(57)【要約】装置が提供される。１実施形態では、この装置は、表面を有する基板と、それぞれが第１の端部および第２の端部を有する複数のナノ構造物とを有し、複数のナノ構造物のそれぞれの第１の端部が表面に取り付けられる。この実施形態では、複数のナノ構造物の第２の端部の少なくとも一部分が互いに向かって曲げられ、それぞれが２つ以上のナノ構造物を含む２つ以上の同じような構成のクランプが形成される。
2010500931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面を有する基板と、
それぞれが第１の端部および第２の端部を有し、それぞれの前記第１の端部が前記表面に取り付けられる、複数のナノ構造物と、
を含み、
前記複数のナノ構造物の前記第２の端部の少なくとも一部分が互いに向かって曲げられ、それぞれが２つ以上のナノ構造物を含む２つ以上の同じような構成のクランプを形成する、
装置。
【請求項２】
前記２つ以上の同じような構成のクランプの前記第２の端部が接触している、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
接着剤が、前記２つ以上の同じような構成のクランプの前記第２の端部を共に固定する、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記複数のナノ構造物のそれぞれの前記第１の端部が体積可変材料内に配置され、前記体積可変材料が、前記複数のナノ構造物の前記第２の端部を互いに向かってあるいは互いから離れるように湾曲させるように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
基板の上に複数のナノ構造物を形成するステップであって、前記複数のナノ構造物のそれぞれが前記基板に取り付けられる第１の端部と第２の端部とを有する、ステップと、
２つ以上の同じような構成のクランプを形成するために前記第２の端部の少なくとも一部分を結合させるステップであって、前記２つ以上の同じような構成のクランプのそれぞれが２つ以上のナノ構造物を含む、ステップと
を含む製造方法。
【請求項６】
共に結合するステップが、液体の液滴と前記２つ以上のナノ構造物との間の毛管力を用いて共に結合させるステップを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記結合ステップ後、前記第２の端部の前記少なくとも一部分の塑性変形により、前記２つ以上の同じような構成のクランプの前記第２の端部の前記少なくとも一部分が互いに向かって少なくとも部分的に湾曲した状態を維持する、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記複数のナノ構造物のそれぞれの前記第１の端部の周りに体積可変材料を形成するステップをさらに含む方法であって、前記体積可変材料が、自体の体積を変化させることにより、ナノ構造物の前記第２の端部の前記少なくとも一部分を互いに向かってあるいは互いから離れるように湾曲させるように構成される、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
表面を有する基板、
それぞれが第１の端部および第２の端部を有し、それぞれの前記第１の端部が前記表面に取り付けられる、複数のナノ構造物、および、
前記第１の端部を取り囲む体積可変材料
を含む装置を用意するステップと、
前記体積可変材料を刺激にさらすステップであって、前記刺激が前記体積可変材料の厚さを変化させ、それにより前記第２の端部の少なくとも一部分が結合されて２つ以上のナノ構造物からなる２つ以上の同じような構成のクランプが形成される、あるいはそれにより２つ以上のナノ構造物からなる２つ以上の同じような構成のクランプの前記第２の端部が離れるように動かされる、ステップと
を含む使用方法。
【請求項１０】
前記体積可変材料を前記刺激にさらすことにより、前記体積可変材料の厚さが増し、その結果、前記２つ以上の同じような構成のクランプの前記第２の端部が離れるように動かされて活性粒子が放出される、請求項９に記載の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、ナノ構造物に関し、詳細には、２つ以上の同じような構成のクランプになるように形成されるナノ構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、ナノ構造物は多数の応用例に使用されている。例えばバイオチップ、ラボ・オン・チップなどの種々の生物学的応用例においてナノ構造物が使用されている。
【０００３】
また、電気的相互接続の応用例、流体流動性の応用例、バッテリ応用例、および、他の多数の応用例においてナノ構造物が使用されている。現在、このようなナノ構造物のさらなる（例えば、新しい）使用法を見出すことが望まれている。
【０００４】
したがって、当技術分野で必要とされているのは、新たなナノ構造物装置、その製造方法および／またはその使用法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国仮特許出願第６０／８２２，４５７号
【特許文献２】米国特許出願第１０／７７３，１２０号
【特許文献３】米国特許出願第１１／２３９，９７３号
【特許文献４】米国特許出願第１１／２７９，２２０号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
装置が提供される。１実施形態では、この装置は、表面を有する基板と、それぞれが第１の端部および第２の端部を有する複数のナノ構造物とを有し、複数のナノ構造物のそれぞれの第１の端部が表面に取り付けられる。この実施形態では、複数のナノ構造物の第２の端部の少なくとも一部分が互いに向かって曲げられ、それぞれが２つ以上のナノ構造物を含む２つ以上の同じような構成のクランプを形成する。
【０００７】
また、製造方法が提供される。この製造方法は、限定しないが、基板の上に複数のナノ構造物を形成するステップを含むことができ、これらの複数のナノ構造物のそれぞれは、基板に取り付けられる第１の端部と、第２の端部とを有する。この製造方法は、２つ以上の同じような構成のクランプを形成するために第２の端部の少なくとも一部分を結合させるステップをさらに含むことができ、これらの２つ以上の同じような構成のクランプのそれぞれは２つ以上のナノ構造物を含む。
【０００８】
さらに、使用方法が提供される。１実施形態では、この使用方法は装置を用意するステップを含むことができ、この装置は、１）表面を有する基板と、２）それぞれが第１の端部および第２の端部を有し、それぞれの第１の端部が表面に取り付けられる、複数のナノ構造物と、３）第１の端部を取り囲む体積可変材料とを有する。この使用方法は、体積可変材料をある刺激にさらすステップをさらに含むことができ、この刺激は体積可変材料の厚さを変化させる。体積可変材料の厚さが変化することにより、第２の端部の少なくとも一部分を結合させてそれにより２つ以上のナノ構造物からなる２つ以上の同じような構成のクランプを形成すること、あるいは、２つ以上のナノ構造物からなる２つ以上の同じような構成のクランプの第２の端部を離れるように動かすことが可能となる。
【０００９】
本発明をより完全に理解するために、次に、添付図面と併せて以下の説明を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示に従って製造された装置の１実施形態を示す図である。
【図２】本開示による装置の製造方法を示した流れ図である。
【図３】本開示に従って製造された装置の代替実施形態を示した図である。
【図４】本開示に従って製造された装置の別の実施形態を示した図である。
【図５】本開示に従って製造された装置の別の実施形態を示した図である。
【図６】本開示の代替実施形態による装置の製造方法を示した流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１に、本開示に従って製造された装置の１実施形態を示す。図１の装置１００は、表面１２０を有する基板１１０を含む。１実施形態では、基板１１０は平面基板を含む。例えば、１実施形態では、基板１１０はシリコンウェハを含むことができる。さらに、別の実施形態では、基板１１０はシリコン・オン・インシュレータＳＯＩウェハを含むことができる。したがって、ＳＯＩウェハは、通常、上側シリコン層と下側シリコン層との間に配置される酸化珪素の絶縁層を有することになる。また、別の実施形態では、基板１１０は、平坦ではなく、立体的にパターン形成されてもよい。別の実施形態では、基板１１０は、他の従来の材料で作られた単層または複数の平面層を含むことができる。
【００１２】
複数（例えば、１実施形態ではアレイ）のナノ構造物１３０、例えば細長のナノ構造物が基板１１０の表面１２０に取り付けられる。本明細書で使用される「ナノ構造物」という用語は、１ミクロン以下の少なくとも１つの寸法を有する、隆起しかつ分離されている事前定義された表面上の特徴を指す。複数のナノ構造物１３０は、限定しないが、実質的に同一のナノポストからなる規則的な二次元アレイを含むことができる。本明細書で使用される「ポスト」という用語は、円形、正方形、長方形、または他の断面形状を有する任意の構造を含む。図１に示した複数のナノ構造物１３０のそれぞれはポスト形状であり、具体的には、円筒形のポストである。別法として、複数のナノ構造物１３０は、実質的に同一のナノポストからなる規則的な二次元アレイ、または、実質的に同一のナノプレートからなる複数の規則的なアレイ（例えば、一次元）などであってよい。したがって、これらの実施形態は任意の特定のナノフィーチャに限定されない。
【００１３】
複数のナノ構造物１３０はそれぞれが第１の端部１３３および第２の端部１３８を有する。この実施形態では、複数のナノ構造物１３０のそれぞれの第１の端部１３３は表面１２０に取り付けられる。また、複数のナノ構造物１３０の第２の端部１３８の少なくとも一部分は互いに向かって曲げられ、２つ以上の同じような構成のクランプ１４０を形成する。本明細書で使用される「同じような構成」という用語は、クランプ１４０が、当技術分野で見られるような不規則なナノ構造物のクランプではなく、互いに概して類似性を有する（例えば、同数のナノ構造物を含む、ある程度類似した形状を有するなど）ように意図的に形成される（例えば、非自明）、ことを意味する。
【００１４】
図１の実施形態では、各クランプ１４０の関連する第２の端部１３８が接触している。例えば、各クランプ１４０の関連する第２の端部１３８は共に固定されていてよい。この実施形態では、炭酸カルシウムなどの接着剤が、関連する第２の端部１３８を定位置に固定するのに使用されてよい。代替の実施形態では、接着剤には、構造物の先端のところで水滴として形を成すような、任意の無機材料、有機材料または高分子材料が含まれてよく、種々な異なる実施形態おいて、これらは例えばＡｇＣｌ、ＣｄＳ、磁鉄鉱、コロイド粒子またはポリマーである。別の実施形態では、関連する第２の端部１３８を定位置に固定するのに代替の構成が使用されてよい。以下で明らかになるように、関連する第２の端部１３８は、常に互いに接触している必要があるわけではなく、さらに、常に定位置に固定されている必要があるわけでもない。
【００１５】
図１の実施形態では、同じような構成のクランプ１４０のそれぞれが４つのみからなるナノ構造物１３０を有することが示されている。各クランプ１４０が４つより多いあるいは少ないナノ構造物１３０を有するような代替の実施形態も存在する。例えば、１つの代替実施形態では、それぞれのクランプ１４０は２つのみからなるナノ構造物１３０を有する。別の実施形態では、それぞれのクランプ１４０はおよそ３つからおよそ９つのナノ構造物を有してもよい。複数のナノ構造物１３０が互いに向かって曲げられ、２つ以上の同じような構成のクランプを形成し、さらに、同じような構成のクランプのそれぞれが少なくとも２つのナノ構造物を有する限りにおいて、ほぼ任意の構成が存在し得る。
【００１６】
所与の基板１１０上にある同じような構成のクランプ１４０の数も変化する。１つの例示的な実施形態では、同じような構成の何百ものあるいはさらには何千ものクランプ１４０からなるアレイが所与の基板上に存在する。別の実施形態では、１つのセットの同じような構成のクランプの第１のアレイおよび別のセットの同じような構成のクランプの第２のアレイが同一の基板上に存在する。多くの異なるケースが存在し得ることは明らかである。
【００１７】
図２を参照すると、本開示による装置の製造方法を表した流れ図２００が示されている。説明においては、図１の装置１００と同様の装置について、図２の流れ図２００に関連して論じる。しかし、別の実施形態では、図２の流れ図２００は、図１の装置１００とは異なる装置を製造するのに使用されてもよい。
【００１８】
流れ図２００は開始ステップ２０５から始まる。続いて、ステップ２１０では、複数のナノ構造物１３０が基板１１０の上に形成される。複数のナノ構造物１３０は多くの様々な製法を用いて製造され得る。しかし、１実施形態では、複数のナノ構造物１３０は、従来のフォトリソグラフ処理およびドライ反応性イオンエッチングＤＲＩＥ処理によりシリコン基板またはシリコン・オン・インシュレータ基板の表面から形成される。例えば、本明細書で完全に再現されるものとして参照により本明細書に組み込まれる米国特許第５，５０１，８９３号明細書に示されているボッシュプロセスなどのＤＲＩＥ製法が、複数のナノ構造物を画定するのに使用されてよい。しかし、高分子材料から構造物を成形するなどの他の製法も、複数のナノ構造物１３０を形成するのに使用されてよい。
【００１９】
少なくとも図２の実施形態は、複数のナノ構造物１３０は、実質的に同一のナノ構造物１３０の規則的なアレイを含む。例えば、複数のナノ構造物１３０は、直径約２００〜３００ｎｍ、高さ約５〜１０μｍ、約２〜４μｍの周期性を有する明確なナノコラムを含む。したがって、複数のナノ構造物１３０は、高アスペクト比の分離した剛体構造物ＡＩＲＳのアレイとなる。
【００２０】
基板１１０上での複数のナノ構造物１３０のレイアウトおよび幾何形状（サイズ）は、得られる装置１００にとって重要である場合がある。例えば、複数のナノ構造物１３０のレイアウトは、共となって各クランプ１４０を形成する（ステップ２４０を参照）ナノ構造物１３０の数を調整するのに利用され得る。例えば、１つの列内にある各ナノ構造物１３０の間隔、幅、および長さ、さらには、隣接する列の径方向は、クランプ１４０の構成において利用され得る。ある列のナノ構造物１３０の径方向が隣接する列内にある別のナノ構造物１３０と一致しているような１つの実施形態では、複数のナノ構造物１３０は、２つのナノ構造物からなるクラスタを形成する。別法として、ある列の１つのナノ構造物１３０の径方向が隣接する列内にある別のナノ構造物１３０に対して４５度の角度であるような別の実施形態では、複数のナノ構造物１３０は、４つのナノ構造物からなるクラスタを形成する。１つの列におけるナノ構造物の間隔および隣接する列の径方向を修正することにより、さらに別の構成を得ることができる。また、複数のナノ構造物１３０の形状およびサイズも別の構成を実現するのに利用されてよいことに留意されたい。ナノ構造物の湾曲量は液体内で発生する毛管力によって調整され得る。
【００２１】
複数のナノ構造物１３０の画定後、複数のナノ構造物は例えばボッシュプロセスを用いて洗浄されてよい。１実施形態では、複数のナノ構造物１３０は、アルゴン（Ａｒ）プラズマを用いて洗浄され、その後、シラノール基の形成を誘発するような構成状態に仕上げられる。その後、表面は、しばしばフッ素化されて、撥水性を有する疎水性アレイを形成する。
【００２２】
複数のナノ構造物１３０の形成後、ステップ２２０では、液体が複数のナノ構造物に加えられてよい。この実施形態では、この液体は、１つまたは複数の液滴を形成するように構成された任意の液体であってよく、突き詰めると、１つまたは複数の液滴が例えば毛管力を用いて複数のナノ構造物１３０の関連する第２の端部１３８を共に結合させて２つ以上の同じような構成のクランプ１４０にすることになる任意の液体であってよい。
【００２３】
この液体は多くの様々な材料を含むことができる。例えば、１実施形態では、液体は水である。代替の実施形態では、液体は塩化カルシウム水溶液であり、二酸化炭素が拡散されて炭酸カルシウムの堆積物を形成する。別の実施形態では、液体には、温度またはＵＶ放射線に反応して先端のところで重合するモノマーの水溶液、先端のところで蒸発および堆積させることができる任意の無機塩または酸化物の水溶液（塩化ナトリウム、臭化銀、硫化カドミウム、酸化亜鉛、酸化鉄）など、先端のところにコロイド粒子を放出してファンデルワールス力によりそれらの粒子を共に保持するコロイド懸濁液、または、他の関連する液体が含まれてよい。また、液体は、種々の異なる手法を用いて複数のナノ構造物１３０に接触するように配置されてよい。１実施形態では、複数のナノ構造物１３０を有する基板１１０が液体の容器内に浸漬される。別の実施形態では、点滴タイプの機構を用いて、複数のナノ構造物１３０を有する基板１１０上に直接に液体を分配する。また、別の手法が使用されてもよい。
【００２４】
ステップ２３０では、液体から１つまたは複数の液滴が形成される。この実施形態では、１つまたは複数の液滴のそれぞれは、関連する２つ以上のナノ構造物１３０の間に位置される。ナノ構造物１３０が集まって最終的に４つからなるナノ構造物１３０となるような例では、液体の液滴は、関連する４つからなるナノ構造物１３０のそれぞれの間に存在することになる。ナノ構造物１３０が集まって最終的に２つからなるナノ構造物１３０となるような例では、液体の液滴は、関連する２つからなるナノ構造物１３０のそれぞれの間に存在することになり、その他の場合も同様である。
【００２５】
液体の最初の液滴が形成されると、追加の液滴の状態が決まると考えられる。例えば、液体の最初の液滴が関連する４つからなるナノ構造物１３０の間の特定の位置に形成される場合、液体のさらなる液滴は同様の形で最初の位置から広がっていき、自己複製するクランプの規則的なアレイが形成される。このようにして、図１の実施形態では、液体の液滴が最初の位置から広がっていき、関連する４つからなるナノ構造物１３０の集まりの間に位置されるようになると考えられる。液体の最初の液滴が２つのみからなるナノ構造物１３０の間に形成される場合、液体の液滴は、通常、最初の位置から、２つからなるナノ構造物１３０の対の間を広がっていく。
【００２６】
一部の例では、液滴の形成は、２つ以上の異なる位置から広がる。この場合、広がり方に不都合が生じる場合が多く、装置内に結晶粒界のようなものが出来てしまう。このタイプの構成が望ましくないような実施形態では、ナノ構造物１３０が形成されるステップ２１０において特別な注意が払われなければならない。例えば、複数のナノ構造物１３０を正確に配置した上で最初の液滴を位置決めすることにより、通常、１つの広がり方のみが設定される。
【００２７】
ステップ２４０では、液体の各液滴内の毛管力により、関連するナノ構造物１３０の第２の端部１３８が共となって２つ以上の同じような構成のクランプ１４０を形成する。例えば、毛管力（例えば、液体の液滴を毛細管の最小径のところまで移動させるのに必要な力）により、関連する第２の端部１３８が共となって２つ以上のナノ構造物１３０からなる同じような構成のクランプ１４０を形成する。毛管力に関わっている当業者は、発生する現象を理解し、また、毛管力を制御および／または修正するのに追加の処理または手法が使用されてよいことを理解するであろう。
【００２８】
ステップ２３０および２４０は同時にならびに／あるいは非常に小さな時間差で行われてよいことに留意されたい。例えば、一部の例では、液体の最初の液滴が形成されるとすぐに毛管力による動作が開始される。その後、次々と液滴が形成され、各液滴の毛管力による運動が引き続いて起こる。したがって、１実施形態では、特に複数の液滴およびそれらの毛管力による運動を比較するとき、ステップ２３０および２４０の順番は固定されない。
【００２９】
その後、ステップ２５０では、毛管力が複数のナノ構造物１３０を２つ以上の同じような構成のクランプ１４０の状態に依然として保持している間に、それらに接着剤が加えられてよく、その結果、複数のナノ構造物１３０の関連する第２の端部１３８が固定される。１実施形態では、特定の構成で固定される２つ以上の同じような構成のクランプ１４０（アレイであることが多い）が得られる。上述したように、特に、炭酸カルシウム、他のイオン性塩、コロイド粒子、ナノチューブ、ポリマー、金属酸化物、および、水酸化物などの接着剤が、同じような構成のクランプ１４０を固定するのに使用されてよい。
【００３０】
一部の例では、接着剤は、除去および／あるいは放出され得るものが選択される。例えば、炭酸カルシウムが接着剤として使用される実施形態では、接着性結合は、接着剤を約１５０℃の温度下に置くあるいは接着剤を酸にさらすことによって解除され得る。別の接着剤が使用される場合、接着性結合を解除するのに他の処理が用いられてよいことは明らかである。その後、ステップ２５０の完了後のある時点で、処理は停止ステップ２５５により停止される。
【００３１】
図３に、本開示に従って製造された装置３００の代替実施形態を示す。図３の装置３００は図１の装置１００に類似しているが、いくつかの小さな修正がなされている。装置３００は、第１の端部３３３と第２の端部３３８とを有しかつ基板３１０の表面３２０に取り付けられる複数のナノ構造物３３０を有する。しかし、ナノ構造物３３０の第２の端部３３８は、ナノ構造物１３０の第２の端部１３８とは異なり、互いに接触しない状態で互いに向かって曲げられた状態を維持する。
【００３２】
この小さな修正は多くの様々な手法で実現され得る。例えば、１実施形態では、何らかの物質が、塑性変形した複数のナノ構造物３３０の少なくとも一部分に加えられてよい。この実施形態では、複数のナノ構造物３３０は、図２を参照して上述した処理と同様の処理を使用して結合される。しかし、この実施形態では、接着性結合が解除された後（あるいは、接着性結合が形成されない実施形態では、毛管力が消滅した後）、ナノ構造物３３０が塑性変形していることにより、ナノ構造物３３０の関連する第２の端部３３８の少なくとも一部分は互いに向かって曲げられた状態を維持する。このような状態は図３のクランプ３４０で示される。
【００３３】
塑性変形成分を加える材料は多様であってよい。しかし、１実施形態では、この材料は金／シリコンの傾斜層である。この実施形態では、結合（接着性結合または毛管力による結合のどちらか）の解除後、シリコンは真っすぐになり、金は少なくとも一部分が変形した状態を維持する。代替の実施形態では、この材料は、高分子被覆物、銅、銀、クロムなどの他の金属、または、金属酸化物であってよい。しかし、他の多くの材料が使用されてもよい。当業者は、材料が塑性変形成分を加えることを含むことが必要とされる工程を理解するであろう。
【００３４】
図４および５に、本開示に従って製造された装置４００の別の実施形態を示す。分かるように、図４は１構成における装置４００を示しており、図５は別の構成における同様の装置４００を示している。装置４００は、表面４２０を有する基板４１０を含む。複数のナノ構造物４３０が基板４１０の表面４２０に取り付けられている。詳細には、複数のナノ構造物４３０のそれぞれの第１の端部４３３が表面４２０に取り付けられている。基板４１０およびナノ構造物４３０は、上述した基板およびナノ構造物と基本的に類似している。
【００３５】
図４および５の装置４００は、体積可変材料４５０をさらに含む。例示の実施形態では、体積可変材料４５０は基板４１０の上に配置され、複数のナノ構造物４３０の少なくとも第１の端部４３３を取り囲んでいる。一部の実施形態では、図示していないが、体積可変材料４５０は、固着層を用いて基板４１０の表面４２０に取り付けられる。この実施形態では、固着層は、基板４１０と体積可変材料４５０とを付着させるように構成された接着層として機能する。１実施形態では、ポリ（グリシジルメタクリレート）ＰＧＭＡの固着層が、基板４１０と体積可変材料４５０（例えば、ポリアクリルアミドヒドロゲルの１つ）との両方に共有結合され得る。ＰＧＭＡ層を形成してそれをポロアクリルアミドヒドロゲル層に結合させる例が、米国特許出願第１０／７７３，１２０号および第１１／２３９，９７３号に示されており、これらはその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００３６】
体積可変材料４５０は、ある刺激を受けたときに厚さが変化する任意の材料を含むことができる。例えば、１実施形態では、体積可変材料４５０はポリマー層を含む。このポリマー層は有機体または無機体のどちらかであってよい。しかし、別の実施形態では、ポリマー層はヒドロゲル層である。しかし、ポリマー層は、体積可変材料４５０として機能する既知のすなわちこれまで発見されている別の材料を含むことができる。また、ポリマーではない別の体積可変材料４５０が使用されてもよい。
【００３７】
図４に示すように、体積可変材料４５０が例えば第１の厚さ（ｔ１）を有するような第１の状態にあるとき、複数のナノ構造物４３０の関連する第２の端部４３８は互いに向かって曲げられる。この状態では、２つ以上の同じような構成のクランプ４４０が存在しており、それぞれが２つ以上のナノ構造物４３０を含む。実際に、図４の実施形態では、それぞれが４つのみからなるナノ構造物４３０を有している同じような構成の３つのクランプ４４０が存在する。
【００３８】
しかし、図５に示すように、体積可変材料４５０が例えば第２の厚さ（ｔ２）を有するような第２の状態にあるときは、複数のナノ構造物４３０の関連する第２の端部４３８は互いに向かってそれ程は湾曲しない。例えば、図５の例示の実施形態では、複数のナノ構造物４３０の関連する第２の端部４３８は互いに向かって全く湾曲していないため、２つ以上の同じような構成のクランプ４４０は存在しない。
【００３９】
例えば図４の構成と図５の構成との間で体積可変材料４５０の厚さを変化させるために、体積可変材料４５０の材料組成に応じて多くの様々な刺激が使用されてよい。１実施形態では、体積可変材料４５０は湿度の変化に反応してよい。例えば、湿気による刺激が体積可変材料４５０の厚さを変化させるのに使用されてよく、この刺激は、複数のナノ構造物４３０を図４に示したようなクランプ状態または図５に示したような非クランプ状態に変化させる。しかし、別法として、体積可変材料４５０は温度の変化に反応してもよい。例えば、体積可変材料４５０は、３７℃を超える温度から３２℃未満まで温度を下げられたとき（例えば、少なくとも約５℃の温度変化）に少なくとも約５倍膨張することができるＮ−イソプロピルアクリルアミドおよびＮ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミドなどのヒドロゲルを含むことができる。
【００４０】
別法として、体積可変材料４５０は、そばに配置された流体のｐＨの変化に反応して著しく膨張および収縮するような材料を含むことができる。ｐＨに反応する体積可変材料の例には、ヒドロキシエチルメタクリラート−コ−メタクリル酸およびジメタクリル酸テトラエチレン・グリコールのポリマーが含まれる。これらのポリマーは、実質的には、酸性条件下ではなく塩基性条件下で膨張することができる。別法として、体積可変材料４５０は、そばに配置された流体内での例えばＣｕ、Ｎｉ、ＣｏおよびＰｄイオン濃度の変化といったような金属イオン濃度の変化に反応して著しく膨張および収縮してもよい。このような金属イオンに反応する体積可変材料４５０の例には、アクリルアミド−コ−２−ビニルピリジンおよびＮ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミドのポリマーが含まれる。
【００４１】
体積可変材料４５０の厚さが第１の厚さ（ｔ１）から第２の厚さ（ｔ２）へあるいはその逆で変化した後、体積可変材料４５０の厚さは前の状態に戻ることができる。例示的な１実施形態では、このような逆転により、複数のナノ構造物１４０が完全ではないにしても実質的に始めの配置に戻る。したがって、装置４００は、複数のナノ構造物４３０がクランプ状態から開いた元の状態に戻る毎に何度も繰り返し操作され得る。
【００４２】
当業者が予想するであろう通りに、体積可変材料４５０の厚さが前の状態に戻る逆転は、最初に受けた刺激の反対の刺激を体積可変材料４５０に受けさせるあるいは最初の刺激の存在を単に取り除くことによって実現されてよい。例えば、体積可変材料４５０の厚さを変化させるのに熱源が使用される場合、体積可変材料４５０は、前の厚さに戻すために冷却源にさらされてよい。別法として、厚さの最初の変化を起こすのに湿気が使用された場合、周囲環境を乾燥させて、体積可変材料４５０を前の厚さに戻すことができる。
【００４３】
種々の実施形態ごとに固有で、装置４００は非常に高速な応答時間を実現することができる。例えば、図４に示したような収縮状態にある体積可変材料４５０上に水滴が配置されるとき、体積可変材料４５０が図５に示したような膨張状態に移行するのに約６０ミリ秒しかかからない可能性がある。また、乾燥による補助がない場合、収縮状態に戻る体積可変材料４５０の逆変形には約４秒だけかかる可能性がある。明らかに、システム内の空気流を利用することにより、および／または温度を上げることにより乾燥プロセスが促進される場合、この時間は大幅に短縮される。他の多くの実施形態においても同様の切り替え時間を実現することができると考えられる。
【００４４】
図６に、本開示の代替実施形態による装置の製造方法を表した流れ図６００を示す。説明においては、図４および５の装置に類似する装置を図６の流れ図６００を用いて製造する。しかし、別の実施形態では、図６の流れ図６００は、図４および５の装置４００とは異なる装置の製造に使用されてよい。
【００４５】
流れ図６００は、流れ図２００で使用された製造ステップと同じ製造ステップを多く使用している。したがって、類似のステップを示すのに同様の参照符号が使用されている。実際には、流れ図２００と流れ図６００との間の示されている違いは、流れ図６００では図２のステップ２５０が図６の新たなステップ６１０に入れ替えられることのみである。
【００４６】
先行ステップ２４０の後に行われる新たなステップ６１０は、複数のナノ構造物４３０の第１の端部４３３の周りに（例えば、端部４３３を取り囲むように）体積可変材料４５０を形成することを含む。体積可変材料４５０は、多種多様な処理を用いて形成されてよい。しかし、１実施形態では、体積可変材料４５０は、基板４１０と上側閉じ込め表面（図示せず）との間にポリマー溶液を入れることによって形成される。その結果、複数のナノ構造物４３０はポリマー溶液に囲まれることになる。ポリマー溶液は、多くの様々な処理を用いて基板４１０と上側閉じ込め表面との間に配置されてよいが、１実施形態では、ポリマー溶液は、浸漬被覆またはドロップキャスティングによって基板４１０と上側閉じ込め表面との間に溶着される。しかし、別の配置手法が使用されてもよい。
【００４７】
ポリマー溶液は装置のデザインに応じて変えられてよい。しかし、図４および５の所与の実施形態では、ポリマー溶液は、架橋剤（例えば、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド（ビス−ＡＡ））および開始剤（例えば過硫酸アンモニウムＡＰＳ）と共に、アクリルアミド（ＡＡ）水溶液を含む。この実施形態では、ポリマー溶液は、水の中に約４０重量％のＡＡ、約２重量％のビス−ＡＡ、および、約２重量％のＡＰＳを含むことができる。このようなポリマー溶液から、湿気の変化に応じてその厚さを変化させる体積可変材料４５０が得られる。しかし、高分子化学に関わっている当業者は、他のポリマー溶液が本明細書で使用されてよいことを理解するであろう。
【００４８】
その後、ポリマー溶液に熱により開始される重合化ステップが施され、それにより、体積可変材料４５０が形成される。１実施形態では、熱により開始される重合化ステップは、ポリマー溶液を有する装置４００を熱源内に配置すること、ならびに、重合化を開始するために、装置を約１時間約５０℃でアニールすることを含む。しかし、当業者は、重合化反応のためのこの時間は得られる体積可変材料４５０の所望の厚さに応じて変化してよいことを理解するであろう。したがって、開示する時間は単に一例に過ぎない。
【００４９】
熱により開始される重合化ステップの実施後、装置４００は洗浄されてよく、それにより、装置４００から未反応のモノマーおよび架橋された分子が除去される。その後、装置４００は真空内で乾燥されてよく、その結果、図４に示した収縮した体積可変材料４５０が得られる。使用した刺激は、その後、図５に示されるように、体積可変材料４５０を膨張させるのに使用されてよい。
【００５０】
上述した製造方法に従って装置を形成するのに使用される処理の追加の細部が、本明細書で完全に再現されるものとして参照により本明細書に組み込まれる、「Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｌｙ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  Ｓｕｒｆａｃｅｓ」と題された米国特許出願第１１／２７９，２２０号に見られる。
【００５１】
上の段落で考察したような装置ならびに具体的には考察されないが本開示に包含される装置は、多くの様々な使用法を有する。例えば、種々の実施形態では、装置はその光学的性質のために使用される場合がある。例えば、装置は、調整可能な回折格子として使用されてよい。別の実施形態では、装置は様々な３次元フォトニック構造物に使用されてよい。別の実施形態では、装置は構造物を特徴付けるのに使用されてよい。例えば、生物細胞をクランプ状態の構造物の上に配置してよく、先端を動かすことにより細胞の機械的反応を測定することができる。別の実施形態では、装置は物質放出システムまたは薬物放出システムとして使用されてよい。例えば、体積可変材料を刺激にさらすことによりクランプを開かせることができ、それにより、クランプ内に保管されている活性粒子が放出される。サブミクロンサイズの寸法を有しかつ開閉機能を有する、構成が異なっているクランプの規則的なアレイを備えるような装置は、他の従来技術によるナノ構造物製造手法では実現不可能である。
【００５２】
本明細書で使用される「装置を用意する」という表現は、その特徴を既に製造している関係者から装置を手に入れることができるということを意味しており、あるいは、特徴それ自体を製造すること、および意図する目的のためにそれを用意することを意味する場合もある。
【００５３】
本発明を詳細に説明してきたが、当業者が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明の最も幅広い形態内で、種々の変更、代替、および修正をなすことができることを理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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