プラズマ生成フリーラジカル非平衡反応場の液相時空間解析

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21H04451
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 石川 健治 名古屋大学, 低温プラズマ科学研究センター, 教授 (60417384)
• 研究分担者: 田中 宏昌 名古屋大学, 低温プラズマ科学研究センター, 教授 (00508129) ; 古閑 一憲 九州大学, システム情報科学研究院, 教授 (90315127)
• 研究期間 (年度): 2021-04-05 – 2024-03-31
• キーワード: プラズマ / 液相ラジカル

研究実績の概要

本研究の目的は，新興プラズマバイオ大気圧低温プラズマの生体作用の学理の探究であり，核心をなす学術的な「問い」は「プラズマによって細胞内代謝に変動が及ぼされる要因とその作用機構」とは何かである．このようなプラズマが新奇に及ぼす作用の根幹は，液相中へのプラズマ起因のラジカル生成にある．しかしながら，生体近傍に特異に高い濃度で生成するラジカル群が，細胞膜上の受容体に作用して，その結果として細胞内代謝変動に発展する過程は未知であり，それらを知るためには，プラズマが生成する液相ラジカル解明と，その逐次連鎖的に生じる反応の解析が必要がある．
プラズマ中では高速電子が分子と衝突してフリーラジカルを生成する．このラジカルが起点となり，逐次連鎖反応により次々と別のラジカルが生じ，それらの作用で細胞内化学反応(代謝)に変動が生じる．
本研究では「プラズマ生成ラジカルが誘起する逐次連鎖反応はどのように進んでいるか?」に焦点を絞り，プラズマが溶液内に生成したラジカルを起点とする逐次連鎖反応で生じる複数の『プラズマ誘起活性種』の検出・解析してきた．液相ラジカルの反応は有機分子の合成・修飾・分解，Ⅰ）官能基の置換，Ⅱ）C3（炭素原子が三つの化合物）からC4， C5への付加，Ⅲ）C2，C1への分解，に大別される．これらの液相ラジカルの反応は，非熱的に連鎖してラジカル発生する特徴を有する．非平衡に進む化学反応が故に，反応その場で定量的に解析される計測科学が重要であることを実証してきた．液相ラジカルの反応を，溶液内の物資の拡散や流れを考慮して，時間と空間を区分し，低温大気圧プラズマでは，10の15乗程度の高いプラズマ密度の環境で発生する有機分子について液相ラジカルの反応の理解を通して進められた．

現在までの達成度 (段落)

令和5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

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] High linear energy transfer (LET) nature of alanine radical yield by soft X-ray irradiations studied by electron spin resonance (ESR) applications (2024)
  • 著者名/発表者名: Nakagawa Seiko、Yokoya Akinari、Ohara Maki、Usami Noriko、Asada Mizue、Fujiwara Motoyasu、Nakamura Toshikazu、Ishikawa Kenji
  • 雑誌名: Radiation Physics and Chemistry 巻: 214 ページ: 111304～111304
  • DOI: 10.1016/j.radphyschem.2023.111304
  • 査読あり
• [雑誌論文] Surface sulfurization of amorphous carbon films in the chemistry of oxygen plasma added with SO2 or OCS for high-aspect-ratio etching (2024)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa Kenji、Nguyen Thi-Thuy-Nga、Aoki Yuta、Sato Hiroyasu、Kawakami Junichi、Tsuno Shuji、Hsiao Shih-Nan、Hori Masaru
  • 雑誌名: Applied Surface Science 巻: 645 ページ: 158876～158876
  • DOI: 10.1016/j.apsusc.2023.158876
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Oxygen radical irradiation transforms an organic fertilizer l-tryptophan into an environment and human-friendly bactericide (2024)
  • 著者名/発表者名: Iwata Naoyuki、Ishikawa Kenji、Nishikawa Yasuhiro、Kato Hiroyuki、Shimizu Motoyuki、Kato Masashi、Tanaka Hiromasa、Ito Masafumi、Hori Masaru
  • 雑誌名: Environmental Technology & Innovation 巻: 33 ページ: 103496～103496
  • DOI: 10.1016/j.eti.2023.103496
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Elaborate cooperation of poly(rC)-binding proteins 1/2 and glutathione in ferroptosis induced by plasma-activated Ringer's lactate (2024)
  • 著者名/発表者名: Jiang Li、Zheng Hao、Ishida Moe、Lyu Qinying、Akatsuka Shinya、Motooka Yashiro、Sato Kotaro、Sekido Yoshitaka、Nakamura Kae、Tanaka Hiromasa、Ishikawa Kenji、Kajiyama Hiroaki、Mizuno Masaaki、Hori Masaru、Toyokuni Shinya
  • 雑誌名: Free Radical Biology and Medicine 巻: 214 ページ: 28～41
  • DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2024.02.001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Plasma-Driven Sciences: Exploring Complex Interactions at Plasma Boundaries (2024)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa Kenji、Koga Kazunori、Ohno Noriyasu
  • 雑誌名: Plasma 巻: 7 ページ: 160～177
  • DOI: 10.3390/plasma7010011
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Inhibition of glutamine metabolism increases sensitivity to plasma-activated medium-induced cytotoxicity (2024)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Shu、Hayashi Sae、Otsuka Tomohiro、Kamiya Tetsuro、Ishikawa Kenji、Hara Hirokazu
  • 雑誌名: Free Radical Research 巻: 58 ページ: 170～179
  • DOI: 10.1080/10715762.2024.2332343
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nitrogen admixture effects on growth characteristics and properties of carbon nanowalls (2024)
  • 著者名/発表者名: Christy Peter Raj Dennis、Van Nong Ngo、Britun Nikolay、Minh Ngo Quang、Nguyen Thi-Thuy-Nga、Kondo Hiroki、Oda Osamu、Ishikawa Kenji、Hori Masaru
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 795 ページ: 140322～140322
  • DOI: 10.1016/j.tsf.2024.140322
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low-temperature growth at 225°C and characterization of carbon nanowalls synthesized by radical injection plasma-enhanced chemical vapor deposition (2024)
  • 著者名/発表者名: Minh Ngo Quang、Van Nong Ngo、Oda Osamu、Ishikawa Kenji、Hori Masaru
  • 雑誌名: Vacuum 巻: 224 ページ: 113180～113180
  • DOI: 10.1016/j.vacuum.2024.113180
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cancer-specific cytotoxicity of Ringer’s acetate solution irradiated by cold atmospheric pressure plasma (2023)
  • 著者名/発表者名: Miron Camelia、Ishikawa Kenji、Kashiwagura Satoshi、Suda Yuki、Tanaka Hiromasa、Nakamura Kae、Kajiyama Hiroaki、Toyokuni Shinya、Mizuno Masaaki、Hori Masaru
  • 雑誌名: Free Radical Research 巻: 57 ページ: 91～104
  • DOI: 10.1080/10715762.2023.2201390
  • 査読あり
• [雑誌論文] Manipulation of etch selectivity of silicon nitride over silicon dioxide to a-carbon by controlling substrate temperature with a CF4/H2 plasma (2023)
  • 著者名/発表者名: Hsiao Shih-Nan、Britun Nikolay、Nguyen Thi-Thuy-Nga、Tsutsumi Takayoshi、Ishikawa Kenji、Sekine Makoto、Hori Masaru
  • 雑誌名: Vacuum 巻: 210 ページ: 111863～111863
  • DOI: 10.1016/j.vacuum.2023.111863
  • 査読あり
• [雑誌論文] Organic decomposition and synthesis reactions in lactated solution exposed to nonequilibrium atmospheric pressure plasma (2023)
  • 著者名/発表者名: Liu Yang、Ishikawa Kenji、Tanaka Hiromasa、Miron Camelia、Kondo Takashi、Nakamura Kae、Mizuno Masaaki、Kajiyama Hiroaki、Toyokuni Shinya、Hori Masaru
  • 雑誌名: Plasma Processes and Polymers 巻: 20 ページ: 1～11
  • DOI: 10.1002/ppap.202200193
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficacy of periodic cold plasma treatment in a paddy to produce white-core grains in brewer’s rice cultivar Yamadanishiki (2023)
  • 著者名/発表者名: Hashizume Hiroshi、Kitano Hidemi、Mizuno Hiroko、Abe Akiko、Yuasa Genki、Tohno Satoe、Tanaka Hiromasa、Ishikawa Kenji、Matsumoto Shogo、Sakakibara Hitoshi、Hirosue Yoji、Maeshima Masayoshi、Mizuno Masaaki、Hori Masaru
  • 雑誌名: Free Radical Research 巻: 57 ページ: 161～173
  • DOI: 10.1080/10715762.2023.2215914
  • 査読あり
• [雑誌論文] Generation and measurement of low-temperature plasma for cancer therapy: a historical review (2023)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa Kenji、Takeda Keigo、Yoshimura Shinji、Kondo Takashi、Tanaka Hiromasa、Toyokuni Shinya、Nakamura Kae、Kajiyama Hiroaki、Mizuno Masaaki、Hori Masaru
  • 雑誌名: Free Radical Research 巻: 57 ページ: 239～270
  • DOI: 10.1080/10715762.2023.2230351
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of an experimental system for cell viability assays of yeasts using gas-temperature controllable plasma jets (2023)
  • 著者名/発表者名: Yoshimura Shinji、Otsubo Yoko、Yamashita Akira、Johzuka Katsuki、Tsutsumi Takayoshi、Ishikawa Kenji、Hori Masaru
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 62 ページ: SL1011～SL1011
  • DOI: 10.35848/1347-4065/acd4ca
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gas-phase study of the behavior of trimethyl gallium and triethyl gallium by optical emission spectroscopy and quadrupole mass spectroscopy for the growth of GaN by REMOCVD (radical-enhanced metalorganic chemical vapor deposition) (2023)
  • 著者名/発表者名: Dhasiyan Arun Kumar、Jayaprasad Swathy、Amalraj Frank Wilson、Shimizu Naohiro、Oda Osamu、Ishikawa Kenji、Hori Masaru
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 62 ページ: SN1019～SN1019
  • DOI: 10.35848/1347-4065/acfd34
  • 査読あり
• [雑誌論文] An approach to reduce surface charging with cryogenic plasma etching using hydrogen-fluoride contained gases (2023)
  • 著者名/発表者名: Hsiao Shih-Nan、Sekine Makoto、Ishikawa Kenji、Iijima Yuki、Ohya Yoshinobu、Hori Masaru
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 123 ページ: 1～4
  • DOI: 10.1063/5.0173553
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bias-supply timing tailored to the aspect ratio dependence of silicon trench etching in Ar plasma with alternately injected C4F8 and SF6 (2023)
  • 著者名/発表者名: Yoshie Taito、Ishikawa Kenji、Nguyen Thi-Thuy-Nga、Hsiao Shih-Nan、Tsutsumi Takayoshi、Sekine Makoto、Hori Masaru
  • 雑誌名: Applied Surface Science 巻: 638 ページ: 157981～157981
  • DOI: 10.1016/j.apsusc.2023.157981
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Deposition of carbon‐based materials directly on copper foil and nickel foam as 2D‐ and 3D‐networked metal substrates by in‐liquid plasma (2023)
  • 著者名/発表者名: Dela Vega Ma. Shanlene D. C.、Nguyen Thi‐Thuy‐Nga、Kondo Hiroki、Tsutsumi Takayoshi、Ishikawa Kenji、Hori Masaru
  • 雑誌名: Plasma Processes and Polymers 巻: 20 ページ: 1～5
  • DOI: 10.1002/ppap.202300036
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Possibility of Cancer Therapy with a Combination of Low Temperature Plasma and Hyperthermia (2023)
  • 著者名/発表者名: Takashi Kondo, Hiroshi Hashizume, Hiromasa Tanaka, Kenji Ishikawa, Masaru Hori
  • 雑誌名: Therm Med 巻: 39 ページ: 21～30
  • 査読あり
• [雑誌論文] 総説：プラズマなどで処理された水の多様性 (2023)
  • 著者名/発表者名: 石川健治
  • 雑誌名: 静電気学会誌 巻: 46 ページ: 209
  • 査読あり
• [学会発表] Frontiers of Plasma Etching Technology for Advanced Semiconductor Devices (2023)
  • 著者名/発表者名: Kenji Ishikawa
  • 学会等名: 35th International Conference on Phenomena in Ionized Gases (ICPIG), the Neitherland
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Plasma treatments in rice paddy fields: Impacts on yield and quality (2023)
  • 著者名/発表者名: Kenji Ishikawa
  • 学会等名: 第40回バイオテクノロジー
  • 招待講演
• [学会発表] Low temperature plasma life innovations: Functional reaction networks of radical chemistry (2023)
  • 著者名/発表者名: Kenji Ishikawa
  • 学会等名: IAEA Technical Meeting on Emerging Applications of Plasma Science and Technology, Vienna
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 低温プラズマのバイオ応用～プラズマ照射効果～ (2023)
  • 著者名/発表者名: 石川健治
  • 学会等名: 第66回放射線化学研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Plasma etching technology: Next milestone of assurance energy and environment (2023)
  • 著者名/発表者名: Kenji Ishikawa
  • 学会等名: ADMETA Plus 2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Chemically Active Compounds Formed in Low-temperature Plasma Treated Liquids for Cancer Treatment (2023)
  • 著者名/発表者名: Camelia Miron, Hiromasa Tanaka, Taishi Yamakawa, Du Lyin, Hiroki Kondo, Hiroshi Hashizume, Takashi Kondo, Kenji Ishikawa, Shinya Toyokuni, Masaaki Mizuno, and Masaru Hori
  • 学会等名: Global Plasma Forum in Aomori
  • 国際学会
• [学会発表] Selective removal of graphene by irradiation of remote oxygen plasma (2023)
  • 著者名/発表者名: Liugang Hu, Kenji Ishikawa, Takayoshi Tsutsumi, Thi-Thuy-Nga Nguyen, Shih-Nan Hsiao, Hiroki Kondo, Makoto Sekine, and Masaru Hori
  • 学会等名: Global Plasma Forum in Aomori
  • 国際学会
• [学会発表] Synthesis and characteristics of carbon nanowalls using two-step growth combining different plasma chemical vapor deposition methods (2023)
  • 著者名/発表者名: Ngo Quang Minh, Ngo Van Nong, Osamu Oda, Masaru Hori and Kenji Ishikawa
  • 学会等名: Global Plasma Forum in Aomori
  • 国際学会
• [学会発表] Low-temperature plasma as a ferroptosis inducer in cancer cells (2023)
  • 著者名/発表者名: Shinya Toyokuni, Hao Zheng, Yasumasa Okazaki, Kae Nakamura, Hiroaki Kajiyama, Hiromasa Tanaka, Keiji Ishikawa and Masaru Hori
  • 学会等名: Global Plasma Forum in Aomori
  • 国際学会
• [学会発表] Plasma-activated solutions invigorate anti-tumor immune response in the intraperitoneal environments of ovarian cancer (2023)
  • 著者名/発表者名: Kae Nakamura, Nobuhisa Yoshikawa, Hiromasa Tanaka, Kenji Ishikawa, Masaaki Mizuno, Shinya Toyokuni, Masaru Hori and Hiroaki Kajiyama
  • 学会等名: Global Plasma Forum in Aomori
  • 国際学会
• [学会発表] On the mechanism of high-speed SiO2 etching using hydrogen fluoride-contained plasmas at cryogenic temperature (2023)
  • 著者名/発表者名: Shih-Nan Hsiao, Makoto Sekine, Nikolay Britun, Michael Kin-Ting Mo, Yusuke Imai, Takayoshi Tsusumi, Kenji Ishikawa, Yuki Iijima, Masahiko Yokoi, Ryutaro Suda, Yoshihide Kihara and Masaru Hori
  • 学会等名: Global Plasma Forum in Aomori
  • 国際学会
• [学会発表] Etching Selectivities of SiO2 and SiN Against a-C Films Using CF4/H2 with a Pseudo-Wet Plasma Etching Mechanism (2023)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Imai, S. Hsiao, M. Sekine, T. Tsutsumi, K. Ishikawa, M. Iwata, M. Tamura, Y. Iijima, T. Gohira, K. Matsushima, Y. Ohya, M. Hori,
  • 学会等名: AVS 69th International Symposium and Exhibition (AVS 69), Portland, USA
  • 国際学会
• [学会発表] Selective Cytotoxicity of Plasma-Treated L-Arginine Solution on Human Breast Cancer Cells (2023)
  • 著者名/発表者名: Liyin Du, Camelia Miron, Takashi Kondo, Hiromasa Tanaka, Kenji Ishikawa, Masaaki Mizuno, Shinya Toyokuni, Hiroaki Kajiyama, and Masaru Hori
  • 学会等名: 13th Asian-European International Conference on Plasma Surface Engineering (AEPSE 2023)
  • 国際学会
• [学会発表] Mechanisms of selective killing of cancer cells against normal cells by plasma-activated Ringer’s lactate solution. (2023)
  • 著者名/発表者名: Hiromasa Tanaka, Masaaki Mizuno, Kenji Ishikawa, Camelia Miron, Hiroshi Hashizume, Yasumasa Okazaki, Shinya Toyokuni, Kae Nakamura, Hiroaki Kajiyama, and Masaru Hori
  • 学会等名: 13th Asian-European International Conference on Plasma Surface Engineering (AEPSE 2023)
  • 国際学会
• [学会発表] Evaluation of Autophagy-Inducing Substances in PAL (2023)
  • 著者名/発表者名: Taishi Yamakawa,Kae Nakamura, Masaaki Mizuno, Shinya Toyokuni, Hiroaki Kajiyama, Masaru Hori, Kenji Ishikawa and Hiromasa Tanaka
  • 学会等名: 13th Asian-European International Conference on Plasma Surface Engineering (AEPSE 2023)
  • 国際学会
• [学会発表] Cellular Response to Electrical Stimulation on Carbon Nanowalls Coated with Silicon Carbide (2023)
  • 著者名/発表者名: Koki Ono, Hiroki Kondo, Kenji Ishikawa, Wakana Takeuchi, Kenichi Uehara, Shigeo Yasuhara, Hiromasa Tanaka and Masaru Hori
  • 学会等名: 13th Asian-European International Conference on Plasma Surface Engineering (AEPSE 2023)
  • 国際学会
• [学会発表] Transient behavior of cycle process in Ar plasma with alternately injected C4F8 and SF6 (2023)
  • 著者名/発表者名: Taito Yoshie, Kenji Ishikawa, Thi-Thuy-Nga Nguyen, Shih-Nan Hsiao, Takayoshi Tsutsumi, Makoto Sekine, and Masaru Hori
  • 学会等名: 13th Asian-European International Conference on Plasma Surface Engineering (AEPSE 2023)
  • 国際学会
• [学会発表] Unravelling Dissociation of Hydrofluorocarbon Molecules through Photoelectron Photoion Coincidence (PEPICO) Studies (2023)
  • 著者名/発表者名: Tran Trung Nguyen, Kenji Ishikawa, Toshio Hayashi, Hiroshi Iwayama, Shih-Nan Hsiao, Makoto Sekine, and Masaru Hori
  • 学会等名: 13th Asian-European International Conference on Plasma Surface Engineering (AEPSE 2023)
  • 国際学会
• [備考] 石川・田中研究室
  • URL: https://horilab.nuee.nagoya-u.ac.jp/
• [備考] 名古屋大学低温プラズマ科学研究センター
  • URL: https://www.plasma.nagoya-u.ac.jp/