JPH0940934A

JPH0940934A - 電子装置用材料

Info

Publication number: JPH0940934A
Application number: JP6938696A
Authority: JP
Inventors: Akira Miki; 明三城
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-05-19
Filing date: 1996-02-28
Publication date: 1997-02-10

Abstract

(57)【要約】【課題】生体高分子等の生体構成成分の吸着および凝
集が起こりにくいマイクロマシンおよびナノマシン用の
材料を提供する。【解決手段】生体高分子および生体組織を含む環境下
において、該生体高分子および該生体組織の有する実効
静電荷に応じて価電子制御された表面を有し、それによ
り、該表面に対する生体高分子および生体組織の吸着お
よび凝集が抑制された材料。このような材料はたとえば
シリコン結晶から構成することができ、生体高分子の実
効静電荷が負の場合、表面部分３２ａが内部３１ａより
も抵抗値が低くなるように不純物元素がドーピングされ
たＮ型シリコン結晶から構成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロマシンお
よびナノマシン等の微少電子装置を構成するための材料
に関し、特に、生体内等の生体高分子および／または生
体組織が存在する環境下で用いる微少電子装置を構成す
るための材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、マイクロマシンあるいはナノマシ
ン（以下Ｍ＆Ｎマシンと略記）と呼ばれる微小機械によ
り、非常に高感度でかつ微小なセンサや、生体組織内で
細胞等の除去や治療作業を行なうロボットを実現させよ
うという研究が盛んに行なわれている。Ｍ＆Ｎマシンは
最近の半導体、特にシリコン集積回路のプロセス技術、
特に微細加工技術の飛躍的な進歩によりその実現性が期
待されているものである。そして、半導体のうちでも、
特にシリコンは微細加工のためのプロセス技術が発達し
ていること、機械的特性に優れていること、集積回路を
内蔵することによってワンチップ化・微細化が可能にな
ること、等の理由によって、シリコンを用いた機械の小
型化・高性能化が特に期待されている。

【０００３】Ｍ＆Ｎマシンのセンサへの用途としては、
圧力センサ、加速度センサ、温度センサ、流量計、化学
分析用イオンセンサ等が考案されている。このうち、圧
力センサへの適用例を図１１に示す［文献；江刺：“半
導体マイクロメカニカルマシーニングとセンサ”センサ
技術、５巻、Ｐ．１１４（昭和６０年）］。図１１に示
す例では、シリコン基板５０の裏面側を異方性エッチン
グにより薄く加工し、ダイヤフラム５１を形成してい
る。さらにシリコンダイヤフラム５１の表面にはポリシ
リコンで作製した歪検出用ゲージ５２が設置されてい
る。このもののダイヤフラム５１に圧力を印加すると、
圧力の大きさに比例してダイヤフラム５１が撓み、ダイ
ヤフラム５１上のポリシリコン歪ゲージ５２の抵抗値が
変化する。この変化を電極５３を介してブリッジ回路で
検出して圧力値を知る仕組みになっている。図１１の例
に示したように、Ｍ＆Ｎセンサの作製においてはシリコ
ン基板の微細加工プロセス技術が重要となることがわか
る。

【０００４】次に、Ｍ＆Ｎマシンによる生体内での作業
ロボットについて説明する。これについては未だ実現さ
れた例はないが、１つの試みとして、自走ロボットの移
動用の足として適用することを狙ったアレイ型カンチレ
バーアクチュエータについて説明する。図１２にその概
略を示す［文献；N. Takeshima and H. Fujita：“Poly
imide Bimorph Actuators for a Ciliary Motion Syste
m ”1991 ASME WinterMeeting, DSC-Vol32 （Micromech
anical Sensors, Actuators, and Systems ）, pp.203-
209. ］。図１２に示す例は、シリコン基板上に熱膨張
係数の異なる２種類の薄膜を積層し、このものの垂直方
向における変位によって基板を走行させようとするもの
である。図１２において、シリコン基板６０上には２種
類の熱膨張係数の異なるポリイミド薄膜６１および６２
が、ニクロム配線６３（ヒータとして働く）を挟むよう
にして積層されており、これがシリコン基板６０と中空
部６４を介して隔離されることにより、カンチレバーと
して機能する。このカンチレバーは、初期状態では残留
応力のため片方に反っているが、中央のニクロム配線６
３に電流を流すことにより発熱し、その結果、バイメタ
ルのように反対方向に変位する。この運動を連続的に行
なうことによって、生体中を自由に動き回る人工微小ロ
ボットを実現させようとするものである。

【０００５】以上に示したものはＭ＆Ｎマシンのほんの
一例であるが、ここで示したもの以外のものについて
も、基本となる技術は、シリコン基板を主として用いた
微細加工プロセスによって微小な人工システムを実現さ
せようとするものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】シリコンを主たる半導
体基板として用いるＭ＆Ｎマシンでは、上述したように
生体内および生体内に類似の環境下で、種々のセンシン
グ、生体物質の除去、外科的治療を行なうことを目的と
しているが、シリコン基板よりなるこれらＭ＆Ｎマシン
を長時間生体内および生体内と類似の環境下に浸漬して
おくと、生体構成物質である蛋白質等の分子がシリコン
表面に吸着し、凝集することが明らかとなった。このよ
うな、生体高分子の吸着・凝集がシリコン表面で発生す
ると、Ｍ＆Ｎマシンの運動機能およびセンシング機能を
著しく低下させてしまい、十分に生体内で機能させるこ
とが不可能となってしまう。

【０００７】そこで本発明の一つの目的は、生体高分子
等の生体構成成分の吸着および凝集が起こりにくい電子
装置用材料を提供することである。

【０００８】本発明のさらなる目的は、シリコンを主た
る半導体基板として用いるＭ＆Ｎマシン等の電子装置の
ため、生体高分子等の生体構成成分の吸着および凝集が
起こりにくいシリコン材料を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に従う電子装置用
材料は、生体高分子および／または生体組織を含む環境
下で用いる電子装置を構成するための材料であって、該
環境下における生体高分子および／または生体組織の有
する実効静電荷に応じて価電子制御された表面を有し、
それにより、該表面に対する生体高分子および／または
生体組織の吸着および凝集が抑制されることを特徴とす
る。

【００１０】本発明に従う電子装置用材料は、たとえ
ば、所定の材料に価電子制御のための不純物元素を添加
したものであり、かつ所定の材料における不純物元素の
濃度が、所定の材料の内部よりも、生体高分子および／
または生体組織と接触すべき表面部分において高くされ
ているものとすることができる。

【００１１】本発明に従う電子装置用材料は、特に、マ
イクロマシンまたはナノマシンに適用することができ
る。マイクロマシンは、半導体の微細加工技術（μｍレ
ベル）を用いて、主としてシリコン基板を用いて作製さ
れた微小機械であり、各種センサ、ロボット等に適用さ
れるものである。ナノマシンは、マイクロマシンの微細
加工レベルをさらに引上げ、ｎｍレベルの領域まで至ら
しめたものである。このレベルのマシンでは、分子レベ
ルでの作業も可能となる。

【００１２】本発明に従う電子装置用材料は、不純物元
素がドーピングされた半導体結晶から構成することがで
きる。半導体には、シリコン、ゲルマニウム等の単体の
もの、ＧａＡｓ、ＣｄＳ等の化合物のもの等が含まれ
る。また本発明の材料は、たとえば不純物元素のドーピ
ングによる価電子制御が可能なものであれば、その他の
材料から構成することもでき、たとえば、チタン酸バリ
ウム、チタン酸ストロンチウム等の強誘電体材料で構成
することもできる。さらに、価電子制御のため、本発明
の材料はＰＮ接合部を有することができる。ＰＮ接合を
有する半導体材料は、本発明に適用することができる。

【００１３】本発明を構成する材料として特に好ましい
ものはシリコン結晶である。シリコン結晶への不純物元
素のドーピングには通常、Ｎ型にする場合には周期律表
第Ｖ族の元素が、Ｐ型にする場合には周期律表第ＩＩＩ
族の元素が用いられる。使用環境下での生体高分子およ
び／または生体組織の実効静電荷が負の場合は、第Ｖ族
元素がドーピングされた表面を有するシリコン結晶から
本発明の材料を構成することが好ましい。一方、該実効
静電荷が正の場合は、第ＩＩＩ族元素がドーピングされ
た表面を有するシリコン結晶から本発明の材料を構成す
ることが好ましい。

【００１４】また、使用環境下での生体高分子および／
または生体組織の実効静電荷が負の場合は、生体高分子
および／または生体組織と接触すべき表面部分が内部よ
りも電気抵抗値が低くなるよう不純物元素がドーピング
されたＮ型シリコン結晶から本発明の材料を構成するこ
とができる。一方、該実効静電荷が正の場合は、その表
面部分が内部よりも電気抵抗値が低くなるよう不純物元
素がドーピングされたＰ型シリコン結晶から本発明の材
料を構成することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】蛋白質を始めとする生体高分子で
は、生体内および生体内と類似の環境下において、分子
間同士の認識は、ほとんど、幾何学的に特異的な構造お
よび静電的な相互作用（静電斥力・引力、ファンデルワ
ールス力）によって行なわれている。静電的なエネルギ
に基づく分子間の相互作用においては、個々の分子最表
面での僅かな空間的な電荷分布の相違が、分子間の認識
の度合、分子集合体の作りやすさに決定的な影響を及ぼ
すと考えられている。本発明者は、生体内での種々の生
体構成分子のセンシング、生体物質の除去、外科的治療
等を行なうことを目的として、シリコンに代表される半
導体基板を用いたＭ＆Ｎマシンを研究開発していく段階
で、シリコン基板表面が生体高分子（具体的には蛋白
質）と特異的に吸着反応を起こすことを見出した。

【００１６】本発明者は、図１に示す装置において、蛋
白質を含む緩衝溶液をＭ＆Ｎマシンの基板となるシリコ
ンに接触させると、シリコン表面に蛋白質の結晶が析出
してくるが、その際の結晶化の度合がシリコン基板の種
類によって大きく異なることを見出した。図１（ａ）に
示す装置では、容器１１内に緩衝溶液１２が収容され、
その中に透析膜チューブ１３が設けられている。透析膜
チューブ１３内には、生体高分子を含む母液１４ととも
に、所定の不純物がドーピングされたＳｉ結晶１５が収
容されている。透析膜チューブ１３は、パッキン１６で
密封され、緩衝溶液１２に浸漬される。容器１１の開口
は、フィルム１７によって覆われている。この装置にお
いて、透析が進められるとともに、Ｓｉ結晶１５上に母
液１４から生体高分子の結晶が析出される。図１（ｂ）
に示す装置では、容器２１の下部に、緩衝溶液２２が収
容される。一方、容器２１の上部には、Ｓｉ結晶２５が
載置され、その上に生体高分子を含む母液の液滴２４が
載せられる。緩衝溶液２２および液滴２４を載せたＳｉ
結晶２５を収容する容器２１の開口は、キャップ２７に
よって密閉される。そして、緩衝溶液２２と液滴２４の
間では、両者における揮発成分の蒸発によって、緩やか
な平衡が成立しており、Ｓｉ結晶２５上で生体高分子の
結晶析出がなされる。

【００１７】このような装置において、たとえば、水溶
性蛋白質分子はあるｐＨ条件下では実効表面電荷が負と
なるが、この場合、Ｐ型シリコン表面には非常に多くの
蛋白質結晶が析出するが、Ｎ型シリコン表面では蛋白質
の結晶化および凝集が抑制される場合がある。この現象
は以下のように解釈される。溶液中の蛋白質分子表面の
実効電荷が負の場合、Ｐ型シリコン表面と蛋白質分子と
はオーミック性接触の状態にあり、シリコン側から正孔
が供給されることによって蛋白質分子は静電的にシリコ
ン表面に吸着あるいは凝集されていく。Ｐ型シリコン基
板の表面にＮ型層が形成されている場合も同様であり、
負の実効表面電荷を有する分子に対して、シリコン基板
表面はオーミック性接触表面を形成するため、シリコン
表面には該分子が吸着あるいは凝集されていく。一方、
溶液中の蛋白質分子表面の実効電荷が負の場合、Ｎ型シ
リコン表面と蛋白質分子とはショットキー接触を形成
し、シリコン表面近傍に空間電荷層が誘起される。この
空間電荷層容量は、蛋白質溶液側の電気二重層斥力とフ
ァンデルワールス力との和で与えられる静電的容量と均
衡を保つように形成される。したがって、この場合には
シリコン側からのキャリアの供給がないため、蛋白質分
子のシリコン表面への吸着はほとんど起こらないものと
推測される。Ｎ型シリコン基板の表面にＰ型層が形成さ
れている場合も同様であり、負の実効表面電荷を有する
分子に対して、シリコン基板は逆バイアスされた状態に
あるため、ＰＮ接合界面に、蛋白質溶液側の電気二重層
斥力とファンデルワールス力との和で与えられる静電的
容量と均衡を保つように、空間電荷層が誘起され、安定
化する。

【００１８】また、水溶性蛋白質分子は、あるｐＨ条件
下では実効表面電荷が負となるが、この場合、高抵抗の
Ｎ型シリコン表面には多くの蛋白質結晶が析出する一
方、低抵抗のＮ型シリコン表面にはほとんど蛋白質の結
晶化が起こらないことも見出された。この現象は以下の
ように解釈される。まず、負の実効表面電荷を有する蛋
白質分子がシリコン表面と接している場合を考える。高
抵抗Ｎ型シリコンと低抵抗Ｎ型シリコンとではドーパン
ト（たとえばリン原子）の濃度が低抵抗Ｎ型シリコンに
おいて高いため、シリコンの表面近傍で誘起される空間
電荷層の空乏層幅は、低抵抗Ｎ型シリコンにおけるほう
が狭くなる。よって、空乏層容量は低抵抗Ｎ型シリコン
のほうが高抵抗Ｎ型シリコンより大となることから、表
面電位は低抵抗Ｎ型シリコンのほうが高抵抗Ｎ型シリコ
ンよりも小さくなる。一方、Ｎ型シリコン表面の表面電
位は正の極性を有することから、負の表面電位を有する
生体高分子とシリコン表面との間には静電的な引力が働
くと考えられる。しかしながら、上述したように低抵抗
Ｎ型シリコンの表面電位は低くされているため、生体高
分子に働く静電引力は低く抑えられ、高抵抗Ｎ型シリコ
ン表面よりも低抵抗Ｎ型シリコンのほうが生体高分子の
結晶化および凝集が起こりにくくなったものと考えられ
る。

【００１９】以上のことより、負の実効表面電荷を有す
る生体高分子および／または生体組織とＮ型シリコン基
板が接する場合には、シリコン基板表面が低抵抗のＮ型
となるよう不純物をドーピングするのが有効である。ま
た、正の実効表面電荷を有する生体高分子および／また
は生体組織とＰ型シリコン基板が接する場合には、シリ
コン基板表面が低抵抗のＰ型となるように不純物をドー
ピングすることが有効である。

【００２０】一般に電解質溶液内における帯電物質間ま
たは帯電分子間の凝集性は、両者間の電気二重層斥力と
ファンデルワールス力との和に依存する。したがって、
物質または分子同士を凝集させる場合、ならびに凝集を
制限する場合、電解質溶液中に添加する表面電位を調整
するための塩濃度を人為的にコントロールすることが非
常に重要となる。しかし、実際の生体内ではそのような
操作はほとんど不可能である。一方、本発明によれば、
材料表面の静電特性は予め価電子制御により調整される
ため、塩濃度の調整は基本的に不要である。また、塩濃
度の調整を行なうとしても、簡単なものですむ。生体内
で適用するＭ＆Ｎマシン等の電子装置を、本発明の材料
で構成すれば、価電子制御により、装置表面への生体高
分子等の物質の吸着および凝集を制限することができ、
生体高分子および／または生体組織を含む環境下におい
て装置の機能を長時間低下させることなく維持すること
が可能となる。

【００２１】本発明の材料は、上述したような静電特性
を有し、電荷量および極性の制御が可能な物質で、さら
に溶液中において化学的に安定な物質であればどのよう
な物質でもよいが、最も好ましい物質の一つとし半導体
結晶であるシリコンを挙げることができる。

【００２２】本発明で用いられる周期律表の第ＩＩＩ族
および第Ｖ族の元素を添加したＰ型およびＮ型のシリコ
ン結晶は、通常のＬＳＩプロセスにて用いられるシリコ
ンウェハと同等の特性を有するものでよい。シリコン結
晶の比抵抗は、０．０００１〜１０００Ωｃｍ程度の範
囲内であることが望ましく、より望ましくは０．０００
１〜１００Ωｃｍであり、さらに望ましくは０．０００
１〜１０Ωｃｍである。

【００２３】本発明にてドーピングに用いられる周期律
表第ＩＩＩ族および第Ｖ族元素の不純物濃度は、１０¹²
〜１０²¹／ｃｍ³の範囲が望ましく、より望ましくは１
０¹³〜１０²¹／ｃｍ³であり、さらに望ましくは１０¹⁴
〜１０²¹／ｃｍ³である。

【００２４】結晶表面は、ミラーポリッシュされたもの
が、余分な結晶核の生成を抑制する上で好ましい。本発
明で用いられるＰ型およびＮ型に価電子制御されたシリ
コンの作製方法として、種々のものが考えられ、どのよ
うな方式のものでもよいが、最も簡便で不純物濃度の制
御が正確に行なえる方法として、イオン注入法を挙げる
ことができる。この方法の場合、Ｐ型およびＮ型の価電
子制御は、それぞれ、周期律表第ＩＩＩ族および第Ｖ族
に属する元素のイオンをシリコン中に注入・アニールす
ることによって容易に行なえる。ＩＩＩ族元素としてホ
ウ素（Ｂ）、Ｖ族元素としてリン（Ｐ）がより好まし
い。

【００２５】本発明において、シリコンにＰ／Ｎ型およ
びＮ／Ｐ型の接合を形成する場合、その厚みは次のよう
なものとすることができる。始めにＮ／Ｐ型接合の場
合、Ｎ型シリコン表面にＰ型のシリコン層を好ましくは
１〜２００μｍ、より好ましくは３〜５０μｍの範囲で
形成するのがよい。Ｐ／Ｎ型接合の場合も同様であり、
Ｐ型シリコンの表面に同様の厚みのＮ型層を形成するの
が好ましい。

【００２６】また本発明において、シリコン表面にＮ型
またはＰ型の不純物層を形成して低抵抗層とする場合、
その厚みを１〜２００μｍとすることができ、３〜５０
μｍの範囲がより望ましい。不純物層を形成する場合、
これ以外の範囲では作製が容易でなかったり、効果がな
くなるおそれがある。

【００２７】価電子制御が可能な半導体結晶であるシリ
コンを用いた例について上述したが、本発明の目的を達
成するためには、シリコンでなくともよく、同様の機能
を有する物質で、かつ溶液中で安定であれば種々の物質
を用いることができる。たとえば、電荷分布の制御され
た無機化合物、有機化合物、有機高分子等をさらに候補
として挙げることができる。また、半導体、金属、有機
化合物、無機化合物等が組合わされた複合材料でもよ
い。

【００２８】図２に、本発明による電子装置用材料の具
体例についてその断面構造の概略を示す。図２（ａ）に
示す材料では、高抵抗材料３１ａ上に低抵抗材料３２ａ
が設けられている。低抵抗材料３２ａは、生体高分子ま
たは生体組織が接触する表面を形成する。このような構
成は、所定の材料において内部を高抵抗層とし表面部分
を低抵抗層とすることにより得ることができる。低抵抗
層を得るため、たとえば所定の材料において不純物元素
を表面部分に内部より多く添加すればよい。より具体的
な例を図２（ｂ）〜（ｅ）に示す。図２（ｂ）に示す材
料では、内部が高抵抗Ｎ型シリコン３１ｂとされ、表面
部分が低抵抗Ｎ型シリコン３２ｂとされている。このよ
うな材料は、たとえば、Ｎ型シリコン結晶の表面に不純
物元素（たとえばリン）を内部より多く導入することに
よって得られる。図２（ｃ）に示す材料では、内部が高
抵抗Ｐ型シリコン３１ｃとされ、表面部分が低抵抗Ｐ型
シリコン３２ｃとされている。このような材料は、たと
えば、Ｐ型シリコン結晶の表面に不純物元素（たとえば
ホウ素）を内部よりも多く導入することにより得られ
る。図２（ｄ）に示す材料では、Ｐ型シリコン３３上に
高抵抗Ｎ型シリコン３１ｄが形成され、その上に低抵抗
Ｎ型シリコン３２ｄが形成されている。低抵抗Ｎ型シリ
コン３２ｄは生体高分子または生体組織と接触する表面
を形成する。このような構成も、シリコンに導入される
不純物濃度の調整によって得ることができる。図２
（ｅ）に示す材料では、Ｎ型シリコン３４上に高抵抗Ｐ
型シリコン３１ｅが形成され、その上に低抵抗Ｐ型シリ
コン３２ｅが形成されている。低抵抗Ｐ型シリコン３２
ｅは、生体高分子または生体組織が接触する表面を形成
する。このような構成も、不純物導入の制御により得る
ことができる。

【００２９】本発明の材料には、種々の微細加工を施す
ことができ、たとえば図３に示すように、化学的異方性
エッチングにより溝を形成することができる。溝を形成
するプロセスでは、まずＳｉ基板４１を準備し（図３
（ａ））、次いで基板４１上にＳｉＯ₂膜４２を形成す
る（図３（ｂ））。ＳｉＯ₂膜４２をエッチングして所
定のパターンとした（図３（ｃ））のち、たとえば通常
の異方性エッチングによりＳｉ基板をエッチングする
（図３（ｄ））。ＳｉＯ₂膜を除去することにより、溝
４３を有するＳｉ基板４１′が得られる。

【００３０】本発明が適用されるＭ＆Ｎマシン等の電子
装置が使用される環境下の生体高分子および生体組織は
たとえば次のようなものである。電子装置の使用される
環境下に含まれる生体高分子は、主として生体内におい
て生体組織の一部を構成するか、あるいは生化学反応や
遺伝情報の伝達に必須となる一連の分子であり、たとえ
ば蛋白質、核酸等を挙げることができる。生体高分子の
より具体的な例として、ＤＮＡ、ＲＮＡおよびそれらの
ポリメラーゼ複合体、水溶性蛋白質、主に細胞内に埋め
込まれた疎水性の膜蛋白質、抗原抗体反応に重要な受容
体蛋白質および酵素類、膜を構成する疎水性蛋白質、細
胞内にあって電子伝達を行なう酵素類、繊維状蛋白質、
神経伝達および神経情報処理を担う神経細胞中の神経伝
達物質、受容体蛋白質および酵素類、ならびにウィルス
類等を挙げることができる。一方、生体組織は、生体中
に存在する各種器官を構成する細胞、筋繊維等である。
生体組織の例として、たとえば神経細胞、肝細胞、血液
を構成する細胞、筋肉繊維細胞、その他生体組織を構成
する細胞等が挙げられる。

【００３１】

【実施例】

［シリコン結晶表面における蛋白質の析出］形成される
蛋白質結晶のシリコン表面欠陥密度依存性を調べるため
に、以下の実験を行なった。ニワトリ卵白製リゾチーム
（Lysozyme, from Chicken Egg White）をｐＨ＝９．１
８の標準緩衝溶液に溶解し、５０ｍｇ／ｍｌの濃度と
し、図１（ａ）に示すような装置において、その３ｍｌ
を十分煮沸洗浄された透析チューブ内にＳｉ結晶ととも
に封入した。シリコン結晶は以下に示す４種類のものを
用いた。Ｐ型シリコンの比抵抗はすべて１０〜２０Ωｃ
ｍである。

【００３２】（１）エピタキシャルウェハ：Ｐｏｎ
Ｐ＋，表面酸化膜約５０ｎｍ付（２）エピタキシャルウェハ：ＰｏｎＰ＋，表面
酸化膜除去したもの（３）ＣＺウェハ：Ｐ型，表面酸化膜約５０ｎｍ付（４）ＣＺウェハ：Ｐ型，表面酸化膜除去したものＣＺシリコンウェハ（チョクラルスキー法により引き上
げたシリコン単結晶のウェハ）の表面結晶欠陥は、単位
平方センチメートル当り１０個程度であるのに対し、エ
ピタキシャルシリコンウェハの表面欠陥はほとんどない
ため、この両者の結晶を用いることによって、蛋白質結
晶の表面欠陥密度依存性を調べることができる。上記
（１）〜（４）のシリコン結晶を約２ｍｍ×５ｍｍ角の
サイズに切出し、図１（ａ）に示すような装置におい
て、リゾチームを含む透析チューブ内に浸漬した。さら
に、これらの透析チューブをｐＨ＝８．９の標準緩衝溶
液（２００ｍｌ）中に浸し、１０℃の冷暗所内に保管し
た。

【００３３】冷暗所に７２時間保管後、試料を取出し、
顕微鏡によってリゾチームの結晶を観察した。図４〜図
７は、この結果を示すものである。図４は（１）、図５
は（２）、図６は（３）、図７は（４）のシリコン結晶
を用いたものにそれぞれ対応する。図から明らかなよう
に、結晶表面の欠陥の有無は、リゾチームの結晶核の形
成および結晶成長に全く影響を及ぼさないことがわか
る。

【００３４】［溶液中で負に帯電する生体高分子のシリ
コン結晶表面における析出］上述と同様の濃度のリゾチ
ーム水溶液を用いて、以下の実験を行なった。シリコン
結晶として次に示すものを作製した。

【００３５】（１）Ｐ型シリコンのサンプル１０〜２０Ωｃｍの比抵抗のＰ型シリコンウェハで、イ
オン注入法によりホウ素をドーピングしたもの。

【００３６】（２）高抵抗Ｎ型シリコンのサンプル約１００Ωｃｍの比抵抗のＮ型シリコンウェハ。

【００３７】（３）表面が低抵抗のＮ型シリコンのサ
ンプル約２０Ωｃｍの比抵抗のＮ型シリコンウェハ上にイオン
注入法によってリン原子をドーピングしたサンプル。イ
オン注入後の表面の低抵抗Ｎ型シリコンの比抵抗は約
０．１Ωｃｍであり、リン濃度は約１０¹⁷／ｃｍ³であ
る。また、低抵抗Ｎ型シリコン層の厚みは約５μｍであ
る。

【００３８】以上の（１）、（２）および（３）のシリ
コンを約２ｍｍ×５ｍｍ角のサイズに加工し、洗浄した
後、図１（ａ）に示す装置において、リゾチームの水溶
液３ｍｌとともに透析チューブ内に封入した。外液の標
準緩衝溶液のｐＨは８．９０とした。図８、図９および
図１０に、１０℃の冷暗所内に７２時間保管した後のシ
リコン上におけるリゾチーム結晶成長の結果を示す。図
８は（１）、図９は（２）、図１０は（３）のシリコン
結晶を用いたものにそれぞれ対応する。

【００３９】（１）Ｐ型シリコンのサンプルｐＨ＝８．９０の緩衝溶液により透析を行なった場合、
ウェハ表面には、無秩序にリゾチームの結晶が大量に析
出することがわかる。

【００４０】（２）高抵抗Ｎ型シリコンのサンプルｐＨ＝８．９０の緩衝溶液により透析を行なった場合、
ウェハ表面上には、無秩序にリゾチームの結晶が大量に
析出することがわかる。

【００４１】（３）表面を低抵抗Ｎ型にしたシリコン
のサンプルｐＨ＝８．９０の緩衝溶液により透析を行なった場合に
は、リゾチームの結晶が散在して析出するのみで、高抵
抗Ｎ型シリコンのサンプルの場合と比較して析出量はは
るかに少ないことがわかる。

【００４２】以上の実施例に示したように、表面を低抵
抗にしたＮ型シリコンのサンプルでは、Ｐ型シリコンの
サンプルや高抵抗Ｎ型シリコンのサンプルと比較して、
結晶成長抑制効果が顕著であり、溶液中で負に帯電する
高分子を含む環境下に適用すべきＭ＆Ｎマシンを構成す
る材料として表面を低抵抗にしたＮ型シリコンがより適
切であることがわかる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明により、マ
イクロマシンまたはナノマシン等の微少電子装置を構成
すれば、生体内および生体内と類似の環境下において、
生体構成物質である蛋白質等の分子が装置表面に吸着、
凝集することを抑制することができる。本発明に従う材
料を用いてＭ＆Ｎマシン等の電子装置を作製することに
より、生体高分子等の生体構成成分の吸着および凝集が
抑制され、生体内において長時間機能させることができ
る装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】生体高分子の析出実験を行なうための装置の具
体例を示す模式図である。

【図２】本発明による電子装置用材料の具体例を示す概
略断面図である。

【図３】本発明の材料を加工するためのプロセスの一例
を示す断面図である。

【図４】実施例の実験において析出した結晶構造の顕微
鏡写真である。

【図５】実施例の実験において析出した結晶構造の顕微
鏡写真である。

【図６】実施例の実験において析出した結晶構造の顕微
鏡写真である。

【図７】実施例の実験において析出した結晶構造の顕微
鏡写真である。

【図８】実施例の実験において析出した結晶構造の顕微
鏡写真である。

【図９】実施例の実験において析出した結晶構造の顕微
鏡写真である。

【図１０】実施例の実験において析出した結晶構造の顕
微鏡写真である。

【図１１】Ｍ＆Ｎマシンセンサの一例を示す斜視図であ
る。

【図１２】Ｍ＆Ｎマシンアクチュエータの一例を示す
（ａ）概略断面図および（ｂ）概略平面図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】生体高分子および／または生体組織を含
む環境下で用いる電子装置を構成するための材料であっ
て、前記環境下における前記生体高分子および／または前記
生体組織の有する実効静電荷に応じて価電子制御された
表面を有し、それにより、前記表面に対する前記生体高
分子および／または前記生体組織の吸着および凝集が抑
制されることを特徴とする、電子装置用材料。
【請求項２】前記電子装置用材料は、所定の材料に前
記価電子制御のための不純物元素を添加したものであ
り、かつ前記所定の材料における前記不純物元素の濃度
が、前記所定の材料の内部よりも、前記生体高分子およ
び／または前記生体組織と接触すべき表面部分において
高くされていることを特徴とする、請求項１に記載の電
子装置用材料。
【請求項３】前記電子装置が、マイクロマシンまたは
ナノマシンであることを特徴とする、請求項１または２
に記載の電子装置用材料。
【請求項４】不純物元素がドーピングされた半導体結
晶からなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか
１項に記載の電子装置用材料。
【請求項５】前記実効静電荷が負の場合は第Ｖ族元素
がドーピングされた表面を有するシリコン結晶からな
り、前記実効静電荷が正の場合は第ＩＩＩ族元素がドーピン
グされた表面を有するシリコン結晶からなることを特徴
とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子装置
用材料。
【請求項６】前記実効静電荷が負の場合、前記生体高
分子および／または前記生体組織と接触すべき表面部分
が内部よりも電気抵抗値が低くなるよう不純物元素がド
ーピングされたＮ型シリコン結晶からなり、前記実効静電荷が正の場合は、前記生体高分子および／
または前記生体組織と接触すべき表面部分が内部よりも
電気抵抗値が低くなるよう不純物元素がドーピングされ
たＰ型シリコン結晶からなることを特徴とする、請求項
１〜５のいずれか１項に記載の電子装置用材料。