Fukuyama University Repository / 福山大学学術情報リポジトリ

福山大学生命工学部

Japanese

生命工学部研究年報第22号　目次

福山大学博士（薬学）2022年度thesi

番匠谷, 研吾

学 位 論 文 要 旨 
 
 
機能性高分子を用いたアムホテリシンBのナノ製剤化に関する研究 
 
福山大学大学院 薬学研究科 医療薬学専攻 薬物動態学研究室 
番匠谷 研吾 
 
真菌症は，表皮や粘膜面に病変が限局する表在性真菌症と，臓器の病変あるいは播種性病変を形成した
深在性真菌症に大別される．アムホテリシンB（AmB）は，これらの真菌症の治療に用いられるが，難水
溶性であるため製剤化が難しい薬物である．AmB 製剤としては，デオキシコール酸ミセル製剤
（Fungizone®）および脂質製剤が上市されているが，副作用やコストの面でそれぞれ改善が必要とされ
ている．難水溶性薬物可溶化法の一つとして高分子の利用がある．本研究では，真菌症治療に供するべく，
機能性高分子であるヒアルロン酸およびスチレン－マレイン酸コポリマーを用いた新規ナノ製剤の調製を
試みた． 
 
１．ヒアルロン酸を用いたナノ製剤化 
表在性真菌症の 1 つである真菌性角膜炎は，低・中所得国において失明の主要な原因である．第 1 節
では，粘膜付着性を有する機能性高分子であるヒアルロン酸に着目し，疎水化ヒアルロン酸を用いたAmB
搭載ナノヒドロゲル（AHA/AmB）を調製した 1)．今回構築した新規のムチン結合性測定法で評価したと
ころ，AHA/AmBはムチンとの結合能を有することが示された．また，AHA/AmBは Fungizone®と比較
して in vitroにおいて安全域が改善した．以上の検討により，キャリアとして疎水化ヒアルロン酸を用い
ることにより結膜嚢滞留性向上が期待され，真菌性角膜炎に対する有用な AmB製剤の開発が可能となっ
た． 
 
２．スチレン－マレイン酸コポリマーを用いたナノ製剤化 
AmBは，予後不良の疾患である深在性真菌症治療のゴールドスタンダードである．第 2節および第 3
節では，機能性高分子として，アルブミン結合性を有することから高い血中滞留性が期待できるスチレン
－マレイン酸コポリマー（SMA）に着目した．真菌感染をはじめとした炎症は血管透過性の増大を誘発す
ることから，血中滞留性の高い製剤はパッシブターゲティング効果の利用により感染部位周辺に局在する
ことが期待できる． 
SMAは，その前駆体であるスチレン－無水マレイン酸コポリマーの高い反応性を利用することにより，
様々な化合物の導入が可能である．そこで，SMAとAmBとの間において，共有結合および非共有結合性
相互作用の二種類の結合様式からなる水溶性製剤をそれぞれ調製した． 
まず，SMAとAmBの共有結合体である SMA-AmBを合成した 2)．次に，AmBとの非共有結合性相
互作用を有するコレステロールで修飾した SMA（Cho-SMA）を合成し，Cho-SMAと AmBからなる製
剤としてCho-SMA/AmBを調製した 3)．これらの製剤はアルブミン結合性を有するナノ製剤であり，血中
滞留性はFungizone®と比較して有意に高かった．また，in vitroおよび in vivoにおいて，Fungizone®
と比較して安全域が改善した．Cho-SMA/AmBについては，疎水性環境下で自己凝集したアモルファス状
態で存在していることが示され，Cho-SMA/AmBから放出時のAmBの水への溶解性の改善が示唆された．
以上の検討により，キャリアとして SMAを用いることで，パッシブターゲティングが期待できる深在性
真菌症治療薬として有用なAmB製剤の開発が可能となった． 
 
本研究より，機能性高分子として疎水化ヒアルロン酸やスチレン－マレイン酸コポリマーを用いナノ製
剤とすることで，表在性真菌症である真菌性角膜炎や，深在性真菌症に対して，それぞれ粘膜付着性や血
中滞留性といった治療に適した機能を賦与した低コストの AmB製剤を調製することが可能となった．本
研究で得られた知見は，真菌症治療における安全かつ効果的な製剤を開発する上で，有用な基礎資料にな
るものと考えられる． 
 
 
【発表論文】 
1) Banshoya et al., Int. J. Pharm., 610, 121061 (2021). 
2) Banshoya et al., Int. J. Pharm., 572, 118719 (2019). 
3) Banshoya et al., Int. J. Pharm., 589, 119813 (2020). 
 


機能性高分子を用いたアムホテリシンBのナノ製剤化に関する研究

青木（秋枝）, 美保

The Addendum about the Paper “The Viewpoints about Hometown by Masuji Ibuse and Kenji Miyazawa” ―About the Relationship between the Works by Masuji Ibuse and the Information about “Ana no Umi” in Bingo and Ancient Tombs Excavated that They war Reported in the Local Magazines in the 1930s ―

真鍋, 圭司

47770

 
 
粘性項を導入した動的陽解法有限要素法 
によるつり合い解の探索 
 
真鍋 圭司* 
 
Analysis of Equilibrium state by Dynamic Explicit FEM Considering Viscous Term 
 
Keiji MANABE* 
 
ABSTRACT 
 
Dynamic explicit FEM (Finite Element Method) calculation is carried out to obtain static elastic 
solution without simultaneous equations. It is necessary to solve the large simultaneous equations in case 
of static FEM analysis. On the other hand, dynamic explicit FEM does not use simultaneous equations, and 
it can simulate large scale dynamic problems. In this paper, the viscous term is introduced into dynamic 
explicit FEM, and complete static solution of elastic deformation problems are obtained. It is expected that 
this method is useful for simulating large scale FEM problems by small computer memories. 
  
キーワード：動的陽解法 FEM，つり合い解，粘性項 
Keywords: Dynamic explicit FEM, Equilibrium state, Viscos term 
 
１．緒 言 
機械工学において有限要素法（以下、FEM）は，金
属の変形の解析に使われることが多い．例えば機械の
設計の際には応力解析が重要であるが，それは弾性変
形を対象として行う．また塑性変形解析にも FEM は
利用されている．以上のような変形解析は，つり合い
状態を保ちながら変形する静的解法が用いられる．こ
の静的 FEM 解析においては，連立方程式を解くこと
が必要となる． 
一方，動的解析も FEM によって行われ，機械工学で
は振動問題がその代表である．動的問題では加速度を
考えるため，時間変化を精度よく解析する必要があり，
陰的解法を用いることになる．これも連立方程式を作
成することが必要となる．すなわち，FEM と連立方程
式は，切っても切れない関係があると言ってもよいで
あろう． 
動的 FEM において，時間積分に陽解法を用い，質量
行列を対角部分に集める近似をすると，連立方程式を
解くことが不要となる．いわゆる動的陽解法 FEM と
いう解法である．  
ところで，動的陽解法 FEM は，動的解析を行うこと
が本来の目的であったが，動的陽解法 FEM によって
静的問題を近似的に解析する方法がよく用いられる
[1]．連立方程式を作成しないということを積極的に利
用した解法であり，計算メモリを大きく節約できる．
著者らも弾塑性 FEM に動的陽解法を導入し三次元切
削加工のシミュレーションを行った[2][3]．これらは節
点力の不釣り合いを残したまま，加速度項によって変
形を追跡する方法であり，完全な静的問題を解析した
ものではないが，静的解析結果とほぼ同じ解を得るこ
とができる． 
本報告では，動的陽解法 FEM に粘性項を導入し，
振動を減衰させ，完全なつり合い状態に収束させるこ
とを考えた．動的陽解法の連立方程式を必要としない
利点を生かし，つり合い解を探索する． 
 
 
 
 
                                                     * 機械システム工学科 
２． 動的陽解法 FEM へ粘性項の導入 
 
２．１ 動的陽解法の定式 
動的問題において運動方程式に粘性項を考慮し，
FEM 計算の行列（マトリックス）表示を行うと以下
のようになる． 
 
[𝑀]{?̈?} + [𝐶]{?̇?} + [𝐾]{𝑢} = {𝑃} 
                 ・・・（1） 
 
ここで[M]は質量行列，[C]は減衰行列，[K]は弾性の
剛性行列である．また，{u}は変位ベクトル，{P}は外
力ベクトルである． 
 いま，{u}の時間微分を，中央差分によって次のよ
うに近似する． 
 
{?̈?} =
{𝑢}𝑛+1−2{𝑢}𝑛+{𝑢}𝑛−1
(∆𝑡)2
 ・・・（2） 
{?̇?} =
{𝑢}𝑛+1−{𝑢}𝑛−1
2∆𝑡
     ・・・（3） 
 
これらを式(1)に代入し，整理すると次のようなる． 
 
([𝐼] + [𝑀]−1[𝐶]
∆𝑡
2
) {𝑢}𝑛+1 = 
2{𝑢}𝑛 − {𝑢}𝑛−1 + [𝑀]−1(∆𝑡)2({𝑃} − [𝐾]{𝑢}𝑛) 
+[𝑀]−1[𝐶]
{𝑢}𝑛−1
2
(∆𝑡) 
・・・(4） 
 
ここで[I]は単位行列である． 
 
２．２ スカラー方程式の導出 
いま，次の様に行列の成分を対角化する．ここでい
う対角化とは、各行の成分を足し合わせたものを対角
項におく近似のことである． 
 
[𝑀]−1 = [
1/𝑚1 0 …
0 1/𝑚2 0
⋮ ⋮ ⋱
] ・・・(5） 
 
[𝐶] = [
𝑐1 0 …
0 𝑐2 0
⋮ ⋮ ⋱
]          ・・・(6） 
 
このとき，[M]-1[C] は次式のようになる． 
 
[𝑀]−1[𝐶] = [
𝑐1/𝑚1 0 …
0 𝑐2/𝑚2 0
⋮ ⋮ ⋱
] ・・・(7） 
 
これを用いると，式(4)の左辺のカッコ内は， 
[𝐼] + [𝑀]−1[𝐶]
∆𝑡
2
=
[
 
 
 
 1 +
𝑐1
𝑚1
∆𝑡
2
0 ⋯
0 1 +
𝑐2
𝑚2
∆𝑡
2
0
⋮ 0 ⋱]
 
 
 
 
 
 
・・・(8） 
いま，式を見やすくするために， 
Θ𝑖 =
𝑐𝑖
𝑚𝑖
∆𝑡
2
        ・・・(9） 
 
とおく．そして 
[𝐾][𝑢]𝑛 = {𝑓}𝑛        ・・・(10） 
 
とおき，{f}nの第 i 番目の要素を fniと書いて，行列
表示ではなく成分表示を行う．ここで A を 
𝐴 = 2𝑢𝑖
𝑛 − 𝑢𝑖
𝑛−1 +
(∆𝑡)2
𝑚𝑖
(𝑃𝑖 − 𝑓𝑖
𝑛) + Θ𝑖𝑢𝑖
𝑛−1 
・・・(11） 
とおくと，式(4)は， 
𝑢𝑖
𝑛+1 =
𝐴
1+Θ𝑖
          ・・・(12） 
   
と簡単に書くことができる． 
これによって逆行列の計算がなくなり，単なるスカ
ラー方程式となる．これが粘性項を導入した動的陽解
法の要点である． 
 
３．解析結果 
 ３．１ 計算条件 
ここでは，片持ちばりの問題を取り扱う．図 1に示
すようにはりの寸法を，長さ l =200mm，高さ h =20 
mm とする。このはりに集中荷重 P =100N が作用す
るものとする． 
 
 
 
 
 
 
 
図１ 計算モデル 
 
図１のように四角形要素に分割した． 
材料力学の計算により，断面二次モーメント I は， 
 
𝐼 =
𝑏ℎ3
12
=
1×203
12
=
2000
3
  𝑚𝑚4  ・・・(13） 
 
であり，ヤング率 E=21000×9.8 MPaとすると，最
大たわみは， 
𝑦𝑚𝑎𝑥 =
𝑃𝑙3
3𝐸𝐼
= 1.936 𝑚𝑚     ・・・(14） 
 
と計算できる． 
 
３．２ 静的 FEM 解析 
まず通常の静的解析，すなわちつり合い状態の結果
を示す．図 2 は要素変形形状であり，変位を 10 倍し
て表示している．  
 
 
 
 
 
図 2 変形形状（変位を 10倍） 
 
 
荷重は 100N を図の辞儀上の角部の節点に，節点荷
重によって与えた．この静的 FEM 計算によるとその
荷重点の変位は，-1.54855 mm であった．式(14)の材
料力学で求めた最大たわみより，小さい値となってお
り，いわゆるせん断ロッキングが生じていると考えら
れる． 
 
３．３ 動的陽解法解析 
次に同じ問題を，動的陽解法 FEM により解析した． 
 
∆𝑡 = 2.0 × 10−7    (𝑠)       ・・・(15） 
 
とし，荷重は 100 N を 100step に分けて，1N ずつ増
加させながら与えた．全過程は，10 万 step の計算を
行った．すなわち，経過時間は，0.02 s（=2.0×10 -7 ×
10 万） となる． 
粘性係数は，𝑐 = 0.005 ， 𝑐 = 0.02  (N/m・s) 
の二通りで計算した結果を示す．以降，粘性係数の大
きさにはあまり意味はないため，単位は省略する． 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図 3 荷重点の変位の時間変化 c=0.005 
 
図３は，荷重点の変位の時間変化をグラフにしたも
のである．c = 0.005 の場合である．荷重点の変位は
振動しながら，振幅が小さくなっているのがわかる．
t =0.015s 付近から -1.54 mm 程度の値で収束しつつ
ある．しかし計算の最後の段階においても，まだわず
かに変動しており，完全につり合い状態には達してい
ない．この最後の段階を静的 FEM の計算結果と比較
すると，ほぼ同じ値ではあるが，は完全には一致せず，
わずかに異なった結果となった． 
 次に，c = 0.02 の場合の計算結果を図４に示す．変
荷重点の変位は，初期にほぼ振動がなくなり，
t=0.005s 付近からほぼ一定値に収束しているのが
わかる． 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図 4 荷重点の変位の時間変化 c=0.02 
 
計算の最後の t =0.002s の段階で荷重点の変位は， 
-1.54855 mm の値で収束した．この段階での計算結果
は，応力，ひずみ，変位，さらに節点力など，静的 FEM
の計算結果と完全に一致した． 
以上から，粘性項を導入することにより，連立方程
式を解くことなく陽的な計算を行うことによって，完
全に静的な弾性問題の解析が可能であることが明ら
かになった．この方法の利点は，節点数が非常に多い
大規模な問題を，小メモリーで解くことができること
にある．今後エクセルなどを用いて，この手法によっ
て有限要素計算を簡易的に行うことができるように
する予定である． 
 
４．結言 
 動的陽解法 FEM に粘性項を導入し，振動する解を
静止するまで解析することによって，完全に静的な解
を得る手法を開発した．静的解析を行う FEM では，
大規模な連立方程式を作成して解く必要がある．本手
法では，その連立方程式の処理が不要とあることから，
手軽にエクセルなどで有限要素計算ができるように
進めてゆきたい． 
 
 
 
参考文献 
[1] 非線形有限要素法，日本塑性加工学会編(1994), 
pp.105-126,コロナ社. 
[2]  沖田淳也，真鍋圭司，上田完次：動的陽解法弾
塑性 FEM による三次元切削過程のシミュレーシ
ョン，精密工学会誌，Vol.66, No.3, (2000-3),pp.429-
433. 
[3] 沖田淳也，真鍋圭司，上田完次：溝型チップブレ
ーカ工具による切削過程の三次元有限要素法解
析，精密工学会誌，Vol.66, No,9, (2000-9),pp.1451-
1455. 
 
 


Analysis of Equilibrium state by Dynamic Explicit FEM Considering Viscous Term

藤本, 倫史

47785

中村, 和裕

47786

井手吉, 成佳

47787

Management of Professional Sports Organizations with Different Organizational Structures: Case Study of Professional Sports Organizations in Hiroshima

Hayakawa, Tatsuji

47793

Who Is Your Friend in Need?　A Note on the Roles of China and Taiwan in International and Regional Institutions

佐野, 穂先

47799

Nikkei South American community in Matsunaga area

47807

福山大学工学部紀要委員会

47717

福山大学工学部紀要 
第 46巻 
2023年 3月 
The Memoirs of the Faculty of Engineering 
Fukuyama University 
Vol. 46 
March 2023 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
スマートシステム学科 Smart System  
建 築 学 科 Architecture       
情 報 工 学 科 Computer Science 
機械システム工学科 Mechanical Systems Engineering 
 
ISSN 0000-000X 


福山大学工学部紀要第46巻 表紙

47718

福山大学工学部紀要第 46巻（目次） 
[スマートシステム学科] 
投降雨量推定を目的としたひずみゲージを用いた小型センサユニットの開発      林 良成，香川 直己 …… 1 
 
投げ込み型海洋センサの沈降条件に関する検討                          田中 聡，松原 翔人 …… 7 
 
地域交通自動化での事故０に資する自動車旅客運送業の事故情報定量解析（その２）      関田 隆一 …… 11 
 
透明柔軟樹脂を用いた光学式触覚センサの開発                   行平 将望，伍賀 正典 …… 17 
 
切削半球ミラーを用いた小型全方位カメラの改良とアプリケーションへの展開              
      本田 義典，村上 力丸，伍賀 正典  …… 27 
 
 
スマートシステム学科研究業績                                                               …… 35 
 
 
 [建築学科] 
建築学科研究業績                                                                              …… 47 
 
 [情報工学科] 
BYOD を利用した対面授業における学生の閲覧ページの可視化                 尾関 孝史，渡邊 栄治  …… 
4 9 
 
人工知能による斜め画像の正規化と画像理解                                金子 邦彦  …… 53 
 
授業環境の比較と学生の授業コンテンツデザインに基づくハイフレックス環境の検討 
                                                      三宅 匠，吉原 和明，中道 上  …… 59 
 
Web面接における補油化過程の導出による支援効果                         山本 拓真，中道 上  …… 
67 
 
カードゲーム「ゴルフ」における列数減少について                              新谷 敏朗  …… 
7 5 
 
数独における対戦プレイ形式の一考察                                   宮崎 光二  …… 81 
 
地名アナウンス音のデザインに関する調査                    森田 翔太，松尾 拓真，中道 上  …… 
8 5 
 
情報工学科研究業績                                                                            …… 93 
 
[機械システム工学科] 
水中・水上移動体の制御パラメータ決定                                        内田 博志  ……
1 0 1 
 
粘性項を導入した動的陽解法有限要素法によるつり合い解の探索                         真鍋 圭司  ……109 
 
水平押し込み法による基材に機械加工を施した Fe 溶射膜のはく離強度評価             加藤 昌彦  ……113 
 
ある DC サーボモータシステムの H∞制御－ トルク外乱の抑制 －                    木村 純壮  ……119 
 
ブレーキ操作不適事故にみられる高齢者事故の特徴                    関根 康史 ……125 
 
機械システム工学科研究業績                                                                    ……133 


福山大学工学部紀要第 46 巻（目次）

Not a member yet

生命工学部研究年報第22号　目次

機能性高分子を用いたアムホテリシンBのナノ製剤化に関する研究

Analysis of Equilibrium state by Dynamic Explicit FEM Considering Viscous Term

Management of Professional Sports Organizations with Different Organizational Structures: Case Study of Professional Sports Organizations in Hiroshima

Who Is Your Friend in Need?　A Note on the Roles of China and Taiwan in International and Regional Institutions

Nikkei South American community in Matsunaga area

機能性高分子を用いたアムホテリシンBのナノ製剤化に関する研究

福山大学工学部紀要第46巻表紙

福山大学工学部紀要第 46 巻（目次）

4,086

4,096