第 4 章 漏れ波型ばく露装置の開発 28
4.4 放射型ばく露装置に対する漏れ波型ばく露装置の有効性
第4 章 漏れ波型ばく露装置の開発
4.4放射型ばく露装置に対する漏れ波型ばく露装置の有効性
開発した漏れ波型ばく露装置のばく露の均一性は，Ave. ± 5 dBの指標を用いて，先行研究 の近傍界ばく露装置に比べ高い [20]．漏れ波型ばく露装置にばく露される殆どの細胞は，空 間平均値± 5 dB の範囲でばく露される．漏れ波型ばく露装置の電界分布の最大値と最小値 の差と相対標準偏差は，提案されている均一度の30% よりも大きい値である．均一度の指 標の特性は，培地内底面の電界分布にみられるスペックル状のパターンにより影響されてい る．スペックルの幅は 5–10 dBで, Ave. ± 5 dBの幅とほぼ近い．ばく露量の一様性は，ス ペックル状のパターンの変動を低減すると向上する．
表4.4. 周波数60 GHzにおける培地内底面での電界分布の統計量 [20, 40]. 定義は本文中に示す．
ばく露装置 容器直径 RSD Max.-to-Min. Ave. ±3 dB Ave. ±5 dB 吸収電力効率 平板アプリケータ 90 mm 76% 37.2 dB 70% 89% 54%
方形ホーン(far field) [40] 15 mm (no data) 2.7 dB (no data) (no data) 10–15%∗ 方形ホーン(fresnel region) [20] 35 mm 28% 14.8 dB 73% 83% 44%
第3章の放射型ばく露装置 52 mm 44% 9.4 dB 88% 99% 52%
∗ 効率は文献[20]での推定値．
表 4.4 は，培地内の吸収電力の効率について先行研究の放射型ばく露装置 [20, 40] の性能 を示す．培地内の吸収電力の効率は，入力電力に対し，培地内に吸収される全電力の比率 とした．吸収電力の効率は，先行研究による放射型ばく露装置 [20] で 44%であった．比較 した放射型ばく露装置の培養容器とホーンアンテナの開口面の離隔距離は，25 mm でフレ ネル領域である [20]．別の先行研究の遠方界領域のばく露装置は，さらに吸収電力の効率が
低い [20]．漏れ波型ばく露装置の吸収電力の効率は54%で，先行研究に比べて高い効率と
なった．
表 4.4には，さらに，各ばく露装置のばく露される面積である，使用される培養容器の直 径を示す．ばく露装置の目標の一つは，一定の幅の強度の電波を，十分に細胞が存在する 面積内に照射することである．ばく露する面積は，50 cm2が必要とされている [29]．漏れ 波型ばく露装置のばく露面積 64 cm2は，他の放射型ばく露装置に比べて広く，必要なばく 露面積以上となった．本検討で比較しなかった開放終端導波管アプリケータは，狭いビー ム幅で高強度に細胞をばく露する装置として開発されている [62, 63]．開放終端導波管アプ リケータの吸収電力の効率は高いが，そのばく露面積は導波管近傍に限られるため小さい．
開放終端導波管アプリケータは，培養容器全体を照射する目標でないため，比較対象に選ば なかった．
漏れ波型ばく露装置の利点は，電力効率の低減がなく，アプリケータの基板へ温度制御素
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第4 章 漏れ波型ばく露装置の開発
子を直接的に取り付けできることである．一方，放射型ばく露装置の課題点は，放熱素子の 取り付けが容易でないことである．図4.7には，ヒートシンクを取り付けた際の放熱効果を 調べるために，入力電力変化時の定常状態での温度測定結果を示した．温度測定時の漏れ波 型ばく露装置は，商用のインキュベータ (BNR-110, ESPEC Corp., Osaka) の室温 37◦Cに設 定した中に設置した．温度測定器は，蛍光式光ファイバー温度計 (FL-2000, 安立計器株式会 社) を用いた．定常状態は，ばく露開始 50 分後とした．定常状態での温度上昇 ∆T と入力 電力 ∆Pin の比∆T /∆Pin は，線形に近似した直線の傾きから，2.3 ◦C/Wとなった．ヒート シンク (17F146L150, LSI Cooler Co., Ltd., Tokyo)を取り付けた場合，∆T /∆Pinは1.3◦C/W となった．ヒートシンクは，アルミニウム製で，ヒートシンクの冷却方法は，自然空冷とし た．ヒートシンクを取り付けたときの温度上昇は，ヒートシンクがない場合に比べ40%低 減された．能動的に放熱する場合は，ペルチェ素子などの温度制御素子でさらに温度上昇が 低減できる．
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図 4.7. 入力電力に対する定常状態での温度上昇値．定常状態は，ばく露開始 50分後とした．
漏れ波を用いたばく露装置の構造は，周波数 60 GHz 以外の超高周波にも適用できる．他 の周波数に対するばく露装置の寸法は，適度に修正が必要になる．例えば，さらに高い周波 数に対しては，inlet waveguideの長さを短くする必要性があると考えられる．周波数ととも に，ポスト壁導波路の伝送損失は，増加する傾向がある [59]．