【公開日：2023.07.31】【最終更新日：2023.05.16】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22UT0271
利用課題名 / Title
電解液ジェット加工を用いた大面積抗菌性表面のテクスチャリング
利用した実施機関 / Support Institute
東京大学
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）その他/Others（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
成分分析,各種表面処理等,電子顕微鏡/Electron microscopy
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
李 長建
所属名 / Affiliation
東京大学
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
一般的な表面テクスチャリングは，工作物表面に微細パターンを加工するなど微細加工が主であったが，電解液ジェット加工を応用において，走査加工をすることで孔食による微細構造が形成され，ピッチが数μm の構造を設けることで高い抗菌性を付与することができる．また，様々な加工条件で抗菌性が期待される表面構造を調査する必要がある．そこで本研究では，より高い抗菌性が期待される表面構造を調査することを目的とした．
抗菌性試験のサンプル表面成分分析（JSM-6510LA）を行うためSEM-EDX分析を試みた。
実験 / Experimental
50mm×50mmの面積の銅，ステンレス鋼，アルミニウム合金に対して単位面積あたりに与える電荷量を一定としたうえで電流密度を変化させて大面積走査加工を行い，得られたテクスチャリング面の表面性状の比較を行った．また、フラットジェットで50ｍｍ長さの溝加工ができる静止加工を一定の溝間隔で行い，一方向にうねりを持つストライプ状の凹凸パターンを形成した．その後，テクスチャリング加工および銅粒子電着を行ってうねり構造が残存する大面積のマルチ構造を作製した．
これらのサンプルに対し、低真空走査型電子顕微鏡（JSM-6510LA）により成分分析を試みた。さらに、表面に付着した細菌の殺菌作用の評価と表面への付着のされにくさを評価する二つの方法を行った．
結果と考察 / Results and Discussion
未加工面では，無酸素銅のみ高い抗菌活性値が得られた．また，加工面では銅面および銅粒子を付着した試験品だけで有意性のある抗菌活性値が得られた．これは，抗菌作用を持つ銅の化学的影響であると考えられる．先行研究の結果として示されている銅の未加工面の抗菌活性値は10分後1.9，30分後3.8である．しかし，本研究での銅の未加工面の抗菌活性値は10分後0.7，30分後1.8になった．抗菌性試験の条件は同等であるため，同じ値が得られるはずであるが，評価を行ったときの環境条件が微妙に違った影響が現れたと考えられる．この値の再現性については今後さらに調査する必要がある．評価結果の偏り誤差を生じさせる一般的な原因としては細菌の活性，試験室の温湿度，指紋などによるタンパク質が表面活性度に及ぼす影響などがある．ただし，どの原因が支配的であるかという明確な判断が難しく，一つの原因として微細構造加工による表面の酸化が影響されたと考えられる．加工を施すことで酸素量の割合が増加した．ステンレス鋼のマルチ構造面は未加工面より4.3%大きくなった．また，マルチ構造面に銅付着を施したら，銅量の割合は50%になった．これによって，抗菌活性値に影響を与えたと考えられる．
続けて，付着防止効果を説明する．ステンレス鋼において，大腸菌(E. coli)および 緑膿菌(P. aeruginosa)の正規化された平均残留細菌数に示す．大腸菌の残留は電流密度20 A/cm²の加工条件において，97%以上減少し最大の減少率が得られた．マルチ構造面においては，90%以上減少した．これによって，大腸菌の残留はマルチ構造面による乱流よりは微細構造加工された影響が大きいと考えられる．一方，緑膿菌の残留は電流密度による違いは見られなく，マルチ構造面ではより大きな減少率が得られた．更に，銅付着したマルチ構造面では菌が完全に抑制され，菌の付着防止で非常に効果的であると考えられる．したがって，EJMで加工した面は表面に付着した細菌を殺菌する殺菌効果は弱いが，表面に細菌の付着を防止する付着防止効果はあると考えられる．
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
表 1 試験サンプル一覧
表 2 試験サンプルの成分元素の原子数パーセント
図1 殺菌効果試験結果 (黄色ブドウ球菌)
図2 各加工サンプルの残留細菌数(ステンレス鋼)
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
・共同研究者：三菱マテリアル株式会社 矢野雅弘様、Parma大学 Luca Romoli先生 Adrian H.A. Lutey先生
・総合研究機構の福川昌宏様および近藤尭之様は低真空走査型電子顕微鏡よる表面成分分析の使用方法をご教授いただきました。感謝いたします。
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件