2019 Fiscal Year Annual Research Report
Cell metabolic activity via non-vacuum ion implantation utilizing an enhanced electric field at a sharpened glass tip
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19H02432
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
大幸 裕介 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70514404)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
豊田 紀章 兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (00382276)
篠崎 健二 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究員 (10723489)
小幡 亜希子 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40402656)
本間 剛 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (70447647)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | イオン伝導性ガラス / イオン銃 / イオン注入 / 細胞活性 / 生細胞 / 大気圧 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
室温付近で高いプロトン伝導性を示す多孔質シリカをロッド状に成形して、さらに先端をエッチングによって先鋭化することで、H+放出エミッターを作製した。室温付近の大気圧下でプロトンが放出されることをすでに明らかにしている(おそらく水和したH+)。様々なナトリウム塩を用いてpHの異なる水溶液を作製し、得られたロッドを浸漬してH+ → Na+イオン交換を実施し、組成分析よりNa+イオン交換を確認した。洗浄したイオン放出用チャンバ内で、マウス由来繊維芽細胞(NIH3T3)に対して大気圧条件で直接イオンを照射して、その後所定培地において3時間および24時間後の細胞生存数を吸光度測定より求めた。チャンバ内環境による汚染有無を確認するため、同条件でイオン照射を行わない細胞(control)についても調べた。Controlについて、3および24時間後の細胞生存率に変化は無く、チャンバによる汚染等はないと考えられた。H+を5分間照射した場合、培養時間の経過に伴い継続的に生存率は低下した。照射直後のみならず継続的に減少しており、細胞の分裂速度に影響を与える可能性も考えられる。Na+を照射した場合は異なる傾向が見られた。また電場によってガラス融液の液面が上昇するマクスウェル応力を利用したガラス粘度測定装置を組み、ヨウ化銀系ガラスの粘度と温度の関係を明らかにし、より安定的に先鋭化加工が可能な温度を決定できた。これにより、放出されるイオン電流値や放出開始電圧のばらつきが著しく小さくなった。
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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
当初計画通りに非真空の大気圧条件で生細胞へ直接イオンを照射するための実験系を組み、細胞生存数等の評価を実施した。また実験開始当初、Na+イオン放出は真空かつ300℃の条件が必要であったが、室温付近の大気圧条件でNa+イオン放出することに取り組み、細胞への直接イオン照射を実施した。Na+イオン以外のカチオンが放出されていないか、また放出されるイオン量の定量などを進めている。長期間の安定的なイオン放出に関して、先鋭化に適した温度を粘度測定より決定することができるようになり、試料間のばらつきを抑えられた。イオン放出メカニズムについても検討を進め、非真空条件では空間電荷制限電流モデルに従う傾向が見られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
イオン照射量( =照射時間)を変化させて同様の実験を行い、生細胞に対するイオン注入効果を明らかにする。生存数低下の原因を核の染色や活性評価などより多角的に検討する。イオン放出エミッタの開発では、自作の電気化学水晶振動子微量天秤を用いた質量分析などから放出イオン種の同程を進め、また当初計画通りNa+およびK+イオン放出用エミッタをゾル-ゲル法を用いて作製する。大気分子の衝突等によるガラスへのダメージ有無に関して、分担者と協力して調査する。
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