(57)【要約】  本発明は、固体表面にナノ構造を選択的に整列する方法に関し、さらに詳しくは、固体表面を滑りやすい分子膜にパターニングした後、吸着させようとするナノ構造が滑りやすい分子膜から固体表面へとスライドしながら、固体表面に直接吸着される方法に関する。本発明によると、ナノ構造を固体表面に選択的に位置及び整列させることができ、ナノ構造が固体表面に直接接触するため、ナノ構造及び固体表面の汚染を防止することができる。また、本発明による多重ナノ構造を作ってセンサなどとして活用することができ、ＤＮＡ、蛋白質、セルなどのバイオ構造を所望の形に培養することができる。
2008519700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体表面にナノ構造をパターニングする方法であって、
吸着させようとするナノ構造に対する接触エネルギーが固体表面より高い、滑りやすい分子膜を固体表面に等方形又は非等方形にパターニングするステップと、
前記ナノ構造が含まれたナノ構造溶液に前記滑りやすい分子膜がパターニングされた前記固体を入れるステップと、
前記ナノ構造が前記滑りやすい分子膜に吸着及びスライドされ、かつ、前記滑りやすい分子膜で表面処理されていない固体表面に直接吸着されるステップと、
洗浄溶液で前記固体を洗浄して前記滑りやすい分子膜に吸着された前記ナノ構造を除去するステップと、
を含むことを特徴とする滑りやすい分子膜を利用して固体表面にナノ構造を選択的に位置又は整列させる方法。
【請求項２】
前記ナノ構造が選択的に位置及び整列された前記固体表面に、既にパターニングされた前記滑りやすい分子膜と同じか、又は、他の滑りやすい分子膜がさらにパターニングされるステップと、
前記滑りやすい分子膜を除いた部分にさらに吸着させようとする追加ナノ構造に対する接触エネルギーが低い、ナノ構造吸着用の分子膜がさらにパターニングされるステップと、
前記追加ナノ構造が含まれた溶液に前記固体を入れて前記ナノ構造吸着用分子膜に前記追加ナノ構造が吸着されるステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の滑りやすい分子膜を利用して固体表面にナノ構造を選択的に位置又は整列させる方法。
【請求項３】
前記固体表面に前記滑りやすい分子膜をパターニングする方法が、ディップペンナノリソグラフィ、マイクロコンタクトプリンティング、フォトリソグラフィ、電子ビームリソグラフィ、イオンビームリソグラフィ、ナノグラフト、ナノシェービング及びＳＴＭリソグラフィのうちのいずれか１つであることを特徴とする請求項１又は２に記載の滑りやすい分子膜を利用して固体表面にナノ構造を選択的に位置又は整列させる方法。
【請求項４】
前記フォトリソグラフィ法の場合、前記滑りやすい分子膜をパターニングするために形成されるフォトレジストが、前記滑りやすい分子膜がパターニングされた後に除去されるステップをさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の滑りやすい分子膜を利用して固体表面にナノ構造を選択的に位置又は整列させる方法。
【請求項５】
前記マイクロコンタクトプリンティング法の場合、固体サンプルの表面に、濃度３ｍＭのオクタデカンチオール溶液に被われた２μｍ／４μｍのストライプパターンスタンプがＳｉに蒸着されたＡｕ／Ｔｉに８秒間接触する条件の下でオクタデカンチオール分子膜をパターニングした後、炭素ナノチューブの濃度３ｍｇ／ｍｌの炭素ナノチューブ溶液に１０秒間浸すことを特徴とする請求項３に記載の滑りやすい分子膜を利用して固体表面にナノ構造を選択的に位置又は整列させる方法。
【請求項６】
前記マイクロコンタクトプリンティング法の場合、固体サンプルの表面に、濃度３ｍＭのオクタデカンチオール溶液に被われた２μｍ／４μｍのストライプパターンスタンプがＳｉに蒸着されたＡｕ／Ｔｉに２０秒間接触する条件の下でオクタデカンチオール分子膜をパターニングした後に炭素ナノチューブ濃度０．０１ｍｇ／ｍｌの炭素ナノチューブ溶液に５秒間浸すことを特徴とする請求項３に記載の滑りやすい分子膜を利用して固体表面にナノ構造を選択的に位置又は整列させる方法。
【請求項７】
前記ナノ構造が炭素ナノチューブの場合、前記滑りやすい分子膜が、疏水性分子膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載の滑りやすい分子膜を利用して固体表面にナノ構造を選択的に位置又は整列させる方法。
【請求項８】
前記ナノ構造吸着用分子膜が、システアミンであり、前記追加ナノ構造がＡｕナノ粒子であることを特徴とする請求項１又は２に記載の滑りやすい分子膜を利用して固体表面にナノ構造を選択的に位置または整列させる方法。
【請求項９】
前記滑りやすい分子膜にパターニングされた前記固体表面に電圧を掛けることを特徴とする請求項１又は２に記載の滑りやすい分子膜を利用して固体表面にナノ構造を選択的に位置又は整列させる方法。
【請求項１０】
前記電圧が、前記固体を前記ナノ構造溶液に入れて掛けられることを特徴とする請求項９に記載の滑りやすい分子膜を利用して固体表面にナノ構造を選択的に位置又は整列させる方法。
【請求項１１】
前記ナノ構造溶液又は追加ナノ構造溶液の温度を上げたり振動を加えることを特徴とする請求項１又は２に記載の滑りやすい分子膜を利用して固体表面にナノ構造を選択的に位置又は整列させる方法。
【請求項１２】
前記ナノ構造溶液が、前記ナノ構造がＶ２Ｏ５の場合、超純水を溶媒として用いられることを特徴とする請求項１又は２に記載の滑りやすい分子膜を利用して固体表面にナノ構造を選択的に位置又は整列させる方法。
【請求項１３】
前記ナノ構造溶液が、前記ナノ構造がＺｎＯの場合、エタノール又は超純水を溶媒として用いられることを特徴とする請求項１又は２に記載の滑りやすい分子膜を利用して固体表面にナノ構造を選択的に位置又は整列させる方法。
【請求項１４】
前記ナノ構造溶液が、前記ナノ構造が炭素ナノチューブの場合、１，２−ジクロロベンゼン、１，３，４−トリクロロベンゼン、１，３−ジクロロベンゼン、ジクロロエタン及びクロロベンゼンのうち、いずれか１つを溶媒として用いられることを特徴とする請求項１又は２に記載の滑りやすい分子膜を利用して固体表面にナノ構造を選択的に位置又は整列させる方法。
【請求項１５】
前記炭素ナノチューブのナノ構造溶液が、前記炭素ナノチューブが０．００１〜１０ｍｇ／ｍｌの濃度で含まれた溶媒を超音波洗浄器で１分〜３日間に分散して製造されることを特徴とする請求項１４に記載の滑りやすい分子膜を利用して固体表面にナノ構造を選択的に位置又は位置及び整列させる方法。
【請求項１６】
前記洗浄溶液が、前記ナノ構造溶液に使われた溶媒又は前記固体表面に吸着された前記ナノ構造を離脱させない溶媒であることを特徴とする請求項１又は２に記載の滑りやすい分子膜を利用して固体表面にナノ構造を選択的に位置又は位置及び整列させる方法。
【請求項１７】
前記ナノ構造が選択的に位置又は整列された固体表面に信号を伝送すると、前記伝送された信号が増幅され、前記増幅された信号を検知することを特徴とする請求項１又は２に記載の滑りやすい分子膜を利用して固体表面にナノ構造を選択的に位置又は位置及び整列させる方法。
【請求項１８】
固体表面にナノ構造を所定の形状に整列させるステップと、
所定の形状を有する前記ナノ構造上にバイオ構造を吸着させて整列及び培養するステップと、を含んで構成され、
前記ナノ構造を所定の形状に整列させるステップが、
吸着させようとするナノ構造に対する接触エネルギーが固体表面より高い、滑りやすい分子膜を固体表面に等方形又は非等方形にパターニングするステップと、
前記ナノ構造が含まれたナノ構造溶液に前記滑りやすい分子膜がパターニングされた前記固体を入れるステップと、
前記ナノ構造が前記滑りやすい分子膜に吸着及びスライドしながら、前記滑りやすい分子膜として表面処理されない固体表面に直接吸着されるステップと、
洗浄溶液で前記固体を洗浄して前記滑りやすい分子膜に吸着された前記ナノ構造を除去するステップと、
を含むことを特徴とする滑りやすい分子膜を利用し選択的に整列されたナノ構造上に整列及び培養されるバイオ構造を製造する方法。
【請求項１９】
前記バイオ構造が、ＤＮＡ、ＲＮＡ、蛋白質、抗原、抗体などのうち、いずれか１つであることを特徴とする請求項１８に記載の滑りやすい分子膜を利用し選択的に整列されたナノ構造上に整列及び培養されるバイオ構造を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体表面にナノ構造を選択的に整列する方法に関し、さらに詳しくは、固体表面を滑りやすい分子膜にパターニングした後、吸着させようとするナノ構造が滑りやすい分子膜から固体表面へとスライドして、固体表面に直接吸着される方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ナノ技術の発達に伴い、ナノチューブ（ｎａｎｏｔｕｂｅ）及びナノワイヤー（ｎａｎｏｗｉｒｅ）などを用いた素子の試作品が多く開発された。ある応用分野においては、ナノワイヤーを利用した素子は、これまでの半導体素子に比べて優れた性質を現しているが、その例として、超高電流密度に耐えることのできる炭素ナノワイヤー電線、シリコンナノワイヤーで製作した高速柔軟性回路、ナノワイヤーを用いた高感度センサなどがある。
【０００３】
ナノ構造を利用した素子の場合、ほとんどのナノ構造が溶液中や、粉状で合成されるため、これを利用して回路を作るためには、ナノワイヤーを固体表面の特定位置に所望の方向性をもって整列させる工程が必要である。しかし、ナノワイヤーの直径がナノメートル程度で、長さが数マイクロメートル程度であることを考えると、このような作業は非常に難しいことが分かる。実際、このような理由から、ナノワイヤーを用いた素子が多く開発されたのにも拘らず、これらが商用化されていないのが実情である。
【０００４】
従来のナノワイヤーを吸着及び整列する技術としては、フローセル法（ｆｌｏｗ  ｃｅｌｌ  ｍｅｔｈｏｄ）や、リンカー（ｌｉｎｋｅｒ）分子を利用する方法が知られている。
【０００５】
ハーバード大学のＣ．Ｍ．Ｌｉｅｂｅｒによるフローセル法（米国特許出願番号ＵＳ２００３／００８９９号参照）を図２に示した。フローセル法の場合、ナノワイヤーを固体表面の特定位置に吸着させた後、その方向を調節するために流体を流すことによって、ナノワイヤーがその流れの方向に整列することを誘導する方法である。この場合、大面積上に多くのナノワイヤーを全て同じ方向に整列することはできるが、局所領域でナノワイヤーの方向を思いどおりに調整するには非常に難しい問題がある。
【０００６】
一方、リンカー分子膜を利用して炭素ナノチューブを固体表面に整列する方法（Ｎａｔｕｒｅ  ４２５，３６（２００３）参照）を図３に概略的に示した。
【０００７】
リンカー分子を利用する方法は、固体表面に２種類の互いに異なる分子膜をパターニングし、各分子膜の表面におけるナノワイヤーに対する互いに異なる吸着程度を利用し、ナノワイヤーを特定位置に吸着させる方法である。
【０００８】
この方法の場合、ナノワイヤーが分子膜に吸着されるにつれて、結果的には、分子膜パターンの方向に整列される。一例として、炭素ナノワイヤーの場合、親水性を有する分子膜上に炭素ナノワイヤーが選択的に吸着され、その分子膜のパターン方向に整列される。この工程では、ナノワイヤーの整列のため、フローセルを全く用いることなく、ナノワイヤーが局所的な分子膜パターンの方向に整列されるため、局所的にナノワイヤーの方向及び位置を思いどおりに調整することができる特徴がある。
【０００９】
しかし、この方法の場合、常にリンカーに化学基を有する分子を利用して吸着させるため、ナノワイヤーやサンプルを汚染させ得る問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、ナノ構造を滑りやすい分子膜でスライドされるようにして、固体表面に所望の形状でナノ構造を選択的に整列させる方法を提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、リンカー分子ではない固体表面にナノ構造を直接吸着させることによって、固体表面及びナノ構造の汚染度を低減させ得ることができる固体表面上のナノ構造を選択的に整列させる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、固体表面にナノ構造をパターニングする方法として、本発明の滑りやすい分子膜を利用して固体表面にナノ構造を選択的に位置又は整列させる方法は、吸着させようとするナノ構造に対する接触エネルギーが固体表面より高い、滑りやすい分子膜を固体表面に等方形又は非等方形にパターニングするステップと、ナノ構造が含まれたナノ構造溶液に滑りやすい分子膜がパターニングされた固体を入れるステップと、ナノ構造が滑りやすい分子膜に吸着及びスライドされ、かつ、ナノ構造の吸着及びスライドを可能にする滑りやすい分子膜を使用せず、固体表面にナノ構造を直接吸着されるステップと、洗浄溶液で固体を洗浄して滑りやすい分子膜に吸着されたナノ構造を除去するステップとを含むことを特徴とする。
【００１３】
さらに本発明によれば、滑りやすい分子膜を用いる異なる種類のナノ構造が固体表面に選択的に位置及び整列される方法は、既にパターニングされた滑りやすい分子膜と同じか、又は、他の滑りやすい分子膜がさらにパターニングされるステップと、滑りやすい分子膜を除いた部分にさらに吸着させようとする追加ナノ構造に対する接触エネルギーが低いナノ構造吸着用の分子膜がさらにパターニングされるステップと、追加ナノ構造が含まれた溶液に固体を入れてナノ構造吸着用分子膜に追加ナノ構造が吸着されるステップとをさらに含むことを特徴とする。
【００１４】
本発明の他の側面によれば、滑りやすい分子膜を用いて、ナノ構造を固体表面に選択的に位置及び整列させる方法は、ナノ構造が選択的に位置又は整列された固体表面に信号を伝送すると伝送された信号が増幅され、かつ、増幅された信号を検知することを特徴とする。
【００１５】
滑りやすい分子膜を利用して選択的に整列されたナノ構造上に整列及び培養されたバイオ構造を製造する方法に関する本発明は、固体表面にナノ構造を所定の形状に整列させるステップと、所定の形状を有するナノ構造上にバイオ構造を吸着させて整列及び培養するステップとを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ナノ構造を固体表面に選択的に位置及び整列させることができる。また、ナノ構造が固体表面に直接接触するため、ナノ構造及び固体表面の汚染を防止することができる。
【００１７】
そして、本発明による多重ナノ構造を構成してセンサなどとして活用することができる。その上、ＤＮＡ、蛋白質、セルなどのバイオ構造を所望の形に吸着、培養することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
上記のような本発明の目的及び特徴を詳しく説明するために、本発明の最も好ましい実施形態を添付した図面を参照して説明する。
【００１９】
以下で、図４を参照して本発明を詳しく説明する。本発明におけるナノ構造は、ナノ粒子、ナノチューブ、ナノワイヤーなどと、これらを組み合わせた構造とを含んでいることを意味している。また、本発明におけるナノ構造は、様々な形を含んでいることを意味している。例えば、円状の金ナノ粒子（Ａｕ  ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ）、楕円状の鉄ナノ粒子（ＦｅＯＯＨ  ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ）、プリズム状の銀ナノプリズム（Ａｇ  ｎａｎｏｐｒｉｓｍ）などを含む。
【００２０】
本発明の基本概念は、物質間の接触エネルギー（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  ｅｎｅｒｇｙ）の差を利用するものである。具体的には、吸着しようとするナノ構造に対して、固体表面より接触エネルギーが高い分子膜を固体表面に形成させれば、ナノ構造は固体表面にさらに容易に吸着されるはずである。
【００２１】
さらに、分子膜に吸着されたナノ構造も、より安定した吸着のために固体表面側へと滑るであろう。このような概念から、本発明は、滑りやすい分子膜（ｓｌｉｐｐｅｒｙ  ｍｏｌｅｃｕｌａｒ）という用語を用いる。
【００２２】
そして、ディップペンナノリソグラフィ、マイクロコンタクトプリンティング、フォトリソグラフィ、電子ビームリソグラフィ、イオンビームリソグラフィ、ナノグラフト、ナノシェービング及びＳＴＭリソグラフィなどの方法を利用すれば、等方性ばかりでなく非等方性などの様々なパターンによって、固体表面を滑りやすい分子膜に表面処理することができる。ここで、パターニングは、全ての固体表面が有する自然的な吸着力や電界などを利用する。結果的に、様々なパターンによって、ナノ構造を固体表面に直接吸着させることができる。
【００２３】
本発明と従来技術との相違点は次の通りである。従来は、固体表面にナノ構造を吸着させようとする位置に所定のナノ構造を引き寄せる分子膜を覆ってナノ構造を所望の位置に引き寄せる方法を利用した（ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｐａｔｔｅｒｎ  ｔｒａｎｓｆｅｒ）。
【００２４】
これに対して、本発明は、ナノ構造が吸着されてはならない位置に、所定のナノ構造に対して接触エネルギーの高い分子膜に処理することによって、ナノ構造が分子膜上で滑るようにし、分子膜のない固体表面にのみ吸着されるように誘導するという相違点がある（ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｐａｔｔｅｒｎ  ｔｒａｎｓｆｅｒ）。
【００２５】
そして、本発明の特徴は、ナノ構造が固体表面に直接接触するという点である。通常、リンカー分子は、化学基を有する分子であって、ナノ構造やサンプルの固体表面を汚染させ得る。しかし、本発明の場合、ナノ構造が吸着される領域には固体表面にナノ構造のみが直接吸着されるため、ナノ構造及び固体表面の汚染を防止することができる長所がある。特に、化学的な反応性がほとんどない疏水性分子膜を用いる場合、汚染防止の効果はさらに大きくなる。
【００２６】
一方、滑りやすい分子膜に吸着されたナノ構造のスライドを誘導するためにナノ構造の溶液の温度を上げたり、振動を加えることが可能である。
【００２７】
また、ナノ構造溶液の中で、滑りやすい分子膜にパターニングされた固体表面に電圧をかけて吸着されるナノ構造の量を調節することができる。すなわち、高い電圧を加えれば、ナノ構造のスライドを誘導し、固体表面に直接吸着されるナノ構造の量が多くなる。
【００２８】
一方、図５に示すように、吸着させようとするナノ構造が炭素ナノチューブの場合、滑りやすい分子膜は、疏水性分子膜であることが好ましく、また、疏水性分子膜を形成するために、１−オクタデカンチオール（以下、ＯＤＴ：ｏｃｔａｄｅｃａｎｅｔｈｉｏｌ）分子を利用することが好ましい。
【００２９】
本発明は、滑りやすい分子膜を用いて、全ての種類のナノ構造を整列することができる。具体的には、炭素、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＡｓなどのナノ構造への使用が可能である。
【００３０】
また、本発明は、ほとんどの固体表面にナノ構造を整列するのに用いることができる。図６及び図７に示すように、炭素ナノワイヤーの場合、疏水性分子膜を用いてＡｕ，Ｇｌａｓｓ，ＳｉＯ２，Ａｌなど、多くの種類の固体表面に本発明を適用することができることが確認された。具体的には、図６は、Ａｕ表面に疏水性分子膜パターンによって特定位置に吸着及び整列された炭素ナノチューブの構造を示しており、図７は、様々な固体表面に本技術を利用して組み合わされた炭素ナノチューブを示している。
【００３１】
実施形態として、固体表面及び滑りやすい分子膜を下記表１に記載した。この他、マイカ（ｍｉｃａ）、プラスチック（ｐｌａｓｔｉｃ）表面に適用することができる。
【表１】
2008519700.tif 000003
2008519700.tif 000004
【００３２】
ナノ構造の溶液は、所定のナノ構造が含まれた溶液をいう。所定のナノ構造がうまく分散される溶媒に所定のナノ構造を入れて、超音波洗浄器などを利用して数分から数日間にかけて、ナノ構造が溶媒内に分散されるようにする。
【００３３】
ナノ構造がＶ２Ｏ５の場合は、超純水（ｄｅｉｏｎｉｚｅｄ  ｗａｔｅｒ）をナノ構造溶液の溶媒として用いることが好ましく、ナノ構造がＺｎＯの場合は、エタノール又は超純水をナノ構造溶液の溶媒として用いることが好ましい。
【００３４】
炭素ナノチューブ溶液を準備する場合、溶媒としては、１，２−ジクロロベンゼン（１，２−ｄｉｃｈｌｏｒｏｂｅｎｚｅｎｅ）、１，３，４−トライクロロベンゼン（１，３，４−ｔｒｉｃｈｌｏｒｏｂｅｎｚｅｎｅ）、１，３−ジクロロベンゼン（１，３−ｄｉｃｈｌｏｒｏｂｅｎｚｅｎｅ）、ジクロロエタン（ｄｉｃｈｌｏｒｏｅｔｈａｎｅ）及びクロロベンゼン（ｃｈｌｏｒｏｂｅｎｚｅｎｅ）などが用いられる。
【００３５】
この場合、ナノ構造の濃度は０．００１〜１０ｍｇ／ｍｌが好ましい。これは、例えば、多重ナノ構造において、ナノ粒子（ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ）が吸着される空間を残すため、固体表面に炭素ナノチューブを少なめに吸着させる必要がある場合や、図６の右側の写真のように固体表面に炭素ナノチューブを１つのライン状に吸着させようとする場合は、約０．００１ｍｇ／ｍｌの低い濃度にしなければならないからである。
【００３６】
それに対して、固体表面に炭素ナノチューブを可能な限り多く吸着させようとする場合は、約１０ｍｇ／ｍｌの高濃度にすることが好ましい。ただし、濃度が１０ｍｇ／ｍｌ以上になっても、さらに吸着されることはない。したがって、ナノ構造の濃度は、０．００１〜１０ｍｇ／ｍｌが好ましい。
【００３７】
そして、超音波洗浄器における分散時間は、１分〜３日であることが好ましいが、固体表面に多量のナノ構造の束を吸着させようとする場合は、分散時間を１分程度に短くし、ナノ構造を１つずつ吸着させる場合は、分散時間を数日間にかけて長く行うことが好ましいからである。
【００３８】
本発明において、滑りやすい分子膜は、ディップペンナノリソグラフィ（ｄｉｐ−ｐｅｎ  ｎａｎｏ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）（図８参照）、マイクロコンタクトプリンティング（ｍｉｃｒｏ  ｃｏｎｔａｃｔ  ｐｒｉｎｔｉｎｇ）（図９参照）、フォトリソグラフィ（ｐｈｏｔｏ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）（図１０参照）、電子ビームリソグラフィ（ｅ−ｂｅａｍ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、イオンビームリソグラフィ（ｉｏｎ−ｂｅａｍ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、ナノグラフト（ｎａｎｏ  ｇｒａｆｔｉｎｇ）、ナノシェービング（ｎａｎｏ  ｓｈａｖｉｎｇ）及びＳＴＭリソグラフィ（ＳＴＭ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）などの方法でパターニングすることができ、この他にも、可能なパターニング方法は、全て利用することができる。
【００３９】
一方、これまでの半導体工程との互換性を考えると、特に、フォトリソグラフィ法でパターニングすることが好ましい。
【００４０】
以下、本発明を実施形態によって詳しく説明する。
【実施例１】
【００４１】
フォトリソグラフィを利用した分子膜のパターニング
まず、フォトリソグラフィ（ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）法によって、フォトレジスト（ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ）をパターニングする。この後、固体サンプルを、パターニングしようとする分子が溶解している溶液に入れると、フォトレジストの付いていない所にのみ分子が吸着され、滑りやすい分子膜をパターニングすることができる。このとき、分子はフォトレジストを溶解しない溶媒に溶解されていなければならない。
【００４２】
ＳｉＯ２、Ｇｌａｓｓ、ほとんどの金属表面などの酸化物の表面に炭素ナノワイヤーや、Ｖ２Ｏ５ナノワイヤーをパターニングするのに用い得る滑りやすい分子膜のうちの１つであるオクタデシルトリクロロシラン（ｏｃｔａｄｅｃｙｌｔｒｉｃｈｌｏｒｏｓｉｌａｎｅ）の場合、無水ヘキサン（ｈｅｘａｎｅ）を溶媒として用いる。
【００４３】
この場合、固体サンプルを、まず、清潔な無水ヘキサン溶液で数秒間洗浄して表面の湿気を除去した後、滑りやすい分子が入っている溶液の中に入れる。その後、フォトレジストを溶解して除去すれば（例えば、ＡＺ系列のフォトレジストの場合、アセトンで除去が可能）滑りやすい分子膜パターンを得ることができる（図１０及び図１１参照）。
【実施例２】
【００４４】
マイクロコンタクトプリンティングを利用した分子膜のパターニング
固体サンプルの表面に、マイクロコンタクトプリンティング法によって濃度３ｍＭのＯＤＴ溶液に被われた２μｍ／４μｍのストライプパターンスタンプがＳｉに蒸着されたＡｕ／Ｔｉに８秒間接触する条件の下でＯＤＴ分子膜をパターニングする。その後、炭素ナノチューブ濃度３ｍｇ／ｍｌの炭素ナノチューブ溶液に１０秒間浸すと、図６の左側の写真のような結果が得られる。
【００４５】
それに対して、固体サンプルの表面に、マイクロコンタクトプリンティング法によって濃度３ｍＭのＯＤＴ溶液に被われた４μｍ／２μｍのストライプパターンスタンプがＳｉに蒸着されたＡｕ／Ｔｉに２０秒間接触する条件の下でＯＤＴ分子膜をパターニングする。その後、炭素ナノチューブの濃度０．０１ｍｇ／ｍｌの炭素ナノチューブ溶液に５秒間浸すと、図６の右側の写真のような結果が得られる。
【００４６】
［製造例１］  
炭素ナノワイヤーを利用した集積回路の製造
これまでの半導体パターニング技術は、フォトリソグラフィ法がよく用いられる。したがって、フォトリソグラフィ法によって滑りやすい分子膜を所望の固体表面にパターニングした後、これを炭素ナノワイヤー溶液の中に入れて、炭素ナノワイヤーを滑りやすい分子膜にパターニングされていない位置に吸着及び整列させる。この場合、これまでの半導体ラインをそのまま利用し、かつ、ナノチューブ集積回路の大量生産が可能となる。
【００４７】
さらなる複雑な集積回路の製作のためには、炭素ナノワイヤーを組立てる前と後に、これまでの半導体工程を行うことによって炭素ナノチューブを含んだ集積素子を作ることができる。
【００４８】
炭素ナノワイヤー製作前後に可能な半導体工程の例としては、エッチング（ｅｔｃｈｉｎｇ）、デポジション（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、フォトリソグラフィ（ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、オキサイドデポジション（ｏｘｉｄｅ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などがある。
【００４９】
上記の半導体工程を活用して、炭素ナノワイヤーを利用したインターコネクター（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｏｒ）、トランジスタチャネル（ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  ｃｈａｎｎｅｌ）、ビア（ｖｉａ）、レジスタ（ｒｅｓｉｓｔｏｒ）、オシレータ（ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）などの集積回路部品を作ることができる。
【００５０】
一方、固体表面にナノ構造とナノ粒子とを多重に吸着させることができる。その実施形態を具体的に説明する。図１２に示すように、固体表面にＯＤＴで構成された滑りやすい分子膜をパターニングし、滑りやすい分子膜がパターニングされていない固体表面に炭素ナノチューブを吸着させる。それから、ＯＤＴ又は他の分子膜を追加でパターニングし、ＯＤＴ分子膜にパターニングされていない部分にプラス電荷を帯びるシステアミン（ｃｙｓｔｅａｍｉｎｅ）を吸着させる。その後、Ａｕナノ粒子を含んだ溶液に入れると、マイナス電荷を帯びたＡｕナノ粒子は、接触エネルギーの低いシステアミンに吸着される。
【００５１】
このような多重ナノ構造の本発明は、信号増幅のためのセンサとして利用することができる。本発明によって、ナノ構造が選択的に位置又は整列された固体表面に信号を伝送すれば信号が増幅される。したがって、信号を検知する性能が向上したセンサを得ることができる。
【００５２】
固体サンプルにナノ構造及び追加ナノ構造を多重に吸着させた場合、信号はさらに増幅される。一実施形態として、図１４に示すように、Ａｕ固体表面に炭素ナノチューブとＡｕナノ粒子とが多重構造で吸着された場合、炭素ナノチューブのみが吸着された場合に比べて、非常に高いＲａｍａｎ  ｉｎｔｅｎｓｉｔｙを得ることが確認される。
【００５３】
一方、本発明は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、蛋白質、抗原、抗体及びセルなどのバイオ構造を特定形状に吸着、整列及び培養に応用することができる。具体的には、フィブロネクチン（ｆｉｂｒｏｎｅｃｔｉｎ）などの蛋白質を、固体表面に形成された炭素ナノチューブ上に吸着させることができる。これは、蛋白質チップなどを作るのに有用である。図１５は、炭素ナノチューブが吸着及び整列された領域にのみフィブロネクチン蛋白質（ｆｉｂｒｏｎｅｃｔｉｎ  ｐｒｏｔｅｉｎ）が吸着されたことを示す蛍光顕微鏡イメージ写真であるが、明るい部分がフィブロネクチン蛋白質が吸着された領域を示す。
【００５４】
一方、セルを吸着させた場合、吸着されたバイオセルは固体表面に様々なパターンで形成された炭素ナノチューブなどのナノ構造の形状として培養することができる。これは、バイオセルを所望の形状の臓器に培養させるのに有用である。
【００５５】
以上で説明した本発明は、上述の実施形態及び添付された図面によって限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であることは、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者にとって明白なことである。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】近年開発されたナノワイヤーを利用した試作品素子の例、及びこれらの商品化に障害となるナノ組立技術の問題を示す概略図である。
【図２】フローセルを利用して固体表面上でナノワイヤーを整列する従来技術を示す概略図である。
【図３】リンカー分子膜を利用して炭素ナノチューブを固体表面に整列させる従来技術を示す概略図である。
【図４】本発明において、リンカー分子膜無しにナノワイヤーを固体表面に直接吸着及び整列させる技術を示す概略図である。
【図５】金（Ａｕ）表面における炭素ナノチューブの組立に関する様々な比較写真である。
【図６】金（Ａｕ）表面に滑りやすい分子膜パターンによって特定位置に吸着及び整列されたナノワイヤー構造を示す写真である。
【図７】様々な固体表面に本発明の方法を利用して組み立てられた炭素ナノチューブを示す写真である。
【図８】分子膜をパターニングする方法のうち、ディップペンナノリソグラフィー方法を示す概略図である。
【図９】分子膜をパターニングする方法のうち、マイクロコンタクトプリント方法などを示す概略図である。
【図１０】分子膜をパターニングする方法のうち、フォトリソグラフィ法を示す概略図である。
【図１１】ナノワイヤーを利用した集積回路の製作技術を示す概略図である。
【図１２】多重ナノ構造の組立過程を示す概略図である。
【図１３】図１２の多重ナノ構造の各組立過程の実施形態を示す写真である。
【図１４】本発明の多重ナノ構造による信号増幅をセンサに適用する方法を示す概略図である。
【図１５】炭素ナノチューブが吸着及び整列された領域にのみフィブロネクチン蛋白質（ｆｉｂｒｏｎｅｃｔｉｎ  ｐｒｏｔｅｉｎ）が吸着されたことを示す蛍光顕微鏡のイメージ写真である。
【図１】
2008519700.tif 000005
【図２】
2008519700.tif 000006
【図３】
2008519700.tif 000007
【図４】
2008519700.tif 000008
【図５】
2008519700.tif 000009
【図６】
2008519700.tif 000010
【図７】
2008519700.tif 000011
【図８】
2008519700.tif 000012
【図９】
2008519700.tif 000013
【図１０】
2008519700.tif 000014
【図１１】
2008519700.tif 000015
【図１２】
2008519700.tif 000016
【図１３】
2008519700.tif 000017
【図１４】
2008519700.tif 000018
【図１５】
2008519700.tif 000019
【国際調査報告】
2008519700.tif 000020
2008519700.tif 000021