結晶用基板及其製造方法

2023-07-05 12:15:11

專利名稱：結晶用基板及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種使蛋白質、核酸、糖類等的生物高分子或者樹脂以及其他高分子化合物、其他有機化合物以及無機化合物進行結晶的結晶用的基板，及其製造方法。
背景技術：
以往，為了解釋清楚蛋白質等各種有機高分子的功能，人們極其重視對所述有機高分子的三維結構解析。特別是在醫藥領域，由於很多疾病是由蛋白質的異常等引起的，因此對產生其原因的蛋白質的結構進行解析，並基於該解析結果，進行醫藥品的開發。
例如，對蛋白質結構的解析，一般通過以下方式進行，即，使精製好的蛋白質結晶，再對該結晶進行X線結晶解析或者NMR解析等(例如有「生物化學實驗講座1蛋白質的化學I分離精製」日本生物化學會編、第1版、第1卷、東京化學同人、1984年7月11日出版、第82～87頁，「試驗化學講座2基本操作11」日本生物化學會編、第4版、第2卷、丸善、1990年12月5日出版、第354～358頁)。
為了結晶蛋白質，近年來，已有人在太空梭內實際嘗試做了微小重力空間下的結晶實驗(「結晶生長動力學從溶液的結晶生長」佐藤清隆、首版、第6卷、共立出版、2002年9月1日出版、第67～69頁)。
此外，作為另外的方法，例如在日本專利特開平2003-286100號公報中公開了以下的方法。即，使用液滴噴出裝置，將需要結晶的蛋白質打到基板上，從而在基板上形成半球狀的微粒，再通過在特定氣氛下對所述液滴進行乾燥，而使蛋白質結晶的方法。
但是，即使使用上面「結晶生長動力學從溶液的結晶生長」所述的技術，也極難設定抑制微晶的產生的同時、使蛋白質結晶形成單晶的工藝條件。
特別是，含有目標蛋白質的溶液(液相)和結晶用裝置內部(固相)的接觸部分越大，據此在接觸的各部位就容易產生結晶核，導致越容易產生結晶多態或者微晶等的問題，從而很難獲得適於結構解析的結晶。另外，假使通過在上述微小重力空間進行結晶，則在設備方面需要投入龐大的成本資金，目前該實用化是極其困難的。
另外，當採用上面日本專利公報所述的技術時，由於液滴形成為半球狀，因此基板的底面與液滴的接觸面積比較大。從而存在著在所述接觸部位容易產生結晶核、而容易產生結晶多態(crystal polymorphs)或者微晶的問題。另外，由於從半球面與氣相的界面進行乾燥，液滴的乾燥就各向不均地進行，易產生結晶多態。

發明內容
本發明是為了解決所述以往技術問題而做出的，其目的在於提供一種結晶用基板，對蛋白質、核酸、糖類等生物高分子或者樹脂及其他高分子化合物、其他有機化合物以及無機化合物可以抑制微晶的產生、同時比以往技術可以更穩定且高效地進行結晶，以及其製造方法。
為解決所述問題，使用一種結晶用基板，具有基材和有機分子膜，在該基板上具有用於結晶的場所，其特徵是，基材的表面被對液體顯示非親合性的有機分子膜覆蓋，且所述基材表面和所述有機分子膜通過共價鍵結合。
另外，使有機分子接觸到在表面上具有活性氫(活潑氫)的基材的表面、或者在表面被賦予活性氫的基材的表面，且該有機分子，在其一方末端含有能夠與所述基材表面形成共價鍵的末端鍵合官能基、在另一方末端含有對所述液體顯示非親合性的官能基；通過使所述有機分子的末端鍵合官能基和所述基材表面的活性氫反應形成共價鍵，而在所述基材表面形成對所述液體顯示非親合性的特性的有機分子膜，由此製造結晶用基板。
本發明的結晶用基板，由於基材的表面被對液體顯示非親合性並共價鍵合的有機分子膜覆蓋，因此可以使包含需要結晶的物質(以下，有時簡寫為「被結晶物質」)的溶液(以下，有時簡寫為「被結晶溶液」)與結晶用基板的接觸面積極小。即，基於與液體顯示非親合性的有機分子膜，抑制結晶用基板表面的潤溼性，使所述結晶用基板表面和被結晶溶液的液滴的接觸角變得極大，其結果，可以減小接觸面積。
因此，可以抑制在如前述那樣的被結晶溶液和基板的接觸部分產生的微晶或者結晶多態。並且，與上述的在微小重力下的結晶不同，還可以抑制被結晶溶液和氣體之間的液面振動，從而也沒必要另外採取防止被結晶溶液的液滴懸浮在空中的措施等。因此，在低成本的情況下，可以高效地製得單晶。
本發明的結晶用基板，可適用於以往公知的各種結晶方法，據此能夠改善結晶條件，可以更穩定地進行結晶。可以說在例如醫療和生物化學、催化劑開發、材料開發領域等多種領域，都極其有用。
另外，為了探索蛋白質等的結晶條件，雖然該條件是如前述那樣很難設定，但是將本發明的結晶用基板，可應用於所謂組合化學(combinatorialchemistry)的方法。該方法的特點是可以簡便地選擇最佳的結晶條件，因此該方法的利用價值特別高。


圖1是在本發明的結晶用基板中，表示基材和有機分子膜的結合狀態的概略圖。
圖2是實施例1的、具有微細凹凸形狀的PET薄膜表面的SEM照片。
圖3是實施例1的、具有微細凹凸形狀的玻璃基板表面的SEM照片。
圖4是實施例2的PET薄膜表面的微細凹凸形狀的突起部高度、和光透射率的相關圖。
圖5是實施例3的玻璃基板表面的微細凹凸形狀的突起部高度、和光透射率的相關圖。
圖6是在實施例3的結晶用基板上，滴下水滴時的憎水性的照片。
圖7是在實施例4中，單分子膜的臨界表面能、和構成單分子膜的有機分子的F元素數的相關圖。
圖8是具有防止滾動用凹部的結晶用基板的示意圖。
圖9中，圖9(A)表示具有微細凹凸形狀的基材表面的SEM照片，圖9(B)表示在所述基材表面形成了有機分子膜的結晶用基板的SEM照片。
圖10是在微細凹凸形狀上，形成有機分子膜的結晶用基板的示意圖。
圖11是在本發明的結晶用基板上，液滴以略球狀存在的示意圖。
圖12是在實施例5的結晶用基板上，滴下水滴時的顯微鏡照片。
圖13是在實施例5的結晶用基板上，滴下水滴時的憎水性的斜視照片(perspective photo)。
圖14是在實施例5的結晶用基板上，滴下水滴之後的液滴蒸發過程顯示憎水性的顯微鏡照片。
圖15是在實施例5的結晶用基板上，滴下水滴時的憎水性的斜視照片。
圖16是在實施例5的結晶用基板上，滴下水滴之後的液滴蒸發過程顯示憎水性的顯微鏡照片。
圖17是在實施例5的結晶用基板上，滴下水滴之後的液滴蒸發過程顯示憎水性的顯微鏡照片。
圖18是在實施例5的結晶用基板上，滴下水滴之後的液滴蒸發過程顯示憎水性的顯微鏡照片。
圖19是在實施例5的結晶用基板上，滴下水滴之後的液滴蒸發過程顯示憎水性的顯微鏡照片。
圖20是在實施例5的結晶用基板上，滴下水滴時的憎水性的斜視照片。
圖中符號1-單分子膜，8-結晶用基板，8a-防止滾動用凹部，9-液滴，10-基材。
具體實施例方式
本發明的結晶用基板，具有基材和有機分子膜，是在基板上具有用於結晶的場所的基板，其特徵是基材的表面被對液體顯示非親合性的有機分子膜覆蓋，且所述基材的表面和所述有機分子膜通過共價鍵結合。在結晶用基板上滴下要結晶的物質的溶液，然後，以適當條件，大致等方向地使液體蒸發，就可以高效地生成單晶。
所述被結晶物質，只要是可以從溶液生成結晶的物質就沒有特別的限定。具體地說，可以例舉出蛋白質、糖類、類脂、核酸以及樹脂等的高分子化合物；有機化合物(呈示非線性光學效果的有機物質，具體有，硝基苯胺衍生物、苯乙烯基吡啶甲苯磺酸酯(stibazolium tosylate)衍生物等；或者，呈示光·導電性功能的有機物質，具體有，蒽、並五苯以及並四苯等的多環烴及其衍生物等；或者，各種胺基酸)；各種無機化合物等。特別是，獲得蛋白質等的高分子化合物單晶是非常困難，但是使用本發明的結晶用基板，與以往方法相比，就可以更高效且低成本的獲得單晶。
本發明的結晶用基板的尺寸以及其他結構都沒有特別的限定。即，當使用以往公知的各種用於形成結晶的裝置或者夾具，進行被結晶物質的結晶時，將本發明的結晶用基板使用於被結晶溶液接觸的部位就可。因此，本發明的結晶用基板的大小不被任何所限制，而可以根據裝置等的大小，適當確定。
本發明的有機分子膜，是指由具有對液體顯示非親合性的部分的有機分子(該有機分子在後面詳述，以下，有時簡寫為「有機分子」)形成的薄膜，且所述薄膜的至少一部分是與基材以共價鍵結合的。
具體地說，可列舉出所述有機分子在基材上排成一排、並由所述有機分子與基材以共價鍵結合，而形成的層構成的薄膜(以下，有時簡寫為「單分子膜」)；在所述單分子膜的末端的官能基上進一步共價鍵結合所述有機分子，而所述有機分子的多個分子通過共價鍵結合累積形成的薄膜(以下，有時簡寫為「單分子累積膜」)；以及，通過所述有機分子相互鍵合，並通過來自所述薄膜所具有的有機分子的末端鍵合官能基(該官能基在後面詳述)的至少一部分與所述基材鍵合而形成的薄膜(以下，有時簡寫為「鄰位鍵合有機分子膜」)。
所述單分子膜的膜厚優選是0.5～2nm，更優選是1～2nm。另外，所述單分子累積膜的膜厚優選是1～50nm，更優選是1～10nm，更加優選是1～6nm，並且該有機分子的累積數優選是2～100，更優選是2～50，更加優選是2～6。再有，所述鄰位鍵合有機分子膜的膜厚優選是1～200nm，更優選是5～100nm。
表面被對液體顯示非親合性的有機分子膜所覆蓋的本發明的結晶用基板，優選其表面形狀是微細的凹凸形狀。這樣，在結晶用基板的表面是微細的凹凸形狀的情況下，通過所述有機分子膜對於液體的非親合性和結晶用基板表面的微細凹凸形狀的協同作用(相乘作用)，如圖11所示滴下的被結晶溶液就處於真球體(true sphere)或者接近真球體的狀態(以下，有時簡寫為「略球狀」)。其結果，可以進一步減小被結晶溶液和結晶用基板之間的接觸面積。因此，通過減小結晶用基板和液滴之間的接觸面積，可以使溶劑種從液滴的球面各向均等地蒸發。另外，還可以抑制被結晶溶液的液滴的濃度差，能夠穩定地進行結晶。
所述微細的凹凸形狀，是指在形成有凹凸的結晶用基板或者基材的表面上，從凹部的底部到凸部的頂點的高度(以下，有時簡寫為「突起部的高度」)。該高度是在0.005～5000μm的範圍，優選是0.02～0.5μm，更優選是0.03～0.2μm。若所述突起部的高度未滿0.005μm時，由於強烈地受到底部表面的影響，則很難維持略球狀的形態，而若超過0.5μm時，雖然能形成略球狀的液滴，但是由於基板的光透射率要下降，則會出現由顯微鏡觀察難以確認結晶生長情況的傾向。但是，如果可以不採用透射型顯微鏡進行觀察的話，突起部的高度只要能適當地形成液滴就可，超過0.5μm也沒有問題。另外，突起部的高度是可以通過例如由掃描型電子顯微鏡(SEM)獲得的像來算出。
另外，所述微細凹凸的表面粗糙度優選是0.003～500μm，更優選是0.003～100μm，更加優選是0.01～1μm，特別優選是0.02～0.1μm。若所述微細凹凸形狀的表面粗糙度未滿0.003μm時，則利用目前的製造技術很難實現，而若超過500μm時，液滴尺寸在數mm左右的場合下，很難維持略球狀的形態。另外，表面粗糙度可以用例如表面粗糙度計測定，如果特別微細的話，可以用掃描型探針顯微鏡(SPM)測定。
另外，所述微細的凹凸形狀，可以通過對該凹部和凸部的面積的比例進行調整，從而可以調整液滴和結晶用基板之間的接觸角和接觸面積。這樣的面積比例的調整，可採用例如半導體光刻法進行。
針對所述結晶用基板的表面的微細凹凸形狀的形成方法來說，可以例舉出通過使用「表面為微細凹凸形狀的基材」而形成微細凹凸形狀的方法、在基板上載置微細的金屬氧化物微粒等而形成微細凹凸形狀的方法等等。特別是當使用「表面是微細凹凸形狀的基材」時，由於有機分子膜的膜厚是極薄，因此如圖10的示意圖所示，可以在不消除所述基材的微細凹凸的情況下，在基材表面形成有機分子膜。
所述的表面上具有微細凹凸形狀的基材是，通過例如將基材表面成為凹凸形狀的表面處理而可以形成。作為所述表面處理的方法，沒有特別的限定，例如可以採用蝕刻法、噴砂法、等離子體處理法、使用氧氣的反應性濺射蝕刻法等，以往公知的各種方法。此外，還可以通過塑料擠出模成型等方法，來形成具有微細凹凸形狀的基材。
作為具有所述微細凹凸形狀的結晶用基板的具體例，圖9表示了通過蝕刻處理進行微細凹凸處理的基材、以及在所述基材上形成單分子膜的結晶用基板的照片。圖9(A)是基材的SEM照片，圖9(B)是在所述基材表面形成單分子膜的結晶用基板的SEM照片。從圖9中可知，即使通過表面處理在形成有微細凹凸形狀的基材表面上形成單分子膜也好，可以維持該微細的凹凸形狀。再說，所述基材是矽半導體晶圓(信越化學工業株式會社製造)，且用四乙氧基矽烷(TEOS)形成膜厚600nm的矽氧化膜。所述蝕刻是在壓力10Pa左右的氧氣氣氛下、進行了240秒鐘。這樣獲得的微細凹凸形狀的表面粗糙度是50nm、突起部的高度是0.12μm。另外，形成單分子膜的材料使用了由化學式CF3(CF2)7(CH2)2SiCl3表示的有機分子。形成的單分子膜的膜厚約是1.5nm。
另外，作為製成所述微細凹凸形狀的方法，可以舉出將金屬氧化物等的微粒載置於基材上的方法。
作為所述金屬氧化物等的微粒(以下，有時簡寫為「微粒」)，可以舉出金屬氧化物的微粒，具體有氧化鈦、氧化鋁；二氧化矽等的矽氧化物；天然礦物質的微粒，具體有矽、玻璃粉、滑石·雲母，等等。其中，出於可獲得所需粒徑的微粒來考慮，優選所述金屬氧化物的微粒。
為了形成合適尺寸的微細凹凸形狀，來發揮本發明的效果，所述微粒的平均粒徑優選是0.005～100μm，進一步優選是0.007～500μm。
另外，載置於所述基材上的微粒的量，只要能形成所述範圍的微細凹凸形狀就沒有特別的限定，例如，如後述那樣，使微粒分散到液體中、通過塗敷進行載置的情況下，該液體中的濃度優選是1～30質量％左右。
將所述微粒載置於基材上的方法沒有特別限定。例如可以採用將乾燥狀態的微粒撒在基材上的方法；或者，預先將微粒分散在液體中，再通過塗敷該微粒的分散液，載置於基材上的方法等等。另外，作為更優選的方法可以採用先在含有用於形成有機分子膜的有機分子的溶液中分散所述微粒，然後，為了形成有機分子膜，在塗敷含有所述有機分子的溶液的同時，載置該微粒的方法。
另外，在將所述微粒載置於基材上而形成本發明的結晶用基板的情況下，優選形成由所述鄰位鍵合分子膜構成的有機分子膜。由於所述鄰位鍵合有機分子膜是有機分子以數個(several)分子鍵合而成的，因此可以覆蓋並固定所述微粒。即，所述有機分子由於在與所述基材以及所述微粒形成共價鍵結合的同時，有機分子彼此之間也形成共價鍵，因此還發揮抑制微粒從基材上剝落的效果。從而，優選在所述微粒的表面上也存在可以與後述的有機分子的末端鍵合官能基形成共價鍵的活性氫。
另外，所述微粒不一定僅由化學鍵進行固定，還可以僅由物理吸附力進行載置。即，只要在進行結晶時，載置到基材上而形成微細凹凸形狀就可以。但優選方案是用有機分子膜覆蓋載置於基材上的所述微粒，通過所述微粒和所述有機分子之間的共價鍵進行固定。
再有，在結晶用基板上存在吸附力弱的微粒、而有可能混入到被結晶溶液中的情況之下，還可以預先通過預備洗滌，將它們從結晶用基板上去除。作為所述預備洗滌的方法，可以舉出噴射(spray)液體或者噴淋(shower)液體等的方法。
這樣，在結晶用基板表面具有微細凹凸形狀、並且基材表面由對液體顯示非親合性的有機分子膜所覆蓋的情況下，當向所述結晶用基板表面滴下液體時，可以形成對於所述表面的接觸角極大的略球狀的液滴。從而，可以大幅度減小液滴和表面的接觸面積，且可以進一步穩定地進行結晶。
上述接觸角是在120～180度的範圍。優選是150～180度、更優選是160～180度。另外，作為接觸角的測定方法，例如在被結晶溶液為水溶液的情況下，可以向結晶用基板表面滴下作為試料的4μl的水，對該液滴，例如使用靜態接觸角計量裝置(商品名接觸角計，協和界面科學株式會社製造)，進行測定。或者，還可以通過放大照片，測定接觸角。
另外，針對進行載置時的液滴的體積來說，根據要結晶的物質以及結晶用基板的特性的不同，無法唯一特定。但作為一例，優選是0.1μl～50ml、更優選是2μl～15ml。
再說，本發明的結晶用基板還可以在其表面具有如圖8所示的用於防止液滴滾動的凹部。圖8是本發明的結晶用基板的一例的剖面圖，其中，8是結晶用基板、8a是所述凹部、9是被結晶溶液的液滴。如果結晶用基板具有這種凹部的話，在進行被結晶物質的結晶時，可以抑制由滾動引起的被結晶溶液的在所述結晶用基板上的移動。
又，當結晶用基板上設置多個所述凹部時，所述凹部就可以作為組合化學的方法(按每個凹部更換條件，而高效地選擇最佳結晶條件的方法)的區分部分來使用。
所述防止滾動用凹部的剖面形狀沒有特別的限定，除了如圖8所示的形狀，該凹部的形狀根據目的還可以選擇半圓形、正方形、長方形、梯形、或其他多邊形等。另外，當剖面形狀是四邊形等時(特別是，剖面形狀是正方形、或長方形時)，優選不僅其底面具有微細凹凸形狀且被有機分子膜覆蓋，而且整個壁面也具有微細凹凸形狀且被有機分子膜覆蓋。在使用具有這樣的結構的、剖面形狀為正方形的結晶用基板的情況下，由於可以將液滴的滾動範圍限制到最小限度，可以增加每單位面積的液滴數，且在使用組合化學的方法時，也是有效的。其深度優選是0.01～20mm、更優選是0.1～5mm。另外，該凹部的平面的剖面積優選是0.05～200mm2、更優選是0.01～10mm2。
另外，所述凹部的數量也可以為複數個。當基板具有多個所述凹部時，可以合適使用組合化學的方法。
下面，說明具有這樣的防止滾動用凹部的結晶用基板的製造方法的一例。
預先，在基材本身上設置這樣的凹部，通過蝕刻處理等，在設有這樣的凹部的基材上設置微細凹凸形狀，然後，形成有機分子膜。通過該工序進行製造，可以在凹部的表面設置微細凹凸形狀。
在本發明中，形成所述有機分子膜的有機分子是，在一方的末端含有可以與所述基材表面形成共價鍵的官能基(以下，有時簡寫為「末端鍵合官能基」)、而在另一方的末端含有顯示對所述液體的非親合性的官能基(以下，有時簡寫為「特性官能基」)即可。通過所述末端鍵合官能基和所述基材的活性氫之間的反應，而形成共價鍵。另外，根據所述特性官能基，向形成的有機分子膜可以賦予「對液體顯示非親合性的特性」。
這裡，「對液體顯示非親合性的特性」可以根據液體的種類而適宜決定，例如，如果液體是水性的話，則優選是「疏水性」。
另外，本發明的被結晶溶液的溶劑成分可以是水系、醇系、烴系等，沒有特別的限定，只要是適於溶解被結晶物質並使之結晶的液體，就都可以選擇。在本說明書以及權利要求書中，有時將所述「適於溶解被結晶物質並使之結晶的液體」以及「被結晶的液體」簡寫為「液體」。
如前所述，在本發明的結晶用基板上，有機分子膜是通過強共價鍵固定在基材上的。因此，有機分子膜就會牢固地固定在基材上，形成與液滴顯示非親合性的緻密的膜。
若使用未形成共價鍵的單分子膜等的有機分子膜，則有機分子膜容易從基材上脫落，從而產生基材上的有機分子膜就很難緻密地形成。未形成共價鍵的有機分子膜就有上述缺點。
例如，當由作為有機分子使用不與基材形成共價鍵的硫醇化合物等形成單分子膜時，由於很難形成緻密的膜，導致呈示膜的密度要降低的傾向。因此，很難形成具有大接觸角的液滴。
再說，在使用所述硫醇化合物的情況下，一般認為與基材之間的鍵形態是配位鍵。另外，還知道在基材上硫醇化合物彼此接近時，原本應鍵合在基材上的硫醇部分就在分子間形成雙硫醇鍵，其結果，從基材上會脫落。
在本發明的結晶用基板中的有機分子膜是，其至少一部分在基材上形成共價鍵，所以本發明的結晶用基板顯示優良的疏水性、憎水性。
作為所述末端結合官能基，只要是如前面所述那樣能與基材表面形成共價鍵的基團，就沒有特別的限定，例如，可舉出滷代甲矽烷基、烷氧基甲矽烷基、異氰酸酯基甲矽烷基等各種甲矽烷基。
作為所述滷代甲矽烷基，可以例舉出一滷代甲矽烷基、二滷代甲矽烷基、三滷代甲矽烷基等，而作為滷素，可以使用氯、溴、氟、碘，其中，優選使用氯代甲矽烷基。所述烷氧基甲矽烷基，可以例舉出一烷氧基甲矽烷基、二烷氧基甲矽烷基、三烷氧基甲矽烷基等，而所述烷氧基甲矽烷基中的烷氧基的碳數可以是1～7個，優選是1～3個。具體有甲氧基甲矽烷基、乙氧基甲矽烷基、丁氧基甲矽烷基等。
在末端具有這樣的各種矽烷基的有機分子，可以與所述基材表面形成共價鍵。其結果，通過所述共價鍵而形成的有機分子膜，牢固地結合在所述基材表面。從而，所述有機分子膜就具有良好的耐久性。
具體地說，如果是具有所述滷代甲矽烷基的有機分子，則在與基材表面的活性氫之間，就會產生脫氯化氫反應等脫滷化氫反應。如果是具有所述烷氧基甲矽烷基的有機分子，則在與所述活性氫之間產生脫醇反應。如果是所述異氰酸酯基甲矽烷基，則在與所述活性氫之間產生脫異氰酸酯反應。
通過上述各反應，各所述有機分子和所述基材之間是由矽氧烷鍵(-Si-O-)共價鍵合。
再有，所述甲矽烷基的末端通過水解形成矽烷醇基。所述形成的有機分子的矽烷醇基，通過和鄰位的矽烷醇基彼此進行脫水，而如圖1所示，形成基於矽氧烷鍵結合的交聯結構。
另外，通過無規則性地進行這樣的交聯，形成有機分子彼此間的複雜的交聯結構，從而可以由有機分子膜本身，形成微細的凹凸形狀。
又，所述有機分子和基材之間的共價鍵，根據具有所述基材表面的活性氫的基的種類而不同，例如，在具有活性氫的基是-NH基的情況下，作為共價鍵，形成-SiN-鍵。
另外，作為所述特性官能基，只要是賦予了「對液體顯示非親合性的特性」的官能基，則沒有特別限制。例如可以舉出顯示憎水性(例如疏水性)、憎油性(非親油性)的官能基。具體地說，優選使用烴基、一部分或全部氫被氟置換了的烴基。所述烴基可以是飽和烴基也可以是不飽和烴基，另外，可以是直鏈狀、分支鏈狀、環狀中的任一種。還有，所述烴基的碳數沒有特別限定。例如可以是1～36個，優選5～30個。作為所述官能基的具體例，可以舉出CF3-、F(CF2)t-、CH3-、H(CH2)t-等，其中，t例如是1～15，優選是8～12。在這些官能基中，如果所述液體是水性溶劑的話，例如，優選F(CF2)t-、H(CH2)t-，而如果所述液體是油性溶劑的話，優選F(CF2)t-。
在本發明中，所述有機分子的種類沒有特別限定，例如，可以使用日本專利特開平4-132627號公報、特開平4-256466號公報、特開平10-180179號公報、特開平4-359031號公報等公開的有機分子。
在這些有機分子中，例如，優選由以下通式表示的有機分子或者其衍生物。
在下述通式(1)、(3)中優選m是1～15的整數，n是0～15的整數，「m+n」是10～30的整數。
在下述通式(2)、(4)中優選r是1～8的整數，s是0～2的整數，p是5～25的整數，「r+s」是1～10的整數，而且，A優選是氧原子(-O-)、氧羰基(-COO-)、或者二甲基矽烷基(-Si(CH3)2-)。另外，在下述通式(1)～(4)中，q是0～2的整數，X優選滷素、烷氧基或者異氰基中的任何一種，在「X3-q」是「X3或者X2」的情況下，可以全部相同，也可以不相同。在下述通式(1)～(4)中，R優選是氫原子或者是烴基。作為所述烴基，可以是不飽和烴基、飽和烴基中的任何一種，且碳數是例如，優選1～3。具體地說，作為下述通式(1)～(4)中的「-SiRqX3-q」，可以舉出與此前列舉的那樣的「末端鍵合官能基」。
F(CF2)m(CH2)nSiRqX3-q(1)F(CF2)r(CH2)sA(CH2)pSiRqX3-q(2)H(CH2)m(CH2)nSiRqX3-q(3)H(CH2)r(CH2)8A(CH2)pSiRqX3-q(4)作為由所述通式表示的有機分子，作為一例具體可以舉出由下述通式(11)～(44)表示的物質。
CF3(CF2)7(CH2)2SiCl3(11)F(CF2)4(CH2)2O(CH2)15SiCl3(12)CF3COO(CH2)15SiCl3(13)F(CF2)4(CH2)2Si(CH3)2(CH2)9SiCl3(14)F(CF2)8Si(CH3)2(CH2)9SiCl3(15)
CF3(CH2)2Si(CH3)2(CH2)15SiCl3(16)CF3CH2O(CH2)15SiCl3(17)CH3(CH2)7(CH2)2SiCl3(18)H(CH2)4(CH2)2O(CH2)15SiCl3(19)CH3COO(CH2)15SiCl3(20)H(CH2)4(CH2)2Si(CH3)2(CH2)9SiCl3(21)H(CH2)8Si(CH3)2(CH2)9SiCl3(22)CH3(CH2)2Si(CH3)2(CH2)15SiCl3(23)CH3CH2O(CH2)15SiCl3(24)CH3(CH2)17SiCl3(25)CH3(CH2)18SiCl3(26)CF3(CH2)9SiCl3(27)CH3(CH2)9SiBr3(28)CF3(CH2)6SiBr3(29)CH3(CH2)9SiH2Cl(30)CH3(CH2)9Si(CH3)2(OCH3) (31)CF2H(CF2)2(CH2)2SiH2Cl (32)CF3(CH2)2(CH3)2Si(CH2)15SiCl3(33)CF3(CF2)3(CH2)2(CH3)2Si(CH2)9SiCl3(34)CF3(CF2)7(CH2)2(CH2)2Si(CH2)9SiCl3(35)CF3(CF2)7Si(CH3)2(CH2)9SiCl3(36)CF3(CF2)6Si(CH3)2(OCH3) (37)CF3(CF2)6SiCl3(38)CF3(CF2)7(CH2)2Si(OCH3)3(39)CF3(CF2)7(CH2)2SiBr3(40)CF3(CF2)7(CH2)2Si(OCN)3(41)CF3(CF2)6SiH2Cl (42)CF3(CF2)7(CH2)2SiH2Cl(43)CF3(CF2)7(CH2)2Si(CH3)2(OCH3) (44)還有，由於形成的有機分子膜的臨界表面能(mN/m)越低、越提高憎水性，因此在所述有機分子中，優選使其特性官能基具有氟原子的有機分子，更優選特性官能基具有三氟化碳的有機分子。
例如，由所述Heptadecafluorodecyldimetylsilylnonyltrichlorosilane(CF3(CF2)7Si(CH3)2(CH2)9SiCl3)形成的有機分子膜，與一般的氟樹脂表面臨界能是15～18mN/m相對，顯示8mN/m左右的低的表面臨界能。
另外，有機分子的氟原子的數和有機分子膜的臨界表面能之間具有密切關係，即伴隨著氟原子的增加，臨界表面能會下降。因此，如果進一步要提高有機分子膜的憎水性的話，優選使用氟原子數多的有機分子，特別優選使用在特性官能基的末端具有多個氟原子的有機分子。有機分子內的氟原子的數量是，例如，優選3～34個，更優選7～29個、特別優選13～25個。
作為形成所述有機分子膜的有機分子，可以使用一種，也可以組合使用兩種以上的有機分子使用。在組合兩種以上的有機分子而使用的情況下，通過選擇有機分子的種類以及調整它們的比例，可以細微地控制對液體的非親合性。從而，可以自由且簡便地形成對應於要結晶的被結晶溶液的有機分子膜。
所述基材為了與所述有機分子進行反應而形成共價鍵，其表面具有活性氫即可。作為所述活性氫，可以舉出包含在羥基、羧基、磺酸基、亞磺酸基、磷酸基、亞磷酸基、第四級鋁基(quarternary aluminum group)、第四級鏻基、硫醇基、氨基、硫酸酯基等中的活性氫。另外，在本發明中，所謂「在基材的表面具有活性氫」是指活性氫在基材表面露出的狀態。
作為所述結晶用基板的材料(基材)，沒有特別限定，可以使用以往公知的基材。例如有玻璃、雲母、石英、合成石英、矽等的無機材料；丙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、氯乙烯、環氧樹脂、矽酮樹脂(聚二甲基矽酮)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、聚碳酸酯等的各種聚合物；陶瓷；金屬等等。其中，玻璃基材和石英基材是由於在其表面具有羥基，富含活性氫，所以與所述有機分子的末端可以容易形成共價鍵，因此是優選的基材。
另外，對於表面不具有活性氫的基材、或者活性氫少的基材，通過進行在其表面導入(賦予)活性氫的處理，可以使其與所述有機分子反應。賦予所述活性氫的方法，可以使用以往公知的方法。例如可以舉出對於基材表面進行化學氧化處理的方法；在氧存在下對基材表面進行等離子體處理或者臭氧處理等物理處理的方法。另外，還可以舉出通過使用SiCl4、HSiCl3、SiCl3O-(SiCl2-O)n-SiCl3(其中，n是0～6的整數)、Si(OH)4、HSi(OH)3、Si(OH)3O-(Si(OH)2-O)n-Si(OH)3(其中，n是0～6的整數)等，對基材表面進行親水化處理的方法。
具體地說，基材表面的氧化是，例如，可以通過在有氧或者氫原子供給物質存在的條件下，對基材表面照射紫外線而進行。通過該方法，由紫外線照射而分解氧生成臭氧，且該臭氧與氫原子供給物質反應，生成具有活性氫的活性種。另一方面，如果紫外線照射到基材表面，則基材表面的原子間共價鍵就會被切斷，形成未鍵合手。通過包含活性氫的活性種與該基材表面的未鍵合手作用，而對基材表面賦予活性氫。
作為氫原子供給物質，例如，可以使用水、氨等。在作為氫原子供給物質使用水的情況下，可以在基材表面以-OH基的形式存在活性氫，另外，在使用氨的情況下，可以以-NH基的形式存在活性氫。
再有，可以採用電暈處理、等離子體處理等，來代替紫外線照射處理。
還有，所述有機分子膜，例如，可以通過在基材上有機分子直接形成共價鍵而形成，或者也可以在基板上介由保護膜而形成。
下面，說明在基材表面形成有機分子膜而製造本發明的結晶用基板的方法的一例。再說，有機分子膜的形成方法並不僅限於以下方法，還可以按照日本專利特開平4-132627號公報、特開平4-256466號公報、特開平10-180179號公報等方法來形成。另外，有機分子膜的形成方法沒有特別限定，例如，可以例舉出化學吸附法、LB(Langmuir-Blodgett)法等方法，而以下實例為化學吸附法的一例。
首先，將有機分子溶解在溶劑中，調製化學吸附液。
所述溶劑例如可以根據使用的有機分子的種類而適當決定。例如，可使用十六烷、氯仿、四氯化碳、矽油、己烷、甲苯等。這些溶劑可以單獨使用任何一種，也可以混合兩種以上使用。其中，優選使用十六烷、氯仿以及四氯化碳的混合溶劑。所述化學吸附液的有機分子的濃度沒有特別限定，例如是3×10-2～1×10-1M左右。
接著，使所述基材和所述化學吸附液接觸。由此，所述基材表面的活性氫和所述有機分子的末端鍵合官能基之間產生如前所述的脫氯化氫反應等脫滷化氫反應、脫醇反應或者脫異氰酸酯反應，從而在所述有機分子和基材之間形成共價鍵(例如矽氧烷鍵(-Si-O-)等)。這樣，在基材上形成由所述有機分子構成的有機分子膜。
所述基材和所述化學吸附液的接觸方法沒有特別限定。例如可以舉出將所述基材浸漬在所述化學吸附液中的方法；將所述化學吸附液塗敷在所述基材上的方法等。所述基材和所述化學吸附液的接觸時間沒有特別限定，例如可以是數秒～10小時，優選是1分鐘～1小時。另外，所述化學吸附液的溫度例如可以是10～80℃，優選是20～30℃。
在形成單分子膜或者單分子累積膜作為所述有機分子膜的情況下，在所述有機分子形成共價鍵結合到基材表面之前、為了防止有機分子彼此間產生縮合反應，例如，根據日本專利特開平4-256466號公報記載的那樣，優選在乾燥狀態下，使所述有機分子和基材表面的活性氫進行反應。具體地說，優選在乾燥空氣或者氮氣、氬氣等的乾燥氣氛下，使基材與所述化學吸附液接觸。出於所述有機分子的末端鍵合官能基和所述基材之間的反應容易的觀點考慮，所述乾燥氣氛中優選氣氛中含有的水蒸氣的量未滿6.80g/m3、更優選末滿5.80g/m3。為了獲得這樣的氣氛，例如將22℃下的相對溼度優選設定為未滿35％(更優選為0～30％)。
另一方面，在形成所述鄰位鍵合有機分子膜作為所述有機分子膜的情況下，在所述氣氛中含有的水蒸氣量優選為6.80g/m3以上、更優選為8.80g/m3以上，這樣可以使所述有機分子的末端鍵合官能基相互間以共價鍵結合而容易形成薄膜，並且，使來自所述薄膜具有的所述有機分子的末端鍵合官能基的至少一部分與所述基材或者被載置的金屬氧化物微粒等容易結合。為了獲得這樣的氣氛，例如將22℃下的相對溼度優選設定為35％以上(更優選為45％以上)。
還有，在所述有機分子膜是所述單分子累積膜的情況下，例如如前所述，在基材上形成單分子膜之後，再進行對所述單分子膜的表面賦予活性氫的處理(例如親水化處理)，然後與形成所述單分子膜一樣形成累積層即可。通過反覆進行該活性氫賦予處理和化學吸附，能夠形成期望的疊層數的累積膜。
作為具體的實例，在基材上形成的第一層單分子膜表面包含乙烯基等不飽和基的情況下，在水分存在的氣氛中、通過照射電子束或者X射線等能量線來，可以導入羥基(-OH)。還有，如果將該基板浸漬到過錳酸鉀水溶液中，就可以導入羧基(-COOH)。
所述有機分子可以在所述基材表面整體上形成，也可以僅在被結晶物質的進行結晶時、對被結晶溶液所接觸的位置選擇性地形成。作為在所述基材上選擇性地形成有機分子膜的方法，沒有特別限定，例如可以舉出以下方法。
首先介紹方法一。該方法是預先在基材的整個表面上形成有機分子膜之後，僅去除形成在不需要的區域的有機分子膜的方法。在所述基材表面形成有機分子膜之後，形成僅覆蓋必要部分的光掩模。接著，向該基材表面照射紫外線，只去除沒有被所述光掩模覆蓋的區域的有機分子膜。作為所述紫外線的照射方法，例如，在使用激元雷射等雷射的情況下，可採用對有機分子膜的特定區域以點照射方式進行照射的方法。由於本發明的有機分子膜的膜厚是極薄，因此即使部分地去除這樣的有機分子膜，也不會產生與以往一樣的薄膜厚度的偏差。除了所述紫外線照射處理之外，還可以採用電暈處理、等離子體處理等方法。通過在有氧條件下進行這些處理，可以以氧化方式去除基材表面的有機分子膜。
下面介紹方法二。在該方法中，預先在所述基材表面形成僅覆蓋不需要有機分子膜的區域的抗蝕劑圖形。然後，使所述有機分子與形成有所述抗蝕劑圖形的所述基材表面接觸，接著，去除所述抗蝕劑圖形，在所述基材表面選擇性地形成所述有機分子膜。
方法三如下。針對在所述基材表面的僅需要有機分子膜的區域，通過噴墨法或者印花法接觸有機分子，從而選擇性地形成有機分子膜。
通過由所述方式形成的有機分子膜，由於本發明的結晶用基板的表面具有來自有機分子的特性官能基，因此對液體顯示非親合性的特性。從而，使用本發明的結晶用基板，當被結晶物質進行結晶時，可以極力減小被結晶溶液和所述結晶用基板表面的接觸面積，以致可以高效且穩定地形成結晶。
本發明的結晶用基板的使用具體如下。
首先，當使用本發明的結晶用基板，例如，對蛋白質進行結晶時，其被結晶溶液優選儘可能地已精製好的溶液。作為精製法具體可以使用適用於蛋白質精製的通常方法，例如有電泳法(SDS-PAGE、Native-PAGE等)、柱層析法、或者其他已知的精製方法。
將通過以上方法獲得的蛋白質，在不破壞該蛋白質結構的條件下，例如，溶解到乙酸緩衝液中，調整被結晶溶液。根據需要，還可以在所述被結晶溶液中添加氯化鈉溶液或者分子量8000的聚乙二醇(PEG8000)等。
接著，將結晶用基板載置於能夠控制蒸氣壓、溫度等氣氛條件的裝置內，並在結晶用基板上滴下與形成於所述結晶用基板上的有機分子膜具有非親合性性質的所述被調整的被結晶溶液。滴下的方法沒有特別限定，可以舉出微型注射器、微型滴管、或噴墨等的滴下方法。
由於形成於結晶用基板的表面上的有機分子膜具有非親合性，因此滴下的液滴成略球狀。此時，由於液滴為略球狀，因此很容易在結晶用基板上滾動。由此，優選滴到所述防止滾動用凹部上。
關於結晶的方法來說，為了使被結晶溶液處於過飽和狀態，除了可以採用對被結晶溶液的溶劑進行蒸發而進行結晶的方法，還可以採用將被結晶溶液的溫度降低到過飽和溫度以下而進行結晶的方法。據此，所述裝置有必要具備特別精密的溫度控制機構。再說，溫度的上升速度或者下降速度是，可根據被結晶物的種類，選擇最佳條件。
再有，關於所述氣氛來說，有必要對應期望的結晶物選擇如酸性氣氛等最佳條件的而進行控制。
在對滴下的液滴進行蒸發的情況下，從略球面的表面各向均等地逐漸蒸發液體，最終，溶液中的被結晶物質被結晶。
在蒸發液滴的情況下，隨著結晶的進行，溶劑成分會被蒸發，液滴也跟著變小。此時，在蒸發的最終階段，結晶物的濃度變高，根據情況會從飽和濃度達到過飽和濃度，最終生成結晶。在濃度變濃的階段，通過給予精製結晶的刺激，可以促進結晶的生成。作為所述刺激例如有給予振動(聲波)、照射光(雷射)等。
此時，通過使氣氛條件最合適，可以進一步有效地獲得單晶。
再說，對蛋白質等進行結晶的氣氛的最佳條件根據被結晶的物質的種類而各不相同。從而，通常尋求最佳條件是一件非常困難的事情，通過改變多個條件而經過不斷試行錯誤來選擇。但是，如果使用本發明的結晶用基板的話，由於如前所述在結晶用基板上設置有多個凹部，且對每個凹部可以更換氣氛條件(即，可以設定和其他不同的氣氛條件)，因此可以一次實施多個條件，從而能夠在短時間選擇最佳條件。
另外，作為使用本發明的結晶用基板來高效地獲得單晶的方法，還可以採用在搖動所述結晶用基板的同時、蒸發被結晶溶液的方法。在這情況下，可以使略球狀的液滴進一步接近於真球體，從而可以從各向更加均等地進行蒸發等。
如前所述，本發明的結晶用基板可用作以往公知的各種結晶用裝置的結晶用基板。即，本發明的結晶用裝置具的特徵在於當結晶時，至少在被結晶溶液所接觸的部位上，配置本發明的結晶用基板，而其他結構沒有任何限制。因此，本發明的結晶用裝置，根據結晶方法，具備有適當組合的各種結構(例如，對溫度、溼度或者溶劑蒸汽濃度等因素的控制機構等)即可。
(實施例)下面，通過實施例，說明本發明的具體實施方式
的一例。但本發明並不僅限於這些實施例。
另外，在說明書中的「以上」和「以下」皆包括本數，例如，「X以上」指「等於X或者大於X」，「X以下」指「等於X或者小於X」，「超過」、「超出」、「未滿」以及「不足」皆不包括本數。
首先，就微細凹凸形狀的表面粗糙度、突起部高度、凹凸形狀的凸部的面積比例以及接觸角的測定方法進行說明。
(突起部高度以及表面粗糙度的測定方法)使用掃描型顯微鏡(SEM)觀察要進行觀察的基材以及結晶用基板的表面狀態，測定表面粗糙度和突起部高度。
突起部高度的計算方法如下在SEM的觀察像中，對多個點計測突起部頂點和與所述頂點相鄰的底部的一點的高度差，算出其平均值。
還有，表面粗糙度的計算方法按照日本工業規格JISB0601-1994進行。
(凸部面積比例的測定方法)使用掃描型顯微鏡(SEM)，對被觀察的基材和結晶用基板的設有微細凹凸形狀的部分的表面狀態，拍攝其像。
通過圖像處理，對獲得的所述攝影影像進行二值化，計算出在觀察到的部分的整體面積中凸部部分面積所佔的比例。
(接觸角的測定方法)在獲得的結晶用基板上作為試料滴下4μl的水，形成直徑約3mm的液滴。對於該液滴，在滴下之後緊接著用靜態接觸角計量裝置(商品名接觸角計，協和界面科學株式會社製造)，測定接觸角。
另外，下面顯示了用於形成在本實施例中使用的有機分子膜的有機分子及其對應的省略代號。
CF3(CF2)7(CH2)2SiCl3有機分子17aCH3(CH2)18SiCl3有機分子F0CF3(CH2)2(CH3)2Si(CH2)15SiCl3有機分子F3CF3(CF2)3(CH2)2(CH3)2Si(CH2)9SiCl3有機分子F9CF3(CF2)7(CH2)2(CH2)2Si(CH2)9SiCl3有機分子F17CF3(CF2)3(CH2)6SiCl3有機分子F9aCF3(CH2)9SiCl3有機分子F3aCH3(CH2)17SiCl3有機分子OTS(實施例1)(1)塑料制基材的表面處理將厚度100μm的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜配置於腔室內，在壓力10Pa左右的氧氣氣氛下，使用平行平板電極型等離子體蝕刻裝置，在40W/cm2的條件下進行規定時間(3分鐘、10分鐘)的輝光放電。使用掃描型顯微鏡(SEM)觀察通過該處理後的薄膜的表面狀態。圖2表示其結果。
如圖2的SEM照片所示，在所述PET薄膜表面上形成有微細的凹凸形狀。更具體地說，如圖2(A)所示經過3分鐘輝光放電獲得的薄膜的突起部高度是50nm左右，其表面粗糙度是30nm左右。另外，如圖2(B)所示，經過10分鐘輝光放電獲得的薄膜的突起部高度是170nm左右，其表面粗糙度是50nm左右。
(2)玻璃基材的表面處理在玻璃基材(商品名#7059，Dow Corning Corp.製造)的表面，使用氧化矽形成SiO2濺射膜(厚度600nm)。
接著，作為反應氣體使用CHF3/O2，並在壓力120Pa、蝕刻功率1.17W/cm2的條件下，進行2分鐘的等離子體蝕刻。對於蝕刻後的玻璃基材，使用SEM觀察其表面形狀。圖3表示其結果。
如圖3的SEM照片所示，在所述玻璃基材的表面形成有微細凹凸形狀。具體地說，在玻璃基材表面的突起部的高度是150nm左右，其表面粗糙度是50nm左右，而用電子顯微鏡照片測定的傾斜角是45°。
(3)單分子膜的形成在與所述(1)相同的條件下，在PET薄膜的表面進行微細凹凸處理，獲得了突起部的高度是170nm左右，表面粗糙度是50nm的PET薄膜。
接著，將作為氟化烷系矽烷耦合劑的有機分子F17a(信越化學工業株式會社製造)，以其濃度成為2質量％的比例混合到非水系溶液全氟類溶劑(商品名PF5080，住友3M公司製造)，調整化學吸附材料溶液。
在所述化學吸附劑溶液中浸漬所述PET薄膜，在室溫(20℃)、氮氣乾燥氣氛下(相對溼度5％)放置一個小時，由此在所述基材表面形成單分子膜，獲得結晶用基板。此時單分子膜的厚度是2nm。
對於該結晶用基板的表面進行SEM觀察，求出了表面凹凸的突起部高度以及滴下水時的相對於結晶用基板的水的接觸角。
其結果，結晶用基板的突起部高度是50nm，而接觸角表示為150°。
再說，當結晶用基板表面的突起部高度設定為50nm以上時，各接觸角都穩定地顯示了150°。
這樣，由於本實施例的結晶用基板的憎水性良好，因此所述結晶用基板表面的液滴接近於真球體，且其接觸角也是極高的150°。根據該結果，如果將所述結晶用基板用於例如蛋白質等的有機高分子的結晶上，則可以降低結晶用基板和被結晶溶液的接觸面積，從而可以改進結晶條件。
(實施例2)除改變了所述實施例1的(1)的等離子體蝕刻條件以外、其他都以相同的方式，在PET薄膜上進行微細凹凸處理，製作了突起部高度不同的四種基材。
接著，以與所述實施例1的(3)相同的方式，在所述基材表面形成單分子膜，獲得結晶用基板。
再說，四種基材的突起部高度各為30nm、50nm、200nm以及500nm。其製造條件如以下所示。
當製作高度為30nm的突起部時，在壓力為10Pa左右的氧氣氣氛下，以40W/cm2進行了2分鐘的處理。當製作高度為50nm的突起部時，在壓力10Pa左右的氧氣氣氛下，以40W/cm2進行了3分鐘的處理。當製作高度為200nm的突起部時，在壓力10Pa左右的氧氣氣氛下，以40W/cm2進行了15分鐘的處理。當製作高度為500nm的突起部時，在壓力10Pa左右的氧氣氣氛下，以40W/cm2進行了25分鐘的處理。
對由此獲得的結晶用基板，測定可視光透射率。另外，作為對照，還測定了微細凹凸處理以及單分子膜形成處理之二者均未進行的、「未處理PET薄膜」的可視光透射率。圖4表示其結果。
圖4表示各結晶用基板的透射率和波長相關圖。圖中的「30nm、50nm、200nm、500nm」各表示各結晶用基板表面的突起部高度。如圖4所示，在波長550nm時的各結晶用基板的可視光透射率是突起部高度30nm時為84％、突起部高度50nm時為83％、突起部高度200nm時為81％、在對照物時為85％，即，它們表示大致相同的值。另一方面，在突起部高度500nm時，可視光透射率為70％，透射率變得較低。
從該透射率結果，可以知道以下情況。即，在進行結晶的時候，一般用顯微鏡觀察結晶核生長。由於在這樣的觀察時使用的倒立型顯微鏡等是，基於透過基板的光來測定生長程度的，因此特別要求基板的透明度。還有，由於其他顯微鏡也一般都基於透射光進行測定，因此同樣對基板要求其透明度。故此，本發明的方法還具有能夠製造如上的結果那樣具有良好透射率的結晶用基板的效果。
(實施例3)採用與所述實施例1的(2)相同的方法，在玻璃基材上進行了微細凹凸處理，製作了突起部高度為150nm的玻璃基材。然後，在該基材表面，以與所述實施例1的(3)相同的方式形成單分子膜，製得了結晶用基板。
對由此獲得的結晶用基板，測定可視光透射率。另外，作為對照，還測定了微細凹凸處理以及單分子膜形成處理之二者均末進行的、玻璃基材的可視光透射率。圖5表示其結果。
圖5表示各結晶用基板的透射率和波長的相關圖。如圖5所示，結晶用基板的可視光透射率顯示了與對照物同樣程度的數值，尤其波長在400nm以上時顯示了基本上相等的數值。
另外，圖6顯示了在突起部高度為150nm的所述結晶用基板上滴下4μl的水滴時的照片。如圖6所示，水滴極其接近於真球體，而且其接觸角是160°。由此可知，這樣獲得的結晶用基板是超憎水性的結晶用基板。
(實施例4)對於使用各種有機分子形成的單分子膜，分別測定了臨界表面能。臨界表面能越小，則可以說是憎水性、憎油性越良好的單分子膜。
作為有機分子，使用了有機分子F0、有機分子F3、有機分子F9以及有機分子F17。還有，如以下所示，在沒有進行微細凹凸處理的未處理玻璃基板的表面上，分別形成了單分子膜。
再說，關於單分子膜的形成方法，除了使用所述各種有機分子以外，其他與實施例1的(3)相同。
使用靜態接觸角計(商品名接觸角計，協和界面科學公司製造)，計算出了獲得的各單分子膜的臨界表面能。如圖7所示，在圖中點示了「對於水滴的表面張力的、在基板上的水滴的接觸角之餘弦值」。根據圖中點示的各點劃出近似直線，而將在餘弦值為1時的外推點的表面張力設定為臨界表面能。各臨界表面能具體為22mN/m(有機分子F0)、18mN/m(有機分子F3)、13mN/m(有機分子F9)以及9mN/m(有機分子F17)。從該結果可知，使用的有機分子中含有的F原子的數越多，臨界表面能就越低。因此，在同一個基板上形成有機分子的情況下，形成有機分子膜的有機分子中的F原子的數越多，則可以獲得憎水性·憎油性越良好的結晶用基板。
(實施例5)在進行了搪玻璃處理的鋁製基材(株式會社神戶制鋼所製造)上形成厚度約0.5μm的SiO2覆蓋膜。接著，將平均粒徑21nm的氧化鈦微粒(商品名P25，NIPPON AEROSIL Co.，Ltd製造)和有機分子F17a(作為含有Si的水解性基和氟代烷基的物質的、十七氟癸基三氯矽烷)，在作為非水系溶劑的二甲苯中稀釋調製，獲得用於形成鄰位鍵合有機分子膜的化學吸附液。此時，氧化鈦微粒和有機分子17a的濃度分別是5質量％和10質量％。
將上述塗料使用刷子，以1～10μm的厚度，塗敷在所述鋁製基材上。此後，在室溫和相對溼度45％的氣氛中，使二甲苯蒸發。此時，利用所述氣氛中的水分快速水解了殘留在基材上的所述有機分子F17a的水解性基(這裡，我們還確認了本研究中優選的水解是在相對溼度35％以上的條件下進行的)。此時，氣氛中的水分和氯代矽烷基通過脫氯化氫反應，形成鄰位鍵合有機分子膜。
該反應經過約10分鐘完成。基材和有機分子F17a通過矽氧烷鍵而形成共價鍵結合，且鄰位的有機分子彼此間也通過矽氧烷鍵形成共價鍵結合。其結果，在基板表面上形成了含有作為疏水性部分具有氟代烷基的聚合物的、鄰位鍵合有機分子膜，並且該膜表面形成有微細凹凸形狀。該鄰位鍵合有機分子膜幾乎不會剝離。另外，表面粗糙度的測定結果是在0.1～40μm的範圍，且對於水的接觸角是172°。
在所述結晶用基板上滴下水滴20μl。圖12表示滴在結晶用基板上後從液滴的正上方拍攝的顯微鏡照片。此時的水滴半徑是1.688mm。另外，圖13顯示了將在圖12所示的水滴、從相對於結晶用基板的主面的法線大致傾斜45度的方向拍下的斜視照片。水滴顯示了超憎水狀態。
在室溫22℃、溼度57％條件下維持該水滴，使所述水滴從所述結晶用基板上蒸發，則水滴如圖14的顯微鏡照片那樣變化。相對於結晶用基板從液滴的正上方觀察水滴的形狀的結果是該水滴保持了圓形，且其半徑是1.105mm。另外，圖15表示該狀態的斜視照片。水滴在所述結晶用基板上維持超憎水狀態。
圖16～19表示了此後的隨時間變化情況。相對結晶用基板從液滴的正上方觀察水滴的形狀的結果是該水滴一直保持了圓形，且其半徑分別變化為0.546mm、0.384mm、0.293mm。另外，圖20表示了對應於圖19的顯微鏡照片的斜視照片。示出水滴維持球形，在該結晶用基板上維持了超憎水狀態，從而可以推測除與結晶用基板的接觸部，其他部分都各向均等地進行了蒸發。
(實施例6～11)在矽半導體晶圓上形成了厚度1μm的矽氧化膜。
接著，採用半導體光刻的方法，在所述矽氧化膜表面塗敷陰型的光抗蝕劑之後，照射雷射，形成邊長100nm的正方形的抗蝕劑圖形。
此後，將帶有抗蝕劑圖形的矽半導體晶圓設置在乾式蝕刻裝置中，對矽氧化膜進行蝕刻。然後，用抗蝕劑去除裝置，去除抗蝕劑圖形。
本方法的蝕刻的特徵在於通過改變照射雷射的位置，來改變圖形密度。使用本裝置，可以將凹部和凸部的面積比例從95∶5到5∶95以五個階段進行改變。在本實施例6～11中，在一片矽半導體晶圓上，形成了改變面積比例的六種圖形。
將有機分子F17a、有機分子F9a、有機分子F3a以及有機分子OTS，分別以1.0質量％的比例溶解在十六烷為4重量份、氯仿為1質量份的混合溶劑中。
在所述溶液中浸漬該矽半導體晶圓，且除了改變所述溶液的組成之外、其他均以與實施例1的(3)相同的方法，形成單分子膜。
此時的突起部高度是150nm左右。
改變矽半導體晶圓的表面的凸部的比例和有機分子的種類時的、對於水的接觸角的測定結果如表1所示。
表1

再說，表1所示的表面形狀和有機分子，是以對於水的接觸角在174～124度範圍內按大致每10度的量的方式進行選擇的。在需要更精細的對於水的接觸角的情況下，可以通過進一步選擇表面形狀和有機分子來形成。
(實施例12～17)在已在實施例6～11中使用過的矽半導體晶圓上，以不實施與實施例6～11相同的蝕刻處理、並不形成微細凹凸形狀的狀態下，形成單分子膜。
其中，作為形成有機分子膜的有機分子，如表2所示，除使用了兩種有機分子以外，採用與所述實施例6～11相同的方法，在矽半導體晶圓上形成有機分子膜，獲得結晶用基板。表2表示了測定所獲得的結晶用基板的對於水的接觸角的結果。
表2

在實施例12～17中，通過使用多種所述有機分子，精細地控制了結晶用基板的表面狀態。具體地說，是對於水的接觸角在120～125度範圍內按每一度的量進行選擇的。這樣，通過選擇所述有機分子及其混合比例，可以比較自由地控制對於水的接觸角。
另外，通過進一步選擇其他有機分子或者選擇混合比例，可以進一步擴大選擇的自由度。
(實施例18～21)在實施例6～11中使用過的、設置有按凸部比例為50％來蝕刻的微細凹凸形狀的、矽半導體晶圓上，形成單分子膜。形成單分子膜的有機分子，如表3所示使用了分別50％的兩種有機分子。其他方法與所述實施例6～11相同，在矽半導體晶圓上形成單分子膜，獲得結晶用基板。表3表示了測定所獲得的結晶用基板的對於水的接觸角的結果。
表3

一般來說，作為結晶核的形成條件，被結晶溶液越接近於真球體狀態則越好。另外，溶液所置的氣氛(溫度、溼度、周邊氣體氣氛等)也有時給結晶核形成帶來微妙影響。
因此，如果使用形成如上述那樣各種各樣的表面處理的方法(即，設定接觸角以及精細地控制其角度的方案)的話，可以選擇最適合的結晶核形成狀態，對於組合化學的方法是非常有效。
如上所述，根據本發明的結晶用基板，對蛋白質、核酸、糖類等的生物高分子、樹脂及其他高分子化合物、有機化合物、無機化合物，可以高效地進行結晶。從而可以說在醫療和生物化學、催化劑開發、材料開發領域等多種領域都極其有用。尤其在可以同時試行多個條件的組合化學領域中，通過使用本發明的結晶用基板，可以簡便地選擇最佳結晶條件等，從而使其利用價值特別高。
權利要求
1.一種結晶用基板，是用於結晶的結晶用基板，其特徵在於，基材的表面被對液體顯示非親合性的有機分子膜覆蓋，且所述基材表面和所述有機分子膜通過共價鍵結合。
2.如權利要求1所述的結晶用基板，其中，在所述有機分子膜和所述基材表面之間形成的共價鍵是選自-Si-O-鍵以及-SiN-鍵中的至少一個鍵。
3.如權利要求1所述的結晶用基板，其中，所述結晶用基板的表面具有微細的凹凸形狀。
4.如權利要求1所述的結晶用基板，其中，所述有機分子膜是單分子膜、單分子累積膜或者鄰位鍵合分子膜。
5.如權利要求1所述的結晶用基板，其中，所述有機分子膜由以選自下述通式(1)、(2)、(3)以及(4)構成的組中的通式表示的至少一種有機分子或者其衍生物形成，F(CF2)m(CH2)nSiRqX3-q(1)F(CF2)r(CH2)sA(CH2)pSiRqX3-q(2)H(CH2)m(CH2)nSiRqX3-q(3)H(CH2)r(CH2)sA(CH2)pSiRqX3-q(4)其中在所述通式(1)及(3)中，m是1～15的整數，n是0～15的整數，「m+n」是10～30的整數，q是0～2的整數，X是滷素、烷氧基或者異氰基，R是氫或者烴基；在所述通式(2)及(4)中，r是1～8的整數，s是0～2的整數，p是5～25的整數，q是0～2的整數，「r+s」是1～10的整數，A是氧原子、氧羰基、或者二甲基矽烷基，X是滷素、烷氧基或者異氰基，R是氫或者烴基。
6.如權利要求5所述的結晶用基板，其中，所述有機分子是選自以下述通式(11)～(44)表示的至少一種有機分子。CF3(CF2)7(CH2)2SiCl3(11)F(CF2)4(CH2)2O(CH2)15SiCl3(12)CF3COO(CH2)15SiCl3(13)F(CF2)4(CH2)2Si(CH3)2(CH2)9SiCl3(14)F(CF2)8Si(CH3)2(CH2)9SiCl3(15)CF3(CH2)2Si(CH3)2(CH2)15SiCl3(16)CF3CH2O(CH2)15SiCl3(17)CH3(CH2)7(CH2)2SiCl3(18)H(CH2)4(CH2)2O(CH2)15SiCl3(19)CH3COO(CH2)15SiCl3(20)H(CH2)4(CH2)2Si(CH3)2(CH2)9SiCl3(21)H(CH2)8Si(CH3)2(CH2)9SiCl3(22)CH3(CH2)2Si(CH3)2(CH2)15SiCl3(23)CH3CH2O(CH2)15SiCl3(24)CH3(CH2)17SiCl3(25)CH3(CH2)18SiCl3(26)CF3(CH2)9SiCl3(27)CH3(CH2)9SiBr3(28)CF3(CH2)6SiBr3(29)CH3(CH2)9SiH2Cl (30)CH3(CH2)9Si(CH3)2(OCH3)(31)CF2H(CF2)2(CH2)2SiH2Cl (32)CF3(CH2)2(CH3)2Si(CH2)15SiCl3(33)CF3(CF2)3(CH2)2(CH3)2Si(CH2)9SiCl3(34)CF3(CF2)7(CH2)2(CH2)2Si(CH2)9SiCl3(35)CF3(CF2)7Si(CH3)2(CH2)9SiCl3(36)CF3(CF2)6Si(CH3)2(OCH3) (37)CF3(CF2)6SiCl3(38)CF3(CF2)7(CH2)2Si(OCH3)3(39)CF3(CF2)7(CH2)2SiBr3(40)CF3(CF2)7(CH2)2Si(OCN)3(41)CF3(CF2)6SiH2Cl (42)CF3(CF2)7(CH2)2SiH2Cl(43)CF3(CF2)7(CH2)2Si(CH3)2(OCH3) (44)
7.如權利要求3所述的結晶用基板，其中，所述基材的表面是微細凹凸形狀，通過該基材，使結晶用基板的表面成為微細凹凸形狀。
8.如權利要求3所述的結晶用基板，其中，在所述基材表面存在金屬氧化物微粒，通過該基材，使結晶用基板的表面成為微細凹凸形狀。
9.如權利要求3所述的結晶用基板，其中，所述結晶用基板的表面粗糙度是在0.003～500μm的範圍。
10.如權利要求1所述的結晶用基板，其中，在所述結晶用基板的表面至少設置一個用於防止液滴滾動的凹部。
11.如權利要求1所述的結晶用基板，其中，所述基材的材質是選自由玻璃、矽、雲母、金屬以及樹脂構成的組中的至少一種。
12.如權利要求1所述的結晶用基板，其中，水對於所述結晶用基板的接觸角是120～180度。
13.如權利要求1所述的結晶用基板，其中，所述基板是用於高分子的結晶。
14.如權利要求13所述的結晶用基板，其中，所述高分子是蛋白質。
15.一種結晶用基板的製造方法，其特徵在於，使有機分子接觸到在表面上具有活性氫的基材的表面、或者在表面被賦予活性氫的基材的表面，且該有機分子，在一方末端含有能夠與所述基材表面形成共價鍵的末端鍵合官能基、在另一方末端含有對所述液體顯示非親合性的特性的官能基；通過使所述有機分子的末端鍵合官能基和所述基材表面的活性氫反應形成共價鍵，而在所述基材表面形成對所述液體顯示非親合性的有機分子膜。
16.如權利要求15所述的結晶用基板的製造方法，其中，所述結晶用基板的表面具有微細的凹凸形狀。
17.如權利要求15所述的結晶用基板的製造方法，其中，所述有機分子膜是單分子膜、單分子累積膜或者鄰位鍵合有機分子膜。
18.如權利要求15所述的結晶用基板的製造方法，其中，使用在表面上具有微細的凹凸形狀的基材，在結晶用基板的表面上形成微細的凹凸形狀。
19.如權利要求15所述的結晶用基板的製造方法，其中，將包含有金屬氧化物微粒和有機分子的化學吸附液塗敷在基材表面上，使所述基材表面的活性氫以及所述金屬氧化物微粒表面的活性氫、與所述有機分子的末端鍵合官能基反應形成共價鍵，同時，通過使各個所述有機分子的各末端鍵合官能基彼此反應形成共價鍵，而在所述基材表面和所述金屬氧化物微粒表面形成對所述液體顯示非親合性的有機分子膜。
20.如權利要求17所述的結晶用基板的製造方法，其中，在包含在氣氛中的水蒸氣的量未滿6.80g/m3的條件下，通過使所述基材表面和所述有機分子進行接觸，而在結晶用基板的表面形成單分子膜或者單分子累積膜。
21.如權利要求17所述的結晶用基板的製造方法，其中，在包含在氣氛中的水蒸氣的量為6.80g/m3以上的條件下，形成鄰位鍵合有機分子膜。
22.如權利要求15所述的結晶用基板的製造方法，其中，所述結晶用基板的表面粗糙度是在0.003～500μm範圍。
23.如權利要求15所述的結晶用基板的製造方法，其中，所述基材的材質包含選自由玻璃、矽、雲母、金屬以及樹脂構成的組中的至少一種。
24.如權利要求15所述的結晶用基板的製造方法，其中，所述有機分子膜由化學吸附法形成。
25.如權利要求15所述的結晶用基板的製造方法，其中，所述有機分子的末端結合官能基是滷代甲矽烷基、烷氧基甲矽烷基、或者異氰酸酯基甲矽烷基，且所述末端鍵合官能基和所述基材表面的活性氫的反應是脫滷化氫反應、脫醇反應、或者脫異氰酸酯反應。
26.如權利要求15所述的結晶用基板的製造方法，其中，通過所述末端鍵合官能基和所述基材表面的活性氫的反應而形成的共價鍵是選自-Si-O-鍵或者-SiN-鍵中的至少一個鍵。
27.如權利要求15所述的結晶用基板的製造方法，其中，所述有機分子是選自由下述通式(1)、(2)、(3)以及(4)構成的組中的至少一種有機分子或者其衍生物。F(CF2)m(CH2)nSiRqX3-q(1)F(CF2)r(CH2)sA(CH2)pSiRqX3-q(2)H(CH2)m(CH2)nSiRqX3-q(3)H(CH2)r(CH2)sA(CH2)pSiRqX3-q(4)其中在所述通式(1)及(3)中，m是1～15的整數，n是0～15的整數，「m+n」是10～30的整數，q是0～2的整數，X是滷素、烷氧基或者異氰基，R是氫或者烴基；在所述通式(2)及(4)中，r是1～8的整數，s是0～2的整數，p是5～25的整數，q是0～2的整數，「r+s」是1～10的整數，A是氧原子、氧羰基、或者二甲基矽烷基，X是滷素、烷氧基或者異氰基，R是氫或者烴基。
28.如權利要求15所述的結晶用基板的製造方法，其中，所述有機分子是選自由以下述通式(11)～(44)表示的有機分子構成的組中的至少一種。CF3(CF2)7(CH2)2SiCl3(11)F(CF2)4(CH2)2O(CH2)15SiCl3(12)CF3COO(CH2)15SiCl3(13)F(CF2)4(CH2)2Si(CH3)2(CH2)9SiCl3(14)F(CF2)8Si(CH3)2(CH2)9SiCl3(15)CF3(CH2)2Si(CH3)2(CH2)15SiCl3(16)CF3CH2O(CH2)15SiCl3(17)CH3(CH2)7(CH2)2SiCl3(18)H(CH2)4(CH2)2O(CH2)15SiCl3(19)CH3COO(CH2)15SiCl3(20)H(CH2)4(CH2)2Si(CH3)2(CH2)9SiCl3(21)H(CH2)8Si(CH3)2(CH2)9SiCl3(22)CH3(CH2)2Si(CH3)2(CH2)15SiCl3(23)CH3CH2O(CH2)15SiCl3(24)CH3(CH2)17SiCl3(25)CH3(CH2)18SiCl3(26)CF3(CH2)9SiCl3(27)CH3(CH2)9SiBr3(28)CF3(CH2)6SiBr3(29)CH3(CH2)9SiH2Cl (30)CH3(CH2)9Si(CH3)2(OCH3)(31)CF2H(CF2)2(CH2)2SiH2Cl (32)CF3(CH2)2(CH3)2Si(CH2)15SiCl3(33)CF3(CF2)3(CH2)2(CH3)2Si(CH2)9SiCl3(34)CF3(CF2)7(CH2)2(CH2)2Si(CH2)9SiCl3(35)CF3(CF2)7Si(CH3)2(CH2)9SiCl3(36)CF3(CF2)6Si(CH3)2(OCH3)(37)CF3(CF2)6SiCl3(38)CF3(CF2)7(CH2)2Si(OCH3)3(39)CF3(CF2)7(CH2)2SiBr3(40)CF3(CF2)7(CH2)2Si(OCN)3(41)CF3(CF2)6SiH2Cl (42)CF3(CF2)7(CH2)2SiH2Cl (43)CF3(CF2)7(CH2)2Si(CH3)2(OCH3) (44)
全文摘要
一種結晶用基板及其製造方法，在基材的表面接觸有機分子，且該有機分子，在其一方末端含有能夠與所述基材表面形成共價鍵的末端鍵合官能基、在另一方末端含有對液體顯示非親合性的官能基；通過使所述有機分子的末端鍵合官能基和所述基材表面的活性氫反應形成共價鍵，而在所述基材表面形成對所述液體顯示非親合性的單分子膜，由此製造結晶用基板。
文檔編號C30B29/58GK1661139SQ20041010365
公開日2005年8月31日 申請日期2004年12月24日 優先權日2003年12月24日
發明者美濃規央, 高田祐助 申請人:松下電器產業株式會社