(57)【要約】【課題】気泡が混入している水溶液の濾過が容易にできるようにする。【解決手段】フィルター構造は、濾過膜１０１と、一部の濾過膜１０１に配置され、疎水性を備えて水溶液中に混合している気泡を濾過する疎水性領域１０２と、疎水性領域１０２以外の濾過膜１０１に配置され、親水性を備えて固体と水溶液との混合物より水溶液を濾過する親水性領域１０３とを備える。【選択図】  図１Ａ
2012148257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
濾過膜と、
前記濾過膜に配置され、疎水性を備えて水溶液中に混合している気泡を濾過する疎水性領域と、
前記濾過膜の前記疎水性領域以外の領域に配置され、親水性を備えて固体と水溶液との混合物より水溶液を濾過する親水性領域と
を備えることを特徴とするフィルター構造。
【請求項２】
請求項１記載のフィルター構造において、
各々離間する島状の複数の前記親水性領域を備えることを特徴とするフィルター構造。
【請求項３】
請求項２記載のフィルター構造において、
前記疎水性領域は、格子状に形成され、前記親水性領域は、前記疎水性領域の格子間に配置されていることを特徴とするフィルター構造。
【請求項４】
請求項１記載のフィルター構造において、
各々離間する島状の複数の前記疎水性領域を備えることを特徴とするフィルター構造。
【請求項５】
請求項４記載のフィルター構造において、
前記親水性領域は、格子状に形成され、前記疎水性領域は、前記親水性領域の格子間に配置されていることを特徴とするフィルター構造。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のフィルター構造において、
前記濾過膜は、親水性を有する材料から構成され、
前記疎水性領域は、一部の前記濾過膜の表面に疎水性材料を配置することで形成された領域である
ことを特徴とするフィルター構造。
【請求項７】
請求項６記載のフィルター構造において、
前記疎水性材料の配置は、気相成長により行われたものであることを特徴とするフィルター構造。
【請求項８】
請求項６記載のフィルター構造において、
前記疎水性材料の配置は、塗布により行われたものであることを特徴とするフィルター構造。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のフィルター構造において、
前記濾過膜の濾過側に前記疎水性領域に対応する流路および前記親水性領域に対応する流路を備えることを特徴とするフィルター構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水溶液の濾過を行うフィルター構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水や水溶液中に存在する微粒子の分析では、フィルターを用いて分析対象の微粒子を捕集している。このようなフィルターを用いた微粒子の捕集では、液中に混合する気泡の存在が、濾過の妨げとなっている。液中に存在する気泡は、水溶液との親和性を持つフィルター（濾過膜）を透過しにくい。このため、気泡はフィルター表面に蓄積する。この気泡の蓄積は、フィルターの濾過面積を低下させることになるため、例えば、より高い圧力をかけて濾過を行うことが必要となる。また、液中に存在する気泡を除去するために、水溶液の濾過とは別経路に疎水性のフィルターを別途に設け、この別経路に気泡を排気する技術がある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表平０９−５０２１２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した技術では、水を透過させるためのフィルターに加えて気泡を取り除くためのフィルターを別途に用意する必要があり、機構が複雑になるという問題がある。また、フィルターを２つ用いるため、前述した微粒子の捕集に利用した場合、２つのフィルターより微粒子を回収することになるため、工程が煩雑になるという問題がある。
【０００５】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、気泡が混入している水溶液の濾過が容易にできるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るフィルター構造は、濾過膜と、濾過膜に配置され、疎水性を備えて水溶液中に混合している気泡を濾過する疎水性領域と、濾過膜の疎水性領域以外の領域に配置され、親水性を備えて固体と水溶液との混合物より水溶液を濾過する親水性領域とを備える。
【０００７】
上記フィルター構造において、各々離間する島状の複数の親水性領域を備えるようにしてもよい。この場合、疎水性領域は、格子状に形成され、親水性領域は、疎水性領域の格子間に配置されていてもよい。また、各々離間する島状の複数の疎水性領域を備えるようにしてもよい。この場合においても、親水性領域は、格子状に形成され、疎水性領域は、親水性領域の格子間に配置されていてもよい。なお、濾過膜は、親水性を有する材料から構成され、疎水性領域は、一部の濾過膜の表面に疎水性材料を配置することで形成された領域であればよい。また、濾過膜の濾過側に疎水性領域に対応する流路および親水性領域に対応する流路を備えるようにしてもよい。
【０００８】
上記フィルター構造において、疎水性材料の配置は、気相成長により行われたものであればよい。また、疎水性材料の配置は、塗布により行われたものであってもよい。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、本発明によれば、濾過膜に配置された疎水性領域と、疎水性領域以外の濾過膜に配置された親水性領域とを備えるようにしたので、気泡が混入している水溶液の濾過が容易にできるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の実施の形態におけるフィルター構造の構成を示す平面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の実施の形態におけるフィルター構造を用いた濾過の状態を模式的に示す断面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明の実施の形態におけるフィルター構造を用いた濾過の状態を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、親水性領域と疎水性領域とを備える濾過膜（メンブレンフィルター）を用いた通気実験を行うための実験装置の構成を示す構成図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態における他のフィルター構造の構成を示す平面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態における他のフィルター構造の構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１Ａは、本発明の実施の形態におけるフィルター構造の構成を示す平面図である。このフィルター構造は、濾過膜１０１と、濾過膜１０１に配置され、疎水性を備えて水溶液中に混合している気泡を濾過する疎水性領域１０２と、濾過膜１０１の疎水性領域１０２以外の領域に配置され、親水性を備えて固体と水溶液との混合物より水溶液を濾過する親水性領域１０３とを備える。なお、水溶液は、水の場合も含むものである。
【００１２】
本実施の形態におけるフィルター構造によれば、疎水性領域１０２においては、まず、水溶液は透過しない（し難い）状態となっている。また、疎水性領域１０２は、水溶液中にあるなど水に濡れた状態であっても容易に気泡の濾過が可能である。従って、本実施の形態によれば、濾過対象の水溶液中に気泡などが混合している場合でも、疎水性領域１０２より容易に気泡が透過していくので、高い圧力をかけることなく濾過を行うことが可能となる。このため、例えば、水溶液中に存在する微生物などの微粒子（固体）を、濾過膜１０１で容易に捕集することができるようになる。
【００１３】
例えば、図１Ｂの断面図に示すように、導入容器１１１に導入された水溶液１２１を濾過膜１０１で濾過すると、疎水性領域１０２では、水溶液１２１中に混在している気泡１２２が透過し、濾過側の収容部１１２に移動する。また、親水性領域１０３では、水溶液１２１が透過し、収容部１１２に移動する。これらの結果、導入容器１１１に導入された水溶液１２１および水溶液１２１中の気泡１２２は、収容部１１２に移動する。
【００１４】
また、疎水性領域１０２では、水溶液は透過しにくい状態であるが、気体（気泡）は容易に透過するので、導入容器１１１に導入する水溶液１２１に高圧力を印加することなく、収容部１１２の側に水溶液１２１および気泡１２２を透過させることができる。一方、水溶液１２１中に混在している固体１２３は、濾過膜１０１のいずれの領域も透過できないので、濾過膜１０１の上に捕集される。
【００１５】
また、図１Ｃの断面図に示すように、濾過膜１０１の疎水性領域１０２および親水性領域１０３に対応し、流路１１３ａおよび流路１１３ｂを備える収容部１１２ａを用いることで、水溶液１２１中より気泡１２２を分離して回収することができる。濾過膜１０１の裏面（濾過側）に、疎水性領域１０２と親水性領域１０３とを隔てる隔壁を形成することで、これらを分離する流路１１３ａおよび流路１１３ｂを濾過側の収容部１１２に形成すればよい。この場合、疎水性領域１０２では、水溶液１２１中に混在している気泡１２２が透過し、流路１１３ａに移動する。疎水領域１０２では、水溶液１２１の透過が抑制されるので、気泡１２２が選択的に透過する。
【００１６】
一方、親水性領域１０３では、水溶液１２１が透過して流路１１３ｂに移動する。親水性領域１０３では、高い圧力を印加しなければ気泡１２２が透過しないので、選択的に水溶液１２１が透過する。これらの結果、導入容器１１１に導入された水溶液１２１および水溶液１２１中の気泡１２２は、流路１１３ｂおよび流路１１３ａに分離されて回収されることになる。
【００１７】
次に、親水性領域と疎水性領域とを備える濾過膜（メンブレンフィルター）を用いた通気実験の結果について説明する。
【００１８】
まず、図２に示す実験装置を用いて実験を行う。この実験装置は、空気および水溶液（水）を導入する導入部２０１と、導入部２０１に導入された空気や水を収容する容器２０２と、容器２０２内部を減圧する吸引ポンプ２０３と、容器２０２と吸引ポンプ２０３とを連通する配管２０４の途中に設けられた圧力計２０５とを備える。導入部２０１および容器２０２は、いわゆる吸引濾過器である。
【００１９】
この実験装置において、導入部２０１の途中に、導入部２０１の開口を塞ぐように、実験対象のメンブレンフィルター２１１を設置する。メンブレンフィルター２１１は、ポリカーボネート製であり、ポアサイズ０．４μｍである。また、濾過領域は、直径４７ｍｍ程度である。
【００２０】
次に、実験について説明する。まず、導入部２１１にメンブレンフィルター２１１を設置し、吸引ポンプ２０３を動作させ、吸引圧力−６０ｋＰａで３０秒間、容器２０２内部を減圧する。この実験では、吸引ポンプ２０３の動作を停止した後、５秒以内に、圧力計２０５の計測値は、大気圧状態に戻る。この結果より、メンブレンフィルター２１１は、乾燥している状態では、空気が通過することが確認できた。
【００２１】
次に、メンブレンフィルター２１１に２００ｍｌの純水を透過（濾過）させた後、上述同様の吸引実験を行う。まず、純水を透過させて湿潤しているメンブレンフィルター２１１を導入部２１１に設置し、吸引ポンプ２０３を動作させ、吸引圧力−６０ｋＰａで３０秒間、容器２０２内部を減圧する。この実験では、吸引ポンプ２０３の動作を停止した後、圧力計２０５の計測値は、約−５８ｋＰａの状態を維持した。この結果より、湿潤下メンブレンフィルター２１１は通気性を失い、空気が通過できない状態となることが確認できた。
【００２２】
次に、メンブレンフィルター２１１に、部分的にフッ素樹脂コートを施し、部分的に疎水化した領域を形成し、このメンブレンフィルター２１１を用いて上述同様の、吸引実験を行う。まず、半分を疎水領域としたメンブレンフィルター２１１に、２００ｍｌの純水を透過（濾過）させる。次に、半分を疎水領域としたメンブレンフィルター２１１を導入部２１１に設置し、吸引ポンプ２０３を動作させ、吸引圧力−６０ｋＰａで３０秒間、容器２０２内部を減圧する。この実験では、吸引ポンプ２０３の動作を停止した後、５秒以内に、圧力計２０５の計測値は、大気圧状態に戻る。
【００２３】
また、半分を疎水領域としたメンブレンフィルター２１１を、２時間純水中に浸漬させた後、上述同様の実験を行った。この実験でも、吸引ポンプ２０３の動作を停止した後、５秒以内に、圧力計２０５の計測値は、大気圧状態に戻る。これらは、２時間経過した後でも同様である。これらの結果より、半分を疎水領域としたメンブレンフィルター２１１は、湿潤させても空気が通過することが確認できた。従って、疎水処理を施した領域を部分的に有するメンブレンフィルター２１１は、純水と接触した後も通気性を備えており、水溶液および気体の双方を効率的に濾過できることが確認できた。
【００２４】
ここで、図３の平面図に示すように、濾過膜３０１の中で、複数の親水性領域３０３を島状に各々離間して配置してもよい。各々離間する島状の複数の親水性領域３０３の周囲に、一体の状態で疎水性領域３０２が配置されている。
【００２５】
また、図４の平面図に示すように、濾過膜４０１の中で、疎水性領域４０２を格子状に形成してもよい。この場合、各々離間する島状の複数の親水性領域４０３は、格子状に形成された疎水性領域４０２の格子間に配置された状態となる。
【００２６】
また、上述した構成において、親水性領域と疎水性領域とを入れ替えて配置してもよい。この場合、濾過膜の中に、各々離間する島状の複数の疎水性領域を備える状態となる。また、親水性領域を格子状に形成し、疎水性領域は、親水性領域の格子間に配置されているようにしてもよい。なお、島状の部分の間隔（格子の幅）は、例えば、１ｍｍ以下とするとよい。水溶液中に混入（分散）している気泡は、濾過膜の親水性領域に捕捉された後、複数の気泡が合体して大きくなり、疎水性領域に到達することで透過していくものと考えられる。従って、上述した間隔を短くした方が、気泡をあまり大きくすることなく疎水領域に到達させることができるので、気泡の透過効率を向上させることができる。
【００２７】
また、親水性領域と疎水性領域の面積の割合は、水溶液に混入している気泡の量にあわせて選定することが望ましいが、一般的にガスは水溶液よりも粘性が低いため、気泡の透過効率と水溶液の濾過効率を両立するため、小面積の疎水領域を細かく配置してもよい。
【００２８】
次に、本実施の形態におけるフィルター構造の製造について説明する。例えば、一般に用いられている親水性の材料からなる濾過膜を用い、この濾過膜の一部に疎水性材料を配置することで、疎水性領域を形成すればよい。
【００２９】
例えば、化学的気相成長（ＣＶＤ）法，プラズマアシストＣＶＤ法，および蒸着法などの技術により、フッ素系樹脂などの疎水性材料を目的とする箇所に堆積することで、疎水性領域が形成できる。ＣＶＤ法を用いる場合、まず、公知のフォトリソグラフィ技術により、疎水性領域とする箇所が開口したレジストパターンを濾過膜の上に形成する。次に、レジストパターンをマスクとして疎水性材料を堆積する。例えば、ＣＨＦ3などのフッ素化炭化水素ガスを原料として用いたプラズマアシストＣＶＤ法により、疎水性材料を堆積すればよい。
【００３０】
この後、レジストパターンを除去すれば、レジストパターンの開口部に対応する濾過膜に、疎水性材料を堆積することができる。なお、マスクとしては、レジストパターンに限らず、いわゆるメタルマスクを用いるようにしてもよい。
【００３１】
また、シリコーンオイル、液状のフッ素化合物，表面アルキル化剤などを塗布することで、疎水性領域が形成できる。塗布の方法としては、スクリーン印刷法、ローラー転写法、インクジェット法、およびインプリント法などがある。
【００３２】
以上に説明したように、本発明では、単一の濾過膜に対して、濾過膜の一部に配置された疎水性領域と、疎水性領域以外に配置された親水性領域とを備えるようにしたので、単一の濾過膜を用いて気泡と水溶液を濾過することが可能となる。これにより、気泡が混入している水溶液の濾過を行う際に、気泡が濾過膜表面に蓄積せず、安定した濾過ができるという優れた効果が得られる。さらに、粒子を含んだ水溶液の濾過に使用した際に、粒子が単一のフィルタ表面に捕集されるため、カメラや顕微鏡を用いて粒子の観察を行う際に焦点が合わせやすいという利点がある。さらに、フィルタ裏面の流路構造を工夫することで、水溶液に含まれる気泡を分離する操作にも利用可能である。
【００３３】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形が実施可能であることは明白である。例えば、島状の親水性領域または疎水性領域は、平面視円形，矩形に限るものではなく、三角形，五角形，六角形などの多角形であってもよい。また、濾過膜は、ポリカーボネート製に限るものではなく、例えば、ナイロン、ニトロセルロース、セルロースアセテートなどのポリマ、親水化処理を行ったポリマなど、他の材料から構成された濾過膜を用いるようにしてもよいことはいうまでもない。
【００３４】
また、上述した実施の形態では、１例として濾過膜のポアサイズを０．４μｍとしたが、これに限るものではなく、ポアサイズは、０．０１〜１μｍ程度であれば、同様の効果が得られる。このポアサイズは、細菌などの微粒子の捕集を行う場合に用いられるものである。なお、ポアサイズが１０μｍ以下であれば、疎水化による撥水効果で水溶液中に混合している気泡を濾過する状態が得られるので、上述同様の効果が得られるものと考えられる。ただし、ポアサイズの上限は、濾過膜の材料や疎水化の状態により変化するので、用いる環境を考慮し、実験などにより適宜に設定すればよい。
【符号の説明】
【００３５】
１０１…濾過膜、１０２…疎水性領域、１０３…親水性領域。
【図１Ａ】
2012148257.tif 000003
【図１Ｂ】
2012148257.tif 000004
【図１Ｃ】
2012148257.tif 000005
【図２】
2012148257.tif 000006
【図３】
2012148257.tif 000007
【図４】
2012148257.tif 000008