マイクロプラズマ・液体界面によるバイオメディカル・新材料の機能創発

• Project Area: Plasma medical innovation
• Project/Area Number: 15H00903
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kyushu University (2016); Shibaura Institute of Technology (2015)
• Principal Investigator: 山西 陽子 九州大学, 工学研究院, 教授 (50384029)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000); Fiscal Year 2016: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2015: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
• Keywords: BioMEMS / マイクロTAS / 機械知能 / バイオMEMS / マイクロナノデバイス / マイクロバブル / 反応性気液界面 / 遺伝子導入 / タンパク質結晶化

Outline of Annual Research Achievements

本研究は新学術領域公募班におけるH25－26年度の研究成果の一つである電界誘起気泡を発展させマイクロプラズマ・液体界面による遺伝子導入や癌細胞アポトーシス等を目的としたバイオメディカル分野に貢献する実用化デバイスの製作，及びプラズマ活性種凝集を利用した新機能材料生成への応用研究を目標として研究を行いました．
具体的な研究成果として，申請者の発明であるプラズマ誘起気泡を用いたダイナミックレンジの大きな固さを有する対象への穿孔・試薬導入技術を確立し，さらに独自開発であるプラズマ活性種を凝集・循環する機能を持った3次元循環流路を用いることにより循環中の流路内に存在するプラズマ活性種を含む溶液を利用してたんぱく質結晶生成に成功しました．このプラズマ誘起気泡によるタンパク質結晶生成において，結晶品質のX線解析を行いコントロールである蒸気拡散法の条件と変わらない品質であることも確認しました．
さらにこのプラズマ気泡を利用した3次元循環流路を用いることにより，気液界面の活性種を利用して低侵襲かつハイスループットな細胞への遺伝子導入へ応用できることもわかりました．このデバイスを利用することにより，これまで遺伝子導入が困難であった酵母や藻類細胞への遺伝子導入への可能性が高まり，基礎実験結果ではその実現性を大きくサポートできる結果が出たことにより今後の展開が期待される新しい遺伝子導入技術が生み出される結果となりました．
このような高負付加価値膜面の生成技術の開発により，バイオ・電子・化学・材料等の広い分野に貢献する可能性が広がりました．

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Electrohydrodynamic Conduction Pump with Asymmetrical Electrode Structures in the Microchannels (2017)
  • Author(s): T.Sato, Y. Yamanishi, et. al.,
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: 46 Issue: 7 Pages: 950-952
  • DOI: 10.1246/cl.170217
  • NAID: 130005709544
  • ISSN: 0366-7022, 1348-0715
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Synthesis of calcium oxalate crystals in culture medium irradiated with non-equilibrium atmospheric-pressure plasma (2016)
  • Author(s): N. Kurake., et. al.,
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 9 Issue: 9 Pages: 096201-096201
  • DOI: 10.7567/apex.9.096201
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 電界誘起気泡による針なし注射器 (2015)
  • Author(s): 山西陽子
  • Journal Title: 自動車技術 Volume: 69 Pages: 86-87
  • Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Gene transfer by circulating plasma-bubble flow (2017)
  • Author(s): Y. Yamanishi, R. Tanaka, Y. Arakawa and Y. Nakatsu
  • Organizer: The 28th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS2017)
  • Place of Presentation: ラスベガス，アメリカ
  • Year and Date: 2017-01-22
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Emerging Functions of Plasma-Induced Bubbles (2016)
  • Author(s): Yoko Yamanishi
  • Organizer: 2016 MRS Fall Meeting&Exhibit
  • Place of Presentation: ボストン，アメリカ
  • Year and Date: 2016-11-27
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Gene transfer by circulating plasma-bubble flow (2016)
  • Author(s): Y. Yamanishi1, Y. Arakawa, K. Ohtonari
  • Organizer: 6th International Conference on Plasma Medicine (ICPM-6)
  • Place of Presentation: Bratislava, Slovakia
  • Year and Date: 2016-09-04
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] High-speed and High-throughput Protein Crystallization and Ablation by Electrically-induced Bubbles (2016)
  • Author(s): Katsuyuki Hayashi, Takudo Shu, So Takasawa and Yoko Yamanishi
  • Organizer: 11th IEEE Annual International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems (NEMS)
  • Place of Presentation: Matsushima, Sendai
  • Year and Date: 2016-04-18
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] High-throughput Injection by Circulating Plasma-Bubbles Laden Flows (2016)
  • Author(s): Keishi Ohtonari, Yuta Arakawa, Hiroki Ogata, Daisuke Tujimoto and Yoko Yamanishi
  • Organizer: 11th IEEE Annual International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems (NEMS)
  • Place of Presentation: Matsushima, Sendai
  • Year and Date: 2016-04-18
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] プラズマ誘起気泡によるバイオメディカル応用 (2016)
  • Author(s): 山西 陽子
  • Organizer: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東京工業大学，大岡山，東京，日本
  • Year and Date: 2016-03-20
  • Invited
• [Presentation] プラズマバブルによる遺伝子導入 (2016)
  • Author(s): 大隣啓志 ，尾形宏輝 ，辻本大介 ，山西陽子
  • Organizer: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東京工業大学，日本
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] High Dynamic Ablation and Injection by Electric Cavitation for Wide Range of Materials (2016)
  • Author(s): Kazuki Takahashi, Yuta Arakawa, and Yoko Yamanishi
  • Organizer: 28th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS2016)
  • Place of Presentation: Shanghai, CHINA
  • Year and Date: 2016-01-25
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Fabrication of 3D-Electrode as Injector of Reagent-laden Bubbles (2016)
  • Author(s): Takuya Kambayashi, Yoko Yamanishi
  • Organizer: Asia-Pacific Conference of Transducers and Micro-NanoTechnology 2016 (APCOT2016)
  • Place of Presentation: Kanazawa, Japan
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] In-Situ Cellular-Scale Injection for Alive Plants by Micro-Bubble Injector (2016)
  • Author(s): Sohei Itabashi, Takuya Kambayashi, Takatoshi Shimamura, Kazuki Takahashi, Yoko Yamanishi
  • Organizer: 11th IEEE Annual International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems (NEMS)
  • Place of Presentation: Matsushima, Japan
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] High-throughput Injection by Circulating Plasma-Bubbles Laden Flows (2016)
  • Author(s): Keishi Ohtonari, Yuta Arakawa, Hiroki Ogata, Daisuke Tsujimoto and Yoko Yamanishi
  • Organizer: 11th IEEE Annual International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems (NEMS)
  • Place of Presentation: Matsushima, Japan
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] High-speed and High-throughput Protein Crystallization and Ablation by Electrically-induced Bubbles (2016)
  • Author(s): Katsuyuki Hayashi, Takudo Shu, So Takasawa and Yoko Yamanishi
  • Organizer: 11th IEEE Annual International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems (NEMS)
  • Place of Presentation: Matsushima, Japan
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Emerging Functions of Electrically-induced Bubble Injector (2016)
  • Author(s): Yoko Yamanishi
  • Organizer: 11th IEEE Annual International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems (NEMS)
  • Place of Presentation: Matsushima, Japan
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 針のない注射器の実現に向けたマイクロ流体を用いたインジェクション技術の開発 (2016)
  • Author(s): 山西陽子
  • Organizer: 精密工学会, 次世代センサ・アクチュエータ委員会, 技術講演会
  • Place of Presentation: 東京， 日本
  • Invited
• [Presentation] プラズマとマイクロバブルによるバイオメディカル応用 (2016)
  • Author(s): 山西陽子
  • Organizer: JIEP最先端実装技術シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京，日本
  • Invited
• [Presentation] 電界誘起気泡による機能性界面 (2016)
  • Author(s): 山西陽子
  • Organizer: (公財)科学技術交流財団 第4回研究会「界面プラズマ・ものづくり研究会」
  • Place of Presentation: 名古屋，日本
  • Invited
• [Presentation] 電界誘起気泡による機能創発 (2016)
  • Author(s): 山西陽子
  • Organizer: 光部品生産技術部会 - 日本オプトメカトロニクス協会
  • Place of Presentation: 東京，日本
  • Invited
• [Presentation] 針のない注射器の実現に向けたマイクロ流体を用いたインジェクション技術の開発 (2016)
  • Author(s): 山西陽子
  • Organizer: 科学技術・学術政策研究所主催講演会
  • Place of Presentation: 東京，日本
  • Invited
• [Presentation] 液中プラズマと気泡圧壊による高アスペクト比加工への研究 (2016)
  • Author(s): 笹川 勇輝, 荒川 佑太, 山西 陽子
  • Organizer: ROBOMECH 2016, (社)日本機械学会ロボメカ部門
  • Place of Presentation: 横浜，日本
• [Presentation] 電界誘起気泡とプラズマキャビテーションによるバイオ応用 (2015)
  • Author(s): 山西 陽子
  • Organizer: 化学工学会反応工学部会 講演会「プラズマ利用の現状と課題」
  • Place of Presentation: 群馬大学理工学部太田キャンパス,日本
  • Year and Date: 2015-12-25
  • Invited
• [Presentation] Concentration and Extraction of Plasma-induced Radical Species for Protein Crystallization (2015)
  • Author(s): Yoko Yamanishi , Takuya Kobayashi
  • Organizer: 2015 MRS Fall Meeting&Exhibit
  • Place of Presentation: Boston, U.S.A
  • Year and Date: 2015-12-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] プラズマ気泡による新液中マイクロ加工と力計測 (2015)
  • Author(s): 荒川 佑太，辻本 大介，山西 陽子
  • Organizer: 第32回 「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム（電気学会）
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ,新潟，日本
  • Year and Date: 2015-10-30
• [Presentation] Extract of Radical Species by Criculating Reactive Interface of Microfludic Chip for Protein Crystallization (2015)
  • Author(s): Takuya Kobayashi, Keishi Ohtonari and Yoko Yamanishi
  • Organizer: micro-TAS 2015
  • Place of Presentation: 慶州，韓国
  • Year and Date: 2015-10-28
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 電界誘起バブルインジェクターによる多種生体試料への試薬パターニング (2015)
  • Author(s): 高橋 和基，山西 陽子
  • Organizer: 第39 回静電気学会全国大会
  • Place of Presentation: 首都大学東京，東京，日本
  • Year and Date: 2015-09-25
• [Presentation] Processing Biological Material by Combination of Cavitation and Plasma Irradiation (2015)
  • Author(s): Yuta Arakawa, Yuki Sasagawa, Daisuke Tsujimoto, Yoko Yamanishi
  • Organizer: AEPSE2015
  • Place of Presentation: Jeju, Korea
  • Year and Date: 2015-09-22
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 液中プラズマ気泡誘起によるタンパク質結晶生成 (2015)
  • Author(s): 小林 卓矢, 山西 陽子
  • Organizer: 第76回応用物理学会 秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 名古屋，日本
  • Year and Date: 2015-09-15
• [Presentation] Radical Induced Protein Crystallization by radical Amplification Microfludic Chip (2015)
  • Author(s): Takuya Kobayashi, Yoko Yamanishi
  • Organizer: Transducers 2015
  • Place of Presentation: Anchorage, Alaska, U.S.A
  • Year and Date: 2015-06-25
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Plasma-cavitation Pencil Cutter for Powerful Micro-Processing (2015)
  • Author(s): Yuta Arakawa, Mikiko Ohmura, Daisuke Tsujimoto and Yoko Yamanishi
  • Organizer: Transducers 2015
  • Place of Presentation: Anchorage, Alaska, U.S.A
  • Year and Date: 2015-06-24
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Microwave Induced Plasma Jet for Radical Irradiation (2015)
  • Author(s): Daisuke Tsujimoto, Ryohei Michida, Yoko Yamanishi
  • Organizer: ISMM 2015
  • Place of Presentation: Kyoto, JAPAN
  • Year and Date: 2015-06-08
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Radical Induced Protein Crystallization by Amplified Residence Time of Reactive Air-Liquid Interface (2015)
  • Author(s): Takuya Kobayashi, Yoko Yamanishi
  • Organizer: ISMM 2015
  • Place of Presentation: Kyoto, JAPAN
  • Year and Date: 2015-06-08
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] プラズマ誘起気泡の圧壊による新液中マイクロ加工 (2015)
  • Author(s): 荒川 佑太, 大村 実樹子,辻本 大介,山西 陽子
  • Organizer: ROBOMECH 2015
  • Place of Presentation: 京都，日本
  • Year and Date: 2015-05-19
• [Presentation] 針なし気泡注射器による試薬インジェクション (2015)
  • Author(s): 高橋 和基，山西 陽子
  • Organizer: ROBOMECH 2015
  • Place of Presentation: 京都，日本
  • Year and Date: 2015-05-19
• [Presentation] Emerging Functions of Electrically-induced Bubble Injector (2015)
  • Author(s): Yoko Yamanishi
  • Organizer: 11th IEEE Annual International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems (NEMS)
  • Place of Presentation: 仙台，松島，日本
  • Year and Date: 2015-04-18
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Book] 材料表面の親水・親油の評価と制御設計 (2016)
  • Author(s): 石井淑夫他
  • Total Pages: 577
  • Publisher: ㈱テクノシステム
• [Remarks] 九州大学流体医工学研究室
  • URL: http://bmf.mech.kyushu-u.ac.jp/
• [Remarks] 芝浦工業大学 山西研究室 微細機能性流体工学研究室
  • URL: http://www.sic.shibaura-it.ac.jp/~yoko/
• [Patent(Industrial Property Rights)] 気泡噴出チップ、局所アブレーション装置及び局所アブレーション方法、並びにインジェクション装置及びインジェクション方法 (2015)
  • Inventor(s): 山西陽子，神林卓也，高橋和基
  • Industrial Property Rights Holder: 芝浦工業大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2015-205948
  • Filing Date: 2015-10-19