Micro/nanofabrication of poly(-lactic acid) using focused ion beam direct etching

集束イオンビームダイレクトエッチングを用いたポリ乳酸のマイクロ・ナノ加工

大山 智子; 日名田 暢*; 長澤 尚胤; 大島 明博*; 鷲尾 方一*; 田川 精一*; 田口 光正

Oyama, Tomoko; Hinata, Toru*; Nagasawa, Naotsugu; Oshima, Akihiro*; Washio, Masakazu*; Tagawa, Seiichi*; Taguchi, Mitsumasa

生体適合性と生分解性を併せ持つポリ乳酸をバイオデバイスへ応用するため、集束ガリウムイオンを用いたダイレクトエッチングによる微細加工を試みた。照射イオン数(線量)と電流値(線量率)に依存して、エッチング速度や加工精度が変化することが分かった。ポリ乳酸はガラス転移温度(60C付近)以上で容易に変形してしまうため、照射熱が加工特性に大きく影響したと考えられる。照射条件を制御して熱の影響を抑制することによって、直径約80nmのホールや100nm幅のアルファベットなど任意の微細加工に成功した。微細加工表面をマイクロエリアX線光電子分光で解析したところ、物理スパッタと放射線誘起分解反応によってポリ乳酸表面が炭化し、線量に応じてC=C結合が増えていくことが分かった。C=C結合が多い表面状態は細胞接着性が高いことが報告されており、本研究で得られたポリ乳酸の微細加工体は高い細胞接着性を持つことが期待される。

Micro/nanofabrication of biocompatible and biodegradable poly(-lactic acid) (PLLA) was evaluated using focused Ga ion beam direct etching. The fabrication performance was determined with different ion fluences and fluxes. It was found that the etching speed and fabrication accuracy were affected by irradiation-induced heat because the resistance of PLLA to thermal deformation is decreased when above its glass transition temperature (approximately 60C). By controlling the irradiation conditions, controlled micro/nanostructures of PLLA were fabricated, such as holes (80 nm) and alphabets (width: 100 nm). Moreover, focused ion beam (FIB)-irradiated surfaces were analyzed using micro-area X-ray photoelectron spectroscopy. Owing to reactions such as the physical sputtering of atoms and radiation-induced decomposition, PLLA was gradually carbonized with increasing C=C bonds expected to have good cell attachment properties.