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2015 年度 実績報告書

高度時空間制御による生体適合放電生成の基盤確立と革新的医療プラズマ源の創成

計画研究

研究領域プラズマ医療科学の創成
研究課題/領域番号 24108003
研究機関大阪大学

研究代表者

節原 裕一  大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (80236108)

研究分担者 小野 亮  東京大学, 新領域創成科学研究科, 准教授 (90323443)
研究期間 (年度) 2012-06-28 – 2017-03-31
キーワードプラズマ医療 / プラズマ生成・制御 / 医療・福祉 / 生体分子 / 低侵襲治療
研究実績の概要

本研究では、プラズマ生成・制御ならびに相互作用に関する研究成果を礎に、放電制御と気相活性粒子計測に基づく研究により、生体適合性と時空間制御性に優れた放電生成の基盤確立を通じて、革新的な医療用プラズマ源を開発することを目的としており、目的達成のため、以下の課題を設定している。[1]生体高分子との相互作用解明、[2]放電構造・活性種分布の時空間計測・評価、[3]放電励起の高度時空間制御による生体適合放電の基盤確立、[4]革新的医療プラズマ源の開発。
本年度は、まず、上記の研究課題[3]について、これまでに蓄積した数kHzから100MHzにわたる広範な周波数領域での系統的な大気圧放電プラズマ生成技術と共に放電ガス流体挙動依存性に関する知見を駆使して大気圧プラズマ源を開発し、『プラズマ医療科学総合拠点』での活性種計測に関する共同研究を通じて、広範な制御性を実現可能であることを示した。さらに、大気圧プラズマジェットについて、電気的な直接測定により、電離波動としての伝搬挙動と共に固体表面あるいは液体表面への照射状態を直接的に評価可能であることを示し、プラズマ照射状態に関する評価指標の一つとして利用可能であることを提案した。加えて、放電状態ならびにガス流れが、活性酸素種(ROS)ならびに活性窒素種(RNS)の液中での生成挙動に及ぼす効果を示した。また、研究課題[2]について、これまでに整備した計測手法を基に、プラズマ生成雰囲気ならびに放電生成条件が気相での活性種生成に及ぼす影響を明らかにした。さらに、研究課題[4]について、『プラズマ医療科学総合拠点』での共同研究を通じて開発した上述の大気圧プラズマ生成照射系を用いて、液中での活性種生成制御に関する基礎データを基に、本領域内の医学系グループと連携して細胞応答に関する共同研究により、プラズマ源開発に向けた研究を推進した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

「研究実績の概要」に記したように、本年度での計画課題の達成のみならず、特に、気相での活性種生成・制御に関する研究に加えて、液中での活性種生成挙動に関して、活性酸素種(ROS)ならびに活性窒素種(RNS)の評価手法を組み入れ、従来のプラズマ源に比べて広範な制御性を実現可能であることを示した。さらに、放電状態ならびにガス流れが液中のROS生成挙動に及ぼす効果に関して昨年度までに蓄積した知見に加えて、電気的な直接測定との相関を示し、プラズマ照射状態を直接的に捉えることが可能になった。加えて、上述の液相に生成される活性種(ROS, RNS)の制御性を活用して、本新学術領域内の医学系グループと連携した細胞応答に関する共同研究により、プラズマ源開発に向けた研究を総合的に推進するに至っている。以上の成果は、次年度の本計画研究のアプローチにおいて重要な役割を担うだけでなく、本新学術領域内A01~A03班でのプラズマ照射実験全般に関わる重要な知見を与えることが期待される。

今後の研究の推進方策

これまでに整備した実験系ならびに蓄積した知見をもとに、本新学術領域内での連携研究を通じて、本研究計画で設定した課題に基づいて研究を推進する。特に、本新学術領域研究において名古屋大学に構築された『プラズマ医療科学総合拠点』での装置および計測技術の活用に加えて、本新学術領域内の医学系グループとの連携を通じて、最終年度での取り纏めに向けて、『プラズマ医療科学総合拠点』を通じたA01~A03班での照射実験をはじめとする共同研究への参画を図っていく予定である。

  • 研究成果

    (31件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件、 謝辞記載あり 8件) 学会発表 (21件) (うち国際学会 12件、 招待講演 8件)

  • [国際共同研究] University of West Bohemia(チェコ)

    • 国名
      チェコ
    • 外国機関名
      University of West Bohemia
  • [国際共同研究] KAIST(韓国)

    • 国名
      韓国
    • 外国機関名
      KAIST
  • [雑誌論文] Influence of voltage pulse width on the discharge characteristics in an atmospheric dielectric-barrier-discharge plasma jet2016

    • 著者名/発表者名
      Giichiro Uchida, Kosuke Takenaka, Yuichi Setsuhara
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 55 ページ: 01AH03-1-6

    • DOI

      10.7567/JJAP.55.01AH03

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Gas Flow Rate Dependence of the Discharge Characteristics of a Plasma Jet Impinging Onto the Liquid Surface2015

    • 著者名/発表者名
      Giichiro Uchida, Atsushi Nakajima, Kosuke Takenaka, Kazunori Koga, Masaharu Shiratani, Yuichi Setsuhara
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Plasma Science

      巻: 43 ページ: 4081-4087

    • DOI

      10.1109/TPS.2015.2488619

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Analysis of Dynamic Discharge Characteristics of Plasma Jet Based on Voltage and Current Measurements Using a Metal Plate2015

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Setsuhara, Giichiro Uchida, Kazufumi Kawabata, Atsushi Nakajima, Kosuke Takenaka
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Plasma Science

      巻: 43 ページ: 3821-3826

    • DOI

      10.1109/TPS.2015.2482998

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Effects of gas flow on oxidation reaction in liquid induced by a He/O2 plasma-jet irradiation2015

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Nakajima, Giichiro Uchida, Toshiyuki Kawasaki, Kazunori Koga, Thapanut Sarinont, Takaaki Amano, Kosuke Takenaka, Masaharu Shiratani, Yuichi Setsuhara
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 118 ページ: 043301-1-9

    • DOI

      10.1063/1.4927217

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 負極性ストリーマ放電のシミュレーションモデルの構築と進展機構の解明2015

    • 著者名/発表者名
      齊藤 大揮, 花川 亘, 小室 淳史, 小野 亮
    • 雑誌名

      静電気学会誌

      巻: 39 ページ: 204-209

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Measurement of OH, O, and NO densities and their correlations with mouse melanoma cell death rate treated by a nanosecond pulsed streamer discharge2015

    • 著者名/発表者名
      I. Yagi, Y. Shirakawa, K. Hirakata, T. Akiyama, S. Yonemori, K. Mizuno, R. Ono, T. Oda
    • 雑誌名

      J. Phys. D: Appl. Phys.

      巻: 48 ページ: 424006-1-7

    • DOI

      10.1088/0022-3727/48/42/424006

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Selective production of atomic oxygen by laser photolysis as a tool for studying the effect of atomic oxygen in plasma medicine2015

    • 著者名/発表者名
      Ryo Ono, Yusuke Tokumitsu
    • 雑誌名

      J. Phys. D: Appl. Phys.

      巻: 48 ページ: 275201-1-9

    • DOI

      10.1088/0022-3727/48/27/275201

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Effect of discharge polarity on the propagation of atmospheric-pressure helium plasma jets and the densities of OH, NO, and O radicals2015

    • 著者名/発表者名
      Seiya Yonemori, Ryo Ono
    • 雑誌名

      Biointerphases

      巻: 10 ページ: 029514-1-7

    • DOI

      10.1116/1.4919709

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 周辺雰囲気ガス制御型プラズマジェット照射による溶液中活性酸素・窒素種生成2016

    • 著者名/発表者名
      内田 儀一郎, 中島 厚, 伊藤 泰喜, 竹中 弘祐, 節原 裕一
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [学会発表] Electrical discharge characteristics of atmospheric plasma jets2016

    • 著者名/発表者名
      Giichiro Uchida, Atsushi Nakajima, Kosuke Takenaka, Yuichi Setsuhara
    • 学会等名
      8th International Symposium on Advanced Plasma Science and its Applications for Nitrides and Nanomaterials (ISPlasma 2016)
    • 発表場所
      Nagoya, Japan
    • 年月日
      2016-03-06 – 2016-03-10
    • 国際学会
  • [学会発表] Dynamical Behaviors and Plasma-Liquid Interactions of Atmospheric-Pressure Dielectric-Barrier-Discharge Plasma Jets2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Setsuhara, G. Uchida, A. Nakajima, T. Ito, K. Takenaka
    • 学会等名
      The 2nd Asian International Workshop on Advanced Plasma Technology and Applications Major Topics: Plasma Technology for Agriculture, Bio and Medicine
    • 発表場所
      Chiang Mai, Thailand
    • 年月日
      2016-02-23 – 2016-02-26
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Measurement of reactive species in atmospheric-pressure nonthermal plasma used for plasma medicine2015

    • 著者名/発表者名
      R. Ono
    • 学会等名
      9th Asia-Pacific International Symposium on the Basics and Applications of Plasma Technology / 28th Symposium on Plasma Science for Materials
    • 発表場所
      Nagasaki, Japan
    • 年月日
      2015-12-12 – 2015-12-15
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Control of discharge characteristics of a plasma jet by ambient gas-flow conditions2015

    • 著者名/発表者名
      Giichiro Uchida, Atsushi Nakajima, Kosuke Takenaka, Yuichi Setsuhara
    • 学会等名
      第25回日本MRS年次大会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2015-12-08 – 2015-12-10
  • [学会発表] Effects of plasma-irradiation distance on oxidation reaction in liquid induced by He/O2 plasma-jet irradiation2015

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Nakajima, Giichiro Uchida, Toshiyuki Kawasaki, Kazunori Koga, Kosuke Takenaka, Masaharu Shiratani, Yuichi Setsuhara
    • 学会等名
      第25回日本MRS年次大会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2015-12-08 – 2015-12-10
  • [学会発表] Discharge characteristics in atmospheric plasma jets produced in various gas flow patterns2015

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Setsuhara, Giichiro Uchida, Atsushi Nakajima, Kosuke Takenaka, Kazunori Koga, Masaharu Shiratani
    • 学会等名
      9th International Conference on Reactive Plasmas (ICRP-9) / 33rd Symposium on Plasma Processing (SPP-33) / 68th Gaseous Electronics Conference (GEC-68)
    • 発表場所
      Hawaii, USA
    • 年月日
      2015-10-12 – 2015-10-16
    • 国際学会
  • [学会発表] Gas flow rate dependence of the production of reactive oxygen species in liquid by a plasma-jet irradiation2015

    • 著者名/発表者名
      Giichiro Uchida, Atsushi Nakajima, Toshiyuki Kawasaki, Kazunori Koga, Kosuke Takenaka, Masaharu Shiratani, Yuichi Setsuhara
    • 学会等名
      9th International Conference on Reactive Plasmas (ICRP-9) / 33rd Symposium on Plasma Processing (SPP-33) / 68th Gaseous Electronics Conference (GEC-68)
    • 発表場所
      Hawaii, USA
    • 年月日
      2015-10-12 – 2015-10-16
    • 国際学会
  • [学会発表] Measurement of reactive species for plasma medicine2015

    • 著者名/発表者名
      R. Ono
    • 学会等名
      9th International Conference on Reactive Plasmas (ICRP-9) / 33rd Symposium on Plasma Processing (SPP-33) / 68th Gaseous Electronics Conference (GEC-68)
    • 発表場所
      Hawaii, USA
    • 年月日
      2015-10-12 – 2015-10-16
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Verification of antitumor effect in vivo using nanosecond pulsed streamer discharge2015

    • 著者名/発表者名
      K. Yonetamari, Y. Shirakawa, T. Akiyama, K. Mizuno, R. Ono
    • 学会等名
      9th International Conference on Reactive Plasmas (ICRP-9) / 33rd Symposium on Plasma Processing (SPP-33) / 68th Gaseous Electronics Conference (GEC-68)
    • 発表場所
      Hawaii, USA
    • 年月日
      2015-10-12 – 2015-10-16
    • 国際学会
  • [学会発表] Dynamical Characterizations of Atmospheric-Pressure Plasma Jets as Evaluation Protocols for Plasma Medicine2015

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Setsuhara, Giichiro Uchida,, Kazufumi Kawabata Atsushi Nakajima, Kosuke Takenaka
    • 学会等名
      The 21st Korea-Japan Workshop on Advanced Plasma Processes and Diagnostics & The Workshop for NU-SKKU Joint Institute for Plasma-Nano Material
    • 発表場所
      Yangyang, Korea
    • 年月日
      2015-10-03 – 2015-10-04
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 非平衡プラズマジェットの動的放電特性2015

    • 著者名/発表者名
      内田 儀一郎, 竹中 弘祐, 節原 裕一, 川崎 敏之, 古閑 一憲, 白谷 正治
    • 学会等名
      第21回プラズマ新領域研究会「プラズマ流の可視化」
    • 発表場所
      大阪
    • 年月日
      2015-10-03 – 2015-10-03
    • 招待講演
  • [学会発表] Discharge characteristics of a helium atmospheric plasma jet impinging onto the liquid surface2015

    • 著者名/発表者名
      Giichiro Uchida, Atsushi Nakajima, Kosuke Takenaka, Yuichi Setsuhara, Kazunori Koga, Masaharu Shiratani
    • 学会等名
      The 10th Asian-European International Conference on Plasma Surface Engineering (AEPSE 2015)
    • 発表場所
      Jeju, Korea
    • 年月日
      2015-09-20 – 2015-09-24
    • 国際学会
  • [学会発表] Effects of discharge voltage waveform on discharge characteristics in a helium atmospheric plasma jet2015

    • 著者名/発表者名
      Giichiro Uchida, Kosuke Takenaka, Yuichi Setsuhara
    • 学会等名
      The 10th Asian-European International Conference on Plasma Surface Engineering (AEPSE 2015)
    • 発表場所
      Jeju, Korea
    • 年月日
      2015-09-20 – 2015-09-24
    • 国際学会
  • [学会発表] プラズマ医療装置に求められている要素と世界動向2015

    • 著者名/発表者名
      節原 裕一, 内田 儀一郎, 竹中 弘祐, 竹田 圭吾, 石川 健治, 堀 勝
    • 学会等名
      第76回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2015-09-13 – 2015-09-16
    • 招待講演
  • [学会発表] 液面に入射するプラズマジェットの放電特性2015

    • 著者名/発表者名
      内田 儀一郎, 中島 厚, 竹中 弘祐, 古閑 一憲, 白谷 正治, 節原 裕一
    • 学会等名
      第76回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [学会発表] 大気圧He/O2プラズマジェット照射による液中活性酸素種生成に及ぼすガス流パターンの効果2015

    • 著者名/発表者名
      中島 厚, 内田 儀一郎, 川崎 敏之, 古閑 一憲, Thapanut Sarinont, 天野 孝昭, 竹中 弘祐, 白谷 正治, 節原 裕一
    • 学会等名
      第76回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [学会発表] プラズマ医療のための大気圧放電プラズマの時空間制御2015

    • 著者名/発表者名
      内田 儀一郎, 竹中 弘祐, 節原 裕一
    • 学会等名
      新学術領域研究「プラズマ医療科学の創成」+「統合的神経機能の制御を標準とした糖鎖の作動原理解明」合同公開シンポジウム
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2015-08-05 – 2015-08-05
    • 招待講演
  • [学会発表] In vitro and in vivo experiments on treatment of mouse melanoma using nanosecond pulsed streamer discharge2015

    • 著者名/発表者名
      T. Akiyama, K. Yonetamari, Y. Shirakawa, K. Mizuno, R. Ono
    • 学会等名
      22nd International Symposium on Plasma Chemistry
    • 発表場所
      Antwerp, Belgium
    • 年月日
      2015-07-05 – 2015-07-10
    • 国際学会
  • [学会発表] Sterilization of bacteria using reactive species selectively produced by vacuum ultraviolet photolysis2015

    • 著者名/発表者名
      R. Ono, Y. Tokumitsu, M. Komatsu, K. Yonetamari, S. Yonemori, H. Yasuda, A. Mizuno
    • 学会等名
      22nd International Symposium on Plasma Chemistry
    • 発表場所
      Antwerp, Belgium
    • 年月日
      2015-07-05 – 2015-07-10
    • 国際学会
  • [学会発表] 大気圧非平衡プラズマ照射による液中ラジカル生成の制御2015

    • 著者名/発表者名
      内田 儀一郎, 竹中 弘祐, 節原 裕一
    • 学会等名
      応用物理学会九州支部 特別講演会
    • 発表場所
      福岡
    • 年月日
      2015-04-27 – 2015-04-27
    • 招待講演

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公開日: 2017-01-06   更新日: 2022-02-21  

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