(57)【要約】【課題】  抗菌皮膜を設けることなく、高い抗菌性を実現する抗菌部材を提供する。【解決手段】  本発明の抗菌部材（１０）は、基材（１１）と、基材（１１）の表面に設けられた複数の突起（１２）を有し、突起（１２）の直径は０．５μｍ以上２０μｍ以下であり、突起（１２）のヤング率は０．００４ＧＰａよりも大きく５ＧＰａ以下であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、前記基材の表面に設けられた複数の突起を有し、
前記突起の直径は０．５μｍ以上２０μｍ以下であり、
前記突起のヤング率は０．００４ＧＰａよりも大きく５ＧＰａ以下であることを特徴とする抗菌部材。
【請求項２】
隣り合う前記突起の中心間の距離が、前記突起の直径の１．５倍以上３倍未満であることを特徴とする請求項１に記載の抗菌部材。
【請求項３】
前記突起の高さと直径の比が１以上であることを特徴とする請求項１に記載の抗菌部材。
【請求項４】
前記基材がフィルム状の部材からなり、前記フィルム状の部材の一方の面に前記突起が設けられ、前記部材の他方の面に接着剤が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の抗菌部材。
【請求項５】
前記基材が金属であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の抗菌部材。
【請求項６】
前記基材が管状の部材からなり、前記突起が前記管状の部材の内側に設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の抗菌部材。
【請求項７】
前記基材と前記突起が一体に成形されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の抗菌部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抗菌部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療現場における院内感染や、街中での感染症流行が問題となっている。また、生活の質が向上するのに伴い、人々の衛生に対する意識が高まり、食品や家電製品での抗菌ニーズが高まっている。
【０００３】
これまでに提案されている抗菌部材は、基材の表面に、抗菌性のある金属元素（銅（Ｃｕ）および銀（Ａｇ）等）やセラミックス（ＴｉＯ２）等の成分（抗菌活性成分）を含む皮膜を形成することにより抗菌性を与えるものである。例えば、特許文献１には、ステンレス鋼を下地とし、その上にＺｎめっき層又はＺｎ合金めっき層が形成され、更に抗菌・防カビ剤を含む熱硬化型塗装が施されている耐久性に優れた抗菌・防カビ性塗装鋼板が開示されており（請求項１）、抗菌・防カビ剤はＡｇ，Ｃｕ，Ｚｎ等の無機系薬剤、リン酸亜鉛，酸化亜鉛等の化合物系薬剤、チアゾール，イミダゾール等の有機系薬剤から選ばれた１種又は２種以上であることが開示されている（請求項３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１５６１７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した抗菌皮膜を設ける方法では、抗菌活性成分は母材表面に多くとも数％しか露出しておらず、抗菌性能は十分ではない可能性がある。性能を十分にするために、部材表面における抗菌活性成分の分散量を増加することもできるが、抗菌皮膜の安定性や強度の関係上、分散量には限界がある。Ａｇの場合には値段が高いという問題もあり、分散量を過度に増大させるとコストを増大させることになってしまう。また、抗菌活性成分が１種類の場合には、耐性菌を生じる可能性が高く、新たな菌を生む可能性もある。
【０００６】
本発明の目的は、上記事情に鑑み、抗菌皮膜を設けることなく、高い抗菌性を実現する抗菌部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決すべく、本発明の抗菌部材は、基材と、基材の表面に設けられた複数の突起を有し、突起の直径は０．５μｍ以上２０μｍ以下であり、突起のヤング率は０．００４ＧＰａよりも大きく５ＧＰａ以下であることを特徴とする。
【０００８】
本発明のより具体的な構成は、特許請求の範囲に記載される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、抗菌皮膜を設けることなく、高い抗菌性を実現する抗菌部材を提供することができる。
【００１０】
上述した以外の課題、構成及び効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の抗菌部材を模式的に示す斜視図
【図２】基材の表面にバイオフィルムが形成されるメカニズムを説明するフロー図
【図３Ａ】本発明の抗菌部材の突起の配列の第１の例を示す上面図
【図３Ｂ】本発明の抗菌部材の突起の配列の第２の例を示す上面図
【図４Ａ】本発明の抗菌部材の基材の形状の第１の例を示す断面図
【図４Ｂ】本発明の抗菌部材の基材の形状の第２の例を示す斜視図
【図５】実施例１の抗菌部材の表面のＳＥＭ観察写真
【図６】比較例１の抗菌部材の表面のＳＥＭ観察写真
【図７】比較例２の抗菌部材の耐水性評価後の表面のＳＥＭ観察写真
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を適宜省略する。
【００１３】
図１は本発明の抗菌部材を模式的に示す斜視図である。図１に示すように、抗菌部材１０は、基材１１と、基材１１の表面に設けられた複数の突起１２を有している。このような突起１２の集合体を「ピラー構造体」とも称する。この突起１２によって基材１１の表面には微細な凹凸構造が形成されている。なお、本発明において「菌」とは、細菌、酵母およびカビ等のあらゆる種類の微生物の総称とする。
【００１４】
上述したように、従来は部材の表面に抗菌皮膜を設けて菌を化学的に殺していたが、本発明は基材の表面構造でバイオフィルム（菌や菌が分泌する細胞外多糖類からなる立体的な構造体）の成長を抑制するという画期的なものである。菌自体は単体では人体に悪影響を及ぼすことは少なく、バイオフィルムが人体に悪影響を及ぼすことが多いため、バイオフィルムの成長を抑制できれば抗菌部材としては非常に有用である。
【００１５】
以下、基材にバイオフィルムが形成されるメカニズムと、本発明の抗菌部材がバイオフィルムの成長を抑制するメカニズムについて説明する。図２は基材の表面にバイオフィルムが形成されるメカニズムを説明するフロー図である。図２に示すように、バイオフィルムは以下の順序で発生する：
【００１６】
Ｓ１：清浄な基材が水に接触すると、水と基材との界面に菌（パイオニア菌）が付着する
Ｓ２：菌の表面に分泌されている細胞外多糖類（Ｅｘｔｒａｃｅｌｌｕｌａｒ  Ｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅ：ＥＰＳ）が基材に付着し、接着が安定化する
Ｓ３：パイオニア菌が増殖を始め、多糖類（グリコカリックス）で被覆された一次コロニーが形成される
Ｓ４：グリコカリックスが他のタイプの菌細胞を取り込み、一次コロニー（パイオニア菌のコロニー）の排泄物を代謝する二次コロニーが一次コロニーの上層に形成される
Ｓ５：二次コロニーの排泄物を代謝する微生物が付着し、逐次的に多層コロニー構造が形成されてバイオフィルムが形成される
図１に示すように、本発明の抗菌部材１０は基材１１の表面に突起１２が設けられ凹凸構造が形成されていることにより、菌が一次コロニーを形成する過程で足場が構造的に不安定となり、一次コロニー自体の内部応力によって破断する効果があると考えられる。そのため、上記Ｓ３以降のプロセスが発生せず、バイオフィルムの成長が抑制されると考えられる。
【００１７】
突起１２の直径は、０．５μｍ以上２０μｍ以下とする。この範囲の中で、突起１２の直径は増殖を抑制する対象の菌（以下、「対象菌」と称する。）と同程度の直径を有していることが好ましい。突起１２の直径が対象菌よりも大きすぎる場合も、逆に突起１２の直径が対象菌よりも小さすぎる場合も、一次コロニーを効果的に破断することができない。なお、突起１２の直径が対象菌の大きさと「同程度」であることについて、両者は必ずしも同一である必要は無い。突起１２の直径は、一次コロニー破断の効果を得ることができる値の範囲にあればよい。突起１２の直径は、各対象菌について破断効果を検証する実験を行い、決定することができる。対象菌の直径は、例えば細菌：約０．５μｍ、酵母：約５μｍおよびカビ：約２０μｍである。
【００１８】
突起１２の形状は、図１では円柱形状であるが、これに限られない。例えば、三角柱、四角柱等の多角柱であってもよい。この場合、「突起１２の直径」とは、外接円の直径を意味するものとする。
【００１９】
また、突起１２のヤング率は、０．００４ＧＰａよりも大きく５ＧＰａ以下であることが好ましい。突起１２のヤング率が０．００４ＧＰａ未満であると突起１２の水中での構造安定性（耐水性）が不十分となる。また、突起１２のヤング率が５ＧＰａより大きいと、一次コロニーの破断効果が十分ではなくなる。
【００２０】
図３Ａは本発明の抗菌部材の突起の配列の第１の例を示す上面図であり、図３Ｂは本発明の抗菌部材の突起の配列の第２の例を示す上面図である。本発明の抗菌部材１０の基材１１における突起１２の配列は、特に限定は無いが、例えば図３Ａに示すように、正方格子状とすることができる。また、図３Ｂに示すように、三方格子状であってもよい。
【００２１】
隣り合う突起１２の中心間の距離Ｌ（ピッチ間隔）は、突起１２の直径の１．５倍以上３倍未満であることが好ましい。距離Ｌが突起１２の直径の１．５倍未満であると、十分な量の凹凸構造を確保できず、凹凸構造の効果（一次コロニーを破断してバイオフィルム抑制の効果）を十分に得ることができない。また、距離Ｌが突起１２の直径の３倍以上であると、凹部の割合が大きくなり過ぎて、凹部に菌が入り込み、バイオフィルム成長抑制の効果を十分に得ることができなくなる。
【００２２】
また、突起１２のアスペクト比（高さ／直径）は１以上であることが好ましい。アスペクト比が１未満であると、凹凸構造の効果を十分に得ることができない。
【００２３】
基材１１の材料は、突起１２を形成できるものであれば特に限定は無く、抗菌性を持たせたい部材に合わせて選択することができる。例えば、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）およびＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）等の樹脂を用いることができる。また、ステンレス鋼等の金属であってもよい。
【００２４】
図４Ａは本発明の抗菌部材の基材の形状の第１の例を示す側面図であり、図４Ｂは本発明の抗菌部材の基材の形状の第２の例を示す斜視図である。基材１１の形状についても、突起１２を形成できるものであれば特に限定は無く、抗菌性を持たせたい部材に合わせて選択することができる。例えば、図１および図４Ａに示すように、フィルム状であってもよい。基材１１がフィルム状である場合、可搬性の向上および抗菌部材を使用する現場で施工しやすくなる等のメリットが得られる。突起１２を設けている面と反対側の面に接着剤１３を設ければ、抗菌性を持たせたい部材に簡単に貼り付けることができる。
【００２５】
また、図４Ｂに示すように、基材１１´が管状であってもよい。この場合、管状の基材１１´の内側の面に突起１２が設けられていてもよい。このような形状を有する抗菌部材１０´は、ドラム式洗濯機の洗濯槽に適用することができる。
【００２６】
次に、上述した抗菌部材の製造方法について説明する。図４Ａに示すように、基材１１がフィルム状の樹脂である場合、例えばナノインプリント加工によって突起１２を作製することができる。具体的には、凹凸構造を有する金属金型を樹脂フィルムに押し当て、熱を加えることで樹脂フィルム基材の表面に突起１２を形成することができる。
【００２７】
また、基材１１が金属である場合、例えばメタルプリント加工によって金属基材の表面に突起１２を形成することができる。具体的には、凹凸構造を有する金属金型を金属基材に押し当て、熱と圧力を加えることで金属基材の表面に突起１２を形成することができる。
【００２８】
図４Ｂに示すように、基材１１が金属の管状部材であり、管状部材の内側に突起１２が設けられている場合、例えばロール技術を用いて抗菌部材１０´を作製することができる。具体的には、外側表面に凹凸構造が形成された円筒状の原版に基材１１´を押し付けながら回転させることで、基材１１´の表面に突起１２を形成しながら、基材を管状に成形することができる。
【００２９】
上述したナノインプリント加工、メタルプリント加工およびロール技術ともに、基材１１，１１´の表面の一部を突起１２とすることから、抗菌部材１０，１０´は基材１１，１１´と突起１２とが一体に成形された物となる。もちろん、基材１１，１１´と突起１２との十分な密着性が得られれば、基材１１，１１´と突起１２とを別に用意して接着した物であってもよい。
【実施例】
【００３０】
以下、実施例に基づいて本発明についてより詳細に説明する。
【００３１】
（１）バイオフィルム抑制効果の確認
基材１１として樹脂フィルムを用い、突起１２の直径を変えた２つの抗菌部材（実施例１、比較例１）を作製した。樹脂フィルムはＣＯＰ（ヤング率：０．２２ＧＰａ）を材料とした。実施例１の抗菌部材の突起１２のサイズを１μｍとし、比較例１の突起１２のサイズを５μｍとした。ピッチ間隔Ｌは突起１２の直径の１．７５倍とし、突起１２のアスペクト比は１とした。樹脂フィルムへの突起１２の形成は、ニッケルモールドをナノインプリント加工することで行った。
【００３２】
上述した抗菌部材１０に、以下の手順で菌を培養した。試験菌には黄色ブドウ球菌（直径：約１μｍ）を用いた。試験菌数が１０７〜１０８／ｍＬになるまでトリプケースソイ（ＳＣＤ）ブイヨン（Ｔｒｙｐｃａｓｅ  Ｓｏｙ  Ｂｒｏｔｈ）培地で浮遊培養して試験菌液を得た。ガラスシャーレ、抗菌部材１０を高圧蒸気滅菌（１２１℃、１５分間）し、実施例１および比較例１の抗菌部材１０をガラスシャーレに設置した後、試験菌液を添加した。ＳＣＤブイヨン培地を１日１回交換し、２１日間培養した。
【００３３】
図５は実施例１の抗菌部材の表面のＳＥＭ観察写真であり、図６は比較例１の抗菌部材の表面のＳＥＭ観察写真である。実施例１および比較例１の抗菌部材ともに、突起１２が設けられた領域（図５および図６中の点線で囲んだ領域）と、突起１２が設けられていない領域（図５および図６中の点線で囲んだ領域以外の領域）がある。図５および図６に示すように、実施例１および比較例１の抗菌部材ともに、突起１２が設けられていない領域は、菌２０が増殖している。
【００３４】
一方、突起１２が設けられている領域を見ると、実施例１の抗菌部材はほとんど菌が増殖していないのに対し、比較例１の抗菌部材では菌２０が突起１２が設けられている領域においても増殖している。このことから、黄色ブドウ球菌と同じ直径を有する突起１２が設けられた抗菌部材は、菌の増殖を抑制できることがわかった。
【００３５】
（２）抗菌部材の耐水性評価
次に、基材の樹脂材料を変え、ナノインプリントによって直径１μｍ、高さ５μｍの突起１２を有する抗菌部材（実施２〜４および比較例２）を作製した。ピッチ間隔Ｌは突起１２の直径の１．７５倍とし、突起１２のアスペクト比は１とした。実施例１〜３および比較例２のそれぞれの抗菌部材の材料およびそのヤング率を後述する表１に示す。ヤング率は、ナノインデンテーション法を用いて測定した。
【００３６】
作製した抗菌部材を水中に浸した後、ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）によって表面の構造を観察し、耐水性（水中での構造安定性）評価を行った。観察の結果、突起１２同士が結合せず、基材表面の凹凸構造が崩壊していないものを「合格」、突起１２同士が結合し、基材表面の凹凸構造が崩壊したものを「不合格」と評価した。耐水性評価結果を後述する表１に併記する。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
表１に示すように、抗菌部材の材料のヤング率が本発明の規定を満たす実施例１〜３は、ＳＥＭ観察の結果、突起１２同士が結合しておらず、耐水性評価の結果は全て「合格」となった。一方、抗菌部材の材料のヤング率が本発明の規定を満たさない比較例２は、耐水性評価の結果が「不合格」であった。
【００３９】
図７は比較例２の抗菌部材の耐水性試験後の表面のＳＥＭ観察写真である。図７に示すように、突起１２同士が結合し、凹凸構造が崩れる現象が見られた。これは、比較例２の抗菌部材の材料の強度が弱く（ヤング率：０．００２〜０．００４ＧＰａ）、表面張力や静電気等の力で突起１２同士が結合したものと考えられる。
【００４０】
このことから、基材１１表面の凹凸構造を安定に保つためには、突起１２ヤング率は、０．００５ＧＰａ以上、５ＧＰａ以下とすることが好ましいことが実証された。
【００４１】
以上、発明したように、本発明によれば、抗菌皮膜を設けることなく、抗菌対象の部材表面におけるバイオフィルム成長を抑制することが可能な抗菌部材を提供可能であることが示された。また、水に接触した場合であっても基材１１の表面に設けられた凹凸構造を安定に保つことができ、抗菌効果を持続させることが可能であることが示された。本発明の抗菌部材は、医療、食品および電化製品等の様々な分野で使用することができる。
【００４２】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１０，１０´…抗菌部材、１１，１１´…基材、１２…突起、１３…接着剤、２０…菌、Ｌ…ピッチ間隔。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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