(57)【要約】【課題】基板上に銀ナノ粒子を局所的に析出させることによって、マイクロＴＡＳを作成可能とする。【解決手段】マイクロコンタクトプリント法により自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）（１２）をガラス基板１４上にパターニングした後、銀の錯イオンを含む溶液に分散剤を加えた銀鏡反応によりパターン基板１６上に銀ナノ粒子２４を局所的に析出させて、ＳＥＲＳ基板１８を作成する。この方法で基板１８上に銀ナノ粒子２４のＳＥＲＳ活性サイト３１〜３３を生成した後、酸素プラズマにより、ＳＥＲＳ基板１８から、自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）（１２）を除去するとともに、ＳＥＲＳ基板１８表面を洗浄する。その後、該ＳＥＲＳ活性サイト３１〜３３及び流路３４に対応する部分に凹所を形成したカバー４０を酸素プラズマにより表面活性し、固着することで、マイクロＴＡＳ３０を製造できる。【選択図】図１
2009031023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロコンタクトプリント法により自己組織化単分子膜を基板上にパターニングした後、
銀の錯イオンを含む溶液に分散剤を加えた銀鏡反応により基板上に銀ナノ粒子を局所的に析出させることを特徴とする表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ）分析用基板の作成方法。
【請求項２】
前記自己組織化単分子膜がシラン系であることを特徴とする請求項１に記載の表面増強ラマン分光分析用基板の作成方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法で基板上に銀ナノ粒子のＳＥＲＳ活性サイトを生成した後、
該ＳＥＲＳ活性サイト及び流路に対応する部分に凹所を形成したカバーを固着することを特徴とするマイクロＴＡＳの製造方法。
【請求項４】
前記固着前に、酸素プラズマにより、基板表面から自己組織化単分子膜を除去し、かつ基板表面を洗浄することを特徴とする請求項３に記載のマイクロＴＡＳの製造方法。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の方法で製造されたことを特徴とするマイクロＴＡＳ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面増強ラマン分光分析に用いるのに好適な表面増強ラマン分光分析用基板の作成方法、この方法を利用したマイクロＴＡＳ（Ｔotal  Ａnalysis  Ｓystem）の製造方法、及び、この製造方法により製造されたマイクロＴＡＳに関する。
【背景技術】
【０００２】
ラマン分光分析は、試料にレーザを照射することにより発生するラマン散乱光を検出する分析法で、ウイルス、蛋白質等の生化学物質や環境化学物質の同定、バイオセンサ等に極めて有効な分析技術である。しかし問題点として、ラマン散乱光がレーザの反射光（レイリー散乱）と比較し、極めて微弱なことが挙げられる。これを解決するのが、金属ナノ粒子表面における電場増強効果を利用した表面増強ラマン分光法（ＳＥＲＳ）である。このＳＥＲＳは、金、銀等の金属ナノ粒子表面に生じる電場増強効果を利用して、超高感度な生化学物質の同定を行なうことができる極めて有効な分析技術である。
【０００３】
このＳＥＲＳでは、金属ナノ粒子を持つ基板の作成が鍵となる。従来技術として、（１）銀コロイドを溶液中に分散させるもの（特許文献１、２、非特許文献１、２、３）、（２）銀ナノ粒子をガラス基板上に吸着させるもの（特許文献３）、（３）銀を電子ビームリソグラフィによりパターニングする等の方法が挙げられる。
【０００４】
又、銀微粒子の析出方法として、銀薄膜の製作のために、分散剤を加えた上で銀鏡反応を行なった例が報告されている（非特許文献４）。
【０００５】
又、発明者は、非特許文献５で、高感度、高再現性、作成が容易で安価なＳＥＲＳ用銀ナノ粒子基板の作成方法を確立している。
【０００６】
一方、自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）は、シラン等の反応性感応基を親水基として持つ化合物が、固体基板上に吸着することで形成された単分子の膜であり、基板表面の性質を変化させるために有効な手段である。従来技術として、ＳＡＭをマスクとして利用し、選択的な皮膜の析出や、エッチングを行なう方法がある（非特許文献６、７）。又、ＳＡＭのパターニング方法として、ＵＶ照射による方法や、微細なパターンを持つスタンプ表面にＳＡＭを成膜し、基板に転写するマイクロコンタクトプリント法がある（非特許文献８）。
【０００７】
又、非特許文献９には、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）をＳＥＲＳ基板の作成に用いることが記載されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平７−１４６２９５号公報
【特許文献２】特開平１１−６１２０９号公報
【特許文献３】特許第３７１４６７１号公報
【非特許文献１】Ｓ．Ｎie  and  Ｓ．Ｒ．Ｅmory，Ｓcience．２７５，１１０２（１９９７）
【非特許文献２】Ｋ．Ｃ．Ｇrabar，Ｐ．Ｃ．Ｓmith，Ｍ．Ｄ．Ｍusick，Ｊ．Ａ．Ｄavis，Ｄ．Ｇ．Ｗalter，Ｍ．Ａ．Ｊackson，Ａ．Ｐ．Ｇuthrie  and  Ｍ．Ｊ．Ｎatan，Ｊ．Ａm．Ｃhem，Ｓoc．，１１８，１１４８（１９９６）
【非特許文献３】Ｒ．Ｍ．Ｂright，Ｍ．Ｄ．Ｍusick  and  Ｍ．Ｈ．Ｎatan，Ｌangmuir，１４，５６９５（１９９８）
【非特許文献４】赤沢力、菅沼進「銀超微粒子皮膜作製技術の開発」埼玉県産業技術総合センター研究報告第２巻（２００４）１９４−１９６頁
【非特許文献５】Ｋ．Ｋurooka  and  Ｎ．Ｍiki，Ｐroceedings  of  μＴＡＳ2006，2，1268（2006）．
【非特許文献６】Ｈ．Ｓugimura  et  al．，Ｅlectrochimica  Ａcta，47，103（2001）．
【非特許文献７】Ｙ．Ｍasuda  et  al．，Ｊournal  of  Ｃeramic  Ｓociety  of  Ｊapan，112，Ｓ1495（2004）．
【非特許文献８】Ａ．Ｋumar，Ｈ．Ａ．Ｂiebuyck，and  Ｇ．Ｍ．Ｗhitesides，Ｌangmuir，10，1498（1994）．
【非特許文献９】Ｇ．Ｌ．Ｌiu  and  Ｌ．Ｐ．Ｌee，Ａpplied  Ｐhysics  Ｌetters  87，074101（2005）．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
発明者が提案した従来のＳＥＲＳ用基板作成方法では、ガラス基板全体に銀ナノ粒子を析出させることが可能であるが、局所的な析出は困難であった。
【００１０】
ＳＥＲＳ用基板にマイクロ流路等を組み合わせ、高感度分析チップとして実用化するためには、局所的に銀ナノ粒子を析出させる技術が不可欠である。しかしながら、自己析出型基板にＳＡＭを用いたものは無かった。
【００１１】
一方、銀ナノ粒子を、光によりパターニング可能な感光性レジストをマスクとして、エッチングすると、エッチングした後に、レジストを剥がすと、レジストと共に銀の微粒子も剥がれてしまう。また基板上にもレジストやレジスト剥離用の有機溶媒が残留し、基板が汚れてしまうという問題点が有った。
【００１２】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、局所的に銀ナノ粒子を析出可能とすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、自己析出型基板にＳＡＭで基板表面修飾を施せば、銀ナノ粒子での析出を制御でき、銀ナノ粒子にダメージを与えることなく基板上に残せることに着目してなされたものである。
【００１４】
本発明は、表面増強ラマン分光分析用基板の作成に際して、マイクロコンタクトプリント法により自己組織化単分子膜を基板上にパターニングした後、銀の錯イオンを含む溶液に分散剤を加えた銀鏡反応により基板上に銀ナノ粒子を局所的に析出させるようにして、前記課題を解決したものである。
【００１５】
前記自己組織化単分子膜はシラン系とすることができる。
【００１６】
本発明は、又、前記の方法で基板上に銀ナノ粒子の活性サイトを生成した後、該活性サイト及び流路に対応する部分に凹所を形成したカバーを固着することを特徴とするマイクロＴＡＳの製造方法を提供するものである。
【００１７】
前記固着前に、酸素プラズマにより、基板表面から自己組織単分子膜を除去し、かつ基板表面を洗浄することができる。
【００１８】
本発明は、又、前記の方法で製造されたことを特徴とするマイクロＴＡＳを提供するものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、基板上に銀ナノ粒子を局所的に析出させることができ、例えば局所的なＳＥＲＳ活性サイトを有するマイクロチップの製作が可能となる。又、高精度な銀ナノ粒子パターンを持つ基板を、簡易な操作で大量に生産でき、安価で大量生産性に優れている。更に、本発明によって得られる、どの局所サイトからも、高いラマン信号感度、再現性が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２１】
本実施形態は、マイクロコンタクトプリント法を用いた、シラン系ＳＡＭのガラス基板上へのパターニングによって、局所的にＳＥＲＳ活性サイトを持つ基板製作を実現したものである。
【００２２】
以下、図１を参照して具体的な手順を説明する。
【００２３】
まず、例えばフォトリソグラフィでパターニングしたレジストを鋳型に、ポリマーを製作するソフトリソグラフィ技術を用いて、図１（Ａ）に示すような、微細なパターンを持つＰＤＭＳスタンプ１０を作成する。次いで、シラン系ＳＡＭであるオクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）を無水トルエンに溶解させ、１％ＯＴＳ−ＳＡＭ溶液を作成し、溶液中にＰＤＭＳスタンプ１０を例えば５分間浸漬させ、ソフトコンタクトさせる。次いで、ＳＡＭ１２が塗布されたＰＤＭＳスタンプ１０を取出し、図１（Ａ）に示す如く、ガラス基板１４にコンタクトプリントする。
【００２４】
その後、直ちに、例えばヒータ上で加熱処理を施すことにより、図１（Ｂ）に示す如く、ガラス基板１４上にＳＡＭパターンが形成されたパターン基板１６を得る。
【００２５】
このパターン基板１６に対して、銀鏡反応により銀ナノ粒子２４を析出させる。具体的には、図１（Ｃ）に示す如く、銀の錯イオンを含む溶液（例えば硝酸銀水溶液にアンモニア水を加えたもの）に分散剤を加えて攪拌した銀微粒子液２０に、還元剤２２を加えると同時に、パターン基板１６を浸す。これにより、ＳＡＭ１２以外の場所にのみ銀ナノ粒子２４が析出するため、図１（Ｄ）に示す如く、局所的に銀ナノ粒子２４が析出したＳＥＲＳ活性サイトを持つＳＥＲＳ基板１８を作成することができる。
【００２６】
前記分散剤としては、例えば酸性基を有するコポリマー、前記還元剤２２としては、例えばヒドラジンを用いることができる。
【００２７】
ＯＴＳ−ＳＡＭ溶液へのＰＤＭＳの浸漬時間及びソフトコンタクト後の加熱処理時間を変えた時の銀ナノ粒子を有するガラス基板のＳＥＭ像を図２に示す。図中の白色部分が析出した銀ナノ粒子である。（ａ）は浸漬時間３０秒で非加熱、（ｂ）は浸漬時間５分で非加熱、（ｃ）は浸漬時間３０秒で５分加熱、（ｄ）は浸漬時間５分で加熱時間５分の例である。このように、コンタクトプリント時の条件（ＳＡＭ溶液への浸漬時間や基板の加熱処理時間）を制御することで、良好な銀ナノ粒子パターンを得ることができる。
【００２８】
本発明を用いて作成したマイクロＴＡＳの一例を図３に示す。図３において、３１〜３３は、本発明により作成されたＳＥＲＳ活性サイト、３４はマイクロ流路、３６は流路入口、３８は流路出口である。
【００２９】
このマイクロＴＡＳ３０は、図４に示すような手順で作成される。
【００３０】
まず、図１に示したような方法で、図４（Ａ）に示す如く、ＳＥＲＳ活性サイト３１〜３３（図４は３１と３２を図示）の部分に銀ナノ粒子２４が局所的に析出されたＳＥＲＳ基板１８を作成する。
【００３１】
次いで、図４（Ｂ）に示す如く、ＳＥＲＳ基板１８の表面に、例えば５０Ｗの酸素プラズマを０．５秒照射して、ＳＡＭ１２を除くと共に、表面を洗浄、活性化する。
【００３２】
一方、図４（Ｃ）に示す如く、マイクロ流路３４部分及びＳＥＲＳ活性サイト３１〜３３（図４は３１と３２を図示）部分に凹所を形成し、流路入口３６及び流路出口３８を例えばポンチで穴開けしたＰＤＭＳのカバー４０を作成する。
【００３３】
このＰＤＭＳカバー４０の表面にも、図４（Ｄ）に示す如く、例えば５０Ｗの酸素プラズマを０．５秒照射し、活性化する。
【００３４】
次いで図４（Ｅ）に示す如く、ＳＥＲＳ基板１８の表面にＰＤＭＳカバー４０を反転して接着することにより、マイクロＴＡＳ３０が製造される。
【００３５】
図５に、０．５秒間の酸素プラズマ処理を行なった時と行わなかった時のＳＥＲＳ活性サイト、及び、ガラス基板からの１０ｍＭ／ｌローダミン６Ｇのラマン信号を示す。酸素プラズマがＳＥＲＳ活性サイトを傷めていないことが分かる。
【００３６】
図６に、図３に示したマイクロＴＡＳの各ＳＥＲＳ活性サイトからの１０ｍＭ／ｌローダミン６Ｇのラマン信号を示す。本発明により作成された局所的なＳＥＲＳ活性サイトは、それぞれ感度、再現性とも非常に高いことがわかる。
【００３７】
本実施形態で用いたＰＤＭＳスタンプ１０は、繰返し使用することができ、低コストな基板製作が可能である。
【００３８】
なお、前記実施形態においては、スタンプやカバーがＰＤＭＳ製とされ、ＳＡＭとしてＯＴＳが用いられていたが、スタンプ、カバー、ＳＡＭの種類は、これらに限定されない。
【００３９】
又、前記実施形態においては、分散剤として酸性基を有するコポリマーを用い、還元剤としてヒドラジンを用いたが、分散剤や還元剤の種類はこれに限定されない。銀イオンを含む溶液も硝酸銀溶液に限定されず、基板もガラス基板に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態を示す工程図
【図２】前記実施形態におけるコンタクトプリント時の条件と得られる銀ナノ粒子パターンの例を示す図
【図３】本発明により製造されるマイクロＴＡＳの実施形態を示す平面図
【図４】前記マイクロＴＡＳの製造方法を示す工程図
【図５】ＳＥＲＳサイトへの酸素プラズマ処理の影響を示す図
【図６】マイクロＴＡＳの各サイトにおけるラマン信号を示す図
【符号の説明】
【００４１】
１０…ＰＤＭＳスタンプ
１２…ＳＡＭパターン
１４…ガラス基板
１６…パターン基板
１８…ＳＥＲＳ基板
２０…銀微粒子液
２２…還元剤
２４…銀ナノ粒子
３０…マイクロＴＡＳ
３１〜３３…ＳＥＲＳ活性サイト
３４…マイクロ流路
３６…流路入口
３８…流路出口
４０…ＰＤＭＳカバー
【図１】
2009031023.tif 000003
【図３】
2009031023.tif 000004
【図４】
2009031023.tif 000005
【図５】
2009031023.tif 000006
【図６】
2009031023.tif 000007
【図２】
2009031023.tif 000008