(57)【要約】      （修正有）【課題】生体膜の処理のためのシステムを提供する。【解決手段】内側電極１２２と、内側電極１２２の周囲に同軸状に配置された外側電極１２３とを備えるプラズマデバイス１２であって、内側電極１２２および外側電極１２３のうちの少なくとも一方は温度制御されるプラズマデバイス１２である。プラズマデバイス１２に接続されており、プラズマデバイス１２に電離性媒体を供給するように構成された電離性媒体源、ならびに内側電極１２２および外側電極１２３に接続されており、プラズマデバイス１２において該電離性媒体に点火してプラズマ流を形成するように構成された電源を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側電極と、該内側電極の周囲に同軸状に配置された外側電極とを備えるプラズマデバイスであって、該内側電極および該外側電極のうちの少なくとも一方は温度制御される、プラズマデバイス；
該プラズマデバイスに接続されており、該プラズマデバイスに電離性媒体を供給するように構成された電離性媒体源；ならびに
該内側電極および該外側電極に接続されており、該プラズマデバイスにおいて該電離性媒体に点火してプラズマ流を形成するように構成された電源
を備える、プラズマシステム。
【請求項２】
前記内側電極および前記外側電極のうちの少なくとも一方は、金属合金から形成されており、かつその少なくとも一部分を覆う誘電性コーティングを備える、請求項１に記載のプラズマシステム。
【請求項３】
冷媒アセンブリをさらに備え、該冷媒アセンブリは：
冷媒流体を貯蔵するように構成された供給源；ならびに
該供給源に接続されており、冷媒流体を前記内側電極および前記外側電極のうちの少なくとも一方に通して循環させるように構成された供給ポンプ
を備える、請求項１に記載のプラズマシステム。
【請求項４】
前記冷媒アセンブリは、温度制御器をさらに備え、該温度制御器は、温度を測定するように構成された温度センサ、および冷却器を有し、該冷却器は、予め決定された温度を、測定された該温度の関数として維持するように構成されている、請求項３に記載のプラズマシステム。
【請求項５】
前記内側電極は、内部に管腔を規定する実質的に円筒形の管状構造を有し、該管腔は、前記冷媒アセンブリと流体連絡している、請求項３に記載のプラズマシステム。
【請求項６】
前記プラズマデバイスは、実質的に円筒形の管形状のハウジングを有する冷媒チャンバをさらに備え、該実質的に円筒形の管形状のハウジングは、前記外側電極を覆ってスライド可能に配置されるように構成された内側管腔、および前記冷媒アセンブリに接続されるように構成された冷媒管腔を有する、請求項３に記載のプラズマシステム。
【請求項７】
前記円筒形の管形状のハウジングは、外側ハウジングおよび内側ハウジングを備え、該外側ハウジングと該内側ハウジングとの間に規定された冷媒管腔を有する、請求項６に記載のプラズマシステム。
【請求項８】
前記冷媒管腔は、実質的に螺旋状のコイル形状を有する、請求項６に記載のプラズマシステム。
【請求項９】
電離性媒体を受容するように構成されたプラズマデバイスであって、該プラズマデバイスは：
実質的に円筒形の管形状を有する外側電極；
該外側電極の内部に同軸状に配置された内側電極であって、該内側電極は、内部に管腔を規定する実質的に円筒形の管状構造を有し、該管腔は、冷媒アセンブリに接続されるように構成された内側電極；ならびに
実質的に円筒形の管形状のハウジングを有する冷媒チャンバであって、該実質的に円筒形の管形状のハウジングは、該外側電極を覆ってスライド可能に配置されるように構成された内側管腔、および該冷媒アセンブリに接続されるように構成された冷媒管腔を有する、冷媒チャンバ
を備える、プラズマデバイス。
【請求項１０】
前記円筒形の管形状のハウジングは、外側ハウジングおよび内側ハウジングを備え、該外側ハウジングと該内側ハウジングとの間に規定された冷媒管腔を有する、請求項９に記載のプラズマデバイス。
【請求項１１】
前記冷媒管腔は、実質的に螺旋状のコイル形状を有する、請求項９に記載のプラズマデバイス。
【請求項１２】
前記内側電極および前記外側電極のうちの少なくとも一方は、金属合金から形成されており、かつその少なくとも一部分を覆う誘電性コーティングを備える、請求項９に記載のプラズマデバイス。
【請求項１３】
前記誘電性コーティングは、酸化物、窒化物、天然酸化物および天然窒化物からなる群より選択される、請求項１２に記載のプラズマデバイス。
【請求項１４】
前記金属合金は、アルミニウム合金およびチタン合金からなる群より選択される、請求項１２に記載のプラズマデバイス。
【請求項１５】
内側電極と、該内側電極の周囲に同軸状に配置された外側電極とを備えるプラズマデバイスであって、該内側電極および該外側電極のうちの少なくとも一方は、温度制御される、プラズマデバイス；
該プラズマデバイスに接続されており、該プラズマデバイスに電離性媒体を供給するように構成された電離性媒体源；
該内側電極および該外側電極に接続されており、該プラズマデバイスにおいて該電離性媒体に点火してプラズマ流を形成するように構成された電源；ならびに
冷媒アセンブリであって：
冷媒流体を貯蔵するように構成されている供給源；および
該供給源に接続されており、該内側電極および該外側電極のうちの少なくとも一方に通して冷媒流体を循環させるように構成された供給ポンプ
を備える、冷却アセンブリ
を備える、プラズマシステム。
【請求項１６】
前記冷媒アセンブリは、温度制御器をさらに備え、該温度制御器は、温度を測定するように構成された温度センサ、および冷却器を有し、該冷却器は、予め決定された温度を、測定された該温度の関数として維持するように構成されている、請求項１５に記載のプラズマシステム。
【請求項１７】
前記内側電極は、内部に管腔を規定する実質的に円筒形の管状構造を有し、該管腔は、前記冷媒アセンブリと流体連絡している、請求項１５に記載のプラズマシステム。
【請求項１８】
前記プラズマデバイスは、実質的に円筒形の管形状のハウジングを有する冷媒チャンバをさらに備え、該実質的に円筒形の管形状のハウジングは、前記外側電極を覆ってスライド可能に配置されるように構成された内側管腔、および前記冷媒アセンブリに接続されるように構成された冷媒管腔を有する、請求項１５に記載のプラズマシステム。
【請求項１９】
前記円筒形の管形状のハウジングは、外側ハウジングおよび内側ハウジングを備え、該外側ハウジングと該内側ハウジングとの間に規定された冷媒管腔を有する、請求項１８に記載のプラズマシステム。
【請求項２０】
前記冷媒管腔は、実質的に螺旋状のコイル形状を有する、請求項１８に記載のプラズマシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（背景）
（技術分野）
本開示は、生物学的材料または他の材料の表面処理、除去または沈着のための、プラズマデバイスおよびプロセスに関する。より特定すると、本開示は、化学反応性の、プラズマにより発生される種を、プラズマデバイスにおいて、選択された成分に特異的な励起状態種（例えば、エネルギーを有する光子）と一緒に発生させて方向付けるための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（関連技術の背景）
濃密媒体（例えば、大気圧またはその付近で液体および気体）中での電気放電は、適切な条件下で、プラズマ形成をもたらし得る。プラズマは、多量の化学種（例えば、イオン、ラジカル、電子、励起状態（例えば、準安定）種、分子フラグメント、および光子など）を生じさせる独特の能力を有する。プラズマ種は、プラズマ電子温度および電子密度を調整することによって、種々の内部エネルギー状態または外部運動エネルギー分布において、発生し得る。さらに、プラズマの空間特性、時間特性および温度特性を調節することによって、そのプラズマ種および付随する光子流により照射される材料に、特殊な変化が生じる。プラズマはまた、プラズマ光子により照射される生物学的材料および他の材料において、光化学反応経路および光触媒反応経路を開始させるために充分なエネルギーを有する光子（真空紫外光子が挙げられる）を発生させることが可能である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明は、例えば、以下を提供する：
（項目１）
内側電極と、該内側電極の周囲に同軸状に配置された外側電極とを備えるプラズマデバイスであって、該内側電極および該外側電極のうちの少なくとも一方は温度制御される、プラズマデバイス；
該プラズマデバイスに接続されており、該プラズマデバイスに電離性媒体を供給するように構成された電離性媒体源；ならびに
該内側電極および該外側電極に接続されており、該プラズマデバイスにおいて該電離性媒体に点火してプラズマ流を形成するように構成された電源
を備える、プラズマシステム。
（項目２）
上記内側電極および上記外側電極のうちの少なくとも一方は、金属合金から形成されており、かつその少なくとも一部分を覆う誘電性コーティングを備える、上記項目に記載のプラズマシステム。
（項目３）
冷媒アセンブリをさらに備え、該冷媒アセンブリは：
冷媒流体を貯蔵するように構成された供給源；ならびに
該供給源に接続されており、冷媒流体を上記内側電極および上記外側電極のうちの少なくとも一方に通して循環させるように構成された供給ポンプ
を備える、上記項目のいずれかに記載のプラズマシステム。
（項目４）
上記冷媒アセンブリは、温度制御器をさらに備え、該温度制御器は、温度を測定するように構成された温度センサ、および冷却器を有し、該冷却器は、予め決定された温度を、測定された該温度の関数として維持するように構成されている、上記項目のいずれかに記載のプラズマシステム。
（項目５）
上記内側電極は、内部に管腔を規定する実質的に円筒形の管状構造を有し、該管腔は、上記冷媒アセンブリと流体連絡している、上記項目のいずれかに記載のプラズマシステム。
（項目６）
上記プラズマデバイスは、実質的に円筒形の管形状のハウジングを有する冷媒チャンバをさらに備え、該実質的に円筒形の管形状のハウジングは、上記外側電極を覆ってスライド可能に配置されるように構成された内側管腔、および上記冷媒アセンブリに接続されるように構成された冷媒管腔を有する、上記項目のいずれかに記載のプラズマシステム。
（項目７）
上記円筒形の管形状のハウジングは、外側ハウジングおよび内側ハウジングを備え、該外側ハウジングと該内側ハウジングとの間に規定された冷媒管腔を有する、上記項目のいずれかに記載のプラズマシステム。
（項目８）
上記冷媒管腔は、実質的に螺旋状のコイル形状を有する、上記項目のいずれかに記載のプラズマシステム。
（項目９）
電離性媒体を受容するように構成されたプラズマデバイスであって、該プラズマデバイスは：
実質的に円筒形の管形状を有する外側電極；
該外側電極の内部に同軸状に配置された内側電極であって、該内側電極は、内部に管腔を規定する実質的に円筒形の管状構造を有し、該管腔は、冷媒アセンブリに接続されるように構成された内側電極；ならびに
実質的に円筒形の管形状のハウジングを有する冷媒チャンバであって、該実質的に円筒形の管形状のハウジングは、該外側電極を覆ってスライド可能に配置されるように構成された内側管腔、および該冷媒アセンブリに接続されるように構成された冷媒管腔を有する、冷媒チャンバ
を備える、プラズマデバイス。
（項目１０）
上記円筒形の管形状のハウジングは、外側ハウジングおよび内側ハウジングを備え、該外側ハウジングと該内側ハウジングとの間に規定された冷媒管腔を有する、上記項目に記載のプラズマデバイス。
（項目１１）
上記冷媒管腔は、実質的に螺旋状のコイル形状を有する、上記項目のいずれかに記載のプラズマデバイス。
（項目１２）
上記内側電極および上記外側電極のうちの少なくとも一方は、金属合金から形成されており、かつその少なくとも一部分を覆う誘電性コーティングを備える、上記項目のいずれかに記載のプラズマデバイス。
（項目１３）
上記誘電性コーティングは、酸化物、窒化物、天然酸化物および天然窒化物からなる群より選択される、上記項目のいずれかに記載のプラズマシステム。
（項目１４）
上記金属合金は、アルミニウム合金およびチタン合金からなる群より選択される、上記項目のいずれかに記載のプラズマシステム。
（項目１５）
内側電極と、該内側電極の周囲に同軸状に配置された外側電極とを備えるプラズマデバイスであって、該内側電極および該外側電極のうちの少なくとも一方は、温度制御される、プラズマデバイス；
該プラズマデバイスに接続されており、該プラズマデバイスに電離性媒体を供給するように構成された電離性媒体源；
該内側電極および該外側電極に接続されており、該プラズマデバイスにおいて該電離性媒体に点火してプラズマ流を形成するように構成された電源；ならびに
冷媒アセンブリであって：
冷媒流体を貯蔵するように構成されている供給源；および
該供給源に接続されており、該内側電極および該外側電極のうちの少なくとも一方に通して冷媒流体を循環させるように構成された供給ポンプ
を備える、冷却アセンブリ
を備える、プラズマシステム。
（項目１６）
上記冷媒アセンブリは、温度制御器をさらに備え、該温度制御器は、温度を測定するように構成された温度センサ、および冷却器を有し、該冷却器は、予め決定された温度を、測定された該温度の関数として維持するように構成されている、上記項目のいずれかに記載のプラズマシステム。
（項目１７）
上記内側電極は、内部に管腔を規定する実質的に円筒形の管状構造を有し、該管腔は、上記冷媒アセンブリと流体連絡している、上記項目のいずれかに記載のプラズマシステム。
（項目１８）
上記プラズマデバイスは、実質的に円筒形の管形状のハウジングを有する冷媒チャンバをさらに備え、該実質的に円筒形の管形状のハウジングは、上記外側電極を覆ってスライド可能に配置されるように構成された内側管腔、および上記冷媒アセンブリに接続されるように構成された冷媒管腔を有する、上記項目のいずれかに記載のプラズマシステム。
（項目１９）
上記円筒形の管形状のハウジングは、外側ハウジングおよび内側ハウジングを備え、該外側ハウジングと該内側ハウジングとの間に規定された冷媒管腔を有する、上記項目のいずれかに記載のプラズマシステム。
（項目２０）
上記冷媒管腔は、実質的に螺旋状のコイル形状を有する、上記項目のいずれかに記載のプラズマシステム。
（項目Ａ１）
内側電極と、該内側電極の周囲に同軸状に配置された外側電極とを備えるプラズマデバイスであって、該内側電極および該外側電極のうちの少なくとも一方は温度制御される、プラズマデバイス；
該プラズマデバイスに接続されており、該プラズマデバイスに電離性媒体を供給するように構成された電離性媒体源；ならびに
該内側電極および該外側電極に接続されており、該プラズマデバイスにおいて該電離性媒体に点火してプラズマ流を形成するように構成された電源
を備える、プラズマシステム。
（項目Ａ２）
上記内側電極および上記外側電極のうちの少なくとも一方は、金属合金から形成されており、かつその少なくとも一部分を覆う誘電性コーティングを備える、上記項目Ａに記載のプラズマシステム。
（項目Ａ３）
冷媒アセンブリをさらに備え、該冷媒アセンブリは：
冷媒流体を貯蔵するように構成された供給源；ならびに
該供給源に接続されており、冷媒流体を上記内側電極および上記外側電極のうちの少なくとも一方に通して循環させるように構成された供給タンク
を備える、上記項目Ａのいずれかに記載のプラズマシステム。
（項目Ａ４）
上記冷媒アセンブリは、温度制御器をさらに備え、該温度制御器は、温度を測定するように構成された温度センサ、および冷却器を有し、該冷却器は、予め決定された温度を、測定された該温度の関数として維持するように構成されている、上記項目Ａのいずれかに記載のプラズマシステム。
（項目Ａ５）
上記内側電極は、内部に管腔を規定する実質的に円筒形の管状構造を有し、該管腔は、上記冷媒アセンブリと流体連絡している、上記項目Ａのいずれかに記載のプラズマシステム。
（項目Ａ６）
上記プラズマデバイスは、実質的に円筒形の管形状のハウジングを有する冷媒チャンバをさらに備え、該実質的に円筒形の管形状のハウジングは、上記外側電極を覆ってスライド可能に配置されるように構成された内側管腔、および上記冷媒アセンブリに接続されるように構成された冷媒管腔を有する、上記項目Ａのいずれかに記載のプラズマシステム。
（項目Ａ７）
上記円筒形の管形状のハウジングは、外側ハウジングおよび内側ハウジングを備え、該外側ハウジングと該内側ハウジングとの間に規定された冷媒管腔を有する、上記項目Ａのいずれかに記載のプラズマシステム。
（項目Ａ８）
上記冷媒管腔は、実質的に螺旋状のコイル形状を有する、上記項目Ａのいずれかに記載のプラズマシステム。
（項目Ａ９）
電離性媒体を受容するように構成されたプラズマデバイスであって、該プラズマデバイスは：
実質的に円筒形の管形状を有する外側電極；
該外側電極の内部に同軸状に配置された内側電極であって、該内側電極は、内部に管腔を規定する実質的に円筒形の管状構造を有し、該管腔は、冷媒アセンブリに接続されるように構成された内側電極；ならびに
実質的に円筒形の管形状のハウジングを有する冷媒チャンバであって、該実質的に円筒形の管形状のハウジングは、該外側電極を覆ってスライド可能に配置されるように構成された内側管腔、および該冷媒アセンブリに接続されるように構成された冷媒管腔を有する、冷媒チャンバ
を備える、プラズマデバイス。
（項目Ａ１０）
上記円筒形の管形状のハウジングは、外側ハウジングおよび内側ハウジングを備え、該外側ハウジングと該内側ハウジングとの間に規定された冷媒管腔を有する、上記項目Ａに記載のプラズマデバイス。
（項目Ａ１１）
上記冷媒管腔は、実質的に螺旋状のコイル形状を有する、上記項目Ａのいずれかに記載のプラズマデバイス。
（項目Ａ１２）
上記内側電極および上記外側電極のうちの少なくとも一方は、金属合金から形成されており、かつその少なくとも一部分を覆う誘電性コーティングを備える、上記項目Ａのいずれかに記載のプラズマデバイス。
（項目Ａ１３）
上記誘電性コーティングは、酸化物、窒化物、天然酸化物および天然窒化物からなる群より選択される、上記項目Ａのいずれかに記載のプラズマシステム。
（項目Ａ１４）
上記金属合金は、アルミニウム合金およびチタン合金からなる群より選択される、上記項目Ａのいずれかに記載のプラズマシステム。
（項目Ａ１５）
内側電極と、該内側電極の周囲に同軸状に配置された外側電極とを備えるプラズマデバイスであって、該内側電極および該外側電極のうちの少なくとも一方は、温度制御される、プラズマデバイス；
該プラズマデバイスに接続されており、該プラズマデバイスに電離性媒体を供給するように構成された電離性媒体源；
該内側電極および該外側電極に接続されており、該プラズマデバイスにおいて該電離性媒体に点火してプラズマ流を形成するように構成された電源；ならびに
冷媒アセンブリであって：
冷媒流体を貯蔵するように構成されている供給源；および
該供給源に接続されており、該内側電極および該外側電極のうちの少なくとも一方に通して冷媒流体を循環させるように構成された供給タンク
を備える、冷却アセンブリ
を備える、プラズマシステム。
（項目Ａ１６）
上記冷媒アセンブリは、温度制御器をさらに備え、該温度制御器は、温度を測定するように構成された温度センサ、および冷却器を有し、該冷却器は、予め決定された温度を、測定された該温度の関数として維持するように構成されている、上記項目Ａのいずれかに記載のプラズマシステム。
（項目Ａ１７）
上記内側電極は、内部に管腔を規定する実質的に円筒形の管状構造を有し、該管腔は、上記冷媒アセンブリと流体連絡している、上記項目Ａのいずれかに記載のプラズマシステム。
（項目Ａ１８）
上記プラズマデバイスは、実質的に円筒形の管形状のハウジングを有する冷媒チャンバをさらに備え、該実質的に円筒形の管形状のハウジングは、上記外側電極を覆ってスライド可能に配置されるように構成された内側管腔、および上記冷媒アセンブリに接続されるように構成された冷媒管腔を有する、上記項目Ａのいずれかに記載のプラズマシステム。
（項目Ａ１９）
上記円筒形の管形状のハウジングは、外側ハウジングおよび内側ハウジングを備え、該外側ハウジングと該内側ハウジングとの間に規定された冷媒管腔を有する、上記項目Ａのいずれかに記載のプラズマシステム。
（項目Ａ２０）
上記冷媒管腔は、実質的に螺旋状のコイル形状を有する、上記項目Ａのいずれかに記載のプラズマシステム。
【０００４】
（摘要）
プラズマシステムが開示される。このシステムは、内側電極と、この内側電極の周囲に同軸状に配置された外側電極とを備えるプラズマデバイスであって、この内側電極およびこの外側電極のうちの少なくとも一方は、温度制御される、プラズマデバイス；このプラズマデバイスに接続されており、このプラズマデバイスに電離性媒体を供給するように構成された電離性媒体源；ならびにこの内側電極およびこの外側電極に接続されており、このプラズマデバイスにおいてこの電離性媒体に点火してプラズマ流を形成するように構成された電源を備える。
【０００５】
（要旨）
プラズマは、産業、科学および医薬の必要性に対して、特に、低温での加工片表面加工に対して代替の解決策を提供する、広い応用性を有する。プラズマは、加工片に送達され得、これによって、そのプラズマが衝突する材料の特性に、複数の変化を起こし得る。プラズマは、放射線（例えば、紫外）、イオン、光子、電子、および他の励起状態（例えば、準安定）種の大きなフラックスを生じさせるという、独特の能力を有し、これらのフラックスは、高い空間選択性、材料選択性、および時間制御で、材料特性変化を行うために適切である。選択的プラズマはまた、加工片の異なる上層を除去し得るが、その加工片の別の下層に対しては影響をほとんどまたは全く有さず、あるいは特定の組織型を混合組織領域から選択的に除去するために、または異なる組織型の隣接器官に対する影響を最小にしながら組織を選択的に除去するため（例えば、細胞外マトリックスの除去）に、使用され得る。
【０００６】
独特の化学種の１つの適切な用途は、非平衡反応または選択的化学反応を加工片またはその内部で駆動して、１つの特定の型の材料のみの選択的除去に備えることである。このような選択的プロセスは特に、生物学的組織処理（例えば、混合組織または多層組織）において求められ、このプロセスは、下にある組織および隣接組織に対して異なる選択性を有して、組織を低温で切断および除去することを可能にする。これは、細胞外マトリックス、生体膜、脂肪と筋肉組織との混合物の除去、および表面層の挫滅組織切除のために特に有用である。
【０００７】
生体膜とは、微生物（例えば、細菌）の凝集物であり、細胞外ポリマー基質の自己生成マトリックス中に包埋され得る。具体的には、生体膜コロニーは、細菌の集団間にポリマー鎖を作製し、このコロニーが種々の型の表面（生体組織を含めて）に癒着することを可能にする。生体組織上での生体膜成長は、種々の健康上の問題（例えば、感染、トキシックショック症候群、結晶化した腎臓および心臓弁の問題）を提示すると考えられる。病原性生体膜もまた、移植された医療デバイス上に一般的に見出され、人工関節または人工骨、および歯のインプラントに関する感染の問題をもたらす。生体膜は、化学的殺菌剤に対する耐性がある。なぜなら、生体膜は、非常に急速に再生し、そして付着した殺菌剤に対する耐性を発達させるからである。さらに、生体膜コロニーは、その外側表面（例えば、ポリマー鎖）を変化させてその被膜の内側の細菌をより良好に保護し得、これらの細菌の生存をさらに増強し得る。
【０００８】
プラズマ種は、表面材料の気化、ガス化または溶解（例えば、気体および液体ベースのエッチング）により、化学結合を切断することによって、または表面に末端を有する種を置換することもしくは置き換えることによって（例えば、表面官能基化）、組織表面の化学的性質を変更することが可能である。適切な技術、材料の選択および条件を用いて、近くにある異なる型の組織に影響を与えることなく、１つの型の組織を完全に選択的に除去することができる。プラズマの条件およびパラメータ（Ｓ−パラメータ、Ｖ、Ｉ、およびΘなどが挙げられる）を制御することにより、特定のプラズマ種のセットの選択が可能になり、これにより次に、材料の除去または改変のために選択される化学経路の選択、および所望の組織型の除去の選択性の選択が可能になる。本開示は、広範な条件下（調整された幾何学形状、種々のプラズマフィードストック媒体、電極の数および位置、ならびに電気的励起パラメータ（例えば、電圧、電流、位相、周波数、パルス条件など）が挙げられる）でプラズマを発生させるためのシステムおよび方法を提供する。これらの条件は全て、プラズマ照射される加工片に対するプラズマの選択性に影響を与える。
【０００９】
プラズマ放電を点火して維持する電気エネルギーの供給は、電離性媒体および他のプラズマフィードストックに容量結合および／または誘導結合された、実質的に伝導性の電極を通して送達される。本開示はまた、プラズマ動作の所望の局面（例えば、より高い電子温度、フィードストックに対するより大きい触媒効果、およびより高い量の二次放出）を改善および増強する特殊な電極構造を利用する、方法および装置を提供する。具体的には、本開示は、多孔性媒体により制御された化学反応物質の放出、および触媒材料の保持を提供する。
【００１０】
プラズマは、加工片での反応を駆動する電子、ラジカル、準安定種および光子を含み、この加工片に送達される、エネルギーを有する電子を含む。プラズマの条件およびパラメータを制御することにより、特定の粒子のセットの選択が可能になり、これにより次に、材料の除去または改変のための化学経路の選択、および所望の組織型の除去の選択性の選択が可能になる。本開示はまた、大気圧またはその付近で作動する、プラズマを発生させるためのシステムおよび方法を提供する。これらのプラズマは、他のプラズマ種と協力して材料表面での反応を駆動する、電子および光子を含む。材料表面に送達される電子および光子は、種々のプロセス（結合の切断が挙げられる）を開始し得、これにより、その後の反応における気化が可能になる。電子により駆動される反応は、付随するフラックスと相乗作用して、単独で作用する反応のいずれよりも大きい材料除去速度を達成する。
【００１１】
本開示の１つの実施形態によれば、プラズマシステムが開示される。このシステムは、内側電極と、この内側電極の周囲に同軸状に配置された外側電極とを備えるプラズマデバイスであって、この内側電極およびこの外側電極のうちの少なくとも一方は温度制御される、プラズマデバイス；このプラズマデバイスに接続されており、このプラズマデバイスに電離性媒体を供給するように構成された電離性媒体源；ならびにこの内側電極およびこの外側電極に接続されており、このプラズマデバイスにおいてこの電離性媒体に点火してプラズマ流を形成するように構成された電源を備える。
【００１２】
上記実施形態の１つの局面によれば、この内側電極およびこの外側電極のうちの少なくとも一方は、金属合金から形成されており、かつその少なくとも一部分を覆う誘電性コーティングを備える。
【００１３】
上記実施形態の１つの局面によれば、このシステムは、冷媒アセンブリをさらに備え、この冷媒アセンブリは、冷媒流体を貯蔵するように構成された供給源；ならびにこの供給源に接続されており、内側電極および外側電極のうちの少なくとも一方に通して冷媒流体を循環させるように構成された供給ポンプを備える。
【００１４】
上記実施形態の１つの局面によれば、この冷媒アセンブリは、温度制御器をさらに備え、この温度制御器は、温度を測定するように構成された温度センサと、冷却器とを有し、この冷却器は、予め決定された温度を、この測定された温度の関数として維持するように構成されている。
【００１５】
上記実施形態の１つの局面によれば、内側電極は、内部に管腔を規定する実質的に円筒形の管状構造を有し、この管腔は、冷媒アセンブリと流体連絡している。
【００１６】
上記実施形態の１つの局面によれば、上記プラズマデバイスは、実質的に円筒形の管形状のハウジングを有する冷媒チャンバをさらに備え、この実質的に円筒形の管形状のハウジングは、外側電極を覆ってスライド可能に配置されるように構成された内側管腔、および冷媒アセンブリに接続されるように構成された冷媒管腔を有する。
【００１７】
上記実施形態の１つの局面によれば、この円筒形の管形状のハウジングは、外側ハウジングおよび内側ハウジングを備え、この外側ハウジングとこの内側ハウジングとの間に規定された冷媒管腔を有する。
【００１８】
上記実施形態の１つの局面によれば、この冷媒管腔は、実質的に螺旋状のコイル形状を有する。
【００１９】
本開示の１つの実施形態によれば、電離性媒体を受容するように構成されたプラズマデバイスが開示される。このプラズマデバイスは、実質的に円筒形の管形状を有する外側電極；この外側電極内に同軸状に配置された内側電極であって、この内側電極は、内部に管腔を規定する実質的に円筒形の管状構造を有し、この管腔は、冷媒アセンブリに接続されるように構成された内側電極；ならびに実質的に円筒形の管形状のハウジングを有する冷媒チャンバであって、この実質的に円筒形の管形状のハウジングは、この外側電極を覆ってスライド可能に配置されるように構成された内側管腔、およびこの冷媒アセンブリに接続されるように構成された冷媒管腔を有する、冷媒チャンバを備える。
【００２０】
上記実施形態の１つの局面によれば、この円筒形の管形状のハウジングは、外側ハウジングおよび内側ハウジングを備え、この外側ハウジングとこの内側ハウジングとの間に規定された冷媒管腔を有する。
【００２１】
上記実施形態の１つの局面によれば、この冷媒管腔は、実質的に螺旋状のコイル形状を有する。
【００２２】
上記実施形態の１つの局面によれば、内側電極および外側電極のうちの少なくとも一方は、金属合金から形成されており、かつその少なくとも一部分を覆う誘電性コーティングを備える。
【００２３】
上記実施形態の１つの局面によれば、この誘電性コーティングは、酸化物、窒化物、天然酸化物および天然窒化物からなる群より選択される。
【００２４】
上記実施形態の１つの局面によれば、この金属合金は、アルミニウム合金およびチタン合金からなる群より選択される。
【００２５】
本開示の１つの実施形態によれば、プラズマシステムが開示される。このシステムは、内側電極と、この内側電極の周囲に同軸状に配置された外側電極とを備えるプラズマデバイスであって、この内側電極およびこの外側電極のうちの少なくとも一方は、温度制御される、プラズマデバイス；このプラズマデバイスに接続されており、このプラズマデバイスに電離性媒体を供給するように構成された電離性媒体源；この内側電極およびこの外側電極に接続されており、このプラズマデバイスにおいてこの電離性媒体を点火してプラズマ流を形成するように構成された電源を備える。このシステムはまた、冷媒アセンブリを備え、この冷媒アセンブリは、冷媒流体を貯蔵するように構成された供給源；ならびにこの供給源に接続されており、内側電極および外側電極のうちの少なくとも一方に通して冷媒流体を循環させるように構成された供給ポンプを備える。
【００２６】
上記実施形態の１つの局面によれば、この冷媒アセンブリは、温度制御器をさらに備え、この温度制御器は、温度を測定するように構成された温度センサ、および冷却器を有し、この冷却器は、予め決定された温度を、この測定された温度の関数として維持するように構成されている。
【００２７】
上記実施形態の１つの局面によれば、内側電極は、内部に管腔を規定する実質的に円筒形の管状構造を有し、この管腔は、この冷媒アセンブリと流体連絡している。
【００２８】
上記実施形態の１つの局面によれば、上記プラズマデバイスは、実質的に円筒形の管形状のハウジングを有する冷媒チャンバをさらに備え、この実質的に円筒形の管形状のハウジングは、外側電極を覆ってスライド可能に配置されるように構成された内側管腔、およびこの冷媒アセンブリに接続されるように構成された冷媒管腔を有する。
【００２９】
上記実施形態の１つの局面によれば、この円筒形の管形状のハウジングは、外側ハウジングおよび内側ハウジングを備え、この外側ハウジングとこの内側ハウジングとの間に規定された冷媒管腔を有する。
【００３０】
上記実施形態の１つの局面によれば、この冷媒管腔は、実質的に螺旋状のコイル形状を有する。
【００３１】
添付の図面は、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成し、本開示の例示的な実施形態を図示し、そして上に与えられた本開示の一般的説明、および以下に与えられる実施形態の詳細な説明と一緒に、本開示の原理を説明する役に立つ。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本開示によるプラズマシステムの概略図である。
【図２】図２は、本開示によるプラズマデバイスの斜視断面図である。
【図３】図３は、本開示による図２のプラズマデバイスの側面概略断面図である。
【図４】図４は、本開示の１つの実施形態による図２のプラズマデバイスの冷媒チャンバの斜視断面図である。
【図５】図５は、本開示の別の実施形態による図２のプラズマデバイスの冷媒チャンバの斜視断面図である。
【図６】図６は、処理された物体および未処理の物体上の生体膜内の比較細菌計数を示す棒グラフである。
【図７】図７は、本開示による図２のプラズマデバイスの内側電極と外側電極との間の距離に基づく酸素発生を示す棒グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
（詳細な説明）
プラズマは、直流（ＤＣ）電流または交流（ＡＣ）電流のいずれかとして、連続モードまたはパルス化モードのいずれかで、約０．１ヘルツ（Ｈｚ）から約１００ギガヘルツ（ＧＨｚ）の周波数（無線周波数（「ＲＦ」、約０．１ＭＨｚ〜約１００ＭＨｚ）およびマイクロ波（「ＭＷ」、約０．１ＧＨｚ〜約１００ＧＨｚ）の帯域を含む）で、適切なジェネレータ、電極、およびアンテナを使用して送達される、電気エネルギーを使用して発生させられる。励起周波数、加工片、および回路に電気エネルギーを送達するために使用される電気回路の選択は、プラズマの多くの特性および要求に影響を与える。プラズマ化学発生の性能、気体または液体のフィードストック送達システム、および電気励起回路の設計は、相互に関係している。なぜなら、作動電圧、周波数および電流のレベル、ならびに位相の選択は、電子の温度と電子密度との両方に影響を与えるからである。さらに、電気励起およびプラズマデバイスハードウェアの選択もまた、ホストプラズマガスまたは液体媒体への新たな成分の導入に、所定のプラズマシステムがどのように動的に応答するかを決定する。電気駆動の（例えば、電圧、電流、または励起周波数に対する動的整合ネットワークまたは調節を介しての）対応する動的調節は、電気回路からプラズマへの制御された電力移動を維持するために使用され得る。
【００３４】
最初に図１を参照すると、プラズマシステム１０が開示されている。システム１０は、電源１４と、電離性媒体源１６と、化学前駆体または予備電離源１８とに接続された、プラズマデバイス１２を備える。電源１４は、電力または整合インピーダンスをプラズマデバイス１２に送達するための任意の適切な構成要素を備える。より具体的には、電源１４は、電力を生成して電離性媒体を点火して持続させ、プラズマ流３２を発生させることが可能な、任意の無線周波数ジェネレータまたは他の適切な電源であり得る。プラズマデバイス１２は、組織へのプラズマの印加のための電気外科ペンシルとして利用され得、そして電源１４は、デバイス１２に約０．１ＭＨｚ〜約２，４５０ＭＨｚ、別の実施形態においては約１ＭＨｚ〜約１６０ＭＨｚの周波数の電力を供給するように適合された、電気外科ジェネレータであり得る。ある実施形態において、電気エネルギーは、２つまたは２つより多くの周波数の混合物（例えば、１３．５６ＭＨｚと６０ＭＨｚとの混合物）として供給され得る。プラズマはまた、連続的またはパルス化された直流（ＤＣ）電気エネルギー、連続的またはパルス化されたＲＦ電気エネルギーを使用することによって、点火され得る。
【００３５】
前駆体源１８は、デバイス１２への導入前に前駆体フィードストックをエアロゾル化するように構成された、通気瓶または噴霧器を備え得る。ある実施形態において、前駆体源１８はまた、約１フェムトリットル〜約１ミリリットルの体積の、前躯体フィードストックの予め決定された精製された液滴体積を発生させることが可能な、マイクロ液滴またはインジェクタシステムを備え得る。前駆体源１８はまた、微小流体デバイス、圧電ポンプ、または超音波気化器を備え得る。
【００３６】
システム１０は、デバイス１２を通って加工片「Ｗ」（例えば、組織）へのプラズマの流れを提供する。プラズマフィードストック（これは、電離性媒体および前駆体フィードストックを含む）は、それぞれ電離性媒体源１６および前駆体源１８によって、プラズマデバイス１２に供給される。作動中に、この前駆体フィードストックおよびこの電離性媒体は、プラズマデバイス１２に提供され、このプラズマデバイスで、プラズマフィードストックが点火されて、特定の励起種および準安定種由来のイオン、ラジカル、光子を含むプラズマ流３２を形成し、これらは、加工片「Ｗ」の内部またはその表面で所望の化学反応を駆動するための内部エネルギーを有する。これらのフィードストックは、図１に示され、以下により詳細に記載されるように、プラズマ流の点火点より上流またはその中間の位置で（例えば、点火点で）混合され得る。
【００３７】
電離性媒体源１６は、電離性フィードストックをプラズマデバイス１２に提供する。電離性媒体源１６は、プラズマデバイス１２に接続されており、そして貯蔵タンクおよびポンプを備える（明示的には図示しない）。電離性媒体は、液体であっても気体であってもよく、例えば、アルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノン、ラドン、二酸化炭素、窒素、水素、酸素など、およびこれらの混合物などであり得る。これらおよび他の気体は、最初は液体の形態であり得、これが、適用中にガス化される。
【００３８】
前駆体源１８は、前駆体フィードストックをプラズマデバイス１２に提供する。前駆体フィードストックは、固体、気体または液体のいずれの形態であってもよく、そして任意の状態（例えば、固体、液体（例えば、粒子、ナノ粒子または液滴）、気体、およびこれらの組み合わせ）の電離性媒体と混合され得る。前駆体源１８は、ヒータを備え得ることにより、この前駆体フィードストックが液体である場合、この前駆体フィードストックを、電離性媒体との混合前に加熱して気体状態にし得る。
【００３９】
１つの実施形態において、これらの前駆体は、電源１４からの電気エネルギーにより点火される場合、または電離性媒体から形成された粒子（電子、光子、もしくは制限された選択的化学反応性を有する他のエネルギー保有種）と衝突を起こす場合に、プラズマ駆動解離後に反応性種（例えば、イオン、電子、励起状態（例えば、準安定）種、および分子フラグメント（例えば、ラジカル）など）を形成することが可能な任意の化学種であり得る。より具体的には、これらの前駆体は、種々の反応性官能基（例えば、ハロゲン化アシル、アルコール、アルデヒド、アルカン、アルケン、アミド、アミン、ブチル、カルボン酸、シアネート、イソシアネート、エステル、エーテル、エチル、ハロゲン化物、ハロアルカン、ヒドロキシル、ケトン、メチル、ニトレート、ニトロ、ニトリル、ニトリト、ニトロソ、過酸化物、ヒドロペルオキシド、酸素、水素、窒素、およびこれらの組み合わせ）を含み得る。ある実施形態において、これらの化学前駆体は、水；ハロゲノアルカン（例えば、ジクロロメタン、トリクロロメタン、四塩化炭素、ジフルオロメタン、トリフルオロメタン、および四フッ化炭素など）；過酸化物（例えば、過酸化水素、アセトンペルオキシド、および過酸化ベンゾイルなど）；アルコール（例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、エチレングリコール、プロピレングリコール）；アルカリ性物質（例えば、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、アミン）；アルキル；ならびにアルケンなどであり得る。このような化学前駆体は、実質的に純粋な形態で、または混合された形態で、または可溶性形態で、適用され得る。
【００４０】
これらの前駆体およびその官能基、ならびにナノ粒子は、加工片「Ｗ」の表面種（例えば、分子）と反応するために、表面に送達され得る。換言すれば、これらの官能基は、加工片「Ｗ」に存在する化学表面末端を修飾するかまたは置き換えるために、使用され得る。これらの官能基は、それらの高い反応性、およびプラズマにより付与される反応性に起因して、これらの表面種と容易に反応する。さらに、これらの官能基はまた、プラズマ体積を加工片に送達する前に、このプラズマ体積内で反応する。
【００４１】
プラズマ中で生成されるいくつかの官能基は、その場で反応して物質を合成し得、この物質がその後、表面上に沈着物を形成し得る。この沈着物は、治癒を刺激するため、細菌を殺傷するため、および親水性または吸湿性を増大させて電極または他の組織への組織の固着を最小にするために使用され得る。さらに、特定の官能基の沈着はまた、予め決定された気／液拡散を達成する（例えば、気体の透過を可能にするが、液体の交換を防止する）ために、表面を結合させるかもしくは結合を刺激するために、または物理的な保護層として、表面を封入することを可能にし得る。
【００４２】
電離性媒体源１６および前駆体源１８は、それぞれ配管１３ａおよび１３ｂを介して、プラズマデバイス１２に接続され得る。配管１３ａおよび１３ｂは、１つの配管に（例えば、Ｙ継手を介して）合わせられて、電離性媒体と前駆体フィードストックとの混合物をデバイス１２に、このデバイスの近位端で送達し得る。このことは、プラズマフィードストック（例えば、前駆体フィードストック、ナノ粒子および電離性気体）が、プラズマデバイス１２内でのこの混合物の点火前に同時に、プラズマデバイス１２に送達されることを可能にする。
【００４３】
別の実施形態において、電離性媒体源１６および前駆体源１８は、配管１３ａおよび１３ｂを介して別々の接続部でプラズマデバイス１２に接続され得、その結果、フィードストックの混合は、プラズマデバイス１２内で点火点より上流で起こる。換言すれば、これらのプラズマフィードストックは、点火点より近位（それぞれの源１６および１８とプラズマデバイス１２との間の任意の地点であり得る）で混合され、その後、プラズマフィードストックが点火されて、加工片「Ｗ」に対する各特定の表面処理のための、プラズマ流種のフラックス（例えば、粒子／ｃｍ２ｓｅｃ）の所望の混合物が生成される。
【００４４】
さらなる実施形態において、これらのプラズマフィードストックは、プラズマに直接入る流れの中間（例えば、点火点またはプラズマ流の下流）で混合され得る。より具体的には、配管１３ａおよび１３ｂは、デバイス１２に点火点で接続され得、その結果、前駆体フィードストックおよび電離性媒体は、これらが混合されると同時に点火される（図１）。電離性媒体は、点火点より近位でデバイス１２に供給され得、一方で、前駆体フィードストックは、この電離性媒体と点火点で混合されることもまた、想定される。
【００４５】
さらなる例示的な実施形態において、この電離性媒体は、混合されない状態で点火され得、そしてこれらの前駆体は、点火されたプラズマ内に直接混合され得る。混合前に、これらのプラズマフィードストックは、個々に点火され得る。このプラズマフィードストックは、デバイス１２を通る媒体の流れを作製するために予め決定された圧力で供給され、この媒体の流れは、プラズマフィードストックの反応を補助してプラズマ流を生成する。本開示によるプラズマは、大気圧またはその付近で、通常の大気条件下で発生する。
【００４６】
システム１０はまた、デバイス１２および特にプラズマ流３２を冷却するための、冷媒アセンブリ１５を備える。冷媒アセンブリ１５は、冷媒流体３３をデバイス１２に供給するための、供給ポンプ１７および供給源（例えば、タンク、バッグなど）２１を備える（図１）。供給ポンプ１７は、冷媒流体３３をデバイス１２に通して循環させるように構成された、当該分野において公知である任意の適切な型のポンプであり得る。ある実施形態において、ポンプ１７は、冷媒流体の通路内（すなわち、冷媒管腔１２４、２２４、３２４、入口管１３０、２３０、３３０、および出口管１３２、２３２、３３２；それぞれ図２、図４、および図５を参照のこと）内で、負圧を発生させ得る。この負圧は、冷媒管腔１２４、２２４、３２４、入口管１３０、２３０、３３０、および出口管１３２、２３２、３３２内のあらゆる可能な裂け目を通っての冷媒流体３３の漏出を防止し、これによって、滅菌野内の漏出の可能性を最小にする。
【００４７】
この冷媒流体は、気体および／または流体と気体との混合物であり得る。供給タンク２１は、冷媒流体３３を貯蔵し、そして１つの実施形態において、この流体を予め決定された温度（例えば、−１０℃）に維持し得る。冷媒流体３３は、デバイス１２の短絡を防ぐために、誘電性流体（例えば、脱イオン水、プロピレングリコール、エチレングリコール、およびこれらの組み合わせなど）であり得る。冷媒アセンブリ１５は、温度制御器１９（例えば、浸漬型循環器）を備え、この温度制御器は、冷媒流体３３と連絡している温度センサ２３（例えば、温度プローブ、サーミスタ、熱電対）を有する。温度制御器１９はまた、温度センサからの温度の読み取りに基づいて冷媒流体３３の温度を調節するための、冷却器２２を備える。
【００４８】
図２を参照すると、デバイス１２は、温度制御された外側電極１２３内に同軸状に配置された、温度制御された内側電極１２２を備える。内側電極１２２は、実質的に円筒形の管形状を有し、内部に管腔１２４を規定する。内側電極１２２は、開いた近位端１２６を有し、そして遠位端１２８において閉鎖部を有する。内側電極１２２は、入口管１３０および出口管１３２を介して、冷媒アセンブリ１５に接続される。冷媒アセンブリ１５は、冷媒流体３３を管腔１２４に通して循環させ、これによって、内側電極１２２を冷却する。
【００４９】
外側電極１２３もまた、実質的に円筒形の管形状を有し、内部に第一の直径を有する管腔１２５を規定する。外側電極１２３は、開いた近位端１３６、および遠位端１３８を備える。遠位端１３８には、中心に配置された開口部１４０が規定されている。開口部１４０は、管腔１２５の第一の直径より小さい第二の直径を有し、プラズマ流３２がこの開口部を通ってより速い速度で流れることを可能にする。
【００５０】
電極１２２および１２３は、プラズマの点火に適切な伝導性材料（例えば、金属および金属−セラミック複合材料）から形成され得る。１つの実施形態において、電極１２２および１２３は、天然の酸化物化合物または窒化物化合物が配置された、伝導性金属から形成され得る。
【００５１】
デバイス１２はまた、内側電極１２２と外側電極１２３との間に配置された電極スペーサ１５０を備える。電極スペーサ１５０は、内側電極１２２と外側電極１２３との間に任意の地点に配置されて、内側電極１２２と外側電極１２３との間の同軸の構成を提供し得る。電極スペーサ１５０は、中心開口部１５２（この中心開口部を通しての内側電極１２２の挿入のために適合されている）、および１つまたは１つより多くの流れ開口部１５４（中心開口部１５２の周囲に円周状に配置されており、電離性媒体および前駆体の流れがデバイス１２を通って流れることを可能にする）を備える。電極スペーサ１５０は、電極１２２および１２３に摩擦ばめされて、内側電極１２２を外側電極１２３内に固定し得る。電極スペーサ１５０は、誘電性材料（例えば、セラミック）から形成されて、内側電極１２２と外側電極１２３との間の容量結合を提供し得る。
【００５２】
別の実施形態において、電極スペーサ１５０は、内側電極１２２を覆ってスライド可能に配置される。この構成は、電極１２２と１２３との間の所望の空間的関係を達成するために、内側電極１２２の遠位部分１２４の、外側電極１２３に対する長手軸方向の調節を提供する（例えば、内側電極１２２の遠位部分１２４の露出を制御する）。特に、この構成は、内側電極の遠位端１２８と外側電極１２３の遠位端１３８（特に、開口部１４０）との間の距離「Ｌ」の調節を可能にする。距離「Ｌ」の調節は、開口部１４０を通って出るプラズマ流３２の長さの制御を提供する。距離「Ｌ」は、約２００μｍ〜約２０００μｍ、ある実施形態においては、約３００μｍ〜約１５００μｍであり得る。最も長いプラズマ流３２をもたらす距離「Ｌ」は、約８００μｍ〜約１２００μｍ、ある実施形態においては、約９５０μｍ〜約１０１０μｍであり得る。最も短い距離「Ｌ」および最も長い距離「Ｌ」は、最適ではない長さのプラズマ流３２をもたらし得る。より具体的には、距離「Ｌ」を短くすると、管腔１２５内の空間が減少し、その結果、プラズマ流３２の発生のための管腔１２５内の空間が損なわれる。逆に、距離「Ｌ」を長くすると、空間が増大し、開口部１４０からの流出３２が妨げられる。
【００５３】
電極１２２および１２３のうちの一方は、活性電極であり得、そして他方は、中性（例えば、無関係）または戻り電極であり得、釣り合いのとれた絶縁変換器（図示せず）を通してのＲＦエネルギーカップリングを容易にし得る。この変換器は、ジェネレータ１４内に配置されており、加工片「Ｗ」との電気的絶縁を提供する。電極１２２および１２３の各々は、プラズマ発生を駆動する電源１４に接続されており、その結果、電源１４からのエネルギーは、デバイス１２を通って流れるプラズマフィードストックを点火するために使用され得る。より具体的には、電離性媒体および前駆体は、開口部１５４および管腔１２５を通って（例えば、電極スペーサ１５０および内側電極１２２と外側電極１２３との間を通って）、デバイス１２を通って流れる。電極１２２および１２３がエネルギーを与えられると、これらのプラズマフィードストックは点火されてプラズマ流３２を形成し、このプラズマ流が、デバイス１２の遠位端から加工片「Ｗ」上に放出される。
【００５４】
ある実施形態において、内側電極１２２および外側電極１２３は、絶縁材料または半導体材料から形成されたコーティングを備え得、このコーティングは、内側の導体までのフィルム（例えば、原子層沈着物）として、または誘電性のスリーブもしくは層として、沈着される。このコーティングは、内側電極１２２の外側表面および外側電極１２３の内側表面に配置される。換言すれば、内側電極１２２および外側電極１２３の、管腔１２５に面する表面が、コーティングを備える。１つの実施形態において、このコーティングは、内側電極１２２および外側電極１２３の表面全体（例えば、それぞれの外側表面および内側表面）を覆い得る。別の実施形態において、このコーティングは、電極１２２および１２３の一部分のみを覆い得る。
【００５５】
このコーティングは、ナノ多孔性の天然酸化物であり得るか、内側電極および外側電極を形成している金属の天然窒化物であり得るか、または沈着された層もしくはイオン注入によって形成された層であり得る。１つの例示的な実施形態において、内側電極１２２および外側電極１２３は、アルミニウム合金から形成され、そしてこのコーティングは、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）である。別の例示的な実施形態において、内側電極１２２および外側電極１２３は、チタン合金から形成され、そしてこのコーティングは、酸化チタン（ＴｉＯ２）または窒化チタン（ＴｉＮ）である。このコーティングはまた、酸化亜鉛（ＺｎＯ２）および酸化マグネシウム（ＭｇＯ）であってもよい。ある実施形態において、このコーティングはまた、非天然の金属酸化物または金属窒化物（例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ２）および酸化マグネシウム（ＭｇＯ））であってもよい。
【００５６】
内側電極１２２および外側電極１２３、ならびにコーティングはまた、不均質な系として構成され得る。内側電極１２２および外側電極１２３は、任意の適切な電極基板材料（例えば、伝導性金属または半導体）から形成され得、そしてこのコーティングは、これらの電極に、種々のコーティングプロセスによって配置され得る。このコーティングは、内側電極１２２および外側電極１２３に、酸化環境への曝露、アノード処理、電気化学的プロセス、イオン注入、または沈着（例えば、スパッタリング、化学蒸着、原子層沈着など）によって形成され得る。
【００５７】
別の実施形態において、電極１２２および１２３上のコーティングは、各電極上で異なり得、そして別の目的を果たし得る。一方のコーティング（例えば、電極１２２上）は、増大した二次電子放出を促進するように選択され得、一方で、他方の電極（例えば、電極１２３）上のコーティングは、特定の化学反応を促進するように（例えば、触媒として働くように）選択され得る。
【００５８】
１つの例示的な実施形態において、このコーティングは、内側電極１２２と外側電極１２３との間の容量結合を提供する。得られる容量回路素子構造は、内側電極１２２および外側電極１２３の表面において、正味負のバイアス電位を提供し、この電位は、プラズマ流からのイオンおよび他の種を引き付ける。次いで、これらの種は、このコーティングに衝撃を加え、そしてエネルギーを有する電子を放出する。
【００５９】
イオンおよび／または光子の衝撃に応答して、高い二次電子放出特性γを有する材料は、この作業のために適切である。このような材料としては、絶縁体および／または半導体が挙げられる。これらの材料は、比較的高いγを有し、ここでγは、入射衝撃粒子１個あたりで放出される電子の数を表す。従って、金属は一般に、低いγ（例えば、０．１未満）を有し、一方で、絶縁材料および半導体材料（例えば、金属酸化物）は、高いγ（約１〜約１０、いくつかの絶縁体については、２０の値を超える）を有する。従って、このコーティングは、二次放出電子の源として働く。
【００６０】
二次電子放出γは、式（１）：
（１）  γ＝Γｓｅｃｏｎｄａｒｙ／Γｉｏｎ
によって記載され得る。
【００６１】
式（１）において、γは、二次電子放出の収率または係数であり、Γｓｅｃｏｎｄａｒｙは、電子流量であり、そしてΓｉｏｎは、イオン流量である。二次放出は、イオンの衝突の衝撃が二次電子放出のために充分なエネルギーを有する場合、プラズマ種（イオン）のコーティングへの衝撃に起因して起こり、従ってγモードの放電を起こす。一般に、電子の発生が気体中（αモードの放電）ではなく電極表面で優先的に起こる場合に（すなわちγ＞１）、放電はγモードであるといわれる。換言すれば、コーティングに衝突する各イオンごとに、所定数の二次電子が放出される。従って、γはまた、Γｓｅｃｏｎｄａｒｙ（例えば、電子流量）とΓｉｏｎ（例えば、イオン流量）との比と考えられ得る。
【００６２】
これらのイオンは、コーティングの表面と衝突し、次に、二次電子放出がγ放電を起こすために十分なエネルギーを提供する。コーティングなどのコーティング材料がγ放電を起こす能力は、数種のパラメータにより変わり、その最大の影響は、上で議論されたような、高いγを有する材料の選択に起因する。この特性は、コーティングが、二次放出電子の源として、または選択された化学反応経路を増強するための触媒材料として、働くことを可能にする。
【００６３】
経時的に、このコーティングは、プラズマ動作中に薄くなり得るか、または除去され得る。このコーティングを二次放出電子の源を絶えず提供するために維持する目的で、このコーティングは、プラズマ動作中に絶えず補充され得る。このことは、内側電極１２２および外側電極１２３上の本来のコーティングを再生する種を追加することによって、達成され得る。１つの実施形態において、前駆体源１８は、酸化物または窒化物のコーティングを補充するために、酸素ガスまたは窒素ガスをデバイス１２に提供し得る。
【００６４】
図２および図４を参照すると、デバイス１２はまた、冷媒チャンバ２００を備える。冷媒チャンバ２００は、実質的に円筒形の、管状の二重壁構造を有する。冷媒チャンバ２００は、種々の適切な誘電性材料（例えば、ゴム、シリコーンゴム、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、フルオロエチルプロピレン、およびこれらの組み合わせ）から形成され得る。
【００６５】
冷媒チャンバ２００は、外側ハウジング２０２ａおよび内側ハウジング２０２ｂを有する、実質的に円筒形の管形状のハウジング２０２を備える。ハウジング２０２ａおよび２０２ｂは、これらの間に冷媒管腔２２４を規定する。内側ハウジング２０２ｂは、内側管腔２２５を規定し、この内側管腔は、開いた近位端２２６および開いた遠位端２２８を備え、チャンバ２００が外側電極１２３を覆ってスライド可能に配置されることを可能にする。具体的には、外側電極１２３は、特定の手順中に内側管腔２２５内にスライドさせて入れられ得、そして温度制御が必要ではない手順中に取り外され得る。冷媒管腔２２４は、１つまたは１つより多くの入口管２３０および出口管２３２を介して冷媒アセンブリ１５に接続される。冷媒アセンブリ１５は、冷媒流体３３を管腔２２４に通して循環させ、これによって、外側電極１２３を冷却する。管腔２２４は、実質的に管状の形状を有するので、冷媒流体３３が外側電極１２３の外側表面全体と熱接触することを可能にする。
【００６６】
図５は、冷媒チャンバ３００の別の実施形態を示す。冷媒チャンバ３００は、実質的に円筒形の、管状の一重壁構造を有する。冷媒チャンバ３００は、種々の適切な誘電性材料（例えば、ゴム、シリコーンゴム、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、フルオロエチルプロピレン、およびこれらの組み合わせ）から形成され得る。
【００６７】
冷媒チャンバ３００は、管腔３２５を規定する実質的に円筒形の管形状のハウジング３０２を備える。ハウジング３０２は、種々の適切な誘電性材料（例えば、ゴム、シリコーンゴム、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、フルオロエチルプロピレン、およびこれらの組み合わせ）から形成され得る。管腔３２５は、開いた近位端３２６および開いた遠位端３２８を備え、チャンバ３００が外側電極１２３を覆ってスライド可能に配置されることを可能にする。具体的には、外側電極１２３は、図４の冷媒チャンバ２００と同様に、管腔３２５内にスライドされる。
【００６８】
冷媒チャンバ３００はまた、冷媒管腔３２４を備え、この冷媒管腔は、１つまたは１つより多くの入口管３３０および出口管３３２を介して冷媒アセンブリ１５に接続される。冷媒管腔３２４は、近位端３４０および遠位端３４２を有する、実質的に螺旋状のコイル形状を有し得る。近位端３４０は、冷媒管のうちの１つ（例えば、入口管３３０）に接続され、そして遠位端３４２は、冷媒管のうちの他のもの（例えば、出口管３３２）に接続される。このことは、冷媒アセンブリ１５が冷媒流体３３を管腔３２４に通して循環させ、これによって外側電極１２３を冷却することを可能にする。冷媒管腔３２４は、所望のピッチ（例えば、１回の完全な螺旋巻きの幅）を有し得、より大きいピッチは、１単位の距離あたりの少ない巻きをもたらし、一方で、より小さいピッチは、より多い巻きを生じる。巻きの数は、外側電極１２３から、管腔３２４を通って循環する冷媒流体３３への熱移動の効率に正比例する。
【００６９】
本開示によるデバイス１２は、医療用途における生体膜除去のために適切である。デバイス１２は、低温および低毒性の動作を提供する。低温での動作は、医療用途において重要な要因である。なぜなら、ほとんどの生体材料および生体適合性材料（例えば、組織、移植物）は、熱に感受性があるからである。低毒性の動作もまた、重要な考慮事項である。なぜなら、健常組織に対するあらゆる損傷を回避するために、生体組織へのあらゆるプラズマ印加中に、毒性が最小にされるべきであるからである。
【００７０】
冷媒流体３３は、内側電極１２２を通して、および外側電極１２３の外側表面を循環させられ、これによって、管腔１２５内で発生するプラズマ流３２を冷却する。プラズマ流３２の温度は、供給源２１内の冷媒流体３３の温度を維持することによって、制御される。具体的には、プラズマ流３２および他の反応成分／フィードストックは、温度制御された電極１２２および１２３と熱接触しており、これにより、プラズマ流３２を加工片「Ｗ」の表面に印加する前に、プラズマ流３２を冷却する。
【００７１】
材料（例えば、生体膜）の気化またはガス化の化学反応速度論は、気化を受けている媒体（例えば、プラズマフィードストック）の温度に直接依存する。すなわち、揮発性物質を形成する化学反応は、温度が上昇するにつれて増大する。本開示の化学反応は、健常な軟組織または硬組織上に配置された生体膜を、これらの組織を損傷することなく気化させて選択的に除去することを補助する。従って、低温での動作と気化のために充分な温度との間の釣り合いもまた、本開示により達成される。化学反応速度論は、生物反応物質（例えば、生体膜）の濃度およびプラズマ流３２により生成される反応性ラジカルの濃度に依存する。生物反応物質との励起状態ラジカルの反応は、比較的速い化学反応であり、基底状態での反応より好ましい。この好ましいことは、励起ラジカルと生体膜との間の、低温での反応を可能にする。これらの反応は、励起ラジカルの局所的に高い濃度によって達成され得る。１つの例示的な実施形態において、酸素ベースのプラズマ（例えば、酸素ガスが前駆体として使用される）が使用され得、その結果、基底状態の酸素原子および酸素準安定種が、空気中に存在する酸素分子と反応してオゾンラジカルを形成し、このオゾンラジカルが次いで、生体膜形成物をガス化させるために使用される。酸素ベースのプラズマはまた、励起状態の分子準安定一重項デルタ酸素ラジカルを生成し、これもまた、生体膜のガス化のために使用され得る。一重項デルタ酸素ラジカルは、オゾンラジカルより安全であり（例えば、より高い許容曝露限界を有し）、犠牲的反応性を有さない。従って、本開示は、生体膜形成物の除去におけるプラズマ印加の安全性および反応性の懸念事項に合う、酸素ベースのラジカルの集団を管理するシステムおよび方法を提供する。
【００７２】
一重項デルタ励起酸素ラジカルおよびオゾンラジカルの濃度は、以下のプラズマパラメータを調節することによって、制御され得る。これらのプラズマパラメータは、電離性媒体の流速、前駆体ガス（例えば、酸素）の流速、前駆体ガスの温度、励起周波数、および負荷電力レベルを含む。酸素ガスの流速は、約０．１ｌ／分〜約１０ｌ／分、ある実施形態においては、約０．２ｌ／分〜約９ｌ／分であり得る。前駆体ガスの温度は、約−２０℃〜約２００℃、ある実施形態においては、約０℃〜約１５０℃であり得る。負荷電力は、約０．０１Ｗ〜約１０ＫＷ、ある実施形態においては、約１０Ｗ〜約９ＫＷであり得る。周波数は、約０．１ＭＨｚ〜約１００ＭＨｚであり得る。これは、プラズマ流３２における酸素ラジカルの比が、安全な条件（例えば、許容曝露限界に関する労働安全衛生局（「ＯＳＨＡ」）の指針）に背くことなく生体膜形成物を除去するように調節されることを可能にする。
【００７３】
動作中に、電離性媒体（例えば、アルゴン、ヘリウムまたはこれらの混合物）および前駆体フィードストック（例えば、酸素ガス）を含むプラズマフィードストックは、デバイス１２に供給される。これらのプラズマフィードストックの混合物は、電極１２２および１２３を通してこの混合物に送達される電気エネルギーによって、点火および持続される。温度制御器１９は、冷却された電極壁と接触しているプラズマ流３２およびプラズマフィードストックにおいて、低い温度を誘導する。これにより、より低温のガスプラズマフィードストック（約２０℃〜約３５℃、ある実施形態においては、約２５℃〜約３０℃の温度を有する）、およびより低温のプラズマ流３２がもたらされ、これは、冷却システム１５による冷却と、プラズマフィードストックを加熱する印加電力との間の釣り合いによって、達成される。プラズマ流３２は、温度制御された電極１２２および１２３の冷却、ならびにプラズマ励起電力を変更することによって、約１０℃〜約５００℃、ある実施形態においては、約２５℃〜約３５℃の温度まで、冷却され得る。
【００７４】
プラズマフィードストックにおいて誘導される化学反応としては、プラズマフィードストックの解離（例えば、分子成分の、成分部分への破壊）が挙げられるが、これに限定されず、反応性励起状態ラジカル（例えば、一重項デルタ酸素ラジカル）、ならびに基底状態反応性分子（例えば、オゾン）および酸素原子ラジカルを形成する原子と分子との衝突を含む。プラズマフィードストックの流れは、温度制御されたプラズマにより発生した種を有する、結果として得られるプラズマ流３２を、開口部１４０に通して生体膜上へと推進する。
【実施例】
【００７５】
２つのステンレス鋼物体を使用し、コントロール目的のコントロール物体、およびプラズマ印加のための試験物体をオートクレーブ処理して、あらゆる細菌増殖物を除去した。これらの物体の各々を、約１０ｍｌのトリプチックソイブロス（「ＴＳＢ」）と、約１μｌの生体膜形成性黄色ブドウ球菌（「ＡＴＣＣ  １２６００」）（約１．５×１０４ＣＦＵ／ｍｌの濃度を有する）との混合物に、約４時間入れた。
【００７６】
この混合物の約１μｌを取り出して、正確な計数のＡＴＣＣ  １２６００濃度を得た。このサンプルを系列希釈し、そしてこの混合物をトリプチカーゼソイ寒天プレート上に広げることによってプレートした。このプレートを一晩（例えば、約２４時間）インキュベートし、次いで細菌増殖を測定した。測定した細菌濃度は、約２．０×１０１０ＣＦＵ／ｍｌであった。
【００７７】
これらの物体をこの溶液から取り出し、そして約２５ｍｌのリン酸緩衝化生理食塩水（「ＰＢＳ」）で洗浄した。これらの物体を新鮮なＴＳＢに導入して、生体膜形成物を約１５時間再インキュベートした。２回目の滞留時間の後に、これらの物体を取り出し、そして約２５ｍｌのＰＢＳで再度洗浄して、非接着性の細菌をその表面から除去した。この試験物体を、滅菌鉗子を使用してＰＢＳから取り出し、そしてプラズマ印加のために滅菌容器に入れた。アルゴンを含む１重量％の酸素のプラズマフィードストックを、このプラズマデバイスでの電気励起によって、プラズマに転換させた。このプラズマデバイスを−１０℃の冷媒流体により冷却して、このフィードストックガス混合物および得られるプラズマ流を、約２５℃〜約３５℃の温度まで冷却した。この冷却したプラズマを使用して、生体膜をステンレス鋼物体から除去した。流れるプラズマに時系列で曝露される面積は、１分間あたり約０．５ｃｍ２であり、そしてＲＦ電力は、１３．５６ＭＨｚで約４０Ｗであった。
【００７８】
処理後、これらの物体を、細菌増殖について試験した。これらの物体を個々の滅菌試験管に入れ、そして約１０ｍｌのＰＢＳに沈めた。各物体を、最初に約３０秒間、対応する試験管内でボルテックスした。各物体をまた、約４０ｋＨｚの周波数で約１分間の超音波処理に供した。超音波処理後、各物体を再度約３０秒間、対応する試験管内でボルテックスして、コントロール懸濁物および試験懸濁物を形成した。
【００７９】
各懸濁物のアリコートを採取した。これらのサンプルの各々を系列希釈し、そしてこれらの混合物を、対応するコントロールトリプチカーゼソイ寒天プレートおよび試験トリプチカーゼソイ寒天プレート上に広げることによって、プレートした。これらのプレートを一晩（例えば、約２４時間）インキュベートし、次いで、細菌増殖を測定した。測定された細菌濃度は、コントロール物体については約１．０×１０４ＣＦＵ／ｍｌであり、そして試験物体は、検出可能な細菌増殖を有さなかった。
【００８０】
次いで、試験物体およびコントロール物体を、約１０ｍｌのＴＳＢの個々の試験管に戻して、好気性プレート計数の検出限界未満の細菌の、さらなる増殖を評価した。試験管を一晩インキュベートし、そして細菌増殖について目視確認した。試験物体を含む試験管は、透明なＴＳＢ溶液を有した。試験物体のＴＳＢ溶液を二次培養したが、さらなる増殖を示さなかった。
【００８１】
コントロール物体（例えば、曝露なし）および処理後の物体の細菌計数を、図６に示す。図６は、コントロール物体の細菌計数を、試験物体の細菌計数と比較する。生体膜の除去は完全であり、７桁より大きい除去が得られ、プラズマ曝露後に再増殖は観察されなかった。
【００８２】
内側電極と外側電極との間の距離「Ｌ」を、２００μｍ〜１７００μｍの間で調節し、そして酸素ラジカル生成を、図７の棒グラフに示されるように記録した。酸素対アルゴンの比は、約６００μｍの距離「Ｌ」のあたりでピーク点を有することが実証された。
【００８３】
本開示の例示的な実施形態が、添付の図面を参照しながら本明細書中に記載されたが、本開示はこれらの正確な実施形態に限定されないこと、ならびに種々の他の変更および改変が、本開示の範囲または趣旨から逸脱することなく、本開示において当業者によりなされ得ることが、理解されるべきである。特に、上で議論されたように、このことは、反応性プラズマ種の相対的な割合を、加工片表面またはその反応性プラズマの体積に対して望ましい特定のプロセスに関する要件に合うように、調整することを可能にする。
【符号の説明】
【００８４】
１０  プラズマシステム
１２  プラズマデバイス
１４  電源
１６  電離性媒体源
１８  前駆体源
１２２  内側電極
１２３  外側電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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