Novel Cell Function Control Using Plasma Selective Transport and Radical Reaction Delay under Tesla-class Strong Magnetic Field

特斯拉级强磁场下利用等离子体选择性传输和自由基反应延迟控制新型细胞功能

• 批准号: 21K18613
• 负责人: 金子 俊郎
• 金额: $ 3.99万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K18613/
• 关键词: 気液界面プラズマ; テスラ級強磁場; プラズマ選択輸送; 液相中ラジカル; 細胞機能制御

本研究では，テスラ級強磁場中での大気圧プラズマ照射による新規細胞機能制御法の確立に挑戦する．2022年度は，「②強磁場中のプラズマ生成荷電粒子の輸送特性と液相中生成活性種の解析」を遂行すべく，東北大学強磁場超伝導材料研究センターの超電導マグネット専用の装置を製作し，10テスラまでの強磁場を印加した環境下でのプラズマ挙動とプラズマ照射溶液の特性を調べる実験を行った．１．プラズマは，石英管内にヘリウムを流しながら，円筒状高電圧電極に低周波高電圧を印加することで生成した．この時，磁場は石英管の軸方向に印加した．OHラジカル検出試薬を，石英管末端からの距離を変えながら置くことで，軸方向OH生成能の距離依存性を調べたところ，印加磁場強度が8テスラ以上で急激にOH生成域が10mm程度減少した．このことは，プラズマプルームの軸方向進展長が短くなったことが要因と考えられる．２．OHラジカル検出試薬をあらかじめ混合した液体を用いた高速液柱流に対して，プラズマ照射することで，径方向OH生成能を調べた．プルーム長当たりの径方向OH生成能は，印加磁場強度が6テスラ程度までは磁場強度に対して単調増加し，8テスラ以上で急激に増加し，その後飽和傾向にあった．３．プラズマ照射高速液柱流中での反応過程を考察する目的で，純水を用いた高速液柱流に対してプラズマ照射し，長寿命活性種である過酸化水素と亜硝酸イオンの濃度およびpHの印加磁場強度依存性を計測した．その結果，過酸化水素濃度はOHラジカルと同様に8テスラ程度から増加するが，亜硝酸イオン濃度は磁場強度に依存しないことが分かった．また，pHは6テスラ以上で低下することが分かった．以上の結果より，印加磁場強度が8テスラ程度以上になることで，大気圧プラズマにおいてもプラズマの輸送特性が変化し，液相中に生成される活性種が変化することが初めて明らかとなった．

This research aims to establish a new method for controlling cell function under high pressure and irradiation in high magnetic field. In 2022, we carried out the research on transport characteristics of charged particles generated under high magnetic field and analysis of active species generated in liquid phase, and manufactured a device for superconducting material research in high magnetic field at Tohoku University. 10. Under the strong magnetic field environment, the characteristics of the irradiated solution are adjusted. 1. The characteristics of the irradiated solution are adjusted. When the magnetic field is in the axial direction of the quartz tube, the distance between the ends of the quartz tube and the distance between the ends of the quartz tube is changed, and the distance dependence of the OH generation energy in the axial direction is adjusted. When the magnetic field strength is 8 degrees or more, the OH generation domain of the sudden excitation is reduced to 10 mm. 2. OH generation test: mixing liquid with high speed liquid column; The OH generation energy in radial direction increases with increasing magnetic field strength from 6 ° C to 8 ° C, and the post-saturation tendency increases with increasing magnetic field strength from 6 ° C to 8 ° C. To investigate the reaction process in high speed liquid column flow irradiated with pure water, the OH generation energy in radial direction increases with increasing magnetic field strength from 6 ° C to 8 ° C. Measurement of the dependence of long-lived active species on pH and magnetic field strength. As a result, the concentration of nitric acid increases with the increase of OH concentration and the decrease of nitric acid concentration with the increase of magnetic field intensity. The pH value is higher than 6. As a result, when the magnetic field intensity is 8 degrees or more, the transport characteristics of the high pressure medium change, and the active species are generated in the liquid phase.

项目成果

プラズマ合成五酸化二窒素によるシロイヌナズナの全身防御応答の誘導

血浆合成五氧化二氮诱导拟南芥系统防御反应

• 发表时间: 2021
• 作者: Chamali Gunawardana;Ali Zaheer;Arpana Singh;Tien Tran;Satoshi Tojo;Krzysztof Giergel;Andrei Sidorov;Krzysztof Sacha;Peter Hannaford;岩本 拡仁，佐々木 渉太，高島 圭介，東谷 篤志，豊田 正嗣，金子 俊郎
• 通讯作者: 岩本 拡仁，佐々木 渉太，高島 圭介，東谷 篤志，豊田 正嗣，金子 俊郎

Selective N2O5 Synthesis Using Composite Air Plasma Reactors and Its Inactivation Effects on Bacteria and Virus

复合空气等离子体反应器选择性合成N2O5及其对细菌和病毒的灭活作用

• 发表时间: 2022
• 作者: M. Kuriki;S. Konno;H. Tajino;Z. Liptak;T. Takahashi;M. Fukuda;T. Omori;Y. Seimiya;J. Urakawa;K. Yokoya;S. Kashiwagi;Shameem Ahmed and Nobuya Hayashi;T. Kaneko，S. Sasaki，H. Iwamoto，K. Takashima，H. Takahashi
• 通讯作者: T. Kaneko，S. Sasaki，H. Iwamoto，K. Takashima，H. Takahashi

Synthesis of Functional Nitrogen Using Air Atmospheric Pressure Plasmas for Agricultural Applications

利用空气大气压等离子体合成农业应用的功能氮

• 发表时间: 2022
• 作者: T. Kaneko，S. Sasaki，K. Takashima，A. Higashitani，S. Ando，H. Takahashi

Plasma Generation and Chemistry of Reactive Nitrogen Speciesfor Agricultural Applications

农业应用活性氮的等离子体生成和化学

• 发表时间: 2021
• 作者: Izumi;N.;Fukui;Y.;Tachihara;K.;Fujita;S.;Torii;K.;Kamazaki;T.;Kaneko;H.;Silva;A.;Iono;D.;Momose;M.;Sugimoto;K.;Nakazato;T.;Kosugi;G.;Maekawa;J.;Takahashi;S.;Yoshino;A.;& Asayama;S.;Leauthaud A et al. including H. Miyatake;H.Nagahama et al.;石渡 弘治;K. Takashima，Y. Kunishima，and T. Kaneko
• 通讯作者: K. Takashima，Y. Kunishima，and T. Kaneko

非自己維持直流放電による窒素振動励起プラズマの加熱過程

非自持直流放电氮振动激发等离子体的加热过程

• 发表时间: 2022
• 作者: Noboriguchi Akatoki;Nagao Tohru;Toba Yoshiki;Ichikawa Kohei;Kajisawa Masaru;Kato Nanako;Kawaguchi Toshihiro;Matsuhara Hideo;Matsuoka Yoshiki;Onishi Kyoko;Onoue Masafusa;Tamada Nozomu;Terao Koki;Terashima Yuichi;Ueda Yoshihiro;Yamashita Taku;國嶋 友貴，高島 圭介，金子 俊郎
• 通讯作者: 國嶋 友貴，高島 圭介，金子 俊郎