当日配布資料 - 新技術説明会

立体ナノ構造形成技術を用いた
バイオナノインジェクターの作製
研究者：兵庫県立大学
高度産業科学技術研究所
松井真二 教授
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細胞内操作のためのバイオツール，分析デバイス
生体内の未知の現象を解明する事を目的とし、
細胞内操作を行うためのバイオツール
個々の細胞内小器官を分析するための分析デバイス
に関する研究を行う。
バイオ・ナノインジェクター
細胞壁切断ツール
ナノネット
マニピュレータ
・
・
・
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１. 集束イオンビームを用いた
化学気相成長法（FIB-CVD）について
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集束イオンビームシステム
・ Ion Source / Ga+
・ Acc Voltage / 30 kV
・ Beam Diameter / 5 nm
▲ 集束イオンビームシステム
/ SMI2050MS2 (SII NanoTechnology Inc.)
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DLC成長過程
1. 吸着
2. 励起状態
1次イオン
2次電子
C14H10
3. 核生成
4. 成長
C析出
H2
DLC
H2
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FIB-CVD3次元構造成長メカニズム
Ga+ (30 keV)
フェナントレンガス
（C14H10）
吸着分子の分離
1次イオン
2次電子
DLCピラー
Si
6
1µm
(a)
２ . ７５
µ m
(b)
(a)シリコン基板状、および(b)髪の毛上に作製された
ナノワイングラス 外径：2.75μm、高さ：12μm
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DLCピラーのヤング率の測定
電子ビーム
共振周波数
2次電子検出器
f =
オシロスコープ
2次電子
f rect
DLCピラー
Piezo
▲ 実験模式図
スペクトルアナライザ
β2
L2
EI
ρS
aβ 2
E
=
2πL2 12 ρ
(For square cross-section)
f ; 共振周波数
β ; 共振モード
a ； 直径
L ； 長さ
E ; ヤング率
ρ ; 密度
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測定結果
f rect
▲ 共振するDLCピラー
aβ 2
E
=
2πL2 12 ρ
ヤング率 E = 100 [GPa]
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２．集束イオンビームを用いた
ガラスキャピラリー上での立体ナノ構造デバイス
に関する研究
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◆本技術に関する知的財産権
• 発明の名称 ：微小立体構造マニピュ
レータ
• 特許番号 ：特開200４-３４５００９
• 出願日
：平成15年5月21日
• 出願人
：科学技術振興機構
• 発明者
：松井真二、米谷玲皇
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◆従来技術とその問題点
● 従来のインジェクター
Tip of Bio Nano-Injector
サイズ,形状に限界がある。
Cell
Glass Capillary
◆新技術の特徴・従来技術との比較
● バイオ・ナノインジェクター
用途等により自由に先端のサイズ,形状を変える
ことができる。
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◆期待される用途
● 細胞内の細胞小器官などへ、直接、溶液を正確にそして容
易に注入。
● 吸引器として使うことで、細胞から細胞小器官等の選択的な
取り出し。
● インジェクターの先端の形状及びサイズを、自由にコントロー
ルできることによる、実験において細胞にかかるメカニカルス
トレスの軽減。
● FIB-CVDにおいてタングステンガスを用いて、インジェクター
上に電極を作製した場合、細胞，細胞小器官，そして膜に存
在するイオンチャンネル等のきわめて部分的な電位測定。
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立体ナノ構造作製・加工原理
Ga+ Beam
Gas Nozzle
Phenanthrene Gas
Glass Capillary
Chemical Vapor Deposition by Focused Ion Beam
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立体ナノ構造作製・加工原理
Ga+ Beam
Glass Capillary
Etching by Focused Ion Beam
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FIB-Etchingによる先端の形状コントロール
1. 通常のマイクロインジェクター
ガラスキャピラリ−を、
引き伸ばすことにより作製
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FIB-Etchingによる先端の形状コントロール
A. 垂直に切断
Ga+ Beam
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FIB-Etchingによる先端の形状コントロール
● Exposure Time / 30s
● Beam Current / About 120 pA
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FIB-Etchingによる先端の形状コントロール
B. 斜め方向からの切断
Ga+ Beam
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FIB-Etchingによる先端の形状コントロール
● Exposure Time / 300 s
● Beam Current / About 120 pA
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バイオ・ナノインジェクターの作製
● Exposure Time / 600 s
● Beam Current / 6~8 pA
● Scan Size / 4.0μm
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Glass Capillary
Nano-Injector
Cell ;100µm
FIB-CVDにより作製したバイオナノインジェクターによるカタユウレイボヤ卵母
細胞への注入
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３. 静電反発力により駆動する
ナノマニピュレータ
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◆本技術に関する知的財産権
• 発明の名称 ：微小立体構造マニピュ
レータ
• 特許番号 ：特開200４-３４５００９
• 出願日
：平成15年5月21日
• 出願人
：科学技術振興機構
• 発明者
：松井真二、米谷玲皇
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◆従来技術とその問題点
● 従来のナノスケールマニュピレーター
・AFMのカンチレバー等の上に多数の工程を用いて作製
FIB-CVDによる
3次元構造造形技術を利用
◆新技術の特徴・従来技術との比較
● ナノピンセット
・FIBによるCVDが主な工程となるため、
ごくわずかな工程により作製できる。
・ガラスキャピラリー上に作製するため、
幅広い分野で使用できる可能性が非常に高い。
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◆期待される用途
・ ナノ部品のマニピュレーション・組み込み
・ ナノレベルでの細胞操作
○ 特徴
・駆動力として静電反発力を利用
⇒ 導電性の材料もマニピュレーションできる。
・幅広い分野で使用されているガラスキャピラリー上に作製
⇒ 汎用性，実用性が非常に高い。
・ ３次元指構造を持ったマニピュレータである。
⇒ マニピュレーションが高効率
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作製プロセス
ガラスキャピラリー
3. FIB-CVDによる三次元構造の作製
Ga+ 集束イオンビーム
1. 引き伸ばし
ガスノズル
フェナントレンガス
2. Auでの表面コーティング
Au (電極用)
DLC
ガラスキャピラリー
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ナノピンセットの作製
190nm
510nm
1470nm
● Exposure Time / 780 s
● Beam Current / 6~8 pA
● Scan Size / 4.0μm
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ナノピンセット
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▲ SIM 画像
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▲ 動作原理
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印加電圧によるナノピンセットの動作
撓み率 : 1.1 nm/V
撓み量が飽和
弾性
領域
塑性
領域
850V
・ 0-850Vの範囲で、線形的な電圧コントロールが可能
・ 850V以上では、ピラーの塑性により撓み量が飽和した。
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2本爪ナノマニピュレータ
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▲ 2本爪ナノ・マニピュレータのSIM画像
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▲ 動作原理
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3本爪，4本爪ナノマニピュレータ
▲ ３本爪ナノ・マニピュレータ
のSIM画像
▲ ４本爪ナノ・マニピュレータ
のSIM画像
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マニピュレーション実験
光学顕微鏡
ナノ・マニピュレータ
Z
Ｘ
ポリスチレン・マイクロビーズ（直径約1µm）
Y
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マニピュレーション
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マニピュレーション後のナノマニピュレータ
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(a)
(b)
コイル型静電アクチュエータの(a) SIM画像と(b)動作原理説明図
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(a)
(b)
ヒダ積層型静電アクチュエータの(a)SIM像と(b)動作原理
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◆マッチングが想定される業界
想定されるユーザー
バイオ関連研究機関
製薬メーカ、DNAチップ装置関連
想定される市場規模
数千万円/年
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◆実用化に向けた課題
• 現在、ナノインジェクターについて形状等の精度に
ついて開発済み。しかし、耐久性について検討する
必要がある。
• 今後、耐久性について実験データを取得し実際に
適用していく場合の条件設定を行っていく。
• 実用化に向けて、ナノインジェクション内径精度を
50nmまで向上できるよう技術を確立する必要もあ
り。
• 共同研究を希望される企業を募集中
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◆本技術に関する問い合わせ先
兵庫県立大学
高度産業科学技術研究所
ＴＥＬ 0791-58-0473
ＦＡＸ 0791-58-0242
E-mail matsui＠lasti.u-hyogo.ac.jp
HPアドレス http://www.lasti.uhyogo.ac.jp/nanostructure/index.html
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