イオン液体を用いた温度応答性ゲルレジストのナノデバイス応用

• Project/Area Number: 24510174
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Microdevices/Nanodevices
• Research Institution: Toyama Industrial Technology Center,
• Principal Investigator: 横山 義之 富山県工業技術センター, その他部局等, 研究員 (60416154)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000); Fiscal Year 2015: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2014: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2013: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2012: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
• Keywords: 温度応答性ゲル / レジスト / ナノインプリント / イオン液体 / 微細加工

Outline of Annual Research Achievements

これまでに、温度応答性高分子に光架橋性を付与することで、フォトレジストのように光で微細パターニングでき、さらに、温度によって微細パターンが可逆的に変形する温度応答性ゲルレジストを開発してきた。しかし、このレジストは、水存在下でしか変形できず、加工サイズもμmオーダーと大きいため、細胞チップのようなバイオ分野での利用に限られていた。本研究では、熱ナノインプリント法を用いてnmオーダーの微細パターンを形成でき、水のかわりにイオン液体を用いることで、長期の乾燥・真空下でもパターン変形できる温度応答性ゲルレジストの開発を試みた。これにより、光学・電子分野での利用が期待される。
昨年度までに、イオン液体（1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide）中で、“低温で収縮し高温で膨潤する”温度応答性ゲルレジストを合成し、性能を評価してきた。これは、Poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm)をベースに熱架橋を付与した化学組成である。また、それとは逆の“低温で膨潤し高温で収縮する” 温度応答性ゲルレジストの開発を試みた。具体的には、Poly(benzylmethacrylate)（PBzMA）をベースに熱架橋性を付与したものである。
今年度は、これらのゲルレジストの化学構造を改良し、液体中での応答温度の精密な変更・制御技術を開発した。また、ゲルレジストのナノスケールでの温度応答挙動（形状変化や弾性率変化）を、液中SPM観察により明らかにした。温度制御により、収縮状態にした温度応答性ゲルレジストの弾性率は高い値（100MPa前後）を示したのに対し、膨潤状態にした場合は低い値（数MPa程度）を示した。温度制御によって、可逆的な形状変化だけでなく大きな弾性率変化も引き起こせることが確認できた。また、新たなナノパターン形成技術として、ナノファイバー化したゲルレジストの微細パターニングにも試み、液体中での温度応答性の評価を行った。

Research Products

• [Journal Article] イオン液体を用いた温度応答性ゲルレジストのナノデバイス応用 (2015)
  • Author(s): 横山義之
  • Journal Title: 富山県工業技術センター研究報告書 Volume: 29
  • Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] イオン液体を用いた温度応答性ゲルレジストのナノデバイス応用 (2014)
  • Author(s): 横山義之
  • Journal Title: 富山県工業技術センター研究報告書 Volume: 28 Pages: 89-89
  • Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] イオン液体を用いた温度応答性ゲルレジストのナノデバイス応用 (2014)
  • Author(s): 横山義之
  • Journal Title: 富山県工業技術センター研究報告 Volume: 28
• [Journal Article] イオン液体を用いた温度応答性ゲルレジストのナノデバイス応用 (2013)
  • Author(s): 横山義之
  • Journal Title: 富山県工業技術センター研究報告 Volume: 27 Pages: 90-90
• [Presentation] 温度応答性ゲルナノファイバーの光パターニング技術の開発 (2015)
  • Author(s): 横山義之
  • Organizer: 日本化学会第95回春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学 船橋キャンパス
  • Year and Date: 2015-03-27
• [Presentation] イオン液体を用いた温度応答性 ゲルレジストの微細パターン変形
  • Author(s): 横山 義之
  • Organizer: 日本化学会第93回春季年会
  • Place of Presentation: 立命館大学 びわこ・くさつキャンパス
• [Presentation] 温度応答性高分子を用いたバイオチップ
  • Author(s): 横山 義之
  • Organizer: ナノインプリント技術とバイオ応用セミナー
  • Place of Presentation: 中央大学 駿河台記念館
  • Invited
• [Presentation] 刺激応答性高分子の微細加工技術の開発とマイクロデバイスへの応用
  • Author(s): 横山 義之
  • Organizer: 高分子学会北陸支部 平成24年度富山地区講演会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Invited
• [Patent(Industrial Property Rights)] 感光性組成物およびパターン付き基板 (2014)
  • Inventor(s): 横山義之
  • Industrial Property Rights Holder: 富山県
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2014-223734
  • Filing Date: 2014-10-31