hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
低酸素過電圧を特徴とするナノ／アモルファスハイブリッド触媒の機能解明

本研究では、消費電力の削減が課題である工業電解プロセスの省エネルギー化を可能とする低酸素過電圧を特徴とした「ナノ/アモルファスハイブリッド触媒」を取り上げ、この電気化学触媒の水溶液からの酸素発生反応に対する触媒活性の発現機構を明らかにすることを目的としている。この触媒は、水溶液からの酸素発生に対して高い触媒活性を持つナノサイズの酸化物粒子(二酸化イリジウム:IrO2や二酸化ルテニウム:RuO2)が全く酸素発生に対して活性を示さないアモルファス(非晶質)の酸化物マトリックス(五酸化二タンタル:Ta2O5)中に高分散したハイブリッド構造である。この構造とすることにより、水溶液からの酸素発生に対する過電圧(酸素過電圧)の大幅な低減、すなわち電解プロセスにおける消費電力の大幅な削減が可能となる。当該年度は、作製した電極(平均粒径が約5 nm約20 nmの範囲で異なる4種類のRuO2触媒層)の電気化学測定から、RuO2粒子のナノメートルオーダーでのサイズの違いが酸素発生反応の触媒活性に及ぼす影響について検討した結果、以下の成果を得た。・触媒層中のRuO2粒子が平均粒径で21.2 nmから5.6 nmと変化することで、酸素発生に対する反応表面積が大きくなるだけでなく、電荷移動抵抗が小さくなることが示唆された。すなわち、酸素発生反応の物質移動過程および電荷移動過程のどちらにも影響することにより酸素発生過電圧が低下することが明らかとなった。当該年度は、RuO2触媒層について、触媒層中のRuO2粒子のナノメートルオーダーでのサイズの違いが酸素発生反応の触媒活性に及ぼす影響を明らかにすることを当初の研究計画としており、予定通りの進捗である。次年度は、RuO2-Ta2O5触媒層について、触媒層中のRuO2粒子サイズが異なる電極を用いて電気化学測定を行い、RuO2粒子サイズの違いが酸素発生反応の物質移動過程および電荷移動過程に及ぼす影響について研究する予定である。当該年度は、酸素発生に対して高い触媒活性を持つことが明らかとなっているRuO2に着目し、RuO2触媒層およびRuO2-Ta2O5触媒層の熱分解法による作製において、様々な熱分解温度や時間などの条件を検討した結果、以下の成果を得た。(1)RuO2触媒層については平均粒径が約5 nm約20 nmの範囲で異なる4種類の触媒層の作製に成功した。(2)RuO2-Ta2O5触媒層についてはTa2O5マトリックス中に分散したRuO2粒子サイズが10 nm以下の触媒層と2050nmの粒子で構成される触媒層の作製に成功した。今後は、作製した電極の電気化学測定から、RuO2粒子のナノメートルオーダーでのサイズの違いが酸素発生反応の触媒活性に及ぼす影響を明らかにすることが十分期待できる。当該年度は、RuO2触媒層およびRuO2-Ta2O5触媒層の熱分解法による作製において様々な熱分解温度や時間などの条件を検討し、触媒層中のRuO2粒子サイズ・粒径分布を制御することを当初の研究計画としており、予定通りの進捗である。

次年度は、触媒層中のRuO2粒子サイズが異なる電極を用いて電気化学測定を行い、RuO2粒子サイズの違いが酸素発生反応の物質移動過程および電荷移動過程に及ぼす影響について研究する予定である。次年度は、RuO2-Ta2O5触媒層について、触媒層中のRuO2粒子サイズが異なる電極を用いて電気化学測定を行い、RuO2粒子サイズの違いが酸素発生反応の物質移動過程および電荷移動過程に及ぼす影響について研究する予定である。当初の計画より早く研究が進行した場合に次年度の研究計画を前倒しで実施することを想定して装置の購入を予定していたが、計画通りの進行となったため次年度での購入を予定している。次年度は、装置に加えて試薬・金属材料など消耗品の購入、国内学会・国際学会での研究成果発表の旅費・参加費としての使用などを予定している。試薬・金属材料など消耗品の年度末での購入を控えたため次年度使用が生じた。次年度は、試薬・金属材料など消耗品の購入、国内学会・国際学会での研究成果発表の旅費・参加費、学術誌への論文投稿費用としての使用などを予定している。
大規模操作実験と地理的環境勾配を用いた令温帯林生態系機能の地理分化の解明

主要構成種(ブナ、ミズナラ、コナラ、ダケカンバ)の遺伝的変異に基づいた森林群集の生食連鎖と腐食連鎖応答を、地理的環境勾配に対する生産者の生理的応答とともに明らかにした。また地球温暖化に対する冷温帯森林生態系の応答を明らかにするため、樹木の地下部と地上部を暖める人工的な温暖化現象を複数地域で作り出し、森林生態系の生産性や物質循環、生物多様性、食物網などへの影響を解明した。1.苫小牧研究林における落葉広葉樹林生態系の温暖化実験手法を確立し、温暖化処理によってミズナラ林冠木の1)落葉フェノロジーが遅くなる、2)葉中窒素含量が低下するが窒素利用効率が上昇するため、最大光合成速度は変化しない、3)フェノールなど二次代謝物質が増加する、4)植食者による被食量が低下する、5)堅果生産量が増加する、ことなどが明らかとなった。これらの成果の一部をAgrForMeteol誌に論文として発表した。2.ブナ林冠木の蒸散特性の地理変異を明らかにするため、ブナの北限に当たる黒松内、南限に当たる椎葉、および中間の川渡において樹液流計測を行った。夏期の蒸散量は黒松内で椎葉の2倍程度あり、これは主に葉面積の違いによっていること、気孔コンダクタンスの気象応答が異なっていることなどを明らかにした。これらの成果の一部をTree Physiol誌に論文として発表した。3.高山の落葉広葉樹林サイトにおいて個葉光合成能力、森林の葉面積指数および現地での微気象観測データを用いて、陸域生態系モデルによって林冠層と林床ササ層それぞれのGPPを1時間間隔で計算し、日・月・年スケールで解析をした。その結果、(1)5月から6月にかけての林冠層の個葉光合成能力とLAIの季節的変化はGPPの季節性に顕著な影響をもたらすこと、(2)8月下旬から10月までの黄葉・落葉期の光合成能力とLAIの変化パターンも秋のGPPに影響をもたらすこと、(3)モデルにて林冠木の光合成能力に年間差が無いと仮定すると森林キャノピーのGPPを最大で15%ほど過大評価してしまうこと、(4)年ごとに異なる林冠のLAIは林床への光合成有効放射の透過量に影響をもたらすため、林冠のLAIが比較的小さい年にはササのGPPが増えること、などが示された。これらの成果の一部をJPR誌に論文として発表した。1.21年度に引き続き、(1)高山サイトにおけるミズナラとダケカンバの個葉の光合成・呼吸特性を測定してパラメータ化するとともに、(2)平成21年度に測定した個葉データを用いてNCAR-LSM生態系モデルにより2009年の森林生態系スケールでの光合成速度のモデリングを行った。また2010年の光合成速度のモデリングの準備を進めた。2.ブナにゴールを作り、広い範囲に分布する昆虫であるブナカイガラタマバエを調査対象種として選定し、その遺伝的変異を調査すべく、各地で採取したサンプルのDNAを収集した。また当該種の遺伝分析用マーカーの開発を進めた。3.ブナの温暖化応答を明らかにするために,ブナの北限とされている黒松内町においてブナ成木林の樹冠(枝)と林床(地中)の温暖化操作(周囲+5°C)を継続した。定点カメラによるフェノロジー観察では,地温上昇による約5日の黄葉の遅延,枝加温による12日の展葉早期化および8日程度の黄葉遅延が確認された。4.中川研究林において、遷移初期種であるダケカンバの温暖化に対する応答をみる野外での大規模操作実験を行った。(1)枝温暖化により春の展葉は5日程度早くなり、秋の落葉は10日程度遅くなった。温暖化は着葉期間が長くさせることを示唆している。(2)枝温暖化は8月の長枝長を増加させ、長枝と短枝の両方の葉サイズを増加させたことから、温暖化はダケカンバの成長を促進させることを示唆している。(3)また枝温暖化は6月と8月の食害度も増加させた。5.苫小牧では土壌の温暖化処理によって冬季の土壌凍結が起こらないことから、凍結時に起こる土壌有機物の分解・窒素無機化が起こらないなど、土壌中の窒素動態が大きく変化していた。この結果は、土壌凍結が卓越する高緯度地域の窒素循環が温暖化にどのように応答するかを予測する上で重要である。1、苫小牧研究林と蒜山においてコナラ成木の林冠部をオープントップチャンバーで5度程度温暖化処理し、光合成能の温度順化と食害応答を実験的に調べた。20度での光合成速度は温暖化処理によって変化しなかったが、25度での光合成速度とVcmaxは温暖化処理によって上昇した。またVcmaxの励起エネルギーは温暖化処理によって上昇し、光合成最適温度と正の相関を示した。これらのことから生育温度条件によって光合成を最適化させていることが明らかとなった。

一方コナラの食害応答には緯度勾配が見られた。高緯度の苫小牧では温暖化により林冠部の葉の食害は28%減少したが、一方低緯度の蒜山では温暖化により林冠部の葉の食害は84%減少した。つまり、高緯度に比べて低緯度のコナラの方が温暖化に対する食害応答がより大きいことが明らかになった。2、苫小牧研究林のミズナラ地下部を電熱線で5度程度温暖化処理し、土壌の窒素動態を調べた。温暖化処理によって土壌凍結がなくなり、冬期の有機体、無機体窒素のプールが減少した。夏から秋にかけて温暖化処理によってアンモニアのプールも減少した。これらのことは、これまで土壌凍結が起こらない他の地域で行われてきた温暖化処理実験の結果とは異なり、土壌凍結の有無によって温暖化影響が大きく異なることを示している。3、分布北限に当たる黒松内と南限域の椎葉においてタワー観測を行っているブナの材を採取し、解剖学的特性を比較解析した。道管径、密度ともに、椎葉と黒松内で違いはなかったが、染色された道管の結果を比較すると、椎葉では全道管に対して染色された道管が樹幹内部でも多く見られるのに対して、黒松内の方は樹幹の外側から中に向かうにつれて少なくなっていた。樹液流計測のプロファイル結果でも、椎葉の方が樹幹内部の流速の寄与が比較的大きく,傾向が対応していた。
子宮内膜において初期胚との直接的相互作用により発現する遺伝子群の検討

着床は、胞胚が内膜上皮と接着した時に始まり、トロホブラストが内膜上皮に侵入し、胚全体が子宮内膜に包まれるまでの一連のの過程である。着床前には、胞胚と子官内膜は互いにシグナルを交換しつつ着床の準備を整える。そのシグナル交換の過程で、子宮内膜上皮細胞と子宮内膜間質を構成する種々の細胞は機能的・形態的変化を遂げ、初期胚受容能を獲得する。母児間シグナルの本体としては、最近血小板活性化因子やプロスタグランヂン等の生理活性脂質・サイトカイン・成長因子等が有力視されているが、現在なお不明な点が多い。本研究は、着床前後期の子宮内膜において発現する遺伝子の検索を目的としている.6週齢のICR系雌マウスの偏側卵巣を摘出し、2週間後正常の性周期の獲得を膣粘膜の所見より確認し同系の雄マウスを交配した.膣栓形成日を妊娠第1日とし妊娠4日目6日目に犠牲剖検し、両側子宮を摘出しそれぞれよりAGPC法およびOligo(dT)ラテックス法を用いてPolyA^+RNAを調整diffe- rencia1 PCR法により妊娠側子宮の特異的に発現する遺伝子のcDNAクローニングを試みた.10種以上のクローンが検出された.これらのクローンにつき、着床前後期におけるmRNA量を検討したところ異なる発現動態を示すいくつかの群に分けられた.すなわち、マウス初期胚が子宮腔内にいたると予想される妊娠4日目より以前の第2日目3日目にすでに発現の増加を認める群、第5日目より発現を認め以後第7第8日目にプラトーに達し以後発現を維持する群、着床が成立する妊娠5日目に特異的に発現し以後非妊娠時のレベルまで低下する群である.現在第3群を中心に更なる検討を進めている.着床は、胞胚が内膜上皮と接着した時に始まり、トロホブラストが内膜上皮に侵入し、胚全体が子宮内膜に包まれるまでの一連のの過程である。本研究は、着床前後期の子宮内膜において発現する遺伝子の検索を目的としている.6週齢のICR系雌マウスの偏側卵巣を摘出し、2週間後正常の性周期の獲得を膣粘膜の所見より確認し同系の雄マウスを交配した.膣栓形成日を妊娠第1日とし妊娠4日目6日目に犠牲剖検し、両側子宮を摘出しそれぞれよりAGPC法およびOligo(dT)ラテックス法を用いてPolyA^+RNAを調整diffe- rencia1 PCR法により妊娠側子宮の特異的に発現する遺伝子のcDNAクローニングを試みた.10種以上のクローンが検出された.これらのクローンにつき、着床前後期におけるmRNA量を検討したところ異なる発現動態を示すいくつかの群に分けられた.すなわち、マウス初期胚が子宮腔内にいたると予想される妊娠4日目より以前の第2日目3日目にすでに発現の増加を認める群、第5日目より発現を認め以後第7第8日目にプラトーに達し以後発現を維持する群、着床が成立する妊娠5日目に特異的に発現し以後非妊娠時のレベルまで低下する群である.現在第3群を中心に更なる検討を進めている.
肺微小循環と肺胞マクロファージの挙動変化を指標にした加熱式たばこの健康影響の解明

加熱式たばこの健康影響について科学的エビデンスが求められている。加熱式たばこの主流煙の分析では多くの有害化学成分が低減しているが、加熱式たばこが従来の燃焼式たばこより健康リスクが低いことを示したエビデンスは存在しない。本研究では、吸引した煙(エアロゾル)に直接晒される臓器である肺に着目し動物実験を行い、加熱式たばこによる生体影響をあきらかにすることを目的とする。実験では急性炎症反応を、肺胞・肺血流の変化、血管内皮障害、及び肺胞マクロファージの挙動に注目して明らかにすると共に尿等に含まれる喫煙関連物質・酸化ストレスマーカーを化学分析し加熱式たばこの生体への負荷を明らかにする。
中性子ハロー核^<11>Beの磁気モーメントの測定

軽い中性子過剰核では、中性子数が増えるにつれて、単一粒子軌道1sl/2が下がると言われている。中性子過剰核11Be(スピン・パリティ:1/2+、半減期:13.81sec)の基底状態では、1s1/2軌道が1p1/2軌道よりも下に位置する、いわゆるlevel inversionが起こっていると指摘されて久しい。その異常な核構造の解明のために、磁気モーメントの測定が試みられて30年以上になるが、スピン偏極した11Beを生成すること、およびその偏極を寿命の間保持することの両方が困難であるため、成功を見ていない。われわれは、11Beを偏極させる有効な方法として、スピン偏極した電子を11Be核イオンに受け渡すという新しい方法を考案した。これは陽子については非常な成功を収めているが、重い核については例がない。そこで、その有効性を実証し、最適条件を探るためのテスト実験装置を製作した。実験装置は、安定核イオンビームを供給する部分、アルカリ原子Rbの最外殻電子を光ポンピングによって偏極させイオンビームと衝突させる部分、ビームフォイル分光法に基づいて核偏極を測定する部分からなる。平成10年度末までに、装置の9割が完成した。これまでにRbを90%程度に偏極させることに成功した。また、核偏極を非常に高感度で測定出来るシステムを完成させた。核偏極を生成する実験は平成11年度の早い時期に行うことが出来るであろう。任意の不安定核の磁気モーメントを測定するために、不安定核のスピン偏極を生成する一般的方法を開発することが、この研究の目的である。「任意の核」に適用出来るということに重点を置き、以下の、偏極陽子イオン源で採用されている方法を採用した。すなわち、1.アルカリ原子Rbの最外殻電子のスピンを、レーザー光ポンピングによって生成する。2.不安定核イオンとRb原子を衝突させ、偏極電子をイオンに捕獲させる。不安定核イオンは原子偏極する。3.超微細構造相互作用により、原子偏極を核偏極に移す。この方法を3Heより重いイオンに適用した例はないが、原理的には任意の核に適用できるはずである。ただし、陽子偏極イオン源ではあまり間題とならなかった二つのことに注意が必要である。一つは、不安定核イオンは一般に数が少ないため、電子補獲確率を出来るだけ高めるような条件を達成しなければならないこと、もう一つは、電子は一般にイオンの励起状態に補獲されるが、脱励起の際に生じる減偏極を出来るだけ小さくする必要があること、である。これらについて知見を得ることが、本研究の目的である。平成9年度、安定核ビームを用いた研究開発を行うためのテストベンチを、大阪大学核物理研究センターに製作することを開始した。現在、60%完成した。平成10年度の完成を目指している。この研究開発では、安定核のスピン偏極度を測定する方法として、ビームフォイル分光法を採用する予定であるが、そのような実験法の開発・確認を、テストベンチの一部分(完成部分)を用いて行った。結果は修士論文として公表されている。軽い中性子過剰核では、中性子数が増えるにつれて、単一粒子軌道1s1/2が下がる傾向が見られる。中性子過剰核11Be(スピン・パリティ:1/2+、半減期=13.81sec)の基底状態では、1s1/2軌道が1p1/2軌道よりも下に位置する、いわゆるlevel inversionが起こっていると指摘されて久しい。その異常な核構造の解明のために、磁気モーメントの測定が試みられて30年以上になるが、スピン偏極した11Beを生成すること、およびその偏極を寿命の間保持することの両方が困難であるため、未だ成功を見ていない。

そこで、その有効性を実証し、最適条件を探るためのテスト実験装置を製作した。実験装置は、安定核イオンビームを供給する部分、アルカリ原子Rbの最外殻電子を光ポンピングによって偏極させイオンビームと衝突させる部分、ビームフォイル分光法に基づいて核偏極を測定する部分からなる。平成10年度末までに、装置の9割が完成した。これまでにRbを90%程度に偏極させることに成功した。また、核偏極を非常に高感度で測定出来るシステムを完成させた。核偏極を生成する実験の準備がほぼ整ったと言える。実験は平成11年度の早い時期に行うことが出来るであろう。
電動歯ブラシの振動が歯肉の炎症の予防に及ぼす影響についての基礎研究

電動歯ブラシは,障害のある者や要介護高齢者だけではなく健常者のセルフケアにも広く活用されており,その使用率は年々増加している。電動歯ブラシの有効性は,主に疫学研究で検討されており,電動歯ブラシの継続的な使用が歯肉炎および歯肉出血を軽減させる一方で,プラーク除去効果を指標とした研究では,手用歯ブラシと電動歯ブラシに差は認められなかったとの報告もある。すなわち,電動歯ブラシの歯肉炎改善効果には,プラーク除去に加えて他のメカニズムの関与が予想される。そこで,電動歯ブラシを使用することで,刷毛部の振動は歯面のみならず歯周組織へも伝達されると考え,振動刺激における歯周組織の状態を細胞を用いて研究する。
スケーリング後菌血症に対する高齢者生体応答の解析と光治療による予防法の確立

あらゆる観血処置にともない,一過性の菌血症が発生する。我々はこれまでの一連の研究で,中年期の歯周炎患者において,1)スケーリング・ルートプレーニング(SRP)後に高頻度で菌血症が発生すること,2)抗菌薬(アジスロマイシン)併用やエルビウムヤグ(Er: YAG)レーザー治療により菌血症の発生を減少または抑制できること,3)局所薬物配送システム(LDDS)は機械的除去療法前の使用でも歯周ポケット内環境を改善できることなどを報告してきた。一方,免疫力が低下している高齢者においては,菌血症が一過性で終わらず,全身性の高リスクとなる可能性がある。そこで,高齢者に適した安全かつ効果的な歯周治療法を確立し,超高齢社会のニーズに応えるべく、本研究では慢性歯周炎を有する高齢者のSRP時に発生する菌血症,それにともなう生体応答の解析,および光治療(Er:YAGレーザー)による菌血症予防の有効性検討を目的とする。具体的には、1ハンドスケーラー群:ハンドスケーラーにてSRP実施2エルビウムヤグ(Er: YAG)レーザー群:レーザーにて処置の2群間で、(1)菌血症の発生頻度・持続時間・規模(検出菌量)(2)歯周ポケットおよび血中検出細菌のDNAタイプ解析(3)生体応答(炎症性メディエイター、ストレスマーカー)(4)臨床パラメーターの経時的変化および相関関係を比較解析し、予防対策について検討する。現在、上記内容で研究が開始され、進行中である。当初は、抗菌的光線力学療法(a-PDT)併用群:a-PDT照射後にハンドスケーラーにて処置をプロトコールに入れていたが、予備実験で有効性の可能性が低いと判断されたため、群を削除し、プロトコールを再修正した。被験者選定にあたり,条件を満たす者が予定数より少ない可能性がある。データに影響する要因でもあるため,今後も遵守していく。研究実施施設を研究代表者が非常勤で勤務する他大学との共同研究に変更する可能性を検討する。そこで,高齢者に適した安全かつ効果的な歯周治療法を確立し,超高齢社会のニーズに応えるべく、本研究では慢性歯周炎を有する高齢者のSRP時に発生する菌血症,それにともなう生体応答の解析,および光治療(Er:YAGレーザー,抗菌的光線力学療法)による菌血症予防の有効性検討を目的とする。具体的には、1ハンドスケーラー群:ハンドスケーラーにてSRP実施2エルビウムヤグ(Er: YAG)レーザー群:レーザーにて処置3抗菌的光線力学療法(a-PDT)併用群:a-PDT照射後にハンドスケーラーにて処置の3群間で、(1)菌血症の発生頻度・持続時間・規模(検出菌量)(2)歯周ポケットおよび血中検出細菌のDNAタイプ解析(3)生体応答(炎症性メディエイター、ストレスマーカー)(4)臨床パラメーターの経時的変化および相関関係を比較解析し、予防対策について検討する。本年度はプロトコールを確定させ、現在、倫理委員会に申請準備中である。a-PDTの機器が我が国においては未認可であるため,使用においては科学的根拠に基づき慎重にレジメンを作成する必要がある。今後もその点は遵守していく。倫理委員会で許可されない場合は,対照群とレーザー群の2群に変更する。

当初は、抗菌的光線力学療法(a-PDT)併用群:a-PDT照射後にハンドスケーラーにて処置をプロトコールに入れていたが、予備実験で有効性の可能性が低いと判断されたため、群を削除し、プロトコールを再修正した。被験者選定にあたり,条件を満たす者が予定数より少ない可能性がある。データに影響する要因でもあるため,今後も遵守していく。研究実施施設を研究代表者が非常勤で勤務する他大学との共同研究に変更する可能性を検討する。次年度は前年度に比べて解析費用が多くかかることが見込まれる。また、資料収集のため関連学会に参加するため、旅費も前年度に比べて多めに計上する予定である。
介護老人保健施設における看護職と介護職の協働パターンと職務満足度に関する研究

介護老人保健施設3施設を調査対象とし、1施設あたり看護職2名、介護職2名、管理者1名、合計15名を研究対象者とし、インタビュー調査を実施した。その結果、協働パターンは、看護職と介護職とがペアで動く「ペア型」、日常的に看護職と介護職がそれぞれ独立して動く「独立型」、同じ施設内でペア型と独立型が共存する「ペア・独立共存型」の3つに分けられた。また、介護老人保健施設に勤務する看護職212名と介護職200名から回答を得た質問紙調査を実施した結果、介護職において独立型よりもペア型の方が職場環境の満足度が高いという傾向が認められた。介護職の役割拡大が進む現在の社会的背景のなかにあって、介護職が単に独立して業務を行うことのみを推進するのではなく、看護職と介護職がペアになってケアを行うことも重要な視点であることが示唆されている。平成22年度は、先行研究、文献検討、看護職・介護職・管理者へのインタビュー調査とその分析をもとに、介護老人保健施設における看護職と介護職の協働の実態を明らかとした。また、その実態をもとに、協働パターンが明らかとなりつつある。以下に、協働の実態の概要を述べる。まず、介護職は、入所者の生活を熟知しており、それを看護職に教える場合があること、一方で看護職への質問をする際に下調べをしたり、看護職に言いにくいことは言わなくて済むように工夫することがあること、また介護職にとって看護職は怖い存在であるとともに、意見を一致させたいとも思っている実態が明らかとなった。次に、看護職は、介護職に対して提案したり、具体的な観察ポイントを伝えたり、指示したりするが、指示をしない看護職もいること、介護職への医療に関する説明を丁寧にしていること等の実態が明らかとなった。また、介護職が曖昧さを感じる実態と看護職が医行為に責任を持とうとする実態から生じる苦悩があることが明らかとなった。看護職と介護職の法制度および理論ともに、看護とは何か、介護とは何か、さらに看護と介護の異同が確固たるものとされていないこと等を要素として、介護職に曖昧さを、両職種に苦悩を感じさせていることが示唆されている。現在、介護老人保健施設における看護職と介護職の協働パターンの適用可能性の検証及び協働パターンと職務満足度との相関の検証を目的として、郵送法による質問紙調査の実施段階にある。介護老人保健施設における看護職と介護職の協働パターンと職務満足度の関係を明らかにするために、看護職および介護職を対象に、無記名式郵送法による調査を行った。看護職1,000名、介護職1,000名に対して送付した調査票のうち、412名からの回答を得た。協働パターンについて、「日常の排泄ケア」「深夜の排泄ケア」「入所者の着替え」「遠足やクリスマス会等以外の日々のレクリエーション」「浴場で入所者の体を洗う」の5つの項目について対象者の施設のケアの方針を回答してもらい、その回答パターンを基に、ペア型、独立型、ペア・独立共存型の3つの協働パターンに分けた。大阪教育大学教育学部教養学科安達智子准教授が開発した「職場環境、職務内容、給与に関する満足感測定尺度」のスケール5)を、開発者の許諾を得て使用した。その結果、介護職において独立型よりもペア型の方が職場環境の満足度が高いという傾向が認められた。介護職において、独立型よりもペア型の方が職場環境の満足度が高いという傾向が認められたことから、介護職の役割拡大が進む現在の社会的背景のなかにあって、介護職が単に独立して業務を行うことのみを推進するのではなく、看護職と介護職がペアになってケアを行うことも重要な視点であることが示唆されている。その一方で、ペア型には「看護職が介護職と同化し、看護職が入所者の熱発等の異変に気付くのが遅くなることがある」というような不利点があることから、入所者にとってのケアの質と、職員の職務満足度をともに向上させるような協働の在り方をさらに検討し、創出していくことが求められている。
ソフトマター準結晶と複雑結晶のデザイン-ソフトマター結晶学の創成

(1)黄金比に基づく10回対称Penrose Tiling、白銀比に基づく8回対称Ammann-Beenkerタイリングが1970年代から1980年代にかけて発見された。これらは1980年代に実験的に発見された準結晶の数学的基礎を与えている。研究代表者は、別宮、Ziherlらとこれらのタイリングの系列で3番目の金属比である青銅比に基づく6回対称準結晶タイリングをシミュレーションで発見、理論的にも整備して、2017年Nature Materials誌に発表している。これらは自己相似タイリング理論の40年ぶりの革新と言える。しかし、これは理論の端緒に過ぎなかった。2018年度はこの成果を土台として、中蔵の協力を得て、2種類の3倍数(6,9,12,...)の金属比をもつ自己相似タイリング列を発見した。同時に金属比以外にも無限種類の自己相似タイリングの構成法も発見した。これまで数種しかなかった自己相似タイリングを無限に広げることになった。これこそが前年度の研究の新の意味であって、さらなる革新的研究となっている。これらの新規準結晶について、松澤の協力を得て、6次元の高次元結晶学を展開し、技術的にも整備した。上記の3の倍数の金属比について無限の極限をとることによって、周期的結晶である三角格子が得られた。ここから準周期結晶の近似列の先に周期的結晶がある「近似準結晶」という概念を提唱した。この「近似準結晶」の考え方は、これまで知られていた「近似結晶」と相補的概念となっている。以上のように周期および準周期結晶学について革新的研究を展開できた。(2)金沢大学生越らが発見した電荷を帯びた5角および6角のピラーアレーン分子が同種分子(形)を選択して積層する現象(セルフソーティング)について、計算研究の立場で解析を担当した。その成果がCommunications Chemistryに掲載された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。研究代表者は、これらのタイリングの系列で3番目の金属比である青銅比に基づく6回対称準結晶タイリングを発見した。この成果は準結晶研究の歴史に永遠に残る成果である。この青銅比タイリングは数学的真実であるのみならず、2014年にNature誌に発表した2つの長さスケールを持つモザイクソフトマター準結晶として、コアシェル型ポテンシャルを用いてシミュレーションで作成することにも成功した。これらの成果を第13回準結晶国際会議で開会冒頭の招待講演「Bronze-mean hexagonal quasicrystal」として発表した。(2)ビリヤード台の平面上にビリヤード球を並べると、1つの球のまわりに6つの球が並ぶ。この構造は電子、原子から始まり、コロイド球、界面活性剤や高分子が作る構造に至るまで普遍的な規則構造として知られている。球状ウィルスのように、正曲率曲面である球面状の規則構造もよく知られている。しかし、馬の鞍型(負曲率)曲面上の物理的規則構造の研究はなされていなかった。研究代表者らはソフトマターによく発見される3重周期極小曲面(プリミティブ曲面、ジャイロイド曲面、ダイヤモンド曲面)上で剛体球のシミュレーションを行い、エントロピーを駆動力とするアルダー転移を観察することによって規則構造を多数発見した。これをキャスパーとクルーグの20面体ウィルスの配列を説明するT数とよく似たH数を定義して、規則構造を作る球のマジックナンバーを明らかにした。この成果をまとめて、英国の結晶学者アラン・マッカイ教授の90歳記念論文集として出版した。当初の研究計画に記載した3本柱は、(a)新奇性に富む新しい準結晶および複雑結晶構造があることを理論的に示すこと、(b)実験との連携を強化し、ソフト準結晶研究の最前線をリードすること、(c)新しい構造から新しい光物性の可能性を提示すること、であった。(a)については、素晴らしい進展を見せている。とりわけ上に記載した顕著な成果である(1)はこれまで3つの国際会議で招待講演している。論文として公表するために、多くの補強データを積み上げたので、平成29年度に「Bronze-mean hexagonal quasicrystal」というタイトルで論文公表する予定である。青銅比タイリングが発見されたこと、それも非結晶学的回転対称性ではなく6回回転対称性を有していることなど学問的価値が高い。関連する実験も現れていて準結晶物理学の大きな進展に繋がるだろう。本年の国際結晶学連合大会でも招待講演する予定である。成果(2)については、多くの国際会議、国内学会で発表する必要がある。このほか多数の準結晶及び複雑結晶に関するデータがあり、これらを公表すべく努力している。その中1つの例を挙げるならば、我々が初めてシミュレーションで実現した18回回転対称性モザイク準結晶であるが、28年度に公表した論文「Origin of 18-fold quasicrystal」では、なぜ18回対称性が現れるかを議論した。この他に同時に多数のシミュレーション研究を初年度に導入した機器で遂行しており、残りの2年で成果が出せる見込みである。一方、(b)と(c)については、担当学生は準備状況にあり発表できる成果はなく進展していない。

以上のことから(a)(c)の平均をとって「概ね順調に進展している」と判断する。(1)黄金比に基づく10回対称Penrose Tiling、白銀比に基づく8回対称Ammann-Beenkerタイリングが1970年代から1980年代にかけて発見された。これらは1980年代に実験的に発見された準結晶の数学的基礎を与えている。研究代表者は、これらのタイリングの系列で3番目の金属比である青銅比に基づく6回対称準結晶タイリングを発見した。数学的発見であるばかりでなく、この青銅比タイリングは2つの長さスケールを持つコアシェル型ポテンシャルを用いて物理的にもシミュレーションで作成することもできる。これらの成果はNature Materials誌に発表され、各種メディアに取り上げられ、また国際結晶学連合で招待講演を行なった。(2)青銅比タイリングばかりでなく、派生する自己相似タイリングを無限種類構成する方法を発見した。例えば、無限個の3の倍数の金属比タイリングを構成することができる。初期的な成果を日本物理学会年会で発表した。(3)新奇性に富む新しい複雑結晶構造があることを計算機実験によって示した。(a)黄金比の2乗のハードコアーソフトショルダー粒子系のつくる2種の黄金樽タイリング構造、(b)正6角形が自己組織化した切頭8面体周期構造、(c)散逸粒子動力学法によるコアシェル型スターポリマーの形成する結晶構造。これらの成果を日本物理学会年会で発表した。(4)青銅比タイリングの頂点モデルを採用し、強束縛近似を用いて数値計算を行った。その結果、ほとんどの波動関数が臨界状態であることが確認された。また、閉じ込め状態の波動関数も確認された。直交補空間での波動関数の分布をみることで、閉じ込め状態・臨界状態の波動関数とタイリングの局所環境との関係性が明らかになった。成果を日本物理学会年会で発表した。当初の研究計画に記載した3本柱は、(a)新奇性に富む新しい準結晶および複雑結晶構造があることを理論的に示すこと、(b)実験との連携を強化し、ソフト準結晶研究の最前線をリードすること、(c)新しい構造から新しい光物性の可能性を提示すること、であった。(a)については、素晴らしい進展を見せている。とりわけ上に記載した顕著な研究実績(1)は青銅比タイリング発見で、「Bronze-mean hexagonal quasicrystal」というタイトルでNature Materials誌で公表した。2014年のNature誌と相まって招待講演の依頼は多い。時間的制限から重要な研究集会を選び参加していると同時に、国際研究交流を意識的に強化している。29年度後半では、研究実績(2)の驚くべき進展があった。青銅比どころか無限種類の自己相似比をもつ準周期タイリングの構成法を発見した。準結晶理論の業界に激震が走ると思われる成果であるばかり出なく、今後の研究によって結晶学の大きな進展に繋がるテーマと考えている。細かい通常研究の成果も出ており、それらは順調である。
強磁場、極低温における分子性伝導体、分子素子の光物性測定

本研究課題においては、既存の有機伝導体の光物性測定・磁気物性測定に加えて、光と磁場を用いた有機物質の新しい電子物性測定技術を開発することを目標とした。前者に関しては、電荷分離、フタロシアニン伝導体の磁気測定等で成果を上げた。特に電導性フタロシアニン塩の研究においては、巨大負磁気抵抗の発見とともに、詳細な磁気トルク測定とその解析を通じて"電荷分離型Ferrimagnetism"という新しい磁気状態を発見するという大きな成果をあげた。研究成果の一部はJPSJ誌でEditer's Choiceに選ばれるとともに、新聞発表されている。後者に関しては、有機薄膜デバイスを主たる研究対象とした。これは光で電子物性を制御するためには、試料全体に光が透過する薄膜試料の方が、バルク単結晶よりも有利と考えたからである。薄膜試料では大きな電界を試料に印加できる点も利点である。具体的な研究成果としては、i)生体関連物質を用いた電界発光素子の作成、ii)有機薄膜デバイスを用いた極低温・強磁場中の光電流磁場効果の発見、iii)スピンクロスオーバー転移に伴う電界発光消失現象の発見などが上げられる。i)は日本化学会論文賞につながった。またii)は新規な現象であるとともに、有機薄膜デバイスの極低温電子物性という新しい分野を切り開いた成果である。現在その解明を目指した研究を盛んに行っている。iii)は新しい現象であるとともに、特許出願にもつながった。これらの成果は、いずれも従来の分子性伝導体の枠をはみ出した部分での物性探索となっており、今後の研究発展が見込まれる。強磁場・極低温における分光測定は、無機物では報告例があるが、分子性物質ではほとんどない。特に赤外遠赤外領域の分光測定に関して言えば、事実上皆無である。そこで、本研究では、分子性および有機薄膜デバイスを対象として、低温・強磁場と光を組み合わせた各種物性実験を行うことを目標とする。本年度は初年度であり、装置の作成に時間を割いた。以下その内容について記す。i)強磁場下赤外遠赤外反射分光測定システムの作成これまでの研究で、現在の遠赤外反射分光測定システムは、分子性伝導体の強磁場中スペクトル測定を行うためには、S/Nが不足していることがわかった。そこで、充分なS/Nが得られるように、光源、ビームスプリッタ、積算効率の改良を行い、約5倍程度S/Nを増加させることに成功した。これにより、分子性伝導体の強磁場中遠赤外反射スペクトルは測定可能となった。現在、装置の最終テストを行っている。テスト終了後に、τ型分子性伝導体の強磁場中遠赤外反射スペクトル測定を行う。ii)有機薄膜素子の作成およびその物性測定本研究計画においては、有機薄膜デバイスの極低温、強磁場中の物性測定が非常に重要になる。今年度においては、新規に購入したAFMの設置調整を行った。また、低温強磁場中の発光量子効率を求めるための、装置の作成、検出器の校正を行った。またこれらの装置の立ち上げと平行して、生体物質から作成した発光ダイオードのI-V特性の測定を行った。その他、電荷分離巨大負磁気抵抗を示すフタロシアニン塩、に関する研究などを行った。本年度の主な研究成果は以下のとおりである。i)有機薄膜素子の作成およびその物性測定鉄を含むいわゆるヘムたんぱく質(cytochrome c、myoglobin、hemoglobin)、heminを用いて、発光ダイオードを作成し、発光スペクトル、電流-電圧特性、発光量子効率を調べた。またこれらと比べるために、クロロフィルの発光ダイオードも作成した。これらの研究成果の一部は、現在印刷中および投稿中である。また発光スペクトル、発光量子効率の測定が低温でできるように装置を作成した。ii)光伝導、光起電力測定システムの構築

モノクロメーターとフラッシュランプ、あるいはAO変調器とCWレーザーを組み合わせた時間分解光伝導測定システムを製作し、光電流の起源を調べている。予備的な実験として、TPP[FePc(CN)_2]_2単結晶を用いた光伝導測定を行った。この単結晶は、可視領域で、幅の広い、弱い吸収を持ったnarrow gap半導体である。測定の結果、単純に試料表面に光照射を行った場合は、熱による光電流がほとんどであることが判明した。一方、試料表面に広く電極を蒸着し、サンドイッチ型にしたときは、光キャリアによる伝導が観測されることを見出した。iii)巨大負磁気抵抗を示すフタロシアニン塩の磁気トルク測定磁気トルク測定により、6K、12K、25Kの3つの磁気相転移があることを見出した。さらに、磁気揺らぎは100K以上まで存在することを見出した。上記の研究のほか、新規フタロシアニン伝導体の合成、有機伝導体の熱伝導度測定等を行った。鉄ポルフィリン(ヘム)を含む一連の物質(cytochrome c, myoglobin, hemin)を用いて、ITO/鉄ポルフィリン/Al接合を作成した。その結果、これらの接合は、電圧印加時に、電界発光を示すことを見出した。heminを用いたELの実験では、印加電圧があるthresholdを越えると、ELスペクトルが劇的に変化する現象を見出した。磁化率の測定等から,このELスペクトルの形状変化は、電圧誘起の高スピン-低スピン転移に相当すると推定される。2.鉄フタロシアニン塩の磁気トルク測定3.新規フタロシアニン塩の合成と物性測定上記の研究実績に関連して、生体発光ダイオードに関する論文が、日本化学会の論文賞(BCSJ賞)に選出された。また、鉄フタロシアニンの負磁気抵抗に関する論文が、物理学会のEditors Choiceに選出された。(1)極低温、強磁場中の光起電力測定本プロジェクトにおける、申請者の役割のひとつは、光と磁気の関連する現象を、有機物質を含む系で見出すことである。以前、導電性有機単結晶において、光伝導度の磁場依存性の実験を行ったが、バルクの単結晶では、光で生成したキャリアが再結合し、熱に変わる過程が無視できないため、温度上昇による暗電流増加か、それとも光キャリアの温度依存性、磁場依存性を見ているのかがわからなかった。そこで、有機薄膜デバイスの一種である、ポリマー太陽電池を作成し、光変調に対する光電流応答を調べたところ、温度依存性、磁場依存性に著しい変化を見出した。さらに光電流応答の磁場効果は、変調周波数が高いほど大きいことがわかった。ちなみに極低温で、ポリマー太陽電池の電流電圧特性の実験を行ったのは本研究がはじめてである。(2)ポルフィリン錯体の電界発光測定多くの有機ELでは、ショットキー型の接合が両極に形成され、正孔と電子をバランスさせるような工夫がなされている。これに対して、片側にオーミック接合を作成し、もう片側をショットキー接合にした場合、少数キャリアが注入される側が固定でき、電界発光のモデルがより単純化できる。
細胞内一分子揺動計測による非平衡温度の計測

末梢神経(交感神経)培養細胞の軸索輸送をモデル系として、揺らぎの定理の実験的検証を行った。これまでの実験結果と同様、揺動散逸定理からの大きな逸脱が示され、本研究計画の前提が確認された。さらに、同様の計測を、ゼブラフィッシュ皮膚の黒色素細胞でのメラニン顆粒の運動について行った。その結果、マウス交感神経軸索輸送の系で揺らぎの定理から推定された有効温度に比べて、ゼブラフィッシュ黒色素細胞の有効温度は低く、細胞の種類・状態によって有効温度が異なる可能性が示唆された。この結果は、本研究計画の重要性を支持するものである。また、細胞質内でのタンパク質一分子の拡散動態を計測する手法として確立している蛍光相関分光法について再検討を行った。既存の共焦点顕微鏡を利用した類似手法として、ラスター画像相関分光法RICSが知られているが、ラスター画像相関分光法による結果と蛍光相関分光法の結果が定量的に一致しないことが問題となってきた。今回、共振ガルバノメータを用いた高速走査とフォトンカウンティング検出器を組合せ、ウェーブレット変換など非線形ノイズ除去処理を行うことで、蛍光相関分光法と定量的に一致する計測結果が得られることを示し、細胞質内でのタンパク質拡散動態の計測を同一細胞内の多点で同時に計測することが可能となった。さらにこの手法を発展させ、通常のガルバノメータを用いた(共振ガルバノメータに比べれば遅い)走査での多点間相関を解析し、拡散成分に隠れた流れ成分を抽出するFlowFCS法を開発し、神経細胞での軸索輸送の解析に応用することに成功した。これと平行して、単粒子追跡法による拡散動態解析のための新規手法の開発も進んでおり、蛍光一分子計測の高速化と3次元計測への応用に加えて散乱光を用いた高速3次元計測のための顕微鏡を構築した。これと平行して、単粒子追跡法による拡散動態解析のための新規手法の開発を進めた。蛍光一分子計測の高速化と3次元計測への応用については、輪帯照明型全反射顕微鏡に二焦点光学系を実装し、細胞質内を自由拡散するタンパク質一分子のイメージングが実現し、3次元計測の目処が立った。更に短い時間スケールからの計測を行い、マルチスケールの揺動計測を実現するために、蛍光ではなく散乱に注目し、散乱光を用いた高速3次元計測のための顕微鏡を構築し、in vitroの系でその検証を進めている。本研究計画の前提となる細胞内での揺らぎの定理の実験的検証も進み、平行して揺動計測のための新しい実験系の構築・整備も予定通りに進行している。ほぼ予定通りに進捗しており、当初の予定通りに研究を進めていく。

2017年度に購入を予定していた高速カメラについて、2018年度に改良型の新機種が市販化されるとの情報を得たため、高速カメラの購入を2018年度に後ろ倒しし、2017年度には既に所有しているカメラを用いた実験系の整備とカメラを用いない実験系(蛍光相関分光法)の整備を進めた。
味物質の呈味持続性を規定する因子の探索

食品を実際に摂取した時に感じる味は非常に複雑(すっきり・しつこい等)であり、それを正確に表示するには受容体の活性化強度以外のパラメータによる評価が必要である。本研究では、従来のin vitroの実験において示された味覚受容体活性化の検出に加えて、味の指標となる他の因子を実験的に提示できないかという考えから発想に至った。味物質と味覚受容体との直接相互作用における速度論的パラメーターを求めることで、味物質の呈味持続性を規定する因子を検索しようとする研究である。前年度の研究によって確立した昆虫細胞発現系を用いて、ヒト甘味受容体の細胞外領域についてリコンビナントタンパク質を得た。受容体タンパク質を表面プラズモン共鳴法による測定に供するため、測定用チップへ固定化を行った。アミノカップリングによる共有結合を介した固定化を行った際には、充分量の受容体タンパク質の固定化は達成されたものの、甘味物質を投与した隣にチップ表面の質量増加が観察されなかった。一方、甘味物質の一つである数種類の甘味タンパク質について、アミノカップリングによるチップへの固定化を試みた。この場合においては、複数の組み合わせにおいて、受容体タンパク質を投与した際にチップ表面の質量増加が観察された。以上の結果から、味物質と味覚受容体との直接相互作用を観察する際には、味物質側を測定用チップへ固定化する方法が優先されるとの結論を得た。今後多種類の甘味物質を検討するにあたり、各物質ごとの適切な固定化方法の検討が課題として挙げられる。食品の味は、その嗜好性を決定する上で重要な因子である。近年同定された味覚受容体の機能解析の知見から、ヒトが感じる基本味(甘・酸・塩・苦・旨)の強度は、対応する受容体の活性化の程度として理解することができる。しかしながら食品を実際に摂取した時に感じる味は非常に複雑(すっきり・しつこい等)であり、それを正確に表示するには活性化強度以外のパラメータによる評価が必要である。本研究は、味の指標となる他の因子を実験的に提示できないかという考えから発想に至った。味物質の呈味持続性を規定する因子を、味物質と味覚受容体との直接相互作用における速度論的パラメーターから探索するため、リコンビナント受容体タンパク質を用いた解析を行うこととした。まず甘味・旨味受容体のサブユニット(T1Rs)について、昆虫細胞発現系を用いて発現を行った。これらの受容体は細胞外領域が500アミノ酸程度と大きく、この部分が主たるリガンド認識部位となっているので、細胞外領域のみの発現を試みた。各サブユニットの細胞外領域に精製・検出用タグ配列(His、FLAG、Myc)を付加した変異体をデザインし、Bacmidを作製後、Sf9細胞に遺伝子導入しバキュロウィルスを作製した。その後、HighFive細胞にウィルスを感染させ、リコンビナントタンパク質を培地中に分泌生産させた。ウィルス感染後の培地をウェスタン分析に供したところ、発現タンパク質が確認できた。タグ配列の種類によって非還元状態におけるバンドパターンに差が見られたことから、多量体形成に何らかの寄与をしていることが示唆された。一部のコンストラクトにおいては、タロン樹脂を用いたアフィニティ精製を行うことで、単量体に相当する発現タンパク質を濃縮することが可能であった。今後、さらに精製を進め、発現スケールを増やすことで必要量のタンパク質を確保する予定である。
マイクロ流体緑内障インプラントデバイスの開発

わが国で最も多い中途失明の原因である緑内障を治療するための新しいインプラントデバイスを開発した。わずかな眼圧上昇によって網膜視神経が損傷することで視力を失う緑内障を治療するため、本デバイスは眼圧が一定圧力まで上昇するとバルブが開いて眼圧を下げる機能を持つ。微小流路網や微小バルブを柔軟素材で作製したフィルム状の薄くて小さく柔らかい3次元形状デバイスに集積化することで、術後の審美性を損なう結膜上への不自然なデバイス露出を抑えつつ、安定した房水排出と確実な圧力制御を実現した。今年度は、マイクロ流体緑内障インプラントデバイスのプロトタイプを設計、試作し、性能評価のための卓上実験を実施した。微小流路とマイクロバルブをシリコーンゴム製のシート状デバイス内に集積化することで、緑内障インプラントデバイスに求められる重要な機能である排水機能と眼圧調整機能を実装し、なおかつデバイス自体を薄く柔軟にすることに成功した。フォトリソグラフィー技術と機械加工技術を利用して作製した専用金型にインプラント用シリコーンを流し込んで型取りすることで、微小流路を持つ薄型シリコーンデバイスを成型し、同様の方法で作製した薄いシリコーンシートと貼り合わせたあと、切り出すことによって流路とバルブが内蔵された単純柔軟シート状デバイスを試作した。流路の一部を接合せず、圧力が加わると剥がれるようにすることで、流路の一部がバルブとして機能するように設計した。次に、試作したデバイスの圧力制御性を卓上で測定、評価するための実験系を構築した。シリンジポンプを用いて一定流量で送液できる系と、水頭差を利用して一定圧力を加えることができる系を構築した。圧力センサと流量センサを組み込むことで、試作デバイスの流路に加わる圧力と流れる流量を同時に測定できる系となっている。この実験系を使って、試作デバイスの流路に圧力を加えてマイクロバルブが開く圧力しきい値およびそのときの流量を測定し、圧力制御性を評価した。その結果、ある一定圧力値でバルブが開き、圧力が開放されることが実証された。その圧力しきい値はバルブの形状やサイズを変えることで調整できることが示された。また、実際に体内に埋め込むことを想定して、細胞組織やタンパク質の接着性の観点から、デバイス表面処理について調査と実験を重ねた。その結果、インプラント用シリコーンでは細胞やタンパク質の付着は見られず、素材そのままでも十分機能を果たすことがわかった。当初の計画どおり、マイクロ流体緑内障インプラントデバイスの試作と卓上性能評価実験を実施し、ある一定圧力で開くマイクロバルブを搭載した試作デバイスの開発に成功しているため。今年度はマイクロ流体緑内障インプラントデバイスの改良と試作を行い、開発したデバイスを豚眼試料に埋め込んで眼圧制御実験を行うことにより、開発したインプラントデバイスの圧力調節機能を実証、評価した。まず、材料の生体適合性評価実験を実施した。ラットの眼球に、本研究で用いるインプラント用シリコーンの試験片を埋め込み、経過を観察した。その結果、懸念されていた瘢痕化や炎症は確認されず、マイクロ流体緑内障インプラントデバイスの材料として適していることがわかった。次に、バルブ機能の改良を行った。膜バルブの形状を台形状にすることでバルブが開閉する圧力しきい値を低減し、さらにサイズを変化させることで圧力しきい値を調節することに成功した。また、膜バルブ表面にフッ素系化合物を塗布することにより、さらに低いバルブ開閉圧力しきい値を実現し、緑内障治療に応用できるバルブ機能を実現した。さらに、リーク流路構造を内蔵させることにより、正常眼圧範囲でも房水の排出を担保しつつ、眼圧が一定しきい値を超えるとバルブが開いて圧力を下げるという新しい機構を実証できた。最後に、開発したマイクロ流体緑内障インプラントデバイスを豚眼試料に埋め込んで、人工的に眼圧を上昇させ、房水排出機能および眼圧調整機能を評価する実験を実施した。その結果、眼圧が正常眼圧値を超えて上昇したときにバルブが作動し、房水が排出され、眼圧が低下することが確認された。つまり、開発したインプラントデバイスは眼圧を一定圧力しきい値以下に抑えることができ、緑内障治療に有効であることが実証された。眼圧を一定圧力値以下にすることができる試作デバイスの開発には成功したが、目標とする圧力しきい値が小さいため(1020mmHg程度)、圧力制御機能においてデバイス個体間のバラツキが大きく、歩留まりも悪い。そこで今後、さらに圧力制御性における精度を向上させていく。また、現状の試作デバイスは、流路1本とマイクロバルブ1個で構成されているが、今後、排水機能のロバスト性の向上を考慮し、複数個の流路やバルブの配置と集積化に取り組む。さらに、試作デバイスを動物の眼球へ埋め込んで眼圧制御機能の評価実験を実施する。実際の応用を想定し、生体内で排水流路やバルブが機能するかどうかを検証する。

マイクロ流体国際学会で成果発表するための海外出張旅費を計上していたが、国内学会での成果発表のみになったため、その旅費分が次年度使用額となった。国際学会で発表するための海外出張旅費として翌年度、当該助成金を使用する。