JP7113909B2

JP7113909B2 - プラズマ照射装置

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Publication number: JP7113909B2
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Inventors: 陽大丹羽; 卓也岩田
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Description

本開示は、被照射液体にプラズマガスを照射するプラズマ照射装置に関するものである。

従来、培養液にプラズマガスを照射するプラズマ照射装置がある（例えば、特許文献１など）。特許文献１に記載されたプラズマ照射装置は、培養液を貯留したシャーレを、ステージの上に載置し、ステージをカバーハウジングにより覆い密閉する。プラズマ照射装置は、密閉されたカバーハウジングの内部でプラズマガスを噴出することで、培養液にプラズマ処理を行う。

国際公開第ＷＯ２０１７／０３７７７５号公報

上記したプラズマ照射装置では、培養液などの被照射液体に対してプラズマガスを照射することで活性化された液体を製造する。この種のプラズマ照射装置では、被照射液体をより均質に活性化できる技術が望まれている。

本開示は、上記の課題に鑑み提案されたものであって、被照射液体をより均質に活性化できるプラズマ照射装置を提供することを目的とする。

本明細書は、プラズマガスを照射する被照射液体を配置するステージと、放電により前記プラズマガスを発生させる一対の電極と、前記プラズマガスを前記被照射液体に向けて噴出する噴出口を有するノズルブロックと、を有し、前記噴出口から放出させ前記被照射液体に到達する前記放電を発生させるプラズマ発生装置と、前記ステージに載置され前記被照射液体を流す溝部が形成された照射ブロックと、を備えるプラズマ照射装置であって、前記プラズマ発生装置は、前記一対の電極の前記放電により前記プラズマガスを発生させる発生室を有し、前記噴出口は、前記発生室から前記プラズマガスが噴出される出口に配置され、前記溝部の前記被照射液体が流れる方向である長手方向に延びるスリット形状である、プラズマ照射装置、を開示する。

本開示によれば、被照射液体に対しプラズマガスだけでなく、放電そのものを当てる。これにより、より高エネルギーを被照射液体に与えながらプラズマ処理を行うことで、被照射液体をより均一に活性化できる。

プラズマ照射装置の概略構成を示す斜視図である。プラズマヘッド及びカバーハウジングの斜視図である。プラズマヘッドの分解斜視図である。プラズマヘッドの分解斜視図である。プラズマヘッドの断面図である。カバーハウジングの内部構成を示す断面図である。照射ブロックを示す斜視図である。照射ブロックの断面図である。照射ブロックから充填装置までの構成を示す図である。プラズマ照射装置の制御系統を示す図である。照射ブロック及びステージを配置しない状態で、プラズマヘッドから放電を放出させた状態を示す図である。照射ブロックを配置した状態で、プラズマヘッドから放電を放出させた状態を示す図である。

以下、本開示に係るプラズマ照射装置の一実施形態について、図を参照しつつ詳しく説明する。尚、本開示は、下記実施形態の他、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の態様で実施することができる。

（プラズマ照射装置の概略構成）
まず、図１及び図２を用いて、プラズマ照射装置１０の概略構成について説明する。プラズマ照射装置１０は、例えば、大気圧下でプラズマを被照射液体に照射する装置であり、図１及び図２に示すように、液体バッグ２、充填装置３、本体部４、一次保管ビン６、廃棄ビン７、流量調整器５、プラズマヘッド２０、カバーハウジング２２、開閉機構２４、ステージ２６、及びステージ昇降装置２８などを備える。以下の説明では、図１に示す上下方向を用いて説明を行う。液体バッグ２は、カバーハウジング２２の位置よりも上方の位置に配置されている。充填装置３、本体部４、一次保管ビン６、及び廃棄ビン７は、カバーハウジング２２の位置よりも下方の位置に配置されている。

液体バッグ２には、プラズマガスを照射する対象の被照射液体（例えば、ラクテック（登録商標）など）が充填されている。液体バッグ２には、チューブ１１０が接続されている。チューブ１１０には、流量調整器５が取り付けられている。液体バッグ２内の被照射液体は、流量調整器５により一定の流量に調整され、重力に応じてチューブ１１０内を流れてカバーハウジング２２の内部に案内される。被照射液体の流量は、例えば数ｍｌ／分程度に調整される。

被照射液体は、チューブ１１０によってカバーハウジング２２内の照射ブロック１４０（図７参照）に案内される。被照射液体は、照射ブロック１４０において、プラズマヘッド２０によりプラズマガスが照射される。以下の説明では、プラズマガスが照射されることをプラズマ照射と記載する場合がある。

照射ブロック１４０の下流側には、チューブ１１１～１１３が接続されている。チューブ１１１～１１３は、３つの接続口を有する分岐管１１４によって互いに接続されている。後述するように、チューブ１１２，１１３の各々には、バルブ１２１，１２２が取り付けられている。そして、プラズマガスが照射された被照射液体は、重力に応じてチューブ１１１内を流れ、一次保管ビン６又は廃棄ビン７へ案内される。一次保管ビン６に貯留された被照射液体は、チューブ１１５を通り、充填装置３に内蔵された保存バッグ８（図９参照）に封入される。本体部４は、制御装置３８（図１０参照）、処理ガス供給装置７４（図１０参照）、パージガス供給装置１３２（図１０参照）などを備えている。本体部４と、プラズマヘッド２０及びカバーハウジング２２とは、不図示の電力ケーブル及びガス配管で接続されており、本体部４からプラズマヘッド２０及びカバーハウジング２２へ電力及び各ガスが供給される。尚、チューブ１１０～１１３，１１５、分岐管１１４、一次保管ビン６、廃棄ビン７、及び照射ブロック１４０は、予め滅菌されている。

（プラズマヘッドの構成）
図２～図５に示すように、プラズマヘッド２０は、カバー５０、上部ブロック５２、下部ブロック５４、１対の電極５６、ノズルブロック５８を備えている。カバー５０は、概して、有蓋四角筒形状をなしている。カバー５０の内部には、上部ブロック５２が配設されている。上部ブロック５２は、概して直方体形状をなし、セラミックにより形成されている。上部ブロック５２の下面には、１対の円柱状の円柱凹部６０（図５参照）が形成されている。尚、以下の説明では、図２～図５に示すように、図１に示す上下方向をＺ方向、Ｚ方向に垂直な方向をＸ方向、Ｚ方向及びＸ方向に垂直な方向をＹ方向と称して説明する。本実施形態のＸ方向は、後述する図７に示す照射ブロック１４０の照射ブロック本体部１４１の長手方向に沿った方向であり、Ｙ方向は、照射ブロック本体部１４１の短手方向に沿った方向である。

また、下部ブロック５４は、Ｚ方向に厚い略板状をなし、セラミックにより形成されている。下部ブロック５４には、上面から下方へ凹設した凹部６２が形成されている。凹部６２は、１対の円柱状の円柱凹部６６と、それら１対の円柱凹部６６を連結する連結凹部６８とを有している。下部ブロック５４は、カバー５０の下端から突出した状態で、上部ブロック５２の下面に固定されている。上部ブロック５２の円柱凹部６０と、下部ブロック５４の円柱凹部６６とは連通している。円柱凹部６０と円柱凹部６６とは、略同径とされている。また、凹部６２の底面には、下部ブロック５４の下面に貫通するスリット７０（図４参照）が形成されている。

１対の電極５６の各々は、上部ブロック５２の円柱凹部６０と、下部ブロック５４の円柱凹部６６とによって区画される円柱状の空間に配設されている。電極５６は、略円柱形状をなしている。電極５６の外径は、円柱凹部６０，６６の内径よりも小さくなっている。電極５６は、円柱凹部６０，６６によって区画される空間に配置され、放電によってプラズマガスを発生させる。従って、この円柱凹部６０，６６によって区画される空間は、本開示の発生室として機能する。

また、ノズルブロック５８は、概して平板状をなし、下部ブロック５４の下面に固定されている。ノズルブロック５８には、下部ブロック５４のスリット７０と連通する噴出口７２が形成されている。噴出口７２は、ノズルブロック５８を上下方向に貫通している。

プラズマヘッド２０は、処理ガス供給装置７４（図１０参照）に接続されている。処理ガス供給装置７４は、例えば、酸素等の活性ガスと窒素等の不活性ガスとを任意の割合で混合させた処理ガスを供給する装置である。この場合、プラズマガスには酸素プラズマが含まれる。処理ガス供給装置７４は、円柱凹部６０，６６によって区画される円柱状の空間及び連結凹部６８の上部に、配管（図示省略）を介して連結されている。これにより、電極５６と円柱凹部６６との隙間、及び連結凹部６８の上部から、処理ガスが、凹部６２の内部に供給される。

このような構成により、プラズマヘッド２０は、ノズルブロック５８の噴出口７２からプラズマを噴出する。詳しくは、処理ガス供給装置７４は、制御装置３８（図１０参照）の制御に基づいて、凹部６２の内部へ処理ガスを供給する。この際、制御装置３８は、１対の電極５６に電圧を印加する制御を行い、１対の電極５６間に電流を流す。これにより、１対の電極５６間に放電（例えば、アーク放電）が生じ、その放電により、処理ガスがプラズマ化される。そして、発生したプラズマガスが、スリット７０を介して、噴出口７２から噴出される。

ここで、本実施形態のプラズマ照射装置１０では、プラズマガスだけでなく、放電そのものを被照射液体に当てる。図５に示すように、プラズマヘッド２０は、電極５６の先端と、噴出口７２との間の距離Ｌ１が短くなっている。距離Ｌ１は、例えば、５．７ｍｍと極めて短くなっている。これにより、噴出口７２から放電を外部へと放出することができる。

また、一対の電極５６は、Ｘ方向（１方向の一例）において、距離Ｌ２だけ離れた位置に配置されている。距離Ｌ２は、例えば、円柱形状の電極５６の中心軸を結ぶ直線の長さである。また、ノズルブロック５８の噴出口７２は、凹部６２からプラズマガスを噴出する出口部分に配置されており、Ｘ方向に沿って距離Ｌ２だけ形成されたスリット形状をなしている。即ち、一対の電極５６間の距離Ｌ２と、噴出口７２のスリットの長さ（距離Ｌ２）とは同一となっている。

これにより、スリット形状の噴出口７２により、凹部６２（発生室の一例）で発生したプラズマガスの流速を高め、より遠くへ噴出することができる。プラズマガスをより遠くへ噴出させることで、噴出口７２からより離れた位置まで放電を発生させることができる。例えば、図８に示すように、プラズマヘッド２０と照射ブロック１４０との距離を短くすることで、放電１６１を被照射液体により確実に当てることが可能となる。

（カバーハウジングの構成）
図２に示すように、カバーハウジング２２は、上部カバー７６と、下部カバー７８とを備えている。上部カバー７６は、概して有蓋円筒状をなしている。上部カバー７６の蓋部には、プラズマヘッド２０の上部ブロック５２に応じた形状の貫通孔７９（図６参照）が形成されている。そして、貫通孔７９を覆うように、プラズマヘッド２０のカバー５０が、上部カバー７６の蓋部に立設された状態で固定されている。このため、プラズマヘッド２０の上部ブロック５２が、上部カバー７６の内部に向かって、下方へ延びるように、突出している。これにより、プラズマヘッド２０によって発生されたプラズマガスが、噴出口７２から、上部カバー７６の内部に向かって、下方へ噴出される。

下部カバー７８は、概して、円板形状とされており、プラズマ照射装置１０を載置する載置部の筐体（図示省略）に固定されている。下部カバー７８の外径は、上部カバー７６の外径より大きくなっている。下部カバー７８の上面には、上部カバー７６と同径の円環状のパッキン８２（図２参照）が下部カバー７８の外周に沿って配設されている。上部カバー７６は、開閉機構２４の駆動に応じて上下方向へスライド移動する。上部カバー７６は、開閉機構２４によって下方へスライド移動されることで、パッキン８２に密着する。カバーハウジング２２の内部は、密閉された状態となる。

図６に示すように、上部カバー７６には、吸気口１３０が形成されており、下部カバー７８には、排気口１３５が形成されている。吸気口１３０は、配管１３１を介して、パージガス供給装置１３２（図１０参照）と接続されている。パージガス供給装置１３２は、例えば、アルゴン等の不活性ガスを、カバーハウジング２２の内部へ供給する。排気口１３５には、配管１３６が接続されている。カバーハウジング２２内のガスは、配管１３６を介して、カバーハウジング２２の外へ排気される。プラズマ照射の際には、パージガス供給装置１３２からカバーハウジング２２内に、不活性ガスが供給されて、カバーハウジング２２内は不活性ガスでパージされる。これにより、例えば、反応性の高い酸素等の不要な気体を排出したり置き換えたりすることで、カバーハウジング２２内を、不活性化ガスで充満させる。

下部カバー７８の上には、ステージ２６が固定されている。ステージ２６の上には、照射ブロック１４０が設置可能となっている。上部カバー７６の側面には、チューブ１１０が挿通される貫通孔１３７が形成されている。下部カバー７８の底面には、チューブ１１１が挿通される貫通孔１３８が形成されている。また、ステージ２６には、チューブ１１１が挿通される貫通孔２７が形成されている。また、ステージ昇降装置２８は、電磁モータやギア機構等を備え、電磁モータを駆動させギア機構を回転させることで、ステージ２６を昇降可能となっている。なお、ステージ昇降装置２８は、ユーザによって手動でステージ２６の高さを調整可能な構成でも良い。

（照射ブロックの構成）
次に、照射ブロック１４０について図７及び図８を用いて説明する。照射ブロック１４０は、概して直方体形状をなす照射ブロック本体部１４１と、蓋部１４２とを備えている。尚、図８における左から右へ向かう方向が、被照射液体が流れる方向である。また、上記したように直方体形状の照射ブロック本体部１４１の長辺方向がＸ方向であり、短辺方向がＹ方向である。

照射ブロック本体部１４１には、第１溝部１４３及び第２溝部１４４が形成されている。第１溝部１４３は、Ｘ方向に沿って形成された溝である。Ｙ方向及びＺ方向に沿った平面で第１溝部１４３を切断した断面は、上方に向かって開口するＵ字状となっている。第１溝部１４３の底面１４３ａは、湾曲した形状となっている。チューブ１１０は、第１溝部１４３に嵌め込まれることで、照射ブロック１４０に対して固定される。

第２溝部１４４は、照射ブロック本体部１４１を下方へ凹設して形成され、Ｘ方向に長い略直方体形状をなしている。第１溝部１４３及び第２溝部１４４は、Ｚ方向の上面を開口した溝として形成されている。第１溝部１４３及び第２溝部１４４は、ステージ２６上に設置された場合に、上方のプラズマヘッド２０と対向する面を開放された状態となる。また、第２溝部１４４の底面１４４ｂは、第１溝部１４３の底面１４３ａよりも下方に下がった位置に形成されている。蓋部１４２は、概して平板状をなし、照射ブロック本体部１４１の上に設置されている。

図８に示すように、照射ブロック本体部１４１は、上記構成の他に、突出部１４５、排出部１４６、凹部１４７、及び係止部１４１ｃを有している。以下の説明では、被照射液体の流れる方向を基準として、チューブ１１０側を上流側、チューブ１１１側を下流側と称して説明する。突出部１４５は、第２溝部１４４の下流側（図８の右側）の側壁に形成されている。突出部１４５は、底面１４４ｂよりも上方に突出している。突出部１４５の上面１４５ａは、略平面とされている。第２溝部１４４の上流側には、側壁１４４ｃが形成されている。排出部１４６は、突出部１４５の下流側に形成されている。排出部１４６は、排出凹部１４６ａ及び排出凸部１４６ｂを有する。排出凹部１４６ａは、下方に凹んで形成されている。排出凸部１４６ｂは、概して円筒状であり、照射ブロック本体部１４１の下面１４１ｂから下方に突出して形成されている。排出凸部１４６ｂは、排出凹部１４６ａと連通している。上面１４５ａの上を通って排出凹部１４６ａへ流れ込む被照射液体は、排出凹部１４６ａ及び排出凸部１４６ｂを通って下方へ流れる。チューブ１１１は、排出凸部１４６ｂに嵌め込まれて、排出凸部１４６ｂに対して固定される。

照射ブロック本体部１４１の上流側及び下流側には、係止部１４１ｃがそれぞれ形成されている。係止部１４１ｃは、照射ブロック本体部１４１の下面１４１ｂに対して上方に凹んで形成されている。ステージ２６の照射ブロック１４０が設置される上面には、係止部１４１ｃ，１４１ｃと嵌め合される上方に突出する凸部（不図示）が形成されている。係止部１４１ｃ，１４１ｃと、ステージ２６の凸部とが嵌め合されることにより、ステージ２６に照射ブロック１４０が固定される。

照射ブロック１４０の凹部１４７は、排出部１４６の右方に形成されており、照射ブロック本体部１４１の上面１４１ａよりも下方に凹んで形成されている。蓋部１４２は、照射ブロック本体部１４１の突出部１４５及び凹部１４７を覆って、照射ブロック本体部１４１の上方に設置される。蓋部１４２は、概して平板状をなし、右側に下面１４２ａから下方に突出する凸部１４２ｂが形成されている。また、蓋部１４２における排出部１４６の上方に対向する部分には、上方に向かって切り欠かれた溝部１４２ｃが形成されている。照射ブロック本体部１４１の凹部１４７に蓋部１４２の凸部１４２ｂを嵌め込むことで、蓋部１４２は、照射ブロック本体部１４１に対して位置決めされる。蓋部１４２は、昇降装置１５０（図１０参照）によりＺ方向に昇降可能となっている。昇降装置１５０は、照射ブロック本体部１４１の上面１４５ａと、蓋部１４２の下面１４２ａとの間に間隙１４１ｄを形成した状態で、蓋部１４２を固定する。

（照射ブロックから保存バッグまでの構成）
次に、照射ブロック１４０から流出した照射液体が保存バッグ８に封入されるまでの構成について、図９を用いて説明する。チューブ１１１は、照射ブロック１４０の排出部１４６と分岐管１１４を接続する。チューブ１１２は、分岐管１１４と一次保管ビン６とを接続する。チューブ１１３は、分岐管１１４と廃棄ビン７とを接続する。チューブ１１５は、一次保管ビン６と保存バッグ８とを接続する。チューブ１１２は、分岐管１１４から一次保管ビン６へ向かって、上方に傾斜するように取り付けられている。チューブ１１２，１１３，１１５には、それぞれ、バルブ１２１，１２２，１２３が取り付けられている。バルブ１２１～１２３は、それぞれ、チューブ１１２，１１３，１１５内の流路を開閉する。また、チューブ１１５の内部には、滅菌フィルタ１２４が取り付けられている。これにより、保存バッグ８に封入される前に滅菌フィルタ１２４によって被照射液体を滅菌できる。充填装置３は、開閉可能に構成され、チューブ１１５が挿通される貫通孔３ａが設けられている。また、充填装置３は、保存バッグ８を収納する内部空間を有し、チューブ１１５が接続された保存バッグ８を内部空間に収納した状態で内部空間を減圧する減圧装置１５１を備える。

（制御系統）
図１０に示すように、プラズマ照射装置１０は、上記した制御装置３８、開閉機構２４等の他に、切替部１５２、残量センサ１５３、第１温度センサ１６２、第２温度センサ１６３を備えている。プラズマ照射装置１０は、制御装置３８と、プラズマ照射装置１０の各部（開閉機構２４、ステージ昇降装置２８、処理ガス供給装置７４、パージガス供給装置１３２等）が通信可能に接続されている。制御装置３８は、コンピュータを主体とするコントローラ１７０、複数の駆動回路１７１を有する。コントローラ１７０は、駆動回路１７１を介して上記した各部に接続されており、駆動回路１７１を介して各部の動作を制御する。

例えば、コントローラ１７０は、開閉機構２４を制御することで、上部カバー７６の開閉を制御する。また、コントローラ１７０は、ステージ昇降装置２８を制御することで、ステージ２６のＺ方向における位置、即ち、ステージ２６の高さを変更する。これにより、ステージ２６の高さを、放電が被照射液体に当たる所望の位置に調整することができる。また、コントローラ１７０は、駆動回路１７１を介して電極５６へ供給する電力を制御する。これにより、放電の発生タイミングを制御することができる。

また、コントローラ１７０は、駆動回路１７１を介して処理ガス供給装置７４及びパージガス供給装置１３２から供給する各ガスの流量を制御する。また、コントローラ１７０は、駆動回路１７１を介して切替部１５２を制御し、バルブ１２１～１２３を開閉する。これにより、プラズマガスを照射した被照射液体を、一次保管ビン６又は廃棄ビン７の何れに流すかを切替えることができる。また、残量センサ１５３は、一次保管ビン６に貯留されている被照射液体の量に応じた信号をコントローラ１７０へ出力する。また、残量センサ１５３は、保存バッグ８に封入した被照射液体の量に応じた信号をコントローラ１７０へ出力する。例えば、残量センサ１５３は、一次保管ビン６に貯留された被照射液体や保存バッグ８に封入された被照射液体の液面高さに応じた信号を出力する。コントローラ１７０は、例えば、残量センサ１５３で検出した液面の高さと、予め設定された一次保管ビン６の断面積とに基づいて、一次保管ビン６に貯留されている被照射液体の量を算出することができる。これにより、コントローラ１７０は、一次保管ビン６や保存バッグ８内の被照射液体の量を制御に用いることができる。

図６に示すように、第１温度センサ１６２は、照射ブロック１４０の温度を検出する位置に設けられている。また、第２温度センサ１６３は、プラズマヘッド２０の温度を検出する位置に設けられている。第１及び第２温度センサ１６２，１６３は、例えば、赤外線を用いた非接触型の温度センサである。なお、第１及び第２温度センサ１６２，１６３は、サーミスタ等を用いた接触型のセンサでも良い。

第１温度センサ１６２は、照射ブロック１４０の第１溝部１４３（上流側）の上方に配置され、照射ブロック１４０の温度を検出する。照射ブロック１４０の温度は、被照射液体へのプラズマガスの照射や、被照射液体へ放電１６１を当てることにより上昇する。第１温度センサ１６２は、照射ブロック１４０の温度を示す信号を制御装置３８へ出力する。これにより、、制御装置３８は、第１温度センサ１６２の出力信号に基づいて、照射ブロック１４０の温度を制御に用いることができる。

また、第２温度センサ１６３は、Ｘ方向における上部ブロック５２の側方に配置され、プラズマヘッド２０の温度を検出する。プラズマヘッド２０の温度は、電極５６による放電１６１にともなって上昇する。第２温度センサ１６３は、プラズマヘッド２０の温度を示す信号を制御装置３８へ出力する。これにより、制御装置３８は、第２温度センサ１６３の出力信号に基づいて、照射ブロック１４０の温度を制御に用いることができる。例えば、制御装置３８は、プラズマ処理を開始し電極５６に電力を供給した後、照射ブロック１４０の温度やプラズマヘッド２０の温度が所望の温度まで上昇しない場合、警告を報知し、電極５６への電力供給を停止する。警告の報知方法は、特に限定されないが、ランプの点灯、スピーカからの放音、操作パネルへの警告表示などの方法を採用できる。警告をユーザに認識させることで、プラズマ照射装置１０の状態を確認するなどの対応をユーザへ促すことができる。

なお、上記した第１及び第２温度センサ１６２，１６３の取り付け位置は、一例であり、適宜変更可能である。例え、第１温度センサ１６２は、照射ブロック１４０の下面１４１ｂ（図８参照）の温度を検出する構成でも良い。また、プラズマ照射装置１０は、第１温度センサ１６２又は第２温度センサ１６３の一方のみを備える構成でも良い。また、制御装置３８は、第１及び第２温度センサ１６２，１６３による異常温度の検出に応じて、電極５６へ印加する電力、処理ガス供給装置７４から供給するガスの供給量、ステージ昇降装置２８によるステージ２６の高さ等を変更し、条件を変更してから再度プラズマ処理を自動的に実行しても良い。

従って、本実施形態のプラズマ照射装置１０は、プラズマガスの照射に係わる温度を検出する第１及び第２温度センサ１６２，１６３を備える。これによれば、第１及び第２温度センサ１６２，１６３で検出した温度に基づいてプラズマガス及び放電１６１が被照射液体に対して適切に放出されているか否か、即ち、プラズマ処理を適切に実行できているか否かを判断できる。

また、第１温度センサ１６２は、プラズマヘッド２０（プラズマ発生装置の一例）の温度を検出する。これによれば、プラズマヘッド２０の温度を検出することで、プラズマヘッド２０が所望の温度まで上昇しているか否か、即ち、放電１６１を適切に発生させているか否かを判断できる。また、第２温度センサ１６３は、ステージ２６に載置され被照射液体を流す第１溝部１４３や第２溝部１４４（溝部の一例）を形成された照射ブロック１４０の温度を検出する。これによれば、照射ブロック１４０の温度を検出することで、プラズマガスや放電１６１によって照射ブロック１４０の温度が上昇しているか否か、即ち、プラズマガスや放電１６１が被照射液体まで適切に到達しているか否かを判断できる。

また、制御装置３８は、駆動回路１７１を介して流量調整器５（図１参照）を制御し、液体バッグ２から照射ブロック１４０へ供給する被照射液体の流量を変更する。また、制御装置３８は、流量調整器５を制御することで、必要に応じて被照射液体の供給を開始又は停止することができる。なお、流量調整器５は、手動でのみ流量を変更可能な構成でも良い。

（プラズマ処理工程）
次に、プラズマ照射装置１０によるプラズマ処理の動作について説明する。尚、下記の処理工程の順番や内容は、一例である。また、本実施形態では、被照射液体としてラクテック（登録商標）を採用できる。プラズマガスを照射して活性化したラクテックは、体内に注入することにより病巣を治療する医療に用いることができる。このため、被照射液体は、滅菌された状態でプラズマ処理を施されることが好ましい。

まず、例えば、制御装置３８は、プラズマ処理の開始を指示されると、開閉機構２４を制御して上部カバー７６を下方させ、カバーハウジング２２の内部を密閉した状態にする。制御装置３８は、例えば、予め設定された設定値に基づいて、ステージ昇降装置２８を制御し、ステージ２６（照射ブロック１４０）を所望の高さに調整する。これにより、照射ブロック１４０とプラズマヘッド２０との間の距離Ｌ３（図６参照）を所望の高さに調整することができる。即ち、プラズマヘッド２０から放出される放電１６１を被照射液体に当てることが可能な所望の距離Ｌ３に調整できる。

従って、本実施形態のプラズマ照射装置１０は、ステージ２６を移動させ、被照射液体と噴出口７２との間の距離Ｌ３を変更可能に構成され、被照射液体と噴出口７２との間の距離Ｌ３を、放電１６１が被照射液体に到達する距離に変更するステージ昇降装置２８（移動装置の一例）を備える。これによれば、被照射液体を配置したステージ２６を、放電１６１が被照射液体に当たる所望の位置へステージ昇降装置２８によって移動させることができる。これにより、被照射液体をより均質に活性化することができる。

図１１は、照射ブロック１４０及びステージ２６を配置しない状態で、プラズマヘッド２０から放電１６１を放出させた状態を示している。図１１に示すように、放電１６１は、例えば、噴出口７２から所定の距離Ｌ４まで放出される。放電１６１は、例えば、プラズマガスや処理ガスなどの各種ガスと混在した状態で放出され、導電性の高いガスを通じて放電を発生させる。この距離Ｌ４は、様々な条件によって変動する。本実施形態のプラズマヘッド２０では、上記したように、電極５６と噴出口７２との間の距離Ｌ１（図５参照）を短くすることで、一対の電極５６間で発生する放電１６１を噴出口７２の外へ出し易くし、距離Ｌ４をより長くすることが可能となる。また、本実施形態のプラズマヘッド２０では、上記したように、噴出口７２を一対の電極５６の対向方向（Ｘ方向）に沿ったスリット形状とし、且つ一対の電極５６間の距離Ｌ２と噴出口７２のスリットの長さを同一にしている。これにより、距離Ｌ４をより長くすることが可能となる。

図１２は、照射ブロック１４０を配置した状態で、プラズマヘッド２０から放電１６１を放出させた状態を示している。また、図１２は、照射ブロック１４０の第２溝部１４４に被照射液体１６５を貯留させた状態を示している。図１２に示すように、本実施形態のプラズマ照射装置１０において、例えば、照射ブロック１４０に貯留した被照射液体１６５の表面と噴出口７２との距離Ｌ５を、図１１に示す距離Ｌ４に比べて極めて短くしている。例えば、距離Ｌ５は、距離Ｌ４の１／５以下の長さである。従って、照射ブロック１４０を配置しない状態（図１１）で放電１６１やプラズマガスを放出した照射距離（距離Ｌ４）に比べて、照射ブロック１４０をプラズマヘッド２０に近接させる。このため、図１２に示すように、照射ブロック１４０の第２溝部１４４に貯留された被照射液体１６５は、噴出口７２に近接した位置に配置される。そして、放電１６１やプラズマガスは、図１２に示す状態では、図１１に示す状態における照射方向（Ｚ方向）のより根元の部分（図１１の上方部分）で被照射液体１６５に到達する状態となっている。これにより、より高エネルギーを被照射液体１６５に与えながらプラズマ処理を行うことができ、被照射液体１６５をより均一に活性化できる。

処理工程の説明に戻り、制御装置３８は、カバーハウジング２２の内部を密閉し、ステージ２６の高さを調整した後、パージガス供給装置１３２を制御して不活性ガスをカバーハウジング２２内へ供給し、カバーハウジング２２内を不活性ガスでパージさせる。これにより、放電１６１やプラズマガスを放出する距離Ｌ４（図１１参照）をより長くすることができ、高エネルギーを被照射液体１６５に与え被照射液体１６５をより均質に活性化できる。また、制御装置３８は、処理ガス供給装置７４を制御して処理ガスを供給させる。制御装置３８は、電極５６に電力を供給してプラズマヘッド２０からプラズマガスの照射を開始させる。制御装置３８は、流量調整器５を制御し、一定の流量で被照射液体１６５をチューブ１１０へ流す。

図８に示すように、第２溝部１４４は、左端に側壁１４４ｃが形成され、右端に突出部１４５が形成されている。被照射液体１６５は、図８において破線で示す突出部１４５の上面１４５ａの高さ程度まで第２溝部１４４内に貯留される。第２溝部１４４に貯留された被照射液体１６５は、プラズマヘッド２０からプラズマガスが照射されて活性化される。また、本実施形態の制御装置３８は、ステージ昇降装置２８を制御することにより、プラズマヘッド２０と被照射液体１６５（照射ブロック１４０）との距離Ｌ３（図６参照）を予め設定された距離に調整する。これにより、噴出口７２から放出された放電１６１を被照射液体１６５に適切に当てることが可能となる。

被照射液体１６５は、第２溝部１４４に貯留されることにより、所定時間だけプラズマガスを照射される。被照射液体１６５に所定時間、プラズマガス及び放電１６１を放出することで、プラズマ照射された被照射液体１６５による治療効果が発揮されることがわかっている。特に、放電１６１を直接当てたラクテックは、がん細胞を選択的に殺傷する効能をより高めることが可能となる。被照射液体１６５は、プラズマガスを照射されることにより、第２溝部１４４内で自然対流する。これにより、上記した治療効果が発揮される活性化された被照射液体１６５を生成できる。以下の説明において、第２溝部１４４を通過した後の被照射液体１６５を既照射液体と記載する場合がある。

毛細管現象により、既照射液体は、上面１４５ａと下面１４２ａとの間に形成された間隙１４１ｄを伝って、排出凹部１４６ａを経由して排出凸部１４６ｂから下方へ流出する。照射ブロック本体部１４１から流出される既照射液体の流出量は、間隙１４１ｄの幅により決定される。このため、制御装置３８は、昇降装置１５０を制御し、所望の流出量（ユーザによる設定値等）に応じた幅となるように、蓋部１４２の高さを調整する。

図９に示すように、照射ブロック１４０から流出した既照射液体は、チューブ１１１内を流れる。ここで、制御装置３８は、プラズマガスの照射の開始時には、バルブ１２１を閉状態に、バルブ１２２を開状態に制御する。これにより、既照射液体は、チューブ１１３を介して廃棄ビン７へ流れる。そして、制御装置３８は、プラズマガスの照射の開始から所定時間経過後に、バルブ１２１を開状態に、バルブ１２２を閉状態に切替える。これにより、既照射液体は、チューブ１１２を介して一次保管ビン６へ流れる。流れる被照射液体１６５にプラズマガスを照射する場合、プラズマ照射の開始直後から所定時間内に流れる既照射液体は、十分に活性化されていない虞がある。そこで、本実施形態のプラズマ照射装置１０では、プラズマ照射の開始直後から所定時間の間は、既照射液体を廃棄ビン７へ流し、所定時間だけ経過した後に、既照射液体を一次保管ビン６へ流す。これにより、十分に活性化された既照射液体を、一次保管ビン６に貯留できる。また、チューブ１１２は、分岐管１１４から一次保管ビン６へ向かって上方に傾斜するように取り付けられている。チューブ１１３は、分岐管１１４から廃棄ビン７へ向かって下方に傾斜するように取り付けられている。これにより、活性化の不十分な既照射液体が、一次保管ビン６へ混入することを抑制できる。

制御装置３８は、残量センサ１５３の出力信号に基づいて、例えば一次保管ビン６に貯留された既照射液体の量が所定の量に達したことを検出すると、流量調整器５及びバルブ１２１，１２２を閉じ、プラズマヘッド２０のプラズマ照射を停止させる。制御装置３８は、一次保管ビン６に貯留された既照射液体を保存バッグ８へ封入する作業を開始する。制御装置３８は、切替部１５２を制御し、バルブ１２３を閉状態から開状態に切替える。制御装置３８は、減圧装置１５１を制御し、充填装置３の内部の気圧を大気圧から減圧させることで、一次保管ビン６から保存バッグ８へ既照射液体を封入する。制御装置３８は、残量センサ１５３の出力信号に基づいて、保存バッグ８に封入された既照射液体の量が所定の量に達したと判断すると、減圧装置１５１を制御し、充填装置３の内部の気圧を大気圧に戻す。これにより、所定量の既照射液体を保存バッグ８に封入できる。ユーザは、例えば、封入済みの保存バッグ８を新たな保存バッグ８へ交換し、再度プラズマ照射装置１０の運転を開始させる。尚、プラズマ照射装置１０は、保存バッグ８の１袋ごとにプラズマヘッド２０等を停止させずに、プラズマ処理を実行しながら、自動で保存バッグ８を交換する構成でも良い。

上記実施形態において、プラズマヘッド２０は、プラズマ発生装置の一例である。ステージ昇降装置２８は、移動装置の一例である。凹部６２は、発生室の一例である。第１溝部１４３及び第２溝部１４４は、溝部の一例である。第１温度センサ１６２及び第２温度センサ１６３は、温度センサの一例である。Ｘ方向は、第１方向の一例である。距離Ｌ２は、第１距離の一例である。

以上、説明した実施形態によれば、以下の効果を奏する。
本実形態の一態様では、プラズマヘッド２０は、ノズルブロック５８の噴出口７２から放出させ被照射液体１６５に到達する放電１６１を発生させる（図８参照）。これによれば、被照射液体１６５に対しプラズマガスだけでなく、放電１６１そのものを当てる。これにより、より高エネルギーを被照射液体１６５に与えながらプラズマ処理を行うことで、被照射液体１６５をより均一に活性化できる。例えば、被照射液体１６５としてラクテック（登録商標）と同一成分の水溶液を用いた場合、プラズマ処理によってプラズマ活性溶液（ＰＡＬ：ＰｌａｓｍａＡｃｔｉｖａｔｅｄＬａｃｔｅｃ）を生成することで、がん細胞を選択的に殺傷する効能をＰＡＬに対して付加することが可能となる。この効能を、被照射液体１６５に放電１６１を直接当てることで、より高めることが可能となる。

尚、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内での種々の改良、変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、上記実施形態のプラズマヘッド２０の構成は、一例である。例えば、上記実施形態では、下部ブロック５４と噴出口７２とが別の部材であったが、１つの部材でも良い。
また、プラズマ照射装置１０は、第１及び第２温度センサ１６２，１６３を備えなくとも良い。また、プラズマ照射装置１０は、第１及び第２温度センサ１６２，１６３の一方のみを備える構成でも良い。
また、制御装置３８は、第１及び第２温度センサ１６２，１６３により検出した温度の判断等を実行せずに、検出した温度を表示する処理のみを実行しても良い。
また、上記実施形態では、制御装置３８は、開閉機構２４による上部カバー７６の位置調整や、ステージ昇降装置２８によるステージ２６の位置調整を実行したが、このような自動調整を実行しない構成でも良い。プラズマ照射装置１０は、例えば、ステージ２６の位置を、手動によってのみ変更可能な構成でも良い。
また、噴出口７２は、スリット形状以外の形状、例えば、メッシュ形状でも良い。また、噴出口７２の開口（スリット）の長さは、電極５６の距離Ｌ２とは異なる長さでも良い。

１０プラズマ照射装置、２０プラズマヘッド（プラズマ発生装置）、２６ステージ、２８ステージ昇降装置（移動装置）、５６電極、５８ノズルブロック、６２凹部（発生室）、７２噴出口、１４０照射ブロック、１４３第１溝部（溝部）、１４４第２溝部（溝部）、１６１放電、１６２第１温度センサ（温度センサ）、１６３第２温度センサ（温度センサ）、１６５被照射液体、Ｌ２距離（第１距離）、Ｌ３距離。

Claims

プラズマガスを照射する被照射液体を配置するステージと、
放電により前記プラズマガスを発生させる一対の電極と、前記プラズマガスを前記被照射液体に向けて噴出する噴出口を有するノズルブロックと、を有し、前記噴出口から放出させ前記被照射液体に到達する前記放電を発生させるプラズマ発生装置と、
前記ステージに載置され前記被照射液体を流す溝部が形成された照射ブロックと、
を備えるプラズマ照射装置であって、
前記プラズマ発生装置は、
前記一対の電極の前記放電により前記プラズマガスを発生させる発生室を有し、
前記噴出口は、
前記発生室から前記プラズマガスが噴出される出口に配置され、前記溝部の前記被照射液体が流れる方向である長手方向に延びるスリット形状である、プラズマ照射装置。
前記プラズマガスの照射に係わる温度を検出する温度センサを備える、請求項１に記載のプラズマ照射装置。
前記温度センサは、
前記プラズマ発生装置、及び前記溝部を形成された照射ブロックのうち、少なくとも一方の温度を検出する、請求項２に記載のプラズマ照射装置。
前記ステージを移動させ、前記被照射液体と前記噴出口との間の距離を変更可能に構成され、前記被照射液体と前記噴出口との間の距離を、前記放電が前記被照射液体に到達する距離に変更する移動装置を備える、請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のプラズマ照射装置。
前記一対の電極は、
第１方向において第１距離だけ離れた位置に配置され、
前記噴出口は、
前記第１方向に沿って前記第１距離だけ形成されたスリット形状である、請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のプラズマ照射装置。