hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
食事教育コンテンツを用いた生活習慣改善のための行動変容促進に関する研究

本研究では、写真画像の効果に着目し、循環器疾患の予防をめざした自発的な生活習慣改善のため、食事教育コンテンツを用いた行動変容の促進支援システムを構築した。食事教育コンテンツが有する機能では、食品模型(フードモデル)とオンラインデータベースを組み合わせる方法により、患者の意識向上をはかった。システムの試用には至らなかったものの、医師へのヒアリング結果から、構築システムの枠組みが、慢性心不全患者の自己管理支援に応用できる可能性が示唆された。本研究では、循環器疾患の予防をめざした自発的な生活習慣改善のため、写真画像の効果に着目した食事教育コンテンツを用いて患者の意識を高めることで、行動変容の促進を支援することができるシステムの構築を目的とした。構築したシステムは、患者側の入力端末、医療機関側のWebサーバ、医師側のパーソナルコンピュータによって構成される。JSP(JavaServer Pages)技術を使用して、23年度では(1)食事記録コンテンツと(2)食事教育コンテンツの機能を中心に実装した。(1)では、記録方法としてメニュー選択方式を採用し、一汁山菜の考えに沿って、大分類→中分類→メニュー(例:主菜→魚料理→鮭の塩焼き)の手順で絞り込むプログラムを作成した。摂取した料理の1人分の標準的なエネルギー量と補正情報を記録することで、煩雑となりやすい食事情報の入力操作の簡便化をはかった。(2)では、フードモデルの画像情報を専用のオンラインデータベース(DB)に登録して、ブラウザ上からいつでも視覚的に食品量の目安を確認できるように工夫した。DBの管理にはMySQLを利用し、JSPと連携して、フードモデル画像、食品名、正味量が参照できるプログラムを作成した。24年度では、Microsoft ExcelのVBA(Visual Basic for Applications)を使用して、(3)摂取熱量算出コンテンツの機能を実装した。簡単なボタン操作で食事毎の摂取熱量および一日の総摂取熱量を算出し、(1)による食事記録の内容と合わせて、参照フォーム上に結果が反映できるプログラムの作成を行った。参照フォームは、主食、主菜、副菜などの提示を分かりやするために色分けされた6つの領域を含む。システムの評価には至らなかったが、医師からの意見聴取では、構築したシステムの枠組みが心不全患者の自己管理に応用できることが期待された。本研究では、循環器疾患の予防をめざした自発的な生活習慣改善のため、写真画像の効果に着目した食事教育コンテンツを用いて患者の意識を高めることで、行動変容の促進を支援する。このために構築中のシステムは、患者側の入力端末、医療機関側のWebサーバ、医師側のパーソナルコンピュータによって構成される。平成23年度は、下記のコンテンツについて、機能の実装を行った。(1)食事記録コンテンツ:JSP(JavaServer Pages)技術を用いて作成した。記録方法としてメニュー選択方式を採用し、一汁三菜の考えに沿って、大分類→中分類→メニュー(例:主菜→魚料理→鮭の塩焼き)の手順で絞り込む機能を実装した。この方法では、摂取した料理の1人分の標準的なエネルギー量と補正情報が記録でき、煩雑となりやすい食事情報の入力操作の簡便化をはかった。(2)食事教育コンテンツ:食品模型(フードモデル)の画像情報を専用のオンラインデータベース(DB)に登録して、ブラウザ上からいつでも視覚的に食品量の目安を確認できるように工夫した。DBの作成と管理にはMySQLを利用し、JSPと連携して、フードモデル画像、食品名、正味量が参照できるプログラムを作成した。フードモデル画像は、食品名に画像HTMLページをリンクした形で格納する仕組みとした。約80種類の食品名をDBに登録し、そのうちの28種類分を撮影した。(3)摂取熱量提示コンテンツ:ExcelのVBA(Visual Basic for Applications)を利用して、食事記録の内容を表示できる参照フォームを作成した。食事記録のサンプルデータを用意し、食事毎の摂取熱量が計算できる状態となっている。(1)(2)(3)の研究内容は、第18回日本未病システム学会学術総会にて、"食習慣の改善支援を中心とした行動変容促進システムの構築"の演題で発表した。交付申請書では、23年度に(1)食事記録コンテンツと(2)食事教育コンテンツの作成を計画した。(1)については、選択できる食事メニューとして、医師、管理栄養士からの意見聴取に基づき約600品目の料理項目を選定した上で、食事内容を大分類→中分類→メニューの手順で絞り込めるように作成できた。ユーザ側からWebブラウザを介して入力・送信された食事情報を、Webサーバに蓄積・保存する機能の実装も済んでいる。(2)については、フードモデルとして、日常的によく使われる食品から80種類程度を選定した。このうち、炭水化物を中心とした28種類について、80kcalに相当する量を用意し、実物サイズとの比較がより分かりやすい環境条件を決定するため、白背景、黒背景、メジャー付、割り箸付などの条件下で実験的に撮影した。作成したプログラムでは、フードモデル画像そのものはWebサーバのフォルダに格納し、追加・差替えが容易になるよう工夫してある。

予定していた食品に含有される塩分量の表現などは24年度の課題とし、先に24年度に計画していた(3)摂取熱量提示コンテンツの作成を進めることとした。一部コンテンツの作成時期に変更は生じたが、(1)(2)(3)のコンテンツの機能はそれぞれ作動する状態になっており、構築システムの利用による生活習慣改善への意識度の調査と評価にむけた、総合的な進捗状況としてはとくに問題なく、本研究の目的の達成度としては、おおむね順調に進展していると考える。24年度では、食事教育コンテンツの作成において、作業課題として残っている部分に取り組む。23年度に用意した食品写真より、撮影の環境条件を整備し、80kcalに相当する約500種類の食品を6つのグループに分けた『食品交換表』と、それに基づく食品サンプル(レプリカフード)を参考に、使用頻度の高い食品群からフードモデル画像を用意する。この際、食品に含有される塩分量について調査し、食塩で表現することを試みる。また、23年度に機能の一部を作成した摂取熱量提示コンテンツは、すでに実装済みの食事記録コンテンツの機能と連携させて、簡単なボタン操作で一日の総摂取熱量を算出し、参照フォーム上に結果が反映できるようにする。作成した3つのコンテンツを併せて、システムの利用による生活習慣改善への意識度を調査し、評価を行う。この意識度調査および評価は、ボランティアとしての協力者に本人の同意を得た上で、個人の特定ができないように進める。意識度調査の方法としては、35段階評価の記入式アンケート調査および、ヒアリング調査を予定している。なお、協力者がシステムを利用するにあたっては、作業用サーバとは別に新たなサーバを立ち上げ、作成したプログラムを移植し、入力実験専用としてシステムの環境を整備し、意識度調査および評価を実施する予定である。実際に市販されている食品はさまざまであり、一般的な家庭料理や80kcalに相当する食品では、基準となる正味量や食品サイズを理解できるように工夫することが重要である(例:ミカンの80kcalは、"中"の場合2個分に相当し、"小"の場合4個分に相当するなど)。実物の食品を使用したフードモデルの写真撮影に際し、基準となるフードモデルサイズを把握するため、栄養指導などで利用されている食品サンプル(レプリカフード)の購入を予定している。また、写真撮影に使用するデジタルカメラ類、写真画像の加工に使用するソフトウェア、写真データの保存に使用するハードウェア、関連データのバックアップに使用するメディア類の購入を予定している。さらに、ボランティアとしての協力者に、生活習慣改善への意識度の調査および評価を行う際、入力実験専用として、サーバ、無線LANルータ(アクセスポイント)、入力デバイス(携帯端末、タブレットPCなど)などのハードウェア環境を整備する予定である。
タンパク質結晶成長素過程の1分子その場観察による格子欠陥取り込み機構の解明

リゾチーム正方晶系結晶表面上の単位成長ステップ,個々のタンパク質分子,および結晶中の格子欠陥を,新規に作製したレーザー共焦点微分干渉顕微鏡,近接場1分子観察蛍光顕微鏡,および光散乱トモグラフィー顕微鏡を用いてその場観察し,下記の成果を得た.1.流れの効果:強制流下で結晶表面の成長ステップの挙動をその場観察し,流れが結晶表面への不純物の輸送を促進し,ステップを顕著に束化することを見いだした.2.結晶上での表面拡散:結晶表面近傍での蛍光ラベル化リゾチーム分子の拡散運動をその場観察,結晶表面近傍ではバルク溶液中に比べて拡散係数が4桁小さいこと,および結晶方位に応じて拡散係数に異方性が見られることを初めて明らかにした.3.不純物タンパク質の吸着機構:リゾチームおよび共有結合性リゾチーム・ダイマーを蛍光ラベル化し,結晶表面への吸着過程をその場観察した.その結果,蛍光ラベル化リゾチームは選択的にステップに,そして蛍光ラベル化ダイマーはテラスにランダムに吸着すること,および吸着機構に応じてステップ前進速度の過飽和度依存性が異なることを見出した.4.結晶中の格子欠陥:結晶を溶解させることなく,結晶中の転位のその場観察に成功した.また,結晶表面に付着した微結晶が母結晶中へ固相インクルージョンとして取り込まれると転移の発生源となり,インクルージョン直上に渦巻成長丘が発達することを見出した.さらに,結晶中の空孔や不純物粒子を起源とするマイクロ欠陥と考えられるコントラストのその場観察にも成功した.5.総括:結晶表面でのタンパク質分子の表面拡散・吸着・脱離過程を初めて明らかにした.また,高品質結晶を成長させるためには,不純物タンパク質の吸着サイトに応じて最適過飽和度が異なること,流れは抑制した方がよいことを見いだした.さらに,成長している結晶中の主な格子欠陥のその場観察技術を確立した.リゾチーム正方晶系結晶表面上の単位成長ステップ,個々のタンパク質分子,および結晶中の格子欠陥を,新規に作製したレーザー共焦点微分干渉顕微鏡,近接場1分子観察蛍光顕微鏡,および光散乱トモグラフィー顕微鏡を用いてその場観察し,下記の成果を得た.1.流れの効果:強制流下で結晶表面の成長ステップの挙動をその場観察し,流れが結晶表面への不純物の輸送を促進し,ステップを顕著に束化することを見いだした.2.結晶上での表面拡散:結晶表面近傍での蛍光ラベル化リゾチーム分子の拡散運動をその場観察,結晶表面近傍ではバルク溶液中に比べて拡散係数が4桁小さいこと,および結晶方位に応じて拡散係数に異方性が見られることを初めて明らかにした.3.不純物タンパク質の吸着機構:リゾチームおよび共有結合性リゾチーム・ダイマーを蛍光ラベル化し,結晶表面への吸着過程をその場観察した.その結果,蛍光ラベル化リゾチームは選択的にステップに,そして蛍光ラベル化ダイマーはテラスにランダムに吸着すること,および吸着機構に応じてステップ前進速度の過飽和度依存性が異なることを見出した.4.結晶中の格子欠陥:結晶を溶解させることなく,結晶中の転位のその場観察に成功した.また,結晶表面に付着した微結晶が母結晶中へ固相インクルージョンとして取り込まれると転移の発生源となり,インクルージョン直上に渦巻成長丘が発達することを見出した.さらに,結晶中の空孔や不純物粒子を起源とするマイクロ欠陥と考えられるコントラストのその場観察にも成功した.5.総括:結晶表面でのタンパク質分子の表面拡散・吸着・脱離過程を初めて明らかにした.また,高品質結晶を成長させるためには,不純物タンパク質の吸着サイトに応じて最適過飽和度が異なること,流れは抑制した方がよいことを見いだした.さらに,成長している結晶中の主な格子欠陥のその場観察技術を確立した.タンパク質結晶表面を非接触・非破壊でその場観察するためにレーザー共焦点微分干渉顕微鏡を立ち上げた.そして,本顕微鏡と近接場1分子観察蛍光顕微鏡を用いて,タンパク質結晶の成長中に格子欠陥が発生する機構を明らかにするために,タンパク質結晶中の格子欠陥,結晶表面上の単位成長ステップおよびタンパク質1分子をその場観察し,下記の成果を得た.1)タンパク質結晶中の格子欠陥のその場観察:タンパク質結晶を溶解させることなく,結晶の成長中に,結晶に取り込まれた転位を非破壊・非接触で観察する技術はこれまでに報告されていない.我々は,本研究課題で立ち上げたレーザー共焦点微分干渉顕微鏡を用いることで,リゾチーム正方晶系結晶中の,光軸に垂直方向に発達した転位をその場観察できることを見いだした.2)流れ場下での成長ステップのその場観察:リゾチーム正方晶系結晶に一方向から流速20-550μm/sの強制流を与え,結晶表面の成長ステップの挙動をレーザー共焦点微分干渉顕微鏡を用いてその場観察した.純度が99.99%と98.5%のリゾチーム試料を用いた観察結果の比較より,流れ場下では顕著にステップがバンチングすること,およびその原因がバルク溶液から結晶表面上への不純物の輸送が流れによって促進されることにあることを見いだした.3)結晶表面上での蛍光化リゾチームの1分子その場観察:リゾチーム正方晶系結晶表面近傍での蛍光ラベル化リゾチーム分子の拡散運動をその場観察した.拡散運動を解析したところ,結晶表面近傍ではバルク溶液中に比べて拡散係数が4桁小さいこと,および結晶方位に応じて拡散係数に異方性が見られることを初めて明らかにした.また,結晶表面上への蛍光ラベル化

リゾチーム分子の吸着過程をその場観察したところ,蛍光分子は結晶表面上のテラスではなく,主にステップで吸着することを見いだした.レーザー共焦点微分干渉顕微鏡,近接場1分子観察蛍光顕微鏡,および新たに作製したレーザー光散乱トモグラフィー顕微鏡を用いて,タンパク質結晶表面上の単位成長ステップ・個々のタンパク質1分子,および結晶中の格子欠陥をその場観察し,下記の成果を得た.1.タンパク質結晶中での転位の発生メカニズム:リゾチーム正方晶系結晶に一方向から強制流れを与え,結晶表面の成長ステップの挙動をその場観察した.その結果,結晶表面に付着した微結晶が母結晶の成長に伴い母結晶中へ固相インクルージョンとして取り込まれると,その周囲より歪みを緩和するべく多くの転位が発生し,インクルージョン直上に渦巻成長丘が発達することを見出した.2.タンパク質結晶表面上での不純物タンパク質の吸着メカニズム:リゾチームおよび共有結合性リゾチーム・ダイマーを蛍光ラベル化し,リゾチーム結晶表面への吸着過程をその場観察した.その結果,蛍光ラベル化リゾチームは結晶表面のステップに選択的に吸着するが,蛍光ラベル化リゾチーム・ダイマーはテラスにランダムに吸着すること,および吸着機構に応じてステップ前進速度が異なることを見出した.3.タンパク質結晶中でのマイクロ欠陥のその場観察:新たに作製したレーザー光散乱トモグラフィー装置を照明系とし,レーザー共焦点微分干渉顕微鏡を検出系とする顕微鏡を新たに立ち上げ,観察実験を行った.その結果,空孔や不純物粒子を起源とするマイクロ欠陥と考えられるコントラストを結晶の成長中にその場観察することに初めて成功した.総括:2年の研究期間内に,結晶表面でのタンパク質分子の表面拡散・吸着・脱離過程を初めて明らかにした.また,流れの主な効果が微結晶と不純物の結晶表面への吸着促進であることを見出すとともに,タンパク質結晶中の主な格子欠陥を結晶成長中にその場観察する技術を確立した.
鎖骨頭蓋異形成症における易感染性と歯の移動遅延解明にむけた免疫細胞の解析

鎖骨頭蓋異形成症は骨牙細胞分化の必須転写因子であるRunx2の遺伝子変異による遺伝性疾患であり、顕著な歯の移動遅延が認められるため、矯正歯科治療が非常に困難であり、未だに適切な治療法が確立されていない。申請者のグループは、同症モデルであるRunx2ヘテロノックアウトマウスを用いて、歯の移動遅延の一因が破骨細胞のメカニカルストレス応答低下であることを明らかにしてきたが、その他の因子についてはわかっていない。近年、骨代謝に影響をおよぼす免疫系の関与が注目されている。同症患者の多くが反復性感染症に罹患し、易感染性であることから、免疫機能の異常が推測されることから、本研究は、新しい視点から鎖骨頭蓋異形性症の易感染性、歯の移動遅延の原因となる免疫細胞を同定、機能解析することにより、鎖骨頭蓋異形成症の顎顔面、口腔内の病態を明確にし、新たな矯正歯科治療方法の開発への基盤および感染症への治療法を提供することを目的とする。Runx2は、骨牙細胞の必須転写因子として知られているが、免疫細胞においても形質細胞様樹状細胞(pDC)、好塩基球、natural killer (NK)細胞において発現が確認されている。pDCについては、Runx2により分化、サイトカイン産生を制御するとの報告があるが、好塩基球とNK細胞はともに、様々なサイトカイン産生し(IL-4,IL-6, IFN-γなど)、アレルギーやウイルス感染防御に対して重要な細胞であることが知られているが、Runx2の影響については明らかになっていない。また、Run2ヘテロノックアウトマウスにて免疫細胞の解析をした報告はない。そこで、まず、野生型およびRunx2ヘテロノックアウトマウスにおけるこれら細胞を含む免疫細胞(T細胞、B細胞、好中球、マクロファージ、好酸球など)を各組織(骨髄、歯周組織、血液)から単離し、Runx2の発現を確認した。口腔内歯周組織においても、各細胞においてRunx2の発現が認められた。実験に必要な細胞を採取するためのマウスの確保が難しいため。今後は、in vivoにおいて歯の移動により誘導される免疫細胞とサイトカインの解析を行う。次年度の実験計画にて使用する試薬の購入資金として使用する。
ITを用いた双方向性精神的ケアシステムによる退院支援

在宅療養中の糖尿病患者を対象に、看護師によるテレビ電話を用いた定期的な交信が、日常生活における患者・家族の食事や運動、服薬等の自己管理をサポートし、血糖コントロールにどのような影響を与えるかを検討した。交信は週1回、30分程度の相談で、3か月間継続した。3か月間のテレビ電話介入により、平均HbA1c値と平均体重が有意に減少した。食事を中心とした自己の生活について毎日振り返ることで、生活習慣に対する意識が高まり、行動の変化が生まれ、HbA1c、体重の有意な減少につながったと考えられた。我々はInformation technology(IT)を利用して在宅ケアを推進することが患者の精神的不安、家族の介護負担、医療・福祉費用の抑制につながると考えている。そこで、既存のITインフラ(テレビ電話)を用いて、患者側と医療者側が双方向性に交流できるモニターシステムを構築し、在宅ケアにおける有用性を評価しようと考えた。今回の研究では理方向性モニターシステムを利用した週1回の定期的な生活指導が糖尿病患者の血糖コントロール、精神的ストレスの緩和に有効であるかを検討した。具体的な方法は高度先進医療病院の医師、看護師と糖尿病患者の自宅をITインフラ(テレビ電話)により双方向に結び、週1回、30分程度の生活指導、糖尿病に関する相談を12週間継続することである。主な通信内容は毎日の体重、食事記録、実際の食事をテレビ電話で共有し、指導を行うことであった。測定項目はア)年齢、性別、家族構成(イ)食生活、運動習慣、服薬状況、生活リズム(ウ)糖尿病の理解度、生活習慣改善に対するストレス(エ)検査データ(身長、体重、体脂肪率、血糖値、HbAlc、インスリン濃度等)(オ)治療状況;使用している薬、インスリン療法、合併症の有無であった。さらに、介入前と外来受診時、介入12週間後にアンケート(糖尿病問題領域質問表:PAID)を行った。現在6名の介入群からデータを得ることができており、介入前に比べ、12週間後の体重、HbAlcの値に改善が見られている。また生活習慣に関するアンケートから、糖尿病患者自身の食事に対する意識に変化が見られた。医療者側からは、週1回通信することが糖尿病患者の自己管理を見守る意味で大変有効であるという意見があった。今後さらに介入群を増やし、外来通院のみである対照群と比較することによりデータ解析を進める予定である。また、定期的な交信が患者の精神的な不安、ストレスを緩和できるかについても調査した。対象は京大病院内分泌代謝内科において、外来通院中である糖尿病患者10名を選定した。テレビ電話にて相談に応じるのは医師・保健師・看護師で、京大病院と研究対象者の自宅を双方向性に結んだ。交信は週1回、30分程度の相談で、12週間継続した。内容は、(1)1週間分の体重、服薬状況、運動実施状況等を記入したセルフチェック表を対象者とともに確認し、助言する、(2)カメラで撮影した実際の食事をテレビ電話モニターで確認し、栄養指導を行う、(3)健康状態の観察や助言、『日常生活での相談を行う、であった。介入前の対象プロフィールは平均年齢63±7歳、平均体重69.0±17.8kg、平均罹病期間14±8年、平均FBG134.7±39.4mg/dl、平均HbAlc7.4±0.8%であった。介入3ヶ月後、全員の平均HbAlc値は有意に減少し6.9±0.6%であった(p<0.01)。また、介入3か月後の体重も有意に減少した(p<0.001)。生活習慣に関するアンケートから、糖尿病患者自身の食事に対する意識に変化が見られた。今回の研究では、12週間のテレビ電話介入により、平均HbAlc値と平均体重が有意に減少した。週1回の交信を行う前提として、毎日必ず体重と食事内容を記録し、それを資料として1週間分のまとめと指導をテレビ電話で行った。結果的に食事を中心とした自己の生活について毎日振り返ることで、生活習慣に対する意識が高まり、行動の変化が生まれ、HbAlc、体重の有意な減少につながったと考えられた。
パルスレーザー共振器を用いた小型X線源開発

放射光源に代表されるような高品質なX線源は医療診断や結晶構造解析、材料科学など多種多様な分野で利用されており多大なる成果を挙げている。しかしながら放射光源は巨大な装置のため数が少なく、利用の制限があるなど様々な問題点があった。このような背景から小型・大強度・高品質を兼ね備えるX線源の開発が叫ばれており、我々はパルスレーザー共振器を用いた小型X線源の開発を行ってきた。本年度は昨年度までの研究で確立した光共振器システムとマルチバンチ電子ビームを用いたレーザーコンプトン散乱X線生成試験及びそのX線の特性測定を行った。電子ビームと衝突用レーザー光のタイミングを1ps以下の精度で調整することにより、世界で初めてのパルスレーザー光共振器とマルチバンチ電子ビームによる100パルスに渡るX線の生成に成功し、時間分解能の高い検出器を用いることで実際にパルス化されたX線列も検出している。X線の特性測定試験として、X線の強度測定及び生成X線のエネルギー測定などを行った。生成X線強度は詳細に校正したシンチレーション検出器によって行い、0.93×10^4Photon/trainを得ることに成功している。この値は計算機シミュレーションによる予想値である1.13×10^4Photon/trainと良く一致する。X線のエネルギー測定としては、ブラッグ反射板を用いたスペクトロメータを構成し、予想値とほぼ一致するX線のエネルギーを得るに至っている。得られた全ての結果はレーザーコンプトン散乱の予想する結果と一致しており、実際にX線の検出に成功していることを裏付ける結果である。パルスレーザー共振器を用いたX線生成は世界に先駆けた試みで、本成果であるX線の検出及びその特性測定は当該分野のみならず、小型X線源の可能性を実験的に示唆した点で他の分野の研究者にも大きなインパクトを与えられると確信する。しかしながら放射光源は巨大な装置のため数が少なく、利用の制限や光源が遠方になるなど様々な問題点があった。本年度前半はこれまでの知見を踏まえ、電子ビームとの衝突用パルスレーザー共振器システムの構築を行い、その評価を行った。蓄積レーザーパワーとして2.5kWを達成しており、パルスレーザーの蓄積パワーとしては世界最高性能を実現することに成功している。また、後半には本レーザーシステムを加速器内に設置しX線検出システムの構築を行い、現在までにX線生成試験を実施するに至っている。パルスレーザー共振器を用いたX線生成は世界に先駆けた試みで、X線の検出及びその評価に成功することにより当該分野のみならず他の分野の研究者にも大きなインパクトを与えられることが期待される。X線検出には現在のところ至ってはいないが、近い将来検出されることが見込まれる状態までシステムを立ち上げることができている。平行して行っているパルスレーザー共振器自身の開発としては発展型として、増幅したレーザー光を共振器に蓄積する『バーストモード共振器』の試験を行った。これにより電子ビームタイミングに同期して強度の高いレーザー光を共振器に蓄積できる技術を碓立した。さらに本開発の際に共振器用ミラー上におけるプラズマ起因のミラー破壊が観測された。この破壊という1つの限界点を観測したことから我々の共振器開発研究は新しいフェイズに至ったといえ、今後の共振器設計・ミラー設計に際しては新しい指針を与えるものとなる。
歯の移動にともなう歯周組織の改造変化と応力・歪などの生体力学的要因との関連性

最初の年度は.有限要素法による応力解析と組織学的変化との関連に着目した。実験には.成犬の片側下顎第二小臼歯にクローズドループ付きのセクショナルアーチを応用し.遠心方向への力を負荷した。2時間.4.7日経過時の組織切片を作製し顕微鏡にて検鏡。さらに.これをもとに3641個の節点と2938個の要素で構成された有限要素モデルを作製し.歯根膜部の主応力を求めた。その結果.2時間.4日経過時には組織学的に著変は見られなかった。7日経過時では.応力解析の結果による圧縮主応力および引張り主応力の集中部位に一致して.歯槽骨の吸収および添加が認められた。さらに.応力の絶対値と歯槽骨の吸収および添加の程度にも関連性が見られた。次の年度には.一次知覚神経線維に含まれる神経ペプチドであるCGRPおよびSPに着目し.免疾組織化学的検討を加えた。実験は.マウスの下顎切歯歯根膜中の知覚神経線維を検討し対象とした。動物を灌流固定の後.間接免疾蛍光抗体法に従い染色.蛍光顕微鏡にて検鏡した。さらに二重染色も施した。その結果.CGRP含有神経線維束が舌側および唇側の歯根膜中に侵入し.歯軸方向に分枝しながら進んでいた。舌側では歯根膜の骨側半分に.唇側ではエナメル器と歯槽骨の間に.神経線維が分布していた。さらに歯根膜の中央と根尖1/3に密な神経線維の分布を示し.舌側ではより密な分布を示していた。特殊終末については認められなかった。SP含有神経線維についても同様の結果が得られた。二重染色によリ.CGRPとSPは同一の神経線維に含まれる可能性が示唆された。歯の移動に伴う歯周組織の変化と応力との関連性を明らかにすべく以下の研究を行った。実験には平均体重8Kgの成犬を用い、その下顎第二小白歯を被験歯とした。クロ-ズドル-ブ付きのセクショナルア-チを用いて、同歯に250gの遠心方向への水平力を負荷した。実験開始後2時間、4日、7日経過時の組織切片を作製し、光学顕微鏡下で観察した。さらに、歯の移動を行っていない状態の歯、歯周組織の連続切片をもとに、同歯の平均的な三次元有限要素モデルを作製した。その結果、本モデルは3641個の節点と2938個の要素で構成された。解析に際しては、モデルの基底部を完全拘束し、頬側歯冠中央部に250gfの遠心方向への水平力を負荷した場合について歯根膜部の主応力を求めた。歯の実験的な移動に際して、2時間、4日経過時においては、歯槽骨の改造につながる著明な変化が見られず、7日後において歯槽骨の吸収・添加を示す組織変化が認められた。このような骨の吸収あるいは添加の部位が応力解析の結果による圧縮主応力、引っ張り主応力の集中部位と一致し、かつ組織変化の程度が応力の絶対的大きさと関連していることが明らかとなった。一方、せん断応力は歯根膜のどの部分においても一定で、かつ主応力と比較してきわめて小さい値を示したことにより、歯の移動に伴う組織変化との関連性は少ないことが示された。以上のことより、歯根膜部での主応力は、歯の移動に伴う歯周組織の変化や歯槽骨の改造と密接な関連性を有することが明らかとなった。前年度において明らかとなった歯周組織の応力と組織変化の関連性をふまえて、本年度はさらに免疫組織化学的検討を加えた。

すなわち、一次知覚神経線維に含まれるcalcitonin gene-related peptide(CGRP)に着目し、切歯歯根膜に分布する神経線維について検討した。さらに、CGRPの抗体を用いることにより、CGRP含有神経線維のみを特異的に染色し、詳細な検討が可能となった。また、CGRPとは異なる神経ペプチドであるsubstance P(SP)含有神経線維についても検討した。その結果、CGRP含有神経線維分布は、線維束が根尖から歯頚部側1/3の舌側および唇側歯槽骨より歯根膜中に侵入し、歯軸方向に分枝しながら進んでいた。その分布は唇側と舌側にて全く異なり、舌側では歯根膜の骨側半分のalveorus-related partに、唇側ではエナメル器と歯槽骨の間に、それぞれ分布していた。さらに歯根膜の中央および根尖1/3に密な神経線維の分布を示し、舌側ではより密な分布を示していた。歯頚部1/3では、唇、舌側ともに疎な分布を示していた。歯根膜中に特殊終末は認められなかった。SP含有神経線維についても同様の結果が得られた。さらに、二重染色により、CGRPとSPはほぼ同一の神経線維に含まれる可能性が強く示唆された。
細胞周期におけるSrcキナーゼの役割に関する研究

動物細胞のM期におけるSrcチロシンキナーゼの活性化の意義とその機能を明らかになすることを目的とした研究を行い以下に成績を得た。1)Srcの活性抑制因子であるチロシンキナーゼCskを繊維芽細胞に導入することにより、SrcのM期の活性化が抑制された。2)コンタクチンと呼ばれる細胞骨格系蛋白質のM期におけるリン酸化が、Cskの強制発現により抑制された。3)パキシリン、FAKなどフォーカルアドヒ-ジョンの構成蛋白質のリン酸化、および発現量がM期に減少することが観察された。3)M期に複数のチロシンホスファターゼの活性が増大し、Srcの活性化と、細胞内チロシンリン酸化レベルの減少が同時に進行することが明らかとなった。4)Srcの活性化を担うチロシンホスファーゼの候補として分子量65Kの新規のホスファターゼの分離精製に成功した。以上の結果から,Srcの活性変動がその活性制御部位のリン酸化脱リン酸化によることが明らかとなり、また、接着性動物細胞の細胞周期に伴う、細胞外基質との着脱離の制御に、Srcが重要な役割を演じていることが示唆された。現在、Cskをインデューシブルな発現系を用いて強制発現させ、より効率良くSrcを抑制した上で(構成的な発現系では部分的な抑制効果しか得られていない)細胞周期における効果を検討している。
仮想都市シミュレータによる大規模アドホックコミュニティの支援

その場に居合わせた不特定多数の人々からなる即時的コミュニティである「アドホックコミュニティ」の支援に有用な仮想都市シミュレータの機能として,GPS付き携帯電話で撮影した写真を位置情報に基づいて地図上に自動配置する機能と,メディアスペース技術・ロボット技術・ユビキタス環境技術を統合することによって環境外部のデスクトップユーザと環境内部のモバイルユーザとのインタラクションを可能にする機能を開発した.その場に居合わせた不特定多数の人々からなる即時的コミュニティである「アドホックコミュニティ」の支援に有用な仮想都市シミュレータの機能として,GPS付き携帯電話で撮影した写真を位置情報に基づいて地図上に自動配置する機能と,メディアスペース技術・ロボット技術・ユビキタス環境技術を統合することによって環境外部のデスクトップユーザと環境内部のモバイルユーザとのインタラクションを可能にする機能を開発した.断片的な視覚情報を統合する機能の開発:多数の人々が撮影する写真を仮想都市としてまとめて閲覧できるようにした.衛生写真や航空写真によって上方向から都市を見ることのできる地図サービスは一般的である.このようなサービスに対して,街中で撮影された写真によって建物を横方向から見ることのできる仮想都市には,1)地域色が分かり易く不動産サービスに有用である,2)ウェブではカバーしきれない街中の小規模施設の仮想的探索が可能になる,3)画面表示と目の前の風景とを対応させ易いので直観的な歩行者ナビゲーションが可能になる,といったような優位性がある.だが既存の仮想都市は,大都市の主要交差点周辺といった非常に限定された領域しかカバーしておらず,都市空間の広範囲をカバーするような大規模仮想都市はいまだ実現していない.仮想都市の構築にはデジタルカメラや車載カメラで道路沿いの画像を収集する作業が必要であり,これを広範囲にわたって行うと構築コストが莫大になるという問題が存在するためである.これを解決する手法として,GPS・カメラ付き携帯電話が普及しつつある現状を背景に,多数の人々が携帯電話で撮影した写真を,その位置情報を用いて地図上に配置するシステムを開発した.すでに存在する同様のサービスはどれも,地図から写真にリンクを張ったり地図に写真を重ねて表示したりするだけであり,写真同士の位置関係が分かりにくく仮想都市と呼ぶにはほど遠い.本年度に開発したシステムによって,多数の人々の協働によるオープンコンテント方式の仮想都市構築が可能となる.仮想都市のニーズが非常に高い大都市中心部では専門業者による構築が実施されるであろうし,人口密度の低い地域ではニーズも低いであろう.本研究において開発したシステムはその中間,すなわち郊外地域や中規模都市の仮想都市構築を可能にするものである.デスクトップユーザがモバイルユーザを支援するための機能の追加:センサネットワークやネットワークカメラを利用して現場の状況を容易に把握可能なデスクトップユーザと,現場を実際に目で見ることのできるモバイルユーザとのコラボレーシヨンを可能にするためのユーザインタフェースを,メディアスペース技術・ロボット技術・ユビキタス環境技術を統合することによって開発した.環境とその中にいるユーザとのインタラクションを支援するユーザインタフェースの研究は数多くある.それらとは異なり,環境外部のユーザとの環境を介したインタラクションを支援する点が本研究で開発したユーザインタフェースの特徴である.このユーザインタフェースでは,モバイルユーザが滞在している物理環境の天井付近に設置されたネットワークカメラの映像が画面に表示される.そして,その映像上に,床面RFIDセンサで取得したモバイルユーザの位置情報にもとづいてアイコンが表示される.デスクトップユーザはアイコンをクリックしてプルダウンメニューから項目を選択することで,アイコンに対応するモバイルユーザの携帯電話に回線をっないで音声通話を行ったり,ロボットをそのモバイルユーザに接近させて話しかけたりすることができる.このような同期型インタラクションに加えて,非同期型インタラクションも可能となっている.例えば,モバイルユーザの行動履歴が床面RFIDセンサで取得されるようになっており,デスクトップユーザはそれを閲覧することで,これまでのモバイルユーザの状況を把握することができる.また,デスクトップユーザに操作されていない間,ロボットは物理環境内を自動的に巡回しながら頭部のカメラで周辺を撮影するようになっており,デスクトップユーザはそれを閲覧することで,これまでの物理環境の状況を把握することができる.実証実験の実施:平成18年度に開発した「断片的な視覚情報をシミュレーション上で統合する機能」を具現化したシステム「QyoroView」の実証実験として,一般ユーザがGPS付き携帯電話で撮影した写真を投稿できるウェブサイトを公開した.また,ユーザ問のどのようなインタラクションが写真を投稿するモチベーションにつながるのかを分析するため,二つの大阪大学キャンパスを取り囲む全長約38kmの環状の道路を舞台にして実験を実施した.その結果,近くにいるユーザ同士でこれからの予定・現在の進行状況・これまでの達成内容を共有することがユーザのモチベーションを刺激し,各ユーザの行動を調整するのに効果的であることが分かった.また,コンテンツの生成に適した時間・状況・場所等の情報を共有することが,コンテンツ生成を阻害する要因の軽減に有効という示唆が得られた。以上の実験に加えて,平成19年度に開発した「デスクトップユーザがモバイルユーザを支援するための機能」を具現化したシステム「TransUI」の実証実験として,システムを三箇所の研究スペースに設置して教員や学生が自由に利用できる状態にした.さらに,その内の一箇所を外部からアクセスできるようにし,大阪駅前第3ビル16階のロボットラボラトリーを訪れる一般市民が大阪大学の研究室を遠隔訪問する実験を行なった.そして,このような遠隔訪問が研究紹介を行う説明者と訪問者との間のインタラクションに及ぼす影響を調べる実験を行ったところ,据え置かれたカメラの映像を通して眺めるよりも,ロボットに搭載したカメラの映像を通して眺めるほうが,説明者の存在感がより強く感じられることが判明した.
歯周病原因子の不活化株作製とその役割の解明

本年度は、それぞれ一種類の線毛を欠損させた変異株を作製し、その性状を親株と比較することにより、それぞれの線毛の機能を検討した。ヒト培養細胞への付着および侵入性は、ヒト歯肉上皮細胞に細菌浮遊液を加え、洗浄後の細菌数を測定することにより付着率と侵入率を算出した。また、細胞への細菌の付着状態を走査型電子顕微鏡で観察した。歯槽骨吸収程度の比較は、細菌浮遊液をラット口腔内へ直接接種する方法により、実験的歯周炎を誘発し上顎臼歯部歯槽骨の吸収量をセメント・エナメル境から歯槽骨頂までの距離を測定して行なった。その結果、41K線毛欠損株では菌体の自己凝集性および細胞付着性が親株に比較して減少していたが、67K線毛欠損株では自己凝集性および細胞付着性に増加が認められた。細胞侵入性は、親株に比較して両変異株とも減少していた。ラットを用いた実験的歯周炎モデルでは、41K線毛欠損株の方が67K線毛欠損株よりも骨吸収が強く認められたことから、歯周炎における67K線毛の重要性が示唆された。線毛欠損株の作製は、クローン化した67K線毛遺伝子内へ薬剤耐性遺伝子を挿入し、67K遺伝子を不活化したDNA断片を作製し、このDNA断片をエレクトロポレーション法によりP.gingivalis 33277株へ導入し、相同組換を起した株を得ることに成功した。そこで、親株とそれぞれの線毛欠損株についてSDS-PAGEならびに抗41K線毛抗体と抗67K線毛抗体を用いて線毛蛋白質の発現の有無をWestern blotにより検討したところ、親株に存在する41Kの線毛構成タンパク質は、41K線毛欠損株では発現せず、67K線毛欠損株では67K線毛蛋白質が発現していないことが確認された。菌体の自己凝集性について検討した結果、67K線毛欠損株は親株に比較しておよそ1/2倍の吸光度になり、41K線毛欠損株では親株の33277に比較して自己凝集性が減少していた。次に、ヒト培養細胞への付着性について検討したところ、41K線毛欠損株では、細胞表面に孤立点在して菌体が付着していたが、親株と67K線毛欠損株では多数の菌体が凝集塊を形成し、細胞表面に付着していた。RI標識した菌体を用いて培養細胞への付着率を検討したところ、41K線毛欠損株では親株に比較しておよそ1/7に減少し、逆に67K線毛欠損株では親株に比較して1.4倍に増加していた。
特発性線維硬化性疾患における線維化の分子病態の解析と病理組織学的検討

特発性線維硬化性疾患に続発したリンパ腫の発症の病因を解明するために,特発性後腹膜線維症(IRF)の1症例が検索対象に選ばれた.IRF発症時の後腹膜病変,その約4年後に発症したリンパ腫の顎下腺病変,さらにその後4年の経過で再発したリンパ腫の胃病変の計3つを解析した.後腹膜病変はリンパ腫を示唆する組織学的所見はみられなかったが,病巣内にはリンパ球集団の約17%にbcl-10の核内発現(+)かつCD79a(+)のB細胞を見出した.顎下腺病変は濾胞性リンパ腫であり,この顎下腺病変の染色体分析の結果は,97,XY+X,+del(1)(p22),+del(1)(p10),+der(1)t(1;14)(p22;q10),+der(1)t(1;14)(p22;q10),+der(1)t(1;14)(p22;q10),+der(1)(q24),+2,+2,+3,+del(3)(p21),+5,+5,+5,+6,+6,+7,+7,+7,+add(7)(q33),+8,+add(8)(q24),+9,+10,+10,+del(10)(q24),+11,+11,+11,+11,t(11;14)(q11;q32),+12,+12,+12,+12,+13,+14,+15,+16,+16,+17,+17,+19,+20,+20,+21,+21,+22,+22,+mであった.胃病変はび漫性大細胞性B細胞リンパ腫であった.これら3つの病変で免疫グロブリン重鎖遺伝子再構成のモノクローナリティを認めたが,各病変のクローンの塩基配列はそれぞれ別のものであった.IRFの宿主には発症と同時に免疫血液学的異常性があり,遺伝子レベルではB細胞集団に単一のクローンの拡大が,分子レベルではbcl-10を介するシグナルの活性化が起こっていると考えられ,不安定な分子病態がリンパ腫の発症に重要な意義を与えていると考えられた.特発性線維硬化性疾患の病因を解明するため,最低4年間の経過観察もしくは剖検による全身検索が可能であった6症例を研究対象に選んだ.6症例の全てが後腹膜線維症を有しており,3症例は後腹膜以外にも線維硬化性病変を有していた.6症例いずれも全身症状を呈し,異常蛋白血症は5症例に,リンパ節症は4症例にみられた.4症例でガリウムシンチグラフィーが行われ,そのうち2症例で病変部に集積像が認められた.2症例で自己抗体が陽性であったが,明白な膠原病としての臨床病理学的証拠は認めなかった.いずれの症例にも甲状腺炎や動脈瘤,高度の粥状硬化症は見られなかった.1症例のみ後腹膜線維症の診断後,49ヶ月後にB細胞リンパ腫を発症した.病理組織学的検索では,8個いずれの標本も密な線維性結合組織の増生とともに,polymorphousな炎症細胞浸潤が種々の程度に認められた.免疫組織化学的検索では悪性リンパ腫の所見はなかったが,5個の標本でbcl-10の核内発現を呈する小型リンパ球が少数認められた.EBER-ISHの結果は全て陰性であった.IgHは全ての標本でクローナリティを示したが,TCR-βはいずれの標本もクローナリティを示さなかった.以上,全例で免疫血液学的異常性が確認され,かつ病巣の線維化とIgHのクローナリティとが同時に見られたことから,特発性線維硬化性疾患の病因にB細胞クローンの拡大が深く関わっており,本疾患がlymphoid dyscrasiaの範疇の一部に属する可能性が示唆された.特発性線維硬化性疾患に続発したリンパ腫の発症の病因を解明するために,特発性後腹膜線維症(IRF)の1症例が検索対象に選ばれた.IRF発症時の後腹膜病変,その約4年後に発症したリンパ腫の顎下腺病変,さらにその後4年の経過で再発したリンパ腫の胃病変の計3つを解析した.後腹膜病変はリンパ腫を示唆する組織学的所見はみられなかったが,病巣内にはリンパ球集団の約17%にbcl-10の核内発現(+)かつCD79a(+)のB細胞を見出した.顎下腺病変は濾胞性リンパ腫であり,この顎下腺病変の染色体分析の結果は,97,XY+X,+del(1)(p22),+del(1)(p10),+der(1)t(1;14)(p22;q10),+der(1)t(1;14)(p22;q10),+der(1)t(1;14)(p22;q10),+der(1)(q24),+2,+2,+3,+del(3)(p21),+5,+5,+5,+6,+6,+7,+7,+7,+add(7)(q33),+8,+add(8)(q24),

+9,+10,+10,+del(10)(q24),+11,+11,+11,+11,t(11;14)(q11;q32),+12,+12,+12,+12,+13,+14,+15,+16,+16,+17,+17,+19,+20,+20,+21,+21,+22,+22,+mであった.胃病変はび漫性大細胞性B細胞リンパ腫であった.これら3つの病変で免疫グロブリン重鎖遺伝子再構成のモノクローナリティを認めたが,各病変のクローンの塩基配列はそれぞれ別のものであった.IRFの宿主には発症と同時に免疫血液学的異常性があり,遺伝子レベルではB細胞集団に単一のクローンの拡大が,分子レベルではbcl-10を介するシグナルの活性化が起こっていると考えられ,不安定な分子病態がリンパ腫の発症に重要な意義を与えていると考えられた.
胎児炎症反応において頭部の原始マクロファージが早産児脳障害を誘発するメカニズム

妊娠中期以降、胎児に全身性炎症反応が起こる胎児炎症反応症候群(FIRS)では、炎症性サイトカインが胎児の脳に伝わることにより、早産児脳障害を引き起こす。本研究では胎児期の脳周囲に存在する幼若組織(頭部間葉)に位置する原始マクロファージが全身炎症の刺激を受け、脳内に炎症性微小環境を誘導するメカニズムを明らかにする。新生仔マウスの腹腔内へLPSを投与し作製したFIRSモデルを用いて、新生仔期から成体期にかけて、頭蓋内の原始マクロファージおよびミクログリアを対象に、炎症関連物質についての定量組織学的解析および遺伝子発現解析を行う。成果はFIRSにおける早産児脳障害メカニズムの解明に貢献できる。
オゾン水処理無酸素銅電極の真空中絶縁破壊特性とその絶縁特性維持に関する研究

真空ギャップのコンディショニング効果を高めるには,コンディショニング処理の前処理として,真空中での電極表面清浄化処理が必要であったが,実用的には,そのような前処理なしで,高いコンディショニング効果が得られることが望ましい.そこで,大気中での処理後も清浄な表面が維持できるオゾン水処理に着目し,無酸素銅電極を用いて,真空中絶縁破壊特性を調べた.オゾン水処理直後の電極についての実験から,真空中での電極表面清浄化処理を行わずに,高いコンディショニング効果が得られることが明らかにされた.コンディショニング後の絶縁破壊電界は,約250MV/mに達し,この値は,真空中電極表面清浄化処理が施された電極の場合に匹敵するものである.コンディショニング後には,電極表面にオゾン処理により形成される酸化皮膜が存在しないので,酸化層が高いコンディショニング効果をもたらすのではなく,大気中放置時の汚染を防ぐことが高いコンディそニング効果が得られる原因であると考えられた.表面分析により,オゾン水処理後の表面構造は,最表面にわずかの汚染層があり,その下にCuO層,さらにその下にCu2Oの層が形成されていることが明らかにされ,実用表面がCharacterizeできることが示された.さらに,オゾン水処理後3カ月間大気中に放置した電極でも,コンディショニング効果が低下しないことも判明した.以上のことから,電極加工後オゾン水処理を施しておけば,大気中に保管しておいてもコンディショニング効果が低下しないので,オゾン水処理法は実用的に有効な処理法であることが実験的に確認された.真空ギャップのコンディショニング効果を高めるには,コンディショニング処理の前処理として,真空中での電極表面清浄化処理が必要であったが,実用的には,そのような前処理なしで,高いコンディショニング効果が得られることが望ましい.そこで,大気中での処理後も清浄な表面が維持できるオゾン水処理に着目し,無酸素銅電極を用いて,真空中絶縁破壊特性を調べた.オゾン水処理直後の電極についての実験から,真空中での電極表面清浄化処理を行わずに,高いコンディショニング効果が得られることが明らかにされた.コンディショニング後の絶縁破壊電界は,約250MV/mに達し,この値は,真空中電極表面清浄化処理が施された電極の場合に匹敵するものである.コンディショニング後には,電極表面にオゾン処理により形成される酸化皮膜が存在しないので,酸化層が高いコンディショニング効果をもたらすのではなく,大気中放置時の汚染を防ぐことが高いコンディそニング効果が得られる原因であると考えられた.表面分析により,オゾン水処理後の表面構造は,最表面にわずかの汚染層があり,その下にCuO層,さらにその下にCu2Oの層が形成されていることが明らかにされ,実用表面がCharacterizeできることが示された.さらに,オゾン水処理後3カ月間大気中に放置した電極でも,コンディショニング効果が低下しないことも判明した.以上のことから,電極加工後オゾン水処理を施しておけば,大気中に保管しておいてもコンディショニング効果が低下しないので,オゾン水処理法は実用的に有効な処理法であることが実験的に確認された.真空ギャップが良好な絶縁特性を得るためには,真空中電極表面清浄化処理が必要であり,それによりコンディショニング後には,絶縁破壊電界が約250MV/m(ギャップ長0.3mmにおいて)に到達することが明らかにされている.この方法は,効果は高いが,処理を真空容器内で行うため,手間がかかる,電極形状に制限がある等の欠点がある.そのため,大気中で処理が行え,同等の絶縁特性が得られる処理法の開発が望まれている.本研究は,固体表面に存在する汚染物の一種である炭化水素を効果的に除去でき,かつ,その表面には炭素系の汚染物が再吸着しにくいといわれているオゾン水処理に着目し,絶縁耐力向上をもたらす大気中処理法としての実用化の可能性を探ることを目的としている.研究初年度である今年度は,まず,高純度無酸素銅を素材とする供試電極を用意した.続いて,洗浄時間をパラメータとしてオゾン水によりその電極を洗浄し,真空中絶縁破壊特性を測定すると共に,絶縁破壊前後の電極表面状態の分析を行った.絶縁破壊試験の結果,コンディショニング後の絶縁破壊電界は約250mV/mに達し,真空中で表面清浄化処理を施さなくても,オゾン水処理により同等の絶縁破壊電界が得られることが明らかにされた.また,表面分析の結果から,当初期待された炭素系の汚染物の除去が十分でないことも判明した.これらの成果及び結果は,平成11年3月に山口大学で開催される電気学会全国大会で発表する予定である.また,平成11年8月に英国で開催される予定の第11回高電圧工学に関する国際シンポジウム(Int.Symp.on High Voltage Engineering)に論文を投稿しており,その審査結果を待っているところである.今後洗浄の条件を細かく設定し,最適な洗浄条件を見出すと共に,絶縁破壊に影響を及ぼす電子放出特性を詳細に調べることにより,コンディショニング効果が得られる原因を明らかにする予定である.本研究は3年計画であり,昨年度の成果を踏まえ,今年度は,実用的な面に重点を置き,オゾン水処理後大気中に長期間放置した場合,オゾン水処理パラメータを変化させた時,およびオゾン水処理後真空中前処理を行った場合での効果について調べると共に,メカニズムの検討のために電子エネルギー分析器による電界電子放出電子のエネルギー分析を行うことを考えた.

まず,オゾン水処理後大気中に3カ月放置した電極のコンディショニング効果は,処理後約1週間経過した電極と同程度であることが確認された.これにより,オゾン水処理された表面は,長期間大気に放置しても,処理後の表面状態が維持されており,オゾン水処理が実用的に大きな利点を有していることが確認された.次いで,昨年度のオゾン水処理条件では,当初期待されていた表面再汚染の抑制が十分ではなかったので,今年度は,オゾン水の濃度を2.8ppmから4.8ppmに増加させて処理を行ったところ,表面の再汚染はかなり抑制できることが明かとなった.この場合も,コンディショニング後の絶縁破壊電界は250MV/m程度に達し,十分な効果が得られていることが認められた.さらに,オゾン水処理後の電極表面を,イオンビームにより酸化皮膜を破壊しない程度にスパッタし,表面の再汚染層を除去した電極の絶縁破壊特性を調べたところ,最初の電圧印加時の破壊電界が従来になく高い74MV/mに達し,コンディショニング処理なしに高い絶縁破壊電界強度が得られる手がかりが得られた.また,コンディショニング後の破壊電界も269MV/mとなり,極めて高い破壊電界強度が得られた.真空ギャップのコンディショニング効果を高めるには,コンディショニング処理の前処理として,真空中での電極表面清浄化処理が必要であったが,実用的には,そのような前処理なしで,高いコンディショニング効果が得られることが望ましい.そこで,大気中での処理後も清浄な表面が維持できるオゾン水処理に着目し,無酸素銅電極を用いて,真空中絶縁破壊特性を調べた.オゾン水処理直後の電極についての実験から,真空中での電極表面清浄化処理を行わずに,高いコンディショニング効果が得られることが明らかにされた.コンディショニング後の絶縁破壊電界は,約250MV/mに達し,この値は,真空中電極表面清浄化処理が施された電極の場合に匹敵するものである.コンディショニング後には,電極表面にオゾン水処理により形成される酸化層が存在しないので,酸化層が高いコンディショニング効果をもたらすのではなく,大気中放置時の汚染を防ぐことが高いコンディショニング効果が得られる原因であると考えられた.表面分析により,オゾン水処理後の表面の構造は,最表面にわずかの汚染層があり,その下にCuO層,さらにその下にCu2Oの層が形成されていることが明らかされ,実用表面がCharacterizeできることが示された.さらに,オゾン水処理後3カ月間大気中に放置した電極でも,コンディショニング効果が低下しないことも判明した.以上のことから,電極加工後オゾン水処理を施しておけば,大気中に保管しておいてもコンディショニング効果が低下しないので,オゾン水処理法は実用的に有効な処理法であることが実験的に確認された.