茨城大学重点研究「人の暮らしを豊かにするライフサポート科学の創成」

茨城大学工学部附属ライフサポート科学教育研究センター
２０１４年度報告書

茨城大学重点研究「人の暮らしを豊かにするライフサポート科学の創成」
平成 26 年度報告書刊行にあたって
プロジェクト代表 増澤 徹
平成 26 年度は本研究グループに新たに知能システム工学科の長山教授，情報工学科の芝軒助教を迎え，より充実した研究グループ陣容となりました．また，森善一先生と長山先生に工学部附属教育開発センターの副センター長をお願いし，新たな活動も広がりつつあ
ります．新副センター長のもと，プロジェクト推進活動として「生命支援領域」、「生活支援領域」、「環境創出領域」各研究領域幹事による幹事会によりプロジェクト運営を行いました。茨城大学から助成を受けている学術推進経費は、プロジェクト全体の底上げを図る
ための以下の若手や新分野の研究育成、重点研究講演会の開催費用、報告書作成費用として有効利用させていただきました。
【平成 25 年度の若手・新分野研究題目】
１.「超小型小児用磁気浮上人工心臓の研究開発」長真啓２.「生体信号を利用した人間－機械学習インタフェースの提案と医療福祉応用」
芝軒太郎
３．
「細胞機能操作・診断ツールとしての磁気駆動式 MEMS デバイスの開発」長山和亮
平成 26 年 10 月 8 日に茨城大学工学部附属教育研究センター公開シンポジウムにて、道辻洋平先生、長真啓先生がそれぞれ「鉄道・自動車のモニタリング技術を活用した安全性向上に関する研究」、「5 軸制御磁気浮モータを用いた小児用人工心臓に関する研究」について発表されました。
平成 26 年 11 月 28 日には茨城大学重点研究「人の暮らしを豊かにするライフサポート科学の創成」シンポジウムを開催し，東京大学医学系研究科疾患生命工学センターの牛田多加志教授に「再生医療における 3 要素+1 要素」の講演をお願いし、再生医療に必要な技術要素について興味深いお話を伺いました。
更に今年度は茨城大学のイノベーション研究創出推進プログラム【異分野連携・融合研究】にライフサポート研究グループとして申請し２件の研究が採択されました．
平成 26 年度の研究業績は、原著論文 55 編、国際会議発表 28 件、学会発表 132 件、特許成立 5 件，特許出願 4 件、学会賞等受賞 5 件、著書・解説 7 編、競争的資金獲得 7 件、
科研費 14 件でした。特に環境創出領域の若手研究者の原著論文数が多く，今後の発展が期待されます．今後とも参加メンバー一同、茨城大学重点研究としてライフサポート科学の更なる発展に貢献していきたいと存じます。

「人の暮らしを豊かにするライフサポート科学の創成」
プロジェクト参加教員
１）生命支援領域○心機能補助システムの研究開発
増澤徹（機械・教授）、田中伸厚（機械・教授）、松田健一（機械・准教授）、
木村孝之（電電・准教授）、長山和亮（知能・教授）、長真啓（機械・助教）○薄膜技術による生体材料表面処理技術の開発
尾関和秀（機械・准教授）、山内智（物質・准教授）、久保田俊夫（物質・教授）
２）生活支援領域○福祉機器・パワーアシストシステムの開発
近藤良（機械・教授）、清水年美（機械・准教授）、森善一（知能・准教授）、
井上康介（知能・講師）、福岡泰宏（知能・准教授）、芝軒太郎（情報・助教）○テラヘルツ、レーザ計測、脳波解析等による生体計測技術の開発
辻龍介（メディア・教授）、住谷秀保（知能・助教）
３）環境創出領域○最適・快適環境創出のための計測制御技術・評価技術の開発
稲垣照美（機械・教授）、道辻洋平（機械・准教授）、湊淳（応用粒子線・教授）、
藤田昌史（都市・准教授）、西泰行（機械・講師）、李艶栄（機械・助教）

茨城大学重点研究とは．
．
．
下記のように茨城大学重点研究認定制度実施要項の目的に定義されています。
「茨城大学は、研究推進方針において重視している、特色ある重点研究の育成と推進を目指して、優れた研究実績を有する研究グループが実施し、学術的及び社会的に卓越した研
究成果の創造を目指す研究プロジェクトを重点研究として認定する。
」

－目次－
１．研究報告１．「超小型小児用磁気浮上人工心臓の研究開発」（長 真啓, 増澤 徹）－１－

２．「生体信号を利用した人間－機械学習インターフェースの提案と医療福祉応用」（芝軒 太郎, 森 善一）－７－３．「細胞機能操作・診断ツールとしての磁気駆動式MEMSデバイスの開発」（長山 和亮, 増澤 徹, 長 真啓）－１３－

４．関連発表資料等－１７－

２．プロジェクト業績
１．活動実績, 講演会資料等－２２－
２．業績一覧
－３３－

1.研究報告茨城大学重点研究プロジェクト㻌 「人の暮らしを豊かにするライフサポート科学の創成」㻌
ライフサポート科学教育研究センター㻌

超小型小児用磁気浮上人工心臓の研究開発㻌㻹㼕㼚㼕㼍㼠㼡㼞㼑㻌㼙㼍㼓㼚㼑㼠㼕㼏㼍㼘㼘㼥㻌㼘㼑㼢㼕㼠㼍㼠㼑㼐㻌㼜㼑㼐㼕㼍㼠㼞㼕㼏㻌㼢㼑㼚㼠㼞㼕㼏㼡㼘㼍㼞㻌㼍㼟㼟㼕㼟㼠㻌㼐㼑㼢㼕㼏㼑㻌
長真啓，増澤徹
茨城大学工学部機械工学科㻌㻌㻌㻹㼍㼟㼍㼔㼕㼞㼛㻌㻻㼟㼍，㼀㼛㼞㼡㻌㻹㼍㼟㼡㼦㼍㼣㼍㻌㻰㼑㼜㼍㼞㼠㼙㼑㼚㼠㻌㼛㼒㻌㻹㼑㼏㼔㼍㼚㼕㼏㼍㼘㻌㻱㼚㼓㼕㼚㼑㼑㼞㼕㼚㼓㻘㻌㻯㼛㼘㼘㼑㼓㼑㻌㼛㼒㻌㻱㼚㼓㼕㼚㼑㼑㼞㼕㼚㼓㻘㻌㻵㼎㼍㼞㼍㼗㼕㻌㼁㼚㼕㼢㼑㼞㼟㼕㼠㼥㻌㻌

ように軸方向に着磁された 8 極の回転用永久磁石が㻝㻚緒言㻌
本邦では年間 4500 人以上の小児死亡者のうち約10 %が循環器系あるいは呼吸器系疾患を死因としている．臓器移植法改正により 15 歳以下の小児も心臓移植を受けられるようになったが，深刻なドナー不足から小児患者の心臓移植は 2012 年に 1 例のみであり，多くの心疾患小児は未来が閉ざされた状態にある．小児心疾患患者にも機械的循環補助が心臓移植に代わる強力な治療手段となり得るが，解剖学的な制限から既存の補助人工心臓は 10 歳以下の体格の小さな小児，乳幼児に適用できない．小児補助循環治療のニーズが高まる一方で，小児用人工心臓には小型，高耐久，優れた血液適合性等，人工心臓の中でも非常に高い要求が課せられているため，その実用化は容易ではない(1)．小児用人工心臓実現の鍵を握るのは血液適合性の優れた軸受機構の開発(2)とその小型化である．本研究では，人工心臓から機械的摺動部を完全に撤廃できる磁気浮上モー
タを超小型化することで小児用人工心臓開発へ挑
戦する．

㻞㻚小児用磁気浮上人工心臓試験機の製作と評価㻌㻞㻚㻝㻌 㻡 軸制御磁気浮上モータと小児用人工心臓の㻌
超小型小児用磁気浮上人工心臓を開発するために，
新規な 㻡 軸制御磁気浮上モータを考案し，本磁気浮上モータを用いた小児用磁気浮上人工心臓試験機を設計，製作，評価した．提案するアキシャルギャップ 5軸制御磁気浮上モータは永久磁石同期モータを用いるため広いエアギャップを有しながら高い磁気支持力と回転トルクを生成可能である．また，磁気浮上モータにダブルステータ構造を採用すること
で，高トルク生成と浮上インペラ姿勢の 5 軸制御を実現する．Fig. 1 に 5 軸制御磁気浮上モータの概要を示す．本モータは，同一構造を有する 12 突極の上部ステータ，下部ステータにより浮上インペラを
軸方向上下から挟み込む構造を採る．浮上インペラの軸方向両表面にはモータステータと向かい合う-1-

Axial position androtation control coil
Top stator
Tilt angle and radial
position control coilPumpcasingLevitated impeller
Z

Bottom stator

θX

X

θZ
θY
Y

㻌

㻌

㻲㼕㼓㻚㻝㻌 小児用磁気浮上人工心臓の概要㻌
配置されている．浮上インペラの 5 軸を能動的に制御するために，上下モータステータの各突極に 3 相
8 極の磁界を発生させる軸方向位置・回転制御用コイルおよび 2 相 6 極の磁界を発生させる傾き角度・
径方向位置制御用コイルをそれぞれ独立に配置している．浮上インペラに配置した永久磁石と制御用コイルが発生する磁気支持・回転用の磁界のみを用いて浮上インペラ姿勢の 5 軸制御と回転をすべて独立に行うため，浮上インペラの支持機構として追加
的な能動磁気軸受や永久磁石軸受を必要とせず，磁気浮上モータを小型化することができる．㻌
㻌㻞㻚㻞㻌 磁気浮上制御原理㻌
浮上インペラの軸方向位置，回転制御にはベクトル制御を適用する．アキシャルギャップモータにベクトル制御を用いることでモータ駆動磁界のみを用いて浮上インペラに軸方向磁気支持力と回転トルクを独立に発生できる(3)．Fig. 2 に軸方向支持力発生原理の概要を示す．制御磁界の d 軸成分を調節し，浮上インペラに配置した永久磁石が上下のエアギ
ャップ中に発生させる磁界の一方を強め，もう一方を弱めることで，浮上インペラ上下に働く軸方向吸引力に不均衡を生じさせて軸方向支持力を発生させる．同時に，制御磁界の q 軸成分を調節すること茨城大学重点研究プロジェクト㻌 「人の暮らしを豊かにするライフサポート科学の創成」㻌
ライフサポート科学教育研究センター㻌

吸引力と反発力が発生する．このため，浮上インペ
ラの X 軸方向に径方向支持力が発生する．制御磁界の位相を電気角で 90 deg ずらすことで X 軸周りの傾で永久磁石と制御用コイルが発生する磁界に位相差を与えて回転トルクを発生させる．モータ突極の内径，外径を r1，r2 とし，永久磁石の極Top stator side

Rotor PM
Field strengthening

S
N

N S
S

N

N
S

き復元トルクと Y 軸方向の径方向支持力も同様の方法

Controlmagnetic field

N

S

S

N

N S

を用いて発生できる．

S
N

Attractive
force

θY

Field weakening
θZ

θX
X

Y

S
N

N S
S

N

N
S

S
N

N

S

S

N

Z

N

θY
Y

S

(r2 2  r1 2 )0

B p Be cos MT

z (r2  r12 )

0

B p Be sin M(r23  r13 )
B p By
6 0

(1)㻌

Z

Y

(2)

(3)

本式より，浮上インペラの回転角度によらず一定の傾き復元トルクを発生できることが分かる．傾き復元トルクの発生と同時に，浮上インペラ永久磁石の磁界と制御磁界の磁極配置により Fig. 3（b）に示す

N
S

N
S

S
N
S
N

Z
θY
Y

Restoring torque

θZ
θX
X

N
S

S
N

S
N
N
S

S
N

Radial suspension force

Top stator
Produced by top stator

Produced by top stator

本式より，軸方向支持力と回転トルクはそれぞれ制御磁界の大きさと位相差を変化させることで調節できる．㻌
浮上インペラの径方向軸周りの傾き角度と径方向
位置制御には P±2 極理論を適用し(4)，浮上インペラ
永久磁石の極数を P とするとき，傾き角度・径方向
位置制御用コイルが発生する磁界の極数を P±2 極とする．Fig. 3 に Y 軸回りの傾き復元トルクと X 軸方向の径方向支持力の発生原理を示す．簡単化のために上部ステータと浮上インペラ上面のみを示す．
P±2 極理論に基づく制御磁界は，浮上インペラ永久磁石が発生する磁界をインペラ左半分で強め合い，
インペラ右半分では弱めあうように配置される．これにより，Fig. 3（a）に示すような Y 軸回りの傾き
復元トルクが発生する．傾き制御磁界を Bθy とした
とき，浮上インペラに働く傾き復元トルクは次式と
なる．
F

S
N

Repulsive
force

S
N

Top stator

θY

2

N
S

θZ
θX
X

Attractive
force(a) 傾き復元トルク    (b) 径方向支持力㻲㼕㼓㻚㻟㻌 傾き復元トルクと径方向支持力発生原理㻌
㻌㻲㼕㼓㻚㻞㻌 軸方向位置制御原理㻌

対数を M，回転用永久磁石の磁界 Bp と制御用電磁石の磁界 Be との位相差を Ψ とするとき，浮上インペ
ラに働く軸方向支持力および回転トルクは次式と
なる．
F

N
S

S
N

Bottom stator side
Controlmagnetic field
Rotor PMZ

Repulsive
force

Z
θZ

θX
X

Produced bybottom stator
Bottom stator

θY
Y

θZ

θX
X
Bottom stator

Produced bybottom stator(a) 傾き角度制御    (b) 径方向位置制御
㻲㼕㼓㻚㻠 傾き角度および径方向位置の独立制御原理㻌
ダブルステータ構造に P±2 極理論を適用し，上下のモータステータにより傾き復元トルクと径方向力をそれぞれ調節することで浮上インペラの傾き角度（θx，θy）と径方向位置（x，y）を独立に制御する方式を考案した．Fig. 4 に浮上インペラの Y 軸
周りの傾き角度と X 軸方向位置の独立制御の概要を示す．上下のモータの性能が等しく，発生する傾き復元トルクと径方向支持力が等しいものとする．
上下のモータステータで Y 軸周りの傾き復元トル
クを重畳するように発生させると，X 軸方向の径方向支持力は互いに相殺され傾き復元トルクのみを得ることができる（Fig. 4（a））．一方，上下のモー
タステータで Y 軸周りの傾き復元トルクを相殺するように発生させると，重畳された X 軸方向の径方向支持力のみを発生することができる（Fig. 4（b））．
浮上インペラの X 軸周りの傾き角度と Y 軸方向位置についても同様の方法を用いて制御できる．

㻞㻚㻟㻌 制御システム㻌

-2-

浮上インペラ姿勢の 5 軸フィードバック制御系の概要を Fig. 5 に示す．浮上インペラの X 軸，Y 軸上に 1 つずつ配置した渦電流変位センサ（PU-03A，株
式会社電子応用）を用いて径方向位置（x，y）を計茨城大学重点研究プロジェクト㻌 「人の暮らしを豊かにするライフサポート科学の創成」㻌
ライフサポート科学教育研究センター㻌

測する．モータステータ突極の内側に 90 deg 間隔に配置した 3 つの渦電流変位センサを用いて浮上イン
ペラの軸方向位置（z）と径方向軸周りの傾き角度（θx，θy）を計測する．ステータスロットに配置した 3 つのホール素子（HG-302C，旭化成株式会社）を用いて浮上インペラ
Digital PID
controller

Power amplifier

D/A converter

Double stator
motor system

Microprocessor

Eddy current
gap sensors

Levitation and rotation control current㻞㻚㻡㻌 磁気浮上血液ポンプの性能評価㻌
製作した小児用磁気浮上人工心臓を模擬循環閉回路へ接続して血液ポンプ駆出性能と 5 軸制御磁気浮上モータの磁気支持性能を評価した．ポンプ性能評
価用循環回路の写真を Fig. 7 に示す．模擬循環閉回
路は磁気浮上人工心臓ポンプ，歪ゲージ式圧力計（ NEC Avio 赤 外 線 テ ク ノ ロ ジ ー 株 式 会 社
9E02-P13），電磁流量計（プZ

Magnetically suspended paediatric VAD
Y

A/D converter
x, y, z, θx, θyθzLevitated
impeller

Hall effect sensors
X㻲㼕㼓㻚㻡㻌 磁気浮上回転制御系の概要㻌

永久磁石が発生する磁束を検出し回転角度（θz）を電気角度で 30 deg ごとに検出する．各センサが出力するアナログ信号をデジタル信号に変換し，高速演算処理を行うために，A/D 変換器，D/A 変換器，マイクロプロセッサを 1 つのボードに内蔵したプロセ
ッサボード ds1104（dSPACE GmbH，Paderborn）を用いる．浮上インペラ姿勢の計測信号からデジタル
PID コントローラを用いて指令制御電流値を決定し，
パワーアンプを用いて上下ステータの各制御用コ
イルへ電流を印加することで 5 軸能動制御と回転制御を行う．

㻲㼕㼓㻚㻢㻌 製作した小児用磁気浮上人工心臓㻌Reservoir
Maglev pumpPressure meter

Resistance

Flow meter㻲㼕㼓㻚㻣㻌 小児用磁気浮上人工心臓評価試験系㻌

㻞㻚㻠㻌 磁気浮上血液ポンプ㻌
ローブ径 12 mm，日本光電 MFV-2100），絞り抵抗，
リザーバから構成される．圧力計を磁気浮上血液ポ
ンプの流入口と流出口にそれぞれ配置し，測定した二か所の圧力差をポンプ揚程とした．インペラを磁
気浮上，回転させ，絞り抵抗により回路の抵抗を変化させることでポンプ駆出流量を 0 L/min から抵抗を解放するまで 0.5 L/min ずつ調節し，
磁気浮上ポンプの送出流量と揚程の関係を評価した．浮上インペ
ラの回転数は 2000 rpm から 5000 rpm まで 500 rpm
ずつ変化させた．併せて，ポンプ送液中の浮上イン
ペラの軸方向振動振幅，径方向振動振幅および傾き
角度を評価した．

5 軸制御磁気浮上モータと遠心血液ポンプを組み合わせて，Fig. 6 に示す小児用磁気浮上人工心臓を製作した．5 軸制御磁気浮上モータは外径 28 mm，
高さ 41 mm である．モータステータのコア材料には電磁軟鉄バルク材（SUY-1）を使用した．軸方向位
置・回転制御用コイルと傾き角度・径方向位置制御
用コイルの巻き数を 1 突極あたりそれぞれ 58 巻きとした．浮上インペラに配置した永久磁石には保磁力が 960 kA/m，残留磁束密度が 1.18 T のネオジム磁石を使用し，厚さを 0.7 mm とした．渦電流変位センサへの干渉を避けるために遠心血液ポンプのケーシングをポリカーボネートで製作し，磁気浮上モータのロータ金属表面が血液と接触して腐食するのを防止するためにエポキシ樹脂を用いて浮上イ
ンペラを樹脂成型した．製作した人工心臓の幅は 55
mm×55 mm，高さは 48.6 mm である．ポンプの血液充填量は 5 cc である．

㻟㻚結果㻌
製作した小児用磁気浮上人工心臓のポンプ揚程と送出流量の測定結果とポンプ効率を Fig. 8 およびFig. 9 に示す．浮上インペラを回転数 2000 rpm か-3-茨城大学重点研究プロジェクト 「人の暮らしを豊かにするライフサポート科学の創成」
ライフサポート科学教育研究センター

ら 5000 rpm まで非接触磁気支持，回転させることができた．本人工心臓は，ポンプ揚程 100 mmHg
に対して送出流量を 0.1 L/min から 5 L/min まで調節可能であった．また，浮上インペラ回転数 5000
rpm において，ポンプ最大揚程が 300 mmHg，最大流量が 6 L/min であった．ポンプ送液中における浮上インペラの軸方向振動振幅を Fig. 10，径方向振動振幅を Fig. 11，傾き角度変動を Fig. 12 に示す．
小児用人工心臓の駆動条件で浮上インペラの軸方向振動振幅は 50 μm，径方向振動振幅は 150 μm 以
下でありポンプのクリアランスに対して十分小さ
Head pressure H [mmHg]

300

250
200

Oscillation amplitude z [μm]5000 rpm
4500 rpm
4000 rpm
3500 rpm
3000 rpm
2500 rpm
2000 rpm

350

150
100
50
0
0

1

2
3
4
Flow rate Q [L/min]

5とで人工心臓動作点の変化に応じてインペラに働く流体力，負荷トルクが様々に変化する．提案する
5 軸制御磁気浮上モータは二つのモータステータのみを用いて浮上インペラ姿勢の全自由度を能動制
御でき，かつ高トルクを生成できるため，人工心臓の小型化，高耐久化と併せて，変動流体力，負荷トルクに対応した浮上インペラの非接触磁気支持，回転を実現できる．
製作した小児用磁気浮上人工心臓ポンプはインペ
ラ回転数 3000 rpm から 4000 rpm の範囲で目標ポンプ性能の揚程 100 mmHg，流量 0.5 L/min から 2.5
L/min を達成可能であり，小児用人工心臓として十
分な性能を

6

Fig.8 HQ 特性

5000 rpm
4500 rpm
4000 rpm
3500 rpm
3000 rpm
2500 rpm
2000 rpm

100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0

5000 rpm
4500 rpm
4000 rpm
3500 rpm
3000 rpm
2500 rpm
2000 rpm

Pump efficiency η [%]

35
30
25
20
15
10

5
0
0

1

2

3

4

5

2
3
4
Flow rate Q [L/min]5

Fig.10 軸方向振動振幅

Oscillation amplitude x [μm]

40

1

6

Flow rate Q [L/min]

200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0

Fig.9 ポンプ効率5000 rpm
4500 rpm
4000 rpm
3500 rpm
3000 rpm
2500 rpm
2000 rpm

0

1

2
3
4
Flow rate Q [L/min]5

Fig.11 径方向振動振幅

Maximum tilt angle θy [deg]かった．また，浮上インペラの最大傾き角度変動は
1.2 deg 以下でありポンプケーシングとの接触はなかった．小児用人工心臓の目標送出流量である 0.5
L/min から 2.5 L/min を満たすポンプ回転数 3000
rpm から 4000 rpm，送出流量 0.5 L/min から 3
L/min における浮上インペラ軸心の位置を Fig. 13に示す．浮上インペラは，ポンプ流量が 0.5 L/minのときに右半平面に位置し，ポンプ流量が 3 L/minに増加すると左半平面へ移動した．

4.考察

5000 rpm
4000 rpm
3000 rpm
2000 rpm

1.2

1
0.8
0.6

0.4
0.2

0
0

乳幼児を含む小児への埋め込みを目指した人工心臓には厳しいサイズ制限と高い耐久性が求められる．また，患者の成長に合わせて補助流量を調節こ

1

2
3
4
Flow rate Q [L/min]Fig.12 最大傾き角度-4-4500 rpm
3500 rpm
2500 rpm5茨城大学重点研究プロジェクト㻌 「人の暮らしを豊かにするライフサポート科学の創成」㻌
ライフサポート科学教育研究センター㻌
90
Radial displacementof impeller center [mm]

0.45
0.45

120

0.3
0.3
0.15
0.15

理論計算，磁場解析をもとにステータ突極 6 極，ロータ永久磁石極数 4 極，各突極のコイル巻き数 72
巻きの磁気浮上モータを設計した．設計した磁気浮上モータの外径は 22 mm，高さ 34 mm，体積は 12
cc である（ロータ質量は 11 g と算出）．ステータ材
料は SUY-1，永久磁石はネオジム磁石とした．設計

4000 rpm
3500 rpm
3000 rpm

6030

3 L/min00

0

0.5 L/min

210

240

既存モータ
小型化モータ
完成予想

330

300
270

㻲㼕㼓㻚㻝㻟㻌 浮上インペラの径方向軸心軌跡㻌㻲㼕㼓㻚㻝㻠㻌 小型化モータ感性予想図㻌
314Axial force
Radial force

2.5

Torque [mNm]

Attractive force [N]
有していた．インペラ回転数を 5000 rpm まで増加させると成人用人工心臓として用いられる揚程 100
mmHg，流量 5 L/min で駆動可能であり，乳幼児期の小児から成長期に対応できる．小児用人工心臓送
液中における浮上インペラの振動振幅は軸方向に比べて径方向で大きくなった．本点は，径方向流体
力の方が軸方向流体力よりも大きくなること，磁気浮上モータが発生する径方向支持力が軸方向支持力に対して小さいためであると考える．しかし，径方向振動振幅はポンプのクリアランスに対して十分小さく安定した磁気支持が行えていると考える．
浮上インペラ軸心はポンプ送出流量に応じて変動した．これは，ポンプ送出流量に対して径方向流体
力が変動するためである．浮上インペラの径方向位置制御において I 制御を行うことで，流体力変動によらずインペラ軸心を磁気浮上中心位置に調心可能であると考える．

2
1.5
1
0.5
0

Restoring torque
Rotating torque

12

10
8

6
4

2
0

0

0.5

1

1.5

2

0

0.5

1

1.5

2

㻌
㻔㼍㻕㻌 発生磁気支持力㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻔㼎㻕㻌 発生トルク㻌㻲㼕㼓㻚㻝㻟㻌 小型化モータの磁気支持回転性能推定結果
㻌
した磁気浮上モータの完成予想図を Fig.13 に示す．㻌
設計した磁気浮上モータの単位励磁電流あたりの発生磁気支持力は軸方向に 1.3 N/A，径方向に0.16 N/A であり目標性能①の 0.31 を満足した（Fig.14(a)）．発生回転トルクは 5.6 mNm/A であり
目標性能②を満足した（Fig.14(b)）．
Excitation current [A]Excitation current [A]㻢㻚結論㻌
二つのモータステータのみで浮上インペラ姿勢の 5 軸制御が可能な磁気浮上モータと小型遠心血液ポンプからなる小児用磁気浮上人工心臓を提案，設計，製作した．模擬循環閉回路を用いた磁気浮上血
液ポンプ性能評価を行い，乳幼児から成人患者まで循環補助可能なポンプ性能を確認した．ポンプ送液時の浮上インペラの振動振幅，傾き角度は小さく，製作した 5 軸制御磁気浮上モータは十分な磁気支持，回転性能を示した．㻌
体格の小さな小児の体内に埋め込み可能な人工心臓を実現するために，磁気浮上モータの更なる小型化設計を行った．その結果，小児用人工心臓に適用するに十分な磁気支持回転性能を満足しながら，既開発磁
気浮上モータの 㻡㻜㻌 㻑までモータ体積を小型化することができた．今後，製作した磁気浮上モータを用いて磁気浮上回転性能評価，本モータに適用する血液ポンプの設計，製作を行っていく．㻌

㻡㻚提案㻌 㻡 軸制御磁気浮上モータの小型化設計㻌
これまでに開発した磁気浮上型小児用人工心臓は外径 28 mm，高さ 41 mm，体積 25 cc と人工心臓として十分に小型であるが，体格の小さな小児に埋め込むためには更なるデバイスの小型化が必要である．このため，理論計算，有限要素法三次元磁場解析を活用して 5 軸制御磁気浮上モータの幾何学形
状の最適化を行い，磁気浮上モータの更なる小型化設計を行った．理論計算では式（1）から（3）を用いて磁気浮上モータの初期寸法を決定した．有限要素法三次元磁場解析では，ステータ突極数，永久磁石の形状と極数，コイル巻き数を決定した．磁気浮上モータを小型化設計するにあたり，目標性能を①
ロータ自重の 3 倍の荷重に対抗できる磁気支持力を発生可能であること，②使用想定回転数 4000 rpm
において必要な回転トルク 2 mNm を片側のステータで発生可能であることとした．
-5-茨城大学重点研究プロジェクト 「人の暮らしを豊かにするライフサポート科学の創成」
ライフサポート科学教育研究センター【参考文献】
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ライフサポート科学教育研究センター

生体信号を利用した人間－機械学習インタフェースの提案と医療福祉応用
An Interactive Human-Machine Interface based on Biological Signals
for Medical and Welfare Support
芝軒 太郎
工学部情報工学科
SHIBANOKI, Taro
Department of Computer and Information Sciences, College of Engineering

1.概要
本研究プロジェクトでは，肢体不自由者個々の状態を学習し，各個人に適したインタフェースを構築可
能な新たなシステムを提案する．
肢体不自由者の生活支援を目的として注目されている生体生理情報を利用したインタフェースにおいては，使用者それぞれの特徴に合わせてシステムを構築するとともに，使用者自身がシステム使用に慣れるための訓練を行う必要がある．
本年度は肢体不自由者個々の状態に適した新たなインタフェースの構築を目指し，
１：環境制御装置：Bio-remote の音声操作方式
２：クラス偏 Kullback-Leibler（KL）情報量に基づく筋電義手訓練システムを提案した．

2.はじめに近年，肢体不自由者の生活支援を目的として，人体から計測できる生体生理情報を利用したインタフェースが注目されている．例えば事故や病気などで腕を失われた上肢切断者の方に処方される筋電義手や首から下を動かすことが困難な頸髄損傷患者の方が利用する
環境制御装置などがある．これらは筋の動きに伴って発生する筋電位や音声・呼気などの生体生理情報をその入力手段として利用する．しかしながら，生体信号を利用したインタフェースにおいては，①信号計測のためのセンサを適切に配置し，②計測した信号から被験者の動作意図を抽出，③その意図に応じて機器を正確に制御しなければならない．また，生体信号を利用したイ
ンタフェースにおいては，使用者がその使用方法を学習する必要があり，熟練には長期間を有する（例えば筋電義手の処方においては，通常数週間～数か月程度の入院・訓練が必要となる）．
著者は，これまでに情報選択のための新たな情報
量：偏 Kullback-Leibler（KL）情報量を提案し，使用者-7-に適したセンサ位置，識別対象動作を選定可能な方法を構築するとともに，筋電義手や環境制御装置などの制御法について検討してきた．本報告書では，使用者個々の特性に適した新たなマン・マシン・インタフェース
として，環境制御装置：Bio-remote の音声操作方式とクラス偏 KL 情報量を利用した筋電義手訓練システムについて紹介する．
以下，３．で音声操作型環境制御装置：Bio-remote，
４．でクラス偏 KL 情報量に基づく筋電義手訓練システ
ムについて述べる．

3. 環境制御装置：Bio-remote の音声操作方式
3.１．序論
日本国内における肢体不自由者数は，平成 26 年調査において推計で 393 万 7 千人となっており，そのうち在宅の肢体不自由者の人口は 386 万 4 千人と全体の約 98％を占めている [1]． 超高齢化社会である我が国においては肢体不自由者の数は今後更に増加していくと予想される．
肢体不自由者の中でも特に重度肢体不自由者は，体を自由に動かすことが出来ず，家電製品などの身の回りの機器を操作することが困難である．肢体不自由者の生活を補助することを目的として，従来，環境制御装置（environmental control system: ECS）の研究・開発
がさまざま行われてきた [2]-[5]．著者の所属する研究グループにおいても，辻らは生体信号をはじめとする多種多様な入力手段を有する環境制御装置：Bio-remoteを提案している [5]．しかしながら，生体生理信号の計測に用いるセンサ着脱に時間や手間がかかり使用者の負担となる問題や，身体動作を伴う操作では長時間の使用が困難であるといった問題があった．そこで，本研
究では音声信号を用いた環境制御装置の操作方式について検討する．
音声操作型 ECS の開発は数多く行われており，計測した音声信号に対して，使用者ごとに事前の音声登録を必要としない不特定話者モデルを用いて音声認識茨城大学重点研究プロジェクト 「人の暮らしを豊かにするライフサポート科学の創成」
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Fig.1 Overview of the proposed systemを行い，認識結果に応じた機器制御などを実現している．しかしながら，不特定話者モデルを用いた音声認識
では構音障害者などの不明瞭な発話に対する精度は低く，精度向上のためには大量の音声データを用いて話者個々の特徴に合わせたモデルを個々に作成する必要がある．
これに対し著者の所属する研究グループにおいて，
これまでに Bio-remote の音声操作方式について検討してきた [6]．この方法は，学習型 look-up table を用い，誤認識の候補を学習することで不明瞭な発話による誤認識を修正可能である．ただし，同音異義語が得られた際に学習によっては識別が困難になる問題があった．
そこで各単語の音素列と尤度に注目し，曖昧な単語による誤認識を修正することで識別精度の向上を図る．

3.2．音声操作型環境制御装置：Bio-remote
Fig. 1 に提案システムの構成を示す．提案システムは計測・特徴抽出部，操作意図識別部，機器制御部から構成される．
3.2.1. 音声信号計測・特徴抽出部 [6]
マイクを用いて計測した音声をA/D変換 (サンプリング周波数：fs [Hz]) した信号をE(t) とする．E(t)に対してメル周波数ケプストラム係数ベクトルを抽出し，その低次元成分を変換したものを特徴ベク
トルXと定義する．
次に，Xを算出した時点で，ある単語列Wが出現する確率 P(W) を言語モデルを用いて求める．ここでは，N-gram モデルにより，次式に示すように直前のN – 1 (N は正数) 単語にだけ依存すると考えることで近似的に推定する．

(1)
ここでwk (k ≤ 0) とwK+1は文頭と文末に対応する記号である．
また，単語列Wから特徴ベクトルXが生起する確率P(X|W) を音響モデルを用いて求める．P(X|W) は

単語列Wを音素列M={m1, m2, …, mJ} (mj : 音素，
J: 音素数) に展開し，音素Hidden-Markov ModelをXとマッチングすることで次式に従い算出する．

(2)
そして，求めたP(W) およびP(X|W) を用いて事後確率P(W|X)= P(W) P(X|W) を算出し，P(W|X) が最も高かったWから上位H個の単語列Whを認識結果として抽出する．
3.2.2. 操作意図識別部
操作意図識別部では学習型look-up table (LUT)を参照することで機器の制御コマンドを決定する．
学習型LUTは抽出した認識結果と制御コマンドの対応関係を学習し，抽出結果に応じた機器の制御コマ
ンドを選択することができる．
あらかじめ機器制御に用いる単語列を使用者に発話させ，誤認識を含む得られた抽出結果をLUT に学習させる．学習では，あらかじめ使用者に機器制御に用いるC種類の単語列を発話させ，その際に得られたH個の抽出結果のうち対数尤度上位V個(V ≤H) の単語列の音素列Mvと対数尤度T(Wv)を対応するクラスに学習させる．このとき，あるクラスの学
習おいて学習する音素列が重複した場合は対数尤
度の平均値を学習させる．
そして，学習後のLUTに新たな抽出結果を入力することで機器の制御コマンドを決定する．識別の際は，新たに得られた抽出結果のうち，対数尤度上位
個U個(U ≤ H) の抽出結果を用いる．まず，新たに入力された抽出結果の単語列の音素列(D)Muと学習
型LUTの各識別対象クラスの音素列(L) Mcが一致す
るか比較する（c = 1, 2, …, C）．そして一致した単語列の学習データにおける対数尤度と新たに入力された抽出結果における対数尤度の差を求め，その差が最も小さい（類似度が最も高い）クラスcを識別結果とする．これにより，不明瞭な発話など，正しい単語列が抽出困難な場合や，共通する音素を持-8-茨城大学重点研究プロジェクト 「人の暮らしを豊かにするライフサポート科学の創成」
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つ同音異義語が抽出された場合においても意図した制御コマンドの選択が可能となる．
3.2.3. 家電機器制御部
機器制御部では，操作意図識別部で得られた識別結果をもとにBio-remote (BR)を用いて家電機器の制御を行う．提案システムでは，各識別対象クラスを制御コマンドに割り当てることで識別結果に応じた制御命令を生成する．BR は赤外線リモコンに対する学習機能を備えており，赤外線信号の記録・再生が可能である．そのため，選択した制御コマン
ドを赤外線信号として送信することで任意の機器を制御可能である．

3.3．実験
3.3.1. 方法
被験者は健常成人男性 3 名(A-C: 24.3±1.2 歳) とし，音声信号の計測を行った．このとき，不明瞭な発話を想定し，舌先を上顎中切歯の舌側に接触させた状態
で 発 話 させ た ． 音 声 信 号 の 計 測 に は指 向 性 マ イ ク(AudioTechnica, AT-9942) お よ び ア ン プ (ONKYO,
SE-U33GXV) を使用し，発話の記録と特徴抽出には大語彙連続音声認識エンジン Julius を用いた．実験では，
Tab. 1 に示す 7 種類の単語列を 50 試行発話させ，10
試行のデータを学習型 LUT 作成用，40 試行を識別精度検証用データとして用いた．実験で使用したパラメー
タは，サンプリング周波数：fs = 16,000 [Hz], 言語モデ
ル：N = 3, 音声認識時に出力する単語候補数：H = 10,
LUT の学習に使用する単語候補数：V = 10, 識別に使用する単語候補数：U = 5 である．
また，被験者 A を対象に実生活を想定して家電機器制御を行なわせた．
3.3.2. 結果と考察
Fig. 2 に学習型 LUT の作成および識別に用いるデータセットをランダムに 10 回変更して識別を行なった際の識別率を示す．図は各クラスの平均識別率および全クラスの平均値を表しており，比較として Julius 単体での結果を併せて示している．結果より，Julius のみを用いた場合は識別が困難であるのに対し，提案法では 90[%] 以上の精度で識別できている．異分散 t 検定の結果，有意水準 0.1 [%] で有意差が得られたことから，提案する学習型 LUT を用いた識別法により，識別精度を大幅に向上できることが示された．
一方，被験者 A を対象に実施した環境制御装置制
御では，就寝前に DVD を見て，オーディオを流しながら眠りにつく場面を想定して機器を操作させた．被験者
は，（１）照明を点灯し，(2) テレビの電源を入れた後，(3) DVD を再生した．その後，(4) DVD を停止，(5) テレ
ビの電源を消した後，(6) オーディオを再生しながら，就寝のために (7) 照明を落とした．1 試行に要した時-9-

Tab.1 Relationships between discrimination classes
and control commands
Class number

Speech words

Control command

C1
C2
C3
C4
C5
C6
C7

shoumeiterebio-dhio

Light
TV
Audio
ON
OFF
Play
Stop

onn
ofu
saiseiteishiFig.2 Discrimination rates for each class
間は約 25 [s]であり，提案システムを用いて不明瞭な発話においてもさまざまな家電機器を随意的に制御できることを示した．

3.4．結論本研究では，環境制御装置：Bio-remote の新たな音声操作方式を提案した．3 名の被験者を対象に不明瞭な発話を想定して発話を行なった際の識別率を検証した結果，7 種類の単語を Julius 単体での結果と比較して高い精度で識別できることを示した．また，被験者 1 名を対象に提案システムを用いた家電機器操作を行い，随意的な家電機器制御が可能であることを明らかにした．
今後は更なる識別精度向上を目指し，オンライン学
習などの新たなアルゴリズムについて検討するとともに，操作者が上手く発話できるようになるための訓練システ
ムを構築する．

4. 偏 KL 情報量に基づく筋電義手訓練システム
４.１．序論
事故や病気などによって上肢を切断した人々の多くは，失われた機能を代行するための何らかの義手を利用している．中でも筋電義手は，動作や力などの有益な情報を含む筋電位信号を制御に用いており，
OttoBock 社の MyoBock をはじめとしてさまざまな研究開発が行われてきた [7]，[8]．しかしながら，使用者の茨城大学重点研究プロジェクト 「人の暮らしを豊かにするライフサポート科学の創成」
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ほとんどは初めから意図した筋電位信号を発生させることは困難であり，数多くの動作を筋電義手で実現し，自由自在に操作できるためには通常，長期間の訓練が必要である．
実際の筋電義手処方においては，専門の医師・療法士のもと筋電位を発生させるためのトレーニングが行われた後，実際に筋電義手を装着して物体を把持するな
どの操作トレーニングが行われる [9]．従来，筋電義手の操作訓練を補助するためのシステムがさまざま提案されており，筋電位信号の発生・制御を目的としたものや，
仮想空間内で物体の把持・解放訓練が行えるシステムなどがある [10], [11]．しかしながらこれらのシステムでは，作業療法士などの専門家があらかじめ適切な電極位置や義手制御に用いる動作のイメージを適切に選択する必要があった．ただし，熟練した作業療法士においても被験者ごとに適切な電極位置や動作を選定することは困難であり，処方に長期間を要する場合がある．
これに対し，生体信号の計測位置と識別に適した動作（識別対象のクラス）の選定に関する試みがさまざま検討されており，生体信号の計測位置の選択法では，あらかじめ貼付したセンサからいくつかのセンサをランダムに選択し，パターン識別を繰り返して適切なセンサ
位置を特定する方法などがある [12]．また，Kita らや重藤らは識別が容易な動作を抽出し，被験者の能力に合わせた訓練が可能なシステムを提案している [13], [14]．
しかしながら，被験者ごとに適した電極位置を発見するためにはできるだけ多くの電極を評価に用いる必要がある．また，義手の制御において選定した電極や動作を用いてパターン識別を行なう際には識別器を新たに構築しなければならず，識別器によっては精度良い識別が行なえる保証はない．さらに，これまでの研究では被験者に適切な電極位置と動作を同時に選定して訓練が行えるシステムについては検討されていなかった．
そこで著者らは，これまでに各入力次元が識別に与える影響度を測る指標として偏 Kullback-Leibler（KL）
情報量を定義し，筋電位計測のための電極選定法を提案するとともに，これを応用して識別に適した動作を選定可能な方法論を提案している [15], [16]．本研究プ
ロジェクトでは偏 KL 情報量を利用した筋電義手訓練シ
ステムを提案し，多自由度義手のための効果的な訓練を実現可能とする．

後，2 次のバタワースローパスフィルタ（カットオフ周波数 fc [Hz]）により平滑化処理を施す．その後，全チャネ
ルの和が 1 となるように正規化したものを，動作パターン
ベクトル（以下, 動作パターン）として動作パターン識別の入力に用いる．また，全チャネルの平均値を筋力情報 FEMG(t)と定義し，FEMG(t)があらかじめ設定した閾値Fth を超えた場合に動作発生，Fth を下回った場合は動作停止と判定する．
4.2.2. 動作パターン選定部
提案するシステムでは，重藤らのシステム [14] を参考に，あらかじめ被験者に実施させた多数の動作の中から被験者に適した動作を選定する．動作の選定には，
偏 KL 情報量に基づくクラス選定法 [16] を利用する．
以下に詳細なアルゴリズムを示す．
１． 目標とする動作パターンベクトル（以下，目標パターン）の集合を T = {tj |j = 1, 2,…, Mmax}と定義する．Mmax は電極 L 対における最大動作数を表す．
２． 使用者に一定時間自由に動作を行うよう指示す
る．このとき，サンプリング毎に筋力情報ベクトルb(t) = [b1(t) , b2(t), …, bL(t)] を求め，各チャネ
ルの収縮状態を計算する．ここで bl(t)は各チャネ
ルの筋力情報が閾値を下回る場合に 0，閾値以上の場合に 1 となる変数である．サンプリング時
刻毎に b(t) = tj となる j を求め，その数 N をカウントする．全サンプリング終了後，あらかじめ設定した閾値 Cth と Nj を比較し，Cth ≤ N となる tj を動作パターンベクトル gj と判定し保存する．
３． 一定時間中に取得されなかった動作パターンに対して動作を行うようシステムが使用者に指示し，同様にサンプリング毎にその数をカウントする．このとき，Cth 以上の場合は gj に追加保存する．以上により保存された動作パターン数を M1 とする．
４． つぎに，著者らが提案するクラス選定法 [16] に基づき，識別が容易な動作パターンを選定する．
ま ず ，動 作パ ターン gj に お ける各 動 作 を R(R=P+Q) 回行うようシステムが被験者に指示し，被験者はその動作を再現する．このとき得られる動作パターンベクトル (p)xm および(q)ym をそれぞれ動作 m に対する学習および検証用データとする (m = 1, 2, …, M1, p = 1, 2, …, P, q = 1, 2, …,
Q)．ただし，P および Q はそれぞれ選定に用いる
学習および検証データ数を表す．
５． (p)xm および(q)ym をもとに，クラス選定法 [16] に基づいて識別困難な動作を順に削除する．ここで，選定後の(p)xm および(q)ym を識別した際の全動作の平均識別率 D が Dth ≤ D ならば選定を終了し，このとき得られた動作パターン数を M2 とす

４.2．偏 KL 情報量に基づく筋電義手訓練システム
提案する相互学習型トレーニングシステムは筋電位
信号処理部，動作パターン選定部，動作パターン再現部から構成される．
4.2.1. 筋電位信号処理部 [14]-[16]L 対の電極から計測した筋電位信号をサンプリング周
波数 fs [Hz]で A/D 変換し，チャネル毎に全波整流した- 10 -

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る．
4.2.3. 動作パターン再現部
ここでは，動作選定部で得られた動作パターンを被験者が再現可能かを評価・訓練する．
１． k = 1 として初期化し，動作パターン選定部で得られた動作 k (k = 1, 2, …, M2) を順に再現するように指示する．このとき，被験者には選定に用いた学習データの各チャネルの平均値をレーダ
ーチャートとして提示し，その目標値に一致する
ように筋電位信号を制御させる．そして，被験者が発生する各チャネルの筋電位信号と目標値との誤差に基づき再現性を評価し，再現に成功した動作数を M3 とする．
２． M3 = Mmax であれば訓練を終了する．このとき，訓練者は被験者の状態に合わせて Mmax を調整し，訓練を終了することができる． M3 = M2 (<Mmax) の場合は動作パターン選定部の 3 に戻り，
動作パターンの増加を試みる．M3 < M2 の場合
は，動作パターン選定部の 5 の方法に基づき動作を削減し，再度再現性の評価を行う．

Fig.3 An example of experimental scene

以上のように，動作パターンの取得・選定と再現を繰り返し行うことで被験者が随意的に制御可能な動作パ
ターン数を増加する．また，訓練時に偏 KL 情報量に基づく電極選定法 [15] により電極数を削減することで，より少数の電極で多数の動作パターンを制御できる可能性がある．
(a) Number of selected motions
４.3．実験
4.3.1. 方法
被験者は筋電制御経験のある健常な男子大学生 1
名とし，提案システムを用いた訓練実験を行った．実験
では，あらかじめ 4 対の電極を ch1：橈側手根伸筋，
ch2：尺側手根伸筋，ch3：撓側手根屈筋，ch4：上腕二頭筋付近の体表面に貼付し，4.2．に示すアルゴリズムに従って訓練を実施した．Fig. 4 に実験風景を示す．実験に用いたパラメータは，サンプリング周波数 fs = 1,000[Hz] ，カットオフ周波数 fc = 1 [Hz] ，訓練における動作数の最大値 Mmax = 15， 選定に用いるデータ数 P =2，Q = 1 であり，その他のパラメータは文献 [14] を参考に試行錯誤的に決定した．動作パターン再現部においてすべての動作を再現できた場合を 1 試行とし，計 5試行行った．筋電位信号の計測にはマルチテレメータ（WEB-7000，日本光電製）を用いた．
4.3.2. 結果と考察
Fig. 4 に訓練実験の結果を示す．Fig. 4 (a) は各試行において，動作パターン再現部で再現に成功した動作パターン数を示す．結果より，訓練開始時には再現- 11 -(a) Discrimination rate
Fig.4 Experimental resultsに成功した動作数が 7 動作であったのに対し，訓練終了時（5 試行目）には 9 動作となった．また，(b) は再現

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ライフサポート科学教育研究センターに成功した動作の平均識別率を示している．結果では訓練を通して識別率が安定していることがわかる．以上の結果より，多少の動作数の増減は見られるものの，提案システムを用いた訓練により高い精度で識別可能な動作パターン数を増加できる可能性を示した．

４.4．結論本研究では，偏 KL 情報量に基づく筋電義手訓練シ
ステムを提案した．筋電制御経験者を対象に訓練実験を実施した結果，高い精度で識別可能な動作パターンを増加できる可能性を示した．
今後は被験者を増加し，電極選定を導入した新たな訓練システムについて検討するとともに，仮想空間での作業訓練システムと統合することで，一貫した訓練が可能なシステムを開発する予定である．

5.おわりに
本報告書では，肢体不自由者個々に合わせたインタ
フェースの実現を目指し，構音障害者のための音声操
作型環境制御装置：Bio-remote の操作方式，上肢切断者が利用する筋電義手操作のための新たな訓練シ
ステムについて紹介した．
今後は，使用者およびシステムの学習状態を管理し，適切な訓練や制御法を自動的に調節可能な新たなインタフェース：共創インタフェースの構築を目指す．

謝辞
本研究の一部は，日本学術振興会科学研究費助成事業（課題番号：26330226 および 26462242）の補助によるものであり，感謝の意を示します．また，各課題の関係の皆様にここにあらためて謝意を表します．

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Engineering, Vol. 60, No. 3, pp. 853-861, 201316) 芝軒，島，高木，栗田，大塚，陳，辻，“偏 KL 情報量に基づくクラス選択法の提案と EMG 識別のための動作選定問題への応用”， 計測自動制御学会
論文集，Vol. 48, No. 9, pp.580-588, 2012- 12 -

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細胞機能操作・診断ツールとしての磁気駆動式 MEMS デバイスの開発
Development of Novel Magnetic-Driven MEMS Devices for Operating and Analyzing Cell Functions
長山 和亮(1)，長 真啓(2)，増澤 徹(2)1) 茨城大学工学部 知能システム工学科
2) 茨城大学工学部 機械工学科
Kazuaki NAGAYAMA1), Masahiro OSA2), Toru MASUZAWA3)
1) Department of Intelligent Systems Engineering, Ibaraki University2) Department of Mechanical Engineering, Ibaraki University

1.概要
近年の医学・創薬の分野では，生体を形作っている「細胞」を用いた研究が精力的に行われている。最近では，各種ホルモンなどの生化学的要因だけでなく，生体内で生じている力や変形といった力学的刺激が，器官や組織を形成する細胞の様々な機能に大きく作用していることが明らかとなってきている。このため，力学的な刺激を加えた際の細胞応答を的確に評価したり，腫瘍細胞などが運動する際の力や基質との接着力を簡便かつ精密に解析できるツールが求められ始めている。
本プロジェクトでは，細胞機能操作・診断ツールとして，磁性体を埋め込んだ微細な MEMS デバイスを開発し，その性能を評価すると共に，実際に細胞を用いた細胞操作と細胞機能評価について報告する。

2.はじめに
超高齢化社会に突入し，「健康」「長寿」への関心が高まる中，医学・創薬の分野，特に難病発症メカニズムの解明や癌疾患に対する新薬の安全性評価，培養細胞から再生組織を作り出す再生医工学などでは，細胞を用いた研究が精力的に行われている。最近では，生体内で生じている力や変形といった力学的刺激が基質を介して細胞に伝わり，細胞の様々な機能に大きく影響して，細胞のコラーゲン産生能を向上させたり (1)，多分化能を持つ幹細胞の分化にも大きな影響を与えること(2)などが明らかとなってきている。このため，力や変形に対する細胞応答や，細胞が発生する力・基質との接着力を簡便かつ精密に解析できる手法が求められている。
そこで本研究では，近年，発達の著しい微細加工技術を応用し，磁性体を埋め込んだ直径 3µm 程の微細な柱が立ち並んだ弾性マイクロピラー基板を開発を目指- 13 -した。このピラー基板上で細胞を培養すると，個々のピラーの変形量から，細胞の接着部位で生じる力の分布を正確に計測でき，さらに，外部から磁場を加えるとピラー自由に変形できるので，細胞の特定の接着部位に力学的な刺激を加えることができる。この技術を応用すれ
ば，試薬投与時などの細胞の運動性や接着性の変化などを的確に評価したり，力や変形に対する細胞応答を解析・評価することができると考えられる。

3. 磁気駆動式マイクロピラーデバイスの開発
3-1. デバイス作製手法の確立と基本性能評価
磁気駆動式ピラーの鋳型は Tan ら(3) によるフォトリソグ
ラフィー法に準じて作製した。ピラーに埋め込む磁性粒子として平均粒径 1.5 µm の鉄粉 (HQ, BASF) を使用した。市販の PDMS (Sylgard 184, Dow-Corning) に対し鉄粉を調合して鉄粉含有 PDMS を作製した。この鉄粉含有 PDMS を鋳型に注ぎ，鉄粉を鋳型の孔の奥底に沈ませた。その後，熱硬化させ，鋳型から PDMS を剥離し，鉄粉を埋め込んだピラー基板を作製した。ピラーの寸法は，直径 3 µm，あるいは 4 µm とし，高さ 9 µm として設計した。これは，nN オーダーの細胞張力を十分な精度で測定するためである。また，隣り合うピラー間の中心間距離は 9 µm とした。
代表例として，生物顕微鏡ステージ上に直径 3 µm の磁気駆動式マイクロピラーデバイスを設置した状態で，磁場印加前と (Fig. 1A) と 0.3 T の磁場を印加した時の画像 (Fig. 1B) を示す。ネオジム磁石をピラー基板に近づけ磁場を印加すると，ほぼ全てのピラーが右側にたわんだ。このピラー先端にかかる力をピラーのたわみ量から求めたところ (Fig. 1C)，直径 3 µm では 70
nN ，直径 4 µm では 170 nN ほどの力が作用すると見積もられた。これは，比較的大きな力を発揮する血管平滑筋細胞が全体で発生する張力（4）と同等の力であり，細胞に十分に大きな力を負荷することができるレベルと茨城大学重点研究プロジェクト 「人の暮らしを豊かにするライフサポート科学の創成」
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(A)(B)

Fig. 2 Typical images of magnetic micropillars whose
location was controlled in a single row of the array on
the substrate (A). Magnetic pillars containing ironparticles look black, while regular ones looktransparent. Note that only the pillars containing ironparticles bent under the magnetic field of 0.3 T (B).
Bar = 20 µm.

4. 細胞の接着部位への力の負荷と張力応答評価(C)

Fig. 1 Typical images of magnetic micropillars before(A) and after (B) application of a magnetic field, andtheir driving force distribution under the magnetic fieldof 0.3 T (C).

3-2. 磁性体埋め込み領域のパターニング
前節で確立した磁気駆動式マイクロピラーデバイス
に対して，所望の領域のみに鉄粉を埋め込む手法を検討した。予め，鋳型をマスキングしながら，鉄粉を含んだ PDMS 溶液を所望の位置のみに注入して硬化させる。
引き続き，鉄粉を含まない PDMS 溶液を鋳型に流し込
み，熱処理して作製した。
埋め込んだピラーを片側領域だけ，あるいは 1 列だ
け (Fig. 2) に限定して作製し，外部磁場で動かせることを確認した。今後，マスクの形状を工夫することで，様々なパターンに配列させた磁気駆動式ピラーを作製することができるといえる。
(A)

(B)

- 14 -

ここでは，前述の方法で作製した「通常ピラー領域と磁気駆動式ピラー領域の 2 つの領域を持つピラー基板」を用いて，実際に細胞の焦点接着部位に力学刺激を加えた例を示す。試料はブタ大動脈より単離後，培養した血管平滑筋細胞である。細胞とピラーとの接着性を高めるために， ピラー先端面に細胞接着タンパク質のフィブロネクチン (50µg/ml) をコートした。そして，細胞をマイクロピラー上に播種し，細胞が十分に広がっていることを確認して実験に用いた。通常ピラー領域と磁気駆動式ピラー領域の両領域をまたぐようにして広がった細胞を対象として，2.1 節と同様にネオジム磁石を試
料の両側から近づけて最大 0.3 T の磁場を印加した。
すなわち，細胞の左側半分の領域に対し，磁気駆動式
ピラーを左側から右側に向かって倒すように変形させて
10 分間保持した (Fig. 4)。この時の細胞接着部位のピラーの様子を CCD カメラで撮影した。そして 2.1 節と同様に，画像解析ソフトウェアでピラーのたわみの変化を計測し，細胞接着部位の力の変化を求めた。
0.3 T の磁場を負荷すると，細胞の左側半分の領域で磁気駆動式ピラーが右方向へたわみ (Fig. 3)，個々の接着部位が変形する様子が確認できた。このとき，鉄粉が埋め込まれていない通常のピラーに接着している部
位 (Fig. 3, Pillar 1–3) の張力変化を計測した (Fig. 4)。
いずれの接着部位でも数 10 nN の張力を発生していたが，磁気駆動式ピラーを変形させて，細胞に圧縮を加えている間は，張力が上昇し，その後，細かく変動しているように見えた。そこで，張力変化の移動平均を求め，実測張力値との差の二乗平均平方根を算出し，張力変動量として定量的に評価したところ，細胞の接着部位圧
縮刺激を加えた後，細胞の張力変動量が有意に増加することが分かった。このような力学刺激を加える前後での細胞の面積変化を調べたところ，現状では，刺激解除後に仮足を伸ばして広がる細胞と，収縮する細胞の 2 群が観察されている。

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5.結論
微細加工技術を応用して，高さが 9 µm で直径 3 µｍ
および 4 µｍの微細な柱が立ち並んだ弾性マイクロピラ
ー基板に磁性体を埋め込んで磁気駆動できる MEMS
デバイスを開発した。このデバイスを用いて，細胞に十分な大きさの力学的刺激を加えつつ，細胞の接着部位で生じる張力の変化など，細胞応答を正確に計測・評価できることが確認された。

Fig. 3 An example of an aortic smooth muscle cell on
the magnetic micropillar substrate under mechanicalstimulation to its adhesion points.

6.おわりに本プロジェクトでは，細胞機能操作・診断ツールとして，磁性体を埋め込んだ微細な磁気駆動式 MEMS デバイスの開発に成功し，実際に細胞応答の評価・解析に適用できることを確認できた。今後，外部磁場制御による駆動性能の安定化を目指すとともに，細胞運搬ツールとしての応用も含めて展開していく。

【参考文献】
Fig. 4 Time course changes of the cellular traction
forces at the adhesion points of the cell shown in Fig.
3.

１) Arai K, Nagashima Y, Takemoto T, Nishiyama T,
Mechanical strain increases expression of type XII
collagen in murine osteoblastic MC3T3-E1 cells,
Cell Struct Funct 33(2):203-10, 2008.
２) Engler AJ, Sen S, Sweeney HL, Discher DE,
Matrix elasticity directs stem cell lineage
specification, Cell. 126(4):677-89, 2006.
３) Tan JL, Tien J, Pirone DM, Gray DS, Bhadriraju K,
Chen CS, Cells lying on a bed of microneedles: anapproach to isolate mechanical force, Proc Natl
Acad Sci U S A. 100(4):1484-9, 2003.
４) Nagayama K, Adachi A, Matsumoto T,
Heterogeneous Response of Traction Force at
Focal Adhesions of Vascular Smooth Muscle Cells
Subjected to Macroscopic Stretch on a Micropillar
Substrate, J Biomech 44-15, 2699-705, 2010.
５) Nagayama K, Yahiro Y, Matsumoto T, Stress fibers
stabilize the position of intranuclear DNA throughmechanical connection with the nucleus in vascularsmooth muscle cells, FEBS Letters 585-24,
3992-97, 2011.
６) Hayakawa K, Tatsumi H, Sokabe M: Actin stressfibers transmit and focus force to activate
mechanosensitive channels. J Cell Sci. 121(Pt 4):
496-503, 2008.
７) Nagayama K, Adachi A, Matsumoto T, Dynamic
Changes of Traction Force at Focal Adhesions
during Macroscopic Cell Stretching Using an
Elastic
Micropillar
Substrate:
Tensional

細胞の焦点接着斑には，細胞骨格の一つであるアク
チンフィラメントと，モータータンパク質であるミオシンタ
ンパク質から主に構成される収縮線維（ストレスファイ
バ）が連結して，張力を発生していることが知られている(3, 5)。今回は，細胞の左側の接着部位に対して，細胞を圧縮する方向に変形を加えて保持したと考えられるが，この場合，接着部位に連結していたストレスファイバが，やや緩んだ状態になると考えられる。細胞内のストレス
ファイバは力の変化によって構造を変化させること (6) が知られている。また最近では，細胞は外部から変形が加わると自身の張力を一定に保とうとするような力学的
ホメオスタシスを見せるという現象が報告され始めている(7, 8)。これらを考慮すると，今回観察された比較的大きな張力変動は，ストレスファイバが急激に緩められている間に，細胞全体としての張力を一定に保つように構造を変化させていることを表しているのかもしれない。
以上のように，本技術を用いることで，細胞の接着部
位に力学刺激を加えながら，細胞の張力応答を精密に調査が可能であることが確認できた。また，この他，マイクロピラー基板の底まで細胞を落としこんだ状態で培養することで，細胞内の核にも変形を加えることができることも確認している。これによって，核の内部の DNA の分
布様態や遺伝子の転写にも影響を与えることができる
可能性がある。
- 15 -

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homeostasis of aortic smooth muscle cells, Journalof Biomechanical Science and Engineering 7,130-140, 2012.
８) Webster KD, Ng WP, Fletcher DA, Tensional
homeostasis in single fibroblasts, Biophys J.
107(1):146-55, 2014.

- 16 -

関連発表資料等

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平成 26 年度 茨城大学工学部機械工学科 卒業研究発表会抄録（2015.2.23）

小児用磁気浮上人工心臓の小型化に関する研究
Miniaturization of Magnetically Levitated Pediatric Ventricular Assist Device
11T1033N 斎藤 拓也

指導教員：増澤 徹 教授

5-axis and rotation
control coil

Levitated rotor

Permanent magnet
Bottom stator
Fig.1

Z

θX

θZ
θY

X

Y

2
1.5
1
0.5
0

0

0.5

1

1.5

2

Rotating torque [mNm]

Axial attractive force [N]

3
2.5

14
12
10
8
6
4
2
0

Excitation current [A](a)Axial attractive force
0.4
0.3

0.2
0.1
0

0

0.5

1

1.5

2

Excitation current [A]

0

0.5

1

1.5

2

Excitation current [A](b)Rotating torque
Restoring torque [mNm]

Top stator石を採用した．解析の簡単化のために片側のステータのみのモデルを作成して解析を行った．
3. 結果・考察
Fig.2 に解析結果を示す．単位励磁電流当たりの軸方向吸引力は 1.3 N/A，回転トルクは 5.6 mNm/A，径方向吸引力は 0.16
N/A，傾き復元トルクは 6.0 mNm/A となり，励磁電流に対し線形に比例して発生することを確認した．軸方向吸引力は励
磁電流 0.5 A，径方向吸引力は励磁電流 2.0 A にて目標性能①の 0.31 N（ロータ質量 11 g より算出）を達成した．径方向吸引力は軸方向吸引力に比べ低い値となったが，浮上ロータの径方向位置は能動的磁気支持力と永久磁石による復元力（0.05 N/mm）により安定化されるため，十分に浮上ロータを磁気支持可能と考える．また，回転トルクは励磁電流 0.5 A において目標性能②の 2.0 mNm 以上を達成した．

Radial attractive force [N]1. 緒言
重症心不全患者の心臓移植までの橋渡しとして補助人工心臓が適用されている．しかし，小児に適用可能な補助人工心
臓には，高い血液適合性，年オーダーの機械的耐久性および小型，低充填量等の人工心臓の中でも高い性能が要求され，その開発が遅れている．磁気浮上モータは，機械的摺動部が撤廃でき，高耐久，高い血液適合性を有しているため，小児の人工心臓に適していると考える．著者らは，これまでに外径 28 mm，高さ 42 mm，体積 26 cc の 5 軸制御磁気浮上モータを用いた小児用人工心臓の試験機を製作し，提案 5 軸制御
原理の有効性と小児用人工心臓の十分なポンプ性能を確認した 1)．製作した試験機は人工心臓として十分小型であるが，体格の小さな小児に埋め込むには更なる小型化が必要である．
本稿では，体内埋め込み可能な小児用人工心臓実現を目指して，5 軸制御磁気浮上モータの小型化設計を行ったので報告
する．
2. 方法
2.1 5 軸制御型磁気浮上モータの概要
Fig.1 に提案する 5 軸制御磁気浮上モータの構成を示す．本
モータは，6 突極からなる上部ステータ，下部ステータ，4 極の永久磁石を軸方向表面に配置した浮上ロータで構成される．
浮上ロータを軸方向上下から同一構造の磁気ステータで挟み込むダブルステータ型を採用することで，2 倍の回転トルクを発生することができる．上部ステータ，下部ステータの各突極には，浮上ロータ姿勢の 5 軸（X，Y，Z，𝜽𝑿 ，𝜽𝒀 ）全てと回転（𝜽𝒁̇ ）を能動制御するための集中巻きコイルが巻かれている．軸方向位置（Z）
・回転（𝜽𝒁̇ ）制御用の 4 極の磁界と径方向位置（X，Y）
・傾き角度（𝜽𝑿 ，𝜽𝒀 ）制御用の 2 極の磁界を重畳させた制御磁界を発生させることで浮上ロータ姿勢の 5 軸制御と回転制御をすべて独立して行う．

14
12
10
8
6
4
2
0

0

0.5

1

1.5

2

Excitation current [A](c)Radial attractive force(d)Restoring torqueFig.2 Analysis result

Structure of magnetically levitated motor

2.2 5 軸制御型磁気浮上モータの小型化
小児用人工心臓に用いる磁気浮上モータの目標性能を①ロータ自重の 3 倍の荷重を軸方向，径方向で支持可能であること，②使用想定回転数 4000 rpm において，揚程 100 mmHg，
流量 1.5 L/min を達成可能な回転トルクは，片側ステータで2.0 mNm を発生可能であることとした．理論計算を行い，外径 22 mm，高さ 34 mm，体積 13 cc の磁気浮上モータの有限要素法三次元磁場解析モデルを作成し，励磁電流の変化に対する軸方向吸引力，回転トルク，径方向吸引力，傾き復元ト
ルクの変化を推定した．設計サイズから 1 突極あたりのコイ
ル巻き数を 72 巻きとした．ロータ永久磁石にはネオジム磁- 17 -

4. 結言
体内埋め込み可能な小児用磁気浮上人工心臓のために，有限要素法三次元磁場解析を用いてアキシャル型 5 軸制御磁気浮上モータの小型化設計を行った．既開発試験機の 50 %の体積まで，5 軸制御磁気浮上モータを小型化することが出来た．
また，設計した外径 22 mm，高さ 34 mm の 5 軸制御磁気浮上
モータは小児用人工心臓に適用するに十分な磁気支持・回転性能を発揮した．今後は磁気浮上モータを製作し，性能評価を行っていく．
5. 参考文献
1) 長真啓，増澤徹，大森直樹，巽英介，小児用磁気浮上人工心臓のインペラ浮上安定性．日本機械学会
Dynamics and Design Conference 論文集 2014 年；
No.726

茨城大学重点研究報告書「人の暮らしを豊かにするライフサポート科学の創成」
ライフサポート科学教育研究センターĞĥĶıÜŸ 27 Â_AFDuQ]?puKƵőǪƵőƴęǙǨPP.401-402ǩ2014.1.9-10

"#&(

2C26

")



Nuclear-cytoskeletal interactions involved in the regulation of cell functions ' *$+

Kazuaki NAGAYAMA, Department of Intelligent Systems Engineering, Ibaraki University
4-12-1 Nakanarusawa-cho, Hitachi, Ibaraki, Japan
Key words :Cell biomechanics, Mechanobiology, Mechanotransduction, Smooth muscle cell, Laser nano-dissection---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------, % ƅƖ*¯ÜşÑ)Õ³(ý#ǪÒĹþ4ǈ²þǪřƺšŠ
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茨城大学重点研究報告書「人の暮らしを豊かにするライフサポート科学の創成」
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1) Engler AJ et al, Cell 126 (4): 677-89, 2006.
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3)Wang N et al, Nat Rev Mol Cell Biol 10: 75-82, 2009.
4) Nagayama K et al, FEBS Lett 585 (24): 3992-7, 2011.
5) Sakamoto N et al, Ann Biomed Eng 39(11), 2750–8, 2011.
6) Nagayama K et al, Cell Mol Bioeng 6(4): 473-81, 2013.
7) Nagayama K et al, J Biomech 47(6), 1422-9, 2014.
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9) Dahl KN et al, J Cell Sci 117, 4779-86, 2004.
10) Deguchi S et al, J Biomech 8(9):1751-9, 2005.
11) Wiche G et al, Exp Cell Res 314, 3570-80, 2008.

Table 1 Estimated projected cell area and nuclear area of aortic
smooth muscle cells cultured in the serum-containing medium (control)and in the serum-free quiescent medium (QM).
Cell area (!m2)
Nuclear area (!m2)
Control (85 cells)
3420 ± 1330
228 ± 84
QM (91 cells)
3810 ± 1480 *179 ± 45 *Values are means ± SD. *P < 0.05.

Fig. 1 Examples of fluorescence images of ! -SMA in aortic smoothmuscle cells cultured in the serum-containing medium (A: control)and in the serum-free quiescent medium (B: QM). The average
fluorescent intensity of ! -SMA in the both groups of the cells wasanalyzed with the confocal microscopy (C).

Fig. 2 Examples of fluorescence images of F-actin and intranuclear
DNA in aortic smooth muscle cells cultured in the serum-containing
medium (A: control) and in the serum-free quiescent medium (B: QM).
The frequency of cells showing the DNA line was calculated andcompared between control and QM groups (C). In panel (C), over 200
cells were analyzed for each condition.
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Fig. 3 Changes in the length of dissected SFs. The length ofthe dissected SF was normalized with its initial length.

- 19 -

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ライフサポート科学教育研究センター

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[1] Versaevel et al., Nat Commun, 671, doi:10.1038/ncomms1668, 2012.
[2] Nagayama K et al, Mechanical trapping of the nucleus on micropillaredsurfaces inhibits the proliferation of vascular smooth muscle cells but notcervical cancer cells, J Biomech (accepted).
[3] Nagayama K et al, Development of a Novel Magnetic-Driven Micropillar
Substrate for Mechanical Stimulation at Individual Focal Adhesions of Cells,
ASME 2012 Summer Bioeng Conf, SBC2012-80213, 683-684, 2012.
[4] Tanase M et al, Magnetic tweezers in cell biology, Methods Cell Biol,
83:473-93, 2007.
[5] ÇÚǿƝƪŮŭĪƂŵ¾ñºŬ5)A5ƉŕǸÂćsOW|mx5ǥž1(HKŻ)Ɲƪ¾ñĖƓƿłǿÔÏýþŋíñŐŉþñ
ûİ¡êǉĴǿ2012. - 21 -

2.プロジェクト業績

茨城大学重点研究プロジェクト 「人の暮らしを豊かにするライフサポート科学の創成」
ライフサポート科学教育研究センター

活動実績
2014/9/14

三領域代表 幹事会

2014/8/6

三領域代表 幹事会

2014/10/22

三領域代表 幹事会

2014/10/08

茨城大学工学部附属教育研究センター公開シンポジウム
茨城大学工学部機械工学科 道辻洋平准教授「鉄道・自動車のモニタリング技術を活用した安全性向上に関する研究」
茨城大学工学部機械工学科 長真啓助教「5 軸制御磁気浮モータを用いた小児用人工心臓に関する研究」（参加人数 61 名）

2014/11/28

茨城大学重点研究「人の暮らしを豊かにするライフサポート科学の創成」シンポジウム
茨城大学工学部附属ライフサポート科学教育研究センター講演会
第 22 回茨城ライフサポートコンソーシアム（ILiS）講演会
HMS ライフサポート講演会
東京大学医学系研究科疾患生命工学センター 牛田多加志教授「再生医療における 3 要素+1 要素」（参加人数 40 名）

2014/12/17

三領域代表 幹事会

平成 26 年度若手・新分野研究奨励として以下の３研究を採択
１.「超小型小児用磁気浮上人工心臓の研究開発」長真啓２.「生体信号を利用した人間－機械学習インタフェースの提案と医療福祉応用」芝軒太郎
３．
「細胞機能操作・診断ツールとしての磁気駆動式 MEMS デバイスの開発」長山和亮- 22 -

ライフサポート科学教育研究センター講演会
第22回 茨城ライフサポートコンソーシアム（ILiS）講演会
HMSライフサポート講演会「再生医療における３要素＋１要素」
東京大学 医学系研究科 疾患生命工学センター 教授

牛 田 多 加 志 先生
日時：１１／２８（金） 午後 ３時３０分 〜 ５時
場所：茨城大学工学部 小平記念ホール
近年では，細胞を培養して臓器や組織を再生し，移植臓器の代わりに使う
再生医療が注目されてきています。
細胞組織の機能を人工的にコントロールするため，最近では，細胞増殖因子やサイトカインといった生化学因子だけでなく，細胞に加わる「物理的刺激」の重要性が分かってきました。
今回は，東京大学の牛田先生をお呼びしまして，再生医療における「物理的刺激」の重要性を分かりやすく解説していただきます。

細胞の分化制御による骨，軟骨，腱の再生

骨や血管に加わる様々な「物理的刺激」※教職員，学生ともに参加自由です。

再生医療における3要素＋1要素
�
骨髄性幹細胞�

ES細胞�

東京大学大学院医学系研究科�

成熟細胞�

△

◯

×

Tissue transplantation
Cell transplantation

3 major elements for tissue engineering

Organ transplantation

細胞ソース�
だれから？�

1. Cell sources
2. 3 dimensional scaffolds

1．自家細胞�(autologous)
2．同種細胞�(allogeneic)

3. Culture systems
Biochemical environment�

3．異種細胞�(heterologous)

Physical environment

1．自家細胞�(autologous)�メリット�
・拒絶反応なし・ウィルス等の問題なし

2．同種細胞�(allogeneic)メリット�
・細胞のアクティビティが高い・感染性のチェックが可能��
デメリット�
・採取部位が限られている・細胞のアクティビティが低い場合が多い�

デメリット�
・拒絶反応あり・ケースによっては倫理的問題が起こる�

細胞ソース�

3．異種細胞�(heterologous)

どこから？�

メリット�
・採取する部位が限定されない

1．�ES細胞・細胞のアクティビティが高い�

2．�骨髄性幹細胞

デメリット�

3．�体性幹細胞・拒絶反応がある�������（遺伝子改変ブタ）

4．�成熟細胞�・未知ウィルスの危険性�

1．�ES細胞�
ES細胞 (Embryonic Stem Cell) ＝胚性幹細胞�
幹細胞��・自己複製能�����・多分化能�
ES細胞��・自己複製能������・全能性�
・他家（同種）細胞
����（クローン胚の場合は自家）・受精卵に係わる倫理的問題

C

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(

	
 

	
 

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Mesengenesis
Mesenchymal Stem Cell (MSC))
Proliferation

Commitment

組織中にあり，組織特異的な幹細胞�
Lineage
Progression

1）神経幹細胞
Osteoblast

Chondrocyte

Osteocyte

Chondrocyte

Myoblast Fusion

Stromal Fibroblast

TenoblastPreadipocyte

Stromal Cells

Tenocyte

Adipocyte

Differentiation2）表皮幹細胞
3）肝臓幹細胞And Maturation

Myocyte4）小腸上皮幹細胞
5）毛根幹細胞�Bone

Cartilage

Cardiac

StromaTendonAdipose	 Biomaterial
Collagen, Hyaluronan, Laminin, Elastin
骨髄性幹細胞�

ES細胞�

成熟細胞�

Biodegradable polymer△◯

×

PLLA, PGA, PLGA

Tissue transplantation
Cell transplantation

Organ transplantation

Cell - cell interaction
Cell - matrix interaction

Biopolymers Used in the Field of Tissue Engineering

Collagen Type I

Basement membrane

Types of Collagens
Structure of basement membraneBiodegradable polymer
・�PLLA�（Polylactic acid）���year
・�PLGA�（ Polylactic-acid-polyglycolic-acid-copolymer ）������������������ monthProteoglycan

Structure of proteoglycan

・�PGA��（ polyglycolic acid ）week

Biodegradable polymer

Biomaterial
Merit

Merit

・good biocompatibility

・easy for forming

・having cell adhesion sites

・enough mechanical properties

DemeritDemerit・difficult for forming

・hydrophobic

・weak mechanical properties・no cell adhesion site

PLGA mesh
Collagen sponge

Calcium diphosphate

・
	

	

�
・

Calciummonophosphate�	PLGA-collagen mesh at original magnification × 20

・	

PLGA-collagen mesh at original magnification × 60

	

SEM photomicrographs of PLGA knitted mesh& its composite with collagen・	Biochemical environment
・Culture medium・ion�Na, K, Ca, Mg
・amino acid・vitamin��
Apatite products!
Apatite beads!

・PH buffer

Growth factors

Carbonate buffer

�・basic Fibroblast Growth Factor (bFGF)
�・Epidermal Growth Factor (EGF)
�・Hepatocyte Growth Factor (HGF)
�・Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF)
�・Nerve Growth Factor (NGF)
�・Transforming Growth factor (TGF-! )�����・Bone Morphogenic Protein (BMP)

physiological��unstable
H+ + HCO3-

H2O + CO2

Phosphate bufferH+

Non-physiologicalstable++ H2PO4
H + HPO42-

Ca2+ (Mg2+) + HPO42-�

CaHPO4

Hydrostatic pressure
Streaming potential

cartilagechondrocyte

Effects of Mechanical Stress on Cultured Cells
and
Its Adaptation to Tissue Engineering

blood vessel

endothelial cellsmooth muscle cellboneosteoblast
osteocyte
osteoclast

Stretching

Shear stressMechanical deformation (stretching)

Smooth Muscle Cell

PokingShear

Hydrostatic

Electromagnetic

Endothelial Cell

Chondrocyte

Osteoblast

Mechanical micro-deformation
Streaming potenntial

in vivo Regulation of Cellular Functions by Physical Factors

in vitro Reconstruction of Living Tissues

3 major diseases of articular cartilage
sport injuries
osteoarthritis (OA)
rheumatoid arthritis (RA)Articular cartilage
knee joint
Type II collagen(Type I collagen fibrous cartilage)

no blood vessel

low regeneration activity

Lateral femoral groove stained with S-O

micromotion!

Normal

Osteoarthritis

Artificial joint

no nerve

Articular cartilage replacementbone resorption!

bone cement particles!
PE wear debris!
metal particles!

fibrous tissue!

bone destruction!
giant cell!
macrophage!

proteolytic enzyme!
loosening!
release!

Genzyme system

pain!

Problems caused by artificial joint replacement

Clinical application of autologous chondrocyte implantation

SEM Photomicrographs
Polylactin 910 (PLGA) kitted mesh!

PLGA-collagen hybrid mesh!

Cell Transplantation
Genzyme system

Hybridization!
Clinical application of autologous chondrocyte implantationin vitro proliferation
In vitro culture

Regenerated cartilage

Cartilage defectTissue engineered therapy for cartilage defectRegenerated Tissue
Transplantation

PLGA!
Collagen !
microsponges!

Gross Appearance
Single Sheet!

Laminated (5-sheet)!

Histological Results of 5-Sheet Implant!
Rolled!
4w

4w

8w

12 w

4w

4w

8w

12 w

4w

8w

12 w

HE!

12 weeks

12 weeks

12
weeks

Safranin-O/fast green!

Toluidine blue!
1 mm

8 mm

Hydrostatic pressure loading to chondrocytes
by weight or moving

Growth factor
Control

Constant

Intermittent

0 15

5 15 30

5

IL-1
ERK1
ERK2

Hydrostatic pressure

15

30

5

15

30

Time(min)Constant
Intermittent
IL-1

receptor

Ratio

Thickness: 200 µm

8.0
7.0
6.0
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
0.0
0

10

20

Time[min]

30

40

ERK Phosphorylation of Bovine Chondrocytes
by Hydrostatic Pressure Loading

ERK
activation

Direct measurement ofloaded stress to hip joint

1985 Hodge et alProteoglycan

ERK!PChondrocyte

SOX9chondrocyte

Proliferation

Type II Collagen

Hardingham, Glycoforum 1998
Cartilage model with collagen,proteoglycans & water

Schematic diagram ofintermittent hydrostatic pressure loading system

Type II Collagen

Production ofExtracellular Matrices

Signal transduction pathway "through ERK activation

Intermittent Hydrostatic Pressure Loading System

10MPa

Reliefvalve

Air-actuatedvalve 1Air-actuatedvalve 2Function
generator

ColumnPressure
reservoir

Oscilloscope
Pressure
sensorTank

Up to 0.5Hz, 10MPa!

High-pressure perfusion pump
Process controller
Parameter input
Hydrostatic pressure column
Column in incubator
Water bath in incubatorv�
Aggrecan gene expression(RT-PCR)

Type II collagen gene expression (RT-PCR)

Semi-quantitative analysis of gene expression (n=3)

Semi-quantitative analysis of gene expression (n=3)(IHP=Intermittent Hydrostatic Pressure)(IHP=Intermittent Hydrostatic Pressure)Semi-Quantitative analysis of aggrecan

Semi-Quantitative analysis of type2collagen

5

3

4.5

Mean±S.E. (n=3)
0.15

aggrecan
1
1

2
2

3
3

2. IHP4hrs/
d*4d1.Control（3.5MPa,0.5Hz）�

GAPDH



3.5



Type II Collagen

3
2.5
2
1.5
1
0.5

1
1

0
control

IHP4hrs*4d

3. IHP24hrs/
d*4d

Mean±S.E. (n=3)
0.15


2.5

IHP24hrs*4d

culture condition

1.Control

2
2

GAPDH

3
3



2
1.5
1
0.5
0
control

IHP4hrs*4d

3. IHP24hrs/
d*4d

2. IHP4hrs/
d*4d（3.5MPa,0.5Hz）�

（3.5MPa,0.5Hz）�

ratio(mRNA expression/control)

ratio(mRNA expression/control)

4

IHP24hrs*4d

culture condition（3.5MPa,0.5Hz）�

aggrecanType II collagenNo loading

No loading

Type I collagen gene expression (RT-PCR)

Effect of Hydrostatic Pressure Loading
On Matrices Production in Chondrocyte Pellets
Hydrostatic pressureSemi-quantitative analysis of gene expression (n=3)

Hydrostatic pressure(IHP=Intermittent Hydrostatic Pressure)Semi-Qu atitaive analysis of type1collagen

H-E staining of the pellet

1.2

Type I Collagen

1
1

2
2

1.Control

33

2. IHP4hrs/
d*4d（3.5MPa,0.5Hz）�

GAPDH

ratio(mRNA expression/control)1

Mean±S.E. (n=3)
0.01
0.8

0.6





IHP4hrs*4d

IHP24hrs*4d

Alcian-Blue staining of the pellet

0.4

0.2

0

3. IHP24hrs/
d*4dcontrolculture cond ition

Safranin-O staining of the pellet（3.5MPa,0.5Hz）�

Bar=200µm

Type I collagenNo loadingCu
Me lture
diu
m

幹細胞

Mesenchymal stem cell
Physical

Cell selection
Biochemical
growth factor
cytokineshear, stretch

多孔性セラミック

Cell Differentiation

物理的刺激�

Tissue Regeneration

Physicalhydrostatic pressure

Cell differentiation
高分子ゲル

ゲルコート繊維束

基盤材料

Biochemical

Material (Scaffold)collagen, hyaluronan, laminin
骨折大腿骨インプラント

膝関節軟骨再建

アキレス腱再建幹細胞

3 Essential Factors
for in vitro Tissue Regeneration
骨細胞

軟骨細胞

腱/靭帯
線維芽細胞

TissueEngineering
Tissue Engineering茨城大学重点研究プロジェクト 「人の暮らしを豊かにするライフサポート科学の創成」
ライフサポート科学教育研究センター

業績一覧【原著論文】
1) 但野ちなみ, 尾関和秀, 増澤徹, 青木秀希, 炭酸またはマグネシウム含有ハイドロキシアパタイト薄膜の作製,バイ
オインテグレーション学会誌, 4, 79-84, (2014)2) K. Ozeki, T. Goto, H. Aoki and T. Masuzawa, Fabrication of hydroxyapatite thin films on zirconia using a sputtering
technique, Bio-Med. Mat. Eng., 24, 1793-1802, (2014)3) K. Ozeki, T. Goto, H. Aoki and T. Masuzawa, Characterization of Sr-substituted hydroxyapatite thin film by
sputtering technique from mixture targets of hydroxyapatite and strontium apatite, Bio-Med. Mat. Eng., 24,
1447-1456, (2014)4) D. Sakurai, J. Chiba, T. Ino, N. Kakusho, N. Kaneko, R. Katayama, M. Kitaguchi, K. Mishima, S. Muto, K. Ozeki, Y.
Seki, H. M Shimizu, S. Yamashita, T. Yoshioka and D. Nishimura, Development of a new neutron mirror made of
deuterated Diamond-like carbon, Journal of Physics: Conference Series, 528, 012010, (2014)
5) Y. Fukuoka and J. Akama, Dynamic bipedal walking of a dinosaur-like robot with an extant vertebrate's nervous
system, Robotica 32(6), 851-865, (2014)6) S. Yamauchi, S. Saiki, K. Ishibashi, A. Nakagawa and S. Hatakeyama, Low Pressure Chemical Vapor Deposition of Nband F Co-Doped TiO2 Layer, J. Crystal. Process and Technology, 4, 79-88, (2014)7) S. Yamauchi, K. Ishibashi and S. Hatakeyama, Low Pressure Chemical Vapor Deposition of TiO2 layer inHydrogen-Ambient, J. Crystal. Process and Technology, 4, 185-192, (2014)8) M. Fujita, Y. Ishiwatari, I. Mishima, N. Utsuno and K. Kato, Effect of ageing of pipe and lining materials on elemental
composition of suspended particles in a water distribution system, Water Resources Management, 28, 1645-1653,(2014)
9) 見島伊織, 吉田征史, 藤田昌史, 実下水処理施設における硝化プロセスの N2O 生成ポテンシャルの解析, 水環境
学会誌, 37(6), 219-227, (2014)10) 明石詢子, 石渡恭之, 藤田昌史, 水道管における懸濁態元素と細菌の挙動, 土木学会論文集 G（環境）, 70(7),33-38, (2014)11) 王峰宇, 石渡恭之, 藤田昌史, ツバル国海岸の重金属汚染の評価と既設の Septic Tank の活用を想定した除去手法の検討, 土木学会論文集 G(環境), 70(7), 509-515, (2014)12) A. Matsumoto, Y. Sato, H. Ohno, M. Shimizu, J. Kurihara, T. Saitou, Y. Michitsuji, R. Matsui, M. Tanimoto and M.
Mizuno, Actual states of wheel/rail contact forces and friction on sharp curves – Continuous monitoring fromin-service trains and numerical simulations, Wear 314, 189-197, (2014)13) Y. Nishi, T. Inagaki, Y. Li, R. Omiya and J. Fukutomi, Study on an Undershot Cross-Flow Water Turbine, Journal of
Thermal Science, 23-3, 239-245, (2014)
14) Y. Nishi, T. Inagaki, K. Okubo and N. Kikuchi, Study on an Axial Flow Hydraulic Turbine with Collection Device,
International Journal of Rotating Machinery 2014, 308058, 1-11, (2014)15) Y. Li, S. Someya, K. Okamoto, T. Inagaki and Y. Nishi, Study on flow-induced acoustic resonance in symmetricallylocated side-branches using dynamic PIV technique, Journal of Fluid Science and Technology, 9-2, 1-12, (2014)16) Y. Li, Y. Nishi, T. Inagaki and K. Hatano, Study on the Flow Field of an Undershot Cross-flow Water Turbine,
Applied Mechanics and Materials, 620, 285-291, (2014)17) Y. Nishi and J. Fukutomi, Effect of Blade Outlet Angle on Unsteady Hydrodynamic Force of Closed-Type
Centrifugal Pump with Single Blade, International Journal of Rotating Machinery 2014, 838627, 1-16, (2014)- 33 -

茨城大学重点研究プロジェクト 「人の暮らしを豊かにするライフサポート科学の創成」
ライフサポート科学教育研究センター

18) Y. Nishi, T. Inagaki, Y. Li, R. Omiya and K. Hatano, The Flow Field of Undershot Cross-Flow Water Turbines
Based on PIV Measurements and Numerical Analysis, International Journal of Fluid Machinery and Systems, 7-4,
174-182, (2014)19) Y. Li, S. Someya, K. Okamoto, T. Inagaki and Y. Nishi, Study on flow-induced acoustic resonance in symmetricallylocated side-branches using dynamic PIV technique, Journal of Fluid Science and Technology, 9(2), Paper No.
14-00112, (2014)20) Y. Li, Y. Nishi, T. Inagaki and K. Hatano, Study on the flow field of an undershot cross-flow water turbine, Applied
Mechanics and Materials, 620, 285-291, (2014)21) Y. Li, T. Inagaki, H. Saito and M. Abe, Thermo-physical properties of magnetic fluid and its natural convection heattransfer in a horizontal enclosed rectangular container, Applied Mechanics and Materials, 620, 461-467, (2014)22) Y. Li, T. Inagaki and H. Kashiwa, Thermo-physical properties of phase change materials and those naturalconvection heat transfer in a horizontal enclosed rectangular container, Applied Mechanics and Materials, 620,
468-471, (2014)23) Y. Nishi, T. Inagaki, Y. Li, R. Omiya and J. Fukutomi, Study on an undershot cross-flow water turbine, Journal of
Thermal Science, 23(3), 239245, (2014)24) 稲垣照美, 一色俊洋, 李艶栄, 水平矩形容器内に充填した相変化蓄熱物質の凝固・冷却機構に関する研究-酢
酸ナトリウム 3 水和物の現象論的考察-, 化学工学論文集, 40(5), 410‒419, (2014)25) 西泰行, 稲垣照美, 大久保薫, 平間壮, 菊池伯夫, 集水装置を有する軸流水車の性能に及ぼす羽根枚数の影
響, ターボ機械協会, 42(2), 107-117, (2014)
26) Y. Nishi, T. Inagaki, K. Okubo and N. Kikuchi, Study on an axial flow hydraulic turbine with collection device,
International Journal of Rotating Machinery, 308058, (2014)27) Y. Nishi, T. Inagaki, Y. Li, R. Omiya and K. Hatano, The flow field of undershot cross-flow water turbines based on
PIV measurements and numerical analysis, International Journal of Fluid Machinery and Systems, 7(4), 174-182,(2014)
28) 松田健一, 平根龍也, 近藤良, 増澤徹, アウターロータ型 5 軸制御セルフベアリングモータに関する研究, 日本
AEM 学会誌，Vol.22，No.3，386-392, (2014)29) S. Yamada, S. Iwama, K. Kinoshita, T. Yamazaki, T. Kubota and T. Yajima, Facile synthetic protocols for
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ラルネット, 計測自動制御学会論文集, 50(4), 356-365, (2014)31) 中島翔太, 右田涼, 早志英朗, 芝軒太郎, 島圭介, 島谷康司, 中塚幹也, 竹内章人, 中村信, 栗田雄一, 辻敏
夫, 新生児の自発運動評価を目的とした General Movements 診断支援システム, 計測自動制御学会論文集50(9), 684-692, (2014)32) 長真啓, 増澤徹, 大森直樹, 巽英介, 小児用人工心臓のための小型 5 軸制御セルフベアリングモータ, 日本
AEM 学会誌, 22, 96-101, (2014)33) 森善一, 勝村薫, 永瀬勝也, 自走用車椅子使用者のための段差移動補助機の開発, 日本機械学会論文集,80-820, 1-13, (2014)34) Y. Mori and S. Kido, Monitoring System for Elderly People Using Passive RFID Tags, Journal of Robotics andMechatronics, 26-5, 649-655, (2014)35) 湊淳, 鈴木慎吾, 村上雄太郎, 伊多波正徳, 小澤哲, 形態素解析を用いた事故・リスクに関する記述の分析, 日本感性工学会論文誌, 13, 341-346, (2014)- 34 -

茨城大学重点研究プロジェクト 「人の暮らしを豊かにするライフサポート科学の創成」
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36) Kushantha Lakesh S.H.P., Dahanayaka D.D.G.L., Anne Nisha G., N. Warnajith, H. Tonooka, A. Minato and S.
Ozawa, Development of inexpensive multi-parameter sensors based network system for water environment
monitoring, International Journal of Environmental Sciences, Vol.5, No.2, (2014)37) D. Bandara, N. Warnajith, A. Minato and S. Ozawa, Comparing and Analyzing several Brahmi inscriptions using
photographic data, Sri Lankan Journal of Ancient Heritage, Sri Lanka, (2014)38) M. Ogino, T. Ohashi, H. Yoshida, D. Nagayama, T. Kubota, A. Morikawa and K. Ono, Preparation of Nanopatterned
Polyimide by Imprinting and Curing Phenylethynyl- terminated Imide Oligomer, Journal of Photopolymer Scienceand Technology 2014, 27, 155-160, (2014)39) K. Nagayama, S.Yamazaki, Y. Yahiro and T. Matsumoto, Estimation of the mechanical connection between apicalstress fibers and the nucleus in vascular smooth muscle cells cultured on a substrate, Journal of Biomechanics 47,
1422-1429, (2014)40) 小沼弘幸，増澤徹，１２突極ラジアル型セルフベアリングモータの磁気支持特性の推定，日本 AEM 学会誌, 22(2),88-95, (2014)41) 右田涼, 島谷康司, 芝軒太郎, 栗田雄一, 島圭介, 辻敏夫, 動画像解析に基づく乳幼児行動マーカーレスモニ
タリングシステム, 発育発達研究, 2014(65), 1-7, (2014)42) S. Yamauchi, K. Ishibashi and S. Hatakeyama, Low resistive TiO2 deposition by LPCVD using TTIP and NbF5 inHydrogen-Ambient, J. Crystal. Process and Technology, 5, 15-23, (2015)43) S. Yamauchi, K. Ishibashi and S. Hatakeyama, Drastic Resistivity Reduction of CVD-TiO2 Layers by
Post-Wet-Treatment in HCl Solution, J. Crystal. Process and Technology, 5, 24-30, (2015)44) K. Ozeki, D. Sekiba, A. Uedono, K. Hirakuri and T. Masuzawa, Effect of incorporation of deuterium onvacancy-type defects of a-C:H films prepared by plasma CVD, Applied Surface Science, 330, 142–147, (2015)45) Y. Fukuoka, Y. Habu and T. Fukui, A simple rule for quadrupedal gait generation determined by leg loading
feedback: a modeling study, Scientific Reports, (accepted)46) K. Nagayama, S. Saito and T. Matsumoto, Multiphasic stress relaxation response of freshly isolated and cultured
vascular smooth muscle cells measured by quasi-in situ tensile test, Bio-Medical Materials and Engineering,(accepted)47) Y. Li, S. Someya, K. Okamoto, T. Inagaki and Y. Nishi, Visualization study of flow-excited acoustic resonance inclosed tandem side branches using high time-resolved particle image velocimetry, Journal of Mechanical Scienceand Technology, (掲載決定)
48) 大森直樹, 増澤徹, 長真啓, 巽英介, 小児用補助人工心臓のための小型磁気浮上モータの第一試作, 日本
AEM 学会誌, 23, (掲載決定)
49) 稲垣照美, 柏拓貴, 李艶栄, 相変化蓄熱媒体の熱物性と水平密閉矩形容器内の自然対流熱伝達-硫酸ナトリウ
ム 10 水和物-, 化学工学論文集, (掲載決定)
50) 鈴木慎太郎, 稲垣照美, 李艶栄, 原田滉士, 井澤幸貴, 山内紀子, カーボンナノチューブ分散流体の熱物性と自然対流熱伝達, 化学工学論文集, (掲載決定)
51) 増澤徹，服部圭介，林照剛，木村剛，岸田晶夫，磁気ビーズを用いた磁気励振細胞刺激システム，日本 AEM 学
会誌, 23(1), (掲載決定)
52) 山田悠，増澤徹，Daniel L Timms, 全置換型磁気浮上人工心臓と流量バランス制御，日本 AEM 学会誌, 23(1), (掲
載決定)53) T. Inagaki, Y. Li and Y. Nishi, Analysis of aerodynamic sound noise generated by a large-scaled wind turbine and its
physiological evaluation, Int. J. Environ. Sci. Technol., DOI 10.1007/s13762-014-0581-4, (in press)- 35 -

茨城大学重点研究プロジェクト 「人の暮らしを豊かにするライフサポート科学の創成」
ライフサポート科学教育研究センター

54) Y. Li, S. Someya, K. Okamoto, T. Inagaki and Y. Nishi, Visualization study of flow-excited acoustic resonance inclosed tandem side branches using high time-resolved particle image velocimetry, Journal of Mechanical Science andTechnology, (in press)
55) 長山和亮, 弾性マイクロピラー基板を用いた細胞張力の定量解析と細胞内の核に加わる力の推定, 日本機械学会論文集, (掲載決定)【国際会議発表】
1) K. Nagayama, Y. Yahiro, S.Yamazaki and T. Matsumoto, Mechanical interaction between actin stress fibers and thenucleus: Direct force transmission from the whole-cell level to the nucleus, Proc. of 7th World Congress ofBiomechanics (WBC2014), C31, (2014)2) T. Kimura, K.Uno and T. Masuzawa, Studies on Response Speed and Sensitivity of Two-Dimensional Integrated
Magnetic Sensor, International Conference on Solid State Devices and Materials 2014(SSDM2014), (2014)
3) A. Najmuddin, Y. Fukuoka and S. Aoshima, Development of Rover Designed to Climb Steep Slope of Uncompacted
Loose Sand, Proc. of the 2014 IEEE/SICE International Symposium on System Integration, (2014)4) Y. Li, Y. Nishi, T. Inagaki and K. Hatano, Visualization study on the flow field of an undershot cross-flow water
turbine using PIV technique, Proceedings of the 16th International Symposium on Flow Visualization, (2014)
5) Y. Nishi, T. Inagaki, Y. Li, R. Omiya and K. Hatano, Research on the Flow Field of Undershot Cross-Flow Water
Turbines Using Experiments and Numerical Analysis, Proceedings of the 27th IAHR Symposium on Hydraulic
Machinery and Systems, (2014)6) Y. Li, T. Sato, H. Saito and T. Inagaki, Thermo-physical properties of magnetic fluid and its natural convection heattransfer in a horizontal enclosed rectangular container without magnetic field, Proc. of 16th International
Symposium on Flow Visualization, (2014)
7) Y. Li, Y. Nishi, T. Inagaki and K. Hatano, Visualization study on the flow field of an undershot cross-flow water
turbine using PIV technique, Proc. of 16th International Symposium on Flow Visualization, (2014)8) Y. Li, S. Suzuki, T. Inagaki and N. Yamauchi, Carbon-nanotube nanofluid thermophysical properties and heat transfer
by natural convection, Proc. of The 14th International Conference on Micro and Nanotechnology for Power
Generation and Energy Conversion Applications, Journal of Physics: Conference Series, 557, 012051, (2014)9) G. Nakamura, T. Shibanoki, K. Shima, Y. Kurita, Y. Honda, T. Chin and T. Tsuji, Development of a Virtual Training
System for Myoelectric Prostheses, Asian Prosthetic and Orthotic Scientific Meeting 2014 in conjunction with The
Second Meeting of the International Society for Restorative Neurology (APOSM2014 & ISRN), Taipei International
Convention Center in Taipei, Taiwan, (2014)10) M. Osa, T. Masuzawa, N. Omori and E. Tatsumi, Radial Position Active Control of Double Stator Axial Gap
Self-bearing Motor for Paediatric VAD, Proceedings of 14th International Symposium on Magnetic Bearings,
187-192, (2014)11) Y. Kumahara and Y. Mori, Portable Robot Inspiring Walking in Elderly People, Proc. of the Second International
Conference on Human-Agent Interaction (HAI 2014), 145-148, (2014)12) Nalin Warnajith, S.H.P.K. Lakesh, A. Minato and S. Ozawa, Inexpensive sensor network solution for environment
monitoring, The International Symposium on ICT for Environmental Sustainability, University of Kelaniya, Sri
Lanka, (2014)13) D. Bandara, N. Warnajith, A. Minato and S. Ozawa, Novel Approch for Analyzing Brahmi Scripts, The International
Symposium on ICT for Environmental Sustainability, University of Kelaniya, Sri Lanka, (2014)- 36 -

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ライフサポート科学教育研究センター

14) Y. Okada, H. Suzuki, K. Matsuda, R. Kondo and M. Enokizono, Development of Highly Efficient Magnetic Bearing
and Application to Ultra-Low Temperature Fluid Pump, Proc. of The 12th International Symposium on Magnetic
Bearings (ISMB12), 180-185, (2014)15) H. Fukumoto, T. Hosoya and T. Kubota, Synthesis and Structures of Ferrocene Complexes Containing
Perfluorocyclopentene Unit, International Conference on Fluorine Chemistry 2014 Tokyo, P-60, (2014)16) S. Iwashita, H. Fukumoto and T. Kubota, Preparation and Structure of Fluorine-Containing Polycyclic Aromatic
Compounds, International Conference on Fluorine Chemistry 2014 Tokyo, (2014)17) T. Kubota, Preparation of Fluorine-containing Polycyclic Aromatic Compounds, The 5th China-Japan-Korea Joint
Semiar of Fluorine Chemistry, (2014)18) K. Nagayama, S.Yamazaki, Y. Yahiro and T.Matsumoto, Analysis of the Cytoskeleton-Nucleus
Mechanotransduction Pathway: Direct Force Transmission from the Actin Stress Fibers to the Nucleus, Proc. of
The 4th Japan-Switzerland Workshop on Biomechanics, 16, (2014)19) K. Nagayama, M. Iwata, Y.Hamaji and T. Matsumoto, Changes in the mechanical environment of nucleus during thephenotypic changes of vascular smooth muscle cells, Proc. of International Symposium on Mechanobiology 2014
(ISMB2014), 128, (2014)20) K. Ejiri, Y. Michitsuji, Y. Suda, S. Lin, Running Performance Analysis of Steering Bogie using Independently Rotating
Wheels with Oblique Axle, The 7th Asian Conference on Multibody Dynamics, (2014)21) T. Masuzawa, Pediatric VAD with Five Degrees of Freedom Control MAGLEV Motor, 41st Annual European
Society for Artificial Organs (ESAO) Congress , (2014)22) T. Masuzawa, Magnetically suspended artificial heart, Asia-Pacific Symposium on Applied Electromagnetics andMechanics 2014, (2014)23) T. Masuzawa, Magnetically suspended motor system for artificial hearts and blood pumps, 14th International
Symposium on Magnetic Bearings, 421-425, (2014)24) N. Kurita, D. Timm, N. Greatrex, M. Kleinheyer and T. Masuzawa, Optimization design of magnetically suspended
system for the BiVACOR total artificial heart, 14th International Symposium on Magnetic Bearings, 437-440,(2014)
25) M. Murakamia, T. Masuzawa, S. Yoshida, H. Onuma, T. Nishimura and S. Kyo, Thin Maglev Ventricular Assist
Device with radial Type Self-bearing Motor, 14th International Symposium on Magnetic Bearings, 168-173, (2014)26) H. Onuma and T. Masuzawa, Evaluation of Magnetic Suspension Characteristics and Levitation Performance of A
Centrifugal Blood Pump Using Radial Type Self-Bearing Motor, 14th International Symposium on Magnetic
Bearings, 174-179, (2014)27) A. Ota-Ishigaki, T. Masuzawa, T. Shibata, T. Kawashima and O. Maruyama, The relationship between thethrombogenicity and the generated flow around 3-dimensional micro geometrical structures on the bio-material-Investigation of micro flow-, The 10th International Student Conference at Ibaraki University, D01, (2014)28) W. Kurosaki and T. Masuzawa, Cadiovascular circulation simulator to evaluate ventricular assist effect, The 10th
International Student Conference at Ibaraki University, F02, (2014)【著書】
1) Toshio Tsuji, Taro Shibanoki, Keisuke Shima, EMG-based control of a multi-joint robot for operating a glovebox,
Handbook of Research on Advancements in Robotics and Mechatronics, Edited by Maki K. Habib, Chapter 3, IGI
Global, (2014)- 37 -

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2) T. Matsumoto, S. Sugita and K. Nagayama, Elastin and Collagen Fibers, Chapter 6.4 Tensile Properties of SmoothMuscle Cells, Vascular Engineering (K. Tanishita and K. Yamamoto , eds), Springer, (in press)【解説,その他】
1) 長山和亮, 細胞骨格・核のメカノトランスダクションとその解析技法：アクチンストレスファイバーから核への力の伝達,
細胞工学 33(9), 922-927, (2014)
2) 長山和亮, アクチンストレスファイバーによる細胞の形・構造・力の再現, 科学研究費・新学術領域研究「動く細胞と場のクロストークによる秩序の生成」2015 ニュースレター, 10–11, （2015）3) 増澤徹, 退院できる補助人工心臓, 日本機械学会誌, Vol. 118, No.1155, (2015)
4) 長山和亮, 細胞の力学応答に関わる細胞骨格と核のインタラクション〜アクチンストレスファイバーと核の力学的結合～, 養賢堂「機械の研究」, (印刷中)5) 稲垣照美，松村邦仁，李艶栄, 茨城県北部地域における放射能汚染の地理的動態調査と環境影響評価, 平成 25
年度茨城大学復興支援プロジェクト調査報告書, 85-92, (2014)6) 稲垣照美，五島裕，遠藤進，樫村英紀，小川悟，西康行，李艶栄, ホタルとペーパークラフト風車による地域環境形
成のための啓蒙活動と教育教材の開発, 平成 25 年度茨城大学社会連携事業会支援事業戦略的地域連携プロ
ジェクト報告書, 48-51, (2014)【学会発表】
1) 辻龍介, アラゴスポットを利用した球形直径の測定システム, 茨城県産学官合同成果発表会, 2014/2/13
2) 但野ちなみ, 尾関和秀, 増澤徹, 青木秀希, 炭酸またはマグネシウム含有ハイドロキシアパタイト薄膜の作製, バイ
オインテグレーション学会第4回学術大会, 2014/2/23
3) 山田悠, 増澤徹, 全置換型磁気浮上人工心臓と流量バランス制御の研究, 第 23 回ライフサポート学会フロンティ
ア講演会予稿集, 56, 2014/2/28-3/1
4) 下堀拓己, 増澤徹, 山口聡史, 西村隆, 許俊鋭，磁気浮上型心臓治療用血液ポンプのインペラの浮上安定性の検討, 第 23 回ライフサポート学会フロンティア講演会予稿集, 83, 2014/2/28-3/1
5) 荒昌幸, 増澤徹, 尾関和秀, 岸田晶夫, 樋上哲哉，複合低エネルギー生体組織接合技術を利用した冠動脈バイ
パス手術支援デバイスの開発, 第 23 回ライフサポート学会フロンティア講演会予稿集, 100, 2014/2/28-3/1
6) 長真啓, 増澤徹, 大森直樹, 巽英介，小児、乳児用人工心臓のための 5 軸制御磁気浮上モータ, 第 23 回ライフ
サポート学会フロンティア講演会予稿集, 130, 2014/2/28-3/1
7) 長真啓, 増澤徹, 大森直樹, 巽英介，乳幼児, 小児に適用可能な磁気浮上補助人工心臓の開発, 第 42 回人工心臓と補助循環懇話会学術集会プログラム・抄録集, 48, 2014/3/7-88) 山田悠, 増澤徹, ティムズダニエル，左右心流量バランス機能を有した全置換型磁気浮上人工心臓,

第 42 回人

工心臓と補助循環懇話会学術集会プログラム・抄録集, 91, 2014/3/7-8
9) 村上倫子, 増澤徹, 小沼弘幸, 西村隆, 許俊鋭，薄型補助人工心臓の開発,

第 42 回人工心臓と補助循環懇

話会学術集会プログラム・抄録集, 93, 2014/3/7-810) 箕輪純承, 増澤徹, 黒崎亘，新しい循環治療方法の評価を目指した循環系シミュレータの研究開発, 関東学生会第 53 回学生員卒業研究発表講演会, 1618, 2014/3/14
11) 秦野健太郎, 西泰行, 稲垣照美, 李艶栄, 福富純一郎,下掛け式クロスフロー水車の性能に及ぼす羽根枚数の影響, 日本機械学会関東支部第 20 期総会・講演会, 2014/3/15
12) 大和田恵理, 尾関和秀, 増澤徹, 青木秀希, ゼオライトおよびHAを用いたSrおよびCsの吸着に関する基礎的検討, 日本セラミックス協会2014年年会, 2014/3/17- 38 -

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13) 白土淳子, 稲垣照美, 李艶栄, 自然の色彩と人の感性に関する研究, 第 9 回日本感性工学会春季大会,
2014/3/23
14) K. Shiba, Y. Ohgoe, K. Hirakuri, J. Mizuno, S. Shoji, K. Ozeki, K. Sato, H. Naoki and A. Alanazi,
Hemocompatibility of DLC coating for blood analysis devices, International Conference on Electronics Packaging(ICEP2014), Toyama, Japan, 2014/4/24-25
15) 大和田詠里, 尾関和秀, 増澤徹, 青木秀希, ケイ酸塩およびHAのナノ粒子を用いたSrおよびCs吸着, 第8回ナノ･バイオメディカル学会大会, 2014/5/2
16) K. Nagayama, M. Iwata, Y. Hamaji and T. Matsumoto, Changes in the mechanical environment of nucleus during thephenotypic changes of vascular smooth muscle cells, International Symposium on Mechanobiology 2014 (ISMB2014),
Okayama, Japan, 2014/5/20–23
17) 武田直也, 李艶栄, 稲垣照美, 相変化蓄熱媒体の熱物性と水平密閉矩形容器内の自然対流熱伝達, 第51回日
本伝熱シンポジウム, 2014/5/21
18) 大森直樹, 増澤徹, 長真啓, 巽英介, 小児用人工心臓のための小型磁気浮上モータの開発, 第26回電磁力関連のダイナミクスシンポジウム, 2014/5/21-23
19) 増澤徹, 服部圭介, 林照剛, 木村剛, 岸田晶夫，磁気ビーズを用いた磁気励振細胞刺激システム, 第 26 回
「電磁力関連のダイナミクス」シンポジウム講演論文集, 395-400, 2014/5/21-2320) 山田悠, 増澤徹, Daniel L Timms，全置換型磁気浮上人工心臓と流量バランス制御, 第 26 回「電磁力関連のダ
イナミクス」シンポジウム講演論文集, 401-406, 2014/5/21-23
21) 増澤徹, 山口聡史, 下堀拓己, 西村隆, 許俊鋭，回転数周期的変動時の磁気浮上型血液ポンプの浮上安定性と溶血性能の検討, 第 26 回「電磁力関連のダイナミクス」シンポジウム講演論文集, 407-412, 2014/5/21-23
22) 松田健一, 宮嶋要, 岡田養二, 近藤良, エネルギー消費を抑えた超ワイドギャップ磁気軸受の提案, 第26回「電磁力関連のダイナミクス」講演会講演論文集, 256-257, 2014/5/2223) 岡田養二, 松田健一, 近藤良, 歩行補助用高トルク偏平モータの計算例, 第26回「電磁力関連のダイナミクス」講
演会講演論文集, 307-310, 2014/5/22
24) 李艶栄, 阿部将史, 斎藤光, 稲垣照美, 磁場下における磁性流体の自然対流熱伝達, 第51回日本伝熱シンポ
ジウム, 2014/5/23
25) 稲垣照美, 鈴木慎太郎, 井澤幸貴, 原田滉士, 李艶栄, 山内紀子, カーボンナノチューブ分散流体の熱物性と自然対流熱伝達, 第51回日本伝熱シンポジウム, 2014/5/23
26) 山島信幸, 森善一, 望月駿, 片麻痺障がい者のための車輪型歩行アシスト機, ロボティクス・メカトロニクス講演会
2014, 2014/5/25
27) 雪下剛仁, 森善一, 松川直人, 大内元, 立位・不整地移動を可能にする高機能電動車いす, ロボティクス・メカト
ロニクス講演会2014, 2014/5/25
28) 渡橋史典, 芝軒太郎, 栗田雄一, 島谷康司, 長谷川正哉, 大塚彰, 中村豪, 本田雄一郎, 陳隆明, 辻敏夫, バーチャルリアリティを利用した相互学習型筋電義手トレーニングシステム, 日本機械学会ロボティクス・メカトロニク
ス講演会2014, 2014/5/25-29
29) 中村豪, 本田雄一郎, 芝軒太郎, 陳隆明, 辻敏夫, OpenRTMを利用した環境制御装置「バイオリモート」のモジュール化, 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2014, 2014/5/25-29
30) 多田晴菜, 新井健司, 日比野麻衣, 大越康晴, 平塚傑工, 尾関和秀, 中森秀樹, 森山匠, Nataliya
Nabatova-Gabain, 櫻井正行, 佐藤慶介, Ali Alanazi, 斉藤秀俊, 平栗健二, 深田直樹, 福井康裕, 異なる装置で作製したDLC膜の生体適合性, 第35回日本生体医工学会大, 2014/6/24- 39 -

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31) 矢口俊之, 長山和亮, 塚原弘政, 益田博之, 松本健郎, 経壁圧操作によるヒト上腕動脈の圧－径関係とスティフネスの非侵襲計測, 第 53 回日本生体医工学会大会, 2014/6/24-26
32) 増澤徹, Daniel L Timms，シングル磁気浮上モータを使用した全置換型人工心臓, 第 53 回日本生体医工学会大会, 第 52 巻特別号プログラム・抄録集, 92, 2014/6/24-26
33) 増澤徹, 村上倫子, 循環補助デバイスのための渦流（カスケード）ポンプ, 第 53 回日本生体医工学会大会, 第 52
巻特別号プログラム・抄録集, 95, 2014/6/24-26
34) S. Sugita, T. Shirono, K. Nagayama and T. Matsumoto, Dorsal-ventral difference in aortic stiffness: Correlation withcollagen fibers and its effects on smooth muscle cells, The 7th World Congress of Biomechanics, Boston, MA, USA,
2014/7/6-11
35) T. Yaguchi, K. Nagayama, H. Tsukahara, H. Masuda and T. Matsumoto, Non-invasive measurement ofpressure-diameter relationship and smooth muscle contractility of human brachial arteries through transmuralpressure manipulation, 7th World Congress of Biomechanics, Boston, MA, USA, 2014/7/6-1136) K. Nagayama, Y. Yahiro, S.Yamazaki and T. Matsumoto, Mechanical interaction between actin stress fibers and thenucleus: Direct force transmission from the whole-cell level to the nucleus, The 7th World Congress ofBiomechanics (WBC2014), Boston, MA, USA, 2014/7/6-11
37) T. Matsumoto, Y. Uno, S. Iijima, S. Nakamura, H. Yokota abd K. Nagayama, Mechanical Analysis of Aortic Walls
Considering Heterogeneity at a Cellular Level, The 7th World Congress of Biomechanics (WBC2014), Boston, MA,
USA, 2014/7/6-11
38) S. Ooshima, K. Ozeki and M. Kikuchi, Fabrication of Scaffold for Osteochondral Regeneration by Lamination of
Hydroxyapatite/Collagen Nanocomposite and Collagen Sponges, The 15th IUMRS-International Conference inAsia, Fukuoka, Japan, 2014/8/26
39) 長真啓, 増澤徹, 大森直樹, 巽英介, 小児用磁気浮上人工心臓のインペラ浮上安定性, Dyamics and Design
Conference 2014, 2014/8/27
40) H. Tada, Y. Mabuchi, M. Hibino, Y. Ohgoe, M. Hiratsuka, K. Ozeki, H. Nakamori, T. Moriyama, N.
Nabatova-Gabain, M. Sakurai, A. Alanazi, H. Saitoh, K. Hirakuri, N. Fukata, and Y. Fukui, Optical investigation of
DLC film property for cell adhesion, The 15th IUMRS-International Conference in Asia, Fukuoka, Japan,
2014/8/28
41) 江尻賢治, 道辻洋平, 須田義大, 林世彬, 曲線通過性能と走行安定性を両立する独立回転輪軸の提案, 日本
機械学会D&D2014, 2014/8/29
42) K. Nagayama, S. Yamazaki, Y. Yahiro and T. Matsumoto, Analysis of the Cytoskeleton-Nucleus
Mechanotransduction Pathway: Direct Force Transmission from the Actin Stress Fibers to the Nucleus, The 4thJapan-Switzerland Workshop on Biomechanics Shima, Japan, 2014/9/1-4
43) T. Matsumoto, Y. Uno, S. Iijima, S. Sugita and K. Nagayama, On heterogeneity of the mechanical environment in theaortic wall: Relation between waviness of elastic lamina and protein expression, The 4th Japan-Switzerland
Workshop on Biomechanics Shima, Japan, 2014/9/1-4
44) T. Yaguchi, S. Sugita, K. Nagayama, H. Tsukahara, H. Masuda and T. Matsumoto, Non-invasive measurement ofpressure-diameter relationship of human brachial artery through transmural pressure manipulation: Toward rupturerisk estimation of aortic aneurysms, The 4th Japan-Switzerland Workshop on Biomechanics, Shima, Japan,
2014/9/1-445) 森善一, 熊原友里, 高齢者に散歩を促す携帯型ロボットTechTechの開発, 第16回日本感性工学会大会,
2014/9/4- 40 -

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46) 但野ちなみ, 尾関和秀, 増澤徹, 青木秀希, スパッタリング法によるマグネシウム置換HA薄膜の作製とマグネシウ
ム置換量の評価, 日本機械学会2014年度茨城講演会, 2014/9/5
47) 大和田詠里, 尾関和秀, 増澤徹, 青木秀希, ケイ酸塩またはHA粉末を用いた放射性物質吸着とケイ酸塩/HA複合体作製方法の検討, 日本機械学会2014年度茨城講演会, 2014/9/548) 秦野健太郎, 西泰行, 稲垣照美, 李艶栄, 谷萩雄一朗, 下掛け式クロスフロー水車の性能と流れ場に及ぼす羽根枚数の影響, 日本機械学会2014年度茨城講演会, 2014/9/5
49) 平間壮, 大久保薫, 西泰行, 稲垣照美, 李艶栄, 菊池伯夫, 集水装置を有する軸流水車の非定常流れ解析,
日本機械学会2014年度茨城講演会, 2014/9/550) 篠原智哉, 稲垣照美, 李艶栄, 真嶋想, LES と LIF 法による鉛直密閉矩形容器内自然対流の熱流動と伝熱特性の解明, 日本機械学会 2014 年度茨城講演会, 2014/9/5
51) 阿部将史, 斎藤光, 李艶栄, 稲垣照美, 磁場下における磁性流体の熱物性と水平矩形容器内における対流熱
伝達, 日本機械学会 2014 年度茨城講演会, 2014/9/5
52) 原田滉士, 李艶栄, 稲垣照美, 等熱流束加熱された垂直平板に沿って発達する遷移および乱流自然対流の熱輸送機構, 日本機械学会 2014 年度茨城講演会, 2014/9/5
53) 安嶋魁, 田中伸厚, 鈴木健司, 國府田有輝, 自由液面上の浮体式多自由度波力発電装置の挙動解明(1)粒子法を用いた数値解析的研究, 日本機械学会 2014 年度茨城講演会, 2014/9/5
54) 鈴木健司, 田中伸厚, 安嶋魁, 勝田聖矢, 自由液面上の浮体式多自由度波力発電装置の挙動解明(2)小型水槽を用いた実験的研究, 日本機械学会 2014 年度茨城講演会, 2014/9/555) 卜部直樹, 田中伸厚, 砂川勝利, 異なる体系で生成される渦輪の等価性に関する研究, 日本機械学会 2014 年度茨城講演会, 2014/9/5
56) 渡邉司, 脇田亮介, 近藤良, 岡田養二, マニュアル駆動に基づく装着型脚支援システムに関する研究, 日本機
械学会 2014 年度茨城講演会講演論文集, p.69-70, 2014/9/5
57) 喜古陵, 小林大晃, 中田真幸, 近藤良, 平行リンク機構を用いた二脚走行ロボットの開発, 日本機械学会 2014年度茨城講演会講演論文集, 43-44, 2014/9/5
58) 安蒜正志, 栗山智成. 星野順紀, 谷口修平, 近藤良, ワイヤ駆動一脚ホッピングロボットの開発, 日本機械学会
2014 年度茨城講演会講演論文集, 41-42, 2014/9/559) 長山和亮, 井上卓也, 松本健郎, 細胞の力学応答解析ツールとしての磁気駆動式マイクロピラー基板の開発, 日本機械学会 2014 年度茨城講演会, 2014/9/5
60) 江尻賢治, 道辻洋平, 須田義大, 林世彬, 数値解析による新型独立回転輪軸の走行性能検証, 日本機械学会
2014 年度茨城講演会講演論文集, 2014/9/5
61) 豊田裕史, 田代翔子, 橋本一生, 柴建次, 岸田晶夫, 木村剛, 尾関和秀, 増澤徹，生体組織融着技術におけるステントの加熱手法の基礎的検討, 日本機械学会 2014 年度茨城講演会講演論文集, No.140-2, 7-8, 2014/9/5
62) 荒昌幸, 増澤徹, 長真啓, 尾関和秀, 岸田晶夫, 樋上哲哉，複合低エネルギー生体組織接合技術を利用した冠動脈バイパス手術支援デバイスの研究開発, 日本機械学会 2014 年度茨城講演会講演論文集, No.140-2, 5-6,
2014/9/5
63) 下堀拓己, 増澤徹, 長真啓, 西村隆, 許俊鋭，急性心不全のための心拍同期型磁気浮上ポンプの研究開発, 第22 回茨城講演会講演論文集, No.140-2, 63-64, 2014/9/564) 箕輪純承, 増澤徹, 黒崎亘, 長真啓，冠循環模擬機構を有する循環系シミュレータの開発, 日本機械学会 2014年度茨城講演会講演論文集, No.140-2, 65-66, 2014/9/565) 王軍鋒, 長山和亮, 松本健郎, 基板接着に伴う細胞内焦点接着斑の形態変化の観察, 日本機械学会 2014 年度
年次大会, 2014/9/7-10- 41 -

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66) 岩田高広, 道辻洋平, 対向右折車を考慮した信号切り替わり場面におけるリスク評価指標, 日本機械学会 2014
年度年次大会, 2014/9/9
67) 大島翔, 芦田輝明, 尾関和秀, 菊池正紀, 軟骨下骨･軟骨再生のためのハイドロキシアパタイト/コラーゲン骨類
似ナノ複合体･コラーゲン積層材料の製作と評価, 日本セラミックス協会第27回秋季シンポジウム, 2014/9/1068) 但野ちなみ, 尾関和秀, 増澤徹, 青木秀希, スパッタリング法及び水熱処理によるマグネシウム置換HA薄膜の作製と物性評価, 日本セラミックス協会第27回秋季シンポジウム, 2014/9/10
69) 大和田詠里, 尾関和秀, 増澤徹, 青木秀希, ケイ酸塩/HA複合体の作製およびSrまたはCsの吸着特性の評価,
日本セラミックス協会第27回秋季シンポジウム, 2014/9/1070) 尾関和秀, 秦美治, 藤森達也, FEMを用いた歯科インプラントの疲労破壊寿命の検討, 第44回公益社団法人日本口腔インプラント学会学術大会, 2014/9/1471) 多田晴菜, 馬渕康史, 日比野麻衣, 大越康晴, 平塚傑工, 尾関和秀, 中森秀樹, 森山匠, Nataliya
Nabatova-Gabain, 櫻井正行, 佐藤慶介, Ali Alanazi, 斉藤秀俊, 平栗健二, 深田直樹, 福井康裕, DLC膜の生体特性に関する評価, 第75回応用物理学会秋季学術講演会, 2014/9/17-2072) 山内智, 石橋和洋, 冨田啓輔, 今井洋, CVD-TiO2薄膜の電導モデル, 第75回応用物理学会秋季学術講演会,
2014/9/1973) 矢口俊之, 長山和亮, 杉田修啓, 塚原弘政, 益田博之, 松本健郎, 経壁圧操作によるヒト上腕動脈の平滑筋機
能と圧－径関係の計測, LIFE 2014 (生活生命支援医療福祉工学系連合大会 2014) , 2014/9/24-26
74) 諏訪陽祐, 増澤徹, 長真啓, 尾関和秀, 岸田晶夫, 樋上哲哉，複合低エネルギー生体組織接合のおける生体組織含水率と接合強度の関係, 生活生命支援医療福祉工学系学会連合大会, CD OS5-1, 2014/9/24-2675) 吉田翔一, 増澤徹, 村上倫子, 長真啓, 小沼弘幸, 西村隆, 許俊鋭，薄小型補助人工心臓磁気浮上インペラの非制御軸挙動, 生活生命支援医療福祉工学系学会連合大会, CD OS6-2, 2014/9/24-26
76) 長山和亮, 岩田 誠, 松本健郎, アクチン細胞骨格と核との力学的結合が血管平滑筋細胞の分化に与える影響,
日本生物物理学会第 52 回年会, 2014/9/25-2777) M. Osa, T. Masuzawa, N. Omori and E. Tatsumi, A Magnetically Levitated Rotary Centrifugal Pump For Pediatric
Ventricular Assist Device, International Society for Rotary Blood Pump 2014, 2014/9/26
78) 矢口俊之, 狩野雅史, 杉田修啓, 長山和亮, 益田博之, 松本健郎, 心電図同期チョッパ圧負荷によるヒト上腕動脈平滑筋運動能の評価, 日本機械学会第 25 回バイオフロンティア講演会, 2014/10/3-479) 村上史哲, 黒川翔太郎, 小平亜侑, 宮城明日香, 杉田修啓, 長山和亮, 上野直人, 松本健郎, アフリカツメガエ
ル新鮮胚の断面高さ・かたさ分布の瞬時計測法の開発, 日本機械学会第 25 回バイオフロンティア講演会,
2014/10/3-480) 増澤徹, Daniel L Timms, Shaun Gregory，全置換型磁気浮上人工心臓：BiVACOR と IBHeart, 日本定常流ポンプ研究会 2014 プログラム・講演抄録集, 7, 2014/10/1781) 増澤徹, 村上倫子, 吉田翔一, 長真啓, 小沼弘幸, 許俊鋭, 西村隆, 柴建次，重症化予防のための薄小型磁気浮上補助人工心臓, 第 52 回日本人工臓器学会大会予稿集, Ｓ-70, 2014/10/17-19
82) 黒崎亘, 増澤徹, 箕輪純承，冠循環模擬を付加した循環系シミュレータの性能評価, 第 52 回日本人工臓器学会
大会予稿集, Ｓ-109, 2014/10/17-1983) 中島翔太, 右田涼, 早志英朗, 曽智, 芝軒太郎, 島圭介, 島谷康司, 中塚幹也, 竹内章人, 中村信, 栗田雄一,
辻敏夫, 新生児の自発運動評価を目的とした General Movements 診断支援システム, 日本発達神経科学会第 3回大会, 2014/10/18-1984) 右田涼, 島谷康司, 曽智, 芝軒太郎, 栗田雄一, 島圭介, 辻敏夫, 動画像解析に基づく乳幼児行動マーカーレ
スモニタリングシステム, 日本発達神経科学会第 3 回大会, 2014/10/18-19- 42 -

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85) 芝軒太郎, 島谷康司, 島圭介, 辻敏夫, マーカーレス運動解析システムに基づく新生児運動の経時的変化, 日本発達神経科学会第 3 回大会, 2014/10/18-1986) 長真啓, 増澤徹, 大森直樹, 巽英介, 5 軸制御磁気浮上モータを用いた乳幼児, 小児用補助人工心臓の開発,
第 52 回日本人工臓器学会大会, 2014/10/19
87) 秦野健太郎, 西泰行, 稲垣照美, 李艶栄, 近江谷亮太, PIV計測と数値解析による下掛け式クロスフロー水車の流れ場, 第92期日本機械学会流体工学部門講演会, 2014/10/25
88) 平間壮, 西泰行, 稲垣照美, 李艶栄, 菊池伯夫, 集水装置を有する軸流水車に関する実験的研究, 第92期日
本機械学会流体工学部門講演会, 2014/10/25
89) 福島惇, 岡崎義光, 尾関和秀, 電気化学的交流インピーダンス法を用いた生体用金属材料の耐食性評価, 第58回日本学術会議材料工学連合講演会, 2014/10/27
90) 岩下翔伍，福元博基，久保田俊夫，オクタフルオロシクロペンテンを用いる含フッ素多環芳香族化合物の合成，第37 回フッ素化学討論会, 2014/10/30
91) 安藤正敏，塩田知美，福元博基，久保田俊夫，含フッ素フェナントレン骨格をもつポリマーの合成，第 37 回フッ素
化学討論会, 2014/10/30
92) 泉谷宏一，福元博基，久保田俊夫，光 Scholl 反応を利用した含フッ素フェナントロリン誘導体の合成と構造，第 37
回フッ素化学討論会, 2014/10/30
93) 杉田修啓, 松川瞬, 長山和亮, 松本健郎, 大動脈瘤の破裂予測：生理圧範囲の変形挙動から破裂圧力を予測できるか？, 日本脈管学会第 55 回日本脈管学会総会, 2014/10/30-11/1
94) S. Ooshima, K. Ozeki and M. Kikuchi, Fabrication of Scaffold for Osteochondral Regeneration by Lamination of
Hydroxyapatite/Collagen Nanocomposite and Collagen Sponges, Bioceramics 26, Barcelona, Spain, 2014/11/7
95) 山下裕介, 西泰行, 稲垣照美, 李艶栄, 小型プロペラ形風車の設計法に関する研究, 第24回環境工学総合シンポジウム2014, 2014/11/18
96) 平間壮, 西泰行, 稲垣照美, 李艶栄, 菊池伯夫, 集水装置を有する軸流水車の自由表面流れ解析, 第24回環境工学総合シンポジウム2014, 2014/11/18
97) 三瓶一真, 尾関和秀, 大越康晴, 平栗健二, 増澤徹, 数値シミュレーションを用いた管内壁へのDLCコーティ
ングの検討, 第28回ダイヤモンドシンポジウム, 2014/11/20
98) 尾関和秀, 上殿明良, 関場大一郎, 平栗健二, 増澤徹, 重水素化DLC膜構造中の欠陥評価に関する研究,
第28回ダイヤモンドシンポジウム, 2014/11/20
99) 多田晴菜, 馬渕康史, 日比野麻衣, 大越康晴, 平塚傑工, 尾関和秀, 中森秀樹, 森山匠, Nataliya
Nabatova-Gabain, 櫻井正行, 佐藤慶介, Ali Alanazi, 斉藤秀俊, 平栗健二, 深田直樹, 福井康裕, DLC膜の光学特性による細胞親和性評価, 第28回ダイヤモンドシンポジウム, 2014/11/20
100) 柴圭祐, 大越康晴, 平塚傑工, 尾関和秀, 平栗健二, 佐藤慶介, 筒型電極を用いた高周波プラズマCVD法によるDLC膜の密着性向上, 第28回ダイヤモンドシンポジウム, 2014/11/20
101) 今川宏伸, 木村孝之, 増澤徹, ハードウェア記述言語によって構築される磁気センサを用いた位置検出システムの高速化, 平成 26 年度電気学会東京支部茨城支所研究発表会, 2014/11/22
102) 佐藤隆司, 木村孝之, 部分露光可能な CMOS イメージセンサにおける出力偏りの信号処理による補正, 平成 26
年度電気学会東京支部茨城支所研究発表会, 2014/11/22
103) 森章弘, 木村孝之, 増澤徹, 集積化磁気センサの出力電圧に発生するドリフトに関する研究, 平成 26 年度電気学会東京支部茨城支所研究発表会, 2014/11/22
104) 相田悠介, 辻龍介, レーザー核融合におけるレーザー照射位置の計測法の検討, 電気学会東京支部茨城支所
研究発表会, 2014/11/22- 43 -

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105) 冨田啓輔, 山内智, 多結晶 CVD-TiO2 薄膜のキャリア伝導モデルの提案, 平成 26 年度電気学会東京支部茨城支所研究発表会, 2014/11/22
106) 大島翔, 芦田輝明, 尾関和秀, 菊池正紀, 軟骨下骨･軟骨再生のためのハイドロキシアパタイト/コラーゲン骨
類似ナノ複合体･コラーゲン積層材料の作製と生物学的安全性の評価, 第22回顎顔面バイオメカニクス学会大会,
2014/11/22
107) 鈴木健太, 辻龍介, アラゴスポットによる鋼球直径計測法の基礎研究, 電気学会東京支部茨城支所研究発表会,
2014/11/22
108) 中野尭, 小林浩之, 丸茂喜高, 道辻洋平, 信号交差点におけるドライバの判断支援システム, 日本機械学会第23回交通・物流部門大会講演論文集, 2014/12/1
109) 畑中智大, 道辻洋平, 松本陽, 佐藤安弘, 大野寛之, 岩本厚, 福島知樹, 矢野健太, 水野将明, 谷本益久,
長澤研介, 軌道の変位状態が車輪・レール接触力に及ぼす影響, 日本機械学会第23回交通・物流部門大会講演論文集, 2014/12/3
110) 加藤正寛, 松田健一, 岡田養二, 近藤良, 増澤徹, ホモポーラ型ハイブリット 5 軸制御セルフベアリングモータの開発, 第 23 回 MAGDA コンファレンス講演論文集, 119-122, 2014/12/4
111) 松田健一, 宮嶋要, 近藤良, 磁気軸受の新しい制御方法の提案, 第 23 回 MAGDA コンファレンス講演論文集,
137-140, 2014/12/4
112) K. Shiba, Y. Ohgoe, M. Hiratsuka, K. Ozeki, K. Hirakuri and K. Sato, Method of DLC film deposition to metalmaterial, Pacific Rim Symposium on Surfaces, Coatings & Interfaces 2014, Kohala coast, Hawaii, 2014/12/7-11
113) 大森直樹, 増澤徹, 長真啓, 巽英介, 磁気浮上型心臓治療用血液ポンプへのセンサレスモータ制御の適用,
第23回MAGDAコンファレンス in 高松, 2014/12/4
114) 大島翔, 芦田輝明, 尾関和秀, 菊池正紀, 軟骨下骨･軟骨再生のためのハイドロキシアパタイト/コラーゲン骨
類似ナノ複合体･コラーゲン積層材料での環流培養実験と評価, 第23回アパタイト研究会, 2014/12/10
115) 但野ちなみ, 尾関和秀, 増澤徹, 青木秀希, スパッタリング法によるマグネシウム置換HA薄膜の物性評価, 第23回アパタイト研究会, 2014/12/10
116) 大和田詠里, 尾関和秀, 増澤徹, 青木秀希, ハイドロキシアパタイトおよびゼオライト粉末を用いたCsまたはSrの吸着に関する研究, 第23回アパタイト研究会, 2014/12/10
117) 堀邉将人, 稲垣照美, 李艶栄, 武田直也, 相変化蓄熱物質（脂肪酸）の熱物性, 第4回潜熱工学シンポジウム,
2014/12/12
118) 尾倉侑也, 中島翔太, 右田涼, 早志英朗, 曽智, 芝軒太郎, 島谷康司, 竹内章人, 村信, 奥村彰久, 栗田雄
一, 辻敏夫, てんかん発作診断支援のための乳幼児モニタリングシステム, 平成26年度日本人間工学会中国・四国支部, 関西支部合同大会講演論文集, 170-171, 2014/12/13
119) 長澤研介, 谷本益久, 道辻洋平, 松本陽, 佐藤安弘, 大野寛之, 岩本厚, 福島知樹, 矢野健太, 水野将明,
台車４輪の潤滑の違いが曲線旋回性能に与える影響, 第21回鉄道技術連合シンポジウム, 2014/12/18
120) 明石詢子, 石渡恭之, 藤田昌史, 水道管における懸濁態元素と細菌の挙動, 第 51 回環境工学研究フォーラム,70(7), 33−38, 2014/12/20-22
121) 王峰宇, 石渡恭之, 藤田昌史, ツバル国海岸の重金属汚染の評価と既設の Septic Tank の活用を想定した除去手法の検討, 第 51 回環境工学研究フォーラム, 70(7), 509−515, 2014/12/20-22
122) 長山和亮, 細胞の機能調整に関わる核と細胞骨格の相互作用, 日本機械学会第 27 回バイオエンジニアリング
講演会, 2015/1/9-10
123) 河口磨紀, 矢口俊之, 杉田修啓, 長山和亮, 安達栄治郎, 松本健郎, 家兎総頸動脈におけるリアルタイム FMD
計測法の確立と血管圧平の影響の解析, 日本機械学会第 27 回バイオエンジニアリング講演会, 2015/1/9-10- 44 -

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124) 佐藤恵美, 田村俊洋, 井上康介, ヤスデの歩行パターン調節の実験的調査, 計測自動制御学会第 27 回自律分散システム・シンポジウム, 2015/1/22-23
125) 奥野慧, 木嶋順, 井上康介, ヘビ蛇行時の横滑りに対する接地圧力分布制御の影響の調査, 計測自動制御学
会 第 27 回自律分散システム・シンポジウム, 2015/1/22-23
126) 辻龍介, レーザー核融合炉における燃料ターゲットのインジェクションおよびトラッキングの技術開発, 核融合科学研究所双方向型共同研究（レーザー）シンポジウム 2014, 2015/3/11
127) 王峰宇, 藤田昌史, 海水を利用した生物学的排水処理における発電能力の検討, 第 48 回日本水環境学会年会, 2015/3/17-19
128) 明石詢子, 池田雄, 鈴木準平, 藤田昌史, 浮遊物質がヤマトシジミの抗酸化力に及ぼす影響, 第 48 回日本水環境学会年会, 2015/3/17-19
129) 池田雄, 明石詢子, 鈴木準平, 藤田昌史, ヤマトシジミの生息環境と抗酸化力の関係, 第 48 回日本水環境学会年会, 2015/3/17-19130) 松原弘和, 藤田昌史, 新田見匡, 浸漬したガス透過膜による酸素供給性能と硝化能力の評価, 第48回日本水環境学会年会, 2015/3/17-19
131) 尾崎成憲, 西泰行, クローズド形一枚羽根遠心ポンプの異物通過性に関する研究, 日本機械学会関東支部第21期総会講演会, 2015/3/21
132) 小林泰, 西泰行, 稲垣照美, 李艶栄, 菊池伯夫, 超小型軸流水車の設計と性能に関する研究, 日本機械学会
関東支部第21期総会講演会, 2015/3/21【受賞等】
1) 受賞者名： 長真啓, 受賞名： Asia Pacific ISRBP Young Investigator Award, 授与者： 第 22 回国際ロータリー血液ポンプ学会 2014(ISRBP2014), 受賞日： 2014/9/26
2) 受賞者名： 長真啓, 受賞名： JSAO Grant, 授与者： 第 52 回日本人工臓器学会, 受賞日： 2014/10/17
3) 受賞者名： 芝軒太郎, 受賞名： 計測自動制御学会論文賞, 授与者： 計測自動制御学会, 受賞日： 2014/9/11
4) 受賞者名: 諏訪陽祐, 受賞名：バリアフリーシステム開発財団奨励賞, 授与者： 第 30 回ライフサポート学会大会,
受賞日： 2014/9/24
5) 受賞者名： 江尻賢治, 受賞名： 優秀講演者表彰, 授与者： 日本機械学会茨城ブロック, 受賞日： 2014/11/1【特許】1) 発明者： 山家智之, 白石泰之, 福長一義, 磯山隆, 増澤徹, 岡本英治, 出願人： 国立大学法人東北大学, 国立
大学法人茨城大学, 発明の名称： ｢遠心型の補助人工心臓を用いた体内発電装置｣, 特許番号： 特許 5509436
2) 発明者： 増澤徹, 尾関和秀, 岸田晶夫, 加藤綾子, 出願人： 国立大学法人茨城大学, 国立大学法人東京医科歯科大学, 発明の名称： ｢生体組織と人工物の接着装置，ステント｣, 特許番号：特許 5543435
3) 発明者： 森善一, 圷規之, 鶴岡寛之, 中田明彦, 鳥毛谷雅彦, 出願人： 国立大学法人茨城大学, 津田駒工業
株式会社, 発明の名称： 「介助用移乗器」, 特許番号： 特許 5588271
4) 発明者： 増澤徹, 出願人： 国立大学法人茨城大学, 発明の名称： ｢アキシャル型磁気浮上モータおよびアキシャ
ル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプ｣, 特許番号： 特許 5590520
5) 発明者： 尾関和秀, 増澤徹, 岸田晶夫, 加藤綾子, 出願人： 国立大学法人茨城大学, 発明の名称： ｢生体組織
接着用柔軟性金属箔テープ及びその接着方法｣, 特許番号： 特許 5636857
6) 発明者： 増澤徹, 黒崎亘, 出願人： 国立大学法人茨城大学, 発明の名称： ｢陰圧発生防止機構及びその陰圧発生防止機構を備えた容積ポンプ｣, 出願番号： 特願 2014-159157- 45 -

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7) 発明者: 松田健一, 出願人: 国立大学法人茨城大学, 発明の名称: ｢磁気軸受｣, 出願番号: 特願 2014-105356
8) 発明者： 福元博基, 久保田俊夫ほか，出願人： 国立大学法人茨城大学, 発明の名称： 「新規な含窒素複素環化
合物、それよりなる電子輸送材料及びそれを含む有機発光素子と太陽電池」, 出願番号： 特願2014-190677
9) 発明者： 福元博基, 久保田俊夫ほか，出願人： 国立大学法人茨城大学, 発明の名称： 「縮合多環芳香族骨格を有するポリマー及びそれを用いた発光素子及び電極」, 出願番号： 特願2014-219812【競争的資金獲得】
1.申請した競争的資金等の外部資金
1) 平成 26 年度 公益財団法人住友財団 2014 年度基礎科学研究助成, ｢世界最小のダブルステータ型 5 軸制御磁
気浮上モータを用いた乳幼児，小児用人工心臓の研究開発」, 2,000 千円, 2014 年度～2015 年度, 研究代表
者： 長真啓（長）2) 2014 年度 基礎科学研究助成, 「細胞核の力学環境操作による細胞機能制御技術の確立」, 2,000 千円, 2014 年
度, 研究代表者： 長山和亮（長山）3) 平成 26 年度 第 2 回独立行政法人科学技術振興機構研究成果最適展開支援事業（A-STEP）【フィージビリティスタ
ディ（探索タイプ）】, 「PEEK インプラントへのアパタイト薄膜作製技術の開発」, 1,700 千円, 2014 年度～2015 年度（尾関）4) 平成 26 年度 第 2 回独立行政法人科学技術振興機構研究成果最適展開支援事業（A-STEP）【フィージビリティスタ
ディ（探索タイプ）】, ｢乳児から成長期に対応した小児用磁気浮上人工心臓の開発」, 1,700 千円, 2014 年度～
2015 年度, 研究代表者： 長真啓（長）5) 平成 26 年度 第 2 回独立行政法人科学技術振興機構研究成果最適展開支援事業（A-STEP）【フィージビリティスタ
ディ（探索タイプ）】, 「冠動脈バイパス手術支援用血管吻合デバイスの研究開発」, 1,700 千円, 2014 年度
6) 平成 26 年度 公益財団法人マツダ財団第 30 回マツダ研究助成, 「心不全重症化防止のための薄小型磁気浮上補助人工心臓の研究開発」, 1,200 千円, 2014 年度〜2015 年
7) 平成 26 年度 公益財団法人マツダ財団第 30 回マツダ研究助成, ｢世界最小を目指した小児用人工心臓のための超小型ダブルステータ 5 軸制御磁気浮上モータの研究開発」, 1,200 千円, 2014 年度～2015 年度, 研究代表
者： 長真啓（長）8) 平成 26 年度 公益財団法人カシオ科学振興財団第 32 回研究助成, ｢世界最小の 5 軸制御磁気浮上モータを用いた小児用人工心臓の研究開発」, 1,000 千円, 2014 年度～2015 年度, 研究代表者： 長真啓（長）9) 平成 26 年度 パワーアカデミー研究助成「萌芽研究」, ｢超小型，ワイドギャップ 5 軸制御磁気浮上モータを用いた
小児用補助人工心臓の研究開発」, 1,000 千円, 2014 年度～2015 年度, 研究代表者： 長真啓（長）10) 平成 26 年度 2015 年度稲盛財団研究助成, ｢超小型 5 軸制御磁気浮上モータを用いた小児用磁気浮上人工心臓の研究開発」, 1,000 千円, 2015 年度～2017 年度, 研究代表者： 長真啓（長）11) 平成 26 年度 日本人工臓器学会 Grant, ｢超小型 5 軸制御磁気浮上モータを用いた乳幼児・小児用補助人工心臓の研究開発」, 500 千円, 2014 年度～2015 年度, 研究代表者： 長真啓（長）2.申請した科学研究費補助金
1) 文部科学省 平成 27 年度 新学術領域研究（研究領域提案型）, 「電磁力による非接触支持完全性の科学（機械融合からの非接触支持完全性への展開）」, 187,900 千円, 2015 年度～2019 年度（増澤）2) 文部科学省 平成 27 年度 新学術領域「脳内身体表現の変容機構の理解と制御」（略称「身体性システム」）公募
研究, 「空気圧人工筋駆動型上肢ロボットを用いた上肢筋シナジー適応メカニズムの構成論的理解」, 3,000 千円, 2015 年度～2016 年度, 研究代表者： 井上康介（井上）- 46 -

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3) 文部科学省 平成 27 年度 基盤研究（S）, 「完全置換型連続流磁気浮上人工心臓システムとその病態生理に関する研究」, 198,880 千円, 2015 年度～2019 年度（増澤）4) 文部科学省 平成 27 年度 基盤研究（A）, 「完全置換型連続流磁気浮上人工心臓とその病態生理に関する研究」, 49,850 千円, 2015 年度～2019 年度（増澤）5) 文部科学省 平成 27 年度 基盤研究（B）, 「細胞内構成要素の力学的協調・秩序に基づく疾患進行・創傷治癒メ
カニズムの理解」, 20,000 千円, 2015 年度～2017 年度, 研究代表者： 長山和亮（長山）6) 文部科学省 平成 27 年度 基盤研究（B）, 「ひも状生物の巧みなロコモーションから解き明かす運動制御の通底原理」, 20,000 千円, 2015 年度～2017 年度, 研究代表者： 加納剛史（東北大学）（井上）7) 文部科学省 平成 27 年度 基盤研究（B）, 「糖結晶を用いたテラヘルツ波発振デバイスの研究」, 13,980 千円,
2015 年度～2018 年度, 研究代表者： 今井洋（山内）8) 文部科学省 平成 27 年度 基盤研究（C）, 「低位熱エネルギー回収向け多段型相変化蓄熱熱交換システムの開発と熱輸送機構の解明」, 5,000 千円, 2015 年度～2017 年度, 研究代表者： 稲垣照美（稲垣）9) 文部科学省 平成 27 年度 基盤研究（C）, 「CVD 法による低抵抗酸化チタン薄膜形成とキャリア伝導モデルの構
築」, 4,970 千円, 2015 年度～2018 年度, 研究代表者： 山内智（山内）10) 平成 27 年度 基盤研究（C）, 「アパタイト/ゼオライト複合多孔体及び複合薄膜による放射性物質除去に関する研究」, 4,943 千円, 2015 年度～2017 年度（尾関）11) 文部科学省 平成 26 年度 基盤研究（C）, 「一般トイレ利用可能・車いすに常備できる折りたたみ移乗器の開発」,
4,940 千円, 2014 年度～2016 年度, 研究代表者： 森善一（森）12) 平成 27 年度 基盤研究（C）, 「多足類の適応的歩行メカニズムの構成論的理解」, 2,910 千円, 2015 年度～2017年度, 研究代表者： 井上康介（井上）13) 文部科学省 平成 27 年度 挑戦的萌芽研究, 「複合低エネルギー生体組織接合のコラーゲン構造変化可視化と冠動脈血管吻合への適用」, 4,980 千円, 2015 年度～2017 年度（増澤）14) 文部科学省 平成 26 年度 若手研究スタート支援, 「世界最小を目指した小児用人工心臓用 5 軸制御磁気浮上
モータの超小型化に関する研究」, 2,990 千円, 2014 年度～2015 年度, 研究代表者： 長真啓（長）15) 文部科学省 平成 27 年度 若手研究（B）, 「Research and development of a new quantitative flow visualization
technique for micro-scale flow field based on quantum dots」, 5,000 千円, 2015 年度～2017 年度, 研究代表者：
李艶栄（李）
16) 文部科学省 平成 27 年度 若手研究（B）, 「流水エネルギーを活用した集水装置付き軸流水車の性能と自由表面を有する流れ場の解明」, 4,294 千円，2015 年度～2016 年度, 研究代表者： 西泰行（西）17) 文部科学省 日本学術振興会特別研究員 DC2 村上倫子, 「磁気浮上モータの受動安定性の解明と薄型補助人
工心臓への応用」, 1,100 千円, 2014 年度（増澤）3.採択された競争的資金等の外部資金
1) 平成 26 年 独立行政法人科学技術振興機構研究成果最適展開支援プログラム（A-STEP）ハイリスク挑戦タイプ（復興促進型）, ｢既設管路や開水路の超低落差を利用した可搬型の超小型軸流水車の開発」, 9,745 千円, 2014年度, 研究代表者： 西泰行（西）2) 環境省 平成 26 年度 環境配慮型 CCS 導入検討事業委託業務, 「ハイドレート層の浸透率に関する試験及び調査」, 3,484 千円, 2014 年度, 研究代表者： 李艶栄（李）3) 公益財団法人 NSK メカトロニクス技術高度化財団メカトロニクス技術高度化「研究助成」（2013 年度事業分）, 「世界初・世界最小の連続流ポンプ全置換型磁気浮上人工心臓の研究開発」, 1,990 千円, 2014 年度〜2015 年度（増澤）- 47 -

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4) 平成 26 年度 第 2 回独立行政法人科学技術振興機構研究成果最適展開支援事業（A-STEP）【フィージビリティスタ
ディ（探索タイプ）】, ｢乳児から成長期に対応した小児用磁気浮上人工心臓の開発」, 1,700 千円, 2014 年度～
2015 年度, 研究代表者： 長真啓（長）5) 平成 26 年度 公益財団法人マツダ財団第 30 回マツダ研究助成, ｢世界最小を目指した小児用人工心臓のための超小型ダブルステータ 5 軸制御磁気浮上モータの研究開発」, 1,200 千円, 2014 年度～2015 年度, 研究代表
者： 長真啓（長）6) 平成 26 年度 公益財団法人カシオ科学振興財団第 32 回研究助成, ｢世界最小の 5 軸制御磁気浮上モータを用いた小児用人工心臓の研究開発」, 1,000 千円, 2014 年度～2015 年度, 研究代表者： 長真啓（長）7) 平成 26 年度 日本人工臓器学会 Grant, ｢超小型 5 軸制御磁気浮上モータを用いた乳幼児・小児用補助人工心臓の研究開発」, 500 千円, 2014 年度～2015 年度, 研究代表者： 長真啓（長）4.採択された学内の競争的資金
1) イノベーション研究推進プログラム異分野連携・融合研究, 「生体組織の力学的な秩序形成に基づいた疾患進行・創傷治癒メカニズムの解明」, 1,000 千円, 2014 年度～2015 年度, 研究代表者： 長山和亮（長山）2) イノベーション研究推進プログラム異分野連携・融合研究, 「全置換型磁気浮上連続流人工心臓システムの研究開発」, 1,000 千円, 2014 年度～2015 年度, 研究代表者： 増澤徹（増澤）3) イノベーション研究推進プログラム萌芽的研究, 「細胞機能操作・診断ツールとしての MEMS アクチュエータデバイ
スの技術展開」, 500 千円, 2014 年度～2015 年度, 研究代表者： 長山和亮（長山）4) イノベーション研究推進プログラム萌芽的研究, 「複合低エネルギー生体組織接合のコラーゲン構造変化可視化と冠動脈血管吻合への適用」, 500 千円, 2014 年度～2015 年度, 研究代表者： 増澤徹（増澤）5.採択された科学研究費補助金
1) 文部科学省 平成 26 年度 新学術領域研究（公募）, 「細胞運動の秩序を担う細胞接着斑・細胞骨格・核の力学的協調作用の解析」, 3,500 千円, 2013 年度～2014 年度（継続）, 研究代表者： 長山和亮（長山）2) 文部科学省 平成 26 年度 基盤研究（C）, 「一般トイレ利用可能・車いすに常備できる折りたたみ移乗器の開発」,
4,940 千円, 2014 年度～2016 年度, 研究代表者： 森善一（森）3) 文部科学省 平成 26 年度 基盤研究（C）, 「筋シナジーモデルに基づく 5 指駆動型電動義手制御法の提案と筋電義手処方支援」, 4,940 千円, 2014 年度～2016 年度, 研究分担者： 芝軒太郎（芝軒）4) 文部科学省 平成 26 年度 基盤研究（C）, 「誤認識を利用した音声操作型環境制御装置：Bio-remote の提案と障害者支援」, 4,680 千円, 2014 年度～2016 年度, 研究代表者： 芝軒太郎（芝軒）5) 文部科学省 平成 25 年度 基盤研究（C）, 「両心補助人工心臓用小型・高性能 5 軸制御セルフベアリングモータ
に関する研究」, 4,290 千円, 2013 年度～2015 年度（継続）, 研究代表者: 松田健一（松田）
6) 文部科学省 平成 26 年度 基盤研究（C）, 「アラゴスポットによる飛行中燃料球の位置計測とレーザー照射模擬シ
ステムの開発」, 3,380 千円, 2012 年度～2014 年度（継続）, 研究代表者： 辻龍介（辻）7) 日本学術振興会 平成 26 年度 基盤研究（C）, 「海水を利用した生物学的排水処理手法の開発」, 1,820 千円,
2012 年度～2014 年度（継続）（山内）8) 文部科学省 平成 24 年度 挑戦的萌芽研究, 「糖結晶ＴＨｚエミッターの開発」, 4,030 千円, 2012 年度～2014 年度（継続）, 研究代表者： 山内智（山内）9) 文部科学省 平成 26 年度 挑戦的萌芽研究, 「細胞核内外の力学環境操作による細胞機能制御の試み」,
1,500 千円, 2014 年度～2015 年度, 研究代表者： 長山和亮（長山）10) 文部科学省 平成 26 年度 若手研究スタート支援, 「世界最小を目指した小児用人工心臓用 5 軸制御磁気浮上- 48 -

茨城大学重点研究プロジェクト 「人の暮らしを豊かにするライフサポート科学の創成」
ライフサポート科学教育研究センター

モータの超小型化に関する研究」, 2,730 千円, 2014 年度～2015 年度, 研究代表者： 長真啓（長）11) 文部科学省 平成 26 年度 若手研究（A）, 「細胞の力学応答機構解明のための細胞骨格～核膜～ＤＮＡの力学的相互作用の解析」, 2,900 千円, 2012 年度～2015 年度（継続）, 研究代表者： 長山和亮（長山）12) 文部科学省 平成 26 年度 若手研究（B）, 「シミュレーションとロボットを用いた四足動物の移動パターン生成原理の究明」, 4,290 千円, 2013 年度～2014 年度（継続）, 研究代表者： 福岡泰宏（福岡）13) 文部科学省 平成 26 年度 若手研究（B）, 「走行安定性と曲線通過性能を両立する傾斜軸独立回転車輪台車の運動性能」, 3,910 千円, 2014 年度～2015 年度, 研究代表者： 道辻洋平（道辻）14) 文部科学省 日本学術振興会特別研究員 DC2 村上倫子, 「磁気浮上モータの受動安定性の解明と薄型補助人
工心臓への応用」, 1,100 千円, 2014 年度（増澤）- 49 -

茨城大学重点研究「人の暮らしを豊かにするライフサポート科学の創成」
茨城大学工学部附属ライフサポート科学教育研究センター
２０１４年度報告書
発行日

平成 27 年 3 月

発行者

茨城大学 工学部 機械工学科
教授 増澤 徹〒316-8511 日立市中成沢町 4-12-1
Tel: 0294-38-5250 Fax: 0294-38-5047※禁無断転載茨城大学重点研究
http://www.ibaraki.ac.jp/generalinfo/acivity/researching/juuten/

茨城大学工学部附属教育研究センター
http://www.ibaraki.ac.jp/research/centers/index.html

ライフサポート科学教育研究センター
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