Nagaoka University of Technology Institutional Repository

国立大学法人長岡技術科学大学博士（工学）doctoral thesi

NGUYEN,QUANG MINH

1 
様式Form 
論 文 内 容 の 要 旨 
Abstract of Dissertation 
 
氏 名Name NGUYEN QUANG MINH 
A Finite Element Study on Delamination-Induced Loosening Behavior of Acetabular Cup 
Subjected to Cyclic Loading  (繰返し負荷を受ける臼蓋カップの界面はく離に伴う緩み挙動
に関する有限要素解析) 
Aseptic loosening has been a major problem in the application of artificial hip joint as it led to 
revision surgery which bring pain and discomfort to patient well-being. Although many studies 
tried investigate the mechanism of loosening based on various cause such as delamination, wear, 
bone remodeling. etc, a interactive effect of delamination and deformation of surrounding bone has 
not yet been revealed. To understand the mechanism of aseptic loosening induced by delamination, 
finite element analysis has been conducted. 
Firstly, mechanical properties of simulated bone were applied for surrounding bone and 
delamination propagation was simulated at the interface between cup and bone. A system of three 
inclination angles and three loading amplitudes were investigated. Interfacial damage between the 
cup and the bone is characterized by the local geometry: debonding at the top and sides of the cup 
occurred mainly in lower angles, which could promote wear and opening damage at the bottom, 
causing accumulation of strain in the remaining bonding area and leading to a reduction in fixation. 
The interactive effect of delamination and inelastic deformation of bones on the exaggerated 
loosening behavior of the acetabular cup was confirmed through regression analyses. A modified 
safe zone concept was proposed by considering the displacement behavior of acetabular cups. 
Proper control of the fixation angle during surgery is useful in preventing the loosening of the hip 
joint. The lifespan of the hip joint in obese patients can be prolonged when a low inclination angle 
can be maintained. 
In the second part of the study, bone remodeling behavior of cancellous bone was applied for 
surrounding bone and delamination propagation was also modeled at the interface between cup and 
bone. A system of three inclination angles and three loading amplitudes were investigated. 
Interfacial damage between the cup and the bone. Delamination area at the interface was widened 
due to the low initial bone density even in the case of 450 inclination, which leads to increased 
bone reduction at the bottom and top edges. Stress shielding was observed near the top edge since 
the delamination process in 450 and 600 could exaggerate the strain accumulation near the micro-
cracking limit and promote more embedding of the acetabular cup. The interactive effect of low 
IBD, inclination angle and loading amplitude could reduce the aseptic loosening life by half, which 
can be attributed to the amplified embedding of the acetabular cup due to the delamination-induced 
reduction of the bone density. 
In general conclusion, the aseptic loosening behavior of the acetabular cup could be exaggerated 
by the interactive effect of delamination and bone deformation. The mechanism of delamination-
induced loosening behavior was proposed to aid treatment for patient. 


English

A Finite Element Study on Delamination-Induced Loosening Behavior of Acetabular Cup Subjected to Cyclic Loading

長岡技術科学大学博士（工学）doctoral thesi

LE THI,ANH PHUONG

 
（様式４） 
別紙２ 
論文審査の結果の要旨 
学位申請者 LE THI ANH PHUONG 
本論文は、「STUDY ON INORGANIC-POLYMER COMPOSITE FIBROUS ADSORBENT 
FOR REMEDIATION OF POLLUTANTS（無機-ポリマー複合繊維状吸着材による汚染物質浄化
に関する研究）」と題し、４章より構成されている。第１章「緒論」では、環境汚染における硫化
水素やヒソの除染についてその現状と必要性について述べ、除染材の有効活用について説明し、
持続可能社会への貢献の観点から論述し、本研究の目的と範囲を述べている。 
第 2章の「Suppression of hydrogen sulfide generation via coexistence of anaerobic sludge 
and goethite-rich limonite/Polyethersulfone composite fiber」では、リモナイト-ポリエーテルス
ルホン（PES）複合繊維により嫌気性微生物汚泥からの硫化水素(H2S)発生を抑制するために、湿
式紡糸法により調製した。複合繊維の H2S 吸着は Langmuir型であり、最大吸着容量は 3.7-4.4 
g H2S/g となり、メソ細孔吸着を示した。H2S発酵環境では、嫌気性微生物汚泥とリモナイト複
合繊維を共存させた in vitro微生物による H2S発酵環境では、H2S の発生が抑制された、同時に
微生物代謝により発生する CO 発生量も抑制し、嫌気性微生物の代謝にも影響を与えた。嫌気性
消化過程において特に 672-840 時間（28-35 日）で、複合繊維中のリモナイトのメソ孔は消失し、
マクロ孔吸着に変化し、リモナイト成分は、黄鉄鉱と硫酸鉄となり、処理繊維中に残存し、変換
効率は 6.8%と 32.4%であった。リモナイト複合繊維の in vitro での二硫化水素濃度は、初期の約
300ppmから 32.4%減じた約 0.4ppm に抑制できることがわかった。  
第 3章の「Arsenic removal adsorbent using limonite-polyethersulfone composite fiber via 
continuous flow column process」では、ヒ素（As）除去のために改良されたリモナイトベースの
複合繊維吸着材で、60wt%のリモナイト粉末を担持した PES-リモナイト複合繊維を、NMP溶液
中の PES の濃度を変化させて（10、20、30wt%）多孔質構造をコントロールし、As(III)と As(V)
の両方を効率よく吸着できる吸着材を述べている。吸着は Langmur モデルに従い、最大吸着量
は pH6 で As(III)が 1.5 mg/g、As(V)が 3.2 mg/g であった。カラム実験では、As除去率は接触時
間とともに増加したが、カラム長を長くすることで除去率が増すことを、Adams-Bohart モデル
で解析し議論した。As(V)除去のメカニズムは、pH6.8 の水溶液中で、α-FeOOH と HAsO4 およ
び H2AsO42-とのイオン交換による内球錯体の形成に関与していた。 
第 4 章の「TiO2-PES fibrous composite material for Ammonia removal using UV-A 
photocatalyst」において、相転移法を用いて TiO2担持量を変化させた TiO2-PES 複合繊維の開
発に焦点を当て、水中のアンモニア酸化反応を検討した。TiO2ナノ粒子が埋め込まれたスポンジ
状構造を示示す、複合繊維は UV-A 光照射下での水溶液からのアンモニア除去性能をでは
Langmuirモデルに従いアンモニアを吸着し、UV-A 4光照射下でのアンモニア溶液が硝酸塩に変
わることを報告し、繊維に埋め込まれた光触媒における TiO2 複合繊維の有効性を明らかにした。
特に、光触媒と光源との距離を長くすると、ヒドロキシラジカル濃度が減少し、光触媒効率に影
響を与えることがわかった。 
第５章では本研究で得られた知見をまとめ、記述している。 
以上のように、無機-ポリマー複合繊維状吸着材による汚染物質浄化に関して、基礎的な重要な
知見と、より実用的な知見を与えた。よって、本論文は工学上及び工業上貢献するところが大き
く、博士（工学）の学位論文として十分な価値を有するものと認める。  
                      審査委員主査 小林 高臣 印 
 


STUDY ON INORGANIC-POLYMER COMPOSITE FIBROUS ADSORBENT FOR REMEDIATION OF POLLUTANTS

山ノ口,皓喜

マトリックスコンバータによる絶縁型電力変換システムの非干渉化に基づいた大容量化技術

有松,健司

Catalan

太陽電池の電気的特性を踏まえた発電領域に基づくデータ選択手法による異常兆候検知に関する研究

今井,宏樹

Undetermined

粘弾性パラメータに基づくアスファルト混合物の疲労ダメージ評価に関する研究

監物,勇介

Japanese

片手による直進走行が可能なスポーツ競技用車いすの開発と実用化の検討

山田,伊織

1 
様式Form 
論 文 内 容 の 要 旨 
Abstract of Dissertation  
 
氏 名Name 山田  伊織  
 
がん医療分野において，診断と治療を両立する「セラノスティクス」材料の創製が求め
られている。生体安全性の高いリン酸カルシウム  (CP) は，蛍光物質とのハイブリッド化
による蛍光特性の付与だけでなく，薬物分子の固定も可能であり，セラノスティクスを実
現可能な材料系として有望である。生体内において，CPは様々なイオンや有機分子の官能
基と相互作用をしながら無機／有機ハイブリッドを形成している。本研究では，生体内に
おけるハイブリッド形成メカニズムに基づいたCPとイオン・有機分子の接合界面に着眼し，
診断のための蛍光観察と化学療法，さらには，光線力学療法をも両立する光機能性CPの創
製によってセラノスティクスの実現を目指した。さらに，CP表面における光機能種の最適
な存在状態を制御するための指針構築を目的とした。本論文では，「 Study on Drug 
Immobilization and Photofunctionalization of Calcium Phosphates for Theranostic Application 
(セラノスティック応用のためのリン酸カルシウムへの薬物固定化と光機能化に関する研
究 )」と題し，光機能と薬物担持を両立したCP／有機ハイブリッドを合成し，その光機能
種の存在状態，薬物機能，及び，材料特性の関係を評価・考察した。本論文は，全四章で
構成される。  
第一章「General Introduction」では，従来のがん診断・治療法の種類と問題点，この問
題を解決するためのドラッグデリバリーキャリアの必要性，そして，セラノスティクスへ
の応用のための課題について説明し，それに向けた蛍光性の付与と薬物分子を固定した生
体安全性の高いドラッグデリバリーキャリアの合成の必要性を述べた。ここで，CP，特に
リン酸八カルシウム  (OCP) とハイドロキシアパタイト  (HA) は高い生体安全性を持ち，
セラノスティクスを実現するドラッグデリバリーキャリアとして有望な材料であり，バイ
オミネラリゼーションを模倣したCPへの蛍光の付与と薬物分子の固定化を提案した。さら
に，より可視特性と薬効性を引き出すためには，CPとのハイブリッド対象となるイオン・
有機分子の界面相互作用を制御することの重要性を述べ，本論文の意義と目的を示した。  
第二章は「Synthesis of Photoluminescent Eu(III)-Doped Octacalcium Phosphate Particles 
Hybridized with Succinate Ions and Their Reactive Behavior in Biological Fluid and Cancer Cells」
と題し，コハク酸  (Suc) 修飾Eu3+ドープOCP (Suc-OCP:Eu) 粒子を合成し，材料特性を評
価した。そして，試料を擬似体液  (SBF) に浸漬し，Ca2+吸着とコハク酸  (Suc) イオン溶出
の挙動を評価し，Eu3+ドープとSuc修飾が物性に与える影響を考察した。さらに，細胞増殖
挙動への影響を評価し，セラノスティクス応用の可能性を検討した。その結果，OCPに特
有の層状構造を維持したままEu3+イオンを粒子中にドープできた。合成した粒子はEu3+イ
オンの f-f遷移に由来する強い蛍光を示し，Suc-OCP:Eu粒子においてはEu3+イオンをドープ
したOCP の1.3倍の蛍光強度と量子効率を示し，Sucイオン修飾によってEu3+イオン間およ
びEu3+イオンと消光剤間の距離を保ち，さらにはEu3+イオンの周囲環境の配位対称性を下
げることにより、蛍光特性を向上させることができた。また，Suc-OCP:EuからのSucイオ
2 
ンのSBF中への徐放は168時間以上持続し，蛍光強度，効率，層状構造は徐放後も維持され
た。細胞実験により正常細胞に対する細胞毒性はなく，粒子を取り込んだ細胞から赤色蛍
光が観測されたことから，細胞イメージング応用の可能性が示唆された。以上より，Suc
イオンとCPのハイブリッド化によってEu3+イオンの蛍光特性を向上させることが明らか
になった。生体安全性の高いOCPの層状構造を利用して，Eu3+イオンの蛍光とSucイオンの
協奏効果が発現し，さらには生体液中でのSucイオンの徐放と細胞イメージングが実現した。 
第三章は「 Synthesis of Methylene Blue immobilized Hydroxyapatite Nanoparticles and 
Investigation of Cancer Cell Survival Rate Based on Photosensitized Reaction」と題し，MB+固
定HA (HM) ナノ粒子を合成し，初期P/Caモル比の違いによるHAとMB+の相互作用，会合
状態と1O2生成能について評価した。さらに，細胞実験を行い，光線力学的治療の可能性を
検討した。その結果，HM ナノ粒子は初期P/Caモル比によらず楕円形  (長径 : 21–24 nm，短
径 : 11–13 nm) を有し，MB+の固定量は，初期P/Caモル比が増加するにつれて増加した。こ
れは，表面のリン酸イオン  (P–O−) とMB+の静電相互作用が強くなるためと考えられた。
そして，MB+の固定量とモノマー割合の増加に最適な合成条件はP/Caモル比が2.0の条件で
あることを見出した。MB+のモノマーの割合は，粒子表面の自由水割合と正の相関がみら
れた。次に，HMナノ粒子の 1O2生成能はMB+モノマー量に伴い増加した。さらに，細胞実
験により，HMナノ粒子の生体安全性が確認され，蛍光顕微鏡観察により粒子を取り込ん
だ細胞から赤色蛍光が観測された。粒子取り込み後の細胞に赤色レーザー光を照射したと
ころ，MB+モノマー固定量の多いHM ナノ粒子において細胞接着密度が減少した。以上よ
り，表面に固定される分子の存在状態を制御するためには，粒子表面に存在する化学種を
制御することが効果的であり，水溶液中に存在する炭酸イオンや水分子が，HAナノ粒子に
固定されたMB+の会合状態へ関与することを見出した。  
第四章「Summary and Future Perspectives」では，本研究の総括を行い，CPの光機能化と
薬物の存在状態の有効な関係性についてまとめ，合成した粒子を，診断と治療を両立する
セラノスティック材料として応用するための課題と展望を示した。  
以上のように，本論文では，光機能CP／有機ハイブリッドの合成法，及び，光機能種の
存在状態と薬物機能の関連性を解明し，CPと光機能種の接合界面を形成して，光機能種の
存在状態を制御し，その機能向上のための指針を得た。本知見は，バイオ医療分野におけ
るセラノスティクスを実現するナノ材料としての波及効果が期待される。  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  


Study on Drug Immobilization and Photofunctionalization of Calcium Phosphates for Theranostic Application

矢野,寛明

（様式４）  
別紙２  
 
論文審査の結果の要旨  
 
学位申請者 矢野  寛明  
 
本論文は、「広視域な 4 次元光線空間の再生と記録手法の研究」と題し、一般的には平
面にて再生・記録される光線空間情報を、球面にて記録・再生することを目的として手法
を提案し、評価した一連の研究をまとめたもので、全 7 章で構成されている。  
第 1 章では研究背景として、様々な立体映像技術と比較した光線空間再生手法の特徴
の説明を行い、光線空間に関する基礎的な説明と光線空間を記録・再生する代表的な手法
の解説、そこから本論文の大目的を説明している。  
第 2 章では関連研究として、光線再生法や光線記録手法の先行研究を紹介しつつ、第
3~6 章での各手法と比較して本研究の位置づけを明らかにしている。  
第 3 章では高速度プロジェクタと球状の平面鏡アレイを使用することで、これまで実
現が難しかった広視域の 4 次元光線空間再生を時分割多重法に基づいて実現する手法を
提案し、シミュレーションによって平面鏡アレイの設計による画質比較と実験による実現
性の確認を行っている。  
第 4 章では第 3 章を改良することに取り組み、画質の向上を実現している。画質の向
上のキーポイントとなったのは高速度プロジェクタの時間分解能を最大限に生かせる球状
の凸面鏡アレイ設計で、この形状の数学的な設計手法とその分析、シミュレーションによ
る設計手法の効果確認、実機制作時のミラーアレイの形状誤差による画質劣化への検討、
将来的な画質向上への検討を行った上で、実機実験による実現性確認を行っている。  
第 5 章では先行研究の平面の光線空間を広い視域へ発散する手法での応用を視野に、
平面の光線空間再生手法として少ない数の平面鏡での多重反射を用いた手法を提案してい
る。ここでは平面鏡の配置により再生される光線空間の変化に関する定性的な分析と、実
験装置による表示映像の確認を行っている。  
第 6 章では広視域な光線空間の記録に関して、平面鏡アレイを撮影対象の周囲に配置
する先行研究において、光線の角度分解能と撮影領域の大きさにトレードオフがあること
を指摘し、それを解決するために凸面鏡アレイを使用することを提案し、その効果をシミ
ュレーションと実機実験により確認している。  
最後に第 7 章では第 3~6 章での内容を通して得られた成果をまとめると共に、今後の
発展性と応用について述べている。  
よって、本論文は工学上及び工業上貢献するところが大きく、博士（工学）の学位論文
として十分な価値を有するものと認める。  
 
審査委員主査 圓道  知博 印  
 


広視域な4次元光線空間の再生と記録手法の研究

TAPANEE,CHUENKAEK

（様式４） 
別紙２ 
論文審査の結果の要旨 
 
学位申請者 TAPANEE CHUENKAEK 
本論文は、「Pectin Extraction from Citrus Wastes and Its Moisturizing Film Properties（柑
橘系廃棄物からのペクチン抽出とその保湿剤フィルム特性）」と題し、５章より構成されている。
第１章「General introduction」では、未利用廃棄物である柑橘系廃棄物の材料資源としての活用
について説明し、とくにこれら含まれるバイオマス高分子であるペクチン成分を用いた機能性材
料の利点について、持続可能社会への貢献の観点から論述し、本研究の目的と範囲を述べている。 
第 2章の「Water-soluble Pectin Films Prepared with Extracts from Citrus Maxima 
Wastes under Acidic Conditions and Their Moisturizing Characteristics」では、Citrus 
maxima の廃棄果皮を原料として、40℃および 100℃の酢酸水溶液（AA）または塩酸（HCl）を
用いて、メチルエステル化度（DM）の異なるペクチンを抽出した。得られたペクチンの DM%値
は 39～78%であり、これらを水に溶かしたペクチンから、50℃で 1 日乾燥させてペクチンフィル
ムは結晶化度が異なり、100℃で抽出した場合は高く、40℃で抽出した場合は低くなり、フィルム
の引張強さは、その結晶化度が高いほど高くなる傾向があった。さらに、皮膚細胞の増殖と保湿
を評価することにより、ペクチンフィルム溶液の皮膚保湿性を評価した結果、すべてのペクチン
は良好な細胞親和性を示したが、DM％70％のペクチンは特に高い細胞親和性を示した。  
第 3章の「Citrus waste upcycling toward pectin moisturizer films plasticized with 
glycerol and polyethylene glycol」では、国産はるか果皮のペクチン保湿膜に及ぼす添加剤の影
響について述べている。ペクチンは酢酸で抽出し、蒸留水に 3％w/v の濃度で溶解し、蒸留水に
3% w/v の濃度で溶解した後、2種類のグリセロール（GLY）とポリエチレングリコール（PEG）
の可塑剤を様々な重量比（10：0、7：3、5：5、3：7、0：10）その溶液に添加し 50℃で乾燥さ
せ、ペクチンフィルムを形成した。GLY と PEG の添加はフィルムの透明性に影響を与え、結晶
性が変化し、特に GLY:PEG 比 3:7 のペクチンフィルムは高い透明性、顕著な結晶化度、適度な
強度を含む最適な特性を示し、引張強さと破断点伸びに優れていた。さらに GLY可塑化フィルム
はマウス線維芽細胞との良好な細胞親和性を示し、可塑剤フィルムで覆われた皮膚への保湿性を
高める作用を保持していた。 
第 4章の「Impact of Additives on Moisture Adsorption in Pectin Films Derived 
from Citrus Waste」において、はるか皮の廃棄物を原料として、酢酸を用いて抽出したペクチ
ンの濃度を変化させた水に溶解しグリセロール(GLY)，ポリエチレングリコール(PEG)および
CaCl2 の濃度を変化させた水に溶解した抽出ペクチンを鋳型に鋳込み，50℃のオーブンで乾燥さ
せたフイルムの特性を調べた。フィルムの厚さは、フィルムの厚さは添加したでは、CaCl2 量で
異なり、特にフィルムの表面にくぼみができる不均一表面となり、このフィルムの構造が、吸湿
性に影響を与え、かつ、GLY可塑剤の添加は、また、フィルムの透明性に影響し、非晶質含量が
増加し、引張強さと破断伸度は、CaCl2と可塑剤の存在によって低下した。 
第５章では本研究で得られた知見をまとめ、記述している。 
以上のように、廃棄物の未利用無機物のジオポリマー材料に関して、基礎的な重要な知見と、
より実用的な知見を与えた。よって、本論文は工学上及び工業上貢献するところが大きく、博士
（工学）の学位論文として十分な価値を有するものと認める。  
審査委員主査 小林 高臣 印 
 
 


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