マイクロピラー構造体及びその製造方法
【課題】簡単な構成により先端側から改質度が徐々に変化しているマイクロピラー構造体及びその製造方法を提供する。
【解決手段】マイクロピラー構造体１０は、基板１１と基板１１の表面に形成された複数本のマイクロピラー１２とから成り、マイクロピラー１２の表面特性は、マイクロピラー１２の先端側から根元方向に向かって改質度が低下するように改質されている。マイクロピラー構造体１０は、基板１１の表面に複数本のマイクロピラー１２を形成して、マイクロピラー１２の表面における先端側から根元方向に向かって改質度が低下するように、波長１７２ｎｍ以下の真空紫外線を照射することによって形成することができる。
【解決手段】マイクロピラー構造体１０は、基板１１と基板１１の表面に形成された複数本のマイクロピラー１２とから成り、マイクロピラー１２の表面特性は、マイクロピラー１２の先端側から根元方向に向かって改質度が低下するように改質されている。マイクロピラー構造体１０は、基板１１の表面に複数本のマイクロピラー１２を形成して、マイクロピラー１２の表面における先端側から根元方向に向かって改質度が低下するように、波長１７２ｎｍ以下の真空紫外線を照射することによって形成することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロピラー構造体及びその製造方法に関する。さらに、詳しくは、基板の表面に形成された複数本のマイクロピラーから成るマイクロピラー構造体及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、化学反応用のマイクロ流路や細胞培養等で使用されるマイクロピラー構造体（特許文献１参照）は、例えば図１０に示すように構成されている。
図１０に示すように、マイクロピラー構造体５１は、基板５２と、この基板５２の表面に形成された複数本のマイクロピラー５３と、から構成されている。
ここで、個々のマイクロピラー５３は、基板５２の表面に対して、例えばナノインプリント法等により成形されており、基板５２と同じ材料から構成されている。
【０００３】
このような構成のマイクロピラー構造体５１によれば、表面に例えば細胞培養のための培養液５４を付着させた状態で保持することができると共に、個々のマイクロピラー５３の先端を細胞に当接させて、細胞を培養することができる。
【０００４】
ところで、上述したマイクロピラー構造体５１は、基板５２及びマイクロピラー５３が同じ材料から形成されており、表面における親水性がほぼ一様である。
従って、培養液５４を付着させたとき、図１０において、反応液５４は、マイクロピラー５３の間の間隙内に侵入し、基板５２の表面まで均一に分布することになる。
このため、個々のマイクロピラー５３の先端を細胞に当接させたとき、マイクロピラー５３の間の間隙内で基板５２の表面付近に位置する培養液５４は、離反しにくくなり、残存してしまうことがある。これにより、細胞を培養するための培養液５４の量が少なくなって、正しい量の培養液５４の投与を行うことができなくなってしまう。
【０００５】
これに対して、特許文献２には、細胞を培養するための微小突起物集合体に紫外線を照射することにより、微小突起物集合体の表面を親水化又は疎水化した背景技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−５５５５６号公報
【特許文献２】特開２００５−３１２３４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１によるマイクロピラー構造体５１においては、基板５２及びマイクロピラー５３は一様な親水性を有しているので、基板５２及びマイクロピラー５３には培養液５４が均一に付着することになる。このため、マイクロピラー５３の間の間隙内で基板５２の表面付近に位置する培養液５４が離反しにくくなり、残存してしまうことがある。
【０００８】
特許文献２では、紫外線を照射することにより、マイクロピラー構造体のマイクロピラーの表面及び基板の表面に親水性又は疎水性に改質することが開示されている。
しかしながら、このような紫外線の照射では、マイクロピラーの表面及び基板表面の全体の改質を行うことは可能であるが、これらの表面を部分的に改質することはできない。従って、前述した親水性による培養液の付着を表面部分の位置に応じて変化させることはできなかった。
【０００９】
さらに、このようなマイクロピラー構造体においては、上述した親水性だけでなく、例えば反射特性等の他の表面特性についても、マイクロピラーの表面及び基板表面の全体が均一な特性を有することになる。
しかしながら、マイクロピラー構造体の種々の用途によっては、このような全体が均一な表面特性では好ましくないことがある。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑み、簡単な構成により先端側から改質度が徐々に変化しているマイクロピラー構造体及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記第１の目的を達成するため、本発明のマイクロピラー構造体は、基板と基板の表面に形成された複数本のマイクロピラーとから成るマイクロピラー構造体であって、マイクロピラーの表面特性は、マイクロピラーの先端側から根元方向に向かって改質度が低下するように改質されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の第二の構成によるマイクロピラー構造体は、基板と、基板の表面に形成された複数本のマイクロピラーと、マイクロピラーの表面に形成されたコーティング層と、から成るマイクロピラー構造体であって、コーティング層の表面特性は、マイクロピラーの先端側から根元方向に向かって改質度が低下するように改質されていることを特徴とする。
【００１３】
上記構成において、マイクロピラーの表面又はコーティング層は、好ましくは、少なくとも酸素が存在する雰囲気中で先端側から真空紫外線が照射されることによって、親水性，付着性，反射特性等の表面特性が改質されている。この雰囲気は大気とすることができる。
上記構成によれば、例えば波長１７２ｎｍ以下の真空紫外線が大気雰囲気中を進んだとき、大気中の酸素分子に吸収され、光源からの距離に対応して光量が減衰することを利用して、マイクロピラーの先端側から波長１７２ｎｍ以下の真空紫外線を照射する。
これにより、マイクロピラーの表面領域又はコーティング層においては、先端側から照射される真空紫外線の光量が根元方向に向かって徐々に低下し、これに伴って紫外線照射による表面特性の改質度も根元方向に向かって徐々に低下する。
【００１４】
この場合、真空紫外線の照射によって、マイクロピラーの表面領域又はコーティング層は、根元方向に向かって光源からの距離の差に基づいて、真空紫外線の照射光量が徐々に低下する。
これにより、マイクロピラーは、その長手方向に関して先端からの距離に応じて表面領域又はコーティング層の改質度が変化し、例えば親水性や反射特性等の表面特性が変化する。例えば、マイクロピラー構造体により培養液を保持する場合、マイクロピラーの先端側がより強い親水性を備えることによって、マイクロピラー構造体の表面付近に培養液が残存するようなことがなく、容易に離反するので、培養液の取り出しを容易に行うことができる。
【００１５】
上記第２の目的を達成するため、本発明のマイクロピラー構造体の製造方法は、基板の表面に複数本のマイクロピラーを形成して、マイクロピラー構造体を構成する第一の段階と、マイクロピラー構造体のマイクロピラーの表面における先端側から根元方向に向かって改質度が低下するように、マイクロピラーの表面特性を改質する第二の段階と、を含んでいることを特徴とする。
上記構成において、第一の段階で形成されるマイクロピラーを、０．１ｍｍ以上の高さとし、第二の段階で、マイクロピラーの先端側から１ｃｍ以内の距離で波長１７２ｎｍ以下の真空紫外線を照射することによってマイクロピラーの表面特性を改質してもよい。
第二の段階で、少なくとも酸素が存在する雰囲気中で真空紫外線の照射によって、マイクロピラーの表面特性として親水性を改質してもよい。この雰囲気は大気とすることができる。
【００１６】
本発明の第二の構成によるマイクロピラー構造体の製造方法は、基板の表面に複数本のマイクロピラーを形成して、マイクロピラー構造体を構成する第一の段階と、マイクロピラー構造体の少なくともマイクロピラーの表面に、所定の表面特性を有するコーティング膜を形成する第二の段階と、マイクロピラーの表面に形成されたコーティング層の先端側から根元方向に向かって改質度が低下するように、コーティング層の表面特性を改質する第三の段階と、を含んでいることを特徴とする。
上記構成において、第一の段階で形成されるマイクロピラーを、０．１ｍｍ以上の高さとし、第三の段階で、マイクロピラー構造体のマイクロピラーの先端側から１ｃｍ以内の距離で波長１７２ｎｍ以下の真空紫外線を照射することによって、コーティング層の表面特性を改質してもよい。
第三の段階で、少なくとも酸素が存在する雰囲気中で真空紫外線の照射によって、コーティング層の表面特性として反射特性，付着性等を改質してもよい。この雰囲気は大気とすることができる。
【００１７】
上記構成において、第一の段階で、基板上に樹脂層を形成し、樹脂層のパターンエッチングによってマイクロピラーを形成してもよい。
第一の段階で、Ｓｉからなる基板上にポリイミド層を形成し、ポリイミド層をパターンエッチングすることによってマイクロピラーを形成してもよい。
第一の段階で、リソグラフィ法によって作製されパターン転写された金型を使用して、マイクロピラーを、射出成形法によって樹脂成形してもよい。
第一の段階で、基板及びマイクロピラーを、ＰＭＭＡから形成してもよい。
第一の段階で、光造形法によって作製されパターン転写された金型を使用し、樹脂からなる基板にナノインプリント法によってマイクロピラーを形成してもよい。
第一の段階で、ＰＭＭＡからなる基板にナノインプリント法によってマイクロピラーを形成してもよい。
【００１８】
上記構成によれば、マイクロピラーの先端側から根元方向に向かって改質度が低下するようなマイクロピラー構造体を、容易に製造することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のマイクロピラー構造体によれば、簡単な構成でマイクロピラーの先端側から改質度が徐々に変化しているマイクロピラー構造体を提供することができる。
【００２０】
本発明のマイクロピラー構造体の製造方法によれば、マイクロピラーの先端側から改質度が徐々に変化するマイクロピラー構造体を、容易に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。各図において同一又は対応する部材には同一符号を用いる。
（第一の実施形態）
図１は、本発明により形成されたマイクロピラー構造体の第一の実施形態の構成を示す模式的な断面図である。
図１において、マイクロピラー構造体１０は、基板１１と、この基板１１の表面に形成された複数本のマイクロピラー１２と、から構成されている。
【００２２】
基板１１は、例えば樹脂材料から構成されており、平板状に形成されている。
ここで、基板１１の材料としては、表面にマイクロピラー１２を備えることができれば、如何なる材料でもよい。
【００２３】
マイクロピラー１２は、基板１１の表面に対してほぼ垂直に且つ互いにほぼ平行に延びるように形成されており、基板１１と同じ材料又は基板１１とは異なる材料で構成されている。基板１１としては、Ｓｉやガラス等のような無機材料や樹脂基板を用いることができる。基板１１の樹脂材料としては、ポリイミド，ＰＭＭＡ（アクリル樹脂），ＰＳ（ポリスチレン），ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）,ＰＬＡ（ポリ乳酸），ＰＣ（ポリカーボネート），ＣＯＰ（環状ポリオレフィン）等を用いることができる。マイクロピラー１２の材料としては、基板１１の材料と同じ材質でも異なる材料でもよく、基本的には特に制約はない。
ここで、マイクロピラー１２は、四角柱，多角柱，円柱等の柱状又は四角錐，多角錐，円錐等の錐状の形状を有しており、０．１ｍｍ以上の高さを有している。
【００２４】
図２は、図１のマイクロピラー構造体１０における真空紫外線の照射によるマイクロピラー表面の改質状態を示す概略断面図である。
図２に示すように、マイクロピラー１２の先端側の直上から少なくとも酸素を含む雰囲気中において真空紫外線（Ｖａｃｃｕｍ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ、ＶＵＶと呼ばれている）が照射される。少なくとも酸素を含む雰囲気としては、大気を用いることができる。より具体的には、波長１７２ｎｍの真空紫外線が、マイクロピラー１２の先端の上方１ｃｍ以内の距離から照射されることによって、表面特性としての親水性等が改質されている。これは、真空紫外線照射によって、マイクロピラー１２を構成する材料中の−Ｃ−Ｈ結合が切れて、−Ｃ−ＯＯＨのような親水性の基ができるためと推察される。
ここで、マイクロピラー１２の材料は、真空紫外線の照射によって親水性が増大するような材料が選定されている。
【００２５】
ここで、真空紫外線は大気中を進むにつれて、大気中の酸素に吸収され減衰することが知られている。そして真空紫外線の透過距離と減衰率は、酸素に対する真空紫外線の吸収係数の大きさによって決まる。即ち、Ｉ０ を放射強度（ｍＷ／ｃｍ２ ），ｐを大気中の酸素分圧（ａｔｍ），αを吸収係数（／ａｔｍ・ｃｍ）とすると、放射強度Ｉ０ の光源からＬｃｍの距離にある真空紫外線の放射強度Ｉは、下記（１）式で表わされる。
Ｉ＝Ｉ0 ×ｅｘｐ（−ｐαＬ／１００） （１）
【００２６】
従って、高さ０．１ｍｍ以上のマイクロピラー１２に対して、先端側から波長１７２ｎｍ以下の真空紫外線が照射されると、マイクロピラー１２の表面領域に関して、先端と根元では、照射光量が異なる。これにより、マイクロピラー１２の表面領域への真空紫外線の照射による改質度即ち親水性等が、先端側から根元方向に向かって徐々に低下することになる。
【００２７】
図３は、図１のマイクロピラー構造体１０における親水性の改質による培養液１３の付着状態を示す概略断面図である。
図３に示すように、マイクロピラー１２の先端に培養液１３を付着させた場合、マイクロピラー１２の表面領域の先端側で最も高い親水性を有していることから、培養液１３は、マイクロピラー１２の先端付近では多く付着するが、根元方向に向かって徐々に付着する量が減少し、マイクロピラー１２の間の間隙内に培養液１３が進入しにくくなり、基板１１の表面付近では培養液１３は殆ど付着しない。
従って、培養液１３をマイクロピラー構造体１０から取り出す場合、培養液１３が容易にマイクロピラー１２から離反し、マイクロピラー１２の間の間隙内や基板１１の表面には、培養液１３が残存しないようになる。
【００２８】
（第一の実施形態の製造方法）
図４は、上述したマイクロピラー構造体１０の製造方法の一例を示している。
まずステップＳＴ１において、マイクロピラー構造体１０の基板１１及びマイクロピラー１２即ち柱状微小構造体が形成される。
【００２９】
続いて、ステップＳＴ２において、マイクロピラー構造体１０のマイクロピラー１２の上方から図２に示すように１７２ｎｍ以下の真空紫外線が照射される。
ここで、真空紫外線の照射は、大気中で行われるが、酸素や窒素等の任意のガス雰囲気中で行うことも可能である。
これにより、マイクロピラー１２の表面領域は、真空紫外線の照射によって先端側から徐々に真空紫外線照射による改質度が低下するように改質され、親水性が高められる。
さらに、改質に伴って、マイクロピラー１２の表面への選択的な吸着や表面張力の低下による毛細管現象の発生等によって、選択的且つ特異な機能が得られることになる。
【００３０】
図５は、図１のマイクロピラー構造体１０における真空紫外線の照射距離及びマイクロピラー１２の高さを変化させた場合のマイクロピラー先端及び底部の光量差の変動を示す図である。
図５に示すように、前述した（１）式において、例えばエキシマランプを使用して、波長１７２ｎｍの真空紫外線をマイクロピラー１２の直上から大気中で照射する場合に、例えばマイクロピラー１２の先端からエキシマランプまでの距離Ｌ（ｃｍ）を０，０．１，０．２，０．８，１ｃｍとしたとき、マイクロピラー１２の先端における光量Ｉ（ｍＷ／ｃｍ２ ）は、５０．００，３７．０４，２７．４４，４．５４，２．４９ｍＷ／ｃｍ２ となる。
ここで、高さ０．３ｍｍのマイクロピラー１２では、その底部（根元）における光量Ｉ１（ｍＷ／ｃｍ２ ）は、４５．７０，３３．８５，２５．０８，４．１５，２．２８ｍＷ／ｃｍ２ となる。従って、各距離Ｌにおけるマイクロピラー１２の先端と底部との光量差（Ｉ−Ｉ１）は、それぞれ４．３０，３．１９，２．３８，０．３９，０．２１ｍＷ／ｃｍ２ となる。
また、高さ０．１ｍｍのマイクロピラー１２では、その底部（根元）における光量Ｉ２（ｍＷ／ｃｍ２ ）は、４８．５２，３５．９５，２６．６３，４．４０，２．４２ｍＷ／ｃｍ２ となる。従って、各距離Ｌにおけるマイクロピラー１２の先端と底部との光量差（Ｉ−Ｉ２）は、それぞれ１．４８，１．０９，０．８１，０．１３，０．０７ｍＷ／ｃｍ２ となる。
【００３１】
図６は、波長１７２ｎｍ及び１８５ｎｍの真空紫外線の大気中における減衰特性を示している。図６の横軸は透過距離（ｍｍ）であり、縦軸は光強度比（％）である。
図６から明らかなように、特に、波長が１７２ｎｍの真空紫外線は、大気中での減衰が大きく、例えば距離８ｍｍで約１０％の強度になることが分かる。
【００３２】
また、真空紫外線の照射は、酸素を含む雰囲気である大気中でエキシマランプを使用することによって行われる。
図７は、大気中におけるマイクロピラー構造体１０へのエキシマランプによる真空紫外線の照射時間と、マイクロピラー構造体１０における純水との接触角の関係を示す図である。図７の横軸はエキシマランプの照射時間（秒）であり、縦軸は純水の接触角（°）である。符号Ａは、エキシマランプを距離３ｍｍの位置に配置した場合、符号Ｂは、エキシマランプを距離１．３ｍｍの位置に配置した場合、そして符号Ｃは、参考として低圧水銀ランプを距離３０ｍｍの位置に配置した場合を示している。
接触角はマイクロピラー構造体１０の親水性を示すものであり、図７から明らかなように、特に符号Ｂで示すように、エキシマランプを距離１．３ｍｍの位置に配置して真空紫外線を照射した場合に、親水性が効果的に改質されることが分かる。
【実施例１】
【００３３】
上述したマイクロピラー構造体１０は、具体的には以下のようにして形成される。
まず、実施例１では、Ｓｉウェハー１１上に３００μｍ厚のポリイミド層を塗工し、その上にフォトレジスト層を形成し、フォトリソグラフィー法によってマイクロピラー１２のパターンを形成した後、酸素プラズマ等のドライエッチングによってポリイミド層を除去する。これにより、例えば底辺１００μｍ，高さ３００μｍのポリイミド層からなる四角柱状のマイクロピラー１２が８００本／ｃｍ２ で配列したマイクロピラー構造体１０が得られた。
【実施例２】
【００３４】
実施例２では、実施例１のマイクロピラー構造体１０と同じ形状のマスターをＸ線リソグラフィー法によって作製した。このマスターに対して、例えば厚さ２ｍｍでＮｉ電鋳によってマイクロピラー１２のパターンを転写した金型を作製した。この金型を使用して、マイクロ射出成形法によって、ＰＭＭＡからなるマイクロピラー１２を作製し、マイクロピラー構造体１０を得た。
【実施例３】
【００３５】
実施例３では、底辺１００μｍ，高さ３００μｍの円錐形マイクロピラー１２が８００本／ｃｍ２ で配列した構造体と同じ形状のマスターをマイクロ光造形法によって作製し、このマスターに対して、例えば厚２ｍｍでＮｉ電鋳によってマイクロピラーのパターンを転写した金型を作製した。この金型を使用して、ＰＭＭＡ基板１１に熱ナノインプリント法によって、マイクロピラー構造体１０を作製した。
【００３６】
これらの実施例１〜３のマイクロピラー構造体１０について、それぞれ波長１７２ｎｍの真空紫外線エキシマランプによって、光源からマイクロピラー１２の先端までの距離を２ｍｍ，処理時間２秒として、紫外線照射処理を行った。
【００３７】
（比較例１〜３）
比較例１〜３として、それぞれ上述した各実施例１〜３において真空紫外線照射処理を行わないものを作製した。
【００３８】
実施例１〜３及び比較例１〜３による各マイクロピラー構造体１０に関して、染料（Ｍｉｔｓｕｉ Ａｃｉｄ Ｆａｓｔ Ｙｅｌｌｏｗ ＧＲ）を１％含む染料入り水溶液を、滴下して、染色状態を観察した。
実施例１〜３では、マイクロピラー１２の部分のみが染色された様子が観察された。これは、真空紫外線照射によってマイクロピラー１２の部分のみが改質され、親水性が高められると共に、基板１１の表面は真空紫外線が照射されず、親水性が高められなかったためであると考えられる。
これに対して、比較例１〜３では、マイクロピラー１２及び基板１１の表面共に染色されていた。これは、マイクロピラー１２及び基板１１の表面全体が同じ親水度を有していることを表わしている。
このようにして、１７２ｎｍの真空真空紫外線の照射によるマイクロピラー構造体１０におけるマイクロピラー１２の表面領域のみの選択的な改質を行うことが可能であり、マイクロピラー１２の表面領域の親水性が高められることが確認された。
【００３９】
（第二の実施形態）
図８は、マイクロピラー構造体の第二の実施形態の構成を示す模式的な断面図である。
図８において、マイクロピラー構造体２０は、基板１１と、この基板１１の表面に形成された複数本のマイクロピラー１２と、マイクロピラー１２及び基板１１の表面に形成されたコーティング層２１と、から構成されている。
【００４０】
基板１１及びマイクロピラー１２は、図１に示したマイクロピラー構造体１０における基板１１及びマイクロピラー１２と同じ構成であるので、その説明を省略する。
なお、この場合、マイクロピラー１２の表面領域はコーティング層２１によって覆われるので、材料としては、任意の材料、好ましくはコーティング層２１の付着性の良好な材料から構成される。
【００４１】
コーティング層２１は、基板１１及びマイクロピラー１２の表面全体に亘って、結晶成長あるいはスパッタリング法等の適宜の方法によって、例えば厚さ０．１μｍから１μｍに形成されている。コーティング層２１は、図示の場合、基板１１及びマイクロピラー１２の表面全体に形成されているが、これに限らず、マイクロピラー１２の表面領域にのみ形成されていてもよい。コーティング層２１は、その材料や表面形状によって固有の表面特性、例えば反射特性，付着性，吸着性等を備えていると共に、真空紫外線照射によってその表面特性が改質され、その改質度が真空紫外線照射光量に応じて変化する。
ここで、コーティング層２１の材料としては、例えばパーヒドロポリシラザン、ポリビニルアルコール、ＴｉＯ２ゲル膜等が使用される。
【００４２】
これにより、高さ０．１ｍｍ以上のマイクロピラー１２に対して、先端側から波長１７２ｎｍ以下の真空紫外線が照射されると、マイクロピラー１２の表面に形成されたコーティング層２１に関して、先端と根元では、照射光量が異なる。このため、コーティング層２１の表面領域の真空紫外線の照射による表面特性の改質度が、先端側から根元方向に向かって徐々に低下することになる。
従って、表面特性の改質によって、反射特性あるいは付着性，吸着性がマイクロピラー１２の先端から根元方向に向かって徐々に低下又は上昇する。
【００４３】
（第二の実施形態の製造方法）
図９は、上述したマイクロピラー構造体２０の製造方法の一例を示している。
まずステップＳＴ１１において、マイクロピラー構造体２０の基板１１及びマイクロピラー１２即ち柱状微小構造体が形成される。
次に、ステップＳＴ１２において、基板１１及びマイクロピラー１２の表面全体に亘って、コーティング層２１が形成される。
【００４４】
最後に、ステップＳＴ１３において、マイクロピラー構造体２０のマイクロピラー１２の上方から１７２ｎｍ以下の真空紫外線が照射される。
これにより、マイクロピラー１２の表面に形成されたコーティング層２１は、真空紫外線の照射によってマイクロピラー１２の先端側から根元方向に向かって徐々に紫外線照射による改質度が低下するように、例えば反射特性，付着性又は吸着性が変化する。
【００４５】
このような構成のマイクローラー構造体２０によれば、コーティング層２１による表面特性が真空紫外線の照射によって改質され、その改質度がマイクロピラー１２の先端側から根元方向に向かって徐々に低下する勾配を有している。
従って、マイクロピラー１２の表面領域における先端側から根元方向への改質度の勾配によって、表面特性による機能が徐々に変化するので、特異な機能が得られることになる。
【００４６】
上述した実施形態においては、マイクロピラー１２の表面領域が真空紫外線の照射によって親水性が改質され、またコーティング層２１の表面領域が真空紫外線の照射によって反射特性，付着性又は吸着性等の表面特性が改質されるようになっているが、これに限らず、他の表面特性が改質されるようにしてもよいことは明らかである。
【００４７】
本発明に係るマイクロピラー構造体１０，２０は、真空紫外線の照射によって、マイクロピラー１２又はマイクロピラー１２の表面に被覆したコーティング層２１に表面のみを先端から根元方向に向かって改質度を低減させることができるので、親水性だけでなく、反射特性，付着性，吸着性等の特異な機能性をマイクロピラー１２やコーティング層２１の表面に付与することができる。
【００４８】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、例えば、マイクロピラー１２の形状は、柱状又は錐状であれば任意の形状を有していてもよい。
さらに、マイクロピラー構造体１０，２０の作製方法も前述した実施例１〜３による方法だけでなく、他の任意の方法で作製することも可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明により形成されたマイクロピラー構造体の第一の実施形態の構成を示す模式的な断面図である。
【図２】図１のマイクロピラー構造体における真空紫外線の照射によるマイクロピラー表面の改質状態を示す概略断面図である。
【図３】図１のマイクロピラー構造体における親水性の改質による培養液の付着状態を示す概略断面図である。
【図４】図１のマイクロピラー構造体の製造方法を示すフローチャートである。
【図５】図１のマイクロピラー構造体における真空紫外線の照射距離及びマイクロピラーの高さを変化させた場合のマイクロピラー先端及び底部の光量差の変動を示す図である。
【図６】真空紫外線の大気中による減衰特性を示すグラフである。
【図７】大気中におけるマイクロピラー構造体へのエキシマランプによる真空紫外線の照射時間と、マイクロピラー構造体における純水との接触角の関係を示す図である。
【図８】マイクロピラー構造体の第二の実施形態の構成を示す模式的な断面図である。
【図９】図８のマイクロピラー構造体の製造方法を示すフローチャートである。
【図１０】従来のマイクロピラー構造体の構成を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０，２０：マイクロピラー構造体
１１：基板
１２：マイクロピラー
１３：培養液
２１：コーティング層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロピラー構造体及びその製造方法に関する。さらに、詳しくは、基板の表面に形成された複数本のマイクロピラーから成るマイクロピラー構造体及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、化学反応用のマイクロ流路や細胞培養等で使用されるマイクロピラー構造体（特許文献１参照）は、例えば図１０に示すように構成されている。
図１０に示すように、マイクロピラー構造体５１は、基板５２と、この基板５２の表面に形成された複数本のマイクロピラー５３と、から構成されている。
ここで、個々のマイクロピラー５３は、基板５２の表面に対して、例えばナノインプリント法等により成形されており、基板５２と同じ材料から構成されている。
【０００３】
このような構成のマイクロピラー構造体５１によれば、表面に例えば細胞培養のための培養液５４を付着させた状態で保持することができると共に、個々のマイクロピラー５３の先端を細胞に当接させて、細胞を培養することができる。
【０００４】
ところで、上述したマイクロピラー構造体５１は、基板５２及びマイクロピラー５３が同じ材料から形成されており、表面における親水性がほぼ一様である。
従って、培養液５４を付着させたとき、図１０において、反応液５４は、マイクロピラー５３の間の間隙内に侵入し、基板５２の表面まで均一に分布することになる。
このため、個々のマイクロピラー５３の先端を細胞に当接させたとき、マイクロピラー５３の間の間隙内で基板５２の表面付近に位置する培養液５４は、離反しにくくなり、残存してしまうことがある。これにより、細胞を培養するための培養液５４の量が少なくなって、正しい量の培養液５４の投与を行うことができなくなってしまう。
【０００５】
これに対して、特許文献２には、細胞を培養するための微小突起物集合体に紫外線を照射することにより、微小突起物集合体の表面を親水化又は疎水化した背景技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−５５５５６号公報
【特許文献２】特開２００５−３１２３４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１によるマイクロピラー構造体５１においては、基板５２及びマイクロピラー５３は一様な親水性を有しているので、基板５２及びマイクロピラー５３には培養液５４が均一に付着することになる。このため、マイクロピラー５３の間の間隙内で基板５２の表面付近に位置する培養液５４が離反しにくくなり、残存してしまうことがある。
【０００８】
特許文献２では、紫外線を照射することにより、マイクロピラー構造体のマイクロピラーの表面及び基板の表面に親水性又は疎水性に改質することが開示されている。
しかしながら、このような紫外線の照射では、マイクロピラーの表面及び基板表面の全体の改質を行うことは可能であるが、これらの表面を部分的に改質することはできない。従って、前述した親水性による培養液の付着を表面部分の位置に応じて変化させることはできなかった。
【０００９】
さらに、このようなマイクロピラー構造体においては、上述した親水性だけでなく、例えば反射特性等の他の表面特性についても、マイクロピラーの表面及び基板表面の全体が均一な特性を有することになる。
しかしながら、マイクロピラー構造体の種々の用途によっては、このような全体が均一な表面特性では好ましくないことがある。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑み、簡単な構成により先端側から改質度が徐々に変化しているマイクロピラー構造体及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記第１の目的を達成するため、本発明のマイクロピラー構造体は、基板と基板の表面に形成された複数本のマイクロピラーとから成るマイクロピラー構造体であって、マイクロピラーの表面特性は、マイクロピラーの先端側から根元方向に向かって改質度が低下するように改質されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の第二の構成によるマイクロピラー構造体は、基板と、基板の表面に形成された複数本のマイクロピラーと、マイクロピラーの表面に形成されたコーティング層と、から成るマイクロピラー構造体であって、コーティング層の表面特性は、マイクロピラーの先端側から根元方向に向かって改質度が低下するように改質されていることを特徴とする。
【００１３】
上記構成において、マイクロピラーの表面又はコーティング層は、好ましくは、少なくとも酸素が存在する雰囲気中で先端側から真空紫外線が照射されることによって、親水性，付着性，反射特性等の表面特性が改質されている。この雰囲気は大気とすることができる。
上記構成によれば、例えば波長１７２ｎｍ以下の真空紫外線が大気雰囲気中を進んだとき、大気中の酸素分子に吸収され、光源からの距離に対応して光量が減衰することを利用して、マイクロピラーの先端側から波長１７２ｎｍ以下の真空紫外線を照射する。
これにより、マイクロピラーの表面領域又はコーティング層においては、先端側から照射される真空紫外線の光量が根元方向に向かって徐々に低下し、これに伴って紫外線照射による表面特性の改質度も根元方向に向かって徐々に低下する。
【００１４】
この場合、真空紫外線の照射によって、マイクロピラーの表面領域又はコーティング層は、根元方向に向かって光源からの距離の差に基づいて、真空紫外線の照射光量が徐々に低下する。
これにより、マイクロピラーは、その長手方向に関して先端からの距離に応じて表面領域又はコーティング層の改質度が変化し、例えば親水性や反射特性等の表面特性が変化する。例えば、マイクロピラー構造体により培養液を保持する場合、マイクロピラーの先端側がより強い親水性を備えることによって、マイクロピラー構造体の表面付近に培養液が残存するようなことがなく、容易に離反するので、培養液の取り出しを容易に行うことができる。
【００１５】
上記第２の目的を達成するため、本発明のマイクロピラー構造体の製造方法は、基板の表面に複数本のマイクロピラーを形成して、マイクロピラー構造体を構成する第一の段階と、マイクロピラー構造体のマイクロピラーの表面における先端側から根元方向に向かって改質度が低下するように、マイクロピラーの表面特性を改質する第二の段階と、を含んでいることを特徴とする。
上記構成において、第一の段階で形成されるマイクロピラーを、０．１ｍｍ以上の高さとし、第二の段階で、マイクロピラーの先端側から１ｃｍ以内の距離で波長１７２ｎｍ以下の真空紫外線を照射することによってマイクロピラーの表面特性を改質してもよい。
第二の段階で、少なくとも酸素が存在する雰囲気中で真空紫外線の照射によって、マイクロピラーの表面特性として親水性を改質してもよい。この雰囲気は大気とすることができる。
【００１６】
本発明の第二の構成によるマイクロピラー構造体の製造方法は、基板の表面に複数本のマイクロピラーを形成して、マイクロピラー構造体を構成する第一の段階と、マイクロピラー構造体の少なくともマイクロピラーの表面に、所定の表面特性を有するコーティング膜を形成する第二の段階と、マイクロピラーの表面に形成されたコーティング層の先端側から根元方向に向かって改質度が低下するように、コーティング層の表面特性を改質する第三の段階と、を含んでいることを特徴とする。
上記構成において、第一の段階で形成されるマイクロピラーを、０．１ｍｍ以上の高さとし、第三の段階で、マイクロピラー構造体のマイクロピラーの先端側から１ｃｍ以内の距離で波長１７２ｎｍ以下の真空紫外線を照射することによって、コーティング層の表面特性を改質してもよい。
第三の段階で、少なくとも酸素が存在する雰囲気中で真空紫外線の照射によって、コーティング層の表面特性として反射特性，付着性等を改質してもよい。この雰囲気は大気とすることができる。
【００１７】
上記構成において、第一の段階で、基板上に樹脂層を形成し、樹脂層のパターンエッチングによってマイクロピラーを形成してもよい。
第一の段階で、Ｓｉからなる基板上にポリイミド層を形成し、ポリイミド層をパターンエッチングすることによってマイクロピラーを形成してもよい。
第一の段階で、リソグラフィ法によって作製されパターン転写された金型を使用して、マイクロピラーを、射出成形法によって樹脂成形してもよい。
第一の段階で、基板及びマイクロピラーを、ＰＭＭＡから形成してもよい。
第一の段階で、光造形法によって作製されパターン転写された金型を使用し、樹脂からなる基板にナノインプリント法によってマイクロピラーを形成してもよい。
第一の段階で、ＰＭＭＡからなる基板にナノインプリント法によってマイクロピラーを形成してもよい。
【００１８】
上記構成によれば、マイクロピラーの先端側から根元方向に向かって改質度が低下するようなマイクロピラー構造体を、容易に製造することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のマイクロピラー構造体によれば、簡単な構成でマイクロピラーの先端側から改質度が徐々に変化しているマイクロピラー構造体を提供することができる。
【００２０】
本発明のマイクロピラー構造体の製造方法によれば、マイクロピラーの先端側から改質度が徐々に変化するマイクロピラー構造体を、容易に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。各図において同一又は対応する部材には同一符号を用いる。
（第一の実施形態）
図１は、本発明により形成されたマイクロピラー構造体の第一の実施形態の構成を示す模式的な断面図である。
図１において、マイクロピラー構造体１０は、基板１１と、この基板１１の表面に形成された複数本のマイクロピラー１２と、から構成されている。
【００２２】
基板１１は、例えば樹脂材料から構成されており、平板状に形成されている。
ここで、基板１１の材料としては、表面にマイクロピラー１２を備えることができれば、如何なる材料でもよい。
【００２３】
マイクロピラー１２は、基板１１の表面に対してほぼ垂直に且つ互いにほぼ平行に延びるように形成されており、基板１１と同じ材料又は基板１１とは異なる材料で構成されている。基板１１としては、Ｓｉやガラス等のような無機材料や樹脂基板を用いることができる。基板１１の樹脂材料としては、ポリイミド，ＰＭＭＡ（アクリル樹脂），ＰＳ（ポリスチレン），ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）,ＰＬＡ（ポリ乳酸），ＰＣ（ポリカーボネート），ＣＯＰ（環状ポリオレフィン）等を用いることができる。マイクロピラー１２の材料としては、基板１１の材料と同じ材質でも異なる材料でもよく、基本的には特に制約はない。
ここで、マイクロピラー１２は、四角柱，多角柱，円柱等の柱状又は四角錐，多角錐，円錐等の錐状の形状を有しており、０．１ｍｍ以上の高さを有している。
【００２４】
図２は、図１のマイクロピラー構造体１０における真空紫外線の照射によるマイクロピラー表面の改質状態を示す概略断面図である。
図２に示すように、マイクロピラー１２の先端側の直上から少なくとも酸素を含む雰囲気中において真空紫外線（Ｖａｃｃｕｍ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ、ＶＵＶと呼ばれている）が照射される。少なくとも酸素を含む雰囲気としては、大気を用いることができる。より具体的には、波長１７２ｎｍの真空紫外線が、マイクロピラー１２の先端の上方１ｃｍ以内の距離から照射されることによって、表面特性としての親水性等が改質されている。これは、真空紫外線照射によって、マイクロピラー１２を構成する材料中の−Ｃ−Ｈ結合が切れて、−Ｃ−ＯＯＨのような親水性の基ができるためと推察される。
ここで、マイクロピラー１２の材料は、真空紫外線の照射によって親水性が増大するような材料が選定されている。
【００２５】
ここで、真空紫外線は大気中を進むにつれて、大気中の酸素に吸収され減衰することが知られている。そして真空紫外線の透過距離と減衰率は、酸素に対する真空紫外線の吸収係数の大きさによって決まる。即ち、Ｉ０ を放射強度（ｍＷ／ｃｍ２ ），ｐを大気中の酸素分圧（ａｔｍ），αを吸収係数（／ａｔｍ・ｃｍ）とすると、放射強度Ｉ０ の光源からＬｃｍの距離にある真空紫外線の放射強度Ｉは、下記（１）式で表わされる。
Ｉ＝Ｉ0 ×ｅｘｐ（−ｐαＬ／１００） （１）
【００２６】
従って、高さ０．１ｍｍ以上のマイクロピラー１２に対して、先端側から波長１７２ｎｍ以下の真空紫外線が照射されると、マイクロピラー１２の表面領域に関して、先端と根元では、照射光量が異なる。これにより、マイクロピラー１２の表面領域への真空紫外線の照射による改質度即ち親水性等が、先端側から根元方向に向かって徐々に低下することになる。
【００２７】
図３は、図１のマイクロピラー構造体１０における親水性の改質による培養液１３の付着状態を示す概略断面図である。
図３に示すように、マイクロピラー１２の先端に培養液１３を付着させた場合、マイクロピラー１２の表面領域の先端側で最も高い親水性を有していることから、培養液１３は、マイクロピラー１２の先端付近では多く付着するが、根元方向に向かって徐々に付着する量が減少し、マイクロピラー１２の間の間隙内に培養液１３が進入しにくくなり、基板１１の表面付近では培養液１３は殆ど付着しない。
従って、培養液１３をマイクロピラー構造体１０から取り出す場合、培養液１３が容易にマイクロピラー１２から離反し、マイクロピラー１２の間の間隙内や基板１１の表面には、培養液１３が残存しないようになる。
【００２８】
（第一の実施形態の製造方法）
図４は、上述したマイクロピラー構造体１０の製造方法の一例を示している。
まずステップＳＴ１において、マイクロピラー構造体１０の基板１１及びマイクロピラー１２即ち柱状微小構造体が形成される。
【００２９】
続いて、ステップＳＴ２において、マイクロピラー構造体１０のマイクロピラー１２の上方から図２に示すように１７２ｎｍ以下の真空紫外線が照射される。
ここで、真空紫外線の照射は、大気中で行われるが、酸素や窒素等の任意のガス雰囲気中で行うことも可能である。
これにより、マイクロピラー１２の表面領域は、真空紫外線の照射によって先端側から徐々に真空紫外線照射による改質度が低下するように改質され、親水性が高められる。
さらに、改質に伴って、マイクロピラー１２の表面への選択的な吸着や表面張力の低下による毛細管現象の発生等によって、選択的且つ特異な機能が得られることになる。
【００３０】
図５は、図１のマイクロピラー構造体１０における真空紫外線の照射距離及びマイクロピラー１２の高さを変化させた場合のマイクロピラー先端及び底部の光量差の変動を示す図である。
図５に示すように、前述した（１）式において、例えばエキシマランプを使用して、波長１７２ｎｍの真空紫外線をマイクロピラー１２の直上から大気中で照射する場合に、例えばマイクロピラー１２の先端からエキシマランプまでの距離Ｌ（ｃｍ）を０，０．１，０．２，０．８，１ｃｍとしたとき、マイクロピラー１２の先端における光量Ｉ（ｍＷ／ｃｍ２ ）は、５０．００，３７．０４，２７．４４，４．５４，２．４９ｍＷ／ｃｍ２ となる。
ここで、高さ０．３ｍｍのマイクロピラー１２では、その底部（根元）における光量Ｉ１（ｍＷ／ｃｍ２ ）は、４５．７０，３３．８５，２５．０８，４．１５，２．２８ｍＷ／ｃｍ２ となる。従って、各距離Ｌにおけるマイクロピラー１２の先端と底部との光量差（Ｉ−Ｉ１）は、それぞれ４．３０，３．１９，２．３８，０．３９，０．２１ｍＷ／ｃｍ２ となる。
また、高さ０．１ｍｍのマイクロピラー１２では、その底部（根元）における光量Ｉ２（ｍＷ／ｃｍ２ ）は、４８．５２，３５．９５，２６．６３，４．４０，２．４２ｍＷ／ｃｍ２ となる。従って、各距離Ｌにおけるマイクロピラー１２の先端と底部との光量差（Ｉ−Ｉ２）は、それぞれ１．４８，１．０９，０．８１，０．１３，０．０７ｍＷ／ｃｍ２ となる。
【００３１】
図６は、波長１７２ｎｍ及び１８５ｎｍの真空紫外線の大気中における減衰特性を示している。図６の横軸は透過距離（ｍｍ）であり、縦軸は光強度比（％）である。
図６から明らかなように、特に、波長が１７２ｎｍの真空紫外線は、大気中での減衰が大きく、例えば距離８ｍｍで約１０％の強度になることが分かる。
【００３２】
また、真空紫外線の照射は、酸素を含む雰囲気である大気中でエキシマランプを使用することによって行われる。
図７は、大気中におけるマイクロピラー構造体１０へのエキシマランプによる真空紫外線の照射時間と、マイクロピラー構造体１０における純水との接触角の関係を示す図である。図７の横軸はエキシマランプの照射時間（秒）であり、縦軸は純水の接触角（°）である。符号Ａは、エキシマランプを距離３ｍｍの位置に配置した場合、符号Ｂは、エキシマランプを距離１．３ｍｍの位置に配置した場合、そして符号Ｃは、参考として低圧水銀ランプを距離３０ｍｍの位置に配置した場合を示している。
接触角はマイクロピラー構造体１０の親水性を示すものであり、図７から明らかなように、特に符号Ｂで示すように、エキシマランプを距離１．３ｍｍの位置に配置して真空紫外線を照射した場合に、親水性が効果的に改質されることが分かる。
【実施例１】
【００３３】
上述したマイクロピラー構造体１０は、具体的には以下のようにして形成される。
まず、実施例１では、Ｓｉウェハー１１上に３００μｍ厚のポリイミド層を塗工し、その上にフォトレジスト層を形成し、フォトリソグラフィー法によってマイクロピラー１２のパターンを形成した後、酸素プラズマ等のドライエッチングによってポリイミド層を除去する。これにより、例えば底辺１００μｍ，高さ３００μｍのポリイミド層からなる四角柱状のマイクロピラー１２が８００本／ｃｍ２ で配列したマイクロピラー構造体１０が得られた。
【実施例２】
【００３４】
実施例２では、実施例１のマイクロピラー構造体１０と同じ形状のマスターをＸ線リソグラフィー法によって作製した。このマスターに対して、例えば厚さ２ｍｍでＮｉ電鋳によってマイクロピラー１２のパターンを転写した金型を作製した。この金型を使用して、マイクロ射出成形法によって、ＰＭＭＡからなるマイクロピラー１２を作製し、マイクロピラー構造体１０を得た。
【実施例３】
【００３５】
実施例３では、底辺１００μｍ，高さ３００μｍの円錐形マイクロピラー１２が８００本／ｃｍ２ で配列した構造体と同じ形状のマスターをマイクロ光造形法によって作製し、このマスターに対して、例えば厚２ｍｍでＮｉ電鋳によってマイクロピラーのパターンを転写した金型を作製した。この金型を使用して、ＰＭＭＡ基板１１に熱ナノインプリント法によって、マイクロピラー構造体１０を作製した。
【００３６】
これらの実施例１〜３のマイクロピラー構造体１０について、それぞれ波長１７２ｎｍの真空紫外線エキシマランプによって、光源からマイクロピラー１２の先端までの距離を２ｍｍ，処理時間２秒として、紫外線照射処理を行った。
【００３７】
（比較例１〜３）
比較例１〜３として、それぞれ上述した各実施例１〜３において真空紫外線照射処理を行わないものを作製した。
【００３８】
実施例１〜３及び比較例１〜３による各マイクロピラー構造体１０に関して、染料（Ｍｉｔｓｕｉ Ａｃｉｄ Ｆａｓｔ Ｙｅｌｌｏｗ ＧＲ）を１％含む染料入り水溶液を、滴下して、染色状態を観察した。
実施例１〜３では、マイクロピラー１２の部分のみが染色された様子が観察された。これは、真空紫外線照射によってマイクロピラー１２の部分のみが改質され、親水性が高められると共に、基板１１の表面は真空紫外線が照射されず、親水性が高められなかったためであると考えられる。
これに対して、比較例１〜３では、マイクロピラー１２及び基板１１の表面共に染色されていた。これは、マイクロピラー１２及び基板１１の表面全体が同じ親水度を有していることを表わしている。
このようにして、１７２ｎｍの真空真空紫外線の照射によるマイクロピラー構造体１０におけるマイクロピラー１２の表面領域のみの選択的な改質を行うことが可能であり、マイクロピラー１２の表面領域の親水性が高められることが確認された。
【００３９】
（第二の実施形態）
図８は、マイクロピラー構造体の第二の実施形態の構成を示す模式的な断面図である。
図８において、マイクロピラー構造体２０は、基板１１と、この基板１１の表面に形成された複数本のマイクロピラー１２と、マイクロピラー１２及び基板１１の表面に形成されたコーティング層２１と、から構成されている。
【００４０】
基板１１及びマイクロピラー１２は、図１に示したマイクロピラー構造体１０における基板１１及びマイクロピラー１２と同じ構成であるので、その説明を省略する。
なお、この場合、マイクロピラー１２の表面領域はコーティング層２１によって覆われるので、材料としては、任意の材料、好ましくはコーティング層２１の付着性の良好な材料から構成される。
【００４１】
コーティング層２１は、基板１１及びマイクロピラー１２の表面全体に亘って、結晶成長あるいはスパッタリング法等の適宜の方法によって、例えば厚さ０．１μｍから１μｍに形成されている。コーティング層２１は、図示の場合、基板１１及びマイクロピラー１２の表面全体に形成されているが、これに限らず、マイクロピラー１２の表面領域にのみ形成されていてもよい。コーティング層２１は、その材料や表面形状によって固有の表面特性、例えば反射特性，付着性，吸着性等を備えていると共に、真空紫外線照射によってその表面特性が改質され、その改質度が真空紫外線照射光量に応じて変化する。
ここで、コーティング層２１の材料としては、例えばパーヒドロポリシラザン、ポリビニルアルコール、ＴｉＯ２ゲル膜等が使用される。
【００４２】
これにより、高さ０．１ｍｍ以上のマイクロピラー１２に対して、先端側から波長１７２ｎｍ以下の真空紫外線が照射されると、マイクロピラー１２の表面に形成されたコーティング層２１に関して、先端と根元では、照射光量が異なる。このため、コーティング層２１の表面領域の真空紫外線の照射による表面特性の改質度が、先端側から根元方向に向かって徐々に低下することになる。
従って、表面特性の改質によって、反射特性あるいは付着性，吸着性がマイクロピラー１２の先端から根元方向に向かって徐々に低下又は上昇する。
【００４３】
（第二の実施形態の製造方法）
図９は、上述したマイクロピラー構造体２０の製造方法の一例を示している。
まずステップＳＴ１１において、マイクロピラー構造体２０の基板１１及びマイクロピラー１２即ち柱状微小構造体が形成される。
次に、ステップＳＴ１２において、基板１１及びマイクロピラー１２の表面全体に亘って、コーティング層２１が形成される。
【００４４】
最後に、ステップＳＴ１３において、マイクロピラー構造体２０のマイクロピラー１２の上方から１７２ｎｍ以下の真空紫外線が照射される。
これにより、マイクロピラー１２の表面に形成されたコーティング層２１は、真空紫外線の照射によってマイクロピラー１２の先端側から根元方向に向かって徐々に紫外線照射による改質度が低下するように、例えば反射特性，付着性又は吸着性が変化する。
【００４５】
このような構成のマイクローラー構造体２０によれば、コーティング層２１による表面特性が真空紫外線の照射によって改質され、その改質度がマイクロピラー１２の先端側から根元方向に向かって徐々に低下する勾配を有している。
従って、マイクロピラー１２の表面領域における先端側から根元方向への改質度の勾配によって、表面特性による機能が徐々に変化するので、特異な機能が得られることになる。
【００４６】
上述した実施形態においては、マイクロピラー１２の表面領域が真空紫外線の照射によって親水性が改質され、またコーティング層２１の表面領域が真空紫外線の照射によって反射特性，付着性又は吸着性等の表面特性が改質されるようになっているが、これに限らず、他の表面特性が改質されるようにしてもよいことは明らかである。
【００４７】
本発明に係るマイクロピラー構造体１０，２０は、真空紫外線の照射によって、マイクロピラー１２又はマイクロピラー１２の表面に被覆したコーティング層２１に表面のみを先端から根元方向に向かって改質度を低減させることができるので、親水性だけでなく、反射特性，付着性，吸着性等の特異な機能性をマイクロピラー１２やコーティング層２１の表面に付与することができる。
【００４８】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、例えば、マイクロピラー１２の形状は、柱状又は錐状であれば任意の形状を有していてもよい。
さらに、マイクロピラー構造体１０，２０の作製方法も前述した実施例１〜３による方法だけでなく、他の任意の方法で作製することも可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明により形成されたマイクロピラー構造体の第一の実施形態の構成を示す模式的な断面図である。
【図２】図１のマイクロピラー構造体における真空紫外線の照射によるマイクロピラー表面の改質状態を示す概略断面図である。
【図３】図１のマイクロピラー構造体における親水性の改質による培養液の付着状態を示す概略断面図である。
【図４】図１のマイクロピラー構造体の製造方法を示すフローチャートである。
【図５】図１のマイクロピラー構造体における真空紫外線の照射距離及びマイクロピラーの高さを変化させた場合のマイクロピラー先端及び底部の光量差の変動を示す図である。
【図６】真空紫外線の大気中による減衰特性を示すグラフである。
【図７】大気中におけるマイクロピラー構造体へのエキシマランプによる真空紫外線の照射時間と、マイクロピラー構造体における純水との接触角の関係を示す図である。
【図８】マイクロピラー構造体の第二の実施形態の構成を示す模式的な断面図である。
【図９】図８のマイクロピラー構造体の製造方法を示すフローチャートである。
【図１０】従来のマイクロピラー構造体の構成を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０，２０：マイクロピラー構造体
１１：基板
１２：マイクロピラー
１３：培養液
２１：コーティング層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と該基板の表面に形成された複数本のマイクロピラーとから成るマイクロピラー構造体であって、
上記マイクロピラーの表面特性は、該マイクロピラーの先端側から根元方向に向かって改質度が低下するように改質されていることを特徴とする。
【請求項２】
前記マイクロピラーは、少なくとも酸素が存在する雰囲気中で先端側から真空紫外線が照射されることによって表面特性が改質されていることを特徴とする、請求項１に記載のマイクロピラー構造体。
【請求項３】
前記雰囲気が大気であることを特徴とする、請求項２に記載のマイクロピラー構造体。
【請求項４】
基板と、該基板の表面に形成された複数本のマイクロピラーと、マイクロピラーの表面に形成されたコーティング層と、から成るマイクロピラー構造体であって、
上記コーティング層の表面特性は、上記マイクロピラーの先端側から根元方向に向かって改質度が低下するように改質されていることを特徴とする、マイクロピラー構造体。
【請求項５】
前記コーティング層は、少なくとも酸素が存在する雰囲気中で先端側から真空紫外線が照射されることによって表面特性が改質されていることを特徴とする、請求項４に記載のマイクロピラー構造体。
【請求項６】
前記雰囲気が大気であることを特徴とする、請求項５に記載のマイクロピラー構造体。
【請求項７】
基板の表面に複数本のマイクロピラーを形成して、マイクロピラー構造体を構成する第一の段階と、
上記マイクロピラー構造体のマイクロピラーの表面における先端側から根元方向に向かって改質度が低下するように、上記マイクロピラーの表面特性を改質する第二の段階と、
を含んでいることを特徴とする、マイクロピラー構造体の製造方法。
【請求項８】
前記第一の段階で形成される前記マイクロピラーを、０．１ｍｍ以上の高さとし、
前記第二の段階で、前記マイクロピラーの先端側から１ｃｍ以内の距離で波長１７２ｎｍ以下の真空紫外線を照射することによって前記マイクロピラーの表面特性を改質することを特徴とする、請求項７に記載のマイクロピラー構造体の製造方法。
【請求項９】
前記第二の段階で、少なくとも酸素が存在する雰囲気中で真空紫外線の照射によって、前記マイクロピラーの表面特性として親水性を改質することを特徴とする、請求項７又は８に記載のマイクロピラー構造体の製造方法。
【請求項１０】
前記雰囲気を大気とすることを特徴とする、請求項９に記載のマイクロピラー構造体の製造方法。
【請求項１１】
基板の表面に複数本のマイクロピラーを形成して、マイクロピラー構造体を構成する第一の段階と、
上記マイクロピラー構造体の少なくともマイクロピラーの表面に、所定の表面特性を有するコーティング膜を形成する第二の段階と、
上記マイクロピラーの表面に形成されたコーティング層の先端側から根元方向に向かって改質度が低下するように、上記コーティング層の表面特性を改質する第三の段階と、
を含んでいることを特徴とする、マイクロピラー構造体の製造方法。
【請求項１２】
前記第一の段階で形成されるマイクロピラーを、０．１ｍｍ以上の高さとし、
前記第三の段階で、マイクロピラー構造体のマイクロピラーの先端側から１ｃｍ以内の距離で波長１７２ｎｍ以下の真空紫外線を照射することによって、前記コーティング層の表面特性を改質することを特徴とする、請求項１１に記載のマイクロピラー構造体の製造方法。
【請求項１３】
前記第三の段階で、少なくとも酸素が存在する雰囲気中で真空紫外線の照射によって、前記コーティング層の表面特性として反射特性，付着性等を改質することを特徴とする、請求項１１又は１２に記載のマイクロピラー構造体の製造方法。
【請求項１４】
前記雰囲気を大気とすることを特徴とする、請求項１３に記載のマイクロピラー構造体の製造方法。
【請求項１５】
前記第一の段階で、前記基板上に樹脂層を形成し、該樹脂層のパターンエッチングによって前記マイクロピラーを形成することを特徴とする、請求項７〜１４の何れかに記載のマイクロピラー構造体の製造方法。
【請求項１６】
前記第一の段階で、Ｓｉからなる前記基板上にポリイミド層を形成し、該ポリイミド層をパターンエッチングすることによって前記マイクロピラーを形成することを特徴とする、請求項１５に記載のマイクロピラー構造体の製造方法。
【請求項１７】
前記第一の段階で、リソグラフィ法によって作製されパターン転写された金型を使用して、前記マイクロピラーを、射出成形法によって樹脂成形することを特徴とする、請求項７〜１４の何れかに記載のマイクロピラー構造体の製造方法。
【請求項１８】
前記第一の段階で、前記基板及び前記マイクロピラーを、ＰＭＭＡから形成することを特徴とする、請求項１７に記載のマイクロピラー構造体の製造方法。
【請求項１９】
前記第一の段階で、光造形法によって作製されパターン転写された金型を使用し、樹脂からなる前記基板にナノインプリント法によって前記マイクロピラーを形成することを特徴とする、請求項７〜１４の何れかに記載のマイクロピラー構造体の製造方法。
【請求項２０】
前記第一の段階で、ＰＭＭＡからなる前記基板にナノインプリント法によってマイクロピラーを形成することを特徴とする、請求項１９に記載のマイクロピラー構造体の製造方法。
【請求項１】
基板と該基板の表面に形成された複数本のマイクロピラーとから成るマイクロピラー構造体であって、
上記マイクロピラーの表面特性は、該マイクロピラーの先端側から根元方向に向かって改質度が低下するように改質されていることを特徴とする。
【請求項２】
前記マイクロピラーは、少なくとも酸素が存在する雰囲気中で先端側から真空紫外線が照射されることによって表面特性が改質されていることを特徴とする、請求項１に記載のマイクロピラー構造体。
【請求項３】
前記雰囲気が大気であることを特徴とする、請求項２に記載のマイクロピラー構造体。
【請求項４】
基板と、該基板の表面に形成された複数本のマイクロピラーと、マイクロピラーの表面に形成されたコーティング層と、から成るマイクロピラー構造体であって、
上記コーティング層の表面特性は、上記マイクロピラーの先端側から根元方向に向かって改質度が低下するように改質されていることを特徴とする、マイクロピラー構造体。
【請求項５】
前記コーティング層は、少なくとも酸素が存在する雰囲気中で先端側から真空紫外線が照射されることによって表面特性が改質されていることを特徴とする、請求項４に記載のマイクロピラー構造体。
【請求項６】
前記雰囲気が大気であることを特徴とする、請求項５に記載のマイクロピラー構造体。
【請求項７】
基板の表面に複数本のマイクロピラーを形成して、マイクロピラー構造体を構成する第一の段階と、
上記マイクロピラー構造体のマイクロピラーの表面における先端側から根元方向に向かって改質度が低下するように、上記マイクロピラーの表面特性を改質する第二の段階と、
を含んでいることを特徴とする、マイクロピラー構造体の製造方法。
【請求項８】
前記第一の段階で形成される前記マイクロピラーを、０．１ｍｍ以上の高さとし、
前記第二の段階で、前記マイクロピラーの先端側から１ｃｍ以内の距離で波長１７２ｎｍ以下の真空紫外線を照射することによって前記マイクロピラーの表面特性を改質することを特徴とする、請求項７に記載のマイクロピラー構造体の製造方法。
【請求項９】
前記第二の段階で、少なくとも酸素が存在する雰囲気中で真空紫外線の照射によって、前記マイクロピラーの表面特性として親水性を改質することを特徴とする、請求項７又は８に記載のマイクロピラー構造体の製造方法。
【請求項１０】
前記雰囲気を大気とすることを特徴とする、請求項９に記載のマイクロピラー構造体の製造方法。
【請求項１１】
基板の表面に複数本のマイクロピラーを形成して、マイクロピラー構造体を構成する第一の段階と、
上記マイクロピラー構造体の少なくともマイクロピラーの表面に、所定の表面特性を有するコーティング膜を形成する第二の段階と、
上記マイクロピラーの表面に形成されたコーティング層の先端側から根元方向に向かって改質度が低下するように、上記コーティング層の表面特性を改質する第三の段階と、
を含んでいることを特徴とする、マイクロピラー構造体の製造方法。
【請求項１２】
前記第一の段階で形成されるマイクロピラーを、０．１ｍｍ以上の高さとし、
前記第三の段階で、マイクロピラー構造体のマイクロピラーの先端側から１ｃｍ以内の距離で波長１７２ｎｍ以下の真空紫外線を照射することによって、前記コーティング層の表面特性を改質することを特徴とする、請求項１１に記載のマイクロピラー構造体の製造方法。
【請求項１３】
前記第三の段階で、少なくとも酸素が存在する雰囲気中で真空紫外線の照射によって、前記コーティング層の表面特性として反射特性，付着性等を改質することを特徴とする、請求項１１又は１２に記載のマイクロピラー構造体の製造方法。
【請求項１４】
前記雰囲気を大気とすることを特徴とする、請求項１３に記載のマイクロピラー構造体の製造方法。
【請求項１５】
前記第一の段階で、前記基板上に樹脂層を形成し、該樹脂層のパターンエッチングによって前記マイクロピラーを形成することを特徴とする、請求項７〜１４の何れかに記載のマイクロピラー構造体の製造方法。
【請求項１６】
前記第一の段階で、Ｓｉからなる前記基板上にポリイミド層を形成し、該ポリイミド層をパターンエッチングすることによって前記マイクロピラーを形成することを特徴とする、請求項１５に記載のマイクロピラー構造体の製造方法。
【請求項１７】
前記第一の段階で、リソグラフィ法によって作製されパターン転写された金型を使用して、前記マイクロピラーを、射出成形法によって樹脂成形することを特徴とする、請求項７〜１４の何れかに記載のマイクロピラー構造体の製造方法。
【請求項１８】
前記第一の段階で、前記基板及び前記マイクロピラーを、ＰＭＭＡから形成することを特徴とする、請求項１７に記載のマイクロピラー構造体の製造方法。
【請求項１９】
前記第一の段階で、光造形法によって作製されパターン転写された金型を使用し、樹脂からなる前記基板にナノインプリント法によって前記マイクロピラーを形成することを特徴とする、請求項７〜１４の何れかに記載のマイクロピラー構造体の製造方法。
【請求項２０】
前記第一の段階で、ＰＭＭＡからなる前記基板にナノインプリント法によってマイクロピラーを形成することを特徴とする、請求項１９に記載のマイクロピラー構造体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１３１７２５（Ｐ２０１０−１３１７２５Ａ）
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１１６１４（Ｐ２００８−３１１６１４）
【出願日】平成２０年１２月５日（２００８．１２．５）
【出願人】（０００１６２１１３）共同印刷株式会社 (488)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月５日（２００８．１２．５）
【出願人】（０００１６２１１３）共同印刷株式会社 (488)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]