大気圧非平衡プラズマジェットを用いた治療用活性酸素・窒素種の選択的高効率生成

使用大气压非平衡等离子体射流选择性高效地产生治疗性活性氧和氮物质

• 批准号: 22K03956
• 负责人: 石丸 和博
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Gifu National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03956/
• 关键词: 大気圧非平衡プラズマ; プラズマジェット; 活性酸素種; 活性窒素種; プラズマ治療

「がん」をはじめとする生体患部に対して、低侵襲性で治療を行える手法の確立を目指し、治療に影響を与える化学種である活性酸素・窒素種を効率的かつ選択的に生成のために、酸素、窒素、水を原料とした同軸二重管による大気圧非平衡プラズマジェットを用いる方法を提案した。この手法は電気的、熱・流体工学的両側面からの効果により高度に制御することが可能である。また、特に治療に適した細形（二重管外側管外径4mm）の二重管ノズルを採用している。2022年度において「各種条件における同軸二重管大気圧非平衡プラズマジェットの発光状態・発生状態および電気的特性の調査確認実験」を主に行った。ここでは、特定の電気的特性状態の下、プラズマジェット装置内において発光分光装置を用い、内部で生成された特定化学種の種類・励起状態および活性度を調べて、プラズマの構造・性質を知るというものである。また、ハイスピードカメラおよびシュリーレン装置等によって、各種条件におけるプラズマ状態の変化、ガス流れの変化等の観察を行った。そして、高速オシロスコープを用いて、プラズマジェット発生時の電気特性との対応をとった。なお、プラズマ状態を変化させる各種パラメータの組み合わせは非常に多岐にわたるが、まず重要となる安定したRONS（活性酸素・窒素種）供給に必要とされる、安定してプラズマジェットが形成される条件の一部を明らかにした。ただし、酸素・窒素の混合によって、全体的な発光強度は弱まるが特定の波長については特徴的なピークが見られ、混合の影響が確認できた。なお、窒素の混合についてはプラズマジェットの安定性から約2.5vol%しか混合できておらず、活性窒素種の適切な生成には電極のサイズ変更、再配置が必要である。

我们提出了一种可以以微创方式处理生物学影响区域（例如癌症）的方法，并提出了一种使用非平衡大气压力等离子体射流的方法，该方法使用由氧气，氮和水制成的同轴性双管，以有效地，有选择地产生活性氧和氮气生成的物质，以便有效地，有效地产生活性氧和硝化物质。由于电气，热和流体工程方面的影响，因此可以高度控制此技术。此外，采用了特别适合治疗的双管喷嘴（外径为4毫米）。在2022财年，我们主要进行了一项实验，以调查和确认在各种条件下同轴双管大气压非平衡等离子体射流的发光，产生状态和电特性。在这里，在特定的电特征状态下，在等离子喷气器件中使用了发光光谱仪来检查内部产生的特定化学物种的类型，激发态和活性，并找出血浆的结构和特性。此外，使用高速摄像头和Schlieren设备在各种条件下观察到等离子体状态和气流的变化。然后，使用高速示波器，将等离子喷射时的电特性适应与电特性相对应。尽管有各种参数的多种组合可以改变等离子体状态，但我们首先阐明了形成稳定的等离子喷射的一些条件，这对于稳定的RON（活性氧/氮种）供应是必需的，这很重要。然而，由于氧和氮的混合而引起的总体发射强度削弱了，但是在特定波长中观察到了独特的峰，并确认了混合的效果。请注意，由于血浆射流的稳定性，只能将约2.5 vol％的氮含量混合在一起，并且适当的活性氮物种需要调整和重新排列电极。