2021 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 – 2023-03-31
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| Keywords | 革新的MRI / 量子パルス / 振動現象 |
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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，昨年度までで，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当初の溶液中のNa核スピンでのみならず，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。③Na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。
これらの明らかになった新規現象を，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 を検証することに成功した。これは，本現象の学理を構築するための基盤ができたことを意味する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole 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，昨年度まで，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，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。
これに加え，2021年度は，最新の高性能コンピューターを用いたシミュレーションで，この現象の本質を再現することに成功した。一方で，当初の目標としていた実験計画の３点については，達成していない。すなわち，
①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
である，これは，感染症拡大防止のために，予定していた海外からの研究員を確保できなかったことが最大の要因である。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究計画全体としては，複数の当初の計画で想定されていなかった内容が見出され，この現象の本質に迫りつつあり，新規現象の学理の基盤は構築されつつある。とりわけ，シミュレーションでの再現できたことは昨年度の大きな進展である。一方で，実験的に確認すべき課題の3点，すなわち
①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
は達成されていない。想定していた研究員確保の成否によらず，研究代表が自ら遂行することで，残された3点の課題を明らかにして，新規現象の学理の基盤を確立する。
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| Causes of Carryover |
当初，国外から当研究に強い興味と参画を強く希望していた短期の研究員を受け入れる予定であった。しかしながら，感染症拡大防止の入国制限のため，それが叶わなかったため。
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