JPS6232944B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、生体外から生体に必要な鉱物イオン
を選択的に浸透せしめるイオン浸透器に関する。 人体等動植物の生体内には、細胞構成物質が所
定濃度含有されており、そのバランスがくずれる
と正常な生体機能が維持できなくなる。たとえ
ば、動物細胞の内外ではナトリウム，カリウムイ
オン濃度比〔Na⁺〕／〔K⁺〕がそれぞれ異なる一定
値に保たれており、細胞内のナトリウムイオン濃
度が高まると血圧が上昇し、逆にカリウムイオン
濃度が高まると血圧が降下するという性質があ
る。 また、植物細胞中のマグネシウムイオン濃度が
低下すると、葉緑素の生成が阻害され、成育異常
をきたす。同様に動物細胞の鉄イオンや銅イオン
濃度が低下すると貧血をおこす。これら元来生体
内に含有されている元素の濃度調節の他に、通
常、生体内組織に含まれていないが、生体の自己
活性化を促すという意味で重要な元素もある。た
とえばインターフエロンやマクロフアージの誘起
剤として最近注目されているゲルマニウムイオン
やシリコンイオンなどである。これら半導体元素
は選択的に適当濃度生体内に取込まれるならば、
治療上好ましい。 上記したような必要元素イオンの生体内摂取
は、従来食物や薬品類の内服または養分の根から
の吸収や注射・塗布などの外用によつて行なわれ
てきた。しかし、生体細胞膜や原形質膜を通じて
の吸収は生体機構の範囲内で行なわれるため限界
がある。注射などの直接注入法も生体皮膚内に所
定の薬品類を搬入するという意味では効果的であ
るが、注入された薬品の生体細胞内への吸収とい
う点では生体メカニズムが働くため、必らずしも
効果があがらない場合がある。このような問題点
を解決し、生体外から必要な鉱物イオンを生体細
胞内に選択的に供給するために、本発明者は一種
の生体電池現象を利用した「鉱物イオン浸透器」
を先に出願した（特公昭61―55979号）。 本願発明は、前記したような生体に有用な半導
体イオンを生体細胞内に選択的かつ効果的、長期
安定的に供給するためなされたものである。先願
発明同様本願発明も生体電池作用を利用してい
る。 先願発明においては、所望の被浸透イオンを発
生する導電性鉱物と該鉱物よりも高い標準単極電
位を有する導電性鉱物を直接あるいは間接的に電
気的に接続し、前記２種類の導電性鉱物面を各々
生体皮膚面に圧触せしめて生体を介した閉回路を
形成することにより酸化還元反応を利用した鉱物
イオンの発生とイオンの生体内浸透を可能とし
た。 この場合、被浸透イオンの発生と発生イオンの
生体内浸透は前記２種類の導電性鉱物間の標準単
極電位差に依存するので、その作用を一段と効果
的に促進するには、被浸透イオンを発生する導電
性鉱物側が正に偏倚されるような向きに前記２種
類の導電性鉱物間に直流電源を接続することが、
きわめて有効である。 上記２種類の導電性鉱物のうち、標準単極電位
のより低い鉱物乙が半導体単結晶である甲乙間の
電気的接合は、本願発明の目的に叶う効果的なイ
オン浸透器を構成する。すなわち、第６図で示す
ように標準単極電位のより高い導電性鉱物甲が金
属や炭素などの非金属電体である場合｛ａ｝にお
いても、甲が半導体結晶である場合｛ｂ｝におい
ても、甲乙間の電気的接合面には、電位障壁が発
生する。第６図では簡単のために乙は非ドープｎ
型半導体単結晶，甲がｐ型半導体単結晶であると
したが、勿論、これ以外の導電型組合せも同様で
ある。第６図ａの場合界面にはいわゆるシヨツト
キー障壁が、ｂの場合界面にはヘテロ接合障壁が
あり、甲乙の伝導帯底（エネルギーEc）はいず
れの場合も界面で不連続となり、乙の界面領域に
はキヤリアの空乏層が広がつている。第６図はこ
の接合を含む電気回路が閉じていない場合（熱平
衡状態にある場合）のエネルギーバンドダイヤグ
ラムを示すが、皮接手段によつて甲，乙が共に生
体皮膚面に圧着されて導電性閉回路が形成される
と、第７図の如く甲の陽電極効果によつて甲乙界
面の電位障壁は低くなり、乙の伝導帯から甲へ多
数キヤリア電子が流入する。甲へ流入した電子は
圧着点を介して甲より生体皮膚面経由で生体内へ
流入する。ｂの場合乙から甲に流入した電子の一
部はｐ型半導体結晶甲の内部で正孔と再結合消滅
する。生体内では甲の直下領域で注入された電子
による含有鉱物イオン（たとえばFe³⁺イオン）
の還元反応（Fe³⁺→Fe²⁺）が生ずる。しかし、陰
極（乙）側への生体からの電子の流入はない。こ
れは第７図ａ，ｂで示すように生体皮膚面と乙と
の界面に形成されているシヨツトキー障壁が甲の
陽電極効果で逆方向に偏倚される結果、この高い
電位障壁に妨げられて電子が界面にたまるためで
ある。半導体結晶乙から流出した電子および正孔
（乙と生体皮膚面との界面の充満帯エネルギーバ
ンドEvの傾斜によつて正孔は乙から生体皮膚面
へ流出する）を補給するために、半導体結晶乙内
では主として外部から熱エネルギーや光エネルギ
ーを受けて欠陥準位Edが活性化し、図のような
プロセスで電離が生ずる。電離によつて生成した
電子，正孔はそれぞれ濃度拡散によつて矢印の方
向に流れるが、半導体結晶乙は生体との接触面で
生体の触媒作用を受けて不安定な状態にあるた
め、生体との界面領域に流れた正孔の一部はキヤ
リアとして生体皮膚面に流入するのではなく、正
孔を含む生体接触原子面（すなわち陽イオン面）
が陽イオンとして結晶格子から解離し生体内に浸
出する。半導体結晶乙から解離した陽イオンは濃
度拡散によつて生体内に浸透する。 以上、エネルギーバンドダイヤグラムを用いて
説明したように、標準単極電位を異にする２種類
の導電性鉱物の電気的接合が、標準単極電位のよ
り低い導電性鉱物乙として例えば、本願実施例で
示すようなゲルマニユーム，スズ，セレン化銅な
どの半導体単結晶を選んで構成された場合には、
界面でのエネルギーバンド不連続が原因して半導
体結晶乙内で電離を生じ、正孔が生体皮膚面との
界面に流れて界面領域に陽イオン原子面を形成す
るため、被浸透イオン（陽イオン）が発生しやす
い。しかし、標準単極電位を異にする２種類の導
電性鉱物が共に非半導体結晶（たとえば２種類の
金属や１種類の金属と１種類の炭素など非金属鉱
物）の場合には、第８図に示す如く生体への装着
によつて、連続的なエネルギーバンド（伝導帯）
傾斜を生ずるため、乙→甲→生体→乙という閉回
路に沿つて電子流が流れる。この結果、乙と生体
皮膚面との界面領域の乙原子面は生体から供給さ
れる電子によつて中性化されるため陽イオン化割
合が非常に小さくなる。すなわち、このような組
合せは電流源としては有効であつても、イオン源
としてあまり有効ではない。 なお、第６，第７図では半導体結晶乙を単結晶
として扱つたが、粒界サイズが少数キヤリアの拡
散長に比べて充分大きな多結晶でも、単結晶類似
の陽イオン発生効果が得られる。しかし、粒界サ
イズが小さな多結晶や内部歪を包含した多結晶
（たとえば混合焼結体など）の場合は結晶内部の
粒界が活性であり、再結合中心として作用するの
で、第２図の如き電離プロセスで発生した電子―
正孔対が粒界にとらえられ、正孔が生体皮膚面と
の界面へ流れて陽イオンを発生するという機構に
寄与することができない。したがつて、このよう
な場合乙陽イオン源として不適切である。 ところで、生体は皮膚面を介しても温度調節や
新陳代謝（皮膚呼吸や発汗など）を行なつてお
り、また絶えず皮膚面は外界にさらされているの
で、皮膚面における水素イオン指数（PH）は変化
しやすい。浄化された皮膚面（上皮）はほぼ中性
に近いが（ごく弱いアルカリ性）、発汗などで体
内より老廃物が送出されると含有されている尿酸
をはじめとする各種弱酸性物質の作用で皮膚面は
PH６程度の弱酸性となる。また、汗の成分にはPH
を調節するためのアンモニアなどアルカリ性物質
も含まれており、その化学的組成は弱酸性物質と
アルカリ性物質の複雑な混合物である。従つて、
生体皮膚面に圧触された金属類はその影響を受け
る。とくにイオン化傾向の大きな卑金属は、これ
ら化学物質を溶解した水溶液（すなわち汗など）
と接触することによつて容易に酸化され表面が酸
化膜で被覆されやすい。このような酸化反応は温
度が高い程、また汗や老廃物中に含まれる酸性，
アルカリ性化学物質濃度が高い程顕著に進行する
から、人体等哺乳動物皮膚面ではとくに目立つて
くる。酸化された金属面では標準単極電位が低下
して、生体電池作用は阻害される。このために、
前記した先願の「鉱物イオン浸透器」のうちイオ
ン化傾向の比較的大きな卑金属類（標準単極電位
の比較的低い鉱物）を利用した浸透器は長時間連
用に耐えないという欠点があつた。浸透器を構成
する２種類の導電性鉱物電極のうち陰極では、皮
膚接触原子面がイオン化されて発生したイオンが
生体内へ浸透していくため、その都度新鮮な原子
面が露呈する。したがつて、比較的劣化は小さい
が、陽極原子面は体内金属イオンの析出がおきな
い場合絶えず同一原子面が皮膚表面に接触してい
るため、とくに酸化されやすい。これら酸化物の
一部は生体皮膚面を刺戟して「かぶれ」など好ま
しからざる影響を生体に与えることもある。 本発明は、このような先願「鉱物イオン浸透
器」のもつ問題点を解消するために行なわれたも
のである。 この目的を達成するために、本発明では鉱物イ
オン浸透器を構成する２種類の導電性鉱物電極の
うち陽極（標準単極電位のより高い金属）を貴金
属（白金，金，ロジウム，イリジウム，パラジウ
ムおよびこれらの合金）で形成した。貴金属は一
般にPH変化に強く化学的に安定なため、以下の実
施例で示すように長時間連用しても劣化がみられ
ないという特長を示すだけでなく、標準単極電位
が高いため陰極構成半導体結晶との電位差が大き
くなり、したがつて生体に浸透するイオン濃度が
高くなるという利点がある。陽極貴金属は槐状で
用いることも可能であるが、他の導電性物質上に
蒸着等の手法によつて薄膜状に形成して用いても
よい。 以下本発明を実施例に基づいて詳しく述べる。 （実施例その１） 直径５mm，平坦部厚み２mm，錐部最大厚み１mm
の非ドープｎ型単結晶ゲルマニウム円錐状ペレツ
ト（純度99.999％）１を用意し、その平坦部外周
に厚さ１mm，高さ２mmの絶縁性セラミクス２から
成るリングを密着させた。更に該セラミクスリン
グの外周に厚さ２mm，高さ２mmのゲルマニウムよ
り標準単極電位の高い金属３から成るリングを密
着させた。この３重ペレツトの非円錐側底面に、
厚さ約3000Aのアルミニウム膜４を、該底面にお
いてゲルマニウムペレツト１と金属３とが電気的
に接続する如く蒸着し、蒸着面に粘着性テープ５
を貼布した。該粘着性テープ５が皮接手段とな
る。金属３を純銅とした場合（ケースＡ）と、純
金とした場合（ケースＢ）の皮接具を作り、生体
皮膚への装着比較実験を行なつた。 イヌの右肢モモ部の毛を注意深く剃つた後、こ
の部位の皮膚面に上記皮接具をゲルマニウム１お
よび金属３が同時に皮接される如く圧着した。装
着試験は８検体を用い、４検体ずつケースＡ，ケ
ースＢの被験体とした。いずれの検体も皮接具の
装着前は被装着個所をアルコールで洗浄し、皮膚
面を洗浄にしてから皮接した。上記皮接具を装着
した個所直下10mm前後の深さにある静脈より、時
間経過にともなつて、繰返し一定量（２c.c.）の採
血を行ない、血液中のゲルマニウム濃度を調べ
た。実験開始前の血液検査では８検体とも血中の
ゲルマニウム濃度は検出限界以下であつた。装着
実験は360時間継続したが、この間８検体とも皮
接具を装着したままであつた。血中のゲルマニウ
ム濃度の時間経過をケースＡ，ケースＢの各々に
ついて図示したのが第２図である。図の数値は４
検体の平均値を示す。第２図から明らかなよう
に、陽極側金属として銅を用いた場合（ケース
Ａ）は、実験開始後216時間で、ゲルマニウムの
血中濃度がほぼピーク値（約100ppm）に到達
し、それ以降濃度は減少した。これに対して陽極
側金属として金を用いた場合（ケースＢ）は、実
験開始後約360時間で血中ゲルマニウム濃度に飽
和がみられるが、その値は250ppm以上にも達し
ている。実験終了後各検体から皮接具を取りはず
し、皮接具の金属面を調べてみると、金属３とし
て銅を用いたケースＡの皮接具では銅陽極の表面
が黒ずんでおり、また一部青緑色に変色していた
が、金陽極に変化は認められなかつた。したがつ
て、第２図のケースＡにおける血中ゲルマニウム
濃度曲線のピークは、主として銅陽極の表面酸化
による起電力の低下が原因であると考えられる。
また、ケースＡとケースＢにおける血中ゲルマニ
ウム濃度の差異は、用いた陽極金属の雰囲気安定
性の差および標準単極電位の差に起因するものと
考えられる。 第２図は、鉱物イオン浸透器における貴金属陽
極の優位性を端的に示している。 （実施例その２） 第３図に示したように１cm角，厚み0.5mmの平
均粒界サイズが200μｍである多結晶Sn板６およ
びこれより標準単極電位の高い金属３より成る板
を銅線７でハンダ付けし、２mm間隔をあけて銅線
７を含む上記２枚の金属板をバンソウコウ５で貼
布固定した。この皮接具をマウスに装着してイオ
ンの浸透効果を調べた。マウス下肢の毛を注意深
く剃り、アルコール浄化をした後、該部に金属３
の種類を変えた皮接具を装着した。金属３をロジ
ウムとした場合（ケースＣ），パラジウムとした
場合（ケースＤ），金銀１対１合金（Au50at％，
Ag50at％）とした場合（ケースＥ），銅とした場
合（ケースＦ）の各々についてマウス３検体を用
意し、ほぼ同時に上記皮接具を装着した。装着後
280時間を経過して各皮接具を取りはずし、直ち
にSn板６直下のマウス下肢肉（表皮下約５mmの
深さ迄）を摘出して分析し、含有錫濃度の測定を
行なつた。その結果、金属３の種類によつて第１
表に示したような濃度差が検知された。表中の数
値は各ケースとも３検体の平均値を示した。皮接
具を装着しなかつたマウスの下肢肉からは

【表】 Snが検出されなかつたので（検出限界以下）、こ
の結果は皮接具による鉱物イオン浸透効果を示し
ていると考えられるが、金属３としてイオン化傾
向の比較的大きい銅を用いた場合（ケースＦ）の
含有錫濃度は目立つて低い。実験終了後各皮接具
の金属部分を点検すると、Sn板６の表面は一様
に曇りを生じていたが、ケースＣのRh陽極およ
びケースＤのPd陽極には全く変化がみられなか
つた。ケースＥのAu／Ag合金陽極は若干黒ずん
でいた。またケースＦのCu陽極は金属光沢を失
なう程度に黒化度が著しく、一部は青緑色化して
いた。ケースＦではマウス装着部に一部「ただ
れ」がみられた。これらは、マウス生体皮膚面に
おける代謝作用に原因して合金中のAgやCuが酸
化した結果である。とくに、イオン化傾向の大き
い銅の酸化が甚しく、このために皮接具装着後の
早い時期に生体電池作用が失効してSnイオンの
発生浸透が抑制された結果ケースＦでは含有濃度
が目立つて低くなつたものと推定される。 前実施例同様第１表の結果も貴金属陽極採用に
よるすぐれた効果を示している。なお、貴金属陽
極間において錫の浸透作用に差がみられるのは、
標準単極電位の差によるものと考えられる。 （実施例その３） セレン化銅単結晶８およびこれより標準単極電
位の高い金属３よりそれぞれ成る２つの球（直径
３mm）を第４図の如くハンダ９を用いて溶接連結
し、地生しているフキの茎に、バンソウコウ５に
より強く圧着してイオン浸透実験を行なつた。 金属３を純銅とした場合（ケースＧ），白金と
した場合（ケースＨ），および直径３mmの銅球表
面にスパツタリング法を用いて被覆した厚さ約
3000Aのイリジウムとした場合（ケースＩ）の
各々について５検体ずつを用意し、ほぼ同時に装
着して200時間経過後のイオン浸透状況を調べ
た。 実験終了後皮接具を検体からはずし、直ちに装
着部領域を含む長さ１cmの茎を切取り装着しなか
つた比較検体の茎と共に物理分析によつて、茎中
の含有セレン濃度を測定した。各ケースに付き用
意した５検体の平均セレン濃度を第２表に示し
た。皮接具を装着しなかつた比較検体に含有され
るセレン濃度は検出限界（1ppm）以下であつ
た。 どの皮接具を用いた場合においても検体中にセ
レンの含有が認められたことは「鉱物イオン浸透
器」の有用性を示すものである。

【表】 すなわち、これら皮接具セレン化銅陰極８直下
で化合物イオンCu₂Seが発生してフキ茎内に浸透
拡散し、フキ水液中でCu₂Seイオンが更にCuイ
オンとSeイオンとに電離したものと考えられ
る。その一方で陽極金属３直下のフキ茎内では、
フキに含有されている鉱物イオン（たとえば銅イ
オン）の還元が生じているはずである。しかし、
第２表のデータが示す如くケースＧとケースＨ
（あるいはケースＩ）とを比較するとフキ含有の
セレン濃度に著しい差異がみられる。この原因は
主に皮接具に用いた陽極金属３の安定性にあると
考えられる。実際フキから取りはずした皮接具の
金属面を点検すると、ケースＧの銅陽極は黒化し
ていたのに比べて、ケースＨ，Ｉの貴金属陽極に
は全く変化がみられなかつた。含有セレン濃度の
差が非常に大きいことから考えると、銅陽極は装
着後のかなり早い時期に酸化されたため生体電池
機能が停止し、セレン化銅イオンのフキ茎内への
浸透が阻止されたと予測される。フキの生体機構
が働くので、一旦かなり高濃度に浸入したセレン
イオンは実験期間後半で排出されたものと考えら
れる。 （実施例その４） 一方、第４図に示した皮接具に、直列可変抵抗
１０を介してセレン化銅単結晶８側が正に、金属
３側が負に偏倚される如く直流電源１１を付勢
し、第５図に示したような構成の皮接具を作つ
た。第４図の皮接具とイオン浸透効果を比較する
ために、陽極金属３を前実施例ケースＨと同じ白
金とし、これを地生しているフキの茎に圧接装置
して浸透実験を行なつた。 該皮接具をセレン化銅単結晶８および金属（白
金）３が同時にフキ茎に圧着するごとくバンソウ
コウ５デ皮接した後、可変抵抗１０を操作してフ
キ茎を含む閉回路に約1mAの電流が流れるよう
に偏倚した。装着後200時間を経て皮接具をとり
はずし、装着部を含む長さ１cmの茎を切りとつて
分析を行なつた所、５検体のいずれにおいても含
有セレン濃度は10000ppm以上に達し、外部電源
付勢が本発明皮接具によるイオン浸透にきわめて
効果的であることが示された。 以上実施例で詳細に述べたように、本発明の皮
接具は貴金属陽極の採用によつて生体に対する選
択的なイオン浸透を安定，無害，効果的に行なう
ことを可能にした。本発明の皮接具を用いること
によつて、生体の成長促進や治療，あるいは金属
イオン交換を生体外から長期間連続的に行なうこ
とができる。なお上記実施例は、本発明の一部に
ついて述べたものであり、本発明の皮接具を生体
皮膚面の一部だけでなく全体にわたつて適用すれ
ば、生体内のイオン濃度調節がより速やかに行な
い得ることは自明である。

【図面の簡単な説明】

第１図，第３〜第５図は、本発明それぞれ別の
一実施例で用いられる皮接具主要部断面を示す図
であり、第２図は第１図に示した皮接具を用いた
実験データを示す図、第６図ａ，ｂ、第７図ａ，
ｂ、第８図は本発明の説明図である。 図において、１……ゲルマニウムペレツト、２
……絶縁セラミツクス、３……被浸透イオンを発
生する鉱物より標準単極電位の高い金属、５は粘
着テープ（たとえばバンソウコウ）、６……Sn
板、７……銅線、８……セレン化銅、９……ハン
ダ、１１……直流電源である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 標準単極電位を異にする２種類の導電性鉱物
   間を電気的に接続した導電体と、該導電体に貼着
   された皮接手段とから成り、前記２種類の導電性
   鉱物のうち標準単極電位のより高い鉱物（以下甲
   と称する）が、白金，金，ロジウム，イリジウ
   ム，パラジウムから成る群より選んだ１種類また
   はこの群に含まれる金属の合金であり、標準単極
   電位のより低い鉱物（以下乙と称する）が半導体
   結晶より成る被浸透イオンの発生源であり、甲お
   よび乙が各々生体に皮接して用いられるイオン浸
   透器。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の２種類の導電性
   鉱物間に、乙を正に甲を負に偏倚するような向き
   に直流電源を接続したイオン浸透器。