JP6540715B2

JP6540715B2 - 多孔質構造体およびその製造方法

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Application number: JP2016570620A
Authority: JP
Inventors: 萬壽　優; 萬壽　　優; 直樹河原; 近藤　孝志; 孝志近藤; 誠治神波
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Description

本発明は、多孔質構造体およびその製造方法に関する。

検体中の目的物（被測定物）の量などを測定する方法として、複数の孔を有する多孔質構造体をフィルタとして用いて、検体中の目的物を多孔質構造体に捕集し、目的物が捕集された多孔質構造体を測定に供する方法が知られている。

ここで、目的物が大気中に存在するＰＭ２．５、血液中に含まれる小胞体などの流体（検体）中に含まれる微小な物体である場合、微小な目的物を捕集するために、それらの目的物よりも小さな孔を有する多孔質（メッシュ状）構造体が必要となる。

しかし、孔の微細化には技術的に限界がある。また、孔のサイズが製造可能な場合であっても、孔のサイズが小さくなればなる程（例えば、１μｍ以下）、歩留まり率の低下、製造工程および設備の複雑化などにより、製造コストが高くなるといった問題が生じる。

特許文献１（国際公開第２０１４／１９２９１７号）の段落［００４７］および図８、ならびに、特許文献２（実開昭５９−１０８７９号公報）には、複数の貫通孔（空隙部）を有する２枚の空隙配置構造体を、一方の空隙配置構造体の空隙部の１つが他方の空隙配置構造体の空隙部の１つのみに部分的に重なるように積層してなる多孔質構造体が開示されている。このようにしてフィルタを作製することで、微小な空隙部を有するフィルタを比較的容易に作製することができる。

なお、特許文献３（特開２０１０−４２３４９号公報）および特許文献４（特開平１１−２７６８２０号公報）には、２層の平行に配列された線材群を互いに向きが９０°異なるように積層することで網目状構造体を形成し、さらに複数の網目状構造体を互いに網目の位置がずれるように積層することで、より小さな網目が形成されたフィルタ（多孔質構造体）が開示されている。

国際公開第２０１４／１９２９１７号実開昭５９−１０８７９号公報特開２０１０−４２３４９号公報特開平１１−２７６８２０号公報

特許文献１および２に開示される多孔質構造体のように、２つの空隙配置構造体を積層した場合、個々の空隙配置構造体の空隙部よりも小さな空隙部を形成することができる。しかし、個々の空隙配置構造体の空隙部と比べて、開口率が大きく低下するため、ろ過の効率、または、電磁波測定の効率が低下してしまうといった問題があった。

また、特許文献３および４に開示される多孔質構造体は、平行に配列された線材群の積層体であり、各層において線材群を構成する線材同士は接合していないため、積層体の主面に平行な方向であって線材の横方向からの力に対して強度が低い。また、特許文献３に開示される多孔質構造体は、各層間の線材同士も接合していないため、同方向からの力に対して位置ずれが生じやすい。したがって、これらの多孔質構造体を篩いとして用いる場合、目的物、夾雑物、流体などによる応力によって線材が変形しやすく、多孔質構造体の強度が十分ではないという問題があった。

本発明は、上記の事情に鑑み、微小な開口部を有しつつ、開口率が高く、十分な強度を有する多孔質構造体、および、その製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、互いに対向する第１主面および第２主面を有する膜状の多孔質構造体であって、
前記第１主面を含み、前記第１主面の法線方向に貫通する複数の第１空隙部を有する膜状の第１層と、
前記第２主面を含み、前記第２主面の法線方向に貫通する複数の第２空隙部を有する膜状の第２層とを備え、
前記第１層と前記第２層とは、直接的または間接的に結合しており、
前記第１主面の法線方向から見た平面視において、前記複数の第１空隙部の各々は前記複数の第２空隙部のうちの２つ以上と重なっており、
前記第２主面の法線方向から見た平面視において、前記複数の第２空隙部の各々は前記複数の第１空隙部のうちの２つ以上と重なっており、
前記複数の第１空隙部と前記複数の第２空隙部とが重なっている部分において、前記第１主面および前記第２主面を貫通する貫通孔を有している、多孔質構造体に関する。

前記第１層と前記第２層とは離間しており、前記第１層と前記第２層とが連結部を介して間接的に結合していることが好ましい。

前記第２層の前記複数の第２空隙部の少なくとも１つの内部において、前記第２層の表面から前記第１層側に突出する突起を有することが好ましい。

また、本発明は、互いに対向する第１主面および第２主面を有する膜状の多孔質構造体の製造方法であって、
前記第１主面側に、主面の法線方向に貫通する複数の第１空隙部を有する膜状の第１層を形成する第１層形成工程と、
前記第１層の前記第２主面側に、主面の法線方向に貫通する複数の第２空隙部を有する膜状の第２層を形成し、前記第１層と前記第２層とを直接的または間接的に結合させることで、前記多孔質構造体を得る、第２層形成工程とを含み、
前記第２層形成工程において、
前記第１主面の法線方向から見た平面視において、前記複数の第１空隙部の各々は前記複数の第２空隙部のうちの２つ以上と重なり、
前記第２主面の法線方向から見た平面視において、前記複数の第２空隙部の各々は前記複数の第１空隙部のうちの２つ以上と重なり、
前記複数の第１空隙部と前記複数の第２空隙部とが重なっている部分において、前記第１主面および前記第２主面を貫通する貫通孔が形成されるように、前記第２層を形成する、多孔質構造体の製造方法に関する。

また、本発明は、互いに対向する第１主面および第２主面を有する膜状の多孔質構造体であって、
前記第１主面を含み、前記第１主面の法線方向に貫通する少なくとも１つの第１空隙部を有する膜状の第１層と、
前記第２主面を含み、前記第２主面の法線方向に貫通する少なくとも１つの第２空隙部を有する膜状の第２層とを備え、
前記第１層と前記第２層とは離間しており、前記第１層と前記第２層とは、連結部を介して間接的に結合しており、
前記第１主面の法線方向から見た平面視において、前記少なくとも１つの第１空隙部の全てが前記少なくとも１つの第２空隙部と重なっておらず、
前記第１主面および前記第２主面を貫通する貫通孔を有している、多孔質構造体。

本発明によれば、微小な開口部を有しつつ、開口率が高く、十分な強度を有する多孔質構造体、および、その製造方法を提供することができる。

実施形態１の多孔質構造体の構造を示す模式図である。（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は平面図である。実施形態１の多孔質構造体を構成する第１層および第２層の構造を示す模式図である。（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は平面図である。実施形態１の利点の１つを説明するための模式図である。（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は平面図である。実施形態１の利点の１つを説明するための比較としての模式図である。（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は平面図である。実施形態１の多孔質構造体の変形例の構造を示す平面図である。実施形態１の多孔質構造体の別の変形例の構造を示す平面図である。実施形態１の多孔質構造体のさらに別の変形例の構造を示す平面図である。実施形態２の多孔質構造体の構造を示す斜視図である。実施形態２の多孔質構造体の変形例の構造を示す斜視図である。（ａ）および（ｂ）は同じ多孔質構造体を示し、視点のみが異なる。実施形態２の多孔質構造体の別の変形例の構造を示す斜視図である。（ａ）および（ｂ）は同じ多孔質構造体を示し、視点のみが異なる。実施形態３の多孔質構造体の構造を示す斜視図である。実施形態１の多孔質構造体の製造方法を説明するための断面図である。実施形態２の多孔質構造体の製造方法を説明するための断面図である。実施形態２の多孔質構造体の製造方法を説明するための斜視図である。実施形態４の多孔質構造体の構造を示す模式図である。（ａ）は第２層側から見た斜視図であり、（ｂ）は第１層側から見た斜視図であり、（ｃ）は（ａ）に第２金属膜を追記した図である。実施形態４の多孔質構造体の製造方法の一例を説明するための断面図である。実施形態４の多孔質構造体の製造方法の一例を説明するための断面図である。実施形態４の多孔質構造体の製造方法の一例を説明するための斜視図である。実施形態４の多孔質構造体の製造方法の一例を説明するための斜視図である。実施形態４の多孔質構造体の製造方法の一例を説明するための斜視図である。実施形態４の多孔質構造体の製造方法の一例を説明するための斜視図である。実施形態４の多孔質構造体の製造方法の一例を説明するための斜視図である。実施形態４の多孔質構造体の製造方法の一例を説明するための斜視図である。実施形態４の多孔質構造体の製造方法の一例を説明するための斜視図である。実施形態４の多孔質構造体の製造方法の一例を説明するための斜視図である。実施形態４の多孔質構造体の製造方法の一例を説明するための斜視図である。実施形態４の多孔質構造体の製造方法の一例を説明するための斜視図である。実施形態４の多孔質構造体の製造方法の一例を説明するための斜視図である。実施形態４の多孔質構造体の製造方法の一例を説明するための斜視図である。実施形態４の多孔質構造体の構造を示す斜視図である。実施形態４の多孔質構造体を構成する第１層および第２層の構造を示す斜視図である。実施形態４の多孔質構造体の製造方法の別の例を説明するための斜視図である。実施形態４の多孔質構造体の製造方法の別の例を説明するための斜視図である。実施形態４の多孔質構造体の製造方法の別の例を説明するための斜視図である。実施形態４の多孔質構造体の製造方法の別の例を説明するための斜視図である。実施形態４の多孔質構造体の製造方法の別の例を説明するための斜視図である。実施形態４の多孔質構造体の製造方法の別の例を説明するための斜視図である。実施形態４の多孔質構造体の製造方法の別の例を説明するための斜視図である。実施形態４の多孔質構造体の製造方法の別の例を説明するための斜視図である。実施形態４の多孔質構造体の製造方法の別の例を説明するための斜視図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表す。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表すものではない。

各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。実施形態２以降では実施形態１と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。

［実施形態１］
（多孔質構造体）
図１を参照して、本実施形態の多孔質構造体は、互いに対向する第１主面１１ａおよび第２主面１２ａを有する膜状の多孔質構造体であって、膜状の第１層１１と、膜状の第２層１２とを備える。

第１層１１は、第１主面１１ａを含み、第１主面１１ａの法線方向に貫通する複数の第１空隙部１０１を有している。また、第２層１２は、第２主面１２ａを含み、第２主面１２ａの法線方向に貫通する複数の第２空隙部１０２を有している。

図１に示されるように、第１層１１と第２層１２とは、両者が重なっている部分１２ｂにおいて直接的に結合している。

そして、第１主面の法線方向から見た平面視において、複数の第１空隙部１０１の各々は複数の第２空隙部１０２のうちの２つ以上と重なっている。また、第２主面の法線方向から見た平面視において、複数の第２空隙部の各々は複数の第１空隙部のうちの２つ以上と重なっている。

複数の第１空隙部１０１と複数の第２空隙部１０２とが重なっている部分において、第１主面１１ａおよび第２主面１２ａを貫通する貫通孔１０３を有している。１つの貫通孔１０３は、１つの第１空隙部１０１の一部と１つの第２空隙部１０２の一部とから構成される。

本実施形態の多孔質構造体においては、このような構成により、第１空隙部１０１および第２空隙部１０２よりも小さいサイズの貫通孔１０３が形成されている。例えば、図１（ｂ）に示されるように、第１空隙部１０１および第２空隙部１０２の孔サイズ（図２（ｂ）に示すＤ）が１．０μｍ、桟部の幅（図２（ｂ）に示すｗ）が０．４μｍ、ピッチ（孔サイズと桟部の幅の合計：図２（ｂ）に示すＰ）が１．４μｍである場合、貫通孔１０３の孔サイズは０．３μｍとなり、ピッチは０．７μｍとなる。

なお、桟部とは、第１層１１（第２層１２）において、第１主面１１ａの法線方向から見て、第１空隙部１０１（第２空隙部１０２）以外の部分のうち、第１層（第２層）の全体の外縁を構成する部分を除いた部分である。本実施形態の第１層および第２層の少なくともいずれかは、桟部に分岐を有している。

（第１層および第２層）
図２を参照して、本実施形態の多孔質構造体を構成する第１層１１および第２層１２は、互いに対向する一対の主面を有し、両主面を貫通する複数の空隙部を有している。例えば、複数の該空隙部は、第１層１１（第２層１２）の第１主面１１ａ（第２主面１２ａ）上の少なくとも一方向に周期的に配置されている。ただし、空隙部は、その全てが周期的に配置されていてもよく、本発明の効果を損なわない範囲で、一部の空隙部が周期的に配置され、他の空隙部が非周期的に配置されていてもよい。

第１層１１（第２層１２）は、好ましくは準周期構造体や周期構造体である。準周期構造体とは、並進対称性は持たないが配列には秩序性が保たれている構造体のことである。準周期構造体としては、例えば、２次元準周期構造体としてペンローズ構造が挙げられる。周期構造体とは、並進対称性に代表される様な空間対称性を持つ構造体のことであり、好ましくは２次元周期構造体である。２次元周期構造体としては、例えば、メッシュフィルタ、２次元回折格子などが挙げられる。

２次元周期構造体としては、例えば、図２に示すようなマトリックス状に一定の間隔で空隙部が配置された膜状構造体（格子状構造体）が挙げられる。図２（ａ）に示す第１層１１（第２層１２）は、その第１主面１１ａ（第２主面１２ａ）側からみて正方形の第１空隙部１０１（第２空隙部１０２）が、該正方形の各辺と平行な２つの配列方向（図中の縦方向と横方向）に等しい間隔で設けられた膜状構造体である。

第１層１１（第２層１２）は、少なくともその表面を含む一部が導体で形成されていることが好ましく、多孔質構造体の全体が導体で形成されていることがより好ましい。ここで、導体とは、電気を通す物体（物質）のことであり、金属だけでなく半導体も含まれる。

金属としては、ヒドロキシ基、チオール基、カルボキシル基などの官能基を有する化合物の官能基と結合することのできる金属や、ヒドロキシ基、アミノ基などの官能基を表面にコーティングできる金属、ならびに、これらの金属の合金が挙げられる。具体的には、ニッケル、金、銀、銅、白金、鉄、クロム、シリコン、ゲルマニウムなどが挙げられ、好ましくはニッケル、金、銀、銅、白金およびクロムであり、さらに好ましくはニッケルおよび金が挙げられる。

また、半導体としては、例えば、ＩＶ族半導体（Ｓｉ、Ｇｅなど）や、ＩＩ−ＶＩ族半導体（ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＺｎＯなど）、ＩＩＩ−Ｖ族半導体（ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮなど）、ＩＶ族化合物半導体（ＳｉＣ、ＳｉＧｅなど）、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体（ＣｕＩｎＳｅ_２など）などの化合物半導体、有機半導体が挙げられる。

なお、第１層１１と第２層１２との材料の組み合わせは、特に限定されないが、多孔質構造体全体として均一な特性を得る観点からは、同種の材料の組み合わせであることが好ましい。

また、第１層１１と第２層１２とは、その空隙部の大きさ、形状、ピッチなどが同一であることが好ましい。この場合、多孔質構造体において、大きさの均一な貫通孔を規則的に配列することができる。これにより、フィルタとしては厳密な篩いを行うことができ、測定デバイスとしては精度の高い測定を行うことができる。

ただし、第１層１１と第２層１２の材料および空隙部の大きさ、形状、ピッチなどを変えることで、多孔質構造体に特殊な特性を付与してもよい。例えば、第１層１１と第２層１２のピッチを同一とし、第１層１１と第２層１２の桟部の幅が異なるようにすることも可能である。第１層１１と第２層１２の桟部の幅を異なるようにすることにより、貫通孔１０３の孔サイズを変えることが出来、これにより、より微細で均一な孔径を持つ多孔質構造体を提供することも可能である。また、第１層１１と第２層１２のうちの一方の桟部の幅を大きくすると、開口率を大きくしつつ多孔質構造体の強度を高めることができる。第１層１１と第２層１２の桟部の幅を同じにして一方の開口率を小さくすれば、多孔質構造体の強度を高めることができる。

（フィルタ）
本実施形態の多孔質構造体は、流体（検体）中に含まれる目的物を捕集するためのフィルタ（篩い）として用いることができる。

流体は、例えば、気体または液体である。目的物としては、例えば、流体中に含まれる無機物、有機物もしくはそれらの複合物、または、微生物もしくは細胞が挙げられる。なお、目的物は、流体中に存在する状態で形状を有しているものであればよく、固体に限らず、液体、ゾルまたはゲル等であってもよい。

気体中の無機物、有機物もしくはそれらの複合物としては、例えば、大気中のＰＭ（Particle Matter）２．５や、ＳＰＭ（Suspended Particulate Matter）、ＰＭ１０、花粉などが挙げられる。なお、ＰＭ２．５とは、大気中に浮遊する粒子状物質であり、粒子径が概ね２．５μｍ以下のものである。

上述の目的物以外にも、例えば以下のような目的物の捕集に、本実施形態の多孔質構造体を適用することができる。

液中の細胞（例えば、直径９μｍの略球形のＨＬ６０が５×１０^４個含まれた総量１ｍＬのＰＢＳ液）を濾過するために、上記実施形態の多孔質構造体を適用することができる。

また、癌の新しい検査方法として、血中の癌細胞由来のエクソソーム（小胞体）を定量する研究が進められている。エクソソームのサイズは数百ｎｍ程度であり、白血球、赤血球および他の血液細胞を除去した血液サンプルから、エクソソームのみを捕集（濾過および濃縮）するために、上記実施形態の多孔質構造体を適用することができる。

また、ノロウィルスは培養できないため、発病後、かなりの時間が経過して、ウィルス数が増えないと検査できないという問題があるが、微量なウィルスを多孔質構造体で捕集（濾過および濃縮）できれば、培養不要で迅速な検査が可能になる。このため、上記実施形態の多孔質構造体は、このようなウィルスの選択的な捕集に適用することもできる。

目的物を「捕集する」とは、例えば、フィルタの孔に物理的に目的物を保持することや、目的物が吸着しやすいように修飾されたフィルタの表面に直接的または間接的に目的物を付着させることをいう。

フィルタとして用いられる多孔質構造体の貫通孔１０３の大きさは、目的物を捕集できる大きさであれば特に限定されないが、例えば、物理的に目的物が通過できないか、または通過し難い大きさであることが好ましい。ここで、目的物が「通過し難い大きさ」とは、目的物が部分的に変形しうるもの（有核細胞など）の場合は、目的物の変形能が無い部分の大きさ未満の大きさを意味する。目的物の全体が変形する場合は、貫通孔１０３の大きさは、目的物の２０分の１以下の大きさであることが好ましい。なお、多孔質構造体をフィルタとして用いる場合は、多孔質構造体の貫通孔１０３の大きさがフィルタの孔の大きさに相当する。

開口率（第１空隙部１０１または第２空隙部１０２を含む多孔質構造体の主面の面積に対する貫通孔１０３の合計面積の比率）は、多孔質構造体を通過する流体の流速を高める観点から３％以上であることが好ましく、１０％以上であることがより好ましい。

本実施形態の多孔質構造体では、第１主面の法線方向から見た平面視において、複数の第１空隙部の各々は複数の第２空隙部のうちの２つ以上と重なっている。また、第２主面の法線方向から見た平面視において、複数の第２空隙部の各々は複数の第１空隙部のうちの２つ以上と重なっている。そして、複数の第１空隙部と複数の第２空隙部とが重なっている部分において、第１主面および第２主面を貫通する貫通孔を有している。

これにより、特許文献１および２に開示される多孔質構造体のように、一方の空隙配置構造体の空隙部の１つが他方の空隙配置構造体の空隙部の１つのみに部分的に重なっている場合に比べて、空隙部のうち貫通孔を構成する部分の比率を高めやすくなる。したがって、本実施形態の多孔質構造体は、特許文献１および２に開示されるような多孔質構造体よりも、開口率の低下を抑制し、ろ過の効率、電磁波測定の効率などの低下を抑制することができる。

なお、多孔質構造体の強度保証の観点からは、開口率が８０％以下であることが好ましく、６０％以下であることがより好ましい。

開口率は、例えば、第１層１１および第２層１２における図２（ｂ）にＤで示される空隙部の開口サイズとＰで示される空隙部の格子間隔（ピッチ）を調整することや、第１層１１と第２層１２との配置を調整することによって、制御することができる。

多孔質構造体の厚みは、必要な機械的強度を維持できる範囲で、薄い方が好ましい。多孔質構造体の厚みが厚くなると、一般に流体を通過させた際の圧力損失が大きくなる。多孔質構造体の圧力損失が大きくなると、流速が遅くなったり、流体を流すことが困難になったりするため、処理効率が低下するといった問題があるからである。

なお、上述の特許文献３および４に開示される多孔質構造体は、平行に配列された線材群の積層体であるため、２層から構成される網目より小さな網目を形成するためには、少なくとも４層の線材群を積層する必要がある。このような積層体（多孔質構造体）は、厚みが厚くなるという問題があった。

これに対して、本実施形態の多孔質構造体は、これらの半分の層数で微小な貫通孔を形成できる。したがって、本実施形態の多孔質構造体およびその製造方法は、微小な貫通孔を有し、かつ厚みの薄い多孔質構造体を得る上で有利である。

第１層１１および第２層１２の厚みは、特に限定されないが、空隙部のサイズが微小になる場合は、加工性などの観点から０．５μｍ〜１０μｍとすることが好ましい。

フィルタとして用いられる多孔質構造体の表面は、目的物が吸着しやすいような修飾が施されていてもよい。なお、この表面修飾によって化学的に目的物を捕集できる範囲であれば、多孔質構造体の貫通孔１０３の大きさは、物理的に目的物が通過できるような大きさであってもよい。

目的物が吸着しやすいような修飾とは、例えば、目的物と親和性の高い物質によるコーティングが挙げられる。他にも、多孔質構造体の表面にホスト分子を結合する修飾を施し、該ホスト分子に目的物が結合されるようにしてもよい。ここで、ホスト分子とは、目的物を特異的に結合させることのできる分子などであり、ホスト分子と目的物の組み合わせとしては、例えば、抗原と抗体、糖鎖とタンパク質、脂質とタンパク質、低分子化合物（リガンド）とタンパク質、タンパク質とタンパク質、一本鎖ＤＮＡと一本鎖ＤＮＡなどが挙げられる。

本実施形態の多孔質構造体は、フィルタとして用いたときに、図２に示されるような平面的な空隙配置構造体に比べて、目詰まりを生じ難いという利点を有している。この点について、図３と、比較としての図４を参照して以下に説明する。

図３に、本実施形態の多孔質構造体（図１参照）を用いて、目的物９を捕集した状態を示す。図３では、貫通孔１０３の開口部のうち、目的物９によって閉塞される閉塞部分１０３ａと、目的物９によって閉塞されない開口部分１０３ｂとを示している。

なお、本実施形態の多孔質構造体の利点の１つは、第１層１１の第１空隙部１０１や第２層１２の第２空隙部１０２のサイズでは、捕集できない微小なサイズの目的物を捕集するために貫通孔１０３を用いる点にある。したがって、ここでの目的物９の大きさは、第１空隙部１０１および第２空隙部１０２のサイズより小さく、貫通孔１０３のサイズより大きいものとしている。

また、比較として、図４に、図３の貫通孔１０３と同じ大きさの貫通孔１０９を有する１層構造の空隙配置構造体（図２参照）を用いて、図３と同じ大きさの目的物９を捕集した状態を示す。図４では、貫通孔１０９の開口部のうち、目的物９によって閉塞される閉塞部分１０９ａと、目的物９によって閉塞されない開口部分１０９ｂとを示している。

図３と図４との比較から明らかなように、本実施形態の多孔質構造体の場合（図３）は、比較的大きなサイズの開口部分１０３ｂが維持されることが分かる。また、図３（ｂ）および図４（ｂ）のような平面視における違いだけでなく、図３（ａ）における側面方向においても、貫通孔１０３の開口が維持されるため、図３の場合、図４に比べて流体が貫通孔１０３を通過し易いことが分かる。

このように、本実施形態の多孔質構造体においては、貫通孔１０３の周囲の立体構造により、１層構造の空隙配置構造体よりも貫通孔１０３の開口が広く維持され易いため、目詰まりを生じ難いという利点を有している。

（測定デバイス）
また、目的物を捕集した多孔質構造体（フィルタ）に電磁波を照射し、多孔質構造体の電磁波特性を用いて目的物の量または特性を測定するための測定デバイスとして用いることができる。

多孔質構造体の電磁波特性を用いた測定方法としては、種々公知の機構を用いることができるが、例えば、ＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換赤外分光法）などの赤外分光法、テラヘルツ時間領域分光法（ＴＨｚ−ＴＤＳ）が挙げられる。

測定に用いられる電磁波は、例えば、フィルタの構造に応じて散乱を生じさせることのできる電磁波であり、具体的には、電波、赤外線、可視光線、紫外線、Ｘ線、ガンマ線などである。電磁波の周波数は、特に限定されないが、好ましくは１ＧＨｚ〜１ＰＨｚであり、さらに好ましくは２０ＧＨｚ〜２００ＴＨｚ（テラヘルツ波）である。

また、電磁波としては、例えば、所定の偏波方向を有する直線偏光の電磁波（直線偏波）や無偏光の電磁波（無偏波）を用いることができる。直線偏光の電磁波としては、例えば、短光パルスレーザを光源としてＺｎＴｅ等の電気光学結晶の光整流効果により発生するテラヘルツ波や、半導体レーザから出射される可視光や、光伝導アンテナから放射される電磁波等が挙げられる。無偏光の電磁波としては、高圧水銀ランプやセラミックランプから放射される赤外光等が挙げられる。

図５〜図７に、本実施形態の多孔質構造体の変形例を示す。図５に示す変形例は、第１層１１および第２層１２が、正六角形の空隙部を有するハニカム状の構造を有している。また、図６に示す変形例は、第１層１１および第２層１２が、円形の空隙部を有するハニカム状の構造を有している。これらの変形例において、一方の層の１つの空隙部が他方の層の３つの空隙部と重なるように２層が積層されている。

なお、本実施形態の多孔質構造体は、上記の形状に限定されず、他にも正三角形、正八角形などの空隙部を有する第１層１１および第２層１２から構成されていてもよい。

図７に示す変形例は、第１層１１および第２層１２の構造は、上記実施形態と同様であるが、一方の層の１つの空隙部が他方の層の２つの空隙部と重なるように２層が積層されている。なお、図１に示す上記実施形態の多孔質構造体では、一方の層の１つの空隙部が他方の層の４つの空隙部と重なるように２層が積層されている。

（多孔質構造体の製造方法）
本実施形態の多孔質構造体の製造方法は、基本的に、
多孔質構造体の一方の主面である第１主面１１ａ側に、第１層１１を形成する第１層形成工程と、
多孔質構造体の他方の主面である第２主面１２ａ側に、第２層１２を形成すると同時に、第１層１１と第２層１２とを直接的に結合させることで、多孔質構造体を得る、第２層形成工程とを含む。

以下、各工程について図１２を参照して説明する。
（第１層形成工程）
本工程では、第１金属膜３１上に堆積法により第１層１１を所定のパターニングで形成する。

まず、図１２（ａ）を参照して、基板２を用意する。基板２は、特に限定されないが、例えば、Ｓｉからなる。

次に、図１２（ｂ）を参照して、基板２上に、スパッタリングによりＴｉ膜及びＣｕ膜をこの順序で製膜し、Ｔｉ膜及びＣｕ膜からなる積層膜（第１金属膜３１）を形成する。この第１金属膜３１は、後の工程でエッチングによって除去される層であるが、第１層を形成する際に、Ｎｉのめっきに際してのシード層としても機能する。

第１金属膜３１の厚みは、特に限定されないが、後の工程で部分的に除去されるものであるため、本実施形態の多孔質構造体を得られる範囲内で薄い方が好ましい。具体的には、例えば、第１金属膜３１の厚みは、１００〜６００ｎｍであることが好ましい。なお、例えば、Ｔｉ膜の厚みは２０ｎｍ程度とすればよく、Ｃｕ膜の厚みは２００ｎｍ〜５００ｎｍ程度とすればよい。

次に、図１２（ｃ）を参照して、第１金属膜３１上に第１レジスト４１を形成する。例えば、この第１レジスト４１は、フォトリソグラフィー法により形成することができる。第１レジスト４１は、第１層が形成される部分に相当する位置に、開口を有するようにパターニングされ、主面の法線方向に貫通する複数の第１空隙部１０１を有する膜状の第１層１１が形成されるようにパターニングされる。

次に、図１２（ｄ）を参照して、第１レジスト４１の開口において露出した第１金属膜３１の表面上に、第１層１１（Ｎｉ膜）をめっき法により形成する。このようにして、主面の法線方向に貫通する複数の第１空隙部１０１を有する膜状の第１層１１が形成される。

（第２層形成工程）
本工程では、第１層１１上に堆積法により第２層１２を所定のパターニングで形成し、多孔質構造体を得る。

まず、図１２（ｅ）を参照して、第１金属膜３１と同様にして、第１レジスト４１上にＴｉ膜及びＣｕ膜からなる積層膜（第２金属膜３２）を形成する。この第２金属膜３２は、後の工程でエッチングによって部分的に除去される層であるが、第２層を形成する際に、Ｎｉのめっきに際してのシード層としても機能する。

次に、図１２（ｆ）を参照して、第２金属膜３２上に、第２レジスト４２を形成する。第２レジスト４２は、第２層が形成される部分に相当する位置に、開口を有するようにパターニングされ、主面の法線方向に貫通する複数の第２空隙部を有する膜状の第２層が形成されるようにパターニングされる。

また、パターニングは、第１主面の法線方向から見た平面視において、複数の第１空隙部１０１の各々は複数の第２空隙部１０２のうちの２つ以上と重なり、かつ、第２主面１２ａの法線方向から見た平面視において、複数の第２空隙部１０２の各々は複数の第１空隙部１０１のうちの２つ以上と重なるように設計される。これにより、複数の第１空隙部１０１と複数の第２空隙部１０２とが重なっている部分において、第１主面１１ａおよび第２主面１２ａを貫通する貫通孔１０３が形成される。

なお、本実施形態において、第２レジスト４２は、第１レジスト４１と同じ形状であり、配置される位置のみが第１レジスト４１とは異なる。

次に、図１２（ｇ）を参照して、第２レジスト４２の開口において露出した第２金属膜３２の表面上に、第２層１２（Ｎｉ膜）をめっき法により形成する。

次に、図１２（ｈ）を参照して、第２レジスト４２を剥離法（溶解剥離）により除去する。

次に、図１２（ｉ）を参照して、第２金属膜３２をエッチングにより部分的に除去する。エッチング方法としては、例えば、金属膜を溶解するエッチング液に上記の工程で得られた多孔質構造体の前駆体を浸漬する方法が挙げられる。なお、エッチング液は、例えば、純水を用いたリンスによって洗浄し、その後に乾燥が行われる。

次に、図１２（ｊ）を参照して、第１レジスト４１を剥離法により除去する。
上記の工程によって、図１２（ｋ）に示されるように、第１層１１および第２層１２（第２金属膜３２の残部を含む）から構成される多孔質構造体を得ることができる。

［実施形態２］
図８を参照して、本実施形態の多孔質構造体は、第１層１１と第２層１２とが離間しており、第１層１１と第２層１２とが連結部１３を介して間接的に結合している点で、実施形態１とは異なる。

このように、第１層１１と第２層１２とが、連結部１３を介して間接的に結合することで、多孔質構造体の主面に垂直な方向に連通した貫通孔１０３だけでなく、多孔質構造体の主面に平行な方向に連通した連通孔１０４が形成される。したがって、流体が、多孔質構造体の主面に垂直な方向だけでなく、平行な方向にも流れることが可能となる。これにより、本実施形態の多孔質構造体は、実施形態１よりもさらに目詰まりを生じ難くなるという利点を有している。

なお、本実施形態の多孔質構造体において、連結部１３は、第１層１１および第２層１２とからなる一体物である。本実施形態の多孔質構造体は、第１層１１を形成した後に、第１層１１上に連結部１３および第２層１２が一体的に形成されてなるものであることが好ましい。ただし、これに限定されず、例えば、第１層１１を形成した後に、第１層１１上に連結部１３を形成し、その後、連結部１３上に第２層１２を形成してもよい。

図１３を参照して、本実施形態の多孔質構造体の製造方法は、図１３（ｄ）に示されるように、第１層１１を第１レジスト４１の厚みよりも薄く形成する点で実施形態１とは異なる。これにより、図１３（ｅ）に示されるように凹部１３ａが形成される。

この凹部１３ａが、第２レジスト４２によって形成された凹部１３ｂと交差する部分（図１３（ｆ）および図１４（ｆ）参照）に、図１３（ｇ）に示すめっき工程において連結部１３が形成されることになる。

なお、図１４（ｄ）〜（ｆ）は、図１３（ｄ）〜（ｆ）に対応する図である。また、図１３（ｄ）〜（ｆ）は、図１４（ｄ）〜（ｆ）のＡ−Ａ’断面に相当する。

図９および図１０に、本実施形態の多孔質構造体の変形例を示す。図９に示す変形例は、第１層１１および第２層１２が、正六角形の空隙部を有するハニカム状の構造を有している。また、図１０に示す変形例は、第１層１１および第２層１２が、円形の空隙部を有するハニカム状の構造を有している。なお、これらの変形例においても、第１層１１と第２層１２とが、連結部１３を介して間接的に結合している。

［実施形態３］
図１１を参照して、本実施形態の多孔質構造体は、第１層１１の複数の第１空隙部１０１の少なくとも１つの内部において、第２層１２の表面から第１層１１側に突出する突起１４を有する点で、実施形態２とは異なる。

このような突起１４を有していることで、貫通孔１０３を通過できない大きな夾雑物等が停滞した際でも、微小な目的物や流体が貫通孔１０３を通過し易い状態を作ることができる。

なお、本実施形態の多孔質構造体は、実施形態２の多孔質構造体の製造方法と同様にして製造することができ、図１３における（ｆ）の工程で、第２層１２を形成する為の第２レジスト４２を突起１４が形成できる様にパターニングすることで、第２層１２の表面に突起１４を形成することができる。

［実施形態４］
図１５、図３０および図３１を参照して、本実施形態の多孔質構造体について説明する。なお、図１５は、図３０において点線で囲まれた領域Ｒに相当する部分のみに相当する拡大図である。

本実施形態の多孔質構造体では、実施形態２と同様に、第１層１１と第２層１２とが離間しており、連結部１３を介して間接的に結合している。なお、第２層１２は、矩形状の複数の分離部１２１から構成されており、複数の分離部１２１の間に位置する格子状の１つの第２空隙部１０２を有している。しかし、本実施形態の多孔質構造体は、主に、第１主面１１ａの法線方向から見た平面視において、第１空隙部１０１の全てが第２空隙部１０２と重なっていない点で、実施形態１とは異なる。

そして、本実施形態では、第１主面１１ａの法線方向から見た平面視において、第１空隙部１０１と第２空隙部１０２とが重なっていない部分の一部に連結部１３が設けられている。これにより、本実施形態の多孔質構造体は、第１空隙部１０１と第２空隙部１０２とを第１主面１１ａに平行な方向に連通させるための連通孔１０４を有している。このように、本実施形態の多孔質構造体は、第１主面１１ａおよび第２主面１２ａを貫通する貫通孔（第１空隙部１０１、連通孔１０４および第２空隙部１０２を含む貫通孔）を有している。

本実施形態においては、実施形態２のような多孔質構造体の主面に垂直な方向に連通した貫通孔１０３を有していないため、流体は必ず、多孔質構造体の主面に平行な方向に連通した連通孔１０４を通過する。このため、連通孔１０４の大きさを調整することで、流体中の所望の大きさの目的物を濾過することができる。ここで、連結部１３の厚みは比較的容易に高精度な調整が可能であるため、連通孔１０４の第１層１１および第２層１２の積層方向の長さを微小に調整することができる。したがって、本実施形態においては、この連通孔１０４の積層方向の長さを調整することで、より微小な目的物を濾過することが可能となる。

（多孔質構造体の製造方法１）
本実施形態の多孔質構造体の製造方法として、堆積法により、第１層１１を形成した後に、第１層１１上に連結部１３および第２層１２を一体的に形成する方法の一例について、主に図１６および図１７を参照して説明する。なお、図１６は、図２１および図２３に示すＡ−Ａ’断面に相当する模式図である。図１７の左列の図は、図２１および図２３に示すＡ−Ａ’断面に相当する模式図であり、右列の図は、図２４に示すＢ−Ｂ’断面に相当する模式図である。

まず、図１６（ａ）を参照して、基板２を用意する。基板２は、特に限定されないが、例えば、Ｓｉからなる。なお、基板２の表面（図の上側の表面）には、図示しない導電性膜（Ｃｕ膜など）が積層されている。この導電性膜は、後の工程でエッチングによって除去される層であるが、第１層を形成する際に、Ｎｉのめっきに際してのシード層としても機能する。

次に、図１６（ｂ）および図１８を参照して、基板２上に、スパッタリングによりＣｕからなる第１金属膜３１を形成する。なお、この第１金属膜３１は、最終的にはエッチングによって除去される膜である。

次に、図１６（ｃ）および図１９を参照して、第１金属膜３１上に第１レジスト４１を形成する。例えば、この第１レジスト４１は、フォトリソグラフィー法により形成することができる。第１レジスト４１は、第１層が形成される部分に相当する位置に、開口を有するようにパターニングされ、主面の法線方向に貫通する複数の第１空隙部１０１を有する膜状の第１層１１が形成されるようにパターニングされる。

次に、図１６（ｄ）および図２０を参照して、第１レジスト４１の開口において露出した第１金属膜３１をエッチングにより部分的に除去する。エッチング方法は、実施形態１と同様である。

次に、図１６（ｅ）を参照して、第１レジスト４１の開口において露出した基板２（導電性膜）の表面上に、第１層１１（Ｎｉ膜）をめっき法により形成する。このようにして、主面の法線方向に貫通する複数の第１空隙部１０１を有する膜状の第１層１１が形成される。なお、第１空隙部は複数でなくてもよく、少なくとも１つでよい。その後、図１６（ｆ）および図２１を参照して、第１レジスト４１を剥離法（溶解剥離）により除去する。

次に、図１６（ｇ）および図２２を参照して、第１金属膜３１と同様にして、第１層１１および第１金属膜３１上にＣｕからなる第２金属膜３２を形成する。この第２金属膜３２は、後の工程でエッチングによって部分的に除去される層であるが、第２層を形成する際に、Ｎｉのめっきに際してのシード層としても機能する。

次に、図１７（ｈ）、（ｈ２）および図２３を参照して、第２金属膜３２上に、第２レジスト４２を形成する。第２レジスト４２は、第２層１２の第２空隙部１０２および連結部１３を合わせた形状に相当する位置に、開口を有するようにパターニングされる。

次に、図１７（ｉ）、（ｉ２）および図２４を参照して、第２金属膜３２をエッチングにより除去する。その後、図１７（ｊ）、（ｊ２）および図２５を参照して、第２レジスト４２を除去する。

次に、図１７（ｋ）および図２６を参照して、第２金属膜３２上に、第３レジスト４３を形成する。第３レジスト４３は、第２層１２の第２空隙部１０２と同様の形状にパターニングされる。なお、本実施形態において、第２層１２は、格子状の１つの第２空隙部１０２を有するものであるが、複数の第２空隙部を有するものであってもよい。

次に、図１７（ｌ）および図２７を参照して、第３レジスト４３の開口において露出した第２金属膜３２および第１層１１の表面上に、Ｎｉ膜をめっき法により形成する。これにより、Ｎｉからなる連結部１３と第２層１２とが同時に形成される（図３０参照）。その後、図１７（ｍ）および図２８を参照して、第３レジスト４３を除去する。

次に、図１７（ｎ）および図２９を参照して、第２金属膜３２および第１金属膜をエッチングにより除去する。さらに、基板２の表面の導電性膜をエッチングにより除去することにより、図１７（ｏ）および図３０に示されるような本実施形態の多孔質構造体を得ることができる（第１層の構造については図３１の分解斜視図参照）。

（多孔質構造体の製造方法２）
さらに、本実施形態の別の多孔質構造体の製造方法として、堆積法により、第１層１１を形成した後に、第１層１１上に連結部１３および第２層１２を一体的に形成する方法の別の例について、主に図３２〜図４０を参照して説明する。

まず、上記「多孔質構造体の製造方法１」と同様に、図１６（ａ）〜（ｆ）および図１８〜２１を参照して説明した工程を実施する。

次に、図３２を参照して、図２１に示される状態の第１層１１および第１金属膜３１上に、第２レジスト４２を形成する。

次に、図３３を参照して、第１金属膜３１と同様にして、第１層１１、第１金属膜３１および第２レジスト４２上に、Ｃｕからなる第２金属膜３２を形成する。その後、図３４を参照して、第２レジスト４２を剥離（リフトオフ）する。

次に、図３５を参照して、第２金属膜３２上に、第３レジスト４３を形成する。第３レジスト４３は、第２層１２の複数の第２空隙部１０２（図３７参照）と同様の形状にパターニングされる。

次に、図３６を参照して、第３レジスト４３の開口において露出した第２金属膜３２および第１層１１の表面上に、Ｎｉ膜をめっき法により形成する。これにより、Ｎｉからなる連結部１３と第２層１２とが同時に形成される（図３７参照）。その後、図３７を参照して、第３レジスト４３を除去する。

その後、図３７を参照して、第３レジスト４３を除去する。なお、第２層１２は、開口を有する矩形状の複数の分離部１２２から構成されており、複数の分離部１２２の間に位置する格子状の１つの第２空隙部１０２ａと、分離部１２２の開口に相当する複数の第２空隙部１０２ｂとを有している。

次に、図３８を参照して、第１金属膜３１と同様にして、第２層１２上にＣｕからなる第２金属膜３２を形成する。

次に、図３９を参照して、第２層１２と同様にレジストを用いて、Ｎｉめっき膜を形成する。これによりＮｉからな第３層１３と連結部１３ａとが同時に形成される。さらに、レジストを用いてＮｉからなる蓋部１５を形成する。

その後、第２金属膜３２および第１金属膜３１を除去する。さらに、基板２の表面の導電性膜をエッチングにより除去することにより、多孔質構造体を得ることができる。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０１第１空隙部、１０２，１０２ａ，１０２ｂ第２空隙部、１０３，１０９貫通孔、１０４連通孔、１１第１層、１１ａ第１主面、１２第２層、１２ａ第２主面、１２１，１２２分離部、１３，１３ａ連結部、１４突起、１５蓋部、２基板、３１第１金属膜、３２第２金属膜、３３第３金属膜、４１第１レジスト、４２第２レジスト、９目的物。

Claims

互いに対向する第１主面および第２主面を有する膜状の多孔質構造体であって、
前記第１主面を含み、前記第１主面の法線方向に貫通する複数の第１空隙部を有する膜状の第１層と、
前記第２主面を含み、前記第２主面の法線方向に貫通する複数の第２空隙部を有する膜状の第２層とを備え、
前記第１層と前記第２層とは離間しており、前記第１層と前記第２層とが連結部を介して間接的に結合しており、
前記第１主面の法線方向から見た平面視において、前記複数の第１空隙部の各々は前記複数の第２空隙部のうちの２つ以上と重なっており、
前記第２主面の法線方向から見た平面視において、前記複数の第２空隙部の各々は前記複数の第１空隙部のうちの２つ以上と重なっており、
前記複数の第１空隙部と前記複数の第２空隙部とが重なっている部分において、前記第１主面および前記第２主面を貫通する貫通孔を有しており、前記貫通孔は、前記第１層の前記複数の第１空隙部を設けた以外の部分と前記第２層の前記複数の第２空隙部を設けた以外の部分とによって画定されており、
さらに前記多孔質構造体の主面に平行な方向に連通した連通孔を有しており、
前記第１主面の法線方向から見た平面視において、前記複数の第１空隙部は２つの配列方向に等しい間隔で設けられており、
前記第２主面の法線方向から見た平面視において、前記複数の第２空隙部は２つの配列方向に等しい間隔で設けられている、多孔質構造体。
前記第１層の前記複数の第１空隙部の少なくとも１つの内部において、前記第２層の表面から前記第１層側に突出する突起を有する、請求項１に記載の多孔質構造体。
互いに対向する第１主面および第２主面を有する膜状の多孔質構造体の製造方法であって、
前記第１主面側に、主面の法線方向に貫通する複数の第１空隙部を有する膜状の第１層を形成する第１層形成工程と、
前記第１層の前記第２主面側に、主面の法線方向に貫通する複数の第２空隙部を有する膜状の第２層を形成し、離間した前記第１層と前記第２層とを連結部を介して間接的に結合させることで、前記多孔質構造体を得る、第２層形成工程とを含み、
前記第２層形成工程において、
前記第１主面の法線方向から見た平面視において、前記複数の第１空隙部の各々は前記複数の第２空隙部のうちの２つ以上と重なり、
前記第２主面の法線方向から見た平面視において、前記複数の第２空隙部の各々は前記複数の第１空隙部のうちの２つ以上と重なり、
前記複数の第１空隙部と前記複数の第２空隙部とが重なっている部分において、前記第１主面および前記第２主面を貫通する貫通孔が形成され、前記貫通孔は、前記第１層の前記複数の第１空隙部を設けた以外の部分と前記第２層の前記複数の第２空隙部を設けた以外の部分とによって画定され、さらに前記多孔質構造体の主面に平行な方向に連通した連通孔が形成され、さらに前記第１主面の法線方向から見た平面視において、前記複数の第１空隙部は２つの配列方向に等しい間隔で設けられ、かつ、前記第２主面の法線方向から見た平面視において、前記複数の第２空隙部は２つの配列方向に等しい間隔で設けられるように、前記第２層を形成する、多孔質構造体の製造方法。
請求項１または２に記載の多孔質構造体を用いた細胞の濾過方法。