| 【発明の名称】 |
配向薄膜及びその製造方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】田中 利彦
【氏名】緒方 直哉
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| 【要約】 |
【課題】ディオキシリボ核酸を含む材料により形成された光学的異方性を示す薄膜を基板上に固定した、光電子技術分野に容易に利用可能な配向薄膜及び該配向薄膜を容易に得る製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明の配向薄膜は、基板と、ディオキシリボ核酸を含む材料により形成された薄膜とを備え、該薄膜が、該基板上に自ら付着しており、且つ光学的異方性を示すことを特徴とし、本発明の製造法は、ポリテトラフルオロエチレンの配向基板上に、ディオキシリボ核酸を含む材料を堆積させて薄膜を形成、固定することを特徴とする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 基板と、ディオキシリボ核酸を含む材料により形成された薄膜とを備え、該薄膜が、該基板上に自ら付着しており、且つ光学的異方性を示すことを特徴とする配向薄膜。
【請求項２】 ディオキシリボ核酸を含む材料が、ディオキシリボ核酸とアンモニウム化合物とのポリイオン複合体を主たる成分とすることを特徴とする請求項１記載の配向薄膜。
【請求項３】ディオキシリボ核酸を含む材料が、ディオキシリボ核酸と、下記式（Ａ）で表される構造のアンモニウム化合物とのポリイオン複合体を主たる成分とすることを特徴とする請求項１記載の配向薄膜。
【化１】
（式中Ｘ1〜Ｘ4は、それぞれ独立に炭素数１〜３０のアルキル基を示す。ここで、該アルキル基中の窒素原子と結合していないメチレン基は、酸素原子、フェニレン基、または２価のシクロアルキル基で置換されていてもよい。ただし、これらの構造の中で酸素原子が複数含まれる場合には、酸素原子同士が互いに結合する構造は含まれない。）
【請求項４】 ディオキシリボ核酸を含む材料が、ディオキシリボ核酸に吸着する化合物を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の配向薄膜。
【請求項５】 ポリテトラフルオロエチレンの配向基板上に、ディオキシリボ核酸を含む材料を堆積させて薄膜を形成、固定することを特徴とする請求項１記載の配向薄膜の製造方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光電子技術の分野で有用な光学的異方性を有する配向薄膜及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】異方性の高い配向薄膜は、光学材料や電子材料の分野において多くの用途を有する。配向させるべき分子の種類および必要な配向の程度は、一般に要求される光学的または電気的な異方性の種類によって若干異なる。しかし、一般にいかなる場合でも高い配向が好ましい傾向にある。その理由は、配向薄膜での光学的または電気的な異方性、例えば屈折率異方性、二色性、キャリア移動度等は、配向薄膜を構成する分子の配向に著しく大きな影響を受けるためである。したがって、要求される異方性の種類にかかわらず、配向させることが必要とされる分子のそれぞれについても高度に配向した配向薄膜が望まれる。
【０００３】一方、ディオキシリボ核酸は、二重螺旋構造を有し、各塩基対は分子鎖に対してほぼ垂直に整列している。したがって、ディオキシリボ核酸分子鎖を一方向に並べて配向薄膜材料を作製できれば、配向薄膜中で各塩基対は高度に配向して、各種の光学的ないし電気的な異方性が発現する。すでに岡畑らにより、ディオキシリボ核酸とある種のアンモニウム化合物のポリイオン複合体からなるフィルムが作製できること、更に、これを延伸することによって、配向したディオキシリボ核酸分子鎖からなるフィルムが作製できることが報告されている(ジャーナル・オブ・アメリカン・ケミカル・ソサイエティ（Journal of American ChemicalSociety）、第118巻、44号、10679頁（1996）)。しかしながら、これらのフィルムは独立したフリースタンディングフィルムである。一般に光電子分野のデバイスでは、平坦な基板上に素子を構築するために、基板上に堆積させて形成した薄膜を用いて素子を作成する。ところが、ディオキシリボ核酸を含む配向薄膜を直接基板上に簡便に形成する方法はまだ知られていない。このような配向薄膜は、高い光学的異方性が期待できる。そのため、光デバイス用または電子デバイス用の材料として広範な工業的利用が可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ディオキシリボ核酸を含む材料により形成された光学的異方性を示す薄膜を基板上に固定した、光電子技術分野に容易に利用可能な配向薄膜及び該配向薄膜を容易に得る製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、表面にポリテトラフルオロエチレン（以下、PTFEと略す）の配向薄膜を有する基板上に、ディオキシリボ核酸を含む材料を堆積させて薄膜を形成すると自ら付着することにより、配向薄膜の製造が可能であること、さらにその場合、光学的異方性が発現することを見出し本発明に到達した。すなわち、本発明によれば、基板と、ディオキシリボ核酸を含む材料により形成された薄膜とを備え、該薄膜が、該基板上に自ら付着しており、且つ光学的異方性を示すことを特徴とする配向薄膜が提供される。また本発明によれば、ポリテトラフルオロエチレンの配向基板上に、ディオキシリボ核酸を含む材料を堆積させて薄膜を形成し、固定することを特徴とする上記配向薄膜の製造方法が提供される。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明する。本発明の配向薄膜は、基板と、ディオキシリボ核酸を含む材料により形成された薄膜（以下、薄膜Ｆと略記する場合がある）とを備える。本発明の配向薄膜を構成する前記薄膜Ｆの材料に用いるディオキシリボ核酸は、各種の生物から得られるが、容易に大量のディオキシリボ核酸を得る方法としては、鮭や鰊などの魚類の白子から得るのが効率的な例として挙げることができる。前記薄膜Ｆ中のディオキシリボ核酸の含有量は少なすぎると、ディオキシリボ核酸由来の光学的異方性はほとんど発揮されない。そのため該ディオキシリボ核酸の薄膜Ｆ中の含有量は、１〜１００質量％が好ましく、１０〜９０質量％がさらに好ましく、２０〜８０質量％がさらにより好ましい。
【０００７】前記Ｆを形成する材料としては、前記ディオキシリボ核酸の他に、必要に応じてその他の成分を用いることができる。その他の成分としては、例えば、各種の樹脂や有機化合物等を挙げることができるが、配向を容易に行うことができる点より下記式（Ａ）で表される構造のアンモニウム化合物と、ディオキシリボ核酸とのポリイオン複合体を含むことが好ましい。本発明における薄膜Ｆは、該ポリイオン複合体により形成されていても良い。
【０００８】
【化２】
式中Ｘ1〜 Ｘ4は、それぞれ独立に炭素数１〜３０のアルキル基を示す。ここで該アルキル基中の窒素原子と結合していないメチレン基は、酸素原子、フェニレン基、または２価のシクロアルキル基で置換されていても良い。ただし、これらの構造の中で酸素原子が複数含まれる場合には、酸素原子同士が互いに結合する構造は含まれない。上記アンモニウム化合物は、その分子構造によって、形成される薄膜Ｆの延伸の難易が微妙に異なるので、適宜アンモニウム化合物を選択して使用することが好ましい。このような好ましいアンモニウム化合物としては、上記式（Ａ）に於けるＸ1〜 Ｘ4のうち少なくとも１つの基に酸素原子を含むことが好ましく、酸素原子を２個以上含むことがさらに好ましく、酸素原子を３個〜８個含むことがさらにより好ましい。またこの場合、酸素原子の周辺の分子構造としては適宜選択できるが、一般には酸素原子の両側にメチル基またはメチレン基が結合している構造が好ましく、酸素原子の両側にメチレン基が結合している構造がさらに好ましい。
【０００９】このような好ましいアンモニウム化合物としては、例えば、下記構造式（１）〜（５）で示されるアンモニウムイオン等が挙げられる。
【化３】
【００１０】前記ポリイオン複合体は、前記アンモニウム化合物とディオキシリボ核酸とが塩を形成した状態のものを言い、公知の方法等で得ることができる。
【００１１】前記薄膜Ｆを形成する材料として用いることができるその他の成分としては、ディオキシリボ核酸に吸着する化合物等を挙げることもできる。このような化合物は、ディオキシリボ核酸の塩基対層間に挿入する性質またはディオキシリボ核酸の主溝または副溝に強く吸着する性質を有する化合物であればよい。例えば、ある種の抗生物質、抗腫瘍剤、ＤＮＡ標識用色素として知られる化合物、変異原性物質として知られる化合物等が挙げられる。具体例としては、ブレオマイシン、アクチノマイシンＤ、エチジウムブロマイド、白金化合物等が挙げられる。これらの化合物は、配向後の薄膜Ｆに吸収させても、予め薄膜Ｆを形成する材料に混合しておいても良いが、化合物の種類やその含有量によっては、予め薄膜Ｆを形成する材料に混合しておくと配向が困難になる場合があり、その時は、配向後の薄膜Ｆに吸収させる方法が好ましい。
【００１２】前記ディオキシリボ核酸に吸着する化合物を使用する場合の使用量は、該化合物とディオキシリボ核酸それぞれの種類、あるいは本発明の配向薄膜の用途によって適宜変更できる。一般に、前記ディオキシリボ核酸に吸着する化合物が多すぎると、ディオキシリボ核酸の二重螺旋構造が壊れて等方的な配向薄膜ができ易い。したがって、ディオキシリボ核酸に吸着する化合物を使用する場合の使用量は、ディオキシリボ核酸の１塩基対当たり、０．００００１〜０．７個が好ましく、０．０００１〜０．３個がさらに好ましく、０．０００５〜０．１個がさらにより好ましい。
【００１３】本発明の配向薄膜において、前記薄膜Ｆの膜厚は、一般にピンホールがなく、均一な配向薄膜を形成するという観点からは厚い方が良く、高配向度とするためには薄い方が良い。このような点を考慮した場合、薄膜Ｆを形成する材料の種類によっても異なるが、薄膜Ｆの膜厚は、０．０３〜８０μｍが好ましく、０．０５〜３０μｍがより好ましく、０．１〜１０μｍがさらにより好ましく、０．１〜３ミクロンが最も好ましい。
【００１４】本発明の配向薄膜を構成する基板は、上記薄膜Ｆを堆積することができ、且つ薄膜Ｆが光学的異方性を示すことが可能であるものであれば特に限定されないが、このような作用を容易に得ることができる点から、例えば、フッ素樹脂配向膜を備えた基板等が好ましく挙げられる。上記フッ素樹脂配向膜は、公知の方法で作製できるが、例えば、加熱下において基板上にフッ素系樹脂の塊を、圧力をかけてこすりつける方法等により作製できる。また、基板上にフッ素系樹脂の薄膜やフィルムを作製した後、該薄膜やフィルムの表面を摩擦する方法によっても作製することができる。
【００１５】上記フッ素樹脂配向膜の作製に用いるフッ素系樹脂としては、例えば、PTFE、ポリ３−フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体等が挙げられるが、PTFEが特に好ましい。また、上記フッ素系樹脂をこすりつける基板としては、耐熱性があり平滑な材料が使用でき、例えば、ガラス基板；透明電極((Indium−Tin Oxide)、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2等)を被覆したガラス基板；ステンレス、真鍮、アルミニウム、銅、ニッケル等で作製した金属製基板；ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート等の耐熱性高分子材料により作製した高分子材料基板等が挙げられる。前記金属基板の場合には、表面にＮｉ等の金属をメッキした材料も使用できるが、メッキが施される下地の材料も耐熱性を有する材料により形成されていることが好ましい。
【００１６】上記フッ素樹脂配向膜の作製において、基板にフッ素系樹脂の塊を、圧力をかけてこすりつける場合の基板の加熱温度は、用いるフッ素系樹脂と、こすりつける基板との種類によるが、フッ素系樹脂の分解温度以下であり、且つ１００〜３５０℃が好ましい。フッ素系樹脂がPTFEであり、こすりつける基板がガラス基板の場合には、加熱温度は、好ましくは１３０〜３４０℃、さらに好ましくは２５０〜３４０℃、特に好ましくは３００〜３４０℃である。また、こすりつける圧力は、フッ素系樹脂と、こすりつける基板との種類により適宜選択できる。
【００１７】上記フッ素樹脂配向膜の厚さは、薄すぎるとその上に形成する薄膜Ｆの配向が良好にならず、光学的異方性が得られ難いので、上記フッ素樹脂配向膜の厚さは、通常１ｎｍ〜１μｍ、好ましくは１ｎｍ〜０．２μｍ、より好ましくは１ｎｍ〜５０ｎｍである。
【００１８】本発明の配向薄膜は、前記基板上に前記薄膜Ｆが自ら付着しており、薄膜Ｆが光学的異方性を示すものであれば良い。
【００１９】本発明の配向薄膜を製造するには、例えば、PTFEの配向基板上にディオキシリボ核酸を含む材料を堆積させて薄膜を形成、固定する本発明の製造方法等により得ることができる。本発明の製造方法において、前記PTFEの配向基板は、PTFEの配向薄膜を表面に有する基板が好ましく、このような基板は、公知の方法、例えば、ジャーナル・オブ・アプライド・ポリマー・サイエンス（（Journal of Applied Polymer Science）、第50巻、1151頁（1970））記載の方法等により得ることができる。更に具体的には、上述のフッ素樹脂配向膜を備えた基板の製造方法等に準拠して得ることができる。
【００２０】本発明の製造方法において、PTFEの配向基板上に、ディオキシリボ核酸を含む材料を堆積させるには、例えば、ディオキシリボ核酸を含む材料を適当な溶媒に溶解して溶液とし、PTFEの配向基板上に、均一となるように塗布する方法等により行うことができる。更に塗布した塗膜を十分乾燥させることにより、基板上に薄膜Ｆを形成、固定することができる。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらによって限定されるものではない。
実施例１＜ポリイオン複合体の作製＞ジャーナル・オブ・アメリカン・ケミカル・ソサイエティ（（Journal of American Chemical Society）、第118巻、44号、10679頁（1996））記載のDNA材料、および方法に従い、Ｎ,Ｎ,Ｎ−トリメチル−Ｎ−（3,6,9,12−テトラオキサドコシル）アンモニウムイオンの代わりに上記構造式（１）のアンモニウムイオンを用いて、ポリイオン複合体を作成した。即ち、鮭の精子由来ＤＮＡ Ｎa塩（シグマ社製）５０．０ｍｇを２０ｍｌの水に溶解し、氷冷攪拌下、上記構造式（１）のアンモニウムイオンを用いて、ポリイオン複合体を合成した。
＜PTFE配向基板の作製＞ジャーナル・オブ・アプライド・ポリマー・サイエンス（（Journal of Applied Polymer Science）、第50巻、1151頁（1970））記載の材料と方法に従い、PTFEロッドをガラス基板上に摩擦することでPTFEの極めて薄い配向薄膜をガラス基板上に作製した。即ち、約３００℃に加熱したガラス基板（2.5cmx8.0cm）上に、同様に加熱した長さ２ｃｍ、直径１．０ｃｍのＰＴＦＥの円柱の側面たる曲面を押しつけ、基板を０．１ｃｍ/秒の速度で移動し、幅２．０ｃｍ、長さ７．０ｃｍのＰＴＦＥ配向薄膜を得た。この際、円柱は５Ｋｇｆの圧力で基板に押しつけた。
＜DNA配向薄膜の作製＞上記で調製したポリイオン複合体を、エタノールに０．５質量％溶解してポリイオン複合体溶液を作製した。この溶液を上記で作製したPTFE配向基板のPTFEの配向薄膜上に滴下し、そのまま乾燥してポリイオン複合体の薄膜を形成した。この薄膜を１カ月間放置して膜厚１μｍのポリイオン複合体薄膜が形成された配向薄膜を得た。
＜光学的異方性の評価＞得られたを配向薄膜を透過偏光顕微鏡（直交ニコル）にて観察したところ、PTFE配向薄膜上のポリイオン複合体薄膜の部分が明るく見え、各々の偏光子の偏光方向に４５度の角度に、PTFEの摩擦方向を合わせたところが最も明るくなり、０度、及び９０度のところで最も暗くなった。従って、形成されたポリイオン複合体薄膜が光学的異方性を有することが判った。
【００２２】比較例１＜DNA配向薄膜の作製＞実施例１で調製したポリイオン複合体溶液をガラス基板上に滴下し、そのまま乾燥してポリイオン複合体の薄膜を得た。この薄膜を１カ月間放置して膜厚１μｍのポリイオン複合体膜が形成された薄膜を得た。
＜光学的異方性の評価＞得られた薄膜を透過偏光顕微鏡（直交ニコル）にて観察したところ、ガラス基板上のポリイオン複合体薄膜の部分は、実施例１の場合よりも暗く、また、各々の偏光子の偏光方向に対して試料を回転しても、明るさは変化しなかった。従って、形成されたポリイオン複合体の薄膜は、光学的異方性を有していなかった。
【００２３】
【発明の効果】本発明の配向薄膜は、光学的異方性を示し、ディオキシリボ核酸を含む材料により形成された薄膜が基板上に形成、固定された形態を有するので、光電子技術分野における光学素子等に用いる配向膜として極めて有用であり、工業的利用価値が高い。また本発明の製造方法では、PTFEの配向基板上に、ディオキシリボ核酸を含む材料を堆積させて薄膜を形成、固定するので、本発明の配向薄膜を容易に得ることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００２０９３
【氏名又は名称】住友化学工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１３年５月２３日（２００１．５．２３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８１５１４
【弁理士】
【氏名又は名称】酒井 一 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００２−３４７１６４（Ｐ２００２−３４７１６４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年１２月４日（２００２．１２．４） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−１５４３５３（Ｐ２００１−１５４３５３） |
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