JP2021123571A - Member having amorphous carbon film, and method of producing the same - Google Patents

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Abstract

To provide a member having an amorphous carbon film having sufficient antibacterial property, and a high percentage of a sp3 hybrid carbon atom.SOLUTION: The member is provided, comprising: a substrate; and a film formed on the substrate, and including amorphous carbon and metal which are dispersed in the amorphous carbon, the atomic concentration of the metal in the film is 1 atom%-6 atom%, the amorphous carbon includes a carbon atom forming a bond by a sp2 hybrid orbital, and a carbon atom forming a bond by a sp3 hybrid orbital, and the percentage of the number of the carbon atoms forming a bond by the sp3 hybrid orbital to a total of the number of the carbon atom forming a bond by the sp2 hybrid orbital and the number of the carbon atom forming a bond by the sp3 hybrid orbital is 57 atom% or more.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、アモルファスカーボン膜を有する部材及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a member having an amorphous carbon film and a method for producing the same.

アモルファスカーボンの一種であるダイヤモンドライクカーボン(DLC、アモルファスカーボン)は、種々の分野において表面被覆材として注目されている。また、銀(Ag)は、抗菌性を有することが知られている。非特許文献1には、Ag粒子とDLCの混合膜(Ag−DLC膜)が抗菌性を示すことが記載されている。 Diamond-like carbon (DLC, amorphous carbon), which is a kind of amorphous carbon, is attracting attention as a surface coating material in various fields. In addition, silver (Ag) is known to have antibacterial properties. Non-Patent Document 1 describes that a mixed film of Ag particles and DLC (Ag-DLC film) exhibits antibacterial properties.

また、特許文献1にも、抗菌性DLC膜被覆部材が開示されている。特許文献1において、DLC膜は、C:85〜60at%およびH:15〜40at%の組成からなるアモルファス状炭素・水素固形物の気相蒸着膜であり、この膜中には抗菌作用を有する金属微粒子を1〜30at%分散含有している。 Further, Patent Document 1 also discloses an antibacterial DLC film coating member. In Patent Document 1, the DLC film is a vapor deposition film of an amorphous carbon / hydrogen solid having a composition of C: 85-60 at% and H: 15-40 at%, and has an antibacterial action in this film. It contains 1 to 30 at% of metal fine particles.

P.Pisarik et al.,“Antibacterial, mechanical and surface properties of Ag−DLC films prepared by dual PLD for medical applications”Materials Science and Engineering:C Volume 77, 1 August 2017, Pages 955−962P. Pisarik et al. , "Antibacterial, mechanical and surface products of Ag-DLC films prepared by dual PLD for medical applications" Materials Science Science

特開2015−81370号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-81370

第1の態様に従えば、基材と、前記基材上に形成され、アモルファスカーボン及び前記アモルファスカーボン中に分散する金属を含む膜とを備える部材であって、前記膜における前記金属の原子濃度が1原子%〜6原子%であり、前記アモルファスカーボンが、sp混成軌道による結合を形成している炭素原子及びsp混成軌道による結合を形成している炭素原子を含み、前記sp混成軌道による結合を形成している炭素原子の数と前記sp混成軌道による結合を形成している炭素原子の数の合計に対する、前記sp混成軌道による結合を形成している炭素原子の数の割合が57原子%以上である部材が提供される。 According to the first aspect, it is a member including a base material and a film formed on the base material and containing amorphous carbon and a metal dispersed in the amorphous carbon, and the atomic concentration of the metal in the film. Is 1 atomic% to 6 atomic%, and the amorphous carbon contains a carbon atom forming a bond by an sp 2 hybrid orbital and a carbon atom forming a bond by an sp 3 hybrid orbital, and the sp 2 hybrid is formed. The number of carbon atoms forming a bond in the sp 3 hybrid orbital relative to the total number of carbon atoms forming a bond in the sp 3 hybrid orbital and the number of carbon atoms forming a bond in the sp 3 hybrid orbital. A member having a proportion of 57 atomic% or more is provided.

第2の態様に従えば、基材と、フィルタードカソーディックバキュームアーク法により、前記基材上に炭素イオンと金属イオンを同時又は交互に照射することによって形成される、アモルファスカーボン及び前記アモルファスカーボン中に分散する金属を含む膜とを備える部材が提供される。 According to the second aspect, amorphous carbon and the amorphous carbon formed by simultaneously or alternately irradiating the base material with carbon ions and metal ions by a filtered Casodec vacuum arc method. A member comprising a film containing a metal dispersed therein is provided.

第3の態様に従えば、基材と、前記基材上に形成され、アモルファスカーボン及び前記アモルファスカーボン中に分散する金属を含む膜とを備える部材であって、前記膜における前記金属の原子濃度が7原子%〜30原子%であり、前記膜における水素の原子濃度が6原子%以下である部材が提供される。 According to the third aspect, it is a member including a base material and a film formed on the base material and containing amorphous carbon and a metal dispersed in the amorphous carbon, and the atomic concentration of the metal in the film. Provided is a member in which the atomic concentration of hydrogen is 7 atomic% to 30 atomic% and the atomic concentration of hydrogen in the membrane is 6 atomic% or less.

第4の態様に従えば、第1、第2又は第3の態様の部材を製造する製造方法であって、フィルタードカソーディックバキュームアーク法により、前記基材上に炭素イオンと前記金属イオンを同時又は交互に照射して前記膜を形成することを含む製造方法が提供される。 According to the fourth aspect, it is a manufacturing method for manufacturing the members of the first, second or third aspect, and carbon ions and the metal ions are formed on the base material by a filtered cascade vacuum arc method. A production method comprising forming the film by irradiating the film simultaneously or alternately is provided.

第1及び第2の実施形態に係る部材の概略断面図である。It is the schematic sectional drawing of the member which concerns on 1st and 2nd Embodiment. 成膜装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of a film forming apparatus. Ag濃度とsp混成炭素原子の割合との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the Ag concentration and the ratio of sp 3 mixed carbon atom. 試料の膜の硬度測定の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the hardness measurement of the film of a sample. 大腸菌を用いた抗菌性試験の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the antibacterial property test using Escherichia coli. MRSAを用いた抗菌性試験の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the antibacterial property test using MRSA. 緑膿菌を用いた抗菌性試験の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the antibacterial property test using Pseudomonas aeruginosa. 抗菌持続性試験の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the antibacterial persistence test. 細胞毒性試験(LDH assay)の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the cytotoxicity test (LDH assay). 細胞毒性試験(生細胞・死細胞同時染色)の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the cytotoxicity test (simultaneous staining of live cells and dead cells). 血液適合性試験(血液凝固性試験)の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the blood compatibility test (blood coagulation test). 図12(a)〜(c)は、血液凝固性試験後の試料表面の電子顕微鏡(SEM)写真である。図12(d)は、図12(c)の領域eの拡大写真である。12 (a) to 12 (c) are electron microscope (SEM) photographs of the sample surface after the blood coagulation test. FIG. 12 (d) is an enlarged photograph of the region e of FIG. 12 (c). 血液適合性試験(溶血性試験)の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the blood compatibility test (hemolytic test).

[第1の実施形態]
<膜を有する部材>
以下、図面を参照しながら部材の実施形態を説明する。図1に示すように、部材100は、基材40と、基材40上に形成された膜50とを有する。
[First Embodiment]
<Member with membrane>
Hereinafter, embodiments of the members will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the member 100 has a base material 40 and a film 50 formed on the base material 40.

(1)基材40
基材40は、部材100の用途に応じて、種々の形状を有してよく、種々の材料から構成されてよい。例えば、樹脂、シリコン、チタン、ステンレス等から構成されてよい。
(1) Base material 40
The base material 40 may have various shapes depending on the use of the member 100, and may be made of various materials. For example, it may be composed of resin, silicon, titanium, stainless steel, or the like.

(2)膜50
膜50は、基材40の表面少なくとも一部を被覆している。膜50は、抗菌性を有する膜であり、アモルファスカーボン60と、アモルファスカーボン60中に分散する金属70とを含む。
(2) Membrane 50
The film 50 covers at least a part of the surface of the base material 40. The film 50 is a film having antibacterial properties, and contains amorphous carbon 60 and a metal 70 dispersed in the amorphous carbon 60.

抗菌性を有する金属70は、特に限定されないが、例えば、銀、水銀、白金、銅、カドミウム、金、コバルト、ニッケル、及び鉛、又はこれらを含む合金が挙げられ、中でも、銀が好ましい。 The metal 70 having antibacterial activity is not particularly limited, and examples thereof include silver, mercury, platinum, copper, cadmium, gold, cobalt, nickel, and lead, or alloys containing these, and silver is preferable.

本実施形態の膜50は、フィルタードカソーディックバキュームアーク法(FCVA法)により、基材40上に炭素イオンと金属イオンを同時又は交互に照射することによって形成される。FCVA法とは異なる従来の成膜方法、例えば、非特許文献1で用いられているパルスレーザーデポジション法(PLD法)を用いて金属を含むアモルファスカーボン膜を形成した場合、膜中のsp混成炭素原子の割合が低くなる。しかし、FCVA法によって成膜した膜50は、金属70を含有していても、従来の成膜方法と比較して膜50におけるsp混成炭素原子の割合を高くできる。 The film 50 of the present embodiment is formed by simultaneously or alternately irradiating the base material 40 with carbon ions and metal ions by a filtered cascade vacuum arc method (FCVA method). When an amorphous carbon film containing a metal is formed by using a conventional film forming method different from the FCVA method, for example, the pulse laser deposition method (PLD method) used in Non-Patent Document 1, sp 3 in the film The proportion of hybrid carbon atoms is low. However, film 50 was deposited by FCVA method, also contain a metal 70, it can increase the proportion of sp 3 hybridized carbon atoms in the film 50 as compared with the conventional film-forming methods.

本実施形態の膜50は、金属70を含むことで抗菌性が得られ、更に、sp混成炭素原子の割合を高くすることで、高硬度、高摺動性、高耐久性等の良好な機械特性を得られる。また、膜50のsp混成炭素原子の割合を高め、その値を血液適合性が高い特定の範囲に制御することもできる。血液適合性が高いとは、膜50の表面50bを血液に接触させた場合、溶血や血液凝固が抑制されることを意味する。血液適合性を高めることで、溶血や血液凝固を抑制する必要のある、血液と接触する医療器具(例えば、人工関節、血液バック、等)への応用が可能となる。このように、本実施形態の膜50は、抗菌性を有すると共に、良好な機械特性、高い血液適合性等を有することができる。 Film 50 of the present embodiment, the antimicrobial property can be obtained by including a metal 70, further, by increasing the proportion of sp 3 hybridized carbon atoms, good high hardness, high sliding properties, such as high durability Mechanical characteristics can be obtained. It is also possible to increase the proportion of sp 3 mixed carbon atoms in the membrane 50 and control the value to a specific range with high blood compatibility. High blood compatibility means that hemolysis and blood coagulation are suppressed when the surface 50b of the membrane 50 is brought into contact with blood. By enhancing blood compatibility, it becomes possible to apply it to medical devices (for example, artificial joints, blood bags, etc.) that come into contact with blood, which need to suppress hemolysis and blood coagulation. As described above, the membrane 50 of the present embodiment can have antibacterial properties, good mechanical properties, high blood compatibility, and the like.

FCVA法によって形成した膜50が、金属70を含有しても膜50におけるsp混成炭素原子の割合が高いメカニズムは、FCVA法では、屈曲構造(ダブルベンド構造)を有するダクト23a、23bによって、アークプラズマ生成部10a、10bで発生した不純物(中性粒子)が成膜チャンバ部30に入る前に取り除かれ、50内に混入し難いためである(図2参照)。FCVA法の詳細については後述する。 Film 50 formed by FCVA method, a high proportion mechanisms sp 3 hybridized carbon atoms in the film 50 also contain metal 70, the FCVA method, ducts 23a having a bent structure (double bend structure), by 23b, This is because the impurities (neutral particles) generated in the arc plasma generation units 10a and 10b are removed before entering the film forming chamber unit 30 and are difficult to be mixed in the 50 (see FIG. 2). Details of the FCVA method will be described later.

本願明細書において、FCVA法は、ダブルベント機構によって、アークプラズマ生成部で発生した不純物が除去され、イオンのみを基板に到達させることができる方法(成膜方法)を意味する。したがって、一般的に、FCVA法と呼称される方法以外に、上記定義の範疇に属する方法として、例えば、フィルタードアーク蒸着法(FAD)法、フィルタードアークイオンプレーティング法等が挙げられる。これらの方法を用いても、本実施形態の膜50を成膜することが可能である。 In the present specification, the FCVA method means a method (film formation method) in which impurities generated in the arc plasma generation unit are removed by a double vent mechanism so that only ions can reach the substrate. Therefore, in addition to the method generally called the FCVA method, as a method belonging to the above-defined category, for example, a filtered arc deposition method (FAD) method, a filtered arc ion plating method, and the like can be mentioned. The film 50 of the present embodiment can also be formed by using these methods.

膜50における金属70の原子濃度は、1原子%〜6原子%である。金属70の原子濃度が上記範囲の下限値以上であれば、膜50の表面50b上への金属70の析出が促進され、膜50は高い抗菌性を有することができる。一方で、金属70の原子濃度が上記範囲の上限値以下であれば、膜50は高い生体親和性を有することができる。生体親和性が高いとは、例えば、細胞毒性が低く、生体内の細胞に悪影響を与えないことを意味する。一般的に、金属70の原子濃度が低く抗菌性が低い膜は、生体親和性が高く、金属70の原子濃度が高く抗菌性が高い膜は、生体親和性が低い傾向がある。しかし、本実施形態の膜50は、膜50における金属70の原子濃度を上記範囲内とすることで、高い抗菌性と、高い生体親和性とを両立できる。 The atomic concentration of the metal 70 in the film 50 is 1 atomic% to 6 atomic%. When the atomic concentration of the metal 70 is at least the lower limit of the above range, the precipitation of the metal 70 on the surface 50b of the film 50 is promoted, and the film 50 can have high antibacterial properties. On the other hand, if the atomic concentration of the metal 70 is not more than the upper limit of the above range, the film 50 can have high biocompatibility. High biocompatibility means, for example, low cytotoxicity and no adverse effect on cells in the living body. In general, a film having a low atomic concentration of the metal 70 and a low antibacterial property tends to have a high biocompatibility, and a film having a high atomic concentration of the metal 70 and a high antibacterial property tends to have a low biocompatibility. However, the film 50 of the present embodiment can achieve both high antibacterial properties and high biocompatibility by setting the atomic concentration of the metal 70 in the film 50 within the above range.

金属70の原子濃度は、詳細は後述するが、膜50の成膜条件を調整することにより調整が可能である。また、金属70の原子濃度は、例えば、ラザフォード後方散乱分光(RBS)測定により解析可能である。 Although the atomic concentration of the metal 70 will be described in detail later, it can be adjusted by adjusting the film forming conditions of the film 50. Further, the atomic concentration of the metal 70 can be analyzed by, for example, Rutherford Backscattering Spectroscopy (RBS) measurement.

膜50に含まれるアモルファスカーボン60は、sp混成軌道による結合を形成している炭素原子(sp混成炭素原子)及びsp混成軌道による結合を形成している炭素原子(sp混成炭素原子)を含む。アモルファスカーボン60中のsp混成炭素原子の割合αを下記式(1)のように定義する。割合αは、sp混成軌道による結合を形成している炭素原子の数とsp混成軌道による結合を形成している炭素原子の数の合計に対する、sp混成軌道による結合を形成している炭素原子の数の割合である。

α(原子%)=(sp混成炭素原子の数)/{(sp混成炭素原子の数)+(sp混成炭素原子の数)}×100・・・・・・・・(1)
Amorphous carbon 60 contained in the film 50, sp 2 form a bond by hybrid orbital to have carbon atoms (sp 2 hybridized carbon atoms) and sp 3 carbon atoms forming the bond by hybrid orbitals (sp 3 hybridized carbon atoms )including. The proportion α of the sp 3 hybridized carbon atoms in the amorphous carbon 60 is defined as the following equation (1). The ratio α forms a bond due to the sp 3 hybrid orbital to the sum of the number of carbon atoms forming the bond due to the sp 2 hybrid orbital and the number of carbon atoms forming the bond due to the sp 3 hybrid orbital. It is the ratio of the number of carbon atoms.

α (atomic%) = ( number of sp 3 mixed carbon atoms) / {(number of sp 2 mixed carbon atoms) + (number of sp 3 mixed carbon atoms)} × 100 ... (1)

膜50における、式(1)で定義されるsp混成炭素原子の割合αは、57原子%以上であり、好ましくは、57原子%〜77原子%である。割合αを57原子%以上とすることで、高硬度、高摺動性、高耐久性等の良好な機械特性、高い血液適合性を得られる。また、sp混成炭素原子の割合αを77原子%以下とすることで、応力が緩和され、膜剥離する可能性が低減される。 In the membrane 50, the ratio α of the sp 3 hybridized carbon atoms as defined in formula (1) is at 57 atom% or more, preferably, 57 atomic% to 77 atomic%. By setting the ratio α to 57 atomic% or more, good mechanical properties such as high hardness, high slidability, and high durability, and high blood compatibility can be obtained. Further, by making the proportion of sp 3 hybridized carbon atom α with 77 atomic% or less, the stress is relaxed, the possibility of film separation is reduced.

式(1)で定義されるsp混成炭素原子の割合αは、詳細は後述するが、膜50の成膜条件を調整することにより調整が可能である。また、式(1)で定義されるsp混成炭素原子の割合αは、例えば、X線光電子分光法(XPS)により解析可能である。 The ratio α of the sp 3 hybridized carbon atoms as defined in formula (1), details of which will be described later, it can be adjusted by adjusting the film formation conditions of films 50. Further, the ratio α of the sp 3 hybridized carbon atoms as defined in formula (1), for example, can be analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).

膜50は、アモルファスカーボン(炭素)60及び金属70のみから構成されてもよいし、本実施形態の効果を損なわない範囲において、他の元素を含んでもよい。例えば、膜50は、水素を含んでもよい。水素を含むことにより膜50の応力を緩和できる。 The film 50 may be composed of only the amorphous carbon (carbon) 60 and the metal 70, or may contain other elements as long as the effects of the present embodiment are not impaired. For example, the membrane 50 may contain hydrogen. The stress of the film 50 can be relaxed by containing hydrogen.

また、膜50は、水素を含まなくてもよいし、又は、膜50における水素の原子濃度は6原子%以下であってもよい。即ち、膜50に含まれる水素の原子濃度が0〜6原子%であってもよい。膜50に含まれる水素の原子濃度が6原子%以下であると、炭素−炭素結合に関与するsp混成炭素原子の割合が増加する。これにより、膜50は緻密な構造となり、膜50の硬度を更に高められる。膜50をFCVA法によって形成することで、膜50に含まれる水素の原子濃度を6原子%以下とすることが容易になる。これにより、膜50の硬度を容易に高められる。膜50に含まれる水素の原子濃度は、例えば、RBS/HFS(ラザフォード後方散乱分析/水素前方散乱分析)により測定できる。尚、FCVA法とは異なる従来の成膜方法を用いた場合、膜中の水素の原子濃度を6原子%以下とする高硬度のアモルファスカーボン膜を得ることは難しい。例えば、スパッタリング法では水素の原子濃度を6原子%以下にできるが、sp炭素の割合が50原子%以下のため高硬度の膜は得られ難い。また、化学蒸着(CVD法)を用いて形成したアモルファスカーボン膜中には、通常、20原子%以上の水素が含まれることが知られており、高硬度のアモルファスカーボン膜は得られ難い。 Further, the membrane 50 may not contain hydrogen, or the atomic concentration of hydrogen in the membrane 50 may be 6 atomic% or less. That is, the atomic concentration of hydrogen contained in the film 50 may be 0 to 6 atomic%. If the atomic concentration of hydrogen contained in the film 50 is a 6 atomic% or less, a carbon - to increase the proportion of sp 3 hybridized carbon atoms that are involved in carbon bonds. As a result, the film 50 has a dense structure, and the hardness of the film 50 can be further increased. By forming the film 50 by the FCVA method, it becomes easy to reduce the atomic concentration of hydrogen contained in the film 50 to 6 atomic% or less. Thereby, the hardness of the film 50 can be easily increased. The atomic concentration of hydrogen contained in the film 50 can be measured by, for example, RBS / HFS (Rutherford backscattering analysis / hydrogen forward scattering analysis). When a conventional film forming method different from the FCVA method is used, it is difficult to obtain a high-hardness amorphous carbon film having an atomic concentration of hydrogen in the film of 6 atomic% or less. For example, although the atomic concentration of hydrogen can be below 6 atomic% in the sputtering method, sp 3 high hardness of the film for the ratio is less than 50 atomic% of carbon difficult to obtain. Further, it is known that an amorphous carbon film formed by chemical vapor deposition (CVD method) usually contains 20 atomic% or more of hydrogen, and it is difficult to obtain an amorphous carbon film having high hardness.

膜50の硬度は、例えば、20GPa以上が好ましく、30GPaがより好ましい。膜50の硬度の上限値は特に限定されないが、実質的な観点からは、50GPa以下、又は40GPa以下であってよい。膜50の硬度は、例えば、ナノインデンテーション法を用い、後述する実施例で説明する測定条件で測定できる。 The hardness of the film 50 is, for example, preferably 20 GPa or more, and more preferably 30 GPa. The upper limit of the hardness of the film 50 is not particularly limited, but from a practical point of view, it may be 50 GPa or less, or 40 GPa or less. The hardness of the film 50 can be measured, for example, by using the nanoindentation method under the measurement conditions described in Examples described later.

また、膜50は、その表面50bに水酸基、カルボキシル基及びアミノ基の少なくとも一つを有してもよい。膜50の表面50bが水酸基、カルボキシル基又はアミノ基を有すると、純水の接触角が低下する。純水の接触角の低下の程度は、形成する官能基の量に応じて変化し、例えば、膜50の表面50bにおける純水の接触角を10°以下、5°以下、又は4°以下に調整できる。国際特許公開公報WO/2018/193779号に開示されているように、アモルファスカーボン膜の純水の接触角を10°以下とすることで、アモルファスカーボン膜のタンパク質吸着性及び細胞接着性を高められる。 Further, the film 50 may have at least one of a hydroxyl group, a carboxyl group and an amino group on its surface 50b. When the surface 50b of the membrane 50 has a hydroxyl group, a carboxyl group or an amino group, the contact angle of pure water decreases. The degree of decrease in the contact angle of pure water varies depending on the amount of functional groups formed. For example, the contact angle of pure water on the surface 50b of the membrane 50 is 10 ° or less, 5 ° or less, or 4 ° or less. Can be adjusted. As disclosed in International Patent Publication No. WO / 2018/193779, the protein adsorption and cell adhesion of the amorphous carbon membrane can be enhanced by setting the contact angle of pure water of the amorphous carbon membrane to 10 ° or less. ..

膜50の表面50bに官能基を形成する方法は特に限定されず、国際特許公開公報WO/2018/193779号に開示されている方法を用いてもよい。例えば、膜50の表面50bに紫外線を照射する。紫外線の波長及び紫外線の照射量は適宜調整することができ、例えば波長185nmの紫外線を含む光を約20分間照射する条件等が挙げられる。このとき、例えば、照射される光は波長254nmの紫外線を含んでいてもよい。 The method for forming a functional group on the surface 50b of the film 50 is not particularly limited, and the method disclosed in International Patent Publication No. WO / 2018/193779 may be used. For example, the surface 50b of the film 50 is irradiated with ultraviolet rays. The wavelength of the ultraviolet rays and the irradiation amount of the ultraviolet rays can be appropriately adjusted, and examples thereof include conditions for irradiating light containing ultraviolet rays having a wavelength of 185 nm for about 20 minutes. At this time, for example, the irradiated light may include ultraviolet rays having a wavelength of 254 nm.

膜50の表面に、水酸基、カルボキシル基、アミノ基等の官能基を形成しても、一定の時間が経過すると接触角が変化することがあるが、接触角が変化しても官能基が形成されている限り、当該膜のタンパク質吸着性、細胞接着性は維持される。例えば、アモルファスカーボン膜の表面に官能基を形成する処理、すなわち接触角を低下させる処理を行った直後に測定した純水の接触角が10°以下であればよい。ここで直後とは、例えば処理後2分以内をいう。 Even if a functional group such as a hydroxyl group, a carboxyl group, or an amino group is formed on the surface of the membrane 50, the contact angle may change after a certain period of time, but the functional group is formed even if the contact angle changes. As long as it is, the protein adsorption and cell adhesion of the membrane are maintained. For example, the contact angle of pure water measured immediately after the treatment of forming a functional group on the surface of the amorphous carbon film, that is, the treatment of lowering the contact angle may be 10 ° or less. Here, immediately after the treatment means, for example, within 2 minutes after the treatment.

膜50の膜厚は、部材100の用途に応じて適宜決定できる。例えば、膜50の膜厚は、1nm〜500nm、又は1〜300nmとすることができる。膜50の膜厚は、成膜時間等の膜50の成膜条件を調整することにより調整が可能である。 The film thickness of the film 50 can be appropriately determined according to the use of the member 100. For example, the film thickness of the film 50 can be 1 nm to 500 nm or 1 to 300 nm. The film thickness of the film 50 can be adjusted by adjusting the film formation conditions of the film 50 such as the film formation time.

以上説明した膜50は、FCVA法によって形成されることにより、金属70を含有していても、従来の成膜方法と比較して膜50におけるsp混成炭素原子の割合を高くできる。これにより、膜50は、抗菌性を有すると共に、良好な機械特性、高い血液適合性等を有することができる。また、本実施形態の膜50は、金属70の原子濃度が1原子%〜6原子%であり、且つ式(1)で定義されるsp混成炭素原子の割合αが57原子%以上であることが好ましい。この条件を満たすことにより、膜50は、より高い抗菌性と高い生体親和性とを両立でき、更に、より高い機械特性及び血液適合性等を有する。 Film 50 described above, by being formed by FCVA method, also contain a metal 70, it can increase the proportion of sp 3 hybridized carbon atoms in the film 50 as compared with the conventional film-forming methods. As a result, the membrane 50 can have antibacterial properties, good mechanical properties, high blood compatibility, and the like. Further, the film 50 of the present embodiment, the atomic concentration of the metal 70 is 1 atomic% to 6 atomic%, and is formula (1) defined in the sp 3 ratio of hybridized carbon atoms α is 57 atomic% or more Is preferable. By satisfying this condition, the membrane 50 can have both high antibacterial property and high biocompatibility, and further has higher mechanical properties, blood compatibility and the like.

また、本実施形態の膜50は、部材100に抗菌性、生体適合性、血液適合性、良好な機械特性等を付与するため、図1に示すように、部材100の表面において露出している。即ち、膜50の表面50b上に他の層は積層されておらず、表面50bは外部に露出している。成膜直後は、金属70の原子濃度は、膜50おいて略均一であり、表面50bにおける金属70の原子濃度は上述した膜50における金属70の原子濃度に等しい。また式(1)で定義されるsp混成炭素原子の割合αは、膜50において略均一であり、表面50bにおける式(1)で定義されるsp混成炭素原子の割合αは、上述した膜50における式(1)で定義されるsp混成炭素原子の割合αに等しい。 Further, the membrane 50 of the present embodiment is exposed on the surface of the member 100 as shown in FIG. 1 in order to impart antibacterial properties, biocompatibility, blood compatibility, good mechanical properties and the like to the member 100. .. That is, no other layer is laminated on the surface 50b of the film 50, and the surface 50b is exposed to the outside. Immediately after the film formation, the atomic concentration of the metal 70 is substantially uniform in the film 50, and the atomic concentration of the metal 70 on the surface 50b is equal to the atomic concentration of the metal 70 in the film 50 described above. The proportion of sp 3 hybridized carbon atoms as defined in formula (1) alpha is substantially uniform in film 50, the proportion of sp 3 hybridized carbon atoms as defined in formula (1) at the surface 50b alpha, described above equal to the ratio α of the sp 3 hybridized carbon atoms as defined in formula (1) in the film 50.

また、実施形態の膜50は、抗菌性と生体親和性とのバランスを取ることにより、抗菌性が高く且つ生体親和性が低い状態から、時間経過と共に、抗菌性が低く且つ生体親和性が高い状態に、特性を変化させることもできる。例えば、膜50の表面50b上へ析出する金属70の析出量及び析出速度を調整することで、表面50bを金属70の析出量が多い抗菌性が高く且つ生体親和性が低い状態から、金属70の析出量の少ない(又は析出しない)抗菌性が低く且つ生体親和性が高い状態に変化させることができる。このような特性を有する膜50を備えた部材100は、例えば、生体内に移植する人工関節、人工臓器等への応用が期待される。人工関節等の移植手術において、細菌感染リスクの高い手術直後は、人工関節(部材100)は、高い抗菌性を有することが好ましい。手術後、時間が経過して細菌感染リスクが低下したときには、人工関節(部材100)は、高い生体親和性を有することが好ましい。 Further, the membrane 50 of the embodiment has high antibacterial property and low biocompatibility by balancing antibacterial property and biocompatibility, and has low antibacterial property and high biocompatibility with the passage of time. The characteristics can also be changed to the state. For example, by adjusting the precipitation amount and the precipitation rate of the metal 70 deposited on the surface 50b of the film 50, the metal 70 can be changed from a state in which the surface 50b has a large amount of precipitation of the metal 70 and has high antibacterial activity and low biocompatibility. It can be changed to a state in which the amount of precipitation is small (or does not precipitate), the antibacterial property is low, and the biocompatibility is high. The member 100 provided with the membrane 50 having such characteristics is expected to be applied to, for example, an artificial joint, an artificial organ, or the like to be transplanted in a living body. In transplant surgery for artificial joints and the like, it is preferable that the artificial joint (member 100) has high antibacterial properties immediately after surgery having a high risk of bacterial infection. When the risk of bacterial infection decreases over time after surgery, the artificial joint (member 100) preferably has high biocompatibility.

本実施形態に係る部材100は、例えば、医療器具、医用材料、住宅建材、生物培養関連装置、日用品に用いられてよい。膜50は、部材100の用途によって任意に配置されてよい。膜50が基材40の全ての表面を覆うように形成されていてもよいし、基材40の表面に一部にのみ形成されていてもよい。部材100が医療器具に用いられる場合、部材100の細菌に暴露される可能性がある領域に膜50が設けられてよい。膜50は抗菌効果を有するため細菌の増殖を抑制できる。部材100は単独で用いられてもよいし、複数の部材100を組み合わせて用いてもよい。 The member 100 according to the present embodiment may be used, for example, in medical instruments, medical materials, housing building materials, biological culture-related devices, and daily necessities. The film 50 may be arbitrarily arranged depending on the use of the member 100. The film 50 may be formed so as to cover the entire surface of the base material 40, or may be formed only partially on the surface of the base material 40. When the member 100 is used in a medical device, the membrane 50 may be provided in a region of the member 100 that may be exposed to bacteria. Since the membrane 50 has an antibacterial effect, the growth of bacteria can be suppressed. The member 100 may be used alone or in combination of a plurality of members 100.

尚、「医療器具」という語は、一般に医療器具と呼ばれ得るものをすべて含み、具体的には、人工関節、人工骨、人工歯、人工歯根、人工心臓、人工心臓弁、人工血管、人工肛門、人工尿管、人工胸膜、人工補綴物、ステント(血管ステント、気管支ステントを含む)、ガイドワイヤー、カテーテル、留置カテーテル、ペースメーカー電極、ペースメーカーリード線、コンタクトレンズ、人工水晶体、電気メス、高周波メス、注射針、血液バッグ、採血管、メス、内視鏡、血液フィルタなどのフィルタ類、血液回路などの流路類、送血チューブなどのチューブ類、鉗子、人工肺、人工心肺装置、透析装置、整形外科器具、人工内耳、人工鼓膜、人工声帯、カニューレ、脳動脈治療用コイル、人工すい臓、鍼灸治療器具、電極、縫合糸、創傷被覆材、創傷保護材、廃液チューブ、整形外科インプラント、ペースメーカー等を含む。部材100は、血液適合性が高いため、血液と接触する器具(例えば、人工関節、血液バック、等の医療器具)として用いることができる。また、部材100は、生体親和性が高いため、生体と接触する器具(例えば、人工関節等の医療器具)として用いることができる。また、「生物培養関連装置」とは、一般的に生物培養プロセスに使用されるものをすべて含み、具体的には細胞や細菌培養装置、細胞や細菌観察装置、顕微鏡、細胞や細菌操作に使用する器具等を含む。 The term "medical instrument" includes all things that can be generally called medical instruments, and specifically, artificial joints, artificial bones, artificial teeth, artificial tooth roots, artificial hearts, artificial heart valves, artificial blood vessels, and artificial ones. Anal, artificial urinary tract, artificial pleural membrane, artificial prosthesis, stent (including vascular stent, bronchial stent), guide wire, catheter, indwelling catheter, pacemaker electrode, pacemaker lead wire, contact lens, artificial crystalline body, electric scalpel, high frequency scalpel , Injection needles, blood bags, blood collection tubes, scalpels, endoscopes, filters such as blood filters, channels such as blood circuits, tubes such as blood supply tubes, forceps, artificial lungs, artificial heart-lung machines, dialysis devices , Orthopedic instruments, scalpels, artificial scalpels, artificial vocal bands, cannulas, cerebral artery treatment coils, artificial pancreas, acupuncture and moxibustion treatment instruments, electrodes, sutures, wound covering materials, wound protection materials, effluent tubes, orthopedic implants, pacemakers Etc. are included. Since the member 100 has high blood compatibility, it can be used as an instrument that comes into contact with blood (for example, a medical instrument such as an artificial joint or a blood bag). Further, since the member 100 has high biocompatibility, it can be used as an instrument (for example, a medical instrument such as an artificial joint) that comes into contact with a living body. In addition, "biological culture-related equipment" includes all equipment generally used in the biological culture process, and specifically used for cell and bacterial culture equipment, cell and bacterial observation equipment, microscopes, and cell and bacterial manipulation. Includes equipment to be used.

<部材の製造方法>
部材100の製造方法について説明する。部材100の製造方法は、基材40上に、フィルタードカソーディックバキュームアーク法(FCVA法)により、アモルファスカーボン60と、アモルファスカーボン60中に分散する金属70とを含む膜50を形成することを含む。本実施形態では、FCVA法により、基材40上に炭素イオンと金属イオンを同時又は交互に照射して膜50を形成する。FCVA法は、複雑な形状の基材40を均一にコーティングでき、室温でも基材40との付着力が高い膜50を形成できるという利点を有する。
<Manufacturing method of parts>
A method of manufacturing the member 100 will be described. The method for manufacturing the member 100 is to form a film 50 containing the amorphous carbon 60 and the metal 70 dispersed in the amorphous carbon 60 on the base material 40 by a filtered cascade vacuum arc method (FCVA method). include. In the present embodiment, the film 50 is formed by simultaneously or alternately irradiating the base material 40 with carbon ions and metal ions by the FCVA method. The FCVA method has an advantage that the base material 40 having a complicated shape can be uniformly coated and a film 50 having a high adhesive force with the base material 40 can be formed even at room temperature.

図2に示すFCVA成膜装置1は、主に、第1アークプラズマ生成部10aと、第2アークプラズマ生成部10bと、第1フィルタ部20aと、第2フィルタ部20bと、成膜チャンバ部30とから構成される。第1アークプラズマ生成部10a及び第2アークプラズマ生成部10bは、それぞれ、ダクト状の第1フィルタ部20a及び第2フィルタ部20bにより成膜チャンバ部30に接続され、図示省略する真空装置により成膜チャンバ部30の圧力が10−5〜10−7[Torr]程度の真空度に設定される。 The FCVA film forming apparatus 1 shown in FIG. 2 mainly includes a first arc plasma generating section 10a, a second arc plasma generating section 10b, a first filter section 20a, a second filter section 20b, and a film forming chamber section. It is composed of 30. The first arc plasma generating section 10a and the second arc plasma generating section 10b are connected to the film forming chamber section 30 by the duct-shaped first filter section 20a and the second filter section 20b, respectively, and are formed by a vacuum device (not shown). The pressure of the membrane chamber portion 30 is set to a degree of vacuum of about 10-5 to 10-7 [Torr].

第1アークプラズマ生成部10aには、カソードとしての第1ターゲット11aとアノード(ストライカー)(不図示)が設けられている。ストライカーを第1ターゲット11aに接触させて直後に離すことによってアーク放電が生じ、それによりアークプラズマが発生される。アークプラズマにより第1ターゲット11aから生成された中性粒子及び荷電粒子は、成膜チャンバ部30に向けて第1フィルタ部20aを飛行する。 The first arc plasma generation unit 10a is provided with a first target 11a as a cathode and an anode (striker) (not shown). When the striker is brought into contact with the first target 11a and immediately released, an arc discharge is generated, thereby generating an arc plasma. Neutral particles and charged particles generated from the first target 11a by the arc plasma fly through the first filter unit 20a toward the film forming chamber unit 30.

第1フィルタ部20aには、第1電磁石コイル21aが巻かれた第1ダクト23a及び第1イオンスキャン用コイル25aが設けられている。第1ダクト23aは、第1アークプラズマ生成部10aと成膜チャンバ部30との間で、直交する二方向に2度曲折されており、その外周に第1電磁石コイル21aが巻き付けられている。第1ダクト23aがこのような屈曲構造(ダブルベンド構造)を有することにより、第1ダクト23a内の中性粒子は内壁面に衝突して堆積することにより除去される。第1電磁石コイル21aに電流を流すことにより第1ダクト23a内部の荷電粒子にはローレンツ力が作用し、荷電粒子がダクト断面の中心領域に集約されてダクトの屈曲に沿って飛行し、成膜チャンバ部30に導かれるようになっている。すなわち、この第1電磁石コイル21aと第1ダクト23aが、荷電粒子のみを高効率で通過させる狭帯域の電磁気空間的フィルタを構成する。 The first filter unit 20a is provided with a first duct 23a around which the first electromagnet coil 21a is wound and a coil 25a for the first ion scan. The first duct 23a is bent twice in two orthogonal directions between the first arc plasma generation unit 10a and the film forming chamber portion 30, and the first electromagnet coil 21a is wound around the outer periphery thereof. Since the first duct 23a has such a bent structure (double bend structure), the neutral particles in the first duct 23a are removed by colliding with the inner wall surface and accumulating. By passing an electric current through the first electromagnet coil 21a, a Lorentz force acts on the charged particles inside the first duct 23a, and the charged particles are concentrated in the central region of the duct cross section and fly along the bending of the duct to form a film. It is guided to the chamber portion 30. That is, the first electromagnet coil 21a and the first duct 23a form a narrow-band electromagnetic spatial filter through which only charged particles pass with high efficiency.

同様に、第2アークプラズマ生成部10bには、カソードとしての第2ターゲット11bとアノード(ストライカー)(不図示)が設けられている。また、第2フィルタ部20bには、第2電磁石コイル21bが巻かれた第2ダクト23b及び第2イオンスキャン用コイル25bが設けられており、第2電磁石コイル21bと第2ダクト23bが、荷電粒子のみを高効率で通過させる狭帯域の電磁気空間的フィルタを構成する。 Similarly, the second arc plasma generation unit 10b is provided with a second target 11b as a cathode and an anode (striker) (not shown). Further, the second filter unit 20b is provided with a second duct 23b around which the second electromagnet coil 21b is wound and a second ion scan coil 25b, and the second electromagnet coil 21b and the second duct 23b are charged. It constitutes a narrow-band electromagnetic spatial filter that allows only particles to pass through with high efficiency.

第1イオンスキャン用コイル25a、第2イオンスキャン用コイル25bは、それぞれ、上記のようにして第1ダクト23a、第2ダクト23bを通り成膜チャンバ部30に入る荷電粒子のビームをスキャンする。成膜チャンバ部30には、ホルダ31が設けられ、このホルダ31の表面に基材40がセットされる。ホルダ31はモータ35により自転運動する。ホルダ31には電源37によって任意のバイアス電圧を印加可能になっている。ホルダ31に保持された基材40の表面に、第1イオンスキャン用コイル25aによってスキャンされた粒子のビーム及び第2イオンスキャン用コイル25bによってスキャンされた粒子のビームが入射し、基材40上にこれらの粒子が一様に堆積される。 The first ion scan coil 25a and the second ion scan coil 25b scan the beams of charged particles that pass through the first duct 23a and the second duct 23b and enter the film forming chamber portion 30, respectively, as described above. A holder 31 is provided in the film forming chamber portion 30, and the base material 40 is set on the surface of the holder 31. The holder 31 rotates on its axis by the motor 35. An arbitrary bias voltage can be applied to the holder 31 by the power supply 37. A beam of particles scanned by the first ion scanning coil 25a and a beam of particles scanned by the second ion scanning coil 25b are incident on the surface of the base material 40 held by the holder 31 and are mounted on the base material 40. These particles are uniformly deposited on the surface.

本実施形態では、第1ターゲット11aとしてグラファイトターゲット、第2ターゲット11bとして金属ターゲットを用いる。金属は前述のように、銀、水銀、白金、銅、カドミウム、金、コバルト、ニッケル、及び鉛、又はこれらを含む合金などが用いられるが、銀を用いることが好ましい。これらのターゲットを用いて基材40上に炭素イオンと金属イオンを同時又は交互に照射する。ホルダ31には、電源37によって負のバイアス電圧を印加する。これにより、基材40に入射する荷電粒子が加速される。加速した荷電粒子は基材40上に堆積し、基材40上に、金属を含有する緻密なアモルファスカーボンの膜50が一様に形成され、部材100が得られる。 In this embodiment, a graphite target is used as the first target 11a and a metal target is used as the second target 11b. As the metal, as described above, silver, mercury, platinum, copper, cadmium, gold, cobalt, nickel, lead, or an alloy containing these is used, but silver is preferably used. Using these targets, the base material 40 is simultaneously or alternately irradiated with carbon ions and metal ions. A negative bias voltage is applied to the holder 31 by the power supply 37. As a result, the charged particles incident on the base material 40 are accelerated. The accelerated charged particles are deposited on the base material 40, and a dense amorphous carbon film 50 containing a metal is uniformly formed on the base material 40 to obtain a member 100.

第1及び第2アークプラズマ生成部10a、10bにおいて、荷電粒子と共に生成する中性粒子は基板バイアスによる入射エネルギーを制御できないため、基板40上に到達すると、炭素原子のsp混成軌道による結合を阻害する。FCVA法では、屈曲構造(ダブルベンド構造)を有するダクト23a、23bによって、アークプラズマ生成部10a、10bで発生した中性粒子が成膜チャンバ部30に入る前に取り除かれ、膜50内に混入し難い。このため、FCVA法によって形成した膜50では、金属70を含有しても膜50におけるsp混成炭素原子の割合を高くできる。 First and second arc plasma generator 10a, in 10b, since the neutral particles produced with charged particles can not control the incident energy by the substrate bias reaches the substrate 40, bonding by sp 3 hybrid orbital of the carbon atom Inhibit. In the FCVA method, the neutral particles generated in the arc plasma generating portions 10a and 10b are removed by the ducts 23a and 23b having a bent structure (double bend structure) before entering the film forming chamber portion 30, and are mixed in the film 50. It's hard to do. Therefore, the film 50 was formed by FCVA method, a high proportion of sp 3 hybridized carbon atoms in the film 50 also contain metal 70.

基材40上に堆積する金属の割合(金属の原子濃度)は、例えば第1電磁石コイル21a及び第2電磁石コイル21bの電流(フィルタ電流)を変化させることによって制御できる。アモルファスカーボン60中のsp混成炭素原子の割合、即ち、式(1)で定義されるsp混成炭素原子の割合は、例えば、アモルファスカーボン60中の金属濃度、及び電源37によってホルダ31に印加されるバイアス電圧を調整することによって制御できる。 The proportion of metal deposited on the base material 40 (atomic concentration of metal) can be controlled, for example, by changing the currents (filter currents) of the first electromagnet coil 21a and the second electromagnet coil 21b. Application ratio of sp 3 hybridized carbon atoms in the amorphous carbon 60, i.e., the proportion of sp 3 hybridized carbon atoms as defined in formula (1) may, for example, a metal concentration in the amorphous carbon 60, and the holder 31 by a power supply 37 It can be controlled by adjusting the bias voltage to be applied.

膜50は、基材40の一部のみに形成してもよい。この場合、基材40の膜50を形成しない領域をマスクで被覆した後に、基材40をホルダ31にセットして膜50の形成を行ってよい。 The film 50 may be formed only on a part of the base material 40. In this case, after covering the region of the base material 40 that does not form the film 50 with a mask, the base material 40 may be set in the holder 31 to form the film 50.

[第2の実施形態]
本実施形態は、図1に示す部材200に関する。部材200は、膜150の組成が、第1の実施形態の膜50と異なる以外は、第1の実施形態の部材100と同様の構成である。したがって、本実施形態では、膜150以外の部材200の構造についての説明を省略する。
[Second Embodiment]
The present embodiment relates to the member 200 shown in FIG. The member 200 has the same configuration as the member 100 of the first embodiment except that the composition of the film 150 is different from that of the film 50 of the first embodiment. Therefore, in the present embodiment, the description of the structure of the member 200 other than the film 150 will be omitted.

膜150は、基材40の表面少なくとも一部を被覆している。膜150は、アモルファスカーボン60と、アモルファスカーボン60中に分散する金属70とを含む。金属70は、第1の実施形態と同様のものを用いてよい。また、膜150は、第1の実施形態と同様にFCVA法により形成される。 The film 150 covers at least a part of the surface of the base material 40. The film 150 contains an amorphous carbon 60 and a metal 70 dispersed in the amorphous carbon 60. As the metal 70, the same metal as in the first embodiment may be used. Further, the film 150 is formed by the FCVA method as in the first embodiment.

膜150における金属70の原子濃度は7原子%〜30原子%であり、好ましくは、12原子%〜30原子%である。上述のように、第1の実施形態の膜50は、金属70の原子濃度を1原子%〜6原子%とすることで、高い抗菌性と、高い生体親和性とを両立できる。これに対して、本実施形態の膜150の金属70の原子濃度は、第1の実施形態の膜50の金属70の原子濃度より高い。金属70の原子濃度が高い本実施形態の膜150は、より高い抗菌性を有すると共に、細胞毒性を有する。即ち、本実施形態の膜150は、細胞の増殖や機能を阻害する、又は細胞を死滅させる性質を有する抗生物質(抗生物膜、抗生物アモルファスカーボン膜)である。ここで、「抗生物質(抗生物膜、抗生物アモルファスカーボン膜)」とは、細菌のみでなく細胞に対しても、その増殖や機能を阻害し、又は死滅させる性質を有する物質(膜)を意味する。膜150における金属70の原子濃度が7原子%以上であると、膜150は細胞を十分に死滅させることができる。また、膜150における金属70の原子濃度が30原子%以下であると、硬度は10GPa以上であり、一般的な水素化アモルファスカーボン膜と同等以上の硬度とすることができる。 The atomic concentration of the metal 70 in the film 150 is 7 atomic% to 30 atomic%, preferably 12 atomic% to 30 atomic%. As described above, the film 50 of the first embodiment can achieve both high antibacterial properties and high biocompatibility by setting the atomic concentration of the metal 70 to 1 atomic% to 6 atomic%. On the other hand, the atomic concentration of the metal 70 of the film 150 of the present embodiment is higher than the atomic concentration of the metal 70 of the film 50 of the first embodiment. The membrane 150 of the present embodiment, which has a high atomic concentration of the metal 70, has higher antibacterial properties and cytotoxicity. That is, the membrane 150 of the present embodiment is an antibiotic (antibiotic membrane, antibiotic amorphous carbon membrane) having a property of inhibiting cell proliferation and function or killing cells. Here, the "antibiotic (antibiotic membrane, antibiotic amorphous carbon membrane)" is a substance (membrane) having a property of inhibiting the growth or function of not only bacteria but also cells. means. When the atomic concentration of the metal 70 in the membrane 150 is 7 atomic% or more, the membrane 150 can sufficiently kill cells. Further, when the atomic concentration of the metal 70 in the film 150 is 30 atomic% or less, the hardness is 10 GPa or more, which can be equal to or higher than that of a general hydrogenated amorphous carbon film.

膜150は、アモルファスカーボン(炭素)60及び金属70のみから構成されてもよいし、本実施形態の効果を損なわない範囲において、他の元素を含んでもよい。例えば、膜150は、水素を含んでもよい。水素を含むことにより膜50の応力を緩和できる。 The film 150 may be composed of only the amorphous carbon (carbon) 60 and the metal 70, or may contain other elements as long as the effects of the present embodiment are not impaired. For example, the membrane 150 may contain hydrogen. The stress of the film 50 can be relaxed by containing hydrogen.

また、膜150は、水素を含まなくてもよく、膜150における水素の原子濃度は6原子%以下である。即ち、膜150に含まれる水素の原子濃度は0〜6原子%である。膜150に含まれる水素の原子濃度が6原子%以下であると、膜150は適度な硬度及び耐久性等の機械特性を有することができ、抗生物質としての使用範囲が広がる。 Further, the film 150 does not have to contain hydrogen, and the atomic concentration of hydrogen in the film 150 is 6 atomic% or less. That is, the atomic concentration of hydrogen contained in the film 150 is 0 to 6 atomic%. When the atomic concentration of hydrogen contained in the membrane 150 is 6 atomic% or less, the membrane 150 can have mechanical properties such as appropriate hardness and durability, and the range of use as an antibiotic is widened.

また、膜150の硬度は、例えば、10GPa以上であってもよい。膜150の硬度が10GPa以上であると、膜150は適度な硬度及び耐久性等の機械特性を有することができ、抗生物質としての使用範囲が広がる。膜150の硬度の上限値は特に限定されないが、実質的な観点からは、30GPa以下、又は20GPa以下であってよい。 Further, the hardness of the film 150 may be, for example, 10 GPa or more. When the hardness of the membrane 150 is 10 GPa or more, the membrane 150 can have mechanical properties such as appropriate hardness and durability, and the range of use as an antibiotic is widened. The upper limit of the hardness of the film 150 is not particularly limited, but from a practical point of view, it may be 30 GPa or less, or 20 GPa or less.

膜150に含まれるアモルファスカーボン60は、sp混成炭素原子及びsp混成炭素原子を含んでもよい。膜150における、上述の式(1)で定義されるsp混成炭素原子の割合αは、例えば、20原子%以上であってよい。sp混成炭素原子の割合αを20原子%以上とすることで、膜150は適度な硬度及び耐久性等の機械特性を有することができ、抗生物質としての使用範囲が広がる。 The amorphous carbon 60 contained in the film 150 may contain sp 2 mixed carbon atoms and sp 3 mixed carbon atoms. In the membrane 150, the ratio α of the sp 3 hybridized carbon atoms that is defined by the aforementioned formula (1), for example, be 20 atomic percent or more. By the sp 3 ratio of hybridized carbon atoms α to 20 atomic% or more, the film 150 may have mechanical properties such as appropriate hardness and durability, spreads range of use as antibiotics.

膜150は、第1の実施形態の膜50と同様に、その表面150bに水酸基、カルボキシル基及びアミノ基の少なくとも一つを有してもよく、膜150の表面50bにおける純水の接触角が10°以下、5°以下、又は4°以下であってもよい。また、膜150の膜厚は、部材200の用途に応じて適宜決定できる。例えば、膜150の膜厚は、1nm〜500nm、又は1〜300nmとすることができる。また、膜150は、第1の実施形態の膜50と同様にFCVA法によって形成できる。 Similar to the membrane 50 of the first embodiment, the membrane 150 may have at least one hydroxyl group, carboxyl group and amino group on the surface 150b, and the contact angle of pure water on the surface 50b of the membrane 150 may be different. It may be 10 ° or less, 5 ° or less, or 4 ° or less. Further, the film thickness of the film 150 can be appropriately determined according to the use of the member 200. For example, the film thickness of the film 150 can be 1 nm to 500 nm or 1 to 300 nm. Further, the film 150 can be formed by the FCVA method in the same manner as the film 50 of the first embodiment.

本実施形態の部材200は、例えば、第1の実施形態で説明した医療器具、医用材料、住宅建材、生物培養関連装置、日用品に用いられてよい。例えば、部材200は、白内障治療に用いられる眼内レンズに応用できる。白内障治療の手術によって眼内レンズが設けられた眼内では、後嚢で水晶体上皮細胞等の細胞が大量に増殖して白濁し、後発白内障を発症することが問題となっている。本実施形態の膜150は細胞を死滅させる性質(細胞毒性)を有するため、部材200を眼内レンズとして用いることにより細胞の増殖を抑えられる。これにより、後発白内障の発生の抑制が期待できる。 The member 200 of the present embodiment may be used, for example, in the medical device, medical material, housing building material, biological culture-related device, and daily necessities described in the first embodiment. For example, the member 200 can be applied to an intraocular lens used for cataract treatment. In the eye where an intraocular lens is provided by surgery for cataract treatment, a large amount of cells such as lens epithelial cells proliferate in the posterior capsule and become cloudy, causing a problem of developing late-onset cataract. Since the membrane 150 of the present embodiment has a property of killing cells (cytotoxicity), the proliferation of cells can be suppressed by using the member 200 as an intraocular lens. This can be expected to suppress the occurrence of late-onset cataracts.

以下に、実施例及び比較例により、抗菌膜を有する部材及びその製造方法について具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例及び比較例に限定されない。 Hereinafter, a member having an antibacterial film and a method for producing the same will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples and Comparative Examples.

1.試料の作製
(1)試料q〜t
FCVA成膜装置1(図2参照)を用いて、基材40上にアモルファスカーボン膜(膜50、150)を形成し、試料q(部材100)を作製した(図1参照)。基材40として板状のステンレス(JIS記号:SUS316L、30mm×30mm×0.03mm)を用いた。SUS316Lは、一般的に用いられる医療用ステンレスである。
1. Preparation of sample (1) Samples q to t
Amorphous carbon films (films 50 and 150) were formed on the base material 40 using the FCVA film forming apparatus 1 (see FIG. 2) to prepare a sample q (member 100) (see FIG. 1). As the base material 40, plate-shaped stainless steel (JIS symbol: SUS316L, 30 mm × 30 mm × 0.03 mm) was used. SUS316L is a commonly used medical stainless steel.

基材40上に、FCVA法により炭素イオン及び銀イオンを交互に照射した。FCVA成膜装置1の第1ターゲット11aとして焼結グラファイトターゲットを用い、第2ターゲット11bとして銀ターゲットを用いた。焼結グラファイトターゲットは脱水処理したものを用いた。成膜条件を調整し、堆積する銀と炭素の合計に対する銀の原子濃度(Ag濃度)を1原子%、膜厚を約100nmとした。成膜条件は以下である。第1アークプラズマ生成部10aにおけるアーク電源(カソード側電源)のアーク電流:80A、第2アークプラズマ生成部10bにおけるアーク電源のアーク電流:120A、第1フィルタ部20aにおける第1電磁石コイル21aの電流(第1フィルタ電流):14A、第2フィルタ部20bにおける第2電磁石コイル21bの電流(第2フィルタ電流):5A、第1アークプラズマ生成部10aにおけるアノード側電源の電流(第1アノード電流):6A、第2アークプラズマ生成部10bにおけるアノード側電源の電流(第2アノード電流):6A、基板バイアス:−66V、成膜時間:650秒。尚、基材の加熱は行わず、成膜中の基材の温度は約25〜30℃であった。成膜チャンバ部30の到達圧力は2×10−4Pa以下であった。X線光電子分光法(XPS)により、上記式(1)で定義されるアモルファスカーボン60中のsp混成炭素原子の割合αを求めたところ、65原子%であった。以上説明する方法により、試料qを得た。 The base material 40 was alternately irradiated with carbon ions and silver ions by the FCVA method. A sintered graphite target was used as the first target 11a of the FCVA film forming apparatus 1, and a silver target was used as the second target 11b. The sintered graphite target used was dehydrated. The film forming conditions were adjusted so that the atomic concentration (Ag concentration) of silver with respect to the total amount of silver and carbon deposited was 1 atomic% and the film thickness was about 100 nm. The film forming conditions are as follows. The arc current of the arc power supply (cathode side power supply) in the first arc plasma generation unit 10a: 80A, the arc current of the arc power supply in the second arc plasma generation unit 10b: 120A, and the current of the first electromagnet coil 21a in the first filter unit 20a. (First filter current): 14A, current of the second electromagnet coil 21b in the second filter section 20b (second filter current): 5A, current of the anode side power supply in the first arc plasma generation section 10a (first anode current). : 6A, current of power supply on the anode side in the second arc plasma generation unit 10b (second anode current): 6A, substrate bias: -66V, film formation time: 650 seconds. The base material was not heated, and the temperature of the base material during film formation was about 25 to 30 ° C. The ultimate pressure of the film forming chamber portion 30 was 2 × 10 -4 Pa or less. X-ray photoelectron spectroscopy by (XPS), was determined the ratio α of the sp 3 hybridized carbon atoms are the in the amorphous carbon 60 defined by the formula (1), was 65 atom%. Sample q was obtained by the method described above.

試料qと同様の作製方法により、各試料r〜t(部材100、200)を作製した。但し、試料r〜tでは、第2フィルタ電流値を調整して銀の成膜速度を制御することで、アモルファスカーボン膜の銀の原子濃度(Ag濃度)を表1に記載する値とした。各試料r〜tのアモルファスカーボン膜において、X線光電子分光法(XPS)により、上記式(1)で定義されるアモルファスカーボン60中のsp混成炭素原子の割合αを求めた。結果を併せて、表1に示す。 Each sample r to t (members 100 and 200) was prepared by the same production method as that of sample q. However, in the samples r to t, the atomic concentration (Ag concentration) of silver in the amorphous carbon film was set to the value shown in Table 1 by adjusting the second filter current value to control the silver film formation rate. In the amorphous carbon film of each sample R~t, by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), was determined the ratio α of the sp 3 hybridized carbon atoms are the in the amorphous carbon 60 defined by the formula (1). The results are also shown in Table 1.

(2)リファレンス1〜3
以下に説明する試料の評価に用いるリファレンスとして、リファレンス1〜3を用意した。リファレンス1(Ref.1)は、膜が形成されていない基材(板状のステンレス、JIS記号:SUS316L)とした。リファレンス2及び3(Ref.2及び3)は、FCVA法により、基材(板状のステンレス、JIS記号:SUS316L)上にAgを含まないアモルファスカーボンを100nm成膜した試料であり、上記式(1)で定義されるアモルファスカーボン中のsp混成炭素原子の割合をリファレンス2では78原子%とし、リファレンス3では、63原子%とした。リファレンス2及び3は生体適合性が高いことが確認されており、リファレンス2はsp混成炭素原子の割合が比較的高いことを特徴とした組成であり、リファレンス3は血液適合性が比較的高いことを特徴とした組成である。
(2) References 1 to 3
References 1 to 3 were prepared as references used for the evaluation of the sample described below. Reference 1 (Ref. 1) was a base material (plate-shaped stainless steel, JIS symbol: SUS316L) on which no film was formed. References 2 and 3 (Ref. 2 and 3) are samples in which 100 nm of amorphous carbon containing no Ag is formed on a base material (plate-shaped stainless steel, JIS symbol: SUS316L) by the FCVA method, and the above formula (Ref. 2 and 3) is used. The ratio of sp 3 mixed carbon atoms in the amorphous carbon defined in 1) was 78 atomic% in Reference 2 and 63 atomic% in Reference 3. References 2 and 3 have been confirmed to have high biocompatibility, reference 2 has a composition characterized by a relatively high proportion of sp 3 mixed carbon atoms, and reference 3 has relatively high blood compatibility. It is a composition characterized by that.

Figure 2021123571
Figure 2021123571

尚、以上説明した試料を用いて以下に説明する評価を行ったが、一部の評価では試料の基材の大きさ及び/又は材質、アモルファスカーボン膜の厚さを変更した試料を用いた。基材等が異なってもアモルファスカーボン膜の特性に影響はないため、同組成のアモルファスカーボン膜を有する試料には、同じ試料番号を付した。 The evaluation described below was performed using the sample described above, but in some evaluations, a sample in which the size and / or material of the base material of the sample and the thickness of the amorphous carbon film were changed was used. Since the characteristics of the amorphous carbon film are not affected even if the base material and the like are different, the samples having the amorphous carbon film having the same composition are given the same sample number.

2.評価
作製した試料q〜tについて、以下の評価を行った。
2. Evaluation The following evaluations were performed on the prepared samples q to t.

(1)Ag濃度とsp混成炭素原子の割合αとの関係
図3のグラフに、試料q〜t及びリファレンス2における、膜のAg濃度(原子%)と式(1)で定義されるsp混成炭素原子の割合αとの関係を示す。また、比較のために、非引用文献1に開示されているPLD法を用いて形成したアモルファスカーボン膜における、Ag濃度(原子%)とsp混成炭素原子の割合αとの関係も併せて図3のグラフに示す。
(1) Relationship between Ag concentration and sp 3 mixed carbon atom ratio α In the graph of FIG. 3, the Ag concentration (atomic%) of the film in the samples q to t and reference 2 and sp defined by the formula (1). The relationship with the ratio α of the three mixed carbon atoms is shown. For comparison, the amorphous carbon film formed by using a PLD method disclosed in Non references 1, together the relationship between the Ag concentration (atom%) sp 3 ratio of hybridized carbon atoms α Figure It is shown in the graph of 3.

図3に示すように、試料q〜t及び非引用文献1のアモルファスカーボン膜の両方において、Ag濃度が高くなる程、sp混成炭素原子の割合αが低下した。しかし、試料q〜tは、非引用文献1のアモルファスカーボン膜と比較して、sp混成炭素原子の割合αの低下の程度が小さかった。試料q〜tのFCVA法によって成膜したアモルファスカーボン膜は、金属70を含有していても、非引用文献1のPLD法を用いて成膜したアモルファスカーボン膜と比較して、sp混成炭素原子の割合を高くできることが確認できた。 As shown in FIG. 3, in both samples q~t and non references 1 of the amorphous carbon film, as the Ag concentration increases, the proportion of sp 3 hybridized carbon atom α is decreased. However, the sample q~t, compared with the amorphous carbon film of the non-cited document 1, the degree of reduction in the proportion α of the sp 3 hybridized carbon atoms is small. Amorphous carbon film formed by FCVA method of sample q~t also contain a metal 70, as compared with the deposited amorphous carbon film by using a PLD method of non references 1, sp 3 hybridized carbon It was confirmed that the proportion of atoms could be increased.

(2)膜の硬度測定
試料q(Ag濃度:1原子%)、試料r(Ag濃度:6原子%)、試料t(Ag濃度:30原子%)及びリファレンス2(Ag濃度:0原子%)の膜の硬度をナノインデンテーション法により測定した。硬度測定には、基材40としてSiウェハを用い、Siウェハ上にアモルファスカーボン膜を300nm成膜したサンプルを用いた。また、押し込み深さを20〜35nmとして、膜の硬度を測定した。結果を図4のグラフに示す。
(2) Measurement of film hardness Sample q (Ag concentration: 1 atomic%), Sample r (Ag concentration: 6 atomic%), Sample t (Ag concentration: 30 atomic%) and Reference 2 (Ag concentration: 0 atomic%) The hardness of the film was measured by the nanoindentation method. For the hardness measurement, a Si wafer was used as the base material 40, and a sample in which an amorphous carbon film was formed on the Si wafer at 300 nm was used. Further, the hardness of the film was measured with the pressing depth of 20 to 35 nm. The results are shown in the graph of FIG.

図4に示すように、Ag濃度が高い程、膜の硬度は低下した。しかし、膜の硬度は20GPa以上であれば十分に高い(硬い)。膜のAg濃度が1原子%〜6原子%であれば、30GPa以上の十分な硬度が得られることが確認できた。また、試料t(Ag濃度:30原子%)の膜の硬度が10GPa以上であり、Ag濃度が低い程、膜の硬度が高くなることから、膜のAg濃度が30原子%以下であれば、10GPa以上の膜の硬度が得られることが確認できた。膜の硬度が10GPa以上であれば、一般的なアモルファスカーボン膜と同等以上の硬度を示す。 As shown in FIG. 4, the higher the Ag concentration, the lower the hardness of the film. However, if the hardness of the film is 20 GPa or more, it is sufficiently high (hard). It was confirmed that when the Ag concentration of the film was 1 atomic% to 6 atomic%, a sufficient hardness of 30 GPa or more could be obtained. Further, the film hardness of the sample t (Ag concentration: 30 atomic%) is 10 GPa or more, and the lower the Ag concentration, the higher the film hardness. Therefore, if the Ag concentration of the film is 30 atomic% or less, It was confirmed that a film hardness of 10 GPa or more could be obtained. When the hardness of the film is 10 GPa or more, the hardness is equal to or higher than that of a general amorphous carbon film.

(3)抗菌性試験(フィルム密着法)
細菌として、大腸菌、メチリシン耐性黄色ブドウ球菌(MRSA)、緑膿菌の3種類を用意した。細菌の培養液には蒸留水で50分の1に希釈した普通ブイヨン培地を用い、各細菌の水溶液を用意した。通常、JIS Z 2801:2012に規定されるフィルム密着法を用いた抗菌性試験では、蒸留水で500分の1に希釈した普通ブイヨン培地が用いられる。これは日常製品に対する抗菌性及び抗菌効果の評価を目的とするために、例えば机上の細菌の栄養となる物質が存在する環境を再現したものであり、培地の希釈率が高いため細菌にとっては増殖しにくい状況となる。一方、事前検討により、基材及びリファレンス1に用いたSUS316L上で500分の1に希釈した普通ブイヨン培地を用いてフィルム密着法により各細菌増殖を評価すると細菌が増殖せずに減少することを確認した。細菌数が減少するということは、例えば医療機器で課題となる細菌増殖が再現できていないことを示している。そこでSUS316L上でも細菌数が増殖する普通ブイヨン培地の希釈率を探索し、蒸留水で50分の1に希釈した普通ブイヨン培地であれば各細菌がSUS316L上で増殖することから、同希釈率の普通ブイヨン培地を採用した。また医療向け金属としてSUS316L同様に知られているチタン上でも、蒸留水で50分の1に希釈した普通ブイヨン培地であれば各細菌が増殖することも確認した。50分の1の希釈率は500分の1の希釈率に比較して、細菌が増殖しやすい環境となるため、被評価試料にとってはJIS Z 2801:2012より厳しい環境で評価していることとなり、細菌数の減少はより強い抗菌性を持つことを示している。
(3) Antibacterial property test (film adhesion method)
Three types of bacteria were prepared: Escherichia coli, methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA), and Pseudomonas aeruginosa. An aqueous solution of each bacterium was prepared by using a normal bouillon medium diluted to 1/50 with distilled water as the culturing solution of the bacterium. Usually, in the antibacterial property test using the film adhesion method specified in JIS Z 2801: 2012, a normal bouillon medium diluted to 1/500 with distilled water is used. For the purpose of evaluating the antibacterial properties and antibacterial effects on daily products, for example, it reproduces the environment in which a substance that nourishes the bacteria on the desk exists, and because the dilution ratio of the medium is high, it grows for the bacteria. It will be a difficult situation. On the other hand, according to a preliminary study, it was found that when each bacterial growth was evaluated by the film adhesion method using a normal bouillon medium diluted to 1/500 on the base material and SUS316L used for reference 1, the bacteria decreased without growing. confirmed. The decrease in the number of bacteria indicates that the bacterial growth, which is a problem in medical devices, cannot be reproduced. Therefore, the dilution rate of the normal bouillon medium in which the number of bacteria grows even on SUS316L is searched, and if the normal bouillon medium is diluted to 1/50 with distilled water, each bacterium grows on SUS316L. Ordinary bouillon medium was used. It was also confirmed that each bacterium grows on titanium, which is also known as a medical metal like SUS316L, if it is a normal bouillon medium diluted 1/50 with distilled water. Compared to the dilution rate of 1/500, the dilution rate of 1/50 makes it easier for bacteria to grow. Therefore, the sample to be evaluated is evaluated in a harsher environment than JIS Z 2801: 2012. , Decreasing the number of bacteria indicates that it has stronger antibacterial properties.

以上を踏まえ、試料q〜tの膜上、及びリファレンス1(ステンレス基材)上に、蒸留水で50分の1に希釈した普通ブイヨン培地を用いて調製した各細菌の水溶液(細菌濃度:約1×10CFU/mL)0.1mLを滴下した。更にその上にポリエチレン製のフィルム(20mm×20mm)を載せて、膜上に細菌水溶液を広げた。 Based on the above, an aqueous solution of each bacterium (bacterial concentration: about) prepared using a normal bouillon medium diluted 1/50 with distilled water on the membranes of samples q to t and on reference 1 (stainless substrate). 1 × 10 4 CFU / mL) 0.1 mL was added dropwise. Further, a polyethylene film (20 mm × 20 mm) was placed on the film, and the bacterial aqueous solution was spread on the film.

次に、試料q〜t及びリファレンス1を温度35±1℃、相対湿度90%以上の環境下に約24時間放置して細菌を培養した。培養後、試料q〜t及びリファレンス1をSCDLP液体培地10mLに浸漬及び振盪して培養した細菌を回収し、10mLの回収液を得た。アガロースの培養培地と、希釈した試料q〜t及びリファレンス1の回収液を混合して、温度35±1℃の環境下で約48時間、細菌を培養した。培養後、培養培地上の細菌の数を数えることで、試料q〜t及びリファレンス1それぞれについて、試料q〜t及びリファレンス1上に存在していた単位面積(cm)当たりの細菌数を計算した。 Next, the samples q to t and the reference 1 were left to stand in an environment having a temperature of 35 ± 1 ° C. and a relative humidity of 90% or more for about 24 hours to culture the bacteria. After culturing, samples q to t and Reference 1 were immersed in 10 mL of SCDLP liquid medium and shaken to recover the cultured bacteria, and 10 mL of a recovered solution was obtained. The culture medium of agarose, diluted samples q to t and the recovery solution of Reference 1 were mixed, and the bacteria were cultured in an environment of a temperature of 35 ± 1 ° C. for about 48 hours. After culturing, by counting the number of bacteria on the culture medium, the number of bacteria per unit area (cm 2) existing on the samples q to t and the reference 1 was calculated for each of the samples q to t and the reference 1. bottom.

図5〜7のグラフに、試料q〜tの単位面積(cm)当たりの細菌数(相対値)を示す。図5は大腸菌、図6はMRSA、図7は緑膿菌を用いた結果である。図5〜7のグラフに示す試料q〜tの単位面積(cm)当たりの細菌数は、リファレンス1の単位面積(cm)当たりの細菌数を100とした相対値である。図5〜7のグラフに示す細菌数(相対値)が100未満であり、低い程、リファレンス1と比較して細菌数が減少することを示している。 The graphs of FIGS. 5 to 7 show the number of bacteria (relative value) per unit area (cm 2) of the samples q to t. FIG. 5 shows the results using Escherichia coli, FIG. 6 shows the results using MRSA, and FIG. 7 shows the results using Pseudomonas aeruginosa. The number of bacteria per unit area (cm 2 ) of the samples q to t shown in the graphs of FIGS. 5 to 7 is a relative value with the number of bacteria per unit area (cm 2) of Reference 1 as 100. The number of bacteria (relative value) shown in the graphs of FIGS. 5 to 7 is less than 100, and the lower the number, the smaller the number of bacteria as compared with Reference 1.

図5〜7に示すように、試料q〜tは、リファレンス1(ステンレス基板)と比較して細菌数が大幅に減少しており、試料q〜tに用いた膜組成のアモルファスカーボン膜をステンレス基材に成膜することで高い抗菌性を付与できることを示した。 As shown in FIGS. 5 to 7, the numbers of bacteria in the samples q to t are significantly reduced as compared with the reference 1 (stainless steel substrate), and the amorphous carbon film having the film composition used in the samples q to t is made of stainless steel. It was shown that high antibacterial properties can be imparted by forming a film on the substrate.

(4)抗菌持続性試験
以下に説明する方法により、試料q(Ag濃度:1原子%)、試料t(Ag濃度:30原子%)について、抗菌持続性試験を行った。試料q及びtを試料単位cmあたり1mLとなるようにヒト正常臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)用培地(EGM(登録商標)−2BulletKit(登録商標))に浸漬し、浸漬開始から3時間後、1日後、6日後、13日後及び20日後に培地交換を行いながら浸漬を継続し、1ヵ月(28日)後に試料を培地から取り出した。取り出した試料をリン酸緩衝生理食塩水(PBS)、純水で洗浄し、乾燥後、上述の抗菌性試験(フィルム密着法)と同様の方法により、抗菌性を評価した。
(4) Antibacterial Sustainability Test An antibacterial persistence test was conducted on sample q (Ag concentration: 1 atomic%) and sample t (Ag concentration: 30 atomic%) by the method described below. Samples q and t immersed in normal human umbilical vein endothelial cells so that the sample unit cm 2 per 1 mL (HUVEC) medium (EGM (TM) -2BulletKit (TM)), 3 hours after the start of immersion, Immersion was continued after 1 day, 6 days, 13 days and 20 days while exchanging the medium, and the sample was taken out from the medium after 1 month (28 days). The taken-out sample was washed with phosphate buffered saline (PBS) and pure water, dried, and then the antibacterial property was evaluated by the same method as the above-mentioned antibacterial property test (film adhesion method).

図8のグラフに、培地浸漬後(1ヶ月後)の試料q及びtの単位面積(cm)当たりの細菌数(相対値)を示す。比較のため、同様の試料q、試料tについて大気中に1ヵ月(28日)保管した際の試料q及びtの抗菌性試験の結果も併せて図8に示す。図8のグラフに示す試料q及びtの単位面積(cm)当たりの細菌数は、図5〜7と同様に、リファレンス1の単位面積(cm)当たりの細菌数を100とした相対値である。図8のグラフに示す細菌数(相対値)が100未満であり、低い程、リファレンス1と比較して細菌数が減少することを示しており、ステンレス基材に対して抗菌性を付与できたことを示している。 The graph of FIG. 8 shows the number of bacteria (relative value) per unit area (cm 2 ) of the samples q and t after immersion in the medium (1 month later). For comparison, the results of the antibacterial test of the same samples q and t when stored in the air for one month (28 days) are also shown in FIG. The number of bacteria per unit area (cm 2 ) of the samples q and t shown in the graph of FIG. 8 is a relative value with the number of bacteria per unit area (cm 2 ) of Reference 1 as 100, as in FIGS. 5 to 7. Is. The number of bacteria (relative value) shown in the graph of FIG. 8 was less than 100, and the lower the number, the lower the number of bacteria as compared with Reference 1, and antibacterial properties could be imparted to the stainless steel base material. It is shown that.

図8に示すように、試料qの1ヶ月の培地浸漬後の抗菌性は、大気中保管した試料qと比較して低下したが、リファレンス1と比較して細菌数は少なく、1ヶ月の培地浸漬後においても、十分な抗菌性を示すことが確認された。試料tでは、1ヶ月の培地浸漬後も、大気中保管した試料tと同等の抗菌性を示した。 As shown in FIG. 8, the antibacterial property of sample q after immersion in the medium for 1 month was lower than that of sample q stored in the air, but the number of bacteria was smaller than that of reference 1, and the medium for 1 month. It was confirmed that even after immersion, it showed sufficient antibacterial properties. The sample t showed the same antibacterial property as the sample t stored in the air even after being immersed in the medium for one month.

(5)細胞毒性試験
試料q〜tのアモルファスカーボン膜及びリファレンス2のアモルファスカーボン膜(Siウェハ上)それぞれの上に円筒形部材(樹脂製チューブ)を立てて設置して試験用容器を作製した。作製した試験用容器は、底面がアモルファスカーボン膜により構成され、側面が円筒形部材からなるウェルを有する。試験用容器のウェルにヒト正常臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)用培養液0.5mLと、ヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)約50,000個を注入し、37℃、5%COの環境下で1日(約24時間)静置した。静置後、以下に説明する評価1及び2を行った。
(5) Cytotoxicity test A test container was prepared by placing a cylindrical member (resin tube) upright on each of the amorphous carbon film of samples q to t and the amorphous carbon film of reference 2 (on a Si wafer). .. The prepared test container has a well having an amorphous carbon film on the bottom surface and a cylindrical member on the side surface. 0.5 mL of culture solution for human normal umbilical vein endothelial cells (HUVEC) and about 50,000 human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) were injected into the wells of the test container in an environment of 37 ° C. and 5% CO 2. It was allowed to stand for one day (about 24 hours). After standing, evaluations 1 and 2 described below were performed.

(a)評価1(LDH assay)
細胞内から培養液中に放出された乳酸脱水素酵素(LDH)の量を測定し、測定したLDHの量に基づいて非細胞障害度を求めた。LDHは細胞質に存在する酵素で、通常は細胞質に留まっているが、細胞膜が傷害を受けると培養液中に放出される。即ち、培養液中に放出されたLDHの量が多いほど、細胞が障害を受けたことを意味し、LDHの量が少ない程、細胞が障害を受けていないことを意味する。本評価では、測定したLDHの量に基づいて、細胞が障害を受けていない程度(非細胞障害度)を求めた。
(A) Evaluation 1 (LDH assay)
The amount of lactate dehydrogenase (LDH) released from the cell into the culture medium was measured, and the degree of non-cell injury was determined based on the measured amount of LDH. LDH is an enzyme present in the cytoplasm that normally remains in the cytoplasm but is released into the culture medium when the cell membrane is damaged. That is, the larger the amount of LDH released into the culture medium, the more damaged the cells, and the smaller the amount of LDH, the less damaged the cells. In this evaluation, the degree to which the cells were not damaged (non-cell damage degree) was determined based on the measured amount of LDH.

図9のグラフに、試料q〜tの非細胞傷害度(相対値)を示す。図9のグラフに示す試料q〜tの非細胞傷害度は、リファレンス2の非細胞傷害度を100とした相対値である。リファレンス2(Agを含まないアモルファスカーボン)は、細胞毒性がないことが確認されている。したがって、図9において、試料a〜tの非細胞傷害度(相対値)は、100に近い程、細胞障害が少ないことを意味する。 The graph of FIG. 9 shows the degree of non-cytotoxicity (relative value) of samples q to t. The non-cytotoxicity of samples q to t shown in the graph of FIG. 9 is a relative value with the non-cytotoxicity of Reference 2 as 100. Reference 2 (Amorphous carbon without Ag) has been confirmed to be non-cytotoxic. Therefore, in FIG. 9, the closer the non-cytotoxicity (relative value) of the samples a to t is to 100, the less the cytotoxicity is.

(b)評価2(生細胞・死細胞同時染色)
試料q〜tのアモルファスカーボン膜及びリファレンス2のアモルファスカーボン膜それぞれに付着していた細胞を蛍光色素(Hoechst 33258、Calcein−AM、EthD−III)により染色し(細胞核:青色、生細胞:緑色、死細胞:赤色)、蛍光顕微鏡を用いて全細胞及び死細胞の数をそれぞれカウントした。また、緑色蛍光から生細胞の状態を観察した。
(B) Evaluation 2 (simultaneous staining of live and dead cells)
The cells attached to each of the amorphous carbon film of Samples q to t and the amorphous carbon film of Reference 2 were stained with a fluorescent dye (Hoechst 33258, Calcein-AM, EthD-III) (cell nucleus: blue, living cell: green, Dead cells: red), total cells and the number of dead cells were counted using a fluorescence microscope, respectively. In addition, the state of living cells was observed from green fluorescence.

図10のグラフに、試料q〜tの生細胞数及び死細胞数(相対値)を示す。生細胞数は全細胞数から死細胞数を差し引くことで算出している。図10のグラフに示す試料q〜tの生細胞数及び死細胞数の和である全細胞数は、リファレンス2の全細胞数を100とした相対値である。 The graph of FIG. 10 shows the number of living cells and the number of dead cells (relative values) of samples q to t. The number of living cells is calculated by subtracting the number of dead cells from the total number of cells. The total number of cells, which is the sum of the number of living cells and the number of dead cells of the samples q to t shown in the graph of FIG. 10, is a relative value with the total number of cells of Reference 2 as 100.

試料q〜tは、図9に示すように、評価1(LDH assay)において、アモルファスカーボン膜中のAg濃度が低い試料q及びr(Ag濃度:1〜6原子%)において、非細胞傷害度(相対値)は90%以上であり細胞への悪影響が非常に小さいまたは無いことが示唆された。一方、アモルファスカーボン膜中のAg濃度が高い試料s及びt(Ag濃度:12〜30原子%)において、非細胞傷害度(相対値)が大きく低下した。また、図10に示すように、評価2(細胞核・生細胞・死細胞同時染色)において、アモルファスカーボン膜中のAg濃度が低い試料q及びr(Ag濃度:1〜6原子%)において、全細胞数はリファレンス2と大きな差異はなく、死細胞の割合も非常に小さいことから細胞への悪影響が非常に小さいまたは無いことが示唆された。一方、アモルファスカーボン膜中のAg濃度が高い試料s及びt(Ag濃度:12〜30原子%)において、死細胞の割合が大幅に増加し、細胞死に伴いアモルファスカーボン膜に接着している全細胞数が大幅に減少した。この結果から、Ag濃度の低い試料q及びr(Ag濃度:1〜6原子%)は、細胞毒性がほとんど無く、高い生体親和性が求められる分野に応用できることが確認できた。一方、Ag濃度が高い試料s及びt(Ag濃度:12〜30原子%)は、抗生物質(抗生物膜、抗生物アモルファスカーボン膜)としての性質を有し、細胞を死滅させる性質(細胞毒性)が求められる分野に応用できることが確認できた。 As shown in FIG. 9, the samples q to t have a non-cellular injury degree in the samples q and r (Ag concentration: 1 to 6 atomic%) having a low Ag concentration in the amorphous carbon film in the evaluation 1 (LDH assay). The (relative value) was 90% or more, suggesting that the adverse effect on cells was very small or absent. On the other hand, the degree of non-cytotoxicity (relative value) was significantly reduced in the samples s and t (Ag concentration: 12 to 30 atomic%) having a high Ag concentration in the amorphous carbon film. Further, as shown in FIG. 10, in evaluation 2 (simultaneous staining of cell nuclei, living cells, and dead cells), all of the samples q and r (Ag concentration: 1 to 6 atomic%) having a low Ag concentration in the amorphous carbon film. The number of cells was not significantly different from that of Reference 2, and the proportion of dead cells was also very small, suggesting that the adverse effects on cells were very small or absent. On the other hand, in the samples s and t (Ag concentration: 12 to 30 atomic%) having a high Ag concentration in the amorphous carbon film, the proportion of dead cells increased significantly, and all cells adhering to the amorphous carbon film due to cell death. The number has decreased significantly. From this result, it was confirmed that the samples q and r (Ag concentration: 1 to 6 atomic%) having a low Ag concentration have almost no cytotoxicity and can be applied to a field where high biocompatibility is required. On the other hand, the samples s and t (Ag concentration: 12 to 30 atomic%) having a high Ag concentration have properties as antibiotics (antibiotic membrane, antibiotic amorphous carbon membrane) and have the property of killing cells (cytotoxicity). ) Was confirmed to be applicable to the required fields.

(6)血液適合性試験
試料q、t及びリファレンス3を用いて、血液適合性試験を行った。このとき、基材40として板状のステンレス(JIS記号:SUS316L、10mm×10mm×0.3mm)を用いた。具体的には試料にヒト血液を接触させて凝固性(異物反応による血液凝固)及び溶血性(赤血球の崩壊)を評価した。
(6) Blood compatibility test A blood compatibility test was performed using samples q, t and Reference 3. At this time, a plate-shaped stainless steel (JIS symbol: SUS316L, 10 mm × 10 mm × 0.3 mm) was used as the base material 40. Specifically, human blood was brought into contact with the sample to evaluate coagulation (blood coagulation due to a foreign body reaction) and hemolytic property (disintegration of erythrocytes).

(a)血液凝固性試験
各試料q、t及びリファレンス3に、ヒト血液(ヘパリン1U/mL)を接触させて37℃で4時間振盪した。振盪後、3種類のタンパク質量(濃度)、具体的には、血液凝固の指標である血中のトロンビン-アンチトロンビン複合体(TAT)、血小板活性の指標であるβ−トロンボグロブリン(β−TG)及び炎症反応の指標であるSC5b−9、それぞれの濃度を測定した。また、血液凝固性試験後の各試料q、t及びリファレンス3の表面の電子顕微鏡(SEM)観察も行った。
(A) Blood coagulation test Human blood (heparin 1 U / mL) was brought into contact with each sample q, t and reference 3, and shaken at 37 ° C. for 4 hours. After shaking, the amount (concentration) of three types of proteins, specifically, thrombin-antithrombin complex (TAT) in blood, which is an index of blood coagulation, and β-thromboglobulin (β-TG), which is an index of platelet activity. ) And SC5b-9, which is an index of inflammatory response, and their respective concentrations were measured. In addition, electron microscope (SEM) observation of the surfaces of each sample q, t and reference 3 after the blood coagulation test was also performed.

図11のグラフに、測定した3種類のタンパク質量(相対値)を示す。図11のグラフに示すタンパク質量は、市販の血液バッグ(テルモ社:テルモ分離バッグ)を用いて同様のタイミング及びヒト血液サンプルで同様の血液適合性試験を行ったときの結果(タンパク質量)を100とした相対値である。図11のグラフに示すタンパク質量(相対値)が低い程、血液適合性が高いことを示しており、タンパク質量(相対値)が、100未満であれば、市販の血液バッグと比較して各項目で血液適合性が高いことを示している。 The graph of FIG. 11 shows the measured three types of protein amounts (relative values). The amount of protein shown in the graph of FIG. 11 is the result (protein amount) when a similar blood compatibility test was performed on a human blood sample at the same timing using a commercially available blood bag (Terumo Corporation: Terumo Separation Bag). It is a relative value set to 100. The lower the amount of protein (relative value) shown in the graph of FIG. 11, the higher the blood compatibility. If the amount of protein (relative value) is less than 100, each blood bag is compared with a commercially available blood bag. The item indicates high blood compatibility.

図11に示すように、試料q、t及びリファレンス3は、いずれも、TATの濃度(相対値)が低く、血液凝固性が低かった。血小板活性の指標であるβ−TG及び炎症反応の指標であるSC5b−9の濃度は、市販の血液バッグと同等であった。 As shown in FIG. 11, all of the samples q and t and the reference 3 had a low TAT concentration (relative value) and a low blood coagulation property. The concentrations of β-TG, which is an index of platelet activity, and SC5b-9, which is an index of inflammatory response, were equivalent to those of commercially available blood bags.

図12(a)〜(c)に、リファレンス3、試料q及びtの膜表面のSEM写真をそれぞれ示めす。血液の凝固が生じていると大量のフィブリン鎖や赤血球をはじめとする血球系細胞が膜上に観察されるが、いずれの試料の膜表面にも、これらはほとんど観察されなかった。しかし、図12(c)及び(d)に示す試料t(Ag濃度:30原子%)においては、棘状の赤血球が観察された。この結果から、試料tにおいては、溶血が生じている可能性があり、以下に説明する溶血性試験を行った。 12 (a) to 12 (c) show SEM photographs of the film surfaces of Reference 3, Samples q and t, respectively. When blood coagulation occurred, a large amount of blood cell lines such as fibrin chains and erythrocytes were observed on the membrane, but these were hardly observed on the membrane surface of any of the samples. However, in the samples t (Ag concentration: 30 atomic%) shown in FIGS. 12 (c) and 12 (d), spiny erythrocytes were observed. From this result, there is a possibility that hemolysis has occurred in the sample t, and the hemolytic test described below was performed.

(b)溶血性試験
以下に説明する2つの方法により、血液の溶血率を求めた。このとき、基材40として板状のステンレス(JIS記号:SUS316L、20mm×20mm×0.03mm)を用いた。
(B) Hemolyticity test The hemolytic rate of blood was determined by the two methods described below. At this time, a plate-shaped stainless steel (JIS symbol: SUS316L, 20 mm × 20 mm × 0.03 mm) was used as the base material 40.

(b−i)間接接触法
各試料q、t及びリファレンス3をリン酸緩衝生理食塩水(PBS)に浸漬し、37℃で72時間放置して、抽出液を得た。得られた抽出液をヒト血液(クエン酸ナトリウムで非凝固処理済)と所定の体積割合(PBS:ヒト血液=7:1)で混合し、37℃で3時間振盪した。その後、混合溶液の吸光度から溶血率を測定した。
(Bi) Indirect contact method Each sample q, t and reference 3 were immersed in phosphate buffered saline (PBS) and left at 37 ° C. for 72 hours to obtain an extract. The obtained extract was mixed with human blood (non-coagulated with sodium citrate) at a predetermined volume ratio (PBS: human blood = 7: 1) and shaken at 37 ° C. for 3 hours. Then, the hemolysis rate was measured from the absorbance of the mixed solution.

(b−ii)直接接触法
各試料q、t及びリファレンス3をリン酸緩衝生理食塩水(PBS)に浸漬し、更に、ヒト血液(クエン酸ナトリウムで非凝固処理済)と所定の体積割合(PBS:ヒト血液=7:1)で混合し、血液と各試料を直接接触させ、37℃で3時間振盪した。その後、各試料と接触させた混合溶液の吸光度から溶血率を測定した。
(B-ii) Direct contact method Each sample q, t and reference 3 are immersed in phosphate buffered saline (PBS), and further, human blood (non-coagulated with sodium citrate) and a predetermined volume ratio ( The mixture was mixed with PBS: human blood = 7: 1), the blood was brought into direct contact with each sample, and the mixture was shaken at 37 ° C. for 3 hours. Then, the hemolysis rate was measured from the absorbance of the mixed solution brought into contact with each sample.

図13のグラフに、(b−i)間接接触法及び(b−ii)直接接触法で求めた、各試料の溶血率を示す。また、併せて、陰性対照材料及び陽性対照材料の溶血率も図13のグラフに示す。「陰性対照材料」としては、高密度ポリエチレンフィルムを用い、「陽性対照材料」としては、1.5%非イオン界面活性剤含有ポリ塩化ビニルペレットを用いた。 The graph of FIG. 13 shows the hemolysis rate of each sample obtained by the (bi) indirect contact method and the (bi) direct contact method. In addition, the hemolysis rate of the negative control material and the positive control material is also shown in the graph of FIG. A high-density polyethylene film was used as the "negative control material", and a 1.5% nonionic surfactant-containing polyvinyl chloride pellet was used as the "positive control material".

図13に示すように、(b−i)直接接触法及び(b−ii)間接接触法のどちらを用いた結果においても、アモルファスカーボン膜中のAg濃度の低い試料q(Ag濃度:1原子%)及びリファレンス3の溶血率は、陰性対象材料の溶血率と同程度の低い値であった。一方、アモルファスカーボン膜中のAg濃度の高い試料t(Ag濃度:30原子%)は、溶血率が高かった。このように血液凝固性試験では確認できなかったが、溶血性試験により細胞毒性試験の結果同様に、アモルファスカーボン膜中のAg濃度が高い試料s及びt(Ag濃度:12〜30原子%)においては細胞への悪影響が高い可能性が示唆された。これらの血液適合性試験及び細胞毒性試験の結果から、例えば、Ag濃度が1〜6原子%程度のAg濃度の低い試料であれば生体親和性や高い血液適合性が求められる分野に応用できると推測される。 As shown in FIG. 13, a sample q (Ag concentration: 1 atom) having a low Ag concentration in the amorphous carbon film was used in both the (bi) direct contact method and the (bi) indirect contact method. %) And the hemolysis rate of Reference 3 were as low as the hemolysis rate of the negative target material. On the other hand, the sample t (Ag concentration: 30 atomic%) having a high Ag concentration in the amorphous carbon film had a high hemolysis rate. As described above, although it could not be confirmed by the blood coagulation test, in the samples s and t (Ag concentration: 12 to 30 atomic%) having a high Ag concentration in the amorphous carbon membrane as the result of the cytotoxicity test by the hemolytic test. It was suggested that the adverse effects on cells may be high. From the results of these blood compatibility tests and cytotoxicity tests, for example, a sample with a low Ag concentration of about 1 to 6 atomic% can be applied to fields where biocompatibility and high blood compatibility are required. Guessed.

(7)膜に含まれる水素の原子濃度測定
新たな評価試料として、膜中の銀の原子濃度(Ag濃度)が4原子%である試料u、膜中の銀の原子濃度(Ag濃度)が9原子%である試料vを、試料q及び試料tと同様の方法により作製した。試料q(Ag濃度:1原子%)、試料u(Ag濃度:4原子%)、試料v(Ag濃度:9原子%)及び試料t(Ag濃度:30原子%)の膜中に含まれる水素の原子濃度をRBS/HFS(ラザフォード後方散乱分析/水素前方散乱分析)により測定した。測定結果を表2に示す。
(7) Measurement of atomic concentration of hydrogen contained in the membrane As a new evaluation sample, the sample u in which the atomic concentration of silver in the membrane (Ag concentration) is 4 atomic%, and the atomic concentration of silver in the membrane (Ag concentration) are Sample v, which is 9 atomic%, was prepared by the same method as sample q and sample t. Hydrogen contained in the membranes of sample q (Ag concentration: 1 atomic%), sample u (Ag concentration: 4 atomic%), sample v (Ag concentration: 9 atomic%) and sample t (Ag concentration: 30 atomic%). Atomic concentration was measured by RBS / HFS (Razaford Backscattering Analysis / Hydrogen Forward Scattering Analysis). The measurement results are shown in Table 2.

Figure 2021123571
Figure 2021123571

表2に示すように、FCVA法によって形成した試料q、u、v及びtの膜中に含まれる水素の原子濃度は低濃度であり、6原子%以下であることが確認できた。尚、FCVA法とは異なる従来の成膜方法、例えば、化学蒸着(CVD法)を用いて成膜したアモルファスカーボン膜中には、通常、20原子%以上の水素が含まれることが知られている。 As shown in Table 2, it was confirmed that the atomic concentration of hydrogen contained in the films of the samples q, u, v and t formed by the FCVA method was low and was 6 atomic% or less. It is known that an amorphous carbon film formed by a conventional film forming method different from the FCVA method, for example, a chemical vapor deposition (CVD method), usually contains 20 atomic% or more of hydrogen. There is.

本実施形態の膜50を有する部材100は、十分な抗菌性を有すると共に、部材100の用途に合わせて、良好な機械特性、高い血液適合性、高い生体親和性等の性質を有することができる。本実施形態の部材100は、例えば、医療器具、医用材料、生物培養関連装置、住宅建材、日用品に用いることができる。 The member 100 having the membrane 50 of the present embodiment has sufficient antibacterial properties, and can have properties such as good mechanical properties, high blood compatibility, and high biocompatibility according to the use of the member 100. .. The member 100 of the present embodiment can be used, for example, for medical instruments, medical materials, biological culture-related devices, housing building materials, and daily necessities.

1 成膜装置
40 基材
50 膜
50b 表面
60 アモルファスカーボン
70 金属
100 部材
1 Film deposition equipment 40 Base material 50 Film 50b Surface 60 Amorphous carbon 70 Metal 100 Member

Claims (15)

基材と、
前記基材上に形成され、アモルファスカーボン及び前記アモルファスカーボン中に分散する金属を含む膜とを備える部材であって、
前記膜における前記金属の原子濃度が1原子%〜6原子%であり、
前記アモルファスカーボンが、sp混成軌道による結合を形成している炭素原子及びsp混成軌道による結合を形成している炭素原子を含み、
前記sp混成軌道による結合を形成している炭素原子の数と前記sp混成軌道による結合を形成している炭素原子の数の合計に対する、前記sp混成軌道による結合を形成している炭素原子の数の割合が57原子%以上である部材。
With the base material
A member formed on the base material and provided with amorphous carbon and a film containing a metal dispersed in the amorphous carbon.
The atomic concentration of the metal in the film is 1 atomic% to 6 atomic%.
The amorphous carbon contains a carbon atom forming a bond by an sp 2 hybrid orbital and a carbon atom forming a bond by an sp 3 hybrid orbital.
The carbon forming the bond by the sp 3 hybrid orbital with respect to the total number of carbon atoms forming the bond by the sp 2 hybrid orbital and the number of carbon atoms forming the bond by the sp 3 hybrid orbital. A member having a ratio of the number of atoms of 57 atomic% or more.
基材と、
フィルタードカソーディックバキュームアーク法により、前記基材上に炭素イオンと金属イオンを同時又は交互に照射することによって形成される、アモルファスカーボン及び前記アモルファスカーボン中に分散する金属を含む膜とを備える部材。
With the base material
A member including amorphous carbon and a film containing a metal dispersed in the amorphous carbon, which is formed by simultaneously or alternately irradiating the base material with carbon ions and metal ions by a filtered Casodec vacuum arc method. ..
前記膜における前記金属の原子濃度が1原子%〜6原子%である、請求項2に記載の部材。 The member according to claim 2, wherein the atomic concentration of the metal in the film is 1 atomic% to 6 atomic%. 前記アモルファスカーボンが、sp混成軌道による結合を形成している炭素原子及びsp混成軌道による結合を形成している炭素原子を含み、
前記sp混成軌道による結合を形成している炭素原子の数と前記sp混成軌道による結合を形成している炭素原子の数の合計に対する、前記sp混成軌道による結合を形成している炭素原子の数の割合が57原子%以上である、請求項2又は3に記載の部材。
The amorphous carbon contains a carbon atom forming a bond by an sp 2 hybrid orbital and a carbon atom forming a bond by an sp 3 hybrid orbital.
The carbon forming the bond by the sp 3 hybrid orbital with respect to the total number of carbon atoms forming the bond by the sp 2 hybrid orbital and the number of carbon atoms forming the bond by the sp 3 hybrid orbital. The member according to claim 2 or 3, wherein the ratio of the number of atoms is 57 atomic% or more.
前記膜の硬度が、20GPa以上である請求項1〜4のいずれか一項に記載の部材。 The member according to any one of claims 1 to 4, wherein the hardness of the film is 20 GPa or more. 前記膜における水素の原子濃度が6原子%以下である請求項1〜5のいずれか一項に記載の部材。 The member according to any one of claims 1 to 5, wherein the atomic concentration of hydrogen in the film is 6 atomic% or less. 前記sp混成軌道による結合を形成している炭素原子の数と前記sp混成軌道による結合を形成している炭素原子の数の合計に対する、前記sp混成軌道による結合を形成している炭素原子の数の割合が57原子%〜77原子%である、請求項1又は4に記載の部材。 The carbon forming the bond by the sp 3 hybrid orbital with respect to the total number of carbon atoms forming the bond by the sp 2 hybrid orbital and the number of carbon atoms forming the bond by the sp 3 hybrid orbital. The member according to claim 1 or 4, wherein the ratio of the number of atoms is 57 atomic% to 77 atomic%. 基材と、
前記基材上に形成され、アモルファスカーボン及び前記アモルファスカーボン中に分散する金属を含む膜とを備える部材であって、
前記膜における前記金属の原子濃度が7原子%〜30原子%であり、
前記膜における水素の原子濃度が6原子%以下である部材。
With the base material
A member formed on the base material and provided with amorphous carbon and a film containing a metal dispersed in the amorphous carbon.
The atomic concentration of the metal in the film is 7 atomic% to 30 atomic%.
A member having an atomic concentration of hydrogen in the membrane of 6 atomic% or less.
前記膜における前記金属の原子濃度が12原子%〜30原子%である請求項8に記載の部材。 The member according to claim 8, wherein the atomic concentration of the metal in the film is 12 atomic% to 30 atomic%. 前記膜の硬度が、10GPa以上である請求項8又は9に記載の部材。 The member according to claim 8 or 9, wherein the hardness of the film is 10 GPa or more. 前記アモルファスカーボンは、sp混成軌道による結合を形成している炭素原子及びsp混成軌道による結合を形成している炭素原子を含み、
前記sp混成軌道による結合を形成している炭素原子の数と前記sp混成軌道による結合を形成している炭素原子の数の合計に対する、前記sp混成軌道による結合を形成している炭素原子の数の割合が20原子%以上である請求項8〜10のいずれか一項に記載の部材。
The amorphous carbon contains a carbon atom forming a bond by an sp 2 hybrid orbital and a carbon atom forming a bond by an sp 3 hybrid orbital.
The carbon forming the bond by the sp 3 hybrid orbital with respect to the total number of carbon atoms forming the bond by the sp 2 hybrid orbital and the number of carbon atoms forming the bond by the sp 3 hybrid orbital. The member according to any one of claims 8 to 10, wherein the ratio of the number of atoms is 20 atomic% or more.
前記金属が、銀、水銀、白金、銅、カドミウム、金、コバルト、ニッケル、及び鉛からなる群から選択される少なくとも一種である、請求項1〜11のいずれか一項に記載の部材。 The member according to any one of claims 1 to 11, wherein the metal is at least one selected from the group consisting of silver, mercury, platinum, copper, cadmium, gold, cobalt, nickel, and lead. 前記金属が銀である請求項12に記載の部材。 The member according to claim 12, wherein the metal is silver. 前記膜が、その表面に水酸基、カルボキシル基及びアミノ基の少なくとも一つを有する請求項1〜13のいずれか一項に記載の部材。 The member according to any one of claims 1 to 13, wherein the film has at least one of a hydroxyl group, a carboxyl group and an amino group on its surface. 請求項1〜14のいずれか一項に記載の部材を製造する製造方法であって、
フィルタードカソーディックバキュームアーク法により、前記基材上に炭素イオンと前記金属イオンを同時又は交互に照射して前記膜を形成することを含む製造方法。
A manufacturing method for manufacturing the member according to any one of claims 1 to 14.
A production method comprising forming the film by simultaneously or alternately irradiating the base material with carbon ions and the metal ions by a filtered Casodec vacuum arc method.
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