hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
WEB利用による原子力教育用原子炉実験シミュレータの開発

原子炉実験はPC画面上に表示されたKUCA制御卓を模擬した操作レバー、操作ボタンのGUIを介した操作によって行う。同画面上のメニュー欄から、燃料板ピッチ、燃料フレーム列数、中性子検出器位置などを選択できる。また、下記の炉心特性評価部との連携が円滑に行えるような工夫を行った。〓炉心特性評価部:今年度の開発では、利用者のPC環境が様々であることから、PC環境に大きな負担が掛からないような工夫をした。このため、想定しうる実験体系の中性子増倍特性をあらかじめ評価しておき、これらをデータベース化しておくことで、実験シミュレーションに必要な情報を必要に応じてデーターベースから読み込むことにした。炉心特性評価部では、上記主要設備であるPCクラスターにより、標準原子炉解析コード(SRAC、日本原子力研究所開発)により中性子多群拡散方程式の群定数を作成し、3次元固有値問題および3次元固定源問題の数値解析から中性子増倍特性を評価している。3)今後の課題:上記の開発により原子炉実験ミュレータとしての基本機能を構成することができた。今後は、KUCAで実施される実験をより忠実に臨場感をもって模擬できるような改善をした後に、WEB公開を行う。本研究の目的はWEB利用による教育用原子炉実験シミュレータの開発とし、研究期間を平成16年度から17年度の2年間。原子炉実験シミュレータは、具体的モデルを京都大学原子炉実験所臨界集合体施設(KUCA)の軽水減速架台に置き、原子炉実験シミュレータによる擬似的な原子炉実験を通して原子炉物理の理解を深めることを目的とした。所定の研究期間での研究内容は以下の通り。原子炉実験シミュレータはシミュレータの操作する担当するGUI(Graphical User Interface)部と炉心特性評価部に分けることができる。【JAVA言語によるシミュレータの開発】開発したシミュレータをWEB上で公開するため、利用者のPC環境に依存しないJAVA言語でプログラムを作成した。【炉心特性評価部】利用者のPC環境が様々であることから、PC環境に大きな負担が掛からないような工夫をした。
ダイレクトアンモニア燃料電池用多層モノレイヤー型高活性アンモニア酸化触媒の開発

ダイレクトアンモニア燃料電池のアノード用触媒として,エタノール還元法によって,Ptアウターシェル/Irインナーシェル/Pdコア(以下Pt/Ir/Pd/MWCNT)と,Ptアウターシェル/Irインナーシェル/Rhコア担持多層カーボンナノチューブ触媒(以下Pt/Ir/Rh/MWCNT)の調製に成功した。Pt/Ir/Rh/MWCNTではPtやPt/Ir/MWCNTよりもアンモニア酸化反応に対する活性化過電圧が低下した。シェルを2層にすることで,より多くの金属の組み合わせでコアシェル触媒を合成することが可能となり,細かく被毒種の吸着エネルギーの制御が可能になることが示された。本研究では,ダイレクトアンモニア燃料電池用多層モノレイヤー型高活性アンモニア酸化触媒の開発を目指しており,本年度は,まず,Irコアの微細化を目指した。試行錯誤の結果,塩化イリジウム水溶液をpH 6.4で安定させた後,10 minポリオール法による還元を行うことで,高分散性で1-3 nm程度のイリジウム微粒子担持多層カーボンナノチューブ触媒が合成することができた。従来のCu-UPD法では,微量のコアシェル触媒しか合成することができなかったが,新たに改良型Cu-UPD法を採用して,Pdコア-Ptシェル触媒,Irコア-Ptシェル触媒を調製することに成功した。改良型UPD法とはCuメッシュにコア金属担持多層カーボンナノチューブ触媒分散水溶液を浸漬することによって,Cuをコア金属上に析出させ,シェル金属溶液を添加することによってコアシェル触媒を調製する方法である。この方法では,まとまった量のコアシェル触媒を合成できたが,シェルが複数層にわたることが示唆され,今後,更なる合成条件の最適化が必要である。また,触媒上へのアンモニアの吸着挙動を研究し,Temkin型吸着等温式が最もよく吸着挙動を表せることが明らかになった。さらに,昨年度調製した触媒も含め,アンモニアの電気化学的酸化における素反応について,微分方程式を立式し,Runge-Kutta法と,Gauss-Newton法を組み合わせることによって,電流値の経時変化から速度論的パラメータを算出し,それぞれの触媒について比較を行った。速度定数評価では,Ptシェルは,Irシェルに比べ,吸着速度定数は高く,酸化速度定数が低く,脱離速度が高い傾向が得られた。アンモニアは年間120万トンを日本国内で製造,そのうち84万トンを輸出しており,国内自給エネルギー源として有望である。これを直接低温中温型燃料電池の燃料として使用することができる技術を開発することを目標とした。従来PtやPtIrがアンモニア酸化に(不十分であるが)活性を有していることがわかっていた。そこで更なる高活性触媒の開発を目指し,多層モノレイヤー貴金属被覆触媒を合成し,その活性を定量的に評価することを目指した。研究は困難を極めたが,最終年度は,単層シェルコア型金属微粒子触媒として,ついに改良型Cu-UPD法またはエタノール還元法を用いることよってPt/Rh/MWCNTとPt/Pd/MWCNTを合成することができた。RhやPd触媒では、アンモニアの電気化学的酸化能はほとんど見られなかったが,改良型Cu-UPD法によってPtを被覆すると,アンモニアの酸化能の向上が見られた。またエタノール還元法によって合成した多層シェルコア触媒は,Pt/Ir/Rh/MWCNTではPtやPt/Ir/MWCNTよりも活性化過電圧が低下しており,Pt/Ir/Pd/MWCNTではPt/Ir/MWCNTよりも活性化過電圧は高くなった。このことから,シェルが2層になっても,コア金属の違いがアンモニア酸化能に影響することが明らかとなった。シェルを2層にすることで,より多くの金属の組み合わせでコアシェル触媒を合成することが可能となり,細かく被毒の吸着エネルギーの制御が可能になることが示唆された。コアシェル触媒では,配位子効果や歪み効果などの効果が検討されており,これらの効果によってシェル金属の電子状態が変化し,吸着化学種の吸着エネルギーが変化したため,アンモニア酸化能に影響をもたらしたと考えられる。本研究では,ダイレクトアンモニア燃料電池用多層モノレイヤー型高活性アンモニア酸化触媒の開発を目指しており,本年度は,まず,純金属の場合のアンモニア酸化能を測定し,不活性有機物(2,2'-ビヒリジン)による表面マスク法と,モンテカルロシミュレーションによる解析を組み合わせることによって,アンモニア酸化に必要なサイト数を見積もるための研究を行った。その結果,白金上において,アンモニアの吸着部位によって,反応メカニズムが変化することが示唆され,より貴な電位の水素の吸着波が減少する場合は3サイト,そうでない場合は2サイトが,アンモニアの酸化には必要であることが示唆された。次に,アンダーポテンシャル析出法が確立しているAuディスク電極上で,Pt,Ruを多層モノレイヤー貴金属被覆(Pt|Ru|Pt|Au,Pt|Ru|Au,Pt|Au)してアンモニア酸化の活性を研究した。

また,比較のために,多層バイレイヤー貴金属被覆(PtPt|RuRu|PtPt|Au,PtPt|RuRu|Au,PtPt|Au)を調製し,各種物性の測定を行った。多層モノレイヤー貴金属被覆Au電極のXPS測定結果より,Pt4f軌道の結合エネルギーが下地の金属によって大きく影響を受けることが示された。また,Auを下地としたモノレイヤー触媒の中で特に活性が高かったものについて,コア-多層シェル型のナノ微粒子を作製し,アンモニアの酸化触媒能を研究する予定であったが,Auを下地としたものに高い触媒活性を有するものがなかったことと,数ナノサイズのAuコア担持触媒がなかなかできなかったことから,本年度はPtコア-貴金属シェル型のナノ微粒子を作製し,アンモニアの酸化触媒能を研究した。その結果,Ptコア-Pdシェル,Ptコア-Irシェル触媒がPt触媒より高活性であることが明らかとなった。計画にあったコアシェル触媒の評価をするためには,ある程度の量の触媒をつくる必要があり,電極上でCu-UPDをして,貴金属を置換する方法では,なかなかまとまった量ができなかった。そこで,改良Cu-UPD法という方法を採用して,コアシェル触媒を作成することにしたが,最適な条件を探すのにだいぶ時間を費やしてしまったため,やや進捗が遅れている。しかしながら,改良UPD法の条件にもめどがつき,Irコア-Ptシェル触媒,Pdコア-Ptシェル触媒の合成に成功し,アンモニア酸化能を評価するところまで研究を進めることかできた。しかしながら,シェルが複数層にわたっていることが示唆されており,更なる調製法の改良が必要である。はじめに,Au電極上に被覆したCuモノレイヤーの被覆率が向上しないという問題に直面し,非常に時間をとられてしまった。また,Cuモノレイヤーを被覆したあと,金属溶液で置換する前にはがれてしまうという問題も発生し,非常に時間をとられてしまった。また,Au-コア-貴金属シェル触媒を作製する際にAuコアがなかなか小さくならないという問題が発生したため,代わりとして今年度はPtコア-貴金属シェル触媒を作製し,触媒能を評価した。現在はAuコアも小さくできる見通しが立ったところであるが,後述するように多層モノレイヤー被覆Au電極の触媒能があまり高くなかったため,他の金属コアを優先して実験していく予定である。改良UPD法の条件最適化がある程度進行し,コアシェル触媒の大量合成にめどが立ったため,多層(モノレイヤー)シェル-コア触媒担持カーボンナノチューブ触媒を合成し,XPS等により電子物性を評価するとともに,電気化学的アンモニア酸化能の評価を行っていきたい。また,今年度後回しにしたRhコア触媒の合成を行い,種々のシェル金属を被覆したコアシェル触媒を作製し,電気化学的アンモニア酸化能を評価していきたいと考えている。これまでの研究で,シェルが白金である触媒において比較すると,Pt4f軌道の結合エネルギーが低いほど,アンモニア酸化活性が高いという結果が示唆された。
動的らせん高分子を利用したらせん状不斉配位空間の構築と応用

申請者らはこれまでに、光学不活性なポリ(4-カルボキシフェニルイソシアニド)のナトリウム塩(poly-1-Na)に光学活性なアミノアルコール等の存在下、水中で誘起された一方向巻きのらせん構造が、記憶として保持可能であることを見い出している。本研究では、らせん構造を記憶として保持したpoly-1-Na(h-poly-1-Na)の側鎖に、らせん構造を保持したまま様々の機能性置換基を導入可能かどうかについて検討を行なった。また、そのらせん構造の熱安定性についても詳細に調べた。トリアジン誘導体を縮合剤に用いて、h-poly-1-Naとアキラルなアミノ化合物とを水中で反応させたところ、高い導入率でアミド結合を介して側鎖に様々の置換基を導入することができた。これらのポリマーの円二色性(CD)スペクトルを測定したところ、いずれのポリマーもh-poly-1-Naと同程度のCDを示したことから、h-poly-1-Naは、らせん構造を保持したまま側鎖の修飾が可能であることが明らかになった。これらのポリマーのらせん構造の熱安定性を調べるために、高温下でのCD強度の経時変化を測定した結果、側鎖にアミド結合を介して置換基を導入することにより、らせん構造を安定化できることがわかった。また、二級のアミド基を有するポリマーは、DMF中、100°Cで加熱した後もそのCD強度はわずかに減少するのみであり、30°Cにすると再びもとの強度にまで回復した。一方、三級のアミド結合を介して置換基を導入したポリマーは、DMF中で加熱することによりそのCD強度は大きく減少した。したがって、隣接した側鎖間の協同的な分子内水素結合の形成がらせん構造の安定化に重要な役割を果たしているものと考えられる。さらに、化学修飾したポリマーのいくつかが、濃厚水溶液中においてその剛直な主鎖構造に由来するライオトロピックな液晶を形成し、コレステリック液晶に特徴的な縞模様を示すことを見い出した。これらをテンプレート高分子として用い、主鎖のイミノメチレン基の窒素上または側鎖に様々な金属を配位させることにより、らせんキラリティー以外には全く不斉要素のない、らせん状不斉ナノ空間の構築が可能になるものと考えられるが、液晶場ではそれらがさらに自己組織的にキラルな超分子集合体を形成するので、様々な有機合成反応の不斉反応場および不斉識別材料としての応用に期待が持たれる。
オートファジーの破綻によるヒト病態発症機序の解明

研究目的我々は、オートファジーがユビキチン-プロテアソーム系と共にタンパク質やオルガネラの品質管理機構に貢献し、その破綻が肝障害、肝細胞がんや神経変性疾患を引き起こすこと、更に、一般に非選択的分解機構と考えられてきたオートファジーに上記病態発症に関与する選択基質があることを見出した。本研究の特色は、現在、国内外で未曾有の発展を遂げているオートファジー研究の中でも、これまでの我々の研究実績を基軸に「選択的オートファジーの破綻による病態発症」に焦点を当て、健康社会実現を目指した先駆的研究を展開することにある。研究成果今回、ヒト肝細胞がん患者の約25%においてオートファジー選択的基質p62が過剰に蓄積しp62とKeap1陽性の凝集体が形成されること、さらにその腫瘍部位において転写因子Nrf2が活性化されていることを発見した。さらに、p62を蓄積し、且つNrf2を活性化しているヒト肝細胞がんにおいて、p62遺伝子を欠損させると足場非依存的ながん細胞の増殖が抑制されること、その増殖障害はp62の野生型の過剰発現で回復する一方、Keap1と相互作用できないp62,変異体の過剰発現では回復されないことを確認した。従って、p62の蓄積、凝集を介したNrf2の活性化は、肝細胞がんの生存戦略に利用されていることを意味する。このことは、オートファジーを欠損したマウス肝臓においてp62の過剰蓄積を伴った腫瘍が形成されること、さらにその腫瘍形成がp62の同時欠損により大幅に抑制される知見とも一致した。研究目的細胞内封入体は、様々な病態において観察される特徴的な構造体である。この構造体を構成する成分は病態によって異なるが、一部の例外を除いて病態の違いを超えて含まれる成分がユビキチン化タンパク質である。また、アルツハイマー病、パーキンソン病、筋萎縮性側索硬化症(ALS)などの神経変性疾患やアルコール性肝炎、脂肪肝、肝癌などに確認される封入体においては、ユビキチン化タンパク質だけでなくユビキチン結合タンパク質p62も主要構成成分として同定されている。本研究課題では、様々な疾患で確認される封入体形成とp62の関連をマウス遺伝学により明らかにし、病態発症機構の解明を目指す。研究結果我々は、主要な細胞内タンパク質分解系であるオートファジー欠損マウスの解析から、オートファジーの不全がユビキチン陽性封入体の形成を伴った肝障害、神経変性疾患を引き起こすこと、さらにオートファジーによる選択的なp62の代謝が封入体形成を制御することを報告してきた。今回、我々は、オートファジーの障害がp62の異常な蓄積・凝集化に依存して抗酸化たんぱく質群の遺伝子発現誘導を起こすことを見出した。抗酸化たんぱく質群の遺伝子発現は転写因子Nrf2により正に制御されることが明らかにされているが、我々は、p62がNrf2の分解を制御するユビキチンリガーゼKeap1と直接相互作用することを発見した。さらに、構造学的解析から、p62の結合するKeap1の領域が、Nrf2の結合するKeap1の領域と同じ領域であることを明らかにした。つまり、p62が細胞内に過剰に蓄積した場合、Keap1とNrf2の結合を競合的に阻害し、Nrf2の分解が阻害され、その結果、抗酸化たんぱく質群の遺伝子発現が誘導されるという新しい生体防御の仕組みがあることが判明した。
細胞内プリオンタンパク質の立体構造、ダイナミクス、及び立体構造変換反応の解明

プリオンの立体構造やダイナミクスは、現在まで主に溶液中または結晶中で決定がなされてきた(Kuwata et al., Biochemistry, 2001, 2003)。近年に至り、細胞外でもラフトの周辺でかつ、膜にアンカーしたプリオンに対して構造変換反応が起きることが分かってきた。さらに、標識したプリオンを細胞に注入すると、ゴルジ装置周辺への集積などが見られる。プリオンが細胞内において特異的な挙動を示すことは、プリオンが何らかの特異的な構造を有し、細胞内過程がプリオンの毒性・感染性に関連を有する可能性を示している(Kuwata et al., Proc. Natl Acad. Sci., U.S.A., 2003)。本研究では、細胞内におけるプリオンの立体構造を解析し、その動的性質や、プリオン立体構造変換反応を原子分解能かつリアルタイムで解析した。アフリカツメガエルの卵母細胞の抽出液を用い、細胞内環境に近い状態のプリオンのNMRスペクトルを観測した。その結果、プリオンのNMRスペクトルを観測できたが、プリオンタンパク質は、他の細胞内蛋白質等と相互作用するため、非常に多くの残基に化学シフトの変化が観測された。すなわち、細胞内ではユニークな立体構造を持ち得ない事が分かった。しかし、運動性に関しては、水溶液に近い状態で存在していた。また、スクレイピー感染マウスの脳乳液と^<15>Nラベルしたリコンビナントプリオンタンパク質とを混合し、生理的条件下における異常立体構造変換反応をNMRで観測した。その結果、スクレイピー型への異常構造変換初期過程として、B-ヘリックスのC末端側からB-Cループにかけて顕著な構造変化が観測された。当該部位には、ポリスレオニン配列(TTTT)が含まれており、マイクロ秒からミリ秒の遅い構造揺らぎを示す部位と一致していた。この配列は、哺乳類にしかないため、プリオン異常立体構造変換反応の起源を示すものと考えられる。プリオンの立体構造やダイナミクスは、現在まで主に溶液中または結晶中で決定がなされてきた(Kuwata et.al., Biochemistry, 2001, 2003)。プリオンが細胞内において特異的な挙動を示すことは、プリオンが何らかの特異的な構造を有し、細胞内過程がプリオンの毒性・感染性に関連を有する可能性を示している(Kuwata et.al., Proc. Natl Acad. Sci., U. S. A., 2003)。本研究では、細胞内におけるプリオンの立体構造を解析し、その動的性質や生理機能、毒性発現メカニズム、細胞内局在と立体構造との相関などを解明する。また、抗プリオン薬の作用機構を細胞内トラフィッキングの観点から明らかにする。本年は、リコンビナント・プリオンタンパク質を蛍光物質であるCy3でラベルし、培養神経細胞(GT1-7)にマイクロインジェクションし、蛍光顕微鏡で観測することに成功した。また、アフリカツメガエルの卵母細胞の抽出液に、タンパクを溶かした100mM nmr buffer(pH4.5, protease inhibitor & NaN3)を混ぜて、NMR測定サンプルを調製(final 90μM protein)し、細胞内環境に近い状態のプリオンのNMRスペクトルを観測することに成功した。タンパク質の沈澱のために信号強度は減少したが、プリオンのNMRスペクトルを観測する事ができた。プリオンタンパク質は、他の細胞内蛋白質等と相互作用するため、非常に多くの残基に化学シフトの変化が観測された。しかし、興味深いことに、ピークのブロードニングなどはなく、運動性に関しては、水溶液に近い状態で存在していることが分かった。

当該部位には、ポリスレオニン配列(TTTT)が含まれており、マイクロ秒からミリ秒の遅い構造揺らぎを示す部位と一致していた。この配列は、哺乳類にしかないため、プリオン異常立体構造変換反応の起源を示すものと考えられる。
界面化学制御に基づく新機能材料デザイン

本研究では「固体物質の電子状態を化学的に制御できる光機能界面を構築することで、自在に界面電子状態を操ることのできる方法論を確立すること」を目標とした。さらに、この考え方を「超伝導性」に拡張し、その特性を光制御できる新材料を創製することを通じて、次世代に向けた新規な光機能性材料創製の技術提案を行った。26年度には、「超高濃度にホウ素をドープしたダイヤモンド」の界面に着目し、水素終端のダイヤモンド薄膜と、表面酸化を行ったダイヤモンド薄膜ではその臨界電流値が異なることを見出し、27年度には、フォトクロミック化合物であるアゾ化合物を表面修飾することで、その超伝導特性を可逆に光制御することに成功した。本研究は、「固体物質の電子状態・エネルギー状態を化学的に制御できるナノレベルでの光機能界面を構築し、電子状態の詳細な解明も含めて、自在に界面電子状態を操る方法論として確固たるものとすること」を目標としている。さらに、この考え方を磁性のみならず、超伝導性、界面電子輸送特性に拡張し、物性を光制御できる新材料を創製することを通して、次世代に向けた新規な光機能性材料創製の技術提案を行うことを目指している。本年度は、「超高濃度にホウ素をドープしたダイヤモンド」の界面に着目し、その化学状態を制御することで、超伝導特性を化学制御することを試みた。目標である「光機能性分子の修飾などによる超伝導特性の光制御」を目論み、初めに、終端制御によるその超伝導特性の制御を目指した。As-grownの水素終端のダイヤモンド薄膜(膜厚約10μm)の終端を表面酸化することにより酸素終端に変換し、それぞれの磁化率、電気抵抗等の測定を行ったところ、反磁性磁化率の大幅な増大が観測されただけでなく、臨界電流値の減少が観測された。この試料を水素プラズマ処理により水素終端に戻したところ、それらの値は初期の状態に戻り、可逆性も確かめられた。このように、表面の化学種によりバルクの超伝導特性を制御できる可能性が明らかとなったため、次年度検討する「光機能性分子の修飾などによる超伝導特性の光制御」の可能性は極めて高いと考えられる。昨年度は、「超高濃度にホウ素をドープしたダイヤモンド」の界面に着目し、その化学状態(水素終端、酸素終端)を制御することで、超伝導特性を可逆に化学制御することに成功した。このことから、表面化学種の制御が超伝導特性に大きな影響を与えていることが示唆された。これをふまえ、本年度は、修飾する化学種として、光機能性の分子を利用することで、「光機能性分子の修飾などによる超伝導特性の光制御」を目論み、実験を行った。具体的には、As-grownの水素終端のダイヤモンド薄膜(膜厚10μm)の終端に、電気化学反応、クリック反応を組み合わせることで、光応答性のアゾベンゼン化合物を表面修飾することに成功した。しかも、その化学修飾量は電気化学的に制御可能であることも示した。さらに、作製した修飾ダイヤモンドについて、超伝導特性の確認を行うとともに、光異性化現象を確認した。今後、この材料の光による超伝導特性の制御について詳細に調べてゆく。本研究は、「固体物質の電子状態・エネルギー状態を化学的に制御できるナノレベルでの光機能界面を構築し、電子状態の詳細な解明も含めて、自在に界面電子状態を操る方法論として確固たるものとすること」を目標とした。さらに、この考え方を磁性のみならず、超伝導性に拡張し、物性を光制御できる新材料を創製することを通して、次世代に向けた新規な光機能性材料創製の技術提案を行うことを目指した。昨年度、「超高濃度にホウ素をドープしたダイヤモンド」の界面に着目し、As-grownである水素終端のダイヤモンド薄膜と、表面酸化を行ったダイヤモンド薄膜のそれぞれについて超伝導特性を評価したところ、臨界電流値が異なることがわかった。すなわち、表面の化学種によりバルクの超伝導特性を制御できる可能性を見出し、さらに、その可逆性も確かめられた。本年度は、この考え方を拡張し、表面にフォトクロミック化合物であるアゾ化合物を精密に修飾することで、光照射により可逆に超伝導特性を制御することを目指した。具体的には、電気化学的に、アゾ化合物で表面修飾を行った超伝導ダイヤモンドを作製し、これに紫外光、可視光を交互に照射することで、その臨界電流値を可逆に制御することに成功した。すなわち、界面の化学制御により超伝導特性を可逆に制御できることを見出した。

26年度には、「超高濃度にホウ素をドープしたダイヤモンド」の界面に着目し、水素終端のダイヤモンド薄膜と、表面酸化を行ったダイヤモンド薄膜ではその臨界電流値が異なることを見出し、27年度には、フォトクロミック化合物であるアゾ化合物を表面修飾することで、その超伝導特性を可逆に光制御することに成功した。昨年度、ホウ素ドープダイヤモンド超伝導体において、界面の化学制御によりその特性を制御できることを示したが、本年度は本来の目的である「光応答性のアゾベンゼン化合物の表面修飾」を行うことに成功した。このことから、おおむね順調に進展していると考えられる。27年度が最終年度であるため、記入しない。機能性材料、光化学、電気化学ホウ素ドープダイヤモンドの超伝導特性の化学修飾に成功し、異性化も実現できたので、超伝導特性の可逆な光制御を目指す。さらに、「光磁性体ー超伝導体」の複合薄膜など、全く新しい機能をもつ複合材料の創製を試みる。界面の化学状態の制御により磁性を制御できることを以前に明らかにしてきており、これが一般的な物性制御の考え方として確立することが大きな目的であるが、その点で、本研究で類似のアプローチが、ホウ素ドープダイヤモンド超伝導体においても適用可能であることが示されたことから、おおむね順調に進展していると考えられる。材料創製のために購入した消耗品が、計画よりも安価で購入することができたため。ホウ素ドープダイヤモンドの超伝導特性の終端元素による可逆制御に成功したので、初めに、光応答性分子の表面修飾による光機能化を目指す。超伝導特性の可逆な光制御を目指し、光磁性体ー超伝導体」の複合薄膜など、全く新しい機能をもつ複合材料の創製を試みる。繰越金は、光磁性体創製のための消耗品として利用し、新規機能材料創製を目指す。「超伝導の光制御システム創製」において、本年度は、その基礎的なデータとして、水素終端、酸素終端における超伝導特性の制御に注力し、界面化学状態が超伝導特性に影響を及ぼすことを示した。すなわち、さまざまな機能性分子による制御のための基礎を確固たるものにすることに力を注いだことにより、本年度に必要な経費が予定より少なくて十分な研究成果を得ることができたため。次年度においては、実際に機能性分子を修飾、あるいは、機能性分子との複合材料の創製に力を注ぐことにより、「界面の化学制御」が物性制御に有効であることを実証する。実際に、本年度に検討できなかったさまざまな分子の設計、合成のために、経費が必要となる。
過冷却場における不安定凝固の速度論

非一様な過冷却域をもつ複合成分融液の凝固を対象として,特に,熱力学的に不安定な過冷却場で形成されるデンドライト結晶の成長機構を明らかにすべく,スクシノニトリル-アセトン有機混合物を供試したシミュレーション実験ならびにその速度論の展開を行った結果,以下の知見を得た.1.凝固の微視的な構造のビデオ観察と温度場の詳細な測定とにより,壁面での核生成に続く初期の凝固過程はほぼ瞬時に形成される1次アーム,次いで結晶間の組成的過冷を要因とする2次さらには高次のアームからなるデンドライト結晶の自由成長により,過冷却場が解消されるものであることが明らかとなった.2.自由デンドライト結晶が壁面近傍の過冷却全域に成長した時点で,凝固は一旦そこで停止することになるが,その後は初期の断熱的な凝固により中断された準定常的な熱伝導が再開するための待ち過程となることが明らかとなった.3.凝固の初期過程に対する速度論を展開すべく,非一様な過冷却場を結晶が配列成長する場合を対象として,結晶先端の凝固は前方の過冷場を駆動力とするとともに,隣り合う結晶間では間隙部に残存する過冷却を駆動力とし,その解消により決定されるとした凝固モデルを提示した.4.提示された凝固モデルのもとで熱・物質移動を考慮した理論解析を行い,実験との比較を行った結果,モデルの妥当性が概ね示されたが,高次アームの省略や結晶数密度の空間的な変化など,より複雑な現象を考慮にいれたモデル化が必要であることが明らかとなった.非一様な過冷却域をもつ複合成分融液の凝固を対象として,特に,熱力学的に不安定な過冷却場で形成されるデンドライト結晶の成長機構を明らかにすべく,スクシノニトリル-アセトン有機混合物を供試したシミュレーション実験ならびにその速度論の展開を行った結果,以下の知見を得た.1.凝固の微視的な構造のビデオ観察と温度場の詳細な測定とにより,壁面での核生成に続く初期の凝固過程はほぼ瞬時に形成される1次アーム,次いで結晶間の組成的過冷を要因とする2次さらには高次のアームからなるデンドライト結晶の自由成長により,過冷却場が解消されるものであることが明らかとなった.2.自由デンドライト結晶が壁面近傍の過冷却全域に成長した時点で,凝固は一旦そこで停止することになるが,その後は初期の断熱的な凝固により中断された準定常的な熱伝導が再開するための待ち過程となることが明らかとなった.3.凝固の初期過程に対する速度論を展開すべく,非一様な過冷却場を結晶が配列成長する場合を対象として,結晶先端の凝固は前方の過冷場を駆動力とするとともに,隣り合う結晶間では間隙部に残存する過冷却を駆動力とし,その解消により決定されるとした凝固モデルを提示した.4.提示された凝固モデルのもとで熱・物質移動を考慮した理論解析を行い,実験との比較を行った結果,モデルの妥当性が概ね示されたが,高次アームの省略や結晶数密度の空間的な変化など,より複雑な現象を考慮にいれたモデル化が必要であることが明らかとなった.
イオン液体を活用する水中での高効率触媒反応

水を溶媒とする有機合成反応は、環境に負荷をかけない有機合成プロセスの開拓において重要な研究課題の一つである。筆者らは、最近シリカゲル固定化スカンジウム触媒とイオン液体を組み合わせることにより、水中で有効に機能する新たな触媒系を見いだしている。そこで、本研究ではイオン液体を反応場として活用する水溶媒中での効率的反応系の構築を指向して研究を行った。これまでに、筆者らはスカンジウムとキラルビピリジル配位子からなるキラルスカンジウム触媒が、水存在下様々な不斉炭素-炭素結合生成反応に有効に機能することを明らかにしている。ごく最近、親水性物資であるホルムアルデヒドが水のみを溶媒とする反応においても、界面活性剤存在下疎水性物質であるケイ素エノラートと効率的に反応し、対応するヒドロキシメチル化体が高いエナンチオ選択性で得られることを報告した。そこで、本手法をさらに効率化すべく、ケイ素エノラートの合成前駆体であるケトンを直接基質として用いる反応について検討を行ったところ、本触媒系が有機塩基存在下有効に機能し、目的物が良好な収率、選択性で得られることがわかった。本触媒系は、将来的にはイオン液体を反応場とする反応系へも適用できるため、今後検討を継続していく予定である。一方、本研究の途上、キラルビピリジル配位子と銅からなる触媒が、水中での反応においてスカンジウムからなる触媒とは逆の立体選択性を示すことが明らかになった。この興味深い現象について検討を行ったところ、触媒のX線結晶構造解析の結果等から、それぞれの金属に対するビピリジル配位子の配位様式の違いが選択性の逆転につながっている可能性が高いことを明らかにした。これらの研究は水のみを溶媒として用いる不斉炭素-炭素結合生成反応を大きく発展させるものであり、今後のイオン液体を反応場として用いる反応へとつながると考えている。近年、水を溶媒として積極的に活用する試みが様々な反応においてなされているが、有機物の水への溶解性等の問題から従来の合成反応の手法をそのまま水中へ展開することは通常難しい。筆者らは、最近シリカゲル固定化触媒とイオン液体を組み合わせることにより、水中で有効に機能する新たな反応場を見いだしている。そこで、本研究ではイオン液体を反応場として活用する水溶媒中での効率的反応系の構築を目指す検討を行った。触媒を固定化したフローリアクターを用いる合成反応は、反応液からの触媒の分離等の後処理操作を必要とせず、かつ連続した反応の実行が可能であるため、固体担持型触媒を最大限に活用する優れた手法であるといえる。そこで、フローリアクターに担持された触媒とイオン液体による反応場を活用することによる新たな反応システムの開発を目指した。しかし、これまでの検討では、リアクター内壁に固定化された各種金属触媒が条件によっては壁からはく離してしまうため、さらなるリアクターの改良が必要であった。これは特に塩基性条件によって、ガラス表面と修飾剤との比較的弱い化学結合が加水分解されてしまうことが原因と考えられた。そこで、この問題を克服し、フローリアクターの汎用性を上げるべく金属触媒の新たな固定化法の開発を行った。より強固な触媒の担持法を探索したところ、ポリシロキサンが内壁に塗布されたGCキャピラリーを用いた方法が有効であることがわかった。これを用いることにより反応に十分な強度を持つキャピラリーを作成することができ、アルコールの酸素酸化反応が効率的に進行することを明らかにした。本検討により、フローリアクターシステム中での反応場構築に向けた新たな手法を開発することができた。
シクロリン酸配位子をプラットフォームとする多核金属錯体触媒の開発

分子性金属錯体を不均一系金属担持触媒の分子モデルとして利用することは、不均一系での反応機構を解明して高機能触媒を設計するための有効な手法である。本研究では、ヒドロキシアパタイト担持金属触媒のモデルとしてシクロリン酸イオンを補助配位子とする遷移金属錯体の反応性を検討した。まず、ベンゼン錯体(PPN)[Ru(P_3O_9)(C_6H_6)]とbpyあるいはdppeをメタノール中で紫外線照射することによりアルコール錯体(PPN)[Ru(P_3O_9)(ROH)(L)](L=bpy,dppe)を得た。前者はジフェニルアセチレンとの反応でη^2-アルキン錯体(PPN)[Ru(P_3O_9)(PhC≡CPh)(bpy)]を与え、さらにmCPBAと反応させるとα-ケトカルベン錯体(PPN)[Ru(P_3O_9)-(=C(Ph)COPh)(bpy)]へと誘導された。一方、dppe錯体と内部アルキンとの反応では、置換基の種類によりアルキン錯体(PPN)[Ru(P_3O_9)(RC≡CR')(dppe)]あるいはビニリデン錯体(PPN)[Ru(P_3O_9){=C=C(R)R'}(dppe)]が生成することを見出した。後者の生成は、内部アルキンから一般的な炭素置換基の転位によるビニリデンの生成というほとんど例のない反応である。また、単離したアルキン錯体を紫外線照射または加熱したころ、ビニリデン錯体へと異性化することが確認された。このビニリデン転位における置換基の転位傾向を検討するため、^<13>C標識されたPhC≡^<13>CRを用いて詳しく検討した結果、アルキン上の置換基の転位はCOOEt>Me>Phの順に起こり易いことが判明した。この序列は有機化学で一般に見られる有機基の求核的転位とは異なった機構で本反応が進行することを示唆する。
パラジウム-銅錯体触媒を用いるsp^2炭素sp炭素交差カップリング反応

パラジウム-銅錯体触媒を用いる末端アセチレンと芳香族ハロゲンおよびハロゲン化ビニル誘導体との交差カップリング反応はSonogashira反応と呼ばれ、芳香族アセチレンやエンイン誘導体の合成法として広く利用されている。本研究の目的は、この交差カップリング反応の機構や反応条件を系統的に研究し、反応性の異なるカップリング基質の組み合わせに応じた最適条件を確立することである。最も一般的に利用されているPPh_3/Pd/CuI-アミン系触媒ではハロゲンビニルやヨウ化アリールでは室温で反応するが臭化アリールには加熱が必要で、加熱によって誘発される末端アセチレンの副反応の制御が問題になる。初年度は、ブロモベンゼンとフェニルアセチレンとの組み合わせについての最適化を研究した結果、フェニルアセチレン(1.5等量),C_6H_5Br(1.0等量),Bu_4NI(10mol%),CuI(4mol%),DMF^<11>/BuNH_2=20/1 70°C,4hが実用可能である事を明らかにした。その後、Buchwald[Org. Lett.,2,1729(2000)]によって、室温数分で反応を完結させる^tBu_3P(PhCN)_2PdCl_2,CuI,ジオキサン系高活性触媒が開発されたので、不安定で取り扱いの難しい^tBu_3Pに代わる触媒として、空気中で安定かつ取り扱いの容易な種々の単座単核錯体(R_3P)_2PdCl_2を合成しその触媒活性を研究した。その結果(i)^tBu基が2つ以上結合しているP^tBu_3、P^tBu_2(o-C_6H_4OMe),P^tBu_2Ph、P^tBu_2(C_4H_3S),の単核Pd錯体(R_3P)_2PdCl_2は全て触媒活性が高く、室温でのクロスカップリングが高収率で進行し,その触媒活性順位も記載順になる事(iii)二核錯体(R_3P)_2Pd_2Cl_4と単核錯体との触媒活性を比較したと結果,Pd^0(PR_3)_2⇔Pd^0(PR_3)+PR_3の解離平衡をとる単核錯体のほうが高い活性を示す事(iv)フェロセンおよびビフェニル架橋キレート錯体では、{(^tBu_2PC_5H_4)_2Fe}PdCl_2のみが特異な活性を示し、この場合イオン型活性種を経る事などを明らかにした。パラジウム-銅錯体触媒を用いる末端アセチレンと芳香族ハロゲンおよびハロゲン化ビニル誘導体との交差カップリング反応は、Sonogashira反応と呼ばれ、芳香族アセチレンおよびエンイン誘導体の便利な合成法として広く用いられている。

本研究の目的はこのように広範に利用されるようになったパラジウム-銅錯体を用いるSP炭素・SP^2炭素の交差カップリング反応の機構や反応条件を系統的に研究し、反応性の異なるカップリング基質の組み合わせに最適な、触媒、アミン、溶媒などの最適条件を確立することである。溶媒、パラジウム触媒前駆体、アミンの個々の効果については既に数多くの研究例があるが、系統的な研究は皆無である。本年度は有機ハライドの反応性によって最適の反応条件を設定する必要があるのでヨードベンゼン及びブロモベンゼンとフェニルアセチレンとの交差カップリング反応について研究した。ヨードベンゼンとフェニルアセチレンとの反応は室温で進行し、その活性の順序は(PPh_3)_2PdCl_2>Pd(OAc)_2+2PPh_3>Pd(PPh_3)_4であるが,実用的には標準条件であるNEt_2Hを溶媒とし(PPh_3)_2PdCl_2(5%mol),Cul (10mol%)で十分であることが明らかとなった。一方ブロモベンゼンとフェニルアセチレンとの交差カップリング反応についてはブロモベンゼンの触媒活性種Pd^0錯体への酸化的付加が律速となり70°Cの加熱が必要である。加熱条件ではPd-C結合へのフェニルアセチレンの挿入反応が並行するのでのでブロモベンゼンに対し2等量のフェニルアセチレンを用いる必要がある,反応の最適条件は、PhC-CH(2等量)C_6H_5Br1等量Bu_4NI10mo1%Pd(OAc)_24mol%CuI4molDMF/:nBuNH_2=20/170°C4hが実用可能であることが明らかになった。ブロムベンゼンの酸化的付加活性が高く勝つ活性中間体の熱安定性を考慮した配位子の開発が次年度の課題である。パラジウム-銅錯体触媒を用いる末端アセチレンと芳香族ハロゲンおよびハロゲン化ビニル誘導体との交差カップリング反応は、Sonogashira反応と呼ばれ、芳香族アセチレンおよびエンイン誘導体の便利な合成法として広く用いられている。本研究の目的はこのように広範に利用されるようになったパラジウム-銅錯体を用いるSP炭素・SP^2炭素の交差カップリング反応の機構や反応条件を系統的に研究し、反応性の異なるカップリング基質の組み合わせに応じた最適条件を確立することである。昨年度は、70°Cの加熱を必要とし、また、副反応でフェニルアセチレンが消費されるプロモベンゼンとフェニルアセチレンとの組み合わせについての最適化を研究した結果、PhC≡CH(1.5等量)C_6H_5Br1等量Bu_4NI10mol%Pd(OAc)_24mol%CuI4molDMF/nBuNH2=20/1 70°C4hが実用可能であることが明らかにした。その後、Buchwaldら{T.Hundettmark,A.F.Littke,S.L.Buchwald,Org.Lett.,2,1729(2000)}によって、トリス3級ブチルホスフィン(^tBu_3P)を用い(PhCN)_2PdCl_2(0.03mmol),CuI(0.02mmol),ジオキサン1ml中、高濃度で反応させると不均一系ではあるが室温で反応が完結する触媒が開発されたので、不安定で取り扱いの難しい^tBu_3P代わる触媒として、空気中で安定かつ取り扱いの容易な種々の^tBu_3P系Pd錯体を合成し、室温での触媒活性を調べた結果(^tBu_3P)_2PdCl_2および(Bu_2PC_5H_4)_2Fe}PdCl2が、室温で進行する触媒として充分な活性を持つことがわかった。最終年度は、触媒寿命の改良および塩化アリールに活性な触媒の開発について検討する。パラジウム-銅錯体触媒を用いる末端アセチレンと芳香族ハロゲンおよびハロゲン化ビニル誘導体との交差カップリング反応はSonogashira反応と呼ばれ、芳香族アセチレンやエンイン誘導体の合成法として広く利用されている。本研究の目的は、この交差カップリング反応の機構や反応条件を系統的に研究し、反応性の異なるカップリング基質の組み合わせに応じた最適条件を確立することである。
ホウ素ドープグラフェンの局所電子状態の解明と制御

グラフェン(およびグラファイト系炭素)の反応性の起源が局所的に現れる非結合性pz軌道であるという概念を我々は提案している。窒素ドープグラファイトを走査トンネル分光(STS)で測定すると、窒素種の近傍に非結合性pz軌道が出現し、さらに窒素種によって非結合性pz軌道がフェルミレベルより低エネルギー側や高エネルギー側にシフトすることを見出した。本研究では、ホウ素ドープグラフェンの局所電子状態を調べることを目的としている。初年度は、種々のホウ素種の作り分けを検討した。第一に我々が窒素ドープグラフェンの解析で培ってきたドープ方法(イオン衝撃法)、第二にグラフェン粉末に酸化ホウ素を反応させる方法を用いてホウ素をドープすることにした。特にホウ素のみをグラフェンに任意の運動エネルギー(1 eV1.5 keV)で照射可能なイオン銃の製作に集中した。このイオン銃はプラズマを用いたイオン化部、ウィーンフィルタと呼ばれる電磁石を用いたイオン質量選別部、イオン極性選別部、および超低速エネルギー制御部から構成される。本イオン銃はBとCの結合エネルギー程度の(数eV)から1.5 keVまでの高範囲で衝突エネルギーを制御できるため、高精度にドーパントであるホウ素の配位構造を制御することができ、ホウ素種の良く定義されたホウ素ドープグラフェンの調製できる。2年目には、BCl3をイオン化後B+イオンとB2+イオンに選別し、かつエネルギーを制御して照射することができた。その結果、B原子のみドープすることに成功した。ドープされたBはXPSによって同定され、BC3が表面に生成することがわかった。グラファイトにドープされたB原子は大気中で容易に酸素種と反応することが明らかとなった。今後は電子状態と反応性を調べる予定である。27年度が最終年度であるため、記入しない。ホウ素のみをグラフェンに任意の運動エネルギー(1 eV1.5 keV)で照射可能なイオン銃の製作を行った。本イオン銃はBとCの結合エネルギー程度の(数eV)から1.5 keVまでの高範囲で衝突エネルギーを制御できるため、高精度にドーパントであるホウ素の配位構造を制御することが期待され、ホウ素種の良く定義されたホウ素ドープグラフェンの調製が期待できる。まもなくドープ実験を開始できる状況にある。第二の方法として、固相反応によるドープも行った。粉末のグラフェンに酸化ホウ素B2O3を混合して固相反応によりホウ素をドープした。酸化ホウ素とグラフェンとの反応ではBC3のようなホウ素種は生成せず、エッジ部の酸化ホウ素種が生成することがわかった。

グラフェンへのホウ素ドープの実験研究では、サンプル調製が最も重要な段階であり、研究の質を決めるものである。我々は、エネルギーやイオン極性を精密に制御した新しいイオン衝撃法を試みている。そのための新しい装置を試作し初年度に立ち上げることができた。27年度が最終年度であるため、記入しない。今後、ホウ素種が均一な試料を調製して電子状態を走査トンネル分光法(STS)やX線光電子分光法(XPS)で電子状態を調べる。試料として、BC3はイオン衝撃法で、エッジ部位のBC2O種は固相反応を利用する。すなわち、ホウ素ドープグラフェンの局所電子状態をSTSで測定すると、ホウ素種の近傍に非結合性pz軌道が出現し、さらにホウ素種によって非結合性pz軌道がフェルミレベルより低エネルギー側や高エネルギー側にシフトすることが期待される。これはホウ素種が正または負に荷電するのに伴って、近傍の炭素のポテンシャルが変化することに起因する。非結合性pz軌道が占有状態になれば「塩基点形成」が、非占有状態であれば「酸点形成」とみなせる。以上が我々の提案する炭素原子の局所的反応性の発現モデルである。本研究では、ホウ素ドープグラフェンの局所電子状態(非結合性pz軌道)を調べ、さらには窒素ドープとの比較から反応性概念の構築へ拡大発展させようという計画である27年度が最終年度であるため、記入しない。
多文化化する家族、学校、地域、メディアと日本児及び異文化児の社会文化的認識発達

本研究は、今日の日本の国際化、多文化化状況の中で、外国籍児をめぐる問題に焦点を当てた平成4年から現在に至る一連の研究の一部である。理論的背景としては、外国籍児・者の日本文化への一方的適応ではなく双方向的社会文化的認識発達の可能性の検討を行っている。S県W市の複数保育園・小学校の長期フィールド研究を継続するなかで、外国籍児をみぐる様々な角度からの問題が研究の射程に浮上してきたため、その解明を目的とした研究計画が幾度かの修正を加えて構成され、実践に移された。平成10年度の研究は11年度以降に引き継がれ現在進行中であるが、S県W市の家庭、学校、地域活動、メディアの4フィールドから社会文化的認識発達と変容について多角的に捉えようとしている。平成9-10年度の研究のまとめである本報告は、分析方法はマクロな社会的関係分析とミクロな認知過程分析である。前者では、外国籍児を巡る社会的ネットワーク及び社会的相互作用行動の分析を聞き取り調査およびビデオ分析によって行い、後者では異文化性に関する意識調査およぶビデオの微視分析を行っている。結果は、4フィールド全てにおいて、日本における子どもの異文化接触の問題に対処するためには、単に外国籍児の適応という一方向的観点ではなく、日本児や教師の社会文化的認知変容を含む双方向的観点からの教育や環境整備が必用なことを示唆している。本報告書では、特に人を呼ぶ、または支持するこばの使用に焦点化し、社会的相互作用分析によってコミュニケーションネットワークに反映された社会文化的認識の変容を検討した。本研究計画は、今日の日本の国際化、多文化状況の中での異文化児を巡る問題に焦点を当てた一連の研究の発展である。理論的背景としては異文化児/者の日本文化への一方的適応ではなく双方向的社会文化的認識発達の可能性の検討を行っている。平成9-10年度の研究では、同一地域内で家庭と学校、地域、メディアの4種のフィールドに分け、それぞれのフィールドに関わる人々の異文化や自己文化の認識の2年間に渡る社会的構成過程を明らかにする。研究方法は引続き、マクロな観点からの社会的関係分析アプローチとミクロな観点からの認知過程分析アプローチを併用する。前者では異文化児を巡る社会的ネットワークおよび社会的相互作用行動の分析を聞き取り資料及びビデオ分析によって行い、後者では異文化性に関する意識調査およびビデオの微視分析を行う。結果から、日本における子どもの異文化接触の問題に対処するには、単に異文化児の適応という一方向的観点ではなく、日本児や教師の祉会文化的認知の変容を含む双方向的観点からの教育や環境整備が必要であること、及びその内容を実証的に明らかにしたい。現在までの結果から、1、家庭での調査では、各家庭の養育者による日本文化の受容傾向の差によって、コミュニケーション様式に差が生じるにもかかわらず、子ども自身のコミュニケーション様式選択の影響が次第に深まる傾向がみられる。2、学校での調査から、子どもの選択は友人関係を媒介にしたメディアの影響を強く受けているほか、家族以外の大人(小学校日本語補習クラスの教師、ボランティア)も外国籍生徒へのメディア情報の伝達を意図の有無によらず行っていることが分かった。今後さらに、日常的に接するメディア(テレビ、雑誌、映画等)における異文化、自己文化に関わる情報の分析と、実際の子どもの言動への影響関係を調べ社会文化的認識発達に関わる条件を明らかにする。本研究は、今日の日本の国際化、多文化化状況の中で、外国籍児をめぐる問題に焦点を当てた平成4年から10年にわたる一連の研究の発展である。S県W市の複数保育園・小学校の長期フィールド研究を継続するなかで、外国籍児をめぐる様々な角度からの問題が研究の射程に浮上してきたため、その解明を目的とした研究計画が幾度かの修正を加えて構成され、実践に移された。

平成10年度の研究は現在進行中ではあるが、S県W市の家庭、学校、地域活動、メディアの4フィールドから社会文化的認識発達と変容について多角的に捉えようとしている。分析方法はマクロな社会的関係分析とミクロな認知過程分析である。前者では、外国籍児を巡る社会的ネットワーク及び社会的相互作用行動の分析を聞き取り調査およびビデオ分析によって行い、後者では異文化性に関する意識調査およびビデオの微視分析を行っている。結果は、4フィールド全てにおいて、日本における子どもの異文化接触の問題に対処するためには、単に外国籍児の適応という一方向的観点ではなく、日本児や教師の社会文化的認知の変容を含む双方向的観点からの教育や環境整備が必要なことを示唆している。このような経緯をふまえ、新たな研究計画では小学校の日本語教室に焦点化したコミュニケーションネットワークを検討する。
治験環境整備を促進する医師主導治験データセンターの業務効率化に関する研究

症例集積の進捗管理を補助するwebシステムを構築し業務効率を計測した。臨床試験の進捗管理業務ログを記録することで、症例報告書の返送タイミングの違いが明らかになった。従来は人手によって実施していた部分にWebシステムを構築する過程で、知識の再利用、構築方法の知識管理が課題として明らかになった。臨床試験に関する知識表現として、生物統計学の基礎的な概念を57概念、4階層にて記述することが可能であった。本研究では、臨床試験データマネジメントの業務効率に関する問題を解決するために、生物統計学的な概念を取り入れた知識基盤を構築し、多施設臨床試験・医師主導治験で再利用可能な知識と業務支援システムの実装及び評価を目的とした。システムの構築フェーズと知識基盤形成フェーズで実施した。システムの構築フェーズでは、データベースにMySQL 5.5を使用し、プログラミング言語Perl及びJavaでファイル共有システム、試験進捗管理システムを構築し、CRF(Case Report Form)返送の早さについて探索的解析を行った。北海道大学探索医療教育研究センターのデータセンターで試験運用を行った。CRFを配信してから返送までの25%点期間について、(1)翌日から1週間、(2)1週間から2週間、(3)2週間以上と群分けをしたところ、返送をイベントとしたプロットで中央値時間は、それぞれ(1)10日、(2)16日となった。(3)の群は症例数により中央値時間が算出不能であった。知識基盤の構築として、生物統計学の基礎的な概念で、57概念、4階層を記述した。記述統計学に対応するdescribingDataという概念を定義し、グラフ等を表すdiagramという概念を配置した。本研究では、パラメータや推定値など基礎的な統計学の概念をOWL(Ontology Web Language)で記述することができた。収集した用語の中には、上位概念・下位概念を与えられていないものもあり、今後それらの関係性を定義することが、本研究の課題である。これまでの臨床試験のデータセンター業務においては、知識処理による業務の効率化は試みられておらず、知識の再利用が手つかずになっていた。本研究の成果は、業務の効率化に伴う多施設臨床試験の迅速化に貢献するものである。本研究では、スタッフの移動に伴い業務が変化したため、当初予定していたダイナミックタスクオントロジーの構築を次年度に予定し、平成23年度では、サーバークライアントシステムによる症例集積の進捗管理システムを構築した。具体的な機能としては、臨床試験の進捗管理・文書管理などで、適切なタイミングで関係者全員に周知したり、症例報告書の〆切りを知らせるなど、従来は人海戦術で補っていた部分にオープンソースのWebデータベースを構築し、業務の効率化を図った。システムを実装するに当たり、問題点が明らかになった。一つ目はセキュリティの設定に関するもので、バリデーションと共に時間と労力のかかる部分である。またオープンソースであり、細かい機能の作り込みや改変はスピードが上げられるものの、開発が滞るとスタッフには扱いづらいシステムになりユーザビリディの評価が必要であるとの知見を得た。二つ目は、24時365日のメンテナンスにかかる人件費の問題があげられた。将来的には、生物統計・スタッフへのインタビューから得られた文章の解析などが必要になるため、基礎的な研究を行い、日本放射線技術学会(横浜)、East Asia Regional Biometric Conference 2012(ソウル、韓国)で発表を行った。システム研究には、臨床研究デザインが必要であるが、どのようなデザインで評価するのか使用する手法論が定まっていないケースが多い。そこで、システム研究を扱っている学会として、日本放射線技術学会に焦点を絞り、統計手法・デザイン・倫理性の担保などを調査した。平成23年度は、研究計画のうち、約20%を達成できた。ダイナミックタスクオントロジーの実装は、今後の研究で進めるが、主には、業務の確定、システムの構築を行った。本研究の遂行には、生物統計学の領域で構築された臨床研究デザインの知識が必須であるが、システム研究における研究デザインは、臨床試験ほど緻密には設計されていないケースが多い。そこで、システム研究などを行っている日本放射線技術学会の論文から研究デザイン等について調査を行った。2010年から2011年に発行された12冊の放射線技術学会雑誌より、原著論文30件を対象とした。統計解析に関する記述を抽出し、手法および有意水準や同意取得の有無について集計を行った。57例の手法が抽出され、studentのt検定(16%)、カイ二乗検定(11%)、Wilcoxonの順位和検定(12%)、対応のあるt検定(7%)で46%を占めることがわかった。しかしながら、有意水準について記載のないものや同意取得の記載が曖昧なものが見られた。上記の結果より、システムの研究には、解析手法だけでなく症例数や有意水準などの試験デザインの記載が不十分であることがわかった。また、GCPの文章を簡便に検索できるアプリケーションの提供により、新人教育に活用できるものと考えられるが、研究計画に提示した推論機構をシステムに組み込むには、人間が記述した言葉をコンピュータが解釈して情報の提示を行う必要がある。