JP6226723B2

JP6226723B2 - 大気圧プラズマ発生装置、医療器具および大気圧プラズマ処理方法

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Publication number: JP6226723B2
Application number: JP2013250123A
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Inventors: 直樹奥村
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Priority date: 2013-12-03
Filing date: 2013-12-03
Publication date: 2017-11-08
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Description

本発明は、大気圧プラズマ発生装置、医療器具および大気圧プラズマ処理方法に関する。

従来より、生体や樹脂フィルム等の、熱ダメージに弱い被処理対象物の表面を改質する方法として、絶縁体管の内部でグロー放電により生成したプラズマをジェット状に噴出させる、あるいは、プラズマにより生成した活性種を噴出させる方法が用いられてきた（たとえば特許文献１〜４参照）。

図８に、従来のプラズマ発生装置の一例の構成を図解する模式的な側面図を示す。図８に示す装置は、絶縁体管１０１の外表面の一部を取り巻くようにして単電極１０２が設置された構成を有している。

図８に示す装置においては、絶縁体管１０１の内部にガス１０３を導入して、高周波電圧印加装置１０４から電極１０２に高周波電圧を印加することによってプラズマ１０５を発生させ、これを絶縁体管１０１の先端からジェット状に噴出させている。

図９に、従来のプラズマ発生装置の一例の構成を図解する模式的な側面図を示す。図９に示す装置は、絶縁体管１０１の外表面の一部を取り巻くようにして第１の電極１０２ａと第２の電極１０２ｂとが互いに間隔を空けて設置された構成を有している。

図９に示す装置においては、絶縁体管１０１の内部にガス１０３を導入して、高周波電圧印加装置１０４から第１の電極１０２ａに高周波電圧を印加することによってプラズマ１０５を発生させ、これを絶縁体管１０１の先端からジェット状に噴出させている。

図１０に、従来のプラズマ発生装置のさらに他の一例の構成を図解する模式的な平面透視図を示す。図１０に示す装置は、絶縁体管１０１の内部に棒状の第１の電極１０２ａが挿入されており、絶縁体管１０１の外表面の一部を取り巻くようにして第２の電極１０２ｂが設置された構成を有している。

図１０に示す装置においては、絶縁体管１０１の内部にガス１０３を導入して、高周波電圧印加装置１０４から第１の電極１０２ａに高周波電圧を印加することによってプラズマ１０５を発生させ、これを絶縁体管１０１の先端からジェット状に噴出させている。

図１１に、従来のプラズマ発生装置のさらに他の一例の構成を図解する模式的な平面図を示す。図１１に示す例においては、絶縁体管１０１の外表面に互いに間隔を空けて第１の電極１０２ａと第２の電極１０２ｂとが螺旋状に巻き付けられた構成を有している。

図１１に示す装置においては、絶縁体管１０１の内部にガス１０３を導入して、高周波電圧印加装置１０４から第１の電極１０２ａに高周波電圧を印加することによって絶縁体管１０１の内部にプラズマ１０５を発生させ、絶縁体管１０１の先端から活性種を噴出させている。

国際公開第２００８／０７２３９０号特開２０００−２８２２４３号公報特開２００１−６８９７号公報特開平５−２０２４８１号公報

近年、大気圧プラズマを癌細胞に直接照射することにより、癌細胞のアポトーシス（細胞死）を誘導することが発見され、これまで困難であった癌細胞の播種の治療に有効な新しい癌治療法として注目されている。

上記の新しい癌治療法における大気圧プラズマの照射方法についての要望を満たすためには、実用の観点からは、微弱なプラズマから強力なプラズマまで広範囲なプラズマを安定して発生させること、つまり安定放電領域を広く有していることが必要である。

しかしながら、図８〜図１１に示す従来の装置においては、極めて高い電圧を印加しなければ放電を開始しない（図８）、安定放電領域が狭く、結果的に高いプラズマ処理効果が得られない（図９および図１０）、および安定放電領域は広いが、プラズマ処理効果が所望とされる効果よりも未だ低い（図１１）などの上記の要望を満たすにはほど遠いのが現状であった。

上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、高電圧印加時の異常放電の発生を抑えることができるとともに、処理効果が高く、安定放電領域が広い大気圧プラズマ処理装置、医療器具および大気圧プラズマ処理方法を提供することにある。

本発明の第１の実施態様によれば、軸方向に延びる中空の絶縁体と、絶縁体の内壁面で取り囲まれた空間内に配置された単電極と、単電極に交流電圧を印加するための電源とを備えた大気圧プラズマ発生装置であって、絶縁体および単電極が可撓性を有する、大気圧プラズマ発生装置を提供することができる。

本発明の第２の実施態様によれば、本発明の第１の実施態様の大気圧プラズマ発生装置を含む医療器具を提供することができる。

本発明の第３の実施態様によれば、上記のいずれかの大気圧プラズマ発生装置を用いた大気圧プラズマ処理方法であって、絶縁体管の内壁面で取り囲まれた空間内にヘリウムを主成分とするガスを導入する工程と、単電極に交流電圧を印加することによってガスのプラズマを大気圧近傍の圧力下で発生させる工程と、プラズマを処理対象物に接触させることによって処理対象物を処理する工程とを含む大気圧プラズマ処理方法を提供することができる。

本発明によれば、高電圧印加時の異常放電の発生を抑えることができるとともに、処理効果が高く、安定放電領域が広い大気圧プラズマ処理装置、医療器具および大気圧プラズマ処理方法を提供することができる。

実施の形態１の大気圧プラズマ発生装置の模式的断面図である。実施の形態１の大気圧プラズマ発生装置を絶縁体管の先端側から見たときの模式的な平面図である。図２のＩＩＩ−ＩＩＩに沿った模式的な断面図である。実施の形態２の大気圧プラズマ発生装置の模式的な断面図である。実施の形態２の大気圧プラズマ発生装置を絶縁体管の先端側から見たときの模式的な平面図である。実施の形態３の大気圧プラズマ発生装置の模式的な断面図である。実施の形態３の大気圧プラズマ発生装置を絶縁体管の先端側から見たときの模式的な平面図である。従来のプラズマ発生装置の一例の構成を図解する模式的な側面図である。従来のプラズマ発生装置の一例の構成を図解する模式的な側面図である。従来のプラズマ発生装置のさらに他の一例の構成を図解する模式的な平面透視図である。従来のプラズマ発生装置のさらに他の一例の構成を図解する模式的な平面図である。

以下、本発明の一例である実施の形態について説明する。なお、実施の形態の説明に用いられる図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。

＜実施の形態１＞
［大気圧プラズマ発生装置の構成］
図１に、実施の形態１の大気圧プラズマ発生装置の模式的な断面図を示す。実施の形態１の大気圧プラズマ発生装置は、軸方向に延びる中空の絶縁体としての絶縁体管１と、高周波電圧印加用の単電極２とを備えている。

単電極２は、導電線がスパイラル状に巻かれることによって構成されており、絶縁体管１の内壁面１ａで取り囲まれた空間５内に設けられて、絶縁体管１の軸方向に延びるようにして設置されている。また、単電極２には高周波電圧印加装置４が接続されており、高周波電圧印加装置４から高電圧を印加できる構成となっている。なお、本実施の形態においては、絶縁体管１に対してアース電極は、特別、設置されていない。

図２に、実施の形態１の大気圧プラズマ発生装置を絶縁体管１の先端側から見たときの模式的な平面図を示す。また、図３に図２のＩＩＩ−ＩＩＩに沿った模式的な断面図を示す。図２に示すように、絶縁体管１の先端は円形であるため、絶縁体管１は全体として円筒形状を有している。また、図２および図３に示すように、単電極２の外表面２ａは、絶縁体管１の内壁面１ａと接している。なお、本実施の形態においては、軸方向に延びる中空の絶縁体として絶縁体管１が円筒形状である場合について説明するが、軸方向に延びる中空の絶縁体は、軸方向に垂直な断面の形状が円形または楕円形である場合に限定されず、たとえば、軸方向に垂直な断面の形状が多角形等の形状であってもよい。

［絶縁体管］
絶縁体管１としては、絶縁性の材料であれば特に限定なく用いることができ、たとえば石英のほかアルミナなどのセラミック、またはポリイミド樹脂、フッ素系樹脂若しくはＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂などの樹脂を用いることができる。

なかでも、絶縁体管１としては、ポリイミド樹脂のような樹脂などの可撓性を有する材料を用いることが好ましい。この場合には、実施の形態１の大気圧プラズマ発生装置自体に可撓性を持たせることができる。また、この場合には、実施の形態１の大気圧プラズマ発生装置を内視鏡またはカテーテルと組み合わせた医療器具として用いることによって、実施の形態１の大気圧プラズマ発生装置を人間の体内の湾曲した消化器官の内部に挿入して、胃や腸などの患部まで到達させることができる。そして、実施の形態１の大気圧プラズマ発生装置から大気圧プラズマを発生させて人間の体内の患部に照射することによって、当該患部の治療が可能となる。さらに、実施の形態１の大気圧プラズマ発生装置をたとえばカテーテルなどの医療器具の一部として用いることもできる。この場合にも、人間の体内に挿入して、人間の体内の患部まで実施の形態１の大気圧プラズマ発生装置を到達させ、大気圧プラズマを発生させて人間の体内の患部に照射することによって、当該患部の治療が可能となる。

［単電極］
単電極２は、導電性の材料であれば特に限定なく用いることができ、たとえば、ステンレス、銅、タングステン、アルミニウム、モリブデン、チタンおよび鉛からなる群から選択された少なくとも１種を含む金属、酸化インジウム・スズ、酸化亜鉛などの電気導電性酸化物、窒化チタン等の電気導電性窒化物、ＰＥＤＯＴ（ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン））などの電気導電性高分子またはカーボン系電気導電性材料などを用いることができる。

単電極２において、スパイラル状に巻かれる導電線の太さは特に限定されないが、単電極２に可撓性を持たせる観点からは、導電線の太さは０．５ｍｍ以下であることが好ましく、０．０４ｍｍ以下であることがより好ましい。

［高周波電圧印加装置］
高周波電圧印加装置４としては、たとえば、従来から公知の高周波電源などを用いることができる。なお、本実施の形態においては、単電極２に交流電圧を印加するための電源として高周波電圧印加装置４を用いる場合について説明したが、これに限定されず、単電極２に低周波電圧を印加する低周波電源を用いてもよい。なお、高周波は１０ｋＨｚ以上の周波数を意味しており、低周波は１０ｋＨｚ未満の周波数を意味している。

［大気圧プラズマ発生装置の製造方法］
実施の形態１の大気圧プラズマ発生装置は、たとえば以下のようにして製造することができる。まず、円筒状の絶縁体管１および導電線がスパイラル状に巻かれてなる単電極２を準備する。次に、絶縁体管１の内壁面１ａで取り囲まれた空間５の内側に、導電線がスパイラル状に巻かれてなる単電極２を挿入する。その後、たとえば絶縁体管１の後述するガスが流れる方向の上流側において、高周波電圧印加装置４を単電極２に接続する。これにより、実施の形態１の大気圧プラズマ発生装置を製造することができる。

［大気圧プラズマ処理方法］
以下、実施の形態１の大気圧プラズマ発生装置を用いた大気圧プラズマ処理方法の一例について説明する。まず、図１〜図３に示す実施の形態１の大気圧プラズマ発生装置を準備する。次に、図１に示すように、実施の形態１の大気圧プラズマ発生装置の絶縁体管１の内壁面１ａで取り囲まれた空間５内にガス３を導入する。

ここで、絶縁体管１の内壁面１ａで取り囲まれた空間５内に導入されるガス３は、大気圧プラズマ処理に応じて適宜設定することができるが、異常放電の発生を抑制する観点からは、ヘリウムを主成分（ガス３全体の体積流量の６０％以上を占める）とするガスを用いることが好ましい。ヘリウムを主成分とするガスとしては、ヘリウムのみからなるガスを用いてもよく、ヘリウムを主成分とし、ヘリウム以外のガス（たとえば、アルゴン、酸素および窒素からなる群から選択された少なくとも１種を含むガス）を副成分とするガスを用いてもよい。

次に、高周波電圧印加装置４から単電極２に高周波電圧を印加することによって、絶縁体管１の内壁面１ａで取り囲まれた空間５内に導入されたガス３のプラズマを大気圧近傍の圧力下で発生させる。

絶縁体管１の内壁面１ａで取り囲まれた空間５内で発生するプラズマは、大気圧近傍の圧力下で発生させられる大気圧プラズマである。なお、本明細書において、「大気圧近傍の圧力」は、絶縁体管１の内壁面１ａで取り囲まれた空間５内の圧力が６００００Ｐａ以上２１００００Ｐａ以下の範囲の圧力であることを意味する。

また、単電極２に高電圧を印加する場合の印加電圧は、大気圧プラズマ処理効果を高める観点からは、６．８ｋＶ以上であることが好ましく、７．５ｋＶ以上であることがより好ましく、９．８ｋＶ以上であることがさらに好ましい。また、異常放電の発生を抑える観点からは、単電極２に高電圧を印加する場合の印加電圧は、１１．５ｋＶ以下であることが好ましい。

また、単電極２に高周波電圧が印加される場合の高周波電圧の周波数は、たとえば１ｋＨｚ以上３０ＭＨｚ以下とすることができる。

次に、上述のようにして発生させた大気圧プラズマは、ガス３の下流側の絶縁体管１の先端から放出される。そして、絶縁体管１の先端から放出されたプラズマを処理対象物に照射して接触させることによって、実施の形態１の大気圧プラズマ発生装置を用いた大気圧プラズマ処理が行なわれる。なお、処理対象物は、特に限定されず、たとえばポリエステル（ＰＥＴ）フィルムなどの樹脂フィルムのような工業用部材であってもよく、がん細胞などの生体の患部であってもよい。

［作用効果］
実施の形態１の大気圧プラズマ発生装置においては、理由は不明であるが、高周波電圧印加装置４から単電極２に高電圧を印加した場合においても、従来と比べて異常放電の発生を抑えることができ、広い放電領域で安定放電を維持することができる。そのため、実施の形態１の大気圧プラズマ発生装置によれば、高電圧印加時の異常放電の発生を抑えることができるとともに、高電圧を印加することによってプラズマによる処理対象物への処理効果を高くすることができ、安定放電領域を広く有するものとすることができる。

また、実施の形態１の大気圧プラズマ発生装置は、絶縁体管１の外径を約１ｍｍ程度にまで細くすることが可能である。そのため、絶縁体管１の最小許容曲げ半径（使用可能な最小の曲げ半径で、絶縁体管１の中心軸までの距離）を５ｍｍ程度にすることができ、実施の形態１の大気圧プラズマ発生装置に非常に高い可撓性を持たせることが可能である。

さらに、実施の形態１の大気圧プラズマ発生装置においては、絶縁体管１の内壁面１ａで取り囲まれた空間５内に導電線がスパイラル状に巻かれてなる単電極２が配置されているため、絶縁体管１の形状を保持しつつ、絶縁体管１に可撓性を持たせることができる。

＜実施の形態２＞
図４に、実施の形態２の大気圧プラズマ発生装置の模式的な断面図を示す。また、図５に、実施の形態２の大気圧プラズマ発生装置を絶縁体管１の先端側から見たときの模式的な平面図を示す。実施の形態２の大気圧プラズマ発生装置は、単電極２として中空の導電管を用い、単電極２の外表面２ａの全面が絶縁体管１の内壁面１ａの全面と接している点に特徴がある。

中空の導電管からなる単電極２としては、実施の形態１の大気圧プラズマ発生装置と同様の導電性材料を用いることができる。しかしながら、実施の形態２の大気圧プラズマ発生装置においては、中空の導電管からなる単電極２として、電気導電性酸化物や電気導電性窒化物等の薄膜を絶縁体管１の内壁面１ａの全面に形成したものを用いることによって単電極２に可撓性を持たせることができるため、この場合でも実施の形態２の大気圧プラズマ発生装置に可撓性を持たせることができるという利点を有する。

実施の形態２の大気圧プラズマ発生装置においても、理由は不明であるが、高周波電圧印加装置４から単電極２に高電圧を印加した場合においても、従来と比べて異常放電の発生を抑えることができ、広い放電領域で安定放電を維持することができる。そのため、実施の形態２の大気圧プラズマ発生装置においても、高電圧印加時の異常放電の発生を抑えることができるとともに、高電圧を印加することによってプラズマによる処理対象物への処理効果を高くすることができ、安定放電領域を広く有するものとすることができる。なお、実施の形態２においては、単電極２を網目状とした場合にも同様の効果を得ることができる。

実施の形態２における上記以外の説明は実施の形態１と同様であるため、その説明についてはここでは省略する。

＜実施の形態３＞
図６に、実施の形態３の大気圧プラズマ発生装置の模式的な断面図を示す。また、図７に、実施の形態３の大気圧プラズマ発生装置を絶縁体管１の先端側から見たときの模式的な平面図を示す。実施の形態３の大気圧プラズマ発生装置は、単電極２として短冊状の導電シートを用い、単電極２が絶縁体管１の上部の内壁面１ａのみに取り付けられている点に特徴がある。

短冊状の導電シートからなる単電極２としては、実施の形態１および２の大気圧プラズマ発生装置と同様の導電性材料を用いることができる。また、実施の形態３の大気圧プラズマ発生装置においても、実施の形態２の大気圧プラズマ発生装置と同様に、短冊状の導電シートからなる単電極２として、電気導電性酸化物や電気導電性窒化物等の薄膜を絶縁体管１の内壁面１ａの一部に形成したものを用いることによって単電極２に可撓性を持たせることができるため、この場合でも実施の形態３の大気圧プラズマ発生装置に可撓性を持たせることができるという利点を有する。

実施の形態３の大気圧プラズマ発生装置においても、理由は不明であるが、高周波電圧印加装置４から単電極２に高電圧を印加した場合においても、従来と比べて異常放電の発生を抑えることができ、広い放電領域で安定放電を維持することができる。そのため、実施の形態３の大気圧プラズマ発生装置においても、高電圧印加時の異常放電の発生を抑えることができるとともに、高電圧を印加することによってプラズマによる処理対象物への処理効果を高くすることができ、安定放電領域を広く有するものとすることができる。なお、実施の形態３においては、短冊状の導電シートからなる単電極２を棒状とした場合または短冊状の導電シートを網目状にした単電極２を用いた場合にも同様の効果を得ることができる。

実施の形態３における上記以外の説明は実施の形態１および２と同様であるため、その説明についてはここでは省略する。

［実験例１］
＜実施例１＞
図１〜図３に示すように、外径８ｍｍで、内径が５ｍｍの円筒形の石英管からなる絶縁体管１の内壁面１ａで取り囲まれた空間５内に、線径が０．５ｍｍのステンレス線をスパイラル状に巻くことによって形成した外径５ｍｍのスプリングからなる単電極２を、単電極２の外表面が絶縁体管１の内壁面１ａに接するようにして配置した。そして、絶縁体管１の内壁面１ａで取り囲まれた空間５内に配置された単電極２に高周波電圧印加装置４を接続することによって、実施例１の大気圧プラズマ発生装置を作製した。

実施例１の大気圧プラズマ発生装置の絶縁体管１の内壁面１ａで取り囲まれた空間５内にヘリウムのみからなるガス３を２Ｌ（リットル）／ｍｉｎ（分）の流量で導入した。そして、高周波電圧印加装置４から単電極２に６．８ｋＶｐｐ（ｋＶｐｐ：peak to peak電圧（振幅の２倍の電圧値））の大きさの交流電圧を周波数３５ｋＨｚで印加した。これにより、絶縁体管１の内部のガス３の流れる方向の下流側の先端付近に、大気圧近傍の圧力下で、ヘリウムガスからなるガス３の大気圧プラズマを発生させた。

次に、絶縁体管１の先端から噴出した大気圧プラズマを短冊状に切り取ったＰＥＴフィルムの表面に２０秒間接触させることによって、ＰＥＴフィルムの表面（未処理時の水接触角６３．３°）の大気圧プラズマ処理を行なった。ここで、絶縁体管１の先端とＰＥＴフィルムの表面との間の距離は５ｍｍとした。

そして、大気圧プラズマ処理後のＰＥＴフィルムの表面の水接触角を測定した。その結果を表１に示す。表１に示すように、実施例１の大気圧プラズマ発生装置を用いた大気圧プラズマ処理後のＰＥＴフィルムの表面（未処理時の水接触角６１．３°）の水接触角は５０．６°であった。

なお、実施例１の大気圧プラズマ発生装置においては、高周波電圧印加装置４から単電極２への電圧の大きさを大きくした場合にも異常放電を発生させずに安定的な放電が可能であった。なお、高周波電圧印加装置４から単電極２に印加される電圧を、７．５ｋＶ、９．８ｋＶおよび１１．５ｋＶとしたときの大気圧プラズマ処理を行なった後のＰＥＴフィルムの表面の水接触角は、それぞれ、表１に示すように、４８．３°、４６．８°および４５．２°であった。

＜実施例２＞
外径０．９７ｍｍで、内径が０．５５ｍｍの円筒形のポリイミド樹脂からなる絶縁体管１の内壁面１ａで取り囲まれた空間５内に、線径が０．０４ｍｍのタングステン線をスパイラル状に巻くことによって形成した外径０．５５ｍｍのスプリングからなる単電極２を、単電極２の外表面が絶縁体管１の内壁面１ａに接するようにして配置したこと以外は実施例１と同様にして、実施例２の大気圧プラズマ発生装置を作製した。

実施例２の大気圧プラズマ発生装置の絶縁体管１の内壁面１ａで取り囲まれた空間５内にヘリウムのみからなるガス３を１Ｌ／ｍｉｎの流量で導入した。そして、高周波電圧印加装置４から単電極２に９ｋＶｐｐの大きさの交流電圧を周波数１０ｋＨｚで印加した。これにより、絶縁体管１の内部のガス３の流れる方向の下流側の先端付近に、大気圧近傍の圧力下で、ヘリウムガスからなるガス３の大気圧プラズマを発生させた。

次に、絶縁体管１の先端から噴出した大気圧プラズマを短冊状に切り取ったＰＥＴフィルムの表面に２０秒間接触させることによって、ＰＥＴフィルムの表面（未処理時の水接触角６１．３°）の大気圧プラズマ処理を行なった。ここで、絶縁体管１の先端とＰＥＴフィルムの表面との間の距離は５ｍｍとした。

そして、実施例１と同一の方法および同一の条件で、大気圧プラズマ処理後のＰＥＴフィルムの表面の水接触角を測定した。その結果を表１に示す。表１に示すように、実施例２の大気圧プラズマ発生装置を用いた大気圧プラズマ処理後のＰＥＴフィルムの表面の水接触角は５３°であった。

＜実施例３＞
図４および図５に示すように、外径８ｍｍで、内径が５ｍｍの円筒形の石英管からなる絶縁体管１の内壁面１ａの全面にアルミニウム箔からなる単電極２を貼り付けることによって、絶縁体管１の内壁面１ａで取り囲まれた空間５内に単電極２を配置したこと以外は実施例１と同様にして、実施例３の大気圧プラズマ発生装置を作製した。

その後は、実施例１と同一の方法および同一の条件で、ＰＥＴフィルムの表面処理を行ない、大気圧プラズマ処理後のＰＥＴフィルムの表面の水接触角を測定した。その結果を表１に示す。表１に示すように、実施例３の大気圧プラズマ発生装置を用いた大気圧プラズマ処理後のＰＥＴフィルムの表面の水接触角は５２°であった。

また、実施例３の大気圧プラズマ発生装置においても、実施例１と同様に、高周波電圧印加装置４から単電極２に印加される電圧を大きくしていったところ、７．５ｋＶｐｐ、９．８ｋＶｐｐおよび１１．５ｋＶｐｐとしたときの大気圧プラズマ処理を行なった後のＰＥＴフィルムの表面（未処理時の水接触角６１．３°）の水接触角は、それぞれ、表１に示すように、５０．７°、５０．５°および４８°であった。

＜比較例１＞
図１０に示すように、外径８ｍｍで内径が５ｍｍの円筒形の石英管からなる絶縁体管１の外表面に、線径が０．５ｍｍのステンレス線をスパイラル状に巻き付けてなる第１の電極１０２ａおよび第２の電極１０２ｂを互いに間隔を空けて設置したこと以外は実施例１と同様にして、比較例１の大気圧プラズマ発生装置を作製した。

その後は、実施例１と同一の方法および同一の条件で、ＰＥＴフィルムの表面処理を行ない、大気圧プラズマ処理後のＰＥＴフィルムの表面の水接触角を測定した。その結果を表１に示す。表１に示すように、比較例１の大気圧プラズマ発生装置を用いた大気圧プラズマ処理後のＰＥＴフィルムの表面（未処理時の水接触角６１．３°）の水接触角は５１．７°であった。

なお、比較例１の大気圧プラズマ発生装置においても、実施例１の大気圧プラズマ発生装置と同一の方法および同一の条件で、高周波電圧印加装置４から単電極２への電圧の大きさを大きくしていったところ、単電極２に７．５ｋＶｐｐの電圧を印加した時点で異常放電が発生してしまい、実施例１の大気圧プラズマ発生装置を用いた大気圧プラズマ処理効果であるＰＥＴフィルムの表面の水接触角４５．２°を達成することはできなかった。

＜比較例２＞
図１１に示すように、外径８ｍｍで内径が５ｍｍの円筒形の石英管からなる絶縁体管１０１の外表面に、線径が０．５ｍｍのステンレス線をスパイラル状に巻き付けることによって、第１の電極１０２ａおよび第２の電極１０２ｂを互いに間隔を空けて設置したこと以外は実施例１と同様にして、比較例２の大気圧プラズマ発生装置を作製した。なお、比較例２の大気圧プラズマ発生装置は、絶縁体管１０１の外表面に、２枚のアルミニウム箔を互いに間隔を空けるようにして貼り付けて作製されたものである。

その後は、実施例１と同一の方法および同一の条件で、ＰＥＴフィルムの表面処理を行ない、大気圧プラズマ処理後のＰＥＴフィルムの表面の水接触角を測定した。その結果を表１に示す。表１に示すように、比較例２の大気圧プラズマ発生装置を用いた大気圧プラズマ処理後のＰＥＴフィルムの表面（未処理時の水接触角６１．３°）の水接触角は５４．３°であった。

＜評価＞
表１に示すように、実施例１の大気圧プラズマ発生装置においては、比較例１の大気圧プラズマ発生装置と比べて、高電圧印加時の異常放電の発生を抑えることができるとともに、ＰＥＴフィルムの表面処理効果を高くすることができ、安定放電領域を広くすることができることが確認された。

また、表１に示すように、実施例１〜３の大気圧プラズマ発生装置においては、比較例２の大気圧プラズマ発生装置と比べて、ＰＥＴフィルムの表面処理効果を高くすることができることが確認された。

［実験例２］
図６および図７に示すように、石英管からなる絶縁体管１の内壁面１ａの上面の一部のみにアルミニウム箔からなる単電極２を貼り付けたこと以外は実施例３と同一の構造を有する実施例４の大気圧プラズマ発生装置を作製した。

そして、実施例１、３および４の大気圧プラズマ発生装置の絶縁体管１の内壁面１ａで取り囲まれた空間５内にヘリウムのみからなるガス３を２Ｌ／ｍｉｎの流量で導入した後に、高周波電圧印加装置４から単電極２への印加電圧の値をそれぞれ表２の印加電圧の値として、大気圧近傍の圧力下で、ヘリウムガスからなるガス３の大気圧プラズマを発生させた。

その後、絶縁体管１の先端から噴出した大気圧プラズマを、ＰＥＴフィルムの表面の３つの異なるポイントにそれぞれ２０秒間ずつ照射した。なお、実施例１、３および４の大気圧プラズマ発生装置の絶縁体管１の先端とＰＥＴフィルムの表面との間の距離は５ｍｍとした。そして、上記処理後のＰＥＴフィルムの表面の水接触角を測定した。その結果を表２に示す。なお、表２に示すＰＥＴフィルムの表面の水接触角は、ＰＥＴフィルムの表面の上記の３つのポイントの水接触角の平均値が示されている。

表２に示すように、実施例１、３および４の大気圧プラズマ発生装置においては、高周波電圧印加装置４から単電極２に高電圧を印加することができ、印加電圧が高くなればなるほど、ＰＥＴフィルム３１の表面の水接触角が低減して、大気圧プラズマ処理効果が向上することが確認された。

また、表２に示すように、実施例１と近似する印加電圧毎に、ＰＥＴフィルムの表面の処理効果を確認したところ、実施例１の大気圧プラズマ発生装置による大気圧プラズマ処理効果が、実施例３および４の大気圧プラズマ発生装置による大気圧プラズマ処理効果よりも高くなることが確認された。

［実験例３］
比較例２の大気圧プラズマ発生装置の第１の電極１０２ａと第２の電極１０２ｂとの間に印加される高周波電圧値を上昇させていき、比較例２の大気圧プラズマ発生装置における放電状態を確認した。その結果を表３に示す。

表３に示すように、比較例２の大気圧プラズマ発生装置においては、オシロ値（第１の電極１０２ａと第２の電極１０２ｂとの間に印加される高周波電圧値）が２．２５（ｋＶｐｐ）の時点で放電が開始され、６．０（ｋＶｐｐ）付近で安定した放電が確認され、７．８（ｋＶｐｐ）付近で異常放電を確認し、異常放電領域と判断して中断した。

したがって、比較例２の大気圧プラズマ発生装置においては、オシロ値が７．８（ｋＶｐｐ）以上の電圧を印加した場合には異常放電が発生するため、それ以上の電圧は印加することができず、実施例１、３および４の大気圧プラズマ発生装置のように、高電圧の印加による優れたプラズマ処理効果は得られないことが確認された。

以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および各実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、大気圧プラズマ発生装置および大気圧プラズマ処理方法に利用することができ、特に大気圧プラズマ発生装置が可撓性を有している場合には、内視鏡またはカテーテルと組み合わせることによってプラズマ照射によるがん細胞のアポトーシスを誘因する誘起させる医療器具などに利用することができる可能性がある。さらに、本発明の大気圧プラズマ発生装置をたとえばカテーテルなどの医療器具の一部として用いることもできる。

１絶縁体管、１ａ内壁面、２単電極、２ａ外表面、３ガス、４高周波電圧印加装置、５空間、１０１絶縁体管、１０２単電極、１０２ａ第１の電極、１０２ｂ第２の電極、１０３ガス、１０４高周波電圧印加装置、１０５プラズマ（活性種）。

Claims

軸方向に延びる中空の絶縁体と、
前記絶縁体の内壁面で取り囲まれた空間内に配置された単電極と、
前記単電極に交流電圧を印加するための電源とを備えた、大気圧プラズマ発生装置であって、
前記絶縁体および前記単電極が可撓性を有する、大気圧プラズマ発生装置。
前記絶縁体の前記内壁面と前記単電極の外表面とが接している、請求項１に記載の大気圧プラズマ発生装置。
前記単電極は、スパイラル状、棒状、中空状、短冊状または網目状からなる、請求項１または請求項２に記載の大気圧プラズマ発生装置。
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の大気圧プラズマ発生装置を含む、医療器具。
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の大気圧プラズマ発生装置を用いた大気圧プラズマ処理方法であって、
前記絶縁体の内壁面で取り囲まれた空間内にヘリウムを主成分とするガスを導入する工程と、
前記単電極に交流電圧を印加することによって前記ガスのプラズマを大気圧近傍の圧力下で発生させる工程と、
前記プラズマを処理対象物に接触させることによって前記処理対象物を処理する工程と、を含む、大気圧プラズマ処理方法。