WO2016035339A1

WO2016035339A1 - プラズマ発生装置および抗腫瘍水溶液の製造方法

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Publication number: WO2016035339A1
Application number: PCT/JP2015/004467
Authority: WO
Inventors: 勝堀; 水野　正明; 史隆吉川; 伸哉豊國; 彰一丸山; 宏昌田中; 加納　浩之
Original assignee: Nagoya University NUC; NU Eco Engineering Co Ltd
Current assignee: Nagoya University NUC; NU Eco Engineering Co Ltd
Priority date: 2014-09-04
Filing date: 2015-09-02
Publication date: 2016-03-10
Anticipated expiration: 2017-03-04
Also published as: JPWO2016035339A1; JP6755491B2

Abstract

【課題】　正常細胞にほとんど影響を与えることなく癌細胞を死滅させることのできる抗腫瘍水溶液の製造に好適なプラズマ発生装置および抗腫瘍水溶液の製造方法を提供することである。【解決手段】　プラズマ発生装置１０００は、筒形状部を備える第１電極１１０と、第１電極１１０と対向する第２電極２１０と、第１電極１１０の筒形状部の内部にガスを供給するガス供給部１４０と、を有する。また、第１電極１１０は、筒形状部から第２電極２１０に向けてガスを流す。

Description

プラズマ発生装置および抗腫瘍水溶液の製造方法

　本明細書の技術分野は、プラズマ発生装置および抗腫瘍水溶液の製造方法に関する。さらに詳細には、癌細胞を死滅させることのできる抗腫瘍水溶液の製造に好適なプラズマ発生装置および抗腫瘍水溶液の製造方法に関するものである。

　プラズマ技術は、電気、化学、材料の各分野に応用されている。そして、近年においては、医療への応用が活発に研究されるようになってきた。プラズマの内部では、電子やイオン等の荷電粒子の他に、紫外線やラジカルが発生する。これらには、生体組織の殺菌をはじめとして、生体組織に対する種々の効果があることが分かってきている。

　例えば、特許文献１には、プラズマの照射により、血液凝固（特許文献１の実施例４、段落［００６３］－［００６８］参照）と、組織滅菌（特許文献１の実施例５、段落［００６９］－［００７４］参照）と、リーシュマニア症（特許文献１の実施例６、段落［００７５］－［００７７］参照）とに対して、効果があることが記載されている。そして、メラノーマ細胞（悪性黒色腫細胞）を死滅させる効果があると記載されている（特許文献１の実施例７、段落［００７８］参照）。

　また、特許文献２には、ｐＨが４．８以下となるように調整された液体にプラズマを照射することにより、液体中の菌を殺菌する技術が開示されている（特許文献２の段落［００２０］等参照）。また、スーパーオキシドアニオンラジカルやヒドロペルオキシラジカル等が殺菌効果を担っている可能性がある旨が記載されている（特許文献２の段落［００９０］－［００９９］等参照）。

特表２００８－５３９００７号公報国際公開第２００９／０４１０４９号国際公開第２０１３／１２８９０５号

　ところで、このような癌の治療においては一般に、１）癌細胞を死滅させるとともに、２）正常細胞に影響を与えないように、癌細胞を選択的に死滅させることが好ましい。たとえ、癌細胞を死滅させることができたとしても、そのために多数の正常細胞を死滅させると、患者に加わる肉体的負担が大きいからである。そのため、このように癌細胞を選択的に死滅させる治療技術が望まれている。しかし、癌細胞を選択的に死滅させることは容易ではない。そして、特許文献１では、正常細胞への影響の程度が明らかではない。

　そのため特許文献３に記載されているように、本発明者らは、癌細胞を選択的に死滅させる抗腫瘍水溶液に関する技術を研究開発した（特許文献３の段落［００８５］－［００８７］および図１６等参照）。この抗腫瘍水溶液は、癌細胞を選択的に死滅させることができる。また、この抗腫瘍水溶液は、培養した細胞のみならずマウスに対しても抗腫瘍効果を発揮した（特許文献３の段落［０１４５］－［０１５２］および図４５、４６等参照）。

　もちろん、より抗腫瘍効果に優れた抗腫瘍水溶液を製造することが好ましい。抗腫瘍効果の高い抗腫瘍水溶液を得るためには、プラズマ密度の高いプラズマを抗腫瘍水溶液の原材料に供給することが好ましい。

　本明細書の技術は、前述した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは、正常細胞にほとんど影響を与えることなく癌細胞を死滅させることのできる抗腫瘍水溶液の製造に好適なプラズマ発生装置および抗腫瘍水溶液の製造方法を提供することである。

　第１の態様におけるプラズマ発生装置は、筒形状部を備える第１電極と、第１電極と対向する第２電極と、第１電極の筒形状部の内部にガスを供給するガス供給部と、を有する。また、第１電極は、筒形状部から第２電極に向けてガスを流す。

　このプラズマ発生装置は、第１電極の筒形状部の内部から第２電極に向かってプラズマガスを放出することができる。そのため、プラズマ密度の高いプラズマを液体に照射することができる。つまり、プラズマの内部で発生させたラジカルを好適に液体に照射することができる。これにより、抗腫瘍効果に優れた抗腫瘍水溶液を製造することができる。ここで、液体とは、水溶液、非水溶液、水、非水系溶媒を含むものとする。

　第２の態様におけるプラズマ発生装置は、第１電極と第２電極とを収容するとともに液体を収容する容器と、第１電極と第２電極との間に電圧を印加する電圧印加部と、を有する。電圧印加部が、第１電極と第２電極との間に電圧を印加する電圧印加時には、第２電極は、液体の内部に配置されている。

　このプラズマ発生装置では、第１電極が大気中に配置されるとともに、第２電極が液中に配置されている。そのため、液体の液面をはさんで第１電極および第２電極が対向して配置されることとなる。したがって、プラズマ生成領域が液体に接することとなる。これにより、液体に多量のラジカルを照射することができる。

　第３の態様におけるプラズマ発生装置においては、第１電極と第２電極とを結ぶ線が、液体の液面と交差している。また、第１電極から流れるガスが、液体の液面を凹ませる。

　第４の態様におけるプラズマ発生装置においては、第２の電極は、棒状電極である。

　第５の態様におけるプラズマ発生装置においては、棒状電極の先端は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅのうちの少なくとも一種類以上を含む金属もしくは合金である。

　第６の態様におけるプラズマ発生装置においては、第１の電極は、先端部を有する。また、先端部は、第１電極の軸方向に垂直な面に対して傾斜する傾斜面を有する。

　第７の態様におけるプラズマ発生装置においては、先端部は、マイクロホローを有する。

　第８の態様における抗腫瘍水溶液の製造方法は、リン酸水素二ナトリウム（Ｎａ₂ＨＰＯ₄）と、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ₃）と、Ｌ－グルタミン（Ｌ－Ｇｌｕｔａｍｉｎｅ）と、Ｌ－ヒスチジン（Ｌ－Ｈｉｓｔｉｄｉｎｅ）と、Ｌ－チロシン二ナトリウム二水和物（Ｌ－Ｔｙｒｏｓｉｎｅ・２Ｎａ・２Ｈ₂Ｏ）とのうちの少なくとも１種類を含む溶質を水に添加した第１の水溶液を準備する水溶液準備工程と、第１の水溶液にプラズマを照射するプラズマ照射工程と、を有する。プラズマ照射工程では、第１電極を第１の水溶液の外に配置するとともに第２電極を第１の水溶液の中に配置し、第１電極から第１の水溶液に向かってガスを照射し、その状態で第１電極と第２電極との間に電圧を印加する。

　本明細書では、正常細胞にほとんど影響を与えることなく癌細胞を死滅させることのできる抗腫瘍水溶液の製造に好適なプラズマ発生装置および抗腫瘍水溶液の製造方法が提供されている。

実施形態におけるプラズマ発生装置の概略構成を示す図である。実施形態におけるプラズマ発生装置の上部構造を示す概略構成図である。実施形態におけるプラズマ発生装置の下部構造を示す概略構成図である。実施形態においてプラズマ発生装置がプラズマを照射している場合を説明するための図である。実験において抗腫瘍水溶液の希釈の度合いと抗腫瘍効果との関係を示すグラフである。第２の電極の先端部としてＡｕを用いた場合の抗腫瘍水溶液の抗腫瘍効果を示すグラフ（Ｎ＝１）である。第２の電極の先端部としてＰｔを用いた場合の抗腫瘍水溶液の抗腫瘍効果を示すグラフ（Ｎ＝１）である。第２の電極の先端部としてＮｉを用いた場合の抗腫瘍水溶液の抗腫瘍効果を示すグラフ（Ｎ＝１）である。第２の電極の先端部としてＡｌを用いた場合の抗腫瘍水溶液の抗腫瘍効果を示すグラフ（Ｎ＝１）である。第２の電極の先端部としてＣｕを用いた場合の抗腫瘍水溶液の抗腫瘍効果を示すグラフ（Ｎ＝１）である。第２の電極の先端部としてＦｅを用いた場合の抗腫瘍水溶液の抗腫瘍効果を示すグラフ（Ｎ＝１）である。第２の電極の先端部としてＡｕを用いた場合の抗腫瘍水溶液の抗腫瘍効果を示すグラフ（Ｎ＝４）である。第２の電極の先端部としてＰｔを用いた場合の抗腫瘍水溶液の抗腫瘍効果を示すグラフ（Ｎ＝４）である。第２の電極の先端部としてＮｉを用いた場合の抗腫瘍水溶液の抗腫瘍効果を示すグラフ（Ｎ＝４）である。第２の電極の先端部としてＡｌを用いた場合の抗腫瘍水溶液の抗腫瘍効果を示すグラフ（Ｎ＝４）である。第２の電極の先端部としてＣｕを用いた場合の抗腫瘍水溶液の抗腫瘍効果を示すグラフ（Ｎ＝４）である。第２の電極の先端部としてＦｅを用いた場合の抗腫瘍水溶液の抗腫瘍効果を示すグラフ（Ｎ＝４）である。第２の電極の先端部としてＡｕを用いた場合の第２電極を示す写真である。第２の電極の先端部としてＰｔを用いた場合の第２電極を示す写真である。第２の電極の先端部としてＮｉを用いた場合の第２電極を示す写真である。第２の電極の先端部としてＡｌを用いた場合の第２電極を示す写真である。第２の電極の先端部としてＣｕを用いた場合の第２電極を示す写真である。第２の電極の先端部としてＦｅを用いた場合の第２電極を示す写真である。

　以下、具体的な実施形態について、プラズマ発生装置および抗腫瘍水溶液の製造方法を例に挙げて図を参照しつつ説明する。

１．プラズマ発生装置
　図１は、本実施形態のプラズマ発生装置１０００の概略構成を示す概念図である。プラズマ発生装置１０００は、収容している溶液にプラズマを照射するためのものである。

　図１に示すように、プラズマ発生装置１０００は、第１電極１１０と、第２電極２１０と、第１の電位付与部１２０と、第２の電位付与部２２０と、第１のリード線１３０と、第２のリード線２３０と、ガス供給部１４０と、ガス管結合コネクター１５０と、ガス管１６０と、第１電極保護部材１７０と、第２電極保護部材２４０と、第１電極支持部材１８０と、密閉部材１９１と、結合部材１９２と、容器２５０と、封止部材２６０と、架台２７０と、を有している。

１－１．電極の概略構成
　第１電極１１０は、筒形状部１１０ａを有している。そして、その筒形状部１１０ａの内部にプラズマガスを供給することができるようになっている。つまり、第１電極１１０の内部は、ガス供給部１４０と連通している。第１電極１１０は、筒形状部１１０ａから第２電極２１０に向けてガスを吹き出すようになっている。そして、第１電極１１０の先端部は、注射針形状をしている。つまり、第１電極１１０の先端部は、第１電極１１０の軸方向に垂直な方向から傾斜する傾斜面を有している。そして、第１電極１１０の先端部には、マイクロホローが形成されている。

　第２電極２１０は、第１電極１１０と対向する電極である。第２電極２１０は、棒状電極である。第２電極２１０は、円柱形状である。もしくは、多角柱形状であってもよい。もしくは、先端の尖った針形状であってもよい。ここで、第２電極２１０は、先端部２１１を有している。第２電極２１０の先端部２１１は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅのうちの少なくとも一種類以上を含む金属もしくは合金である。後述するように、第２電極２１０の先端部２１１として、これらの材料のうちＡｕが最適である。先端部２１１にＡｕを用いて製造された抗腫瘍高水溶液が、最も高い抗腫瘍効果を示す。また、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉは、その他の材料に比べて腐食しにくい。先端部２１１として、イリジウム、オスミウム、パラジウムを含む金属もしくは合金であってもよい。また、放電時には、第２電極２１０は、容器２５０に収容されている溶液に浸かっている。

　第１の電位付与部１２０は、第１電極１１０に周期的に変化する電位を付与するためのものである。第２の電位付与部２２０は、第２電極２１０に周期的に変化する電位を付与するためのものである。ここで、第１の電位付与部１２０と第２の電位付与部２２０とのうちのどちらか一方は、接地されていてもよい。第１のリード線１３０は、第１電極１１０と第１の電位付与部１２０とを電気的に接続するためのものである。第１のリード線１３０は、ニッケル合金もしくはステンレスであるとよい。第２のリード線２３０は、第２電極２１０と第２の電位付与部２２０とを電気的に接続するためのものである。第２のリード線２３０は、ニッケル合金もしくはステンレスであるとよい。これにより、第１電極１１０と第２電極２１０との間に高周波の電圧が印加されることとなる。つまり、第１の電位付与部１２０および第２の電位付与部２２０は、第１電極１１０と第２電極２１０との間に電圧を印加するための電圧印加部である。

１－２．ガス供給経路
　プラズマ発生装置１０００は、前述したように、ガス供給部１４０と、ガス管結合コネクター１５０と、ガス管１６０と、を有している。そのため、ガス供給部１４０は、ガス管１６０およびガス管結合コネクター１５０を介して、第１電極１１０の筒形状部１１０ａの内部にプラズマガスを供給する。ここで、ガス供給部１６０は、例えば、Ａｒガスを供給する。もしくは、その他の希ガスを供給してもよい。もしくは、酸素ガス等その他のガスを微量含んでいてもよい。そのため、プラズマガスは、第１電極１１０から溶液２５０に収容されている溶液に向けて吹き付けられることとなる。

１－３．上部構造の構成
　図２は、プラズマ発生装置１０００の上部構造を示す図である。図２に示すように、第１電極１１０は、先端部１１１を有している。先端部１１１は、図１に示すように、第２電極２１０に対面する位置に配置されている。第１電極１１０の先端部１１１は、傾斜面１１１ａを有している。傾斜面１１１ａは、第１電極１１０の軸方向に垂直な面に対して傾斜している面である。また、先端部１１１には、マイクロホロー１１１ｂが形成されている。マイクロホロー１１１ｂは、長さ０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下、幅０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の微小な凹部である。

　また、前述したように、プラズマ発生装置１０００は、密閉部材１９１と、結合部材１９２と、を有している。密閉部材１９１は、図１に示す容器２５０に取り付けるとともに容器２５０の内部を密閉するためのものである。結合部材１９２は、第１電極１１０とガス管結合コネクター１５０とを、密閉部材１９１等を介して連結するための部材である。

１－４．下部構造の構成
　図３は、プラズマ発生装置１０００の下部構造を示す図である。前述したように、プラズマ発生装置１０００は、容器２５０と、封止部材２６０と、架台２７０と、を有している。容器２５０は、内部に溶液を収容することができるようになっている。ここで、溶液とは、培養液等の水溶液、その他の水溶液や有機溶剤をも含むこととする。また、容器２５０は、第１電極１１０および第２電極２１０を内部に収容している。また、容器２５０は、目盛を有しているとよい。容器２５０の内部に収容されている溶液の量を計量するためである。

　封止部材２６０は、第２電極保護部材２４０と、容器２５０との間の隙間を塞ぐためのものである。封止部材２６０として、例えば、オーリングが挙げられる。容器２５０の密閉性を確保し、溶液が容器２５０の底部に漏れ出すのを防止するものであれば、これ以外の部材を適用してもよい。架台２７０は、容器２５０その他の各部材を支持するためのものである。

２．プラズマ発生装置により発生されるプラズマ
　図４は、プラズマ発生装置１０００がプラズマを発生させている様子を模式的に示す図である。プラズマ発生装置１０００により発生されるプラズマは、非平衡大気圧プラズマである。ここで、大気圧プラズマとは、０．５気圧以上２．０気圧以下の範囲内の圧力であるプラズマをいう。

　図４に示すように、ガス供給部１４０から供給されるプラズマガスは、第１電極１１０から矢印Ｋ１の向きに放出される。そして、第１電極１１０と第２電極２１０との間に高周波の電圧を印加すると、第１電極１１０と第２電極２１０との間にプラズマ発生領域ＰＧ１が形成される。

　第１の電位付与部１２０および第２の電位付与部２２０が、第１電極１１０と第２電極２１０との間に電圧を印加する電圧印加時には、第２電極２１０は、液体の内部に配置されている。このように、第１電極１１０と第２電極２１０との間には、容器２５０に収容されている液体と大気とがある。そして、第１電極と第２電極とを結ぶ線が、液体の液面ＬＬ１と交差している。

　そのため、液体の液面ＬＬ１と第１電極１１０との間にプラズマが発生する。このとき、液体の液面ＬＬ１は、第１電極１１０から矢印Ｋ１の向きに放出されるプラズマガスの風圧を受けて、液体の側に向かって凹んでいる。そして、液体の内部では溶液が部分的に電気分解し、気化する。その気化したガスの内部でもプラズマが発生する。また、プラズマ発生領域ＰＧ１は、液体の液面ＬＬ１に接触している。

　以上により、大気もしくは水に由来するラジカルが発生する。そして、溶液にラジカルが照射されることとなる。これにより、ラジカルは、水分子もしくは溶液中の溶質と反応する。

３．プラズマ発生装置の効果
　本実施形態のプラズマ発生装置１０００は、第１電極１１０からプラズマガスを放出する。そのため、プラズマガスが逆流するおそれがほとんどない。また、液体が蒸発することにより発生するガスが、第１電極１１０の内部に入るおそれもほとんどない。このように、バックフローを抑制することができる。つまり、バックフローによる電極の劣化を抑制することができる。

　また、プラズマ発生装置１０００では、プラズマ発生領域ＰＧ１が、第１電極１１０と第２電極２１０との間に限られる。そのため、プラズマ発生領域ＰＧ１が必要以上に広がることがない。したがって、無駄な発熱を抑制することができる。

　また、プラズマ発生装置１０００は、プラズマを液体に直接照射することができる。そのため、発生するラジカルを好適に液体に供給することができる。したがって、抗腫瘍効果の高い抗腫瘍水溶液を製造することができる。

４．プラズマ発生装置の適用例
４－１．抗腫瘍水溶液
　本実施形態のプラズマ発生装置１０００は、抗腫瘍水溶液を作製するのに好適である。この抗腫瘍水溶液は、癌細胞を死滅させるとともに正常細胞にダメージをほとんど与えない。つまり、抗腫瘍水溶液は、癌細胞を選択的に死滅させることができる。本実施形態のプラズマ発生装置１０００は、水溶液に直接的にラジカルを照射することができる。そのため、このプラズマ発生装置１０００は、抗腫瘍水溶液を作製するのに適している。

　後述するように、抗腫瘍水溶液は、原材料である第１の水溶液に大気圧プラズマを照射したものである。第１の水溶液の溶媒は、水系溶媒である。第１の水溶液の溶質として、リン酸水素二ナトリウム（Ｎａ₂ＨＰＯ₄）と、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ₃）と、Ｌ－グルタミン（Ｌ－Ｇｌｕｔａｍｉｎｅ）と、Ｌ－ヒスチジン（Ｌ－Ｈｉｓｔｉｄｉｎｅ）と、Ｌ－チロシン二ナトリウム二水和物（Ｌ－Ｔｙｒｏｓｉｎｅ・２Ｎａ・２Ｈ₂Ｏ）とのうちの少なくとも１種類を含む溶質を用いればよい。または、第１の水溶液として、培養液を用いることもできる。培養液として、例えば、ＤＭＥＭが挙げられる。そして、ＤＭＥＭには、グルコース等の糖が含まれている。ここで、培養成分とは、細胞等を培養するための培養液に含まれる成分である。

４－２．抗腫瘍水溶液の性質および用途（抗癌剤）
　この抗腫瘍水溶液は、前述した特許文献３に示すように、癌細胞を選択的に死滅させる抗腫瘍効果を有する。また、本実施形態の抗腫瘍水溶液は、前述したように、正常細胞にはほとんどダメージを与えない。そのため、この抗腫瘍水溶液について、抗癌作用を有する抗癌剤として用いることができる。

５．抗腫瘍水溶液の製造方法
　本実施形態のプラズマ発生装置１０００を用いた抗腫瘍水溶液の製造方法には、２種類の方法がある。よって、それぞれの方法について説明する。

５－１．抗腫瘍水溶液の製造方法（第１の方法）
５－１－１．水溶液準備工程（第１の方法）
　第１の方法について説明する。まず、第１の水溶液を準備する。第１の水溶液とは、プラズマを照射する前の水溶液のことをいう。この第１の方法では、第１の水溶液として、培養液を準備する。つまり、水に培養成分を添加した培養液を準備する。この段階における培養液のｐＨは、ほぼ７である。ｐＨは、例えば、５．５以上８．５以下の範囲内である。

５－１－２．プラズマ照射工程（第１の方法）
　次に、プラズマ発生装置１０００によりプラズマ発生領域に発生させた大気圧プラズマを第１の水溶液（培養液）に照射する。第１電極１１０を第１の水溶液の外に配置するとともに第２電極２１０を第１の水溶液の中に配置する。そして、第１電極１１０から第１の水溶液に向かってガスを照射する。そして、その状態で第１電極１１０と第２電極２１０との間に電圧を印加する。

　プラズマを照射する際における液面とプラズマ噴出口との間の距離は、３ｍｍ以上１５ｍｍ以下の範囲内である。好ましくは、４ｍｍ以上８ｍｍ以下の範囲内である。より好ましくは、５ｍｍ以上７ｍｍ以下の範囲内である。

　このように、第１の水溶液（培養液）にプラズマを照射することにより、第１の水溶液（培養液）を第２の水溶液（培養液）にする。プラズマ照射前の第１の水溶液（培養液）のｐＨは、７に近い。例えば、５．５以上８．５以下の範囲内である。一般に、培養液は、ｐＨを７付近に保持しようとする物質を含んでいる。例えば、炭酸水素イオンである。そのため、プラズマを照射する前後で、この水溶液のｐＨはほとんど変化しない。プラズマ照射後の第２の水溶液（培養液）のｐＨは、７に近い。ｐＨは、例えば、５．５以上８．５以下の範囲内である。

５－２．抗腫瘍水溶液の製造方法（第２の方法）
５－２－１．水溶液準備工程（第２の方法）
　第２の方法について説明する。まず、第１の水溶液を準備する。第１の水溶液とは、プラズマを照射する前の水溶液のことをいう。この第２の方法では、第１の水溶液として、次の水溶液を準備する。ここでは、リン酸水素二ナトリウム（Ｎａ₂ＨＰＯ₄）と、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ₃）と、Ｌ－グルタミン（Ｌ－Ｇｌｕｔａｍｉｎｅ）と、Ｌ－ヒスチジン（Ｌ－Ｈｉｓｔｉｄｉｎｅ）と、Ｌ－チロシン二ナトリウム二水和物（Ｌ－Ｔｙｒｏｓｉｎｅ・２Ｎａ・２Ｈ₂Ｏ）とのうちの少なくとも１種類を含む溶質を水に添加した第１の水溶液を準備する。

５－２－２．プラズマ照射工程（第２の方法）
　次に、プラズマ発生装置１０００によりプラズマ発生領域に発生させた大気圧プラズマを第１の水溶液に照射する。プラズマを照射する際の種々の条件は、第１の方法と同様である。このように、第１の水溶液にプラズマを照射することにより、第２の水溶液が作製される。

５－２－３．培養成分添加工程（第２の方法）
　次に、第２の水溶液に、培養成分を添加する。便宜上、この第２の水溶液に培養成分を添加した水溶液についても、同様に、第２の水溶液ということとする。

６．実験Ａ（抗腫瘍水溶液における抗腫瘍効果）
　本実験は、本実施形態のプラズマ発生装置１０００を用いて製造された抗腫瘍水溶液について行った実験である。

６－１．用いた癌細胞
　本実験では、癌細胞としてグリオーマを用いた。グリオーマは、神経膠細胞（グリア細胞）に発生する神経膠腫である。すなわち、脳腫瘍の一種である。グリオーマとして、具体的には、Ｕ２５１ＳＰを用いた。

６－２．実験方法
６－２－１．癌細胞の培養
　上記の癌細胞を、９６ウェルプレートに培養して癌細胞培養地を作製した。用いた培養液は、ＤＭＥＭと血清（ＦＢＳ）と抗生物質（ペニシリン・ストレプトマイシン）とを混合した溶液である。１ウェル当たりに播種した細胞数は５０００個である。また、１ウェル当たりに供給した培養液の容積は２００μＬであった。癌細胞を培養する培養期間は２４時間であった。

　ここで、ＤＭＥＭが含有する培養成分は、塩化カルシウム、硝酸第二鉄・９Ｈ₂Ｏ、硫酸マグネシウム（無水）、塩化カリウム、炭酸水素ナトリウム、塩化ナトリウム、リン酸一ナトリウム（無水）、Ｌ－アルギニン・ＨＣｌ、Ｌ－シスチン・２ＨＣｌ、Ｌ－グルタミン、グリシン、Ｌ－ヒスチジン・ＨＣｌ・Ｈ₂Ｏ、Ｌ－イソロイシン、Ｌ－ロイシン、Ｌ－リジン・ＨＣｌ、Ｌ－メチオニン、Ｌ－フェニルアラニン、Ｌ－セリン、Ｌ－スレオニン、Ｌ－トリプトファン、Ｌ－チロシン・２Ｎａ・２Ｈ₂Ｏ、Ｌ－バリン、塩化コリン、葉酸、ｍｙｏ－イノシトール、ナイアシンアミド、Ｄ－パントテン酸、ピリドキシン・ＨＣｌ、リボフラビン、チアミン・ＨＣｌ、Ｄ－グルコース、フェノールレッド・Ｎａである。

６－２－２．抗腫瘍水溶液の作製
　癌細胞培養地を用意するのとは別に、抗腫瘍水溶液を作製した。本実験では、第１の方法を用いた。ここで用いた培養液は、前述したＤＭＥＭと血清（ＦＢＳ）と抗生物質（ペニシリン・ストレプトマイシン）とを混合した溶液である。ＤＭＥＭの成分は、前述したとおりである。この培養液をプラズマ発生装置１０００の容器２５０に収容した。そして、プラズマ発生装置１０００を用いて、培養液にプラズマを照射した。

　プラズマの照射時間は、３分であった。ガスの流量は、０．４ｓｌｍであった。ガスの種類としてアルゴンガスを用いた。また、第１電極１１０と液面ＬＬ１との間の距離は、６ｍｍであった。ここで、第１電極１１０と液面ＬＬ１との間の距離とは、プラズマガスを供給する前の距離である。つまり、ガスの供給により、液面ＬＬ１が凹む部分については繰り込まれていない。これにより、抗腫瘍水溶液が作製された。

　そして、抗腫瘍水溶液について、プラズマを照射していない同じ成分の培養液で、４倍、１６倍、６４倍、２５６倍に希釈したものを用意した。

６－２－３．癌細胞培養地への抗腫瘍水溶液の供給
　次に、癌細胞を培養した９６ウェルプレートの培養液を抗腫瘍水溶液と交換した。癌細胞が抗腫瘍水溶液に浸かっている時間は、２４時間であった。そして、その後、抗腫瘍水溶液を通常の培養液に交換した。その後、ＭＴＳアッセイにより、生存している細胞数の割合を調べた。

６－３．実験結果
　実験結果を図５に示す。図５の縦軸は、生存細胞数の割合である。ここで、「Ｕｎｔｒｅａｔｅｄ」とは、プラズマを照射しなかった場合における癌細胞の生菌率である。この場合を基準の１００％とした。

　図５に示すように、抗腫瘍水溶液について、希釈しなかった水溶液、４倍に希釈した水溶液、１６倍に希釈した水溶液を用いた場合には、癌細胞の生存細胞数の割合は１０％以下であった。つまり、これらの水溶液は、強い抗腫瘍効果を示した。

　一方、６４倍に希釈した水溶液では、癌細胞の生存細胞数の割合は７５％程度であった。２５６倍に希釈した水溶液では、癌細胞の生存細胞数の割合は９０％程度であった。つまり、これらの水溶液は、抗腫瘍効果をそれほど示さなかった。

　このように、本実施形態のプラズマ発生装置１０００を用いて製造された抗腫瘍水溶液は、１６倍に希釈しても強い抗腫瘍効果を奏した。そのため、このプラズマ発生装置１０００は、抗腫瘍水溶液を製造するのに非常に適している。

７．実験Ｂ（第２電極の先端部の材料）
７－１．電極材料の種類
　第２電極２１０の先端部２１１として、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅを適用して抗腫瘍水溶液を製造した。そして、それらの抗腫瘍水溶液の抗腫瘍効果の強さを測定した。また、各々の電極材料の腐食状態について観察した。なお、癌細胞はＵ２５１ＳＰであった。１ウェル当たりに播種した細胞数は５０００個であった。プラズマ照射時間は５分であった。

７－２．実験結果１（抗腫瘍効果）
　まず、それぞれのデータについてサンプル数（Ｎ数）を１として実験したデータを示す。図６は、第２の電極２１０の先端部２１１としてＡｕを用いた場合の抗腫瘍水溶液の抗腫瘍効果を示すグラフ（Ｎ＝１）である。図７は、第２の電極２１０の先端部２１１としてＰｔを用いた場合の抗腫瘍水溶液の抗腫瘍効果を示すグラフ（Ｎ＝１）である。図８は、第２の電極２１０の先端部２１１としてＮｉを用いた場合の抗腫瘍水溶液の抗腫瘍効果を示すグラフ（Ｎ＝１）である。図９は、第２の電極２１０の先端部２１１としてＡｌを用いた場合の抗腫瘍水溶液の抗腫瘍効果を示すグラフ（Ｎ＝１）である。図１０は、第２の電極２１０の先端部２１１としてＣｕを用いた場合の抗腫瘍水溶液の抗腫瘍効果を示すグラフ（Ｎ＝１）である。図１１は、第２の電極２１０の先端部２１１としてＦｅを用いた場合の抗腫瘍水溶液の抗腫瘍効果を示すグラフ（Ｎ＝１）である。

　図６から図１１に示すように、第２の電極２１０の先端部２１１としていずれの材料を用いても、１６倍以下に希釈した抗腫瘍水溶液は高い抗腫瘍効果を示した。つまり、これらの抗腫瘍水溶液を用いた場合には、グリオーマの生存率はほぼゼロであった。また、６４倍に希釈した抗腫瘍水溶液については、Ａｕを用いた場合にグリオーマの生存率は４０％程度であった。６４倍に希釈した抗腫瘍水溶液については、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｆｅを用いた場合にグリオーマの生存率は８０％程度であった。６４倍に希釈した抗腫瘍水溶液については、Ａｌ、Ｃｕを用いた場合にグリオーマの生存率は１００％程度であった。したがって、抗腫瘍効果の強さを鑑みると、第２の電極２１０の先端部２１１としてＡｕを用いることが最も好ましい。

　次に、それぞれのデータについてサンプル数（Ｎ数）を４として実験したデータを示す。図１２は、第２の電極２１０の先端部２１１としてＡｕを用いた場合の抗腫瘍水溶液の抗腫瘍効果を示すグラフ（Ｎ＝４）である。図１３は、第２の電極２１０の先端部２１１としてＰｔを用いた場合の抗腫瘍水溶液の抗腫瘍効果を示すグラフ（Ｎ＝４）である。図１４は、第２の電極２１０の先端部２１１としてＮｉを用いた場合の抗腫瘍水溶液の抗腫瘍効果を示すグラフ（Ｎ＝４）である。図１５は、第２の電極２１０の先端部２１１としてＡｌを用いた場合の抗腫瘍水溶液の抗腫瘍効果を示すグラフ（Ｎ＝４）である。図１６は、第２の電極２１０の先端部２１１としてＣｕを用いた場合の抗腫瘍水溶液の抗腫瘍効果を示すグラフ（Ｎ＝４）である。図１７は、第２の電極２１０の先端部２１１としてＦｅを用いた場合の抗腫瘍水溶液の抗腫瘍効果を示すグラフ（Ｎ＝４）である。

　この場合には、サンプル数（Ｎ数）が４であるため、第２の電極２１０の先端部２１１の耐久性を調べたこととなる。１６倍に希釈した抗腫瘍水溶液については、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｌを用いた場合には、グリオーマの生存率はほぼゼロであった。また、１６倍に希釈した抗腫瘍水溶液については、Ｃｕ、Ｆｅを用いた場合には、グリオーマの生存率は８０％程度であった。また、８倍に希釈した抗腫瘍水溶液については、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕを用いた場合には、グリオーマの生存率はほぼゼロであった。８倍に希釈した抗腫瘍水溶液については、Ｆｅを用いた場合には、グリオーマの生存率は８０％程度であった。このように、第２の電極２１０の先端部２１１としてＣｕ、Ｆｅを用いた場合には、放電を繰り返すことにより、製造される抗腫瘍水溶液の抗腫瘍効果は低下した。つまり、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｌは、Ｃｕ、Ｆｅに比べて耐久性に優れている。

７－３．実験結果（腐食）
　図１８は、第２の電極２１０の先端部２１１としてＡｕを用いた場合の第２電極２１０を示す写真である。図１９は、第２の電極２１０の先端部２１１としてＰｔを用いた場合の第２電極２１０を示す写真である。図２０は、第２の電極２１０の先端部２１１としてＮｉを用いた場合の第２電極２１０を示す写真である。図２１は、第２の電極２１０の先端部２１１としてＡｌを用いた場合の第２電極２１０を示す写真である。図２２は、第２の電極２１０の先端部２１１としてＣｕを用いた場合の第２電極２１０を示す写真である。図２３は、第２の電極２１０の先端部２１１としてＦｅを用いた場合の第２電極２１０を示す写真である。

　図１８から図２３の写真を観察したところ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅについては、電極の腐食が見られた。そのため、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉは、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅに比べて腐食しにくい。

　以上より、第２の電極２１０の先端部２１１としてＡｕが最も適している。Ａｕを用いて製造した抗腫瘍水溶液の抗腫瘍効果は高く、Ａｕは腐食しにくいからである。次に、Ｐｔ、Ｎｉが好ましい。Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅは、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉに比べて腐食しやすいが、第２の電極２１０の先端部２１１として適用することができないわけではない。

７－４．考察
　ここで、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉの仕事関数は５ｅＶ以上である。Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅの仕事関数は４．５ｅＶ程度である。Ａｕのように仕事関数の高い金属では、プラズマを維持するために電子の供給が不可欠である。本実施形態では、第２の電極２１０の先端部２１１の表面にエネルギーの高い荷電粒子が衝突し、先端部２１１の内部の電子を励起して放出するというプロセスをたどる。荷電粒子は、先端部２１１の付近の電圧降下部により加速される。Ａｕのように仕事関数の高い金属では、より急勾配な電圧降下部が形成される。したがって、仕事関数の高い金属において、プラズマ生成物がより効率的に生成されると考えられる。

８．変形例
８－１．用途
　本実施形態では、プラズマ発生装置１０００について、プラズマを培養液に照射する用途について適用した。しかし、プラズマ発生装置１０００については、その他の液体に高密度のプラズマを照射する場合にも用いることができる。つまり、抗腫瘍水溶液を製造する用途以外に用いてももちろん構わない。

８－２．第１電極
　本実施形態のプラズマ発生装置１０００では、第１電極１１０の筒形状部１１０ａは、円筒形状である。しかし、円筒形状に限らない。筒形状であれば、多角形形状であってもよい。

９．本実施形態のまとめ
　以上詳細に説明したように、本実施形態のプラズマ発生装置１０００は、円筒形状の第１電極１１０と、液面を挟んで第１電極１１０と対向する棒状の第２電極２１０と、を有している。また、第１電極１１０の先端部１１１は、第１電極１１０の軸方向に垂直な面に対して傾斜する傾斜面１１１ａと、マイクロホロー１１１ｂと、を有している。そのため、このプラズマ発生装置１０００は、高密度のプラズマを発生させることができる。このプラズマ発生装置１０００は、正常細胞にほとんど影響を与えることなく癌細胞を死滅させることのできる抗腫瘍水溶液の製造に好適である。

１０００…プラズマ発生装置
１１０…第１電極
１２０…第１の電位付与部
１３０…第１のリード線
１４０…ガス供給部
１５０…ガス管結合コネクター
１６０…ガス管
１７０…第１電極保護部材
２１０…第２電極
２２０…第２の電位付与部
２３０…第２のリード線
２４０…第２電極保護部材
２５０…容器
２６０…封止部材
２７０…架台

Claims

筒形状部を備える第１電極と、
前記第１電極と対向する第２電極と、
前記第１電極の前記筒形状部の内部にガスを供給するガス供給部と、
を有し、
　前記第１電極は、
　　前記筒形状部から前記第２電極に向けてガスを流すこと
を特徴とするプラズマ発生装置。
請求項１に記載のプラズマ発生装置において、
前記第１電極と前記第２電極とを収容するとともに液体を収容する容器と、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加する電圧印加部と、
を有し、
　前記電圧印加部が、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加する電圧印加時には、
　　前記第２電極は、
　　　液体の内部に配置されていること
を特徴とするプラズマ発生装置。
請求項２に記載のプラズマ発生装置において、
　前記第１電極と前記第２電極とを結ぶ線が、
　　液体の液面と交差しており、
　前記第１電極から流れるガスが、
　　液体の液面を凹ませること
を特徴とするプラズマ発生装置。
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のプラズマ発生装置において、
　前記第２の電極は、
　　棒状電極であること
を特徴とするプラズマ発生装置。
請求項４に記載のプラズマ発生装置において、
　前記棒状電極の先端は、
　　Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅのうちの少なくとも一種類以上を含む金属もしくは合金であること
を特徴とするプラズマ発生装置。
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のプラズマ発生装置において、
　前記第１の電極は、
　　先端部を有し、
　　前記先端部は、
　　　前記第１電極の軸方向に垂直な面に対して傾斜する傾斜面を有すること
を特徴とするプラズマ発生装置。
請求項６に記載のプラズマ発生装置において、
　　前記先端部は、
　　　マイクロホローを有すること
を特徴とするプラズマ発生装置。
抗腫瘍水溶液の製造方法において、
　リン酸水素二ナトリウム（Ｎａ₂ＨＰＯ₄）と、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ₃）と、Ｌ－グルタミン（Ｌ－Ｇｌｕｔａｍｉｎｅ）と、Ｌ－ヒスチジン（Ｌ－Ｈｉｓｔｉｄｉｎｅ）と、Ｌ－チロシン二ナトリウム二水和物（Ｌ－Ｔｙｒｏｓｉｎｅ・２Ｎａ・２Ｈ₂Ｏ）とのうちの少なくとも１種類を含む溶質を水に添加した第１の水溶液を準備する水溶液準備工程と、
　前記第１の水溶液にプラズマを照射するプラズマ照射工程と、
を有し、
　前記プラズマ照射工程では、
　　第１電極を前記第１の水溶液の外に配置するとともに第２電極を前記第１の水溶液の中に配置し、
　　前記第１電極から前記第１の水溶液に向かってガスを照射し、
　　その状態で前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加すること
を特徴とする抗腫瘍水溶液の製造方法。