プラズマ処理装置
【課題】処理対象物を損傷することなく処理対象物に付着した毒素を不活化する。
【解決手段】プラズマ処理装置１では、処理対象物７１の表面に付着した毒素を不活化するため、パルス電界、窒素ラジカル（Ｎ*）および波長が１００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の短波長紫外線（「遠紫外線」又は「ＵＶ−Ｃ」とも呼ばれる）を含む紫外線を毒素に複合的に作用させることにより、毒素を窒化または酸化し、処理対象物７１の表面から毒素を散逸させる。
【解決手段】プラズマ処理装置１では、処理対象物７１の表面に付着した毒素を不活化するため、パルス電界、窒素ラジカル（Ｎ*）および波長が１００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の短波長紫外線（「遠紫外線」又は「ＵＶ−Ｃ」とも呼ばれる）を含む紫外線を毒素に複合的に作用させることにより、毒素を窒化または酸化し、処理対象物７１の表面から毒素を散逸させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンドトキシンや異常プリオンなどの毒素を不活化するプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンドトキシンとは、グラム陰性菌の細胞壁外膜を構成するリポ多糖である。エンドトキシンは、ごく微量でも発熱性を発揮することが知られており、医療事故を防止するためには、医療器具に付着したエンドトキシンを不活化する必要がある。エンドトキシンを不活化する方法としては、ガンマ線法・電子線法・エチレンオキサイドガス法・過酸化水素ガスプラズマ法・オートクレーブ法・乾熱法などが検討されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】細渕和成、他１名、「各滅菌法による乾燥エンドトキシンの不活化」、東京都立産業技術研究所研究報告、東京都立産業技術研究所、１９９９年、第２号、ｐ．１２６−１２９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、乾熱法を除く従来の方法では、エンドトキシンの活性を十分に低下させることができない。例えば、典型的な処理条件を採用した場合、ガンマ線法・電子線法・エチレンオキサイドガス法では約１／４、過酸化水素ガスプラズマ法では約１／２０、オートクレーブ法では約１／９までエンドトキシンの活性を低下させることができるだけである。一方、乾熱法では約１／１０5までエンドトキシンの活性を低下させることができるが、処理対象物を約２５０℃まで加熱する必要があり、処理対象物を損傷してしまうという問題がある。
【０００５】
なお、このような不活化に関する問題は、エンドトキシン以外の毒素、例えば、牛海綿状脳症の原因となる毒素と推定されている異常プリオンにも当てはまる。
【０００６】
本発明は、この問題を解決するためになされたもので、処理対象物を損傷することなく処理対象物に付着した毒素を不活化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、処理対象物の表面に付着した毒素を不活化するプラズマ処理装置であって、不活化が行われる空間の雰囲気を調整して窒素雰囲気とする雰囲気調整手段と、前記空間に設置された電極対と、アーク放電を引き起こさずにファインストリーマ放電を引き起こす電気パルスを前記電極対に繰り返し印加するパルス電源と、前記空間の内部から外部へ向かう短波長紫外線を前記空間の内部へ戻す反射部材とを備え、前記電極対への電気パルスの印加によって発生したパルス電界と、ファインストリーマ放電に起因して窒素雰囲気中に発生したプラズマに含まれる窒素ラジカルと、ファインストリーマ放電に起因して窒素雰囲気が発する短波長紫外線とを毒素に作用させることにより、毒素を窒化および酸化し、処理対象物の表面から毒素を散逸させる。
【０００８】
請求項２の発明は、毒素がエンドトキシンまたは異常プリオンである請求項１に記載のプラズマ処理装置である。
【０００９】
請求項３の発明は、電気パルスのパルス幅が半値幅で５０〜３００ｎｓである請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置である。
【００１０】
請求項４の発明は、前記雰囲気調整手段は、前記電極対を構成する陽極の側から窒素ガスを給気し、前記電極対を構成する陰極の側から窒素ガスを排気する、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のプラズマ処理装置である。
【００１１】
請求項５の発明は、前記雰囲気調整手段は、前記空間を減圧する減圧手段を備える、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のプラズマ処理装置である。
【００１２】
請求項６の発明は、窒素雰囲気の温度を調整する温度調整手段をさらに備える、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のプラズマ処理装置である。
【００１３】
請求項７の発明は、前記反射部材は、短波長紫外線をアルミニウム膜で反射する、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のプラズマ処理装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、処理対象物を損傷することなく処理対象物に付着した毒素を不活化することができる。
【００１５】
請求項４の発明によれば、毒素を均一に不活化することができる。
【００１６】
請求項５の発明によれば、電極対の間隔を拡げることができるので、立体的な処理対象物に付着した毒素を不活化することができる。また、請求項５の発明によれば、窒素ラジカルの寿命が長くなるので、毒素を効率的に不活化することができる。
【００１７】
請求項６の発明によれば、窒素雰囲気の温度を不活化に適した温度とすることができるので、毒素を効率的に不活化することができる。
【００１８】
請求項７の発明によれば、短波長紫外線の反射率が高くなるので、毒素を効率的に不活化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
＜１ 毒素の不活化＞
本発明のプラズマ処理装置では、処理対象物の表面に付着した毒素を不活化するため、パルス電界、窒素ラジカル（Ｎ*）および波長が１００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の短波長紫外線（「遠紫外線」又は「ＵＶ−Ｃ」とも呼ばれる）を含む紫外線を毒素に複合的に作用させることにより、毒素を窒化および酸化し、処理対象物の表面から毒素を散逸させる。
【００２０】
ここで、「毒素」とは、生物に有害な生理活性を有する物質であり、典型的には、エンドトキシンや異常プリオンである。なお、毒素が付着している処理対象物によっては、パルス電界、窒素ラジカルおよび短波長紫外線が、毒素および処理対象物の表面の両方に作用し、その相乗的な効果によって毒素の不活化が進行する場合もある。
【００２１】
本発明のプラズマ処理装置では、毒素が付着した処理対象物を電極対の間に置き、立ち上がりの早い電気パルスを当該電極対に印加することにより、立ち上がりの早いパルス電界を毒素に作用させる。毒素が電界に曝されると、毒素の陽極側および陰極側に分極電荷が誘起され、外部電界より強い内部電界が毒素の内部に生じるので、立ち上がりの早いパルス電界に毒素を曝せば、毒素の陽極側および陰極側の電位差を急激に上昇させることができ、電気的な衝撃を毒素に与えることができることを利用したものである。
【００２２】
また、本発明のプラズマ処理装置では、毒素が付着した処理対象物を窒素雰囲気中に設置された電極対の間に置き、立ち上がりの早い電気パルスを当該電極対に印加してファインストリーマ放電を引き起こすことにより、窒素雰囲気中に発生したプラズマに含まれる窒素ラジカルを毒素に作用させる。ここで、活性種として窒素ラジカルを選択した理由、すなわち、窒素雰囲気中でプラズマを発生させた理由は、窒素ラジカルの活性が他の活性種、例えば、酸素ラジカルよりも著しく高いことによる。この点は、各種気体分子の解離エネルギーを表にまとめた図１に示すように、窒素分子（Ｎ2）の解離エネルギーが９．９１ｅＶであるのに対して、酸素分子（Ｏ2）の解離エネルギーが５．２１ｅＶであることからも明らかである。加えて、窒素ラジカルの寿命が長いこと、例えば、３重項窒素（3Σu）のビラジカルの寿命が１０ミリ秒に達することも、活性種として窒素ラジカルを選択した理由のひとつとなっている。加えて、窒素ガスは、低価格で容易に入手でき取り扱いも容易であることも、活性種として窒素ラジカルを選択した理由のひとつとなっている。
【００２３】
さらに、本発明のプラズマ処理装置では、ファインストリーマ放電に起因して窒素雰囲気が発する波長が２５０ｎｍの短波長紫外線を含む紫外線を毒素が付着した処理対象物に照射することにより、短波長紫外線を毒素に作用させる。ここで、短波長紫外線を利用するのは、短波長紫外線に対する感受性を毒素が有しているからである。
【００２４】
＜２ ファインストリーマ放電＞
図２は、電極対８１，８２への電気パルスの印加によって引き起こされる放電の状態と電気パルスの電圧概略波形（無負荷時）とを模式的に示す図である。図２において、電気パルスの電圧概略波形は、電圧Ｖ（縦軸）の時間ｔ（横軸）に対する変化を示すグラフによってあらわされている。
【００２５】
図２に示すように、電気パルスのパルス幅Δｔが概ね１００ｎｓに達すると、正イオンが陰極８２に衝突する際に放出された２次電子が窒素分子を電離させて新たな正イオンを発生させるグロー放電が引き起こされる。
【００２６】
一方、電気パルスの立ち上がり時の電圧Ｖの時間上昇率ｄＶ／ｄｔが概ね３０〜５０ｋＶ／μｓである場合、パルス幅Δｔが概ね１００ｎｓに達すると、陽極８１から陰極８２へ向かうストリーマ８３の成長が始まる。そして、パルス幅Δｔが概ね１００〜５００ｎｓである場合、ストリーマ８３の成長は、陽極８１と陰極８２との間に短いストリーマ８３が散点する初期段階で終了する。一方、パルス幅Δｔが概ね５００〜１０００ｎｓである場合、ストリーマ８３が本格的に成長し、陽極８１と陰極８２との間に枝分かれした長いストリーマ８３が存在する状態となる。本発明のプラズマ処理装置では、ストリーマ８３の成長が進んで陽極８１と陰極８２とが導通してしまわないように、ストリーマ８３の成長の初期段階で放電を停止するファインストリーマ放電を用いる。放電の均一性に優れるファインストリーマ放電を用いれば、毒素を均一に不活化することができるからである。
【００２７】
さらに、パルス幅Δｔが概ね１０００ｎｓに達すると、局部的な電流集中がおき、最終的にアーク放電が引き起こされる。
【００２８】
上述の説明で、パルス幅Δｔや立ち上がり時の電圧Ｖの時間上昇率ｄＶ／ｄｔの範囲について「概ね」としているのは、これらは、電極対８１，８２の間隔、陽極８１および陰極８２の構造ならびに窒素雰囲気の圧力等のプラズマ処理装置の具体的構成に依存して変化するためである。したがって、ファインストリーマ放電となっているか否かは、パルス幅Δｔや立ち上がり時の電圧Ｖの時間上昇率ｄＶ／ｄｔだけでなく、実際の放電を観察して判断すべきである。
【００２９】
また、電気パルスの電圧概略波形について「無負荷時」としているのは、同じ条件でパルス電源を動作させても、電極対８１，８２の間隔ならびに陽極８１および陰極８２の構造等のプラズマ処理装置の具体的構成が変化すれば、電極対８１，８２に実際に印加される電気パルスの電圧概略波形が異なってくるからである。
【００３０】
＜３ エンドトキシンの一般構造＞
図３は、毒素の一例である、グラム陰性菌の細胞壁外膜を構成するエンドトキシンの一般構造を模式的に示す図である。図３に示すように、エンドトキシンは、多糖部と脂質部とから構成され、多糖部はＯ−特異鎖とコア（内部コアおよび外部コア）とから構成され、脂質部は活性部位となるリピドＡから構成されている。本発明のプラズマ処理装置では、パルス電界と窒素ラジカルと短波長紫外線とをエンドトキシンに作用させ、エンドトキシンを窒化および酸化して、処理対象物の表面からエンドトキシンをガスとして散逸させることにより、エンドトキシンを不活化している。
【００３１】
なお、同様の原理により、異常プリオンその他の毒素も不活化することができる。
【００３２】
＜４ プラズマ処理装置の構成例＞
＜４．１ リアクタ＞
図４および図５は、本発明の望ましい実施形態に係るプラズマ処理装置１のリアクタ１１を示す模式図であり、図４は、リアクタ１１の外部構造を示す斜視図となっており、図５は、リアクタ１１の内部構造を示す断面図となっている。図５には、プラズマ処理装置１を構成するリアクタ１１の付属物も併せて示されている。
【００３３】
図４に示すように、リアクタ１１は、バッチ式の反応容器となっており、上面の給気口から窒素ガスを給気し、下面の排気口から窒素ガスを排気することができるようになっている。リアクタ１１は、前面に設けられたドアが開かれた状態においては、内部への処理対象物７１の収容および内部からの処理対象物７１の取り出しが可能な状態となり、ドアが閉じられた状態においては、内部が密閉された状態となる。
【００３４】
リアクタ１１では、内部の電極対１１２，１１３に電気パルスを印加して電極対１１２，１１３の間のプラズマ放電ギャップ１１９にプラズマを発生させ、発生したプラズマに処理対象物７１を曝すことにより、処理対象物７１に付着した毒素を不活化している。プラズマ放電ギャップ１１９の大きさは処理対象物７１に応じて変更すべきであるが、本実施形態では、前後方向に３００ｍｍ、左右方向に３００ｍｍの拡がりを有する４０ｍｍのギャップとした。
【００３５】
図５に示すように、リアクタ１１の内部には、貫通孔１１１５，１１２５が形成された石英ミラー１１１，１１２が上下に離隔して水平に設置され、その間には、前後方向に伸びる電極棒１１３が水平に設置されている。陰極となる石英ミラー１１２と陽極となる電極棒１１３とから構成される電極対１１２，１１３には、パルス電源１３が接続される。リアクタ１１では、窒素ガスタンク１４から貫通孔１１１５を経由してリアクタ１１の内部へ窒素ガスが給気され、排気ポンプ１５によってリアクタ１１の内部から貫通孔１１２５および排気口１１６６を経由して窒素ガスが排気される。リアクタ１１の内部の圧力は圧力ゲージ１６によって測定することができる。また、リアクタ１１の内部には、ハロゲンランプヒータ１１４および光ファイバ温度計１１５が設置されている。ハロゲンランプヒータ１１４および光ファイバ温度計１１５は、コントローラ１７に接続されている。
【００３６】
＜４．２ 石英ミラー＞
石英ミラー１１１，１１２は、石英ガラス板１１１１，１１２１の一方の主面にアルミニウム膜１１１２，１１２２を蒸着したものである。典型的には、石英ガラス板１１１１，１１２１の板厚は０．５〜５．０ｍｍであり、アルミニウム膜１１１２，１１２２の膜厚は０．５〜５．０μｍであるが、これらの範囲外となることも妨げられない。石英ガラス板１１１１，１１２１のアルミニウム膜１１１２，１１２２が蒸着されていない他方の主面は、プラズマ放電ギャップ１１９に向けられている。石英ミラー１１１は、リアクタ１１の内部から上方へ逃げる短波長紫外線１１９１を反射して、リアクタ１１の内部へ戻す。石英ミラー１１２は、リアクタ１１の内部から下方へ逃げる短波長紫外線１１９１を反射して、リアクタ１１の内部へ戻す。このように、リアクタ１１の内部から外部へ向かう短波長紫外線１１９１をリアクタ１１の内部へ戻す反射部材を設けると、窒素雰囲気が発する短波長紫外線１１９１の利用効率を向上することができ、処理対象物７１への短波長紫外線１１９１の照射量を増加させることができるので、毒素の不活化の効率を向上することができる。短波長紫外線１１９１を反射する鏡面をアルミニウム膜により形成したのは、各種金属膜の反射率の波長依存性を示すグラフである図６に示すように、アルミニウム膜の短波長紫外線の反射率が極めて高く（約９０％）、毒素の効率的な不活化に寄与しうるからである。
【００３７】
＜４．３ 電極＞
電極棒１１３の材質は、プラズマ耐久性に優れるＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）である。ただし、このことは、電極棒１１３の材質としてＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）以外のもの、例えば、タングステン・モリブデン・マンガン・チタン・クロム・ジルコニウム・ニッケル・銀・鉄・銅・白金・パラジウム等の金属を主成分とするものを用いることを妨げない。ここで、「金属」とは、ニッケル合金やステンレス鋼に代表される鉄合金のような、２種類以上の金属を含む合金をも包含する意味で用いている。典型的には、電極棒１１３の直径は０．５ｍｍであるが、これ以外とすることも妨げられない。なお、図５には、１本の電極棒１１３のみが示されているが、２本以上の電極棒１１３を間隔を置いて左右方向に配列してもよい。また、陽極を電極板で構成することも妨げられないが、この場合、陽極が短波長紫外線１１９１を遮蔽して処理対象物７１への短波長紫外線１１９１の照射を妨げてしまうことを防止するため、反対側が透けて見えるような櫛歯状又は網目状の電極板を採用することが望ましい。
【００３８】
なお、リアクタ１１では、石英ミラー１１２が陰極としての機能と短波長紫外線１１９１を反射する反射部材としての機能を兼ねているが、このことは、陰極と反射部材とを独立した部材として設置することを妨げるものではない。
【００３９】
＜４．４ パルス電源＞
パルス電源１３は、アーク放電を引き起こさずにファインストリーマ放電を引き起こす電気パルスを電極対１１２，１１３に繰り返し印加する。具体的には、パルス電源１３は、パルス幅が半値幅で５０〜３００ｎｓの電気パルスを電極対１１２，１１３に繰り返し印加する。パルス電源１３が電極対１１２，１１３に印加する電気パルスの電圧波形および電流波形の一例を図７に示す。図７には、電気パルスの電圧Ｖ２および電流Ｉ２（縦軸）の時間（横軸）に対する変化が示されており、パルス幅は、半値幅で約１００ｎｓとなっている。
【００４０】
パルス電源１３には、静電誘導型サイリスタ（以下、「ＳＩＴｈｙ」という）を用いた誘導エネルギー蓄積型電源回路（以下、「ＩＥＳ回路」という)を採用することが望ましい。ＩＥＳ回路は、ＳＩＴｈｙのクロージングスイッチ機能の他、オープニングスイッチング機能を用いてターンオフを行い、当該ターンオフによりＳＩＴｈｙのゲート・アノード間に高圧を発生させている。なお、ＩＥＳ回路の詳細は、飯田克二、佐久間健：「誘導エネルギー蓄積型パルス電源」，第１５回ＳＩデバイスシンポジウム（２００２）に記載されている。
【００４１】
まず、図８を参照して、ＩＥＳ回路（パルス電源）１３の構成について説明する。ＩＥＳ回路１３は、低電圧直流電源１３１を備える。低電圧直流電源１３１の電圧Ｅは、ＩＥＳ回路１３が発生させる電気パルスの電圧のピーク値より著しく低いことが許容される。例えば、後述するインダクタ１３３の両端に発生させる電圧ＶLのピーク値ＶLPが数ｋＶに達しても、低電圧直流電源１３１の電圧Ｅは数１０Ｖであることが許容される。電圧Ｅの下限は後述するＳＩＴｈｙ１３４のラッチング電圧以上で決定される。ＩＥＳ回路１３は、低電圧直流電源１３１を電気エネルギー源として利用可能であるので、小型・低コストに構築可能である。
【００４２】
ＩＥＳ回路１３は、低電圧直流電源１３１に並列接続されるコンデンサ１３２を備える。コンデンサ１３２は、低電圧直流電源１３１のインピーダンスを見かけ上低下させることにより低電圧直流電源１３１の放電能力を強化する。
【００４３】
さらに、ＩＥＳ回路１３は、インダクタ１３３、ＳＩＴｈｙ１３４、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）（以下、「ＦＥＴ」）１３５、ゲート駆動回路１３６およびダイオード１３７を備える。ＩＥＳ回路１３では、低電圧直流電源１３１の正極とインダクタ１３３の一端とが接続され、インダクタ１３３の他端とＳＩＴｈｙ１３４のアノードとが接続され、ＳＩＴｈｙ１３４のカソードとＦＥＴ１３５のドレインとが接続され、ＦＥＴ１３５のソースと低電圧直流電源１３１の負極とが接続されている。また、ＩＥＳ回路１３では、ＳＩＴｈｙ１３４のゲートとダイオード１３７のアノードとが接続され、ダイオード１３７のカソードとインダクタ１３３の一端（低電圧直流電源１３１の正極）とが接続される。ＦＥＴ１３５のゲートおよびソースには、ゲート駆動回路１３６が接続される。
【００４４】
ＳＩＴｈｙ１３４は、ゲート信号に応答して、ターンオンおよびターンオフが可能である。
【００４５】
ＦＥＴ１３５は、ゲート駆動回路１３６から与えられるゲート信号Ｖcに応答してドレイン・ソース間の導通状態が変化するスイッチング素子である。ＦＥＴ１３５のオン電圧又はオン抵抗は低いことが望ましい。また、ＦＥＴ１３５の耐圧は低電圧直流電源１３１の電圧Ｅより高いことを要する。
【００４６】
ダイオード１３７は、ＳＩＴｈｙ１３４のゲートに正バイアスを与えた場合に流れる電流を阻止するため、すなわち、ＳＩＴｈｙ１３４のゲートに正バイアスを与えた場合にＳＩＴｈｙ１３４が電流駆動とならないようにするために設けられる。
【００４７】
インダクタ１３３は、自己インダクタンスを有する誘導性素子として機能しており、その両端には、負荷１３９（ここでは、電極対１１２，１１３）が並列接続される。なお、昇圧トランスの１次側をインダクタ１３３として用いて、昇圧トランスの２次側の両端に負荷１３９を接続すれば、電圧のピーク値がより高い電気パルスを得ることができる。
【００４８】
続いて、図９を参照して、ＩＥＳ回路１３の動作について説明する。図９は、上から順に、ＦＥＴ１３５に与えられるゲート信号Ｖc、ＳＩＴｈｙ１３４の導通状態、インダクタ１３３に流れる電流ＩL、インダクタ１３３の両端に発生する電圧ＶL、ＳＩＴｈｙ１３４のアノード・ゲート間の電圧ＶAG（縦軸）の時間（横軸）に対する変化を示している。
【００４９】
まず、時刻ｔ0にゲート信号ＶcがＯＦＦからＯＮに切り替わると、ＦＥＴ１３５のドレイン・ソース間は導通状態となる。これにより、ＳＩＴｈｙ１３４のゲートがアノードに対して正バイアスされるので、ＳＩＴｈｙ１３４のアノード・カソード間は導通状態となり（図中の「Ａ−Ｋ導通」）、電流ＩLが増加し始める。
【００５０】
電流ＩLがピーク値ＩLPに達するあたりの時刻ｔ1にゲート信号ＶcがＯＮからＯＦＦに切り替わると、ＦＥＴ１３５のドレイン・ソース間が非導通状態となり、ＳＩＴｈｙ１３４のアノード・ゲート間が導通状態となる（図中の「Ａ−Ｇ導通」）。これにより、時刻ｔ2から時刻ｔ3にかけて、ＳＩＴｈｙ１３４における空乏層の拡大に同期して（図中の「空乏層拡大」）、電流ＩLが減少するとともに、電圧ＶLおよび電圧ＶAGが急激に上昇する。
【００５１】
そして、時刻ｔ3において電圧ＶLおよび電圧ＶAGがそれぞれピーク値ＶLpおよびピーク値ＶAGpに達して電流ＩLの向きが反転した後は、時刻ｔ3から時刻ｔ4にかけて、ＳＩＴｈｙ１３４における空乏層の縮小の縮小に同期して（図中の「空乏層縮小」）、電流ＩLが増加するとともに、電圧ＶLおよび電圧ＶAGが急激に低下する。
【００５２】
そして、時刻ｔ4においてＳＩＴｈｙ１３４が非導通状態となると（図中の「非導通」）、時刻ｔ5に向かって電流ＩLが減少するとともに、電圧ＶLおよび電圧ＶAGは０になる。
【００５３】
＜４．５ 温度調整＞
コントローラ１７は、光ファイバ温度計１１５を用いて窒素雰囲気の温度を監視しつつ、ハロゲンランプヒータ１１４に供給する電力を制御することにより、窒素雰囲気の温度を調整する。これにより、窒素雰囲気の温度を不活化に適した温度とすることができるので、処理対象物７１に付着した毒素を効率的に不活化することができるようになる。もちろん、ハロゲンランプヒータ１１４に代えて、セラミックスヒータ等を用いることもできる。なお、誘電体バリアとして機能する石英ガラス板１１２１でアルミニウム膜１１２２を被覆した石英ミラー１１２を陰極として用いると、電極対１１２，１１３に電気パルスを印加した際に電流が途切れてしまうまでの時間が、石英ガラス板１１２１で被覆されていない金属板を陰極として用いた場合よりも長くなる。したがって、石英ガラス板１１２１でアルミニウム膜１１２２を被覆した石英ミラー１１２を陰極として用いると、電極対１１２，１１３に電気パルスを印加した際の入力電力が、石英ガラス板１１２１で被覆されていない金属板を陰極として用いた場合よりも大きくなるので、電極対１１２，１１３への電気パルスの印加によって窒素雰囲気の温度を上昇させることもできるようになる。
【００５４】
＜４．６ 雰囲気調整＞
リアクタ１１では、陽極となる電極棒１１３の側から窒素ガスを給気し、陰極となる石英ミラーの側から窒素ガスを排気することにより、リアクタ１１の内部の雰囲気を調整して窒素雰囲気としている。このような窒素ガスの給気および排気を行うのは、パルス電界と平行に陽極から陰極へ向かって流れる窒素ガス流を作り出すことができるので、プラズマを均一に発生させることができるようになり、処理対象物７１に付着した毒素を均一に不活化することができるからである。また、係る窒素ガス流を作り出すことには、酸素ガスが混入しにくくなり、オゾンの発生を実用上問題とならない程度まで抑制することができるという利点や、電極対１１２，１１３の間隔を拡げ、立体的な処理対象物７１に付着した毒素も不活化することができるようになるという利点もある。なお、複数の貫通孔１１１５を経由して窒素ガスの給気を行う場合、石英ミラー１１１の上面に載置された圧損部材、例えば、積層された金網やアルミナ・ＳｉＣ等のセラミックスの多孔体を通過した窒素ガスを貫通穴１１１５から噴出させるようにすることが望ましい。窒素ガスの噴出が、給気口の近傍の貫通孔１１１５に集中して毒素の不活化の均一性を妨げてしまうことを防止するためである。
【００５５】
さらに、リアクタ１１では、排気ポンプ１５によって内部を１００００〜５００００Ｐａ（大気圧の１／１０〜１／２）、より望ましくは、２００００〜４００００Ｐａまで減圧することによって、電極対１１２，１１３の間隔を拡げ（典型的には、大気圧の場合の５倍以上）、立体的な処理対象物７１に付着した毒素も不活化することができるようにしている。このように減圧下でファインストリーマ放電を引き起こすことは、窒素ラジカル１１９２の寿命を延ばし（典型的には、大気圧下の場合の１０倍以上）、処理対象物７１に付着した毒素を効率的に不活化することにも寄与している。ここで、窒素雰囲気の圧力を適切に保ち、窒素ラジカル１１９２の反応によって生じた化学種の滞留を防ぎ、当該化学種をプラズマ放電ギャップ１１９から適切に排出するためには、貫通孔１１１５の総孔面積Ｓ１よりも貫通孔１１２５の総孔面積Ｓ２を大きくし、貫通孔１１２５の総孔面積Ｓ２よりも排気口１１６６の総孔面積Ｓ３を大きくすることが望ましい。
【００５６】
＜５ プラズマ処理装置の動作＞
図１０は、プラズマ処理装置１の動作を説明する図である。図１０では、余熱工程Ｓ１０１、プラズマ処理工程Ｓ１０２および冷却工程Ｓ１０３の各々について、ハロゲンランプヒータ１１４による加熱の有無、排気ポンプ１５による排気の有無、電極対１１２，１１３への電気パルスの印加の有無および窒素ガスの給気の有無を示した図となっている。
【００５７】
ドアを開けて処理対象物７１を石英ミラー１１２の上に載置し再びドアを閉じると、プラズマ処理装置１は、余熱工程Ｓ１０１を開始する。余熱工程Ｓ１０１では、ハロゲンランプヒータ１１４による加熱と排気ポンプ１５による排気とが行われ、リアクタ１１の内部が加熱される。
【００５８】
続くプラズマ処理工程Ｓ１０２では、ハロゲンランプヒータ１１４による加熱が停止され、排気ポンプ１５による排気が継続されるとともに、電極対１１２，１１３への電気パルスの印加および窒素ガスの給気が開始される。プラズマ処理工程Ｓ１０２において、ハロゲンランプヒータ１１４による加熱が停止されるのは、電気パルスの印加による電力の入力により、加熱を停止しても窒素雰囲気の温度を維持することができるからである。また、排気ポンプ１５による排気を継続するのは、リアクタ１１の内部が減圧された状態を維持するとともに、パルス電界に平行な窒素ガス流を作り出すためである。不活化工程では、比較的少量（例えば、１５リットル／分）の窒素ガスがリアクタ１１の内部に給気され、リアクタ１１の内部の雰囲気が窒素雰囲気に調整される。そして、プラズマ放電ギャップ１１９に発生したプラズマによって処理対象物７１をプラズマ処理し、電極対１１２，１１３への電気パルスの印加によって発生したパルス電界と、ファインストリーマ放電に起因して窒素雰囲気中のプラズマ放電ギャップに発生したプラズマに含まれる窒素ラジカル１１９２と、ファインストリーマ放電に起因して窒素雰囲気が発する短波長紫外線１１９１とが、処理対象物７１に付着した毒素に作用することにより、毒素を窒化および酸化し、処理対象物７１の表面から毒素を散逸させる。これにより、プラズマ処理装置１では、処理対象物７１を損傷することなく、処理対象物７１に付着した毒素を不活化することができる。
【００５９】
続く冷却工程Ｓ１０３では、電極対１１２，１１３への電気パルスの印加および排気ポンプ１５による排気が停止され、窒素ガスの給気が継続される。冷却工程Ｓ１０３では、比較的多量（例えば、２０リットル／分）の窒素ガスがリアクタ１１の内部へ給気され、リアクタ１１の内部が冷却される。この冷却工程Ｓ１０３により、リアクタ１１の内部から処理対象物７１を安全に取り出すことが可能になる。
【実施例】
【００６０】
以下では、発明の詳細な説明の欄で説明したプラズマ処理装置１によるプラズマ処理に関する実施例を説明する。
【００６１】
＜実施例１＞
実施例１では、プラズマ処理装置１において、電圧のピーク値が１９．５ｋＶ、電流のピーク値が１５．６Ａ、周波数が２．５ｋＨｚの電気パルスを電極対１１２，１１３に印加して、プラズマ放電ギャップ１１９から発せられる紫外線の発光スペクトルを紫外線分光装置で測定した。その結果を図１１に示す。ここで、窒素ガスの流速は１５リットル／分、窒素雰囲気の温度は６０〜６５℃とした。また、１パルス当りの入力電力は１６．０ｍＪであった。
【００６２】
図１１に示すように、プラズマ放電ギャップ１１９から発せられる紫外線、すなわち、ファインストリーマ放電に起因して窒素雰囲気中が発する紫外線は、毒素の不活化に有効な短波長紫外線を含んでいる。
【００６３】
＜実施例２＞
実施例２では、プラズマ処理装置１において、電圧のピーク値が１９．０ｋＶ、周波数が２．５ｋＨｚの電気パルスを電極対１１２，１１３に印加し、窒素雰囲気の温度とプラズマ処理の処理時間を変化させながら、減圧下のプラズマ処理によるエンドトキシンの活性の低下を評価した。エンドトキシンの活性は、エンドトキシンとしてシグマアルドリッチジャパン株式会社製の「Lipopolysaccharides from Escherichia coli 0111」、リムルス試薬として和光純薬工業株式会社製の「リムルスES-IIテストワコー」を選択し、和光純薬工業株式会社製の「トキシノメータET-2000/J」を用いて測定した。図１２にその結果を示す。図１２には、検体中のエンドトキシンの濃度（縦軸）のプラズマ処理の処理時間（横軸）に対する変化が、窒素雰囲気の温度（２８〜４５℃、６０〜６５℃、７３〜８３℃）ごとに示されている。ここで、窒素ガスの流量は６リットル／分とした。また、入力電力は８４Ｗであった。
【００６４】
図１２に示すように、窒素雰囲気の温度が高くなり、プラズマ処理の処理時間が長くなるほど、エンドトキシンの濃度を低くすることができ、プラズマ処理の処理時間を概ね７分とすれば、エンドトキシンの濃度を人間の致死量である１０-1〜１０0ｎｇ／ｍｌより低くすることができ、窒素雰囲気の温度を７３〜８３℃、プラズマ処理の処理時間を３０分とすれば、エンドトキシンの濃度を検出限界である１０-3ｎｇ／ｍｌより低くすることができる。すなわち、本発明のプラズマ処理装置１では、乾熱法よりも著しく低い温度で短時間にエンドトキシンを完全に不活化することができるので、処理対象物７１を損傷することなく処理対象物７１に付着したエンドトキシンを完全に不活化することができる。
【００６５】
＜実施例３＞
実施例３では、１．２５μｇのリピドＡをコートしたガラス板を準備し、減圧下のプラズマ処理の前後の光電子スペクトルの変化をＸ線光電子分光装置（ＸＰＳ）で測定した。その結果を、図１３〜図１６に示す。図１３は、プラズマ処理の前の光電子スペクトルであり、図１４は、プラズマ処理の後の光電子スペクトルである。図１５および図１６は、それぞれ、図１３および図１４の３９０〜４１０ｅＶの範囲を拡大して縦軸を規格化しものである。
【００６６】
図１３および図１４に示すように、プラズマ処理の後の光電子スペクトルでは、炭素（Ｃ）の存在を示すピークの強度がプラズマ処理の前より弱くなっており、窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）、ナトリウム（Ｎａ）の存在を示すピークの強度がプラズマ処理の前より強くなっている。
【００６７】
窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）の存在を示すピークの強度が強くなっていることは、プラズマ処理によりリピドＡが窒化および酸化されたことを示していると考えられる。また、ナトリウム（Ｎａ）の存在を示すピークの強度が強くなっていることは、ガラス板の表面のリピドＡがエッチングされてガスとして散逸し、露出したガラス板の構成元素であるナトリウムが検出されるようになったものと考えられる。
【００６８】
さらに、図１５および図１６に示すように、プラズマ処理後の後の光電子スペクトルでは、窒素（Ｎ）の存在を示すピークの線幅がプラズマ処理の前より広くくなってなり、ピークが高エネルギー側に広がっている。このことは、プラズマ処理によりアミン等窒化物が生成したこと、すなわち、プラズマ処理によりリピドＡが窒化されたことを示していると考えられる。
【００６９】
＜実施例４＞
実施例４では、１．２５μｇのリピドＡをコートしたガラス板を準備し、減圧下のプラズマ処理の前後の表面状態を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で観察した。ここで、窒素雰囲気の温度は６０℃、処理時間は１５分とした。その結果、表面のモホロジーが変化し、コートされたリピドＡに由来する凸部が消滅していることがわかった。このことは、リピドＡがエッチングされてガスとして散逸したことを示していると考えられる。
【００７０】
＜実施例５＞
実施例５では、ポリスチレンシートを準備し、プラズマ処理の前後の光電子スペクトルの変化をＸ線光電子分光装置で測定した。その結果を、図１７〜図１９に示す。図１７は、プラズマ処理の前の光電子スペクトル、図１８および図１９は、プラズマ処理の後の光電子スペクトルである。ただし、図１８は、処理時間を７分として減圧下でプラズマ処理を行った場合の光電子スペクトルであり、図１９は、処理時間を４分として大気圧下でプラズマ処理を行った場合の光電子スペクトルである。
【００７１】
図１７〜図１９に示すように、プラズマ処理の後の光電子スペクトルでは、炭素（Ｃ）の存在を示すピークの強度が、プラズマ処理の前より弱くなっており、窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）の存在を示すピークの強度がプラズマ処理の前より強くなっている。このことは、プラズマ処理を行えば、処理対象物の表面に付着した毒素（エンドトキシンに限定されない）を窒化および酸化することができることを示唆していると考えられる。
【００７２】
＜実施例６＞
実施例６では、ポリスチレンシートを準備し、減圧下のプラズマ処理の前後の表面状態を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で観察した。ここで、処理時間は７分とした。その結果、表面のモホロジーが変化し、凸部が消滅し、表面が荒らされていることがわかった。このことは、プラズマ処理を行えば、処理対象物の表面に付着した毒素（エンドトキシンに限定されない）をガスとして散逸させることができることを示唆していると考えられる。
【００７３】
＜実施例７＞
実施例７では、ポリスチレンシートを準備し、減圧下のプラズマ処理の開始前後の排気ガスに含まれる成分を定量分析を行った。その結果を図２０に示す。ここで、窒素ガスの流量は１１リットル／分とし、プラズマ放電ギャップは前後方向に２００ｍｍ、左右方向に２００ｍｍの拡がりを有するギャップとした。また、一酸化炭素（ＣＯ）は赤外線吸収法、窒素酸化物（ＮＯx）は化学発光法、シアン化水素（ＨＣＮ）は吸光光度法、ベンゼン（Ｃ6Ｈ6）・トルエン（Ｃ7Ｈ8）・スチレン（Ｃ8Ｈ8）・亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）はガスクロマトグラフグラフ質量分析法、オゾン（Ｏ3）はオゾン検出管法で定量分析を行っている。
【００７４】
図２０に示すように、プラズマ処理の開始後の排気ガスには、一酸化炭素・窒素酸化物・スチレン・亜酸化窒素が検出された。このことは、プラズマ処理を行えば、処理対象物の表面に付着した毒素（エンドトキシンに限定されない）を窒化および酸化することができることを示唆していると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】各種気体分子の解離エネルギーを示す図である。
【図２】放電の状態と電気パルスの電圧概略波形とを模式的に示す図である。
【図３】エンドトキシンの一般構造を模式的に示す図である。
【図４】実施形態に係るプラズマ処理装置のリアクタの斜視図である。
【図５】実施形態に係るプラズマ処理装置のリアクタの断面図である。
【図６】各種金属膜の反射率の波長依存性を示す図である。
【図７】電気パルスの電圧波形および電流波形の一例を示す図である。
【図８】ＩＥＳ回路の構成を示す図である。
【図９】ＩＥＳ回路の動作を示す図である。
【図１０】プラズマ処理装置の動作を説明する図である。
【図１１】プラズマ放電ギャップから発せられる紫外線の発光スペクトルである。
【図１２】エンドトキシンの活性の低下を示す図である。
【図１３】リピドＡをコートしたガラス板のプラズマ処理の前の光電子スペクトルである。
【図１４】リピドＡをコートしたガラス板のプラズマ処理の後の光電子スペクトルである。
【図１５】リピドＡをコートしたガラス板のプラズマ処理の前の光電子スペクトルである。
【図１６】リピドＡをコートしたガラス板のプラズマ処理の後の光電子スペクトルである。
【図１７】プラズマ処理の前のポリスチレンシートの光電子スペクトルである。
【図１８】プラズマ処理の後のポリスチレンシートの光電子スペクトルである。
【図１９】プラズマ処理の後のポリスチレンシートの光電子スペクトルである。
【図２０】プラズマ処理の前後の排気ガスに含まれる成分の定量分析の結果を示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
１ プラズマ処理装置
１１ リアクタ
１１１ 石英ミラー
１１２ 石英ミラー（陰極）
１１３ 電極棒（陽極）
１１４ ハロゲンランプヒータ
１３ パルス電源
１４ 窒素ガスタンク
１５ 排気ポンプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンドトキシンや異常プリオンなどの毒素を不活化するプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンドトキシンとは、グラム陰性菌の細胞壁外膜を構成するリポ多糖である。エンドトキシンは、ごく微量でも発熱性を発揮することが知られており、医療事故を防止するためには、医療器具に付着したエンドトキシンを不活化する必要がある。エンドトキシンを不活化する方法としては、ガンマ線法・電子線法・エチレンオキサイドガス法・過酸化水素ガスプラズマ法・オートクレーブ法・乾熱法などが検討されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】細渕和成、他１名、「各滅菌法による乾燥エンドトキシンの不活化」、東京都立産業技術研究所研究報告、東京都立産業技術研究所、１９９９年、第２号、ｐ．１２６−１２９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、乾熱法を除く従来の方法では、エンドトキシンの活性を十分に低下させることができない。例えば、典型的な処理条件を採用した場合、ガンマ線法・電子線法・エチレンオキサイドガス法では約１／４、過酸化水素ガスプラズマ法では約１／２０、オートクレーブ法では約１／９までエンドトキシンの活性を低下させることができるだけである。一方、乾熱法では約１／１０5までエンドトキシンの活性を低下させることができるが、処理対象物を約２５０℃まで加熱する必要があり、処理対象物を損傷してしまうという問題がある。
【０００５】
なお、このような不活化に関する問題は、エンドトキシン以外の毒素、例えば、牛海綿状脳症の原因となる毒素と推定されている異常プリオンにも当てはまる。
【０００６】
本発明は、この問題を解決するためになされたもので、処理対象物を損傷することなく処理対象物に付着した毒素を不活化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、処理対象物の表面に付着した毒素を不活化するプラズマ処理装置であって、不活化が行われる空間の雰囲気を調整して窒素雰囲気とする雰囲気調整手段と、前記空間に設置された電極対と、アーク放電を引き起こさずにファインストリーマ放電を引き起こす電気パルスを前記電極対に繰り返し印加するパルス電源と、前記空間の内部から外部へ向かう短波長紫外線を前記空間の内部へ戻す反射部材とを備え、前記電極対への電気パルスの印加によって発生したパルス電界と、ファインストリーマ放電に起因して窒素雰囲気中に発生したプラズマに含まれる窒素ラジカルと、ファインストリーマ放電に起因して窒素雰囲気が発する短波長紫外線とを毒素に作用させることにより、毒素を窒化および酸化し、処理対象物の表面から毒素を散逸させる。
【０００８】
請求項２の発明は、毒素がエンドトキシンまたは異常プリオンである請求項１に記載のプラズマ処理装置である。
【０００９】
請求項３の発明は、電気パルスのパルス幅が半値幅で５０〜３００ｎｓである請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置である。
【００１０】
請求項４の発明は、前記雰囲気調整手段は、前記電極対を構成する陽極の側から窒素ガスを給気し、前記電極対を構成する陰極の側から窒素ガスを排気する、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のプラズマ処理装置である。
【００１１】
請求項５の発明は、前記雰囲気調整手段は、前記空間を減圧する減圧手段を備える、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のプラズマ処理装置である。
【００１２】
請求項６の発明は、窒素雰囲気の温度を調整する温度調整手段をさらに備える、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のプラズマ処理装置である。
【００１３】
請求項７の発明は、前記反射部材は、短波長紫外線をアルミニウム膜で反射する、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のプラズマ処理装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、処理対象物を損傷することなく処理対象物に付着した毒素を不活化することができる。
【００１５】
請求項４の発明によれば、毒素を均一に不活化することができる。
【００１６】
請求項５の発明によれば、電極対の間隔を拡げることができるので、立体的な処理対象物に付着した毒素を不活化することができる。また、請求項５の発明によれば、窒素ラジカルの寿命が長くなるので、毒素を効率的に不活化することができる。
【００１７】
請求項６の発明によれば、窒素雰囲気の温度を不活化に適した温度とすることができるので、毒素を効率的に不活化することができる。
【００１８】
請求項７の発明によれば、短波長紫外線の反射率が高くなるので、毒素を効率的に不活化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
＜１ 毒素の不活化＞
本発明のプラズマ処理装置では、処理対象物の表面に付着した毒素を不活化するため、パルス電界、窒素ラジカル（Ｎ*）および波長が１００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の短波長紫外線（「遠紫外線」又は「ＵＶ−Ｃ」とも呼ばれる）を含む紫外線を毒素に複合的に作用させることにより、毒素を窒化および酸化し、処理対象物の表面から毒素を散逸させる。
【００２０】
ここで、「毒素」とは、生物に有害な生理活性を有する物質であり、典型的には、エンドトキシンや異常プリオンである。なお、毒素が付着している処理対象物によっては、パルス電界、窒素ラジカルおよび短波長紫外線が、毒素および処理対象物の表面の両方に作用し、その相乗的な効果によって毒素の不活化が進行する場合もある。
【００２１】
本発明のプラズマ処理装置では、毒素が付着した処理対象物を電極対の間に置き、立ち上がりの早い電気パルスを当該電極対に印加することにより、立ち上がりの早いパルス電界を毒素に作用させる。毒素が電界に曝されると、毒素の陽極側および陰極側に分極電荷が誘起され、外部電界より強い内部電界が毒素の内部に生じるので、立ち上がりの早いパルス電界に毒素を曝せば、毒素の陽極側および陰極側の電位差を急激に上昇させることができ、電気的な衝撃を毒素に与えることができることを利用したものである。
【００２２】
また、本発明のプラズマ処理装置では、毒素が付着した処理対象物を窒素雰囲気中に設置された電極対の間に置き、立ち上がりの早い電気パルスを当該電極対に印加してファインストリーマ放電を引き起こすことにより、窒素雰囲気中に発生したプラズマに含まれる窒素ラジカルを毒素に作用させる。ここで、活性種として窒素ラジカルを選択した理由、すなわち、窒素雰囲気中でプラズマを発生させた理由は、窒素ラジカルの活性が他の活性種、例えば、酸素ラジカルよりも著しく高いことによる。この点は、各種気体分子の解離エネルギーを表にまとめた図１に示すように、窒素分子（Ｎ2）の解離エネルギーが９．９１ｅＶであるのに対して、酸素分子（Ｏ2）の解離エネルギーが５．２１ｅＶであることからも明らかである。加えて、窒素ラジカルの寿命が長いこと、例えば、３重項窒素（3Σu）のビラジカルの寿命が１０ミリ秒に達することも、活性種として窒素ラジカルを選択した理由のひとつとなっている。加えて、窒素ガスは、低価格で容易に入手でき取り扱いも容易であることも、活性種として窒素ラジカルを選択した理由のひとつとなっている。
【００２３】
さらに、本発明のプラズマ処理装置では、ファインストリーマ放電に起因して窒素雰囲気が発する波長が２５０ｎｍの短波長紫外線を含む紫外線を毒素が付着した処理対象物に照射することにより、短波長紫外線を毒素に作用させる。ここで、短波長紫外線を利用するのは、短波長紫外線に対する感受性を毒素が有しているからである。
【００２４】
＜２ ファインストリーマ放電＞
図２は、電極対８１，８２への電気パルスの印加によって引き起こされる放電の状態と電気パルスの電圧概略波形（無負荷時）とを模式的に示す図である。図２において、電気パルスの電圧概略波形は、電圧Ｖ（縦軸）の時間ｔ（横軸）に対する変化を示すグラフによってあらわされている。
【００２５】
図２に示すように、電気パルスのパルス幅Δｔが概ね１００ｎｓに達すると、正イオンが陰極８２に衝突する際に放出された２次電子が窒素分子を電離させて新たな正イオンを発生させるグロー放電が引き起こされる。
【００２６】
一方、電気パルスの立ち上がり時の電圧Ｖの時間上昇率ｄＶ／ｄｔが概ね３０〜５０ｋＶ／μｓである場合、パルス幅Δｔが概ね１００ｎｓに達すると、陽極８１から陰極８２へ向かうストリーマ８３の成長が始まる。そして、パルス幅Δｔが概ね１００〜５００ｎｓである場合、ストリーマ８３の成長は、陽極８１と陰極８２との間に短いストリーマ８３が散点する初期段階で終了する。一方、パルス幅Δｔが概ね５００〜１０００ｎｓである場合、ストリーマ８３が本格的に成長し、陽極８１と陰極８２との間に枝分かれした長いストリーマ８３が存在する状態となる。本発明のプラズマ処理装置では、ストリーマ８３の成長が進んで陽極８１と陰極８２とが導通してしまわないように、ストリーマ８３の成長の初期段階で放電を停止するファインストリーマ放電を用いる。放電の均一性に優れるファインストリーマ放電を用いれば、毒素を均一に不活化することができるからである。
【００２７】
さらに、パルス幅Δｔが概ね１０００ｎｓに達すると、局部的な電流集中がおき、最終的にアーク放電が引き起こされる。
【００２８】
上述の説明で、パルス幅Δｔや立ち上がり時の電圧Ｖの時間上昇率ｄＶ／ｄｔの範囲について「概ね」としているのは、これらは、電極対８１，８２の間隔、陽極８１および陰極８２の構造ならびに窒素雰囲気の圧力等のプラズマ処理装置の具体的構成に依存して変化するためである。したがって、ファインストリーマ放電となっているか否かは、パルス幅Δｔや立ち上がり時の電圧Ｖの時間上昇率ｄＶ／ｄｔだけでなく、実際の放電を観察して判断すべきである。
【００２９】
また、電気パルスの電圧概略波形について「無負荷時」としているのは、同じ条件でパルス電源を動作させても、電極対８１，８２の間隔ならびに陽極８１および陰極８２の構造等のプラズマ処理装置の具体的構成が変化すれば、電極対８１，８２に実際に印加される電気パルスの電圧概略波形が異なってくるからである。
【００３０】
＜３ エンドトキシンの一般構造＞
図３は、毒素の一例である、グラム陰性菌の細胞壁外膜を構成するエンドトキシンの一般構造を模式的に示す図である。図３に示すように、エンドトキシンは、多糖部と脂質部とから構成され、多糖部はＯ−特異鎖とコア（内部コアおよび外部コア）とから構成され、脂質部は活性部位となるリピドＡから構成されている。本発明のプラズマ処理装置では、パルス電界と窒素ラジカルと短波長紫外線とをエンドトキシンに作用させ、エンドトキシンを窒化および酸化して、処理対象物の表面からエンドトキシンをガスとして散逸させることにより、エンドトキシンを不活化している。
【００３１】
なお、同様の原理により、異常プリオンその他の毒素も不活化することができる。
【００３２】
＜４ プラズマ処理装置の構成例＞
＜４．１ リアクタ＞
図４および図５は、本発明の望ましい実施形態に係るプラズマ処理装置１のリアクタ１１を示す模式図であり、図４は、リアクタ１１の外部構造を示す斜視図となっており、図５は、リアクタ１１の内部構造を示す断面図となっている。図５には、プラズマ処理装置１を構成するリアクタ１１の付属物も併せて示されている。
【００３３】
図４に示すように、リアクタ１１は、バッチ式の反応容器となっており、上面の給気口から窒素ガスを給気し、下面の排気口から窒素ガスを排気することができるようになっている。リアクタ１１は、前面に設けられたドアが開かれた状態においては、内部への処理対象物７１の収容および内部からの処理対象物７１の取り出しが可能な状態となり、ドアが閉じられた状態においては、内部が密閉された状態となる。
【００３４】
リアクタ１１では、内部の電極対１１２，１１３に電気パルスを印加して電極対１１２，１１３の間のプラズマ放電ギャップ１１９にプラズマを発生させ、発生したプラズマに処理対象物７１を曝すことにより、処理対象物７１に付着した毒素を不活化している。プラズマ放電ギャップ１１９の大きさは処理対象物７１に応じて変更すべきであるが、本実施形態では、前後方向に３００ｍｍ、左右方向に３００ｍｍの拡がりを有する４０ｍｍのギャップとした。
【００３５】
図５に示すように、リアクタ１１の内部には、貫通孔１１１５，１１２５が形成された石英ミラー１１１，１１２が上下に離隔して水平に設置され、その間には、前後方向に伸びる電極棒１１３が水平に設置されている。陰極となる石英ミラー１１２と陽極となる電極棒１１３とから構成される電極対１１２，１１３には、パルス電源１３が接続される。リアクタ１１では、窒素ガスタンク１４から貫通孔１１１５を経由してリアクタ１１の内部へ窒素ガスが給気され、排気ポンプ１５によってリアクタ１１の内部から貫通孔１１２５および排気口１１６６を経由して窒素ガスが排気される。リアクタ１１の内部の圧力は圧力ゲージ１６によって測定することができる。また、リアクタ１１の内部には、ハロゲンランプヒータ１１４および光ファイバ温度計１１５が設置されている。ハロゲンランプヒータ１１４および光ファイバ温度計１１５は、コントローラ１７に接続されている。
【００３６】
＜４．２ 石英ミラー＞
石英ミラー１１１，１１２は、石英ガラス板１１１１，１１２１の一方の主面にアルミニウム膜１１１２，１１２２を蒸着したものである。典型的には、石英ガラス板１１１１，１１２１の板厚は０．５〜５．０ｍｍであり、アルミニウム膜１１１２，１１２２の膜厚は０．５〜５．０μｍであるが、これらの範囲外となることも妨げられない。石英ガラス板１１１１，１１２１のアルミニウム膜１１１２，１１２２が蒸着されていない他方の主面は、プラズマ放電ギャップ１１９に向けられている。石英ミラー１１１は、リアクタ１１の内部から上方へ逃げる短波長紫外線１１９１を反射して、リアクタ１１の内部へ戻す。石英ミラー１１２は、リアクタ１１の内部から下方へ逃げる短波長紫外線１１９１を反射して、リアクタ１１の内部へ戻す。このように、リアクタ１１の内部から外部へ向かう短波長紫外線１１９１をリアクタ１１の内部へ戻す反射部材を設けると、窒素雰囲気が発する短波長紫外線１１９１の利用効率を向上することができ、処理対象物７１への短波長紫外線１１９１の照射量を増加させることができるので、毒素の不活化の効率を向上することができる。短波長紫外線１１９１を反射する鏡面をアルミニウム膜により形成したのは、各種金属膜の反射率の波長依存性を示すグラフである図６に示すように、アルミニウム膜の短波長紫外線の反射率が極めて高く（約９０％）、毒素の効率的な不活化に寄与しうるからである。
【００３７】
＜４．３ 電極＞
電極棒１１３の材質は、プラズマ耐久性に優れるＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）である。ただし、このことは、電極棒１１３の材質としてＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）以外のもの、例えば、タングステン・モリブデン・マンガン・チタン・クロム・ジルコニウム・ニッケル・銀・鉄・銅・白金・パラジウム等の金属を主成分とするものを用いることを妨げない。ここで、「金属」とは、ニッケル合金やステンレス鋼に代表される鉄合金のような、２種類以上の金属を含む合金をも包含する意味で用いている。典型的には、電極棒１１３の直径は０．５ｍｍであるが、これ以外とすることも妨げられない。なお、図５には、１本の電極棒１１３のみが示されているが、２本以上の電極棒１１３を間隔を置いて左右方向に配列してもよい。また、陽極を電極板で構成することも妨げられないが、この場合、陽極が短波長紫外線１１９１を遮蔽して処理対象物７１への短波長紫外線１１９１の照射を妨げてしまうことを防止するため、反対側が透けて見えるような櫛歯状又は網目状の電極板を採用することが望ましい。
【００３８】
なお、リアクタ１１では、石英ミラー１１２が陰極としての機能と短波長紫外線１１９１を反射する反射部材としての機能を兼ねているが、このことは、陰極と反射部材とを独立した部材として設置することを妨げるものではない。
【００３９】
＜４．４ パルス電源＞
パルス電源１３は、アーク放電を引き起こさずにファインストリーマ放電を引き起こす電気パルスを電極対１１２，１１３に繰り返し印加する。具体的には、パルス電源１３は、パルス幅が半値幅で５０〜３００ｎｓの電気パルスを電極対１１２，１１３に繰り返し印加する。パルス電源１３が電極対１１２，１１３に印加する電気パルスの電圧波形および電流波形の一例を図７に示す。図７には、電気パルスの電圧Ｖ２および電流Ｉ２（縦軸）の時間（横軸）に対する変化が示されており、パルス幅は、半値幅で約１００ｎｓとなっている。
【００４０】
パルス電源１３には、静電誘導型サイリスタ（以下、「ＳＩＴｈｙ」という）を用いた誘導エネルギー蓄積型電源回路（以下、「ＩＥＳ回路」という)を採用することが望ましい。ＩＥＳ回路は、ＳＩＴｈｙのクロージングスイッチ機能の他、オープニングスイッチング機能を用いてターンオフを行い、当該ターンオフによりＳＩＴｈｙのゲート・アノード間に高圧を発生させている。なお、ＩＥＳ回路の詳細は、飯田克二、佐久間健：「誘導エネルギー蓄積型パルス電源」，第１５回ＳＩデバイスシンポジウム（２００２）に記載されている。
【００４１】
まず、図８を参照して、ＩＥＳ回路（パルス電源）１３の構成について説明する。ＩＥＳ回路１３は、低電圧直流電源１３１を備える。低電圧直流電源１３１の電圧Ｅは、ＩＥＳ回路１３が発生させる電気パルスの電圧のピーク値より著しく低いことが許容される。例えば、後述するインダクタ１３３の両端に発生させる電圧ＶLのピーク値ＶLPが数ｋＶに達しても、低電圧直流電源１３１の電圧Ｅは数１０Ｖであることが許容される。電圧Ｅの下限は後述するＳＩＴｈｙ１３４のラッチング電圧以上で決定される。ＩＥＳ回路１３は、低電圧直流電源１３１を電気エネルギー源として利用可能であるので、小型・低コストに構築可能である。
【００４２】
ＩＥＳ回路１３は、低電圧直流電源１３１に並列接続されるコンデンサ１３２を備える。コンデンサ１３２は、低電圧直流電源１３１のインピーダンスを見かけ上低下させることにより低電圧直流電源１３１の放電能力を強化する。
【００４３】
さらに、ＩＥＳ回路１３は、インダクタ１３３、ＳＩＴｈｙ１３４、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）（以下、「ＦＥＴ」）１３５、ゲート駆動回路１３６およびダイオード１３７を備える。ＩＥＳ回路１３では、低電圧直流電源１３１の正極とインダクタ１３３の一端とが接続され、インダクタ１３３の他端とＳＩＴｈｙ１３４のアノードとが接続され、ＳＩＴｈｙ１３４のカソードとＦＥＴ１３５のドレインとが接続され、ＦＥＴ１３５のソースと低電圧直流電源１３１の負極とが接続されている。また、ＩＥＳ回路１３では、ＳＩＴｈｙ１３４のゲートとダイオード１３７のアノードとが接続され、ダイオード１３７のカソードとインダクタ１３３の一端（低電圧直流電源１３１の正極）とが接続される。ＦＥＴ１３５のゲートおよびソースには、ゲート駆動回路１３６が接続される。
【００４４】
ＳＩＴｈｙ１３４は、ゲート信号に応答して、ターンオンおよびターンオフが可能である。
【００４５】
ＦＥＴ１３５は、ゲート駆動回路１３６から与えられるゲート信号Ｖcに応答してドレイン・ソース間の導通状態が変化するスイッチング素子である。ＦＥＴ１３５のオン電圧又はオン抵抗は低いことが望ましい。また、ＦＥＴ１３５の耐圧は低電圧直流電源１３１の電圧Ｅより高いことを要する。
【００４６】
ダイオード１３７は、ＳＩＴｈｙ１３４のゲートに正バイアスを与えた場合に流れる電流を阻止するため、すなわち、ＳＩＴｈｙ１３４のゲートに正バイアスを与えた場合にＳＩＴｈｙ１３４が電流駆動とならないようにするために設けられる。
【００４７】
インダクタ１３３は、自己インダクタンスを有する誘導性素子として機能しており、その両端には、負荷１３９（ここでは、電極対１１２，１１３）が並列接続される。なお、昇圧トランスの１次側をインダクタ１３３として用いて、昇圧トランスの２次側の両端に負荷１３９を接続すれば、電圧のピーク値がより高い電気パルスを得ることができる。
【００４８】
続いて、図９を参照して、ＩＥＳ回路１３の動作について説明する。図９は、上から順に、ＦＥＴ１３５に与えられるゲート信号Ｖc、ＳＩＴｈｙ１３４の導通状態、インダクタ１３３に流れる電流ＩL、インダクタ１３３の両端に発生する電圧ＶL、ＳＩＴｈｙ１３４のアノード・ゲート間の電圧ＶAG（縦軸）の時間（横軸）に対する変化を示している。
【００４９】
まず、時刻ｔ0にゲート信号ＶcがＯＦＦからＯＮに切り替わると、ＦＥＴ１３５のドレイン・ソース間は導通状態となる。これにより、ＳＩＴｈｙ１３４のゲートがアノードに対して正バイアスされるので、ＳＩＴｈｙ１３４のアノード・カソード間は導通状態となり（図中の「Ａ−Ｋ導通」）、電流ＩLが増加し始める。
【００５０】
電流ＩLがピーク値ＩLPに達するあたりの時刻ｔ1にゲート信号ＶcがＯＮからＯＦＦに切り替わると、ＦＥＴ１３５のドレイン・ソース間が非導通状態となり、ＳＩＴｈｙ１３４のアノード・ゲート間が導通状態となる（図中の「Ａ−Ｇ導通」）。これにより、時刻ｔ2から時刻ｔ3にかけて、ＳＩＴｈｙ１３４における空乏層の拡大に同期して（図中の「空乏層拡大」）、電流ＩLが減少するとともに、電圧ＶLおよび電圧ＶAGが急激に上昇する。
【００５１】
そして、時刻ｔ3において電圧ＶLおよび電圧ＶAGがそれぞれピーク値ＶLpおよびピーク値ＶAGpに達して電流ＩLの向きが反転した後は、時刻ｔ3から時刻ｔ4にかけて、ＳＩＴｈｙ１３４における空乏層の縮小の縮小に同期して（図中の「空乏層縮小」）、電流ＩLが増加するとともに、電圧ＶLおよび電圧ＶAGが急激に低下する。
【００５２】
そして、時刻ｔ4においてＳＩＴｈｙ１３４が非導通状態となると（図中の「非導通」）、時刻ｔ5に向かって電流ＩLが減少するとともに、電圧ＶLおよび電圧ＶAGは０になる。
【００５３】
＜４．５ 温度調整＞
コントローラ１７は、光ファイバ温度計１１５を用いて窒素雰囲気の温度を監視しつつ、ハロゲンランプヒータ１１４に供給する電力を制御することにより、窒素雰囲気の温度を調整する。これにより、窒素雰囲気の温度を不活化に適した温度とすることができるので、処理対象物７１に付着した毒素を効率的に不活化することができるようになる。もちろん、ハロゲンランプヒータ１１４に代えて、セラミックスヒータ等を用いることもできる。なお、誘電体バリアとして機能する石英ガラス板１１２１でアルミニウム膜１１２２を被覆した石英ミラー１１２を陰極として用いると、電極対１１２，１１３に電気パルスを印加した際に電流が途切れてしまうまでの時間が、石英ガラス板１１２１で被覆されていない金属板を陰極として用いた場合よりも長くなる。したがって、石英ガラス板１１２１でアルミニウム膜１１２２を被覆した石英ミラー１１２を陰極として用いると、電極対１１２，１１３に電気パルスを印加した際の入力電力が、石英ガラス板１１２１で被覆されていない金属板を陰極として用いた場合よりも大きくなるので、電極対１１２，１１３への電気パルスの印加によって窒素雰囲気の温度を上昇させることもできるようになる。
【００５４】
＜４．６ 雰囲気調整＞
リアクタ１１では、陽極となる電極棒１１３の側から窒素ガスを給気し、陰極となる石英ミラーの側から窒素ガスを排気することにより、リアクタ１１の内部の雰囲気を調整して窒素雰囲気としている。このような窒素ガスの給気および排気を行うのは、パルス電界と平行に陽極から陰極へ向かって流れる窒素ガス流を作り出すことができるので、プラズマを均一に発生させることができるようになり、処理対象物７１に付着した毒素を均一に不活化することができるからである。また、係る窒素ガス流を作り出すことには、酸素ガスが混入しにくくなり、オゾンの発生を実用上問題とならない程度まで抑制することができるという利点や、電極対１１２，１１３の間隔を拡げ、立体的な処理対象物７１に付着した毒素も不活化することができるようになるという利点もある。なお、複数の貫通孔１１１５を経由して窒素ガスの給気を行う場合、石英ミラー１１１の上面に載置された圧損部材、例えば、積層された金網やアルミナ・ＳｉＣ等のセラミックスの多孔体を通過した窒素ガスを貫通穴１１１５から噴出させるようにすることが望ましい。窒素ガスの噴出が、給気口の近傍の貫通孔１１１５に集中して毒素の不活化の均一性を妨げてしまうことを防止するためである。
【００５５】
さらに、リアクタ１１では、排気ポンプ１５によって内部を１００００〜５００００Ｐａ（大気圧の１／１０〜１／２）、より望ましくは、２００００〜４００００Ｐａまで減圧することによって、電極対１１２，１１３の間隔を拡げ（典型的には、大気圧の場合の５倍以上）、立体的な処理対象物７１に付着した毒素も不活化することができるようにしている。このように減圧下でファインストリーマ放電を引き起こすことは、窒素ラジカル１１９２の寿命を延ばし（典型的には、大気圧下の場合の１０倍以上）、処理対象物７１に付着した毒素を効率的に不活化することにも寄与している。ここで、窒素雰囲気の圧力を適切に保ち、窒素ラジカル１１９２の反応によって生じた化学種の滞留を防ぎ、当該化学種をプラズマ放電ギャップ１１９から適切に排出するためには、貫通孔１１１５の総孔面積Ｓ１よりも貫通孔１１２５の総孔面積Ｓ２を大きくし、貫通孔１１２５の総孔面積Ｓ２よりも排気口１１６６の総孔面積Ｓ３を大きくすることが望ましい。
【００５６】
＜５ プラズマ処理装置の動作＞
図１０は、プラズマ処理装置１の動作を説明する図である。図１０では、余熱工程Ｓ１０１、プラズマ処理工程Ｓ１０２および冷却工程Ｓ１０３の各々について、ハロゲンランプヒータ１１４による加熱の有無、排気ポンプ１５による排気の有無、電極対１１２，１１３への電気パルスの印加の有無および窒素ガスの給気の有無を示した図となっている。
【００５７】
ドアを開けて処理対象物７１を石英ミラー１１２の上に載置し再びドアを閉じると、プラズマ処理装置１は、余熱工程Ｓ１０１を開始する。余熱工程Ｓ１０１では、ハロゲンランプヒータ１１４による加熱と排気ポンプ１５による排気とが行われ、リアクタ１１の内部が加熱される。
【００５８】
続くプラズマ処理工程Ｓ１０２では、ハロゲンランプヒータ１１４による加熱が停止され、排気ポンプ１５による排気が継続されるとともに、電極対１１２，１１３への電気パルスの印加および窒素ガスの給気が開始される。プラズマ処理工程Ｓ１０２において、ハロゲンランプヒータ１１４による加熱が停止されるのは、電気パルスの印加による電力の入力により、加熱を停止しても窒素雰囲気の温度を維持することができるからである。また、排気ポンプ１５による排気を継続するのは、リアクタ１１の内部が減圧された状態を維持するとともに、パルス電界に平行な窒素ガス流を作り出すためである。不活化工程では、比較的少量（例えば、１５リットル／分）の窒素ガスがリアクタ１１の内部に給気され、リアクタ１１の内部の雰囲気が窒素雰囲気に調整される。そして、プラズマ放電ギャップ１１９に発生したプラズマによって処理対象物７１をプラズマ処理し、電極対１１２，１１３への電気パルスの印加によって発生したパルス電界と、ファインストリーマ放電に起因して窒素雰囲気中のプラズマ放電ギャップに発生したプラズマに含まれる窒素ラジカル１１９２と、ファインストリーマ放電に起因して窒素雰囲気が発する短波長紫外線１１９１とが、処理対象物７１に付着した毒素に作用することにより、毒素を窒化および酸化し、処理対象物７１の表面から毒素を散逸させる。これにより、プラズマ処理装置１では、処理対象物７１を損傷することなく、処理対象物７１に付着した毒素を不活化することができる。
【００５９】
続く冷却工程Ｓ１０３では、電極対１１２，１１３への電気パルスの印加および排気ポンプ１５による排気が停止され、窒素ガスの給気が継続される。冷却工程Ｓ１０３では、比較的多量（例えば、２０リットル／分）の窒素ガスがリアクタ１１の内部へ給気され、リアクタ１１の内部が冷却される。この冷却工程Ｓ１０３により、リアクタ１１の内部から処理対象物７１を安全に取り出すことが可能になる。
【実施例】
【００６０】
以下では、発明の詳細な説明の欄で説明したプラズマ処理装置１によるプラズマ処理に関する実施例を説明する。
【００６１】
＜実施例１＞
実施例１では、プラズマ処理装置１において、電圧のピーク値が１９．５ｋＶ、電流のピーク値が１５．６Ａ、周波数が２．５ｋＨｚの電気パルスを電極対１１２，１１３に印加して、プラズマ放電ギャップ１１９から発せられる紫外線の発光スペクトルを紫外線分光装置で測定した。その結果を図１１に示す。ここで、窒素ガスの流速は１５リットル／分、窒素雰囲気の温度は６０〜６５℃とした。また、１パルス当りの入力電力は１６．０ｍＪであった。
【００６２】
図１１に示すように、プラズマ放電ギャップ１１９から発せられる紫外線、すなわち、ファインストリーマ放電に起因して窒素雰囲気中が発する紫外線は、毒素の不活化に有効な短波長紫外線を含んでいる。
【００６３】
＜実施例２＞
実施例２では、プラズマ処理装置１において、電圧のピーク値が１９．０ｋＶ、周波数が２．５ｋＨｚの電気パルスを電極対１１２，１１３に印加し、窒素雰囲気の温度とプラズマ処理の処理時間を変化させながら、減圧下のプラズマ処理によるエンドトキシンの活性の低下を評価した。エンドトキシンの活性は、エンドトキシンとしてシグマアルドリッチジャパン株式会社製の「Lipopolysaccharides from Escherichia coli 0111」、リムルス試薬として和光純薬工業株式会社製の「リムルスES-IIテストワコー」を選択し、和光純薬工業株式会社製の「トキシノメータET-2000/J」を用いて測定した。図１２にその結果を示す。図１２には、検体中のエンドトキシンの濃度（縦軸）のプラズマ処理の処理時間（横軸）に対する変化が、窒素雰囲気の温度（２８〜４５℃、６０〜６５℃、７３〜８３℃）ごとに示されている。ここで、窒素ガスの流量は６リットル／分とした。また、入力電力は８４Ｗであった。
【００６４】
図１２に示すように、窒素雰囲気の温度が高くなり、プラズマ処理の処理時間が長くなるほど、エンドトキシンの濃度を低くすることができ、プラズマ処理の処理時間を概ね７分とすれば、エンドトキシンの濃度を人間の致死量である１０-1〜１０0ｎｇ／ｍｌより低くすることができ、窒素雰囲気の温度を７３〜８３℃、プラズマ処理の処理時間を３０分とすれば、エンドトキシンの濃度を検出限界である１０-3ｎｇ／ｍｌより低くすることができる。すなわち、本発明のプラズマ処理装置１では、乾熱法よりも著しく低い温度で短時間にエンドトキシンを完全に不活化することができるので、処理対象物７１を損傷することなく処理対象物７１に付着したエンドトキシンを完全に不活化することができる。
【００６５】
＜実施例３＞
実施例３では、１．２５μｇのリピドＡをコートしたガラス板を準備し、減圧下のプラズマ処理の前後の光電子スペクトルの変化をＸ線光電子分光装置（ＸＰＳ）で測定した。その結果を、図１３〜図１６に示す。図１３は、プラズマ処理の前の光電子スペクトルであり、図１４は、プラズマ処理の後の光電子スペクトルである。図１５および図１６は、それぞれ、図１３および図１４の３９０〜４１０ｅＶの範囲を拡大して縦軸を規格化しものである。
【００６６】
図１３および図１４に示すように、プラズマ処理の後の光電子スペクトルでは、炭素（Ｃ）の存在を示すピークの強度がプラズマ処理の前より弱くなっており、窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）、ナトリウム（Ｎａ）の存在を示すピークの強度がプラズマ処理の前より強くなっている。
【００６７】
窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）の存在を示すピークの強度が強くなっていることは、プラズマ処理によりリピドＡが窒化および酸化されたことを示していると考えられる。また、ナトリウム（Ｎａ）の存在を示すピークの強度が強くなっていることは、ガラス板の表面のリピドＡがエッチングされてガスとして散逸し、露出したガラス板の構成元素であるナトリウムが検出されるようになったものと考えられる。
【００６８】
さらに、図１５および図１６に示すように、プラズマ処理後の後の光電子スペクトルでは、窒素（Ｎ）の存在を示すピークの線幅がプラズマ処理の前より広くくなってなり、ピークが高エネルギー側に広がっている。このことは、プラズマ処理によりアミン等窒化物が生成したこと、すなわち、プラズマ処理によりリピドＡが窒化されたことを示していると考えられる。
【００６９】
＜実施例４＞
実施例４では、１．２５μｇのリピドＡをコートしたガラス板を準備し、減圧下のプラズマ処理の前後の表面状態を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で観察した。ここで、窒素雰囲気の温度は６０℃、処理時間は１５分とした。その結果、表面のモホロジーが変化し、コートされたリピドＡに由来する凸部が消滅していることがわかった。このことは、リピドＡがエッチングされてガスとして散逸したことを示していると考えられる。
【００７０】
＜実施例５＞
実施例５では、ポリスチレンシートを準備し、プラズマ処理の前後の光電子スペクトルの変化をＸ線光電子分光装置で測定した。その結果を、図１７〜図１９に示す。図１７は、プラズマ処理の前の光電子スペクトル、図１８および図１９は、プラズマ処理の後の光電子スペクトルである。ただし、図１８は、処理時間を７分として減圧下でプラズマ処理を行った場合の光電子スペクトルであり、図１９は、処理時間を４分として大気圧下でプラズマ処理を行った場合の光電子スペクトルである。
【００７１】
図１７〜図１９に示すように、プラズマ処理の後の光電子スペクトルでは、炭素（Ｃ）の存在を示すピークの強度が、プラズマ処理の前より弱くなっており、窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）の存在を示すピークの強度がプラズマ処理の前より強くなっている。このことは、プラズマ処理を行えば、処理対象物の表面に付着した毒素（エンドトキシンに限定されない）を窒化および酸化することができることを示唆していると考えられる。
【００７２】
＜実施例６＞
実施例６では、ポリスチレンシートを準備し、減圧下のプラズマ処理の前後の表面状態を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で観察した。ここで、処理時間は７分とした。その結果、表面のモホロジーが変化し、凸部が消滅し、表面が荒らされていることがわかった。このことは、プラズマ処理を行えば、処理対象物の表面に付着した毒素（エンドトキシンに限定されない）をガスとして散逸させることができることを示唆していると考えられる。
【００７３】
＜実施例７＞
実施例７では、ポリスチレンシートを準備し、減圧下のプラズマ処理の開始前後の排気ガスに含まれる成分を定量分析を行った。その結果を図２０に示す。ここで、窒素ガスの流量は１１リットル／分とし、プラズマ放電ギャップは前後方向に２００ｍｍ、左右方向に２００ｍｍの拡がりを有するギャップとした。また、一酸化炭素（ＣＯ）は赤外線吸収法、窒素酸化物（ＮＯx）は化学発光法、シアン化水素（ＨＣＮ）は吸光光度法、ベンゼン（Ｃ6Ｈ6）・トルエン（Ｃ7Ｈ8）・スチレン（Ｃ8Ｈ8）・亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）はガスクロマトグラフグラフ質量分析法、オゾン（Ｏ3）はオゾン検出管法で定量分析を行っている。
【００７４】
図２０に示すように、プラズマ処理の開始後の排気ガスには、一酸化炭素・窒素酸化物・スチレン・亜酸化窒素が検出された。このことは、プラズマ処理を行えば、処理対象物の表面に付着した毒素（エンドトキシンに限定されない）を窒化および酸化することができることを示唆していると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】各種気体分子の解離エネルギーを示す図である。
【図２】放電の状態と電気パルスの電圧概略波形とを模式的に示す図である。
【図３】エンドトキシンの一般構造を模式的に示す図である。
【図４】実施形態に係るプラズマ処理装置のリアクタの斜視図である。
【図５】実施形態に係るプラズマ処理装置のリアクタの断面図である。
【図６】各種金属膜の反射率の波長依存性を示す図である。
【図７】電気パルスの電圧波形および電流波形の一例を示す図である。
【図８】ＩＥＳ回路の構成を示す図である。
【図９】ＩＥＳ回路の動作を示す図である。
【図１０】プラズマ処理装置の動作を説明する図である。
【図１１】プラズマ放電ギャップから発せられる紫外線の発光スペクトルである。
【図１２】エンドトキシンの活性の低下を示す図である。
【図１３】リピドＡをコートしたガラス板のプラズマ処理の前の光電子スペクトルである。
【図１４】リピドＡをコートしたガラス板のプラズマ処理の後の光電子スペクトルである。
【図１５】リピドＡをコートしたガラス板のプラズマ処理の前の光電子スペクトルである。
【図１６】リピドＡをコートしたガラス板のプラズマ処理の後の光電子スペクトルである。
【図１７】プラズマ処理の前のポリスチレンシートの光電子スペクトルである。
【図１８】プラズマ処理の後のポリスチレンシートの光電子スペクトルである。
【図１９】プラズマ処理の後のポリスチレンシートの光電子スペクトルである。
【図２０】プラズマ処理の前後の排気ガスに含まれる成分の定量分析の結果を示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
１ プラズマ処理装置
１１ リアクタ
１１１ 石英ミラー
１１２ 石英ミラー（陰極）
１１３ 電極棒（陽極）
１１４ ハロゲンランプヒータ
１３ パルス電源
１４ 窒素ガスタンク
１５ 排気ポンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象物の表面に付着した毒素を不活化するプラズマ処理装置であって、
不活化が行われる空間の雰囲気を調整して窒素雰囲気とする雰囲気調整手段と、
前記空間に設置された電極対と、
アーク放電を引き起こさずにファインストリーマ放電を引き起こす電気パルスを前記電極対に繰り返し印加するパルス電源と、
前記空間の内部から外部へ向かう短波長紫外線を前記空間の内部へ戻す反射部材と、
を備え、
前記電極対への電気パルスの印加によって発生したパルス電界と、
ファインストリーマ放電に起因して窒素雰囲気中に発生したプラズマに含まれる窒素ラジカルと、
ファインストリーマ放電に起因して窒素雰囲気が発する短波長紫外線と、
を毒素に作用させることにより、毒素を窒化および酸化し、処理対象物の表面から毒素を散逸させるプラズマ処理装置。
【請求項２】
毒素がエンドトキシンまたは異常プリオンである請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
電気パルスのパルス幅が半値幅で５０〜３００ｎｓである請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記雰囲気調整手段は、前記電極対を構成する陽極の側から窒素ガスを給気し、前記電極対を構成する陰極の側から窒素ガスを排気する、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記雰囲気調整手段は、
前記空間を減圧する減圧手段、
を備える、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
窒素雰囲気の温度を調整する温度調整手段、
をさらに備える、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記反射部材は、短波長紫外線をアルミニウム膜で反射する、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１】
処理対象物の表面に付着した毒素を不活化するプラズマ処理装置であって、
不活化が行われる空間の雰囲気を調整して窒素雰囲気とする雰囲気調整手段と、
前記空間に設置された電極対と、
アーク放電を引き起こさずにファインストリーマ放電を引き起こす電気パルスを前記電極対に繰り返し印加するパルス電源と、
前記空間の内部から外部へ向かう短波長紫外線を前記空間の内部へ戻す反射部材と、
を備え、
前記電極対への電気パルスの印加によって発生したパルス電界と、
ファインストリーマ放電に起因して窒素雰囲気中に発生したプラズマに含まれる窒素ラジカルと、
ファインストリーマ放電に起因して窒素雰囲気が発する短波長紫外線と、
を毒素に作用させることにより、毒素を窒化および酸化し、処理対象物の表面から毒素を散逸させるプラズマ処理装置。
【請求項２】
毒素がエンドトキシンまたは異常プリオンである請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
電気パルスのパルス幅が半値幅で５０〜３００ｎｓである請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記雰囲気調整手段は、前記電極対を構成する陽極の側から窒素ガスを給気し、前記電極対を構成する陰極の側から窒素ガスを排気する、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記雰囲気調整手段は、
前記空間を減圧する減圧手段、
を備える、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
窒素雰囲気の温度を調整する温度調整手段、
をさらに備える、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記反射部材は、短波長紫外線をアルミニウム膜で反射する、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【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１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２００８−１７８６７９（Ｐ２００８−１７８６７９Ａ）
【公開日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３３３９８２（Ｐ２００７−３３３９８２）
【出願日】平成１９年１２月２６日（２００７．１２．２６）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２６日（２００７．１２．２６）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]