JP7386308B1

JP7386308B1 - プラズマ照射装置及びプラズマ照射方法

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Publication number: JP7386308B1
Application number: JP2022174013A
Authority: JP
Inventors: 吉博中埜
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2022-10-31
Filing date: 2022-10-31
Publication date: 2023-11-24
Anticipated expiration: 2042-10-31
Also published as: JP2024065259A; WO2024095501A1

Abstract

【課題】タンパク質を含んだ溶液にプラズマを照射し、タンパク質の凝集膜を良好に形成する。【解決手段】プラズマ照射装置２において、ガス流路３０は、放出口３４に向かってガスを流すように構成され、所定方向一方側にガスを放出する流路として構成される。放電部４０は、第１電極４２及び第２電極４４を備え、ガス流路３０内でプラズマ放電を発生させる。電源部６は、第１電極４２と第２電極４４との間に周期的に変化する電圧を印加する。プラズマ照射装置２は、放出口３４の後端を通り且つ上記所定方向と直交する方向の仮想平面において、放出口３４の開口領域全体に対するプラズマの可視光領域の割合を、０％より大きく５０％以下の割合とし、開口領域におけるガスの平均ガス流速を４０ｍｍ／ｓ以下とする。【選択図】図１

Description

本開示はプラズマ照射装置及びプラズマ照射方法に関するものである。

特許文献１には、タンパク質水溶液の処理方法が開示されている。特許文献１で開示される処理方法では、水系溶媒にタンパク質が混合されてタンパク質水溶液が作成され、このタンパク質水溶液に対してプラズマ発生装置で発生したプラズマが照射されることでタンパク質膜が製造される。

特開２０１５－２１８２４５号公報

特許文献１に開示される技術を含め、プラズマ照射装置を用いてタンパク質の凝集膜を形成しようとする従来技術には、どの程度の速度でガスを供給すべきかをという点について具体的に踏み込んだ知見がない。

そこで、本願の発明者は、タンパク質の凝集膜を良好に形成するために、ガスの供給速度をどの程度にすべきかという点に着目した。更に、本願の発明者は、ガスの適正な供給速度を検討する過程で、ガスの供給速度を調整することに起因して新たな問題が生じるかという点も検討した。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、タンパク質を含んだ溶液にプラズマを照射し、タンパク質の凝集膜を良好に形成することを目的とする。

本開示の一態様のプラズマ照射装置は、
ガスの放出口を備え、前記放出口に向かって前記ガスを流すとともに前記放出口から所定方向一方側に前記ガスを放出する流路であるガス流路と、
誘電体層と前記誘電体層を介して互いに対向して配置される第１電極及び第２電極とを備えるとともに前記ガス流路内でプラズマ放電を発生させる放電部と、
前記第１電極と前記第２電極との間に周期的に変化する電圧を印加する電源部と、
を有し、
前記放電部が発生させたプラズマを前記放出口から放出し、タンパク質を含んだ溶液に照射するプラズマ照射装置であって、
前記放出口の後端を通り且つ前記所定方向と直交する方向の仮想平面において、前記放出口の開口領域全体に対する前記プラズマの可視光領域の割合を、０％より大きく５０％以下の割合とし、
前記開口領域における前記ガスの平均ガス流速を４０ｍｍ／ｓ以下となるように調整する流量制御部を備える。

本開示の一態様のプラズマ照射方法は、
ガスの放出口を備え、前記放出口に向かって前記ガスを流すとともに前記放出口から所定方向一方側に前記ガスを放出する流路であるガス流路と、誘電体層と前記誘電体層を介して互いに対向して配置される第１電極及び第２電極とを備えるとともに前記ガス流路内でプラズマ放電を発生させる放電部と、前記第１電極と前記第２電極との間に周期的に変化する電圧を印加する電源部と、を有するプラズマ照射装置を用い、
前記放電部が発生させたプラズマを前記放出口から放出し、タンパク質を含んだ溶液に照射するプラズマ照射方法であって、
前記放出口の後端を通り且つ前記所定方向と直交する方向の仮想平面において、前記放出口の開口領域全体に対する前記プラズマの可視光領域の割合を、０％より大きく５０％以下の割合とし、
前記開口領域における前記ガスの平均ガス流速を４０ｍｍ／ｓ以下とする。

本開示に係る技術は、タンパク質を含んだ溶液にプラズマを照射し、タンパク質の凝集膜を、より良好に形成することができる。

図１は、第１実施形態に係るプラズマ照射装置が概略的に例示される概略図である。図２は、第１実施形態に係るプラズマ照射装置の本体部が概念的に例示される斜視図である。図３は、図２で例示された本体部が三分割して示される分解斜視図である。図４は、図２で例示された本体部が第３方向（幅方向）中心位置にて第３方向と直交する方向に切断された切断面の断面概略図である。図５は、図２で例示された本体部が第１方向中心位置にて第１方向と直交する方向に切断された切断面の断面概略図である。図６は、図２で例示された本体部が第２方向（厚さ方向）中心位置にて第２方向と直交する方向に切断された切断面の断面概略図である。図７は、第１実施形態に係るプラズマ照射装置の電気的構成を例示する回路図である。図８は、基準仮想平面での放出口の内縁とプラズマフレアの可視光領域との関係を説明する説明図である。図９は、実証実験における各実験例についての条件及び結果を示す表である。

以下の［１］～［１４］には、実施形態の一例が列挙される。

［１］ガスの放出口を備え、前記放出口に向かって前記ガスを流すとともに前記放出口から所定方向一方側に前記ガスを放出する流路であるガス流路と、
誘電体層と前記誘電体層を介して互いに対向して配置される第１電極及び第２電極とを備えるとともに前記ガス流路内でプラズマ放電を発生させる放電部と、
前記第１電極と前記第２電極との間に周期的に変化する電圧を印加する電源部と、
を有し、
前記放電部が発生させたプラズマを前記放出口から放出し、タンパク質を含んだ溶液に照射するプラズマ照射装置であって、
前記放出口の後端を通り且つ前記所定方向と直交する方向の仮想平面において、前記放出口の開口領域全体に対する前記プラズマの可視光領域の割合を、０％より大きく５０％以下の割合とし、
前記開口領域における前記ガスの平均ガス流速を４０ｍｍ／ｓ以下となるように調整する流量制御部を備える、
プラズマ照射装置。

上記［１］のプラズマ照射装置は、開口領域におけるガスの平均ガス流速を４０ｍｍ／ｓ以下に抑えることができるため、溶液に達する際のガス流速が大きいことに起因して溶液表面で凹み生じることを抑制することができる。ゆえに、このプラズマ照射装置は、溶液表面で凹みが生じることによって凝集膜の形成が阻害されることを抑えることができる。一方、ガス流速を抑えると、大気の混ざり込みに起因するペニング効果が起こりやすいため、プラズマフレアがエネルギーを失いやすくなるという懸念があるが、放出口の開口領域全体に対するプラズマの可視光領域の割合が０％より大きく５０％以下の割合とされるため、プラズマフレアの減衰を抑えるように収束させることができる。よって、上記のプラズマ照射装置は、溶液表面で凹みが生じること抑えつつ、プラズマフレアの減衰を抑えることができ、タンパク質の凝集膜をより良好に形成することができる。

［２］前記開口領域における前記可視光領域のイオン電流密度を９．０×１０^－３Ａ／ｍ^２以上とする
［１］に記載のプラズマ照射装置。

上記［２］のプラズマ照射装置は、開口領域における可視光領域のイオン電流密度を９．０×１０^－３Ａ／ｍ^２以上とすることにより、プラズマフレアの減衰をより一層抑えることができ、タンパク質の凝集膜を、より一層良好に形成することができる。

［３］前記プラズマの照射に応じて前記溶液から前記溶液外に流れる漏れ電流の実効値を１．２ｍＡよりも大きくする
［１］又は［２］に記載のプラズマ照射装置。

上記［３］のプラズマ照射装置は、漏れ電流の実効値を１．２ｍＡよりも大きくすることにより、タンパク質の凝集膜を、さらに良好に形成することができる。

［４］前記ガスは、希ガスである
［１］から［３］のいずれか一つに記載のプラズマ照射装置。

上記［４］のプラズマ照射装置は、希ガスの利用により、効率よく電離を促すことができるようになり、プラズマの照射を好適に行うことができる。

［５］前記ガスは、ヘリウムガスである
［４］に記載のプラズマ照射装置。

上記［５］のプラズマ照射装置は、ヘリウムガスの利用により、さらに効率よく電離を促すことができるようになり、プラズマの照射をより好適に行うことができる。

［６］前記放電部は、前記第１電極又は前記第２電極の一方が直接又は他部材を介して前記ガス流路内の空間に面し、前記第１電極と前記第２電極との間に前記電圧を印加することに応じて前記ガス流路内で沿面放電を発生させる
［１］から［５］のいずれか一つに記載のプラズマ照射装置。

上記［６］のプラズマ照射装置は、放電部が沿面放電を発生させる構成であるため、より低い印加電圧で、より効率的にプラズマを照射することができる。

［７］前記プラズマの照射に応じて前記溶液から前記溶液外に流れる漏れ電流の値を検出する電流検出部を備え、
前記制御部は、前記電流検出部によって検出される前記漏れ電流の値に基づいて前記漏れ電流の実効値を１．２ｍＡよりも大きく維持する制御を行う
［１］から［６］のいずれか一つに記載のプラズマ照射装置。

上記［７］のプラズマ照射装置は、検出される漏れ電流の値に基づいて、漏れ電流の実効値を１．２ｍＡよりも大きく維持する制御を安定的に行いやすい。

［８］ガスの放出口を備え、前記放出口に向かって前記ガスを流すとともに前記放出口から所定方向一方側に前記ガスを放出する流路であるガス流路と、誘電体層と前記誘電体層を介して互いに対向して配置される第１電極及び第２電極とを備えるとともに前記ガス流路内でプラズマ放電を発生させる放電部と、前記第１電極と前記第２電極との間に周期的に変化する電圧を印加する電源部と、を有するプラズマ照射装置を用い、
前記放電部が発生させたプラズマを前記放出口から放出し、タンパク質を含んだ溶液に照射するプラズマ照射方法であって、
前記放出口の後端を通り且つ前記所定方向と直交する方向の仮想平面において、前記放出口の開口領域全体に対する前記プラズマの可視光領域の割合を、０％より大きく５０％以下の割合とし、
前記開口領域における前記ガスの平均ガス流速を４０ｍｍ／ｓ以下とする
プラズマ照射方法。

上記［８］のプラズマ照射方法は、開口領域におけるガスの平均ガス流速を４０ｍｍ／ｓ以下に抑えることができるため、溶液に達する際のガス流速が大きいことに起因して溶液表面で凹み生じることを抑制することができる。ゆえに、このプラズマ照射方法は、溶液表面で凹みが生じることによって凝集膜の形成が阻害されることを抑えることができる。一方、ガス流速を抑えると、大気の混ざり込みに起因するペニング効果が起こりやすいため、プラズマフレアがエネルギーを失いやすくなるという懸念があるが、放出口の開口領域全体に対するプラズマの可視光領域の割合が０％より大きく５０％以下の割合とされるため、プラズマフレアの減衰を抑えるように収束させることができる。よって、上記のプラズマ照射方法は、溶液表面で凹みが生じること抑えつつ、プラズマフレアの減衰を抑えることができ、タンパク質の凝集膜をより良好に形成することができる。

［９］前記開口領域における前記可視光領域のイオン電流密度を９．０×１０^－３Ａ／ｍ^２以上とする
［８］に記載のプラズマ照射方法。

上記［９］のプラズマ照射方法は、開口領域における可視光領域のイオン電流密度を９．０×１０^－３Ａ／ｍ^２以上とすることにより、プラズマフレアの減衰をより一層抑えることができ、タンパク質の凝集膜を、より一層良好に形成することができる。

［１０］前記プラズマの照射に応じて前記溶液から前記溶液外に流れる漏れ電流の実効値を１．２ｍＡよりも大きくする
［８］又は［９］に記載のプラズマ照射方法。

上記［１０］のプラズマ照射方法は、漏れ電流の実効値を１．２ｍＡよりも大きくすることにより、タンパク質の凝集膜を、さらに良好に形成することができる。

［１１］前記ガスは、希ガスである
［８］から［１１］のいずれか一つに記載のプラズマ照射方法。

上記［１１］のプラズマ照射方法は、希ガスの利用により、効率よく電離を促すことができるようになり、プラズマの照射を好適に行うことができる。

［１２］前記ガスは、ヘリウムガスである
［１１］に記載のプラズマ照射方法。

上記［１２］のプラズマ照射方法は、ヘリウムガスの利用により、さらに効率よく電離を促すことができるようになり、プラズマの照射をより好適に行うことができる。

［１３］前記放電部は、前記第１電極又は前記第２電極の一方が直接又は他部材を介して前記ガス流路内の空間に面し、前記第１電極と前記第２電極との間に前記電圧を印加することに応じて前記ガス流路内で沿面放電を発生させる
［８］から［１２］のいずれか一つに記載のプラズマ照射方法。

上記［１３］のプラズマ照射方法は、放電部が沿面放電を発生させる構成であるため、より低い印加電圧で、より効率的にプラズマを照射することができる。

［１４］前記プラズマ照射装置が、前記プラズマの照射に応じて前記溶液から前記溶液外に流れる漏れ電流の値を検出する電流検出部を備え、
前記制御部が、前記電流検出部によって検出される前記漏れ電流の値に基づいて前記漏れ電流の実効値を１．２ｍＡよりも大きく維持する制御を行う
［８］から［１３］のいずれか一つに記載のプラズマ照射方法。

上記［１４］のプラズマ照射方法は、検出される漏れ電流の値に基づいて、漏れ電流の実効値を１．２ｍＡよりも大きく維持する制御を安定的に行いやすい。

＜第１実施形態＞
１．プラズマ照射装置２の構成
第１実施形態に係るプラズマ照射装置２は、図１のような構成をなす。図１に示されるプラズマ照射装置２は、例えば、タンパク質を含んだ溶液９０を照射対象としてプラズマを照射する装置として機能し得る。タンパク質を含んだ溶液９０は、例えば、血液に含まれるタンパク質（血液タンパク質）を含んだ溶液である。「血液タンパク質を含んだ溶液」は、例えば、血漿、赤血球、白血球、血小板などの成分（血液の成分）を含む血液であってもよい。但し、この場合、溶液には、白血球、血小板などの一部の成分が含まれていなくてもよい。上記「血液タンパク質」は、水に溶解しやすい血液中に多く存在するたんぱく質を指しており、アルブミン、ヘモグロビンなどの負に帯電したタンパク質や、イムノグロブリンなどの正に帯電したタンパク質を指す。図１の例では、プラズマの照射対象である溶液９０は、容器８０に収容された溶液であるが、容器に収容されていない溶液であってもよく、例えば、動物や人体などの表面や内部に存在する「血液タンパク質を含んだ溶液」（例えば、血液）であってもよい。いずれの場合でも、プラズマ照射装置２がプラズマを照射する溶液の状態は、液体状、ゼリー状、ゲル状、ゾル状のいずれであってもよく、これらの２種以上の状態のものが含まれていてもよい。つまり、本明細書において「溶液」は、液体、ゲル、ゾルのいずれも含む概念である。

プラズマ照射装置２は、主に、照射ユニット３、ガス供給部７、制御部７０、電源部９、などを備える。

ガス供給部７は、ヘリウムガスやアルゴンガスなどの不活性ガス（以下、単にガスともいう）を供給する装置であり、例えば、照射ユニット３とガス供給部７との間に介在する上流流路７Ａ（図４）を介して後述するガス流路３０に不活性ガスを供給する。ガス供給部７は、例えばボンベ等から供給される高圧ガスを減圧するレギュレータと、流量制御を行う流量制御装置とを含み、この流量制御装置は、ガス流路３０を流れるガスの流量を制御し得る。図１では、上記上流流路７Ａ、上記レギュレータ、及び上記流量制御装置の具体的構成の図示が省略されている。ガス供給部７は、流量制御部の一例に相当する。

電源部９は、周期的な電圧を発生させ、照射ユニット３に設けられた後述の２つの電極間に電圧を印加する装置である。電源部９は、主に制御部７０と電源回路６２とを備える。電源回路６２は、高周波数の電圧を発生させて導電部間に印加し得る回路であればよく、公知の様々な電源回路が採用され得る。制御部７０は、電源回路６２を制御し得る装置であればよく、例えば、マイクロコンピュータなどの情報処理装置を有する制御装置によって構成されている。図１の例では、電源部９の全体が、照射ユニット３の外部に設けられている。しかし、電源部９の一部又は全部が、照射ユニット３に設けられていてもよい。電源部９の詳細は、後述される。

照射ユニット３は、プラズマを発生させて照射し得るユニットである。照射ユニット３は、主に、プラズマ照射部２０と、このプラズマ照射部２０を保持する保持部３Ａとを備える。照射ユニット３は、使用者によって把持されつつ使用される構成であってもよく、使用者以外の手段（例えば、ロボット等）によって移動可能とされる構成であってもよく、位置が固定された移動不能な状態で使用される構成であってもよい。

保持部３Ａは、プラズマ照射部２０における本体部２０Ａが固定される部位であり、本体部２０Ａを保持する機能を有する。保持部３Ａは、本体部２０Ａを自身の内部に配置しつつ保持する構成であってもよく、本体部２０Ａを自身の外側に配置しつつ保持する構成であってもよい。図１の例では、保持部３Ａは、ケース体として構成され、本体部２０Ａは、保持部３Ａの内部に収容されつつ保持部３Ａに対して固定されている。

プラズマ照射部２０は、誘電体バリア放電を生じさせる装置として構成されている。プラズマ照射部２０は、図２のような外観であり、所定の立体形状として構成された本体部２０Ａを備える。図２の例では、本体部２０Ａは、板状且つ直方体状に構成されている。プラズマ照射部２０は、本体部２０Ａの長手方向の端部に形成された放出口３４からプラズマＰを照射するように動作する。プラズマＰは、いわゆる大気圧低温プラズマである。

図３には、本体部２０Ａが３分割された構成が分解斜視図として概念的に示されている。本体部２０Ａは、厚さ方向中央部に第３誘電体層５３が設けられ、第３誘電体層５３よりも厚さ方向一方側に第４誘電体層５４が設けられている。更に、本体部２０Ａは、第３誘電体層５３よりも厚さ方向他方側に第１誘電体層５１及び第２誘電体層５２が設けられている。第１誘電体層５１及び第２誘電体層５２によって構成された誘電体領域の内部には、第１電極４２及び第２電極４４が埋め込まれている。図３には、本体部２０Ａが３分割された構成が概念的に示されているが、実際の構成は、第１誘電体層５１、第２誘電体層５２、第３誘電体層５３、及び第４誘電体層５４の各々が、一体的な誘電体部５０（図５参照）の一部として構成されている。

図４で示されるように、本体部２０Ａには、放出口３４に向かってガスを流すように構成されたガス流路３０が設けられている。ガス流路３０は、ガスを導入する導入口３２と、ガスを放出する放出口３４と、導入口３２と放出口３４との間に設けられる中間流路３６と、を有する。導入口３２は、本体部２０Ａの後端側において本体部２０Ａの内部と外部とに通じる開口部である。放出口３４は、本体部２０Ａの先端側において本体部２０Ａの内部と外部とに通じる開口部である。中間流路３６は、導入口３２と放出口３４とに通じる通気路であり、導入口３２と放出口３４との間でガスを流す流路である。ガス流路３０は、照射ユニット３の外部に設けられたガス供給部７から供給される不活性ガスを導入口３２から導入し、導入口３２側から導入されたガスを中間流路３６内の空間を通して放出口３４に誘導する誘導路となっている。図４では、ガス供給部７から供給される不活性ガスを導入口３２に導くための上流流路７Ａが二点鎖線によって概念的に示されている。上流流路７Ａは、例えば、可撓性の管路等を有するガスの流路である。

図４で示されるように、プラズマ照射部２０には放電部４０が設けられている。放電部４０は、ガス流路３０内でプラズマ放電を発生させる部位である。放電部４０は、誘電体部５０と第１電極４２と第２電極４４とを備え、第１電極４２と第２電極４４とが誘電体部５０の一部である第１誘電体層５１（図５参照）を介して互いに対向して配置される。放電部４０は、沿面放電部として構成され、第１電極４２と第２電極４４との電位差に基づく電界をガス流路３０内で発生させてその内壁面に沿った沿面放電による大気圧低温プラズマを発生させる。

本明細書では、プラズマ照射部２０においてガス流路３０が延びる方向が第１方向であり、第１方向と直交する方向のうち誘電体部５０の厚さ方向が第２方向であり、第１方向及び第２方向と直交する方向が第３方向である。図４の例では、誘電体部５０と第１電極４２と第２電極４４とが一体的に設けられて本体部２０Ａが構成され、本体部２０Ａの長手方向が第１方向である。図５のように、第２方向は、本体部２０Ａを第１方向と直交する平面方向に切断した切断面での本体部２０Ａの短手方向であり、本体部２０Ａの高さ方向且つ厚さ方向である。第３方向は、本体部２０Ａを第１方向と直交する平面方向に切断した切断面での本体部２０Ａの長手方向であり、本体部２０Ａの幅方向である。本明細書では、第１方向において放出口３４側が本体部２０Ａの先端側であり、第１方向において導入口３２側が本体部２０Ａの後端側である。

図５で示されるように、誘電体部５０は、第１誘電体層５１、第２誘電体層５２、第３誘電体層５３、及び第４誘電体層５４を備え、本体部２０Ａは全体として中空状に構成されている。第１誘電体層５１は、中間流路３６内の空間よりも第２方向（厚さ方向）他方側に配置されるとともに自身の内部に第２電極４４が埋め込まれるように構成される。つまり、第１誘電体層５１を介して第１電極４２及び第２電極４４が対向している。第２誘電体層５２は、セラミック材料によって第１電極４２を覆うように構成されたセラミック保護層であり、第１誘電体層５１よりも中間流路３６の空間側において第１電極４２を覆うように配置される。第１誘電体層５１及び第２誘電体層５２は、中間流路３６における第２方向他方側の内壁部を構成する。第４誘電体層５４は、中間流路３６の空間よりも第２方向（厚さ方向）一方側に配置され、中間流路３６における第２方向一方側の内壁部を構成する。第３誘電体層５３は、第２方向において第１誘電体層５１と第４誘電体層５４との間に配置され、中間流路３６における第３方向一方側の側壁部及び第３方向他方側の側壁部を構成する。つまり、中間流路３６は、第１誘電体層５１、第２誘電体層５２、第３誘電体層５３、及び第４誘電体層５４により画成されている。第１誘電体層５１、第２誘電体層５２、第３誘電体層５３、及び第４誘電体層５４の材料は、例えばアルミナなどのセラミック、ガラス材料や樹脂材料を好適に用いることができる。誘電体部５０において機械的強度が高いアルミナが誘電体として用いられれば、放電部４０の小型化が図られやすくなる。

図５で示されるように、第１電極４２は、誘電体部５０の一部である第２誘電体層５２を介して中間流路３６内の空間に面する。第２電極４４は、第１電極４２に対して中間流路３６とは反対側に設けられる。第２電極４４は、第１電極４２と平行に配されており、第２方向において第１電極４２よりも中間流路３６から離れている。図６で示されるように、第１電極４２は、中間流路３６に沿うように第１方向に直線状に延び、第１の幅且つ第１の厚さで第１方向の第１領域に配置されている。第２電極４４は、中間流路３６に沿うように第１方向に直線状に延び、第２の幅且つ第２の厚さで第１方向の第２領域に配置されている。第１電極４２及び第２電極４４の厚さ、幅、配置は、特に限定されない。第１電極４２と第２電極４４の幅や厚さの一方又は両方は、同一であってもよく、異なっていてもよい。

このように構成された放電部４０は、周期的に変化する電圧が第１電極４２と第２電極４４との間に印加されたときに中間流路３６内で沿面放電を発生させる。沿面放電によって生じたプラズマは、ガス供給部７から中間流路３６内に供給されたガスによって放出口３４を介して外部に放出される。なお、図６の例では、第１方向の領域ＡＲ１において中間流路３６が一定幅で構成され、領域ＡＲ２では、先端側に向かうにつれて中間流路３６の幅が小さくなっており、放出口３４付近においてガスの流速を高め得る構成となっている。従って、中間流路３６で生じたプラズマが、より遠方まで届きやすくなっている。

２．電源部９の詳細
図７のように、電源部９は、駆動回路６１と制御部７０とを備える。駆動回路６１は、第１電極４２と第２電極４４との間に交流電圧を印加し得る回路である。制御部７０は、駆動回路６１を制御し得る装置である。制御部７０は、情報処理機能や演算機能などを備えた制御装置であり、例えば、ＣＰＵや記憶部などを有する装置である。

駆動回路６１は、電源回路６２、昇圧トランス６４、第１電力路７２，７４、第２電力路７６，７８などを有する。電源回路６２は、一対の第１電力路７２，７４の間に交流電圧を印加する回路である。昇圧トランス６４は、一対の第１電力路７２，７４を介して入力される交流電力を昇圧し、一対の第２電力路７６，７８に交流電力を供給する変圧器である。図７の例では、電源回路６２は、電源６２Ａと交流発生回路６２Ｂとを有する。電源６２Ａは、直流電圧を出力する直流電源である。

交流発生回路６２Ｂは、電源６２Ａからの電力に基づいて一対の第１電力路７２，７４間に交流電圧を印加するように動作する回路である。交流発生回路６２Ｂは、一対の導電路６３Ａ，６３Ｂと、スイッチング素子６３Ｃ，６３Ｄと、ダイオード６３Ｅ，６３Ｆとを有する。一対の導電路６３Ａ，６３Ｂには、電源６２Ａからの直流電圧が印加される。図７の例では、導電路６３Ａが電源６２Ａの高電位側の電極に短絡し、導電路６３Ｂが電源６２Ａの低電位側の電極に短絡する。

一対の第１電力路７２，７４は、交流発生回路６２Ｂから昇圧トランス６４の第１巻線部６４Ａに交流電力を供給する経路ある。一対の第１電力路７２，７４には、交流発生回路６２Ｂから交流電圧が印加される。図７の例では、昇圧トランス６４は、第１巻線部６４Ａと第２巻線部６４Ｂとを備え、一対の第１電力路７２，７４からの交流電圧が第１巻線部６４Ａの両端に印加される。昇圧トランス６４は、第１巻線部６４Ａの両端に交流電圧が印加された場合に、第１巻線部６４Ａの両端に印加される交流電圧を昇圧した交流電圧を第２巻線部６４Ｂの両端に印加するように変圧する。図７の例では、第１巻線部６４Ａの一端は、一方の第１電力路７２の一端に短絡するように電気的に接続され、第１巻線部６４Ａの他端は、他方の第１電力路７４の一端に短絡するように電気的に接続される。第２巻線部６４Ｂの一端は、一方の第２電力路７６の一端に短絡するように電気的に接続され、第２巻線部６４Ｂの他端は、他方の第２電力路７８の一端に短絡するように電気的に接続される。一方の第２電力路７６の他端は第１電極４２に短絡するように電気的に接続され、他方の第２電力路７８の他端は第２電極４４に短絡するように電気的に接続される。従って、第２巻線部６４Ｂの両端に印加された交流電圧に基づく交流電圧は、一対の第２電力路７６，７８を介して第１電極４２と第２電極４４との間に印加される。

交流発生回路６２Ｂは、制御部７０によって制御される。制御部７０は、例えば、スイッチング素子６３Ｃ，６３Ｄをいずれもオン状態にするオン信号を周期的に出力することにより、スイッチング素子６３Ｃ，６３Ｄをいずれもオン状態にする動作を周期的に行い、この周期的なオン動作によって第１電極４２と第２電極４４との間に所定周波数の交流電圧を印加する。電源部９が第１電極４２と第２電極４４との間に印加する交流電圧の周波数は、例えば、２０ｋＨｚ～３００ｋＨｚの範囲内であることが望ましい。電源部９が第１電極４２と第２電極４４との間に印加する電圧の波形は、正弦波の波形、矩形波の波形、三角波の波形などであってもよく、その他の交流波形でもよい。

３．電源部９の制御
制御部７０は、スイッチング素子６３Ｃ，６３Ｄをいずれもオン状態にする動作を周期的に行う際に、各周期のオン期間（スイッチング素子６３Ｃ，６３Ｄをいずれもオン状態にする期間）を調整する。上記オン期間が調整されることにより、第１電極４２と第２電極４４との間に印加される交流電圧や第２電力路７６，７８を流れる交流電流が調整される。そして、制御部７０は、上記交流電圧及び上記交流電流を調整することにより、漏れ電流を調整する。この「漏れ電流」とは、駆動回路６１の駆動によって放出口３４（図２等）から照射されるプラズマが当たる溶液（照射対象の溶液）から、この溶液外に流れる電流である。図１の例では、プラズマ照射装置２が溶液９０にプラズマを照射している最中に溶液９０とグラウンド９８との間の導電路９６を流れる電流が上記漏れ電流である。

プラズマ照射装置２は、放出口３４におけるガスの平均ガス流速を４０ｍｍ／ｓ以下とする。放出口３４における平均ガス流速Ｖ（ｍｍ／ｓ）は、放出口３４の開口面積Ａ（ｍｍ^２）と放出口３４を流れるガスの流量Ｆ（Ｌ／ｍｉｎ）と放出口３４を流れるガスの温度Ｔ（℃）とに基づいて以下の式１によって求めることができる。

（式１）
Ｖ＝（（Ｆ×１０００／６０）×（２７３＋Ｔ）／（２７３＋２５））／Ａ

式１において、（Ｆ×１０００／６０）の値は、放出口３４において１秒当たりに流れるガスの体積である。式１において、（２７３＋Ｔ）／（２７３＋２５）の値は、温度変化に伴うガスの体積膨張を反映した値である。

式１において、開口面積Ａの値は既知の固定値である。本明細書では、ガス流路３０からガスを放出する方向が所定方向である。本実施形態では、上述の第１方向が所定方向であり、ガス流路は第１方向に流路が延びている。図４の例では、放出口３４から所定範囲においてガス流路３０内の第２方向一方側の内壁面及び第２方向他方側の内壁面が上記第１方向と平行又は略平行とされており、上記第２方向一方側の内壁面と上記第２方向他方側の内壁面の間の空間が上記第１方向に続いている。更に、図６のように、放出口３４から所定範囲においてガス流路３０内の第３方向一方側の内壁面及び第３方向他方側の内壁面が上記第１方向と平行又は略平行とされており、上記第３方向一方側の内壁面と上記第３方向他方側の内壁面の間の空間が上記第１方向に続いている。このように、放出口３４から所定範囲において、第２方向一方側及び他方側の各内壁面と第３方向一方側及び他方側の各内壁面とが第１方向と平行又は略平行とされているため、放出口３４付近の上記所定範囲においてガスが第１方向に流れ、放出口３４から第１方向一方側（前側）にガスが照射される。

本実施形態では、所定方向は第１方向であり、ガス流路３０の内壁の先端の縁が放出口３４の開口の内縁である。本明細書では、放出口３４の開口の内縁全体が第１方向と直交する所定仮想平面上に位置する場合、「放出口３４の後端を通り且つ所定方向と直交する方向の仮想平面」とは上記所定仮想平面を指す。そして、放出口３４の開口の内縁が上記所定方向（第１方向）において所定範囲に亘って配置される場合には、「放出口３４の後端を通り且つ所定方向と直交する方向の仮想平面」は、放出口３４の後端を通り且つ上記所定方向と直交する方向の切断面を指す。以下の説明では、「放出口３４の後端を通り且つ所定方向と直交する方向の仮想平面」は基準仮想平面とも称される。開口面積Ａは、上記基準仮想平面での放出口３４の開口領域の面積である。本実施形態では、上記基準仮想平面は、第２方向及び第３方向と平行な平面であり、開口面積Ａは、放出口３４の内縁（ガス流路３０の内壁の先端の縁）を第２方向及び第３方向と平行な平面に正投影した図形（具体的には、矩形状の環状図形）の内側の面積と同一である。

上流流路７Ａを流れるガスの流量は、放出口３４を流れるガスの流量Ｆと同一とみなすことができる。放出口３４における平均ガス流速を４０ｍｍ／ｓ以下とする方法は、例えば、プラズマ照射装置２においてガス流路３０を流れるガスの温度Ｔを温度センサ（図示省略）によって検出し、検出された温度Ｔを式１に代入したときの平均ガス流速Ｖが４０ｍｍ／ｓ以下となるように、上述の流量制御部によって上流流路７Ａを流れるガスの流量Ｆを調節すればよい。なお、上述の例では、ガス供給部７が流量制御部として機能するが、上流流路７Ａに流量制御部が設けられていてもよい。また、ガスの流量Ｆは、予め使用するガス種で構成されたガス流量計を、放電部４０よりガスの上流側に設置してガスの流量を測定することが望ましい。

なお、上述の方法は、ガス流路３０を流れるガスの温度Ｔを検出した上で流量Ｆを調節する方法であったが、例えば、ガス流路３０を流れるガスの温度が所定値Ｔｍ以下であることが明らかな環境であれば、ガスの温度Ｔを検出せず、（（Ｆ×１０００／６０）×（２７３＋Ｔｍ）／（２７３＋２５））／Ａが４０ｍｍ／ｓ以下となるように流量Ｆを調節してもよい。これらの方法以外であっても、平均ガス流速Ｖ（ｍｍ／ｓ）を４０ｍｍ／ｓ以下に調整可能な方法であればよい。

なお、平均ガス流速Ｖは、４０ｍｍ／ｓ以下に調整されることが望ましいが、２０ｍｍ／ｓ以下に調整されることがより望ましく、１０ｍｍ／ｓ以下に調整されることが更に望ましい。

プラズマ照射装置２は、基準仮想平面（放出口３４の後端を通り且つ上記所定方向（第１方向）と直交する方向の仮想平面）において、放出口３４の開口領域全体に対するプラズマの可視光領域の割合を０％より大きくする。放出口３４の開口領域全体に対するプラズマの可視光領域の割合は、１０％よりも大きいことがより望ましく、２０％よりも大きいことが更に望ましい。一方で、プラズマ照射装置２は、放出口３４の開口領域全体に対するプラズマの可視光領域の割合を５０％以下の割合とする。放出口３４の開口領域全体に対するプラズマの可視光領域の割合は、４０％以下であることがより望ましく、３０％以下であることが更に望ましい。上記基準仮想平面において放出口３４の開口領域全体の面積は、開口面積Ａである。上述の「プラズマの可視光領域」は、プラズマ照射装置２から放出されるプラズマフレアが可視光として光る領域である。上記基準仮想平面におけるプラズマの可視光領域とは、プラズマフレアが可視光として光る領域のうちの上記基準仮想平面に位置する範囲であり、開口面積Ａよりも面積が小さい範囲である。図４、図６の例では、上記基準仮想平面の位置が一点鎖線で示され、符号Ｖｉで示される。図８には、基準仮想平面での放出口３４の内縁形状が符号３４Ｚで示され、基準仮想平面の位置での「プラズマの可視光領域」が円形の外縁を有する模様領域Ｐｚで示される。放出口３４の開口領域全体に対するプラズマの可視光領域の割合は、放出口３４とプラズマの可視光領域を撮影し、可視光領域の面積を測定してもよい。

更に、プラズマ照射装置２は、制御部７０が駆動回路６１を制御することにより導電路９６を流れる漏れ電流の実効値Ｉｅを１．２ｍＡよりも大きくする。制御部７０が上記漏れ電流の実効値Ｉｅを１．２ｍＡよりも大きくする方法としては、例えば、漏れ電流の実効値Ｉｅを監視しながら漏れ電流の実効値Ｉｅを１．２ｍＡよりも大きく維持するように調節する方法が挙げられる。図１の例では、溶液９０とグラウンド９８との間において、導電性材料によって通電経路が構成されており、具体的には、導電性の材料によって構成される容器８０と、容器８０とグラウンド９８との間の通電経路を構成する導電路９６とが上記通電経路となっている。図１の例では、溶液９０の電位がグラウンド９８に対して相対的に大きい場合には溶液９０から導電路９６を介してグラウンド９８へと電流が流れ、溶液９０の電位がグラウンド９８に対して相対的に小さい場合にはグラウンド９８から導電路９６を介して溶液９０へと電流が流れる。図１の例では、上記通電経路（具体的には導電路９６）に電流センサ９２が設けられており、電流センサ９２は、溶液９０とグラウンド９８との間を流れる電流の値を検出し得る。制御部７０は、電流センサ９２が出力する検出値を継続的に取得することにより導電路９６を流れる電流（漏れ電流）の値を継続的に監視し、この漏れ電流の実効値Ｉｅを継続的に把握する。そして、制御部７０は、短時間の制御周期毎に上記漏れ電流の実効値Ｉｅを検出し、上記漏れ電流の実効値Ｉｅが１．２ｍＡよりも大きい目標値に維持されるように制御電圧を調整する。

なお、平均ガス流速Ｖが上述されたいずれの範囲に調整される場合でも、漏れ電流の実効値Ｉｅは、１．２ｍＡよりも大きく維持されることが望ましいが、２．０ｍＡよりも大きく維持されることがより望ましく、２．０ｍＡよりも大きく維持されることが更に望ましい。

更には、プラズマ照射装置２は、上記基準仮想平面（放出口３４の後端を通り且つ上記所定方向と直交する方向の仮想平面）での放出口３４の開口領域において、「プラズマの可視光領域」のイオン電流密度を９．０×１０^－３Ａ／ｍ^２以上とする。イオン電流密度は、「プラズマの可視光領域」の単位面積当たりの電流の密度である。イオン電流密度は、上述の漏れ電流の実効値Ｉｅと、上記基準仮想平面での「プラズマの可視光領域」の面積Ａｐとに基づいて、Ｉｅ／Ａｐの式で表される値を用いることができる。

４．実証実験
次の説明は、漏れ電流の実効値と平均ガス流速との関係を確認する実験に関する。
実証実験では、図１のような第１実施形態に係るプラズマ照射装置２を複数種類用意した。これら複数種類のプラズマ照射装置２は、放出口３４の開口面積を異ならせたものであり、放出口３４以外の構成は同様である。図９のように、実証実験では、放出口３４の開口サイズ、プラズマ断面積、占有率、放出口３４での平均流速、漏れ電流、イオン電流密度、の組み合わせを様々に変えた実験例１～１４の各々について、所定の位置関係及び所定の動作条件でプラズマを発生させた。図９において「開口サイズ」は、上述の開口面積Ａの値である。「プラズマ断面積」は、上述の基準仮想平面での「プラズマの可視光領域」の面積Ａｐである。「占有率」は、開口面積Ａに対する「プラズマの可視光領域」の面積Ａｐの割合Ａｐ／Ａである。「平均流速」は、上述の平均ガス流速Ｖである。「漏れ電流」は、上述の漏れ電流の実効値Ｉｅである。電流密度は、上述のイオン電流密度であり、Ｉｅ／Ａｐの値である。上記の「所定の位置関係」は、放出口３４を溶液９０に向けた状態且つ放出口３４と溶液９０の距離を５ｍｍとした位置関係である。上記の「所定の動作条件」は、ガス流路３０にヘリウムガスを流しつつ第１電極４２と第２電極４４の間に最大電圧が１．５ｋＶ程度の交流電圧を印加するように交流電圧を発生させる動作条件である。この実証実験で用いられる溶液９０は、ウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）を５０ｍｇ／ｍＬの割合で含有する溶液である。

図９には、実証実験の各実験例について、各組み合わせ（開口サイズ、プラズマ断面積、占有率、平均流速、漏れ電流、電流密度、の組み合わせ）と判定結果との対応関係が表として示される。図９の表において判定結果は、膜が形成された実験例がＡの判定とされ、膜が形成されなかった実験例がＢの判定とされる。

実験例１、２では、放出口３４の開口面積（開口サイズ）が０．１９ｍｍ^２とされたプラズマ照射部２０が用いられた。図９では、実験例１、２のプラズマ照射部２０の構成を構成１とする。実験例３～５では、放出口３４の開口面積が０．２５ｍｍ^２とされたプラズマ照射部２０が用いられた。図９では、実験例３～５のプラズマ照射部２０の構成を構成２とする。実験例６～８では、放出口３４の開口面積が０．４０ｍｍ^２とされたプラズマ照射部２０が用いられた。図９では、実験例６～８のプラズマ照射部２０の構成を構成３とする。実験例９～１１では、放出口３４の開口面積が０．５０ｍｍ^２とされたプラズマ照射部２０が用いられた。図９では、実験例９～１１のプラズマ照射部２０の構成を構成４とする。実験例１２～１４では、放出口３４の開口面積が１．０５ｍｍ^２とされたプラズマ照射部２０が用いられた。図９では、実験例１２～１４のプラズマ照射部２０の構成を構成５とする。

実証実験では、実験例９～１４のように、少なくとも、占有率（上記基準仮想平面における放出口３４の開口領域全体に対するプラズマの可視光領域の割合）が０％より大きく５０％以下の割合であって、平均ガス流速Ｖが４０ｍｍ／ｓ以下である場合に、溶液９０において凝集膜が確認された。この結果から、占有率が０％より大きく５０％以下の割合であって平均ガス流速Ｖが４０ｍｍ／ｓ以下である場合にタンパク質の凝集効果が得られることが確認された。実験例９～１４のうちの実験例９、１０、１１，１２、１４では、タンパク質の凝集膜が確認されており、イオン電流密度が９．０ｍＡ／ｍｍ^２以上（即ち、９．０×１０^－３Ａ／ｍ^２以上）で良好な結果が得られている。実験例９～１４のうちの実験例１２、１３，１４では、タンパク質の凝集膜が確認されており、漏れ電流の実効値が１．２ｍＡよりも大きい範囲で良好な結果が得られている。

５．効果の例
プラズマ照射装置２は、放出口３４の開口領域におけるガスの平均ガス流速を４０ｍｍ／ｓ以下に抑えることができるため、溶液９０に達する際のガス流速が大きいことに起因して溶液表面で凹み生じることを抑制することができる。ゆえに、このプラズマ照射装置２は、溶液表面で凹みが生じることによって凝集膜の形成が阻害されることを抑えることができる。一方、ガス流速を抑えると、大気の混ざり込みに起因するペニング効果が起こりやすいため、プラズマフレアがエネルギーを失いやすくなるという懸念があるが、放出口３４の開口領域全体に対するプラズマの可視光領域の割合が０％より大きく５０％以下の割合とされるため、プラズマフレアの減衰を抑えるように収束させることができる。よって、プラズマ照射装置２は、溶液表面で凹みが生じること抑えつつ、プラズマフレアの減衰を抑えることができ、タンパク質の凝集膜をより良好に形成することができる。

プラズマ照射装置２は、放出口３４の開口領域における可視光領域のイオン電流密度を９．０×１０^－３Ａ／ｍ^２以上とすることにより、プラズマフレアの減衰をより一層抑えることができ、タンパク質の凝集膜を、より一層良好に形成することができる。

プラズマ照射装置２は、プラズマの照射に応じて溶液９０から溶液９０外に流れる漏れ電流の実効値を１．２ｍＡよりも大きくすることにより、タンパク質の凝集膜を、さらに良好に形成することができる。

プラズマ照射装置２は、希ガスの利用により、効率よく電離を促すことができるようになり、プラズマの照射を好適に行うことができる。

プラズマ照射装置２は、ヘリウムガスの利用により、さらに効率よく電離を促すことができるようになり、プラズマの照射をより好適に行うことができる。

プラズマ照射装置２において、放電部４０は、第１電極４２又は第２電極４４の一方が直接又は他部材を介してガス流路３０内の空間に面していることが望ましく、上述の例では、第１電極４２と第２電極４４との間に電圧を印加することに応じてガス流路３０内で沿面放電を発生させる。このプラズマ照射装置２は、放電部４０が沿面放電を発生させる構成であるため、より低い印加電圧で、より効率的にプラズマを照射することができる。

プラズマ照射装置２は、漏れ電流の値を検出する電流検出部が設けられ、制御部７０は、電流検出部によって検出される漏れ電流の値に基づいて漏れ電流の実効値を１．２ｍＡよりも大きく維持する制御を行う。このプラズマ照射装置２は、検出される漏れ電流の値に基づいて、漏れ電流の実効値を１．２ｍＡよりも大きく維持する制御を安定的に行いやすい。

＜他の実施形態＞
本開示は、上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではない。上述又は後述の実施形態の特徴は、矛盾しない範囲であらゆる組み合わせが可能である。また、上述又は後述の実施形態のいずれの特徴も、必須のものとして明示されていなければ省略することもできる。更に、上述した実施形態の特徴は、次のように変更されてもよい。

プラズマ照射装置２は、ガス流路３０を流れるガスの流速又はガス流路３０の上流を流れるガスの流速を検出する流速検出部を備えていてもよい。そして、制御部７０は、上記流速検出部によって検出される流速に基づいて放出口３４における平均ガス流速を４０ｍｍ／ｓ以下に維持するように制御を行ってもよい。

上述の実施形態に係るプラズマ照射装置は、ガス流路３０内に供給するガスとしてヘリウムガスが用いられるが、ヘリウムガス以外の希ガスであってもよい。

上述の実施形態に係るプラズマ照射装置は、図５のように、第１電極４２が他部材である第２誘電体層５２を介してガス流路３０内の空間に面していたが、第１電極４２が他部材を介さずにガス流路３０内の空間に面していてもよい。つまり、第１電極４２がガス流路３０内の空間に露出し、第１電極４２がガス流路３０の内壁の一部をなすような構成であってもよい。

上述した例では、第１電極が直接又は他部材を介してガス流路内の空間に面するが、第２電極が直接又は他部材を介してガス流路内の空間に面してもよい。例えば、第２電極が「他部材」である誘電体層に覆われる構成で誘電体層を介してガス流路内の空間に面していてもよい。或いは、第２電極がガス流路内の空間に露出し、第２電極がガス流路の内壁の一部をなすような構成であってもよい。いずれの場合でも、第１電極は、第２電極よりもガス流路から離れた位置に配置されていればよい。

なお、今回開示された実施の形態は全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、今回開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示された範囲内又は特許請求の範囲と均等の範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

２：プラズマ照射装置
７：ガス供給部（流量制御部）
９：電源部
３０：ガス流路
３４：放出口
４０：放電部
４２：第１電極
４４：第２電極
５０：誘電体部（誘電体層）
７０：制御部
Ｐ：プラズマ

Claims

ガスの放出口を備え、前記放出口に向かって前記ガスを流すとともに前記放出口から所定方向一方側に前記ガスを放出する流路であるガス流路と、
誘電体層と前記誘電体層を介して互いに対向して配置される第１電極及び第２電極とを備えるとともに前記ガス流路内でプラズマ放電を発生させる放電部と、
前記第１電極と前記第２電極との間に周期的に変化する電圧を印加する電源部と、
を有し、
前記放電部が発生させたプラズマを前記放出口から放出し、タンパク質を含んだ溶液に照射するプラズマ照射装置であって、
前記放出口の後端を通り且つ前記所定方向と直交する方向の仮想平面において、前記放出口の開口領域全体に対する前記プラズマの可視光領域の割合を、０％より大きく５０％以下の割合とし、
前記開口領域における前記ガスの平均ガス流速を４０ｍｍ／ｓ以下となるように調整する流量制御部を備える、
プラズマ照射装置。
前記開口領域における前記可視光領域のイオン電流密度を９．０×１０^－３Ａ／ｍ^２以上とする
請求項１に記載のプラズマ照射装置。
前記プラズマの照射に応じて前記溶液から前記溶液外に流れる漏れ電流の実効値を１．２ｍＡよりも大きくする
請求項１又は請求項２に記載のプラズマ照射装置。
前記ガスは、希ガスである
請求項１又は請求項２に記載のプラズマ照射装置。
前記ガスは、ヘリウムガスである
請求項４に記載のプラズマ照射装置。
ガスの放出口を備え、前記放出口に向かって前記ガスを流すとともに前記放出口から所定方向一方側に前記ガスを放出する流路であるガス流路と、誘電体層と前記誘電体層を介して互いに対向して配置される第１電極及び第２電極とを備えるとともに前記ガス流路内でプラズマ放電を発生させる放電部と、前記第１電極と前記第２電極との間に周期的に変化する電圧を印加する電源部と、を有するプラズマ照射装置を用い、
前記放電部が発生させたプラズマを前記放出口から放出し、タンパク質を含んだ溶液に照射するプラズマ照射方法であって、
前記放出口を前記所定方向と直交する方向に切断した切断面において、前記放出口の開口領域全体に対する前記プラズマの可視光領域の割合を、０％より大きく５０％以下の割合とし、
前記開口領域における前記ガスの平均ガス流速を４０ｍｍ／ｓ以下とする
プラズマ照射方法。