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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

Research Project

Project/Area Number 25289071
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

小野 亮  東京大学, 新領域創成科学研究科, 准教授 (90323443)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
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
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。

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。

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。

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。

  • Research Products

    (31 results)

All 2014 2013 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (28 results) (of which Invited: 5 results)

  • [Journal Article] Two-dimensional simulation of fast gas heating in an atmospheric pressure streamer discharge and humidity effects2014

    • Author(s)
      A. Komuro and R. Ono
    • Journal Title

      Journal of Physics D: Applied Physics

      Volume: 47 Pages: 155202

    • DOI

      10.1088/0022-3727/47/15/155202

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Flux of OH and O radicals onto a surface by an atmospheric-pressure helium plasma jet measured by laser-induced fluorescence2014

    • Author(s)
      Seiya Yonemori and Ryo Ono
    • Journal Title

      Journal of Physics D: Applied Physics

      Volume: 47 Pages: 125401

    • DOI

      10.1088/0022-3727/47/12/125401

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effect of humidity on the production of ozone and other radicals by low-pressure mercury lamps2014

    • Author(s)
      Ryo Ono, Yusuke Nakagawa, Yusuke Tokumitsu, Hiroyuki Matsumoto, and Tetsuji Oda
    • Journal Title

      Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry

      Volume: 274 Pages: 13-19

    • DOI

      10.1016/j.jphotochem.2013.09.012

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ストリーマ放電の反応シミュレーションモデルの構築2014

    • Author(s)
      小室 淳史, 小野 亮
    • Organizer
      平成26年電気学会全国大会シンポジウム
    • Place of Presentation
      愛媛大学
    • Year and Date
      20140318-20140320
    • Invited
  • [Presentation] 放電条件・表面条件が大気圧ヘリウムプラズマジェットによる活性酸素種生成に与える影響2014

    • Author(s)
      米森 星矢, 小野 亮
    • Organizer
      平成26年電気学会全国大会シンポジウム
    • Place of Presentation
      愛媛大学
    • Year and Date
      20140318-20140320
  • [Presentation] プラズマ医療における活性種と細胞生存率の影響2014

    • Author(s)
      八木 一平, 水野 和恵, 小野 亮, 小田 哲治
    • Organizer
      平成26年電気学会全国大会シンポジウム
    • Place of Presentation
      愛媛大学
    • Year and Date
      20140318-20140320
  • [Presentation] プラズマ医療の活性種計測と癌細胞への照射実験2014

    • Author(s)
      小野 亮
    • Organizer
      平成25年度プラズマ学会連携専門講演会
    • Place of Presentation
      岩手大学
    • Year and Date
      20140222-20140223
    • Invited
  • [Presentation] Study on production and distribution of NO in an atmospheric-pressure helium plasma jet2014

    • Author(s)
      Seiya Yonemori and Ryo Ono
    • Organizer
      8th International Conference on Reactive Plasmas / 31st Symposium on Plasma Processing
    • Place of Presentation
      Fukuoka Convention Center, Fukuoka, Japan
    • Year and Date
      20140203-20140207
  • [Presentation] Measurement of O and OH radical produced by an atmospheric-pressure helium plasma jet nearby rat skin2013

    • Author(s)
      Seiya Yonemori and Ryo Ono
    • Organizer
      66th Annual Gaseous Electronics Conference
    • Place of Presentation
      Princeton, USA
    • Year and Date
      20130930-20131004
  • [Presentation] Measurement of O atom and OH radical in the vicinity of rat skin2013

    • Author(s)
      Seiya Yonemori and Ryo Ono
    • Organizer
      26th Symposium on Plasma Science for Materials
    • Place of Presentation
      Kyushu University, Fukuoka, Japan
    • Year and Date
      20130923-20130924
  • [Presentation] 大気圧ヘリウムプラズマジェットにより生成されるO、OHラジカルの表面近傍における計測2013

    • Author(s)
      米森 星矢, 小野 亮, 小田 哲治
    • Organizer
      第74回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      同志社大学
    • Year and Date
      20130916-20130920
  • [Presentation] 低圧水銀ランプによるオゾン生成における湿度の影響2013

    • Author(s)
      徳光 悠介, 中川 雄介, 小野 亮, 小田 哲治, 松本 裕之
    • Organizer
      第37回静電気学会全国大会
    • Place of Presentation
      千葉大学
    • Year and Date
      20130910-20130911
  • [Presentation] 大気圧ヘリウムプラズマジェットにより生成されるO, OH密度分布のラット表皮近傍における計測2013

    • Author(s)
      米森 星矢, 小野 亮
    • Organizer
      第37回静電気学会全国大会
    • Place of Presentation
      千葉大学
    • Year and Date
      20130910-20130911
  • [Presentation] 大気圧ストリーマ放電における気体力学現象のモデリングについて2013

    • Author(s)
      小室 淳史, 小野 亮
    • Organizer
      第37回静電気学会全国大会
    • Place of Presentation
      千葉大学
    • Year and Date
      20130910-20130911
  • [Presentation] レーザー誘起蛍光法による相対湿度の局所計測2013

    • Author(s)
      八木 一平, 小野 亮, 小田 哲治, 高木 浩一
    • Organizer
      第37回静電気学会全国大会
    • Place of Presentation
      千葉大学
    • Year and Date
      20130910-20130911
  • [Presentation] ナノ秒パルス電源を用いた大気圧プラズマによるマウス皮膚ガン細胞へのアポトーシス誘導2013

    • Author(s)
      平方 健太, 八木 一平, 小野 亮, 小田 哲治, 水野 和恵, 栗田 弘史, 水野 彰, 高木 浩一
    • Organizer
      第37回静電気学会全国大会
    • Place of Presentation
      千葉大学
    • Year and Date
      20130910-20130911
  • [Presentation] 大気圧ストリーマ放電において発生する衝撃波の再現とそれがラジカルに与える影響の検証2013

    • Author(s)
      小室 淳史, 小野 亮
    • Organizer
      電気学会プラズマ研究会
    • Place of Presentation
      長崎大学
    • Year and Date
      20130905-20130907
  • [Presentation] Numerical simulation of O, N, and OH radical behaviours in atmospheric-pressure streamer discharge2013

    • Author(s)
      Atsushi Komuro and Ryo Ono
    • Organizer
      21th International Symposium on Plasma Chemistry
    • Place of Presentation
      Cairns, Australia
    • Year and Date
      20130804-20130809
  • [Presentation] Measurement of OH radicals in nonthermal plasma driven by nanoseconds pulsed power generator2013

    • Author(s)
      Ippei Yagi, Yusuke Nakagawa, Ryo Ono, Tetsuji Oda, and Koichi Takaki
    • Organizer
      31th International Conference on Phenomena in Ionized Gases
    • Place of Presentation
      Granada, Spain
    • Year and Date
      20130714-20130719
  • [Presentation] Measurement of O and OH radicals produced by an atmospheric-pressure helium plasma jet nearby the surfaces2013

    • Author(s)
      Seiya Yonemori, Ryo Ono, and Tetsuji Oda
    • Organizer
      31th International Conference on Phenomena in Ionized Gases
    • Place of Presentation
      Granada, Spain
    • Year and Date
      20130714-20130719
  • [Presentation] Modeling of chemical reactions in an atmospheric pressure plasma: towards an estimation of O, N, and OH radical production2013

    • Author(s)
      Atsushi Komuro and Ryo Ono
    • Organizer
      40th Europian Physics Society Conference on Plasma Physics 2013
    • Place of Presentation
      Helsinki, Finland
    • Year and Date
      20130701-20130705
  • [Presentation] Measurement of plasma characteristics driven by nanoseconds pulsed power generator2013

    • Author(s)
      Ippei Yagi, Ryo Ono, Tetsuji Oda, and Koichi Takaki
    • Organizer
      40th Europian Physics Society Conference on Plasma Physics 2013
    • Place of Presentation
      Helsinki, Finland
    • Year and Date
      20130701-20130705
  • [Presentation] Production and reaction processes of radicals in pulsed streamer discharge studied by laser diagnosis and numerical simulation2013

    • Author(s)
      Ryo Ono
    • Organizer
      Japan-Australia commemorative workshop, 25 Years of Collaboration in Gaseous Electronics and its Applications
    • Place of Presentation
      Canberra, Australia
    • Year and Date
      20130623-20130625
    • Invited
  • [Presentation] Optical diagnosis of atmospheric-pressure nonthermal plasma2013

    • Author(s)
      Ryo Ono and Tetsuji Oda
    • Organizer
      Joint Symposium on Plasma and Electrostatics Technologies for Environmental Applications
    • Place of Presentation
      Gero Synergy Center ACTIVE, Gifu, Japan
    • Year and Date
      20130519-20130521
    • Invited
  • [Presentation] Modeling of OH production and loss processes in atmospheric-pressure streamer discharge2013

    • Author(s)
      Atsushi Komuro and Ryo Ono
    • Organizer
      Joint Symposium on Plasma and Electrostatics Technologies for Environmental Applications
    • Place of Presentation
      Gero Synergy Center ACTIVE, Gifu, Japan
    • Year and Date
      20130519-20130521
  • [Presentation] Behavior of OH and O atom produced by an atmospheric-pressure helium plasma jet nearby the surfaces2013

    • Author(s)
      Seiya Yonemori and Ryo Ono
    • Organizer
      Joint Symposium on Plasma and Electrostatics Technologies for Environmental Applications
    • Place of Presentation
      Gero Synergy Center ACTIVE, Gifu, Japan
    • Year and Date
      20130519-20130521
  • [Presentation] ストリーマ放電におけるパルス電圧の立ち上がり速度の影響2013

    • Author(s)
      小室 淳史, 小野 亮
    • Organizer
      電気学会プラズマ・パルスパワー・放電合同研究会
    • Place of Presentation
      新潟県長岡市まちなかキャンパス長岡
    • Year and Date
      20130516-20130517
  • [Presentation] プラズマ医療の活性種計測と 癌細胞への照射実験

    • Author(s)
      小野 亮
    • Organizer
      2014年度第一回静電気学会研究会
    • Place of Presentation
      東京工業大学
    • Invited
  • [Presentation] 大気圧ストリーマ放電の放電エネルギー遷移過程における湿度の影響

    • Author(s)
      小室 淳史, 小野 亮
    • Organizer
      2014年静電気学会春期講演会
    • Place of Presentation
      東京工業大学
  • [Presentation] 大気圧ヘリウムプラズマジェットによるOH, Oラジカルの供給フラックス計測

    • Author(s)
      米森 星矢, 小野 亮
    • Organizer
      2014年静電気学会春期講演会
    • Place of Presentation
      東京工業大学
  • [Presentation] プラズマ医療における活性種投入量と細胞生存率の関係

    • Author(s)
      八木 一平, 平方 健太, 水野 和恵, 小野 亮, 小田 哲治
    • Organizer
      2014年静電気学会春期講演会
    • Place of Presentation
      東京工業大学

URL: 

Published: 2015-05-28  

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