JP7121419B2

JP7121419B2 - 気泡噴出方法、気泡噴出用電源装置、および、気泡噴出装置

Info

Publication number: JP7121419B2
Application number: JP2020554829A
Authority: JP
Inventors: 壮眞壁; 廣道渡部; 康裕森泉
Original assignee: BEX CO., LTD.
Current assignee: BEX CO., LTD.
Priority date: 2018-10-29
Filing date: 2019-09-27
Publication date: 2022-08-18
Anticipated expiration: 2039-09-27
Also published as: WO2020090312A1; JPWO2020090312A1

Description

本開示は、気泡噴出方法、気泡噴出用電源装置、および、気泡噴出装置に関する。

近年のバイオテクノロジーの発展に伴い、細胞の膜や壁に孔をあけ、細胞から核を除去又はＤＮＡ等の核酸物質の細胞への導入等、細胞等の局所加工の要求が高まっている。局所加工技術（以下、「局所アブレーション法」と記載することがある。）としては、電気メス等のプローブを用いた接触加工技術や、レーザー等を用いた非接触アブレーション技術などを用いた方法が広く知られている。

また、細胞等への核酸物質等を導入するための局所的な物理的インジェクション技術（以下、「局所インジェクション方法」と記載することがある。）としては、電気穿孔法、超音波を用いたソノポレーション技術及びパーティクルガン法等が広く知られている。

更に、上記の電気メス等のプローブを用いた接触加工技術、レーザー等を用いた非接触アブレーション技術、電気穿孔法等の細胞等への核酸物質等を導入するための局所的な物理的インジェクション技術以外にも、気泡噴出部材を用いた局所アブレーション法、気液噴出部材を用いた局所アブレーション法、局所インジェクション方法も知られている（特許文献１参照）。

また、上記特許文献１に類似した技術として、基板上に任意の数の気泡噴出部を形成した気泡噴出チップ（特許文献２参照）、気泡噴出口が基板の上方に開口するように気泡噴出部を形成した気泡噴出チップが知られている（特許文献３参照）。

国際公開第２０１３／１２９６５７号国際公開第２０１６／０５２５１１号国際公開第２０１７／０６９０８５号

上記特許文献１乃至特許文献３には、導電材料で形成された芯材（電極）の周囲を絶縁材料で形成した外殻部で覆い、更に、外殻部から延伸した延伸部と芯材（電極）とで空隙を設けた気泡噴出部材（気泡噴出部）に電圧を印加することで、気泡噴出部材（気泡噴出部）の先端から気泡を噴出している。ところで、加工対象物に対して局所アブレーションを実施、或いは、局所インジェクションを実施する際の精度を向上するためには、噴出する気泡をコントロールできることが望ましい。

しかしながら、本発明者らは、特許文献１乃至特許文献３に記載されている電源、より具体的には、医療用電気メス等に使用されているハイフリケーター（Ｈｙｆｒｅｃａｔｏｒ２０００（ＣｏｎＭｅｄ（株））に着目して検討を行ったところ、（１）ハイフリケーターはコントローラーを1回押すと、５００回程度のパルスが印加されること、（２）ハイフリケーターは、基本的にはワット（Ｗ）で出力を設定するため、細かな電圧の制御ができないこと、（３）出力される波形が固定されていることから、パルスを印加する間隔等の制御ができないこと、（４）出力するワット（Ｗ）を設定しても、５００回程度出力されるパルスの強さが安定していないこと、等の問題を有することを新たに見出した。

本開示は、上記問題点を解決するためになされたものであり、鋭意研究を行ったところ、（１）少なくとも、出力するパルスの回数を調整できる気泡噴出用電源装置を用いて気泡噴出デバイスにパルスを印加すると、（２）気泡噴出デバイスから噴出する気泡をコントロールできること、を新たに見出した。

すなわち、本開示の目的は、従来の気泡噴出方法と比較して、よりコントロールされた気泡を噴出できる気泡噴出方法、該気泡噴出方法に用いる気泡噴出用電源装置、および、気泡噴出装置を提供することである。

本開示は、以下に示す、気泡噴出方法、該気泡噴出方法に用いる気泡噴出用電源装置、および、気泡噴出装置に関する。

（１）導電体への気泡噴出方法であって、
該気泡噴出方法は、
気泡噴出デバイスおよび対向電極を導電体に接触する導電体接触工程、
気泡噴出用電源装置から前記気泡噴出デバイスおよび前記対向電極に電圧を印加する電圧印加工程、
前記気泡噴出デバイスの気泡噴出口から前記導電体に気泡を噴出する気泡噴出工程、
を含み、
前記気泡噴出用電源装置は、少なくとも印加するパルス状の電圧の回数を任意に設定できる、
気泡噴出方法。
（２）前記気泡噴出用電源装置が、印加する電圧値、電圧の印加時間、および、電圧を印加しない電圧ｏｆｆ時間、の少なくとも１以上を任意に設定できる、
上記（１）に記載の気泡噴出方法。
（３）前記気泡噴出デバイスが、
導電材料で形成された電極と、
絶縁材料で形成され、前記電極の少なくとも先端部分の周囲の少なくとも一部を覆う外殻部と、
前記外殻部の一部であり、前記電極の先端部より延伸した部分である延伸部と、
前記延伸部の先端に形成された気泡噴出口と、
を含む、上記（１）または（２）に記載の気泡噴出方法。
（４）気泡噴出デバイスから気泡を噴出するために用いる気泡噴出用電源装置であって、
該気泡噴出用電源装置は、少なくとも印加するパルス状の電圧の回数を任意に設定できる、
気泡噴出用電源装置。
（５）前記気泡噴出用電源装置が、印加する電圧値、電圧の印加時間、および、電圧を印加しない電圧ｏｆｆ時間、の少なくとも１以上を任意に設定できる、
上記（４）に記載の気泡噴出用電源装置。
（６）上記（４）または（５）に記載の気泡噴出用電源装置、および、気泡噴出デバイスを含む気泡噴出装置であって、
前記気泡噴出デバイスが、
導電材料で形成された電極と、
絶縁材料で形成され、前記電極の少なくとも先端部分の周囲の少なくとも一部を覆う外殻部と、
前記外殻部の一部であり、前記電極の先端部より延伸した部分である延伸部と、
前記延伸部の先端に形成された気泡噴出口と、
を含む、
気泡噴出装置。

本明細書で開示する気泡噴出用電源装置を含む気泡噴出装置で気泡噴出方法を実施すると、従来の気泡噴出方法と比較して、噴出する気泡の数等のコントロールができる。

図１は、気泡噴出方法のフローチャートである。図２は、気泡噴出装置の概略を示す図である。図３Ａおよび図３Ｂは、デバイス１の他の実施形態の概略を説明するための図である。図４は電源装置３が出力する電圧の波形について説明するための図で、図４Ａは略矩形波状のパルスの例、図４Ｂは正弦波半波状のパルスの例を示している。図５は図面代用写真で、実施例１で作製したデバイスの先端部分の写真である。図６は図面代用写真で、実施例１において、電圧印加０μｓｅｃ～１３２．８μｓｅｃまでの連続写真である。図７Ａは、実施例２～４において、オシロスコープで得られた１回目～８回目の印加電圧の波形を表す。図７Ｂは図面代用写真で、電圧を印加後１回目、５回目、１０回目の気泡噴出口部分の写真である。図８Ａ（ａ）は、実施例５のオシロスコープで得られた１回目～４回目の印加電圧の波形、図８Ａ（ｂ）は、図８Ａ（ａ）の１回目のパルスを時間軸方向に拡大した波形、図８Ａ（ｃ）は、実施例６のオシロスコープで得られた１回目～８回目の印加電圧の波形を表す。図８Ｂは図面代用写真で、実施例５および実施例６において、電圧を印加後１回目、５回目、１０回目の気泡噴出口部分の写真である。図９は、オシロスコープで得られた比較例１の印加電圧の波形である。図１０は、オシロスコープで得られた比較例２～５の印加電圧の波形であって、印加直後の波形部分を拡大したものである。図１１は、図１０のオシロスコープの１回目のパルスを時間軸方向に拡大した波形である。図１２は図面代用写真で、比較例２～５において、それぞれ、気泡噴出口から１回目、５回目、１０回目の気泡が噴出した際の写真である。

以下に、図面を参照しながら、気泡噴出方法について、詳しく説明する。

（気泡噴出方法および気泡噴出装置の実施形態）
図１および図２を参照して、気泡噴出方法および気泡噴出装置の実施形態を説明する。図１は、気泡噴出方法のフローチャート、図２は気泡噴出装置の概略を示す図である。気泡噴出方法は、導電体接触工程（Ｓ１００）、電圧印加工程（Ｓ１１０）、および、気泡噴出工程（Ｓ１２０）、を少なくとも含んでいる。

導電体接触工程（Ｓ１００）では、気泡噴出デバイス（以下、単に「デバイス」と記載することがある。）１および対向電極２を導電体Ｌに接触させる。電圧印加工程（Ｓ１１０）では、気泡噴出用電源装置（以下、単に「電源装置」と記載することがある。）３からデバイス１および対向電極２に電圧を印加する。気泡噴出工程（Ｓ１２０）では、デバイス１の気泡噴出口１１から導電体Ｌに気泡Ｂを噴出する。図２に示すように、気泡噴出方法を実施する際には、電源装置３と、デバイス１および対向電極２とを、電線４で接続しておけばよい。

図２示すデバイス１ａは、導電材料で形成された電極１２、絶縁材料で形成され電極１２の周囲を覆う外殻部１３、外殻部１３の一部であり電極１２の先端部より延伸した部分である延伸部１３１、延伸部１３１の先端に形成された気泡噴出口１１、を少なくとも含んでいる。

電極１２は、電気を通し電極として使用できる導電材料で形成されていれば特に制限はない。例えば、金、銀、銅、鉄、アルミニウム、白金、タングステン等の金属が挙げられる。また、前記金属に、スズ、マグネシウム、クロム、ニッケル、ジルコニウム、ケイ素、イリジウムなどを加えた合金でもよく、例えば、ステンレス等が挙げられる。また、金属以外では、カーボン等が挙げられる。

外殻部１３および延伸部１３１を形成する絶縁材料としては、電気を絶縁するものであれば特に限定はない。例えば、ガラス、マイカ、石英、窒化ケイ素、酸化ケイ素、セラミック、アルミナ、等の無機系絶縁材料、シリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム等ゴム材料、エチレン酢酸ビニル共重合体樹脂、シラン変性オレフィン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、塩化ビニル系樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリスチレン系樹脂、弗素系樹脂、シリコン系樹脂、ポリサルファイド系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース系樹脂、ＵＶ硬化樹脂等の絶縁性樹脂が挙げられる。

図２に示すデバイス１ａは、外殻部１３として熱溶融性の絶縁材料を用いる場合は、例えば、管状の絶縁材料の中に電極１２を挿入し、加熱して引き切ることで作製することができる。なお、デバイス１ａ作製の詳細な手順は、特許文献１を参照することができる。また、デバイス１ａは、管状の絶縁材料に、電極１２を挿入することで作製してもよい。図２に示すデバイス１ａは、電極１２の先端部と延伸部１３１とで空隙１４が形成されている。そして、気泡噴出口１１は、電極１２の先端部とは反対側の空隙１４に形成されている。

デバイス１は、電極１２と絶縁材料１３を組み合わせ、電圧を印加することでデバイス１の気泡噴出口１１から導電体Ｌに気泡Ｂを噴出できれば、図２に示す例に制限されない。図３Ａおよび図３Ｂは、デバイス１の他の実施形態の概略を説明するための図である。図３Ａおよび図３Ｂに示す例では、絶縁材料として感光性樹脂を用い、フォトリソグラフィ技術を用いて作製することができる。

より具体的には、図３Ａに示すデバイス１ｂは、基板１５上に通電部１６が形成され、電極１２が通電部１６に接するように気泡噴出部を設けている。なお、前記のように気泡噴出部を設けることで、図３Ａに示す例では、気泡噴出部、換言すると、気泡噴出口１４を複数形成できる。気泡噴出部は、電極１２、電極１２を挟むように形成した外殻部１３、外殻部１３の一部であり電極１２の先端部より延伸した部分である延伸部１３１、延伸部１３１の先端に形成された気泡噴出口１１、を少なくとも含んでいる。また、図３Ａには記載を省略しているが、図３Ａに示すデバイス１ｂを用いる場合は、必要に応じて、蓋部材を用いてもよい。蓋部材は基板１５と反対側に設けられ、基板１５と蓋部材で気泡噴出部を挟むようにして用いられる。

電極１２は、デバイス１ａと同様の材料を用いることができるが、電気めっき、無電解めっき等の方法により基板１５に電極１２を積層により作製する場合は、例えば、ニッケル、金、白金、銀、銅、スズ、マグネシウム、クロム、タングステン等の金属、又はそれらの合金等、めっきにより堆積できる材料を用いればよい。また、通電部１６は、デバイス１ａの電極１２と同じ材料を用いることができる。なお、通電部１６は、基板１５上に最初から形成しておいてもよいが、デバイス１ｂの使用時に、電極１２と接触するように配置してもよい。

外殻部１３（延伸部１３１）を形成する感光性樹脂は、市販されているフォトレジストを用いることができる。フォトレジストの例としては、ＴＳＭＲＶ５０、ＰＭＥＲ等のポジティブ型フォトレジスト、ＳＵ－８、ＫＭＰＲ等のネガティブ型フォトレジストが挙げられる。

基板１５を形成する材料としては、電極１２、外殻部１３（延伸部１３１）を堆積できるものであれば特に制限は無く、例えば、ガラス、石英、ＰＭＭＡ、シリコン等が挙げられる。

蓋部材は、例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、パリレン、エポキシ樹脂、ポリイミド、ポリエチレン、ガラス、石英、ＰＭＭＡ、シリコン等の絶縁材料を用いることができる。デバイス１ｂ作製の詳細な手順は、特許文献２を参照することができる。

次に、図３Ｂに示すデバイス１ｃは、基板１５上に通電部１６が形成され、電極１２が通電部１６に略鉛直方向に接する、換言すると、気泡噴出部を基板１５に対して上方に向けて設けている。図３Ｂに示すデバイス１ｃも、気泡噴出部、換言すると、気泡噴出口１４を複数形成できる。気泡噴出部は、電極１２、一端が基板１５上に形成され電極１２の周囲を覆うように形成された外殻部１３、外殻部１３の一部であり電極１２の先端部より延伸した部分である延伸部１３１、延伸部１３１の先端に形成された気泡噴出口１１、を少なくとも含んでいる。また、図３Ｂに示すデバイス１ｃは、電極１２の先端部と延伸部１３１とで空隙１４が形成されている。そして、気泡噴出口１１は、電極１２の先端部とは反対側の空隙１４に形成されている。

図３Ｂに示すデバイス１ｃの電極１２、外殻部１３（延伸部１３１）、基板１５、通電部１６を形成する材料は、図３Ａに示すデバイス１ｂと同様の材料を用いることができる。デバイス１ｃの具体的な作製手順は、特許文献３を参照することができる。なお、図３Ａおよび図３に示すデバイス１ｂ・１ｃは、気泡噴出部（気泡噴出口）を複数形成した例を示しているが、気泡噴出部（気泡噴出口）は一つでもよい。

図２、図３Ａおよび図３Ｂに示したデバイス１ａ乃至１ｃは、電極１２が導電材料で形成されている点、外殻部１３および延伸部１３１が絶縁材料で形成されている点、延伸部１３１の先端に気泡噴出口１１が形成されている点、で共通する。一方、デバイス１ａおよびデバイス１ｃでは、電極１２の先端部分（気泡噴出口１１側の端部近傍を意味する。）の周囲は、絶縁材料で覆われているのに対して、図３Ａに示すデバイス１ｂは、電極１２の先端部分（気泡噴出口１１側の端部）は、絶縁材料で挟まれるように形成され、電極１２は基板１５および必要に応じて蓋部材に接触することになる。そのため、デバイス１ａ乃至１ｃは、電極１２の周囲の少なくとも一部が外殻部１３で覆われている点で共通する。したがって、本明細書において、「電極の周囲」とは、図３Ｂを例に説明すると、電極１２の先端部（気泡噴出口１１側の端部）と後端部（気泡噴出口１１とは反対側の端部）の中心軸ｘと略平行な面（電極１２が円柱や角柱の場合）、或いは、中心軸ｘと交差しない面（電極１２が先端部に向けて細くなる形状の場合等）を意味する。そして、「電極の少なくとも先端部分の周囲の少なくとも一部を覆う」とは、電極１２の中心軸ｘ方向の少なくとも気泡噴出口１１側の先端部分の「電極の周囲」の全体を覆う（例えば、デバイス１ａおよび１ｃ）、および、前記「電極の周囲」の一部を覆う（挟む、例えば、デバイス１ｂ）を意味する。

対向電極２は、電極１２と回路を形成することができれば特に制限はなく、電極１２と同様の材料で作製することができる。また、電極１２と対向電極２は、同じ材料であってもよいし、異なっていてもよい。また、対向電極２は露出した導電材料を液体に浸漬することができれば形状等に特に制限はなく、線状、板状等の任意の形状であればよい。

［電源装置３の実施形態］
次に、図４を参照して、電源装置３の実施形態について説明する。図４は、電源装置３が出力する電圧の波形の例について説明するための図である。図４Ａは、電源装置３が出力する電圧が略矩形波状のパルスの例を示す図で、図４Ｂは、電源装置３が出力する電圧が略正弦波半波状のパルスの例を示す図である。本開示で使用する電源装置３は、印加するパルス状の電圧の回数を任意に設定できることが大きな特徴である。なお、本明細書において「パルス状の電圧」とは、「電圧の印加時間」と「電圧を印加しない電圧ｏｆｆ時間」とを交互に繰り返すことができ、「電圧の印加時間」の際に印加される電圧がプラス、又は、マイナスの一方のみ印加される電圧を意味する。換言すると、プラス－マイナスに振幅するパルス状の交流電圧は、本明細書で開示する「パルス状の電圧」には含まれない。印加する電圧の回数は、気泡噴出の使用目的に応じて適宜設定すればよいが、例えば、１～１０００回程度が挙げられる。

また、電圧の印加回数に加え、印加する電圧値、電圧の印加時間、および、電圧を印加しない電圧ｏｆｆ時間、の少なくとも１以上を任意に設定できるようにしてもよい。なお、本明細書において、「印加する電圧値」とは、出力した最大電圧の絶対値を意味する（例えば、略矩形波状では図４Ａの符号ａ、略正弦波半波状では図４Ｂの符号ａ）。また、「電圧の印加時間」とは、０Ｖから電圧が立ち上がり、所定時間経過後、電圧が立ち下がり、０Ｖになるまでの時間（図４Ａおよび図４Ｂの符号ｃ）を意味する。また、「電圧を印加しない電圧ｏｆｆ時間」とは、出力した電圧が０Ｖに戻った後、次に電圧を印加するまでの電圧値が０Ｖの時間（図４Ａおよび図４Ｂの符号ｄ）を意味する。

また、矩形波状のパルスとは、上記の「電圧の印加時間（符号ｃ）」が、「電圧の急激な立ち上がりに要する時間（図４Ａの符号ａの電圧に到達する時間）、及び、電圧の急激な立ち下がりに要する時間（図４Ａの符号ｂに示す電圧から０Ｖになる時間）」と比較して十分長い、換言すれば、所定値の電圧を印加し続ける時間を有する波形の電圧を意味する。なお、「電圧の印加時間」が、「電圧の急激な立ち上がりに要する時間、及び、電圧の急激な立ち下がりに要する時間」と比較して十分長いとは、例えば、２倍以上であれよい。また、立ち上がり時の電圧の絶対値（図４の符号ａ）と立下り時の電圧の絶対値（図４の符号ｂ）は同じであることが望ましいが、立ち下がり時の電圧の絶対値（ｂ）は、立ち上がり時の電圧の絶対値（ａ）より小さい、換言すると、所定時間電圧を印加している時に、電圧が減衰してもよい。例えば、立ち下がり時の電圧の絶対値（ｂ）／立ち上がり時の電圧の絶対値（ａ）＝０．８～１としてもよい。

正弦波半波状のパルスとは、図４Ｂに示すように、「電圧の立ち上がりに要する時間、及び、電圧の立ち下がりに要する時間」と比較して、所定値の電圧を印加し続ける時間が非常に短い波形の電圧を意味する。

なお、図４Ａおよび図４Ｂは、電源装置３が出力する波形の単なる例示である。上記の「パルス状の電圧」の定義を満たす範囲内であれば、例えば、台形状（図４Ａに示す例より、電圧の立ち上がりと立ち下がりに要する時間が長い）の波形等、他の波形であってもよい。

印加する電圧値は、デバイス１の気泡噴出口１１から気泡Ｂが噴出すれば特に制限はないが、例えば、１Ｖ～３０００Ｖの間で、任意の電圧値を設定できるようにすればよい。また、電圧の印加時間は、デバイス１の気泡噴出口１１から気泡Ｂが噴出すれば特に制限はないが、例えば、０．１μｓｅｃ～３０００μｓｅｃの間で、任意の時間を設定できるようにすればよい。また、「電圧ｏｆｆ時間」は、例えば、３０μｓｅｃ～１００００ｍｓｅｃの間で、任意の時間を設定できるようにすればよい。

電源装置３は、上記の電圧が印加できるように、電源装置３を構成する部品を調整してもよいし、一般的な電源装置の駆動プログラムを改良することで作製してもよい。

導電体Ｌは、デバイス１および対向電極２が通電できれば特に制限はなく、液体、固体、或いは、液体と固体の混合物等が挙げられる。液体としては、例えば、水、または、水にＫＣｌ、ＮａＣｌ_２、等の塩を溶解、或いは、生物分野で用いられているＰＢＳ等の緩衝液、培地等が挙げられる。固体としては、例えば、金属や導電性樹脂等が挙げられる。液体と固体の混合物としては、例えば、葉や種等の植物組織、動物等の生体組織等が挙げられる。

また、特許文献１乃至３に記載のように、本明細書で開示する気泡噴出方法により気泡噴出口１１から噴出した気泡Ｂを加工対象物に衝突させることで、加工対象物を局所的にアブレーションすることができる。また、導電体Ｌとして液体を用いた場合、液体に、ＤＮＡやＲＮＡ等の核酸、タンパク質、アミノ酸、水溶性の薬剤、或いは、窒素・へリウム・二酸化炭素・アルゴン等の気体状のインジェクション物質を溶解しておくことで、加工対象物を局所的にアブレーションしながら、インジェクション物質を加工対象物にインジェクションすることもできる。

加工対象物としては、気泡によりアブレーションできるものであれば特に制限は無く、動物、微生物、植物等の生体、該生体から分離した組織や細胞、或いは、タンパク質等が挙げられる。細胞としては、ヒトまたは非ヒト動物の組織から単離した幹細胞、皮膚細胞、粘膜細胞、肝細胞、膵島細胞、神経細胞、軟骨細胞、内皮細胞、上皮細胞、骨細胞、筋細胞、卵細胞等の動物細胞、植物細胞、昆虫細胞、大腸菌、酵母、カビなどの微生物細胞などの細胞を挙げることができる。

アブレーションは、例えば、導電体として液体を用い、液体に浸漬したデバイス１および対向電極２の間に加工対象物を配置し、デバイス１および対向電極２に電圧を印加することで噴出した気泡を加工対象物に衝突させることで実施できる。また、加工対象物が生体組織や金属等の導電体の場合は、デバイス１および対向電極２を加工対象物に接触させ、デバイス１および対向電極２に電圧を印加することで、加工対象物を直接アブレーションできる。

以下に実施例を掲げ、各実施形態を具体的に説明するが、この実施例は単にその具体的な態様の参考のために提供されているものである。これらの例示は、発明の範囲を限定したり、あるいは制限するものではない。

＜実施例１＞
［デバイス１の作製］
電極１２は、直径約１００μｍのタングステン線（株式会社ニラコ製）を用いた。また、外殻部１３（延伸部１３１）は、ＰＦＡマイクロチューブ（ふっ素樹脂製、内径０．１ｍｍ、外径０．３ｍｍ、アズワン株式会社製１－４４２３－０１）を用いた。タングステン線をＰＦＡマイクロチューブに挿入することで、デバイス１を作製した。図５は作製したデバイスの先端部分の写真で、延伸部１３１の長さは約３０μｍであった。

［電源装置３の作製］
細胞融合・卵子活性化用の電源装置ＣＦＢ１６－ＨＢ（株式会社ベックス社製）のプログラムを改良することで、印加する電圧値が１Ｖ～１５００Ｖ、電圧の印加時間が１μｓｅｃ～３０００μｓｅｃ、電圧ｏｆｆ時間が７５μｓｅｃ～１００００ｍｓｅｃ、電圧の印加回数が１回～１０００回の範囲で、任意に設定できる電源装置を作製した。

［気泡噴出装置の作製および気泡噴出方法の実施］
ステンレス綱（ニッケル、クロムを含む）（約３ｍｍ×約５０ｍｍ×約０．５ｍｍ）で対向電極２を作製した。次に、作製したデバイス１と対向電極２とを電線を用いて電源装置３に接続し、デバイス１の気泡噴出口１１と対向電極２を生理食塩水に浸漬した。次に、電源装置３の出力条件を、印加する電圧値を６００Ｖ、電圧の印加時間を８μｓｅｃ、電圧の印加回数を１回に設定し、電圧を出力した。デバイス１の気泡噴出口１１付近の状況は、ハイスピードカメラ（Ｋｅｙｅｎｃｅ社製ＶＷ－９０００）を用い、１２００００ｆｐｓの条件で撮影した。図６は、電圧印加０μｓｅｃ～１３２．８μｓｅｃまでの連続写真である。図６に示すように、電圧印加後に気泡噴出口１１付近で気泡の成長が確認され、そして、６６．４μｓの写真の矢印に示すように、気泡の噴出が確認され、その後は気泡の噴出は確認されなかった。以上の結果より、実施例１の気泡噴出方法では、一回の電圧の印加で、一つの気泡が形成・噴出することを確認した。したがって、本開示による気泡噴出方法を用いると、噴出する気泡の数を印加する電圧の回数でコントロールできる。

＜実施例２～４＞
電源装置３の出力条件を、印加する電圧値を５００Ｖ（実施例２）、６００Ｖ（実施例３）、８００Ｖ（実施例４）とし、電圧の印加時間を２μｓｅｃとし、電圧ｏｆｆ時間を０．１ｍｓｅｃとし、電圧の印加回数を２０回とした以外は、実施例１と同様の手順により、気泡噴出方法を実施した。

図７Ａはオシロスコープで得られた１回目～８回目の印加電圧の波形、図７Ｂは、電圧を印加後１回目、５回目、１０回目の気泡噴出口部分の写真である。図７Ａに示すように、印加する電圧値（５００Ｖ、６００Ｖ、８００Ｖ）に関係なく、１回目～８回目に出力される電圧値は、実施例２乃至４の何れもほぼ同じ値であった。また。図７Ｂに示すように、電圧値が大きくなると、生成する気泡も大きくなった。以上の結果より、本開示による気泡噴出方法を用いると、複数回電圧を印加した場合でも、個々の印加電圧が均質であることから、発生した気泡も均質な気泡になること、そして、印加する電圧値により発生する気泡のサイズをコントロールできるという顕著な効果を奏することを確認した。

＜実施例５、６＞
電源装置３の出力条件を、（１）実施例５では、印加する電圧値を５００Ｖ、電圧の印加時間を４μｓｅｃ、電圧ｏｆｆ時間を０．２ｍｓｅｃ、電圧の印加回数を２０回、（２）実施例６では、印加する電圧値を５００Ｖ、電圧の印加時間を１２μｓｅｃ、電圧ｏｆｆ時間を０．１ｍｓｅｃ、電圧の印加回数を２０回、とした以外は、実施例１と同様の手順により、気泡噴出方法を実施した。

図８Ａはオシロスコープで得られた印加電圧の波形で、（ａ）は実施例５の１回目～４回目の波形、（ｂ）は実施例５の１回目のパルスを時間軸（横軸）方向に拡大した波形、（ｃ）は実施例６の１回目～８回目の波形である。図８Ｂは、電圧を印加後１回目、５回目、１０回目の気泡噴出口部分の写真である。図８Ａ（ａ）および図８Ａ（ｃ）に示すように、印加する電圧の条件を変更しても、出力される電圧値は、ほぼ同じ値となることを確認した。また、図８Ａ（ｂ）に示すように、印加される電圧は、「電圧の印加時間」が、「電圧の立ち上がり、及び、電圧の立ち下がりに要する時間」と比較して十分長い、略矩形波状の電圧であることを確認した。また、図８Ｂに示すように、電圧の印加時間や電圧ｏｆｆ時間等の条件を変更しても、一回の電圧の印加で一気泡を生成・噴出することを確認した。

＜比較例１＞
電源装置として、特許文献１乃至３に記載されている「Ｈｙｆｒｅｃａｔｏｒ２０００（ＣｏｎＭｅｄ（株））、以下「比較電源」と記載することがある。」を用いた。なお、比較電源は、通電中は、約２４．４ｋＨｚで電圧が印加される交流電流装置である。また、比較電源は、比較電源のコンロトーラー（外部パソコンによるソフト操作、ＶｉｓｕａｌＳｔｕｄｉｏのＰｒｏｊｅｃｔ４）を１回押すことで、５００回程度のパルスが印加される構造となっている。また、比較電源は、ＨｉおよびＬｏｗモードはあるが、基本的にはワット（Ｗ）で強さを決めるため、細かな電圧の制御ができず、更に、波形が固定であるため、電圧の印加時間や電圧ｏｆｆ時間の制御もできない構造となっている。

比較電源を１０Ｗに設定し、コントローラーを１回押した以外は、実施例１と同様の手順で気泡噴出方法を実施した。図９は、オシロスコープで得られた比較例１の印加電圧の波形である。図９に示すように、比較電源が出力する電圧は、１回の操作で複数のパルスが印加され、且つ、印加されたパルスの電圧のばらつきが非常に大きいことを確認した。なお、得られたオシロスコープからの計算では、コントローラーを１回押した時のパルス数は約４８８回（４１μｓｅｃ／１パルス）となり、比較電源のほぼスペック通りであることを確認した。

＜比較例２～５＞
比較電源の出力を、５Ｗ（比較例２）、８Ｗ（比較例３）、１０Ｗ（比較例４）、１２Ｗ（比較例５）に設定し、比較例１と同様の手順で気泡噴出方法を実施した。図１０は、オシロスコープで得られた比較例２～５の印加電圧の波形であって、印加直後の波形部分を拡大したものである。図１０に示すように、比較電源が出力する電圧値は、特に印加開始時には不安定であった。

図１１は、図１０のオシロスコープの１回目のパルスを時間軸方向に拡大した波形である。図１０に示す波形からは、一見すると、印加されるパルスの電圧は段階的に大きくなる、換言すると、個々のパルスが区別できるように見られた。しかしながら、図１１から明らかなように、１回目のパルス中には、細かな振幅が確認され、気泡噴出に寄与するパルスを特定することは困難であった。

図１２は、比較例２～５において、それぞれ、気泡噴出口から１回目、５回目、１０回目の気泡が噴出した際の写真である。なお、比較例２～５においては、上記のとおり、比較電源から出力される電圧に振幅が見られ、気泡噴出に寄与するパルスが特定できないことから、実施例２～６とは異なり、噴出した気泡の回数の写真で比較した。例えば、比較例３では、５回目と１０回目の気泡の大きさは大きく異なり、また、比較例４では５回目より１０回目の気泡が小さく、更に、比較例２～５の順に印加する電圧は大きくなるものの、実施例２～４と異なり、気泡の大きさに比例関係は見られなかった。

以上の結果より、本開示の気泡噴出用電源装置を含む気泡噴出装置で気泡噴出方法を実施すると、従来の電源装置を用いた気泡噴出方法と比較して、噴出する気泡をより正確にコントロールできるという顕著な効果を確認した。

本明細書で開示する気泡噴出用電源装置を含む気泡噴出装置で気泡噴出方法を実施すると、従来の気泡噴出方法と比較して、噴出する気泡をより正確にコントロールできる。したがって、畜産・農林水産分野等、気泡により加工対象物を加工する分野において有用である。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ…気泡噴出デバイス、２…対向電極、３…気泡噴出用電源装置、４…電線、１１…気泡噴出口、１２…電極、１３…外殻部、１４…空隙、１５…基板、１６…通電部、３１…制御部、１３１…延伸部、Ｂ…気泡、Ｌ…溶液

Claims

導電体への気泡噴出方法（ただし、ヒトに対して気泡噴出方法が行われることを除く）であって、
該気泡噴出方法は、
気泡噴出デバイスおよび対向電極を導電体に接触する導電体接触工程、
気泡噴出用電源装置から前記気泡噴出デバイスおよび前記対向電極に電圧を印加する電圧印加工程、
前記気泡噴出デバイスの気泡噴出口から前記導電体に気泡を噴出する気泡噴出工程、
を含み、
前記気泡噴出工程は、一回の電圧の印加で、一つの気泡を噴出し、
前記気泡噴出用電源装置は、少なくとも印加するパルス状の電圧の回数を任意に設定できる、
気泡噴出方法。
前記気泡噴出用電源装置が、印加する電圧値、電圧の印加時間、および、電圧を印加しない電圧ｏｆｆ時間、の少なくとも１以上を任意に設定できる、
請求項１に記載の気泡噴出方法。
前記気泡噴出デバイスが、
導電材料で形成された電極と、
絶縁材料で形成され、前記電極の少なくとも先端部分の周囲の少なくとも一部を覆う外殻部と、
前記外殻部の一部であり、前記電極の先端部より延伸した部分である延伸部と、
前記延伸部の先端に形成された気泡噴出口と、
を含む、請求項１または２に記載の気泡噴出方法。
気泡噴出デバイス、および、気泡噴出用電源装置を含む気泡噴出装置であって、
前記気泡噴出デバイスは、
導電材料で形成された電極と、
絶縁材料で形成され、前記電極の少なくとも先端部分の周囲の少なくとも一部を覆う外殻部と、
前記外殻部の一部であり、前記電極の先端部より延伸した部分である延伸部と、
前記延伸部の先端に形成された気泡噴出口と、
を含み、
前記気泡噴出用電源装置は、少なくとも印加するパルス状の電圧の回数を任意に設定することができ、
前記電極への一回の電圧の印加で、前記気泡噴出口から一つの気泡を噴出する、
気泡噴出装置。
前記気泡噴出用電源装置が、印加する電圧値、電圧の印加時間、および、電圧を印加しない電圧ｏｆｆ時間、の少なくとも１以上を任意に設定できる、
請求項４に記載の気泡噴出装置。