JP4006491B2

JP4006491B2 - プラズマ滅菌装置

Info

Publication number: JP4006491B2
Application number: JP2004203419A
Authority: JP
Inventors: 信哉林; 昌昭後藤; 長兵衛山部; 三郎佐藤
Original assignee: NATIONAL UNIVERSITY CORPORATION SAGA UNIVERSITY
Current assignee: NATIONAL UNIVERSITY CORPORATION SAGA UNIVERSITY
Priority date: 2004-07-09
Filing date: 2004-07-09
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2024-07-09
Also published as: JP2006020950A

Description

本発明は、活性酸素により医療器材等の被処理物を滅菌するプラズマ滅菌装置に関し、特に酸素ガスプラズマ中で生成した酸素ラジカルにより被処理物を滅菌するプラズマ滅菌装置に関する。

背景技術となるプラズマ滅菌装置は、特開平１０−９９４１５号公報（第１の背景技術）、特開平７−１８４６１号公報（第２の背景技術）に開示されるものがある。この各背景技術を図５及び図６に概略構成断面図として示す。

図５において、この第１の背景技術に係るプラズマ滅菌装置は、大気圧でプラズマを発生させるプラズマ発生器１１２を備えた第１のチャンバー１１４と、被処理物１３６を配置しうるとともに耐圧構造の第２のチャンバー１１８と、両者を開閉自在に連結し、第１のチャンバーから第２のチャンバー１１８内へ供給する殺菌因子を含んだ気体の流れを制御する開閉バルブ１２０と加圧装置であるコンプレッサー１２２とを備えた連結管１２４とからなる。第２のチャンバー１１８には、チャンバー１１８内の気体を吸排することにより内部の気圧を一定に保つ圧力調整器１１６が連結されている。プラズマ発生器１１２においては、パルス電源を用いて気体と液体の混合物の少なくとも一部を電離させることができ、かくして得られた電離混合物が殺菌因子となる。

このように被処理物１３６を滅菌する第２のチャンバー１１８とは別に殺菌因子を貯留するための第１のチャンバー１１４を備え、両者を開閉バルブ１２０を備えた連結管１２４で連結することにより、滅菌に必要な殺菌因子の貯留と、被処理物の乾燥等の前処理とを平行して行うことができ、さらに、相当量の殺菌因子を短時間で被処理物に接触させることができるため、有効な滅菌処理を効率よく行い得る。

また、図６において第２の背景技術に係るプラズマ滅菌装置は、蓋２０２を開放して、真空容器２０１に殺菌しようとする容器２１８を入れ、次に蓋２０２を閉じて真空ポンプ２０４により真空容器内をプラズマを発生させる時の圧力より充分低くなるまで排気し、次いで気体源２１４から適当な流量で気体を導入し、弁２１５を調整してプラズマに適した圧力に保持する。一方真空ポンプ２０４が運転を続けて、圧力を安定させた後高周波電源２１２から、電極２０８に高周波電力を印加して容器２１８内にプラズマを発生させ、充分な殺菌が行なわれる時間プラズマを保持した後、高周波電力の印加を停止して容器２１８の殺菌を行う構成である。また、この高周波電力の印加停止と同時に気体の導入を停止し、しばらく排気してから真空ポンプの運転を停める。そして次に大気導入弁２１７を開いて大気を導入し、その後蓋２０２を開いて容器２１８を取り出す。
特開平１０−９９４１５号公報特許第３２０９９４４号公報

前記第１の背景技術に係るプラズマ滅菌装置は以上のように構成されていたことから、大気圧の第１のチャンバー１１４内でプラズマを生成して酸素ラジカルを発生させたとしても大気圧下では、この酸素ラジカルが大気圧で第１のチャンバー１１４内に存在する気体、例えば酸素、水素、窒素等と極めて短時間で結合することとなり、酸素ラジカル単体として存在し得ず滅菌効果が十分得られないという課題を有する。

また、前記第２の背景技術に係るプラズマ滅菌装置は、真空容器１２０内で殺菌対象となる容器２１８を殺菌しようとするものであるが、不活性ガスと反応ガスとの混合気体からなるプラズマ生成用ガスを導入してプラズマＰを生成していることから、酸素ラジカル単体を高密度に発生させることができず、対象となる容器２１８を確実に滅菌処理できないという課題を有する。この第２の背景技術における殺菌は、微生物学的には微生物を殺して生存数を減らすことをいい、滅菌が対象となる物質及びその周囲空間の微生物を全て死滅又は除去することとは大きく異なる。

さらに、他の背景技術に係るプラズマ滅菌装置としては、過酸化水素を原料ガスとして用い、水酸化（ＯＨ）ラジカルを発生させ、この水酸化（ＯＨ）ラジカルの殺菌能力で滅菌を行うものがあるが、この過酸化水素が常温常圧で液体であることから、低圧のプラズマ容器内に液体を導入する場合には装置構造と運転方法（圧力調整）とがいずれも複雑化すると共に、過酸化水素が高価であることから、装置自体及びランニングコストの双方が高価格となるという課題を有していた。

特に、滅菌対象となる被処理物を収納する容器内の圧力を高真空状態と低真空状態とに切替えて滅菌処理を実行する場合に、液体である過酸化水素を原料ガスとして用いると、前記圧力調整が極めて困難な作業となり、水酸化ラジカルを容器内に均一に拡散させるのに長時間を要する等の課題をも有する。

本発明は、前記課題を解消するためになされたもので、酸素ラジカルを高密度に発生させて被処理物を確実且つ安価に滅菌することができるプラズマ滅菌装置を提供する。

本発明に係るプラズマ滅菌装置は、滅菌処理の対象となる被処理物を収納し、気密性容器からなる収納手段と、前記収納手段内の気圧を低気圧に維持すると共に、当該低気圧下で前記収納手段の気密性容器内における酸素ガスの圧力を３Ｐａから１０ｋＰａまでの間で複数回変化させる低気圧維持手段と、前記収納手段に酸素ガスを供給する酸素ガス供給手段と、前記収納手段内に少なくとも電極が収納され、当該電極に電流を流して前記酸素ガスの酸素をプラズマ化して酸素ラジカルを生成するプラズマ生成手段とを備える備えるものである。このように本発明においては、被処理物を収納する収納手段を低気圧維持手段により低気圧に維持し、この収納手段に酸素ガス供給手段から酸素ガスを供給し、この酸素ガスの酸素をプラズマ生成手段がプラズマ化して酸素ラジカルを生成するようにし、特に３Ｐａから１０ｋＰａまでの間で収納手段の気密性容器における酸素ガスの圧力を複数回変化させるようにしているので、酸素ラジカルを長時間単体として維持させると共に、高密度に発生させることができる。さらに被処理物の微細部分及び載置下面等に対しても酸素ラジカルを浸透できることとなり、被処理物の全領域に亘って確実且つ簡易に滅菌できる。

また、本発明に係るプラズマ滅菌装置は必要に応じて、低気圧維持手段が、前記収納容器内を３Ｐａないし１０ｋＰａに維持するものである。このように本発明においては、収納容器内を低気圧維持手段が３Ｐａないし１０ｋＰａに維持するようにしているので、より高密度に酸素（Ｏ₂）をプラズマ化（２Ｏ⁺＋２ｅ^-）して酸素ラジカル（Ｏ）を発生させることができることとなり、被処理物の滅菌をより確実に実行できる。

また、本発明に係るプラズマ滅菌装置は必要に応じて、低気圧維持手段が、前記収納手段の気密性容器内における酸素ガスの圧力を３Ｐａと１０ｋＰａとを１分ないし１０分毎に繰り返し変化させるものである。このように本発明においては３Ｐａと１０ｋＰａとの間で収納手段の気密性容器における酸素ガスの圧力を１分ないし１０分毎に繰り返して変化させるようにしているので、被処理物の微細部分及び載置下面等に対しても酸素ラジカルを浸透できることとなり、被処理物の全領域に亘って確実且つ簡易に滅菌できる。

また、本発明に係るプラズマ滅菌装置は必要に応じて、プラズマ生成手段が、誘導結合プラズマ発生手段により構成されるものである。このように本発明においては、誘導結合プラズマ発生手段で酸素ガスをプラズマ化するようにしているので、より高密度のプラズマを気密性容器内に均一に発生させることができることとなり、被処理物の滅菌をより確実に実行できる。

また、本発明に係るプラズマ滅菌装置は必要に応じて、プラズマ生成手段が、電極に交流電流を供給され、当該交流電流の周波数を起動当初に１ｋＨｚないし２０ｋＨｚとし、起動後１０ＭＨｚないし６０ＭＨｚとするものである。このように本発明においては、プラズマ生成手段の電極に供給される交流電流が、起動当初を１ｋＨｚないし２０ｋＨｚとし、起動後を１０ＭＨｚないし６０ＭＨｚとするように制御しているので、起動時における酸素ガスのプラズマ化を容易にすると共に、このプラズマ化により電子なだれが生じて酸素ラジカルが生成され始めた後に高周波に切替えて電力消費を抑制できることとなり、酸素ラジカルの生成を急速且つ確実に実行できると共に装置構成を簡略化できる。

また、本発明に係るプラズマ滅菌装置は必要に応じて、酸素ガス供給手段が、供給する酸素ガスの流量を１０ｓｃｃｍから５００ｓｃｃｍの間で複数回変化させるものである。このように本発明においては、被処理物を収納する気密性容器への酸素ガスの流量を酸素ガス供給手段が１０ｓｃｃｍから５００ｓｃｃｍの間で複数回変化させるようにしているので、被処理物の微細部分及び載置下面等に対しても酸素ラジカルを浸透できることとなり、被処理物の全領域に亘って確実且つ簡易に滅菌できる。

また、本発明に係るプラズマ滅菌装置は必要に応じて、酸素ガス供給手段が、供給する酸素ガスを１０ｓｃｃｍ流量と５００ｓｃｃｍ流量とを１分ないし１０分毎に繰り返し変化させるものである。このように本発明においては、被処理物を収納する気密性容器への酸素ガスの流量を酸素ガス供給手段が１０ｓｃｃｍと５００ｓｃｃｍとを１分ないし１０分毎に繰り返し変化させるようにしているので、被処理物の微細部分及び載置下面等に対しても酸素ラジカルを浸透できることとなり、被処理物の全領域に亘って確実且つ簡易に滅菌できる。

また、本発明に係るプラズマ滅菌装置は必要に応じて、収納手段に収納される被処理物が、酸素ラジカルを透過するシートで被覆されるものである。このように本発明においては、酸素ラジカルが透過するシートに被処理物を被覆して収納手段に収納しているので、滅菌処理を施して収納手段から取出した後に外部の雑菌が被処理物に直接付着することがなくなり、滅菌処理の効果をより向上させることができる。

（本発明の第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係るプラズマ滅菌装置を図１に基づいて説明する。この図１は本実施形態に係るプラズマ滅菌装置の概略構成図を示す。

同図において本実施形態に係るプラズマ滅菌装置は、滅菌処理の対象となる医療器具（図示を省略）を収納する、気密性容器からなる収納手段１と、前記収納手段１内の気圧を低気圧に維持する低気圧維持手段２と、前記収納手段１に酸素ガスを供給する酸素ガス供給手段３と、前記収納手段１内に少なくとも電極４１が収納され、当該電極４１に電流を流して前記酸素ガスの酸素をプラズマ化して酸素ラジカルを生成するプラズマ生成手段４とを備える構成である。

この低気圧維持手段２は、収納手段１内の空気を排出するロータリーポンプ２１と、このロータリーポンプ２１及び収納手段１に各々連通して接続する排出管２２と、この排出管２２の中間に介装され空気の排出量を調整する調整バルブ２３と、前記排出管２２を収納手段１の側壁孔に気密状態で接続するコネクタ２４とを備える構成である。また、酸素ガス供給手段３は、収納手段１内へ酸素ガスを供給する酸素ガスボンベ３１と、この酸素ガスボンベ３１及び収納手段１に各々連通して接続する供給管３２と、この供給管３２の中間に介装され酸素ガスの供給量を調整する調整バルブ３３と、前記供給管３２を収納手段１の側壁孔に気密状態で接続するコネクタ３４とを備える構成である。

前記プラズマ生成手段４は、渦巻き状に導電線を巻回された誘導結合型アンテナからなる電極４１と、この電極４１に交流電流を供給する電源部４２と、この電源部４２及び電極４１間に接続する配電線４５と、この配電線４５が貫通する収納手段１の側壁孔部分を気密状態とする封止部４６ａ、４６ｂとを備える構成である。このプラズマ生成手段４は、電極４１と接地された収納手段１との間の空間をインピーダンスＺとし、このインピーダンスＺを移動する電子によって酸素ガスやら酸素ラジカルを生成する構成である。

次に、前記構成に基づく本実施形態に係るプラズマ滅菌装置の動作について説明する。まず、調整バルブ２３を開放状態にしてロータリーポンプ２１を起動させることにより、収納手段１内の空気が排出され、この収納手段１内が所定の低気圧状態となる。この調整バルブ２３による排出が継続している状態で、酸素ガス供給手段３の調整バルブ３３が開放されて酸素ガスボンベ３１から供給管３２を介して収納手段１内に酸素ガスが供給される。

前記収納手段１内の酸素ガス圧力を所定値（例えば、３Ｐａから１０ｋＰａ）となった状態で、プラズマ生成手段４の電源部４２から交流電流が電極４１に供給される。この交流電流により電極４１が電磁波を発生させ、この電磁波により酸素ガス（Ｏ₂）をプラズマ化（電離）させて酸素イオン（Ｏ⁺）及び電子（ｅ^-）を生成する。

前記生成された電子（ｅ^-）は、収納手段１内の酸素ガス（Ｏ₂）の原子と衝突し、この酸素ガス（Ｏ₂）に高いエネルギーを与えて、酸素ラジカル（Ｏ）を生成する。このように酸素ガスがプラズマ化された電子により酸素ラジカルが生成されることから、プラズマ密度を高くすることにより酸素ラジカルの生成量を増大させることができると共に、この生成された酸素ラジカルを単体としてより長く継続させるために収納手段１内を低気圧状態下で酸素ガスのみ原料とするものである。

特に、生成される酸素ラジカルの密度を最大（例えば、１０¹⁰ｃｍ^-3）とするためには、前記プラズマ生成手段４は電源周波数を１３．５６ＭＨｚとし、電極４１に印加される電位を−１０Ｖとし、放電消費電力を５０Ｗとする。さらに、収納手段１は、内部の酸素ガス圧力を３Ｐａ及び酸素ガス流量を１０ｓｃｃｍとする。
（本発明の第２の実施形態）
図２及び図３に基づいて本発明の第２の実施形態に係るプラズマ滅菌装置を説明する。この図２は本実施形態に係るプラズマ滅菌装置の概略構成図、図３は図２に記載のプラズマ滅菌装置の動作タイミングチャートを示す。

前記各図において本実施形態に係るプラズマ滅菌装置は、前記第１の実施形態に係るプラズマ滅菌装置と同様に収納手段１、低気圧維持手段２、酸素ガス供給手段３及びプラズマ生成手段４を備え、この構成に加え、前記プラズマ生成手段４が電極４１に出力する交流電流の周波数を１０ｋＨｚと１３．５６ＭＨｚとに切替える周波数切替部４３を備えると共に、前記収納手段１の低気圧状態及び酸素ガス供給部を制御する容器内条件制御部５を備える構成である。

前記周波数切替部４３は、起動当初において周波数１０ｋＨの交流電流を電極４１に供給し、この起動開始から約１分又は２分程度の後に周波数を１３．５６ＭＨｚに切替えて交流電流を電極４１に供給する構成である。前記容器内条件制御部５は、低気圧維持手段２の調整バルブ２３の開度を調整してロータリーポンプ２１の吸引量を制御すると共に、酸素ガス供給手段３の調整バルブ３３の開度を調整して酸素ガスボンベ３１から収納手段１に供給する酸素ガスの流量を１０ｓｃｃｍから５００ｓｃｃｍまでの間で制御する構成である。

次に、前記構成に基づく本実施形態に係るプラズマ滅菌装置の動作について説明する。まず、容器内条件制御部５の制御に基づいて調整バルブ２３を全開放となるように制御して、ロータリーポンプ２１を駆動させる。また、このロータリーポンプ２１の駆動により収納手段１を所定の低気圧（例えば、３Ｐａ）まで減圧させ、この低気圧状態で酸素ガス供給手段３の調整バルブ３３を開放して供給管３２を介して酸素ガスボンベ３１から収納手段１へ酸素ガスを供給されるように制御される。

この収納手段１へ酸素ガスが供給されている間においても、低気圧維持手段２による収納手段１からの排出が継続して実行され、この酸素ガスの供給と収納手段１からの排出とのバランスを容器内条件制御部５が調整することにより、収納手段１内の酸素ガス圧力を所望の値に制御できることとなる。

このように、収納手段１内の酸素ガス圧力を調整された状態で、電源部４２からの交流電流を周波数切替部４３で周波数１０ｋＨｚに切替えて電極４１へ出力する。この１０ｋＨｚの低い周波数の交流電流は、起動時における収納手段１内の酸素ガスが大きなインピーダンスインピーダンスＺ特性を有することから、この大きなインピーダンスＺに対してインピーダンスマッチングを容易にとることができることから、収納手段１内の酸素ガスを急速且つ確実に所定のプラズマ密度まで移行できることとなる。

この所定のプラズマ密度に収納手段１内の酸素ガスが達すると、周波数切替部４３は電極４１に供給する交流電流の周波数を１３．５６ＭＨｚの高い周波数に切替えて酸素ガスのプラズマ化をより促進することによりプラズマ密度をより高くして、生成する酸素ラジカルの密度も最大となるように制御できることとなる。

さらに、容器内条件制御部５は、低気圧維持手段２の調整バルブ２３と酸素ガス供給手段３の調整バルブ３３とを各々開度調整することにより、収納手段１内の酸素ガス３Ｐａ及び収納手段１への酸素ガス流量１０ｓｃｃｍの状態を５分間継続させ、次に収納手段１内の酸素ガス圧力１０ｋＰａ及び収納手段１への酸素ガス流量５００ｓｃｃｍの状態を５分間継続させ、この各状態を交互に９０分間サイクリックに実行する（図３参照）。

このように酸素ラジカル密度が最大となるように制御し、さらに酸素ガス圧を３Ｐａから１０ｋＰａへ変化させると共に酸素ガス流量１０ｓｃｃｍから５００ｓｃｃｍへ５分間隔でサイクリックに切替えるようにしているので、医療器具の微細部分及び載置下面等に対しても酸素ラジカルを浸透できることとなり、医療器具の全領域に亘って確実且つ簡易に滅菌できる。
（本発明の第３の実施形態）
図４に基づいて本発明の第３の実施形態に係るプラズマ滅菌装置を説明する。この図４は本実施形態に係るプラズマ滅菌装置における収納手段内の透視構成図を示す。

同図において本実施形態に係るプラズマ滅菌装置は、前記第１及び第２の実施形態と同様に収納手段１、低気圧維持手段２、酸素ガス供給手段３及びプラズマ生成手段４を共通して備え、前記プラズマ生成手段４における電極４１の配置構成を異にする。この電極４１は、収納手段１内に酸素ガス供給手段３の供給管３２を接続するコネクタ３４の開口領域を複数本交叉するように配設され、供給管３２を介して供給される酸素ガスが極めて近傍を通過するように構成される。

次に、前記構成に基づく本実施形態に係るプラズマ滅菌装置の動作について説明する。前記各実施形態と同様に収納手段１内の気圧及び酸素ガスの状態が調整され、電源部４２から供給される交流電流が電極４１に流れ、この電極４１のアンテナとしての線路周囲に電磁場を生じさせる。この磁場の磁界強度が強い電極４１の導電線の極めて近傍を供給管３２から供給される酸素ガスを強制的に通過させることができることとなり、強い電磁界により酸素ガスのプラズマ化をより促進させることができる。
（本発明の他の実施形態）
本発明の他の実施形態に係るプラズマ滅菌装置は、前記各実施形態と同様に各種構成され、この各種構成に各々加えて、収納手段１内に収納する被処理物を酸素ラジカルが透過し、細菌を透過させないシート、例えばマイクロメッシュシート等で被覆した状態で滅菌処理を行うようにしているので、処理後に収納手段１から取出す場合にも外部の細菌が再付着することを未然に防止することができる。

また、本発明の他の実施形態に係るプラズマ滅菌装置は、前記第２の実施形態が収納手段１の酸素ガス圧力及び酸素ガス流量を各々調整する構成としたが、酸素ガス圧力若しくは酸素ガス流量のいずれか一方のみを調整制御するように構成することもできる。

本発明の第１の実施形態に係るプラズマ滅菌装置の概略構成図である。本発明の第２の実施形態に係るプラズマ滅菌装置の概略構成図である。図２記載のプラズマ滅菌装置の動作タイミングチャートである。本発明の第３の実施形態に係るプラズマ滅菌装置における収納手段内の透視構成図である。従来のプラズマ滅菌装置の概略構成断面図である。従来のプラズマ滅菌装置の概略構成断面図である。

符号の説明

１収納手段
２低気圧維持手段
３酸素ガス供給手段
４プラズマ生成手段
５容器内条件制御部
２１ロータリーポンプ
２２排出管
２３、３３調整バルブ
２４、３４コネクタ
３１酸素ガスボンベ
３２供給管
４１電極
４２電源部
４３周波数切替部
４５配電線
４６ａ、４６ｂ封止部
Ｚインピーダンス

Claims

滅菌処理の対象となる被処理物を収納し、気密性容器からなる収納手段と、
前記収納手段内の気圧を低気圧に維持すると共に、当該低気圧下で前記収納手段の気密性容器内における酸素ガスの圧力を３Ｐａから１０ｋＰａまでの間で複数回変化させる低気圧維持手段と、
前記収納手段に酸素ガスを供給する酸素ガス供給手段と、
前記収納手段内に少なくとも電極が収納され、当該電極に電流を流して前記酸素ガスの酸素をプラズマ化して酸素ラジカルを生成するプラズマ生成手段とを備えることを
特徴とするプラズマ滅菌装置。
前記請求項１に記載のプラズマ滅菌装置において、
前記低気圧維持手段が、前記収納容器内を３Ｐａないし１０ｋＰａに維持することを
特徴とするプラズマ滅菌装置。
前記請求項１又は２に記載のプラズマ滅菌装置において、
前記低気圧維持手段が、前記収納手段の気密性容器内における酸素ガスの圧力を３Ｐａと１０ｋＰａとを１分ないし１０分毎に繰り返し変化させることを
特徴とするプラズマ滅菌装置。
前記請求項１ないし３のいずれかに記載のプラズマ滅菌装置において、
前記プラズマ生成手段が、誘導結合プラズマ発生手段により構成されることを
特徴とするプラズマ滅菌装置。
前記請求項１ないし４のいずれかに記載のプラズマ滅菌装置において、
前記プラズマ生成手段が、電極に交流電流を供給され、当該交流電流の周波数を起動当初に１ｋＨｚないし２０ｋＨｚとし、起動後１０ＭＨｚないし６０ＭＨｚとすることを
特徴とするプラズマ滅菌装置。
前記請求項１ないし５のいずれかに記載のプラズマ滅菌装置において、
前記酸素ガス供給手段が、供給する酸素ガスの流量を１０ｓｃｃｍから５００ｓｃｃｍの間で複数回変化させることを
特徴とするプラズマ滅菌装置。
前記請求項１ないし５のいずれかに記載のプラズマ滅菌装置において、
前記酸素ガス供給手段が、供給する酸素ガスの流量を１０ｓｃｃｍと５００ｓｃｃｍとを１分ないし１０分毎に繰り返し変化させることを
特徴とするプラズマ滅菌装置。
前記請求項１ないし７のいずれかに記載のプラズマ滅菌装置において、
前記収納手段に収納される被処理物が、酸素ラジカルを透過するシートで被覆されることを
特徴とするプラズマ滅菌装置。