(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の表面を処理する方法であって、前記方法は、
ａ）微生物構造の層を形成するために、処理される前記基材の表面上で、菌類、細菌、藻類、地衣類、及び、これらの任意の組み合わせから選択される微生物を成長させるステップと、
ｂ）１μｍ以下の厚さを有する、前記微生物構造上の第１の被覆を形成するために前記微生物構造を被覆するステップと、
を有し、
前記微生物が、ストレプトマイセスアルバスを有する、方法。
【請求項２】
前記第１の被覆が、蒸着、自己燃焼合成法、熱化学合成、溶射、電気化学合成、ゾルゲル法、及び、その場（in situ）形成から選択される１又は複数の方法によって、前記微生物構造上に形成される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第１の被覆が、有機被覆又は無機被覆であり、前記微生物構造の周囲にシェルを形成する、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記第１の被覆が、二酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化鉄、酸化銅、酸化銀、酸化チタン、及び、これらの任意の組み合わせから選択される無機酸化物からなる被覆である、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記方法が、
ｃ）前記第１の被覆上に第２の被覆を形成するステップを更に有する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の被覆が、疎水性材料、疎油性材料、又は、両疎媒性（amphiphobic）材料からなる被覆であり、前記第２の被覆が、７０ｍＪ／ｍ２以下の表面エネルギーを持つ、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記第２の被覆が、有機フッ素被覆、有機シリコーン被覆、フロロシリコーン被覆、及び、これらの任意の組み合わせから選択される、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記第１の被覆が、二酸化ケイ素を有し、前記第２の被覆が、フッ化シランを有する、請求項５記載の方法。
【請求項９】
前記方法が、前記第１の被覆が形成された後で前記微生物を不活性化又は除去するステップを更に有する、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
基材と、前記基材の表面の少なくとも一部上に形成された微生物構造の層と、前記微生物構造上に形成された第１の被覆と、を有する物であって、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の方法により作られる、物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材の表面を処理する方法に関する。
【０００２】
また、本発明は、微生物構造の層を有する物に関する。
【背景技術】
【０００３】
表面処理は、所望の表面特性又は所望の表面形状を提供する際に非常に一般的である。２０１４年９月４日付けの「自己集合疎水性バイオフィルム」、「バイオフィルム」、及び、「Chaplins」に開示されているように、細菌の一種を使用して基材にバイオフィルムを形成し、次いで、バイオフィルムにより疎水性タンパク質を生成して疎水性表面を形成することが知られている。キルスイッチにより、細菌は死滅されるが、疎水性タンパク質は残る。この方法により、処理された表面は疎水性を示す。
【０００４】
表面処理のための別のアプローチは、バイオミメティクスである。自然界の多くの表面が、特定の行動現象につながることがよく知られている。所望の表面特性又はトポグラフィを達成するために、自然表面の形態を模倣するための多くの方法が開発されている。
【０００５】
撥水／撥油性は、天然表面の形態を模倣することによって提供することができる重要な特性の１つであり、従って、日常生活ならびに多くの産業及び生物学的プロセスにおいて多くの注意を集めている。このような天然表面の例には、疎水性の珍しい現象を示す、蓮などの幾つかの植物の葉、アメンボの脚、及び、幾つかの昆虫の翅などに見られるものが含まれる。１つの有名な例は、ずっと以前に超疎水性であることが判明した蓮の葉である。これらの表面の特徴は、通常、マイクロメートル及びナノメートルスケール上に二元構造を有し、水接触角が大きくなることである。これは、水滴と表面のワックス結晶との間に空気が閉じ込められ、水滴と表面との実際の接触面積が最小限に抑えられるためである。撥水／撥油性のアプリケーションには、例えば、船体の摩擦抗力の低減、防氷、及び、自己洗浄表面が含まれる。透明な疎水性表面に関して、可能なアプリケーションの範囲は、ゴーグル又はフロントガラスのようなガラスベースの基材に拡大することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
水接触角が１５０°より大きい人工超疎水性表面は、エッチング及び機械加工などの様々な加工技術の助けを借りて天然の超疎水性表面の表面トポグラフィーを複製することによって調製されている。多くの人工超疎水性表面は、それらの湿潤ダイナミクスならびにそれらの化学的、機械的、及び、熱的安定性に関しても研究されており、工業的及び生物学的プロセスにおける多くの用途を開拓している。しかしながら、人工の超疎水性表面を製造するための現在の処理技術の多くは困難であり、一般に高価な材料又は厳しい条件を使用する。これらの問題は、安定性が低く、寿命が短いため、人工超疎水性表面の適用が制限されている。
【０００７】
従って、自然表面の形態を模倣することによって、表面処理のための簡単で低コストの方法を開発する必要がある。また、堅牢な超疎水性／超疎油性表面を便利な方法で提供する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の態様では、本発明は、基材の表面を処理する方法であって、前記方法は、
ａ）微生物構造の層を形成するために、処理される前記基材の表面上で、菌類（真菌）、細菌、藻類、地衣類、及び、これらの任意の組み合わせから選択される微生物を成長させるステップと、
ｂ）１μｍ以下の厚さを有する、前記微生物構造上の第１の被覆（コーティング）を形成するために前記微生物構造を被覆する（コーティングする）ステップと、を有する、方法に関する。
【０００９】
第２の態様では、本発明は、基材と、前記基材の表面の少なくとも一部上に形成された微生物構造の層と、前記微生物構造上に形成された第１の被覆と、を有し、前記微生物構造は、菌類、藻類、地衣類、又は、これらの任意の組み合わせから生じる構造を有し、前記第１の被覆は、１μｍ以下の厚さを有する、物に関する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明を説明するために、以下の図面が、本発明を限定する意図なしに供給されている。
【図１】図１は、本発明の方法によって処理される表面を有する物の概略的な図示である。
【図２ａ】図２ａは、図２ｂとは異なる倍率において、本発明の一実施形態に係るガラス培養皿の表面上で培養されたストレプトマイセスアルバスの表面上の水滴を図示している。
【図２ｂ】図２ｂは、図２ａとは異なる倍率において、本発明の一実施形態に係るガラス培養皿の表面上で培養されたストレプトマイセスアルバスの表面上の水滴を図示している。
【図３ａ】図３ａは、図３ｂ及び図３ｃとは異なる倍率において、本発明の一実施形態に従って得られた超疎水性コーティングの表面上の水滴を図示している。
【図３ｂ】図３ｂは、図３ｃ及び図３ａとは異なる倍率において、本発明の一実施形態に従って得られた超疎水性コーティングの表面上の水滴を図示している。
【図３ｃ】図３ｃは、図３ａ及び図３ｂとは異なる倍率において、本発明の一実施形態に従って得られた超疎水性コーティングの表面上の水滴を図示している。
【図４Ａ】図４Ａは、剥離試験を図示しており、超疎水性コーティングを剥離するために使用される粘着テープと、剥離試験において超疎水性コーティング（四角でマークされている）の剥離領域とを示している。
【図４ｂ】図４ｂは、剥離試験を図示しており、１回の剥離操作後の超疎水性コーティングの表面上の水滴の状態を示している。
【図４ｃ】図４ｃは、剥離試験を図示しており、５回の剥離操作後の超疎水性コーティングの表面上の水滴の状態を示している。
【図４ｄ】図４ｄは、剥離試験を図示しており、１０回の剥離操作後の超疎水性コーティングの表面上の水滴の状態を示している。
【図５ａ】図５ａは、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：scanning electron microscope）分析のために本発明の一実施形態により得られた超疎水性コーティングの試料調製物を示している。
【図５ｂ】図５ｂは、図５ｃとは異なる倍率で得られた超疎水性コーティングの表面のＳＥＭ画像を示している。
【図５ｃ】図５ｃは、図５ｂとは異なる倍率で得られた超疎水性コーティングの表面のＳＥＭ画像を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は特定の実施形態に関して説明されるが、この説明は限定的な意味で解釈されるべきではない。
【００１２】
本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されているように、「ａ」および「ａｎ」の単数形には、文脈上別段の明確な指示がない限り、それぞれの複数形も含まれる。
【００１３】
本発明の文脈において、「約」及び「およそ」という用語は、問題の特徴の技術的効果を依然として確実にするために、当業者が理解する区間の正確度を示す。この用語は、典型的には、示された数値からの±２０％、好ましくは±１５％、より好ましくは±１０％、さらにより好ましくは±５％又は±１％の偏差を示す。
【００１４】
「有する」なる用語は限定的ではないことを理解されたい。本発明の目的のために、「からなる」という用語は、「有する」なる用語の好ましい実施形態であると考えられる。以下、グループが少なくとも特定の数の実施形態を有すると定義される場合、これは、好ましくは、これらの実施形態のみからなるグループも包含することを意味する。
【００１５】
また、明細書及び図面中の「第１」、「第２」、「第３」、又は、「（ａ）」、「（ｂ）」、「（ｃ）」、「（ｄ）」などの用語は、類似の要素を区別するために使用され、必ずしも逐次的又は時間的な順序を記述するためのものではない。そのように使用される用語は、適切な状況下で交換可能であり、本明細書に記載された本発明の実施形態は、本明細書に記載又は図示されている以外の順序で動作可能であることを理解されたい。
【００１６】
「第１」、「第２」、「第３」、又は、「（ａ）」、「（ｂ）」、「（ｃ）」、「（ｄ）」などの用語が方法又は使用のステップに関連する場合、ステップ間の時間又は時間間隔の一貫性はない。即ち、ステップが同時に実行されてもよいし、そうでなければ、上記又は下記の本明細書に記載されるように、ステップの間に秒、分、時間、日、週、月、又は、年の時間間隔があってもよい。
【００１７】
本発明の目的は、自然表面の形態を模倣することによる表面処理のための簡単で低コストの方法を提供することである。本発明の利点の１つは、本発明の方法によって得られる人工表面が強固で安定であることにある。
【００１８】
本発明によれば、微生物が表面処理に使用される。表面上の微生物の成長は一般的に望ましくなく、防止又は回避される傾向があるという事実にもかかわらず、驚くべきことに、表面上の微生物の増殖は、頑強な方法で表面に所望の特性を付与するのに役立つことが見出されている。
【００１９】
或る実施形態では、本発明は、基材の表面を処理する方法であって、前記方法は、
ａ）微生物構造の層を形成するために、処理される前記基材の表面上で、菌類、細菌、藻類、地衣類、及び、これらの任意の組み合わせから選択される微生物を成長させるステップと、
ｂ）１μｍ以下の厚さを有する、前記微生物構造上の第１の被覆を形成するために前記微生物構造を被覆するステップと、を有する、方法を提供する。
【００２０】
他の実施形態では、本発明は、基材と、前記基材の表面の少なくとも一部上に形成された微生物構造の層と、前記微生物構造上に形成された第１の被覆と、を有し、前記微生物構造は、菌類、藻類、地衣類、又は、これらの任意の組み合わせから生じる構造を有し、前記第１の被覆は、１μｍ以下の厚さを有する、物を提供する。
【００２１】
更なる実施形態では、本発明は、物の基材の表面の少なくとも一部において処理するための本発明の方法を用いて作られた物を提供する。
【００２２】
微生物及び微生物構造
本明細書で使用される「微生物」又はその複数形「複数の微生物」という用語は、広義の植物及び動物を含む、任意の小さい又は微量の生き物を指す。これは、原核生物、即ち、細菌及び古細菌の全てを含む多種多様な微生物、原生動物、菌類、藻類、微小植物（緑藻類）を含む様々な形態の真核生物、ワムシやプラナリアなどの動物、及び、地衣類などの、上記に列挙されたような単一の微生物の相互的な組み合わせ、の総称として意図されている。
【００２３】
本明細書で使用する「菌類」又はその複数形「複数の菌類」なる用語は、酵母及びカビ、うどんこ菌、錆、及び、酵母のような微生物を含む真核生物の大きなグループの任意のメンバを指す。
【００２４】
本明細書中で使用される場合、「藻類」又はその複数形「複数の藻類」は、単細胞型から多細胞型に及ぶ、非常に大きく多様な単純な、典型的には独立栄養生物の任意のメンバをいう。
【００２５】
本明細書で使用される「地衣類」又はその複数形「複数の地衣類」という用語は、藻類と真菌との相互作用的な組み合わせによって形成される特定の植物のいずれかを指す。
【００２６】
本明細書中で使用される場合、「微生物構造」又はその複数形「複数の微生物構造」なる用語は、１又は複数の微生物に由来する構造を指す。換言すれば、微生物構造は、１又は複数の微生物の成長から形成される構造である。
【００２７】
本明細書で使用される「微生物構造の層」なる用語は、微生物構造又は微生物構造のプロファイルを有する層を指す。換言すれば、微生物構造の層は、層が形成された後に微生物構造を形成する１又は複数の微生物が残る層であってもよく、又は、微生物構造と同じプロファイルを有するが、微生物構造を形成する１又は複数の微生物は除去されている層であってもよい。
【００２８】
本発明によれば、好適に用いられ得る微生物は、菌類、藻類、地衣類、及び、これらの任意の組み合わせから選択される種を含む。これらの微生物は、微生物構造の層を形成するために、特定の環境下で表面上に成長する。これは、微生物構造の層と表面との間に強固な接続を形成する可能性を供給するため、好適である。一方、微生物構造は、一般に、超疎水性及び／又は超疎油性のような特定の表面特性に望ましい繊細且つ複雑なマイクロ及びナノスケールの表面構造を有する。超疎水性コーティングを製造するためのテンプレートとしての微生物の使用は、非常に新規であり、これまでに報告されていない。テンプレートとして微生物を使用する場合、更なるエッチング又は別の種類の表面アーキテクチャの構築はオプションであるか、又は、放棄することさえできる。
【００２９】
特定の実施形態において、微生物は、０．３μｍと１００μｍとの間の直径を有する菌糸を有する菌類又は細菌から選択される。菌糸は、菌類の長い分枝状の糸状構造である。ほとんどの菌類又は細菌において、菌糸は栄養生長の主要な様式である。好ましい実施形態では、微生物は、０．３μｍと７０μｍとの間の直径、好ましくは０．５μｍと５０μｍとの間の直径、より好ましくは１μｍと２５μｍとの間の直径、最も好ましくは１．５μｍと１５μｍとの間の直径を有する菌糸を含む菌類又は細菌から選択される。適切には、菌糸は、５５μｍと１００μｍとの間、又は、６０μｍと９０μｍとの間、又は、０．３μｍと４０μｍとの間、又は、０．８μｍと１０μｍとの間の範囲にある直径を有することができる。菌糸が存在すると、撚り合わされ、絡み合った構造を形成することが可能になり、空気の微小ポケットがその中に閉じ込められ、それによって水／油滴がその上に立ったり、転がったりするのを支援する。
【００３０】
適切には、菌類又は細菌は、カビ、金型、放線菌、及び、それらの任意の組み合わせから選択され得る。本発明において適切に用いられ得る菌類又は細菌の例は、クモノスカビ、ケカビ、アカパンカビ、アスペルギルス、青カビ、ストレプトマイセス、ノカルジア菌、フランキア、アクチノプラネス、サーモモノスポラ、及び、これらの任意の組み合わせを含むが、これらに限定されない。特定の実施形態では、ストレプトマイセスが、本発明の方法における微生物として用いられる。ストレプトマイセスは、ストレプトマイセスアルバス、ストレプトマイセスグリセウス、ストレプトマイセスベネズエラ、ストレプトマイセスアウレオファシエンス、及び、これらの任意の組合せから適切に選択され得る。
【００３１】
適切には、藻類は、緑色植物（緑藻類）、紅色植物門（紅藻類）、灰色藻、及び、車軸藻植物門を含むアーケプラスチダ、クロララクニオン藻、及び、ユーグレナ藻を含むリザリア（エクスカバータ）、ストラメノパイル（例えば、珪藻（Bacillariophyceae (Diatoms)）、アキソディネス、ボリドモナス、真正眼点藻綱、褐藻類（褐藻）、黄金色藻（Chrysophyceae (golden algae)）、ラフィド藻、シヌラ藻綱、及び、黄緑藻綱（Xanthophyceae (yellow-green algae)））、クリプト藻、渦鞭毛藻、及び、ハプト藻を含むクロミスタ（アルベオラータ）、藍藻（Cyanobacteria (blue-green algae)）、並びに、これらの任意の組み合わせから選択され得る。
【００３２】
好適には、地衣類は、フルチコース、葉緑体、クラストース、レプロース、ゼラチン質、繊維状、綿毛状、無構造、及び、それらの任意の組み合わせから選択され得る。
【００３３】
オプションで、成長培地又は培養培地が、微生物が表面上で成長（増殖）するのを助けるために適切に使用され得る。一般に、増殖培地又は培養培地は、微生物の増殖を支持するように設計された液体又はゲルである。微生物の最も一般的な増殖培地は、栄養ブロス及び寒天プレートである。当業者は、使用される特定の微生物に適した培地を選択することができるであろう。
【００３４】
微生物構造の層は、本発明の有利な技術的効果の達成を適切に可能にすることができる任意の値の厚さを有していてもよい。特定の実施形態では、微生物構造の層は、１μｍから１０ｍｍまで、好ましくは１０μｍから５ｍｍまで、より好ましくは１００μｍから３ｍｍまで、最も好ましくは２００μｍから１ｍｍまで、３００μｍから１．５ｍｍまで、又は、４００μｍから２ｍｍまで、又は、１２０μｍから６００μｍまでの厚さを有し得る。
【００３５】
微生物構造の層の厚さは、培養時間によって調整され得る。培養時間は、使用する特定の微生物に応じて、数分から数ヶ月としてもよい。一般に、数分又は１〜４日までの培養時間中に上記の厚さの微生物構造の層を形成することができる微生物が望まれる。当業者は、使用される特定の微生物に適した培養時間及び環境条件を選択することができるであろう。
【００３６】
オプションで、微生物構造を乾燥させる工程は、所望の厚さに達した後に行なわれてもよい。乾燥工程は、０．５〜２４時間継続してもよく、例えば、０．５〜２時間、５〜１０時間、又は、１２〜２４時間持続してもよい。
【００３７】
適切には、本発明の方法は、第１の被覆（コーティング）を形成した後に微生物を不活性化又は除去するステップを更に有していてもよい。微生物を不活性化又は除去するステップ（滅菌工程とも呼ばれる）は、熱、化学薬品、照射、高圧、濾過、又は、それらの任意の組み合わせを適用することによって達成され得る。加熱殺菌には、乾熱滅菌及び湿熱滅菌、例えば、蒸気滅菌、オートクレーブ処理、火炎、焼却、煮沸などが含まれる。滅菌に使用できる化学物質の例には、エチレンオキシド、二酸化窒素、オゾン、漂白剤、グルタルアルデヒド及びホルムアルデヒド溶液、フタルアルデヒド、過酸化水素、過酢酸、銀、及び、酸化亜鉛が含まれるが、これらに限定されない。放射線滅菌は、電子線、Ｘ線、ガンマ線、又は、亜原子粒子などの放射線を使用することができる。当業者は、本発明の精神の範囲内で微生物を不活性化又は除去するための適切な滅菌方法を選択することができるであろう。
【００３８】
第１の被覆（コーティング）
第１のコーティングを形成するために微生物構造をコーティングすることによって、所望の表面構造を複製し固定することが可能である。
【００３９】
本発明の目的のため、第１のコーティングは、典型的には、１μｍ以下の厚さを持つ。第１のコーティングの厚さは、使用される特定の微生物及びそれによって形成される微生物構造によって変化し得る。特定の実施形態では、第１のコーティングは、０．９μｍ以下、適切には０．５μｍ以下、より適切には０．１μｍ以下、最も適切には０．０５μｍ以下の厚さを持つ。特定の実施形態では、第１のコーティングは、１ｎｍ以上、適切には５ｎｍ以上、より適切には１０ｎｍ以上、最も適切には１５ｎｍ以上の厚さを持つ。第１のコーティングは、８ｎｍから８０ｎｍの範囲、又は、１２ｎｍから２０ｎｍの範囲、又は、３０ｎｍから４５ｎｍの範囲、又は、６０ｎｍから１２０ｎｍの範囲における厚さを持っていてもよい。第１のコーティングの厚さは、第１のコーティングが一方で微生物構造を覆い、他方で微生物構造の表面構造を複製することを可能にすべきである。第１のコーティングの厚さは、本発明の有利な技術的効果を最大にするように適切に選択することができる。
【００４０】
第１のコーティングは、任意の適切な方法によって微生物構造上に形成され得る。例えば、蒸着、自己伝播高温合成、熱化学合成、溶射、電気化学合成、ゾル−ゲル法、及び、その場形成、鋳造から選択される１又は複数の方法を用いて第１の被膜（コーティング）を形成することができる。
【００４１】
第１のコーティングの材料は、微生物構造の周囲にシェルを形成することができるのであれば、有機又は無機であってもよい。ここで使用される「シェル」なる用語は、微生物構造の少なくとも一部を覆う外層を指す。微生物構造の少なくとも一部を覆うことによって、シェルは、微生物構造の層の表面に相補的な内面トポグラフィと、微生物構造の層の表面上にミクロ及びナノスケールの構造を複製する外面と、を有する。シェルは、好ましくは、自己支持性及び／又は耐引掻き性を有するように十分に硬く、得られた表面トポグラフィー又はマイクロ及びナノスケールの構造を耐久性のある方法で保持することができる。特定の実施形態では、シェルは、微生物構造を形成する１又は複数の微生物が除去されると、微生物構造と同じプロファイルを有する空洞が基材とシェルとの間に形成されるように、全ての微生物構造を覆う。
【００４２】
特定の実施形態では、第１のコーティングは、例えば、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化鉄、酸化銅、酸化銀、酸化チタン、及び、それらの任意の組み合わせから選択される無機酸化物からなる無機コーティングである。
【００４３】
他の特定の実施形態では、第１のコーティングは、例えば、フィルム形成ポリマー又は組成物からなる有機コーティングである。フィルム形成ポリマーの例は、ニトロセルロース、アセチルセルロース、セルロースアセトブチレート、セルロースアセトプロピオネート、及び、エチルセルロースなどのセルロース系ポリマー、ポリウレタン、アクリルポリマー、ビニルポリマー、ポリビニルブチラール、アルキド樹脂、例えば、トルエンスルホンアミド−ホルムアルデヒド樹脂、アリールスルホンアミド−エポキシ樹脂、又は、エチルトシルアミド樹脂などのアリールスルホンアミド−ホルムアルデヒド樹脂などのアルデヒド縮合生成物から誘導される樹脂を含むが、これらに限定されない。フィルム形成組成物は、好適には、少なくとも１つのフィルム形成ポリマーと、オプションで、少なくとも１つの補助フィルム形成剤と、を有していてもよい。
【００４４】
第２の被覆（コーティング）
本発明の方法は、第１のコーティング上に第２のコーティングを形成するステップを更に有していてもよい。第２のコーティングは、相乗効果を提供するために、微生物構造、特に微生物構造の表面構造と協働し得る。例えば、第２のコーティングは、疎水性材料、疎油性材料、又は、両疎媒性（amphiphobic）材料などの１又は複数の官能化材料を含み、超疎水性表面、超疎油性表面、又は、超両疎媒性（amphiphobic）表面を提供することができる。本発明の目的には、所望の特性を有する任意の材料（有機材料及び無機材料を含む）を使用することができる。
【００４５】
特定の実施形態では、第２のコーティングは、７０ｍＪ／ｍ２以下の表面エネルギーを持つ。好適な実施形態では、第２のコーティングは、６０ｍＪ／ｍ２以下、好ましくは５０ｍＪ／ｍ２以下、より好ましくは４０ｍＪ／ｍ２以下、最も好ましくは３０ｍＪ／ｍ２以下の表面エネルギーを持つ。本発明の目的のために、第２のコーティングは、できるだけ低い表面エネルギーを有することができる。例えば、第２のコーティングの表面エネルギーは、１０ｍＪ／ｍ２、１５ｍＪ／ｍ２、又は、２０ｍＪ／ｍ２程度に低くてもよい。
【００４６】
第２のコーティングを形成するために使用される材料の例は、ポリヘキサフルオロプロピレン（ＰＨＦＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ／Ｔｅｆｌｏｎ）、フッ素化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）、ポリトリフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン（Ａｃｌａｒ）、ポリジメチルシロキサン（シリコーンエラストマー）、トリクロロ（１Ｈ、１Ｈ、２Ｈ、２Ｈ−パーフルオロオクチル）シランなどのフッ素化シラン、天然ゴム、パラフィン、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ／Ｔｅｄｌａｒ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ナイロン−１１（ポリウンデカナミド）、サーリンアイオノマー、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリアクリレート、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＯＨ／ＰＶＡＬ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、セルロースアセテート（ＣＡ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ／Ｓａｒａｎ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ナイロン−６（ポリカプロラクタム）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、再生セルロース、ナイロン６／６（ポリヘキサメチレンアジパミド）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリフェニレンオキサイド（ＰＰＯ）、スチレンブタジエンゴム、ポリエーテルスルホン、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリウレタン（ＰＵ）、ガラス、シリカ、ソーダライム、銅、アルミニウム、鉄、スズメッキ銅、及び、これらの任意の組み合わせを含むが、これらに限定されない。
【００４７】
特定の実施形態では、第２のコーティングは、有機フッ素コーティング、有機シリコーンコーティング、フルオロシリコーンコーティング、及び、これらの任意の組み合わせから選択されてもよい。
【００４８】
本発明の目的のため、第２のコーティングは、２μｍ以下の厚みを持っていてもよい。特定の実施形態では、第２のコーティングは、１．５μｍ以下、適切には１．０μｍ以下、より適切には０．５μｍ以下、最も適切には０．１μｍ以下の厚みを持つ。特定の実施形態では、第２のコーティングは、５ｎｍ以上、適切には１０ｎｍ以上、より適切には１５ｎｍ以上、最も適切には２０ｎｍ以上の厚みを持つ。第２のコーティングは、８ｎｍから８０ｎｍの範囲、又は、６０ｎｍから１２０ｎｍの範囲、又は、１００ｎｍから２００ｎｍの範囲、又は、３００ｎｍから８００ｎｍの範囲における厚さを持っていてもよい。第２のコーティングの厚さは、本発明の有利な技術的効果を最大にするように当業者によって適切に選択され得る。
【００４９】
第２のコーティングは、任意の適切な方法によって形成され得る。例えば、蒸着、自己伝播高温合成、熱化学合成、溶射、電気化学合成、ゾル−ゲル法、及び、その場形成、鋳造から選択される１又は複数の方法を用いて第２の被膜を形成することができる。
【００５０】
基材
本発明の方法によって適切に処理され得る表面及び／又は基材は、任意の材料で作られ得る。一実施形態では、表面及び／又は基材は、ガラス、金属、セラミック、プラスチック、ゴム、及び、繊維から選択される１又は複数の材料を有する。特定の実施形態では、処理される基材は織物である。他の特定の実施形態では、処理される基材は、ガラス又はセラミックであり、オプションで、ガラス又はセラミックの表面上に一体的に形成された、あるいは、接着されたテキスタイルを有する。好ましくは、基材は、基材の表面上に成長する１又は複数の微生物のための環境の基礎を容易にする、或る表面粗さ及び／又は多孔性を有する。当業者は、使用される特定の微生物に基づいて適切な表面粗さ及び／又は多孔度を選択することができるであろう。
【００５１】
或る実施形態では、処理される表面及び／又は基材は、１００°より小さい、又は、９０°より小さい、又は、８０°より小さい、又は、７０°より小さい水接触角を示す。
【００５２】
或る実施形態では、本発明の方法により処理された後の表面及び／又は基材は、１５０°より大きい、又は、１５５°より大きい、又は、１６０°より大きい、又は、１６５°より大きい水接触角を示す。
【００５３】
特定の実施形態では、基材の表面上に微生物構造の層を形成する微生物は、ストレプトマイセスアルバスを有し、第１のコーティングは、二酸化ケイ素を有し、第２のコーティングは、フッ素化シランを有する。
【００５４】
本発明を図示する目的のため、図１は、本発明の方法によって形成された物１０の概略的な図を示している。物１０は、基材１００と、基材１００の表面１１０の少なくとも一部上に形成された微生物構造１２０の層と、微生物構造１２０上に形成された第１のコーティング１３０と、を有している。第２のコーティング（図示省略）が、第１のコーティング１３０上に更に形成されてもよい。
【００５５】
アプリケーション
本発明は、自然の表面を模倣することによって所望の表面形状を提供するのに特に有利である。撥水性／撥油性を有する天然表面を選択することによって、処理すべき表面上に超疎水性／超疎油性コーティングを作製することが可能である。超疎水性／超疎油性コーティングは、例えば、摩擦抗力の低減、防氷、及び、自己洗浄プロセスなどの、多くの産業及び生物学的プロセスに適用され得る。空気及び台所などの他の領域での超疎水性コーティングの適用に関する更なる研究が当該技術分野で提案されている。
【００５６】
具体的には、本発明は、少なくとも、超疎水性／超疎油性コーティング製造、自己洗浄物質／表面、防水性でガス透過性の材料、空気清浄機、空気ろ過、食品／化粧品の貯蔵、街灯冷却システムなどの照明用途、レスピロニクスマスク又は人工肺などのヘルスケアアプリケーションなどの態様で用途を見出すことができる。
【００５７】
例
本発明は、純粋に本発明の例示であることを意図した以下の実施例によってさらに明らかになるであろう。本明細書の考察又は本明細書に開示される本発明の実施から、当業者には本発明の他の実施形態が明らかになるであろう。
【００５８】
Ｉ．表面処理
ストレプトマイセスアルバスを用いてガラス基板上に超疎水性コーティングを形成して微生物構造を形成した。ストレプトマイセスアルバスは、疎水性を示す複雑なマイクロ及びナノスケールの表面構造を有する。
【００５９】
ステップ１：微生物構造の形成
培養培地として寒天を用い、ストレプトマイセスアルバスをガラス培養皿の表面上で室温（２５℃）で３日間培養して微生物構造の層を形成させた。微生物構造の層は、約０．５ｍｍの厚さを有する。
【００６０】
ガラス培養皿を培養ストレプトマイセスアルバスとともに真空デシケータに入れ、ストレプトマイセスアルバスの表面を約７０℃で約３０分間乾燥させる。
【００６１】
ステップ２：微生物構造の表面トポグラフィの複製
アンモニアによって触媒されたテトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）の化学蒸着（ＣＶＤ）を真空デシケータ内で実施して、ストレプトマイセスアルバスの表面上にＳｉＯ２層を堆積させた。このステップでは、アンモニウム溶剤の存在下でＴＥＯＳが加水分解された。オルトシリケートが加水分解された後、それはストレプトマイセスアルバスの表面上にＳｉＯ２を形成した。形成されたＳｉＯ２の機能は、ストレプトマイセスアルバスの上にシェルを作製し、更なる超疎水性表面修飾を可能にすることであった。アンモニウム溶液の機能は、オルトシリケートの加水分解を促進することである。この工程中の反応を以下のスキームＩに示す。
0006301018.tif 000002
【００６２】
スキームＩ．ストレプトマイセスアルバスの表面上へのＳｉＯ２堆積
【００６３】
ＳｉＯ２層の厚さは、ＣＶＤの持続時間によって調整され得る。この例では、ＣＶＤプロセスは２４時間持続し、約２０ｎｍのＳｉＯ２層がストレプトマイセスアルバスの周囲に形成される。
【００６４】
ステップ３：表面エネルギーの低減
トリクロロ（１Ｈ、１Ｈ、２Ｈ、２Ｈ−パーフルオロオクチル）シランは、他のＣＶＤプロセスによってＳｉＯ２層の表面エネルギーを下げるために使用される。この工程で得られたトリクロロ（１Ｈ、１Ｈ、２Ｈ、２Ｈ−パーフルオロオクチル）シラン層の厚さは約２０ｎｍである。スキームＩＩは、トリクロロ（１Ｈ、１Ｈ、２Ｈ、２Ｈ−パーフルオロオクチル）シランの式を示す。
0006301018.tif 000003
【００６５】
スキームＩＩ．トリクロロ（１Ｈ、１Ｈ、２Ｈ、２Ｈ−パーフルオロオクチル）シラン
【００６６】
上記３つのステップにより、ガラス培養皿の表面上に超疎水性コーティングが得られた。
【００６７】
ＩＩ．測定
上記表面処理の技術的効果を実証するために以下の実験を行なった。
【００６８】
水接触角
図２ａ及び図２ｂは、異なる倍率で、ガラス培養皿の表面上で培養されたストレプトマイセスアルバスの表面上の水滴を図示している。水滴は水の小さな球の形でストレプトマイセスアルバスの表面にとどまることが分かる。しかしながら、水の接触角は９０°より小さい。
【００６９】
図３ａ乃至図３ｃは、異なる倍率で、上で得られた超疎水性コーティングの表面上の水滴を図示している。水滴は、水の小さなボールの形で超疎水性コーティングの表面上に立っており、１５０°より大きい水接触角を示すことが分かる。図３ｃから導き出される接触角は、約１５０．４１°である。
【００７０】
また、図２ａ及び図２ｂと図３ａ乃至図３ｃとをの比較から、微生物構造と従来の表面改質方法との相乗効果が提供されることが分かる。換言すれば、ストレプトマイセスアルバスに由来する微生物構造が超疎水性を示さない場合であっても、微生物構造を利用することにより、トリクロロ（１Ｈ、１Ｈ、２Ｈ、２Ｈ−パーフルオロオクチル）シランである超疎水性活性剤を用いた超疎水性コーティングの製造を促進する。
【００７１】
従って、本発明は、微生物構造の助けを借りて処理すべき表面を粗面化し、次に粗面の表面エネルギーを低下させることによって、超疎水性コーティングを調製する新規な方法を提供する。超疎水性コーティングを生成するため、適切な表面構造が不可欠である。以前は、穴あけや機械加工がよく使用されていた。本発明は、エッチング及び機械加工の工程を排除することを可能にし、従って、超疎水性コーティングを製造するためのはるかに容易で低コストの方法を提供する。
【００７２】
剥離試験
上記のようにして得られた超疎水性コーティングの堅牢性を実証するために、接着テープを用いて剥離試験を行なった。図４Ａは、超疎水性コーティングを剥離するために使用される粘着テープと、超疎水性コーティングの剥離領域（長方形でマークされている）と、を示している。剥離試験は、以下の剥離操作で行なった。即ち、室温（２５℃）で粘着テープの粘着面を５ｋｇ／ｃｍ２の圧力で超疎水性コーティングの表面に３秒間平滑に接触させ、次いで、接着テープが超疎水性コーティングの表面から剥がされた。同じ剥離操作が１０回繰り返された。この超疎水性コーティング上に水滴を滴下し、各剥離操作後の水滴の状態を観察し、別の剥離操作前に超疎水性コーティングを真空デシケータで乾燥させた。図４ｂ乃至図４ｄは、それぞれ、１回、５回、１０回の剥離操作後の超疎水性コーティングの表面上の水滴の状態を示している。
【００７３】
１０回もの剥離操作の後でさえ、水滴は依然として水の球の形で超疎水性コーティングの表面上に立つことができ、１５０°より大きい水接触角を示していることが分かる。本方法によって得られた超疎水性コーティングは、安定で丈夫であり、自己清浄表面又は装置のような多くの領域で超疎水性コーティングを広く適用する機会を提供する。
【００７４】
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）
上述のようにして得られた超疎水性コーティングの表面形態は、ＳＥＭによって調査されている。試料の調製を図５ａに示す。また、その結果を異なる倍率において図５ｂ及び図５ｃに示す。
【００７５】
図５ｂ及び図５ｃから分かるように、超疎水性コーティングの表面上にもつれ合って絡み合ったフィラメントの構造が形成された。理論に束縛されることを望むものではないが、もつれ合って絡み合ったフィラメントは、微細な空気のポケットを閉じ込めることができ、水の球の形で水滴を支持することができると考えられている。フィラメントは、ストレプトマイセスアルバスに存在する菌糸をコーティングし、複製することによって形成された。
【００７６】
上記の実施形態は本発明を限定するものではなく、当業者は添付の特許請求の範囲から逸脱することなく多くの代替的な実施形態を設計することができることに留意されたい。本出願では、請求項は、特徴の特定の組合せに関して策定されているが、本発明の開示の範囲は、明示的に若しくは暗示的に本明細書に開示される任意の新規の特徴若しくは特徴の任意の新規の組合せ、又はそれらの任意の一般化も含み、それが、本出願において任意の請求項で特許請求されるものと同じ発明に関するかどうかには関わらず、また、親発明と同じ技術的問題の任意のもの又は全てを軽減するか否かには関わらないことが理解されるべきである。ここで、本出願人は、本出願又はそこから導出される任意のさらなる出願の手続き中に、新しい請求項が、そのような特徴及び／又は特徴の組合せに関して策定され得ることを通知する。
【要約】
本発明は、基材の表面を処理する方法であって、ａ）微生物構造の層を形成するために、処理される前記基材の表面上で、菌類、細菌、藻類、地衣類、及び、これらの任意の組み合わせから選択される微生物を成長させるステップと、ｂ）１μｍ以下の厚さを有する、前記微生物構造上の第１の被覆を形成するために前記微生物構造を被覆するステップと、を有する方法を提供する。また、本発明は、本発明の方法を用いることによってオプションで作られる微生物構造の層を有する物を提供する。【図１】
0006301018.tif 000004
【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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