| メール | anonymous |
|---|
| 所属（教員組織）※学生は指導教員の所属を選択 /Affiliation (Faculty/Organization) | 数理物質系/Faculty of Pure and Applied Sciences |
|---|
| 専門分野/ Research Field | 光ピンセットによる微粒子の運動制御 |
|---|
| 以下の項目から選んでください。 Please select from the options below. | 大学院生/ Graduate Student |
|---|
| （大学院生のみ回答）指導教員名/ Name of Academic Supervisor (for graduate students only) | 櫛田創 |
|---|
| （大学院生のみ回答）本アンケートへ研究情報や研究データ情報を入力することを指導教員に確認しましたか？ Have you confirmed with your academic supervisor that you are entering research information and/or research data information in this questionnaire? | 確認した /Yes |
|---|
| 2－1研究へのAIの活用経験と意識（当てはまるものを選んでください）/Experience with and Perceptions of AI Utilization in Research | AIを活用してみたい、今後活用により研究加速を考えている/I would like to use AI and am considering accelerating my research through its use in the future. |
|---|
| 3-1 AI を活用することで推進したい（推進した）研究テーマを回答ください。（1テーマ40字程度）Please describe the research theme(s) you would like to promote (or have promoted) by utilizing AI. | 光ピンセットで駆動した微粒子球体の運動画像解析 |
|---|
| 3-2 AIを活用することで解決したい（解決した）学術的課題の概要を教えてください（分野外の専門家がわかるように。1テーマ100〜300字程度）Please provide an overview of the academic challenge(s) you would like to address (or have addressed) by utilizing AI. | 本研究は、微粒子に特定の光を照射して回転や運動を誘起し、それを制御する研究である。この研究は一例としてドラッグデリバリーシステムへの応用がある。光駆動で運動を誘起できる微粒子に結合させることで、必要な箇所へ迅速にかつ効果的な方法で薬となる分子を届けることが期待される。これまで、その技術に使われるような光駆動による運動を誘起できる微粒子を開発を報告した。
特に球体運動の顕微画像解析、光と物質の相互作用を考慮したモデルでの運動解析にAIを活用することで、その正確な光駆動運動メカニズムを解明につながると期待する。
|
|---|
| 3-3 以下内容がわかる場合は具体的に教えてください。１．研究テーマで AI が特に有効または改善ができる部分はどこ（何）でしょうか？２．AIを活用することによって、研究分野にどのようなインパクトをあたえられるでしょうか？If possible, please provide specific details on the following points: 1Which part(s) ... | 1.これまで私たちのグループでは分子を精緻に配向したねじれ双極配向微粒子を開発し、光でその運動を駆動できることを実証してきた。私たちのプロジェクトの次の段階として、この運動のメカニズムを理論的に明らかにすることである。
有用であると考える点は2つある。
①一つ目は偏光顕微像で観察される像から微粒子内の複雑な分子配列を正確に予測できることである。初めに材料として用いている分子同士や溶液中での材料分子と溶媒分子とのインタラクションから球体内部構造を予測する。この手法のアイデアは2024年にノーベル化学賞を受賞したコンピューターを用いたタンパク質の構造予測の研究から着想を得た。さらに内部配向の複雑さに由来して、見る方向ごとに異なる微粒子の偏光顕微像をAIによって360度全方位で予測する。
これを行うことの利点は、数Hzの周波数で回転する微粒子の正確な向きを観察カメラの時間分解能に関わらず正確に偏光顕微像から同定できることであり、運動解析には欠かせない。
②二つ目は微粒子を構成する一分子と入射光との相互作用を微粒子内の全分子でAIシミュレーションすることで、入射偏光の種類に依存した微粒子の運動の予想が期待できる。シミュレーションからこれまで実験で観測されていない微粒子の新たなモーションの可能性を探ることにも有用である。
2.微粒子の光駆動運動の従来研究は運動中の微粒子にレーザーを当てて、その散乱光から運動を解析する。一方で本研究の顕微像観察は、カメラに時間分解の制約があったり、内部配向が複雑でもアスペクト比がほぼ1の真球では明視野顕微観察ではその運動が確認できないため、従来ではほとんど行われていない。しかし内部配向の情報を示す偏光顕微像から上記のようなAIを用いた運動解析を正確に行う手法を開発できれば、散乱光由来のシグナルのノイズの問題を克服し、これまで注目されてこなかった時間発展的な球体運動の正確な描写も行うことが可能になる。過去に開発されてきた他の微粒子へ適用することもでき、汎用性が高い。 |
|---|
| 3-4 現時点で AI for Science チャレンジ型に応募したいと思いますか？At this point, would you like to apply for the AI for Science Challenge–type program? | 応募したい I would like to apply. |
|---|
| 3-5 ご自身の研究活動にAIを導入・活用するときの課題があれば教えてください。支援構築の参考にします。（複数選択可）If you have any challenges or concerns regarding the introduction or use of AI in your own research activities, please let us know. | 相談できる相手がいない/AI専門研究者への伝手がない I do not have anyone to consult with / I have no connections to AI specialist researchers.; |
|---|
| 3-6 上記テーマのためのデータは既に取得済みですか？ Have the data for the above research theme already been collected? | データは既に取得済み、取得途中・公開データ・パブリックデータを活用予定 / The data have already been collected. The data are currently being collected, or we plan to use existing open or public datasets. |
|---|
| 4-1 今後AI活用したい（これまでAI活用した）研究データについて取得先や収集手法について可能な範囲で教えてください。 Please describe, to the extent possible, the sources and collection methods of the research data that you would like to use (or have us... | データの取得は筑波大山本櫛田研究室や、現在共同研究している大阪公立大学先端分析化学研究室の柚山健一先生の協力のもとで行う。
まずは微粒子を微小金属針でピックし、針を回転させることで球体のさまざまな方向での偏光顕微像を取得し、これを教師データとしたい。さらに1微粒子を物理的に切断した断面図から予想される大まかな分子配向も使用される。
次に光ピンセット装置を用いて、溶液に分散された微粒子の光駆動運動を誘起し、回転中の偏光顕微像を取得する。 |
|---|
| 4-2 以下を参考にデータの種類等を可能な範囲で教えてください。 観測データ / 実験データ / 測定データ 画像 / 音声 / 動画 / テキスト / 時系列 数値シミュレーション結果 センサーデータ 行動データ / 社会調査・アンケートデータ （横断的にデータ取得/縦断的：一人物に複数点） 文献データ / デジタルアーカイブ その他 Please descr... |
画像 、時系列 、数値シミュレーション結果 |
|---|
| 4-3 その他、保有している研究データについて、取得先や取得手法について可能な範囲で教えてください。 In addition to the above, please describe, to the extent possible, the sources and collection methods of any other research data you possess. | 保有しているデータも上記と同様の方法で取得された。 |
|---|
| 4-4 下記を参考に、データの種類等を可能な範囲で教えてください。 観測データ / 実験データ / 測定データ 画像 / 音声 / 動画 / テキスト / 時系列 数値シミュレーション結果 センサーデータ 行動データ / 社会調査・アンケートデータ （横断的にデータ取得/縦断的：一人物に複数点） 文献データ / デジタルアーカイブ その他 Please descr... | 観測データ / 実験データ / 測定データ
画像/ 動画 / 時系列 |
|---|
| 4-5 データの基本情報（サンプル数、説明変数、目的変数）について教えてください。Please provide basic information about the data, such as the number of samples, explanatory variables (independent variables), and target variables (depend... | ねじれ双極球体は3~4µmの大きさの球体を一度に作製することができる。
球体断面図から、分子のねじれのらせんピッチは1~1.5µmであると予測されており、円偏光をした際の反射率は2~3%であると推測している。これまで15個ほどのデータを２度の実験で取得しており、今後最大100個程度のサンプル数は取得できる。
球体の回転や振動の周波数は入射光のパワーやその偏光、微粒子を分散させる液体の種類や、球体のサイズに依存する。入射パワーは1mWから350mWの間で球体の運動を誘起できる。
入射光はその偏光を変えること可能で、直線→楕円→円偏光にすることができるが、それは楕円度によって規定される。直線偏光では偏光の楕円度は0で右回りの円偏光なら楕円度は-1,左回りの円偏光ならその楕円度は+1である。
分散させる液体としては現在ブタノールを使用しているが、粘度が低いものを使えば、早い回転を誘起することができる。
|
|---|
| 4-6 これまでデータへ適応した解析手法や統計手法・モデル等があれば教えてください。Please describe any analytical methods, statistical techniques, or models that have been applied to the data so far, if applicable. | 微粒子運動中での偏光顕微像の時間発展的な画像全体の平均輝度変化をフーリエ変換することによって微粒子の回転周波数を明らかにした。
これまで2つの粒子においてそれぞれ連続した600フレームの偏光顕微像1枚1枚から時間発展的な球体の向きを同定し、球体の回転軌道を解析したことがある。
さらには微粒子の内部にコレステリックらせん構造と一軸配向領域があると仮定して、入射偏光とこれらの構造との相互作用をジョーンズマトリクス法によって描写し、光自体が持つ回転(スピン)の物理量がどの程度微粒子に転写されたのかを見積もった計算を行った。 |
|---|
| 4-7 データの信頼性について次の点を記述してください。例）・測定精度/誤差範囲/ノイズがあればその特徴、もしくは、専門家によるアノテーションが必要かどうか Please describe the reliability of the data, addressing the following points as appropriate. Examples: Measurement a... | 微粒子の光駆動回転は一回転内の球体においてその瞬間的な角速度が50~600Hzであるとわかっている。パワーが高いほど(~100mW)、サンプルがダメージを受けやすく、回転が安定しないこともわかっている。
またそのカメラが100fpsであることによって時間分解能が著しく下がるので、フーリエ変換に取得された平均の回転周波数が本来の周波数に対応していないことが懸念されている。 |
|---|
| 4-8 データの偏りについて次の点を記述してください。例・属性の偏りがあればどんなものか/サンプルサイズの偏りがあればどんなものか/データの揺らぎがあればどんなものか Please describe any biases present in the data, addressing the following points as appropriate. Examples: Types... | サンプルサイズは3~4µmであり、大きさによってねじれのピッチのみではなく、ねじれ構造の歪み度も変化すると考えられる。大きいものほど構造の歪みは少ない。さらに、全球体の中で10%程度はねじれ双極配向ではあるものの、極端にねじれ構造の層が薄い微粒子が作製され、これは全体の傾向とは異なる運動を引き起こす。なお、ほとんどの球体はねじれ双極構造の球体であり、この点ではサンプルにばらつきは少ないと考えられる。 |
|---|
| 4-9 データの構造・複雑性について以下から教えてください。（複数選択可） Please indicate the structure and complexity of the data by selecting from the options below. (Multiple answers allowed) | 多変量性 Multivariate;時系列データ Time-series data; |
|---|