hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
不飽和土を内包する地盤力学への展開と巨大地震に対する地盤～土構造物の耐震性評価

東日本大震災では,埋立地やその上の土構造物に対して,発災時点での研究の枠組みでは対応しきれない地盤力学/工学上の課題が浮き彫りになったが,これらの多くは,メカニズム解明が十分とは言えない不飽和土に関する事項であった.そこで,従来の水土骨格二相系解析コードを拡張整備し,慣性力にも対応する空気水土骨格連成(三相系)有限変形解析コードを用いた地盤土構造物系の耐震性評価を主たる研究目的とした.力学試験・模型実験と数値解析との対比から,解析コードの妥当性確認・高度化を行ったうえで,東日本大震災の土構造物の被災メカニズムの検証,南海トラフ巨大地震における土構造物の耐震性能照査を実施した.1社会基盤施設の耐震性再評価と耐震強化技術の再検討(前申請課題における最終年度の課題の完遂)人工島としては名古屋港ポートアイランドをはじめとする具体の社会基盤施設とともに,土構造物としては濃尾平野の代表的地層を模擬した軟弱地盤上の河川堤防について耐震性を評価した.既往の被害予測手法は地震時安定性評価に主眼が置かれ,地震後の長期継続する地盤変状を予測することはできない.また,粘性土層はすべて弾性体としてモデル化するため地盤変状を過小予測するだけでなく,実際の地震発生時に予測を超えた変状が発生して甚大な被害に繋がりかねない.特に重要構造物や軟弱地盤の耐震性評価の際には,既往の予測手法に加えて,本解析技術による評価も並行して実施することで,予測精度の向上とともに,被害の見落としを防ぐ役割を果たすことが可能となることを示した.2空気水土骨格連成有限変形解析による「不飽和土ならではの挙動」の把握密な砂の正のダイレイタンシーに着目し,初期飽和度が99.9%で事実上「飽和土」と見なされる密詰め砂供試体の側圧一定・非排水(・非排気)三軸試験のシミュレーションを実施した.背圧が不十分な場合は,間隙水圧が正から負へと転ずるあたりから空気の存在による体積膨張が顕著になるため,供試体は不飽和土として挙動して軸差応力の伸びが見られなくなることを示し,過圧密土では空気の存在が少量であっても力学挙動に大きな影響を与えることを指摘した.また,比較的単純な条件下において粘土地盤上の不飽和盛土の施工時・地震中・地震後の挙動を調べた結果,盛土下部の閉封飽和域の形成過程を再現するだけでなく,地震時に生じる粘土地盤の塑性圧縮に伴う過剰水圧の上昇によって,地震後には時間をかけて不飽和盛土内の水位が上昇することを新たに示した.こうした解析結果を手掛かりに,今後は詳細な解析断面や現地材料を想定した耐震性評価を行う.1空気の圧縮性に着目した不飽和砂供試体の三軸圧縮試験の実施:空気の圧縮性が力学特性に与える影響を把握するために,B値が100%を下回る状態を作為的に作りだし,サクションが事実上ゼロと見なせる密詰め砂供試体の非排水三軸圧縮試験を実施した.非排水せん断強度は飽和度が高いほど大きく,空気の存在がむしろ土のせん断強度を弱めるといった実験事実を示すとともに,供試体の要素試験を初期値・境界値問題と捉える立場で実施した空気水土骨格連成計算から,空気混入による強度低下を空気の圧縮性の効果として説明した.2軟弱粘性土地盤上の河川堤防築堤に伴う閉封飽和域の形成とその地震応答解析:東北地方太平洋沖地震では基礎地盤の液状化だけでなく,閉封飽和域の液状化に起因する堤体被害が数多く見られた.そこで,名古屋市内の軟弱粘性土地盤上に築造された河川堤防を対象に地震応答解析を実施し,1)築堤に伴う圧密沈下によって堤体下部に閉封飽和域が形成されること,2)閉封飽和域が地震時に液状化すること,を再現するとともに,3)鋼管矢板の根入れを深くすることで堤体の側方流動を抑えることができること(鋼管矢板締切り工法の有効性),などを示した.3複合外力(浸透・地震)下での河川堤防の耐震性評価:南海トラフ巨大地震による被害が危惧される庄内川堤防を対象として,複合外力下での耐震性能照査を実施した.その結果,1)当該地盤では地震中に基礎地盤内の砂質土層が液状化して堤体の沈下や側方流動が生じること,2)豪雨や台風によって河川水位が高いと堤体が川裏側に強く押されて,堤防近傍の住宅や構造物の被害が拡大する危険性があること,3)堤防天端の沈下量は河川水位によらず3m程度と大きく,洪水時や津波来襲時など,高河川水位状態であると堤防高が河川水位を下回って越水し,堤内地が浸水する恐れがあること,を示した.1不飽和状態にある堤体の地震後の水位上昇現象の再現浸透条件下での地震応答解析を実施し,堤体の圧密沈下に伴う閉封飽和域の形成過程の再現とともに,地震前地震後の浸潤面の変動について検討した結果,1地震後に盛土内の水位が上昇するため,元々の地下水位が高いと盛土内に浸潤線が現れること,2一度上昇した水位は,地表面および盛土表面に設定した全水頭境界によって地震後に時間をかけて元の位置に戻ること,などを示した.東日本大震災において被災後に実施された河川堤防の調査から,被災断面の堤体下部に地下水面が存在しているのに対して,無被災断面の堤体下部には地下水面が存在しないことが随所で確認されており,地下水面と被災の程度が議論されている.

本解析結果で示す地震後に堤体内に見られた上に凸の浸潤面は,従来の考え方のように地震前にその状態にあったのではなく,地震動によって現れた可能性を新たに指摘した.2入力振動数の違いに着目した盛土造成斜面の1G場振動台実験地震時における盛土造成斜面の変状メカニズム解明の一環として,振動数の影響を確認した.その結果,模型地盤の固有振動数と等しい振動数が入力された場合は,入力加速度の増加に伴って,盛土中央部上部において,盛土材の塑性変形が徐々に進展して剛性低下(水の湧き出しを伴う流動)を引き起こし,部分的な不連続面が形成されること,さらに入力加速度が大きくなると,不連続面が連続した大きなすべり面が形成されて全体破壊に至ることを示した.一方で,固有振動数とは異なる振動数が入力された場合は,所定の加速度までは盛土部は一様に揺れてほとんど変形しないが,一定以上の加速度が入力された時点で,慣性力によって一気に全体破壊が生ずることがわかった.1不飽和砂・シルト供試体の室内力学試験の実施と解析コードの検証・高度化2東日本大震災の被災事例を対象にした不飽和土構造物・埋立地の変形・崩壊メカニズムの解明3振動台模型実験の実施4海溝型強震動の効果,洪水との複合災害シナリオ時の不飽和土構造物の挙動の把握1に関しては,昨年度から引き続き,実験精度向上のための工夫を進めるとともに,実験データの蓄積を進めることができた.また,構成式にサクションの効果を組み込み,各種条件下で実施した実験結果との対比からその効果を検証している.今後さらに検証を進め,構成式にサクションの効果を導入する必要性および現状の導入方法の妥当性の確認を進める.24に関しては,特に河川堤防を対象とした複数の地震応答解析を実施した.研究実績でも示したように,従来の考え方では説明することのできていない現象に対して,その発生メカニズムを明確にするとともに,新たな知見を付する成果が得られている.3に関しては,同条件で複数回の実験を行うことで,実験結果の信頼性・再現性を高めることができた.また,入力振動数の違いによって造成斜面の崩壊モードが大きく異なるといった新しい知見も得られており,加速度増幅率という新たな指標の有効性も見出した.以上のように,新しい知見とともに工学的に有用な成果も得ることができており,概ね順調に進展していると自己評価している.1不飽和シルト供試体の力学挙動の把握と解析コードの検証・高度化セラミックディスクと微細多孔質膜の両者を用いて不飽和シルトの排気・排水三軸試験を行い,セラミックディスクの低透水性が供試体の吸排水を阻害している危険性を指摘した.また,三軸試験を初期値・境界値問題と捉える立場で注意深く分析し,空気水土骨格連成有限変形解析を実施した.吸水コラプスはサクション低下時の吸水圧縮挙動だが,サクション一定のせん断時においても現れることを見出すとともに,再現解析から,提案する間隙比依存性考慮の水分特性モデルの妥当性を確認した.また,模型地盤の浸透実験とそのシミュレーションも実施し,本解析手法の浸透場での適用性についても検証した.2共振現象に着目した盛土造成地の振動台模型実験模型地盤の固有振動数と入力振動数の関係に着目した1G場振動台模型実験を実施し,盛土造成斜面の地震時安定性(崩壊に至る加速度の大きさや崩壊モード)は,単に入力加速度の大きさで決まるものではなく,盛土造成斜面の固有振動数と入力振動数の関係に強く依存することを示した.盛土材は繰返し負荷によって塑性変形が進展すると,剛性が低下して固有振動数が小さくなるため,特に入射波の卓越振動数が小さい場合には,共振によって揺れが非常に大きくなり,崩壊に至る危険性が高いことを指摘した.3性能設計開発・実施における本解析技術の利用方法の検討
看護学生の倫理的価値観の変化とその要因

目的:本研究は、倫理的課題に対する看護学生の認知と行動を調査し、学年別の相違および、経年的変化とその要因を明らかにし、教育・指導上の資料を得ることを目的にした。研究対象・方法:A看護大学生、S看護短大生、S看護大学生。調査に使用した倫理的課題は「病名告知」「ケア方針の違い」「対象差別」「臓器移植」「出生前診断」の5事例である。調査方法は、これらの事例を提示し「どのように思いどう行動しようと考えるか」「それはなぜか」を自記式質問紙または、半構成的面接により調査した。更に縦断的に面接調査を実施し、経年的に回答が変化している学生に対しては、変化の理由と影響要因についても調査した。結果:1.倫理的課題に対する認知と行動は、学年別に相違があることや、経年的に変化することが明らかになった。変化の主な要因は、授業や臨床実習、身内の入院経験や介護経験であったが、変化のパターンは様々であった。2.倫理的課題に対する認知は、高学年になるほど、または経年的に、困惑を感じる学生が増える傾向があった。特に理想と現実の狭間でジレンマを感じる学生が増加していた。3.倫理的課題に対する行動は、高学年なるほど、倫理的課題により問題解決行動が増えるケースと、逆に傍観者的行動が増えるゲースがあった。4.どの学年でも、「学生の立場」や「医療チームの方針」は、倫理的課題に対する行動を決める上で強く影響していた。また、話し合いにより問題解決をしようと考える学生が多かった。以上の結果から、学年に応じた看護倫理教育の必要性が示唆された。我が国初の脳死後臓器移植の実施など、医療の高度化が進んでいる現代社会の中で、より一層の看護倫理教育の充実が望まれる.本研究者らは、現行の看護倫理教育について、教育者側からの調査結果を既に得ている.本研究においては、(1)倫理的課題に遭遇した際の学生の認識と行動(2)倫理的課題に関する教育に対する認識について検討する目的で、看護学生集団に対する質問紙調査を実施した。研究方法A看護大学学生308名(編入生を除く)、B看護短期大学223名のうち、回答が得られた大学生115名(回収率37.3%)、短大生154名(69.1%)。調査内容は、臨床実習で倫理的課題に学生が遭遇した場面事例を提示し、(1)何を思い、どのように行動しようと考えたのか、それはなぜか、(2)事例に関する授業の有無とその科目名、(3)臨床実習での事例のような経験の有無、について自由記述で回答を求め、留置法(一部郵送法)にて実施した。事例は、先行研究などを参考に、病名告知、看護方針の対立、患者の差別、脳死・臓器移植、出生前診断の5つの倫理的課題を題材とした。結果1.事例に対して「困惑」を感じるとの回答と、「困惑」についての記述が全くない回答に分けられた。また、その状況に直接関与する行動パターンと、傍観者的立場をとる行動パターンとに二分された。2.倫理的課題は複数の授業科目で教育されていることが明らかになったが、多くの学生は倫理的課題に関する授業を受けていないと認識していた。3.事例のような臨床実習経験のない学生がほとんどであった。以上は、分析途中の結果である。今後、学生の認識や行動をより明らかにするために分析を進める。倫理的課題に関する授業科目を受けたと認識する学生と認識していない学生との相違、学年間の相違、大学と短大との相違についても分析を進める予定である。また、質問紙調査では抽出できない学生の考えについて把握するために面接調査の計画も進めている。本研究では、倫理的課題に対する学生の認知と行動の1年次から2年次への変化とその要因を縦断的調査から明らかにし、教育・指導方法の検討資料を得ることを目的とした。

研究対象・方法:1.1年次に質問紙調査に回答して調査に同意したA看護大学2年生と31名と、B看護大学1年生26名に対し、半構成的面接を実施。「癌告知」「方針の対立」を題材とした2事例を提示し、「何を思いどのように行動しようと考えるか」「それはなぜか」を質問した。A大学生には、1年次の自分の回答を示して変化の有無と自覚する変化要因をあわせて質問した。2.昨年度作成した5事例の倫理的課題からなる同じ質問紙を用いて、C短期大学2年生52名に対し、質問紙調査を実施。結果:1.面接調査1)A大学生面接結果および1年次の記述内容から、各事例別に「認知-行動」のタイプを抽出して分類した。各事例共に1.2年次に共通するタイプは少なく、各学年固有のタイプが認められた。多くの学生が1年次から2年次へと「認知-行動」のタイプが変化し、その変化パターンは多様であった。変化の主な要因は実習での実践経験などにあった。他に、教員や指導者との関係や指導内容、授業や近親者の療養、友人関係なども要因として明らかになった。2)B大学生各事例別に「認知」と「行動」について分類を行った。「癌告知」事例に関しては、告知の是非について「認知」し、方針に従って「行動」しようとする学生が多かった。「方針の対立」に関しては、高齢者の介護負担を実感する経験の有無により「認知」内容が左右される傾向があった。多くの学生は、患者の意見を聞いたり、家族との話し合いなど、この状況を変えようとする「行動」を考えていた。2.質問紙調査1年次および2年次の記述内容から、各事例別に分類を進めている。1年次と2年次の変化とその要因をより明らかにするよう、今後分析を進めていく。本研究においては、看護学生の教育課程にともなう(特に臨地実習)倫理的課題に対する学生の認知のしかたと行動の変化を探ることを目的とした。<研究対象・方法>1.1、2年次に調査に協力したA看護大学3年生31名およびB看護系大学2年生26名に対して、半構成的面接を実施した。「がん告知」、「方針の対立」を題材にした2事例を提示し、「どのように考え、どのように行動しようとするが」「それはなぜか」を質問した。2.C看護短期大学3年生50名に対して、5事例の倫理的課題についての認識と行動についておよび臨地実習における倫理的課題への教員による指導内容についての質問紙調査を実施した。<結果>1.面接調査:各大学ごとに、面接時の言語反応をもとに各事例ごとの「認知」、「行動」、「認知-行動」のタイプを分類した。各事例とも1、2、3年次に共通するタイプは少なく、各学年特有なタイプが認められた。多くの学生が「認知」、「行動」、「認知-行動」のタイプが変化し、その要因は実習経験によるとしたものが多かった。2.質問紙調査:そこで臨地実習においてどのような倫理的課題に遭遇したか、本研究で提示した2つの倫理的課題に遭遇した経験、その時臨地実習で具体的にどのような指導が行なわれたか、どのような指導を期待するかについて調査した。この結果については今後分析をすすめていく予定である。看護大学1,2,3年生を対象に、倫理的課題に対する認知と対処方法、及びそれらの影響要因について調査した。
小員環含金属アルキンの合成と反応性

小員環の環状アルキン類は、三重結合周りの歪みのため不安定であり、現在までに単離された炭化水素の環状アルキンは、7員環が最も小さい例だった。私は最近、遷移金属であるジルコニウムを環中に含む5員環アルキン錯体の合成と単離、分子構造の決定に成功した。このユニークな構造を有する化合物の分子構造、反応性について検討した結果以下のことを見出した。1.三重結合に隣接した炭素に置換基を持たない含金属5員環アルキンの簡便な合成方法を見いだし、分子構造を決定することに成功した。その構造は本質的仁置換基のある分子と変わらないが、立体障害が解消された分、むしろ安定な構造を有することがわかった。2.上記無置換ジルコナシクロペンチン錯体と、遷移金属錯体との反応性を検討したところ、低原子価のジルコノセン錯体と速やかに反応して複核の錯体を生成することを見いだした。この錯体はいわゆるジルコノセン-アルキン錯体の構造を有しており、上記ジルコナシクロペンチンがアルキンとしての反応性を有することを示した。また、支持配位子のない系では低原子価のジルコノセンとの反応により対称な二核ブタトリエン錯体を与えることを見出した。3.同族元素のチタン、ハフニウムを含む5員環アルキン錯体の合成と分子構造の決定に成功した。4.ブタトリエン類と、ジルコノセン-エチレン錯体、アルキン錯体との反応により、7員環アルキン錯体が生成することを見出した。遷移金属を含む7員環アルキン化合物は極めて珍しい例であるが、その合成と単離、分子構造の決定に成功した。この錯体は歪んだ7員環構造をとっており、環中の三重結合が金属との相互作用のため金属側に折れ曲がっている。即ち、α-位にアレニリデン基を有する5員環錯体の寄与も含む構造であることが明らかとなった。小員環の環状アルキン類は、三重結合周りの歪みのため不安定であり、現在までに単離された炭化水素の環状アルキンは、含ケイ素6員環が最も小さい例だった。私は最近、金属-炭素の結合が比較的長いことに着目し、4族遷移金属を含む5員環アルキンである、1-メタラ-3-シクロペンチンが安定に合成・単離されることを見出し報告した。この錯体は三重結合の隣に嵩高い置換基を有していたが、一般に環状アルキンにおいては、三重結合に隣接した炭素上に置換基を有すると、その極めて高い反応性を抑える役割を果たすと言われる。しかし今年度の研究の結果、以下のことが明らかとなった。1.三重結合に隣接した炭素に置換基を持たない含金属5員環アルキンの簡便な合成方法を見いだし、この化合物が安定に単離できることを明らかにした。この合成手法はシクロペンタジエニル環上に様々な置換基を有するジルコノセン錯体についても応用でき、その一部については分子構造を決定することに成功した。その構造は本質的に置換基のある分子と変わらないが、立体障害が解消された分、むしろ安定な構造を有することがわかった。

さきにRosenthalらが報草したメタラシクロクムレン錯体は我々のジルコナシクロペンチンと類似の構造を有している。そこにおいても同種核の二核錯体は反応途上の中間体として提示されていたが単離された例がなかった。今回初めて単離に成功したことはこれら錯体群の構造と反応性の関連を考察する上で重要な情報を与えるであろう。我々は近年、遷移金属であるジルコニウムを環中に含む5員環アルキン錯体の合成と単離、分子構造の決定に成功した。しかし同族元素のチタン、ハフニウムを含む類縁化合物については知られていなかった。本年度の研究の成果として、チタンを含む5員環アルキン錯体、チタナシクロペンチンの合成に成功した。ほぼ同時期にドイツのグループが同一の化合物を報告したが、分子構造の決定に成功したのは我々のみである。同じくハフニウムを含む錯体も合成できたが、その構造の決定は今後の検討課題である。また、ジルコナシクロペンチン錯体の反応性について検討し、低原子価のジルコノセンとの反応により二核のブタトリエン錯体を与えることを見出し、その構造を明らかにした。ブタトリエンと二つの金属原子が同一平面上にあり、それぞれの金属にブタトリエンがη^3-形式で配位していた。さらに、ブタトリエン類と、ジルコノセン-エチレン錯体、アルキン錯体との反応により、7員環アルキン錯体が生成することを見出した。遷移金属を含む7員環アルキン化合物は極めて珍しい例であるが、その合成と単離、分子構造の決定に成功した。この錯体は歪んだ7員環構造をとっており、環中の三重結合が金属との相互作用のため金属側に折れ曲がっている。即ち、α-位にアレニリデン基を有する5員環錯体の寄与も含む構造であることが明らかとなった。また、ブタトリエンを基質としてパラジウム触媒を用いることにより高度に共役したエンイン化合物を得られることを見出した。このユニークな構造を有する「ジルコナシクロペンチン化合物」は、低原子価のジルコノセンと1,2,3-ブタトリエンとの反応によって生成する。昨年度の検討で同族元素のチタンを含む類縁化合物の合成と分子構造を報告したが、ハフニウムの分子構造は知られていなかった。本年度の研究の成果として、ハフニウムを含む5員環アルキン錯体の合成とその分子構造の決定に成功した。当初、得られたハフニウム錯体の結晶は非常に細い針状であったため、通常の単結晶構造回折装置では解析データが不十分だった。そこで理化学研究所播磨のSpring-8の高エネルギー放射光を用いた回折データを収集することにより、解析が可能となった。これで4族元素の全てにおいて含金属5員環化合物が生成することが明らかとなった。ジルコニウムの類縁化合物とほぼ同じ構造を有しており、解析精度が高いためより詳細な構造データが得られた。これらの化合物群の結合様式についてはDFT計算に基づいた報告がいくつか提案されているが、議論の余地が残されている。そこで我々は、X線回折を用いて実験的に分子の電子密度を測定することにより、メタラシクロペンチンの構造に関する情報を得た。その結果、この分子においては5員環アルキン構造に加えて、η^4-π,π-配位ブタトリエン構造の寄与が認められた。この実験結果は、上で我々が明らかにした4族元素のメタラシクロペンチン錯体群の比較においても支持された。
ナノ摩擦特性解明のための駆動機構を付与した二軸独立型摩擦力顕微鏡マイクロプローブ

本研究は,マイクロ・ナノ領域のトライボロジー現象の解明および局所的な特性の把握に有効な手段として二軸独立型プローブを用いた摩擦力顕微法を確立するために,動的な測定と探針位置の制御機能を付与することを目的としている.本プローブに,静電気力により駆動する機構を付加することで実現を図る.以下の事項を達成した.1.前年度に引き続きプローブと静電気力を印加するための駆動機構の作製法を検討した.結晶異方性エッチングで作製したプローブの凹構造と駆動部の凸構造をはめあわせ接着固定することで,約2μmのすき間を介して電極を対向させることに成功した.2.市販のAFM装置に組み込んで,電極間に印加した正弦波交流電圧に対応して,プローブが正弦波的に水平変形することを確認した.さらに,両方の電極に同時に正弦波電圧を同周波数・逆位相で印加することで,片方の電極に電圧を印加したときと比較して大きな振幅を得ることに成功した.3.1.9nm厚さの潤滑剤分子を10μm間隔の縞状に分布させた試料上を,正弦的に水平振動させたプローブを走査し,分布に対応した振幅・位相遅れ応答の検出に成功した.さらに,得られた振幅・位相遅れから潤滑膜上での減衰係数を定量化した.また,計画外の成果として,摩擦力検出系の高精度化を行った.すなわち,本プローブでは水平方向の変形量をプローブ先端部に作製した微小溝に光てこ用レーザーを集光し,溝の像を位置検出器に投影し,像の変位を検出して得ていたが,信号量と変形量の較正の精度が低く,開発中のプローブの性能向上に支障が出ることが判明した.そこで,ピエゾアクチュエータでプローブを変形させるために段差構造を用いることで,プローブの変形量を段差構造による押し込み量として信号量との較正を行う方法を考案し,課題を解決した.本研究は,マイクロ・ナノ領域のトライボロジー現象の解明および局所的な特性の把握に有効な手段として摩擦力顕微鏡用の二軸独立型プローブを確立するために,動的な測定と探針位置の制御機能を付与することを目的としている.本プローブに,静電気力により駆動する機構を付加することで実現を図る.今年度は静電気力を付加するためのマイクロ電極部の作製法の確立を目指して以下の事項を達成した.(1)シリコンを用いた結晶異方性エッチングによって,マイクロ電極部構造の試作に成功した.プローブ部の平行板ばねの側面に対向するように,結晶異方性エッチングを用いて側面を精密に垂直とすることに成功した.組み合わせを行う際に,プローブ部とマイクロ電極部の側面が精密に平行になることが期待される.(2)側面や基板下面を金属材料で被膜し,電極部の作製を試みた.(3)マニピュレータによる操作で,プローブ部とマイクロ電極部の組み合わせを行った。また,計画外の成果として,摩擦力の検出精度の高精度化に成功した.本プローブは水平方向の変形を検出するために,プローブ先端部に形成した微小な溝にレーザー光を照射し,溝に対応する像をフォトダイオード上に集光させたものを使用していたが,感度と再現性の精度が低かった.それに対して,レーザーのスポット光の径に対して小さい,傾斜面からなるパターンを着想した.このパターンに対応した領域での反射光は検出器と異なる方向へ反射し再現性が向上することを狙いとし,結晶異方性エッチングを用いて作製に成功した.本パターンによって課題の解決を達成した.本研究は,マイクロ・ナノ領域のトライボロジー現象の解明および局所的な特性の把握に有効な手段として二軸独立型プローブを用いた摩擦力顕微法を確立するために,動的な測定と探針位置の制御機能を付与することを目的としている.本プローブに,静電気力により駆動する機構を付加することで実現を図る.以下の事項を達成した.1.前年度に引き続きプローブと静電気力を印加するための駆動機構の作製法を検討した.結晶異方性エッチングで作製したプローブの凹構造と駆動部の凸構造をはめあわせ接着固定することで,約2μmのすき間を介して電極を対向させることに成功した.2.市販のAFM装置に組み込んで,電極間に印加した正弦波交流電圧に対応して,プローブが正弦波的に水平変形することを確認した.さらに,両方の電極に同時に正弦波電圧を同周波数・逆位相で印加することで,片方の電極に電圧を印加したときと比較して大きな振幅を得ることに成功した.3.1.9nm厚さの潤滑剤分子を10μm間隔の縞状に分布させた試料上を,正弦的に水平振動させたプローブを走査し,分布に対応した振幅・位相遅れ応答の検出に成功した.さらに,得られた振幅・位相遅れから潤滑膜上での減衰係数を定量化した.また,計画外の成果として,摩擦力検出系の高精度化を行った.すなわち,本プローブでは水平方向の変形量をプローブ先端部に作製した微小溝に光てこ用レーザーを集光し,溝の像を位置検出器に投影し,像の変位を検出して得ていたが,信号量と変形量の較正の精度が低く,開発中のプローブの性能向上に支障が出ることが判明した.そこで,ピエゾアクチュエータでプローブを変形させるために段差構造を用いることで,プローブの変形量を段差構造による押し込み量として信号量との較正を行う方法を考案し,課題を解決した.
ポールの大変形特性を考慮した棒高跳び競技の運動力学的解析

棒高跳びの記録向上には競技者の技量に加え,ポールの素材やポール性能(特性)が大きく影響しているため,棒高跳びの跳躍テクニックにはポールの材料特性を精確に把握することが必要になっている.すなわち現今のポールは極めて大きな変形を示すものであり,従来のように跳躍者の訓練によってポールの大たわみ変形特性を体験的に知るだけでは効果的な記録向上に結びつかないため,工学的視点からポールの有する変形特性を調べ,高く跳ぶために如何に効率的に人間機能を発揮させるかの研究が重要となっている.本研究では,跳躍者が備えている能力(助走力:初期水平方向速度,ジャンプ力:初期垂直方向速度),体重およびポール(長さおよび剛性)などが,跳躍高さに及ぼす影響について検討を加えたものである.ポールの解析においては,実際上のポール負荷条件を十分考慮し、跳躍者の右手と左手の保持部分に相当する二点に二つの集中荷重を作用させた場合のポール大変形について微分幾何学上厳密な式を適用して非線形解析した.さらに,跳躍者の運動については跳躍者を質点とする簡単なモデルを構築し,跳躍高さに及ぼすポール性能(長さ,剛性),跳躍者能力(走力等)などの影響を動力学的に解析した.また,これまで考慮されなかったポールの状態,すなわちポールを反転する状態までをも含め,動力学的に解析した.その結果,最高の跳躍高さ獲得に最適なポール(長さおよび剛性)を選択する目安や,ポール操作のテクニックについて新たな知見を得ることができた.棒高跳びの記録向上には競技者の技量に加え,ポールの素材やポール性能(特性)が大きく影響しているため,棒高跳びの跳躍テクニックにはポールの材料特性を精確に把握することが必要になっている.すなわち現今のポールは極めて大きな変形を示すものであり,従来のように跳躍者の訓練によってポールの大たわみ変形特性を体験的に知るだけでは効果的な記録向上に結びつかないため,工学的視点からポールの有する変形特性を調べ,高く跳ぶために如何に効率的に人間機能を発揮させるかの研究が重要となっている.本研究では,跳躍者が備えている能力(助走力:初期水平方向速度,ジャンプ力:初期垂直方向速度),体重およびポール(長さおよび剛性)などが,跳躍高さに及ぼす影響について検討を加えたものである.ポールの解析においては,実際上のポール負荷条件を十分考慮し、跳躍者の右手と左手の保持部分に相当する二点に二つの集中荷重を作用させた場合のポール大変形について微分幾何学上厳密な式を適用して非線形解析した.さらに,跳躍者の運動については跳躍者を質点とする簡単なモデルを構築し,跳躍高さに及ぼすポール性能(長さ,剛性),跳躍者能力(走力等)などの影響を動力学的に解析した.また,これまで考慮されなかったポールの状態,すなわちポールを反転する状態までをも含め,動力学的に解析した.その結果,最高の跳躍高さ獲得に最適なポール(長さおよび剛性)を選択する目安や,ポール操作のテクニックについて新たな知見を得ることができた.1.ポール大変形の理論的解析ポールには跳躍者の体重がかかったり,腕による身体の引き上げ,押し上げの力も作用することから,本研究では,ポールを軸方向の圧縮力と曲げモーメントを同時に受ける弾性体としてモデル化し,種々の負荷条件にあるポールの大たわみ変形について微分幾何学上厳密な式を適用して非線形解析することにより,ポールの水平及び垂直方向変位についてだ円積分を用いた理論解を導いた。導いた理論より次の知見が得られた。(1)ポールに変曲点が現れるようなモーメント(負)を負荷した場合は,モーメントを負荷しない場合よりもポールから大きな反発力が得られる。(2)逆に,変曲点が現れないようなモーメント(正)を負荷した場合は,小さな反発力となる。これらのことから,衝撃を吸収したいポール打突時には正のモーメントを,反発力を得たい跳躍後半では負のモーメントをボールに作用させることが跳躍高さを得るテクニックではないかと推測される。2.ポール大変形のモデル実験装置の試作および予備実験大たわみ変形試験を行い得る実験装置を試作した。試作実験装置は最低限の機能を有するものとしてLMガイドを備えた。試作実験装置を用いて,ポールを模した細長試料(ピアノ線など)の大たわみ変形について予備実験を行い,実験装置の不具合,改良点の検討を行った。棒高跳びの記録向上には競技者の技量に加え,ポールの素材やポール性能(特性)が大きく影響しているため,棒高跳びの跳躍テクニックにはポールの材料特性を精確に把握することが必要となっている.すなわち現今のポールは極めて大きな変形を示すものであり,従来のように跳躍者の訓練によってポールの大たわみ変形特性を体験的に知るだけでは効果的な記録向上に結びつかいないため,工学的視点からポールの有する変形特性を調べ,高く跳ぶために如何に効率的に人間機能を発揮させるかの研究が重要となっている.本研究では,跳躍者が備えている能力(助走力:初期水平方向速度,ジャンプ:初期垂直方向速度),体重およびポール(長さおよび剛性)などが,跳躍高さに及ぼす影響について検討を加えたものである.ポールの解析においては,実際上のポール負荷条件を十分考慮し,跳躍者の右手と左手の保持部分に相当する二点に二つの集中荷重を作用させた場合のポール大変形について微分幾何学上厳密な式を適用して非線形解析した.さらに,跳躍者の運動については跳躍者を質点とする簡単なモデルを構築し,跳躍高さに及ぼすポール性能(長さ,剛性),跳躍者能力(走力等)などの影響を動力学的に解析した.また,これまで考慮されなかったポールの状態,すなわちポールを反転する状態までをも含め,動力学的に解析した.
透析患者への動機づけ支援と行動変容プロセスの可視化ツールによる教育システムの構築

研究開始当初の背景生活習慣病対策は国の重要な柱として位置づけられ、国は平成27年度成果目標である糖尿病等有病者・予備軍の25%減少を目途に取り組んでいる。一方、わが国の血液透析患者は30万9千人を超え、国民総医療費の約4%に達している。医療費適正化の取り組みは、糖尿病等の発症あるいは重症化や合併症への進行の予防に重点を置いている。具体的に保健指導の実施については、平成20年4月から生活習慣病予防のための標準的な健診・保健指導プログラムを踏まえ、情報提供、動機づけ支援、積極的支援が行われている。これまでの保健指導の実施にとどまらず、対象者の行動変容を促すことができるようなツールの選択が効果的に保健指導をするために必要とされ、保健指導技術には、対象者の行動変容を促すことができるようなツールおよびシステムの開発が求められている。しかし、これまで医学分野からは取り組まれているが、看護学分野では取り組まれていない。そこで本研究では、透析患者が自己管理の改善および維持、増進するために、看護職が透析患者を対象に行った動機づけ支援と患者の行動変容のプロセスを可視化する既存のツールを改良、その使用効果を検討し、自己管理教育支援システムを構築することを目的とした。本年度はツールを改良するため、研究倫理審査を受ける機関を変更して審査申請書を作成中、タブレットの画面上で操作することを想定してツール手順を検討した。国が目指した平成27年度成果目標である糖尿病等有病者・予備軍の25%減少のその後の実施状況および本研究に係る先行研究を再確認し、引き続き研究を遂行する。本研究は、透析患者が自己管理の改善、維持および増進するために、看護職が透析患者に対して行った動機づけ支援と患者の行動変容のプロセスを可視化する既存のツールを改良し、その使用効果を検討し、自己管理教育支援システムを構築することを目的としている。初年度にあたる本年度は、ツールを改良するために、以下の3点を目標とした。1.ツール手順を検討する。2.ツールに使用するラベルを検討する。3.ツールをソフト化する。1.については、研究倫理審査を受ける準備をしているところである。2.については、ラベルを介してのイメージ、想起することに時間を要した既存のラベルを検討している。対象者がラベルを移動しやすいような形状にする方法について検討している段階である。今後は、新たに作成したラベルを通して何をイメージ、想起するかを一患者、看護師に確認する計画にしている。3.については、上記の1.2.の進捗状況により進んでいない状況である。本研究は、透析患者が自己管理の改善および維持、増進するために、看護職が透析患者を対象に行った動機づけ支援と患者の行動変容のプロセスを可視化する既存のツールを改良、その使用効果を検討し、自己管理教育支援システムを構築することを目的にしている。本年度は、ツールを改良するために、以下の3点を目標にした。1.については、研究機関における倫理・監査のガイドラインの改正に関する研修会(5月26日、8月26日)を受講し、研究倫理審査を受ける準備をしているところである。平成27年度に学会発表されたICTを用いた透析自己管理支援システムに関する報告も参考に、対象者がラベルを移動しやすいような形状にする方法について検討している段階である。3.については、上記1.2.の進捗状況により進んでない状況である。所属機関を変更したため、また倫理・監査のガイドラインの改正に伴う研修会の受講等のため、研究倫理審査を受ける準備や新たなラベルの作成、透析自己管理支援システムに関する学会発表報告も参考に検討しているためツールのソフト化の検討が遅れている。主たる講義の他にも演習・実習について協力しながら教育活動を実施しているため、主に教育活動に関わり、研究活動に使える時間がとれなかった。

本年度はツールを改良するため、研究倫理審査を受ける機関を変更して審査申請書を作成中、タブレットの画面上で操作することを想定してツール手順を検討した。国が目指した平成27年度成果目標である糖尿病等有病者・予備軍の25%減少のその後の実施状況および本研究に係る先行研究を再確認し、引き続き研究を遂行する。研究倫理審査を受ける準備に想定より時間を要したため、新たなラベルの作成やツールのソフト化の検討については、次年度に持ち越しとなった。引き続き、研究倫理審査を受ける準備を行う。既に学会発表報告された方法も参考にして対象者がラベルを移動しやすいような形状にする方法について検討する。ソフト化に向けても引き続き検討する。引き続き、倫理審査を受ける準備を加速させ、ツール手順を検討する。倫理審査の結果を受けるまでの期間に、対象者がラベルを移動しやすいような形状にする方法について検討、ソフト化に向けては平成28年度に実施する評価方略についても併せて検討する。平成26年度から平成28年度に研究地に持ち運んでデータを収集・入力するために必要として予算計上した備品費および研究依頼・調査のための旅費、アプリケーションソフト作成委託費等、計画実施の遅れにより次年度使用額が生じた。平成26年度から研究地に持ち運んでデータを収集・入力するために必要として予算計上した備品費、研究依頼・調査のための旅費およびアプリケーションソフト作成委託費等、計画実施の遅れにより次年度使用額が生じた。予算計上していたノートパソコンの購入および研究依頼・調査、アプリケーションソフト作成・ラベル教材作成の委託、質問紙に係る消耗品、尺度使用登録、通信などに使用する計画である。
西南北海道における火山災害予測と防災に関する基礎的研究

本研究では昭和62年度の有珠山、同63年度の駒ヶ岳につづき、樽前山を対象として火山災害予測と防災に関する基礎的研究を実施した。研究の推進中に、樽前山と同じ後支笏カルデラ火山である恵庭岳も最近に噴火していることが判明したので、このの火山についても研究を行った。それらの成果は次のように要約される。(1)樽前山の噴火と災害予測ー次の3つの可能性が想定される。【○!1】現在の溶岩円頂丘が爆発により破壊する(小中規模噴火)【○!2】上のあと火砕物を放出し、第3の溶岩円頂丘を形成(中規模噴火)【○!3】大規模な降下軽石・軽石流を噴出(大規模噴火)以上3つの噴火のうち【○!3】では降灰量が恵庭市・千歳市・苫小牧市で層厚最大1mに達する可能性があり、高温の軽石流が山麓に流下する危険性がある。また、土石流が降雨により誘発する危険性もある。(2)恵庭岳の噴火と災害予測恵庭岳は従来活火山として注目されていなかったが、噴出物中の木片の放射性炭素年代測定しにより、275±80および195±80年BPに岩屑なだれを伴う水蒸気爆発をおこしたことが明らかになった。したがって、恵庭岳では将来もこのような噴火と岩屑なだれによる災害が予想される。樽前山および恵庭岳の周辺は、都市・リゾ-ト施設・空港・港湾・工場など建設され、これは森林・農地などとともに噴火による被災をまぬがれない。本研究成果には、これまでの降下軽石・軽石流などの噴出物の分布図が付してあるので、これをもとに防災的観点からこの地域の長期的開発計画をチェックすることが減災につながる。噴火記録のない恵庭岳でも17世紀以降に噴火したことが立証された。これは西南北海道の火山が活発なことを示すもので、防災上留意すべきである。
ヒトヘルペスウイルスにおけるウイルス粒子の成熟および発芽過程の機構解明

ヒトヘルペスウイルス6(HHV-6)およびヒトヘルペスウイルス7(HHV-7)の感受性細胞、特にT細胞での感染およびその動態の研究を行い、下記の成果を得た。1.ヒトヘルペスウイルス6(HHV-6)ウイルス粒子を形成するコレステロールは、ウイルスの宿主細胞への侵入過程、特に膜融合過程に重要であることを明らかにした。ウイルス粒子形成過程においてコレステロールが重要である可能性が示唆された。2.ヒトヘルペスウイルス7(HHV-7)がコードするU47遺伝子は、約49から51kDaの大きさであり、Endo HおよびEndo Fで切断され、N型糖鎖によって修飾された糖タンパク質であることが明らかとなった。さらに、他の糖タンパク質である、glycoprotein H(gH)やglycoprotein L(gL)と結合し、ウイルス粒子中に存在することが明らかとなった。即ち、U47はエンベロープ糖タンパクであることが示唆され、ウイルス粒子形成あるいは、ウイルス侵入過程に機能している可能性が示唆された。3.HHV-7がコードするケモカインレセプターホモログであるU12およびU51の機能解析を行った。CCR7あるいはCCR4とU12あるいはU51を共発現させた細胞では、CCR7(CCR4)のリガンドだけでなくCCR4(CCR7)のリガンドの刺激により、細胞内のCa^<2+>濃度が一過的に上昇した。Ca^<2+>シグナル測定結果より、U12とU51はCCR7あるいはCCR4と共に発現させた場合、各々のリガンドによる刺激が増強される傾向にあり、CCR7(CCR4)がU12とU51に何らかの影響を与えている可能性が示唆された。4.HHV-7は、感染細胞においてCD46およびCD59の発現量を上昇させ、感染細胞において協調的に補体の障害性を抑制している可能性が示唆された。ヒトヘルペスウイルスは、ウイルス特異的な宿主レセプターを認識することによってウイルス特異的な細胞に侵入し、その後宿主因子の働きを利用し、ウイルス増殖を行い、子孫粒子を形成していく。即ち、ウイルス粒子の成熟、発芽を行う。本研究では、ウイルス粒子の形成に関わるウイルス側および宿主側因子の同定を行い、その機能を解析することを目的とする。本年度の成果を以下に記す。1.ヒトヘルペスウイルス6(HHV-6)がコードするU14遺伝子産物は、ウイルス感染細胞の中で、感染後期に出現し、ウイルス粒子構成成分のひとつであった。その局在は感染後期にはウイルスエンベロープ糖タンパクと一致した。さらに、ウイルス感染細胞中で宿主因子P53と相互作用し、P53は、ウイルス粒子に取り込まれていた。U14遺伝子がウイルス粒子に存在することより、ウイルス粒子形成過程に何らかの役割を果たしている可能性が考えられた。また、ウイルス粒子内に取り込まれたP53がウイルス感染に果たす役割は現在のところ不明であるが興味深いところである。2.ヒトヘルペスウイルス7(HHV-7)がコードするU47は、同じくβヘルペスウイルスに属するHHV-6,CMVがコードするg0遺伝子のpositional homologである。本研究により、HHV-7 U47は、ウイルス感染後期に出現する糖タンパク質であり、ウイルス粒子中即ちエンベロープに存在していることが判明した。また、ウイルス感染細胞においてウイルスエンベロープを構成するgHとその局在を共にし、相互作用していることが判明した。HHV-7g0はエンベロープに存在し、gHと結合していることから、ウイルスの成熟あるいは侵入過程に何らかの役割を果たしている可能性が考えられた。

ヒトヘルペスウイルス6(HHV-6)およびヒトヘルペスウイルス7(HHV-7)の感受性細胞、特にT細胞での感染およびその動態の研究を行い、下記の成果を得た。1.ヒトヘルペスウイルス6(HHV-6)ウイルス粒子を形成するコレステロールは、ウイルスの宿主細胞への侵入過程、特に膜融合過程に重要であることを明らかにした。ウイルス粒子形成過程においてコレステロールが重要である可能性が示唆された。2.ヒトヘルペスウイルス7(HHV-7)がコードするU47遺伝子は、約49から51kDaの大きさであり、Endo HおよびEndo Fで切断され、N型糖鎖によって修飾された糖タンパク質であることが明らかとなった。さらに、他の糖タンパク質である、glycoprotein H(gH)やglycoprotein L(gh)と結合し、ウイルス粒子中に存在することが明らかとなった。即ち、U47はエンベロープ糖タンパクであることが示唆され、ウイルス粒子形成あるいは、ウイルス侵入過程に機能している可能性が示唆された。3.HHV-7がコードするケモカインレセプターホモログであるU12およびU51の機能解析を行った。CCR7あるいはCCR4とU12あるいはU51を共発現させた細胞では、CCR7(CCR4)のリガンドだけでなくCCR4(CCR7)のリガンドの刺激により、細胞内のCa^<2+>濃度が一過的に上昇した。Ca^<2+>シグナル測定結果より、U12とU51はCCR7あるいはCCR4と共に発現させた場合、各々のリガンドによる刺激が増強される傾向にあり、CCR7(CCR4)がU12とU51に何らかの影響を与えている可能性が示唆された。4.HHV-7は、感染細胞においてCD46およびCD59の発現量を上昇させ、感染細胞において協調的に補体の障害性を抑制している可能性が示唆された。
高性能デコイ微粒子による汎用抗ウイルス剤の開発と粘膜局所製剤への展開

我々は特殊な物性を有するリポソームや高分子ナノ粒子が、宿主細胞へのウイルス感染を強力に抑制することを見出した。この現象は、微粒子自体が細胞のおとり(デコイ)として働きウイルス感染を制御していることが予想され、画期的な感染症薬物治療につながる。しかしながら、ウイルス感染抑制メカニズムについては不明な点が多い。本研究では、生体適合性微粒子によるウイルス感染抑制機構を解明し、臨床応用可能な製剤設計基盤を確立する。微粒子・ウイルス・宿主細胞間相互作用を網羅的に解析し、最も効果的にウイルス感染を制御できる微粒子組成を見出す。本年度はまず、粒子物性の異なる微粒子ライブラリーの構築を行った。ウイルスとの相互作用に大きく影響すると思われる微粒子物性は、コア組成・サイズ・表面修飾剤である。コア微粒子としてリポソーム及びポリ乳酸グリコール酸(PLGA)ナノ粒子を使用した。粒子径、コア組成と表面修飾の組合せが異なる抗ウイルス微粒子を網羅的に調製した。次に培養細胞を用いた微粒子の安全性評価を行った。安全性の高い粒子組成を用いて微粒子による宿主細胞へのウイルス感染阻害・吸着量評価を行った。モデルウイルスとしてバキュロウイルス及びヘルペスウイルスを用いた。その結果、ステアリルアミンなどカチオン性化合物を含む微粒子のウイルス感染抑制効果が高いことを明らかにした。当初計画通り、ナノ粒子の調製とin vitroでのウイルス感染抑制評価を実施し、抗ウイルス作用を有するナノ粒子を複数見出すことができた。次年度以降は、進捗状況に従い前年度の研究を一部継続するとともに、抗ウイルス微粒子の最適化を行う予定である。動物を用いたin vivo実験も実施し、粘膜局所抗ウイルス微粒子製剤の機能評価及び動態特性を明らかにする。今年度実施したナノ粒子のin vitro細胞評価に時間がかかり、in vivo動物実験の予備検討に取り組むことができなかったため、次年度に実施することとした。
微小循環の多元的計測システムの開発

微小循環領域の研究に有用で,汎用性の高い脈管外径・内径・壁厚等の多忙的計測システムを開発した.本研究プロジェクトでは1.イメージセンサによる微小血管径測定法, 2.エリアイメージセンサによる微小脈管像観察・面積計測装置, 3.X線イメージセンサを用いた摘出微小血管内・外径ならびに壁厚測定装置, 4.摘出細動脈血管平滑筋.機械的活動記録法を考案した.各装置,測定法の原理,特性は下記の通りである.1.イメージセンサによる微小血管径測定法の開発.市販の一眼レフカメラおよび実体顕微鏡を利用して, 31000μmの微小血管外径測定装置を制作した.2.エリアイメージセンサによる微小脈管像観察・面積計測装置の開発最近産業用の視覚センサとして注目されている2次元撮像素子エタアイメージセンサを利用して構成が簡易な微小脈管像観察式,微小脈管面積計測装置をせいさくしした.3.X線イメージセンサを用いた摘出微小血管内・外径,壁厚測定装置本装置は(1)X線発生器,可視光源とその制御回路, (2)X線検出一次元イメージセンサ, (3)X線ならびに可視光ビデオ信号処理回路,(4)X線遮蔽箱からなる,すなわち,可視光ビデオ信号処理回路より微小血管外径を求め,血管造影剤を感知して作動されたX線ビデオ信号処理回路出力より内径を測定し,さらに外径と内径の差を差動増幅器で演算し,壁厚を算出する.4.摘出細動脈血管平滑筋の機械的活動記録法摘出したイヌ大腿動脈の縦方向標本はノルアドレナリンで見掛かけ上弛緩反応を呈する.この見かけ上の弛緩反応を利用して,螺旋状片の作製が困難な摘出細動脈標本の機械的活動を定量的に評価する方法を開発した.微小循環領域の研究に有用で,汎用性の高い脈管外径・内径・壁厚等の多忙的計測システムを開発した.本研究プロジェクトでは1.イメージセンサによる微小血管径測定法, 2.エリアイメージセンサによる微小脈管像観察・面積計測装置, 3.X線イメージセンサを用いた摘出微小血管内・外径ならびに壁厚測定装置, 4.摘出細動脈血管平滑筋.機械的活動記録法を考案した.各装置,測定法の原理,特性は下記の通りである.1.イメージセンサによる微小血管径測定法の開発.市販の一眼レフカメラおよび実体顕微鏡を利用して, 31000μmの微小血管外径測定装置を制作した.2.エリアイメージセンサによる微小脈管像観察・面積計測装置の開発最近産業用の視覚センサとして注目されている2次元撮像素子エタアイメージセンサを利用して構成が簡易な微小脈管像観察式,微小脈管面積計測装置をせいさくしした.3.X線イメージセンサを用いた摘出微小血管内・外径,壁厚測定装置本装置は(1)X線発生器,可視光源とその制御回路, (2)X線検出一次元イメージセンサ, (3)X線ならびに可視光ビデオ信号処理回路,(4)X線遮蔽箱からなる,すなわち,可視光ビデオ信号処理回路より微小血管外径を求め,血管造影剤を感知して作動されたX線ビデオ信号処理回路出力より内径を測定し,さらに外径と内径の差を差動増幅器で演算し,壁厚を算出する.4.摘出細動脈血管平滑筋の機械的活動記録法摘出したイヌ大腿動脈の縦方向標本はノルアドレナリンで見掛かけ上弛緩反応を呈する.この見かけ上の弛緩反応を利用して,螺旋状片の作製が困難な摘出細動脈標本の機械的活動を定量的に評価する方法を開発した.微小循環領域に適用できる外径・内径・壁厚・物質交換量等の多元的計測装置の開発の内、今年度は(1)X線イメージセンサを用いた摘出血管内・外径ならびに壁厚連続測定装置を作製した。すなわち、私共は、X線検出一次元イメージセンサがX線と可視光を利用して寸法計測のできる構成の簡易な不可視物体計測装置を製作した。次年度は本装置を摘出細動・静脈標本に適用できるように改良すると同時に、測定用ソフトウェアを開発する予定である。1.X線イメージセンサを用いた摘出血管内・外径ならびに壁厚測定装置,本装置は、(1)X線発生器,可視光源とその制御回路,(2)X線検出一次元イメージセンサ,(3)X線ならびに可視光ビデオ信号処理回路,(4)X線遮蔽箱からなる。遮蔽箱内にはX線発生器,可視光源用スライドプロジェクタ,その直下の光軸上にX線検出イメージセンサが設置されている。このセンサのサーキットボードには1MHzクロック発生器,イメージセンサ駆動インターフェース,フォトダイオード出力検出回路が組み込まれている。寸法の計測は、被測定物をイメージセンサの長軸と直交するようにその受光面上に非接触状態で設置して行う。サーキットボード内で平滑処理されたビデオ信号は、被測定物投影像部分に相当する時間幅が欠落した方形波で、欠落時間幅を計測すれば被測定物の寸法が求まる。すなわち、可視光ビデオ信号処理回路のアナログ出力は8dβの反転増幅器,直流増幅器を経て外径出力となる。一方、X線ビデオ信号処理回路出力も全く同一の利得で増幅を受け、内径として出力される。さらに、外径と内径の差を差動増幅器で演算し、X線測定時のラッチ信号でホールドされるサンプルホールド回路,直流増幅器を経て壁厚として出力する。最後に本装置を摘出したイヌの腎動脈標本に適用し、装置の実用性を吟味した。
神経情報書込の分子機構解明を目指したＣａＭキナーゼ活性プローブ開発と多重可視化

神経情報は、膜電位の上昇下降と神経伝達物質放出によって発生する。そして、神経伝達物質受容に引き続くシナプス電位の変化は、神経細胞内で電気的シグナルと化学的シグナルの両者を生成する。本研究課題では、この化学的シグナルに焦点を当て、化学的シグナル伝達過程を構成する素過程の代表例としてCa2+-カルモジュリン依存性蛋白リン酸化酵素(CaMK)を取り上げ、その酵素活性ダイナミクスが生きた細胞内でどのような実時間変化を遂げるか測定可能な実験システムを開発する。本研究計画の最終年度である平成24年度においては、カルシウムとCaMK活性の同時測定(Ca2+/CaMKII, Ca2+/CaMKIV, Ca2+/CaMKK)、CaMKと脱リン酸化酵素カルシニューリンの同時計測を、単一ニューロン、単一シナプスにおいて実施し、種々の刺激に対する応答チューニング特性を明らかにした。その結果、CaMKIIが、入力周波数のみならず、入力数そのものをも認識するデコーダーであることを明らかにした。また、単一シナプスレベルでのdual FRETを実現して、低周波数刺激ならびに高周波数刺激に応答するシナプスでのカルシニューリン活性化の時空間特性を解明した。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題では、この化学的シグナルに焦点を当て、化学的シグナル伝達過程を構成する素過程の代表例としてCa^<2+>-カルモジュリン依存性蛋白リン酸化酵素(CaMK)を取り上げ、その酵素活性ダイナミクスが生きた細胞内でどのような実時間変化を遂げるか測定可能な実験システムを開発する。本研究計画の初年度である平成23年度においては、単一ニューロン、単一シナプスにおけるFRETイメージング方法論を確立することを試みた。具体的には、FRETレシオ測定による生きた神経細胞における酵素活性ダイナミクスの測定法の改良と最適化するため、これまでに予備的に作出したCaMKII,CaMKI,CaMKK,CaMKIVなどの活性測定プローブの最適化を実践した。さらに、改良したプローブを用い、活性化過程の実時間測定を行った。また、in vitroキナーゼ活性測定とFRETベースの酵素構造変化に基づく活性化動態測定の間の相関について調べた。さらにカルシウムとCaMK、あるいはkinaseとphosphataseの2重酵素活性ダイナミクス測定を実施し、各々の活性化・失活化過程の時定数測定比較等を行った。プローブ作成が計画通りに進捗しているため。異なるCaMK経路の活性化様式の相違や、CaMKカスケード内における活性化機構についてあきらかにしていく予定である。