CN1661139A - 结晶用基板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种结晶用基板及其制造方法，在基材的表面接触有机分子，且该有机分子，在其一方末端含有能够与所述基材表面形成共价键的末端键合官能基、在另一方末端含有对液体显示非亲合性的官能基；通过使所述有机分子的末端键合官能基和所述基材表面的活性氢反应形成共价键，而在所述基材表面形成对所述液体显示非亲合性的单分子膜，由此制造结晶用基板。

Description

结晶用基板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种使蛋白质、核酸、糖类等的生物高分子或者树脂以及其他高分子化合物、其他有机化合物以及无机化合物进行结晶的结晶用的基板，及其制造方法。
背景技术
以往，为了解释清楚蛋白质等各种有机高分子的功能，人们极其重视对所述有机高分子的三维结构解析。特别是在医药领域，由于很多疾病是由蛋白质的异常等引起的，因此对产生其原因的蛋白质的结构进行解析，并基于该解析结果，进行医药品的开发。
例如，对蛋白质结构的解析，一般通过以下方式进行，即，使精制好的蛋白质结晶，再对该结晶进行X线结晶解析或者NMR解析等(例如有“生物化学实验讲座1蛋白质的化学I分离精制”日本生物化学会编、第1版、第1卷、东京化学同人、1984年7月11日出版、第82～87页，“试验化学讲座2基本操作11”日本生物化学会编、第4版、第2卷、丸善、1990年12月5日出版、第354～358页)。
为了结晶蛋白质，近年来，已有人在航天飞机内实际尝试做了微小重力空间下的结晶实验(“结晶生长动力学从溶液的结晶生长”佐藤清隆、首版、第6卷、共立出版、2002年9月1日出版、第67～69页)。
此外，作为另外的方法，例如在日本专利特开平2003-286100号公报中公开了以下的方法。即，使用液滴喷出装置，将需要结晶的蛋白质打到基板上，从而在基板上形成半球状的微粒，再通过在特定气氛下对所述液滴进行干燥，而使蛋白质结晶的方法。
但是，即使使用上面“结晶生长动力学从溶液的结晶生长”所述的技术，也极难设定抑制微晶的产生的同时、使蛋白质结晶形成单晶的工艺条件。
特别是，含有目标蛋白质的溶液(液相)和结晶用装置内部(固相)的接触部分越大，据此在接触的各部位就容易产生结晶核，导致越容易产生结晶多态或者微晶等的问题，从而很难获得适于结构解析的结晶。另外，假使通过在上述微小重力空间进行结晶，则在设备方面需要投入庞大的成本资金，目前该实用化是极其困难的。
另外，当采用上面日本专利公报所述的技术时，由于液滴形成为半球状，因此基板的底面与液滴的接触面积比较大。从而存在着在所述接触部位容易产生结晶核、而容易产生结晶多态(crystal polymorphs)或者微晶的问题。另外，由于从半球面与气相的界面进行干燥，液滴的干燥就各向不均地进行，易产生结晶多态。
发明内容
本发明是为了解决所述以往技术问题而做出的，其目的在于提供一种结晶用基板，对蛋白质、核酸、糖类等生物高分子或者树脂及其他高分子化合物、其他有机化合物以及无机化合物可以抑制微晶的产生、同时比以往技术可以更稳定且高效地进行结晶，以及其制造方法。
为解决所述问题，使用一种结晶用基板，具有基材和有机分子膜，在该基板上具有用于结晶的场所，其特征是，基材的表面被对液体显示非亲合性的有机分子膜覆盖，且所述基材表面和所述有机分子膜通过共价键结合。
另外，使有机分子接触到在表面上具有活性氢(活泼氢)的基材的表面、或者在表面被赋予活性氢的基材的表面，且该有机分子，在其一方末端含有能够与所述基材表面形成共价键的末端键合官能基、在另一方末端含有对所述液体显示非亲合性的官能基；通过使所述有机分子的末端键合官能基和所述基材表面的活性氢反应形成共价键，而在所述基材表面形成对所述液体显示非亲合性的特性的有机分子膜，由此制造结晶用基板。
本发明的结晶用基板，由于基材的表面被对液体显示非亲合性并共价键合的有机分子膜覆盖，因此可以使包含需要结晶的物质(以下，有时简写为“被结晶物质”)的溶液(以下，有时简写为“被结晶溶液”)与结晶用基板的接触面积极小。即，基于与液体显示非亲合性的有机分子膜，抑制结晶用基板表面的润湿性，使所述结晶用基板表面和被结晶溶液的液滴的接触角变得极大，其结果，可以减小接触面积。
因此，可以抑制在如前述那样的被结晶溶液和基板的接触部分产生的微晶或者结晶多态。并且，与上述的在微小重力下的结晶不同，还可以抑制被结晶溶液和气体之间的液面振动，从而也没必要另外采取防止被结晶溶液的液滴悬浮在空中的措施等。因此，在低成本的情况下，可以高效地制得单晶。
本发明的结晶用基板，可适用于以往公知的各种结晶方法，据此能够改善结晶条件，可以更稳定地进行结晶。可以说在例如：医疗和生物化学、催化剂开发、材料开发领域等多种领域，都极其有用。
另外，为了探索蛋白质等的结晶条件，虽然该条件是如前述那样很难设定，但是将本发明的结晶用基板，可应用于所谓组合化学(combinatorialchemistry)的方法。该方法的特点是可以简便地选择最佳的结晶条件，因此该方法的利用价值特别高。
附图说明
图1是在本发明的结晶用基板中，表示基材和有机分子膜的结合状态的概略图。
图2是实施例1的、具有微细凹凸形状的PET薄膜表面的SEM照片。
图3是实施例1的、具有微细凹凸形状的玻璃基板表面的SEM照片。
图4是实施例2的PET薄膜表面的微细凹凸形状的突起部高度、和光透射率的相关图。
图5是实施例3的玻璃基板表面的微细凹凸形状的突起部高度、和光透射率的相关图。
图6是在实施例3的结晶用基板上，滴下水滴时的憎水性的照片。
图7是在实施例4中，单分子膜的临界表面能、和构成单分子膜的有机分子的F元素数的相关图。
图8是具有防止滚动用凹部的结晶用基板的示意图。
图9中，图9(A)表示具有微细凹凸形状的基材表面的SEM照片，图9(B)表示在所述基材表面形成了有机分子膜的结晶用基板的SEM照片。
图10是在微细凹凸形状上，形成有机分子膜的结晶用基板的示意图。
图11是在本发明的结晶用基板上，液滴以略球状存在的示意图。
图12是在实施例5的结晶用基板上，滴下水滴时的显微镜照片。
图13是在实施例5的结晶用基板上，滴下水滴时的憎水性的斜视照片(perspective photo)。
图14是在实施例5的结晶用基板上，滴下水滴之后的液滴蒸发过程显示憎水性的显微镜照片。
图15是在实施例5的结晶用基板上，滴下水滴时的憎水性的斜视照片。
图16是在实施例5的结晶用基板上，滴下水滴之后的液滴蒸发过程显示憎水性的显微镜照片。
图17是在实施例5的结晶用基板上，滴下水滴之后的液滴蒸发过程显示憎水性的显微镜照片。
图18是在实施例5的结晶用基板上，滴下水滴之后的液滴蒸发过程显示憎水性的显微镜照片。
图19是在实施例5的结晶用基板上，滴下水滴之后的液滴蒸发过程显示憎水性的显微镜照片。
图20是在实施例5的结晶用基板上，滴下水滴时的憎水性的斜视照片。
图中符号：1-单分子膜，8-结晶用基板，8a-防止滚动用凹部，9-液滴，10-基材。
具体实施方式
本发明的结晶用基板，具有基材和有机分子膜，是在基板上具有用于结晶的场所的基板，其特征是：基材的表面被对液体显示非亲合性的有机分子膜覆盖，且所述基材的表面和所述有机分子膜通过共价键结合。在结晶用基板上滴下要结晶的物质的溶液，然后，以适当条件，大致等方向地使液体蒸发，就可以高效地生成单晶。
所述被结晶物质，只要是可以从溶液生成结晶的物质就没有特别的限定。具体地说，可以例举出：蛋白质、糖类、类脂、核酸以及树脂等的高分子化合物；有机化合物(呈示非线性光学效果的有机物质，具体有，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·导电性功能的有机物质，具体有，蒽、并五苯以及并四苯等的多环烃及其衍生物等；或者，各种氨基酸)；各种无机化合物等。特别是，获得蛋白质等的高分子化合物单晶是非常困难，但是使用本发明的结晶用基板，与以往方法相比，就可以更高效且低成本的获得单晶。
本发明的结晶用基板的尺寸以及其他结构都没有特别的限定。即，当使用以往公知的各种用于形成结晶的装置或者夹具，进行被结晶物质的结晶时，将本发明的结晶用基板使用于被结晶溶液接触的部位就可。因此，本发明的结晶用基板的大小不被任何所限制，而可以根据装置等的大小，适当确定。
本发明的有机分子膜，是指由具有对液体显示非亲合性的部分的有机分子(该有机分子在后面详述，以下，有时简写为“有机分子”)形成的薄膜，且所述薄膜的至少一部分是与基材以共价键结合的。
具体地说，可列举出：所述有机分子在基材上排成一排、并由所述有机分子与基材以共价键结合，而形成的层构成的薄膜(以下，有时简写为“单分子膜”)；在所述单分子膜的末端的官能基上进一步共价键结合所述有机分子，而所述有机分子的多个分子通过共价键结合累积形成的薄膜(以下，有时简写为“单分子累积膜”)；以及，通过所述有机分子相互键合，并通过来自所述薄膜所具有的有机分子的末端键合官能基(该官能基在后面详述)的至少一部分与所述基材键合而形成的薄膜(以下，有时简写为“邻位键合有机分子膜”)。
所述单分子膜的膜厚优选是0.5～2nm，更优选是1～2nm。另外，所述单分子累积膜的膜厚优选是1～50nm，更优选是1～10nm，更加优选是1～6nm，并且该有机分子的累积数优选是2～100，更优选是2～50，更加优选是2～6。再有，所述邻位键合有机分子膜的膜厚优选是1～200nm，更优选是5～100nm。
表面被对液体显示非亲合性的有机分子膜所覆盖的本发明的结晶用基板，优选其表面形状是微细的凹凸形状。这样，在结晶用基板的表面是微细的凹凸形状的情况下，通过所述有机分子膜对于液体的非亲合性和结晶用基板表面的微细凹凸形状的协同作用(相乘作用)，如图11所示滴下的被结晶溶液就处于真球体(true sphere)或者接近真球体的状态(以下，有时简写为“略球状”)。其结果，可以进一步减小被结晶溶液和结晶用基板之间的接触面积。因此，通过减小结晶用基板和液滴之间的接触面积，可以使溶剂种从液滴的球面各向均等地蒸发。另外，还可以抑制被结晶溶液的液滴的浓度差，能够稳定地进行结晶。
所述微细的凹凸形状，是指在形成有凹凸的结晶用基板或者基材的表面上，从凹部的底部到凸部的顶点的高度(以下，有时简写为“突起部的高度”)。该高度是在0.005～5000μm的范围，优选是0.02～0.5μm，更优选是0.03～0.2μm。若所述突起部的高度未满0.005μm时，由于强烈地受到底部表面的影响，则很难维持略球状的形态，而若超过0.5μm时，虽然能形成略球状的液滴，但是由于基板的光透射率要下降，则会出现由显微镜观察难以确认结晶生长情况的倾向。但是，如果可以不采用透射型显微镜进行观察的话，突起部的高度只要能适当地形成液滴就可，超过0.5μm也没有问题。另外，突起部的高度是可以通过例如由扫描型电子显微镜(SEM)获得的像来算出。
另外，所述微细凹凸的表面粗糙度优选是0.003～500μm，更优选是0.003～100μm，更加优选是0.01～1μm，特别优选是0.02～0.1μm。若所述微细凹凸形状的表面粗糙度未满0.003μm时，则利用目前的制造技术很难实现，而若超过500μm时，液滴尺寸在数mm左右的场合下，很难维持略球状的形态。另外，表面粗糙度可以用例如表面粗糙度计测定，如果特别微细的话，可以用扫描型探针显微镜(SPM)测定。
另外，所述微细的凹凸形状，可以通过对该凹部和凸部的面积的比例进行调整，从而可以调整液滴和结晶用基板之间的接触角和接触面积。这样的面积比例的调整，可采用例如半导体光刻法进行。
针对所述结晶用基板的表面的微细凹凸形状的形成方法来说，可以例举出：通过使用“表面为微细凹凸形状的基材”而形成微细凹凸形状的方法、在基板上载置微细的金属氧化物微粒等而形成微细凹凸形状的方法等等。特别是当使用“表面是微细凹凸形状的基材”时，由于有机分子膜的膜厚是极薄，因此如图10的示意图所示，可以在不消除所述基材的微细凹凸的情况下，在基材表面形成有机分子膜。
所述的表面上具有微细凹凸形状的基材是，通过例如将基材表面成为凹凸形状的表面处理而可以形成。作为所述表面处理的方法，没有特别的限定，例如可以采用：蚀刻法、喷砂法、等离子体处理法、使用氧气的反应性溅射蚀刻法等，以往公知的各种方法。此外，还可以通过塑料挤出模成型等方法，来形成具有微细凹凸形状的基材。
作为具有所述微细凹凸形状的结晶用基板的具体例，图9表示了通过蚀刻处理进行微细凹凸处理的基材、以及在所述基材上形成单分子膜的结晶用基板的照片。图9(A)是基材的SEM照片，图9(B)是在所述基材表面形成单分子膜的结晶用基板的SEM照片。从图9中可知，即使通过表面处理在形成有微细凹凸形状的基材表面上形成单分子膜也好，可以维持该微细的凹凸形状。再说，所述基材是硅半导体晶圆(信越化学工业株式会社制造)，且用四乙氧基硅烷(TEOS)形成膜厚600nm的硅氧化膜。所述蚀刻是在压力10Pa左右的氧气气氛下、进行了240秒钟。这样获得的微细凹凸形状的表面粗糙度是50nm、突起部的高度是0.12μm。另外，形成单分子膜的材料使用了由化学式CF3(CF2)7(CH2)2SiCl3表示的有机分子。形成的单分子膜的膜厚约是1.5nm。
另外，作为制成所述微细凹凸形状的方法，可以举出将金属氧化物等的微粒载置于基材上的方法。
作为所述金属氧化物等的微粒(以下，有时简写为“微粒”)，可以举出：金属氧化物的微粒，具体有氧化钛、氧化铝；二氧化硅等的硅氧化物；天然矿物质的微粒，具体有硅、玻璃粉、滑石·云母，等等。其中，出于可获得所需粒径的微粒来考虑，优选所述金属氧化物的微粒。
为了形成合适尺寸的微细凹凸形状，来发挥本发明的效果，所述微粒的平均粒径优选是0.005～100μm，进一步优选是0.007～500μm。
另外，载置于所述基材上的微粒的量，只要能形成所述范围的微细凹凸形状就没有特别的限定，例如，如后述那样，使微粒分散到液体中、通过涂敷进行载置的情况下，该液体中的浓度优选是1～30质量％左右。
将所述微粒载置于基材上的方法没有特别限定。例如可以采用：将干燥状态的微粒撒在基材上的方法；或者，预先将微粒分散在液体中，再通过涂敷该微粒的分散液，载置于基材上的方法等等。另外，作为更优选的方法可以采用：先在含有用于形成有机分子膜的有机分子的溶液中分散所述微粒，然后，为了形成有机分子膜，在涂敷含有所述有机分子的溶液的同时，载置该微粒的方法。
另外，在将所述微粒载置于基材上而形成本发明的结晶用基板的情况下，优选形成由所述邻位键合分子膜构成的有机分子膜。由于所述邻位键合有机分子膜是有机分子以数个(several)分子键合而成的，因此可以覆盖并固定所述微粒。即，所述有机分子由于在与所述基材以及所述微粒形成共价键结合的同时，有机分子彼此之间也形成共价键，因此还发挥抑制微粒从基材上剥落的效果。从而，优选在所述微粒的表面上也存在可以与后述的有机分子的末端键合官能基形成共价键的活性氢。
另外，所述微粒不一定仅由化学键进行固定，还可以仅由物理吸附力进行载置。即，只要在进行结晶时，载置到基材上而形成微细凹凸形状就可以。但优选方案是用有机分子膜覆盖载置于基材上的所述微粒，通过所述微粒和所述有机分子之间的共价键进行固定。
再有，在结晶用基板上存在吸附力弱的微粒、而有可能混入到被结晶溶液中的情况之下，还可以预先通过预备洗涤，将它们从结晶用基板上去除。作为所述预备洗涤的方法，可以举出喷射(spray)液体或者喷淋(shower)液体等的方法。
这样，在结晶用基板表面具有微细凹凸形状、并且基材表面由对液体显示非亲合性的有机分子膜所覆盖的情况下，当向所述结晶用基板表面滴下液体时，可以形成对于所述表面的接触角极大的略球状的液滴。从而，可以大幅度减小液滴和表面的接触面积，且可以进一步稳定地进行结晶。
上述接触角是在120～180度的范围。优选是150～180度、更优选是160～180度。另外，作为接触角的测定方法，例如在被结晶溶液为水溶液的情况下，可以向结晶用基板表面滴下作为试料的4μl的水，对该液滴，例如使用静态接触角计量装置(商品名：接触角计，协和界面科学株式会社制造)，进行测定。或者，还可以通过放大照片，测定接触角。
另外，针对进行载置时的液滴的体积来说，根据要结晶的物质以及结晶用基板的特性的不同，无法唯一特定。但作为一例，优选是0.1μl～50ml、更优选是2μl～15ml。
再说，本发明的结晶用基板还可以在其表面具有如图8所示的用于防止液滴滚动的凹部。图8是本发明的结晶用基板的一例的剖面图，其中，8是结晶用基板、8a是所述凹部、9是被结晶溶液的液滴。如果结晶用基板具有这种凹部的话，在进行被结晶物质的结晶时，可以抑制由滚动引起的被结晶溶液的在所述结晶用基板上的移动。
又，当结晶用基板上设置多个所述凹部时，所述凹部就可以作为组合化学的方法(按每个凹部更换条件，而高效地选择最佳结晶条件的方法)的区分部分来使用。
所述防止滚动用凹部的剖面形状没有特别的限定，除了如图8所示的形状，该凹部的形状根据目的还可以选择半圆形、正方形、长方形、梯形、或其他多边形等。另外，当剖面形状是四边形等时(特别是，剖面形状是正方形、或长方形时)，优选：不仅其底面具有微细凹凸形状且被有机分子膜覆盖，而且整个壁面也具有微细凹凸形状且被有机分子膜覆盖。在使用具有这样的结构的、剖面形状为正方形的结晶用基板的情况下，由于可以将液滴的滚动范围限制到最小限度，可以增加每单位面积的液滴数，且在使用组合化学的方法时，也是有效的。其深度优选是0.01～20mm、更优选是0.1～5mm。另外，该凹部的平面的剖面积优选是0.05～200mm2、更优选是0.01～10mm2。
另外，所述凹部的数量也可以为复数个。当基板具有多个所述凹部时，可以合适使用组合化学的方法。
下面，说明具有这样的防止滚动用凹部的结晶用基板的制造方法的一例。
预先，在基材本身上设置这样的凹部，通过蚀刻处理等，在设有这样的凹部的基材上设置微细凹凸形状，然后，形成有机分子膜。通过该工序进行制造，可以在凹部的表面设置微细凹凸形状。
在本发明中，形成所述有机分子膜的有机分子是，在一方的末端含有可以与所述基材表面形成共价键的官能基(以下，有时简写为“末端键合官能基”)、而在另一方的末端含有显示对所述液体的非亲合性的官能基(以下，有时简写为“特性官能基”)即可。通过所述末端键合官能基和所述基材的活性氢之间的反应，而形成共价键。另外，根据所述特性官能基，向形成的有机分子膜可以赋予“对液体显示非亲合性的特性”。
这里，“对液体显示非亲合性的特性”可以根据液体的种类而适宜决定，例如，如果液体是水性的话，则优选是“疏水性”。
另外，本发明的被结晶溶液的溶剂成分可以是水系、醇系、烃系等，没有特别的限定，只要是适于溶解被结晶物质并使之结晶的液体，就都可以选择。在本说明书以及权利要求书中，有时将所述“适于溶解被结晶物质并使之结晶的液体”以及“被结晶的液体”简写为“液体”。
如前所述，在本发明的结晶用基板上，有机分子膜是通过强共价键固定在基材上的。因此，有机分子膜就会牢固地固定在基材上，形成与液滴显示非亲合性的致密的膜。
若使用未形成共价键的单分子膜等的有机分子膜，则有机分子膜容易从基材上脱落，从而产生基材上的有机分子膜就很难致密地形成。未形成共价键的有机分子膜就有上述缺点。
例如，当由作为有机分子使用不与基材形成共价键的硫醇化合物等形成单分子膜时，由于很难形成致密的膜，导致呈示膜的密度要降低的倾向。因此，很难形成具有大接触角的液滴。
再说，在使用所述硫醇化合物的情况下，一般认为与基材之间的键形态是配位键。另外，还知道：在基材上硫醇化合物彼此接近时，原本应键合在基材上的硫醇部分就在分子间形成双硫醇键，其结果，从基材上会脱落。
在本发明的结晶用基板中的有机分子膜是，其至少一部分在基材上形成共价键，所以本发明的结晶用基板显示优良的疏水性、憎水性。
作为所述末端结合官能基，只要是如前面所述那样能与基材表面形成共价键的基团，就没有特别的限定，例如，可举出：卤代甲硅烷基、烷氧基甲硅烷基、异氰酸酯基甲硅烷基等各种甲硅烷基。
作为所述卤代甲硅烷基，可以例举出：一卤代甲硅烷基、二卤代甲硅烷基、三卤代甲硅烷基等，而作为卤素，可以使用氯、溴、氟、碘，其中，优选使用氯代甲硅烷基。所述烷氧基甲硅烷基，可以例举出：一烷氧基甲硅烷基、二烷氧基甲硅烷基、三烷氧基甲硅烷基等，而所述烷氧基甲硅烷基中的烷氧基的碳数可以是1～7个，优选是1～3个。具体有：甲氧基甲硅烷基、乙氧基甲硅烷基、丁氧基甲硅烷基等。
在末端具有这样的各种硅烷基的有机分子，可以与所述基材表面形成共价键。其结果，通过所述共价键而形成的有机分子膜，牢固地结合在所述基材表面。从而，所述有机分子膜就具有良好的耐久性。
具体地说，如果是具有所述卤代甲硅烷基的有机分子，则在与基材表面的活性氢之间，就会产生脱氯化氢反应等脱卤化氢反应。如果是具有所述烷氧基甲硅烷基的有机分子，则在与所述活性氢之间产生脱醇反应。如果是所述异氰酸酯基甲硅烷基，则在与所述活性氢之间产生脱异氰酸酯反应。
通过上述各反应，各所述有机分子和所述基材之间是由硅氧烷键(-Si-O-)共价键合。
再有，所述甲硅烷基的末端通过水解形成硅烷醇基。所述形成的有机分子的硅烷醇基，通过和邻位的硅烷醇基彼此进行脱水，而如图1所示，形成基于硅氧烷键结合的交联结构。
另外，通过无规则性地进行这样的交联，形成有机分子彼此间的复杂的交联结构，从而可以由有机分子膜本身，形成微细的凹凸形状。
又，所述有机分子和基材之间的共价键，根据具有所述基材表面的活性氢的基的种类而不同，例如，在具有活性氢的基是-NH基的情况下，作为共价键，形成-SiN-键。
另外，作为所述特性官能基，只要是赋予了“对液体显示非亲合性的特性”的官能基，则没有特别限制。例如可以举出显示憎水性(例如疏水性)、憎油性(非亲油性)的官能基。具体地说，优选使用烃基、一部分或全部氢被氟置换了的烃基。所述烃基可以是饱和烃基也可以是不饱和烃基，另外，可以是直链状、分支链状、环状中的任一种。还有，所述烃基的碳数没有特别限定。例如可以是1～36个，优选5～30个。作为所述官能基的具体例，可以举出CF3-、F(CF2)t-、CH3-、H(CH2)t-等，其中，t例如是1～15，优选是8～12。在这些官能基中，如果所述液体是水性溶剂的话，例如，优选F(CF2)t-、H(CH2)t-，而如果所述液体是油性溶剂的话，优选F(CF2)t-。
在本发明中，所述有机分子的种类没有特别限定，例如，可以使用日本专利特开平4-132627号公报、特开平4-256466号公报、特开平10-180179号公报、特开平4-359031号公报等公开的有机分子。
在这些有机分子中，例如，优选由以下通式表示的有机分子或者其衍生物。
在下述通式(1)、(3)中优选：m是1～15的整数，n是0～15的整数，“m+n”是10～30的整数。
在下述通式(2)、(4)中优选：r是1～8的整数，s是0～2的整数，p是5～25的整数，“r+s”是1～10的整数，而且，A优选是氧原子(-O-)、氧羰基(-COO-)、或者二甲基硅烷基(-Si(CH3)2-)。另外，在下述通式(1)～(4)中，q是0～2的整数，X优选卤素、烷氧基或者异氰基中的任何一种，在“X3-q”是“X3或者X2”的情况下，可以全部相同，也可以不相同。在下述通式(1)～(4)中，R优选是氢原子或者是烃基。作为所述烃基，可以是不饱和烃基、饱和烃基中的任何一种，且碳数是例如，优选1～3。具体地说，作为下述通式(1)～(4)中的“-SiRqX3-q”，可以举出与此前列举的那样的“末端键合官能基”。
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)
作为由所述通式表示的有机分子，作为一例具体可以举出由下述通式(11)～(44)表示的物质。
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)
还有，由于形成的有机分子膜的临界表面能(mN/m)越低、越提高憎水性，因此在所述有机分子中，优选使其特性官能基具有氟原子的有机分子，更优选特性官能基具有三氟化碳的有机分子。
例如，由所述Heptadecafluorodecyldimetylsilylnonyltrichlorosilane(CF3(CF2)7Si(CH3)2(CH2)9SiCl3)形成的有机分子膜，与一般的氟树脂表面临界能是15～18mN/m相对，显示8mN/m左右的低的表面临界能。
另外，有机分子的氟原子的数和有机分子膜的临界表面能之间具有密切关系，即伴随着氟原子的增加，临界表面能会下降。因此，如果进一步要提高有机分子膜的憎水性的话，优选使用氟原子数多的有机分子，特别优选使用在特性官能基的末端具有多个氟原子的有机分子。有机分子内的氟原子的数量是，例如，优选3～34个，更优选7～29个、特别优选13～25个。
作为形成所述有机分子膜的有机分子，可以使用一种，也可以组合使用两种以上的有机分子使用。在组合两种以上的有机分子而使用的情况下，通过选择有机分子的种类以及调整它们的比例，可以细微地控制对液体的非亲合性。从而，可以自由且简便地形成对应于要结晶的被结晶溶液的有机分子膜。
所述基材为了与所述有机分子进行反应而形成共价键，其表面具有活性氢即可。作为所述活性氢，可以举出包含在羟基、羧基、磺酸基、亚磺酸基、磷酸基、亚磷酸基、第四级铝基(quarternary aluminum group)、第四级鏻基、硫醇基、氨基、硫酸酯基等中的活性氢。另外，在本发明中，所谓“在基材的表面具有活性氢”是指活性氢在基材表面露出的状态。
作为所述结晶用基板的材料(基材)，没有特别限定，可以使用以往公知的基材。例如有：玻璃、云母、石英、合成石英、硅等的无机材料；丙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、氯乙烯、环氧树脂、硅酮树脂(聚二甲基硅酮)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、聚碳酸酯等的各种聚合物；陶瓷；金属等等。其中，玻璃基材和石英基材是由于在其表面具有羟基，富含活性氢，所以与所述有机分子的末端可以容易形成共价键，因此是优选的基材。
另外，对于表面不具有活性氢的基材、或者活性氢少的基材，通过进行在其表面导入(赋予)活性氢的处理，可以使其与所述有机分子反应。赋予所述活性氢的方法，可以使用以往公知的方法。例如可以举出：对于基材表面进行化学氧化处理的方法；在氧存在下对基材表面进行等离子体处理或者臭氧处理等物理处理的方法。另外，还可以举出通过使用SiCl4、HSiCl3、SiCl3O-(SiCl2-O)n-SiCl3(其中，n是0～6的整数)、Si(OH)4、HSi(OH)3、Si(OH)3O-(Si(OH)2-O)n-Si(OH)3(其中，n是0～6的整数)等，对基材表面进行亲水化处理的方法。
具体地说，基材表面的氧化是，例如，可以通过在有氧或者氢原子供给物质存在的条件下，对基材表面照射紫外线而进行。通过该方法，由紫外线照射而分解氧生成臭氧，且该臭氧与氢原子供给物质反应，生成具有活性氢的活性种。另一方面，如果紫外线照射到基材表面，则基材表面的原子间共价键就会被切断，形成未键合手。通过包含活性氢的活性种与该基材表面的未键合手作用，而对基材表面赋予活性氢。
作为氢原子供给物质，例如，可以使用水、氨等。在作为氢原子供给物质使用水的情况下，可以在基材表面以-OH基的形式存在活性氢，另外，在使用氨的情况下，可以以-NH基的形式存在活性氢。
再有，可以采用电晕处理、等离子体处理等，来代替紫外线照射处理。
还有，所述有机分子膜，例如，可以通过在基材上有机分子直接形成共价键而形成，或者也可以在基板上介由保护膜而形成。
下面，说明在基材表面形成有机分子膜而制造本发明的结晶用基板的方法的一例。再说，有机分子膜的形成方法并不仅限于以下方法，还可以按照日本专利特开平4-132627号公报、特开平4-256466号公报、特开平10-180179号公报等方法来形成。另外，有机分子膜的形成方法没有特别限定，例如，可以例举出化学吸附法、LB(Langmuir-Blodgett)法等方法，而以下实例为化学吸附法的一例。
首先，将有机分子溶解在溶剂中，调制化学吸附液。
所述溶剂例如可以根据使用的有机分子的种类而适当决定。例如，可使用十六烷、氯仿、四氯化碳、硅油、己烷、甲苯等。这些溶剂可以单独使用任何一种，也可以混合两种以上使用。其中，优选使用十六烷、氯仿以及四氯化碳的混合溶剂。所述化学吸附液的有机分子的浓度没有特别限定，例如是3×10-2～1×10-1M左右。
接着，使所述基材和所述化学吸附液接触。由此，所述基材表面的活性氢和所述有机分子的末端键合官能基之间产生如前所述的脱氯化氢反应等脱卤化氢反应、脱醇反应或者脱异氰酸酯反应，从而在所述有机分子和基材之间形成共价键(例如硅氧烷键(-Si-O-)等)。这样，在基材上形成由所述有机分子构成的有机分子膜。
所述基材和所述化学吸附液的接触方法没有特别限定。例如可以举出：将所述基材浸渍在所述化学吸附液中的方法；将所述化学吸附液涂敷在所述基材上的方法等。所述基材和所述化学吸附液的接触时间没有特别限定，例如可以是数秒～10小时，优选是1分钟～1小时。另外，所述化学吸附液的温度例如可以是10～80℃，优选是20～30℃。
在形成单分子膜或者单分子累积膜作为所述有机分子膜的情况下，在所述有机分子形成共价键结合到基材表面之前、为了防止有机分子彼此间产生缩合反应，例如，根据日本专利特开平4-256466号公报记载的那样，优选在干燥状态下，使所述有机分子和基材表面的活性氢进行反应。具体地说，优选在干燥空气或者氮气、氩气等的干燥气氛下，使基材与所述化学吸附液接触。出于所述有机分子的末端键合官能基和所述基材之间的反应容易的观点考虑，所述干燥气氛中优选气氛中含有的水蒸气的量未满6.80g/m3、更优选末满5.80g/m3。为了获得这样的气氛，例如将22℃下的相对湿度优选设定为未满35％(更优选为0～30％)。
另一方面，在形成所述邻位键合有机分子膜作为所述有机分子膜的情况下，在所述气氛中含有的水蒸气量优选为6.80g/m3以上、更优选为8.80g/m3以上，这样可以使所述有机分子的末端键合官能基相互间以共价键结合而容易形成薄膜，并且，使来自所述薄膜具有的所述有机分子的末端键合官能基的至少一部分与所述基材或者被载置的金属氧化物微粒等容易结合。为了获得这样的气氛，例如将22℃下的相对湿度优选设定为35％以上(更优选为45％以上)。
还有，在所述有机分子膜是所述单分子累积膜的情况下，例如如前所述，在基材上形成单分子膜之后，再进行对所述单分子膜的表面赋予活性氢的处理(例如亲水化处理)，然后与形成所述单分子膜一样形成累积层即可。通过反复进行该活性氢赋予处理和化学吸附，能够形成期望的叠层数的累积膜。
作为具体的实例，在基材上形成的第一层单分子膜表面包含乙烯基等不饱和基的情况下，在水分存在的气氛中、通过照射电子束或者X射线等能量线来，可以导入羟基(-OH)。还有，如果将该基板浸渍到过锰酸钾水溶液中，就可以导入羧基(-COOH)。
所述有机分子可以在所述基材表面整体上形成，也可以仅在被结晶物质的进行结晶时、对被结晶溶液所接触的位置选择性地形成。作为在所述基材上选择性地形成有机分子膜的方法，没有特别限定，例如可以举出以下方法。
首先介绍方法一。该方法是预先在基材的整个表面上形成有机分子膜之后，仅去除形成在不需要的区域的有机分子膜的方法。在所述基材表面形成有机分子膜之后，形成仅覆盖必要部分的光掩模。接着，向该基材表面照射紫外线，只去除没有被所述光掩模覆盖的区域的有机分子膜。作为所述紫外线的照射方法，例如，在使用激元激光等激光的情况下，可采用对有机分子膜的特定区域以点照射方式进行照射的方法。由于本发明的有机分子膜的膜厚是极薄，因此即使部分地去除这样的有机分子膜，也不会产生与以往一样的薄膜厚度的偏差。除了所述紫外线照射处理之外，还可以采用电晕处理、等离子体处理等方法。通过在有氧条件下进行这些处理，可以以氧化方式去除基材表面的有机分子膜。
下面介绍方法二。在该方法中，预先在所述基材表面形成仅覆盖不需要有机分子膜的区域的抗蚀剂图形。然后，使所述有机分子与形成有所述抗蚀剂图形的所述基材表面接触，接着，去除所述抗蚀剂图形，在所述基材表面选择性地形成所述有机分子膜。
方法三如下。针对在所述基材表面的仅需要有机分子膜的区域，通过喷墨法或者印花法接触有机分子，从而选择性地形成有机分子膜。
通过由所述方式形成的有机分子膜，由于本发明的结晶用基板的表面具有来自有机分子的特性官能基，因此对液体显示非亲合性的特性。从而，使用本发明的结晶用基板，当被结晶物质进行结晶时，可以极力减小被结晶溶液和所述结晶用基板表面的接触面积，以致可以高效且稳定地形成结晶。
本发明的结晶用基板的使用具体如下。
首先，当使用本发明的结晶用基板，例如，对蛋白质进行结晶时，其被结晶溶液优选尽可能地已精制好的溶液。作为精制法具体可以使用适用于蛋白质精制的通常方法，例如有电泳法(SDS-PAGE、Native-PAGE等)、柱层析法、或者其他已知的精制方法。
将通过以上方法获得的蛋白质，在不破坏该蛋白质结构的条件下，例如，溶解到乙酸缓冲液中，调整被结晶溶液。根据需要，还可以在所述被结晶溶液中添加氯化钠溶液或者分子量8000的聚乙二醇(PEG8000)等。
接着，将结晶用基板载置于能够控制蒸气压、温度等气氛条件的装置内，并在结晶用基板上滴下与形成于所述结晶用基板上的有机分子膜具有非亲合性性质的所述被调整的被结晶溶液。滴下的方法没有特别限定，可以举出微型注射器、微型滴管、或喷墨等的滴下方法。
由于形成于结晶用基板的表面上的有机分子膜具有非亲合性，因此滴下的液滴成略球状。此时，由于液滴为略球状，因此很容易在结晶用基板上滚动。由此，优选滴到所述防止滚动用凹部上。
关于结晶的方法来说，为了使被结晶溶液处于过饱和状态，除了可以采用对被结晶溶液的溶剂进行蒸发而进行结晶的方法，还可以采用将被结晶溶液的温度降低到过饱和温度以下而进行结晶的方法。据此，所述装置有必要具备特别精密的温度控制机构。再说，温度的上升速度或者下降速度是，可根据被结晶物的种类，选择最佳条件。
再有，关于所述气氛来说，有必要对应期望的结晶物选择如酸性气氛等最佳条件的而进行控制。
在对滴下的液滴进行蒸发的情况下，从略球面的表面各向均等地逐渐蒸发液体，最终，溶液中的被结晶物质被结晶。
在蒸发液滴的情况下，随着结晶的进行，溶剂成分会被蒸发，液滴也跟着变小。此时，在蒸发的最终阶段，结晶物的浓度变高，根据情况会从饱和浓度达到过饱和浓度，最终生成结晶。在浓度变浓的阶段，通过给予精制结晶的刺激，可以促进结晶的生成。作为所述刺激例如有：给予振动(声波)、照射光(激光)等。
此时，通过使气氛条件最合适，可以进一步有效地获得单晶。
再说，对蛋白质等进行结晶的气氛的最佳条件根据被结晶的物质的种类而各不相同。从而，通常寻求最佳条件是一件非常困难的事情，通过改变多个条件而经过不断试行错误来选择。但是，如果使用本发明的结晶用基板的话，由于如前所述在结晶用基板上设置有多个凹部，且对每个凹部可以更换气氛条件(即，可以设定和其他不同的气氛条件)，因此可以一次实施多个条件，从而能够在短时间选择最佳条件。
另外，作为使用本发明的结晶用基板来高效地获得单晶的方法，还可以采用在摇动所述结晶用基板的同时、蒸发被结晶溶液的方法。在这情况下，可以使略球状的液滴进一步接近于真球体，从而可以从各向更加均等地进行蒸发等。
如前所述，本发明的结晶用基板可用作以往公知的各种结晶用装置的结晶用基板。即，本发明的结晶用装置具的特征在于：当结晶时，至少在被结晶溶液所接触的部位上，配置本发明的结晶用基板，而其他结构没有任何限制。因此，本发明的结晶用装置，根据结晶方法，具备有适当组合的各种结构(例如，对温度、湿度或者溶剂蒸汽浓度等因素的控制机构等)即可。
(实施例)
下面，通过实施例，说明本发明的具体实施方式的一例。但本发明并不仅限于这些实施例。
另外，在说明书中的“以上”和“以下”皆包括本数，例如，“X以上”指“等于X或者大于X”，“X以下”指“等于X或者小于X”，“超过”、“超出”、“未满”以及“不足”皆不包括本数。
首先，就微细凹凸形状的表面粗糙度、突起部高度、凹凸形状的凸部的面积比例以及接触角的测定方法进行说明。
(突起部高度以及表面粗糙度的测定方法)
使用扫描型显微镜(SEM)观察要进行观察的基材以及结晶用基板的表面状态，测定表面粗糙度和突起部高度。
突起部高度的计算方法如下：在SEM的观察像中，对多个点计测突起部顶点和与所述顶点相邻的底部的一点的高度差，算出其平均值。
还有，表面粗糙度的计算方法按照日本工业规格JISB0601-1994进行。
(凸部面积比例的测定方法)
使用扫描型显微镜(SEM)，对被观察的基材和结晶用基板的设有微细凹凸形状的部分的表面状态，拍摄其像。
通过图像处理，对获得的所述摄影影像进行二值化，计算出在观察到的部分的整体面积中凸部部分面积所占的比例。
(接触角的测定方法)
在获得的结晶用基板上作为试料滴下4μl的水，形成直径约3mm的液滴。对于该液滴，在滴下之后紧接着用静态接触角计量装置(商品名：接触角计，协和界面科学株式会社制造)，测定接触角。
另外，下面显示了用于形成在本实施例中使用的有机分子膜的有机分子及其对应的省略代号。
CF3(CF2)7(CH2)2SiCl3                    ：有机分子17a
CH3(CH2)18SiCl3                            ：有机分子F0
CF3(CH2)2(CH3)2Si(CH2)15SiCl3         ：有机分子F3
CF3(CF2)3(CH2)2(CH3)2Si(CH2)9SiCl3 ：有机分子F9
CF3(CF2)7(CH2)2(CH2)2Si(CH2)9SiCl3 ：有机分子F17
CF3(CF2)3(CH2)6SiCl3                    ：有机分子F9a
CF3(CH2)9SiCl3                             ：有机分子F3a
CH3(CH2)17SiCl3                            ：有机分子OTS
(实施例1)
(1)塑料制基材的表面处理
将厚度100μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜配置于腔室内，在压力10Pa左右的氧气气氛下，使用平行平板电极型等离子体蚀刻装置，在40W/cm2的条件下进行规定时间(3分钟、10分钟)的辉光放电。使用扫描型显微镜(SEM)观察通过该处理后的薄膜的表面状态。图2表示其结果。
如图2的SEM照片所示，在所述PET薄膜表面上形成有微细的凹凸形状。更具体地说，如图2(A)所示经过3分钟辉光放电获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，如图2(B)所示，经过10分钟辉光放电获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)玻璃基材的表面处理
在玻璃基材(商品名：#7059，Dow Corning Corp.制造)的表面，使用氧化硅形成SiO2溅射膜(厚度600nm)。
接着，作为反应气体使用CHF3/O2，并在压力120Pa、蚀刻功率1.17W/cm2的条件下，进行2分钟的等离子体蚀刻。对于蚀刻后的玻璃基材，使用SEM观察其表面形状。图3表示其结果。
如图3的SEM照片所示，在所述玻璃基材的表面形成有微细凹凸形状。具体地说，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，而用电子显微镜照片测定的倾斜角是45°。
(3)单分子膜的形成
在与所述(1)相同的条件下，在PET薄膜的表面进行微细凹凸处理，获得了突起部的高度是170nm左右，表面粗糙度是50nm的PET薄膜。
接着，将作为氟化烷系硅烷耦合剂的有机分子F17a(信越化学工业株式会社制造)，以其浓度成为2质量％的比例混合到非水系溶液全氟类溶剂(商品名：PF5080，住友3M公司制造)，调整化学吸附材料溶液。
在所述化学吸附剂溶液中浸渍所述PET薄膜，在室温(20℃)、氮气干燥气氛下(相对湿度5％)放置一个小时，由此在所述基材表面形成单分子膜，获得结晶用基板。此时单分子膜的厚度是2nm。
对于该结晶用基板的表面进行SEM观察，求出了表面凹凸的突起部高度以及滴下水时的相对于结晶用基板的水的接触角。
其结果，结晶用基板的突起部高度是50nm，而接触角表示为150°。
再说，当结晶用基板表面的突起部高度设定为50nm以上时，各接触角都稳定地显示了150°。
这样，由于本实施例的结晶用基板的憎水性良好，因此所述结晶用基板表面的液滴接近于真球体，且其接触角也是极高的150°。根据该结果，如果将所述结晶用基板用于例如蛋白质等的有机高分子的结晶上，则可以降低结晶用基板和被结晶溶液的接触面积，从而可以改进结晶条件。
(实施例2)
除改变了所述实施例1的(1)的等离子体蚀刻条件以外、其他都以相同的方式，在PET薄膜上进行微细凹凸处理，制作了突起部高度不同的四种基材。
接着，以与所述实施例1的(3)相同的方式，在所述基材表面形成单分子膜，获得结晶用基板。
再说，四种基材的突起部高度各为30nm、50nm、200nm以及500nm。其制造条件如以下所示。
当制作高度为30nm的突起部时，在压力为10Pa左右的氧气气氛下，以40W/cm2进行了2分钟的处理。当制作高度为50nm的突起部时，在压力10Pa左右的氧气气氛下，以40W/cm2进行了3分钟的处理。当制作高度为200nm的突起部时，在压力10Pa左右的氧气气氛下，以40W/cm2进行了15分钟的处理。当制作高度为500nm的突起部时，在压力10Pa左右的氧气气氛下，以40W/cm2进行了25分钟的处理。
对由此获得的结晶用基板，测定可视光透射率。另外，作为对照，还测定了微细凹凸处理以及单分子膜形成处理之二者均未进行的、“未处理PET薄膜”的可视光透射率。图4表示其结果。
图4表示各结晶用基板的透射率和波长相关图。图中的“30nm、50nm、200nm、500nm”各表示各结晶用基板表面的突起部高度。如图4所示，在波长550nm时的各结晶用基板的可视光透射率是：突起部高度30nm时为84％、突起部高度50nm时为83％、突起部高度200nm时为81％、在对照物时为85％，即，它们表示大致相同的值。另一方面，在突起部高度500nm时，可视光透射率为70％，透射率变得较低。
从该透射率结果，可以知道以下情况。即，在进行结晶的时候，一般用显微镜观察结晶核生长。由于在这样的观察时使用的倒立型显微镜等是，基于透过基板的光来测定生长程度的，因此特别要求基板的透明度。还有，由于其他显微镜也一般都基于透射光进行测定，因此同样对基板要求其透明度。故此，本发明的方法还具有能够制造如上的结果那样具有良好透射率的结晶用基板的效果。
(实施例3)
采用与所述实施例1的(2)相同的方法，在玻璃基材上进行了微细凹凸处理，制作了突起部高度为150nm的玻璃基材。然后，在该基材表面，以与所述实施例1的(3)相同的方式形成单分子膜，制得了结晶用基板。
对由此获得的结晶用基板，测定可视光透射率。另外，作为对照，还测定了微细凹凸处理以及单分子膜形成处理之二者均末进行的、玻璃基材的可视光透射率。图5表示其结果。
图5表示各结晶用基板的透射率和波长的相关图。如图5所示，结晶用基板的可视光透射率显示了与对照物同样程度的数值，尤其波长在400nm以上时显示了基本上相等的数值。
另外，图6显示了在突起部高度为150nm的所述结晶用基板上滴下4μl的水滴时的照片。如图6所示，水滴极其接近于真球体，而且其接触角是160°。由此可知，这样获得的结晶用基板是超憎水性的结晶用基板。
(实施例4)
对于使用各种有机分子形成的单分子膜，分别测定了临界表面能。临界表面能越小，则可以说是憎水性、憎油性越良好的单分子膜。
作为有机分子，使用了有机分子F0、有机分子F3、有机分子F9以及有机分子F17。还有，如以下所示，在没有进行微细凹凸处理的未处理玻璃基板的表面上，分别形成了单分子膜。
再说，关于单分子膜的形成方法，除了使用所述各种有机分子以外，其他与实施例1的(3)相同。
使用静态接触角计(商品名：接触角计，协和界面科学公司制造)，计算出了获得的各单分子膜的临界表面能。如图7所示，在图中点示了“对于水滴的表面张力的、在基板上的水滴的接触角之余弦值”。根据图中点示的各点划出近似直线，而将在余弦值为1时的外推点的表面张力设定为临界表面能。各临界表面能具体为22mN/m(有机分子F0)、18mN/m(有机分子F3)、13mN/m(有机分子F9)以及9mN/m(有机分子F17)。从该结果可知，使用的有机分子中含有的F原子的数越多，临界表面能就越低。因此，在同一个基板上形成有机分子的情况下，形成有机分子膜的有机分子中的F原子的数越多，则可以获得憎水性·憎油性越良好的结晶用基板。
(实施例5)
在进行了搪玻璃处理的铝制基材(株式会社神户制钢所制造)上形成厚度约0.5μm的SiO2覆盖膜。接着，将平均粒径21nm的氧化钛微粒(商品名：P25，NIPPON AEROSIL Co.，Ltd制造)和有机分子F17a(作为含有Si的水解性基和氟代烷基的物质的、十七氟癸基三氯硅烷)，在作为非水系溶剂的二甲苯中稀释调制，获得用于形成邻位键合有机分子膜的化学吸附液。此时，氧化钛微粒和有机分子17a的浓度分别是5质量％和10质量％。
将上述涂料使用刷子，以1～10μm的厚度，涂敷在所述铝制基材上。此后，在室温和相对湿度45％的气氛中，使二甲苯蒸发。此时，利用所述气氛中的水分快速水解了残留在基材上的所述有机分子F17a的水解性基(这里，我们还确认了本研究中优选的水解是在相对湿度35％以上的条件下进行的)。此时，气氛中的水分和氯代硅烷基通过脱氯化氢反应，形成邻位键合有机分子膜。
该反应经过约10分钟完成。基材和有机分子F17a通过硅氧烷键而形成共价键结合，且邻位的有机分子彼此间也通过硅氧烷键形成共价键结合。其结果，在基板表面上形成了含有作为疏水性部分具有氟代烷基的聚合物的、邻位键合有机分子膜，并且该膜表面形成有微细凹凸形状。该邻位键合有机分子膜几乎不会剥离。另外，表面粗糙度的测定结果是在0.1～40μm的范围，且对于水的接触角是172°。
在所述结晶用基板上滴下水滴20μl。图12表示滴在结晶用基板上后从液滴的正上方拍摄的显微镜照片。此时的水滴半径是1.688mm。另外，图13显示了将在图12所示的水滴、从相对于结晶用基板的主面的法线大致倾斜45度的方向拍下的斜视照片。水滴显示了超憎水状态。
在室温22℃、湿度57％条件下维持该水滴，使所述水滴从所述结晶用基板上蒸发，则水滴如图14的显微镜照片那样变化。相对于结晶用基板从液滴的正上方观察水滴的形状的结果是：该水滴保持了圆形，且其半径是1.105mm。另外，图15表示该状态的斜视照片。水滴在所述结晶用基板上维持超憎水状态。
图16～19表示了此后的随时间变化情况。相对结晶用基板从液滴的正上方观察水滴的形状的结果是：该水滴一直保持了圆形，且其半径分别变化为0.546mm、0.384mm、0.293mm。另外，图20表示了对应于图19的显微镜照片的斜视照片。示出水滴维持球形，在该结晶用基板上维持了超憎水状态，从而可以推测除与结晶用基板的接触部，其他部分都各向均等地进行了蒸发。
(实施例6～11)
在硅半导体晶圆上形成了厚度1μm的硅氧化膜。
接着，采用半导体光刻的方法，在所述硅氧化膜表面涂敷阴型的光抗蚀剂之后，照射激光，形成边长100nm的正方形的抗蚀剂图形。
此后，将带有抗蚀剂图形的硅半导体晶圆设置在干式蚀刻装置中，对硅氧化膜进行蚀刻。然后，用抗蚀剂去除装置，去除抗蚀剂图形。
本方法的蚀刻的特征在于：通过改变照射激光的位置，来改变图形密度。使用本装置，可以将凹部和凸部的面积比例从95∶5到5∶95以五个阶段进行改变。在本实施例6～11中，在一片硅半导体晶圆上，形成了改变面积比例的六种图形。
将有机分子F17a、有机分子F9a、有机分子F3a以及有机分子OTS，分别以1.0质量％的比例溶解在十六烷为4重量份、氯仿为1质量份的混合溶剂中。
在所述溶液中浸渍该硅半导体晶圆，且除了改变所述溶液的组成之外、其他均以与实施例1的(3)相同的方法，形成单分子膜。
此时的突起部高度是150nm左右。
改变硅半导体晶圆的表面的凸部的比例和有机分子的种类时的、对于水的接触角的测定结果如表1所示。
                           表1
  实施例   硅半导体晶圆表面的凸部的比例(％)     有机分子的种类     对于水的接触角(度)
    6     10     F17a     174
    7     20     F3a     165
    8     30     OTS     155
    9     50     F9a     145
    10     65     F9a     134
    11     80     F9a     124
再说，表1所示的表面形状和有机分子，是以对于水的接触角在174～124度范围内按大致每10度的量的方式进行选择的。在需要更精细的对于水的接触角的情况下，可以通过进一步选择表面形状和有机分子来形成。
(实施例12～17)
在已在实施例6～11中使用过的硅半导体晶圆上，以不实施与实施例6～11相同的蚀刻处理、并不形成微细凹凸形状的状态下，形成单分子膜。
其中，作为形成有机分子膜的有机分子，如表2所示，除使用了两种有机分子以外，采用与所述实施例6～11相同的方法，在硅半导体晶圆上形成有机分子膜，获得结晶用基板。表2表示了测定所获得的结晶用基板的对于水的接触角的结果。
                          表2
  实施例   有机分子的种类和混合比例(体积％)     对于水的接触角(度)
    12     F17a(80)     F9a(20)     125
    13     F17a(85)     OTS(15)     124
    14     F17a(75)     F3a(25)     123
    15     F17a(70)     F3a(30)     122
    16     F17a(75)     OTS(25)     121
    17     F17a(60)     F3a(40)     120
在实施例12～17中，通过使用多种所述有机分子，精细地控制了结晶用基板的表面状态。具体地说，是对于水的接触角在120～125度范围内按每一度的量进行选择的。这样，通过选择所述有机分子及其混合比例，可以比较自由地控制对于水的接触角。
另外，通过进一步选择其他有机分子或者选择混合比例，可以进一步扩大选择的自由度。
(实施例18～21)
在实施例6～11中使用过的、设置有按凸部比例为50％来蚀刻的微细凹凸形状的、硅半导体晶圆上，形成单分子膜。形成单分子膜的有机分子，如表3所示使用了分别50％的两种有机分子。其他方法与所述实施例6～11相同，在硅半导体晶圆上形成单分子膜，获得结晶用基板。表3表示了测定所获得的结晶用基板的对于水的接触角的结果。
                          表3
  实施例   有机分子的种类和混合比例(体积％)     对于水的接触角(度)
    18     F17a(50)     OTS(50)     145
    19     F17a(50)     F3a(50)     149
    20     F17a(50)     F9a(50)     152
    21     F9a(50)     F3a(50)     142
一般来说，作为结晶核的形成条件，被结晶溶液越接近于真球体状态则越好。另外，溶液所置的气氛(温度、湿度、周边气体气氛等)也有时给结晶核形成带来微妙影响。
因此，如果使用形成如上述那样各种各样的表面处理的方法(即，设定接触角以及精细地控制其角度的方案)的话，可以选择最适合的结晶核形成状态，对于组合化学的方法是非常有效。
如上所述，根据本发明的结晶用基板，对蛋白质、核酸、糖类等的生物高分子、树脂及其他高分子化合物、有机化合物、无机化合物，可以高效地进行结晶。从而可以说在医疗和生物化学、催化剂开发、材料开发领域等多种领域都极其有用。尤其在可以同时试行多个条件的组合化学领域中，通过使用本发明的结晶用基板，可以简便地选择最佳结晶条件等，从而使其利用价值特别高。

Claims (28)

1.一种结晶用基板，是用于结晶的结晶用基板，其特征在于，
基材的表面被对液体显示非亲合性的有机分子膜覆盖，且所述基材表面和所述有机分子膜通过共价键结合。
2.如权利要求1所述的结晶用基板，其中，
在所述有机分子膜和所述基材表面之间形成的共价键是选自-Si-O-键以及-SiN-键中的至少一个键。
3.如权利要求1所述的结晶用基板，其中，
所述结晶用基板的表面具有微细的凹凸形状。
4.如权利要求1所述的结晶用基板，其中，
所述有机分子膜是单分子膜、单分子累积膜或者邻位键合分子膜。
5.如权利要求1所述的结晶用基板，其中，
所述有机分子膜由以选自下述通式(1)、(2)、(3)以及(4)构成的组中的通式表示的至少一种有机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的整数，n是0～15的整数，“m+n”是10～30的整数，q是0～2的整数，X是卤素、烷氧基或者异氰基，R是氢或者烃基；
在所述通式(2)及(4)中，r是1～8的整数，s是0～2的整数，p是5～25的整数，q是0～2的整数，“r+s”是1～10的整数，A是氧原子、氧羰基、或者二甲基硅烷基，X是卤素、烷氧基或者异氰基，R是氢或者烃基。
6.如权利要求5所述的结晶用基板，其中，
所述有机分子是选自以下述通式(11)～(44)表示的至少一种有机分子。
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.如权利要求3所述的结晶用基板，其中，
所述基材的表面是微细凹凸形状，通过该基材，使结晶用基板的表面成为微细凹凸形状。
8.如权利要求3所述的结晶用基板，其中，
在所述基材表面存在金属氧化物微粒，通过该基材，使结晶用基板的表面成为微细凹凸形状。
9.如权利要求3所述的结晶用基板，其中，
所述结晶用基板的表面粗糙度是在0.003～500μm的范围。
10.如权利要求1所述的结晶用基板，其中，
在所述结晶用基板的表面至少设置一个用于防止液滴滚动的凹部。
11.如权利要求1所述的结晶用基板，其中，
所述基材的材质是选自由玻璃、硅、云母、金属以及树脂构成的组中的至少一种。
12.如权利要求1所述的结晶用基板，其中，
水对于所述结晶用基板的接触角是120～180度。
13.如权利要求1所述的结晶用基板，其中，
所述基板是用于高分子的结晶。
14.如权利要求13所述的结晶用基板，其中，
所述高分子是蛋白质。
15.一种结晶用基板的制造方法，其特征在于，
使有机分子接触到在表面上具有活性氢的基材的表面、或者在表面被赋予活性氢的基材的表面，且该有机分子，在一方末端含有能够与所述基材表面形成共价键的末端键合官能基、在另一方末端含有对所述液体显示非亲合性的特性的官能基；
通过使所述有机分子的末端键合官能基和所述基材表面的活性氢反应形成共价键，而在所述基材表面形成对所述液体显示非亲合性的有机分子膜。
16.如权利要求15所述的结晶用基板的制造方法，其中，
所述结晶用基板的表面具有微细的凹凸形状。
17.如权利要求15所述的结晶用基板的制造方法，其中，
所述有机分子膜是单分子膜、单分子累积膜或者邻位键合有机分子膜。
18.如权利要求15所述的结晶用基板的制造方法，其中，
使用在表面上具有微细的凹凸形状的基材，在结晶用基板的表面上形成微细的凹凸形状。
19.如权利要求15所述的结晶用基板的制造方法，其中，
将包含有金属氧化物微粒和有机分子的化学吸附液涂敷在基材表面上，使所述基材表面的活性氢以及所述金属氧化物微粒表面的活性氢、与所述有机分子的末端键合官能基反应形成共价键，同时，通过使各个所述有机分子的各末端键合官能基彼此反应形成共价键，而在所述基材表面和所述金属氧化物微粒表面形成对所述液体显示非亲合性的有机分子膜。
20.如权利要求17所述的结晶用基板的制造方法，其中，
在包含在气氛中的水蒸气的量未满6.80g/m3的条件下，通过使所述基材表面和所述有机分子进行接触，而在结晶用基板的表面形成单分子膜或者单分子累积膜。
21.如权利要求17所述的结晶用基板的制造方法，其中，
在包含在气氛中的水蒸气的量为6.80g/m3以上的条件下，形成邻位键合有机分子膜。
22.如权利要求15所述的结晶用基板的制造方法，其中，
所述结晶用基板的表面粗糙度是在0.003～500μm范围。
23.如权利要求15所述的结晶用基板的制造方法，其中，
所述基材的材质包含选自由玻璃、硅、云母、金属以及树脂构成的组中的至少一种。
24.如权利要求15所述的结晶用基板的制造方法，其中，
所述有机分子膜由化学吸附法形成。
25.如权利要求15所述的结晶用基板的制造方法，其中，
所述有机分子的末端结合官能基是卤代甲硅烷基、烷氧基甲硅烷基、或者异氰酸酯基甲硅烷基，且所述末端键合官能基和所述基材表面的活性氢的反应是脱卤化氢反应、脱醇反应、或者脱异氰酸酯反应。
26.如权利要求15所述的结晶用基板的制造方法，其中，
通过所述末端键合官能基和所述基材表面的活性氢的反应而形成的共价键是选自-Si-O-键或者-SiN-键中的至少一个键。
27.如权利要求15所述的结晶用基板的制造方法，其中，
所述有机分子是选自由下述通式(1)、(2)、(3)以及(4)构成的组中的至少一种有机分子或者其衍生物。
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的整数，n是0～15的整数，“m+n”是10～30的整数，q是0～2的整数，X是卤素、烷氧基或者异氰基，R是氢或者烃基；
在所述通式(2)及(4)中，r是1～8的整数，s是0～2的整数，p是5～25的整数，q是0～2的整数，“r+s”是1～10的整数，A是氧原子、氧羰基、或者二甲基硅烷基，X是卤素、烷氧基或者异氰基，R是氢或者烃基。
28.如权利要求15所述的结晶用基板的制造方法，其中，
所述有机分子是选自由以下述通式(11)～(44)表示的有机分子构成的组中的至少一种。
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)
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