JP6588095B2 - 微生物耐性材料、並びに関連する装置、システム及び方法 - Google Patents
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Description
本出願は、2014年10月28日に出願された米国仮出願番号第62/122,723号に関する利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み入れられるものとする。
本開示において、「含む(comprises)」、「含んでいる(comprising)」、「含有する(containing)」及び「有する(having)」などは、米国特許法でそれらが属するものと考えられる意味をもつことができ、かつ「包含した(including)」、「包含する(include)」などを意味することができるものであり、一般に開放された用語と解釈される。「からなる(consisting of)」又は「からなる(consists of)」という用語は、閉じた用語であり、米国特許法に従うものだけでなく、このような用語と共に具体的に列挙された構成要素、構造、工程などのみを含む。「本質的にからなる」又は「本質的にからなる」とは、一般的に米国特許法でそれらが属するものと考えられる意味を有する。特に、このような用語は、関連して使用される品目の基本的かつ新規な特徴又は機能に実質的に影響を与えない追加の品目、材料、構成要素、工程又は要素を包含することを除いて、一般に閉じた用語である。例えば、「本質的にからなる」用語下では、存在する場合、このような用語の次の品目の目録に明記されていなくても、組成物中に存在するが組成物の性質又は特性に影響を及ぼさない微量元素が許容される。本明細書において「含んでいる(comprising)」又は「包含した(including)」のような開放された用語を使用する場合、明示的に言及されている場合及びその逆の場合のように、「からなる」用語だけでなく、「本質的にからなる」用語を含むと理解される。
例示的な実施形態の最初の概要を以下に提供し、次に特定の実施形態をさらに詳細に説明する。このような最初の要約は、読者が技術的概念をより迅速に理解するのを助けるように意図されるが、その重要な又は本質的な特徴部を特定するように意図されないか、又は請求される主題の範囲を限定するように意図されない。
[浸透炭素ナノチューブ]
炭素ナノチューブは、エチレンガスを炭素源として用いて、約146sccmの流量で750℃で成長させた。厚さ2〜10nmの鉄層をナノチューブ成長のための触媒として使用した。バイオフィルムの成長について試験した試料は、7nmの触媒層を用いて成長させた。ナノチューブの密度は、成長の前に付着させた鉄触媒層の厚さによって調節した。該炭素ナノチューブに、炭素源としてエチレンガスを用いて(流量約214sccm)900℃で1〜60分間浸透させて、炭素が浸透した炭素ナノチューブ(CI−CNT)を生成した。
図3は、上からの低(3分)浸透試料の画像を示す。この場合、ピラーは直径が約20〜50nmである。
図5は、側面からの試料炭素ナノチューブフォレストを示しており、ナノチューブの全長を浸透材料が被覆し、材料中に空隙(又は細孔)を残すことを示す。
[実施例2]
[表面の微生物耐性]
細菌耐性を決定するために、CI−CNT表面上でMRSAバイオフィルム試験を行った。3つのCI−CNT試料及び対照群を、上記の実施例1に記載したように、異なる、低、中及び高浸透レベルで調製した。各試験試料にMRSA細菌を接種したが、対照群試料は接種しなかった。
[実施例3]
[ステンレス鋼上で成長するCI−CNTs]
鉄はCNT成長の触媒である。従って、本研究では、ステンレス鋼(SS)内に存在する鉄がCNT成長の触媒として使用できるかどうかを探究した。図9に示すように、CNTは外部触媒なくSS表面上に直接成長されることができる。これにより、製造工程が大幅に簡素化される。また、触媒が基板の内部にあるため、接着強度を向上させることができる。これにより、抗菌性の利点を得るために、SSの医療用インプラント又はツールにCNTをコーティングすることができる。
[実施例4]
[様々な基板の配置上で成長するCI−CNTs]
CI−CNTsのユニークな特徴の1つは、CI−CNTが「成長する」ことであり、該CI−CNTsが様々な表面幾何上にコーティングされる可能性があることを意味する。従って、本研究では、様々な表面特徴幾何上で成長したCI−CNTの特性を検討した。
この亀裂現象の原因を評価するために、成長後の鉄の厚さ、CNTの高さ、浸透レベル、及び冷却時間を測定した。結果は、鉄の厚さとCNTの高さが亀裂に影響する主要な変数であることを示した。鉄の厚さを増加させると、亀裂の面積が減少した。CI−CNTの高さを増加させると、亀裂の面積が増加した(図13)。従って、これらの変数の最適化は、凹面上のCI−CNT亀裂を最小化し、最終的に除去するために使用することができる。
Claims (32)
- 炭素ナノチューブ層と、
炭素ナノチューブ層に浸透した炭素と
を含む微生物耐性層であって、前記炭素ナノチューブ層への前記炭素の浸透により、複数の表面フィーチャからなる微生物耐性トポロジーパターンが形成されていることを特徴とする微生物耐性層。 - 支持基板をさらに含み、前記炭素ナノチューブ層が前記支持基板に結合されている、請求項1に記載の層。
- 前記複数の表面フィーチャからなるトポロジーパターンが、前記支持基板との微生物接触を制限する構造配置を有する、請求項2に記載の層。
- 前記支持基板が、金属、金属合金、ポリマー、セラミック、半導体、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される部材を含む、請求項2に記載の層。
- 前記支持基板が、鉄、鋼、ステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム、チタン、黄銅、青銅、亜鉛、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される部材を含む、請求項4に記載の層。
- 前記支持基板が、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミド、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリメチルメタクリレート、ポリテトラフルオロエチレン、尿素−ホルムアルデヒド、フラン、シリコーン、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される部材を含む、請求項4に記載の層。
- 前記支持基板が、ケイ素、石英、ガラス、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される部材である、請求項4に記載の層。
- 前記炭素ナノチューブ層の炭素ナノチューブが、前記支持基板上に成長している、請求項2に記載の層。
- 前記複数の表面フィーチャからなるトポロジーパターンは、1μm2当たり1個の表面フィーチャから1μm2当たり10,000個の表面フィーチャまでの密度を有する、請求項1に記載の層。
- 個々の表面フィーチャが10nm〜1000nmの直径を有する、請求項1に記載の層。
- 個々の表面フィーチャが1μm〜1000μmの高さを有する、請求項1に記載の層。
- 前記表面フィーチャが300nm〜500nmの中心間距離で離間されている、請求項1に記載の層。
- 少なくとも1つの微生物耐性表面を有する装置であって、
装置と、
前記装置の少なくとも1つの表面に結合された請求項1に記載の微生物耐性層と、
を含む、装置。 - 前記装置が医療装置である、請求項13に記載の装置。
- 前記医療装置は、外科手術用装置、埋め込み可能な装置、挿入可能な装置、診断用装置、人工装具、医療器具、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項14に記載の装置。
- 前記装置が電子装置である、請求項13に記載の装置。
- 前記電子装置が、携帯電話、ラップトップ、キーボード、マウス、コンピュータ端末、タブレット、時計、タッチスクリーン、及びゲームコントローラからなる群から選択される、請求項16に記載の装置。
- 請求項2に記載の層を製造するための方法であって、前記炭素ナノチューブ層の炭素ナノチューブを前記支持基板とは別に成長させ、その後に前記支持基板上に前記炭素ナノチューブを付着させることを含む、方法。
- 表面における微生物成長を減少させる方法であって、
炭素ナノチューブ層を支持基板上に付着させる工程と、
前記炭素ナノチューブ層に炭素を浸透させる工程と
を含み、前記炭素ナノチューブ層への前記炭素の浸透により、複数の表面フィーチャからなる微生物耐性トポロジーパターンが形成されることを特徴とする方法。 - 前記複数の表面フィーチャからなるトポロジーパターンが、前記支持基板との微生物接触を制限する構造配置を有する、請求項19に記載の方法。
- 前記支持基板は、金属、金属合金、ポリマー、セラミックス、半導体、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される部材を含む、請求項19に記載の方法。
- 前記支持基板が、鉄、鋼、ステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム、チタン、黄銅、青銅、亜鉛、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される部材を含む、請求項19に記載の方法。
- 前記支持基板が、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミド、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリメチルメタクリレート、ポリテトラフルオロエチレン、尿素−ホルムアルデヒド、フラン、シリコーン、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される部材を含む、請求項19に記載の方法。
- 前記支持基板が、ケイ素、石英、ガラス、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される部材を含む、請求項19に記載の方法。
- 前記炭素ナノチューブ層を付着させる工程は、前記支持基板上に炭素ナノチューブを成長させる工程をさらに含む、請求項19に記載の方法。
- 前記炭素ナノチューブ層を付着させる工程は、前記支持基板とは別に炭素ナノチューブを得る工程と、続いて前記支持基板上に前記炭素ナノチューブを付着させる工程とをさらに含む、請求項19に記載の方法。
- 前記複数の表面フィーチャからなるトポロジーパターンは、1μm2当たり1個の表面フィーチャから1μm2当たり10,000個の表面フィーチャまでの密度を有する、請求項19に記載の方法。
- 個々の表面フィーチャが10nm〜1000nmの直径を有する、請求項19に記載の方法。
- 個々の表面フィーチャが1μm〜1000μmの高さを有する、請求項19に記載の方法。
- 前記表面フィーチャが300nm〜500nmの中心間距離で離間されている、請求項19に記載の方法。
- 付着の工程は、化学蒸着(CVD)及び物理蒸着(PVD)のうちの少なくとも1つによって行われる、請求項19に記載の方法。
- 浸透の工程は、CVD及びPVDのうちの少なくとも1つによって行われる、請求項19に記載の方法。
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