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生体に対する活性種の選択的供給方法の開発

公募研究

研究領域プラズマ医療科学の創成
研究課題/領域番号 25108505
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関大阪大学

研究代表者

北野 勝久  大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20379118)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
研究課題ステータス 完了 (2014年度)
配分額 *注記
11,050千円 (直接経費: 8,500千円、間接経費: 2,550千円)
2014年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2013年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
キーワード大気圧プラズマ / プラズマ消毒 / プラズマ医療 / 生体内酸化ストレス / プラズマ処理水 / 活性酸素 / プラズマ滅菌 / 生体為害性 / プラズマ誘起液中化学プロセス / フリーラジカル / プラズマ殺菌
研究実績の概要

プラズマからは様々な化学活性種が供給され、それらは時間とともに異なる速度定数で反応していくため、プラズマと液体が反応する系では空間的にも活性種の分布が不均一な反応場である。プラズマ処理した液体中にも活性が残存するが、これは分オーダーで活性種が残存することを意味しており、短寿命な活性種はすでに失活しており、半減時間で制限した選択的な活性種供給方法の一つである。短寿命活性種は選択性に乏しく、拡散律速で反応するため、プラズマ医療を行う上で安全性と有効性を両立させることは難しい。
プラズマ処理水には短寿命な活性種は失われているものの、多くの活性種が残存する。混合状態で生体への影響を評価しても作用機序の解明にはつながらず、さらに試薬として容易に用いることができる過酸化水素、亜硝酸や、生成が容易なオゾン、利用価値は見いだしにくい生体分子(タンパク質、アミノ酸、脂質)の酸化・ニトロ化体などの影響を排除することが困難である。
プラズマ処理水の殺菌活性の半減時間は、室温で数分程度で、氷冷すると数時間、冷凍すると年単位であり、上記のような安定化学種ではないことがわかっていた。プラズマ処理水を液体クロマトグラフにて分離することで有効成分の精製に成功した。特定成分の特性が、これまで判明していたプラズマ処理水の特性と一致しており、新しい選択的活性種供給方法と言える。
プラズマ処理水による殺菌消毒が従来の消毒薬に比べての利点としては、体温では数秒で失活する、動物細胞の周りを覆っている生体外マトリクスの成分で失活しやすい、体液は中性pHの緩衝能を持つという点で、生体への毒性が低い事が予想される。さらに、プラズマ処理水は、過酸化水素100%相当という劇薬レベルの殺菌力を有しており、人体消毒から医療機器の滅菌まで可能である。ヒト抜去歯牙の口腔内細菌感染モデルの無菌化にも成功しており、今後の研究展開が期待される。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2015 2014 2013

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (12件) (うち招待講演 12件) 図書 (1件) 産業財産権 (2件)

  • [雑誌論文] Plasma Sterilization of Caries-infected Dentin Model with Reduced pH Method2015

    • 著者名/発表者名
      1)Emi Usui, Tomoko Ohshima, Hiromitsu Yamazaki, Satoshi Ikawa, Katsuhisa Kitano, Nobuko Maeda and Yasuko Momoi
    • 雑誌名

      The Japanese Jornal of Conservative Dentistry

      巻: 58 ページ: 101-108

    • NAID

      130005068917

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Diagnosis of superoxide anion radical induced in liquids by atmospheric-pressure plasma using superoxide dismutase2015

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Tani, Satoshi Fukui, Satoshi Ikawa and Katsuhisa Kitano
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys.

      巻: 54 号: 1S ページ: 01AF01-01AF01

    • DOI

      10.7567/jjap.54.01af01

    • NAID

      210000144753

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Chemical modification of amino acids by atmospheric-pressure cold plasma in aqueous solution2014

    • 著者名/発表者名
      3)Eisuke Takai, Tsuyoshi Kitamura, Junpei Kuwabara, Satoshi Ikawa, Shunsuke Yoshizawa, Kentaro Shiraki, Hideya Kawasaki, Ryuichi Arakawa and Katsuhisa Kitano
    • 雑誌名

      J. Phys. D: Appl. Phys

      巻: 47 号: 28 ページ: 0237011-5

    • DOI

      10.1088/0022-3727/47/28/285403

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Degeneration of amyloid-β fibrils by low temperature atmospheric pressure plasma in solution2014

    • 著者名/発表者名
      Eisuke Takai, Gai Ohashi, Tomonori Yoshida, Karin Margareta Sorgjerd, Tamotsu Zako, Mizuo Maeda, Katsuhisa Kitano, Kentaro Shiraki
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 104 号: 2 ページ: 23701-23701

    • DOI

      10.1063/1.4861842

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Molecular mechanism of plasma sterilization in solution with the reduced pH method : importance of permeation of HOO radicals into cell membrane2013

    • 著者名/発表者名
      Eisuke Takai, Satoshi Ikawa, Katsuhisa Kitano, Junpei Kuwabara, Kentaro Shiraki
    • 雑誌名

      Journal of Physics D : Applied Physics

      巻: 46 号: 29 ページ: 295402-295402

    • DOI

      10.1088/0022-3727/46/29/295402

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] プラズマを用いた殺菌・医療技術の開発2015

    • 著者名/発表者名
      北野勝久
    • 学会等名
      第18回 若手科学者によるプラズマ研究会
    • 発表場所
      日本原子力研究開発機構
    • 年月日
      2015-03-04 – 2015-03-06
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 保存領域の新規治療法の提案:大気圧低温プラズマの歯科医療応用 -プラズマにより生成した活性酸素種による殺菌技術-2014

    • 著者名/発表者名
      北野勝久、井川聡、大島朋子、山崎弘光、臼井エミ、桃井保子、山本 要、細矢哲康、前田伸子
    • 学会等名
      口腔感染症フォーラム2014
    • 発表場所
      鶴見大学
    • 年月日
      2014-12-21
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 大気圧低温プラズマを用いた分析装置・医療機器への応用2014

    • 著者名/発表者名
      北野勝久
    • 学会等名
      大阪大学リーディングプログラム インタラクティブ物質科学・ガデットプログラム
    • 発表場所
      あうる京北
    • 年月日
      2014-08-25 – 2014-08-26
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Physicochemical property of plasma treated water (PTW) with the reduced pH method for safety and strong disinfection2014

    • 著者名/発表者名
      Katsuhisa Kitano, Satoshi Ikawa, Yoichi Nakashima, Atsushi Tani,
    • 学会等名
      International Workshop on Diagnostics and Modelling for Plasma Medicine (DMPM2014)
    • 発表場所
      Nara
    • 年月日
      2014-05-23 – 2014-05-24
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Possible dental applications of plasma-based sterilization using the reduced pH method : treatment of dental caries and root canal infection2014

    • 著者名/発表者名
      Tomoko Ohshima, Hiromitsu Yamazaki, Satoshi Ikawa, Emi Usui, Yasuko Momoi,Kaname Yamamoto, Noriyasu Hosoya, Nobuko Maeda, Katsuhisa Kitano
    • 学会等名
      5th International Conference on Plasma Medicine (ICPM5)
    • 発表場所
      Nara
    • 年月日
      2014-05-18 – 2014-05-23
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 大気圧プラズマの医療応用2014

    • 著者名/発表者名
      北野勝久
    • 学会等名
      第70回大阪大学機械工学系技術交流会
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2014-05-09
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ガスクロマトグラフ用プラズマフォトニクス検出器の製品化2014

    • 著者名/発表者名
      北野勝久
    • 学会等名
      大阪銀杏技術士会
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2014-05-02
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Cryopreservation of the plasma treated water for disinfection treatment in dental and surgical therapies based on the reduced pH method2014

    • 著者名/発表者名
      Katsuhisa Kitano, Satoshi Ikawa, Atsushi Tani, Yoichi Nakashima, Tomoko Ohshima, Hiromitsu Yamazaki, Emi Usui, Yasuko Momoi
    • 学会等名
      International Symposium on Non-equilibrium Plasma and Complex-System Sciences (IS-NPCS)
    • 発表場所
      大阪大学
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Reactive Species Induced in Liquids by Atmospheric Pressure Plasma2014

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Tani, Satoshi Fukui, Satoshi Ikawa, Katsuhisa Kitano
    • 学会等名
      International Symposium on Non-equilibrium Plasma and Complex-System Sciences (IS-NPCS),
    • 発表場所
      大阪大学
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Plasma-induced Reactive Oxygen Species in Atmospheric Pressure Plasma Processing in Liquids2014

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Tani, Satoshi Fukui, Satoshi Ikawa and Katsuhisa Kitano
    • 学会等名
      8th International Conference on Reactive Plasmas /31st Symposium on Plasma Processing (ICRP8/SPP31)
    • 発表場所
      福岡Cコンベンションセンター
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] プラズマ処理水の冷凍保存技術を用いた先進的プラズマ消毒法2013

    • 著者名/発表者名
      北野勝久、井川聡、谷篤史
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会第30回年会
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Toward medical applications of atmospheric pressure plasmas with room temperature2013

    • 著者名/発表者名
      Katsuhisa Kitano
    • 学会等名
      2013 Japan-Taiwan Symposium on Polyscale Technologies for Biomedical Engineering and Environmental Sciences (PT-BMES 2013)
    • 発表場所
      東京理科大学長万部キャンパス
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [図書] 食品分野における微生物制御技術の最前線2014

    • 著者名/発表者名
      北野勝久、井川聡、谷篤史
    • 総ページ数
      14
    • 出版者
      シーエムシー出版
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [産業財産権] 殺菌方法、殺菌用製剤、および殺菌液の製造装置2014

    • 発明者名
      北野勝久、谷篤史、井川聡、中島陽一
    • 権利者名
      北野勝久、谷篤史、井川聡、中島陽一
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2014-178467
    • 出願年月日
      2014-09-02
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [産業財産権] 殺菌用液体の生成方法および装置2013

    • 発明者名
      北野勝久、井川聡、中島陽一
    • 権利者名
      大阪大学、大阪府立産業技術総合研究所
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2013-109827
    • 出願年月日
      2013-05-24
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書

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公開日: 2013-05-15   更新日: 2019-07-29  

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