JP7335595B2 - 多孔質体の改質方法および改質装置 - Google Patents

Description

本発明は、多孔質体を改質させる方法および装置に関する。

医療現場では、外傷や手術により骨欠損を負った患者に対し、骨移植による欠損部の修復を施すことがある。骨移植には自家骨移植、同種骨移植、人工骨移植等の手法がある。自家骨移植は患者自身の骨を採取して移植するものであるが、採取できる量に限りがあるだけでなく、採取に伴う合併症（採骨部痛や神経血管損傷等）を引き起こす可能性がある。同種骨移植は人工関節手術などで不要となった骨や、亡くなった人から提供された骨などを保存して使用するものであるが、他人の骨であるため患者に抵抗感をもたせやすい。また、未知の感染症伝播の原因となり得ることも否定できない。この点、人工骨移植は人工的に合成されたバイオマテリアルを移植するものであるため、量的制限や感染症のリスクがない。このため、近年その研究が進められている。

人工骨移植に用いるバイオマテリアルは、スキャフォールド（骨修復の足場）と呼ばれる。スキャフォールドとしては、ヒドロキシアパタイトやβリン酸三カルシウム（以下「β－ＴＣＰ」と表記する）等のバイオセラミックスからなる多孔質体が用いられる。スキャフォールドを多孔質体とすることで、移植後のスキャフォールドと新生骨細胞との反応を促進している（例えば特許文献１参照）。

国際公開第２０１７／２０９１３６号

しかしながら、一般に、人工骨移植後に新生骨がスキャフォールドを覆い安定化するまでには相当な時間を要する。スキャフォールドが疎水性の表面をもつため、血液が浸透し難く、骨細胞（骨芽細胞、破骨細胞）との親和性をとり難いためである。人工骨移植においてスキャフォールドを実用に供するものとするためには、これを改質して親水性を高めることはもちろん、その改質を迅速に行えることが必要となる。

なお、多孔質体の親水性を高める技術は、人工骨移植をはじめとする医療分野だけでなく、例えばヒートマネージメントのために多孔質体に熱伝導流体を流すなど、工業その他の分野にも求められることがある。さらに、多孔質体の改質という観点では親水性に限らず、例えば殺菌や滅菌性能の向上などその他の改質も求められ得る。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、多孔質体の改質を効率的に実現可能な方法および装置を提供することにある。

本発明のある態様は、多孔質体の改質方法である。この方法は、誘電体である連続多孔体の表面から裏面にわたりキャリアガスを浸透させる浸透工程と、連続多孔体の表面にプラズマを照射する照射工程と、を備える。

本発明の別の態様は、多孔質体の改質装置である。この装置は、誘電体である連続多孔体を収容可能であり、キャリアガスが満たされる処理室と、処理室にて連続多孔体を保持する保持面と、処理室に向けて延び、キャリアガスが満たされる伝搬路と、伝搬路に沿って設けられ、プラズマを発生させる電極と、を備える。

本発明のさらに別の態も多孔質体の改質装置である。この装置は、誘電体である連続多孔体が配置される処理空間と外部空間とを区画する仕切壁と、処理空間に設けられ、連続多孔体を保持する保持面と、外部空間において仕切壁に向けて延び、キャリアガスが満たされる伝搬路と、伝搬路に沿って設けられ、プラズマを発生させる電極と、を備える。仕切壁は誘電体からなる。

本発明によれば、多孔質体の改質を効率的に実現可能な方法および装置を提供できる。

実施形態におけるスキャフォールドの用途を概略的に表す図である。 実施形態にかかる改質装置を模式的に表す図である。 改質装置の使用状態を表す図である。 スキャフォールドと反応容器の外観を表す図である。 プラズマ弾丸の伝搬を検証する実験およびその結果を表す図である。 プラズマ弾丸の伝搬を検証する実験およびその結果を表す図である。 プラズマ弾丸の伝搬を検証する実験およびその結果を表す図である。 プラズマ弾丸の伝搬を検証する実験およびその結果を表す図である。 プラズマ弾丸の伝搬を検証する実験およびその結果を表す図である。 スキャフォールドの改質方法を模式的に表す図である。 本実施形態の効果を表す図である。 本実施形態の効果を表す図である。 変形例を模式的に表す図である。 変形例を模式的に表す図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施形態およびその変形例について、ほぼ同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。

図１は、実施形態におけるスキャフォールドの用途を概略的に表す図である。図１（Ａ）はスキャフォールドの外観を示し、図１（Ｂ）は骨再生過程を模式的に示す。
スキャフォールド１００は、本実施形態の改質方法により親水性が高められ、骨再生に利用される。図１（Ａ）に示すように、スキャフォールド１００は、多孔質体を表面から裏面にかけて空孔がつながるように成形した連続多孔体である。

この連続多孔体は誘電体であり、その素材としては、ヒドロキシアパタイト、β－ＴＣＰ、ポリ乳酸（以下「ＰＬＡ」と表記する）などを採用できる。ヒドロキシアパタイトは、骨が再生されるまで安定した強度が得られる点で好ましい。β－ＴＣＰは、ヒドロキシアパタイトと比較して機械的強度は小さいが、骨再生とともに分解されて体内に残り難い点で好ましい。ＰＬＡは生分解性プラスチックであり、骨との置換性に優れ、体内に残らない点で好ましい。スキャフォールド１００は、３Ｄプリンタ等により作製できる。本実施形態では、スキャフォールド１００の親水性を向上させるためにプラズマ照射による改質処理を行うが、その詳細については後述する。

骨再生においては、図１（Ｂ）左段に示すようにスキャフォールド１００を骨１０１の欠損部１０２に埋め込む。そうすると図１（Ｂ）中段に示すように、欠損部１０２の骨細胞が血液を介してスキャフォールド１００に浸透し、骨再生が促進される。スキャフォールド１００としてＰＬＡ等を用いた場合、図１（Ｂ）右段に示すように、成長した骨とスキャフォールド１００とが良好に置換され、骨再生が実現する。

本実施形態では、このような骨再生を実現するためのスキャフォールド１００の製造方法および装置、つまり多孔質体の改質方法および装置を提供する。以下、その詳細について具体的に説明する。

図２は、実施形態にかかる改質装置を模式的に表す図である。
改質装置１は、反応容器１０、プラズマ装置１２、ガス供給装置１４および制御部１６を備える。反応容器１０は、スキャフォールド１００を収容して改質処理を行うための容器である（図３参照）。反応容器１０は、有底円筒状のケース２０、円板状の蓋体２２および環状の支持部材２４を有する。これらはいずれもガラスからなる。

ケース２０の上端開口部は、蓋体２２により閉止される。ケース２０の上端には半径方向外向きに延びるフランジ部２８が設けられている。フランジ部２８の上面と蓋体２２の下面との間にシール部材としてのＯリング３０が介装される。蓋体２２と支持部材２４とをフランジ部２８を挟むようにして上下に突き合わせ、複数のボルト３２で締結することによりケース２０と蓋体２２とが固定される。

ケース２０の底部中央には開口部２６（円孔）が設けられ、その開口部２６を閉じるように仕切板３４が接合されている。仕切板３４は誘電体からなる円板状の薄板（本実施形態では厚み３ｍｍのガラス板）であり、ケース２０の底面に接着されている。蓋体２２の中央部には、ケース２０の内外を連通させる連通孔３３，３５が設けられ、それぞれ配管接続用のコネクタが設けられている。これらのコネクタの一方に入口ポート３６、他方に出口ポート３８が形成されている。入口ポート３６には、ガス供給装置１４の配管３７が接続される。出口ポート３８には、ガスの排出経路となる配管３９が接続される。

プラズマ装置１２は、キャリアガスの伝搬路を形成するガイド管４０、ガイド管４０に沿って設けられた第１電極４２，第２電極４４、および電源４６を有する。ガイド管４０は、ケース２０と同軸状に設けられたガラス管であり、その上端が仕切板３４に近接配置されている。ガイド管４０の下端には、ガス供給装置１４の配管４１が接続される。

第１電極４２および第２電極４４は、ガイド管４０の外周面に沿って配設され、ガイド管４０の軸線方向に互いに離間している。第１電極４２が高圧電極（ＨＶ）であり、第２電極４４がグランド電極（ＧＮＤ）である。各電極は誘電体により覆われ、電源４６に接続されている。電源４６は交流電源であり、両電極間に１０ｋＨｚ程度の低周波のパルス電圧（数ｋＶ）を印加し、誘電体バリア放電によりプラズマを発生させる。

ガス供給装置１４は、反応容器１０およびプラズマ装置１２のそれぞれにキャリアガスを供給する。キャリアガスはプラズマを伝搬させるガスであり、本実施形態ではヘリウムガス（Ｈｅ）が採用される。ガス供給装置１４は、ガスタンク５０，５２を有する。ガスタンク５０は配管３７に接続され、ガスタンク５２は配管４１に接続される。配管３７には制御弁５４が設けられ、配管４１には制御弁５６が設けられる。制御弁５４が開弁されると、反応容器１０へキャリアガスが供給される。制御弁５６が開弁されると、プラズマ装置１２へキャリアガスが供給される。配管３９には制御弁５８が設けられる。制御弁５８が開弁されると、反応容器１０からキャリアガスが排出される。

制御部１６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを有するマイクロコンピュータからなり、プラズマ装置１２の通電制御と、ガス供給装置１４の駆動制御（各制御弁の開閉制御）を行う。制御部１６には、図示しない入力装置が接続される。入力装置を介したユーザの操作入力に基づき、制御部１６は、各種制御を実行する。

図３は、改質装置の使用状態を表す図である。
本実施形態では、スキャフォールド１００の親水性を向上させる改質処理を行う。
まず、ケース２０にスキャフォールド１００を収容する。このとき、スキャフォールド１００を仕切板３４の上面（載置面６０）に載置するだけでよい。ケース２０の内部空間が「処理室（処理空間）」に相当し、載置面６０が「保持面」に相当する。

続いて、入口ポート３６からキャリアガスを導入してケース２０内に満たす。スキャフォールド１００が連続多孔体であるため、キャリアガスはその空孔を伝ってスキャフォールド１００の表面から裏面にわたり浸透する。入口ポート３６は「浸透用ガス供給部」として機能する。このとき、出口ポート３８から適度にキャリアガスを排出することでケース２０を新鮮なキャリアガスで満たし、スキャフォールド１００への浸透を促進する。キャリアガスは、その連続多孔体の全体に充填される。なお、ここでいう「全体」は、ほぼ全体（実質的に全体）を含む。

ケース２０にキャリアガスが満たされた後、ガイド管４０にキャリアガスを流すとともに第１電極４２にパルス電圧を印加してプラズマを発生させる。これにより、ガイド管４０からケース２０へ向けたプラズマジェットを生成できる。プラズマジェットは、発光を伴う局所的な放電領域がガイド管４０の上端（ノズル）から周期的に射出されてジェットにみえるものである。この局所放電領域は、その挙動が弾丸のようにみえることから「プラズマ弾丸（plasma bullets）」とも呼ばれる。このプラズマ弾丸の移動は、放電しやすいキャリアガスの流束中を電離現象が伝搬するというメカニズムである。

ガイド管４０は、その管路に沿ってキャリアガスを流す「伝搬用ガス供給部」として機能する。その管路の軸線上にケース２０の載置面６０がある。すなわち、ガイド管４０は、ケース２０の外部空間において仕切板３４に向けて延び、キャリアガスが満たされる伝搬路を有する。なお、本実施形態では、ガイド管４０の上端（ノズル）と仕切板３４との距離を１０ｍｍとしている。

プラズマ弾丸は、ガイド管４０の内部を伝搬路に沿って移動し、仕切板３４を透過してケース２０内に到る。それにより、スキャフォールド１００の表面（図３においては下面）にプラズマが照射される。プラズマ弾丸は、キャリアガスが満たされた空孔に沿ってスキャフォールド１００内を表面から裏面にわたって伝搬する。それにより、スキャフォールド１００全体の改質がなされる（詳細後述）。

次に、本実施形態で用いるスキャフォールド１００および改質装置１の有効性について、実験結果に基づいて説明する。
図４は、スキャフォールド１００と反応容器１０の外観を表す図である。図４（Ａ）はスキャフォールド１００を示し、図４（Ｂ）は反応容器１０およびその周辺を示す。

図４（Ａ）に示すように、ＰＬＡ樹脂を素材として３Ｄプリンタにてスキャフォールド１００を作製した。スキャフォールド１００の寸法は、直径１０ｍｍ、厚み３．１５ｍｍとし、空孔の直径を１６０～２５０μｍとした。改質装置１を作動させると、図４（Ｂ）に示すように、ガイド管４０にプラズマジェットが生成され、プラズマ弾丸が反応容器１０の内部に伝搬される。

図５～図９は、プラズマ弾丸の伝搬を検証する実験およびその結果を表す図である。図５は、プラズマ弾丸の透過を検証するための実験装置を示す。
本実験ではまず、プラズマ弾丸が仕切板１３４を透過しうることを検証した。実験装置では、仕切板１３４を境として一方の側にプラズマ装置１２を配置し、他方の側に伝搬領域６２を形成した。伝搬領域６２は、キャリアガスを流すことが可能なガラス管６４を含む。ガイド管４０とガラス管６４は、仕切板１３４を挟んで同軸状に対向配置される。

ガイド管４０のノズル先端と仕切板１３４との距離をｌ１、ガラス管６４のノズル先端と仕切板１３４との距離をｌ２とする。実験条件は次のとおりである。距離ｌ１，ｌ２をともに１０ｍｍとした。ガイド管４０およびガラス管６４の各内径は、いずれも３．８ｍｍである。仕切板１３４をガラス板とし、その厚みを１．３ｍｍとした。キャリアガスとしてヘリウムガス（Ｈｅ）を使用した。ガイド管４０におけるキャリアガスの流量を５ｌ／ｍｉｎとした。プラズマ装置１２により１０ｋＨｚで７ｋＶのパルス電圧を印加した。仕切板１３４の側方にカメラ１３６を設置し、プラズマジェットの様子を撮影した。カメラ１３６はＩＣＣＤ（Intensified CCD）カメラである。

図６は、ＩＣＣＤカメラによる撮影結果を表す図である。図６（Ａ）は、ガラス管６４にキャリアガスを流した場合を示す。キャリアガスの流量は、ガイド管４０と同様に５ｌ／ｍｉｎとした。図６（Ｂ）は、比較例として、ガラス管６４にキャリアガスを流さない場合を示す。

図６（Ａ）に示すように、ガラス管６４にキャリアガスを流した場合、ガイド管４０からのプラズマ弾丸が仕切板１３４を透過し、ガラス管６４のキャリアガス内を伝搬している。一方、図６（Ｂ）に示すように、ガラス管６４にキャリアガスを流さない場合、プラズマ弾丸は仕切板１３４を透過できない。本実験によれば、プラズマの伝搬路と仕切板１３４を挟んで反対側にキャリアガス雰囲気を形成することで、プラズマ弾丸が仕切板１３４を透過し、キャリアガス雰囲気内を伝搬できることが分かる。また、プラズマ弾丸は、ガラス管６４におけるキャリアガスの流れとは逆方向に伝搬している。すなわち、プラズマ弾丸がキャリアガスに流されるものではないことが分かる。

図７は、プラズマ弾丸の伝搬画像をコマ送りで表す図である。図７（Ａ）～（Ｉ）は、プラズマの伝搬過程を示す。各図の左上段には撮影開始からの時間（μｓ）が示されている。本図より、プラズマ弾丸が極短時間で仕切板１３４を透過する様子が確認できる。

本実験では、プラズマ弾丸の透過性に影響する因子として、仕切板１３４の材質および厚みについても考察を行った。仕切板１３４の素材をガラス（比誘電率：４）とした場合のプラズマの伝搬可否を表１に示す。

この実験結果より、プラズマ弾丸が透過できる条件として、単位面積あたりの静電容量が１．３×１０^－８Ｆ／ｍ^２以上となるように材質および厚みが設定される必要があると分かった。上記実験結果より、ガラス板については厚み２．７ｍｍで伝搬可、厚み４．８ｍｍで伝搬不可であったことから、その中間である３．７５ｍｍをプラズマ弾丸の伝搬を可能とする限界厚みとした。本実施形態の仕切板３４は、厚みが３ｍｍのガラス板であり、限界厚み以下の範囲に入っている。

なお、厚みを小さくすると、耐圧性が確保困難になる等の強度的な問題が生じる。このため、仕切板３４の厚みは、耐圧性を確保可能な下限厚み以上、限界厚み以下の範囲に設定する。以下、仕切板３４として採用しうる他の材質および厚みについて、静電容量が１．３×１０^－８Ｆ／ｍ^２以上となるよう計算した結果を表２に示す。

図８は、キャリアガス雰囲気とプラズマ伝搬方向との関係を表す図である。図８（Ａ）は、図５に示したものと同様、ガイド管４０とガラス管６４とを同軸状に配置した場合を示す。図８（Ｂ）は、ガイド管４０とガラス管６４との軸線を異ならせた場合（具体的には９０度の角度をなした場合）を示す。これらの図から、プラズマ弾丸はキャリアガスの流束に沿って伝搬することが分かる。

図９は、キャリアガス雰囲気とプラズマ伝搬態様との関係を表す図である。図９（Ａ）は、その関係を検証するための実験装置を示す。図９（Ｂ）は、カメラによる撮影結果を表す図である。
図９（Ａ）に示すように、本実験では、図５に示したガラス管６４に代えてガラス管６５を採用した。ガラス管６５は、先端に向けて内径が小さくなるテーパ状のノズルを有し、そのノズルの先端に中空ファイバ６７が設けられている。中空ファイバ６７の内径は３２０μｍである。

図９（Ｂ）に示すように、プラズマ弾丸は仕切板１３４を透過した後、キャリアガスの流束に沿って中空ファイバ６７の細い管内を通過し、ガラス管６５内に伝搬している。本実験によれば、キャリアガス雰囲気がある限り、プラズマ弾丸が小孔内を伝搬できることは分かる。これは、連続多孔体の空孔にキャリアガスを浸透させさえすれば、プラズマ弾丸を導いて改質が行えることを意味し、本実施形態の改質方法の有効性を裏付けるものとなっている。

次に、本実施形態における多孔質体の改質方法について説明する。
図１０は、スキャフォールド１００の改質方法を模式的に表す図である。図１０（Ａ）～（Ｄ）は改質過程（親水性向上のための処理過程）を示す。以下、図１０に基づき、図２を適宜参照しつつ説明する。

改質処理においては、まず、スキャフォールド１００をケース２０に収容する（図１０（Ａ））。続いて、ガス供給装置１４を駆動して制御弁５４を開弁し、ケース２０内にキャリアガスを導入する。このとき、制御弁５８も開弁させておくことで、ケース２０内の空気がキャリアガスに置換され、キャリアガスがスキャフォールド１００に徐々に浸透する（浸透工程：図１０（Ｂ））。

キャリアガスがスキャフォールド１００の全体に充填されると（図１０（Ｃ））、制御弁５６を開弁してガイド管４０にキャリアガスを供給する。また、プラズマ装置１２を駆動してプラズマジェットを生成する（図１０（Ｄ））。このとき、図中矢印で示すように、プラズマ弾丸がキャリアガスの流束に沿って伝搬し、仕切板３４を透過してケース２０内に導かれる。それにより、スキャフォールド１００の表面にプラズマが照射される（照射工程）。

このとき、スキャフォールド１００の表面に到達したプラズマ弾丸は、スキャフォールド１００の空孔に充填したキャリアガスに沿って導かれ、スキャフォールド１００の表面から裏面にかけて伝搬する。プラズマ弾丸は、スキャフォールド１００の多数の空孔の入口から侵入し、その連続多孔体の内部を通過して出口へと到る。その間、スキャフォールド１００の内部をも全体的に改質する。すなわち、プラズマ照射によりスキャフォールド１００全体の親水性を高めることができる。

なお、本実施形態では図１０（Ｄ）に示すように、プラズマの照射中もキャリアガスをケース２０に導入し続けるが、変形例においては、キャリアガスがスキャフォールド１００に充填された後にキャリアガスの供給および排出を停止してもよい。ただし、改質時に生じた反応物によりケース２０内の雰囲気が汚染される可能性もあるため、本実施形態のようにキャリアガスを供給し続けるのが好ましい。

図１１および図１２は、本実施形態の効果を表す図である。図１１は、本実施形態の改質処理を行ったスキャフォールド１００に対し、水滴を滴下した様子を示す。なお、プラズマの照射時間は５分とした。図１２は、比較例として、プラズマ照射をしなかったスキャフォールド１００に対して水滴を滴下した様子を示す。

図１１に示すように、本実施形態によれば、わずか０．８秒程度で水滴がスキャフォールド１００の内部に浸み込んだ。一方、比較例においては、滴下後２０分を経過しても、スキャフォールド１００の表面に水滴が残ったままであった。これらの結果により、本実施形態による改質の効果（親水性の向上）を検証できた。本実施形態のスキャフォールド１００を人工骨移植に用いることにより、その安定化までの時間を短縮できるようになると推察される。

以上説明したように、本実施形態では、スキャフォールド１００を連続多孔体とすることで、その表面から裏面にわたりキャリアガスを浸透させる。そして、キャリアガスを充填させたスキャフォールド１００にプラズマを照射する。スキャフォールド１００が多孔質誘電体であるため、キャリアガスにより形成された伝搬路に沿ってプラズマ弾丸がその内部全体に効率よく導かれる。それにより、スキャフォールド１００の改質（親水性向上）を促進できる。

特に、スキャフォールド１００をケース２０内に載置するだけでよいため、作業性が極めて高い。スキャフォールド１００を固定する必要がないため、その大きさや形状に制約が少ないといったメリットもある。スキャフォールド１００の保持具が不要となり、装置を簡素に実現できる。また、ケース２０により処理室を取り囲む構成としたため、キャリアガスをスキャフォールド１００の空孔に効率良く送り込み、その浸透を促進できる。キャリアガスが大気に拡散することを抑制できるため、ヘリウム（Ｈｅ）等の比較的高価なガスを使用する場合のコスト抑制にもつながる。

また、ケース２０に対してキャリアガスを給排する構成としたため、キャリアガスの浸透工程を大気圧下で行うことができる。すなわち、いわゆる減圧プラズマを採用する場合のようにケース２０内を減圧するための装置が不要であり、改質装置を比較的低コストに実現しやすいといったメリットもある。

プラズマ弾丸が伝搬するためには、伝搬させるべき空間に、放電が伝搬しやすいキャリアガスがある程度以上の純度で満たされている必要がある。しかし、周囲にガスの逃げ場があるような環境下でスキャフォールドに単純にキャリアガスを吹きつけただけでは、その大半はスキャフォールドの表面を伝って外側に流れてしまう。つまり、小さな空孔（細い流路）で構成されたスキャフォールド内をキャリアガスが通過するのは困難である。

すなわち、スキャフォールドの内部全体にキャリアガスが満たされていない状態でプラズマを照射しても、プラズマ弾丸は、キャリアガスの純度が比較的高いスキャフォールドの表面近傍だけを伝搬し、それより深い部分については伝搬が起こらない。このため、親水化処理も実現できない。この点、上記実施形態によれば、ケース内にスキャフォールドを収容し、その処理室においてキャリアガスの純度を十分に高く維持できる。その結果、プラズマによる改質処理を促進できる。

以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発明はその特定の実施例に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能であることはいうまでもない。

上記実施形態では、スキャフォールド１００に供給されるキャリアガスと、プラズマを照射方向に伝搬するキャリアガスとが、ケース２０（仕切板３４）により空間的に分離される構成を例示した。変形例においては、これらを分離しない構成としてもよい。図１３は、そのような変形例を模式的に表す図である。図１３（Ａ）～（Ｄ）は、第１～第４変形例を示す。

第１変形例では、ケース１２０とガイド管４０とが一体に構成されている（図１３（Ａ））。ケース１２０内の処理室と、ガイド管４０内の伝搬路とが連通している。ガイド管４０の下端に入口ポート３６が設けられ、ケース１２０の上端に出口ポート３８が設けられている。ケース１２０とガイド管４０との境界に環状の載置面６０が形成される。ガイド管４０の管路の軸線上にスキャフォールド１００が配置されることとなる。

本変形例によれば、処理室と伝搬路でキャリアガスを共用できる。このため、ガス供給装置の配管や制御弁の数を少なくできるなど、改質装置を簡素に構成できる。また、ガイド管４０を流れるキャリアガスを有効活用でき、コスト抑制につながる。ただし、載置面６０が環状となることで、スキャフォールド１００が小さすぎると載置できなくなる可能性がある。その点で、上記実施形態のほうが取り扱いは容易である。

第２変形例は、第１変形例の構成においてケース１２０の内方に載置台１２２を設けたものである（図１３（Ｂ））。載置台１２２は、複数本の支柱１２１と、その支柱１２１に固定された平板状の台１２３を有する。台１２３の上面が載置面６０となる。このような構成により、スキャフォールド１００が小さくても、ガイド管４０に落下することを防止でき、取り扱いが容易となる。

第３変形例は、管状のケース１３０を有する（図１３（Ｃ））。ケース１３０の下部はテーパ状に拡径されている。一方、ガイド管１４０の上部もテーパ状に拡径されている。ケース１３０とガイド管１４０とが互いの拡径部において軸線方向に組み付けられ、両者間に処理室が形成される。ガイド管１４０の拡径部に載置台１２５が設けられている。載置台１２５の台１２７は下方に凸の湾曲形状を有し、スキャフォールド１００と載置面６０との間に隙間を形成し易い。ケース１３０の管路断面は、ガイド管１４０の管路断面よりも小さくされている。ガイド管１４０下端に入口ポート３６が設けられ、ケース１３０の上端に出口ポート３８が設けられている。

本変形例によれば、２つの管路によりキャリアガス雰囲気を形成できる。ケース１３０の管路断面をガイド管１４０のそれよりも小さくすることでキャリアガスに流動抵抗を与え、キャリアガス雰囲気の圧力を適度に高めることができる。それにより、スキャフォールド１００へのキャリアガスの浸透を促進できる。

第４変形例は、管状のケース１３２を有し、その上端に入口ポート３６が設けられ、側部に出口ポート３８が設けられている（図１３（Ｄ））。ケース１３２の管路断面は、ガイド管１４０の管路断面とほぼ等しい。本変形例では、ケース１３２およびガイド管１４０の双方からキャリアガスが導入される。このように、スキャフォールド１００に対して複数の方向からキャリアガスを供給してもよい。処理室のキャリアガスは、出口ポート３８から排出される。

上記実施形態では、図１０（Ｄ）に示したように、プラズマの照射工程において、ケース２０およびガイド管４０の双方にキャリアガスを流し続ける例を示した。変形例においては、ケース２０およびガイド管４０の双方にキャリアガスを充填させた後、少なくとも一方についてキャリアガスの供給を止めてもよい。図１４は、そのような変形例を模式的に表す図である。図１４（Ａ）～（Ｄ）は、第５～第８変形例を示す。

第５変形例では、ケース２０とガイド管２４０とを一体に組み付け、ガイド管２４０の上端をケース２０の下端によって閉止する（図１４（Ａ））。ガイド管２４０の下端にはキャリアガスの注入口２３６が設けられるが、ガイド管２４０内にキャリアガスが充填された後に栓体２３８により閉じられる。このような構成としたのは以下の理由による。すなわち、図５～図８に示したように、プラズマ弾丸は、キャリアガスの流れの方向とは無関係に伝搬する。このことは、プラズマ弾丸の伝搬が、キャリアガスの流れとは関係なく、キャリアガスが存在すれば足りることを意味する。そこで本変形例では、ガイド管２４０にキャリアガスを充填させるだけで連続的な供給は行わないこととした。それにより、キャリアガスを節約できる。

第６変形例では、ケース２０内とガイド管２４２内とを連通させている（図１４（Ｂ））。このため、ケース２０にキャリアガスを供給すると、ガイド管２４２にも満たされる。このような構成としても、キャリアガスを節約できる。

第７変形例は、第５変形例と同様の構成を有するが、ケース２０にキャリアガスが充填された後に入口ポート３６および出口ポート３８を栓体２３８で閉じ、キャリアガスの供給を止める（図１４（Ｃ）。なお、ケース２０にスキャフォールド１００を配置した後に真空引きを行い、その後にキャリアガスを注入してもよい。このような構成により、キャリアガスをさらに節約できる。

第８変形例は、第６変形例と同様の構成を有するが、ケース２０の内方に載置台１２２が設けられる（図１４（Ｄ））。ケース２０にキャリアガスが充填された後に入口ポート３６および出口ポート３８を閉じ、キャリアガスの供給が止められる。このような構成により、第７変形例と同様にキャリアガスを節約できる。

ただし、プラズマによるスキャフォールド１００の改質過程でケース２０内に汚染物質が生じる可能性も否定できない。改質処理を良好に進めるためには、ケース２０に継続的にキャリアガスを供給し、処理室を新鮮なキャリアガスで置換するのが好ましい。

上記実施形態では、プラズマによる連続多孔体の改質効果として「親水化」を例示したが、例えば滅菌や殺菌その他の効果を得ることもできる。つまり、連続多孔体の用途に応じて「改質」の意味内容が異なってもよいことは言うまでもない。

上記実施形態では、連続多孔体（多孔質誘電体）の材質として、生分解性ポリマーとして代表的なポリ乳酸（ＰＬＡ）を例示した。これ以外にも、疎水基（代表的なものはメチル基）を表面に有する物質で誘電体（高分子やセラミックス）であれば採用しうる。

例えば、他の生分解性ポリマーとして、ポリグリコリック酸（ＰＧＡ），ポリカプロラクトン（ＰＣＬ），ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ），ポリ（ラクチド－ｃｏ－グリコリド）共重合体（ＰＬＧＡ），ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ），ポリヒドロキシ酪酸（ＰＨＢ），ポリ３－ヒドロキシ吉草酸（ＰＨＶ）なども採用できる。

あるいは、典型的な無機系材料として、ヒドロキシアパタイト（ＨＡ）やβ－リン酸三カルシウム（β－ＴＣＰ）を採用できる。また、疎水性のリン酸基を持つ化合物として、無水リン酸水素カルシウム（ＤＣＰ ｏｒ ＤＣＰＡ），リン酸二カルシウム二水和物（ＤＣＰ２ ｏｒ ＤＣＰＤ），ピロリン酸カルシウム（ＣＰＰ），α－リン酸三カルシウム（α－ＴＣＰ），リン酸四カルシウム（ＴｅＣＰ），リン酸オクタカルシウム（ＯＣＰ），非晶質リン酸カルシウム（ＡＣＰ）などを採用してもよい。

上記実施形態では、キャリアガスとしてヘリウムを採用したが、アルゴン、ネオン、キセノンその他の希ガスを採用してもよいし、窒素その他のガスを採用してもよい。あるいは、一種類のガスとせず、複数種類のガスを混合したキャリアガスとしてもよい。例えば、ヘリウムと酸素との混合ガスをキャリアガスとしてもよい。混合ガスを採用する場合、プラズマ弾丸中で生成される酸素や窒素などの活性種は、親水化を促進するだけでなく、滅菌を促進する効果も期待できる。

上記実施形態では、骨再生用スキャフォールドを例示したが、改質対象となる連続多孔体の用途はこれに限られない。例えばヒートマネージメントを向上させるための部品として多孔質体を採用する場合、これを連続多孔体として作成し、上記実施形態や変形例で示した改質処理（親水化処理）を施してもよい。

上記実施形態では、ケース２０内にスキャフォールド１００を載置するだけの構成としたが、さらにスキャフォールド１００が載置面６０（保持面）に対して動かないよう支持する支持部を設けてもよい。取扱いの容易性からは、上記実施形態のように載置するだけの構成（非固定状態）が好ましい。

上記実施形態では、ケース２０の底面に仕切板３４を取り付け、仕切板３４の上面を載置面６０とする構成を例示した。変形例においては、載置面（保持面）をケースと一体成形してもよい。ケースそのものの厚みを上記限界厚み以下に設定してもよいし、ケースにおいて、少なくともプラズマを透過させる部分において、単位面積あたりの静電容量が１．３×１０^－８Ｆ／ｍ^２以上となるように材質および厚みが設定されていればよい。

なお、本発明は上記実施例や変形例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。上記実施例や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施例や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。

１ 改質装置、１０ 反応容器、１２ プラズマ装置、１４ ガス供給装置、１６ 制御部、２０ ケース、２２ 蓋体、２６ 開口部、３４ 仕切板、３６ 入口ポート、３８ 出口ポート、４０ ガイド管、４２ 第１電極、４４ 第２電極、４６ 電源、５４ 制御弁、５６ 制御弁、５８ 制御弁、６０ 載置面、６２ 伝搬領域、６４ ガラス管、６５ ガラス管、６７ 中空ファイバ、１００ スキャフォールド、１０１ 骨、１０２ 欠損部、１２０ ケース、１２２ 載置台、１２５ 載置台、１３０ ケース、１３２ ケース、１３４ 仕切板、１４０ ガイド管、２３６ 注入口、２４０ ガイド管、２４２ ガイド管。

Claims (11)

1. 誘電体である連続多孔体の表面から裏面にわたりキャリアガスを浸透させる浸透工程と、
   前記連続多孔体の表面にプラズマを照射する照射工程と、
   を備え、
   前記浸透工程は、前記連続多孔体をキャリアガスの雰囲気に配置してなされ、
   前記浸透工程において前記連続多孔体に供給されるキャリアガスと、前記照射工程においてプラズマを照射方向に伝搬するキャリアガスとが、空間的に分離されることを特徴とする多孔質体の改質方法。
2. 前記浸透工程は、前記連続多孔体の全体にキャリアガスを充填させることを特徴とする請求項１に記載の多孔質体の改質方法。
3. 前記浸透工程が大気圧下でなされることを特徴とする請求項１又は２に記載の多孔質体の改質方法。
4. 前記連続多孔体が骨再生用スキャフォールドであることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の多孔質体の改質方法。
5. 誘電体である連続多孔体を収容可能であり、キャリアガスが満たされる処理室と、
   前記処理室にて前記連続多孔体を保持する保持面と、
   前記処理室の前記保持面に向けて延び、キャリアガスが満たされる伝搬路と、
   前記伝搬路に沿って設けられ、プラズマを発生させる電極と、
   を備え、
   前記伝搬路に沿って前記保持面に向けてプラズマを照射するよう前記電極が配置され、
   前記処理室に満たされるキャリアガスと、前記伝搬路に満たされるキャリアガスとが、空間的に分離されることを特徴とする多孔質体の改質装置。
6. 前記処理室を形成し、キャリアガスの雰囲気が内部に形成される容器を備え、
   前記容器の底面が前記保持面として前記連続多孔体を非固定状態で載置させる載置面であることを特徴とする請求項５に記載の多孔質体の改質装置。
7. 前記容器にキャリアガスの入口および出口が設けられ、
   前記容器の入口はキャリアガスを供給可能な浸透用ガス供給部を備えることを特徴とする請求項６に記載の多孔質体の改質装置。
8. 前記伝搬路が管路であり、
   前記管路に沿ってキャリアガスを流すことが可能な伝搬用ガス供給部を備えることを特徴とする請求項６又は７に記載の多孔質体の改質装置。
9. 前記管路の軸線上に前記容器の前記載置面があることを特徴とする請求項８に記載の多孔質体の改質装置。
10. 誘電体である連続多孔体が配置される処理空間と外部空間とを区画する仕切壁と、
    前記処理空間に設けられ、前記連続多孔体を保持する保持面と、
    前記外部空間において前記仕切壁に向けて延び、キャリアガスが満たされる伝搬路と、
    前記伝搬路に沿って設けられ、プラズマを発生させる電極と、
    を備え、
    前記伝搬路に沿って前記保持面に向けてプラズマを照射するよう前記電極が配置され、
    前記仕切壁が誘電体からなり、
    前記処理空間が前記仕切壁により前記外部空間と空間的に分離され、前記処理空間にキャリアガスが満たされることを特徴とする多孔質体の改質装置。
11. 前記仕切壁は、プラズマを透過させる部分において、単位面積あたりの静電容量が１．３×１０^－８Ｆ／ｍ^２以上となるように材質および厚みが設定されていることを特徴とする請求項１０に記載の多孔質体の改質装置。

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