A study of thermal and athermal biological effect by exposure to high intensity Terahertz electromagnetic field

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K12796
• Research Institution: Railway Technical Research Institute
• Principal Investigator: 池畑 政輝 公益財団法人鉄道総合技術研究所, 人間科学研究部, 上席研究員GL (40426143)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鈴木 敬久 東京都立大学, システムデザイン研究科, 教授 (30336515) ; 立松 芳典 福井大学, 遠赤外領域開発研究センター, 教授 (50261756)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: THz波 / 生体電磁環境 / 電波の生体作用 / 遺伝子変異 / 熱作用 / ばく露評価 / 開放型導波路

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、THz電磁波の生体および生体物質とのカップリング或いは何らかの作用を検討する上で、ごく短時間パルスで高波高値のばく露を行い，非熱的に高エネルギーを付与する条件での作用の有無を検索するため、福井大が開発した高強度のTHz電磁波発生システムを用い、作用を細胞の活性や遺伝子の変異という生物学的に保存される指標で検討し、THz帯電磁波の生体への作用を明らかにすることを目的とした。
研究三年目の2021年度も、Covid-19のパンデミックにより、福井大での実験を行うことができなかった。そのため、研究初年度に行った、0.16THz、1.2kWの出力でパルス波をばく露した実験を再解析した。昨年度より活動を開始したTHz照射研究会にて、THz波の吸収による熱が発生しない状態の実験系での検討の重要性がクローズアップされたため、本研究で構築した実験系でのTHz波吸収による熱が発生しない条件を検討した。研究初年度に行った発生時間4ミリ秒（パルスデューティー比1：250）では約30℃の温度上昇がみられ、パルス発生時間10ミリ秒では約50℃の温度上昇が確認され、また、寒天上に播種した大腸菌への5分間のばく露実験の結果では、パルス発生時間6ミリ秒で最大到達温度60℃であったことから、パルスデューティー比に関して外挿による温度上昇を推測した結果、THz波による温度の上昇が無視できる範囲を0.25℃以下とした場合、パルス幅として50マイクロ秒以下の条件が望ましいことがわかった。
THｚ照射研究会では、準ミリ波ばく露による生物影響の可能性とそのメカニズムや実験手法等について検討を行った。テラヘルツ波の周波帯は、エネルギーがファンデルワールス力や水素結合に近く、水分子のクラスターと生体分子の相互作用に影響を及ぼす可能性が考えられるものの、未解明であり、今後研究を開拓すべき分野であることがわかった。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

Covid-19のパンデミックにより、主たる実験施設である福井大学での共同実験ができず、当初の計画による実験を通した検討を進めることができなかった。

Strategy for Future Research Activity

初年度に整備したばく露環境で、昨年度、一昨年度に実施できなかった細菌や細胞の活性および遺伝子に与える作用の探索を進める。この実験には遺伝子変異を検出することが可能である、Escherichia coli WP2uvrA株、あるいは培養細胞を用いて、非熱的短時間高エネルギーばく露～熱的高エネルギーばく露までのばく露条件を、主として検討する点突然変異への作用に加え、HSP遺伝子の発現等と組み合わせて解析する。

Causes of Carryover

新型コロナ感染症のまん延により、主たる実験施設である福井大学での実験が不可能であったため、今年度の予算は、１年間の延長を申し出た次年度に、実験消耗品および旅費として使用する計画である。