JP2009242191A

JP2009242191A - 一重項酸素生成装置

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Publication number: JP2009242191A
Application number: JP2008092347A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Iwase; 正幸岩瀬
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2009-10-22
Anticipated expiration: 2028-03-31
Also published as: JP5100473B2

Abstract

【課題】活性酸素のうち一重項酸素を安定して生成できる一重項酸素生成装置を提供すること。
【解決手段】本発明にかかる一重項酸素生成装置１は、少なくとも酸素分子を一重項酸素化できるエネルギーを有した光である１２７０ｎｍにピークを有するレーザ光Ｌを発するレーザダイオード２を備え、レーザダイオード２は、酸素分子（Ｏ_２）１１に少なくとも１２７０ｎｍを含む光を発することによって、活性酸素のうち長寿命である^１Δ_ｇ（０）の一重項酸素１２を生成するため、活性酸素のうち一重項酸素を安定して生成できる。
【選択図】図１

Description

この発明は、一重項酸素を生成する一重項酸素生成装置に関する。

従来から、通常の酸素分子（Ｏ_２）よりも活性化された状態の活性化酸素を発生させ、この活性化酸素を用いて、薬効検査処理などを行なっていた。この活性酸素を発生させる方法として、酸化チタンへ紫外光を照射する方法や過酸化水素または次亜塩素酸を用いた化学反応による方法などがある（非特許文献１参照）。

社団法人日本化学会編，「活性酸素種の化学〔季刊化学総説Ｎｏ．７〕」，初版，学会出版センター，１９９０年４月，ｐ．２９−３６

ここで、上述した薬効検査処理は長時間要する場合がある。しかしながら、従来の方法では、活性酸素を生成することはできるものの、寿命が数秒程度と大変短い活性酸素しか生成できなかったため、殺菌処理や薬効検査処理を行なうためには、過酸化水素と次亜塩素酸などの化学材料の供給による短時間の反応時間中に行なうか、供給を継続して活性酸素を生成し続けるしかなかった。

本発明は、活性酸素のうち一重項酸素を安定して生成できる一重項酸素生成装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかる一重項酸素生成装置は、少なくとも酸素分子を一重項酸素化できるエネルギーを有した光を発する発光手段を備え、前記発光手段は、酸素分子に前記少なくとも酸素分子を一重項酸素化できるエネルギーを有した光を発することによって一重項酸素を生成することを特徴とする。

また、この発明にかかる一重項酸素生成装置は、前記発光手段は、前記酸素分子に少なくとも１２７０ｎｍを含む光を発することによって一重項酸素を生成することを特徴とする。

また、この発明にかかる一重項酸素生成装置は、前記発光手段は、１２７０ｎｍにピークを有する光を前記酸素分子に発することを特徴とする。

また、この発明にかかる一重項酸素生成装置は、前記発光手段は、前記少なくとも酸素分子を一重項酸素化できるエネルギーを有したレーザ光を前記酸素分子に発することを特徴とする。

また、この発明にかかる一重項酸素生成装置は、前記酸素分子を供給する酸素供給手段をさらに備え、前記発光手段は、前記酸素供給手段による酸素供給中または酸素供給後に前記前記少なくとも酸素分子を一重項酸素化できるエネルギーを有した光を発することを特徴とする。

本発明の一重項酸素生成装置は、少なくとも酸素分子を一重項酸素化できるエネルギーを有した光を発する発光手段を備え、発光手段は、酸素分子に少なくとも酸素分子を一重項酸素化できるエネルギーを有した光を発することによって、活性酸素のうち長寿命である一重項酸素を生成するため、活性酸素の一種である一重項酸素を安定して生成することが可能になる。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。図面の記載において、同一部分には同一の符号を付している。

図１は、本実施の形態にかかる一重項酸素生成装置の構成を示す図である。図１に示すように、本実施の形態にかかる一重項酸素生成装置１は、所定帯域の波長のレーザ光を発するレーザダイオード２、レーザダイオード２が発したレーザ光を伝送するファイバ３、ファイバ３から伝送されたレーザ光の出射口を有する出射管４、生成した一重項酸素による反応を用いて処理される処理対象物１３が設置される設置機構１４に酸素供給管１６を介して酸素分子（Ｏ_２）１１を供給する酸素供給機構１５、一重項酸素生成装置の各構成部位を制御する制御部５、一重項酸素生成装置の処理動作に要する諸情報や製造処理に対する指示情報等を外部から取得する入力部６、および、処理結果などの諸情報を出力する出力部６を備える。制御部５は、レーザダイオード２のレーザ光の出射や出力を制御する。

レーザダイオード２は、１２７０ｎｍをピークとするレーザ光Ｌを発し、レーザダイオード２が発したレーザ光は、ファイバ３および出射管４を介して、設置機構１４内の酸素分子（Ｏ_２）１１に到達する。

ここで、酸素分子は、所定のエネルギーを吸収することによって、基底状態（三重項酸素：^３Σ⁻（０）から励起状態の一重項酸素になる。具体的には、図２に示すように、酸素分子が、基底状態から、反結合性の軌道の不対電子１個がスピンの向きを変えた^１Σ_ｇ ^＋（０）の一重項酸素になるためには、１．６３ｅＶのエネルギーが必要となる。たとえば、１．６３ｅＶに対応する７６２ｎｍの波長の光が酸素分子に照射されることによって、酸素分子が励起され、^１Σ_ｇ ^＋（０）の一重項酸素が生成する。

また、酸素分子が、基底状態から、反結合性の軌道の不対電子が別の軌道に入って該別の軌道に存在した異なるスピンの不対電子と対になって互いのスピンを打ち消すようになった^１Δ_ｇ（０）の一重項酸素になるためには、０．９８ｅＶのエネルギーが必要となる。たとえば、０．９８ｅＶに対応する１２７０ｎｍの波長の光が酸素分子に照射されることによって、酸素分子が励起され、^１Δ_ｇ（０）の一重項酸素が生成する。そして、図３の（１）式に示すように、酸素分子（Ｏ２）に１２７０ｎｍの波長の光を照射することによって、^１Δ_ｇ（０）の一重項酸素（^１Ｏ_２）が生成する。

この一重項酸素は、通常の酸素分子（Ｏ_２）よりも活性化された反応性に富む活性化酸素の一種であり、たとえば、この活性化酸素の一種である一重項酸素を用いて処理対象物１３の特性を変化させることができる。

そして、この^１Σおよび^１Δ_ｇ（０）の一重項酸素のうち、^１Σ_ｇ ^＋（０）の一重項酸素の寿命が７〜１２秒と短い。これに対し、^１Δ_ｇ（０）の一重項酸素の寿命は、数分から数十分と格段に長い。すなわち、^１Δ_ｇ（０）の一重項酸素は、一度生成されると、真空中では数分から数十分と長時間の間、また、溶液中では数μｓｅｃの間、安定して存在することができる。

本実施の形態においては、図１に示すように、酸素分子（Ｏ_２）に１２７０ｎｍの波長のレーザ光を照射することによって、活性化酸素の一種である一重項酸素のうち、寿命が格段に長い^１Δ_ｇ（０）の一重項酸素の酸素を生成している。すなわち、一重項酸素生成装置１においては、レーザダイオード２は、酸素供給機構１５から供給された酸素分子（Ｏ_２）に、０．９８ｅＶのエネルギーに対応する１２７０ｎｍの波長のレーザ光Ｌを発する。この結果、酸素分子（Ｏ_２）は励起され、長寿命の^１Δ_ｇ（０）の一重項酸素（^１Ｏ_２）１２が生成される。このとき、制御部５は、^１Δ_ｇ（０）の一重項酸素の生成量、生成領域および生成時間に対応させて、レーザダイオード２の出力を制御するとともに、レーザダイオード２のスポット径を調整する。なお、生成した^１Δ_ｇ（０）の一重項酸素（^１Ｏ_２）１２は、処理対象物１３に対する所定の反応を行なっている。

このように、本実施の形態にかかる一重項酸素生成装置１では、レーザダイオード２から１２７０ｎｍの波長のレーザ光Ｌを酸素分子に照射することによって、長寿命の^１Δ_ｇ（０）の一重項酸素を発生させているため、活性酸素の一種である一重項酸素を安定して生成することができる。

また、本実施の形態にかかる一重項酸素生成装置１によれば、過酸化水素や次亜塩素酸といった化学薬品を用いずとも、酸素分子に１２７０ｎｍの波長のレーザ光Ｌを照射するだけで長寿命の一重項酸素を生成できるため、簡易な方法で安定した一重項酸素を生成することができる。

また、本実施の形態にかかる一重項酸素生成装置１によれば、酸素分子に１２７０ｎｍの波長のレーザ光Ｌを照射するだけで安定した一重項酸素を生成できるため、周囲の環境によらず簡易に安定した一重項酸素を生成することができる。

また、本実施の形態にかかる一重項生成装置１によれば、酸素供給機構１５の酸素供給量および酸素供給時間、酸素分子に発するレーザ光Ｌの出力、照射位置および発光時間を調整することによって、所望の量の一重項酸素を所望の位置に所望の間、柔軟に生成することができる。この場合、制御部５は、レーザダイオード２が、酸素供給機構１５による酸素分子供給中または酸素分子供給後に１２７０ｎｍの波長のレーザ光Ｌを発するように制御することによって、酸素分子の一重項酸素化を効率的に進めることができる。

このように、本実施の形態においては、簡易な方法で長寿命の一重項酸素を安定して生成することができるため、たとえば、酸化防止剤などの薬効を検査する測定装置に応用できる。このような測定装置は、たとえば図４の測定装置１ａのように、酸化防止剤などの被測定サンプル１３ａの下方に光化学プローブＭＣＬＡ（化学名：２−メチル−６−（４−メトキシ）フェニル−３，７−ジヒドロイミダゾ［１，２−ａ］ピラジン−３−オン：ウミホタルルシフェリン誘導体）１７を有するとともに、光化学プローブＭＣＬＡ１７から発生した蛍光Ｌ１の発光強度を検出する測定機構１８を備える。測定機構１８は、酸素供給機構１５によって供給された酸素分子へのレーザ光Ｌ照射による一重項酸素生成期間、光化学プローブＭＣＬＡ１７からの蛍光強度を測定し、制御部５ａは、測定機構１８における発光強度測定値の経時的変化をもとに、被測定サンプル１３の薬効を検出する。この測定装置１ａが生成する^１Δの一重項酸素は一度生成すれば数分から数十分励起状態を維持できるとともに、酸素分子１１へのレーザ光Ｌの照射を継続すれば一重項酸素１２を生成し続けることが可能であるため、被測定サンプル１３ａに対する測定処理を長時間行なうことができ、被測定サンプル１３ａに対する薬効を十分かつ正確に検査することが可能である。

また、本実施の形態においては、一重項酸素生成のために使用するレーザ光Ｌとして、人体にほとんど影響がない１２７０ｎｍの波長の光を使用しているため、人体に対する医療装置にも適用可能である。たとえば、図５の医療装置１ｂに示すように、人体１４ａ内に導入されるファイバが内蔵されたカテーテル４１を介してレーザダイオード２が発した１２７０ｎｍのレーザ光Ｌを血液中の酸素分子（Ｏ_２）１１に照射することによって、この酸素分子（Ｏ_２）１１を活性化して、^１Δ_ｇ（０）の一重項酸素（^１Ｏ_２）１２を生成し、生成した一重項酸素（^１Ｏ_２）１２でがん細胞１０１を局所的に攻撃させる場合に適用可能である。この一重項酸素（^１Ｏ_２）１２は、一度生成すれば数分から数十分励起状態を維持できるとともに、酸素分子１１へのレーザ光Ｌの照射を継続すれば一重項酸素１２を生成し続けることが可能であるため、所定時間を要するがん細胞１０１の攻撃という生体反応にも十分使用可能である。

なお、本実施の形態においては、１２７０ｎｍにピークを有する波長のレーザ光を発するレーザダイオード２を使用した場合を説明したが、このレーザダイオード２が発するレーザ光Ｌは、実際には、図６に示すように、±１０ｎｍ程度の半値幅を有する。また、レーザダイオードによっては、±３０ｎｍ程度の半値幅を有するものもある。Ｏ_２分子における原子間距離や全体のスピン状態に応じて、^１Δ_ｇ（０）の一重項酸素化に要するエネルギーは、０．９８ｅＶを中心とした一定の幅を有するため、レーザ光が±１０〜±３０ｎｍ程度の半値幅を有することは酸素分子の一重項酸素化の円滑化を妨げるものではない。

また、本実施の形態においては、使用する光として、１２７０ｎｍにピークを有する波長の光を用いた場合を例に説明したが、特に１２７０ｎｍにピークを有する必要はなく、酸素分子を必要な量だけ一重項酸素化できる強度の１２７０ｎｍの波長の光が含まれていれば足りる。また、本実施の形態においては、所望の領域の酸素分子を正確かつ効率的に一重項酸素化するために光束が絞られたレーザ光を使用した場合を例に説明したが、もちろんレーザ光以外を使用しても可能である。

また、本実施の形態においては、一重項酸素（^１Ｏ_２）１２として^１Δ_ｇ（０）の一重項酸素を生成する場合を例に説明したが、もちろんこの^１Δ_ｇ（０）の一重項酸素に限らない。たとえば、^１Σ_ｇ ^＋（０）の一重項酸素を生成する場合には、一重酸素生成装置として、レーザダイオード２に代えて、１．６３ｅＶに対応する７６２ｎｍの波長を少なくとも含むレーザ光を発振できるレーザダイオードを備えた構成であればよく、この７６２ｎｍの波長を少なくとも含むレーザ光を酸素分子に照射して、Σ_ｇ ^＋（０）の一重項酸素を生成すればよい。また、図２に示す^１Δ_ｇ（１）の一重項酸素を生成する場合には、一重酸素生成装置として、レーザダイオード２に代えて、１０６０ｎｍの波長を少なくとも含むレーザ光を発振できるレーザダイオードを備えた構成であればよく、この１０６０ｎｍの波長を少なくとも含むレーザ光を酸素分子に発振して、^１Δ_ｇ（１）の一重項酸素を生成すればよい。このように、生成対象の一重項酸素に対応させて、照射するレーザ光の波長を選択すればよい。すなわち、本実施の形態では、少なくとも酸素分子を一重項酸素化できるエネルギーを有した光を発するレーザダイオードを備え、このレーザダイオードから、酸素分子に少なくとも酸素分子を一重項酸素化できるエネルギーを有した光を発することによって、生成対象の一重項酸素を発生させることが可能になる。

実施の形態にかかる一重項酸素生成装置の構成を示す図である。酸素分子の基底状態および励起状態を説明する図である。一重項酸素の生成反応式を示す図である。実施の形態にかかる一重項酸素生成装置を測定装置に適用した例を示す図である。実施の形態にかかる一重項酸素生成装置を医療装置に適用した例を示す図である。図１に示すレーザダイオードが発するレーザ光の強度の波長依存を示す図である。

符号の説明

１一重項酸素生成装置
２レーザダイオード
３ファイバ
４出射管
５制御部
６入力部
７出力部
１５酸素供給機構
１６酸素供給管

Claims

少なくとも酸素分子を一重項酸素化できるエネルギーを有した光を発する発光手段を備え、
前記発光手段は、酸素分子に前記少なくとも酸素分子を一重項酸素化できるエネルギーを有した光を発することによって一重項酸素を生成することを特徴とする一重項酸素生成装置。
前記発光手段は、前記酸素分子に少なくとも１２７０ｎｍを含む光を発することによって一重項酸素を生成することを特徴とする請求項１に記載の一重項酸素生成装置。
前記発光手段は、１２７０ｎｍにピークを有する光を前記酸素分子に発することを特徴とする請求項２に記載の一重項酸素生成装置。
前記発光手段は、前記少なくとも酸素分子を一重項酸素化できるエネルギーを有したレーザ光を前記酸素分子に発することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の一重項酸素生成装置。
前記酸素分子を供給する酸素供給手段をさらに備え、
前記発光手段は、前記酸素供給手段による酸素供給中または酸素供給後に前記前記少なくとも酸素分子を一重項酸素化できるエネルギーを有した光を発することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の一重項酸素生成装置。