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結晶の磁場配向を利用した非侵襲痛風診断システムの開発

研究課題

研究課題/領域番号 22K14265
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分21030:計測工学関連
研究機関室蘭工業大学

研究代表者

武内 裕香  室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 准教授 (90758765)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2024年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2023年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
キーワード磁場配向 / 反磁性微結晶 / 痛風 / 尿酸ナトリウム結晶 / 反磁性 / 痛風診断
研究開始時の研究の概要

激痛をともなう痛風のリスクを確実に見出すために,簡便で痛みのない検査手法が強く求められている。痛風を引き起こす尿酸ナトリウム結晶は『磁場で配向する際に光強度が変化する』性質をもつ。本研究では尿酸ナトリウム結晶を含む体内環境を再現したモデルを作製し,近赤外光で検出する実験システムを構築したうえで,永久磁石レベルの磁場強度で微量結晶を体外から高感度で非侵襲・簡便に検出することを目指す。

研究実績の概要

これまでの研究では,十分に広い空間において結晶の配向挙動を観測してきたが,実際に結晶が存在する範囲は指などの関節中であり,微小な領域である。一般に「磁場配向」が起こると,磁力線と物質の磁化容易軸が平行に揃うが,三次元的に物質を固定することは静磁場では困難である。検出における感度は結晶の初期位置と配向後の光強度の変化によるため,局所空間において配向後の挙動に変化があるならば,すなわち検出感度の向上または低下につながる。昨年度は切削加工により作製した薄層セルである。2枚の板間の間隔を任意にコントロールできる薄層セルを開発し顕微観察・光学計測を行えるようなシステムの開発を行った。5 cmの空間にステンレス(非磁性,耐腐食性)で薄層試料セルと試料導入部分作成し,膜厚は任意の厚みのテフロンシートをはさむことでコントロールできるようにした。今年度はさらに特別な超長作動型の対物レンズを取り付けできるように,顕微鏡のポートを改造した。システムは,光強度変化と動画収録を同時にできるようになっている。電磁石中で微小な領域での結晶挙動の顕微観察・光学計測を同時に行うことで,客観的理解と視覚的理解が迅速に行えるシステムにした。そのシステムを用いて,膜厚を変化させて,磁場印加前後の光強度変化(磁場効果)を計測したところ,膜厚が薄くなるにつれ,変化率も減少した。厚さがわずか50 umの空間内においても5 %の光強度の変化を確認できた。

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

昨年度構築したシステムを改良し,さらに詳細な計測を行えるようにした。膜厚を変化させて,磁場印加前後の光強度変化(磁場効果)の結果の値から,例えば空間が10 umの時の外挿値を求めると,おおよそ2 %となり,このあたりが診断の限界点であることが示唆された。以上より,おおむね順調に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

空間をさらに狭めていき,実験的に限界値を評価する。その後,研究成果をまとめ,学会や論文投稿を通して国内外に発信する。

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (7件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Light scattering properties of cellulose microcrystals from multiple angles under a magnetic field2023

    • 著者名/発表者名
      Takeuchi Yuka、Hamasaki Atom、Kawaguchi Hideki、Matsuda Mizushi
    • 雑誌名

      International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics

      巻: 71 号: 1_suppl ページ: S321-S327

    • DOI

      10.3233/jae-220172

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Differences in the Optical Response of MSU and CPP Crystals During Magnetic Orientation: Possibility of Diagnosing Gout and Pseudogout2023

    • 著者名/発表者名
      Takeuchi Yuka、Yoshikawa Ryotaro、Mitsui Yoshifuru、Iwasaka Masakazu、Matsuda Mizushi、Hamasaki Atom
    • 雑誌名

      Bioelectromagnetics

      巻: in press 号: 7-8 ページ: 204-210

    • DOI

      10.1002/bem.22444

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Light Scattering Properties of Oriented Microcrystals by FDTD Method2023

    • 著者名/発表者名
      Yuka Takeuchi, Atom Hamasaki, Mizushi Matsuda, Hideki Kawaguchi
    • 学会等名
      9th International Workshop on Materials Analysis and Processing in Magnetic Fields
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] DEVELOPMENT OF A TRIPLE-POLE MAGNET FOR A MECHANICAL-PART-FREE AND EASY ACCESSIBILITY ROTATIONAL MAGNETIC FIELD2023

    • 著者名/発表者名
      Atom HAMASAKI, Shuta YANAI, Yuka TAKEUCHI, Hideki KAWAGUCHI
    • 学会等名
      International Symposium on Applied Electromagnetics and Mechanics
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] FDTD法を用いた配向性微結晶の散乱特性2023

    • 著者名/発表者名
      武内裕香、浜崎亜富、松田瑞史、川口秀樹
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 磁気配向した異方性結晶の多角度光散乱測定2022

    • 著者名/発表者名
      武内裕香, 浜崎亜富, 川口秀樹, 松田瑞史
    • 学会等名
      第16回日本磁気科学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] ピロリン酸カルシウム結晶の磁気配向と生体内微結晶識別への応用2022

    • 著者名/発表者名
      武内裕香, 三井好古, 浜崎亜富, 松田瑞史
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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