JP5606572B2 - 微小螺旋構造体と微小螺旋構造体を用いた電波遮蔽または吸収体 - Google Patents

Description

本発明は、螺旋形状を有する微小構造体に係り、特に、電波遮蔽または吸収素材に応用可能な微小螺旋構造体に関するものである。

電子線の照射による帯電を防止し、電子顕微鏡での観察を容易にすることを目的として、導電性を持たない微生物試料等の表面に導電性の被膜を形成することは、従来から広く行われている。このことは、工業的利用を目的として微生物組織表面に導電性被膜を形成することの動機付けとなってはいるが、どの微生物種のどの部位に導電性被膜を形成することによって、どのような用途において利用価値が発生するかは何ら具体的に示唆されているわけではない。

一方、導電性を有する螺旋形状の構造体を電波遮蔽または吸収体として用いることに関しては、気相成長法により作成した炭素の螺旋状析出物を電波遮蔽または吸収体として利用する例が、特開２０００−０２７０７２号公報（特許文献１）に開示されている。しかしながら、気相成長法により作成される炭素の析出物の形状は、反応炉内や基板上における原料ガス濃度、原料ガス組成、温度の分布などの影響により変動し、規則正しい螺旋形状を有する析出物を効率的に成長させることは極めて困難となっている。

このような気相成長法の不安定性を回避するため、維管束植物から螺旋形状を有する導管二次壁片を取り出して表面に導電性被膜を形成し、電波遮蔽または吸収体とする方法が特開２００９−２２１１４９号公報（特許文献２）に開示されている。しかしながら、維管束植物から螺旋形状を有する導管二次壁片を取り出す過程で周囲の不要部位を多量に除去しなければならないため、原料利用率が悪く、また、不要部位を除去するために大量の薬品投入と長時間の処理を要するため、更に効率的な製造方法が求められていた。

特開２０００−０２７０７２号公報（特許請求の範囲） 特開２００９−２２１１４９号公報（特許請求の範囲）

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは、効率的に大量生産可能な微小螺旋構造体を提供することにある。

そこで、本発明者等が大量生産可能な微小螺旋構造体に適した材料の検討を行なった結果、不要部位の除去を特別に行う必要のない植物プランクトンを適用する手法を発見するに至った。

すなわち、請求項１に係る発明は、
螺旋形状を有する植物プランクトンに表面改質層を形成した微小螺旋構造体において、
螺旋形状を有する植物プランクトンが、アルスロスピラ（Arthrospira）属に属するアルスロスピラ・プラテンシス（Arthrospira Platensis）、アルスロスピラ・マキシマ（Arthrospira Maxima）、アルスロスピラ・サブサルサ（Arthrospira Subsalsa）を含み、スピルリナと称される一群の藍藻類から選択される植物プランクトンであると共に、上記表面改質層が少なくとも１層の金属メッキ層を含み、かつ、表面の外膜が除去された植物プランクトンに上記表面改質層が形成されていることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、
電波遮蔽または吸収体を前提とし、
請求項１に記載の複数の微小螺旋構造体が電気的若しくは磁気的に連結されて集合体を構成していることを特徴とする。

このように本発明の微小螺旋構造体は、表面改質層が形成された螺旋形状を有する植物プランクトンで構成されている。そして、本発明の微小螺旋構造体に適用されている植物プランクトンは、上述した維管束植物と相違して不要部位の除去を特別に行う必要のない材料であるため、効率的に製造することが可能で、また、上記表面改質層が少なくとも１層の金属メッキ層を含むことにより電波遮蔽または吸収体として微小螺旋構造体を適用できる効果を有する。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

本発明において、螺旋形状を有する植物プランクトンに表面改質層を形成して種々の用途に利用可能な微小螺旋構造体を得ている。原料として適用される上記植物プランクトンの品種には、アルスロスピラ（Arthrospira）属に属するアルスロスピラ・プラテンシス（Arthrospira Platensis）、アルスロスピラ・マキシマ（Arthrospira Maxima）、アルスロスピラ・サブサルサ（Arthrospira Subsalsa）を含み、一般にスピルリナと称される一群の藍藻類から選択される。スピルリナ単体における成長時の螺旋の巻き数は５〜１０であり、代表的な寸法は、軸方向に測った長さが３００〜５００μｍ、直径が約５０μｍとなっている。

上記表面改質層として、例えば、金属メッキにより導電層を形成することにより微小な電気素子であるマイクロコイルとなる。上述した代表的な寸法値を維持しつつ導電化されてマイクロコイルとなった場合には、このマイクロコイル単体が浮遊容量と形成する自己共振周波数は１００ＧＨｚ〜１ＴＨｚの領域にあるので、この領域の電磁波に対して共鳴吸収作用を持つ電波遮蔽または吸収体として利用することができる。

また、マイクロコイルを相互に接触させて電気的に連結すれば、等価的なコイル長さと寄生容量の両方が増加するので、共振周波数範囲を低周波数領域に拡大することができる。マイクロコイルを確実に電気的に連結するには、複数のスピルリナが連結された状態でメッキ被膜を形成すればよい。

例えば、一群のスピルリナをエチルアルコールに浸漬することで、複数のスピルリナが連結された状態を得ることができる。エチルアルコールによりスピルリナの外膜が分解除去されると、分解除去物や細胞内からの流出物が粘液状の介在物となって多数のスピルリナを凝集させるので、これをメッキ処理することによって連結されたマイクロコイル群を製造することができる。

マイクロコイルを電気的に連結するもう一つの手段は、磁性を付与したマイクロコイルに外部磁場を印加して相互に連結する方法である。各スピルリナ個体の表面にＮｉメッキ層などの磁性体層を形成した一群のスピルリナを用意し、これに外部磁場を印加しつつ、例えばパルプ等の繊維群と集合化させれば、パルプ繊維の内部に相互に連結したマイクロコイル網を混入させることが可能であり、これをシート状に成形、乾燥させれば紙状の電波遮蔽または吸収体を製造することができる。

尚、各マイクロコイルは必ずしも厳密な接触導通によって連結している必要はなく、複数のマイクロコイルが微小距離を隔てて近接していれば、相互誘導によって磁気的に連結されて延長した線路が形成されるので共振周波数範囲を下方に拡大する効果を得ることは可能である。例えば、マイクロコイルよりなる粉末を熱硬化性エポキシ樹脂に分散してインキペーストとして用いることができる。これを塗布後、加熱により硬化させた塗膜は、例えば１〜１０ＧＨｚの周波数域において良好な損失特性を有する電波遮蔽または吸収体として機能する。

また、周波数範囲を低周波数領域に拡大するために、コイル周辺に高誘電性材料を配置することは有効である。例えば、各コイル表面に強誘電体材料の被膜を形成しても良いし、上記紙状の電波遮蔽または吸収体の場合には、混抄繊維の側に強誘電体材料の被膜を形成しても良い。

ところで、食用、飼料および色素原料用等のスピルリナの従来用途においては、収穫されたスピルリナは乾燥粉砕して粉末化されるか、あるいは例えばペレット状の凝集体に成形され、その加工過程において個々のスピルリナ個体の螺旋形状は破壊される。これは、スピルリナの従来用途においては、専らその内容成分が利用対象であるので、計量、輸送、保存に適した乾燥形態に加工する際、個々のスピルリナ個体の螺旋形状を維持することに意義を見出していないためである。

また、粉末化やペレット化するまでもなく、スピルリナは乾燥により変形して螺旋形状を失ってしまう。通常、スピルリナは培養液等に浮遊して螺旋形状を維持しているが、周囲の水分を除去すると自重変形により潰れて平面的なジグザグ形状の乾燥物となってしまう。このため、計量、輸送、保存に適していて、かつ、螺旋形状を維持可能なスピルリナの乾燥形態を得ることは、本発明に係るスピルリナの利用においては極めて有用である。

そこで、本発明者らは、スピルリナおよびその乾燥物の性質を明らかにすべく鋭意実験を重ねた結果、自重変形により潰れた平面的なジグザグ形状の乾燥物であっても、親水性を有する乾燥スピルリナの組織に浸透可能な水、アルコール類等の極性溶媒で膨潤させることにより、立体的な螺旋形状を回復することが可能であることを見出した。これにより、凍結乾燥等の特殊な装置を要する方法にて螺旋形状を保存しつつ乾燥させる必要がなく、簡便な装置を用いて安価かつ大量に処理することが可能となる。

また、本発明者らは、スピルリナを乾燥することにより、スピルリナの細胞壁に亀裂が導入されることを見出した。この亀裂を介し、その後の形状復元工程において用いられる水、アルコール類等の液体が、乾燥スピルリナの組織内部に容易に浸透することが可能なため、これらの液中には各種アミノ酸等の栄養素や、クロロフィル、フィコシアニン、カロテノイド等の色素等々、有用成分が効率的に抽出され、資源の有効利用が可能となる。

尚、上述のエチルアルコールによりスピルリナの外膜を分解除去する工程においても、エチルアルコール中に栄養素や色素等の有用成分が抽出される。更に、外膜が除去されたスピルリナを乾燥した場合にも、上記と全く同様の形状回復性が得られるので、残存する有用成分をその形状復元工程において追加的に抽出することが可能である。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。尚、以下に示す各実施例においては、スピルリナ品種としてアルスロスピラ・プラテンシスを採用した。

培養液中の各種イオンが、後に続く工程に残存することによる弊害を排除するため、スピルリナを、開口寸法２５μｍ以下のメッシュフィルタに保持しつつ流水にて濾過洗浄を行った。次いで、スピルリナをエチルアルコールに投入して外膜の除去を行った。粘膜状の外膜溶解物が集合して多数の浮遊片を形成するとともに、色素および細胞質の一部がエチルアルコール中に溶出した。これらの混合物を含む溶液を開口寸法２５０μｍ以上の粗いメッシュフィルタに通し、スピルリナは透過しつつ細胞質および外膜溶解物を捕集した。透過したスピルリナを含むエチルアルコールは、開口寸法２５μｍ以下の細かいメッシュフィルタにて、色素成分を含むエタノールと分離してスピルリナを捕集した。

捕集したスピルリナには、以下の手順によりＮｉメッキを施した。

先ず、触媒（メルテックス社製 商品名：メルプレートアクチベータ７３３１）を含む水溶液に投入し、液中に浮遊させた状態で触媒付与した後、Ｎｉメッキ液（メルテックス社製 商品名：メルプレートＮＩ−８７１）に投入し、やはり液中に浮遊させた状態でＮｉ無電解メッキ（すなわち、被覆処理を含む改質処理）を行った。Ｎｉメッキ層の膜厚は、約１μｍであった。以上の手順により平均直径は約０．０５ｍｍ、平均長さ約０．５ｍｍの導電化された微小螺旋構造体を得た。

培養液中の各種イオンが、後に続く工程に残存することによる弊害を排除するため、スピルリナを、開口寸法２５μｍ以下のメッシュフィルタに保持しつつ流水にて濾過洗浄を行った。次いで、スピルリナをエチルアルコールに投入して外膜の除去を行った。粘膜状の外膜溶解物を介して複数のスピルリナ単体が連結したスピルリナ集合体が形成されるとともに、色素および細胞質の一部がエチルアルコール中に溶出した。これらの混合物を含む溶液を開口寸法２５μｍ以下の細かいメッシュフィルタに通し、色素成分を含むエタノールと分離してスピルリナ集合体を捕集した。

捕集したスピルリナ集合体には、以下の手順によりＮｉメッキを施した。

先ず、触媒（メルテックス社製 商品名：メルプレートアクチベータ７３３１）を含む水溶液に投入し、液中に浮遊させた状態で触媒付与した後、Ｎｉメッキ液（メルテックス社製 商品名：メルプレートＮＩ−８７１）に投入し、やはり液中に浮遊させた状態でＮｉ無電解メッキ（すなわち、被覆処理を含む改質処理）を行った。Ｎｉメッキ層の膜厚は、約１μｍであった。以上の手順により平均直径は約０．０５ｍｍ、平均長さ約０．５ｍｍの単体寸法を有するマイクロコイルが多数凝集したマイクロコイル集合体を得た。

培養液中の各種イオンが、後に続く工程に残存することによる弊害を排除するため、スピルリナを、開口寸法２５μｍ以下のメッシュフィルタに保持しつつ流水にて濾過洗浄を行った。次いで、スピルリナをエチルアルコールに投入して外膜の除去を行った。粘膜状の外膜溶解物が集合して多数の浮遊片を形成するとともに、色素および細胞質の一部がエチルアルコール中に溶出した。これらの混合物を含む溶液を開口寸法２５０μｍ以上の粗いメッシュフィルタに通し、スピルリナは透過しつつ細胞質および外膜溶解物を捕集した。透過したスピルリナを含むエチルアルコールは、開口寸法２５μｍ以下の細かいメッシュフィルタにて、色素成分を含むエタノールと分離してスピルリナを捕集した。

捕集したスピルリナ単体を温風乾燥し、計量、輸送、保存に適したスピルリナ乾燥物を得た。得られたスピルリナ乾燥物は、水中に投入することで螺旋形状を回復し、実施例１、２と同様の手順にてＮｉメッキを施すことが可能であった。

実施例２で得たマイクロコイル集合体を紙パルプに混入して、シート状に成形乾燥したところ、１〜１０ＧＨｚの周波数帯において２０ｄＢ以上の減衰率を持つ良好な電波遮蔽または吸収紙を得た。

螺旋形状を有する植物プランクトンに表面改質層が形成されて成る本発明に係る微小螺旋構造体は効率的に大量生産が可能であり、上記表面改質層が少なくとも１層の金属メッキ層を含むことにより電波遮蔽または吸収材に適用される産業上の利用可能性を有している。

Claims (2)

1. 螺旋形状を有する植物プランクトンに表面改質層を形成した微小螺旋構造体において、
   螺旋形状を有する植物プランクトンが、アルスロスピラ（Arthrospira）属に属するアルスロスピラ・プラテンシス（Arthrospira Platensis）、アルスロスピラ・マキシマ（Arthrospira Maxima）、アルスロスピラ・サブサルサ（Arthrospira Subsalsa）を含み、スピルリナと称される一群の藍藻類から選択される植物プランクトンであると共に、上記表面改質層が少なくとも１層の金属メッキ層を含み、かつ、表面の外膜が除去された植物プランクトンに上記表面改質層が形成されていることを特徴とする微小螺旋構造体。
2. 請求項１に記載の複数の微小螺旋構造体が電気的若しくは磁気的に連結されて集合体を構成していることを特徴とする電波遮蔽または吸収体。