表面修飾による高分子超薄膜の高機能化とその応用
東海大学 工学部機械工学科 マイクロ・ナノ研究開発センター
専任講師 砂見 雄太（平成 28 年度 一般研究開発助成 AF-2016039）
キーワード:高分子超薄膜，ナノシート，エンボス加工，プレス加工，表面修飾

1．研究の目的と背景の凹凸の微細なパターンを持つモールドを樹脂に押近年，創傷被覆材として高柔軟性や高接着性を有し付けそのままパターンを転写することが可能であする 膜厚 100 nm 以下の高分子超薄膜（以下，ナるナノインプリント技術に期待が集まっている．ナノシートと称 する）に注目が集まっている．ナノシ

ノインプリント技術には熱ナノインプリント法，光ートは接着剤を使用せず物理吸着のみで複雑な表面ナノインプリント法や大量生産に適しているロールの皮膚や臓器に貼り付けることができる．そのため，ナノインプリント法などがある．Ogino et. al(2)は，微止血治療および二次感染を防ぐ保護治療のような医細な形状をもつベルト型のモールドをローラに貼り療分野での活用が増えるとともに，患者の負担を軽合わせ被成形材料となるポシスチレンシートと重な減し，治療することが可能である． 岡村ら(1)は，手るように搬送し 200 nm のドットパターンとなる微術用縫合糸や骨接合材などに用いられて いる生分細構造を有するフィルムの大量生産に成功している．

解性高分子であるポリ乳酸を用いて作製したナノシ

しかしながら，これらはナノシートに微細構造を付ートの柔軟性・接着性を検証するために，弾性率測与するナノインプリントの実験的な研究はほとんど

定，接着性測定について実験的に検討を行い，またなされていない．

動物実験を実施しマウスの火傷治療に成功した．こ

そこで本研究では，エンボス加工を施した基板のれらより，ナノシートの展望に対する期待が更に高PET（ポリエチレンテレフタレート）フィルムを用まっている．

いてナノシートの表面修飾について実験的に検討し一般にナノシートは溶液を塗布した基板を高速回た．

転させ， その遠心力によって，溶液を薄く均一な状態にするスピンコート法により作製される．しかし

2．実験装置及び実験方法ながら，本手法で は，ナノシートを作製する際に使本研究では，百合ロール機械（株）の装置を用い用するシリコン基板の面積に制限があるため，需要てまずは厚さ 100 μm の PET フィルムに，図 1 に示の拡大が予想されるナノシートの大量生産に対応ですようなハニカム構造のエンボス加工を施した．

きないと考えられる．この課題に対して，砂見らは(2)

ハニカムロールの表面は，ピッチ 32 μm，深さ 18

ロール・ツー・ロール生産方式 （以下，R2R 生産〜 21 μm，線幅 1〜2 μm，六角形の一辺 17〜18 μm方式と称する）とマイクログラビア方式を組み合わである．エンボスロール表面上のハニカム構造体をせた生産手法が検討されている．R2R 生産方式は，PET フィルム基材に転写するために，まず，エンボ基板となるフィルムを多数のローラにより支持・搬

スロールを加熱した後， PET フィルム基板をエン送し，その過程において塗布，乾燥，ラミネートなボスロールとゴムロールで挟み 込んだ．その後，上どの工程を一連して行うことにより，フィルム製品部エンボスロールに圧力をかけ，PET フィルムを押の大量生産が可能である．この方式にマイクログラし出した．エンボス加工を PET フィルムに施す各条ビア方式（以下，MG と称する）を用いた塗工工程件においては実験計画法を用いて検討した．表１にを組み込むことによりナノシートの大量生産が可能

実験条件を示す．と考えられる．
一方，マイクロ・ナノの分野では数十 nm レベル

160 µm

注射針

エンボスロール

光源
マイクロスコープ
液滴

160 µm
溝深さ = 20±2 µm

PET フィルム

図 3 接触角の測定方法
ロール

図１としては，水を用いた接触角を測定した．図３に接エンボス加工の概略図

触角の測定方法の概略図を示す．注射器を用いて，水を何も表面に施していないナノシートと表面修飾

表 2 エンボス加⼯の実験計画法を⽤いた条件を施したナノシート上に滴下し，マイクロスコープをもちいて水滴を確認した．本研究では，接触角の12345678温度

圧力

搬送速度T [℃]120120120120150150150150

P [kg/cm]
100100200200100100200200

V [m/min]
12121212

算出には/2 法を用いた．
3．実験結果および考察
図 4 にレーザー顕微鏡を用いて観察したハニカム
PET フィルムの画像を示す．同図から見て取れるよ
うに全ての PET フィルムにおいて表面上にハニカム構造の形状を付与することが確認された．しかしながら，実験条件の違いにより模様がはっきりしているものとそうでないもの確認される．例えば，試その後，作製したハニカム PET フィルム を基板

料番号 7 と試料番号 8 ははっきりとした模様が確認とし，図 2 に示すようなスピンコート法を用いてナでき，実験条件と照らし合わせると温度が 150 ℃でノシートを作製した．これらのナノシートは，数分圧力が 200 kg/cm の際にきれいにエンボスできていあれば作製可能であり非常に簡便な方法である．ナる．これらを定量的に評価するためにハニカム構造ノシートにハニカム構造が転写されたかどうかを判

部分の溝高さをレーザー変位計を用いて測定した．

断するために，レーザー顕微鏡を用いてナノシート

図 5 に PET フィルムのハニカム構造体の溝の高さの比較を示す．各プロットは 3 回の実験の平均を示の表面観察を行った．
また，エンボス加工を施されたナノシートの評価

ハニカム構造を有する
PETフィルム

犠牲膜

し，エラーバーは標準偏差を表している．また，高ナノシート

ナノシート（回転数 4000[rpm]，時間60[s]，犠牲膜(PVA) 20[mg/ml]，ナノシート(PLLA) 10mg/ml）

図 2 スピンコート法によるナノシートの作製手順

(2)

(1)

(3)

50 µm

(4)

(5)

(8)

(7)

(6)

50 µm

50 µm

50 µm

50 µm

50 µm

50 µm

50 µm

図 4 エンボス加工した PET フィルムの顕微鏡写真（50 倍）2015

高さh[µm]251050

エンボス 1ロール

2345678

資料番号

図 5 ハニカム構造体の溝の高さ

20 µm

20 µm(a) 資料番号 6(b)資料番号 720 µm(c)

資料番号 8図 6 レーザー顕微鏡を用いたナノシートの表面構造（150 倍）
さは六角形の凹凸の高さと六角形の中心と定義した．

8 のハニカム構造を有する PET フィルムを用いてなお，参考値として同図にはエンボスロールの溝深作製したナノシートを選択した．六角形の一番大きさも併記している．

い辺を有するナノシート（試料番号 7）には多くの同図より，試料番号 7 が最も高いことが判明した．

傷を有することを確認した．これは，溶液をスピン高温高圧下での搬送速度を遅くすることにより、ハコートする際に段差が高いため，均一に塗布できなニカム構造体をしっかりと押圧することができたとかったためと考えられる．

考えられる．

図 7 に接触角を測定した際の写真を示す．ここで図 6 にレーザー顕微鏡で撮影したハニカムナノシ

は，スピンコート法で作製したナノシートと最近研ートの画像を示す． 高さの異なる試料番号 6，7，究を実施している連続搬送（グラビア印刷を用いた2 mm

2 mm

グラビア印刷で作製したナノシート(c) ハニカム構造を有するナノシート

2 mm(a) スピンコート法で作製した
ナノシート

(b)

図 7 各ナノシートの接触角の撮影写真
90802.

接触角 θ [°]

70

ロール温度および面圧を高くして，搬送速度を遅くすることによりよりきれいなハニカム構造体をフィルムに付与できることを確認した．
スピンコート法を用いてハニカム構造を有するナノシートの作製ができた．
ハニカム構造体を有するナノシートの接触角は何も表面修飾を施していないナノシートと大きな差はないことを確認した．

60503.

40304.

20100

スピンコート法

図8

グラビア印刷

ハニカム構造体を有するナノシート

謝各ナノシートの接触角値

辞

本実験の一部は，百合ロール機械株式会社様のご場合）にて作製したナノシート(4)，ハニカム構造体を有するナノシートの結果をそれぞれ示している．

協力を得て実施したものである．ここに感謝の意を表する．

写真だけでは判別がし難いため，図 8 に接触角をま
参考文献

とめた結果を示す．同図より，グラビア印刷を用いて作製したナノシートの接触角が他に比べると少し(1)（ナノシート）の開発とその医療応用”，高分子論文

低い値を示しているが，大きな有意差はない．これ集(2013), pp. 351-359．

らより本研究で実施したハニカム構造体は残念ながら接触角をコントロールすることは難しいと考えら

岡村陽介,“ユニークな特性を発現する高分子超薄膜(2)橋本巨,“入門ウェブハンドリング”，加工技術研究会(2010)，pp.17-27．

れる．
このため，今後は表面修飾を施したナノシートを(3)

Masahiko Ogino, et al, “Fabrication of 200-nm Dot
Pattern on 15-m-Long Polymer Sheet Using Sheet

細胞培養などに利用可能か検討していくことを考え

Nanoimprint Method”, Japanese Journal of Appliedている．

Physics, Vol. 52, 035201-1-4 (2013).

4．結言

本研究では，ハニカム構造を有するエンボス加工を施した PET フィルムを用いてナノシートの表面修飾を実施した．得られた結果を以下に示す．
1.

エンボス加工を用いることにより連続的にＰＥＴフィルムにハニカム構造を付与することができた．

(4)

Sheng Zhang, Yoshitomo Kai, Yuta Sunami, Tactile
Sliding

Behavior

Nanosheettowards

ofR2R

Mass-Produced

BiomedicalDevice

in

PLLA
Skin

Applications, nanomaterials, Vol. 8, No. 4 (2018) pp.
210.