研究紹介

研究概要

我々、伊藤研究室はプラズマを生体(細胞・細菌・カビ etc…)に照射したときの応答を研究しています！！！

 

そもそもプラズマとは??

プラズマとは、下図のように物質の第4の状態とも呼ばれている非常にエネルギーの高い状態です。よく耳にする「物質の3態」は、物質(下図は水の例)を低温状態から高温状態にしていくことで、固体(氷)→液体(水)→気体(水蒸気)と状態が変化することを指します。この第3態である気体に対して、さらにエネルギーの高い状態が本研究室で取り扱っている「プラズマ」です。外部から熱などのエネルギーを加えられることで、物質を構成する原子や分子にそのエネルギーが付与されるため、物質中の原子や分子は運動を始めます(人が触ることのできる固体状態は、原子や分子が自由に動けない状態です)。そして、最終的に、物質はプラズマへの変化します。また、エネルギーが高い為、プラズマ中には、気体中には存在しない正イオン・電子などの電荷を持った粒子や、可視光や紫外線などの光、そして化学的反応性の高い(化学反応を起こしやすい)活性種(ラジカル)が生成・含有されます。さらに、近年の技術発展により、温度を上昇させずとも生成できる低温プラズマというものが開発されてきました。

プラズマの状態図と低温プラズマの様子図

これら低温プラズマ中の粒子は生体に様々な影響を及ぼすことが報告されています。特に、殺菌や植物の生長促進効果などや、正常な細胞にはダメージを与えず、癌細胞のみを死滅されるなど、プラズマの農業・医療分野への応用も期待されております。特にラジカルはその化学的反応性の高さから、上記した殺菌・植物生長促進・癌細胞死滅への重要因子だと考察されています。

 

プラズマ中のラジカルに焦点を当てた研究

伊藤研では、プラズマ中のラジカルのみを照射できる「ラジカル源」という装置を名古屋大学 堀勝研、並びに、(株)FUJIと共同開発し、そのラジカル源を用いて、本当にラジカルが殺菌・植物生長促進・癌細胞死滅に関与しているのかを研究しています。世界各国にプラズマ処理した生体の研究をしている人は沢山いますが、ラジカルのみを照射できる装置を有しているのは我々だけです！伊藤研はこのラジカル源を用いて他のプラズマ研究者に調査されていないラジカルの重要性等を研究しています！！！

 

FUJI製 Tough Plasma FPA10

 

研究テーマ一覧

①ラジカル活性アミノ酸溶液による水耕栽培へ向けた殺菌効果と植物生長促進効果の同時生成

②ラジカル活性水による液中殺菌メカニズムの解明

③ラジカル活性細胞培養液による皮膚癌細胞の選択的死滅

④生体細胞膜を模擬した脂質二重膜とラジカルとの反応メカニズムの調査

⑤ラジカルと光によるカビ生成有用酵素の活性化

⑥ラジカル処理水によるバイオフィルム形成多剤耐性細菌の殺菌手法の開発

⑦液中ラジカルと脂質二重膜反応分布計測手法の開発

⑧ラジカル活性リンゲル液による皮膚癌細胞の選択的不活性化

⑨ラジカルと光による出芽酵母の発酵促進メカニズムの解明

 

エネルギーの高いグロープラズマを用いた溶液処理の研究

伊藤研にはもう1つメインの研究テーマがあります。それは、”グロー“プラズマを生体応用に利用する研究です。当然ですが、そのような熱いプラズマを直接照射すれば、生体は瞬く間に死んでしまいます。しかし、生体が生存できる溶液(水など)のみをグロープラズマで処理することは可能です。さらに、グロープラズマは高温であるために低温プラズマよりも非常に多量のラジカルを生成でき、処理された溶液はそれらラジカルの一部を暫く保持するため、強力な殺菌効果を有することが我々の研究から判明しました。このように、グロープラズマを上手く利用することで、低温プラズマより効率的かつ、短時間で求める効果を得ることが可能となります。

参考: V. Gamaleev, et al., “Direct Treatment of Liquids Using Low-Current Arc in Ambient Air for Biomedical Applications”, Appl. Sci. 9, 3505 (2019).

 

伊藤研では、その溶液処理に適したグロープラズマ源の開発並びに、グロープラズマ源によって処理された溶液が望ましい効果を有するのかなど、その評価を行っています。

伊藤研で開発したグロープラズマ源

(左)低電流グロープラズマと(右)ローテーショナルグライディンググロープラズマ