JP2014500795A - マイクロ粒子と結合させることによりナノ粒子をフィルタリングするための方法およびデバイス - Google Patents

Abstract

不要な粒子を付着粒子に結合させることにより不要な粒子を媒体からフィルタリングするための方法およびデバイスのための実施形態が開示される。いくつかの実施形態では、方法は、複数の不要な粒子および媒体を含む容器の中に複数の付着粒子を受け取ることを含む。方法は、また、複数の付着粒子と、媒体に含まれる複数の不要な粒子とを接触させ、その結果、媒体の中で結合粒子が形成されることを含みうる。接触させることの結果として衝突が生じ、いくつかの不要な粒子といくつかの付着粒子との間に結合が生じうる。方法のいくつかの実施形態は、また、排出装置を備えた容器に結合されたフィルタを介して、媒体と結合粒子の少なくとも一部を容器から取り除くことを含む。なお、このフィルタは、媒体が通過する間に結合粒子を捕捉するように構成されている。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１０年１１月２３日に出願されたインド特許出願第２７８５／ＤＥＬ／２０１０号に基づく優先権を主張し、その全内容を参照により援用する。

本出願において別の記載がなされない限り、この項目に記載される内容は、本出願における特許請求の範囲に対する従来技術ではなく、この項目に包含されているからといって従来技術であるとは認められない。

空中を浮遊する粒子または分子的な汚染物は、非常に小さく、不可能ではないにしても肉眼で見ることは困難な場合がある。空気から除去することが困難な粒子も存在しうる。これらの粒子は吸い込まれる可能性があり、これらの粒子に長い期間にわたって晒されると、呼吸器疾患やそれ以外の疾病が生じる場合がありうる。呼吸できる空気から粒子を除去することは、世界的な課題である。

例えば、高効率粒子空気すなわちＨＥＰＡフィルタなどのフィルタが、粒子性物質を除去するのに用いられることがある。ＨＥＰＡフィルタは、粒子性物質を含む空気が通過するランダムに配置されたファイバ構造を有しており、粒子がファイバによって捕捉されるように機能する。粒子性物質には、ダスト、花粉、かび、細菌などが含まれうるのであり、これらのタイプのフィルタは、粒子がフィルタ上に蓄積するので、時間の経過に伴い、洗浄または交換される。

不要な粒子を付着粒子に結合させることにより不要な粒子を媒体からフィルタリングするための方法およびデバイスのための実施形態が開示される。いくつかの実施形態では、本発明による方法は、複数の不要な粒子と媒体とを含む容器の中に複数の付着粒子を受け取ることを含む。方法は、また、複数の付着粒子と、媒体に含まれる複数の不要な粒子とを接触させ、その結果、媒体の中に結合粒子が形成されることを含みうる。接触の結果、衝突が生じ、いくつかの不要な粒子といくつかの付着粒子との間に結合が生じうる。方法のいくつかの実施形態は、また、排出装置を備えた容器に結合されたフィルタを介して、媒体と結合粒子の少なくとも一部を容器から取り出すことを含む。このフィルタは、媒体が通過する間に結合粒子を捕捉するように構成されている。

様々な実施形態において用いられる付着粒子は、スターチ粒子、セルロース粒子、キチン粒子、それらの派生物またはそれらの混合物でありうる。様々な実施形態において用いられるナノ粒子は、炭素ナノ粒子、鉄粒子、シリコン粒子またはそれらの混合物でありうる。媒体は、実施形態に応じて、気体または液体でありうる。他の実施形態では、排出装置は、ファン、ポンプ、真空または圧力勾配でありうる。

いくつかの実施形態では、接触させるステップは、媒体の機械的撹拌または媒体の超音波撹拌を含みうる。他の実施形態では、接触させるステップは、媒体の物理的運動を含みうる。さらに他の実施形態では、接触させるステップは、重力を適用すること、すなわち、媒体に重力が作用することを許容することを含みうる。

別の実施形態は、不要な粒子を付着粒子に結合させることにより不要な粒子を媒体からフィルタリングするための装置を開示する。いくつかの実施形態では、このデバイスは、複数の不要な粒子および媒体を含む衝突容器を含む。このデバイスは、また、複数の付着粒子を衝突容器に導くように構成されたインジェクタも含みうる。いくつかの実施形態では、この装置は、衝突容器を含んでおり付着粒子と不要な粒子とを接触または衝突させるように構成された衝突室を含む。様々な実施形態では、衝突により一部の不要な粒子と一部の付着粒子とを結合することになるため、この接触または衝突の結果として結合粒子が生じる。この装置のさらなる実施形態には、衝突室に結合され、媒体の少なくとも一部がフィルタを介して容器から除去されるときに結合粒子を捕捉するように構成されているフィルタが含まれる。

不要な粒子を付着粒子に結合させることにより不要な粒子を媒体からフィルタリングするための方法の別の実施形態は、複数の付着粒子を含む衝突室の容器の中に、気体または液体であって複数の不要な粒子を含む媒体を受け取ることを特徴とする。いくつかの実施形態では、この方法は、複数の付着粒子と複数の不要な粒子とを衝突室において接触させ、少なくとも１つの不要な粒子と少なくとも１つの付着粒子との結合から結合粒子が生じることを含む。追加的な実施形態では、また、結合粒子を衝突室から取り除くことも含まれる。

以上の概要は、例示に過ぎず、いかなる意味でも限定を意図していない。上述した例示的な態様、実施形態および特徴に加え、さらに別の態様、実施形態および特徴が、図面と以下の詳細な説明とを参照することによって、明らかになる。

フィルタリングを実行する例示的な装置の図である。 フィルタリングを実行する別の例示的な装置２００の図である。 例示的なウェットスクラバ装置の図である。 不要な粒子をフィルタリングするための方法の一実施形態の機能ブロック図である。 不要な粒子をフィルタリングするための方法の一実施形態の機能ブロック図である。 例示的な付着粒子の図解である。 結合粒子の例示的な拡大図の図解である。

なお、これらの図はすべて、本開示の少なくともいくつかの実施形態に従って構成されている。

以下の詳細な説明では添付の図面を参照するが、添付の図面は詳細な説明の一部を形成する。図面においては、類似の記号は、内容からそうでないことが示されない限り、通常は、類似の構成要素を識別するものとする。詳細な説明、図面および特許請求の範囲に記載された説明のための実施形態は、限定を意図したものではない。本明細書で表されている主題の精神または範囲から逸脱することなく、他の実施形態を用いることができ、他の変更を行うこともできる。本明細書で一般的に説明され図面で図解されている本開示の態様は、広範囲にわたる異なる構成で配列され、置換され、組み合わされ、分離されおよび設計されることが可能であり、これらは、すべて本発明に明示的に含まれるものとする。

本明細書では、媒体のフィルタリングに関するデバイス、方法および製造物が開示されている。

方法
簡潔に述べると、本明細書で開示されている技術は、一般に、不要な粒子と付着粒子とを接触させて結合粒子を形成し、結合粒子を媒体から分離することによって、不要な粒子を媒体から分離するための方法およびデバイスに関する。媒体には、不要な粒子が含まれている可能性があり、または、不要な粒子が含まれていることを疑うことができる。

不要な粒子は、一般に、媒体から分離されるべき任意の粒子でありうる。不要な粒子の例には、（これらに限定されないが）炭素粒子、シリコン粒子、鉄粒子、シリカ粒子およびこれらの混合物がある。不要な粒子の追加的な例としては、ダスト、花粉、かび、細菌およびそれらの混合物が含まれる。不要な粒子のさらなる例として、ナノチューブまたはフラーレンが含まれる。例えば、カーボンナノチューブとは、およそ長い管の形状を形成する炭素原子の格子構造である。管の直径は、およそ数ナノメートルという小ささでありうる。不要な粒子は、任意のサイズでありうるのが一般的である。不要な粒子は、肉眼で見える場合も肉眼で見えない場合もある。例えば、不要な粒子は、約０．１ナノメートルから約１００ナノメートルの範囲の寸法を有する「ナノ粒子」である場合がある。実質的に球形の粒子については、直径の平均が粒子のサイズの測定値として用いられるのが通常である。不要な粒子は、一様なサイズを有することができ、または、複数のサイズが分布することがある。不要な粒子は、付着粒子と同じサイズである場合、付着粒子よりも小さな場合、または、付着粒子よりも大きな場合がある。不要な粒子は、長期間、空気中に浮遊した状態に留まるようなサイズでありうる。不要な粒子は、有色または無色でありうる。不要な粒子と付着粒子との両方が有色である場合には、不要な粒子は、付着粒子と同じ色または異なる色でありうる。不要な粒子は、付着粒子よりも色が薄いかまたは色が濃いこともある。

媒体は、その中に不要な粒子が存在する可能性がある任意の物質でありうる。例えば、媒体は、気体、液体またはゲルでありうる。媒体の一般的な例として、空気または水がある。

付着粒子は、一般に、不要な粒子と結合して結合粒子を形成する可能性がある任意の粒子でありうる。１つまたは複数の異なる付着粒子を用いることができる。付着粒子は、一般に、任意のサイズでありうる。付着粒子は、約１マイクロメートルから約１，０００マイクロメートルの範囲の寸法を有する「マイクロ粒子」でありうる。あるいは、付着粒子が、約１０００マイクロメートルよりも大きな寸法を有することもある。付着粒子は、一様なサイズを有する場合があり、または、複数のサイズが分布している場合がある。実質的に球形の粒子については、直径の平均が粒子のサイズの測定値として用いられるのが通常である。付着粒子は、不要な粒子と同じサイズである場合、不要な粒子よりも小さな場合、または、不要な粒子よりも大きな場合がある。付着粒子は、有色または無色でありうる。
１組の付着粒子は、生体高分子である。付着粒子の特定の例としては、スターチ粒子がある。スターチは、少なくとも部分的には、多数の鎖の形成、異なるタイプのリンケージを備え枝分かれした複合体構造、イオン結合としての性質、そしてスターチが自然に約１０〜２０％の水分を含むことにより、魅力的な付着性を有している。

ほぼ一様なサイズのスターチ粒子は、ふるい分けによって得ることができる。例えば直径が約２００マイクロメートルより大きいような比較的大きなサイズのスターチ粒子は、例えば汚染された空気に用いることができる。デキストリンマイクロ粒子、セルロースマイクロ粒子、キチンマイクロ粒子、および、修正されたスターチセルロースキチンまたはそれらの誘導体など、同様の結合性質を有する他のマイクロ粒子もまた、本明細書における例示的な方法およびデバイスと共に用いることができる。

いくつかの例示的な方法では、不要な粒子が、空気などの気相媒体の中に存在する。追加的な例には、不要なナノ粒子を含む空気を、複数の付着粒子を含む衝突室の中に導くことがさらに含まれる。別の例には、不要なナノ粒子と付着粒子との間に衝突または接触を引き起こすことが含まれ、ナノ粒子とマイクロ粒子とが衝突すると、結合粒子が形成されうる。

例示的な実施形態では、不要な粒子と結合させるための付着粒子は、表面接着性や物理的サイズなどの付随する物理的性質に基づいて選択される。いくつかの実施形態では、付着粒子は、化学的または電気的に不要な粒子と結合する能力、すなわち、例えば、ファンデルワールス力を介して結合する能力に基づいて、選択される。様々な実施形態で、結合粒子が作成されると、結合粒子を含む空気は、フィルタを通過させられる。フィルタは、空気を通過させながら、他方では結合粒子を捕捉するように設計することができる。

本発明の方法は、また、結合粒子を媒体から分離することも含みうる。この方法は、また、この分離ステップの前、後またはその間に、結合粒子を検出することを含みうる。

本明細書で様々な態様および実施形態が開示されてきたが、他の態様および実施形態が当業者には明らかであろう。本明細書で開示されたこれらの様々な態様および実施形態は説明のためであって、限定を意図しておらず、真の範囲および精神は、以下の特許請求の範囲によって示されている。

デバイス
例えば、図１は、本明細書で提示する方法の中のいくつかによるフィルタリングを行う例示的な装置である。フィルタリングシステム１００は、少なくとも１つの取り入れ口１０２を備えるように構成することができる。また、このフィルタリングシステムは、少なくとも１つの衝突室１０４を備えるように構成することができる。取り入れ口は、汚染された媒体が衝突室１０４に入ることを可能にする。

いくつかの実施形態では、取り入れ口１０２は、この取り入れ口１０２からの粒子をフィルタリングするように設計された少なくとも１つの第１のフィルタ要素１０６を含みうる。フィルタリングされる粒子は、例えば、マイクロサイズの粒子またはそれよりも大きなものでありうる。より大きな粒子を取り除くことにより、システムの全体的効率を向上させることが可能である。しかし、いくつかの実施形態ではフィルタ要素１０６が存在せず、その場合には、汚染された媒体が、取り入れ口１０２の全体を通過して流れ込むことになる。

フィルタリングシステム１００は、さらに、取り入れ口１０２に接続され取り入れ口１０２から媒体の一部を受け取る複数の取り入れ口１０８ａ〜ｄなど、少なくとも１つの取り入れ口を含むこともある。複数の取り入れ口１０８ａ〜ｄのそれぞれが、少なくとも１つの第２のフィルタ１１０ａ〜ｄを含むこともある。衝突室１０４は、マイクロ規模のサイズの粒子などの複数の付着粒子１１２を保持または含むことがあり、第２のフィルタ１０８ａ〜ｄは、複数の付着粒子１１２が衝突室１０４から出ることを防止することができる。いくつかの実施形態では、第２のフィルタ１０８ａ〜ｄの任意のものを取り除くことが可能である。例えば、取り入れ口１０２を通過する流れによって生じる正の圧力により、付着粒子が衝突室１０４を出ることが防止される。

媒体は、任意選択で第２のフィルタ１０８ａ〜ｃを含む複数の取り入れ口１１０ａ〜ｄを通過して流れると、衝突室１０４の中に入る。衝突室１０４の内部で、汚染された媒体が、付着粒子と相互作用をする。

いくつかの実施形態では、取り入れ口１１０ａ〜ｄを通過する媒体の流れにより、複数の付着粒子１１２は、衝突室１０４の中で懸濁を生じる。懸濁する付着粒子は、媒体の中に存在する他の粒子と衝突しうる。取り入れ口１１０ａ〜ｄを通過する流れと重力など他の力とが組み合わされることにより、付着粒子１１２は、衝突室１０４の全体を運動することになる。付着粒子１１２の懸濁または分散は、付着粒子が少なくとも１つの不要な粒子と衝突する蓋然性を高めることになる。いくつかの場合には、多くの付着粒子１１２が単一の不要な粒子と結合しうる。それぞれの付着粒子１１２が、複数の不要な粒子を表面に結合させることがある。例えば、１つの付着粒子１１２が数百の不要な粒子を表面に結合させることがある。一例では、付着粒子１１２がマイクロ粒子であり、不要な粒子がナノ粒子であって、１つまたは複数のダストまたは花粉などの空中の粒子が１つのスターチ粒子に結合しうるように、１つまたは複数のナノ粒子が１つのマイクロ粒子に結合する場合がある。

衝突室１０４は、少なくとも１つのフィルタ１１４を含みうる。フィルタ１１４は、示されているように衝突室１０４の内部に、または、衝突室１０４の１つまたは複数の排出装置１１６ａ〜ｄの内部に、配置することができる。フィルタ１１４は、少なくとも付着粒子１１２のサイズの粒子が排出装置１１６ａ〜ｄを通過することを防止するように構成することができる。１つまたは複数の不要な粒子と付着粒子１１２とを結合することによって形成された結合粒子は、不要な粒子が付着粒子よりも実質的に小さい場合には、付着粒子１１２とほぼ同じ大きさでありうる。そのような状況では、付着粒子を媒体から取り除くことができるフィルタは、媒体から結合粒子もまた取り除くことになる。いくつかの実施形態では、付着粒子１１２は明るい色であり、不要な粒子は暗い色である場合がある。例えば、十分な量の不要な粒子が粒子１１２に結合された後では、複数の付着粒子１１２がより暗い色になりうる。

フィルタ１１４には、異なる複数のタイプのフィルタを複数の実施形態で用いることができる。いくつかの実施形態では、付着粒子１１２のサイズの粒子をフィルタリングするように設計されたＨＥＰＡフィルタが、媒体をフィルタリングすることができる。いくつかのフィルタでは、フィルタ１１４が、少なくとも付着粒子１１２のサイズの粒子をフィルタリングする。フィルタ１１４は、例えば、流れが実質的に妨げられないサイズでありうる。他の様々なフィルタを、フィルタ１１４の一部として組み込むことが可能である。これらの様々なフィルタは、限定を意図したものではなく、本開示の実施形態において用いることが可能なフィルタの例を提供している。

いくつかの実施形態では、排出装置１１６ａ〜ｄが、媒体を衝突室１０４から排出するために用いられる。装置１００は、排出装置１１６ａを１つ有する場合もあるし、装置１００は、図１に示されたように、複数の排出装置１１６ａ〜ｄを有する場合もある。様々な実施形態において、フィルタ１１４を通過し、排出装置１１６ａ〜ｄの外へ、空気（または、それ以外の媒体）を引き出すのにファンを用いることがある。さらなる実施形態では、排出装置１１６ａ〜ｄを、衝突室１０４の排出のためのポンプに結合することもある。ポンプは、フィルタ１１４を通過し、排出装置１１６ａ〜ｄの外へ、媒体の一部を取り除くための吸引力を生じることができる。

追加の実施形態では、真空装置を排出装置１１６ａ〜ｄに結合することにより、衝突室１０４から媒体を排出するための吸引力を提供することができる。いくつかの実施形態では、衝突室１０４を空にするために例えば圧力勾配を用いることもある。いくつかの実施形態では、圧力勾配をベルヌーイの原理によって生じさせることができる。つまり、例えば、排出装置１１６ａ〜ｄを迅速に通過して流れる空気により、衝突室１０４から空気を引き出す吸引力が生じうる。

図２は、本明細書で提案する方法のいくつかによるフィルタリングを実行する別の例示的な装置２００である。装置２００は衝突室２０２を含み、衝突室２０２はフィルタ２０４と排出装置２０６ａ〜ｂとを含みうる。

装置２００は、また、衝突室２０２に接続されたインジェクタ２０８を含む。図２に示されているようないくつかの実施形態では、インジェクタ２０８は、コルクスクリューインジェクタでありうる。インジェクタ２０８は、ある量の付着粒子２１０を衝突室２０２の中に導くように構成されている。付着粒子２１０は、貯留槽２１２の中に含まれてもよく、貯留槽２０２はインジェクタ２０８によって衝突室２０２に結合される。

いくつかの実施形態では、排出装置２０６ａ〜ｂを介して、ある量の潜在的に汚染された空気が衝突室２０２の中に導かれうる。汚染された空気が衝突室２０２の中に存在する間に、付着粒子２１０が、インジェクタ２０８を介して衝突室２０２の中に導かれうる。いくつかの実施形態では、付着粒子２１０を、インジェクタ２０８のノズルを通過する加圧空気を用いて、衝突室２０２の中に注入することができる。他の実施形態では、付着粒子２１０は、例えば重力を用いて、開口を通じて衝突室２０２の中へ導くことができる。さらなる実施形態では、例えば、付着粒子２１０を衝突室２０２の内部に密封することもありうる。

例示的な実施形態では、付着粒子が衝突室２０２の中に注入されると、衝突を引き起こすことができる。一実施形態では、衝突は、不要な空気粒子を含む衝突室２０２の中の媒体の循環によって引き起こされる。例えば、汚染された空気が不要なナノ粒子を含む場合には、衝突室２０２を通過する空気の循環によって、付着粒子２１０と不要なナノ粒子とを衝突させて結合粒子を形成させることができる。さらなる例では、媒体の機械的撹拌または媒体の超音波撹拌を含むこともある。機械的撹拌は、例えば、衝突室２０２の運動または振動によって提供することができる。

追加の実施形態では、媒体の撹拌は、衝突室２０２の内部に設置されたファンによって提供されることがある。それに加えて、または、その代わりに、重力によって、衝突室２０２の中での様々な粒子の衝突を生じさせることもある。付着粒子２１０が衝突室２０２の中に注入されると、重力が、付着粒子２１０を衝突室２０２の底の方向に引き寄せ、それにより、衝突室２０２の中での衝突数がさらに増加することになる。

衝突室の中での付着粒子２１０と不要な粒子２０２との間の衝突を引き起こすか、または接触が引き起こされた後では、結合粒子が形成され、これらの結合粒子は、排出装置２０６ａ〜ｂを通過して衝突室２０２の中の媒体からフィルタリングすることができる。さらなる実施形態では、フィルタ２０４によって捉えられた付着粒子をリサイクルすることもある。付着粒子は、フィルタ上に保持されると、付着粒子はさらに多くの不要な粒子を捕捉する可能性がある。従って、付着粒子は、フィルタ２０４から収集されると、任意選択ではあるが、貯留槽２１０の中に再度導かれることがある。いくつかの実施形態では、付着粒子は明るい色であり、不要な粒子は暗い色である場合がある。十分な量の不要な粒子が付着粒子に結合された後では、複数の付着粒子がより暗い色になりうる。複数の付着粒子は、例えば、色が所定のレベルまで濃くなるまで、継続的に再利用することが可能である。

図３は、本明細書で提示された方法によるフィルタリングを実行するように構成された例示的なウェットスクラバ装置（wet scrubber apparatus）３００である。ウェットスクラバ装置３００は、いくつかのタイプの不要な粒子を媒体から取り除くフィルタとして機能する。このウェットスクラバ装置３００は、取り入れ口３０２を備えているように構成されている。取り入れ口３０２は、不要な粒子で汚染された媒体を、衝突室３０４の中に引き込むのに用いられる。衝突室３０４の中では、液体スラリ３０６がスプレイされる。液体スラリ３０６は、水とスターチマイクロ粒子との溶液である。いくつかの実施形態では、例えばエチルアルコールやイソプロピルアルコールなど、水以外の液体が用いられることもある。液体スラリ３０６は、パイプ３０８を介して衝突室３０４の中に導くことができる。パイプ３０８には、液体スラリ３０６の流れを制御するようにスプレイノズルが取り付けられる場合がある。

液体スラリ３０６は、例えば細かな霧状に噴射されるなど、水の露出される表面積を最大化するように、噴射することができる。液体スラリ３０６の場合には、（例えば、スターチマイクロ粒子などの）付着粒子が汚染された空気の中の不要な粒子と衝突し、このスラリを含む溶液が形成される。不要な粒子は、スラリ溶液の中に入ると、そのスラリ溶液の中の付着粒子と結合しうる。不要な粒子は、例えば、水とスラリ溶液を構成する付着粒子との両方に引き寄せられうる。

さらなる実施形態では、液体スラリ３０６を、ドレイン３１０を介して排出することができる。例えば、液体スラリ３０６は、衝突室３０４の中に噴射され、取り入れ口３０２を介して導かれている空気の中の不要な粒子と衝突し、ドレイン３１０を介して衝突室３０４から排出される。この排出されたスラリは、付着粒子と不要な粒子と結合粒子とを含みうる。排出されたスラリは、また、衝突室３０４の中に再導入されるように、パイプ３０８に戻すことができる。スラリは、不要な粒子を蓄積する高い能力を有することができ、複数回の使用も可能である。いくつかの実施形態では、ドレイン３１０は、スラリ混合物からの付着粒子と結合粒子とをフィルタリングするフィルタ３１２を含むことがある。フィルタ３１２は、液体溶液から粒子を取り除くのに適した任意のフィルタでよい。液体をシステム３００が再利用する場合には、例えば、追加的な付着粒子を液体スラリの中に再導入することがある。

システム３００は、また、媒体を衝突室３０４から排出するための排出装置３１４も含む。システム３００は、霧除去用パッド３１６をさらに含みうる。排出装置３１４は、吸引力を提供することができ、霧除去用パッド３０６は、スラリ混合物が排出装置３１４の中に吸い込まれることを防止することができる。霧除去用パッド３１６は、例えば、気体が排出装置３１４の中へ流れ込んでスラリを衝突室３０４の内部に保持することを可能にするように構成されている。

提示されている例示的な装置は、本明細書に記載されたフィルタリング方法を実行する装置の例であることを意味している。付着粒子を不要な粒子と衝突させて結合粒子を形成し結合粒子を媒体から除去する他の装置を用いることも可能である。例えば、汚染された空気は、付着粒子を含む溶液を通過して濾過することも可能である。

図４Ａは、本明細書に記載されている少なくともいくつかの実施形態による、不要な粒子をフィルタリングするための方法の一実施形態の機能ブロック図である。いくつかの例では、図４Ａに示されている方法４００は、例えば、装置１００、装置２００および装置３００と共に用いることができる方法の代替実施形態を与えている。方法４００は、ブロック４０２、４０４および４０６の１つまたは複数によって図解されている１つまたは複数の操作、機能または動作を含みうる。これらのブロックは、シーケンシャルな順序で図解されているが、並行して、および／または、ここで記載されているのとは異なる順序で実行されることもある。また、様々なブロックを、希望する実装に基づき、より少数のブロックに組み合わせること、追加的なブロックに分解すること、および／または、削除することがある。

方法４００は、「複数の不要な粒子を含む媒体を、衝突室の容器の中に受け取る」というブロック４０２で開始しうる。ブロック４０２のいくつかの例では、複数の不要な粒子が、媒体を含む容器の中に受け取られる。

ブロック４０２の次には「複数の付着粒子と複数の不要な粒子とを衝突室の中で接触させて、結合粒子を形成する」というブロック４０４が続きうる。ブロック４０４のいくつかの例では、不要な粒子は、炭素ナノ粒子、鉄ナノ粒子またはシリコンナノ粒子でありうる。不要な粒子は、例えば、ナノ粒子の程度のサイズでありうる。追加的な例では、複数の付着粒子と複数の不要な粒子との接触は、付着粒子が衝突室の中に注入された時点で、引き起こすことができる。一実施形態では、接触は、不要な粒子を含む媒体の循環によって引き起こされる。さらなる例には、媒体の機械的撹拌または超音波撹拌が含まれうる。機械的撹拌は、衝突室の運動または振動によって提供することができる。追加の実施形態では、媒体の機械的撹拌は、衝突室の内部に設置されたファンによって提供されることもある。追加の実施形態では、重力が、衝突室内部での衝突を生じさせる。例えば、マイクロ粒子が衝突室の中に注入されると、重力が、それらのマイクロ粒子を底の方向に引き寄せるのである。

ブロック４０４の次には、「結合粒子を衝突室から取り除く」というブロック４０６が続きうる。ブロック４０６のいくつかの例では、媒体は、フィルタを通過して容器から取り除かれる。このフィルタは、付着粒子のサイズまたはそれよりも大きなサイズの粒子を捕捉するように構成することができる。そうすることにより、このフィルタは、付着粒子と結合粒子との両方を捕捉することができる。

図４Ｂは、本明細書に記載されている少なくともいくつかの実施形態による、不要な粒子をフィルタリングするための方法の一実施形態の機能ブロック図である。いくつかの例では、図４Ｂに示されている方法４５０は、例えば、装置１００、装置２００および装置３００と共に用いることができる方法の代替実施形態を与えている。方法４５０は、ブロック４５２、４５４および４５６の１つまたは複数によって図解されている１つまたは複数の操作、機能または動作を含みうる。これらのブロックは、シーケンシャルな順序で図解されているが、並行に、および／または、本明細書で記載されているのとは異なる順序で実行されることもある。また、様々なブロックを、希望する実装に基づき、より少数のブロックに組み合わせること、追加的なブロックに分解すること、および／または、削除することがある。

方法４５０は、「複数の付着粒子と、複数の不要な粒子を含むことが疑われる媒体とを提供する」というブロック４５２で開始しうる。ブロック４５２のいくつかの例では、不要な粒子を含むことが疑われる媒体が、複数の付着粒子と共に提供される。

ブロック４５２の次には、「付着粒子と不要な粒子とが結合し結合粒子が形成されうるように、付着粒子と媒体と不要な粒子とを接触させる」というブロック４５４が続きうる。ブロック４０４のいくつかの例では、付着粒子と媒体とが接触させられた時点で、粒子の間の接触が生じうる。一実施形態では、接触は、不要な粒子を含む媒体の循環によって引き起こされる。さらなる例には、媒体の機械的撹拌または超音波撹拌が含まれうる。機械的撹拌は、衝突室の運動または振動によって提供することができる。追加の実施形態では、媒体の機械的撹拌は、衝突室の内部に設置されたファンによって提供されることもある。追加の実施形態では、重力が、衝突室内部での衝突を生じさせる。例えば、付着粒子が衝突室の中に注入されると、重力が、それらの付着粒子を底の方向に引き寄せるのである。この現象を利用することにより、潜在的な接触を増加させることができる。いくつかの例では、接触は液体である媒体の中で生じうる。付着粒子が液体媒体の中に存在するとして、液体と不要な粒子とが接触すると、不要な粒子は、液体および付着粒子との間で、溶液、懸濁液または分散液を形成する。様々な粒子の間の結合が、溶液において生じうる。

ブロック４５４の次には、「結合粒子を媒体から分離する」というブロック４５６が続きうる。ブロック４５６のいくつかの例では、媒体は、フィルタを通過して容器から取り出される。このフィルタは、付着粒子のサイズまたはそれよりも大きなサイズの粒子を捕捉するように構成することができる。それにより、フィルタは、付着粒子と結合粒子との両方を捕捉し、結合粒子を媒体から分離することができる。ブロック４５６の追加の例では、ウェットスクラバ装置などのように、付着粒子が液体媒体の中に存在し、付着粒子と不要な粒子との間の結合が、液体溶液の中で生じうる。ブロック４５６は、付着粒子と不要な粒子と結合粒子とを含む液体溶液を、衝突室から取り除くことができる。元々は不要な粒子を含んでいた媒体は、不要な粒子が取り除かれると、衝突室を通過することができる。

図５Ａは、例示的な付着粒子の図解である。図５Ａは、スターチの粒子を示している。様々な実施形態で、スターチ粒子は、不要な粒子と結合する結合因子として用いることができる。付着粒子は、これらの粒子がすべてほぼ同じサイズまたは類似のサイズとなるようにスクリーニングを行いうる。スターチ及び関連する高分子は、直径が約１マイクロメートルから開始し１０００マイクロメートルまたはそれより大きなサイズまでの異なるサイズで存在するが、直径がマイクロメートルの規模のサイズであるスターチを、いくつかの例で用いることができる。

本明細書で説明しているデバイスおよび方法の一例において、直径が約２００マイクロメートルよりも大きなサイズのスターチを用いることがある。不要な粒子が結合されているなど若干汚染されているスターチは、スターチが用いられるプロセスのための原材料としてリサイクルすることが可能であり、従って、本明細書で記載されたデバイスおよび方法において再利用することができる。

いくつかの実施形態では、デキシトリン粒子、セルロース粒子およびキチン粒子などスターチと結合特性が類似している他の粒子も、本明細書における方法およびデバイスと共に用いることができる。例えば、スターチポリマーは、モノマー単位と関連する様々な電荷帯を保持し、スターチ分子上でのこの電荷の分布が不要な粒子を捕捉するのに役立つ。スターチの接着特性と類似の接着特性を示す生体高分子などのそれ以外のポリマーも、同様に適切な結合因子となりうる。

図５Ｂは、結合粒子の例示的な拡大図の図解である。図５Ｂの結合粒子は、ナノ粒子５０２に付着したマイクロ粒子５００でありうる。例示的なマイクロ粒子と、付着したナノ粒子との相対的なサイズは、図５Ｂで見ることができる。ナノ粒子５０２などいくつかのナノ粒子がマイクロ粒子と結合した様子が示されており、結合するさらに多くのナノ粒子のための空間が残っている。この例示的な図面では、カーボンナノチューブが、スターチマイクロ粒子に結合するナノ粒子として示されている。

本明細書で説明された構成は、例示の目的だけのためであることをさらに理解されたい。従って、他の構成や他の要素（例えば、マシン、インターフェース、機能、順序および機能のグルーピングなど）を代わりに用いることができ、希望する結果に応じて、要素をいくつか削除できることを、当業者であれば理解するであろう。さらに、説明された要素の多くは、離散的なまたは分散的な成分として、または、他の成分と共に任意の適切な組み合わせでおよび位置において実装可能な機能的実体である。

本開示は、本明細書に記載され様々な態様の説明として意図されている特定の実施形態に限定されることはない。当業者には明らかなように、その精神および範囲から逸脱せずに、多くの修正および変更をなすことが可能である。当業者には、ここで列挙されたものに加え、本開示の範囲に属する機能的に均等な方法および装置が、以上の説明から明らかであろう。そのような修正および変更は、特許請求の範囲の範囲に属することが意図されている。本開示は、特許請求の範囲が及ぶ均等物の全範囲と共に、特許請求の範囲の記載によってのみ限定される。本開示は、特定の方法、試薬、化合物の組成または生体系に限定されないことを理解されたく、これらは、もちろん変更しうる。本明細書で用いられた用語は特定の実施形態を説明する目的のみを有するのであって、限定を意味しないことも理解されよう。

本明細書における実質的にすべての複数形および／または単数形の用語の使用に対して、当業者は、状況および／または用途に適切なように、複数形から単数形に、および／または単数形から複数形に変換することができる。様々な単数形／複数形の置き換えは、理解しやすいように、本明細書で明確に説明することができる。

通常、本明細書において、特に添付の特許請求の範囲（例えば、添付の特許請求の範囲の本体部）において使用される用語は、全体を通じて「オープンな（ｏｐｅｎ）」用語として意図されていることが、当業者には理解されよう（例えば、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｂｕｔ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」と解釈されるべきであり、用語「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、「少なくとも有する（ｈａｖｉｎｇ ａｔ ｌｅａｓｔ）」と解釈されるべきであり、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｂｕｔ ｉｓ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」と解釈されるべきである、など）。導入される請求項で具体的な数の記載が意図される場合、そのような意図は、当該請求項において明示的に記載されることになり、そのような記載がない場合、そのような意図は存在しないことが、当業者にはさらに理解されよう。例えば、理解の一助として、添付の特許請求の範囲は、導入句「少なくとも１つの（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ）」および「１つまたは複数の（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ）」を使用して請求項の記載を導くことを含む場合がある。しかし、そのような句の使用は、同一の請求項が、導入句「１つまたは複数の」または「少なくとも１つの」および「ａ」または「ａｎ」などの不定冠詞を含む場合であっても、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」による請求項の記載の導入が、そのように導入される請求項の記載を含む任意の特定の請求項を、単に１つのそのような記載を含む実施形態に限定する、ということを示唆していると解釈されるべきではない（例えば、「ａ」および／または「ａｎ」は、「少なくとも１つの」または「１つまたは複数の」を意味すると解釈されるべきである）。同じことが、請求項の記載を導入するのに使用される定冠詞の使用にも当てはまる。また、導入される請求項の記載で具体的な数が明示的に記載されている場合でも、そのような記載は、少なくとも記載された数を意味すると解釈されるべきであることが、当業者には理解されよう（例えば、他の修飾語なしでの「２つの記載（ｔｗｏ ｒｅｃｉｔａｔｉｏｎｓ）」の単なる記載は、少なくとも２つの記載、または２つ以上の記載を意味する）。さらに、「Ａ、ＢおよびＣ、などの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（例えば、「Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステムを含むが、それに限定されない）。「Ａ、Ｂ、またはＣ、などの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（例えば、「Ａ、Ｂ、またはＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステムを含むが、それに限定されない）。２つ以上の代替用語を提示する事実上いかなる離接する語および／または句も、明細書、特許請求の範囲、または図面のどこにあっても、当該用語の一方（ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｒｍｓ）、当該用語のいずれか（ｅｉｔｈｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｒｍｓ）、または両方の用語（ｂｏｔｈ ｔｅｒｍｓ）を含む可能性を企図すると理解されるべきであることが、当業者にはさらに理解されよう。例えば、句「ＡまたはＢ」は、「Ａ」または「Ｂ」あるいは「ＡおよびＢ」の可能性を含むことが理解されよう。

さらに、本開示の特徴や態様がマーカッシュグループの用語で記載されている場合には、当業者であれば、そのマーカッシュグループの個々の構成要素または複数の構成要素からなるサブグループでも記載されることを認識されよう。

当業者であれば理解するように、任意のおよびすべての目的について、記載された説明を提供することに関し、本明細書で開示されているすべての範囲は、任意のおよびすべての可能性のある下位の範囲と下位の範囲の組み合わせとに及ぶ。任意のリスト化されている範囲は、同一の範囲が、少なくとも、等しい２分の１、３分の１、４分の１、５分の１、１０分の１などに分割されることを十分に説明し可能にしているものとして、容易に認識されうる。非限定的な例として、本明細書で論じられたそれぞれの範囲は、下位の３分の１、中間の３分の１、上位の３分の１などに容易に分割することができる。当業者であれば容易に理解するように、「まで」、「少なくとも」、「よりも大きい」、「よりも小さい」などのすべての言葉は、言及された数字を含み、上述したように、以後に下位の範囲に分割することができる範囲にも及ぶ。最後に、当業者に理解されるように、範囲はそれぞれの個別の構成要素を含む。従って、例えば、１から３個のセルを有するグループは、１、２または３個のセルを有するグループに及ぶ。同様に、１から５個のセルを有するグループは、１、２、３、４または５個のセルを有するグループに及ぶ、などである。

本明細書で様々な態様および実施形態が開示されてきたが、他の態様および実施形態も当業者には明らかであろう。本明細書で開示された様々な態様および実施形態は、あくまでも説明のためであり、限定を意図したものではなく、真の範囲および精神は、以下の特許請求の範囲によって示される。

Claims (20)

1. 粒子を付着粒子に結合させることにより前記粒子を媒体からフィルタリングするための方法であって、
   複数の付着粒子と、複数の不要な粒子を含むことが疑われる媒体とを準備することと、
   前記付着粒子と不要な粒子とが結合し結合粒子を形成することができるように、前記付着粒子と前記媒体と前記不要な粒子とを接触させることと、
   結合粒子を前記媒体から分離することと、
   を含む方法。
2. 前記分離することが、ファン、ポンプ、真空または圧力勾配の使用を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記接触させることが、前記媒体の機械的撹拌または前記媒体の超音波撹拌を含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記分離することが、前記結合粒子をフィルタリングすることを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記付着粒子が約１マイクロメートルから約１，０００マイクロメートルの寸法を有し、前記不要な粒子が約０．１ナノメートルから約１００ナノメートルの寸法を有する、請求項１から４のうちの一項に記載の方法。
6. 前記不要な粒子が炭素ナノ粒子、鉄ナノ粒子、シリコンナノ粒子またはそれらの混合物である、請求項１から４のうちの一項に記載の方法。
7. 前記付着粒子がスターチマイクロ粒子、セルロースマイクロ粒子、キチンマイクロ粒子、それらの派生物またはそれらの混合物である、請求項１から４のうちの一項に記載の方法。
8. 前記媒体が気体、液体またはそれらの混合物である、請求項１から４のうちの一項に記載の方法。
9. 不要な粒子を付着粒子に結合させることにより前記不要な粒子を媒体からフィルタリングするための装置であって、
   複数の不要な粒子および前記媒体を含むように構成された衝突容器と、
   複数の付着粒子を前記衝突容器に導くように構成されたインジェクタと、
   前記衝突容器を含んでおり、付着粒子と不要な粒子とを接触させ、その結果、結合粒子が形成されるように構成された衝突室と、
   前記衝突室に結合されているフィルタであって、前記媒体の少なくとも一部がこのフィルタを介して除去されるときに前記結合粒子を捕捉するように構成されているフィルタと、
   を備える装置。
10. ファン、ポンプ、真空および圧力勾配からなる群から選択される排出装置をさらに備える、請求項９に記載の装置。
11. 前記衝突室が、前記媒体の機械的撹拌を提供するように構成されている、請求項９に記載の装置。
12. 前記衝突室が、前記媒体の物理的運動を提供するように構成されている、請求項９に記載の装置。
13. 前記衝突室が、前記媒体の超音波撹拌を提供するように構成されている、請求項９に記載の装置。
14. フィルタリング後の前記媒体を含むために前記フィルタに結合された貯留槽をさらに備える、請求項９に記載の装置。
15. 前記不要な粒子が炭素ナノ粒子、鉄ナノ粒子、シリコンナノ粒子またはそれらの混合物である、請求項９から１４のうちの一項に記載の装置。
16. 前記付着粒子がスターチマイクロ粒子、セルロースマイクロ粒子、キチンマイクロ粒子またはそれらの混合物である、請求項９から１４のうちの一項に記載の装置。
17. 前記媒体が気体または液体である、請求項９から１４のうちの一項に記載の装置。
18. 不要な粒子を付着粒子に結合させることにより前記不要な粒子を媒体からフィルタリングするための方法であって、
    複数の不要な粒子を含み気体または液体である媒体を、衝突室の、複数の付着粒子を含む容器に受け取ることと、
    前記複数の付着粒子と前記複数の不要な粒子とを前記衝突室において接触させ、結合粒子を形成することと、
    前記結合粒子を前記衝突室から取り除くことと、
    を含む方法。
19. 前記付着粒子がスターチマイクロ粒子、セルロースマイクロ粒子、キチンマイクロ粒子またはそれらの混合物である、請求項１８に記載の方法。
20. 前記不要な粒子が炭素ナノ粒子、鉄ナノ粒子、シリコンナノ粒子またはそれらの混合物である、請求項１８または請求項１９に記載の方法。

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