(57)【要約】【課題】ＦＩＢ−ＣＶＤを用い、簡便に任意形状の３次元的な微小立体構造操作具を作製する微小立体構造物操作具の作製方法及びそれによって作製される微小立体構造操作具を提供する。【解決手段】微小立体構造操作具の作製方法において、３次元ＣＡＤを利用して設計した微小立体構造操作具を三次元モデルから算出した描画データに基づいて、原料ガスへの集束イオンビームの照射によるＦＩＢ−ＣＶＤ法を用い、集束イオンビームの照射位置、ビームの強度、照射時間、照射間隔を制御することで任意形状のＤＬＣブレードナイフ１２，１３及びニードル１４を有する微小立体構造物操作具としてのナノカッターを作製する。【選択図】図２
2007069329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元ＣＡＤを利用して設計した微小立体構造操作具を三次元モデルから算出した描画データに基づいて、ガス原料への集束イオンビームの照射によるＦＩＢ−ＣＶＤ法を用い、集束イオンビームの照射位置、ビームの強度、照射時間、照射間隔を制御することで任意形状の微小立体構造操作具を作製することを特徴とする微小立体構造操作具の作製方法。
【請求項２】
請求項１記載の微小立体構造操作具の作製方法において、前記微小立体構造操作具がナノカッターであることを特徴とする微小立体構造操作具の作製方法。
【請求項３】
請求項２記載の微小立体構造操作具の作製方法において、前記ナノカッターはガラスキャピラリーの両側面にＤＬＣブレードナイフと前記ガラスキャピラリーの先端に進入針を形成することを特徴とする微小立体構造操作具の作製方法。
【請求項４】
請求項１記載の微小立体構造操作具の作製方法において、前記微小立体構造操作具がナノフィルタであることを特徴とする微小立体構造操作具の作製方法。
【請求項５】
請求項１記載の微小立体構造操作具の作製方法において、前記ナノフィルタはガラスキャピラリーの先端部に設けられるリングと、該リングに掛けられる網目状のワイヤからなることを特徴とする微小立体構造操作具の作製方法。
【請求項６】
請求項１から５の何れか一項記載の微小立体構造操作具の作製方法において、前記微小立体構造操作具を前記ガス原料を多種類の材料とすることを特徴とする微小立体構造操作具の作製方法。
【請求項７】
請求項１記載の微小立体構造操作具の作製方法において、前記微小立体構造操作具をガラスキャピラリー上の任意の場所において作製することを特徴とする微小立体構造操作具の作製方法。
【請求項８】
請求項１記載の微小立体構造操作具の作製方法において、前記微小立体構造操作具をプローブ上の任意の場所において作製することを特徴とする微小立体構造操作具の作製方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項記載の微小立体構造操作具の作製方法によって作製される微小立体構造操作具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小立体構造操作具の作製方法及びそれによって作製される微小立体構造操作具に係り、特に、ナノカッターとナノフィルタの作製方法及びそれによって作製される微小立体構造操作具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
微小なツールは従来、半導体製造プロセスである光または電子ビームを用いたリソグラフィによる構造形成およびドライまたはウェットエッチングを用いて作製されている。ＣＶＤを用いて微小立体構造を作製する方法としては、光（レーザ）、集束電子ビーム（ＦＥＢ）、ＦＩＢ（下記特許文献１〜３，非特許文献１〜２参照）を用いたものがある。また、微小対象物の一例である細胞や細胞内小器官などの操作を行うにあたって細胞膜・細胞壁を除去する手法としては、ミキサーなどを用いた機械的な手法や酵素を用いた化学的な手法等がある。また、微小対象物のフィルタリングや操作を行う手法としてはアスピレータや微小なピンセットを用いた手法や、ＭＥＭＳ技術等で作製した流路中で行う手法がある。
【特許文献１】特開２００４−３４５００９号公報
【特許文献２】ＷＯ２００４／０７７５３６号公報
【特許文献３】ＷＯ２００４／０７６３４３号公報
【非特許文献１】Ｓ．Ｍａｔｓｕｉ  ｅｔ．ａｌ，「Ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｂｙ  ｆｏｃｕｓｅｄ−ｉｏｎ−ｂｅａｍ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ」，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ，Ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．６，Ｎｏｖ／Ｄｅｃ  ２０００，ｐｐ．３１８１−３１８４
【非特許文献２】Ｔ．Ｈｏｓｈｉｎｏ  ｅｔ．ａｌ，「Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｏｆ  ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｐａｔｔｅｒｎ−ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  ｆｏｃｕｓｅｄ−ｉｏｎ−ｂｅａｍ  ｃｈｅｍｉｃａｌ−ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ」  Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ，Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．６，Ｎｏｖ／Ｄｅｃ  ２００３，ｐｐ．２７３２−２７３６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
これまでのツールは、半導体製造プロセスを利用して、光または電子ビームを用いたリソグラフィによるパターン形成およびドライまたはウェットエッチングにより、シリコン基板等のウエハ上に形成された２次元構造である。この従来の方法では、マイクロ、ナノ立体構造を有する高機能なツールを作製することは不可能である。
【０００４】
本発明は、上記状況に鑑みて、ＦＩＢ−ＣＶＤを用い、簡便に任意形状の３次元的な微小立体構造操作具を作製する微小立体構造物操作具の作製方法及びそれによって作製される微小立体構造操作具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
〔１〕微小立体構造操作具の作製方法において、３次元ＣＡＤを利用して設計した微小立体構造操作具を三次元モデルから算出した描画データに基づいて、原料ガスへの集束イオンビームの照射によるＦＩＢ−ＣＶＤ法を用い、集束イオンビームの照射位置、ビームの強度、照射時間、照射間隔を制御することで任意形状の微小立体構造操作具を作製することを特徴とする。
【０００６】
〔２〕上記〔１〕記載の微小立体構造操作具の作製方法において、前記微小立体構造操作具がナノカッターであることを特徴とする。
【０００７】
〔３〕上記〔１〕記載の微小立体構造操作具の作製方法において、前記ナノカッターはガラスキャピラリーの両側面にＤＬＣブレードナイフと前記ガラスキャピラリーの先端に進入針を形成することを特徴とする。
【０００８】
〔４〕上記〔１〕記載の微小立体構造操作具の作製方法において、前記微小立体構造操作具がナノフィルタであることを特徴とする。
【０００９】
〔５〕上記〔１〕記載の微小立体構造操作具の作製方法において、前記ナノフィルタはガラスキャピラリーの先端部に設けられるリングと、このリングに掛けられる網目状のワイヤからなることを特徴とする。
【００１０】
〔６〕上記〔１〕から〔５〕の何れか一項記載の微小立体構造操作具の作製方法において、前記微小立体構造操作具を前記ガス原料を多種類の材料とすることを特徴とする。
【００１１】
〔７〕上記〔１〕記載の微小立体構造操作具の作製方法において、前記微小立体構造操作具をガラスキャピラリー上の任意の場所において、作製することを特徴とする。
【００１２】
〔８〕上記〔１〕記載の微小立体構造操作具の作製方法において、前記微小立体構造操作具をプローブ上の任意の場所において作製することを特徴とする。
【００１３】
〔９〕微小立体構造操作具であって、上記〔１〕〜〔８〕のいずれか一項記載の微小立体構造操作具の作製方法によって作製される。
【発明の効果】
【００１４】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、下記のような効果を奏することができる。
【００１５】
（１）ＦＩＢ−ＣＶＤを用いて医療分野、生命科学分野、工学分野等のさまざまな分野において使用できる微小立体構造操作具、特に、ナノカッター及びナノフィルタ等のナノツールの作製が可能である。
【００１６】
（２）ＦＩＢ−ＣＶＤにより作製したナノカッター及びナノフィルタを用いれば、新規的及び高精度な微小対象物の操作・解析法の実現が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の微小立体構造操作具の作製方法は、３次元ＣＡＤを利用して設計した微小立体構造操作具を三次元モデルから算出した描画データに基づいて、原料ガスへの集束イオンビームの照射によるＦＩＢ−ＣＶＤ法を用い、集束イオンビームの照射位置、ビームの強度、照射時間、照射間隔を制御することで任意形状の微小立体構造操作具を作製する。
【実施例】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１９】
本発明者らは、フェナントレンガスを用いてＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ) で構成されたナノワイングラス、コイル、ピラーなどのさまざまな立体ナノ構造をＦＩＢ−ＣＶＤにより自由に作製することをこれまでに示している（下記特許文献１〜３，非特許文献１〜２参照）。このＦＩＢを用いた微小立体構造の形成技術は、さまざまなナノツールを作製する上で非常に有効な技術である。また、ＦＩＢ−ＣＶＤの特徴から、さまざまな材料でツール構造を形成でき、さらにシリコン基板上、ＡＦＭのカンチレバー上、ガラスキャピラリー上等の至る所でのツール構造形成が可能である。
【００２０】
以下で述べる一連のナノツールは、ＦＩＢ−ＣＶＤにより作製したツールである。その作製原理模式図を図１として示す。
【００２１】
図１に示すように、シリコン基板１上にＤＬＣピラー２を形成する場合、ＣＶＤのガス原料としてフェナントレン（Ｃ14Ｈ10）３を用いる。フェナントレン３を約８５℃に加熱し、ガス圧１．０×１０-4Ｐａで噴射し、そのガス雰囲気中にビーム照射電流約７ｐＡ程度のＧａ+ 集束イオンビーム４を照射することでＣＶＤを行う。Ｇａ+ 集束イオンビーム４によるＣＶＤは、フェナントレンガス雰囲気中にＧａ+ 集束イオンビーム４を照射することで、基板１に吸着しているフェナントレン分子をビーム励起表面反応により分解し、カーボンを析出させ堆積させることでＤＬＣ２を成長させていくものであり、本発明では、Ｇａ+ 集束イオンビーム４を任意方向にスキャンさせることでナノツールとしてナノカッター及びナノフィルタとなる構造をガラスキャピラリー上に形成した。ビーム制御は、独自に開発した３Ｄ−ＣＡＭを用いて行った。
【００２２】
図２は本発明の実施例を示すＦＩＢ−ＣＶＤを用いたナノカッターの作製方法の説明図である。
【００２３】
（１）まず、図２（ａ）に示すように、マイクロピペットプラーによりガラスキャピラリー１１の引き伸ばしを行った。このプロセスによりガラスキャピラリー１１先端の直径を約１μｍにすることができる。
【００２４】
（２）次に、図２（ｂ）に示すように、ＦＩＢ−ＣＶＤを用いて、ガラスキャピラリー１１外壁の側面に細胞壁切断のためのブレードナイフ１２を作製した。ここでは、ＣＶＤのガス原料としてフェナントレン（Ｃ14Ｈ10）を用い、硬度に優れたＤＬＣでブレードナイフ１２を作製した。
【００２５】
（３）次に、図２（ｃ）に示すように、前プロセス過程と同様に反対側のガラスキャピラリー１１外壁側面に同じＤＬＣでブレードナイフ１３を作製した。
【００２６】
（４）そして最後に、図２（ｄ）に示すように、ガラスキャピラリー１１先端に、細胞に穴をあけ細胞内に侵入するための細胞壁進入針（ニードル）１４を作製し、ナノカッター１０が完成した。この細胞壁進入針１４の材質もＤＬＣである。
【００２７】
図３は本発明により作製したナノカッターのＳＥＭ画像を示す図である。
【００２８】
ＦＩＢ−ＣＶＤを用いた作製に要した時間は約３０分であった。ナノカッター１０は、図３に示すようにＤＬＣブレードナイフ１２，１３及びニードル１４を有している。
【００２９】
次に、作製したナノカッターを用いて、細胞壁を選択的に切断する実験を行った。ここでは、オオカナダ藻（Ｅｇｅｒｉａ  ｄｅｎｓａ) の細胞を使用した。
【００３０】
図４にナノカッターを使った細胞壁の切断の様子を示す。
【００３１】
まず、図４（ａ）に示すように、細胞壁２１近傍までナノカッター１０を近づけた。
【００３２】
次に、図４（ｂ）に示すように、細胞内進入ニードル１４で細胞壁２１を押した。このとき細胞壁２１が伸びるのが観察された。そして、細胞壁２１が伸長限界に達すると、細胞壁２１に穴が開き、更に強くナノカッター１０を押すと、図４（ｃ）に示すように、ＤＬＣブレードナイフ１２，１３により細胞壁２１が切断された。
【００３３】
その後、図４（ｄ）に示すように、細胞内からナノカッター１０を取り出すと、浸透圧の違いで細胞内から外へ、葉緑体等の細胞内小器官が出てくるのが観察された。
【００３４】
このようにしてナノカッター１０を使って、細胞壁２１を選択的に切断することに成功した。
【００３５】
次に、ナノツールとしてナノフィルタを作製した。
【００３６】
作製プロセスは、まず、マイクロピペットプラーによりガラスキャピラリー３１を引き伸ばし、ガラスキャピラリー３１先端の直径を約１μｍにした。そして、加工中のイオンビームによるチャージアップを避けるために、ＤＣスパッタリングを用いてガラスキャピラリー３１側面にＡｕのコーティングを行った。この時の膜厚は約１５ｎｍである。次に、ＦＩＢ−ＣＶＤを用いて、ナノフィルタ構造を作製した。作製したナノフィルタのＳＩＭ画像を図５として示す。ビーム電流７ｐＡで作製時間は約４０分である。ナノフィルタ３２の網目状のワイヤ３４の線幅が３００ｎｍ、そして網目状のワイヤ３４を支持するためのリング３３の径が７μｍといった構造をしている。このＦＩＢ−ＣＶＤにより作製したナノフィルタ３２を用いて、直径２μｍのポリスレンマイクロビーズを水中でフィルタリングする実験を行った。
【００３７】
図６は本発明のナノフィルタを用いたマイクロビーズのフィルタリング実験の様子を示す図である。
【００３８】
（１）まず、図６（ａ）に示すように、水面近くまでナノフィルタ３２を近づけた。そして、図６（ｂ）に示すように、マニピュレータのＺ軸を操作することで、ナノフィルタ３２をマイクロビーズの入った水中に入れた数秒保持した。数秒後、図６（ｃ）に示すように、ナノフィルタ３２によりマイクロビーズがフィルタリングされた。この時、図６（ｄ）に示すように、ナノフィルタ３２には３つのマイクロビーズがフィルタリングされていた。
【００３９】
このようにして、ナノフィルタを用いてマイクロビーズのフィルタリングに成功した。
【００４０】
図７は本発明の実験後のマイクロビーズをフィルタリングしたナノフィルタのＳＩＭ画像を示す図である。
【００４１】
ここでは、ナノフィルタ３２には３つのマイクロビーズ３５がフィルタリングされていた。
【００４２】
上記したように、本発明によれば、
（１）ＦＩＢ−ＣＶＤにより作製したナノカッター及びナノフィルタは、医療分野、生命科学分野、工学分野等のさまざまな分野において使用でき、これらのナノツールを使った新規的及び高精度な微小対象物の操作・解析法の実現が可能である。
【００４３】
（２）上記したナノカッター及びナノフィルタは、ＦＩＢ−ＣＶＤを主技術として作製しているため、ツール構造、構造材料等を容易に変更可能であり、さまざまな応用が可能である。
【００４４】
（３）上記したナノカッター及びナノフィルタはＦＩＢ−ＣＶＤを主技術として作製しているため、ツール構造材料の選択性に富み、細胞等と材料との相性に合わせた材料を任意に選択できる。
【００４５】
（４）上記したナノカッター及びナノフィルタはＦＩＢ−ＣＶＤを主技術として作製しているため、ツール構造の材料を部分的に違った材料で形成可能である。
【００４６】
（５）上記したナノカッター及びナノフィルタはＦＩＢ−ＣＶＤを主技術としているが、作製プロセスにおいて、他の加工技術との併用も可能であり、さまざまな展開が期待できる。
【００４７】
（６）本発明におけるナノカッターを用いれば、細胞の細胞膜、細胞膜等の微小対象物の選択的な切断が可能となり、微小対象物の任意の場所を切断できる。そのためその内部構造にダメージを与えることが少ない。例えば、細胞内の器官等を傷つけずに細胞膜、細胞壁を切断し除去することができる。
【００４８】
（７）本発明におけるナノフィルタを用いることで、微小対象物のフィルタリングが可能であり、さらに、フィルタリングした微小対象物をそのまま損傷を与えずマニピュレートできるため、その後、高精度な測定、分析を行うことができる。
【００４９】
なお、上記実施例では、ガラスキャピラリーへの微小構造物操作具の作製について述べたが、プローブへ微小構造物操作具を作製するようにしてもよい。
【００５０】
本発明の微小立体構造操作具の作製方法は、ボトムアップ加工技術であるために局所的な場所に形成が可能である。
【００５１】
また、医療分野、生命科学分野、工学分野におけるＦＩＢ−ＣＶＤを用いて作製したナノカッター及びナノフィルタの利用は、操作、解析対象である微小対象物に損傷を与えない操作、解析が可能であることを特徴としている。例えば、細胞内小器官は細胞膜、細胞壁に覆われており、細胞内小器官の操作・分析を行うためには、まず細胞膜、細胞壁を取り除く必要がある。しかしながら、既存の除去法、つまりミキサーを用いたホモゲナイズや酵素を用いた手法では、分析対象である細胞内小器官を機械的・化学的に傷つけてしまう恐れが非常に高かった。つまり、分析対象に機械的・化学的な損傷を与えるということは、知りたい生体情報を正確に取り出せないということを意味している。そこで、本発明におけるナノカッターを用いることで、細胞内小器官等を傷つけることなく、細胞壁の局所部分を選択的に切断することが可能であり、生体の正確な情報の取り出しが実現できる。本発明におけるナノフィルタはガラスキャピラリーやプローブ先端にも作製可能であるために、特定サイズの微小対象物を選別・捕獲する場合、従来のようなチップ上の流路等に対象物を流す作業が不要であり、ナノフィルタを有するガラスキャピラリー等を市販のマニピュレータ等で操作するだけで、任意の場所での選別・捕獲が可能である。また、細胞、細胞内小器官をマニピュレートする手法として、従来は微小なピンセットや空気で吸引するアスピレータが用いられてきたが、それらの方法では細胞や細胞内小器官等の操作、解析対象に対して圧力をかけることになり、対象を傷つけずに操作することが困難であった。そこで本発明におけるナノフィルタを用いることで、ソフトタッチでの対象捕獲が実現可能となる。
【００５２】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものでなく、本発明の趣旨に基いて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の微小立体構造操作具の作製方法及びそれによって作製される微小立体構造操作具は、外径がｎｍからμｍオーダーの任意形状の微小立体構造操作具をＦＩＢ−ＣＶＤ法を用いて作製でき、医療分野、生命科学分野、工学分野等のさまざまな分野において利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の微小立体構造操作具の作製装置の模式図である。
【図２】本発明の実施例を示すＦＩＢ−ＣＶＤを用いたナノカッターの作製方法の説明図である。
【図３】本発明により作製したナノカッターのＳＥＭ画像を示す図である。
【図４】本発明により作製したナノカッターを使った細胞壁の切断の様子を示す図である。
【図５】本発明により作製したナノフィルタのＳＩＭ画像を示す図である。
【図６】本発明のナノフィルタを用いたマイクロビーズのフィルタリング実験の様子を示す図である。
【図７】本発明の実験後のマイクロビーズが引っかかったナノフィルタのＳＩＭ画像を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１    シリコン基板
２    ＤＬＣピラー
３    フェナントレン（Ｃ14Ｈ10）
４    Ｇａ+ 集束イオンビーム
５    ＤＬＣ
１０    ナノカッター
１１，３１    ガラスキャピラリー
１２，１３    ブレードナイフ
１４    細胞壁進入針
２１    細胞壁
３２    ナノフィルタ
３３    リング
３４    網目状のワイヤ
３５    マイクロビーズ
【図１】
2007069329.tif 000003
【図２】
2007069329.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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