2017 Fiscal Year Research-status Report
マイクロプラズマ遺伝子導入法における周波数の最適化
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17K05731
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
前原 常弘 愛媛大学, 理工学研究科(理学系), 教授 (40274302)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
神野 雅文 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 教授 (30274335)
本村 英樹 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 准教授 (80332831)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | マイクロプラズマ / 遺伝子導入 / 周波数 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
29年度は遺伝子導入用のプラズマ発生装置の試作に取り組み、以下の研究成果をあげた。
１）13.56MHzにおけるマイクロプラズマ発生の安定化：これまでに、共振・整合回路を小型化し、電極直上にこれらを配置することで、電源からの同軸ケーブルによる給電を可能とした。今年度は共振・整合回路内のコイルをトロイダル化することで、効率を上げ、より低い入力電力でのプラズマ発生に成功した。また、φ30μmの電極は不安定であったため、無機ガラスコーティングされた厚紙に電極金属を固定し、電極金属と厚紙を同時に切断することで、電極金属が支えからはみ出ることなく固定されている状態を作ることが可能となった。電極が動かなくなったことで、一層のプラズマの安定化を達成した。
２）電極から離れた位置でのマイクロチャンネルプラズマの発生：２つの電極の間に、絶縁板を設け、２つの槽に分ける。その絶縁板に１つの貫通孔を設け、２つの槽と貫通孔を食塩水で満たす。電極間に13MHzの高周波を加えることで、貫通孔内に水中プラズマを発生させることが可能となる。有限要素法と高速カメラ観察から、プラズマ発生の機構が明らかになりつつあり、貫通孔とプラズマの間には水の膜があることが判明した。そこで、貫通孔や槽を全て、透明樹脂で一体的に成型したマイクロチャンネルプラズマ発生装置の施策が可能となった。デューティーや入力電力をコントロールすることで、温度上昇もなくプラズマの発生が可能である。
３）1MHzおよび500kHz帯でのマイクロプラズマの発生：13MHz帯と同様の小型共振・整合回路を試作し、プラズマの発生を試みた。インピーダンスは50Ωになっており、整合は十分であったが、プラズマの発生を実現することはできなかった。整合のための回路が不十分で、整合が取れる周波数と、共振周波数とが一致していないためであると考えられる。次年度以降の課題である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成29年度は遺伝子導入用のプラズマ発生装置の試作に取り組み、以下の研究成果をあげた。29年度は機器の開発に対して主に取り組み、今後、これらの機器を使用して、細胞や人工細胞を用いた実験を進める予定である。なお、詳細は後述するが、一部に計画通りでない部分があり、スピードを上げて研究開発を行う所存である。
１）13.56MHzにおけるマイクロプラズマ発生の安定化：ガラス細管でのコーティングや樹脂コーティングなどを試み、ガラス被覆した厚紙を利用する方法でプラズマが極めて安定することとなった。小型共振・整合回路の改良も終了し、細胞等を用いた実験への準備は整った。
２）電極から離れた位置でのマイクロチャンネルプラズマの発生（実験）：全透明樹脂製の装置を開発し、気泡の発生からプラズマの発生まで、高速カメラで観測することに成功した。これらの研究を通じ、プラズマと樹脂の間に水の膜があることを発見し、遺伝子導入用の小型装置の開発へと至った。CWでは水温上昇があるものの、パルス運転では問題なく、人工細胞などを用いた実験への準備が整っている。
３）1MHzおよび500kHz帯でのマイクロプラズマの発生：13MHz帯と同じ回路構成で、小型共振・整合回路を試作したが、プラズマの発生に至っていない。整合のための回路が不十分で、整合が取れる周波数と、共振周波数とが一致していないためであると考えられ、電圧プローブを用いた計測では十分な電圧まで上がっていないことが確認された。パルス運転の装置では計測が面倒であるため、水冷されたCWタイプの装置を試作し、平成30年度前半には、まず、プラズマの発生に至る予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
概ね、計画通りに進んでいるものの、一部に遅れが見られる。低い周波数（500kHz～1MHz）であり、この部分にスピードアップを図りつつ、その他の部分についても計画通り進める。
１）13.56MHz帯：機器の開発は29年度までで終了しており、実際に遺伝子導入に取り組む。
２）電極から離れた位置でのマイクロチャンネルプラズマ：プラズマ自体は安定的に発生できるため、今後、人工細胞を中心に試行していく予定である。一方で、気泡形状とプラズマの発生機構の関係は必ずしも明らかにできておらず、有限要素法による電場解析および高速カメラによる観察を続ける。
３）1MHzおよび500kHz帯でのマイクロプラズマの発生：回り道することとなるが、共振・整合回路の小型化を中止し、大型でCWの回路を試作する。これにより、まず、大気圧でプラズマを発生させ、必要があれば、小型化に取り組む。大学院生や卒論生を重点的に配置し、研究を加速する。
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| Causes of Carryover |
概ね、計画通りに進んでいるものの、一部に遅れが見られる。低い周波数（500kHz～1MHz）であり、この部分が原因である。マンパワーをつぎ込み、この部分の遅れを30年度に取り戻す予定である
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