(57)【要約】      （修正有）【課題】物体の表面に対して容易に生物誘引性能または生物忌避性能を有するバイオフィルムを形成可能なバイオフィルムの形成方法および物体の表面にバイオフィルムが形成されたバイオフィルム定着材を提供する。【解決手段】大気圧下において、ポリカーボネート板等の物体の表面にプラズマ照射処理を施し、必要に応じ更にポリ−リシンコート（ＰＬＬコート）することにより、微生物を物体の表面に付着させてバイオフィルムを形成させるバイオフィルムの形成方法およびこのバイオフィルム形成方法を用いて製造されたバイオフィルム定着材。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気圧下において、前記物体の表面にプラズマ照射処理を施し、微生物を物体の表面に対して付着させてバイオフィルムを形成することを特徴とするバイオフィルムの形成方法。
【請求項２】
前記プラズマ照射処理後に、前記物体の表面に対して細胞接着膜を形成し、
前記細胞接着膜の表面に前記バイオフィルムを形成させることを特徴とする請求項１に記載のバイオフィルムの形成方法。
【請求項３】
物体の表面にバイオフィルムが定着されたバイオフィルム定着材料であって、
大気圧下において、前記物体の表面にプラズマ照射処理を施し、微生物を前記物体の表面に対して付着させてバイオフィルムを形成したことを特徴とするバイオフィルム定着材。
【請求項４】
前記バイオフィルムが、前記微生物から分泌された粘着性物質によって、前記微生物および前記微生物から増殖した微生物群を包含して形成されていることを特徴とする請求項３に記載のバイオフィルム定着材。
【請求項５】
前記バイオフィルムが、生物誘引性能または生物忌避性能を有することを特徴とする請求項４に記載のバイオフィルム定着材。
【請求項６】
前記バイオフィルムが産生する物質によって、生物を誘引するまたは、前記バイオフィルムに対する生物の付着を促進する生物誘引性能を有することを特徴とする請求項５に記載のバイオフィルム定着材。
【請求項７】
前記バイオフィルムが産生する物質によって、生物を忌避するまたは、前記バイオフィルムに対する生物の付着を防止する生物忌避性能を有することを特徴とする請求項５に記載のバイオフィルム定着材。
【請求項８】
前記生物が、水棲生物であることを特徴とする請求項６または請求項７に記載のバイオフィルム定着材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の表面に対するバイオフィルムの形成方法およびバイオフィルムが形成されたバイオフィルム定着材に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、バイオフィルムとは、バクテリアをはじめ、真菌、藻類、原生動物などの多種多様な微生物から分泌される粘液状物質の内部に当該微生物が包含されたものを示す。
【０００３】
非特許文献１においては、海中においてこのようなバイオフィルムの形成は、フジツボ、イガイ、藻類などの大型付着生物の前段階に位置づけられていると記載されている。また、ある種のバイオフィルムが形成された水中構造物には、大型の水棲生物が付着しやすい現象があることが述べられており、特許文献１において、この微生物を含むバイオフィルムに類似させた粘着性ポリマーを船舶の外壁などの水中構造物の表面に塗膜することにより水棲生物が付着することを防止することが記載されている。
【０００４】
また、非特許文献１においては、バイオフィルムには、水棲生物が付着することを防止するだけでなく、バイオフィルムを形成する微生物の種類によっては、水棲生物の付着を促進することについても述べられている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「バイオフィルムの基礎と制御  特性・解析事例から形成防止・有効利用まで」、株式会社エヌ・ティー・エス、２００８年、Ｐ３５０−Ｐ３５３
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０８−０８１３０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、所望の物体の表面に特定の微生物を効率よく付着させることは困難であり、特許文献１においても、ベンジリデンアニリン誘導体などのバイオゼリー形成材を用いることで、物体の表面にバイオフィルムを付着させていた。
【０００８】
この課題を解決するべく、本発明においては、物体の表面に対して大気圧下におけるプラズマ照射処理を施すことにより、物体の表面に対して容易にバイオフィルムの形成を可能とするとともに、コストパフォーマンスに優れ、大型の物体表面に対しても適応可能なバイオフィルムの形成方法および物体の表面にバイオフィルムが形成されたバイオフィルム定着材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するべく、本発明の第１のバイオフィルムの形成方法は、大気圧下において、前記物体の表面にプラズマ照射処理を施し、微生物を物体の表面に対して付着させてバイオフィルムを形成することを特徴とする。
【００１０】
このような、本発明の第１のバイオフィルムの形成方法とすることにより、大気圧下における、物体の表面へのプラズマ照射処理によって、物体の表面の清浄化および殺菌または表面修飾を同時に行い、物体表面への微生物の付着を促進するので、容易にバイオフィルムを形成することを可能とする。また、大気圧下において、プラズマ照射処理を行うことにより、連続処理や大型の物体への処理を可能とし、製造コストを安価に抑えることができる。
【００１１】
本発明の第２のバイオフィルムの形成方法は、前記プラズマ照射処理後に、前記物体の表面に対して細胞接着膜を形成し、前記細胞接着膜の表面に前記バイオフィルムを形成させることを特徴とする。
【００１２】
このような、本発明の第２のバイオフィルムの形成方法とすることにより、物体の表面に対して細胞接着膜を形成して、物体表面への微生物の付着を促進させ、物体の表面に容易にバイオフィルムを形成することを可能とする。
【００１３】
本発明の第１のバイオフィルム定着材は、物体の表面にバイオフィルムが定着されたバイオフィルム定着材料であって、大気圧下において、前記物体の表面にプラズマ照射処理を施し、微生物を前記物体の表面に対して付着させてバイオフィルムを形成したことを特徴とする。また、本発明の第２のバイオフィルム定着材は、前記バイオフィルムが、前記微生物から分泌された粘着性物質によって、前記微生物および前記微生物から増殖した微生物群を包含して形成されていることを特徴とする。
【００１４】
このような、本発明の第１のバイオフィルム定着材および第２のバイオフィルム定着材とすることにより、良好なバイオフィルムが形成されたバイオフィルム定着材を提供することを可能とする。
【００１５】
本発明の第３のバイオフィルム定着材は、前記バイオフィルムが生物誘引性能または生物忌避性能を有することを特徴とする。
【００１６】
このような、本発明の第３のバイオフィルム定着材とすることにより、生物を選択的に誘引または忌避することを可能とする。
【００１７】
本発明の第４のバイオフィルム定着材は、前記バイオフィルムが産生する物質によって生物を誘引するまたは、前記バイオフィルムに対する生物の付着を促進する生物誘引性能を有することを特徴とする。
【００１８】
このような、本発明の第４のバイオフィルム定着材とすることにより、物体の表面に対して生物を誘引することができるとともに、当該表面に生物を容易に付着させることを可能とする。
【００１９】
本発明の第５のバイオフィルム定着材は、前記バイオフィルムが産生する物質によって生物を忌避するまたは、前記バイオフィルムに対する生物の付着を防止する生物忌避性能を有することを特徴とする。
【００２０】
このような、本発明の第５のバイオフィルム定着材とすることにより、物体の表面から生物を忌避させることができるとともに、当該表面に生物が付着することを防止することを可能とする。
【００２１】
本発明の第６のバイオフィルム定着材は、前記生物が、水棲生物であることを特徴とする。
【００２２】
このような、本発明の第６のバイオフィルム定着材とすることにより、物体の表面に対して、当該表面が生物誘引性能を有する場合には、水棲生物を誘引して付着することを促進することができる。また、当該表面が、生物忌避性能を有する場合には、水棲生物が当該表面から忌避して付着することを防止することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のバイオフィルムの形成方法によれば、所望の物体の表面に容易にバイオフィルムを形成することを可能とする。
【００２４】
また、本発明のバイオフィルム定着材によれば、良好なバイオフィルムが形成されたバイオフィルム定着材を提供することを可能とする。
【００２５】
さらに、バイオフィルムの特性に応じて、生物を当該物体の表面に対して誘引または忌避させることを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】プラズマ照射処理前後のポリカーボネート板（ＰＣ板）のＸＰＳ表面解析結果を示すグラフ。（ａ）は、プラズマ照射処理前のＰＣ板の解析結果を示し、（ｂ）は、プラズマ照射処理後のＰＣ板の解析結果を示す。
【図２】ＰＣ板にバクテリアを付着させた際の蛍光顕微鏡像を示す顕微鏡像。（ａ）は、プラズマ照射処理前のＰＣ板にバクテリアを付着させた場合（表１に示すｃｏｎｔ）の観察画像を示し、（ｂ）乃至（ｅ）は、プラズマ照射処理後のＰＣ板にバクテリアを付着させた場合（表1に示すＰｌａｓｍａ１〜Ｐｌａｓｍａ４）の観察画像を示し、（ｆ）は、プラズマ照射処理後にポリ−Ｌ−リシンコート（ＰＬＬコート）を施したＰＣ板にバクテリアを付着させた場合（表１に示すＰｌａｓｍａ＋ＰＬＬ）の観察画像を示す。
【図３】ＰＣ板の２ｃｍ×２ｃｍの範囲内におけるミズクラゲ幼生の付着数の測定結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明のバイオフィルムの形成方法は、水中構造物や船舶などの水中に配置される物体の表面に対して、微生物を誘引し、付着させて、物体の表面にバイオフィルムを形成させる方法であり、大気圧下において、物体の表面にプラズマ照射処理を施し、微生物を物体の表面に対して付着させてバイオフィルムを形成するようにされている。
【００２８】
物体の表面へのプラズマ照射処理は、物体の表面に付着している塵やほこり、有機物などの汚染物質を除去する清浄化と、当該表面に対して、付着している微生物の殺菌処理とを同時に行うことができる。さらに、大気圧下において、プラズマ照射処理を行うことにより、連続処理や大型の物体への処理を可能とし、製造コストを安価に抑えることができる。
【００２９】
また、プラズマ照射処理に用いるプラズマ生成ガスを適宜選択することによって、物体の表面に対して、表面修飾を行うことが可能であり、誘引する微生物の種類に応じて物体の表面を親水性や疎水性としたり、微生物を誘引する官能基を修飾することができる。
【００３０】
プラズマ照射処理に用いるプラズマは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｏ２、Ｎ２、ＣＯ２およびこれらの混合ガスからなるプラズマ生成用ガスから生成される。なお、プラズマ生成用ガスは、これらに限定されるものではなく、プラズマを生成することが可能な気体、もしくは水蒸気などいかなる物質でもよい。
【００３１】
本発明のバイオフィルムの形成方法は、プラズマ照射処理を施した後に、物体の表面に対して、細胞接着膜を形成し、細胞接着膜の表面に微生物を誘引し、付着させてバイオフィルムを形成するようにされている。
【００３２】
細胞接着膜としては、コラーゲンコート、ラミニンコート、フィブロネクチンコート、ポリ−Ｄ−リシンコート、ポリ−Ｌ−オルニチンコート、ゼラチンコート、シリコンコートおよびポリ−Ｌ−リシンコート（ＰＬＬコート）などの高分子膜を用いることが好ましく、物体の表面への微生物の付着数を増加させることができる。
【００３３】
微生物としては、バクテリア（真正細菌）、アーキア（古細菌）、菌類、藻類および原生動物を用いることができる。
【００３４】
本発明のバイオフィルム定着材は、本発明のバイオフィルムの形成方法を用いて作製されたものであり、大気圧下において、物体の表面にプラズマ照射処理を施し、微生物を当該物体の表面に対して付着させてバイオフィルムを形成したものである。
【００３５】
また、本発明のバイオフィルム定着材は、当該バイオフィルムが、微生物から分泌された粘着性物質によって、当該微生物および当該微生物から増殖した微生物群を包含して形成されているものである。
【００３６】
この時、形成されたバイオフィルムは、生物誘引性能または生物忌避性能を有している。バイオフィルムの生物誘引性能においては、バイオフィルムが産生する物質によって生物を物体の表面に誘引したり、バイオフィルムに対して生物を選択的に付着させることかできる。反対に、バイオフィルムの生物忌避性能においては、バイオフィルムが産生する物質によって生物を物体の表面から忌避させたり、バイオフィルムに対して生物が付着することを防止することができる。
【００３７】
以下に、本発明のバイオフィルムの形成方法およびバイオフィルム定着材の具体的な実施例について図１乃至図３を用いて詳しく説明する。
【００３８】
＜実施例＞
基材としてポリカーボネート板（以降、ＰＣ板と称する。）を用い、アルゴンガスと窒素ガスとの混合ガスからなるプラズマ生成用ガスにより生成されたプラズマを用いて、大気圧下において、プラズマ照射処理を施した。プラズマ照射処理を施したＰＣ板について、Ｘ線光電子分光法（以降、ＸＰＳと称する。）により表面解析を行った。
【００３９】
また、表１に示した３種類計６つのサンプルを、バクテリアが懸濁してある培地に浸し、各サンプルの表面にバイオフィルムを形成した。なお、プラズマ照射処理を施したサンプルについては、バクテリアの付着の様子を観察するために同じ条件のものＰｌａｓｍａ１〜Ｐｌａｓｍａ４として４つ用意した。バクテリアとしては、Ｐｓｅｕｄｏａｌｔｅｒｏｍｏｎａｓ ｒｕｔｈｅｎｉｃａを用いた。ＤＡＰＩ（４，６−Ｄｉａｍｉｄｉｎｏ−２−ｐｈｅｎｙｌｉｎｄｏｌｅ，ｄｉｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｄｅ）染色液を用いて染色し、蛍光顕微鏡（Ｎｉｋｏｎ，ＥＣＬＩＰＳＥ Ｅ６００，Ｔｏｋｙｏ，Ｊａｐａｎ）により倍率１０００倍でバクテリアの付着の様子を観察した。
【００４０】
さらに、プラズマ照射処理を施した後にバイオフィルムを形成したサンプル（表１に示すサンプルＰｌａｓｍａ１〜Ｐｌａｓｍａ４に該当）とプラズマ照射処理を施した後に細胞接着膜としてのＰＬＬコートを施してバイオフィルムを形成したサンプル（表１に示すサンプルＰｌａｓｍａ＋ＰＬＬに該当）とバイオフィルムを形成していないＰＣ板（表１に示すサンプルｃｏｎｔに該当）とをミズクラゲ幼生が約１０個体／ｍＬ濃度に懸濁された海水に２４時間浮かべ、幼生の付着状態の検証を行った。実体顕微鏡を用いて、２ｃｍ×２ｃｍの範囲内における幼生の付着数を計測をした。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
プラズマ照射処理前後のＰＣ板のＸＰＳ表面解析結果を図１に示す。なお、図１（ａ）は、プラズマ照射処理前のＰＣ板の解析結果を示し、（ｂ）は、プラズマ照射処理後のＰＣ板の解析結果を示す。
【００４３】
プラズマ照射処理前のＰＣ板においては、Ｃ−Ｃの結合が８２．４％であり、その他の２０％程度は、ＣとＯとの結合であった。これに対し、プラズマ照射処理後のＰＣ板においては、Ｃ−Ｃの結合が５６．５％に減少し、ＣとＮの結合が３０％という結果となった。なお、プラズマ照射処理後のＰＣ板は、良好な親水性を示した。
【００４４】
サンプルにバクテリアを付着させた際の蛍光顕微鏡像を図２に示す。なお、図２（ａ）は、プラズマ照射処理前のＰＣ板にバクテリアを付着させた場合の観察画像を示し、（ｂ）乃至（ｅ）は、プラズマ照射処理後のＰＣ板にバクテリアを付着させた場合の観察画像を示し、（ｆ）は、プラズマ照射処理後にＰＬＬコートを施したＰＣ板にバクテリアを付着させた場合の観察画像を示す。また、観察画像中において、白色で示される部分が染色液によって蛍光を発したバクテリアである。
【００４５】
プラズマ照射処理前のＰＣ板であるサンプルｃｏｎｔにおいては、図２（ａ）に示すように、付着したバクテリアはわずかであった。プラズマ照射処理後のＰＣ板としてのＰｌａｓｍａ１〜Ｐｌａｓｍａ４においては、図２（ｂ）乃至（ｅ）に示すように、バラツキはあるものの広範囲にわたってバクテリアが付着しているのが確認された。特に、（ｄ）に示すＰｌａｓｍａ３のサンプルにおいては、多数のバクテリアの付着が確認された。プラズマ照射処理後にＰＬＬコートを施したＰＣ板としてのサンプルＰｌａｓｍａ＋ＰＬＬにおいては、図２（ｆ）に示すように、一部分に集中しているものの、すべてのサンプルの中で最もバクテリアの付着が認められた。
【００４６】
各サンプルの２ｃｍ×２ｃｍの範囲内におけるミズクラゲ幼生の付着数の測定結果を図３に示す。
【００４７】
プラズマ照射処理を施した後にバイオフィルムを形成したサンプルについては、プラズマ照射処理前のＰＣ板へのミズクラゲ幼生の付着数の１．７５倍の付着が確認された。同様に、プラズマ照射処理を施した後にＰＬＬコートを施してバイオフィルムを形成したサンプルについては、２．０４倍の付着が確認された。
【００４８】
これらの結果から、本発明のバイオフィルム形成方法においては、ＰＣ板にプラズマ照射処理を施すことにより、ＰＣ板の表面をバクテリアが付着しやすい環境とするので、バクテリアの付着を促進してＰＣ板の表面に容易にバイオフィルムを形成することを可能とする。さらに、プラズマ照射処理後に細胞接着膜としてのＰＬＬコートを施すことにより、さらにバクテリアが付着しやすい環境となり、バクテリアの付着数を増やして良好なバイオフィルムを形成することができる。なお、ＰＣ板にプラズマ照射処理を施すことにより、ＰＣ板に対するＰＬＬコートを可能としている。
【００４９】
また、本発明のバイオフィルム定着材においては、ＰＣ板の表面に形成されたバイオフィルムが生物誘引性能を有することによって、ミズクラゲ幼生をＰＣ板に誘引し、効率よくミズクラゲ幼生を付着させることができる。このため、例えば、本発明のバイオフィルム定着材をＰＣ板に形成し、海洋中に沈めてミズクラゲ幼生を誘引し付着させた後、当該ＰＣ板を海洋中から取り除いて廃棄することによって、ミズクラゲ成体を発生させるミズクラゲ幼生の数を減少させて、ミズクラゲ成体の大量発生を防止することができる。
【００５０】
また、本発明のバイオフィルム定着材について、生物忌避性能を有するバクテリアを用いてバイオフィルムを形成することにより、例えば、本発明のバイオフィルム定着材を水中構造物の表面に形成する、もしくは貼り付けることで、水中構造物の表面にフジツボ、イガイおよび藻類などの付着性の水棲生物の幼生を水中構造体から忌避させて、水中構造物に大型付着生物が付着することを防止することができる。
【００５１】
バイオフィルムを形成する物体として、ポリカーボネートなどの高分子材料を適応することにより、得られたバイオフィルム定着材の汎用性を向上されるとともに、形状を糸状の繊維とすることにより、漁網や海産物養殖用のネットやロープなどに応用することができる。
【００５２】
なお、本発明のバイオフィルムの形成方法および本発明のバイオフィルム定着材は、本実施形態に限定されるものではなく、発明の特徴を損なわない範囲において種々の変更が可能である。
【図１】
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【図３】
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【図２】
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