(57)【要約】【課題】複数のナノチューブからなるナノチューブ束が強固に結合された高品質なプローブを提供すること。【解決手段】一端部２ｂが自由端とされ、且つ他端部２ｃが片持ち支持されるプローブ基部２と、プローブ基部の表面に形成され、該プローブ基部の他端部側から一端部まで延設された帯状の結合電極３と、複数のナノチューブ同士が集合することで形成され、結合電極を介してプローブ基部の一端部に結合されたナノチューブ束４と、を備え、ナノチューブ束は、基端部４ａから先端部４ｂに向かうにしたがって漸次先鋭化するように形成され、その先端部がプローブ基部の一端部よりも外方に突出するように、その基端部がプローブ基部の一端部に結合され、ナノチューブ束と結合電極とは、該結合電極に対して親和性を有する選択的結合性物質を介してさらに化学的結合されているプローブ１を提供する。【選択図】図１
2013148460.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端部が自由端とされ、且つ他端部が片持ち支持されるプローブ基部と、
前記プローブ基部の表面に形成され、該プローブ基部の前記他端部側から前記一端部まで延設された帯状の結合電極と、
複数のナノチューブ同士が集合することで形成され、前記結合電極を介して前記プローブ基部の前記一端部に結合されたナノチューブ束と、を備え、
前記ナノチューブ束は、
基端部から先端部に向かうにしたがって漸次先鋭化するように形成され、その先端部が前記プローブ基部の前記一端部よりも外方に突出するように、その基端部が前記プローブ基部の前記一端部に結合され、
前記ナノチューブ束と前記結合電極とは、
該結合電極に対して親和性を有する選択的結合性物質を介してさらに化学的結合されていることを特徴とするプローブ。
【請求項２】
請求項１に記載のプローブにおいて、
前記選択的結合性物質は、前記ナノチューブに対しても親和性を有していることを特徴とするプローブ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のプローブにおいて、
前記ナノチューブ束は、前記プローブ基部の表面に対して所定の角度で傾斜しながら、前記プローブ基部の前記一端部に結合されていることを特徴とするプローブ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のプローブにおいて、
前記プローブ基部を複数備え、
複数の前記プローブ基部の前記他端部を一体的に片持ち支持する共通のホルダ部を備えていることを特徴とするプローブ。
【請求項５】
一端部が自由端とされ、且つ他端部が片持ち支持されるプローブ基部と、前記プローブ基部の表面に形成され、該プローブ基部の前記他端部側から前記一端部まで延設された帯状の結合電極と、基端部から先端部に向かうにしたがって漸次先鋭化するように複数のナノチューブ同士が集合することで形成され、前記結合電極を介して前記プローブ基部の前記一端部に結合されたナノチューブ束と、を備えるプローブの製造方法であって、
前記結合電極が形成された前記プローブ基部に対して、先鋭化された先鋭部を有する対向電極を、その先鋭部を前記プローブ基部の前記一端部側に向けた状態で向かい合わせに配置させる電極配置工程と、
前記結合電極に対して親和性を有する選択的結合性物質、及び前記ナノチューブを溶媒に混合させたナノチューブ分散液中において、前記結合電極と前記対向電極との間に高周波電圧を印加してナノチューブを高周波泳動により移動させると共に、該ナノチューブを結合電極と対向電極の前記先鋭部との間に架け渡すように結合させることで前記ナノチューブ束を形成するナノチューブ束形成工程と、
前記プローブ基部から前記対向電極を離間させ、前記対向電極の前記先鋭部と前記ナノチューブ束との結合を解いて、両者を分離させる分離工程と、を備え、
前記対向電極は、
前記選択的結合性物質に対する前記結合電極の親和性よりも低い親和性を有する材質で形成され、
前記ナノチューブ形成工程の際、
前記ナノチューブ束と前記結合電極とを、前記選択的結合性物質を介してさらに化学的結合させることを特徴とするプローブの製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載のプローブの製造方法において、
前記選択的結合性物質は、前記ナノチューブに対しても親和性を有していることを特徴とするプローブの製造方法。
【請求項７】
請求項５又は６に記載のプローブの製造方法において、
前記電極配置工程の際、
前記結合電極と前記対向電極とを、同一平面上に配置させることを特徴とするプローブの製造方法。
【請求項８】
請求項５又は６に記載のプローブの製造方法において、
前記電極配置工程の際、
前記結合電極と前記対向電極とを、前記プローブ基部の表面に対して直交する法線方向に間隔を開けて配置させることを特徴とするプローブの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノチューブが集合した（寄り集った）ナノチューブ束を具備するプローブ、及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＡＦＭ（Atomic Force Microscope）等の走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ：Scanning Probe Microscope）に好適に用いられるプローブとして、探針の先端にナノチューブを付着させたものが知られている。このプローブによれば、探針の先端を先鋭化させる場合よりも、より精密で高分解能の表面形状観察や様々な物性特性等を得ることが可能とされている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、カーボンナノチューブに代表されるナノチューブは、その名のとおりナノサイズであるため取り扱いが難しく、狙った位置に正確に付着させることが困難とされている。そこで、従来では以下の方法によりナノチューブを結合してプローブを製造することが知られている（例えば特許文献１〜３参照）。
【０００４】
まず、ナノチューブを分散させた溶液中に電極を対向配置させ、これら電極間に電圧を印加することでナノチューブを高周波泳動させる。すると、この高周波泳動によってナノチューブが溶液中を移動し、電極の先端縁に引き寄せられて次々と付着する。
次に、上記高周波泳動によって複数のナノチューブが付着した電極を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）のチャンバー内にセットすると共に、該チャンバー内に先端に探針が形成されたカンチレバーもセットする。そして、走査型電子顕微鏡を操作し、電極の先端縁に付着した複数のナノチューブの中から選択した１本を、カンチレバーの探針の先端に移植させ、その先端に付着させる。これにより、ナノチューブを具備するプローブを得ることができる。
なお、ナノチューブを付着させるにあたって、例えば電流加熱による融着や、カーボン膜を被膜させること等も考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２２７４３５号公報
【特許文献２】特開２０００−２４９７１２号公報
【特許文献３】特開２００９−５８４８８号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】菅原康弘、「ＳＴＭ及びＡＦＭ、原理と応用」、電子顕微鏡、２００３年、第３８巻、第１号、ｐ．１３−１８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記した従来の方法では、作業者が走査型電子顕微鏡を操作しながらナノチューブを１本ずつ探針の先端に移植させているので、繊細な作業を慎重且つ集中して長時間行う必要があり、作業者の肉体的、精神的負担が大きかった。そのため、作業効率が悪く、プローブの生産効率が悪かった。
また、生産の自動化が困難であるうえ、例えばマルチプローブを実現するといったことは実質的に不可能に近く、デバイスとして将来的な発展性に乏しいものであった。
更に、ナノチューブが十分に付着されていない場合もあり、品質にばらつきが生じ易かった。
【０００８】
本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、複数のナノチューブからなるナノチューブ束が強固に結合された高品質なプローブを提供することである。また、該プローブを容易且つ効率良く製造することができ、生産性の向上化及び低コスト化に繋げることができると共に、マルチプローブへの応用も可能となり、デバイスとしての高機能化及び高性能化を図ることができるプローブの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
（１）本発明に係るプローブは、一端部が自由端とされ、且つ他端部が片持ち支持されるプローブ基部と、前記プローブ基部の表面に形成され、該プローブ基部の前記他端部側から前記一端部まで延設された帯状の結合電極と、複数のナノチューブ同士が集合することで形成され、前記結合電極を介して前記プローブ基部の前記一端部に結合されたナノチューブ束と、を備え、前記ナノチューブ束は、基端部から先端部に向かうにしたがって漸次先鋭化するように形成され、その先端部が前記プローブ基部の前記一端部よりも外方に突出するように、その基端部が前記プローブ基部の前記一端部に結合され、前記ナノチューブ束と前記結合電極とは、該結合電極に対して親和性を有する選択的結合性物質を介してさらに化学的結合されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係るプローブによれば、自由端とされているプローブ基部の一端部に、ナノチューブ束の基端部が結合電極を介して結合されており、ナノチューブ束の先端部がプローブ基部の一端部よりも外方に突出している。そして、このナノチューブ束は、複数のナノチューブ同士が集合する（寄り集る）ことで形成されており、基端部から先端部に向かうにしたがって漸次先鋭化している。従って、この先鋭化されたナノチューブ束の微細な先端部を利用して、精密且つナノオーダーの高分解能で各種測定、例えばサンプルの表面形状観察や各種の物性情報（粘弾性等）の測定を行える。
【００１１】
特に、上記ナノチューブ束は結合電極に対して単に結合されているだけでなく、結合電極に対して親和性を有し、特異的に結合する選択的結合性物質を介して化学的結合されている。そのため、ナノチューブ束は、この選択的結合性物質によって補強された状態でプローブ基部の一端部に結合されている。しかも、ナノチューブ束は、上記したように先端部に向かうにしたがって漸次先鋭化されているので、基端部については先端部よりも幅広とされ、帯状の結合電極に対して十分な接触面積をもって強固に結合している。
これらのことから、プローブ基部の一端部にナノチューブ束が強固に結合された高品質なプローブとすることができ、プローブが測定試料をスキャンするときの変形が小さいため、高剛性と高分解能とを両立させたプローブとすることができる。
【００１２】
（２）上記本発明に係るプローブにおいて、前記選択的結合性物質は、前記ナノチューブに対しても親和性を有していることが好ましい。
【００１３】
この場合には、選択的結合性物質が結合電極だけでなく、ナノチューブに対しても親和性を有しているので、結合電極及びナノチューブの両者に対して特異的に結合（二重特異性）する。そのため、この選択的結合性物質を介して、結合電極とナノチューブ束とをより強固に結合することができる。
また、複数のナノチューブ同士が選択的結合性物質を介してより密に結びついて一体化し易いので、ナノチューブ束自体の剛性も高まり易い。
【００１４】
（３）上記本発明に係るプローブにおいて、前記ナノチューブ束は、前記プローブ基部の表面に対して所定の角度で傾斜しながら、前記プローブ基部の前記一端部に結合されていることが好ましい。
【００１５】
この場合には、他端部から一端部に向けて延びるプローブ基部の延在方向に対して、ナノチューブ束が傾斜しているので、例えばＡＦＭ観察に適した走査型プローブ顕微鏡用のプローブとして好適に用いることができる。
【００１６】
（４）上記本発明に係るプローブにおいて、前記プローブ基部を複数備え、複数の前記プローブ基部の前記他端部を一体的に片持ち支持する共通のホルダ部を備えていることが好ましい。
【００１７】
この場合には、複数のプローブ基部の他端部が共通のホルダ部にそれぞれ片持ち支持されているので、マルチプローブデバイスとして利用でき、ナノチューブ束が結合されたプローブ基部を各別に利用して上記表面形状観察や物性特性等の測定を一度に多数箇所で行える。従って、デバイスとしての付加価値を高めることができる。
【００１８】
（５）本発明に係るプローブの製造方法は、一端部が自由端とされ、且つ他端部が片持ち支持されるプローブ基部と、前記プローブ基部の表面に形成され、該プローブ基部の前記他端部側から前記一端部まで延設された帯状の結合電極と、基端部から先端部に向かうにしたがって漸次先鋭化するように複数のナノチューブ同士が集合することで形成され、前記結合電極を介して前記プローブ基部の前記一端部に結合されたナノチューブ束と、を備えるプローブの製造方法であって、前記結合電極が形成された前記プローブ基部に対して、先鋭化された先鋭部を有する対向電極を、その先鋭部を前記プローブ基部の前記一端部側に向けた状態で向かい合わせに配置させる電極配置工程と、前記結合電極に対して親和性を有する選択的結合性物質、及び前記ナノチューブを溶媒に混合させたナノチューブ分散液中において、前記結合電極と前記対向電極との間に高周波電圧を印加してナノチューブを高周波泳動により移動させると共に、該ナノチューブを結合電極と対向電極の前記先鋭部との間に架け渡すように結合させることで前記ナノチューブ束を形成するナノチューブ束形成工程と、前記プローブ基部から前記対向電極を離間させ、前記対向電極の前記先鋭部と前記ナノチューブ束との結合を解いて、両者を分離させる分離工程と、を備え、前記対向電極は、前記選択的結合性物質に対する前記結合電極の親和性よりも低い親和性を有する材質で形成され、前記ナノチューブ形成工程の際、前記ナノチューブ束と前記結合電極とを、前記選択的結合性物質を介してさらに化学的結合させることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係るプローブの製造方法によれば、まず、結合電極が形成されたプローブ基部に対して、対向電極を向かい合わせに配置させる電極配置工程を行う。この際、対向電極の先鋭部をプローブ基部の一端部側に向けた状態で、プローブ基部に対して対向電極を向かい合わせに配置させる。これにより、プローブ基部の一端部まで延びた帯状の結合電極と、対向電極の先鋭部と、が向かい合わせに配置される。
【００２０】
次いで、ナノチューブ分散液中において、結合電極と対向電極との間に高周波電圧を印加する。これにより、ナノチューブ分散液中のナノチューブを結合電極及び対向電極に向けて高周波泳動により移動させることができる。この際、ナノチューブの両端部に電荷が局所的に集中し易いので、この両端部が結合電極及び対向電極の先鋭部に向いた状態に姿勢変化し易い。そのため、上記移動中、結合電極と対向電極の先鋭部とを結ぶ電界方向に沿ってナノチューブを配向させることができる。
また、対向電極の先鋭部と、帯状の結合電極のうち対向電極に向かい合う部分と、に電界が局所的に集中し易いので、高周波泳動したナノチューブはこれら結合電極と対向電極の先鋭部とに対してそれぞれ両端部が付着して結合する。そして、このようにしてナノチューブが次々と結合することでナノチューブ束が形成されると共に、該ナノチューブ束を結合電極と対向電極の先鋭部との間に架け渡すように結合させることができる。
【００２１】
特に、上記ナノチューブ束形成工程の際、帯状の結合電極と対向電極の先鋭部との間にナノチューブ束を形成するので、両電極の形状の違いを利用して、ナノチューブ束を対向電極に向かうにしたがって漸次先鋭化した形状とすることができる。そのため、ナノチューブ束は、対向電極の先鋭部に対しては点接触した状態で結合され、帯状の結合電極に対しては十分な接触面積をもって強固に結合する。
また、上記ナノチューブ束は、結合電極に単に結合されているだけでなく、結合電極に対して親和性を有し、特異的に結合する選択的結合性物質を介して化学的結合される。そのため、この選択的結合性物質を利用して、ナノチューブ束を補強した状態で結合電極に結合させることができる。
【００２２】
そして、ナノチューブ束の形成後、プローブ基部から対向電極を離間させ、対向電極とナノチューブ束との結合を解いて、両者を互いに分離させる分離工程を行う。この際、対向電極の先鋭部とナノチューブ束とは、上記したように点接触した状態で結合されているだけであるので、ナノチューブ束に負荷を掛けることなく上記分離を容易に行い易い。しかも、対向電極は、選択的結合性物質に対する結合電極の親和性よりも低い親和性を有する材質で形成されているので、選択的結合性物質による結合力の影響を受け難い。よって、この点においても上記分離を容易に行うことができる。
【００２３】
この分離工程の結果、自由端とされているプローブ基部の一端部に、ナノチューブ束の基端部が結合電極を介して結合され、ナノチューブ束の先端部がプローブ基部の一端部よりも外方に突出したプローブを製造することができる。しかも、基端部から先端部に向かって漸次先鋭化したナノチューブ束を、プローブ基部の一端部に強固に結合させた高品質なプローブを製造することができ、高剛性と高分解能とを両立させたプローブとすることができる。
【００２４】
特に、高周波泳動を利用してナノチューブの向きを所望の向きに整えながら、結合電極を介してプローブ基部に結合させることができるので、従来の１本ずつ移植を行っていた方法とは異なり、作業者にかかる負担を軽減できると共に容易且つ効率良く製造することができる。従って、生産性の向上化及び低コスト化に繋げることができる。
また、高周波泳動させるだけで、選択的結合性物質を利用してナノチューブ束を補強する作業を同時に行えるので、工程を簡略化でき量産性に優れている。また、常温程度の温度環境で製造を行えるので、この点においても量産性に優れている。
【００２５】
（６）上記本発明に係るプローブの製造方法において、前記選択的結合性物質は、前記ナノチューブに対しても親和性を有していることが好ましい。
【００２６】
この場合には、選択的結合性物質が結合電極だけでなく、ナノチューブに対しても親和性を有しているので、結合電極及びナノチューブの両者に対して特異的に結合（二重特異性）する。そのため、この選択的結合性物質を介して、結合電極とナノチューブ束とをより強固に結合することができる。
また、複数のナノチューブ同士が選択的結合性物質を介してより密に結びついて一体化し易いので、ナノチューブ束自体の剛性も高まり易い。
【００２７】
（７）上記本発明に係るプローブの製造方法において、前記電極配置工程の際、前記結合電極と前記対向電極とを、同一平面上に配置させることが好ましい。
【００２８】
この場合には、他端部から一端部に向けて延びるプローブ基部の延在方向に沿って、ナノチューブ束が配向されたプローブを得ることができる。
【００２９】
（８）上記本発明に係るプローブの製造方法において、前記電極配置工程の際、前記結合電極と前記対向電極とを、前記プローブ基部の表面に対して直交する法線方向に間隔を開けて配置させることが好ましい。
【００３０】
この場合には、他端部から一端部に向けて延びるプローブ基部の延在方向に対して、ナノチューブ束が傾斜したプローブを得ることができ、例えばＡＦＭ観察に適した走査型プローブ顕微鏡用のプローブとして好適に用いることができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、先端部が先鋭化されたナノチューブ束が結合電極を介してプローブ基部に強固に結合された高品質なプローブを得ることができると共に、該プローブを容易且つ効率良く製造することができ、生産性の向上化及び低コスト化に繋げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る第１実施形態を示す図であって、プローブの外観斜視図である。
【図２】図１に示すプローブのナノチューブ束の基端部を拡大した斜視図である。
【図３】図１に示すプローブを具備するプローブ顕微鏡の簡略構成図である。
【図４】図１に示すプローブを製造する際の一工程図であって、基板上に結合電極及び対向電極を形成した状態を示す図である。
【図５】図４に示す状態から基板を加工して、プローブ基部及び対向電極用基部を形成した状態を示す図である。
【図６】図５に示す基板を側方から見た図である。
【図７】図５に示す基板をナノチューブ分散液中に浸漬させた状態を示す図である。
【図８】図７に示す状態から、結合電極と対向電極との間に高周波電圧を印加して、カーボンナノチューブを高周波泳動させている状態を示す図である。
【図９】高周波電圧の印加によって、プローブ基部上の結合電極と対向電極用基部上の対向電極との間にナノチューブ束が形成された状態を示す図である。
【図１０】図９に示す基板を側方から見た図である。
【図１１】プローブの製造方法の変形例を示す図であって、基板におけるプローブ基部と対向電極用基部との間にトレンチを形成した状態を示す図である。
【図１２】プローブの製造方法の変形例を示す図であって、プローブ基部と対向電極用基部とを複数組形成した状態を示す図である。
【図１３】本発明に係るプローブの変形例を示す図であって、プローブ基部を複数具備するプローブの外観斜視図である。
【図１４】本発明に係る第２実施形態を示す図であって、ナノチューブ束がプローブ基部に対して傾斜した状態で結合されたプローブの外観斜視図である。
【図１５】図１４に示すプローブを製造する際の一工程図であって、上段面及び下段面を有するように基板を２段に加工し、下段面にプローブ基部を形成し、上段面に対向電極用基部を形成した状態を示す図である。
【図１６】図１５に示す基板を側方から見た図である。
【図１７】高周波電圧の印加によって、プローブ基部上の結合電極と対向電極用基部上の対向電極との間にナノチューブ束が形成された状態を示す図である。
【図１８】図１７に示す基板を側方から見た図である。
【図１９】図１４に示すプローブを具備するプローブ顕微鏡の簡略構成図である。
【図２０】第２実施形態の変形例を示す図であって、ナノチューブ束がプローブ基部に対して略垂直に立ち上がるように結合されたプローブの外観斜視図である。
【図２１】図２０に示すプローブを製造する際の一工程図であって、上段面及び下段面を有するように基板を２段に加工し、下段面にプローブ基部を形成し、上段面に別の基板に形成された対向電極用基部を重ね合わせた状態を示す図である。
【図２２】図２１に示す基板を側方から見た図である。
【図２３】高周波電圧の印加によって、プローブ基部上の結合電極と対向電極用基部上の対向電極との間にナノチューブ束が形成された状態を示す図である。
【図２４】図２３に示す基板を側方から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
＜第１実施形態＞
以下、本発明に係る第１実施形態について図面を参照して説明する。
（プローブの構成）
本実施形態のプローブ１は、図１に示すように、プローブ基部２と、該プローブ基部２の主面（表面）２ａに形成された結合電極３と、該結合電極３を介してプローブ基部２に結合されたナノチューブ束４と、を備えている。
【００３４】
プローブ基部２は、例えば一定の厚みを有する基板から形成された板片であり、一端部２ｂが自由端とされ、且つ他端部２ｃが片持ち支持される部材とされている。図示の例では、他端部２ｃから一端部２ｂに向けう延在方向Ｌ１に沿って一定幅Ｗで延在する略直方体状に形成されている。
なお、上記基板としては、例えばシリコン（ケイ素）ウエハや、表面に酸化膜又は窒化膜が形成されたシリコンウエハや、ガラスウエハ等が挙げられる。
【００３５】
結合電極３は、プローブ基部２の他端部２ｃ側から一端部２ｂまで延設された帯状の電極であり、蒸着法やスパッタリング法等によりプローブ基部２の主面２ａ上における幅方向中央部に形成されている。この結合電極３としては、例えば金（Ａｕ）やクロム(Ｃｒ)等からなる金属膜、又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）等の導電性を有する金属化合物膜等である。
【００３６】
ナノチューブ束４は、図１及び図２に示すように、複数のカーボンナノチューブ（ナノチューブ）１０同士が寄り集ることで束状（バンドル状）に形成されたカーボンナノチューブ１０の集合体であり、結合電極３を介してプローブ基部２の自由端である一端部２ｂに結合されている。
このナノチューブ束４は、基端部４ａから先端部４ｂに向かうにしたがって漸次先鋭化するように形成されており、その先端部４ｂがプローブ基部２の一端部２ｂよりも外方に突出するように、その基端部４ａが結合電極３を介してプローブ基部２の一端部２ｂに結合されている。
なお、本実施形態のナノチューブ束４は、プローブ基部２の延在方向Ｌ１に沿って平行に配向されている。
【００３７】
ところで、ナノチューブ束４と結合電極３とは、単に結合しているだけでなく、選択的結合性物質を介してさらに化学的結合されている。
上記選択的結合性物質としては、例えばアミノ酸の集合体である合成ペプチドであり、より具体的には、結合電極３として用いた金属膜又は金属化合物膜に対して親和性を有する配列のペプチドである。なお、本実施形態では、結合電極３に対してだけでなく、カーボンナノチューブ１０に対しても親和性を有し、両者に特異的に結合する特性を有する２重特異性のペプチド１１とされている。
【００３８】
これにより、ナノチューブ束４と結合電極３とは、上記したようにペプチド１１を介して化学的結合されており、結合が補強されている。また、カーボンナノチューブ１０がペプチド１１によって修飾されているので、ペプチド１１を介して複数のカーボンナノチューブ１０同士がより密に結びついて一体化し易い。そのため、ナノチューブ束４自体の剛性を高めることができる。
【００３９】
なお、通常ペプチドはアミノ酸の種類とその配列によって決定されるものであるが、本実施形態のペプチド１１としては、カーボンナノチューブ１０及び結合電極３に対してそれぞれ特異的に結合する（２重特異性を有する）ものを採用すれば良い。このようなペプチド１１としては、以下の方法で見つけ出すことが可能である。
【００４０】
特定の材料表面やカーボンナノチューブ１０等のナノ粒子に特異的結合性を有する結合分子（ペプチド）の探索及び合成においては、ファージディスプレイ法を応用したペプチド分子ライブラリ（又はペプチド提示ファージライブラリ）を用いる。これは、進化分子工学による分子設計法としても知られている。
ランダムなアミノ酸配列を有するペプチド分子を提示した（組み込んだ）バクテリオファージの集合体（ファージライブラリ）に、結合を目的とするターゲット粒子（材料又はナノチューブ等）を添加し、ターゲットに結合したファージのみを比重などで分離・抽出し、これを複製することにより、ターゲットに特異的に結合するペプチドの配列を見いだすことができる。
この方法で、ナノチューブと金属や金属化合物であるプローブ材質に特異的に結合するペプチド配列をそれぞれ見いだし、それらを化学的又は遺伝子工学的手法等により接続・合成することで２重特異性結合分子を作り出すことができる。その結果、ペプチド修飾されたカーボンナノチューブを製造することが可能とされている。
【００４１】
（プローブの作用）
上記のように構成されたプローブ１を利用して、プローブ顕微鏡装置を構成する場合について説明する。
図３に示すように、プローブ顕微鏡装置２０は、ＸＹステージ２１と、該ＸＹステージ２１上にセットされた試料台２２と、この試料台２２の上方に配設されたプローブ１と、を備えている。
プローブ１は、ナノチューブ束４の先端部４ｂが試料台２２側を向くように下向きに配設されている。また、プローブ１と試料台２２とは、相対的に接近離間可能に配設されている。これにより、ナノチューブ束４の先端部４ｂを試料台２２にセットされた図示しない観察試料に対して接触させながら、ＸＹステージ２１の作動により観察試料上を走査することが可能とされている。
【００４２】
そして、上記走査時における、ナノチューブ束４の挙動変化又はプローブ基部２の挙動変化等に基づいて、観察試料の表面形状観察等の計測を行うことができる。
特に、本実施形態のプローブ１は、複数のカーボンナノチューブ１０同士が集合することで形成されたナノチューブ束４を具備するプローブであり、しかもこのナノチューブ束４は、基端部４ａから先端部４ｂに向かうにしたがって漸次先鋭化している。従って、この先鋭化されたナノチューブ束４の微細な先端部４ｂを利用して、上記計測を精密且つナノオーダーの高分解能で行える。
【００４３】
しかもナノチューブ束４は、単に結合されているだけでなく、カーボンナノチューブ１０及び結合電極３の両者に対してそれぞれ特異的に結合するペプチド１１を介して化学的結合されている。そのため、ナノチューブ束４は、ペプチド１１によって補強された状態でプローブ基部２の一端部２ｂに結合されている。加えて、ナノチューブ束４は、上記したように、先端部４ｂに向かうにしたがって漸次先鋭化されているので、基端部４ａについては先端部４ｂよりも幅広とされ、帯状の結合電極３に対して線接触し、十分な接触面積を持って強固に結合している。
これらのことから、プローブ基部２の一端部２ｂにナノチューブ束４が強固に結合された高品質なプローブ１とすることができると共に、高剛性と高分解能とを両立させたプローブ１とすることができる。その結果、上述した観察試料の計測を安定して行うことができ、その計測結果の信頼性の向上に繋げることができる。
【００４４】
（プローブの製造方法）
次に、上記したプローブの製造方法について、以下に説明する。
なお、本実施形態では、シリコンウエハを基板として用い、該基板からプローブ１を製造する場合を説明する。
はじめに、結合電極３が形成されたプローブ基部２に対して、先鋭化された先鋭部を有する対向電極を、その先鋭部をプローブ基部２の一端部２ｂ側に向けた状態で向かい合わせに配置させる電極配置工程を行う。
【００４５】
詳細には、まず図４に示すように、基板３０上に蒸着又はスパッタリング等によって、帯状の結合電極３と、帯状の対向電極３１と、を一定の間隔を開けて直線状に並ぶように形成する。なお、上記間隔は、ナノチューブ束４の長さに相当する。
この際、結合電極３及び対向電極３１の材質としては、結合電極３に対するペプチド１１の親和性が、対向電極３１に対するペプチド１１の親和性よりも高くなるように、各々の金属材料を選択することが好ましい。例えば、クロムと親和性を有するペプチド１１を用いた場合、結合電極３としてクロムを用い、対向電極３１としてアルミニウム、チタン、または金／ニッケルなどを用いる組み合わせが挙げられる。なお、例えば、チタンと親和性を有するペプチド１１を用いた場合、結合電極３としてチタンを用い、対向電極３１としてアルミニウム、クロム、または金／ニッケルなどを用いる組み合わせとなる。また、この時点で、対向電極３１を先鋭化させておかなくても構わない。
【００４６】
次いで、一般的なフォトリソグラフィ技術やエッチング加工技術を利用した半導体プロセスやＭＥＭＳプロセス等により、上記基板３０を結合電極３及び対向電極３１が形成された側から掘り下げ加工し、図５及び図６に示すように、プローブ基部２と対向電極用基部３２とを向かい合わせに形成する。
これにより、プローブ基部２の主面２ａ上に結合電極３が形成された状態となる。また、対向電極用基部３２は、対向電極３１を支持する土台部であり、プローブ基部２の一端部２ｂに向けて先鋭化するように形成する。これによって、対向電極３１についても同様に先鋭化させることができ、対向電極用基部３２の主面３２ａ上に先鋭部３１ａを有する対向電極３１が形成された状態となる。
【００４７】
以上により、プローブ基部２の一端部２ｂまで延びた帯状の結合電極３と、対向電極３１の先鋭部３１ａと、が向かい合わせに配置され、電極配置工程が終了する。しかも、結合電極３と対向電極３１とは、同一平面上に配置される。
【００４８】
なお、基板３０上に結合電極３及び対向電極３１を形成した後、該基板３０を掘り下げ加工してプローブ基部２及び対向電極用基部３２を形成したが、この場合に限定されるものではなく、先にプローブ基部２及び対向電極用基部３２を形成し、その後、これらプローブ基部２及び対向電極用基部３２上に結合電極３及び対向電極３１をそれぞれ形成しても構わない。
【００４９】
次いで、ナノチューブ分散液中において、結合電極３と対向電極３１との間に高周波電圧を印加して、ナノチューブ束４を形成するナノチューブ束形成工程を行う。
詳細には、図７に示すように、カーボンナノチューブ１０及びペプチド１１が水系溶媒又は有機溶媒（アルコール類等）に予め混合されたナノチューブ分散液Ｗ中に、上記基板３０を浸漬させる。なお、図中では、ナノチューブ分散液Ｗ中のペプチド１１及びカーボンナノチューブ１０の図示を省略している。
【００５０】
ところで、ペプチド１１はカーボンナノチューブ１０に対して親和性を有しているので、該カーボンナノチューブ１０の全体にムラなく特異的に化学的結合する。これにより、ナノチューブ分散液Ｗ中にはペプチド１１が化学的結合された（修飾された）カーボンナノチューブ１０が均一に分散された状態とされている。
【００５１】
なお、カーボンナノチューブ１０を単に溶液に混入させた場合には、カーボンナノチューブ１０同士がくっ付き合い易く（絡まり易く）なることが一般的に知られており、これにより溶液中に均一に分散されない恐れがある。その対策として、溶液に分散剤や界面活性剤等を入れておく等の処置を行う場合が多い。
これに対して本実施形態の場合には、ペプチド１１がカーボンナノチューブ１０に対して速やかに且つムラなく化学的結合するので、カーボンナノチューブ１０同士のくっ付き合いを抑制することができ、上記界面活性剤等と同様の働きをさせることができる。従って、界面活性剤等を入れる手間や、その管理に係る手間を省略することができる。
【００５２】
そして、基板３０をナノチューブ分散液Ｗ中に浸漬させた後、結合電極３及び対向電極３１に接続された高周波電源３３により、両電極３、３1間に高周波電圧を印加する。これにより、図８に示すようにペプチド１１が化学的結合されたカーボンナノチューブ１０を、結合電極３及び対向電極３１に向けて高周波泳動により移動させることができる。この際、カーボンナノチューブ１０の両端部に電荷が局所的に集中し易いので、該両端部が結合電極３及び対向電極３１の先鋭部３１ａに向いた状態に姿勢変化し易い。従って、上記移動中、結合電極３と対向電極３１の先鋭部３１ａとを結ぶ電界方向（図８に示す矢印Ｖ方向）に沿ってカーボンナノチューブ１０を配向させることができる。
【００５３】
また、対向電極３１の先鋭部３１ａと、帯状の結合電極３のうち対向電極３１に向かい合う部分と、に電界が局所的に集中し易いので、高周波泳動したカーボンナノチューブ１０はこれら結合電極３と対向電極３１の先鋭部３１ａとに対して上記配向状態を維持したまま、それぞれ両端部が付着して結合する。
【００５４】
そして、このようにしてカーボンナノチューブ１０が次々と結合することで、図９及び図１０に示すように、ナノチューブ束４が形成されると共に、該ナノチューブ束４を結合電極３と対向電極３１の先端部４ｂとの間に架け渡すように結合させることができる。しかも、結合電極３と対向電極３１とは、同一平面上に形成されているので、プローブ基部２の延在方向Ｌ１に沿ってナノチューブ束４を平行に配向させることができる。
この時点で、ナノチューブ束形成工程が終了する。なお、図９及び図１０では、ナノチューブ分散液Ｗの図示を省略している。
【００５５】
特に、上述したナノチューブ束形成工程の際、帯状の結合電極３と対向電極３１の先鋭部３１ａとの間にナノチューブ束４を形成するので、両電極３、３１の形状の違いから、ナノチューブ束４を対向電極３１に向かうにしたがって漸次先鋭化した形状とすることができる。そのため、ナノチューブ束４は、対向電極３１の先鋭部３１ａに対しては点接触した状態で結合され、帯状の結合電極３に対しては線接触させ、十分な接触面積をもって強固に結合させることができる。
また、ナノチューブ束４は、結合電極３に単に結合されているだけでなく、結合電極３に対して親和性を有し、特異的に結合するペプチド１１を介して化学的結合される。そのため、このペプチド１１を利用して、ナノチューブ束４を補強した状態で結合電極３に結合させることができる。
【００５６】
次いで、ナノチューブ束４の形成後、プローブ基部２から対向電極３１を離間させ、対向電極３１とナノチューブ束４との結合を解いて、両者を互いに分離させる分離工程を行う。
詳細には、基板３０をナノチューブ分散液Ｗから引き上げ、洗浄及び乾燥させた後、基板３０からプローブ基部２を完全に切り出して、該プローブ基部２を基板３０から分離させる。なお、プローブ基部２の切り出しは、例えばエッチング法又はダイシング法で行えば良い。これにより、相対的にプローブ基部２から対向電極３１が離間し、対向電極３１の先鋭部３１ａとナノチューブ束４との結合が切り離される。
【００５７】
特に、上記切り離しの際、対向電極３１の先鋭部３１ａとナノチューブ束４とは、上記したように点接触した状態で結合されているだけであるので、ナノチューブ束４に負荷を掛けることなく上記分離を容易に行い易い。しかも、対向電極３１は、ペプチド１１に対する結合電極３の親和性よりも低い親和性を有する材質で形成されているので、ペプチド１１による結合力の影響を受け難い。よって、この点においても上記分離を容易に行うことができる。
そして、この分離工程を行った結果、図１に示すプローブ１を製造することができる。
【００５８】
上記した本実施形態の製造方法によれば、高周波泳動を利用してカーボンナノチューブ１０の向きを所望の向きに整えながら、結合電極３を介してプローブ基部２に結合させることができるので、従来の１本ずつ移植を行っていた方法とは異なり、作業者にかかる負担を軽減できると共に容易且つ効率良く製造することができる。従って、生産性の向上化及び低コスト化に繋げることができる。
また、高周波泳動させるだけで、ペプチド１１を利用してナノチューブ束４を補強する作業を同時に行えるので、工程を簡略化でき量産性に優れている。更に、常温程度の温度環境で製造を行えるので、この点においても量産性に優れている。
【００５９】
なお、上記第１実施形態における製造方法において、図１１に示すように、基板３０を掘り下げ加工してプローブ基部２及び対向電極用基部３２を形成する際、両基部２、３２の間を横断するようにトレンチ（溝部）３５を基板３０に形成しても良い。
このようにすることで、分離工程の際にトレンチ３５に沿って基板３０を２つ（対向電極用基部３２が形成された側と、プローブ基部２が形成された側と、の２つ）に分断し易くなる。そのため、プローブ基部２の切り出し作業をさらに容易に行い易くなり、より好ましい。
【００６０】
また、上記第１実施形態における製造方法において、図１２に示すように、一度に複数のプローブ基部２及び対向電極用基部３２を基板３０に形成しても構わない。こうすることで、一度の高周波電圧の印加により、複数のプローブ１を効率良く製造することが可能となる。
【００６１】
また、上記第１実施形態において、図１３に示すようにプローブ基部２を複数備え、これら複数のプローブ基部２の他端部２ｃを共通のホルダ部４１で一体的に片持ち支持したプローブ４０としても構わない。
この場合には、プローブ４０をマルチプローブデバイスとして利用でき、各プローブ基部２のナノチューブ束４をそれぞれ利用して、観察試料の表面形状観察等の計測を一度に多数箇所で行える。従って、デバイスとしての付加価値を高めることができる。
【００６２】
特に、プローブ基部２の数が増えたとしても、高周波泳動により各プローブ基部２に対して、結合電極３を介してナノチューブ束４を容易且つ同時に結合させることができるので、やはり効率良く製造でき、量産性に優れている。
なお、ホルダ部４１には、各プローブ基部２の結合電極３に導通する共通配線部４１ａが形成されている。これにより、製造時、共通配線部４１ａを利用して各プローブ基部２の結合電極３に対して同時に高周波電圧を印加することができ、ナノチューブ束４を各プローブ基部２の一端部２ｂに結合電極３を介して容易に結合させることができる。
【００６３】
＜第２実施形態＞
次に、本発明に係る第２実施形態について図面を参照して説明する。なお、この第２実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
【００６４】
（プローブの構成）
図１４に示すように、本実施形態のプローブ５０は、ナノチューブ束４がプローブ基部２の延在方向Ｌ１に沿って形成されているのではなく、プローブ基部２の主面２ａに対して一定の角度θ１で傾斜しながら、プローブ基部２の一端部２ｂに結合されている。
【００６５】
（プローブの製造方法）
本実施形態のプローブ５０を製造する方法について説明する。
この場合には、電極配置工程の際に、図１５及び図１６に示すように、上段面３０Ａと下段面３０Ｂとで２段の段差３０ａが付くように基板３０を加工し、下段面３０Ｂ側にプローブ基部２を形成し、上段面３０Ａ側に対向電極用基部３２を形成する。なお、図示の例では、プローブ基部２の厚みと同程度の高さで段差３０ａが形成されている。
【００６６】
このように、基板３０に段差３０ａがついているので、プローブ基部２上に形成された結合電極３と、対向電極用基部３２上に形成された対向電極３１とを、プローブ基部２の延在方向Ｌ１に離間させ、且つプローブ基部２の主面２ａに対して直交する法線方向Ｌ２（基板３０の厚み方向）に間隔を開けて配置させることができる。
なお、本実施形態の場合では、基板３０を加工してプローブ基部２及び対向電極用基部３２を形成した後に、結合電極３及び対向電極３１を形成することが好ましい。
【００６７】
こうすることで、図１７及び図１８に示すように、結合電極３と対向電極３１との間に上記角度θ１で斜めにナノチューブ束４を架け渡すことができ、その結果、ナノチューブ束４が傾斜した図１４に示すプローブ５０を製造することができる。
【００６８】
特に、本実施形態のプローブ５０によれば、図１９に示すように、従来のプローブ顕微鏡装置のカンチレバー部品と同様に用いることができ、装置設計において、従来の構成を流用し易い。更には、カンチレバーの先端に探針が設けられた構成に近いプローブ５０とすることができるので、例えばＡＦＭ観察に適した走査型プローブ顕微鏡用のプローブとして好適に用いることができる。
【００６９】
なお、上記第２実施形態において、図２０に示すように上記角度θ１をより小さい角度θ２にして、ナノチューブ束４をプローブ基部２の主面２ａに対して略垂直に立ち上がるように形成しても構わない。こうすることで、例えばＡＦＭ観察に適した走査型プローブ顕微鏡用のプローブ６０としてより好適に用いることができる。
【００７０】
（プローブの製造方法）
上記プローブ６０を製造する方法について説明する。
この場合には、電極配置工程の際に、図２１及び図２２に示すように、上段面３０Ａと下段面３０Ｂとで２段の段差３０ａが付くように基板３０を加工し、下段面３０Ｂ側にプローブ基部２を形成する。そして、このプローブ基部２上に結合電極３を形成しておく。
一方、上記基板３０とは別の図示しない第２基板を加工して対向電極用基部３２を形成し、この対向電極用基部３２上に対向電極３１を形成しておく。
【００７１】
そして、第２基板を裏返して対向電極３１を基板３０側に向けた後、対向電極３１が基板３０の上段面３０Ａに載置されるように、基板３０と第２基板とを張り合わせて接合する。この際、結合電極３と対向電極３１とが、プローブ基部２の主面２ａに対して直交する法線方向Ｌ２（基板３０の厚み方向）に間隔を開けて配置され、且つ対向電極３１の先鋭部３１ａが結合電極３の略上方に位置するように、基板３０と第２基板とを接合する。
【００７２】
こうすることで、図２３及び図２４に示すように、結合電極３と対向電極３１との間に、上記角度θ２で略垂直に立ち上がるようにナノチューブ束４を架け渡すことができ、その結果、図２０に示すプローブ６０を製造することができる。
【００７３】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００７４】
例えば、上記各実施形態では、ナノチューブとしてカーボンナノチューブ１０を例に挙げて説明したが、この場合に限定されるものではなく、例えばＢＣＮ（炭窒化ホウ素）系ナノチューブや、ＢＮ（窒化・ホウ素）系ナノチューブ等の一般的なナノチューブでも構わない。この場合、これらのナノチューブに応じて、特異性を有するペプチド１１を採用すれば良い。
【００７５】
また、上記各実施形態では、選択的結合性物質としてペプチド１１を用いたが、ペプチド１１以外のものを採用しても構わない。また、ペプチド１１を利用した場合、必ずしも２重特異性を有する必要はなく、少なくとも結合電極３に対して親和性を有するものであれば構わない。但し、結合電極３及びカーボンナノチューブ１０の両者に対して親和性を有する２重特異性のものがより好ましい。
【００７６】
また、上記各実施形態では、対向電極用基部３２上に対向電極３１を形成することで、結合電極３と対向電極３１とを向かい合わせに配置したが、対向電極３１としては膜体に限られるものではなく、例えば先鋭化した針状の電極棒のようなものを採用しても構わない。この場合であっても同様の作用効果を奏効することができる。
【符号の説明】
【００７７】
Ｗ…ナノチューブ分散液
１、４０、５０、６０…プローブ
２…プローブ基部
２ａ…プローブ基部２の主面（表面）
２ｂ…プローブ基部の一端部
２ｃ…プローブ基部の他端部
３…結合電極
４…ナノチューブ束
４ａ…ナノチューブ束の基端部
４ｂ…ナノチューブ束の先端部
１０…カーボンナノチューブ（ナノチューブ）
１１…ペプチド（選択的結合性物質）
３１…対向電極
３１ａ…対向電極の先鋭部
４１…ホルダ部
【図１】
2013148460.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2013148460.tif 000007
【図６】
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【図７】
2013148460.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2013148460.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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