J. Plasma Fusion Res. Vol.91, No.8 (2015)５
０５‐５１３

解説

プラズマを用いた医療用滅菌器開発の現状
Current Trend of Medical Sterilization and Disinfection Methods Using Plasmas
板 良 敷 朝 将１），大 城 盛 作２），作 道 章 一３），林信 哉４）

ITARASHIKI Tomomasa１）, OHSHIRO Seisaku２）, SAKUDO Akikazu３）and HAYASHI Nobuya４）
１）
サラヤ株式会社 商品開発本部 商品開発部，２）株式会社サクラクレパス PI 事業部，
３）

琉球大学医学部保健学科生体代謝学分野，４）九州大学大学院総合理工学研究院（原稿受付：２
０
１
５年６月３日）プラズマの医療・バイオ応用研究は，医療分野における治療，器材や施設の滅菌・殺菌など多岐にわたって広がっている．特に従前より研究が行われてきたプラズマ滅菌法は，現在実用化のための開発研究が行われている．本解説ではプラズマ滅菌法に残された課題である，滅菌処理の高速化，プラズマ滅菌工程の確認のためのプ
ロセスインジケータの開発，病原性タンパク質への対応を取り上げ，プラズマ滅菌法実用化に向けた研究の現状を紹介する．
Keywords:
medical sterilization, microwave plasma, NO radical, plasma chemical indicator, radical detection, prion protein,plasma disinfection

１．はじめに

２．マイクロ波プラズマにより生成された NO ラ
ジカルの滅菌効果

この十数年発展してきたプラズマの医療・バイオ応用研

２．
１ はじめに究は，医療分野では治療から医療器材や施設の滅菌・殺菌まで，基礎医学分野では動物細胞の変異抑制やがん細胞のこれまで，酸化エチレンガス（ethylene oxide gas，EOG）

アポトーシス誘導等の分子生物学と多岐にわたって研究開や過酸化水素が残留すると，悪影響の生じるおそれがある発が行われており，各分野の最前線まで到達しつつある．

ことが報告されている．医療施設においての滅菌処理は，

医療・バイオ応用の第０世代または第１世代と呼ばれるプ

低温下で，かつ環境に負担をかけることなく，高い安全性

ラズマを用いた滅菌法は，近年国内外各所で研究開発が進と低コストで実施することが望まれている［１］．これまで

み，いずれも所定の滅菌を達成しつつありようやく実用化の報告の中には，酸素，アルゴン，ヘリウム，またはこれが視野に入ってきた．一方で，実際の医療の現場にプラズ

らの混合物を用いたプラズマ滅菌法に関するものもある

マ滅菌法を導入するにあたっては，滅菌処理の高速化や病が，大気中の空気を用いたプラズマ滅菌に関する詳細な研原性を有する非生物物質への対応，滅菌工程を確認するた究はされていない．また，マイクロ波プラズマによる，芽めのデバイスの開発が必須または重要な要求事項であり，

胞の不活性化の研究報告もあるが，真空チャンバー内の芽

これらの課題を解決しない限りはプラズマ滅菌法の実用化

胞の減少に関する報告はない［２‐１０］．本研究では，空気プは不可能である．本解説では，これらの問題点を解決する

ラズマで生成した酸素ラジカルにより滅菌を行い，また高最先端の技術について紹介する．まず滅菌処理時間の短縮

い安全性を確保しつつ，環境負荷の低い装置開発を目的とが可能となる次世代のプラズマ滅菌器であるマイクロ波プした．この滅菌法は，低温であり，かつ従来の滅菌法（非ラズマ滅菌器について解説する．また，非生物であるもの

耐熱性医療機器向けの，EOG 滅菌法および過酸化水素ガスの高い感染能と難分解性を持ち狂牛病の原因物質とされ注滅菌法）に代わり得るものである．また，化学薬品や滅菌目されているプリオンタンパク質に対するプラズマ滅菌法

ガスを使用しないため，低コストである．高圧蒸気滅菌法の有効性について説明する．さらに，医療用滅菌器の運用などと比較した場合においても，空気を用いたマイクロ波に際して必須であるプラズマ滅菌プロセスを保証しエンド

プラズマによる滅菌法は非常に優位である．プラズマ生成

ポイントを決定するためのプロセスインジケータを紹介す部においてマイクロ波エネルギーが吸収され，マイクロ波

る．

プラズマが生成される．このプラズマにより，大量の熱を発生させたり密度を高めたりすることなく，限られた領域
において高エネルギーを生成することができる．また，低温下において，高エネルギーの活性種は滅菌に適してい
る．本研究では，マイクロ波プラズマによる低温滅菌に最
authors’ e-mail: itarashiki@saraya.com, ooshiro@craypas.co.jp, sakudo@med.u-ryukyu.ac.jp, hayashin@aees.kyushu-u.ac.jp

５０５!2015 The Japan Society of Plasma
Science and Nuclear Fusion Research

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.91, No.8 August 2015

適な条件を決定した．

置における電子密度は，ラングミュア探針の検出限界の２．
２ 実験手順105 cm−3 未満である．この結果から，黄色い発光源は，準本実験のプラズマ源では，マイクロ波トーチプラズマを安定性の窒素原子 N（2D）と酸素原子との化合によってトー生成した（図１）．空中放電によって生じる，高密度のラジチの外側に生成された NO ラジカルであること がわかカルを得るためである．実験装置は，マイクロ波電源，導る．発光強度は滅菌能力に比例すると考えられるため，圧波管，アンテナおよびガラス管，真空チャンバー，および

力とマイクロ波入力電力とを変えることにより，真空チャ

真空ポンプで構成されている．マイクロ波電源の周波数はンバー内の発光スペクトルを測定した（図２）．発光スペ2.45 GHz である．アンテナ内に内径 5 mm のガラス管を設

クトルは 400〜800 nm の範囲で測定され，マイクロ波電力

置した．このアンテナには，約 6 cm のスリットを設けたの上昇と共にピークも高くなっている．このピークは，空（マイクロ波の半波長に相当）．導波管内に設置されたアン

気と窒素プラズマとによるスペクトルのピークとはまった

テナによってマイクロ波が吸収され，アンテナ内に設置さく異なる．マイクロ波電力を上げた場合，ピークの波長にれたガラス管内でプラズマは生成される．生成されたプラ変化はないが（図２），ジュール加熱によってマイクロ波

ズマは，処理領域内に送られる．滅菌の評価には芽胞であアンテナの温度が上昇する．各種の窒素酸化物を調べるう

るバイオロジカルインジケータ（BI）を使用する．BI は，

えで，N2 と O2 との混合比を変えても（１：９〜９：１），ス

トーチの開口端の3 cm下に設置した．使用した真空チャン

ペクトルの形状が大きく変わることはない．このことか

バーの容量は約 17.5 L である．トーチの開口端からプラズら，前述のピークの広がりは，各種の窒素酸化物の重ね合

マが放出し，その電子密度をラングミュアプローブ（直径

わせに起因するものではないことがわかる．また，マイク

1 mm，長さ 4 mm の円筒電極付き）で測定した．真空チャ

ロ波電力が上昇しても，ピーク形状はほとんど変わらなンバー内の圧力が数 Pa になるまで減圧し，その後，真空い．つまり，スペクトルの広がりは，黒体放射によるもの

チャンバー内の圧力が数百 Pa になるまでプラズマ生成用

ではなく，準安定的な圧力効果から生じるものと考えられガスを流入し，芽胞に作用する．原子および高エネルギーる（この効果とは，比較的高圧の領域において隣接する粒電子との衝突によって生成されたラジカルとの化学反応に子が動くことでエネルギーレベルが変化した結果として起より，芽胞は死滅する．また，高エネルギー電子による励

こる，発光周波数の変化である）．その後，プラズマの温度

起原子から放出された紫外線が，この芽胞の DNA を損傷が上昇する．したがって，測定されたスペクトルは，黒体する［１１］．さらに，荷電粒子（電子，イオンなど）がこの放射から生じたものではない．ガラス管内のガスの発光ス

芽胞に直接衝突し，これを死滅させる．以上のように，滅ペクトルは，真空チャンバー内の下部領域と同様であっ菌とは存在するすべての細菌を全滅させる方法である．菌た．したがって，真空チャンバー内のラジカルは，ガラスの数を１０分の１に減少させるのに要した時間を D 値とい管内のプラズマ生成領域の近くで生成されたものである

う．この D 値を求めるうえで本実験に使用した BI は納豆菌

［１２］．ラングミュアプローブの電極は，処理領域のうち高（Bacillus subtilis var. natto）である．また BI は，滅菌の有効密度のエネルギー粒子が吹き出すガラス管の開口端の付近性の評価に用いる．滅菌の評価に使用される BI には，ジオに設置した．ラングミュアプローブの I-V 特性にイオン電

バ チ ル ス・ス テ ア ロ サ ー モ フ ィ ル ス（Geobacillus Stea-

流は観測されず，アンテナで生成された荷電粒子はガラス

rothermophilus）ATCC7953という耐熱性細菌胞子が含まれ管内で消失し，ラジカルだけが処理領域に到達するものとている．この方法は，滅菌後に細菌胞子を培養し，それが考えられる．窒素と酸素の混合比を変えた場合，570 nm

絶滅したかチェックするうえで標準的な方法である．

におけるブロードピークの高さは，１：１の混合比で最大２．
３ ラジカルの生成となる（図３）．したがって，プラズマからの黄色の発光は2

準安定性の窒素原子 N（ D）は，放 電 領 域 で 生 成 さ れ長寿命の NO ラジカルによるものと考えられる．ラジカル

る．窒素原子 N（2D）は寿命が長いため，その間にトーチか検出用のケミカルインジケータ（ストリップタイプ）を用らチャンバー内に送られる．トーチ開口端の 7 mm 下の位

図１

マイクロ波トーチプラズマ装置概略図．

図２

５０６

マイクロ波電力変化と発光スペクトル．

Commentary

Current Trend of Medical Sterilization and Disinfection Methods Using Plasmas

図４
図３

表１

マイクロ波プラズマの発光強度の酸素分圧依存性．

T. Itarashiki et al.

生残菌数（納豆菌芽胞）のプラズマ照射時間依存性．

滅菌容器の容積と滅菌結果との関係．○印は滅菌成功を示す．
処理時間（分）
１
８
０
３
６
０
７
２
０

いると色が変化することから，処理領域で生成された NO
ラジカルは O（酸素）ラジカルよりも高いエネルギーを有

17.5 L
×
×
×

0.1 L
×
○
−

することが分かる．この色が変わる速度は，酸素を用いた
２．
５ まとめ

RF プラズマの場合よりもはるかに速い．それゆえ，マイク
ロ波放電によって生成された高密度の NO ラジカルは，滅本研究により，マイクロ波プラズマは滅菌 D 値が１０分程

菌における因子の一つである．

度と高速滅菌に有効であることが明らかになった．一方

２．
４ 滅菌特性で，重なり合った芽胞の処理や処理体積の大体積化に関し滅菌に要する時間を明らかにするため，D 値を求めた．

ては，今後解決すべき課題である．マイクロ波プラズマは

4

本実験に用いる BI（納豆菌）は自作した．菌数が１０ cfu/g

歯科医向けのような小型滅菌器として利用できることが考の納豆菌をガラスメッシュフィルター上に載せたものであえられる．

る．この BI は，トーチの開口端の 3 cm 下に設置した．所を確認するために残った芽胞の数を測定した．この測定に３．反応性プラズマ計測用ケミカルインジケータの開発はコロニーカウント法を用いた．また，再現性をチェック

３．
１ ケミカルインジケータ（Chemical Indicator，CI）

定の時間だけこの BIにプラズマを照射した後，滅菌の性能するため，同じ測定を４回繰り返した．以上による結果を

CI は，医療現場における医療器具類の再利用や医療器具

図４に示す．芽胞数は，１０分間で１０分の１に減少した．し製造の際に行われる滅菌工程において使用されるツールで

かし，１００分の１に減少させるには１時間を要した．これあり，滅菌器内の処理条件（たとえば，時間，温度，飽和は，芽胞同士が互いに重なり合っているため，ラジカルが蒸気，湿度，EOG 濃度，蒸気過酸化水素濃度，吸収線量な達しにくかったためと推測される．これを確認するには，

ど）が規定値に達したことをモニタリングするために使用滅菌処理の後，芽胞の消滅状態を顕微鏡で観察するなど，される．モニタリング結果は CIに設けられた検知部の色相

更なる状態確認が必要である．

変化や有色のインジケータバーの伸長などの形状変化に低温滅菌を実現するには，プラズマ生成の要素（圧力，よって示され，作業者が目視で容易に識別可能なように設

マイクロ波電力など）を制御する必要がある．圧力やマイ計されている．

クロ波電力が増加すると，滅菌対象の温度も上昇しやすく

低温滅菌法として近年普及している過酸化水素ガスプラ

なる．滅菌対象物の温度を６０℃以下に保つため，マイクロズマ滅菌用の CI に関しては，２０１３年に作成された CI に関波電力を 280 W に，チャンバー内の圧力を 60 Pa 以下に設する JIS 規格 T 11140-1 では，過酸化水素ガス滅菌用 CI

定した．この条件下で生成されたプラズマは，チャンバーの一種として記載されており，検知すべき重要変数の項目

内全体を均一に広がる．チャンバー内の温度は，ストリッ

をみても「適用可能な場合はプラズマ」として，副次的にプタイプのインジケータで測定した．本実験で用いた BI記載されている．そのため現在市販されている過酸化水素

は，ジオバチルス・ステアロサーモフィルス ATCC7953

ガスプラズマ滅菌用 CI は過酸化水素ガス滅菌用 CI と共用であり，菌数が 3×10 cfu/g 含まれている．この種の BIであり，例としてサクラクレパス社のネスコス!I・C カー

は，医療現場において滅菌の確認するために使用されていド ap，J&J 社フォーシュアTM などがある．一方，市販される．この BI をトーチの開口端の 3 cm 下に設置した．実験ていないが，過酸化水素ガスプラズマ由来のラジカルを重6

後，BI を培養液に加え，培 養 液 の 色 が 変 化 し な い 場合要変数として検知可能な CI の開発例もある．

は，滅菌に成功したことを意味する．滅菌実験結果を表１

３．
２ ラジカル検知用 CI の開発に示す．チャンバー内の温度６０℃以下において，チャン

過酸化水素ガスプラズマ滅菌器の滅菌プロセスは，減圧

バー内の圧力 60 Pa，マイクロ波電力 280 W の条件下では，下過酸化水素水を注入，気化・拡散した後に再度減圧してBI が滅菌状態に達するのに６時間を要した．

高周波を印加することでプラズマ状態にしてサイクルが終了する．通常はこのサイクルを２回繰り返して滅菌が完了
５０７

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.91, No.8 August 2015

する．開発品 CI は，過酸化水素蒸気では変色せず，プラズ

酸化水素の O-O 結合のほうが解離しにくいためであると考マ工程を経て初めて変色することを目標とした．

えられる．
３．
３ ラジカル検知用 CI による滅菌工程の解析

開発品 CI は基材にポリエチレンテレフタラートを使用
し，検知部はラジカルと反応して変色する赤色アゾ系色素

開発品 CIのラジカル検知性能を利用して，過酸化水素ガとラジカルに耐久性のある緑色色素を利用したものである

スプラズマ滅菌工程におけるラジカルの寄与を検討した．

［１３］．赤色色素の反応性を図５に示す．赤色色素のアセト

過酸化水素蒸気および過酸化水素ガスプラズマ由来のラジン溶液に過酸化水素水を添加しても吸光度に変化は見られカルの侵入具合をチューブの径と長さで調整可能なポリプ

ない．また 254 nm の紫外線を照射しただけでも同様に変ロピレン製密閉容器（図７）内に開発品 CI と BI を入れて化は見られないが，過酸化水素水を添加して 254 nm の紫

STERRAD!50 で滅菌した．

外線を照射し，ラジカル発生条件にした場合には吸光度がチューブの径と長さを変化させた時の各 CI の色相変化低下することがわかる．また，変色触媒を添加することでと BI の死滅を調査した結果をまとめたものが図８である．

吸光度がさらに低下することから，触媒添加量によって変BI 陰性で開発品 CI が変色している領域が図中の①の部分

色性能をコントロール可能であることもわかる．

であり，この領域では過酸化水素ガスプラズマ由来のラジ

内容積 1 L のセパラブルフラスコを用いて，過酸化水素

カルによる菌の殺滅が起こりうると考えられる．一方，BI

蒸 気 の 暴 露 試 験 を 行 っ た 結 果，開 発 品 CI は J&J 製

陰性であるが，開発品 CI が変色していない②の領域は，菌STERRAD!50 の過酸化水素拡散濃度の２倍にあたる 72の死滅が過酸化水素蒸気の拡散状況のみに依存している領μL/L（５８％過酸化水素水使用）であっても全く変色しな域であると考えられる．

かった．チャンバー容積8.8 Lの平行平板高周波プラズマ装

３．
４ 滅菌以外のプラズマ処理への応用

置を用いて過酸化水素ガスプラズマ処理した際の開発品

前項の過酸化水素ガスプラズマ由来のラジカルを検知でCI の変色性を図６に示す［１４］．図の縦軸は処理前後の変きる開発品 CI は，過酸化水素蒸気と水蒸気以外に酸素，窒

色色差 !E＊ab であり，数字が大きいほど処理前後の色相

素ガスプラズマでも変色することが確認されている．そこ

変化が大きいことを示している．この図から開発品 CIは使で，滅菌保証プログラムにおいて CIで行われている滅菌工用する過酸化水素水の濃度が高いほど色相変化が小さいこ程モニタリングと類似の工程管理手法を，半導体製造技とがわかる．図は省略するが，流量・時間を一定として出術，高分子の表面改質などの分野で広く応用されている低力を変化させた時の過酸化水素水と水を用いたプラズマの

温プラズマの診断に応用する試みがなされている［１５，１６］．

発光分析を行い，778 nm にある OH・の発光強度を比較しこの反応性プラズマ計測用のケミカルインジケータをサクた結果，過酸化水素ガスプラズマのほうが OH・の発光強ラクレパス社は Plasma Indicator!あるいは Plasma Chemi-

度が少ないことを確認した［１４］．水の O-H 結合よりも，過cal Indicator!（PCI）と名付け，実用化を進めている．
リモート式マイクロ波プラズマ装置を用いて，初期減圧
0.9 Torr，酸素ガス流量 1,000 sccm および 500 sccm，出力1.0 kW および 0.5 kW，処理時間１〜１
０分間でプラズマ処理
した時のポリエチレン板のエッチング量（重量減）と同時

図５ラジカルによる色素の吸光度変化．
図７

図６

過酸化水素濃度と１５分プラズマ処理した時の PCI の変色色差の関係．［１
４］
から引用．

図８

５０８

実験に使用した容器．

ラジカル検知用 CI による滅菌工程の解析結果．

Commentary

Current Trend of Medical Sterilization and Disinfection Methods Using Plasmas

T. Itarashiki et al.

に処理した PCI の変色色差の相関性を図９に，ポリエチレ

マ処理は，酸素ガス流量 10 sccm および 20 sccm，RF 出力

ン板に対する水の接触角測定結果と PCI の変色色差の相関

75 W，圧力 10 Pa，処理時間３〜１
０分間の条件で，平行平板性を図１０に示す．図９から PCI の変色色差がエッチング量

高周波プラズマ処理装置を用いて行った．図より，エッチと相関関係にあることが確認できる．ポリエチレン板のング量と変色色差 !E＊ab が直線関係にあることがわかる．

エッチング量は，ラジカル濃度と処理時間の積算量を反映

すなわち，このような検量線を作成しておけば，インジしていると考えられることから，PCI の色相変化も主にプケータの色差測定からプラズマ処理によるエッチング量をラズマ処理で被処理物に作用するラジカル濃度と処理時間

容易に精度よく見積もることが可能となる．

の積算量に関する情報を反映していると考えられる．図１０３．
５ 無機色材を用いた PCI

からは，PCI の変色色差がポリエチレン板に対する水の接以上は過酸化水素ガスプラズマ滅菌用に開発された CI

触角とも相関関係にあることが確認できる．水の接触角はの改良品であり，アゾ系色素，すなわち有機色素を用いた

酸素プラズマ処理の表面改質効果によってポリエチレン板

ラジカル検知用インジケータの改良品であった．しかし，表面に導入された親水性官能基の量を反映していると考えエレクトロニクス業界で利用されているプラズマ処理におられ，PCI の色相変化はこの表面改質効果を見積もること

いては，低放出ガス，高温プロセスおよび高プラズマ密度ができるといえる．

への対応が必須であり，これらの要求には有機色素では対実装部品やプリント配線板のクリーニング処理に用いら応が困難であった．そこで，ラジカルを検知可能な無機色れることの多い酸素プラズマの検知に特化して感度調整し材が開発された［１７，１８］．この無機色材は酸素，四フッ化炭

た PCI と g 線レジストを塗布したシリコンウエハ片を同時素などのフルオロカーボン，六フッ化硫黄，水素ガスのプ処理した時の，レジストエッチング量（干渉式膜厚計によラズマなどラジカルを生成するものだけでなく，アルゴン

る測定）と PCI の色相変化の相関性を図１１に示す．プラズ

ガスプラズマのようにイオンが主体のプラズマに暴露しても色相が変化する．
平行平板高周波プラズマ処理装置の円盤電極上に中心から周辺にかけて５箇所に無機色材を用いたインジケータを設置し，その位置に対応した空間の電子密度をラングミュ
アプローブで測定した結果を図１２に示す．プラズマ処理は

図９

ポリエチレン板のエッチング量と PCI 変色色差の関係．

図１
１ g 線レジストのエッチング量と PCI 変色色差の関係．

図１
２ アルゴンプラズマの電子密度と無機色材 PCI の変色色差の関係．Pos. ①は中心，Pos. ⑤は周縁部．

図１
０ ポリエチレン板に対する水の接触角とPCI変色色差の関係．

５０９

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.91, No.8 August 2015

アルゴンガス流量 160 sccm，圧力 5.0 Pa，RF 出力 60 W，処

告された［２０］．vCJD は BSE 牛の肉を食べたことが原因と

理時間６０分間で行った．図より，電子密度と無機色材の変考えられており，輸血による感染の可能性も指摘されてい色色差 !E ab に相関性があるのがわかる．

る．現在のところ（２０１４年１０月現在），vCJD は全世界で３．
６ 今後の展開

２２９例，日本では１例発生が報告されている［２１］．この日＊

CI は滅菌保証プログラムの重要な一要素であり，ラジカ

本での患者は１９８０年から１９９６年の間に２４日間英国に滞在しルを検知可能なCIであるPCIの開発によりその工程管理手ており，その際に感染したものと考えられている．最近，

法をエレクトロニクス分野へ拡張する事が可能となった．

英国人の虫垂を測定すると，約２０００人に１人という高い確

ロジック回路，各種方式のメモリー素子およびこれらを集率でプリオンが検出されたとの報告がなされた［２２］．これ

積した LSI，CCD などの光学素子，LED などの発光素子，

を英国の人口比で換算すると約３万人もの未発症 vCJD が電力制御用パワー半導体などの各種デバイスを製造する半いると予測される．一般に vCJD 患者は，その他の CJD

導体製造前工程で用いられるプラズマ処理に対しては，ラ患者に比べて若い（死亡時の年齢；vCJD：２
８歳；その他

ジカルを検知可能な無機色材を用いたラベル型及びウエハの CJD：６
８歳）とされている．しかし，パプアニューギニ

型の PCI が開発中である．

アの原住民フォア族において死者の脳を食べる習慣によりワイヤーボンディングなどの回路接続と封止プロセスな発生したプリオン病（クールー病）の場合，４０年以上も後

どの後工程，実装回路部品の表面処理，そしてこれらをプに発症した例も見られており，BSE 発生のピークの１
９９２年

リント配線板に組み立てるプロセスで用いられるプラズマから２０年以上経過し BSE の発生もほとんど見られなく処理においては無機色素タイプと有機色素タイプ PCI の選なった現在も楽観できない．推移を慎重に観察し，適切な択肢があり，後者についてはサクラクレパス社が販売を開対策をたてる必要がある．

!

４．
３ 現行のプリオン不活化法

始している（PLAZMARK No.1）．エレクトロニクスに限らず幅広い分野において多用されている低温プラズマ処理

プリオン対策として欠かすことのできないのは，病原因効果を色相変化で簡便に確認するツールとして，反応性プ子（プリオン）の不活化処理（無害化）による二次感染防ラズマの計測用インジケータの普及が期待される．

止である．特に，プリオン病のリスクの高い患者（家族性プリオン病に関連するプリオン蛋白質遺伝子変異を持つ方４．プリオン病対策としてのプラズマ技術

や，プリオン病様の症状を示したり，硬膜移植歴や下垂体４．
１ はじめにホルモン摂取歴のある方）脳神経外科開頭手術，整形外科

近年，滅菌技術としてのプラズマが注目されている．滅

脊髄手術，眼科手術を行う時である．プリオンは，一般的菌により達成される無菌保証レベル（SAL，Sterility assur-

な 滅 菌 操 作 で は 感 染 性 を 完 全 に は 失 わ な い．例 えance level）の定義には細菌芽胞が１０ 個以下になっている

ば，１２１℃，２０分の高圧蒸気滅菌，紫外線照射，"線照射，ア

こととなされているように，細菌芽胞への殺菌効果で，処

ルコール処理（７０％エタノール処理など）はプリオン不活

理技術の優劣が比較されている．しかし，プリオンと呼ば効果はない．これは，プリオン病原体は蛋白質を主要構成れる病原体は，細菌芽胞よりも一般的な処理に対して抵抗成分にもつ物質であり，細菌やウイルスなどの核酸を遺伝性が高いとされており，滅菌が達成されていても，プリオ子にもつものではないためである．このようなプリオン病

ンは不活化できているとは限らない．本項では，プリオン

原体の不活化困難性に加えて，プリオン病には生前診断法とはどのような病原体で，プラズマ滅菌の技術開発においがなく治療法がないなどの問題を抱えている．したがってどのような重要性をもつのかについて議論したい．

て，プリオン汚染の可能性のある器具の使用時において

４．
２ プリオンとはは，適切な処理を行うことが必要である．具体的には，ギ−６

プリオンはプリオン病と呼ばれる人獣共通の神経変性疾酸などの特定の酸や NaOH などの強アルカリおよび強い界

患を引き起こす病原体である．プリオン病は感染の他に面活性剤である SDS（Sodium dodecyl sulfate）で一定時間も，遺伝が原因で起こることがある．ヒトの場合は，全体処理することや通常よりも高温（１３４℃以上）での高圧蒸気のプリオン病の８５〜９０％が原因不明の孤発性クロイツフェ

滅菌が必要となる（表２）．

ル ト・ヤ コ ブ 病（sCJD，sporadic Creutzfeldt-Jakob Dis-

我が国で作成された「プリオン病感染予防ガイドライン

ease）であり，１００万人に１人の割合で発生している．この

２００８年度版」では，科学データに裏付けられた CJD プリオ

sCJD のプリオンも含め，全てのプリオン病由来のプリオ

ンの不活化方法として以下の方法が挙げられている［２５］．

ンは感染性を持つが，遺伝性のものはやや感染性は低いこ①適切な洗剤による十分な洗浄＋SDS 処理（３％SDS，３‐とが知られている．感染が原因でプリオン病となった場合

５分処理），②アルカリ洗剤ウォッシャー・ディスイン

は医原性 CJD（iCJD，iatrogenic CJD）と呼ばれている．動フェクター処理（８０℃〜９３℃・３〜１０分間の熱水による洗物のプリオン病もあり，その代表例が狂牛病の名称で有名

浄）＋真空脱気プリバキューム式高圧蒸気滅菌１３４℃，８‐１０

な牛の BSE（Bovine spongiform encephalopathy，牛海綿状分，③適切な洗剤による十分な洗浄＋真 空 脱 気 プ リ バ
キューム式高圧蒸気滅菌１３４℃，１８分，④アルカリ洗剤洗浄脳症）である．
１９８７年に BSE（Bovine spongiform encephalopathy）の初（洗剤濃度や洗浄温度などの条件はメーカー指示に従う）＋過酸化水素低温ガスプラズマ滅菌の４つである．

めての報告がなされた［１９］．１９９６年には BSE 由来のヒト

医療器具の中には，熱に弱いものが多い．そのような内のプリオン病である変異型 CJD（vCJD，variant CJD が報
５１０

Commentary

Current Trend of Medical Sterilization and Disinfection Methods Using Plasmas

表２

T. Itarashiki et al.

プリオンの不活化に有効な処理［２
３，
２
４］
．

不活化処理
NaO CL（20000 ppm，２
０℃，１時間）NaOH（1 N，２
０℃，１時間）水に浸漬して高圧蒸気滅菌（１
３
４℃，１
８分）
アルカリ洗剤（1.6％，４３℃，３０分）
フェノール系消毒剤（５％，２０℃，３０分）
3% sodium dodecyl sulfate (SDS)，１
０
０℃，１
０分
7 M 塩酸グアニジン，室温，２時間
3 M グアニジンチオシアネート，室温，２時間
3 M トリクロロ酢酸，室温，２時間
６０％，ギ酸，室温，２時間
５０％フェノール，室温，２時間
酵素洗剤（0.8％，％，４
３℃，５分）＋過酸化水素ガスプラズマ滅菌（1.5 mg/L，２
５℃，３時間）過酸化水素ガス（2 mg/L，３０℃，３サイクル）
高周波ガスプラズマ
過酸化水素ガスプラズマ（Sterrad NX）
クロリン
銅（0.5 mmol/L）＋過酸化水素（100 mmol/L）
メタ過ヨウ素酸ナトリウム（0.01 M）
四級アンモニウム
過酢酸（1500 ppm，２
０分；0.2％，１時間）

代表的な文献G. Fichet et al., Lancet 364, 521 (2004).
G. Fichet et al., Lancet 364, 521 (2004).
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J. Tateishi et al., Microbiol. Immunol. 35, 163 (1991).
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C. Vadrot and J.C. Darbord, J. Hosp. Infect., 64, 143 (2006).; W.A. Rutala
and D.J. Weber, Inf. Cont. Hosp. Epidemiol., 31, 107 (2010).

＊水に浸漬しないで高圧蒸気滅菌（１３４℃，１８分）では不活化不十分（乾燥させてしまうと，不活化が困難になる）．
＊酸素洗剤（0.8％，４３℃，５分）＋オートクレーブ（１２１℃，２０分），酵素洗剤（0.8％，４３℃，５分）のみ，過酢酸（0.25％，５
５℃，１
２分）
，過
酸化水素ガス（1.5 mg.L，２５℃，３時間），酵素洗剤（0.8％，４３℃，５分）＋過酸化水素ガス（1.5 mg/L，２
５℃，３時間）は不活化不十分．

視鏡などの器具に対しては，上記ガイドライン④にあるよ析するとともに，病原体の不活化がどのようなメカニズム

うに過酸化水素ガスプラズマ滅菌を組み合わせることが奨で起きているのかを明らかにしていく必要がある．そのた

励されている．

めには，発生している不活化因子を調べ，処理後の病原体

４．
４ プラズマをプリオン不活化法として開発する際に必の構成成分の変化を生化学解析するなど，異分野融合の研要と思われること

究推進が求められる．これらを通じて，他の滅菌技術にな

ガスプラズマを用いた病原体の不活化研究のほとんどはいメリットがより明確になり，ガスプラズマ滅菌装置の実

過酸化水素ガスプラズマ滅菌装置を用いたものである．現用化は達成されるものと期待される．

在，ガスプラズマ 滅 菌 装 置 と し て 販 売 さ れ て い るのは
STERRAD!（Johnson & Johnson 株 式 会 社）の み で あ

５．おわりにる．この装置を用いた研究では，プリオン［２６］の他にも，現代医学の支えている滅菌技術は１
５０年以上の研究開発

HIV［２７］，A 型 肝 炎 ウ イ ル ス［２７］，respiratory syncytialの歴史があるが，その中でもプラズマ滅菌法は医療現場でvirus（RSV）［２７］，ワ ク チ ニ ア ウ イ ル ス［２５］，Herpes

は革新的な方法として捉えられている．滅菌時間の短縮，

simplex virus（HSV）［２５］，ポリオウイルス［２７］，アヒル

病原性非生物物質の不活化，滅菌工程確認用デバイス開発

B 型肝炎ウイルス［２８］，細菌芽胞［２９‐３１］などの不活化がに関しては，既存の滅菌法においても継続的に研究開発が!

報告されている．しかしながら，STERRAD の滅菌メカ

行われている．本解説で見たように，プラズマ滅菌法におニズムは過酸化水素ガスによるものが主で，ガスプラズマ

いてもこれらの課題が解決されつつあり，製品化に向け一によるものでないと考えられている．この装置において，歩ずつ近付いている．近い将来，プラズマの医療応用のさガスプラズマは，反応後に残った過酸化水素ガスを分解す

きがけとしてプラズマ滅菌法が実用化されると期待される目的に使われている．これに対して，酸素，窒素，希ガ

る．

ス（アルゴンやヘリウム）などの気体自体は不活化効果を持たないもののガスプラズマを用いて病原体の不活化に成功した研究が報告されている（表３）．これらはガスプラ
ズマによる不活化効果と考えられる．一方，プリオンの不活化に成功した論文は報告されていないが，最近著者らは窒素ガスプラズマによりプリオンの不活化に成功している（未発表）．今後，ガス種，圧力，電力量，ガスプラズマ発生方式などを変化させ，病原体の効率的な不活化条件を解
５１１

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.91, No.8 August 2015

表３

病原体の抵抗性とプラズマによる不活化．

病原体の分類
プリオン
細菌芽胞

病原体名
CJD, BSE, Scrapie
Geobacillus, Clostridium

代表的なプラズマによる不活化効果を示す学術論文報告

原虫オーシスト蠕虫卵
マイコバクテリア
小型ノンエンベロープウイルス
原虫シスト
真菌胞子

Cryptosporidium
Ascaris, Enterobius
Mycobacterium tuberculosis
Poliovirus, Parvovirus
Giardia, Acanthamoeba
Aspergilus, Penicillium

グラム陰性細菌
真菌栄養細胞蠕虫および原虫の栄養細胞
大型ノンエンベロープウイルス

Pseudomonas, Escherichia
Aspergillus, Candida
Ascaris, Cryptospordium
Adenovirus, Rotavirus

グラム陽性細菌
エンベロープウイルス

Staphylococcus, Steptococcus, Enterococcus
HIV, HBV, HSV

H. Shintani et al., Biocontrol Sci. 12,131 (2007).; N. Hayashi et al., Jpn. J. Appl. Phys. 45, 8358 (2006).
J. Hayes et al., J Microbiol Methods. 94, 325 (2013).

H. Hashizume et al., Jpn. J. Appl. Phys. 52, 056202 (2013).;
C. Pignata et al., J. Appl. Microbiol. 116, 1137(2014).
A. Svetlana et al., J. Med. Microbiol. 60, 75 (2011).
P. Brun et al., PLoS One 7, e33245 (2012).
J. Hayes et al., J. Microbiol. Methods 94, 325 (2013).
J. Zimmermann et al., J. Phys. D Appl.Phys. 44, 505201(2011).
K. Kawamura et al., Microbiol.Immunol. 56, 431 (2012).
P. Brun et al., PLoS One 7, e33245 (2012).

＊一般に抵抗性が高いとされているものほど，上の位置に記載している．
＊過酸化水素ガスプラズマ装置の報告は過酸化水素による不活化効果のものであるため，含めていない．
＊空欄は報告のないもの．
CJD: Creutzfeldt-Jakob disease; BSE: Bovine spongiform encephalopathy; HIV: Humanimmunodeficiency virus; HBV: Hepatitis B virus; HSV:
Herpes simplex virus

予稿集, 08-085.
［１９］G.A. Wells et al., Vet. Rec. 121, 419 (1987).
［２０］R.G. Will et al., Lancet 347, 921 (1996).
［２１］vCJD, Variant Creutzfeldt-Jakob Disease Current Data
(June 2014), http://www.cjd.ed.ac.uk (2014).
［２２］S. Brandner and Public Health England Press Office,http : / / www. bmj. com / press-releases / 2013 / 10 / 14 /researchers-estimate-one-2000-people-uk-carry-variantcjd-proteins (2013).
［２３］作道章一：防菌防黴 38, 149 (2010).
［２４］作道章一：防菌防黴 42, 677 (2014).
［２
５］水澤英洋，黒岩義之：「プリオン病感染予防ガイドライン２００
８年度版（厚生労働科学研究費補助金・難治性疾患克服研究事業）」プリオン病および遅発性ウイルス感染症に関する調査研究班，http://prion.umin.jp/guideline/cjd̲2008all.pdf (2008)［２６］G. Fichet et al., Lancet 364, 521 (2004).
［２７］C. Roberts and P. Antonoplos, Am. J. Infect. Control 26,
94 (1998).
［２８］K. Vickery et al., J. Hosp. Infect. 41, 317 (1999).
［２９］S. Roth et al., J. Appl. Microbiol. 108, 521 (2010).
［３０］Y.F. Hong et al., Lett. Appl. Microbiol. 48, 33 (2009).
［３１］J. Okpara-Hofmann et al., J. Hosp. Infect. 59, 280 (2005).

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［２］N. Hayashi et al., IEEE Trans. Plasma Sci. 36, 1302-1303(2008).
［３］K. Yoshino et al., Vacuum 93, 84 (2013).
［４］H. Liu, J. Chen: Applied Surface Science, 254, 1815-1821(2008).
［５］A. Bol'shakov et al., AIAA Journal 42, 823-832 (2004).
［６］M. Nagatsu et al., Appl. Phys. Lett. 86, 211502 (2005).
［７］M.K. Singh et al., New J. Phys. 11, 115027 (2009).̲
［８］K. Stapelmann et al., J. Phys. D Appl. Phys. 41, 192005(2008).
［９］F. Rossi et al., New J. Phys. 11, 115017 (2009).
［１０］N. Hayashi et al., IEEE Trans. Plasma Sci. 39, 2976 (2011).
［１１］M. Nagatsu et al., Appl. Phys. 86, 211502 (2005).
［１２］Y. Zhao et al., Appl. Phys. 98, 191501 (2011).
［１３］山口範博ら：医機学 74, 49 (2004).
［１４］S. Ohshiro et al., J. Photopolym. Sci. Technol. 26, 533 (2013).
［１５］大城盛作ら：２０１
２年度色材研究発表会講演要旨集，20
A08.
［１６］大城盛作ら：JIEP 関西ワークショップ２
０
１
４要旨 No.8.
［１７］山川 裕ら：第７５回応用物理学会秋季学術講演会講演予
稿集，08-084.
［１８］菱川敬太ら：第７５回応用物理学会秋季学術講演会講演

５１２

Current Trend of Medical Sterilization and Disinfection Methods Using Plasmas!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

!!!!!!!!!!!!!!

どう

あき

かず

琉球大学・医学部・准教授．２
０
０
４年東京大
学大学院にて博士（農学）を取得．大阪大
学微生物病研究所特任研究員，助手，助教
を経て，２
０
０
９年より現職．主な研究分野は，ウイルスやプリオン病原体の不活化法の開発，感染メカニズ
ムと病原性発現機構の解明．最近は医学系学会よりも応用物
理学系学会への参加が多くなっている．

しろ

せい

さく

!サクラクレパス PI（Plasma Indicator）事業部課長．１９
７
２年大阪生まれ．近畿大学大学院工学研究科応用科学専攻１
９
９
５年修了，
金属表面処理メーカー・医薬品製造プラン
トメーカー勤務の後，近畿大学分子工学研究所を経て２００
３年!サクラクレパス入社，２
０
１
５年より現職．可逆熱変色材料・インジケータ開発に従事，現在プラズマインジケータの企
画・技術営業を担当．趣味は読書（８０年代 SF）．

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
はやし

のぶ

林

信 哉

や

!!!!!!!!!!!!!

さく作 道 章 一!!!!!!!!!!!!!!

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

!!!!!!!!!!!!!!!!

主な専門は，動脈硬化測定，プラズマを用いた滅菌などの機器の研究・開発．最近はプラズマの新たな利用方法を模索しています．

!!!!!!!!!!!!!

!!!!!!!!!!!!!!

サラヤ株式会社商品開発本部ユニット
長．１
９
７
６年沖縄生まれ．
２
０
１
３年より九州大学大学院総合理工学府博
士課程に社会人ドクターとして在学．

おお大 城 盛 作九州大学大学院総合理工学研究院・准教授，プラズマの新規応用に関する研究に従事（医療応用，農業応用，バイオ応用等）．
加えて基礎実験も少々始めました．プラズ
マを巧く応用する鍵はプラズマの基礎知識量であることを痛感させられる日々です．

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

板良敷朝将!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

!!!!!!!!!!!!!!!!

いた ら しきともまさ!!!!!!!!!!!!!!

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

T. Itarashiki et al.

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

Commentary

５１３!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!