生体分散プラズマ流の帯電制御による細胞空間格子配列法の開発

利用生物分散等离子体流的电荷控制开发细胞空间晶格排列方法

• 批准号: 20656033
• 负责人: 佐藤 岳彦
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-20656033/
• 关键词: 流体工学; 機械力学・制御; 生物・生体工学; プラズマ加工; バイオテクノロジー; 微粒子プラズマ; 帯電; 細胞

本研究は,大気圧プラズマ流中に細胞を包含するナノ・マイクロスケールの液滴を分散し,その帯電量を制御することにより,細胞を空間格子構造に均一配列させる研究課題であり,革新的な遺伝子導入プロトコル創成への基礎研究と成すことを目的としている.平成21年度は,平成20年度に液滴の空間配列の可能性を示唆する成果をえられたものの,空間中への配列に至らなかった要因を検証した.その結果,本年度は,細胞を液体培地表面に配列することを想定し,液面上に微粒子を配列する手法の開発を進めた.液面上に分散させた粒径数十μmのポリマー微粒子に,大気圧低温プラズマ流を照射し照射条件を最適化した結果,規則的に配列する微粒子列が形成される可能性があることを発見した.これは,微粒子の間隔が概ね等間隔の列を形成する現象であるが,プラズマ流の照射が無くなると同時に微粒子列は消滅することから,プラズマ流の荷電粒子による帯電と印加電圧による電場の形成ならびに液面形状の変化による流体力学的作用が相乗して生じた現象であると推察した.そこで,流体力学的作用を明らかにするために,液面の変形や気液界面現象について解析を進めた.また,微粒子を細胞に置換することも検討した.これより,プラズマ流と液面の干渉により,中心から放射状に外側に向かい流動場が形成され,同時に熱が拡散と対流で移動することが明らかになった.一方,微粒子はこれらの流れの影響を大きく受けずにプラズマ流の照射位置付近に留まることから,大気圧プラズマ流による微粒子配列の可能性が示唆された.これらの研究は,連携研究者や海外共同研究先のマックスプランク地球圏外物理研究所(ドイツ)との意見交換や共同実験を通し進めた.

This research aims at basic research on cell inclusion, droplet dispersion, and electric charge control in high pressure flow, and uniform arrangement of cells in spatial lattice structure. In 2007, the possibility of spatial distribution of droplets was demonstrated, and the main factors of spatial distribution were demonstrated. The results of this year's study show that the development of cell surface alignment and particle alignment techniques has been improved. The particle size of several tens of μm dispersed on the liquid surface was optimized under irradiation conditions at high pressure and low temperature, and the possibility of forming a regular array of particles was discovered. The formation of equally-spaced rows of particles in the fluid is investigated by the effect of fluid dynamics on the formation of charged particles in the fluid The role of fluid mechanics is clearly understood, and the liquid surface changes and the interface phenomenon of the gas and liquid are analyzed. The particles are replaced by particles. The flow field is formed radially outward from the center, and the heat is dissipated and moved toward the surface. On the one hand, the influence of micro-particles on the flow is greatly influenced by the radiation position of micro-particles, and the possibility of micro-particle arrangement is shown. The Institute of Extraterrestrial Physics (IEP) is a research institute that works with researchers overseas to exchange views and communicate with each other.

项目成果

水面近傍に形成した大気圧プラズマ流の気液流動場解析

近水面形成的大气压等离子体流气液流场分析

• 发表时间: 2010
• 作者: 田中弥生;神田隆生;永利一幸;江龍修;江龍修;西山秀哉;西山秀哉;Hideya Nishiyama;Hideya Nishiyama;Tetyana Antonova;Hideya NishiYama;Takehiko Sato;尾崎晃;西山秀哉;岩渕豊
• 通讯作者: 岩渕豊

Study of 3D Plasma Clusters' Environment by Emission Spectroscopy

利用发射光谱法研究 3D 等离子体团簇环境

• 发表时间: 2009
• 期刊: New Journal of Physics 11
• 作者: 田中弥生;神田隆生;永利一幸;江龍修;江龍修;西山秀哉;西山秀哉;Hideya Nishiyama;Hideya Nishiyama;Tetyana Antonova
• 通讯作者: Tetyana Antonova

Characteristics of a Plasma Flow Generated in Pure Water Vapor at Atmospheric Pressure and Its Sterilization Efficacy

常压纯水蒸气产生的等离子流特性及其灭菌效果

• 发表时间: 2010
• 作者: 田中弥生;神田隆生;永利一幸;江龍修;江龍修;西山秀哉;西山秀哉;Hideya Nishiyama;Hideya Nishiyama;Tetyana Antonova;Hideya NishiYama;Takehiko Sato
• 通讯作者: Takehiko Sato

Mechanism of Sterilization by Steam Plasma Flow at Atmospheric Pressure for Innovative Autoclave

创新高压灭菌器常压蒸汽等离子流灭菌机理

• 发表时间: 2009
• 作者: 田中弥生;神田隆生;永利一幸;江龍修;江龍修;西山秀哉;西山秀哉;Hideya Nishiyama;Hideya Nishiyama;Tetyana Antonova;Hideya NishiYama;Takehiko Sato;尾崎晃;西山秀哉;岩渕豊;Takehiko Sato
• 通讯作者: Takehiko Sato