(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ｉ）各エミッターが、電気絶縁性材料を含み、かつ対応するエミッターオリフィスを有し、（ｉｉ）流体組成物が、１５未満の誘電率を有する液体溶媒中に混合された２５超の誘電率を有する第１の材料を含み、（ｉｉｉ）流体組成物が、さらに、液体溶媒中に溶解、乳化、又は分散したポリマーを含み、しかも（ｉｖ）流体組成物の伝導率が１ｍＳ／ｃｍ未満であるという形で、流体組成物を１つ以上のエミッター中に導入するステップと、
前記流体組成物に電圧を印加して、前記流体組成物が前記対応するエミッターオリフィスを介して前記エミッターを出た後、前記流体組成物からの溶媒の非蒸発吐出を引き起こすステップと、
前記流体組成物からの溶媒の吐出によって形成されたポリマー粒子を、捕集表面上で捕集するステップであって、捕集されたポリマー粒子がポリマーファイバー含む、ステップと、
を含んでおり、
エミッターオリフィスを出る前記流体組成物が、１つ以上の離散流体ジェットを形成し、かつ各ジェットが溶媒を吐出してその対応する形成点から３ｍｍの範囲内で破壊し、
前記エミッターオリフィスと前記捕集表面との間の距離で割り算した前記印加電圧が５ｋＶ／ｃｍ超であることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記流体組成物の伝導率が１００μＳ／ｃｍ未満であることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、前記第１の材料の誘電率が３０超であることを特徴とする方法。
【請求項４】
（ｉ）各エミッターが、電気絶縁性材料を含み、かつ対応するエミッターオリフィスを有し、（ｉｉ）流体組成物が、５未満の誘電率を有する液体溶媒中に混合された２５超の誘電率を有する第１の材料を含み、しかも（ｉｉｉ）流体組成物が、さらに、液体溶媒中に溶解、乳化、又は分散したポリマーを含む形で、流体組成物を１つ以上のエミッター中に導入するステップと、
前記流体組成物に電圧を印加して、前記流体組成物が前記対応するエミッターオリフィスを介して前記エミッターを出た後、前記流体組成物からの溶媒の非蒸発吐出を引き起こすステップと、
前記流体組成物からの溶媒の吐出によって形成されたポリマー粒子を、捕集表面上で捕集するステップであって、捕集されたポリマー粒子がポリマーファイバー含む、ステップと、
を含んでおり、
エミッターオリフィスを出る前記流体組成物が、１つ以上の離散流体ジェットを形成し、かつ各ジェットが溶媒を吐出してその対応する形成点から３ｍｍの範囲内で破壊し、
前記エミッターオリフィスと前記捕集表面との間の距離で割り算した前記印加電圧が５ｋＶ／ｃｍ超であることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、前記流体組成物の伝導率が１００μＳ／ｃｍ未満であることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項４に記載の方法において、前記第１の材料の誘電率が３０超であることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法において、流体組成物が、液体溶媒中に混合された塩、非イオン性界面活性剤、イオン性界面活性剤、またはイオン性液体をさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法において、前記溶媒が８超の誘電率を有し、かつ前記ポリマーが４未満の誘電率を有することを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の方法において、前記液体溶媒が、水、メタノール、エタノール、またはジクロロメタンを含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、前記流体組成物の伝導率が５０μＳ／ｃｍ未満であることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、前記流体組成物の伝導率が３０μＳ／ｃｍ未満であることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、前記流体組成物の伝導率が２０μＳ／ｃｍ未満であることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、各エミッターがノズルを含み、かつ前記対応するエミッターオリフィスが対応するノズルのノズルオリフィスを含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、各エミッターが電気絶縁性キャピラリーチューブを含み、前記対応するエミッターオリフィスが対応するキャピラリーチューブの第１の開放端を含み、かつ各キャピラリーチューブの第２の開放端が流体貯蔵槽内に延在することを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、前記エミッターが多孔性電気絶縁性材料中の細孔を含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、前記エミッターが、電気絶縁性材料中に形成されたチャネルを含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、前記流体組成物が、２ｃｍ未満のエミッター間隔で配置された複数のエミッターを出ることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、前記流体組成物に電圧を印加するステップが、前記エミッター内または前記エミッターと連通する流体貯蔵槽内の前記流体組成物中に浸漬された伝導性電極に電圧を印加することを含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、前記流体組成物に電圧を印加するステップが、前記対応するエミッターオリフィスの上流の位置で前記エミッターの外側にかつそれに隣接して配置された伝導性電極に、前記伝導性電極と前記流体組成物との間に電気伝導経路を提供することなく、電圧を印加することを含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法において、前記伝導性電極が、イオン化ピンを有するイオン化バーを含むことを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、前記流体組成物に電圧を印加するステップが、０．１Ｈｚ〜１００Ｈｚの周波数で前記流体組成物に一連の電圧パルスを印加することを含むことを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法において、前記周波数が、前記流体組成物にＤＣ電圧を印加することと対比して前記エミッターを介する流体流動の速度の増大をもたらすことを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、前記印加電圧が１０ｋＶ超の大きさを有することを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、前記印加電圧が１５ｋＶ超の大きさを有することを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、前記ジェットに対して実質的に横方向に各流体ジェットから溶媒が吐出されることを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、前記流体ジェットが前記エミッターオリフィスで流体メニスカスから現れることを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、前記離散流体ジェットの少なくとも１つが、前記エミッターオリフィスの外側に見える対応するＴａｙｌｏｒコーンを伴わずに生成することを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、捕集された前記ポリマーファイバーが前記液体溶媒を実質的に含まないことを特徴とする方法。
【請求項２９】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、前記液体溶媒が２０℃で１０ｍｍＨｇ未満の蒸気圧を有するかまたは１気圧で１５０℃超の沸点を有することを特徴とする方法。
【請求項３０】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、前記流体組成物が１０００センチポアズ未満の粘度を有することを特徴とする方法。
【請求項３１】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、前記流体組成物が１００μＬ／ｍｉｎ／エミッター超の速度でエミッターを出ることを特徴とする方法。
【請求項３２】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、前記ポリマーが、ポリスチレン、ポリカルボメチルシラン、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアセテート、またはポリビニルアルコールの１つ以上を含むことを特徴とする方法。
【請求項３３】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、前記ファイバーが０．５／ｇ／ｈｒ／エミッター超の速度で捕集されることを特徴とする方法。
【請求項３４】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、前記ファイバーが１μｍ未満の平均直径を有することを特徴とする方法。
【請求項３５】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、前記ファイバーが５００ｎｍ未満の平均直径を有することを特徴とする方法。
【請求項３６】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、捕集された前記ポリマーファイバーが、１μｍ未満の粒子のみを透過する濾過媒体の部分を形成することを特徴とする方法。
【請求項３７】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、前記ポリマーがポリスチレンとポリカルボメチルシランとの混合物を含み、かつ前記方法が、捕集された前記ポリマー粒子にＵＶ光を照射して、捕集された前記ポリマー粒子の融点をその照射前のその融点と対比して増大させるようにするステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項３８】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、前記捕集表面上への前記ポリマーファイバーの捕集時に追加の粒子を前記捕集表面上に堆積させて、捕集された前記ポリマーファイバーにより形成されるマトリックス内に前記追加の粒子が保持されるようにするステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項３９】
請求項３８に記載の方法において、前記追加の粒子が超吸収性ポリマーを含むことを特徴とする方法。
【請求項４０】
請求項３８に記載の方法において、保持された前記追加の粒子が０．１μｍ未満の粒子であることを特徴とする方法。
【請求項４１】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、前記エミッターオリフィスおよび前記捕集表面が５ｃｍ未満離間していることを特徴とする方法。
【請求項４２】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、前記エミッターオリフィスおよび前記捕集表面が１ｃｍ未満離間していることを特徴とする方法。
【請求項４３】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、前記捕集表面が前記エミッターオリフィスと電気接地表面との間に配置されることを特徴とする方法。
【請求項４４】
請求項４３に記載の方法において、前記エミッターオリフィスと前記電気接地表面との間の距離で割り算した前記印加電圧が１０ｋＶ／ｃｍ超であることを特徴とする方法。
【請求項４５】
請求項４３に記載の方法において、前記電気接地表面が、前記印加電圧を供給する電圧電源のグランド接続への直接接続により接地されることを特徴とする方法。
【請求項４６】
請求項４３に記載の方法において、前記電気接地表面が、前記印加電圧を供給する電圧電源のグランド接続への直接接続をなんら用いることなく接地されることを特徴とする方法。
【請求項４７】
請求項４６に記載の方法において、前記エミッターオリフィスおよび前記捕集表面が３０ｃｍ超離間していることを特徴とする方法。
【請求項４８】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、前記エミッターオリフィスと前記捕集表面との間の距離で割り算した印加電圧が１０ｋＶ／ｃｍ超であることを特徴とする方法。
【請求項４９】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、前記捕集表面が電気絶縁性であることを特徴とする方法。
【請求項５０】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、前記捕集表面が電気的に分離されていることを特徴とする方法。
【請求項５１】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、前記印加電圧が１０ｋＶ超であり、かつ前記エミッターオリフィスおよび前記捕集表面が３０ｃｍ超離間していることを特徴とする方法。
【請求項５２】
請求項５１に記載の方法において、前記印加電圧が１５ｋＶ超であることを特徴とする方法。
【請求項５３】
請求項５１に記載の方法において、前記エミッターオリフィスおよび前記捕集表面が５０ｃｍ超離間していることを特徴とする方法。
【請求項５４】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、前記捕集表面が生きている組織を含むことを特徴とする方法。
【請求項５５】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、ガス流を印加して前記ポリマー粒子を前記捕集表面に推進するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項５６】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、ガス流を印加して吐出された前記溶媒を捕集するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項５７】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、前記エミッターを出る前記流体により形成されるジェットを安定化すべくまたは前記エミッターもしくは前記流体からのコロナ放電を抑制すべく、イオン化ガス流を印加するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項５８】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、前記液体溶媒が、テルペン、テルペノイド、または芳香族溶媒を含むことを特徴とする方法。
【請求項５９】
請求項５８に記載の方法において、前記液体溶媒が、ｄ−リモネン、ｐ−シメン、テルピネン、またはテルピノレンを含むことを特徴とする方法。
【請求項６０】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、前記第１の材料が、ＤＭＦ、ＮＭＰ、ＤＭＳＯ、またはＰＣを含むことを特徴とする方法。
【請求項６１】
請求項６０に記載の方法において、前記液体溶媒が、テルペン、テルペノイド、または芳香族溶媒を含むことを特徴とする方法。
【請求項６２】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、前記第１の材料が、塩、界面活性剤、またはイオン性液体を含み、かつ前記組成物が、ＤＭＦ、ＮＭＰ、ＤＭＳＯ、ＰＣ、ＭＥＫ、またはアセトンの１つ以上をさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項６３】
請求項６２に記載の方法において、前記液体溶媒が、テルペン、テルペノイド、または芳香族溶媒を含むことを特徴とする方法。
【請求項６４】
請求項１乃至６の何れか１項に記載の方法において、前記第１の材料が、前記液体溶媒中に懸濁された固体粒子を含むことを特徴とする方法。
【請求項６５】
請求項６４に記載の方法において、前記液体溶媒が、テルペン、テルペノイド、または芳香族溶媒を含むことを特徴とする方法。
【請求項６６】
請求項６４に記載の方法において、前記第１の材料が二酸化チタンまたはチタン酸バリウムを含むことを特徴とする方法。
【請求項６７】
請求項６４に記載の方法において、前記流体組成物が、重量基準で０．１％〜１０％の固体粒子を含むことを特徴とする方法。
【請求項６８】
請求項６４に記載の方法において、前記組成物が、ＤＭＦ、ＮＭＰ、ＤＭＳＯ、ＰＣ、アセトン、またはＭＥＫの１つ以上をさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項６９】
請求項１乃至６の何れか１項に記載の方法において、前記流体組成物が、前記液体溶媒中に溶解された第２の材料をさらに含み、前記第２の材料が、前記第１の材料と前記液体溶媒との間の誘電率を有することを特徴とする方法。
【請求項７０】
請求項６９に記載の方法において、前記液体溶媒が、テルペン、テルペノイド、または芳香族溶媒を含むことを特徴とする方法。
【請求項７１】
請求項６９に記載の方法において、前記第１の材料が、塩、界面活性剤、イオン性液体、ＤＭＦ、ＮＭＰ、ＤＭＳＯ、またはＰＣを含み、しかも前記第２の材料が、ＤＭＦ、ＮＭＰ、ＤＭＳＯ、ＰＣ、ＭＥＫ、またはアセトンの１つ以上を含み、かつ前記第１の材料と異なることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願に基づく優先権主張
本出願は、Ａｓｈｌｅｙ  Ｓ．Ｓｃｏｔｔ、Ｅｖａｎ  Ｅ．Ｋｏｓｌｏｗ、Ａｎｄｒｅｗ  Ｌ．Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，Ｊｒ．、Ｊｏｈｎ  Ａ．Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ、Ａｄｒｉａ  Ｆ．Ｌｏｔｕｓ、Ｊｏｃｅｌｙｎ  Ｊ．Ｔｉｎｄａｌｅ、Ｔａｔｉａｎａ  Ｌａｚａｒｅｖａ、およびＭｉｃｈａｅｌ  Ｊ．Ｂｉｓｈｏｐ名義の、２０１０年５月２９日出願の、「静電駆動溶媒吐出または粒子形成のための装置、方法、および流体組成物」という名称の米国仮出願第６１／３４９，８３２号に基づく優先権を主張するものであり、前記仮出願は、あたかも本明細書に完全に明記されたごとく、参照により本明細書に組み入れられるものとする。
【０００２】
発明の分野
本発明の分野は、静電駆動溶媒吐出または粒子形成に関する。特定的には、静電駆動（ＥＳＤ）溶媒吐出（たとえば、噴霧もしくは霧化）または粒子形成（たとえば、ナノ粒子もしくはナノファイバーを含めて、粒子もしくはファイバーの形成）のための装置、方法、および伝導率低減型流体組成物を本明細書に開示する。
【背景技術】
【０００３】
本明細書に開示された主題は、共有された出願、すなわち、（ｉ）２００６年１２月５日出願の「個別先端流制限のリプレイスメントアレイを利用した静電噴霧／静電紡糸アレイ」という名称の米国非仮出願第１１／６３４，０１２号明細書（現在の米国特許第７，６２９，０３０号明細書）、（ｉｉ）２００９年３月１９日出願の「静電紡糸カチオン性ポリマーおよび方法」という名称の米国仮出願第６１／１６１，４９８号明細書、（ｉｉｉ）２００９年１０月３０日出願の「低減された電流を用いたまたは低減された伝導率の流体を用いた静電紡糸」という名称の米国仮出願第６１／２５６，８７３号明細書、および（ｉｖ）２０１０年３月１９日出願の「ファイバーの電界駆動紡糸のための流体配合物」という名称の米国非仮出願第１２／７２８，０７０号明細書に開示された主題に関連付けられうる。前記仮出願および非仮出願はそれぞれ、あたかも本明細書に完全に明記されたごとく、参照により本明細書に組み入れられるものとする。
【０００４】
「静電紡糸」および「静電噴霧」とは、慣例的には、それぞれ、流体が充填された１つ以上の噴霧先端部または紡糸先端部（すなわち、エミッターまたはスピナレット）に高静電界を印加することにより、ファイバーとして「紡糸」しうるまたはドロップレットとして「噴霧」しうる、ファイバーまたはドロップレットの製造を意味する。好適な条件下でかつ好適な流体を用いて、各先端部で生じるＴａｙｌｏｒコーンから、いわゆるナノファイバーまたはナノドロップレットを形成することが可能である（ただし、これらの用語は、より大きいドロップレットまたはファイバーの生成にもあてはまる）。高静電界は、典型的には（少なくとも従来の比較的伝導性の流体を使用した場合には）、ファイバーまたはドロップレットが放出される各先端開口でＴａｙｌｏｒコーンを生成し、このコーンは、約９８．６°の特性全角を有する。典型的には、噴霧されたドロップレットまたは紡糸されたファイバーは、典型的には数十センチメートル離れた位置にあるターゲット基材上に捕集され、典型的には、ターゲットへの移行時のドロップレットまたはファイバーからの溶媒蒸発は、従来の静電紡糸および静電噴霧によるドロップレットまたはファイバーの形成で重要な役割を果たす。高電圧電源は、紡糸先端部（通常は正または負のいずれかの高電圧である）とターゲット基材（通常は接地されている）との間に静電位差（つまり静電界）を提供する。静電紡糸に関するレビューは、（ｉ）Ｈｕａｎｇ  ｅｔ  ａｌ，”Ａ  ｒｅｖｉｅｗ  ｏｎ  ｐｏｌｙｍｅｒ  ｎａｎｏｆｉｂｅｒｓ  ｂｙ  ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，”Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌ．６３，ｐｐ．２２２３−２２５３（２００３）、（ｉｉ）Ｌｉ  ｅｔ  ａｌ，”Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ  ｏｆ  ｎａｎｏｆｉｂｅｒｓ：ｒｅｉｎｖｅｎｔｉｎｇ  ｔｈｅ  ｗｈｅｅｌ？”，Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｖｏｌ．１６，ｐｐ．１１５１−１１７０（２００４）、（ｉｉｉ）Ｓｕｂｂｉａｔｈ  ｅｔ  ａｌ，”Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ  ｏｆ  ｎａｎｏｆｉｂｅｒｓ，”Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｖｏｌ．９６，ｐｐ．５５７−５６９（２００５）、および（ｉｖ）Ｂａｉｌｅｙ，Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  Ｓｐｒａｙｉｎｇ  ｏｆ  Ｌｉｑｕｉｄｓ（Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，１９８８）をはじめとして、数多く発表されてきた。従来の静電紡糸材料および方法の詳細は、以上の参考文献およびそこで引用された種々の他の研究に見いだしうるので、ここで繰り返す必要はない。
【０００５】
静電紡糸用の従来の流体（以上の参考文献に列挙されている多くのものをはじめとして、溶融体、溶液、コロイド、懸濁液、または混合物）は、典型的には、有意な流体伝導率（たとえば、極性溶媒中または伝導性ポリマー中のイオン伝導率）を有する。慣例的に静電紡糸に好適であるとみなされる流体は、典型的には１００μＳ／ｃｍ〜約１Ｓ／ｃｍの伝導率を有する（Ｆｉｌａｔｏｖ  ｅｔ  ａｌ；Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏ−  ａｎｄ  Ｎａｎｏｆｉｂｅｒｓ；Ｂｅｇｅｌｌ  Ｈｏｕｓｅ，Ｉｎｃ；Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ；２００７；ｐ６）。従来の流体を用いたナノメートルスケールのファイバーの静電紡糸では、典型的には、約１ｍＳ／ｃｍ以上の伝導率が必要とされ、より低い伝導率では、典型的には、ミクロンスケールのファイバーを生じることが観測されてきた。それに加えて、従来の静電紡糸法では、典型的には、流体を紡糸先端部またはエミッターに流動させるシリンジポンプまたは他のドライバー／コントローラーと、高電圧電源の一方の極（典型的には高電圧極）と紡糸される流体との間の伝導経路と、が含まれる。そのような配置は、たとえば、米国特許出願公開第２００５／０２２４９９８号明細書（これ以降では、’９９８公開）（あたかも本明細書に完全に明記されたごとく、参照により組み入れられるものとする）に示されている。’９９８公開の図１には、伝導性エミッター（たとえば、紡糸先端部またはノズル）に高電圧を直接印加することにより、高電圧電源と紡糸される流体との間に伝導経路を確立した静電紡糸配置が示されている。’９９８公開の図２、５、６Ａ、および６Ｂには、紡糸される流体の入ったチャンバー内に電極を配置することにより、高電圧電源の一方の極と流体との間に伝導経路を確立した種々の静電紡糸配置が示されている。チャンバーは、複数の紡糸先端部と連通する。それらの配置のいずれにおいても、紡糸されるポリマー材料と共に、有意な電流（典型的には紡糸先端部１つあたり０．３μＡ超、多くの場合１μＡ超／先端部）が流れる。従来の静電紡糸流体は、堆積される材料により運ばれる電流を基材から流出させることにより（共通グランドかまたは帰還的に高電圧電源の他方の極かのいずれかへ）、「回路の完成」およびターゲット基材上への電荷蓄積の回避が可能になるように、金属ターゲット基材上に堆積される。たとえそうであっても、従来の流体の静電紡糸の流動速度は、とくにナノファイバーが望まれる場合、典型的には数μＬ／ｍｉｎ／ノズルに制限される（流動速度を増大させると、従来の静電紡糸流体から紡糸されるファイバーの平均直径は、増大する傾向がある）。非伝導性または絶縁性の基材上への静電紡糸は、絶縁性基材上への電荷蓄積により最終的には静電紡糸プロセスが抑制されるので、問題があることが判明した。従来の流体にまたは金属製紡糸先端部に数ｋＶ／ｃｍ超の電界を印加すると、多くの場合、先端部とターゲット基材との間にアークが発生し、典型的には、有用な静電紡糸ができなくなる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、静電駆動（ＥＳＤ）溶媒吐出または粒子形成のための例示的な装置を概略的に示している。
【図２Ａ】図２Ａは、ＥＳＤ溶媒吐出または粒子形成のための例示的なマルチノズルヘッドを概略的に示している。
【図２Ｂ】図２Ｂは、ＥＳＤ溶媒吐出または粒子形成のための例示的なマルチノズルヘッドを概略的に示している。
【図３】図３は、ＥＳＤ溶媒吐出時および粒子形成時に吐出された複数の流体ジェットを概略的に示している。
【図４】図４は、従来のＴａｙｌｏｒコーン静電紡糸時に吐出された単一の流体ジェットを概略的に示している。
【図５Ａ】図５Ａは、ＥＳＤ溶媒吐出または粒子形成のための他の例示的な装置を概略的に示している。
【図５Ｂ】図５Ｂは、ＥＳＤ溶媒吐出または粒子形成のための他の例示的な装置を概略的に示している。
【図６】図６は、ＥＳＤ溶媒吐出または粒子形成のための他の例示的な装置を概略的に示している。
【図７】図７は、ＥＳＤ溶媒吐出または粒子形成のための他の例示的な装置を概略的に示している。
【図８】図８は、ＥＳＤ溶媒吐出または粒子形成のための他の例示的な装置を概略的に示している。
【図９】図９は、ＥＳＤ溶媒吐出または粒子形成のための例示的な外部電極を概略的に示している。
【図１０】図１０は、粒子形成を伴わない、ＥＳＤ溶媒吐出時に吐出された複数の流体ジェットおよび溶媒ドロップレットを概略的に示している。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図に示される実施形態は、例示的なものであり、本開示の範囲または添付の特許請求の範囲を限定するものとみなしてはならない。
【０００８】
実施形態の詳細な説明
ポリマー含有ファイバーもしくはナノファイバーの従来の静電紡糸または小ドロップレットの静電噴霧は、さまざまな有用な材料の製造に利用可能である。しかしながら、従来の比較的伝導性の流体組成物を利用した静電紡糸プロセスのスケールアップ（実験室レベルまたは試作品レベルを超える）には、問題があることが判明した。製造タイプ量を達成すべく、多くの場合、複数の静電紡糸先端部が通常はアレイ配置で利用される。しかしながら、使用される伝導性流体および各先端部から現れるファイバーにより運ばれる有意な電流（多くの場合、先端部１つあたり１μＡ超）は、実用的でない大きい全電流をもたらすとともに、静電紡糸先端部およびファイバーの間に望ましくない静電相互作用をもたらし、これらは、成功裏に利用可能な静電紡糸先端部の数および密度を制限する。多孔性膜エミッターから静電紡糸する場合、典型的には、同様の困難に遭遇する。また、非伝導性ターゲット表面上への静電紡糸にも、以上に述べたように問題がある。
【０００９】
エミッターオリフィスで形成された単一Ｔａｙｌｏｒコーンからの伝導性流体の従来の蒸発静電噴霧または蒸発静電紡糸とは異なる物理的機構による静電駆動（ＥＳＤ）溶媒吐出（たとえば、噴霧もしくは霧化）または粒子形成（たとえば、ナノ粒子もしくはナノファイバーを含めて、粒子またはファイバーの形成）のための装置、方法、および流体組成物を本明細書に開示する。本明細書に開示または特許請求された方法は、製造される材料の製造スケール量に容易にスケールアップすることが可能である。流体組成物は、電気絶縁性エミッター（たとえば、ノズル、キャピラリー、または先端部）から非伝導性または電気的分離型のターゲット表面に向かって放出され、このターゲット表面は、グランドや電圧電源に接続する必要がなく、いずれの電気グランド近傍にも配置する必要がない（ただし、絶縁性ターゲットの裏側または下側に電気グランド平面を存在させて、粒子をその形成後にターゲットに向かって方向付けるのを支援することが可能である）。電圧を流体に直接印加することが可能であるが、そうする必要はない。本明細書に開示された流体組成物のいくつかは、従来の静電紡糸流体組成物（約１００μＳ／ｃｍ超、典型的にはポリマーナノファイバー製造では約１ｍＳ／ｃｍ超）と対比して実質的に低減された伝導率（約１ｍＳ／ｃｍ未満、好ましくは約１００μＳ／ｃｍ未満、いくつかの組成物では約５０μＳ／ｃｍ未満、約３０μＳ／ｃｍ未満、または約２０μＳ／ｃｍ未満）を呈する。
【００１０】
開示された組成物のいくつかは、約１５未満の誘電率を有する液体溶媒中に混合された約２５超の誘電率を有する第１の材料を含み、いくつかの開示された例では、液体溶媒の誘電率は、約１０未満または約５未満である。開示された組成物のいくつかは、塩、界面活性剤（イオン性もしくは非イオン性）、または溶解されたイオン性液体を含む。非伝導性エミッター、非伝導性もしくは分離型のターゲット表面、および／または本明細書に開示された流体組成物のいくつかの低減された伝導率は、以上に記載の望ましくない静電相互作用を少なくとも部分的に軽減することが可能であり、約１００μＬ／ｍｉｎ／エミッター超の流動速度にすることが可能であり、互いにたとえば１センチメートル未満の範囲内で離間させた複数のエミッターを使用できるようにすることが可能であり、電気絶縁性もしくは電気的分離型の捕集表面上に粒子もしくはファイバーを堆積できるようにすることが可能であり、または接地もしくは電圧電源への接続により堆積を駆動する捕集表面近傍の対向電極の不在下で粒子を形成および堆積できるようにすることが可能である。
【００１１】
それらの伝導率低減型流体組成物、ならびに電気絶縁性のエミッターおよび捕集表面の使用はまた、従来の流体を用いた従来の静電紡糸配置では典型的にはアーク発生を生じるおそれのある、より高い電圧および／またはより小さいエミッター−ターゲット間距離（たとえば、わずか数センチメートルから約５ミリメートルまで）を使用できるようにすることも可能である。従来の静電紡糸配置では、典型的には、約５〜２０ｃｍのエミッター−ターゲット間距離が必要とされ、これは、アーク発生を引き起こすのに十分な高電圧を印加することなく、十分に大きい電界を印加できるようにするのに十分な近距離であるが、ターゲットに達する前に、紡糸されたファイバーから溶媒を適切に蒸発できるようにするにはほど遠い。逆説的にみえるが、本明細書に開示された組成物はまた、ターゲットまたは捕集表面がエミッターから約３０ｃｍ超さらには４０または５０ｃｍ以上にある配置で利用することも可能である。そのような大きい無妨害容積内への流体組成物の放出は、流体の流動速度および紡糸されるファイバーの製造速度を増大させるように思われる（以下でさらに説明する）。
【００１２】
本明細書に開示された条件下でかつ本明細書に開示された流体配合物を用いると、エミッターを出た後、流体組成物からの溶媒吐出および粒子形成の異なる非蒸発機構に有利に働いて、従来のＴａｙｌｏｒコーン形成およびＴａｙｌｏｒコーンからの従来の静電紡糸または静電噴霧は、抑制されるように思われる（ファイバーおよびナノファイバーは、細長状粒子とみなされる）。したがって、「静電駆動（ＥＳＤ）溶媒吐出および粒子形成」または単に「ＥＳＤ溶媒吐出」という用語は、本明細書に開示された観測現象を記述すべく利用されるものとし、従来の静電紡糸または静電噴霧とは異なるものとみなされるものとする。
【００１３】
例示的な装置を図に概略的に示す。それらは、それぞれ、流体組成物が導入されるノズル１０２（エミッター）を、その遠位端にオリフィス１０４を有して含む（以下でさらに説明する）。例示的実施形態ではノズル１０２が示され説明されているが、任意の好適なエミッターを等価的に利用することが可能である。ノズル１０２は、絶縁性スタンド１０６によりまたはノズルをその周囲から電気的に分離する他の好適な構造体により支持され、ノズル１０２自体は、１つ以上の電気絶縁性材料、たとえば、ガラス、プラスチック、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ナイロン、または同様に流体組成物と化学的に適合性のある他の好適な絶縁性材料を含む。ノズル１０２は、流体組成物の貯蔵槽として機能させることが可能であるか（たとえば、図１の場合）、または流体貯蔵槽と連通させることが可能である。所望により、複数のノズル１０２を利用することが可能であり、それぞれ、共通の流体貯蔵槽１０８と連通させることが可能である（たとえば、図２Ａ／２Ｂの場合）。ノズル１０２を介する流体の流動は、ノズルオリフィス１０４の上に好適な流体ヘッドを配置して重力により駆動可能であるか、またはポンプ（たとえば、シリンジポンプ）もしくは他の流量調整装置により駆動可能である。オリフィス１０４は、流体の流動に好適なレベルの流体力学的抵抗を提供するように配置可能である。好適な一配置では、キャピラリーチューブの遠位端がオリフィス１０４として機能し、かつキャピラリーチューブの近位端がノズル１０２の内部とまたは流体貯蔵槽と連通するように、キャピラリーチューブ（たとえば、ＰＴＦＥを含む）をノズル１０２の遠位端に挿入することが可能である。他の好適な配置では、キャピラリーチューブは、その遠位端をオリフィス１０４として機能させてかつその近位端を流体貯蔵槽１０８と連通させて、全エミッターとして機能する（たとえば、図２Ａ／２Ｂの場合）。好適なキャピラリーチューブの例は、約０．５ｍｍの内径および約２〜２０ｃｍまたはそれ以上の長さを有し、所望の流体流動特性を得るべく、他の好適な長さまたは直径を利用することが可能である。キャピラリーチューブの好適な長さおよび直径は、少なくとも部分的には、流体組成物の粘度により決定可能であり、たとえば、より低粘性の流体組成物では、典型的には、より長いまたはより細いキャピラリーが利用される。例示的実施形態ではノズル１０２が示され説明されているが、フリットガラス、多孔性セラミックス、多孔性ポリマー膜、絶縁性プレート中の１つ以上のマイクロマシン加工チャネル、または一束のファイバー、フィラメント、もしくはロッドの間の間隙チャネルをはじめとして、任意の好適なエミッターを等価的に利用することが可能であるが、これらに限定されるものではない。多孔性材料またはフリット材料をエミッターとして利用した場合、対応するオリフィスは、材料の縁または表面に達する材料の個別細孔により形成される。
【００１４】
広範にわたる流体組成物を利用することが可能である。第１のグループの好適な流体組成物としては、約１５未満の誘電率を有する液体溶媒中に混合された約２５超の誘電率を有する第１の材料を含む組成物が挙げられる。少なくともその程度の誘電コントラストを呈する好適な流体組成物の多くの例を以下で説明する。また、高誘電コントラスト流体組成物の開示された例のほとんどは、液体溶媒中に溶解、乳化、または他の形で分散されたポリマーをも含む。第１のグループのいくつかの例示的流体組成物では、第１の材料は、約３０超の誘電率を有するか、または液体溶媒は、約１０未満もしくは約５未満の誘電率を有するが、さらに大きい誘電コントラストを有する他の例示的流体組成物が開示され、利用可能である。１つ以上の追加材料を組成物に組み込むことが可能であり、それらは、それぞれ、低誘電性液体溶媒と高誘電性材料との間の誘電率を有し、いわゆる「誘電ラダー」を形成する。第２のグループの例示的流体組成物は、溶解、乳化、または分散されたポリマーと共に、塩、界面活性剤（イオン性もしくは非イオン性）、または液体溶媒中に溶解もしくは混合されたイオン性液体を含む。そうした最初の２つのグループの好適な流体組成物間には、いくらかのオーバーラップが存在可能であり、たとえば、塩、界面活性剤、またはイオン性液体は、高コントラスト流体組成物中で高誘電性材料として、多くの場合、誘電ラダー中で「トップラング」として機能可能である。第３のグループの好適な流体組成物の例は、液体溶媒中に溶解、乳化、または分散されたポリマーを含みうる。ただし、この液体溶媒は、約８超の誘電率を有し、かつ最初の誘電コントラストは、溶媒と約４未満の誘電率を有するポリマーとの間にある。第３のグループの例示的流体組成物では、溶媒誘電率とＥＳＤ溶媒吐出を可能にする最大粘度との間に正の相関があるように思われる。３つのグループすべての流体組成物タイプから特定例を以下で説明する。例示的組成物は、３つのグループすべてで、約１ｍＳ／ｃｍ未満、好ましくは約１００μＳ／ｃｍ未満の伝導率を呈する。約５０μＳ／ｃｍ未満、約３０μＳ／ｃｍ未満、または約２０μＳ／ｃｍ未満の伝導率は、有利に利用可能である。
【００１５】
電源１１０は、図１、２Ａ／２Ｂ、５Ａ、５Ｂ、および６の例では、絶縁ケーブルまたはシールドケーブル１１２と流体組成物中に浸漬された電極１１４（エミッター１０２内または流体貯蔵槽１０８内）とを介して、流体組成物に電圧を印加する。好適な流体組成物（たとえば、十分に大きい誘電コントラストおよび／または十分に低い伝導率を有するもの）を利用した場合、十分な電圧を印加すると、流体がオリフィス１０４を介してエミッター１０２を出た後、流体組成物からの溶媒の非蒸発吐出を引き起こす（すなわち、ＥＳＤ溶媒吐出）。浸漬電極１１４を介して十分な電圧を印加すると、オリフィス１０４を介してエミッター１０２を出た流体組成物が、１つ以上の離散流体ジェット３４２を形成することは、高速度写真から明らかである。それらのジェットはそれぞれ、急速に不安定になり、その対応する形成点から約２〜３ｍｍ以内で破壊する（図３に概略的に示される）。それらのジェット３４２は、従来の伝導性静電紡糸流体から現れる流体ジェット（エミッター４０２のオリフィス４０４で形成されかつ外見上はそこから突出しているように見えるＴａｙｌｏｒコーン４４４から現れるジェット４４２として、図４に概略的に示される）とは対照的に、典型的なＴａｙｌｏｒコーンを形成するとは思われない流体のメニスカス３４４の一部（少なくとも外見上はノズルオリフィス１０４から突出しているものではない）から現れる。電圧を印加した時、両方のタイプの流体ジェット（ＥＳＤ吐出および従来のＴａｙｌｏｒコーン静電紡糸）が流体組成物から現れうるであろうが、本明細書に開示されたタイプのうちの１つの流体組成物を用いると、本明細書に開示されたように配置および操作される装置では、実質的に図３に示されるように挙動する流体ジェット３４２の生成に有利に働いて、対応するＴａｙｌｏｒコーンから現れて実質的に図４に示されるように挙動する流体ジェット４４２の生成は抑制されるように思われる。
【００１６】
図３に概略的に示されるように、ＥＳＤ溶媒吐出では、流体ジェット３４２のそれぞれは、典型的には（ただし、常にというわけではない）、エミッター１０２に対して角度をなして現れる。ジェット３４２は、やや確率的に、数および方向が異なることもあり、ときには開いた傘の骨に類似した配置を形成する。各流体ジェット３４２が急激に破壊してその対応する形成点から約２〜３ｍｍ以内で溶媒を吐出することは、高速度写真から明らかである。溶媒は、エミッターに対して実質的に横方向に吐出されるように思われ、かつ吐出は、非蒸発であるように思われる。吐出された溶媒は、続いて蒸発可能であるが、最初にドロップレット３４６としてジェット３４２から吐出されるように思われる。
【００１７】
図３に概略的に描かれたジェット挙動は、以前に観測されている（Ｅｄａ  ｅｔ  ａｌ；”Ｓｏｌｖｅｎｔ  ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｎ  ｊｅｔ  ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ  ｄｕｒｉｎｇ  ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ  ｏｆ  ｓｅｍｉ−ｄｉｌｕｔｅ  ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ  ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ”；Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｊｏｕｒｎａｌ，Ｖｏｌ４３  ｐ１１５４（２００７））。しかしながら、以前の研究者は、その観測されたジェット挙動の潜在的可能性を認識できなかった。以前の研究では、印加電界は、約４〜５ｋＶ／ｃｍ未満に制限された（ほとんどの利用された導電性エミッター）。絶縁性エミッター、絶縁性または絶縁型の捕集表面、および比較的低い伝導率の流体組成物を利用することにより、図３に描かれたジェット挙動を促進しかつ図４に描かれたジェット挙動を抑制するように思われるより大きい電界を利用することが可能である。この優先的挙動は、実質的により大きい流体流動速度、たとえば、図３のジェットでは約１００μＬ／ｍｉｎ／エミッター超の達成が可能であるので、有利である。ポリマーを含む流体組成物では、２ｍＬ／ｍｉｎ／エミッター程度の高い速度が観測され、ポリマーを含まない流体組成物では、１０ｍＬ／ｍｉｎ／エミッターまで観測された。
【００１８】
流体組成物がポリマーを含む場合、溶媒のＥＳＤ吐出は、ポリマー粒子またはファイバー３４８の形成、および吐出された溶媒からのそれらの粒子またはファイバー３４８の分離を引き起こす。ファイバーは、細長状粒子とみなすことが可能であり、「粒子」および「ファイバー」という用語は、後続の考察では、ファイバーさらには非細長状粒子の両方を包含すべくやや同義的に用いられうる。ＥＳＤ溶媒吐出および粒子形成のための本明細書に開示された方法および流体組成物は、従来の静電紡糸よりも速い速度でより多量にポリマーファイバー（ポリマーナノファイバー、たとえば、約５００ｎｍ未満の平均直径を有するファイバーを含めて）を形成すべく有利に利用可能である。従来の静電紡糸（図４）では、ジェット４４２は、典型的には、Ｔａｙｌｏｒコーン４４４から現れた後、１０センチメートル以上にわたりインタクトな状態で残存する。最初の数センチメートルの後、ジェット４４２は、伸長し始め、捕集表面上に堆積される前に静電相互作用に起因してかき回されるが、ジェット４４２は、典型的には、堆積されるまでインタクトな状態で残存する。溶媒は、ジェット４４２から蒸発し、捕集表面は、典型的には、実質的に溶媒を含まない堆積ファイバーを残存させるのに十分な溶媒蒸発を可能にすべく、エミッター４０２から約１０〜２０センチメートルに位置決めされなければならない。
【００１９】
これとは対照的に、ＥＳＤ溶媒吐出（図３）では、ポリマー粒子３４８は、高速度写真によれば、その対応する形成点から約２〜３ｍｍ以内で、すなわち、ジェット３４２が破壊して溶媒を吐出する位置で、エミッターに対して実質的に横方向に（たとえば、ノズル１０２に対して実質的に横方向に）ジェット３４２から吐出されるように思われる。ポリマーファイバー３４８は、吐出された溶媒ドロップレット３４６よりも実質的に低速度で吐出され、それにより、分離が行われるように思われる。ポリマー粒子３４８は、以下でさらに説明されるように、捕集表面１３０上に堆積される。非蒸発であるＥＳＤ溶媒吐出機構の高速度写真の証拠に加えて、そのような機構のさらなる証拠としては、たとえば、比較的高い沸点（１７６℃）および比較的低い蒸気圧（２０℃で２ｍｍＨｇ）を有するｄ−リモネンなどの溶媒を用いて、実質的に液体溶媒を含まないポリマーファイバー３４８を、エミッターオリフィス１０４から約１ｃｍ未満（すなわち、約１ｃｍ未満の図１の距離ｄ、ｄ≒０．５ｃｍを利用した）離れた捕集表面１３０上に堆積させることが可能であるという観測結果が挙げられる。計算によれば、蒸発溶媒除去機構では、そのような小さい距離でそのような高沸点溶媒を除去することはできないことが示唆される。したがって、非蒸発ＥＳＤ溶媒吐出機構は、捕集表面１３０から１センチメートル未満のエミッターオリフィス１０４を用いた本質的に無溶媒のファイバーの堆積から推測可能である。
【００２０】
図１の例では、ポリマーファイバー３４８は、エミッターオリフィス１０４と電気接地表面１２０（典型的には伝導性であり、図１の例では、ワイヤー１２２を介して電源１１０と共に共通グランドに接続されており、「対向電極」または「グランド平面」として参照可能である）との間に配置された捕集表面１３０上に堆積される。接地表面１２０の存在に起因する静電相互作用は、捕集表面１３０に向かってポリマーファイバー３４８を推進する傾向がある。しかしながら、捕集表面１３０自体は、伝導性である必要はなく、好ましくは、より高い印加電圧でアークを発生する可能性を低減させるべく、絶縁性またはごくわずかに伝導性である。図１の配置は、紙もしくは他のセルロース系材料、ファイバー状材料もしくはテキスタイル材料、ポリマーフィルム、たとえば、Ｍｙｌａｒ（すなわち、二軸配向ポリエチレンテレフタレートもしくはｂｏＰＥＴ）、Ｓａｒａｎ（すなわち、ポリビニリデンクロリド）、もしくはポリテトラフルオロエチレン、または複合材料、たとえば、ファイバーガラス（ただし、これらに限定されるものではない）をはじめとする、多種多様なわずかに伝導性または電気絶縁性の捕集表面１３０上にポリマーファイバーを堆積すべく、利用可能である。図１では、接地表面１２０の横方向の広がりが、捕集表面１３０よりも大きく示されているが、これが必要でない場合もある。実際には、流体ジェットと接地表面１２０との間でのなんらかの潜在的電荷移動、事実上は、高電圧電源１１０、流体、接地表面１２０、および共通グランド接続１２２により形成されるおそれのある「回路破壊」が効果的に阻止されるように、捕集表面１３０を配置することが有利なこともある（たとえば、従来の静電紡糸の場合）。わずかに伝導性の材料（たとえば、セルロース系の紙）上にポリマーファイバーを捕集する場合、接地表面１２０と捕集表面１３０との間に不透過性絶縁性層（たとえば、Ｍｙｌａｒシート）を介在させることにより、ファイバー捕集速度を増大させることが可能である。接地表面１２０の存在は、好ましくは、静電気力線を規定することのみに役立つものであり、いずれの実質的電流をも運ぶことを意図したものではない。
【００２１】
図１の配置では（接地表面１２０が電源１１０と共に共通グランド１２２に接続されている）、ノズルオリフィス１０４と捕集表面との間の距離ｄは、約０．５ｃｍもしくは約１ｃｍ程度に小さくすることが可能であるか、または約１０〜１５ｃｍ程度もしくはそれ以上に大きくすることが可能である（ただし、印加電圧は、十分に大きいものとする。たとえば、ノズルオリフィス１０４と接地表面１２０との間の分離１センチメートルあたり約５ｋＶ超であるものとする）。溶媒は、約２〜３ｍｍ以内でジェット３４２から吐出されるので、単一ノズルでは１ｃｍ未満の距離でさえも、実質的に溶媒を含まずに、捕集表面１３０上へのポリマーファイバー３４８の堆積が可能である。しかしながら、多重ノズル配置では、たとえば、ノズルが約３ｃｍ離間し、かつ捕集表面が約１０ｃｍよりも近い場合、隣接ノズルのジェットから吐出された溶媒がそれらのノズルのファイバーと共に堆積されうることが観測された。多重ノズル配置では、場合によりガス流動に基づく溶媒回収と組み合わせて（所要または所望により）、より大きいノズル−表面間距離ｄまたはより高い印加電圧を利用して、実質的に溶媒を含まない堆積ファイバーを得ることが可能である。
【００２２】
図５Ａに概略的に示されるＥＳＤ溶媒吐出のための他の例示的配置では、捕集表面１３０は、隣接または並置したグランド平面または対向電極を用いることなく、単に機械的支持体として機能する電気的分離型表面１２４上に配置される。高電圧電源１１０は、グランド接続１１８を介して接地された状態で維持される。典型的には、一般的な周囲（たとえば、家具、他の近くの設備、壁、床、天井、または地表）は、典型的には、流体ジェット３４２またはポリマーファイバー３４８の挙動に無視しうるごくわずか影響を及ぼすにすぎないように十分に離れた、いくらか効果的な「グランド」を提供するであろう。支持体表面１２４は、捕集表面１３０が自己支持性となるのに十分な程度に剛性であるならば、省略可能である。図５Ａの配置を利用した場合、吐出ポリマーファイバーは、全方向に最大約１０ｃｍ以上の横方向の距離にわたり、ジェット３４２から横方向に吐出される傾向があり、次いで、やや漫然と漂う傾向がある。捕集表面１３０上へのポリマーファイバー３４８の堆積を行うために、ガス流（たとえば、ブロワー、真空ベルト、もしくは類似の装置により提供される正圧もしくは負圧）または他の標準的手段を利用して、捕集表面１３０上にポリマーファイバーを推進することが可能である。その代わりにまたはそれに加えて、ガス流を利用して、吐出溶媒をドロップレットまたは蒸気として捕集または回収することが可能である（以上に述べたとおりである）。周囲空気をはじめとする任意の好適なガスを利用することが可能であり、イオン化ガスが利用可能であり、いくつかの状況下では、ジェット３４２の安定化および／またはノズルからのコロナ放電の抑制により、ＥＳＤ溶媒吐出を促進することが観測された。図６の例示的配置では、捕集表面は、生きている組織１３２を含み、隣接または並置したグランド平面または対向電極は、利用されない。
【００２３】
図５Ｂに概略的に示された例示的配置は、高電圧電源１１０のグランド接続１１８に直接接続されていないグランド接続１２８を介して接地された表面１２６を含む。そのようなグランド接続は、図１に示される「直接」グランド接続１２２と対比して「間接」グランド接続として参照されるものとする。より小さいノズル−表面間分離（たとえば、分離１ｃｍあたり約５ｋＶ超で約１０ｃｍ未満の分離）でも、図１および５Ｂの配置は、同様に挙動する。しかしながら、図５Ｂの配置（表面１２６への間接グランド接続１２８のみを含む）は、ノズルオリフィスと接地表面１２０との間の分離をより大きくすると、図１の配置（表面１２０への直接グランド接続１２２を含む）で呈したものとは異なる挙動を呈するが観測される。たとえば、いずれの配置でも、約１５ｋＶの印加電圧および約３ｃｍのノズル−表面間分離により、ＥＳＤ溶媒吐出が引き起こされる。しかしながら、ノズルオリフィス１０４から離れる方向に接地表面１２０を移動させると、図１の配置（たとえば、約５ｃｍ超の分離）では、最終的にＥＳＤ溶媒吐出が停止する。図５Ｂの配置では、ＥＳＤ溶媒吐出のそのような停止は観測されず、いくつかの場合には、ノズル１つあたりの流動速度は、実質的により大きい分離で増加することが観測された。
【００２４】
そのような実質的により大きいノズル−表面間分離（たとえば、３０ｃｍ、４０ｃｍ、５０ｃｍまで、またはそれ以上）では、図５Ｂの配置の挙動は、図５Ａの配置（分離型捕集表面を用いてグランド表面を用いない）の挙動に類似している。図１および５Ｂの配置の挙動の観測された差は、高電圧電源１１０と捕集表面１３０またはグランド表面１２６との間の直接グランド接続を排除することにより、より大きい流動速度またはポリマーファイバー堆積速度を達成すべく、活用可能である。たとえば、コンベヤーに沿って移動する基材上に堆積ポリマーファイバーが捕集されるように配置されたノズルを用いる製造環境では、コンベヤーの種々の金属成分は、間接グランド接続１２８を有する表面１２６、すなわち、高電圧電源１１０のグランド接続１１８から分離された表面として機能しうる。それにより、高電圧電源およびコンベヤーが直接共通グランド接続を共有する場合に得られるものと対比して、増大されたポリマーファイバー捕集速度を達成することが可能である。間接グランド接続は、さまざまな方法により、たとえば、建物の配線を介して高電圧電源を接地した状態で、個別のコンセントへの接続により、建物の電気配線の個別の異なる回路への接続により、または文字どおりアースグランドへの表面１２６の接続により、実現可能であり、他の間接グランド接続の利用が可能である。
【００２５】
より大きい無妨害容積の空間内に流体ジェット３４２およびファイバー３４８を放出すると、エミッターを介する流体組成物の流動速度の増大が現れることが観測された。捕集表面１３０をノズル１０２から３０ｃｍ、４０ｃｍ、もしくは５０ｃｍ、またはさらに遠くに配置すると、ノズルオリフィス１０４を介する流体組成物の流動速度が増大するように思われる（たとえば、図５Ａおよび５Ｂの配置）。利用可能な容積は、少なくとも部分的には、図１（より小さい分離）と対比して図５Ａおよび５Ｂ（大きい分離）が呈する増大された流動速度の原因となりうる。ノズル１０２から約５ｃｍ未満の捕集表面を用いたときの流動速度と対比して、約５０％までまたはそれ以上の流動速度の増大が観測された。そのような大きい距離では、間接接地表面１２６の有無は、ジェット３４２またはポリマーファイバー３４８の挙動にごくわずかな影響を及ぼすにすぎない。増大された流動速度で各ノズルにより生成されるポリマーファイバーの比較的大きい横方向の「雲」の組合せ効果は、比較的広い範囲にわたり多量のポリマーファイバーを堆積すべく、有利に利用可能である。
【００２６】
図７および８の例示的配置は、エミッター１０２の外側にかつそれに隣接して配置された外部電極１１６により浸漬電極１１４を置き換えたこと以外は、それぞれ、図１および５Ａのものに対応する。外部電極１１６は、エミッターオリフィス１０４の上流に配置される。すなわち、外部電極１１６は、エミッター１０２が電極１１６から実質的に離れる方向を向くように配置される。距離Ｄ（電極１１６から捕集表面１３０まで）およびｄ（エミッターオリフィス１０４から捕集表面１３０まで）は、独立して変化させることが可能である。図７の配置は、捕集表面１３０がエミッターオリフィス１０４と接地表面１２０との間に配置されるという点で、図１のものと類似している。図８の配置は、捕集表面１３０が電気的に分離されているという点で、すなわち、対向電極が存在しないという点で、図５Ａのものと類似している。図８の配置はまた、図６に示されるものと類似した方法で、生きている組織上にポリマーファイバーを堆積すべく使用可能であるか、または図５Ｂの場合のように、表面１２６の間接グランド接続を含みうる。図７および８の配置では、エミッター１０２中の流体組成物と外部電極１１６との間に直接的伝導経路は存在しない。言い換えれば、高電圧電源１１０と流体組成物と捕集表面１３０とを含む「回路」を確立する可能性は存在しない。
【００２７】
任意の好適な外部電極１１６を利用することが可能である。図９は、使用可能な特定のタイプの電極１１６の詳細を示している。図９に描かれた例示的電極１１６は、いわゆるイオン化バーまたは「ピンナー」バーであり、複数のイオン化ピン１１７を含む。他の選択肢として、ノズル１０２は、出願第６１／２５６，８７３号明細書（以上で組み入れられている）に示され説明されるように、伝導性プレート電極中の１つ以上の開口を介して延在可能である。
【００２８】
放出流体組成物からＥＳＤ溶媒吐出によりポリマーファイバーを形成するために、十分に大きい電圧（正または負）を電極１１４または１１６を介して流体組成物に印加しなければならない。精密な電圧閾値は、利用される特定の流体組成物、ならびにエミッター１０２および捕集表面１３０の配置にやや依存して、変化しうる。
【００２９】
図１および７の配置（接地対向電極表面１２０を含む）では、流体ジェットを形成するための電圧閾値は、エミッターオリフィス１０４と接地表面１２０との間の距離、さらには流体の組成および性質に依存する。エミッター１０２は非伝導性であるので、エミッターオリフィス１０４近傍の電界強度または電界勾配の定量化は、厄介である。しかしながら、エミッターオリフィス１０４を出る流体の挙動は、エミッターオリフィス１０４と接地表面１２０との間の距離ｄで割り算した印加電圧と関連付けることが可能である。その量（電圧−距離商、測定容易）は、利用される単位（すなわち、ｋＶ／ｃｍ）が類似しているにもかかわらず、電界強度（測定困難）と区別しなければならない。
【００３０】
図１および７の配置（電気絶縁性のノズルまたはエミッターを利用する）では、約１０ｃｍ未満または約５ｃｍ未満のｄを用いると、多くの場合、一般的流体挙動の次のような進行が観測される。電圧範囲は、近似的であり、流体組成物が異なると実質的に変化しうる。約３ｋＶ／ｃｍの電圧−距離商まで、とくに従来の伝導性静電紡糸流体を利用した場合、典型的には、エミッター１つあたり１つのＴａｙｌｏｒコーンからの従来の静電紡糸が観測される。流動速度は、典型的には、約５μＬ／ｍｉｎ／エミッター未満である。約３ｋＶ／ｃｍと約５〜６ｋＶ／ｃｍとの間の電圧−距離商を用いると、約５〜約１５μＬ／ｍｉｎ／エミッターの流動速度で、エミッター１つあたり複数のＴａｙｌｏｒコーンからの従来の静電紡糸が観測される。流体の伝導率に依存して、流体とグランド表面１２０（またはいずれかの近くの接地表面または物体）との間でアークの発生が開始されこともあるので、特定の流体組成物に印加可能な電圧が制限されることもある。約５〜６ｋＶ／ｃｍと約１０ｋＶ／ｃｍとの間の電圧−距離商を用いると、エミッター１つあたり複数のＴａｙｌｏｒコーンからの従来の静電紡糸と非蒸発ＥＳＤ溶媒吐出とが混ざって観測される。それらの並行プロセスの相対的重みは、電圧の増加に伴って、流体の誘電コントラストの増加に伴って、または流体伝導率の減少に伴って、従来の静電紡糸から非蒸発ＥＳＤ溶媒吐出の方向にシフトする。多くの場合、約２０〜約３００μＬ／ｍｉｎ／エミッターの流動速度が観測され、印加電圧と共に増加する傾向がある。流体伝導率が、約１ｍＳ／ｃｍ未満、好ましくは約１００μＳ／ｃｍ未満、より好ましくは約３０μＳ／ｃｍ未満または約２０μＳ／ｃｍ未満に維持されないかぎり、アークが発生する傾向がある。１０ｋＶ／ｃｍ超の電圧−距離商では、従来のＴａｙｌｏｒコーン静電紡糸は実質的に排除され、非蒸発ＥＳＤ溶媒吐出が支配的になる。従来の静電紡糸溶液は、典型的には、アークが発生するので利用できない。本明細書に開示された流体組成物および電極／エミッター／ターゲット配置を用いて、数百μＬ／ｍｉｎ／ノズル〜１ｍＬ／ｍｉｎ／ノズルまでおよびそれ以上の流動速度が観測され、約０．５ｇ／ｈｒ／ノズル超、多くの場合、数ｇ／ｈｒ／ノズルまでのポリマーファイバー堆積速度が可能であった。
【００３１】
図５Ａ、６、および８（対向電極なし）の配置では、エミッターオリフィス１０４を出る流体の挙動と相関付けられる明確な距離は、存在せず、その流体挙動と相関付けられる唯一の測定パラメーターは、アースグランドに対する印加電圧である。電圧閾値は、約１０ｋＶ〜約１５ｋＶで観測され、流体の組成および性質（たとえば、誘電率、伝導率、および／または粘度）により変化するように思われる。閾値電圧を超えると、このたび開示された非蒸発ＥＳＤ溶媒吐出が付随的な粒子形成を伴って観測される。より低い印加電圧（依然として閾値電圧超）では、ときには、外見上Ｔａｙｌｏｒコーンからの従来の静電紡糸もまた観測されうる。電圧が閾値を超えてさらに増加すると、従来のＴａｙｌｏｒコーン静電紡糸は、抑制または排除される傾向があり、一方、非蒸発ＥＳＤ溶媒吐出は、増強される。以上に述べたように、図５Ｂの配置（表面１２６の間接グランド接続１２８を含む）は、ノズル−表面間距離および印加電圧に依存して、両方のタイプの挙動を呈する（すなわち、図１または図５Ａに類似する）。
【００３２】
本明細書に開示された方法および流体組成物と従来の流体を用いた従来の静電紡糸とを識別する他の特徴は、印加電圧をオフにした場合に明らかになる。従来のＴａｙｌｏｒコーン静電紡糸は、電圧電源をオフにすると、ほぼ即時に停止する。これとは対照的に、図１、５Ａ、５Ｂ、６，７、または８の配置のいずれかで低伝導率高誘電コントラスト流体を用いた時、非蒸発ＥＳＤ溶媒吐出およびポリマーファイバー形成が、多くの場合、数分間にわたり継続する。典型的には、ノズルオリフィス１０４を出る流体の挙動の進行が観測される。電圧をオフにした直後、エミッターオリフィス１０４を出る流体ジェット３４２の挙動には、変化がほとんどみられない。数分間にわたり、（１）いくらかの複数のＴａｙｌｏｒコーン静電紡糸がＥＳＤ溶媒吐出と共に開始され、（２）ＥＳＤ溶媒吐出が停止し、（３）Ｔａｙｌｏｒコーン静電紡糸が単一のコーンおよびジェットに低減され、そして（４）最後のジェットが停止する。進行中、ときにはドリッピングが起こり、各液滴がエミッター中の流体から分離する際、複数の流体ジェットの短時間の噴出が起こり、逐次的な各液滴と共に強度および持続時間が減少する。
【００３３】
印加電圧をオフにした後、ノズルオリフィス１０４を出る流体ジェットが持続することは、システムの少なくとも１つの特性緩和時間の指標となり、その特性緩和時間は、ＥＳＤ溶媒吐出プロセスおよびポリマーファイバーの形成を促進すべく（および電圧サイクル動作のデューティーサイクルによるいずれかの並行Ｔａｙｌｏｒコーン静電紡糸を低減すべく）、活用可能である。関連緩和時間の逆数程度の周波数で印加電圧のオンおよびオフのサイクル処理を行うことにより、非蒸発ＥＳＤ溶媒吐出の増強を達成することが可能である。関連緩和時間の測定または特徴付けを試みるのではなく、印加電圧のサイクル処理の周波数を変化させて、どの周波数（または周波数範囲）で所望のＥＳＤ溶媒吐出プロセスの促進が現れるかを確認することが、より便宜的でありうる。非蒸発ＥＳＤ溶媒吐出では、増強に好適な周波数は、約０．１Ｈｚ〜約１００Ｈｚで観測された。
【００３４】
高誘電コントラストおよび低伝導率を有する流体組成物を用いて本明細書に開示された方法により形成されるポリマーファイバーは、とくに、形成されるファイバーがナノファイバーである場合、すなわち、約１μｍ未満、典型的には約５００ｎｍ未満の直径を有する場合、多種多様な目的に有利に利用可能である。そのような目的としては、濾過、保護具、生物医学用途、または材料技術が挙げられうるが、これらに限定されるものではない。たとえば、ポリマーナノファイバーのメッシュは、約１μｍ未満の粒子のみを透過する濾過媒体の少なくとも一部分を形成可能である。他の例では、ポリマーナノファイバーのマトリックスは、他の材料（たとえば、超吸収性ポリマー、ゼオライト、活性炭、またはカーボンブラック）の小粒子（たとえば、０．１μｍ未満）を保持して種々の所望の性質を有する材料を得るべく、利用可能である。こうして形成されるファイバーの多くの用途についての十分な考察は、本開示の範囲を超えている。生成されるナノファイバーの所望の性質に依存して、広範にわたる一連のポリマー、液体溶媒、低誘電性液体溶媒（たとえば、約１５未満の誘電率）、高誘電性材料（たとえば、約２５超の誘電率）、塩、界面活性剤、および／またはイオン性液体を利用することが可能であり、多くの例を以下に挙げる。所与のポリマーを所与の捕集表面上に堆積する場合、典型的には、好適または最適なファイバーまたはナノファイバーを生成すべく、パラメーターのいくらかの最適化が必要になるであろう。そうしたパラメーターとしては、低誘電性溶媒のアイデンティティー、誘電率、および重量パーセント；高誘電性材料、塩、界面活性剤、またはイオン性液体の存在、アイデンティティー、および重量パーセント；任意の追加の高誘電性材料の存在、アイデンティティー、および重量パーセント；流体組成物の伝導率および粘度；エミッター（たとえば、ノズル、チャネル、または透過性膜）の性質、エミッターのオリフィス直径；エミッターの流体力学的抵抗；印加電圧；接地表面の存在およびエミッターオリフィスからのその距離；エミッターオリフィスと捕集表面との間の距離が挙げられうる。本明細書に開示された原理および実施例により、当業者であれば、望ましいポリマーファイバーまたはナノファイバーを生成する本明細書に明示的に開示されていない、ポリマー、低誘電性溶媒、および高誘電性材料の多くの他の組合せを特定および最適化することが可能であろう。そうした他の組合せおよびこうして生成されるファイバーまたはナノファイバーは、本開示の範囲内または添付の特許請求の範囲内に包含されるものとする。
【００３５】
ＥＳＤ溶媒吐出を呈する流体組成物を生成すべく、化学的適合性かつ十分に可溶性のポリマー、高誘電性材料、塩、界面活性剤、またはイオン性液体の多くの組合せを、所与の溶媒と共に利用することが可能である。表１は、ＥＳＤ溶媒吐出を呈する流体組成物の例のリストであり、ポリマーを含むものは、ＥＳＤ溶媒吐出によりポリマーファイバーまたはナノファイバーを生成すべく、本明細書に開示される方法に従って利用されたものである。列挙された配合物は、例示的なものであり、流体成分の選択の指針となる一般的原理を例示することを意図したものであり、本開示の範囲または添付の特許請求の範囲の全体を限定することを意図したものではない。しかしながら、開示された特定の例示的配合物または配合物の範囲は、好ましい実施形態とみなしうるものであり、したがって、それに基づいて先行技術とさらに識別可能である。
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【００３６】
いくつかの例示的組成物では、ｄ−リモネンに溶解されたポリスチレンに基づく流体組成物をさまざまな高誘電性材料および／または他の材料と組み合わせて、ＥＳＤ溶媒吐出およびポリマーファイバーまたはナノファイバーの形成を実証した。他の芳香族ポリマー、および／または他のテルペン、テルペノイド、もしくは芳香族溶媒は、類似の挙動を呈することが観測された。ｄ−リモネンは、「環境に優しい」と考えられるので、液体溶媒として使用するうえで魅力的である（たとえば、それは、天然の再生可能な資源から入手可能であり、有意な毒性がなく、しかも有意な環境問題や廃棄処理問題を引き起こさない）。一群の例示的流体組成物では、ポリスチレンは、典型的には、重量基準で組成物の約１０％〜約２５％、好ましくは約１５％〜約２０％を構成する。ｄ−リモネンは、典型的には、重量基準で組成物の約３０％〜約７０％、好ましくは約３５％〜約４５％を構成する。ｄ−リモネン溶媒のＥＳＤ吐出およびポリスチレンのファイバーまたはナノファイバーの生成を引き起こすさまざまな高誘電性材料を、ポリスチレン／ｄ−リモネンと共に利用することが可能である。プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、およびジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）を、高誘電性材料として単独で、または中誘電性材料として使用されるメチルエチルケトン（ＭＥＫ）もしくはアセトンとの組合せで、利用した。多くの場合、ポリスチレン／リモネン（または他のポリマー／低誘電体）溶液中への高誘電性材料の溶解度を増大させるべく、中誘電性材料を利用して、いわゆる「誘電ラダー」を形成することが可能である。他の例示的流体組成物では、ｄ−リモネン溶液中への水の混合を可能にする乳化剤として機能するＤｅＭＵＬＳ  ＤＬＮ−５３２ＣＥ界面活性剤（ＤｅＦｏｒｅｓｔ  Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ，Ｉｎｃ）と共に、ポリスチレン／ｄ−リモネン溶液中で高誘電性材料として水が利用される。ポリビニルアルコール、石鹸、洗剤、または他の乳化剤を利用することが可能である。
【００３７】
誘電ラダーの中段として利用されるＰＣ、ＤＭＳＯ、ＭＥＫ、およびアセトンのさまざまな組合せと共に、イオン性液体（たとえば、トリヘキシルテトラデシルホスホニウム・ビス（２，４，４−トリメチルペンチル）ホスフィネート、別名［Ｐ６６６１４］［Ｒ２ＰＯ２］、トリヘキシルテトラデシルホスホニウムデカノエート、別名［Ｐ６６６１４］［Ｄｅｃ］、または１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート、別名［ｂｍｉｍ］［ＰＦ６］）を高誘電体成分として利用した。すでに参照により組み入れられた出願第１２／７２８，０７０号明細書に開示されるように、ＤＭＦ、ＭＥＫ、またはＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）と組み合わせて、種々の無機塩（たとえば、ＬｉＣｌ、ＡｇＮＯ３、ＣｕＣｌ２、またはＦｅＣｌ３）を利用した。流体がＥＳＤ溶媒吐出を呈するようにすべく、誘電ラダーの上昇に伴って、材料濃度を漸次低下させる必要のあることが観測された。たとえば、表１に列挙された例示的組成物中の種々の材料の相対濃度に留意されたい。流体中に懸濁された固体粒子は、中間「誘電ラダー」成分を用いてまたは用いずに、高誘電コントラスト組成物中で高誘電性材料として機能しうる。ポリスチレン／ｄ−リモネン溶液単独で、またはここに挙げられたもしくは表１に列挙された他の流体成分と組み合わせて、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）および酸化チタン（ＴｉＯ２）を利用し、ＥＳＤ溶媒吐出を引き起こすことが可能である。
【００３８】
いくつかの他の例示的組成物では、ｄ−リモネンに溶解されたポリスルホンに基づく流体組成物をＤＭＦ、ＮＭＰ、およびイオン性液体と組み合わせて、ＥＳＤ溶媒吐出およびポリマーファイバーまたはナノファイバーの形成を実証した。いくつかの典型的な例では、ポリスルホンは、重量基準で組成物の約１５％〜約３０％を構成し、ｄ−リモネンは、重量基準で組成物の約２０％〜約３０％を構成し、ＮＭＰは、重量基準で約５％〜約２０％を構成し、ＤＭＦは、重量基準で約２０％〜約４０％を構成し、かつイオン性液体は、重量基準で約１．５％〜約３％を構成する。
【００３９】
いくつかの他の例示的組成物では、ｄ−リモネンに溶解されたポリスチレンとポリカルボメチルシラン（ＰＣＭＳ）との混合物に基づく流体組成物をＤＭＦおよびイオン性液体と組み合わせて、ＥＳＤ溶媒吐出およびポリマーファイバーまたはナノファイバーの形成の形成を実証した。いくつかの典型的な例では、ポリスチレンは、重量基準で組成物の約１５％〜約２５％を構成し、ＰＣＭＳは、重量基準で約５％〜約２０％を構成し、ｄ−リモネンは、重量基準で組成物の約４０％〜約５５％を構成し、ＤＭＦは、重量基準で約５％〜約３０％を構成し、かつイオン性液体は、重量基準で約０．０５％〜約０．２％を構成する。
【００４０】
ポリスチレンと組み合わされたＰＣＭＳの使用および得られた堆積ポリマー材料のＵＶ硬化を利用してナノファイバーを形成することにより、そうしたナノファイバーの耐熱性を増大させることが可能である。たとえば、ポリスチレン単独から形成されたナノファイバーは、約１２７℃で融解することが観測される。その温度は、いくつかの場合には、低すぎて、ナノファイバーは、それらが堆積される材料の後続処理に耐えることができない。濾過媒体の一例では、媒体を約１９０℃に少なくとも３０秒間加熱すると、堆積ポリスチレンナノファイバーの融解が引き起こされる。しかしながら、ポリスチレンと組み合わされたＰＣＭＳの使用および得られたナノファイバーのＵＶ硬化により、硬化されたナノファイバーは、約１９０℃に数分間加熱した後、インタクトな状態で残存しうることが観測された。ポリスチレン／ＰＣＭＳナノファイバーを硬化すべく、水銀ランプ（２５４ｎｍの波長の最大出力）を利用することが可能であり、２５４ｎｍで約５０Ｗを生成するランプを１時間程度の硬化時間で使用すると、適切な硬化が得られる。より高いワット数のランプを用いることにより、またはファイバーに入射するランプ出力の部分を増大させることにより（たとえば、集束光学素子または集光光学素子を用いて）、硬化時間を削減することが可能である。
【００４１】
さらに他の例示的組成物では、ｄ−リモネンに溶解されたポリエーテルイミド（ＰＥＩ）に基づく流体組成物をＤＭＦ、ＮＭＰ、および塩と組み合わせて、ＥＳＤ溶媒吐出およびポリマーファイバーまたはナノファイバーの形成を実証した。いくつかの典型的な例では、ＰＥＩは、重量基準で組成物の約１０％〜約２５％を構成し、ｄ−リモネンは、重量基準で組成物の約１５％〜約２５％を構成し、ＮＭＰは、重量基準で約２０％〜約６０％を構成し、ＤＭＦは、重量基準で約５％〜約２５％を構成し、かつ塩は、重量基準で約０．２５％〜約４％を構成する。
【００４２】
ポリマーおよび溶媒に加えて実質的な材料成分を用いない低伝導率ポリマー溶液（約１００μＳ／ｃｍ未満）でも、ＥＳＤ溶媒吐出およびポリマーファイバー形成を呈することが実証された。例としては、エタノール（ＥｔＯＨ）、メタノール（ＭｅＯＨ）、またはジクロロメタン（ＤＣＭ）に溶解されたポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）およびポリビニルアセテート（ＰＶＡｃ）の溶液が挙げられ、これらは、ＥＳＤ溶媒吐出を呈することが観測された。高誘電性溶媒では、そのような溶液は、ポリマー（典型的には約５未満の誘電率を有する）と溶媒との間で、高誘電コントラストを呈するとみなすことが可能である。このことは、ＭｅＯＨおよびＥｔＯＨの配合物にあてはまる。しかしながら、ＤＣＭ配合物は、ポリマーとの同程度の誘電コントラストを呈しないが、それにもかかわらず、特定の条件下ではＥＳＤ溶媒吐出を呈する。ＤＣＭ中のＰＶＰおよびＰＶＡｃの溶液では、ＥＳＤ溶媒吐出は、ポリマー溶液の粘度により阻害されるように思われる。たとえば、ＤＣＭ中のＰＶＰでは、２５％ＰＶＰ溶液（粘度約６７ｃｐｓ）は、ＥＳＤ溶媒吐出を呈しないことが観測されたが、ＤＣＭ中の１５％ＰＶＰ溶液（粘度約２０ｃｐｓ）は、ＥＳＤ溶媒吐出を呈した。類似の傾向は、ＤＣＭ中のＰＶＡｃの溶液でみられた。高粘度によるＥＳＤ溶媒吐出の顕著な停止は、より高誘電性の溶媒中よりも約１０未満の誘電率を有する溶媒中のほうがより容易にわかる。他のポリマー／溶媒の組合せを利用することが可能であるが、溶媒がＥＳＤ溶媒吐出を呈するようにするには、溶媒の最小閾値誘電率を約６〜約８にする必要があるように思われる。
【００４３】
ポリマーのファイバーまたはナノファイバーの形成に加えて、追加の粒子をポリマーファイバーの捕集時に捕集表面上に堆積することにより、捕集ポリマーファイバーにより形成されるマトリックス中に追加の粒子を保持することが可能である。ポリマーファイバーの形成に適合しうる任意の好適な堆積法を、追加の粒子の堆積に利用することが可能である。一例では、形成時に空気流（たとえば、真空ベルトから）を利用してポリマーファイバーを捕集表面に推進すれば、その空気流はまた、同様に、追加の粒子を連行し、それらを捕集表面に推進することが可能である。いかなる手段を利用した場合でも、ポリマーファイバーの捕集および追加の粒子の堆積を同時に行うと、追加の粒子は、捕集ファイバーにより形成されるマトリックス中に組み込まれる。ポリマーナノファイバーを形成する場合、それらは、約０．１μｍ程度の小さい追加の粒子の保持および固定を容易に行えるようにしうる。追加の粒子は、任意の好適な所望の材料を含みうる。一例では、おむつなどの吸収性製品中のポリマーナノファイバーマトリックス内に、超吸収性ポリマー粒子（たとえば、ナトリウムポリアクリレート）を組み込むことが可能である。他の例では、濾過媒体中のポリマーナノファイバーマトリックス内にゼオライトまたは活性炭の粒子を組み込んで、微粒子および蒸気の遮断能力の両方を得ることが可能である。追加の例は、数多く存在する。
【００４４】
ポリマー粒子またはファイバーの生成に加えて、本明細書に開示された方法は、低誘電性液体溶媒と高誘電率添加剤とを含むがポリマーを含まない流体組成物を用いて低誘電性溶媒を霧化すべく、利用可能である。図１０に概略的に示されるように、１つ以上の流体ジェットがエミッターオリフィス１０４で流体表面３４４から現れる。約２または３ミリメートル以内で、ジェット３４２は、溶媒ドロップレット３４６を吐出して破壊する。流体中にポリマーが存在しなければ、粒子やファイバーは生成されない。典型的条件下（上記参照）で生成されるドロップレットは、平均直径が約２μｍ未満であるように思われるが、他の液滴直径が生成されることもある。小さい溶媒ドロップレットの生成は、さまざまな用途で、たとえば、エンジンシリンダー内への燃料噴射または表面の噴霧処理に有利に利用可能である。流体組成物中でいかなるポリマーも用いなければ、液体粘度は、おそらくきわめて低くなるであろうが、これは、たとえば、流体力学的抵抗を増大させるべく、エミッター１０２およびエミッターオリフィス１０４の好適な適合化により補償可能である。
【００４５】
開示された例示的な実施形態および方法の等価物は、本開示の範囲内または添付の特許請求の範囲内に包含されるものとする。開示された例示的な実施形態および方法ならびにそれらの等価物は、本開示の範囲内または添付の特許請求の範囲内にとどまって変更可能であるものとする。
【００４６】
以上の詳細な説明では、本開示を簡素化すべくまたは好ましい実施形態を開示すべく、種々の特徴をいくつかの例示的実施形態で一まとめていることもある。この開示方法は、特許請求された実施形態がいずれも、対応する請求項で明示的に挙げられたよりも多くの特徴を必要とするという意図が反映されたものであると解釈してはならない。そうではなく、添付の特許請求の範囲が反映される場合、本発明の主題は、単一の開示された例示的実施形態のすべての特徴を満たさないこともあれば、いずれの単一の開示された実施形態でも組み合わされて現れない特徴が組み合わされることもありうる。したがって、添付の特許請求の範囲は、各請求項がそれ単独で個別の開示された実施形態として有効であるとして、本明細書の詳細な説明に組み入れられる。しかしながら、本開示および添付の特許請求の範囲はまた、本明細書に明示的に開示されていない特徴の組合せを含めて、開示または特許請求された特徴の任意の好適な組合せ（すなわち、不適合的でも相互排他的でもない特徴の組合せ）を有する任意の実施形態を黙示的に開示するものであるとみなされるものとする。特定的には、開示または特許請求された方法（たとえば、印加電圧、エミッター−コレクター間距離、エミッタージオメトリーなどのいずれか１つ以上）を実施するためのパラメーターまたは特徴の任意の好適な組合せを、任意の好適な流体組成物（たとえば、特定のポリマー、溶媒、誘電性材料などの１つ以上の任意の好適な組合せ）と組み合わせることが可能である。さらに、添付の特許請求の範囲は、必ずしも本明細書に開示された主題の全体を包含するというわけではないことに留意されたい。
【００４７】
本開示および添付の特許請求の範囲の目的では、接続詞「または」は、包括的であるとみなされるものとする（たとえば、「イヌまたはネコ」は、「イヌまたはネコまたはその両方」と解釈されるものとし、たとえば、「イヌ、ネコ、またはマウス」は、「イヌまたはネコまたはマウスまたは任意の２つまたは３つすべて」と解釈されるものとする）。ただし、次の場合を除く。（ｉ）他の形で明示的に記されている場合、たとえば、「…または〜のいずれか」、「…のうちの１つのみ」、または類似の表現の場合、あるいは（ｉｉ）列挙された選択肢のうちの２つ以上が、特定の文脈の範囲内で相互排他的である場合、その場合、「または」は、非相互排他的選択肢を含む組合せのみを包含するであろう。本開示または添付の特許請求の範囲の目的では、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（〜を含む）」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（〜を含む）」、「ｈａｖｉｎｇ（〜を有する）」という語、およびそれらの変化形は、あたかも「少なくとも」という表現がその各例の後に付け加えられているのと同一の意味を有して、オープンエンドの用語とみなされるものとする。
【００４８】
添付の特許請求の範囲において、米国特許法第１１２条第６項の規定が装置クレームで発動されることが望まれる場合、「手段」という語が装置クレームに現れるものとする。これらの規定が方法クレームで発動されることが望まれる場合、「〜のステップ」という語が方法クレームに現れるものとする。反対に、「手段」という語も「〜のステップ」という語もクレームに現れない場合、米国特許法第１１２条第６項の規定は、そのクレームで発動されないものとする。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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