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がん診断治療への最適化を目指したマルチコア構造磁性ナノ粒子の磁化応答モデル構築

Research Project

Project/Area Number 20H02163
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 21030:Measurement engineering-related
Research InstitutionShizuoka University

Principal Investigator

大多 哲史  静岡大学, 工学部, 助教 (30774749)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 倉科 佑太  東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (40801535)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥18,070,000 (Direct Cost: ¥13,900,000、Indirect Cost: ¥4,170,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2020: ¥9,230,000 (Direct Cost: ¥7,100,000、Indirect Cost: ¥2,130,000)
Keywords磁性ナノ粒子 / 磁気緩和 / 磁気粒子イメージング / がん温熱治療 / 磁化曲線 / 磁化応答
Outline of Research at the Start

磁性ナノ粒子とは、外部磁場への応答を示すベクトル量(磁化)の磁場に対する応答により磁気信号と発熱を生じるため、磁気粒子イメージングと低侵襲ながん温熱治療を併用した、次世代がん診断治療の実用化が期待されている。複数コア粒子が集合したマルチコア構造は、シングルコア構造に対して高い磁気信号と発熱を得られ、診断治療に有効である。
本研究では、マルチコア構造の内部コア粒子の挙動に注目し、集合体とコア粒子の応答を分けて観測可能な、磁化応答の直接計測システムによる実測と磁化シミュレーションから磁化応答モデルを構築し、生体内模擬計測を組み合わせて、がん診断治療への粒子設計最適化におけるブレイクスルーを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

磁性ナノ粒子は磁場に反応するベクトル量(磁化)を有するため、磁場に対して応答を示す。腫瘍に集積させた磁性ナノ粒子を可視化する磁気粒子イメージングと、交流磁場印加による粒子の発熱を利用した低侵襲ながん温熱治療を併用した、診断治療の実用化が期待されている。本研究では、診断治療への応用を期待されている、複数のコア粒子が集合して実効的に単一粒子として機能するマルチコア構造について、その磁化応答を解明することを目的としている。以下に2020年度に実施した研究及び得られた成果を示す。
(1)マルチコア構造の磁性ナノ粒子の磁化応答は、構造内部に含まれるシングルコア粒子同士の磁気的な相互作用が要となっている。このため、まずはマルチコア構造粒子の磁気緩和を観測するための、高速で静状態に遷移するパルス磁場を印加可能な、励磁システムを構築した。磁気緩和時間(特にネール緩和時間)の計測においては、ナノ秒の高速応答を計測する必要がある。研究代表者は従来研究において、パルス磁場の立ち上がり時間を18 nsにおいて計測を実施していたが、本研究では10 nsまで高速化に成功した。
(2)マルチコア構造とシングルコア構造の磁性ナノ粒子について、数値シミュレーションを併用した交流磁化曲線計測の解析を実施し、構造に依存した磁化応答の特徴を解明した。本成果と、今後実施する緩和時間計測の知見を統合することで、マルチコア構造における磁化応答を明瞭化できる。
(3)細胞内における磁性ナノ粒子の磁化応答計測は磁性ナノ粒子の医療応用において生体内における磁化応答を理解する意味で極めて重要である。生細胞に添加した磁性ナノ粒子の磁化応答計測をするために、細胞実験系の立ち上げと、細胞培養環境下において磁化応答計測を実施する環境を整備した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の計画通り、緩和時間計測のためのパルス磁場印加システムの高速化と、交流磁化曲線計測における粒子構造に依存した磁化応答の解明、さらに生細胞環境における磁性ナノ粒子の磁化応答計測の準備を遂行したため。

Strategy for Future Research Activity

2021年度は、2020年度に構築した10 nsの高速応答を実現したパルス励磁システムを用いたマルチコア構造磁性ナノ粒子の緩和時間実測と、生細胞環境における磁性ナノ粒子の磁化応答計測を実施する。さらに、理論計算を組み合わせて、マルチコア構造や生細胞内における磁性ナノ粒子の磁化応答解析に取り組む。

Report

(1 results)
  • 2020 Annual Research Report

Research Products

(12 results)

All 2021 2020

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Power dissipation in magnetic nanoparticles evaluated using the AC susceptibility of their linear and nonlinear responses2021

    • Author(s)
      Tsuyoshi Yamaminami, Satoshi Ota, Suko Bagus Trisnanto, Mamoru Ishikawa, Tsutomu Yamada, Takashi Yoshida, Keiji Enpuku, YasushiTakemura
    • Journal Title

      Molecules

      Volume: 517 Pages: 1-10

    • DOI

      10.1016/j.jmmm.2020.167401

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 磁性ナノ粒子の医療応用:がん温熱治療とイメージング2021

    • Author(s)
      竹村泰司, 大多哲史
    • Organizer
      電気学会全国大会シンポジウム
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 熱電(TE)モジュールを用いた熱検出型土中水分量計測方法に関する研究2021

    • Author(s)
      坂本貴章, 佐藤晴紀, 大多哲史, 平野陽豊, 二川雅登
    • Organizer
      電気学会全国大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 磁性ナノ粒子の発熱と線形・非線形応答の交流磁化率2020

    • Author(s)
      山南豪, Suko Bagus Trisnanto, 山田努, 大多哲史, 竹村泰司
    • Organizer
      第44回学術講演会日本磁気学会学術講演会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Magnetic vortex nanorings の直流・交流磁化特性と発熱特性2020

    • Author(s)
      笹岡英将, Suko Bagus Trisnanto, 山田努, Jiaojiao Wu, Yu Cheng, 大多哲史, 竹村泰司
    • Organizer
      第44回学術講演会日本磁気学会学術講演会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 磁気分画したフェルカルボトランの発熱特性2020

    • Author(s)
      石川真守, 大多哲史, Suko Bagus Trisnanto, 山田努, 吉田敬, 竹村泰司
    • Organizer
      第44回学術講演会日本磁気学会学術講演会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Cuマトリクス中に配向する単結晶強磁性ナノキューブの結晶磁気異方性の評価2020

    • Author(s)
      小林昌太, 山南豪, 坂倉響, 竹田真帆人, 山田努, 佐久間洋志, Suko Bagus Trisnanto, 大多哲史, 竹村泰司
    • Organizer
      第44回学術講演会日本磁気学会学術講演会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 磁性ナノ粒子の構造に依存した磁気緩和の評価2020

    • Author(s)
      大多哲史, 宮澤良真, 永田大貴, 二川雅登, 竹村泰司
    • Organizer
      第44回学術講演会日本磁気学会学術講演会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] バイオ医療応用を目指した磁性ナノ粒子の磁化容易軸応答の実験的観測2020

    • Author(s)
      大多哲史, 大河原誠一, 平野陽豊, 二川雅登, 竹村泰司
    • Organizer
      マグネティックス研究会「生体磁気,生体医工学,磁気工学一般」
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] バイオ医療応用を見据えた磁性ナノ粒子の磁気緩和の実験的観測2020

    • Author(s)
      大多哲史
    • Organizer
      第5回バイオマグネティックス専門研究会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 熱電冷却器(TEC)を用いた土中水分量計測方法に関する研究2020

    • Author(s)
      坂本貴章, 大多哲史, 平野陽豊, 二川雅登
    • Organizer
      第37回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Individual observation of Neel and Brownian relaxations in magnetic nanoparticles2020

    • Author(s)
      Satoshi Ota, Yasushi Takemura
    • Organizer
      10th International Workshop on Magnetic Particle Imaging IWMPI 2020
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

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Published: 2020-04-28   Modified: 2022-04-19  

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