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Si上水素の表面化学とエピタキシー制御

本研究はSiエピプロセスにおける成長機構を原子・分子レベルで明らかにすることを目的に,以下を行った.1.Siエピタキシーにおける原料ガス吸着/脱離過程の解明と制御(1)Si-GSMBEでは,原料ガスは低温領域では2サイト,高温領域では4サイトを要して吸着することを明らかにした.また低温領域の成長速度活性化エネルギーと水素脱離エネルギーの関係を理論的,実験的に明らかにした.これらはいずれもSiCVDプロセスの表面反応に関する重要な知見であり,プロセスのモデリングに大きく貢献するものである.(2)水素化Si(100)表面からの水素脱離が,従来理解と異なって高次反応を示し得ることを初めて実験的に明らかにし,水素化ガス,熱履歴による一連の反応次数変化が孤立表面水素密度の変化によって統一的に説明できることを示した.2.その場ドーピングプロセスの表面化学ホスフィン飽和吸着と水素脱離の繰り返しによりデジタル的にSi(l00)表面上の吸着P原子密度を制御できる「P吸着量デジタル制御法」を開発した.同法を用いてエピタキシーにおける表面Pの影響を調べ,Pはその孤立電子対によって表面吸着サイトを減少させること,また水素脱離過程の活性化エネルギーおよび反応次数の増大を通してこれを抑制することを明らかにした。これまで不明だったPドープによるSi成長速度低下の原因がこれにより明らかになった.3.Si上SiCヘテロエピ成長アセチレンおよびモノメチルシラン吸着Si表面を水素の昇温脱離法によって評価し、アセチレン吸着表面では吸着C原子と表面Si原子の交換が起こるがモノメチルシラン吸着表面ではこれが抑制されることを明らかにした。つぎにモノメチルシランを用いてSi表面上SiCヘテロエピ成長を行い,900°Cという従来より200°C程度低い成長温度で,しかも従来必要だった炭化処理なしに,良好な単結晶SiC膜を得ることに成功した.さらに,良好なSiC膜を得るには成長表面に水素が存在しないような成長条件を選択することが重要であることを明らかにした.本研究はSiエピプロセスにおける成長機構を原子・分子レベルで明らかにすることを目的に,以下を行った.1.Siエピタキシーにおける原料ガス吸着/脱離過程の解明と制御(1)Si-GSMBEでは,原料ガスは低温領域では2サイト,高温領域では4サイトを要して吸着することを明らかにした.また低温領域の成長速度活性化エネルギーと水素脱離エネルギーの関係を理論的,実験的に明らかにした.これらはいずれもSiCVDプロセスの表面反応に関する重要な知見であり,プロセスのモデリングに大きく貢献するものである.(2)水素化Si(100)表面からの水素脱離が,従来理解と異なって高次反応を示し得ることを初めて実験的に明らかにし,水素化ガス,熱履歴による一連の反応次数変化が孤立表面水素密度の変化によって統一的に説明できることを示した.2.その場ドーピングプロセスの表面化学ホスフィン飽和吸着と水素脱離の繰り返しによりデジタル的にSi(l00)表面上の吸着P原子密度を制御できる「P吸着量デジタル制御法」を開発した.同法を用いてエピタキシーにおける表面Pの影響を調べ,Pはその孤立電子対によって表面吸着サイトを減少させること,また水素脱離過程の活性化エネルギーおよび反応次数の増大を通してこれを抑制することを明らかにした。つぎにモノメチルシランを用いてSi表面上SiCヘテロエピ成長を行い,900°Cという従来より200°C程度低い成長温度で,しかも従来必要だった炭化処理なしに,良好な単結晶SiC膜を得ることに成功した.さらに,良好なSiC膜を得るには成長表面に水素が存在しないような成長条件を選択することが重要であることを明らかにした.本研究は,Siデバイスの更なる微細化・高速化に不可欠な微細構造形成技術の高度化を念頭に,Si表面上水素の物理・化学的挙動の解明を中心にSi系成膜機構の原子・分子レベルでの解明と、その知見を基にした新たなプロセス技術の創成を目的とするものである。本年度は(1)Si系エピタキシ-における水素吸着/脱離過程の解明と制御,(2)Si系その場ド-ピングプロセスの表面化学と高密度ド-ピングの実現,を取り上げ、以下のような進展があった。Si系エピタキシ-における水素吸着/脱離過程の解明と制御・ジシランを用いたGSMBEに関して成長速度と表面水素被覆率の精密測定を行い、成長温度によるジシラン吸着過程の変化に応じて成長モードが三領域に分かれることを明らかにした。(文献1)・ジシランおよびシランのGSMBEに関して成長速度と表面水素被覆率の精密測定を行い、その相互比較から低温領域の成長速度活性化エネルギーが水素脱離エネルギーに等しいとする従来の理解は誤りであることを指摘した。さらに両者に対する新たな関係式を提案し、これが実際に正当であることを実験的に証明した。(文献2)・Si(100)表面からの水素脱離反応次数は、従来言われるような一次ではなく、水素化ガスの種類および表面熱履歴によって変化し得ることを実験的に示し、これらのパラメータ依存性を統一的に説明するモデルを提案した。(文献3)Siその場ド-ピングプロセスの表面化学と高密度ド-ピングの実現

P吸着Si(100)表面上へのシラン、ジシラン吸着および水素脱離を調べ、表面Pの存在によって活性化エネルギーおよび反応次数の増大を通して表面水素脱離が抑制されることを明らかにした。(文献4)本研究は,Siデバイスの更なる微細化・高速化に不可欠な微細構造形成技術の高度化を念頭に,Si表面上水素の物理・化学的挙動の解明を中心にSi系成膜機構の原子・分子レベルでの解明と、その知見を基にした新たなプロセス技術の創成を目的とするものである。本年度は(1)Si系その場ドーピングプロセスの表面化学と高密度ドーピングの実現,(2)Si初期酸化過程と表面水素、および(3)Si上SiCヘテロエピ成長における炭化プロセスの解明と制御を取り上げ、以下のような進展があった。Si系その場ドーピングプロセスの表面化学と高密度ドーピングの実現P吸着Si(100)表面上へのシラン、ジシラン吸着および水素脱離を調べ、表面Pの存在によって活性化エネルギーおよび反応次数の増大を通して表面水素脱離が抑制されることを明らかにした。(文献1)Si初期酸化過程と表面水素水(H_2O)によるウェット酸化初期過程をその場光電子分光法により調べた(文献3)。その結果、500°C以下でのウェット酸化では酸化過程が表面水素の脱離に律速されることを明らかにした。Si上SiCヘテロエピ成長における炭化プロセスの解明と制御代表的なSi炭化ガスであるアセチレンおよび、SiとCに関しストイキオメトリックなガスであるモノメチルシランを選び、そのSi吸着表面からの水素脱離挙動を昇温脱離法により調べた。その結果、アセチレン吸着表面では吸着C原子と表面Si原子の交換に伴うと思われる水素脱離ピークのシフトが見られたのに対し、モノメチルシランではこれが見られず、ガスの種類によって吸着炭素のアニール時の挙動が異なることを明らかにした。本研究は,Siデバイスの更なる微細化・高速化に不可欠な微細構造形成技術の高度化を念頭に,Si表面上水素の物理・化学的挙動の解明を中心にSi系薄膜の成膜機構の原子・分子レベルでの解明を目的とするものである.本年度は(1)その場ドーピングプロセスの表面化学の解明,並びに(2)Si上SiCヘテロエピ成長実験を行い,以下のような進展があった.1.その場ドーピングプロセスの表面化学「その場」Pドープエピタキシーを行い,表面P被覆率を求めることで成長機構に与える表面Pの影響を調べた.その結果,Pはその孤立電子対によって表面吸着サイトを減少させること,水素脱離過程の活性化エネルギーおよび反応次数の増大を通してこれを抑制すること,成長表面に常に偏析して原料吸着を阻害することを明らかにした。こうしてこれまで不明だったPドープによるSi成長速度低下の原因が原料吸着および水素脱離の両過程の抑制によって説明されることが明らかになった.2.Si上SiCヘテロエピ成長モノメチルシランを用いてSi表面上SiCへテロエピ成長を行い,900°Cという従来より200°C程度低い成長温度で,しかも従来必要だった炭化処理なしに,良好な単結晶SiC膜を得ることに成功した.
アフリカにおけるウイルス性感染症の迅速検出法開発と大規模疫学的解析

蚊が媒介するウイルス感染症の拡大防止は、発展途上国における公衆衛生上の大きな課題となっている。特にアフリカ諸国においては、デング熱の感染拡大の懸念や黄熱病の再流行などにより適切な診断技術が必要とされているにもかかわらず、正確な罹患状況を把握できていないのが現状である。本研究では、アフリカのガボン共和国における熱性疾患患者検体を用いて、蚊媒介性ウイルス感染症の検出技術を開発するとともに、検体の解析結果に基づく疫学的解析から、ウイルスの由来、地域性、罹患率等の疫学的情報を明らかにすることを目的としている。本研究では、アフリカにおいて感染拡大が懸念されている蚊媒介性感染症(デングウイルス、黄熱ウイルス等)について、解析機器の整備が不十分な現地施設でも使用できる検出技術を開発した。研究代表者は核酸の等温増幅法を応用し、各ウイルスに特異的なオリゴDNAを設計して感度・特異性の高い検出法を開発することができた。開発した検出法および既知の検出法を組み合わせて現地患者検体を解析した結果、ガボンではほとんど報告のない血清型のデングウイルスを検出した。さらに、デングウイルス陽性および陰性患者の年齢・性別情報を解析し、成人検体からのウイルス検出が9割を超えていることを明らかにした。これらの結果は、ガボンにおいてデングウイルス感染リスクが存在することを示すとともに、現地医療機関・研究機関にデング熱が流行していることを認識させるための重要な報告であり、現地研究機関にすでに報告されており、研究機関からガボン全土へ情報が伝わることでデング熱に対する適切な診断・処置が促進されることが期待される。本研究では、ガボン共和国における熱性疾患の大規模な患者サンプルを用いて、デング熱を始めとする熱性ウイルス感染症の迅速検出および患者情報の疫学的解析を行い、ウイルス感染症流行に深く関与する生活・環境因子を明らかにすることを目的としている。平成29年度には、(1)等温迅速検出法による効率的なウイルス検出法の開発、(2)大規模ヒトサンプルを用いたウイルス検出とウイルス遺伝子配列の系統樹解析を計画した。(1)において、等温迅速検出法としてLAMP法(Loop-mediated isothermal amplification)を応用して検出法の開発を行った。標的ウイルスのゲノム配列の中から大多数の系統で保存されている配列を探索し、各ウイルスごとにLAMP検出用プライマーを設計した。各標的ウイルスのリファレンスRNAを用いて検出感度および特異性を測定した結果、数十数百コピーのウイルスゲノムを検出できる感度および十分な特異性を示すプライマーセットを設計することができた。(1)の等温迅速検出法開発と同時に、(2)におけるヒトサンプルを用いたウイルス検出実験としてリアルタイムPCR法によるウイルスゲノムの検出を行った。その結果、複数のヒトサンプルが標的ウイルス陽性の反応を示した。そこで、ウイルス陽性サンプルからウイルスゲノムをRT-PCRにより取得し、シークエンス解析を行った。その後、解析で得られたウイルスゲノム配列を用いて様々なリファレンス株の配列とともに系統樹解析を行ったところ、検出されたウイルスがアフリカ株のクラスターに属することが判明した。さらに、ガボン国内におけるウイルス感染状況について興味深い示唆も得られた。平成29年度には、(1)等温迅速検出法による効率的なウイルス検出法の開発、(2)大規模ヒトサンプルを用いたウイルス検出とウイルス遺伝子配列の系統樹解析を計画していたが、各項目ともにおおむね計画通りに進展していると考えられる。(1)において、等温迅速検出法としてLAMP法(Loop-mediated isothermal amplification)を応用した検出法の開発を行っているが、LAMP法ではプライマー設計が大変重要となっており、特異性や検出感度に直接的に影響を与える。本研究では微量のウイルスゲノムを検出できる感度および十分な特異性を示すプライマーセットを設計することができており(1)は順調に進展している。(2)においては、ウイルス陽性ヒトサンプルからウイルスゲノムをRT-PCRにより取得し、シークエンス解析および系統樹解析まで行うことができており、系統樹解析からガボンでのウイルス感染に関する興味深い考察が得られている。したがって、項目(2)についても順調に進んでいると考えられる。

これらの結果は、ガボンにおいてデングウイルス感染リスクが存在することを示すとともに、現地医療機関・研究機関にデング熱が流行していることを認識させるための重要な報告であり、現地研究機関にすでに報告されており、研究機関からガボン全土へ情報が伝わることでデング熱に対する適切な診断・処置が促進されることが期待される。平成30年度は(1)検出結果と患者情報、および進化系統解析結果を総合した疫学的解析、(2)ウイルスの分離と病原性・性状解析を予定している。まず、平成29年度に行ったウイルス検出および系統解析の結果とサンプルを提供した患者の情報を照合し、患者の年齢・性別・居住地域・家族構成・職業・食生活・行動範囲などの様々な視点から疫学的な解析を行い、ウイルス感染症と有意に関連する生活・環境因子を特定する。患者情報は連携研究機関が保持しており、情報開示請求を行うことで取得可能である。また、ウイルスの分離・性状解析については、すでに現地で細胞培養システムを立ち上げており、計画通りに遂行できる見通しである。以上から、平成30年度も研究計画通りに研究を遂行できるものと考えられる。
熱中症の法医確定診断-メタボロミクスを用いた診断に有用なバイオマーカーの検討

熱中症の法医診断マーカーの確立を目的に、GC-MS/MSを用いたメタボロミクス解析法で熱ストレス動物モデルの血漿中の代謝物の変化を検討した。72種類の代謝物が検出され、そのうちの18種類(アミノ酸9種、有機酸6種、単糖3種)が体温上昇と強い相関をもっていた。これらは生体内のエネルギー産生と関係していた。さらに、将来的に法医実務に応用するためには、死後経過時間が代謝物の変化に与える影響について理解する必要があるため、死後経過時間にともなう代謝物の変化について検討した。その結果、精度の良好な回帰モデルを構築することができた。本研究は、質量分析法を用いたメタボロミクスによって熱ストレスに対する生体内の代謝物を網羅的に解析し、診断に有用な新たなバイオマーカーの検索および熱中症の発症メカニズムの解明を目的とするものである。ところで、将来的に法医解剖実務に応用するためには、前提として死後経過時間にともなう代謝物の変動を把握しておく必要がある。そのため本年度はまず、ラット血清試料を用いて、1測定条件の検討(試料の前処理条件、質量分析計の分析条件等)2ラットモデルを用いた死後経過時間にともなう代謝物の変動の2点について検討を行った。10週齢SD系雄性ラット36匹を6群に分け(各群n=6)、CO2で安楽死後、それぞれ、死亡直後、死後3、6、12、24、48時間後に血液および臓器サンプルの採取を行い、そのうちの血清を用いてGC/MS/MSでメタボローム解析を行ったところ、85成分の代謝物が検出された。測定データを用いて主成分分析を行ったところ、それぞれの群は明確に分離し、死後経過時間にともなって代謝物に大きな変動が見られていることが示された。また特に有意差をもって変動している代謝物でPLS回帰法を用いて予測モデルを構築した。この予測モデルに対して、あらたに各群n=3としてvalidationを行い、良好な結果を得た。平成25年度に行った死後経過時間にともなう血清内代謝物の変動について、さらに詳細な検討を行ったところ、最終的には検出された代謝物は70成分となった。そのなかで、統計学的に死後経過時間と有意な関連性をもって変動していると判断された25成分を選出し、PLS回帰法を用いて予測モデルを作成した。さらに、あらたに各群n=3としてvalidation studyを行った結果、構築した予測モデルの有効性が示された。これらの結果については学会発表および論文化を行った。ついで、熱中症モデルの作成を行った。10週齢SD系雄性ラットを4群に分け、イソフルラン吸入麻酔および心電図モニター下に保温マットにて直腸温度がそれぞれ37、40、42、44°Cになるまで加温した。目標温度に達した時点でペントバルビタールを腹腔内投与し安楽死させたのち血液を採取し、速やかに血清を分離した。直腸温度が40°C、42°C、44°Cに達するのに要した時間は、それぞれ17.7±3.1分、28.7±3.0分、33.3±1.8分であった。血清を用いてGC/MS/MSでメタボローム解析を行ったところ、72成分が検出され、主成分分析で4群は明瞭な分離を示した。平成27年度はまず、臓器の前処理方法、分析条件を検討した。さらにデータベースについて平成26年度に使用したものより改良された市販のデータベースを購入して使用した。平成26年度に作成したラット熱中症モデルの臓器(心臓、肝臓、腎臓、腸腰筋)について、メタボロミクス分析を行ったところ、5268成分が検出され、主成分分析で4群は比較的明瞭に分離を示した。さらに解析を行い、体温変動に特異的な代謝物を検出し、論文発表予定である。熱中症モデルの作成が順調に行われたため。法医学メタボローム解析に用いるデータベースについて、市販のデータベース等も活用しながら、より多くの代謝物を分析し、精度の高い結果を目指したい。また、血清以外の臓器についても前処理方法、分析条件等を検討しており、その結果を含めて検討したい。メタボローム解析における測定条件の検討から統計解析まで一連の実験系の構築が行われたため。本年度は、本研究の目的である熱中症の動物モデルを作成し、すでに構築したメタボローム解析系を用いて、熱中症に特異的な生体内代謝物の変動の有無を探索する。
加熱・紫外線・架橋材の複合処理による失活歯の象牙質強化法の開発

歯の象牙質の機械的強度に加熱・紫外線および架橋材が及ぼす影響を検討した結果、リボフラビン励起UVA(長波長紫外線)による架橋処理を施すことで、象牙質の曲げ強さおよび破壊靭性がそれぞれ2倍および1.4倍に増加することがわかった。0.1%リボフラビン水溶液による処理後、紫外線照射を行った場合、象牙質表面温度が約45度に上昇するため、加熱・紫外線および架橋材の複合処理であるといえる、その強化メカニズムは、ハイドロキシプロリン部分に発生する励起ラジカルが関わる、超短期の反応である可能が示唆された。失活歯の歯根破折は,歯科臨床において解決すべき重要な課題である.申請者らは,これまで加熱や紫外線といった物理刺激,あるいは架橋材による化学処理にて象牙質の機械的強度が飛躍的に向上することを発見し,この知見をもとに失活歯の破折防止のための歯の強化法の開発に取組んできた.本研究課題では,これまでに強化効果が認められた加熱,紫外線および架橋材(水溶性カルボジイミド)を最適条件で組合せて処理することで,象牙質の機械的強度が最大となる条件を確定し,その際に象牙質の無機成分および有機成分に起こる微細構変化を検索することで強化メカニズムの詳細を明らかにすることを目的としている.平成25年度は,それらのうち加熱と紫外線の複合効果について詳細に検索したところ、110140°Cで5-10分象牙質を加熱しながら, 365405nmの波長の紫外線を5-15分照射するることによって,曲げ強さは加熱および紫外線前と比較して最大3倍高くなることを発見した.さらに,その強化メカニズムは, X線回折により加熱によってコラーゲンのトリプルへリックスの分子間距離が14オングストロームから11オングストロームへ約30収縮するとともに、長波長の紫外線によりコラーゲンからラジカルが発生する事で、分子間に水素結合や水分子を介した分子間結合が形成されるとこにより強化につながっていることを明らかにした。加熱と紫外線の相乗効果で、より象牙質を効果的に強化できる事が明らかになった。平成26年度は、前年度に確認した加熱、紫外線および架橋材の複合効果による象牙質の強化メカニズムについて、特に象牙質タイプIコラーゲンの分子レベルでの化学変化に着目して強化メカニズムを検討した。顕微レーザーラマン分光分析では、象牙質薄切切片を脱灰し、365nm紫外線照射15分および架橋材(0.1%リボフラビンに10分浸漬)処理を行ったものを試料とした。試料は、顕微レーザーラマン分光分析装置(RAMAN-11,ナノフォトン)にて、レーザー波長785nmで紫外線照射による化学変化の測定に供したところ、アミドIおよびII比の変化ならびにプロリンのイミド環の炭素に相当する部位に、波長の明らかな増幅が認められた。核磁気共鳴を用いた象牙質タイプIコラーゲンの原子構造変化の分析では、象牙質試料を脱灰後、液体窒素にて凍結粉砕処理したコラーゲン試料を、上述と同様の紫外線ならびに架橋処理に供した。試料を重水に温度40°C、pH7.0の条件で溶解させ、核磁気共鳴装置(JNM-AL300,JEOL)にて処理前後の炭素原子の変化を分析したところ、C=OおよびCH2の結合部位に波長の増幅を認め、新たな分子間結合の創生が示唆する結果が得られた。スピン共鳴法によるラジカル発生の検討では、象牙質コラーゲンの代表的アミノ酸からなるプロリンとグリシンを試料として用いた。その結果、ペプチドへの紫外線照射によりOHラジカルのみならずCOOラジカルも同時に発生しており、これらが、象牙質コラーゲンに紫外線照射による架橋形成に関わっていることが確認された。歯の象牙質の機械的強度に加熱・紫外線および架橋材が及ぼす影響を明らかにすることが本研究の主目的であるが、加熱・紫外線・架橋材複合処理で象牙質のコラーゲン繊維に起ると推察される化学変化の詳細は明らかではないため,コラーゲン強化メカニズムを検索することが本年度の目的である.本年度は、コラーゲン分子間架橋材として、アルデヒド属の細胞毒性が懸念されてきたカルボジイミドにかわり、生体親和性の高いビタミンBの一種であるリボフラビンを採用し、その強化効果を詳細に検討した。すなわち、リボフラビン励起UVA架橋処理を施した象牙質のコラーゲン分子間架橋形成量と機械的強度の相関を、高速クロマトグラフィーおよび顕微ラマン分光分析による架橋定量と、曲げ試験および引張り試験より分析した。そこではUVA照射により必然的に45Cまで温度上昇するため、加熱・紫外線・架橋材の相乗効果を検討したことになる。臨床応用可能なリボフラビン励起UVA架橋の最適処理条件として、0.1%リボフラビン水溶液にヒト象牙質試料を浸漬し365nmUVAを1600mW/cm^2にて10分照射したところ、曲げ強さは最大2倍に増加し、破壊靭性も1.4倍に増加することがわかり、加熱・紫外線・架橋材複合処理で象牙質が脆くなることなく強化できることが証明された。続いて、高速クロマトグラフィーにて加熱・紫外線・架橋材複合処理により分子間架橋が形成されていることを確認すると同時に、顕微ラマン分光分析にてプロリンおよびハイドロキシプロリンの関わる架橋形成がなされたことが示され、そこにはUVAにて励起されたラジカルに関わる超短期の反応である可能性が示唆された。

歯の象牙質の機械的強度に加熱・紫外線および架橋材が及ぼす影響を検討した結果、リボフラビン励起UVA(長波長紫外線)による架橋処理を施すことで、象牙質の曲げ強さおよび破壊靭性がそれぞれ2倍および1.4倍に増加することがわかった。0.1%リボフラビン水溶液による処理後、紫外線照射を行った場合、象牙質表面温度が約45度に上昇するため、加熱・紫外線および架橋材の複合処理であるといえる、その強化メカニズムは、ハイドロキシプロリン部分に発生する励起ラジカルが関わる、超短期の反応である可能が示唆された。現在までに、象牙質を強化する方法として加熱・紫外線および架橋剤による複合効果を検証した。その結果、紫外線照射時には60°C程度の発熱が認められ、紫外線照射によって自動的に加熱の複合効果が得られることがわかった。さらに、紫外線と架橋材との併用効果を調べる上で、当初に計画していたアルデヒド系のカルボジイミドと比較して、生体親和性の高いリボフラビンを光増感剤を代用できることを発見した。そして、紫外線照射およびリボフラビン併用による象牙質の増強効果を確認することができた。さらに、分子レベルでの化学変化メカニズムを、ラマン分光分析、核磁気共鳴法、およびスピン共鳴法にて複合的に解析したところ、紫外線により励起されたラジカルにより、プロリンのC=O結合変化を基軸に新たな分子間結合の創生が起こっていることを確認した。以上の成果により、予定していた実験計画はおおむね順調に進行していると言える。27年度が最終年度であるため、記入しない。歯科保存学最終年度の今年度は、紫外線による架橋形成について、SDS-Pageおよび高倍率透過型電子顕微鏡観察を実施し、分子間架橋の形成を視認することを計画している。さらに、紫外線処理した象牙質のレジン系材料への非着体としての性質を、ナノインデンテーションならびに微小引張り試験にて検証する。以上により、物理・化学複合処理による象牙質の強化法について総括したいと考えている。平成25年度は予定していた、加熱、紫外線、および架橋材のうち加熱と紫外線による象牙質強化の相乗効果をうむ処理条件を確定する事に成功した。これは、3年間の計画の全体の半分以上の成果を占めるものであり、計画自体は順調に進展していると評価できる。当初予定した物品費について、66,837円分少なく決済されたため、次年度に繰越すものとした。加熱、紫外線、および架橋材のうち、まず架橋材による強化効果を確定し、つづいて加熱と紫外線との組み合わせを検討して、それらによる象牙質強化の相乗効果を発揮できる複合処理条件を確定する。以上は、申請時に計画したとおりであり、象牙質の強化メカニズムを明らかにするとともに、失活歯強化法の確立を検討できるものと考えている。繰越す66,837円については、H27年度の物品に加算して使用する計画である。H25年度は加熱と紫外線による物性変化に着目して実験を先行させたため、外注委託にてコラーゲン分析の費用が見積もりより少なくなった。これについては、本年度集中的に実施する予定である。本年度は、昨年度の加熱および紫外線による変化に加えて、架橋材による変化にも着目し、外注委託によるコラーゲン分析を集中的に行う予定である。
手首患部の牽引・掌背屈運動が可能なリハビリテーション装置の開発

本課題では,手関節を牽引しながら掌背屈運動を行うリハビリテーション,すなわち,徒手的掌背屈他動運動が,手関節の拘縮改善に有効なことを確認するとともに,同リハビリテーションが適切に行える装置の設計を行った.まず,以上のリハビリテーションの効果を確認するため,円弧状ガイドレールで手指把持部を手動で掌背屈させながら,その先端を錘により一定負荷で牽引する装置を利用し,複数の被験者で,手関節を構成する手根骨のX線動画撮影を実施し,動態解析を行った.動態解析では,手関節を構成する,橈骨と月状骨がなすR-L関節と,月状骨と有頭骨がなすC-L関節,それぞれの角変位の手関節全体の角変位に対する割合を寄与率として算出した.その結果,非牽引の場合, C-L関節の寄与率が高く,背屈時はR-L関節の寄与率が高いことを確認した.これに対し,牽引力が25Nの場合,掌屈時におけるR-L関節の寄与率が平均で約11%増加し,統計にも有意な増加を確認した.一般に,手関節の罹患後はR-L関節に拘縮が生じやすいことから,牽引しながらの掌背屈他動運動はR-L関節の可動域を拡大し,拘縮の改善に有効であることが明らかとなった.次に,牽引力を30,50Nとして同様の測定を行った.その結果,非牽引に対して牽引力を30Nとした場合, R-L関節の寄与率が約14%上昇するのに対し,牽引力を50Nとした場合, 30Nの場合に比べ約4%の上昇となることを確認した.よって,患者およびOTの負担の観点からリハビリテーションに適した牽引力は2530Nの範囲であることが明らかとなった.さらに,装置の小型,安定化を図りリハビリテーション装置として応用するため,以上の結果を基に,錘による牽引を電動シリンダに置き換えるための選定を行うとともに,装置の改良を行った,今後は開発した装置のリハビリ機器としての有用性を検討していく.本課題では,手関節を牽引しながら掌背屈運動を行うリハビリテーション,すなわち,徒手的掌背屈他動運動が,手関節の拘縮改善に有効なことを確認するとともに,同リハビリテーションが適切に行える装置の設計を行った.まず,以上のリハビリテーションの効果を確認するため,円弧状ガイドレールで手指把持部を手動で掌背屈させながら,その先端を錘により一定負荷で牽引する装置を利用し,複数の被験者で,手関節を構成する手根骨のX線動画撮影を実施し,動態解析を行った.動態解析では,手関節を構成する,橈骨と月状骨がなすR-L関節と,月状骨と有頭骨がなすC-L関節,それぞれの角変位の手関節全体の角変位に対する割合を寄与率として算出した.その結果,非牽引の場合, C-L関節の寄与率が高く,背屈時はR-L関節の寄与率が高いことを確認した.これに対し,牽引力が25Nの場合,掌屈時におけるR-L関節の寄与率が平均で約11%増加し,統計にも有意な増加を確認した.一般に,手関節の罹患後はR-L関節に拘縮が生じやすいことから,牽引しながらの掌背屈他動運動はR-L関節の可動域を拡大し,拘縮の改善に有効であることが明らかとなった.次に,牽引力を30,50Nとして同様の測定を行った.その結果,非牽引に対して牽引力を30Nとした場合, R-L関節の寄与率が約14%上昇するのに対し,牽引力を50Nとした場合, 30Nの場合に比べ約4%の上昇となることを確認した.よって,患者およびOTの負担の観点からリハビリテーションに適した牽引力は2530Nの範囲であることが明らかとなった.さらに,装置の小型,安定化を図りリハビリテーション装置として応用するため,以上の結果を基に,錘による牽引を電動シリンダに置き換えるための選定を行うとともに,装置の改良を行った,今後は開発した装置のリハビリ機器としての有用性を検討していく.
Kthの理論的予測法と微小き裂の疲労き裂伝播寿命の予測法に関する研究

疲労き裂材の1サイクル中のき裂開閉口挙動を考慮し、微小なコンプライアンス変化がどのような物理的現象により生じるか考察した。その結果、き裂先端近傍に塑性ひずみの蓄積が生じなければ疲労き裂は成長しないと考えられるので、負荷過程においてき裂先端に引張塑性域が形成され始める荷重(RPG荷重)以上の荷重振幅に対応する応力拡大係数範囲(△KRp)が疲労き裂伝播速度を律するパラメータとなるべきことを提案した。そして、除荷弾性コンプライアンス法によりこの微小なコンプライアンス変化を高精度で測定し、疲労き裂伝播試験を全自動で行なえる試験システムを開発した。また、負荷過程と除荷過程の微小なコンプライアンス変化を比較することにより、RPG荷重およびき裂開閉口荷重を決定できることを明らかにした。そこで、種々の疲労き裂伝播試験を実施し、△KRpの有効性を検討した。長いき裂に対しては、疲労き裂伝播速度におよぼす応力比の影響を定量化できること、低△KRp領域でもstageII領域と同じ疲労き裂伝播則が成立することを示し、△Kthは材料定数でないことを示した。また、切欠底から発生・伝播する物理的微小き裂に対しては、切欠底で表面き裂として疲労き裂が発生・伝播することを考慮すると、長いき裂の疲労き裂伝播則が成立することを確認した。さらに、ミクロ組織的微小き裂の疲労き裂伝播挙動を考察することで、き裂長さ0の状態からミクロ組織的き裂→物理的微小き裂→長いき裂に至る過程を△KRpという同一理論体系下で発生および伝播を区別することなく任意のき裂長さまで寿命評価する手法を示し、き裂成長曲線において推定値と実験値が良く一致することを確認した。そして、き裂閉口の主原因は塑性誘起き裂閉口と考え、このき裂閉口現象をシミュレートする任意応力分布下における疲労き裂伝播解析プログラムを開発し、その妥当性を示した。疲労き裂伝播中の1サイクル中のコンプライアンスの微小な変化挙動の考察を行い,き裂が停留するのは負荷の最大値が離散的に減少する結果,次のサイクルで弾性挙動しかしない場合に生じることを考察した。塑性挙動をおこす下限の荷重をRPG荷重と定義し,このRPG荷重を計測するために高精度で微小なコンプライアンス変化を計測できる試験システムを新たに開発した。この試験システムを使用してCT試験片で計測した結果,長いき裂に対してはき裂開口荷重<RPG荷重<き裂閉口荷重という関係が存在し,き裂成長中ステ-ジIIではこれらの荷重は一定値をとるが,ステ-ジIIIに入る直前からこれらの荷重は減少していくことが判明した。一方切欠試験片では初期にはき裂が開口するため,き裂開口荷重およびき裂閉口荷重は負荷の最小荷重より小さく,いわゆる有効荷重範囲は,外力による荷重範囲と等しくなるが,RPG荷重は最小荷重よりも大きく,き裂成長とともに減少しあるところで一定値を示すようになる。他方き裂開口荷重およびき裂閉口荷重はき裂成長とともに上昇しある一定値を示すようになる。そしてこの一定値を示す状態になると(ステ-ジIIに対応すると考えられる)、上記のような関係が成立するようになる。ということが実験的に明らかとなった。そこでこれらの現象を解析的に求めるため、Dugdaleモデルを任意応力分布下のものに拡張し,さらに塑性域には変位連続性をもたせるようにした疲労き裂伝播モデルを作成した。しかし最小荷重で開口する状態では,Dugdaleモデルによる評価は行えないので,最小荷重におけるき裂の曲率半径よりRPG荷重を推定するよう修正を加えることにした。このモデルの正当性を確めるため,弾塑性有限要素法によるき裂伝播モデルも開発し、現在上記手法についての検討を行っている段階である。またき裂が存在しない場合の等価K値についての検討も現在行っている。

そして、き裂閉口の主原因は塑性誘起き裂閉口と考え、このき裂閉口現象をシミュレートする任意応力分布下における疲労き裂伝播解析プログラムを開発し、その妥当性を示した。負荷過程においてき裂先端に引張塑性域が生じだす時点の荷重RPG荷重を計測するため,CT試験片を用いて疲労き裂伝播試験を行い開発した高精度コンプライアンス計測システムにより微小なひずみ変化を計測したところ,ひずみと荷重との間にはたとえ弾性域でも線型関係を有しないことが明らかとなった。そして負荷過程と除荷過程の微小なコンプライアンス変化を比較することにより,RPG荷重,き裂開口荷重およびき裂閉口荷重を決定できることを明らかにした。そして種々の応力比を有するき裂伝播試験を行い,上記3種の荷重と最大荷重の間に対応する応力拡大係数範囲ΔK_<RP>,ΔK_<eff>,ΔK^<cl>_<eff>と伝播速度との関係を調査した。その結果,ΔK_<RP>,ΔK_<eff>ではき裂伝播速度に及ぼす応力比の影響が定量化できるが,ΔK^<cl>_<eff>ではできないことを示した。さらに任意応力分布下における疲労き裂伝播シミュレ-ションプログラムにより計測されたRPG荷重,き裂開口荷重とシミュレ-ション結果を比較したところ,降伏点として両振り繰返し荷重下の値を採用すれば,両者とも実験値と良い一致を示すことが明らかとなった。さらに応力比を一定に保ちながら負荷振幅を漸次減少させる場合と,最大荷重を一定に保ちながら最小荷重を漸次上昇してき裂が停留する領域付近までの疲労き裂伝播試験を行い,RPG荷重,き裂開口荷重,き裂閉口荷重,き裂長さを上記システムにより計測した。その結果ΔK^<cl>_<eff>,ΔK_<eff>とき裂伝播速度da/dNの関係では,見掛上ΔK_<th>に相当する下限界値が存在するが,ΔK_<RP>とda/dNとの関係ではda/dN【approximately equal】10^<-8>mm/cycleという極低き裂伝播速度域まで,両対数グラフ上で直線関係が成立することが明らかとなった。そしてこのΔK_<RP>とda/dN関係を用いて船舶が嵐の中に向かって航行し通りすぎるという嵐モデルの負荷を与えた実験結果を解析したところ,き裂成長曲線の推定が定量的に行い得ていることを確認した。切欠底を円弧状に加工したCT試験片を用いて疲労き裂伝播試験を実施し、切欠底から発生・伝播する微小き裂に対して△K_<RP>と疲労き裂伝播速度の関係を調査した。切欠底から発生するき裂は1結晶粒径程度であり、複数個所から発生したとしてもそのうちのどれか卓越したき裂が成長し、合体後は均衝成長するものと考えられる。そこで、1結晶粒と等しい半径を有する半円形のき裂を発生時のき裂と考え、RPG荷重が最大値あるいは極大値となる時点でアスヘクト比が0となると仮想し、その間はき裂深さに対してアスペクト比が直線的に変化すると仮定した。
食道癌頸胸腹三領域リンパ節郭清後の病態生理

食道癌拡大リンパ節郭清術後の呼吸不全は極めて重篤で、致命的となることも稀ではない。そこで、気管支動脈・迷走神経肺枝温存手術が肺合併症の防止に有用か否かを、実験的および臨床的に検討した。1.犬の実験で、右気管支動脈の温存は頸部上縦隔拡大郭清に伴う気管の阻血を防止し、術後の気管血流の回復も速やかであった。2.犬の実験で、右迷走神経肺枝の温存は食道切除・頸部上縦隔拡大郭清術の手術侵襲に伴う循環不全を軽減した。さらに、肺鬱血(肺動脈楔入圧の上昇)を防止し、肺内水分量の上昇・肺シャント率上昇による呼吸不全も軽減した。3.食道癌三領域(拡大リンパ節)郭清術において、右気管支動脈・迷走神経肺枝温存手術は術後の呼吸・循環不全を軽減し、合併症による在院死亡率を低下させた。食道癌の拡大郭清術では気管支動脈の切断・気管周囲の剥離によって、気管の血流が低下し、しばしば気管の阻血性変化(壊死、潰瘍、ビラン)が認められる。気管支動脈の温存は、気管の阻血を防止する。同様に、この手術では肺や心臓の神経(迷走神経肺枝・心臓枝)が損傷を受け易く、また、肺のリンパ路も遮断されるため、手術侵襲に伴う大量の体液変動によって、循環不全や呼吸不全をきたすことが稀ではない。迷走神経肺枝(心臓枝も)の温存は、呼吸循環系の神経を介する代償機能を保つことによって、循環不全や呼吸不全を防止する。実験的検討:1.気管支動脈温存による気管阻血への影響電解式組織血流計用い、犬の気管支動脈切断と気管周囲郭清による気管血流の変化を検討した。下部気管の血流は両側気管支動脈の切断で前値の1/3に低下した。縦隔気管の郭清で1/6に、頸部縦隔気管の郭清では前値の10%以下となった。右気管支動脈を温存すると、頸部縦隔気管郭清後も血流量の低下は前値の1/2にとどまった。両側気管支動脈切断+頸部縦隔気管郭清犬は5頭中4頭が気管壊死で死亡したが、右気管支動脈温存犬では4頭すべて生存した。水素ガス・クリアランス法による犬の気管血流量の経時的観察では、両側気管支動脈切断+頸部縦隔郭清犬の気管血流は回復せず、全例死亡した。両側気管支動脈切断+縦隔気管郭清群では、低下した血流は2週後まで上昇傾向を見なかった。右気管支動脈温存+縦隔気管郭清群では血流低下も少なく、1週以後回復傾向を示した。2.右気管支動脈・迷走神経肺枝温存手術の呼吸循環動態頸部縦隔気管郭清犬では、気管支動脈・迷走神経切断群のいずれも肺動脈圧・肺動脈楔入圧・血管外肺内水分量の上昇を認めたが、両群間に差がなかった。一方、水分の短期大量付加(80ml/kg/20分)により切断群では血管外肺内水分量の上昇がより顕著であった。臨床的検討:気管支動脈・迷走神経肺枝温存手術の呼吸循環動態手術前日にスワン・ガンツ・カテ-テルとラングウォ-タ-カテ-テルを挿入し、循環諸量と血管外肺内水量を第5病日まで測定した。両側頸部郭清例(胸管結紮切断)は動脈・神経温存群6例、切断2例とまだ症例が少ないが、各測定項目について両群間の差は認められなかった。現在、症例を追加しているところである。1実験的検討:(1)気管支動脈・迷走神経肺枝温存手術の循環動態(第3病日)食道切除+頸部縦隔

気管郭清に右気管支動脈・迷走神経肺枝切断を付加した犬では血圧低下,脈拍上昇. _1S係数・左室および右室仕事係数が低下し.肺動脈圧・肺動脈楔入圧の上昇が顕著であった。過大な手術侵襲により肺欝血と末梢低潅流の両者がみられる循環不合が考えられた。一方.右気管支動脈・迷走神経肺枝温存犬ではこれらの変動がいずれも軽度であり.特に肺動脈楔入圧が術前値と同じであることから肺欝血はほとんどないと考えられた.実際、血管外肺内水分量は切断犬23%の上昇に比べ,温存犬9%の上昇にとどまった。(2)呼吸動態(第3日)切断犬は温存犬に比べ.肺胞動脈酸素格差(AーaDO_2)、シャント率(Qs/Qt)、呼吸指数(RI)が有意に上昇し、より高度の低酸素血症をきたした。一方多種不活性ガス洗出し法による換気/血流分布の検査では、切断犬において換気/血流比の上昇が顕著で迷走神経切断による肺動脈血流の低下が推測された。(器械呼吸下のため換気量は一定と仮定した。).2臨床的検討、食道癌三領域リンパ節郭清例を対象に術後の呼吸循環動態を経時的に観察した。右気管支動脈・迷走神経肺枝切断例では温存例に比べ.血圧低下(04病日)、脈拍上昇(0ー4病日)圧室仕事係数の低下(0病日).肺動脈圧の上昇(0ー2病日).肺動脈楔入圧の上昇(0ー1病日)がより顕著であった。血管外肺内水分量の上昇(1病日)は両群間に差を認めなかった。以上より気管支動脈・迷走神経肺枝切断により.左室機能低下などによる循環不全に対する心・血管系の代償不全(vasoparalysis)をきたし,肺欝血によって肺内水分量が上昇し,microate lectasisなどによる肺シャントの増大が呼吸不全の一周と考えられた。
環境水中の有毒化学物質の計測のための分子鋳型の開発と応用

まず、分子認識能を有する還元型グルタチオンに対するMIPの調製に成功した。次に、ワルファリン(WF)およびその塩素置換体であるクマクロール(CC)に対するMIP(MIPWFおよびMIPCC)を調製したところ、MIPCCはMIPWFよりもWFを選択的に認識した。さらに、安息香酸(BA)およびその塩素置換体に対するMIPについて検討したところ、3-および4-Cl BA、3,4-および3,5-diCl BAに対するMIPは、BAに対するMIPよりもBAを選択的に認識したことから、テンプレート分子の置換基の数および位置が分子認識能に影響を与えることが示唆された。環境水中の有毒化学物質の計測のための分子鋳型の開発のために,まず,親水性の化合物に対する分子インプリントポリマー(MIP)の調製法について検討した.親水性化合物として,還元型グルタチオン(GSH)をテンプレート分子とするMIPを,沈殿重合法により調製した.テンプレート分子に少量の水に溶解したGSH (0.75-3 mmol),機能性モノマーにメタクリル酸(1.5-6 mmol),架橋剤にジビニルベンゼン(28.8 mmol),重合開始剤に2,2′-アゾビス(イソブチロニトリル) (1.9 mmol),希釈剤にアセトニトリルとトルエンの混液(3:1)を用いて,60 °Cで16時間重合した.また,比較のためにテンプレート分子を用いないで同一条件下で重合したノンインプリントポリマー(NIP)も調製した.調製したMIPおよびNIPをステンレス製カラムに充填し,移動相に水とアセトニトリルの混液を用いて, GSHに対する保持能および分子認識能をHILICモードでHPLCにより評価した.得られたMIPは球状であり,重合時のテンプレート量および機能性モノマー量について検討したところ,GSH 3 mmol,MAA 6 mmolで調製したMIPで最も高い保持を示した.GSHの保持に対する移動相中のアセトニトリル含量の影響を検討した結果,アセトニトリル含量を増加させると,GSHに対する保持は増加した.一方,得られたMIPは酸化型グルタチオンに比し,GSHを選択的に認識できることがわかった.これらの結果は,沈殿重合法によりGSHに対するMIPの調製が可能であり,MIPのGSHの保持および分子認識には親水性相互作用が重要な役割を果たしていることを示唆している.次年度より,上述の調製法を用いて有毒化学物質に対するMIPの調製を行う予定である.近年、医薬品による環境水汚染が問題となっている。そこで、抗凝固剤として頻用されているワルファリンに対する分子インプリントポリマー(MIP)を環境水中のワルファリンの選択的濃縮分析に適用するために、本年度は、ワルファリンに対するMIPを調製し、その保持能および分子認識能を評価した。ワルファリンをテンプレート分子としたMIP (MIP・WF)の調製には多段階膨潤重合法を用い、種粒子にポリスチレン粒子、機能性モノマーに4-ビニルピリジン、架橋剤にエチレングリコールジメタクリレート、重合開始剤に2,2'-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル、希釈剤にトルエンを用いた。また、テンプレート分子を用いないで同一条件下で重合したノンインプリントポリマー(NIP)も調製した。得られたMIPおよびNIPをステンレス製カラムに充填し、ワルファリンとその構造類似化合物(クマクロール、クマリン)に対する保持能および分子認識能を評価した。MIPの分子認識能の評価には、保持係数の比で定義したインプリント係数を用いた。調製したMIPおよびNIPは、球状で粒子径均一なポリマーであった。液体クロマトグラフィーにより評価したところ、MIPは、クマリンに比べてワルファリンとクマクロールを選択的に認識できることがわかった。また、ワルファリンの構造類似体であるクマクロールをテンプレート分子としたMIP (MIP・CC)も調製したところ、MIP・CCはMIP・WFに比べて、ワルファリンとクマクロールに対して高いインプリント係数を与えた。以上より、多段階膨潤重合法によりワルファリンに対するMIPの調製が可能であることがわかった。さらにワルファリンにクロロ基が付加されたクマクロールに対するMIPの方がワルファリンを選択的に認識できることが明らかとなった。分子インプリントポリマー(MIP)は、目的物質を特異的に認識することが可能であり、MIPを前処理カラムとして用いることで環境水中の有毒化学物質の選択的濃縮分析への応用が期待される。本年度は、鋳型分子に対してにより特異的な分子認識能を示す分子インプリントポリマーを調製するために、置換基が分子認識能に与える影響について検討した。安息香酸およびその塩素置換体に対するMIPを多段階膨潤重合法により調製し、その保持能および分子認識能を評価した。また、比較のためにノンインプリントポリマー(NIP)も調製した。得られたMIPおよびNIPをカラムに充填し、安息香酸およびその塩素置換体に対する保持能および分子認識能を移動相にリン酸ナトリウム塩緩衝液とアセトニトリルの混液を用いてHPLCにより評価した。なお、MIPの分子認識能の評価には、保持係数の比で定義したインプリント係数を用いた。安息香酸をテンプレート分子として調製したMIPは、安息香酸に対して分子認識能を示した。また、3-および4-クロロ安息香酸、3,4-および3,5-ジクロロ安息香酸をテンプレート分子として調製したMIPでは、安息香酸をテンプレート分子としたMIPに比して、高いインプリント係数を与えた。

これらの結果より、安息香酸およびその塩素置換体に対するMIPにおいて、置換基の位置および数が、テンプレート分子と機能性モノマーとの相互作用に影響し、異なる分子認識能を与えることが示唆された。クロロ基以外の置換基がMIPの分子認識能に与える影響については今後の検討課題である。まず、分子認識能を有する還元型グルタチオンに対するMIPの調製に成功した。次に、ワルファリン(WF)およびその塩素置換体であるクマクロール(CC)に対するMIP(MIPWFおよびMIPCC)を調製したところ、MIPCCはMIPWFよりもWFを選択的に認識した。さらに、安息香酸(BA)およびその塩素置換体に対するMIPについて検討したところ、3-および4-Cl BA、3,4-および3,5-diCl BAに対するMIPは、BAに対するMIPよりもBAを選択的に認識したことから、テンプレート分子の置換基の数および位置が分子認識能に影響を与えることが示唆された。ワルファリンまたはワルファリンの構造類似体であるクマクロールをテンプレート分子として、ワルファリンを認識できるMIPを調製することができた。しかし、調製したMIPが、環境水中の選択的濃縮への適用が可能かについては、今後、検討していく必要がある。化合物に対する分子インプリントポリマーの調製とその応用ワルファリンの構造類似体であるクマクロールをテンプレート分子として調製したMIP・CCが、ワルファリンをテンプレート分子として調製したMIP・WFに比べて高いインプリント係数を与えたことから、今後、置換基が分子インプリント効果に与える影響について検討する予定である。またこの置換基の効果を利用して、環境水汚染物質であり内分泌撹乱作用を有するビスフェノールAに対するMIPの調製法について検討する。さらに、得られたMIPの環境水汚染物質の選択的濃縮分析への適用についても検討予定である。環境水中の有毒化学物質に対するMIPを調製するのために,まず親水性化合物に対する重合条件の検討を行った。その結果,効率のよいインプリント効果が発現する調製法を確立できたが,調製法の確立に時間を要し,残留性有毒化学物質の構造類似体を疑似鋳型分子として用いたMIPはまだ調製できていない.今後、調製し、最適化していく必要がある.研究を進める上で必要な器具・試薬などが足りていたため。今後は,環境水中に含まれている残留性有毒化学物質の構造類似体を疑似鋳型分子として用いて,多段階膨潤重合法あるいは沈殿重合法により調製する.得られたMIPの粒子表面の親水化を,親水性モノマー,あるいは,MIP調製時に,エポキシ基を有するモノマーを用いて共重合させることにより行う.親水化条件を最適化し,テンプレート分子の非特異的吸着を抑える系を確立する.また,調製したMIPを前処理カラムとして用い,環境水中の有毒化学物質の選択的濃縮に適用可能か検討する.分子インプリントポリマーの調製、評価および選択的濃縮分析への適用にあたり、必要な試薬、有機溶媒、器具類(ガラス器具、充填用カラム)などの購入を予定している。
児童生徒の発達段階に対応した平和教育プログラムの開発と評価

I2011年:(1)小学校から高等学校まで広島市の公立学校で導入される平和教育プログラムの枠組みを構築した。(2)平和教育プログラムの効果を測定するために平和教育に関する知識、平和に対するイメージ、平和概念、平和社会構築への意欲に・関心を測定する質問紙を作成した。II2012年:平和教育プログラムの枠組みに応じて作成された教材や指導案に応じて実行されたプログラムの効果を平和教育に関する質問紙を小学生、中学生、高校生を対象に実施した。III2013年:平和教育プログラムを担当した小学校・中学校・・高等学校教師に質問紙と面接で本プログラム評価を行った。本研究の目的:平成23年度に本研究で作成した、広島市公立学校共通の「広島市公立学校『平和教育プログラム』の効果を検証し、本プログラムをさらによりよいものに改善していくための基礎資料を得る。I「平和教育プログラム」が小学生・中学生・高校生の平和に関する認知・平和社会構築への意欲・関心に及ぼす教育効果についての研究と、II「平和教育プログラム」実践者である小学校・中学校・高等学校教員を対象に使用した教材(広島平和ノート)及び平和教育プログラムの指導案への評価研究。I「平和教育プログラム」が小学生・中学生・高校生の認知・意欲・関心に及ぼす教育効果研究:調査対象者;2年生から6年生までの小学生548名、1年生から3年生までの中学生、計420名、1学年から3学年までの高校生計180名、総計1146名。研究計画;平和教育プログラム実施前後で同一の質問紙で測定するプリ・ポスト研究計画。質問紙の構成;小学校低学年(平和学習で学んだこと17項目)、小学校高学年生から高校生(知識問題4項目、平和学習で学んだこと17項目、平和構築意欲関心15項目)。主な結果;小学生、中学生、高校生の順で広島以外に原子爆弾が投下されたこと、平和学習の重要という認識が促進されていた。II教員の平和教育プログラムに対する評価:平和教育プログラム実施後、小学校教師51名、中学校教師67名、高等学校教師33名。面接法及び質問紙法により測定。主な結果;190%以上の教師が児童・生徒が積極的に参加したと評価。2各校種の教師が教材の資料、学習内容、指導案の展開に改善する必要があると評価。資料の精選、児童生徒が相互に意見交換するなどの指導展開の重点化が必要であると考察された。本研究の目的は広島市で開発した平和教育プログラム(教材、教育方法を含む)に対する事業評価を平成23年度から平成25年度まで学習者の態度変容及び、教師の教えやすさについての評価から本平和教育モデルプログラムのを構築するところにあった。平成23年度は平和教育プログラム評価のために1)被爆に関する知識(5項目)、(2)原子爆弾に関する(2項目)、(3)原子爆弾に関する情報源(3項目)、(4)平和社会の評価と社会構築への動機(30項目)、(5)原子爆弾についてのイメージ尺度(24尺度)からなる評価表の作成を行った。平成24年度は小学生、中学生、高校生1146名を対象に平和教育プログラムの実施前後で「原子爆弾に関する知識」、「平和学習で学んだこと」、「平和社会構築への意欲」の知識、態度変容を測定した。平成25年度は1平和教育プログラム」に基づき授業を担当した教員151名を対象に「平和教育プログラム」終了後、本プログラムを構成している1単元内容、2教材内要、3配分時間等について、作成した事業評価尺度により自己評価させた。主な結果は次の3点である。(1)前校種の7割強、小学校にあっては9割の教員が本プログラムの学習内容は発達段階に適していると評価していた。(2)前校種の7割強の教員が本プログラムは平和社会形成者に必要な知識・能力を身につけるのに連なると評価していた。(3)各校種とも改善すべき本プログラムは1補助資料、2学習内容、3サンプルの指導案の展開・発問であった。資料の精選と指導展開の重点化か必要であることが判明した。一方「主体的に取り組める内容」、「ESDの支店を意識した内容については比較的改善の指摘はみられなかった。本研究の目的は、道徳性発達理論に基づき、平和教育のフレームワークの構築にある。学術的には、平和概念が年齢発達に伴い形成されていくのかを明らかにするところにある。また、教育的にはこの健やかな「平和」概念を育成するための「平和教育」カリキュラムを構築するところにある。この目的を達成するために次ぎの研究計画に従い、研究を実施し、下記のような実績を得ることができた。1.道徳性発達理論に従い、年齢発達段階に即した「平和概念」の構築2.1の「平和概念」に従い、平和概念尺度(小学低学年版・小学中学年版・小学高学年版、中学生版、成人版の作成