2018 Fiscal Year Research-status Report
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18K03604
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
清水 鉄司 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (70803881)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 低温大気圧プラズマ / プラズマ医療 / 活性種 / 誘電体バリア放電 / 活性種輸送 / 紫外吸収分光 / 気液界面 / 殺菌 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、医療分野におけるプラズマの利用を加速するため、これまでに研究を行ってきた投入電力の変化による気相中の活性種制御技術を用い、新たな溶液中における活性種分布制御手法の開発を目的としている。
本年度は、誘電体バリア放電電極を用い低温大気圧プラズマを生成し、気相中における活性種の制御とそれに伴う液相中の活性種制御を試みた。以下に得られた成果を記述する。
１）気相中において活性種の分布を制御するため、密閉可能な容器とその中に設置可能である電極を製作した。また、気相中の活性種の一つであるオゾンを測定するため、紫外吸収分光装置を立ち上げた。これらの装置を用い、プラズマに入力する電力を0.8から２ Wまで変化させることにより、気相中の主な活性種がオゾンが主であるモード（オゾン濃度が2000 ppm程度）から酸化窒素などの活性窒素種が主であるモード（オゾン濃度がほぼ0 ppm）まで制御できることを示した。
２）上記１）で開発したプラズマ源を用い、容器中に蒸留水を入れ、プラズマ照射溶液を生成した。溶液中の活性種は紫外吸収分光を用い測定し、またそれに付け加えてpHや電気伝導度なども計測した。誘電体バリア放電でプラズマを生成しているため、気相中には熱対流のみが存在する。そのため、液相中における活性種の輸送は、気液界面における溶解プロセスと液中における拡散が支配的となる。気相中の活性種を液相中に十分に取り込むため、密閉容器をよく振り、気液間の活性種輸送を促進した結果、気相中の活性種分布に従い、液相中の活性種も制御できることを示した。
３）溶液を液滴とすることにより、２）で示した場合とは異なる気液界面の形状をつくり、溶液中の活性種分布を制御する装置を製作した。
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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
テフロンワイヤを編んで製作したプラズマ電極に周波数20 kHzの高電圧を印加することによりプラズマを生成し、印加電圧を変化させることでプラズマに投入する電力を制御した。電力制御の結果、気相中ではオゾン濃度が2000 ppm程度とオゾンが活性種の主となるモードから、オゾン濃度がほぼ0で酸化窒素が主となるモードまで自在に変化させることができた。
また、溶液中の活性種濃度を最大にする気液混合レシピを開発した。その結果、溶液中の活性種濃度が気相中のものに従い、オゾンが10 uMで窒素活性種が少ない状態から、オゾン濃度がほぼ0で亜硝酸イオンが多く溶け込む状態まで自在に制御できることを示した。これは、気相中の活性種コントロールにより溶液中の活性種分布が制御できたことを意味する。
上記3）に記載した溶液を液滴にした実験は、装置立ち上げが完了し測定を開始した。H31年度はこの実験を早急に進めていきたいと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、本年度で得られた成果をもとに、溶液中の活性種分布制御技術の最適化を図るとともに、溶液中の化学反応メカニズム解明に向けた研究を進める予定である。
具体的には、プラズマ生成電極を複数準備し、また液滴径の大きさを変化させるなどして溶液形状をコントロールすることにより、制御幅の広い溶液中の活性種分布コントロール手法を確立を目指す。また、テレフタル酸を化学プローブとして用いOHラジカルの測定を行うことにより、オゾンなどの長寿命ラジカルとOHのような短寿命ラジカルの挙動を観察する。この観察を用いて溶液中の化学反応過程を調べ、プラズマガス・溶液間の化学反応モデルの構築を目指す。さらに、細菌を用いた殺菌実験を行うことにより、溶液中の活性種と殺菌効果の関係を詳細に調査する予定である。
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| Causes of Carryover |
実験装置の一部を自作し出費を抑えられたため、余剰分を次年度へ繰り越す。
次年度は当初の予定通り研究を実施し、繰り越し分は主に消耗品に充当する。
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Research Products
(4 results)
