殺菌性・抗菌性基材製造方法および抗菌性基材
【課題】ナノ粒子を酸化チタン基材に付けた高い殺菌効果を発揮できる抗菌性基材の製造方法、並びに抗菌性基材を提供する。
【解決手段】 メソポーラス酸化チタン基材を形成し、それにシングルナノサイズの銀ナノ粒子を坦持して滅菌性を上げる。アークプラズマ蒸着源で銀ナノ粒子を、下方のガラス基板上につけたメソポーラスな酸化チタン粒子からなるメソポーラス酸化チタン基材にシングルサイズのナノ粒子を付けて紫外線で大腸菌に照射することで略１００％死滅させることができ
【解決手段】 メソポーラス酸化チタン基材を形成し、それにシングルナノサイズの銀ナノ粒子を坦持して滅菌性を上げる。アークプラズマ蒸着源で銀ナノ粒子を、下方のガラス基板上につけたメソポーラスな酸化チタン粒子からなるメソポーラス酸化チタン基材にシングルサイズのナノ粒子を付けて紫外線で大腸菌に照射することで略１００％死滅させることができ
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノ粒子を酸化チタン基材に付ける殺菌性・抗菌性基材製造方法、並びにこれによって製造された抗菌性基材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
バクテリア、ウィルス、菌類および他の寄生動物によって引き起こされる疾病は、何百万もの人々の死、病気および社会・経済混乱の主な原因となっている。例えば、病院内における伝染病は、患者及び保険制度にとって重大な負担となっている。
毎年、９５０万人以上が、開発途上国の感染症により死亡する。環境のバクテリア汚染によって、多くの種類の疾病(例えばリステリア症、敗血性咽頭炎)が引き起こされている。大腸菌、淋菌、サルモネラ菌、ブドウ球菌バクテリア、連鎖球菌および腸チフス菌は、バクテリアとして有名である。
【０００３】
例えば、大腸菌は下痢を引き起こす場合がある非常に危険なバクテリアである。
したがって、様々な危険の原因となるバクテリアを死滅、あるいは不活性化できる材料を開発することにより、これらの病気を予防することができる。
高い抗菌特性を備えた新素材の開発が期待されている。今まで、最も一般に使用された抗菌剤は環境には非常に有毒なものである。また、それらの残留物は環境に不利益な影響を与える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１０−５２３３４４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現在、新しいタイプの抗菌性フィルムは、複雑な高分子基材と混合するかＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)のような特殊装置を使用して製造され、その製造プロセスは複雑である。
強健な無機の材料は、それらの高い熱抵抗および長命のために、抗菌性市場および光触媒製品で広く用いられている。
特に、酸化チタン(チタニウム(ＴｉＯ２))は、その生物学・化学的な不活性、強い酸化力、非毒性および長期安定のために広範囲の環境に適用し、最もよく知られている物質である。
最近、酸化チタンのナノ材料は、バクテリアを非活性化するために、空気浄化、有害廃棄物改善(環境上の浄化)、水処理のような広い分野で使用されている。
酸化チタンの抗菌性は強く、その抗菌性は結晶構造、表面積および表面の形態に依存する。
【０００６】
従来の酸化チタンの生成は、一度塩化チタンとした後、高温で酸素と反応させて酸化チタンとする方法、または硫酸チタンを加水分解した後に焼成する方法の２種類が主である。
これらのいずれかの方法で製造された酸化チタン上に銀が坦持される。このとき、銀のナノ粒子の担持は、電折法で行われる。
具体的には、硫酸中に所定の大きさの酸化チタン粉末を入れ、さらに銀粉末を入れて硫酸中で銀を溶解する。そして、その溶液に２次電解法により電折させて銀のナノ粒子を酸化チタン粉末上に固定させる。
【０００７】
図３は、上述した方法で製造された銀ナノ粒子が担持された酸化チタン基材に、大腸菌等を紫外線照射して殺菌作用を施した場合の菌の数を示す図である。
図３に示されるように、メソポーラス(Mesoporous)ではない酸化チタン基材上につけた銀ナノ粒子（図３に示す「Ａｎｔｅｓｅ ｆｉｌｍ ｗｉｔｈｏｕｔ ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ」）では、紫外線を５０分程度照射しても菌は５０％程度しか死滅しない。
【０００８】
本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされ、ナノ粒子を酸化チタン基材に付けた高い殺菌効果を発揮できる抗菌性基材の製造方法、並びに抗菌性基材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】
【０００９】
上述した従来技術の従来技術の問題点を解決し、上述した目的を達成するために、本発明の抗菌性基材製造方法は、メソポーラスの酸化チタン基材を得る第１の工程と、前記メソポーラスの酸化チタン基材に金属ナノ粒子を付けて抗菌性基材を製造する第２の工程とを有する。
【００１０】
好適には、本発明の抗菌性基材製造方法の前記第２の工程は、前記メソポーラスの酸化チタン基材に前記金属ナノ粒子を担持する。
好適には、本発明の抗菌性基材製造方法の前記金属ナノ粒子は、白金、銀および銅のいずれか、あるいは、これらの合金である。
【００１１】
好適には、本発明の抗菌性基材製造方法は、ナノ銀水溶液を用いて前記ナノ粒子を形成する。
好適には、本発明の抗菌性基材製造方法は、同軸型真空アーク蒸着法を用いて、前記ナノ粒子を前記メソポーラスの酸化チタン基材に担持させる。
【００１２】
好適には、本発明の抗菌性基材製造方法の前記第１の工程は、界面活性剤をエタノールに溶解して第１の溶液を生成する第３工程と、オルトチタン酸テトライソプロピル（別名：チタン(IV)テトライソプロポキシド）を塩酸と混合して第２の溶液を生成する第４の工程と、前記第１の溶液と前記第２の溶液とを混合して第３の溶液を生成する第５の工程と、ガラス基板上で前記第３の溶液を回転する第６の工程と、前記第６の工程後に、前記第３の溶液をフィルム上で一定期間保管して前記メソポーラスの酸化チタン基材を得る第７の工程とを有する。
【００１３】
本発明の抗菌性基材は、メソポーラスの酸化チタン基材に金属ナノ粒子を付けている。
【００１４】
好適には、本発明の抗菌性基材の前記金属ナノ粒子は、前記メソポーラスの酸化チタン基材に担持されている。
好適には、本発明の抗菌性基材の前記金属ナノ粒子は、白金、銀および銅のいずれか、あるいは、これらの合金である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされ、ナノ粒子を酸化チタン基材に付けた高い殺菌効果を発揮できる抗菌性基材の製造方法、並びに抗菌性基材を提供することを目的とする。これにより、銀などのナノ粒子の担持量が少なくても滅菌効果が非常に向上する抗菌性基材を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係わる微粒子形成装置の模式図である。
【図２】図２は、メソポーラス酸化チタン基材の銀蒸着後のＳＥＭイメージを示す図である。
【図３】図３は、本発明の各実施例についての放射時間と菌の活性割合との関係を説明するための図である。
【図４】図４は、１０発の銀ナノ粒子イオンを蒸着した場合の銀ナノ粒子のＴＥＭ像を示す図である。
【図５】図５は、５０発の銀ナノ粒子イオンを蒸着した場合の銀ナノ粒子のＴＥＭ像を示す図である。
【図６】図６は、２００発の銀ナノ粒子イオンを蒸着した場合の銀ナノ粒子のＴＥＭ像を示す図である。
【図７】図７は、異なる量の銀が蒸着されたメソポーラス酸化チタン基材に対するＷｉｄｅａｎｇｌｅＸＲＤパターンを示す図である。
【図８】図８は、Ｘ線の光電子分光法（ＸＰＳ）を用いて、銀ナノ粒子の電気的な状態を分析した結果であり、Ｔｉ２ｐピークを示す図である。
【図９】図９は、Ｘ線の光電子分光法（ＸＰＳ）を用いて、銀ナノ粒子の電気的な状態を分析した結果であり、Ａｇ３ｄピークを示す図である。
【図１０】図１０は、「Ｍｅｓｏ−１０Ａｇ」についてのガウシャン−ローレンツ関数によるＡｇ３ｄ５/２信号のＸＰＳ解析スペクトラムを示す図である。
【図１１】図１１は、「Ｍｅｓｏ−５０Ａｇ」についてのガウシャン−ローレンツ関数によるＡｇ３ｄ５/２信号のＸＰＳ解析スペクトラムを示す図である。
【図１２】図１２は、「Ｍｅｓｏ−２００Ａｇ」についてのガウシャン−ローレンツ関数によるＡｇ３ｄ５/２信号のＸＰＳ解析スペクトラムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を説明する。
結晶化されたアナテーゼ・ナノ粒子(例えばデグサＰ−２５)は、潜在的に汚染物質を容易かつ安価に浄化できる優れた光触媒機能を発揮する。
【００１８】
非常に高い表面積を有するメソポーラス酸化チタン基材（メソポーラス・アンテーゼ・フィルム）は、既にある製品と比較して、高い抗菌性効果を発揮できる。また、より高い量のヒドロキシル・ラジカルを提供することができる。
我々の研究では、バクテリアの優れた不活性化効果は、表面のエリア、アンテーゼ結晶度および表面の形態のようないくつかの要素を調整することで実現される。
例えば、図３において、「Ｍｅｓｏ−１０Ａｇ」、「Ｍｅｓｏ−５０Ａｇ」、「Ｍｅｓｏ−２００Ａｇ」で示されるように、紫外線放射をわずか１０分行った後に、大腸菌の９８％以上が不活性化された。それはこれまで報告されたすべての酸化チタン基材のなかで最も高い成果である。
上述した「Ｍｅｓｏ−１０Ａｇ」、「Ｍｅｓｏ−５０Ａｇ」、「Ｍｅｓｏ−２００Ａｇ」は、それぞれ後述する微粒子形成装置１によって１０発、５０発、２００発の銀ナノ粒子を蒸着して得られたメソポーラス酸化チタン基材に関する結果を示している。
【００１９】
さらに抗菌性特性を増強するために、発明者は、メソポーラス酸化チタン基材に金属ナノ粒子を付着することに着目した。
半導体金属合成物への処理によって、金属蒸着は、触媒作用を高めることが分かった。
半導体物質上の金属微粒子（例えばＡｇ、Ａｕ、Ｐｔ)は、効率的に電子空孔分離を促進することができる。
【００２０】
いくつかの金属ナノ粒子のなかで、銀は最もポピュラーな金属で、二酸化チタン表面を調整するために使用される。
発明者は、メソポーラス酸化チタン基材に一様に銀ナノ粒子を付けることにより、抗菌性を増強することができることを確認した。
銀ナノ粒子を備えたメソポーラスな酸化チタン・フィルムは、わずかに２分以内で９０％の大腸菌を不活性化した。
ゾル・ゲル化学に基づいた本実施形態のプロセスは非常に単純、兼価であり、前述した従来技術の問題を解決できる。
【００２１】
本実施形態では、メソポーラス酸化チタン基材を形成し、それにシングルナノサイズの銀ナノ粒子を坦持して滅菌性を上げる。ここで、シングルナノサイズの銀ナノ粒子は、直径１０ｎｍ未満の粒子である。
本実施形態では、アークプラズマ蒸着源で銀ナノ粒子を、下方のガラス基板上につけたメソポーラスな酸化チタン粒子からなるメソポーラス酸化チタン基材にシングルサイズのナノ粒子を付けて紫外線で大腸菌に照射することで略１００％死滅させることができる。
【００２２】
メソポーラス酸化チタン基材は、界面活性剤を酸化チタンの水溶液に還元剤とともに添加し、界面活性剤の疎水基と酸化チタン表面の相互作用を利用して酸化チタン表面にナノレベルの微細な凹凸を形成する。
図２は、メソポーラス酸化チタン基材の表面を示す図である。
本実施形態では、上述した金属ナノ粒子の坦持を、以下に示すように同軸型真空アーク蒸着法により行う。
【００２３】
以下、本実施形態の金属ナノ粒子を担持したメソポーラス酸化チタン基材の製造方法を説明する。
［材料の準備］
酸化チタン基板の基となるオルトチタン酸テトライソプロピル（別名：チタン(IV)テトライソプロポキシド）（ＴＴＩＰ）、トリブロック共重合体、塩化水素水，エタノール、並びにスライド・ガラスを準備する。
例えば、オルトチタン酸テトライソプロピル（別名：チタン(IV)テトライソプロポキシド）は、和光ケミカル社から取得した。
トリブロック共重合体（プルロニック(Pluronic) P123(PEO20-PPO70-PEO20))はオールドリッチ社から取得した。
濃度３５％の塩化水素水およびエタノールは、ナクライテスキュー（Naclai Tesque）社および和光ケミカル社からそれぞれ取得した。
２８ｍｍｘ４８ｍｍのスライド・ガラスは、トロイシンコ(Toroishinko)社から取得した。
【００２４】
［メソポーラス酸化チタン基材（メソポーラス・アナターゼ・フィルム）の準備］
以下の手順により、メソポーラス酸化チタン基材を準備した。
０．２ｇのプルロニックＰ１２３（界面活性剤）を２．８ｇのエタノールに溶解する。
次に、１．０５ｇのオルトチタン酸テトライソプロピル（別名：チタン(IV)テトライソプロポキシド）を、０．７４ｇの高濃度の塩酸ＨＣＩによくかき混ぜる。ここで、オルトチタン酸テトライソプロピル（別名：チタン(ＩＶ)テトライソプロポキシド）の代わりに，テトラメトキシチタン(ＩＶ)（別名：チタン(ＩＶ)テトラメトキシド），オルトチタン酸テトラエチル（別名：チタニウム(ＩＶ)エトキシド），テトラ(ｔｅｒｔ−ブトキシ)チタン(ＩＶ)（別名：チタニウム(ＩＶ)ｔｅｒｔ−ブトキシド）などの各種チタンアルコキシドや塩化チタンなどを用いることができるが，これに限られるものではない。
上述したプロセスで得た２つの溶液を混合し、約２４時間かき混ぜることで、分子比１のＴＴＩＰ/０．０１ Ｐ１２３/１７．６ Ｃ２Ｈ５ＯＨ/１．９ ＨＣｌ/７．２ Ｈ２Ｏを含む酸化チタン前駆体溶液(Precursor solution)を得る。
【００２５】
次に、２４時間かき混ぜた後に、上記酸化チタン前駆体溶液を、クリーンなガラス基板上で、２３℃、６０〜６５％の相対湿度で回転駆動する。回転速度および時間は、例えばそれぞれ３０００ｒｐｍおよび３０秒である。
次に、上記酸化チタン前駆体溶液を、準備された薄いフィルム上で、低温(−２０℃)および低い湿度(２０ＲＨ％)で３日間保管した後、４５０℃で焼いて生石灰化する処理を４時間行い、メソポーラス酸化チタン基材を得る。
【００２６】
次に、後述する微粒子形成装置１を使用して上記メソポーラス酸化チタン基材に銀ナノ粒子の蒸着を行う。
円柱形状の陰極が中心に設けられ、円筒状の陽極が同軸にマウントされている。
微粒子形成装置１では、メソポーラス酸化チタン基材は、ラジアル方向に垂直に置かれる。そして、チャンバ内を排気後に、トリガーによってターゲット棒の表面上にアーク放電を引き起こす。そして、高度にイオン化された金属プラズマが、ターゲット棒から、放電ガスを用いることなく生成され、メソポーラス酸化チタン基材の表面に銀ナノ粒子を蒸着する。
【００２７】
以下、本発明の一実施形態に係わる微粒子形成装置について、図面を参照しながら説明する。
図１は、同軸型真空アーク蒸着５を用いた微粒子形成装置１の模式図である。
図１に示す微粒子形成装置１は、例えば、真空雰囲気のチャンバ内にスライドガラス７２（２ｃｍ×４ｃｍ）を設け、モータ７４でスライドガラス７２を回転駆動して、それにメソポーラスナノ粒子をディップコートさせて付着し、そのスライドガラスを基板ステージに３〜４枚載せて、それに対してアークプラズマで銀をナノ粒子を蒸着する。
【００２８】
［同軸型真空アーク蒸着源５］
同軸型真空アーク蒸着源５は、カソード電極に取付けられたシリコンで成る円柱状の蒸着材料１１と、アルミナで成るハット状の絶縁碍子１４（以下、ハット型碍子と呼ぶ）と、トリガ電極１３とを有する。
カソード電極に取付けられた蒸着材料１１と、ハット型碍子１４と、トリガ電極１３は同心円状に密着させて取り付けられている。
【００２９】
アノード電極２３は、ステンレスで成り、円筒状をしている。また、このアノード電極２３は、カソード電極に取付けられた蒸着材料１１と同心円状に取付けられている。
なお、同軸型真空アーク蒸着源５は、図示しない支柱と図示しない真空フランジを介して、真空チャンバ２の壁面に取付けられている。
【００３０】
また、図１中に簡易的な配線図で電源装置６を示す。
電源装置６は、トリガ電源３１、アーク電源３２、コンデンサユニット３３を有する。
トリガ電源３１は、パルストランスからなり、入力２００ＶのμＳ単位のパルス電圧を約１７倍に変圧して、３．４ｋＶ、数μＳ単位のプラス極性のトリガパルスを出力する。
【００３１】
アーク電源３２は、１００Ｖ数Ａの容量の直流電源であり、コンデンサユニット３３に充電している。充電時間は約１秒必要とするので放電周期は１Ｈｚとなる。
コンデンサユニット３３は、７２０〜１８００μＦに設定され、耐圧１００Ｖである。コンデンサユニット３３は、アーク電源３２により、１００Ｖで充電される。
【００３２】
トリガ電源３１のプラス出力端子は、トリガ電極１３に接続され、マイナス端子はアーク電源３２のマイナス出力端子と同じ電位に接続され、さらにカソード電極に接続されている。コンデンサユニット３３の両端子は、アーク電源３２のプラスおよびマイナス端子間に接続されている。
【００３３】
真空排気系９は、ターボ分子ポンプ５１、仕切りバルブ５２、ロータリポンプ５３、調整バルブ５４を有する。
ターボ分子ポンプ５１からロータリポンプ５３までは、金属製の配管で接続されており、真空チャンバ２内の真空排気を行っている。真空排気を行うことで、真空チャンバ２内は、１０−４Ｐａ以下に保たれている。
【００３４】
以下、図１に示す微粒子形成装置１の動作例を説明する。
［同軸型真空アーク蒸着源５の動作例］
アーク電源３２により、１００Ｖで電荷を充電しておく。ここで、コンデンサユニット３３は、７２０〜１８００μＦとする。
トリガ電極１３にトリガ電源３１からの３．４ｋＶのトリガパルスを印加し、カソード電極に取付けられた蒸着材料１１とトリガ電極１３の間に、ハット型碍子１４を介して印加することで、ハット型碍子１４表面で沿面放電が発生し、カソード電極とハット型碍子１４とのつなぎ目から電子が発生する。このとき、蒸着材料１１とアノード電極２３との間でコンデンサユニット３３に蓄電された電荷が放電され、カソード電極に多量の電流が流入し、銀（触媒金属材料）で成るカソード電極に取付けられた蒸着材料１１が液相から気相、さらに銀のプラズマが形成される。
【００３５】
この時、カソード電極に多量の電流（２０００Ａ〜５０００Ａ）が、２００μＳ〜５００μＳの間に流れるので、カソード電極に取付けられた蒸着材料１１に磁場が形成される。このとき発生したプラズマ中の電子（カソード電極からアノード電極円筒内面に飛行する）が、カソード電極に取付けられた蒸着材料１１の形成した磁場によるローレンツ力を受けて、同軸型真空アーク蒸着源５の前方へ飛行するようになる。
【００３６】
プラズマ中の蒸着材料である銀イオンは、分極することでクーロン力により、同軸型真空アーク蒸着源５の前方へ飛行する電子に引き付けられるようにして同軸型真空アーク蒸着源５の前方へ飛行するようになる。
【００３７】
一方、プラズマ中の蒸着材料である銀のイオンは、分極することでクーロン力により、同軸型真空アーク蒸着源５の前方へ飛行する。その結果、銀のイオンは、原子を核にして成長し、ナノメートル単位の銀ナノ粒子が形成される。
【００３８】
このように銀イオンを照射しながら、メソポーラスな酸化チタンが塗布されたガラスステージを３０〜１００ｒｐｍで回転させて蒸着する。これを継続することで、均一に銀ナノ粒子を形成する。
【００３９】
本実施形態では、真空中での銀ナノ粒子を担持する際に放電電圧を７０Ｖ，コンデンサ容量７２０μＦでおこなった。
蒸着量は、０発、２０発、５０発，２００発の４種類でおこなった。
銀の蒸着量は、それぞれ０発の場合は０、２０発の場合は２．７７×１０−５
ｍｇ・ｃｍ−２、５０発の場合は１．３９×１０−４ ｍｇ・ｃｍ−２、そして２００発の場合は５．５４×１０−４
ｍｇ・ｃｍ−２となる。
【００４０】
図３において、「Ｍｅｓｏ−０Ａｇ」は酸化チタンのメソポーラスのみ（銀を蒸着していない）での滅菌効果である。この場合は約３０分で全部死滅している。
５０発（「Ｍｅｓｏ−５０Ａｇ」），２００発（「Ｍｅｓｏ−２００Ａｇ」）だけ銀ナノ粒子を蒸着したものは約２０分で全部死滅した。１０発（「Ｍｅｓｏ−１０Ａｇ」）だけ蒸着したものは約１０分で全部死滅した。
【００４１】
この１０発、５０発、２００発の銀ナノ粒子イオンを蒸着した時の粒子の大きさを観察した。
そのＴＥＭ像を図４、図５および図６にそれぞれ示す。
本実施例では図１に示す同軸型アークプラズマ蒸着源でナノ粒子を蒸着したが坦持方法はこれに限ることなく銀ナノ粒子ペーストを付着させても効果がある。
【００４２】
本実施形態では、メソポーラス酸化チタン基材上にシングルサイズのナノ粒子を坦持することによって従来の酸化チタン材に銀ナノ粒子を担持したものよりも優れた殺菌効果を得ることができる。
【００４３】
抗菌特性の調査の前に、発明者は、銀ナノ粒子を備えたメソポーラス酸化チタン基材の特徴を調べた。
メソポーラス酸化チタン基材の銀蒸着後のＳＥＭイメージを、図２に示す。
メソポーラス酸化チタン基材は、クラックのない非常に滑らかな表面をしている。メソポーラス構造は、Ｎ２ガス吸着脱着等温線によって検知された。
【００４４】
平均細孔サイズは約１０ｎｍである。異なる量の銀を持つメソポーラス酸化チタン基材に対するＷｉｄｅａｎｇｌｅ
ＸＲＤパターンは、図７に示すように、アナターゼフェーズに割り当て可能な２θ＝２５°で広い回析ピークを示した。
「Ｍｅｓｏ−１０Ａｇ」および「Ｍｅｓｏ−５０Ａｇ」のフィルムは、銀の粒子の塊のないフィルム表面上で銀ナノ粒子が素晴らしく分散したことを示し、銀と関係するピークを示さない。銀蒸着後でさえ、開いたメソポーラスは、依然としてフィルム表面に存在した。
【００４５】
しかしながら、パルス回数が２００まで増加したとき、より高い角度(２θ＝３８°)の銀ピークが、大型の銀ナノ粒子が形成されることに起因して生じる。図２に示されるように、大型の銀ナノ粒子の塊の形成がメソポーラス酸化チタン基材の表面上で形成されたことが分かる。
【００４６】
一般的に、酸化チタンの表面に残された銀の粒子サイズは抗菌特性に大きな影響がある。定量的に置かれた銀ナノ粒子のサイズを評価するために、粒径分布は直接のＴＥＭ観察(図４、図５、図６)によって計算された。
平均サイズは、それぞれ３．７ｎｍ(「Ｍｅｓｏ−１０Ａｇ」)、３．９ｎｍ(「Ｍｅｓｏ−５０Ａｇ」)および５．６ｎｍ(「Ｍｅｓｏ−２００Ａｇ」)である。少数の大きなナノ粒子(直径約６ｎｍを備えた)が観察されたが、「Ｍｅｓｏ−１０Ａｇ」のための銀ナノ粒子は３．２ｎｍの直径で中心に集まっている。
【００４７】
したがって、図１に示す微粒子形成装置を用いた場合には、一様に分類されたナノ粒子は、フィルム表面上で形成することができる。
しかしながら、「Ｍｅｓｏ−５０Ａｇ」および「Ｍｅｓｏ−２００Ａｇ」の場合には、粒径分布が２つのピークを示した。「Ｍｅｓｏ−２００Ａｇ」については、この傾向ははるかにより明白になる。５ｎｍ未満の銀ナノ粒子はすべてのサンプルにおいて目立って形成されているが、第２の粒径分布はより大きなサイズへ変わり、それによって、平均粒子サイズを増加させる。
【００４８】
パルス・アカウントの増加で、銀ナノ粒子はより大きな粒子を形成するために互いに集める。選択された領域において、電子線回析（ＥＤ）パターンは銀
ｆｃｃ構造に割り当て可能な輪を示す。
【００４９】
さらにＸ線の光電子分光法（ＸＰＳ）を用いて、銀ナノ粒子の電気的な状態を分析した。
図８および図９に示すように、Ｔｉ ２ｐおよびＡｇ ３ｄピークの両方がすべてのサンプルに現われた。ここで、Ｔｉ
２ｐおよびＡｇ ３ｄピークは、それぞれの元素がサンプル中に存在することを意味する。
Ａｇ ３ｄ５/２領域では、３６８．２、３６７．７および３６７．３ｅＶに３のピークが解析により検出された。これら３つのピークは、それぞれメタリックＡｇ（０）、酸化Ａｇ（Ｉ）（ＡｇＯ２）および酸化Ａｇ（ＩＩ）
（ＡｇＯ）に対応している（図１０、図１１、図１２）。
その結果、メタリックＡｇ（０）（Ａｇ／（Ａｇ（０）＋Ａｇ（Ｉ）＋Ａｇ（ＩＩ））の相対的な原子比率は、５２％(「Ｍｅｓｏ−１０Ａｇ」)、３３％(「Ｍｅｓｏ−５０Ａｇ」)および２４％(「Ｍｅｓｏ−２００Ａｇ」)となる。
【００５０】
本発明は、上述した実施形態には限定されない。
上述した実施形態では、金属ナノ粒子として銀を例示したが、白金あるいは銅、または白金、銀および銅の合金を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、本発明は、ナノ粒子を酸化チタン基材に付ける抗菌性基材製造方法に適用される。
【符号の説明】
【００５２】
１…微粒子形成装置
２…真空チャンバ
５…同軸型真空アーク蒸着源
７…被蒸着体
１１…蒸着材料
１３…トリガ電極
１４…ハット型碍子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノ粒子を酸化チタン基材に付ける殺菌性・抗菌性基材製造方法、並びにこれによって製造された抗菌性基材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
バクテリア、ウィルス、菌類および他の寄生動物によって引き起こされる疾病は、何百万もの人々の死、病気および社会・経済混乱の主な原因となっている。例えば、病院内における伝染病は、患者及び保険制度にとって重大な負担となっている。
毎年、９５０万人以上が、開発途上国の感染症により死亡する。環境のバクテリア汚染によって、多くの種類の疾病(例えばリステリア症、敗血性咽頭炎)が引き起こされている。大腸菌、淋菌、サルモネラ菌、ブドウ球菌バクテリア、連鎖球菌および腸チフス菌は、バクテリアとして有名である。
【０００３】
例えば、大腸菌は下痢を引き起こす場合がある非常に危険なバクテリアである。
したがって、様々な危険の原因となるバクテリアを死滅、あるいは不活性化できる材料を開発することにより、これらの病気を予防することができる。
高い抗菌特性を備えた新素材の開発が期待されている。今まで、最も一般に使用された抗菌剤は環境には非常に有毒なものである。また、それらの残留物は環境に不利益な影響を与える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１０−５２３３４４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現在、新しいタイプの抗菌性フィルムは、複雑な高分子基材と混合するかＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)のような特殊装置を使用して製造され、その製造プロセスは複雑である。
強健な無機の材料は、それらの高い熱抵抗および長命のために、抗菌性市場および光触媒製品で広く用いられている。
特に、酸化チタン(チタニウム(ＴｉＯ２))は、その生物学・化学的な不活性、強い酸化力、非毒性および長期安定のために広範囲の環境に適用し、最もよく知られている物質である。
最近、酸化チタンのナノ材料は、バクテリアを非活性化するために、空気浄化、有害廃棄物改善(環境上の浄化)、水処理のような広い分野で使用されている。
酸化チタンの抗菌性は強く、その抗菌性は結晶構造、表面積および表面の形態に依存する。
【０００６】
従来の酸化チタンの生成は、一度塩化チタンとした後、高温で酸素と反応させて酸化チタンとする方法、または硫酸チタンを加水分解した後に焼成する方法の２種類が主である。
これらのいずれかの方法で製造された酸化チタン上に銀が坦持される。このとき、銀のナノ粒子の担持は、電折法で行われる。
具体的には、硫酸中に所定の大きさの酸化チタン粉末を入れ、さらに銀粉末を入れて硫酸中で銀を溶解する。そして、その溶液に２次電解法により電折させて銀のナノ粒子を酸化チタン粉末上に固定させる。
【０００７】
図３は、上述した方法で製造された銀ナノ粒子が担持された酸化チタン基材に、大腸菌等を紫外線照射して殺菌作用を施した場合の菌の数を示す図である。
図３に示されるように、メソポーラス(Mesoporous)ではない酸化チタン基材上につけた銀ナノ粒子（図３に示す「Ａｎｔｅｓｅ ｆｉｌｍ ｗｉｔｈｏｕｔ ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ」）では、紫外線を５０分程度照射しても菌は５０％程度しか死滅しない。
【０００８】
本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされ、ナノ粒子を酸化チタン基材に付けた高い殺菌効果を発揮できる抗菌性基材の製造方法、並びに抗菌性基材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】
【０００９】
上述した従来技術の従来技術の問題点を解決し、上述した目的を達成するために、本発明の抗菌性基材製造方法は、メソポーラスの酸化チタン基材を得る第１の工程と、前記メソポーラスの酸化チタン基材に金属ナノ粒子を付けて抗菌性基材を製造する第２の工程とを有する。
【００１０】
好適には、本発明の抗菌性基材製造方法の前記第２の工程は、前記メソポーラスの酸化チタン基材に前記金属ナノ粒子を担持する。
好適には、本発明の抗菌性基材製造方法の前記金属ナノ粒子は、白金、銀および銅のいずれか、あるいは、これらの合金である。
【００１１】
好適には、本発明の抗菌性基材製造方法は、ナノ銀水溶液を用いて前記ナノ粒子を形成する。
好適には、本発明の抗菌性基材製造方法は、同軸型真空アーク蒸着法を用いて、前記ナノ粒子を前記メソポーラスの酸化チタン基材に担持させる。
【００１２】
好適には、本発明の抗菌性基材製造方法の前記第１の工程は、界面活性剤をエタノールに溶解して第１の溶液を生成する第３工程と、オルトチタン酸テトライソプロピル（別名：チタン(IV)テトライソプロポキシド）を塩酸と混合して第２の溶液を生成する第４の工程と、前記第１の溶液と前記第２の溶液とを混合して第３の溶液を生成する第５の工程と、ガラス基板上で前記第３の溶液を回転する第６の工程と、前記第６の工程後に、前記第３の溶液をフィルム上で一定期間保管して前記メソポーラスの酸化チタン基材を得る第７の工程とを有する。
【００１３】
本発明の抗菌性基材は、メソポーラスの酸化チタン基材に金属ナノ粒子を付けている。
【００１４】
好適には、本発明の抗菌性基材の前記金属ナノ粒子は、前記メソポーラスの酸化チタン基材に担持されている。
好適には、本発明の抗菌性基材の前記金属ナノ粒子は、白金、銀および銅のいずれか、あるいは、これらの合金である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされ、ナノ粒子を酸化チタン基材に付けた高い殺菌効果を発揮できる抗菌性基材の製造方法、並びに抗菌性基材を提供することを目的とする。これにより、銀などのナノ粒子の担持量が少なくても滅菌効果が非常に向上する抗菌性基材を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係わる微粒子形成装置の模式図である。
【図２】図２は、メソポーラス酸化チタン基材の銀蒸着後のＳＥＭイメージを示す図である。
【図３】図３は、本発明の各実施例についての放射時間と菌の活性割合との関係を説明するための図である。
【図４】図４は、１０発の銀ナノ粒子イオンを蒸着した場合の銀ナノ粒子のＴＥＭ像を示す図である。
【図５】図５は、５０発の銀ナノ粒子イオンを蒸着した場合の銀ナノ粒子のＴＥＭ像を示す図である。
【図６】図６は、２００発の銀ナノ粒子イオンを蒸着した場合の銀ナノ粒子のＴＥＭ像を示す図である。
【図７】図７は、異なる量の銀が蒸着されたメソポーラス酸化チタン基材に対するＷｉｄｅａｎｇｌｅＸＲＤパターンを示す図である。
【図８】図８は、Ｘ線の光電子分光法（ＸＰＳ）を用いて、銀ナノ粒子の電気的な状態を分析した結果であり、Ｔｉ２ｐピークを示す図である。
【図９】図９は、Ｘ線の光電子分光法（ＸＰＳ）を用いて、銀ナノ粒子の電気的な状態を分析した結果であり、Ａｇ３ｄピークを示す図である。
【図１０】図１０は、「Ｍｅｓｏ−１０Ａｇ」についてのガウシャン−ローレンツ関数によるＡｇ３ｄ５/２信号のＸＰＳ解析スペクトラムを示す図である。
【図１１】図１１は、「Ｍｅｓｏ−５０Ａｇ」についてのガウシャン−ローレンツ関数によるＡｇ３ｄ５/２信号のＸＰＳ解析スペクトラムを示す図である。
【図１２】図１２は、「Ｍｅｓｏ−２００Ａｇ」についてのガウシャン−ローレンツ関数によるＡｇ３ｄ５/２信号のＸＰＳ解析スペクトラムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を説明する。
結晶化されたアナテーゼ・ナノ粒子(例えばデグサＰ−２５)は、潜在的に汚染物質を容易かつ安価に浄化できる優れた光触媒機能を発揮する。
【００１８】
非常に高い表面積を有するメソポーラス酸化チタン基材（メソポーラス・アンテーゼ・フィルム）は、既にある製品と比較して、高い抗菌性効果を発揮できる。また、より高い量のヒドロキシル・ラジカルを提供することができる。
我々の研究では、バクテリアの優れた不活性化効果は、表面のエリア、アンテーゼ結晶度および表面の形態のようないくつかの要素を調整することで実現される。
例えば、図３において、「Ｍｅｓｏ−１０Ａｇ」、「Ｍｅｓｏ−５０Ａｇ」、「Ｍｅｓｏ−２００Ａｇ」で示されるように、紫外線放射をわずか１０分行った後に、大腸菌の９８％以上が不活性化された。それはこれまで報告されたすべての酸化チタン基材のなかで最も高い成果である。
上述した「Ｍｅｓｏ−１０Ａｇ」、「Ｍｅｓｏ−５０Ａｇ」、「Ｍｅｓｏ−２００Ａｇ」は、それぞれ後述する微粒子形成装置１によって１０発、５０発、２００発の銀ナノ粒子を蒸着して得られたメソポーラス酸化チタン基材に関する結果を示している。
【００１９】
さらに抗菌性特性を増強するために、発明者は、メソポーラス酸化チタン基材に金属ナノ粒子を付着することに着目した。
半導体金属合成物への処理によって、金属蒸着は、触媒作用を高めることが分かった。
半導体物質上の金属微粒子（例えばＡｇ、Ａｕ、Ｐｔ)は、効率的に電子空孔分離を促進することができる。
【００２０】
いくつかの金属ナノ粒子のなかで、銀は最もポピュラーな金属で、二酸化チタン表面を調整するために使用される。
発明者は、メソポーラス酸化チタン基材に一様に銀ナノ粒子を付けることにより、抗菌性を増強することができることを確認した。
銀ナノ粒子を備えたメソポーラスな酸化チタン・フィルムは、わずかに２分以内で９０％の大腸菌を不活性化した。
ゾル・ゲル化学に基づいた本実施形態のプロセスは非常に単純、兼価であり、前述した従来技術の問題を解決できる。
【００２１】
本実施形態では、メソポーラス酸化チタン基材を形成し、それにシングルナノサイズの銀ナノ粒子を坦持して滅菌性を上げる。ここで、シングルナノサイズの銀ナノ粒子は、直径１０ｎｍ未満の粒子である。
本実施形態では、アークプラズマ蒸着源で銀ナノ粒子を、下方のガラス基板上につけたメソポーラスな酸化チタン粒子からなるメソポーラス酸化チタン基材にシングルサイズのナノ粒子を付けて紫外線で大腸菌に照射することで略１００％死滅させることができる。
【００２２】
メソポーラス酸化チタン基材は、界面活性剤を酸化チタンの水溶液に還元剤とともに添加し、界面活性剤の疎水基と酸化チタン表面の相互作用を利用して酸化チタン表面にナノレベルの微細な凹凸を形成する。
図２は、メソポーラス酸化チタン基材の表面を示す図である。
本実施形態では、上述した金属ナノ粒子の坦持を、以下に示すように同軸型真空アーク蒸着法により行う。
【００２３】
以下、本実施形態の金属ナノ粒子を担持したメソポーラス酸化チタン基材の製造方法を説明する。
［材料の準備］
酸化チタン基板の基となるオルトチタン酸テトライソプロピル（別名：チタン(IV)テトライソプロポキシド）（ＴＴＩＰ）、トリブロック共重合体、塩化水素水，エタノール、並びにスライド・ガラスを準備する。
例えば、オルトチタン酸テトライソプロピル（別名：チタン(IV)テトライソプロポキシド）は、和光ケミカル社から取得した。
トリブロック共重合体（プルロニック(Pluronic) P123(PEO20-PPO70-PEO20))はオールドリッチ社から取得した。
濃度３５％の塩化水素水およびエタノールは、ナクライテスキュー（Naclai Tesque）社および和光ケミカル社からそれぞれ取得した。
２８ｍｍｘ４８ｍｍのスライド・ガラスは、トロイシンコ(Toroishinko)社から取得した。
【００２４】
［メソポーラス酸化チタン基材（メソポーラス・アナターゼ・フィルム）の準備］
以下の手順により、メソポーラス酸化チタン基材を準備した。
０．２ｇのプルロニックＰ１２３（界面活性剤）を２．８ｇのエタノールに溶解する。
次に、１．０５ｇのオルトチタン酸テトライソプロピル（別名：チタン(IV)テトライソプロポキシド）を、０．７４ｇの高濃度の塩酸ＨＣＩによくかき混ぜる。ここで、オルトチタン酸テトライソプロピル（別名：チタン(ＩＶ)テトライソプロポキシド）の代わりに，テトラメトキシチタン(ＩＶ)（別名：チタン(ＩＶ)テトラメトキシド），オルトチタン酸テトラエチル（別名：チタニウム(ＩＶ)エトキシド），テトラ(ｔｅｒｔ−ブトキシ)チタン(ＩＶ)（別名：チタニウム(ＩＶ)ｔｅｒｔ−ブトキシド）などの各種チタンアルコキシドや塩化チタンなどを用いることができるが，これに限られるものではない。
上述したプロセスで得た２つの溶液を混合し、約２４時間かき混ぜることで、分子比１のＴＴＩＰ/０．０１ Ｐ１２３/１７．６ Ｃ２Ｈ５ＯＨ/１．９ ＨＣｌ/７．２ Ｈ２Ｏを含む酸化チタン前駆体溶液(Precursor solution)を得る。
【００２５】
次に、２４時間かき混ぜた後に、上記酸化チタン前駆体溶液を、クリーンなガラス基板上で、２３℃、６０〜６５％の相対湿度で回転駆動する。回転速度および時間は、例えばそれぞれ３０００ｒｐｍおよび３０秒である。
次に、上記酸化チタン前駆体溶液を、準備された薄いフィルム上で、低温(−２０℃)および低い湿度(２０ＲＨ％)で３日間保管した後、４５０℃で焼いて生石灰化する処理を４時間行い、メソポーラス酸化チタン基材を得る。
【００２６】
次に、後述する微粒子形成装置１を使用して上記メソポーラス酸化チタン基材に銀ナノ粒子の蒸着を行う。
円柱形状の陰極が中心に設けられ、円筒状の陽極が同軸にマウントされている。
微粒子形成装置１では、メソポーラス酸化チタン基材は、ラジアル方向に垂直に置かれる。そして、チャンバ内を排気後に、トリガーによってターゲット棒の表面上にアーク放電を引き起こす。そして、高度にイオン化された金属プラズマが、ターゲット棒から、放電ガスを用いることなく生成され、メソポーラス酸化チタン基材の表面に銀ナノ粒子を蒸着する。
【００２７】
以下、本発明の一実施形態に係わる微粒子形成装置について、図面を参照しながら説明する。
図１は、同軸型真空アーク蒸着５を用いた微粒子形成装置１の模式図である。
図１に示す微粒子形成装置１は、例えば、真空雰囲気のチャンバ内にスライドガラス７２（２ｃｍ×４ｃｍ）を設け、モータ７４でスライドガラス７２を回転駆動して、それにメソポーラスナノ粒子をディップコートさせて付着し、そのスライドガラスを基板ステージに３〜４枚載せて、それに対してアークプラズマで銀をナノ粒子を蒸着する。
【００２８】
［同軸型真空アーク蒸着源５］
同軸型真空アーク蒸着源５は、カソード電極に取付けられたシリコンで成る円柱状の蒸着材料１１と、アルミナで成るハット状の絶縁碍子１４（以下、ハット型碍子と呼ぶ）と、トリガ電極１３とを有する。
カソード電極に取付けられた蒸着材料１１と、ハット型碍子１４と、トリガ電極１３は同心円状に密着させて取り付けられている。
【００２９】
アノード電極２３は、ステンレスで成り、円筒状をしている。また、このアノード電極２３は、カソード電極に取付けられた蒸着材料１１と同心円状に取付けられている。
なお、同軸型真空アーク蒸着源５は、図示しない支柱と図示しない真空フランジを介して、真空チャンバ２の壁面に取付けられている。
【００３０】
また、図１中に簡易的な配線図で電源装置６を示す。
電源装置６は、トリガ電源３１、アーク電源３２、コンデンサユニット３３を有する。
トリガ電源３１は、パルストランスからなり、入力２００ＶのμＳ単位のパルス電圧を約１７倍に変圧して、３．４ｋＶ、数μＳ単位のプラス極性のトリガパルスを出力する。
【００３１】
アーク電源３２は、１００Ｖ数Ａの容量の直流電源であり、コンデンサユニット３３に充電している。充電時間は約１秒必要とするので放電周期は１Ｈｚとなる。
コンデンサユニット３３は、７２０〜１８００μＦに設定され、耐圧１００Ｖである。コンデンサユニット３３は、アーク電源３２により、１００Ｖで充電される。
【００３２】
トリガ電源３１のプラス出力端子は、トリガ電極１３に接続され、マイナス端子はアーク電源３２のマイナス出力端子と同じ電位に接続され、さらにカソード電極に接続されている。コンデンサユニット３３の両端子は、アーク電源３２のプラスおよびマイナス端子間に接続されている。
【００３３】
真空排気系９は、ターボ分子ポンプ５１、仕切りバルブ５２、ロータリポンプ５３、調整バルブ５４を有する。
ターボ分子ポンプ５１からロータリポンプ５３までは、金属製の配管で接続されており、真空チャンバ２内の真空排気を行っている。真空排気を行うことで、真空チャンバ２内は、１０−４Ｐａ以下に保たれている。
【００３４】
以下、図１に示す微粒子形成装置１の動作例を説明する。
［同軸型真空アーク蒸着源５の動作例］
アーク電源３２により、１００Ｖで電荷を充電しておく。ここで、コンデンサユニット３３は、７２０〜１８００μＦとする。
トリガ電極１３にトリガ電源３１からの３．４ｋＶのトリガパルスを印加し、カソード電極に取付けられた蒸着材料１１とトリガ電極１３の間に、ハット型碍子１４を介して印加することで、ハット型碍子１４表面で沿面放電が発生し、カソード電極とハット型碍子１４とのつなぎ目から電子が発生する。このとき、蒸着材料１１とアノード電極２３との間でコンデンサユニット３３に蓄電された電荷が放電され、カソード電極に多量の電流が流入し、銀（触媒金属材料）で成るカソード電極に取付けられた蒸着材料１１が液相から気相、さらに銀のプラズマが形成される。
【００３５】
この時、カソード電極に多量の電流（２０００Ａ〜５０００Ａ）が、２００μＳ〜５００μＳの間に流れるので、カソード電極に取付けられた蒸着材料１１に磁場が形成される。このとき発生したプラズマ中の電子（カソード電極からアノード電極円筒内面に飛行する）が、カソード電極に取付けられた蒸着材料１１の形成した磁場によるローレンツ力を受けて、同軸型真空アーク蒸着源５の前方へ飛行するようになる。
【００３６】
プラズマ中の蒸着材料である銀イオンは、分極することでクーロン力により、同軸型真空アーク蒸着源５の前方へ飛行する電子に引き付けられるようにして同軸型真空アーク蒸着源５の前方へ飛行するようになる。
【００３７】
一方、プラズマ中の蒸着材料である銀のイオンは、分極することでクーロン力により、同軸型真空アーク蒸着源５の前方へ飛行する。その結果、銀のイオンは、原子を核にして成長し、ナノメートル単位の銀ナノ粒子が形成される。
【００３８】
このように銀イオンを照射しながら、メソポーラスな酸化チタンが塗布されたガラスステージを３０〜１００ｒｐｍで回転させて蒸着する。これを継続することで、均一に銀ナノ粒子を形成する。
【００３９】
本実施形態では、真空中での銀ナノ粒子を担持する際に放電電圧を７０Ｖ，コンデンサ容量７２０μＦでおこなった。
蒸着量は、０発、２０発、５０発，２００発の４種類でおこなった。
銀の蒸着量は、それぞれ０発の場合は０、２０発の場合は２．７７×１０−５
ｍｇ・ｃｍ−２、５０発の場合は１．３９×１０−４ ｍｇ・ｃｍ−２、そして２００発の場合は５．５４×１０−４
ｍｇ・ｃｍ−２となる。
【００４０】
図３において、「Ｍｅｓｏ−０Ａｇ」は酸化チタンのメソポーラスのみ（銀を蒸着していない）での滅菌効果である。この場合は約３０分で全部死滅している。
５０発（「Ｍｅｓｏ−５０Ａｇ」），２００発（「Ｍｅｓｏ−２００Ａｇ」）だけ銀ナノ粒子を蒸着したものは約２０分で全部死滅した。１０発（「Ｍｅｓｏ−１０Ａｇ」）だけ蒸着したものは約１０分で全部死滅した。
【００４１】
この１０発、５０発、２００発の銀ナノ粒子イオンを蒸着した時の粒子の大きさを観察した。
そのＴＥＭ像を図４、図５および図６にそれぞれ示す。
本実施例では図１に示す同軸型アークプラズマ蒸着源でナノ粒子を蒸着したが坦持方法はこれに限ることなく銀ナノ粒子ペーストを付着させても効果がある。
【００４２】
本実施形態では、メソポーラス酸化チタン基材上にシングルサイズのナノ粒子を坦持することによって従来の酸化チタン材に銀ナノ粒子を担持したものよりも優れた殺菌効果を得ることができる。
【００４３】
抗菌特性の調査の前に、発明者は、銀ナノ粒子を備えたメソポーラス酸化チタン基材の特徴を調べた。
メソポーラス酸化チタン基材の銀蒸着後のＳＥＭイメージを、図２に示す。
メソポーラス酸化チタン基材は、クラックのない非常に滑らかな表面をしている。メソポーラス構造は、Ｎ２ガス吸着脱着等温線によって検知された。
【００４４】
平均細孔サイズは約１０ｎｍである。異なる量の銀を持つメソポーラス酸化チタン基材に対するＷｉｄｅａｎｇｌｅ
ＸＲＤパターンは、図７に示すように、アナターゼフェーズに割り当て可能な２θ＝２５°で広い回析ピークを示した。
「Ｍｅｓｏ−１０Ａｇ」および「Ｍｅｓｏ−５０Ａｇ」のフィルムは、銀の粒子の塊のないフィルム表面上で銀ナノ粒子が素晴らしく分散したことを示し、銀と関係するピークを示さない。銀蒸着後でさえ、開いたメソポーラスは、依然としてフィルム表面に存在した。
【００４５】
しかしながら、パルス回数が２００まで増加したとき、より高い角度(２θ＝３８°)の銀ピークが、大型の銀ナノ粒子が形成されることに起因して生じる。図２に示されるように、大型の銀ナノ粒子の塊の形成がメソポーラス酸化チタン基材の表面上で形成されたことが分かる。
【００４６】
一般的に、酸化チタンの表面に残された銀の粒子サイズは抗菌特性に大きな影響がある。定量的に置かれた銀ナノ粒子のサイズを評価するために、粒径分布は直接のＴＥＭ観察(図４、図５、図６)によって計算された。
平均サイズは、それぞれ３．７ｎｍ(「Ｍｅｓｏ−１０Ａｇ」)、３．９ｎｍ(「Ｍｅｓｏ−５０Ａｇ」)および５．６ｎｍ(「Ｍｅｓｏ−２００Ａｇ」)である。少数の大きなナノ粒子(直径約６ｎｍを備えた)が観察されたが、「Ｍｅｓｏ−１０Ａｇ」のための銀ナノ粒子は３．２ｎｍの直径で中心に集まっている。
【００４７】
したがって、図１に示す微粒子形成装置を用いた場合には、一様に分類されたナノ粒子は、フィルム表面上で形成することができる。
しかしながら、「Ｍｅｓｏ−５０Ａｇ」および「Ｍｅｓｏ−２００Ａｇ」の場合には、粒径分布が２つのピークを示した。「Ｍｅｓｏ−２００Ａｇ」については、この傾向ははるかにより明白になる。５ｎｍ未満の銀ナノ粒子はすべてのサンプルにおいて目立って形成されているが、第２の粒径分布はより大きなサイズへ変わり、それによって、平均粒子サイズを増加させる。
【００４８】
パルス・アカウントの増加で、銀ナノ粒子はより大きな粒子を形成するために互いに集める。選択された領域において、電子線回析（ＥＤ）パターンは銀
ｆｃｃ構造に割り当て可能な輪を示す。
【００４９】
さらにＸ線の光電子分光法（ＸＰＳ）を用いて、銀ナノ粒子の電気的な状態を分析した。
図８および図９に示すように、Ｔｉ ２ｐおよびＡｇ ３ｄピークの両方がすべてのサンプルに現われた。ここで、Ｔｉ
２ｐおよびＡｇ ３ｄピークは、それぞれの元素がサンプル中に存在することを意味する。
Ａｇ ３ｄ５/２領域では、３６８．２、３６７．７および３６７．３ｅＶに３のピークが解析により検出された。これら３つのピークは、それぞれメタリックＡｇ（０）、酸化Ａｇ（Ｉ）（ＡｇＯ２）および酸化Ａｇ（ＩＩ）
（ＡｇＯ）に対応している（図１０、図１１、図１２）。
その結果、メタリックＡｇ（０）（Ａｇ／（Ａｇ（０）＋Ａｇ（Ｉ）＋Ａｇ（ＩＩ））の相対的な原子比率は、５２％(「Ｍｅｓｏ−１０Ａｇ」)、３３％(「Ｍｅｓｏ−５０Ａｇ」)および２４％(「Ｍｅｓｏ−２００Ａｇ」)となる。
【００５０】
本発明は、上述した実施形態には限定されない。
上述した実施形態では、金属ナノ粒子として銀を例示したが、白金あるいは銅、または白金、銀および銅の合金を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、本発明は、ナノ粒子を酸化チタン基材に付ける抗菌性基材製造方法に適用される。
【符号の説明】
【００５２】
１…微粒子形成装置
２…真空チャンバ
５…同軸型真空アーク蒸着源
７…被蒸着体
１１…蒸着材料
１３…トリガ電極
１４…ハット型碍子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メソポーラスの酸化チタン基材を得る第１の工程と、
前記メソポーラスの酸化チタン基材に金属ナノ粒子を付けて抗菌性基材を製造する第２の工程と
を有する抗菌性基材製造方法。
【請求項２】
前記第２の工程は、前記メソポーラスの酸化チタン基材に前記金属ナノ粒子を担持する
請求項１に記載の抗菌性基材製造方法。
【請求項３】
前記金属ナノ粒子は、白金、銀および銅のいずれか、あるいは、これらの合金である
請求項２に記載の抗菌性基材製造方法。
【請求項４】
ナノ銀水溶液を用いて前記ナノ粒子を形成する
請求項３に記載の抗菌性基材製造方法。
【請求項５】
同軸型真空アーク蒸着法を用いて、前記ナノ粒子を前記メソポーラスの酸化チタン基材に担持させる
請求項３に記載の抗菌性基材製造方法。
【請求項６】
前記第１の工程は、
界面活性剤をエタノールに溶解して第１の溶液を生成する３工程と、
オルトチタン酸テトライソプロピル（別名：チタン(IV)テトライソプロポキシド）を塩酸と混合して第２の溶液を生成する第４の工程と、
前記第１の溶液と前記第２の溶液とを混合して第３の溶液を生成する第５の工程と、
ガラス基板上で前記第３の溶液を回転する第６の工程と、
前記第６の工程後に、前記第３の溶液をフィルム上で一定期間保管して前記メソポーラスの酸化チタン基材を得る第７の工程と
を有する請求項５に記載の抗菌性基材製造方法。
【請求項７】
メソポーラスの酸化チタン基材に金属ナノ粒子を付けた抗菌性基材。
【請求項８】
前記金属ナノ粒子は、前記メソポーラスの酸化チタン基材に担持されている
請求項７に記載の抗菌性基材。
【請求項９】
前記金属ナノ粒子は、白金、銀および銅のいずれか、あるいは、これらの合金である
請求項８に記載の抗菌性基材。
【請求項１】
メソポーラスの酸化チタン基材を得る第１の工程と、
前記メソポーラスの酸化チタン基材に金属ナノ粒子を付けて抗菌性基材を製造する第２の工程と
を有する抗菌性基材製造方法。
【請求項２】
前記第２の工程は、前記メソポーラスの酸化チタン基材に前記金属ナノ粒子を担持する
請求項１に記載の抗菌性基材製造方法。
【請求項３】
前記金属ナノ粒子は、白金、銀および銅のいずれか、あるいは、これらの合金である
請求項２に記載の抗菌性基材製造方法。
【請求項４】
ナノ銀水溶液を用いて前記ナノ粒子を形成する
請求項３に記載の抗菌性基材製造方法。
【請求項５】
同軸型真空アーク蒸着法を用いて、前記ナノ粒子を前記メソポーラスの酸化チタン基材に担持させる
請求項３に記載の抗菌性基材製造方法。
【請求項６】
前記第１の工程は、
界面活性剤をエタノールに溶解して第１の溶液を生成する３工程と、
オルトチタン酸テトライソプロピル（別名：チタン(IV)テトライソプロポキシド）を塩酸と混合して第２の溶液を生成する第４の工程と、
前記第１の溶液と前記第２の溶液とを混合して第３の溶液を生成する第５の工程と、
ガラス基板上で前記第３の溶液を回転する第６の工程と、
前記第６の工程後に、前記第３の溶液をフィルム上で一定期間保管して前記メソポーラスの酸化チタン基材を得る第７の工程と
を有する請求項５に記載の抗菌性基材製造方法。
【請求項７】
メソポーラスの酸化チタン基材に金属ナノ粒子を付けた抗菌性基材。
【請求項８】
前記金属ナノ粒子は、前記メソポーラスの酸化チタン基材に担持されている
請求項７に記載の抗菌性基材。
【請求項９】
前記金属ナノ粒子は、白金、銀および銅のいずれか、あるいは、これらの合金である
請求項８に記載の抗菌性基材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２０１６２３（Ｐ２０１２−２０１６２３Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６７３８６（Ｐ２０１１−６７３８６）
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２２年度、科学技術振興機構、戦略的創造研究推進事業委託事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける出願
【出願人】（０００１９２３８３）アルバック理工株式会社 (26)
【出願人】（３０１０２３２３８）独立行政法人物質・材料研究機構 (1,333)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２２年度、科学技術振興機構、戦略的創造研究推進事業委託事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける出願
【出願人】（０００１９２３８３）アルバック理工株式会社 (26)
【出願人】（３０１０２３２３８）独立行政法人物質・材料研究機構 (1,333)
【Ｆターム（参考）】
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