国立大学法人名古屋大学[校长平野真一]（以下简称“名古屋大学”）工学研究科[院长小野木胜明]微纳米系统工程系福田俊夫教授研究小组和国立大学法人东北大学[校长井上明久]（以下简称“东北大学”）工学研究科[院长内田龙夫]文人教授米乐m6官方网站生物机器人学部Arai[理事长吉川博之]（以下简称“AIST”）界面纳米结构研究中心清水俊美主任与高轴比纳米结构组织研究小组共同进行有机纳米管（以下简称“ONT”）作为纳米通道-15)认为以下解喷出是可能的纳米移液器（以下简称“ONT纳米移液器”）。
ONT 纳米移液器使用单个有机纳米管（内径 50 nm，外径 400 nm，长度约 10 µm）作为纳米通道微型玻璃移液器(尖端内径18 µm=1,800 nm)显微操作技术,UV固化树脂填充（图1）。该移液器可以通过改变喷射时施加的电压来控制喷射量。未来，预计可将其用于医疗应用，将超微量的有用物质注入单细胞（容量约为1,000飞升），或通过吸出超微量的成分进行单细胞分析。
该研究成果将于2007年8月2日至5日在香港举行的美国电气和电子工程师学会上发表第七届 IEEE 国际纳米技术会议(IEEE-NANO 2007)。
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图1（a）光学显微照片和（b）所制造的ONT纳米移液器的配置图像
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历史上，用于生物分子分离和分析的中空圆筒容器的尺寸不断变小，从内径几厘米的柱色谱用玻璃柱，到内径几毫米的高效液相色谱用不锈钢柱，再到内径100微米（1微米是百万分之一米）的玻璃毛细管和微芯片装置（图2）。限制在这些空心圆柱形微小空间中的分子数量已经变得非常少，现在微芯片装置被用来8～1010分子。 106更少的分子，必须制造内径更小的中空圆柱形容器。然而，现有的微加工技术，最小加工尺寸据称为数十纳米，并且在分析装置中直接微加工内径1μm以下的空心圆柱结构存在局限性，因此需要建立能够取得突破的创新方法。
目前，可以将玻璃移液管的吸头加工至最小内径数十纳米，但在加工精度和移液管操作性（吸头的定位）方面存在重大问题。此外，迄今为止，纳米移液管制造的示例包括（1）利用磁力将磁化碳纳米管固定到微型玻璃移液管尖端的示例，（2）利用使用聚焦离子束的表面激发反应将喷嘴沉积在微型玻璃移液管尖端上的示例，以及（3）拉伸硼硅酸盐玻璃管的示例。然而，(1)有可能产生许多喷射孔，并且虽然已经证明了通过毛细管作用的抽吸，但尚未描述溶液的喷射； （二）准备时间长、制度复杂的； (3)由于尖端较长，存在形状控制困难等缺点，以及光学显微镜下分辨率限制和振动等问题。
人们一直希望找到一种能够轻松生产纳米移液器的方法，该方法能够解决这些缺点，并且具有优异的形状可控性、可操作性以及无需使用特殊设备即可喷射超微量溶液的能力。因此，我们致力于开发一种技术，将内径为 100 nm 以下的中空圆柱形结构（有机纳米管）合并并固定为使用分子自组装技术创建的“微观结构”。
AIST的界面纳米结构研究中心一直致力于建立一种技术，将使用自组装技术（自下而上技术）制造的有机纳米管和纳米粒子固定到使用微加工技术（自上而下技术）制造的微芯片和微毛细管上，以制造尺寸分辨率为几纳米的分析设备。另一方面，名古屋大学和东北大学开发了利用激光操作的单细胞操纵方法以及利用光镊控制3D和6自由度微观物体的方法。
这次，我们的目标是通过将利用日本产业技术研究院开发的分子自组装技术获得的有机纳米管结构与名古屋大学和东北大学开发的在立体显微镜下安装微操作器平台的三维操作技术相结合来制造纳米移液器。
名古屋大学和东北大学在这项研究中开发的三维操纵技术得到了文部科学省的科学研究资助金的支持。此外，在过去的10年里，AIST一直在对用于形成纳米管的两亲性分子的设计、合成和自组装进行研究和开发，这项研究是作为日本科学技术振兴机构（SORST）2005-2005年项目的一部分进行的。
新开发的 ONT 纳米移液器是单个未捆绑的有机纳米管（内径 50 nm，外径 400 nm，长度约 10 µm），使用显微操作技术插入微玻璃移液器（内径 18 nm）的尖端。 µm），有机纳米管与微玻璃移液管之间的间隙填充有紫外光固化树脂，有机纳米管用作纳米通道（图3）。这种ONT纳米移液器（1）可以与普通微玻璃移液器相同的方式进行操作和观察，（2）微玻璃移液器本身的位置是纳米移液器的尖端位置，从而易于聚焦，（3）微玻璃移液器由于同时具有微米级尖端直径和有机纳米管的纳米级喷射口，因此具有优越的形状和强度的优点，（4）它还减少了发生振动等问题的可能性，解决了常规研究的问题。由于有机纳米管的尖端直径是均匀的，因此可以容易地控制纳米移液管的结构。
该方法的另一个特点是，制造过程只需要一个带有非常常见的微动平台和光学显微镜的显微操作器；不需要昂贵、大型、特殊的设备。
整个制造过程是使用显微操作技术进行的，同时用光学显微镜观察（图4）。该过程大致分为两个操作：有机纳米管拾取过程和密封过程。拾取过程是在微型玻璃移液管的内壁上拾取有机纳米管的方法（图4（1）），密封过程是使用紫外线固化树脂固定有机纳米管并密封它们与微型玻璃移液管之间的间隙的方法（图4（2））。
| (1) 接机流程 |
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| (2) 密封工艺 |
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| 图4 ONT纳米移液器生产流程示意图 |
实际制造的 ONT 纳米移液器的光学显微照片如图 1(a) 所示，通过这种方式，我们能够制造出结合了微米级尖端直径 (18 µm) 和纳米级喷口 (50 nm) 的纳米移液器。此外，为了确认作为纳米移液器的有用性，我们进行了喷射含有荧光物质罗丹明6G的荧光溶液的实验。通过电泳力喷射溶液并使用倒置光学显微镜使用暗场荧光图像进行观察(图5)。从300V以上的电压就可以确认喷射，并且喷射量随着电压的增加而逐渐增加。内径约为1μm的传统微型玻璃移液器（图5（1））和ONT纳米移液器（图5（2））之间喷射的荧光溶液量也存在很大差异。根据该结果，认为ONT纳米移液器的喷射量可以通过电压控制，并且可以喷射极少量的溶液（小于1飞升），这相当于市售的500nm直径微型玻璃移液器的量的1/100至1/10,000。作为初步实验，我们使用尖端填充有紫外线固化树脂而不使用有机纳米管的微型玻璃移液管进行了类似的溶液喷射实验，结果没有观察到荧光溶液的喷射现象。
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| 图 5 (1) 内径约为 1 µm 的微型玻璃移液器和 (2) (b) 至 (g) ONT 纳米移液器（施加电压变化高达 526 V）的荧光溶液喷射行为的差异（光学显微镜的暗场荧光图像） |
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，我们正在考虑将其应用于生物领域，作为局部环境控制的工具，例如将小于1飞升的有用物质溶液注射到单个细胞（容量约为1,000飞升）中并吸入小于1飞升的成分。为此，重要的基本技术被认为是开发具有优异弹性和受控内径尺寸的各种内径有机纳米管作为纳米移液器尖端材料的合成方法、注射溶液的条件、喷射溶液扩散的控制以及有效发挥电泳力的电极图案的开发。此外，为了构建自下而上的方法（自组装技术）和自上而下的方法（微细加工技术）相结合的技术，我们将通过将纳米管等纳米结构组织到微结构中或微结构上的方法，推进有助于纳米生物技术的研究和开发。