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2022 年度 実施状況報告書

生体組織深部の薬剤を高空間分解能でリアルタイム分析する注射プラズマプローブの開発

研究課題

研究課題/領域番号 22K19044
研究機関東京工業大学

研究代表者

沖野 晃俊  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (60262276)

研究分担者 高松 利寛  東京理科大学, 研究推進機構生命医科学研究所, 助教 (10734949)
東海林 敦  東京薬科大学, 薬学部, 准教授 (90459850)
守岩 友紀子  東京薬科大学, 薬学部, 助教 (80881515)
研究期間 (年度) 2022-06-30 – 2024-03-31
キーワード大気圧プラズマ / 薬剤分析 / 質量分析 / 生体内薬剤分析 / 注射プラズマプローブ / 低温プラズマ / インバータ
研究実績の概要

抗がん剤などの薬剤が十分な効果を発揮するためには,治療対象となる組織に適切な濃度で到達している事が重要である。しかし,薬剤を投与した患者の組織内の薬剤濃度分布を直接確認することは困難である。そこで本研究では,注射針に大気圧低温プラズマとレーザーを内蔵した注射プラズマプローブを開発している。低温プラズマを生体組織に照射してその位置にある薬剤分子を気化させ,体外に取り出して質量分析する。
本年はまず,注射針に内蔵可能な小型プラズマジェットを製作した。このプラズマジェットは直径1.0 mmのガラス管の外側に螺旋状に電極を配置した直径1.5 mmのバリア放電型とした。プラズマ生成ガスとしてヘリウムを使用し,電極間に6.0 kV,16 kHzの電圧を印加することで安定なプラズマが生成できた。プラズマジェットの先端から2.0 mmの位置でのプラズマのガス温度は34.1℃であったため,人体に熱損傷を与えることなく照射できる事が示された。このプラズマジェットを14ゲージ(外径2.11 mm)の注射針内に配置し,安定したプラズマ生成を確認した。しかし,14ゲージの注射針は太く,患者の負担になるため,小型化を目的としてレーザーの併用も期待できる直径0.30 mmの中空光ファイバを用いて超小型のプラズマジェットを製作した。このプラズマジェットは直径0.70 mmであり,前述の装置に比べて約1/2の直径となった。その結果,16ゲージ(外経1.61mm)の注射針に,この超小型プラズマジェットと直径0.50 mmの薬剤吸引用チューブを内蔵したプラズマプローブを作製することができた。
この超小型プラズマジェットを用いて薬剤の分析を行った結果,プラズマ生成ガスに0.60 L/minのヘリウムを用いた場合に最も高い信号強度が得られた。
また,プラズマの強度を段階的に変調できるインバータ電源を製作し,3段階のプラズマ性を行い,発光強度と励起温度も3段階に変化することを確認した。

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

注射針は15ゲージ(内径1.47mm,外径1.81mm)に直径0.94mmのプラズマ発生部を挿入して使用する事を想定していたが,今年度は中空光ファイバを採用することで直径0.70mmのプラズマ発生部を製作できたので,注射針も想定よりも細い16ゲージ(内径1.25 mm,外経1.61mm)を使用する事ができた。また,薬剤の分析も順調に進んでいる。
そして,予定を前倒しして人体を模擬した試料の試作も行い,次年度の研究に向けた準備を行った。
さらに,インバータを用いて,プラズマの強度を3段階に高速変調できるプラズマ電源を開発し,基礎特性も測定した。

今後の研究の推進方策

研究代表者らのこれまでの付着物分析では,プラズマ生成ガスに適切な量の水素を添加することで脱離試料に付与されるプロトンが増加するため,目的とする物質の信号強度が増加することが明らかとなっている。そこで本研究でも,プラズマ生成ガスに水素を混合する実験を実施する。また,脱離した試料は質量分析装置に送るチューブの内壁に付着する可能性がある。そこで,チューブの材質を変えて質量分析実験を行う。
次に,生体内に近い条件下で分析を行うため,コラーゲンや寒天中にグリペックやカンプトなどの抗がん剤や解熱剤等の様々な薬剤を均一の濃度で混合させた生体模擬試料を作製し,開発した注射プラズマプローブを用いて薬剤分析を実証する。

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2023 2022

すべて 学会発表 (17件) (うち国際学会 2件、 招待講演 4件) 図書 (1件)

  • [学会発表] Development of brand-new atmospheric low temperature plasmas and its application to materials and medical fields2023

    • 著者名/発表者名
      Akitoshi Okino
    • 学会等名
      2023 Tokyo Tech Research Showcase
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 組織深部の有機質量分析を目的とした注射プラズマプローブの開発2023

    • 著者名/発表者名
      高松利寛,吉田大輝,沖野晃俊,守岩 友紀子,東海林敦
    • 学会等名
      令和4年度生体医歯工学共同研究拠点成果報告会
  • [学会発表] 大気圧プラズマソフトアブレーション法による単一粒子に吸着させた化合物の計測2023

    • 著者名/発表者名
      守岩友紀子,東海林敦,沖野晃俊
    • 学会等名
      令和4年度生体医歯工学共同研究拠点成果報告会
  • [学会発表] 新しい大気圧プラズマ装置の開発と医療関連応用2023

    • 著者名/発表者名
      沖野晃俊
    • 学会等名
      東京医科歯科大-東工大 第2回meetup
  • [学会発表] Life Science Applications of Atmospheric Low/High Temperature Plasmas2022

    • 著者名/発表者名
      Akitoshi OKINO
    • 学会等名
      Nanophotonics Symposium 2022 in Nasu
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] インバータを用いた強度変調プラズマ2022

    • 著者名/発表者名
      沖野晃俊,清水祐哉
    • 学会等名
      第2回生体分子ナノ解析・イメージング研究会
  • [学会発表] 注射プラズマプローブ用超小型プラズマジェットを用いた抗がん剤の質量分析2022

    • 著者名/発表者名
      吉田大輝,清水祐哉,守岩友紀子,高松利寛,東海林敦,沖野晃俊
    • 学会等名
      日本分析化学会第71年会
  • [学会発表] Low-temperature Plasma Source Capable of Generating Various Reactive Species and Irradiating Living Organisms2022

    • 著者名/発表者名
      Taiki Osawa, Chishi Ryu, Kai Fukuchi, Yohei Fukuyama, Yuriko Matsumura, Atsuo Iwasawa, Akitoshi Okino
    • 学会等名
      The 8th International Symposium on Metallomics
  • [学会発表] Development of micromini plasma jet for plasma injection probe to in vivo drug measurement in living organisms2022

    • 著者名/発表者名
      Daiki Yoshida, Yuya Shimizu, Yukiko Moriiwa, Toshihiro Takamatsu, Takahiro Iwai, Atsushi Shoji, AKITOSHI OKINO.
    • 学会等名
      The 8th International Symposium on Metallomics
  • [学会発表] Inverter-modulated microplasma excitation source for high sensitive analysis of various elements2022

    • 著者名/発表者名
      Yuya Shimizu, Yuta Ishikawa, Yusaku Yanagii, Daiki Yoshida, Takashi Ohta, Motohide Aoki, Tomonari Umemura, AKITOSHI OKINO
    • 学会等名
      The 8th International Symposium on Metallomics
  • [学会発表] 複数条件での連続的な発光分光分析に向けた 3段階強度変調プラズマの生成2022

    • 著者名/発表者名
      清水祐哉, 吉田大輝, 福智魁, 太田高志, 青木元秀, 梅村知也, 沖野晃俊
    • 学会等名
      プラズマ分光分析研究会 第117回講演会
  • [学会発表] 複数元素の高感度分析のための 強度変調マイクロプラズマの特性測定2022

    • 著者名/発表者名
      清水祐哉, 吉田大輝, 福智魁, 太田高志, 青木元秀, 梅村知也, 沖野晃俊
    • 学会等名
      プラズマ分光分析研究会若手会第2回講演会
  • [学会発表] 注射プラズマプローブ用超小型プラズマジェットの製作とプラズマ生成条件の検討2022

    • 著者名/発表者名
      福山陽平, 吉田大輝, 清水祐哉, 守岩友紀子, 高松利寛, 東海林敦, 沖野晃俊
    • 学会等名
      プラズマ分光分析研究会第2回若手会講演会
  • [学会発表] 大気圧低温プラズマを用いた分析手法の開発2022

    • 著者名/発表者名
      沖野晃俊
    • 学会等名
      分析技術研究会 第141回講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] 生体内薬剤分析用注射プラズマプローブのための超小型プラズマジェットの開発2022

    • 著者名/発表者名
      福山陽平, 吉田大輝, 清水祐哉, 守岩友紀子, 高松利寛, 東海林敦, 沖野晃俊
    • 学会等名
      プラズマ分光分析研究会2022筑波セミナー
  • [学会発表] 複数元素の高感度分析に向けた3段階強度変調マイクロプラズマ2022

    • 著者名/発表者名
      清水祐哉, 吉田大輝, 福智魁, 太田高志, 青木元秀, 梅村知也, 沖野晃俊
    • 学会等名
      プラズマ分光分析研究会2022筑波セミナー
  • [学会発表] 表面処理/表面付着物分析のための大気圧温度制御プラズマの開発2022

    • 著者名/発表者名
      沖野晃俊
    • 学会等名
      日本分析化学会 ものつくり技術講演会
    • 招待講演
  • [図書] Recent Advances in Atmospheric-Pressure Plasma Technology2023

    • 著者名/発表者名
      Yuma Suenaga, Toshihiro Takamatsu, Toshiki Aizawa, Shohei Moriya, Yuriko Matsumura, Atsuo Iwasawa, Akitoshi Okino , Bogdan-George Rusu (Ed.)
    • 総ページ数
      162
    • 出版者
      MDPI books
    • ISBN
      978-3-0365-6880-5

URL: 

公開日: 2023-12-25  

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