ガラス基板上へのナノチャネルの作製
Fabricating nanochannels on glass substrates

力学と材料科学ユニット

スタッフサイエンティスト ヤンセンス ストフル

Mechanics and Materials Unit

Staff Scientist

Dr. Stoffel D. Janssens

従来技術とその問題点
Existing technology and its problem• ナノチャネルとは：“一方向の長さが100nm以下の断面を有するチャネル"​Definition of a Nanochannel：“A nanochannel is a channel with a cross-section ofwhich one dimension is below 100 nm.”• ナノチャネル作製には、高純度ガラスの板がよく使用されるHighly pure glass plates are often used for nanochannel fabrication• ガラスを使うメリット：高温、酸、溶媒、透明
Benefits of using glass: High temperature, acid, solvent, transparent

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従来技術とその問題点Existing technology and its problem

ナノチャネルの標準的な作製法
Standard Fabrication of Glass Nanochannels

ステップ (Step) 1
オープンナノチャネル
open nanochannel

基板
substrate− 基板にオープンなナノチャネルのパターンを形成
A substrate is patterned with an open nanochannel

方法（Method）1:
電子ビームリソグラフィー、又は、集束イオンビームミリングと反応性イオンエッチング
Electron beam lithography or focused ion beam milling
and reactive ion etching

方法（Method）2:
ワイドチャネル - フォトリソグラフィと反応性イオンエッチング
オープンナノチャネル
open nanochannel

Wide channels – photolithography and reactive ion etching3従来技術とその問題点
Existing technology and its problem

ナノチャネルの標準的な作製法
Standard Fabrication of Nanochannels

ステップ (Step) 2インレット inlet− チャネルの封止
The channel is sealed

プレート plate

方法（Method）：
ガラス板の熱接合及び/又は陽極接合
Thermal and/or anodic bonding of a glass plate4

従来技術とその問題点
Existing technology and its problem

ナノチャネルの標準的な作製法
Standard Fabrication of Nanochannels

問題 Problems• 時間がかかる

time-consuming• 設備が高価

expensive equipment• クリーンルーム環境

cleanroom environment5

新技術の特徴・従来技術との比較
Our technology for nanochannel fabrication

ナノ結晶ダイヤモンド膜とガラス基板の間にナノチャネルをレーザーにより直接描画
Direct laser writing of nanochannel pairs between nanocrystalline diamond films and glass substrates

シンプルなワンステップ方式

顕微鏡対物レンズ
ナノ結晶ダイヤモンド膜
レーザー光

Simple One-Step Method• レーザー光によるサンプルの膨張（ナノストリップ）
Laser light causes the sample to expand (nanostrip)• 膨張が膜の剥離を引き起こし、これにより（二つの）ナノチャネルが形成される
ナノストリップ

The expansion causes delamination of the film
which is followed by nanochannel (pair) formation

ガラス基板
ナノチャネル

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新技術の特徴・従来技術との比較
Our technology for nanochannel fabrication

デモ：ナノ流体デバイス
Demonstration nanofluidic device• オープンリザーバー → オープンマイクロチャンネル → ナノチャンネル
Open reservoir

open microchannel

概略図 schematic

オープンマイクロチャネル
open microchannel

nanochannel

顕微鏡イメージ microscope image

閉じたナノチャネル
closed nanochannel

オープンリザーバー
open reservoir

ナノストリップnanostrip
閉じたナノチャネル
closed nanochannel

閉じたナノチャネル
closed nanochannel

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新技術の特徴・従来技術との比較
Our technology for nanochannel fabrication

ナノチャネルに挟まれたナノストリップの断面図
Cross-sections of nanostrips surrounded by nanochannels

8新技術の特徴・従来技術との比較
Our technology for nanochannel fabrication

調整可能性 Tunability• ナノチャネルの高さは、レーザーパルスのエネルギーEによって調整可能
Nanochannel height can be tuned by laser
pulse energy E

9新技術の特徴・従来技術との比較
Benefits, properties, and limitations of our technology

利点 Benefits• 高速加工(200 mm/s)

Fast fabrication (200 mm/s)• 比較的安価な機器

Equipment is relatively inexpensive• 材料は安価でサステナブル Materials are inexpensive and sustainable• 封止工程なし

No sealing step

• クリーンルームは不要

A cleanroom is not necessary10新技術の特徴・従来技術との比較
Benefits, properties, and limitations of our technology

特性 Properties• 非常にロバストなナノチャネル(400°C、溶媒、酸など)​
Highly robust nanochannels (400℃, solvents, acids, …)• 光学的アクセスが可能
Optically accessible• サステナブルな材料(ガラス、炭素)
Sustainable materials (glass, carbon)11新技術の特徴・従来技術との比較
Benefits, properties, and limitations of our technology

制約 Limitations• ナノチャンネルの幅は数ミクロン
A nanochannel is several microns wide

→ 幅が広いと詰まりにくい
wide nanochannels clog less

12想定される用途
Expected application

電子パッケージング用ナノベント
Nanovent for electronics packaging
上面図

断面ナノベント
ガラス板

ダイヤモンド膜

浮いているダイアモンド膜

ガラス貫通電極
溶媒を含む接着剤

ナノベント
電子デバイス

接着剤中の溶媒により圧力が溜まるが、ベントにより解放される
The solvent of the glue generates a pressure that is released by the vent

ベントは疎水性で、十分に小さいので粒子をブロック
The vent is hydrophobic and sufficiently small to block particles
13想定される用途
Expected application

生体分子の解析
Analysis of individual biomolecules
電極

電極

ナノチャネル
ナノストリップ
ナノチャネル
閉じ込められた生体分子

例えば、生体分子を電極の間に閉じ込めて、解析することが可能
For example, a biomolecule can be trapped between electrodes for further investigations14

想定される用途
Expected application

マイクロチャネルの作製
Fabrication of microchannels
ダイヤモンド膜
ナノチャネル

HFに浸漬

ガラス基板

マイクロチャネル

• HF酸をチャネルに誘導し、基板エッチングによりマイクロチャネルを形成
HF acid is guided into the channels and forms a microchannel by substrate etching• ダイヤモンド膜はHFに耐性がある
The diamond film is resistant to HF• ダイヤモンド膜に導電性を付与することも可能
The diamond film can be made electrically conductive15

実用化に向けた課題
Challenges for commercialization

ナノ流体デバイス → 液体をチャネルに押し込む
Nanofluidic devicepress liquid through the channels• リザーバー → シリンジ、オープンマイクロチャネル → 閉じたマイクロチャネル
reservoir
syringe, open microchannel
closed microchannel概略図 schematic
オープンマイクロチャネル
open microchannel
オープンリザーバー
open reservoir

ナノストリップ
nanostrip
閉じたナノチャネル
closed nanochannel

顕微鏡イメージ microscope image

閉じたナノチャネル
closed nanochannel

閉じたナノチャネル
closed nanochannel

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企業への期待
Potential ways for technology transfer• 特許ライセンス
Licensing• 共同研究：様々な用途向けに共同開発
Collaborations for specific applications

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本技術に関する知的財産権
Patent application status

発明の名称 ： 流路素子、パッケージ、薬物送達デバイス、生体分子検査装置、およびチャネル形成方法
原題 「Channel Element, Package, Drug Delivery Device, Biomolecule Testing
Apparatus, and Channel Forming Method」

出願番号 ： 特願2023-073856
出 願 人 ： 沖縄科学技術大学院大学学園

発 明 者 ： ヤンセンス ストフル、バスケス-コルテス ダビッド、ステスティスナ ブルハンヌディン、フリード エリオット
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お問い合わせ先
Contact

沖縄科学技術大学院大学

TEL ： 098-966-8937
FAX ： 098-982-3424
E-mail： tls@oist.jp .

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