JPWO2015152287A1 - 機能性材料、機能性材料の製造方法および機能性液体 - Google Patents
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Abstract
Description
第2発明の機能性材料は、第1発明において、液体を通す流路部を備えており、該流路部は、不透水性材料を含有する透水性材料によって形成されていることを特徴とする。
第3発明の機能性材料は、第2発明において、基材を備えており、該基材の表面上に前記流路部が形成されていることを特徴とする。
第4発明の機能性材料は、第1乃至第3発明のいずれかにおいて、前記透水性材料が、繊維から形成されていることを特徴とする。
第5発明の機能性材料は、基材と、該基材の表面上に設けられる液体を通す流路部と、を備えており、前記基材は、表面が不透水性であり、前記流路部は、ナノファイバーからなるナノファイバー層と、該ナノファイバー層間に混入した不透水性材料と、からなることを特徴とする。
第6発明の機能性材料は、第1乃至第5発明のいずれかにおいて、前記不透水性材料が繊維状の材料であって、繊維径および/または繊維長の異なる材料を含んでいることを特徴とする。
第7発明の機能性材料は、第1乃至第6発明のいずれかにおいて、前記流路部が表面上に形成された基材を備えており、前記透水性材料は、親水性の官能基を有しており、前記基材は、前記流路部を配設する配設面が、親水性の官能基を有する不透水性膜によって覆われていることを特徴とする。
(機能性材料の製造方法)
第8発明の機能性材料の製造方法は、基材の配設面上に液体を通す流路部を形成する方法であって、該流路部を、不透水性材料と、透水性材料と、両者を分散させる液体と、を含む混合流体を塗布して形成することを特徴とする。
第9発明の機能性材料の製造方法は、基材の配設面上に液体を通す流路部を形成する方法であって、該流路部を、不透水性材料と、ナノファイバーと、両者を分散させる液体と、を含む混合流体を塗布して形成することを特徴とする。
第10発明の機能性材料の製造方法は、第8または第9発明において、前記流路部を、スクリーン印刷技術を用いて前記基材の配設面上に前記混合流体を塗布して形成することを特徴とする。
第11発明の機能性材料の製造方法は、第8または第9発明において、前記流路部を、前記基材の配設面上に前記混合流体をスプレーで吹き付けて形成することを特徴とする。
第12発明の機能性材料の製造方法は、第8または第9発明において、前記流路部を、前記混合流体を原料として、凹印刷技術を用いて前記基材の配設面上に形成することを特徴とする。
第13発明の機能性材料の製造方法は、第8または第9発明において、前記流路部を、前記混合流体を原料として、フレキソ印刷技術を用いて前記基材の配設面上に形成することを特徴とする。
(インキ)
第14発明の機能性液体は、印刷に使用される液体であって、該液体が、透水性材料と不透水性材料を液体中に分散したものであることを特徴とする。
第15発明の機能性液体は、第14発明において、前記透水性材料が繊維であることを特徴とする。
第2発明によれば、透水性材料間に不透水性材料が配置されているので、不透水性材料と透水性材料の両者間に空隙を形成することができる。つまり、流路部内に網目状の空隙を形成することができる。流路部に液体試料を供給すれば、かかる空隙内に浸透させながら液体試料を移動させることができる。しかも、液体試料を移動させる間に液体試料中に存在する混合物から目的の成分以外の成分(目的外成分)を分離除去することができる。つまり、吸水機能とフィルター機能とが付与された流路部を形成することができる。
第3発明によれば、流路部が基材の表面上に形成されているので、取扱性を向上させることができる。しかも、基材表面上に流路部を形成するので、流路部の形状の自由度を向上させることができる。
第4発明によれば、透水性材料が繊維によって形成されているので、繊維間に浸透した液体試料を毛細管現象により移動させることができる。したがって、流路部の吸水機能を向上させることができる。また、液体試料が毛細管現象により流路部内を移動するので、流路部の配置は水平方向に限定されない。したがって、液体試料を供給した後の流路部の配置方法の自由度を高くすることができる。
第5発明によれば、流路部のナノファイバー層間に不透水性材料が混入しているので、ナノファイバー層間に微細な空隙を形成することができる。このため、流路部に液体試料を供給すれば、かかる液体試料を毛細管現象により空隙内を浸透させながら流路部内を移動させることができる。つまり、流路部に吸水機能を付与することができるのである。しかも、ナノファイバー層間に形成された空隙内を液体試料を浸透させながら流すことができるので、液体試料中に存在する混合物から目的の成分以外の成分(目的外成分)を分離除去することができる。つまり、流路部にフィルター機能を付与することができるのである。さらに、流路部の表面をナノファイバー層を有する膜で覆うことができるので、液体試料が流路部の内部から外部へ漏洩するのを防止できる。
第6発明によれば、流路部に供給した液体試料の浸透速度を調整することができるので、液体試料の性状や液体試料中に存在する目的成分等に応じた流路部を形成することができる。
第7発明によれば、流路部を基材の配設面に配設した状態において、それぞれ親水性の官能基を有する材料を接触させた状態とすることができる。両者を接触させることによって、両者を水素結合で連結させることができる。すると、流路部を基材配設面上に塗布等によって配設するだけで、流路部と基材を確実に連結させることができる。しかも、流路部を基材に対して強固に連結させることができるので、両者を連結するための接着剤等が不要となる。このため、接着剤等に起因する流路部の汚染等を防止できるので、液体試料中に存在する目的成分の分析精度を向上させることができる。
第8および第13発明によれば、所定の状態の混合流体を用いて流路部を形成することができるので、流路部を形成する際の自由度を向上させることができる。このため、所望のパターン通りの流路部を簡便かつ大量に成形することができる。
第14発明によれば、透水性材料と不透水性材料が液体中に分散されているので、この液体を印刷すれば、物体上に、透水性材料と不透水性材料からなる流路を形成することができる。しかも、印刷によって流路を形成するので、物体上に自由に流路を形成することができる。
第15発明によれば、繊維で形成された透水性材料を含んでいるので、液体試料を毛細管現象により浸透させる空隙を繊維間に形成することができる。したがって、吸水機能の高い流路部を形成することができる。
本発明の機能性材料は、医学や、生化学、薬学、化学、環境などの分野において、試料の分析に使用されるものであって、試料中に存在する目的成分を目的成分以外の成分から簡便に分離することができる構造としたことに特徴を有する。
具体的には、本発明の機能性材料を構成する流路部が、吸水機能とフィルター機能を有する構造とし、しかも、使用する試料を少なくすることができる構造としたことに特徴を有する。
まず、従来の技術(例えばマイクロ流体チップ)は、シート状の紙に透水性領域と不透水性領域を設けて、液体を所望の場所(試薬を配置している位置等)まで移動させる流路を形成している。つまり、従来の技術は、紙自体に液体の通る部分と液体の通らない部分(壁)を設けて、液体が通過する(浸透する)領域(流路)を形成するという発想に基づいて構成されている。したがって、従来の技術は、基材の一部が流路となっている。
一方、本発明の機能性材料は、シートなどの基材の表面に繊維を含む液体(言い換えれば繊維含有インキ)を印刷することによって、基材の表面に流路を形成している。つまり、本発明の機能性材料は、基材を変質させるのではなく、基材の表面に繊維含有インキによってパターンを形成することによって、繊維含有インキ中の繊維からなる流路を形成する技術である。したがって、本発明の機能性材料は、流路が基材の上に盛り上がった状態となっている。
つまり、従来技術と本発明は、流路を形成する方法(技術的思想)が全く異なるものである。
一方、本発明の機能性材料では、繊維含有インキを基材に印刷するだけであるので、流路を簡単に形成することができる。
一方、本発明の機能性材料では、繊維含有インキに繊維以外の物質を混入させることができるので、流路に液体を浸透する以外の機能を追加することができる。具体的には、不透水性の繊維を混入させることによって、流路にフィルタ効果を付与することができる。すると、検査器具として使用した場合、液体試料中の夾雑物等を除去した状態の液体試料を流路部の先端に到達させることができるので、高い精度で液体試料中に存在する所望の成分を検出することができるという利点が得られる。
また、繊維含有インキの不透水性の繊維として、繊維径が太い繊維や細い繊維あるいは、繊維長が長い繊維や短い繊維を、所定の割合で配合することによって、流路の空隙量を制御することができる。このため、本発明の機能性材料の流路に液体を供給すれば、液体の浸透速度を制御することができる。
そして、本発明の機能性材料は、基本的に、分散液を塗布するだけという簡便な工程によって本発明の機能性材料を製造することができるので、生産性を向上させることができ、経済的にも優れる。しかも、製造工程が簡便であるので、品質を評価する際の利便性を向上させることができるという利点も有する。
基材2は、その表面2s上に流路部10を配設し保持することができるように形成されたものであれば、その形状および大きさはとくに限定されない。
図2に示すように、流路部10は、透水性材料11と、不透水性材料12を備えている。
透水性材料11は、水などの液体をその内部に浸透させたり、または、表面に沿って流したりできる性質を有するものであれば、とくに限定されない。
例えば、図2(A)の透水性材料11の拡大図に示すように、複数の細い繊維fが束状になった繊維集合体を挙げることができる。この繊維集合体を構成する各繊維fは、その繊維径や繊維長はとくに限定されないが、例えば、繊維径が1〜50μm程度、繊維長が0.1〜10mm程度のものを採用することができる。
不透水性材料12は、その内部に水などの液体が浸透しない材質によって形成されたものである。この不透水性材料12は、上述した透水性材料11間に位置するように設けることができるものであれば、その大きさや形状はとくに限定されない。例えば、不透水性材料12としては、塊状や球状、繊維状等の種々の形状を有する材料を採用することができる。
例えば、液体試料として血液など動物の体液を用いる場合、これらの液体と反応性の低いPET製の不透水性材料12を使用するのが好ましい。
具体的には、不透水性材料12の原材料としてポリエチレンテレフタレート(PET)を採用すれば、略同じ太さおよび長さを有する均質な繊維状の不透水性材料12を機械的に形成することができる。この繊維状の不透水性材料12は、その繊維径や繊維長は、とくに限定されない。例えば、繊維状の不透水性材料12は、繊維径が10〜500μm程度、繊維長が20μm〜5mm程度となるように形成するのが好ましく、より好ましくは繊維径が50〜100μm程度、繊維長が50μm〜1mm程度となるように形成する。なお、かかる繊維径や繊維長とする理由については、後述する。
しかも、不透水性材料12として透水性材料11より長さが短いものを使用すれば、隣接する空隙10h同士が互いに連通するように複数の空隙10hを形成することができる。すると、流路部10内には、網目状の空隙10hを形成することができる。
このため、流路部10の空隙10h内に液体Lqが接触すれば、透水性材料11と同様に、接触した液体Lqを毛細管作用によって空隙10h内に侵入させることができ、しかも、液体Lqを自動的に空隙10h内に移動させることができる。
つまり、本実施形態の機能性材料1は、使用する際に、その配置が水平方向に限定されない。このため、液体試料を流路部10へ供給した後の機能性材料1の配置の自由度を向上させることができる。例えば、実験台において、複数の流路部10に液体試料を供給した後、流路部10内に液体試料を移動させる間、機能性材料1を立てた状態とすれば、実験台上に作業スペースを確保できる。
上述したように、流路部10を、透水性材料11と不透水性材料12によって形成しているので、上述した空隙流路の流路幅は、透水性材料11と不透水性材料12の混合割合や不透水性材料12の大きさ等を調整すれば、適宜調整することができる。
また、流路部10内の空隙率も同様に透水性材料11と不透水性材料12の混合割合や不透水性材料12の大きさ等を調整することによって、所望の値となるように調整することができる。しかも、この空隙率の変化に伴って吸水性も変化する。
上述したように、機能性材料1は、図1に示すように流路部10の基端と先端が基材2の端縁から内方に位置するように形成されたものの他、図5に示すように、流路部10の基端10eと先端10eが基材2の端縁と略面一となるように形成してもよい。
その逆に、流路部10の一対の先端10eが位置する基材2のそれぞれの長辺部を、それぞれ異なる液体試料に接するように浸漬させれば、両液体を混合した状態で流路部10の基端10eから排出することができる。
上記例では、本実施形態の機能性材料1の流路部10は、透水性材料11と、この透水性材料11間に設けられる不透水性材料12からなる場合について説明したが、流路部10が液体を通すことができ、かつ上述したように液体試料中に存在する目的成分を分離精製することができるものであれば、上述した透水性材料11に限定されず、例えば、透水性材料11に替えて後述するナノファイバーからなるナノファイバー層を使用することができる。以下、具体的に説明する。
すると、かかる流路を移動する液体試料は、流路部10に透水性材料11を用いた場合と同様に、フィルター効果によって液体試料中に存在する複数の成分をその大きさによって篩分けすることができる。
なお、流路部10のナノファイバー層21としては、その表面に親水性の官能基を有するものが好ましい。
そして、かかるナノファイバー層21を使用した場合、基材2の表面2sが親水性の官能基を有する膜等が形成されているのが好ましい。
このため、流路部10を基材2の表面2s上に塗布等によって配設するだけで、流路部10と基材2を確実に連結させることができる。すると、流路部10を基材2の表面2sに連結するための有機溶剤等を使用した接着剤等が不要となる。この場合、接着剤の溶剤等が流路部10内に浸透することによって流路部10内を汚染するのを防止できるので、液体試料を分析する際の分析精度を、接着剤等を使用する場合に比べて、向上させることができる。
例えば、パルプを機械的に処理して得られるセルロースナノファイバーnfは、平均繊維径が1〜100nm程度、平均繊維長が100nm〜1μm程度である。
上述したように本実施形態の機能性材料1は、流路部10を基材2の表面2sに配設するようにして形成される。また、流路部10を構成する透水性材料11またはナノファイバー層21および不透水性材料12は、上述したように様々な材質、大きさのものを使用することができる。
なお、本実施形態の機能性材料1を製造する方法は、以下の製造方法に限定されないのは言うまでもない。
ナノファイバー層21を形成するナノファイバーnfとしては、原料となるセルロースを主たる構成成分とする繊維を機械的処理によって微細化処理したもの(以下、セルロースナノファイバーnfという)を使用することができる。原料となる繊維を微細化処理する方法はとくに限定されないが、例えば、低圧ホモジナイザー、高圧ホモジナイザー、グラインダー、カッターミル、ジェットミル、短軸押出機、2軸押出機、超音波攪拌機などを使用して、パルプ繊維をナノファイバーnfとすることができる。
不透水性材料12は、ナノファイバー層21を形成するナノファイバーnfよりも太い繊維状のPET製の繊維(以下、単にPET繊維という)を使用することができる。
このPET繊維は、上述したように繊維径が10〜500μm程度、繊維長が20μm〜5mm程度となるように形成するのが好ましく、より好ましくは繊維径が50〜100μm程度、繊維長が50μm〜1mm程度となるように形成したものを使用することができる。
以下では、上記方法のうち最も簡便な方法であるスクリーン印刷技術を用いて分散液を塗布する方法を説明する。
上記例では、基材2の表面2sが耐水性かつ親水性のものを用いた場合について説明したが、基材2の表面2sが耐水性かつ疎水性の材質のものを使用してもよい。
この場合、上記方法によって基材2の表面2sに流路部10を配設して乾燥すれば、流路部10の表面の親水性の官能基と基材2の表面2sの疎水性の官能基は結合しない。このため、接着剤等を用いない場合、基材2の表面2sから所望の形状等に成形した流路部10を簡単に剥がせば、流路部10だけからなる機能性材料1を製造することができる。
上記例において、セルロースナノファイバーnfとPET繊維を分散させる水が、特許請求の範囲の不透水性材料とナノファイバーとを分散させる液体に相当する。
また、上記分散液、つまり、セルロースナノファイバーnfとPET繊維を水に分散させた分散液が、特許請求の範囲の混合流体および機能性流体に相当する。
なお、機能性流体を印刷する対象は、上述したような基材2に限られず、種々の物体上に印刷することができる。
セルロースナノファイバーは、パルプを石臼式摩砕機(増幸産業株式会社製、商品名:スーパーマスコロイダー、型番:MKZA10−15J)を使用して摩砕処理することによって製造した。
まず、目の粗い砥石(型番:MKE10−46)での予備摩砕を3回実施した。予備摩砕は接触運転で実施し、処理時の電流値は約18Aであった。予備摩砕の後、目の細かい砥石(MKGC10−80)での本摩砕を14回実施した。本摩砕は接触運転で実施し、処理時の電流値は約24Aであった。
このとき製造されたセルロースナノファイバーには、繊維径約10〜500nmのものが含まれており、繊維長は約500μm以下のものが含まれていた。
不透水性材料は、2種類のPET繊維(帝人株式会社製)を使用した。1つ目のPET繊維(以下、PET繊維(50μm)という)は、繊維径50μm、繊維長50μmのものを使用した。2つ目のPET繊維(以下、PET繊維(100μm)という)は、繊維径50μm、繊維長100μmのものを使用した。
セルロースナノファイバー:PET繊維=5:5、4:6、3:7、2:8、1:9
なお、乾燥後の機能性材料の水分量は約10%程度であった。
上記方法によって作成した各機能性材料の吸水機能は、染料を水に溶解させた染料水に浸漬させた際の浸透高さで評価した。
各機能性材料は、その流路部の一方の先端部が染料水に3mm程度浸漬した状態で10分間放置した。
実験結果を図8に示す。
図8(A)に示すように、PET繊維の混合割合が増加するのに伴い、吸水性が向上することが確認できた。
また、図8(B)に示すように、繊維長の違いによって、吸水性に差が生じることが確認できた。
また、かかる微細な空隙ネットワークは、セルロースナノファイバーとPET繊維の混合率を変動することによって調整できることが確認できた。このため、流路部の空隙ネットワークを調整することによって、流路部のフィルター機能も制御すること可能であることが確認した(図3および図4参照)。
上記方法によって作成した機能性材料がフィルター機能を有していることを確認した。実験では、機能性材料に固形分を含む液体を滴下して、固形分の移動状況を確認した。
実験結果を図9〜図12に示す。
図9〜図12に示すように、液体を滴下した直後は浸透速度(つまり浸透距離)が速いが分離効果は低く、黒い色の領域が広がっていることが確認できる(図9、図10)。
時間の経過とともに浸透距離が長くなり、液体を滴下した位置から離れた位置まで液体が浸透していることが確認できる(図11、図12)。しかし、色がついている部分は液体が滴下された位置近傍に留まり、液体が滴下された位置から離れた位置では、液体が浸透している部分に色がついていない。つまり、液体は浸透しているものの、液体に含まれている顔料の移動を防いでいることが確認できる。この結果から、本発明の機能性材料の流路部は、液体は通すが液体に含有される固形分の移動を防ぐ機能、いわゆるフィルター機能を有していることが確認された。
2 基材
2s 基材の表面
10 流路部
10h 流路部内の空隙
11 透水性材料
12 不透水性材料
21 ナノファイバー層
nf ナノファイバー
の流路の試料供給部から先端部へ向かって移動させることができる。したがって、特許文献1の3次元マイクロ流体チップを使用すれば、同じ大きさのチップに2次元の流路を形成した場合と比較して、より多くの試料の分析が可能となり、フィルター機能により検査精度を向上させることが可能となる。
先行技術文献
特許文献
[0012]
特許文献1 特開2012−230125号公報
発明の概要
発明が解決しようとする課題
[0013]
しかるに、特許文献1の3次元マイクロ流体チップでは、図7に示すように、複数の流路を交じり合うことなく立体的に交差させるように形成する必要があり、試料供給部から検出部までの距離が、上記のごとき2次元の紙製の微細流路と比べて非常に長くなる。このため、試料量が少ない場合、一部の流路において試料の移動が途中で遮られ、十分な量の試料が検出部に到達しない可能性がある。そうすると、検出部での検査精度が低下による病気の診断ミスが生じる危険性がある。
[0014]
本発明は上記事情に鑑み、少ない試料量でも試料中に存在する所定の物質等を高い精度で検出する機能を備えた機能性材料、機能性材料の製造方法および機能性液体を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0015]
第1発明の機能性材料は、基材と、該基材の表面上に設けられる液体を通す流路部と、を備えており、前記基材は、表面が不透水性であり、前記流路部は、繊維から形成され、前記液体が毛細管現象によって内部を通液可能な複数の透水性材料と、該透水性材料間に配置された複数の不透水性材料と、前記透水性材料間に前記液体が毛細管現象によって通液可能な空隙と、を備えていることを特徴とする。
第2発明の機能性材料は、液体を通す流路部を備えており、該流路部は、繊維から形成され、前記液体が毛細管現象によって内部を通液可能な複数の透水性材料と、該透水性材料間に配置された複数の不透水性材料と、前記透水性材料間に前記液体が毛細管現象によって通液可能な空隙と、を備えて
いることを特徴とする。
第3発明の機能性材料は、第2発明において、基材を備えており、該基材の表面上に前記流路部が形成されていることを特徴とする。
第5発明の機能性材料は、基材と、該基材の表面上に設けられる液体を通す流路部と、を備えており、前記基材は、表面が不透水性であり、前記流路部は、ナノファイバーからなるナノファイバー層と、該ナノファイバー層間に混入した不透水性材料と、からなることを特徴とする。
第6発明の機能性材料は、第1発明、第2発明、第3発明または第5発明のいずれかにおいて、前記不透水性材料が繊維状の材料であって、繊維径および/または繊維長の異なる材料を含んでいることを特徴とする。
第7発明の機能性材料は、第1発明、第2発明、第3発明、第5発明または第6発明のいずれかにおいて、前記流路部が表面上に形成された基材を備えており、前記透水性材料は、親水性の官能基を有しており、前記基材は、前記流路部を配設する配設面が、親水性の官能基を有する不透水性膜によって覆われていることを特徴とする。
(機能性材料の製造方法)
第8発明の機能性材料の製造方法は、基材の配設面上に液体を通す流路部を形成する方法であって、該流路部を、不透水性材料と、透水性材料と、両者を分散させる液体と、を含む混合流体を前記基材の配設面上に塗布して形成する方法であり、前記透水性材料が、繊維から形成され、前記液体が毛細管現象によって内部を通液可能なものであり、前記透水性材料と前記不透水性材料が所定の混合割合となるように前記混合流体を調製する工程と、該調製した混合流体を前記基材の配設面上に塗布し乾燥する工程と、を含み、形成される前記流路部は、前記透水性材料間に前記液体が毛細管現象によって通液可能な空隙を備え、該空隙は、前記混合割合によって調整されることを特徴とする。
第9発明の機能性材料の製造方法は、基材の配設面上に液体を通す流路部を形成する方法であって、該流路部を、不透水性材料と、ナノファイバーと、両者を分散させる液体と、を含む混合流体を塗布して形成することを特徴とする。
第10発明の機能性材料の製造方法は、第8または第9発明において、前記流路部を、スクリーン印刷技術を用いて前記基材の配設面上に前記混合流体を塗布して形成することを特徴とする。
第11発明の機能性材料の製造方法は、第8または第9発明において、前記流路部を、前記基材の配設面上に前記混合流体をスプレーで吹き付けて形成することを特徴とする。
第12発明の機能性材料の製造方法は、第8または第9発明において、前記流路部を、前記混合流体を原料として、凹印刷技術を用いて前記基材の配設面上に形成することを特徴とする。
第13発明の機能性材料の製造方法は、第8または第9発明において、前記流路部を、前記混合流体を原料として、フレキソ印刷技術を用いて前記基材の配設面上に形成することを特徴とする。
(インキ)
第14発明の機能性液体は、印刷に使用される液体であって、該液体が、ナノファイバーと不透水性材料を液体中に分散したものであることを特徴とする。
発明の効果
[0016]
第1発明によれば、透水性材料が繊維から形成されており、透水性材料内に微細な隙間が形成されているので、液体を毛細管現象によって内部に通液させることができる。しかも、この繊維間に不透水性材料が配置されているので、不透水性材料と繊維の両者間つまり流路部内にも、液体が毛細管現象によって通液可能な網目状の空隙を形成することができる。このため、流路部に液体試料を供給すれば、透水性材料内の隙間内および空隙内に液体試料を浸透させながら透水性材料の繊維に沿って移動させることができる。つまり、繊維間に浸透した液体試料および空隙内に侵入した液体試料を毛細管現象により移動させることができるから、流路部の吸水機能を向上させることができる。言い換えれば、単に網目状の空隙を有するだけでは得られない吸水機能を有する流路部を形成することができる。さらに、液体試料が隙間および空隙を移動する間に液体試料中に存在する混合物から目的の成分以外の成分(目的外成分)を分離除去することができる。つまり、流路部は、吸水機能とフィルター機能の両方を有するものとすることができる。また、液体試料が毛細管現象により流路部内を移動するので、流路部の配置は水平方向に限定されない。したがって、液体試料を供給した後の流路部の配置方法の自由度を高くすることができる。また、透水性材料と不透水性材料の混合割合を調整すれば、空隙の大きさや空隙率をコントロールすることができるので、流路部の吸水性を制御することが可能となる。
第2発明によれば、透水性材料が繊維から形成されており、透水性材料内に微細な隙間が形成されているので、液体を毛細管現象によって内部に通液させることができる。しかも、この繊維間に不透水性材料が配置されているので、不透水性材料と繊維の両者間つまり流路部内にも、液体が毛細管現象によって通液可能な網目状の空隙を形成することができる。このため、流路部に液体試料を供給すれば、透水性材料内の隙間内および空隙内に液体試料を浸透させながら透水性材料の繊維に沿って移動させることができる。つまり、繊維間に浸透した液体試料および空隙内に侵入した液体試料を毛細管現象により移動させることができるから、流路部の吸水機能を向上させることができる。言い換えれば、単に網目状の空隙を有するだけでは得られない吸水機能を有する流路部を形成することができる。さらに、液体試料が隙間および空隙を移動する間に液体試料中に存在する混合物から目的の成分以外の成分(目的外成分)を分離除去することができる。つまり、流路部は、吸水機能とフィルター機能の両方を有するものとすることができる。また、液体試料が毛細管現象により流路部内を移動するので、流路部の配置は水平方向に限定されない。したがって、液体試料を供給した後の流路部の配置方法の自由度を高くすることができる。また、透水性材料と不透水性材料の混合割合を調整すれば、空隙の大きさや空隙率をコントロールすることができるので、流路部の吸水性を制御することが可能となる。
第3発明によれば、流路部が基材の表面上に形成されているので、取扱性を向上させることができる。しかも、基材表面上に流路部を形成するので、流路部の形状の自由度を向上させることができる。
第5発明によれば、流路部のナノファイバー層間に不透水性材料が混入しているので、ナノファイバー層間に微細な空隙を形成することができる。このため、流路部に液体試料を供給すれば、かかる液体試料を毛細管現象により空隙内を浸透させながら流路部内を移動させることができる。つまり、流路部に吸水機能を付与することができるのである。しかも、ナノファイバー層間に形成された空隙内を液体試料を浸透させながら流すことができるので、液体試料中に存在する混合物から目的の成分以外の成分(目的外成分)を分離除去することができる。つまり、流路部にフィルター機能を付与することができるのである。さらに、流路部の表面をナノファイバー層を有する膜で覆うことができるので、液体試料が流路部の内部から外部へ漏洩するのを防止できる。
第6発明によれば、流路部に供給した液体試料の浸透速度を調整することができるので、液体試料の性状や液体試料中に存在する目的成分等に応じた流路部を形成することができる。
第7発明によれば、流路部を基材の配設面に配設した状態において、それぞれ親水性の官能基を有する材料を接触させた状態とすることができる。両
者を接触させることによって、両者を水素結合で連結させることができる。すると、流路部を基材配設面上に塗布等によって配設するだけで、流路部と基材を確実に連結させることができる。しかも、流路部を基材に対して強固に連結させることができるので、両者を連結するための接着剤等が不要となる。このため、接着剤等に起因する流路部の汚染等を防止できるので、液体試料中に存在する目的成分の分析精度を向上させることができる。
第8発明によれば、透水性材料と不透水性材料の混合割合を所定の混合割合となるように調整することによって、空隙の大きさや空隙率をコントロールすることができるので、流路部の吸水性を制御することができる。
第9発明〜第13発明によれば、所定の状態の混合流体を用いて流路部を形成することができるので、流路部を形成する際の自由度を向上させることができる。このため、所望のパターン通りの流路部を簡便かつ大量に成形することができる。
第14発明によれば、ナノファイバーで形成された透水性材料と不透水性材料が液体中に分散されているので、この液体を印刷すれば、物体上に、繊維と不透水性材料からなる流路を形成することができる。このため、液体試料を毛細管現象により浸透させる空隙を繊維間に形成することができる。すると、吸水機能の高い流路部を形成することができる。しかも、印刷によって流路を形成するので、物体上に自由に流路を形成することができる。
図面の簡単な説明
[0017]
[図1]本実施形態の機能性材料1の概略説明図であり、(A)は平面図であり、(B)は(A)の概略側面図である。
[図2]本実施形態の機能性材料1の流路部10の概略断面図と流路部10に液体試料を供給した際の状況を示した図であり、(A)は図1(A)のIIA−IIA線概略断面図とその要部拡大断面図および透水性材料11の要部拡大図であり、(B)は透水性材料11の要部概略斜視図とその内部を浸透する液体試料中の液体Lqの状況を示した図である。
[図3]本実施形態の機能性材料1の概略説明図であり、(A)は平面図であり、(B)は(A)の概略側面図である。
[図4]本実施形態の機能性材料1の流路部10の概略断面図と流路部10に液
Claims (15)
- 基材と、該基材の表面上に設けられる液体を通す流路部と、を備えており、
前記基材は、
表面が不透水性であり、
前記流路部は、
不透水性材料を含有する透水性材料によって形成されている
ことを特徴とする機能性材料。 - 液体を通す流路部を備えており、
該流路部は、
不透水性材料を含有する透水性材料によって形成されている
ことを特徴とする機能性材料。 - 基材を備えており、
該基材の表面上に前記流路部が形成されている
ことを特徴とする請求項2記載の機能性材料。 - 前記透水性材料が、繊維から形成されている
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の機能性材料。 - 基材と、該基材の表面上に設けられる液体を通す流路部と、を備えており、
前記基材は、
表面が不透水性であり、
前記流路部は、
ナノファイバーからなるナノファイバー層と、該ナノファイバー層間に混入した不透水性材料と、からなる
ことを特徴とする機能性材料。 - 前記不透水性材料が繊維状の材料であって、
繊維径および/または繊維長の異なる材料を含んでいる
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の機能性材料。 - 前記流路部が表面上に形成された基材を備えており、
前記透水性材料は、
親水性の官能基を有しており、
前記基材は、
前記流路部を配設する配設面が、親水性の官能基を有する不透水性膜によって覆われている
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の機能性材料。
(機能性材料の製造方法) - 基材の配設面上に液体を通す流路部を形成する方法であって、
該流路部を、
不透水性材料と、透水性材料と、両者を分散させる液体と、を含む混合流体を塗布して形成する
ことを特徴とする機能性材料の製造方法。 - 基材の配設面上に液体を通す流路部を形成する方法であって、
該流路部を、
不透水性材料と、ナノファイバーと、両者を分散させる液体と、を含む混合流体を塗布して形成する
ことを特徴とする機能性材料の製造方法。 - 前記流路部を、
スクリーン印刷技術を用いて前記基材の配設面上に前記混合流体を塗布して形成する
ことを特徴とする請求項8または9記載の機能性材料の製造方法。 - 前記流路部を、
前記基材の配設面上に前記混合流体をスプレーで吹き付けて形成する
ことを特徴とする請求項8または9記載の機能性材料の製造方法。 - 前記流路部を、
前記混合流体を原料として、凹印刷技術を用いて前記基材の配設面上に形成する
ことを特徴とする請求項8または9記載の機能性材料の製造方法。 - 前記流路部を、
前記混合流体を原料として、フレキソ印刷技術を用いて前記基材の配設面上に形成する
ことを特徴とする請求項8または9記載の機能性材料の製造方法。 - 印刷に使用される液体であって、
該液体が、
透水性材料と不透水性材料を液体中に分散したものである
ことを特徴とする機能性液体。 - 前記透水性材料が繊維である
ことを特徴とする請求項14記載の機能性液体。
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