JP2012523323A - 整列された微粒子が印刷された印刷物を製造する方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】 図2
Description
本発明者らは、実験を通じて、1つまたは2つ以上の微粒子の位置及び/または配向を固定させ得る第1の陰刻(例えば、nanowell)または第1の陽刻(例えば、pillar)が表面に形成された鋳型基材上に複数の微粒子を置いた後にラビング(rubbing)のような物理的圧力によって微粒子の一部または全部を第1の陰刻または第1の陽刻によって形成された孔隙に挿入させることができ、これにより、前記第1の陰刻及び/または第1の陽刻を所定の形態にパターン化すると、前記パターンに対応する(corresponding)配列(arrangement)方式で、微粒子のサイズ及び/または形状に無関係に、大面積(>cm)の1次元及び/または2次元の完全な微粒子整列(perfect particle array)を早い時間内に具現することができるということを発見した。
<鋳型基材を準備する第1の段階>
本発明の鋳型基材(template)は、1つまたは2つ以上の微粒子の位置及び/または配向を固定させ得る第1の陰刻または第1の陽刻が表面に形成された基材であるか;あるいは、少なくとも表面の一部が粘着性を帯びる基材である。
本発明において、物理的圧力は、鋳型基材をラビング(rubbing)またはプレッシングすることによってかけることができる。好ましくは、微粒子が置かれた鋳型基材の表面と平行をなすように第1の部材を配置し、第1の部材の往復運動を1回以上行って前記微粒子に物理的な圧力をかけるのが良い。
<微粒子を被印刷体上に転写させる第3の段階>
前記第3の段階は、第2の段階を介して微粒子が整列されている鋳型基材と被印刷体とを接触させて前記微粒子を被印刷体上に転写(transfer)させるものである。
1.シリコーン、アルミニウム、チタン、スズ及びインジウムなどの各種金属及び非金属元素などが単独または2種以上含まれている酸化物として表面にヒドロキシル基を有するすべての物質。例えば、石英、雲母、ガラス、ITOガラス(インジウムスズ酸化物が蒸着されたガラス)、スズ酸化物(SnO2)などの各種伝導性ガラス、溶融シリカ(fused silica)、非晶質シリカ、多孔性シリカ、アルミナ、多孔性アルミナ、水晶、サファイア、二酸化チタン、多孔性二酸化チタン及びシリコーンウエハーなど;
2.金、銀、銅、白金のようにチオール基(−SH)やアミン基(−NH2)と結合する金属、ニッケル及びステンレススチールなどのような金属;
3.表面に様々な官能基を有する重合体。例えば、表面に官能基があるポリ塩化ビニル(PVC)、メリフィールドペプチド樹脂(Merrifield peptide resin)、ポリスチレン、ポリエステル、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、(+)型または(−)型フォトレジスト(PR:photoresist)、ポリメチルメタクリレート(PMMA:poly(methyl methacrylate))及びアクリル;
4.セレン化亜鉛(ZnSe)、砒素化ガリウム(GaAs)及びリン化インジウム(InP)などの半導体;
5.天然または合成ゼオライト及びその類似多孔性分子体;及び
6.セルロース、澱粉(アミロース及びアミロペクチン)及びリグニンなど表面にヒドロキシル基を有する天然高分子、合成高分子または伝導性高分子。
前記のような方法によって、本発明は様々な立体構造(例えば、1次元、2次元または3次元の密集(close packed)または非密集(non-close packed)構造)の微粒子整列を有する印刷物を製造することができる。
前記本発明の方法を応用すれば、微粒子がn個層以上の多層で整列されたものであって(ここで、n=2以上の自然数)、隣接した第k層及び第k+1層(ここで、0<k<nであり、k=任意の自然数)において、第k+1層の微粒子が第k層の微粒子上に直立して整列された印刷物を製造することができる(図16、図17)。
101: 第1の陰刻
102: 第2の陰刻
200: 微粒子
A: 粘着性物質
Claims (30)
- 1つまたは2つ以上の微粒子の位置及び/または配向を固定させ得る第1の陰刻または第1の陽刻が表面に形成された鋳型基材(template)を準備する第1の段階;
前記鋳型基材上に2つ以上の複数の微粒子を置いた後に物理的圧力によって微粒子の一部または全部を第1の陰刻または第1の陽刻によって形成された孔隙に挿入させて微粒子を鋳型基材上に整列させる第2の段階;及び
微粒子が整列されている鋳型基材と被印刷体とを接触させて前記微粒子を被印刷体上に転写させる第3の段階を含む微粒子が印刷された印刷物を製造する方法。 - 少なくとも表面の一部が粘着性を帯びる鋳型基材を準備する第1の段階;
前記鋳型基材上に2つ以上の複数の微粒子などを置いた後に物理的圧力によって前記鋳型基材のうち、粘着性を帯びる表面上に微粒子などを整列させる第2の段階;及び
微粒子が整列されている鋳型基材と被印刷体とを接触させて前記微粒子を被印刷体上に転写させる第3の段階を含む微粒子が印刷された印刷物を製造する方法。 - 前記物理的圧力は、鋳型基材をラビング(rubbing)またはプレッシングすることによってかかるのを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
- 鋳型基材表面に形成された第1の陰刻または第2の陽刻は、鋳型基材自体に直接刻印されるとか、フォトレジストによって形成されるとか、犠牲層をコーティングした後にレーザーオブルレイションによって形成されるとか、インクジェット印刷法によって形成されたことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記微粒子のサイズは、1nm〜100μmであることを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
- 第2の段階で鋳型基材上に置く微粒子は、溶媒に分散させない粉末形態であるとか、微粒子の体積に対して0〜10倍体積比の溶媒でコーティングまたは含浸または溶媒に分散したことを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
- 前記孔隙の形状は、前記微粒子の配向を調節するために孔隙内に挿入される微粒子の所定部分の形状と対応されるように形成されたことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の陰刻によって形成される孔隙形状または第1の陽刻の形状は、ナノ井戸(nanowell)、ナノ点(nanodot)、ナノ柱(nanopillar)、ナノ溝(nanotrench)またはナノ円錐(nanocone)であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記鋳型基材は、微粒子が挿入される孔隙のサイズ及び/または形状が2種以上であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記鋳型基材は、前記1つの第1の陰刻内に更に個別的な微粒子の位置及び/または配向を固定させ得る2つ以上の第2の陰刻が形成されたことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 鋳型基材上の孔隙に挿入された微粒子が集まって特定パターンまたは形状を形成するとか、鋳型基材のうち、粘着性を帯びる表面自体が特定パターンまたは形状を形成して鋳型基材の粘着性を帯びる表面に固定された微粒子などがこれに対応する特定パターンまたは形状を形成することを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
- 第2の段階で鋳型基材上に形成された微粒子などの前記パターンまたは形状は、2つ以上であることを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
- 鋳型基材の孔隙間の距離を調節することによって、孔隙に挿入される微粒子などは、隣接した微粒子と接触または離隔されていることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 鋳型基材上に整列される微粒子などが集まって形成するパターンまたは形状が異なっているとか、挿入される微粒子のサイズ及び/または配向が異なっている鋳型基材を2つ以上併用することを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
- 第2の段階以後、以前段階で形成された微粒子単一層のうち、隣接した3つ以上の微粒子によって形成される第2次孔隙に、複数の微粒子を置いた後に物理的圧力によって微粒子を挿入する段階を1回以上行って鋳型基材上に微粒子などを2層以上の多層(multilayer)で整列させることを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
- 第1の段階、第2の段階及び続いて第3の段階を2回以上繰り返して被印刷体上に微粒子などを単層または2層以上の多層(multilayer)で整列させたことを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
- 被印刷体上の微粒子が2つ層以上の多層で整列する時、隣接した2つ層の各層を構成する微粒子は、互いに同一または異なることを特徴とする、請求項15または16に記載の方法。
- 被印刷体上微粒子が2層以上の多層で整列する時、隣接した2層のパターンが同一または異なることを特徴とする、請求項15または16に記載の方法。
- 微粒子表面及び/または鋳型基材表面及び/または被印刷体は、粘着性物質でコーティングされたことを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
- 第2の段階以後、第3の段階以前に、微粒子表面及び/または鋳型基材表面にコーティングされた粘着性物質を除去する段階を更に含むことを特徴とする、請求項19に記載の方法。
- 前記被印刷体または被印刷体にコーティングされた粘着性物質は、鋳型基材または鋳型基材にコーティングされた粘着性物質より微粒子との親和性または粘着性がさらに大きいことを特徴とする、請求項19に記載の方法。
- 前記粘着性物質は、(i)−NH2基を有する化合物、(ii)−SH基を有する化合物、(iii)−OH基を有する化合物、(iv)高分子電解質、(v)ポリスチレン、(vi)フォトレジストから構成された群から選択された化合物であることを特徴とする、請求項19に記載の方法。
- 微粒子は、有機高分子、無機高分子、無機物、金属、磁性体、半導体または生体物質であることを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
- 微粒子は、金、銀、アルミニウム、プラチナ、亜鉛、セリウム、タリウム、バリウム、イットリウム、ジルコニウム、スズ、チタン、カドミウム及び鉄から構成された群から選択される単一金属または2つの以上の金属を混合して製造された合金;Si、Ge、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InP、InAs及びInSbから構成された群から選択される半導体物質;ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリアクリレート、ポリアルファメチルスチレン、ポリベンジルメタクリレート、ポリフェニルメタクリレート、ポリジフェニルメタクリレート、ポリシクロヘキシルメタクリレート、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−メチルメタクリレート共重合体から構成された群から選択される高分子物質;2成分系以上の主族金属及び転移金属元素の結晶性及び非結晶性カルコゼン化物;前記物質などのうち、2つの物質以上がコア/シェル(core/shell)形態または様々な形態をなしているもの;蛍光を帯びるコア物質とこれを取り囲んだ物質のシェル;前記物質などのうち、2つの以上の物質が層構造になった物質;有機及び無機コロイド微粒子の中に有機、無機または有無機蛍光分子などが規則的及び不規則的に分布された蛍光物質;磁気、半磁気、上磁気、強誘電体(ferroelectric)、フェリ誘電性(ferrielectric)、超伝導、伝導性、半導体または不導体性質を有した微粒子;タンパク質、ペプチド、DNA、RNA、多糖類、オリゴ糖、脂質、細胞、またはそれらの複合体であることを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
- 第2の段階で前記微粒子が置かれた前記鋳型基材の表面と平行をなすように第1の部材を配置し、第1の部材の往復運動を1回以上行って前記微粒子に物理的な圧力をかけることを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
- 第2の段階によって鋳型基材上に微粒子などを整列させた後、ランダムに固定されない残り微粒子を粘着性を有する第2の部材で除去する段階を更に含むことを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
- 請求項1〜26のうち、いずれか一項に記載された方法によって被印刷体に整列された微粒子が印刷された印刷物。
- 被印刷体に微粒子が印刷された印刷物に透明または不透明の保護物質が更にコーティングまたは充填されたことを特徴とする、請求項27に記載の印刷物。
- 微粒子がn個層以上の多層で整列されたものであって(ここで、n=2以上の自然数)、隣接した第k層及び第k+1層(ここで、0<k<nであり、k=任意の自然数)において、第k+1層の微粒子は、第k層の微粒子上に直立して整列されたことを特徴とする、請求項28に記載の印刷物。
- 隣接した第k層と第k+1層との間で第k層の微粒子などと第k+1層の微粒子などによって形成された孔隙に追って除去可能な高分子微粒子が挿入されていることを特徴とする、請求項29に記載の印刷物。
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