hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
メタボリックシンドロームにおけるリピドミクス解析～高感度中性脂肪測定系の開発

メタボリックシンドロームの評価指標の一つであるトリアシルグリセロール(TAG)は総量やサブクラスでの量的評価はあるが、TAG分子種の量的評価は困難であった。本研究では液体クロマトグラフィー-質量分析法(LC-MS)を用い、高分離なLC系の構築と高感度で量的評価が可能なTAG分子種の測定方法を開発した。このTAG分子種測定系と既報のリン脂質などの測定系を合わせ脂質分子種の一斉測定系を確立した。本研究で開発された脂質の一斉測定系はTAG分子の質的変化、および脂質全体の質的変化を評価出来ることが示された。本研究は、心血管、脳血管障害の基盤となるメタボリックシンドロームにおける脂質代謝の変動を解明する事が目的である。そのために、中性脂質(トリアシルグリセロール(TAG))分子種の高感度測定系を作成し、コレステロールエステル、リン脂質の各分子種と合わせ一斉測定系を確立し、メタボリックシンドロームの病態における脂質変動を見出すことで、病因の解明および薬物治療への貢献、バイオマーカーの発見を目指すものである。そのために、まず高感度なトリアシルグリセロール分子種の測定系を液体クロマトグラフィー(LC)と質量分析計(MS)を用い確立することを目標とした。初年度は様々なカラムや溶媒、グラジェント条件を試みTAG分子種の分離度を0.6程度から1.0前後まで向上させることに成功した。またMSのスケジュールドMRM法を用い測定上の分離および高感度化することが出来た。これらのメソッドにTAG分子種の他、リン脂質、コレステロールエステル、ジアシルグリセロールなどの分子種も測定できるように1357のMRMチャネルを適応し、多様な脂質の一斉測定を可能にした。本研究は、メタボリックシンドロームにおける脂質代謝の変動を解明する事が目的である。そのために、中性脂質(トリアシルグリセロール(TAG))分子種の高感度測定系を作製し、コレステロールエステル(ChE)、リン脂質の各分子種と併せた一斉測定系を確立し、メタボリックシンドロームの病態における脂質変動を見出すことで、病因の解明および薬物治療への貢献、バイオマーカーの発見を目指すものである。そのために、まず高感度なTAG分子種測定系を液体クロマトグラフィーと質量分析計(MS)にて確立することを目標とした。様々なカラムや溶媒を試みTAG分子種の分離度を0.6から1.0程度にまで向上させること、MSのスケジュールドMRM法を用い測定上の高分離及び高感度化に成功した。これらの測定系にTAG分子種の他、リン脂質、ChE、ジアシルグリセロールなどの分子種も測定できるように設定し、多様な脂質の一斉測定を可能にした。構築した本測定系をTAG総量が増加する刺激を行った肝臓由来細胞に適応した結果、DHAを含む多価不飽和脂肪酸(PUFA)含有TAG分子種の増加がみられた(投稿準備中)。一方、飽和・一価不飽和脂肪酸のみからなるTAG分子種では変化がないか減少傾向にあった。ChE分子種も同様であった。一方リン脂質ではDHA含有リン脂質の減少傾向がみられた。3つの脂肪酸で構成されるTAG分子種のうち、飽和、一価不飽和脂肪酸も含むPUFA含有TAG分子種の変動を見出した本研究結果は、これまで汎用されていたTAGを脂肪酸量として評価するガスクロマトグラフィでは見出せない法則の発見であり、今後、疾患における酵素機能との関連を見出すための有用なツールとなるであろう。現在、ヒト非アルコール性脂肪肝炎や高脂肪食負荷マウスの試料について検討中であり、この結果はメタボリックシンドロームの病態の解明に寄与できるものと考える。研究計画で初年度に施行予定の下記の実験は予定通り進んでいる。1.LC-MS/MSを用いた脂溶性代謝物の網羅的一斉分析法の確立(1)LC-MS/MSを用いたトリアシルグリセロール(TAG)分子種の高感度測定法の確立(2)高感度TAG測定法とリン脂質、コレステロールエステル測定法を組み合わせた網羅的測定法の確立施行状況として(1)に関しては、過去の研究者が成し得なかった困難が予想されたTAGのLCによる分離について、様々なカラム、溶媒などを用い検討したところ、プリカーサーイオンにおいて分離度0.5-0.6程度の悪いピーク分離を1.0前後まで改善することに成功した。また、予定通りMRM法によるMS測定上の分離も出来た。(2)に関しても、(1)で作成したLCと組み合わせ全1357 MRMチャネルを測定メソッドとし、TAGのみならず、リン脂質やコレステロールエステル、ジアシルグリセロールなどを含めた一括測定系を構築した。脂質生化学脂質分析学研究計画では、メタボリックシンドロームモデルマウスにおける脂質解析と遺伝子解析を行う予定であったが、ヒトのメタボリックシンドローム患者のサンプルが入手できそうなため、臨床応用を考えた時にマウスより良いヒトサンプルでの検討を優先する。ヒトサンプルの入手が困難になった場合、当初の予定通りモデルマウスを作製し脂質解析と遺伝子解析を行うこととする。
重力軽減環境訓練システムにおける主体的な活動を目指した補助教材の工夫と開発

筆者は肢体不自由児教育を行う特別支援学校に勤務し「自立活動」の領域において「重力軽減環境訓練システム」を使用して授業に取組んでいる。このシステムは、ゴムの張力により重力を軽減し、姿勢制御を促し、環境に適応する治療機器をコンセプトにポーランドのNorman Lozinskiにより開発され、THE SPIDERと名付けられた。「自立活動」は「しんどい」「つらい」というイメージに往々としてとらわれることもあるが、このシステムに加え「バーチャルリアリティ(以下、VRと略す)ゴーグルを活用したジャンプ」「アクティブ動画を活用したウォーキング」の2種類のVR教材の工夫・開発を行い、生徒自らが、より主体的な活動に取り組めることを目的に取り組み、VR教材を使用時と不使用時を画像において比較し、その効果の検証を実施した。その結果「VRゴーグルを使ったジャンプ」においては、VRゴーグルを使ってジャンプに取り組むことにより、使用しない時に比べて1.67から1.78倍のジャンプの高さに差があり、明らかな効果が認められた。次いで、「アクティブ動画を活用したウォーキング」については、検証を行う前には動画を見ながら歩くことで、「歩く意欲に影響を与え、身体全体の動きが増加するだろう」と予測したが、予測に反し、運動量が減少していた。また、VR教材を使用した画像を見ると、明らかに頭部の部分の反応が少なく、頭が固定されていることが解った。これはアクティブ動画を見ることに集中し、「頭の位置が固定され、自然な歩容となり、無駄な動きがなくなり、従って身体全体の動きは減った。」と考察できる。このことは運動量を狙った教材としては残念ではあったが、より正しい歩容でウォーキングを行えた結果であり、満足できるものとなった。以上、立位姿勢の保持の時間からの楽しめる時間への移行であり、当然、興味・関心・意欲にも大きな違いがあり、そのことは主体的な学習過程へ関与するものと考えた。」と考察できる。
遺伝子ネットワークによる創薬ターゲットパスウェイのイン・シリコ探索技術

遺伝子ノックダウンや薬剤応答などに基づいた遺伝子発現データから大規模遺伝子ネットワークを推定する方法と統計的解析とシミュレーションによる遺伝子ネットワークの解析方法を用いて,遺伝子ネットワークに基づく,創薬ターゲットパスウェイを探索するためのバイオインフォマティクス技術を開発した.この技術を使って,薬剤Fenofibrate, Gefitinib並びに漢方薬が影響を与えるパスウェイの解析を実現した.遺伝子ノックダウンや薬剤応答などに基づいた遺伝子発現データから大規模遺伝子ネットワークを推定する方法と統計的解析とシミュレーションによる遺伝子ネットワークの解析方法を用いて,遺伝子ネットワークに基づく,創薬ターゲットパスウェイを探索するためのバイオインフォマティクス技術を開発した.この技術を使って,薬剤Fenofibrate, Gefitinib並びに漢方薬が影響を与えるパスウェイの解析を実現した.本研究は,遺伝子ネットワークを推定する技術と計測データや文献情報から動的な遺伝子ネットワークモデルを構築しシミュレートする技術を基礎として,遺伝子ネットワーク情報を用いて,創薬のターゲットになるパスウェイを探索するためのバイオインフォマティクスの技術を研究することを目的としている.平成18年度は,遺伝子発現データを遺伝子オントロジーを使って解析するための統計的方法を構築した.この遺伝子オントロジーを利用する方法は,マイクロアレイ遺伝子発現データを用いて,その発現データからその背景にある細胞内メカニズムに関係深い遺伝子機能を予測するものである.まずp値などを用いてランク付けする既存の方法は,偽陽性の予測など,様々な深刻な問題を抱えていることを指摘した。特に,p値によるランク法は,背景となっている細胞内メカニズムとは関係のない遺伝子群を統計的に有意差があるように判定することが多いことがわかった.本年度は,まずこうした問題を解決し,統計的理論に裏打ちされたオントロジーという知識の分類と関係付けを用いた新しい方式を開発した.そしてMonte Carlo実験を行うことで,既存法の問題が,本方式では解決されていることを実証し,その有効性を示した.また,実際の遺伝子発現データの解析に応用した.また,遺伝子ネットワークの装薬ターゲット探索とバリデーションのための統計・計算方法にっいて,これまで知られている方法についての調査を行い,今後の方向について検討し論文として発表した.また,いくつかの化合物についてマウスを利用した薬剤投与量と時系列のマイクロアレイデータ遺伝子発現解析を2WAY-ANOVAを用いて解析し,パスウェイレベルで使われ方が異なる遺伝子セットを同定できるかどうかなどを開発中である.ケース,コントロールのサンプル間で活動度の変化する転写因子を,マイクロアレイで取得された遺伝子発現データから,仮説検定により発見するための手法を提案した。その手法を適用することにより,転写因子の活動度が,各実験間で変動する様子を,網羅的に俯瞰するマップを得ることができる。我々は,当手法を,中枢神経系において脱髄したミエリン鞘の再髄鞘化を促す働きをもつ漢方薬を,マウスに投与したケース,コントロール実験から得られたデータに対して適用した。一般に漢方薬は,単一の化合物ではなく,混合した生薬の抽出物からなるため,作用領域は複数あると考えられる。それ故,通常行われるように単に少数の高発現差のある遺伝子群を列挙しただけでは,その作用機序や生体システムの働きを推察することは困難である。それに対し,我々の提案手法は,今回適用した転写因子活動度を含め,gene ontology等,生体システムの働きの特徴を要約する,さまざまな機能的アノテーションと共に適用可能であり,システムの機能を,より総体的に理解するための情報を抽出するツールとして有望である。また,ヒト血管内皮細胞(HUVEC)においてアポトーシスを誘導させた時系列マイクロアレイデータからダイナミックベイジアンネットワークにノンパラメトリック回帰を組み合わせた方式で遺伝子ネットワークを推定した。また,siRNAによる遺伝子ノックダウンマイクロアレイデータを用いて,このネットワークを比較解析した。その結果,この遺伝子ネットワーク推定による方法が薬剤ターゲットの探索に有効であることが示唆された。遺伝子ノックダウンや薬剤応答などに基づいた遺伝子発現データから大規模遺伝子ネットワークを推定する技術と計測データや文献情報から動的な遺伝子ネットワークモデルを構築しシミュレートする技術を基礎として,遺伝子ネットワーク情報を用いて,創薬のターゲットになるパスウェイを探索するためのバイオインフォマティクスの技術を研究することを目的とし,以下の成果を得た.1.HUVEC遺伝子ノックダウンデータ,薬剤Fenofibrateを投与したHUVEG時系列遺伝子発現データ,及びタンパク質相互作用データに,動的に変化する転写ネットワークとシグナル伝達パスウェイを抽出する方法を適用して,この薬剤に応答した自己分泌シグナル伝達パスウェイを推定することに成功した.2.漢方薬の黄連解毒湯をマウスに『投与して解析したマイクロアレイデータに対して,Cell lllustrator, MetaGP,及びパスウェイデータベースTRANSPATHを統合して用いるバイオインフォマティクス技術を構築し,パスウェイ解析を行い,この漢方薬の作用しているパスウェイの抽出を行った.3.時系列マイクロアレイデータ解析に適応した状態空間モデルを用いて,異なる細胞株間や,薬剤投与条件に差のある細胞間の遺伝子制御システムの差異に関わる遺伝子群を,シミュレーションモデルからの予測と観測結果の差異から抽出する方法を,ヒト小気道上皮細胞にEGFで刺激した場合と,EGF刺激及びGefitinib投与の場合の,2種類の時系列マイクロアレイデータに適用することにより,薬剤投与により制御関係に変異が生じた遺伝子群を抽出することに成功した.4.病気及び薬剤応答に関するパスウェイ情報を文献から抽出する技術を開発した.
アフガニスタンにおける国民統合政策の変容に見るエスニシティ間対立構造の分析

本研究では、アフガニスタンにおける国民統合上最大の問題であるエスニシティ間の対立、特にパシュトゥーンと他の「少数派」エスニシティ間の分断状況拡大の原因とその動態について、1930年代以降の変容する国民統合政策に着目し、その影響についてパシュトー語・ペルシア語・ウルドゥー語など現地語一次資料の分析を通じて明らかにする。具体的研究方法としては、1930年代以降の国民統合政策の変容過程を三つの時期・状況に分類し、各時期の国民統合政策による社会的影響を、特にエスニシティ間関係の動態に焦点を当てて明らかにする。
圧力印加MOVPEによる高品質InGaN厚膜成長

10気圧まで加圧可能な有機金属化合物気相成長(MOVPE)装置を設計、外注し、その装置を用いてInGaN成長を行った。炉内圧力増加と共にキャリアガスの熱伝導率が上昇し、原料が基板手前で分解してしまい輸送されない問題が実験開始当初生じた。そのためフローチャネル部材をグラファイトから熱伝導率の低い石英に変更するなどの改造を行った。結果、基板への原料供給問題は解決し、当初の目的であるInGaNのMOVPE成長における加圧効果を確かめることができた。圧力6気圧において高温で量子井戸を作製したところ1気圧と比べ120 nm長波長で発光することがわかった。高品質厚膜InGaNは、走査型レーザディスプレイ用ワットクラス緑色レーザダイオード、効率>250[1m/W],CRI>80の高効率暖白色LED、効率ドループの無い照明用LED,更に高In組成InGaN太陽電池シングルセルの実現,および現有のセル接合プロセス技術の融合により,50%以上の効率の太陽電池実現等、様々な応用展開が期待される。本申請者が平成15年から3年間実施した"基盤研究(A)、研究期間:H15H17年度研究課題名:超ワイドギャップAlN系半導体の超高温エピタキシャル成長による低転位化とデバイス"によれば,GaNおよびAlNは,熱分解しない範囲内でMOVPE法での成長温度が高いほど結晶品質の高い結晶を成長できる。InGaNでも同様と考えられる。より高温でのInGaNの成長を実現するためには,より高い圧力下のMOVPE成長が必要である。本研究により、厚膜InGaN成長用として、圧力8気圧まで印加可能なMOVPE装置を製造した。InN用加圧MOVPE装置は、アメリカNASA研究所で試作された例はあるが、InGaN混晶成長が可能な装置は、今回が世界でも初めてである。原料部は従来の装置を流用し、バッファタンクおよび加圧ポンプシステムを用いて反応管のみを加圧できるようにした。加圧MOVPE装置を用いてInGaN及びAlInN成長を行い、成長可能であることを確かめた。また、熱力学解析を行い、気相組成と固相組成の関係が熱力学解析通りになることを実験的に確かめた。特にAlInNに関しては世界で初めての成果である。本研究では、有機金属化合物気相成長(MOVPE)法による厚膜高品質高In組成InGaN結晶成長のための基盤技術の確立を目指している。具体的には,(1)従来ほとんど試みられた例の無い圧力印加可能なMOVPE装置の設計・製作,(2)成長中の圧力印加によるInGaNの超高速横方向成長,(3)GaN基板上,ナノサイズの周期的GaNコアロッドへのInGaN極太ロッド成長,(4)高InNモル分率InGaNのp型結晶の実現、を行う。本研究により,*効率250[lm/w]かつ演色評価数(CRI)>75以上の白色発光ダイオード(LED),*出力1[W]以上の緑色レーザダイオード,*集光時効率60[%]以上の多接合型太陽電池の実現が期待される。本研究による二酸化炭素排出削減効果は2020年時0.6億トン,国内新市場規模は7兆円程度と試算される。平成22年度では最高圧力2気圧までの装置を試作し、InGaN厚膜の成長実験を行った。平成23年度は、2気圧までの加圧装置でInAlNの成長を行い、熱力学計算での予測と一致することを確認し、更に装置を改造して最高圧力8気圧まで加圧可能とした。これ以上の圧力ではアンモニアが液化してしまうため、上限の圧力である。MOガス用バッファタンクを2つとし、TMGaとTMInをそれぞれ加圧して同時及び交互に供給できるようにした。厚膜成長は同時、多重量子井戸構造成長は交互及び同時に供給した。InGaN厚膜の成長では1気圧から6気圧まで成長を行い、熱力学計算に従って圧力増加とともにIn組成が増加することを確かめた。また、多重量子井戸構造の成長を行い、X線回折により構造の形成を確認し、更に室温でのフォトルミネッセンス(PL)も確認することができた。加圧型MOVPE装置においてPLを観測した例はこれまでなく、世界初の快挙と言える。前年度までの研究により、TMGa用及びTMIn用のバッファタンクを設け、予備加圧することにより、最大8気圧までの加圧成長に成功した。しかし、熱力学から予想されるIn組成と大幅に異なっていた。その原因として、気体熱伝導率の増加に基づく気相反応の影響を考え、本年度は装置を改造した。具体的には、フローチャネルの材質を変え、SiCコートグラファイトから石英にした。また、マニュアルで行っていたバルブ操作を変えて、半自動的にバルブ操作が可能なシーケンスを組み込んだ。

これらの改造により、サセプタ上流部での原料ガスの熱分解が大幅に抑制され、大幅なIn組成の増加を確認し、熱力学的予想とよく一致する結果を得た。新しいフローチャネルを用いて多重量子井戸構造を作製し、X線回折から圧力の増加と共に、InGaN量子井戸層のIn組成が増加すること、InGaN量子井戸層、GaN障壁層ともに膜厚が増加することを確認した。またガス線流速依存性を確認し、従来の反応炉の限界である1気圧ではInGaNの成長ができない高温でもInGaN成長が可能であることを実験的に示すことができた。これらの結果は、加圧MOVPEの優位性を世界で初めて検証したことを示しており、世界初の学術上極めて大きな成果と言える。今後、他の研究費等を用いて更に実験を行い、その成果を学術雑誌に投稿する予定である。加圧型MOVPE装置において、世界で初めてInGaN厚膜及び多重量子井戸構造からのPL発光を観測しており、装置開発は順調と言える。24年度が最終年度であるため、記入しない。現在装置の操作に2名以上必要であり、再改造が必要である。その他は特に問題は無く、8気圧まで加圧可能な装置を用いて、予定している超高速横方向成長を行う。P型に関しては原料供給の関係から2気圧炉で実験を行う。またナノロッドに関してはPAMBE法を用いて実施予定である。
前頭前野皮質回路の遺伝子操作による病態モデル解析

統合失調症などの精神疾患の発病は、前頭前野皮質を中心とする脳領域の機能異常に起因し、それらをめぐる脳領域での物質代謝や神経伝達の変化が病態に深く関係するが、精神疾患の病態の基盤となる脳内神経回路の障害のメカニズムについては十分に理解されていない。本研究では、内側前頭前野皮質(medial prefrontal cortex/mPFC)を中心とする神経回路について、mPFCへの入力経路およびmPFCあるいは線条体に局在するGABA作動性介在ニューロンの役割が、統合失調症様の行動障害にどのように関係するのかを解析する。特に、mPFC機能に依存する作業記憶およびattentional shift機能に着目し、これらの障害に結びつく神経回路機構の解明に取り組む。第一に、背内側mediodorsal(MD)視床核に由来し、mPFCに投射する神経路の選択的除去を誘導するために、イムノトキシン受容体であるヒトインターロイキン-2受容体(IL-2R)をコードするNeuRetベクターをマウスのmPFCに注入した。MD核などmPFCに入力する神経路にIL-2Rの発現を検出した。その後、MDにイムノトキシンを注入し、視床皮質路の選択的除去を誘導した。今後、このマウスはMDに由来する視床皮質路の行動柔軟性における役割を研究するための有益なモデルを提供する。第二に、mPFCにおけるGABA作動性介在ニューロンタイプの行動生理学的な役割を解明するために、特に、パルブアルブミン(PV)を含有する介在ニューロンを標的とするために、PV遺伝子の制御下にCre組み換え酵素を発現するラットを作成した。このラットの線条体においてPVニューロンにおけるCreの発現が見出された。このため、今後、AAVベクターを線条体に注入することにより、細胞タイプ特異的にIL-2Rの発現を誘導した。本トランスジェニック系統は、今後、線条体におけるPV陽性介在ニューロンの行動生理学的機能を研究するための有益なモデルとなる可能性が示唆された。26年度が最終年度であるため、記入しない。このため、今後、AAVベクターを線条体に注入することにより、細胞タイプ特異的にIL-2Rの発現を誘導する予定である。

このため、今後、AAVベクターを線条体に注入することにより、細胞タイプ特異的にIL-2Rの発現を誘導した。本トランスジェニック系統は、今後、線条体におけるPV陽性介在ニューロンの行動生理学的機能を研究するための有益なモデルとなる可能性が示唆された。26年度が最終年度であるため、記入しない。MD-mPFC経路に効率的に遺伝子を導入できることが確認できたとともに、線条体においてCreを発現するPV-Creトランスジェニックラットを作成することができた。MDにイムノトキシンを注入し、MD-mPFC経路の選択的除去を誘導した動物を用いて、attentional shiftの機能を評価する。また、PV-Creトランスジェニックラットの線条体にAAVベクターを注入し、PVニューロンにおいて選択的にIL-2Rを発現させ、イムノトキシンによりこのニューロンを除去する。同様の行動解析を行い、attentional shiftの機能を評価する。
パラメトリックアレー収束音場音源による高機能遠隔教育・会議システムの開発

遠隔会議、遠隔教育はインターネットを通じて行われることが多くなった。この場合、技術の注目は映像や臨場感の在る音環境などに集まっている。しかし、遠隔会議においては会議情報の漏洩、周囲への騒音などの処理すべき問題が在る。また遠隔教育受講においてはヘッドホン利用の不便性、不快感などがあり、これらの問題は参加者のみが聞こえる指向性音源によって解決する課題と考えられる。そこで我々が従来研究してきたパラメトリックアレー効果による高指向性音源の適用を考えた。この音源は従来のスピーカほど大きな音が出力されない、音質が悪いなどの欠点が在るが、従来のスピーカで実現し得ない指向性を有しているものである。15年度はこの方式による音源の本目的用の適用が可能か検討した。すなわち、個人受聴に必要なシャープな音圧分布の設計が可能かを中心に検討した。その結果、この効果を凹面で反射収束させることとこれをさらに集積させることでほぼ実施できることを見出した。16年度はさらに会議あるいは受講状態での音声信号受聴に適した条件の設定を行った。また、映像との整合性についても見当を行った。17年度は実際に言語についての明瞭度の試験や周囲への漏話の試験を行い、基本的に当初目標とした機能の実現が会議、講義受講の場面で十分な可能性のあることを確認した。しかし、当初から課題であった音質の悪さは改善されなかった。これの意味することは受聴音ソースは音声や比較的低音の音信号に限られ、音楽全般の聴取には不向きで在ることを意味している。また、当初予想しなかった高指向性音源に特有と思われる、聴取者自身の頭部からの受聴音の反射散乱の課題が出てきた。これは、特殊な工夫をしなければ防げない現象であり、適用に当たっては十分考慮するべき課題であることが明らかとなった。本研究は、パラメトリックアレー効果による指向性可聴音場を反射面収束によって改善した我々の今までの研究成果を、遠隔教育・遠隔会議システムの改善及び新機能を付与に適用することを目的としている。即ちこのシステムの導入により遠隔講義受講中や遠隔会議においてヘッドホンなしに個人に限定された音響情報の聴取が可能となる。1960年代のウェスターベルトによるパラメトリックアレー効果の発見は、今までにない様々な特徴を持つ音源の可能性を秘めながら、低音圧、低効率の欠点を持ち、実用性に乏しかった。我々はこの効果の改善を反射面による同効果の収束を図ることで一部実現し、高度な収束音場と同時に音圧の上昇も図ることに成功している(特許特3356847号2002年)。しかし、本研究の目的への適用を考えると、(1)低音質(2)音源形態の課題の解決が必要であった。(1)の良い音質のためには、音源がヒトの可聴帯域に十分な帯域の音を発生できることと、余分な高調成分などを発生しないことが必要であるが、本研究の対象の効果は可聴音発生のメカニズムから狭帯域周波数特性と高調波成分の問題を含んでいた。15年度の検討から帯域の改善は十分ではないが、後者の高調波成分の低減に成功して音質の向上が図られた。この結果メッセージ等の伝達への適用は十分なものとなった。(2)の音源形態については、源音源の配列手法に工夫を重ね、我々の従来の大型反射面に代えて、小型反射面の集積によって、フラットでかつ指向性の高い音源の構成に成功した。

これらの成果により、個人的メッセージ情報をヘッドホンなしに個人のみにきれいな音で伝達できることになり、初年度の目的であった音情報受聴環境の改善整備をほぼ実現できた。16年度は、実際の聴取環境を構築して、送音・受音環境についての完成を図る。*本研究の初年度であり、成果について口頭発表のみの終わっているが、16年度中に論文として発表する。本研究は特殊音響効果(パラメトリックアレー効果)にさらに新たな工夫を加えることにより形成したビーム状音源を用いてe-learningなどの遠隔教育環境や遠隔会議システムの受聴音響環境を改善することを目的としている。即ち、従来の音響環境では聴取しようとする使用者以外にも音響信号は広がり、プランバシーを損ねることと共に逆に周囲には騒音となる現象を引き起こしていた。本研究では上記ビーム状指向性音場の形成により、これらの課題を解決するものである。平成15年度には使用する音源デバイスの設計を行い本目的のための特性を有する音源装置の開発を行った。続いて16年度は以下のような検討を行った。(1)設計試作した音源装置について、個人用音源である遠隔教育用及び遠隔会議用それぞれについて、音場の精密測定を行い、その音の広がりを調べた。この結果各目的に応じた適切な広がりを有することを確認した。この音源の欠点である、聴取者の頭部がビーム音波を反射産卵するために新たな音源となる現象については、ビーム音波の投射方向について最適方向を見出し、極力その効果を減じる手法について見当を加えた。(2)聴取設備の実効用を見るため離れた部屋間でスクリーンによる動画像と本研究のビーム音源による双方向音響環境の予備実験を行い、その実空間における予想した効果を確認した。即ち、使用者以外に音響信号を聞き取ることが出来ず、又使用者は十分な音圧による会話が出来る条件の設定が可能であった。この検討は遠隔教育、遠隔会議いずれにも適用が可能であることも確認した。(3)音源デバイスについては、新たにビーム音場をさらに収束する手法を試み、究極の空中音波通信手段と言える耳穴だけへの音波送信手法について検討し、その可能性を確認した。本研究は、最近のシステムである遠隔教育、遠隔会議システムにおいて、指向性音場が必要であることから始まったものである。このような可聴音による指向性を実現するためには、スピーカアレーが考えられるがその寸法は音波の波長から数メートルにおよび実用性がない。しかし1960年代に発見されたパラメトリックアレー効果を用いれば実現する可能性が在るとあされてきた。しかし、この効果は普通のスピーカに比べて電気-音響変換効率が低く工夫が必要であった。我々は、この効果を収束することで所望の音圧を得ることに成功していたのでこれを用いることにした。平成15年度から始まった過年度の本研究において、一応その目的を果たす装置が完成し、試作音源が遠隔会議、遠隔教育受講に適していることを、聴取実験で確認した。平成17年度は、この中で発生している、(1)限定方向指向性音源によって発生する聴取者頭部による聴取音散乱音の削減、(2)指向性音源の可聴域、非可聴域の境界の急峻度の改善、(3)可聴域と周囲音圧とのレベル差の改善、などについて検討し、より実現性の高い指向性音場の実現に努力した。その結果、<1>聴取者の頭部による散乱の削減は原理的に難しいので音源の投射方向を工夫することとした。投射方向を変えてみると、垂直上部よりの投射で一番散乱音の効果が少ない結果が得られた。
肺癌の組織型と遺伝子変異診断としてのイオン移動度分光測定式探知器による呼気分析

IMSを用いて61名の肺癌患者と40名の健常者を対象に呼気解析した。105の呼気揮発物質を同定し、13の呼気揮発物質で有意に上昇していた。n-Dodecaneが肺癌と健常者(感度90%、特異度69%)、15名のEGFR遺伝子変異陽性患者と17名の陰性患者(感度53%、特異度100%)で有意に上昇していた。肺癌疑いで気管支鏡検査目的で入院した患者を対象に呼気でIMS測定を行った中で確定診断が得られた腺癌37名、扁平上皮癌11名、小細胞癌10名、その他3名の計61名と健常者40名の呼気解析を解析ソフトVisualNOWを用いて解析をおこなった。105個のVOC peakが同定され、全肺癌患者の呼気と健常者の呼気を解析し、Decision treeを作る事によって肺癌の感度および得度が90%以上と向上した。特に腺癌ではn-DodecaneのVOC peakが有為にピークが上昇していた。また、各組織型(腺癌、扁平上皮癌、小細胞癌)で上昇するVOC peaksは異なっていることが確認されている。さらに上皮成長因子受容体(epidermal growth factor receptor: EGFR)陽性例と陰性例の腺癌のVOC peaksの比較を行った結果、EGFR陽性例ではn-DodecaneのVOC peakが有為に上昇していた。次に気管支鏡下でのサンプリングの確立のためににガイドシースで気管支内腔でのサンプリングを数例行い、サンプリングが可能である事を確認した。前年度、肺癌と健常者の呼気解析を解析ソフトVisual NOWを用いて解析し、Decision treeを併用して肺癌と健常者を感度および特異度約90%で分ける事ができることを確認し、海外で報告されていた結果の再現性が確認することができ、かつ上皮成長因子受容体(epidermal growth factor receptor: EGFR)遺伝子変異陽性例では陰性例と比較してn-DodecaneのVOC peakが上昇することが確認できた。平成25年6月のBreath summitで結果を発表し現在、測定データの最終確認を行っており近日中に論文投稿予定である。平成25年度計画していた、気管支鏡下で腫瘍がある側と腫瘍のない側でサンプリングに関しては、サンプリングを行うことはできたが、サンプリングする際に咽頭麻酔のキシロカインなどの影響を受けるため正しく解析することができなかった。現在、肺癌手術症例を対象に切除前後での呼気のVOC peakの変化を確認し、確認されているVOC peakが術後に変化があるかを確認する予定である。呼気での解析結果がでており、6月のBreath Analysis Summitでポスター発表を予定しており、論文報告も予定しており現在作成中。気管支鏡下でのサンプリングの準備中、IMS機器のメインテナンスを現在行っている。25年度が最終年度であるため、記入しない。IMS機器であるBioScoutの性能の確認のためのメインテナンスを行い機器の整備を行っている。呼気分析に加えて気管支鏡で採取したサンプルを用いてIMS測定を行い、さらに特異的なVOC peakの同定を行う。
電気化学的手法による樹脂/金属ナノ接合界面の構築と微細回路形成

本研究では、金属イオンをドープした樹脂に対し、電気化学的手法を適用する新規な発想に基づき、樹脂上へナノスケールの配線形成をも可能にする全く新しい金属/樹脂間の接合原理および微細配線形成手法を確立した。具体的には、(1)固相電気化学反応における金属薄膜形成機構の解明、(2)界面ナノ構造と密着性の相関の明確化、(3)微細回路パターン作製を可能にする実験系の構築、の3つ目標を達成した。これにより、次世代の「超微細回路フィルム」の実現に向けた化学的アプローチを提案することができ、液晶ディスプレイや電子ペーパー等の実装基板への応用可能性の開拓に成功した。本研究では、基板材料として現在フレキシブル基板材料として主に利用されているポリイミド樹脂を用い、金属材料として銅を用い、樹脂上への密着性に優れた埋め込み型微細金属配線の高効率製造手法を確立することを目的とする。本年度は電極反応の主因子として、高分子樹脂の構造に着目した。ポリイミドの分子内官能基密度を部分脱水縮合反応により変化させ、金属イオン濃度を制御した薄膜をITO基板上に作製し、膜厚、イオン濃度および印加電圧と電極反応速度との相関を系統的に評価した。各工程におけるポリアミック酸薄膜の構造変化をATR-FTIRを用いて評価した結果、銀イオン吸着後のポリアミック酸薄膜では、カルボキシ基のC=O伸縮振動に由来するピークが減少していた。これはカルボキシ基のプロトンと銀イオンがイオン交換されたことに起因していると考えられる。また、銀イオンを遊離したポリアミック酸薄膜では、カルボキシ基に由来するピークが再び発現している。この結果より、銀イオンとプロトンのイオン交換により再度カルボキシ基が形成されたものと考えられる。さらに、部分脱水縮合によりカルボキシ基を減少させると電極反応速度が低下したことから、イオン交換律速となっていることが示唆された。また、本手法では熱処理によるイミド化にてポリイミドと金属ナノ粒子パターン間の密着性が強固になり、これによりITO基板からの樹脂剥離プロセスの際にポリイミド側にパターンが残ったものと考えられる。また、得られた銀パターン/ポリイミド構造体はテープ剥離試験をクリアしたことから優れた密着性を有することが明らかとなった。平成27年度は、電気めっきを絶縁樹脂に適応するという新規な発想に基づき、ダイレクトメタリゼーション法のメカニズム解明と界面構造最適化に取り組んだ。本プロセスにて還元、析出、成長する金属ナノ粒子層はすべて構造的、電気的に接続しており、樹脂との複合化により接触面積を増大させ、密着力の確保を図ることができる。まず、ナノ粒子サイズおよび複合層全体に対する金属成分の充填率と密着強度との相関を系統的に評価した。その結果、平均金属体積充填率25%程度の界面構造においてピール強度が1kgに到達することが明らかとなった。また界面ナノ構造を、ウルトラミクロトームを用いて作製した超薄切片を電子顕微鏡により観察したところ、銅ナノ粒子が不連続に接続したナノグラニュラー構造が密着力確保に不可欠であることを見いだした。さらに、回路として利用する場合の伝送損失を最小現にするため、ナノ構造の薄膜化を試み、界面微細構造パラメータ(厚み、粒子サイズおよび充填率)と密着強度との相関性を明確化することに成功した。得られた銅/ポリイミド界面接合層は広い金属界面充填率範囲においてテープ剥離試験をクリアしており、高密着強度達成の可能性が示唆された。加えて、樹脂との親和性の高いニッケルを銅に合金化させ、複合化による改善を図るため、ニッケル・銅合金ナノ粒子の作製を試み、ナノ構造の組成制御と体積充填率制御に成功した。平成27年度の目標は樹脂と析出金属表面の界面微細構造と密着強度の相関の解明と、微細構造の最適化である。また、構造最適化にあたり、薄膜形成過程における物質収支(イオン含有量、析出量、深さ方向分布)について詳細に検討したところ、樹脂内部ではプロトンと金属イオンのイオン交換により電流が流れ、陰極で還元反応が起こり、イオン交換律速で薄膜が析出することを明らかにすることができた。また、陽極での反応についても電流効率の溶液濃度依存性から明らかとなった。上記の構造ー密着性の相関関係の明確化を通じて薄膜形成メカニズムの一端を解明することができたことから、研究は順調に推移しているといえる。また、密着強度目標は申請時に1kgf/cmに設定しており、本プロセスでは最大1.2kgf/cmの密着強度が得られたことから、研究2年目の数値目標は達成したと考えている。また、平成27年度は新たに金属の合金化による密着性向上にトライし、銅とニッケルの合金ナノ粒子の合成と組成制御に成功した。これは、界面ナノ構造化による密着性確保にあらたな概念を加える画期的な成果で有り、3年目の研究においてさらなる発展につながると期待できる。平成28年度は最終年度であり、樹脂内での物質収支プロセスを理解するため、イオン交換能を付与された樹脂内部におけるイオン交換速度を定量的に算出し、反応速度の最適化に取り組んだ。その結果、イオン交換速度の最大値は、樹脂を電解質溶液に浸漬した際の初速度に一致することが明らかとなった。改質したポリイミド樹脂の場合、最大イオン交換速度から算出した成膜速度は10マイクロメートル毎分に達し、本手法が高速成膜を実現可能であることを見いだした。また、パターニングされた陽極を用いることで、カソード側に回路パターンを転写させることに成功した。

その転写精度は電極間距離(樹脂の膜厚)および電流密度に依存し、電極間距離が小さくなるほど、また電流密度が小さくなるほど高解像度の転写が可能になることがわかった。電極間の電気力線の分布と膜抵抗をパラメータとした解析によりそのメカニズムを解明した。さらに電極反応条件の最適化を行うことにより、本手法を用いて「超薄膜型フレキシブル回路基板」作製の可能性が示唆された。また、転写パターンの剥離により回路パターンを描画したポリイミド樹脂の作製に成功しているが、最終年度は金属/樹脂界面の密着強度増大のため、異種金属の段階的めっきにより界面微細構造を最適化するプロセスの構築を試みた。具体的には本手法によりまず銅めっきを施した後、アノードを取り外して樹脂をニッケルイオンを含む溶液に浸漬し、その後さらにめっきを施すことにより銅膜上部(樹脂内部側)にニッケルを析出させることにより密着強度の向上を図った。その結果、銅のみの場合に比較して密着強度は著しく増大することが明らかとなった。以上の成果により、絶縁体である樹脂に電気めっきを施す新規プロセスにより、密着強度に優れた界面構造を有する異種材料接合、およびフレキシブル回路基板の高効率作製プロセスの構築に成功した。本研究では、金属イオンをドープした樹脂に対し、電気化学的手法を適用する新規な発想に基づき、樹脂上へナノスケールの配線形成をも可能にする全く新しい金属/樹脂間の接合原理および微細配線形成手法を確立した。具体的には、(1)固相電気化学反応における金属薄膜形成機構の解明、(2)界面ナノ構造と密着性の相関の明確化、(3)微細回路パターン作製を可能にする実験系の構築、の3つ目標を達成した。これにより、次世代の「超微細回路フィルム」の実現に向けた化学的アプローチを提案することができ、液晶ディスプレイや電子ペーパー等の実装基板への応用可能性の開拓に成功した。初年度では薄膜析出における主因子パラメータ抽出とその影響度の定量化を目指し、膜内の金属イオン濃度、高分子樹脂の構造、印加電圧および電流密度の析出速度に対する影響について検討した。その結果。膜厚、イオン濃度および印加電圧と電極反応速度との相関を明らかにすることとができたことから、当初目標はおおむね達成できたと考えられる。また、樹脂の部分脱水縮合による膜内イオン濃度の調整について新しくトライしており、加熱処理による樹脂の化学構造変化を利用したイオン濃度の制御に初めて成功しており、この影響についても反応速度論的解析を進めつつあり、次年度に向けて研究は順調に進展している。研究最終年度は、これまでに確立した系面構造設計指針を基礎として開始する。本研究が将来的に実用化研究段階に移行するためには、本手法を生産性に優れたシステムと融合させる必要がある。最終年度では、予定通り過去2年において明確化した要素技術をパターニングプロセスに適用する。具体的には、サブミクロンミクロンスケールの配線形成を行う系として、金属マスク電極パターンの転写、およびナノサブミクロンスケールの配線形成を行う系として、陰極/樹脂界面を凹凸構造にすることによる部位選択的回路形成の2つのプロセスを行う。これら2つの実験系の構築により、最終的に微細ライン/スペース(最終目標:0.41.0ミクロン)を実現することを目標とする。
若年性骨髄単球性白血病に対する改変T細胞と分子標的薬による複合治療法の開発

本研究の目的は、希少がんで細胞株が存在しない若年性骨髄単球性白血病(JMML )について、JMMLから樹立したiPS細胞を用いて、GM-CSF受容体(GMR)に対するキメラ抗原受容体(CAR)を発現させた遺伝子改変T細胞(GMR-CAR-T細胞)と分子標的薬との複合治療によるJMMLの治療モデルを構築することである。平成30年度の研究成果として、JMMLで詳細な抗腫瘍効果が検証されていないc-met阻害剤クリゾチニブ、PI3K阻害剤イデラリシブについて、抗腫瘍効果をJMML患者由来iPS細胞から分化したCD34陽性細胞を用いてメソカルトを用いたコロニー形成法により検証することが出来た。JMML由来iPS細胞は、PTPN11遺伝子の変異c.226G>Aが陽性および陰性の2種類のiPS細胞を用いた。血球分化誘導はBMP4, SCF, TPO, VEGFを同時添加し行った。メソカルトを用いたコロニー形成法は、分化誘導した血球細胞から磁気分離により回収したCD34陽性細胞とメソカルト(GM-CSF含)、各薬剤を混和して14日間培養した後、%コロニー形成能を計算した。その結果、PTPN11変異陰性CD34陽性細胞とPTPN11変異陽性CD34陽性細胞の%コロニー形成能はクリゾチニブで、25.6%と10.7%、イデラリシブで30.8%と14.6%であることが分かった。平成30年度の研究成果であるイデラリシブとクリゾチニブがPTPN11変異陽性細胞に対してより高い抗腫瘍効果を示すこと、及びPTPN11変異陰性細胞でも%コロニー形成能の減少が認められることを明らかにしたことは、特異的かつ有効な至適濃度を選定する必要性を示唆するという点で意義が大きいと考える。今後、GMR-CAR-T細胞との複合治療を構築するためにも重要な知見であると考える。GMR-CAR-T細胞と分子標的薬との複合治療によるJMMLの治療モデルを構築するという最終目的に向けて、まず、JMMLで詳細な抗腫瘍効果が検証されていない新規の薬剤(c-met阻害剤クリゾチニブ、PI3K阻害剤イデラリシブ)についてiPS細胞由来分化細胞を用いて、その抗腫瘍効果を検証することが出来た。CAR-T細胞との複合治療においては、より多くの薬剤を検証する必要性があるため、候補薬剤を増やすために、新規薬剤のJMML細胞に対する抗腫瘍効果の検証を優先して実施した。当初の計画であったGMR-CAR-T細胞の生存への影響を最小限にする薬剤濃度の決定について、平成30年度に実施した検証から明らかになったPTPN11変異陰性細胞でも%コロニー形成能の減少が認められるという知見から、正常細胞への薬剤濃度を選定している段階であるため、やや遅れていると判断している。次項の研究推進方策に従い、検討を進めていきたい。まず、GMR-CAR-T細胞の生存への影響を最小限にする薬剤濃度の決定を行うため、平成30年度の研究成果に基づいて薬剤濃度を決定する。具体的な薬剤濃度の決定は、GMR-CAR-T細胞と設定した濃度の薬剤を混和して培養しトリパンブルーを用いて生細胞数をカウントして評価する。その際には、昨年同様にJMML由来iPS細胞から分化誘導したCD34陽性細胞も使用し、遺伝子変異陽性CD34陽性細胞に、より特異的に作用し、GMR-CAR-T細胞の生存には影響が最小限になる薬剤濃度の決定を行う。その後、複合治療の効果を検証するため、GMR-CAR-T細胞とJMML由来iPS細胞より分化誘導したCD34陽性細胞を混合培養し、各濃度の分子標的薬を添加する。培養後、トリパンブルーを用いて生細胞数をカウントする。さらに、抗CD3抗体や抗CD34抗体と抗CD38抗体を用いたフローサイトメトリーによりGMR-CAR-T細胞への影響や抗腫瘍効果を解析する。また、混合比を1:1から1:4でメソカルトを用いて培養を行い、GM、Erythroidコロニー数をカウントし、抗腫瘍効果の評価を行う予定である。その結果、PTPN11変異陰性CD34陽性細胞とPTPN11変異陽性CD34陽性細胞の%

コロニー形成能はクリゾチニブで、25.6%と10.7%、イデラリシブで30.8%と14.6%であることが分かった。平成30年度の研究成果であるイデラリシブとクリゾチニブがPTPN11変異陽性細胞に対してより高い抗腫瘍効果を示すこと、及びPTPN11変異陰性細胞でも%コロニー形成能の減少が認められることを明らかにしたことは、特異的かつ有効な至適濃度を選定する必要性を示唆するという点で意義が大きいと考える。今後、GMR-CAR-T細胞との複合治療を構築するためにも重要な知見であると考える。GMR-CAR-T細胞と分子標的薬との複合治療によるJMMLの治療モデルを構築するという最終目的に向けて、まず、JMMLで詳細な抗腫瘍効果が検証されていない新規の薬剤(c-met阻害剤クリゾチニブ、PI3K阻害剤イデラリシブ)についてiPS細胞由来分化細胞を用いて、その抗腫瘍効果を検証することが出来た。CAR-T細胞との複合治療においては、より多くの薬剤を検証する必要性があるため、候補薬剤を増やすために、新規薬剤のJMML細胞に対する抗腫瘍効果の検証を優先して実施した。当初の計画であったGMR-CAR-T細胞の生存への影響を最小限にする薬剤濃度の決定について、平成30年度に実施した検証から明らかになったPTPN11変異陰性細胞でも%コロニー形成能の減少が認められるという知見から、正常細胞への薬剤濃度を選定している段階であるため、やや遅れていると判断している。次項の研究推進方策に従い、検討を進めていきたい。まず、GMR-CAR-T細胞の生存への影響を最小限にする薬剤濃度の決定を行うため、平成30年度の研究成果に基づいて薬剤濃度を決定する。具体的な薬剤濃度の決定は、GMR-CAR-T細胞と設定した濃度の薬剤を混和して培養しトリパンブルーを用いて生細胞数をカウントして評価する。その際には、昨年同様にJMML由来iPS細胞から分化誘導したCD34陽性細胞も使用し、遺伝子変異陽性CD34陽性細胞に、より特異的に作用し、GMR-CAR-T細胞の生存には影響が最小限になる薬剤濃度の決定を行う。その後、複合治療の効果を検証するため、GMR-CAR-T細胞とJMML由来iPS細胞より分化誘導したCD34陽性細胞を混合培養し、各濃度の分子標的薬を添加する。培養後、トリパンブルーを用いて生細胞数をカウントする。さらに、抗CD3抗体や抗CD34抗体と抗CD38抗体を用いたフローサイトメトリーによりGMR-CAR-T細胞への影響や抗腫瘍効果を解析する。また、混合比を1:1から1:4でメソカルトを用いて培養を行い、GM、Erythroidコロニー数をカウントし、抗腫瘍効果の評価を行う予定である。[次年度使用額が生じた理由]今年度の研究費の主な使用用途としては、iPS細胞の維持培養に必要な試薬と薬剤等の購入であった。当初の計画では、GMR-CAR-T細胞の生存への影響を最小限にする薬剤濃度の決定までを実験計画としていたが、最終目的であるGMR-CAR-T細胞と分子標的薬による複合治療を開発するためには、候補薬剤をより多く用いる必要性があった。そのためJMMLに対する抗腫瘍効果の検証がなされていない新規薬剤であるクリゾチニブとイデラリシブの抗腫瘍効果の検証に必要な試薬購入に研究費を使用し、また、その検証に時間を要した。
AIを用いた革新的実験計画法による動圧浮上遠心血液ポンプの最適設計に関する研究

急性期の心肺補助に使用される体外循環用血液ポンプは、短期使用が前提である接触式の軸受を採用しているため、危機的状況を脱した後の耐久性や血液適合性が課題である。提案者らは、中長期の体外循環への適用を目的に、非接触駆動が可能な動圧浮上遠心血液ポンプを開発してきた。しかし、血液ポンプの設計は経験をもとに試行錯誤で進めざるを得ず、非接触軸受である動圧軸受の狭い軸受隙間に起因する溶血や血栓形成、低回転数時のインペラの不安定性が課題となっている。本課題では、人工知能(AI)を用いた革新的実験計画法により、人工心肺適用時の高回転駆動から人工心肺離脱後の低回転駆動まで、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の最適設計を行う。AIを用いた革新的実験計画法は、連携研究者らが提案している多入力多目的最適化手法と機械学習を統合した最適化手法である。本最適化手法は、実験計画作成(Plan)、実験を実施(Do)、得られたデータを機械学習(Check)、遺伝的アルゴリズムによる多目的最適化(Action)することで、従来のCheckとActionに重回帰分析を用いた最適化手法と比べ、必要最小限の実験回数で、多入力多目的な複雑システムの最適解を簡易に探索可能である平成30年度は、動圧軸受の軸受剛性を高め、インペラのより安定した非接触駆動を実現するため、AIを用いた最適設計法を開発し、動圧軸受の溝形状の最適化を実施した。具体的には、溝形状の異なる複数の動圧軸受の設計モデルに対して、数値流体(CFD)解析を用いて軸受性能を算出した。その後、ニューラルネットワークを用いて機械学習を実施し、多目的最適化手法を適用することで、軸受性能を最適とする動圧軸受の形状を求めることができた。平成30年度に実施予定であった動圧軸受の軸受剛性を高め、インペラのより安定した非接触駆動を実現するため、AIを用いた最適設計法を開発し、最適な動圧軸受の軸受形状を求めることができたため。平成31年度(令和1年度)以降、溝形状の異なる動圧軸受プレートを試作し、動圧軸受の軸受発生力と溶血量を評価可能な評価装置を用いて、軸受形状の最適化の妥当性を評価する。また、平成31年度(令和1年度)後半より、血液ポンプの浮上特性の最適化を行うため、これまで提案者らが開発してきたインペラに作用する力の釣り合いを利用した非接触駆動法の設計パラメータの決定にAIを用いた最適設計法を適用する。最終目標は、体外循環時に想定される低回転数(1000 rpm, 25 mmHg)から回転数(4200 rpm, 500 mmHg)の駆動条件で、従来の試行錯誤での設計では達成困難な100μmを超える軸受隙間を実現し、血液適合性試験において溶血性能が市販ポンプよりも優れることを示すことである。また、平成31年度(令和1年度)

後半より、血液ポンプの浮上特性の最適化を行うため、これまで提案者らが開発してきたインペラに作用する力の釣り合いを利用した非接触駆動法の設計パラメータの決定にAIを用いた最適設計法を適用する。最終目標は、体外循環時に想定される低回転数(1000 rpm, 25 mmHg)から回転数(4200 rpm, 500 mmHg)の駆動条件で、従来の試行錯誤での設計では達成困難な100μmを超える軸受隙間を実現し、血液適合性試験において溶血性能が市販ポンプよりも優れることを示すことである。AIで最適化された動圧軸受の評価用プレートの試作を次年度実施するため、残高が生じた。次年度前半に試作を実施予定である。
磁界のＡＲ表示システムの開発と教育効果の検討

電気系の学科の低学年実験において電磁誘導現象を扱う際に、磁界の向きや大きさは測定の難しさや複雑さから深く掘り下げられない事が多い。ここにAR技術を取り入れた測定システムを用い、多点測定の補助とカメラ画像上に重ねた結果表示を行えば、初学者が電磁誘導現象を深く理解し、後の専門科目の理解度向上に繋がると考えた。そこで本研究では、初学者向け「磁界のAR表示システム」の開発を行った。完成後は実際の学生実験で使用し、学生の使用感アンケートから教育効果を検討する計画だったが、現システムは幾つか問題点を抱えており実用的でないと判断したため、教育効果の検討は行っていない。開発したシステムはPC, Webカメラ, PCにデータを送信可能なガウスメータの3つから成り、ガウスメータのプローブ先端には「立体ARマーカ」を取り付けてある。立体ARマーカは立方体の面ごとに異なるARマーカを貼付し、Webカメラに映るARマーカの位置情報に加え、映ったマーカの種類でプローブ先端の3次元回転角が分かるようになっている。これにより測定対象の周辺をプローブでなぞるだけで、座標ごとの磁界の強さと方向を記録できる。問題点は主に2つで、1つは立体ARマーカの位置や角度の精度が低い点である。調査の結果、立方体の各面のARマーカがカメラに対して斜めに映るほどに、位置や角度の誤差が大きくなる事が判明した。これに関してはより多面体のマーカを採用する事で改善できないか検討している。2つ目は磁界の向きと大きさの表現方法である。現在は細かい点群が流れるアニメーションを採用しており、流れる速さで磁界の強さを、流れる方向で磁界の向きを表現している。この方法ではマーカの位置と方向が高精度でないと、測定点ごとの繋がりが悪化し正確な形状が把握し辛い事が判明している。これに関しては現方式での精度改善と全く別の表現方法の模索を並列して進めている。