2020 Fiscal Year Research-status Report
Frontier of Quantum Life Science: Study of Emergence of Contrast in Innovative MRI
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19K22957
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
佐々木 進 新潟大学, 自然科学系, 准教授 (80323955)
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2019-06-28 – 2022-03-31
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| Keywords | 量子パルス / MRI / 振動現象 / 液体 / Na核スピン / プロトン核スピン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
【背景】医療に欠かせない装置となったMRI（磁気共鳴画像法）は，２つの要素技術からなる。一方は，核磁気共鳴法（NMR）と呼ばれ，物理の原理に基づく根幹技術である。つまり，
MRI = NMR（根幹技術）+ 画像化技術（上層技術）
である。現在，MRIの開発は，もっぱら上層技術である画像化技術に限られ，根幹技術であるNMRは40年近く前の技術のままである。これに対し，応募者は，自ら構築したNMR装置に改良を重ね，これまで様々な量子現象を解明してきた。
【目的】2017年度，生体擬似物質に「量子パルス」を照射すると，核スピンからの応答信号が，時間的に激しく振動する現象を世界で初めて見出した。本課題では，量子力学的手法と生命科学的手法を融合させ，この現象が発現する機構を解明し，量子生命科学の新基軸を構築すること を目的とする。
【研究実績】量子パルスによる振動現象について，①100%再現するための実験上の条件を明らかにした。とりわけ，反転パルスを素早く照射するのにともない，スイッチング装置が肝要であることが明らかとなった。②当初は，溶液中のNa核スピンでのみ観察されると想定していたが，プロトン核においても100%の再現性で振動現象が見られることが明らかとなった。③ただし，振動の振幅はNa核スピンがプロトンよりも顕著であることが判明した。④Na核スピンの場合には，振動現象が支配的である一方で，プロトン核スピンでは，パルス照射の初期に振動現象が支配的で，長時間極限では減衰現象が支配的となることが判明した。④食塩水中のNa核スピンに対して，食塩濃度と振動の振幅について，想定通りの訂正的な結果を得た。⑤振動現象に対し，核スピン周辺の局所的な「粘性」を反映しているモデルに基いてシミュレーションを実施した結果，定性的に再現することを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
まず，本現象は，世界で初めて見出した現象であるとともに，極めて奇異にも見えるため，常に再現性を問われる。これに対し，自作・改良型のNMR装置の強みを活かして，徹底的に再現性の是非を検討した。その結果，根本要因２点を明らかにしたため，不可思議であるものの確実に信頼にたる現象であることを示せた。これは，本研究課題の根幹となる最重要事項を確立したことを意味する。これをもって，現在，世界的な学術雑誌への投稿を準備中である。
さらに，当初の目的には入っていなかった，プロトン核スピンについても振動現象を見出した。
これらの知見は，本現象の普遍性を明らかにしたことを意味しており，学術的な意義とともに，MRIへの応用の可能性が一気に拡大したことを意味している。
以上から，当初の計画で挙げていた課題は，既に1点を除きすべて解決しており，当初の計画以上に進展していることを示している。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初計画以上に進展しているが，①当初計画で上げており未解決の課題，すなわち，生命科学で使われる同一粒径を選択できるメッシュ用いて，粒径と振動現象との関係を系統的に調べる。②振動現象の温度依存性を調べる。高温なら振動が顕著に，低温なら振動は収まってゆくと推定されるが，この仮説を検証する。③磁場強度依存性を，系統的に明らかにする。④シミュレーションにおいて，より現実的なパラメータを導入して，局所的な「粘性」による現象である，との仮説を検証する。
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| Causes of Carryover |
昨年度は，感染症拡大に伴い，当初予定していた海外からの研究員を受け入れることが事実上，不可能となった。このため，その研究員の受け入れを断念した。それによって生じた予算を有効活用するために，一昨年度から別の予算で雇用していた研究員を，2021年度から雇用する。これにより，本研究計画を，当初の想定以上に加速・進展させうる。
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