Mathematical modeling of the intermembrane electrical system in plasma-stimulated cells

• Project/Area Number: 24K00873
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21010:Power engineering-related
• Research Institution: Tokyo Metropolitan University
• Principal Investigator: 内田 諭 東京都立大学, システムデザイン研究科, 教授 (90305417)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小田 昭紀 千葉工業大学, 工学部, 教授 (70335090) ; 立花 孝介 大分大学, 理工学部, 助教 (10827314)
• Project Period (FY): 2024-04-01 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥18,590,000 (Direct Cost: ¥14,300,000、Indirect Cost: ¥4,290,000); Fiscal Year 2026: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000); Fiscal Year 2025: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2024: ¥8,970,000 (Direct Cost: ¥6,900,000、Indirect Cost: ¥2,070,000)
• Keywords: プラズマ / 細胞 / 数理モデル / 分子動力学法 / 電気等価回路

Outline of Research at the Start

プラズマ生命科学を基盤とする生体細胞への放電照射は、医療・農業・食品分野において様々な細胞機能を惹起する有用な技術である。しかしながら、放電制御パラメータと細胞機能の発現を直接的に関連付ける一般的な理論体系は未だ確立されていない。
本応募研究課題では、細胞膜―内外液層間の電気流体的挙動を数値的に模擬するとともに、放電プラズマ空間から細胞内部までを電気システム的な等価回路として解析する。さらに、計測可能な膜電位や原形質流動の変化との比較を介して、投入電力などの放電制御パラメータと膜浸透係数に代表される粒子輸送機能の定量的相関を明示した数理モデルを構築する。