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Understanding of Plasma-induced Chemical Reactions at Gas-liquid Interface for the Safety of Plasma Medicine

Research Project

Project/Area Number 19K14967
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 21010:Power engineering-related
Research InstitutionOita University

Principal Investigator

Tachibana Kosuke  大分大学, 理工学部, 助教 (10827314)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywordsプラズマ-液体相互作用 / 気液界面プラズマ / 数値シミュレーション / 速度論的モデル / 分子動力学シミュレーション / 自由エネルギープロファイル / ハロゲン化物イオン / 分子論的モデル / プラズマー液体相互作用 / 気液界面 / 大気圧プラズマ / 短寿命活性種 / 化学反応シミュレーション
Outline of Research at the Start

本研究の最終的な目的は,プラズマを用いた医療応用(プラズマ医療)の安全性を確立することである。プラズマ医療は新たな医療手段として大きな注目を集めているが,そのメカニズムへの理解が十分でないため,安全性に懸念が持たれている。そこで本研究では,プラズマ医療において重要な役割を果たすとされる反応性の高い物質(短寿命活性種)が,水表面でどのように振る舞うかを明らかにする。細胞は通常,水に覆われているため,水表面での短寿命活性種の振る舞いを理解することは非常に重要である。具体的には,数値計算結果と実験結果の比較により,短寿命活性種の表面反応メカニズムを解明することで,プラズマ医療の安全性向上を目指す。

Outline of Final Research Achievements

We irradiated atmospheric pressure plasmas to sodium chloride, bromide, and iodide solutions, performed diffusion reaction simulations based on a kinetic model, and carried out molecular dynamics simulations to investigate gas-liquid interfaces from a microscopic viewpoint. These experiments and simulations indicated a possibility that short-lived active species generated by plasma were able to react with ions only around the topmost layer of the water surface. In addition, although characteristics of the gas-liquid interface, such as free energy profiles, distributions of ion concentrations, and charge density distributions, were not considered in conventional kinetic models, these characteristics would be probably important to better understand the plasma-induced chemical reactions at the gas-liquid interface.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の成果はプラズマ医療のメカニズム解明および安全性確立に大きく寄与するものだと考えられる。プラズマ医療とは物質の第4の状態であるプラズマを用いた新しい医療手法であり,病原菌の殺菌,がん細胞の死滅誘導,外傷の治療促進などが実現可能である。しかし,そのメカニズムへの理解が十分ではないため,安全性に懸念が持たれている。本研究の成果は,プラズマ医療のメカニズムに対して新たな知見をもたらすものであり,ひいてはプラズマ医療の安全性向上および実用化に大きく貢献するものだと考えている。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (5 results)

All 2022 2020 2019

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Understanding of chemical reactions induced by argon plasma in contact with sodium halide solutions: importance of surface properties for plasma?liquid interactions2020

    • Author(s)
      Kosuke Tachibana, Koichi Yasuoka
    • Journal Title

      Journal of Physics D: Applied Physics

      Volume: 53 Issue: 12 Pages: 125203-125203

    • DOI

      10.1088/1361-6463/ab5ebe

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] プラズマ中の希ガスイオンが水面に衝突する際の挙動に関する分子動力学シミュレーション2022

    • Author(s)
      立花孝介,小田昭紀,八木一平,内田諭
    • Organizer
      第23回静電気学会春期講演会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] ハロゲン化ナトリウム水溶液に接する直流アルゴンプラズマのハロゲン・過酸化水素生成特性2020

    • Author(s)
      末永 智規,立花 孝介,古木 貴志,市來 龍大,金澤 誠司,内田 諭
    • Organizer
      第44回静電気学会全国大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 直流アルゴンプラズマにより生成された短寿命活性種の気液界面における反応領域2019

    • Author(s)
      立花 孝介,古木 貴志,市來 龍大,金澤 誠司,内田 諭
    • Organizer
      第43回静電気学会全国大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] Numerical simulation for penetration depth of OH radicals at plasma-liquid interface2019

    • Author(s)
      Kosuke Tachibana, Takashi Furuki, Ryuta Ichiki, Seiji Kanazawa, Satoshi Uchida
    • Organizer
      The 11th Asia-Pacific International Symposium on the Basics and Applications of Plasma Technology (APSPT-11)
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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