hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
フェムト秒時間分解蛍光イメージングを用いた細胞内状態の三次元計測

2.蛍光分子の蛍光寿命に対する金属ナノ構造の効果を調べることを目的として,蛍光分子であるフラボン誘導体と金ナノ粒子をメチレン鎖で結合させた化合物を合成し,蛍光寿命を測定した(連携研究者日野和之)。フラボン-金ナノ粒子複合体の蛍光減衰曲線は,数ピコ秒以内で非常に速く減衰する成分とナノ秒の蛍光寿命を持つ成分に分けられる。非常に速い減衰は,フラボンから金ナノ粒子へのエネルギー移動によると考えられる。複合体には様々なコンフォマーが存在し,数ピコ秒の成分は,フラボンと金ナノ粒子が近接した構造を持つコンフォマーに対応し,ナノ秒の蛍光寿命成分は,フラボンと金ナノ粒子が離れたコンフォマーに対応する。蛍光寿命を用いて,金属構造と近接している分子と離れた分子を識別できることがわかる。FADやNADHなどの細胞内自家蛍光成分や蛍光タンパク質の発色団の超高速光励起ダイナミクスに関する知見を得ることができ,査読付論文,総説,学会などにて発表を行っているものの,イメージングの展開までには至っていない.24年度が最終年度であるため、記入しない。フェムト秒時間時間分解システムと顕微鏡とを組み合わせた実験においては,光による色素物質の分解(光退色)が問題となる.蛍光強度の時間変化を測定しない場合は,レーザーパルスを間引いて繰り返し周波数を低くすることによって,光退色の低減下を行う予定である.24年度が最終年度であるため、記入しない。
精神病院における病室タイプの提案に関する研究 ベッド以外の拠点づくりを軸に

本研究の目的は、タイトルにもあるように、精神病院の療養環境としての環境確保の方策を提案することである。精神病院は特に治療器具として環境の重要さがあるにもかかわらず他の施設に比べても貧しい療養環境にあった。この研究結果は、他の病院ばかりでなく、住宅も含めた24時間生活施設計画に大きな示唆を与えるものと考えている。研究は、改築前後の患者行動の詳細な観察調査を中心にいくつかの精神病院における患者行動の観察・ヒアリング、および精神病院での調査困難さを勘案して、小児病院における病室レイアウト実験による病室環境の意味の確認とレイアウトへの示唆の獲得、さらにこれらの知見を下に、各種施設のの病室・療養室・居室等を評価することで、研究方法としている。その結果を要約すると、・改築後の比較的恵まれた4床室では、旧病室以上に患者の交流、積極的行為がみられず、むしろ個室患者の方が活発な行動があり、環境の重要さを意味していると考えられる。・患者が趣味的行為を安定してできる場所が少ない。・総合失調症の場合、23ヶ月で治癒し、退院することを前提に考えると、その間、人間関係、空間との関係を再構築していくいくつかの段階があり、それに相応しい病室を提供する必要がある。個室も、ただ個室であればよいのでなく、次のステップに展開する環境の提供となる必要もある。・精神病患者は、寝たままの環境を基本とする考え方では相応しくない。病室あるいはその周辺に(患者の治癒状況による)ベッド以外の拠点を提供することが、治療環境として重要であり、そうした事例も試みられつつあるが、その形態についてはさらに精神科医との共同研究が必要である。前年度までの研究成果を受けて、さらに三重県心の医療センター(旧高茶屋病院)において、急性期閉鎖病棟を中心に、患者の属性調査、および巡回調査にによる患者行動調査を行った。また、千葉・福島・大阪の病院における精神病院のヒアリング調査を行った。調査データの分析方法について多種の方法を試み、マップインフォによる患者の行動場所の読みとりなどを行っている。まだ、作業の中間的段階であるが、次のような知見を整理している。・長期療養者には社会的入院とも言える患者も少なくなく、急性期の患者の生活療養環境とは空間的に区別をしないと治療空間としての性能を保持できないのではないか。・過去の非常に貧しい病棟・病室環境の反動もあるのではないかと思われるが、改築後の比較的恵まれた4床室では、旧病室以上に患者の交流、積極的行為がみられず、カーテンを閉めてベッド上にこもっている時間が多い。これは他の研究でも指摘されているところであるが、患者の治療に向けての様態に相応しい環境が用意されていないためではないかと考えられる。・むしろ個室患者の方が活発な行動があり、個室相応患者の環境の重要さを意味していると考えられる。・患者の主な行動、無為的行動、他者との間接的交流としての他者・看護士への観察、さらに個別の趣味的行為を安定してできる場所が少ない。等々であるが、さらに分析を進めることにより、精神病院の病室、さらに共用空間としてのデイルーム・デイコーナーなどのあり方に重要な示唆を得られであろうという見通しを得ることができた。前年度までの研究成果を受けて、さらに三重県心の医療センター(旧高茶屋病院)において、急性期閉鎖病棟を中心に、観察調査をし、四日市、千葉・福島・大阪の病院における精神病院のヒアリング・観察調査を行った。また、精神科の医師と病室のあり方について議論をし、問題を整理しながら、さらに、調査データの分析方法について多種の方法を試み、マップインフォによる分析などを通して、課題の中で次のような知見を整理している。・長期療養者には社会的入院とも言える患者も少なくなく、急性期の患者の生活療養環境とは空間的に区別をしないと治療空間としての性能を保持できない。

・過去の非常に貧しい病棟・病室環境の反動もあるのではないかと思われるが、改築後の比較的恵まれた4床室では、旧病室以上に患者の交流、積極的行為がみられず、カーテンを閉めてベッド上にこもっている時間が多い。これは安定的個人空間・個人領域の重要さを示すものと理解される。・むしろ個室患者の方が活発な行動があり、個室相応患者の環境の重要さを意味していると考えられる。・患者が趣味的行為を安定してできる場所が少ない。・また、病室の中にベッド以外の拠点なる空間、個人的作業・趣味などのできる空間が必要である。特に、育児時の精神障害者の入院治療施設として、医師と討論の中から典型的病室の提案をした。これをベース一般精神病院の病室について検証する必要がある。等々であるが、さらに分析・観察を進めることにより、最後の仮説を検証すべく、来年度研究方法を発展させたい。前年度までの研究成果を受けて、精神病院の病室内行動の観察の困難さ(プライバシー及び治療阻害の観点から)を克服するために、病室内行動を最も観察しやすい小児病棟における生活行動の観察、その成果をふまえた家具レイアウト実験を行い病室のレイアウトの相違が生活行動、及びプライバシー意識や行動意識がいかに変わるかを検証した。これにより、病室内におけるベッド以外の空間のしつらえ、環境整備が非常に重要なことを確認するとともに、計画の視点を得た。また、これまでに得た成果から鑑みて、国内には精神病院の優れた事例が少ないので、精神病院に限定しないで、一般病院、ホスピス(緩和病棟)、高齢者福祉施設などの新しい試みのある事例を集めて類型化し、評価した。最終的な報告書は現在整理中であるが、主な結論と提言を纏めると次のようになる。・総合失調症の場合、23ヶ月で退院することを前提に考えると、2週間は人間関係を解放する時期で個室にこもる時期であり、24週間は人間関係をつくる時期で、個室を拠点に小人数の交わりをつくる時期、4週間以上複数との関係を構築する時期で、多床室の環境にも馴染む時期であると考えるならば、それに相応しい病室を提供する必要があり、個室も、ただ個室であればよいのでなく、次のステップに展開する環境の提供となる必要もある。・その具体的病室のあり方は、病室の類型化と評価で示そうとしている。
認知症高齢者における口腔セルフケア評価指標の開発

【目的】アルツハイマー型認知症などでは頭頂葉の障害によってボディイメージや視空間認知の障害が生じ、歯磨き動作の巧緻性が低下するとされている。また、それらの者は口腔のセルフケア行動が見かけ上は維持されていることも多く、口腔衛生管理の必要性が見過ごされ、介入が遅れることもある。本研究では、口腔衛生管理が必要な認知症高齢者を早期にスクリーニングすべく、認知症高齢者における口腔セルフケア評価指標の開発を目的としている。はじめに、要介護高齢者を対象に認知機能検査や口腔衛生指標および口腔清掃能力の有無についての調査をおこなった。【方法】対象者はMini-Mental State Examination(MMSE)が実施可能であり、歯が1本以上あり、口腔清掃において介助を受けていない要介護高齢患者とした。調査項目はMMSEと山口式キツネーハト模倣テスト(YFPIT)、口腔内所見(残存歯数、Plaque Control Record [PCR]、細菌カウンタによる細菌数測定、カンジダ検査、Tongue Coating Index [TCI])を検査した。また、歯科医療職種による歯磨き指導(口頭指示やジェスチャー模倣、手添え介助)を実施し、指導部位が磨けたかどうかの確認を行い、歯磨き動作改善の可否について判定した。【結果】歯磨き動作改善の可否に関してはYFPITのキツネ模倣ができない者は歯磨き指導の効果が得られない傾向が示された。【考察】YFPITのキツネ模倣は利き手の立体的な動作をみるため、同じく立体的な動作である歯磨き動作との関連があったと考えられた。キツネ模倣の可能な者は、声かけや手添え介助による口腔ケア介助が口腔衛生の改善に有効である可能性が示唆された。調査の実施に関しては予定通り開始出来ているが、ここまで調査できた対象者数は35名と当初の予定よりも少なくなっている。これは当科受診患者の中には重度認知症患者も多く、研究の選定基準を満たす患者が少なかったことに起因する。しかし、現時点での対象者数でも統計解析に耐え得るサンプル数であり、結果において一定の知見が得られているため、全体を通してはおおむね順調に進展している。2019年度に引き続き調査を継続し、認知症高齢者における口腔衛生管理介入のスクリーニングに有用な知見を検討する。また、声かけや付き添いなどの口腔清掃の支援があることで口腔衛生状態が改善する可能性のある認知症高齢者を対象に、継続的な口腔清掃支援を実施し、口腔衛生状態の改善が為されるかどうかの検討もおこなう予定である。更にこれらの研究内容の実施状況を学会等で発表を行っていく予定である。現在調査実施が可能であった対象者数が予定よりも少ないことが原因であり、残っている経費は継続しておこなわれる調査に適正に使用される予定である。また当初、細菌培養用のインキュベータの購入を予定していたが、室温培養で結果の判定が可能な製品があったため、そちらに変更した。

また、器具滅菌用のオートクレーブの購入を検討していたが、学内の滅菌機材の使用が可能となったためこちらも購入を見送った。物品購入に関して生じた残額は消耗品の購入もしくは返金をおこなう。
動的フェライト変態における炭素分配挙動の高温変形その場中性子回折解析

加工と熱処理を組み合わせた加工熱処理は,微細粒フェライト組織を得るための有効な手段である.特に,母相オーステナイトの加工中に生じる動的フェライト変態を利用した加工熱処理は,粒径1μm以下の超微細粒フェライト組織を得ることが可能であるため,現在注目されている加工熱処理プロセスの一つである.本研究では,動的フェライト変態における元素分配挙動,変態kinetics,格子欠陥密度変化を高温変形その場中性子線回折によって調べ,炭素やマンガンといった元素の分配挙動が,変態の進行に伴ってパラ平衡からオルソ平衡へと変化する可能性を見出した.Fe-2Mn-0.1C合金を用いて,J-PARC物質・生命科学実験施設のビームライン19 TAKUMIで高温変形その場中性子回折実験を行った.中性子回折解析の結果,加工中にフェライトの回折ピークが現れ始めることが確認され,加工中の動的フェライト変態の発現をその場で捉えることに成功した.動的フェライト変態では,変態の進行と伴に格子定数が大きく減少していることを見出した.これは,MnやCといった固溶元素が変態の進行とともに母相オーステナイトに拡散していったことによると考えられ,動的フェライト変態では,変態初期にMnやCが過飽和に固溶したフェライトが生成する可能性が示唆された.また,動的フェライト変態の進行に伴う母相オーステナイトやフェライトの転位密度変化を測定し,動的フェライト変態での組織形成過程を転位密度変化の観点から考察した.J-PARC物質・生命科学実験施設のビームライン19 TAKUMIに設置された中性子回折用高温加工熱処理シミュレータでの実験方法を確立し,変態に伴う格子定数変化などの興味深い結果を得ることができた.また,動的フェライトの局所炭素濃度分布測定に必要な3次元アトムプローブ解析を行っている.加工と熱処理を組み合わせた加工熱処理は,微細粒フェライト組織を得るための有効な手段である.特に,母相オーステナイトの加工中に生じる動的フェライト変態を利用した加工熱処理では,粒径1 μm以下の超微細粒フェライト組織を得ることが可能である.動的フェライト変態における変態kinetics,元素分配挙動,超微細粒組織形成過程などを解明していくことは,更なる超微細粒フェライト組織実現のための新規加工熱処理プロセスの開発につながると考えられる.そこで本研究では,バルク試験片全体から回折情報を得ることが可能な中性子線を利用し,その場中性子線回折実験により,動的フェライト変態における元素分配挙動を調べた.試料としてFe-2Mn-0.1C合金,Fe-2Mn-0.4C合金,Fe-10Ni-0.1C合金を用い,J-PARC / MLFのビームライン19 (匠)にて加工熱処理を行い,その加工熱処理中の動的フェライト変態挙動を高温変形その場中性子回折により評価した.どの合金においても,加工を加えない場合に生じる静的フェライト変態では,フェライトの格子定数は変態が進行しても大きく変化しなかった.一方,動的フェライト変態の場合,変態の進行に伴ってフェライトの格子定数が減少する傾向が確認された.また,圧縮加工後の動的フェライトの格子定数は静的フェライトの格子定数よりも低くなっていた.これらの結果は,動的フェライト変態の初期では炭素はフェライトとオーステナイトに分配しているが,マンガンは分配していないパラ平衡が成り立っており,変態の進行に伴ってマンガンも分配するオルソ平衡に遷移しているということを示唆している.加工と熱処理を組み合わせた加工熱処理は,微細粒フェライト組織を得るための有効な手段である.特に,母相オーステナイトの加工中に生じる動的フェライト変態を利用した加工熱処理は,粒径1μm以下の超微細粒フェライト組織を得ることが可能であるため,現在注目されている加工熱処理プロセスの一つである.本研究では,動的フェライト変態における元素分配挙動,変態kinetics,格子欠陥密度変化を高温変形その場中性子線回折によって調べ,炭素やマンガンといった元素の分配挙動が,変態の進行に伴ってパラ平衡からオルソ平衡へと変化する可能性を見出した.Fe-2Mn-0.1C合金において生成した動的フェライトの局所炭素濃度分布を3次元アトムプローブ解析によって調べ,高温その場中性子回折解析結果と併せて,動的フェライト変態における炭素分配挙動を評価する.また,炭素濃度が高いFe-2Mn-0.4C合金においても,その動的フェライト変態挙動を昨年度と同様に高温その場中性子回折解析と3次元アトムプローブ解析を行い,動的フェライト変態における変態メカニズムの解明を目指す.材料組織学
格子状照明を用いた高速高解像度ラマン顕微鏡の開発

前年度までに検討した結像特性とそれを実現するための光学システムを実現するために、空間光変調素子を利用した照明光学系の構築、および空間光変調素子とラマン分光イメージング装置との連携ソフトウェアの開発と動作確認を行った。用いた空間光変調素子において作成した試料照明パターンのコントラスト、強度ムラ等を計測、評価したのち、実際にラマン分光イメージングを行った。ポリマービーズ、およびグラフェンをテストサンプルとして、ラマン分光イメージング装置と照明光学系が連動し、600-3200cm-1の波数域のラマンスペクトル測定が大きな像ひずみなく取得できることを確認した。また、任意の照明パターンにおいてスペクトル計測を高い精度で行うための波数更正法、および背景光除去のための光学系の改善も行った。より広範囲の波数領域のスペクトル観察を可能とするために、複数カメラを用いた分光測定光学系の組み込みも行った。このラマン分光イメージングについても、ポリマー試料、および細胞試料の測定に成功した。これにより、マルチライン照明等、複雑な照明パターンを用いた場合でも、広い波数領域からのラマン分光測定が可能となり、高速かつ高解像度のラマン分光イメージング達成への目処がついた。また、格子状の照明パターンとして3次元の周期構造を用いた場合の空間分解能の評価を行った。ポリマービーズをテスト試料として測定を行った結果、従来の点線状照明と比べて高い空間分解能でラマン分光イメージングが可能であることが確認された。初年度までに設計した照明光学系を実際に試作し、ラマン分光イメージング装置に組み込んだ試作機を完成させた。次年度の目標であった照明システムと分光計測システムとの連携も問題無く行え、実際にラマン分光イメージングにも成功した。また、予定してたマルチライン照明等の任意の照明における高い精度での分光計測と、新しい光学系による計測波数域の拡張にも成功し、開発した装置のアプリケーション展開についても一定の目処がついた。さらに、光子状照明を用いたラマン分光イメージングとそれによる空間分解能の向上も実験的に確認することができており、最終年度に予定している高速かつ高解像度のラマン分光イメージング装置の実現とそのアプリケーション観察にスムーズに移行できる。最終年度は、これまでに開発した格子状照明ラマン散乱顕微鏡をさらに最適化させ、空間分解能と時間分解能の向上を進め、バイオ試料、各種材料の高解像度ラマン分光観察を主に実験的に進めていく。用いる試料毎に高い信号対雑音比で測定が可能な露光条件、特に波長と強度、を把握し、高い撮像特性を実現するための実験データ、および測定の条件を把握する。また、分光光学系についてはさらにスループットを向上させる余地があることが前年度までの検討により判明しているため、新たに分光光学系を開発し、試作した顕微鏡システムに組み込むことも予定している。これにより撮像時間をさらに短縮させることが可能となり、アプリケーションの幅を広げることができる。アプリケーションや試料に合わせた照明パターンについても実験的に模索していき、高解像度ラマン分光イメージングのための方法論を確立するとともに、従来の観察技術では観察不可能であった試料の構造や特性を可視化することを目指す。本研究は、高解像度かつ高速なラマン散乱分光顕微鏡の開発とその材料分析、生体分析分野への応用を目的としている。本年度は、まず、高解像度なラマン散乱観察を実現するための照明法について理論的に検討を行い、それを実際に実現するための光学系の設計、および試作を進めた。照明法の検討については、格子状の照明パターンにより微細な試料構造のコントラストを増強されることにより、従来法ではノイズに埋もれていた信号情報を取り出す手法を検討した。ラマン顕微鏡では分光測定光学系も空間分解能を決定する一要因であるため、照明光学系と分光検出光学系との光学特性を踏まえることにより顕微鏡全体の結像特性を理論的に把握し、それに基づいて光学系の設計を行った。特に照明光学系については、格子状照明パターンの実験的な最適化が必要となるため、空間変調素子を用いた照明パターンの制御が可能な光学系とし、実際にその光学系の試作を行った。試作した光学系により照明パターンの空間分解能、切り替え速度、また光の利用効率について測定を行い、顕微鏡光学系に組み込みに適した光学系設計のための基本情報を取得した。また、ラマン顕微鏡の光学系全体の設計、および試作も進めた。ラマン顕微鏡の光学系では、将来の高速化を見据え、複数の波長域を同時に検出できるマルチバンド検出が可能な分光検出光学系を取り入れた。試作した装置において、ラマン顕微鏡としての基本的な動作確認、光学特性の評価を行った。平成29年度の研究目的は、高空間分解能ラマン散乱顕微鏡の光学系設計とその試作であり、どちらもおおむね順調に進展している。光学系設計では、高空間分解能を実現する照明パターンと、各照明パターンにおける分光検出領域を求めることにより、顕微鏡光学系全体の結像特性を与える理論構築を行い、照明光学系、および検出光学系の設計値を求められるようにした。それに基づき、顕微鏡全体の光学系およびシステム制御系、特に照明パターン制御システムの設計を行った。特に、その試作のために必要な光学部品、光学デバイスの選択を行った。また、パターン照明制御には、空間変調素子を用いることにより、任意の照明パターンの実現が可能なシステムを考案した。検出光学系では、任意のパターン照明下においても広い検出波数領域が得られるようなマルチバンド分光光学系とした。

上記の照明/検出光学系が組み込み可能なラマン散乱顕微鏡光学系を試作し、ポリマービーズ等のテスト試料を観察し、構築した顕微鏡の光検出効率の評価、走査システム等の基本的な動作確認を行った。また、パターン照明光学系は別途試作を行い光学特性の評価を進めており、実際にスループット、制御パターンの空間分解能の確認を行った。前年度までに検討した結像特性とそれを実現するための光学システムを実現するために、空間光変調素子を利用した照明光学系の構築、および空間光変調素子とラマン分光イメージング装置との連携ソフトウェアの開発と動作確認を行った。用いた空間光変調素子において作成した試料照明パターンのコントラスト、強度ムラ等を計測、評価したのち、実際にラマン分光イメージングを行った。ポリマービーズ、およびグラフェンをテストサンプルとして、ラマン分光イメージング装置と照明光学系が連動し、600-3200cm-1の波数域のラマンスペクトル測定が大きな像ひずみなく取得できることを確認した。また、任意の照明パターンにおいてスペクトル計測を高い精度で行うための波数更正法、および背景光除去のための光学系の改善も行った。より広範囲の波数領域のスペクトル観察を可能とするために、複数カメラを用いた分光測定光学系の組み込みも行った。このラマン分光イメージングについても、ポリマー試料、および細胞試料の測定に成功した。これにより、マルチライン照明等、複雑な照明パターンを用いた場合でも、広い波数領域からのラマン分光測定が可能となり、高速かつ高解像度のラマン分光イメージング達成への目処がついた。また、格子状の照明パターンとして3次元の周期構造を用いた場合の空間分解能の評価を行った。ポリマービーズをテスト試料として測定を行った結果、従来の点線状照明と比べて高い空間分解能でラマン分光イメージングが可能であることが確認された。初年度までに設計した照明光学系を実際に試作し、ラマン分光イメージング装置に組み込んだ試作機を完成させた。次年度の目標であった照明システムと分光計測システムとの連携も問題無く行え、実際にラマン分光イメージングにも成功した。また、予定してたマルチライン照明等の任意の照明における高い精度での分光計測と、新しい光学系による計測波数域の拡張にも成功し、開発した装置のアプリケーション展開についても一定の目処がついた。さらに、光子状照明を用いたラマン分光イメージングとそれによる空間分解能の向上も実験的に確認することができており、最終年度に予定している高速かつ高解像度のラマン分光イメージング装置の実現とそのアプリケーション観察にスムーズに移行できる。前年度に行った照明パターン制御光学系の最適化をさらに進め、その後、顕微鏡システムに組み込む。照明パターン制御光学系に用いる空間変調素子のスループットとそれにより照明パターン空間分解能にはトレードオフの制限があるため、それを軽減する光学系設計を行う。特に、照明光の利用効率を高めるために位相と振幅の変調を行う空間変調素子を組み合わせることを検討する。構築した照明光学系を前年度に試作したラマン顕微鏡に組み込むことにより、撮像可能な空間分解能を実験的に確認し、十分な数値が得られるかどうか確認する。
組織低酸素イメージングを応用した肺癌の悪性度解析-病理所見との対比

本研究では肺癌切除例において、第二世代低酸素トレーサー62Cu-ATSMの集積部位を切除標本における病理組織所見と対比することにより、その集積部位の腫瘍生物学的意義を調べることが目的である。平成23年度に研究に登録された肺癌症例は22症例(23撮像)であった。内訳は男性17例、女性5例である。肺癌組織型別にみると、腺癌8例、扁平上皮癌6例、大細胞神経内分泌癌1例、大細胞癌1例、小細胞癌1例、pleomorphic cancer 1例、腺扁平上皮癌1例、非小細胞肺癌(細胞型記載なし)が3例であった。腫瘍病期はstage IA2例、IB 4例、IIA 3例、IIB 2例、IIIA 5例、IIIB 1例、非手術症例5例であった。本年度はこれらの症例で、新規トレーサーである62Cu-ATSMと、現在広く使用されているトレーサーであるFDGの腫瘍への集積度(SUVmax)について比較検討を行った。また、肺癌の組織型の違いにより集積度に違いがあるかも検討を行った。病理組織学的な評価はHE染色の他に、低酸素組織で発現されると考えられるhypoxia inducible factor 1alpha(HIF1 alpha)の免疫染色の準備を進めている。またHE染色所見から、62Cu-ATSMは腫瘍間質が豊富な組織に集積していることが予想されたため、肺癌における62Cu-ATSMの生物学特性はほとんど解明されていない。今までの我々の症例における検討では、62Cu-ATSMはFDGとは明らかに集積パターンが異なっており、今後さらに集積パターンや生物学的意義(腫瘍悪性度、患者予後との関連棟も含めて)を詳細に調べることは重要であると考えている。腫瘍病期はstage IA 2例、IB 4例、IIA 3例、IIB 2例、IIIA 5例、IIIB 1例、非手術症例5例であった。またHE染色所見から、62Cu-ATSMは腫瘍間質が豊富な組織に集積していることが予想されたため、fibroblast growth factorなどの腫瘍間質のマーカーの免疫染色の準備を進めている。肺癌における62Cu-ATSMの生物学特性はほとんど解明されていない。

症例集積は順調に進んでおり、現在は外科切除症例の切除肺検体の病理標本作成、HE染色標本の評価を行っている。病理組織学的検討に用いる各種免疫抗体の選定、また免疫染色のプロトコールの最適化も行っている段階である。今後、今まで集積した症例を用いてFDGおよびCu(II)-ATSMの集積部位を切除標本における病理組織所見の対比をすすめ解析する。具体的には病理組織標本から免疫染色を用いて細胞増殖、血管新生、低酸素、代謝物トランスポーターに関するマーカーを染色し対応づけることにより、各々の核種の集積部位の腫瘍生物学的意義を問う。細胞増殖、血管新生のマーカーに関しては今後染色プロトコールの最適化などが必要である。細胞増殖についてはKi67、MIB、血管密度、血管新生についてはCD31、低酸素マーカー染色としてはHIF-1、HIF-2、代謝トランスポーターとして例えばグルコーストランスポーターについてはGlut1、Glut4を染色評価する。低酸素領域付近では上皮間葉系移行(EMT)や幹細胞化が促進されている可能性もあるためこれらの指標も検討する。以上の目的を遂行するため、62Cu-ATSMトレーサーの合成、免疫染色に要する試薬物品等の購入を行う。また研究に共同で当たっている国立がん研究センター東病院との打ち合わせ等を行うため交通費等要する。未使用額の発生は、効率的な物品調達を行った結果であり、翌年度の消耗品購入に充てる予定である。
π共役ポルフィリン多量体を用いたポルフィリンナノチューブの創製

高温状態にある火山の噴火口で見られる濃青色の鉱物はモリブデンの酸化物で、モリブデンブルーとよばれている。モリブデンブルーは、水に溶けて鮮やかな青色を示し、1783年にCarl Wilhelm Scheelによって初めてその存在が報告された。その後、実験室レベルで合成できるようになったが、条件によって構造が複雑に変化するため、最近までその構造の詳細はほとんど知られていなかった。1995年、Achim Mullerらは数例の巨大なモリブデンブルーのX線結晶構造解析に成功した。彼らは様々な条件下においてモリブデンブルーを調製し、巨大な環状および球状のポリオキソモリブデン酸クラスターが生成することを明らかにした。しかしながら、溶液中での構造の不明瞭さや、有機化合物のような合理的合成法や同定法がないことなどから、それらの基礎的な物性調査や、機能開発などの応用研究はほとんど行われていない。このような背景から、本研究では、巨大な環状構造を持つモリブデンクラスター(MC)を用いた新規な超分子ナノマテリアルの開発と応用に取り組んだ。一般に無機化合物は合理的な合成が困難であるため、有機化合物などの機能性エレメントと複合化させることによって新規な機能を発現させることができる。例えば、ゼオライトやメゾポーラスシリカなどの多孔性マテリアルは、有機化合物との複合化によってさまざまなユニークな機能を発現させている。本研究では、このMCに機能性有機分子や金属イオンを相互作用させることによって、全く新規な機能性ナノマテリアルの開発に成功した。これまでに数多くの自己組織化ポルフィリン多量体が報告されている。複数のポルフィリンが集合化して形成する構造体のほとんどは対称性が高く構造が美しいことから、それらは分子性ナノオブジェクトとして注目を集めてきた。しかしながら、それらのマテリアルとしての機能開発はまだほとんど行われていない。本研究では、溶液中でサーモクロミズムを示す新規なポルフィリン集合体の開発に成功した。分子の自己集合化によるユニット間の電子的相互作用、自己集合の強さ、およびπ共役構造をチューニングすることによって新規なサーモクロミズムの開発を行った。エチニレンを導入したポルフィリン1は0100°Cの温度領域において緑⇔黄⇔赤の可逆的な色の変化を示した。サーモクロミズムは古くから化学者の関心を集めてきたが、ほとんどの場合その色変化の仕組みは不明瞭である。ましてや、ディスクリート分子集合体がマルチカラーのサーモクロミズムを示した例はほとんど知られていない。我々は、X線結晶構造解析、^1H-NMR、吸収スペクトル、およびCSI-MSによって、1が環状4量体を形成していることを明らかにし(図1)、その構造に基づいてサーモクロミズムのメカニズムを詳細に説明できることを突き止めた。1の色変化が、生活温度である0100°Cの幅広い温度領域で生じ、そして環状4量体というデスクリートな構造に起因することから、我々はこの系を"超分子温度計"と名づけた。
開放型マルチエージェントシステムにおける資源共有手法に関する研究

開放型マルチエージェントシステムのための資源共有手法に関する以下に示す基礎研究を行った.1.局所推論機構と環境監視/適応機構:エージェント間で協調機構があらかじめ存在しない場合には,エージェントは局所情報をもとに自律的に行動決定をおこなわなければならない.このような局所推論機構をモデル化するものとしてマルチエージェント実時間探索に関する研究を行った.各エージェント探索空間の中を局所的な先読み探索と移動を繰り返しながら目標状態に到達しようとする.この過程の中で,エージェントを取り巻く他のエージェントを含めた環境は動的に変化する.自らの行動が環境に影響を及ぼすかもしれないし,自ら直接制御することのできない他エージェントの行動が環境に及ぼしているのかもしれない.環境の変化を監視し,それを自らの行動決定に反映させる環境適応機構として,マルチエージェント実時間探索における組織化手法を提案した.エージェントは他のエージェントの行動に応じて自らの行動を決定する.分散と密集に基づく二つの組織化戦略を提案し,15パズルと迷路問題上でのシミュレーション実験を通してその評価を行った.その結果,分散は迷路問題に対して,密集は15パズルに対して効果的であることが明らかになり,その効果を推定凹部の概念を用いて解析した.2.エージェント間協調機構:開放型マルチエージェントシステムにおける協調は,これはシステム設計時から与えられているのではなく,あくまでエージェントの行動選択の一つとしてとらえられる.そこで効用の概念を導入し,エージェントは自らの効用を最大化するように行動選択を行う合意形成問題としてデ-ジェント間の協調を定式化した.またその具体例として,商品配送などの分散タスク処理システムにおいて,市場機構に基づくタスク割当手法を提案し,システムの安定性と通信量に関する議論をおこなった.開放型マルチエージェントシステムのための資源共有手法に関する以下に示す基礎研究を行った.1.局所推論機構と環境監視/適応機構:エージェント間で協調機構があらかじめ存在しない場合には,エージェントは局所情報をもとに自律的に行動決定をおこなわなければならない.このような局所推論機構をモデル化するものとしてマルチエージェント実時間探索に関する研究を行った.各エージェント探索空間の中を局所的な先読み探索と移動を繰り返しながら目標状態に到達しようとする.この過程の中で,エージェントを取り巻く他のエージェントを含めた環境は動的に変化する.自らの行動が環境に影響を及ぼすかもしれないし,自ら直接制御することのできない他エージェントの行動が環境に及ぼしているのかもしれない.環境の変化を監視し,それを自らの行動決定に反映させる環境適応機構として,マルチエージェント実時間探索における組織化手法を提案した.エージェントは他のエージェントの行動に応じて自らの行動を決定する.分散と密集に基づく二つの組織化戦略を提案し,15パズルと迷路問題上でのシミュレーション実験を通してその評価を行った.その結果,分散は迷路問題に対して,密集は15パズルに対して効果的であることが明らかになり,その効果を推定凹部の概念を用いて解析した.2.エージェント間協調機構:開放型マルチエージェントシステムにおける協調は,これはシステム設計時から与えられているのではなく,あくまでエージェントの行動選択の一つとしてとらえられる.そこで効用の概念を導入し,エージェントは自らの効用を最大化するように行動選択を行う合意形成問題としてデ-ジェント間の協調を定式化した.またその具体例として,商品配送などの分散タスク処理システムにおいて,市場機構に基づくタスク割当手法を提案し,システムの安定性と通信量に関する議論をおこなった.
イネの温度感受性雄性不稔系統の解析と高温不稔との比較

本研究では、イネの温度感受性雄性不稔変異系統の解析を中心として、花粉形成の分子制御と温度感応システムを明らかにすることを目指す。この変異系統の責任変異を同定して、花粉形成における機能を解析するとともに、正常な花粉の形成に必須の制御システムを考察する。これまでの研究から、この温度感受性雄性不稔変異系統の責任変異の候補として、第7染色体のおよそ150 kbの欠失領域がすでに検出されている。責任変異の同定を目指して、欠失領域を3つの部分断片に分けて、それぞれの部分欠失がもとの変異系統と同様の表現型をもたらすか否かを調べることとした。CRISPR/Cas9システムにおいて、2つのガイドRNAを同時に導入することにより、2カ所の両鎖切断の間の約50 kbの領域を欠失した変異体の作出を試みた。得られた多数の形質転換個体から、両鎖切断部位の近傍に設計したプライマーを用いたゲノミックPCRによって、ねらい通りに両鎖切断の間の領域を欠失した変異個体を複数同定した。それらの個体から得られた種子より、部分欠失をホモにもつ後代個体を選抜し、許容温度と制限温度のそれぞれにおいて花粉形成の状態を調べた。今回は、もとの約150 kbをおよそ3等分するような欠失変異を設計したが、そのうちの1つの約50 kbの範囲の欠失をもつ個体が、許容温度では正常な花粉が形成されるのに対し制限温度では花粉ができないことがわかり、この欠失領域にもとの温度感受性雄性不稔変異系統の責任変異が含まれることが明らかとなった。現在は、責任変異候補の範囲をさらに絞るため、今回同定された約50 kbの内部を細分化する欠失変異体を同様の手順で作製中である。当初の計画に従って、変異体の作出と選抜や解析が進んでおり、おおむね順調な進展状況であると考える。研究計画にしたがい、順次欠失変異体を作出し、許容温度下および制限温度下での花粉形成を解析することにより、責任変異の領域を限定する。この変異系統の責任変異を同定し、花粉形成における機能を解析するとともに、この変異系統の制限温度下における雄性不稔と他の要因による雄性不稔との比較解析から、正常な花粉の形成に必須の制御システムを考察する。責任変異の候補を絞るために、欠失領域を複数の部分断片に分けて、それぞれの欠失部分がもとの変異系統と同様の表現型をもたらすか否かを調べることとした。本年度は、CRISPR/Cas9システムにおいて、2つのガイドRNAを同時に導入することにより2カ所の両鎖切断の間の領域を欠失させる方法を用いて、候補領域内に部分欠失をもつ変異体の作出を試みた。得られた多数の形質転換個体から、両鎖切断部位の近傍に設計したプライマーを用いたゲノミックPCRによって、目的とする部分欠失をもつ個体をスクリーニングした。その結果、ねらい通りに両鎖切断の間のおよそ50 kbの領域を欠失した変異個体が複数同定された。それらの個体から種子を得て、後代を育成している。今後、導入された部分欠失をホモにもつ後代個体を選抜し、許容温度と制限温度のそれぞれにおいて花粉形成の状態を調べる予定である。当初計画していた変異体の作出と選抜が進んでおり、おおむね順調な進展状況であると考える。

研究計画にしたがって、得られた欠失変異体の後代を用いて、許容温度下および制限温度下での花粉形成を解析する。研究計画にしたがい、順次欠失変異体を作出し、許容温度下および制限温度下での花粉形成を解析することにより、責任変異の領域を限定する。研究用試薬やプラスティック機器類などをできるだけ共用するなどして節約に努め、消耗品類の購入費を節減できたため。次年度は研究補助員の雇用に係る経費が本年度より多くなることが見込まれるため、主にその経費にあてる予定である。研究用試薬類やプラスティック機器類などの共用を進めるなどして、消耗品の購入に係る経費を節減できたため。次年度は主に研究補助員の雇用経費に充てる予定である。
初期臨床研修医に対するＳＮＡＰＰＳモデルを用いた外来診療能力の向上の検討

本研究の目的は、研修医に症例提示を指導する際にSNAPPSあるいはOne-minute precepterを用いて、鑑別診断を挙げる能力や能動的な学習といったアウトカムに違いがあるかを明らかにすることにある。症例提示の結果、2つの指導法の間で「鑑別診断」「学習課題」の個数に差はなかった。SNAPPSでは「疑問点不明点」をより多く促し、「学習課題を挙げやすかった」に関して評価が高く、学習をより促せる可能性が考えられた。東京医科大学病院と東京慈恵会医科大学附属第三病院に勤務する初期臨床研修医を対象に、模擬シナリオを用いた症例提示指導を行った。33名の参加者を、指導法はSNAPPSとsix micro skillsのいずれかに振り分け、挙がった「鑑別診断」「診療計画」「疑問不明点」「学習課題」の個数を測定した。SNAPPS群がsix micro skillsに比べて「疑問不明点」「学習課題」をより多く引き出す結果が得られた。教育指導方法の比較については昨年度に医学教育学会で発表をしており、本年度は今回の結果を同学会にて発表の予定である。実際の診療現場でSNAPPSを普及させるため、同学会ではビデオ映像を用いて解説する予定である。2011年9月より2013年1月までに,東京慈恵会医科大学付属第三病院と東京医科大学病院の初期臨床研修医,全116名を候補者とし,そのうち同意の得られた71名に調査を行った.研究代表者が対象の研修医と模擬症例に関して,SNAPPSあるいはOne-Minite Preceptor(OMP)のいずれかの指導法で討議を行った.模擬症例は同一のものを使用し,調査はいずれかの指導法を1回とした.症例提示と討議の内容及び指導方法に対する研修医からの評価を研修医の学習アウトカムとした.討議内容は録音し,前者の評価に関して鑑別診断,疑問点・不明点,診療計画,学習課題のそれぞれの個数を測定した.後者の評価に関して自己評価表を研修医に配布し,「鑑別疾患を挙げやすかった」「疑問点・不明点を挙げやすかった」「診療計画を挙げやすかった」「学習課題を挙げやすかった」「症例提示を効率よくできた」「手順が示され症例提示がしやすかった」「症例提示が充実していた」を評価させた.SNAPPS群39名とOMP群32名を比較検討した.前者の評価は,疑問点・不明点の個数はSNAPPS群がOMP群と比して有意に多い結果だったが,他3項目は有意差はなかった.後者の指導方法に対する研修医からの評価では,「疑問点・不明点を挙げやすかった」「効率良く症例提示しやすかった」「手順が示され症例提示をしやすかった」「症例提示が充実していた」の項目で、S群とO群の間で評価に有意差が見られ、S群に肯定的な意見が多かった.SNAPPSとOMPを用いて症例提示の指導を行い比較した結果,症例提示と討議の内容や,指導方法に対する研修医からの評価に違いがみられた.また,同じ指導方法を用いても,それにより得られるアウトカムの個人差は大きかった.本研究の目的は、研修医に症例提示を指導する際にSNAPPSあるいはOne-minute precepterを用いて、鑑別診断を挙げる能力や能動的な学習といったアウトカムに違いがあるかを明らかにすることにある。本研究は,初期臨床研修医の症例提示指導にSNAPPSモデルを用いることによって,研修医の能力,特に鑑別診断や疑問点を挙げる能力,能動的学習を行う能力が向上するかを検証し,疑問点の表出が医療レベルを引き上げリスクを減らす効果があるのかを検証するものである.SNAPPSモデルは北米で広まっている指導法で,積極的に疑問点を表出し能動的な学習を促す目的で開発され,研修医の能力向上の効果を発揮することが期待されている.平成23年度は,東京医科大学病院と東京慈恵会医科大学第三病院それぞれに勤務する初期臨床研修医併せて約50人を対象に,症例提示の調査を行った.研究計画に従い,研修医に対する指導法をSNAPPSモデルおよびone-minutes preceptorの2群に分けて行った.症例提示に際しての鑑別疾患や検査方法,そして自己学習のための疑問点や課題をどれくらい表出できるかを個数で測定すると共に,どのような課題・疑問を持っているかを質的にもデータ収集を行った.前年度の調査によって,SNAPPSモデルとone-minutes preceptorの2群それぞれの,鑑別疾患や考えられうる検査の個数,疑問点・課題が測定できたため,さらに症例数を重ねて今年度は比較検討を行う予定である.疑問点や学習課題については,能動的な深いものから表面的な浅い考察まで様々であった.事後アンケートを行うことにより,能動的な自己学習が促進できるか検討を加える予定である.33名の初期臨床研修医を対象とし、模擬シナリオの症例提示指導に関して、SNAPPSがsix micro skillsに比べて「疑問不明点」「学習課題」をより引き出す結果が得られた。現在39名の症例提示指導をしており、その結果に加えて質の高い学習課題を引き出せるかを今後検討し、学会活動を通じてSNAPPSを解説・普及させていきたい平成23年度は,本調査に向けての予備調査を予定していた.

SNAPPSモデルとone-minutes preceptorの2群での鑑別疾患や検査項目,疑問点・課題の個数の測定に加えて,疑問点・課題の質的な解析も加えられた.本年度は学習の評価のため,事後アンケートの追加や調査法の変更を予定している.この点を踏まえると概ね順調に進行していると考える.症例提示の調査をしたさらに39名に加えて追加参加者を募り、SNAPPSがより質の高い「学習課題」を引き出せるのか、調査データを量的・質的に解析する予定である。前述の研究結果については、本年度の医学教育学会にて発表する。あわせて、SNAPPSの解説・普及を図りたい平成24年度は引き続き症例提示データの収集と,事後アンケートを加えた自己学習能力の質的解析を行う予定である.SNAPPSモデルの啓蒙と予備調査の報告を兼ねて,医学教育学会で発表を行う.平成25年度には鑑別診断の個数,疑問点・課題数の量的解析およびアンケート調査や面接の逐語録を基にした質的解析を行う.症例提示調査のテープ起こし、研究補助員への給与、SNAPPS普及のための解説DVD作成等に使用予定当初の研究予定に従うが,設備備品費や消耗品費として録音会話解析・印刷・トナー・文具に,旅費等として学会参加費・資料整理に研究費をあてる予定である.
IL-31を介したアレルギー性鼻炎の制御機構の解明

アレルギー性鼻炎(スギ花粉症)患者の末梢血単核細胞(PBMC)の約66%は抗原刺激に対してIL-31を産生し、産生陽性者では花粉飛散期の症状およびQOLスコアが有意に高値を示した。PBMCからのIL-31産生はIL-4およびIL-33の添加で有意に増強された。一方、末梢血由来の自然リンパ球ではIL-2+IL-33の刺激でIL-31の産生はみられなかった。以上の結果より、ヒトPBMCにおけるIL-31産生はおもにCD4陽性細胞であり、病態の重症化に関与することが示唆された。本年度は、ヒトT細胞のスギ花粉特異的なIL-31産生機構の解明を試みた。スギ花粉症患者から末梢血単核細胞(PBMC)を単離した。PBMCをスギ花粉アレルゲンCry j 1にて刺激し、IL-31の産生をチェックした。IL-2、IL-4、IL-33、IFN-γを培養系に添加して、IL-31の産生に影響を与えるか検討した。さらに抗菌ペプチドであるLL-37のIL-31の産生への効果についても検討した。これまでの解析通り、スギ花粉症患者由来PBMCの約66%はCry j 1に反応しIL-31を産生した(Responder)。IL-4およびIL-33の添加によって、有意なIL-31の産生増強がみられた。IL-2の添加では有意な変動はみられなかった。一方、IFN-γの添加によって、IL-31産生の有意な抑制がみられた。これらの反応はResponderでより顕著であった。Non-responderすなわちCry j 1にてIL-31産生のみられなかった症例を対象にすると、IL-4、IL-33の添加によってIL-31の有意な産生が誘導された。さらにIL-2の添加によってもIL-31の有意な産生が誘導された。LL-37の添加はIL-31産生に有意な影響を示さなかった。Cryj1特異的なIL-31産生は抗HLR-DR抗体の添加で有意に抑制された。さらにCryj1特異的なIL-31産生はデキサメタゾン添加によって濃度依存性に抑制された。以上の結果からは、IL-31の産生は遺伝的背景に起因するものではなく、微小環境により制御される可能性が示された。本年度はステロイド薬や抗菌ペプチドLL-37によるヒト末梢血単核細胞のIL-31産生の調節作用の検討、スギ花粉症患者の血清中IL-13の測定、鼻粘膜由来線維芽細胞のVFGF産生に対するIL-31の調節作用について検討した。スギ花粉症患者から末梢血単核細胞(PBMC)を分離した。PBMCをスギアレルゲンCry j 1にて刺激する際に、種々の濃度のデキサメタゾンあるいはLL-37を添加した。他家の報告ではLL-37はIL-31産生を誘導する知見を認めたが、我々の今回の結果ではLL-37の添加はCry j 1に特異的なIL-31産生を増強しなかった。一方、デキサメタゾンの添加は濃度依存性にIL-31の産生を抑制し、1μMではほぼ完全に抑制した。さらにデキサメタゾンの添加によるIL-31産生の抑制は、ステロイド受容体拮抗薬であるRU486の添加で有意に解除された。スギ花粉飛散期に、スギ花粉症患者および非スギ花粉症患者より血清を採取し、血清中のIL-31をELISAにて測定した。スギ花粉症患者では非スギ花粉症患者に比べ、血清中のIL-31濃度が有意に高値を示した。一方、PBMCでみられたQOLスコアとの有意な正の相関は、血清では認めなかった。鼻粘膜由来線維芽細胞がPGD2刺激によってVEGF産生を誘導することを見いだした。本実験系において、種々の濃度のIL-31を添加し、VEGF産生の変動を検討した。IL-31の添加はVEGF産生に有意な影響を与えなかった。前年度までの検討でヒトリンパ球のスギ花粉特異的なIL-31産生機構の解明を試みた。すなわち、1スギ花粉症患者由来の末梢血単核細胞(PBMC)の約66%はスギ花粉主要アレルゲンであるCry j 1に反応しIL-31を産生すること、2IL-4およびIL-33の添加によって、有意なIL-31の産生増強がみられること、3IL-2の添加では有意な変動はみられないこと、4IFN-γの添加によって、IL-31産生の有意な抑制がみらること、5LL-37の添加はIL-31産生に有意な影響を示さないこと、6Cryj1特異的なIL-31産生は抗HLR-DR抗体の添加で有意に抑制されること、6Cryj1特異的なIL-31産生はデキサメタゾン添加によって濃度依存性に抑制されること、などを明らかにした。本年度は自然リンパ球(innate lymphoid cells)のIL-31産生能について検討した。PBMCよりLinage陰性、CD127陽性細胞、すなわち自然リンパ球を分離した。末梢血由来自然リンパ球をIL

-2、IL-33、IL-25を単独あるいは複合して添加し、7日培養後の上清中のIL-31をELISAにて測定した。既報(Bartemes et al. JACI 2014)の通り、IL-2+IL-33の刺激に対して自然リンパ球は強力にIL-5およびIL-13を産生した。一方、本刺激によるIL-31は認めなかった。またPBMCからCD4陽性細胞を磁気ビーズ法にて除去し、同様の刺激によるIL-31産生を検討した。自然リンパ球での結果と同様に、CD4陽性細胞除去PBMCはIL-2+IL-33の刺激に対してIL-5およびIL-13を産生したが、IL-31の産生は少なくともタンパクレベル(ELISA)では確認できなかった。以上の結果より、ヒト末梢血リンパ球におけるIL-31産生はおもにCD4陽性細胞であり、自然リンパ球の関与は否定的と考えられた。アレルギー性鼻炎(スギ花粉症)患者の末梢血単核細胞(PBMC)の約66%は抗原刺激に対してIL-31を産生し、産生陽性者では花粉飛散期の症状およびQOLスコアが有意に高値を示した。PBMCからのIL-31産生はIL-4およびIL-33の添加で有意に増強された。一方、末梢血由来の自然リンパ球ではIL-2+IL-33の刺激でIL-31の産生はみられなかった。以上の結果より、ヒトPBMCにおけるIL-31産生はおもにCD4陽性細胞であり、病態の重症化に関与することが示唆された。平成26年度中に3つの課題をこなした。特にアレルゲンに特異的なIL-31産生をステロイドが強く抑制することは、ステロイドの抗炎症作用を理解する上で有益な情報と考える。耳鼻咽喉科学、アレルギー学今後はマウスモデルによる検討(IL-31点鼻による症状誘発など)を進める予定である。本研究により、スギ花粉刺激による末梢血単核細胞からのIL-31の制御メカニズムが明らかとなったため。消耗品購入の中で予想金額より安価で購入できたため残額が発生した。今後はマウスモデルによる検討やヒト繊維芽細胞や血管内皮細胞のIL-31に対する反応性の検討について解析したい。平成27年度の試薬費や成果発表のための旅費への使用を計画している。
血液自身を潤滑液として非接触回転駆動する長期体外循環血液ポンプに関する研究開発

本研究では、1ヶ月以上の耐久性と優れた血液適合性の実現を目的に、血液自身を潤滑液として浮上回転する補助循環用動圧浮上遠心血液ポンプを開発している。本血液ポンプに採用されている非接触軸受である動圧軸受について、ラジアル動圧軸受とスラスト動圧軸受の最適形状を検討した。その結果、ラジアル動圧軸受は、4円弧、半径隙間90 μm、溝深さ100 μmとすることで、インペラの安定性と血液適合性を改善できることがわかった。また、スラスト動圧軸受は、スパイラルグルーブ形状をインペラ外周から内周に溝が縮小するモデルとすることで、スラスト軸受隙間を広げ、血液適合性を改善できることがわかった。本課題では、血液自身を潤滑液として非接触浮上回転する長期耐久性と血液適合性に優れた体外循環用動圧浮上遠心血液ポンプを研究開発している。本年度は、スラスト動圧軸受の数値流体(CFD)解析と、スラスト動圧軸受の溝形状を最適化した。1 CFDソフトウェアの開発:スラスト動圧軸受の発生力を求めるため、潤滑理論における2次元レイノルズ方程式を元にした、独自のCFDソフトウェアを開発した。本ソフトウェアを用いて、スラスト軸受の最適な溝形状を検討した。評価モデルとして、動圧溝がインペラ外周から内周へ縮小するモデル、動圧溝と山の部分が等しいモデル、動圧溝が拡大するモデルの3種類の溝形状を評価した。本解析の結果、インペラ外周から内周へ縮小するモデルで、動圧軸受の発生力が最も大きいことがわかった。一方、動圧溝が拡大するモデルでは動圧軸受の発生力が負となることがわかった。2スラスト軸受隙間の計測試験:解析結果の妥当性を検討するため、スラスト軸受隙間の計測試験を実施した。試験では、レーザー変位計を用いて、ポンプ内部のインペラの浮上距離を非接触で計測した。本試験の結果、軸受隙間は、動圧溝がインペラ外周から内周へ縮小するモデルで90μm、動圧溝と山の部分が等しいモデルで26μmとなった。一方、動圧溝が拡大するモデルは、インペラがケーシングに接触した。3溶血試験:スラスト軸受の軸受隙間と溶血との関係を求めるため、牛血を用いた溶血試験を実施した。本試験の結果、動圧溝がインペラ外周から内周へ縮小するモデルで最も溶血が少なく、市販ポンプ比の0.6倍の溶血であった。本研究結果から、スラスト軸受の動圧溝形状を最適化することで、スラスト軸受隙間が広がり、溶血特性が改善できることがわかった。本年度は、ラジアル動圧軸受の数値流体(CFD)解析と安定性評価試験を実施した。1動圧軸受のCFD解析ソフトウェアの開発とCFD解析:動圧軸受の発生力を求めるため、潤滑理論における2次元レイノルズ方程式を元にしたCFD解析用ソフトウェアを開発した。本ソフトウェアは、軸受出入口の圧力境界条件を入力することで、軸受内の圧力分布を得ることが出来る。そのため、圧力分布を積分することで、動圧軸受の発生力を得ることが出来る。本ソフトウェアを用いて、多円弧ラジアル動圧軸受を解析した。設計パラメータとして、円弧数と円弧の深さ、軸受隙間を選定した。CFD解析を実施した結果、インペラの安定回転を実現できる設計パラメータは、円弧数4、円弧の深さ100μm、軸受隙間100μmであることがわかった。2血液ポンプを用いたインペラの安定性評価試験:CFD解析結果の妥当性を評価するため、ラジアル動圧軸受の軸受隙間を変えた血液ポンプを製作し、インペラの安定性評価計試験を実施した。本試験では、2つのレーザー変位計を用いて、ポンプ内部のインペラの軌跡を非接触で計測した。本試験の結果、インペラの安定性回転を実現できる設計パラメータは、円弧数4、円弧の深さ100μm、軸受隙間90μmであることがわかった。本結果から、CFD解析の妥当性を確認することが出来た。3溶血試験:円弧数4、円弧の深さ100μm、軸受隙間80、90、100μmの3種類の血液ポンプを用いて、牛血を用いた溶血試験を実施した。本試験の結果、軸受隙間90μmのモデルが最も溶血が少ないことがわかった。