CN112424330A - 气泡喷出方法、电源装置以及气泡喷出用装置 - Google Patents

气泡喷出方法、电源装置以及气泡喷出用装置 Download PDF

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Abstract

提供一种基于新原理的气泡喷出方法、用于实施该气泡喷出方法的电源装置、以及气泡喷出用装置。能够通过气泡喷出方法来喷出气泡，所述气泡喷出方法向导电体喷出气泡，该气泡喷出方法包括如下工序：使气泡发生用电极与导电体接触；使对置电极与导电体或加工对象物接触；以及对所述气泡发生用电极施加负电压，所述气泡发生用电极的至少前端部露出导电性材料。

Description

气泡喷出方法、电源装置以及气泡喷出用装置
技术领域
本发明涉及气泡喷出方法、电源装置以及气泡喷出用装置。特别是，涉及能够利用新气泡喷出原理而向导电体连续地喷出气泡的气泡喷出方法、用于实施该气泡喷出方法的电源装置、以及气泡喷出用装置。
背景技术
近年来，随着生物技术的发展，在细胞的膜或壁上开孔、从细胞中去除核或将DNA等核酸物质导入细胞等，对细胞等的局部进行加工的要求正在提高。作为局部加工技术(以下，有时记载为“局部烧蚀法”)，使用利用了电刀等探针的接触加工技术、利用了激光等的非接触烧蚀技术等的方法广为人知。
另外，作为用于向细胞等导入核酸物质等的局部物理注入技术(以下，有时记载为“局部注入方法”)，电穿孔法、使用超声波的声致穿孔技术及粒子枪法等广为人知。
而且，除了上述利用电刀等探针的接触加工技术、利用激光等的非接触烧蚀技术、电穿孔法等用于向细胞等导入核酸物质等的局部物理注入技术以外，还已知有使用气泡喷出部件的局部烧蚀法、使用气液喷出部件的局部烧蚀法、局部注入方法(参照专利文献1)。
上述专利文献1所记载的气泡喷出部件包括：(1)芯材，其由导电材料形成；(2)外廓部，其由绝缘材料形成，并包含覆盖所述芯材且从所述芯材的前端延伸的部分；(3)空隙，其形成于所述外廓部的延伸部分与所述芯材的前端之间；以及(4)气泡喷出口，其形成于所述延伸部的前端(空隙的芯材的相反侧)。并且，在使用气泡喷出部件来喷出气泡时，(5)首先，使气泡喷出部件的至少气泡喷出口和对置电极浸渍在溶液中，(6)接着，对气泡喷出部件的芯材和对置电极施加高频电压时，(7)空隙中产生气泡，接着，空隙中产生的气泡从气泡喷出口以被撕碎的方式放出，(8)通过将所放出的气泡连续地放出到加工对象物，能够切削(局部烧蚀)加工对象物。
另外，在专利文献1中记载有：(9)在气泡喷出部件的外廓部的外侧，设置与外廓部隔开空间的外侧外廓部，(10)通过向所述空间导入溶解和/或分散了喷射物质的溶液，溶解和/或分散了喷射物质的溶液能够产生吸附于界面的气泡，(11)通过向加工对象物连续地放出该气泡，能够切削加工对象物，并且能够将覆盖气泡的溶液所含的喷射物质向对象加工物喷射。
作为与上述专利文献1类似的技术，已知有以气泡喷出口在基板的上方开口的方式形成气泡喷出部的气泡喷出芯片(参照专利文献2)。专利文献2中记载了一种气泡喷出芯片，(1)至少包括基板、通电部、气泡喷出部，(2)所述通电部形成在所述基板上，(3)所述气泡喷出部包括由导电材料形成的电极、由绝缘性的感光性树脂形成的外廓部以及从外廓部延伸的延伸部，所述外廓部覆盖所述电极的周围，并且所述延伸部从所述电极的前端延伸，进而，所述气泡喷出部包括形成在所述延伸部与所述电极的前端之间的空隙，(4)所述气泡喷出部的电极形成在所述通电部上。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2013/129657号；
专利文献2：国际公开第2017/069085号。
发明内容
如上所述，专利文献1所记载的气泡喷出部件和专利文献2所记载的气泡喷出部，均利用由绝缘材料形成的外壳部来覆盖由导电材料形成的芯材(电极)的周围，进而，利用从外壳部延伸的延伸部和芯材(电极)设置空隙。而且，由于气泡首先在空隙中生成，然后从气泡喷出口喷出，因此气泡喷出部件及气泡喷出部必须具有从外壳部延伸的延伸部。
但是，专利文献1中记载的延伸部需要加热玻璃等绝缘材料来进行切割。另外，专利文献2中记载的延伸部需要使用光刻技术，由感光性树脂形成。因此，存在包含气泡喷出部件、气泡喷出部的气泡喷出芯片的制造工序烦杂的问题。
本发明是为了解决上述问题而做出的，进行专心研究后全新发现：(1)通过对由导电材料形成的气泡发生用电极施加负电压，(2)气泡发生用电极的前端部处于露出导电材料的状态下，换言之，无需形成专利文献1和2中记载的延伸部和空隙，就能够从气泡发生用电极的前端部向导电体喷出气泡。
即，本发明目的在于提供一种基于新原理的气泡喷出方法、用于实施该气泡喷出方法的电源装置、以及气泡喷出用装置。
本发明涉及以下所示气泡喷出方法、电源装置以及气泡喷出用装置。
(1)一种气泡喷出方法，向导电体喷出气泡，所述气泡喷出方法包括如下工序：
使气泡发生用电极与导电体接触；
使对置电极与导电体或加工对象物接触；以及
对所述气泡发生用电极施加负电压，
所述气泡发生用电极的至少前端部露出导电性材料。
(2)如上述(1)所述的气泡喷出方法，其中，
在对所述气泡发生用电极施加负电压的工序中，施加脉冲状电压，并且，从负电压开始对所述气泡发生用电极施加电压。
(3)如上述(2)所述的气泡喷出方法，还包括如下工序：
与对所述气泡发生用电极施加负电压的工序连续地，施加正电压。
(4)如上述(1)所述的气泡喷出方法，其中，
在对所述气泡发生用电极施加负电压的工序中，施加交变电压，所述交变电压在负电压侧振幅。
(5)如(1)至(4)中任一项所述的气泡喷出方法，其中，
除了所述气泡发生用电极的导电性材料露出的前端部以外，用绝缘性材料覆盖。
(6)如(1)至(5)中任一项所述的气泡喷出方法，其中，
当比较接触到所述导电体的所述气泡发生用电极的表面积与接触到所述导电体或加工对象物的所述对置电极的表面积时，所述气泡发生用电极更小。
(7)如(1)至(6)中任一项所述的气泡喷出方法，其中，
所述气泡发生用电极的前端部是尖头形状。
(8)一种电源装置，包括用于对施加的电压进行控制的控制部，其中，
所述控制部以从负的脉冲状电压开始施加的方式进行控制。
(9)一种电源装置，包括用于对施加的电压进行控制的控制部，包括用于控制所施加的电压的控制部，其中，
所述控制部以施加在负电压侧振幅的交变电压的方式进行控制。
(10)一种气泡喷出用装置，至少包括气泡发生用电极、以及上述(8)或(9)所述的电源装置。
本说明书中公开的气泡喷出方法可以利用导电性材料露出的气泡发生用电极而向导电体喷出气泡。因此，能够提供新原理的气泡喷出方法。另外，电源装置能够适用于新原理的气泡喷出方法。进而，通过将该电源装置与气泡喷出用电极组合，能够提供新原理的气泡喷出用装置。
附图说明
图1是示出气泡喷出用装置的实施方式的概略的图。
图2是示出气泡发生用电极2的前端部21的例子的图。
图3是示出新型电源装置3输出的脉冲状电压的例子的图。
图4是示出新型电源装置3输出的交变电压的例子的图。
图5的A是代替附图的照片，是实施例1中施加的电压、施加电压前的气泡发生用电极的前端部的照片、施加电压后的气泡发生用电极的前端部的照片，图5的B是代替附图的照片，是(1)实施例2中施加的电压、(2)施加电压前的气泡发生用电极的前端部的照片、(3)施加电压后的气泡发生用电极的前端部的照片。
图6的A是代替附图的照片，是(1)实施例3中施加的电压、(2)施加电压前的气泡发生用电极的前端部的照片、(3)施加电压后的气泡发生用电极的前端部的照片，图6的B是代替附图的照片，是(1)比较例1中施加的电压、(2)施加电压前的气泡发生用电极的前端部的照片、(3)施加电压后的气泡发生用电极的前端部的照片。
图7的A是代替附图的照片，是(1)实施例4中施加的电压、(2)施加电压前的气泡发生用电极的前端部的照片、(3)施加电压后的气泡发生用电极的前端部的照片，图7的B是代替附图的照片，是(1)实施例5中施加的电压、(2)施加电压前的气泡发生用电极的前端部的照片、(3)施加电压后的气泡发生用电极的前端部的照片。
图8是代替附图的照片，是(1)实施例6中施加的电压、(2)施加电压前的气泡发生用电极的前端部的照片、(3)施加电压后的气泡发生用电极的前端部的照片。
图9是代替附图的照片，是(1)实施例7中施加的电压、(2)施加电压前的气泡发生用电极的前端部的照片、(3)施加电压后的气泡发生用电极的前端部的照片。
图10的A是代替附图的照片，是(1)实施例8中施加的电压、(2)施加电压前的气泡发生用电极的前端部的照片、(3)施加电压后的气泡发生用电极的前端部的照片，图10的B是代替附图的照片，是(1)比较例2中施加的电压、(2)施加电压前的气泡发生用电极的前端部的照片、(3)施加电压后的气泡发生用电极的前端部的照片。
图11是代替附图的照片，是(1)实施例9中施加的电压、(2)施加电压前的气泡发生用电极的前端部的照片、(2)施加电压后的气泡发生用电极的前端部的照片。
图12是代替附图的照片，是为了比较实施例10和11中喷出的气泡的位置而分析了高速相机的帧的照片。
图13的A是代替附图的照片，是实施例12中施加电压后的气泡发生用电极的前端部的照片，图13的B是代替附图照片，是比较例3中施加电压后的气泡发生用电极的前端部的照片。
具体实施方式
以下，参照附图，对气泡喷出方法、电源装置以及气泡喷出用装置进行详细说明。
(气泡喷出用装置的实施方式)
图1是示出气泡喷出用装置的实施方式的概略的图。气泡喷出用装置1至少包括气泡发生用电极2、电源装置3。对置电极4可以作为构成气泡喷出用装置1的部件，也可以与气泡喷出用装置1独立地，根据需要而准备。另外，气泡发生用电极2与电源装置3、以及对置电极4与电源装置3可以预先用电线5连接，也可以根据需要而连接。
气泡发生用电极2由导电性材料形成，前端部21露出导电性材料。作为导电性材料，只要是能够通电且作为电极使用的材料即可，没有特别限制，优选金属，例如可以举出金、银、铜、铁、铝、铂、钨等、这些金属中添加了锡、镁、铬、镍、锆、硅、铱等的合金、如不锈钢等。另外，除金属以外，还可以举出碳等。
气泡发生用电极2的至少前端部露出导电性材料。换言之，可以是气泡发生用电极2全部由导电性材料形成，也可以是前端部21以外的部分由绝缘性材料覆盖。此外，在本说明书中，“前端部”是指气泡发生用电极2的与导电体L接触的一侧的端部。本说明书中公开的气泡喷出方法通过使负电场集中在气泡发生用电极2的前端来喷出气泡。因此，为了使电场容易集中，优选前端部21非常小。在用绝缘性材料覆盖前端部21的情况下，例如，用导电性材料制作电极主体后，浸渍在绝缘性材料中、涂敷绝缘性材料或蒸镀绝缘性材料，由此首先覆盖电极主体的周围，接着，通过去除电极主体的前端部21的绝缘性材料，露出前端部21的导电性材料即可。另外，也可以在由绝缘性材料形成的管中，以前端部21露出的方式嵌入电极。
作为绝缘性材料，只要是电绝缘的材料即可，没有特别限定，例如，可以举出玻璃、云母、石英、氮化硅、氧化硅、陶瓷、氧化铝等无机类绝缘材料，硅橡胶、乙丙橡胶等橡胶材料，乙烯醋酸乙烯共聚物树脂、硅烷改性烯烃树脂、环氧树脂、聚酯树脂、氯乙烯类树脂、丙烯酸树脂、三聚氰胺树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂、聚苯乙烯类树脂、氟类树脂、硅类树脂、聚硫化物类树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、聚乙烯、聚丙烯、纤维素类树脂、UV固化树脂等绝缘性树脂。
图2是示出气泡发生用电极2的前端部21的例子的图。气泡发生用电极2的前端部21越小，电场越容易集中，因此只要制作成前端部21尽可能小即可。例如，如图2的A所示，可以通过用上述导电性材料制作直径尽可能小的细线并切断来制作。另外，如图2的B和图2的C所示，也可以首先制作细线，接着，通过研磨前端，形成朝向气泡发生用电极2的前端部21的尖头状。此外，在形成为尖头状时，优选的是，不是棱锥等具有边缘的形状，而是圆锥等不具有边缘的形状。换言之，优选的是，气泡发生用电极2的截面由不具有角的曲面形成，越接近前端部21而截面积越小的形状。此外，图2的B及图2的C所示的前端部21为一个，但如图2的D所示，前端部21也可以形成两个以上。
如后述的实施例和比较例所示，本说明书中公开的气泡喷出方法通过对气泡发生用电极2施加负电压，能够从气泡发生用电极2的前端喷出气泡。因此，气泡喷出方法中使用的电源装置只要能够施加负电压即可，没有特别限制。
但是，如后述的实施例和比较例所示，施加于气泡发生用电极2的电压优选的是，首先施加负的脉冲状电压、或者施加在负电压侧振幅的电压。然而，由于电流从正流向负，因此通常市售的电源装置设计成从正电压施加。因此，本说明书中公开的电源装置3通过设计程序，以能够首先施加负的脉冲状电压、或者施加在负电压侧振幅的电压的方式制作。在图1所示的电源装置3中，将新设计的程序存储在控制部31中。即，在气泡喷出用装置的实施方式中公开的电源装置3是新型电源装置。
图3是示出新型电源装置3输出(施加到气泡发生用电极2)的脉冲状电压的例子的图。图3的A示出施加一次负的脉冲状电压的示例，图3的B示出施加两次负的脉冲状电压的示例。此外，在多次施加的情况下，对次数没有特别限制。另外，图3的C示出与施加负的脉冲状电压的工序连续地施加正的脉冲状电压的例子。如后述的实施例所示，本说明书中公开的气泡喷出方法被认为是：(1)在对气泡发生用电极2施加负电压时生成气泡B，(2)在从负施加相对正方向的电压时，产生从气泡发生用电极2朝向对置电极4的导电体的流动，(3)所产生的导电体的流动挤出所生成的气泡B(气泡B喷出)。因此，当施加脉冲状电压时，如果最初从负电压施加，则可以连续地施加正电压。此外，在本说明书中，“连续”是指，可以是如图3的C所示，电压从负向正的直接变化，也可以在不影响所生成的气泡B的喷出的范围内，如图3的D所示，当施加负向正的电压时，可以存在不施加电压的时间(0V的时间)。另外，在将图3的C及图3的D所示的“施加负电压→施加正的电压”设为一组的情况下，也可以将该组重复多次。
图4的A、B和D是示出新型电源装置3输出(施加到气泡发生用电极2)的交变电压的例子的图。在对气泡发生用电极2施加交变电压的情况下，施加在负电压侧振幅的电压即可。例如，如图4的A所示，可以举出在负电压侧总是振幅的例子。另外，如图4的B所示，也可以是在最初的电压施加时施加正电压后，在负电压侧一边振幅一边施加负电压的交变电压。但是，如图4的C所示，即使最初施加负电压，之后在正电压侧一边振幅一边施加正电压的交变电压的情况下，虽然气泡喷出，但从气泡发生用电极2喷出的气泡变少。因此，新型电源装置3输出的“在负电压侧振幅的电压”是指，除了如图4的A所示那样所有的振幅均在负电压侧进行之外，还包括如图4的B及图4的D所示那样振幅的大部分在负电压侧进行的情况。例如指，如图4的D所示，负电压侧任意峰值的绝对值(V2)比相邻的正方向的峰值的正分量的绝对值(V1，V3)大的电压。
关于对气泡发生用电极2施加的电压、换言之、电源装置3输出的电压，只要能够从气泡发生用电极2喷出气泡即可，没有特别限制。根据气泡发生用电极2的材料、大小、电场集中的前端部的形状、使气泡喷出用电极2接触的导电体的种类和使对置电极4接触的导电体或加工对象物的种类，适当设定所施加的电压即可。当电源装置3输出的电压为脉冲状电压时，脉冲宽度、施加多个脉冲时的脉冲间隔、所输出的电流等只要是能够从气泡发生用电极2喷出气泡的范围即可，没有特别限制，可以适当设定。另外，在电源装置3输出的电压为交变电压的情况下，频率、所输出的电流等只要是能够从气泡发生用电极2喷出气泡的范围即可，没有特别限制，可以适当设定。
对置电极4只要能通电即可，没有特别限制，可以使用与气泡发生用电极2相同的材料。气泡发生用电极2和对置电极4可以是相同的材料，也可以不同。另外，对置电极4只要能够使露出的导电性材料与导电体或加工对象物接触，则形状等没有特别限制，可以是线状、板状等任意形状。此外，气泡发生用电极2优选做成小以使得电场集中，但对置电极4不需要做成小。因此，对置电极4也可以大于气泡发生用电极2。换言之，当比较接触到导电体的气泡发生用电极的表面积与接触到导电体或加工对象物的对置电极的表面积时，气泡发生用电极2更小。
(气泡喷出用方法的实施方式)
接着，参照图1，对气泡喷出方法的实施方式进行说明。气泡喷出方法的实施方式至少包括：(1)使气泡发生用电极2与导电体L接触的工序，(2)使对置电极与导电体L或加工对象物接触的工序，(3)对气泡发生用电极2施加负电压的工序。为了从气泡发生用电极2喷出气泡，需要使气泡发生用电极2的前端部21与导电体L接触(浸渍)。另一方面，对置电极4只要与气泡发生用电极2形成电路即可。因此，如图1所示，可以使对置电极4和气泡发生用电极2与导电体L接触(浸渍)，或者，在后述的加工对象物具有导电性的情况下，也可以使加工对象物的至少一部分与导电体L接触，气泡发生用电极2与导电体L接触，对置电极4与加工对象物直接接触。
导电体L只要是气泡发生用电极2及对置电极4能够通电，能够喷出气泡的物质即可，没有特别限制，可以举出液体、不妨碍气泡喷出的程度的粘度的粘性液体、或者液体或粘性液体与固体的混合物等。作为液体，例如可以举出水、或在水中溶解KCl、NaCl2等盐的液体、或在生物领域中使用的PBS(Phosphate Buffered Saline，磷酸盐缓冲液)等缓冲液、培养基等。作为粘性液体，可以举出在前述液体中添加了增稠剂的液体、或者血液等生物体成分。液体或粘性液体与固体的混合物包括含有大量导电性体液的生物体组织。
使气泡发生用电极2与导电体L接触，使对置电极4与导电体L或加工对象物接触后，对气泡发生用电极2施加负电压，由此能够从气泡发生用电极2的前端部21向导电体L喷出气泡B。
另外，如专利文献1及2所述，利用本说明书中公开的气泡喷出方法，使从气泡发生用电极2喷出的气泡B与加工对象物碰撞，由此能够局部地烧蚀加工对象物。另外，在使用液体作为导电体L的情况下，通过在液体中溶解DNA或RNA等核酸、蛋白质、氨基酸、水溶性药剂、或者氮、氦、二氧化碳、氩等气体状注入物质，可以在局部烧蚀加工对象物的同时，将注入物质注入到加工对象物。
作为加工对象物，只要是能够通过气泡烧蚀的物质即可，没有特别限制，可以举出动物、叶子或种子等植物、微生物等生物体、从该生物体分离出的组织或细胞、或蛋白质等。作为细胞，可以举出从人或非人动物的组织分离的干细胞、皮肤细胞、粘膜细胞、肝细胞、胰岛细胞、神经细胞、软骨细胞、内皮细胞、上皮细胞、骨细胞、肌细胞、卵细胞等动物细胞，植物细胞，昆虫细胞，大肠杆菌、酵母、霉等微生物细胞等细胞。另外，在生物体以外，可以举出树脂或金属等。
关于烧蚀，例如，使用液体作为导电体，在浸渍于液体中的气泡发生用电极2和对置电极4之间配置加工对象物，通过对气泡发生用电极2施加负电压，使喷出的气泡与加工对象物碰撞，由此能够实施。此外，如上所述，在加工对象物为导电性的情况下，也可以使对置电极4与加工对象物直接接触。另外，在加工对象物为导电体(大量含有导电性体液的生物体组织等)的情况下，使气泡发生用电极2及对置电极4与加工对象物接触，对气泡发生用电极2施加负电压，由此能够直接烧蚀加工对象物。
以下列举实施例，具体说明各实施方式，但该实施例仅是为了参考其具体的方式而提供的。这些示例并不是限定或限制发明范围。
实施例
[向气泡发生用电极施加交变电压的实施例]
<实施例1>
(气泡喷出用装置的制作)
首先，用不锈钢制作细线，对细线的前端部进行研磨加工，由此制作前端部为大致圆锥状的气泡发生用电极。图5的A的(2)示出所制作的气泡发生用电极的前端部的照片。此外，照片右侧的展开部分是为了防止浸水而涂布的粘接剂。前端部的长度(图5的A的(2)中的箭头所示部分的纸面上下方向的长度)约为0.3mm。接着，用铝板(5mm×10mm×0.044mm)制作对置电极。接着，使用2000型高频电刀(Hyfrecator2000，ConMed(公司))作为电源装置，用电线连接电源装置与气泡喷出电极及对置电极。此外，施加于气泡发生用电极的电压最初被施加正电压，但之后以在负电压侧产生振幅的方式改良程序。
(气泡喷出方法的实施)
将所制作的气泡喷出用装置的气泡发生用电极的前端部和对置电极浸渍在磷酸缓冲生理盐水(PBS：将Wako 163-25265 10×PBS(-)稀释10倍)中。此外，将对置电极的5mm×5mm×0.044mm的体积浸渍。接着，将2000型高频电刀(Hyfrecator 2000)设为Hi模式(5W)，将5次的振幅次数设为1组，连续300组，以此进行条件设定，施加电压。关于气泡发生用电极的前端部的状况，使用高速相机(DITECT公司制HAS-U2)，在1500fps的条件下进行拍摄。图5的A的(1)的箭头表示施加于气泡发生用电极上的每1组电压的变化(箭头所示的电压变化曲线下方的曲线表示电流的变化，以下的图中也同样)，图5的A的(2)是施加电压前的气泡发生用电极的前端部的照片，图5的A的(3)是施加电压后的气泡发生用电极的前端部的照片，是箭头所示部分喷出的气泡。
<实施例2>
(气泡喷出用装置的制作)
直接使用2000型高频电刀(Hyfrecator 2000，ConMed(公司))作为电源装置，施加于气泡发生用电极上的电压最初被施加负电压，但之后在正电压侧产生振幅，除此以外，按照与实施例1同样的顺序制作气泡喷出用装置。
(气泡喷出方法的实施)
除了施加于气泡发生用电极的电压在正电压侧产生振幅以外，按照与实施例1同样的顺序实施气泡喷出方法。图5的B的(1)的箭头是施加于气泡发生用电极上的电压的变化，图5的B的(2)是施加电压前的气泡发生用电极的前端部的照片，图5的B的(3)是施加电压后的气泡发生用电极的前端部的照片。
如图5的A的(1)所示，在向气泡发生用电极施加在负电压侧振幅的电压的情况下，如图5的A的(3)的箭头所示，确认到气泡从气泡发生用电极的前端部喷出。另一方面，如图5的B的(1)所示，在最初向气泡发生用电极施加负电压、接着施加在正电压侧振幅的电压的情况下，如图5的B的(3)所示，确认到气泡发生用电极的前端部的气泡喷出，但气泡喷出的程度比实施例1低。由以上结果可知，(1)在对气泡发生用电极施加交变电压的情况下，通过对气泡发生用电极施加负电压，能够从气泡发生用电极的前端喷出气泡；(2)在电压以外的条件相同的情况下，优选以在负电压侧产生振幅的方式施加电压。
[向气泡发生用电极施加脉冲状电压的实施例和比较例]
<实施例3>
(气泡喷出用装置的制作)
除了代替不锈钢而使用铜以外，按照与实施例1同样的顺序制作前端部被稍微倾斜地切割的大致圆锥状的气泡发生用电极。图6的A的(2)表示所制作的气泡发生用电极的前端部的照片。另外，作为电源装置，代替2000型高频电刀(Hyfrecator 2000，ConMed(公司))而使用CFB16(株式会社BEX公司制造)，从0V向负方向的电压的上升约为dV/dt＝10V/1μs，脉冲施加后向0V方向的电压的下降约为dV/dt＝10V/1μs，以能够向气泡发生用电极施加负的脉冲状电压的方式改良程序，除此以外，按照与实施例1同样的顺序制作气泡喷出用装置。
(气泡喷出方法的实施)
代替PBS而使用2mM KCl，连续50次施加负1000V、脉冲宽度为3μs、脉冲间隔为150μs的脉冲状电压，除此以外，按照与实施例1同样的顺序实施气泡喷出方法。图6的A的(1)的箭头是施加于气泡发生用电极上的每一次脉冲的电压变化，图6的A的(2)是施加电压前的气泡发生用电极的前端部的照片，图6的A的(3)是施加电压后的气泡发生用电极的前端部的照片，是箭头所示部分喷出的气泡。
<比较例1>
(气泡喷出用装置的制作)
除了将实施例3的电源装置改进为能够施加正电压来代替负电压以外，按照与实施例3同样的顺序制作气泡喷出用装置。
(气泡喷出方法的实施)
除了施加于气泡发生用电极的电压为正的脉冲状电压以外，按照与实施例3同样的顺序实施气泡喷出方法。图6的B的(1)的箭头是施加于气泡发生用电极上的电压的变化，图6的B的(2)是施加电压前的气泡发生用电极的前端部的照片，图6的B的(3)是施加电压后的气泡发生用电极的前端部的照片。
如图6的A的(1)所示，当对气泡发生用电极施加负的脉冲状电压时，如图6的A的(3)的箭头所示，确认到气泡从气泡发生用电极的前端部喷出。另一方面，如图6的B的(1)所示，当对气泡发生用电极施加正的脉冲状电压时，如图6的B的(3)所示，在气泡发生用电极的前端部不产生气泡。由以上的结果可知，在对气泡发生用电极施加脉冲状电压的情况下，当施加负的脉冲状电压时，能够从气泡发生用电极的前端部喷出气泡。
<实施例4>
接着，以与负的脉冲状电压连续地施加正电压的方式改良电源装置，代替2mM KCl而使用0.5×PBS，将正和负的电压设为600V，将脉冲宽度，正和负的电压均设为6μs，将脉冲间隔(施加正的脉冲结束后到施加下一个负的脉冲为止的时间)设为100μs，将负→正电压的脉冲的施加设为1组，在这种情况下，除了连续施加50组以外，按照与实施例3同样的顺序实施气泡喷出用装置的制作及气泡喷出方法。图7的A的(1)的箭头是施加于气泡发生用电极上的一组脉冲的电压变化，图7的A的(2)是施加电压前的气泡发生用电极的前端部的照片，图7的A的(3)是施加电压后的气泡发生用电极的前端部的照片，是箭头所示部分喷出的气泡。
<实施例5>
除了以与正电压连续地施加负电压的方式改良电源装置以外，以与实施例4同样的顺序实施气泡喷出用装置的制作及气泡喷出方法。图7的B的(1)的箭头是施加于气泡发生用电极上的电压的变化，图7的B的(2)是施加电压前的气泡发生用电极的前端部的照片，图7的B的(3)是施加电压后的气泡发生用电极的前端部的照片。
如图7的A的(1)所示，在对气泡发生用电极连续地施加负→正的脉冲状电压的实施例4中，如图7的A的(3)的箭头所示，确认到从气泡发生用电极的前端部喷出较多的气泡。另一方面，如图7的B的(1)所示，在对气泡发生用电极连续地施加正→负的脉冲状电压的情况下，如图7的B的(3)所示，确认到气泡从气泡发生用电极的前端部喷出，但气泡喷出的程度比施加负→正的脉冲状电压的实施例4低。由以上的结果可知，在交替地对气泡发生用电极施加负和正的脉冲状电压的情况下，如果电压以外的条件相同，则优选从负的脉冲状电压开始对气泡发生用电极施加。
<实施例6>
使用钨作为气泡发生用电极的材料，代替0.5×PBS而使用2mM KCl，将正和负的电压设为1000V，将脉冲宽度，正和负的电压均设为2μs，除此以外，按照与实施例5同样的顺序实施气泡喷出用装置的制作和气泡喷出方法。图8的(1)的箭头是施加于气泡发生用电极上的电压的变化，图8的(2)是施加电压前的气泡发生用电极的前端部的照片，图8的(3)是施加电压后的气泡发生用电极的前端部的照片。
如图8所示，即使在对气泡发生用电极连续地施加正→负的脉冲状电压的情况下，也如图8的(3)的箭头所示，确认到从气泡发生用电极的前端部喷出较多的气泡。根据实施例3～6和比较例1的结果，确认到(1)在将负和正的脉冲状电压交替地施加到气泡发生用电极的情况下，若电压以外的条件相同，则优选从负的脉冲电压开始对气泡发生用电极施加，(2)通过调整气泡发生用电极的材料或形状、脉冲宽度或电压的绝对值等，即使在对气泡发生用电极连续地施加正→负的脉冲状电压的情况下，也能够从气泡发生用电极喷出气泡，(3)即，如果对气泡发生用电极施加负电压，则能够喷出气泡。
<实施例7>
接着，将气泡发生用电极的前端研磨为平面状，将所施加的电压设为1200V，除此以外，按照与实施例3同样的顺序实施气泡喷出用装置的制作及气泡喷出方法。图9的(1)的箭头是施加于气泡发生用电极上的电压的变化，图9的(2)是施加电压前的气泡发生用电极的前端部的照片，图9的(3)是施加电压后的气泡发生用电极的前端部的照片，是箭头所示部分喷出的气泡。
如图9的(1)所示，在对气泡发生用电极施加负的脉冲状电压的情况下，如图9的(3)的箭头所示，确认到放射状的气泡的喷出。这是因为气泡发生用电极的前端部为平面状，所以电场在前端部以圆周状集中。由以上结果可知，在对气泡发生用电极施加负的脉冲状电压的情况下，气泡从气泡发生用电极的电场容易集中的部位喷出。
<实施例8>
接着，将气泡发生用电极的前端研磨成截面形状为直角三角锥形状，将所施加的电压设为1150V，除此以外，按照与实施例3同样的顺序实施气泡喷出用装置的制作及气泡喷出方法。图10的A的(1)的箭头是施加于气泡发生用电极上的电压的变化，图10的A的(2)是施加电压前的气泡发生用电极的前端部的照片，图10的A的(3)是施加电压后的气泡发生用电极的前端部的照片，是箭头所示部分喷出的气泡。
<比较例2>
除了以施加正电压的方式改良电源装置以外，以与实施例8同样的顺序实施气泡喷出用装置的制作及气泡喷出方法。图10的B的(1)的箭头是施加于气泡发生用电极上的电压的变化，图10的B的(2)是施加电压前的气泡发生用电极的前端部的照片，图10的B的(3)是施加电压后的气泡发生用电极的前端部的照片。
如图10的A的(1)所示，在对气泡发生用电极施加负的脉冲状电压的情况下，与实施例3同样，如图10的A的(3)的箭头所示，确认到从前端部的尖锐部分喷出气泡。另一方面，如图10的B的(1)所示，在对气泡发生用电极施加正的脉冲状电压的情况下，如图10的B的(3)所示，在气泡发生用电极的前端部不产生气泡。由以上结果可知，气泡的喷出需要对气泡发生用电极施加负电压，当对气泡发生用电极施加负的脉冲状电压时，气泡从气泡发生用电极的电场容易集中的部位喷出。
<实施例9>
接着，使用不锈钢作为气泡发生用电极的材料，并进行研磨以使得前端比实施例3、7、8具有更尖的锐角，由此制作气泡发生用电极。然后，除了将施加电压设为1200V以外，以与实施例3同样的顺序实施气泡喷出用装置的制作及气泡喷出方法。图11的(1)的箭头是施加于气泡发生用电极上的电压的变化，图11的(2)是施加电压前的气泡发生用电极的前端部的照片，图11的(3)是施加电压后的气泡发生用电极的前端部的照片，是箭头所示部分喷出的气泡。
在使用实施例9所示的气泡发生用电极的情况下，从图11的(3)(实施例9)、图6的A的(3)(实施例3)、图9的(3)(实施例7)以及图10的A的(3)(实施例8)的比较可知，确认到从气泡发生用电极的前端部喷出具有指向性的连续的气泡。这被认为是由于前端部与其他实施例相比更尖锐，因此电场更容易集中。由以上的结果可知，由于电场集中在尖锐的部分，所以根据气泡的喷出目的，调整前端部的尖锐部位的数量、尖锐程度即可。
[连续地施加负的脉冲状电压的情况和连续地施加负-正的脉冲状电压组的情况的比较]
<实施例10>
接着，使用不锈钢对前端进行研磨，使用由此制作的气泡发生用电极，在实施例10中，按照与实施例3同样的顺序施加脉冲状电压。此外，高速相机以800fps进行拍摄。
<实施例11>
除了对气泡发生用电极，与负1000V的脉冲状电压连续地施加正1000V的电压以外，按照与实施例10同样的顺序进行摄影。
接着，通过对实施例10和实施例11的高速相机的帧进行分析，对施加负的脉冲状电压后、经过1.25ms、2.5ms后喷出到最远的气泡的位置进行了分析。图12的上段是实施例10的分析照片，下段是实施例11的分析照片，照片中的虚线表示所喷出的气泡的到达位置。从图12的照片可知，与施加了负1000V的脉冲状电压的实施例10的气泡相比，实施例11的与负1000V的脉冲状电压连续地施加正电压时，到达更远的位置。负电压的脉冲宽度为3μs，接着施加的正电压的脉冲宽度为3μs。因此，1.25ms、2.5ms说明在施加了最初的脉冲状电压后经过了充分的时间，因此气泡的到达位置的不同可以说是所施加的脉冲状电压的不同对气泡喷出力产生了影响。由以上结果可知，对气泡发生用电极，与负的脉冲状电压连续地施加正电压时，气泡的喷出力变强。
[气泡喷出原理的探讨]
<实施例12>
首先，以铂与铱的合金(PTIR，铂：铱＝9：1)为材料，制作直径约0.1mm的细线，通过对前端部进行研磨，制作气泡发生用电极。接着，除了施加脉冲宽度为2μs、负600V的脉冲状电压以外，按照与实施例3同样的顺序实施气泡喷出方法。
<比较例3>
除了施加正600V的脉冲状电压以外，按照与实施例12同样的顺序实施气泡喷出方法。
图13的A是实施例12中施加电压后的气泡发生用电极的前端部的照片。图13的B是比较例3中施加电压后的气泡发生用电极的前端部的照片。如图13的A和图13的B的白圈部分所示，在实施例12和比较例3的双方中确认了水流的产生。进而，图13的A的虚线所包围的部分也确认到气泡的产生。根据以上的结果，认为(a)气泡仅在施加负电压时生成，(b)如图13的A和图13的B的黑色箭头所示，在电压相对地向正方向变化时产生水流，(c)通过所产生的水流，气泡从气泡发生用电极的前端部喷出。这也证实了，实施例11(图12下段)的与负的脉冲状电压连续地施加正电压时，换言之，相对正方向的电压的变化量大时，气泡喷出到比实施例10(图12的上段，施加负电压的脉冲)更远的位置。
工业应用性
本说明书中公开的气泡喷出方法中使用的气泡发生用电极2由于导电性材料露出，因此能够简单地制作。因此，在畜牧、农林水产领域等利用气泡对加工对象物进行加工的领域中是有用的。
符号说明
1…气泡喷出用装置、2…气泡发生用电极、3…电源装置、4…对置电极、5…电线、21…前端部、31…控制部、B…气泡、L…导电体。

Claims (10)

1.一种气泡喷出方法，向导电体喷出气泡，所述气泡喷出方法包括如下工序：
使气泡发生用电极与导电体接触；
使对置电极与导电体或加工对象物接触；以及
对所述气泡发生用电极施加负电压，
所述气泡发生用电极的至少前端部露出导电性材料。
2.如权利要求1所述的气泡喷出方法，其中，
在对所述气泡发生用电极施加负电压的工序中，施加脉冲状电压，并且，从负电压开始对所述气泡发生用电极施加电压。
3.如权利要求2所述的气泡喷出方法，还包括如下工序：
与对所述气泡发生用电极施加负电压的工序连续地，施加正电压。
4.如权利要求1所述的气泡喷出方法，其中，
在对所述气泡发生用电极施加负电压的工序中，施加交变电压，所述交变电压在负电压侧振幅。
5.如权利要求1至4中任一项所述的气泡喷出方法，其中，
除了所述气泡发生用电极的导电性材料露出的前端部以外，用绝缘性材料覆盖。
6.如权利要求1至5中任一项所述的气泡喷出方法，其中，
当比较接触到所述导电体的所述气泡发生用电极的表面积与接触到所述导电体或加工对象物的所述对置电极的表面积时，所述气泡发生用电极更小。
7.如权利要求1至6中任一项所述的气泡喷出方法，其中，
所述气泡发生用电极的前端部是尖头形状。
8.一种电源装置，包括用于控制所施加的电压的控制部，其中，
所述控制部以从负的脉冲状电压开始施加的方式进行控制。
9.一种电源装置，包括用于控制所施加的电压的控制部，其中，
所述控制部以施加在负电压侧振幅的交变电压的方式进行控制。
10.一种气泡喷出用装置，至少包括气泡发生用电极、以及权利要求8或9所述的电源装置。
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