WO2005123242A1 - 構造体ならびにこれを用いたチップ、および親／疎液性の制御方法 - Google Patents

Abstract

　本発明は、簡素な構成で材料表面の親／疎液性を精密に制御する手法と、該手法を利用して、親／疎液性の制御がなされる材料表面において、その親液性または疎液性の強さに異方性を持たせる方法、さらには、かかる手法を応用して、材料表面の所定の領域に液体を保持させる方法を提供する。例えば、基板１０１の表面に、規則的な凹凸構造からなる保液部１０３と、保液部１０３の外周を取り囲む平坦面からなる外周部１０４とを設ける。保液部１０３の凹凸構造の表面積を保液部１０３の形成領域の面積よりも大きくするとともに、その表面積の増倍率を所望の値とするように規則的な凹凸構造の形成を行う。

Description

細 書

ならびにこれを用 たチップ、およ ，

び 吐の制御方、法 術分野

０００1 、構造 ならびにこれを チップ、 の 御方法に 関する。

０００2 年、 イク ク ロ メカ カ ステム( S) 術の 展に 、 イオ チップ チップ、 イク チップ、また小型 料電池の 発が盛んに行 われて 。この イスでは、 体を取 扱 合が多 、 イス内の液体 が接触する表面の または を制御するこ は極めて重要 な て 。 たとえば、燃料電池の 極を高性能な状態で長寿命 するためにほ、その 面の の 御がきわめて重要である 認識 れて 。この またほ の 、従来 理や ティン に 行われてきた。

０００3 た えば、 2００3 28836 報には、親水性のガラス に形成した イク に対して ク オクタ ラ 等に 表面 理を施すことに 一 部の に 性を得る方法が記載 れて 。また、 2００3 85 628 報に れば、テフ ン( )系のイ クを 上で 域 を得ると もに、親水性 域に ティング後に 射して 水 性を得て 。

０００4 また、 2００ 596 8 報には、ザ ブラス 放電 の 法に 、 イオセンサに 料が導入される の 壁をなすカ ス ペ サの 面に微細な を形成するこ が記載されて 。

明の

０００5 ころが、 2００3 28836 2００3 85628 報に記載 の 術では、 上で親 または 面を得るために、所望とするチッ プ内の液体が接触する 表面に対して、化学修飾に 表面 理や

ティング等、表面の そのものを変化 る方法が用 られて 。このた 、たとえば または の さを作り分ける場合、その の 合に必要 れる の の または を各 立に実現する の 理や ティ を必要として た。また、 2００ 596 8 報に記載 の 術にお ても、 またほ の を作り分ける 点で、改善の 地 があ た。

０００6 なお、表面 理や テイングを利用する手法でほ、その 、一般に、 的 な表面 態であり、 的な表面 態を示す 面の またほ の に 異方性を持た るこ は、技術的に不可能である。

０００7 上記事情に みてなされたものであ 、その 、簡素な構成で材料 面の を制御する 術を提供するこ にある。特には、簡素な構成で材 料 面の の さを 密に制御する 術を提供するこ にある。また、 明の別の目的は、材料 面の 定の 域の または の の 御に 加えて、その または の に異方性を持た る 術を提供するこ に ある。 えて、 明のさらなる目的は、以上の技術を応用して、 体を安定に保持 する 術を提供するこ にある。

０００8 明に る材料 面の の さを 密に制御する手法を利用する 構造 、

体をその 面で チップの 面に設ける構造 であ て、

、

前記 体と接触する チップの 面に設けられる規則的な 造で構成 れ、 前記 則的な 造を設けたこ による表面積の 率を、

前記 則的な 造を設けるチップの 対する、前記 則的な 造 の 面 チップ 面 の 面積の 率 定義する時、

前記 則的な 造を設けたこ による表面積の 、

チップ 面上にお て定義する二 の 向に沿 て て る

こ を特徴 する構造 である。

０００9 明に る構造 にお てほ、チップの 面に 造を形成するこ により 、平坦な平面 て、 造の 面積は、その 面部の 相当する を示すため、 造の 成 れて る 域の 面積 、 域の よりも増加する構成 な て る。 域の 対する、 造の 成 れて る 域の 面積の 、この 造を形成することによる表面積の 率を表し、 面積の 呼ぶ。 明にお ては、この 面積の 果 により、 造を構成する の 面が所望の 体に対して であれば、そ の の 合 をさらに高めるこ ができる。 方、 造を構成する の 面が所望の 体に対して であれば、その の 合 を らに高めるこ ができる。また、 明に る構造 、規則的な 造によ 成してお 、 造の 、配置 の 密に制御するこ によ 、 造を形成し た 域の または の 合 ( 確実に、 密に調節するこ が できる。さらに、 明によれば、規則的な 造を設ける表面にお て、表面積 の 率が二 の 向によ て異なるよ にするこ で、面内にお て、 ま たは に異方性を持た るこ ができる。この 向の 面積の は、 チップ 面に定義される二 の 向に て、 向に沿 た狭 幅の微小 な 域における表面積の 率 して定義される。すなわち、 向に沿 た表面に垂直な 面を考えた場合に、 造の 成によ 増加して る、チップ 面が 体 接触する 線の さを、その 形成されて るチップ 面の 幅で除した値が、 向の 面積の に相当して る。

００1０ なお、 明に る構造 、規則的な 造により 成 れるものであり、 単に、チップ 面を 面化するだけでほ ることができな 。この 則的な 造 の 法に ては後述する。ここで、規則的な 造 は、 造の 、配置 、所定の を持 て 成 れており、ラ ダム 構造でほな ことを 意味する。

００11 明に る構造 にお てほ、特にほ、 チップの 面に設けられる規則的 な 、

チップの 面上に形成されて る、複数の を規則的に配置するこ で

。

００12 明に る構造 、前記の 選択する際、例えば、 チップの 面に形成 れて る、前記 数の で構成 れる規則的な 、

状を有する複数の 形の が直線上に配置 れた列が、互 に 平行に複数 置 れた構成を有し、

チップ 面上にお て、 線に平行な方向と垂直な方向に定義する二 の 向にお て、

前記 則的な 造を設けたこ による表面積の 、 の 向に 沿 て て るこ を特徴 する構造 するこ が好まし 。

００13 なお、 明にお て、複数の 形の 、 状に形成する場合、 その 造形成時の 度も 案し、 る構造 が親 面を有する場 合には、 造が形成されて る 域に確実に 体が保持され、 る 域 ら 体が漏出してしま こ がな 程度に の 状の 一性が保たれて るこ を 。

００14 明に る構造 にお て、 状を有する複数の 形の が 直線上に配置された列が互 に平行に複数 置された構成を有し、例えば前記 の 線方向における前記 の 面の 、前記 線方向に垂直な方向におけ る前記 の 面の が互 に異なる構成にするこ ができる。ある は、前記 の 面部の幅を直線 平行な方向と垂直な方向で なる構成にするこ もで きる。 らに一般化するならば、前記 の 線と平行な方向 垂直な方向 で、単位 あたり、複数の 形の で構成 れる 造の 面が 成する 線の 、二 の 向により異なる構成を選択する。この 択によ て、前記 造が形成 れて る 域の または の に異方性を持た るこ がで きる。また、 状を有する複数の 形の を直線上に配置した列が互 に平行に複数 置 れた構成 することにより、構造 が親 面を有する場 合には、一層 実に 体を保持 、前記 造が形成 れて る 域の 取り 域 の 体の 出を抑制することができる。

００15 明に る構造 では、複数の 形の が直線上に配置 れた列が、 互 に平行に複数 置された構成にお て、前記 、この列の直線 垂直な 向にも、直線状に配置 れ、全体として、正方 子状に配置 れる形態を選択する こ か きる。

００16 らには、 明に る構造 ては、

前記 線上に配置 れた 、互 に平行に複数 置 れた構成は、 隣接する 上に配置 れる前記 、

線に垂直な方向の 向にお て、直線状に並ふこ のな よ に、 上に配置 れる前記 互の 対的な位置か 択 れて る形態を選 択するこ もてきる。この 互の 対的な位置の ては、 構 成される前記 造を設ける 域内 、前記 線に垂直な 向の 面積の 率に て、列の直線に平行な 向に沿 て、その 動を考える 、大き 変化 するこ かな なる。 、前記 、この列の直線 垂直な方向にも、直線状 に配置され、全体 して正方 子状に配置される形態ては、前記 線に垂直な 向の 面積の 、この列の直線 垂直な方向にも前記 線上に配 置されて る行 行の間、すなわち、二 の ては、その 上ては規則的に 配置される か存在して な ため、この 上にお ては、 向の 面積 の な 、 または を強めるこ かてきな 。 方、隣接する 上に配置される前記 、 線に垂直な方向の 向にお て、直線状 に並ふことのな よ に、 上に配置 れる前記 互の 対的な位置か 択 れて る形態てほ、前記 線に垂直な 向の 面積の 、 となる確 率 質的に皆無 なる。したか て、この 対的な位置を選択するこ により、構造 面を有する場合にほ、一層 実に 体を保持 、

することか きる。

００17 この 接する 上に配置 れる前記 、 線に垂直な方向の 向に お て、直線状に並ふことのな よ に、 上に配置 れる前記 互の 対的な位置か 択 れて る形態の 型として、

前記 線上に配置 れた 、互 に平行に複数 置 れた構成は、 隣接する 上に配置される前記 に て、 上に配置 れる前記 互の 対的な位置が、

市松 子配置を構成するよ に選択 れて る態様を挙げることができる。この 子配置を選択することにより、構造 が親 面を有する場合にほ、市松 子状に配置 れる 数で構成 れる前記 造を設ける 域 らの 体 の 、 らに確実に抑制するこ ができる。また、市松 子状に配置 れる

数で構成される前記 造を設ける 域内では、前記 線に垂直な 向 の 面積の 率に て、列の直線に平行な 向に沿 て、その 動を考える 、その 動幅はよ な て る。 明に る構造 にお て、前記 数 の ジグザグ状に配置された構成 するこ ができる。

００18 明によれば、上述する 明に る構造 を利用して、 体をその 面で チップ 面の 域の を制御するこ が可能 なる。 ００19 えば、 明に るチップの の は、

体をその 面で チップであ て、

チップ 面に前記 体の を設け、

の 面の な も一部は、上記の 成を有する 明に る構造 で構成されて るこ を特徴 するチップである。また、 明に るチップの 態の は、

体をその 面で チップであ て、

チップ 面に前記 の だめを 、

体の だめ 数の 面の な とも一部 、上記の 成を有する 明に る構造 で構成 れて るこ を特徴 するチップである。

００2０ らには、 明によれば、前記 を用 て、チップ 面の を制 御する方法が提供 れる。すなわち、 明に る の 御方法は、 体をその 面で チップにお て、前記チップ 面の な も一部の 域に 関して、 面の 体に対する を制御する方法であ て、 前記 面を、上記の 成を有する 明に る構造 で構成するこ によ 体に対する を制御する こ を特徴 する の 御方法である。

００21 明の にお ては、前記 造を形成する 域の 対する、前 記 造を設ける 域の 面積の 制御することにより、前記 域におけ る ある 液化の 度を 密に制御することができる。この 、後述す る下記 ( )を満たし、ラフネスファクタ に相当する。

００22 滑な固体表面上に置 れた の 触角０と、同一の 学物質で 成 れて おり、表面に よりもⅡ 造を有する表面の の 触角 は、下記 ( ) :

cos Cos ( )

で示されるウ ンゼ の式で結ばれる 、田智彦、石井淑 、小石 、角田光 雄 編集、 ぬれ ンドブック 、テクノ ステム、 25 。なお、上記 ( )に お て、 、表面が平坦な場合 比較して、 造を有する表面の 積が何 にな た を表す ネス ァクタ )である。

００23 ( )式に従 、表面の 質が接触角 の または を示す 域に 造を形成するこ によ 、表面が平坦な場合の 面積に対する 域の 面積を 倍に増加さ た場合、 力に比例する 触角 の 弦の値は 倍 になる。 て、チップ 面上の所望の 域に意図 造を形成するこ に より、表面が平坦な場合より または を強 することができる。ここで、 とは、接触角が０ 以上9０ 満の 態を指し、 は、接触角が9０ よ り大き 8０ 以下である状態を指す。

００24 また、上記 ( )に基 き、特定の 理や ティン を用 て平滑な表面上 に置 れた の 触角が同一の値を示す 況にお て、所望の 域に意図 に 形成 れる 造の に変更することにより、その 域の ま たほ の を 密に制御することができる。ある 、所望の 域に意図 に 形成 れる 造の 一定 する状況にお て、特定の 理や ティン を用 て平滑な表面上に置 れた の 触角０を変更することにより、 その 域の または の を 密に制御するこ もできる。

００25 明にお ては、例えば、 数で構成される 造の 体に、 とする 体が接するこ が必要である。その 、この 数で構成 れる 造の 面が を示す場合、この の 、底面部より上面部が狭ま た 形とするこ がより好まし 。この 面部より上面部が狭ま た 形の

。

の 斜角りは、底面部と側壁 のなす角であり、 9０ となる。この を 。 示す 面にお てほ、平滑な固体表面上に置 れた の 触角 は、 9０ ０ 。

8０ とな ており、前記 の 触角０ 形の の 斜角 との ( 。

、 8０ の となるよ に、 形の の 斜角 を選択する 好まし 。

００26 方、この 数で構成される 造の 面が親 を示す場合、この の 、底面部よ 上面部が狭ま た のこ 、底面部よ 上面 部が拡が て る 形 するこ もできる。この 面部よ 上面部が拡が て る 。

形の の 斜角 、底面部 側壁 のなす角であ 、 9０ なる。こ の を示す 面にお ては、平滑な固体表面上に置 れた の 触角 は 。 。

、 0 0 9０ な てお 、前記 の 触角 9 、底面部よ 上面部が拡が 。

て る 形の の 斜角 の ( ０ )は、 ( ０ ) 8０ の なるよ に、 る 形の の 斜角 を選択する 好まし 。なお、底 面部よ 上面部が狭ま た 形を選択する際には、この 面部よ 上面部が狭ま 。

た 形の の 斜角 、底面部 側壁 のなす角であり、 9０ となり 、 、前記 の 触角 、 形の の 斜角 との 叫は、 ０ ( 。

０) 8０ の な て る。

００27 なお、これらの 成の 意の み合わ や、 明の 現を方法、装置などの 間で変換したものもまた 明の 様として有効である。

００28 た えば、 明にお て、前記 面に、所定の 向に延 する が設けられ、 前記 の な も一端の 前記 が形成 れてもよ 。また、 明に お て、前記 の 端の 傍 ら の にわた て前記 が形成 れ ００29 らには、 明にお て、前記 面に、所定の 向に延 する の だめ が設けられ、前記 だめの 囲に の 域が形成されてもよ 。その 、例え 。 、平滑な表面上に置かれた の 触角０を、 の だめでは、 ０ 9０ と 。

し、周囲の の 域でほ、 9０ なるよ に、それぞれ、 造に テイ グを施す等の方法も るこ ができる。

００3０ また、 明にお て、前記 造の との 差の き を る こ により、前記チップ 面の を制御することができる。また、 明にお て、前記 造を設ける 域における前記 の の さの 和を 制御することにより、前記 域の を制御するこ ができる。これら それぞ れ、 造による 、または の 面積の 御にお て、 の 差を変化さ る場合 、 、または の 積あた のチップ 面 ら 見た の 界の さを変化さ る場合に対応する。こ すれば、チップ 面 の 望の 域の を確実に制御するこ ができる。

００31 また、 明にお て、チップ 面上に形成した 域であ て、 面の 質が親 または を示す 域にお て、チップ 面に 造を形 成し、 チップ 面が平坦な場合の た の 造の 線の さの 加率が、チップ 面上で方向によ 異なるよ に形成するこ によ て、 または の さを、チップ 面上で方向によ 異なるよ に制御するこ ができる。この 向による異方性の 、 造を設けた表面に 体が接する際の界面 力 を考慮すると、特定の 向に沿 た 造の 線の が、その 向によ て を示すこ に伴 、微視的にほ、 体が接する表面積 、方向によ て異なる結 果、上記ウ ゼ の式( )の フネスファクタ に関しても、局所 にほ、その 向によ て実効的な差 が生じることを利用して る。

００32 術を使用して 造を形成する場合、その イアウ めて キ であり、たとえば、異方性を持た た 造の 、放射 の 造 を作製できる。これらの 造にお てほ、 表面が平坦な場合の たり の 造の 線の の 加率は、方向により異なる。 て、 力も 向 により異なり、 または の さを、チップ 面上で方向により異なるよ に 設定できる。

００33 上 明したよ に、 明によれば、簡素な構成で材料 面の を制 する 術が実現 れる。その 、本 明によれば、材料 面の 定の 域の または を制御する際、その または に異方性を持た る 術 が実現 れる。 らには、 明によれば、 目的とする 域の 面の

を制御する 術を応用して、材料 面の 定の 域に 体を保持 る 術が 実現 れる。

面の 単な説明

、 明の 一の 係る構造 の 成を模式的に示す図であ る。

[ 2 2は、 の を有するチップの 成を模式的に示す 面図である。

[ 3 3は、 明の 二の 係る構造 の 成を模式的に示す 面図 である。

[ 4 4 、 明の 二の 態に係るチップの 成を模式的に示す 面図 である。

[ 5 5 、 明の 一の 態 第二の 態に係る構造 の 成を、 対比 えて 式的に示す 面図である。

[ 6 6 、 明による実施 に係るチップの 成を模式的に示す 面図であ る。

[ 7 7 、 明による実施 に係るチップの の 成を拡大して 図で ある。

[ 8 8 、 明による実施 に係る チング を変化 て の 路 の 度を 較した結果を示す図である。

[ 9 9は、 明による実施 2に係るチップの の 成を示す 面図である [ 1０ ０は、 9 、四角 内の 分の である。

[ 11 は、 9の を拡大して である。

[ 12 2は、 明の 三の 係る構造 の 成を模式的に示す 面 図である。

[ 13 3は、 明の 四の 係る燃料電池 極の 成を模式的に である。

[ 14 4 、 3の 面を示す図である。

[ 15 5 、 明の 四の 態に係る燃料電池の 成を模式的に示す 面図である。

[ 16 6 、表面に放射 タ ンの 造を形成する一例を示し、その 心 部と、その 囲の タ を 微鏡観察した画像イメ ジのプ アウ で ある。

００35 に付される 、下記の 味を有する。

００36 ００

０

０2

０3

０4

０ チップ 2

2０

23

24

25

。

3０ チッ

2００

2０ カ ボン

2０2

2０3 フッ

2０4

2０5

2０6 2０7

2０8 料供給

2０9

明を実施するための 良の

００37 、上で述 た形態にお て、材料 面の の さを 密に制 御する手法 して、

材料 面の の を、その 内にお て、異方性を示すよ に制御す る上で有効な手段 して、 体をその 面で チップの 面に設ける構造 を利 用し、その 、

前記 体 接触する チップの 面に設けられる規則的な 造で構成され、 前記 則的な 造を設けたこ による表面積の 率を、

前記 則的な 造を設けるチップの 対する、前記 則的な 造 の 面 チップ 面 の 面積の 率 定義する時、

前記 則的な 造を設けたこ による表面積の 、

チップ 面上にお て定義する二 の 向に沿 て たものとして る。 ００38 述する 明の 、上記の 態の他に、下記する派生 な形態として、実 施することも可能である。

００39 明の なる形態 によれば、

、 の 面に設けられた規則的な 造 、前記 面にお て前記 造の 取り 、を有し、

前記 造の 面積は前記 造の よ も大き 、

前記 前記 よ も、 または 液化されて る

こ を特徴 する構造 が提供される。

００4０ 明の なる形態 の にお ては、 造が形成された 域の

た の 域の 面積が領域の よ も増加した構成 な て る。この ため、 造における の 面が所定の 体に対して であれば、その をさらに高めるこ ができる。また、 造における の 面が所定の 体に対して であれば、その をさらに高めるこ ができる。また、 の 、規則的な 造を有するため、 造の 、配置 の を制御することにおり、 造の または を確実に調節するこ ができ る。

００41 明の なる形態 によれば、

、 の 面に設けられた規則的な 造 らなる 、前記 面 にお て前記 の 取り 、を有し、

前記 の 造の 面積 の よりも大き 、 前記 が前記 よ も 化されて る

こ を特徴 する構造 が提供される。

００42 明の なる形態 にお て、 上に設けられた 域であ て、規 則的な 造 らなる。 造によ 、 の 面積は の よ も 大き 。このよ に、 の た の 域の 面積を増加さ るこ に よ て、 が平坦 よ も所定の 体に対して 化されて る。このため、 に選択的に 体を保持さ るこ ができる。

００43 なお、 明の なる に係る構造 、 なる 造を有する構 成であるため、単に基 の 面を 面化するだけでは得るこ ができな 。この点に ては後述する。

００44 明の なる形態 の にお て、前記 面に複数の が設け られ、複数の のそれぞれに 体が保持 れるよ に構成 れてもよ 。 ００45 明の にお て、前記 、 状を有する複数の 形の が一直線上に配置 れた列が互 に平行に複数 置 れた構成を有し、前 記 の 方向における前記 の 面の 、前記 方向に垂直な方向に おける前記 の 面の とが互 に異なることができる。 することにより、 の の に異方性を持た ることができる。また、 状を有する複 数の 形の が一直線上に配置 れた列が互 に平行に複数 置 れた構 成とするこ により、 により一層 実に 体を保持さ 、 の 取り 面 の を抑制するこ ができる。

００46 なお、 明の なる にお て、複数の 形が 状を有する は 、 に確実に 体が保持 れ、特定の 所 ら 体が漏出してしま こ がな 程度に の 状の 一性が保たれて ることを 。

００47 明の なる形態 の にお て、前記 に垂直な の 面にお て、前記 部の幅に対する前記 の 造の 線の の 比が複数の 面に て異なる構成 してもよ 。 するこ により、大き 比 を有する 向に保 を親 化するこ ができる。このため、 の の に確実に異方性を持た るこ ができる。

００48 明の なる形態 の にお て、前記 面に、所定の 向に延 する が設けられ、前記 の な も一端の 前記 が形成された構成 するこ ができる。こ するこ によ 、 の 端 ら 体が確実に導入され、 内に保持される構成 するこ ができる。

００49 明の なる形態 の にお て、前記 の 端の 傍 ら の にわた て前記 が設けられて てもよ 。こ するこ によ 、 体にお て 体が確実に保持される構成 するこ ができる。

００5０ 明の なる形態 の にお て、前記 、 状を有する 複数の 形の が前記 の 方向に沿 て配置された列が互 に平 行に複数 置された構成を有し、前記 の 方向に平行で前記 に垂直な 一の 面における前記 の に対する前記 の 面における前記 造 の 線の が前記 に垂直な他の断面における前記 の に対する 前記 の 面における前記 造の 線の よりも大き 構成とするこ ができ る。 するこ により、 の が異方性を有する構成 することができる。 明細書にお て、前記 の 、前記 の 方向に平行な方向 するこ が できる。 することにより、 の 方向により 化 れた構成 することができ る。このため、 内に 体を確実に保持し、側方 らの 出を抑制するこ ができ る。なお、 明の なる形態 にお て、 線の 、所定の 面における 造の の を指す。また、 明の なる形態 にお て、前記 の 方向における前記 の 面の幅が、前記 方向に垂直な方向における 前記 の 面の よ も大き 構成 するこ ができる。 ００51 明の なる形態 の にお て、複数の が市松 とな て ることができる。 するこ により、 部 らの 体の 出を らに確実に抑制 することができる。 明の なる形態 の にお て、前記 数の ジク 状に配置 れた構成とすることができる。

００52 明の なる形態 の にお て、前記 の 対する前記

の 造の 面積の 、平坦 に対する所定の 体の 触角０ の Cos 0が、

cos g

を満たすよ に前記 成されてもよ 。 するこ によ 、 化された を安定的に 能な構成 するこ ができる。なお、 明にお て、平坦 造 同一 料 するこ ができる。

００53 明の なる形態 にお て、前記 直な方向における複数の の の 隔が、前記 直な方向における前記 の 面の よ も 構 成 するこ ができる。こ すれば、 の 面積を平坦 である場合に比 て 分に大き するこ ができる。

００54 明の なる形態 によれば、

、 の 面に設けられた規則的な 造 らなる 、前記 面 にお て前記 の 取り 、を有し、

前記 の 造の 面積 の よりも大き 、前記 が前記 よりも 液化 れて る

こ を特徴 する構造 が提供 れる。

００55 上に設けられた 域であ て、規則的な 造 らなる。

造により、 の 面積 の よりも大き 。このよ に、領域の

たりの 域の 面積を増加 るこ によ て、 が所定の 体に対 して平坦 よりも れて る。このため、 部 ら 体を選択的に排除する こ ができる。

００56 なお、 明の なる形態 に係る構造 、 となる 造を有する構 成であるため、単に基 の 面を 面化するだけでは得るこ ができな 。この点に ては後述する。

００57 明の なる形態 の にお て、前記 、 状を有する 複数の が所定の 向に沿 て配置 れた列が互 に平行に複数 置 れた 構成を有し、前記 の 方向に平行で前記 に垂直な一の 面における前 記 の に対する前記 の 面における前記 造の 線の が前記 に垂直な他の断面における前記 の に対する前記 の 面におけ る前記 造の 線の よりも大き 構成 することができる。 するこ により 、 の の に異方性を持た るこ ができる。また、 状を有す る複数の が一直線上に配置された列が互 に平行に複数 置された構成 するこ によ 、 によ 一層 実に 体を保持さ 、 の 取

面 の 出を抑制するこ ができる。

００58 なお、 明の なる にお て、複数の 状を有する は 、特定の 所にお て平坦部 ら 出してしま こ がな 程度に の 状の 一性が保たれて るこ を 。 明にお て、 形 するこ ができる。

００59 明の なる形態 の にお て、前記 の 対する前記

の 造の 面積の ひ 、平坦 に対する所定の 体の 触角 の Cos 0が、

を満たすよ に前記 成 れてもよ 。 するこ により、 化 れた を安定的に 能な構成とするこ ができる。なお、 明の なる形態 にお て、平坦 造 同一 料とすることができる。

００6０ 明の なる形態 によれば、前記 体 らなる を備えるこ を特徴 す るチップが提供 れる。

００61 また、 明の なる形態 によれば、前記 体 らなる だめを えるこ とを特徴とするチップが提供 れる。

００62 また、 明の なる形態 によれば、前記 を用 て前記 の 面 の を制御するこ を特徴 する の 御方法が提供 れる。 ００63 明にお て、前記 の 対する前記 の 造の 面 積の 制御するこ により、前記 における 化の 度を制御するこ が できる。なお、この 、上で述 た式( )を満たし、ラフネスファクタ に相当す る。

００64 下、本 明の 施の 態に て 面を参照して説明する。なお、す ての 面にお て、共通する構成 素には同じ 号を付し、 明を する。

００65 ( 一の )

は、本実施 係る構造 の 成を模式的に示す図である。 (a)～ (c)は、構造 ００の 成を模式的に示した図である。 (a)は構造 ００の 面 図であ 、 (b)は、 (a) 、一点 b b 分の 面図であ 、 (c)は 、 (a) 、一点 c 分の 面図である。

００66 (a)～ (c)に示したよ に、構造 ００は、 ０ の 面に保 ０3

る。

００67 ０3は、 ０ の 面に設けられた規則的な 造 らなる。

００では、 ０ に四角柱状の ０2が複数 けられて 則的な 造 な て る。 数の ０2は、 状を有する複数の 形 な てお 、これらは同じ きで 子配置 れて る。ここで、複数の 形が 状を有 する は、 ０3の 定の 域 ら 体が漏出するこ な 体が保持 れる程 度の 一性を有する形状であることを 。また、 ０2の 、たとえば、角 錐 形、円錐 形、 するこ ができる。また、角錐の 、R ( o ) れて てもよ 。

００68 ０3の 面積は、 ０3の 域の よりも大き 。また、

０3 、平坦面 らなる外周 ０4よりも れて る。このため、構造 ００ 、製造 および製 定性にすぐれた簡素な構成であり 、 ０3を 選択的に親 化し、 ０3に確実に 体を保持するこ ができる構成 な て る。

００69 ０3が形成された 域の 対する の 造の 面積 制御することにより、 ０3における または 液化の 度を制御 能である。この 大き するこ により、 ０3をより一層 化することが できる。このため、 ０3に選択的に 体を保持 るこ ができる。なお、表面 積の 、ウ ゼ の式、すなわち、上述した ( )式における フネスファク であり、表面が平坦な場合と比較して、 造を有する表面の 積が何 にな た を表す 子である。

００7０ Cos Cos ( )

なお、上記 ( )にお て、 は、 ０3の 面 同じ 料 らなる平坦 に置 れた所定の 体の の 触角である。また、 は、 造 らなる ０3に置 れた の 触角である。この 合、 0は、外周 ０4における の 触角である。

００71 えば、 明にお ては、 または の 面 する手段 し て、

見掛けの 面積 S 、 造を有する実際の 面の 面積 S の比

S S 、

対象の 体の 面上での 触角 、 造を有する実際の 面における実 効的な 触角 の して、

S・cos ( )

「 cos０ (０)の な 式 ら、 れた式( ) :

に基 き、

実効的な 触角 に関して、

。

０ 、すなわち、 cos ・ 98 なる を達成できる条件に相当 する、

Cos >０ 98

。

7０ 、すなわち、 cos ０ 98 なる を達成できる条件に相 当する、

Cos < 98

をそれぞれ 足するよ に、対象の 体の 面上での 触角 0に対して、 S S を設定して る。特にほ、前記 :

Cos >０ 98

Cos ０ 98

すなわち、

Cos 0・ 98 を上回る基準 して、

上述の および が、下記 (2):

を満たす 成とするこ がより好まし 。

００72 えば、 ( )～ 示した構造 ００で 成される 造にお ては、 見掛けの 面積 S は、 ( 2) X ( 2) であ 、

造を有する実際の 面の 面積 S は、 2) X( 2) 2 X( ) X な てお 、

その比 S Sは、

( 2) X( 2 2X( ) X ( 2) X(

2)

2X( ) X ( 2) X( 2)

なる。 ００のサイズ 、 その 2 2を調節するこ で 、この 所望の値に調整するこ ができる。その 、例えば、半導体

術を使用すれば、 ッチ グ を深 することにより、 の値を精 きな とするこ ができる。また、 2 2の 、 クラフ 時に用 る ス ク・ イアウ を変更するこ により、精密に制御できる。

００73 Cos 0の を超える構成とするこ により、 ０3を またほ とするこ が可能である。このため、所定の 体に対して の ０ の 面に設けられた ０3にお て、上記 (2)を満たす 成とするこ により 、 ０3を とするこ ができる。このため、 造 らなる ０ 3に 体を確実に保持してお こ ができる。

００ 4 なお、 ０3 外周 ０4とは通常 一の 物質で 成されるが、たとえば 、外周 ０4の 、 するこ ができる。また、外周 ０4の 面が機 を示す化学物質で構成されて てもよ 。こ すれば、 ０3 らの 体の 2０

出を らに確実に抑制するこ ができる。

００75 次に、 ( )～ (c)に示した構造 ００の 法を説明する。 ０ の 料として、 ン、ガラス、石英、各種プラスチック 料、また ム等の弾性 料 を用 るこ ができる。 ００は、 ０ の 工の際に使用 れる クラ フ 術 ッチング 術で同時に 造を形成することにより得るこ ができる 。この 合、これらのプ セス 術と親和 がよ こと、および 造による ０3の 面積およびその 積との 度よ 制御できることが必要 れる。 ００76 ０3の の 差を変 さ るこ は、た えば、 オ クラ ィ 電子 クラ ィ 、または インプ ン 等の ジス タ ンを形成する ク ラ ィ 程にお て、形成する タ ンは同一でよ 、その後のドライ ッチング等 の ッチング 程にお て ッチング さを制御すればよ 。このため、構造 ００ はプ セス 術 の がよ 、 造による表面積の 加率を 度よ 制御 能である。また、この 、た えば ０ ご に または の を 制御する場合に適して る。

００77 また、 クラ ィ 程にお ては、形成する タ ンを さ て、単位 面 積あた の 上面 ら見た の 界の さを さ るこ によ て、 ０3の 造の 面積を 度よ 制御できる。この 合、その後のドライ ッ チ グ等の ッチング 程にお て ッチ グ を同一にしても、形成する タ が異なるため、 ０3の 域の 対する ０3の 面積の 合を変化 るこ ができ、 または の を制御することができる。この ため、一 の ッチング 程で同時に同一基 の なる ご に表面積の 加 率を変化 るこ ができるため、この 、同一基 の なる ご に または の を制御する場合に好適に用 ることができる。

００78 また、構造 ００の 法 して、 ンボッ ングが挙げられる。この 法でほ、 段差と タ を同時に変化 た ドを用 るこ により、同じ 同一の ０ 内の異なる ご に表面積の 加率を変化さ ることができる。このため、同一 基 の なる ご に または の を制御する場合に好適に用 るこ ができる。 ００79 ００ 、具体的には、たとえば、 ０ の 面に配置する ０2の 成に対応する ジス タ を形成し、 ０ の 面を ッチングすることによ り得ることができる。また、 ０ として ン を用 る場合にほ、 ッチング 、 ジス を除去し、た えば ０C 上の高 表面を 、 ０ の 面に ン 形成してもよ 。 ン 形成するこ により、 ０ の 面を親水 するこ ができる。このため、 造の 成による 化をさら に顕著なもの することができる。よ て、確実に水を保持 てお こ ができる。 ００8０ ただし、構造 ００の ０3は、 体を保持できる条件を満たす 殊な

状を有するため、このよ な 造を基 ０ 形成する必要がある。このた め、単に基 ０ の 面を 面化した 、 ０ 上に複数の ０2を設けた するだけでは、このよ な構造 ００を得るこ が困難である。

００81 ００にお て、 ０2を表面積の き 形状 し、これを ０3の 域内に密に配 するこ によ 、 造 らなる ０3が充分に親 化し、 確実に 体が保持される。 体的には、 ( )に示す ０2の 態にお て 、外周 ０4 平行な所定の 向にお て、複数の ０2の の ( 2 2)が、 ０2の 面の ( )よ も小さ 構成 する。また、 ０3における ０2の の さの (2X( ) 制御 、長 の (2X ( ) 充分に大き する。また、単位 たりの 造の 線の (( 2 2 ) ( 2)、ならびに( 2 2X ) ( 2))、すなわち所定の 向における ０3の 線の 線の を制 御 、 当する 造の (( 2)、ならびに( 2))に対する、 線の (( 2 2X )、ならびに( 2 2X ))の 率を充分に大き する 。また、これらによ て、前述した Cos の を超えるよ に ０3の 面 対する 造からなる ０3の 面積の 増加 る。

００82 体的には、 ０2の および 置をたとえば 下のよ にするこ ができ る。 (a)～ )にお て、 ０2の 手方向の は、たとえば、0・０

5０ 下 することができる。また、長手方向における ０2 面の 2は0・０ 5０/ 下 するこ ができる。また、 ０2の 方向の は、た えば、0・０ 5０ 満 することができる。また、 方向における ０2 面の 2は、0・０ 5０ 満とす ることができる。また、 ０2の 、0・ 5０ 下 すること ができる。

００83 (a)～ (c)に示した構造 ００で 、 ０2が設けられた面にお て、 ０ の 面が平坦な場合の ０3の 面積に対して、 造の 成に より 面積が増加する。た えば、 ０3を 2０ 、 45 の 域内とし、 ０2が、 :2・ 5 、 :7・ 5 、高さ :5/ の 方体であ 、 ０2を 域内に4X3 2 置した場合、保 ０3における ０ の 面積は、 2X(2 5 7 5) X2X5 (2０X45) 2・ 3であ 、 平坦 である場合の2・ 3倍に増加さ るこ ができる。この 成にお て、た えば 面が平らな場合の 触角 0が65度であるよ な 質で基 ０ 面ができて た 場合には、この 造による表面積の 果で当 体に対する 触角 dvは 9・ 5度にまで低下し、極めて の 状態が実現されて る。

００84 また、この き、表面が平らな場合の 触角 0が3０度であるよ な 質で基 ０ 面ができて た場合には、

cos 0 2・０2

とな て る。このため、このよ に、 (a)～ (c)に示した構造 ００にお て ほ、 Cos の を超える構成 するこ ができるため、 ０3を 、た えば、 水性 することもできる。 造 らなる ０3に 体を確 実に保持してお ことができるよ にな て る。 ００ 、 ０3を だめ とする構造 して好適に用 ることができる。

００85 また、 ０3にお て、 が方向により異な て てもよ 。た えば、 に示したよ に、 ０3に、 状を有する複数の ０2が一直線 上に配置 れた列が互 に平行に複数 置 れており、列の延 方向における ０2の 面の 、 方向に垂直な方向における ０2の 面の が 互 に異な て てもよ 。 にお てほ、 右方向すなわち列の延 方向 における ０2の 面の幅が、 上下方向における ０2の 面の よりも大き な て る。

００86 また、上述の 線の 線の が、 ０2の列の延 方向 当 方 向に垂直な方向 で なるよ に ０2を することにより、 ０3の に異方性を持た るこ ができる。

００87 次に、 に示した構造 ００の 果を説明する。

００88 示した構造 ００ 、チップ等の作製における微細 術を用 て、所 定の 域に形成することができる。このため、構造 ００は、製造 および製 定性に優れた構成 な て る。また、チップ 術 なじみがよ 方法で、 ０ 面の または 度よ 制御するこ ができる。そして、 ０3に、 体を安定的に保持さ るこ ができる。

００89 また、構造 ００を用 るこ によ 、簡素な構成で基 ０ の 面の また は を高 度で制御するこ ができる。た えば、 ０ の 体に同 一の 理や ティン が行われて る場合にお ても、構造 ００で 成さ れる 造の 差の さやピッチ等を調節するこ によ 、 ０ に表面の または の の なる 域を設けるこ ができる。

００9０ まず、構造 ００で 成される 造にお て、 (a)中に一点 b b 示した 面上では、 表面が平坦な場合の た の 造の 線の の 加率 、 ( 2 2X ) ( 2)であり、上記の : 2 (45 3) 、 :7・ 5 、高 :5 を当てはめると、 ( 2 2X ) ( 2) ( 5 ０) 5 ・ 67f となる。 方、図 (a)中に一点 c 示した 面上でほ、 表面が平坦な場合の たりの 造の 線 の の 加率は、 ( 2 2X ) ( 2)であり、上記のサイズ:

2 (2０ 4) 、 :2 54 、高 :5 を当てはめると、 ( 2 2 ) ( 2) (5 ０) 5 3 となる。 て、この ００で 成 れる 造にお て、その 向によ て、 表面が平坦な場合の

たりの 造の 線の の 加率が異な て る。 応して、構造 ００で 成 れる 造を有する表面に液が接する際、その 力も、一点 b b 示される上下方向では、 ・ 67 、また、一点 c 示される左右方向 では、 3 なり、 または の を、 造を有する 表面上にお 、上下方向と左右方向により異なるよ に設定できる。

００91 すなわち、 ( )中に示す 造を有する表面にお 、この 体で平均 した表面積の 、 t2X ( ) X ( 2) X( 2) であるが、一点 b b 示 れる上下方向( )の な表面積 の 、その 向の な 線の の 加率を し 、

( ) ( 2) 表すことができ、一点 c 示 れる左右方向( )の な表面積の 、その 向の な 線の さの 加率を し 、 (2X ) ( 2) 表すこ ができる。 えば、規則 的な 造を構成する ０2の を一定 し、その タ ンを、 ( 2) ( 2) 選択するこ で、 な 、二 の 向に沿 た 的な表面積の の間に差 を設けるこ ができる。その 、表面 体で平均した表面積の 、二 の 向に沿 た実効的な表面積の ひ が、 の 足するこ が望まし 、 ( 2) ( 2)に選択する場合、 ( 2) ( ) ( 2)の 件、すなわ ち、 2 2の 件を満足するこ が望まし 。また、上述するよ に、 ( )に示す ０2の にお 、外周 ０4 平行な所定の 向にお 、複数の ０2の の ( 2 2)が、 ０2の 面の ( )よりも 成 するこ 、すなわち、 2 2とするこ が好まし 。これら二 の 足する上では、 2 2の 足するよ に、規則的な 造を構成する ０2の 、配置を規定する、 2 2を選択することが好ま 。

００92 なお、 2 2 選択する場合、比 2 2 、通常、 ０ ( 2) 、 ０ ( 2) の 、好まし ほ、 5 ( 2) 、 5 ( 2) の 囲に選択することが望まし 。また、 2 2の 件を満足するよ に選択する場合、比 2 2は、通常、通常、 ０ ( 2 2) 、好まし は、 5 ( 2 2)

。

００93 述した 2００3 28836 報、特 2００3 85628 報、特 2００ 596 8 報に記載の 来の 術では、材料 面の またほ 表面 の 質の 化により一意的に決まるため、 表面上で 的であり、一方向に親 が強 と た異方性を有した または を実現するこ は困難であ た。これに対し、本実施 態によれば、同一の 理や ティ を用 て

もに、方向により の なる構成を容易に実現可能である。また、このよ

の 方性を有する構成にお て、所定の 向における またほ の さを確実に制御するこ ができる。このため、簡素な構成で親 の さに異方 性が生じて る ０3を安定的に得るこ ができる。

００94 また、構造 ００では、 ０2の 手方向( 右方向)の 、 方向の ( 上下方向)よ も強 設計されて るため、 ０3にお て 、 の 度に異方性が存在し、 ０2の 方向 らの の 出を確 実に抑制するこ ができる。よ て、構造 ００を一 の ０ 複数 ける場 合、短 方向の を向上さ るこ ができる。

００95 ( )～ 示した構造 ００は、た えば、チップの 上に設けるこ に よ 、た えば、 だめや して るこ ができる。なお、本実施 では、構 造 ００を だめに適用する例に て以下 明する。 ００を に適用 する構成に ては、後述する実施 にお て詳細に説明する。

００96 2 、 に示した構造 ００を有するチップの 成を模式的に示す 面図であ る。 2に示したチップ ０は、 ０ の 面に、複数の ００のア イが複 数列 けられた構成である。 ００は、 に点線で示した 域である。

００97 この 成にお て、 ００における ０3は、 ０3の 取り な ０ 面 らなる外周 ０4よりも の 領域 な ており、 ０3およびその 体が保持 れる。このよ に、チップ ０ 、 ０ の 面に複数の ０3が設けられ、それぞれの ０3に 体が 保持 れるよ に構成 れて る。

００98 2に示したチップ ０の 成にほ、 に示した構造 ００の 製方法を用 る こ ができる。 体的には、た えば 述した微細 術を使用して 成される。 ００99 2に示したチップ ０ 、たとえば、 チップ等の検 チップ して好適に利 用 能である。このよ に、複数の ００を平面内に複数 置した構成にお てほ、 にして だめ間の 、上下方向 左右方向で なる。 て、 だめに した液体が だめの 域 らほ 出して広が てもよ ジ 、 上下方向と左右方向で なる。このよ な場合に、 に示した構造 ００のよ に、 左右方向と上下方向で親 を変 さ てお と、広が てもよ ジンを有効に 使用することができ、 能な を最大に設計することができる。

０1００ なお、 に示した構造 ００または 2に示したチップ ０の ０3に水や 緩衝 保持さ る場合、基 ０ の 面に タン ク質などの 子が粘 着するこ を防ぐために、 ０2が形成された ０ の 面を テイングす るこ ができる。 テイ グ 料 しては、た えば、細胞 構成する 質に類 似した構造を有する物質 が挙げられる。また、 ０ の 面を ッ 脂など の 脂、ある は ア ブ ンなどの 水性物質によ テイングする こ によ て、 などの 子が基 ０ の 面に粘着するこ を防止するこ もで きる。また、 PC (2 タク イ オキ ) 等の親水 性 分子 料や、親水性の ラン プ ング剤によ 、 ０ の 面を テイ

０1０1 PC を用 て、 ０ の 面の を行 場合、具体的にほ、たとえ ば、 ジ ア( 、 日本 )などを用 ることができる。 ジ ア( )を用 る場合、た えば、これを0・ 。 なるよ に ( スボ イ ) ッファ などの 溶解 、この 液を基 ０ における ０2 の に満たし、数分間放置するこ によ て テイ グするこ ができる。

０1０2 また、 ０ の 面を親水 するこ により、 造の 成による ，性 に加えて、毛細管 象を利用して ０3に確実に 体を導入するこ ができる。

０ の 面を親水 する方法として、前述した ン の 水性 形成する方法 が挙げられる。また、 ０ の な とも表面を、 P (ポ チ メタク )等の親水性 分子 料で構成してもよ 。これにより、 ０ の 面 の 分の な 着を抑制するこ ができる。このため 、試料が微量であ ても、確実に分析 の 定の 作を行 ことができる。また、 ０ の 面を 構成し、この 面に 外線照射を行 こ により、 ０ の 面を親水 してもよ 。また、 ０ の 面を プラズ によりアッ グ

０1０3 ( 二の )

実施 態でほ、第一の 態と異なる点を中心に説明する。 3 、本実施 態に係る構造 2０の 成を模式的に示す 面図である。 2０ 、一直 線上に配置された 数の ０2 らなる列を有し、この列が複数 置され た構成 な て る。そして、隣接する二 の列にお て 造の が 互 違 に配置された市松 な て る。 ０2の 方向にお ては、 ０2間に形成される が一直線上に配置されな よ に複数の ０ 2が 状に配置されて る。

０1０4 えば、 ( )の 子状の 置では、線分d d 示される 置に液の先 が 達する 、この 、 ０2の ずれ も しな なる。 d d 示される 置に液の先 が達する 、 る状態で観測 れる 触角は、平坦 で観測 れる 触角 実質的に し なる。 方、線分c 示される 置に 液の先 が存在する際には、この 、一直線状に並んで る ０ 2 数と接する状態 なる。その 、線分c 示 れる 置に存在する液の先 で観測 れる 触角は、 る 造における実効的な 触角 に し なる。すなわち、 ( )の 子状の 置を る ０2で構成 れる 造 では、局所 に観測する 、 が示す 触角に大きな が生じて る。 言する 、格子状の 置をとるこ に由来して、局所 には、 らが生じるこ ともある。

０1０5 方、図3に示す市松 置でほ、 ( )中の線 d d 示 れる 置のよ に、 、 ０2の ずれとも しな 状態 なる頻度は格段に少な な て る。 て、 置によ て 、 が接触する ０2の 数に若干の 在するものの、局所 に観測 れる実効的な 触角ほ、 る 造に おける実効的な 触角 d に し なる。 言する 、 3に示す市松 置では 、局所 、 にむらが生じる可能性は大幅に少な な て る。

０1０6 このため、 3に示した構造 2０ 、第一の 態に記載の ００( )に加えて、以下の 果を有する。 5(a)および 5 、 に示した構造 ０ 0 3に示した構造 2０とを 較して説明する図である。 5 示したよ に、 ０2が市松 置 れた構造 2０で 、 ０2の 方向( 上下 方向)でほ 接する ０2が重なるよ に配置してあり、 方向に直線状の溝 ができな よ に構成 れて る。このため、 ０2が 子配置 れた 5(a)に 示した構成に比 て、 方向( 上下方向)における ０3 らの 体の 出がよ 一層 実に抑制 れた構成 な て る。

０1０7 4は、 3に示した構造 2０を有するチップの 成を模式的に示す 面図であ る。 4に示したチップ 3０は、 ０ の 面に、複数の 2０のア イが複 数列 けられた構成である。チップ 3０にお ては、平面内に配置された 数の 2０の ０3に所定の 体を確実に保持さ るこ ができる。 ０1０8 ( 三の )

一または第二の 記載の にお て、平坦 ０4の 取 をさらに設けてもよ 。 2は、本実施 係る構造 の 成を模式 的に示す 面図である。

０1０9 2に示した構造 にお て、 ０3の 、表面 ティング膜である

24により被覆 れて る。また、平坦 ０4の 面にお て、 ０8 の側は親 24により被覆 れており、 ０9の側は疎 25により 被覆 れて る。このため、 ０8に試料 液を確実に保持し、 24 が設けられた 域の 側に 料が漏出するこ を抑制できる。

０11０ また、 ０9 、平坦 ０4の 取り むよ に設けられて る。

０9 、 23 らなり、 料 の の 領域である。 ０9 の 、表面 ティ グ膜である 25により被覆 れて る。

０111 2に示した 面構成を有する構造 、 ０3の 平坦面 らなる 外周 ０4および ０9がこの順に設けられて るため、 ０3に らに 確実に 体を保持し、 出が抑制される構成 な て る。この 、た えば だめや に好適に用 ることができる。

０112 なお、 ０9に ても、上記 ( )および上記 (2)が適用 能であり、

23の 面積を制御するこ により、 液化の 度を調節することができる。 また、

Cos０ するこ により、 ０9の 液化が可能である。 ０113 上の実 態にお ては、 造の 成により平坦 より 化 れた

を形成したが、所定の 体に対して の の 面に 造を設けるこ により、 造 らなる を有する構造 を得るこ もできる。このとき、 の 取 に選択的に 体を保持さ るこ ができる。また、上述し た式(2)を満たす 成 すれば、 を超 の 面 するこ ができる。 下 の にお ては、 ０ の 面に して が設けられた構造 に て説明する。

０114 ( 四の )

態では、 を有する構造 、電解質 して電解 を用 た 料電 池 の 適用する場合を例に説明する。

０115 3は、 態に係る燃料電池 極の 成を模式的に示す 面図である 。 3に示した電極2００は、 の カ ボン 2０ 、 カ ボン 2０ に設けられた の 2０5 、 2０5の 端に設けられ、 カ ボ 2０ を貫通する燃料供給? 2０8 、 2０5の に設けられ、 カ ボ 2０ を貫通する燃料 ? 2０9 、を有する。 、燃料供給 2０8 ら 2０5に供給 れ、燃料 2０9 ら電極2００の 部に導出 れる。 ０116 4 、 3の 面図である。 4に示したよ に、電極2００の 2０5 における カ ボン 2０ に、 2０6および 2０6の 側に設けら れた 2０7がこの順に配置 れて る。 2０6にお て、 カ ボン 2０ 上に 造 して四角柱状の 2０2が設けられて る。 2０2 の 長方形であり、 4にお て 行き方向に当たる、気体 料が流れる 2０5の 方向に沿 て 配置された構造 な て る。

０117 また、 2０2の 面を除 域にお て、 カ ボン 2０ の

ン の 定の 対して を示す ッ 2０3で われ 3０

て る。したか て、 2０2と もに極めて強 機 を導電 ホ 2０ 。これにより、電解 2０6に入り込 ことによる気体の 路の 抑制し、効率の 下を防 ことか きる。

０118 方、流 2０5の よりも 2０2の ほ 、 2０2の 面には

2０3 けられて な 。このため、 4にお て柱状 2０2の ては 、 2０5の 方向に沿 た方向の 弱 、電解 易に流 2０5 向に流れ、 てきるよ にな て る。

０119 2０2の 面には、 2０4 されて る。 2０4の 燃料 の 分の 類に応して 択されるか、た え 金等の 白金 ウ ム 金等 するこ か きる。また、 2０4の 面に接触して ン の 定の ( ) されて る。

０12０ 3 4に示した電極2００は、微細 術を使用して ホン

2０ に 2０5 2０2を形成するこ によ 得られる。たたし、 2０6は、 体を確実に排除てきる条件を満たす 殊な 状を有するため、こ のよ 造を導電 ホン 2０ 形成する必要かある。このため、卓 に導電 ホン 2０ の 面を した 、 ホン 2０ 複 数の 2０2を設けた するたけてはこのよ な構成を得るこ か てある。 ０121 2００にお て、 2０2を表面積の き 形状とし、これを 2０6の 域内に密に配 することにより、 造 らなる 2０6 分に機 化し、確 実に 体か 除 れる。 2０6における 2０2の およ 、たと えは、第一～ 三の およ 述する実施 に係る態様を適用するこ か きる。これにより、平坦 2０7 ら 2０6 の 体の を確実に抑制すること か きる。

０122 た えは、 2０6にお て、上述したよ に 向により異な て ても よ 。た えは、 2０6に、 状を有する複数の 2０2 一直線上 に配置 れた に平行に複数 置 れており、列の延 方向における 2０2の 面の 、 方向に垂直な方向における 2０2の 面の か に異な て てもよ 。 ０123 また、 2０6に 2０2が 子状に配置 れて てもよ し、千鳥 の 子状に配置 れて てもよ 。

０124 また、 2０6に ても、上記 ( )および上記 (2)が適用 能であり、 造の 面積を制御するこ により、 またほ の 度を調節するこ が できる。また、

Cos することにより、 2０6の 化が可能であ る。

０125 3および 4に示した電極2００は、たとえば、電解質 して電解 を用 た 料電池の して られる。この き、 2０5の すなわち 4の に電解 、ある は電解 を含 ック が され、この 解質を介して電 極2００に対向する 置に酸化剤 される。

０126 このよ に構成された 料電池の 2００にお て、 2０5に、た えば

ガスが供給される 、 2０2の 部にお て の 分が 2０4に よ 分解 れて イオンが生成される。 イオンは電解 、または電解 を含む ック 移動する。また、ガスは 2０6を経由して、電極2００の 部に放 出される。

０127 4に示した 料電池 の 、気体 料の 路を確保する もに、気 体の 動が 体によ ふさがれるこ が抑制された構成 な て る。このため、た えば 料電池 の として好適に用 るこ ができる。 5は、電極2００ が用 られる燃料電池の 成の 例を模式的に示す 面図である。

０128 また、 3で 、 ア ダ状の流 2０5を例示したが、 2０5の 、

択できる。

０129 上、図面を参照して 明の 態に て述 たが、これらは 明の 示であり、上記以外の 構成を採用することもできる。

０13０ た えば、第一および 二の 態にお ては、 を有する構造 だ め して る場合を例に説明したが、 をたとえば 体の することもでき る。たとえば、構造 、 の 面に所定の 向に延 する が設けられ、 の な も一端の が設けられた構成 することができる。また、 の 端の 傍 ら の にわた て が設けられて る構成 してもよ 。 ０131 また、 上に 体の が形成 れており、その 、 に連 、第一ま たほ 二の 態に記載の 体 らなる だめが設けられて てもよ 。この き、以上の実 態に係る構造体 らなる だめは、 料を導入する 、流 を流れてきた液体を回収する 部などに好適に用 るこ が できる。

０132 また、以上の実 態に記載の を用 て の 面の を制御 することにより、 の 対する構造体 らなる の 面積の 率を 制御するこ ができるため、簡素な構成で確実に親 を制御するこ ができる。

０133 ( )

6 、本実施 に係るチップの 成を模式的に示す 面図である。 6に示した よ に、本実施 では、 イオチップで 使用 れる ００ 幅の流

を 2上に作製した。そして、 の を変化 て の の 度を 較して る。

０134 2としては および石英 を用 て る。なお、 2 して と用 る場合は、 チ グ 、基 2の 面を熱 化して 形成し、表面 面を親水化して る。 2・ 5 のドッ の んだ ス ク タ を用 て、 となる 域の チング ともに、 7に示 れる円錐 形 らなる突起 状の 造を流 の 体にわた て 成して る。なお 、 7 、 のS ( 子顕微鏡)像を示す図である。

０135 8は、 の の 度の 果を示す図である。 8にお て、横軸 は 造の 差に当たる チング さを示し、 に親 を代表する の 路 の 度を示した。なお、この 合、 造が十分 、 値が大き 、 cos の値が を超える 水性の 況ができて る。このため、水滴が形成さ れず、接触角では親水性を評価できな た。また、 の の にお ける 2 面の 触角は 6度を示し、親水性であ た。これは 造の 成 によ 水性が増加したこ を示して る。

０136 また、 ン の 合、 チング さを0・ tu 、 ・ 、 2・ 、 3・ 0 の順に増加 るに れて進入 度が高 なり、親水性が増加して る。すなわ ち、段差の き により 水性を制御するこ が可能であり、段差を大き するこ によ り 水化の 度を増加 ることができて る。

０137 また、石英ガラス の 合にも、 ・０4 ら2・０ と 差が大き なるに れて 水性が増加して る。 ガラスも 質 しては酸化 だが、作製 件 の により の 合より大き 親水性を示して る。し し、その 加の きは同じ構造による違 であることを反映して、ほぼ平行に推移して る。 ０138 これらの 、 の 端の 傍 ら の にわた て 造 らなる を形成するこ によ 、同一の 理や ティン を用 た状況にお て も、チップ内の基 表面の または の さの なる 域を制御 、 内に選択的に 体を導入し、また 入された液体を保持さ るこ ができるこ を示 して る。

０139 ( 2)

では、 6にお て、 の および 置を変えるこ によ 、 の 状が異なる構成のチップを作製して る。 の の 方向( 手方向)における 面の幅は、 の 方向に垂直な方向( 方向)における 面の 、 ス イアウ 上で2・ 5 、よ も大き 構成 して る。また、 方向における隣接する の 面における間隔 、 ス イアウ 上で2・ 5 4 である。 接する の 、 方向の よりも充分 ０14０ また、 の 方向における の 面の 、 方向に垂直な方向に おける の 面の よりも大き 構成 して る。また、 の 方向に平行 で平坦 に垂直な 面における の に対する 面における 造 の 線の が、平坦 に垂直な 面における の に対する 面に おける 造の 線の よりも大き 構成として る。また、 方向に隣接す る二 の 体の間の領 、一直線上に形成 れず、ジグザグ状に配置 れるよ に、 を市松 置 れて る。

０141 このよ チップは、 チングによ 高 歩留ま で安定的に 能である。 9 、作製したチップのS 像を示す 面図である。 ０は、 9の 内の 分 を拡大して 図である。また、 は、 ０ 同じ 域のS 像を示す で ある。 られたチップに を導入したところ、速や に導入が行われるとともに、 の 方 らの 体の 出が好適に抑制 れて る。

０142 ( 3)

実施 では、図 6に示す おり、規則的な 造 して、放射 タ ンを 形成した例を示す。 実施 でほ、ガラス 上にドライ チ グ 術を用 て段 差が ０ ク ンの タ ンを形成した。 タ ンの 心に位置する円の直 ぶこ ができるが、この 2００ ク ンである。この タ ンの 合 、中心角(2 )の間隔で配置される放射 タ ンを横切る 面、例えば、a a 面に対して、 造の A が ０ ク ンで一定 な て る。その 、各 タ ンにお て、中心 ら半径の 上、 の 域では、段差 の 面積は、 X A 、平坦 の 面積は、 X X(2 ) 近似 に表 る。 部 ら中心部 向 向では、中心 ら半径が減少するため、平坦 の 面積: X X(2 )は減少するが、段差 の 面積: X A は一定 な て る。 言する 、外周部 ら中心部 向 方向では、この 定高さの 差を 有する 造による表面積の (A 「X (2 )))が高 な て る。

０143 ガラス 表面は親水性であるため、平坦な表面における、水の接触角 は、0 。

０ 9０ であり、この タ ンでは、中心に位置する円に向 て、表面積 の 増大する 、 ( )cos Cos で与えられる os 0 大する 。すなわち、この 掛けの 触角 少しており、放射 タ ンの 心に位置 する円に向 て、実効的な親水性の 合 が高 なるこ になる。

０144 なお、表面に設ける 造として、 る放射 タ ンを利用する際には、 、中心 に対して、一般に、回転 を有するため、一般に、この 起点 して定義される二 の 向に沿 た表面積の 、その 足するよ 対称 を示す。 方、中心 より 心した点、例えば、 6 、 a 示される線分上に、軸の起点を設定して、中心 通過する、正方向 と、それ 対向する外周 向に伸びる、 を、表面上に定義する二 の 向とする 、この 方向 と負 とに沿 た実効的な表面積の 、相 違するものとなる。すなわち、中心 に向 方向 に沿 た実効的な表面積の 、外周 向に伸びる に沿 た実効的な表面積の

十 一 を 較すると、 とな て る。また、中心 より 心した 点における実 一 効 的な表面積の 、それぞれ、 ・ の 向に れる 置における、 局所 な表面積の 率に相当する、 、 値に対して、 の関

0

なる。 えて、二 の 向に れる 置の 離が増す も、その ( )は増大して 。

０145 この タ ンを設けた表面を利用するこ によ 、 る放射 タ ンの 心部分 の 中を行 、水溶液 料の 縮が可能 なる。この タ ン上に 、濃縮した 水溶液 料、すなわち、水溶媒 、試料が溶質 して溶解さえて る 水溶液を一滴、 する。 タ ンの 心を狙 て するが、多 の 合、 その 心 ら ら の 心した位置に の 心が 置する状態で、 タ ン上 に、 形の を示す 形成される。 えば、この 心した位置に 形成された 滴 ら、水溶媒を さ て 、 の 少によ 分の 小さ な て 。その 、 の 少に伴 て変化する の 分の 、 る放射 タ ンの 面の 造に由来する親水性の 方 性の 響を受ける。この 合、放射 タ の 面では、その 心に向 て、実 効的な親水性が高 な て るため、水溶液の の 分ほ、実効的な親水性 が高 放射 タ の 心に向 て する。したが て、当初、放射 タ の 心 ら偏心して た 、乾燥するにしたが て、放射 タ ンの 心に、 の 心が一致するよ に外周 分が小 なる。 が らに 、 最終的には、放射 タ の 心に位置する を満たす 態の 小な の となる。その 、 に溶解して た 質、すなわち 、この 小な の 存在する放射 タ ンの 心に位置する 、 出する。したが て 、最初の きな径の液 形状は、中心 ら た位置を中心 して ても、最終 的に される時点では、 に含有されて る 、中心の され 上で、 出する。

０146 際、図 6に示した タ で実験した ころ、 の 心が若干 心す るよ に した後、水の蒸散に伴 形状の 化を観察する 、 進 むと、残る の 放射 タ ンの 心に位置する たす な り、最終的に することが確認 れた。このよ 水溶媒の 散に伴 形状の タ は、例えば、ブ カ ダ ト クス社で販売されて るアンカ チップ 同様の 果を有して る。このア カ チップ は、 ザ イオン 行時間 量分析 置のタ ゲッ プ して られてお 、特に、チップ上に し た やたんぱ の 溶液 料の 果を有して る。そのアンカ チ ップの 部分は、中心に数百 ク ン径の親水性 域を有し、その 辺 を 性の 域で囲んだ 造 な て る。この 部分に された や たんぱ 質を溶質 して 溶液は、中央の ク ン径の親水性 域を覆 形 状で乾燥して き、最終的には、濃縮された 液 ら、この 水性 域の 面に試 料が 出する。この 果によ 、このアンカ チップを用 て質量分析を行 、 中央の ク ン径の親水性 域に ザ こ で、きわめて感度 試料の 出を行 こ できるこ が知られて る。

０147 の タ ンを用 ても、中心の に集中した試料の 出がなさ れ、ア カ チップ 同様の 果が実現 れる。 方、本実施 の タ ンで 、ア カ チップの に親水性 域と 域 を作り分ける ティング 理 をする必要がな なる。 般に、表面 ティン 、強度的に弱 、複数回の 用 により、その 態が 化する。 方、本実施 の タ では、表面に 形成 れる タ ンを利用して、表面 ティン を利用するアンカ チップ 同様の 果が実現 れて る。また、表面 ティ 比較して、表面に形成 れ る タ ンは、その 態の な 。 らに、放射 タ を形成 するチップ 料 して、ガラス製のチップを利用する 、そのガラス 、ボ タ ク質の 側 らの ド 解、ある はC 側 らの 解による ケン ングなどに用 られる薬品にも十分な 性を有すると 徴を持 。したが て、放射 タ ンを形成したガラス製チップ上に、単離した ク質のサ プ 溶液を 、 、乾燥 理を 、放射 タ の 心に ク質を濃縮、 出 る。この みの ク質を、その 心に保持するタ ゲッ プ ご 、上記 の 理を行 た後、中心に存在する分解 物の 量分析を行 て、 ア ノ 、ある C ア ノ 列を ケン グする た 途にも 使用 能となる。

０148 もちろん、本実施 の タ の 合でも、より高 濃縮 果を得るため、 放射 タ ン 心部の 部を親水性 し、放射 タ ン 分を弱 親水性 しても良 。なお、放射 タ ンの 心部は、円形 状に限らず、その サイズ が 度であれば、六角形や 角形など、 角形 状でも良 。また、円形 、 角形 状 同等の 率を示す 、所望の 状 するこ もできる ０149 方、表面積の 加を図る目的で利用される、放射 タ ンの 、 の タ ン 外に、例えば、 タ ン 巻き状に拡が て る放射 タ ンにお ても、同様に、周辺部 ら中心部 向 、表面積の 加率ひ が増す 達成できる。

０15０ また、 タ ン 体の 状も、 のよ に、内周 外周 が同心 の 相当するもの 外に、内周 外周とが同心の 角形の の 部に相当するも の、ある 、 タ ン 体の 状が、台形に相当するものなど、 の 状を選択 することが可能である。

Claims

求の

体をその 面で チップの 面に設ける構造 であ て、

、

前記 体 接触する チップの 面に設けられる規則的な 造で構成され、 前記 則的な 造を設けたこ による表面積の 率を、

前記 則的な 造を設けるチップの 対する、前記 則的な 造 の 面 チップ 面 の 面積の 率 定義する時、

前記 則的な 造を設けたこ による表面積の 、

チップ 面上にお て定義する二 の 向に沿 て て る こ を特徴 する構造 。

2 に記載の にお て、

チップの 面に設けられる規則的な 、

チップの 面上に形成 れて る、複数の を規則的に配置するこ で 成 れて

こ を特徴 する構造 。

3 2に記載の にお て、

チップの 面に形成 れて る、前記 数の で構成 れる規則的な 、

状を有する複数の 形の が直線上に配置 れた列が、互 に 平行に複数 置 れた構成を有し、

チップ 面上にお て、 線に平行な方向 垂直な方向に定義する二 の 向にお て、

前記 則的な 造を設けたこ による表面積の 、 の 向に 沿 て て る

こ を特徴 する構造 。

4 3に記載の にお て、

前記 が直線上に配置された列が、互 に平行に複数 置された構成は、 隣接する 上に配置 れる前記 、 線に垂直な方向の 向にお て、直線状に並ぶこ のな よ に、 上に配置 れる前記 互の 対的な位置が選択 れて る こ を特徴 する構造 。

4に記載の にお て、

前記 が直線上に配置 れた列が、互 に平行に複数 置 れた構成は、 隣接する 上に配置 れる前記 に て、

上に配置 れる前記 互の 対的な位置が、

市松 子配置を構成するよ に選択されて る

こ を特徴 する構造 。

体をその 面で チップであ て、

チップ 面に前記 体の を設け、

の 面の な も一部は、請求 ～5の ずれ に記載の で構成されて る

こ を特徴 するチップ。

体をその 面で チップであ て、

チップ 面に前記 体の だめを 、

体の だめ 数の 面の な も一部は、請求 ～5の ずれ に記載 の で構成 れて る

こ を特徴 するチップ。

体をその 面で チップにお て、前記チップ 面の な も一部の 域に 関して、 面の 体に対する を制御する方法であ て、 前記 面を、請求 ～5の ずれ に記載の で構成することにより、 前記 体に対する を制御する

こ を特徴 する の 御方法。