| 研究課題/領域番号 |
21K19889
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分90:人間医工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
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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| 研究分担者 |
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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| 研究期間 (年度) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2022年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2021年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | テラヘルツ / 計測 / 水 / 生体組織 / テラヘルツ波 / 再生医療 / 再生軟骨 / 非侵襲計測 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
細胞の活動にとって必須である水は，生体組織の力学的性質にも大きく寄与している．生体組織中のこの水分子の状態を非侵襲的に計測することができれば，生体組織および再生組織の評価において重要な情報となり得る．本研究提案では，サブ・テラヘルツ帯のテラヘルツ波の発振を可能とする新しいテラヘルツ波時間領域分光システムを開発することを目標とする．
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| 研究実績の概要 |
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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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
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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| 今後の研究の推進方策 |
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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