3次元マイクロ構造体へのニッケル粒子の位置選択導入と外部磁場による操作

摘要

3次元マイクロアクチュエータは平面構造に比べて原理的に可変自由度が高く，細胞などの微小物体の複雑かつ柔軟操作への応用が期待できる．バルクスケールのプローブを用いたマニピュレーションは比較的システムは簡易であるが，微小物体とプローブのスケール差が大きく，マイクロスケールでの並列操作は難しい．また，マイクロ流体デバイスでの物体操作は，取扱いの難しい微小流体を介するため複雑なハンドリングは容易ではない．半導体プロセスは，量産性と機能性に優れるが，平面工程であるため，アクチュエータの自由度は小さく，機能設計上の制約が大きい．一方，3Dマイクロナノ構造体形成に適した手法として，フェムト秒レーザ多光子造形法が知られている［1，2］．フェムト秒レーザパルスをガラスに集光すると，焦点近傍でのみ多光子反応を介した屈折率変化や溶融といった局所改質が進行する［3，4］．この現象は，感光性樹脂に対しても適用可能であり，同様に感光性樹脂内部を直接露光し，焦点近傍だけで感光反応を進めることが出来る．感光性樹脂内でのレーザ走査によって複雑な3Dマイクロナノ構造体も作製可能であり，回折限界以下の高い露光分解能とともに，従来法にはない高い構造形成自由度を持つ．しかしながら，一筆書きによるレーザ直接描画プロセスであるため，単一材料での構造体形成に限られ，構造体内に部分的に異種機能材料を導入することは極めて困難である．これまでに磁性ナノ粒子添加樹脂による磁気駆動や，光輻射圧による3D 物体操作が報告されているが，全て単一材料での構造体である［5，6］．ナノ粒子を添加しても構造体の全ての箇所にナノ粒子が添加され局所的な機能化が出来ない．昨年度，我々は，フェムト秒レーザで多光子造形された3D構造体へのFe_3O_4封入ラテックスマイクロ粒子の位置選択導入法を報告した［7］．しかしながら，同マイクロ粒子は，化学的手法によって合成されるため，Fe_3O_4封入量に制限があり，その低い磁気応答性から3D構造体の外部操作には至らなかった．本研究では，より磁気応答性に優れたNiマイクロ粒子を3Dマイクロスプリング先端へと位置選択導入し，外部磁場による可変化に成功した．本稿では，3Dマイクロ磁気アクチュエータの作製プロセスおよび特性について報告する．