JP5578596B2 - 高分子ナノワイヤの製造方法 - Google Patents
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Description
このようにエレクトロスピング法は一本一本のワイヤ(ファイバ)の調製とアレイ化を同時に行える方法ではない。またこれら方法は特別な機械装置を必要とする。
マイクロコンタト・プリンティング法と伸張DNAを用いるDNAナノワイヤの転写印刷法により報告されている(特許文献3)。
しかしながらこの方法は用いる使用するDNA以上の長さを持ったナノワイヤを作る技術ではない。
工程(ア):転写元基板上に前記直鎖高分子を溶媒中に分散した溶液を位置させ、
工程(イ):次にその溶媒を蒸発させて気液界面移動を生じさせて、前記直鎖高分子を一次元集合させ、前記直鎖高分子の長さ方向に相互に連続してなるナノワイヤを相互に平行整列させて形成すると共に、
工程(ウ):上記工程(ア)−(イ)を前記転写元基板の表面で繰り返して、前記直鎖高分子の密度を段階的に増やすこと。
工程(ウの2):前記直鎖高分子の密度を段階的に増やすことに代えて、前記直鎖高分子とは別の直鎖高分子を上記高分子ナノワイヤの製造方法で前記転写元基板の表面に固定することで異なる直鎖高分子を段階的に固定することを特徴とする。
工程(エ):さらに、前記転写元基板に対向させて転写先基板を密着させて置いて、前記一次元集合させた前記直鎖高分子を前記転写先基板に転写することを特徴とする。
本発明の高分子ナノワイヤの製造方法は、上記高分子ナノワイヤの製造方法において、正(または負)電荷を持った直鎖高分子と電荷を持たない直鎖高分子が前記転写元基板に固定されており、前記転写先基板を負(または正)電荷を持ったカルボキシシラン(またはアミノシラン)で表面を修飾することで、正(または負)の電荷をもった直鎖高分子のみ前記転写先基板に移行することを特徴とする。
従来の光リソグラフィでは困難であった100nm以下の線幅パターンの作成ができる。
また、作製されたナノワイヤ群は別基板(転写先基板)への転写が可能であり、直接ナノワイヤ群の作製が困難な基板または球面上へのこれらナノワイヤ群のパターンも作成可能である。
直鎖高分子は別種の分子で修飾されていてもよい。別種の分子としては特に限定されないが、DNAを修飾する分子としてYOYO−1、アクリジンオレンジ、ビオチン、DNA結合タンパク質、金属コロイド、半導体コロイドなどがあげられる。また別種分子としては、生理活性を持つ分子(例えば、アミロース、アミノペクチンなど)、導電性を持つ分子(ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、カーボンナノチューブなど)、光学活性を持つ分子(ポリ−L−リジンなど)などの特定の機能を持つ分子を用いてもよい。
このような修飾の可能性を表1に例示する。
4.5ng/μL程度が適当である。滴下する混合液の量はDNA懸濁液1に対して4倍体積以上のエタノールを含むが、DNA懸濁液は1μLとエタノール4μLで合わせて5μL程度が適当である。またエタノール以外の溶媒(例えば、テトラヒドロフラン、アセトン、イソプロパノール)を使用してもよい。DNA以外の分子についても、上記に準じた方法により基板上に固定することができる。
上記のような各種の直鎖高分子及びその表面修飾分子においても、濃度を調整することでDNAと同様な現象が予想できる。
基板表面に固定されたDNAは別基板に転写させることができる。転写元基板および転写先基板は特に限定されないが、一方の基板は分子固定面を密着させるために必要な表面の柔軟性を有し、かつ化学反応性が低い基板が適当である。例えば転写基板としてポリジメチルシロキサンまたはポリジメチルシランを基材としたシリコーンゴムを用いた場合には、転写先基板としてガラス、シリコンウェハを用いる。
このようか関係を表2に例示する。
顕微鏡を用いて転写前と転写後のサンプルを観察し、表面に固定されているワイヤの形状は同じであった。
上記カバーガラスの対向方向を一次元集合した方向に対して角度を変えて同様の操作を再度行うことで、交差した状態で整列配置した一次元集合DNAのパターンを得ることができることを蛍光顕微鏡および暗視野光学顕微鏡観察により確認した(図3)。
進歩した点は用いる直鎖高分子が比較的短くても(例えば数μm)本技術により1次元集合されより長いナノワイヤが形成されることである。それ自体自己組織能を有していなくても、1次元集合が可能である。この結果ナノワイヤへの電極の設置または電極間へのナノワイヤ群の配置が容易にある。またナノワイヤ形成時に金属ナノ粒子や機能性低分子物質を混ぜておけば、形成されるナノワイヤ上に沿ってそれら物質を固定させることもできる。 斬新な点はナノワイヤ作成の工程を同一PDMS基板表面で繰り返すことが可能であり、これにより基板表面上のナノワイヤの密度を段階的に増やすことができる。またPDMS上に形成されたナノワイヤ群は他の基板表面(ガラス、シリコンウェハなど)に転写可能であり、これによりナノワイヤ群の整列パターンを再構築可能である。また一連の操作は特別な機械装置の使用を伴わない。
実施例1の段落0012に示した処理を行った後、シリコンウェハまたはガラス基板表面にあらかじめ作製された電極パターン上に実施例1の段落0013で行った転写処理を行うことで、電極間を橋渡しするように固定分子を転写することもできる。
実施例1の段落0012に示す処理により作製した転写元基板を複数枚用意し、実施例1の段落0013で示す転写処理を同一転写先基板上に行う。この際転写元基板を様々な向きにし(転写先基板に対して転写元基板を45度そして90度傾ける)転写先基板に順次転写することで、より複雑なナノワイヤパターンを作製できる。
Claims (4)
- 直鎖高分子からなる高分子ナノワイヤであって、直径の1×104以上の長さを有し、その間に分枝部分や交差部分のない一次元ワイヤである高分子ナノワイヤの製造方法であって、以下の工程(ア)−(ウ)からなることを特徴とする高分子ナノワイヤの製造方法。
工程(ア):転写元基板上に前記直鎖高分子を溶媒中に分散した溶液を位置させ、
工程(イ):次にその溶媒を蒸発させて気液界面移動を生じさせて、前記直鎖高分子を一次元集合させ、前記直鎖高分子の長さ方向に相互に連続してなるナノワイヤを相互に平行整列させて形成すると共に、
工程(ウ):上記工程(ア)−(イ)を前記転写元基板の表面で繰り返して、前記直鎖高分子の密度を段階的に増やすこと。 - 請求項1に記載の高分子ナノワイヤの製造方法において、
工程(ウの2):前記直鎖高分子の密度を段階的に増やすことに代えて、前記直鎖高分子とは別の直鎖高分子を上記高分子ナノワイヤの製造方法で前記転写元基板の表面に固定することで異なる直鎖高分子を段階的に固定することを特徴とする高分子ナノワイヤの製造方法。 - 請求項1又は2に記載の高分子ナノワイヤの製造方法において、
工程(エ):さらに、前記転写元基板に対向させて転写先基板を密着させて置いて、前記一次元集合させた前記直鎖高分子を前記転写先基板に転写することを特徴とする高分子ナノワイヤの製造方法。 - 請求項3に記載の高分子ナノワイヤの製造方法において、
正(または負)電荷を持った直鎖高分子と電荷を持たない直鎖高分子が前記転写元基板に固定されており、
前記転写先基板を負(または正)電荷を持ったカルボキシシラン(またはアミノシラン)で表面を修飾することで、正(または負)の電荷をもった直鎖高分子のみ前記転写先基板に移行することを特徴とする高分子ナノワイヤの製造方法。
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