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生体に対する活性種の選択的供給方法の開発

Publicly Offered Research

Project AreaPlasma medical innovation
Project/Area Number 25108505
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

北野 勝久  大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20379118)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2015-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥11,050,000 (Direct Cost: ¥8,500,000、Indirect Cost: ¥2,550,000)
Fiscal Year 2014: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
Fiscal Year 2013: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Keywords大気圧プラズマ / プラズマ消毒 / プラズマ医療 / 生体内酸化ストレス / プラズマ処理水 / 活性酸素 / プラズマ滅菌 / 生体為害性 / プラズマ誘起液中化学プロセス / フリーラジカル / プラズマ殺菌
Outline of Annual Research Achievements

プラズマからは様々な化学活性種が供給され、それらは時間とともに異なる速度定数で反応していくため、プラズマと液体が反応する系では空間的にも活性種の分布が不均一な反応場である。プラズマ処理した液体中にも活性が残存するが、これは分オーダーで活性種が残存することを意味しており、短寿命な活性種はすでに失活しており、半減時間で制限した選択的な活性種供給方法の一つである。短寿命活性種は選択性に乏しく、拡散律速で反応するため、プラズマ医療を行う上で安全性と有効性を両立させることは難しい。
プラズマ処理水には短寿命な活性種は失われているものの、多くの活性種が残存する。混合状態で生体への影響を評価しても作用機序の解明にはつながらず、さらに試薬として容易に用いることができる過酸化水素、亜硝酸や、生成が容易なオゾン、利用価値は見いだしにくい生体分子(タンパク質、アミノ酸、脂質)の酸化・ニトロ化体などの影響を排除することが困難である。
プラズマ処理水の殺菌活性の半減時間は、室温で数分程度で、氷冷すると数時間、冷凍すると年単位であり、上記のような安定化学種ではないことがわかっていた。プラズマ処理水を液体クロマトグラフにて分離することで有効成分の精製に成功した。特定成分の特性が、これまで判明していたプラズマ処理水の特性と一致しており、新しい選択的活性種供給方法と言える。
プラズマ処理水による殺菌消毒が従来の消毒薬に比べての利点としては、体温では数秒で失活する、動物細胞の周りを覆っている生体外マトリクスの成分で失活しやすい、体液は中性pHの緩衝能を持つという点で、生体への毒性が低い事が予想される。さらに、プラズマ処理水は、過酸化水素100%相当という劇薬レベルの殺菌力を有しており、人体消毒から医療機器の滅菌まで可能である。ヒト抜去歯牙の口腔内細菌感染モデルの無菌化にも成功しており、今後の研究展開が期待される。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • Research Products

    (20 results)

All 2015 2014 2013

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (12 results) (of which Invited: 12 results) Book (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results)

  • [Journal Article] Plasma Sterilization of Caries-infected Dentin Model with Reduced pH Method2015

    • Author(s)
      1)Emi Usui, Tomoko Ohshima, Hiromitsu Yamazaki, Satoshi Ikawa, Katsuhisa Kitano, Nobuko Maeda and Yasuko Momoi
    • Journal Title

      The Japanese Jornal of Conservative Dentistry

      Volume: 58 Pages: 101-108

    • NAID

      130005068917

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Diagnosis of superoxide anion radical induced in liquids by atmospheric-pressure plasma using superoxide dismutase2015

    • Author(s)
      Atsushi Tani, Satoshi Fukui, Satoshi Ikawa and Katsuhisa Kitano
    • Journal Title

      Jpn. J. Appl. Phys.

      Volume: 54 Issue: 1S Pages: 01AF01-01AF01

    • DOI

      10.7567/jjap.54.01af01

    • NAID

      210000144753

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Chemical modification of amino acids by atmospheric-pressure cold plasma in aqueous solution2014

    • Author(s)
      3)Eisuke Takai, Tsuyoshi Kitamura, Junpei Kuwabara, Satoshi Ikawa, Shunsuke Yoshizawa, Kentaro Shiraki, Hideya Kawasaki, Ryuichi Arakawa and Katsuhisa Kitano
    • Journal Title

      J. Phys. D: Appl. Phys

      Volume: 47 Issue: 28 Pages: 0237011-5

    • DOI

      10.1088/0022-3727/47/28/285403

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Degeneration of amyloid-β fibrils by low temperature atmospheric pressure plasma in solution2014

    • Author(s)
      Eisuke Takai, Gai Ohashi, Tomonori Yoshida, Karin Margareta Sorgjerd, Tamotsu Zako, Mizuo Maeda, Katsuhisa Kitano, Kentaro Shiraki
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 104 Issue: 2 Pages: 23701-23701

    • DOI

      10.1063/1.4861842

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Molecular mechanism of plasma sterilization in solution with the reduced pH method : importance of permeation of HOO radicals into cell membrane2013

    • Author(s)
      Eisuke Takai, Satoshi Ikawa, Katsuhisa Kitano, Junpei Kuwabara, Kentaro Shiraki
    • Journal Title

      Journal of Physics D : Applied Physics

      Volume: 46 Issue: 29 Pages: 295402-295402

    • DOI

      10.1088/0022-3727/46/29/295402

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] プラズマを用いた殺菌・医療技術の開発2015

    • Author(s)
      北野勝久
    • Organizer
      第18回 若手科学者によるプラズマ研究会
    • Place of Presentation
      日本原子力研究開発機構
    • Year and Date
      2015-03-04 – 2015-03-06
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 保存領域の新規治療法の提案:大気圧低温プラズマの歯科医療応用 -プラズマにより生成した活性酸素種による殺菌技術-2014

    • Author(s)
      北野勝久、井川聡、大島朋子、山崎弘光、臼井エミ、桃井保子、山本 要、細矢哲康、前田伸子
    • Organizer
      口腔感染症フォーラム2014
    • Place of Presentation
      鶴見大学
    • Year and Date
      2014-12-21
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 大気圧低温プラズマを用いた分析装置・医療機器への応用2014

    • Author(s)
      北野勝久
    • Organizer
      大阪大学リーディングプログラム インタラクティブ物質科学・ガデットプログラム
    • Place of Presentation
      あうる京北
    • Year and Date
      2014-08-25 – 2014-08-26
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Physicochemical property of plasma treated water (PTW) with the reduced pH method for safety and strong disinfection2014

    • Author(s)
      Katsuhisa Kitano, Satoshi Ikawa, Yoichi Nakashima, Atsushi Tani,
    • Organizer
      International Workshop on Diagnostics and Modelling for Plasma Medicine (DMPM2014)
    • Place of Presentation
      Nara
    • Year and Date
      2014-05-23 – 2014-05-24
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Possible dental applications of plasma-based sterilization using the reduced pH method : treatment of dental caries and root canal infection2014

    • Author(s)
      Tomoko Ohshima, Hiromitsu Yamazaki, Satoshi Ikawa, Emi Usui, Yasuko Momoi,Kaname Yamamoto, Noriyasu Hosoya, Nobuko Maeda, Katsuhisa Kitano
    • Organizer
      5th International Conference on Plasma Medicine (ICPM5)
    • Place of Presentation
      Nara
    • Year and Date
      2014-05-18 – 2014-05-23
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 大気圧プラズマの医療応用2014

    • Author(s)
      北野勝久
    • Organizer
      第70回大阪大学機械工学系技術交流会
    • Place of Presentation
      大阪大学
    • Year and Date
      2014-05-09
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] ガスクロマトグラフ用プラズマフォトニクス検出器の製品化2014

    • Author(s)
      北野勝久
    • Organizer
      大阪銀杏技術士会
    • Place of Presentation
      大阪大学
    • Year and Date
      2014-05-02
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Cryopreservation of the plasma treated water for disinfection treatment in dental and surgical therapies based on the reduced pH method2014

    • Author(s)
      Katsuhisa Kitano, Satoshi Ikawa, Atsushi Tani, Yoichi Nakashima, Tomoko Ohshima, Hiromitsu Yamazaki, Emi Usui, Yasuko Momoi
    • Organizer
      International Symposium on Non-equilibrium Plasma and Complex-System Sciences (IS-NPCS)
    • Place of Presentation
      大阪大学
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Reactive Species Induced in Liquids by Atmospheric Pressure Plasma2014

    • Author(s)
      Atsushi Tani, Satoshi Fukui, Satoshi Ikawa, Katsuhisa Kitano
    • Organizer
      International Symposium on Non-equilibrium Plasma and Complex-System Sciences (IS-NPCS),
    • Place of Presentation
      大阪大学
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Plasma-induced Reactive Oxygen Species in Atmospheric Pressure Plasma Processing in Liquids2014

    • Author(s)
      Atsushi Tani, Satoshi Fukui, Satoshi Ikawa and Katsuhisa Kitano
    • Organizer
      8th International Conference on Reactive Plasmas /31st Symposium on Plasma Processing (ICRP8/SPP31)
    • Place of Presentation
      福岡Cコンベンションセンター
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] プラズマ処理水の冷凍保存技術を用いた先進的プラズマ消毒法2013

    • Author(s)
      北野勝久、井川聡、谷篤史
    • Organizer
      プラズマ・核融合学会第30回年会
    • Place of Presentation
      東京工業大学
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Toward medical applications of atmospheric pressure plasmas with room temperature2013

    • Author(s)
      Katsuhisa Kitano
    • Organizer
      2013 Japan-Taiwan Symposium on Polyscale Technologies for Biomedical Engineering and Environmental Sciences (PT-BMES 2013)
    • Place of Presentation
      東京理科大学長万部キャンパス
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Invited
  • [Book] 食品分野における微生物制御技術の最前線2014

    • Author(s)
      北野勝久、井川聡、谷篤史
    • Total Pages
      14
    • Publisher
      シーエムシー出版
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 殺菌方法、殺菌用製剤、および殺菌液の製造装置2014

    • Inventor(s)
      北野勝久、谷篤史、井川聡、中島陽一
    • Industrial Property Rights Holder
      北野勝久、谷篤史、井川聡、中島陽一
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2014-178467
    • Filing Date
      2014-09-02
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 殺菌用液体の生成方法および装置2013

    • Inventor(s)
      北野勝久、井川聡、中島陽一
    • Industrial Property Rights Holder
      大阪大学、大阪府立産業技術総合研究所
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2013-109827
    • Filing Date
      2013-05-24
    • Related Report
      2013 Annual Research Report

URL: 

Published: 2013-05-15   Modified: 2019-07-29  

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