(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
突起部が表面に複数設けられた処理面を備える殺菌部材を用いた殺菌方法であって、
前記殺菌部材として、前記突起部の先端の前記処理面に平行な方向の寸法は殺菌対象の菌の最大幅より小さく、前記突起部の前記処理面からの高さは前記殺菌対象の菌の前記最大幅の１／２以上であるものを用い、
前記殺菌対象の菌を含有する流体を前記殺菌部材の前記処理面に対して衝突させて前記殺菌対象の菌を殺菌する殺菌方法。
【請求項２】
前記殺菌部材を固定した状態で前記流体を前記処理面に向かって流動させることで、前記流体を前記処理面に対して衝突させて前記殺菌対象の菌を殺菌する請求項１に記載の殺菌方法。
【請求項３】
前記流体の流れ方向における前記処理面に対する手前側で、前記流体の流れを前記処理面に向かって加速させる請求項２に記載の殺菌方法。
【請求項４】
前記流体と前記処理面とが衝突する際に前記処理面に前記流体から加えられる圧力が１０ＭＰａ以上である請求項１〜３のいずれか一項に記載の殺菌方法。
【請求項５】
突起部が表面に複数設けられた処理面を備える殺菌部材を用いた殺菌機構であって、
前記殺菌部材は、前記突起部の先端の前記処理面に平行な方向の寸法は殺菌対象の菌の最大幅より小さく、前記突起部の前記処理面からの高さは前記殺菌対象の菌の前記最大幅の１／２以上であるものであり、
前記殺菌対象の菌を含有する流体が流れる流路を備え、
前記流路の一部に前記殺菌部材が設置されており、
前記殺菌部材の前記処理面に向かう前記流体の流れを形成する流れ形成部を備える殺菌機構。
【請求項６】
前記流体の流れ方向における前記処理面の手前に配置され、前記流体の流れを前記処理面に向かって加速させる加速機構を備える請求項５に記載の殺菌機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、突起部が表面に複数設けられた処理面を備える殺菌部材を用いた殺菌方法、及び、殺菌機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
Elena他１２名の論文“Bactericidal activity of black silicon”（非特許文献１）では、ナノスケールの細さの突起部が多数設けられた表面構造（例えば図１）を有するトンボの羽やブラックシリコンが、様々な菌種に対して殺菌効果があることが報告されている。具体的には、菌を懸濁させた液中にトンボの羽やブラックシリコンのシートを入れて放置することで、液中の菌数が減少していることが見出された。しかし、トンボの羽やブラックシリコンなど、突起部が表面に複数設けられた表面構造をもつ殺菌部材を用いた殺菌の手法は、実用化に向けて未だ改善の余地があるといえる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Elena P. Ivanova、他１２名、“Bactericidal activity of black silicon”、NATURE COMMUNICATIONS、4:2838、DOI: 10.1038/ncomms3838
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の殺菌部材を用いてより好適に殺菌が行える殺菌方法及び殺菌機構の実現が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る殺菌方法は、
突起部が表面に複数設けられた処理面を備える殺菌部材を用いた殺菌方法であって、
前記殺菌部材として、前記突起部の先端の前記処理面に平行な方向の寸法は殺菌対象の菌の最大幅より小さく、前記突起部の前記処理面からの高さは前記殺菌対象の菌の前記最大幅の１／２以上であるものを用い、
前記殺菌対象の菌を含有する流体を前記殺菌部材の前記処理面に対して衝突させて前記殺菌対象の菌を殺菌する。
【０００６】
発明者は、殺菌部材の菌種ごとの殺菌効果と、当該菌種の径に対する突起部の寸法との間に関連があることを見出した。具体的には、当該菌種の径に対して殺菌部材における突起部が少なくとも１／２以上の高さを有していることでより好適な殺菌効果が得られることを見出した。そして、発明者は、この現象に基づき、このような殺菌部材が殺菌効果を奏するのは、突起部が多数設けられた表面に対し菌が接触したときに、突起部による物理的な作用（例えば、図３に示されるように、菌が突起部に刺さるなど）を受けることが少なくとも要因の一つであると着想した。さらに、発明者は、この着想を基に、単に菌を処理面に接触させるのではなく、菌又は殺菌部材のどちらかに外力を加えて菌と処理面とが衝突するようにすれば、突起部による物理的な作用を強力なものとでき、殺菌効果が高まるのではないかと着想した。そして、上記構成によれば、発明者が見出した好適な手法を採用し、殺菌部材として突起部が殺菌対象の菌の径の１／２以上の高さを有するものを用い、殺菌対象の菌を含有する流体と殺菌部材の処理面とを衝突させることにより、効果的に殺菌を行うことができる。
【０００７】
以下、本発明に係る殺菌方法の好適な態様について説明する。但し、以下に記載する好適な態様例によって、本発明の範囲が限定される訳ではない。
【０００８】
１つの態様として、前記殺菌部材を固定した状態で前記流体を前記処理面に向かって流動させることで、前記流体を前記処理面に対して衝突させて前記殺菌対象の菌を殺菌すると好適である。
【０００９】
この構成によれば、流体を処理面に向かって流動させることで、殺菌対象の菌を殺菌部材の処理面に効果的に衝突させることができるから、より効果的に殺菌を行うことができる。
【００１０】
１つの態様として、前記流体の流れ方向における前記処理面に対する手前側で、前記流体の流れを前記処理面に向かって加速させると好適である。
【００１１】
突起部による物理的な作用を強力にしようとすると、菌と処理面との衝突時における流体の流速を高めて菌と処理面とがより強い力で衝突するようにすることが考えられるが、この構成によれば、処理面に対する手前側の一部でのみ流速を高めるから、全体的に流速を高めるのに比べ、菌と処理面との衝突時における流速を高めるのに要するエネルギーを低減でき、効率的な運転が可能になる。
【００１２】
１つの態様として、前記流体と前記処理面とが衝突する際に前記処理面に前記流体から加えられる圧力が１０ＭＰａ以上であると好適である。
【００１３】
発明者は、さらに、流体と処理面とが衝突する際に処理面に流体から加えられる圧力が１０ＭＰａ以上であると、殺菌部材による殺菌効果が一層効果的に高まることを見出した。そして、この構成によれば、発明者が見出した好適な手法を採用しているから、一層効果的に殺菌を行うことができる。
【００１４】
本発明に係る殺菌機構は、
突起部が表面に複数設けられた処理面を備える殺菌部材を用いた殺菌機構であって、
前記殺菌部材は、前記突起部の先端の前記処理面に平行な方向の寸法は殺菌対象の菌の最大幅より小さく、前記突起部の前記処理面からの高さは前記殺菌対象の菌の前記最大幅の１／２以上であるものであり、
前記殺菌対象の菌を含有する流体が流れる流路を備え、
前記流路の一部に前記殺菌部材が設置されており、
前記殺菌部材の前記処理面に向かう前記流体の流れを形成する流れ形成部を備える。
【００１５】
この構成によれば、上記した本発明に係る殺菌方法と同様の作用効果を奏することができる。
【００１６】
１つの態様として、前記流体の流れ方向における前記処理面の手前に配置され、前記流体の流れを前記処理面に向かって加速させる加速機構を備えると好適である。
【００１７】
この構成によれば、処理面に対する手前側の一部でのみ流速を高めるから、全体的に流速を高めるのに比べ、菌と処理面との衝突時における流速を高めるのに要するエネルギーを低減でき、効率的な運転が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る殺菌部材の斜視図と拡大図
【図２】細菌栄養細胞に対するトンボの羽の殺菌効果の例を示すグラフ
【図３】突起部の酵母に対する作用を模式的に示すイメージ図
【図４】本発明に係る殺菌方法の一例を示す図
【図５】本発明に係る殺菌機構の一例であるホモジナイザーの断面図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明に係る殺菌方法及び殺菌機構について、図面を参照して説明する。本実施形態に係る殺菌方法及び殺菌機構は、殺菌対象の菌の径よりも細い先端を有する突起部２が表面に複数設けられた処理面１Ａを備える金属製もしくは非金属製の殺菌部材１を用いる。そして、殺菌部材１として、突起部２が殺菌対象の菌の径の１／２以上の高さを有するものを用い、殺菌対象の菌を含有する流体を殺菌部材１の処理面１Ａに対して衝突させて殺菌対象の菌を殺菌する。これにより、好適に殺菌が行える。以下、本実施形態に係る殺菌方法及び殺菌機構について、詳細に説明する。
【００２０】
まず、殺菌方法及び殺菌機構に用いる殺菌部材１について説明する。本実施形態に係る殺菌方法及び殺菌機構では、図１に示すような、殺菌対象の菌の径よりも細い先端（例えば１μｍ以下のナノスケールの細さの先端）を有する突起部２が表面に複数設けられた処理面１Ａを備えるシート状の殺菌部材１を用いる。このような殺菌部材１は、殺菌対象とする菌により既存のものを選択して用いたり、殺菌対象の菌に合わせて製造してもよい。例えば、菌として細菌栄養細胞を殺菌するための殺菌部材１としては、例えばトンボの羽やブラックシリコンなどが挙げられる。
【００２１】
そして、本実施形態では、殺菌部材１として、特に、突起部２が殺菌対象の菌の径の１／２以上の高さを有するものを用いる。これにより、一層好適な殺菌効果が得られるからである。これについて図２を用いて説明する。図２は、先端の細さが平均約０．０５μｍで高さが平均約０．５μｍの突起部２を有する殺菌部材１としてのトンボの羽を細菌栄養細胞（およそ直径０．５−１．０μｍ）を含む液を滴下した場合（図中トンボの羽）と、細菌栄養細胞を含む液を殺菌部材１に滴下せずに放置した場合（図中コントロール）の経時的な殺菌効果を示し、これを比較した結果、殺菌部材１に液を滴下した場合には殺菌効果があることが確認された。また、殺菌部材１上に酵母（およそ直径３μｍ）を含む液を滴下した場合と、酵母を含む液を殺菌部材１上に滴下せずに放置した場合の経時的な殺菌効果を確認した結果、殺菌部材１による殺菌効果はみられなかった。このように、突起部２が殺菌対象の菌の径の１／２以上の高さを有するときに、好適な殺菌効果が得られた。さらに言えば、殺菌対象の菌の径の３／４以上であるとより好適である。なお、ここでは突起部２の先端の細さが平均約０．０５μｍで高さが平均約０．５μｍのものを示したが、これに限定されず、先端の細さや高さは殺菌対象の菌の径に合わせて適宜変更すればよい。
【００２２】
このような菌の径の大きさにより殺菌効果の違いが生じることを鑑みると、殺菌部材１が殺菌効果を奏する要因の一つとして、菌が突起部２による物理的な作用を受けることが考えられる。つまり、図３を用いて模式的に説明すると、およそ直径３μｍの酵母４に対しては、平均約０．０５μｍで高さが平均約０．５μｍの突起部２では、突起部２が酵母４に刺さったなど何らかの物理的作用を及ぼしたとしても、突起部２に対して相当程度大きい酵母４に対してはその影響は乏しく酵母４を殺すことはできないのに対し、およそ直径０．５−１．０μｍの細菌栄養細胞３に対しては、平均約０．０５μｍで高さが平均約０．５μｍの突起部２により有効な物理的作用を及ぼすことができ、その結果細菌栄養細胞３を殺すことができるということが考えられる。
【００２３】
ここで、本実施形態に係る殺菌方法や殺菌機構が殺菌対象とする菌としては、細菌、酵母、カビやこれらの真菌が挙げられる。また、これら菌の状態は栄養細胞、胞子のどちらの場合でも殺菌効果が得られ、殺菌効果に対する影響はなかった。そして、本実施形態に係る殺菌方法や殺菌機構に用いる殺菌部材１は、殺菌対象とする菌に応じて、殺菌対象の菌の径よりも先端が細く且つ殺菌対象の菌の径の１／２以上の高さの突起部２を有する殺菌部材１を適宜選択したり、又は新たに製造すればよい。
【００２４】
このような殺菌部材１を用い、本実施形態に係る殺菌方法では、殺菌対象の菌を含有する流体と殺菌部材１の処理面１Ａとを衝突させて殺菌対象の菌を殺菌する。つまり、菌が突起部２による物理的な作用を受けることにより死ぬのであれば、単に菌を処理面１Ａに接触させるのではなく、菌又は殺菌部材１のどちらかに外力を加えて菌と処理面１Ａとが衝突するようにすれば、突起部２による物理的な作用を強力なものとでき、殺菌効果が高められる。
【００２５】
そして、本実施形態に係る殺菌方法では、殺菌対象の菌を含有する流体と殺菌部材１の処理面１Ａとを衝突させて殺菌対象の菌を殺菌することの一手段として、図４に示すように殺菌部材１を固定した状態で殺菌対象の菌を含有する流体５を処理面１Ａに向かって流動させることで、流体５と処理面１Ａとを衝突させる。この際、突起部２による物理的な作用を強力にするため、菌と処理面１Ａとの衝突時における流体５の流速を高めて菌と処理面とがより強い力で衝突するようにするのに、流体５の流れ方向における処理面１Ａに対する手前側で、流体５の流れを処理面１Ａに向かって加速させるとよい。全体的に流速を高めるのに比べ、菌と処理面１Ａとの衝突時における流速を高めるのに要するエネルギーを低減でき、効率的な運転が可能になる。
【００２６】
また、流体５と処理面１Ａとが衝突する際に処理面１Ａに流体５から加えられる圧力が１０ＭＰａ以上であると好適である。
【００２７】
次にこの殺菌方法を実行可能な殺菌機構の一例として、ホモジナイザーに殺菌部材１を適用した例について説明する。図５は、一般的なホモジナイザー１０であり、流体が流れる主流路１１がその中心に形成された環状のバルブシート１２と、バルブシート１２の環状の先端面１２ａと対向する円形の先端面１３ａを有するバルブ１３と、バルブシート１２の先端面１２ａとバルブ１３の先端面１３ａとの間で形成される環状流路１４の外側に設けられたインパクトリング１５と、を備える。ホモジナイザー１０では、主流路１１を圧送される流体５が、主流路１１に比べて流路面積が狭められた環状流路１４を通過する際にその流速が急速に上昇し、流速が高められた流体５がインパクトリング１５に衝突し、これにより液中の物質の分散状態が高められる。
【００２８】
そして、本実施形態では、流路の一部たるインパクトリング１５に、設置面１Ａが環状流路を向く状態で、殺菌部材１を設置する。このようにすることで、環状流路１４によって殺菌部材１の処理面に向かう流れが形成され、且つ、環状流路１４を通ることによって流体５が加速されて、処理面１Ａに流体５が好適に衝突する状態が生み出される。つまり、環状流路１４は殺菌部材１の処理面１Ａに向かう流体の流れを形成する流れ形成部として機能するとともに、流体５の流れ方向における処理面１Ａの手前に配置され、流体５の流れを処理面１Ａに向かって加速させる加速機構としても機能する。これにより、ホモジナイザー１０を用いて、殺菌対象の菌を含有する流体５を効果的に殺菌できる。
【００２９】
〔その他の実施形態〕
最後に、本発明に係る殺菌方法及び殺菌機構のその他の実施形態について説明する。なお、以下のそれぞれの実施形態で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することも可能である。
【００３０】
（１）上記の実施形態では、殺菌対象の菌を含有する流体と殺菌部材１の処理面１Ａとを衝突させて殺菌対象の菌を殺菌することの一手段として、図４に示すように殺菌部材１を固定した状態で殺菌対象の菌を含有する流体５を処理面１Ａに向かって流動させる構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。例えば、流体５に対して殺菌部材１を衝突させたり、流体５内部で殺菌部材１自体を処理面１Ａを前にして移動させる等、殺菌部材１自体を操作するようにしてもよい。
【００３１】
（２）上記の実施形態では、殺菌機構の一例として、ホモジナイザー１０に殺菌部材１を適用した構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。本発明に係る殺菌機構は、殺菌部材１の突起部１Ａが殺菌対象の菌の径の１／２以上の高さを有するものであり、殺菌対象の菌を含有する流体が流れる流路を備え、流路の一部に殺菌部材が設置されており、殺菌部材１の処理面１Ａに向かう流体の流れを形成する流れ形成部を備えるものであれば、どのようなものでもよい。また、流れ形成部は、ホモジナイザー１０の環状流路１４のように流れの向きを規制するものに限らず、それ自体で流れを形成するポンプ等の装置であってもよい。加速機構についても、ホモジナイザー１０の環状流路１４のように主流路１１との流れ面積の差を用いるような物の構造を利用して流れを加速するものに限らず、ポンプ等の機械的に流れを加速させるものであってもよい。
【００３２】
（３）その他の構成に関しても、本明細書において開示された実施形態は全ての点で例示であって、本発明の範囲はそれらによって限定されることはないと理解されるべきである。当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜改変が可能であることを容易に理解できるであろう。従って、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で改変された別の実施形態も、当然、本発明の範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、例えば細菌、酵母、カビ等の菌の殺菌に利用することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１        殺菌部材
１Ａ      処理面
２        突起部
１０      ホモジナイザー（殺菌機構）
１１      主流路（流路）
１４      環状流路（流れ形成部、加速機構）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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