hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
年齢依存性てんかんにおけるCRHの役割に関する分子形態学的研究

Corticotropin-releasing hormone(CRH)は、海馬・扁桃体-室傍核系におけるてんかん発作惹起のkey factorとしても脚光を浴びており、今後、年齢依存性てんかんの病態の解明や治療法の開発のための新たなkey factorとなると考えられる。小児科領域で重要な年齢依存性てんかんにおけるCRHの動態を、他の神経伝達物質(特にセロトニン-キヌレニン系)との関連も含めて、解明するのが本研究の目的である。1)発育期マウスにおける辺縁系CRHm-RNAの分布12年度の脳前額断連続標本について、CRHm-RNAの発現の経時的変化の観察を試みたが、in situ hybridazation法の手技が十分なためか、現在、組織学的に再現性のある結果が得られていない。今後手技の検討が必要である。2)年齢依存性痙攣におけるセロトニン-キヌレニン系の動態少数例ではあるが、West syndrome(点頭てんかん)等の年齢依存性難治性てんかん患者の髄液を用いてセロトニン-キヌレニン系について検討し、発作がコントロールされた患者の髄液中キヌレニンが増加する傾向にあることを見い出した。Corticotropin-releasing hormone(CRH)は、海馬・扁桃体-室傍核系におけるてんかん発作惹起のkey factorとしても脚光を浴びているが、CRHについて発達期の脳と痙攣発作に焦点を当てた研究はない。臨床的にも、adrenocorticotrophic hormone(ACTH)やグルココルチコイドが、West syndrome(点頭てんかん)等の年齢依存性難治性てんかんの第一選択薬剤として使用されているのが、ACTHやグルココルチコイドの作用機序も明らかにされていない。今後、年齢依存性のてんかんの病態の解明や治療法の開発のためのkey factorとなるCRHの動態を、他の神経伝達物質(特に、セロトニン-キヌレニン系)との関連も含めて、解明するのが本研究の目的である。12年度は、成熟マウス脳内CRH含有ニューロンの分布を免疫組織化学を用いて検索した。2)大脳皮質で細胞体が多く認められる。4)Substantia nigraやRapheではCRF-IRは認められない。5)小脳で多くの顆粒状の細胞が認められた。今後、ラットとの相違を検討し、セロトニン-キヌレニン系との関連も含めて研究を進めめたい。
超高圧走査プローブ顕微鏡による液晶分子の界面相転移の観測と分子操作

本研究では液晶分子の界面配向機構の素過程として単分子膜を取り上げ、その配向構造を調べると共に、将来の分子操作を目指して、その基礎的なデータとなる液晶分子と基板界面との間の相互作用を解明することを試みた。その一方で、液晶性有機物に対してSTMによる分子の回転操作を実際に試みたが成功に至らなかった。その主な理由は1)液晶分子のもつダイポールが長軸に平行で電界印加によって分子がはがれる、2)液晶分子-基板間の相互作用に対して分子-分子間の相互作用が強く、かつ均一に近いために、試料探針間に電界パルスを印加すると広範囲にわたって配列が破壊されてしまう、ことであった。この難点を解決する一手法は不均一分子間力を導入することで、混合物にその可能性が高いと判断された。そこで、同種の分子・分子間の相互作用と異種の分子・分子間相互作用の間の差異及びそれらの間の基板との相互作用の相違の応用が考えられ、その観点から、シアノビフェニール(nCB)系液晶のグラファイト基板上での配列、及び二硫化モリブデン基板上での配列を調べた。その結果、グラファイト基板上での一連の観察によって、混合物特有の配列が、9CB-8CB混合物においては1種類、10CB-9CB混合物においては3種類、10CB-8CB混合物配列においては2種類存在することが分かった。一方、二硫化モリブデン基板上では、混合比が10%でのみ、2種類の混合物特有の配列構造が観察された。また、高圧下の界面構造相転移の観測は現在進行中であり、その基本的な特性がチェックされた段階であり、超高圧STM装置の完成はみたが、実際の液晶分子膜の高圧下観測までには至っていない。
パルス制御による高出力・広帯域紫外線源の開発

この研究は、先に本研究グループが開発していた大電流パルス放電用液体金属陰極(大電流冷陰極)を重水素放電管(D_2ガス放電管)に適用し、高出力・広帯域のパルス紫外線源を開発することを目的として実施された。その結果、下記の様にほぼ所期の目標が達成できた。1)放射出力と点灯動作の安定化と金属蒸気の飛散防止a.放射出力増大化のため、放電のパルス幅を広げると重水素原子の放射が強まり、重水素原子と水銀原子が結合した分子の連続スペクトルが現れる。このスペクトルの出現と共に、必要な紫外線源である重水素分子の放射が弱まり、放電も不安定になる。この原因はパルス幅を広げたことにより重水素分子が解離し重水素原子を生じるためである。これを防ぐため、パルス幅を3μs以下に狭ばめることによって、重水素分子の解離を少なくすることができた。b.大電流冷陰極の外部に冷却装置を設けることにより、液体金属が陰極から蒸発しグロ・アーク移行が不安定になることが、防止できた。2)一層の高出力化a.放電パルスのピーク電流を増加することにより、重水素分子による連続スペクトルの放射強度は増大する。b.重水素封入圧を変化させた予備試験用放電管では、封入圧7Torrの時、紫外線放射強度が最大となった。これは本研究の基となった過去の供試放電管(重水素2.5Torr封入)の約1.9倍の放射強度である。c.重水素封入圧2.5Torrの供試放電管ではピーク電流776A、管電圧1336V、パルス幅0.4μs、繰返し周波数100Hz、平均電流60mAの時、既存の重水素放電管(浜松ホトニクス:L1128-40)の約1090倍の放射強度を得ている。これを製作中の封入圧7Torrの放電管に換算すると約2070倍となり、所期の目標出力1500倍を大きく上回る見通しである。この研究は、大電流冷陰極を用いた放射波長域が広い紫外線源の開発、実用化を目的として、1.点灯動作と放射出力の安定化、2.液体金属蒸気の窓部への付着防止、3.一層の高出力化、4.放電管窓材のフリットガラスによる封着、等の解決に重点を置いて研究を進めることとしている。この内、今年度の研究の結果得られた成果は、(1)放電管内に第3電極を設置し、この電極に主放電パルス印加直前に主放電電圧の約1/3(200300V)のパルス電圧(パルス幅約35μSEC)を加えることによって、グロ-・ア-ク移行が主放電パルス印加と同時起こせることができた。この結果、今迄数μSEC15μSECのジッタがあった移行時間がOとなり、点灯動作と放射出力の安定化が促進できた。(2)また、今迄はパルス放電の結果生成されたイオンは自然消減することに任せていた、このため放電管の管径で決定される周波数以上にパルス繰り返し周波数を上昇させても、電子エネルギ-は上昇せず放射出力向上の障害となっていた。これを解決するため、パルス放電の休止期間に第3電極をパルス制御することで消イオンを促進する方法を試みた。この結果、点灯周波数を最大4倍、輝度を78倍に上昇させることができ、発光効率も約10%向上できた。

今後の回路上の工夫として、現在のDCパルス方式では片側の電極のみを大電流冷陰極として用いているが、これは大電流パルス点灯回路を製作する上で困難な条件であり、交流パルスの点灯回路のほうが製作し易し点もあるので、上記2.4.の開発を進めると同時にこの点の改良をも進める。この研究は、先に本研究グル-プが開発していた大電流パルス放電用液体金属陰極(大電流冷陰極)を重水素放電管(D_2ガス放電管)に適用し、高出力・広帯域のパルス紫外線源を開発することを目的として実施された。その結果、下記の様にほぼ所期の目標が達成できた。1)放射出力と点灯動作の安定化と金属蒸気の飛散防止--a.放射出力増大化のため、放電のパルス幅を広げると重水素原子の放射が強まり、重水素原子と水銀原子が結合した分子の連続スペクトルが現れる。このスペクトルの出現と共に、必要な紫外線源である重水素分子の放射が弱まり、放電も不安定になる。この原因はパルス幅を広げたことにより重水素分子が解離し重水素原子を生じるためである。これを防ぐため、パルス幅を3μs以下に狭ばめることによって、重水素分子の解離を少なくすることができた。b.大電流冷陰極の外部に冷却装置を設けることにより、液体金属が陰極から蒸発しグロ・ア-ク移行が不安定になることが、防止できた。2)一層の高出力化--a.放電パルスのピ-ク電流を増加することにより、重水素分子による連続スペクトルの放射強度は増大する。b.重水素封入圧を変化させた予備試験用放電管では、封入圧7Torrの時、紫外線放射強度が最大となった。これは本研究の基となった過去の供試放電管(重水素2.5Torr封入)の約1.9倍の放射強度である。c.重水素封入圧2.5Torrの供試放電管ではピ-ク電流776A、管電圧1336V、パルス幅0.4μs、繰返し周波数100Hz、平均電流60mAの時、既存の重水素放電管(浜松ホトニクス:L1128-40)の約1090倍の放射強度を得ている。これを製作中の封入圧7Torrの放電管に換算すると約2070倍となり、所期の目標出力1500倍を大きく上回る見通しである。
産学連携の日米比較:ナショナルイノベーションシステム(NIS)の視点から

ナショナルイノベーションシステム(NIS)を研究フレームワークとして、産学協力関係を取り巻く諸課題に対する包括的な調査研究を実施した。第一に、大学教員による研究活動全般及び学外研究者との協力の実態と成果、またこれらの過去5年間の変化を把握するために、東京大学の工学系・医薬系教員(全数)、全国の大学の工学系・医薬系教員(サンプル)を対象とする質問票調査を行い、結果を分析した。中小企業との協力活動が増加していること、大学発の技術のフォーマルな形での活用(特許化、ライセンシング)が増加している一方で、旧来からの形の大学・産業間協力も減少していないこと、研究プロジェクト選択の際に成果の商用化可能性を考慮することが増加していること等が明らかになった。第二に、教官の研究活動と協力活動の成果の客観的な把握のために、東京大学工学系教員が執筆し1992年から2001年までに主要学会誌に掲載された論文について定量的分析を行った。共著者の所属機関として、公的研究機関や外国機関の割合が増えていること、民間企業との共著論文は、実数では増えているものの全体に占める割合は減少していること等が明らかになった。第三に、日本の代表的電機メーカー、製薬メーカーにおける論文公刊・特許出願・特許における論文の引用についてのデータを分析することを通じ、企業が大学における科学技術研究をどのように受け入れ、活用しているかを分析し、企業側から見た産学協力関係の役割を検討した。第四に、光触媒の研究開発に対するネットワーク分析と医療医薬分野の詳細なケース・スタディーを行い、産学連携のベスト・プラクティスを抽出した。第五に、NISを構成するアクター間の知識の移転の経路の一つである特許制度に光を当て、どのような制度が知識の生産と移転普及に適しているかについて検討した。特に職務発明制度のあり方については詳細に検討した。ナショナルイノベーションシステム(MS)を研究フレームワークとして、産学連携による新産業創造を取り巻く一連の課題に対する調査研究を実施している。本年度は、文献調査を行うとともに、東京大学大学院工学系研究科、生産技術研究所、先端科学技術研究センターの教官を対象として、次の2側面からの作業を行っている。第一に、東京大学に所属する工学系教官の論文執筆及び特許出願活動を定量的に把握し、共著・共願関係から産学連携の実態を明らかにする前段階として、上記3部局に所属する教官について、教官データベース(1989年2001年)と特許公報のテキストデータベース(1992年2001年途中)を作成中であり、また、上記3部局教官による論文及びこれらを引用している論文のデータベース(1992年2001年)についてはデータ提供機関との交渉の最終段階にある。次年度以降、この定量的調査を通じ、AgrawalとHendersonがMIT、Mowery他がカリフォルニア大学、Nelson他がコロンビア大学を対象として行った米国における工学系教官の産学連携の実態調査と直接的に比較可能な形での研究を行う予定である。第二に、特定の戦略産業分野に関する詳細な把握のために、上記3部局に所属し特に顕著な産学連携を行っている10名の教官を対象に、研究テーマの設定、研究者の分担、成果の帰属、研究成果の出版への制約の有無を含め、技術内容及び産業界との関わり方の時系列的な進行について、各1時間半2時間の聞き取り調査を行った。技術分野により産業界との共同作業の形態や知識移転のあり方に大きな違いが観察されている。また、次年度以降行うことになる上記3部局の教官を対象とした包括的な質問表調査における調査項目の決定に当たっても有用な視点が提供された。ナショナルイノベーションシステム(NIS)を研究フレームワークとして,産学連携を取り巻く一連の課題に対する調査研究を実施している。

本年度は,東京大学の工学系(工学系研究科,生産技術研究所,先端科学技術研究センター)の教授,助教授を主たる対象として,次の3側面からの作業を行った。第一に,教官による研究活動全般及び学外研究者との協力の実態と成果,またこれらの過去5年間の変化を把握するために,東京大学工学系の教官を対象に質問票調査を実施した(回収率57%)。協力活動は過去5年間に全般的に増加していること,協力の効果は協力相手の種類(大学か公的研究機関か大企業か中小企業か等)によって大きく異なること等が明らかになっている。なお,わが国のNISの全体像に更に接近するために,東京大学医薬系と他大学工学系の教員に対象を広げた質問票調査を実施中である。第二に,教官の研究活動と協力活動の成果の客観的な把握のために,東京大学工学系教官が執筆し1992年から2001年までに主要学会誌に掲載された論文についての定量的分析を行った。この結果,(1)MITの電気・電子・機械系の教員を対象として行われた類似の分析と比較すると,東京大学の同分野の教官の論文数はMITのそれにほぼ匹敵するかやや上回っていること,(2)東京大学工学系教官の論文の共著者の所属機関を見ると,学内の割合が減少し,公的研究機関や外国機関の割合が増えていること,(3)民間企業との共著論文は,実数では増えているものの全体に占める割合は減少していること,等が明らかになっている。第三に,特定の戦略産業分野についてより詳細に把握するために,東京大学藤嶋・橋本研究室の光触媒研究を事例として取り上げ,詳細な聞き取り調査と論文・特許のアウトプットの分析を行った。大学研究者が研究開発ネットワークのハブの位置を占めることの重要性が示唆されている。ナショナルイノベーションシステム(NIS)を研究フレームワークとして、産学協力関係を取り巻く一連の課題に対する調査研究を実施している。本年度行った作業のうち主要なものは次のとおりである。第一に、東京大学の工学系(工学系研究科、生産技術研究所、先端科学技術研究センター、生産物工学研究センター)の教授、助教授を対象として行った質問票調査(回収率57%)の結果の分析を進め、教員による研究活動全般及び学外研究者との協力の実態と成果、またこれらの過去5年間の変化を把握した。近年の改革の一つの目標とされる、大学で生み出された技術のフォーマルな形での活用(特許化、ライセンシング)が増加している一方で、旧来からの形の大学・産業間協力も減少していないこと等が明らかになってきている。第二に、わが国のNISの全体像に接近するために、東京大学の医薬系教員(全数調査、回収率54%)と他大学の工学系教員(サンプル調査、回収率51%)に対象を広げた質問票調査を行った。これと補完的に、複数の国立・私立大学の教員、大学・産業間協力担当者、大学改革担当者に対する聞き取り調査を行った。現在結果の分析を進めている。更に、他大学の医薬系教員(サンプル調査)を対象とする質問票調査を現在実施中である。
ラテンアメリカにおける労働人権の保障に基づくバリューチェーン統治の取り組み

ラテンアメリカにおいて輸出志向工業への依存度の高いメキシコと中米諸国では、グローバル・バリューチェーン(GVC)の持続的な発展のための社会基盤の強化が喫緊の課題となっている。商品の健全性に対する消費者意識の高まりという現代の時代背景を踏まえて、本研究はGVCに関わる労働者の人権尊重の観点から、ラテンアメリカにおいてGVCの持続的発展のための社会基盤の形成に必要な国際的・国内的条件を明らかにする。
相変態に伴う回位の発生とその観察法の開発

相変態に伴う結晶構造の変化がわずかな場合、結晶の歪みを緩和するように結晶内に双晶が生じ、特徴的な組織を示す。この双晶の示す組織は、相変態の前後の対称性によっている。この時生じる多重双晶が造る組織は、いわゆる回位と呼ばれる結晶欠陥と考えて良い。はじめて見いだされたのは、MgCd合金のhcp最密構造からB19構造への相変態の組織についてである。この場合hcp構造のc軸が回位腺に平行である場合のみが考えられ、予想通りの回位が実際に結晶中に見いだされた。このMgCd合金の場合には、この合金特有の星形回位が見いだされた。この研究ではCuPt合金を調べた。この合金は対称性がfcc構造から菱面体L1_1型構造に相変態する。この場合MgCd合金の場合と異なって、線状回位を考えるだけでなく、立体的な回位を考える必要がある。このような場合の双晶組織を調べることを目的とした。この合金の場合、回位線は結晶学的に三種類考えることができ、fcc構造の指数で、〈100〉,〈110〉,〈111〉である。各々十、四、三種類づつ考えられる。回位の大きさを角度で表すと、それぞれ、0.0が一、2.0が五4.0が四種類、2.8が二,5.6が二種類、3.6が二,7.2が一種類づつである。実際に結晶中に見いだされたのは、0度の回位のほか、2度の回位が五種類である。結晶内の分布を調べたところ、大きさ2.0度の符号の異なる回位が、およそ100nm離れて存在することが分かった。互いに平行でない線状の回位が結晶中に存在する場合を考えると、もし大きさが等しいか、ほとんど等しい二本の線状回位の場合には、欠落の体積と余分な体積がちょうど相殺するため、結晶中に見いだされる可能性がある。この組み合せについて今後検討する必要があることが分かった。
ヒト歯髄組織幹細胞の樹立効率向上とiPS細胞化の検討

低酸素分圧下での培養により、ヒト歯髄組織幹細胞(DPSC)は高い増殖能を呈し、高齢者からの樹立効率が向上した。また、iPS細胞への誘導においては、従来の4因子、3因子を用いた方法でDPSCからiPS細胞を誘導できた。誘導効率は皮膚線維芽細胞に比べて大きく改善した。我々は、種々の形成段階にあるヒト智歯より歯髄組織幹細胞(Dental Pulp Stem Cell:DPSC)を既に150ライン樹立・保有し、個体差の検証を行ってきている。その結果、より未熟な形成期の智歯歯髄から得られるDPSCは高い増殖能・分化能を持つが、継代培養により喪失することを明らかにしてきた(J Dent Res)。また、智歯由来DPSCは、低酸素(3%)、低密度で培養することでコロニー形成能・増殖能が増強することも明らかにしつつある。更には、京都大学山中研究室と共同で、智歯由来DPSCからiPS細胞誘導を試み、iPS細胞様のコロニーを高率に得、DPSCがiPS細胞の源として活用可能であることが示されつつある。そこで、本年度は、保有するヒト智歯由来DPSC(歯冠完成期、歯根完成期)を用い、細胞密度を変えて通常酸素(21% O_2)・低酸素(3% O_2)培養を行い、増殖能・分化能をDoubling timeの測定やALP activity・von Kossa染色を用いて比較した。また、低酸素状態の影響を評価するために低酸素で誘導されるHIF-1 mRNA発現、および酸化ストレス性因子を併せて観察した。また、京都大学再生医科学研究所の山中先生との共同で、ヒト智歯由来DPSCのiPS細胞誘導を行い、形態的にiPS細胞様コロニーが誘導されている(現在、in vivoにて最終確認中)。この過程で、歯冠完成期と歯根完成期のDPSCでコロニー形成効率に違いのあること(未熟なものである程、誘導効率が高い)が示され、未熟なDPSCでは、現在、iPS細胞の誘導で大きな問題となっている癌遺伝子(c-Myc)を除くOct3/4、Sox2、Klf4の3遺伝子の導入でも高率にiPS細胞様コロニーが誘導されている。また歯冠完成期と歯根完成期での誘導効率(コロニー形成)を比較検討した。我々は、種々の形成段階にあるヒト智歯より歯髄組織幹細胞(Dental Pulp Stem Cell : DPSC)を既に150ライン樹立・保有し、個体差の検証を行ってきている。そこで、本年度は、研究に同意の得られた高齢者の抜歯後の歯髄(智歯以外の歯牙も含む)よりDPSCを回収し、20年度の若年者智歯DPSCで検討した至適条件(細胞密度)で通常酸素(21% O_2)と低酸素(3% O_2)で培養し、増殖能・分化能をDoubling timeの測定やALP activity・von Kossa染色を比較し低酸素培養の有用性を検証する。また、低酸素状態の影響を評価するために低酸素で誘導されるHIF-1mRNA発現、および酸化ストレス性因子を併せて観察した。また、前年に続き、京都大学再生医科学研究所の山中先生との共同で、ヒト智歯由来DPSCのiPS細胞誘導を行った。また、高齢者から得られたDPSCもiPS細胞化し比較を行っている。
静磁場の影響に対応した新しいMRガイド下生検針の開発

MRガイド下生検に用いる生検針は、磁化率効果により描出されるが、MR装置の静磁場方向と針の長軸の方向とのなす角度により、磁化率効果の影響が異なり、針のみかけの太さが異なる。この問題に対し、生検針の内筒と外筒の材質を適宜かえることで、みかけの太さが調節可能な針を考案した。磁化率効果は、その生検針の総体としての磁化率が影響すると予想される。外筒を一定にして内筒の材質を替え、その総体としての磁化率効果に対する影響を検討し、平成12年度の実績報告で報告した。今年度は、実際に生検で使用される太さの18GのNi-Cr-Mo(ニッケル・クロム・モリブデン)合金製およびNi-Cr(ニッケル・クロム)合金製の外筒を作製し、また、Ni-Cr-Mo合金製、Ni-Cr合金、ステンレス合金製の内筒を作製し、それぞれを組み合わせてMRIを撮像した。撮像条件はSE法(TR/TE 200/17),GR法(TR/TE/FA 200/13/25,200/30/25)、FSPGR法(TR/TE/FA 180/5.5/90,180/20/90)とし、静磁場方向との方向が垂直になるように設定して撮像した。内筒の見かけの径はステンレス合金製>>Ni-Cr-Mo合金製>Ni-Cr合金製の順で太く、外筒と内筒の組み合わせにおいても内筒を変えることにより、見かけの径は変化した。また、これらの変化は、どのシーケンスでも見かけの径を変えることが可能であった。この結果から、Ni-Cr合金製内筒+外筒の針を静磁場方向に垂直(90°)になるように設置した時、Ni-Cr-Mo合金製内筒+外筒が約70°、ステンレス合金製内筒+外筒が30°でほぼ同等の見かけの太さとなった。静磁場方向とMR対応生検針の長軸の方向となす角度による針の見かけの径(視認性)の変化を材質を変えた針の内筒を使用することで補正可能であることが示された。静磁場方向との成す角度により見かけの太さが変化してしまうMRガイド下生検針の欠点を改善するため、MRガイド下生検針の磁化率効果の異なる内筒を変えることにより、針全体の磁化率効果を変化させ視認性を適切にできる生検針の開発を目的とする。今年度は、以下のような実験を行なった。MR装置は0.2T開放型MR装置を用いた。内径4mmのチタン合金製の円筒を作製し、外筒とした。内筒として、外径4mmチタン合金製の内筒(1)、外径4mmのニッケル・クロム・モリブデン合金製の内筒(2)外径4mmのアクリル棒の内筒(3)を作製した。外筒、内筒を寒天で作製したファントム内に床に対して水平に留置しグラディエントエコー法(SPGR TR/TE/FA=50/5/60)で、針の方向は静磁場方向と垂直、周波数方向は画像に対して(針に対しても)垂直、の条件で(針全体が描出されるように)coronal像のMRIを撮像した。内筒の磁化率効果による見かけの太さは内筒(1)>内筒(2)>外筒≫内筒(3)であった。

外筒に、内筒(1)、内筒(2)、内筒(3)、生理食塩水のみをそれぞれセットし、ファントム内に留置し、磁化率効果による見かけの径を画像上で測定した。この結果、外筒+内筒の見かけの太さは、内筒の磁化率効果による見かけの太さは内筒(1)>内筒(2)≫内筒(3)=生理食塩水に対応し、内筒の磁化率効果が針全体の磁化率効果に影響していることが示された。また、内筒(1)+外筒、内筒(2)+外筒は、それぞれ内筒(1)のみ、内筒(2)のみにより、太く描出され、針の見かけの太さは、外筒と内筒、両方の磁化率効果が影響していることが示唆された。今後、これを元に実際の生検針の径に近いモデル(内筒、外筒)で実験していく予定であり現在モデルを作製中である。MRガイド下生検に用いる生検針は、磁化率効果により描出されるが、MR装置の静磁場方向と針の長軸の方向とのなす角度により、磁化率効果の影響が異なり、針のみかけの太さが異なる。この問題に対し、生検針の内筒と外筒の材質を適宜かえることで、みかけの太さが調節可能な針を考案した磁化率効果は、その生検針の総体としての磁化率が影響すると予想される。外筒を一定にして、内筒の材質を替え、その総体としての磁化率効果に対する影響を検討し、平成12年度の実績報告で報告した。今年度は、実際に生検で使用される太さの18GのNi-Cr-Mo(ニッケル・クロム・モリブデン)合金製およびNi-Cr(ニッケル・クロム)合金製の外筒を作製し、また、Ni-Cr-Mo合金製、Ni-Cr合金ステンレス合金製の内筒を作製し、それぞれを組み合わせてMRIを撮像した。撮像条件は、SE法(TR/TE 200/17), GR法(TR/TE/FA 200/13/25, 200/30/25)、FSPGR法(TR/TE/FA 180/5.5/90, 180/20/90)とし、静磁場方向との方向が垂直になるように設定して撮像した。内筒の見かけの径はステンレス合金製》Ni-Cr-Mo合金製>Ni-Cr合金製の順で太く、外筒と内筒の組み合わせにおいても内筒を変えることにより、見かけの径は変化した。また、これらの変化は、どのシーケンスでも見かけの径を変えることが可能であった。この結果から、Ni-Cr合金製内筒+外筒の針を静磁場方向に垂直(90゚)になるように設置した時、Ni-Cr-Mo合金製内筒+外筒が約70゚、ステンレス合金製内筒+外筒が30゚でほぼ同等の見かけの太さとなった。静磁場方向とMR対応生検針の長軸の方向となす角度による針の見かけの径(視認性)の変化を材質を変えた針の内筒を使用することで補正可能であることが示された。
窒化物半導体とシリコンのモノリシック集積による光マイクロシステム

Siの立体構造およびマイクロアクチュエータとGaN系光源デバイスをモノリシックに集積することで,高機能で集積度の高い光応用のマイクロ電気機械システム(MEMS)を実現した.具体的には, Si基板上GaN-発光ダイオード(LED)の結晶成長,微細加工を施したSi/GaN基板上GaN結晶成長, GaN-LEDとSiアクチュエータの集積, GaNアクチュエータの製作を行った.GaN-LEDとSi-MEMSを集積した配光可変デバイスおよび蛍光分析チップなどを実現した.本研究の目的は,シリコンの立体構造およびマイクロアクチュエータとGaN系光源デバイスをモノリシックに集積することで,高機能で集積度の高い光応用のマイクロシステム(MEMS:マイクロ電気機械システム)を実現することである.具体的には次の4点である.(1)平面Si基板へGaN半導体を成長後,MEMS加工を施す手法の確立,(2)Si基板にMEMS基本構造を加工後にGaN半導体結晶を成長し,デバイスを製作する方法の確立.(3)Ga半導体のMEMS加工法の開発.(4)具体的なGaN-Si複合光MEMSとして,照明方向を制御できる配光光源,バイオ分析用集積型マイクロ分光システム,光スキャナー,波長可変レーザ,光インターコネクションなどを研究するSiの立体構造およびマイクロアクチュエータとGaN系光源デバイスをモノリシックに集積することで,高機能で集積度の高い光応用のマイクロ電気機械システム(MEMS)を実現した.具体的には, Si基板上GaN-発光ダイオード(LED)の結晶成長,微細加工を施したSi/GaN基板上GaN結晶成長, GaN-LEDとSiアクチュエータの集積, GaNアクチュエータの製作を行った.GaN-LEDとSi-MEMSを集積した配光可変デバイスおよび蛍光分析チップなどを実現した.本研究の目的はシリコンの立体構造およびマイクロアクチュエータとGaN系光源デバイスをモノリシックに集積することで,高機能で集積度の高い光応用のマイクロシステム(MEMS:マイクロ電気機械システム)を実現することである.本年度はシリコン基板へのGaN結晶成長技術を開発するとともに具体的デバイスとして配光可変光源の製作技術を研究した.Si基板へのGaN半導体の成長においては,格子不整合を緩和するため,従来から用いられているAINやGaN低温緩衝層を試みると共に,近年,光導波路や電子回路絶縁膜に用いられているHf02膜に注目した.蒸着法で成膜したHf02膜をプラズマ窒素源により窒化し,HfN構造の生成を試みた.HfNはGaNと格子定数の差が0.35%であるので,HfN層により格子整合に近い条件のGaN結晶成長が得られると期待される.結晶成長の結果,Hf02層がない場合にくらべて,量子井戸が明瞭に形成され,フォトルミネッセンス測定において高い内部量子効率が得られた.発光ダイオードの形成においては,まだ効率が低いが,発光を確認できた.モノリシックな製作のため,GaNを成長したSi基板を加工して,配光デバイスを作製した.静電くし型マイクロアクチュエータを実現し,動作を確認できた.光励起により,アクチュエータを動作しながら,GaN量子井戸からの蛍光発光に成功した.これにより提案したデバイスの基本部分を達成することができた.シリコンの立体構造およびアクチュエータとGaN系光源をモノリシックに集積することで、高機能で集積度の高い光マイクロシステムを研究した。具体的には、モノリシック製作のために、シリコン基板上のGaN結晶成長において、MBEを用いて直接成長の実験を行って来たが、今回MOCVDによりGaN結晶を成長したシリコン基板をテンプレートとして用いて、MBEにより量子井戸およびLED構造を結晶成長した。製作した結晶は従来と異なり連続で一様な結晶が得られた。またTEM観察より、基板からエピタキシャル成長していることを確認した。また、製作した量子井戸からの比較的強い蛍光発光を確認できた。また、電極を形成し敷居値電圧は幾分高いが、LED特性が得られた。また、電流注入により、PN接合からの発光が得られ、シリコン上のモノリシックGaN-LEDの製作に成功した。製作したGaN-LED/Si基板を用いて、光源とシリコンMEMS構造の一体デバイスを設計し、製作を試みるとともに、製作プロセスの改善と最適化を行った。シリコン流路の冷却構造を備えた光源を設計し、製作した。GaN結晶を成長したシリコン基板に冷媒を流す流路を深堀エッチングで形成した。GaN薄膜状のLEDを製作し、薄膜構造においてLEDの発光を確認した。また、LEDに電流を流し、流路に水を流すことで、LEDの冷却が実現できることを実験的に示すことができた。また、周期可変のGaNレーザ構造を実現するための基礎として、窒化したHfO2薄膜をGaN結晶成長のバッファ層として用いることを提案した。HfNはGaNと格子定数がよく一致する。窒化したHfO2膜の表面にHfNが形成されていることを確認でき、成長したGaNは比較的よい結晶であることが確認できた。シリコン基板をエッチングにより取り除いて、自立したGaN/HfO2膜を製作した。HfO2の結晶化応力により、引っ張り応力の入った自立GaN膜を実現できた。これは提案構造を実現するために有効である。シリコン基板上にMOCVDにより,GaN-LED構造を製作し,Siの加工によるGaN-Si複合MEMSを試作した.

具体的には,GaN光源搭載の光スキャナー,バイオ蛍光分析用チップ,周期可変ブラッグ格子発光素子の実現に向けて試作を行った.MOCVDで試作したGaN-LEDのP型領域の活性化行い,ダイオード特性を測定した.ダイオード特性は得られたが,強い発光はまだ得られなかった.GaNが絶縁材料に近いことより,まだ十分なコンタクトが得られていないと考えられたので,電極成膜用のマグネトロンスパッタ装置を新たに導入した.電極の抵抗はまだ高いが,設計したGaN-LEDとMEMSくし型アクチュエータを融合した光スキャナー構造を試作実現した.アクチュエータの動作と蛍光放射を確認できた.バイオ蛍光分析チップでは,SiフォトダイオードをSiウエハ上に形成し,受光特性,ダイオード特性を確認できた.また,PDMSの流路をSiモールドプロセスにより形成でき,液体の流れを確認できた.GaN-LEDのSi基板を加工して基板方向への光取り出しを実現できたので,Si発光素子,PDMS流路,GaN光源の集積化が行えると考えられた.GaN-LED薄膜を自立きせて,ブラッグ周期の構造を製作した.これにGaNで製作したマイクロアクチュエータを接続した構造をMEMS加工により実現し,周期可変のアクティブ格子を実現できた.GaNを光源として利用するだけでなく,アクチュエータとして利用できることが明らかにでき,周期可変レーザヘアクチュエータを導入とともに新しいデバイスを実現するための端緒も得られた.また,サブ波長領域でSi基板に形成した周期微細構造の上に,GaN結晶を成長することを試みた.結晶成長に特異な分布が得られた.MOCVDにより製作したSi基板上GaN-LED構造を用いて,GaN-Si複合MEMSを試作した.具体的には,GaN光源搭載の光スキャナー,バイオ蛍光分析用チップ,周期可変格子発光素子の実現に向けて試作を行った.MOCVDで試作したGaN-LEDにNi/Au等の電極パターンを形成し,ダイオード特性および発光特性を測定した.ダイオード特性が得られ,発光も確認できた.導入した電極形成用スパッタ装置により,GaNの発光デバイスの実現に必要な電極のコンタクトが十分に得られていることを確認した.設計したGaN-LEDとMEMSくし型アクチュエータを融合した光スキャナー構造を試作した.Si部のアクチュエータの加工により,GaN発光ダイオードの劣化がほとんど見られないことを確認できた.これにより,LEDの発光とSiアクチュエータの同時駆動を集積型光スキャナーにおいて確認できた.バイオ蛍光分析チップでは,SiフォトダイオードをSiウエハ上に形成し,PDMSの流路をSiモールドプロセスにより形成できた.GaN-LEDのSi基板を加工して,設計どおりに基板方向への光取り出しを実現できた.さらにSi受光素子,マイクロ流路,GaN-LED光源の集積化を行った.試作した集積デバイスより,流路を流れる蛍光色素をGaN光源で励起し,その蛍光を試作したSiフォトダイオードで検出できた.周期可変の量子井戸を備えたGaN格子を実現するため,GaNで製作したマイクロアクチュエータをMEMS加工により実現した.極微細なGaN量子井戸構造においては,エッチング加工による失活が生じることが明らかになり,今後検討が必要である.
あいまいで変動する環境におけるモジュール型意思決定モデルの研究

あいまいで変動し得るような複雑環境において意思決定を行うことのできる統計的学習モデルを強化学習に注目しながら開発を行った。オンライン的にモジュール追加を行いながら効率よく価値関数を学習する方法を開発し、セミパラメトリック統計に基づく価値関数の最適な学習法を導出した。応用として、ノンホロノミック制御モデルの自律制御学習に成功した。階層性を有する推論課題において前頭前野のモジュール構造によりあいまいさを解消することが分かった。またあいまいな環境での推論に関してMRI信号からのデコードに成功した。マルチモジュール型学習アルゴリズムの開発複数モジュール型制御アルゴリズムを、mixture-of-expertsの統計学習として定式化し、オンライン学習法としてアルゴリズム化した。また、複数の基底関数から線形表現される価値関数のオンライン学習において、基底関数を動的に配置するアルゴリズムを導出して、従来法よりも効率が良いことを示した(Mori and Ishii, 2009)。また、価値関数ベースの強化学習法の一般形をセミパラメトリック統計に基づき導出し、漸近的推定分散最小となるオンラインアルゴリズムを求めた(Ueno, et al., 2009 ; Ueno, et al., to appear)。多階層タスクにおける推論過程の認知科学的解明二つの階層を持つ複雑なルール推論課題を被験者に課し、低い階層および高い階層での推論過程に関わる神経基盤を核磁気共鳴図(fMRI)非侵襲脳活動計測によって調べた。階層ごとに、異なる前頭前野の領域がその推論に関わる可能性が示唆された(Yoshida, et al., 2009)。多関節ロボットの制御26本の人工筋肉で動作する多関節ロボットの制御系の拡張を進めた。人間がロボットの手を持って運動をさせた際の軌道をみまね学習させ、一方で、自由制御下でのロボットの逆キネマティクスを学習させ、この二つを組み合わせるモデル同定制御法を開発した。簡単な握手運動の生成に適用し、本手法により複雑な多関節ロボットの制御が可能であることを示した(Nishioka, et al., 2010)。あいまいで変動する環境において、効率よく意思決定を行うモジュール型意思決定モデルとそのための学習アルゴリズムを、特に強化学習とベイズ推定に着目しながら開発する。ロボット実験、ヒト行動・認知実験などと統合した融合研究を実施している。モジュール型意思決定アルゴリズムの開発と評価:状況によって、探索と搾取を切り替えるマルチモジュール型システム同定強化学習法を策定し、そのパラメータをヒト被験者の行動実験から決めるようにした(Adomi, et al., 2010)。複数の基底関数から線形表現される価値関数のオンライン学習において、基底関数を動的に配置するモジュール型強化学習アルゴリズムを導出して、従来法よりも効率が良いことを示した(Mori and Ishii, to appear)。また、昨年までに導出した、価値関数ベースの強化学習法のセミパラメトリック統計に基づく一般系について(Ueno, et al., in press)、さらに関数近似にバイアスがある場合について理論的究明を行った(Ueno, et al., submitted)。意思決定モデルの脳内実装可能性の評価:不観測変数が多次元となる環境における推論過程に関して、行動実験および核磁気共鳴図(MRI)を用いた非侵襲脳活動計測実験をヒト被験者に課すことにより、脳内神経基盤を探っている。探索と搾取を切り替えるモデルは被験者行動を良く説明できることが分かり(Adomi, et al., 2010)、これに基づき、探索・搾取切り替えに関わる脳内情報処理基盤を論じた(Shikauchi, et al., 2010)。また、被験者の脳内推論状況をMRI信号と行動データから統計モデルを用いてデコードする研究を継続実施中である。多関節ロボットの制御実験:ヒトの上肢を模した多関節ロボットについて、過去に蓄積したデータからの評価に基づく制御法を開発し、その成果を国際会議に投稿中である。モジュール型意思決定アルゴリズムの開発と評価(前田新一、石井信)マルチモジュール型システム同定強化学習法、特にサンプル数が増えるにしたがってモジュールを追加することで環境適応を行うことができる手法を開発した(Mori & Ishii, 2012}。また、不確実性のある環境においても適合可能な意思決定アルゴリズムである方策勾配学習法(GPOMDP)を非ホロノミック制御問題に適用し、制御則が自律的に獲得可能であることを示した(Nakano, Maeda, & Ishii, submitted)。さらに、価値ベースの強化学習法において、価値関数の線形近似器がバイアスを持つ場合の学習過程の漸近解析を行った(Ueno, Maeda, Ishii, to appear)。意思決定モデルの脳内実装可能性の評価(石井信)環境における不観測変数が多次元となる場合であってその推論を行うタスク(不完全迷路探索課題)を被験者に課し、行動実験、および核磁気共鳴図(MRI)を用いた非侵襲脳活動計測実験を実施した。行動実験において、被験者の脳内推論状況を隠れマルコフモデルを用いて再現可能であることを示した。

また、非侵襲脳活動計測実験において、MRI信号から脳内推論をデコード可能であることが分かった(推論の各次元に対し、被験者により最高で75%程度のデコード性能が示さ・れた)。脳信号からのロボットハンド制御のための技術開発(中村泰、前田新一)脳信号からロボットハンドを制御することを目的として、まず、脳活動から少数のマーカ位置を再構成する手法をベイズ的正準相関解析法に基づき開発した。また、少数のマーカ位置から多自由度の手指形状を再構成する手法を線形回帰法に基づき開発した。これらを組み合わせることで、脳活動から多自由度の手指形状を再構成する方法の基本実装を終えた。マーカ位置によっては相関係数0.65程度となる再構成が可能であることが分かった。ただし、ロボットハンドの制御にまで至らなかった。また、累積したデータを直接利用したロボットの制御手法を提案し、多数の自由度を持つロボットアームの制御に適用した。
ガラス転移における緩和現象とその圧力変化

(AgI)_x(AgPO_3)_<1-x>は100°C前後でガラス転移を示すのでガラス転移の研究には適した物質系である.我々は熱線法を改良し,この物質の熱伝導率,熱拡散率を20-200°Cの温度領域で測定した.AgIの濃度x=0およびx=0.5試料について測定した結果,ガラス転移点で熱伝導率は異常な増加を示したが,熱拡散率には変化が見られなかった.このことから,熱伝導率の異常は転移点での比熱の増加に由来するものと考えられる.現在更に詳細な実験を続けている.一方,ガラス転移点での原子の緩和過程,およびその圧力変化を調べるため,超音波測定用のセルを作製し,予備実験を行った.今後,高圧下での超音波測定の実験を進めていく予定であり,その結果を上記の熱測定の結果と比較検討することにより,ガラス転移における緩和過程の機構が明かにされるものと思われる.(b)ガラス転移の計算機シミュレーションガラス転移の過程における原子のダイナミクスを追跡する方法として,計算機シミュレーションが考えられる.ガラス状態の原子構造については多くの研究がなされているが,個々の原子のダイナミクスを研究するには多く計算時間を必要とし,そこで問題となるのが原子間ポテンシャルである.そのため我々は単純で合理的なポテンシャルの開発に着手した.最近報告されている原子挿入ポテンシャルの概念に基づいたいくつかのモデルを作り,種々の物性値と比較して評価を行った結果,従来のものよりも単純で計算時間のかからないポテンシャルでシミュレーションが可能なことが分った.それらを用いたガラス転移の研究を進めている.(AgI)_x(AgPO_3)_<1-x>は100°C前後でガラス転移を示すのでガラス転移の研究には適した物質系である.我々は熱線法を改良し,この物質の熱伝導率,熱拡散率を20-200°Cの温度領域で測定した.AgIの濃度x=0およびx=0.5試料について測定した結果,ガラス転移点で熱伝導率は異常な増加を示したが,熱拡散率には変化が見られなかった.このことから,熱伝導率の異常は転移点での比熱の増加に由来するものと考えられる.現在更に詳細な実験を続けている.一方,ガラス転移点での原子の緩和過程,およびその圧力変化を調べるため,超音波測定用のセルを作製し,予備実験を行った.今後,高圧下での超音波測定の実験を進めていく予定であり,その結果を上記の熱測定の結果と比較検討することにより,ガラス転移における緩和過程の機構が明かにされるものと思われる.(b)ガラス転移の計算機シミュレーションガラス転移の過程における原子のダイナミクスを追跡する方法として,計算機シミュレーションが考えられる.ガラス状態の原子構造については多くの研究がなされているが,個々の原子のダイナミクスを研究するには多く計算時間を必要とし,そこで問題となるのが原子間ポテンシャルである.そのため我々は単純で合理的なポテンシャルの開発に着手した.最近報告されている原子挿入ポテンシャルの概念に基づいたいくつかのモデルを作り,種々の物性値と比較して評価を行った結果,従来のものよりも単純で計算時間のかからないポテンシャルでシミュレーションが可能なことが分った.それらを用いたガラス転移の研究を進めている.SiO_2ガラス中の低温での力学的緩和現象を4.2-300Kの温度領域で低周波(51kHz)内部摩擦測定により実験的に研究した.pureなSiO_2試料と,一部のSi原子をGe原子で置換した混合ガラス試料(SiO_2-10%GeO_2)について測定を行った.前者では35K付近にブロードな緩和ピークが見られたが、これは従来からよく知られているもので,Si-O-Si結合中の酸素原子の熱活性化過程によるものと考えられている.他方,後者の試料ではピークは更にブロードとなり,高温側(50K付近)に移動した.この試料では,一部の酸素はSi-O-Ge結合中にあり,この場合の酸素原子は異なる活性化エネルギーをもつとして解析を行った.その結果,混合ガラス試料の内部摩擦はSi-O-Si結合による35KのピークとSi-O-Ge結合による65Kのピークが重なったものであることが明かになった.また,pureなSiO_2ガラスに20ppm程度の酸素をドープした試料についても測定を行った.その結果,35Kのピークの温度は変化せず,高さが約5%増大することがわかった.光学測定によれば.SiO_2中の酸素はO_2分子の形で存在することがわかっており,それによる内部ひずみがSi-O-Si結合中の酸素原子による内部摩擦を増大させているものと思われる.SiO_2ガラスの徴視的な構造については,中性子散乱や光散乱の実験も盛んに行われており,中距離秩序の存在等が明かにされつつある.我々の力学測定の結果をそれらの実験結果と合わせて議論することにより,ガラス中の緩和過程が明かにされるものと思われる.現在更に,ガラス転移点における緩和過程の研究の準備を進めている.超イオン導電体(AgI)_X(AgPO_3)_<1-X>のガラス転移点における熱および超音波測定(AgI)_X(AgPO_3)_<1-X>は100°C前後でガラス転移を示すのでガラス転移の研究には適した物質系である.我々は熱線法を改良し,この物質の熱伝導率,熱拡散率を20-200°Cの温度領域で測定した.AgIの濃度x=0およびx=0.5試料について測定した結果,ガラス転移点で熱伝導率は異常な増加を示したが,熱拡散率には変化が見られなかった.

このことから,熱伝導率の異常は転移点での比熱の増加に由来するものと考えられる.現在更に詳細な実験を続けている.一方,ガラス転移点での原子の緩和過程,およびその圧力変化を調べるため,超音波測定用のセルを作製し,予備実験を行った.今後,高圧下での超音波測定の実験を進めていく予定であり,その結果を上記の熱測定の結果と比較検討することにより,ガラス転移における緩和過程の機構が明かにされるものと思われる.ガラス転移の計算機シミュレーションガラス転移の過程における原子のダイナミクスを追跡する方法として,計算機シミュレーションが考えられる.ガラス状態の原子構造については多くの研究がなされているが,個々の原子のダイナミクスを研究するには多く計算時間を必要とし,そこで問題となるのが原子間ポテンシャルである.そのため我々は単純で合理的なポテンシャルの開発に着手した.最近報告されている原子挿入ポテンシャルの概念に基づいたいくつかのモデルを作り,種々の物性値と比較して評価を行った結果,従来のものよりも単純で計算時間のかからないポテンシャルでシミュレーションが可能なことが分った.それらを用いたガラス転移の研究を進めている.
血流と血管内皮・平滑筋細胞の相互作用に関する分子生物学的・生体工学的研究

本年度は血管内皮細胞が物理的刺激を認識する機構があるか否かについて、従来行って来た流れ刺激と異ったラテックス製のバルーンよる摩擦力刺激で検討した。培養牛胎児大動脈内皮細胞の付着したカバースリップをチェンバーに取り付け、チェンバー内に平衡塩類溶液を満たし、中にバルーンを入れた。バルーンは浮力で浮き上りチェンバー上面に芽触する。バルーンに付けた糸を滑車を通してチェンバーの外に出し、モーターに接続した。モーターを回転させるとバルーンは一定速度で水平糸動し、その際に内皮細胞表面を擦過する。なお細胞にかかる摩擦力はバルーンの浮力を変えることで調節した。内皮細胞にあらかじめCa^<++>蛍光色素のFura-2を取りこませて蛍光測光顕微鏡で細胞内Ca^<++>濃度をモニターした、内皮細胞に摩擦力が作用するとCa^<++>濃度が即座に上昇し、このCa^<++>上昇の程度は作用させた摩擦力の大きさに比例した。バルーンが液中で動くと流れが生じるのでその影響を除くためにチェンバーの液を少量抜き取り細胞が直芽液と接しない条件で摩擦力負荷を行った。その結果空気中でも摩擦力により内皮細胞にCa^<++>上昇反応が出現した。画像解析で個々の細胞の反応を解析すると摩擦力の作用した細胞は全てCa^<++>反応を起こすこと、その反応の大きさ、接続時間は細胞毎で差があることが示された。なお今回の摩擦力の範囲では細胞の剥離は生じず、1度刺激した後反復した刺激やATP、BKNなどの化学刺激を作用させてもCa^<++>反応が通常に起こることから摩擦力によるCa^<++>反応は細胞傷害によるものではないと考えられた。以上の結果から血管内皮細胞には純粋な物理的刺激を感知してその情報を細胞内情報伝達系のセカンドメっセンジャーである細胞内Ca^<++>の濃度変化に変換して細胞内部に伝達する機構の存在すること、即ち内皮細胞が機械受容体としての機能を有していることが示された。これらの結果が本年度の研究実績の主たるものである。
超音波マルチビームによる生体内極細カテーテルの3次元誘導

本研究により、極細カテーテルを屈曲させるのに最も厳しい条件である、音波の伝搬方向とカテーテルの屈曲方向が直交する配置条件において超音波音場を形成し、カテーテルの先端を屈曲させることに成功した。同一特性を有する2個の2次元アレイトランスデューサ(各128素子)を用いて、外直径0.2 mmのカテーテルをトランスデューサの音軸に対して直交する位置に置いた。電子制御による単焦点の焦点位置の移動に伴い、カテーテルは0.3mm程度屈曲した。異なる2方向からの照射条件を組み合わせて、カテーテルを音波の進行方向に対して逆の方向へカテーテルの直径程度の変位を得る事に成功した。本研究では,音響放射力を利用し、直径0.5 mm以下の極細カテーテルの屈曲・誘導の生体応用を目的とした.まず,水中自由空間において,極細カテーテルに働く音響放射力について実験的な検討をした.片持ち梁式で固定したカテーテルに対して音波を照射し,音響放射力の理論と片持ち梁の理論を用いて、極細カテーテルに働く力と波長やカテーテル径の関係を調査した.その結果,波数とカテーテル径の積が2付近で極小値を持つ傾向が示された.また,カテーテルを音軸方向以外に動かす方法についても検討した.高密度集束波を用いることで,500 kPa-pp照射時に音軸に対して垂直方向に直径0.2 mmのカテーテルを約0.8 mm屈曲できることを示され,定在波を利用することで、カテーテル先端方向からの音波照射によってカテーテルを屈曲できることも示された.次に,内径1 mm程度の人工流路を用いた極細カテーテルの屈曲・誘導実験を行った.極細カテーテルが誘導後に流路の壁面と接触することによる影響を調べた.カテーテルの屈曲に,接触直前の分岐の角度が影響してくることが示された.また,生体と同条件の外部から目視不可能な流路において誘導実験を行った.人工流路にグラファイトを混ぜることで,目視不可能な流路を実現し,超音波ナビゲーションソフトによる位置合わせを行うことで,カテーテルの誘導を確認した.音軸方向に対して上部に45 deg分岐しているような流路において,高密度集束波を用いることでカテーテルを上部の分岐へ誘導できることを確認し,カテーテルの3次元的な誘導ができることが示された.最大の懸念であった音軸方向に垂直な方向でのカテーテルの変位を確認できたことで、新しい理論構築の目処が立った。前年度までに開発してきた超音波音場形成装置と2次元アレイトランスデューサにより、任意の空間的位置に複数の超音波焦点を形成可能なシステムを用いることによって、従来の単板トランスデューサでは不可能であった音圧値と音圧勾配の両方を任意に設計可能となった。本研究では、最大256素子を有する超音波2次元アレイトランスデューサによって設計された音響放射力分布の時空間変化を利用して、生体の血管内での極細カテーテルの屈曲制御の実現を目指している。具体的には、各素子を駆動する電圧の位相制御によって、超音波音場の空間的分布を形成し、その形状を音波の照射範囲内で移動させる。直径0.2mmのPFA製カテーテルに対し、最大音圧250kPa-ppの音場分布を与え、最小ステップ時間10msで変化させ、水中にてカテーテルの動作を検証する実験系を構築した。当該年度は、位相を反転させた2焦点による平面的な屈曲制御と、リング状音場による3次元的な屈曲制御について検討した。まず前者では、音波の照射/非照射の時間割合であるDuty比を設定して変化させることにより、音響エネルギーの変化を定量的に設定できるようにした。実験の結果、カテーテルの屈曲方向に生じた音響エネルギー差が変位に比例することが分かった。また後者では、リング状音場が移動する方向に合わせて、カテーテルが3次元的に変位することを、2方向から捉えたカメラの同時計測により確認した。さらに音圧勾配の最大値に比例して、カテーテルの変位が変化することを確認した。ただし、最大変位は0.5mm以下であり(カテーテルの直径の倍程度)、生体応用を考えると十分な大きさとは言えないため、次年度は更に大きな変位を得るために、音場分布の形成方法やステップ時間の最適化などが必要である。カテーテルの形状に合わせて設計した音場を形成することに成功したこと、極細カテーテルの3次元変位を確認したことが挙げられる。それまでに行ってきた2焦点で挟み込む音場では、音響エネルギーが分散するため、十分な変位を得る事は難しかった。そこでエネルギーの集中する単焦点音場の時空間変化を利用して屈曲させる方法を試みた。本研究では周波数1または3MHz、曲率半径120 mmで湾曲した2次元アレイトランスデューサ(256素子)を用いて外直径0.2 mm、内直径0.05 mm、PFA製カテーテルを2次元アレイの音軸に対して平行に置いた所、電子制御による単焦点の焦点位置の移動に伴いカテーテルは屈曲変形した。