| 研究課題/領域番号 |
21H01317
|
|---|
| 研究種目 |
基盤研究(B)
|
| 配分区分 | 補助金 |
|---|
| 応募区分 | 一般 |
|---|
| 審査区分 |
小区分21010:電力工学関連
|
|---|
| 研究機関 | 東京都立大学 |
|---|
研究代表者 |
内田 諭 東京都立大学, システムデザイン研究科, 教授 (90305417)
|
|---|
| 研究分担者 |
小田 昭紀 千葉工業大学, 工学部, 教授 (70335090)
立花 孝介 大分大学, 理工学部, 助教 (10827314)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
|
| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
|
| 配分額 *注記 |
12,740千円 (直接経費: 9,800千円、間接経費: 2,940千円)
2023年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2022年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2021年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
|
|---|
| キーワード | 電荷 / 電界 / プラズマ医療 / 分子動力学法 / 細胞膜 / 等価回路解析 / 流体モデル |
|---|
| 研究開始時の研究の概要 |
近年、大気圧プラズマ照射による医療応用が進展し、がん治療、止血処置や遺伝子導入に
おける有用な成果が得られている。これらは、主に放電由来の化学活性種が外的因子となり、細胞を刺激して生じることが実験的に示されている。一方でプラズマが細胞近傍に誘起する電荷や電界は、表面帯電や膜電位変動を介して細胞膜の物質輸送へ直接的に影響を与えうるが、その機構は十分に理解されていない。
本研究では、プラズマ・希薄水層・細胞膜の各階層を数値的にモデル化して、界面パラメータを介した統合を行うととともに、放電電流電圧条件を精査することで、膜帯電および膜電位に対する細胞自身の電気定数ならびに膜輸送係数の変移を定量化する。
|
| 研究成果の概要 |
本研究では、プラズマ・希薄水層・細胞膜の各階層を数値的にモデル化して、界面パラメータを介した統合を行うとともに、電流電圧条件を精査することで、膜帯電および膜電位に対する細胞電気定数ならびに膜輸送係数の変移を定量化した。
得られた成果としては、（１）大気圧グロー放電照射により生じる細胞膜への誘起電荷および電界を導出した。（２）希薄水層上の気液界面における荷電粒子分布を分子動力学的に解析した。（３）界面の電気二重層を含む帯電細胞膜をモデル化し、細胞電気定数の変動を検証した。（４）３階層間における誘起電荷量ならびに電界分布を整合したモデルを構築して、電界印加時における細胞膜の膜輸送係数を導出した。
|
| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
プラズマ照射における主要階層（プラズマ・希薄水層・細胞膜）をモデル化し、マクロレベルの放電形態から得られる誘起電荷・電界パラメータをミクロスケールな気液界面や細胞膜近傍に取り入れ、電気定数および膜輸送係数の定量的変化を数値分子論的に検証する意欲的試みである。
膜表面の電荷（電流）ならびに電界（電位）変化を起点とした細胞膜機能の直接制御が実現できれば、酸化反応を生じない低侵襲な医療効果を得られる可能性がある。また、たんぱく合成等の遺伝子発現においても、電荷電界による一過性のスイッチング（トリガー効果）を探索特定できれば、その学術的価値は極めて高いものとなる。
|
