機能材料のマルチスケール最適設計
材料に優れた特性を発現させる鍵は，微視構造にある．次世代新規デバイス開発の核となるマルチフェロイック材料の電気磁気効果を飛躍的に向上することを目的とし，顕微鏡で観察される微視（ミクロ）スケールと機械構造物を捉えた巨視（マクロ）スケールを連成したマルチスケール構造最適設計を駆使して，数値解析主導の材料設計開発を提供する．
近年の食の安全性への関心や、健康志向による機能性食品の需要増に応えるため、薬品を使用しない殺菌・消毒処理および農産物の持つ機能性の改善が望まれています。一方で、半導体産業等で使用されるプラズマは電子・イオンに加え化学的活性の高い粒子(活性種)を多量に含み、農業・医療分野においても幅広い用途が見込まれます。本研究では、植物種子等の生体表面にプラズマ照射を行うことで、種子表面の殺菌や、成長の促進、鮮度保持、機能性の向上等を目指しています。
プラズマを使用する利点
- 水を使用しません。
- 化学活性種が有機物を分解するため、機能性改善のみでなく殺菌消毒・洗浄効果も併せ持ちます。
- 無毒なガスを使いますので、有害物が対象物に残留する心配がありません。
- ポストハーベスト処理により、農産物の長距離輸送が可能となります。
使用するプラズマ
大気圧誘電体バリア放電（DBD）プラズマ（左図）または低気圧RF放電プラズマ（右図）を用います。DBDプラズマは、装置の構造が簡単である上に様々な形の電極を作ることが可能であり、かつ安価にプロセスを行うことができます。プラズマが小さな空間のみに生成されるため、種子にプラズマが効率よく照射されるように電極を設計することが重要です。一方、低気圧RF放電プラズマは、大容積のプラズマ生成が可能であるため、多数の種子を一度に処理するのに適しています。ガスの種類や圧力も変更できるため、自由度の高いプラズマ生成が可能です。
これまでの研究成果の例
大気圧誘電体バリア放電プラズマ装置を用いて、リーフレタスの種子にプラズマを照射し、一定の温度・湿度下で水耕栽培を行った例を示します。あるプラズマ照射条件下では、葉の長さが、プラズマを照射していないものよりも３日ほど早く収穫目安(葉の長さが約10cm)に達することができました（上図）。
また、播種後30日目に収穫を行い抗酸化性能を測定したところ、プラズマを30分照射したものが、照射していないものと比べ高い抗酸化性能を示す様子も見られました（下図）。
まとめ
- プラズマを種子や野菜、食品の表面に照射することで、成長の促進、機能性の向上、 滅菌・殺菌・消毒、食品の鮮度保持への効果が期待されます。
- この技術は医療用器具の滅菌や、物質の表面改質も可能です。
- プラズマを用いた本技術は、人と環境に優しい技術です。
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