專利名稱：向液體供給離子的方法和裝置以及殺菌方法和裝置的制作方法
向液體供給離子的方法和裝置以及殺菌方法和裝置
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及使用等離子體等向液體供給離子的方法和裝置、以及殺菌方法和裝置。以往,針對細(xì)菌(bacteria)或病毒(virus)等各種微生物(microorganism)的殺菌或滅菌的方法大致可分為兩種，即使用熱或壓力等物理手段(機械手段)和使用藥劑的化學(xué)手段。作為物理手段有高壓蒸汽滅菌法(高壓釜法)、伽馬射線滅菌法或電子束滅菌法等。作為化學(xué)手段有環(huán)氧乙烷氣體(EOG)滅菌法或減壓過氧化氫等離子體滅菌法等。物理手段主要用于醫(yī)療用器具的滅菌，但大多數(shù)情況下，滅菌的對象物暴露在極端的物理條件下，因此能夠進行滅菌的對象物受到限制。例如，不耐熱的塑料產(chǎn)品等無法使用高壓釜，容易因紫外線等而劣化的素材或精密機器等使用伽馬射線來進行滅菌是不理想的。另外，除高壓釜以外的幾乎所有情況下，大多需要大型的裝置，設(shè)置場所受到制約?；瘜W(xué)手段的情況下，所使用的化學(xué)藥劑有可能對人體等產(chǎn)生不良影響，因此需要用于使殘留藥劑確實地?zé)o害化的工序，結(jié)果導(dǎo)致消耗成本與時間。特別是EOG的情況下，其具有急性毒性和誘變性，因此正在進行類似于限制其使用的指導(dǎo)。最重要的是，使用藥劑的情況下，很難進行液體中的滅菌，即使實現(xiàn)了在液體中進行滅菌，也會使高濃度的藥劑殘留在液體中。很難將溶入液體的殺菌劑完全地?zé)o害化，實際上這是現(xiàn)有技術(shù)是不可能實現(xiàn)的。另一方面，近年來，正在進行使用等離子體的殺菌方法的研究。等離子體是指除固體、液體、氣體之外的物質(zhì)的表現(xiàn)形態(tài)。若原子達到I萬度左右以上的高溫，則形成由離子和電子構(gòu)成的等離子體的狀態(tài)，化學(xué)的活性變高。等離子體可以用于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的加工(processing)或用作以突光燈為代表的光源。作為使用了等離子體的殺菌方法，有上述的過氧化氫等離子體滅菌法(HLPS法)。HLPS法中，將腔室的壓力減壓至例如0. 3Torr，注入過氧化氫并使其擴散，進行空氣中的高頻放電(10eV、13. 56MHz、400W)。然后，將潔凈空氣送入腔室內(nèi)，恢復(fù)至大氣壓。HLPS法中，利用由過氧化氫的氧化作用與等離子體放電而產(chǎn)生的活性基(自由基、OH*)等來進行殺菌(非專利文獻I)。另外，在專利文獻I中，公開了使用過氧化氫作為殺菌用的藥品，將其與等離子體組合的殺菌方法。另外，提出了在將氣體排出而形成為真空環(huán)境的容器內(nèi)，點燃等離子體，從而對干燥的對象物進行滅菌的方案(非專利文獻2)。非專利文獻2中，公開了對裝在氣體可以通過但微生物不能透過的無紡布中的刀、外科用手術(shù)刀、管等醫(yī)療器具進行滅菌。現(xiàn)狀是，在以往的將過氧化氫與等離子體組合的殺菌方法中，使用原本作為強力的殺菌劑的過氧化氫來進行殺菌，然后為了將過氧化氫分解使其無害化而使用等離子體。
另外，在低壓的真空環(huán)境下使用等離子體時，存在著以下難點需要壓力容器，僅可以在這種壓力容器的內(nèi)部實行殺菌，因此該實行時的制約多。近年來，被稱作大氣壓等離子體的等離子體受到注目。以往的等離子體大多在低壓下生成，很難在一般的環(huán)境下使用。在如大氣壓這種高的壓力下生成等離子體時，通常等離子體化的顆粒因與中性氣體顆粒的頻繁沖突而接近于熱平衡狀態(tài)，因此氣體溫度成分容易變高，往往形成為以在電弧焊接所使用的電弧等離子體為代表的熱等離子體。另一方面，非平衡等離子體受到注目，其是通過實施不形成為這種熱緩和狀態(tài)的辦法制作出非平衡的狀態(tài)而得到的，盡管中性氣體溫度低，所述非平衡等離子體也具有充分高的電子溫度，因此為化學(xué)活性。對于非平衡等離子體來說，中性氣體溫度幾乎為室溫左右，與電子溫度相比非常低，因此有時也被稱作低溫等離子體。另外，關(guān)于等離子體的利用，提出了向由導(dǎo)電體構(gòu)成的被加工物照射等離子體，從而進行加工的方案(專利文獻2)。根據(jù)專利文獻2，通過在被加工物與放電電極之間施加偏置電壓，可以進一步有效地將產(chǎn)生的等離子體抽出并 放大，將等離子體效果良好地照射于被加工物，從而進行加工。如上所述，以往使用等離子體的殺菌并未達到實用化的領(lǐng)域。如果可以將等離子體中的上述非平衡等離子體利用于殺菌，則會大幅減少實行殺菌方面的制約，因此實用價值變得極高。另外，如果可以向液體中有效地供給利用等離子體生成的離子或自由基，則可以將其用于對存在于液體中的微生物進行殺菌等的實用化。需要說明的是，在專利文獻2的加工方法中，可以使用直流或交流等作為施加于被加工物與放電電極之間的偏置電壓。據(jù)認(rèn)為，專利文獻2中，利用該偏置電壓，在等離子體與被加工物之間也引起放電，使等離子體直接命中于被加工物，由此提高了加工效率。非專利文獻I :玉澤々a 3著“等離子體滅菌的特征與問題點和新的等離子體滅菌的將來展望”滅菌o特徴i問題點杉j t/新^ p Xj滅菌q將來展望)Bokin Bobai Vol. 32 No. I ppl3 30非專利文獻2 :永津雅章“等離子體滅菌”(7 7滅菌)J. Plasma Fusion Res.Vol. 83，No. 7(2007)601-606專利文獻I :日本特開2004-290612專利文獻2 日本特開2008-1037
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，向液體有效地供給由等離子體等生成的離子或自由基，以及有效地將存在于液體之中或表面的微生物殺死。本發(fā)明的實施方式的方法中，利用等離子體發(fā)生裝置在氣相中產(chǎn)生等離子體，利用所述等離子體在氣相中生成離子，通過施加于生成的離子電場使所述離子向所述液體電泳。優(yōu)選的是，對于所述等離子體發(fā)生裝置，按照由其產(chǎn)生的等離子體不與所述液體接觸的方式來進行配置。本發(fā)明的實施方式的殺菌裝置是將存在于液體之中或表面的微生物殺死的裝置，其具有用于將氣體供給于氣相中的氣體供給管、設(shè)置在所述氣體供給管的出口附近的高電位電極、將含有預(yù)定頻率的交流電壓成分和使所述高電位電極為負(fù)的直流偏置電壓成分的電壓施加于所述高電位電極與所述液體之間的電源裝置。
根據(jù)本發(fā)明，可以有效地向液體供給由等離子體等生成的離子或自由基。由此，可以有效地將存在于液體之中或表面的微生物殺死。


圖I是表示本發(fā)明的第I實施方式的殺菌裝置的構(gòu)成的圖。圖2是表示在液體附近生成等離子體和自由基的情況的圖。圖3是表示施加于高電位電極的電壓的波形的示例的圖。 圖4是表示施加于高電位電極的電壓的波形的其它示例的圖。圖5是表示利用由直流偏置電壓產(chǎn)生的電場來控制離子的流動的圖。圖6是表示對液體的pH進行調(diào)整的方法的示例的圖。圖7是表示利用殺菌裝置來殺菌的步驟的示例的流程圖。圖8是表示本發(fā)明的第2實施方式的殺菌裝置的構(gòu)成的圖。圖9是表示本發(fā)明的第3實施方式的殺菌裝置的構(gòu)成的圖。圖10是表示本發(fā)明的第4實施方式的殺菌裝置的構(gòu)成的圖。圖11是表示本發(fā)明的第5實施方式的殺菌裝置的構(gòu)成的圖。圖12是表示設(shè)置了 pH調(diào)整管路的等離子體發(fā)生裝置的示例的圖。圖13是表示本發(fā)明的第6實施方式的殺菌裝置的構(gòu)成的圖。圖14是表示本發(fā)明的第7實施方式的殺菌裝置的構(gòu)成的圖。圖15是表示本發(fā)明的第8實施方式的殺菌裝置的構(gòu)成的圖。圖16是表示設(shè)置了接地電極的等離子體發(fā)生裝置的示例的圖。圖17是表示按照等離子體與液體接觸的方式來配置等離子體發(fā)生裝置的示例的圖。圖18是表示液體的pH與殺菌力的關(guān)系的參考圖。圖19是表示液體的pH與殺菌力的關(guān)系的參考圖。圖20是表示液體的pH與殺菌力的關(guān)系的參考圖。圖21是表示液體的pH與殺菌力的關(guān)系的參考圖。
具體實施例方式本發(fā)明的方法可以采取如下各種方式。S卩，利用等離子體發(fā)生裝置在氣相中產(chǎn)生等離子體，由等離子體在氣相中生成離子，通過施加于生成的離子電場使離子向液體電泳。需要說明的是，作為想要進行電泳的氣相中的離子(大氣離子)，可以為正離子或負(fù)離子的任一種，但對于正離子的情況與負(fù)離子的情況，它們的電場的方向相反。對于等離子體發(fā)生裝置，按照由其產(chǎn)生的等離子體不與液體接觸的方式來進行配置。等離子體發(fā)生裝置具備例如用于將氣體供給于氣相中的氣體供給管、設(shè)置在氣體供給管的出口附近的高電位電極、向高電位電極施加預(yù)定頻率的交流電壓的電源裝置。電源裝置中，例如一個輸出端與高電位電極連接，另一個輸出端連接于與液體相接觸的電極和地線。利用電源裝置，將直流偏置電壓實質(zhì)性地施加于高電位電極與液體之間，由此向離子施加電場。
另外，為了將存在于液體之中或表面的微生物殺死，利用等離子體發(fā)生裝置在氣相中產(chǎn)生等離子體，利用等離子體在氣相中生成自由基、例如超氧陰離子自由基(02_ )，利用施加于所生成的自由基的電場使自由基向液體電泳，并使自由基在液體中擴散。自由基為具有不成對電子的離子。為了提高殺菌效果，對所述液體進行調(diào)整使其PH為4. 8以下。需要說明的是，“滅菌”是指使細(xì)菌、菌類(fungi)或病毒等微生物完全死滅或滅活，一般來說要求比“殺菌”更嚴(yán)格的條件。具體來說，殺菌是指將微生物的數(shù)量降低至初期濃度的1/103以下的情況，而滅菌的情況是指將微生物的生存概率調(diào)整為1.0X10_6以下。換而言之，殺菌的情況是將微生物暫時減少至無害的等級，但因之后的條件微生物會再次增加。另一方面，滅菌的情況使微生物完全死滅，因此如高壓處理食品( > 卜&卜食品)或罐頭，只要不開封則微生物永久不會增殖。需要說明的是，在本說明書中，將使微生物的數(shù)量的濃度下降稱作“殺菌”。以下，對于殺菌裝置，說明各種實施方式。[第I實施方式]在圖I中，殺菌裝置5具備等離子體發(fā)生裝置12、電源裝置34、容器YK和電極35
坐寸o等離子體發(fā)生裝置12由氣體供給管31、設(shè)置在氣體供給管31的噴出口 31a附近的高電位電極33和電源裝置34的一部分構(gòu)成。氣體供給管31由如石英管或塑料導(dǎo)管這樣的絕緣材料構(gòu)成，在其后端部連接有氣體導(dǎo)管。例如，氦(He)氣由未圖示的介質(zhì)氣體源經(jīng)氣體導(dǎo)管而供給。通過氣體供給管31的內(nèi)腔的氦氣由噴出口 31a向氣相中噴出，并構(gòu)成有用于形成介質(zhì)氣體的氣流的氣流產(chǎn)生部。作為氣體供給管31,例如可以使用內(nèi)徑為50 ii m 50mm的管。在氣體供給管31的噴出口 31a側(cè)的端部的外周上，以同軸狀設(shè)置有等離子體發(fā)生用的單一的高電位電極33。高電位電極33與電源裝置34的一個輸出端TSl連接，并且為了產(chǎn)生等離子體而被施加預(yù)定頻率的交流電壓。S卩，電源裝置34的一個輸出端TSl由電線WRl與高電位電極相連接，另一個輸出端TS2由電線WR2與地線G相連接。由此，可以在高電位電極33與裝入在容器YK的液體LQ之間，施加含有預(yù)定頻率的交流電壓成分Va與直流偏置電壓成分Vb的電壓Vc。圖中所示的示例中，在電源裝置34中，設(shè)置有產(chǎn)生預(yù)定頻率的交流電壓成分Va的交流電源34a和產(chǎn)生直流偏置電壓成分Vb的直流電源34ba。可以使交流電壓成分Va為矩形波、三角波、正弦波、脈沖波等各種波形的交流電壓。交流電壓成分Va的電壓的波峰值例如為I IOkV左右，頻率例如為數(shù)十 數(shù)十kHz左右。直流偏置電壓成分Vb可以為正或負(fù)的任一種，電壓值例如為I 10kV。另外,作為直流偏置電壓成分Vb，可以對其電壓值進行調(diào)整，另外電壓值也可以經(jīng)時變化。因此，對于電源裝置34輸出的電壓Vc，通過將其電壓值設(shè)定為例如10kV，將頻率設(shè)定為例如IOkHz左右，可以生成由噴出口 31a細(xì)細(xì)延長的非平衡的等離子體射流。如此，在氣相中，圖I的示例的情況下，在大氣中產(chǎn)生等離子體PM。如此產(chǎn)生的等離子體PM為非平衡等離子體(低溫等離子體)，另外有時被稱呼為LF (Low Frequency)等離子體。容器YK收納作為供給離子的對象的液體LQ。
即，例如，如圖6 (A)所示，將作為殺菌對象的液體LQ裝入容器YK，由此來進行準(zhǔn)備。作為液體LQ，可以使用例如水、水溶液、生理食鹽水、體液、其它各種液體。在液體LQ中，有時含有例如細(xì)菌(bacteria)、菌類或病毒等微生物(需要說明的是，有時這些微生物僅稱作“菌”)；和朊病毒或脂多糖等病原性生物體高分子等。此時，通過供給預(yù)定的離子來進行它們的殺菌為了提高殺菌效果，對所述液體LQ進行調(diào)整使其pH為4.8以下。優(yōu)選將pH調(diào)整為4. 5以下，進一步優(yōu)選將pH調(diào)整為3. 5以下。為了減少對動物或人等生物體的影響，以及使液體LQ的后處理容易，優(yōu)選將pH調(diào)整為I以上。更優(yōu)選調(diào)整為2以上。為了這樣調(diào)整pH，例如有下述方法將如檸檬酸(C6H8O7)或磷酸鹽(例如KH2PO4等)這種酸或顯酸性的鹽從投入容器TY投入至液體LQ中，或?qū)⒍趸細(xì)怏w(CO2)吹入至液體LQ中，等。如此調(diào)整pH使其為酸性，則如圖6(B)所示，會形成為液體LQ中的質(zhì)子(氫離子)H+增加的狀態(tài)。需要說明的是，pH調(diào)整裝置11由利用投入容器TY投入酸或鹽的投入裝置或?qū)⒍趸細(xì)怏w吹入至液體LQ中的吹入裝置等構(gòu)成。電極35是由銅或鋁等金屬構(gòu)成的板狀的電極，配置于容器YK內(nèi)的底部。電極35與電線WR3連接，電線WR3貫通容器YK的底部并在外部被抽出從而與地線G連接，并且經(jīng)電線WR2與上述的電源裝置34的輸出端TS2連接。需要說明的是，為了有效地施加電場DK，期望將電極35配置于容器YK的底部，但也可以配置于容器YK的側(cè)面。如此，期望將電極35按照浸沒于液體LQ中的方式來進行配置，最好不露出于液體LQ的表面。對于與電極35連接的電線WR3，最好也不露出于液體LQ的表面。如圖2所示，將等離子體發(fā)生裝置12按照所產(chǎn)生的等離子體PM不與液體LQ接觸的方式來進行配置。利用所產(chǎn)生的等離子體PM在氣相中生成各種離子或自由基。并且，圖2所示的示例中，對高電位電極33施加相對于地線G為負(fù)的直流偏置電壓成分Vb。由此，生成從液體LQ向高電位電極33的電場DK。此時，可以由氣氛氣體供給用于生成活性種的氣體。即，作為氣相中的氣體成分，一般為空氣(大氣)，但為了進行活性種的控制，優(yōu)選能夠?qū)Φ入x子體PM的周圍的氣氛氣體進行控制。例如，能夠以任意的比例將氮(N2)與氧(O2)混合來作為氣相中的氣體成分。另外，為了控制或抑制活性種的生成，也可以在等離子體PM的周圍，利用氬(Ar)等惰性氣體、或?qū)⒂糜谥谱鞯蜓醯鹊幕钚苑N的氣體與氬混合而得到的氣體，使等離子體PM免受空氣的影響。這種情況下，可以在用于屏蔽的氣體中、或者在這種氣體與用于等離子體生成的氣體混合而成的氣相中，使離子種電泳。因此，例如由等離子體PM生成的超氧陰離子自由基(02_0帶有負(fù)電荷，所以在電場DK的作用下從氣相中向液體LQ移動，與液體LQ的液面接觸，并在液體中擴散。如此，能夠在pH調(diào)整為4.8以下的液體LQ的附近產(chǎn)生等離子體PM，由此在氣相中生成超氧陰離子自由基(O2- )，利用電場DK將超氧陰離子自由基(02、)供給于液體LQ中，從而對液體LQ的表面或液體LQ之中進行殺菌。據(jù)認(rèn)為，本實施方式的殺菌原理如下所示。利用等離子體PM來生成作為自由基一種的超氧陰離子自由基(02_ )。超氧陰離子自由基(02、)為具有不成對電子的自由基，同時也是離子，因此其在電場DK的作用下向液體LQ移動，并在液體LQ中擴散。擴散于液體LQ中的超氧陰離子自由基(O2- )與液體中的質(zhì)子(H+)反應(yīng)，形成過氧羥自由基(H00 )。 + [H+卜[HOO.]……(I)以上的化學(xué)式的右邊與左邊處于平衡關(guān)系。即，根據(jù)濃度而進行從右邊至左邊或從左邊至右邊的反應(yīng)。如此形成的過氧羥自由基(H00*)具有強力的殺菌效果，由此可以殺死液體LQ中的微生物。另外，表示該平衡反應(yīng)的平衡常數(shù)的值(酸解離常數(shù))？1^為“4.8”。這意味著，pH為4. 8時，存在相同濃度的超氧陰離子自由基(02、)與過氧羥自由基(H00 *)。另外，PH高于4. 8的狀態(tài)下，過氧羥自由基(H00 )明顯減少；相反地，pH低于4. 8，則過氧羥自由基(H00 )顯示出了急劇地增加?；谶@種原理，將液體LQ的pH調(diào)整為4. 8以下，利用等離子體PM生成過氧羥自由基(H00 )，由此將液體LQ中的微生物殺死。通過將液體LQ的pH調(diào)整為4. 8以下、優(yōu)選調(diào)整為4. 5以下，可以得到強烈的殺菌力。S卩，作為具有氧化能力的活性種，已知有羥基自由基(0H*)、過氧羥自由基(H00 )、超氧陰離子自由基(02、)等。利用等離子體來生成這種活性種，使其滲透于液體中，從而進行殺菌。此時,通過將液體的pH調(diào)整為4. 8以下的偏酸性，可以急劇地提高殺菌力。對于過氧化物來說，其壽命較長但氧化能力弱，與液體中的質(zhì)子(H+)處于(I)式所示的平衡關(guān)系。質(zhì)子(H+)多的酸性環(huán)境下，容易形成氧化能力強的過氧羥自由基(H00 )，特別是在對應(yīng)于pKa的pH為4. 8以下的情況下，過氧羥自由基(H00 )的存在比
變得極高。
進一步，空氣中含有的氮與氧因等離子體而化合，形成作為氧與氮的自由基的一氧化氮(NO )或二氧化氮(NO2 )等氮氧化合物。一氧化氮(NO )與過氧羥自由基(H00 )結(jié)合，形成殺菌力聞的過氧亞硝基(0N00H),從而殺菌力進一步提聞。據(jù)認(rèn)為，由這種氧或氣構(gòu)成的各種各樣的活性種帶來協(xié)同效果，由此顯示出高殺菌力。HOO +NO — 0N00H......(2)即，據(jù)認(rèn)為，利用由pH為4. 8以下的液體LQ與等離子體PM生成的過氧羥自由基(H00 )得到殺菌力，進一步因氮的存在而生成過氧亞硝基(0N00H)，由此可以得到更高的殺菌力。構(gòu)成微生物等的生物物質(zhì)因液體中的自由基而變質(zhì)，由此抑制更多的增殖、或得以進行殺菌，但本手段也能夠適用于將不含有微生物的病原性病毒或朊病毒等蛋白質(zhì)滅活，以及以化學(xué)手法來修飾蛋白質(zhì)等生物高分子。雖然通過使用藥品的化學(xué)手段也能夠在液體中生成自由基，但通過使用主要以稀有氣體作為燃料的等離子體，可以在干凈的環(huán)境下，以化學(xué)手法高效率地產(chǎn)生大量的自由基。另外，若將PH調(diào)整為3. 5以下，則會使有效的殺菌效果更加確實。若將pH調(diào)整為2以上，則不會產(chǎn)生由為了調(diào)整PH所使用的藥劑所引起的問題，能夠適用于動物或人等生物體，并能夠應(yīng)用至齒科治療、食品、醫(yī)療器具等。
需要說明的是，可以在液體LQ的上方附近，與液面平行地產(chǎn)生等離子體PM。為了增強電場DK、或得到預(yù)定強度的電場DK，高電位電極33與液體LQ之間的距離越近越優(yōu)選。圖3表示出了電源裝置34輸出的電壓Vc的波形的示例。在圖3中，交流電壓成分Va為在正側(cè)與負(fù)側(cè)具有相同的波峰值的矩形波。即，交流電壓成分Va的波峰值為土Va。直流偏置電壓成分Vb是與交流電壓成分Va的波峰值相同大小的負(fù)的電壓。直流偏置電壓成分Vb為_Vb( = -Va)。電壓Vc是由交流電壓成分Va與直流偏置電壓成分Vb合成而得到的，并且是在負(fù)側(cè)從0伏特至-(Va+Vb)伏特之間周期性反復(fù)的矩形波。舉出一個具體例，電壓Vc的波峰值例如為-20kV，頻率例如為10kHz。此 時，周期為100 ii sec。需要說明的是，由圖3的波形可知，產(chǎn)生交流電壓成分Va的交流電源34a與產(chǎn)生直流偏置電壓成分Vb的直流電源34ba可以相互獨立地設(shè)置，或者也能夠以將它們一體化，從而生成并輸出含有直流偏置電壓成分Vb的電壓Vc的方式來設(shè)置。例如,在交流電源34a的輸出部使用變壓器(Transformer)的情況下,可以向該變壓器的二次側(cè)串聯(lián)地施加直流電源34ba輸出的直流偏置電壓。另外，例如在交流電壓成分Va為±5kV的矩形波的情況下,若使直流偏置電壓成分Vb為_5kV，則電壓Vc為在OV與-IOkV之間反復(fù)的矩形波。該電壓Vc為單極性的矩形波，因此例如通過以預(yù)定的周期來開閉(switching)-lOkV的電壓,可以簡單地生成這種電壓Vc。圖4表示出了施加于高電位電極33的電壓Vc的波形的其它示例。需要說明的是，在圖4中，表示出了直流偏置電壓成分Vb為正的情況下的電壓Vc的波形，但對于直流偏置電壓成分Vb為負(fù)的情況下，也可以使用同樣的波形。即，該情況下，通過將圖4所示的電壓Vc的極性反轉(zhuǎn)，可以使直流偏置電壓成分Vb為負(fù)。圖4(A) ⑶中，分別表示出周期性反復(fù)的矩形波、周期性反復(fù)的脈沖波、正弦波的半波分和正弦波的全波分作為電壓Vc的示例?？梢允褂眠@些波形以外的波形，另外，也可以使用兩種以上的波形組合而成的波形、波峰值不同的波形組合而成的波形等各種波形。圖5表示出了利用直流偏置電壓成分Vb來控制離子的流動的狀況。S卩，在圖5中，橫軸表示直流偏置電壓成分Vb的大小，縱軸表示從液體LQ流通至地線G的電流lb。電流Ib是通過在電線WR3的途中插入電流計來測定的。根據(jù)圖5，直流偏置電壓成分Vb的絕對值越大，電流Ib越大。此處，等離子體PM不與液體LQ接觸、即在它們之間夾著大氣，因此認(rèn)為電流Ib表示穿過液體LQ而移動的大氣離子的量。即，圖5表示大氣離子的流動因直流偏置電壓成分Vb而受到控制。需要說明的是，等離子體PM與液體LQ接觸的情況下，在液體LQ中流動著由電子產(chǎn)生的等離子體電流，因此很難直接對大氣離子的移動量進行測定。在使用了上述實施方式的殺菌裝置5的殺菌方法中，如圖7所示，準(zhǔn)備pH調(diào)整為4.8以下的液體LQ(#11)，利用等離子體發(fā)生裝置12在液體LQ的附近的氣相中生成等離子體PM(#12)。利用所生成的等離子體PM在氣相中生成離子、例如超氧陰離子自由基(02_0(#13)，通過施加于生成的超氧陰離子自由基(02、)的電場使超氧陰離子自由基(02、)向液體LQ電泳(#14)。到達至液體LQ的表面的超氧陰離子自由基(02_ )在液體LQ中擴散(#15)。由此，對存在于液體LQ的表面或液體LQ之中的微生物進行殺菌。 利用上述實施方式的殺菌裝置5，通過在高電位電極33與液體LQ之間施加直流偏置電壓成分Vb，可以有效地向液體LQ供給利用等離子體PM生成的離子或自由基等。由此，在液體LQ的表面或液體LQ中，能夠促進由離子或自由基等產(chǎn)生的反應(yīng)或處理等。此外，通過以液體LQ為正的方式施加直流偏置電壓成分Vb，可以向液體LQ供給大量的作為負(fù)離子的超氧陰離子自由基(02_ )，可以有效地將存在于液體LQ之中或表面的微生物殺死。圖I所示的等離子體發(fā)生裝置12為單電極放電，因此容易施加直流偏置電壓。即，使用圖I所示的結(jié)構(gòu)的等離子體發(fā)生裝置12的情況下，通過使施加于單一的高電位電極33的電壓Vc僅含有直流偏置電壓成分Vb，可以簡單地向由等離子體PM生成的離子施加電場DK0即，作為電源裝置34，可以僅產(chǎn)生由交流電壓成分Va與直流偏置電壓成分Vb合成得到的電壓Vc，也可以利用單一的電源裝置34進行等離子體PM的產(chǎn)生和電場DK的施加。由此，能夠?qū)⒌入x子體發(fā)生裝置12或電源裝置34小型化或簡單化。如此，在本實施方式中，通過單純地施加直流偏置電壓，能夠向液體中供給大量的離子。例如，與未施加直流偏置電壓的情況相比，通過施加直流偏置電壓，可以容易地將上述電流Ib增大10 100倍左右。另外，向液體LQ供給預(yù)定量的離子的情況下，通過施加直流偏置電壓，可以降低用于產(chǎn)生等離子體PM的交流電壓的波峰值。需要說明的是，在上述實施方式的殺菌裝置5中，雖然將液體LQ接地于地線G，但也可以對液體LQ施加直流偏置電壓。即，可以向高電位電極33和液體LQ雙方分別施加不同電壓的直流偏置電壓。該情況下，變成基于兩個直流偏置電壓的差，向大氣離子施加電場DK0期望連接于大地作為向地線G的接地，但也可以連接于生物體或建筑物等，或者在遠(yuǎn)離高電位電極33的位置開放。需要說明的是，在等離子體發(fā)生裝置12中，具有與放電開始部分相同的電位的放電前沿(front)會隨著放電前沿的輸送而進展。通過將液體LQ接地，能夠在作為放電前沿的終點的等離子體的先端與液體LQ之間將直流偏置電壓重疊，由此來施加電場DK，使大氣離子電泳。需要說明的是，對離子的電泳有貢獻的是電場DK的強度(電場強度=電壓+距離)。通過相對于電場強度E乘以移動度來決定移動速度。壽命因離子種類(自由基種類)而不同，因此按照能夠在趕得上壽命的短時間內(nèi)進行移動的方式來決定電場強度E。需要說明的是，對于施加于高電位電極33與電極35之間的直流偏置電壓Vb來說，向串聯(lián)存在于其間的氣體供給管31、等離子體PM、大氣和液體LQ施加各自分壓的電場。此時，認(rèn)為最大的電壓施加于直流電阻最大的大氣。在以上的實施方式中，等離子體發(fā)生裝置12、電壓施加裝置34和電極35的組合對應(yīng)于向液體供給離子的裝置。[第2實施方式]接著，對第2實施方式進行說明。在第2實施方式中，對于具有與第I實施方式相同的功能的要素標(biāo)記相同的符號，并將說明省略或簡化。以下也是一樣的。在圖8中，殺菌裝置5B具備等離子體發(fā)生裝置12、電源裝置34、容器YKB和電極35B 等。
容器YKB在底部設(shè)置有凸出部41，在凸出部41的內(nèi)周面嵌入有栓部件42。電源裝置34的一個輸出端TSl經(jīng)電線WRl，與高電位電極33連接。與電源裝置34的另一個輸出端TS2相連接的電線WR2貫通栓部件42，其先端部分的絕緣被覆被剝離并露出在容器YKB的內(nèi)部，形成為電極35B。如此，在沒有設(shè)置特別的電極板等的情況下，也能夠以電線WR3的端部作為電極35B。[第3實施方式]在以下所說明的第3實施方式中，對將殺菌方法適用于生物體的示例進行說明。S卩，在圖9中，殺菌裝置5C將存在于生物體的表面或其附近的微生物殺死 。該殺菌方法是通過將PH為4. 8以下的液體適用于生物體的表面的步驟、和向存在于生物體的表面的液體照射低溫等離子體的步驟來實施的。以下，對利用酸性凝膠貼的動物或人等生物體的傷口的殺菌方法進行說明。對于因燒傷或褥瘡(壓瘡)等表皮明顯損傷的傷口來說，因細(xì)菌而導(dǎo)致的感染癥總是成為問題。通過向這種傷口照射LF等離子體射流，可以在不使用殺菌劑或抗生物質(zhì)的情況下進行傷口的殺菌。此時，通過將酸性液體涂布于生物體，可以期待有效的殺菌，并且可以期待并不限于照射等離子體的表層的殺菌作用。此時，為了防止等離子體對生物體的影響，可以使用如下手段。如圖9所示，將在酸性(pH3. 5左右)的液體中膨脹潤濕的凝膠狀的明膠片21貼于生物體ST的傷口 KS，從其上面照射等離子體PM。此時，相對于生物體ST，在傷口 KS的附近適用由導(dǎo)電帶等構(gòu)成的電極35C。利用電源裝置34，在高電位電極33與電極35C之間施加含有直流偏置電壓成分Vb的電壓Vc。明膠片21例如可以通過下述方法來制作將明膠溶于pH2 4. 5左右的酸性水溶液中，將其凝固成厚度為Imm 數(shù)_左右的片狀，由此制作上述明膠片。利用明膠片21，將pH經(jīng)調(diào)整的液體適用于生物體ST的表面。對于這種明膠片21，可以使用作為醫(yī)療用而市售的明膠片。若向明膠片21照射等離子體PM，則可以供給超氧陰離子自由基(02_ )，在明膠片21內(nèi)產(chǎn)生⑴式的反應(yīng)，形成過氧羥自由基(H00 )，其可以有效地將傷口 KS的微生物殺死。另外，通過由直流偏置電壓而產(chǎn)生的電場D，超氧陰離子自由基(02、)向明膠片21電泳。等離子體PM的照射例如可以為I 數(shù)分鐘左右，可以在短時間內(nèi)對傷口 KS進行殺菌。需要說明的是，作為將酸性液體適用于傷口 KS的方法，除使用明膠片21之外，還可以用毛刷將PH2 4. 5左右的水溶液涂布于傷口 KS，或者與其一同實施。另外，可以在事前涂布酸性液體，但也可以在手術(shù)中，由筆尖等以液體或氣體的形式逐漸地照射酸性物質(zhì)。另外，將在酸性液體中浸濕的輥片(口一 > '>一卜)適用于傷口 KS，經(jīng)輥片間接地照射等離子體。通過依次抽出輥片，可以總是使新的面露出來。需要說明的是，在該實施方式中，設(shè)置了明膠片21，因此可以將等離子體發(fā)生裝置12配置于使等離子體PM與明膠片接觸的位置。但是，也可以將等離子體發(fā)生裝置12配置于等離子體PM與明膠片不接觸的位置。[第4實施方式]
與第3實施方式相同，以下所說明的第4實施方式是將殺菌方法適用于生物體的示例。
S卩，在圖10中，殺菌裝置對作為生物體的手臂ST的表面的傷口 KS進行殺菌。在手臂ST上，在傷口 KS附近纏繞著由導(dǎo)電帶等構(gòu)成的電極35D。利用電源裝置34，在高電位電極33與電極3 之間施加含有直流偏置電壓成分Vb的電壓Vc。利用等離子體發(fā)生裝置12，在大氣中產(chǎn)生等離子體PM，由此在大氣中生成自由基。通過由直流偏置電壓成分Vb產(chǎn)生的電場DK，大氣中的自由基向傷口 KS電泳。到達至傷口 KS的表面的自由基擴散至傷口 KS的內(nèi)部，對傷口 KS的表面和內(nèi)部進行殺菌。如此，即使等離子體PM不與生物體接觸，也可以利用直流偏置電壓向傷口 KS有效地供給所需要的離子，能夠有效地進行殺菌等。需要說明的是，可以向傷口 KS涂布適當(dāng)?shù)南疽旱?。[第5實施方式]第5實施方式中，對將牙、牙髓或牙齦等調(diào)整為酸性后進行殺菌的方法進行說明。使用pH的調(diào)整和等離子體PM的殺菌方法不僅適用于單純的皮膚表面的殺菌，在齒科醫(yī)療中也能夠適用。在牙、牙髓或牙齦等的治療中，需要進行至滅菌而并非殺菌，以往是利用化學(xué)藥品來進行殺菌或滅菌的，但會出現(xiàn)因不完全的殺菌而導(dǎo)致的術(shù)后的感染癥的問題。與此相對，通過使用PH的調(diào)整和等離子體PM來進行殺菌，可以期待新的殺菌效果。S卩，調(diào)整牙、牙髓或牙齦的pH使其為酸性，向該處照射等離子體。為了使所生成的離子電泳，在等離子體發(fā)生裝置與牙、牙髓或牙齦之間施加直流偏置電壓。為了使牙、牙髓或牙齦等為酸性，例如可以將PH2 4. 5左右的酸性水溶液涂布或注入于牙、牙髓、牙齦或其周圍。或者，利用酸性的水溶液來進行漱口。通過照射等離子體PM，在牙、牙髓、牙齦或其周圍形成過氧羥自由基(H00 )，由此來進行殺菌或滅菌。如果需要，利用滅菌水清洗后，將牙、牙髓等堵住，從而完成治療。接著，對齒科用所使用的殺菌裝置5E進行說明。在圖11中，使用等離子體發(fā)生裝置12來進行殺菌的情況下，有可能因等離子體PM的生成而生成副產(chǎn)物臭氧或NOx等有毒氣體。因此，在人或動物的附近適用本實施方式的殺菌方法的情況下，需要具備排出這些有毒氣體的裝置。特別是適用于齒科治療等的情況下，由于是在患者的口腔內(nèi)進行等離子體處理的，因此需要將進行等離子體處理的部分密閉，使有毒氣體不泄露于口腔內(nèi)。在圖11中，殺菌裝置5E具有等離子體發(fā)生裝置12、外殼15、密封部件16、氣氛氣體導(dǎo)入管路17a、氣體排出管路17b和pH調(diào)整管路18。等離子體發(fā)生裝置12在外殼15的內(nèi)部生成等離子體PM。在患者的口腔等、齒HA的附近，適用由導(dǎo)電部件構(gòu)成的電極35E。利用電源裝置34，在等離子體發(fā)生裝置12與電極35E之間施加含有直流偏置電壓成分Vb的電壓Vc。生成等離子體PM的時機由未圖示的控制機構(gòu)，自動或根據(jù)操作者的指令控制。外殼15是為了能夠?qū)⒆鳛閷ο笪锏凝XHA的一部分的表面包圍并密閉而在一處具有開口部15a的容器狀。需要使開口部15a的形狀對應(yīng)齒HA的形狀，但也可以使本體部15b的周面為圓筒狀、方形桶裝、球狀等。外殼15可以通過使用合成樹脂或玻璃等的成型來制作。密封部件16設(shè)置于外殼15的開口部15a，在開口部15a與齒HA之間進行密封，由此來維持外殼15的氣密性。密封部件16可以使用有機硅橡膠、其它的合成橡膠、合成樹脂等來制作。作為密封部件16，也可以使用圓環(huán)、其它的密封件或襯墊。也可以將密封部件16與外殼15成型為一體。氣氛氣體導(dǎo)入管路17a是將含有氮氣的氣氛氣體導(dǎo)入外殼15的內(nèi)部的管路。來自于氣氛氣體導(dǎo)入管路17a的氣氛氣體的導(dǎo)入量、導(dǎo)入的時機等由未圖示的氣氛氣體控制機構(gòu)，自動或根據(jù)操作者的指令控制。 氣體排出管路17b是將外殼15的內(nèi)部的氣氛氣體排出至外部的管路。作為氣氛氣體導(dǎo)入管路17a和氣體排出管路17b，可以使用采用了合成樹脂或合成橡膠等的可撓性的管。pH調(diào)整管路18是用于供給pH調(diào)整物質(zhì)的管路，以使作為對象物的齒HA的至少一部分的pH為4. 8以下。pH調(diào)整管路18的先端的開口部面向作為實施手術(shù)部位的齒HA的表面。作為由PH調(diào)整管路18供給的物質(zhì)，可以使用含有酸或鹽的液體、二氧化碳?xì)怏w等氣體、其它化學(xué)藥品等。用于PH調(diào)整的物質(zhì)為氣體的情況下，優(yōu)選預(yù)先使用水等將齒HA的表面弄濕。由PH調(diào)整管路18供給的物質(zhì)的供給量、供給的時機等由未圖示的氣氛氣體控制機構(gòu)，自動或根據(jù)操作者的指令控制。對殺菌裝置5E的操作和動作進行說明。首先，在患者張開嘴的狀態(tài)下，實施手術(shù)的人將殺菌裝置5E的外殼15罩在作為實施手術(shù)部位的齒HA。另外，安裝電極35E。由pH調(diào)整管路18供給物質(zhì)，將齒HA的表面的pH降低至4. 8以下。由氣氛氣體導(dǎo)入管路17a，將含有氮氣的氣氛氣體、例如空氣供給至外殼15內(nèi)。與此同時，利用等離子體發(fā)生裝置12生成等離子體PM。外殼15內(nèi)的氣氛氣體和由等離子體處理產(chǎn)生的有毒氣體等由氣體排出管路17b向外部排出使其不泄露在口腔內(nèi)。由等離子體產(chǎn)生的自由基因電泳而移動至齒HA的表面并與其接觸，如上所述，生成過氧羥自由基(H00 )和過氧亞硝基(0N00H)，由此進行齒HA的殺菌。利用等離子體發(fā)生裝置12的等離子體處理是在由外殼15和密封部件16密閉而成的空間內(nèi)進行的，因此即使產(chǎn)生有毒氣體，也可以由氣體排出管路17b向外部排出，不會泄露在口腔內(nèi)。因此，患者沒有吸入有毒氣體等的危險，可以防止發(fā)生對呼吸器系統(tǒng)的不必要的損傷。如此，通過使用密閉結(jié)構(gòu)的殺菌裝置5E，可以容易地進行僅針對特定部位的殺菌。需要說明的是，在上述殺菌裝置5E中，設(shè)置了 pH調(diào)整管路18，并由pH調(diào)整管路18供給用于降低pH的物質(zhì)，其中，作為pH調(diào)整管路18可以為能夠進行開關(guān)的管路或僅僅是孔，實施手術(shù)的人將注射器或噴霧器等的噴嘴插入在這些管路或孔中，利用手動來操作注射器或噴霧器等，由此來供給物質(zhì)。此外，代替在外殼15上設(shè)置上述專用的pH調(diào)整管路18，為了物質(zhì)的供給也可以兼用等離子體發(fā)生裝置12的氣體供給管31。例如，在圖12所示的等離子體發(fā)生裝置12E中，按照在高電位電極33的上方從氣體供給管31分支出來的方式來設(shè)置pH調(diào)整管路18E。氣體供給管31在等離子體PM的生成時供給氦氣，但也可以在開始等離子體PM的生成之前，將用于pH調(diào)整的物質(zhì)從pH調(diào)整管路18B經(jīng)由氣體供給管31供給至齒HA。因此，在pH調(diào)整管路18E和氣體供給管31的上流側(cè)，根據(jù)需要可以設(shè)置開關(guān)閥或流路轉(zhuǎn)換閥等。在使用這種等離子體發(fā)生裝置12E的情況下，將殺菌裝置5E罩在齒HA之后，由pH調(diào)整管路18E供給用于pH調(diào)整的物質(zhì)，然后向氣體供給管31供給氦氣，從而生成等離子體PM。另外，在不設(shè)置這種pH調(diào)整管路18、18E的情況下，實施手術(shù)的人也可以供給用于pH調(diào)整的物質(zhì)。例如，使pH為4.5以下的液體滲入脫脂棉中，將其涂布在齒HA上。另外，使用噴霧器等將用于PH調(diào)整的液體或氣體噴射至齒HA。然后，將殺菌裝置5E罩在齒HA上來進行等離子體處理。需要說明的是，此處對殺菌裝置5E的對象物為齒HA的情況進行了說明，但也能夠以齒HA以外的生物體部分或非生物體的物體作為對象物。[第6實施方式] 在第6實施方式中，對使用針電極結(jié)構(gòu)來生成大氣離子的示例進行說明。在圖13中，殺菌裝置5F具備放電裝置12F、電源裝置34F、容器YK和電極35等。放電裝置12F具備針電極結(jié)構(gòu)電極36，并在大氣中進行放電。利用由電源裝置34F所產(chǎn)生的直流偏置電壓，在電極36的周邊部產(chǎn)生電暈放電。利用電暈放電在大氣中生成離子。電源裝置34F將直流偏置電壓施加于電極36與液體LQ之間。由該直流偏置電壓在電極36產(chǎn)生電暈放電，與此同時，在電極36與液體LQ之間賦予電場DK。因此，由電暈放電生成的離子在電場DK的作用下向液體LQ移動，并在液體LQ中擴散。需要說明的是，可以根據(jù)想要進行電泳的氣相中的離子的極性來決定直流偏置電壓的極性。此外，可以將等離子體發(fā)生裝置12F放置于特定的氣體氣氛中。[第7實施方式]在第7實施方式中，與第6實施方式同樣地使用了針電極結(jié)構(gòu)，向針電極結(jié)構(gòu)供給氣體。在圖14中，殺菌裝置5G具備放電裝置12G、電源裝置34G、容器YK和電極35等。放電裝置12G具備由玻璃管等構(gòu)成的氣體供給管31G、配置于氣體供給管31G中的針電極結(jié)構(gòu)的電極36G。向氣體供給管31G供給氣體，并控制電極36G周圍的氣氛氣體。在電極36G周圍產(chǎn)生電暈放電，在電暈放電附近生成離子。因此，通過控制氣氛氣體，可以控制所生成的離子的種類和量。例如，使在氣體供給管31G流動的氣體種類僅為氧，由此可以生成僅由氧構(gòu)成的離子。該情況下，可以期待不會生成NOx系的離子。[第8實施方式]在第8實施方式中，相對于第7實施方式所使用的等離子體發(fā)生裝置12G，在氣體供給管3IG上追加接地電極。S卩，在圖15中，殺菌裝置5H具備放電裝置12H、電源裝置34H、容器YK和電極35
坐寸o
放電裝置12H具備氣體供給管31G、配置于氣體供給管31G中的針電極結(jié)構(gòu)的電極36G和設(shè)置在氣體供給管31G的 先端側(cè)的外周面的圓筒狀的接地電極37。接地電極與地線G連接。在具備接地電極37的氣體供給管31G的內(nèi)部產(chǎn)生放電，因此產(chǎn)生比較激烈的放電，瞬間生成大氣離子。通過由施加于電極36G與接地電極37之間的直流偏置電壓成分Vb所產(chǎn)生的電場DK，所生成的離子朝著圖的下方，向液體LQ移動。需要說明的是，對于第I實施方式所使用的等離子體發(fā)生裝置12，也可以追加這種接地電極37。S卩，如圖16所示，等離子體發(fā)生裝置12J具備氣體供給管31、氣體導(dǎo)管32、高電位電極33、接地電極37J和電源裝置34J等。利用電源裝置34J，在高電位電極33與接地電極37J之間施加含有交流電壓成分Va與直流偏置電壓成分Vb的電壓Vc。從高電位電極33至接地電極37J，在氣體供給管3IG的內(nèi)部產(chǎn)生比較激烈的放電，生成大量的大氣離子。通過由施加于電極33與接地電極37G之間的直流偏置電壓成分Vb所產(chǎn)生的電場DK，生成的離子向噴出口 31a移動。需要說明的是，也可以在接地電極37、37J不接地于地線G的情況下，將直流偏置電壓施加于接地電極37、37G與地線G之間。此時，可以將不含有直流偏置電壓成分Vb僅含有交流電壓成分Va的電壓Vc施加于電極36G與接地電極37之間、或高電位電極33與接地電極37J之間。[其它實施方式]另外，為了用于齒科治療，也可以是將上述各種殺菌裝置或等離子體發(fā)生裝置一體地設(shè)置在殼體內(nèi)的結(jié)構(gòu)。此時，例如為了使齒科醫(yī)生等能夠用手握住來進行牙齒的治療可以為手持型的裝置。即，在殼體內(nèi)設(shè)置有空氣、水、藥液、蒸餾水等清洗液、其它液體的流路；操作閥或開關(guān)和放出口。將這些液體和由等離子體發(fā)生裝置產(chǎn)生的等離子體有選擇地向患者的患部放出。通過由等離子體發(fā)生裝置放出的等離子體，生成離子或自由基。將內(nèi)藏于殼體中的電源裝置的一個輸出端與高電位電極連接，將另一個輸出端與殼體連接。通過齒科醫(yī)生等用手來握住，殼體與地線G連接。患者也經(jīng)椅子等與地線G連接。這樣的話，利用內(nèi)藏的電源裝置，向高電位電極施加含有交流電壓成分Va與直流偏置電壓成分Vb的電壓Vc，在其與患者或其患部之間賦予由直流偏置電壓成分Vb產(chǎn)生的電場DK0通過該電場DK的作用，生成的離子或自由基向患部電泳，進行殺菌等作用。與此同時，由殼體放出適當(dāng)?shù)囊后w，從而對患部進行治療。此時，為了在等離子體發(fā)生裝置的高電位電極與殼體之間僅施加交流電壓成分Va，可以另外設(shè)置用于向等離子體發(fā)生裝置與患部之間施加電場DK的電源裝置。在上述的殺菌裝置5 5H中，通過向高電位電極33與電極35之間等施加直流偏置電壓成分Vb來提供電場DK。但是，也可以利用除此之外的方法來提供電場DK。例如，對于高電位電極33來說，可以另外設(shè)置用于施加直流偏置電壓的電極。另外，可以將電極35不浸沒于液體LQ中，例如配置于容器YK的下方。在上述的實施方式的殺菌裝置5 5H中，對于等離子體發(fā)生裝置12 12J按照由其產(chǎn)生的等離子體PM不與液體LQ接觸的方式來進行配置，但例如圖7所示，也能夠按照等離子體PM與液體LQ接觸的方式來配置等離子體發(fā)生裝置12 12J。
需要說明的是，按照等離子體PM不與液體LQ接觸的方式來配置等離子體發(fā)生裝置12 12J具有如下優(yōu)點。S卩，在大氣中生成等離子體的情況下，氣氛氣體的一部分的成分或多種成分因等離子體化學(xué)反應(yīng)而形成為離子化、自由基化的活性種。已知一部分的離子作為大氣離子穩(wěn)定地存在于氣相中，也知道這 些離子的一部分與大氣中所含有的水分水合，并以水合團簇的形式穩(wěn)定地存在。特別是超氧陰離子自由基(O2- )作為大氣離子中的負(fù)離子而眾所周知，其在氣相中穩(wěn)定地存在。大氣離子因種類而具有不同的壽命(半衰期)，因此在產(chǎn)生大氣離子的等離子體附近，大氣離子的密度變得最高。因此，可以說等離子體與液體接觸的情況是能夠最有效地供給大氣離子的。利用由等離子體引起的反應(yīng)，多數(shù)情況下不僅生成作為活性氧的超氧陰離子自由基(02_ )，也會生成羥基自由基(0H )，它們?yōu)樽杂苫虼司哂懈叻磻?yīng)性，特別是羥基自由基(0H*)由于其高反應(yīng)性，會引起以擴散律速進行反應(yīng)、將液體等被照射物分解等對于一部分的應(yīng)用來不優(yōu)選的反應(yīng)。此處，雖然羥基自由基(0H*)為自由基，但是從帶電性來看為中性，因此并不是離子。對于該羥基自由基(0H*)來說，其壽命短且僅存在于與等離子體極近的地方，因此在等離子體與被照射物不接觸的情況下，可以無視由羥基自由基(0H*)產(chǎn)生的效果。另一方面，可知在基于pH控制的殺菌中，侵入液體中的超氧陰離子自由基(Of )發(fā)揮了重要的作用。可知，超氧陰離子自由基(02、)作為大氣離子可以較長時間穩(wěn)定地存在，并能夠通過電場DK的作用而移動，因此為了向液體供給超氧陰離子自由基(02_ )，并不一定要使等離子體與作為被照射物的液體接觸。S卩，在等離子體PM的作用下生成具有自由基和離子雙方性質(zhì)的活性種，利用電場DK使該活性種移動(電泳)，從而向液體LQ供給。供給于液體LQ的活性種與液體LQ反應(yīng)，由此生成具有殺菌作用的活性種。通過使等離子體PM與液體LQ不發(fā)生接觸，非離子的活性種和雖為離子但壽命短的活性種不移動或在移動中消失，因此不會供給至液體LQ，即使被供給也可以減少其數(shù)量，能夠消除或減少在與液體LQ之間的不必要的反應(yīng)。根據(jù)上述理由，通過以等離子體與被照射物不接觸的方式來進行配置，從而反應(yīng)性過高的羥基自由基(0H*)因在大氣中壽命短而不會被照射至液體，能夠僅照射基于pH控制的殺菌中所需要的超氧陰離子自由基(02_ )，特別是形成為適合用于齒科或生物體的消毒等等離子體醫(yī)療的情況的配置。此處，舉出羥基自由基(0H*)和超氧陰離子自由基(02、)來進行說明，但除此之外也生成許多大氣離子或自由基，特別是在等離子體與被照射物接觸的情況下，有時由被照射物中含有等離子體的電子的化學(xué)種生成自由基等，有時產(chǎn)生不期望的等離子體化學(xué)反應(yīng)。通過將等離子體與被照射物的距離拉開，其中間的大氣發(fā)揮作為活性種的過濾器的作用，因此使供給的活性種能夠構(gòu)筑限定的反應(yīng)場，可以期待能夠進行更加安全的等離子體醫(yī)療。如此，通過使等離子體PM與液體LQ等被照射物不接觸，從而不會產(chǎn)生由自由電子等引起的多余的反應(yīng)，能夠進行所需要的殺菌作用。S卩，由等離子體發(fā)生裝置12 12J所產(chǎn)生的等離子體PM含有帶來化學(xué)活性的自由電子，因此有可能在相當(dāng)廣的范圍內(nèi)引起化學(xué)反應(yīng)。因此，在向生物體組織照射等離子體PM時所產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)很難全部保證安全，但通過使等離子體PM與生物體不接觸，可以限制能夠到達至生物體的離子種，可以大幅降低對副作用的擔(dān)心，容易保證生物體的安全性。如上所述，為了將活性種滲透于液體中從而發(fā)揮殺菌效果，在液體中需要以秒為單位的長壽命的活性種，這種活性種大多在大氣中也是長壽命的。通過使等離子體PM與液體LQ為非接觸的狀態(tài)，可以利用活性種的壽 命差僅向液體LQ供給所需要的活性種，更加安全地進行殺菌處理。需要說明的是，在以上說明中，按照等離子體PM與液體LQ不接觸的方式來配置等離子體發(fā)生裝置12 12J，但也可以對由等離子體發(fā)生裝置12 12J產(chǎn)生的等離子體PM進行控制其與液體LQ不接觸。即，例如，通過調(diào)整供給的氣體的量或施加的電壓等來控制由等離子體發(fā)生裝置12 12J產(chǎn)生的等離子體PM的長度等。另外，也可以按照等離子體PM與液體LQ的表面平行延長的方式、或者在遠(yuǎn)離液體LQ的表面的方向延長的方式來配置等離子體發(fā)生裝置12 12J。此處，為了參考，對由液體LQ的pH的變化所產(chǎn)生的滅菌能力的變化進行了實驗，表示出結(jié)果。此處的實驗是為了調(diào)查由液體LQ的pH的變化產(chǎn)生的滅菌能力的，在不施加直流偏置電壓的情況下，向液體LQ照射等離子體PM，從而進行實驗。對各種pH(7. 8 3. 5)下的對于大腸菌的殺菌力進行了調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)pH越低殺菌力傾向于變得越高，并在PH4. 5左右明顯地發(fā)現(xiàn)該效果。與以上的(I)式所示的超氧陰離子自由基(02_ )與過氧羥自由基(H00 )的平衡反應(yīng)的pKa4. 8的值相比，該值是稍微趨近于酸性的pH。對各種pH液體的由LF等離子體射流產(chǎn)生的殺菌力進行了比較，將實驗結(jié)果示于圖18 圖21。圖18和圖19是比較對于大腸菌的殺菌力的圖，圖20是表示比較對于乳酸菌的殺菌力的實驗結(jié)果的圖，圖21是比較對于枯草菌的芽胞的殺菌力的圖。在圖18 圖21中，橫軸表示等離子體的照射時間(秒)。如圖18所示，緩沖液為pH4. 77以上的情況下，幾乎沒有發(fā)現(xiàn)由pH產(chǎn)生的殺菌力的變化，PH4. 77的D值為650秒。另一方面，在pH4. 5以下殺菌力飛躍地提高，依存于pH變化而進一步上升?？芍?，pH4. 50、pH4. 22、pH3. 5的D值分別為27秒、15秒、7秒，從pH4. 77變化至PH4. 50，殺菌力提高了 24倍。需要說明的是，滅菌保證時間從130分鐘縮短至5. 4分鐘。另外，通過從PH4. 5變化至pH3. 5，也發(fā)現(xiàn)了約4倍的提高。另外，根據(jù)圖19，緩沖液為pH5. 2以上的情況下，幾乎沒有發(fā)現(xiàn)由pH產(chǎn)生的殺菌力的變化，PH5. 2的D值為150秒。另一方面，在pH4.7以下殺菌力提高，依存于pH變化而進一步上升?？芍琍H4. 7、pH4. 2、pH3. 7的D值分別為58秒、35秒、13秒，從pH5. 2變化至PH3.7，殺菌力提高了 10倍左右。需要說明的是，滅菌保證時間從23分鐘縮短至2.6分鐘。由以上可知，至少在pH為7. 8 4. 75的條件下，由等離子體產(chǎn)生的殺菌力幾乎不依存于PHdM pH在4. 5以下，pH的變化有助于殺菌力的急劇提高。即，通過將作為殺菌對象的液體的PH調(diào)整為4. 5以下，可以飛躍地提高由等離子體產(chǎn)生的殺菌效果。在上述的各實施方式中，高電位電極33、電源裝置34、電極35、電極36、接地電極
37、容器YK、等離子體發(fā)生裝置12和殺菌裝置5等各部位或整體的構(gòu)成、結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸、材質(zhì)、電路、個數(shù)、配置、電壓、頻率、波形等可以根據(jù)本發(fā)明的主旨進行適當(dāng)?shù)刈兏?。以上的各實施方式或說明中所敘述的事項可以根據(jù)本發(fā)明的宗旨適當(dāng)進行組合來實施?；诒景l(fā)明的殺菌方法可以適用于醫(yī)療用器具、食品用容器、食品、其他物品的殺 菌或滅菌；傷口的殺菌、滅菌或消毒；污水的處理；其它需要各種殺菌處理的情況。
權(quán)利要求
1.一種向液體供給離子的方法，其是將離子供給于液體的方法，該方法的特征在于，利用等離子體發(fā)生裝置在氣相中產(chǎn)生等離子體，利用所述等離子體在氣相中生成離子，利用施加于所生成的離子的電場使所述離子向所述液體電泳。
2.如權(quán)利要求I所述的向液體供給離子的方法，其中，對于所述等離子體發(fā)生裝置，按照由其產(chǎn)生的等離子體不與所述液體接觸的方式來進行配置。
3.如權(quán)利要求I或2所述的向液體供給離子的方法，其中，所述等離子體發(fā)生裝置具備氣體供給管、設(shè)置于所述氣體供給管的出口附近的高電位 電極和向所述高電位電極施加預(yù)定頻率的交流電壓的電源裝置，所述電源裝置的一個輸出端與所述高電位電極連接，另一個輸出端連接于與液體接觸的電極和地線，利用所述電源裝置，將直流偏置電壓實質(zhì)性地施加于所述高電位電極與所述液體之間，由此向所述離子施加電場。
4.一種向液體供給離子的裝置，其是將離子供給于液體的裝置，該裝置的特征在于，其具有放電裝置和電源裝置，所述放電裝置在氣相中進行放電，所述電源裝置通過將直流偏置電壓施加于所述放電裝置與所述液體之間來向所述放電裝置和所述液體之間施加電場。
5.一種向液體供給離子的裝置，其是將離子供給于液體的裝置，該裝置的特征在于，其具有等離子體發(fā)生裝置和電源裝置，所述等離子體發(fā)生裝置在氣相中產(chǎn)生等離子體，所述電源裝置通過將直流偏置電壓施加于所述等離子體發(fā)生裝置與所述液體之間來向所述等離子體與所述液體之間施加電場。
6.一種向液體供給離子的裝置，其是將離子供給于液體的裝置，該裝置的特征在于，其具有 用于將氣體供給于氣相中的氣體供給管、 設(shè)置在所述氣體供給管的出口附近的高電位電極、和 將含有預(yù)定頻率的交流電壓分量和直流偏置電壓分量的電壓施加于所述高電位電極與所述液體之間的電源裝置。
7.如權(quán)利要求6所述的向液體供給離子的裝置，其中，所述電源裝置以預(yù)定頻率在所述高電位電極與所述液體之間施加在O伏特與預(yù)定伏特之間反復(fù)的矩形波的電壓。
8.一種殺菌方法，其是將存在于液體之中或表面的微生物殺死的方法，該方法的特征在于，利用等離子體發(fā)生裝置在氣相中產(chǎn)生等離子體，利用所述等離子體在氣相中生成自由基，利用施加于所生成的自由基的電場使所述自由基向所述液體電泳，并使所述自由基在所述液體中擴散。
9.如權(quán)利要求8所述的殺菌方法，其中，對所述液體進行調(diào)整使其pH為4.8以下。
10.一種殺菌裝置，其是將存在于液體之中或表面的微生物殺死的裝置，該裝置的特征在于，其具有 用于將氣體供給于氣相中的氣體供給管、 設(shè)置在所述氣體供給管的出口附近的高電位電極、和 將含有預(yù)定頻率的交流電壓分量和使所述高電位電極為負(fù)的直流偏置電壓分量的電壓施加于所述高電位電極與所述液體之間的電源裝置。
11.如權(quán)利要求10所述的殺菌裝置，其中，所述殺菌裝置具有將所述液體的pH調(diào)整為4.8以下的pH調(diào)整裝置。
12.—種殺菌裝置，其是將存在于對象物之中或表面的微生物殺死的裝置，該裝置的特征在于，其具有 能夠?qū)⑺鰧ο笪锏闹辽僖徊糠职鼑⒚荛]的殼體； 供給PH調(diào)整物質(zhì)以使所述對象物的至少一部分的pH為4. 8以下的pH調(diào)整部； 在所述殼體的內(nèi)部生成等離子體的等離子體產(chǎn)生裝置； 電源裝置，所述電源裝置施加電壓，提供電場，使在所述殼體的內(nèi)部利用等離子體生成的自由基向所述對象物電泳； 向所述殼體的內(nèi)部導(dǎo)入含有氮氣的氣氛氣體的導(dǎo)入部；和 排出所述氣氛氣體的排出部。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于，有效地向液體供給由等離子體等生成的離子或自由基，以及將存在于液體之中或表面的微生物殺死，其中，利用等離子體發(fā)生裝置在氣相中產(chǎn)生等離子體，由等離子體在氣相中生成離子或自由基，利用施加于所生成的離子或自由基的電場使該離子或自由基向液體電泳，并擴散于液體中。為了有效地進行殺菌，將液體的pH調(diào)整為4.8以下。
文檔編號B01J19/08GK102625730SQ20108003896
公開日2012年8月1日 申請日期2010年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月3日
發(fā)明者北野勝久 申請人:國立大學(xué)法人大阪大學(xué)