プローブ及びその製造方法
【課題】探針の先端部にナノチューブが強固に結合された高品質なプローブを提供すること。
【解決手段】先端部が先鋭化された探針２０と、該探針の先端部に、該探針の延在方向に沿って配向された状態で一端部側が付着されたナノチューブ２３と、を備え、探針の先端部には、該探針とは異なる材料からなる結合体３０が形成され、ナノチューブが、該ナノチューブ及び結合体に対してそれぞれ親和性を有する選択的結合性物質３１を介して探針に対してさらに化学的結合されているプローブ３を提供する。
【解決手段】先端部が先鋭化された探針２０と、該探針の先端部に、該探針の延在方向に沿って配向された状態で一端部側が付着されたナノチューブ２３と、を備え、探針の先端部には、該探針とは異なる材料からなる結合体３０が形成され、ナノチューブが、該ナノチューブ及び結合体に対してそれぞれ親和性を有する選択的結合性物質３１を介して探針に対してさらに化学的結合されているプローブ３を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、探針の先端部にナノチューブが結合されたプローブ、及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＡＦＭ（Atomic Force Microscope）等の走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ：Scanning Probe Microscope）に好適に用いられるプローブとして、探針の先端にナノチューブを付着させたものが知られている。このプローブによれば、探針の先端を先鋭化させる場合よりも、より精密で高分解能の表面形状観察や様々な物性特性等を得ることが可能とされている。
【０００３】
ところで、カーボンナノチューブに代表されるナノチューブは、その名のとおりナノサイズであるため取り扱いが難しく、狙った位置に正確に付着させることが困難とされている。そこで、従来では以下の方法によりナノチューブを結合してプローブを製造することが知られている（例えば特許文献１〜３参照）。
【０００４】
まず、ナノチューブを分散させた溶液中に電極を対向配置させ、これら電極間に電圧を印加することでナノチューブを高周波泳動させる。すると、この高周波泳動によってナノチューブが溶液中を移動し、電極の先端縁に引き寄せられて次々と付着する。
次に、上記高周波泳動によって複数のナノチューブが付着した電極を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）のチャンバー内にセットすると共に、該チャンバー内に先端に探針が形成されたカンチレバーもセットする。そして、走査型電子顕微鏡を操作し、電極の先端縁に付着した複数のナノチューブの中から選択した１本を、カンチレバーの探針の先端に移植させ、その先端に付着させる。これにより、ナノチューブを具備するプローブを得ることができる。
なお、ナノチューブを付着させるにあたって、例えば電流加熱による融着や、カーボン膜を被膜させること等も考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２２７４３５号公報
【特許文献２】特開２０００−２４９７１２号公報
【特許文献３】特開２００９−５８４８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した従来の方法では、作業者が走査型電子顕微鏡を操作しながらナノチューブを１本ずつ探針の先端に移植させているので、繊細な作業を慎重且つ集中して長時間行う必要があり、作業者の肉体的、精神的負担が大きかった。そのため、作業効率が悪く、プローブの生産効率が悪かった。
また、生産の自動化が困難であるうえ、例えばマルチプローブを実現するといったことは実質的に不可能に近く、デバイスとして将来的な発展性に乏しいものであった。
更に、ナノチューブが十分に付着されていない場合もあり、品質にばらつきが生じ易かった。
【０００７】
本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、探針の先端部にナノチューブが強固に結合された高品質なプローブを提供することである。また、該プローブを容易且つ効率良く製造することができ、生産性の向上化及び低コスト化に繋げることができると共に、マルチプローブへの応用も可能となり、デバイスとしての高機能化及び高性能化を図ることができるプローブの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
（１）本発明に係るプローブは、先端部が先鋭化された探針と、該探針の先端部に、該探針の延在方向に沿って配向された状態で一端部側が付着されたナノチューブと、を備え、前記探針の先端部には、該探針とは異なる材料からなる結合体が形成され、前記ナノチューブが、該ナノチューブ及び前記結合体に対してそれぞれ親和性を有する選択的結合性物質を介して、前記探針に対してさらに化学的結合されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係るプローブによれば、探針の先端部に、該探針の延在方向に沿って配向された状態でナノチューブの一端部側が付着されているので、ナノチューブの他端部が探針よりも外方に確実に突出した状態となっている。従って、この微細なナノチューブの他端部を利用して、精密且つナノオーダーの高分解能で各種測定、例えばサンプルの表面形状観察や各種の物性特性（粘弾性等）等の測定を行える。
【００１０】
特に、上記ナノチューブは、一端部側が探針の先端部に単に付着されているだけでなく、ナノチューブ及び結合体の両者に対してそれぞれ親和性を有し、特異的に結合する（二重特異性を有する）選択的結合性物質を介して化学的結合されているので、該選択的結合性物質によって補強された状態とされている。従って、ナノチューブが強固に結合された高品質なプローブとすることができる。
【００１１】
（２）上記本発明に係るプローブにおいて、前記ナノチューブの他端部側には、特定物質に対して反応する反応物質が修飾されていることが好ましい。
【００１２】
この場合には、ナノチューブの他端部側に生体細胞等の特定物質に反応する反応物質が修飾されているので、該特定物質の各種観察や分析、解析等を容易に行い易い。従って、プローブをバイオセンサやケミカルセンサ等として機能させることができ、プローブの多機能化、高性能化を図ることができる。
【００１３】
（３）上記本発明に係るプローブにおいて、基端側から先端側に向けて一方向に延在して形成され、基端側が片持ち状に保持されるレバー部を備え、該レバー部の先端側に前記探針が設けられていることが好ましい。
【００１４】
この場合には、例えばＡＦＭ観察に適した走査型プローブ顕微鏡用のプローブとして好適に用いることができる。つまり、レバー部を片持ち状に保持しながらナノチューブをサンプル上で走査し、その際のレバー部の変位を測定することで、上記した表面形状観察や物性特性等の測定を行うことができる。
【００１５】
（４）上記本発明に係るプローブにおいて、前記レバー部を複数備え、複数の前記レバー部の基端側をそれぞれ片持ち状に保持する共通のホルダ部を備えていることが好ましい。
【００１６】
この場合には、複数の上記したレバー部が共通のホルダ部に片持ち状に保持されているのでマルチプローブデバイスとして利用でき、各レバー部をそれぞれ利用して上記表面形状観察や物性特性等の測定を一度に多数箇所で行える。従って、デバイスとしての付加価値を高めることができる。
【００１７】
（５）本発明に係るプローブの製造方法は、先端部が先鋭化された探針と、該探針の先端部に探針の延在方向に沿って配向された状態で一端部側が付着されたナノチューブと、を備えるプローブを製造する方法であって、前記探針を形成すると共に、該探針の先端部に該探針とは異なる材料で結合体を形成する形成工程と、前記ナノチューブが分散された溶液中に前記探針及び電極を互いに向かい合うように浸漬させた後、これら探針と電極との間に高周波電圧を印加して、ナノチューブを高周波泳動により移動させると共に、該ナノチューブを該探針の延在方向に沿って配向させながら一端部側を探針の先端部に付着させる結合工程と、を備え、前記結合工程の際、前記ナノチューブを、前記結合体及び該ナノチューブに対してそれぞれ親和性を有する選択的結合性物質を介して前記探針に対してさらに化学的結合させることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係るプローブの製造方法によれば、まず、半導体プロセスやＭＥＭＳプロセス等の加工技術を用いて、先端部に結合体が形成された探針を形成する形成工程を行う。次いで、結合工程を行い、探針の先端部にナノチューブを結合させる。
具体的には、ナノチューブが分散された溶液中に探針及び電極を互いに向かい合うように浸漬させた後、これら探針と電極との間に高周波電圧を印加する。これにより、ナノチューブを探針及び電極に向けて高周波泳動により移動させることができる。この際、ナノチューブの両端部に電荷が集中し易いので、該両端部が探針及び電極に向いた状態に姿勢変化し易い。従って、上記移動中、探針と電極とを結ぶ電界方向に沿ってナノチューブを配向させることができる。
【００１９】
そして、探針側に移動したナノチューブは、電界が集中し易い該探針の先端部に一端部側が付着する。これにより、探針の延在方向に沿ってナノチューブを配向した状態で、該探針の先端部に対してナノチューブの一端部側を付着させることができる。なおナノチューブは、１本だけ付着されても構わないし、複数本が付着して束状とされていても構わない。
また、ナノチューブを付着させる際、該ナノチューブ及び結合体の両者に対してそれぞれ特異的に結合する（二重特異性を有する）選択的結合性物質を介して探針の先端部にナノチューブを化学的結合させる。これにより、単に付着されたナノチューブを補強することができ、該ナノチューブが強固に結合された高品質なプローブを得ることができる。
【００２０】
特に、高周波泳動を利用してナノチューブの向きを所望の向きに整えながら、探針に容易に結合することができるので、従来の１本ずつ移植を行っていた方法とは異なり、作業者にかかる負担を軽減できると共に容易且つ効率良く製造することができる。従って、生産性の向上化及び低コスト化に繋げることができる。
また、高周波泳動させるだけで、選択的結合性物質を利用してナノチューブを補強する作業を同時に行えるので、工程を簡略化でき量産性に優れている。また、常温程度の温度環境で製造を行えるので、この点においても量産性に優れている。
【００２１】
（６）上記本発明に係るプローブの製造方法において、前記結合工程の際、前記ナノチューブを介して前記探針と前記電極との間に流れる電流値の変化、又はナノチューブの抵抗値変化を検出し、その検出結果に基づいて前記高周波電圧の印加を停止することが好ましい。
【００２２】
この場合には、探針の先端部に、ナノチューブを束状に付着させることができると共に、その直径（太さ）を狙ったサイズに仕上げ易い。つまり、上記結合工程の際、高周波泳動によって移動したナノチューブは、探針の先端部だけでなく電極側にも付着する。そして、時間の経過と共にナノチューブは次々と付着するので束状に成長すると共に、探針の先端部側に付着したナノチューブの束と、電極側に付着したナノチューブの束と、が互いに連結して探針の先端部と電極との間に架け渡された状態となる。
これにより、この連結したナノチューブの束を介して探針と電極との間に流れる電流値の変化、又は架け渡されたナノチューブの抵抗値の変化を検出することができる。ここで、上記成長がさらに進行するにつれてナノチューブの束の直径が大きくなるので、上記電流値又は抵抗値が直径に応じて変化する。従って、これらの変化に基づいて高周波電圧の印加を停止することで、ナノチューブの束を狙った直径に仕上げることができる。これにより、一定の剛性を有するナノチューブを得ることができ、より高品質なプローブとすることができる。
【００２３】
（７）上記本発明に係るプローブの製造方法において、前記結合工程の際、前記高周波電圧の印加と、前記電流値変化又は前記抵抗値変化の検出と、を交互に行うことが好ましい。
【００２４】
この場合には、高周波電圧の印加と、電流値変化又は抵抗値変化の検出とを交互に行うので、電圧印加を行う回路と、電流値変化又は抵抗値変化の検出を行う回路とを別個にそれぞれ設ける必要がなく、共通の回路を利用できる。そのため、回路構成の簡略化を図り易い。
【００２５】
（８）上記本発明に係るプローブの製造方法において、前記結合工程後、前記ナノチューブの他端部側に特定物質に対して反応する反応物質を修飾させる修飾工程を備えていることが好ましい。
【００２６】
この場合には、ナノチューブの他端部側に生体細胞等の特定物質に反応する反応物質を修飾するので、該特定物質の各種観察や分析、解析等を容易に行い易い。従って、プローブをバイオセンサやケミカルセンサ等として機能させることができ、プローブの多機能化、高性能化を図ることができる。
【００２７】
（９）上記本発明に係るプローブの製造方法において、前記結合工程が、前記選択的結合性物質が予め混入された前記溶液中に前記ナノチューブを分散させ、該ナノチューブに対して選択的結合性物質を化学的結合させておく予備工程と、前記高周波電圧の印加により前記選択的結合性物質が化学的結合された前記ナノチューブを高周波泳動させ、該ナノチューブの一端部側を前記探針に付着させると同時に、選択的結合性物質を前記結合体に化学的結合させる本工程と、を備えていることが好ましい。
【００２８】
この場合には、選択的結合性物質が予め混入された溶液中にナノチューブを分散させるので、予めナノチューブに対してムラなく選択的結合性物質を化学的結合させておき易い。そのため、その後に行う高周波電圧の印加によって、確実に選択的結合性物質を介してナノチューブの一端部側を結合体に化学的結合させることができる。従って、ナノチューブが安定且つ強固に結合されたプローブを得ることができる。
【００２９】
（１０）上記本発明に係るプローブの製造方法において、前記結合工程が、前記ナノチューブに対して前記選択的結合性物質を予め化学的結合させた後、該ナノチューブを前記溶液中に分散させると共に前記探針を該溶液中に浸漬させる予備工程と、前記高周波電圧の印加により前記選択的結合性物質が化学的結合された前記ナノチューブを高周波泳動させ、該ナノチューブの一端部側を前記探針に付着させると同時に、選択的結合性物質を前記結合体に化学的結合させる本工程と、を備えていることが好ましい。
【００３０】
この場合には、溶液中に分散させる前段階で、予めナノチューブに対して選択的結合性物質を修飾させて化学的結合させるので、該選択的結合性物質を確実にムラなく結合させておき易い。そのため、これらのナノチューブが分散された溶液を利用した高周波電圧の印加によって、確実に選択的結合性物質を介してナノチューブの一端部側を結合体に化学的結合させることができる。従って、ナノチューブが安定且つ強固に結合されたプローブを得ることができる。
【００３１】
（１１）上記本発明に係るプローブの製造方法において、前記結合工程が、前記探針の先端部に形成された前記結合体に対して前記選択的結合性物質を予め化学的結合させた後、該探針を前記ナノチューブが分散された前記溶液中に浸漬させる予備工程と、前記高周波電圧の印加により前記ナノチューブを高周波泳動させ、該ナノチューブの一端部側を前記探針に付着させると同時に、前記結合体に化学的結合された前記選択的結合性物質をナノチューブに化学的結合させる本工程と、を備えていることが好ましい。
【００３２】
この場合には、探針を溶液中に浸漬する前に、探針の結合体に対して選択的結合性物質を予めムラなく化学的結合させておき易い。そのため、その後に行う高周波電圧の印加によって、確実に選択的結合性物質を介してナノチューブの一端部側を結合体に化学的結合させることができる。従って、ナノチューブが安定且つ強固に結合されたプローブを得ることができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、探針の先端部にナノチューブが所望の向きで強固に結合された高品質なプローブを得ることができると共に、該プローブを容易且つ効率良く製造することができ、生産性の向上化及び低コスト化に繋げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る第１実施形態を示す図であって、走査型プローブ顕微鏡の構成図である。
【図２】図１に示すプローブの外観斜視図である。
【図３】図２に示すプローブの探針の先端部の拡大図である。
【図４】図２に示すプローブを製造する際の一工程図であって、ペプチドが結合されたカーノンナノチューブが分散された溶液中に、探針及び電極を浸漬させた状態を示す図である。
【図５】図４に示す状態から、探針と電極との間に高周波電圧を印加して、カーボンナノチューブを高周波泳動させている状態を示す図である。
【図６】プローブの製造方法の変形例を示す図であって、カーノンナノチューブが分散された溶液中に、ペプチドが結合された探針及び電極を浸漬させた状態を示す図である。
【図７】図６に示す状態から、探針と電極との間に高周波電圧を印加して、カーボンナノチューブを高周波泳動させている状態を示す図である。
【図８】本発明に係るプローブの変形例を示す図であって、カーノンナノチューブの先端に特定物質に反応する反応物質が修飾されたプローブの部分拡大図である。
【図９】本発明に係るプローブの別の変形例を示す図であって、レバー部を複数具備するプローブの外観斜視図である。
【図１０】プローブの製造方法の変形例を示す図であって、向かい合わせに配置した探針間に高周波電圧を印加している状態を示す図である。
【図１１】図１０に示す状態から、高周波電圧を印加したまま時間経過させた状態を示す図である。
【図１２】図１１に示す状態において、カーボンナノチューブを介して探針間に流れる電流値又はカーボンナノチューブの抵抗値の変化をモニタしている状態を示す図である。
【図１３】図１１に示す状態において、カーボンナノチューブを介して探針間に流れる電流値又はカーボンナノチューブの抵抗値の変化をモニタしている状態の変形例を示す図である。
【図１４】図１１に示す状態において、カーボンナノチューブを介して探針間に流れる電流値又はカーボンナノチューブの抵抗値の変化をモニタしている状態の別の変形例を示す図である。
【図１５】本発明に係る第２実施形態を示す図であって、（ａ）はプローブの外観斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図１６】図１５に示すプローブを製造する際の一工程図であって、基板に凹部を形成した状態を示す図である。
【図１７】図１６に示すＢ−Ｂ線に沿った基板の断面図である。
【図１８】図１７に示す状態から金属薄膜を形成した状態を示す図である。
【図１９】図１８に示す状態から凹部の底面上及び基板上における金属薄膜を除去した状態を示す図である。
【図２０】図１９に示す状態から、絶縁層を積層した状態を示す図である。
【図２１】図２０に示す状態から、絶縁層を研磨して凹部内にのみ絶縁層を残した状態を示す図である。
【図２２】図２１に示す状態における基板の斜視図である。
【図２３】図２２に示す状態からエッチング加工して、複数の探針を形成した状態を示す斜視図である。
【図２４】図２３に示す状態から、カーボンナノチューブが分散された溶液中で向かい合わせとされた探針間に高周波電圧を印加した状態を示す斜視図である。
【図２５】本発明に係るプローブの別の変形例を示す図であって、図１５に示す探針を複数具備するプローブの外観斜視図である。
【図２６】本発明に係るプローブの別の変形例を示す図であって、平面基板上に探針がマトリックス状に形成され、これら各探針にカーボンナノチューブが結合されたプローブの断面図である。
【図２７】図２６に示すプローブを製造する際の一工程図であって、平面基板上に金属薄膜を形成した状態を示す図である。
【図２８】図２７に示す状態から、エッチング加工等を行って探針をマトリックス状に形成した状態を示す図である。
【図２９】図２８に示す状態から、カーボンナノチューブが分散された溶液中で平面基板を対向配置され、向かい合わせとされた探針間に高周波電圧を印加した状態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
＜第１実施形態＞
以下、本発明に係る第１実施形態について図面を参照して説明する。
なお、本実施形態では、試料をＡＦＭ観察する走査型プローブ顕微鏡に用いられるプローブを例に挙げて説明する。
【００３６】
（走査型プローブ顕微鏡の構成）
はじめに、走査型プローブ顕微鏡について簡単に説明する。
図１に示すように、走査型プローブ顕微鏡１は、試料Ｓを載置するステージ２と、試料Ｓの上方に配設されるプローブ３と、これらステージ２とプローブ３とを試料表面Ｓ１に平行なＸＹ方向及び試料表面Ｓ１に垂直なＺ方向に相対的に移動させる移動手段４と、プローブ３のレバー部２１の撓みを測定する変位測定手段５と、変位測定手段５による測定結果に基づいて移動手段４を制御すると共に試料表面Ｓ１の観察データを取得する制御手段６と、を備えている。
【００３７】
プローブ３は、ホルダ部２２を介してＸＹＺスキャナ１０の下面に固定されたブロック体１１に対して図示しない保持ワイヤ等により着脱自在に保持されている。この際プローブ３は、試料表面Ｓ１に対して所定角度傾斜した状態でブロック体１１に保持されている。ＸＹＺスキャナ１０は、例えばＰＺＴ等からなる圧電素子であり、ドライブ回路１２から電圧が印加されると、その電圧印加量及び極性に応じてＸＹ方向及びＺ方向の３方向に微小移動するよう設定されている。これにより、プローブ３をＸＹ方向及びＺ方向に移動させることが可能とされている。これらＸＹＺスキャナ１０及びドライブ回路１２は、上記移動手段４として機能する。
【００３８】
なお本実施形態では、プローブ３側を３次元的に移動させる場合を例に挙げているが、この場合に限られず、ステージ２側を３次元的に移動させる構成としても構わない。この場合においても、スキャン方式が異なるだけで同様の作用効果を奏効することができる。また、プローブ３及びステージ２のそれぞれを３次元的に移動させる構成としても構わない。
【００３９】
プローブ３の上方には、該プローブ３のレバー部２１の裏面に形成された図示しない反射面に向けてレーザ光Ｌを照射する光照射部１３と、反射面で反射されたレーザ光Ｌを受光する光検出部１４と、が配設されている。
光検出部１４は、例えば４分割フォトディテクタであり、レーザ光Ｌの入射位置に基づいてレバー部２１の撓み変化を検出している。そして、光検出部１４は、検出したレバー部２１の撓み変化をＤＩＦ信号としてＺ電圧フィードバック回路１５に出力している。これら光照射部１３及び光検出部１４は、上記変位測定手段５として機能する。
なお、上記ＤＩＦ信号は、図示しないプリアンプによって適切に増幅された後、図示しない交流−直流変換回路によって直流変換された後にＺ電圧フィードバック回路１５に出力される。
【００４０】
Ｚ電圧フィードバック回路１５は、直流変換された上記ＤＩＦ信号が常に一定となるように、ドライブ回路１２をフィードバック制御する。これにより、移動手段４によりプローブ３を試料Ｓ上で走査した際に、該プローブ３の後述するカーボンナノチューブ２３の他端部と試料表面Ｓ１との距離を、レバー部２１の撓みの変位が一定となるように制御することが可能とされている。
【００４１】
また、このＺ電圧フィードバック回路１５には制御部１６が接続されており、該制御部１６がＺ電圧フィードバック回路１５により上下させる信号に基づいて、試料表面Ｓ１上の観察データを取得して、その表面形状や粘弾性等の各種物性特性等を観察することが可能とされている。
これらＺ電圧フィードバック回路１５及び制御部１６は、上記制御手段６として機能する。なお、この制御手段６は上記各構成品を総合的に制御している。
【００４２】
（プローブの構成）
ここで、上記プローブ３について詳細に説明する。
本実施形態のプローブ３は、図２に示すように、先端部が先鋭化された略円錐状の探針２０と、基端側から先端側に向けて一方向に延在して形成され、上記探針２０が先端側に設けられたレバー部２１と、該レバー部２１の基端側を片持ち状に保持するホルダ部２２と、探針２０の先端部に、該探針２０の延在方向（突出方向）に沿って配向された状態で一端部側が付着されたカーボンナノチューブ（ナノチューブ）２３と、を備えている。
【００４３】
なお、このように構成されたプローブ３は、例えばシリコン支持層２５ａ上に酸化層（シリコン酸化膜）２５ｂを形成し、さらに該酸化層２５ｂ上にシリコン活性層２５ｃを熱的に貼り合わせたＳＯＩ基板２５を利用して基本的に製造されている。但し、ＳＯＩ基板２５に限られるものではない。
そして、レバー部２１及び探針２０は、シリコン活性層２５ｃから形成されており、ホルダ部２２はシリコン支持層２５ａ、酸化層２５ｂ及びシリコン活性層２５ｃの３層から形成されている。
【００４４】
ところで、上記探針２０の先端部には、図２及び図３に示すように、該探針２０と異なる材料からなる結合体３０が形成されている。その材料としては、例えばシリコン結晶とは異なる金属材料又は化合物等が挙げられ、金属材料としては、金（Ａｕ）、クロム(Ｃｒ)やアルミ(Ａｌ)等が挙げられ、金属化合物としては酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化錫（ＳｎＯ２）や酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）等が挙げられる。
なお、結合体３０としては、探針２０の先端部だけに被膜された薄膜体であっても構わないし、探針２０の先端部そのものを酸化亜鉛等で形成した突起体であっても構わない。図示の例では探針２０の先端部そのものが結合体３０とされている場合を例にしている。
【００４５】
そして、探針２０の先端部である結合体３０に、上記したように探針２０の延在方向に向きを略一致させた状態でカーボンナノチューブ２３の一端部側が付着されている。この際、本実施形態では、多数のカーボンナノチューブ２３が付着しており、全体として束状（バンドル状）にまとまった状態で付着している。
また、これらカーボンナノチューブ２３は、単に付着しているだけでなく、選択的結合性物質であるペプチド３１を介して探針２０に対して化学的結合されて補強されている。
【００４６】
上記ペプチド３１は、カーボンナノチューブ２３及び結合体３０の両者に対してのみそれぞれ親和性を有し、それによって両者に特異的に結合する特性を有している。これによりカーボンナノチューブ２３は、分子間力等の付着力に加え、ペプチド３１を利用した化学的結合によって探針２０に対して強固に結合されている。
【００４７】
なお、通常ペプチドはアミノ酸の種類とその配列によって決定されるものであるが、本実施形態のペプチド３１としては、カーボンナノチューブ２３及び酸化亜鉛等からなる結合体３０に対してそれぞれ特異的に結合する（２重特異性を有する）ものを採用すれば良い。このようなペプチド３１としては、以下の方法で見つけ出すことが可能である。
【００４８】
特定の材料表面やカーボンナノチューブ等のナノ粒子に特異的結合性を有する結合分子（ペプチド）の探索及び合成においては、ファージディスプレイ法を応用したペプチド分子ライブラリ（又はペプチド提示ファージライブラリ）を用いる。遺伝子工学的ペプチド合成法としても知られている。
ペプチド分子を提示した（組み込んだ）バクテリオ・ファージの集合体（ファージライブラリ）に、結合を目的とするターゲット粒子（材料またはナノチューブ等）を添加し、ターゲットに結合したファージのみを比重などで分離・抽出し、これを複製することにより、ターゲットに特異的に結合するペプチドの配列を見いだし合成することができる。
この方法で、ナノチューブと金属や金属化合物であるプローブ材質に特異的に結合するペプチド配列をそれぞれ見いだし、これを接続・合成することで２重特異性結合分子を作り出すことができる。さらに、溶液中でナノチューブと、ナノチューブに特異的に結合するペプチドと、を混合することで、ペプチドは自動的にナノチューブに結合し、ペプチドが修飾された（結合した）ナノチューブを製造することが可能である。
【００４９】
以上の方法で、ペプチド修飾されたカーボンナノチューブを製造し、これを混合したナノチューブ分散液（溶液）を用いた泳動プロスにより、図５に示すように、プローブ先端部へナノチューブを配列操作し、強固に結合することができる。
【００５０】
（走査型プローブ顕微鏡及びプローブの作用）
次に、上記のように構成されたプローブ３を具備する走査型プローブ顕微鏡１を利用して、試料Ｓの例えば表面形状をＡＦＭ観察する場合を説明する。
【００５１】
まず、プローブ３のセットやレーザ光Ｌの位置調整等の初期設定を行った後、図１に示すように、試料表面Ｓ１とカーボンナノチューブ２３の他端部との距離を、レバー部２１の撓みの変位が一定となるように制御した状態で、移動手段４によりプローブ３を試料Ｓ上で走査する。すると、試料表面Ｓ１の凹凸に応じてレバー部２１が撓み変形しようとするので、光検出部１４に入射するレーザ光Ｌの位置が異なる。光検出部１４は、この入射位置に応じたＤＩＦ信号をＺ電圧フィードバック回路１５に出力する。Ｚ電圧フィードバック回路１５は、ＤＩＦ信号が常に一定となるように（即ち、レバー部２１の撓みの変位が一定となるように）、ドライブ回路１２をフィードバック制御する。これにより、試料表面Ｓ１とカーボンナノチューブ２３の他端部との距離をレバー部２１の撓みの変位が一定となるように制御した状態で走査することができる。そして制御部１６が、Ｚ電圧フィードバック回路１５により上下させる信号に基づいて試料表面Ｓ１の観察データを取得することで、試料Ｓの表面形状を観察することができる。
【００５２】
特に、本実施形態のプローブ３は、図２及び図３に示すように、カーボンナノチューブ２３付きのプローブであり、探針２０の先端部に、該探針２０の延在方向に沿って配向された状態でカーボンナノチューブ２３の一端部側が付着されているので、カーボンナノチューブ２３の他端部が探針２０よりも外方に確実に突出した状態となっている。従って、この微細なカーボンナノチューブ２３の他端部を利用して、上記した試料Ｓの表面形状観察を精密且つナノオーダーの分解能で行える。
【００５３】
しかもカーボンナノチューブ２３は、探針２０の先端部である結合体３０に単に付着されているだけでなく、該カーボンナノチューブ２３及び結合体３０の両者に対してそれぞれ特異的に結合するペプチド３１を介して化学的結合されて補強されている。従って、カーボンナノチューブ２３が強固に結合されたプローブ３とすることができ、上述した表面形状観察を安定して行うことができ、観察の信頼性の向上に繋げることができる。
【００５４】
（プローブの製造方法）
次に、上記したプローブ３の製造方法について、以下に説明する。
まず、一般的なフォトリソグラフィ技術やエッチング加工技術を利用した半導体プロセスやＭＥＭＳプロセス等により、ＳＯＩ基板２５からホルダ部２２、レバー部２１及び探針２０を一体的に形成する形成工程を行う。またこの際、探針２０の先端部に結合体３０を形成しておく。
【００５５】
次いで、高周波泳動を利用して、探針２０の先端部である結合体３０にカーボンナノチューブ２３を付着させると同時に、ペプチド３１を利用してカーボンナノチューブ２３を結合体３０に化学的結合させる結合工程を行う。以下、この結合工程について詳細する。
【００５６】
まず、図４に示すように、純水等の溶液Ｗが貯留された液槽３５を用意し、該溶液Ｗにペプチド３１を混入しておく。続いて、該溶液Ｗにカーボンナノチューブ２３を投入して分散させる。すると、先に混入されているペプチド３１がカーボンナノチューブ２３に対して親和性を有しているので、該カーボンナノチューブ２３の全体にムラなく特異的に化学的結合する。これにより、溶液Ｗ中にはペプチド３１が化学的結合されたカーボンナノチューブ２３が均一に分散された状態となる（予備工程）。
なお、図中では、溶液Ｗ中のペプチド３１及びカーボンナノチューブ２３の図示を省略している。
【００５７】
特にこの工程時、カーボンナノチューブ２３を分散させる前に、溶液Ｗ中にペプチド３１が既に混入されている。
一般的に、カーボンナノチューブ２３を単に溶液Ｗに混入させた場合には、カーボンナノチューブ２３同士がくっ付き合い易く（絡まり易く）なることが知られており、これにより溶液Ｗ中に均一に分散されない恐れがある。その対策として、溶液Ｗに分散剤や界面活性剤等を入れておく等の処置を行う場合が多い。
これに対して本工程の場合には、先に混入されたペプチド３１がカーボンナノチューブ２３に対して速やかに且つムラなく化学的結合するので、カーボンナノチューブ２３同士のくっ付き合いを抑制することができ、上記界面活性剤等と同様の働きをさせることができる。従って、界面活性剤等を入れる手間や、その管理に係る手間を省略することができる。
【００５８】
次いで、図４に示すように上記溶液Ｗ中に探針２０及び電極３６を浸漬させ、これらを互いに向かい合うよう配置させた後、高周波電源３７により探針２０と電極３６との間に高周波電圧を印加する。これにより、図５に示すようにペプチド３１が化学的結合されたカーボンナノチューブ２３を高周波泳動により移動させることができると共に、該カーボンナノチューブ２３を探針２０の延在方向に沿って配向させながら一端部側を探針２０の先端部である結合体３０に付着させると同時に、ペプチド３１を結合体３０に化学的結合させることができる（本工程）。
【００５９】
より詳細には、上記高周波電圧を印加すると、カーボンナノチューブ２３を探針２０及び電極３６に向けて高周波泳動により移動させることができる。この際、高周波ナノチューブの両端部に電荷が集中し易いので、該両端部が探針２０及び電極３６に向いた状態に姿勢変化し易い。従って、上記移動中、探針２０と電極３６とを結ぶ電界方向（図４及び図５に示す矢印Ｖ方向）に沿ってカーボンナノチューブ２３を配向させることができる。そして、探針２０側に移動したカーボンナノチューブ２３は、電界が集中し易い探針２０の先端部である結合体３０に一端部側が次々と付着する。これにより、探針２０の延在方向に沿ってカーボンナノチューブ２３を配向した状態で、探針２０の先端部である結合体３０に対してカーボンナノチューブ２３の一端部側を束状に付着させることができる。
【００６０】
しかも、カーボンナノチューブ２３が付着した際、該カーボンナノチューブ２３に結合されているペプチド３１が結合体３０にも親和性を有しているので、結合体３０に対して特異的に化学的結合する。これにより、単に付着されたカーボンナノチューブ２３を補強することができ、該カーボンナノチューブ２３が強固に結合された、図２及び図３に示す高品質なプローブ３を得ることができる。
【００６１】
上記した本実施形態の製造方法によれば、高周波泳動を利用してカーボンナノチューブ２３の向きを所望の向きに整えながら、探針２０に容易に結合することができるので、従来の１本ずつ移植を行っていた方法とは異なり、作業者にかかる負担を軽減できると共に容易且つ効率良く製造することができる。従って、生産性の向上化及び低コスト化に繋げることができる。
また、高周波泳動させるだけで、ペプチド３１を利用してカーボンナノチューブ２３を補強する作業を同時に行えるので、工程を簡略化でき量産性に優れている。更に、常温程度の温度環境で製造を行えるので、この点においても量産性に優れている。
【００６２】
なお、上記第１実施形態では、探針２０に対して複数のカーボンナノチューブ２３が束状に結合された場合を例に挙げたが、電圧値や電圧印加時間等を調整することで１本又は数本だけ結合させても構わない。
また、上記第１実施形態では、試料ＳをＡＦＭ観察によって表面形状を観察する場合を例に挙げて説明したが、試料表面Ｓ１の粘弾性等の各種物性特性を測定しても構わないし、加振源をさらに具備し、レバー部２１を共振させながら測定を行うＤＦＭ観察を行っても構わない。
また、光てこ方式によりレバー部２１の変位を検出したが、この方式に限定されるものではない。例えば、レバー部２１自身に変位検出機能（例えば、ピエゾ等の圧電素子）を設けた自己検知方式を採用しても構わない。
【００６３】
また、プローブ３の製造時、溶液Ｗにペプチド３１を混入した後、カーボンナノチューブ２３を投入することで、溶液Ｗ内にカーボンナノチューブ２３を分散させながら該カーボンナノチューブ２３に対してペプチド３１を化学的結合させたが、この場合に限定されるものではない。
例えば、溶液Ｗに投入する前段階で、予めカーボンナノチューブ２３に対してペプチド３１を何らかの方法で修飾させて化学的結合させ、その後にペプチド３１が結合されたカーボンナノチューブ２３を溶液Ｗに投入して分散させても構わない。
この場合であっても、カーボンナノチューブ２３の全体にムラなくペプチド３１を化学的結合させることができ、同様の作用効果を奏効することができる。なお、ペプチド３１が結合されたカーボンナノチューブ２３を溶液Ｗに投入するタイミングは、探針２０を溶液Ｗに浸漬させる前に行っても構わないし、浸漬させた後に行っても構わない。
【００６４】
また、プローブ３の製造時、結合工程時にカーボンナノチューブ２３に対して予めペプチド３１を結合させたが、この場合に限定されるものではない。
例えば、図６に示すように、まず探針２０の先端部である結合体３０に対してペプチド３１を予め化学的結合させた後、該探針２０をカーボンナノチューブ２３が分散された溶液Ｗ中に浸漬させる予備工程を行う。その後、図７に示すように、高周波電圧の印加によりカーボンナノチューブ２３を高周波泳動させることで、カーボンナノチューブ２３を結合体３０に付着させると同時に、ペプチド３１を介してカーボンナノチューブ２３を結合体３０に化学的結合させる本工程を行う。
この場合であっても、同様の作用効果を奏効することができる。
【００６５】
また、上記第１実施形態において、結合工程後に、カーボンナノチューブ２３の他端部側に特定物質に対して反応する反応物質３８を修飾させる修飾工程を行って、図８に示すプローブ３としても良い。反応物質３８としては、例えば生体細胞（特定物質）にのみ特異的に結合するペプチドであっても構わないし、特定の化合物（特定物質）にのみ反応して結合する化合物であっても構わない。
この場合には、特定物質の各種観察や分析、解析を容易に行い易い。従って、プローブ３をバイオセンサやケミカルセンサ等として機能させることができ、プローブの多機能化や高性能化を図り易い。
【００６６】
また、上記第１実施形態において、図９に示すようにレバー部２１を複数備え、これら複数のレバー部２１を共通のホルダ部２２でそれぞれ片持ち状に保持したプローブ４０としても構わない。
この場合には、プローブ４０をマルチプローブデバイスとして利用でき、各レバー部２１のカーボンナノチューブ２３をそれぞれ利用して試料Ｓの例えば表面形状観察を一度に多数箇所で行える。従って、デバイスとしての付加価値を高めることができる。
特に、レバー部２１の数が増えたとしても、高周波泳動により各レバー部２１の探針２０に対してカーボンナノチューブ２３を容易且つ同時に結合させることができるので、やはり効率良く製造でき、量産性に優れている。
【００６７】
また、上記第１実施形態では、板状の電極３６を利用して探針２０との間に高周波電圧を印加したが、別の探針２０を電極３６として使用しても構わない。
例えば、図１０に示すように、探針２０を向かい合わせに配置した状態で溶液Ｗ中に浸漬させる。なお、図示の例では、複数の探針２０を向かい合わせに配置した状態で溶液Ｗ中に浸漬させた場合を例にしている。そして、これら向かい合わせに配置した探針２０間に高周波電圧を印加することで、カーボンナノチューブ２３をこれら複数の探針２０に対して同時に結合させることができる。従って、電極３６に代えて探針２０を利用した場合であっても、同様の作用効果を奏効することができる。
【００６８】
ところでこの場合において、高周波電圧の印加を引き続き継続すると、時間の経過と共にカーボンナノチューブ２３が次々と付着して成長し、図１１に示すように向かい合わせに配置された探針２０の一方側に結合したカーボンナノチューブ２３の束と、他方側に結合したカーボンナノチューブ２３の束と、が互いに連結して、両探針２０間に架け渡された状態となる。そして、これ以降、上記成長がさらに進行するので、連結されたカーボンナノチューブ２３の束の直径（太さ）を大きくすることができる。
そのため、一定の直径に達した時点で高周波電圧の印加を停止し、連結されたカーボンナノチューブ２３の束の略中間部を切断することで、一定の剛性を有するカーボンナノチューブ２３が連結されたプローブ３を得ることが可能である。
【００６９】
さらにこの場合において、図１２に示すように、カーボンナノチューブ２３を介して両探針２０間に流れる電流値又はカーボンナノチューブ２３の抵抗値を検出し、それらの変化に基づいて高周波電圧の印加を停止しても良い。
具体的には、両探針２０間に架け渡されたカーボンナノチューブ２３を介して両探針２０間に流れる電流値、又はカーボンナノチューブ２３の抵抗値を検出器４１で検出する。ここで、上記成長によってカーボンナノチューブ２３の束の直径が大きくなると、それに応じて上記電流値又は上記抵抗値が変化する。従って、これらの変化に基づいて高周波電圧の印加を停止することで、カーボンナノチューブ２３の束を狙った直径に仕上げることができる。これにより、所望の剛性を有するカーボンナノチューブ２３が結合された、より高品質なプローブ３を得ることができる。
【００７０】
なお、上述した場合において、高周波電圧を印加する高周波電源３７側の泳動回路と、抵抗値変化を検出する検出器４１側の検出回路と、を別個にするのではなく、図１３に示すように、検出器４１を泳動回路に組み込むことで共通の回路とし、回路構成の簡略化を図っても構わない。
この場合には、高周波電圧を印加（泳動モード）している間、一定時間毎に、例えば検出器４１で高周波電源３７の電流値の検出（測定モード）を行って、その検出結果からカーボンナノチューブ２３の束の成長具合（直径）を確認する。そして、一定の電流値が検出された時点で、高周波電圧の印加を停止させれば良い。よって、この場合でも、回路構成の簡略化を図りながら、一定の剛性を有するカーボンナノチューブ２３が連結されたプローブ３を得ることが可能である。
【００７１】
また、図１４に示すように、上記泳動回路と上記検出回路との間に回路切替器４２を設け、上記泳動モードと上記測定モードとを交互に行うように構成しても構わない。
この場合には、回路切替器４２を泳動回路側にして高周波電圧を印加する泳動モードを行い、該泳動モードを一定時間行った後、回路切替器４２を検出回路側に切り替えて、例えば検出器４１で電流値の検出を行う測定モードを行う。そして、回路切替器４２による切り替えによって泳動モードと測定モードとを交互に行いながら、一定の電流値が検出された時点で高周波電圧の印加を停止させれば良い。よって、この場合でも、一定の剛性を有するカーボンナノチューブ２３が連結されたプローブ３を得ることが可能である。
【００７２】
＜第２実施形態＞
次に、本発明に係る第２実施形態について図面を参照して説明する。なお、この第２実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
【００７３】
（プローブの構成）
図１５に示すように、本実施形態のプローブ５０は、シリコン等の半導体材料により一定の厚みの板片とされ、その先端部が先鋭化された探針５１と、該探針５１の先端部から長手方向略中央部に亘って形成された結合体５２と、該探針５１の先端部に付着すると共に、ペプチド３１を介して探針５１の先端部における結合体５２に化学的結合されたカーボンナノチューブ２３と、を備えている。
【００７４】
上記結合体５２は、アルミ、クロムや金等からなる金属薄膜、又は酸化亜鉛、酸化インジウムや酸化錫等からなる金属化合物薄膜であって、探針５１の中心線に沿って上記したように探針５１の先端部から基端部に亘って形成されている。これにより、結合体５２の一部が探針５１の先端部に露出している。またこの結合体５２は、探針５１の一方の主面側に露出していると共に、探針５１の厚みよりも小さい膜厚とされている。
【００７５】
（プローブの製造方法）
次に、上記のように構成されたプローブ５０を製造する方法について説明する。ここでは、１枚のシリコンの基板から一度に複数のプローブ５０を製造する場合について説明する。
【００７６】
はじめに、探針５１及び結合体５２を形成する形成工程を行う。
詳細には、まず図１６及び図１７に示すように、基板５５上にエッチング加工等により間隔を開けて一定幅の凹部５６を複数形成する。次いで、図１８に示すように、基板５５の表面全体に蒸着やスパッタ等により、後に結合体５２となる金属薄膜５７を所定の膜厚で形成する。
なお、この段階における膜厚が、図１５で示す結合体５２の幅Ｔとなる。従って、この段階で金属薄膜５７の膜厚をコントロールすることで、容易に結合体５２の幅Ｔを正確に調整することが可能である。
【００７７】
次いで、図１９に示すように、基板５５の表面上及び凹部５６の底面上に形成されている金属薄膜５７をエッチング加工等により除去した後、図２０に示すように、基板５５の表面全体に絶縁層（酸化膜）５８を形成する。これにより、凹部５６の内部にも絶縁層５８が埋められた状態となる。次いで、図２１に示すように、研磨加工等を行って、基板５５上に形成した絶縁層５８を除去して、凹部５６内にだけ絶縁層５８を残す。
【００７８】
次いで、基板５５を図２２で示す点線で示した外形線に沿ってエッチング加工することで、図２３に示すように一度に複数の結合体５２が形成された探針５１を得ることができる。この時点で形成工程が終了する。特に、上記各工程を経ることで、先端部を正確に向かい合わせにした状態で探針５１を形成することができる。
【００７９】
次いで、図２４に示すように、複数の探針５１を溶液Ｗ中に浸漬させた状態で、互いに向かい合う探針５１間に高周波電圧を印加することで、各探針５１の先端部にカーボンナノチューブ２３を付着させることができると共に、ペプチド３１を介してカーボンナノチューブ２３を結合体５２に強固に結合させることができる。なお、カーボンナノチューブ２３は、向かい合わせに配置されている探針５１間に架け渡された状態で束状に形成される。
その後、探針５１間に架け渡されたカーボンナノチューブ２３の束の略中間部を切断すると共に、基板５５をダイシング加工して上記複数の探針５１を切り離すことで、図１５に示すプローブ５０を一度に複数製造することができる。
【００８０】
上述したように、本実施形態の場合であっても、探針５１の先端部にカーボンナノチューブ２３がペプチド３１を利用して強固に結合された高品質なプローブ５０を得ることができると共に、高周波泳動させるだけの簡便な工程で該プローブ５０を容易且つ効率良く製造することができる。
【００８１】
なお、本実施形態の場合であっても、図２５に示すように、複数の探針５１が共通のホルダ部５９で支持されたプローブ６０とすることができ、マルチプローブデバイスとして利用することが可能である。
なお、ホルダ部５９には、各探針５１の結合体３０に導通する共通配線部５０ａが形成されている。これにより、製造時、共通配線部５９ａを利用して各探針５１に対して同時に高周波電圧を印加することができ、カーボンナノチューブ２３を各探針５１の先端部に容易に結合させることができる。
【００８２】
ところで、マルチプローブデバイスとする場合、例えば図２８に示すように、平面基板７１に複数の探針７２がマトリックス状に並んだ状態で形成され、これら各探針７２にカーボンナノチューブ２３が結合されたプローブ７０とすることも可能である。
【００８３】
この場合のプローブ７０の製造方法としては、まず図２７に示すように、シリコン等の基板５５の表面に結合体３０となる金属薄膜７３を蒸着やスパッタ等で形成する。次いで、図２８に示すようにエッチング加工又はＦＩＢ（集束イオンビーム）の照射による加工を行って、金属薄膜７３が形成された側の平面基板７の表面に探針７２をマトリックス状に形成する。これにより、先鋭化された探針７２を一度にマトリックス状に形成することができると共に、探針７２の先端部を結合体３０とすることができる。
【００８４】
その後、図２９に示すように、複数の探針７２が形成された平面基板７１を、向かい合わせにした状態で溶液Ｗ中に浸漬させ、両平面基板７１の間に高周波電圧を印加することで、各探針７２の先端部にカーボンナノチューブ２３を付着させることができると共に、ペプチド３１を介してカーボンナノチューブ２３を結合体３０に強固に結合させることができる。この際、カーボンナノチューブ２３は、向かい合わせに配置されている両平面基板７１の探針７２間に架け渡された状態で束状に形成される。そして、最後にこの架け渡されたカーボンナノチューブ２３の束の略中間部を切断することで、図２６に示すプローブ７０を製造することができ、マルチプローブデバイスとして利用することができる。
【００８５】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００８６】
例えば、上記各実施形態では、ナノチューブとしてカーボンナノチューブ２３を例に挙げて説明したが、この場合に限定されるものではなく、例えばＢＣＮ（炭窒化ホウ素）系ナノチューブや、ＢＮ（窒化・ホウ素）系ナノチューブ等に一般的なナノチューブでも構わない。また、これらのナノチューブに応じて、特異性を有するペプチドを採用すれば良い。
また、上記各実施形態では、選択的結合性物質としてペプチド３１を用いたが、２重特異性を有する物質であればそれ以外ものを採用して構わない。
【符号の説明】
【００８７】
Ｗ…溶液
３、４０、５０、６０、７０…プローブ
２０、５１、７２…探針
２１…レバー部
２２…ホルダ部
２３…カーボンナノチューブ（ナノチューブ）
３０、５２…結合体
３１…ペプチド（選択的結合性物質）
３６…電極
３８…反応物質
【技術分野】
【０００１】
本発明は、探針の先端部にナノチューブが結合されたプローブ、及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＡＦＭ（Atomic Force Microscope）等の走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ：Scanning Probe Microscope）に好適に用いられるプローブとして、探針の先端にナノチューブを付着させたものが知られている。このプローブによれば、探針の先端を先鋭化させる場合よりも、より精密で高分解能の表面形状観察や様々な物性特性等を得ることが可能とされている。
【０００３】
ところで、カーボンナノチューブに代表されるナノチューブは、その名のとおりナノサイズであるため取り扱いが難しく、狙った位置に正確に付着させることが困難とされている。そこで、従来では以下の方法によりナノチューブを結合してプローブを製造することが知られている（例えば特許文献１〜３参照）。
【０００４】
まず、ナノチューブを分散させた溶液中に電極を対向配置させ、これら電極間に電圧を印加することでナノチューブを高周波泳動させる。すると、この高周波泳動によってナノチューブが溶液中を移動し、電極の先端縁に引き寄せられて次々と付着する。
次に、上記高周波泳動によって複数のナノチューブが付着した電極を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）のチャンバー内にセットすると共に、該チャンバー内に先端に探針が形成されたカンチレバーもセットする。そして、走査型電子顕微鏡を操作し、電極の先端縁に付着した複数のナノチューブの中から選択した１本を、カンチレバーの探針の先端に移植させ、その先端に付着させる。これにより、ナノチューブを具備するプローブを得ることができる。
なお、ナノチューブを付着させるにあたって、例えば電流加熱による融着や、カーボン膜を被膜させること等も考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２２７４３５号公報
【特許文献２】特開２０００−２４９７１２号公報
【特許文献３】特開２００９−５８４８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した従来の方法では、作業者が走査型電子顕微鏡を操作しながらナノチューブを１本ずつ探針の先端に移植させているので、繊細な作業を慎重且つ集中して長時間行う必要があり、作業者の肉体的、精神的負担が大きかった。そのため、作業効率が悪く、プローブの生産効率が悪かった。
また、生産の自動化が困難であるうえ、例えばマルチプローブを実現するといったことは実質的に不可能に近く、デバイスとして将来的な発展性に乏しいものであった。
更に、ナノチューブが十分に付着されていない場合もあり、品質にばらつきが生じ易かった。
【０００７】
本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、探針の先端部にナノチューブが強固に結合された高品質なプローブを提供することである。また、該プローブを容易且つ効率良く製造することができ、生産性の向上化及び低コスト化に繋げることができると共に、マルチプローブへの応用も可能となり、デバイスとしての高機能化及び高性能化を図ることができるプローブの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
（１）本発明に係るプローブは、先端部が先鋭化された探針と、該探針の先端部に、該探針の延在方向に沿って配向された状態で一端部側が付着されたナノチューブと、を備え、前記探針の先端部には、該探針とは異なる材料からなる結合体が形成され、前記ナノチューブが、該ナノチューブ及び前記結合体に対してそれぞれ親和性を有する選択的結合性物質を介して、前記探針に対してさらに化学的結合されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係るプローブによれば、探針の先端部に、該探針の延在方向に沿って配向された状態でナノチューブの一端部側が付着されているので、ナノチューブの他端部が探針よりも外方に確実に突出した状態となっている。従って、この微細なナノチューブの他端部を利用して、精密且つナノオーダーの高分解能で各種測定、例えばサンプルの表面形状観察や各種の物性特性（粘弾性等）等の測定を行える。
【００１０】
特に、上記ナノチューブは、一端部側が探針の先端部に単に付着されているだけでなく、ナノチューブ及び結合体の両者に対してそれぞれ親和性を有し、特異的に結合する（二重特異性を有する）選択的結合性物質を介して化学的結合されているので、該選択的結合性物質によって補強された状態とされている。従って、ナノチューブが強固に結合された高品質なプローブとすることができる。
【００１１】
（２）上記本発明に係るプローブにおいて、前記ナノチューブの他端部側には、特定物質に対して反応する反応物質が修飾されていることが好ましい。
【００１２】
この場合には、ナノチューブの他端部側に生体細胞等の特定物質に反応する反応物質が修飾されているので、該特定物質の各種観察や分析、解析等を容易に行い易い。従って、プローブをバイオセンサやケミカルセンサ等として機能させることができ、プローブの多機能化、高性能化を図ることができる。
【００１３】
（３）上記本発明に係るプローブにおいて、基端側から先端側に向けて一方向に延在して形成され、基端側が片持ち状に保持されるレバー部を備え、該レバー部の先端側に前記探針が設けられていることが好ましい。
【００１４】
この場合には、例えばＡＦＭ観察に適した走査型プローブ顕微鏡用のプローブとして好適に用いることができる。つまり、レバー部を片持ち状に保持しながらナノチューブをサンプル上で走査し、その際のレバー部の変位を測定することで、上記した表面形状観察や物性特性等の測定を行うことができる。
【００１５】
（４）上記本発明に係るプローブにおいて、前記レバー部を複数備え、複数の前記レバー部の基端側をそれぞれ片持ち状に保持する共通のホルダ部を備えていることが好ましい。
【００１６】
この場合には、複数の上記したレバー部が共通のホルダ部に片持ち状に保持されているのでマルチプローブデバイスとして利用でき、各レバー部をそれぞれ利用して上記表面形状観察や物性特性等の測定を一度に多数箇所で行える。従って、デバイスとしての付加価値を高めることができる。
【００１７】
（５）本発明に係るプローブの製造方法は、先端部が先鋭化された探針と、該探針の先端部に探針の延在方向に沿って配向された状態で一端部側が付着されたナノチューブと、を備えるプローブを製造する方法であって、前記探針を形成すると共に、該探針の先端部に該探針とは異なる材料で結合体を形成する形成工程と、前記ナノチューブが分散された溶液中に前記探針及び電極を互いに向かい合うように浸漬させた後、これら探針と電極との間に高周波電圧を印加して、ナノチューブを高周波泳動により移動させると共に、該ナノチューブを該探針の延在方向に沿って配向させながら一端部側を探針の先端部に付着させる結合工程と、を備え、前記結合工程の際、前記ナノチューブを、前記結合体及び該ナノチューブに対してそれぞれ親和性を有する選択的結合性物質を介して前記探針に対してさらに化学的結合させることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係るプローブの製造方法によれば、まず、半導体プロセスやＭＥＭＳプロセス等の加工技術を用いて、先端部に結合体が形成された探針を形成する形成工程を行う。次いで、結合工程を行い、探針の先端部にナノチューブを結合させる。
具体的には、ナノチューブが分散された溶液中に探針及び電極を互いに向かい合うように浸漬させた後、これら探針と電極との間に高周波電圧を印加する。これにより、ナノチューブを探針及び電極に向けて高周波泳動により移動させることができる。この際、ナノチューブの両端部に電荷が集中し易いので、該両端部が探針及び電極に向いた状態に姿勢変化し易い。従って、上記移動中、探針と電極とを結ぶ電界方向に沿ってナノチューブを配向させることができる。
【００１９】
そして、探針側に移動したナノチューブは、電界が集中し易い該探針の先端部に一端部側が付着する。これにより、探針の延在方向に沿ってナノチューブを配向した状態で、該探針の先端部に対してナノチューブの一端部側を付着させることができる。なおナノチューブは、１本だけ付着されても構わないし、複数本が付着して束状とされていても構わない。
また、ナノチューブを付着させる際、該ナノチューブ及び結合体の両者に対してそれぞれ特異的に結合する（二重特異性を有する）選択的結合性物質を介して探針の先端部にナノチューブを化学的結合させる。これにより、単に付着されたナノチューブを補強することができ、該ナノチューブが強固に結合された高品質なプローブを得ることができる。
【００２０】
特に、高周波泳動を利用してナノチューブの向きを所望の向きに整えながら、探針に容易に結合することができるので、従来の１本ずつ移植を行っていた方法とは異なり、作業者にかかる負担を軽減できると共に容易且つ効率良く製造することができる。従って、生産性の向上化及び低コスト化に繋げることができる。
また、高周波泳動させるだけで、選択的結合性物質を利用してナノチューブを補強する作業を同時に行えるので、工程を簡略化でき量産性に優れている。また、常温程度の温度環境で製造を行えるので、この点においても量産性に優れている。
【００２１】
（６）上記本発明に係るプローブの製造方法において、前記結合工程の際、前記ナノチューブを介して前記探針と前記電極との間に流れる電流値の変化、又はナノチューブの抵抗値変化を検出し、その検出結果に基づいて前記高周波電圧の印加を停止することが好ましい。
【００２２】
この場合には、探針の先端部に、ナノチューブを束状に付着させることができると共に、その直径（太さ）を狙ったサイズに仕上げ易い。つまり、上記結合工程の際、高周波泳動によって移動したナノチューブは、探針の先端部だけでなく電極側にも付着する。そして、時間の経過と共にナノチューブは次々と付着するので束状に成長すると共に、探針の先端部側に付着したナノチューブの束と、電極側に付着したナノチューブの束と、が互いに連結して探針の先端部と電極との間に架け渡された状態となる。
これにより、この連結したナノチューブの束を介して探針と電極との間に流れる電流値の変化、又は架け渡されたナノチューブの抵抗値の変化を検出することができる。ここで、上記成長がさらに進行するにつれてナノチューブの束の直径が大きくなるので、上記電流値又は抵抗値が直径に応じて変化する。従って、これらの変化に基づいて高周波電圧の印加を停止することで、ナノチューブの束を狙った直径に仕上げることができる。これにより、一定の剛性を有するナノチューブを得ることができ、より高品質なプローブとすることができる。
【００２３】
（７）上記本発明に係るプローブの製造方法において、前記結合工程の際、前記高周波電圧の印加と、前記電流値変化又は前記抵抗値変化の検出と、を交互に行うことが好ましい。
【００２４】
この場合には、高周波電圧の印加と、電流値変化又は抵抗値変化の検出とを交互に行うので、電圧印加を行う回路と、電流値変化又は抵抗値変化の検出を行う回路とを別個にそれぞれ設ける必要がなく、共通の回路を利用できる。そのため、回路構成の簡略化を図り易い。
【００２５】
（８）上記本発明に係るプローブの製造方法において、前記結合工程後、前記ナノチューブの他端部側に特定物質に対して反応する反応物質を修飾させる修飾工程を備えていることが好ましい。
【００２６】
この場合には、ナノチューブの他端部側に生体細胞等の特定物質に反応する反応物質を修飾するので、該特定物質の各種観察や分析、解析等を容易に行い易い。従って、プローブをバイオセンサやケミカルセンサ等として機能させることができ、プローブの多機能化、高性能化を図ることができる。
【００２７】
（９）上記本発明に係るプローブの製造方法において、前記結合工程が、前記選択的結合性物質が予め混入された前記溶液中に前記ナノチューブを分散させ、該ナノチューブに対して選択的結合性物質を化学的結合させておく予備工程と、前記高周波電圧の印加により前記選択的結合性物質が化学的結合された前記ナノチューブを高周波泳動させ、該ナノチューブの一端部側を前記探針に付着させると同時に、選択的結合性物質を前記結合体に化学的結合させる本工程と、を備えていることが好ましい。
【００２８】
この場合には、選択的結合性物質が予め混入された溶液中にナノチューブを分散させるので、予めナノチューブに対してムラなく選択的結合性物質を化学的結合させておき易い。そのため、その後に行う高周波電圧の印加によって、確実に選択的結合性物質を介してナノチューブの一端部側を結合体に化学的結合させることができる。従って、ナノチューブが安定且つ強固に結合されたプローブを得ることができる。
【００２９】
（１０）上記本発明に係るプローブの製造方法において、前記結合工程が、前記ナノチューブに対して前記選択的結合性物質を予め化学的結合させた後、該ナノチューブを前記溶液中に分散させると共に前記探針を該溶液中に浸漬させる予備工程と、前記高周波電圧の印加により前記選択的結合性物質が化学的結合された前記ナノチューブを高周波泳動させ、該ナノチューブの一端部側を前記探針に付着させると同時に、選択的結合性物質を前記結合体に化学的結合させる本工程と、を備えていることが好ましい。
【００３０】
この場合には、溶液中に分散させる前段階で、予めナノチューブに対して選択的結合性物質を修飾させて化学的結合させるので、該選択的結合性物質を確実にムラなく結合させておき易い。そのため、これらのナノチューブが分散された溶液を利用した高周波電圧の印加によって、確実に選択的結合性物質を介してナノチューブの一端部側を結合体に化学的結合させることができる。従って、ナノチューブが安定且つ強固に結合されたプローブを得ることができる。
【００３１】
（１１）上記本発明に係るプローブの製造方法において、前記結合工程が、前記探針の先端部に形成された前記結合体に対して前記選択的結合性物質を予め化学的結合させた後、該探針を前記ナノチューブが分散された前記溶液中に浸漬させる予備工程と、前記高周波電圧の印加により前記ナノチューブを高周波泳動させ、該ナノチューブの一端部側を前記探針に付着させると同時に、前記結合体に化学的結合された前記選択的結合性物質をナノチューブに化学的結合させる本工程と、を備えていることが好ましい。
【００３２】
この場合には、探針を溶液中に浸漬する前に、探針の結合体に対して選択的結合性物質を予めムラなく化学的結合させておき易い。そのため、その後に行う高周波電圧の印加によって、確実に選択的結合性物質を介してナノチューブの一端部側を結合体に化学的結合させることができる。従って、ナノチューブが安定且つ強固に結合されたプローブを得ることができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、探針の先端部にナノチューブが所望の向きで強固に結合された高品質なプローブを得ることができると共に、該プローブを容易且つ効率良く製造することができ、生産性の向上化及び低コスト化に繋げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る第１実施形態を示す図であって、走査型プローブ顕微鏡の構成図である。
【図２】図１に示すプローブの外観斜視図である。
【図３】図２に示すプローブの探針の先端部の拡大図である。
【図４】図２に示すプローブを製造する際の一工程図であって、ペプチドが結合されたカーノンナノチューブが分散された溶液中に、探針及び電極を浸漬させた状態を示す図である。
【図５】図４に示す状態から、探針と電極との間に高周波電圧を印加して、カーボンナノチューブを高周波泳動させている状態を示す図である。
【図６】プローブの製造方法の変形例を示す図であって、カーノンナノチューブが分散された溶液中に、ペプチドが結合された探針及び電極を浸漬させた状態を示す図である。
【図７】図６に示す状態から、探針と電極との間に高周波電圧を印加して、カーボンナノチューブを高周波泳動させている状態を示す図である。
【図８】本発明に係るプローブの変形例を示す図であって、カーノンナノチューブの先端に特定物質に反応する反応物質が修飾されたプローブの部分拡大図である。
【図９】本発明に係るプローブの別の変形例を示す図であって、レバー部を複数具備するプローブの外観斜視図である。
【図１０】プローブの製造方法の変形例を示す図であって、向かい合わせに配置した探針間に高周波電圧を印加している状態を示す図である。
【図１１】図１０に示す状態から、高周波電圧を印加したまま時間経過させた状態を示す図である。
【図１２】図１１に示す状態において、カーボンナノチューブを介して探針間に流れる電流値又はカーボンナノチューブの抵抗値の変化をモニタしている状態を示す図である。
【図１３】図１１に示す状態において、カーボンナノチューブを介して探針間に流れる電流値又はカーボンナノチューブの抵抗値の変化をモニタしている状態の変形例を示す図である。
【図１４】図１１に示す状態において、カーボンナノチューブを介して探針間に流れる電流値又はカーボンナノチューブの抵抗値の変化をモニタしている状態の別の変形例を示す図である。
【図１５】本発明に係る第２実施形態を示す図であって、（ａ）はプローブの外観斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図１６】図１５に示すプローブを製造する際の一工程図であって、基板に凹部を形成した状態を示す図である。
【図１７】図１６に示すＢ−Ｂ線に沿った基板の断面図である。
【図１８】図１７に示す状態から金属薄膜を形成した状態を示す図である。
【図１９】図１８に示す状態から凹部の底面上及び基板上における金属薄膜を除去した状態を示す図である。
【図２０】図１９に示す状態から、絶縁層を積層した状態を示す図である。
【図２１】図２０に示す状態から、絶縁層を研磨して凹部内にのみ絶縁層を残した状態を示す図である。
【図２２】図２１に示す状態における基板の斜視図である。
【図２３】図２２に示す状態からエッチング加工して、複数の探針を形成した状態を示す斜視図である。
【図２４】図２３に示す状態から、カーボンナノチューブが分散された溶液中で向かい合わせとされた探針間に高周波電圧を印加した状態を示す斜視図である。
【図２５】本発明に係るプローブの別の変形例を示す図であって、図１５に示す探針を複数具備するプローブの外観斜視図である。
【図２６】本発明に係るプローブの別の変形例を示す図であって、平面基板上に探針がマトリックス状に形成され、これら各探針にカーボンナノチューブが結合されたプローブの断面図である。
【図２７】図２６に示すプローブを製造する際の一工程図であって、平面基板上に金属薄膜を形成した状態を示す図である。
【図２８】図２７に示す状態から、エッチング加工等を行って探針をマトリックス状に形成した状態を示す図である。
【図２９】図２８に示す状態から、カーボンナノチューブが分散された溶液中で平面基板を対向配置され、向かい合わせとされた探針間に高周波電圧を印加した状態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
＜第１実施形態＞
以下、本発明に係る第１実施形態について図面を参照して説明する。
なお、本実施形態では、試料をＡＦＭ観察する走査型プローブ顕微鏡に用いられるプローブを例に挙げて説明する。
【００３６】
（走査型プローブ顕微鏡の構成）
はじめに、走査型プローブ顕微鏡について簡単に説明する。
図１に示すように、走査型プローブ顕微鏡１は、試料Ｓを載置するステージ２と、試料Ｓの上方に配設されるプローブ３と、これらステージ２とプローブ３とを試料表面Ｓ１に平行なＸＹ方向及び試料表面Ｓ１に垂直なＺ方向に相対的に移動させる移動手段４と、プローブ３のレバー部２１の撓みを測定する変位測定手段５と、変位測定手段５による測定結果に基づいて移動手段４を制御すると共に試料表面Ｓ１の観察データを取得する制御手段６と、を備えている。
【００３７】
プローブ３は、ホルダ部２２を介してＸＹＺスキャナ１０の下面に固定されたブロック体１１に対して図示しない保持ワイヤ等により着脱自在に保持されている。この際プローブ３は、試料表面Ｓ１に対して所定角度傾斜した状態でブロック体１１に保持されている。ＸＹＺスキャナ１０は、例えばＰＺＴ等からなる圧電素子であり、ドライブ回路１２から電圧が印加されると、その電圧印加量及び極性に応じてＸＹ方向及びＺ方向の３方向に微小移動するよう設定されている。これにより、プローブ３をＸＹ方向及びＺ方向に移動させることが可能とされている。これらＸＹＺスキャナ１０及びドライブ回路１２は、上記移動手段４として機能する。
【００３８】
なお本実施形態では、プローブ３側を３次元的に移動させる場合を例に挙げているが、この場合に限られず、ステージ２側を３次元的に移動させる構成としても構わない。この場合においても、スキャン方式が異なるだけで同様の作用効果を奏効することができる。また、プローブ３及びステージ２のそれぞれを３次元的に移動させる構成としても構わない。
【００３９】
プローブ３の上方には、該プローブ３のレバー部２１の裏面に形成された図示しない反射面に向けてレーザ光Ｌを照射する光照射部１３と、反射面で反射されたレーザ光Ｌを受光する光検出部１４と、が配設されている。
光検出部１４は、例えば４分割フォトディテクタであり、レーザ光Ｌの入射位置に基づいてレバー部２１の撓み変化を検出している。そして、光検出部１４は、検出したレバー部２１の撓み変化をＤＩＦ信号としてＺ電圧フィードバック回路１５に出力している。これら光照射部１３及び光検出部１４は、上記変位測定手段５として機能する。
なお、上記ＤＩＦ信号は、図示しないプリアンプによって適切に増幅された後、図示しない交流−直流変換回路によって直流変換された後にＺ電圧フィードバック回路１５に出力される。
【００４０】
Ｚ電圧フィードバック回路１５は、直流変換された上記ＤＩＦ信号が常に一定となるように、ドライブ回路１２をフィードバック制御する。これにより、移動手段４によりプローブ３を試料Ｓ上で走査した際に、該プローブ３の後述するカーボンナノチューブ２３の他端部と試料表面Ｓ１との距離を、レバー部２１の撓みの変位が一定となるように制御することが可能とされている。
【００４１】
また、このＺ電圧フィードバック回路１５には制御部１６が接続されており、該制御部１６がＺ電圧フィードバック回路１５により上下させる信号に基づいて、試料表面Ｓ１上の観察データを取得して、その表面形状や粘弾性等の各種物性特性等を観察することが可能とされている。
これらＺ電圧フィードバック回路１５及び制御部１６は、上記制御手段６として機能する。なお、この制御手段６は上記各構成品を総合的に制御している。
【００４２】
（プローブの構成）
ここで、上記プローブ３について詳細に説明する。
本実施形態のプローブ３は、図２に示すように、先端部が先鋭化された略円錐状の探針２０と、基端側から先端側に向けて一方向に延在して形成され、上記探針２０が先端側に設けられたレバー部２１と、該レバー部２１の基端側を片持ち状に保持するホルダ部２２と、探針２０の先端部に、該探針２０の延在方向（突出方向）に沿って配向された状態で一端部側が付着されたカーボンナノチューブ（ナノチューブ）２３と、を備えている。
【００４３】
なお、このように構成されたプローブ３は、例えばシリコン支持層２５ａ上に酸化層（シリコン酸化膜）２５ｂを形成し、さらに該酸化層２５ｂ上にシリコン活性層２５ｃを熱的に貼り合わせたＳＯＩ基板２５を利用して基本的に製造されている。但し、ＳＯＩ基板２５に限られるものではない。
そして、レバー部２１及び探針２０は、シリコン活性層２５ｃから形成されており、ホルダ部２２はシリコン支持層２５ａ、酸化層２５ｂ及びシリコン活性層２５ｃの３層から形成されている。
【００４４】
ところで、上記探針２０の先端部には、図２及び図３に示すように、該探針２０と異なる材料からなる結合体３０が形成されている。その材料としては、例えばシリコン結晶とは異なる金属材料又は化合物等が挙げられ、金属材料としては、金（Ａｕ）、クロム(Ｃｒ)やアルミ(Ａｌ)等が挙げられ、金属化合物としては酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化錫（ＳｎＯ２）や酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）等が挙げられる。
なお、結合体３０としては、探針２０の先端部だけに被膜された薄膜体であっても構わないし、探針２０の先端部そのものを酸化亜鉛等で形成した突起体であっても構わない。図示の例では探針２０の先端部そのものが結合体３０とされている場合を例にしている。
【００４５】
そして、探針２０の先端部である結合体３０に、上記したように探針２０の延在方向に向きを略一致させた状態でカーボンナノチューブ２３の一端部側が付着されている。この際、本実施形態では、多数のカーボンナノチューブ２３が付着しており、全体として束状（バンドル状）にまとまった状態で付着している。
また、これらカーボンナノチューブ２３は、単に付着しているだけでなく、選択的結合性物質であるペプチド３１を介して探針２０に対して化学的結合されて補強されている。
【００４６】
上記ペプチド３１は、カーボンナノチューブ２３及び結合体３０の両者に対してのみそれぞれ親和性を有し、それによって両者に特異的に結合する特性を有している。これによりカーボンナノチューブ２３は、分子間力等の付着力に加え、ペプチド３１を利用した化学的結合によって探針２０に対して強固に結合されている。
【００４７】
なお、通常ペプチドはアミノ酸の種類とその配列によって決定されるものであるが、本実施形態のペプチド３１としては、カーボンナノチューブ２３及び酸化亜鉛等からなる結合体３０に対してそれぞれ特異的に結合する（２重特異性を有する）ものを採用すれば良い。このようなペプチド３１としては、以下の方法で見つけ出すことが可能である。
【００４８】
特定の材料表面やカーボンナノチューブ等のナノ粒子に特異的結合性を有する結合分子（ペプチド）の探索及び合成においては、ファージディスプレイ法を応用したペプチド分子ライブラリ（又はペプチド提示ファージライブラリ）を用いる。遺伝子工学的ペプチド合成法としても知られている。
ペプチド分子を提示した（組み込んだ）バクテリオ・ファージの集合体（ファージライブラリ）に、結合を目的とするターゲット粒子（材料またはナノチューブ等）を添加し、ターゲットに結合したファージのみを比重などで分離・抽出し、これを複製することにより、ターゲットに特異的に結合するペプチドの配列を見いだし合成することができる。
この方法で、ナノチューブと金属や金属化合物であるプローブ材質に特異的に結合するペプチド配列をそれぞれ見いだし、これを接続・合成することで２重特異性結合分子を作り出すことができる。さらに、溶液中でナノチューブと、ナノチューブに特異的に結合するペプチドと、を混合することで、ペプチドは自動的にナノチューブに結合し、ペプチドが修飾された（結合した）ナノチューブを製造することが可能である。
【００４９】
以上の方法で、ペプチド修飾されたカーボンナノチューブを製造し、これを混合したナノチューブ分散液（溶液）を用いた泳動プロスにより、図５に示すように、プローブ先端部へナノチューブを配列操作し、強固に結合することができる。
【００５０】
（走査型プローブ顕微鏡及びプローブの作用）
次に、上記のように構成されたプローブ３を具備する走査型プローブ顕微鏡１を利用して、試料Ｓの例えば表面形状をＡＦＭ観察する場合を説明する。
【００５１】
まず、プローブ３のセットやレーザ光Ｌの位置調整等の初期設定を行った後、図１に示すように、試料表面Ｓ１とカーボンナノチューブ２３の他端部との距離を、レバー部２１の撓みの変位が一定となるように制御した状態で、移動手段４によりプローブ３を試料Ｓ上で走査する。すると、試料表面Ｓ１の凹凸に応じてレバー部２１が撓み変形しようとするので、光検出部１４に入射するレーザ光Ｌの位置が異なる。光検出部１４は、この入射位置に応じたＤＩＦ信号をＺ電圧フィードバック回路１５に出力する。Ｚ電圧フィードバック回路１５は、ＤＩＦ信号が常に一定となるように（即ち、レバー部２１の撓みの変位が一定となるように）、ドライブ回路１２をフィードバック制御する。これにより、試料表面Ｓ１とカーボンナノチューブ２３の他端部との距離をレバー部２１の撓みの変位が一定となるように制御した状態で走査することができる。そして制御部１６が、Ｚ電圧フィードバック回路１５により上下させる信号に基づいて試料表面Ｓ１の観察データを取得することで、試料Ｓの表面形状を観察することができる。
【００５２】
特に、本実施形態のプローブ３は、図２及び図３に示すように、カーボンナノチューブ２３付きのプローブであり、探針２０の先端部に、該探針２０の延在方向に沿って配向された状態でカーボンナノチューブ２３の一端部側が付着されているので、カーボンナノチューブ２３の他端部が探針２０よりも外方に確実に突出した状態となっている。従って、この微細なカーボンナノチューブ２３の他端部を利用して、上記した試料Ｓの表面形状観察を精密且つナノオーダーの分解能で行える。
【００５３】
しかもカーボンナノチューブ２３は、探針２０の先端部である結合体３０に単に付着されているだけでなく、該カーボンナノチューブ２３及び結合体３０の両者に対してそれぞれ特異的に結合するペプチド３１を介して化学的結合されて補強されている。従って、カーボンナノチューブ２３が強固に結合されたプローブ３とすることができ、上述した表面形状観察を安定して行うことができ、観察の信頼性の向上に繋げることができる。
【００５４】
（プローブの製造方法）
次に、上記したプローブ３の製造方法について、以下に説明する。
まず、一般的なフォトリソグラフィ技術やエッチング加工技術を利用した半導体プロセスやＭＥＭＳプロセス等により、ＳＯＩ基板２５からホルダ部２２、レバー部２１及び探針２０を一体的に形成する形成工程を行う。またこの際、探針２０の先端部に結合体３０を形成しておく。
【００５５】
次いで、高周波泳動を利用して、探針２０の先端部である結合体３０にカーボンナノチューブ２３を付着させると同時に、ペプチド３１を利用してカーボンナノチューブ２３を結合体３０に化学的結合させる結合工程を行う。以下、この結合工程について詳細する。
【００５６】
まず、図４に示すように、純水等の溶液Ｗが貯留された液槽３５を用意し、該溶液Ｗにペプチド３１を混入しておく。続いて、該溶液Ｗにカーボンナノチューブ２３を投入して分散させる。すると、先に混入されているペプチド３１がカーボンナノチューブ２３に対して親和性を有しているので、該カーボンナノチューブ２３の全体にムラなく特異的に化学的結合する。これにより、溶液Ｗ中にはペプチド３１が化学的結合されたカーボンナノチューブ２３が均一に分散された状態となる（予備工程）。
なお、図中では、溶液Ｗ中のペプチド３１及びカーボンナノチューブ２３の図示を省略している。
【００５７】
特にこの工程時、カーボンナノチューブ２３を分散させる前に、溶液Ｗ中にペプチド３１が既に混入されている。
一般的に、カーボンナノチューブ２３を単に溶液Ｗに混入させた場合には、カーボンナノチューブ２３同士がくっ付き合い易く（絡まり易く）なることが知られており、これにより溶液Ｗ中に均一に分散されない恐れがある。その対策として、溶液Ｗに分散剤や界面活性剤等を入れておく等の処置を行う場合が多い。
これに対して本工程の場合には、先に混入されたペプチド３１がカーボンナノチューブ２３に対して速やかに且つムラなく化学的結合するので、カーボンナノチューブ２３同士のくっ付き合いを抑制することができ、上記界面活性剤等と同様の働きをさせることができる。従って、界面活性剤等を入れる手間や、その管理に係る手間を省略することができる。
【００５８】
次いで、図４に示すように上記溶液Ｗ中に探針２０及び電極３６を浸漬させ、これらを互いに向かい合うよう配置させた後、高周波電源３７により探針２０と電極３６との間に高周波電圧を印加する。これにより、図５に示すようにペプチド３１が化学的結合されたカーボンナノチューブ２３を高周波泳動により移動させることができると共に、該カーボンナノチューブ２３を探針２０の延在方向に沿って配向させながら一端部側を探針２０の先端部である結合体３０に付着させると同時に、ペプチド３１を結合体３０に化学的結合させることができる（本工程）。
【００５９】
より詳細には、上記高周波電圧を印加すると、カーボンナノチューブ２３を探針２０及び電極３６に向けて高周波泳動により移動させることができる。この際、高周波ナノチューブの両端部に電荷が集中し易いので、該両端部が探針２０及び電極３６に向いた状態に姿勢変化し易い。従って、上記移動中、探針２０と電極３６とを結ぶ電界方向（図４及び図５に示す矢印Ｖ方向）に沿ってカーボンナノチューブ２３を配向させることができる。そして、探針２０側に移動したカーボンナノチューブ２３は、電界が集中し易い探針２０の先端部である結合体３０に一端部側が次々と付着する。これにより、探針２０の延在方向に沿ってカーボンナノチューブ２３を配向した状態で、探針２０の先端部である結合体３０に対してカーボンナノチューブ２３の一端部側を束状に付着させることができる。
【００６０】
しかも、カーボンナノチューブ２３が付着した際、該カーボンナノチューブ２３に結合されているペプチド３１が結合体３０にも親和性を有しているので、結合体３０に対して特異的に化学的結合する。これにより、単に付着されたカーボンナノチューブ２３を補強することができ、該カーボンナノチューブ２３が強固に結合された、図２及び図３に示す高品質なプローブ３を得ることができる。
【００６１】
上記した本実施形態の製造方法によれば、高周波泳動を利用してカーボンナノチューブ２３の向きを所望の向きに整えながら、探針２０に容易に結合することができるので、従来の１本ずつ移植を行っていた方法とは異なり、作業者にかかる負担を軽減できると共に容易且つ効率良く製造することができる。従って、生産性の向上化及び低コスト化に繋げることができる。
また、高周波泳動させるだけで、ペプチド３１を利用してカーボンナノチューブ２３を補強する作業を同時に行えるので、工程を簡略化でき量産性に優れている。更に、常温程度の温度環境で製造を行えるので、この点においても量産性に優れている。
【００６２】
なお、上記第１実施形態では、探針２０に対して複数のカーボンナノチューブ２３が束状に結合された場合を例に挙げたが、電圧値や電圧印加時間等を調整することで１本又は数本だけ結合させても構わない。
また、上記第１実施形態では、試料ＳをＡＦＭ観察によって表面形状を観察する場合を例に挙げて説明したが、試料表面Ｓ１の粘弾性等の各種物性特性を測定しても構わないし、加振源をさらに具備し、レバー部２１を共振させながら測定を行うＤＦＭ観察を行っても構わない。
また、光てこ方式によりレバー部２１の変位を検出したが、この方式に限定されるものではない。例えば、レバー部２１自身に変位検出機能（例えば、ピエゾ等の圧電素子）を設けた自己検知方式を採用しても構わない。
【００６３】
また、プローブ３の製造時、溶液Ｗにペプチド３１を混入した後、カーボンナノチューブ２３を投入することで、溶液Ｗ内にカーボンナノチューブ２３を分散させながら該カーボンナノチューブ２３に対してペプチド３１を化学的結合させたが、この場合に限定されるものではない。
例えば、溶液Ｗに投入する前段階で、予めカーボンナノチューブ２３に対してペプチド３１を何らかの方法で修飾させて化学的結合させ、その後にペプチド３１が結合されたカーボンナノチューブ２３を溶液Ｗに投入して分散させても構わない。
この場合であっても、カーボンナノチューブ２３の全体にムラなくペプチド３１を化学的結合させることができ、同様の作用効果を奏効することができる。なお、ペプチド３１が結合されたカーボンナノチューブ２３を溶液Ｗに投入するタイミングは、探針２０を溶液Ｗに浸漬させる前に行っても構わないし、浸漬させた後に行っても構わない。
【００６４】
また、プローブ３の製造時、結合工程時にカーボンナノチューブ２３に対して予めペプチド３１を結合させたが、この場合に限定されるものではない。
例えば、図６に示すように、まず探針２０の先端部である結合体３０に対してペプチド３１を予め化学的結合させた後、該探針２０をカーボンナノチューブ２３が分散された溶液Ｗ中に浸漬させる予備工程を行う。その後、図７に示すように、高周波電圧の印加によりカーボンナノチューブ２３を高周波泳動させることで、カーボンナノチューブ２３を結合体３０に付着させると同時に、ペプチド３１を介してカーボンナノチューブ２３を結合体３０に化学的結合させる本工程を行う。
この場合であっても、同様の作用効果を奏効することができる。
【００６５】
また、上記第１実施形態において、結合工程後に、カーボンナノチューブ２３の他端部側に特定物質に対して反応する反応物質３８を修飾させる修飾工程を行って、図８に示すプローブ３としても良い。反応物質３８としては、例えば生体細胞（特定物質）にのみ特異的に結合するペプチドであっても構わないし、特定の化合物（特定物質）にのみ反応して結合する化合物であっても構わない。
この場合には、特定物質の各種観察や分析、解析を容易に行い易い。従って、プローブ３をバイオセンサやケミカルセンサ等として機能させることができ、プローブの多機能化や高性能化を図り易い。
【００６６】
また、上記第１実施形態において、図９に示すようにレバー部２１を複数備え、これら複数のレバー部２１を共通のホルダ部２２でそれぞれ片持ち状に保持したプローブ４０としても構わない。
この場合には、プローブ４０をマルチプローブデバイスとして利用でき、各レバー部２１のカーボンナノチューブ２３をそれぞれ利用して試料Ｓの例えば表面形状観察を一度に多数箇所で行える。従って、デバイスとしての付加価値を高めることができる。
特に、レバー部２１の数が増えたとしても、高周波泳動により各レバー部２１の探針２０に対してカーボンナノチューブ２３を容易且つ同時に結合させることができるので、やはり効率良く製造でき、量産性に優れている。
【００６７】
また、上記第１実施形態では、板状の電極３６を利用して探針２０との間に高周波電圧を印加したが、別の探針２０を電極３６として使用しても構わない。
例えば、図１０に示すように、探針２０を向かい合わせに配置した状態で溶液Ｗ中に浸漬させる。なお、図示の例では、複数の探針２０を向かい合わせに配置した状態で溶液Ｗ中に浸漬させた場合を例にしている。そして、これら向かい合わせに配置した探針２０間に高周波電圧を印加することで、カーボンナノチューブ２３をこれら複数の探針２０に対して同時に結合させることができる。従って、電極３６に代えて探針２０を利用した場合であっても、同様の作用効果を奏効することができる。
【００６８】
ところでこの場合において、高周波電圧の印加を引き続き継続すると、時間の経過と共にカーボンナノチューブ２３が次々と付着して成長し、図１１に示すように向かい合わせに配置された探針２０の一方側に結合したカーボンナノチューブ２３の束と、他方側に結合したカーボンナノチューブ２３の束と、が互いに連結して、両探針２０間に架け渡された状態となる。そして、これ以降、上記成長がさらに進行するので、連結されたカーボンナノチューブ２３の束の直径（太さ）を大きくすることができる。
そのため、一定の直径に達した時点で高周波電圧の印加を停止し、連結されたカーボンナノチューブ２３の束の略中間部を切断することで、一定の剛性を有するカーボンナノチューブ２３が連結されたプローブ３を得ることが可能である。
【００６９】
さらにこの場合において、図１２に示すように、カーボンナノチューブ２３を介して両探針２０間に流れる電流値又はカーボンナノチューブ２３の抵抗値を検出し、それらの変化に基づいて高周波電圧の印加を停止しても良い。
具体的には、両探針２０間に架け渡されたカーボンナノチューブ２３を介して両探針２０間に流れる電流値、又はカーボンナノチューブ２３の抵抗値を検出器４１で検出する。ここで、上記成長によってカーボンナノチューブ２３の束の直径が大きくなると、それに応じて上記電流値又は上記抵抗値が変化する。従って、これらの変化に基づいて高周波電圧の印加を停止することで、カーボンナノチューブ２３の束を狙った直径に仕上げることができる。これにより、所望の剛性を有するカーボンナノチューブ２３が結合された、より高品質なプローブ３を得ることができる。
【００７０】
なお、上述した場合において、高周波電圧を印加する高周波電源３７側の泳動回路と、抵抗値変化を検出する検出器４１側の検出回路と、を別個にするのではなく、図１３に示すように、検出器４１を泳動回路に組み込むことで共通の回路とし、回路構成の簡略化を図っても構わない。
この場合には、高周波電圧を印加（泳動モード）している間、一定時間毎に、例えば検出器４１で高周波電源３７の電流値の検出（測定モード）を行って、その検出結果からカーボンナノチューブ２３の束の成長具合（直径）を確認する。そして、一定の電流値が検出された時点で、高周波電圧の印加を停止させれば良い。よって、この場合でも、回路構成の簡略化を図りながら、一定の剛性を有するカーボンナノチューブ２３が連結されたプローブ３を得ることが可能である。
【００７１】
また、図１４に示すように、上記泳動回路と上記検出回路との間に回路切替器４２を設け、上記泳動モードと上記測定モードとを交互に行うように構成しても構わない。
この場合には、回路切替器４２を泳動回路側にして高周波電圧を印加する泳動モードを行い、該泳動モードを一定時間行った後、回路切替器４２を検出回路側に切り替えて、例えば検出器４１で電流値の検出を行う測定モードを行う。そして、回路切替器４２による切り替えによって泳動モードと測定モードとを交互に行いながら、一定の電流値が検出された時点で高周波電圧の印加を停止させれば良い。よって、この場合でも、一定の剛性を有するカーボンナノチューブ２３が連結されたプローブ３を得ることが可能である。
【００７２】
＜第２実施形態＞
次に、本発明に係る第２実施形態について図面を参照して説明する。なお、この第２実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
【００７３】
（プローブの構成）
図１５に示すように、本実施形態のプローブ５０は、シリコン等の半導体材料により一定の厚みの板片とされ、その先端部が先鋭化された探針５１と、該探針５１の先端部から長手方向略中央部に亘って形成された結合体５２と、該探針５１の先端部に付着すると共に、ペプチド３１を介して探針５１の先端部における結合体５２に化学的結合されたカーボンナノチューブ２３と、を備えている。
【００７４】
上記結合体５２は、アルミ、クロムや金等からなる金属薄膜、又は酸化亜鉛、酸化インジウムや酸化錫等からなる金属化合物薄膜であって、探針５１の中心線に沿って上記したように探針５１の先端部から基端部に亘って形成されている。これにより、結合体５２の一部が探針５１の先端部に露出している。またこの結合体５２は、探針５１の一方の主面側に露出していると共に、探針５１の厚みよりも小さい膜厚とされている。
【００７５】
（プローブの製造方法）
次に、上記のように構成されたプローブ５０を製造する方法について説明する。ここでは、１枚のシリコンの基板から一度に複数のプローブ５０を製造する場合について説明する。
【００７６】
はじめに、探針５１及び結合体５２を形成する形成工程を行う。
詳細には、まず図１６及び図１７に示すように、基板５５上にエッチング加工等により間隔を開けて一定幅の凹部５６を複数形成する。次いで、図１８に示すように、基板５５の表面全体に蒸着やスパッタ等により、後に結合体５２となる金属薄膜５７を所定の膜厚で形成する。
なお、この段階における膜厚が、図１５で示す結合体５２の幅Ｔとなる。従って、この段階で金属薄膜５７の膜厚をコントロールすることで、容易に結合体５２の幅Ｔを正確に調整することが可能である。
【００７７】
次いで、図１９に示すように、基板５５の表面上及び凹部５６の底面上に形成されている金属薄膜５７をエッチング加工等により除去した後、図２０に示すように、基板５５の表面全体に絶縁層（酸化膜）５８を形成する。これにより、凹部５６の内部にも絶縁層５８が埋められた状態となる。次いで、図２１に示すように、研磨加工等を行って、基板５５上に形成した絶縁層５８を除去して、凹部５６内にだけ絶縁層５８を残す。
【００７８】
次いで、基板５５を図２２で示す点線で示した外形線に沿ってエッチング加工することで、図２３に示すように一度に複数の結合体５２が形成された探針５１を得ることができる。この時点で形成工程が終了する。特に、上記各工程を経ることで、先端部を正確に向かい合わせにした状態で探針５１を形成することができる。
【００７９】
次いで、図２４に示すように、複数の探針５１を溶液Ｗ中に浸漬させた状態で、互いに向かい合う探針５１間に高周波電圧を印加することで、各探針５１の先端部にカーボンナノチューブ２３を付着させることができると共に、ペプチド３１を介してカーボンナノチューブ２３を結合体５２に強固に結合させることができる。なお、カーボンナノチューブ２３は、向かい合わせに配置されている探針５１間に架け渡された状態で束状に形成される。
その後、探針５１間に架け渡されたカーボンナノチューブ２３の束の略中間部を切断すると共に、基板５５をダイシング加工して上記複数の探針５１を切り離すことで、図１５に示すプローブ５０を一度に複数製造することができる。
【００８０】
上述したように、本実施形態の場合であっても、探針５１の先端部にカーボンナノチューブ２３がペプチド３１を利用して強固に結合された高品質なプローブ５０を得ることができると共に、高周波泳動させるだけの簡便な工程で該プローブ５０を容易且つ効率良く製造することができる。
【００８１】
なお、本実施形態の場合であっても、図２５に示すように、複数の探針５１が共通のホルダ部５９で支持されたプローブ６０とすることができ、マルチプローブデバイスとして利用することが可能である。
なお、ホルダ部５９には、各探針５１の結合体３０に導通する共通配線部５０ａが形成されている。これにより、製造時、共通配線部５９ａを利用して各探針５１に対して同時に高周波電圧を印加することができ、カーボンナノチューブ２３を各探針５１の先端部に容易に結合させることができる。
【００８２】
ところで、マルチプローブデバイスとする場合、例えば図２８に示すように、平面基板７１に複数の探針７２がマトリックス状に並んだ状態で形成され、これら各探針７２にカーボンナノチューブ２３が結合されたプローブ７０とすることも可能である。
【００８３】
この場合のプローブ７０の製造方法としては、まず図２７に示すように、シリコン等の基板５５の表面に結合体３０となる金属薄膜７３を蒸着やスパッタ等で形成する。次いで、図２８に示すようにエッチング加工又はＦＩＢ（集束イオンビーム）の照射による加工を行って、金属薄膜７３が形成された側の平面基板７の表面に探針７２をマトリックス状に形成する。これにより、先鋭化された探針７２を一度にマトリックス状に形成することができると共に、探針７２の先端部を結合体３０とすることができる。
【００８４】
その後、図２９に示すように、複数の探針７２が形成された平面基板７１を、向かい合わせにした状態で溶液Ｗ中に浸漬させ、両平面基板７１の間に高周波電圧を印加することで、各探針７２の先端部にカーボンナノチューブ２３を付着させることができると共に、ペプチド３１を介してカーボンナノチューブ２３を結合体３０に強固に結合させることができる。この際、カーボンナノチューブ２３は、向かい合わせに配置されている両平面基板７１の探針７２間に架け渡された状態で束状に形成される。そして、最後にこの架け渡されたカーボンナノチューブ２３の束の略中間部を切断することで、図２６に示すプローブ７０を製造することができ、マルチプローブデバイスとして利用することができる。
【００８５】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００８６】
例えば、上記各実施形態では、ナノチューブとしてカーボンナノチューブ２３を例に挙げて説明したが、この場合に限定されるものではなく、例えばＢＣＮ（炭窒化ホウ素）系ナノチューブや、ＢＮ（窒化・ホウ素）系ナノチューブ等に一般的なナノチューブでも構わない。また、これらのナノチューブに応じて、特異性を有するペプチドを採用すれば良い。
また、上記各実施形態では、選択的結合性物質としてペプチド３１を用いたが、２重特異性を有する物質であればそれ以外ものを採用して構わない。
【符号の説明】
【００８７】
Ｗ…溶液
３、４０、５０、６０、７０…プローブ
２０、５１、７２…探針
２１…レバー部
２２…ホルダ部
２３…カーボンナノチューブ（ナノチューブ）
３０、５２…結合体
３１…ペプチド（選択的結合性物質）
３６…電極
３８…反応物質
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部が先鋭化された探針と、
該探針の先端部に、該探針の延在方向に沿って配向された状態で一端部側が付着されたナノチューブと、を備え、
前記探針の先端部には、該探針とは異なる材料からなる結合体が形成され、
前記ナノチューブは、該ナノチューブ及び前記結合体に対してそれぞれ親和性を有する選択的結合性物質を介して、前記探針に対してさらに化学的結合されていることを特徴とするプローブ。
【請求項２】
請求項１に記載のプローブにおいて、
前記ナノチューブの他端部側には、特定物質に対して反応する反応物質が修飾されていることを特徴とするプローブ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のプローブにおいて、
基端側から先端側に向けて一方向に延在して形成され、基端側が片持ち状に保持されるレバー部を備え、
該レバー部の先端側に前記探針が設けられていることを特徴とするプローブ。
【請求項４】
請求項３に記載のプローブにおいて、
前記レバー部を複数備え、
複数の前記レバー部の基端側をそれぞれ片持ち状に保持する共通のホルダ部を備えていることを特徴とするプローブ。
【請求項５】
先端部が先鋭化された探針と、該探針の先端部に探針の延在方向に沿って配向された状態で一端部側が付着されたナノチューブと、を備えるプローブを製造する方法であって、
前記探針を形成すると共に、該探針の先端部に該探針とは異なる材料で結合体を形成する形成工程と、
前記ナノチューブが分散された溶液中に前記探針及び電極を互いに向かい合うように浸漬させた後、これら探針と電極との間に高周波電圧を印加して、ナノチューブを高周波泳動により移動させると共に、該ナノチューブを該探針の延在方向に沿って配向させながら一端部側を探針の先端部に付着させる結合工程と、を備え、
前記結合工程の際、前記ナノチューブを、前記結合体及び該ナノチューブに対してそれぞれ親和性を有する選択的結合性物質を介して前記探針に対してさらに化学的結合させることを特徴とするプローブの製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載のプローブの製造方法において、
前記結合工程の際、前記ナノチューブを介して前記探針と前記電極との間に流れる電流値の変化、又はナノチューブの抵抗値変化を検出し、その検出結果に基づいて前記高周波電圧の印加を停止することを特徴とするプローブの製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載のプローブの製造方法において、
前記結合工程の際、前記高周波電圧の印加と、前記電流値変化又は前記抵抗値変化の検出と、を交互に行うことを特徴とするプローブの製造方法。
【請求項８】
請求項５から７のいずれか１項に記載のプローブの製造方法において、
前記結合工程後、前記ナノチューブの他端部側に特定物質に対して反応する反応物質を修飾させる修飾工程を備えていることを特徴とするプローブの製造方法。
【請求項９】
請求項５から８のいずれか１項に記載のプローブの製造方法において、
前記結合工程は、
前記選択的結合性物質が予め混入された前記溶液中に前記ナノチューブを分散させ、該ナノチューブに対して選択的結合性物質を化学的結合させておく予備工程と、
前記高周波電圧の印加により前記選択的結合性物質が化学的結合された前記ナノチューブを高周波泳動させ、該ナノチューブの一端部側を前記探針に付着させると同時に、選択的結合性物質を前記結合体に化学的結合させる本工程と、を備えていることを特徴とするプローブの製造方法。
【請求項１０】
請求項５から８のいずれか１項に記載のプローブの製造方法において、
前記結合工程は、
前記ナノチューブに対して前記選択的結合性物質を予め化学的結合させた後、該ナノチューブを前記溶液中に分散させると共に前記探針を該溶液中に浸漬させる予備工程と、
前記高周波電圧の印加により前記選択的結合性物質が化学的結合された前記ナノチューブを高周波泳動させ、該ナノチューブの一端部側を前記探針に付着させると同時に、選択的結合性物質を前記結合体に化学的結合させる本工程と、を備えていることを特徴とするプローブの製造方法。
【請求項１１】
請求項５から８のいずれか１項に記載のプローブの製造方法において、
前記結合工程は、
前記探針の先端部に形成された前記結合体に対して前記選択的結合性物質を予め化学的結合させた後、該探針を前記ナノチューブが分散された前記溶液中に浸漬させる予備工程と、
前記高周波電圧の印加により前記ナノチューブを高周波泳動させ、該ナノチューブの一端部側を前記探針に付着させると同時に、前記結合体に化学的結合された前記選択的結合性物質をナノチューブに化学的結合させる本工程と、を備えていることを特徴とするプローブの製造方法。
【請求項１】
先端部が先鋭化された探針と、
該探針の先端部に、該探針の延在方向に沿って配向された状態で一端部側が付着されたナノチューブと、を備え、
前記探針の先端部には、該探針とは異なる材料からなる結合体が形成され、
前記ナノチューブは、該ナノチューブ及び前記結合体に対してそれぞれ親和性を有する選択的結合性物質を介して、前記探針に対してさらに化学的結合されていることを特徴とするプローブ。
【請求項２】
請求項１に記載のプローブにおいて、
前記ナノチューブの他端部側には、特定物質に対して反応する反応物質が修飾されていることを特徴とするプローブ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のプローブにおいて、
基端側から先端側に向けて一方向に延在して形成され、基端側が片持ち状に保持されるレバー部を備え、
該レバー部の先端側に前記探針が設けられていることを特徴とするプローブ。
【請求項４】
請求項３に記載のプローブにおいて、
前記レバー部を複数備え、
複数の前記レバー部の基端側をそれぞれ片持ち状に保持する共通のホルダ部を備えていることを特徴とするプローブ。
【請求項５】
先端部が先鋭化された探針と、該探針の先端部に探針の延在方向に沿って配向された状態で一端部側が付着されたナノチューブと、を備えるプローブを製造する方法であって、
前記探針を形成すると共に、該探針の先端部に該探針とは異なる材料で結合体を形成する形成工程と、
前記ナノチューブが分散された溶液中に前記探針及び電極を互いに向かい合うように浸漬させた後、これら探針と電極との間に高周波電圧を印加して、ナノチューブを高周波泳動により移動させると共に、該ナノチューブを該探針の延在方向に沿って配向させながら一端部側を探針の先端部に付着させる結合工程と、を備え、
前記結合工程の際、前記ナノチューブを、前記結合体及び該ナノチューブに対してそれぞれ親和性を有する選択的結合性物質を介して前記探針に対してさらに化学的結合させることを特徴とするプローブの製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載のプローブの製造方法において、
前記結合工程の際、前記ナノチューブを介して前記探針と前記電極との間に流れる電流値の変化、又はナノチューブの抵抗値変化を検出し、その検出結果に基づいて前記高周波電圧の印加を停止することを特徴とするプローブの製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載のプローブの製造方法において、
前記結合工程の際、前記高周波電圧の印加と、前記電流値変化又は前記抵抗値変化の検出と、を交互に行うことを特徴とするプローブの製造方法。
【請求項８】
請求項５から７のいずれか１項に記載のプローブの製造方法において、
前記結合工程後、前記ナノチューブの他端部側に特定物質に対して反応する反応物質を修飾させる修飾工程を備えていることを特徴とするプローブの製造方法。
【請求項９】
請求項５から８のいずれか１項に記載のプローブの製造方法において、
前記結合工程は、
前記選択的結合性物質が予め混入された前記溶液中に前記ナノチューブを分散させ、該ナノチューブに対して選択的結合性物質を化学的結合させておく予備工程と、
前記高周波電圧の印加により前記選択的結合性物質が化学的結合された前記ナノチューブを高周波泳動させ、該ナノチューブの一端部側を前記探針に付着させると同時に、選択的結合性物質を前記結合体に化学的結合させる本工程と、を備えていることを特徴とするプローブの製造方法。
【請求項１０】
請求項５から８のいずれか１項に記載のプローブの製造方法において、
前記結合工程は、
前記ナノチューブに対して前記選択的結合性物質を予め化学的結合させた後、該ナノチューブを前記溶液中に分散させると共に前記探針を該溶液中に浸漬させる予備工程と、
前記高周波電圧の印加により前記選択的結合性物質が化学的結合された前記ナノチューブを高周波泳動させ、該ナノチューブの一端部側を前記探針に付着させると同時に、選択的結合性物質を前記結合体に化学的結合させる本工程と、を備えていることを特徴とするプローブの製造方法。
【請求項１１】
請求項５から８のいずれか１項に記載のプローブの製造方法において、
前記結合工程は、
前記探針の先端部に形成された前記結合体に対して前記選択的結合性物質を予め化学的結合させた後、該探針を前記ナノチューブが分散された前記溶液中に浸漬させる予備工程と、
前記高周波電圧の印加により前記ナノチューブを高周波泳動させ、該ナノチューブの一端部側を前記探針に付着させると同時に、前記結合体に化学的結合された前記選択的結合性物質をナノチューブに化学的結合させる本工程と、を備えていることを特徴とするプローブの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【公開番号】特開２０１３−１９７７９（Ｐ２０１３−１９７７９Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５３６５７（Ｐ２０１１−１５３６５７）
【出願日】平成２３年７月１２日（２０１１．７．１２）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）「平成２１年度 独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（ロボット・新機械イノベーションプログラム）「異分野融合型次世代デバイス製造技術開発プロジェクト」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願」
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１２日（２０１１．７．１２）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）「平成２１年度 独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（ロボット・新機械イノベーションプログラム）「異分野融合型次世代デバイス製造技術開発プロジェクト」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願」
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
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