CN1291589A - 电解还原水、抗癌药及其制备方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能有效地治疗癌症的不含盐酸和氯气的电解还原水。对含NaOH的水进行电解。现已发现,在阴极电极侧制得的电解还原水能抑制癌细胞的转移。在一星期的试验中,这种水对健康细胞的生长没有影响。

Description

电解还原水、抗癌药及其制备方法和设备
本发明一般涉及由电解还原制得的水(下文中称为电解还原水)，更具体涉及具有抑制癌细胞转移作用的电解还原水。本发明也涉及这种电解还原水的制备方法和设备。
近年来，癌症的死亡率在世界范围内逐渐上升。癌症死亡的主要原因是癌症远距离转移到其它器官。在许多情况下，当诊断为癌症时，已经发生癌症转移。
然而，在目前的癌症治疗中，一旦癌症转移，通常治疗困难。解决这个问题是治疗癌症的一个关键。
癌细胞的转移分三个步骤，即癌细胞粘附、解散和入侵由胶原蛋白、层粘连蛋白、纤连蛋白等形成的基底膜。已知癌细胞活化的一组金属催化剂(称为基质金属蛋白酶)在转移中起着重要的作用。目前，对癌症的化学治疗集中于已不正常的癌细胞。这种治疗常常由于选择性、副作用和癌的抗药性问题而没有足够的效果。因此，作为癌症治疗的新手段，已经正在开发可以抑制转移而副作用少的抗癌药。
已知，各种癌细胞株中的细胞内氧化作用比正常细胞株中的细胞内氧化作用大得多。也有报道，超氧化阴离子自由基(下文中称为“SAR”)促进癌细胞的转移。本申请人曾提出，电解制得的溶解有高浓度氢的水具有防止和修复由SAR造成的DNA损伤的能力(日本专利公开号10-118653(美国专利申请08／917，336))。
为了制备这种能用于治疗癌症的溶解有高浓度氢的水(即电解还原水)，曾对溶解有NaCl(用作电解促进剂)的自来水进行电解。该方法的优点是不仅可在阴极侧制得电解还原水，而且可在阳极侧制得具有氧化性能的杀菌水。然而，这种方法的问题是在电解氯化钠溶液时产生大量次氯酸和氯气，这种次氯酸和氯气溶解在电解还原水中。含有次氯酸和氯气的水不适于饮用，认为有致癌性。因此，常规的方法不能制备对治疗癌症高度有效的电解还原水。
本发明的目的是解决上述问题。本发明的一个主要目的是提供能用于治疗癌症的完全不含次氯酸和氯气的电解还原水。
本发明的另一个目的是提供一种制备这种电解还原水的方法。
本发明的第三个目的是提供用于制备这种电解还原水的设备。
电解水一般通过在阴极室和阳极室中电解水制得。然而，本申请中所述的电解还原水并不是指所有的电解水。还原仅在阴极室中进行。因此，仅在阴极室中制得还原水。因此，本发明中揭示的电解还原水可定义为经阴极室中电解还原且其氧化还原电位为负值的水。
本发明第一方面内容的电解还原水通过电解含NaOH的水制得。
由于这种NaOH溶液完全不含氯，所以对溶液的电解既不产生次氯酸，也不产生氯气。
在本发明第二方面内容的电解还原水中，NaOH的浓度选择在0．0001N-0．02N之间。
如果在电解过程中猛烈地产生气泡，原子氢或氢自由基本身也会偶合形成氢气，并从水中逃逸出来。因此，伴随这种强烈气泡产生的电解过程中，溶解在电解还原水(阴极侧精制的液体)中的氢自由基量不可能增加到某一固定数值之上。因此，为了获得更大量的溶解氢，应在电解过程中产生尽可能少的气泡。通过选择0．0001N-0．02N之间的NaOH浓度，则在电解过程中基本上不产生气泡，从而有可能制得稳定的电解还原水。
另外，通过选择该范围内的NaOH浓度，可以进行与自来水中几乎相同水平的电解反应。
在本发明第三方面内容的电解还原水中，NaOH的浓度选择在0．0001N-0．002N之间。
通过选择该范围内的NaOH浓度，可以制得溶解更多量氢的电解还原水。
本发明第四方面内容的电解还原水包含氢自由基。
本发明第五方面内容的电解还原水是通过电解含NaOH的水制得且含有氢自由基的电解还原水。
本发明第六方面内容的电解还原水是由含有氢自由基的水溶液制成的抗癌药。
本发明第七方面内容的电解还原水通过电解含有NaOH的水制得，它的氧化还原电位至多为-50毫安，溶解氧量至多为9．5ppm，溶解氢量至少为300ppb。
在本发明第八方面内容的电解还原水的制备方法中，先将含有NaOH的水溶液加入用隔膜隔开的阴极室和阳极室中。当阴极电极浸在阴极室中，而阳极电极浸在阳极室中时，使阴极电极和阳极电极之间通过电流，电解含NaOH的水溶液。在阴极室中制得电解还原水，并从中排出。
根据本发明的方法，采用NaOH溶液作为不含氯的电解质。因此，可以制得完全不含次氯酸和氯气的电解还原水。
在本发明第九方面内容的电解还原水的制备方法中，用均为密封的阴极室和阳极室进行电解。
因此，可以在电解过程中抑制氢气的产生，从而增加溶解氢的量。
在本发明第十方面内容的电解还原水的制备方法中选择，采用在阴极室不会产生氢气的电压、电流和时间进行电解。
因此，在阴极室可制得含有大量溶解氢的阴极水。
本发明第十一方面内容制备电解还原水的设备包括：用于将原水(raw water)过滤产生净化水的过滤装置；用于将NaOH溶液加入到用所述过滤装置过滤的净化水中的NaOH加入装置；用于加入含NaOH溶液的净化水的电解槽，所述的电解槽具有被隔膜隔开的阴极室和阳极室。
由于该设备装备了NaOH加入装置，所以可以电解含NaOH的水溶液，而不会产生次氯酸和氯气。
在本发明第十二方面内容制备电解还原水的设备中，在NaOH加入装置和电解槽之间装有把上述含NaOH溶液的净化水加入电解槽的第一管道。第二管道与电解槽相连接，用于从阴极室排出阴极水。第三管道与电解槽相连接，用于从阳极室排出阳极水。在第一、第二和第三管道中装备有第一、第二和第三阀门。该设备还包括用于上述第一、第二和第三阀门打开／关闭的控制装置。
根据该设备，可以通过关闭第一、第二和第三阀门而密闭阴极室和阳极室进行电解。这样可以制备含大量溶解氢的阴极水。
本发明第十三方面内容的电解还原水在阴极室中制得。
通过阅读以下本发明的详细描述并结合附图，可以更清楚地理解本发明的上述和其它的目的、特征、方式和优点。
图1是表示本发明NaOH溶液电解系统的图。
图2是表示本发明电解槽的图。
图3表明NaOH电解还原水所显示的癌细胞转移抑制作用。
图4表明NaOH电解还原水的细胞毒性试验的结果。
图5表明用酶谱(zymography)分析明胶酶／IV型胶原酶活性的结果。
以下描述本发明的实施方式。
图1示意性地显示了用于制备不含次氯酸和氯气且对癌症治疗有效的电解还原水的设备。具体地说，图1表示NaOH溶液电解系统。
参照图1，用一个泵压入原水(自来水)，并由逆渗透膜进行过滤，得到净化水。用计量泵把NaOH溶液加入到上述净化水中。通过测量该溶液的导电率来控制上述的计量泵，以获得预定的浓度。NaOH溶液通过流量传感器和电磁阀1送入电解槽中。一旦电解槽充满NaOH溶液，流量变成0，停止信号由流量传感器送到控制电路。对送入的停止信号起反应，此泵和计量泵停止工作，电磁阀1关闭。计时器开始工作，在规定的时间内给电解槽供应用于电解的直流电。当时间到时，电磁阀2和3打开，分别排出产生的还原水和酸性水。排出产生的水后，各个电磁阀又回到初始状态，供入NaOH溶液，进行下次电解。
图2示意性地显示电解槽。该电解槽包括装有阴极电极1的阴极室2，和装有阳极电极3的阳极室4。室2和3被隔膜5隔开。阳极水排出管6连接于阴极室2，用于排出阴极水(电解还原水)。排水管7连接于阳极室4，用于排出阳极水(酸性水)。供水管8分别连接于阴极室2和阳极室4，用于提供含预定量NaOH的净化水。
实施例1
使用通过逆渗透膜过滤的净化水等制备了0．01％NaOH溶液，并进行电解。由于使用NaOH溶液，所以获得了完全不含次氯酸和氯气的电解还原水。
电解水时，阳极侧产生氧气，阴极侧产生氢气。产生氢气是因为电解产生氢离子，然后与阴极电极提供的电子偶合形成原子氢，然后两个氢原子偶合形成氢气。如下所述，这样制得的电解还原水具有防止或抑制癌细胞生长和转移的能力。据认为这是由于原子氢具有强的抗氧化能力。因此，理想的是水中应溶解有大量原子态的氢。用高电压进行的高电流电解反应中制得的阴极水中，大部分的氢倾向于气化，从而减少了原子氢的溶解量。为避免这种现象，宜在能防止氢气产生的条件下进行长时间的电解。换句话说，电解宜在低电压和低电流的条件下进行较长的时间。现已发现，如果在5-100伏电压、5毫安至2安倍电流的条件下电解NaOH溶液5-120分钟，可以制得电解还原水，而不会产生氢气。所得电解还原水的pH为11．5，ORP(氧化还原电位)为-850毫伏。
在本发明中，氧化还原电位是在室温下把电极浸在待测的水中用购自ToaElectronics(Toa Denpa Kogyo)的“氧化还原电位计”测得的。
所得电解还原水的性质列于表1和2中。
表1和2中所列的结果彼此相似，但这些结果是在不同的时间用不同的水试样测得的。比较表中的数据显示，获得具有良好再现性的数据是可能的。
表3显示电解条件，即相应于电解度1-5的电流密度值。自来水的电流密度表示为0．0毫安／厘米2，因为它没有经历电解。用微型计算机控制电流密度是最重要的电解条件之一。一旦确定电流密度，也就确定了电压和NaOH浓度。
表1和2中所示的溶解氧的量用购自Toa Electronics(Toa Denpa Kogyo)的DO-14P型溶氧测量计测量。溶解氢的量用购自Toa Electronics的DHD1-1型溶解氢测量计测量。表1
水温(℃) pH 氧化还原电位(mV) 溶解氧的量(ppm) 溶解氢的量(ppm) 有无氢自由基
  自来水  13.1  7.5     +652     10.0     2.3-2.6     ×
还原水  ED:1  12.7  9.8     -94     9.4     400-450     o
 ED:2  13.2  10.3     -247     8.6     690-720     o
 ED:3  13.2  10.4     -494     8.2     880-900     o
 ED:4  13.7  10.7     -729     7.2     1030-1060     o
 ED:5  14.0  11.5     -850     6.8     1090-1130     o
ED：电解度表2
水温(℃)   pH 氧化还原电位(mV) 溶解氧的量(ppm)   溶解氢的量(ppm) 有无氢自由基
  自来水  12.5     6.8     +681     10.2     2.4-2.6     ×
还原水  ED:1  12.6     9.6     -70     9.5     360-410     o
 ED:2  12.8     9.9     -211     8.7     660-700     o
 ED:3  13.1     10.2     -452     8.4     840-890     o
 ED:4  13.4     10.4     -676     7.4     980-1040     o
ED：电解度表3
自来水 0．0毫安／厘米2
电解度：1 3．2毫安／厘米2
电解度：2 6．4毫安／厘米2
电解度：3 12．9毫安／厘米2
电解度：4 16．2毫安／厘米2
电解度：5 25．8毫安／厘米2
表1和2中也包括表示有无氢自由基的结果。×表示不含氢自由基。O表示含有氢自由基。有无氢自由基(原子氢)是利用氧化钨(片状)的特性于以确认。氧化钨具有以特定方式吸附氢自由基的能力。当它吸附氢自由基时，就变成蓝色。将制得的电解还原水与氧化钨接触，以定量确定是否存在氢自由基。
实施例2
现在说明所得电解还原水(表1中电解度为5)的癌细胞转移抑制作用的结果。
图3表明电解还原水在体外转移模型系统中对高转移性人纤维肉瘤细胞株HT1080的抑制作用。本发明中所用的HT1080细胞购自细胞库(如JCRB细胞库或ATCC(美国))。
在37℃和5％CO2／95％空气环境的条件下，在加有10％胎牛血清的MEM培养基中培养HT1080细胞。在一个Chemotaxel过滤器(孔径大小：8微米)上涂布matrigel，涂布量为25微克／过滤器。将次铺满的HT1080细胞悬浮在含有0．1％牛血清蛋白(BSA)的MEM培养基中，细胞数目调节到4×105／毫升。将200微升的细胞加入到一个容器(chamber)内上部。加入细胞后，马上将700微升含有10微克／毫升纤连蛋白的MEM(最低必需培养基，含有尽可能少的营养成分的培养基)加入该容器(24孔板)(24孔板侧)的下部，然后在CO2培养器中进行培养。6小时后，将取出该容器。用棉芽(cotton bud)从该过滤器的上表面取出细胞，并转移到含有WST-1(根据活细胞特异的代谢能力或活细胞的数目而改变颜色的指示剂)的24孔板上。培养16小时后，测量450纳米处的吸光值。参照图3，“对照”表示采用净化水时的结果，“NaOH混合物”表示使用电解度为5(表1)时制得的电解还原水的结果。由图3可知，与对照相比，在使用NaOH混合物的情况下明显减少了HT1080细胞的入侵转移。这表明，电解还原水已抑制了人纤维肉瘤细胞的入侵转移。
图4表明一星期细胞毒性试验的结果。在加入10％胎牛血清的MEM培养基中培养HT1080细胞。该培养基用净化水或电解还原水(电解度为5)制备。培养一周后，加入WST-1，根据450纳米处的吸光值测得活细胞数。发现，采用净化水(对照)和电解还原水(NaOH混合物)获得的结果之间没有显著性区别。这表明，电解还原水对健康细胞的生长无不良影响。因此，从图3和4中所示的结果可知，NaOH电解还原水能抑制入侵转移活性，而不会产生细胞毒性。
现在参见图5，针对MMP2和MMP9(已知，这是两种与癌转移特别有关的酶)，分析基质金属蛋白酶(MMP)在癌细胞的转移中所起的重要作用。
图5表示酶谱中对明胶酶／IV型胶原酶的分析结果。具体地说，在chemotaxel容器上将HT1080细胞培养48小时，然后在回收前用离心装置纯化培养细胞的上清液。将12微升上清液加入到含有1毫克／毫升明胶的10％聚丙烯酰胺凝胶中。凝胶电脉后，用2％Triton X-100将该凝胶洗涤1小时，然后在37℃保温60小时。然后用0．1％Ponceau S对该凝胶进行染色，以检测明胶酶的活性。这种活性表示为有色背景上的白色条带。在图5中，白带越宽，MMP促进癌细胞转移的活性越大。
分析结果表明，NaOH电解还原水对MMP2和MMP9的表现没有影响，但它明显抑制了MMP2的活化。
由上述结果表明，NaOH电解还原水通过抑制MMP2的活化而具有癌细胞转移抑制作用。
抑制癌细胞转移机理的重要性，不仅在于防止癌细胞的转移，而且在于抑制由癌细胞的入侵活性而引起的血管形成，以及防止癌细胞变成恶性细胞。另外，抑制癌转移的药物必须能在较长时间内保持其作用，而且应有尽可能少的副作用。本发明已证明NaOH电解还原水能抑制癌细胞的转移，而不损伤细胞。由此提供这样一种可能性，即采用这种水用作日常饮用水可以防止癌症的发展，因此认为它对将来癌症的治疗具有重大的意义。
如上所述，按本发明制得的电解还原水是一种具有抗氧化性能而不含氧化物(如次氯酸)和氯气的水。这种水不仅可以用于医疗，而且还适用于饮用和其它用途。
虽然已详细描述了本发明，但应当理解这仅是解释性和示例性的，而不应对本发明构成限制。本发明的精神和范围仅受所附权利要求书的术语的限制。

Claims (13)

1．电解还原水，它通过电解含NaOH的水制得。
2．如权利要求1所述的电解还原水，其特征在于所述NaOH的浓度为0．0001-0．02N。
3．如权利要求2所述的电解还原水，其特征在于所述NaOH的浓度为0．0001-0．002N。
4．电解还原水，它含有氢自由基。
5．电解还原水，它含有由电解含NaOH的水获得的氢自由基。
6．一种抗癌药，它是含有氢自由基的水溶液。
7．如权利要求1所述的电解还原水，其特征在于它的氧化还原电位至多为-50毫安，溶解的氧量至多为9．5ppm，溶解的氢量至少为300ppb。
8．一种电解还原水的制备方法，它包括如下步骤：
在用隔膜隔开的阴极室和阳极室中加入含NaOH的水溶液；
在浸在所述阴极室中的阴极电极和浸在所述阳极室中的阳极电极之间施加电流，对所述含有NaOH的水溶液进行电解；
排出所述阴极室中制得的电解还原水。
9．如权利要求8所述的制备电解还原水的方法，其特征在于所述的电解在密封的所述阴极室和阳极室中进行。
10．如权利要求8所述的制备电解还原水的方法，其特征在于所述的电解在所选的能防止从所述的阴极室中产生氢气的电压、电流和时间的条件下进行。
11．一种制备电解还原水的设备，它包括：
用于将原水过滤产生净化水的过滤装置；
用于将NaOH溶液加入到用所述过滤装置过滤的净化水中的NaOH加入装置；
用于加入含NaOH溶液的净化水的电解槽，所述的电解槽具有被隔膜隔开的阴极室和阳极室。
12．如权利要求11所述的制备电解还原水的设备，其特征在于它还包括：
装在所述NaOH加入装置和所述电解槽之间用于把所述含有NaOH溶液的净化水加入电解槽的第一管道；
与所述电解槽连接用于从所述阴极室排出阴极水的第二管道；
与所述电解槽连接用于从所述阳极室排出阳极水的第三管道；
装在第一管道上用于打开／关闭第一管道的第一阀门；
装在第二管道上用于打开／关闭第二管道的第二阀门；
装在第三管道上用于打开／关闭第三管道的第三阀门；
用于控制所述第一、第二和第三阀门打开／关闭的控制装置。
13．如权利要求1所述的电解还原水，它在阴极室中制得。
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