Numerical investigation of transport transition in biological membrane due to charge and electric field induced by discharge plasma

放电等离子体引起的电荷和电场引起的生物膜传输转变的数值研究

• 批准号: 21H01317
• 负责人: 内田 諭
• 金额: $ 8.15万
• 依托单位: Tokyo Metropolitan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01317/
• 关键词: 電荷; 電界; プラズマ医療; 分子動力学法; 細胞膜

近年、大気圧プラズマ照射による医療応用が進展し、がん治療、止血処置や遺伝子導入における有用な成果が得られている。これらは、主に放電由来の化学活性種が外的因子となり、細胞を刺激して生じることが実験的に示されている。一方でプラズマが細胞近傍に誘起する電荷や電界は、表面帯電や膜電位変動を介して細胞膜の物質輸送へ直接的に影響を与えうるが、その機構は十分に理解されていない。本研究の目的は、プラズマが誘起する電荷および電界が細胞膜の物質輸送機能に対してどのような影響を与えるか、その物理的特性を明確にするため、プラズマ・希薄水層・細胞膜の各階層を数値的にモデル化して、界面パラメータを介した統合を行うとともに、電流電圧条件を精査することで、膜帯電および膜電位に対する細胞電気定数ならびに膜輸送係数の変移を定量化することである。具体的には、（１）大気圧グロー放電照射により生じる細胞膜への誘起電荷および電界を導出する。（２）希薄水層上の気液界面における荷電粒子分布を分子動力学的に解析する。（３）界面の電気二重層を含む帯電細胞膜をモデル化し、細胞電気定数の変動を検証する。（４）３階層間における誘起電荷量ならびに電界分布を整合したモデルを構築して、電界印加時における細胞膜の膜輸送係数を定量化する。（５）実験結果と比較して、細胞膜における浸透機構および浸透効率を考察する。上記の目的を達成するため、プラズマ・希薄水層・細胞膜を数値モデル化し、段階的な計算工程にて研究を行う必要がある。そこで、本年度は、前年度の基本モデルで得られた電荷・電界パラメータを介して、統合モデルへの拡張を行った。実際に、① 誘起膜電位の等価回路検証、② 電界下における希薄水層内の電荷移動解析、③ 帯電膜における電気定数変移の考察を行った。

In recent years, the progress of medical treatment, treatment and hemostasis have been improved in the treatment of radiation therapy in recent years. The origin of the chemical activity, the chemical activity, the factors outside the chemical activity, the cell stimulation, the chemical activity, the chemical activity and the chemical activity. One party is concerned about the impact of the electric charge industry, the surface membrane potential, and the direct transmission of cell membrane materials, and the local authorities are very aware of the impact. In this study, the purpose of this study is to determine the effect of the cell membrane material transport machine on the cell membrane of the electric power plant, the physical properties of the cell, the cell membrane, and the interface. The conditions of current, electricity, energy, electricity, energy, energy The specific materials, (1) the cell membrane of the cell in the cell of the plant, which is irradiated by radiation, will not be affected by the electric charge and electricity. (2) the "analytical" of the molecular dynamics of the liquid interface and the distribution of charged particles on the thin water tank. (3) the interface electronic double device includes the cell membrane chemical reaction and the fixed number of cell electricity. (4) 3-minute cycle load load distribution in the electrical industry, integration and transmission of cell membrane transport in the electronic industry. (5) the results of the experiment were compared with the results of the study on the permeation rate of cell membrane enzyme and cell membrane enzyme. The purpose of this paper is to make the necessary research on the calculation of the membrane, the number of cell membrane, and the calculation of the membrane. In the current year, the current year and the previous year, the industry of electricity and electricity will receive financial assistance in the current year, the current year and the previous year. It is necessary to analyze the charge transfer in the thin water tank in the world, and to investigate the fixed number shift of the electric power in the thin water tank in the world, such as the analysis of the electric charge transfer in the thin water tank, the analysis of the electric charge transfer in the thin water tank, and the investigation of the fixed number shift in the thin water tank.

项目成果

プラズマ―生体間の電荷・電界による膜機能制御の分子計算評価

等离子体与活体之间的电荷/电场控制膜功能的分子计算评估

• 发表时间: 2021
• 作者: Ito Hiroki;AprilPyone MaungMaung;Shiota Sayaka;Kiya Hitoshi;内田 諭
• 通讯作者: 内田 諭

大気圧プラズマ照射によるがん細胞への電気的作用の数値解析

大气压等离子体照射对癌细胞电效应的数值分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 山内 翔太;岩田 優太;八木 一平;内田 諭
• 通讯作者: 内田 諭

umerical Analysis of Changes in Transport Properties in Biological Membranes Due to Plasma-induced Charges and Electric Fields

等离子体感应电荷和电场引起的生物膜传输特性变化的数值分析

• 发表时间: 2022
• 作者: Yuta Iwata;Kosuke Takami;Ippei Yagi;Satoshi Uchida;Takehiko Sato
• 通讯作者: Takehiko Sato

電界下におけるプラズマ誘起種の膜透過性の分子動力学解析

电场下等离子体诱导物质膜渗透性的分子动力学分析

• 发表时间: 2021
• 作者: Yaxiang Wu;Takashi Tomura;Jiro Hirokawa;and Miao Zhang;内田 諭，八木 一平，佐藤 岳彦
• 通讯作者: 内田 諭，八木 一平，佐藤 岳彦

Basic verification of cancer cell separation characteristics in a dielectrophoretic device using microcylindrical electrodes

• DOI: 10.1002/ecj.12328
• 发表时间: 2021-10
• 期刊: Electronics and Communications in Japan
• 影响因子: 0.3
• 作者: Hideo Miyamukai;I. Yagi;S. Uchida;Masayo Takano;Y. Wakizaka;Takaharu Enjoji