JP6283197B2 - 除菌、殺菌又は減菌装置及び除菌、殺菌又は減菌方法 - Google Patents

Description

本発明は、パルスレーザアブレーション（ＰＬＡ）法を用いて環境浄化を行う除菌、殺菌又は減菌装置及び除菌、殺菌又は減菌方法に関する。ここで、本発明では、環境浄化とは除菌、殺菌又は減菌などを行うことを意味するものとする。

近年、プラズマの応用の一つとして環境応用があり、環境浄化（除菌、殺菌又は減菌などを行うこと）のための方法が開発されている。そして、医療機関などにおいてはすでに利用されつつある。

ところが、環境浄化（除菌、殺菌又は減菌などを行うこと）の過程は十分には調べられておらず、これらの効果が十分であるとは言い難い。さらに、最近では、熱や薬物などでは駆除することができない狂牛病原や悪性のタンパク質の殺傷も望まれているが、十分な成果は現れていない。

これは、これまでの環境浄化（除菌、殺菌又は減菌などを行うこと）において安全性を求める余り、弱電離大気圧グロー放電プラズマが利用されてきたことに起因し、十分な除菌、殺菌又は減菌ができなかった可能性があるためである。

そこで、環境浄化（除菌、殺菌又は減菌などを行うこと）を行う方法として、特許文献１に示されているパルスレーザアブレーション（ＰＬＡ）法を利用することが考えられる。これは、ケイ素やタングステンなどの材料の活性層がコートされる基材にパルスレーザービームを照射し、そのエネルギーで射出したプラズマプルームを構成する材料粒子をたとえば基板上に輸送することにより、その基板上に薄膜を堆積させるようにしたものである。つまり、そのパルスレーザービームを照射することで発生するプラズマプルームのエネルギーを利用することにより、環境浄化（除菌、殺菌又は減菌などを行うこと）を行うことができるものと考えられる。

なお、環境浄化（除菌、殺菌又は減菌などを行うこと）を行うものとして、特許文献２に示されている梱包用消毒方法が知られている。これは、高輝度光源を持つ最大出力のパルス放射装置を用い、包装を通じてその中に含まれる固体、液体、気体又はそれらの組み合わせたものを処理するようにしたものである。

また、特許文献３に示されている、滅菌放射線を用いる治療的流体の病原体の不活性化のためのデバイスも知られている。これは、ベルトチャンバにより連続しかつ薄い流体流路を形成し、その流体流路を通過する流体にプレートを通過する滅菌放射線が照射されるようにしたものである。

特表２００８−５１３７８１号公報（特願２００７−５３２４６３） 特表２００４−５１３０３４号公報（特願２００２−５４０９９７） 特表２００３−５２０６４３号公報（特願２００１−５５４７２２）

ところが、上述した特許文献１のパルスレーザアブレーション（ＰＬＡ）法を利用する方法では、基本的にたとえば基板上に薄膜を堆積させることを示したものであり、環境浄化（除菌、殺菌又は減菌などを行うこと）を行うための手段が備わっていない。

また、特許文献２の梱包用消毒方法では、包装を通じてその中に含まれる固体、液体、気体又はそれらの組み合わせたものにレーザそのものを照射して処理するものであることから、そのレーザの特性にマッチした環境浄化（除菌、殺菌又は減菌などを行うこと）は可能であるものと考えられる。しかしながら、そのレーザの特性にマッチしないものについては環境浄化（除菌、殺菌又は減菌などを行うこと）が確実に行われないおそれがあるという問題があった。

また、特許文献３の滅菌放射線を用いる方法では、流体流路を通過する流体にプレートを通過する滅菌放射線を照射するものであることから、滅菌放射線の特性にマッチした環境浄化（除菌、殺菌又は減菌などを行うこと）は可能であるものと考えられるが、その滅菌放射線の特性にマッチしないものについては環境浄化（除菌、殺菌又は減菌などを行うこと）が確実に行われないおそれがあるという問題があった。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、環境浄化（除菌、殺菌及び減菌などを行うこと）を確実に行うことができる除菌、殺菌又は減菌装置及び除菌、殺菌又は減菌方法を提供することを目的とする。

本発明の除菌、殺菌又は減菌装置は、透過窓を有する真空槽と、該真空槽の内部に配置され、前記透過窓を介して外部から入射されるパルスレーザ光が照射されるターゲットと、該ターゲットに対向するように配置され、除菌、殺菌又は減菌対象物を載置する載置手段とを備え、前記ターゲットの表面から発生するプラズマプルームが前記除菌、殺菌又は減菌対象物に照射されることを特徴とする。
また、前記載置手段は、前記載置手段は、前記ターゲットと対向する方向において接離自在となるように設けられ、該載置手段の接離動作により、前記除菌、殺菌又は減菌対象物が前記プラズマプルームのエネルギーの異なる任意の電離層まで移動されることを特徴とする。
また、前記ターゲットは、殺菌効果のある金属で構成されていることを特徴とする。
本発明の除菌、殺菌又は減菌方法は、真空槽の透過窓を介して入射される外部からのパルスレーザ光を前記真空槽の内部に配置されたターゲットに照射させる工程と、該ターゲットに対向するように配置される載置手段に載置された除菌、殺菌又は減菌対象物に前記ターゲットの表面から発生するプラズマプルームを照射させる工程とを有することを特徴とする。
また、前記載置手段を前記ターゲットと対向する方向において接離させ、前記除菌、殺菌又は減菌対象物を前記プラズマプルームのエネルギーの異なる任意の電離層まで移動させる工程を有することを特徴とする。
また、前記ターゲットは、殺菌効果のある金属で構成されていることを特徴とする。
本発明の除菌、殺菌又は減菌装置及び除菌、殺菌又は減菌方法では、真空槽の透過窓を介して入射される外部からのパルスレーザ光を真空槽の内部に配置されたターゲットに照射させると、そのターゲットの表面からプラズマプルームが発生する。そして、ターゲットに対向するように配置される載置手段に載置された除菌、殺菌又は減菌対象物にターゲットの表面から発生したプラズマプルームが照射される。
ここで、パルスレーザ光が照射された直後において、ターゲットの極近傍で発生するプラズマプルームは完全電離状態になっていると考えられ、高いエネルギーを持っていることが知られている。
また、ターゲットの表面から離れるに従い、エネルギーが低くなり、電子やイオンの密度が低くなることも知られている。また、ほとんどがラジカル粒子のみの部分も存在していることも知られている。
そこで、これまでほとんど殺菌できなかったような長寿命であったり、強固であったりする除菌対象菌に対しては、高いエネルギーを有する電離層を利用することで、環境浄化（除菌、殺菌又は減菌などを行うこと）を確実に行うことができる。
また、中間又は低いエネルギーを有する電離層を利用することで、下地となるもの（殺菌してはならないもの）をあまり壊さないようにしつつ、環境浄化（除菌、殺菌又は減菌などを行うこと）を確実に行うことができる。
また、プラズマプルームからはＵＶ（ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）、ＶＵＶ（ｖａｃｕｕｍ ｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）も発生するため、これらのＵＶ、ＶＵＶが除菌、殺菌又は減菌対象物に照射されることで、そのＵＶ、ＶＵＶによる環境浄化（除菌、殺菌又は減菌などを行うこと）も可能となる。
さらには、上述したように、プラズマプルームにはほとんどがラジカル粒子のみの部分も存在しているため、そのラジカル粒子のみの部分を利用することでの環境浄化（除菌、殺菌又は減菌などを行うこと）を確実に行うことも可能となる。

本発明の除菌、殺菌又は減菌装置及び除菌、殺菌又は減菌方法によれば、高エネルギーから低エネルギーまでの各種電離層を有するプラズマプルームを除菌、殺菌又は減菌対象物に照射させるようにしているため、環境浄化（除菌、殺菌又は減菌などを行うこと）を確実に行うことができる。

本発明の除菌、殺菌又は減菌装置の一実施形態を示す図である。 図１の除菌、殺菌又は減菌装置の除菌、殺菌又は減菌方法を説明するための図である。 図１の除菌、殺菌又は減菌装置の除菌、殺菌又は減菌方法を説明するための図である。

以下、本発明の除菌、殺菌又は減菌装置の一実施形態を、図１〜図３を参照しながら説明する。まず、図１に示すように、除菌、殺菌又は減菌装置１０は真空槽１１を備えている。なお、図示の例では、真空槽１１が円形状をなしているが、この形状に限るものではなく、楕円形状や多角形状であってもよい。

真空槽１１には、透過窓１２、１３が設けられている。透過窓１２からは、図示しないＮｄ−ＹＡＧレーザの集光レンズ２１を介して出力されるパルスレーザ光２０が真空槽１１の内部に照射されるようになっている。

なお、Ｎｄ−ＹＡＧレーザは、波長が１０６４ｎｍの組織深達性の高いレーザ光を出力するものであって、医療機関などにおいて利用されている。また、パルスレーザ光２０は、そのレーザ光の第２高波長の５３２ｎｍが利用されるようになっている。

透過窓１３からは、たとえば菌の状態（除菌、殺菌又は減菌が行われたかどうか）を検出するための赤外光２２が真空槽１１の内部に照射されるようになっている。なお、菌の状態を検出することについては後述する。

また、真空槽１１には、ターゲット１４を支持する支持アーム１５が外部から内部にかけて貫通させて配置されている。ここで、ターゲット１４とは、上述したパルスレーザ光２０が照射されるものであって、殺菌効果のあるＡｇ、銅などの遷移金属で構成されている。なお、ターゲット１４としては、これらの遷移金属に限らず、亜鉛などの他の金属を用いてもよい。

このように、ターゲット１４を殺菌効果のあるＡｇ、銅などの遷移金属で構成することで、パルスレーザ光２０の照射による電離によって発生する殺菌効果のあるイオンが菌などに対して有効に作用することになる。

ここで、ターゲット１４からは、パルスレーザ光２０が照射されることで、図示のようにプラズマプルーム２３が発生する（パルスレーザアブレーション（ＰＬＡ）法）。また、プラズマプルーム２３は、ターゲット１４から離れる方向に向けて順に高電離層２３ａ、中電離層２３ｂ、低電離層２３ｃとなっている。

すなわち、パルスレーザ光２０が照射された直後において、ターゲット１４の極近傍で発生するプラズマプルーム２３は完全電離状態になっていると考えられ、高いエネルギーを持っていることが知られている。

また、ターゲット１４の表面から離れるに従い、エネルギーが低くなり、電子やイオンの密度が低くなることも知られている。また、ほとんどがラジカル粒子のみの部分も存在していることも知られている。

そこで、本実施形態では、説明の便宜上、プラズマプルーム２３をターゲット１４から離れる方向に向けて順に高電離層２３ａ、中電離層２３ｂ、低電離層２３ｃとして示している。そして、これらの高電離層２３ａ、中電離層２３ｂ、低電離層２３ｃを適宜利用することで、環境浄化（除菌、殺菌又は減菌）が確実に行われるようになっているが、その詳細については後述する。

また、ターゲット１４を支持する支持アーム１５は、真空槽１１に対して回転自在となるように配置されている。なお、支持アーム１５は、回転自在となるように配置されていなくてもよい。

また、真空槽１１の内部には、矢印方向に移動自在とされた可動アーム１６が配置されている。なお、可動アーム１６の移動方向は、上述した支持アーム１５と対向する方向となっている。また、可動アーム１６には、除菌、殺菌及び減菌などが行われる環境浄化（除菌、殺菌又は減菌）対象物２４が載置される載置台１７が取り付けられている。

そして、可動アーム１６の移動により、載置台１７はターゲット１４と対向する方向においてターゲット１４に対し接離するようになっている。このような載置台１７の移動により、環境浄化（除菌、殺菌又は減菌）対象物２４がプラズマプルーム２３の高電離層２３ａ、中電離層２３ｂ、低電離層２３ｃのいずれかに位置するようになっている。

なお、載置台１７の移動量に際しては、プラズマプルーム２３の高電離層２３ａ、中電離層２３ｂ、低電離層２３ｃのそれぞれの厚みを予め測定しておき、その測定結果に基づいて設定しておけばよい。

次に、上述した除菌、殺菌又は減菌装置１０による除菌、殺菌又は減菌方法について説明する。まず、図２に示すように、除菌、殺菌又は減菌装置１０の近傍には、モニター３１を有するパソコン３０に接続されたＭＣＴ検出器４０が配置されている。

ここで、ＭＣＴ検出器４０は、ＨｇＣｄＴｅ（水銀カドミウムテルル）を組成にした量子型の半導体検出器であり、略称でＭＣＴ（Ｍｅｒｃｕｒｙ Ｃａｄｍｉｕｍ Ｔｅｌｌｕｒｉｄｅ）検出器と呼ばれている。また、このＭＣＴ検出器４０は、液体窒素などで低温にされて熱励起による自由キャリアの生成を抑えている。

また、ＭＣＴ検出器４０は、環境浄化（除菌、殺菌又は減菌）対象物２４からの赤外光（反射Ｘ線を含む）を反射させる反射鏡４１と、この反射鏡４１からの赤外光（反射Ｘ線を含む）を集光する凹面の反射鏡４２、４３と、これらの反射鏡４２、４３で集光された赤外光（反射Ｘ線を含む）を検出する微小面積の受光面４４とを備えている。

そして、環境浄化が行われるとき、上述した真空槽１１の内部に配置されているターゲット１４に向けてパルスレーザ光２０が照射される。このとき、ターゲット１４の表面が気化（昇華）することで、プラズマプルーム２３が発生する（パルスレーザアブレーション（ＰＬＡ）法）。

ここで、プラズマプルーム２３は、たとえば図３に示すような様子として観測される。すなわち、同図は、ＩＣＣＤ（Ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｄ ＣＣＤ）カメラ５０によってプラズマプルーム２３の全体を撮像したものを示すものである。

なお、同図に示すｔ１、ｔ２、ｔ３は、パルスレーザ光２０をターゲット１４に照射してからの経過時間（たとえば０．１秒後、１秒後、１０秒後など）を示している。また、側面とは、照射されるパルスレーザ光２０を横から見たものであり、パルスレーザ光２０が右から左、又は左から右に向かって動くように見える。

また、正面とは、パルスレーザ光２０が照射される方向から見たものであり、パルスレーザ光２０が点に見える。

ここで、プラズマプルーム２３は、上述したように、ターゲット１４から離れる方向に向けて順に高電離層２３ａ、中電離層２３ｂ、低電離層２３ｃとなっている。このとき、上述した可動アーム１６の移動により、載置台１７がターゲット１４と対向する方向に接離すると、環境浄化（除菌、殺菌又は減菌）対象物２４がプラズマプルーム２３の高電離層２３ａ、中電離層２３ｂ、低電離層２３ｃのいずれかに位置する。

そして、いずれかの高電離層２３ａ、中電離層２３ｂ、低電離層２３ｃのプラズマプルーム２３が環境浄化（除菌、殺菌又は減菌）対象物２４に照射されることになる。このように、環境浄化（除菌、殺菌又は減菌）対象物２４をプラズマプルーム２３の高電離層２３ａ、中電離層２３ｂ、低電離層２３ｃのいずれかに位置させることで、それぞれの高電離層２３ａ、中電離層２３ｂ、低電離層２３ｃを選択的に利用することが可能となる。

この場合、これまでほとんど殺菌できなかったような長寿命であったり、強固であったりする除菌対象菌に対しては、高電離層２３ａを利用することで、環境浄化（除菌、殺菌又は減菌などを行うこと）が確実に行われることになる。

また、中電離層２３ｂ又は低電離層２３ｃを利用することで、下地となるもの（殺菌してはならないもの）をあまり壊さないようにしつつ、環境浄化（除菌、殺菌又は減菌などを行うこと）を確実に行うことが可能となる。

また、プラズマプルーム２３から発生するＵＶ（ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）、ＶＵＶ（ｖａｃｕｕｍ ｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）も環境浄化対象物２４に照射されるため、そのＵＶ、ＶＵＶによる環境浄化（除菌、殺菌又は減菌などを行うこと）が可能となる。さらには、上述したように、プラズマプルーム２３にはほとんどがラジカル粒子のみの部分も存在しているため、そのラジカル粒子のみの部分を利用することでの環境浄化（除菌、殺菌又は減菌などを行うこと）も可能となる。

また、上述したように、ターゲット１４が殺菌効果のあるＡｇ、銅などの遷移金属で構成されているため、パルスレーザ光２０の照射による電離によって発生する殺菌効果のあるイオンが菌などに対して有効に作用する。

また、赤外光２２が透過窓１３を介し真空槽１１の内部の環境浄化（除菌、殺菌又は減菌）対象物２４に向けて照射されると、環境浄化（除菌、殺菌又は減菌）対象物２４から赤外光（反射Ｘ線を含む）が反射される。その反射された赤外光（反射Ｘ線を含む）は、反射鏡４１を介し凹面の反射鏡４２、４３で集光されて微小面積の受光面４４で検出される。

そして、このＭＣＴ検出器４０からの出力信号がパソコン３０に取り込まれると、フーリエ変換された赤外スペクトルがモニター３１に表示される。この赤外スペクトルを確認することで、環境浄化（除菌、殺菌又は減菌）対象物２４の除菌、殺菌及び減菌が行われたかどうかの確認が可能となる。

このように、本実施形態では、真空槽１１の透過窓１２を介して入射される外部からのパルスレーザ光２０を真空槽１１の内部に配置されたターゲット１４に照射させてその表面からプラズマプルーム２３を発生させ、ターゲット１４に対向するように配置される載置手段である載置台１７に載置された環境浄化（除菌、殺菌又は減菌）対象物２４にそのプラズマプルーム２３が照射されるようにした。

ここで、上述したように、プラズマプルーム２３は高エネルギーから低エネルギーまでの各種電離層（高電離層２３ａ、中電離層２３ｂ、低電離層２３ｃ）を有することが知られている。また、ほとんどがラジカル粒子のみの部分も存在していることも知られている。

そこで、高電離層２３ａを利用することで、これまでほとんど殺菌できなかったような長寿命であったり、強固であったりする除菌対象菌に対しての環境浄化（除菌、殺菌又は減菌などを行うこと）を確実に行うことができる。

また、中電離層２３ｂ又は低電離層２３ｃを利用することで、下地となるもの（殺菌してはならないもの）をあまり壊さないようにしつつ、環境浄化（除菌、殺菌又は減菌などを行うこと）を確実に行うことができる。

また、プラズマプルーム２３から発生する上述したＵＶ（ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）、ＶＵＶ（ｖａｃｕｕｍ ｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）による環境浄化（除菌、殺菌又は減菌などを行うこと）も可能となる。

さらには、上述したプラズマプルーム２３のラジカル粒子のみの部分を利用することでの環境浄化（除菌、殺菌又は減菌などを行うこと）も確実に行うことができる。

また、本実施形態では、載置手段である載置台１７を、ターゲット１４と対向する方向において接離自在となるように設けているため、載置台１７の接離動作により、環境浄化（除菌、殺菌又は減菌）対象物２４をプラズマプルーム２３のエネルギーの異なる任意の電離層（高電離層２３ａ、中電離層２３ｂ、低電離層２３ｃ）まで移動させることができ、それぞれの高電離層２３ａ、中電離層２３ｂ、低電離層２３ｃを選択的に利用することが可能となる。

また、本実施形態では、ターゲット１４を、殺菌効果のあるＡｇ、銅などの遷移金属で構成しているため、パルスレーザ光２０の照射による電離によって発生する殺菌効果のあるイオンを菌などに対して有効に作用させることができる。

１０ 除菌、殺菌又は減菌装置
１１ 真空槽
１２、１３ 透過窓
１４ ターゲット
１５ 支持アーム
１６ 可動アーム
１７ 載置台
２０ パルスレーザ光
２１ 集光レンズ
２２ 赤外光
２３ プラズマプルーム
２３ａ 高電離層
２３ｂ 中電離層
２３ｃ 低電離層
２４ 環境浄化（除菌、殺菌又は減菌）対象物
３０ パソコン
３１ モニター
４０ ＭＣＴ検出器
４１〜４３ 反射鏡

Claims (6)

1. 透過窓を有する真空槽と、
   該真空槽の内部に配置され、前記透過窓を介して外部から入射されるパルスレーザ光が照射されるターゲットと、
   該ターゲットに対向するように配置され、除菌、殺菌又は減菌対象物を載置する載置手段とを備え、
   前記ターゲットの表面から発生するプラズマプルームが前記除菌、殺菌又は減菌対象物に照射される
   ことを特徴とする除菌、殺菌又は減菌装置。
2. 前記載置手段は、前記ターゲットと対向する方向において接離自在となるように設けられ、
   該載置手段の接離動作により、前記除菌、殺菌又は減菌対象物が前記プラズマプルームのエネルギーの異なる任意の電離層まで移動される
   ことを特徴とする請求項１に記載の除菌、殺菌又は減菌装置。
3. 前記ターゲットは、殺菌効果のある金属で構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の除菌、殺菌又は減菌装置。
4. 真空槽の透過窓を介して入射される外部からのパルスレーザ光を前記真空槽の内部に配置されたターゲットに照射させる工程と、
   該ターゲットに対向するように配置される載置手段に載置された除菌、殺菌又は減菌対象物に前記ターゲットの表面から発生するプラズマプルームを照射させる工程とを有する
   ことを特徴とする除菌、殺菌又は減菌方法。
5. 前記載置手段を前記ターゲットと対向する方向において接離させ、前記除菌、殺菌又は減菌対象物を前記プラズマプルームのエネルギーの異なる任意の電離層まで移動させる工程を有することを特徴とする請求項４に記載の除菌、殺菌又は減菌方法。
6. 前記ターゲットは、殺菌効果のある金属で構成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の除菌、殺菌又は減菌方法。

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