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2017 年度 実施状況報告書

医療用途を指向したレーザーポインタサイズのイオン銃開発および細胞付着・活性評価

研究課題

研究課題/領域番号 16K14385
研究機関名古屋工業大学

研究代表者

大幸 裕介  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70514404)

研究分担者 町田 幸大  兵庫県立大学, 工学研究科, 助教 (20553093)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワードイオン注入 / プロトン伝導 / ガラス / ゾル-ゲル法 / イオン放出 / ショットキー
研究実績の概要

材料中にイオンが注入されると物理的、化学的及び電気的性質が著しく変化し、また近年では癌細胞の死滅や、逆に必要細胞の接着数・生存数の増加など、イオン注入技術が細胞工学や医療分野においても非常に注目されている。しかし従来のイオン注入装置は大型・高額であり、また高真空中でのイオン注入が前提とされ、これらがイオン注入法の応用範囲を限定していると考えられる。本研究では将来の医療応用を念頭に、イオン銃をレーザーポインタサイズまで小型化し、さらに大気圧下でイオン注入を行い、細胞接着性や活性評価を目的としている。昨年までに室温付近で高いプロトン伝導性を示す先鋭化ガラスをゾル-ゲル法で作製し、また全長10 cm程度のイオン銃に組み込んで大気圧下でのH+放出を明らかにした。本年度は超イオン伝導性ガラスとして知られるヨウ化銀およびヨウ化銅系ガラスを同様に先鋭化して電界放出を試みたところ、ターゲット基板にそれぞれAg, Cuナノ粒子析出を確認した。イオン電流計測時にピコアンメーターからターゲットに供給される電子によってCu+, Ag+イオンが還元したと考えられる。ガラス基板にAg+イオンを照射して細胞(HeLa)接着数を評価したところ、24時間後に30%程度、また48時間の細胞数が未処理のものと比較して180%増大した。現在のところ表面電荷(ゼータ電位)に大きな変化などは見られず、接着細胞数とイオン照射との関係をより詳細に調べる必要がある。また一方で先鋭化の程度によって同じ組成のガラスでも著しく放出されるイオン電流値が変化することも明らかとなり、先鋭化先端加工の再現性も重要な課題である。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

10-5 Paの真空中でリン酸銀ガラスからのAg+イオン放出では、イオン電流と電圧の関係は電子銃からの熱電子放出と同じショットキーモデルで表され、一方、ヨウ化物ガラスを用いた大気圧下でのイオン放出は空間電荷限界電流モデルで表されるなど、真空度やガラス組成によってイオン放出メカニズムも異なることが明らかとなった。また計画通りに細胞を利用した実験を実施して、細胞付着数の増加を確認した。近年Ag+イオンによる同様の細胞数増加効果も報告されており、イオン照射と細胞活性の関係についてさらに詳細を調べる。

今後の研究の推進方策

Ag+イオン照射の場合には、照射量をさらに増やすことで抗菌性の発現も期待される。各種イオンについて、照射量のより正確な定量化と細胞接着数(細胞生存数)の変化についてより詳細を明らかにする。計画どおり細胞およびタンパク質などへの直接イオン注入も分担者と共同で実施する。また他方、大気分子と放出イオンの反応は、特にCu+イオンの場合に酸素との反応が明瞭に確認されており、今後さらに電気化学水晶振動子微量天秤などを用いて質量測定を元に考察する。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] H+ emission under room temperature and non-vacuum atmosphere from a sol?gel-derived nanoporous emitter2017

    • 著者名/発表者名
      Daiko Yusuke、Mizutani Satoshi、Machida Kodai、Imataka Hiroaki、Honda Sawao、Iwamoto Yuji
    • 雑誌名

      Journal of Sol-Gel Science and Technology

      巻: 83 ページ: 252~258

    • DOI

      10.1007/s10971-017-4430-z

    • 査読あり
  • [学会発表] 2成分リン酸塩ガラスMO-P2O5 (M=Ca, Sr, Ba)のM2+周辺局所構造とH+注入ダイナミクス2018

    • 著者名/発表者名
      ジョン スミン、大幸裕介、本多沢雄、岩本雄二
    • 学会等名
      日本セラミックス協会2017年年会
  • [学会発表] Alkaline-earth metal ion dependence of H+ implantation in phosphate glass by in-situ electrochemical FT-IR analysis2018

    • 著者名/発表者名
      ジョン スミン、大幸裕介、本多沢雄、岩本雄二
    • 学会等名
      The 34th International Japan-Korea Seminar on Ceramics
    • 国際学会
  • [学会発表] 先鋭化したイオン伝導性ガラスを用いた局所イオン注入技術の開発2017

    • 著者名/発表者名
      大幸裕介、瀬川恭平、本多沢雄、岩本雄二
    • 学会等名
      第30回日本セラミックス協会秋季シンポジウム
    • 招待講演
  • [産業財産権] イオン発生器2017

    • 発明者名
      大幸裕介、瀬川恭平
    • 権利者名
      名古屋興教大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2017-203023

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公開日: 2018-12-17  

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