JP4512918B2 - Method for producing fine pattern with microring or microdot - Google Patents
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Description
本発明は、マイクロリングあるいはマイクロドットを呈した微細パターンの製造方法に関する。詳しくは、電子回路、フォトニック結晶、再生医療材料等に使用されることが期待されるマイクロリング、あるいはマイクロドット状の微細パターンの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a fine pattern having microrings or microdots. Specifically, the present invention relates to a microring or microdot-like fine pattern manufacturing method expected to be used for electronic circuits, photonic crystals, regenerative medical materials, and the like.
ナノメートルからマイクロメートルのスケールで周期的な構造を持つ材料は、トランジスタアレイなどの電気回路、回折格子やフォトニック結晶などのフォトニクス材料、さらには細胞の分化や機能などを制御する再生医療材料として注目されている(非特許文献1ないし4)。これらへの利用に使用するためには該用途に適した材料を用いて、前記周期的な構造体を、高品質で出来るだけ安価に作製することが求められている。そのための作製方法としては、フォトリソグラフィー技術を用いて行われているが(非特許文献4)、極めて高価な設備と、高度な熟練した技術を要し、製品のコストを高くする大きな要因の一つとなっていた。
Materials with a periodic structure on the nanometer to micrometer scale are used as electrical circuits such as transistor arrays, photonic materials such as diffraction gratings and photonic crystals, and regenerative medical materials that control cell differentiation and functions. It has attracted attention (Non-Patent
これについては、本発明者らの研究グループも含め、多数の研究グループによって鋭意研究され、その結果、上記リソグラフィーによるプロセスとは全く異なるプロセスによって、周期性を持った形状が規則的に配列したフィルムの作成に成功した。さらに詳述すると、高分子溶液を高湿度の下で基板上に展開することにより、水滴の自己組織化を用いてヘキサゴナルに配列した空孔を持つハニカム多孔質薄膜を製造することに成功し、学術論文に報告された(非特許文献5)。この研究は、その後さらに進められ、様々な材料からハニカム多孔質薄膜が作製され、その構造の制御と応用が検討され、その成果について特許出願され(特許文献1ないし6参照)、あるいは各種学術論文等にも多数発表されている(非特許文献6ないし10参照)。
This is a film in which periodic shapes are regularly arranged by a process that is completely different from the above-described lithography process, as a result of earnest research by a number of research groups, including our research group. Was successfully created. More specifically, by developing a polymer solution on a substrate under high humidity, we succeeded in producing a honeycomb porous thin film having pores arranged in hexagonal using self-organization of water droplets, It was reported in an academic paper (Non-Patent Document 5). This research was further advanced, and honeycomb porous thin films were prepared from various materials, the control and application of the structure was examined, and patent applications were filed for the results (see
しかしながら、これら文献に記載された周期構造は、ハニカム構造を呈した状態のものであり、それ以外の形状を有する周期構造については言及されておらず、ハニカム構造以外のマイクロスケールの微細周期構造を有する構造体を求める要請には応えることができなった。 However, the periodic structures described in these documents are in a state of presenting a honeycomb structure, and the periodic structure having other shapes is not mentioned, and microscale fine periodic structures other than the honeycomb structure are not mentioned. It was not possible to meet the demand for a structure having the same.
本発明は、このような要請に応えようというものであり、電子、光機能性および生体適合性をもつ材料からマイクロスケールの周期構造を呈したマイクロリングあるいはマイクロドットパターンあるいはこのパターンを有する構造体をコストのかからない、簡単な設備とプロセスによって提供しようというものである。 The present invention is intended to meet such demands, and is a microring or microdot pattern having a microscale periodic structure made of a material having electronic, optical functionality and biocompatibility, or a structure having this pattern. Is intended to be provided by simple equipment and processes at low cost.
そのため、本発明者らにおいて鋭意研究を進めた結果、水滴を鋳型とするハニカム多孔質薄膜の製膜技術を基礎として得られたハニカム膜を、基板上で加熱し、次いで膜を剥離することにより、基板上にハニカムの一部断面構造が転写される、いわゆる熱転写法を組み合わせることによって、リング状あるいはドット状のハニカム以外の周期構造を有する構造体を得ることに成功したものである。本発明は、この一連の処理による成功と、知見に基づいてなされたものである。 Therefore, as a result of diligent research by the present inventors, a honeycomb membrane obtained on the basis of a technique for forming a honeycomb porous thin film using water droplets as a mold is heated on a substrate, and then the membrane is peeled off. The present inventors have succeeded in obtaining a structure having a periodic structure other than a ring-shaped or dot-shaped honeycomb by combining a so-called thermal transfer method in which a partial cross-sectional structure of a honeycomb is transferred onto a substrate. The present invention has been made based on the success and knowledge of this series of processes.
すなわち、本発明者らにおいては水滴をテンプレートする多孔質ハニカム構造のフィルムを観察した結果、水滴の周囲に展開する材料には一種の相分離現象に基づくとみられる材料の違い、分離が生じていることを知見した。これを基板上で加熱処理することによって、相分離した材料の違いに基づき、これを投影してハニカムの孔の径に相当するリング構造体が得られること、あるいはこの処理温度をさらに高くするとハニカム孔の径に相当する部分に材料がドット状に溶融した構造体が得られることを知見した。要約すると、水滴をテンプレートとしたハニカム構造の空孔、空隙が形成される際、その孔の近傍の界面では、ポリマーを構成する材料に一種の相分離が生じているものと思料される。その相分離する理由は定かではないが、何れにしても材料の違いに基づいた分離が生じていると推測される。したがって、これに熱処理を施せば相分離した材料の熱的挙動の違いにより、特定の材料部分が転写され、すなわち、所定形状のものが得られるものと思料される。 That is, as a result of observing a film having a porous honeycomb structure that templated water droplets in the present inventors, the material developed around the water droplets has a difference in material and separation that are considered to be based on a kind of phase separation phenomenon. I found out. By heat-treating this on the substrate, a ring structure corresponding to the diameter of the pores of the honeycomb can be obtained by projecting this based on the difference in the phase-separated material, or if this treatment temperature is further increased, the honeycomb It was found that a structure in which the material was melted in the form of dots in the portion corresponding to the diameter of the hole was obtained. In summary, when pores and voids of a honeycomb structure using water droplets as a template are formed, it is considered that a kind of phase separation occurs in the material constituting the polymer at the interface near the pores. The reason for the phase separation is not clear, but in any case, it is presumed that separation based on the difference in material occurs. Therefore, if this is subjected to heat treatment, it is considered that a specific material portion is transferred, that is, a predetermined shape is obtained due to the difference in thermal behavior of the phase-separated material.
ここに、前段のプロセスであるハニカム多孔質薄膜を得るプロセスについては、前記紹介した各種文献に記載された通りであり、詳しくはこれら文献を参照することによって簡単に得ることができるが、ここで概略説明すると以下の通りである。まず、ポリマー溶液を準備しその溶液表面に湿潤空気を吹き付け、溶媒を蒸発させ、ポリマー表面に水滴を結露させ、結露した水滴が最密充填することで、ポリマーには水滴に基づいた空間とポリマー領域とで構成される規則的微細構造が形成される。すなわち、結露した水滴がポリマー溶液表面で2次元的に配列して、すなわち細孔の鋳型となり、均一な微細細孔パターンを呈する構造体が作製され、引き続き水滴が蒸発して、後にポリマーと水滴の抜けた孔構造からなるハニカム構造を有したフィルムが形成される。概略すると以上のプロセスによって、作製したものである。 Here, the process for obtaining the honeycomb porous thin film, which is the preceding process, is as described in the various documents introduced above, and can be easily obtained by referring to these documents in detail. The outline is as follows. First, a polymer solution is prepared, wet air is blown onto the solution surface, the solvent is evaporated, water droplets are condensed on the polymer surface, and the condensed water droplets are closely packed, so that the polymer has a space based on the water droplets and a polymer. A regular fine structure composed of regions is formed. That is, the condensed water droplets are arranged two-dimensionally on the surface of the polymer solution, that is, a pore mold is formed, and a structure having a uniform fine pore pattern is produced. Thus, a film having a honeycomb structure having a hole structure from which is removed is formed. In summary, it is manufactured by the above process.
この前段のプロセスによって得られた規則的に配列した微細なハニカム孔を有するハニカムフィルムに対して、本発明者らにおいては、このハニカムの幹の部分のみを、何らかの手段によって基板に転写すれば、ハニカムとは異なる形状のものが周期性をもって得られるのではと考えた。さらに述べると、後述図7において説明するように、ハニカムを構成する複数のポリマーの製膜過程での相分離現象を利用し、相分離した部分の一方を基板に熱転写すれば、均一な微細構造が実現できると考えた。 For the honeycomb film having the regularly arranged fine honeycomb holes obtained by the preceding process, in the present inventors, if only the trunk portion of the honeycomb is transferred to the substrate by some means, I thought that the thing different from a honeycomb could be obtained with periodicity. More specifically, as will be described later with reference to FIG. 7, if a phase separation phenomenon in the film forming process of a plurality of polymers constituting the honeycomb is utilized and one of the phase separated portions is thermally transferred to the substrate, a uniform microstructure can be obtained. I thought that could be realized.
具体的には、ハニカム多孔質膜を任意の基板上で、熱処理を施して基板からフィルムを剥離した。この処理によってハニカムフィルムを構成する両親媒性ポリマーとマトリクス材料のTg(ガラス転移温度)の違いから両親媒性高分子のみを基板上に写し取ることに成功した。すなわち、ハニカムフィルムを構成する材料におけるTgの違いと、この基板上での熱処理によって、ハニカムフィルムの空孔周辺に分布した両親媒性ポリマーのみが基板上に写し取られ、ヘキサゴナルに配列したリング状構造を得ることに成功したものである。そしてさらに加熱温度を上げると、両新媒性ポリマーが一旦溶解し、これを空隙部内で凝固させることによりハニカムの孔径に似たドット構造を得ることに成功したものである。 Specifically, the honeycomb porous film was subjected to heat treatment on an arbitrary substrate to peel the film from the substrate. This treatment succeeded in copying only the amphiphilic polymer onto the substrate due to the difference in Tg (glass transition temperature) between the amphiphilic polymer constituting the honeycomb film and the matrix material. That is, by the difference in Tg in the material constituting the honeycomb film and the heat treatment on the substrate, only the amphiphilic polymer distributed around the pores of the honeycomb film is copied on the substrate, and the ring shape is arranged in a hexagonal manner. It has succeeded in obtaining a structure. When the heating temperature is further increased, the both amphiphilic polymers are once dissolved and solidified in the voids, thereby succeeding in obtaining a dot structure similar to the pore diameter of the honeycomb.
本発明は、この一連の処理による成功と知見に基づいてなされたものであり、その講じた構成は以下(1)ないし(7)に記載の通りである。 The present invention has been made based on success and findings of this series of processes, the taken configurations are as described by below (1) to (7).
(1) 両親媒性ポリマーのガラス転移点(Tg)がマトリクス材料のTgと同等あるいはそれ以下である両親媒性ポリマーとマトリクス材料とからなるハニカム多孔質薄膜を基板上で熱処理したのち、前記基板から前記ハニカム多孔質薄膜を剥離して、前記ハニカム多孔質薄膜の空孔周辺に分布した両親媒性ポリマーのみを前記基板上に写し取るか、ないしは、前記両新媒性ポリマーのみを一旦溶解させ、これをハニカムの空隙部内で凝固させることにより、前記基板にマイクロリング、ないしは、マイクロドットを呈した微細パターンを転写、生成させることを特徴とするマイクロリングないしはマイクロドットを呈した微細パターンないしはこのパターンを有する構造体の製造方法。
(2) 前記ハニカム多孔質薄膜は両親媒性ポリマーおよびマトリクス材料の溶液を展開し、高湿度下において溶媒を蒸発させることにより形成した多孔質膜を使用することを特徴とする前記(1)に記載のマイクロリングないしはマイクロドットを呈した微細パターンないしはこのパターンを有する構造体の製造方法。
(3) 前記ハニカム多孔質薄膜の空孔径が100nm〜100μmであることを特徴とする前記(1)または(2)に記載のマイクロリングないしはマイクロドットを呈した微細パターンないしはこのパターンを有する構造体の製造方法。
(4) 前記(1)ないし(3)の何れか1項に記載のマイクロリングないしはマイクロドットを呈した微細パターンないしはこのパターンを有する構造体の製造方法であって、両親媒性ポリマーが生分解性、生体適合性材料であることを特徴とするマイクロリングないしはマイクロドットを呈した微細パターンないしはこのパターンを有する構造体の製造方法。
(5) 前記(1)ないし(3)の何れか1項に記載のマクロリングないしはマイクロドットを呈した微細パターンないしはこのパターンを有する構造体の製造方法であって、両親媒性ポリマーが電子機能材料あるいは光機能材料であることを特徴とするマイクロリングないしはマイクロドットを呈した微細パターンないしはこのパターンを有する構造体の製造方法。
(6) 前記(1)ないし(3)の何れか1項に記載のマイクロリングないしはマイクロドットを呈した微細パターンないしはこのパターンを有する構造体の製造方法であって、両親媒性ポリマーと生分解性、生体適合性材料、電子機能材料、光機能材料をイオン結合、共有結合、または疎水性相互作用により結合させることを特徴とするマイクロリングないしはマイクロドットを呈した微細パターンないしはこのパターンを有する構造体の製造方法。
(7) 前記(1)ないし(3)の何れか1項に記載のマイクロリングないしはマイクロドットを呈した微細パターンないしはこのパターンを有する構造体の製造方法であって、両親媒性ポリマーと触媒機能材料がイオン結合、共有結合、または疎水性相互作用により結合させることを特徴とするマイクロリングないしはマイクロドットを呈した微細パターンないしはこのパターンを有する構造体の製造方法。
(1) After heat-treating on a substrate a honeycomb porous thin film made of an amphiphilic polymer having a glass transition point (Tg) of the amphiphilic polymer equal to or lower than the Tg of the matrix material and the matrix material , the substrate said honeycomb porous thin film is peeled off, or Utsushitoru only amphiphilic polymer distributed in the holes around the honeycomb porous thin film on the substrate, or, once dissolved only the amphiphilic polymer from The microrings or microdots presenting the microrings or microdots characterized by transferring the microrings or micropatterns presenting the microdots to the substrate by solidifying them in the voids of the honeycomb. A method for manufacturing a structure having a pattern.
(2) In the above (1), the honeycomb porous thin film uses a porous film formed by developing a solution of an amphiphilic polymer and a matrix material and evaporating the solvent under high humidity. A method for producing a fine pattern or a structure having the microring or microdot described above.
(3) structure pore diameter of the honeycomb porous thin film having a fine pattern or the pattern exhibited micro-ring or microdots according to (1) or (2), which is a 100nm~100μm Manufacturing method.
(4) A method for producing a microring or a fine structure having a microdot according to any one of (1) to (3) , or a structure having this pattern, wherein the amphiphilic polymer is biodegradable. A micro-pattern or a fine pattern having a micro-dot or a structure having this pattern, characterized by being a biocompatible material.
(5) A method for producing a microring or a fine structure having a microdot according to any one of (1) to (3) , or a structure having this pattern, wherein the amphiphilic polymer is an electronic function. A method for producing a microring or a fine structure having a microdot or a structure having this pattern, characterized by being a material or an optical functional material.
(6) A method for producing a microring or a fine structure having a microdot according to any one of (1) to (3) , or a structure having this pattern, comprising an amphiphilic polymer and biodegradation sex, biocompatible materials, electronic functional materials, optical functional materials ionic bond, covalent bond, or a fine pattern or the pattern exhibited micro-ring or microdots, characterized in that to further coupled for hydrophobic interaction A method for producing a structure having the same.
(7) A method for producing a microring or a fine structure having a microdot according to any one of (1) to (3) , or a structure having this pattern, comprising an amphiphilic polymer and a catalytic function method for manufacturing a structure material having an ionic bond, a fine pattern or the pattern exhibited micro-ring or microdots, characterized in that to further coupled for covalent or hydrophobic interactions.
本発明により、マイクロリングあるいはマイクロドットを呈した新規な微細パターン構造体とその製造方法が提供される。これにより、トランジスタアレイなどの電気回路、回折格子やフォトニック結晶などのフォトニクス材料異方性固体伝導性材料や半導体材料、各種記録媒体のほか、細胞培養基材、DNAチップおよびプロテインチップをはじめとすると各種バイオ診断用チップ、セパレーターやイオン交換膜などの電池隔膜材料、各種の触媒、酵素、抗体および薬剤などの有用な担体が提供される。 According to the present invention, a novel fine pattern structure exhibiting microrings or microdots and a method for manufacturing the same are provided. As a result, electrical circuits such as transistor arrays, photonics materials such as diffraction gratings and photonic crystals, anisotropic solid conductive materials and semiconductor materials, various recording media, cell culture substrates, DNA chips, and protein chips Then, useful carriers such as various biodiagnostic chips, battery diaphragm materials such as separators and ion exchange membranes, various catalysts, enzymes, antibodies and drugs are provided.
ここに、本発明に用いるマトリックス材料としては、ポリスチレン、ポリメチルヘキサデシルシロキサン、ポリビニルカルバゾール、などの汎用性ポリマー、ポリスルホンなどのエンジニアリングプラスチック、ポリメチルメタクリレート、ポリテトラヒドロフルフリルメタクリレート、ポリブチルメタクリレートなどの(メタ)アクリル系ポリマー、スチレン−ブタジエン系エラストマー、ポリウレタン系ポリマー、ポリブチレンカーボネート、ポリエチレンカーボネート等の脂肪族ポリカーボネート等、ポリ乳酸、 乳酸−グリコール酸共重合体、ポリヒドロキシ酪酸、ポリカプロラクトン、ポリエチレンアジペート、ポリブチレンアジペートなどの生分解性ポリマーなどが有機溶媒への溶解性の観点から好ましい。これらは、1種単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることもできる。 Here, the matrix material used in the present invention includes general-purpose polymers such as polystyrene, polymethylhexadecylsiloxane, and polyvinylcarbazole, engineering plastics such as polysulfone, polymethyl methacrylate, polytetrahydrofurfuryl methacrylate, and polybutyl methacrylate. (Meth) acrylic polymer, styrene-butadiene elastomer, polyurethane polymer, polybutylene carbonate, aliphatic polycarbonate such as polyethylene carbonate, etc., polylactic acid, lactic acid-glycolic acid copolymer, polyhydroxybutyric acid, polycaprolactone, polyethylene adipate Biodegradable polymers such as polybutylene adipate are preferred from the viewpoint of solubility in organic solvents. These may be used alone or in combination of two or more.
本発明に用いる両親媒性ポリマーとしては、ポリエチレングリコール/ポリプロピレングリコールブロック共重合体、アクリルアミドポリマーを主鎖骨格とし、疎水性側鎖としてドデシル基と親水性側鎖としてラクトース基或いはカルボキシル基を併せ持つ両親媒性ポリマー、或いはヘパリンやデキストラン硫酸,DNAやRNAなど核酸などのアニオン性高分子と長鎖アルキルアンモニウム塩とのイオンコンプレックス、ゼラチン、コラーゲン、アルブミン等の水溶性タンパク質を親水性基とした両親媒性ポリマー等を利用することが望ましく、生分解性、生体適合性、電子機能性、光機能性などの機能性材料およびその誘導体を用いることが可能である。また、パターン化された両親媒性ポリマーに生理活性材料、色素、触媒などをイオン結合、共有結合を介して結合させることも可能である。 The amphiphilic polymer used in the present invention includes a polyethylene glycol / polypropylene glycol block copolymer and an acrylamide polymer as a main chain skeleton, and a parent having both a dodecyl group as a hydrophobic side chain and a lactose group or a carboxyl group as a hydrophilic side chain. Amphiphilic polymer or amphiphile with hydrophilic groups such as ion complexes of heparin, dextran sulfate, anionic polymers such as nucleic acids such as DNA and RNA and long chain alkyl ammonium salts, and water-soluble proteins such as gelatin, collagen and albumin It is desirable to use a functional polymer or the like, and functional materials such as biodegradability, biocompatibility, electronic functionality, and optical functionality and derivatives thereof can be used. It is also possible to bind a physiologically active material, a dye, a catalyst or the like to the patterned amphiphilic polymer via an ionic bond or a covalent bond.
本発明の微細構造体の前駆体となるハニカム多孔質薄膜を作製するに当たっては、ポリマー溶液上に微小な水滴粒子を形成させることが必須であることから、使用する有機溶剤としては非水溶性である事が必要である。これらの例としてはクロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン等のハロゲン系有機溶剤、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類、メチルイソブチルケトン、などの非水溶性ケトン類、二硫化炭素などが挙げられる。これらの有機溶媒は単独で使用することも、又、これらの溶媒を組み合わせた混合溶媒として使用することもできる。 In producing a honeycomb porous thin film as a precursor of the microstructure of the present invention, it is essential to form fine water droplet particles on the polymer solution, so that the organic solvent to be used is water-insoluble. There must be something. Examples of these include halogen-based organic solvents such as chloroform, dichloromethane and dichloroethane, aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene, esters such as ethyl acetate and butyl acetate, and water-insoluble ketones such as methyl isobutyl ketone. And carbon disulfide. These organic solvents can be used alone or as a mixed solvent in which these solvents are combined.
本発明に用いる基板としては、特に制限はないが、ITO、ガラス、金属、シリコンウェハー、等の無機材料、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエーテルケトン、フッ素樹脂等の耐有機溶剤製に優れた高分子などが使用できる。 The substrate used in the present invention is not particularly limited, but inorganic materials such as ITO, glass, metal, and silicon wafer, polymers excellent in organic solvent resistance such as polypropylene, polyethylene, polyetherketone, and fluororesin Can be used.
以下に本発明のマイクロリングおよびドット構造フィルム構造体とその製造方法を図面、実施例に基づいて具体例に説明する。ただし、これらはあくまでも本発明の理解助けるための一助として開示するものだって、本発明を限定する趣旨ではない。 The microring and dot structure film structure of the present invention and the manufacturing method thereof will be described below with reference to the drawings and examples. However, these are disclosed only as an aid for helping understanding of the present invention, and are not intended to limit the present invention.
実施例1;
(ハニカム多孔質フィルムの作製工程):
両親媒性高分子としてポリマー1(化1:ドデシルアクリルアミド−ω−カルボキシヘキシルアクリルアミド)とポリビスフェノールAカーボネート(化2)を1:9で混合し、これのクロロホルム溶液を調整した。この溶液をガラス基板上に5mL展開し、高湿度の空気(2〜10リットル/min)を吹き付けながら溶媒であるクロロホルムを蒸発させ、製膜した。作製したハニカム多孔質膜の走査型電子顕微鏡像(SEM)を図1に示す。
(Honeycomb porous film production process):
Polymer 1 (chemical 1: dodecylacrylamide-ω-carboxyhexylacrylamide) and polybisphenol A carbonate (chemical 2) were mixed at 1: 9 as an amphiphilic polymer to prepare a chloroform solution. 5 mL of this solution was developed on a glass substrate, and chloroform as a solvent was evaporated while blowing high-humidity air (2 to 10 liters / min) to form a film. A scanning electron microscope image (SEM) of the produced honeycomb porous film is shown in FIG.
(基板上への相分離構造の転写工程);
作製したフィルムをガラス基板上から剥離し、作製時の上面をITO基板上に密着させた。この試料をホットステージ上で120℃〜200℃の温度で5分〜1時間加熱し、構造をITO基板上に転写した。室温に冷却後、鋳型フィルムを粘着テープで剥離し、転写構造を得た。得られた構造の形状を光学顕微鏡(OM)、走査型電子顕微鏡(SEM)、原子間力顕微鏡(AFM)で観察した。また、得られた構造の化学組成の同定をFT−IR反射吸収測定(RAS)により行った。さらに、熱的な性質の同定を走査示差熱量計(DSC)により行った。
(Transfer process of phase separation structure on substrate);
The produced film was peeled off from the glass substrate, and the upper surface at the time of production was adhered to the ITO substrate. This sample was heated on a hot stage at a temperature of 120 ° C. to 200 ° C. for 5 minutes to 1 hour to transfer the structure onto the ITO substrate. After cooling to room temperature, the mold film was peeled off with an adhesive tape to obtain a transfer structure. The shape of the obtained structure was observed with an optical microscope (OM), a scanning electron microscope (SEM), and an atomic force microscope (AFM). Moreover, the chemical composition of the obtained structure was identified by FT-IR reflection absorption measurement (RAS). Furthermore, the thermal properties were identified by a scanning differential calorimeter (DSC).
転写された構造の観察結果;
ITO基板上に転写された構造は加熱の温度によって2種類の構造が観察された。温度120℃〜180℃の領域では、ヘキサゴナルに配列したリング状構造(図2)が形成された。リング構造の直径は鋳型となるハニカムフィルムとほぼ同じであった。鋳型となるハニカムフィルムの孔径を変化させた場合、リングの直径も変化することが判った(図3)。しかしながらリングの幅と高さは700nm前後、200nm前後と同程度であった。
温度が180℃以上ではヘキサゴナルに配列したドット状構造が観察された(図4)。直径はハニカムフィルムの孔径と同程度であり、こちらも鋳型となるフィルムの孔径が変化すると直径が増加した。また、高さは500nm前後であった。
FT−IR RAS測定(フーリエ変換赤外線吸収スペクトル;FT−IRによる高感度反射法;Reflection-Absorption spectroscopy法)により、ハニカムフィルムに見られたポリビスフェノールAカーボネートの吸収(1790cm-1付近)がリング及びドットでは消失し、変わりにC−H伸縮(2800−2900cm-1)およびアミド(1710cm-1,1650cm-1)の吸収が顕著に現れた。従って、リング及びドット構造は両親媒性ポリマー1のみからなっていることが明らかになった(図5.a 、図5.b)。
DSC測定により、ポリマー1はポリビスフェノールAカーボネートよりも低い転移点をいくつか示す(図6)。さらにハニカムフィルムの熱転移点は116℃及び183℃にあり、それぞれリング、及びドットが形成される温度に対応している。
これらの結果からリング及びドットの形成メカニズムは図7に示す機構のとおりと考えられる。ハニカムフィルムは水滴を鋳型としているため、鋳型となる水滴の周辺に両親媒性ポリマー1高濃度に濃縮している。これを基板上で加熱することにより、116℃でフィルムは軟化するが、ハニカム状構造を保持しており、基板に接しているポリマー1のみが基板上に転写される。一方温度を上げ180℃を超えるあたりではフィルム全体が軟化し、全体がつぶれ、ハニカムの孔も同時に圧縮される。その空間に元々濃縮されていたポリマー1が集まり、ドット状の構造となる。どちらの場合もTgの高いポリビスフェノールAカーボネートは冷却後剥離され、結果としてポリマー1によるリング構造及びドット構造が形成される。
以上の形成メカニズムから、マトリクス材料よりも低いTgを持つ両親媒性化合物であれば、どのような材料にでも適用ができる方法であると考えられる。
Observation of the transferred structure;
Two types of structures were observed on the structure transferred onto the ITO substrate depending on the heating temperature. In the temperature range of 120 ° C. to 180 ° C., a ring-like structure (FIG. 2) arranged in hexagonal was formed. The diameter of the ring structure was almost the same as that of the honeycomb film used as a mold. It was found that when the hole diameter of the honeycomb film serving as a mold was changed, the ring diameter also changed (FIG. 3). However, the width and height of the ring were about 700 nm and about 200 nm.
When the temperature was 180 ° C. or higher, a dot-like structure arranged in hexagonal was observed (FIG. 4). The diameter was about the same as the hole diameter of the honeycomb film, and the diameter also increased when the hole diameter of the film serving as the mold changed. The height was around 500 nm.
FT-IR RAS measurement (Fourier transform infrared absorption spectrum; high-sensitivity reflection method using FT-IR; reflection-absorption spectroscopy method) shows the absorption of polybisphenol A carbonate (near 1790 cm -1 ) found in the honeycomb film by the ring and disappeared in dots, the absorption of C-H stretching (2800-2900cm -1) and amide (1710cm -1, 1650cm -1) is significantly appeared instead. Therefore, it became clear that the ring and dot structure consisted of the
By DSC measurement,
From these results, it is considered that the ring and dot formation mechanism is as shown in FIG. Since the honeycomb film uses water droplets as a mold, the
From the above formation mechanism, it is considered that the method can be applied to any material as long as it is an amphiphilic compound having a Tg lower than that of the matrix material.
上記、転写工程に際しては、ハニカムフィルムを直接基板材料に載せ、熱処理を施して、基板に特定形状を転写したが、その際基板には、熱処理によって影響されない、また、マイクロリングあるいはマイクロドットの材料とも反応しない、そして基板材料から容易に剥離しやすい材料からなるフィルを選定し、これを被覆し、この被覆したフィルムを介して転写することも出来る。この場合、転写工程を終了後、被覆フィルムを剥離することによって、マイクロリングあるいはマイクロドットがフィルム上に付着したまま容易に基板から剥がすことができ、フィルム状最終製品として回収することも出来る。本発明はこのような態様を含むものである。すなわち、本発明において構造体の意味するところは、特に形状や、材質に制限はなく、転写可能なものならば多様な材質、多様な形状、構造を含むものである。 In the above transfer process, the honeycomb film was directly placed on the substrate material and heat treated to transfer the specific shape to the substrate, but the substrate was not affected by the heat treatment, and the material of the microring or microdot It is also possible to select a film made of a material that does not react with the substrate and easily peels from the substrate material, coats the film, and transfers the film through the coated film. In this case, after the transfer step is completed, the coating film is peeled off so that the microrings or microdots can be easily peeled off from the substrate and can be recovered as a film-like final product. The present invention includes such an embodiment. That is, in the present invention, the meaning of the structure is not particularly limited in shape and material, and includes various materials, various shapes, and structures as long as transfer is possible.
本発明は、マイクロリングあるいはマイクロドット状の特有な微細形状が、規則的に配列してなるフィルムを提供するものであり、これまでのいわゆる多孔質ハニカム構造のフィルムとは異なる形状の周期構造を有している点で、極めて特異なフィルムを提供するものであり、電子回路、フォトニック結晶、再生医療材料等各種技術分野で大いに使用されることが期待される。 The present invention provides a film in which microrings or microdots having a unique fine shape are regularly arranged, and has a periodic structure having a shape different from that of a so-called porous honeycomb structure film. In that respect, it provides a very specific film, and is expected to be used greatly in various technical fields such as electronic circuits, photonic crystals, and regenerative medical materials.
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