JP5491189B2 - 固定化装置 - Google Patents
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Description
固定化装置であって、
試料溶液を収容し、該試料溶液を吐出するための少なくとも1つの吐出口が形成された容器と、
前記容器内の試料溶液を帯電させる帯電手段と、
前記試料溶液に衝突する気流を発生させる気流発生手段と、を具え、
前記帯電手段と前記気流発生手段とを同時に作動させ、
前記帯電手段によって帯電させた前記試料溶液の電荷による静電気力と、前記気流発生手段によって発生させた気流を前記試料溶液に衝突させることによる衝突エネルギーと、によってその活性や機能性を保持したまま帯電した微小な粒子状物質として霧化し、前記少なくとも1つの吐出口から吐出させるように構成し、
前記固定化装置は、
前記帯電した微小な粒子状物質を静電気力によって堆積させる、前記容器から離れて配置された、基板を支持する支持手段と、前記気流発生手段、前記容器の吐出口、及び前記基板の相対的位置関係を調節する調節手段と、をさらに具える。
また、試料溶液の特性などを考慮して、吐出された試料溶液と気流の衝突する位置を変更することが可能となる。
前記帯電手段が、前記容器の外に設けられ、前記容器に収容された試料溶液に対して静電誘導によって電荷を誘導し帯電させる。
前記気流発生手段が、前記気流よりも大きい、別の気流をさらに発生させる。
また、本発明のさらに別の実施態様では、
前記固定化装置が、
前記の霧化され、かつ、帯電された微小な粒子状物質を静電気力によって収集し、前記基板へ誘導する収集手段、をさらに具える。
前記固定化装置が、
前記試料溶液、前記容器、前記気流、或いは、前記基板のうちの少なくとも1つの温度を制御する温度制御手段、をさらに具える。
前記帯電手段は、少なくとも、導電性ワイヤ、導電性薄膜、導電性メッシュ、或いは、帯電したイオンを放射する装置、のいずれか1つを具える。
前記固定化装置が、
前記容器の試料溶液を前記吐出口に任意の流量で供給する供給手段(ポンプなど)、および/または、
前記容器に収容されている前記試料溶液に圧力をかけて該試料溶液を任意の流量で前記吐出口から吐出する吐出手段、をさらに具える。
前記支持手段が、前記容器の吐出口に任意の方向で前記基板を支持する。
前記気流発生手段が、前記気流の流量、速度、および、方向のうちの少なくとも1つを調節する気流調節手段を具える。
前記固定化装置が、
前記溶液、および/または、前記気流を加熱する加熱手段、をさらに具える。好適には、加熱手段は、試料溶液供給系と、容器及び気流の温度を数百度まで上げる。これにより、試料を溶媒にとかすことなくスプレーすること(所謂熱溶融スプレー法)が可能になる。なお、上述した温度制御手段を加熱手段として使用してもよい。
前記収集手段が、前記容器の吐出口と前記基板との間に配置される1つまたは複数の収束電極を具える。また、前記収集手段が、前記容器の吐出口と前記基板との間に配置される絶縁体あるいは誘電体からなる、少なくとも1つのマスクを具えることが好適である。
また、本発明のさらに別の実施態様では、
前記固定化装置が、
前記粒子状物質を乾燥させる乾燥手段をさらに具え、
前記乾燥手段が、前記粒子状物質が存在する空間に乾燥空気を供給する手段、および/または、前記粒子状物質が存在する空間を減圧する手段を含むことを特徴とする。即ち、前記固定化装置が、前記粒子状物質が存在する空間を囲う筐体をさらに具え、当該空間に乾燥空気を供給する手段、または、当該空間を減圧する手段を含むことが好適である。
前記基板の表面の少なくとも一部が導電性物質から成り、該一部がアースされている。
また、本発明のさらに別の実施態様では、
前記導電性物質から成る表面の少なくとも一部は、所望のパターンの領域から成る。
前記固定化装置が、
前記気流を前記基板上の特定の領域(前記粒子状物質の固定化を所望する領域)に誘導する誘導手段、をさらに有する。
前記支持手段を移動する移動手段(XYステージ、コンベアなど)をさらに有する。この移動手段によって、支持手段により支持されている基板が移動し、別の基板や基板の別の場所に、試料を堆積させることが可能となる。
<実施の形態1>
また、シリンジ1内の試料溶液はプランジャー(吐出手段)3で押し出しの圧力を受けている。押し出しの圧力は、例えば、ステッピング・モータとネジ送り機構(図示せず)によって与えられる。押し出し圧力を受けた試料溶液2は、シリンジ1内で内圧が増加し、ノズル4の先端から排出される。上述したように、試料溶液を吐出する速度を調整する調整機構(ステッピング・モータとネジ送り機構)を設けることによって、適切な吐出速度に調整することが可能となる。このような調整によって、過剰な速度でおきるウェットなデポジットではなく、乾燥したデポジットを得ることが可能となる。即ち、ウェットなデポジットが生じないような、限界の吐出速度に調整することが可能となる。また、量産性対応のために、別途、試料溶液用タンクを増設し、タンクから試料溶液を補充することで長時間運転を可能にすることができる。試料溶液は図1のようなシリンジ、図3のようなタンク、キャピラリー、箱形容器のいずれの入れものであっても、霧化は同様に実現できる。ノズル4は、金属製であり、高電圧電源PSからプラスの電圧がワイヤ5を介して供給されている。高電圧電源PSのマイナス側は、対向電極11に繋がっている。高電圧電源から電圧を印加することで、ノズル4を経由して試料溶液2にはプラスの電圧が印加され溶液はプラスに帯電される。なお、試料溶液2に与える電圧の極性はマイナスであってもよい。
<実施の形態2>
<実施の形態3>
<実施の形態4>
<実施の形態5>
<実施の形態6>
<実施の形態7>
<実施の形態8>
<実施の形態9>
<実施の形態10>
<実施の形態11>
も粒子状物質6が堆積してしまうが、マスク13a−cのエッジ付近にも粒子状物質6を堆積させることができる。すなわち、マスク13a−cを金属などの導電体によって構成すれば、パターンがシャープなデポジットを形成することができる。
エアポンプ:AS ONE
エアチューブ先端径: 1mm
エアチューブ位置:ノズル直下
試料溶液:10%PVA水溶液
ノズル−基板距離:22.5cm
ノズル:17G(内径1mm)
風圧:0.5kg/cm
溶液流量:200uL/min
比較例1の条件では、溶液は断続的にノズル先端から液滴のまま飛び、ナノファイバーは形成されない。また、基板上には液滴が集まって湿った状態であり、乾燥した状態で固定化できていない。
試料溶液:1%PVA水溶液
ノズル:27G(内径0.21mm)
風圧:0.5kg/cm
溶液流量:100uL/min
比較例2では、溶液はノズル先端から霧状になって飛ぶが、基板上で粒子は形成されず、湿った状態、即ち、液たまりができ、乾燥した状態で固定化できない。
エアポンプ:AS ONE
エアチューブ先端径:1mm
エアチューブ位置:ノズル直下
試料溶液:10%PVA水溶液
ノズル−基板距離:22.5cm
ノズル:17G(内径1mm)
風圧:0.5kg/cm
溶液流量:200uL/min
実施例1の条件では、溶液は基板上にナノファイバーのデポジットを形成でき、試料を乾燥した状態で固定化できた。
試料溶液:1%PVA水溶液
ノズル:27G(内径0.21mm)
風圧:0.5kg/cm
溶液流量:100uL/min
比較例2では、溶液はノズル先端から霧状になって飛び、基板上にナノ粒子が乾燥した状態で固定化できた。
Claims (27)
- 固定化装置であって、
試料溶液を収容し、該試料溶液を吐出するための少なくとも1つの吐出口が形成された容器と、
前記容器内の試料溶液を帯電させる帯電手段と、
前記試料溶液に衝突する気流を発生させる気流発生手段と、を具え、
前記帯電手段と前記気流発生手段は同時に作動し、
前記帯電手段によって帯電させた前記試料溶液の電荷による静電気力と、前記気流発生手段によって発生させた気流を前記試料溶液に衝突させることによる衝突エネルギーと、によってその活性や機能性を保持したまま帯電した微小な粒子状物質として霧化し、前記少なくとも1つの吐出口から吐出させるように構成し、
さらに、
前記帯電した微小な粒子状物質を静電気力によって堆積させる、前記容器から離れて配置された、基板を支持する支持手段と、
前記気流発生手段、前記容器の吐出口、及び前記基板の相対的位置関係を調節する調節手段と、
を具える固定化装置。 - 請求項1に記載の固定化装置であって、
前記帯電手段が、前記容器の外に設けられ、前記容器に収容された試料溶液に対して静電誘導によって電荷を誘導し帯電させる固定化装置。 - 請求項1に記載の固定化装置であって、
前記気流発生手段が、前記気流よりも大きい、別の気流をさらに発生させる固定化装置。 - 請求項1に記載の固定化装置であって、
霧化された前記帯電された微小な粒子状物質を静電気力によって収集し、前記基板へ誘導する収集手段、
をさらに具える固定化装置。 - 請求項1に記載の固定化装置であって、
前記試料溶液、前記容器、前記気流、或いは、前記基板のうちの少なくとも1つの温度を制御する温度制御手段、
をさらに具える固定化装置。 - 請求項1に記載の固定化装置であって、
前記容器に前記試料溶液を任意の流量で供給する供給手段、
をさらに具える固定化装置。 - 請求項1に記載の固定化装置であって、
前記容器に収容されている前記試料溶液に圧力をかけて該試料溶液を任意の流量で前記吐出口から吐出する吐出手段、
をさらに具える固定化装置。 - 請求項1に記載の固定化装置であって、
前記支持手段が、前記容器の吐出口に任意の方向で前記基板を支持する固定化装置。 - 請求項1に記載の固定化装置であって、
前記気流発生手段が、前記気流の流量、速度、および、方向のうちの少なくとも1つを調節する気流調節手段を具える固定化装置。 - 請求項4に記載の固定化装置であって、
前記収集手段が、前記容器の吐出口と前記基板との間に配置される1つまたは複数の収束電極を具える固定化装置。 - 請求項4に記載の固定化装置であって、
前記収集手段が、前記容器の吐出口と前記基板との間に配置される絶縁体あるいは誘電体からなる、少なくとも1つのマスクを具える固定化装置。 - 請求項1に記載の固定化装置であって、
前記粒子状物質を乾燥させる乾燥手段をさらに具え、
前記乾燥手段が、前記粒子状物質が存在する空間に乾燥空気を供給する手段、および/または、前記粒子状物質が存在する空間を減圧する手段を含む、固定化装置。 - 請求項4に記載の固定化装置であって、
前記基板の表面の少なくとも一部が導電性物質から成り、該一部がアースされている、
ことを特徴とする固定化装置。 - 請求項13に記載の固定化装置であって、
前記導電性物質から成る表面の少なくとも一部は、所望のパターンの領域から成る、固定化装置。 - 請求項1に記載の固定化装置であって、
前記容器が、キャピラリー、タンク、箱型容器、またはシリンジである、固定化装置。 - 請求項1に記載の固定化装置であって、
前記少なくとも1つの吐出口が複数個である、固定化装置。 - 請求項1に記載の固定化装置であって、
前記容器が複数である、固定化装置。 - 請求項1に記載の固定化装置であって、
前記気流を前記基板上の特定の領域に誘導する誘導手段、
をさらに有する、固定化装置。 - 請求項1に記載の固定化装置であって、
前記支持手段を移動する移動手段、
をさらに有する、固定化装置。 - 請求項1に記載の固定化装置であって、
前記調節手段は、前記気流発生手段と前記容器を同時に保持し、且つ、前記基板に平行な平面上を駆動する固定化装置。 - 請求項1に記載の固定化装置であって、
前記調節手段は、前記気流発生手段と前記容器を独立に保持し、且つ、それぞれ独立に前記基板に平行な平面上を駆動する固定化装置。 - 請求項1に記載の固定化装置であって、
前記調節手段は、前記気流発生手段と前記容器を同時に保持し、且つ、前記基板に平行な軸上で回転駆動する固定化装置。 - 請求項1に記載の固定化装置であって、
前記調節手段は、前記気流発生手段と前記容器を独立に保持し、且つ、それぞれ独立に前記基板に平行な軸上で回転駆動する固定化装置。 - 請求項17に記載の固定化装置であって、
前記複数の容器には異なる試料溶液を収納し、異なる該試料溶液中の媒質を同時に前記基板に堆積させる固定化装置。 - 請求項1に記載の固定化装置であって、
前記基板に堆積する構造体は、ナノファイバーとナノパーティクルとマイクロパターンとの少なくとも1つを含む固定化装置。 - 請求項1に記載の固定化装置であって、
前記基板上には、堆積領域を制限するための導電体マスクを密着して備える固定化装置。 - 請求項5に記載の固定化装置であって、
前記容器、前記帯電手段、前記気流発生手段、及び前記基板はケース内に格納され、
前記温度制御手段は、前記ケース内を加熱することによって温度制御をする固定化装置。
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