マイクロ・ナノプロセッシング｜マイクロ流体チップ
マイクロ流体チップは、生体システムを単一細胞の分解能で研究するための強力なツールとなっている。同時に、マイクロ流体チップは、微小液滴の生成、マイクロ流体拡散篩い分け、タンパク質-リガンド相互作用の検出などの操作だけでなく、生化学における分子アッセイの実現にも広く活用することができます。マイクロ流体チップ技術は、LOC（Lab on a Chip）とも呼ばれ、化学、生物学、物理学のさまざまな研究室に不可欠な機能のいくつかを小規模なチップに統合し、関連する実験を実施することができます。
マイクロ・ナノ流体チップは、次のような多くの利点を備えています。高度な自動化、高効率、高スループット、小型化、低コスト、超低試薬消費量マイクロ流体工学は、生物学、医学、物理学、化学など多くの学際的分野の研究において、特に、ナノリットル（nL）、さらにはフェムトリットル（fL）の精度でマイクロ・ナノ流体を正確に操作することに大きな可能性があります。 1990年代には、Manzらがマイクロ流体チップ技術を使ってin vitroの細胞電気泳動分離に成功し、毛細管と同等の重要な機能を実現し、分析分野でのマイクロ流体チップの大きな可能性を予見させた。1995年、米国防総省が携帯型兵士の生化学自己検査装置プロジェクトを提案し、国際社会からマイクロ流体チップに大きな関心を集めるきっかけとなりました。それ以来、多くの専門家や学者がマイクロ流体チップを分析化学の優れたプラットフォームに発展させることができると結論づけ、「Miniaturized Total Analysis Systems」（μTAS）と名付けたのです。2000年、ハーバード大学のマクドナルドらは、PDMS（ポリジメチルシロキサン）をプロセス基板とするソフトリソグラフィ法を初めて提案し、マイクロ流体チップの加工を大幅に簡略化し、マイクロ流体チップ加工の急速な発展に大きく寄与した。同年、QuakeらはScience誌に「Microfluidic Large-Scale Integration」という論文を発表し、1つのチップ上に数千の制御バルブと数百の反応器を統合し、マイクロバルブとマイクロポンプ技術でマイクロ流体の流れを精密に制御することに成功しました。2006年、DawらはNature誌に「Lab on a Chip」と題するレポートを発表し、マイクロ・ナノ流量制御チップの開発と応用をさまざまな角度から分析・解説し、LOCを「世紀の7つのキーテクノロジー」の1つに挙げている。また、同報告書では、LOCを「世紀の7つの技術」の1つとして挙げている。今では、Lab on a Chipの戦略的意義は、アカデミアと産業界の双方で、より高いレベル、より大きなスケールで認識されています。
マイクロ・ナノ流体チップの流路サイズがミクロン（μm）スケールからナノメートル（nm）スケールへと小さくなるにつれ、流体への作用は流路内部のファンデルワールス力、静電気力、毛細管力が徐々に支配的になってくる。これらの力が組み合わさることで、界面に関連した熱伝導や表面力の著しい増大など、マクロスケールやミクロンの流体とは異なる物理現象が生じ、ナノ流体チップへの関心が高まっています。
マイクロ・ナノ構造体の加工方法。
主な技術として、紫外線（Ultra-Violet）リソグラフィーがあります。 電子ビーム描画装置(EBL)(iii) プロトンビーム描画(PBW)フェムト秒レーザー2光子直接描画技術など、いずれもマイクロ・ナノ流体チップの加工技術に広く応用されている技術です。
紫外線リソグラフィー。紫外光源は、波長が短く、光子エネルギーが大きく、加工分解能が高いため、高精度加工に広く用いられている。UVリソグラフィーでは、材料がUV光子を吸収して基底状態から励起状態にジャンプし、その後の光重合反応や光分解反応を開始させる。UVリソグラフィーには、主に次のような特徴があります。
熱影響部が小さい：UVリソグラフィーの加工原理は光化学反応であり、高エネルギーの紫外線を直接照射することで加工材料中の化学結合を切断するため、熱影響部は非常に小さい、あるいは全くありません。
幅広い加工材料：UV光源の高い光子エネルギーにより、可視光や赤外レーザーでは加工できない材料の加工が可能です。
高解像度：紫外線光源は通常395nmの波長に到達するため、可視波長域に比べて回折限界サイズが小さく、高解像度を実現します。最大200nmの精度で加工することができ、精密なマイクロ・ナノ構造を得ることができる。
UVリソグラフィーのアプローチは、次のように分けられます。UVマスク加工とUVダイレクトライティングプロセスUVマスク工程では、フォトレジストマスクが必要です。UVマスク工程はフォトレジストマスクを必要とし、UVレーザー光源は面光源であるのに対し、UV直描工程はフォトレジストマスクを必要としない。
電子ビーム、③陽子ビームによる直接描画技術。 電子線直接描画は、フォトレジスト（感光剤）を塗布した基板に高エネルギーの電子線を直接照射して構造を得る技術で、電子線直接描画を用いた100nmのナノ構造体が1965年に早くも報告されている。電子ビームの波長は、100KVの加速電圧系で0.12nmと非常に短く、アッベ回折限界理論によれば、電子ビーム直接描画の精度はナノメートルオーダーとなることが分かっています。
電子ビーム直接描画によるナノ構造形成は、他の従来のナノ構造形成技術に比べて、以下のような多くの利点を備えています。高解像度、マスクレス、長焦点、コンピュータ制御により任意のナノ構造に直接書き込みが可能です。電子ビーム直接描画の主な欠点は、基板とフォトレジスト層での散乱による相互近接効果で、露光領域での吸収線量が不均一になることである。 プラズモンビーム直接描画は、高エネルギーのプラズモンビームをフォトレジストに集光し、ナノ構造を直接加工するナノファブリケーション技術である。プラズモンビームの浸透力は電子ビームよりも強く、プラズモンビームの空間分散角は極めて小さいため、高アスペクト比のナノ構造体を作製することが可能です。
フェムト秒レーザー2光子直接描画技術。これは、他の伝統的な連続レーザー加工技術よりもパルス幅が狭く、ピークパワーが高いレーザー光源を用いた加工方法で、しばしば非線形効果によって材料と相互作用し、100ナノメートル以下の加工精度と良好な3次元加工能力を達成できるため、マイクロ・ナノ製造の分野で大きなメリットをもたらす。フェムト秒レーザーは対物収束によって試料材料の内部に到達し、材料はフェムト秒レーザーと2光子または多光子吸収モードで相互作用するため、レーザー焦点の中心領域のみが光と物質の相互作用を受け、光回折限界を突破して高精度（分解能<100 nm）加工を実現する。
を迅速に提供します。MEMSデバイス／微細・ナノ構造加工設計サービスお気軽にコメントをお寄せください。
