(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合気体を封入された放電管を水に浸漬し、前記放電管内の電極に高電圧負パルス信号を印加してグロ−放電を誘起させることによってス−パ−オキシドアニオンラジカルを発生させることを特徴とするス−パ−オキシドアニオンラジカルの生成方法。
【請求項２】
前記混合気体が窒素とアルゴンの８：２の混合比であり、前記放電管の圧力が４．２ｍｍＨｇとなっている請求項１に記載のス−パ−オキシドアニオンラジカルの生成方法。
【請求項３】
前記高電圧負パルス信号の波高値が１５ＫＶで、周波数が１００Ｈｚである請求項２に記載のス−パ−オキシドアニオンラジカルの生成方法。
【請求項４】
高電圧負パルス信号を生成する高電圧生成手段と、前記高電圧負パルス信号を印加される電極を有し、グロ−放電部を水に浸漬された放電管とを具備して成ることを特徴とするス−パ−オキシドアニオンラジカルの生成装置。
【請求項５】
前記高電圧負パルス信号の波高値、周波数及びデユ−テイ比が可変であり、前記高電圧負パルス信号の波高値が１５ＫＶに、周波数が１００Ｈｚに設定されている請求項４に記載のス−パ−オキシドアニオンラジカルの生成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、活性酸素の一種であるス−パ−オキシドアニオンラジカル(superoxide anion radical)を電気化学的に生成するための方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
活性酸素としてヒドロキシルラジカル、過酸化水素、一重項酸素及びス−パ−オキシドアニオンラジカルの４種が知られており、適量に体内で産生された活性酸素は、自己防衛上身体にとって必要かつ有益なものであるが、過剰に産生されると多くの障害を身体にもたらし、様々な疾病を引き起こす。活性酸素の中でも、酸素に１個の電子が入ったス−パ−オキシドアニオンラジカルは、下記化１のような化学式で表示される。
【０００３】
【化１】
0003815830.tif 000002
かかるス−パ−オキシドアニオンラジカルは、活性酸素の中でも特に細胞の活性に直接的な影響を及ぼす重要なものであり、ス−パ−オキシドアニオンラジカルの生成とあいまって、ス−パ−オキシドアニオンラジカルを消去する物質の研究も精力的に行なわれている。実験的にス−パ−オキシドアニオンラジカルを発生させる系として、従来キサンチン酸化酵素などの酵素系が広く用いられている。又、活性酸素を生成する方法として、水に放射線を照射する方法が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、キサンチン酸化酵素などの酵素系を用いてス−パ−オキシドアニオンラジカルを生成する方法では、ス−パ−オキシドアニオンラジカルそのもを消去したのか、又は酵素系によるス−パ−オキシドアニオンラジカルの発生を阻害したのかを区別することができなかった。つまり、ス−パ−オキシドアニオンラジカルが発生したのか否かが不明であり、生成方法として極めて不十分なものであった。この酵素系によるス−パ−オキシドアニオンラジカル生成方法は、酵素反応のために再現性にも問題があり、常に安定した状態で得られるとは限られなかった。又、水に放射線を照射する方法では、危険な放射線そのものの取扱いにも問題があり、生成された活性酸素を種別毎に取り出すことができなかった。つまり、水に放射線を照射する方法では種々の活性酸素が同時に生成されてしまい、ス−パ−オキシドアニオンラジカルだけを選択的に生成することができない欠点がある。
【０００５】
ス−パ−オキシドアニオンラジカルが人の健康に重大な影響、作用を及ぼすことは周知の事実であり、その研究や医薬の開発のためにもス−パ−オキシドアニオンラジカルだけを人工的に、しかも再現性をもって恒常的に生成することが強く望まれているのである。
【０００６】
本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、活性酸素の中でも特に重要な意義を有するス−パ−オキシドアニオンラジカルを人工的にしかも再現性をもって、電気化学的に生成するための方法及び装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明はス−パ−オキシドアニオンラジカルの生成方法に関し、本発明の上記目的は、混合気体を封入された放電管を水に浸漬し、前記放電管内の電極に高電圧負パルス信号を印加してグロ−放電を誘起させることによって達成される。前記混合気体を窒素とアルゴンの８：２の混合比とし、前記放電管の圧力を４．２ｍｍＨｇとすることによって、更には前記高電圧負パルス信号の波高値を１５ＫＶ、周波数を１００Ｈｚとすることによって、より効果的に達成される。
【０００８】
又、本発明はス−パ−オキシドアニオンラジカルの生成装置に関し、本発明の上記目的は、高電圧負パルス信号を生成する高電圧生成手段と、前記高電圧負パルス信号を印加される電極を有し、グロ−放電部を水に浸漬された放電管とを具備することによって達成される。前記高電圧負パルス信号の波高値、周波数及びデユ−テイ比が可変であり、前記高電圧負パルス信号の波高値を１５ＫＶに、周波数を１００Ｈｚに設定することによって、より効果的に達成される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の原理を示しており、水槽１内には水（例えば蒸留水）２が満たされており、水２内に放電管１０が浸漬されている。放電管１０内には、窒素とアルゴン（８：２）の混合気体が圧力４．２ｍｍＨｇで封入されており、接地電極１１及び放電電極１２を有すると共に、放電部１３を有している。接地電極１１は白金線で接地され、放電電極１２には高電圧生成回路２０から波高値（ピ−ク値）１５ＫＶ、周波数１００Ｈｚの高電圧負パルス信号ＮＳ（パルス幅τ１）が印加されるようになっている。尚、放電管としては、(1) 減圧された空気又はガスを封入したガラス管の一端に電極を被せたもの、(2) 減圧された空気又はガスを封入したガラス管内に電極を封入したもの（図１に示すもの）、(3) 減圧された空気又はガスを封入したガラス管の内壁に金属蒸着電極を形成したもの、(4)金属板、金属箔又は金属網にガラス又は樹脂等の絶縁物をコ−テイングしたも のを利用できる。
【００１０】
このような構成で、放電管１０の放電電極１２に、高電圧生成回路２０から波高値１５ＫＶ、周波数１００Ｈｚの高電圧負パルス信号ＮＳを印加すると、放電部１３にグロ−放電が誘起される。負電圧によるグロ−放電が誘起されると、水２に対して負の電荷ｅ-による電荷付加効果が生じ、ス−パ−オキシドアニオン ラジカルが発生する。
【００１１】
ここで、実験結果を説明する。上述のようなグロ−放電を４ｍｌの蒸留水に対して行ない、放電後５分の時間間隔で蒸留水２００μｌを試料として取り出し、直ちに１００μＭ  ＭＣＬＡ（2-methyl-p-methoxy-3,7-dihydroimidazo [1,2-a] pyradin-3-one ）を２００μｌ加え、ＭＣＬＡの化学発光検出器で発光量を検出した。ＭＣＬＡは、水溶液中でス−パ−オキシドアニオンラジカルとだけ特異的に反応して発光し、他の物質とは殆ど反応しないことが知られている（例えば中野稔、吉川敏一編「活性酵素と発光」の第８７−９３頁、木村博一「化学発光によるＳＯＤ活性の測定法」  １９９０年  日本医学館発行）。上記各試料に対してＭＣＬＡの化学発光検出器で発光量を検出した結果、図２に示すように放電時間にほぼ比例してＭＣＬＡの化学発光量が増加した。このことは、グロ−放電の誘起によりス−パ−オキシドアニオンラジカルが発生したことを証明している。ＭＣＬＡは、ス−パ−オキシドアニオンラジカルとしか反応して発光しないからである。
【００１２】
さらに、図２に示すＭＣＬＡの化学発光量の変化が、ス−パ−オキシドアニオンラジカルに基づくものであることを確認するため、過剰な活性酸素を除去する物質として知られる坑酸化剤のス−パ−オキシドデスムタ−ゼ（superoxide dismutase: ＳＯＤ）を加え、発光が抑制ないしは制限されることを確かめた。図３のグラフはその結果を示している。即ち、試験区＃１は放電３０分後の蒸留水を、試験区＃２は放電３０分後の０．１ｎｇ／ｍｌのＳＯＤ水溶液を、試験区＃３は放電３０分後の１０ｎｇ／ｍｌのＳＯＤ水溶液を、試験区＃４は放電３０分後の１μｇ／ｍｌＳＯＤ水溶液をそれぞれ示しており、試験区＃５は放電前の蒸留水を示している。試験区＃１は４mlの蒸留水に上述の方法で３０分間放電し、試験区＃２−＃４はそれぞれ０．１ｎｇ／ｍｌＳＯＤ水溶液、１０ｎｇ／ｍｌＳＯＤ水溶液、１μｇ／ｍｌＳＯＤ水溶液に上述の方法で３０分間放電し、その後各試験区の水溶液を２００μｌとり、直ちに１００ｍＭ  ＭＣＬＡを加え、ＭＣＬＡの化学発光検出器で発光量を検出したものである。その結果、化学発光量はＳＯＤにより試験区＃２−＃４のように抑制されることが明らかとなり、グロ−放電によるＭＣＬＡの化学発光はス−パ−オキシドアニオンラジカルによることが明白となった。
【００１３】
図４は高電圧生成回路２０の具体的構成例を示しており、ＤＣ電圧（例えば＋１２Ｖ）が充電回路２１、電圧検出回路２２及びトリガパルス生成回路２３に印加され、充電回路２１は印加電圧に基づいて昇圧し、設定電圧（例えば＋１００Ｖ）まで主キャパシタＣ１を充電する。補助キャパシタＣ２が、主キャパシタＣ１と並列にスイッチ２４を介して接続されており、スイッチ２４をオン／オフすることによって充電若しくは放電の時定数を変えるようになっている。電圧検出回路２２は常時主キャパシタＣ１の充電電圧を検出しており、主キャパシタＣ１の充電電圧が設定電圧となった時に充電回路２１の動作を停止すると共に、トリガパルス生成回路２３からサイリスタ２５に対してトリガパルスＴＧを入力する。サイリスタ２５はトリガパルスＴＧが入力されると導通し、主キャパシタＣ１の充電電圧が高速に放電され、昇圧トランス２６の１次コイルにも電流が流れ、電磁誘導によって２次コイルにも電流が流れる。主キャパシタＣ１の充電電圧が放電されると上記充電動作が開始され、このような充電及び放電を繰り返すことによって、昇圧トランス２６の１次コイルにはパルス信号が印加され、２次コイルからも昇圧されたパルス信号が出力される。
【００１４】
昇圧トランス２６の巻き数比は１：１５０となっていると共に、巻線極性が反転されているため、１次コイル側で＋１００Ｖの電圧パルスは、２次コイル側では−１５ＫＶの電圧パルスとして出力される。パルス出力はダイオ−ドＤ１を介して、高電圧負パルス信号ＮＳとして放電管１０に印加されると共に、ブリ−ダ抵抗Ｒにも加えられる。主キャパシタＣ１の放電電流は昇圧トランス２６のインダクタンスによる逆起電力により、主キャパシタＣ１の電圧が０になった後も減衰しながら続くが、遂にはサイリスタ２５固有の保持電流を下回り、これがＯＦＦ状態へ遷移して停止する。この際に、昇圧トランス２６の２次側には、１次側電流停止に伴う正のキックバック電圧が現れるが、これはダイオ−ドＤ１により阻止され、放電管１０に伝わることはない。又、図示のように、フライホイ−ルダイオ−ドＤ２を接続することによっても、キックバック電圧を速やかに制御することができる。
【００１５】
このような高電圧生成回路２０において、高電圧負パルス信号ＮＳの波高値−Ａｏは、昇圧トランス２６の巻き数比が一定の場合、主キャパシタＣ１の充電飽和電圧によって変化する。従って、電圧検出回路２２の設定電圧を可変とすることで、高電圧負パルス信号ＮＳの波高値−Ａｏを容易に変えることができる。又、出力される高電圧負パルス信号ＮＳのパルス幅τ１は、主として主キャパシタＣ１の容量と昇圧トランス２６のインダクタンスとで決まるので、例えばスイッチ２４をオンして補助キャパシタＣ２を並列に接続することで変えることができる。更に、高電圧負パルス信号ＮＳの繰り返し周期（周波数）τ１＋τ２は、トリガパルス生成回路２３からのトリガパルスＴＧのパルス調整により変えることができる。
【００１６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば電気化学的に簡便にス−パ−オキシドアニオンラジカルを生成することができ、活性酸素の中のス−パ−オキシドアニオンラジカルに関する化学、生化学、医科学的な研究に極めて大きな寄与となる。又、ス−パ−オキシドアニオンラジカルの生成装置としても比較的容易かつ安価に製作できるので、活性酸素の研究機器として有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明するための構成図である。
【図２】グロ−放電によるＭＣＬＡの化学発光を示す図である。
【図３】ス−パ−オキシドアニオンラジカルの生成とＳＯＤによる消去の実験例を示す図である。
【図４】高電圧生成回路の具体的な構成例を示す回路結線図である。
【符号の説明】
１    水槽
２    水
１０  放電管
１１  接地電極
１２  放電電極
１３  放電部
２０  高電圧生成回路
【図１】
0003815830.tif 000003
【図２】
0003815830.tif 000004
【図３】
0003815830.tif 000005
【図４】
0003815830.tif 000006