JPH08502200A - ナノチャンネルフィルター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、１ミクロン未満の平均直径を有するチャンネルをその中を通して有するウエーハ状ガラスフィルターを提供する。本発明は、また、そのようなフィルターを形成するための方法であって、不活性中空ガラスチューブのそれぞれに酸によりエッチング可能なガラスロッドを挿入し、該ロッド及びチューブを加熱してそれぞれのロッドをそれぞれのチューブに融着させ、融着したロッド及びチューブのそれぞれを延伸し、それによりフィラメントを形成し、該フィラメントの複数を互いに堆積してフィラメントの堆積物を作り、該フィラメントの堆積物を加熱してフィラメントを融着させてエッチング可能なガラスを充填した複数のチャンネルを有する長い棒状体を形成し、該棒状体を各チャンネルが１ミクロン未満の直径を有するまで延伸し、延伸した棒状体を切断してウエーハ状のフィルターを形成し、高められた温度で該フイルターをアニールし、及び該ウエーハ状フィルター中のエッチング可能なガラスを酸でエッチングして約１ミクロン未満の平均直径を有するチャンネルをその中に形成する工程を包含する方法を提供する。本発明は、また、フィルターを製造するための他の方法であって、酸によりエッチング可能なガラスフィラメントを酸に対して不活性のガラスフィラメントともに堆積して、酸によりエッチング可能なガラスフィラメントの配向されたアレーを有するフィラメントロッドの堆積物を形成し、該フィラメントの堆積物を加熱してフィラメントを互いに融着させてエッチング可能なガラスが充填された複数のチャンネルを有する長い棒状体を形成し、該長い棒状体を各チャンネルかｌミクロン未満の直径を有するまで延伸し、該延伸された棒状体を切断してウエーハ状フィルターを形成し、高められた温度で該フィルターをアニールし、及び該ウエーハ状フィルター中のエッチング可能なガラスを酸でエッチングして約１ミクロン未満の平均直径を有するチャンネルをその中に形成する工程を包含する方法を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】 ナノチャンネルフィルター 発明の背景 発明の分野 本発明は、限外ろ過用のフィルターに関する。従来の技術 平均寸法が２ミクロン未満である粒子について、サイズにより粒子を効率的に 分離又はろ過するために容易に利用できる方法が実質的に３つある。処理時間は 、通常、時間で測定され、分離すべき試料体積は、典型的に、ミリリットルの非 常に小さい分数である。それらは、一般に、粒子が容易に捕捉されるところの保 持媒体の使用を含み、すべての出発物質の回収は、不可能でないとしても、しば しば困難である。 サイズが二桁又は三桁のオーダーのオングストロームの粒子のろ過は、しばし ば、分子ろ過又は限外ろ過と称される。粒子サイズについて最も高い選択性又は 最もシャープなカットオフを有するフィルターは、種々のポリマー材料から作ら れた薄い半透膜から構成される。これら膜は、断面において異方性又は非対称で あり、３５℃を超える温度では使用できない。均一な気孔と大きさが気孔の２０ ％である溶質からなるモデルの膜型分子ろ過システムは、理論的には、わずか８ ５％の溶質を通過させるに過ぎず、その残りは膜内に保持される。得られるろ過 物は、部分的にしか分画されない。膜型分子ろ過を用いて２つの狭いサイズ分布 間で粒子サイズ分離を効率的に行うには、一桁のオーダー以上のサイズ差がしば しば必要とされる。 ５０ＰＳＩでの最良のろ過率は、直径が三桁のオーダーのオングストロームの 粒子については、典型的に、約０．１ｍｌ／分／ｃｍ²である。しかしながら、 膜はそれ自体感圧性であり、フィルターの有効ろ過直径を歪める膜圧縮に対し、 圧力が増加するにつれ流束が増加するという利点について考慮を払わねばならな い。 制御気孔フィルターガラスは、７．５ナノメートルと小さい公称気孔サイズを もって作られている。気孔はガラス粒子内でランダムに配置され、約１０％とい う典型的な気孔サイズ分布を有する。ガラス粒子は、サイズが典型的に５０〜５ ００ミクロンであり、フィルターカラム中に充填されたときそれ自体ランダムに 配置される。それ故、気孔はフィルターカラムの圧力勾配をよぎってランダムに 配置され、同一物質の移送についての分散を拡幅し、このろ過システムの分離能 を低下させる。加えて、物質はカラムを構成する個々のガラス粒子を取り巻く空 隙の周りを流れ得るので、ろ過分離能をさらに低下させる。これらの欠陥を補う ために、ろ過カラムの長さを、通常、かなり長くしなければならない。 ゲル浸透クロマトグラフィーは、室温付近において、ある範囲の粒子分布につ いて異なるサイズの粒子を分離するための非常に感受性の方法として使用できる 。ゲルは、物質の移送のための保持媒体として作用し、一般により小さい粒子の 大部分を保持する。分離された粒子を収集しようとするなら、媒体は対象の物質 から最終的に除去しなければならない。こ れは非常に困難で、労力を要する手法である。 発明の概要 一つの態様において、本発明は、１ミクロン未満の平均直径を有する実質的に 同一のチャンネルをその中を通して有するウエーハ状ガラスフィルターを提供す る。 他の態様において、本発明は、そのようなフィルターを形成するための方法で あって、 不活性中空ガラスチューブのそれぞれに酸によりエッチング可能なガラスロッ ドを挿入し、 該ロッド及びチューブを加熱してそれぞれのロッドをそれぞれのチューブに融 着させ、 融着したロッド及びチューブのそれぞれを延伸し、それによりフィラメントを 形成し、 該フィラメントの複数を互いに堆積してフィラメントの堆積物を作り、 該フィラメントの堆積物を加熱してフィラメントを融着させてエッチング可能 なガラスを充填した複数のチャンネルを有する長い棒状体を形成し、 該棒状体を各チャンネルが１ミクロン未満の直径を有するまで延伸し、 延伸した棒状体を切断してウエーハ状のフィルターを形成し、 高められた温度で該フィルターをアニールし、及び 該ウエーハ状フィルター中のエッチング可能なガラスを酸でエッチングして約 １ミクロン未満の平均直径を有するチャ ンネルをその中に形成する 各工程を包含する方法を提供する。 他の態様において、本発明は、 酸によりエッチング可能なガラスフィラメントを酸に対して不活性のガラスフ ィラメントともに堆積して、酸によりエッチング可能なガラスフィラメントの配 向されたアレーを有するフィラメントロッドの堆積物を形成し、 該フィラメントの堆積物を加熱してフィラメントを互いに融着させてエッチン グ可能なガラスが充填された複数のチャンネルを有する長い棒状体を形成し、 該長い棒状体を各チャンネルが１ミクロン未満の直径を有するまで延伸し、 該延伸された棒状体を切断してウエーハ状フィルターを形成し、 高められた温度で該フィルターをアニールし、及び 該ウエーハ状フィルター中のエッチング可能なガラスを酸でエッチングして約 １ミクロン未満の平均直径を有するチャンネルをその中に形成する 各工程を包含するフィルターの製造方法を提供する。 図面の簡単な説明 図１は、中空不活性ガラスロッド内部の酸によりエッチング可能なロッドのサ イズ減少を示す。 図２は、数回延伸された堆積ロッドを示す。 図３は、チャンネルガラスが除去されたフィルターの正面図である。 図４は、図３のフィルターの右側斜視図である。 図５は、４５０ナノメートルのチャンネル直径を有する本発明に従って作られ たフィルターの走査型電子顕微鏡写真である。 図６（ａ）は、９０ナノメートルのチャンネル直径を有する本発明に従って作 られたフィルターの走査型電子顕微鏡写真である。 図６（ｂ）は、４０ナノメートルのチャンネル直径を有する本発明に従って作 られたフィルターの走査型電子顕微鏡写真である。 図７は、エッチング可能であるか不活性のガラスの固体均質六角形ロッドによ り構成された本発明のナノチャンネルガラスフィルターの頂面図である。 図８（ａ）は、不活性及び／又は酸によりエッチング可能なガラスの分離Ｄ形 状にある固体ロッドの使用を示す他の態様である。 図８（ｂ）は、四角形状にある不活性及び／又は酸によりエッチング可能なガ ラスの固体ロッドの使用を示す他の態様である。 図８（ｃ）は、ロッドが不活性であるか、酸によりエッチング可能である異な るサイズの固体ロッドの使用を示す他の態様である。 発明の詳細な記述 本発明のナノチャンネルフィルター（ＮＣＦ）アレーは、その少なくとも１つ のガラスが通常酸によりエッチング可能 なものである異なるガラスの配列である。多くの形態が可能であるが、最も単純 な配列は、六角２次元最密充填配置における、不活性ガラスのマトリックス中に 埋設された酸によりエッチング可能な（酸エッチング性）ガラスの均等間隔のロ ッドの均一規則アレーである。１ミクロンを超える酸エッチング性チャンネルを 有する六角ガラス繊維の六角最密充填配列は、よく知られた技術であり、マイク ロチャンネルプレート（plate）デバイスの作製の第１の処理工程においてしば しば使用される。図１に示すように、作製は、円柱状の酸エッチング性ガラスロ ッド２、すなわちチャンネルガラスを内部寸法かロッドのそれとマッチする不活 性六角ガラスチューブ４、すなわちマトリックスガラス中に挿入することにより 開始される。ついで、この対を当該ガラスを融点近くに加熱することによって融 着させる。ついで、対を延伸してその全体の断面を微細フィラメントのそれまで 減少させる。ついで、図２に示すように、真空下で、フィラメントを堆積し、再 び融着させ、再延伸する。このプロセスは、適切なチャンネル直径および所望数 のアレー要素が達成されるまで続ける。選択したガラスが加工硬化に敏感であれ ば、ガラスのアニールが必要である。エッチング性ガラスロッドの直径と六角不 活性ガラスチユーブのそれとの比を調節することによって、ロッドの中心−中心 間隔および最終製品におけるそれらの直径が独立に調節可能なパラメータとなる 。最終製品の断面は図３及び図４に示されている。図５は、酸エッチング後に浮 き出したチャンネルガラスの六角再密充填（ＨＣＰ）配列の走 査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）を示す。このサンプルは、高度規則性２次元アレ ーに配置された約５×１０⁶チャンネルを含有する。これらチャンネルはアレー の全領域にわたってサイズが非常に均一であり、直径が約４５０ナノメートルで 、中心−中心感覚が約７５０ナノメートルである。図６（ａ）は、９０ナノメー トルのチャンネル直径を有する同様のＳＥＭ写真を示す。チャンネルの境界の粗 い外観及び表面の明らかなクラックは、ＳＥＭ分析中の荷電効果を回避するため にナノチャンネルフィルター上に被着した金の約８ナノメートルの厚さの不完全 層によるものであり、ナノチャンネルフィルター自体を示すものではない。図６ （ｂ）は、４０ナノメートルのチャンネル直径を有する同様のＳＥＭ写真を示す 。 ナノチャンネルガラスフィルターの他の態様において、アレーは、エッチング 性ガラスか、不活性ガラスの固体均質六角ロッドで構成される。そのようなガラ スフィルターの例が図７に示されている。暗い領域は酸エッチング性ピクセルも しくはロッド１０で構成され、明るい領域は不活性ピクセルもしくはロッド１２ で構成されている。四角形、スラブ及び他の構造も、挿入するガラスの物性（融 点、加工温度での粘度、熱膨張係数等）を適切に選べば、マトリックス中に挿入 できる。多くの他のより複雑で入り組んだパターンのナノチャンネルガラスマト リックス作製プロセス中に可能である。図８（ａ）、図８ （ｂ）及び図８（ｃ ）は、ナノチャンネルガラス他の作製態様を示す。これら態様の１つにおいて、 ナノチャンネルガラスの作製は、図８（ａ）に示すように、平 坦面の中央に沿って小さな溝を有するｄ形状のロッドを押出す工程を含む。より 密な許容差（tolerance）のために、溝は、ｄ形状のロッドを作るために押出し に使用した型により形成する代りに、カットしてもよい。直径１００ミクロンま たはそれ以下まで延伸された酸エッチング性ガラス繊維又はロッドをｄ形状ロッ ドの溝内に置き、もう１つのｄ形状ロッドを取り付ける。これらロッドを、すで に説明した延伸シーケンスのために堆積する。チャンネル直径がナノメートルと いう寸法は、今や、２つの追加の延伸だけで達成することができ、ガラスタイプ の相互拡散を最小限とさせる。このようにして、極度に平滑な高画定チャンネル 壁が作製できる。ｄ形状ロッド用に選択されたマトリックスガラスは、繊維の歪 なしに真空延伸プロセス中にマトリックスが流動し繊維の周りの領域を閉じるこ とができるように、エッチング性繊維よりも低い加工温度を持たなければならな い。実際には、六角ロッドが使用される。それが最密充填配置を有するからであ る。前にも述べたように、暗い領域は酸エッチング性ピクセル又はロッド１０に より構成され、明るい領域は不活性ピクセル又はロッド１２により構成される。 他の態様において、作製方法は、長方形又は正方形断面を有する長いガラス棒の コーナーの丸みを利用する。図８（ｂ）は、暗い領域が酸エッチング性ピクセル 又はロッド１０により構成され、明るい領域が不活性ピクセル又はロッド１２に より構成されている正方形の態様を示す。エッジは、より正確にするために研削 することができる。このアッセンブリをクランプし、真空下 で延伸して微細方形フィラメントを作る。これらフィラメントを再び退席し、再 延伸し又は他の材料と所定の複雑なパターンに組合せることができる。前にも述 べたように、ナノメートルの寸法を有するチャンネル直径は、２回の延伸だけで 作製でき、かくして異なるガラスが高温で接触する時間を大幅に減少させる。三 角、六角などいずれもの他の最密充填配置のガラス棒も使用できる。図８（ｃ） に示すさらに他の態様において、ナノチャンネルガラスは、不活性ガラスのより 大きなロッド１２の間にある酸エッチング性ガラスの固体棒１２を用いて作製さ れる。 作製プロセスは、大量生産の要求に非常に適切である。ウエーハ状ナノチャン ネルフィルターは、一般に、厚さがわずか２、３ミリメートルであり、長さ数フ ィートの融着マトリックス棒から切り出される。融着マトリックス棒は、最終延 伸プロセスから連続的に流れるより長いマトリックス棒から切断される。一回の 操作で１００フィートまでの同一融着マトリックス棒が作製でき、それから５０ ，０００を超える同一ナノチャンネルフィルターを切断できる。酸エッチング処 理に耐え得るフィルターを製造するために、ウエーハ状フィルターを融着体積物 又は繊維から切断した後、フィルターを高められた温度、好ましくは約４２５℃ で約２時間アニールしてマトリックス中の応力を解放すべきである。 チューブの外壁の幾何学形状を、それが正方形、長方形、三角形などの断面を 有するように調節することによって、アレーの充填配置又は幾何学形状を調節す ることができる。ま た、チャンネルガラスの周囲の形状を調節することによってチャンネル形状を変 えることができる。より入り組んだパターンは、異なるフィラメントを互いに隣 合わせに堆積することによって作製できる。本発明のナノチャンネルフィルター アレーの作製方法により、直径かミクロンから数ナノメートルまで調節できる。 極度に規則性のチャンネルが製造される。 ナノチャンネルフィルターの薄い部分を完全にエッチング除去すると、溶液中 に懸濁した小さい粒子を分粒するための優れたフィルターとなる。支持のために ナノチャンネルフィルターに裏打ちを取り付けることができ、又はナノチャンネ ルフィルターは追加の強度のためにテーパをもって作製することができる。サイ ズによる粒子の分離は、粒子が懸濁している溶液をフィルター上に置くことによ って達成できる。溶液が、フィルターの下から吸引により及び／又は溶液の上か らの追加の圧力により、フィルター中を通過するにつれ、チャンネル直径よりも 小さな粒子がフィルターを通過する。チャンネルよりも大きな粒子は通過せず、 後に残る。フィルター上での溶液の穏やかな混合は、チャンネルからより大きな 粒子をなくし、クリアーにする。 チャンネルのエッチングを本発明に使用するもののように小さくさせるために 、エッチング性ガラスと不活性ガラスの相対的エッチング速度は非常に大きいも のである必要がある。より大きな気孔サイズを有するガラスフィルターンにおい てはエッチング性ガラスのエッチング速度は不活性ガラスの１，０００ないし１ ０，０００倍であるが、本発明においては、 エッチング性ガラスのエッチング速度は、好ましくは、不活性ガラスの１０⁵な いし１０⁷倍である。フィルターに形成されるチャンネルの顕微鏡的サイズ故に 、２種のガラスはそれらが延伸されている間に相互に拡散しないということも重 要である。従って、ガラスを延伸している間、最小限の熱を使用すべきである。 正確な延伸温度は使用したガラスに依存するが、延伸温度は、一般に６２５ない し７５０℃である。好ましい不活性ガラスは、コーニングガラス０１２０、８１ ６１又は００８０である。コーニングガラス０１２０は、カリソーダ鉛ガラスで ある。好ましいエッチング性ガラスは、デイテクター・テクノロジーにより製造 されているＥＧ−１、ＥＧ−２及びＥＧ−４である。コーニングガラス０１２０ を不活性ガラスとして、ＥＧ−２をエッチング性ガラスとして用いて、平均チャ ンネル直径４００Å未満、好ましくは１００Å未満を有するフィルターを製造し た。 好ましくは、酸エッチング性ガラスをエッチングするために硝酸及び塩酸のよ うな酸を使用することができるが、エッチング性ガラスの酸エッチングに使用さ れる酸は、好ましくは、酸不活性ガラス上に残渣を残さない酢酸のような有機酸 である。好ましくは、酸エッチング溶液は、約０．１ないし２％の濃度にある。 本発明のナノチャンネルフィルターは、約１０⁷の一方向性中空チャンネルを 含有するバルク部分の複雑なガラス構造である。本発明のナノチャンネルフィル ターの最もユニークな性質は、チャンネルの非常に小さいサイズであり、これら 小さなチャンネルが配置できる正確さ及び精度が、非常に大きく複雑な構造及び チャンネルの高い充填密度を形成する。チャンネル充填密度は、１０¹²／ｃｍ² に近づき得る（付近）。規則性アレーは、極めて良好な幾何学的均一性及びチャ ンネル寸法の非常に低い変勤をもって作製できる。ナノチャンネルは、長さが数 ミリメートルを超え得る。加えて、チャンネル深さは、チャンネル直径、及び作 製プロセス中のチャンネル間の距離の双方に独立に変え得る。 本発明のナノチャンネルフィルターアレーは、直径又は幾何学的間隔において 非常に低い変動をもって、極度の規則性及び真直度がアレー全体に渡って維持さ れるように正確に作製できる。このナノチャンネルアレー粒子分粒フィルターは 、フィルターを通過する粒子の極めてシャープなカットオフ（内輪に見積もって も、膜フィルターよりも少なくとも一桁良好）及び全出発物質のほぼ１００％の 回収率を有する。これにより、フィルターの厚さを極めて薄くし、保持時間を大 幅に減少させることが可能である。本フィルターは、高圧において圧縮を示さず 、５５０℃を超える温度で操作できる。典型的な六角最密充填ナノチャンネルフ ィルターアレーについて断面積のパーセントとしての空隙間隔（void spacing） は約４０％であり、これによりチャンネルを通る物質の極めて高い流量が許容さ れる。チャンネルの真直度は、一度入ったらチャンネルを通過する物質の分散を 最小限に抑え、サイズ分離後の通過のために最も効率的な形状である。圧力補助 ろ過に関しては、チャンネルは常に圧力勾配と平行のままで あり、物質の流れを最大にする。ナノチャンネルフィルターガラスは、一般に可 視光に対して透明であり、ろ過中のリアルタイムの監視を可能とする。 本ナノチャンネルフィルターは、種々のろ過形態に使用できる。これらには、 クロマトグラフィー、分子吸着及び電気泳動のようなすべての差勤マイクレーシ ヨン技術か含まれる。チャンネル自体は、直線的でも湾曲的にも作ることができ 、物質で充填され、壁上の化学的ライニングで充填され、または中空チユーブと したままであり得る。 ナノチャンネルフィルターガラスに対して異なる濡れ特製を有する液体は、非 常に効率的に分離され得る。最も高度にガラスを濡らす液体は、より容易にチャ ンネルを通過し、残りの物質を後に残す。ナノチャンネルフィルターは、チャン ネル長さが数ミリメートルを超えるように作製することができる。 異なる分子量又は直径のガスは、ナノチャンネルフィルターを横断する圧力勾 配ΔＰをもって分離できる。開口（チャンネル）を通る２つの異なる分子手の平 均流量比Ｒ₁／Ｒ₂はそれらの質量の比の逆平方根（inverse square root）に比 例する。より小さいもしくはより低い分子量のガスは、平均的により速くチャン ネルを移行し、それゆえ分画される。全てのチャンネル路は同一であるので、チ ャンネルを通過する全ての物質は正確に同じ圧力差及び壁との相互作用に供され 、必要なフィルターの長さを最小限とさせる。今日入手できる精密ポリマーガス フィルターは、約１５０℃の最大操作 温度を有する。 良好な湿潤性液体中に溶存するガスも上記プロセスを組み合わせることによっ て分離できる。 吸着クロマトグラフィーは、化学物質を２つの媒体間でそれらの吸着特性にし たがって分配することによる化学物質の分離である。粒子がフィルター中を通過 するに際してのこの差動移行は、非常に類似し、それ故他の方法によっては分析 が困難であるか不可能である化合物を分離するための手段を提供する。吸着又は 静電相互作用に敏感な粒子は、ナノチャンネルフイルターチャンネルの壁上に薄 い樹脂もしくはポリマーフィルムを置くことによってろ過できる。粒子の、それ らがチャンネルを通過するにつれての減速は、壁とのそれらの相互作用を形成し 、分離しようとする異なる化学種の類似サイズの粒子の分離を可能とする。チャ ンネルの極めて大きな表面積対体積比は、チャンネルの極度の均一性とあいまっ て、多孔質ガラス又はケルフィルターカラムに比べて、単位長さ当りの優れた分 離を可能とする。これは、極めて短いフィルター長さを有する現行のクロマトグ ラフィー技術からろ過時間を大幅に減少させる。分析的特性決定は、チャンネル 中の異なる化学種の保持時間を監視することによって達成される。生物学的分離 及び特性決定もこのタイプのろ過に従う。 一般的にいうと、ここで説明したナノチャンネルフィルターのようなウエーハ 状構造は、１ｍｍ未満、好ましくは１〜５００ミクロン、特に１０〜２００ミク ロンの厚さを有する。粒子分粒フイルターにおいて、厚さは２ミクロンないしナ ノ メートルのオーダーにあり得る。クロマトグラフィーにおけるような特別の用途 において、フィルターの厚さは二桁のセンチメートルのオーダーにあり得る。す でに上に述べたように、ナノチャンネルフィルターはガラスで作られる。ガラス は、一般に、溶融ガラスが低温に急速に冷却されたときその不規則配置において 「凍結」される不規則分子構造を有する非晶質もしくは非結晶質物質と定義され る。ガラスは、固い液体と考えられる。チャンネル直径は４００オングストロー ム未満、好ましくは１００オングストローム未満であると述べた。それは約１０ 〜５０、好ましくは２０〜４０オングストロームと小さいものであり得る。 次に、ナノチャンネルガラスフィルターの製造を例によって説明する。 例Ｉ 使用した不活性ガラスはコーニング０１２０ガラスの六角チューブであった。 使用したエッチング性ガラスは、ディテクター・テクノロジーのＥＧ−２であっ た。これらガラスの典型的な出発寸法は、ロッド外径約２インチ、チューブ外径 約２インチであり、チューブの内径はロッドの外径にマッチしていた。これらガ ラスを６２５ないし７５０℃での延伸プロセス中真空下で融着させ、０．０１な いし０．２インチ（０．０３ないし０．５ｃｍ）の微細フィラメントまで延伸し 、１ないし３フィート（３０ないし９０ｃｍ）の長さに切断した。これらフィラメン トを平坦面から平坦面まで約１．５インチの束に堆積し、延伸し、所望のチャン ネル直径が得られるまで再 堆積及び再延伸した。最終延伸直前に、補強のため及び取扱を容易にするために 、上記束を中空チューブ（通常、コーニング０１２０ガラス）の中に挿入し、真 空下で延伸することによってクラッドを追加た。応力を解放するために、ガラス 組成物を各延伸後にアニールした。ついで、このガラスを所望の長さに切断し、 磨き、１％ＨＣｌ、ＨＮＯ₃又は酢酸のような弱酸中でエッチングしてチャンネ ルガラスを除去し、多孔質マトリックスガラス及びクラッドを残した。 例II コーニング０１２０ガラス及びディテクター・テクノロジーのＥＧ−２の六角 モノフィラメントをそれぞれ不活性ガラスフィラメント及びエッチング性ガラス フィラメントとして使用した。典型的に幅０．０１インチないし０．１インチ（ ０．０２５ないし０．２５ｃｍ）のこれらモノフィラメントをアレーを作るため に使用し得る所定のパターンに堆積した。モノフィラメントを堆積した後のプロ セスは、例Ｉに記載したものと実質的に同じである。この技術を使用することの 利点は、異なるフィラメントが互いに高温で接触する延伸が１つ少ないことであ り、これによりガラスの相互の拡散が大幅に減少し、特に１０ナノメートル付近 のガラス寸法で、より強いマトリックス及びより精細な分離を生じさせるという ことである。他の利点は、種々のタイプのガラスについてピクセルの個々の置換 が可能であり、非常に複雑な構造を可能とすることである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９４年５月２日 【補正内容】 請求の範囲 １．１ミクロン未満の平均チャンネル直径を有するチャンネルをその中を通して 有するガラスフィルター。 ２．該チャンネルが、約４００Å未満の平均直径を有する請求項１記載のガラス フィルター。 ３．不活性中空ガラスチューブのそれぞれに酸によりエッチング可能なガラスロ ッドを挿入し、 該ロッド及びチユーブを加熱してそれぞれのロッドをそれぞれのチューブに融 着させ、 融着したロッド及びチューブのそれぞれを延伸し、それによりフィラメントを 形成し、 該フィラメントの複数を互いに堆積してフィラメントの堆積物を作り、 該フィラメントの堆積物を加熱してフィラメントを融着させてエッチング可能 なガラスを充填した複数のチャンネルを有する長い棒状体を形成し、 該棒状体を各チャンネルが１ミクロン未満の直径を有するまで延伸し、 延伸した棒状体を切断してウエーハ状のフィルターを形成し、 高められた温度で該フィルターをアニールし、及び 該ウエーハ状フィルター中のエッチング可能なガラスを酸でエッチングして約 １ミクロン未満の平均直径を有するチャンネルをその中に形成する 工程を包含するフィルターの製造方法。 ４．該チューブが、断面六角であり、該マトリックスが六角最密充填配置を有す る請求項３記載の方法。 ５．該エッチング可能なガラスが、該不活性ガラスのエッチング速度の１０⁵な いし１０⁷倍大きなエッチング速度を有する請求項３記載の方法。 ６．請求項３記載の方法により作られたガラスフィルター。 ７．酸によりエッチング可能なガラスフィラメントを酸に対して不活性のガラス フィラメントともに堆積して、酸によりエッチング可能なガラスフィラメントの 配向されたアレーを有するフィラメントロッドの堆積物を形成し、 該フィラメントの堆積物を加熱してフィラメントを互いに融着させてエッチン グ可能なガラスが充填された複数のチャンネルを有する長い棒状体を形成し、 該長い棒状体を各チャンネルが１ミクロン未満の直径を有するまで延伸し、 該延伸された棒状体を切断してウエーハ状フィルターを形成し、 高められた温度で該フィルターをアニールし、及び 該ウエーハ状フィルター中のエッチング可能なガラスを酸でエッチングして約 １ミクロン未満の平均直径を有するチャンネルをその中に形成する 工程を包含するフィルターの製造方法。 ８．該フィラメントが、断面六角であり、該フィルターが六角最密充填配置を有 する請求項７記載の方法。 ９．該エッチング可能なガラスが、該不活性ガラスのエッチ ング速度の１０⁵ないし１０⁷倍大きなエッチング速度を有する請求項７記載の方 法。 １０．請求項７記載の方法により作られたガラスフィルター。 １１．該フィラメントが、円形、方形及び半円形の断面形状から選ばれ、該フィ ルターが、六角及び方形最密充填配置から選ばれた配置を有する請求項７記載の 方法。 １２．該エッチング可能なガラスが、該不活性ガラスのエッチング速度の１０⁵ ないし１０⁷倍大きなエッチング速度を有する請求項７記載の方法。 １３．請求項１２記載の方法により作られたガラスフィルター。 １４．高圧下で圧縮を示さず、５５０℃を超える温度で操作可能であり、１０¹² ／ｃｍ²付近のチャンネル充填密度を有する請求項１記載のガラスフィルター。 １５．断面積のパーセントとしての空隙間隔が、約４０％である請求項１記載の ガラスフィルター。 １６．１０¹²／ｃｍ²付近のチャンネル充填密度を有する請求項１記載のガラス フィルター。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 た、フィルターを製造するための他の方法であって、酸 によりエッチング可能なガラスフィラメントを酸に対し て不活性のガラスフィラメントともに堆積して、酸によ りエッチング可能なガラスフィラメントの配向されたア レーを有するフィラメントロッドの堆積物を形成し、該 フィラメントの堆積物を加熱してフィラメントを互いに 融着させてエッチング可能なガラスが充填された複数の チャンネルを有する長い棒状体を形成し、該長い棒状体 を各チャンネルかｌミクロン未満の直径を有するまで延 伸し、該延伸された棒状体を切断してウエーハ状フィル ターを形成し、高められた温度で該フィルターをアニー ルし、及び該ウエーハ状フィルター中のエッチング可能 なガラスを酸でエッチングして約１ミクロン未満の平均 直径を有するチャンネルをその中に形成する工程を包含 する方法を提供する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．１ミクロン未満の平均チャンネル直径を有するチャンネルをその中を通して 有するガラスフィルター。 ２．該チャンネルが、約４００Å未満の平均直径を有する請求項１記載のガラス フィルター。 ３．不活性中空ガラスチューブのそれぞれに酸によりエッチング可能なガラスロ ッドを挿入し、 該ロッド及びチューブを加熱してそれぞれのロッドをそれぞれのチューブに融 着させ、 融着したロッド及びチューブのそれぞれを延伸し、それによりフィラメントを 形成し、 該フィラメントの複数を互いに堆積してフィラメントの堆積物を作り、 該フィラメントの堆積物を加熱してフィラメントを融着させてエッチング可能 なガラスを充填した複数のチャンネルを有する長い棒状体を形成し、 該棒状体を各チャンネルが１ミクロン未満の直径を有するまで延伸し、 延伸した棒状体を切断してウエーハ状のフィルターを形成し、 高められた温度で該フィルターをアニールし、及び 該ウエーハ状フィルター中のエッチング可能なガラスを酸でエッチングして約 １ミクロン未満の平均直径を有するチャンネルをその中に形成する 工程を包含するフィルターの製造方法。 ４．該チューブが、断面六角であり、該マトリックスが六角最密充填配置を有す る請求項３記載の方法。 ５．該エッチング可能なガラスが、該不活性ガラスのエッチング速度の１０⁵な いし１０⁷倍大きなエッチング速度を有する請求項３記載の方法。 ６．請求項２記載の方法により作られたガラスフィルター。 ７．酸によりエッチング可能なガラスフィラメントを酸に対して不活性のガラス フィラメントともに堆積して、酸によりエッチング可能なガラスフィラメントの 配向されたアレーを有するフィラメントロッドの堆積物を形成し、 該フィラメントの堆積物を加熱してフィラメントを互いに融着させてエッチン グ可能なガラスが充填された複数のチャンネルを有する長い棒状体を形成し、 該長い棒状体を各チャンネルが１ミクロン未満の直径を有するまで延伸し、 該延伸された棒状体を切断してウエーハ状フィルターを形成し、 高められた温度で該フィルターをアニールし、及び 該ウエーハ状フィルター中のエッチング可能なガラスを酸でエッチングして約 １ミクロン未満の平均直径を有するチャンネルをその中に形成する 工程を包含するフィルターの製造方法。 ８．該フィラメントが、断面六角であり、該フイルターが六角最密充填配置を有 する請求項７記載の方法。 ９．該エッチング可能なガラスが、該不活性ガラスのエッチ ング速度の１０⁵ないし１０⁷倍大きなエッチング速度を有する請求項７記載の方 法。 １０．請求項７記載の方法により作られたガラスフィルター。 １１．該フィラメントが、円形、方形及び半円形の断面形状から選ばれ、該フィ ルターが、六角及び方形最密充填配置から選ばれた配置を有する請求項７記載の 方法。 １２．該エッチング可能なガラスが、該不活性ガラスのエッチング速度の１０⁵ ないし１０⁷倍大きなエッチング速度を有する請求項７記載の方法。 １３．請求項７記載の方法により作られたガラスフィルター。