(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の貫通孔が設けられた金属製多孔膜を備え、流体に含まれる濾過対象物として生物由来物質を濾過する濾過フィルタであって、
前記金属製多孔膜の前記貫通孔の大きさが０．１μｍ以上５００μｍ以下であり、前記貫通孔の内周面に、周方向に波状の凹凸が設けられている、
濾過フィルタ。
【請求項２】
前記波状の凹凸は、畝部と谷部とが交互に繰り返されることにより形成され、
前記畝部及び前記谷部は、前記流体の流れ方向に沿うように形成されている、
請求項１に記載の濾過フィルタ。
【請求項３】
前記畝部の配置間隔は、前記貫通孔を通過する前記濾過対象物の平均粒子径より小さい、
請求項２に記載の濾過フィルタ。
【請求項４】
前記畝部及び前記谷部の表面に凹凸が設けられている、
請求項３に記載の濾過フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体に含まれる濾過対象物を濾過する濾過フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の濾過フィルタとして、例えば、特許文献１に記載されているものが知られている。特許文献１には、流体サンプルから濾過対象物を分離するための濾過フィルタが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１０−５２０４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
後述するように、本発明者らは、濾過フィルタの貫通孔における流体の通過速度（流速）が速くなることで、貫通孔を通過する濾過対象物にかかる負荷が増大することを知見した。このため、従来の濾過フィルタにおいては、濾過対象物が貫通孔を通過する時に濾過対象物にかかる負荷を低減する観点において、未だ改善の余地がある。【０００５】
本発明の目的は、前記課題を解決することにあって、濾過対象物にかかる負荷を低減することができる濾過フィルタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明の一態様に係る濾過フィルタは、
複数の貫通孔が設けられた金属製多孔膜を備え、流体に含まれる濾過対象物を濾過する濾過フィルタであって、
前記金属製多孔膜の前記貫通孔の内周面に、周方向に波状の凹凸が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、濾過対象物にかかる負荷を低減することができる濾過フィルタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態に係る濾過フィルタの概略図
【図２】図１の濾過フィルタのＺ１部分の拡大斜視図
【図３】図２を厚み方向から見た概略図
【図４】図２のＺ２部分の拡大部の模式図
【図５Ａ】図１の濾過フィルタの製造方法の一工程を模式的に示す断面図
【図５Ｂ】図５Ａに続く工程を示す断面図
【図５Ｃ】図５Ｂに続く工程を示す断面図
【図５Ｄ】図５Ｃに続く工程を示す断面図
【図５Ｅ】図５Ｄに続く工程を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（本発明の基礎となった知見）
濾過対象物を含む流体を濾過フィルタで濾過するとき、濾過速度（単位時間当たりの濾過量）を速くするためには、開口率を高くした濾過フィルタの使用が有用である。濾過フィルタの開口率を高くするために、貫通孔を一定の大きさで複数個設ける場合、濾過フィルタの貫通孔の大きさを微細にして濾過する面全体に貫通孔が密に形成される。
【００１０】
一方、貫通孔の大きさを微細にするほど、貫通孔における流体の通過速度が速くなる。本発明者らは、貫通孔における流体の通過速度（流速）が速くなることで、貫通孔を通過する濾過対象物にかかる負荷が増大することを知見した。
【００１１】
本発明者らは、この新規な知見に基づき鋭意検討した結果、濾過フィルタに設けられた貫通孔の内周面に、周方向に波状の凹凸を設けることで、貫通孔の内周面の表面積を大きくする構成を見出した。これにより、内周面に凹凸を設けない構成よりも内周面の表面抵抗を増大させることができ、貫通孔における濾過対象物の通過速度を遅くすることができることを見出した。この結果、開口率を高めて濾過速度を速くすると共に、貫通孔を通過する濾過対象物にかかる負荷を低減できることを見出した。
【００１２】
これらの点を踏まえて、本発明者らは、以下の発明に至った。
【００１３】
本発明の一態様に係る濾過フィルタは、複数の貫通孔が設けられた金属製多孔膜を備え、流体に含まれる濾過対象物を濾過する濾過フィルタであって、
前記金属製多孔膜の前記貫通孔の内周面に、周方向に波状の凹凸が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、貫通孔の内周面に周方向に波状の凹凸を設けているので、貫通孔の内周面の表面積を大きくすることができる。これによって、内周面に凹凸を設けない構成よりも内周面の表面抵抗を増大させることができ、貫通孔における濾過対象物の通過速度を遅くすることができる。このため、貫通孔を通過する濾過対象物にかかる負荷を低減できる。また、貫通孔の内周面に周方向に波状の凹凸を設けることで、貫通孔の内周面に濾過対象物が付着することを抑制することができる。これによって、貫通孔に濾過対象物が目詰まりすることを抑制することができる。また、貫通孔に濾過対象物が目詰まりした場合でも、濾過対象物と波状の凹凸の間の流路により流体を通過させることができる。従って、濾過効率を向上させることができる。
【００１５】
また、前記波状の凹凸は、畝部と谷部とが交互に繰り返されることにより形成され、前記畝部及び前記谷部は、前記流体の流れ方向に沿うように形成されることが好ましい。この構成によれば、波状の凹凸を形成する畝部及び谷部が流体の流れ方向に沿うように形成されているため、貫通孔の入口から出口に至るまで、貫通孔の開口面積を一定に保つことができる。
【００１６】
また、前記畝部の配置間隔は、前記貫通孔を通過する前記濾過対象物の平均粒子径より小さいことが好ましい。この構成によれば、濾過対象物が谷部に入り込むことを抑えることができ、濾過対象物と貫通孔の内周面との接触面積を小さくすることができる。その結果、貫通孔の内周面に濾過対象物が付着することを一層抑制することができる。
【００１７】
また、前記畝部及び前記谷部の表面に凹凸が設けられていることが好ましい。この構成によれば、内周面の表面抵抗をより一層増大させることができ、貫通孔における濾過対象物の通過速度をさらに遅くすることができる。また、畝部及び谷部の表面と濾過対象物との接触面積を小さくすることができ、貫通孔の内周面に濾過対象物が付着することをより一層抑制することができる。また、貫通孔に濾過対象物が目詰まりして、さらに、波状の凹凸に濾過対象物が吸着した場合でも、濾過対象物と凹凸の間の流路により流体を通過させることができる。
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
（実施の形態）
本実施の形態に係る濾過フィルタの構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る濾過フィルタ１０の概略図である。図２は、図１の濾過フィルタ１０のＺ１部分の拡大斜視図である。図３は、図２を厚み方向から見た概略図である。図１から図３中のＸ、Ｙ、Ｚ方向は、それぞれ濾過フィルタ１０の縦方向、横方向、厚み方向を示しており、互いに直交する方向である。
【００２０】
図１に示すように、濾過フィルタ１０は、金属製多孔膜１１と、金属製多孔膜１１の外周に設けられた枠部１３と、を備える。濾過フィルタ１０の金属製多孔膜１１は、図２に示すように、互いに対向する第１主面ＰＳ１と第２主面ＰＳ２とを有している。
【００２１】
金属製多孔膜１１の外周に設けられた枠部１３は、金属製多孔膜１１を保持するものである。枠部１３の形状は、例えば、金属製多孔膜１１の主面ＰＳ１側から見て環状である。なお、濾過フィルタ１０において、枠部１３が設けられずに、他の部材によって金属製多孔膜１１が保持されてもよい。
【００２２】
金属製多孔膜１１には、両主面ＰＳ１、ＰＳ２を貫通する複数の貫通孔１２が形成されている。貫通孔１２は流体から濾過対象物を分離するものである。貫通孔１２の形状及び寸法は、濾過対象物の形状、大きさに応じて適宜設定されるものである。貫通孔１２は、例えば、等間隔又は周期的に配置される。貫通孔１２の形状は、例えば、金属製多孔膜１１の主面ＰＳ１側から見て正方形である。本実施の形態において、図３に示すように、貫通孔１２は、正方格子状に配列されている。貫通孔１２の一辺ｄは、例えば、縦０．１μｍ以上５００μｍ以下、横０．１μｍ以上５００μｍ以下である。貫通孔１２間の間隔ｂは、例えば、貫通孔１２の１倍よりも大きく１０倍以下であり、より好ましくは３倍以下である。また、金属製多孔膜１１における貫通孔１２の開口率は、例えば、１０％以上である。
【００２３】
金属製多孔膜１１の材料としては、例えば、金、銀、銅、白金、ニッケル、ステンレス、鋼、パラジウム、チタン、コバルト、これらの合金、及びこれらの酸化物が挙げられる。金属製多孔膜１１の寸法は、例えば、直径８ｍｍ、厚さ０．１μｍ以上１００μｍ以下である。金属製多孔膜１１の外形は、例えば、円形、楕円形、又は多角形である。本実施の形態においては、金属製多孔膜１１の外形は、円形となっている。
【００２４】
図４は、図２のＺ２部分の拡大部の模式図である。図４に示すように、金属製多孔膜１１の貫通孔１２の内周面１４には、周方向に波状（カーテン状）の凹凸１５が設けられている。本実施の形態において、波状の凹凸１５は、滑らかな形状（例えば、サインカーブ）を有するように形成されている。また、波状の凹凸１５は、畝部１５ａと谷部１５ｂとが交互に繰り返されることにより形成されている。畝部１５ａ及び谷部１５ｂは、稜線が流体の流れ方向に沿うように形成されている。本実施の形態において、流体の流れ方向は金属製多孔膜１１の主面ＰＳ１、ＰＳ２に対して直交方向（Ｚ方向）であり、畝部１５ａ及び谷部１５ｂはＺ方向に延在するように形成されている。さらに、図４のＺ３部分の拡大部に示すように、畝部１５ａ及び谷部１５ｂの表面には凹凸１６が設けられている。凹凸１６は、波状の凹凸１５よりも微細な形状を有しており、複数の凸部１６ａと凹部１６ｂとにより形成されている。また、本実施の形態において、畝部１５ａの配置間隔Ｐ１は、貫通孔１２を通過する濾過対象物の平均粒子径より小さく設定することが好ましい。
【００２５】
本実施の形態において、濾過対象物は、液体に含まれる生物由来物質である。本明細書において、「生物由来物質」とは、細胞（真核生物）、細菌（真性細菌）、ウィルス等の生物に由来する物質を意味する。細胞（真核生物）としては、例えば、人工多能性幹細胞（ｉＰＳ細胞）、ＥＳ細胞、幹細胞、間葉系幹細胞、単核球細胞、単細胞、細胞塊、浮遊性細胞、接着性細胞、神経細胞、白血球、再生医療用細胞、自己細胞、がん細胞、血中循環がん細胞（ＣＴＣ）、ＨＬ−６０、ＨＥＬＡ、菌類を含む。細菌（真性細菌）としては、例えば、大腸菌、結核菌を含む。また、濾過対象物の平均粒子径は１００ｎｍから５００μｍである。
【００２６】
本実施の形態によれば、金属製多孔膜１１の貫通孔１２の内周面１４に、周方向に波状の凹凸１５が設けられている。この構成によれば、内周面１４に凹凸１５を設けない構成よりも貫通孔１２の内周面１４の表面積を大きくすることができる。これにより、内周面１４に凹凸１５を設けない構成よりも内周面１４の表面抵抗を増大させることができる。このため、貫通孔１２における濾過対象物の通過速度を遅くすることができる。この結果、開口率を高く保ちながら、貫通孔１２を通過する濾過対象物にかかる負荷を低減できる。また、貫通孔１２の内周面１４に周方向に波状の凹凸１５を設けることで、内周面１４に濾過対象物が付着することを抑制し、貫通孔１２に濾過対象物が目詰まりすることを抑制することができる。また、貫通孔１２に濾過対象物が目詰まりした場合でも、濾過対象物と波状の凹凸１５の間の流路により流体を通過させることができる。従って、濾過効率を向上させることができる。
【００２７】
また、波状の凹凸１５が畝部１５ａと谷部１５ｂとが交互に繰り返されることにより形成され、畝部１５ａ及び谷部１５ｂが流体の流れ方向に沿うように形成されている。この構成によれば、貫通孔１２の入口から出口に至るまで、貫通孔１２の開口面積を一定に保つことができる。
【００２８】
また、畝部１５ａの配置間隔Ｐ１は、貫通孔１２を通過する濾過対象物の平均粒子径より小さく設定することが好ましい。また、波状の凹凸１５の高さは、貫通孔１２の大きさに対して１０％以下であることが好ましい。なお、本実施の形態において、高さとは、例えば、畝部１５ａの頂部から谷部１５ｂの底部までの高さの平均値である。この構成によれば、濾過対象物が谷部１５ｂに入り込むことを抑えることができ、濾過対象物と内周面１４との接触面積を小さくすることができる。その結果、内周面１４に濾過対象物が付着することを一層抑制することができる。
【００２９】
また、内周面１４に設けられた畝部１５ａ及び谷部１５ｂの表面には凹凸１６が設けられている。この構成によれば、内周面１４の表面抵抗をより一層増大させることができ、貫通孔１２における濾過対象物の通過速度を遅くすることができる。また、濾過対象物と内周面１４との接触面積をより小さくすることができ、内周面１４に濾過対象物が付着することをより一層抑制することができる。また、貫通孔１２に濾過対象物が目詰まりして、さらに、波状の凹凸１５に濾過対象物が吸着した場合でも、濾過対象物と凹凸１６の間の流路により流体を通過させることができる。
【００３０】
金属製多孔膜１１において、貫通孔１２の大きさが５０μｍ以下の場合、貫通孔１２における流体の通過速度が速くなることで、貫通孔１２を通過する濾過対象物にかかる負荷が増大しやすい。このため、特に貫通孔１２の大きさが５０μｍ以下の場合、貫通孔１２における濾過対象物の通過速度を遅くすることがより一層求められる。このような観点から、濾過対象物の平均粒子径が５０μｍ以下の場合に、本実施の形態における効果が得られやすい。
【００３１】
次に金属製多孔膜１１の製造方法の一例について説明する。図５Ａから図５Ｅは、金属製多孔膜１１の製造方法の一例を示す断面図である。
【００３２】
まず、図５Ａに示すように、シリコンなどの基板２１上に銅薄膜２２を形成する。銅薄膜２２は、例えば蒸着又はスパッタリングにより形成することができる。スパッタリングにて形成した方が、蒸着にて形成される場合と比べて、表面膜質を良好なものとすることができる。
【００３３】
次いで、図５Ｂに示すように、銅薄膜２２上にレジスト膜２３を形成する。具体的には、銅薄膜２２上に、例えばスピンコートによりレジストの塗布を行い、乾燥処理を行うことにより、レジスト膜２３を形成する。レジスト膜２３の膜厚は、金属製多孔膜１１の膜厚に応じて適宜設定されるものである。
【００３４】
次いで、図５Ｃに示すように、レジスト膜２３を露光及び現像処理し、レジスト膜２３から金属製多孔膜１１に対応する部分が除去された、溝部２４を有するレジスト像２５を形成する。なお、エネルギー密度又はフォーカスオフセットを小さくして露光を行うことで、溝部２４の内周面には、周方向に波状の凹凸が形成される。これは、金属製多孔膜１１の貫通孔１２の内周面１４における波状の凹凸１５に対応する。
【００３５】
次いで、図５Ｄに示すように、レジスト膜２３を除去した部分に金属製多孔膜１１を形成する。金属製多孔膜１１は、例えば、電解めっき法により形成することができる。なお、電解めっき法によりめっきを行う際、通常はめっき速度を遅くしてめっきを長時間かけて行う。本実施の形態においては、めっき速度を速くしてめっきを短時間で行うことにより、畝部１５ａ及び谷部１５ｂの表面に凹凸１６を形成している。
【００３６】
次いで、図５Ｅに示すように、溶剤（例えば、アセトン等）への浸漬を行って、レジスト像２５を溶解剥離処理して、銅薄膜２２上からレジスト像２５を除去する。
【００３７】
次いで、銅薄膜２２をエッチングして除去し、金属製多孔膜１１を基板２１から剥離する。これにより、貫通孔１２の内周面１４に波状の凹凸１５が形成され、さらに畝部１５ａ及び谷部１５ｂの表面に凹凸１６が形成された、金属製多孔膜１１が作製される。なお、図５Ａから図５Ｅを用いて説明した製造方法は一例であり、その他の製造方法が採用されてもよい。
【００３８】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、前記実施の形態では、金属製多孔膜１１は、液体から生物由来物質を濾過するために使用されるものとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、金属製多孔膜１１は、液体を濃縮するために使用されてもよい。
【００３９】
また、畝部１５ａ及び谷部１５ｂの配置間隔Ｐ１は、周方向において一定でなくてもよい。また、稜線が流体の流れ方向に概ね沿っていれば、畝部１５ａ及び谷部１５ｂの間隔は、流体の流れ方向において変化してもよい。
【００４０】
（実施例１）
次に、図５Ａから図５Ｅを用いて説明した製造方法により作製した、実施例１に係る金属製多孔膜１１について説明する。
【００４１】
まず、シリコン基板２１の上面に、スパッタリング装置を用いて銅薄膜２２を形成した。このとき、シリコン基板２１と銅薄膜２２との接着性を確保するためにチタン製薄膜の中間層を形成した。スパッタリングの条件としては、真空度５．０×１０−４Ｐａのアルゴンガス雰囲気下で、ＤＣ５００Ｗの電力を印加し、銅薄膜２２は２７分、チタン製薄膜は３分５秒かけてスパッタリングを行った。
【００４２】
次いで、スピンコーターを用いて、シリコン基板２１の上面に形成された銅薄膜２２上に、膜厚２μｍのレジスト膜２３を形成した。このとき、スピンコーターの回転数は１１３０ｒｐｍとして、レジスト剤（住友化学製ＰＦＩ−３７Ａ）を銅薄膜２２上に塗布した後、１３０℃の窒素雰囲気下で溶剤を揮発させ、冷却することで、レジスト膜２３を形成した。
【００４３】
次いで、波長３６５ｎｍを含んだエネルギー密度１３００Ｊ／ｍ２の光線を、開口（ＮＡ）０．４５、フォーカスオフセット＋０．８０μｍにて０．２５秒間照射して、レジスト膜２３を露光した。このとき、金属製多孔膜１１の対応する貫通孔を有するマスクを用いて、露光を行った。その後、さらに８５℃の大気下で３分間加熱した後、デベロッパー溶液（ＮＭＤ−３）に１分間浸漬する作業を２回行って現像した。これにより、レジスト膜２３から金属製多孔膜１１に対応する部分を除去した。
【００４４】
次いで、ＲＦ２００Ｗの強度で１分間アッシングした後、５％の希硫酸に６０秒間浸漬した。その後、液温５５℃、ｐＨ４．０のスルファミン酸ニッケルめっき液に電流値１．６９９Ａの下、揺動させながら、めっき速度０．５μｍ／ｍｉｎで電解めっきを行った。これにより、レジスト膜２３を除去した部分に金属製多孔膜１１を形成した。
【００４５】
次いで、アセトン溶液中で１５分間超音波をかけることでレジスト膜２３を剥離した。
【００４６】
次いで、銅薄膜２２をエッチングして除去し、金属製多孔膜１１をシリコン基板２１から剥離した。このとき、６０％過酸化水素水と酢酸と純水を１：１：２０の混合比で作製した水溶液に、２５℃の環境下で４８時間浸漬することで剥離を行った。このようにして、実施例１に係る金属製多孔膜を作製した。
【００４７】
（実施例２）
次に、実施例２に係る金属製多孔膜について説明する。実施例２では、実施例１と異なる点について説明する。
【００４８】
レジスト膜を露光する条件として、波長３６５ｎｍを含んだエネルギー密度２０５０Ｊ／ｍ２の光線を、開口（ＮＡ）０．４５、フォーカスオフセット＋０．２０μｍにて０．２５秒間照射して、レジスト膜２３を露光した。
【００４９】
（比較例１）
次に、比較例１に係る金属製多孔膜について説明する。比較例１では、実施例１と異なる点について説明する。
【００５０】
レジスト膜を露光する条件として、波長３６５ｎｍを含んだエネルギー密度２０５０Ｊ／ｍ２の光線を、開口（ＮＡ）０．４５、フォーカスオフセット＋０．８０μｍにて０．２５秒間照射して、レジスト膜２３を露光した。
【００５１】
実施例１及び２において、金属製多孔膜１１の貫通孔１２の内周面１４に、波状の凹凸１５が形成されており、さらに、畝部１５ａ及び谷部１５ｂの表面に凹凸１６が形成されていることが観察された。一方、比較例１においては、金属製多孔膜１１の貫通孔１２の内周面１４に、波状の凹凸１５は観察されなかった。
【００５２】
以上により、エネルギー密度又はフォーカスオフセットを小さく設定することで、金属製多孔膜１１の貫通孔１２の内周面１４に、波状の凹凸１５が形成され、さらに、畝部１５ａ及び谷部１５ｂの表面に凹凸１６が形成されることが確認された。
【００５３】
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施の形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、濾過対象物にかかる負荷を低減することができるので、生物由来物質やＰＭ２．５などの流体に含まれる濾過対象物を濾過する濾過フィルタに有用である。
【符号の説明】
【００５５】
１０  濾過フィルタ
１１  金属製多孔膜
１２  貫通孔
１３  枠部
１４  内周面
１５  波状の凹凸
１５ａ  畝部
１５ｂ  谷部
１６  畝部及び谷部の表面の凹凸
１６ａ  凸部
１６ｂ  凹部
２１  基板
２２  銅薄膜
２３  レジスト膜
２４  溝部
２５  レジスト像
ＰＳ１  第１主面
ＰＳ２  第２主面
【要約】
濾過フィルタは、複数の貫通孔が設けられた金属製多孔膜を備え、流体に含まれる濾過対象物を濾過する濾過フィルタであって、金属製多孔膜の貫通孔の内周面に、周方向に波状の凹凸が設けられている。【図１】
0006406480.tif 000002
【図２】
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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５Ｃ】
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【図５Ｄ】
0006406480.tif 000009
【図５Ｅ】
0006406480.tif 000010