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WO2011093497A1 - プラズマ酸化還元方法及びそれを用いた動植物成長促進方法、並びに動植物成長促進方法に用いるプラズマ生成装置 - Google Patents

プラズマ酸化還元方法及びそれを用いた動植物成長促進方法、並びに動植物成長促進方法に用いるプラズマ生成装置 Download PDF

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WO2011093497A1
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plasma
oxygen species
reduction method
cells
oxidation
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French (fr)
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信哉 林
朱里 中東
正治 白谷
一憲 古閑
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Kyushu University NUC
Saga University NUC
Original Assignee
Kyushu University NUC
Saga University NUC
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Publication date
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01H—NEW PLANTS OR NON-TRANSGENIC PROCESSES FOR OBTAINING THEM; PLANT REPRODUCTION BY TISSUE CULTURE TECHNIQUES
    • A01H3/00—Processes for modifying phenotypes, e.g. symbiosis with bacteria
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/2406—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes
    • H05H1/2431—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes using cylindrical electrodes, e.g. rotary drums

Definitions

  • the present invention relates to a plasma oxidation reduction method, an animal and plant growth promotion method using the same, and a plasma generation apparatus used for the animal and plant growth promotion method, and in particular, a plasma oxidation reduction method that oxidizes or reduces amino acids or proteins using plasma
  • the present invention relates to a method of promoting plant and animal growth using the same, and a plasma generating apparatus used for the method of promoting plant and animal growth.
  • Patent Document 2 a method of promoting the growth, growth and the like of an organism by exposing a living body to negative ions, as in Patent Document 3, a plant using water having a high ozone concentration obtained by plasma discharge.
  • plasma has a high energy level itself, and may destroy or degrade amino acids and proteins that make up the living body, which may cause damage to the living body.
  • Patent No. 4214213 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-325493 JP, 2006-289236, A JP-A-9-172907 Japanese Patent Laid-Open No. 3-72819
  • a plasma redox method comprising oxidizing or reducing an amino acid or protein by reactive oxygen species or active hydrogen in plasma.
  • the active oxygen species contains any one of a singlet oxygen atom, an excited oxygen molecule, or a hydroxyl radical, and the active hydrogen contains an excited hydrogen atom. It is characterized by
  • the active oxygen species is generated by a steam plasma or oxygen plasma
  • the active hydrogen is generated by a steam plasma or hydrogen plasma.
  • the active oxygen species or the active hydrogen is generated by high frequency discharge or microwave discharge.
  • the plasma uses a steam plasma, and the oxidation by the active oxygen species produces a steam pressure of 100 Pa to 150 Pa. It is characterized in that it occurs.
  • the plasma utilizes a steam plasma, and reduction by the active hydrogen occurs in a region where the steam pressure is 3 Pa to 30 Pa. It is characterized by
  • the active oxygen species or the active hydrogen directly oxidizes or reduces the amino acid or the protein. Do.
  • the object having cells having water is irradiated with the active oxygen species to convert the water into hydrogen peroxide, and the hydrogen peroxide is used to convert the water into hydrogen peroxide. It is characterized in that the transcription factor cysteine in cells is oxidized to activate the transcription factor.
  • the object provided with cells having water is irradiated with the reactive oxygen species to convert the water into hydrogen peroxide, and the hydrogen peroxide is used to convert the cells
  • the present invention is characterized by producing a cysteic acid by oxidatively modifying its internal cysteine, and activating the transcription factor in the cell by the cysteic acid.
  • the object to which the reactive oxygen species or the active hydrogen is irradiated is a plant or animal cell.
  • the cells of plants and animals are seeds, and the cells of plants and animals are accommodated in a vacuum container, and reactive oxygen species or active hydrogen is obtained by high frequency discharge or microwave discharge. It is characterized by irradiating animal and plant cells.
  • the size of the outer size of the animal and plant cells is 5 mm or less, and the animal and plant cells are exposed to dielectric barrier discharge in the atmosphere.
  • the plant and animal cells are irradiated with reactive oxygen species or active hydrogen at a distance of 1 to 15 mm.
  • a vacuum vessel In a plasma generating apparatus for use in a method of promoting plant and plant growth, a vacuum vessel, an inductively coupled antenna disposed in the vicinity of the wall of the vessel, and installation means for placing plant and animal cells in a diffusion region of plasma generated by the antenna. And.
  • An electrode for performing dielectric barrier discharge in which a plurality of electrodes coated with a ceramic tube are alternately arranged in parallel in a plasma generating apparatus used for a method of promoting growth of animals and plants, around a metal rod; It is characterized in that the electrode and the plant or animal cell are placed apart by a distance of 1 to 15 mm in the atmosphere.
  • the structure of the amino acid or protein can be highly reproducible and stably controlled with high reproducibility. It becomes.
  • control of promoting or suppressing the growth of a living body becomes possible by this.
  • the plasma generation apparatus of the present invention it is possible to carry out a method of promoting growth of animals and plants in a vacuum vessel or in the atmosphere.
  • FIG. 1 It is a figure which shows an example of the plasma generation apparatus used for the plasma oxidation-reduction method (the animal and plant growth promotion method) of this invention.
  • a steam plasma is produced
  • FIG. 11 is a graph showing current-voltage waveforms in the plasma generation device of FIGS. 9 and 10.
  • FIG. It is a figure explaining the physical relationship of the electrode of a plasma generation device, and a subject.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view taken along arrow YY in FIG. It is a graph explaining the state immediately after atmospheric pressure air plasma irradiation to budding yeast. It is a graph explaining the state 38 hours after plasma irradiation of budding yeast of FIG. It is a graph which shows the increasing tendency of budding yeast with respect to plasma irradiation time. It is a graph which shows the increasing tendency of budding yeast with respect to the number of times of plasma irradiation.
  • the plasma redox method of the present invention is characterized in that an amino acid or protein is oxidized or reduced by reactive oxygen species or active hydrogen in plasma.
  • Reactive oxygen species are activated molecules, atoms, and ions that are generated by plasma and contain oxygen, but singlet oxygen atoms and excited oxygen are used to perform oxidation while suppressing damage to amino acids and proteins.
  • Molecules or hydroxyl radicals are preferably used, and those containing at least one of these are preferred.
  • Active hydrogen is an activated molecule, atom, or ion that is generated by plasma and contains hydrogen, but in order to perform reduction while suppressing damage to amino acids and proteins, excited hydrogen atoms are preferably used. .
  • active oxygen species can be generated by water vapor plasma or oxygen plasma
  • active hydrogen can be generated by water vapor plasma or hydrogen plasma.
  • a high frequency discharge with a frequency of 1 kHz to 100 MHz or a microwave discharge with 2.45 GHz can be used to generate these plasmas.
  • FIG. 1 is a schematic view showing an example of a plasma generation apparatus using high frequency discharge.
  • a stainless steel vacuum vessel C (diameter 20 cm ⁇ length 45 cm)
  • ICP inductive coupling
  • RF radio frequency
  • the plasma generation apparatus is not limited to that shown in FIG. 1, and a method of introducing a microwave into a vacuum vessel by a waveguide instead of the antenna A to generate plasma can be employed.
  • a method of releasing plasma into the atmosphere with a torch plasma such as atmospheric pressure helium torch plasma without using a vacuum container, or a method of generating plasma in the atmosphere by dielectric barrier discharge described later may be employed.
  • the power is weakened to the extent that the amino acid or protein is not damaged in the range where the plasma is lit, and the distance from the plasma generation position to the object to be oxidized and reduced is sufficient It needs to be considered.
  • by utilizing the plasma diffusion region it is possible to perform processing efficiently while suppressing damage to amino acids and proteins.
  • the inside of the vacuum vessel C is evacuated by a vacuum pump as shown by arrow V, and a gas whose pressure is controlled from arrow G is introduced.
  • the pressure of the gas depends on the type of gas to be introduced, but in the case of water vapor, it is adjusted in the range of several Pa to several hundreds Pa.
  • the high frequency voltage applied to the antenna A is adjusted according to the type and pressure of the introduced gas, and the frequency is 1 kHz to 100 MHz and the input power is several tens W to several hundreds W.
  • a plasma generation region and a plasma diffusion region are formed concentrically around the antenna A to which the high frequency voltage is applied.
  • the antenna A In the vicinity of less than 1 cm from the antenna, high energy electrons are filled, and the energy level of the electrons is high around that (within about 5 cm from the antenna), the electric field is not canceled, and the sheath region where plasma is generated is Exists.
  • the periphery thereof about 5 cm or more from the antenna
  • there is a plasma diffusion region in which electrons whose energy level has been reduced are present. For example, when steam is converted to plasma, a large amount of active hydrogen is present in the plasma generation region, and a large number of hydroxyl radicals are present in the plasma diffusion region.
  • FIG. 1 (b) A cross-sectional view taken along line XX in FIG. 1 (a) is shown in FIG. 1 (b).
  • the symbol S is an object to be oxidized and reduced, and for example, an amino acid, a protein, or an object including these is disposed on a calcium fluoride substrate.
  • the arrangement method it is also possible to use one in which seeds or the like are directly mounted, or a powdery amino acid or protein in water is applied and dried on a substrate.
  • a high frequency voltage of 50 W at 13.56 MHz is applied to the antenna A of FIG. 1, water vapor is introduced as the gas G, and the vicinity of the antenna A which is the top of the vacuum vessel of FIG. Furthermore, the spectrum in the lower part of the vacuum vessel remote from the antenna A and in the vacuum vessel was measured. As a result of the measurement, in the reactive oxygen species, a singlet oxygen atom at a wavelength of 777 nm, an excited oxygen molecule at 762 nm, and a hydroxyl radical at 309 nm are observed. In addition, in active hydrogen, excited hydrogen atoms of 486 nm and 656 nm are observed.
  • the abundance based on the spectral strengths of excited hydrogen atoms (H) and hydroxyl radicals (OH) in the vacuum vessel is the water vapor pressure of 100 Pa to 150 Pa It was confirmed that the hydroxyl radical is more than the excited hydrogen atom, and the excited hydrogen atom is more present than the hydroxyl radical when the water vapor pressure is 3 to 30 Pa.
  • conditions under which oxidation by active oxygen species can be expected are preferably in a region where the steam pressure is 100 Pa to 150 Pa.
  • the steam pressure is 100 Pa to 150 Pa.
  • conditions under which reduction with active hydrogen can be expected are preferably in a region where the steam pressure is 3 Pa to 30 Pa.
  • the steam pressure is 3 Pa to 30 Pa.
  • active oxygen species or active hydrogen in a plasma diffusion region separated from a plasma generation electrode by a predetermined distance or more.
  • damage to amino acids and proteins becomes remarkable, and it becomes difficult to effectively exert oxidation / reduction or growth or suppression of animals and plants on these.
  • FIG. 3 shows the spectral changes before and after processing of the Fourier Transform Infrared (FTIR) spectrum of cysteine. Before and after the treatment, the spectrum 1036 cm -1 (-SO 3 H, cysteic acid) specific to cysteine is decreased, which indicates that cysteine is oxidized to change to cystine.
  • FTIR Fourier Transform Infrared
  • FIG. 4 shows the spectral changes before and after processing of the FTIR spectrum of cystine.
  • the spectrum 1036 cm -1 (-SO 3 H) characteristic of cysteine is increased, which indicates that cystine is reduced to cysteine.
  • the amino acids cysteine and cystine can be oxidized and reduced with high reproducibility and stably.
  • Cysteine and cystine are amino acids present in cells, in particular in transcription factors (HSF, Nrf2 etc.), and have a large role in the activation state of transcription factors. By changing the cysteine in the transcription factor to cystine, the transcription factor is activated to accelerate the process of transcribing the genetic information of DNA into RNA.
  • cysteic acid is generated by oxidatively modifying intracellular cysteine (cysteine outside the transcription factor) with the hydrogen peroxide to accumulate heat shock proteins. It is possible to activate transcription factors in the cell by cysteic acid, etc.
  • FIG. 5 shows the plasma irradiation time dependency of the length (stem + root) of radish of radish. It can be seen that the length of radish sprouts increases with the plasma irradiation time.
  • FIG. 6 shows the change in the amount of thiols of Kaiware radish seeds by plasma irradiation. The amount of thiol also increases depending on the plasma irradiation time due to the reduction action by the plasma, and it can be seen that the dependency of the amount of thiol on the plasma irradiation time and the change in the length of the radish root root have a similar tendency. From this, it is possible that the amount of thiol in seeds is related to the growth of plants.
  • FIG. 7 is a measurement of the change in disulfide bond (—S—S—) with respect to the pressure of water vapor, and as the water vapor pressure decreases, the spectrum of disulfide bond increases. This is considered to be an increase in cystine having a disulfide bond.
  • FIG. 8 shows the change in thiol group (—SH) with respect to the pressure of water vapor.
  • the spectrum of thiol group decreases as the water vapor pressure decreases. It is considered that this is because the number of cysteines having a thiol group is decreased and cystine or cysteic acid obtained by oxidatively modifying cysteine is increased.
  • cystine due to active hydrogen is reduced to cysteine.
  • cysteine due to active hydrogen is reduced to cysteine.
  • cysteine Normally, when cysteine alone increases, the growth of the living body is suppressed, but since water vapor is plasmatized, many hydroxy radicals are also present, and the oxidation action also works, as shown in FIG. An increase occurs, or cysteine is oxidized and modified to increase cysteic acid, which together are considered to activate a transcription factor in cells and promote growth.
  • FIG. 9 shows a configuration of electrodes for performing dielectric barrier discharge, in which 20 electrodes made of a stainless steel rod with a diameter of 1 mm and a length of 60 mm are covered with a ceramic tube with an outer diameter of 2 mm. Are alternately arranged.
  • the discharge section is an area where the electrodes are disposed overlapping each other, and is an area of 40 mm in the horizontal direction and 60 mm in the vertical direction in the drawing. Each electrode interval is 1 mm as shown in FIG.
  • the discharge area can be arbitrarily changed by adjusting the length and the number of arrays of the electrodes, and is appropriately adjusted according to the type and amount of the animals and plants to be plasma-treated. Ru.
  • FIG. 10 is a schematic view of a circuit configuration of the plasma generation apparatus of FIG.
  • a pulse voltage is supplied to the discharge electrode of FIG.
  • the power source used in the experiment is LHV-09K manufactured by Logic, the frequency of the applied voltage is 10 kHz, and the peak-to-peak voltage Vp -p is 10 kV.
  • the voltage supplied to the discharge electrode was measured with a high voltage probe, and the current supplied with a Rogowski coil type current probe was measured.
  • a current-voltage waveform for one cycle is shown in FIG. It is also understood from the graph of FIG. 11 that Vp -p is 10 kV and the peak of the discharge current is 0.11 A.
  • FIGS. 9 and 10 plasma treatment was performed on budding yeast as an object to observe changes in growth.
  • an electrode stainless steel rod coated with a ceramic tube
  • a plasma generating device is disposed at a distance G from a glass substrate, which is a sample plate.
  • a cross-sectional view taken along arrow YY in FIG. 12 is shown in FIG.
  • the budding yeast which is a sample (sample) is arrange
  • budding yeast use a budding wild strain (BY21391) to prepare a yeast suspension containing yeast at the concentration shown in Figure 14 (approximately 4 to 5 x 10 5 cells ⁇ mL), and 50 ⁇ L of the suspension is a glass substrate (1 cm ⁇ 1 cm)
  • the sample was placed as a water droplet on a square), the discharge electrode was placed at a distance G of 2 mm from the glass substrate, and plasma irradiation was performed under atmospheric pressure.
  • the plasma non-irradiation and irradiation time were examined about 10 s, 50 s, and 100 s.
  • the object to be plasma treated (or untreated) is placed in a tube per glass substrate, mixed with 0.95 mL of culture medium and cultured as 1 mL.
  • As a culture method shaking (spin) culture was performed, and the yeast concentration was measured with a cell counter.
  • the graph of FIG. 14 shows the state immediately after the atmospheric air plasma irradiation to budding yeast
  • the graph of FIG. 15 shows the state 38 hours after the plasma irradiation of budding yeast.
  • an increase (up to 2 times) in the number of colonies was observed as compared with the case of the non-irradiation.
  • the irradiation time was set to 10 s, 50 s, 100 s, 300 s, and 600 s.
  • the state after 38 hours of culture was evaluated by the number of yeasts when normalized to the case without plasma irradiation as 1. The results are shown in FIG.
  • the plasma redox method of the present invention effectively acts on cysteine and cystine present in the transfer factor as described above, in addition to that, sugars,
  • the effects of promoting the process (glycolytic system) in which acetyl CoA is generated from fatty acid and amino acid, and becoming an environment (such as pH of cytoplasm) in which CoA catalyst is easily activated are presumed.
  • acetyl CoA is oxidized in the TCA cycle to become H 2 O and CO 2 , and the action of ions and radicals in the process of producing NADH and ATP, the pH in the cell changes, etc.
  • the enzyme itself in the cell changes.
  • the cell cycle is promoted or suppressed by oxidation or reduction of cyclin and cyclin dependent kinases, which are proteins that control the cell cycle, and their activity being changed.
  • the dielectric barrier discharge in the atmosphere is performed between the electrodes in FIG. 13 (between the ceramic tubes). Therefore, in order to efficiently supply reactive oxygen species and active hydrogen generated by plasma to the object, the distance G between the electrode and the object shown in FIG. Although the drawing shows the distance to the sample plate, the distance to the object changes depending on the shape of the sample table and the size of the object, so here, the electrode and the object to be processed The distance of is described as G.
  • the distance G is smaller than 1 mm, it is not preferable because amino acids and proteins of animals and plants are easily damaged due to the influence of plasma generated between the electrodes.
  • the reach of reactive oxygen species and active hydrogen is affected by various conditions such as atmospheric pressure and air movement, but if distance G exceeds 15 mm, plasma redox necessary for the animal and plant growth promotion method It has been confirmed that the effect of seldom appears. Therefore, the distance G is preferably set in the range of 1 mm to 15 mm.
  • the size of the object to be treated according to the animals and plants is not particularly limited as long as only the surface of the object is treated, but the size of the outer shape is 5 mm or less when the whole is simultaneously treated. It is preferable to set to.
  • the amino acids and proteins that constitute the living body are controlled using plasma, and in particular, the amino acids and proteins are oxidized or reduced by plasma to form amino acid and protein structures. It becomes possible to provide a plasma oxidation-reduction method that is highly reproducible and can be stably controlled. Moreover, it becomes possible to provide a method of promoting animal and plant growth using this plasma redox method. In addition, it is possible to provide a plasma generation device used in the method for promoting the growth of animals and plants.

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Abstract

　生体を構成するアミノ酸やタンパク質を、プラズマを利用して制御し、特に、アミノ酸やタンパク質をプラズマにより酸化又は還元することで、アミノ酸やタンパク質の構造を再現性が高くかつ安定して制御することが可能なプラズマ酸化還元方法を提供することを目的とする。また、これを用いた動植物成長促進方法、並びに動植物成長促進方法に用いるプラズマ生成装置を提供することを目的とする。　プラズマ中の活性酸素種又は活性水素により、アミノ酸又はタンパク質を酸化又は還元することを特徴とするプラズマ酸化還元方法である。　より好ましくは、該活性酸素種が一重項酸素原子、励起酸素分子、又はヒドロキシルラジカルのいずれか一つを含み、該活性水素が励起水素原子を含むことを特徴とする。

Description

プラズマ酸化還元方法及びそれを用いた動植物成長促進方法、並びに動植物成長促進方法に用いるプラズマ生成装置
　この発明は、プラズマ酸化還元方法及びそれを用いた動植物成長促進方法、並びに動植物成長促進方法に用いるプラズマ生成装置に関し、特に、プラズマを利用してアミノ酸又はタンパク質を酸化又は還元するプラズマ酸化還元方法及びそれを用いた動植物成長促進方法、並びに動植物成長促進方法に用いるプラズマ生成装置に関する。
　近年、プラズマの用途は急速に拡大しており、例えば、医療分野において医療器具の消毒・滅菌にプラズマを利用し、細菌やウイルス等の微生物だけではなく、感染性をもつ難分解タンパク質の分解にも利用されようとしている。本出願人は、その一例として、カテーテルなどの長尺状細管に対する滅菌方法を、特許文献１で開示した。
　他方、以前より、落雷によりある種の農作物（稲、ぶどう）の成長が促進されることが知られている。近年、シイタケ栽培において、シイタケのほだ木にパルス状の電圧を印加することにより、シイタケの収量が増加することが確認され、電圧印加法が実際の栽培に使用されている。
　また、特許文献２のように、生体をマイナスイオンに曝すことにより生物の発育、増殖などを促進する方法、特許文献３のように、プラズマ放電で得られるオゾン濃度の高い水を利用して植物の成長促進させる方法、特許文献４のように、コロナ放電などにより負イオンを発生させ、負イオン化で家畜や魚類などの成長を促進する方法、さらには、特許文献５のように炭酸ガスをプラズマによりイオン化し、直物の成長を促進させる方法などが提案されている。
　しかしながら、放電やプラズマがどのように動植物の成長に寄与しているのかについては、依然として解明がなされておらず、これらの手法も再現性も乏しいため、十分に活用されていないのが現状である。しかもプラズマはそれ自体のエネルギーレベルが高く、生体を構成するアミノ酸やタンパク質を破壊・分解する可能性があり、生体に損傷を与えることが危惧されている。
特許第４２１４２１３号公報 特開２００６－３２５４９３号公報 特開２００６－２８９２３６号公報 特開平９－１７２９０７号公報 特開平３－７２８１９号公報
　本発明が解決しようとする課題は、上述した問題を解消し、生体を構成するアミノ酸やタンパク質を、プラズマを利用して制御し、特に、アミノ酸やタンパク質をプラズマにより酸化又は還元することで、アミノ酸やタンパク質の構造を再現性が高くかつ安定して制御することが可能なプラズマ酸化還元方法を提供することである。また、このプラズマ酸化還元方法を用いた動植物成長促進方法、並びに動植物成長促進方法に用いるプラズマ生成装置を提供することである。
　上述の課題を解決するため、本発明は以下の技術的特徴を有する。
（１）　プラズマ中の活性酸素種又は活性水素により、アミノ酸又はタンパク質を酸化又は還元することを特徴とするプラズマ酸化還元方法。
（２）　上記（１）に記載のプラズマ酸化還元方法において、該活性酸素種が一重項酸素原子、励起酸素分子、又はヒドロキシルラジカルのいずれか一つを含み、該活性水素が励起水素原子を含むことを特徴とする。
（３）　上記（１）又は（２）に記載のプラズマ酸化還元方法において、該活性酸素種は水蒸気プラズマ又は酸素プラズマにより生成され、該活性水素は水蒸気プラズマ又は水素プラズマにより生成されることを特徴とする。
（４）　上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のプラズマ酸化還元方法において、該活性酸素種又は該活性水素が、高周波放電又はマイクロ波放電により発生することを特徴とする。
（５）　上記（１）乃至（４）のいずれかに記載のプラズマ酸化還元方法において、該プラズマは水蒸気プラズマを利用し、該活性酸素種による酸化が、水蒸気圧が１００Ｐａ～１５０Ｐａとなる領域で生じることを特徴とする。
（６）　上記（１）乃至（４）のいずれかに記載のプラズマ酸化還元方法において、該プラズマは水蒸気プラズマを利用し、該活性水素による還元が、水蒸気圧が３Ｐａ～３０Ｐａとなる領域で生じることを特徴とする。
（７）　上記（１）乃至（６）のいずれかに記載のプラズマ酸化還元方法において、プラズマ拡散領域の活性酸素種又は活性水素を用いることを特徴とする。
（８）　上記（１）乃至（７）のいずれかに記載のプラズマ酸化還元方法において、該アミノ酸が細胞内に存在することを特徴とする。
（９）　上記（１）乃至（８）のいずれかに記載のプラズマ酸化還元方法において、該活性酸素種又は該活性水素が、該アミノ酸又は該タンパク質を直接的に酸化又は還元することを特徴とする。
（１０）　上記（１）乃至（８）のいずれかに記載のプラズマ酸化還元方法において、該アミノ酸又は該タンパク質の周囲に水分が存在し、該活性酸素種が該水分を過酸化水素に変化させ、該過酸化水素が該アミノ酸又は該タンパク質を酸化することを特徴とする。
（１１）　上記（１）乃至（１０）のいずれかに記載のプラズマ酸化還元方法において、該アミノ酸が転写因子内に存在することを特徴とする。
（１２）　上記（１）乃至（１１）のいずれかに記載のプラズマ酸化還元方法において、該アミノ酸がシステインまたはシスチンであることを特徴とする。
（１３）　上記（１２）に記載のプラズマ酸化還元方法において、該活性酸素種がシステインを酸化させることを特徴とする。
（１４）　上記（１２）に記載のプラズマ酸化還元方法において、該活性水素がシスチンを還元することを特徴とする。
（１５）　上記（８）に記載のプラズマ酸化還元方法において、水分を有する細胞を備えた対象物に該活性酸素種を照射し、該水分を過酸化水素に変化させ、該過酸化水素により該細胞中の転写因子のシステインを酸化し、該転写因子を活性化させることを特徴とする。
（１６）　上記（８）に記載のプラズマ酸化還元方法において、水分を有する細胞を備えた対象物に該活性酸素種を照射し、該水分を過酸化水素に変化させ、該過酸化水素により細胞内のシステインを酸化修飾することによりシステイン酸を生成し、該システイン酸により該細胞中の転写因子を活性化させることを特徴とする。
（１７）　上記（１）乃至（１６）のいずれかに記載のプラズマ酸化還元方法を用いた動植物成長促進方法である。
（１８）　上記（１７）に記載の動植物成長促進方法において、活性酸素種又は活性水素が照射される対象物は、動植物細胞であることを特徴とする。
（１９）　上記（１８）に記載の動植物成長促進方法において、該動植物細胞は、種子であり、該動植物細胞を真空容器に収容し、高周波放電又はマイクロ波放電により活性酸素種又は活性水素を該動植物細胞に照射することを特徴とする。
（２０）　上記（１８）に記載の動植物成長促進方法において、該動植物細胞は、外形の大きさが５ｍｍ以下であり、該動植物細胞を、大気中、かつ誘電体バリア放電を行うための電極から１～１５ｍｍの距離だけ離して配置して、活性酸素種又は活性水素を該動植物細胞に照射することを特徴とする。
（２１）　上記（２０）に記載の動植物成長促進方法において、該動植物細胞は、液体中に分散されていることを特徴とする。
（２２）　動植物成長促進方法に用いるプラズマ生成装置において、真空容器と、該容器の壁面近傍に配置される誘導結合型アンテナと、該アンテナが生成するプラズマの拡散領域に動植物細胞を設置する設置手段とを有することを特徴とする。
（２３）　動植物成長促進方法に用いるプラズマ生成装置において、金属製棒の周りにセラミック製チューブを被覆した電極を複数本を平行に交互に配置した、誘電体バリア放電を行うための電極と、該電極と動植物細胞とを大気中において１～１５ｍｍの距離だけ離して配置されることを特徴とする。
　本発明のように、プラズマ中の活性酸素種又は活性水素により、アミノ酸又はタンパク質を酸化又は還元するため、再現性が高くアミノ酸やタンパク質の構造を再現性が高くかつ安定して制御することが可能となる。特に、細胞内にあるアミノ酸であるシステインを活性酸素種が酸化したり、シスチンを活性水素が還元することにより転写因子の活性度をコントロールできる。そしてこれにより生体の成長を促進したり抑制するなどの制御も可能となる。さらに、このプラズマ酸化還元方法を用いることで、動植物成長促進方法を提供することが可能となる。また本発明のプラズマ生成装置を用いることで、真空容器中又は大気中で動植物成長促進方法を実施することが可能となる。
本発明のプラズマ酸化還元方法（動植物成長促進方法）に使用されるプラズマ生成装置の一例を示す図である。 図１のプラズマ生成装置で、水蒸気プラズマを生成した際に、水蒸気圧の変化に対する活性水素やヒドロキシルラジカルの存在量の変化を示すグラフである。 システインを酸化処理する前後のＦＴＩＲスペクトル変化を示すグラフである。 シスチンを還元処理する前後のＦＴＩＲスペクトル変化を示すグラフである。 カイワレ大根の長さ（茎＋根）の水蒸気プラズマ照射時間に対する依存性を示すグラフである。 カイワレ大根の種子のチオール量の水蒸気プラズマ照射時間に対する依存性を示すグラフである。 システイン試料のＦＴＩスペクトルにおけるジスルフィド結合の吸光度の水蒸気圧力の依存性を示すグラフである。 システイン試料のＦＴＩスペクトルにおけるチオール基の吸光度の水蒸気圧力の依存性を示すグラフである。 本発明のプラズマ酸化還元方法（動植物成長促進方法）に使用されるプラズマ生成装置の他の一例を示す図である。 図９のプラズマ生成装置の回路構成の概略を示す図である。 図９及び１０のプラズマ生成装置における電流－電圧波形を示すグラフである。 プラズマ生成装置の電極と対象物との位置関係を説明する図である。 図１２の矢印Ｙ－Ｙにおける断面図である。 出芽酵母への大気圧空気プラズマ照射直後の状態を説明するグラフである。 図１４の出芽酵母のプラズマ照射後３８時間経過した状態を説明するグラフである。 プラズマ照射時間に対する出芽酵母の増加傾向を示すグラフである。 プラズマ照射回数に対する出芽酵母の増加傾向を示すグラフである。
　本発明のプラズマ酸化還元方法及びそれを用いた動植物成長促進方法、並びに動植物成長促進方法に用いるプラズマ生成装置について、以下に詳細に説明する。
　本発明のプラズマ酸化還元方法は、プラズマ中の活性酸素種又は活性水素により、アミノ酸又はタンパク質を酸化又は還元することを特徴とする。
　活性酸素種とは、プラズマにより生成され、酸素を含む活性化した分子・原子・イオンであるが、アミノ酸やタンパク質への損傷を抑制しながら酸化を行うためには、一重項酸素原子、励起酸素分子、又はヒドロキシルラジカルが好適に用いられ、これらの少なくとも一つを含むものが好ましい。
　活性水素とは、プラズマにより生成され、水素を含む活性化した分子・原子・イオンであるが、アミノ酸やタンパク質への損傷を抑制しながら還元を行うためには、励起水素原子が好適に用いられる。
　活性酸素種又は活性水素の発生方法としては、活性酸素種は水蒸気プラズマ又は酸素プラズマにより生成され、活性水素は水蒸気プラズマ又は水素プラズマにより生成することが可能である。これらのプラズマの生成には、周波数１ｋＨｚ～１００ＭＨｚの高周波放電や、２．４５ＧＨｚのマイクロ波放電を利用することができる。
　図１は、高周波放電を利用したプラズマ生成装置の一例を示す概略図である。ステンレス製の真空容器Ｃ（直径２０ｃｍ×長さ４５ｃｍ）内には、真空容器の壁面近傍に誘導結合（ＩＣＰ）型のアンテナＡを配置している。アンテナＡは、容量結合（ＣＣＰ）型アンテナとして利用するため、高周波（ＲＦ）電圧が印加され、電流は流さないよう設定されている。
　プラズマ生成装置としては、図１のものに限らず、アンテナＡの代わり導波管によりマイクロ波を真空容器内に導入し、プラズマを生成する方法を採用することができる。また、真空容器を用いずに、大気圧ヘリウムトーチプラズマなどのトーチプラズマで大気中へプラズマを放出する方法、又は後述する誘電体バリア放電などで大気中でプラズマを生成する方法なども採用できる。ただし、高出力のプラズマを利用する場合には、プラズマが点灯する範囲で、アミノ酸やタンパク質を損傷しない程度に出力を弱めると共に、また、プラズマ生成位置から酸化還元される対象物までの距離を十分考慮する必要がある。特に、プラズマ拡散領域を利用することにより、アミノ酸やタンパク質への損傷を抑制しながら効率的に処理を行うことが可能となる。
　図１のプラズマ生成装置では、真空容器Ｃ内を矢印Ｖのように真空ポンプで真空状態とし、矢印Ｇから圧力を制御した気体を導入する。気体の圧力は、導入する気体の種類に依存するが、水蒸気の場合には、数Ｐａ～数百Ｐａの範囲で調整される。アンテナＡに印加される高周波電圧は、導入する気体の種類や圧力により調整され、周波数は１ｋＨｚ～１００ＭＨｚで入力パワーは数十Ｗ～数百Ｗのものが使用される。
　高周波電圧を印加したアンテナＡの周囲には、同心円状にプラズマ生成領域、プラズマ拡散領域が形成される。アンテナから１ｃｍ以内程度の近傍では、高エネルギー電子が充満しており、その周囲（アンテナから約５ｃｍ以内程度）では電子のエネルギーレベルが高く、電場が打ち消されず、プラズマが生成されているシース領域が存在する。そして、その周囲（アンテナから約５ｃｍ以遠程度）では、エネルギーレベルが緩和した電子が存在するプラズマの拡散領域が存在する。例えば、水蒸気をプラズマ化した場合には、プラズマ生成領域には活性水素が多く存在し、プラズマ拡散領域にはヒドロキシルラジカルが多く存在する。
　図１（ａ）のＸ－Ｘにおける断面図を図１（ｂ）に示す。符号Ｓは酸化還元される対象物であり、例えば、フッ化カルシウム基板上にアミノ酸やタンパク質、あるいはこれらを含む対象物が配置されている。配置方法は、種子などを直接載置したり、水溶させた粉末状のアミノ酸やタンパク質を基板上に塗布し乾燥させたものを使用することもできる。
　図１のアンテナＡに１３．５６ＭＨｚで５０Ｗの高周波電圧を印加し、気体Ｇとして水蒸気を導入し、図１（ｂ）の真空容器の上部であるアンテナＡの近傍や、真空容器の中間部、さらには、アンテナＡから離れた真空容器の下部、真空容器内のスペクトル分光を計測した。測定の結果として、活性酸素種では、波長７７７ｎｍの一重項酸素原子、７６２ｎｍの励起酸素分子、さらには、３０９ｎｍのヒドロキシルラジカルなどが観測されている。また、活性水素では、４８６ｎｍや６５６ｎｍの励起水素原子が観測されている。
　次に、水蒸気の圧力を図２のように変化させた場合に、真空容器内の励起水素原子（Ｈ）とヒドロキシルラジカル（ＯＨ）のスペクトル強度に基づく存在量は、水蒸気圧が１００Ｐａ～１５０Ｐａではヒドロキシルラジカルが励起水素原子より多く、水蒸気圧が３Ｐａ～３０Ｐａでは励起水素原子がヒドロキシルラジカルより多く存在していることが確認された。
　このため、プラズマとして水蒸気プラズマを利用する場合には、活性酸素種による酸化が期待できる条件は、水蒸気圧が１００Ｐａ～１５０Ｐａとなる領域が好ましい。当然、気体として酸素を供給する場合には、活性酸素種しか発生しない。ただし、酸素プラズマで酸化する場合には、プラズマのエネルギーレベルにも依存するが、酸素イオンなどが発生し易くなるため、アミノ酸やタンパク質を破壊する危険性も高くなることに留意することが必要である。
　また、水蒸気プラズマを利用する場合で、活性水素による還元が期待できる条件は、水蒸気圧が３Ｐａ～３０Ｐａとなる領域が好ましい。当然、気体として水素を供給する場合には活性水素しか発生しない。
　本発明のプラズマ酸化還元方法及びそれを用いた動植物成長促進方法においては、プラズマ生成電極から所定の距離以上離れたプラズマ拡散領域における活性酸素種又は活性水素を用いることが好ましい。特に、当該電極から所定の距離以内に存在するプラズマ生成領域では、アミノ酸やタンパク質への損傷が顕著となり、これらに対する酸化還元、あるいは動植物の成長や抑制を効果的に作用させることが難しくなる。
　図１の対象物Ｓとしてアミノ酸のシステインとシスチンについて、６０分間の酸化又は還元処理を行った。図３はシステインのフーリエ変換型赤外分光（ＦＴＩＲ）スペクトルの処理前後のスペクトル変化を示している。処理前後では、システインに特有のスペクトル１０３６ｃｍ－１（－ＳＯ３Ｈ，システイン酸）が減少しており、システインが酸化されシスチンに変化したことが窺える。
　図４は、シスチンのＦＴＩＲスペクトルの処理前後のスペクトル変化を示している。処理前後では、システインに特有のスペクトル１０３６ｃｍ－１（－ＳＯ３Ｈ）が増加しており、シスチンが還元されシステインに変化したことが窺える。
　この結果、本発明のプラズマ酸化還元方法を用いることで、アミノ酸のシステインとシスチンについて、再現性が高くかつ安定的に酸化・還元を行うことができることが分かる。
　システインやシスチンは、細胞内に存在するアミノ酸であり、特に転写因子（ＨＳＦ，Ｎｒｆ２等）内に存在し、転写因子の活性化状態に大きな関わりを持っている。転写因子内のシステインをシスチンに変化させることで、転写因子が活性化し、ＤＮＡの遺伝情報をＲＮＡに転写する過程が促進される。
　本発明のプラズマ酸化還元方法では、図３又は４のように、活性酸素種又は活性水素が、アミノ酸又はタンパク質に直接接触することが可能な場合には、これらの対象物を直接的に酸化又は還元することが可能である。
　しかしながら、細胞内のアミノ酸やタンパク質は、その周りに水分が存在するため、ヒドロキシルラジカルなどの活性酸素種は、これらの水分を過酸化水素に変化させる。そして、この過酸化水素が細胞内のアミノ酸又はタンパク質を酸化する働きを有している。
　特に、細胞内の水分を過酸化水素に変化させ、該過酸化水素により該細胞中の転写因子のシステインを酸化し、該転写因子を活性化させることが可能である。
　また、細胞内の水分を過酸化水素に変化させ、該過酸化水素により細胞内のシステイン（転写因子の外部にあるシステイン）を酸化修飾することによりシステイン酸を生成し、ヒートショックプロテインを集積させるなどシステイン酸により、該細胞中の転写因子を活性化させることが可能である。
　このように細胞内の転写因子を活性化することで、細胞内の解糖系、ＴＣＡ回路又は電子伝達系が促進され、生体の成長を促進することが可能となる。また、活性水素は、水分が存在する場合でも、アミノ酸やタンパク質に働きかけ、還元作用を発揮することが可能であり、これがシスチンをシステインに変化させることで、転写因子の活性化を抑制し、結果として生体の成長が抑制される。
　次に、図１の対象物にカイワレ大根の種子（乾燥状態）を用いて、その成長の変化を観察した。プラズマ照射に使用したプラズマ生成装置（直径２０ｃｍ×長さ４５ｃｍのステンレス製真空容器を使用）には、１３．５６ＭＨｚで消費電力５０Ｗの高周波を供給し、気圧８０Ｐａの酸素ガスを用いて、照射時間６０分でプラズマ照射処理を行った。プラズマ照射の効果を比較するため、プラズマ照射のカイワレ大根の種子と未照射の種子とを同じ環境で４日間成長させた。その結果を、表１に示す。なお、各条件毎に３００粒の種子を用いた。表１に示した数値は、各条件毎の平均値である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１の結果からも、本発明のプラズマ酸化還元方法を用いることで、カイワレ大根の成長を大幅に促進させることが可能となることが容易に理解される。
　さらに、同様のプラズマ生成装置で、供給ガスとして水蒸気を数Ｐａ～５０Ｐａの範囲で流入させ、１３．５６ＭＨｚの高周波を印加し、プラズマ生成を行った。このプラズマでカイワレ大根の種子を、図５及び図６に示すような処理時間だけ、プラズマ処理した。プラズマ処理による種子内のチオール量変化を調べるために、チオール定量キット（ANASPEC Thiol Quantification Kit）とマイクロプレートリーダー（Thermo FCskan）を用いた。
　図５にカイワレ大根の長さ（茎＋根）のプラズマ照射時間依存性を示す。プラズマ照射時間とともにカイワレ大根の長さが増加していることが分かる。図６にプラズマ照射によるカイワレ大根種子のチオール量の変化を示す。プラズマによる還元作用によりチオール量もプラズマ照射時間に依存して増加しており、チオール量のプラズマ照射時間依存性とカイワレ大根長さの変化とは同様の傾向にあることが分かる。このことから種子内のチオール量が植物の成長に関係している可能性がある。
　また、水蒸気の圧力を変化させてプラズマ処理した場合において、アミノ酸（システイン試料）の酸化還元特性をＦＴＩＲスペクトルにおける２５７８ｃｍ－１（チオール基）及び５２０ｃｍ－１（ジスルフィド結合）に現れるピーク高で評価した。
　図７は、水蒸気の圧力に対するジスルフィド結合（－Ｓ－Ｓ－）の変化を測定したものであり、水蒸気圧が小さくなるに従い、ジスルフィド結合のスペクルが増加している。これは、ジスルフィド結合を有するシスチンが増加していると考えられる。
　図８は、水蒸気の圧力に対するチオール基（－ＳＨ）の変化を測定したものであり、水蒸気圧が小さくなるに従い、チオール基のスペクトルが減少している。これは、チオール基を有するシステインが減り、シスチン、あるいはシステインを酸化修飾したシステイン酸が増加していることが考えられる。
　図６でチオール量が増加した原因として、活性水素によるシスチンが還元されてシステインに変化することが考えられる。通常、システインのみが増加すると生体の成長は抑制される方向に働くが、水蒸気をプラズマ化しているため、ヒドロキシラジカルも多く存在し、酸化作用も併せて働くため、図７のように、シスチンの増加が発生したり、システインが酸化修飾されてシステイン酸も増え、これらが合わさって、細胞内の転写因子を活性化し、成長を促進していることが考えられる。
　次に、図９に示すプラズマ生成装置を用いて、出芽酵母の成長の変化を調べた。図９は、誘電体バリア放電を行うための電極の構成であり、直径１ｍｍ、長さ６０ｍｍのステンレス製棒の周りに、外径が２ｍｍとなるセラミック製チューブを被覆させた電極を、２０本を交互に配置したものである。放電区間は、電極が重なって配置される領域であり、図の横方向に４０ｍｍ、縦方向に６０ｍｍの領域となる。各電極間隔は、図９に示すように、１ｍｍである。
　図１０のプラズマ生成装置は、電極の長さや配列本数を調整することで、放電領域を任意に変更することが可能であり、プラズマ処理される動植物の種類や量に応じて、適宜、調整される。
　図１０は、図９のプラズマ生成装置の回路構成の概略を示す図である。図９の放電電極に対して、パルス電圧が供給される。実験で使用した電源は、ロジー社製ＬＨＶ－０９Ｋであり、印加電圧の周波数は１０ｋＨｚ、ピーク・トゥ・ピーク電圧Ｖｐ－ｐは１０ｋＶである。高電圧プローブで放電電極に供給される電圧を測定し、ロゴスキーコイル型電流プローブで供給される電流を測定した。１サイクル分の電流－電圧波形を図１１に示す。図１１のグラフからも、Ｖｐ－ｐは１０ｋＶであり放電電流のピークは０．１１Ａであることが理解される。
　図９及び１０のプラズマ生成装置を用いて、出芽酵母を対象物としてプラズマ処理を行い、成長の変化を観察した。図１２に示すように、プラズマ生成装置である電極（ステンレス製棒にセラミック製チューブを被覆させたもの）を、試料台（plate）であるガラス基板から間隔Ｇだけ隔てて配置する。図１２の矢印Ｙ－Ｙにおける断面図を図１３に示す。ガラス基板上に対象物（sample）である出芽酵母を配置している。
　出芽酵母は、出芽野生株（ＢＹ２１３９１）を用い、図１４に示す酵母濃度（約４～５×１０５cells・mL）の酵母浮遊液を作成し、そこから５０μＬをガラス基板（１ｃｍ×１ｃｍの正方形）上に水滴として配置し、ガラス基板からの間隔Ｇが２ｍｍの位置に放電電極を配置して、大気圧中でプラズマ照射を行った。プラズマ照射の影響を評価するため、プラズマ未照射と照射時間が１０ｓ，５０ｓ，１００ｓについて調べた。プラズマ処理（又は未処理）の対象物を、ガラス基板毎チューブに入れ、０．９５ｍＬの培地と混合して１ｍＬとして培養する。培養方法は、振盪（しんとう）培養を行い、酵母濃度は細胞計数盤で計測した。
　図１４のグラフは、出芽酵母への大気圧空気プラズマ照射直後の状態であり、図１５のグラフは、出芽酵母のプラズマ照射後３８時間経過した状態である。プラズマ照射した場合は、未照射の場合と比較し、いずれもコロニー数の増加（最大２倍）が見られた。
　さらに、プラズマ照射時間に対する成長促進の変化を調べるため、照射時間を１０ｓ，５０ｓ，１００ｓ，３００ｓ，６００ｓに設定した。培養３８時間後の状態を、プラズマ未照射のケースを１として規格化した場合の酵母数で評価した。その結果を図１６に示す。
　図１６の結果から、３００ｓまでの照射については、酵母の増殖加速が観測された。特に、１００ｓ付近（５０ｓ～３００ｓの範囲）の照射には、酵母の増殖加速が最大となる値があることが見出された。
　さらに、プラズマを照射する回数を複数回行った場合の効果を評価するため、最初のプラズマ照射から、１０時間毎に合計５回の照射を行った。図１７のグラフが示すように、プラズマを複数回照射場合は、プラズマ照射が１回の場合と比較し、増殖加速効果がより大きくなることが確認された。
　本発明のプラズマ酸化還元方法は、上述したように転写因子内に存在するシステインやシスチンに有効に働きかけていることが理解されるが、それ以外にも、プラズマ中のイオンやラジカルにより、糖、脂肪酸、アミノ酸からアセチルＣｏＡが生成する過程（解糖系）が促進される、ＣｏＡ触媒が活性化し易い環境（細胞質のｐＨ等）になるなどの影響が推察される。また、アセチルＣｏＡがＴＣＡ回路で酸化されＨ２Ｏ、ＣＯ２となり、ＮＡＤＨ，ＡＴＰを生成する過程にイオンやラジカルが作用することや、細胞内のｐＨ等が変化し、酵素の触媒作用が強化されたり、細胞内の酵素自体が変化することも想定される。また、細胞周期を制御するタンパク質であるサイクリンやサイクリン依存キナーゼが酸化または還元され、それらの活性が変化することにより細胞周期が促進または抑制されることも考えられる。
　大気中の誘電体バリア放電は、図１３の電極間（セラミック製チューブ間）で行われている。このため、プラズマで生成される活性酸素種や活性水素を効率良く対象物に供給するためには、図１２又は図１３に示す電極と対象物との距離Ｇが大きく影響する。図面では、試料台（plate)との距離で表示しているが、試料台の形状や対象物の大きさによって対象物との距離は変化するため、ここでは、電極と処理される対象物との距離をＧとして説明する。
　距離Ｇが１ｍｍより小さい場合には、電極間で発生しているプラズマの影響を受け、動植物のアミノ酸やタンパク質などが損傷を受け易くなるため、好ましくない。他方、大気中では、活性酸素種や活性水素の到達距離は、大気圧や空気の動きなど種々の条件に影響を受けるが、距離Ｇが１５ｍｍを超えると動植物成長促進方法に必要なプラズマ酸化還元の効果は、殆んど出現しないことが確認されている。このため、距離Ｇは１ｍｍ～１５ｍｍの範囲で設定することが好ましい。
　また、動植物に係る処理対象物の大きさについては、対象物の表面だけを処理するのであれば、特に大きさは限定されないが、全体を同時に処理する場合には、外形の大きさを５ｍｍ以下に設定することが好ましい。
　以上説明したように、本発明によれば、生体を構成するアミノ酸やタンパク質を、プラズマを利用して制御し、特に、アミノ酸やタンパク質をプラズマにより酸化又は還元することで、アミノ酸やタンパク質の構造を再現性が高くかつ安定して制御することが可能なプラズマ酸化還元方法を提供することが可能となる。しかも、このプラズマ酸化還元方法を用いた動植物成長促進方法を提供することが可能となる。また、この動植物成長促進方法に用いるプラズマ生成装置も提供することが可能となる。
Ａ　アンテナ
Ｃ　真空容器
Ｇ　プラズマ用の気体
Ｓ　対象物

Claims (23)

  1. 　プラズマ中の活性酸素種又は活性水素により、アミノ酸又はタンパク質を酸化又は還元することを特徴とするプラズマ酸化還元方法。
  2. 　請求項１に記載のプラズマ酸化還元方法において、該活性酸素種が一重項酸素原子、励起酸素分子、又はヒドロキシルラジカルのいずれか一つを含み、該活性水素が励起水素原子を含むことを特徴とするプラズマ酸化還元方法。
  3. 　請求項１又は２に記載のプラズマ酸化還元方法において、該活性酸素種は水蒸気プラズマ又は酸素プラズマにより生成され、該活性水素は水蒸気プラズマ又は水素プラズマにより生成されることを特徴とするプラズマ酸化還元方法。
  4. 　請求項１乃至３のいずれかに記載のプラズマ酸化還元方法において、該活性酸素種又は該活性水素が、高周波放電又はマイクロ波放電により発生することを特徴とするプラズマ酸化還元方法。
  5. 　請求項１乃至４のいずれかに記載のプラズマ酸化還元方法において、該プラズマは水蒸気プラズマを利用し、該活性酸素種による酸化が、水蒸気圧が１００Ｐａ～１５０Ｐａとなる領域で生じることを特徴とするプラズマ酸化還元方法。
  6. 　請求項１乃至４のいずれかに記載のプラズマ酸化還元方法において、該プラズマは水蒸気プラズマを利用し、該活性水素による還元が、水蒸気圧が３Ｐａ～３０Ｐａとなる領域で生じることを特徴とするプラズマ酸化還元方法。
  7. 　請求項１乃至６のいずれかに記載のプラズマ酸化還元方法において、プラズマ拡散領域の活性酸素種又は活性水素を用いることを特徴とするプラズマ酸化還元方法。
  8. 　請求項１乃至７のいずれかに記載のプラズマ酸化還元方法において、該アミノ酸が細胞内に存在することを特徴とするプラズマ酸化還元方法。
  9. 　請求項１乃至８のいずれかに記載のプラズマ酸化還元方法において、該活性酸素種又は該活性水素が、該アミノ酸又は該タンパク質を直接的に酸化又は還元することを特徴とするプラズマ酸化還元方法。
  10. 　請求項１乃至８のいずれかに記載のプラズマ酸化還元方法において、該アミノ酸又は該タンパク質の周囲に水分が存在し、該活性酸素種が該水分を過酸化水素に変化させ、該過酸化水素が該アミノ酸又は該タンパク質を酸化することを特徴とするプラズマ酸化還元方法。
  11. 　請求項１乃至１０のいずれかに記載のプラズマ酸化還元方法において、該アミノ酸が転写因子内に存在することを特徴とするプラズマ酸化還元方法。
  12. 　請求項１乃至１１のいずれかに記載のプラズマ酸化還元方法において、該アミノ酸がシステインまたはシスチンであることを特徴とするプラズマ酸化還元方法。
  13. 　請求項１２に記載のプラズマ酸化還元方法において、該活性酸素種がシステインを酸化させることを特徴とするプラズマ酸化還元方法。
  14. 　請求項１２に記載のプラズマ酸化還元方法において、該活性水素がシスチンを還元することを特徴とするプラズマ酸化還元方法。
  15. 　請求項８に記載のプラズマ酸化還元方法において、水分を有する細胞を備えた対象物に該活性酸素種を照射し、該水分を過酸化水素に変化させ、該過酸化水素により該細胞中の転写因子のシステインを酸化し、該転写因子を活性化させることを特徴とするプラズマ酸化還元方法。
  16. 　請求項８に記載のプラズマ酸化還元方法において、水分を有する細胞を備えた対象物に該活性酸素種を照射し、該水分を過酸化水素に変化させ、該過酸化水素により細胞内のシステインを酸化修飾することによりシステイン酸を生成し、該システイン酸により該細胞中の転写因子を活性化させることを特徴とするプラズマ酸化還元方法。
  17. 　請求項１乃至１６のいずれかに記載のプラズマ酸化還元方法を用いた動植物成長促進方法。
  18. 　請求項１７に記載の動植物成長促進方法において、活性酸素種又は活性水素が照射される対象物は、動植物細胞であることを特徴とする動植物成長促進方法。
  19. 　請求項１８に記載の動植物成長促進方法において、該動植物細胞は、種子であり、該動植物細胞を真空容器に収容し、高周波放電又はマイクロ波放電により活性酸素種又は活性水素を該動植物細胞に照射することを特徴とする動植物成長促進方法。
  20. 　請求項１８に記載の動植物成長促進方法において、該動植物細胞は、外形の大きさが５ｍｍ以下であり、該動植物細胞を、大気中、かつ誘電体バリア放電を行うための電極から１～１５ｍｍの距離だけ離して配置して、活性酸素種又は活性水素を該動植物細胞に照射することを特徴とする動植物成長促進方法。
  21. 　請求項２０に記載の動植物成長促進方法において、該動植物細胞は、液体中に分散されていることを特徴とする動植物成長促進方法。
  22. 　動植物成長促進方法に用いるプラズマ生成装置において、真空容器と、該容器の壁面近傍に配置される誘導結合型アンテナと、該アンテナが生成するプラズマの拡散領域に動植物細胞を設置する設置手段とを有することを特徴とする動植物成長促進方法に用いるプラズマ生成装置。
  23. 　動植物成長促進方法に用いるプラズマ生成装置において、金属製棒の周りにセラミック製チューブを被覆した電極を複数本を平行に交互に配置した、誘電体バリア放電を行うための電極と、該電極と動植物細胞とを大気中において１～１５ｍｍの距離だけ離して配置されることを特徴とする動植物成長促進方法に用いるプラズマ生成装置。

    　
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014195450A (ja) * 2013-03-07 2014-10-16 学校法人 名城大学 酵母の増殖方法および酵母の生産方法および酵母の生菌数の制御方法
US9279101B2 (en) 2012-12-21 2016-03-08 Colorado Energy Research Technologies, LLC Systems and methods of improved fermentation
JP2016054657A (ja) * 2014-09-05 2016-04-21 学校法人 名城大学 真核細胞の増殖方法および真核細胞の生産方法
US9382633B2 (en) 2012-12-21 2016-07-05 Colorado Energy Research Technologies, LLC Systems and methods of improved fermentation
US9410258B2 (en) 2012-12-21 2016-08-09 Colorado Energy Research Technologies, LLC Systems and methods of improved fermentation
WO2018207667A1 (ja) * 2017-05-10 2018-11-15 国立大学法人名古屋大学 農作物の生産方法

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9339572B2 (en) 2013-03-15 2016-05-17 EP Technologies LLC Methods and solutions for killing or deactivating spores
CA2993803A1 (en) 2015-07-28 2017-02-02 EP Technologies LLC Scrubbing device for cleaning, sanitizing or disinfecting
CA2996310A1 (en) 2015-08-31 2017-03-09 EP Technologies LLC Generation of antimicrobial wipes using non-thermal plasma
AU2016339825B2 (en) * 2015-10-12 2020-09-17 Applied Quantum Energies, Llc Methods and apparatuses for treating agricultural matter
EP3409282A4 (en) 2016-01-29 2019-08-28 Hikaru Kobayashi SOLID PREPARATION, PROCESS FOR PREPARING THE SOLID PREPARATION AND METHOD FOR PRODUCING HYDROGEN
WO2018037818A1 (ja) 2016-08-23 2018-03-01 小林　光 水素供給材及びその製造方法、並びに水素供給方法
CN110191860A (zh) 2016-08-23 2019-08-30 小林光 调配物与其制造方法、及氢供给方法
WO2018089577A1 (en) 2016-11-10 2018-05-17 EP Technologies LLC Methods and systems for generating plasma activated liquid
JP7141036B2 (ja) * 2018-08-03 2022-09-22 国立大学法人東海国立大学機構 イネの生産方法
JP7097543B2 (ja) * 2018-08-03 2022-07-08 国立大学法人東海国立大学機構 イネの生産方法
JP7258638B2 (ja) * 2019-04-23 2023-04-17 株式会社東芝 プラズマ処理方法、金属膜の形成方法、有機膜の除去方法及びプラズマ処理装置
JP2022115443A (ja) * 2021-01-28 2022-08-09 国立大学法人九州大学 プラズマ処理装置、高周波電力給電回路、およびインピーダンス整合方法
FR3127099B1 (fr) 2021-09-22 2024-01-19 Univ Sorbonne Dispositif de traitement de produits d’origine végétale par un plasma froid
WO2025014379A1 (es) * 2023-07-11 2025-01-16 Loayza Velez Renzo Pio Javier Sistema y metodo bioinductor genetico atomico

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0372819A (ja) * 1989-08-11 1991-03-28 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 植物栽培方法
JP2006289236A (ja) * 2005-04-08 2006-10-26 Sutai Rabo:Kk プラズマ放電処理水生成装置、並びにプラズマ放電水、植物成長促進液、化粧用水、工業用オゾン洗浄水、医療用オゾン殺菌水及び医療用オゾン治療水
JP2006325493A (ja) * 2005-05-26 2006-12-07 Matsushita Electric Works Ltd 生体活性化方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07235523A (ja) * 1994-02-25 1995-09-05 Mitsubishi Electric Corp プラズマ反応装置
AU5761700A (en) * 1999-06-24 2001-01-09 Wisconsin Alumni Research Foundation Cold-plasma treatment of seeds to remove surface materials
JP2006221852A (ja) * 2005-02-08 2006-08-24 Canon Anelva Corp 誘導結合型プラズマ発生装置
KR100749406B1 (ko) * 2005-08-22 2007-08-14 (주)에스이 플라즈마 불용방전 방지를 위한 전극 구조를 갖는 대기압 플라즈마발생장치
US20080233280A1 (en) * 2007-03-22 2008-09-25 Graciela Beatriz Blanchet Method to form a pattern of functional material on a substrate by treating a surface of a stamp
JP5123612B2 (ja) * 2007-08-28 2013-01-23 ペルメレック電極株式会社 導電性ダイヤモンド電極の製造方法及び導電性ダイヤモンド電極を使用する電解方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0372819A (ja) * 1989-08-11 1991-03-28 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 植物栽培方法
JP2006289236A (ja) * 2005-04-08 2006-10-26 Sutai Rabo:Kk プラズマ放電処理水生成装置、並びにプラズマ放電水、植物成長促進液、化粧用水、工業用オゾン洗浄水、医療用オゾン殺菌水及び医療用オゾン治療水
JP2006325493A (ja) * 2005-05-26 2006-12-07 Matsushita Electric Works Ltd 生体活性化方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NOBUYA HAYASHI ET AL., HEISEI 21 NENDO THE JAPAN SOCIETY OF APPLIED PHYSICS KYUSHU SHIBU GAKUJUTSU KOENKAI KOEN YOKOSHU, 21 November 2009 (2009-11-21), pages 85 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9279101B2 (en) 2012-12-21 2016-03-08 Colorado Energy Research Technologies, LLC Systems and methods of improved fermentation
US9382633B2 (en) 2012-12-21 2016-07-05 Colorado Energy Research Technologies, LLC Systems and methods of improved fermentation
US9410258B2 (en) 2012-12-21 2016-08-09 Colorado Energy Research Technologies, LLC Systems and methods of improved fermentation
US9677040B2 (en) 2012-12-21 2017-06-13 Colorado Energy Research Technologies, LLC Systems and methods of improved fermentation
JP2014195450A (ja) * 2013-03-07 2014-10-16 学校法人 名城大学 酵母の増殖方法および酵母の生産方法および酵母の生菌数の制御方法
JP2016054657A (ja) * 2014-09-05 2016-04-21 学校法人 名城大学 真核細胞の増殖方法および真核細胞の生産方法
WO2018207667A1 (ja) * 2017-05-10 2018-11-15 国立大学法人名古屋大学 農作物の生産方法

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Publication number Publication date
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