2022 Fiscal Year Research-status Report
軟骨の水分子状態の非侵襲計測ための低周波テラヘルツ波時間領域分光システムの開発
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21K19889
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
古川 克子 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (90343144)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
牛田 多加志 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 名誉教授 (50323522)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Keywords | テラヘルツ / 計測 / 水 / 生体組織 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
膝関節や椎間板などの軟骨組織の力学的性質に，水の状態が大きな影響を与える．軟骨組織中のこの水分子の状態，特に細胞外マトリクスに拘束された状態の
結合水（拘束水）と，軟骨組織に拘束されていない自由水を非侵襲的に計測することができれば，軟骨系疾患の診断や再生軟骨の組織形成度（成熟度）や移植のタイミング評価において重要な情報となり得る．
テラヘルツ波は，分子間相互作用や分子内相互作用を計測するための有効なモダリティとして研究が進められてきたことから，拘束水・自由水の計測手段とし
て期待されている．しかしながら，従来のテラヘルツ計測では，拘束水・自由水の計測が感度の点から不正確であった．
本提案では，本研究グループの研究者らが開発してきたテラヘルツ波により計測システムに新しい発振アンテナを組込むことにより，より広いレンジのテラヘ
ルツ波が発振できる装置の開発を行う．具体的には，自由水の計測，拘束水の推定（水総量=拘束水+自由水）のために，発振アンテナをダイポール形状からボウタイ形状に変更することにより，サブ・テラヘルツ帯の低周波テラヘルツ波の発振を目指す．そして特に軟骨組織および再生軟骨組織を計測対象とし，得られる複素誘電率の虚部から，水分子の遅いデバイ緩和モード，速い緩和モード，分子間伸縮振動モードを導出することにより，生体軟骨組織，再生軟骨組織の組織形成度の非侵襲評価の実現を目指すことを目的とする．
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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
発振アンテナをダイポール形状からボウタイ形状に変更することにより，サブ・テラヘルツ帯の低周波テラヘルツ波（0.05から10THz）の発振が可能となった．さらに，モデル物質の分光データが計測できるように装置の改良を行うことができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度に完成した，バイオマテリアルの固定用ジグを使って，バイオマテリアルサンプルから，サブ・テラヘルツ時間領域分光データを取得する予定である．複素誘電率の虚部から，水分子の遅いデバイ緩和モード，速い緩和モード，分子間伸縮振動モード，そして分子間偏角振動モードなどを導出し，最終的には，対象組織内の自由水と拘束水に関するパラメータを抽出する．そして，バイオマテリアルへの水和の状態を計測し，過去に報告されているデータとの結果の比較を行うことにより，本研究で開発した装置の優位性を調べる
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| Causes of Carryover |
補助事業の目的をより精緻に達成するための研究の実施（追加（再現）実験の実施や学会参加、論文投稿など）を行う．
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