由名古屋大学工学研究生院微纳米系统工学系福田俊夫（教授）（院长：小野木胜明）（院长：平野真一）、东北大学生物工程与机器人学系（院长：内田龙夫）荒井文仁（教授）领导的研究小组产业技术综合研究所纳米结构研究中心高轴比纳米结构制造小组（理事长：井上明久）、清水敏美（所长）（理事长：吉川博之）共同开发了一种使用有机纳米管（ONT）作为纳米通道的纳米移液器（ONT纳米移液器），预计能够喷出体积小于 1 飞升的溶液（飞升- 表示万亿分之一：10^–15).

ONT纳米移液器是通过使用显微操作技术将形成纳米通道的内径50纳米和外径400纳米的10微米长的ONT固定到内径18微米（1,800纳米）的微玻璃移液器上，然后用可光交联树脂密封ONT和玻璃微移液器之间的间隙而制成的（图1）。纳米移液器的喷出量可以通过施加到纳米移液器的电压来控制。这种ONT纳米管有望用于医疗目的，因为它能够将超少量的有用物质注入单个细胞（细胞的体积约为1000飞升）或吸取超少量的细胞成分进行单细胞分析。

研究成果将在由电气与电子工程研究所组织的第七届 IEEE 国际纳米技术会议 (IEEE-NANO 2007) 上公布，该会议将于 2007 年 8 月 2 日至 5 日在香港举行。

(a)		(b)
图。 1

用于生物分子分析的中空圆筒容器的尺寸逐渐变小，从用于柱色谱的内径几厘米的玻璃柱，到用于HPLC的内径几毫米的不锈钢柱，再到内径100μm（1μm是百万分之一米）的玻璃毛细管和微尖装置（图2）。

可以限制在这些空心圆柱体空间内的分子数量已经变得非常少，现在可以分析的分子数量只有 10 个⁸–10¹⁰使用微尖装置的分子。有必要建造一个内径较小的空心圆柱体，以允许分析和处理少于10⁶ 分子。然而，现有微加工技术的最小可加工尺寸为数十纳米量级。由于很难微加工用于分析装置的内径小于1μm的空心圆柱体，因此需要一种突破性的方法。

目前，玻璃移液管的吸头可以加工成内径小至几十纳米，但现有的方法在移液管的加工精度和可操作性方面存在相当大的问题，特别是在吸头的定位方面。

目前已知三种生产纳米移液器的方法。第一种是通过磁力将磁化的碳纳米管固定在玻璃微移液管尖端上来制造纳米移液管；第二种是通过聚焦离子束的表面激发反应在玻璃微移液管尖端上建立喷嘴；第三种是延伸硼硅酸盐玻璃管。第一种方法可能会产生许多用于喷出的开口，并且文献没有提及使用纳米移液器来分配溶液，尽管已经证明了通过毛细管现象进行抽吸。第二种方法速度慢并且需要复杂的系统。第三种方法由于吸头较长，在光学显微镜观察时存在分辨率和振动限制的问题，而且移液管的形状也很难控制。

因此，人们非常希望开发一种具有良好控制的形状和良好的可操作性以及喷出超少量溶液的能力的纳米移液器。因此，我们尝试开发一种技术，将通过自组装方式制备的内径小于100 nm的空心圆柱结构（ONT）纳入并固定在“微结构”中。

图。 2

AIST纳米结构研究中心一直致力于建立一种技术，将通过自组装技术（自下而上的方法）构建的ONT和纳米颗粒固定到通过微加工技术（自上而下的方法）构建的微尖端和微毛细管上，以创建具有数纳米分辨率的分析装置。名古屋大学和东北大学开发了一种通过激光操作操纵单细胞的方法，以及一种使用光镊操纵超小物体（具有六个自由度）的三维方法。

通过AIST的自组装技术开发的ONT与名古屋大学和东北大学的操作方法相结合，在体视显微镜下设置微操作台来制造纳米移液器。

名古屋大学和东北大学的三维操控技术的开发得到了文部科学省科学研究补助金的支持。过去十年来，AIST 一直致力于设计、合成和开发能够自组装形成纳米管的两亲分子。这项研究是日本科学技术振兴机构 (JST) 面向解决方案的科学技术研究 (SORST) 项目（2005 财年至 2008 财年）的一部分。

该ONT纳米移液器是通过使用显微操作技术将一个10μm长的ONT（内径50nm，外径400nm）固定在内径18μm的玻璃微量移液器的尖端上制成的。 ONT 作为纳米通道工作（图 3）。

ONT 纳米移液器具有以下优点。

(1) 可以以与传统玻璃微量移液器相同的方式操作和观察纳米移液器。

(2) 观察显微镜很容易聚焦，因为纳米移液器尖端的位置非常接近玻璃微量移液器。

(3)纳米移液器具有优异的强度，因为纳米移液器同时具有微米级玻璃移液器的尖端和纳米级纳米管的管口。

(4) 它可以减少可能的振动。

因此，ONT 纳米移液器解决了纳米移液器长期存在的问题。此外，由于ONT的直径是均匀的，因此在控制纳米移液器形状方面非常出色。

图。 3

另一个好处是不需要昂贵的、大型的、特殊的设备来制备纳米移液器，因为ONT纳米移液器可以通过使用带有微动平台和光学显微镜的标准操纵器来构建。

整个构建过程可以通过使用显微操作技术来执行，同时用光学显微镜观察该过程（图4）。该过程可分为两个操作：拾取过程和ONT密封过程。通过使用可光交联的树脂。 [图4(2)]

图4

4-(1) 取件流程

4-(2)ONT封装过程

图1(a)是ONT纳米移液器的光学显微照片。如图所示，成功制备了结合微米级尖端直径（18μm）和纳米级喷嘴（50nm）的纳米移液器。

为了确认 ONT 纳米移液器的有效性，我们使用含有荧光试剂罗丹明 6G 的溶液进行了喷流实验。我们利用电迁移力喷出溶液，并通过倒置光学显微镜的暗视野荧光显微镜观察喷出的溶液（图5）。我们证实纳米移液器在300 V以上时会喷出，并且喷出量随着施加电压的增加而逐渐增加。还表明，内径为 1 μm 的传统玻璃微量移液器[图 5(1)] 与 ONT 纳米移液器[图 5(2)] 的喷出量存在相当大的差异。

从结果来看，我们得出结论，可以通过改变电压来控制ONT纳米移液器的喷出量，并且可以喷出超微量的溶液（小于1飞升）。这相当于带有 500 nm 喷口的商用玻璃微量移液器喷出量的百分之一到万分之一。

作为探索性实验，我们使用在玻璃微量移液管的尖端填充光交联树脂制成的移液管进行了喷出溶液的相同实验，但我们无法观察到任何荧光溶液的喷出。

图5

通过将ONT纳米移液器整合到光学显微镜下的显微操作系统中，我们的目标是在生物领域中将ONT纳米移液器用作控制局部环境的工具，例如，将小于1飞升的有机物质溶液注射到单个细胞（容量小于1,000飞升）中，或者吸入小于1的物质来自单个细胞的飞升。

考虑到这一目标，我们认为开发一种合成ONT的方法非常重要，这种ONT具有良好控制的内径，并且具有高度的灵活性。还需要检查注射溶液的状况、分配溶液的扩散控制以及电极的形状，以产生有效的电迁移力。

此外，我们将继续进行研究和开发，旨在通过开发自下而上方法（自组装技术）和自上而下方法（微加工技术）相结合的技术，通过在微结构中或微结构上组织纳米结构的方法，为纳米生物技术做出贡献。