京都工芸繊維大学 産学公連携推進センター

■研究の概要

　超大規模集積回路（ULSI）の高集積化及び高機能化が進む中、半導体デバイス作製に関わる微細加工・薄膜形成技術において、プラズマプロセスの高精度制御が次なるブレイクスルーを生む鍵となっています。
　次世代ULSIに登場する高誘電率ゲート絶縁材料や電極材料などをナノメートル精度で成形する微細加工技術をはじめ、超高速演算処理プロセッサ作製において重要な工程となる低誘電率薄膜形成技術など、未来社会を担う情報処理素子を実現するプラズマプロセスの研究開発を行っています。
　半導体プロセスに用いられる反応性プラズマは既存の材料加工に適用されるのみならず、これまでにない全く新しい材料を生み出す可能性をも秘めています。ちょうど宇宙空間でこの地球という天体が生まれたように、プラズマという媒質中でこれまでにない条件での物質形成が可能です。室温プラズマ中で自発的にナノダイヤモンドが形成され、ミクロな物質へと成長していくのがその一例です。プラズマという熱的非平衡環境を積極的に利用し、ナノテクノロジーの要素技術を確立することを目指しています。一方で、プラズマ中の微粒子の振る舞いは結晶物質の原子のそれと似ており、微粒子によって形成されるクーロン結晶は新しい材料として注目されています。ドイツ・ロシア研究チームとの国際協力により国際宇宙ステーションでの実験に参加し、日本のモジュールであるきぼう（JEM）での実験を目指すべく航空機での無重力実験にも取り組んでいます。
　また、プラズマを用いて殺菌をすることもできます。あらゆるプラズマを駆使し、半導体先端材料の加工から、超微粒子の形成、宇宙、バイオ・医療分野まで、あらゆる材料とプロセスに挑戦します。

■研究の概要

■背景
　プラズマを用いて殺菌処理が可能です。プラズマにおける殺菌のメカニズムを解明すると共に新しい医療技術としてのプラズマの可能性を探ります。　生体細胞にプラズマを照射することにより、生体に刺激を与えられることがわかってきました。治療や細胞操作のための新たな方法として、プラズマを利用できることを願っています。
■目的
　大気雰囲気下でプラズマを発生させ、芽胞菌の殺滅を試みてきました。これはプラズマ滅菌技術の開発を前提としたものです。芽胞菌は通常はオゾン処理では死滅せず、死滅させるためには高温高圧処理や放射線処理など、比較的コストのかかる方法が必要とされます。低温で行う大量の器具に対する滅菌処理を開発するために、研究を重ねています。
■内容
　芽胞菌（G. stearothermophilus）の殺滅に関して、加熱処理とプラズマ照射についてそれぞれの効果を検証しました。加熱処理では、200℃を超える温度（試料表面において測定）でなければ滅菌されないのに対し、プラズマ照射では100℃以下の温度でも滅菌されることがわかりました。
　また、筋肉の細胞に対してプラズマを照射した時には、細胞は死滅するのではなく、ある機能を活発化させることがわかっています。
　プラズマが細胞へ与える影響を明らかにするために、細胞表面の元素組成並びに化学結合分析（X線光電子分光法）を行います。この分析により、細胞表面において、水素原子の脱離、酸素原子の付加、アミノ基やピラノース環の変性などがプラズマの影響として起こることがわかりました。
　大気圧雰囲気下でプラズマを発生させることにより、あらゆるもの（生体、液体、材料表面など）に電子、イオン、化学的活性種（オゾンや活性酸素など）を供給することができます。プラズマと生体との相互作用を理解し、新たな技術を提案することを目指します。
■応用
・大気雰囲気下で電子、イオンを発生させることができます。
・化学的活性種（励起分子・原子）を発生させることができます。
・好熱性細菌に対する殺菌処理が可能です。
・生体細胞に対して刺激を与えることが可能です。
・細胞表面の化学処理（官能基の付加など）が可能です。
・将来展望
・紫外線照射よりも効果的に水虫治療ができるかもしれません。
・水や薬剤を使わずに洗浄できるかもしれません。
　例えば、プラズマ洗髪。
・プラズマを照射することにより、液体の性質を変えることができます。
　例えば、pHの制御。
・プラズマを薬剤として生体に投与することができるかもしれません。