JP2006325493A - Organism-activating method - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a bioactivation method that enables the growth and growth of a living organism to be promoted by activating the living organism.
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。 Conventionally, plant cultivation methods using an artificial light source such as a light bulb, a light emitting diode, or a semiconductor laser as an illumination light source have been researched and developed in various places. However, in plant cultivation using such an artificial light source, the growth of the shaded part without being irradiated with light is delayed. Similarly, for example, as shown in FIG. 10, when an organism 90 on the agar medium 80 placed in the petri dish 70 is to be grown or propagated by the artificial light source 100, the two petri dishes 70 are moved up and down as shown in FIG. 10. If they are arranged in the direction, the effect of the illumination light cannot be obtained on the organism 90 of the lower petri dish 70.
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）。
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。 By the way, the negative ion generator using corona discharge is currently used for sterilization and the like, and it has been considered that it cannot be used for growth and growth of organisms such as bacteria. Therefore, the present inventors considered that the above-described negative ion generator cannot be used for the growth and growth of organisms such as bacteria because organisms such as bacteria are damaged by ozone generated with negative ions. .
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。 The present invention has been made in view of the above reasons, and an object thereof is to provide a bioactivation method for activating a living body so that the growth and growth of the living body are promoted by exposing the living body to negative ions. There is.
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。 According to the first aspect of the present invention, a negative ion is generated without generating ozone by irradiating an oxygen-containing gas from an electron source capable of emitting electrons in the atmosphere, and is activated by the negative ion. It is characterized by exposing.
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。 According to the present invention, negative ions (oxygen negative ions) having a size of about 1 nm to 2 nm can be generated without generating ozone, and living organisms such as bacteria can be exposed to the negative ions. The living body can be activated so that growth, proliferation and the like are promoted.
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。 According to the second aspect of the present invention, a negative ion is generated without generating ozone by irradiating a gas containing moisture from an electron source capable of emitting electrons in the atmosphere and activated to the negative ion. It is characterized by exposing.
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。 According to the present invention, negative ions having a size of about 3 nm to 50 nm (negative ions of a water molecule cluster) can be generated without generating ozone, and a living body is exposed to the negative ions, for example, bacteria. The living body can be activated so that the growth and growth of the living body are promoted.
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。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, when a driving voltage having the surface electrode as a high potential side is applied between the surface electrode and the lower electrode as the electron source, electrons are generated. An electron source that has an electron passing layer that passes therethrough and emits electrons through a surface electrode, wherein the electron passing layer is formed on the surface of a large number of nanometer-order semiconductor microcrystals and the surface of each semiconductor microcrystal. A ballistic electron surface emission electron source having a large number of insulating films having a film thickness smaller than the diameter is used.
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。 According to the present invention, since the driving voltage of the electron source is about 10 to 20 V, electrons having an electron energy of less than 20 eV can be emitted into the atmosphere, and the gas can be prevented from being ionized. Can be reliably prevented.
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。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects of the present invention, the gas is allowed to flow along a direction from the electron source toward the living body within a plane parallel to the electron emission surface of the electron source. Features.
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。 According to the present invention, the generated negative ions can be efficiently supplied to the living body.
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。 According to a fifth aspect of the present invention, in the first to fourth aspects of the invention, the energy of electrons irradiated to the gas is adjusted by an electron acceleration means for accelerating the electrons emitted from the electron source. .
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。 According to the present invention, it is possible to efficiently generate desired negative ions by appropriately adjusting the energy of electrons irradiated to the gas, and supply the desired negative ions to the living body more efficiently. It becomes possible.
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。 According to a sixth aspect of the present invention, in the first to fifth aspects of the present invention, the energy of electrons emitted from the electron source and applied to the gas is less than the ionization energy of atoms or molecules constituting the gas. Features.
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。 According to the present invention, it is possible to prevent the gas from being ionized by the electrons emitted from the electron source, and it is possible to generate only negative ions more reliably without generating ozone.
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。 According to a seventh aspect of the present invention, in the first to sixth aspects of the invention, the electron source is disposed in a case in which a window hole for electron emission is formed and a dry gas is filled, and the electron source is an ionization target. The gas is supplied to the outlet side of the window hole.
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。 According to this invention, since the electron source is in a dry gas atmosphere and the gas to be ionized flows outside the case, it is possible to suppress moisture and impurities from adhering to the electron source. It becomes possible to operate the electron source stably for a long time.
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。 In the first aspect of the invention, negative ions of oxygen can be generated without generating ozone, and the living body is exposed to the negative ions so that the growth and growth of organisms such as bacteria are promoted. It is effective in that can be activated.
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。 In the invention of claim 2, it is possible to generate negative ions of water molecule clusters without generating ozone, and to promote the growth and growth of organisms such as bacteria by exposing the living body to the negative ions. There is an effect that the living body can be activated.
（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。
(Embodiment 1)
The biological activation method according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 1. First, the negative ion generation apparatus 1 that generates negative ions will be described.
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。 The negative ion generation apparatus 1 in the present embodiment is disposed so as to face an electron emission surface composed of an electron source 10 capable of emitting electrons in the atmosphere and the surface of the surface electrode 7 (see FIG. 2) of the electron source 10. Is an anode electrode 30 to which an acceleration voltage is applied, and a rectangular parallelepiped case 20 in which the electron source 10 and the anode electrode 30 are housed. The case 20 includes surfaces of the anode electrode 30 and the electron source 10. In the ion generation space B, a cylindrical gas introduction cylinder portion 24 for introducing a gas to be ionized (for example, a gas containing oxygen such as dry air or dry oxygen) into the ion generation space B between the electrodes 7 A cylindrical negative ion deriving cylinder portion 25 for deriving the generated negative ions is integrally provided. 1 indicates the flow of electrons emitted from the electron source 10, and the arrow F1 in FIG. 1 indicates the flow direction of the gas introduced into the case 20 through the gas introduction cylinder 24. The arrow F2 in the middle indicates the flow direction of negative ions led out of the case 20 through the negative ion deriving cylinder 25.
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。 The case 20 includes a flat plate-like rear plate portion 21 on which the electron source 10 is disposed on one surface side, a flat plate-like face plate portion 23 facing the rear plate portion 21, and the rear plate portion 21 and the face plate portion 23. And a frame portion 22 having a rectangular frame shape interposed between the anode electrode 30 and the face plate portion 23 on the surface facing the electron source 10. Here, the rear plate portion 21 is provided with a driving power supply path (not shown) for supplying driving power from outside the case 20 to the electron source 10. In short, electrons are emitted from the electron source 10 by applying a driving voltage from a driving power source (not shown) to the electron source 10 through the driving power supply path. In the present embodiment, the rear plate portion 21, the frame portion 22, and the face plate portion 23 are configured by separate members. However, the rear plate portion 21 and the frame portion 22 may be formed continuously and integrally. The face plate portion 23 and the frame portion 22 may be formed continuously and integrally.
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。 As shown in FIG. 2, the electron source 10 has a rectangular plate-shaped insulating substrate (for example, an insulating glass substrate, an insulating ceramic substrate) 3 on a surface of a metal film (for example, a tungsten film). Etc.), a later-described strong electric field drift layer 6 is formed on the lower electrode 5, and a surface electrode 7 made of a metal thin film (for example, a gold thin film) is formed on the strong electric field drift layer 6. ing.
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。 In the electron source 10 according to the present embodiment, pads (not shown) are electrically connected to the surface electrode 7 and the lower electrode 5, and the surface electrode 7 is placed between the surface electrode 7 and the lower electrode 5 with a high potential. Electrons are emitted from the electron emission surface formed by the surface of the surface electrode 7 by applying the driving voltage described above as the side. In the electron source 10 of the present embodiment, electrons pass through the strong electric field drift layer 6 when a driving voltage is applied between the surface electrode 7 and the lower electrode 5 so that the surface electrode 7 is on the high potential side. An electron passage layer is formed.
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）。 The strong electric field drift layer 6 of the electron source 10 is formed by performing a nanocrystallization process and an oxidation process, which will be described later, and as shown in FIG. 3, at least a columnar array arranged on the surface side of the lower electrode 5. Polycrystalline silicon grains (semiconductor crystals) 51, a thin silicon oxide film 52 formed on the surface of the grains 51, a number of nanometer-order silicon microcrystals (semiconductor microcrystals) 63 interposed between the grains 51, It is considered that the silicon microcrystal 63 is composed of a large number of silicon oxide films (insulating films) 64 that are formed on the surface of each silicon microcrystal 63 and have an oxide film thickness smaller than the crystal grain size of the silicon microcrystal 63. Here, each grain 51 extends in the thickness direction of the lower electrode 5 (that is, extends in the thickness direction of the insulating substrate 3).
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。 In order to emit electrons from the electron source 10 described above, a driving power source (not shown) is applied between the surface electrode 7 and the lower electrode 5 so that the surface electrode 7 is on the high potential side with respect to the lower electrode 5. 3), electrons injected from the lower electrode 5 into the strong electric field drift layer 6 drift through the strong electric field drift layer 6 and are emitted through the surface electrode 7 (the upward arrow in FIG. 3 indicates the strong electric field drift layer 6). The flow of electrons e − emitted from the surface electrode 7 by drifting is shown). Here, electrons reaching the surface of the strong electric field drift layer 6 are considered to be hot electrons, and are easily tunneled through the surface electrode 7 and emitted. Note that the electron source 10 is less dependent on the degree of vacuum of the electron emission characteristics, and can stably emit electrons even in a low vacuum or atmospheric pressure.
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）。 The electron source 10 in the present embodiment is considered to emit electrons in the following model. That is, by applying a driving voltage between the surface electrode 7 and the lower electrode 5 with the surface electrode 7 set to the high potential side, electrons e − are injected from the lower electrode 5 into the strong electric field drift layer 6. On the other hand, since most of the electric field applied to the strong electric field drift layer 6 is applied to the silicon oxide film 64, the injected electrons e − are accelerated by the strong electric field applied to the silicon oxide film 64, and the strong electric field drift layer 6. 3 drifts in the direction of the arrow in FIG. 3 (upward in FIG. 3) toward the surface, and tunnels through the surface electrode 7 and is emitted. Thus, in the strong electric field drift layer 6, electrons injected from the lower electrode 5 are almost scattered by the silicon microcrystal 63, are accelerated by the electric field applied to the silicon oxide film 64, and drift through the surface electrode 7. (Ballistic electron emission phenomenon).
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。 An example of a method for forming the above-described strong electric field drift layer 6 will be described.
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。 In forming the strong electric field drift layer 6, first, a non-doped polycrystalline silicon layer is formed on the lower electrode 5 formed on the insulating substrate 3 by, for example, the LPCVD method, and then the above-described nanocrystallization process is performed. Thus, a composite nanocrystal layer (hereinafter referred to as a first composite nanocrystal layer) in which a large number of grains 51 of polycrystalline silicon (see FIG. 3) and a large number of silicon microcrystals 63 (see FIG. 3) are mixed is formed. To do. Here, in the nanocrystallization process, for example, an electrolytic solution made of a mixed solution in which a 55 wt% aqueous solution of hydrogen fluoride and ethanol are mixed at approximately 1: 1 is used, and the lower electrode 5 is used as an anode, and a large amount in the electrolytic solution is used. A constant current (for example, between the anode and the cathode from the power source) while a cathode made of a platinum electrode is disposed opposite to the crystalline silicon layer and light is irradiated to the main surface of the polycrystalline silicon layer by a light source made of a 500 W tungsten lamp. Then, a first composite nanocrystal layer including polycrystalline silicon grains 51 and silicon microcrystals 63 is formed by flowing a current density of 12 mA / cm 2 for a predetermined time (for example, 10 seconds).
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。 After the completion of the nanocrystallization process, the above-described oxidation process for electrochemically oxidizing the first composite nanocrystal layer is performed, so that the composite nanocrystal layer (hereinafter referred to as the second composite) having the structure shown in FIG. A strong electric field drift layer 6 made of a nanocrystal layer is formed. In the oxidation process, for example, an electrolytic solution made of a solution obtained by dissolving 0.04 mol / l potassium nitrate in an organic solvent made of ethylene glycol is used, the lower electrode 5 is used as an anode, and the first composite A cathode made of a platinum electrode is placed opposite to the nanocrystal layer, the lower electrode 5 is used as an anode, and a constant current (for example, a current having a current density of 0.1 mA / cm 2 ) is passed between the anode and the cathode from the power source. By electrochemically oxidizing the first composite nanocrystal layer until the voltage between the anode and the cathode is increased by 20V, the above-described grain 51, silicon microcrystal 63, and silicon oxide films 52 and 64 are included. A strong electric field drift layer 6 made of the second composite nanocrystal layer is formed. In the present embodiment, in the first composite nanocrystal layer formed by performing the above-described nanocrystallization process, the regions other than the grains 51 and the silicon microcrystals 63 are amorphous regions made of amorphous silicon. In the strong electric field drift layer 6, the regions other than the grains 51, the silicon microcrystals 63, and the silicon oxide films 52 and 64 are amorphous regions 65 made of amorphous silicon or partially oxidized amorphous silicon. Depending on the conditions, the amorphous region 65 becomes a hole, and the first composite nanocrystal layer in such a case can be regarded as a porous polycrystalline silicon layer. Further, in the above-described strong electric field drift layer 6, the silicon oxide film 64 constitutes an insulating film, and an oxidation process is employed to form the insulating film, but a nitriding process or an oxynitriding process is employed instead of the oxidation process. Alternatively, when the nitriding process is adopted, each of the silicon oxide films 52 and 64 becomes a silicon nitride film, and when the oxynitriding process is adopted, each of the silicon oxide films 52 and 64 is silicon oxynitride. Become a film.
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。 In the electron source 10 described above, electrons can be emitted even when the driving voltage applied between the surface electrode 7 and the lower electrode 5 is set to a low voltage of about 10 to 20 V, and the atoms or molecules constituting the gas. Electrons with an electron energy of less than the ionization energy of, for example, less than 20 eV can be emitted. The energy of thermoelectrons emitted from conventional filaments is about 0.1 to 0.3 eV, the excitation energy required for excitation of atoms and molecules is about 4 eV, the energy of ultraviolet light is about 4 to 12 eV, and the interatomic bond The energy is about 5-8 eV.
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。 Therefore, in the negative ion generator 1 in this embodiment, the driving voltage of the electron source 10 can be set to about 10 to 20 V, and electrons having an electron energy of less than 20 eV can be emitted into the atmosphere, and the gas containing oxygen is ionized. Therefore, oxygen negative ions having a size of about 1 nm to 2 nm can be generated without generating ozone. Further, since the above-described anode electrode 30 constitutes an electron accelerating means for accelerating the electrons emitted from the electron source 10, the energy of the electrons irradiated to the ionization target gas is adjusted by the electron accelerating means. It is possible to efficiently generate desired negative ions by appropriately adjusting the energy of electrons irradiated to the gas.
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。 In the electron source 10 described above, the lower electrode 5 is formed on the one surface side of the insulating substrate 3. However, instead of the insulating substrate 3, a semiconductor substrate such as a silicon substrate is used. The lower electrode may be composed of a conductive layer (for example, an ohmic electrode) laminated on the back side of the substrate. The electron source 10 described above is an electron source that emits electrons by a ballistic electron emission phenomenon, and is called a ballistic electron surface-emitting device (BSD). Is not limited to the BSD, and may be a planar electron source. For example, an electron source having an MIM (Metal-Insulator-Metal) structure in which an insulator layer is used instead of the strong electric field drift layer 6 as the electron passing layer described above. Or an electron source having a MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) structure in which a semiconductor layer on the lower electrode 5 side and an insulator layer on the surface electrode 7 side are used instead of the strong electric field drift layer 6 as the electron passage layer described above. An electron source having an MIM structure or an electron source having an MIS structure can emit electrons in the atmosphere.
次に、本実施形態の生体活性化方法について説明する。 Next, the bioactivation method of this embodiment will be described.
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。 In the bioactivation method of the present embodiment, the negative ion generator 1 generates oxygen negative ions without generating ozone by irradiating electrons from the electron source 10 to oxygen-containing gas (ionization target gas). The living body 90 to be activated by the negative ions is exposed.
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。 As an example, when an agar medium 80 in a petri dish 70 was loaded with Escherichia coli as a living body 90 and a culture test was performed by applying the above-described bioactivation method, dry oxygen was adopted as an ionization target gas. In Example 1 in which the negative ions generated in the negative ion generator 1 were supplied, in the case of Comparative Example 1 in which dry oxygen was supplied without being ionized, or in Comparative Example 2 in which negative ions and dry oxygen were not supplied. Compared to the case, the test result that the growth of E. coli was promoted was obtained. The culture test was performed under the conditions of an atmospheric humidity of 90%, a humidity of 40 ° C., and a culture time of 60 hours.
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。 FIG. 4 shows the test results. In FIG. 4, when (a) is Example 1, (b) is Comparative Example 1, and (c) is Comparative Example 2, color photographs after each test are shown. Is shown. Here, when the number of colonies of E. coli after the test was compared, it was 24 in Comparative Example 1 and 17 in Comparative Example 2, whereas it was 37 in Example 1. It was confirmed that the growth of E. coli was promoted compared to Examples 1 and 2.
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。 In addition, in the case of Example 2 using the negative ion generator 1 described above with a culture time of 12 hours, in the case of Comparative Example 3 using a negative ion generator utilizing corona discharge, supply of negative ions and dry gas When the test result of the culture test was compared with the case of Comparative Example 4 in which the test was not performed, the number of E. coli was higher in Example 1 than in Comparative Examples 3 and 4, and the growth of E. coli was promoted. Was confirmed. FIG. 5 shows the test results. In FIG. 5, when (a) is Example 2, (b) is Comparative Example 3, and (c) is Comparative Example 4, color photographs after each test are shown. Show. In addition, when the concentration of ozone in the atmosphere was measured with a general ozone meter in the culture test, Comparative Example 3 contained about 0.02 to 0.04 ppm of ozone, whereas Example 2 Ozone was not detected.
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。 Thus, in the biological activation method of the present embodiment, oxygen negative ions having a size of about 1 nm to 2 nm can be generated without generating ozone, and a living body is exposed to the negative ions, for example, bacteria. The living body 90 can be activated so as to promote the growth and proliferation of the organism. In the present embodiment, the above-described gas is caused to flow along the direction from the electron source 10 toward the living body 90 in a plane parallel to the electron emission surface of the electron source 10, and the generated negative ions are transferred to the living body. 90 can be efficiently supplied.
（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。
(Embodiment 2)
The biological activation method of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, and only the relative positional relationship between the negative ion generation device 1 and the living body 90 is different as shown in FIG. That is, in the first embodiment, the living body 90 is arranged on the side of the negative ion derivation cylinder 25 of the negative ion generator 1 as shown in FIG. 6, the only difference is that the living body 90 is arranged below the negative ion derivation cylinder 25 of the negative ion generator 1. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 1, and description is abbreviate | omitted.
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。 Also in the present embodiment, as an example, when an agar medium 80 in the petri dish 70 is loaded with E. coli as the living body 90 and a culture test is performed by applying the above-described bioactivation method, as an ionization target gas, In Example 3 in which dry oxygen is employed and negative ions generated by the negative ion generator 1 are supplied, in the case of Comparative Example 5 in which only dry oxygen is supplied to the living body 90, negative ions and dry oxygen are supplied. Compared to the case of Comparative Example 6 that did not exist, a test result that the growth of E. coli was promoted was obtained. FIG. 7 shows the test results. In FIG. 7, when (a) is Example 3, (b) is Comparative Example 5, and (c) is Comparative Example 6, color photographs after each test are shown. Is shown. The culture test was performed under the conditions of an atmospheric humidity of 90%, a humidity of 40 ° C., and a culture time of 70 hours.
（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。
(Embodiment 3)
In the first embodiment, a dry gas containing oxygen such as dry oxygen or dry air is used as the ionization target gas, whereas in the present embodiment, a negative ion generator 1 as shown in FIG. 8 is used. The difference is that a gas containing moisture is ionized as a gas to be ionized. That is, in the bioactivation method of the present embodiment, water molecule clusters are generated without generating ozone by irradiating electrons (eg, water vapor) containing moisture from the electron source 10 capable of emitting electrons in the atmosphere. The negative ions are generated and the living body 90 to be activated by the negative ions is exposed.
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。 In the negative ion generator 1 in the present embodiment, an electron emission window hole 23 a for emitting electrons from the electron source 10 is formed at the center of the face plate portion 23 in the case 20, and the anode electrode 30 is located outside the case 20. The space on the outlet side of the window hole 23a, that is, the space between the face plate portion 23 and the anode electrode 30 is defined as an ion generation space B, and the ion generation space B A gas containing moisture is supplied from the moisture supply means 28. In the negative ion generation apparatus 1 according to the present embodiment, in FIG. 8, the gas to be ionized flows from the right side to the left side of the window hole 23 a, and the flow direction of the gas to be ionized and the electrons emitted from the electron source 10. In the vicinity of the window hole 23 a of the case 20. Further, the negative ion generation apparatus 1 according to the present embodiment includes the frame-shaped extraction electrode 40 installed so as to surround the window hole 23a on the face plate 23 facing the rear plate section 21. By appropriately controlling the potential of the electrode 40, the amount of electrons emitted from the electron source 10 can be controlled, and the energy of electrons can be controlled.
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。 Further, in the negative ion generation apparatus 1 in the present embodiment, a dry gas (for example, He) composed of atoms or molecules having a smaller electron affinity than the gas to be ionized in the case 20 through the plurality of gas introduction cylinders 24. The case 20 is filled with the dry gas by supplying gas, Ar gas, Xe gas, nitrogen gas, or the like.
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。 Therefore, in the negative ion generator 1 in this embodiment, the electron source 10 is in a dry gas atmosphere, and the gas to be ionized flows outside the case 20, so that moisture and impurities adhere to the electron source 10. Therefore, the electron source 10 can be stably operated for a long time.
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。 In the case of Example 4 in which water vapor is used as the gas containing moisture using the negative ion generation apparatus 1 of the present embodiment, the negative ion generator using a negative ion generator capable of generating negative ions of a commercially available water molecule cluster is used. In the case of Comparative Example 6 in which the gas containing negative ions and moisture was not supplied, the results of the culture test were compared. In Example 4, the number of E. coli was larger than that of Comparative Examples 5 and 6. In many cases, it was confirmed that the growth of E. coli was promoted. FIG. 9 shows the test results. In FIG. 9, when (a) is Example 4, (b) is Comparative Example 5, and (c) is Comparative Example 6, color photographs after each test are shown. Show. In addition, when the concentration of ozone in the atmosphere was measured with a general ozone meter in the culture test, Comparative Example 5 contained about 0.02 to 0.04 ppm of ozone, whereas Example 4 Ozone was not detected.
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。 Thus, according to the biological activation method of the present embodiment, negative ions of water molecule clusters having a size of about 3 nm to 50 nm can be generated without generating ozone, and the living body 90 is exposed to the negative ions. Thus, for example, the living body can be activated so as to promote the growth and proliferation of organisms such as bacteria.
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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Negative ion production | generation apparatus 10 Electron source 20 Case 24 Gas introduction cylinder part 25 Negative ion derivation cylinder part 70 Petri dish 80 Agar medium 90 Living body B Ion production space
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