JP4328862B2 - Pattern forming body and pattern forming method - Google Patents
Pattern forming body and pattern forming method Download PDFInfo
- Publication number
- JP4328862B2 JP4328862B2 JP2005323846A JP2005323846A JP4328862B2 JP 4328862 B2 JP4328862 B2 JP 4328862B2 JP 2005323846 A JP2005323846 A JP 2005323846A JP 2005323846 A JP2005323846 A JP 2005323846A JP 4328862 B2 JP4328862 B2 JP 4328862B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hydrophobic
- substance
- pattern
- light
- pattern forming
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
- Materials For Photolithography (AREA)
Description
本発明は、新規なパターン形成体及びパターン形成方法に関する。 The present invention relates to a novel pattern forming body and a pattern forming method.
従来より、温度や熱を利用して表面の水濡れ性を疎水性から親水性又は親水性から疎水性に変える材料が知られている。この材料として、例えば、N−イソプロピルアクリルアミド(NIPAM)とアゾベンゼン誘導体との共重合体が提案されている(例えば、非特許文献1)。この共重合体によれば、温度が29.2℃のときには共重合体の表面は親水性であるのに対し、31℃のときにはその表面が疎水性に変化する。また、温度が31℃の状態で共重合体の表面に紫外光を5分間照射すると、その表面の水濡れ性が疎水性から親水性へと変化する。このように、共重合体の温度を変えたり光照射することによって共重合体の表面の水濡れ性を変えることができる。また、表面の水濡れ性を変更可能な他の材料として、温度応答性高分子であるNIPAMポリマーからなるリフトオフ型の細胞培養支持体が提案されている(例えば、特許文献1)。このNIPAMポリマーは、37℃で疎水性になり32℃以下で親水性になる。したがって、NIPAMポリマーの表面に細胞を接着して37℃で増殖させたときには、細胞はNIPAMポリマーに付着した状態となる。一方、NIPAMポリマーを32℃以下にすると、それまで付着していた細胞はNIPAMポリマーから脱離する。このように、温度によってNIPAMポリマーの表面の水濡れ性を疎水性から親水性に変化させることにより、培養細胞を破壊することなく容易に剥離することができる。
ところで、上述の非特許文献1や特許文献1の材料は、材料そのものの水濡れ性を変えることによって表面の水濡れ性を変えるものである。この水濡れ性の変化をパターン形成体に応用しようとしても、材料の表面に明瞭なパターンが形成され難い。また、従来、パターン形成体としてハイドロゲルを用いたものは知られていない。 By the way, the above-mentioned materials of Non-Patent Document 1 and Patent Document 1 change the water wettability of the surface by changing the water wettability of the material itself. Even if this change in water wettability is applied to the pattern forming body, it is difficult to form a clear pattern on the surface of the material. Conventionally, a pattern forming body using hydrogel is not known.
本発明は、上述した課題に鑑みなされたものであり、明瞭なパターン形成が可能な新規なパターン形成体及びパターン形成方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a novel pattern forming body and a pattern forming method capable of forming a clear pattern.
本発明者らは、明瞭なパターン形成が可能なパターン形成体を創製するにあたり、ハイドロゲルの水濡れ性や柔軟性といった特性に着目し、疎水性であって光照射により立体構造が変化するアゾベンゼン構造を有する化合物又は架橋を作る光架橋性基を有する化合物をハイドロゲル表面に化学修飾した結果、ハイドロゲルやこれらの光応答性の化合物自体の水濡れ性を変えるのではなく、ハイドロゲルや光応答性の化合物の挙動の変化によりパターン形成体の表面の水濡れ性を露光部と非露光部とで大きく相違させることができた。そこで、この事実を新たなパターン形成体材料を設計するためのコンセプトとして本発明を完成するに至った。 In creating a pattern-forming body capable of forming a clear pattern, the present inventors paid attention to the characteristics of hydrogel such as water wettability and flexibility, and are azobenzene that is hydrophobic and changes its three-dimensional structure by light irradiation. As a result of chemical modification of the compound having a structure or a photocrosslinkable group that forms a crosslink on the surface of the hydrogel, it does not change the water wettability of the hydrogel or these photoresponsive compounds themselves. Due to the change in the behavior of the responsive compound, the water wettability of the surface of the pattern forming body could be greatly different between the exposed part and the non-exposed part. Therefore, the present invention has been completed with this fact as a concept for designing a new pattern forming material.
すなわち、本発明のパターン形成体は、光照射したときの露光部と非露光部との水濡れ性の相違を利用してパターン形成可能なパターン形成体であって、ハイドロゲルと、光照射によって会合状態が変化するか又は架橋形成状態が変化する疎水性の光応答性物質を前記ハイドロゲルの表面に化学結合させてなる表面修飾部と、を備え、前記表面修飾部は、水と接触させた状態では、前記疎水性の光応答性物質が互いに弱く会合しているとき又は架橋が形成されていないときに前記ハイドロゲルによって覆われて親水性となり、前記疎水性の光応答性物質が互いに強く会合しているとき又は架橋が形成されているときに該疎水性の光応答性物質に覆われて疎水性となるものである。 That is, the pattern forming body of the present invention is a pattern forming body that can form a pattern by utilizing the difference in water wettability between the exposed portion and the non-exposed portion when irradiated with light. A surface-modifying part formed by chemically bonding a hydrophobic photoresponsive substance whose association state changes or a cross-linking state changes to the surface of the hydrogel, and the surface-modifying part is brought into contact with water. In this state, when the hydrophobic photoresponsive substances are weakly associated with each other or when a crosslink is not formed, the hydrophobic photoresponsive substances are covered with the hydrogel and become hydrophilic. When strongly associated or when a crosslink is formed, it is covered with the hydrophobic photoresponsive substance and becomes hydrophobic.
このパターン形成体は、表面に光照射すると、ハイドロゲルの表面に化学結合している疎水性の光応答性物質のうち、露光部で光応答性物質の会合状態が変化するか又は架橋形成状態が変化する。つまり、光照射により光応答性物質が互いに弱く会合したり強く会合したりするか、又は架橋を形成したり架橋を切断したりする。光応答性物質が互い弱く会合しているとき又は架橋が形成されていないときには、光応答性物質はハイドロゲルの表面でその動きが許容される。このため、パターン形成体の表面修飾部を水に接触させると、ハイドロゲルが疎水性の光応答性物質をハイドロゲルの内部に取り込んでその表面を水中に露出する。この結果、パターン形成体の表面は親水性となる。一方、光応答性物質が互い強く会合しているとき又は架橋が形成されているときには、光応答性物質はハイドロゲルの表面でその動きが抑制される。このため、パターン形成体の表面修飾部を水に接触させると、ハイドロゲルの表面は疎水性の光応答性物質によって覆われたままとなる。この結果、パターン形成体の表面は疎水性となる。このように、パターン形成体の表面に光照射したときに、その露光部と非露光部とでパターン形成体の表面の親水性と疎水性とをドラスティックに変化させることができる。この結果、パターン形成体の表面に疎水性物質又は親水性物質を吸着又は脱着させたときに明瞭なパターン形成を行うことができる。なお、「互いに弱く会合しているとき」は非会合の状態を含む。 When the surface of the pattern formed body is irradiated with light, among the hydrophobic photoresponsive substances chemically bonded to the surface of the hydrogel, the association state of the photoresponsive substance changes in the exposed part or the crosslinked formation state. Changes. That is, the photoresponsive substances associate weakly or strongly with each other by light irradiation, or form a crosslink or break the crosslink. When the photoresponsive materials are weakly associated with each other or when no crosslinks are formed, the photoresponsive materials are allowed to move on the surface of the hydrogel. For this reason, when the surface modification part of a pattern formation body is made to contact water, hydrogel will take in the hydrophobic photoresponsive substance inside a hydrogel, and the surface will be exposed to water. As a result, the surface of the pattern forming body becomes hydrophilic. On the other hand, when the photoresponsive substances are strongly associated with each other or when a crosslink is formed, the movement of the photoresponsive substance on the surface of the hydrogel is suppressed. For this reason, when the surface modification part of a pattern formation body is made to contact water, the surface of hydrogel will remain covered with the hydrophobic photoresponsive substance. As a result, the surface of the pattern forming body becomes hydrophobic. As described above, when the surface of the pattern forming body is irradiated with light, the hydrophilicity and hydrophobicity of the surface of the pattern forming body can be changed drastically between the exposed and non-exposed portions. As a result, a clear pattern can be formed when a hydrophobic substance or a hydrophilic substance is adsorbed or desorbed on the surface of the pattern forming body. Note that “when they are weakly meeting each other” includes a state of non-association.
本発明のパターン形成方法は、光照射したときの露光部と非露光部との水濡れ性の相違を利用してパターン形成可能なパターン形成方法であって、上述のパターン形成体に対し、一部に光照射することによって露光部と非露光部とを設けたのち疎水性物質又は親水性物質を吸着させることによりパターンを形成するか、全体に疎水性物質又は親水性物質を吸着させたのちに一部に光照射することによって露光部に吸着した疎水性物質又は親水性物質を剥がすことによりパターンを形成するか、又は前記第1及び前記第2の波長範囲の光のうち一方の光を全体に照射したのち疎水性物質又は親水性物質を吸着させてから前記第1及び前記第2の波長範囲の光のうち他方の光を一部に照射することによって露光部と非露光部とを設けたのち露光部に吸着した疎水性物質又は親水性物質を剥がすことによりパターンを形成するものである。 The pattern forming method of the present invention is a pattern forming method capable of forming a pattern using a difference in water wettability between an exposed portion and a non-exposed portion when irradiated with light. After irradiating the part with light, the exposed part and the non-exposed part are provided, and then a pattern is formed by adsorbing the hydrophobic substance or hydrophilic substance, or after adsorbing the hydrophobic substance or hydrophilic substance on the whole. A pattern is formed by removing a hydrophobic substance or a hydrophilic substance adsorbed on the exposed portion by irradiating a part of the light to one of the lights in the first and second wavelength ranges. After irradiating the entire surface and then adsorbing a hydrophobic substance or a hydrophilic substance, the other part of the light in the first and second wavelength ranges is irradiated with a part of the exposed part and the non-exposed part. After setting the exposure section And it forms a pattern by peeling the adsorbed hydrophobic material or hydrophilic material.
このパターン形成方法によれば、上述のパターン形成体の表面に光照射したときに、その露光部と非露光部とでパターン形成体の表面の親水性と疎水性とがドラスティックに変化するため、パターン形成体の表面に疎水性物質又は親水性物質を吸着又は脱着させたときに明瞭なパターンを形成することができる。ここで、第1の波長範囲と第2の波長範囲とは、光応答性物質の種類に応じて異なるが、例えば、第1の波長範囲を紫外光の波長範囲とし第2の波長範囲を可視光の波長範囲としてもよいし、第1の波長範囲を可視光の波長範囲とし第2の波長範囲を紫外光の波長範囲としてもよい。 According to this pattern forming method, when the surface of the pattern forming body is irradiated with light, the hydrophilicity and hydrophobicity of the surface of the pattern forming body change drastically between the exposed portion and the non-exposed portion. A clear pattern can be formed when a hydrophobic substance or a hydrophilic substance is adsorbed or desorbed on the surface of the pattern forming body. Here, the first wavelength range and the second wavelength range differ depending on the type of the photoresponsive substance. For example, the first wavelength range is the ultraviolet wavelength range and the second wavelength range is visible. It is good also as a wavelength range of light, and it is good also considering the 1st wavelength range as the wavelength range of visible light, and making the 2nd wavelength range into the wavelength range of ultraviolet light.
本発明のパターン形成体は、光照射したときの露光部と非露光部との水濡れ性の相違を利用してパターン形成可能なパターン形成体であって、ハイドロゲルと、光照射によって会合状態が変化するか又は架橋形成状態が変化する疎水性の光応答性物質を前記ハイドロゲルの表面に化学結合させてなる表面修飾部と、を備え、前記表面修飾部は、水と接触させた状態では、前記疎水性の光応答性物質が互いに弱く会合しているとき又は架橋が形成されていないときに前記ハイドロゲルによって覆われて親水性となり、前記疎水性の光応答性物質が互いに強く会合しているとき又は架橋が形成されているときに該疎水性の光応答性物質に覆われて疎水性となるものである。 The pattern formed body of the present invention is a pattern formed body that can form a pattern by utilizing the difference in water wettability between the exposed portion and the non-exposed portion when irradiated with light, and is associated with the hydrogel by light irradiation. Or a surface modification part formed by chemically bonding a hydrophobic photoresponsive substance whose crosslink formation state changes to the surface of the hydrogel, wherein the surface modification part is in contact with water. Then, when the hydrophobic photoresponsive substances are weakly associated with each other or when a crosslink is not formed, the hydrophobic photoresponsive substances are covered with the hydrogel and become hydrophilic, and the hydrophobic photoresponsive substances are strongly associated with each other. When this is done or when a cross-link is formed, it is covered with the hydrophobic photoresponsive substance and becomes hydrophobic.
ここで、ハイドロゲルは、水や水/水溶性有機溶媒などの水系の溶媒を分散媒とするゲルであればゲルの種類、架橋基の構造など特に限定されるものではなく、天然ゲルと合成ゲルとのどちらであってもよいし、物理ゲルと化学ゲルとのどちらであってもよい。このハイドロゲルは、その表面で光応答性物質を化学結合させるため、ハイドロゲル中にヒドロキシル基、アミノ基又はカルボキシル基を有しているものが好ましい。また、ハイドロゲルを作製するのに使用する基板の材質は特に限定されるものではないが、例えば、金属、セラミックス、ガラス、石英及びプラスチックからなる群より選ばれる1種又は2種以上が挙げられる。この基板の形状は、特に限定されるものではないが、例えば、シート状やブロック状などが挙げられる。ハイドロゲルの膜厚は、本発明のパターン形成体はハイドロゲルの表面にパターニングされるため特に限定されるものではなく、用途等に応じて適宜選択すればよい。 Here, as long as the hydrogel is a gel using water or an aqueous solvent such as water / water-soluble organic solvent as a dispersion medium, the type of gel and the structure of the crosslinking group are not particularly limited. Either a gel or a physical gel or a chemical gel may be used. This hydrogel preferably has a hydroxyl group, an amino group, or a carboxyl group in the hydrogel in order to chemically bond a photoresponsive substance on the surface thereof. In addition, the material of the substrate used for producing the hydrogel is not particularly limited, and examples thereof include one or more selected from the group consisting of metals, ceramics, glass, quartz, and plastics. . The shape of the substrate is not particularly limited, and examples thereof include a sheet shape and a block shape. The film thickness of the hydrogel is not particularly limited because the pattern-formed product of the present invention is patterned on the surface of the hydrogel, and may be appropriately selected depending on the application.
光応答性物質は、光照射によって会合状態が変化するか又は架橋形成状態が変化する疎水性の物質としてもよい。この疎水性の光応答性物質の種類は、特に限定されるものではないが、例えば、光照射によってシス体とトランス体とが変化する構造を含み、第1の波長範囲の光を照射すると前記シス体となって互いに弱く会合し、第2の波長範囲の光を照射すると前記トランス体となって互いに強く会合するものとしてもよく、具体的には、アゾベンゼン構造を含むものが挙げられる。このアゾベンゼン構造は、第1の波長範囲の光を照射するとシス体となって互いに弱く会合し、第2の波長範囲の光を照射するとトランス体となって互いに強く会合するものであり、例えば、下記式(1)で表される構造を有するものが挙げられる。ここで、下記式(1)中のRは、特に限定されるものではないが、炭素数1〜11のアルキル基、アルコキシル基、ハロゲン化アルキル基及びハロゲン化アルコキシル基並びにシアノ基が好ましい。このうち、炭素数1〜11のアルキル基、アルコキシル基、ハロゲン化アルキル基及びハロゲン化アルコキシル基は立体障害による弊害(例えば、感光性を阻害するなど)が生じにくく光応答性物質の疎水性を高める観点から好ましく、シアノ基は立体障害による弊害が生じにくくアゾベンゼン構造のシス−トランスの光異性化を促進させる観点から好ましい。このアゾベンゼン構造は、通常、熱的に安定なトランス体であり、棒状分子であるために会合状態となっている。この会合状態のアゾベンゼン構造に紫外光(例えば、365nm)を照射すると、アゾベンゼン構造がトランス体からシス体に変化し、分子構造や極性、双極子の向きが変化する。その結果、光応答性物質が互いに非会合の状態になる。一方、非会合状態のアゾベンゼン構造に可視光(例えば、436nm)を照射すると、アゾベンゼン構造がシス体からトランス体に変化する。その結果、光応答性物質は棒状分子となり互いに強く会合する。また、アゾベンゼン構造のシス体は、その分子構造により窒素原子の非共有電子対がむき出しとなり、極性基のように振る舞う。このため、アゾベンゼン構造のシス体では親水性が増すことになる。あるいは、疎水性の光応答性物質は、光照射によって架橋を形成していない状態から架橋を形成した状態に変化する構造を含み、所定の波長範囲の光を照射する前は架橋を形成せず、所定の波長範囲の光を照射した後は架橋を形成するとしてもよい。具体的には、シンナマート構造、スチリルピリジン構造、クマリン構造及びカルコン構造からなる群より選ばれた1種を含むものが挙げられる。ここで、シンナマート構造、スチリルピリジン構造、クマリン構造及びカルコン構造は、それぞれ下記式(2)〜(7)で表される構造である。光応答性物質がこれらの光架橋性基を含んでいれば、光照射により(例えば、シンナマート構造で313nm)、光応答性物質を架橋を形成していない状態から分子間で架橋を形成した状態に変化させることができる。光応答性物質としては、シンナマート構造、スチリルピリジン構造、クマリン構造及びカルコン構造は光照射によって一旦架橋が形成されると架橋が形成されていない元の構造に戻すことが困難であることから、光照射によって良好な可逆反応を示すアゾベンゼン構造がより好ましい。 The photoresponsive substance may be a hydrophobic substance whose association state is changed by light irradiation or whose crosslinking formation state is changed. The type of the hydrophobic photoresponsive substance is not particularly limited. For example, the hydrophobic photoresponsive substance includes a structure in which a cis isomer and a trans isomer are changed by light irradiation, and is irradiated with light in the first wavelength range. It may be weakly associated with each other as a cis isomer, and may be strongly associated with each other when irradiated with light in the second wavelength range, and specifically includes those containing an azobenzene structure. The azobenzene structure is weakly associated with each other when irradiated with light in the first wavelength range, and is weakly associated with each other when irradiated with light in the second wavelength range. For example, What has a structure represented by following formula (1) is mentioned. Here, R in the following formula (1) is not particularly limited, but an alkyl group having 1 to 11 carbon atoms, an alkoxyl group, a halogenated alkyl group, a halogenated alkoxyl group, and a cyano group are preferable. Of these, alkyl groups having 1 to 11 carbon atoms, alkoxyl groups, halogenated alkyl groups, and halogenated alkoxyl groups are less susceptible to steric hindrances (for example, inhibiting photosensitivity), thereby reducing the hydrophobicity of the photoresponsive substance. From the viewpoint of enhancing, a cyano group is preferable from the viewpoint of promoting cis-trans photoisomerization of an azobenzene structure, which is less likely to cause steric hindrance. This azobenzene structure is usually a thermally stable trans form and is in an associated state because it is a rod-like molecule. When this associated azobenzene structure is irradiated with ultraviolet light (eg, 365 nm), the azobenzene structure changes from a trans form to a cis form, and the molecular structure, polarity, and dipole orientation change. As a result, the photoresponsive substances are not associated with each other. On the other hand, when visible light (for example, 436 nm) is irradiated to an unassociated azobenzene structure, the azobenzene structure changes from a cis form to a trans form. As a result, the photoresponsive substances become rod-like molecules and strongly associate with each other. In addition, the cis isomer of the azobenzene structure behaves like a polar group by exposing the unshared electron pair of the nitrogen atom due to its molecular structure. For this reason, hydrophilicity increases in the cis isomer having an azobenzene structure. Alternatively, the hydrophobic photoresponsive substance includes a structure that changes from a state in which no crosslink is formed by light irradiation to a state in which a crosslink is formed, and does not form a crosslink before irradiation with light in a predetermined wavelength range. Further, after irradiation with light in a predetermined wavelength range, a crosslink may be formed. Specific examples include those containing one selected from the group consisting of a cinnamate structure, a styrylpyridine structure, a coumarin structure and a chalcone structure. Here, the cinnamate structure, the styrylpyridine structure, the coumarin structure, and the chalcone structure are structures represented by the following formulas (2) to (7), respectively. If the photoresponsive substance contains these photocrosslinkable groups, the photoresponsive substance is not cross-linked to form a cross-linkage between molecules by light irradiation (eg, 313 nm in cinnamate structure). Can be changed. As photo-responsive substances, the cinnamate structure, styrylpyridine structure, coumarin structure and chalcone structure are difficult to return to the original structure where no crosslinks are formed once they are formed by light irradiation. An azobenzene structure that exhibits a good reversible reaction upon irradiation is more preferred.
(但し、Rは炭素数1〜11のアルキル基、アルコキシル基、ハロゲン化アルキル基及びハロゲン化アルコキシル基並びにシアノ基からなる群より選ばれた1種である) (However, R is one selected from the group consisting of an alkyl group having 1 to 11 carbon atoms, an alkoxyl group, a halogenated alkyl group, a halogenated alkoxyl group, and a cyano group.)
本発明のパターン形成体において、光応答性物質はハイドロゲルに化学結合しているが、この化学結合の種類は特に限定されるものではない。例えば、エステル結合、ウレタン結合、エーテル結合、アミド結合、アミノ結合又はカーボネート結合などが挙げられる。具体的には、カルボン酸クロライド構造、イソシアネート構造及びエポキシ構造のうちいずれかとヒドロキシル基とを反応させて光応答性物質とハイドロゲルとを化学結合させたり、ハロゲン原子及びカルボキシル基のうちいずれかとアミノ基とを反応させて光応答性物質とハイドロゲルとを化学結合させたり、アミノ基とカルボキシル基とを反応させて光応答性物質とハイドロゲルとを化学結合させたりする。 In the pattern forming body of the present invention, the photoresponsive substance is chemically bonded to the hydrogel, but the type of this chemical bond is not particularly limited. Examples thereof include an ester bond, a urethane bond, an ether bond, an amide bond, an amino bond, and a carbonate bond. Specifically, any one of a carboxylic acid chloride structure, an isocyanate structure, and an epoxy structure is reacted with a hydroxyl group to chemically bond a photoresponsive substance and a hydrogel, or any one of a halogen atom and a carboxyl group and an amino group. The photoresponsive substance and the hydrogel are chemically bonded by reacting the group, or the photoresponsive substance and the hydrogel are chemically bonded by reacting the amino group and the carboxyl group.
本発明のパターン形成体において、光応答性物質は、上述の式(1)〜(7)のいずれかがハイドロゲルに直接結合していてもよいが、パターン形成体の表面の水濡れ性を大きく変化させるには光応答性物質の分子の長さを長くするスペーサ構造を介してハイドロゲルに化学結合していることが好ましい。このスペーサ構造としては、特に限定されるものではないが、合成原料の汎用性から直鎖アルキレン鎖、エチレンオキサイドによって構成されるエチレンオキサイドユニット又はその組み合わせからなる構造であることが好ましい。このうち、炭素数2未満の直鎖アルキレン鎖は光応答性物質の長さを長くする効果が低く炭素数13以上の直鎖アルキレン鎖は高価であることから炭素数2〜12の直鎖アルキレン鎖が好ましい。また、合成材料の汎用性から1〜3個のエチレンオキサイドによって構成されるエチレンオキサイドユニット又はこのエチレンオキサイドユニットと炭素数2〜12の直鎖アルキレン鎖との組み合わせからなるものが好ましい。 In the pattern forming body of the present invention, the photoresponsive substance may have any of the above formulas (1) to (7) directly bonded to the hydrogel, but the water wettability of the surface of the pattern forming body. In order to change greatly, it is preferable that it is chemically bonded to the hydrogel through a spacer structure that increases the molecular length of the photoresponsive substance. The spacer structure is not particularly limited, but is preferably a structure composed of a linear alkylene chain, an ethylene oxide unit composed of ethylene oxide, or a combination thereof because of the versatility of the synthetic raw material. Of these, linear alkylene chains having less than 2 carbon atoms are less effective in increasing the length of the photoresponsive substance, and linear alkylene chains having 13 or more carbon atoms are expensive. Chains are preferred. Moreover, what consists of a combination of the ethylene oxide unit comprised by 1-3 ethylene oxide or this ethylene oxide unit and a C2-C12 linear alkylene chain from the versatility of a synthetic material is preferable.
本発明のパターン形成体を作製する際、光応答性物質を化学結合させるゲル媒体の種類は、最終的にハイドロゲルの表面が光応答性物質によって修飾されれば特に限定されるものではなく、ハイドロゲルであってもよいし、キセロゲルであってもよいし、ハイドロゲルに水を含有させる前のハイドロゲルプレカーサであってもよい。このうち、溶媒を含んでおらずまた多孔質構造でないことから、光応答性物質と表面近傍のみに反応させるのが比較的容易であるハイドロプレカーサが好ましい。 When producing the pattern forming body of the present invention, the type of gel medium for chemically bonding the photoresponsive substance is not particularly limited as long as the surface of the hydrogel is finally modified with the photoresponsive substance, It may be a hydrogel, a xerogel, or a hydrogel precursor before water is contained in the hydrogel. Among these, since it does not contain a solvent and does not have a porous structure, a hydroprecursor that is relatively easy to react with the photoresponsive substance only in the vicinity of the surface is preferable.
(1)ハイドロゲルプレカーサ薄膜の作製
2−ヒドロキシルエチルメチルメタクリレート(HEMA)2g、オリゴエチレンオキシドメチルエーテルアクリレート(日本油脂製、商品名ブレンマーPME−200)2.8g、エチレングリコールジメタクリレート(EGDM)0.024g、2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン0.024gを混合し、光重合性モノマー混合液を調製した。ガラス基板(30mm×30mm,t=1)上にこの混合液をキャストし、窒素気流下、UV35ガラスフィルター(東芝ガラス製)を介した水銀キセノンランプ(SAN−EI製、SUPER CURE−203S)の光を約2J/cm2(40mW/cm2)で50秒間室温にて照射して光重合を行った。その後、未反応のモノマーをアセトンで洗浄し、ハイドロゲルプレカーサ薄膜を得た。このハイドロゲルプレカーサ薄膜にスパチュラにてガラス基板まで傷を付け、その断面における膜厚を原子間力顕微鏡(セイコーインスツルメンツ社製、Nanopics 2100)にて測定したところ、その膜厚は約1μmであった。
(1) Preparation of hydrogel precursor thin film 2-hydroxylethylmethyl methacrylate (HEMA) 2 g, oligoethylene oxide methyl ether acrylate (manufactured by Nippon Oil & Fats, trade name Blemmer PME-200) 2.8 g, ethylene glycol dimethacrylate (EGDM) 0. 024 g and 2,24-dimethoxy-2-phenylacetophenone 0.024 g were mixed to prepare a photopolymerizable monomer mixture. This mixed solution was cast on a glass substrate (30 mm × 30 mm, t = 1), and a mercury xenon lamp (manufactured by SAN-EI, SUPER CURE-203S) through a UV35 glass filter (manufactured by Toshiba Glass) under a nitrogen stream. Photopolymerization was performed by irradiating light at about 2 J / cm 2 (40 mW / cm 2 ) for 50 seconds at room temperature. Thereafter, the unreacted monomer was washed with acetone to obtain a hydrogel precursor thin film. The hydrogel precursor thin film was scratched to the glass substrate with a spatula, and the film thickness in the cross section was measured with an atomic force microscope (Nanopics 2100, manufactured by Seiko Instruments Inc.). The film thickness was about 1 μm. .
(2)11−{4−[(4−ヘキシルフェニル)アゾ]フェノキシ}ウンデカン酸クロライドの合成
ヘキシルアニリンとフェノールからアゾカップリングにより4−[(ヘキシル)アゾ]フェノールを合成した。また、11−ブロモウンデカン酸を3,4−ジヒドロ−2H−ピランにて保護し、4−[(ヘキシル)アゾ]フェノールとN,N−ジメチルホルムアミド中炭酸カリウムにてウィリアムソンエーテル合成を行った。反応物をジエチルエーテルにて抽出したのちに水で洗浄し、テトラヒドロフラン(THF)中にて塩酸で脱保護反応を行った。濃縮後再びエーテルで抽出し、水で洗浄した後に無水硫酸マグネシウムにて乾燥した。その後、溶媒を除去し、ベンゼン−クロロホルム混合溶媒にて再結晶を行い、11−{4−[(4−ヘキシルフェニル)アゾ]フェノキシ}ウンデカン酸を得た。この11−{4−[(4−ヘキシルフェニル)アゾ]フェノキシ}ウンデカン酸と塩化チオニルとを反応させたのち未反応の塩化チオニルを減圧留去し、11−{4−[(4−ヘキシルフェニル)アゾ]フェノキシ}ウンデカン酸クロライド(下記式の化合物(8)参照)を得た。
(2) Synthesis of 11- {4-[(4-hexylphenyl) azo] phenoxy} undecanoic acid chloride 4-[(hexyl) azo] phenol was synthesized from hexylaniline and phenol by azo coupling. In addition, 11-bromoundecanoic acid was protected with 3,4-dihydro-2H-pyran, and Williamson ether synthesis was performed with potassium carbonate in 4-[(hexyl) azo] phenol and N, N-dimethylformamide. . The reaction product was extracted with diethyl ether, washed with water, and deprotected with hydrochloric acid in tetrahydrofuran (THF). After concentration, the mixture was extracted again with ether, washed with water, and dried over anhydrous magnesium sulfate. Then, the solvent was removed and recrystallization was performed with a benzene-chloroform mixed solvent to obtain 11- {4-[(4-hexylphenyl) azo] phenoxy} undecanoic acid. After reacting this 11- {4-[(4-hexylphenyl) azo] phenoxy} undecanoic acid and thionyl chloride, unreacted thionyl chloride was distilled off under reduced pressure, and 11- {4-[(4-hexylphenyl) was removed. ) Azo] phenoxy} undecanoic acid chloride (see compound (8) of the following formula).
(3)ハイドロゲルプレカーサ薄膜の表面修飾によるパターン形成体の作製
合成した11−{4−[(4−ヘキシルフェニル)アゾ]フェノキシ}ウンデカン酸クロライド(化合物(8))40mg、トリエチルアミン11.9mg、4−ジメチルアミノピリジン(DMAP)1mgを乾燥トルエン3ml中で溶かした。先に作製したハイドロゲルプレカーサ薄膜をこの溶液中に4時間浸漬し、ハイドロゲルプレカーサ薄膜の表面のヒドロキシル基に化合物(8)をエステル化により化学結合させ、ハイドロゲルプレカーサ薄膜を化合物(8)により表面修飾した。その後、トルエン及びTHFにて洗浄し、化合物(8)によって表面修飾されたハイドロゲルプレカーサ薄膜(パターン形成体)を得た。ハイドロゲルプレカーサ薄膜が化合物(8)によって表面修飾されているか否かを確認するためにこの薄膜の吸収スペクトルをダイオードアレイ紫外可視吸収スペクトル分光器(ヒューレットパッカード社製、製品番号8452)にて調べたところ、アゾベンゼンのトランス体に由来する約350nmでの吸光度は約0.1〜0.15であった。文献(T.Sekiら,Phys.Chem.B,102,5313−5321(1998))によると、使用したアゾベンゼンとほぼ同様の電子状態を持つ高分子の単分子膜の示す吸光度は0.015でありその分子長が約2nmである。このことから概算すると、作製されたパターン形成体は、ハイドロゲルプレカーサ薄膜の表面から20〜40nmの領域でアゾベンゼンが表面処理されていることが推察される。
(3) Preparation of pattern-formed body by surface modification of hydrogel precursor thin film 40 mg of synthesized 11- {4-[(4-hexylphenyl) azo] phenoxy} undecanoic acid chloride (compound (8)), 11.9 mg of triethylamine, 1 mg of 4-dimethylaminopyridine (DMAP) was dissolved in 3 ml of dry toluene. The previously prepared hydrogel precursor thin film is immersed in this solution for 4 hours, and the compound (8) is chemically bonded to the hydroxyl group on the surface of the hydrogel precursor thin film by esterification, and the hydrogel precursor thin film is then bonded to the compound (8). Surface modified. Then, it wash | cleaned with toluene and THF, and obtained the hydrogel precursor thin film (pattern formation body) surface-modified with the compound (8). In order to confirm whether or not the hydrogel precursor thin film was surface-modified with the compound (8), the absorption spectrum of this thin film was examined with a diode array ultraviolet-visible absorption spectroscope (manufactured by Hewlett-Packard Co., product number 8452). However, the absorbance at about 350 nm derived from the trans form of azobenzene was about 0.1 to 0.15. According to the literature (T. Seki et al., Phys. Chem. B, 102, 5313-5321 (1998)), the absorbance of a monomolecular film of a polymer having substantially the same electronic state as that of azobenzene used was 0.015. Its molecular length is about 2 nm. As a rough estimate from this, it is inferred that the prepared pattern formed body is surface-treated with azobenzene in a region of 20 to 40 nm from the surface of the hydrogel precursor thin film.
(4)表面修飾されていることの確認
上述の(1)〜(3)の方法によりハイドロゲルプレカーサ薄膜の表面が化合物(8)によってアゾベンゼン処理されていることを確認するために、直径約0.5mmの半球状のハイドロゲルプレカーサを作製し、このハイドロゲルプレカーサを上述の(1)〜(3)と同様の方法を用いてアゾベンゼン処理した。処理したハイドロゲルプレカーサを輪切りにし、これを疎水性蛍光色素である1,1’−ジオクタデシル−3,3,3’,3’−テトラメチルインドールジカルボシアニンパークロライド(Aldrich社製)の0.5%アセトン溶液に30分浸漬し、アセトンにて洗浄した。その後、ハイドロゲルプレカーサを水に浸漬し、蛍光顕微鏡(オリンパス社製、BX51)を用いて水中にてハイドロゲルプレカーサの断面を観察したところ、表層部において蛍光を示した。これは、化合物(8)によりハイドロゲルプレカーサの表面に疎水部が形成されているためと考えられ、ハイドロゲルプレカーサの表面にアゾベンゼンが修飾されていることが確認された。
(4) Confirmation that the surface is modified In order to confirm that the surface of the hydrogel precursor thin film is treated with azobenzene by the compound (8) by the above-described methods (1) to (3), the diameter is about 0. A .5 mm hemispherical hydrogel precursor was prepared, and this hydrogel precursor was treated with azobenzene using the same method as in the above (1) to (3). The treated hydrogel precursor is cut into pieces, and this is converted into 0 of 1,1′-dioctadecyl-3,3,3 ′, 3′-tetramethylindole dicarbocyanine perchloride (Aldrich), which is a hydrophobic fluorescent dye. It was immersed in a 5% acetone solution for 30 minutes and washed with acetone. Then, when the hydrogel precursor was immersed in water and the cross section of the hydrogel precursor was observed in water using the fluorescence microscope (Olympus company make, BX51), fluorescence was shown in the surface layer part. This is considered to be because a hydrophobic part was formed on the surface of the hydrogel precursor by the compound (8), and it was confirmed that azobenzene was modified on the surface of the hydrogel precursor.
(5)蛍光微粒子によるフォトパターニング
化合物(8)によって表面修飾されたハイドロゲルプレカーサ薄膜、つまりパターン形成体を精製水に約30分浸漬した後、約0.01重量%のアミン表面ポリスチレン蛍光微粒子水溶液(モレキュラープローブ製、商品名FluoroSphere F−8765、粒径約1μm)に30分〜1時間浸漬した。続いて、蒸留水中にて5〜15分間超音波洗浄し、蛍光顕微鏡(オリンパス社製、BX51)を用いて倍率10倍でパターン形成体の表面の様子を観察した。このときの様子を撮影した顕微鏡写真を図1に示す。なお、このとき、パターン形成体に光照射していない。図1に示すように、パターン形成体の表面全体は蛍光を発しており、パターン形成体の表面全体にアミン表面ポリスチレン蛍光微粒子が吸着していることが確認された。このように、蛍光微粒子がパターン形成体の表面全体に吸着したのは、比較的疎水的である蛍光微粒子のアミノ末端とパターン形成体の表面との間で疎水−疎水相互作用が生じたことによるものと推察される。このことから、パターン形成体の表面全体は疎水性であることが示唆される。次に、この蛍光微粒子が吸着した状態のパターン形成体に等間隔のスリットを有するフォトマスクと色ガラスフィルター(東芝ガラス製、UV−35及びUVD−36)とを介して水銀キセノンランプ光(紫外光、波長365nm)を約1J/cm2(20mW,50秒)の露光量でパターン露光した。パターン露光した後、パターン形成体を蒸留水に浸漬して軽く洗浄し、蛍光顕微鏡により倍率10倍でパターン形成体の表面の様子を観察した。このときの様子を撮影した顕微鏡写真を図2に示す。図2に示すように、パターン形成体の表面にはフォトマスクと同様のフォトパターンが形成され、露光部から蛍光微粒子が脱離したことが確認された。これにより、紫外光を照射した部分は疎水性から親水性に変化したことが示唆される。次に、このフォトパターンが形成されたパターン形成体に色ガラスフィルター(東芝ガラス製、UV−35及びUVD−36)を介して水銀キセノンランプ光(紫外光、波長365nm)を約1J/cm2(20mW,50秒)の露光量で全面照射した。照射後、パターン形成体を蒸留水に浸漬して軽く洗浄し、蛍光顕微鏡により倍率10倍でパターン形成体の表面の様子を観察した。このときの様子を撮影した顕微鏡写真を図3に示す。図3に示すように、パターン形成体の表面には蛍光像を確認することができなかった。これは、紫外光の照射によりパターン形成体の表面が親水性となったことに起因して蛍光微粒子がパターン形成体から脱離したためと考えられる。更に、この蛍光微粒子が吸着していないパターン形成体に色ガラスフィルター(東芝ガラス製、Y−43及びV−44)を介して水銀キセノンランプ光(可視光、波長436nm)を約1J/cm2(5mW,200秒)の露光量で全面照射した。照射後、パターン形成体を精製水に約30分浸漬し、約0.01重量%のアミン表面ポリスチレン蛍光微粒子に30分〜1時間浸漬した。続いて、蒸留水中にて5〜15分間超音波洗浄し、蛍光顕微鏡を用いて倍率10倍でパターン形成体の表面の様子を観察した。このときの様子を撮影した顕微鏡写真を図4に示す。図4に示すように、パターン形成体の表面に可視光を全面照射すると、図1と同様、パターン形成体の全面に蛍光微粒子が吸着した。このことから、パターン形成体への可視光の照射によってパターン形成体の表面が疎水性になったことが示唆される。また、この一連の操作を繰り返し行ったところ、全ての場合において、可視光が照射された露光部では蛍光微粒子が吸着し、紫外光が照射された露光部では蛍光微粒子が脱着した。
(5) Photopatterning with fluorescent fine particles A hydrogel precursor thin film surface-modified with the compound (8), that is, a pattern forming body is immersed in purified water for about 30 minutes, and then an aqueous solution of about 0.01% by weight amine-surface polystyrene fluorescent fine particles. (Molecular probe, trade name Fluorosphere F-8765, particle size of about 1 μm) was immersed for 30 minutes to 1 hour. Subsequently, ultrasonic cleaning was performed in distilled water for 5 to 15 minutes, and the state of the surface of the pattern formed body was observed at a magnification of 10 using a fluorescence microscope (Olympus, BX51). A photomicrograph of the situation at this time is shown in FIG. At this time, the pattern forming body is not irradiated with light. As shown in FIG. 1, it was confirmed that the entire surface of the pattern forming body emitted fluorescence, and amine surface polystyrene fluorescent fine particles were adsorbed on the entire surface of the pattern forming body. Thus, the reason why the fluorescent fine particles were adsorbed on the entire surface of the pattern forming body was that a hydrophobic-hydrophobic interaction occurred between the amino terminus of the fluorescent fine particles that were relatively hydrophobic and the surface of the pattern forming body. Inferred. This suggests that the entire surface of the pattern forming body is hydrophobic. Next, mercury xenon lamp light (ultraviolet light) is passed through a photomask having slits at equal intervals on the pattern forming body in which the fluorescent fine particles are adsorbed and a colored glass filter (manufactured by Toshiba Glass, UV-35 and UVD-36). (Light, wavelength 365 nm) was subjected to pattern exposure at an exposure amount of about 1 J / cm 2 (20 mW, 50 seconds). After pattern exposure, the pattern formed body was immersed in distilled water and washed lightly, and the state of the surface of the pattern formed body was observed with a fluorescence microscope at a magnification of 10 times. A photomicrograph of the situation at this time is shown in FIG. As shown in FIG. 2, a photo pattern similar to the photo mask was formed on the surface of the pattern forming body, and it was confirmed that the fluorescent fine particles were detached from the exposed portion. This suggests that the portion irradiated with ultraviolet light has changed from hydrophobic to hydrophilic. Next, mercury xenon lamp light (ultraviolet light, wavelength 365 nm) is applied to the pattern forming body on which the photo pattern is formed through a colored glass filter (Toshiba Glass, UV-35 and UVD-36) at about 1 J / cm 2. The entire surface was irradiated with an exposure amount (20 mW, 50 seconds). After irradiation, the pattern formed body was immersed in distilled water and washed lightly, and the state of the surface of the pattern formed body was observed with a fluorescence microscope at a magnification of 10 times. A photomicrograph of the situation at this time is shown in FIG. As shown in FIG. 3, a fluorescent image could not be confirmed on the surface of the pattern forming body. This is presumably because the fluorescent fine particles were detached from the pattern forming body due to the surface of the pattern forming body becoming hydrophilic by irradiation with ultraviolet light. Further, mercury xenon lamp light (visible light, wavelength 436 nm) is passed through a colored glass filter (Toshiba Glass, Y-43 and V-44) to the pattern-formed body on which the fluorescent fine particles are not adsorbed at about 1 J / cm 2. The entire surface was irradiated with an exposure amount of (5 mW, 200 seconds). After the irradiation, the pattern forming body was immersed in purified water for about 30 minutes, and immersed in about 0.01% by weight of amine surface polystyrene fluorescent fine particles for 30 minutes to 1 hour. Subsequently, ultrasonic cleaning was performed in distilled water for 5 to 15 minutes, and the state of the surface of the pattern formed body was observed at a magnification of 10 using a fluorescence microscope. A photomicrograph of the situation is shown in FIG. As shown in FIG. 4, when the visible light was irradiated on the entire surface of the pattern forming body, the fluorescent fine particles were adsorbed on the entire surface of the pattern forming body as in FIG. From this, it is suggested that the surface of the pattern forming body became hydrophobic by irradiation of visible light to the pattern forming body. Further, when this series of operations was repeated, in all cases, the fluorescent fine particles were adsorbed in the exposed portion irradiated with visible light, and the fluorescent fine particles were desorbed in the exposed portion irradiated with ultraviolet light.
(6)アゾベンゼンの立体構造の確認
パターン形成体の表面に紫外光を露光したときと可視光を露光したときとのアゾベンゼンの立体構造を確認するために、パターン形成体の全面にそれぞれの光を照射したときの吸収スペクトルを調べた。その結果を図5に示す。図5に示すように、パターン形成体を作製したのち光照射していない場合及び可視光が照射された場合には、336nmを最大吸収波長とした幅広い吸収スペクトルが得られた。このスペクトルは、アゾベンゼンのπ−π*励起に伴う光異性体が溶液状態にて示す350nmに帰属するものと考えられる(M.Shimomuraら,Ber.Bunsenges.Phys.Chem.,87,1134(1983),M.Kasha,Spectroscopy of Exited States p.337(Plenum press,1976)等)。このことから、パターン形成体を作製したのち光照射していない場合及び可視光が照射された場合には、アゾベンゼンがトランス体であることが確認された。また、この結果と上述の(5)の蛍光微粒子によるフォトパターニングの結果とから、アゾベンゼンがトランス体のときにパターン形成体の表面が疎水性になることが確認された。なお、パターン形成体において最大吸収波長が350nmよりもわずかに短波長側にシフトしているのは分子間で会合するためであり、この波長付近で幅広い吸収を示すのは様々な会合状態が混在するためと推測される。一方、パターン形成体に紫外光が照射された場合には、450nmに幅広い吸収を示すスペクトルが得られた。このスペクトルは、アゾベンゼンの平面型であるn−π*状態に帰属するものと考えられる(Z.Sekkat,W.Knoll,Photoreactive Organic Thin Films,p.3(Academic Press,2002)等)。このことから、パターン形成体に紫外光が照射された場合には、アゾベンゼンはシス体になることが確認された。また、この結果と上述の(5)の蛍光微粒子によるフォトパターニングの結果とから、アゾベンゼンがシス体のときにパターン形成体の表面が親水性になることが確認された。
(6) Confirmation of the three-dimensional structure of azobenzene In order to confirm the three-dimensional structure of azobenzene when the surface of the pattern forming body is exposed to ultraviolet light and when exposed to visible light, each light is applied to the entire surface of the pattern forming body. The absorption spectrum when irradiated was examined. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 5, a wide absorption spectrum having a maximum absorption wavelength of 336 nm was obtained when the pattern-formed body was produced and no light was irradiated and when visible light was irradiated. This spectrum is considered to be attributed to 350 nm, in which the photoisomer accompanying the π-π * excitation of azobenzene is shown in a solution state (M. Shimomura et al., Ber. Bunsenges. Phys. Chem., 87, 1134 (1983). ), M. Kasha, Spectroscopy of Exited States p.337 (Plenum press, 1976)). From this, it was confirmed that azobenzene was a trans form when the pattern-formed body was produced and no light was irradiated and when visible light was irradiated. Further, from this result and the result of the photo patterning by the fluorescent fine particles of the above (5), it was confirmed that the surface of the pattern forming body becomes hydrophobic when azobenzene is in the trans form. Note that the maximum absorption wavelength in the pattern-forming body is slightly shifted to a shorter wavelength side than 350 nm because of association between molecules, and a wide range of absorption near this wavelength is due to a mixture of various association states. Presumed to be. On the other hand, when the pattern forming body was irradiated with ultraviolet light, a spectrum showing broad absorption at 450 nm was obtained. This spectrum is considered to belong to the n-π * state which is the planar type of azobenzene (Z. Sekkat, W. Knoll, Photoactive Organic Thin Films, p. 3 (Academic Press, 2002), etc.). From this, it was confirmed that azobenzene becomes a cis form when the pattern forming body is irradiated with ultraviolet light. Further, from this result and the result of the photo patterning by the fluorescent fine particles (5) described above, it was confirmed that the surface of the pattern forming body became hydrophilic when azobenzene was a cis body.
実施例2では、上述の実施例1と同様にしてハイドロプレカーサ薄膜を作製し、以下の方法で合成した11−{4−[(4−ヘキシルフェニル)アゾ]フェノキシ}ウンデカンイソシアネート(下記式の化合物(9)参照)40mgとジブチルスズジラウレート0.1mlとを乾燥トルエン3ml中に溶かし、60度に加熱したホットプレート上でハイドロプレカーサ薄膜をこの溶液中に3〜5分間浸漬した。浸漬後、トルエン次いでTHFで洗浄した。これにより、化合物(9)によって表面修飾されたハイドロゲルプレカーサ薄膜であるパターン形成体を得た。ここで、化合物(9)は次のように合成した。つまり、乾燥ベンゼン中にて、上述の実施例1と同様にして合成した11−{4−[(4−ヘキシルフェニル)アゾ]フェノキシ}ウンデカン酸とジフェニルホスホリルアジドとトリエチルアミンとを加熱・環流し、原料のカルボン酸が薄層クロマトグラフィーで消失するまで反応を行った。反応後、溶液を減圧濃縮し、カラムクロマトグラフィーにより化合物(8)の11−{4−[(4−ヘキシルフェニル)アゾ]フェノキシ}ウンデカンイソシアネートを得た。パターン形成体を用いて上述の実施例1の(5)と同様にして蛍光微粒子によるフォトパターニングを行ったところ、実施例1と同様のパターン形成及び繰り返し特性が得られた。 In Example 2, 11- {4-[(4-hexylphenyl) azo] phenoxy} undecane isocyanate (compound of the following formula) was prepared in the same manner as in Example 1 above, and a hydroprecursor thin film was prepared and synthesized by the following method. (See (9)) 40 mg and 0.1 ml of dibutyltin dilaurate were dissolved in 3 ml of dry toluene, and the hydroprecursor thin film was immersed in this solution for 3 to 5 minutes on a hot plate heated to 60 degrees. After soaking, it was washed with toluene and then with THF. This obtained the pattern formation body which is a hydrogel precursor thin film surface-modified with the compound (9). Here, the compound (9) was synthesized as follows. That is, 11- {4-[(4-hexylphenyl) azo] phenoxy} undecanoic acid, diphenylphosphoryl azide and triethylamine synthesized in the same manner as in Example 1 above were heated and refluxed in dry benzene. The reaction was carried out until the starting carboxylic acid disappeared by thin layer chromatography. After the reaction, the solution was concentrated under reduced pressure, and 11- {4-[(4-hexylphenyl) azo] phenoxy} undecane isocyanate of compound (8) was obtained by column chromatography. Photopatterning with fluorescent fine particles was carried out in the same manner as in Example 1 (5) above using the pattern forming body. As a result, pattern formation and repetition characteristics similar to those in Example 1 were obtained.
(1)パターン形成体の作製
実施例3では、上述の実施例1と同様にしてハイドロプレカーサ薄膜を作製し、以下の方法で合成した11−シンナモイルオキシウンデカンイソシアネート(下記式の化合物(10)参照)40mgとジブチルスズジラウレート0.1mlとを乾燥トルエン中に溶かし、遮光下にて60度に加熱したホットプレート上でハイドロプレカーサ薄膜をこの溶液中に3〜5分間浸漬した。浸漬後、トルエン次いでTHFで洗浄した。これにより、11−シンナモイルオキシウンデカンイソシアネートによって表面修飾されたハイドロゲルプレカーサ薄膜であるパターン形成体を得た。ここで、化合物(10)は次のようにして合成した。つまり、まず、シンナモイルクロライド(Aldrich社製)と二等量以上の1,12−ドデカンジオール(東京化成製)をTHF中塩基性下にて反応させ、反応溶液を濃縮、酢酸エチル−クロロホルム混合溶媒にて再結晶し、12−シンナモイルオキシドデカ−1−オールを得た。これをTHF−アセトン混合溶媒に溶解し、炭酸水素ナトリウム飽和水溶液を少量加え、2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジノオキシ(東京化成製)と臭化ナトリウムとを加えて撹拌した。この水溶液を氷浴し、上述の12−シンナモイルオキシドデカ−1−オールを徐々に滴下した。これを氷浴中で数時間撹拌した後にさらに室温で数時間撹拌し、溶媒を留去した後、塩酸を加え酢酸エチルにて抽出した。この抽出物を水、食塩水にて洗浄し、ヘキサン−酢酸エチル混合溶媒にて再結晶することにより、11−シンナモイルオキシウンデカン酸を得た。この11−シンナモイルオキシウンデカン酸とジフェニルホスホリルアジドとトリエチルアミンとを乾燥ベンゼン中で加熱・環流し、原料のカルボン酸が薄層クロマトグラフィーで消失するまで反応を行った。反応後、溶液を減圧濃縮し、カラムクロマトグラフィーにより化合物(10)の11−シンナモイルオキシウンデカンイソシアネートを得た。
(1) Preparation of pattern-formed body In Example 3, 11-cinnamoyloxyundecane isocyanate (compound (10) of the following formula) was prepared in the same manner as in Example 1 except that a hydroprecursor thin film was prepared and synthesized by the following method. Reference) 40 mg and 0.1 ml of dibutyltin dilaurate were dissolved in dry toluene, and the hydroprecursor thin film was immersed in this solution for 3 to 5 minutes on a hot plate heated at 60 ° C. under light shielding. After soaking, it was washed with toluene and then with THF. This obtained the pattern formation body which is the hydrogel precursor thin film surface-modified by 11-cinnamoyl oxyundecane isocyanate. Here, the compound (10) was synthesized as follows. That is, first, cinnamoyl chloride (manufactured by Aldrich) and at least two equivalents of 1,12-dodecanediol (manufactured by Tokyo Chemical Industry) are reacted in THF under basic conditions, and the reaction solution is concentrated and mixed with ethyl acetate-chloroform. Recrystallization from a solvent gave 12-cinnamoyloxidedec-1-ol. This was dissolved in a THF-acetone mixed solvent, a small amount of a saturated aqueous solution of sodium hydrogen carbonate was added, 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinooxy (manufactured by Tokyo Chemical Industry) and sodium bromide were added and stirred. This aqueous solution was bathed in ice, and the above-mentioned 12-cinnamoyl oxide deca-1-ol was gradually added dropwise. The mixture was stirred for several hours in an ice bath and further stirred for several hours at room temperature. After the solvent was distilled off, hydrochloric acid was added and the mixture was extracted with ethyl acetate. This extract was washed with water and brine, and recrystallized with a hexane-ethyl acetate mixed solvent to obtain 11-cinnamoyloxyundecanoic acid. This 11-cinnamoyloxyundecanoic acid, diphenylphosphoryl azide and triethylamine were heated and refluxed in dry benzene, and the reaction was carried out until the starting carboxylic acid disappeared by thin layer chromatography. After the reaction, the solution was concentrated under reduced pressure, and 11-cinnamoyloxyundecane isocyanate of compound (10) was obtained by column chromatography.
(2)蛍光微粒子によるフォトパターニング
作製したパターン形成体を精製水に30分ほど浸漬した後、パターン形成体の表面に等間隔のスリットを有するフォトマスクと色ガラスフィルター(東芝ガラス製、UV−29)とを介して水銀キセノンランプ光(紫外光、波長313nm)を約3J/cm2(30mW,100秒)の露光量でパターン露光した。照射後、パターン形成体を約0.01重量%のアミン表面ポリスチレン蛍光微粒子水溶液(モレキュラープローブ製、商品名FluoroSphere F−8765、粒径約1μm)に30分〜1時間浸漬した。その後、蒸留水中にて5〜15分間超音波洗浄し、蛍光顕微鏡(オリンパス社製、BX51)を用いて倍率10倍でパターン形成体の表面の様子を観察した。このときの様子を撮影した顕微鏡写真を図6に示す。図6に示すように、パターン形成体の表面にはフォトマスクに対してネガティブなフォトパターンが形成され、露光部に蛍光微粒子が吸着したことが確認された。これにより、紫外光を照射した露光部は疎水性であり、非露光部は親水性であることが確認された。
(2) Photo-patterning with fluorescent fine particles After immersing the prepared pattern-formed body in purified water for about 30 minutes, a photomask and colored glass filter (made by Toshiba Glass, UV-29) having slits at equal intervals on the surface of the pattern-formed body. ) And pattern exposure of mercury xenon lamp light (ultraviolet light, wavelength 313 nm) at an exposure amount of about 3 J / cm 2 (30 mW, 100 seconds). After the irradiation, the patterned product was immersed in an aqueous solution of about 0.01% by weight of amine-surface polystyrene fluorescent fine particles (manufactured by Molecular Probes, trade name: FluoroSphere F-8765, particle size: about 1 μm) for 30 minutes to 1 hour. Then, ultrasonic cleaning was performed in distilled water for 5 to 15 minutes, and the state of the surface of the pattern formed body was observed at a magnification of 10 using a fluorescence microscope (Olympus, BX51). A photomicrograph of the situation is shown in FIG. As shown in FIG. 6, it was confirmed that a negative photo pattern with respect to the photomask was formed on the surface of the pattern forming body, and the fluorescent fine particles were adsorbed on the exposed portion. Thereby, it was confirmed that the exposed part irradiated with ultraviolet light is hydrophobic and the non-exposed part is hydrophilic.
(3)架橋の形成の確認
パターン形成体の全面に紫外光を照射したときの吸収スペクトルを調べた。その結果を図7に示す。図7に示すように、パターン形成体を作製したのち光照射していない場合には、274nmを最大吸収波長とする吸収スペクトルが得られた。このスペクトルは、シンナモイル基の吸収に帰属するものと考えられる(Guptaら,Macromolecules,37,9211(2004)等)。このことから、パターン形成体を作製したのち光照射していない場合には、パターン形成体中にシンナモイル基が存在していることが確認された。また、この結果と上述の(2)の蛍光微粒子によるフォトパターニングの結果とから、光応答性物質としての化合物(10)で架橋を形成していない状態のときにパターン形成体の表面が親水性になることが確認された。一方、パターン形成体に紫外光を照射した場合には、シンナモイル基に帰属する274nmでの吸収がほとんど認められなかった。このことから、パターン形成体に紫外光を照射した場合には、シンナモイル基はほとんど消失し、良好に光架橋化が進行したことが確認された。また、この結果と上述の(2)の蛍光微粒子によるフォトパターニングの結果とから、光応答性物質としての化合物(10)で架橋を形成した状態のときにパターン形成体の表面が疎水性になることが確認された。
(3) Confirmation of formation of bridge | crosslinking The absorption spectrum when an ultraviolet light was irradiated to the whole surface of a pattern formation body was investigated. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 7, an absorption spectrum having a maximum absorption wavelength of 274 nm was obtained when no light was irradiated after the pattern-formed body was produced. This spectrum is considered to be attributed to the absorption of the cinnamoyl group (Gupta et al., Macromolecules, 37, 9211 (2004), etc.). From this, it was confirmed that a cinnamoyl group was present in the pattern formed body when no light was irradiated after the pattern formed body was produced. Further, from this result and the result of the photo patterning by the fluorescent fine particles of (2) above, the surface of the pattern forming body is hydrophilic when the compound (10) as the photoresponsive substance is not cross-linked. It was confirmed that On the other hand, when the pattern forming body was irradiated with ultraviolet light, almost no absorption at 274 nm attributed to the cinnamoyl group was observed. From this, it was confirmed that when the pattern forming body was irradiated with ultraviolet light, the cinnamoyl group almost disappeared and the photocrosslinking proceeded well. Further, from this result and the result of the photo patterning by the fluorescent fine particles (2) described above, the surface of the pattern forming body becomes hydrophobic when a cross-link is formed with the compound (10) as the photoresponsive substance. It was confirmed.
[比較例1]
実施例1〜3のパターン形成体において、光照射によるパターン形成体表面の水濡れ性の変化にハイドロゲルが関与しているか否かを確認するために、アゾベンゼンを有するがゲル状態ではないポリマーとして、共重合比約1:1の10−{4−[(4’−ヘキシルフェニル)アゾ]フェノキシ}デシルアクリレートとPME−200とのランダムコポリマーをラジカル重合によって合成し、このポリマーをトルエンを溶媒としてガラス基板上にスピンコートすることにより薄膜を形成した。この薄膜を実施例1の(5)と同様にして蛍光微粒子を含む溶液に浸漬し、蛍光顕微鏡を用いて倍率10倍でこの薄膜の表面を観察した。しかし、薄膜に蛍光微粒子は吸着されなかった。また、この薄膜にフォトマスクを介して紫外光を照射したのち蛍光微粒子を含む溶液に浸漬し、蛍光顕微鏡を用いて倍率10倍でパターン形成体の表面を観察した。この様子を図8に示す。図8に示すように、紫外光を照射しても薄膜の表面にパターンを確認することができなかった。これらのことから、実施例1〜3のパターン形成体の表面の水濡れ性の変化にはハイドロゲルが重要な役割を果たしていることが推察される。
[Comparative Example 1]
In the pattern formation body of Examples 1-3, in order to confirm whether the hydrogel is involved in the change of water wettability of the pattern formation body surface by light irradiation, as a polymer that has azobenzene but is not in a gel state A random copolymer of 10- {4-[(4′-hexylphenyl) azo] phenoxy} decyl acrylate and PME-200 having a copolymerization ratio of about 1: 1 was synthesized by radical polymerization, and this polymer was prepared using toluene as a solvent. A thin film was formed by spin coating on a glass substrate. This thin film was immersed in a solution containing fluorescent fine particles in the same manner as in Example 1 (5), and the surface of this thin film was observed at a magnification of 10 using a fluorescent microscope. However, the fluorescent fine particles were not adsorbed on the thin film. The thin film was irradiated with ultraviolet light through a photomask and then immersed in a solution containing fluorescent fine particles, and the surface of the pattern formed body was observed at a magnification of 10 using a fluorescent microscope. This is shown in FIG. As shown in FIG. 8, a pattern could not be confirmed on the surface of the thin film even when irradiated with ultraviolet light. From these facts, it is presumed that hydrogel plays an important role in changing the wettability of the surface of the pattern-formed bodies of Examples 1 to 3.
[比較例2]
比較例1と同様の趣旨から、ポリ10−{4−[(4’−ペンチルフェニル)アゾ]フェノキシ}デシルメタクリレートをラジカル重合によって合成し、このポリマーをトルエンを溶媒としてガラス基板上にスピンコートすることにより薄膜を形成した。この薄膜を比較例1と同様にして蛍光微粒子によるパターニングを行ったところ、比較例1と同様、薄膜の表面にはパターンを確認することができなかった。
[Comparative Example 2]
For the same purpose as in Comparative Example 1, poly 10- {4-[(4′-pentylphenyl) azo] phenoxy} decyl methacrylate was synthesized by radical polymerization, and this polymer was spin-coated on a glass substrate using toluene as a solvent. As a result, a thin film was formed. When this thin film was patterned with fluorescent fine particles in the same manner as in Comparative Example 1, a pattern could not be confirmed on the surface of the thin film, as in Comparative Example 1.
なお、本発明は上述の実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り、種々の態様で実施できることはいうまでもない。 In addition, this invention is not limited to the above-mentioned Example at all, and as long as it belongs to the technical scope of this invention, it cannot be overemphasized that it can implement with a various aspect.
Claims (4)
ハイドロゲルと、
光照射によって会合状態が変化する疎水性の光応答性物質を前記ハイドロゲルの表面に化学結合させてなる表面修飾部と、
を備え、
前記表面修飾部は、水と接触させた状態では、前記疎水性の光応答性物質が互いに弱く会合しているときに前記ハイドロゲルによって覆われて親水性となり、前記疎水性の光応答性物質が互いに強く会合しているときに該疎水性の光応答性物質に覆われて疎水性となり、
前記疎水性の光応答性物質は、光照射によってシス体とトランス体とが変化するアゾベンゼン構造を含み、第1の波長範囲の光を照射すると前記アゾベンゼン構造が前記シス体となって互いに弱く会合し、第2の波長範囲の光を照射すると前記アゾベンゼン構造が前記トランス体となって互いに強く会合する物質である、
パターン形成体。 A pattern forming body capable of forming a pattern using a difference in wettability between an exposed portion and a non-exposed portion when irradiated with light,
Hydrogel,
A surface modification part formed by chemically bonding a hydrophobic photoresponsive substance whose association state is changed by light irradiation to the surface of the hydrogel;
With
When the hydrophobic photoresponsive substance is weakly associated with each other, the surface modification part becomes hydrophilic by being covered with the hydrogel when in contact with water, and the hydrophobic photoresponsive substance Are hydrophobically covered with the hydrophobic photoresponsive substance when they are strongly associated with each other,
The hydrophobic photoresponsive substance includes an azobenzene structure in which a cis isomer and a trans isomer are changed by light irradiation. When irradiated with light in a first wavelength range, the azobenzene structure becomes the cis isomer and weakly associates with each other. When the light in the second wavelength range is irradiated, the azobenzene structure becomes a trans form and is a substance that strongly associates with each other.
Pattern forming body.
請求項1に記載のパターン形成体。 The surface modification unit chemically bonds the hydrophobic photoresponsive substance to the surface of the hydrogel by any one of an ester bond, a urethane bond, an ether bond, an amide bond, an amino bond, and a carbonate bond. Become,
The pattern forming body according to claim 1 .
請求項1又は2に記載のパターン形成体。 The hydrophobic photoresponsive substance is chemically bonded to the hydrogel through a spacer structure composed of an ethylene oxide unit composed of a linear alkylene chain having 2 to 12 carbon atoms, 1 to 3 ethylene oxides, or a combination thereof. Combined,
The pattern forming body according to claim 1 or 2 .
請求項1〜3のいずれかに記載のパターン形成体に対し、一部に光照射することによって露光部と非露光部とを設けたのち疎水性物質又は親水性物質を吸着させることによりパターンを形成するか、全体に疎水性物質又は親水性物質を吸着させたのち一部に光照射することによって露光部に吸着した疎水性物質又は親水性物質を脱着することによりパターンを形成するか、又は前記第1及び前記第2の波長範囲の光のうち一方の光を全体に照射したのち疎水性物質又は親水性物質を吸着させてから前記第1及び前記第2の波長範囲の光のうち他方の光を一部に照射することによって露光部と非露光部とを設けたのち露光部に吸着した疎水性物質又は親水性物質を脱着することによりパターンを形成する、
パターン形成方法。 A pattern forming method capable of forming a pattern using a difference in water wettability between an exposed portion and a non-exposed portion when irradiated with light,
To the patterning device according to any one of claims 1 to 3 patterns by partially adsorbing hydrophobic substances or hydrophilic material after providing the exposed portion and the unexposed portion by irradiating light Forming a pattern by desorbing the hydrophobic substance or hydrophilic substance adsorbed on the exposed portion by irradiating a part of the hydrophobic substance or hydrophilic substance and then irradiating a part thereof with light, or After irradiating one of the light in the first and second wavelength ranges to the whole and then adsorbing the hydrophobic substance or hydrophilic substance, the other of the lights in the first and second wavelength ranges A pattern is formed by desorbing a hydrophobic substance or a hydrophilic substance adsorbed on the exposed part after providing an exposed part and a non-exposed part by irradiating a part of the light.
Pattern forming method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005323846A JP4328862B2 (en) | 2005-11-08 | 2005-11-08 | Pattern forming body and pattern forming method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005323846A JP4328862B2 (en) | 2005-11-08 | 2005-11-08 | Pattern forming body and pattern forming method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2007133020A JP2007133020A (en) | 2007-05-31 |
| JP4328862B2 true JP4328862B2 (en) | 2009-09-09 |
Family
ID=38154757
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005323846A Expired - Lifetime JP4328862B2 (en) | 2005-11-08 | 2005-11-08 | Pattern forming body and pattern forming method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4328862B2 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4811650B2 (en) * | 2006-03-28 | 2011-11-09 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Thermosensitive polymer compound |
| JP5760332B2 (en) * | 2010-06-04 | 2015-08-05 | 大日本印刷株式会社 | Imprint substrate and imprint method |
| JPWO2025052769A1 (en) * | 2023-09-08 | 2025-03-13 |
-
2005
- 2005-11-08 JP JP2005323846A patent/JP4328862B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2007133020A (en) | 2007-05-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ITTO991042A1 (en) | CROSS-LINKING FOR PHOTORESIST AND PHOTORESIST COMPOSITION INCLUDING THE SAME. | |
| JPH10182744A (en) | Vinyl 4-tetrahyrdropyanyloxybenzal-vinyltetrahydropyranyl ether-vinyl acetate copolymer, vinyl 4-tetrahydropyranyloxybenzal-vinyl 4-hydroxybenal-vinyltetrahydropyranyl ether-vinyl acetate copolymer, their production and photoresist | |
| KR100520183B1 (en) | Photoresist copolymer containing crosslinker which has two double bonds | |
| JP2001226430A (en) | Re-dissolvable acid crosslinkable polymer and photosensitive resin composition in which the polymer and a photoacid generator are combined | |
| CN103980417A (en) | Novel dendritic polymers positive photoresist resin, preparation method and application thereof | |
| JPH0548270B2 (en) | ||
| WO2009084373A1 (en) | Fluorine-containing compound, fluorine-containing polymer, and composition and film each containing the polymer | |
| Fudickar et al. | Imaging by sensitized oxygenations of photochromic anthracene films: Examination of effects that improve performance and reversibility | |
| JP2006307166A (en) | Polymer compound precursor, highly transparent polyimide precursor, polymer compound, resin composition and article using these | |
| JP4978137B2 (en) | Photosensitive resin composition and article | |
| JP4328862B2 (en) | Pattern forming body and pattern forming method | |
| JPH09235326A (en) | Acetal group-containing alkoxy-styrene polymer, its production and chemical amplification type photoresist material comprising alkoxy-styrene polymer as main component | |
| JP5011649B2 (en) | Photosensitive resin composition and article | |
| US5998089A (en) | Photosensitive resin composition comprising fullerene | |
| CN113156765A (en) | Photoresist composition for ultraviolet nano-imprinting and preparation and application thereof | |
| JP4130330B2 (en) | Photosensitive polymer for optical microfabrication and multifunction sensor and photosensitive resin composition containing the same | |
| JP4761989B2 (en) | Polyamic acid ester composition | |
| JP4294988B2 (en) | Photoradical polymerization initiator and photosensitive resin composition | |
| JPH0379670A (en) | Negative type radiation sensitive resin composition | |
| JP4059323B2 (en) | Negative photoresist composition | |
| JP2003332199A (en) | Photosensitive composition, polymer structure and pattern forming method | |
| JP2003082033A (en) | Photosensitive material for relief formation on surface by light irradiation, photosensitive thin film and method for relief formation using the photosensitive material | |
| EP4610726A2 (en) | Resist composition for photolithography and method for manufacturing semiconductor devices using the same | |
| JP5282357B2 (en) | Polyimide precursor, polyimide, resin composition and article using these | |
| CN116165844B (en) | High-refractive-index calixarene derivative photoresists, their preparation methods and applications |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20081104 |
|
| A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20081104 |
|
| A975 | Report on accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005 Effective date: 20081209 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090106 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090304 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090331 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090410 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090519 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4328862 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |