hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
発光波長を自在に制御できる半導体ナノ粒子集積体の開発

半導体ナノ粒子複合体の新規作製法を確立するとともに、その発光波長の自在制御を行った。さらに、複合体粒子をLayer-by-Layer法により基板上に積層した。サイズ選択的光エッチング法を適用することにより、複合体粒子のナノ構造を制御したジングルベル型構造体粒子は、その粒子構造に依存した光化学特性を示した。まず、セレン化カドミウムをコアとして持つコア・シェル構造体にサイズ選択的光エッチングを適用し、可視光領域で強い発光を持つジングルベル型構造体を作製した。光エッチングに用いる単色光波長を変化させることで、ジングルベル型構造体の発光波長を自在に制御した。さらにガラス基板上に固定した構造体粒子薄膜に部分的に光照射し、光エッチング部分のみを強く発光させることに成功した。この手法は、単一材料を用いて多色発光画像の記録を可能にするものである。つぎに、シリカ薄膜で被覆した硫化カドミウムナノ粒子に、サイズ選択的光エッチングを適用して、内部に空隙を有するジングルベル型構造体を作製した。構造体内部の硫化カドミウムナノ粒子コアの発光におよぼすトリアルキルアミンの添加効果をしらべた。分子サイズ選択的な発光消光が観察されたことから、構造体内部の空隙と外部溶液相との間で、シリカシェルを介して分子選択的な物質移動が起こることを明らかにした。強く発光するジングルベル型半導体粒子は、内部に結晶欠陥が少なく、効果的な光エネルギー変換材料になると期待できる。そこで、この可能性を探るために、さらに、得られた複合体粒子の光触媒としての利用を試みた。作製した複合体粒子は市販のバルク粒子よりも極めて高い光触媒活性を示した。特に、ニトロベンゼンの光還元反応に対して、生成物の収率および生成物分布は、用いる複合体粒子のナノ構造に大きく依存して変化した。シリカ被覆硫化カドミウムナノ粒子(SiO_2/CdS)に、サイズ選択的光エッチングを適用することにより、コアであるCdSサイズを選択的に減少させることができ、ジングルベル型構造を作製できる。本研究では、ジングルベル型SiO_2/CdS粒子のシェルに分子サイズの開口を形成させ、構造体の光化学特性に及ぼす影響を評価した。CdSナノ粒子の表面に、3-メルカプトプロピオン酸(MPA)を結合させたのち、粒子表面の未修飾部分を3-メルカプトプロピルトリメトキシシランで化学修飾した後、加水分解処理を行い、コア・シェル構造粒子(MPA-SiO_2/CdS)を得た。MPA-SiO_2/CdSの吸収スペクトルは、波長458nmの単色光照射にともない短波長側にシフトし、その吸収端は最終的に照射光波長とほぼ同じになった。光エッチング後のMPA-SiO_2/CdSのFT-IRスペクトルを観察すると、Si-O-Siに帰属される1100cm^<-1>付近のブロードなピークは光エッチング前後で変化しないが、1550cm^<-1>のMPAの-COO^-に由来するピークは光エッチングにより消失することがわかった。このことは、CdSの光エッチングにより、MPAは酸化脱離後もSiO_2シェル構造は保持されているが、分子サイズの開口が形成されることを示している。光エッチング後のMPA-SiO_2/CdSの発光の強度は、メチルビオロゲン(MV^<2+>)を溶液中に添加することにより減少した。その度合いは、シェル開口を持たない構造体よりも顕著であった。これは開口を通してジングルベル型構造体内部にまでMV^<2+>が進入し、CdS粒子表面に直接吸着するため、効果的に励起電子を捕捉したためである。

これらの研究から、SiO_2シェルに開口が形成されると、コアであるCdSナノ粒子の光化学特性が変化することがわかった。我々はこれまでにシリカ(SiO2)で被覆した硫化カドミウム(CdS)ナノ粒子(SiO2/CdS)にサイズ選択的光エッチングを適用することによって、SiO2とCdSの間に空隙をもつ新規ナノ構造体(ジングルベル型構造体)の調製に成功した。本研究では、SiO2/CdSをLB法によってガラス基板上に積層させ、SiO2/CdS集積膜を調製した。さらにこの薄膜にサイズ選択的光エッチングを適用し、得られたナノ構造と光化学特性の関係を明らかにするとともに、化学センサーへの応用をめざした。SiO2/CdS粒子表面を(トリデカフルオロ-1,1,2,2-テトラヒドロオクチル)トリエトキシシランを用いて最外層を化学修飾し、クロロホルムに可溶なSiO2/CdSを得た。この溶液を水面に滴下し展開面積を規制したのち、ガラス基板を水面に対して水平に付着させることによってSiO2/CdSを基板上に積層した。得られたSiO2/CdS薄膜に単色光を照射すると、照射光波長を短くするにつれ、CdSの吸収スペクトルは短波長側へシフトし、その吸収端は用いた照射光波長に一致した。このことから、SiO2/CdS集積膜にサイズ選択的光エッチングを適用することによって、CdSコアサイズを選択的に減少させることができ、集積膜中にジングルベル型ナノ粒子が形成されることがわかった。光エッチング後のSiO2/CdS薄膜は、波長650nm付近にCdSの結晶欠陥に由来する発光ピークを示した。この発光ピークはトリアルキルアミンの添加により減少したが、その度合は用いるトリアルキルアミンの種類により変化した。このことはSiO2/CdSのSiO2シェルに、分子サイズの細孔が存在すると考えるとうまく説明できる。我々はこれまでにシリカで被覆した硫化カドミウムナノ粒子にサイズ選択的光エッチングを適用することによって、シェルとコアの間に空隙をもつ新規ナノ構造体(ジングルベル型構造体)の調製に成功した。本研究では、シリカ薄膜をシェル、セレン化カドミウムナノ粒子をコアとするジングルベル型構造体(SiO2/CdSe)をガラス基板上に集積化させ、SiO2/CdSe集積膜を調製した。さらにこの薄膜にサイズ選択的光エッチングを適用し、その発光波長制御を試みた。SiO2/CdSeにサイズ選択的光エッチングを適用したところ、いずれの波長の単色光をもちいても、光照射とともにCdSeナノ粒子の吸収スペクトルがブルーシフトし、最終的にその吸収端は照射光波長に一致した。このことから、CdSeナノ粒子の粒径制御にサイズ選択的光エッチング法が適用可能であり、さらに照射光波長を短くするにつれより小さな粒径のCdSeナノ粒子が生成することがわかった。光照射前のSiO2/CdSeはほとんど発光しなかったが、光エッチング後のCdSeナノ粒子は強いバンドギャップ発光を示した。また、発光の量子収率は、514nm単色光で光エッチングした場合には約2%であった。構造体のシリカシェルを形成させる際にガラス基板を共存させておと、Si-O-Siネットワークを介して、SiO2/CdSeがガラス基板上に積層され、SiO2/CdSeナノ粒子薄膜が形成された。
腫瘍糖鎖抗原特異的な抑制化レセプターを標的とした新規癌免疫誘導法の開発

免疫細胞は、免疫応答を制御するために様々な抑制化レセプターを発現している。実際、抑制化レセプターの機能不全により、自己免疫疾患等が発症する可能性が考えられている。一方、ウィルス等の病原体は免疫応答が逃れるために様々な免疫逃避機構を獲得してきた。そのような免疫逃避機構の一つとして、ウィルスには抑制化レセプターのリガンド分子を獲得することにより、免疫システムから逃避する機構が存在する。一方、癌細胞は通常は免疫細胞によって除去される。しかし、癌細胞の中には、免疫システムによって除去されず、増殖してしまうものがあり、それらは悪性腫瘍になってしまう。つまり、癌細胞もウィルス等の病原体と同様に何らかの免疫逃避機構を持っていると思われる。しかし、そのような免疫逃避機構の詳細は明らかではない。一方、癌マーカーは癌の悪性度と関連の深いことが知られているがその生理機能も明らかでないものが多い。我々は、癌マーカーと免疫抑制化レセプターとの相互作用を調べることにより、特定の糖鎖で修飾された癌マーカーが抑制化免疫レセプターの一つであるPILRの特異的なリガンドとして、免疫応答を抑制していることが明らかにした。さらにPILRに認識される最小単位を解析することにより、特定の糖鎖構造とペプチド構造の双方がPILRの認識に重要であることが判明した。実際、糖ペプチドを作製したところ、PILRの認識を完全に阻害することが明らかになった。さらに、PILRと糖ペプチドと共結晶解析を行うことにより、PILRは糖鎖とペプチド双方と結合するユニークな抑制化レセプターであることが判明した。従って、本研究で明らかになったPILRの認識機構をもとに、PILRの阻害物質を同定できれば、腫瘍細胞による免疫逃避機構を制御できると考えられた。そこで、今後は、PILR阻害糖ペプチドが、PILRに認識される腫瘍マーカーの免疫抑制機能の阻害に有用であるかを検討する予定である。
末固結堆積岩とマグマとの反応と組成移動

本研究プロジェクトを通じて得られた結果は以下のように要約される.貫入された堆積岩と玄武岩マグマとのあいだの相互反応には二つのタイプが識別された.第1のタイプはドレライトシルと黒色頁岩との間に生じる拡散的なタイプであり,第二のタイプは黒色頁岩と玄武岩とが入り混じるような場合に生じるものである.第一のタイプは二番目のものよりもより高温でかつ低い水/岩石比の条件下で生じている.最初のタイプにおいては,黒色頁岩は珪化作用を被っており,ドレライトシルとの接触部にそってSiO2に富むようになる.一方,K2OやRbに完全に枯渇するようになり,多分,ドレライトへと持ち去られたのだと思われる.一方,ドレライトのSiO2量は変化しない.K2OやRbとは対照的にCaOはドレライトから放出され,接触部付近の黒色泥岩にわずかに濃集させられるが,その濃集の程度は,放出される量とはバランスがとれていないらしい.このことは,放出されたCaOが系外へと除去されたことを示唆している.第二のタイプにおいては,黒色頁岩は優白化を受けているにも関わらず,珪化作用は破っていない.その白色は,大量の方解石が黒色頁岩に形成されることによっている.しかしながら,K2OやRbは最初のタイプと同様に,完全に除去されている.MgOやFeOなどの元素や玄武岩から除去され,入り混じった堆積岩中に濃集するらしい.こうした相互作用における二つのタイプにおける異なった挙動は,熱いマグマが貫入することによって生じる堆積岩の脱水に起因する熱水溶液の性質によっていると考えられる.本研究プロジェクトを通じて得られた結果は以下のように要約される.貫入された堆積岩と玄武岩マグマとのあいだの相互反応には二つのタイプが識別された.第1のタイプはドレライトシルと黒色頁岩との間に生じる拡散的なタイプであり,第二のタイプは黒色頁岩と玄武岩とが入り混じるような場合に生じるものである.第一のタイプは二番目のものよりもより高温でかつ低い水/岩石比の条件下で生じている.最初のタイプにおいては,黒色頁岩は珪化作用を被っており,ドレライトシルとの接触部にそってSiO2に富むようになる.一方,K2OやRbに完全に枯渇するようになり,多分,ドレライトへと持ち去られたのだと思われる.一方,ドレライトのSiO2量は変化しない.K2OやRbとは対照的にCaOはドレライトから放出され,接触部付近の黒色泥岩にわずかに濃集させられるが,その濃集の程度は,放出される量とはバランスがとれていないらしい.このことは,放出されたCaOが系外へと除去されたことを示唆している.第二のタイプにおいては,黒色頁岩は優白化を受けているにも関わらず,珪化作用は破っていない.その白色は,大量の方解石が黒色頁岩に形成されることによっている.しかしながら,K2OやRbは最初のタイプと同様に,完全に除去されている.MgOやFeOなどの元素や玄武岩から除去され,入り混じった堆積岩中に濃集するらしい.こうした相互作用における二つのタイプにおける異なった挙動は,熱いマグマが貫入することによって生じる堆積岩の脱水に起因する熱水溶液の性質によっていると考えられる.本研究では,深海底の未固結堆積岩中へ玄武岩マグマが噴出・貫入した場合に生じる相互作用や反応と,浅海底上で生じた場合の共通点と違いとを解明することを目的とした.前者の例として,日高帯の下川オフィオライトとトムラウシ岩体とで野外での産状について検討した結果,ドレライトのシートとの接触分に向かって黒色泥岩が漸移的に優白化している現象が普遍的に生じていることが明かとなった.黒色頁岩から接触部の優白化している部分までの連続的な岩石資料を採取し,全岩主化学組成・微量成分組成分析を実施した.その結果,接触部へ向かってK,Rbが急激に減少すること,逆にSi,Caが大幅に増大すること,Fe,Mgもわずかに増大することが明かとなった.一方,ドレライトにおいてはより変質が進行した岩石では,H_2O,K,Rbが著しく増大すること,逆にCaが著しく減少する.つまり,黒色頁岩における組成変化とドレライトにおける組成変化は相帆的となっていることが明かとなった.また,黒色頁岩における組成変化は接触しているドレライトの規模と接触部からの距離とによってコントロールされている.つまり,ドレライトの規模が大きくなるほど,組成変化している巾は(反応帯)より広くなり,また,接触部に近いほど著しく組成変化している.一方,ドレライトにおける変質と組成変化は,冷却・固結時のクラックぞいに沿って進行しているらしいことが明かとなった.一方,浅海底における例として,新潟県弥彦山周辺に分布するドレライト,泥岩脈,熱水脈,佐渡島小木付近の安山岩,泥岩,ペペライトの試料を用いて検討を行った.上記と同様の現象が観察されるが,浅海底上に貫入したために,マグマ水蒸気爆発が生じており,著しい擾乱構造が発達する違いが見られ,そのため,著しい流動組織が形成されたりする特徴があることが明かとなりつつある.

本研究では,深海底の未固結堆積岩中へ玄武岩マグマが噴出・貫入した場合に生じる相互作用や反応と,浅海底上で生じた場合の共通点と違いとを解明することを目的とした.前者の例として,日高帯の下川オフィオライトとトムラウシ岩体とで検討した結果,ドレライトとの接触部に向かって黒色泥岩が漸移的に優白化していることが明かとなった.全岩主化学組成・微量成分組成分析を実施した.その結果,接触部へ向かってK,Rbが急激に減少すること,逆にSiが大幅に増大すること,Fe,Mgもわずかに増大することが明かとなった.一方,ドレライトにおいては,H_2O,K,Rbが増大し,Caが減少する.つまり,これらにおける組成変化は一部については相補的となっていることが明かとなった.一方,黒色泥岩が玄武岩と混じりあっているような場合は,黒色泥岩のCaOが著しく増大し,K,Rbが急激に減少すること,しかしSiは増大しないことが明らかとなった.こうした違いは,相互反応の生じる温度条件と岩石/水比の違いによっていると思われる.また,黒色頁岩における組成変化は接触部に近いほど著しく組成変化している.一方,ドレライトにおける変質と組成変化は,冷却・固結時のクラックぞいに沿って進行しているらしいことが明かとなった.一方,浅海底における例として,新潟県弥彦山周辺に分布するドレライト,泥岩脈,熱水脈,佐渡島小木付近の安山岩,泥岩,ペペライトの試料を用いて検討を行った.上記と同様の現象が観察されるが,浅海底上に貫入したために,マグマ水蒸気爆発が生じており,著しい擾乱構造が発達する違いが見られ,そのため,著しい流動組織が形成されたりする特徴があることが明かとなった.
ゲーム木探索における発見的情報の利用に関する研究

今年度は、ゲーム木探索の並列化に関する研究を中心に行った。その結果、次のような成果が得られた。チェス、将棋、囲碁等の完全情報2人零和ゲームはminimaxゲーム木で表現され、ゲーム木を解くことで両者が最適な手を選んだ場合の結果を知ることができる。この目的のためにα-β法、SSS*法などの探索法が提案されている。これらの探索法を用いても、ゲーム木探索に要する計算量は、ゲーム木の高さに応じて急速に増加することは避けられない。そこで、複数の処理装置を持つ並列計算機を用いることにより、探索時間を減少させる方法が考えられる。本研究では、それらをm台の処理装置を持つ並列計算機上で実行することを考え、並列計算機向きの5種類の並列探索法を提案した。また、これらの探索法の計算時間が処理装置の台数mとともにどのように変化するかを理論的に調べた。その結果、1台の処理装置の場合に対する速度向上比がmより大(加速異常)になり得ること、および1より小(減速異常)になり得ることが知られた。また、本論文で考察した5種類の探索法では減速異常は生じないことを証明した。次に、探索法の全般的な挙動をシミュレーション実験によって評価した。その結果、処理装置の台数mの増加に伴い、計算時間が常に減少することは確認できたが、速度向上比はmよりかなり小さくなることも明らかになった。しかし、探索法によって、速度向上比にかなり変動がみられるので、並列化により適した探索法を工夫することで、速度向上比をさらに改善し得る可能性がある。本研究で試みた探索法の中では、有資格探索が探索時間の大きさと速度向上比の両方の観点から、他に比べ良い結果を与えることが知られた。
歯根膜組織を有する人工歯根修複術の確立

1.マイクロキャリアーを用いた歯根膜細胞の立体培養が可能となり、至適培養条件が明らかとなった。2.in vivoにおける歯根膜上皮細胞にはアルカリホスファターゼ活性は認められないが、in vitroにおいてその活性が認められ、歯根膜上皮細胞が培養環境において形質転換を起こしたことが示唆された。3.歯根膜由来線維芽細胞に破骨細胞形成抑制因子と破骨細胞分化因子のmRNA発現が見られ、破骨細胞形成の制御に関わっていることが示唆された。4.ヒト歯根膜の加齢による退行性変化にcollagen α1(I)遣伝子のmRNA発現減少、DNAのプロモーター部位のメチル化が関与していた。5.歯根膜線維芽細胞は菌体成分応答に係わるCD14/TLR系の諸分子の遺伝子を全て発現していた。6.ラット臼歯歯根膜発生過程においてマラッセの上皮遺残(歯根膜上皮細胞)が無細胞セメント質形成に関与していることが示唆された。一方、有細胞セメント質形成部においては、歯根膜上皮細胞は中間セメント質に取り込まれ、TUNEL法で陽性反応を示すアポトーシスを起こしていることがわかった。7.ラット臼歯に歯槽骨から象牙質に至る欠損を作製し経時的に観察を行ったところ、歯根膜は既存歯根膜組織からのみ再生した。また、無細胞セメント質再生に骨と類似のカップリング現象が見られた。8.ラット歯根窩洞にチタン片を埋入したところ、残存歯根膜に接した部位において、チタン片表面にセメント質の形成を伴った歯根膜様軟組織の形成が観察された。骨組織と面した部位ではosseointegrationが観察された。9.イヌ歯根窩洞に培養歯根膜由来線維芽細胞を播種したところ、残存歯根膜から離れた部位で孤立した有細胞セメント質の形成が見られた。また、BrdU標識により窩洞内に播種細胞の残留が証明された。10.イヌ歯根窩洞に培養歯根膜線維芽細胞とチタン片を播種・埋入した結果、埋入されたチタン片と窩底面の間に新生セメント質様構造物の形成を伴う歯根膜様軟組織および新生骨様組織が形成されていた。11.ウサギにおいて、咬断運動をする切歯と臼磨運動をする臼歯とで歯根膜機械受容ニューロンが異なった応答特性を持ち、大脳皮質での局在性も異なることが明らかとなった。1.in vitroにおいて上皮細胞を初代培養すると、線維芽細胞との間に明瞭な境界が発現する。invivoで上皮間葉間に存在する基底膜の主な構成蛋白であるタイプIVコラーゲンおよびラミニンの抗体をその初代培養した細胞に作用させると境界部分に強い反応が観察され、歯根膜培養細胞においても上皮間葉相互作用の存在する可能性が示唆された。2.立体培養および細胞の量産化を可能とするマイクロキャリアーを用いて、ヒト歯根膜由来線維芽細胞の培養が可能となった。現在、それらの細胞の形態的特徴、細胞特性および増殖能について検討中である。

3.咬頭削除による咬合力の変化に伴う歯根膜組織の変化についてACPaseおよびMOMA-2に関して検討したところ、歯根膜組織の再編と抗マクロファージ抗体との関連性が示唆された。4.in vivoにおける歯根膜上皮細胞(いわいるマラッセの上皮遺残)の分布と無細胞セメント質形成との間に正の相関関係が観察され、歯根膜上皮細胞が無細胞セメント質の形成に何らかの関与を有する可能性が示唆された。また、歯根膜上皮細胞はbcl-2蛋白を発現し、積極的にアポトーシスを回避していることが示唆された。5.歯槽骨-歯根膜-無細胞セメント質-像牙質窩洞を形成し、無細胞セメント質の修復過程を経時的に観察している。術後初期の炎症反応が収まると、欠損部に多核巨細胞が観察され、やがて部分的にセメントライン様構造とセメント芽糸田胞が観察された。6.単離培養に成功した歯根膜細胞をチタン製インプラント体の表面に培養し、ビーグル犬歯根表面に形成した窩洞に埋入する実験を行った。現在、母床および移植歯根膜細胞ならびにインプラント体表面の組織学的変化を検討中である。また、歯根膜細胞を移植する際の担体(コラーゲン、ポリ乳酸など)およびインプラント体表面形状についても検討中である。1.マイクロキャリアーを用いた歯根膜細胞の立体培養が可能となり、至適培養条件が明らかとなった。2.in vivoにおける歯根膜上皮細胞にはアルカリホスファターゼ活性は認められないが、in vitroにおいてその活性が認められ、歯根膜上皮細胞が培養環境において形質転換を起こしたことが示唆された。3.歯根膜由来線維芽細胞に破骨細胞形成抑制因子と破骨細胞分化因子のmRNA発現が見られ、破骨細胞形成の制御に関わっていることが示唆された。4.ヒト歯根膜の加齢による退行性変化にcollagen α1(I)遺伝子のmRNA発現減少、DNAのプロモーター部位のメチル化が関与していた。5.歯根膜線維芽細胞は菌体成分応答に係わるCD14/TLR系の諸分子の遺伝子をすべて発現していた。6.ラット臼歯歯根膜発生過程においてマラッセの上皮遺残(歯根膜上皮細胞)が無細胞セメント質形成に関与していることが示唆された。一方、有細胞セメント質形成部においては、歯根膜上皮細胞は中間セメント質に取り込まれ、TUNEL法で陽性反応を示すアポトーシスを起こしていることがわかった。7.ラット臼歯に歯槽骨から象牙質に至る欠損を作製し、経持的に観察を行ったところ歯根膜は既存歯根膜組織からのみ再生した。また、無細胞セメント質再生に骨と類似のカップリング現象が見られた。8.ラット歯根窩洞にチタン片を埋入したところ、残存歯根膜に接した部位において、チタン片表面にセメント質の形成を伴った歯根膜様軟組織の形成が観察された。骨組織と面した部位ではosseointegrationが観察された。9.イヌ歯根窩洞に培養歯根膜由来線維芽細胞を播種したところ、残存歯根膜から離れた部位で孤立した有細胞セメント質の形成が見られた。また、BrdU標識により窩洞内に播種細胞の残留が証明された。10.イヌ歯根窩洞に培養歯根膜線維芽細胞とチタン片を播種・埋入した結果、埋入されたチタン片と窩底面の間に新生セメント質様構造物の形成を伴う歯根膜様軟組織および新生骨様組織が形成されていた。
人工心臓開発のための機械的ポンプシステムの生体適合化に関する基礎研究

健常皮膚を介して伝送される電力によって駆動される体内完全埋込型の定常流式および拍動流式の電気駆動式人工心臓を対象として生体適合化に間する基礎研究を行った。1.血液破壊の軽減:遠心ポンプのインペラとケーシングの半径方向隙間ならびに軸方向隙間を独立に変化させたモデルを作成し、さらに、駆動方法をダイレクトドライブ方式とすることの影響を、溶血試験、流れの可視化、数値計算を施行し血液破壊の軽減のための定量的指針を提唱した。2.血液の凝固に伴う血栓形成の防止:数値解析に用いた条件と同様の駆動条件で犬を用いた体外循環を行ったところ、同一部位に血小板の粘着が見られ、数値解析とin vivoの結果の一致を見た。また、遠心ポンプのインペラを従来のオープンタイプからセミオープンタイプに変更することで、インペラ周囲の血液潅流を増加させることができ、抗血栓性の向上を図った。新しく開発した血液接触面のヘパリン化法により、生体適合化が一段と向上した。3.体内空間や生体組織に対する血液ポンプの解剖学的適合性の実現のための方法論の創出:画像解析を基に人工心臓をデザインし、それを慢性動物実験に応用した結果優れた体内への装着性が明らかとなった。電気油圧式全人工心臓ばかりではなく、拍動流式の補助心臓、定常流人工心臓などに関しても、体内空間への適合化に関して検討した。4.体内での熱発生の影響と許容限界の明確化:計算によるシミュレーションの実施とともに、熱源としての電気油圧式人工心臓を埋め込んだ慢性動物実験で熱源周囲温度を連続測定するとともに肺に及ぼす病理組織学的影響の検討を行った。熱源に対する生体の適応が病理学的に観察された。5.経皮的電気エネルギー伝送に伴う電磁波による生体への影響と許容限界の明確化:郵政省の電磁は防護指針との比較を行い、生体への電磁波の影響が特に見られないことが分かった。また、ファントムを用いることで、人工心臓からの電磁波の発生とその影響について検討した。経皮的電力伝送慢性動物実験を4ケ月間にわたって行い、生体への電磁波の影響が特に見られないことが分かった。高機能人工臓器を開発する技術は、我が国の先進工業基盤技術を医療分野に応用することで大きく発展する可能性が高いが、その実現のためには機械としての人工臓器を生体の機能に適合させるための基礎技術研究が不可欠である。本研究では、高機能が要求される人工臓器のうち、健常な皮膚を介して伝送される電力によって駆動される体内完全埋込型の電気駆動式人工心臓を対象として、生体適合化に関する基礎研究を行った。1.血液破壊の軽減:工学的解析法として、レーザを用いた流れの可視化計測法、コンピュータ数値解析法により溶血の原因と考えられるデータを採取し、ポンプの溶血性能を山羊血を閉鎖回路内で循環させた結果とを比較対照した。インペラの外周とハウジングの距離が0.5mm以下で、溶血が急増することが明らかとなった。2.血液の凝固に伴う血栓形成の防止:拍動流式血液ポンプを中心に血液接触面の剪断速度と血栓形成の関係を検討した。慢性動物実験結果と工学的測定結果の対比により2.7N/m2以下の剪断速度の部位で血栓形成が見られることが明らかとなった。この結果に基づいてポンプの改良を進めている。

3.体内空間や生体組織の配置への解剖学的適合性の実現のための方法論の創出:ヒト胸腔を対象として、高速CT法を用いて生体寸法計測を行い、それらのデータをコンピュータで解析することにより0.5mmの誤差で心臓周囲の解剖学的構造の三次元的再構築に成功し、人工心臓の埋め込みのための寸法の測定を開始した。4.体内での熱発生の影響と許容限界の明確化:熱源としての電磁駆動型人工心臓を埋め込んだ慢性動物実験で熱源周囲温度を連続測定するとともに肺に及ぼす病理組織学的影響の検討を開始した。5.経皮的電気エネルギー伝送に伴う電磁波による生体への影響と許容限界の明確化:慢性動物実験で実際に経皮的電気エネルギー伝送を行い、その病理組織学的影響の解析を開始した。高機能人工臓器を開発する技術は、我が国の先進工業基盤技術を医療分野に応用することで大きく発展する可能性が高いが、その実現のためには機械としての人工臓器を生体の機能に適合させるための基礎技術研究が不可欠である。本研究では、高機能が要求される人工臓器のうち、健常な皮膚を介して伝送される電力によって駆動される体内完全埋込型の定常流式および拍動流式の電気駆動式人工心臓を対象として生体適合化に関する基礎研究を行った。今年度は全ての事項について昨年度の研究を発展させた。1.血液破壊の軽減:遠心ポンプのインペラとケーシングの半径方向隙間ならびに軸方向隙間を独立に変化させたモデルを作成し、溶血試験、流れの可視化、数値計算を施行した。溶血試験の結果、半径方向、軸方向ともに0.5mmのものが最も大きな溶血を示した。数値計算結果に基づいて算出した最大せん断応力値は半径方向隙間が小さくなるにつれ増大した。ポンプ出口形状を変更すると流れは大きく変化するが最大せん断応力の値には影響がなく、溶血試験結果にも顕著な差が見られず、インペラーとケーシングの半径方向隙間における強いせん断流れが溶血に大きく影響していることが示された。2.血液の凝固に伴う血栓形成の防止:インペラの表面に対する血液の相対的な流速を数値解析で求め、低流速領域を検出した。数値解析に用いた条件と同様の駆動条件で犬を用いた体外循環を行ったところ、同一部位に血小板の粘着が見られ、数値解析とin vivoの結果の一致を見た。3.体内空間や生体組織に対する血液ポンプの解剖学的適合性の実現のための方法論の創出:昨年度に行った画像解析を基に解剖学的適合性を考慮して全置換型人工心臓をデザインし、それを慢性動物実験に応用した結果優れた体内への装着性が明らかとなった。4.体内での熱発生の影響と許容限界の明確化:熱源としての電気油圧式人工心臓を埋め込んだ慢性動物実験で熱源周囲温度を連続測定するとともに肺に及ぼす病理組織学的影響の検討を行った。熱源に対する生体の適応が病理学的に観察された。5.経皮的電気エネルギー伝送に伴う電磁波による生体への影響と許容限界の明確化:経皮的電力伝送慢性動物実験を4ヶ月間にわたって行い、生体への電磁波の影響が特に見られないことが分かった。機械的人工循環法としての中長期に渡る無拍動流循環が生体の機能と構造に及ぼす影響を、覚醒下の慢性実験動物を用いて拍動流循環動物と対比して基礎的に研究した。
ボトムアップ型プロセスによるナノゲル架橋マイクロスフェアの開発とDDS応用

本研究の目的は、ナノメートルサイズのバイオマテリアルとして多くの成果を上げてきた疎水化多糖ナノゲルの機能を、ボトムアップ型プロセスによってマイクロメートル以上のサイズを必要とする研究分野へ発展させることである。本研究では分解性架橋剤を用いることで、生分解性の高いナノゲル架橋マイクロスフェアの調製に成功した。さらに薬物封入ナノゲル架橋マイクロスフェアは、薬物単独ではなく、薬物封入ナノゲルを放出するということが確認された。これは従来の高分子架橋マイクロスフェアでは見られない現象であり、新しい徐放デリバリーシステムを生み出す可能性のある薬物キャリアであることが分かった。本研究では、反応性ナノゲルとして、プルラン(P)にコレステロール基(CH)とアクリロイル基(OA)を修飾したCHPOAナノゲルを用い、エマルション内で分解性架橋剤を用いてナノゲルを架橋し、ナノゲル架橋マイクロスフェアを調製する計画であった。当初の核酸を用いた分解性架橋剤によるナノゲル架橋マイクロスフェアの合成は困難であったが、代替品として、ポリエチレングリコールの末端にシステインを導入したPEG-Cysを調製した。このPEG-Cysを用いてナノゲル架橋マイクロスフェアを調製した結果、血清、細胞、マウス皮下での分解性が向上する事が確認された。さらにモデル抗原タンパク質を封入し、マウスに皮下投与すると、数週間以上のリンパ節への徐放デリバリーが確認された。ここまでの成果によって、ナノメートルサイズのナノゲルでは不可能であった、数週間以上の徐放デリバリーが達成されたといえる。最終年度は、ナノゲル架橋マイクロスフェアによってモデル抗原タンパク質のリンパ節への徐放デリバリーによって、どのような免疫反応が出るのかを検討する。さらに、ここまでの研究では、ナノゲルとして古典的なコレステロール修飾プルランを用いてナノゲル架橋マイクロスフェアの調製を行ってきた。今後、ナノゲル架橋マイクロスフェアによる、より意義のあるDDSを達成するには、ナノゲルそのものに意義のある機能が含まれる事が重要であると考えられる。今後はペプチド等の分子を用いる事によって、DDSにおいて要求されている有意義な特性を付与する事を検討する。前年度の検討によって、反応性のナノゲルとして、プルラン(P)にコレステロール基(CH)とアクリロイル基(OA)を修飾したCHPOAナノゲルを用い、ポリエステルグリコールの末端にシステインを導入したPEG-Cysを分解性架橋剤として用いることで、分解性の高いナノゲル架橋マイクロスフェアの調製に成功した。本年度はモデル抗原タンパク質を封入したナノゲル架橋マイクロスフェアについてどのような免疫反応が得られるかを検討した。その結果、分解性の低い従来の架橋剤に比べて、PEG-Cysを分解性架橋剤として用いると抗体産生が向上するという結果が得られた。さらにこれまではナノゲルとしてコレステロール修飾プルランを用いていたが、より意義のある機能を付与するためにペプチドや核酸の修飾を試みたが、その修飾率は非常に悪く、効率的に修飾する方法を確立するまでには至らなかった。最後に本研究を総括し学術論文として発表するために、ナノゲル架橋マイクロスフェアの構造について改めて詳細に検討を行った。具体的には超高分解能顕微鏡によって、常温常圧の水中において、ナノゲル架橋マイクロスフェアのナノゲル構造の観察に始めて成功した。さらに加水分解実験により、薬物封入ナノゲル架橋マイクロスフェアは、薬物単独ではなく、薬物封入ナノゲルを放出するということが確認された。これは従来の高分子架橋マイクロスフェアでは見られない現象であり、今後の展開によって新しい徐放デリバリーシステムを生み出す可能性のある薬物キャリアであることが分かった。ドラッグデリバリーシステム

最終年度は、ナノゲル架橋マイクロスフェアによってモデル抗原タンパク質のリンパ節への徐放デリバリーによって、どのような免疫反応が出るのかを検討する。さらに、ここまでの研究では、ナノゲルとして古典的なコレステロール修飾プルランを用いてナノゲル架橋マイクロスフェアの調製を行ってきた。今後、ナノゲル架橋マイクロスフェアによる、より意義のあるDDSを達成するには、ナノゲルそのものに意義のある機能が含まれる事が重要であると考えられる。今後はペプチド等の分子を用いる事によって、DDSにおいて要求されている有意義な特性を付与する事を検討する。核酸を用いた分解性架橋剤の合成は困難であった事から、ペプチドを用いたナノゲルの機能改変を行っている。最終的な合成に必要なペプチドは量が多く、高額であり、初年度はペプチド配列の選定段階であったため、次年度使用額が生じた。最終的に合成に必要なペプチドを大きなスケールで購入する予定である。また米国での国際学会の発表を予定している。
竹材のバイオキャラクターを活用した新規利用システムの開発

当初の計画の「竹材のバイオキャラクターを活用した新規利用システムの開発」のうち、「竹材に特化した新規生物劣化対策法の考案」をテーマに遂行した。詳細に竹材中の糖分及びデンプン含有量の分布を確認した結果、遊離グルコース量は高さ0mの地点で最も多く、それ以外はほぼ同量であり、デンプン量は6mの地点で最も多く、それより下部、また上部に行くに従って減少していた。また、どの地点のものも、内皮側に多く外皮側に行くに従って減少した。デンプンについては、これらの違いは柔細胞の数よりもむしろ、細胞中の蓄積量の違いから生じていることが顕微鏡観察により確認された。以上は日本木材学会大会(秋田)にて研究報告を行った。また新規生物劣化対策法として、葉枯らし技術が竹材の乾燥に適用できるかについて検討を行った。葉枯らし乾燥前後のモウソウチク中の遊離グルコース及びデンプン含有量の測定を行い、室温下で保存したものと比較した結果、遊離グルコースは葉枯らし乾燥の方が室温下で保存したものよりも早く減少したが、デンプンは葉枯らし乾燥による効果は見られなかった。このことから、竹材の葉枯らしは遊離糖を栄養源とするカビ等の被害の低減には効果が期待できるが、デンプンを栄養とする昆虫の被害が少ない時期を選択する必要があると推測される。以上はBamboo Journalに投稿し、受理された。さらに、これまでの研究のうち特に生物劣化特性についての部分を総括し、国際学会XV Congress IUSSI(ワシントンDC、アメリカ合衆国)にて研究報告を行った。当初の計画の「竹材のバイオキャラクターを活用した新規利用システムの開発」のうち、「竹材の基礎的性能と生物劣化特性の解明」をテーマに遂行した。竹材中の糖分及びデンプン量の季節変動を調査した結果、遊離グルコースは秋から冬にかけて、デンプンは夏に最も少なくなることが判明した。また、それらの成分とイエシロアリ食害では明確な関係が見られなかったが、木材腐朽菌被害では遊離グルコース量との間に相関関係が確認された。さらに詳細に竹材中の糖分及びデンプン含有量の分布を確認するため伐採直後の竹材の高さ0,2,4,6,8,10,12,14mから試料を取り出し、測定した。また、高さ0,2,4,6,8,10mから取り出した試料を内皮側から外皮側にかけて5等分し、測定した。その結果、遊離グルコース量は高さ0mの地点で最も多く、それ以外はほぼ同量であり、デンプン量は6mの地点で最も多く、それより下部、また上部に行くに従って減少するという傾向が確認された。特にデンプン、下部の試料でこの傾向が顕著に確認された。現在、これらの違いが、柔細胞の数の違いから生じるものか、細胞中の蓄積量の違いからなのかを調査するため顕微鏡観察を行っている。
藍色細菌多糖類によるエコプラスチックの製造

本研究は1,多糖類を大量に体表に分泌する藍藻をバイオマス生産し、2,表層多糖類を生体のまま相互作用を増大させると同時に脱水可能なように化学修飾/処理して、3,生分解性プラスチック様基材に加工・成型するという3つの工程から成り立っている。今年度には1,実験室的に総量800リットル、200リットル/週の培養システムを構築し、大量の培養液がら効率良く藻を集める濾過集藻システムを製作して、原材料藻の定常的供給体制をつくった。2,藍藻(特許関連のため属種名は伏せる)以外でも、良材料となる単細胞藻数種を単離し、上記の供給体制に組み入れた.3,藻を化学修飾し、加熱、加圧処理(特許関連のため詳細は伏せる)をして褐色透明の生分解性プラスチック様基材(エコプラスチック)を試作した。4,生分解性プラスチック様基材としては、フィルム、フォーム、板の形状に作成しえた。5,基材の物性改良のために、化学修飾試薬の種類と量とをいろいろな組み合わせで変えて処理し、温度/圧力をいろいろに変えて加工した試作品について、それらの変量と、引っぱり強度(本研究費で購入した試験機を使用)、反復曲げ強度、含水量等との関係を把握することに努めた。今後は試作品の改良と、原材料藻の廉価な大量/解放培養のための方策等について検討してゆきたい.本研究は1,多糖類を大量に体表に分泌する藍藻をバイオマス生産し、2,表層多糖類を生体のまま相互作用を増大させると同時に脱水可能なように化学修飾/処理して、3,生分解性プラスチック様基材に加工・成型するという3つの工程から成り立っている。今後は試作品の改良と、原材料藻の廉価な大量/解放培養のための方策等について検討してゆきたい.
高時間分解能リチウムビーム放射分光計測を用いた周辺輸送現象の解明

トカマクプラズマにおける周辺輸送障壁部の密度分布の振る舞いを知るには、高時間・高空間分解能な計測器が必要であり、本研究では、リチウムビームプローブ計測法を高時間分解能計測に発展させて計測を行った。その結果、周辺局在化モードの発生による周辺密度分布の崩壊・回復現象の時間発展を明らかにして、密度崩壊領域が周辺局在化モードの種類によって異なる事が分かり、周辺輸送障壁部の動的挙動に新たな知見が得られた。本研究は、トカマクプラズマ周辺部の構造形成を明らかにすることを目的として、現在開発中であるリチウムビームプローブ計測法を揺動計測に発展させ、周辺輸送障壁近傍での輸送現象の周辺電流分布(磁気シア)との関連性を検討するものである。今年度はリチウムビームプローブを揺動計測に適用するために時間分解能の向上を目指し、ビーム電流の増大、安定なビーム制御を可能とする装置及び手法の開発を行った。まず、ビーム電流を増加した際に問題となる空間電荷を考慮した軌道計算を用いてビーム軌道及び電極形状・配置等の最適化を実施し、結果をPlasma and Fusion Research誌に投稿・掲載された。また、ビーム制御手法として十字型のワイヤープローブを製作してビームの位置検出を行い、制御システムの構築を行い、テストスタンドでの実験を行った。その結果、10mAのリチウムイオンビームを50秒間引き出す事に成功し、またJT-60に設置した際にビームの発光を観測する位置となるリチウムビームイオン銃から6.5m先での等価電流が3mA得られ、揺動計測が可能となる性能が得られた。その成果をプラズマ・核融合学会第24回年会で発表し、Review of Scientific Instruments誌に投稿した。開発したリチウムビームプローブシステムをJT-60に移設し、まずは1.5mAの低ビーム電流でのプラズマ入射を行い、ビームの発光を観測し、初期データを得た。またワイヤープローブによる位置検出とビーム輻方向の発光分布から安定したビーム制御ができていることを確認した。本研究は、トカマクプラズマ周辺部の構造形成を明らかにすることを目的として開発したリチウムビームプローブ計測法を揺動計測に発展させ、周辺輸送障壁近傍での輸送現象の解明を目指すものである。今年度はリチウムビーム入射装置の高輝度化に成功し、制御手法を改良した結果、高時間・高空間分解能で周辺密度分布の計測に成功した。その成果として、リチウムイオン銃の開発結果がReview of Scientific Instruments誌に掲載された。また、周辺密度分布の高速計測から周辺局在モードによる密度輸送障壁の崩壊過程を詳細に観測し、ペデスタル部のトロイダル回転により密度崩壊割合が変化する事を明らかにした。それはペデスタル部の圧力分布が異なっている事が原因である事を詳細な密度分布計測から初めて明らかにし、圧力勾配が大きい場合には周辺局在モードによる密度崩壊が大きい事を実験的に示した。その結果は、第22回IAEA核融合エネルギー会議にポストデッドライン講演に採択され、また、第25回プラズマ・核融合学会年会において招待講演に採択された。また、周辺局在モードによる周辺密度分有の崩壊・回復のサイクルを初めて明らかにし、周辺密度輸送障壁の回復にはプラズマ中心部から粒子が補給されている可能性があると分かった。それら一連の結果をNuclear Fusion誌に投稿した。これらの結果は輸送障壁が形成されているプラズマ周辺部の極狭い領域で起きる現象であり、今までの計測器では得る事の出来なかったプラズマ境界面での輸送現象に対する新たな知見が得られる。周辺輸送障壁部の密度分布の振る舞いは、高時間・高空間分解能な計測器が必要であり、未だ十分には理解されていない。本研究は、トカマクプラズマ周辺部の構造形成を明らかにすることを目的として開発したリチウムビームプローブ計測法を高時間分解能計測に発展させ、周辺輸送障壁近傍での輸送現象の解明を目指すものである。今年度はリチウムビームプローブによって得られた、周辺密度分布の解析を行った。特に、ELMによって崩壊したペデスタル部の密度分布が回復する過程を、同視線で計測を行うFIRレーザー干渉計による線密度計測と比較した。大振幅で崩壊領域の広いType IELMにより崩壊した密度ペデスタル構造は10ms以内に回復するが、その回復の過程で、ペデスタル領域の中でも密度が減少する領域と密度が増加する領域に分けられ、ペデスタル領域全体では密度の収支はほぼゼロとなっている事が分かった。同時にプラズマの中心部をも通る視線をもつ線密度計測ではELMによる崩壊で線密度が減少するが、ペデスタル領域での崩壊する時刻よりも2ms程遅れている。密度が減少するのに時間差があることから、視線上の密度の収支に着目した。リチウムビームプローブで計測したべデスタル領域での密度の収支は釣り合っているため、ELMによって粒子が吐き出された後、プラズマ中心部からの密度が補給されて密度ペデスタルが回復している事を示唆している。しかし、小振幅で崩壊も小さいgrassyELMの場合は線密度に変化は見られず、密度が回復する際に中心部からではなくSOL領域から中性粒子が侵入し密度を補給している事が考えられる。
超音波アシスト中赤外分光イメージングによる非侵襲血糖値センサーの基礎研究

非侵襲血糖値センサーの実現を目指し、皮膚表層近傍の血管を計測のターゲットとする。この場合、成分同定能力が高いことで知られていると同時に、水分による吸収が顕著な中赤外光を生体計測へ適用するには、中赤外分光イメージング技術と超音波アシスト法を組み合わせた成分定量計測を行う必要がある。血糖値であるグルコース濃度は、単位長さあたりの吸光度である吸収係数により高精度に計測することが可能になる。そこで、生体内部に超音波定在波を発生させて皮膚表層近傍に反射面を能動的に創生することが可能な超音波アシスト法によって、周波数を変化させることにより計測深さを任意に変化させることが可能となる。この超音波アシスト法に関しては同研究室の山本が学術論文にて報告している。博士後期課程1年目は生体模擬試料による固体(軟質物)への超音波アシスト法の適用及びその評価実験と、マウスを用いた動物実験における非侵襲血糖値計測によって血中グルコースの吸収スペクトルの取得を行った。軟質物内を伝搬する超音波に非線形効果(パラメトリック効果)が生じることによって、高次高次高調波が生じピッチの狭い超音波定在波が創生されることを発見した。この研究成果は同研究室の北崎が学術論文にて報告した。また、結像型2次元中赤外フーリエ分光イメージング装置と超音波アシスト法によって、マウス(計測部位:耳)の血中グルコース計測を行った結果、100 mg/dl程度の血糖値の吸収スペクトルを取得することに成功した。生体模擬試料内部は通常屈折率が一様で、入射した光はそのまま透過する。しかし、試料内部に超音波を加振し超音波定在波を生成することで、疎密波により試料内部に密度差が生じ、屈折率差が生じる。この屈折率差は超音波定在波の節の部分で高くなり光を反射する。この超音波定在波の節はOptical Coherence Tomographyによって可視化できる。生体模擬試料の下部から超音波振動子により加振し(周波数1 MHz、印加電圧5 Vrms)、上部からOCTにより生体模擬試料内部の画像を取得した結果、周波数1 MHzの超音波を加振した際の超音波定在波の節のピッチの理論値は0.375 mmであることに対し、実際に観察された超音波定在波のピッチは0.15 mmであった。これは、音波が進行するにつれ歪んでいく非線形効果(パラメトリック効果)が入射音波に生じることによって、高次高調波が生じピッチの狭い超音波定在波を創生したためだと考えられる。パラメトリック効果とは物質に音波が入射した際、音圧が高い部分で密度が高くなり音速が速くなることで波形歪みを生じる非線形効果のことである。正弦波を軟質物に入射させた際、波形が進むにつれてのこぎり刃状に歪んでいき高調波と直流成分が発生する。実験の結果、パラメトリック定在波により3倍音の節の位置に反射面が生成されたと推定している。結像型2次元中赤外フーリエ分光イメージング装置と超音波アシスト法によって、マウス(計測部位:耳)の血中グルコース計測を行った。受光器に赤外線カメラと、光源にカンタルIR光源を使用した。マウスの腹腔に砂糖水を注射することで、経過時間ごとの血糖値の推移をモニタリングするべく分光計測を行った。100 mg/dl程度の血糖値に対してグルコースの吸収ピーク(波長9.25、9.65、10.1 mg/dl)を取得することができた。本年度は、皮膚内部からの微弱拡散反射光の高感度検出が可能な小型分光器の実現を目指す。微弱拡散反射光の高感度検出に際した対物レンズの開口数を、小型ユニット(1辺:30 mm程度)を試作して疑似生体膜(寒天)により明確にする。また、干渉鮮明度の向上を目的とした光軸組立精度なども明確にする。現在、対物レンズ開口数0.2、超音波印加電圧10 Vにより、寒天の内部反射光からグルコース濃度(約100 mg/dl)を中赤外吸光度から検出することに成功している。しかし、再現性が低く十数倍の高感度化が必要であるため、お椀型の対物レンズを試料に接触させることにより開口数を5倍にする。感度が開口数の2乗で向上することから25倍の感度向上が期待できる。透過型平凸レンズ、反射型パラボラレンズの2種類の対物レンズにより小型ユニットを試作する予定である。超音波を裏面から照射できる耳たぶが測定部位として適正であると考えている。そのため、耳たぶに装着できる超小型(1辺:15 mm程度)の超音波アシスト中赤外分光イメージング装置を段階的に実現する。組立誤差の結像面への光学的な悪影響はテコの原理により決定するため、小型化することにより光軸長が短くなれば干渉鮮明度の向上が期待できる。また、医学部施設内部でのラットを用いた事前評価では、分光に必要となる波長帯(9から10マイクロメートル近傍)を選択的に照射すれば熱ダメージを与えず高感度に計測できる可能性を見出しているため、メタマテリアルやバンドパスフィルターによる波長が選択で高輝度の中赤外光源の試作評価も行う予定である。

血糖値であるグルコース濃度は、単位長さあたりの吸光度である吸収係数により高精度に計測することが可能になる。そこで、生体内部に超音波定在波を発生させて皮膚表層近傍に反射面を能動的に創生することが可能な超音波アシスト法によって、周波数を変化させることにより計測深さを任意に変化させることが可能となる。この超音波アシスト法に関しては同研究室の山本が学術論文にて報告している。博士後期課程1年目は生体模擬試料による固体(軟質物)への超音波アシスト法の適用及びその評価実験と、マウスを用いた動物実験における非侵襲血糖値計測によって血中グルコースの吸収スペクトルの取得を行った。軟質物内を伝搬する超音波に非線形効果(パラメトリック効果)が生じることによって、高次高次高調波が生じピッチの狭い超音波定在波が創生されることを発見した。この研究成果は同研究室の北崎が学術論文にて報告した。また、結像型2次元中赤外フーリエ分光イメージング装置と超音波アシスト法によって、マウス(計測部位:耳)の血中グルコース計測を行った結果、100 mg/dl程度の血糖値の吸収スペクトルを取得することに成功した。生体模擬試料内部は通常屈折率が一様で、入射した光はそのまま透過する。しかし、試料内部に超音波を加振し超音波定在波を生成することで、疎密波により試料内部に密度差が生じ、屈折率差が生じる。この屈折率差は超音波定在波の節の部分で高くなり光を反射する。この超音波定在波の節はOptical Coherence Tomographyによって可視化できる。生体模擬試料の下部から超音波振動子により加振し(周波数1 MHz、印加電圧5 Vrms)、上部からOCTにより生体模擬試料内部の画像を取得した結果、周波数1 MHzの超音波を加振した際の超音波定在波の節のピッチの理論値は0.375 mmであることに対し、実際に観察された超音波定在波のピッチは0.15 mmであった。これは、音波が進行するにつれ歪んでいく非線形効果(パラメトリック効果)が入射音波に生じることによって、高次高調波が生じピッチの狭い超音波定在波を創生したためだと考えられる。パラメトリック効果とは物質に音波が入射した際、音圧が高い部分で密度が高くなり音速が速くなることで波形歪みを生じる非線形効果のことである。正弦波を軟質物に入射させた際、波形が進むにつれてのこぎり刃状に歪んでいき高調波と直流成分が発生する。実験の結果、パラメトリック定在波により3倍音の節の位置に反射面が生成されたと推定している。結像型2次元中赤外フーリエ分光イメージング装置と超音波アシスト法によって、マウス(計測部位:耳)の血中グルコース計測を行った。受光器に赤外線カメラと、光源にカンタルIR光源を使用した。マウスの腹腔に砂糖水を注射することで、経過時間ごとの血糖値の推移をモニタリングするべく分光計測を行った。100 mg/dl程度の血糖値に対してグルコースの吸収ピーク(波長9.25、9.65、10.1 mg/dl)を取得することができた。本年度は、皮膚内部からの微弱拡散反射光の高感度検出が可能な小型分光器の実現を目指す。微弱拡散反射光の高感度検出に際した対物レンズの開口数を、小型ユニット(1辺:30 mm程度)を試作して疑似生体膜(寒天)により明確にする。また、干渉鮮明度の向上を目的とした光軸組立精度なども明確にする。