大気圧非平衡プラズマジェットを用いた治療用活性酸素・窒素種の選択的高効率生成
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22K03956
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 19020:Thermal engineering-related
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| Research Institution | Gifu National College of Technology |
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Principal Investigator |
石丸 和博 岐阜工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (60232344)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | 大気圧非平衡プラズマ / プラズマジェット / 活性酸素種 / 化学プローブ法 / 活性窒素種 / プラズマ治療 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、「がん」をはじめとする生体患部に対して、効果的・効率的に治療を行える手法の確立を目指し、治療に影響を与える化学種生成に、酸素、窒素、水を原料とした同軸二重管による大気圧非平衡プラズマジェットを用いる。これはプラズマジェットの状態を、電気的、そして熱・流体工学的両側面からの相乗効果によって高度に制御するものであり、治療に大きな影響を与える活性窒素・酸素種を選択的かつ効率的（短時間）に生成する方法となることが考えられる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
「がん」をはじめとする生体患部に対して、低侵襲性で治療を行える手法の確立を目指し、治療に影響を与える化学種である活性酸素・窒素種を効率的かつ選択的に生成のために、同軸二重管による大気圧非平衡プラズマジェットを用いる方法を提案した。この手法は電気的、熱・流体工学的両側面からの効果により高度に制御することが可能である。2023年度においては同軸二重管大気圧非平衡プラズマジェットを用いた「活性酸素種の生成とその計測」および「アルゴン（Ar）ガスを動作ガスとした場合の特性」を主に行った。
「活性酸素種の生成とその計測」では，ヘリウム（He）を動作ガスとする同軸二重管大気圧プラズマジェットを用い，周囲空気の成分を原料に活性酸素種の生成を試みた．特に水蒸気成分の分解によって活性度が高い OH ラジカルの発生を He の供給条件ごとに確認 することができ，本プラズマジェットの制御性・有効性を示唆することができた．これには、OHラジカルの捕捉剤であるテレフタル酸の紫外線の蛍光による化学プローブ法を用いた。外側層の流速の絶対量，内側層の流速の絶対量，内側層と外側層の流速の差によって，He の流れ状態・濃度分布が 決まり，これによってプラズマジェットの形態が決まる。そしてこれが，OH ラジカルを代表とする活性酸素種の生成に大きな影響を与えることが明らかになった。
「Arガスを動作ガスとした場合の特性」では、安価で入手が容易なArガスを動作ガスとして用い、片方の電極を内側菅内挿型とした構造を採用して同軸二重管大気圧非平衡プラズマジェットを実現し、その特性を調査した。Arガスの放電開始電圧は高く、Heガスを用いた場合と比較して、同等な性能が得られるまでには至らないが、条件を限定することでArガスが空気よりも比重が大きいことを利用した治療に有利なジェットの生成につながることが示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究におけるプラズマジェットを安定的に生成するためには多量のヘリウム（He）ガスを必要とするが、現在、世界的なHeガス不足により、Heガスを購入することが非常に困難な状態にある。そのため、別の貴ガスであるアルゴン（Ar）ガスの利用を試み、これに成功した。そこで、これまでのHeガスを利用した研究成果を踏まえ、Arガスを動作ガスとした研究に一部をシフトし、昨年までの遅れを取り戻しつつある。
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| Strategy for Future Research Activity |
2023年度まで十分に行えていない活性窒素種の生成に関し、発光分光分析を用いて、各種条件の特性を明らかにする。
また、発光分光分析では、基本的に最終状態を知ることはできるが、その過程を知ることは難しい。そこで、まず、放電進展過程のシミュレーションを行い、放電プラズマ中で生成される励起活性種の種類と量を予測する。次に、同軸二重管ジェットにおいて、Heを主ガスとした場合の流れ場解析を行う。そして、同軸二重管の外側環状層と内側円形層での２つのプラズマ中で生成される化学種と、流れにより発生する混合効果（周囲空気との混合も含めて）によって生じる化学反応の計算機シミュレーションを行う。そして、これらのシミュレーション結果と先の実験結果との対応から、各条件によるRNOS（活性酸素・窒素種）生成のメカニズムを熱分子論的に明らかにする。
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Report
(2 results)
Research Products
(3 results)
