(57)【要約】真空容器内の一方には、マイクロ波を導入するマイクロ波導入部（同軸導波管）と体積波プラズマを発生するマイクロ波ランチャーが配置され、前記真空容器内の他方には、前記マイクロ波ランチャーと対向して可動金属板が配置されている。前記マイクロ波ランチャーは石英板をパンチングプレートによってサンドウィッチ構造にした構成を有し、パンチングプレートには所定の径の多数の孔が穿孔され配置されている。例えば酸素ガス又はヘリウムガスと酸素ガスの混合ガス又はアルゴンガスと酸素ガスの混合ガス、酸素ガスと窒素ガスの混合ガス等の中で、外部のマイクロ波発生装置からマイクロ波をマイクロ波ランチャーに導入して、電界強度分布を変化させることにより、パンチングプレートの孔から漏れたマイクロ波によって体積波プラズマ放電が真空容器内全体に拡散される。その結果、真空容器内の医療用機器等の通気性の樹脂容器内滅菌を可能とするマイクロ波放電プラズマを用いた滅菌法および装置を実現する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマにより殺菌作用を有する活性粒子が生成されるガス中で、マイクロ波で励起された体積波プラズマ放電を行なうことにより、滅菌対象物の内部にプラズマを生成させ、該プラズマにより滅菌を可能としたことを特徴とするマイクロ波プラズマ滅菌方法。
【請求項２】
プラズマにより殺菌作用を有する活性粒子が生成されるガスは酸素ガスであることを特徴とする請求項１記載のマイクロ波プラズマ滅菌方法。
【請求項３】
プラズマにより殺菌作用を有する活性粒子が生成されるガスはヘリウムガスと酸素ガスの混合ガスであることを特徴とする請求項１記載のマイクロ波プラズマ滅菌方法。
【請求項４】
プラズマにより殺菌作用を有する活性粒子が生成されるガスはアルゴンガスと酸素ガスの混合ガスであることを特徴とする請求項１記載のマイクロ波プラズマ滅菌方法。
【請求項５】
プラズマにより殺菌作用を有する活性粒子が生成されるガスは酸素ガスと窒素ガスの混合ガスであることを特徴とする請求項１記載のマイクロ波プラズマ滅菌方法。
【請求項６】
前記酸素ガスと窒素ガスの混合ガスの混合比は１対４であることを特徴とする請求項５記載のマイクロ波プラズマ滅菌方法。
【請求項７】
前記滅菌対象物が通気性の樹脂製容器内に収納されている物品であることを特徴とする請求項１記載のマイクロ波プラズマ滅菌方法。
【請求項８】
前記滅菌対象物が通気性のプラスチック包装された医療用具であることを特徴とする請求項１記載のマイクロ波プラズマ滅菌方法。
【請求項９】
前記ガス中で放電される体積波プラズマは、パルス化されたマイクロ波により励起されることを特徴とする請求項１記載のマイクロ波プラズマ滅菌方法。
【請求項１０】
パルス化したマイクロ波を出力可能なマイクロ波発生装置と、ガスの導入口と真空排気口と開閉扉を有する真空容器とからなり、前記真空容器内の一方には、マイクロ波を導入するマイクロ波導入部と、体積波プラズマを発生する石英板をステンレス製パンチングプレートによってサンドウィッチ構造とした構成を有するマイクロ波ランチャーが配置され、前記真空容器内の他方には、前記マイクロ波ランチャーと対向して可動金属板が配置され、前記マイクロ波ランチャーと前記可動金属板との間に滅菌対象物が配置されることを特徴とするマイクロ波プラズマ装置。
【請求項１１】
前記可動金属板は位置を調節するための昇降手段に連結されていることを特徴とする請求項６記載のマイクロ波プラズマ滅菌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は滅菌方法および装置に関し、特に、樹脂製容器に収納された医療用器具の消毒滅菌や食料包装容器、袋に収納された食料品に対するマイクロ波プラズマを用いた滅菌方法および装置に関する。
に関する。
【背景技術】  従来、医療用器具の消毒滅菌や食料包装容器、袋あるいは食料品に対する滅菌技術としては、乾熱滅菌法、高圧蒸気滅菌法、放射線滅菌法、エチレンオキサイドガス滅菌法、プラズマを用いた滅菌技術等が知られている。
乾熱滅菌法は１６０〜１８０℃以上の高温のため、対象物が金属やガラス製品に限られ、滅菌時間として６０分が必要とされる。高圧蒸気滅菌法は高温のため、対象物が金属やガラス製品に限られ、滅菌時間として２０分が必要であると共に、湿気を嫌う材科（紙など）では使用できない。また、放射線滅菌法は人体への危険性や放射線の当たらないところでは効力を発揮できなかった。そして、エチレンオキサイドガス滅菌法は毒性、引火性などによる取扱いや、滅菌後の残留物の処理問題があった。
また、例えば実開平６−５７３５２号公報、特開２００３−１３５５７１号公報に示すように、プラズマを用いた滅菌技術も種々採用されているが、これらは原理的に高熱にすることにより滅菌するものが主流であり、取り扱いに問題がある。また、真空容器中に不活性ガスであるアルゴンガスや塩素系ガスを導入して、高周波電源によりガスのプラズマを発生させて処理対象物の滅菌を行なうものもあるが、塩素系ガスは毒性を有し、プラズマも放電電極の表面に発生するものであって効率的ではなかった。
このように、従来のプラズマ滅菌法は表面波のプラズマを用いるため、容器内部までの滅菌は難しく、かつ滅菌が容器外部に限定されているため、カテーテルや注射器のような樹脂製医療器具や真空採血管等の内部まで滅菌を必要とする医療器具に適用することはできなかった。また、プラズマ照射による熱的な問題で、対象物が限定されていた。他の滅菌方法では、高温や高圧あるいは毒性ガスを用いる等種々の限定や危険を伴うため、低温、低圧で安全かつ高速処理時間での滅菌方法が要望されていた。
【発明の開示】
そこで本発明は、従来のプラズマ表面波に代わり、酸素ガス等を用い、マイクロ波パルスで励起される体積波プラズマによるプラズマ滅菌方法および装置を実現することを目的とする。
上記目的を達成するために、この出願の第１の発明は、プラズマにより殺菌作用を有する活性粒子が生成されるガス中で、マイクロ波で励起された体積波プラズマ放電を行なうことにより、滅菌対象物の内部にプラズマを生成させ、該プラズマにより滅菌を可能とするように構成したマイクロ波プラズマ滅菌方法である。
第２の発明は、マイクロ波で励起された体積波プラズマ放電を行なうことにより、滅菌対象物の内部にプラズマを生成させ、該プラズマにより滅菌を可能とするように構成したマイクロ波プラズマ滅菌方法である。
第３の発明は、ヘリウムガスと酸素ガスの混合ガス中で、マイクロ波で励起された体積波プラズマ放電を行なうことにより、滅菌対象物の内部にプラズマを生成させ、該プラズマにより滅菌を可能とするように構成したマイクロ波プラズマ滅菌方法である。
第４の発明は、アルゴンガスと酸素ガスの混合ガス中で、マイクロ波で励起された体積波プラズマ放電を行なうことにより、滅菌対象物の内部にプラズマを生成させ、該プラズマにより滅菌を可能とするように構成したマイクロ波プラズマ滅菌方法である。
第５の発明は、酸素ガスと窒素ガスの混合ガス中で、マイクロ波で励起された体積波プラズマ放電を行なうことにより、滅菌対象物の内部にプラズマを生成させ、該プラズマにより滅菌を可能とするように構成したマイクロ波プラズマ滅菌方法である。
第６の発明は、酸素ガスと窒素ガスの混合ガスの混合比が１対４のガス中で、マイクロ波で励起された体積波プラズマ放電を行なうことにより、滅菌対象物の内部にプラズマを生成させ、該プラズマにより滅菌を可能とするように構成したマイクロ波プラズマ滅菌方法である。
第７の発明は、プラズマにより殺菌作用を有する活性粒子が生成されるガス中で、マイクロ波で励起された体積波プラズマ放電を行なうことにより、通気性の樹脂製容器内に収納されている滅菌対象物の内部にプラズマを生成させ、該プラズマにより滅菌を可能とするように構成したマイクロ波プラズマ滅菌方法である。
第８の発明は、プラズマにより殺菌作用を有する活性粒子が生成されるガス中で、マイクロ波で励起された体積波プラズマ放電を行なうことにより、通気性のプラスチック包装された医療用具の内部にプラズマを生成させ、該プラズマにより滅菌を可能とするように構成したマイクロ波プラズマ滅菌方法である。
第９の発明は、プラズマにより殺菌作用を有する活性粒子が生成されるガス中で、パルス化されたマイクロ波で励起された体積波プラズマ放電を行なうことにより、滅菌対象物の内部にプラズマを生成させ、該プラズマにより滅菌を可能とするように構成したマイクロ波プラズマ滅菌方法である。
第１０の発明は、パルス化したマイクロ波を出力可能なマイクロ波発生装置と、ガスの導入口と真空排気口と開閉扉を有する真空容器とからなり、前記真空容器内の一方には、マイクロ波を導入するマイクロ波導入部と、体積波プラズマを発生する石英板をステンレス製パンチングプレートによってサンドウィッチ構造とした構成を有するマイクロ波ランチャーが配置され、前記真空容器内の他方には、前記マイクロ波ランチャーと対向して可動金属板が配置され、前記マイクロ波ランチャーと前記可動金属板との間に滅菌対象物が配置される構成としたマイクロ波プラズマ滅菌装置である。
第１１の発明は、パルス化したマイクロ波を出力可能なマイクロ波発生装置と、ガスの導入口と真空排気口と開閉扉を有する真空容器とからなり、前記真空容器内の一方には、マイクロ波を導入するマイクロ波導入部と、体積波プラズマを発生する石英板をステンレス製パンチングプレートによってサンドウィッチ構造とした構成を有するマイクロ波ランチャーが配置され、前記真空容器内の他方には、前記マイクロ波ランチャーと対向して可動金属板が配置され、前記可動金属板は位置を調節するための昇降手段に連結されおり、前記マイクロ波ランチャーと前記可動金属板との間に滅菌対象物が配置される構成としたマイクロ波プラズマ滅菌装置である。
発明の効果
本発明のマイクロ波プラズマ滅菌方法および装置によれば、従来のプラズマ滅菌法の表面波のプラズマを用いるのに代えて、酸素ガス等を用いて、マイクロ波パルスで励起される体積波プラズマを用いるため、容器内部までの滅菌を可能とし、カテーテルや注射器のような樹脂製医療器具や真空採血管等の内部まで滅菌することができる。また、プラズマ照射による熱的な問題も、マイクロ波をパルス化することで解決できて、滅菌対象物の材質変化を回避できる。そして低温、低圧で安全かつ高速処理時間での滅菌方法およびその装置を実現できる。また、真空容器中に注入される混合ガスを酸素ガスと窒素ガスの混合とすることにより、酸素ラジカルによるエッチングによる滅菌効果に窒素ガスによる紫外線による滅菌作用が相乗される。しかも、ほぼ空気に近い混合比のガス中でも滅菌効果が発揮できることは注目されることである。
そして、マイクロ波ランチャーは石英板をステンレス製パンチングプレートによってサンドウィッチ構造にして、体積波プラズマの放電を可能とし、マイクロ波をパルス化することにより、プラズマ照射による熱的な問題を解決できて、容器内部に収納されている滅菌対象物の滅菌が可能となる。
【図面の簡単な説明】  図１は本発明のマイクロ波プラズマ滅菌装置の概要図である。図２は本発明のマイクロ波プラズマ滅菌装置の実施形態の概要図である。図３は本発明装置のマイクロ波ランチャーの拡大図である。図４は本発明のマイクロ波プラズマ滅菌装置の他の実施形態の概要図である。図５は体積波プラズマ密度空間分布特性図である。図６は酸素ガス中での菌個数の生残曲線図である。図７は窒素ガス中での菌個数の生残曲線図である。図８は酸素ガスと窒素ガスの混合ガス中での菌個数の生残曲線図（その１）である。図９は酸素ガスと窒素ガスの混合ガス中での菌個数の生残曲線図（その２）である。
【発明を実施するための最良の形態】  次に、本発明の実施形態を図を参照して説明する。図１は本発明のマイクロ波プラズマ滅菌装置の一部であり、プラズマ発生状態を示す概要図である。図において、真空容器内の一方（図では下部）には、マイクロ波を導入するマイクロ波導入部（同軸導波管）と体積波プラズマを発生するマイクロ波ランチャーが配置され、前記真空容器内の他方（図では上部）には、前記マイクロ波ランチャーと対向して可動金属板が配置されている。
前記マイクロ波ランチャーは石英板をステンレス製パンチングプレートによってサンドウィッチ構造に構成し、前記可動金属板には昇降手段（図示なし）が連結され、位置が上下に調節可能にされている。パンチングプレートには所定の径の多数の孔が穿孔され配置されている。
プラズマにより殺菌作用を有する活性粒子が生成されるガス中、例えば酸素ガス又はヘリウムガスと酸素ガスの混合ガス又はアルゴンガスと酸素ガスの混合ガス等の中で、外部のマイクロ波発生装置（図示せず）からマイクロ波をマイクロ波ランチャーに導入すると、マイクロ波ランチャーに対向した金属板を調整することで、電界強度分布を変化させることにより、パンチングプレートの孔から漏れたマイクロ波によって体積波プラズマ放電が真空容器内全体に拡散される。
この体積波プラズマ放電により、滅菌対象物の内部にプラズマを生成させ、このプラズマにより、例えば、樹脂製容器に収納された医療用器具の消毒滅菌や食料包装容器、袋に収納された食料品の滅菌を行なうことができる。
次に、本発明のマイクロ波プラズマ滅菌装置の実施形態を図２〜図５を参照して説明する。
【実施例１】  図２は本発明のマイクロ波プラズマ滅菌装置の一つの実施形態である。図２、図３において、１は円筒型ステンレスの真空容器、２はガス導入口、３は真空排気口、４は上下の開閉扉である。５はマイクロ波ランチャー、６は可動金属板、７は外部のマイクロ波発生装置（図示なし）からマイクロ波を導入する同軸導波管、８は真空容器内の状態を検知するためのプローブである。９はパンチングプレート、１０はパンチングプレートに所定の径で穿孔されいる多数の孔、１１は石英板、１２は真空シールである。
この実施形態では、円筒型ステンレスの真空容器１は、内径２５０ｍｍ、高さ５００ｍｍの大きさである。真空容器１内には、アルミ製のマイクロ波ランチャー５が取付けられ、ランチャー５に対向して直径２２０ｍｍの可動の金属板６が配置されている。この可動金属板６には昇降手段（図示なし）が連結されていて、その位置が上下に調節可能にされる。
図３はマイクロ波ランチャー５の拡大図を示している。マイクロ波ランチャー５は、厚さ８ｍｍ、直径２２０ｍｍの石英板１１を、ステンレスのハンチングプレート９によってサンドウィッチ構造に挟んだ構成を有する。パンチングプレート９の孔１０の径は２ｍｍまたは８ｍｍのものとし、多数の孔が穿孔され配置されている。マイクロ波ランチャー５と同軸導波管７との間を真空シール１２で封止する。
出力１．５ｋＷの２．４５ＧＨｚのマイクロ波発振器（図示なし）を用い、マイクロ波を同軸導波管７から同軸変換して、マイクロ波ランチャー５に伝送する。この実施形態では、ガス圧１．２ＴｏｒｒのＨｅガスを用いてプラズマ生成を行なった。マイクロ波発振器からのマイクロ波パルス化し、真空容器１の内部温度をプローブ８により検知しながら、パルス時間間隔を制御することにより、真空容器１の温度上昇を押さえることができる。
マイクロ波ランチャー５と金属板６との間の間隔、パンチングプレート９の孔径あるいは直径を変化させて、プラズマ放電形状の調整を行ない、電界強度分布を変化させながらプラズマ生成の最適化を行なったら、マイクロ波ランチャー５と金属板６を調整することで、パンチングプレートの孔から漏れたマイクロ波によって体積波プラズマ放電が真空容器内全体に拡散されることが確認された。
【実施例２】  図４は本発明のマイクロ波プラズマ滅菌装置の他の実施形態であり、大面積プラズマ装置の真空容器の構造を示す。図２、図３と同一物には同じ符号を付している。円筒型ステンレスの真空容器１は、内径６００ｍｍ、高さ３５０ｍｍの大きさである。マイクロ波ランチャー５は真空容器１内部に上部から吊り下げる形で取付けられており、石英板１１は厚さ１０ｍｍ、直径５００ｍｍ、パンチングプレート９の孔１０の径は４ｍｍ、６ｍｍ、１０ｍｍのものを使用している。
出力１．５ｋＷの２．４５ＧＨｚのマイクロ波発振器（図示なし）を用い、マイクロ波を同軸導波管７から同軸変換して、マイクロ波ランチャー５に伝送する。この実施形態では、ガス圧７４ｍＴｏｒｒのＡｒガスを用いてプラズマ生成を行なった。入射電力を０．２ｋＷから１．５ｋＷまで増加させていく時、その入射電力の増加に伴い、まずランチャー５の中心部にプラズマが発生し、それから周りに広がっていくことが確認された。その時の体積波プラズマ密度空間分布は、図５に示すように、ランチャー５の中心部に強く生成し、中心部から徐々に減衰していく特性を示した。
このように構成された、マイクロ波プラズマ滅菌装置の金属板６の上に樹脂容器内に収納された滅菌対象物を載置して、円筒形の真空容器１内の中央部に配置する。滅菌試験サンプルとしては、最も強力な枯草菌であるバシラス・サブチリス菌とバシラス・ステアロサーモフィラス菌を採用して滅菌処理を施した。その結果、プラズマ照射により菌の大きさが著しく小さくなることが判明した。
次に、プラズマ照射による滅菌状況を異なるガスの種類に応じて実験した結果を以下に示す。
サンプルとして、菌個数が３．０×１０６のバシラス・ステアロサーモフィラス菌を用い、サンプルを真空容器中の石英板プレートの中心部で、かつ石英板プレートからの距離をｚ＝２０ｃｍだけ離間して置いて実験した。
（１）酸素ガス中での滅菌処理
真空容器中に酸素ガス１００％を、ガス圧６０〜７０ｍＴｏｒｒ、流量１００ｓｃｃｍで注入し、入射電力を７５０Ｗにしてプラズマを発生させ、プラズマにより殺菌作用を有する活性粒子を生成させた状態での、酸素ガス中での菌個数の生残曲線図を図６に示す。
図において、プラズマ照射時間の増加に伴って、生存する菌個数は漸減し、限りなくゼロに近づいた。複数回の実験の結果、生残する菌個数は上方の点線ｈと下方の点線ｌの間にほぼ収斂し、菌個数が一桁減少するのに要する時間を意味するデシマルバリューＤは、Ｄ＝２４〜３４秒が得られた。これは、酸素ラジカルによるエッチングによる滅菌効果に基づくものと考えられる。
（２）窒素ガス中での滅菌処理
真空容器中に窒素ガス１００％を、ガス圧６０〜７１ｍＴｏｒｒ、流量１００ｓｃｃｍで注入し、入射電力を７５０Ｗにしてプラズマを発生させ、プラズマにより殺菌作用を有する活性粒子を生成させた。その時の窒素ガス中での菌個数の生残曲線図を図７に示す。
図において、プラズマ照射時間の増加に伴って、生存する菌個数は漸減し、限りなくゼロに近づいた。複数回の実験の結果、生残する菌個数は上方の点線ｈと下方の点線ｌの間にほぼ収斂し、菌個数が一桁減少するのに要する時間を意味するデシマルバリューＤは、Ｄ＝２６〜３４秒が得られた。これは、窒素ガスによる紫外線の発生が滅菌作用を行なっているものと考えられる。
（３）酸素ガスと窒素ガスの混合ガス中での滅菌処理（その１）
真空容器中に酸素ガスと窒素ガスの混合比が１：９の混合ガスを、ガス圧６０〜７３ｍＴｏｒｒ、酸素流量１０ｓｃｃｍ、窒素流量９０ｓｃｃｍで注入し、入射電力を７５０Ｗにしてプラズマを発生させ、プラズマにより殺菌作用を有する活性粒子を生成させた。その時の酸素ガス・窒素ガスの混合ガス中での菌個数の生残曲線図を図８に示す。
図において、プラズマ照射時間の増加に伴って、生存する菌個数は漸減し、限りなくゼロに近づいた。複数回の実験の結果、生残する菌個数は上方の点線ｈと下方の点線ｌの間にほぼ収斂し、菌個数が一桁減少するのに要する時間を意味するデシマルバリューＤは、Ｄ＝１８〜２６秒が得られた。これは、酸素ラジカルによるエッチングによる滅菌効果に窒素ガスによる紫外線による滅菌作用が相乗されたものと考えられる。
（４）酸素ガスと窒素ガスの混合ガス中での滅菌処理（その２）
真空容器中に酸素ガスと窒素ガスの混合比が１：４の混合ガスを、ガス圧６０〜７０ｍＴｏｒｒ、酸素流量２０ｓｃｃｍ、窒素流量８０ｓｃｃｍで注入し、入射電力を７５０Ｗにしてプラズマを発生させ、プラズマにより殺菌作用を有する活性粒子を生成させた。その時の酸素ガス・窒素ガスの混合ガス中での菌個数の生残曲線図を図９に示す。
図において、プラズマ照射時間の増加に伴って、生存する菌個数は漸減し、限りなくゼロに近づいた。複数回の実験の結果、生残する菌個数は上方の点線ｈと下方の点線ｌの間にほぼ収斂し、菌個数が一桁減少するのに要する時間を意味するデシマルバリューＤは、Ｄ＝１３〜２６秒が得られた。これは、酸素ラジカルによるエッチングによる滅菌効果に窒素ガスによる紫外線による滅菌作用が相乗されたものと考えられる。しかも、ほぼ空気に近い混合比のガス中でも滅菌効果が発揮できることは注目されることである。
【産業上の利用可能性】  以上のように、本発明のマイクロ波プラズマ滅菌方法および装置は、カテーテルや注射器のような金属製医療器具、ガラス製医療器具、樹脂製医療器具や真空採血管等の内部まで滅菌を必要とする医療器具の消毒滅菌に適用できると共に、通気性のある食料包装容器、袋に収納された食料品（現時点では液体は不可）の滅菌における滅菌装置としての応用に適している。
【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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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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