hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
橋脚を利用した潮流発電の実用化に関する実証研究

以上の結果により平成18年度に行う実海域実験のための基礎データが取得できた。平成17年度に引き続いて、ダリウス形水車による潮流発電装置の開発のための模型実験を行った。回流水槽において、鉛直軸水車の動トルク計を用い、直径0.6m、スパン0.6mの2翼および3翼ダリウス形水車のトルク係数、パワー係数を求めた。翼形状としては、NACA0018とNACA0018に円弧キャンパーをつけた2種類について、取付け角を数種類変えて実験を行った。また、ダリウス形水車の翼数と起動トルクの関係についても調査を行った。それらの結果をダリウス形風車の空力特性として公表されているデータと比較したところ、トルク係数およびパワー係数ともに最大で3割ほど大きくなっており、回流水槽の有限流路面積(B×d-1-5m×1.2m)によるプロッケージ影響が現れていることが予想された。そこで、ブロッケージ影響を無視することが可能な曳航水槽(B×d=5m×7m)において同様な実験を行ったところ、回流水槽とはいくつかの点で異なった結果を得た。まず、翼の取付け角による水車特性については、回流水槽実験においては、円弧翼については翼取付け角が+5°の場合が最大のパワー係数となったが、曳航水槽では+2.5°と+5°がほぼ同じ性能であることが分かった。また、翼取付け角が0°の場合には、回流水槽と曳航水槽における実験結果は大きな違いがあるのに対し、翼取付け角が+5°の場合には、両方の結果はそれほど変わらない結果となっていた。このことから、回流水槽実験と曳航水槽実験との違いは主として流れの乱れ度の違いによるものであり、単純な意味でのブロッケージ影響ではないことが分かった。以上の模型実験結果から、実海域実験用の水車として2翼3段で各段の位相差が120°のダリウス水車(水車直径2m、円弧翼、翼スパン長1m、発電機容量5.5kW)を製作し、平成18年11月に長崎県生月大橋の橋脚横に設置して、現在計測中である。平成19年度の研究では特に水車の起動トルクを大きくするために回転軸にサボニウス形水車を取り付けることを試みた。サボニウス形水車は、半円形のバケットを複数個組み合わせた水車でバケットの抵抗が流れの方向によって変化することを利用する。起動トルクが大きいので、ダリウス形水車と組合せることによって低回転から高回転までの広い範囲で良好な性能を期待できると予想された。はじめに半円形バケットの流力特性を求めるために風洞実験により、半円形バケットの定常流中の揚力、抵抗およびモーメント係数を求めた。次に、回流水槽において、流れの中でサボニウス形水車を回転させてトルクを計測した。さらに、サボニウス形水車とダリウス形水車を組合せて回流水槽で実験を行った。サボニウス形水車により低回転域では起動トルクが大きくなり起動特性は改善されたが、一方、ダリウス形水車が高性能を発揮する高回転域においてはダリウス形水車単独の方が高性能であることが判明した。これは、サボニウス形水車を付加することによって水車周りの流れが変化するためであると考えられ、結局は起動トルクをとるか、水車効率をとるかの選択になるものと思われるが、無回転では水車効率はゼロとなるので我々の場合にはサボニウス形水車を付加することを選択した。最後に、曳航水槽において48極コアレス発電機(1KW)によって発電実験を行い、発電量から最終的なパワー係数を求めたところ最大で約0.2を得た。
ERとHER2のクロストークによる乳癌薬物治療抵抗性機序の解明

乳癌細胞の重要な生存増殖経路である、エストロゲンレセプター(ER)とHER2蛋白が高発現するトリプルポジティブ乳癌の薬剤耐性機序を解明することを目的として以下の研究を行った。トリプルポジティブ乳癌細胞株:BT474と、BT474にHER2シグナルを遮断するトラスツズマブを長期投与し確立したBt474-R細胞を用い、細胞内シグナル伝達の変化、遺伝子発現変化の解析を行った。トラスツズマブに耐性を獲得することで、もう一方の増殖経路であるERシグナルの蛋白発現が強くなり、エストロゲンを産生する遺伝子系の活性化が認められ、HER2シグナルの長期遮断ではERへの依存度が強くなることが明らかになった。ER陽性HER2陽性乳癌における薬物療法抵抗性の機序を解明するために、以下の実験を行った。1ER陽性HER2陽性である乳癌細胞株BT474にハーセプチンを長期投与し、ハーセプチン耐性株を樹立した(RーHER)。PI3K、PTENをはじめとしたHER2リガンドに依存する細胞内のシグナル伝達を蛋白発現で確認し、いくつかの蛋白が親株と耐性株で異なっていることを確認できた。現在耐性株の網羅的遺伝子解析を行い、親株と耐性株の遺伝子変化について検討中である。2ER陽性乳癌細胞株のクロストークを解明するために、HER2シグナルの下流シグナルであるPI3Kシグナルの発現亢進の有無につきウエスタンブロットにて確認中である。Akt、S6、MAPK、また細胞周期に関するRb蛋白に関して確認中である。また、PI3Kシグナルに重要な役割を示す蛋白PI3Kp110α(PIK3CA)の遺伝子発現について、乳癌細胞株数株を用いcDNAよりPCRを行いシークエンサーを用い解析を行った。現在、EXON9、EXON21について解析を行い、EXON21については細胞株ごとの発現の違いを見ることが可能であったが、EXON9に関してはプライマーの設定に問題が生じ、再度プライマーの設計より実験を行う予定である。今後はPIK3CAの発現とハーセプチン治療・またERをターゲットにしたフェソロデックスの治療効果の相関につき検討を予定している。1昨年度ER陽性HER2陽性である、乳癌細胞株BT474にハーセプチン(HER)を長期投与(約5か月)し、ハーセプチン耐性株を樹立することができた(BT474ーR)。親株であるBT474とBT474ーRにER陽性乳癌の薬物療法であるタモキシフェン(TAM)群と、TAMとHER療法を添加する群を比較したところ、TAM+HERでは親株、耐性株の感受性に変化は認められなかったが、TAM単剤では親株と比べ耐性株は増殖抑制され薬剤投与効果を認めた。このことよりER陽性HER2陽性乳癌細胞株はHER耐性を獲得することでTAMの感受性が高くなることを示すことができた。2BT474、BT474ーR細胞について、ハーセプチンの投与の有無によるHERシグナル、ERシグナル関連蛋白の発現、リン酸化の発現について検討した。HER投与を行わない細胞株間の比較において、ERの発現は親株、耐性株を比較したところ変化は認められなかったが、ERの標的遺伝子の1つであるPgRの発現が親株では認められたことに対しBTー474Rでの低下を認めた。HER投与を行った細胞株間の比較をすると、親株はERの変化は認められなかったが、PgRの発現低下、またBT474ーR細胞においては逆にPgRの発現上昇を認めた。HER長期投与により、ERの標的遺伝子の変化を認めたことから、HER長期投与がERのシグナル伝達に何らかの影響を与えることがわかった。今後はさらに実験を行い、影響があたえられたサイトにつき確認する予定である。3BT474、BT474ーR細胞について、網羅的遺伝子解析を行った。データを得ることができたため、今後そのデータの解析を行い、長期HER投与により細胞株に対しどのような遺伝子変化をもたらすかかにつき検討を行う予定である。ハーセプチン耐性株を作成することに時間がかかってしまい、その後に続く実験を行うことに時間がかかってしまったこと。網羅的遺伝子解析の結果を得てから、結果のデータ解析が難しく時間がかかってしまったため。乳癌細胞の生存増殖を支えるための2大増殖経路(シグナルパスウェイ)である、エストロゲンレセプター(ER)とHER2蛋白が高発現している乳癌(トリプルポジティブ乳癌)に対する治療戦略は、シグナルパスウェイがお互いに干渉する、クロストークについての詳細が解明されていないために、いまだ正確な道筋はできていない。そこでクロストークを解明するために、我々はまずトリプルポジティブ乳癌細胞株であるBT474を用い、細胞内HER2シグナルを遮断し続けた後のシグナルパスウエイの変化を見るために、ハーセプチン長期耐性株(BT474-R)を樹立した。BT474とBT474-Rを比較すると、ERの標的遺伝子の1つであるプロゲステロンレセプターが親株では弱陽性であったのに対し、ハーセプチンによる耐性を獲得後はPgRの更新が認められたことから、HER2シグナルを長期遮断することにより、ERシグナルが亢進する、つまり生存におけるERシグナルへの依存度が上昇することが分かった。次にBT474、BT474-R細胞株を用いて、遺伝子発現の変化についてアジレントマイクロアレイ(MBL)による遺伝子発現解析を行った。

ウエスタンブロット法で解析した際には、BT474-RにおいてER、ERの下流の遺伝子であるPgRの発現亢進が認められたが、遺伝子発現解析において、mRNAで4倍以上上昇していた遺伝子群(307個)を選びパスウェイ解析を行ったところ、エストロゲンを産生するために必要な遺伝子系の活性化が認められた。蛋白の発現だけでなく、遺伝子発現の変化においてもエストロゲンを産生する、つまりERシグナルへの依存度が高くなることを表すことができた。本研究は研究協力者である順天堂大学堀本義哉准教授の協力のもと研究継続を行っている。乳癌細胞の重要な生存増殖経路である、エストロゲンレセプター(ER)とHER2蛋白が高発現するトリプルポジティブ乳癌の薬剤耐性機序を解明することを目的として以下の研究を行った。トリプルポジティブ乳癌細胞株:BT474と、BT474にHER2シグナルを遮断するトラスツズマブを長期投与し確立したBt474-R細胞を用い、細胞内シグナル伝達の変化、遺伝子発現変化の解析を行った。トラスツズマブに耐性を獲得することで、もう一方の増殖経路であるERシグナルの蛋白発現が強くなり、エストロゲンを産生する遺伝子系の活性化が認められ、HER2シグナルの長期遮断ではERへの依存度が強くなることが明らかになった。ハーセプチン耐性株の樹立に予定していたよりもかなり時間がかかってしまったため。細胞株が安定して増殖するようになってきたため、蛋白発現検索を継続して行っていく予定である。網羅的遺伝子解析のデータ解析を行うための知識が乏しく、研究室内でなく今後統計専門家に統計解析を依頼することも検討している。医学1現在ER陽性HER2陽性乳癌細胞株BT474のタモキシフェン(TAM)耐性株(RーTAM)を樹立中であり、RーHER株とシグナル伝達系における蛋白発現の相違について比較検討し、クロストークにより亢進・あるいは減弱するシグナルの同定を進めていく予定である。2ER陽性HER2陽性乳癌患者の病理組織を使用し、上記と同様の結果が免疫染色で得られるかにつき検討を加え、細胞株においての検討と、実際の乳癌組織のシグナルの発現の変化につき比較する予定である。網羅的遺伝子解析のデータ解析が遅れてしまったため、蛋白発現解析が遅れてしまったため当該年度に耐性細胞株の樹立に時間がかかったことで、研究の進捗状況が遅れてしまったために、実験が進んでいないことが原因である。データ解析に必要な統計専門家へのコンサルト蛋白解析発現に必要な機器・薬剤・抗体の購入最新のER陽性HER2陽性乳癌の治療に関する知識収集のための海外学会出張申請時と同様に、細胞の購入、耐性株を作成するための薬剤購入、網羅的遺伝子解析、また免疫染色の抗体購入を目的としている。
マイクロ実験流体力学による総合的制御システムの構築

計測システムの高度化に関して,ステレオならびにダイナミックマイクロPIVの高精度化を達成し,剥離・再付着流れに応用した.さらに, 2素子型マイクロセンサの静・動特性試験を実施し,物性値の影響を考慮したセンサ特性を明らかにした.実験技術の高度化に関し,各種のガスを使用可能なマイクロセンシング脈動風洞を完成させ,高速デバイスによりシンセティックジェットの高速化を実現し,制御効果を総合的に評価可能なシステムを構築した計測システムの高度化に関して,ステレオならびにダイナミックマイクロPIVの高精度化を達成し,剥離・再付着流れに応用した.さらに, 2素子型マイクロセンサの静・動特性試験を実施し,物性値の影響を考慮したセンサ特性を明らかにした.実験技術の高度化に関し,各種のガスを使用可能なマイクロセンシング脈動風洞を完成させ,高速デバイスによりシンセティックジェットの高速化を実現し,制御効果を総合的に評価可能なシステムを構築した低レイノルズ数マイクロ流れの混合等の流体制御における課題を解決するため、熱流体解析により優れた周波数特性と空間分解能を有するマイクロデバイスの開発を通して、マイクロ熱流体計測に基づく総合的評価システムを構築することを目標とする。特に、実験流体力学の観点から、マイクロ熱流体の計測技術ならびに実験技術の先端化と高度化を目指す。対象とする低レイノルズ数流れ場は剥離、再付着流れとする。本年度は以下の3項目について研究実績を得た。1.計測システムの高度化ジェット駆動アクチュエータ、レーザ光源そして画像記録系の同期システムを完成させ、直径500μmのシンセティックジェットと二次元流路流れとの干渉過程を高速度ビデオカメラで撮影し、肝臓渦の発生を確認した。併せて、背景ノイズを除去するための電子冷却型CCDカメラ、多用な作動流体に対応するための倒立蛍光顕微鏡、そして高精度な測長のためのダブルスキャン高精度レーザ測定器(主要な設備備品)を導入し、計測システムの高度化と多様化を達成した。2.センサの高精度化壁面せん断応力を計測する2線式マイクロセンサの周波数応答を確認するため、高さ2mm幅30mmの脈動流発生可能なミニ流路を製作し、脈動周波数とセンサの周波数応答を求め、解析解との一致を得た。更に、集積回路シミュレーション用SPICEプログラムに対流熱伝達モデルを組込み、流速に対する2線センサの消費電力の静特性について実験値と比較した結果、傾向が一致し、今後、高い周波数応答を達成する方策をシミュレーションで検討できる目処がついた。3.アクチュエータの試作所定のシンセティックジェットの仕様に対し、ピエゾアクチュエータとキャビティサイズを決定する設計プログラムにより、400Hzから1000Hzのジェット発生器を試作し、マイクロPIVによりジェットの実効吹出しを確認した。以上によりほぼ実施計画を達成することができた。マイクロ熱流動制御およびその評価システムを構築することを目標として、計測技術の先端化と実験技術の高度化を平成19年度の目的とした。年度研究計画に基づき、計測技術の先端化に関して、まず、パルスレーザ光源を導入し、マイクロチャンネル熱流動を正確に評価可能な速度ならびに温度計測システムを完成し、フォトサーマル効果を利用したマイクロ流れの制御技術の確立に大きく近づいた。次にスキャニングステレオPIV(画像処理流速計)システムを構築し、3次元3成分の速度計測が可能となり、これを用いて、レイノルズ数500の層流二次元流路れに周波数100Hz、直径0.5mmのシンセティックジェットを吹出し、Cross Flowとの干渉によりジェット内に形成される一対の腎臓渦の位相平均渦構造を明らかにした。さらに、脈動流発生マイクロ風洞を用いて、壁面せん断応力計測用2素子型薄膜センサの動特性評価実験を行い、併せて電気熱連成解析を実施し、2素子型センサの静特性と動特性を明らかにし、マイクロセンサの計測限界を実験と解析により明らかにした。実験技術の高度化に関しては、ヘリウムガスを用いたマイクロ風洞において2素子型薄膜センサの静特性試験を試行し、異種気体を用いた風洞運転技術の向上に努めた。さらに、低レイノルズ数(300から1000)後方ステップはく離再付着流れにシンセティックジェット列を制御アクチュエータとして用い、再付着距離ならびに再循環領域の横渦の制御を試み、微小擾乱不安定解析の結果を参照し、シンセティックジェットによる周波数制御の可能性を検証した。以上により、実験流体力学の観点から、低レイノルズ数はく離、再付着流れの制御システムの構築を完了し、計測技術の先端化ならびに実験技術の高度化や精緻化を実現し、年度計画を達成した。総合的マイクロ熱流動制御評価システムの構築を目標として、計測システムの高度化と汎用化ならびに実験技術の高度化を目的とした。研究実施計画に基づき、計測システムの高度化に関して、ステレオマイクロPIVの高精度化に努めると同時に計測技術のノーハウを集積し、システムの汎用化を達成した。次に、ダイナミックPIVシステムの利用を拡大するため、高時間分解能の精度を確保した計測を達成し、ディフューザ剥離流れに応用し、剥離、再付着現象の順流率特性を明らかにした。さらに、異種ガスを用いた2素子型薄膜マイクロセンサの静・動特性試験をマイクロセンシング脈動風洞で実施し、各レイノルズ数におけるデータを集積し、電気熱連成解析により実験データを補完し、実験条件を網羅したデータベースを構築し、物性値の影響を総合的に評価可能な普遍式を得た。次に、実験技術の高度化に関しては、高速駆動マイクロアクチュエータの試作に取り組み、直径500ミクロンオーダのシンセティックジェットの高速化を実現した。特に、高周波パルス電源(主要購入機器)を用いて、安定したパルス発生ならびにピエゾアクチュエータの作動を達成した。

併せて、従来と異なる縦渦を誘起しやすいピッチ角に設定し、さらに、旋回角を広範に設定し、吹出し位相におけるジェットの特性をステレオマイクロPIV計測により求めた。位相平均渦構造より、ジェットの混合促進効果の原因を明らかにし、総合的に混合効果を評価した。さらに、アクチュエータの高度化を図るため、プラズマジェットにも取り組み、壁面ジェットの生成に成功した。最後に、3年間の研究成果を実験流体力学の視点から総括した。
ＣＦＤ解析を用いたオッターボード設計に関する研究

本研究は,トロール網の網口を広げる役割を持つオッターボードを対象に,数値シミュレーションの一種であるCFD解析(Computational Fluid Dynamics)を用いた設計方法の確立を目的としたものである。今年度は,これまでに得られたオッターボードの流体力特性に関する知見を踏まえて,新しいオッターボードの設計を行い、その一連の流れを示した。詳細は以下の通りである。まず、従来日本のトロール漁法で使用されているオッターボードについてCFDを用いて解析を行い,その流体力特性について考察した。同結果から、悪影響を及ぼした部位については排除する,あるいは整流板を取り付ける等の工夫を施し,新しい形状のオッターボードを提案した。また本研究では、応答曲面法とCFD解析を用いたオッターボードの形状最適化手法を合わせて開発した。同手法を提案したオッターボードに適用することで,より性能の高いオッターボードを設計した。設計したオッターボードを現在日本で広く利用されている複葉型オッターボード(福田、1999)と比較すると,揚力(拡網力)については従来型と大差なかったものの,抵抗力は従来よりも約35%削減できた。以上から,CFD解析を用いることで経験則によらないオッターボードの設計ができ,その設計手法の一連の流れを示すことができたといえる。また,本研究で行った解析はすべて一般的なパーソナルコンピュータで行ったものであり,導入にかかるコストも低いといえる。以上から,今後は実際の設計の現場で提案した手法を用いることで,オッタートロール漁業の発展に寄与できると考えられる。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は, CFD解析(Computational Fluid Dynamics)を用いたオッターボード設計の効率化,設計の自由度の向上を目的としている。この中で,咋年度は以下の点について研究を進めた。1. CFD解析の有効性の検証複葉型オッターボード(福田, 1999)を対象としてCFD解析を行い,結果を水槽実験と比較した。それぞれの最大揚力係数を比較したところ, CFD解析では1.65,実験では1.64となり,両者はよく一致した。また,昨年12月にタフト法による可視化実験を東京海洋大学の大型回流水槽にて行った。その剥離城をCFDと比較したところ,両者は同様の傾向を示した。以上から, CFD解析は高い精度を持ち,オッターボード設計においても有効な手法であることが確認できた。2.オッターボードの流体力特性の評価複葉型オッターボードの前翼,後翼それぞれの流体力を分解し考察した。その結果,低い迎角では後翼で,高い迎角では前翼で揚力を稼ぐように働くことが分かった。以上から, CFDを用いることで流体力特性の詳細な考察が可能になり,今後の設計において有用な情報が得られるようになったといえる。3.オッターボード形状の改良これまでオッターボードの設計は経験則と模型実験によって行われてきた。ここでは,より効率的な設計のためにCFD解析を用いたオッターボードの最適化手法を提案した。同手法はニューラルネットワークと多目的遺伝的アルゴリズムを利用したもので,一例として複葉型オッターボードを対象に最適化を行った。最適解群から1モデルを抽出し流線の可視化を行ったところ,以前よりも剥離が減少しており,適切な形状を提案できたと考えられる。申請書類の年次計画欄, 1年目の記載項目を全て達成することができた。また,現在はCFD解析を用いて新形状のオッターボード開発を行っており,今年度に計画している最適条件での模型実験の準備を進めている。以上から本課題は順調に進行していると判断した。

上述の通り,今年度は新形状のオッターボードを設計し,模型を作製して水槽実験を行う予定である。模型は3Dプリンターを用いて作成する予定である。これによって多少複雑な形状を持つオッターボード模型でも簡単に作成でき,設計,開発の効率化が図れると考えられる。また,水槽実験では昨年度と同様に,国立大学法人東京海洋大学が所有する回流水糟にて行うことを計面している。
水産資源の管理ストラテジーとエコロジカルリスク評価に関する統計的研究

本研究課題では,水産資源に対する管理ストラテジーとエコロジカルリスク評価について統計学的視点からアプローチを行った.具体的には,資源評価に用いる資源動態モデリングとそれに対する統計的推測法,不確実性を考慮した資源回復計画やリスクの客観的評価方法,そして実際の資源への適用などについて取り組んだ.とくに海棲哺乳類については,資源枯渇リスクと漁業被害軽減効果のバランスのとれた資源管理ストラテジーを提案するフレームワークを構築した.また,生態系変動の下における管理手法についても資源管理ストラテジーの視点から検討を行い,従来の性能を上回る管理方式の開発が可能となった.本研究課題では,水産資源の管理ストラテジーとエコロジカルリスク評価について統計学的視点からアプローチする.特に,(1)パラメータの推定不確実性とモデルの不確実性を客観的に評価し,よりより資源管理手法の開発を目的とした「資源管理ストラテジーの評価方法」のフレームワークを作成する;(2)「資源管理ストラテジーの評価方法」の下で,資源評価やモデルの不確実性の量的な計算を基に,資源回復目標の達成度やエコロジカルリスクなどの客観的な評価方法の開発を行う;(3)国内外の資源への具体的な適用について取り組み,管理目標の達成を実践するための実践的な手続きを提示する,を目的としている.この目的のために,平成25年度は主に小型鯨類資源など海棲哺乳類への適用を念頭に,現行の調査や漁業データの性質に基づく資源評価における統計的モデリングと推定法と,オペレーティングモデルを利用した確率的シミュレーションを通して漁獲枠算定ルールの検討を行った.前者では,限られた情報に基づく資源評価を念頭に,プロダクションモデルやDelay-Differenceモデルのパラメータ推定にベイズ法の利用を検討した.また,SIR法による計算プログラムの作成も行った.また後者では,漁獲枠算定ルールの統一的な比較が可能となるように,将来の観測データのシミュレート,資源評価,そして漁獲枠算定の一連の構造を融合した包括的なプログラムの実装を行った.また,これらのプログラムを幾つかの海棲哺乳類のデータに適用し実用性を確認した.本研究課題では,水産資源に対する管理ストラテジーとエコロジカルリスク評価について統計学的視点からアプローチしている.特に,1)評価に用いる資源動態モデルと統計的推測法,2)不確実性を考慮した資源回復計画やリスクの客観的評価法,そして3)国内外への資源への適用,について取り組むことを目的としている.この目的のために,平成25年度は主に海産哺乳類を想定した資源動態を題材に,種々の統計的モデリングについて研究を行った.そこで平成26度はこれらの成果を基に,継続的に方法論について検討するとともに,海産哺乳類の実データへ適用を行い管理ストラテジーとエコロジカルリスク評価を行った.例として北海道に来遊するトド個体群に対して,資源の動態を予測した.また,それを基に将来の管理目標に応じて決定論的なチューニングと内部的な安全弁を取り入れた順応的の管理方法を提案し,その性質をシミュレーションにより検討した.とくに限られた情報下での順応的な捕獲量決定法の選択に重点をおいた.リスク評価のシミュレーションにおいては過程誤差を取り入れた.過程誤差の程度はリスク評価に大きな影響を与えるが,今後さらにパラメータのインプット値や推定誤差をより適切に扱うことで不確実性に頑健な管理方法の開発が可能となる.なお,この検討結果は水産庁「トド管理基本方針」で定められた管理目標を達成すること示しており,この方法により計算された採捕数の上限値が実際の資源管理に利用された.本研究課題では,水産資源に対する管理ストラテジーとエコロジカルリスク評価について統計学的視点からアプローチしている.特に,資源評価に用いる資源動態モデルとそれに対する統計的推測法,不確実性を考慮した資源回復計画やリスクの客観的評価方法,そして実際の資源への適用,について取り組むことを目的としている.この目的のために,平成25年度は主に海棲哺乳類を想定した資源動態を題材に,種々の統計的モデリングについて研究を行った.また,平成26年度はこれらの成果を基に,継続的に方法論について検討するとともに,海棲哺乳類の実データへの適用を行い,管理ストラテジーとリスクの予備的な評価を行った.そこで最終年となる平成27年度は,これらの総合的な考察と実データへの本格的な適用を実施した.具体的には,平成26年度に例として取り扱った北海道トド資源について,資源動態のベースとなるオペレーティングモデルをAge-aggregated production model (AAPM)からAge-structured production model (ASPM)へと拡張を行い資源の将来予測を行った.またこの成果と計算リソースを基に,北海道ゼニガタアザラシ資源についてもAAPMおよびASPM両モデルについて資源動態を推測するとともに,資源枯渇リスクと漁業被害軽減効果のバランスのとれた資源管理ストラテジーを提案するフレームワークを構築した.さらに,国際捕鯨委員会が開発した改訂管理方式の改良についても,資源管理ストラテジーとリスク評価のフレームワークから再検討し,生態系変動の下では従来の改訂管理方式の性能を上回る管理方式の開発が可能となった.本研究課題では,水産資源に対する管理ストラテジーとエコロジカルリスク評価について統計学的視点からアプローチを行った.具体的には,資源評価に用いる資源動態モデリングとそれに対する統計的推測法,不確実性を考慮した資源回復計画やリスクの客観的評価方法,そして実際の資源への適用などについて取り組んだ.とくに海棲哺乳類については,資源枯渇リスクと漁業被害軽減効果のバランスのとれた資源管理ストラテジーを提案するフレームワークを構築した.また,生態系変動の下における管理手法についても資源管理ストラテジーの視点から検討を行い,従来の性能を上回る管理方式の開発が可能となった.「準絶滅危惧」として登録されているトド個体群に対して本研究課題について適用し,一定の成果を得ている.

また「絶滅危惧II類」に登録されいる個体群へも適用を実施中であり,モデリング,推測,そして実際の資源への適用がそれぞれ具体的な形で遂行されている意味で概ね順調と考える.水産資源解析研究最終年である平成27年度は,資源管理ストラテジーの提案とエコロジカルリスク評価に関する研究成果のとりまとめにあたるが,とくに齢構成モデルを仮想現実としたモデルへの拡張を行い,より一般的な視点から資源管理ストラテジー評価のフレームワークについて研究を行う.また,研究の成果を国際学会にて発表することとする.平成25年度は主に小型鯨類の海棲哺乳類に対して,1題材として扱う水産資源の対象種の設定と,その資源の生物・生態・漁業の把握;2現行の調査や漁業データの性質に基づく,資源評価における統計的モデリングと推定法確立;3将来の資源動向,漁獲量,そしてエコロジカルリスクに関する資源管理目標の設定;4複数の「資源管理ストラテジー」(漁獲枠算定ルールと計算アルゴリズム)の構築;5オペレーティングモデル(仮想現実モデル)の統計的記述;6オペレーティングモデルに基づく確率的シミュレーションを実施し,資源管理目標を達成する漁獲枠算定ルールの検討,について研究を行い,ほぼ予定していた進捗を得た.したがって,おおむね順調に進展していると考える.平成27年度に開催される国際学会での発表に変更したため.平成26年度は,小型鯨類に対する作業を完成させることを第一の目的とする.さらに,マグロ類資源についても同様なアプローチにより資源管理方策評価のフレームワークを暫定的にでも完成させる.平成27年度は,これらの作業を通して得られた知見を活かし,国内沿岸資源への適用が可能となるよう,一般的な視点から資源管理方策評価のフレームワークを表現する.平成27年度に開催される国際学会への参加旅費として利用.
新しい低次元導体ハフニウム・ペンタテルライドの物性

ハフニウムペンタテルライド(HfTe_5)は、その存在は十年程前から知られていたがその物性が明らかにされ始めたのは最近の事である。我々は電気抵抗において70Kに大きな抵抗異常を初めて発見し、また初めて純粋な(Zrを殆ど含まない)HfTe_5の単結晶育成法への手掛かりを得る事ができた。この一連の研究ではこの物質がその結晶構造から低次元導体であるとの観点から、抵抗異常が電荷密度波の形成によるものであるか、またそうでなければどの様な機構によるかを明らかにする事を目的とした。研究はこの電気抵抗異常に関連して電子物性、構造変化等をあらゆる測定法で調べた。昭和58ー59年度は57年度に継続して、より高純度のZrTe_5、HfTe_5の極低温(T>0.3K)での磁場中での磁気抵抗、パルス強磁場下での抵抗の振る舞い(磁場は42Tまで)の研究に集中され、併せて直流電気抵抗、強磁場ホール効果、静帯磁率、シュブニコフ・ドハース効果の測定を行った。その結果、抵抗異常の生じる温度以下の低温での電子状態がかなりの程度明らかにされた。特にシュブニコフ・ドハース効果の研究では金属、半金属特有の磁気抵抗の量子振動を直流法、磁場変調法を用いてIOT、0.3Kにいたる磁場、温度で精密に測定することに成功し、HfTe_5、ZrTe_5の低温でのフェルミ面を回転楕円体近似で決定する事ができた。この結果から低温における電気伝導度の異方性を定量的に説明できる事も明らかにした。一方抵抗異常と共に何等かの構造相転移による構造変化の生起している可能性について、我々が考案し、完動の状態まで整備してきた7Kまで試料を冷却できる4軸X線回折計により、17K及び室温で構造解析を行い、室温の空間群が従来の報告と異なる事、17Kでも大きな格子変位は室温の構造に対して起きていそうにはない事を59ー60年度にかけて明らかにした。
ナノ配向集積化による多糖分子構造膜の界面機能設計

これまでに、セルロース系多糖の分子鎖ベクトルを制御した多糖分子自己組織化膜(SAM)の構造構築に成功した。本年度は主に、(1)各種多糖分子SAMのバイオインターフェース機能と、(2)造膜手法を金ナノ粒子に応用した新規糖鎖系ナノマテリアルの創出、について検討した。(1)近年、細胞工学分野において、動物細胞培養基材の表面組成・ナノ構造と細胞応答性との相関が注目されている。本研究では、構成多糖や分子配向状態等を制御した多糖膜の細胞培養特性を検討した。セルロース膜上でラット肝細胞を培養した結果、セルロースSAM(平行鎖)には良好に細胞が接着したが、再生セルロース膜(逆平行鎖)では細胞がほとんど接着しなかった。つまり、同一組成の膜においても、その分子配向状態の差異が細胞応答性に深く関与するという新知見を得た。また、メチルセルロースとヒドロキシエチルセルロースからなるSAMについては、前者では極めて良好な接着・増殖性が示され、後者では全く細胞が接着しなかった。すなわち、膜構成多糖の側鎖修飾により、膜の生体機能を容易に制御可能であった。(2)特異な光学特性を示す金ナノ粒子(GNP)は、糖鎖等の機能分子との複合化によるバイオセンサーへの応用が期待されている。一般にGNPは、Au錯イオン溶液に還元剤を外添することで得られるが、溶媒溶解性の低いセルロースは複合化の対象になり得なかった。しかし本研究では、セルロース溶剤のN-メチルモルフォリン-N-オキシド溶液にHAuCl_4水溶液を滴下するだけでGNPが生成することを見出した。この新規合成法により、セルロースによるGNPのin situ修飾が可能となった。得られたセルロースーGNP複合体は、修飾セルロースの鎖長を制御することで、GNP表面で部分的に平行鎖結晶を構築可能であったことから、今後、セルロースのナノ構造化特性を活かした糖鎖系ナノマテリアルの機能創出に期待が持たれる。構造性多糖類であるセルロースについて、高度に制御されたナノ構造に起因するその特異な材料特性に注目が集まっている。近年、生物材料の界面機能化に関する研究が盛んであるが、構造性多糖に関してはその強力な分子間力ゆえに人為的な構造制御が困難であった。本研究では、ナノテクノロジーの基盤技術である自己組織化プロセスを駆使することで、分子鎖ベクトルを制御した多糖膜材料の設計を試み、そのナノ構造および界面特性・機能について以下の成果を得た。【膜の構造制御】セルロース溶剤であるN-メチルモルフォリン-N-オキシド(NMMO)中で、セルロース還元末端のみにチオセミカルバジドを導入し、S-Au間化学吸着と脱溶媒時のセルロース間相互作用を誘発することで、Au基板上で分子鎖ベクトルを揃えた自己組織化単分子膜(SAM)を創出した。膜の電子線回折パターンより、天然結晶形であるセルロースI型構造であることを明らかとした。さらにはAuナノ粒子表面においてもセルロース(多糖・オリゴ糖)の固定化・分子配向制御を達成した。【膜の界面機能】水溶性セルロース誘導体の安定造膜に成功し、膜温度応答的に水の接触角が可逆変化するメチルセルロース(MC)SAMを創出した。次に、種々の多糖薄膜上で動物細胞を培養した結果、セルロースSAMでは、従来の再生セルロース膜にはない良好な細胞接着・増殖が発現し、膜界面の結晶構造依存的な細胞応答が示された。また、膜の糖組成によって細胞接着性を容易に制御可能であった。膜設計過程で得た界面相互作用の知見を原子間力顕微鏡測定に活かし、セルロース単分子観察(世界初)やMC・カルボキシメチルセルロースの環境応答的なコンフォメーション変化の可視化にも成功した。得られたセルロースー

GNP複合体は、修飾セルロースの鎖長を制御することで、GNP表面で部分的に平行鎖結晶を構築可能であったことから、今後、セルロースのナノ構造化特性を活かした糖鎖系ナノマテリアルの機能創出に期待が持たれる。
強い温帯低気圧発生の地球温暖化に伴う変化

大雨・大雪や強風災害をもたらすような強い温帯低気圧の発生が、地球温暖化に伴ってどのように変化するかについて、世界各機関の11の気候モデルによる実験結果の比較・解析を行った。北半球冬季について、とくに北西太平洋の極側で強い低気圧の増加や低気圧発達率の増大が見られることが多くのモデルで共通していた。また対流圏中上層のジェット風速もその領域で共通して強くなっており、その領域での月ごとの風速と低気圧発達率の間に高い相関が見られた。このような低気圧発達に対する上層の寄与と下層の寄与の見積もりを行ったところ、北西太平洋域において上層の寄与が相対的に増加していることを示唆する結果が得られた。大雨・大雪や強風災害をもたらすような強い温帯低気圧の発生が、地球温暖化に伴ってどのように変化するかについて、世界各機関の多数の気候モデルによる実験結果の比較・解析を行った。気候モデル計算結果は、CMIP5 (Coupled Model Intercomparison Project Phase5)において公開されている11の気候モデル計算結果を取得して利用した。それぞれのモデル実験結果について、モデル毎に低気圧を抽出し、強度別の発生数や発達率の頻度分布・地理分布を計算し、現在気候実験に対する将来実験の気候変化について調べた。北半球冬季について調べたところ、モデル毎に結果にばらつきがあるものの、北西太平洋の極側で発達率の増加が見られることは多くのモデルで共通していた。また対流圏中上層のジェットも多くのモデルでその地域で共通して増加しており、月ごとに調べるとその領域のジェットの強さと低気圧発達率の間に、いずれのモデルでも高い相関関係が見られた。この関係を利用することにより、現在気候における相関関係とジェットの平均的な将来変化から、低気圧発達率の変化をおおむね推定できることを示した。北西太平洋域では相関関係の高い場所とジェットの変化する場所が重なっているため目立った変化が見られる。一方、北大西洋域では重なりが小さいために発達の変化のモデル間のばらつきが大きくなっていた。またこれらの相関関係がどのようなメカニズムで実現されているかについて、上層のロスビー砕波パターンや圏界面高度の変動との関連性の観点から調べた。それぞれのモデル実験結果について、モデル毎に低気圧を抽出し、強度別の発生数や発達率の頻度分布・地理分布を計算して、現在気候実験に対する将来実験の気候変化について調べた。北半球冬季について調べたところ、モデル毎に結果にばらつきがあるものの、とくに北西太平洋の極側で発達率の増大が見られることは多くのモデルで共通していた。また対流圏中上層のジェット風速も多くのモデルでその地域で共通して強くなっており、月ごとに調べるとその領域のジェットの強さと低気圧発達率の間に、いずれのモデルでも高い相関関係が見られた。このことから対流圏中上層のジェットの変化が低気圧発達の変化をもたらすと考えられる。この関係がどのようなメカニズムで実現されているかについて調べるため、低気圧発達に対する上層の寄与と下層の寄与の見積もりをおこなった。高度別のQベクトルの値から、その高度の流れ場が低気圧付近の下層の上昇流の生成にどの程度寄与するかを求めた。まずアンサンブル予報実験に適用することにより、上昇流に対して上層の寄与が大きいほど低気圧の急発達が起きやすいことが確かめられた。次にこれをモデル結果に適用したところ、将来気候実験においては、現在気候実験に比べ北西太平洋域で相対的に上層の寄与が増加していることを示唆する結果が得られた。気候モデル計算結果は、CMIP5 (Coupled Model Intercomparison Project Phase5)において公開される予定のものを利用している。これはIPCC第4次評価報告書での気候モデルによる将来予測のベースとなったCMIP3の、次の後継プロジェクトに当たる(Phase4は欠番)。CMIP5においては実験結果が順次公開されており、公開サーバより実験データの取得をおこない、これまでに取得した9の気候モデル計算結果を使用した。それぞれのモデル実験結果について、モデル毎に低気圧を抽出し、強度別の発生数や発達率の頻度分布・地理分布を計算し、いずれのモデルも観測された分布をおおむね再現できていることを確認した。次に、それぞれのモデルの、代表的な温室効果ガス排出シナリオであるRCP4.5に基づいた将来変化実験であるの結果について同様の計算を行い、現在気候実験に対する将来実験の気候変化について調べた。

北半球冬季について調べたところ、モデル毎に結果にばらつきがあるものの、とくに北西太平洋の極側で発達率の増加が見られることは多くのモデルで共通していた。また対流圏中上層のジェットも多くのモデルでその地域で共通して増加していた。北大西洋においてはモデル間の一致は北西太平洋に比べて低くなっていた。当初計画通り、世界各機関による多数の気候モデル実験結果の比較・解析をおこない、多くのモデルに共通する変化の特徴を抽出し結果をまとめることができた。当初計画通り、世界各機関による多数の気候モデル実験結果の比較・解析を開始することができた。実験データは順次公開中であり、それに伴って解析をいくらか修正する必要がある可能性があるが、多くのモデルに共通する変化の特徴を抽出することができた。引き続き将来実験の気候変化の比較・解析を行う。特に環境場の変化と発生変化の因果関係に着目する。対流圏上層の変化と地上付近での低気圧発達の強化との関連性について、CMIP5モデルで両者の関連性が見られること、多くのモデルに共通する変化をする領域とモデルによってばらつきの大きい変化をする領域があることがわかったが、両者の関連性についてより詳細に、対流圏上層の波動活動やブロッキングとの関連性を念頭に置いて解析を行う。またばらつきの大きい変化についてはその変化とモデルの設定・解像度などとの関連性が見られるかどうかについても調べる。引き続き将来実験の気候変化の比較・解析を、とくに将来起こりうる可能性の高い事象と不確実性の高い事象の区別という観点から行う。多数のモデル結果を比較することにより、多くのモデルに共通する変化であるか、モデルによってばらつきの大きい変化であるかを指標として、将来起こりうる可能性の高い事象と不確実性の高い事象を区別して示す。冬季の低気圧発生数については、CMIP3モデルでは全体の発生数がいずれのモデルでも減少し、強いものの発生数が多くのモデルで増えるという傾向が得られており、CMIP5でも同様の傾向が見られるかどうかまず確認する。上に述べた環境場の変化と発生変化の因果関係がある程度明確になれば、起こる可能性の高い環境場の変化と、起こる可能性の高い低気圧変化とを関連づけて議論することができるようになる。成果発表のための論文投稿料、英文校正料、国内旅費、海外旅費、学会参加費に使用する。また解析結果の保存のためのデータストレージを追加して購入する。これまでのところ結果の比較に必要な実験結果が十分に公開されている気候モデルが想定していたより少なかったため、結果を保存するためのデータストレージの購入を見送っていたが、順次公開が進んでいるので次年度に購入を行う予定である。
ピロリ菌感染に関連する高コレステロール血症の発症メカニズムの解明

ピロリ菌感染、特に菌体から宿主細胞に注入されるCagA蛋白質をもつピロリ菌感染は胃炎、胃潰瘍、さらに胃癌を引き起こすばかりでなく、胃以外の全身性疾患の発症に関連することが知られているが、ピロリ菌感染が全身性疾患を引き起こす機序は明らかになっていない。本研究ではCagA蛋白質がLDLRとの結合を介してLDLの細胞内への取り込みを阻害することを証明することを目的とする。CagAによる高コレステロール血症およびこれに伴う虚血性心疾患との因果関係を分子レベルから解明することを通して、ピロリ菌感染を原因とする全身性疾患の発症メカニズム解明の先駆けとしたい。
センダイウイルスベクターを用いた安全かつ効率の良い心筋直接誘導法の開発

我々はこれまでに心筋リプログラミング遺伝子をレトロウイルスベクターで遺伝子導入することで直接心筋作製可能であることを示してきた。しかしながら臨床応用には挿入変異のない安全なベクターの開発が必要と考えて、センダイウイルスベクターによる安全な心筋誘導確立を目指して本研究を行った。これまでに心筋リプログラミング遺伝子を発現するセンダイウイルスベクターを作製して、このベクターを用いることでマウス線維芽細胞を直接心筋細胞にリプログラミングすることに成功した。1心筋リプログラミング因子を発現するセンダイウイルスの作製マウス線維芽細胞への最適な遺伝子導入量を決定するため、まずGFPのセンダイウイルスベクターを用いて遺伝子導入効率をFACS、位相差蛍光顕微鏡で検討する。これまでの実験の結果、温度は35度で感染させ、ウイルス量(MOI)を3で80%、30以上にすると90%以上のマウス細胞がウイルスに感染することを確かめた。またMOIを300まで上昇させても99%の細胞が感染し、細胞障害性もないことを確認した。次に、心筋リプログラミング因子のセンダイウイルスベクターをディナベック社と共同研究で開発した。ベクターは遺伝子発現をコントロールできる温度感受性のTS7ベクターを使用することとした。これまでに心筋リプログラミング因子のセンダイウイルスベクター作製に成功した。センダイウイルスによるリプログラミング因子の細胞内での発現を確認するため、ポジコンとしてレトロウイルスによる遺伝子導入法と比較した。センダイウイルスはMOIを30-300まで振り、レトロウイルスによる遺伝子導入法とで各因子の発現をQRT-PCRで測定する。実験の結果、MOI300でレトロウイルスに最も近いリプログラミング因子の発現が確認された。2直接リプログラミングにより線維芽細胞から心筋を誘導する心筋リプログラミング因子のセンダイウイルスベクターを用いてaMHC-GFP TGマウスの胎児線維芽細胞(MEF)から心筋を直接誘導する。このマウスは心筋細胞特異的なプロモーターの下流にGFP遺伝子が配置されているため、成熟分化した心筋細胞のみGFPを発現する。これまでの実験でセンダイウイルスの感染温度は35度オーバーナイト処理が37度より優れていること、心筋誘導可能であることを確認した。今後は心筋特異的蛋白の発現としてcardiac troponin T (cTnT)をFACSで定量的に解析し、誘導効率を確認する予定である。1.マウス線維芽細胞でセンダイウイルスベクターによる心筋直接リプログラミング誘導心筋細胞の遺伝子発現プロファイル、生理的機能の解析線維芽細胞からセンダイウイルスベクターにより誘導される心筋細胞の蛋白発現を免疫染色で確認する。また誘導心筋細胞をaMHC-GFPをマーカーとしてFACSで選別し、遺伝子発現プロファイルをマイクロアレイ、定量的RT-PCRなどにより培養心筋細胞、線維芽細胞と比較する。これまでの実験の結果、誘導心筋でcTnT、アクチニンなどの心筋タンパク発現、心筋イオンチャネルや転写因子などの発現をmRNAレベルで確認できた。さらに誘導心筋細胞のCaイメージング、パッチクランプなどを行い、心筋細胞に特徴的な生理機能を持つか検討した。その結果、センダイウイルスにより生理機能を有する心筋を誘導できることが分かった。2.ヒト線維芽細胞でセンダイウイルスベクターによる心筋直接リプログラミング。ヒト細胞での最適なセンダイウイルス導入量の決定と心筋直接誘導。上記マウス細胞での研究結果を参考にヒト細胞で心筋誘導を行う。細胞は心臓外科手術でカニュレーションのため取り除く心筋組織から心臓線維芽細胞を培養する。通常は破棄される組織を用いるため、患者に新たな負担を加えることはなく人権擁護上問題とならない。これまでの実験結果ではヒト心臓線維芽細胞の培養に成功しており、さらにセンダイウイルスの感染、誘導心筋細胞の培養条件を確定できた。ヒト検体が予定通りに集まらなかったこともあり、今後さらにヒト誘導心筋細胞の実験をつづけ、遺伝子発現プロファイル、生理的機能の検討を行う。ヒト線維芽細胞でセンダイウイルスベクターによる心筋直接リプログラミング(1)ヒト細胞での最適なセンダイウイルス導入量の決定と心筋直接誘導。昨年度までのマウス細胞での研究結果を参考にヒト細胞で心筋誘導を行った。これまでの実験でヒト心臓線維芽細胞の培養およびGata4, Mef2c, Tbx5, Myocd, Mesp1,miR-133をレトロウイルスを用いた方法で心筋直接誘導に成功している。まず同じセンダイウイルス遺伝子ベクターを作製した。まずセンダイウイルスでGata4, Mef2c, Tbx5のみをヒト心臓線維芽細胞に導入したところ十分に心筋誘導が得られなかった。そこでレトロウイルスと同様にGata4, Mef2c, Tbx5, Myocd, Mesp1,miR-133の6因子をヒト心臓線維芽細胞に導入したところ心筋誘導を確認できた。(2)ヒト誘導心筋細胞の遺伝子発現プロファイル、生理的機能の検討ヒト心臓線維芽細胞から分化転換した誘導心筋細胞の遺伝子発現プロファイルをマイクロアレイ、定量的RT-PCR、免疫染色、生理機能をCaイメージングした。6因子により約15%の心筋誘導が確認できた。また遺伝子発現解析でも心筋遺伝子上昇と線維芽細胞遺伝子現象がみられた。

しかしながら臨床応用には挿入変異のない安全なベクターの開発が必要と考えて、センダイウイルスベクターによる安全な心筋誘導確立を目指して本研究を行った。これまでに心筋リプログラミング遺伝子を発現するセンダイウイルスベクターを作製して、このベクターを用いることでマウス線維芽細胞を直接心筋細胞にリプログラミングすることに成功した。マウスにおいてセンダイウイルスの感染条件を確定し、心筋リプログラミングに成功した。さらにヒト細胞でも条件検討を完了している。医歯薬学マウスおよびヒト細胞でさらに誘導心筋の詳細な解析、およびセンダイウイルスによる心筋リプログラミングの分子メカニズムを明らかにする。そのためにもさらにヒト検体を集めて分子生物学的解析を行う。心筋リプログラミング因子を発現するセンダイウイルスの作製に成功し、心筋誘導を確認できた。平成26年度にヒト線維芽細胞で心筋誘導を行う予定であったが検体が予定通りに十分に集まらず、細胞誘導実験とその解析の一部を来年度に引き続き行う必要が生じたため。誘導心筋の分子生物学的な解析、生理機能などを解析する。ヒト心臓線維芽細胞から分化転換した誘導心筋細胞の遺伝子発現プロファイルをマイクロアレイ、定量的RT-PCR、免疫染色、生理機能をCaイメージング、パッチクランプで検討する。未使用額は来年度の試薬、物品費に使用する。免疫染色のための抗体の購入や遺伝子発現解析などを次年度に繰り越すことになったため。次年度に抗体購入して免疫染色を行い、遺伝子発現解析のためのQRT-PCRプローブなどを購入する。
磁界共鳴技術とインプラント型磁気ハイパーサーミアの融合

深部にある腫瘍への治療方法の開発はハイパーサーミアの分野において重要な課題となっている.特に,磁気ハイパーサーミアにおいては,体内深部まで効率良くエネルギーを伝送する技術が求められている.インプラント型ハイパーサーミアとワイヤレス給電技術である磁界共鳴方式を融合させた方法を提案し,磁界共鳴方式に適したインプラント用発熱素子の設計が可能になった.また,磁界共鳴方式で必要な共振器として用いる励磁コイルについて,最適な形状が存在することが確認できた.さらに,磁性板を併用することで出力向上と小型軽量化の可能性が示唆された.平成25年度においては,MHz帯の電磁界を利用する磁界共鳴方式に合わせたインプラント型ハイパーサーミア用励磁装置に関して,高効率な高周波外部磁界発生装置を実現するべく,素線径・より本数・素線配置の観点からリッツ線の選択方針について検討を行った.リッツ線の構成要素として,線材,素線径,より本数等が考えられる.その関係を明確にするために,導線の近接効果および表皮効果による抵抗を理論的に導出し,それを反映させた数値解析プログラムを用いて,リッツ線構成とQ値に関する特性の評価を行った.得られたQ値の周波数特性より,周波数によって適したリッツ線構成が異なることを把握することができた.次に,コイル形状について検討をおこなった.コイルの種類としては,スパイラルコイルを選択し,内外径比と巻線部分におけるアンペアターンに注目し,サイズの小型化に関する検討を,有限要素電磁界シミュレータを用いて解析を行った.必要なアンペアターンと,そのときのコイル端電圧の関係から加温に必要な励磁条件とコイル形状の関係を明確にすることができた.また,解析によって得られたコイルを励磁するためのマッチング回路についても検討を行ったところ,コイルに対して力率改善のために直列接続されたコンデンサにさらに並列にコンデンサを接続することで,力率改善とインピーダンスの調整を同時に実現できるため,本装置に有効であることを示すことができた.深部にある腫瘍への治療方法の開発はハイパーサーミアの分野において重要な課題となっている.特に,磁気ハイパーサーミアにおいては,体内深部まで効率良くエネルギーを伝送する技術が求められている.インプラント型ハイパーサーミアとワイヤレス給電技術である磁界共鳴方式を融合させた方法を提案し,磁界共鳴方式に適したインプラント用発熱素子の設計が可能になった.また,磁界共鳴方式で必要な共振器として用いる励磁コイルについて,最適な形状が存在することが確認できた.さらに,磁性板を併用することで出力向上と小型軽量化の可能性が示唆された.平成24年度においては,MHz帯の電磁界を利用する磁界共鳴方式に合わせたインプラント型ハイパーサーミア用発熱素子に関して,発熱素子の設計および磁性材料の選択方針について検討を行った.最初に行った検討は磁界共鳴方式に適した発熱素子の設計についてである.発熱素子の高周波磁界中における発熱量を求めるために,有限要素電磁界シミュレータを用いて周波数解析を行った.得られた金属環部の電流密度の周波数特性より,周波数を上昇させたときの発熱素子の温度分布の傾向を把握することができた.また,形状によって左右される実効的な透磁率とインダクタンスの周波数特性についても解析を行い,高周波磁界中における発熱量の共振回路を含めた設計を行なえる環境を整えることができた.次にMHz帯の磁界中で機能する感温磁性材料の選択方針について検討を行った.磁性材料の材質により高周波磁界中に磁性材料そのものが出す熱(損失)は異なるが,その損失は磁性材料の磁気飽和の温度特性とも関係がある.そこで,磁性体の磁気飽和を考慮した解析方法を提案することで,効率良く発熱させるために求められる磁性材料のパラメータを明確にする手法を確立した.これにより,本方式に求められる磁性材料としては,低損失な特性を有する磁性材料よりも,励磁磁束密度を効率良く熱エネルギーへ変換することが可能な高飽和磁束密度を有する磁性材料の選択が優位であることが示唆された.また,提案した手法が妥当なものであるか寒天ファントムを用いた実験を行い,実測値と解析値(どちらも発熱素子からの温度分布)を比較したところ,概ね結果が一致し,磁気飽和を考慮した発熱量解析が妥当であることを確認した.平成26年度においては,高効率な高周波外部磁界発生装置の設計・開発と,そこから出る電磁界の人体への影響について解析・調査を行った.まずは高周波外部磁界発生装置について,外部磁界発生装置に磁性材料を利用した場合について検討を行った.磁界共鳴方式において共振器と呼ばれる部分を外部磁界発生源とし,そこに磁性材料を配置したときの外部磁界発生装置のサイズと患部の磁束密度の関係について有限要素電磁界シミュレータを利用し,患部磁束密度とコイルサイズの関係について解析を行った.患部の位置により、最適なコイルサイズが存在することを明らかにした.また,磁性材料の使用により,同起磁力・同サイズの条件では,空心よりも患部における磁束密度を向上できることを明らかにした.さらに,治療に必要な磁束密度を実現するためのコイルサイズは,空心よりも小型化することができるため,外部磁界発生源のダウンサイジングも可能になる.このことから,不必要にコイルサイズや起磁力を拡大しなくてもよくなるため,結果としてコイル端電圧を抑制することにもつながる.また,実験により,解析の妥当性も確認することができた.実験では周波数のスケールモデルとして低周波条件で行ったが,磁束密度とコイルサイズの関係は周波数に依存しないため,磁界共鳴方式のようなMHz帯にも拡張することが可能である.