パルスパワーの生体への作用解明と応用展開

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25289076
• 研究機関: 熊本大学
• 研究代表者: 秋山 秀典 熊本大学, パルスパワー科学研究所, 教授 (50126827)
• 研究分担者: 勝木 淳 熊本大学, パルスパワー科学研究所, 教授 (80233758) ; 矢野 憲一 熊本大学, パルスパワー科学研究所, 教授 (70311230) ; ホセイニ ハミドレザ 熊本大学, パルスパワー科学研究所, 教授 (00543406) ; 佐久川 貴志 熊本大学, パルスパワー科学研究所, 教授 (40398186) ; 浪平 隆男 熊本大学, パルスパワー科学研究所, 准教授 (40315289) ; 王 斗艶 熊本大学, パルスパワー科学研究所, 准教授 (30508651)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: パルスパワー / バイオエレクトリクス

研究実績の概要

パルス幅がナノ秒と短い大電力をパルスパワーと呼び、単発でのエネルギーは10Ｊと極小である。このパルスパワーを生体に印加することにより、皮膚がんの消滅や傷の回復（医療分野）、アオコの処理（水環境）、柔らかい高齢者用食品（健康福祉）、藻類からの油分離（エネルギー）、植物工場や魚養殖工場（農漁業）等、多くの重要な研究がなされており、この新しい異分野融合型の研究領域をバイオエレクトリクスと名付けている。パルスパワーの生体への作用の解明と応用展開を目指して、世界トップレベルの15機関でBioelectrics 国際コンソーシアムを形成している。本研究目的は、バイオエレクトリクスに特化した全固体素子を用いたパルスパワー技術の新展開とパルスパワーの生体への作用の解明である。さらに、本基盤研究の遂行とともに、Bioelectrics 国際コンソーシアム各機関との共同研究を通した応用研究の展開につなげる。
平成27年度は、パルスパワーを大きくしてアポトーシス誘導機構につながる成果を得ると共に、パルスパワー生成水中放電をウナギに当てて、その成長への影響を明らかにした。アオコ処理のための衝撃波を効率的に起こせるシステム開発を行い、パルスアーク放電でも長期間運転が可能な電極開発を行った。国際共同研究も進み、フランスのチームと藻類からのオイル抽出実験を行った。又、チェコのグループと沿面放電に関する基礎研究を進めた。

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

平成27年度の研究計画として記述した、パルスパワーの細胞への作用（アポトーシス誘導機構）、パルスパワーによるウナギ養殖の可能性、アオコ処理のための衝撃波を効率的に起こせるシステム開発、及びバイオエレクトリクス国際コンソーシアム機関との共同研究推進の目的をおおむね達成した。

今後の研究の推進方策

当初計画通り、平成28年度は、下記項目の研究を実施する。
１．高エネルギーパルスパワー発生装置開発、及びパルス幅が１０ナノ秒の高繰り返しパルスパワー発生装置の開発を行う。
２．パルスパワーのがん細胞への作用の研究の最終段階として、アポトーシスで死滅するのか、ネクローシスで死滅するのかの解明を行う。
３．アオコの殺藻機構解明や大腸菌の殺菌機構解明を行う。
４．国際的に大きい問題となっているバラスト水処理に関する性能試験を行い、実用化の可能性を検討する。
５．Institute of Plasma Physics（チェコ）、University of Toulouse（フランス）、Eindhoven Univ. of Technology （オランダ） との共同研究を継続する。

研究成果

• [国際共同研究] Institute of Plasma Physics(チェコ)
  • 国名: チェコ
  • 外国機関名: Institute of Plasma Physics
• [国際共同研究] University of Toulouse(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: University of Toulouse
• [国際共同研究] Eindhoven Univ. of Technology(オランダ)
  • 国名: オランダ
  • 外国機関名: Eindhoven Univ. of Technology
• [雑誌論文] Motion of free-surface of shock-compressed water on emergence of rarefaction (2015)
  • 著者名/発表者名: Menezes, V., Hosseini, H., Moosavi-Nejad, S., Irimpan, K.J., Akiyama, H.
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 107 (14) ページ: 143701
  • DOI: 10.1063/1.4932635
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Investigation of Gas Flow Dependence of Plasma Jet Produced by Pulsed Power (2015)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, A., Kawano, Y., Nakai, M., Nakagawa, T., Sakugawa, T., Hosseini, H., Akiyama, H.
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Plasma Science 巻: 43 (10) ページ: 3451-3455
  • DOI: 10.1109/TPS.2015.2448132
  • 査読あり
• [雑誌論文] In vivo effects of focused shock waves on tumor tissue visualized by fluorescence staining techniques (2015)
  • 著者名/発表者名: Lukes, P., Zeman, J., Horak, V., Hoffer, P., Pouckova, P., Holubova, M., Hosseini, S.H.R., Akiyama, H., Sunka, P., Benes, J.
  • 雑誌名: Bioelectrochemistry 巻: 103 ページ: 103-110
  • DOI: 10.1016/j.bioelechem.2014.08.019
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effects of burst electromagnetic wave focusing and their combination with nanosecond pulsed electric fields on HeLa S3 cells (2015)
  • 著者名/発表者名: Ishizawa, H., Hosseini, H., Yoshida, D., Sugimoto, K., Nejad, S.M., Katsuki, S., Akiyama, H.
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Plasma Science 巻: 43 (4) ページ: 1093-1099
  • DOI: 10.1109/TPS.2015.2407052
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characteristics of microplasma jet using air flow and pulsed power (2015)
  • 著者名/発表者名: Inokuchi, M., Akiyama, M., Shimizu, T., Sakugawa, T., Akiyama, H.
  • 雑誌名: IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials 巻: 135 (9) ページ: 522-528
  • DOI: 10.1541/ieejfms.135.522
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dielectric recovery mechanism of pressurized carbon dioxide at liquid and supercritical phases (2015)
  • 著者名/発表者名: Tanoue, H., Furusato, T., Imamichi, T., Ota, M., Katsuki, S., Akiyama, H.
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 54 (9) ページ: 096102
  • DOI: 10.7567/JJAP.54.096102
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study of fast rise time pulse power generator using SiC-MOSFET and FRD (2015)
  • 著者名/発表者名: Yamashita, K., Hatanaka, T., Akiyama, H., Sakugawa, T.
  • 雑誌名: Digest of Technical Papers-IEEE International Pulsed Power Conference, 2015-October 巻: 117245 ページ: 7296936
  • DOI: 10.1109/PPC.2015.7296936
  • 査読あり
• [雑誌論文] Time resolved spectroscopy of atomospheric plasma jet driven by pulsed power generator (2015)
  • 著者名/発表者名: Mori, M., Shimizu, T., Yamamoto, A., Sakugawa, T., Akiyama, H.
  • 雑誌名: Digest of Technical Papers-IEEE International Pulsed Power Conference, 2015-October 巻: 117245 ページ: 7296890
  • DOI: 10.1109/PPC.2015.7296890
  • 査読あり
• [学会発表] Pulsed Power and Bioelectrics (2015)
  • 著者名/発表者名: 秋山 秀典
  • 学会等名: The 9th Asia-Pacific International Symposium on the Basics and Applications of Plasma Technology
  • 発表場所: 長崎大学文教キャンパス（長崎市）
  • 年月日: 2015-12-12 – 2015-12-15
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Observation of Ultra-Short Positive Pulsed Discharge in Supercritical Carbon Dioxide (2015)
  • 著者名/発表者名: 大田 美由紀
  • 学会等名: The 9th Asia-Pacific International Symposium on the Basics and Applications of Plasma Technology
  • 発表場所: 長崎大学文教キャンパス（長崎市）
  • 年月日: 2015-12-12 – 2015-12-15
  • 国際学会
• [学会発表] Cell membrane poration by microstreaming: Experimental and analytical evaluations (2015)
  • 著者名/発表者名: ホセイニ ハミド
  • 学会等名: 1st World Congress on Electroporation and Pulsed Electric Fields in Biology, Medicine and Food & Environmental Technologies
  • 発表場所: Portoroz, スロベニア
  • 年月日: 2015-09-06 – 2015-09-10
  • 国際学会
• [学会発表] Softening of Vegetables and Fruits by pulsed power (2015)
  • 著者名/発表者名: 秋山 真理子
  • 学会等名: 1st World Congress on Electroporation and Pulsed Electric Fields in Biology, Medicine and Food & Environmental Technologies
  • 発表場所: Portoroz, スロベニア
  • 年月日: 2015-09-06 – 2015-09-10
  • 国際学会
• [学会発表] Effect of 5 nslong Intense Electrical Pulses on Proteins (2015)
  • 著者名/発表者名: 勝木 淳
  • 学会等名: 1st World Congress on Electroporation and Pulsed Electric Fields in Biology, Medicine and Food & Environmental Technologies
  • 発表場所: Portoroz, スロベニア
  • 年月日: 2015-09-06 – 2015-09-10
  • 国際学会
• [学会発表] Protein transduction into HeLa cells using atmospheric pressure plasma jet (2015)
  • 著者名/発表者名: 王 斗艶
  • 学会等名: 1st World Congress on Electroporation and Pulsed Electric Fields in Biology, Medicine and Food & Environmental Technologies
  • 発表場所: Portoroz, スロベニア
  • 年月日: 2015-09-06 – 2015-09-10
  • 国際学会
• [学会発表] SEPARATION OF METAL FROM MATERIAL COMPOSITES BY USING PULSED POWER (2015)
  • 著者名/発表者名: 山下 智彦
  • 学会等名: 2015 Pacific Symposium on Pulsed Power and Applications
  • 発表場所: Hawaii, アメリカ
  • 年月日: 2015-08-05 – 2015-08-07
  • 国際学会
• [学会発表] COMPACT PULSED POWER MODULATOR USING FAST RECOVERY DIODE (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐久川 貴志
  • 学会等名: 2015 Pacific Symposium on Pulsed Power and Applications
  • 発表場所: Hawaii, アメリカ
  • 年月日: 2015-08-05 – 2015-08-07
  • 国際学会
• [学会発表] Immediate Response of Mammalian Cells to Applied Pulsed High Electric Field (2015)
  • 著者名/発表者名: 松島 諒
  • 学会等名: 20th IEEE Pulsed Power Conference
  • 発表場所: Austin, アメリカ
  • 年月日: 2015-05-31 – 2015-06-04
  • 国際学会
• [学会発表] TIME RESOLVED SPECTROSCOPY OF ATOMOSPHERIC PLASMA JET DRIVEN BY PULSED POWER GENERATOR (2015)
  • 著者名/発表者名: 森 瑞樹
  • 学会等名: 20th IEEE Pulsed Power Conference
  • 発表場所: Austin, アメリカ
  • 年月日: 2015-05-31 – 2015-06-04
  • 国際学会
• [備考] パルスパワー科学研究所ホームページ
  • URL: http://www.ipps.kumamoto-u.ac.jp/