種子内プラズマ起因RONS導入量の微量定量測定法の創成

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K03586
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 奥村 賢直 九州大学, システム情報科学研究院, 助教 (60801149)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: プラズマ / 種子 / 植物 / 応答誘導 / 発芽 / 質量分析 / 化学種

Outline of Annual Research Achievements

種子への大気圧プラズマは発芽、またその後の成長といった植物の応答を誘導できる。社会実装および学術的観点から、この機構解明には、種子内へのプラズマ起因化学種導入量の定量的評価が欠かせない。しかしながら、プラズマ照射された種子から化学種を実測した報告例はない。そこで本研究では、種子内へのプラズマ起因化学種導入の実験的証拠を世界へ提供するため、プラズマ照射によって種子内に導入される化学種の検出・同定および微量定量測定法を創成した。
本研究の実施計画に従い、化学種としての第一のターゲットとして、種子の休眠打破を誘導するがその分子メカニズムが不明な硝酸イオンNO3-とした。検出および同定には、Quadrupole mass spectrometer(QMS)、Liquid chromatography-multi-wavelength detection (LC-MWD)を用いた。定量分析には、Liquid chromatograph-tandem mass spectrometer(LC-MS/MS)を用いた。このNO3-の導入経路をCOMSOL社により、1Dモデルの化学反応シミュレーションにより導いた。
本研究成果は、これまでミッシングリンクとなっていた、プラズマ照射によって種子に供給される化学種を測定する方法である。よって、本方法がプラズマ照射による生体応答誘導技術の定量評価を可能とするものと期待できる。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

既にNO3-に対し種子内へのプラズマ起因化学種導入量の定量的評価法の創成に成功しており、2023年度に計画していた化学種の種子内分布の把握に着手済みであるため。

Strategy for Future Research Activity

化学種の種子内分布の把握に着手したところ、プラズマ照射によって修飾を受ける種子側の分子の検出および定量評価が重要であることが分かった。今後は、GC/MSを利用し、当該分子の同定や、LC-MS/MSを用いた定量測定を追加で行っていく。

Research Products

• [Journal Article] Role of insoluble atoms in the formation of a three-dimensional buffer layer in inverted Stranski-Krastanov mode (2023)
  • Author(s): Yamashita Naoto、Mitsuishi Ryo、Nakamura Yuta、Takeda Keigo、Hori Masaru、Kamataki Kunihiro、Okumura Takamasa、Koga Kazunori、Shiratani Masaharu
  • Journal Title: Journal of Materials Research Volume: 38 Pages: 1178～1185
  • DOI: 10.1557/s43578-022-00886-7
• [Journal Article] Effects of amplitude modulated capacitively coupled discharge Ar plasma on kinetic energy and angular distribution function of ions impinging on electrodes: particle-in-cell/Monte Carlo collision model simulation (2022)
  • Author(s): Abe Kohei、Kamataki Kunihiro、Yamamoto Akihiro、Nagao Iori、Otaka Michihiro、Yamashita Daisuke、Okumura Takamasa、Yamashita Naoto、Itagaki Naho、Koga Kazunori、Shiratani Masaharu
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 61 Pages: 106003～106003
  • DOI: 10.35848/1347-4065/ac7626
• [Journal Article] Detection of NO3- introduced in plasma-irradiated dry lettuce seeds using liquid chromatography-electrospray ionization quantum mass spectrometry (LC-ESI QMS) (2022)
  • Author(s): Okumura Takamasa、Attri Pankaj、Kamataki Kunihiro、Yamashita Naoto、Tsukada Yuichi、Itagaki Naho、Shiratani Masaharu、Ishibashi Yushi、Kuchitsu Kazuyuki、Koga Kazunori
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 12 Pages: －
  • DOI: 10.1038/s41598-022-16641-1
• [Journal Article] Treatment of organic wastewater by a combination of non-thermal plasma and catalyst: a review (2022)
  • Author(s): Attri Pankaj、Koga Kazunori、Okumura Takamasa、Chawarambwa Fadzai L.、Putri Tika E.、Tsukada Yuichi、Kamataki Kunihiro、Itagaki Naho、Shiratani Masaharu
  • Journal Title: Reviews of Modern Plasma Physics Volume: 6 Pages: －
  • DOI: 10.1007/s41614-022-00077-1
• [Journal Article] Spatio-temporal measurements Ar 2p1 excitation rates and optical emission spectroscopy by capacitively coupled Ar and Ne mixed gas plasma (2022)
  • Author(s): Otaka Michihiro、Arima Toshiaki、Lai Jiansyun、Ikeda Kizuki、Kamataki Kunihiro、Yamashita Naoto、Okumura Takamasa、Itagaki Naho、Koga Kazunori、Shiratani Masaharu
  • Journal Title: MRS Advances Volume: 7 Pages: 918～922
  • DOI: 10.1557/s43580-022-00306-2
• [Journal Article] Outcomes of Pulsed Electric Fields and Nonthermal Plasma Treatments on Seed Germination and Protein Functions (2022)
  • Author(s): Attri Pankaj、Okumura Takamasa、Koga Kazunori、Shiratani Masaharu、Wang Douyan、Takahashi Katsuyuki、Takaki Koichi
  • Journal Title: Agronomy Volume: 12 Pages: 482～482
  • DOI: 10.3390/agronomy12020482
• [Journal Article] Effect of gas flow rate and discharge volume on CO₂ methanation with plasma catalysis (2022)
  • Author(s): Toko Susumu、Ideguchi Masashi、Hasegawa Taiki、Okumura Takamasa、Kamataki Kunihiro、Takenaka Kosuke、Koga Kazunori、Shiratani Masaharu、Setsuhara Yuichi
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 61 Pages: SI1002～SI1002
  • DOI: 10.35848/1347-4065/ac4822
• [Presentation] プラズマ照射によるレタス種子表面および内部の分子変動 (2023)
  • Author(s): 阿南輝樹, 奥村賢直, アトリパンカジ, 鎌滝晋礼, 山下尚人, 板垣奈穂, 古閑一憲, 白谷正治
  • Organizer: 第70回応用物理学会 春季学術講演会
• [Presentation] プラズマCVD法で堆積した2層a-C:Hの機械的強度に対するカーボンナノ粒子挿入の効果 (2023)
  • Author(s): 田渕竜也, 小野晋次郎, 奥村賢直, 鎌滝晋礼, 山下尚人, 板垣奈穂, 古閑一憲, 白谷正治
  • Organizer: 第70回応用物理学会 春季学術講演会
• [Presentation] T. Okumura (2023)
  • Author(s): Impact of Plasma Irradiation on Plant Seeds Metabolism (Invited)
  • Organizer: ISPlasma2023/IC-PLANTS2023
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 種子へのプラズマ照射量の定量解析最前線 (2023)
  • Author(s): 奥村賢直, 古閑一, 白谷正治
  • Organizer: プラズマ種子科学研究会
  • Invited
• [Presentation] 種子へのプラズマ照射量定量解析 (2023)
  • Author(s): 奥村賢直, 古閑一憲, 白谷正治
  • Organizer: 東北プラズマフォーラム 令和4年度 東北大学 電気通信研究所 共同プロジェクト研究会
  • Invited
• [Presentation] プラズマおよび電界を用いた農産物の生産法，加工・保存法の新展開 (2023)
  • Author(s): 奥村賢直, P. Attri, 古閑一憲, 白谷正治
  • Organizer: 令和５年電気学会全国大会
  • Invited
• [Presentation] Structural Characteristics of Carbon Sphere Composite Deposited by Ar+CH4 Plasma Chemical Vapor Deposition Method (2023)
  • Author(s): K. Koga, S. H. Hwang, S. Ono, D. Yoshikawa, T. Okumura, K. Kamataki, N. Yamashita, N. Itagaki, M.Shiratani
  • Organizer: 7th International Conference on Advances in Functional Materials(AFM-2022)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effects of Gas Pressure on Deposition Characteristics of Hydrogenated Amorphous Carbon Films Produced by Ar + CH4 Capacitively Coupled Plasma (2023)
  • Author(s): S. Ono, S. H. Hwang, D. Yoshikawa, T. Okumura, K. Kamataki, N. Yamashita, N. Itagaki, K. Koga, M. Shiratani, Masaharu
  • Organizer: 7th International Conference on Advances in Functional Materials(AFM-2022)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ナノインデンテーションを用いた a-C:H/CNP/a-C:H サンドイッチ構造膜の機械的強度評価 (2022)
  • Author(s): 田渕竜也, 小野晋次郎, 奥村賢直, 鎌滝晋礼, 山下尚人, 板垣奈穂, 古閑一憲，白谷正治
  • Organizer: プラズマ・核融合学会 九州・沖縄・山口支部 第26回 支部大会
• [Presentation] 水へのCO2プラズマ照射による選択的CO生成 (2022)
  • Author(s): 内野泰佑, アタリ パンカジ, 奥村賢直, 古閑一憲，山下大輔, 鎌滝普礼, 山下尚人, 板垣奈穂, 白谷正治
  • Organizer: プラズマ・核融合学会 九州・沖縄・山口支部 第26回 支部大会
• [Presentation] プラズマ照射を用いて窒素リッチ化した肥料で栽培したサトウキビの生育評価 (2022)
  • Author(s): 中尾匠，小野晋二郎，山本小龍，内野泰祐，奥村賢直，P. Attri，古閑一憲, 山下大輔，鎌滝晋礼，山下尚人，板垣奈穂，白谷正治
  • Organizer: プラズマ・核融合学会 九州・沖縄・山口支部 第26回 支部大会
• [Presentation] Formation of Graphene Nanoribbon-like Structure in Carbon Nanoparticles Fabricated by Ar+CH4 Plasma Chemical Vapor Deposition (2022)
  • Author(s): S. Ono, S. H. Hwang, T. Okumura, K. Kamataki, N. Yamashita, N. Itagaki, K. Koga, M. Shiratani, J. S. Oh, S. Takabayashi, T. Nakatani
  • Organizer: 第32回日本MRS年次大会
• [Presentation] Role of reactive nitrogen species on the radish seeds (2022)
  • Author(s): P. Attri, T. Okumura, T.E. Putri, F. L. Chawarambwa, K. Koga, K. Kamataki, M. Shiratani
  • Organizer: 第32回日本MRS年次大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Influence of Seed Dormancy on Plasma Irradiation Effects on their Germination (2022)
  • Author(s): K. Koga, T. Okumura, P. Attri, T. Anan, K. Kamataki, N. Yamashita, N. Itagaki, M. Shiratani, Y. Ishibashi, S. Tsuboyama, K. Kuchitsu, K. Ishikawa, M. Hori
  • Organizer: 第32回日本MRS年次大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Study on biomolecules extracted from plasma-irradiated plant seeds using quadrupole mass spectrometer (2022)
  • Author(s): T. Okumura, P. Attri, K. Kamataki, N. Yamashita, N. Itagaki, K. Koga, M. Shiratani
  • Organizer: 第32回日本MRS年次大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Plasma Irradiation-induced Molecular Modification of Quercetin as Plant Antioxidant (2022)
  • Author(s): T. Anan, T. Nakao, T. Okumura, P. Attri, D. Yamashita, K. Kamataki, N. Yamashita, N. Itagaki, K. Koga, M. Shiratani, Y. Ishibashi
  • Organizer: 第32回日本MRS年次大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Plasma irradiation-introduced RONS amount into plant seeds and their response analysis (2022)
  • Author(s): T. Okumura, T. Anan, P. Attri, Y. Tsukada, K. Kamataki, N. Yamashita, N. Itagaki, K. Koga, M. Shiratani, Y. Ishibashi
  • Organizer: ICRP-11/GCE2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Process analysis of cracking aC: H/CNP/aC: H sandwich films under stress using nanoindentation (2022)
  • Author(s): S. Ono, T. Okumura, K. Kamataki, N. Yamashita, N. Itagaki, K. Koga, M. Shiratani
  • Organizer: ICRP-11/GCE2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Plasma induced conversion of CO2 with water to useful compounds (2022)
  • Author(s): P. Attri, T. Okumura, K. Koga, K. Kamataki, N. Itagaki, M. Shiratani, N. Takeuchi
  • Organizer: ICRP-11/GCE2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effect of plasma irradiation on germination of lettuce seeds with fluctuating dormancy (2022)
  • Author(s): T. Anan, T. Nakao, T. Okumura, P. Attri, K. Kamataki, N. Yamashita, N. Itagaki, K. Koga, M. Shiratani
  • Organizer: ICRP-11/GCE2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Reproducibility in plasma agriculture (2022)
  • Author(s): M. Shiratani, T. Anan, T. Nakao, T. Okumura, P. Attri, K. Koga
  • Organizer: ICRP-11/GCE2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Relationship between vibrational temperature and CO2 methanation with plasma catalysis (2022)
  • Author(s): S. Toko, T. Hasegawa, T. Okumura, K. Kamataki, K. Takenaka, K. Koga, M. Shiratani, Y. Setsuhara
  • Organizer: ICRP-11/GCE2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Role of short-lived nitrogen species generated at low-pressure RF plasma on the germination and seedling growth (2022)
  • Author(s): K. Koga, P. Attri, T. Okumura, T. Anan, T. Nakao, K. Kamataki, N. Yamashita, N. Itagaki, M. Shiratani
  • Organizer: ICRP-11/GCE2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 大気圧空気プラズマを用いた肥料への窒素固定と圃場試験 (2022)
  • Author(s): 中尾匠, 奥村賢直, パンカジアトリ, 山下大輔, 鎌滝晋礼, 山下尚人, 板垣奈穂, 古閑一憲, 白谷 正治
  • Organizer: 第83回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] モデル植物ゼニゴケの成長に対する低温プラズマ照射解析実験系の確立と初発反応の解析 (2022)
  • Author(s): 坪山祥子, 奥村賢直, 古閑一憲, 白谷正治, 朽津 和幸
  • Organizer: 第83回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] 休眠状態を考慮したレタス種子発芽へのプラズマ照射効果 (2022)
  • Author(s): 奥村賢直, 阿南輝樹, アタリパンカジ, 山下大輔, 鎌滝晋礼, 山下尚人, 板垣奈穂, 古閑一憲, 白谷正治, 石橋勇志
  • Organizer: 第83回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] Eff ects of Modifi cation of Film Interface by Nanoparticles on Mechanical Properties of Films (2022)
  • Author(s): S. Ono, S. H. Hwang, T. Okumura, K. Koga, K. Kamataki, N. Yamashita, N. Itagaki, M. Shiratani
  • Organizer: 9th International Symposium on Control of Semiconductor Interfaces
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Particle Fluxes to Seeds Irradiated from Scalable DBD Plasma (2022)
  • Author(s): M. Shiratani, H. Tanaka, T. Anan, T. Nakao, Y. Tagawa, T. Okumura, P. Attri, K. Koga
  • Organizer: ISNTP-12＆ISEHD 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Stress Relaxation of Hydrogenated Amorphous Carbon Films by Incorporating Carbon Nanoparticles Using Plasma Chemical Vapor Deposition (2022)
  • Author(s): K. Koga, S. H. Hwang, S. Ono, D. Yoshikawa, T. Okumura, N. Yamashita, K. Kamataki, N. Itagaki, M. Shiratani, J-S. Oh, S. Takabayashi, T. Nakatani
  • Organizer: MRS spring meeting 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Quantitative Evaluation through LC-QqQ MS/MS for RONS Induced into Dry Seeds by Non-Thermal Plasma Irradiation (2022)
  • Author(s): T. Okumura , K. Koga , P. Attri , K. Kamataki , N. Yamashita , N. Itagaki, M. Shiratani
  • Organizer: MRS spring meeting 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Structural Control of Hydrogenated Amorphous Carbon Films by Substrate Position and Gas Pressure in Plasma Chemical Vapor Deposition (2022)
  • Author(s): S. Ono, S. H. Hwang, D. Yoshikawa, T. Okumura, K. Kamataki, N. Yamashita, N. Itagaki, K. Koga, M. Shiratani, J. S. Oh, S. Takabayashi, T. Nakatani
  • Organizer: MRS spring meeting 2022
  • Int'l Joint Research