生体活性化方法
【課題】生体をマイナスイオンに曝すことにより生物の発育、増殖などが促進するように生体を活性化する生体活性化方法を提供する。
【解決手段】マイナスイオン生成装置１において大気中で電子を放出可能な電子源１０から酸素を含むガスへ電子を照射することによりオゾンを発生させることなくマイナスイオンを発生させ、当該マイナスイオンに活性化させたい生体９０を曝す。ここにおいて、電子源１０として、弾道電子面放出型電子源を用いることで、ガスへ照射される電子のエネルギがガスを構成する原子もしくは分子の電離エネルギ未満とする。
【解決手段】マイナスイオン生成装置１において大気中で電子を放出可能な電子源１０から酸素を含むガスへ電子を照射することによりオゾンを発生させることなくマイナスイオンを発生させ、当該マイナスイオンに活性化させたい生体９０を曝す。ここにおいて、電子源１０として、弾道電子面放出型電子源を用いることで、ガスへ照射される電子のエネルギがガスを構成する原子もしくは分子の電離エネルギ未満とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体を活性化することにより、生物の発育、増殖などの促進を可能とする生体活性化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、照明光源に例えば電球や発光ダイオードや半導体レーザなどの人工光源を用いた植物栽培方法が各所で研究開発されている。しかしながら、このような人工光源を用いた植物栽培では、光が照射されずに陰になった部分の成育が遅くなってしまう。同様に、例えば、図１０に示すように、シャーレ７０に入れた寒天倍地８０上の生物９０を人工光源１００により発育あるいは増殖させようとした場合、図１０のように２つのシャーレ７０が上下方向に重ねて配置されていると、下側のシャーレ７０の生物９０には照明光による効果が得られない。
【０００３】
ここにおいて、植物栽培の分野においては、単位面積当たりの収穫量を多くすることを目的として、コロナ放電を利用したマイナスイオン発生器により発生させたマイナスイオンを植物に照射することによって、植物の成育を促進する植物の成育促進方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開平１１−２３９４１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、コロナ放電を利用したマイナスイオン発生器は、殺菌などの用途にも用いられているのが現状であり、菌などの生物の発育や増殖には利用できないと考えられていた。そこで、本願発明者らは、上述のマイナスイオン発生器では、菌などの生物がマイナスイオンとともに発生するオゾンにより損傷を受けてしまうので、菌などの生物の発育や増殖には利用できないと考えた。
【０００５】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、生体をマイナスイオンに曝すことにより生物の発育、増殖などが促進するように生体を活性化する生体活性化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、大気中で電子を放出可能な電子源から酸素を含むガスへ電子を照射することによりオゾンを発生させることなくマイナスイオンを発生させ、当該マイナスイオンに活性化させたい生体を曝すことを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、オゾンを発生させることなくサイズが１ｎｍ〜２ｎｍ程度のマイナスイオン（酸素のマイナスイオン）を発生させることができるとともに、当該マイナスイオンに生体を曝すことにより例えば菌などの生物の発育、増殖などが促進するように生体を活性化することができる。
【０００８】
請求項２の発明は、大気中で電子を放出可能な電子源から水分を含むガスへ電子を照射することによりオゾンを発生させることなくマイナスイオンを発生させ、当該マイナスイオンに活性化させたい生体を曝すことを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、オゾンを発生させることなくサイズが３ｎｍ〜５０ｎｍ程度のマイナスイオン（水分子クラスタのマイナスイオン）を発生させることができるとともに、当該マイナスイオンに生体を曝すことにより例えば菌などの生物の発育、増殖などが促進するように生体を活性化することができる。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記電子源として、表面電極と下部電極との間に表面電極を高電位側とする駆動電圧が印加されたときに電子が通過する電子通過層を有し表面電極を通して電子を放出する電子源であって、電子通過層が多数のナノメータオーダの半導体微結晶および各半導体微結晶それぞれの表面に形成され半導体微結晶の結晶粒径よりも小さな膜厚の多数の絶縁膜を有する弾道電子面放出型電子源を用いることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、前記電子源の駆動電圧を１０〜２０Ｖ程度として大気中へ電子エネルギが２０ｅＶ未満の電子を放出することができ、前記ガスが電離するのを防止することができるから、オゾンの発生を確実に防止することができる。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記ガスを、前記電子源の電子放出面に平行な面内で前記電子源から前記生体へ向う方向に沿って流すことを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、発生させたマイナスイオンを前記生体へ効率良く供給することが可能となる。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記電子源から放出された電子を加速する電子加速手段により前記ガスへ照射される電子のエネルギを調整することを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、前記ガスへ照射される電子のエネルギを適宜調整することにより、所望のマイナスイオンを効率良く発生させることが可能となり、所望のマイナスイオンをより効率的に前記生体へ供給することが可能となる。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５の発明において、前記電子源から放出され前記ガスへ照射される電子のエネルギが前記ガスを構成する原子もしくは分子の電離エネルギ未満であることを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、前記ガスが前記電子源から放出された電子により電離するのを防止することができ、より確実に、オゾンが発生することなくマイナスイオンのみを発生させることが可能となる。
【００１８】
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６の発明において、電子出射用の窓孔が形成されるとともに乾燥ガスが満たされたケース内に前記電子源を配置し、イオン化対象である前記ガスを窓孔の出口側に供給することを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、前記電子源は乾燥ガス雰囲気中にあり、イオン化対象である前記ガスはケースの外を流れるので、前記電子源へ水分や不純物が付着するのを抑制することができ、前記電子源を長時間安定して動作させることが可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１の発明では、オゾンを発生させることなく酸素のマイナスイオンを発生させることができるとともに、当該マイナスイオンに生体を曝すことにより例えば菌などの生物の発育、増殖などが促進するように生体を活性化することができるという効果がある。
【００２１】
請求項２の発明では、オゾンを発生させることなく水分子クラスタのマイナスイオンを発生させることができるとともに、当該マイナスイオンに生体を曝すことにより例えば菌などの生物の発育、増殖などが促進するように生体を活性化することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（実施形態１）
本実施形態の生体活性化方法について図１に基づいて説明するが、まず、マイナスイオンを生成するマイナスイオン生成装置１について説明する。
【００２３】
本実施形態におけるマイナスイオン生成装置１は、大気中で電子を放出可能な電子源１０と、電子源１０の表面電極７（図２参照）の表面からなる電子放出面に対向配置され表面電極７を低電位側として加速電圧が印加されるアノード電極３０と、電子源１０およびアノード電極３０が収納された直方体状のケース２０とを備え、ケース２０には、アノード電極３０と電子源１０の表面電極７との間のイオン生成空間Ｂへイオン化対象のガス（例えば、乾燥空気や乾燥酸素などの酸素を含むガス）を導入するための筒状のガス導入筒部２４と、イオン生成空間Ｂで生成されたマイナスイオンを導出するための筒状のマイナスイオン導出筒部２５とが一体に設けられている。なお、図１中の矢印Ａは電子源１０から放出された電子の流れを示し、同図中の矢印Ｆ１はガス導入筒部２４を通してケース２０内へ導入するガスの流れ方向を示し、同図中の矢印Ｆ２はマイナスイオン導出筒部２５を通してケース２０外へ導出されるマイナスイオンの流れ方向を示している。
【００２４】
ケース２０は、電子源１０が一表面側に配設される平板状のリヤプレート部２１と、リヤプレート部２１に対向する平板状のフェースプレート部２３と、リヤプレート部２１とフェースプレート部２３との間に介在する矩形枠状のフレーム部２２とで構成されており、フェースプレート部２３における電子源１０との対向面側に上述のアノード電極３０を設けるように構成されている。ここで、リヤプレート部２１には、ケース２０外から電子源１０へ駆動用の電源を供給するための駆動用給電路（図示せず）が設けられている。要するに、図示しない駆動電源から上記駆動用給電路を介して電子源１０へ駆動電圧を印加することにより、電子源１０から電子が放出される。なお、本実施形態では、リヤプレート部２１とフレーム部２２とフェースプレート部２３とは別部材により構成してあるが、リヤプレート部２１とフレーム部２２とを連続一体に形成してもよし、フェースプレート部２３とフレーム部２２とを連続一体に形成してもよい。
【００２５】
電子源１０は、図２に示すように、矩形板状の絶縁性基板（例えば、絶縁性を有するガラス基板、絶縁性を有するセラミック基板など）３の一表面上に金属膜（例えば、タングステン膜など）からなる下部電極５が形成され、下部電極５上に後述の強電界ドリフト層６が形成され、強電界ドリフト層６上に金属薄膜（例えば、金薄膜）からなる表面電極７が形成されている。
【００２６】
本実施形態における電子源１０では、表面電極７および下部電極５それぞれにパッド（図示せず）が電気的に接続されており、表面電極７と下部電極５との間に表面電極７を高電位側として上述の駆動電圧を印加することによって表面電極７の表面よりなる電子放出面から電子が放出されるようになっている。なお、本実施形態の電子源１０では、強電界ドリフト層６が、表面電極７と下部電極５との間に表面電極７を高電位側とする駆動電圧が印加されたときに電子が通過する電子通過層を構成している。
【００２７】
電子源１０の強電界ドリフト層６は、後述のナノ結晶化プロセスおよび酸化プロセスを行うことにより形成されており、図３に示すように、少なくとも、下部電極５の表面側に列設された柱状の多結晶シリコンのグレイン（半導体結晶）５１と、グレイン５１の表面に形成された薄いシリコン酸化膜５２と、グレイン５１間に介在する多数のナノメータオーダのシリコン微結晶（半導体微結晶）６３と、各シリコン微結晶６３の表面に形成され当該シリコン微結晶６３の結晶粒径よりも小さな膜厚の酸化膜である多数のシリコン酸化膜（絶縁膜）６４とから構成されると考えられる。ここに、各グレイン５１は、下部電極５の厚み方向に延びている（つまり、絶縁性基板３の厚み方向に延びている）。
【００２８】
上述の電子源１０から電子を放出させるには、表面電極７が下部電極５に対して高電位側となるように表面電極７と下部電極５との間に駆動電圧を駆動電源（図示せず）により印加すれば、下部電極５から強電界ドリフト層６へ注入された電子が強電界ドリフト層６をドリフトし表面電極７を通して放出される（図３中の上向きの矢印は強電界ドリフト層６をドリフトし表面電極７を通して放出された電子ｅ−の流れを示す）。ここに、強電界ドリフト層６の表面に到達した電子はホットエレクトロンであると考えられ、表面電極７を容易にトンネルし放出される。なお、電子源１０は、電子放出特性の真空度依存性が小さく、低真空中や大気圧中でも電子を安定して放出することができる。
【００２９】
本実施形態における電子源１０は、次のようなモデルで電子放出が起こると考えられる。すなわち、表面電極７と下部電極５との間に表面電極７を高電位側として駆動電圧を印加することにより、下部電極５から強電界ドリフト層６へ電子ｅ−が注入される。一方、強電界ドリフト層６に印加された電界の大部分はシリコン酸化膜６４にかかるから、注入された電子ｅ−はシリコン酸化膜６４にかかっている強電界により加速され、強電界ドリフト層６におけるグレイン５１の間の領域を表面に向かって図３中の矢印の向き（図３における上向き）へドリフトし、表面電極７をトンネルし放出される。しかして、強電界ドリフト層６では下部電極５から注入された電子がシリコン微結晶６３でほとんど散乱されることなくシリコン酸化膜６４にかかっている電界で加速されてドリフトし、表面電極７を通して放出される（弾道型電子放出現象）。
【００３０】
上述の強電界ドリフト層６の形成方法の一例について説明する。
【００３１】
強電界ドリフト層６の形成にあたっては、まず、絶縁性基板３上に形成した下部電極５上にノンドープの多結晶シリコン層を例えばＬＰＣＶＤ法などにより形成した後、上述のナノ結晶化プロセスを行うことにより、多結晶シリコンの多数のグレイン５１（図３参照）と多数のシリコン微結晶６３（図３参照）とが混在する複合ナノ結晶層（以下、第１の複合ナノ結晶層と称す）を形成する。ここにおいて、ナノ結晶化プロセスでは、例えば、５５ｗｔ％のフッ化水素水溶液とエタノールとを略１：１で混合した混合液よりなる電解液を用い、下部電極５を陽極とし、電解液中において多結晶シリコン層に白金電極よりなる陰極を対向配置して、５００Ｗのタングステンランプからなる光源により多結晶シリコン層の主表面に光照射を行いながら、電源から陽極と陰極との間に定電流（例えば、電流密度が１２ｍＡ／ｃｍ２の電流）を所定時間（例えば、１０秒）だけ流すことによって、多結晶シリコンのグレイン５１およびシリコン微結晶６３を含む第１の複合ナノ結晶層を形成する。
【００３２】
ナノ結晶化プロセスが終了した後に、第１の複合ナノ結晶層を電気化学的に酸化する上述の酸化プロセスを行うことで、図３のような構成の複合ナノ結晶層（以下、第２の複合ナノ結晶層と称す）からなる強電界ドリフト層６を形成する。酸化プロセスでは、例えば、エチレングリコールからなる有機溶媒中に０．０４ｍｏｌ／ｌの硝酸カリウムからなる溶質を溶かした溶液よりなる電解液を用い、下部電極５を陽極とし、電解液中において第１の複合ナノ結晶層に白金電極よりなる陰極を対向配置して、下部電極５を陽極とし、電源から陽極と陰極との間に定電流（例えば、電流密度が０．１ｍＡ／ｃｍ２の電流）を流し陽極と陰極との間の電圧が２０Ｖだけ上昇するまで第１の複合ナノ結晶層を電気化学的に酸化することによって、上述のグレイン５１、シリコン微結晶６３、各シリコン酸化膜５２，６４を含む第２の複合ナノ結晶層からなる強電界ドリフト層６を形成するようになっている。なお、本実施形態では、上述のナノ結晶化プロセスを行うことによって形成される第１の複合ナノ結晶層においてグレイン５１、シリコン微結晶６３以外の領域はアモルファスシリコンからなるアモルファス領域となっており、強電界ドリフト層６においてグレイン５１、シリコン微結晶６３、各シリコン酸化膜５２，６４以外の領域がアモルファスシリコン若しくは一部が酸化したアモルファスシリコンからなるアモルファス領域６５となっているが、ナノ結晶化プロセスの条件によってはアモルファス領域６５が孔となり、このような場合の第１の複合ナノ結晶層は多孔質多結晶シリコン層とみなすことができる。また、上述の強電界ドリフト層６では、シリコン酸化膜６４が絶縁膜を構成しており絶縁膜の形成に酸化プロセスを採用しているが、酸化プロセスの代わりに窒化プロセスないし酸窒化プロセスを採用してもよく、窒化プロセスを採用した場合には各シリコン酸化膜５２，６４がいずれもシリコン窒化膜となり、酸窒化プロセスを採用した場合には各シリコン酸化膜５２，６４がいずれもシリコン酸窒化膜となる。
【００３３】
上述の電子源１０では、表面電極７と下部電極５との間に印加する駆動電圧を１０〜２０Ｖ程度の低電圧としても電子を放出することができ、しかも、上記ガスを構成する原子もしくは分子の電離エネルギ未満、例えば、２０ｅＶ未満の電子エネルギの電子を放出させることができる。なお、従来のフィラメントなどから放出された熱電子のエネルギは０．１〜０．３ｅＶ程度、原子や分子の励起に必要な励起エネルギは４ｅＶ程度、紫外線のエネルギは４〜１２ｅＶ程度、原子間結合エネルギは５〜８ｅＶ程度である。
【００３４】
しかして、本実施形態におけるマイナスイオン生成装置１では、電子源１０の駆動電圧を１０〜２０Ｖ程度として大気中へ電子エネルギが２０ｅＶ未満の電子を放出することができ、酸素を含むガスが電離するのを防止することができるから、オゾンを発生させることなくサイズが１ｎｍ〜２ｎｍ程度の酸素のマイナスイオンを発生させることができる。また、上述のアノード電極３０が電子源１０から放出された電子を加速する電子加速手段を構成しているので、電子加速手段により上述のイオン化対象のガスへ照射される電子のエネルギを調整することができ、ガスへ照射される電子のエネルギを適宜調整することにより、所望のマイナスイオンを効率良く発生させることが可能となる。
【００３５】
なお、上述の電子源１０は、絶縁性基板３の上記一表面側に下部電極５を形成しているが、絶縁性基板３に代えてシリコン基板などの半導体基板を用い、半導体基板と当該半導体基板の裏面側に積層した導電性層（例えば、オーミック電極）とで下部電極を構成するようにしてもよい。また、上述の電子源１０は弾道型電子放出現象により電子を放出する電子源であって弾道電子面放出型電子源（Ballistic electron Surface-emitting Device：ＢＳＤ）と呼ばれているが、電子源１０はＢＳＤに限らず、平面型の電子源であればよく、例えば、上述の電子通過層として強電界ドリフト層６に代えて絶縁体層を採用したＭＩＭ（Metal−Insulator−Metal）構造の電子源や、上述の電子通過層として強電界ドリフト層６に代えて下部電極５側の半導体層と表面電極７側の絶縁体層とを採用したＭＩＳ（Metal−Insulator−Semiconductor）構造の電子源などを採用してもよく、ＭＩＭ構造の電子源やＭＩＳ構造の電子源においても大気中で電子を放出させることができる。
【００３６】
次に、本実施形態の生体活性化方法について説明する。
【００３７】
本実施形態の生体活性化方法では、上述のマイナスイオン生成装置１において電子源１０から酸素を含むガス（イオン化対象ガス）へ電子を照射することによりオゾンを発生させることなく酸素のマイナスイオンを発生させ、当該マイナスイオンに活性化させたい生体９０を曝すようにしている。
【００３８】
一実施例として、シャーレ７０内の寒天倍地８０に生体９０としての大腸菌を担持させて上述の生体活性化方法を適用して培養試験を行ったところ、イオン化対象ガスとして乾燥酸素を採用してマイナスイオン生成装置１で発生させたマイナスイオンを供給した実施例１では、乾燥酸素をイオン化せずに供給した比較例１の場合や、マイナスイオンおよび乾燥酸素の供給を行わなかった比較例２の場合に比べて、大腸菌の増殖が促進されるという試験結果が得られた。なお、培養試験の条件は、雰囲気の湿度を９０％、湿度を４０℃、培養時間を６０時間とした。
【００３９】
図４に試験結果を示すが、同図では、（ａ）が実施例１の場合、（ｂ）が比較例１の場合、（ｃ）が比較例２の場合、それぞれの試験後のカラー写真を示している。ここで、試験後の大腸菌のコロニー数を比較したところ、比較例１では２４個、比較例２では１７個であったのに対して、実施例１では３７個であり、実施例１では比較例１，２に比べて、大腸菌の増殖が促進されていることが確認された。
【００４０】
また、培養時間を１２時間として、上述のマイナスイオン生成装置１を用いた実施例２の場合、コロナ放電を利用したマイナスイオン発生器を用いた比較例３の場合、マイナスイオンおよび乾燥ガスの供給を行わなわない比較例４の場合とで、培養試験の試験結果を比較したところ、実施例１では、比較例３，４に比べて大腸菌の数が多く、大腸菌の増殖が促進されていることが確認された。図５に試験結果を示すが、同図では（ａ）が実施例２の場合、（ｂ）が比較例３の場合、（ｃ）が比較例４の場合、それぞれの試験後のカラー写真を示している。なお、培養試験において雰囲気中のオゾンの濃度を一般的なオゾン計で測定したところ、比較例３では０．０２〜０．０４ｐｐｍ程度のオゾンが含まれていたのに対して、実施例２ではオゾンは検出されなかった。
【００４１】
しかして、本実施形態の生体活性化方法では、オゾンを発生させることなくサイズが１ｎｍ〜２ｎｍ程度の酸素のマイナスイオンを発生させることができるとともに、当該マイナスイオンに生体を曝すことにより例えば菌などの生物の発育、増殖などが促進するように生体９０を活性化することができる。また、本実施形態では、上述のガスを、電子源１０の電子放出面に平行な面内で電子源１０から生体９０へ向う方向に沿って流すようにしており、発生させたマイナスイオンを生体９０へ効率良く供給することが可能となる。
【００４２】
（実施形態２）
本実施形態の生体活性化方法は、実施形態１と略同じであり、図６に示すように、マイナスイオン生成装置１と生体９０との相対的な位置関係が相違するだけである。すなわち、実施形態１では、図１に示したようにマイナスイオン生成装置１のマイナスイオン導出筒部２５の側方に生体９０を配置するようにしていたのに対して、本実施形態では、図６に示すように、マイナスイオン生成装置１のマイナスイオン導出筒部２５の下方に生体９０を配置するようにしている点が相違するだけである。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４３】
本実施形態においても、一実施例として、シャーレ７０内の寒天倍地８０に生体９０としての大腸菌を担持させて上述の生体活性化方法を適用して培養試験を行ったところ、イオン化対象ガスとして乾燥酸素を採用してマイナスイオン生成装置１で発生させたマイナスイオンを供給した実施例３では、乾燥酸素のみを生体９０に供給した比較例５の場合や、マイナスイオンおよび乾燥酸素の供給を行わなかった比較例６の場合に比べて、大腸菌の増殖が促進されるという試験結果が得られた。図７に試験結果を示すが、同図では、（ａ）が実施例３の場合、（ｂ）が比較例５の場合、（ｃ）が比較例６の場合、それぞれの試験後のカラー写真を示している。なお、培養試験の条件は、雰囲気の湿度を９０％、湿度を４０℃、培養時間を７０時間とした。
【００４４】
（実施形態３）
実施形態１では、イオン化対象のガスとして乾燥酸素や乾燥空気などの酸素を含む乾燥ガスを採用していたのに対して、本実施形態では、図８に示すようなマイナスイオン生成装置１を用いてイオン化対象のガスとして水分を含むガスをイオン化している点などが相違する。すなわち、本実施形態の生体活性化方法では、大気中で電子を放出可能な電子源１０から水分を含むガス（例えば、水蒸気など）へ電子を照射することによりオゾンを発生させることなく水分子クラスタのマイナスイオンを発生させ、当該マイナスイオンに活性化させたい生体９０を曝すようにしている。
【００４５】
本実施形態におけるマイナスイオン生成装置１では、ケース２０におけるフェースプレート部２３の中央部に電子源１０からの電子を出射させる電子出射用の窓孔２３ａが形成され、アノード電極３０がケース２０の外側でフェースプレート部２３と離間して配置されており、窓孔２３ａの出口側の空間、つまり、フェースプレート部２３とアノード電極３０との間の空間をイオン生成空間Ｂとして、当該イオン生成空間Ｂに水分を含むガスを水分供給手段２８から供給するようになっている。なお、本実施形態におけるマイナスイオン生成装置１では、図８において、窓孔２３ａの右側から左側へ向ってイオン化対象のガスが流れ、イオン化対象のガスの流れ方向と電子源１０から放出された電子の流れ方向とがケース２０の窓孔２３ａ近傍で交差するようになっている。また、本実施形態におけるマイナスイオン生成装置１では、フェースプレート部２３におけるリヤプレート部２１との対向面において窓孔２３ａを囲むように設置された枠状の引出し電極４０を備えているので、引出し電極４０の電位を適宜制御することにより、電子源１０からの放出電子量を制御したり、電子のエネルギを制御することが可能となる。
【００４６】
また、本実施形態におけるマイナスイオン生成装置１では、複数のガス導入筒部２４を通してケース２０内に、イオン化対象のガスに比べて電子親和力の小さな原子もしくは分子により構成される乾燥ガス（例えば、Ｈｅガス、Ａｒガス、Ｘｅガス、窒素ガスなど）を供給することで、ケース２０内が上記乾燥ガスで満たされるようにしてある。
【００４７】
しかして、本実施形態におけるマイナスイオン生成装置１では、電子源１０は乾燥ガス雰囲気中にあり、イオン化対象であるガスはケース２０の外を流れるので、電子源１０へ水分や不純物が付着するのを抑制することができ、電子源１０を長時間安定して動作させることが可能となる。
【００４８】
また、本実施形態のマイナスイオン生成装置１を用い水分を含むガスとして水蒸気を採用した実施例４の場合、市販の水分子クラスタのマイナスイオンを発生できるマイナスイオン発生器を用いた比較例５の場合、マイナスイオンおよび水分を含むガスの供給を行わなわない比較例６の場合とで、培養試験の試験結果を比較したところ、実施例４では、比較例５，６に比べて大腸菌の数が多く、大腸菌の増殖が促進されていることが確認された。図９に試験結果を示すが、同図では（ａ）が実施例４の場合、（ｂ）が比較例５の場合、（ｃ）が比較例６の場合、それぞれの試験後のカラー写真を示している。なお、培養試験において雰囲気中のオゾンの濃度を一般的なオゾン計で測定したところ、比較例５では０．０２〜０．０４ｐｐｍ程度のオゾンが含まれていたのに対して、実施例４ではオゾンは検出されなかった。
【００４９】
しかして、本実施形態の生体活性化方法によれば、オゾンを発生させることなくサイズが３ｎｍ〜５０ｎｍ程度の水分子クラスタのマイナスイオンを発生させることができるとともに、当該マイナスイオンに生体９０を曝すことにより例えば菌などの生物の発育、増殖などが促進するように生体を活性化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】実施形態１の生体活性化方法の説明図である。
【図２】同上の生体活性化方法に用いる電子源の概略断面図である。
【図３】同上の生体活性化方法に用いる電子源の要部説明図である。
【図４】同上の生体活性化方法に関し、実施例１の試験結果および比較例１，２の試験結果を示すカラー写真である。
【図５】同上の生体活性化方法に関し、実施例２の試験結果および比較例３，４の試験結果を示すカラー写真である。
【図６】実施形態２の生体活性化方法の説明図である。
【図７】同上の生体活性化方法に関し、実施例３の試験結果および比較例５，６の試験結果を示すカラー写真である。
【図８】実施形態３の生体活性化方法の説明図である。
【図９】同上の生体活性化方法に関し、実施例４の試験結果および比較例７，８の試験結果を示すカラー写真である。
【図１０】従来例の説明図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ マイナスイオン生成装置
１０ 電子源
２０ ケース
２４ ガス導入筒部
２５ マイナスイオン導出筒部
７０ シャーレ
８０ 寒天倍地
９０ 生体
Ｂ イオン生成空間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体を活性化することにより、生物の発育、増殖などの促進を可能とする生体活性化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、照明光源に例えば電球や発光ダイオードや半導体レーザなどの人工光源を用いた植物栽培方法が各所で研究開発されている。しかしながら、このような人工光源を用いた植物栽培では、光が照射されずに陰になった部分の成育が遅くなってしまう。同様に、例えば、図１０に示すように、シャーレ７０に入れた寒天倍地８０上の生物９０を人工光源１００により発育あるいは増殖させようとした場合、図１０のように２つのシャーレ７０が上下方向に重ねて配置されていると、下側のシャーレ７０の生物９０には照明光による効果が得られない。
【０００３】
ここにおいて、植物栽培の分野においては、単位面積当たりの収穫量を多くすることを目的として、コロナ放電を利用したマイナスイオン発生器により発生させたマイナスイオンを植物に照射することによって、植物の成育を促進する植物の成育促進方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開平１１−２３９４１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、コロナ放電を利用したマイナスイオン発生器は、殺菌などの用途にも用いられているのが現状であり、菌などの生物の発育や増殖には利用できないと考えられていた。そこで、本願発明者らは、上述のマイナスイオン発生器では、菌などの生物がマイナスイオンとともに発生するオゾンにより損傷を受けてしまうので、菌などの生物の発育や増殖には利用できないと考えた。
【０００５】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、生体をマイナスイオンに曝すことにより生物の発育、増殖などが促進するように生体を活性化する生体活性化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、大気中で電子を放出可能な電子源から酸素を含むガスへ電子を照射することによりオゾンを発生させることなくマイナスイオンを発生させ、当該マイナスイオンに活性化させたい生体を曝すことを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、オゾンを発生させることなくサイズが１ｎｍ〜２ｎｍ程度のマイナスイオン（酸素のマイナスイオン）を発生させることができるとともに、当該マイナスイオンに生体を曝すことにより例えば菌などの生物の発育、増殖などが促進するように生体を活性化することができる。
【０００８】
請求項２の発明は、大気中で電子を放出可能な電子源から水分を含むガスへ電子を照射することによりオゾンを発生させることなくマイナスイオンを発生させ、当該マイナスイオンに活性化させたい生体を曝すことを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、オゾンを発生させることなくサイズが３ｎｍ〜５０ｎｍ程度のマイナスイオン（水分子クラスタのマイナスイオン）を発生させることができるとともに、当該マイナスイオンに生体を曝すことにより例えば菌などの生物の発育、増殖などが促進するように生体を活性化することができる。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記電子源として、表面電極と下部電極との間に表面電極を高電位側とする駆動電圧が印加されたときに電子が通過する電子通過層を有し表面電極を通して電子を放出する電子源であって、電子通過層が多数のナノメータオーダの半導体微結晶および各半導体微結晶それぞれの表面に形成され半導体微結晶の結晶粒径よりも小さな膜厚の多数の絶縁膜を有する弾道電子面放出型電子源を用いることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、前記電子源の駆動電圧を１０〜２０Ｖ程度として大気中へ電子エネルギが２０ｅＶ未満の電子を放出することができ、前記ガスが電離するのを防止することができるから、オゾンの発生を確実に防止することができる。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記ガスを、前記電子源の電子放出面に平行な面内で前記電子源から前記生体へ向う方向に沿って流すことを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、発生させたマイナスイオンを前記生体へ効率良く供給することが可能となる。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記電子源から放出された電子を加速する電子加速手段により前記ガスへ照射される電子のエネルギを調整することを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、前記ガスへ照射される電子のエネルギを適宜調整することにより、所望のマイナスイオンを効率良く発生させることが可能となり、所望のマイナスイオンをより効率的に前記生体へ供給することが可能となる。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５の発明において、前記電子源から放出され前記ガスへ照射される電子のエネルギが前記ガスを構成する原子もしくは分子の電離エネルギ未満であることを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、前記ガスが前記電子源から放出された電子により電離するのを防止することができ、より確実に、オゾンが発生することなくマイナスイオンのみを発生させることが可能となる。
【００１８】
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６の発明において、電子出射用の窓孔が形成されるとともに乾燥ガスが満たされたケース内に前記電子源を配置し、イオン化対象である前記ガスを窓孔の出口側に供給することを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、前記電子源は乾燥ガス雰囲気中にあり、イオン化対象である前記ガスはケースの外を流れるので、前記電子源へ水分や不純物が付着するのを抑制することができ、前記電子源を長時間安定して動作させることが可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１の発明では、オゾンを発生させることなく酸素のマイナスイオンを発生させることができるとともに、当該マイナスイオンに生体を曝すことにより例えば菌などの生物の発育、増殖などが促進するように生体を活性化することができるという効果がある。
【００２１】
請求項２の発明では、オゾンを発生させることなく水分子クラスタのマイナスイオンを発生させることができるとともに、当該マイナスイオンに生体を曝すことにより例えば菌などの生物の発育、増殖などが促進するように生体を活性化することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（実施形態１）
本実施形態の生体活性化方法について図１に基づいて説明するが、まず、マイナスイオンを生成するマイナスイオン生成装置１について説明する。
【００２３】
本実施形態におけるマイナスイオン生成装置１は、大気中で電子を放出可能な電子源１０と、電子源１０の表面電極７（図２参照）の表面からなる電子放出面に対向配置され表面電極７を低電位側として加速電圧が印加されるアノード電極３０と、電子源１０およびアノード電極３０が収納された直方体状のケース２０とを備え、ケース２０には、アノード電極３０と電子源１０の表面電極７との間のイオン生成空間Ｂへイオン化対象のガス（例えば、乾燥空気や乾燥酸素などの酸素を含むガス）を導入するための筒状のガス導入筒部２４と、イオン生成空間Ｂで生成されたマイナスイオンを導出するための筒状のマイナスイオン導出筒部２５とが一体に設けられている。なお、図１中の矢印Ａは電子源１０から放出された電子の流れを示し、同図中の矢印Ｆ１はガス導入筒部２４を通してケース２０内へ導入するガスの流れ方向を示し、同図中の矢印Ｆ２はマイナスイオン導出筒部２５を通してケース２０外へ導出されるマイナスイオンの流れ方向を示している。
【００２４】
ケース２０は、電子源１０が一表面側に配設される平板状のリヤプレート部２１と、リヤプレート部２１に対向する平板状のフェースプレート部２３と、リヤプレート部２１とフェースプレート部２３との間に介在する矩形枠状のフレーム部２２とで構成されており、フェースプレート部２３における電子源１０との対向面側に上述のアノード電極３０を設けるように構成されている。ここで、リヤプレート部２１には、ケース２０外から電子源１０へ駆動用の電源を供給するための駆動用給電路（図示せず）が設けられている。要するに、図示しない駆動電源から上記駆動用給電路を介して電子源１０へ駆動電圧を印加することにより、電子源１０から電子が放出される。なお、本実施形態では、リヤプレート部２１とフレーム部２２とフェースプレート部２３とは別部材により構成してあるが、リヤプレート部２１とフレーム部２２とを連続一体に形成してもよし、フェースプレート部２３とフレーム部２２とを連続一体に形成してもよい。
【００２５】
電子源１０は、図２に示すように、矩形板状の絶縁性基板（例えば、絶縁性を有するガラス基板、絶縁性を有するセラミック基板など）３の一表面上に金属膜（例えば、タングステン膜など）からなる下部電極５が形成され、下部電極５上に後述の強電界ドリフト層６が形成され、強電界ドリフト層６上に金属薄膜（例えば、金薄膜）からなる表面電極７が形成されている。
【００２６】
本実施形態における電子源１０では、表面電極７および下部電極５それぞれにパッド（図示せず）が電気的に接続されており、表面電極７と下部電極５との間に表面電極７を高電位側として上述の駆動電圧を印加することによって表面電極７の表面よりなる電子放出面から電子が放出されるようになっている。なお、本実施形態の電子源１０では、強電界ドリフト層６が、表面電極７と下部電極５との間に表面電極７を高電位側とする駆動電圧が印加されたときに電子が通過する電子通過層を構成している。
【００２７】
電子源１０の強電界ドリフト層６は、後述のナノ結晶化プロセスおよび酸化プロセスを行うことにより形成されており、図３に示すように、少なくとも、下部電極５の表面側に列設された柱状の多結晶シリコンのグレイン（半導体結晶）５１と、グレイン５１の表面に形成された薄いシリコン酸化膜５２と、グレイン５１間に介在する多数のナノメータオーダのシリコン微結晶（半導体微結晶）６３と、各シリコン微結晶６３の表面に形成され当該シリコン微結晶６３の結晶粒径よりも小さな膜厚の酸化膜である多数のシリコン酸化膜（絶縁膜）６４とから構成されると考えられる。ここに、各グレイン５１は、下部電極５の厚み方向に延びている（つまり、絶縁性基板３の厚み方向に延びている）。
【００２８】
上述の電子源１０から電子を放出させるには、表面電極７が下部電極５に対して高電位側となるように表面電極７と下部電極５との間に駆動電圧を駆動電源（図示せず）により印加すれば、下部電極５から強電界ドリフト層６へ注入された電子が強電界ドリフト層６をドリフトし表面電極７を通して放出される（図３中の上向きの矢印は強電界ドリフト層６をドリフトし表面電極７を通して放出された電子ｅ−の流れを示す）。ここに、強電界ドリフト層６の表面に到達した電子はホットエレクトロンであると考えられ、表面電極７を容易にトンネルし放出される。なお、電子源１０は、電子放出特性の真空度依存性が小さく、低真空中や大気圧中でも電子を安定して放出することができる。
【００２９】
本実施形態における電子源１０は、次のようなモデルで電子放出が起こると考えられる。すなわち、表面電極７と下部電極５との間に表面電極７を高電位側として駆動電圧を印加することにより、下部電極５から強電界ドリフト層６へ電子ｅ−が注入される。一方、強電界ドリフト層６に印加された電界の大部分はシリコン酸化膜６４にかかるから、注入された電子ｅ−はシリコン酸化膜６４にかかっている強電界により加速され、強電界ドリフト層６におけるグレイン５１の間の領域を表面に向かって図３中の矢印の向き（図３における上向き）へドリフトし、表面電極７をトンネルし放出される。しかして、強電界ドリフト層６では下部電極５から注入された電子がシリコン微結晶６３でほとんど散乱されることなくシリコン酸化膜６４にかかっている電界で加速されてドリフトし、表面電極７を通して放出される（弾道型電子放出現象）。
【００３０】
上述の強電界ドリフト層６の形成方法の一例について説明する。
【００３１】
強電界ドリフト層６の形成にあたっては、まず、絶縁性基板３上に形成した下部電極５上にノンドープの多結晶シリコン層を例えばＬＰＣＶＤ法などにより形成した後、上述のナノ結晶化プロセスを行うことにより、多結晶シリコンの多数のグレイン５１（図３参照）と多数のシリコン微結晶６３（図３参照）とが混在する複合ナノ結晶層（以下、第１の複合ナノ結晶層と称す）を形成する。ここにおいて、ナノ結晶化プロセスでは、例えば、５５ｗｔ％のフッ化水素水溶液とエタノールとを略１：１で混合した混合液よりなる電解液を用い、下部電極５を陽極とし、電解液中において多結晶シリコン層に白金電極よりなる陰極を対向配置して、５００Ｗのタングステンランプからなる光源により多結晶シリコン層の主表面に光照射を行いながら、電源から陽極と陰極との間に定電流（例えば、電流密度が１２ｍＡ／ｃｍ２の電流）を所定時間（例えば、１０秒）だけ流すことによって、多結晶シリコンのグレイン５１およびシリコン微結晶６３を含む第１の複合ナノ結晶層を形成する。
【００３２】
ナノ結晶化プロセスが終了した後に、第１の複合ナノ結晶層を電気化学的に酸化する上述の酸化プロセスを行うことで、図３のような構成の複合ナノ結晶層（以下、第２の複合ナノ結晶層と称す）からなる強電界ドリフト層６を形成する。酸化プロセスでは、例えば、エチレングリコールからなる有機溶媒中に０．０４ｍｏｌ／ｌの硝酸カリウムからなる溶質を溶かした溶液よりなる電解液を用い、下部電極５を陽極とし、電解液中において第１の複合ナノ結晶層に白金電極よりなる陰極を対向配置して、下部電極５を陽極とし、電源から陽極と陰極との間に定電流（例えば、電流密度が０．１ｍＡ／ｃｍ２の電流）を流し陽極と陰極との間の電圧が２０Ｖだけ上昇するまで第１の複合ナノ結晶層を電気化学的に酸化することによって、上述のグレイン５１、シリコン微結晶６３、各シリコン酸化膜５２，６４を含む第２の複合ナノ結晶層からなる強電界ドリフト層６を形成するようになっている。なお、本実施形態では、上述のナノ結晶化プロセスを行うことによって形成される第１の複合ナノ結晶層においてグレイン５１、シリコン微結晶６３以外の領域はアモルファスシリコンからなるアモルファス領域となっており、強電界ドリフト層６においてグレイン５１、シリコン微結晶６３、各シリコン酸化膜５２，６４以外の領域がアモルファスシリコン若しくは一部が酸化したアモルファスシリコンからなるアモルファス領域６５となっているが、ナノ結晶化プロセスの条件によってはアモルファス領域６５が孔となり、このような場合の第１の複合ナノ結晶層は多孔質多結晶シリコン層とみなすことができる。また、上述の強電界ドリフト層６では、シリコン酸化膜６４が絶縁膜を構成しており絶縁膜の形成に酸化プロセスを採用しているが、酸化プロセスの代わりに窒化プロセスないし酸窒化プロセスを採用してもよく、窒化プロセスを採用した場合には各シリコン酸化膜５２，６４がいずれもシリコン窒化膜となり、酸窒化プロセスを採用した場合には各シリコン酸化膜５２，６４がいずれもシリコン酸窒化膜となる。
【００３３】
上述の電子源１０では、表面電極７と下部電極５との間に印加する駆動電圧を１０〜２０Ｖ程度の低電圧としても電子を放出することができ、しかも、上記ガスを構成する原子もしくは分子の電離エネルギ未満、例えば、２０ｅＶ未満の電子エネルギの電子を放出させることができる。なお、従来のフィラメントなどから放出された熱電子のエネルギは０．１〜０．３ｅＶ程度、原子や分子の励起に必要な励起エネルギは４ｅＶ程度、紫外線のエネルギは４〜１２ｅＶ程度、原子間結合エネルギは５〜８ｅＶ程度である。
【００３４】
しかして、本実施形態におけるマイナスイオン生成装置１では、電子源１０の駆動電圧を１０〜２０Ｖ程度として大気中へ電子エネルギが２０ｅＶ未満の電子を放出することができ、酸素を含むガスが電離するのを防止することができるから、オゾンを発生させることなくサイズが１ｎｍ〜２ｎｍ程度の酸素のマイナスイオンを発生させることができる。また、上述のアノード電極３０が電子源１０から放出された電子を加速する電子加速手段を構成しているので、電子加速手段により上述のイオン化対象のガスへ照射される電子のエネルギを調整することができ、ガスへ照射される電子のエネルギを適宜調整することにより、所望のマイナスイオンを効率良く発生させることが可能となる。
【００３５】
なお、上述の電子源１０は、絶縁性基板３の上記一表面側に下部電極５を形成しているが、絶縁性基板３に代えてシリコン基板などの半導体基板を用い、半導体基板と当該半導体基板の裏面側に積層した導電性層（例えば、オーミック電極）とで下部電極を構成するようにしてもよい。また、上述の電子源１０は弾道型電子放出現象により電子を放出する電子源であって弾道電子面放出型電子源（Ballistic electron Surface-emitting Device：ＢＳＤ）と呼ばれているが、電子源１０はＢＳＤに限らず、平面型の電子源であればよく、例えば、上述の電子通過層として強電界ドリフト層６に代えて絶縁体層を採用したＭＩＭ（Metal−Insulator−Metal）構造の電子源や、上述の電子通過層として強電界ドリフト層６に代えて下部電極５側の半導体層と表面電極７側の絶縁体層とを採用したＭＩＳ（Metal−Insulator−Semiconductor）構造の電子源などを採用してもよく、ＭＩＭ構造の電子源やＭＩＳ構造の電子源においても大気中で電子を放出させることができる。
【００３６】
次に、本実施形態の生体活性化方法について説明する。
【００３７】
本実施形態の生体活性化方法では、上述のマイナスイオン生成装置１において電子源１０から酸素を含むガス（イオン化対象ガス）へ電子を照射することによりオゾンを発生させることなく酸素のマイナスイオンを発生させ、当該マイナスイオンに活性化させたい生体９０を曝すようにしている。
【００３８】
一実施例として、シャーレ７０内の寒天倍地８０に生体９０としての大腸菌を担持させて上述の生体活性化方法を適用して培養試験を行ったところ、イオン化対象ガスとして乾燥酸素を採用してマイナスイオン生成装置１で発生させたマイナスイオンを供給した実施例１では、乾燥酸素をイオン化せずに供給した比較例１の場合や、マイナスイオンおよび乾燥酸素の供給を行わなかった比較例２の場合に比べて、大腸菌の増殖が促進されるという試験結果が得られた。なお、培養試験の条件は、雰囲気の湿度を９０％、湿度を４０℃、培養時間を６０時間とした。
【００３９】
図４に試験結果を示すが、同図では、（ａ）が実施例１の場合、（ｂ）が比較例１の場合、（ｃ）が比較例２の場合、それぞれの試験後のカラー写真を示している。ここで、試験後の大腸菌のコロニー数を比較したところ、比較例１では２４個、比較例２では１７個であったのに対して、実施例１では３７個であり、実施例１では比較例１，２に比べて、大腸菌の増殖が促進されていることが確認された。
【００４０】
また、培養時間を１２時間として、上述のマイナスイオン生成装置１を用いた実施例２の場合、コロナ放電を利用したマイナスイオン発生器を用いた比較例３の場合、マイナスイオンおよび乾燥ガスの供給を行わなわない比較例４の場合とで、培養試験の試験結果を比較したところ、実施例１では、比較例３，４に比べて大腸菌の数が多く、大腸菌の増殖が促進されていることが確認された。図５に試験結果を示すが、同図では（ａ）が実施例２の場合、（ｂ）が比較例３の場合、（ｃ）が比較例４の場合、それぞれの試験後のカラー写真を示している。なお、培養試験において雰囲気中のオゾンの濃度を一般的なオゾン計で測定したところ、比較例３では０．０２〜０．０４ｐｐｍ程度のオゾンが含まれていたのに対して、実施例２ではオゾンは検出されなかった。
【００４１】
しかして、本実施形態の生体活性化方法では、オゾンを発生させることなくサイズが１ｎｍ〜２ｎｍ程度の酸素のマイナスイオンを発生させることができるとともに、当該マイナスイオンに生体を曝すことにより例えば菌などの生物の発育、増殖などが促進するように生体９０を活性化することができる。また、本実施形態では、上述のガスを、電子源１０の電子放出面に平行な面内で電子源１０から生体９０へ向う方向に沿って流すようにしており、発生させたマイナスイオンを生体９０へ効率良く供給することが可能となる。
【００４２】
（実施形態２）
本実施形態の生体活性化方法は、実施形態１と略同じであり、図６に示すように、マイナスイオン生成装置１と生体９０との相対的な位置関係が相違するだけである。すなわち、実施形態１では、図１に示したようにマイナスイオン生成装置１のマイナスイオン導出筒部２５の側方に生体９０を配置するようにしていたのに対して、本実施形態では、図６に示すように、マイナスイオン生成装置１のマイナスイオン導出筒部２５の下方に生体９０を配置するようにしている点が相違するだけである。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４３】
本実施形態においても、一実施例として、シャーレ７０内の寒天倍地８０に生体９０としての大腸菌を担持させて上述の生体活性化方法を適用して培養試験を行ったところ、イオン化対象ガスとして乾燥酸素を採用してマイナスイオン生成装置１で発生させたマイナスイオンを供給した実施例３では、乾燥酸素のみを生体９０に供給した比較例５の場合や、マイナスイオンおよび乾燥酸素の供給を行わなかった比較例６の場合に比べて、大腸菌の増殖が促進されるという試験結果が得られた。図７に試験結果を示すが、同図では、（ａ）が実施例３の場合、（ｂ）が比較例５の場合、（ｃ）が比較例６の場合、それぞれの試験後のカラー写真を示している。なお、培養試験の条件は、雰囲気の湿度を９０％、湿度を４０℃、培養時間を７０時間とした。
【００４４】
（実施形態３）
実施形態１では、イオン化対象のガスとして乾燥酸素や乾燥空気などの酸素を含む乾燥ガスを採用していたのに対して、本実施形態では、図８に示すようなマイナスイオン生成装置１を用いてイオン化対象のガスとして水分を含むガスをイオン化している点などが相違する。すなわち、本実施形態の生体活性化方法では、大気中で電子を放出可能な電子源１０から水分を含むガス（例えば、水蒸気など）へ電子を照射することによりオゾンを発生させることなく水分子クラスタのマイナスイオンを発生させ、当該マイナスイオンに活性化させたい生体９０を曝すようにしている。
【００４５】
本実施形態におけるマイナスイオン生成装置１では、ケース２０におけるフェースプレート部２３の中央部に電子源１０からの電子を出射させる電子出射用の窓孔２３ａが形成され、アノード電極３０がケース２０の外側でフェースプレート部２３と離間して配置されており、窓孔２３ａの出口側の空間、つまり、フェースプレート部２３とアノード電極３０との間の空間をイオン生成空間Ｂとして、当該イオン生成空間Ｂに水分を含むガスを水分供給手段２８から供給するようになっている。なお、本実施形態におけるマイナスイオン生成装置１では、図８において、窓孔２３ａの右側から左側へ向ってイオン化対象のガスが流れ、イオン化対象のガスの流れ方向と電子源１０から放出された電子の流れ方向とがケース２０の窓孔２３ａ近傍で交差するようになっている。また、本実施形態におけるマイナスイオン生成装置１では、フェースプレート部２３におけるリヤプレート部２１との対向面において窓孔２３ａを囲むように設置された枠状の引出し電極４０を備えているので、引出し電極４０の電位を適宜制御することにより、電子源１０からの放出電子量を制御したり、電子のエネルギを制御することが可能となる。
【００４６】
また、本実施形態におけるマイナスイオン生成装置１では、複数のガス導入筒部２４を通してケース２０内に、イオン化対象のガスに比べて電子親和力の小さな原子もしくは分子により構成される乾燥ガス（例えば、Ｈｅガス、Ａｒガス、Ｘｅガス、窒素ガスなど）を供給することで、ケース２０内が上記乾燥ガスで満たされるようにしてある。
【００４７】
しかして、本実施形態におけるマイナスイオン生成装置１では、電子源１０は乾燥ガス雰囲気中にあり、イオン化対象であるガスはケース２０の外を流れるので、電子源１０へ水分や不純物が付着するのを抑制することができ、電子源１０を長時間安定して動作させることが可能となる。
【００４８】
また、本実施形態のマイナスイオン生成装置１を用い水分を含むガスとして水蒸気を採用した実施例４の場合、市販の水分子クラスタのマイナスイオンを発生できるマイナスイオン発生器を用いた比較例５の場合、マイナスイオンおよび水分を含むガスの供給を行わなわない比較例６の場合とで、培養試験の試験結果を比較したところ、実施例４では、比較例５，６に比べて大腸菌の数が多く、大腸菌の増殖が促進されていることが確認された。図９に試験結果を示すが、同図では（ａ）が実施例４の場合、（ｂ）が比較例５の場合、（ｃ）が比較例６の場合、それぞれの試験後のカラー写真を示している。なお、培養試験において雰囲気中のオゾンの濃度を一般的なオゾン計で測定したところ、比較例５では０．０２〜０．０４ｐｐｍ程度のオゾンが含まれていたのに対して、実施例４ではオゾンは検出されなかった。
【００４９】
しかして、本実施形態の生体活性化方法によれば、オゾンを発生させることなくサイズが３ｎｍ〜５０ｎｍ程度の水分子クラスタのマイナスイオンを発生させることができるとともに、当該マイナスイオンに生体９０を曝すことにより例えば菌などの生物の発育、増殖などが促進するように生体を活性化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】実施形態１の生体活性化方法の説明図である。
【図２】同上の生体活性化方法に用いる電子源の概略断面図である。
【図３】同上の生体活性化方法に用いる電子源の要部説明図である。
【図４】同上の生体活性化方法に関し、実施例１の試験結果および比較例１，２の試験結果を示すカラー写真である。
【図５】同上の生体活性化方法に関し、実施例２の試験結果および比較例３，４の試験結果を示すカラー写真である。
【図６】実施形態２の生体活性化方法の説明図である。
【図７】同上の生体活性化方法に関し、実施例３の試験結果および比較例５，６の試験結果を示すカラー写真である。
【図８】実施形態３の生体活性化方法の説明図である。
【図９】同上の生体活性化方法に関し、実施例４の試験結果および比較例７，８の試験結果を示すカラー写真である。
【図１０】従来例の説明図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ マイナスイオン生成装置
１０ 電子源
２０ ケース
２４ ガス導入筒部
２５ マイナスイオン導出筒部
７０ シャーレ
８０ 寒天倍地
９０ 生体
Ｂ イオン生成空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気中で電子を放出可能な電子源から酸素を含むガスへ電子を照射することによりオゾンを発生させることなくマイナスイオンを発生させ、当該マイナスイオンに活性化させたい生体を曝すことを特徴とする生体活性化方法。
【請求項２】
大気中で電子を放出可能な電子源から水分を含むガスへ電子を照射することによりオゾンを発生させることなくマイナスイオンを発生させ、当該マイナスイオンに活性化させたい生体を曝すことを特徴とする生体活性化方法。
【請求項３】
前記電子源として、表面電極と下部電極との間に表面電極を高電位側とする駆動電圧が印加されたときに電子が通過する電子通過層を有し表面電極を通して電子を放出する電子源であって、電子通過層が多数のナノメータオーダの半導体微結晶および各半導体微結晶それぞれの表面に形成され半導体微結晶の結晶粒径よりも小さな膜厚の多数の絶縁膜を有する弾道電子面放出型電子源を用いることを特徴とする請求項１または請求項２記載の生体活性化方法。
【請求項４】
前記ガスを、前記電子源の電子放出面に平行な面内で前記電子源から前記生体へ向う方向に沿って流すことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の生体活性化方法。
【請求項５】
前記電子源から放出された電子を加速する電子加速手段により前記ガスへ照射される電子のエネルギを調整することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の生体活性化方法。
【請求項６】
前記電子源から放出され前記ガスへ照射される電子のエネルギが前記ガスを構成する原子もしくは分子の電離エネルギ未満であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の生体活性化方法。
【請求項７】
電子出射用の窓孔が形成されるとともに乾燥ガスが満たされたケース内に前記電子源を配置し、イオン化対象である前記ガスを窓孔の出口側に供給することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の生体活性化方法。
【請求項１】
大気中で電子を放出可能な電子源から酸素を含むガスへ電子を照射することによりオゾンを発生させることなくマイナスイオンを発生させ、当該マイナスイオンに活性化させたい生体を曝すことを特徴とする生体活性化方法。
【請求項２】
大気中で電子を放出可能な電子源から水分を含むガスへ電子を照射することによりオゾンを発生させることなくマイナスイオンを発生させ、当該マイナスイオンに活性化させたい生体を曝すことを特徴とする生体活性化方法。
【請求項３】
前記電子源として、表面電極と下部電極との間に表面電極を高電位側とする駆動電圧が印加されたときに電子が通過する電子通過層を有し表面電極を通して電子を放出する電子源であって、電子通過層が多数のナノメータオーダの半導体微結晶および各半導体微結晶それぞれの表面に形成され半導体微結晶の結晶粒径よりも小さな膜厚の多数の絶縁膜を有する弾道電子面放出型電子源を用いることを特徴とする請求項１または請求項２記載の生体活性化方法。
【請求項４】
前記ガスを、前記電子源の電子放出面に平行な面内で前記電子源から前記生体へ向う方向に沿って流すことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の生体活性化方法。
【請求項５】
前記電子源から放出された電子を加速する電子加速手段により前記ガスへ照射される電子のエネルギを調整することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の生体活性化方法。
【請求項６】
前記電子源から放出され前記ガスへ照射される電子のエネルギが前記ガスを構成する原子もしくは分子の電離エネルギ未満であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の生体活性化方法。
【請求項７】
電子出射用の窓孔が形成されるとともに乾燥ガスが満たされたケース内に前記電子源を配置し、イオン化対象である前記ガスを窓孔の出口側に供給することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の生体活性化方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図６】
【図８】
【図１０】
【図４】
【図５】
【図７】
【図９】
【図２】
【図３】
【図６】
【図８】
【図１０】
【図４】
【図５】
【図７】
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【公開番号】特開２００６−３２５４９３（Ｐ２００６−３２５４９３Ａ）
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１５４６８２（Ｐ２００５−１５４６８２）
【出願日】平成１７年５月２６日（２００５．５．２６）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月２６日（２００５．５．２６）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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