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生体材料に対する凍結保護物質のマクロ浸透特性とミクロ浸透構造

研究課題

研究課題/領域番号 11650205
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 熱工学
研究機関筑波大学

研究代表者

石黒 博  筑波大学, 機能工学系, 助教授 (30176177)

研究期間 (年度) 1999 – 2000
研究課題ステータス 完了 (2000年度)
配分額 *注記
3,600千円 (直接経費: 3,600千円)
2000年度: 1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
1999年度: 2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
キーワード生体材料 / 凍結保存 / 凍結保護物質 / 磁気共鳴映像法 / 無侵襲濃度計測 / 拡散係数 / 逆問題解析 / ミクロ構成要素 / 磁気共鳴映像法(MRI) / 化学シフト法
研究概要

バイオインダストリーの基盤技術の一つである、細胞や組織などの生体材料の凍結保存におけるプロセスの最適化のためには、熱工学的手法により熱・物質輸送現象を基礎的に解明する必要がある。本研究では、擬似生体組織や生体組織に対する凍結保護物質の拡散現象を、核磁気共鳴撮像法(MRI)を用い、無侵襲・実時間で直接計測する方法を確立し、マクロ拡散特性を求める共に、拡散・浸透に関する組織のミクロ構造に基づいて考察を行う。
平成11年度には、物質拡散の媒質として水溶液と擬似生体組織(寒天)、および、代表的な細胞膜透過型凍結保護物質としてジメチルスルホキシド(DMSO)とグリセロールに対して研究を遂行した。
1)水溶液の場合:ケミカルシフトイメージング(CSI)法により、水溶液中の凍結保護物質分子のみを選択的に画像として捕えることができ、水溶液中の凍結保護物質濃度と画像強度の校正曲線に基づいた濃度計測法を確立した。非定常一次元濃度分布の測定結果と逆問題解析から拡散係数の濃度依存性を求めた。
2)擬似生体組織の場合:1)と同様に、寒天に含まれる水溶液中の凍結保護物質分子のみの選択的画像化とその濃度計測が可能であり、寒天濃度に対する凍結保護物質の見かけの拡散係数を求めた。さらに、寒天中での水や凍結保護物質分子の縦・横緩和時間の減衰とそれによる画像強度の減衰割合を考慮することにより、濃度・画像強度の校正曲線が、水溶液の場合の校正曲線から算出可能であることを見い出した。
平成12年度には、昨年度の濃度計測法を、生体組織(鶏の肝臓)内のDMSOの拡散現象に適用した。
3)生体組織の場合:組織中のDMSO濃度・画像強度の校正曲線、組織内でのDMSOの非定常一次元濃度分布の計測、および、その結果に基づいた逆問題解析により見かけの拡散係数を求めた。その拡散特性を組織の構成要素であり物質拡散の抵抗体である肝細胞や細胞間質などのミクロ構造の観点から考察した。組織中の水溶液の体積割合、水とDMSO分子の緩和時間による画像強度の減衰割合に基づいて、濃度・画像強度の校正曲線が水溶液の場合の校正曲線から算出可能であることを示した。さらに、組織内の水分子の緩和時間からDMSOの緩和時間を推定する方法を提案した。

報告書

(3件)
  • 2000 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1999 実績報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (17件)

  • [文献書誌] 石黒博 他4名: "MRIによる凍結保護物質水溶液中の濃度計測および拡散係数の決定"第36回日本伝熱シンポジウム講演論文集. Vol.2. 477-478 (1999)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 石黒博 他2名: "MRIによる擬似生体組織中の凍結保護物質の濃度計測および拡散特性"第37回日本伝熱シンポジウム講演論文集. Vol,1. 153-154 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 石黒博 他2名: "MRIを用いた濃度計測と逆問題解析による生体ファントム中の物質拡散係数の決定"第21回日本熱物性シンポジウム講演論文集. 123-125 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 石黒博 他2名: "MRIによる生体組織中の凍結保護物質の濃度計測および拡散"第38回日本伝熱シンポジウム講演論文集. (発表予定). (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hiroshi ISHIGURO 他2名: "Measurement of Cryoprotectant Concentration using MRI and Diffusion in Pseudobiological Tissues,"International Mechanical Engineering Congress and Exposition. (発表予定). (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hiroshi ISHIGURO: "Measurement of Concentration of Cryoprotectant in Solution and Determination of Diffusivity"Proc.of the 36th National Heat Transfer Symposium of Japan. 477-478 (1999)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hiroshi ISHIGURO: "Measurement of Concentration of Cryoprotectant using MRI and Diffusion in Pseudobiological Tissues"Proc.of the 37th National Heat Transfer Symposium of Japan. 153-154 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hiroshi ISHIGURO: "Determination of Diffusivity in Pseudobiological Tissues based on Concentration Measurement using MRI and Inverse Problem Analysis"Proc.of the 21st Japan Symposium on Thermophysical Properties. 123-125 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hiroshi ISHIGURO: "Measurement of Cryoprotectant Concentration using MRI and Diffusion in Biological Tissues"Proc.of the 38th National Heat Transfer Symposium of Japan. (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hiroshi ISHIGURO: "Measurement of Cryoprotectant Concentration using MRI and Diffusion in Pseudobiological Tissues and Solutions"Proc.of International Mechanical Engineering Congress and Exposition. '01. (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 石黒博 他4名: "MRIによる凍結保護物質水溶液中の濃度計測および拡散係数の決定"第36回日本伝熱シンポジウム講演論文集. VoL.2. 477-478 (1999)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 石黒博 他2名: "MRIによる擬似生体組織中の凍結保護物質の濃度計測および拡散特性"第37回日本伝熱シンポジウム講演論文集. VoL.1. 153-154 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 石黒博 他2名: "MRIを用いた濃度計測と逆問題解析による生体ファントム中の物質拡散係数の決定"第21回日本熱物性シンポジウム講演論文集. 123-125 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 石黒博 他2名: "MRIによる生体組織中の凍結保護物質の濃度計測および拡散特性"第38回日本伝熱シンポジウム講演論文集. (発表予定). (2001)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Hiroshi ISHIGURO 他2名: "Measurement of Cryoprotectant concentration using MRI and Diffusion in Pseudobiological Tissues,"International Mechanical Engineering Congress and Exposition. (発表予定). (2001)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 石黒 博、他4名: "MRIによる凍結保護物質水溶液中の濃度計測および拡散係数の決定"第36回日本伝熱シンポジウム講演論文集. VoL.2. 477-478 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 石黒 博、他2名: "MRIによる擬似生体組織中の凍結保護物質の濃度計測および拡散特性"第37回日本伝熱シンポジウム公園論文集. (発表予定). (2000)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書

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公開日: 1999-04-01   更新日: 2016-04-21  

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