JP3536970B2 - Method for producing amino acid thin film and chemical sensor probe - Google Patents
Method for producing amino acid thin film and chemical sensor probeInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、アミノ酸薄膜の製
造方法およびそれを用いた化学センサプローブに関し、
詳しくはアミノ酸を原料として作成した有機薄膜は原料
アミノ酸の分子構造に由来する化学情報を保持してお
り、化学異性体を識別可能な有機薄膜の製造方法を提供
するもので、利用範囲は極めて広く、本発明の製造方法
の特徴として、簡易な方法で原料の分子構造を変化させ
ることなく任意の基板上に密着性の高い薄膜作成が可能
である。このため、複雑な形状を持った基板に対しても
適応可能である。本発明を利用して、例えばセンシング
技術、分離技術、濃縮技術、サンプリング技術等に応用
展開が期待できる。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing an amino acid thin film and a chemical sensor probe using the same.
Specifically, organic thin films made from amino acids as raw materials hold chemical information derived from the molecular structure of the raw amino acids, and provide a method for producing organic thin films that can identify chemical isomers. As a feature of the production method of the present invention, a thin film with high adhesion can be formed on any substrate by a simple method without changing the molecular structure of the raw material. Therefore, the present invention can be applied to a substrate having a complicated shape. The present invention can be expected to be applied to, for example, sensing technology, separation technology, concentration technology, sampling technology, and the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】アミノ酸等の有機物質を薄膜化する方法
は、有機溶剤に溶解させた溶液に基板を浸した後に引き
上げる浸せき法やスピンコート法等によりキャスティン
グし、その後有機溶媒を蒸発除去して薄膜化させるウェ
ット法が一般的である。2. Description of the Related Art A method of thinning an organic substance such as an amino acid is carried out by dipping a substrate in a solution dissolved in an organic solvent and then pulling it up by casting or spin coating, and then evaporating and removing the organic solvent. Generally, a wet method for forming a thin film is used.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかし、アミノ酸のよ
うな揮発性の有機溶媒に難溶な有機物質に対しては、本
手法が適用できない問題があった。また、例え可溶な溶
媒があっても生成した薄膜中に溶媒分子が残留し、期待
される膜物性に支障をきたす危惧が免れまかった。ま
た、有機溶媒を用いないドライプロセスであるスパッタ
リング法により薄膜化させる方法も挙げられるが、この
方法では薄膜化原料の構造を変化させてしまう問題が不
可避であった。However, there is a problem that this method cannot be applied to an organic substance which is hardly soluble in a volatile organic solvent such as an amino acid. Further, even if a soluble solvent is present, solvent molecules remain in the formed thin film, and there is no fear that the expected physical properties of the film may be impaired. There is also a method of forming a thin film by a sputtering method which is a dry process without using an organic solvent. However, in this method, the problem of changing the structure of the raw material for forming a thin film is inevitable.
【0004】本発明は、上記のことに鑑み提案されたも
ので、その目的とするところは、アミノ酸等の揮発性有
機溶剤に難溶な有機物質の構造を変化させることなく、
原料分子の構造に起因する物理化学的情報を保持した状
態で、基板との密着力の高い薄膜を形成させる技術を提
供することにある。[0004] The present invention has been proposed in view of the above, and an object of the present invention is to change the structure of an organic substance that is hardly soluble in volatile organic solvents such as amino acids without changing its structure.
It is an object of the present invention to provide a technique for forming a thin film having high adhesion to a substrate while retaining physicochemical information resulting from the structure of a source molecule.
【0005】また、この成膜技術に基づき、光学異性体
の識別能力を具備し、匂い成分ガスをppmレベルで高
感度に検出できる化学センサプローブを提供することに
ある。It is another object of the present invention to provide a chemical sensor probe having an optical isomer discriminating ability based on this film forming technique and capable of detecting an odor component gas at a ppm level with high sensitivity.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明のアミノ酸薄膜の
製造方法は、上記の目的を達成するために、真空乾燥さ
せたアミノ酸の微細粉体を、ヒータと水冷ジャケットに
より構成される分子線セルを用いて真空中で加熱し、昇
華させて任意の基板上に堆積させることを特徴としてい
る。In order to achieve the above object, a method for producing an amino acid thin film according to the present invention provides a molecular beam cell comprising vacuum-dried fine amino acid powder and a heater and a water cooling jacket. It is characterized in that it is heated in a vacuum using, sublimated and deposited on an arbitrary substrate.
【0007】また、上記において、加熱の温度が、15
0℃以上240℃以下であることを特徴としている。[0007] In the above, the heating temperature is 15
It is characterized by a temperature of 0 ° C or higher and 240 ° C or lower.
【0008】さらに、微細粉体の昇華されたアミノ酸を
任意の基板上に堆積させる際に、誘導結合型プラズマビ
ームを照射することを特徴としている。Further, the method is characterized in that an inductively coupled plasma beam is irradiated when depositing the sublimated amino acid of the fine powder on an arbitrary substrate.
【0009】また、本発明の化学センサプローブは、振
動子型重量検出トランスデューサーの表面が、真空乾燥
させたアミノ酸の微細粉体を、ヒータと水冷ジャケット
により構成される分子線セルを用いて真空中で加熱し、
昇華させて形成した薄膜により被覆されてなることを特
徴としている。Further, in the chemical sensor probe of the present invention, the surface of the transducer-type weight detecting transducer is vacuum-dried using a molecular beam cell comprising a vacuum-dried fine powder of amino acid and a heater and a water-cooling jacket. Heated in
It is characterized by being covered with a thin film formed by sublimation.
【0010】また、化学センサプローブは、振動子型重
量検出トランスデューサーの表面が、真空乾燥させたア
ミノ酸の微細粉体を、ヒータと水冷ジャケットにより構
成される分子線セルを用いて真空中で加熱し、昇華させ
て形成する際に、誘導結合型プラズマビームを照射した
薄膜により被覆されてなることを特徴としている。In the chemical sensor probe, the surface of the transducer-type weight detection transducer is heated in a vacuum using a molecular beam cell composed of a heater and a water-cooled jacket, and vacuum dried amino acid fine powder. Then, when formed by sublimation, it is characterized in that it is covered with a thin film irradiated with an inductively coupled plasma beam.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】本発明はアミノ酸類に代表される
有機溶媒に難溶な有機材料の分子構造を変化させること
なく薄膜化させる方法に関するものであって、真空容器
内に設置した温度制御を精密に行える有機分子線セル内
に原料有機物を充填し、セル内を温度制御することによ
り、原料を高真空中に昇華させ、任意の基板上に薄膜を
作成することを特徴とする。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention relates to a method for forming a thin film without changing the molecular structure of an organic material which is hardly soluble in an organic solvent represented by amino acids. The method is characterized in that a raw material organic substance is filled in an organic molecular beam cell capable of precisely performing the above, and the temperature is controlled in the cell to sublimate the raw material in a high vacuum to form a thin film on an arbitrary substrate.
【0012】さらに、この蒸着中に高真空中でプラズマ
を発生させることが可能な誘導結合型イオン源により発
生させたプラズマ流を微弱に作用させることにより、原
料分子の構造変化を抑制して基板との密着性を向上させ
ることを特徴とした有機薄膜の作成方法である。Further, the plasma flow generated by the inductively-coupled ion source capable of generating plasma in a high vacuum during the vapor deposition is made to act weakly, whereby the structural change of the source molecules is suppressed and the substrate flow is suppressed. This is a method for producing an organic thin film, which is characterized by improving the adhesion to the organic thin film.
【0013】本発明によれば、アミノ酸の分子構造をほ
とんど変化させることなく(構造変化を極めて軽度に抑
えて)薄膜化できるため、アミノ酸分子自身が具備して
いる種々の分子間相互作用に関して活性な薄膜を得るこ
とが可能となる。According to the present invention, a thin film can be formed with little change in the molecular structure of the amino acid (with a very small change in the structure), and thus the amino acid molecule has an active property with respect to various intermolecular interactions. A thin film can be obtained.
【0014】以下に本発明の実施例をあげ、図面を用い
てさらに詳細に説明する。図1に本実施例にかかるプラ
ズマ分子線蒸着装置の構成の一例を示す。図1に示すご
とく、プラズマ分子線蒸着装置は、真空容器1と、この
真空容器1内の上方に配置された基板ホルダー2および
下方に対向配置された分子線蒸着セル3と、真空容器1
の側方に設けられた誘導結合型プラズマイオンソース4
とを備えている。この誘導結合型プラズマイオンソース
4の外端部には石英窓5が設けられ、この石英窓5には
銅ループアンテナ6が設けられ、この銅ループアンテナ
6は高周波電源8が接続された高周波マッチングボック
ス7に接続されている。また、真空容器1には真空バル
ブ9、ターボ分子ポンプ10、油回転ポンプ11、真空
ゲージ12、真空バルブ13、メカニカルブースターポ
ンプ14、油回転ポンプ15が設けられている。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows an example of the configuration of a plasma molecular beam deposition apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the plasma molecular beam deposition apparatus includes a vacuum vessel 1, a substrate holder 2 disposed above the vacuum vessel 1, a molecular beam deposition cell 3 disposed facing the lower side, and a vacuum vessel 1.
Inductively coupled plasma ion source 4 provided on the side of
And A quartz window 5 is provided at the outer end of the inductively coupled plasma ion source 4, and a copper loop antenna 6 is provided in the quartz window 5, and the copper loop antenna 6 is connected to a high-frequency power supply 8. Connected to box 7. The vacuum vessel 1 is provided with a vacuum valve 9, a turbo molecular pump 10, an oil rotary pump 11, a vacuum gauge 12, a vacuum valve 13, a mechanical booster pump 14, and an oil rotary pump 15.
【0015】真空容器1に設けられた分子線蒸着セル3
の詳細な構造を図2に示す。図2に示すごとく、分子線
蒸着セル3は、内部にアミノ酸が充填されるルツボ2
0、ルツボ20の周囲に設けられ、ルツボ20を加熱す
るヒーター21、水冷ジャケット22、および熱電対2
3、によって構成されている。Molecular beam deposition cell 3 provided in vacuum vessel 1
2 is shown in FIG. As shown in FIG. 2, the molecular beam deposition cell 3 comprises a crucible 2 in which amino acids are filled.
0, a heater 21 provided around the crucible 20 for heating the crucible 20, a water cooling jacket 22, and a thermocouple 2
3.
【0016】次に、上記のプラズマ分子線蒸着装置を使
用したアミノ酸薄膜の形成方法について述べる。基板ホ
ルダー2に化学センサー用の振動子型重量検出トランス
デューサー(図示せず)を設置する。この振動子型重量
検出トランスデューサーとして、代表的なものに水晶振
動子(QCR、基本振動数9MHz)が挙げられる。通
常、共振周波数の室温付近での温度依存性が小さいAT
−カット面により構成されたQCRを用いる。有機薄膜
の作成基板として用いるQCRはアセトンやアルコール
等の有機溶剤で洗浄後、乾燥炉で十分乾燥しておくこと
が望ましい。また、膜分析用にシリコンウエハやホウ珪
酸ガラス板を設置する場合もある。次に、蒸着材料とし
てのアミノ酸を分子線蒸着セル3に設けられたヒータ2
1、水冷ジャケット22等にて構成されたルツボ20に
充填する。ここで、アミノ酸は乳鉢で十分すりつぶし微
細粉体とした後、真空乾燥炉で十分乾燥させたものを用
いることが望ましい。今回はD-フェニルアラニン(D
−Phe)を用いた場合について記述する。充填量は作
成する所望の膜厚により調整するが0.1〜2gの範囲
のD−Pheを充填することで膜厚が0.1〜2μmの
アミノ酸膜が成膜できる。Next, a method for forming an amino acid thin film using the above-described plasma molecular beam deposition apparatus will be described. A vibrator-type weight detection transducer (not shown) for a chemical sensor is installed on the substrate holder 2. A typical example of the transducer-type weight detection transducer is a crystal resonator (QCR, fundamental frequency 9 MHz). Normally, AT having a small temperature dependence of the resonance frequency near room temperature
Using a QCR composed of cut surfaces. It is desirable that the QCR used as a substrate for forming an organic thin film be washed with an organic solvent such as acetone or alcohol and then sufficiently dried in a drying furnace. In some cases, a silicon wafer or a borosilicate glass plate is installed for film analysis. Next, a heater 2 provided in a molecular beam deposition cell 3 with an amino acid as a deposition material was used.
1. Fill the crucible 20 composed of the water cooling jacket 22 and the like. Here, it is preferable that the amino acid is sufficiently ground in a mortar to obtain fine powder and then sufficiently dried in a vacuum drying furnace. This time, D-phenylalanine (D
-Phe) will be described. The filling amount is adjusted depending on the desired film thickness to be formed, but by filling D-Phe in the range of 0.1 to 2 g, an amino acid film having a film thickness of 0.1 to 2 μm can be formed.
【0017】まず、真空容器1をターボ分子ポンプ排気
系により高真空状態にする。すなわち、油回転ポンプ1
1を作動させて、真空バルブ9を開いて真空容器1内の
排気を開始する。10-1Torr程度まで真空度が上昇す
ると、ターボ分子ポンプ10を作動させて高真空排気を
行う。 10-7Torr代の真空度に到達するまで排気を行
う。この際、真空排気を補充するため、真空容器1をヒ
ーター(図示せず)で加熱する処置を行うことが望まし
い。First, the vacuum vessel 1 is brought into a high vacuum state by a turbo molecular pump exhaust system. That is, the oil rotary pump 1
1 is operated, the vacuum valve 9 is opened, and the evacuation of the vacuum vessel 1 is started. When the degree of vacuum rises to about 10 -1 Torr, the turbo molecular pump 10 is operated to perform high vacuum evacuation. Evacuation is performed until a vacuum degree of 10 −7 Torr is reached. At this time, it is desirable to perform a treatment of heating the vacuum vessel 1 with a heater (not shown) in order to supplement the vacuum evacuation.
【0018】この高真空状態が得られた後、分子線蒸着
セル3内のルツボ20の温度を150℃以上240℃以
下、好ましくは200℃まで上げて蒸着原料のD−Ph
eを昇華させ、蒸着を開始する。温度範囲の下限を15
0℃としたのは、これ以下では蒸着原料の所望の昇華が
行われないためである。また、240℃以上であると蒸
着原料の分解や変質をきたすためである。温度が高いほ
ど蒸着速度は大きくなるが、220℃以下の温度で蒸着
するのが良質なアミノ酸膜を得るためには望ましい。蒸
着の際、真空排気系を真空バルブ9を閉じて、真空バル
ブ13を開けることによりメカニカルブースターポンプ
系に切り換える。ここで予め、油回転ポンプ15とメカ
ニカルブースターポンプ14を作動して、真空排気でき
る状態にしておく。この時、蒸着中の真空度は10-4T
orr代であることが一般的である。真空度の増減の変化
で蒸着プロセスの終了を判断するが、通常2時間以内に
は原料は全て蒸発し切っている。After the high vacuum state is obtained, the temperature of the crucible 20 in the molecular beam deposition cell 3 is raised to 150 ° C. or more and 240 ° C. or less, preferably 200 ° C., and D-Ph
e is sublimated and vapor deposition is started. The lower limit of the temperature range is 15
The reason why the temperature is set to 0 ° C. is that below this, the desired sublimation of the deposition material is not performed. On the other hand, if the temperature is higher than 240 ° C., the deposition raw material is decomposed or deteriorated. The higher the temperature, the higher the deposition rate. However, it is desirable to deposit at a temperature of 220 ° C. or lower in order to obtain a high quality amino acid film. At the time of vapor deposition, the vacuum exhaust system is switched to a mechanical booster pump system by closing the vacuum valve 9 and opening the vacuum valve 13. Here, the oil rotary pump 15 and the mechanical booster pump 14 are operated in advance so that the pump can be evacuated. At this time, the degree of vacuum during the deposition is 10 −4 T
It is common to be in orr. The end of the vapor deposition process is determined based on the change in the degree of vacuum. Usually, all the raw materials are completely evaporated within two hours.
【0019】この蒸着膜は基板との密着性が不十分で、
耐久性や取り扱い上での問題があった。そこで、アミノ
酸の蒸着の最中にプラズマ流を作用させ、基板との密着
性を高める工夫が必要となる。しかし、この際、高エネ
ルギー電子を主成分とするプラズマ粒子の作用により、
アミノ酸の構造を変化させる恐れがある。プラズマに投
入するパワーをコントロールして目的の薄膜を得ること
が肝要である。パワーを抑えれば構造変化を回避できる
が、基板との密着性や薄膜の高密度化の観点からは、あ
る程度のパワーが必要となる。This deposited film has insufficient adhesion to the substrate,
There were problems in durability and handling. Therefore, it is necessary to devise a method of applying a plasma flow during the deposition of amino acids to improve the adhesion to the substrate. However, at this time, by the action of plasma particles mainly composed of high energy electrons,
May alter the structure of amino acids. It is important to obtain a desired thin film by controlling the power applied to the plasma. If the power is suppressed, a structural change can be avoided, but a certain amount of power is required from the viewpoint of adhesion to the substrate and increasing the density of the thin film.
【0020】プラズマ流の発生方法を述べる。高周波電
源8により、銅ループアンテナ6より石英窓5を通して
誘導結合型プラズマイオンソース4内に13.56MH
zの高周波を30W以下のパワーで印加し、誘導結合プ
ラズマ(ICP)を発生させる。この投入パワーを最適
化するため、反射波パワーが最小になるよう高周波マッ
チングボックス7内の可変コンデンサーで調整する。A method for generating a plasma flow will be described. 13.56 MH in the inductively coupled plasma ion source 4 through the quartz window 5 from the copper loop antenna 6 by the high frequency power supply 8
A high frequency of z is applied at a power of 30 W or less to generate inductively coupled plasma (ICP). In order to optimize the input power, the power is adjusted by a variable condenser in the high-frequency matching box 7 so that the reflected wave power is minimized.
【0021】任意の基板上に作成されたアミノ酸薄膜の
分子構造は水銀・カドミュウム・テルル(MCT)検出
器を備えたフーリエ変換赤外分光法(FTIR、日本分
光社製FT/IR-5M)およびMg−Kα線を励起源とした
X線光電子分光法(XPS、島津製作所社製ESCA-34
00)により分析した。The molecular structure of the amino acid thin film formed on an arbitrary substrate is a Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR, FT / IR-5M manufactured by JASCO Corporation) equipped with a mercury-cadmium tellurium (MCT) detector. X-ray photoelectron spectroscopy using an Mg-Kα ray as an excitation source (XPS, ESCA-34 manufactured by Shimadzu Corporation)
00).
【0022】図3にFTIRスペクトルを示す。D−P
heの標準試料はKBrペレット法で作成したものを、
蒸着膜および蒸着&ICP膜は水晶振動子の金電極上に
作成したものを正反射法で測定した。この時、蒸着&I
CP膜は10Wの投入パワーで作成したものについてで
ある。図3中の標準試料と蒸着膜とは、スペクトルの微
細構造に到るまでほぼ同様のシグナルパターンを示す。
特に、アミノ酸に特徴的な2150cm-1をピークと
するカルボキシル基に起因する弱い吸収が蒸着膜におい
ても明瞭に現れており、蒸着膜が原料のD−Pheの分
子構造を保持したもので構成されていることが示唆され
る。FIG. 3 shows an FTIR spectrum. DP
He's standard sample was prepared by the KBr pellet method.
The deposited film and the deposited & ICP film were formed on a gold electrode of a quartz oscillator and measured by a regular reflection method. At this time, evaporation & I
The CP film was formed with a power of 10 W. The standard sample and the deposited film in FIG. 3 show almost the same signal pattern up to the fine structure of the spectrum.
In particular, weak absorption due to a carboxyl group having a peak at 2150 cm −1 characteristic of an amino acid is clearly apparent in the deposited film, and the deposited film is composed of a material retaining the molecular structure of the raw material D-Phe. It is suggested that
【0023】次に、蒸着&ICP膜に関しては、アミノ
酸を構成する、水酸基、カルボニル基、アミノ基、炭化
水素等の要素分子種が発現するであろう領域にシグナル
が認められるが、標準試料のスペクトルと比較するとピ
ーク位置が異なっている。特に標準試料や蒸着膜で特徴
であった微細構造が蒸着&ICP膜では認められない個
所が散見され、プラズマ流の作用による若干の分子構造
変化が示唆される。Next, in the case of vapor-deposited & ICP film, a signal is observed in a region where an elemental molecular species such as a hydroxyl group, a carbonyl group, an amino group, a hydrocarbon, etc. constituting an amino acid is likely to be expressed. The peak position is different as compared with. In particular, microstructures characteristic of the standard sample and the vapor-deposited film were found at places where the vapor-deposited & ICP film was not observed, suggesting a slight change in molecular structure due to the action of the plasma flow.
【0024】次に、図4に炭素原子によるCls領域の
XPSスペクトルを示す。標準試料は乳鉢にて細粉した
D−Pheを錠剤成型器にてペレット状に圧縮成型した
ものを用いた。蒸着&ICP膜に関しては10Wおよび
30Wの投入パワーで作成したものについて調べた。蒸
着膜のスペクトルパターンは、二種類の蒸着&ICP膜
と比較して、標準試料との類似性が強く、蒸着膜を構成
する分子は原料のD−Pheの構造を保持したものであ
ることが支持される。これに対して、蒸着&ICP膜で
は標準試料や蒸着膜で不明瞭なシグナルであった28
8.9eVをピークとするサブバンドが明確に認めら
れ、これがプラズマ照射の特徴的な効果として挙げられ
る。この高エネルギー側のサブバンドは酸素や窒素と結
合した炭素に起因するシグナルであり、285〜286
eVのメインバンドもこの構成要素の増加を反映してピ
ーク位置が高エネルギー側に若干シフトしている。Next, FIG. 4 shows an XPS spectrum of a Cls region by carbon atoms. As a standard sample, D-Phe finely powdered in a mortar was compression-molded into a pellet using a tablet molding machine. Regarding the deposited & ICP films, those formed with input powers of 10 W and 30 W were examined. The spectrum pattern of the deposited film is more similar to the standard sample than the two types of deposited & ICP films, and it is supported that the molecules constituting the deposited film retain the structure of the raw material D-Phe. Is done. On the other hand, in the case of the deposited & ICP film, the signal was unclear in the standard sample and the deposited film.
A sub-band having a peak at 8.9 eV is clearly recognized, and this is a characteristic effect of plasma irradiation. This sub band on the high energy side is a signal originating from carbon bonded to oxygen or nitrogen.
The peak position of the main band of eV also slightly shifts to the high energy side, reflecting the increase of the constituent elements.
【0025】表1にXPS(X線光電子分光法)で検出
された各試料である炭素、酸素、窒素間での元素比をま
とめて示す。Table 1 summarizes the element ratios among carbon, oxygen and nitrogen, which are samples, detected by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy).
【表1】 [Table 1]
【0026】標準試料に対して本発明に関する分子線蒸
着セルを用いて作成した3種類のD−Phe膜は酸素濃
度の低下が約3%程度認められる。このことは、加熱に
よる水分の蒸発や脱水反応によりペプチド結合が生じた
可能性を示唆する。また、D−Phe膜の中では、IC
Pプラズマを照射することにより作成した蒸着&ICP
膜は蒸着膜と比較して窒素濃度が約2%程度増加し、そ
の反面、炭素濃度が減少している。この理由として、プ
ラズマ生成物に汎用的に見受けられる残留および混入し
た空気成分の窒素分子がプラズマ中で分解され、反応性
の窒素原子となり、膜中に取り込まれたことが挙げられ
る。The three types of D-Phe films prepared using the molecular beam deposition cell according to the present invention with respect to the standard sample show a decrease in oxygen concentration of about 3%. This suggests that a peptide bond may have been generated by evaporation or dehydration of water due to heating. Also, among the D-Phe films, IC
Deposition & ICP created by irradiating P plasma
In the film, the nitrogen concentration is increased by about 2% as compared with the vapor-deposited film, while the carbon concentration is decreased. The reason for this is that the nitrogen molecules of the air components remaining and mixed commonly found in the plasma product are decomposed in the plasma, become reactive nitrogen atoms, and are taken into the film.
【0027】蒸着&ICP膜の間では30W膜の方が1
0W膜より、極めて僅かながら、酸素や窒素の濃度が小
さく、その反面、炭素濃度が増加している。電子スピン
共鳴(ESR)分析の結果、両膜ともにダングリングボ
ンドによるESRシグナルが極微弱に観測された。スピ
ン濃度は30W膜で2.5x104spins/cm3,10W
膜で1.9x104spins/cm3であった。表1の元素比
より酸素や窒素が若干量30W膜で減少していることか
ら、プラズマのパワーを増加させることにより結合解離
が促進されて、酸素や窒素が脱離し、炭素ラジカルが生
じていることが示唆される。[0027] Among the deposited & ICP films, the 30W film is 1 better.
Compared to the 0W film, the concentration of oxygen and nitrogen is slightly smaller than that of the 0W film, while the concentration of carbon is increased. As a result of electron spin resonance (ESR) analysis, very weak ESR signals due to dangling bonds were observed in both films. Spin concentration is 2.5 × 10 4 spins / cm 3 , 10 W for a 30 W film
It was 1.9 × 10 4 spins / cm 3 for the membrane. Since the amount of oxygen and nitrogen is slightly reduced in the 30 W film from the element ratio in Table 1, the bond dissociation is promoted by increasing the power of the plasma, so that oxygen and nitrogen are desorbed and carbon radicals are generated. It is suggested that
【0028】以上、サンプル間での構成元素の違いを議
論したが、全般的に差異の程度は極めて小さく、蒸着膜
はもとより、蒸着&ICP膜ですら、標準試料との間で
の変化は微少であるといえる。The difference in the constituent elements between the samples has been discussed above, but the degree of the difference is generally extremely small, and the change between the reference sample and the deposited film as well as the deposited & ICP film is very small. It can be said that there is.
【0029】次に代表的な匂い成分である有機ガスに対
する、本発明にかかるアミノ酸薄膜からなる化学センサ
ープローブのセンシング機能について述べる。有機材料
を充填したガラス瓶(開口)を保持した容器内を高純度
空気ガスで一定流量、恒温下で通過させることにより、
安定して一定濃度の有機ガス流を発生させることが可能
な、ガス拡散管法により試料ガスを作成した。この試料
ガスを化学センサープローブを設置した、内容量30m
lのセンサセル内に導入し評価を行った。この際、セン
サセルやガス配管は25度Cに保った恒温槽内に設置し
てあり、信頼性の高い測定に配慮している。Next, the sensing function of the chemical sensor probe comprising the amino acid thin film according to the present invention for an organic gas which is a typical odor component will be described. By passing high-purity air gas at a constant flow rate and constant temperature through a container holding a glass bottle (opening) filled with organic material,
A sample gas was prepared by a gas diffusion tube method capable of stably generating an organic gas stream having a constant concentration. This sample gas was installed with a chemical sensor probe.
1 was introduced into the sensor cell and evaluated. At this time, the sensor cell and the gas pipe are installed in a constant temperature bath maintained at 25 ° C., so that highly reliable measurement is considered.
【0030】試料ガスには16ppmのリモネンを用い
た。リモネン(Limonene)は代表的な匂い物質の一つで
(+)体(d体)はレモン臭の主成分であり、(−)体
(l体)は松葉やオレンジに含まれている主な匂い成分
である。この二種類の光学異性体に対する、ガス吸収量
の差異を調べた。As a sample gas, 16 ppm of limonene was used. Limonene is one of the typical odorants. The (+) body (d body) is the main component of lemon odor, and the (-) body (l body) is mainly contained in pine needles and oranges. It is an odor component. The difference in gas absorption between the two optical isomers was examined.
【0031】図5及び図6に蒸着膜及び蒸着&ICP膜
を被覆したQCRの共振周波数変化量(センサ応答)を
示す。ここで、共振周波数は0.1Hzの精度で計測し
ており、蒸着&ICP膜は10Wのパワーを投入して作
成したものを用いた。これらの図中での操作手順を時間
軸(横軸)に沿って述べる。初めから、試料ガスON
(約30分後)までは純空気のみを流して、バックグラ
ンドレベルとしている。このバックグランドレベルを得
るに際しては周波数変化量が1Hz/10分以内の変動
量に収まるまで純空気を流し続けて、センサセル内をク
リーニングしている。また、純空気ラインと試料ガスラ
インとの切り替えは四方弁で行っている。次に、試料ガ
スOFFの時点(約3時間30分後)まで試料ガスを約
3時間の間センサセルに導入し続けてセンサ応答曲線を
得る。この試料ガスOFFの時点以降で純空気ラインに
再度切り替えた後の試料ガスの脱離過程を表している。FIGS. 5 and 6 show the resonance frequency variation (sensor response) of the QCR coated with the deposited film and the deposited & ICP film. Here, the resonance frequency was measured with an accuracy of 0.1 Hz, and the deposition & ICP film used was a film formed by applying a power of 10 W. The operation procedure in these figures will be described along the time axis (horizontal axis). Sample gas ON from the beginning
Until (approximately 30 minutes later), only pure air is flown to keep the background level. To obtain this background level, the sensor cell is cleaned by continuously flowing pure air until the frequency variation falls within the variation of 1 Hz / 10 minutes or less. Switching between the pure air line and the sample gas line is performed by a four-way valve. Next, until the sample gas is turned off (after about 3 hours and 30 minutes), the sample gas is continuously introduced into the sensor cell for about 3 hours to obtain a sensor response curve. This shows the desorption process of the sample gas after switching to the pure air line again after the sample gas is turned off.
【0032】図5に示す蒸着膜は図6に示す蒸着&IC
P膜に比較して吸収量が大きく、リモネンを高感度に検
出できる。時間経過に従い、共振周波数変化量は増大し
ていく傾向がみられ、3時間後の変化量は(−)体で約
30Hzに達する。この化学センサプローブを用いれ
ば、ppm以下の低濃度のリモネンの検出が可能であ
る。The vapor deposition film shown in FIG. 5 is the vapor deposition & IC shown in FIG.
The absorption amount is larger than that of the P film, and limonene can be detected with high sensitivity. As the time elapses, the amount of change in the resonance frequency tends to increase, and the amount of change after 3 hours reaches about 30 Hz in the (-) body. By using this chemical sensor probe, it is possible to detect limonene at a low concentration of ppm or less.
【0033】また、蒸着膜及び蒸着&ICP膜ともに、
(−)体(l体)の方が(+)体(d体)より吸収量が
大きくなっている。これは両薄膜がD−Pheを原料と
しており、この光学活性情報を薄膜状態で保持していれ
ば、(−)体に対する親和性が(+)体より大きくなる
ことに起因したものと考えられる。特に蒸着&ICP膜
に関しては、(+)体はほとんど検出できなかったが、
(−)体に対しては十分な検出機能が確認できる。In addition, for both the deposited film and the deposited & ICP film,
The (-) body (1 body) absorbs more than the (+) body (d body). It is considered that this is because both the thin films use D-Phe as a raw material, and if the optical activity information is held in a thin film state, the affinity for the (-) form is larger than that for the (+) form. . In particular, for the deposited & ICP film, the (+) body could hardly be detected,
(-) A sufficient detection function can be confirmed for the body.
【0034】なお、上記した本実施例では誘導結合プラ
ズマによる効果を述べたが、高真空中での放電が可能
で、微弱なプラズマビームを発生させる様式のプラズマ
源を用いれば同様の効果が得られる。ヘリコン波プラズ
マ、電子サイクロトロン共鳴プラズマやイオンビームプ
ラズマ等のプラズマ源である。Although the effect of the inductively coupled plasma has been described in the above embodiment, the same effect can be obtained by using a plasma source capable of discharging in a high vacuum and generating a weak plasma beam. Can be It is a plasma source such as helicon wave plasma, electron cyclotron resonance plasma, or ion beam plasma.
【0035】[0035]
【発明の効果】以上示したように、本発明のアミノ酸薄
膜製造方法によりアミノ酸系原料物質の構造変化を抑
え、光学異性体を分離する機能を保持した状態で薄膜形
成が可能である。また、プラズマ成膜技術に特徴的な原
子レベルでの編み目(架橋)構造が発達し、基板との密
着性に優れ、耐久性に富んだアミノ酸薄膜を作成でき
る。As described above, according to the method for producing an amino acid thin film of the present invention, a thin film can be formed while suppressing the structural change of the amino acid-based raw material and maintaining the function of separating optical isomers. In addition, a stitch (crosslinking) structure at an atomic level characteristic of the plasma film forming technology is developed, and an amino acid thin film having excellent adhesion to a substrate and high durability can be produced.
【0036】本発明は化学物質のセンシングや液体及び
ガスクロマトグラフィーに代表される分離技術に極めて
有効なものである。特に光学異性体を分離・識別する分
野において必要とされる技術であり、匂い物質を対象と
したセンシングや分離において、重要な技術である。The present invention is extremely effective for sensing of chemical substances and separation techniques typified by liquid and gas chromatography. In particular, this technology is required in the field of separating and identifying optical isomers, and is an important technology in sensing and separation of odor substances.
【0037】居住空間や職場内での環境モニタリング、
生産設備内でのガスセンシングや品質管理、火災検知や
危険物検知などのセキュリティーシステムなどの環境化
学情報の収得を対象とした幅広い分野での応用が期待で
きる。また、汚染や官能(臭い)、診断や処方など人間
の生理現象に関係の深い、アメニティーや医療の分野で
有効に利用される可能性も大きい。Environmental monitoring in living spaces and workplaces,
It can be expected to be used in a wide range of fields, such as gas sensing and quality control in production facilities, and the acquisition of environmental chemistry information such as security systems such as fire detection and dangerous substance detection. In addition, there is a great possibility that it will be effectively used in the amenity and medical fields, which are closely related to human physiological phenomena such as contamination, sensory (odor), diagnosis and prescription.
【図1】本発明の実施例で例示したプラズマ分子線蒸着
装置の構造を示す。FIG. 1 shows a structure of a plasma molecular beam deposition apparatus exemplified in an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の実施例で例示した図1の3分子線蒸着
セルの構造を示す。FIG. 2 shows the structure of the three molecular beam deposition cell of FIG. 1 exemplified in the embodiment of the present invention.
【図3】本発明の実施例で例示したD−フェニルアラニ
ン膜のフーリエ変換赤外分光スペクトル図。FIG. 3 is a Fourier transform infrared spectrum of a D-phenylalanine film exemplified in an example of the present invention.
【図4】本発明の実施例で例示したD−フェニルアラニ
ン膜のCls領域におけるX線光電子光スペクトル図。FIG. 4 is an X-ray photoelectron light spectrum diagram in the Cls region of the D-phenylalanine film exemplified in the example of the present invention.
【図5】本発明の実施例で例示した蒸着膜のリモネン
(16ppm)に対する吸脱着応答曲線。FIG. 5 is an adsorption / desorption response curve of a deposited film exemplified in an example of the present invention with respect to limonene (16 ppm).
【図6】本発明の実施例で例示した蒸着&誘導結合プラ
ズマ膜のリモネン(16ppm)に対する吸脱着応答曲
線。FIG. 6 is an adsorption / desorption response curve for limonene (16 ppm) of a deposition & inductively coupled plasma film exemplified in an example of the present invention.
1 真空容器 2 基板ホルダー 3 分子線蒸着セル 4 誘導結合型プラズマイオンソース 5 石英窓 6 銅ループアンテナ 7 高周波マッチングボックス 8 高周波電源 9 真空バルブ 10 ターボ分子ポンプ 11 油回転ポンプ 12 真空ゲージ 13 真空バルブ 14 メカニカルブースターポンプ 15 油回転ポンプ 20 ルツボ 21 ヒーター 22 水冷ジャケット 23 熱電対 1 vacuum container 2 Board holder 3 Molecular beam deposition cell 4 Inductively coupled plasma ion source 5 Quartz window 6 Copper loop antenna 7 High frequency matching box 8 High frequency power supply 9 Vacuum valve 10 Turbo molecular pump 11 Oil rotary pump 12 Vacuum gauge 13 Vacuum valve 14 Mechanical booster pump 15 Oil rotary pump 20 crucibles 21 heater 22 Water cooling jacket 23 Thermocouple
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−253518(JP,A) 特開 平6−330300(JP,A) 特開 昭61−66160(JP,A) 特開 昭63−243835(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 5/02 C23C 14/00 - 14/32 JICSTファイル(JOIS)────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-10-253518 (JP, A) JP-A-6-330300 (JP, A) JP-A-61-66160 (JP, A) JP-A-63-63 243835 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01N 5/02 C23C 14/00-14/32 JICST file (JOIS)
Claims (5)
ヒータと水冷ジャケットにより構成される分子線セルを
用いて真空中で加熱し、昇華させて任意の基板上に堆積
させることを特徴とするアミノ酸薄膜の製造方法。1. An amino acid fine powder that has been vacuum-dried,
A method for producing an amino acid thin film, comprising heating in a vacuum using a molecular beam cell composed of a heater and a water-cooling jacket, sublimating it, and depositing it on an arbitrary substrate.
以上240℃以下であることを特徴とするアミノ酸薄膜
の製造方法。2. The heating temperature according to claim 1, wherein the heating temperature is 150 ° C.
A method for producing an amino acid thin film, wherein the temperature is not less than 240 ° C.
ヒータと水冷ジャケットにより構成される分子線セルを
用いて真空中で加熱し、昇華させて任意の基板上に堆積
させる際に、誘導結合型プラズマビームを照射すること
を特徴とするアミノ酸薄膜の製造方法。3. An amino acid fine powder dried in a vacuum,
Production of an amino acid thin film characterized by irradiating an inductively coupled plasma beam when heating in a vacuum using a molecular beam cell composed of a heater and a water cooling jacket, sublimating it and depositing it on an arbitrary substrate Method.
表面が、真空乾燥させたアミノ酸の微細粉体を、ヒータ
と水冷ジャケットにより構成される分子線セルを用いて
真空中で加熱し、昇華させて形成した薄膜により被覆さ
れてなることを特徴とする化学センサプローブ。The surface of the transducer-type weight detection transducer is heated in a vacuum using a molecular beam cell composed of a heater and a water-cooled jacket to sublimate the vacuum-dried fine powder of amino acid. A chemical sensor probe characterized by being coated with a formed thin film.
表面が、真空乾燥させたアミノ酸の微細粉体を、ヒータ
と水冷ジャケットにより構成される分子線セルを用いて
真空中で加熱し、昇華させて形成する際に、誘導結合型
プラズマビームを照射した薄膜により被覆されてなるこ
とを特徴とする化学センサプローブ。5. A method in which the surface of a transducer-type weight detection transducer is heated in a vacuum using a molecular beam cell composed of a heater and a water-cooled jacket to sublimate fine vacuum-dried amino acid powder. A chemical sensor probe characterized by being coated with a thin film irradiated with an inductively coupled plasma beam when formed.
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