「木の切り株を引き抜くように」――バイオセンサー製造を簡素化する新手法(‘Like uprooting tree stumps’ – a simpler method to manufacture biosensors)

2026-08-27 スウェーデン王立工科大学(KTH)

KTH王立工科大学の研究チームは、DNAやタンパク質などの単一分子を検出するバイオセンサー用ナノポア(ナノ細孔)を、従来より簡便かつ大量に製造できる新手法を開発した。従来は電子線加工や透過型電子顕微鏡(TEM)による加工で、ナノポアを一つずつ形成する必要があり、時間・コスト・量産性が課題だった。新手法では、薄膜にあらかじめ機械的応力を与え、微細なアンカー部分を引き剥がす「木の切り株をロープで抜く」ような破壊力学を利用して、直径約6~10 nmのナノポアを多数並列形成する。誘電体、金属、半導体など複数の材料で実証され、DNA解析や分子検出にも有効だった。半導体製造工場での量産につながれば、感染症識別、がんゲノム解析など医療分野のナノセンシング技術の普及を後押しすると期待される。

round object with letters K, T and H etched in it.
SEM image of a 3D surface with the patterned letters ‘KTH’, each letter patterned in a different thin-film material.

 

<関連情報>

足場構造リフトオフマスクを用いた3D構造上へのコンフォーマル薄膜のリソグラフィパターニング Lithographic patterning of conformal thin films on 3D structures using Scaffold-architected Lift-off masks

Xinxin Liu,Zifan Che,Zofia Maj,Lee-Lun Lai,Kristinn B. Gylfason,Valentin Dubois,Shyamprasad N. Raja,Göran Stemme & Frank Niklaus
Nature Communications  Published:14 July 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-75538-z

Abstract

Micro- and nanoscale patterning of conformal thin-film coatings on the exterior surfaces of complex three-dimensional (3D) structures is essential for emerging applications such as soft robotics, photonics, and functional 3D-printed MEMS devices. However, existing methods struggle to deliver high-resolution patterning on complex 3D structures and often suffer from poor thickness control, and inadequate surface conformity of the thin-film coatings. Here we present a robust approach for patterning of conformal thin-film coatings on complex 3D structures, including on sloped surfaces with angles up to 90°, with multiscale dimensions from 100 μm to 100 nm, and even down to the sub-30 nm scale when mask shrinkage techniques are used. This patterning approach utilizes a lithographically defined 3D Scaffold-Architected Lift-Off (SALO) mask in the lift-off process. It is agnostic to the used thin-film deposition process and enables even lift-off patterning of atomic layer deposited (ALD) conformal coatings, a task infeasible for conventional shadowing-based lift-off processes. Our approach opens opportunities for manufacturing complex 3D structures at the micro- and nanoscale by enabling lithographic patterning on the exterior surfaces of arbitrary 3D structures.

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