JP2019156799A - Antibacterial member - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、抗菌部材に関する。 The present invention relates to an antibacterial member.
近年、医療現場における院内感染や、街中での感染症流行が問題となっている。また、生活の質が向上するのに伴い、人々の衛生に対する意識が高まり、食品や家電製品での抗菌ニーズが高まっている。 In recent years, nosocomial infections in the medical field and infectious disease epidemics in the city have become problems. In addition, as the quality of life improves, people's awareness of hygiene has increased, and antibacterial needs for food and home appliances have increased.
これまでに提案されている抗菌部材は、基材の表面に、抗菌性のある金属元素(銅(Cu)および銀(Ag)等)やセラミックス(TiO2)等の成分(抗菌活性成分)を含む皮膜を形成することにより抗菌性を与えるものである。例えば、特許文献1には、ステンレス鋼を下地とし、その上にZnめっき層又はZn合金めっき層が形成され、更に抗菌・防カビ剤を含む熱硬化型塗装が施されている耐久性に優れた抗菌・防カビ性塗装鋼板が開示されており(請求項1)、抗菌・防カビ剤はAg,Cu,Zn等の無機系薬剤、リン酸亜鉛,酸化亜鉛等の化合物系薬剤、チアゾール,イミダゾール等の有機系薬剤から選ばれた1種又は2種以上であることが開示されている(請求項3)。
Antibacterial members that have been proposed so far have components (antibacterial active ingredients) such as antibacterial metal elements (such as copper (Cu) and silver (Ag)) and ceramics (TiO 2 ) on the surface of the substrate. Antibacterial properties are imparted by forming a coating film. For example, in
上述した抗菌皮膜を設ける方法では、抗菌活性成分は母材表面に多くとも数%しか露出しておらず、抗菌性能は十分ではない可能性がある。性能を十分にするために、部材表面における抗菌活性成分の分散量を増加することもできるが、抗菌皮膜の安定性や強度の関係上、分散量には限界がある。Agの場合には値段が高いという問題もあり、分散量を過度に増大させるとコストを増大させることになってしまう。また、抗菌活性成分が1種類の場合には、耐性菌を生じる可能性が高く、新たな菌を生む可能性もある。 In the above-described method for providing an antibacterial film, the antibacterial active ingredient is only exposed to several percent at most on the surface of the base material, and the antibacterial performance may not be sufficient. In order to ensure sufficient performance, the amount of the antibacterial active ingredient dispersed on the surface of the member can be increased, but the amount of dispersion is limited due to the stability and strength of the antibacterial film. In the case of Ag, there is also a problem that the price is high, and if the amount of dispersion is excessively increased, the cost is increased. In addition, when there is one kind of antibacterial active ingredient, there is a high possibility that resistant bacteria will be produced, and there is a possibility that new bacteria will be produced.
本発明の目的は、上記事情に鑑み、抗菌皮膜を設けることなく、高い抗菌性を実現する抗菌部材を提供することにある。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide an antibacterial member that realizes high antibacterial properties without providing an antibacterial film.
上記課題を解決すべく、本発明の抗菌部材は、基材と、基材の表面に設けられた複数の突起を有し、突起の直径は0.5μm以上20μm以下であり、突起のヤング率は0.004GPaよりも大きく5GPa以下であることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the antibacterial member of the present invention has a base material and a plurality of protrusions provided on the surface of the base material, the diameter of the protrusion is 0.5 μm or more and 20 μm or less, and the Young's modulus of the protrusion Is greater than 0.004 GPa and 5 GPa or less.
本発明のより具体的な構成は、特許請求の範囲に記載される。 More specific configurations of the present invention are described in the claims.
本発明によれば、抗菌皮膜を設けることなく、高い抗菌性を実現する抗菌部材を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the antibacterial member which implement | achieves high antibacterial property can be provided, without providing an antibacterial film.
上述した以外の課題、構成及び効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。 Problems, configurations, and effects other than those described above will become apparent from the following description of embodiments.
以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を適宜省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. In addition, in each figure, about the same component or the same component, the same code | symbol is attached | subjected and those overlapping description is abbreviate | omitted suitably.
図1は本発明の抗菌部材を模式的に示す斜視図である。図1に示すように、抗菌部材10は、基材11と、基材11の表面に設けられた複数の突起12を有している。このような突起12の集合体を「ピラー構造体」とも称する。この突起12によって基材11の表面には微細な凹凸構造が形成されている。なお、本発明において「菌」とは、細菌、酵母およびカビ等のあらゆる種類の微生物の総称とする。
FIG. 1 is a perspective view schematically showing an antibacterial member of the present invention. As shown in FIG. 1, the
上述したように、従来は部材の表面に抗菌皮膜を設けて菌を化学的に殺していたが、本発明は基材の表面構造でバイオフィルム(菌や菌が分泌する細胞外多糖類からなる立体的な構造体)の成長を抑制するという画期的なものである。菌自体は単体では人体に悪影響を及ぼすことは少なく、バイオフィルムが人体に悪影響を及ぼすことが多いため、バイオフィルムの成長を抑制できれば抗菌部材としては非常に有用である。 As described above, conventionally, an antibacterial film is provided on the surface of a member to kill bacteria, but the present invention is composed of a biofilm (extracellular polysaccharide secreted by bacteria and fungi) with the surface structure of the substrate. It is an epoch-making thing that suppresses the growth of a three-dimensional structure. Since the fungus itself has little adverse effect on the human body and the biofilm often has an adverse effect on the human body, if the growth of the biofilm can be suppressed, it is very useful as an antibacterial member.
以下、基材にバイオフィルムが形成されるメカニズムと、本発明の抗菌部材がバイオフィルムの成長を抑制するメカニズムについて説明する。図2は基材の表面にバイオフィルムが形成されるメカニズムを説明するフロー図である。図2に示すように、バイオフィルムは以下の順序で発生する: Hereinafter, the mechanism by which the biofilm is formed on the substrate and the mechanism by which the antibacterial member of the present invention suppresses the growth of the biofilm will be described. FIG. 2 is a flow diagram illustrating the mechanism by which a biofilm is formed on the surface of a substrate. As shown in FIG. 2, the biofilm occurs in the following order:
S1:清浄な基材が水に接触すると、水と基材との界面に菌(パイオニア菌)が付着する
S2:菌の表面に分泌されている細胞外多糖類(Extracellular Polysaccharide:EPS)が基材に付着し、接着が安定化する
S3:パイオニア菌が増殖を始め、多糖類(グリコカリックス)で被覆された一次コロニーが形成される
S4:グリコカリックスが他のタイプの菌細胞を取り込み、一次コロニー(パイオニア菌のコロニー)の排泄物を代謝する二次コロニーが一次コロニーの上層に形成される
S5:二次コロニーの排泄物を代謝する微生物が付着し、逐次的に多層コロニー構造が形成されてバイオフィルムが形成される
図1に示すように、本発明の抗菌部材10は基材11の表面に突起12が設けられ凹凸構造が形成されていることにより、菌が一次コロニーを形成する過程で足場が構造的に不安定となり、一次コロニー自体の内部応力によって破断する効果があると考えられる。そのため、上記S3以降のプロセスが発生せず、バイオフィルムの成長が抑制されると考えられる。
S1: When a clean substrate comes into contact with water, bacteria (pioneer bacteria) adhere to the interface between the water and the substrate. S2: Extrapolysaccharide (EPS) secreted on the surface of the bacteria S3: Pioneer bacteria start to grow and primary colonies covered with polysaccharides (glycocalyx) are formed. S4: Glycocalix takes up other types of fungal cells and becomes primary. Secondary colonies that metabolize the excrement of colonies (pioneer colonies) are formed in the upper layer of the primary colonies. As shown in FIG. 1, the
突起12の直径は、0.5μm以上20μm以下とする。この範囲の中で、突起12の直径は増殖を抑制する対象の菌(以下、「対象菌」と称する。)と同程度の直径を有していることが好ましい。突起12の直径が対象菌よりも大きすぎる場合も、逆に突起12の直径が対象菌よりも小さすぎる場合も、一次コロニーを効果的に破断することができない。なお、突起12の直径が対象菌の大きさと「同程度」であることについて、両者は必ずしも同一である必要は無い。突起12の直径は、一次コロニー破断の効果を得ることができる値の範囲にあればよい。突起12の直径は、各対象菌について破断効果を検証する実験を行い、決定することができる。対象菌の直径は、例えば細菌:約0.5μm、酵母:約5μmおよびカビ:約20μmである。
The diameter of the
突起12の形状は、図1では円柱形状であるが、これに限られない。例えば、三角柱、四角柱等の多角柱であってもよい。この場合、「突起12の直径」とは、外接円の直径を意味するものとする。
The shape of the
また、突起12のヤング率は、0.004GPaよりも大きく5GPa以下であることが好ましい。突起12のヤング率が0.004GPa未満であると突起12の水中での構造安定性(耐水性)が不十分となる。また、突起12のヤング率が5GPaより大きいと、一次コロニーの破断効果が十分ではなくなる。
The Young's modulus of the
図3Aは本発明の抗菌部材の突起の配列の第1の例を示す上面図であり、図3Bは本発明の抗菌部材の突起の配列の第2の例を示す上面図である。本発明の抗菌部材10の基材11における突起12の配列は、特に限定は無いが、例えば図3Aに示すように、正方格子状とすることができる。また、図3Bに示すように、三方格子状であってもよい。
FIG. 3A is a top view showing a first example of the array of protrusions of the antibacterial member of the present invention, and FIG. 3B is a top view showing a second example of the array of protrusions of the antibacterial member of the present invention. The arrangement of the
隣り合う突起12の中心間の距離L(ピッチ間隔)は、突起12の直径の1.5倍以上3倍未満であることが好ましい。距離Lが突起12の直径の1.5倍未満であると、十分な量の凹凸構造を確保できず、凹凸構造の効果(一次コロニーを破断してバイオフィルム抑制の効果)を十分に得ることができない。また、距離Lが突起12の直径の3倍以上であると、凹部の割合が大きくなり過ぎて、凹部に菌が入り込み、バイオフィルム成長抑制の効果を十分に得ることができなくなる。
The distance L (pitch interval) between the centers of
また、突起12のアスペクト比(高さ/直径)は1以上であることが好ましい。アスペクト比が1未満であると、凹凸構造の効果を十分に得ることができない。
The aspect ratio (height / diameter) of the
基材11の材料は、突起12を形成できるものであれば特に限定は無く、抗菌性を持たせたい部材に合わせて選択することができる。例えば、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、PDMS(ポリジメチルシロキサン)およびCOP(シクロオレフィンポリマー)等の樹脂を用いることができる。また、ステンレス鋼等の金属であってもよい。
The material of the
図4Aは本発明の抗菌部材の基材の形状の第1の例を示す側面図であり、図4Bは本発明の抗菌部材の基材の形状の第2の例を示す斜視図である。基材11の形状についても、突起12を形成できるものであれば特に限定は無く、抗菌性を持たせたい部材に合わせて選択することができる。例えば、図1および図4Aに示すように、フィルム状であってもよい。基材11がフィルム状である場合、可搬性の向上および抗菌部材を使用する現場で施工しやすくなる等のメリットが得られる。突起12を設けている面と反対側の面に接着剤13を設ければ、抗菌性を持たせたい部材に簡単に貼り付けることができる。
4A is a side view showing a first example of the shape of the substrate of the antibacterial member of the present invention, and FIG. 4B is a perspective view showing a second example of the shape of the substrate of the antibacterial member of the present invention. The shape of the
また、図4Bに示すように、基材11´が管状であってもよい。この場合、管状の基材11´の内側の面に突起12が設けられていてもよい。このような形状を有する抗菌部材10´は、ドラム式洗濯機の洗濯槽に適用することができる。
Moreover, as shown to FIG. 4B, base material 11 'may be tubular. In this case, the
次に、上述した抗菌部材の製造方法について説明する。図4Aに示すように、基材11がフィルム状の樹脂である場合、例えばナノインプリント加工によって突起12を作製することができる。具体的には、凹凸構造を有する金属金型を樹脂フィルムに押し当て、熱を加えることで樹脂フィルム基材の表面に突起12を形成することができる。
Next, the manufacturing method of the antimicrobial member mentioned above is demonstrated. As shown to FIG. 4A, when the
また、基材11が金属である場合、例えばメタルプリント加工によって金属基材の表面に突起12を形成することができる。具体的には、凹凸構造を有する金属金型を金属基材に押し当て、熱と圧力を加えることで金属基材の表面に突起12を形成することができる。
Moreover, when the
図4Bに示すように、基材11が金属の管状部材であり、管状部材の内側に突起12が設けられている場合、例えばロール技術を用いて抗菌部材10´を作製することができる。具体的には、外側表面に凹凸構造が形成された円筒状の原版に基材11´を押し付けながら回転させることで、基材11´の表面に突起12を形成しながら、基材を管状に成形することができる。
As shown in FIG. 4B, when the
上述したナノインプリント加工、メタルプリント加工およびロール技術ともに、基材11,11´の表面の一部を突起12とすることから、抗菌部材10,10´は基材11,11´と突起12とが一体に成形された物となる。もちろん、基材11,11´と突起12との十分な密着性が得られれば、基材11,11´と突起12とを別に用意して接着した物であってもよい。
Since the nanoimprint process, the metal print process, and the roll technology described above have part of the surface of the
以下、実施例に基づいて本発明についてより詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples.
(1)バイオフィルム抑制効果の確認
基材11として樹脂フィルムを用い、突起12の直径を変えた2つの抗菌部材(実施例1、比較例1)を作製した。樹脂フィルムはCOP(ヤング率:0.22GPa)を材料とした。実施例1の抗菌部材の突起12のサイズを1μmとし、比較例1の突起12のサイズを5μmとした。ピッチ間隔Lは突起12の直径の1.75倍とし、突起12のアスペクト比は1とした。樹脂フィルムへの突起12の形成は、ニッケルモールドをナノインプリント加工することで行った。
(1) Confirmation of biofilm suppression effect Two antibacterial members (Example 1 and Comparative Example 1) in which the diameter of the
上述した抗菌部材10に、以下の手順で菌を培養した。試験菌には黄色ブドウ球菌(直径:約1μm)を用いた。試験菌数が107〜108/mLになるまでトリプケースソイ(SCD)ブイヨン(Trypcase Soy Broth)培地で浮遊培養して試験菌液を得た。ガラスシャーレ、抗菌部材10を高圧蒸気滅菌(121℃、15分間)し、実施例1および比較例1の抗菌部材10をガラスシャーレに設置した後、試験菌液を添加した。SCDブイヨン培地を1日1回交換し、21日間培養した。
Bacteria were cultured on the
図5は実施例1の抗菌部材の表面のSEM観察写真であり、図6は比較例1の抗菌部材の表面のSEM観察写真である。実施例1および比較例1の抗菌部材ともに、突起12が設けられた領域(図5および図6中の点線で囲んだ領域)と、突起12が設けられていない領域(図5および図6中の点線で囲んだ領域以外の領域)がある。図5および図6に示すように、実施例1および比較例1の抗菌部材ともに、突起12が設けられていない領域は、菌20が増殖している。
FIG. 5 is a SEM observation photograph of the surface of the antibacterial member of Example 1, and FIG. 6 is a SEM observation photograph of the surface of the antibacterial member of Comparative Example 1. In both the antibacterial members of Example 1 and Comparative Example 1, a region where the
一方、突起12が設けられている領域を見ると、実施例1の抗菌部材はほとんど菌が増殖していないのに対し、比較例1の抗菌部材では菌20が突起12が設けられている領域においても増殖している。このことから、黄色ブドウ球菌と同じ直径を有する突起12が設けられた抗菌部材は、菌の増殖を抑制できることがわかった。
On the other hand, when looking at the area where the
(2)抗菌部材の耐水性評価
次に、基材の樹脂材料を変え、ナノインプリントによって直径1μm、高さ5μmの突起12を有する抗菌部材(実施2〜4および比較例2)を作製した。ピッチ間隔Lは突起12の直径の1.75倍とし、突起12のアスペクト比は1とした。実施例1〜3および比較例2のそれぞれの抗菌部材の材料およびそのヤング率を後述する表1に示す。ヤング率は、ナノインデンテーション法を用いて測定した。
(2) Water resistance evaluation of antibacterial member Next, the resin material of the base material was changed, and antibacterial members (Examples 2 to 4 and Comparative Example 2) having
作製した抗菌部材を水中に浸した後、SEM(Scanning Electron Microscope)によって表面の構造を観察し、耐水性(水中での構造安定性)評価を行った。観察の結果、突起12同士が結合せず、基材表面の凹凸構造が崩壊していないものを「合格」、突起12同士が結合し、基材表面の凹凸構造が崩壊したものを「不合格」と評価した。耐水性評価結果を後述する表1に併記する。
After the produced antibacterial member was immersed in water, the surface structure was observed by SEM (Scanning Electron Microscope), and water resistance (structural stability in water) was evaluated. As a result of the observation, the
表1に示すように、抗菌部材の材料のヤング率が本発明の規定を満たす実施例1〜3は、SEM観察の結果、突起12同士が結合しておらず、耐水性評価の結果は全て「合格」となった。一方、抗菌部材の材料のヤング率が本発明の規定を満たさない比較例2は、耐水性評価の結果が「不合格」であった。
As shown in Table 1, in Examples 1 to 3 where the Young's modulus of the material of the antibacterial member satisfies the provisions of the present invention, as a result of SEM observation, the
図7は比較例2の抗菌部材の耐水性試験後の表面のSEM観察写真である。図7に示すように、突起12同士が結合し、凹凸構造が崩れる現象が見られた。これは、比較例2の抗菌部材の材料の強度が弱く(ヤング率:0.002〜0.004GPa)、表面張力や静電気等の力で突起12同士が結合したものと考えられる。
FIG. 7 is a SEM observation photograph of the surface of the antibacterial member of Comparative Example 2 after the water resistance test. As shown in FIG. 7, a phenomenon was observed in which the
このことから、基材11表面の凹凸構造を安定に保つためには、突起12ヤング率は、0.005GPa以上、5GPa以下とすることが好ましいことが実証された。
From this, it was proved that the
以上、発明したように、本発明によれば、抗菌皮膜を設けることなく、抗菌対象の部材表面におけるバイオフィルム成長を抑制することが可能な抗菌部材を提供可能であることが示された。また、水に接触した場合であっても基材11の表面に設けられた凹凸構造を安定に保つことができ、抗菌効果を持続させることが可能であることが示された。本発明の抗菌部材は、医療、食品および電化製品等の様々な分野で使用することができる。
As described above, according to the present invention, it was shown that an antibacterial member capable of suppressing biofilm growth on the surface of a member to be antibacterial can be provided without providing an antibacterial film. Moreover, even when it contacted with water, the uneven structure provided in the surface of the
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
10,10´…抗菌部材、11,11´…基材、12…突起、13…接着剤、20…菌、L…ピッチ間隔。 10, 10 '... antibacterial member, 11, 11' ... substrate, 12 ... projection, 13 ... adhesive, 20 ... fungus, L ... pitch interval.
Claims (7)
前記突起の直径は0.5μm以上20μm以下であり、
前記突起のヤング率は0.004GPaよりも大きく5GPa以下であることを特徴とする抗菌部材。 A substrate and a plurality of protrusions provided on the surface of the substrate;
The diameter of the protrusion is 0.5 μm or more and 20 μm or less,
The antibacterial member, wherein the Young's modulus of the protrusion is greater than 0.004 GPa and 5 GPa or less.
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JP2018048924A JP2019156799A (en) | 2018-03-16 | 2018-03-16 | Antibacterial member |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR102177165B1 (en) * | 2020-06-29 | 2020-11-11 | 엠.씨.케이 (주) | An antimicrobial article and a method thereof |
-
2018
- 2018-03-16 JP JP2018048924A patent/JP2019156799A/en active Pending
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KR102177165B1 (en) * | 2020-06-29 | 2020-11-11 | 엠.씨.케이 (주) | An antimicrobial article and a method thereof |
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