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2015 年度 実施状況報告書

照射領域可変型低温プラズマジェット発生器の開発と殺菌への応用に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 25820113
研究機関日本文理大学

研究代表者

川崎 敏之  日本文理大学, 工学部, 准教授 (30352404)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2017-03-31
キーワード大気圧非熱平衡プラズマ / プラズマジェット / 殺菌 / 活性酸素 / プラズマ医療 / 可視化
研究実績の概要

①発生器構造,発生方法の最適化:液体中にいる菌への照射を前提に,プラズマ照射により液中に発生する活性酸素(ROS)の分布の可視化を行った。発生方法の最適化のため,印加電圧,周波数,ガス流量,酸素濃度がROSの分布に与える影響を調べた。ガス流量によって液体中に誘起される流れは変化し,それがROSの輸送と供給範囲に重要な役割を果たしていることを明らかにした。
②殺菌特性の検証:殺菌と深い関係にあるROSに着目した実験を主に行った。液の底に到達したROSの分布を可視化することにより,プラズマの影響範囲を制御できるかを検討した。プラズマ特有の効果を明確にするために,代表的な活性酸素の1つであるオゾンガス照射との比較を行った。その結果,オゾンガスのみの照射に比べて,プラズマ照射ではより多くのROSを広い範囲に供給することが可能であり,それは照射距離に強く依存することを明らかにした。殺菌に対するプラズマ照射の有効範囲を制御できる可能性を示した。
③殺菌メカニズムの解明:殺菌メカニズム解明にはどのような活性種,特にROSがターゲットの深さ方向に浸透,分布しているかを明らかにする必要がある。そこで,本研究ではゲル膜をターゲットにして,その深さ方向におけるROSの輸送,分布の可視化を試みた。ROSは1mm程度のゲル膜を通過することを確かめ,それが過酸化水素であると推測している。殺菌メカニズム解明には至っていないが,その重要なヒントを得ることができた。

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

昨年度より液中殺菌を視野に入れた実験に着手し,本年度発展した部分は計画通りである。特にプラズマジェットの照射によって,活性酸素(ROS)が液中のどのくらいの深さまでどのような範囲で到達するかについて,様々な条件下で明らかにした成果は非常に大きな発展であると判断している。一方で,このROSの分布と殺菌範囲の比較検討を行うに至っていない点は当初の予定から少し遅れた状況となった。
また殺菌メカニズム解明のためのヒドロキシルラジカルなどのROSの空間分布計測は実施できていない。しかしながら,プラズマの被照射物上のROS分布の可視化に成功した点はそれ以上の成果であると判断している。当初計画していたレーザ計測では得ることが不可能な新しい情報を得ることに成功した。
以上のように,当初の計画どおり実施できていない実験項目があるが,それ以上の成果が得られていることから,おおむね順調に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

本研究では,平成27年度,ゲル膜内へのROS供給とその制御に関する実験に新しく着手した。これは殺菌だけでなく医療分野においても重要な研究課題となっている。今後は気相からゲル(液)表面,さらにはゲル(液)内部へのROS輸送という観点からプラズマの照射範囲を検討し制御する方法を詳細に調べる予定である。

次年度使用額が生じた理由

他の研究テーマと共通利用が可能な消耗品費を,校費により購入することができたため。また,当初の予定より旅費を低く抑えることができたため。

次年度使用額の使用計画

H27年度より開始した実験項目の実施に必要な消耗品の購入増加が予想されるので,それに使用する。また,最終年度であるため,今まで得られた成果をより広く積極的に公表するための論文掲載料や国内外への旅費に使用を予定している。

  • 研究成果

    (25件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (22件) (うち国際学会 6件、 招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Visualization of the Two-dimensional Distribution of ROS Supplied to a Water-containing Target by a Non-thermal Plasma Jet2016

    • 著者名/発表者名
      T. Kawasaki, K. Kawano, H. Mizoguchi, Y. Yano, K. Yamashita, and M. Sakai
    • 雑誌名

      International Journal of Plasma Environmental Science & Technology

      巻: 10 ページ: 41-46

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Detection of reactive oxygen species supplied into the water bottom by atmospheric non-thermal plasma jet using iodine-starch reaction2015

    • 著者名/発表者名
      T. Kawasaki, W. Eto, M, Hamada, Y. Wakabayashi, Y. Abe, and K. Kihara
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 54 ページ: 086201

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.7567/JJAP.54.086201

    • 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 He/O2 plasma-jet irradiation2015

    • 著者名/発表者名
      A. Nakajima, G. Uchida, T. Kawasaki, K. Koga, T. Sarinont, T. Amano, K. Takenaka, M. Shiratani, and Y. Setsuhara
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 118 ページ: 043301

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1063/1.4927217

    • 査読あり
  • [学会発表] プラズマジェットへの供給ガス流量が液状ターゲットの底へのROS輸送に及ぼす影響2016

    • 著者名/発表者名
      川崎敏之,坂之下朋大,久壽米木捷太,工藤章裕,鶴丸拓也,佐藤晃弘,坂井美穂
    • 学会等名
      平成28年電気学会全国大会
    • 発表場所
      東北大学
    • 年月日
      2016-03-16
  • [学会発表] 地域創生を目的とした自然エネルギー利用型プラズマ農業に関する基礎研究2016

    • 著者名/発表者名
      川崎敏之,坂井美穂,池畑義人,小幡章
    • 学会等名
      NBUチャレンジOITA地域創生活動報告2016
    • 発表場所
      豊後大野市役所
    • 年月日
      2016-02-13
  • [学会発表] ライフサイエンス分野の新しい道具-プラズマ-2016

    • 著者名/発表者名
      川崎敏之
    • 学会等名
      けんしん大学講座
    • 発表場所
      大分県信用組合
    • 年月日
      2016-01-23
    • 招待講演
  • [学会発表] Supply of Reactive Oxygen Species into Water Bottom by O2/He Plasma Jet2015

    • 著者名/発表者名
      T. Kawasaki, T. Sakanoshita, S. Kusumegi, A. Kudo, T. Tsurumaru, A. Sato, and Y. Wakabayashi
    • 学会等名
      APSPT-9/SPSM-28
    • 発表場所
      長崎大学
    • 年月日
      2015-12-12
    • 国際学会
  • [学会発表] Application of Optical Wave Microphone to Plasma Jets2015

    • 著者名/発表者名
      F. Mitsugi, S. Kusumegi, T. Kawasaki, T. Nakamiya, and Y Sonoda
    • 学会等名
      APSPT-9/SPSM-28
    • 発表場所
      長崎大学
    • 年月日
      2015-12-12
    • 国際学会
  • [学会発表] Detection of Reactive Oxygen Species Generated by Non-thermal Plasma Jet Using Iodine-starch Reactions2015

    • 著者名/発表者名
      川崎敏之
    • 学会等名
      第25回日本MRS年次大会
    • 発表場所
      横浜市開港記念会館
    • 年月日
      2015-12-09
    • 招待講演
  • [学会発表] プラズマジェットによって水底へ輸送されるROSの検出-ガス流量の影響-2015

    • 著者名/発表者名
      坂之下朋大,久壽米木捷太,工藤章裕,鶴丸拓也,佐藤晃弘,若林泰昂,川崎敏之
    • 学会等名
      平成27年度応用物理学会九州支部学術講演会
    • 発表場所
      琉球大学
    • 年月日
      2015-12-05
  • [学会発表] プラズマジェットによって水底に輸送されるROSの検出-水質の影響-2015

    • 著者名/発表者名
      工藤章裕,久壽米木捷太,坂之下朋大,鶴丸拓也,佐藤晃弘,若林泰昂,川崎敏之
    • 学会等名
      平成27年度応用物理学会九州支部学術講演会
    • 発表場所
      琉球大学
    • 年月日
      2015-12-05
  • [学会発表] プラズマジェットによりアガロース膜を移動した活性酸素の検出2015

    • 著者名/発表者名
      佐藤晃弘,久壽米木捷太,工藤章裕,坂之下朋大,鶴丸拓也,若林泰昂,川崎敏之,内田儀一郎,古閑一憲,白谷正治
    • 学会等名
      平成27年度応用物理学会九州支部学術講演会
    • 発表場所
      琉球大学
    • 年月日
      2015-12-05
  • [学会発表] A Simple Method for Quantifying Dose of Reactive Species Generated by Atmospheric Pressure Plasmas2015

    • 著者名/発表者名
      T. Amano, T. Sarinont1, G. Uchida, T. Kawasaki, K. Koga, and M. Shiratani
    • 学会等名
      2015 MRS Fall Meeting & Exhibit
    • 発表場所
      ボストン
    • 年月日
      2015-12-03
    • 国際学会
  • [学会発表] 直流コロナ放電により供給された活性酸素種の二次元分布2015

    • 著者名/発表者名
      神澤龍也,松山友樹,見市知昭,川崎敏之
    • 学会等名
      平成27年電気関係学会関西連合大会
    • 発表場所
      摂南大学
    • 年月日
      2015-11-14
  • [学会発表] Detection of Reactive Oxygen Species (ROS) Supplied into Water Bottom by Plasma Jet using Iodo-starch Reactions2015

    • 著者名/発表者名
      T. Kawasaki, S. Kusumegi, A Kudo, T. Sakanoshita, T. Tsurumaru, A. Sato, and Y. Wakabayashi
    • 学会等名
      3rd ISNPEDADM
    • 発表場所
      レ・ユニオン島
    • 年月日
      2015-10-27
    • 国際学会
  • [学会発表] Two Dimensional Visualization of Oxidation Effect of Scalable DBD Plasma Irradiation using KI-starch Solution2015

    • 著者名/発表者名
      K. Koga, T. Amano, T. Sarinont, T. Kawasaki, G. Uchida, H. Seo, N. Itagaki, M. Shiratani, Y. Nakatsu, and A. Tanaka
    • 学会等名
      AVS-62
    • 発表場所
      カリフォルニア
    • 年月日
      2015-10-22
    • 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
      G. Uchida, A. Nakajima, T. Kawasaki, K. Koga, K. Takenaka, M Shiratani, and Y. Setsuhara
    • 学会等名
      ICRP-9/G EC-68/SPP-33
    • 発表場所
      ハワイ
    • 年月日
      2015-10-16
    • 国際学会
  • [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 応用物理学会 プラズマエレクトロニクス分科会 プラズマ新領域研究会『プラズマ流の可視化』
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2015-10-03
  • [学会発表] プラズマジェットの発生条件が水底へのROS 輸送に及ぼす影響2015

    • 著者名/発表者名
      鶴丸拓也,久壽米木捷太,工藤章裕,坂之下朋大,佐藤晃弘,若林泰昂,川崎敏之
    • 学会等名
      平成27年度電気・情報関係学会九州支部連合大会
    • 発表場所
      福岡大学
    • 年月日
      2015-09-26
  • [学会発表] KI-デンプン水溶液を用いた大気圧プラズマの活性種照射量の簡便な評価法2015

    • 著者名/発表者名
      天野孝昭,サリノント タパナット,内田儀一郎,川崎敏之,古閑一憲,白谷正治
    • 学会等名
      平成27年度電気・情報関係学会九州支部連合大会
    • 発表場所
      福岡大学
    • 年月日
      2015-09-26
  • [学会発表] プラズマジェットの照射距離が液底へのROS供給に与える影響2015

    • 著者名/発表者名
      久壽米木捷太,工藤章裕,坂之下朋大,佐藤晃弘,鶴丸拓也,若林泰昂,川崎敏之
    • 学会等名
      第39回静電気学会全国大会
    • 発表場所
      首都大学東京
    • 年月日
      2015-09-25
  • [学会発表] プラズマが気液相中にあるターゲットに供給する活性酸素量の簡易評価法-ゲル状試薬を用いて-2015

    • 著者名/発表者名
      川崎敏之
    • 学会等名
      静電気学会-放電プラズマによる水処理委員会
    • 発表場所
      首都大学東京
    • 年月日
      2015-09-23
    • 招待講演
  • [学会発表] プラズマジェットが液底への活性酸素供給に与える影響2015

    • 著者名/発表者名
      川崎敏之,久壽米木捷太,工藤章裕,坂之下朋大,鶴丸拓也,佐藤晃弘,若林泰昂
    • 学会等名
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場
    • 年月日
      2015-09-15
  • [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回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場
    • 年月日
      2015-09-15
  • [学会発表] 大気圧非熱平衡プラズマ照射による液中ラジカル生成の可視化2015

    • 著者名/発表者名
      川崎敏之
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会九州沖縄山口支部特別講演会
    • 発表場所
      九州大学
    • 年月日
      2015-04-27
    • 招待講演

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公開日: 2017-01-06  

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