JP2004170935A - Functional substrate having columnar microprojections and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
【課題】 位置、底面積、高さを制御できる有機ポリマー製の柱状微小突起群を備えた機能性基板を提供すること。
【解決手段】 有機ポリマー製の第1の基体と、該基体から伸びた有機ポリマー製の柱状微小突起群を有し、該柱状微小突起群の相当直径が10nmから500μm、高さが50nmから5000μmであって、該柱状微小突起群の高さ(H)に対する相当直径(D)の比(H/D)が4以上であることを特徴とする柱状微小突起群を備えた機能性基板。
本発明はまた、上記微小突起群を有する構造体を使用した光デバイス、マイクロバイオチップ、培養膜、反射防止層等を開示する。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a functional substrate provided with a group of columnar microprojections made of an organic polymer, whose position, bottom area and height can be controlled.
SOLUTION: A first base made of an organic polymer, and a group of columnar microprojections made of the organic polymer extending from the base, have an equivalent diameter of 10 nm to 500 µm and a height of 50 nm to 5000 µm. A functional substrate comprising a group of columnar microprojections, wherein a ratio (H / D) of an equivalent diameter (D) to a height (H) of the group of columnar microprojections is 4 or more.
The present invention also discloses an optical device, a microbiochip, a culture film, an antireflection layer, and the like using the structure having the microprojection group.
[Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は有機ポリマーの微小突起群を備えた機能性基板又は機能性素子及びその製造方法に関し、またそれを用いたマイクロバイオチップや光デバイス等に関する。 The present invention relates to a functional substrate or a functional element provided with a group of organic polymer microprojections and a method of manufacturing the same, and also relates to a microbiochip, an optical device, and the like using the same.
非特許文献1には鉄、金、銀などの金属クラスターをプラズマエッチングマスクの自己形成核として用いて、シリコンのナノ円柱群を形成し、特定の円柱の列を除去してフォトニック結晶(光デバイス)を形成することが開示されている。シリコン基板の表面に形成されるシリコンナノ円柱の直径は50nm,高さ1μmで、クラスターの周期(ピッチ)は500nmである。
このようなナノ円柱の周期の、約二倍の波長の光はフォトニックバンドギャップによって円柱の間を通過できないが、円柱の1列を取り除いた部分(線状欠陥)では光は線状欠陥(隙間)を通過することができる。上記線状欠陥を通って入射光が進行することになり、この線状欠陥を適宜レイアウトすることで、極めて狭い空間で光信号を合成したり(ADD)、分割したり(DROP)、あるいは進行方向を変えることができる。信号をDROPさせる場合は、グレーティングを用いるのが良い。従って、この線状欠陥部を形成することにより、極めて小型の光導波路を得ることができる。 Light having a wavelength about twice as long as the period of such a nano-cylinder cannot pass between the cylinders due to the photonic band gap. However, at a portion where one column of the cylinder is removed (linear defect), the light is converted to a linear defect (linear defect). Gap). The incident light travels through the linear defect, and by appropriately laying out the linear defect, an optical signal can be synthesized (ADD), split (DROP), or traveling in an extremely narrow space. You can change direction. When a signal is to be DROPed, a grating is preferably used. Therefore, by forming this linear defect, an extremely small optical waveguide can be obtained.
また、非特許文献2には樹脂製の突起物の形成に関する技術が開示されている。シリコン基板の表面に分子量2、000,厚さ95nmのPMMA(polymethylmethacrylate)膜を塗布する。次に、シリコン基板製のマスクを、スペーサーを介してPMMA膜の上に設置する。PMMA膜とマスクとの距離は例えば0.3μmである。次に、試料を130℃、5分から80分間、加熱するとPMMA膜に突起物が形成される。最後にマスクとスペーサーを試料から外す。突起物の直径は数μm、高さはスペーサーで決まるが0.28μmから0.43μmの突起群が作製できることが記載されている。
Non-Patent
上記の非特許文献1記載の技術は、ドライエッチング法によってnmレベルの微小突起物群を形成している。ナノ円柱の材質はエッチングガスと反応して揮発性のガスとして除去される必要がある。そこで、金属、酸化シリコン(SiO2),窒化シリコン(Si3N4),シリコン(Si)などの無機材料に限定され、その製造法は上記のようにECRプラズマエッチング法などのドライエッチング法に依らざるを得ない。
According to the technique described in
上記文献によれば、クラスターサイズに関係なく、得られるナノ円柱の直径は、常に15ないし20nmであり(上記非特許文献1の図5参照)、従ってこの方法により得られる光デバイスで用いられる光の波長は特定の範囲に限られる。 According to the above document, the diameter of the obtained nano-cylinder is always 15 to 20 nm regardless of the cluster size (see FIG. 5 of Non-Patent Document 1), and thus the light used in the optical device obtained by this method. Is limited to a specific range.
上記従来技術のうち、非特許文献2に記載された、PMMA製突起物の形成では、ドライエッチング法を用いないために有機材料(PMMA)製の突起物構造が形成可能である。しかし、PMMA膜の自己組織化が突起物形成の駆動力であるため突起物の位置,直径,高さを自由に制御することは困難であった。
Among the above prior arts, in the formation of PMMA projections described in
本発明は、種々の用途に利用可能で、微小突起群の寸法、アスペクト比を容易に制御できる有機材料製の柱状微小突起群を備えた機能性基板又は機能性素子を提供するものである。また、本発明は、簡便で安価な機能性基板又は機能性素子の製造法による柱状微小突起群を提供するものである。 An object of the present invention is to provide a functional substrate or a functional element having an organic material columnar microprojection group which can be used for various applications and can easily control the size and aspect ratio of the microprojection group. The present invention also provides a simple and inexpensive method for manufacturing a functional substrate or a functional element, and a columnar microprojection group.
本発明の微小突起群を備えた機能性基板又は機能性素子は、有機ポリマー製の第1の基体と、該基体から伸びた有機ポリマー製の柱状微小突起群を有し、該突起群の突起物の相当直径が10nmから500μm、高さが50nmから5000μmであることを特徴とする。本発明は特にnmレベルの微小突起物群を有する機能性基板に適用するのに適し、従って、上記突起物の相当直径は50nm以上、1μm未満、高さは100nm以上、10μm以下であることが好ましい。 A functional substrate or a functional element having a group of microprojections according to the present invention includes a first base made of an organic polymer and a group of columnar microprojections made of an organic polymer extending from the base. The equivalent diameter of the object is from 10 nm to 500 μm, and the height is from 50 nm to 5000 μm. The present invention is particularly suitable to be applied to a functional substrate having a group of nano-level minute projections. Therefore, the equivalent diameter of the projections is 50 nm or more and less than 1 μm, and the height is 100 nm or more and 10 μm or less. preferable.
なお、本発明の機能性基板又は機能性素子はフィルムやシートも含むものである。本発明において、有機ポリマーは、特に断りがない限り、有機ポリマーのみを意味する他、これに無機フィラーを添加したり、有機ポリマーに化学修飾したりして、物性を変化させたものも含む。 The functional substrate or functional element of the present invention includes a film or a sheet. In the present invention, unless otherwise specified, the organic polymer means only the organic polymer, and also includes those in which the physical properties are changed by adding an inorganic filler or chemically modifying the organic polymer.
該突起物の高さ(H)に対する相当直径(D)の比(H/D、アスペクト比)が4以上であることが望ましい。アスペクト比がある程度大きい方が、機能性基板又は機能性素子としての任意の特性が設計でき、それだけ用途が広がるからである。 It is desirable that the ratio (H / D, aspect ratio) of the equivalent diameter (D) to the height (H) of the projection is 4 or more. This is because, when the aspect ratio is large to some extent, arbitrary characteristics as a functional substrate or a functional element can be designed, and the use is expanded accordingly.
本発明において、柱状微小突起の相当直径とは、突起の中間位置における相当直径である。なお、相当直径という語を用いたのは、突起の断面が必ずしも円形ではなく、楕円、多角形、非対称形などの場合があるためで、本発明ではこれらを全て包含するために相当直径を用いている。アスペクト比(H/D)としては、4以上が好ましく、8から30がより好ましい。しかし、構造的な強度の点から100以下が好ましい。 In the present invention, the equivalent diameter of the columnar minute projection is an equivalent diameter at an intermediate position of the projection. The term "equivalent diameter" is used because the cross section of the projection is not necessarily circular, but may be elliptical, polygonal, asymmetric, etc. In the present invention, the equivalent diameter is used to encompass all of these. ing. The aspect ratio (H / D) is preferably 4 or more, more preferably 8 to 30. However, it is preferably 100 or less from the viewpoint of structural strength.
本発明の微小突起群を備えたフィルムまたは基板は、特定の配列をもつ凹部群(以下、ピット群と称する)を形成した微小成形型(精密金型)を用いて、熱可塑性樹脂又は未硬化の熱硬化性樹脂の薄膜に押し付けて、上記ピット群の型に従ってパターンを形成する。 The film or substrate provided with the microprojections according to the present invention can be formed by using a thermoplastic resin or an uncured resin using a micromold (precision mold) in which recesses having a specific arrangement (hereinafter referred to as pits) are formed. To form a pattern according to the type of the pit group.
上記成形型はたとえば石英で作られる。上記成形型を上記薄膜から引き離すときに、上記ピットに入り込んだ熱可塑性樹脂又は未硬化の光硬化性樹脂あるいは熱硬化性樹脂が引き伸ばされて、所望の微小突起群ができる。特にモールド(成形型)の凹凸群(ピット群)のアスペクト比によって突起物の高さの調整が可能となり、モールドに形成する凹部の位置と開口面積によって突起物の位置と底面積を調整できる。この製造法に関しては、後に詳細に説明する。 The mold is made of, for example, quartz. When the mold is separated from the thin film, the thermoplastic resin, the uncured photocurable resin, or the thermosetting resin that has entered the pits is stretched to form a desired microprojection group. In particular, the height of the protrusions can be adjusted by the aspect ratio of the concave and convex groups (pit groups) of the mold, and the position and bottom area of the protrusions can be adjusted by the position and opening area of the concave portion formed in the mold. This manufacturing method will be described later in detail.
前記微小突起群は自己支持性であることが好ましく、上記第1の基体から自立できる形態であることが望ましい。また、前記微小突起群の各微小突起物の先端又は全面を化学メッキなどにより化学修飾し、微小突起物の側面の反射率を制御しても良い。 The microprojection group is preferably self-supporting, and preferably in a form that can be self-supporting from the first base. Further, the tip or the entire surface of each microprojection of the microprojection group may be chemically modified by chemical plating or the like to control the reflectance of the side surface of the microprojection.
該柱状微小突起群を構成する突起物は、先端部の相当直径よりも底面部の相当直径がわずかに大きい。これにより、樹脂製の微小突起物の自立性、自己支持性を確保する上で有利であり、また、微小突起物は、該第1の基体と接した根元から先端部に向けて細くなる部分を有している。また、該柱状微小突起群と前記第1の基体の材料が同じであることが望ましい。特に、該突起物と該突起物が接続している基板が一体となっていることが好ましい。本発明の微小突起集合体は、微小突起物が密集した構造とすることができるため、これにより個々の微小突起物が潰れにくく、基体から取れにくい性質とすることが可能である。 The projections constituting the columnar minute projections have a slightly larger equivalent diameter at the bottom part than at the equivalent diameter at the tip. This is advantageous in ensuring the self-supporting and self-supporting properties of the resin-made microprojections, and the microprojections have a portion that becomes thinner from the base in contact with the first base toward the tip. have. Further, it is desirable that the material of the columnar minute protrusion group and the material of the first base are the same. In particular, it is preferable that the projection and the substrate to which the projection is connected are integrated. Since the microprojection aggregate of the present invention can have a structure in which the microprojections are densely packed, it is possible to make the individual microprojections hard to be crushed and difficult to remove from the substrate.
上記の構造は、基体とその基体上に形成した微小突起群を一体化して使用する場合の構造であるが、成形型を使用して形成した小突起群を他の基体に転写して使用することもできる。また、微小突起群を多層に積層した構造体とすることもできる。例えば、本発明による機能性基板を反射防止膜などに利用するときは、微小突起群の相当直径は光デバイスやマイクロバイオチップの場合よりも大きくてよく、また微小突起群を転写法により形成することができる。転写法による時は、微小突起群の先端が基体面に接着剤又は熱圧着等により固定される。転写法による場合は、微小突起群は基体又は樹脂膜と分離されるので、独立した突起となる。 The above structure is a structure in which a base and a group of minute projections formed on the base are used in an integrated manner. The group of small projections formed using a molding die is transferred to another base and used. You can also. Further, a structure in which a group of microprojections is stacked in multiple layers can be used. For example, when the functional substrate according to the present invention is used for an antireflection film or the like, the equivalent diameter of the microprojections may be larger than that of an optical device or a microbiochip, and the microprojections are formed by a transfer method. be able to. When the transfer method is used, the tips of the minute projections are fixed to the surface of the base by an adhesive or thermocompression bonding. In the case of the transfer method, the minute projections are separated from the base or the resin film, and thus become independent projections.
従って本発明は、有機ポリマーからなり、アスペクト比が4以上の微小突起群が特定の配列で基体に一体化し、上記微小突起の相当直径が1μm以下で高さが100ミクロン以下であって、上記微小突起群は自己支持性があることを特徴とする機能性基板を提供する。また、上記微小突起群の突起の一端の相当直径が他端の相当直径よりも小であり、相当直径の小さい微小突起群の先端が他の基体に接続している機能性基板を提供する。更に、上記微小突起群が複数層形成され、各層の間に基体が設けられ、かつ基体と微小突起群が一体化されている機能性基板を提供する。 Therefore, in the present invention, a group of microprojections made of an organic polymer and having an aspect ratio of 4 or more are integrated with a substrate in a specific arrangement, and the equivalent diameter of the microprojections is 1 μm or less and the height is 100 μm or less. The microprojections provide a functional substrate characterized by having a self-supporting property. Also, the present invention provides a functional substrate in which the equivalent diameter of one end of the projections of the group of small projections is smaller than the equivalent diameter of the other end, and the tip of the small projection group having a small equivalent diameter is connected to another base. Further, the present invention provides a functional substrate in which a plurality of the microprojection groups are formed, a substrate is provided between the layers, and the substrate and the microprojection group are integrated.
上記微小突起物群の製造工程上、前記有機材料が熱可塑性高分子材料又は未硬化の光硬化性樹脂あるいは熱硬化性樹脂であってもよい。前記有機材料が熱可塑性の光硬化性高分子材料を用いても良い。たとえば、柱状微小突起群の主成分がシクロオレフィンポリマー,ポリメチルメタクリレート,ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリ乳酸、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、ABS樹脂、AS樹脂、ポリアミド、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ガラス強化ポリエチレンテレフタレート、変成ポリフェニレンエーテル、ポリ塩化ビニル、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶性ポリマー、フッ素樹脂、ポリアレート、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、熱可塑性ポリイミド等の熱可塑性樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリアミドビスマレイミド、ポリビスアミドトリアゾール等の熱硬化性樹脂、これらを2種以上混合した材料、あるいは感光性物質を添加した光硬化性の材料などがある。また、これらの材料に酸化防止剤、難燃剤等を添加してもよい。 The organic material may be a thermoplastic polymer material, an uncured photocurable resin, or a thermosetting resin in the manufacturing process of the microprojection group. The organic material may be a thermoplastic photocurable polymer material. For example, the main components of the columnar microprojection group are cycloolefin polymer, polymethyl methacrylate, polystyrene, polycarbonate, polyethylene terephthalate (PET), polylactic acid, polypropylene, polyethylene, polyvinyl alcohol, ABS resin, AS resin, polyamide, polyacetal, polybutylene. Terephthalate, glass reinforced polyethylene terephthalate, modified polyphenylene ether, polyvinyl chloride, polyphenylene sulfide, polyether ether ketone, liquid crystalline polymer, fluororesin, polyalate, polysulfone, polyethersulfone, polyamideimide, polyetherimide, thermoplastic polyimide, etc. Thermoplastic resin, phenolic resin, melamine resin, urea resin, epoxy resin, unsaturated polyester resin Silicone resin, diallyl phthalate resin, polyamide bismaleimide, poly bisamide thermosetting resin triazole and the like, and the like these blended material of two or more or photocurable material a photosensitive substance is added. Further, an antioxidant, a flame retardant and the like may be added to these materials.
熱可塑性樹脂の薄膜に前述の成形型を押し付け、これを引き剥がす際に、ピット内に圧入された樹脂が引き伸ばされて、突起の相当直径がピットの内径よりもわずかに小さい、しかしピット深さよりも長い微小突起物群が形成される。どの程度の相当直径でどの程度の長さの微小突起になるかは、用いる樹脂の種類、物性(分子量など)、成形条件(ピット深さ、温度、成形圧力など)によって変わるので、予め種々の実験によって、確認しておくのが良い。 When the aforementioned mold is pressed against a thin film of thermoplastic resin and peeled off, the resin pressed into the pit is stretched, and the equivalent diameter of the projection is slightly smaller than the inner diameter of the pit, but is smaller than the pit depth. A long group of minute projections is also formed. Since the length of the minute projections by the equivalent diameter and the length vary depending on the kind of resin used, physical properties (molecular weight, etc.), and molding conditions (pit depth, temperature, molding pressure, etc.), various It is good to confirm by experiment.
前記熱硬化性樹脂の薄膜が未硬化の状態にあるときに、所定の配列を持ったピットを形成した精密金型を押し付けて、引き剥がすことにより、目的の形状をもった微小突起物群が形成される。次にこれを熱硬化、光硬化などにより硬化させることにより、機械的強度の高い機能性基板を得ることができる。熱硬化性樹脂の硬化にあたっては、樹脂が溶融して流れたり、変形したりしないような条件を選ぶため、硬化温度や加熱プロファイルを検討する。なお、熱硬化性樹脂に硬化剤や硬化促進剤を添加しても良いことは当然である。 When the thin film of the thermosetting resin is in an uncured state, by pressing a precision mold having pits having a predetermined arrangement and peeling it off, a group of microprojections having a desired shape is formed. It is formed. Next, this is cured by heat curing, light curing, or the like, whereby a functional substrate having high mechanical strength can be obtained. In curing the thermosetting resin, a curing temperature and a heating profile are examined in order to select a condition under which the resin does not melt and flow or deform. It should be noted that a curing agent or a curing accelerator may be added to the thermosetting resin.
本発明によれば、寸法、アスペクト比などが自由に制御できる有機ポリマー製の微小突起物群を備えた機能性基板を提供することができる。また、柱状微小突起群を製造するのに、有機ポリマーを使用するので、プレスという簡便な製造技術で形成でき、安価な機能性基板を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the functional board | substrate provided with the fine protrusion group made of an organic polymer which can control a dimension, an aspect ratio, etc. freely can be provided. In addition, since an organic polymer is used to manufacture the columnar microprojection group, it can be formed by a simple manufacturing technique called pressing, and an inexpensive functional substrate can be provided.
アスペクト比の小さい微小突起物を作るのは容易であるが、nm単位の微小突起でしかもアスペクト比が4以上と大きいものを簡単な方法で形成することができる。従って種々の用途に展開できるnmオーダーの機能性基板が得られる。また、突起物の中心位置間の距離(ピッチ、P)を位置によって変え、変化した機能を与えることも可能である。 Although it is easy to produce minute projections having a small aspect ratio, minute projections having a unit of nm and an aspect ratio as large as 4 or more can be formed by a simple method. Accordingly, a functional substrate on the order of nm that can be developed for various uses can be obtained. It is also possible to change the distance (pitch, P) between the center positions of the projections depending on the position to give a changed function.
(実施例1)
図1は本実施例で作製した突起物群104を備えた機能性基板100の概略斜視図である。突起物群104の材質はPMMAで、分子量は20、000から60万である。微小突起物群104と同じ有機ポリマーからなる基体102は、突起物群と連続していて突起物群を、しっかりと固定している。図1においては、突起物群104は同じ形状で、縦、横方向に整列されているが、ランダムに形成されていても良い。また、突起物群の高さ寸法、アスペクト比が、突起物が形成されている位置によって変化していても良い。このような変化は、本発明の製造法によってなし得る特徴である。
(Example 1)
FIG. 1 is a schematic perspective view of a
更に又、突起物群の一部を欠損して、特定の機能を与えることもできる。本発明の方法によれば、予め金型に突起物群の欠損部分を形成しておくことにより、1工程で欠損部分を有する機能性基体を容易に形成することができる。 Furthermore, a specific function can be given by omitting a part of the projection group. According to the method of the present invention, a functional substrate having a defective portion can be easily formed in one step by forming a defective portion of a group of protrusions in a mold in advance.
(実施例2)
図2は他の実施例による機能性基板200の構造を示す斜視図であり、図3は微小突起物204の側面構造を示す図である。図4は図2、図3に示す機能性基板の製造工程を示すフローチャートである。
(Example 2)
FIG. 2 is a perspective view showing a structure of a
図2及び図3において、柱状微小突起物204の高さは3μmで、相当直径は根元で330nm、中間高さ位置で300nmである。柱状微小突起物204は上部約1μmの部分は平滑な表面状態であり、根元から約2μmの部分の表面は、図3に示すように、横方向の縞模様209を有する。
2 and 3, the height of the
柱状微小突起物群204は一定のピッチPで形成され、底面の相当直径が330nmで、高さが3μmなので、底面におけるアスペクト比は9である。また、突起物204の中間高さ位置の相当直径は300nmであるので、中間高さ位置のアスペクト比は10で、4以上の、十分に大きいアスペクト比である。なお、本発明で単にアスペクト比という場合は、特に断りがない場合は、微小突起物の中間高さ位置における値である。
The
また、柱状微小突起物204は先端部が底面部より小さくなっており、末広がり状であることが分かる。本実施例では、柱状微小突起物の形状は根本から先端にかけて細くなっていく形状であるが、例えば、根本から先端にかけて細くなり先端部が膨らんだ形状でもよい。本発明の柱状微小突起物は、根本から先端部にかけて細くなる部分を有することが特徴の一つである。突起物の先端部が突起物の底面部より小さく末広がり状であるため、突起物が基板から取れにくい。また、突起物が下地の材料と同じであるため突起物が下地から取れにくい。
In addition, it can be seen that the
また、後述するが、柱状微小突起物204は下地膜(薄膜)202と同じPMMAでできている。また、柱状微小突起物204は下地膜202に接続されており、一体化している。微小突起物群の特定列を除去することによって、特定幅dの部分を形成する。これによって、特定の機能を与えることができる。第1基体203と第2基体207の間にはスペーサー201が形成され、突起物群を保護する。なお、突起物群の先端の保護と第2基体207との密着性を確保するため、樹脂膜206を形成する。
As will be described later, the
図2は図4の製造法で作製した光の導波路を実現するための光デバイス200の斜視図である。光デバイス200は高さ3μmの窒化シリコン製のスペーサー201,厚さ0.5μmの薄膜202(酸化防止剤、難燃剤を添加したPMMA),厚さ550μmで幅1ミリメートルのシリコン製第1基板203,ポリカーボネート製の第2基板206及びPMMAを主成分とする相当直径300nmの柱状微小突起物204からなる。
FIG. 2 is a perspective view of an
なお、本実施例では、柱状微小突起物204と下地膜202の材料としてPMMAを用いた。しかし、シクロオレフィンポリマー,ポリスチレン,ポリカーボネート,ポリエチレンテレフタレート(PET),ポリ乳酸,ポリプロピレンなど、あるいは前述の他の材料を用いても良い。
In this example, PMMA was used as the material of the
機能性基板の主要部の製造法を図17に示した。基板401には結晶方位(100)を持ち、直径150ミリメートルのシリコンウエハを用いた。基板401の表面にスピンコート法で分子量120、00のPMMAの薄膜404を塗布した。薄膜404の厚さは1.5μmである。次に、表面にピットを形成したモールド405を薄膜404にプレスした。モールド405は基板401と同じ結晶方位(100)を有し、直径150ミリメートルのシリコンウエハである。モールド405を垂直に引き上げ柱状微小突起物406を形成した。図17に示すように、柱状微小突起物406のアスペクト比は、モールド405のピットのアスペクト比(約1)の約4倍である。アスペクト比の大きいnmレベルのピットをモールド405に形成することは一般に困難であるが、本実施例の手法を用いればアスペクト比の大きい柱状微小突起物406を容易に形成することができる。
FIG. 17 shows a method of manufacturing the main part of the functional substrate. As the
なお、本実施例では、結晶方位が(100)で、直径150ミリメートルのシリコンウエハを基板401として用いたが、基板401はシリコンウエハに限られない。例えばガラスなどの無機物、ポリカーボネートなどの有機物、あるいはこれらの積層構造体を用いてもよい。
In the present embodiment, a silicon wafer having a crystal orientation of (100) and a diameter of 150 mm is used as the
また、本実施例では、基板401の表面にPMMA製の薄膜404を形成したが、薄膜404はPMMAのほかに、例えばシクロオレフィンポリマー,ポリスチレン,ポリカーボネート,ポリプロピレンなどの有機ポリマー等を用いることができる。またこれらのポリマーにシリカなどの無機物を添加してもよい。
In this embodiment, the
また、本実施例では、モールド405に結晶方位が(100)で、直径150ミリメートルのシリコンウエハを用いたが、ニッケルなどの金属薄膜やPDMS(熱硬化性又は光硬化性ポリジメチルシロキサン)などの有機物でもよい。
In this embodiment, a silicon wafer having a crystal orientation of (100) and a diameter of 150 mm is used for the
また、モールド405の凹部(ピット)の深さや薄膜404の厚さや粘度を調整することで柱状微小突起物406の直径や高さを制御できる。モールド405の凹部の開口面積を大きくすることで柱状微小突起物406の底部の大きさを制御できる。さらに、モールド405のピットの位置を制御することにより、柱状微小突起物406を形成する位置を制御することができる。
Further, the diameter and height of the
また、柱状微小突起物406の材料を熱可塑性樹脂にすることにより、柱状微小突起物406の形成時の温度を調整し、柱状微小突起物406の形状を容易に制御できる。更に、柱状微小突起物406を光硬化性材料とすることにより、柱状微小突起物406の形成時に光照射して柱状微小突起物406の形状を容易に制御できる。
In addition, by using a thermoplastic resin as the material of the
次に、光デバイス200の製造方法について詳細に説明する。図4は、図2,3に示した本実施例による光デバイス200の製造方法を示すフロー図である。始めに、図4(a)に示すシリコン製の第1の基板401に図4(b)のようにプラズマCVD法で厚さ3μmの窒化シリコン膜402を堆積した。
Next, a method for manufacturing the
次にフォトリソグラフィ法によって、図4(c)に示すように、窒化シリコン膜402をパターニングしてスペーサー403を形成した。次に粒径2nmのシリカ超微粒子を5重量%添加したPMMA(溶媒;エチルセロソルブ)をスピンコートして、図4(d)に示すように、スペーサー403及び第1の基板401上に第1の樹脂膜404を形成した。
Next, as shown in FIG. 4C, the
次に、表面に深さ1μm、直径500nmのピットをピッチ1μmで形成した図4(e)に示すモールド(精密金型)405を第1の樹脂膜404にプレスして樹脂膜の一部をピット内に圧入した後、モールド405を剥離した。これにより、図4(f)に示すように、柱状微小突起群406を形成した。なお、モールド405の背面に支持体409を設けて、樹脂膜への押圧力が一定になるようにし、かつ樹脂膜とモールド面が平行に維持されるようにする。
Next, a mold (precision mold) 405 shown in FIG. 4E in which pits having a depth of 1 μm and a diameter of 500 nm are formed at a pitch of 1 μm on the surface is pressed onto the
柱状微小突起群の形状は、図2に示すように、柱状微小突起物204は、高さ3μmで1μmの周期(ピッチ、P)で配列している。柱状突起の高さ方向の中間位置における相当直径は、300nmで、根元で330nmである。柱状微小突起物204は上部約1μmの部分は、図3に示すように平滑な表面状態であり、根元から約2μmの部分の表面は縞模様209又は膨大部を有する場合がある。
As shown in FIG. 2, the columnar microprojection group has
また、柱状微小突起物204の中間高さの相当直径が300nmで、高さが3μmなので、高さと一辺の比(アスペクト比)は10となり、4より十分大きいことが分かる。また、柱状微小突起物204の先端部の断面積が、底面部の断面積より小さく、末広がり状であることが分かる。また、柱状微小突起物204は薄膜202と同じPMMAでできている。また、柱状微小突起物204は薄膜202に接続されており、一体化している。
Also, since the equivalent diameter of the intermediate height of the
理由はまだ解明されていないが、モールドを樹脂膜から引き剥がした場合に、微小突起物の先端部に、その直径方向に拡大した部分が形成されることがある。この膨大部があっても、微小突起物群の機能が損なわれることはない。本発明はこのような構造も包含する。 Although the reason has not been elucidated yet, when the mold is peeled from the resin film, a portion enlarged in the diameter direction may be formed at the tip of the minute projection. The function of the microprojection group is not impaired even if the enormous portion exists. The present invention includes such a structure.
次に樹脂膜404と同じ成分の第2の樹脂膜408を、図4(g)に示すようにポリカーボネート製の第2の基板407にスピンコート法で形成した。次いで、第2の基板407を図4(h)に示すように重ね合わせた。次に第1の基板401と第2の基板407を圧力10MPaを掛けながら150℃で2分間加熱し、図4(i)に示す光デバイス200を得た。なお、図4(h)の工程において、樹脂膜404と樹脂膜408とは接合され一体となっている。
Next, as shown in FIG. 4G, a
図2に示すように、柱状微小突起物204は薄膜202と一体となっている。また、突起物204はフォトニックバンドギャップが出現するように1μmの周期(ピッチ、P)で配置されている。また、光を通す経路205には柱状微小突起物204は設置されておらず、幅dの隙間(光路)205が形成されている。
As shown in FIG. 2, the
本発明における柱状微小突起が図2に示す形状でなければならないことはないが、以下に説明する熱可塑性樹脂膜のプレスモールド法で柱状微小突起群を作るときは、図2及び図3のようになるのが一般的である。即ち、突起204の上端は下端よりも断面積が小さく、図3に示すように、突起の上部は平滑であるが、下部は横方向に何本かの線209が入る場合がある。この線が生成する理由は解明されていないが、これがプレスモールド法による柱状微小突起の形状的特徴の1つである。
Although the columnar microprojections in the present invention do not have to have the shape shown in FIG. 2, when forming a group of columnar microprojections by a thermoplastic resin film press molding method described below, as shown in FIGS. 2 and 3. In general, That is, the upper end of the
図2では簡略化して突起物204を一列に7本しか記入していないが、実際に試作した光デバイス200では、突起物204は一列に80本形成されている。長さ30センチメートルの光デバイス200の端部からレーザー光を入射させ、透過光のスペクトルを調べた結果、波長1.8μmの光が透過することが分かった。透過率は80%であった。
In FIG. 2, for simplicity, only seven
本実施例では突起物204、406や薄膜404、408の主成分はPMMAであった。しかし、他の熱可塑性樹脂例えば、シクロオレフィンポリマー,ポリスチレン,ポリカーボネート,ポリエチレンテレフタレート(PET),ポリ乳酸又はポリプロピレンを含む高分子材料でもよい。また、高分子材料にシリカや金などの超微粒子を添加することで屈折率を変化させてもよい。さらに、形成された柱状微小突起物の表面に他のモノマーを結合させたり、メッキしたりして化学修飾することができる。透過光の波長は柱状微小突起物204の相当直径及び周期で調整可能であり、調整可能である点が前記非特許文献1記載の技術と基本的に異なる点である。
In this embodiment, the main components of the
通信波長に合わせて微小突起物204の相当直径及び周期を調整することで、種々の通信波長に対応した通信デバイスへ適用できる。さらに光硬化性の樹脂を用いてもよいが、そのときは、プレス成形中ないしは成形後に柱状微小突起物を硬化させる。
By adjusting the equivalent diameter and period of the
以上のように、光デバイス200の柱状微小突起物204はプレス成形で形成されており、従来の光デバイスのように、半導体プロセスのようなドライエッチングやフォトリソグラフィを必要とせず、低コストで光デバイス200を製造できる効果がある。
As described above, the
また、従来のシリコン系材料製柱状微小突起物では、図4(h)に示す第2の基板407と第1の基板401とを合わせて加圧する際に突起物が破損することが観察された。しかし、本実施例のように突起物204の主成分を高分子材料にすることで、柱状微小突起物406は第2の樹脂膜408と接触しても破損することがなくなった。すなわち、柱状微小突起物204を破損することなく第2の樹脂膜408と密着・固定することが可能となり、入射光が柱状微小突起物204と第2の樹脂膜408との隙間から漏れることがなくなった。この密着性の向上によって、出力光のバックグランドノイズを下げることができた。
In the conventional columnar microprojections made of a silicon-based material, it was observed that the projections were damaged when the
光デバイスでは、フォトニックバンドギャップが発現するように突起物を周期的に形成する必要がある。フォトニックバンドギャップは、屈折率の異なる領域を光の波長の約半分の周期で形成することで得られる。従って、柱状微小突起物と柱状微小突起物の間隔(ピッチ)を調整することで透過する光の波長を制御できる。それゆえ、短波長の光を選択的に透過させるためには、柱状微小突起物の間隔を狭くし、柱状微小突起物の相当直径あるいは一辺を小さくする必要がある。 In an optical device, it is necessary to form protrusions periodically so that a photonic band gap is developed. The photonic band gap is obtained by forming regions having different refractive indices at a period of about half the wavelength of light. Therefore, the wavelength of the transmitted light can be controlled by adjusting the interval (pitch) between the columnar minute projections. Therefore, in order to selectively transmit short-wavelength light, it is necessary to narrow the interval between the columnar microprojections and reduce the equivalent diameter or one side of the columnar microprojections.
柱状微小突起物の高さは光デバイスにおいて用いられる入射光を入れる口径に関係するため、少なくとも数μmの高さが好ましい。本実施例の突起物の製法では、柱状微小突起物のアスペクト比を大きくすることができるため、入射光強度を十分確保できるという効果がある。 Since the height of the columnar microprojections is related to the aperture for entering incident light used in the optical device, the height is preferably at least several μm. In the method of manufacturing the protrusions of this embodiment, the aspect ratio of the columnar minute protrusions can be increased, and thus there is an effect that the incident light intensity can be sufficiently secured.
また、本実施例では、柱状微小突起物の先端部が柱状微小突起物の底面部より小さく末広がり状であるため、柱状微小突起群が基板から取れにくい。また、柱状微小突起群が下地の材料と同じであるため、柱状微小突起群が下地から取れにくい。また、突起物が基体と一体化しているため光デバイスが取り扱いやすい。 Further, in this embodiment, since the tip of the columnar microprojection is smaller and wider than the bottom of the columnar microprojection, the columnar microprojection group is difficult to remove from the substrate. Further, since the columnar microprojection group is the same as the material of the base, the columnar microprojection group is difficult to remove from the base. Further, since the protrusion is integrated with the base, the optical device is easy to handle.
(実施例3)
本実施例では入射光の進行方向が変わる光デバイス200を光情報処理装置に適用した一例を述べる。図5は本発明により作製した光回路500の概略構成図である。光回路500は縦(l)30ミリメートル,横(w)5ミリメートル,厚さ1ミリメートルの窒化アルミニウム製の基板501上に形成した。光回路500は、インジウムリン系の半導体レーザーとドライバ回路からなる10個の発信ユニット502,光導波路503,503’、光コネクタ504、504’から構成されている。
(Example 3)
In this embodiment, an example is described in which the
なお、10個の半導体レーザーのそれぞれの発信波長を2〜50nmずつ異なるようにした。光回路500は光多重通信系のデバイスの基本部品である。本発明は、導波路503,503’の部分に適用される。この導波路503は、発信ユニット502から入力された光信号を接続部発振部503’によって受信し、これを副導波路506、主導波路505を順次経て、接続部504’から光コネクタ504に送る。この場合入力光信号は、副導波路の各々から合波される。
The emission wavelengths of the ten semiconductor lasers were different from each other by 2 to 50 nm. The
発振部503’の構造は図6に示すようになっていて、接続部504’の構造は図6の左右を反対にした構造となっている。接続部504’の柱状微小突起群は図6とは逆方向に配置されている。 The structure of the oscillating portion 503 'is as shown in FIG. 6, and the structure of the connecting portion 504' is a structure in which the left and right of FIG. 6 are reversed. The column-shaped minute projection group of the connection portion 504 'is arranged in the direction opposite to that in FIG.
図6は光導波路503内部での柱状微小突起物508の概略レイアウト図である。発信ユニット502と光導波路503とのアライメント誤差を許容できるように、光導波路503’の入力部の幅は20μmで、平断面はラッパ状になっている。そして、ストレート部分の中央部には柱状微小突起群が1列分だけ除去されて、フォトニックバンドギャップのない領域を形成し、これによって信号光が幅1μmの領域(w1)に導かれる構造になっている。なお、柱状微小突起物突起508間の間隔(ピッチ)は0.5μmである。図6では簡略化し、実際の本数よりも柱状突起群508を少なく示している。
FIG. 6 is a schematic layout diagram of the
光回路500では10種類の異なる波長の信号光を重ね合わせて出力できるが、光の進行方向を変更できるために光回路500の横幅を5ミリメートルと非常に短くでき、光通信用デバイスを小型化できる。また、モールドのプレスによって柱状微小突起物508を形成できるため、製造コストが下げられる。本実施例では、入力光を重ね合わせるデバイスであったが、光の経路を制御する全ての光デバイスに光導波路503が有用であることは明らかである。
The
以上の実施例で説明したように、本発明の柱状微小突起群を備えたフィルムを適用することにより、光信号として用いる光の波長を任意に選択することができる光デバイスを提供することができる。本実施例では、ナノ柱状突起群を有機ポリマー又はそれを主体とする材料で成形することにより、フォトニックバンドギャップ及びマイクロサイズ又はナノサイズの光路が容易に形成することができる。 As described in the above embodiment, by applying the film having the columnar microprojection group of the present invention, it is possible to provide an optical device that can arbitrarily select a wavelength of light used as an optical signal. . In this embodiment, a photonic band gap and a micro-sized or nano-sized optical path can be easily formed by molding the nanocolumnar projection group with an organic polymer or a material mainly composed of the same.
本発明の光デバイスは、有機ポリマーを主成分とする柱状微小突起群が所定の配列法に従って配列されて、フォトニックバンドギャップに従って光路を構成して光信号を入出力させることを特徴とするものである。また、対向する二枚の基板と、該基板に挟まれた空間に有機ポリマーからなる微小突起物群が所定の配列法に従って配列されフォトニックバンドギャップによる光路を構成していることを特徴とする光デバイスである。該突起物が該基板の表面に形成された薄膜と接続されていることが望ましく、特に基板表面に形成されている薄膜の材料が突起物と同一であることが望ましい。上記有機ポリマーに、酸化物,窒化物及び金属の微粒子からなる群から選ばれた少なくとも1種類を添加して、所定の屈折率を与えることができる。また、対向する二枚の基板と、該基板を隔てるスペーサーを設け、微小突起物群を支えるのが望ましい。 The optical device of the present invention is characterized in that a group of columnar microprojections mainly composed of an organic polymer is arranged according to a predetermined arrangement method, and an optical path is formed according to a photonic band gap to input and output an optical signal. It is. Further, two opposing substrates and a group of microprojections made of an organic polymer are arranged according to a predetermined arrangement method in a space between the substrates to form an optical path by a photonic band gap. An optical device. It is desirable that the protrusion is connected to a thin film formed on the surface of the substrate, and it is particularly desirable that the material of the thin film formed on the surface of the substrate be the same as the material of the protrusion. At least one selected from the group consisting of oxide, nitride, and metal fine particles can be added to the organic polymer to give a predetermined refractive index. Further, it is preferable that two opposing substrates and a spacer separating the substrates are provided to support the minute projections.
ここで、微小突起物の相当直径(直径あるいは一辺)の大きさは、半導体レーザー等に用いる光源の波長との関係から、10nmから10μmの間で任意に調整することができる。また、微小突起物の高さは、50nmから10μmが好ましい。微小突起物間の距離(ピッチ)は、用いる信号波長の約半分となる。 Here, the size of the equivalent diameter (diameter or one side) of the minute projection can be arbitrarily adjusted from 10 nm to 10 μm in relation to the wavelength of a light source used for a semiconductor laser or the like. Further, the height of the minute projection is preferably 50 nm to 10 μm. The distance (pitch) between the minute projections is about half of the signal wavelength used.
(実施例4)
本実施例では実施例1で示した突起物集合体100をマイクロバイオチップ900へ適用した。図7はバイオチップ900の概略平面図である。ガラス製の基板901には深さ3μm,幅20μmの流路902が形成されており、DNA(デオキシリボ核酸),血液,蛋白質などが含まれる検体を導入孔903から導入し、流路902を流した後、排出孔904へ流す構造になっている。
(Example 4)
In this embodiment, the
流路902には分子フィルター905が設置されている。分子フィルター905には直径250nmから300nm,高さ3μmの突起物群1000(図8)が形成されている。図8は分子フィルター905の斜視図である。基板901には流路902が形成されており、流路902の一部には突起物群1000が形成されている。
A
基板901は上部基板1001によって蓋をされ、検体は流路902の内部を移動することになる。例えばDNAの鎖長解析の場合、DNAを含む検体が電気泳動によって流路902にある分子フィルター905を通過する際に、DNAの鎖長に応じて分離される。即ち、鎖長の短いDNAは、鎖長の長いDNAよりも分子フィルターを通過するのが早いので、鎖長に応じたDNAの分離ができる。
The
分子フィルター905を通過した検体に対し、基板901の表面に実装された半導体レーザー906からレーザー光が照射される。DNAが通過する際に光検出器907への入射光は約4%低下するため、光検出器907からの出力信号によって検体中のDNAの鎖長を解析することができる。
The sample that has passed through the
光検出器907で検出された信号は信号配線908を介して信号処理チップ909に入力される。信号処理チップ909には信号配線910が結線されており、信号配線910は出力パッド911に結線され、外部からの端子に接続される。なお、電源は基板901の表面に設置された電源パッド912から各部品へ供給した。
The signal detected by the
本実施例の分子フィルター905は、凹部を有する基板901と、基板901の凹部に形成された多数の突起物1000と、基板の凹部を覆うように形成された上部基板1001から構成されている。ここで、突起物の先端部は上部基板と接触するように形成されている。
The
突起物群1000の主成分は有機ポリマーであるため、変形することが可能であり、よって上部基板1001を流路902に被せる際に突起物群1000が破損することはない。従って、上部基板1001と突起物群1000を密着させることが可能となる。このような構成とすることにより、検体が突起物群1000と上部基板1001との隙間から漏れることがなく、高感度な分析が可能となる。
Since the main component of the projection group 1000 is an organic polymer, it can be deformed, so that the projection group 1000 is not damaged when the
実際にDNAの鎖長解析を実施した結果、ガラス製の突起物群では塩基対の分解能が半値幅で10塩基対であったのに対し、有機ポリマー製の突起物集合体1000では塩基対の分解能が半値幅で3塩基対に改善できることが分かった。本実施例の分子フィルターでは、突起物群と上部基板が直接接触する構造であるが、例えば、上部基板に突起物群と同じ材料の膜を形成し、突起物群とこの膜が接触する構造とすれば密着性の向上を図ることができる。 As a result of the actual analysis of the DNA chain length, the resolution of base pairs was 10 base pairs in half width in the group of glass protrusions, whereas the group of protrusions 1000 made of organic polymer was not. It was found that the resolution could be improved to 3 base pairs in half width. In the molecular filter of this embodiment, the projections and the upper substrate are in direct contact with each other. For example, a film of the same material as the projections is formed on the upper substrate, and the projections and the film are in contact with each other. If so, the adhesion can be improved.
なお、本実施例では流路902は一本であったが、異なる大きさの突起物を設置した複数の流路902を配置することで同時に複数の分析を行うことも可能である。また、本実施例では検体としてDNAを調べたが、突起物群1000の表面に糖鎖,蛋白質又は抗原と反応する分子を予め修飾することにより、特定の糖鎖,蛋白質,抗原を分析することができる。このように、突起物の表面に抗体を修飾させることにより、免疫分析の感度を向上させることができる。
In this embodiment, the number of the
本実施例によれば、直径がナノスケールの有機ポリマー製の分析用突起物群を簡便に形成できる。また、モールド表面の凹凸や有機材料薄膜の粘度などを制御することにより有機材料製突起物の位置,直径,高さ、アスペクト比などを制御できる。従って、本発明によれば、高感度の分析用マイクロバイオチップを提供することができる。 According to this embodiment, a group of analytical projections made of an organic polymer having a nanoscale diameter can be easily formed. Further, the position, diameter, height, aspect ratio, and the like of the projection made of an organic material can be controlled by controlling the unevenness of the mold surface and the viscosity of the organic material thin film. Therefore, according to the present invention, a highly sensitive microbiochip for analysis can be provided.
本実施例のマイクロバイオチップは、検体の検出部に複数の突起物が存在し、該突起物の材質が有機ポリマーで、該突起物の直径が10nmから100μm、高さが0.5μmから500μmであることが好ましい。突起物の直径あるいは一辺は、生体高分子や細胞と同等のサイズである10nmから100μmとすることが好ましい。また、突起物の高さは、マイクロチップの流路の高さに合わせて調整されている。マイクロチップの検出部に多数の突起物を設けて反応表面積を増加させることで、生体分子(特に生体高分子)や細胞との相互作用により、高感度の分析用マイクロチップとすることができる。 In the microbiochip of this example, a plurality of protrusions are present in the sample detection portion, and the material of the protrusions is an organic polymer. The diameter of the protrusions is 10 nm to 100 μm, and the height is 0.5 μm to 500 μm. It is preferable that The diameter or one side of the protrusion is preferably 10 nm to 100 μm, which is the same size as a biopolymer or a cell. Further, the height of the protrusion is adjusted according to the height of the flow path of the microchip. By providing a large number of protrusions on the detection portion of the microchip to increase the reaction surface area, it is possible to obtain a highly sensitive microchip for analysis by interaction with biomolecules (particularly biopolymers) and cells.
また、本実施例の突起物では、突起物の高さと直径あるいは一辺の比が1より十分大きいため、深さ数μm以上のマイクロ流路内に微小突起物群を設けることができる。 In the projections of the present embodiment, the ratio of the height to the diameter or one side of the projections is sufficiently larger than 1, so that a group of minute projections can be provided in a microchannel having a depth of several μm or more.
(実施例5)(細胞培養シート)
図9は細胞培養シート600の平面図である。細胞培養シート600は、厚さ0.5μmのPMMAを主成分とした薄膜(シート)602,薄膜から伸びたPMMAを主成分とする相当直径2μmの柱状微小突起群604からなる。
(Example 5) (Cell culture sheet)
FIG. 9 is a plan view of the
柱状微小突起物群の一部を除去して、隙間605を形成する。この細胞培養シート600を、ガラスシャーレなどの容器に細胞培養シートを入れ、容器内に培養液を浸して培養を行う。図10のように、細胞培養シート600の柱状微小突起群604上に、例えば皮膚、骨、血液等の細胞(組織)及び培地、栄養素などの培養液603を載せることで細胞等の培養を行う。
A
柱状微小突起群にはその一部を除去した一定の隙間605を設けて配置することが好ましく、本実施例では図9に示したように、十字形状に隙間を設けている。このように隙間を形成することで培養液が流れやすくなり細胞に対して効率良く栄養素を供給することができる。また、細胞培養時の細胞の老廃物を効率良く排出することができる。
It is preferable to provide a fixed
本細胞培養シートを使用することにより、通常のガラスシャーレを使用するときに生じていたシャーレからの剥離によるシート状の表皮細胞への損傷を大幅に軽減することができ、シート状の表皮細胞を皮膚に移植する際の定着率を高めることができる。また、細胞培養シート上の柱状微小突起物により形成されるシート状の表皮細胞の下部にできる隙間を通して、シート状の表皮細胞全体に培養液が流れやすくなる。その結果、細胞への栄養素の供給や細胞の老廃物の排出を効率良く行うことができ、従来生じていた細胞培養中の表皮細胞の死滅を抑えることができる。 By using this cell culture sheet, it is possible to greatly reduce damage to the sheet-like epidermal cells due to peeling from the petri dish that occurred when using a normal glass petri dish, and to reduce the sheet-like epidermal cells. The fixation rate at the time of transplantation to the skin can be increased. In addition, the culture solution easily flows through the entire sheet-like epidermal cell through a gap formed below the sheet-like epidermal cell formed by the columnar microprojections on the cell culture sheet. As a result, it is possible to efficiently supply nutrients to the cells and discharge waste products from the cells, and it is possible to suppress the death of epidermal cells during cell culture, which has conventionally occurred.
次に、細胞培養シートの製造方法について述べる。プレス装置のステージのモールド側にPMMA(溶媒;エチルセロソルブ)を塗付して樹脂膜を形成した。次に、表面に深さ1μm、直径500nmのピットを1μmのピッチで直径2cmの領域に形成したモールドを樹脂膜にプレスして樹脂膜の一部をピット内に圧入した後、モールドを樹脂膜より剥離する。これにより柱状微小突起群を形成し、薄膜上に柱状微小突起群が形成された細胞培養シートを得た。なお、本実施例では、直接ステージ上に樹脂膜を塗布したが、シリコンなどの基板上に樹脂膜を塗布して細胞培養シートを形成することも可能である。 Next, a method for producing the cell culture sheet will be described. PMMA (solvent; ethyl cellosolve) was applied to the mold side of the stage of the press device to form a resin film. Next, a mold in which pits having a depth of 1 μm and a diameter of 500 nm are formed in an area of 2 cm in diameter at a pitch of 1 μm on the surface is pressed into a resin film, and a part of the resin film is pressed into the pits. More peel off. Thus, a columnar microprojection group was formed, and a cell culture sheet having the columnar microprojection group formed on the thin film was obtained. In this embodiment, the resin film is applied directly on the stage, but it is also possible to form the cell culture sheet by applying the resin film on a substrate such as silicon.
柱状微小突起群の形状は、高さ3μmで、1μmの周期(ピッチ)で配列している。柱状微小突起物の高さ方向の中間位置における相当直径は、300nmで、根元で330nmである。従って微小突起物のアスペクト比は10である。柱状微小突起物の上部約1μmの部分は、図3に示すように平滑な表面状態であり、根元から約2μmの部分の表面は縞模様209を有する。また、柱状微小突起物の先端部の断面積が、底面部の断面積より小さく、末広がり状である。
The columnar microprojection group has a height of 3 μm and is arranged at a period (pitch) of 1 μm. The equivalent diameter of the columnar microprojections at an intermediate position in the height direction is 300 nm, and the root is 330 nm. Therefore, the aspect ratio of the minute projection is 10. The upper portion of about 1 μm of the columnar microprojections has a smooth surface state as shown in FIG. 3, and the surface of about 2 μm from the root has a
本実施例で形成した細胞培養シートをガラスシャーレに培養液を浸した状態で入れ、細胞培養シート上において、常法により正常ヒト表皮角化細胞を培養した(使用培地:HuMedia−KB2(クラボウ(株)製)、37℃、5%CO2流下で培養)。その結果、細胞培養シート上において表皮角化細胞は正常に付着し、シート形状に増殖した。 The cell culture sheet formed in this example was placed in a glass Petri dish with the culture solution immersed therein, and normal human epidermal keratinocytes were cultured on the cell culture sheet by a conventional method (used medium: HuMedia-KB2 (Kurabo ( Co., Ltd.), cultured at 37 ° C. in a flow of 5% CO 2). As a result, the epidermal keratinocytes adhered normally on the cell culture sheet and proliferated in a sheet shape.
培養開始の14日後、培養した細胞の上に直径2cmのポリビニリデンジフルオライド(PVDF)膜を被せて、培地を吸引することによって、ナノピラーシート上に成長したシート状の表皮角化細胞を、PVDF膜と共に細胞培養シートから剥離した。このシート状の表皮角化細胞を、被せたPVDF膜から容易に剥がすことができた。細胞培養シートからの剥離によるこのシート状の表皮角化細胞への損傷は通常のガラスシャーレなどを使用した場合に比べて大幅に軽減することができた。 Fourteen days after the start of the culture, a 2 cm diameter polyvinylidene difluoride (PVDF) membrane was put on the cultured cells, and the medium was aspirated, whereby the sheet-like epidermal keratinocytes grown on the nanopillar sheet were obtained. It was peeled off from the cell culture sheet together with the PVDF membrane. The sheet-like epidermal keratinocytes could be easily detached from the PVDF membrane covered. Damage to the sheet-like epidermal keratinocytes due to detachment from the cell culture sheet was significantly reduced as compared with the case where a normal glass petri dish or the like was used.
高分子材料にプラズマ処理等により親水化処理を施してもよい。また、高分子材料は特に限定されるものではないが、培養する細胞(組織)に対して影響の少ない材料を選択することが好ましく、例えば、ポリスチレン、PMMA、ポリ乳酸等が望ましい。 The polymer material may be subjected to a hydrophilic treatment by a plasma treatment or the like. Further, the polymer material is not particularly limited, but it is preferable to select a material having little effect on cells (tissue) to be cultured. For example, polystyrene, PMMA, polylactic acid, and the like are desirable.
また、本実施例では、柱状微小突起物の先端部が柱状微小突起物の底面部より小さく末広がり状であるため、柱状微小突起群が基板から取れにくい。また、柱状微小突起群が下地の材料と同じであるため、柱状微小突起群が下地から取れにくい。シリコンなどの基板上に細胞培養シートを形成すれば、細胞培養シートが取り扱い易くなる。 Further, in this embodiment, since the tip of the columnar microprojection is smaller and wider than the bottom of the columnar microprojection, the columnar microprojection group is difficult to remove from the substrate. Further, since the columnar microprojection group is the same as the material of the base, the columnar microprojection group is difficult to remove from the base. If the cell culture sheet is formed on a substrate such as silicon, the cell culture sheet can be easily handled.
(実施例6)(撥水表面)
本実施例では、表面に柱状微小突起群を形成した薄膜(シート)を撥水膜として適用した例を説明する。本実施例の撥水膜は、図11に示したように、シート606上に柱状微小突起群607が形成された構成を有する。本実施例の柱状微小突起物は、突起物間のピッチ(間隔)を20nmから10μm、高さを数μmから数十μm、突起物先端部の相当直径を50nm〜500nmとすることが好ましい。また、柱状微小突起物の材料としては特に限定はないが、PMMAなどの撥水性を有する材料とすることが好ましい。あるいは、微小突起物群の表面を撥水又は撥油剤で処理することができる。
(Example 6) (water-repellent surface)
In this embodiment, an example will be described in which a thin film (sheet) having a group of columnar microprojections formed on the surface is applied as a water-repellent film. As shown in FIG. 11, the water-repellent film of this embodiment has a configuration in which a group of
本実施例の撥水膜では、図11に示したように撥水性のシート606単体に比べて、表面に柱状微小突起群607を形成することにより、水滴609の接触角を大きくすることができる。従って、材質がもつ撥水性を柱状微小突起群607形成により得られる蓮の葉効果により増幅することが可能である。また、本実施例の撥水膜の柱状微小突起群はnmサイズの間隔で密集した構造にできるので、潰れにくく、取れにくいという性質があり、撥水・撥油効果の持続性にも優れている。
In the water-repellent film of this embodiment, as shown in FIG. 11, the contact angle of the
本実施例の撥水・撥油膜は、例えば傘、衣類、壁などの表面に適用することが可能である。この場合、撥水膜の形成方法としては、実施例5と同様の方法により微小突起群を形成したシートを作製し、それを粘着材で貼り付ける方法や、傘、衣類、壁などの撥水・撥油膜を形成したい基材の表面に直接転写する方法が挙げられる。 The water-repellent / oil-repellent film of this embodiment can be applied to a surface such as an umbrella, clothing, and a wall. In this case, as a method of forming the water-repellent film, a sheet in which a group of fine protrusions is formed by the same method as in Example 5 and a method of attaching the sheet with an adhesive, or a method of water-repelling an umbrella, clothing, walls, and the like A method of directly transferring the oil-repellent film to the surface of the substrate on which the oil-repellent film is to be formed.
本実施例の撥水膜によれば、従来一般的に用いられている撥水コート処理などの必要がなく、材料表面そのものの改質を1転写で簡便に行うことができる。 According to the water-repellent film of this embodiment, the material surface itself can be easily modified by one transfer without the need for a conventional water-repellent coating treatment.
(実施例7)(無染色発色シート)
本実施例では、シート上に形成した柱状微小突起群を無染色発色シートとして適用した例を説明する。本実施例の無染色発色シートの発色原理を図12に示す。柱状微小突起物へ入射した可視光は、柱状微小突起群において干渉を起こしながら反射し,あたかもシート表面が発色したかのように見せることができる。図12に示したように、突起物の間隔(ピッチ)P1,P2を変えることで、可視光の干渉度が変化し、見える色調を変えることが可能である。
(Example 7) (Undyed coloring sheet)
In this embodiment, an example will be described in which a group of columnar microprojections formed on a sheet is applied as an unstained color developing sheet. FIG. 12 shows the coloring principle of the unstained coloring sheet of this example. The visible light that has entered the columnar microprojections reflects while causing interference in the columnar microprojections, and can appear as if the sheet surface had developed color. As shown in FIG. 12, by changing the intervals (pitch) P1 and P2 of the protrusions, the degree of interference of visible light changes, and the visible color tone can be changed.
例えば、波長λ1、λ2、・・・の成分を含む白色光をシート700の微小突起群704に入射すると、小さいピッチP1からの反射光はλ1(青色)の光となり、大きいピッチP2からの反射光はλ2(黄色)となる。
For example, when white light containing components of wavelengths λ1, λ2,... Is incident on the group of
突起物の間隔を広げるにつれて、長波長色の干渉が強まり、青、緑、黄、赤の順に色を変化させることができる。このように、突起物の間隔を調整することにより、染料や顔料を使用しなくとも、シートを色付けしたかのように見せることができる。また、場所ごとに色彩を変化させることも可能である。また、本実施例の無染色着色シートでは、干渉光を利用しているため、見る角度によって色調を変化させることができる。 As the distance between the protrusions is increased, the interference of the long-wavelength color becomes stronger, and the color can be changed in the order of blue, green, yellow, and red. As described above, by adjusting the interval between the protrusions, it is possible to make the sheet look as if it were colored without using a dye or a pigment. It is also possible to change the color for each location. Further, in the non-stained colored sheet of this embodiment, since the interference light is used, the color tone can be changed depending on the viewing angle.
また、突起物の直径、高さを変化させることでも同様に可視光の干渉度を変化させることができ、突起物の直径や高さを調整することでもシートの色彩を変化させることが可能である。 Also, by changing the diameter and height of the protrusion, the degree of interference of visible light can be similarly changed, and the color of the sheet can also be changed by adjusting the diameter and height of the protrusion. is there.
本実施例の無染色着色シートでは、可視光の干渉が起きるように、用いる柱状微小突起物の直径は100nmから2、000nm、突起物の間隔は100nmから2、000nm、突起物の高さは1μmから5μmが好ましい。 In the non-stained colored sheet of this example, the diameter of the columnar microprojections used is 100 nm to 2,000 nm, the interval between the projections is 100 nm to 2,000 nm, and the height of the projections is 100 nm so that visible light interference occurs. 1 μm to 5 μm is preferred.
本実施例の無染色無着色シートは、衣服、車載シート、アクセサリー、壁紙やホログラフィーなどへ適用することが可能である。 The unstained unstained sheet of this embodiment can be applied to clothes, in-vehicle seats, accessories, wallpapers, holography, and the like.
(実施例8)(反射防止層)
本実施例では、柱状微小突起群を反射防止層として適用した例を説明する。本実施例の反射防止層705は、図13に示したように、厚さ0.1μm以下のPMMAを主成分とした薄膜(シート)707,薄膜707から伸びたPMMAを主成分とする相当直径1μm以下の柱状微小突起群708で構成される。この反射防止膜はディスプレイのカバーガラスや光通信用光学基板の表面に形成し、反射防止層として用いられる。なお、シート707と転写法により形成された微小突起群708は接着剤により、あるいは熱圧着法などにより一体化される。
(Example 8) (Anti-reflection layer)
In this embodiment, an example in which a group of columnar microprojections is applied as an antireflection layer will be described. As shown in FIG. 13, the
ディスプレイのカバーガラスや光通信用光学基板などへの反射防止層の形成方法としては、例えば以下の方法がある。即ち、薄膜上に柱状微小突起群が形成されたシートを粘着材で貼り付ける方法、カバーガラスや光学基板などの基板上に直接樹脂を塗布し、転写により柱状微小突起物を形成し反射防止層とする方法である。シートを粘着材で貼り付ける方法の場合には、粘着材としては、アクリル系粘着材のように光学的透明性に優れた材料を用いることが好ましい。 As a method of forming an anti-reflection layer on a cover glass of a display or an optical substrate for optical communication, for example, the following methods are available. That is, a method in which a sheet in which a group of columnar microprojections is formed on a thin film is attached with an adhesive, a resin is directly applied on a substrate such as a cover glass or an optical substrate, and columnar microprojections are formed by transfer to form an anti-reflection layer. Is a method. In the case of a method of attaching a sheet with an adhesive, it is preferable to use a material having excellent optical transparency, such as an acrylic adhesive, as the adhesive.
本実施例の反射防止層においては、突起物の直径、間隔、高さ、あるいは断面形状を調整し、突起群で構成される層内の突起部の誘電体領域と突起部の存在しない空気領域との比率を変えることができる。そのため、突起群で構成される層内の実効的な屈折率(以下,屈折率と略す)を任意に調整でき、基板表面での反射光を抑制することができる。 In the antireflection layer of the present embodiment, the diameter, spacing, height, or cross-sectional shape of the protrusions is adjusted, and the dielectric region of the protrusion and the air region where the protrusion does not exist in the layer composed of the protrusion group. Can be changed. Therefore, the effective refractive index (hereinafter, abbreviated as the refractive index) in the layer composed of the projection group can be arbitrarily adjusted, and the light reflected on the substrate surface can be suppressed.
本反射防止層における屈折率(nAR)及び厚さ(tAR)の理想条件は以下の式で表わされる。
屈折率:nAR=(nsub・nair)1/2
厚さ:tAR=λ/(4nAR)
nsub:基板の屈折率、nair:空気の屈折率、λ:設計波長
例えば、基体(ガラスを想定)の屈折率が1.5、λが1550nmの場合には、上式より反射防止層の屈折率は1.22、厚さは約320nmとなる。このように、反射防止層として必要とされるパラメータを算出し、突起部の形状、配置を調整することにより、ディスプレイのカバーガラスや光通信用光学基板などの反射防止層とすることができる。
The ideal conditions of the refractive index (nAR) and the thickness (tAR) in the present antireflection layer are represented by the following equations.
Refractive index: nAR = (nsub.nair) 1/2
Thickness: tAR = λ / (4nAR)
nsub: refractive index of the substrate, nair: refractive index of air, λ: design wavelength For example, when the refractive index of the substrate (assuming glass) is 1.5 and λ is 1550 nm, the refraction of the antireflection layer is calculated from the above equation The ratio is 1.22 and the thickness is about 320 nm. As described above, by calculating the parameters required for the anti-reflection layer and adjusting the shape and arrangement of the protrusions, the anti-reflection layer can be formed as a cover glass of a display or an optical communication optical substrate.
図13に示す反射防止層の構造、作用を説明する。基板706側に発光素子が配置されている。反射防止層705は,基板706側から入射した光が基板706と空気との境界で生じる反射光を抑制するために付けられている。反射防止層705の動作原理を説明する。まず,基板706と反射防止層705の境界では屈折率差があるため,基板706側に戻る反射光#1が生じる。さらに,反射防止層705と空気の境界でも反射光が生じ,その反射光は反射防止層705内での多重反射及び反射防止層705からの透過を繰り返したのち,基板706に戻る反射光#2を形成する。このとき,反射光#1と反射光#2の振幅が等振幅かつ逆位相関係になるとき,2つの反射光が打ち消し合うため,基体706側に戻る反射光が無くなる。
The structure and operation of the antireflection layer shown in FIG. 13 will be described. A light-emitting element is provided on the
空気側への透過光に関しては,反射防止層705を直接通過した透過光#1と,反射防止層705内での多重反射及び反射防止層705からの透過を繰り返したのち形成される透過光#2とが,同位相関係になるとき100%の透過率が得られる。
Regarding the transmitted light to the air side, the transmitted
上記の無反射条件(全透過条件)を満たす反射防止層の条件が前述の式で表される。なお,光が空気側から入射した場合も,基板706側から入射した場合と同じ反射防止効果が得られる。図13の構造は,光の位相干渉を利用した反射防止層であるため,設計波長からずれた入射光では,反射防止効果が弱まる。
The condition of the anti-reflection layer that satisfies the above non-reflection condition (total transmission condition) is represented by the above-described formula. Note that the same antireflection effect can be obtained when light enters from the air side as when the light enters from the
図14、図15の構造を説明する。図13の構造とは動作原理が以下のように異なる。反射防止層内での屈折率を,基体706の屈折率から空気の屈折率へと緩やかに変化させることで,屈折率差による不連続面を無くすことができ,反射を抑制することが可能になる。また光の位相干渉を利用していないため,反射率の波長依存性も緩和される。
14 and 15 will be described. The operation principle is different from the structure of FIG. 13 as follows. By gradually changing the refractive index in the anti-reflection layer from the refractive index of the
本実施例によれば、突起群で構成される層内の空気領域を広げることで、ガラス基板の反射防止層に用いられるMgF2の連続膜で構成される反射防止層では困難な、屈折率1.3以下の低屈折率層を実現することができる。従って、例えば屈折率が1.5程度のガラス基板表面からの反射光を抑制する反射防止層を単層で構成することができる。具体的には、従来のMgF2連続膜では屈折率は小さくても1.3程度であるが、本実施例の反射防止層では、突起物の直径や間隔を最適化することによって屈折率を理想条件に近い1.2程度に調整することができる。 According to this embodiment, by expanding the air region in the layer composed of the projection group, the refractive index that is difficult with the antireflection layer composed of the continuous film of MgF 2 used for the antireflection layer of the glass substrate is difficult. A low refractive index layer of 1.3 or less can be realized. Therefore, for example, an anti-reflection layer that suppresses light reflected from the surface of the glass substrate having a refractive index of about 1.5 can be formed as a single layer. Specifically, the refractive index of the conventional MgF 2 continuous film is at least about 1.3 at the minimum, but in the antireflection layer of this embodiment, the refractive index is optimized by optimizing the diameter and spacing of the protrusions. It can be adjusted to about 1.2 which is close to the ideal condition.
次に本実施例による他の反射防止層の例を図14を用いて説明する。この例では、柱状微小突起群708の突起物の形状を根本から先端に向けて細くなるテーパー形状とした。このような形状とすることにより、波長300nmから700nmの領域において、反射率を反射防止層無しの場合に比べて、1/50以下に抑えることができた。このように、突起物の形状をテーパー状とすることにより、層内の屈折率を厚さ方向に変化させることができ、広波長帯域での反射防止効果を得ることができる。
Next, another example of the antireflection layer according to the present embodiment will be described with reference to FIG. In this example, the shape of the projections of the
他の反射防止層の形態を図15を用いて説明する。この例では、基板上に屈折率の異なる柱状微小突起群708が形成されたシート705を積層した例である。ここで、シート705の積層方法としては、単層で形成したシートを粘着材を用いて積層する方法、単層で形成したシートを圧着(例えば、300kg/cm2荷重、100℃加熱)する方法により積層することが可能である。
Another form of the antireflection layer will be described with reference to FIG. In this example, a
本例のように、実効的な屈折率が異なるシートを積み重ねることで、図14のテーパー構造と同様に厚さ方向の屈折率を変化させることができ、広波長帯域での反射防止効果を得ることができる。 By stacking sheets having different effective refractive indices as in this example, the refractive index in the thickness direction can be changed similarly to the tapered structure in FIG. 14, and an antireflection effect in a wide wavelength band is obtained. be able to.
また、以上説明した形態以外にも、基板上の特定の領域毎に、突起物の直径や間隔を変えることで、同一基板上に異なる波長特性をもつ反射防止層を単層又は複層で任意の領域に配置することも可能である。 In addition to the above-described embodiments, by changing the diameter and interval of the protrusion for each specific region on the substrate, an antireflection layer having a different wavelength characteristic on the same substrate can be arbitrarily formed as a single layer or a plurality of layers. It is also possible to arrange in the region of.
(実施例9)(高感度電極基板)
本実施例では、柱状微小突起物表面に無電解メッキ法によりニッケル薄膜層を形成し、微量金属イオンの分析手法であるアノードストリッピング法の高感度電極として適用した例を図16を用いて説明する。
Example 9 (High-sensitivity electrode substrate)
In this embodiment, an example in which a nickel thin film layer is formed on the surface of a columnar microprojection by electroless plating and applied as a high-sensitivity electrode of an anodic stripping method which is a technique for analyzing trace metal ions will be described with reference to FIG. I do.
まず、実施例1に開示した方法と同等に方法により、縦30ミリメートル、横30ミリメートル、厚み1ミリメートルのガラス基板上にポリスチレン樹脂層801を製膜した。その後、精密金型803を用いてポリスチレン樹脂層801表面にポリスチレン樹脂の柱状微小突起物804を形成し、柱状微小突起物804を表面に有する基板を作製した。ここで、形成した柱状微小突起物804の形状は底部直径240nm、上部直径200nm、高さ1μmであり、柱状微小突起物804の中心間のピッチは500nmであった。
First, a
次に、ポリスチレン樹脂柱状微小突起物を表面に有する基板の表面を無電解メッキ法により厚み20nmのニッケル層で被覆した。以下、本実施例で適用した無電解メッキ法について詳述する。まず、ポリスチレン樹脂柱状微小突起物を表面に有する基板の表面に無電解メッキ析出の核となるパラジュームをアトテックジャパン社製のネオガント処理液を用いて付着した。この過程は一般に触媒付与活性化プロセスと呼ばれるものである。次に、得られた基板を奥野製薬社製のトップケミアロイ66無電解ニッケルメッキ液に3分間浸漬し、柱状微小突起物を表面に有する基板表面にニッケル層を形成した。得られた基板表面は金属光沢を有した。また、走査型電子顕微鏡により観察したところ、微小突起物の上部直径は240nm、下部直径は280nmとなり、柱状微小突起物表面に均一に20nmのニッケル層が形成されていることが確認された。 Next, the surface of the substrate having the polystyrene resin columnar microprojections on the surface was covered with a nickel layer having a thickness of 20 nm by electroless plating. Hereinafter, the electroless plating method applied in the present embodiment will be described in detail. First, palladium, which is a nucleus for electroless plating deposition, was adhered to the surface of a substrate having polystyrene resin columnar microprojections on the surface using a neogant treatment solution manufactured by Atotech Japan. This process is generally called a catalyst application activation process. Next, the obtained substrate was immersed in a top chemialloy 66 electroless nickel plating solution manufactured by Okuno Pharmaceutical Co., Ltd. for 3 minutes to form a nickel layer on the surface of the substrate having columnar microprojections on the surface. The obtained substrate surface had metallic luster. Observation with a scanning electron microscope revealed that the fine protrusion had an upper diameter of 240 nm and a lower diameter of 280 nm, confirming that a 20 nm nickel layer was uniformly formed on the surface of the columnar fine protrusion.
上記方法により作成したニッケル層で被覆した柱状微小突起物を表面に有する基板を電極として水溶液中に含まれる微量銅イオンをアノードストリッピング法により分析する方法を以下に示す。アノードストリッピング法は電極上に溶液中に含まれる金属イオンを還元濃縮し、次に電極をアノード分極して酸化溶出させ、その際の電位や流れる電気量から溶液中のイオンを同定する方法である。まず、銅イオン濃度が1×10−8mol/l、1×10−9mol/l、1×10−10mol/l、1×10−11mol/lの4種類の硫酸銅水溶液を、超純水を用いて調製した。 A method for analyzing a trace amount of copper ions contained in an aqueous solution by an anodic stripping method using a substrate having on its surface columnar microprojections coated with a nickel layer formed by the above method as an electrode is described below. The anodic stripping method is a method of reducing and concentrating metal ions contained in a solution on an electrode, then oxidizing and eluting the electrode by anodic polarization, and identifying the ions in the solution from the potential and the amount of flowing electricity at that time. is there. First, four types of copper sulfate aqueous solutions having a copper ion concentration of 1 × 10−8 mol / l, 1 × 10−9 mol / l, 1 × 10−10 mol / l, and 1 × 10−11 mol / l were mixed with ultrapure water. Prepared.
次に、各々の硫酸銅水溶液についてニッケル層で被覆した柱状微小突起物を表面に有する基板と、比較例基板を比較した。比較例基板は、微小突起物を形成するプロセス以外は上記方法と同手法により作製し、ニッケル層で被覆した柱状微小突起物を表面に有さない基板である。これらを電極として用いて、アノードストリッピング法による測定を行った。測定にはガラス製のビーカーを用い、電極の大きさは5ミリメートル角とした。また、対極には白金電極、参照電極には飽和カロメル電極を用いた。ビーカーに硫酸銅水溶液を30cc導入し、電極、対極および参照電極を浸漬した後、アルゴンガスでパージした。 Next, with respect to each copper sulfate aqueous solution, a substrate having columnar minute protrusions coated with a nickel layer on the surface and a substrate of a comparative example were compared. The substrate of the comparative example is a substrate produced by the same method as the above method except for the process of forming the minute projections, and having no columnar minute projections covered with a nickel layer on the surface. Using these as electrodes, measurement was performed by the anode stripping method. A glass beaker was used for the measurement, and the size of the electrode was 5 mm square. A platinum electrode was used as a counter electrode, and a saturated calomel electrode was used as a reference electrode. 30 cc of an aqueous solution of copper sulfate was introduced into a beaker, and the electrode, counter electrode, and reference electrode were immersed in the beaker and purged with argon gas.
次に、電極に−0.4Vvs.SCEの電位を15分間印加し、電極表面に銅を析出させた後、電極の電位を−0.1Vvs.SCEから+1.0Vvs.SCEまで0.1V/分で掃引した。これにより電極表面に析出した銅を溶解し、その際の電位、電流を記録した。得られた結果を表1に示す。本発明による高感度電極基板(微小突起物を有する電極)の銅溶解電荷量に対する、平板電極(微小突起物を有さない電極)の銅溶解電荷量の比は、銅イオン濃度によらず10〜15となった。微小突起物を有する電極を用いた場合、微小突起物を有さない電極を用いた場合と比較して高精度・高感度に測定を行うことができることが判明した。 Next, a voltage of -0.4 Vvs. After a potential of SCE was applied for 15 minutes to precipitate copper on the electrode surface, the potential of the electrode was reduced to -0.1 V vs. 0.1 V. +1.0 V vs. SCE. Sweep at 0.1 V / min to SCE. Thus, the copper deposited on the electrode surface was dissolved, and the potential and current at that time were recorded. Table 1 shows the obtained results. The ratio of the amount of dissolved copper in the plate electrode (electrode without minute projections) to the amount of dissolved copper in the high-sensitivity electrode substrate (electrode having minute projections) according to the present invention is 10 regardless of the copper ion concentration. ~ 15. It has been found that the measurement can be performed with higher accuracy and sensitivity when using an electrode having minute projections than when using an electrode having no minute projections.
この原因としては電極表面に微小突起物を形成することにより、本発明の高感度電極基板の表面積が、平滑電極(電極表面に微小突起物を有さないもの)と比較して飛躍的に増大し、電極表面に析出する銅の量が増大したためであると考えられる。表1はアノードストリッピング測定結果を示す。 The reason for this is that by forming minute projections on the electrode surface, the surface area of the high-sensitivity electrode substrate of the present invention is dramatically increased as compared with a smooth electrode (one having no minute projections on the electrode surface). It is considered that this is because the amount of copper deposited on the electrode surface increased. Table 1 shows the results of the anode stripping measurement.
以下に本発明の具体的実施態様を示す。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described.
(1)有機物ポリマーからなる微小突起群の突起の先端が他の基体面に固定されている機能性基板。 (1) A functional substrate in which tips of projections of a group of microprojections made of an organic polymer are fixed to another substrate surface.
(2)有機ポリマーからなる微小突起群が複数層形成され、基体に固定されている機能性基板。 (2) A functional substrate in which a plurality of layers of organic polymer microprojections are formed and fixed to a base.
(3)有機物を主成分とする柱状微小突起群が所定の配列法に従って配列されて、フォトニックバンドギャップ及び光路を構成して光信号を入出力することを特徴とする請求項のいずれかに記載の光デバイス。 (3) The columnar microprojection group mainly composed of an organic substance is arranged according to a predetermined arrangement method, and constitutes a photonic band gap and an optical path to input and output an optical signal. An optical device as described.
(4)対向する二枚の基板と、該基板に挟まれた空間に有機ポリマーからなる柱状微小突起群が所定の配列法に従って配列されている。これによりフォトニックバンドギャップ及び該微小柱状突起群が存在しない特定領域を形成して光路を構成することを特徴とする請求項のいずれかに記載の光デバイス。
(4) Two opposing substrates and a group of columnar microprojections made of an organic polymer are arranged in a space between the substrates according to a predetermined arrangement method. The optical device according to
(5)該柱状微小突起群が該基板の表面に形成された薄膜と接続されていることを特徴とする請求項のいずれかに記載の光デバイス。
(5) The optical device according to any one of
(6)該有機ポリマーが酸化物,窒化物及び金属の微粒子からなる群から選ばれた少なくとも1種類を含むことを特徴とする請求項のいずれかに記載の光デバイス。
(6) The optical device according to any one of
(7)光信号入力装置と受光装置を備えた請求項のいずれかに記載の光信号処理装置。 (7) The optical signal processing device according to any one of the claims, further comprising an optical signal input device and a light receiving device.
(8)該突起物と該突起物が接続している基板が一体となっていることを特徴とする柱状微小突起群を備えた請求項のいずれかに記載の機能性基板。
(8) The functional substrate according to any one of
(9)前記有機材料が熱可塑性高分子材料を主体とした材料であることを特徴とする柱状微小突起群を備えた請求項のいずれかに記載の機能性基板。
(9) The functional substrate according to any one of
(10)前記有機材料が光硬化性高分子材料であることを特徴とする柱状微小突起群を備えた請求項のいずれかに記載の機能性基板。 (10) The functional substrate according to any one of (1) to (4), wherein the organic material is a photocurable polymer material, and the group of columnar microprojections is provided.
(11)前記柱状突起群の主成分がシクロオレフィンポリマー,ポリメチルメタクリレート,ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリ乳酸及びポリプロピレンの1種以上である。 (11) The main component of the columnar projection group is at least one of cycloolefin polymer, polymethyl methacrylate, polystyrene, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polylactic acid, and polypropylene.
(12)前記第1の基体上にスペーサーを介して第2の基体を有することを特徴とする柱状微小突起群を備えた請求項のいずれかに記載の機能性基板。 (12) The functional substrate according to any one of (1) to (4), further comprising a columnar minute projection group having a second base on the first base via a spacer.
(13)光コネクタと、該コネクタと光学的に接続された複数の光出力ユニットとが1つの基板に搭載され、上記光コネクタ及び光出力ユニットの少なくとも一方が、有機材料製の第1の基体と、該基体から伸びた有機材料製の柱状微小突起群を有する。そして、該微小突起群の先端は第2の基体に接しており、該突起物の相当直径が10nmから10μm、高さが50nmから10μmであり、上記微小突起のアスペクト比は4以上である。上記微小突起群は少なくとも1つの光路を構成するように配置され1つ以上の入光部と1つ以上の出光部を有する光デバイスであることを特徴とする光回路。 (13) An optical connector and a plurality of optical output units optically connected to the connector are mounted on one substrate, and at least one of the optical connector and the optical output unit is made of an organic material first base. And a group of columnar microprojections made of an organic material extending from the base. The tip of the microprojection group is in contact with the second base, the equivalent diameter of the projection is 10 nm to 10 μm, the height is 50 nm to 10 μm, and the aspect ratio of the microprojection is 4 or more. An optical circuit, wherein the microprojection group is an optical device having at least one light entrance portion and at least one light exit portion arranged to constitute at least one optical path.
(14)第1の有機ポリマー面と、該第1の有機ポリマー面から伸びた有ポリマー製の柱状微小突起群を有し、該微柱状小突起群の先端は第2の有機ポリマー面に接しており、該突起物の相当直径が10nmから10μm、高さが50nmから10μmである。また上記柱状微小突起のアスペクト比は4以上で、上記柱状微小突起群は少なくとも1つの光路を構成するように配置され、1つ以上の入光部と1つ以上の出光部を有する光デバイスを2個以上光学的に結合した光信号処理装置。 (14) a first organic polymer surface and a group of columnar microprojections made of a polymer extending from the first organic polymer surface, and the tips of the group of microcolumnar small protrusions are in contact with the second organic polymer surface; The projection has an equivalent diameter of 10 nm to 10 μm and a height of 50 nm to 10 μm. The aspect ratio of the columnar microprojections is 4 or more, and the columnar microprojections are arranged so as to form at least one optical path, and the optical device has one or more light entrance portions and one or more light exit portions. An optical signal processing device optically coupled with two or more optical signal processors.
200…光デバイス、201…スペーサー、202…薄膜、203…第1の基板、204…突起物、205…光路、206…第2の基板、401…シリコン基板、402…窒化シリコン膜、404…第1の樹脂膜、405…モールド、408…第2の樹脂膜、500…光回路、501…AlN基板、502…発信ユニット、503…光導波路、504…光コネクタ。 200 optical device, 201 spacer, 202 thin film, 203 first substrate, 204 protrusion, 205 optical path, 206 second substrate, 401 silicon substrate, 402 silicon nitride film, 404th No. 1 resin film, 405 mold, 408 second resin film, 500 optical circuit, 501 AlN substrate, 502 transmission unit, 503 optical waveguide, 504 optical connector.
Claims (19)
18. The functional substrate according to claim 17, wherein a plurality of the fine protrusion groups are formed, a base is provided between the respective layers, and the base and the fine protrusion groups are integrated.
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