JP6651375B2 - プラズマ装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマ装置及びその使用方法並びに窒素ガスプラズマ及びその照射方法に関する。

従来、大気圧プラズマの発生装置は半導体基板、ガラス基板、各種フィルム等の表面清浄化に利用されている。大気圧プラズマの発生方法としては、対向する電極間に交流電圧を印加し、電極間にグロー放電プラズマを発生させる方法が一般的である。グロー放電によるプラズマ処理は、電極間の放電空間に照射対象を設置するダイレクト方式と、放電空間から活性種を吹き出して照射対象に照射するリモート方式とに大別される。照射対象に対する電気的ダメージが懸念される場合にはリモート方式が採用される。

リモート方式のプラズマ装置において、図５に例示する電極配置が採用されることがある。図５は従来のプラズマ装置１００のプラズマ発生部の模式的な断面図である。プラズマ装置１００は、プラズマ生成用ガスが下端部から上端部に向けて導入されるガス管１０１と、その管の上端部の側面に配置された一対の電極１０２ａ，１０２ｂと、当該電極及び管状誘電体を収納するノズル１０３とを備える。ガス管１０１は中空であり、絶縁体である。ガス管１０１の上端部から放出されたガスが、上端部の上方において対向配置された一対の電極１０２ａ，１０２ｂの間（プラズマ発生部）で電離さることにより大気圧プラズマが生成される。当該大気圧プラズマは、ノズル１０３の照射口から外部へ向けて照射される。

従来のプラズマ装置から照射される大気圧プラズマは温度が高いため、水分を含むソフトマテリアルの照射には適さないという問題がある。例えば、細胞、生体組織、生物個体等の生体に照射した場合に、細胞や組織に過度な熱ストレスが加わり、火傷する恐れがある。

上記問題を解決する目的で、特許文献１には常圧低温マイクロプラズマ噴射装置が開示されている。当該装置にはプラズマ発生部の正極に多数の孔が設けられており、その正極とガス管を兼ねる負極との間で２〜３ｋＶの電圧を印加して、４１℃程度の比較的低温の大気圧プラズマ（常圧プラズマ）を噴射できる、としている。

特許第５２２５４７６号公報

しかし、特許文献１に記載のプラズマ装置の正極は、プラズマを生成し且つプラズマを透過する直径１００μｍ以下の多数の微細な孔を有するので、電極構造が複雑である。この電極の製造に際しては、ＭＥＭＳ分野で適用される微細パターニング技術が必要であり、電極の製造コストが嵩む問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、製造が簡便なプラズマ装置、及びその使用方法を提供する。また、医療用途に適用可能な窒素ガスプラズマ及び窒素ガスプラズマの照射方法を提供する。

［１］ 大気圧プラズマ生成用ガスが導入される管状誘電体と、前記管状誘電体の内空部において前記管状誘電体の軸線方向に延びる、コイル状又は表面に凹凸を有する形状の内部電極と、前記管状誘電体の外側に、前記内部電極に沿う外部電極と、を備えていることを特徴とするプラズマ装置。
［２］ 前記外部電極の形状が、前記管状誘電体の外周部を取り巻く筒状であることを特徴とする［１］に記載のプラズマ装置。
［３］ 前記大気圧プラズマ生成用ガスが窒素ガスであることを特徴とする［１］又は［２］に記載のプラズマ装置。
［４］ 大気圧プラズマの照射口が、ヒトの口腔内に挿入され得る大きさであることを特徴とする［１］〜［３］の何れか一項に記載のプラズマ装置。
［５］ 生成された大気圧プラズマが、細胞、生体組織又は生物個体の治療若しくは賦活に使用されることを特徴とする［１］〜［４］の何れか一項に記載のプラズマ装置。
［６］ 生成された大気圧プラズマの照射量を制御する照射量制御機器をさらに備えたことを特徴とする［１］〜［５］の何れか一項に記載のプラズマ装置。
［７］ ［１］〜［６］の何れか一項に記載のプラズマ装置の使用方法であって、前記外部電極と前記内部電極の間に、２０ｋＶｐｐ未満且つ２０ｋＨｚ未満の交流を印加することによって、大気圧プラズマを生成することを特徴とするプラズマ装置の使用方法。
［８］ 前記管状誘電体に導入される前記大気圧プラズマ生成用ガスの導入量を制御することによって、照射口から照射される大気圧プラズマの照射量を毎分５．０Ｌ未満に制御することを特徴とする［７］に記載のプラズマ装置の使用方法。
［９］ 大気圧プラズマの温度が、照射口から１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の距離において、４０℃以下となる様に、前記交流及び前記大気圧プラズマ生成用ガスの導入量のうち少なくとも何れか一方を制御することを特徴とする［７］又は［８］に記載のプラズマ装置の使用方法。
［１０］ 細胞、生体組織又は生物個体に照射されたときに、その被照射部分を清浄化若しくは賦活化する又はその被照射部分にある傷若しくは異常の治癒を促進することを特徴とする窒素ガスプラズマ。
［１１］ 窒素ガスプラズマを細胞、生体組織又は生物個体に照射することによって、その被照射部分を清浄化若しくは賦活化する又はその被照射部分にある傷若しくは異常の治癒を促進することを特徴とする窒素ガスプラズマの照射方法（ただし、前記生物個体がヒトである場合を除く）。
［１２］ 窒素ガスプラズマを、歯周組織又は歯に照射することを特徴とする［１１］に記載の窒素ガスプラズマの照射方法。
［１３］ 窒素ガスプラズマを、上皮組織に照射することを特徴とする［１１］に記載の窒素ガスプラズマの照射方法。

本発明のプラズマ装置は、比較的安価なコストで製造できる。
本発明のプラズマ装置によれば低温の大気圧プラズマを照射できる。この大気圧プラズマを生体やソフトマテリアルに照射し、その被照射面を清浄化できる。さらに、当該プラズマ照射により、生体を治療したり、賦活したりすることができる。
本発明のプラズマ装置の使用方法によれば、プラズマ発生部に備えられた電極間に所定の交流を印加することによって、低温の大気圧プラズマを容易に発生することができる。
本発明の窒素ガスプラズマ及びその照射方法によれば、被照射部分を清浄化若しくは賦活化する又はその被照射部分にある傷若しくは異常の治癒を促進することができる。

本発明のプラズマ装置の一実施形態におけるプラズマ発生部の模式図である。 図１及び図４のｘ−ｘ線で切断した断面図である。 図１のｙ−ｙ線で切断した断面図である。 本発明のプラズマ装置の別の実施形態におけるプラズマ発生部の模式図である。 従来のプラズマ装置におけるプラズマ発生部の構成を示す模式図である。

《プラズマ装置》
本発明にかかる第一実施形態のプラズマ装置１の要部を図１に示す。
プラズマ装置１は、大気圧プラズマ生成用ガスＧが電離されて大気圧プラズマＰが発生するプラズマ発生部２と、大気圧プラズマＰを外部へ向けて照射する照射口６と、を備える。

プラズマ発生部２は、大気圧プラズマ生成用ガスＧが導入される管状誘電体３と、管状誘電体３の内空部に設置され、管状誘電体３の軸線方向（矢印Ｄ１）に延びる、コイル状の内部電極４と、管状誘電体３の外側の外周部に設置され、内部電極４に沿って延びる外部電極５と、を備える。内部電極４及び外部電極５の構成材料は導電材であれば特に限定されず、公知のプラズマ装置の電極に使用される金属が適用できる。内部電極４と外部電極５には両電極間に電圧を印加する電源Ｅが接続されている。

管状誘電体３の第一端部（後端部）には大気圧プラズマ生成用ガスＧを供給するボンベ（不図示）が配管を介して接続されている。管状誘電体３の構成材料は特に限定されず、公知のプラズマ装置に使用される誘電体材料が適用可能であり、例えば、ガラス、セラミックス、合成樹脂等が挙げられる。管状誘電体３の誘電率は低いほど好ましい。管状誘電体３の断面形状は特に限定されず、例えば、円、楕円、四角形、六角形等が挙げられる。

カウリング７は、外部電極５、管状誘電体３及び内部電極４を内部空間に収納している。この構成により、外部から外部電極５又は内部電極４に不用意に接触して感電することが防止されている。カウリング７は絶縁材によって構成されていることが好ましい。

カウリング７の先端部の形状はテーパー状であり、その頂部に、大気圧プラズマＰを導出する照射口６が開口している。照射口６は、管状誘電体３の先端部の上方において管状誘電体３の軸線の延長線上に位置している。

図２に、図１のｘ−ｘ線で切断した断面図を示す。円筒状のカウリング７、円筒状の外部電極５、管状誘電体３、コイル状の内部電極４が、この順で外側から中心へ向けて同心円状に配置されている。外部電極５は管状誘電体３の外周面に密着して配置されている。
内部電極４は管状誘電体３の内周面から所定距離で離間して配置されている。

図３に、図１のｙ−ｙ線で切断した断面図を示す。ただし、カウリング７は省略して図示していない。
図３に示すように、管状誘電体３、外部電極５及び内部電極４の長手方向は、同一方向（矢印Ｄ１方向）に沿う。この断面において、管状誘電体３の管壁３ａを挟んで内部電極４のコイルの外周面が外部電極５の内周面に対向し、近接する箇所４ｐは、複数存在している。各箇所４ｐは互いに離間し、分散して配置されている。
上記配置により、電圧を印加された内部電極４が局所的に過度に加熱されることが防止され、低温の大気圧プラズマＰが容易に生成される。

内部電極４のコイルの各箇所４ｐと外部電極５との距離は、同じであってもよく、異なっていてもよい。複数ある前記近接する箇所４ｐのうち、２カ箇所以上が大気圧プラズマを発生し得る距離で外部電極５の内周面に近接していることが好ましい。低温の大気圧プラズマを容易に発生し得る距離として、例えば、０．０１〜２．０ｍｍが挙げられる。

プラズマ装置１に備えられる内部電極４の形状は、コイル状に限定されず、外部電極５に対向する電極表面に凹凸を有する形状であってもよい。例えば、棒状又は筒状の内部電極４の外周面にイボ（突起）、溝、穴、貫通孔が複数形成された形状が挙げられる。内部電極４の断面形状は特に限定されず、例えば、円、楕円形、四角形、六角形等が挙げられる。
また、長さ方向に直交する断面において内部電極４の外周面の複数箇所で外部電極５の内面に対向する形状であれば、その他のいかなる形状であってもよい。

図４に、本発明にかかる第二実施形態のプラズマ装置１０のプラズマ発生部２の模式図を示す。第一実施形態のプラズマ装置１と同じ部材には、同じ符号を付している。プラズマ装置１０の内部電極４’の外周面には、複数のイボ状突起４ｑが互いに離間し、分散して配置されている。図４の内部電極４’の外周面のうち外部電極５と重なる領域（図において隠れている領域）においてイボ状突起４ｑが上記の様に配置されている。外周面図４のｘ−ｘ線で切断した模式的な断面は図２である。

図４に示すように、管状誘電体３、外部電極５及び内部電極４’の長手方向は、同一の矢印Ｄ１方向に沿う。管状誘電体３の管壁３ａを挟んで内部電極４’の外周面のイボ状突起４ｑが外部電極５の内周面に対向している。外部電極５の内周面に近接する箇所としてのイボ状突起４ｑは複数存在している。
上記配置により、電圧を印加された内部電極４’が局所的に過度に加熱されることが防止され、低温の大気圧プラズマＰが容易に生成される。

外部電極５の形状は、内部電極４（以下、特に明記しない限り、内部電極４’と区別しない。）に沿って配置可能な形状であれば特に限定されず、例えば、円筒状、棒状、板状等の形状が挙げられる。これらのうち、円筒状が好ましく、管状誘電体３の外周面に密着して設置することが可能な内径を有する円筒状がより好ましい。この様な円筒状であることにより、内部電極４の外周面に外部電極５の内周面が確実に対向する様に、外部電極５を配置することができる。

外部電極５が棒状又は板状である場合、当該外部電極５が設置される個数は特に限定されず、１個でもよく、２個以上でもよい。２個以上が設置される場合、管状誘電体３の外周に均等の間隔で配置されると、大気圧プラズマ生成用ガスＧの電離する箇所が分散されるので、好ましい。

カウリング７の形状は特に限定されず、外部電極５及び内部電極４を内部空間に収納可能な形状であることが好ましい。管状誘電体３も同様に内部空間に収納されることが好ましいが、カウリング７の外へ管状誘電体３の先端部が突出していても構わない。カウリング７は、管状誘電体３の先端部から放出された大気圧プラズマＰを、外部の照射対象に向けて照射する照射口６を有することが好ましい。

カウリング７はプラズマ発生部２で発生した大気圧プラズマを装置の外部へ照射するノズルとして機能することが好ましい。照射口６及び照射口６を構成するカウリング７のノズル部分がヒトの口腔内に挿入され得る大きさであると、大気圧プラズマＰを歯科の治療又は審美の目的に容易に適用できる。

プラズマ装置１は、外部電極５と内部電極４の間に電圧を印加する電源Ｅの電圧および周波数を制御する、電源制御部（不図示）を備えることが好ましい。前記電源制御部として、例えば、公知の電源制御機器が挙げられる。

プラズマ装置１は、大気圧プラズマＰの照射量を制御する照射量制御部（不図示）を備えることが好ましい。前記照射量制御部として、例えば、管状誘電体３に導入されるプラズマ生成用ガスＧの導入量を制御する機器が挙げられる。具体的には、例えば、プラズマ生成用ガスＧのボンベ（不図示）から配管を介して管状誘電体３に導入されるガスの流量を制御する、公知のマスフローコントローラが挙げられる。

以上で説明した様に、プラズマ装置１のプラズマ発生部２は単純な構造を有するため、比較的安価なコストで製造することができる。

《プラズマ装置の使用方法》
図１のプラズマ装置１の使用方法を例示する。管状誘電体３の下端部（第一端部）からその内空部へ、ボンベから供給されるプラズマ生成用ガスＧを導入する。内空部に導入されたプラズマ生成用ガスＧは、管状誘電体３の先端部（第二端部）に設置された内部電極４と外部電極５が対向する複数の箇所４ｐにおいて電離され、大気圧プラズマＰになる。
この際、内部電極４と外部電極５の間には電圧が印加される。

内部電極４の外周面と外部電極５の内周面とが対向する複数の箇所４ｐで発生した大気圧プラズマＰは、管状誘電体３の先端部から放出され、カウリング７の内部空間において照射口６へ誘導される。照射口６を照射対象へ向けて、大気圧プラズマＰを照射する。カウリング７の先端部の内部空間はテーパー形状とされており、その頂部に照射口６が設けられているので、カウリング７の先端部はノズルとして機能する。

管状誘電体３の内空部において、内部電極４の外周面と外部電極５の内周面が、管状誘電体３の管壁３ａを挟んで互いに対向して配置されている。この配置により、大気圧プラズマ生成用ガスＧが電離するための電界集中が起こる複数の箇所４ｐが分散されている。
この結果、電圧を印加された内部電極４が局所的に過度に加熱されることが防止され、低温の大気圧プラズマＰが容易に生成される。
内部電極４がコイル状である場合に限らず、表面に複数の凹凸が形成された前述の内部電極であれば同様に、低温の大気圧プラズマが容易に生成される。

一方、図５の従来のプラズマ装置１００においては、電極１０２ａ，１０２ｂがガス管１０１の先端部の１箇所で局所的に近接しており、その局所に電界集中が起きるため、プラズマ発生時に電極が過熱し、生成される大気圧プラズマの温度が高くなる問題がある。

プラズマ装置１においては、不図示の電源制御部により電極４，５間に印加される電圧および周波数を制御することによって、大気圧プラズマＰに含まれる活性種の含有量及び大気圧プラズマＰの温度を容易に制御することができる。
一例として、外部電極５と内部電極４の間に、２０ｋＶｐｐ未満且つ２０ｋＨｚ未満の範囲で制御された交流を印加することによって、例えば４０℃以下の大気圧プラズマＰを発生させることができる。

電極４，５間に印加する交流電圧は、５．０ｋＶｐｐ以上２０ｋＶｐｐ未満が好ましく、６．０ｋＶｐｐ以上１５ｋＶｐｐ未満がより好ましく、７．０ｋＶｐｐ以上１０ｋＶｐｐ未満がさらに好ましい。ここで、交流電圧を表す単位「Ｖｐｐ（Volt peak to peak）」は交流電圧波形の最高値と最低値の電位差である。
印加する交流電圧を上記各範囲の上限値未満にすることによって、発生する大気圧プラズマＰの温度を低く抑えることができる。上記各範囲の下限値以上にすることによって、大気圧プラズマＰを容易に発生させることができる。

電極４，５間に印加する交流の周波数は、０．５ｋＨｚ以上２０ｋＨｚ未満が好ましく、１ｋＨｚ以上１５ｋＨｚ未満がより好ましく、２ｋＨｚ以上１０ｋＨｚ未満がさらに好ましく、３ｋＨｚ以上９ｋＨｚ未満が特に好ましく、４ｋＨｚ以上８ｋＨｚ未満が最も好ましい。
交流の周波数を上記各範囲の上限値未満にすることによって、発生する大気圧プラズマＰの温度を低く抑えることができる。上記各範囲の下限値以上にすることによって、大気圧プラズマＰを容易に発生させることができる。

管状誘電体３へのプラズマ生成用ガスＧの導入量を制御することにより、照射口６から照射される大気圧プラズマＰの照射量を毎分５．０Ｌ未満に制御することが好ましい。
プラズマ装置１において、プラズマ生成用ガスＧの導入量と、大気圧プラズマＰの照射量とはほぼ１：１で対応している。上記導入量を毎分５．０Ｌ未満に制御することによって、上記照射量を毎分５．０Ｌ未満に制御することができる。

上記導入量及び上記照射量は、各々、毎分０．１Ｌ以上５．０Ｌ未満が好ましく、毎分０．３Ｌ以上３．５Ｌ未満がより好ましく、毎分０．６Ｌ以上２．０Ｌ未満がさらに好ましい。
上記各範囲の下限値以上であると、大気圧プラズマＰが被照射面に作用する効率が充分に高められる。
上記各範囲の上限値未満であると、大気圧プラズマＰの被照射面の温度が過度に高まることを防止できる。さらに、被照射面が濡れている場合には、当該被照射面の急速な乾燥を防止できる。さらに、被照射面が患部である場合には、患者に痛みを与えることを防止できる。

照射口６から照射される大気圧プラズマＰの温度が、照射口６から１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の距離で離れた位置（照射距離）において、４０℃以下となる様に、交流電源の電圧及び周波数並びに大気圧プラズマ生成用ガスＧの導入量のうち、少なくとも何れか一つを制御することが好ましい。
例えば、前述した電圧、周波数の好適な範囲に設定するか、又は前述した導入量の好適な範囲に設定することによって、上記位置における大気圧プラズマＰの温度を４０℃以下に制御することができる。
なお、上記位置における大気圧プラズマＰの温度は、照射口６から空気中に大気圧プラズマＰを照射した状態で、照射口６から上記位置に棒状熱電対の先端部を設置して測定される。

管状誘電体３に導入する大気圧プラズマ生成用ガスＧの種類は特に限定されず、例えば、酸素、ヘリウム、アルゴン等の公知のプラズマ生成用ガスの他、本発明者らが知る限り従来使用されることがなかった窒素ガスを使用することができる。
プラズマ装置１のプラズマ発生部２は、前述した様に、内部電極４の複数の箇所４ｐにおいて窒素ガスを効率的に電離して、低温の窒素ガスプラズマを容易に生成できる。
管状誘電体３に導入する大気圧プラズマ生成用ガスＧは、１種のガスでもよく、２種以上を混合したガスでもよい。

窒素ガスプラズマを生成する場合、管状誘電体３に導入する大気圧プラズマ生成用ガスＧに含まれる窒素ガスの体積は、５０％超であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましく、９０〜１００％であることがさらに好ましい。残りのガス成分の種類は特に限定されず、例えば、空気を窒素と混合して、窒素ガスプラズマを生成することができる。

《大気圧プラズマの利用》
プラズマ装置１で発生する大気圧プラズマＰは、細胞、生体組織、生物個体等の生体に照射する目的で使用されることが好ましい。生体に大気圧プラズマＰを照射することによって、当該生体を治療若しくは賦活することができる。例えば、切傷、擦傷、火傷等の外傷又はその他の異常がある患部に大気圧プラズマＰを照射することによって、当該外傷及び異常の治癒を促進する効果が得られる。

外傷や異常のある患部に大気圧プラズマＰを照射する際に、患者に痛みを与えることを防ぐ目的で照射量を少なくすることが求められる場合がある。この場合、プラズマ装置１の管状誘電体３の後端部から導入するプラズマ生成用ガスＧの導入量を少なくすることによって、照射口６から照射される大気圧プラズマＰの照射量を少なくすることができる。

大気圧プラズマＰに含まれる活性種の濃度を高めることによって、前記治癒をより促進することが求められる場合がある。この場合、大気圧プラズマＰを照射する際に、照射口６を被照射部分に対して０．０１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の距離に近づけることによって、より高濃度の活性種を含む大気圧プラズマＰを照射することができる。
プラズマ装置１から照射される大気圧プラズマＰの温度を４０℃以下に設定できるので、照射口６を被照射部分に対して近づけた場合にも、被照射部分の温度が過度に高くなる恐れがない。したがって、被照射部分が患部である場合にも、当該患部に火傷を負わせることなく照射することができる。

プラズマ装置１で発生した窒素ガスプラズマは、外傷や異常の治癒を促進する効果を有する。後述する実施例で示す様に、窒素ガスプラズマを、細胞、生体組織又は生物個体に照射することによって、その被照射部分を清浄化若しくは賦活化する又はその被照射部分にある傷若しくは異常を治癒することができる。
前記生体組織としては、内蔵等の各器官、体表や体腔の内面をおおう上皮組織、歯肉、歯槽骨、歯根膜及びセメント質等の歯周組織、歯、骨等が挙げられる。

外傷や異常の治癒を促進する目的で窒素ガスプラズマを照射する場合、その照射頻度、照射回数及び照射期間は特に限定されず、例えば、毎分０．５Ｌ以上５．０Ｌの照射量で窒素ガスプラズマを患部に照射する場合、１日１〜５回、毎回１０秒〜１０分、１〜３０日間、等の照射条件が、治癒を促進する観点から好ましい。

（温度測定）
プラズマ装置１を使用して、８．２ｋＶｐｐ、７ｋＨｚの交流を外部電極５と内部電極４の間に印加して、大気圧の窒素ガスプラズマを発生させた。照射口６から２ｍｍ又は１０ｍｍの距離に設置した棒状熱電対の先端部に向けて、窒素ガスプラズマを毎分１Ｌで照射し、その温度を測定した。
その結果、照射口６から２ｍｍの距離においては約３６℃であり、照射口６から１０ｍｍの距離においては約３２℃であった。

（創傷の治癒の促進１）
背中の２箇所に同等の創傷を負ったウサギを準備して、片方の創傷に対してのみ、約５ｍｍの距離から大気圧の窒素ガスプラズマ（８．２ｋＶｐｐ、７ｋＨｚ、毎分１Ｌ、４０℃）を９０秒間照射した。その結果、照射１日後には創傷の表面にかさぶたが形成され、照射３日後には創傷の面積が縮小し、治癒が進行していた。一方、比較対照のために窒素ガスプラズマを照射しなかった、残りの片方の創傷には、１日後には変化は無く、３日後以降にかさぶたが形成され始めた。

上記の窒素ガスプラズマを照射した創傷の７日後の細胞組織を観察したところ、厚い表皮が再生されており、線維芽細胞の増生があり、血管の新生があることが確認された。
一方、窒素ガスプラズマを照射しなかった比較対照の創傷における７日後の細胞組織を観察したところ、薄い表皮が再生されていたが、線維芽細胞の増生及び血管の新生は見られなかった。

（創傷の治癒の促進２）
背中の２箇所に同等の創傷を負った別のウサギを準備して、片方の創傷に対してのみ、１日１回、７日間続けて、上記と同様の大気圧の窒素ガスプラズマを照射した。その創傷の７日後の細胞組織を観察したところ、１回だけ照射した場合よりも厚い表皮が再生されており、線維芽細胞の旺盛な増生があり、多数の血管の新生があることが確認された。
一方、窒素ガスプラズマを照射しなかった比較対照の創傷における７日後の細胞組織を観察したところ、薄い表皮が再生されていたが、線維芽細胞の増生は少なく、血管の新生は見られなかった。

（創傷の治癒の促進３）
背中の３箇所に同等の創傷を負った普通ラット（ＳＤラット）を準備した。
第一の創傷に対しては、創傷を負った直後に１回のみ、約１ｍｍの距離から大気圧の窒素ガスプラズマ（８．２ｋＶｐｐ、７．４ｋＨｚ、毎分１Ｌ、３５℃）を９０秒間照射した。
第二の創傷に対しては、創傷を負った直後に１回と、その後５日間にわたって一日に１回照射して、合計５回の窒素ガスプラズマを上記と同じ条件で照射した。
第三の創傷に対しては、窒素ガスプラズマを照射しなかった。
創傷を負った日から５日後の状態を比較したところ、第二の創傷（毎日照射）、第一の創傷（１回のみ照射）、第三の創傷（照射なし）の順で治癒が進んでいた。
上記の結果から、窒素ガスプラズマの照射が創傷の治癒を促進したと考えられる。

（創傷の治癒の促進４）
糖尿病ラット（ＳＤＴ Ｆａｔｔｙ）を用いて、上記の普通ラット（ＳＤラット）と同様の試験を行った。その結果、上記と同様に、第二の創傷（毎日照射）、第一の創傷（１回のみ照射）、第三の創傷（照射なし）の順で治癒が進んでいたことを確認できた。

以上の結果から、大気圧の窒素ガスプラズマの照射によって創傷の治癒が促進されることが明らかである。

（バイオフィルムの除去）
抜歯されたヒトの大臼歯について、超音波スケーラーを用いて歯石及び汚れを取り除き、歯面研磨剤を用いて機械的に歯面を研磨し、超音波洗浄機を用いて研磨剤等を取り除き、エチレンオキサイドガスを用いて滅菌することにより、実験用の歯材料を得た。
歯材料の表面に歯周病菌（P.Gingivalis）を付着させ、培養することにより、歯材料の表面の広範囲にバイオフィルム（プラーク）を形成した。
歯材料の表面にこびり付いたバイオフィルムに対して、約１ｍｍの距離から大気圧の窒素ガスプラズマ（８．２ｋＶｐｐ、７．４ｋＨｚ、毎分１Ｌ、３５℃）を９０秒間照射した。
照射後の歯材料を水中で軽く濯いだ後、歯表面を観察したところ、照射した箇所のバイオフィルムは洗い落とされていた。一方、窒素ガスプラズマを照射しなかった箇所のバイオフィルムは付着したままであった。

バイオフィルムが付着した歯材料に対して、窒素ガスプラズマの代わりに単なる窒素ガスを吹き付ける比較実験を行ったところ、バイオフィルムを除去することはできなかった。

（歯周病の治療１）
健康なハムスターの第一臼歯の周辺に歯周病菌を感染させて、後日のＰＣＲ検査により歯周病菌が増殖したことを確認した。このハムスターの炎症を起こしている歯肉に対して、約１ｍｍの距離から大気圧の窒素ガスプラズマ（８．２ｋＶｐｐ、７．４ｋＨｚ、毎分１Ｌ、３５℃）を９０秒間照射した。
１日後に照射した箇所の歯肉を観察したところ、明らかに炎症が改善されていた。一方、窒素ガスプラズマを照射しなかた箇所の歯肉の炎症は改善されていなかった。

（歯周病の治療２）
上記と同じ歯周炎を起こしているハムスターの歯肉に対して、約１ｍｍの距離から大気圧の窒素ガスプラズマ（８．２ｋＶｐｐ、７．４ｋＨｚ、毎分１Ｌ、３５℃）を９０秒間照射した。その後７日間にわたって一日に１回照射して、合計７回の窒素ガスプラズマを上記と同じ条件で照射した。
１回目の照射から７日後に、照射した箇所の歯肉を観察したところ、炎症が治まり、治癒していた。一方、窒素ガスプラズマを照射しなかた箇所の歯肉の炎症は殆ど改善されていなかった。

（歯周病の治療３）
４匹の健康なビーグル犬（体重約１０ｋｇ）の左上の臼歯に糸を巻き、柔らかい餌を与えて、当該臼歯の周辺に汚れが付着し易い状態で２１日間飼育することによって、当該臼歯の周辺に、触診により出血しない程度の歯肉炎を引き起こした。

歯肉炎を患った上記４匹のビーグル犬のうちの２匹について、炎症を起こしている歯肉に対して、約１ｍｍの距離から大気圧の窒素ガスプラズマ（８．２ｋＶｐｐ、７．４ｋＨｚ、毎分１Ｌ、３５℃）を９０秒間照射した。このプラズマ照射を１日おきに１回ずつ、２週間にわたって合計７回行った。
１回目の照射から２週間後に、照射した箇所の歯肉を観察したところ、炎症が治まり、治癒していた。

歯肉炎を患った上記４匹のビーグル犬のうちの他の１匹について、炎症を起こしている歯肉に対して、約５ｍｍの距離から単なる窒素ガス（毎分１Ｌ、２０〜２５℃）を９０秒間吹き付けた。この吹き付けを１日おきに１回ずつ、２週間にわたって合計７回行った。
１回目の吹き付けから２週間後に、吹き付けた箇所の歯肉を観察したところ、歯肉の炎症は改善されていなかった。

歯肉炎を患った上記４匹のビーグル犬のうちの残りの１匹については、何も処置しなかった。２週間後に歯肉を観察したところ、歯肉の炎症は改善されていなかった。

（歯根膜細胞の賦活化）
１２ウェルプレートを使用して、ヒトの歯根膜細胞を石灰化用培地（細胞が石灰化すると赤く染まる試薬を含む）に播種し、公知方法により培養した。
３つのウェル内の培養細胞に対して、約１ｍｍ離れた上方から大気圧の窒素ガスプラズマ（８．２ｋＶｐｐ、７．４ｋＨｚ、毎分１Ｌ、３５℃）を９０秒間照射した。翌日に当該ウェルを観察したところ、石灰化したことを示す赤色の細胞がウェル内の広い範囲に濃く観察された。
別の３つのウェル内の培養細胞に対して、約１ｍｍ離れた上方から単なる窒素ガス（毎分１Ｌ、２０〜２５℃）を９０秒間吹き付けた。翌日に当該ウェルを観察したところ、石灰化したことを示す赤色の細胞がウェル内の一部の箇所に薄く観察された。
さらに別の３つのウェル内の培養細胞に対しては、何も処理を行わなかった。その翌日に当該ウェルを観察したところ、石灰化したことを示す赤色の細胞はウェル内に殆ど観察されなかった。
以上の結果から、上記窒素ガスプラズマの照射は、ヒトの歯根膜細胞を活性化し、その石灰化を促すことにより、歯槽骨と歯が接合して歯周病が改善されると考えられる。

本発明は、医療分野で利用可能である。

１…プラズマ装置、２…プラズマ発生部、３…管状誘電体、３ａ…管壁、４…内部電極、
５…外部電極、６…照射口、７…カウリング、Ｐ…大気圧プラズマ、Ｇ…大気圧プラズマ
生成用ガス、Ｅ…電源、１００…従来のプラズマ装置、１０１…ガス管、１０２ａ…電極、１０２ｂ…電極、１０３…ノズル

Claims (8)

1. 窒素ガスを含む大気圧プラズマ生成用ガスが後端から導入される管状誘電体と、
   前記管状誘電体の内空部において前記管状誘電体の軸線方向に延びる、コイル状又は表面に凹凸を有する形状の内部電極と、
   前記管状誘電体の外側に、前記内部電極に沿う外部電極と、
   前記外部電極、前記管状誘電体及び前記内部電極を内部空間に収容し、先端に照射口を有するカウリングと、を備え、
   前記内部電極は、前記管状誘電体の内周面から離間しており、
   前記内空部は、前記大気圧プラズマ生成用ガスの流路とされ、
   前記大気圧プラズマ生成用ガスの総体積に対する前記窒素ガスの含有量は、９０〜１００体積％であり、
   前記カウリングの先端部は、前記照射口に向かうに従い窄まるテーパー状であることを特徴とするプラズマ装置。
2. 前記外部電極の形状が、前記管状誘電体の外周部を取り巻く筒状であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ装置。
3. 大気圧プラズマの照射口が、ヒトの口腔内に挿入され得る大きさであることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ装置。
4. 生成された大気圧プラズマが、細胞、生体組織又は生物個体の治療若しくは賦活に使用されることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のプラズマ装置。
5. 生成された大気圧プラズマの照射量を制御する照射量制御機器をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のプラズマ装置。
6. 前記外部電極と前記内部電極の間に、２０ｋＶｐｐ未満且つ２０ｋＨｚ未満の交流を印加することによって、大気圧プラズマを生成することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のプラズマ装置。
7. 前記管状誘電体に導入される前記大気圧プラズマ生成用ガスの導入量を制御することによって、照射口から照射される大気圧プラズマの照射量を毎分５．０Ｌ未満に制御することを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載のプラズマ装置。
8. 大気圧プラズマの温度が、照射口から１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の距離において、４０℃以下となる様に、印加する交流及び前記大気圧プラズマ生成用ガスの導入量のうち少なくとも何れか一方を制御することを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載のプラズマ装置。

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