2013 Fiscal Year Annual Research Report
真空紫外光で生成した活性種による革新的医療プロセスの開発
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25289071
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
小野 亮 東京大学, 新領域創成科学研究科, 准教授 (90323443)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | プラズマ医療 / 真空紫外光 / 活性種 / レーザー計測 / エキシマランプ |
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| Research Abstract |
今年度は、Xeエキシマランプの作成に取り組み、石英セルを真空引きしてXeを大気圧まで充填し、バリア放電を発生させてランプを点灯させることに成功した。また、Xeエキシマランプの172nm真空紫外光をH2O/HeやO2/Heのガス流に照射したときの、活性種生成および反応に関するシミュレーションを作成した。このシミュレーションの計算結果は、次年度にレーザー計測する活性種密度と比較検証し、測定結果をフィードバックしてブラッシュアップする予定である。
これと並行して、エキシマランプより頻繁に紫外光源として利用される低圧水銀ランプの光化学反応シミュレーションを作成し、低圧水銀ランプ照射下で生成されるオゾン濃度を測定結果と比較することで、我々がエキシマランプのシミュレーションにも用いている紫外光の光化学反応モデルが妥当かどうかを検証した。その結果、シミュレーションと計測結果はよい一致を示し、光化学反応モデルが妥当であることを示した。この研究成果は、Journal of Photochemistry and Photobiology Aに掲載された。
本研究は、プラズマ医療と密接に関係している。本手法とプラズマ医療の比較も重要な課題である。そこで、プラズマ医療の実験も行った。医療用プラズマで生成される活性種のレーザー計測や、癌細胞への照射実験を行った。その結果、培養液中のマウス皮膚がん細胞の不活化にはOラジカルよりもH2O由来の活性種、たとえばOHラジカルなどが重要であるとの知見を得た。また、プラズマのシミュレーションも行った。これらプラズマ医療の結果を、本研究の提案手法で次年度以降に行う細胞不活化実験と比較することで、プラズマ医療に対する本手法の長所と短所を示すことができるとともに、本手法による医療原理の解明の一助とすることができる。
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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
エキシマランプの作成については、石英セルの真空引きとXeガスの充填に手間取りやや遅れているものの、(i) エキシマランプの光化学反応シミュレーションをおおよそ完成させたこと、(ii) エキシマランプの代用として低圧水銀ランプの紫外線の光化学反応シミュレーションを作り、オゾン濃度の実測値と良い一致を示したことで、我々の用いている紫外光の光化学反応モデルが妥当であることを示したこと、(iii) 本手法の比較対象となるプラズマ医療の研究については、活性種計測、細胞への照射実験、効果のある活性種の絞り込みなど順調な進展を見せている、等を考慮すると、全体としてはおおむね順調である。エキシマランプの製作に関してはまだ準備段階にあり目覚ましい成果は出ていないが、活性種のレーザー計測、細胞実験、光化学反応シミュレーションなどはすでに準備ができており、あとはエキシマランプの完成を待つばかりである。また、活性種医療で重要な殺菌についての実験準備も進めており、芽胞菌や大腸菌を使った殺菌の予備実験も始めている。エキシマランプの作製が遅れているため、照度は1/10程度に落ちるものの安価に入手できる市販のエキシマランプを利用した実験を並行して行うことも検討している。
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| Strategy for Future Research Activity |
高出力のXeエキシマランプ製作が一つの重要なテーマであるが、石英セルの真空引きやXeの封入で困難が生じたため計画よりやや遅れている。今後もこれは継続するが、並行して、照度が1/10程度の市販のXeエキシマランプを用いて、実験を行うことを検討している。照度が低いため生成する活性種密度が小さくなり医療効果は落ちるものの、光化学反応シミュレーションの妥当性を調べるための計測や、弱いなりにも医療効果の有無を調べる実験には利用することができる。
活性種の計測は、OHラジカルのレーザー誘起蛍光法による計測、O2(a)の赤外発光分光法による計測、O3の紫外線吸収分光計測を予定している。いずれも、生体反応が強い活性種として知られている。Oラジカルもレーザー誘起蛍光法で測定する技術はすでに有しており測定は可能だが、本手法で生成されるOラジカルの密度が低いため、計測はやや難しいと考えている。もし時間的余裕があれば、172nmのXeエキシマランプに加えて146nmのKrエキシマランプを用いた実験も行う。Krエキシマランプは高濃度のOラジカルを生成することができ、Oラジカルの医療効果の検証やレーザー計測も行うことができる。
プラズマ医療の研究も継続する。本手法はプラズマ医療に代わる手法として提案したものであり、プラズマ医療との比較は必須である。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
エキシマランプの製作が難航しており、計画より遅れているため、そのための予算執行が遅れている。その結果、エキシマランプを使用した活性種レーザー計測にも遅れが生じており、そのための予算執行も遅れている。
次年度使用額は、計画より遅れが生じているエキシマランプの製作および、エキシマランプを使用した活性種レーザー計測に使用する。具体的には石英セル、真空装置、Xeガス、放電電源などである。またレーザー計測用には光学系、光検出装置、レーザー消耗品と維持費などが含まれる。
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