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「科学」カリキュラムの日英比較社会学―教科書の変化に注目して

21CSが重点をおいたのは、「すべての若い人たちにサイエンス・リテラシーを身につけさせること」であった。第1版のイントロダクションは、そのための方法として、「議論の両サイドからの異なる証拠を比較評価する」「あなたに影響を及ぼす科学に関する諸問題について意思決定する」スキルをすべての若い人たちに身につけさせると宣言し、「科学の不確実性」や「社会のなかの科学」という観点の自覚をも促す内容になっている。とりわけ第1版には、予防原則(precautionary principle)とALARA(as low as reasonably achievable)に関する記述が独自に盛り込まれている。これらは、「あなたに影響を及ぼす科学に関する諸問題について意思決定する」際の羅針盤の一つとして選ばれ、未来の市民たる生徒たちに提示されたものだと思われる。しかし第2版では、イントロダクションの改変と同時に、予防原則とALARAに関する記述は削除された。教科書の記述は、幅広い科学的事実を網羅的に伝える一方で、科学技術の利用に関しては、リスクと便益の両論併記を心掛けながら、過去・現在・未来の社会や個人の判断に対しては第1版ほど踏み込むことはしていない。本研究は、以上の変化とその背景について社会学的に検討している。21CSのGCSEサイエンスの教科書は、第1版から第2版にかけて、イントロダクションの改変、内容の組み替えとともに、自らの独自性を「後退」させていったのである。本研究は、その背景について、三つの観点から検討を進めている。第一に、第1版と第2版の記述内容をテキスト分析し、この間の変化の要点を明らかにした。第二に、この変化の背景として、各試験機関が示す本コースの内容を規定しているコース内容規定文書(Specification)と、それを規制するGCSE評価規準やナショナルカリキュラムの内容を分析している。第三に、この教科書の作成とプロデュースにかかわっているナフィールド財団と教科書の執筆陣、および、レギュレーターとしての元QCA勤務経験者、学校教師たちに対して実施したインタビュー調査の結果をもとに、教科書の変化がもたらされた背景を検討している。本研究の目的は、イギリスにおける新たな科学教育の誕生と変容に注目し、教育知識の変容の過程を社会学的に分析することである。分析の対象に選んだのは、Twenty First Century Science GCSE Scienceの第1版と第2版である。これは、イギリスの義務教育の最後の二年間にあたるキー・ステージ4(10学年11学年)で、2006年から2016年にかけて実施された前回のナショナルカリキュラムのもとで必修となった「GCSEサイエンス」という科目のコースの一つ、Twenty First Century Science(以下、21CS)コースに準拠した教科書である。
大型エアガンによる深部地震基盤構造の精密探査

大型エアガンを用いて従来より深部までの地殻構造を求める実験を九州島原半島をほぼ南北に縦断して行った。北海道屈斜路湖付近,宮城県釜房湖付近とこれまでに「エアガン法」の有効性を確かめてきたが、今回は精密構造を求めるため、発震点および受信点とも数を増やした。発震点は半島の北端,南端および中央部の3ケ所を設けた。南北端は湾内であり、海水でかつ潮位変動があること、また水深が充分でないなど一定の波形を発震するには条件が悪く、また信号の「きき」も最適ではなかったが、30km程度の測線長に対しては、構造探査に大きな問題にならないことがわかった。受信点は約350m毎に114点設置するというきわめて密な配置をとった。エアガンは9lで約100気圧で発震させたが、ショットも7090回重ね合わせることにより30km離れた点でも地震波信号の識別が可能であった。島原半島は別府-島原地溝帯に属し、雲仙火山がある。地下構造が複雑であることは容易に想像できる。今回の従来にない密な観測はこれをできるだけ明らかにしょうとするものであった。最終的なモデルは2次元波線追跡法をもって走時、振巾とも説明できるものを提出する予定である。暫定的には表層の下に平均値として約3.3km/εの層があり、その下には約6km/εの層が推定される。この値は他の火山地域のものと似ている。この6km/ε層はかなり凸凹があり、全体的には中央部に向かってくぼんでいる。反射波の存在からさらに深い不連続面も推定される。今回、約30kmの測線を設け臨時観測を実施することにより、かなり詳しい構造を求めることができた。これで「エアガン法」は一応確立したと考える。
ベトナム紅河デルタにおける農地利用からみた社会経済活動に関する地理学的研究

本研究の目的は,ベトナム北部の紅河デルタ農村を対象として,農民の経済活動や土地利用の変化,近年さかんに行われている農地の交換分合の実態解明とその評価を行うことである。本年度は,本研究の最終年度である。夏にかけてこれまでの二年度にわたるフィールドワークで収集した資料の資料整理と分析を進める一方で,夏の最終調査をはさんで,9月以降,研究成果のとりまとめにあたった。調査対象地はハイズオン省タインミエン県とし,県レベルの調査と村レベルの調査を行なった。本研究では,(1)1980年と2005年間の社会経済活動の変化,(2)1980年と2005年間の土地利用の変化,(3)近年の土地交換のプロセスと影響,(4)農村のアクセシビリティ,の4点についてまとめた。ドイモイ期における社会経済の転換を軸として考察するため,ドイモイ以前の1980年と2005年を比較した。その結果,ドイモイ以降,農民の経済活動が活発となり,地域の経済も活性化したこと,水田が住宅地や,より生産性の高い養魚池へ転用されていること,農地の交換分合が地元政府の主導のもとここ数年で急速に進み,農家当たり筆数が半減していること,などが具体的に明らかとなった。入手不可であったドイモイ以前の土地利用図を,地形図と空中写真を利用して作成し,各種データの整理・分析にGISの手法を用いるなど,現代的な資料整備にも貢献した。また,ベトナム語で報告することでベトナムの農村現場へのフィードバックもできたものと考える。平成16年度は,主に基礎的な研究を行ない,具体的には,以下の4つの作業を実施した。第一に,ベトナムにおける予備調査を8月1日から17日まで行なった。対象予定地域としていた,ベトナム北部の紅河デルタに位置する,ハイズオン省タインミエン県ゴークエン社(行政村)を訪れ,同社人民委員会(日本の村役場に相当)の幹部や,その下位単位である6つ村の役員に聞き取りを行ないながら,農業依存度が相対的に高く,社会的連帯が強くみられるという経済・社会状況や,土地台帳をはじめとした土地資料の入手可能性が高いという点を考慮して,インテンシブな調査を実施する村を選定した。また,空中写真や地形図,関連資料をハノイのベトナム国家図書館や,人文社会科学図書館,地図局で収集した。第二に,本研究に必要な基本図の作成を行なった。ベトナムでは,地形図や空中写真の取り扱いに制限があるため,作業の中心はパソコン上で行うことになる。そのために,まず画像編集も可能な性能の良いノートパソコンを1台購入して,調査研究環境を整備した。そのうえで,現有のスキャナ,プリンタ,デジカメといった機材も併用し,予備調査で入手した資料を利用して,研究対象地域のデジタル基本図(ベトナム全土,タインミエン県,ゴークエン社,対象村)を作成した。また,現地調査で入手した資料の整理を行なうとともに,空中写真や地形図を利用して,スードン(日本の小字に相当)ごとの小縮尺のデジタル地図の作成にも着手した。第三に,平成17年2月10日から20日まで現地調査を行い,本研究の重要な資料となる土地台帳や,ゴークエン社および対象村の行政資料の一部を入手した。平成17年度は,平成16年度に行った予備調査によって決定した調査村を対象として,本格的な現地調査を実施し,以下のような成果を得た。現地調査の期間は,2005年8月5日8月26日(22日間)と2006年2月26日3月9日(12日間)である。1属地データの入手・整理調査対象村を管轄する行政村の人民委員会(日本の村役場に相当)の行政資料などの土地交換に関する公的資料,農業合作社の土地台帳など2属人データの入手・整理全世帯を対象とした調査票方式による聞き取り調査(事前にトレーニングを行ったベトナム人の調査アシスタントと協力)を実施し,世帯ごとの,農地所有(分散)の現状や,作付体系・品種,農薬散布の時期,労働交換,労働投下量,水利といった農業活動に関する情報,副業や出稼ぎといった農外活動に関する情報を得た。3対象村のベースマップの作成GPSを利用して測量を行い,大縮尺のベースマップを作成した。4出稼ぎに関連した視察対象村からの出稼ぎ者が多い,ベトナム中部にある中部高原を視察した(一部を『水牛の「落し物」』として報告した)。なお,調査の過程で付随的に明らかになった,ベトナムにおける情報公開の進展について,「ベトナムにおける情報公開とその利用-ドイモイ下の農村研究を中心に-」としてまとめた。

ドイモイ期における社会経済の転換を軸として考察するため,ドイモイ以前の1980年と2005年を比較した。その結果,ドイモイ以降,農民の経済活動が活発となり,地域の経済も活性化したこと,水田が住宅地や,より生産性の高い養魚池へ転用されていること,農地の交換分合が地元政府の主導のもとここ数年で急速に進み,農家当たり筆数が半減していること,などが具体的に明らかとなった。入手不可であったドイモイ以前の土地利用図を,地形図と空中写真を利用して作成し,各種データの整理・分析にGISの手法を用いるなど,現代的な資料整備にも貢献した。また,ベトナム語で報告することでベトナムの農村現場へのフィードバックもできたものと考える。
昆虫の脳の作動機作-多才な行動を可能にする小さな脳のオペレーションシステム-

ハンミョウの幼虫の視覚行動、ゴキブリの行動、スズメバチのナビゲーションを対象として、昆虫の脳の作動機作を調べた。1)ハンミョウの幼虫は対象物が、捕獲可能な距離にあるか否かを単眼視、両眼視の両方で知ることが出来る。本研究で網膜像の深度、レンズと網膜の距離等の測定、幾何光学的計測などにより、対象物の距離に応じて、像の網膜深度が変化することが単眼視による距離測定に関わることを明らかにした。行動学実験で、両眼視によるより正確な距離測定機構の存在を明らかにした。電気生理学的方法により、単眼視葉の第二次視覚介在ニューロンから記録を行った。約120個の第二次介在ニューロンのうち、若干のものが距離感受性を示すことを明らかにした。このことは視覚系の末梢レベルでも距離感受性が形成されることを示している。これは単眼視による距離感受性に関わると考えられ、両眼視の距離測定機構は視覚系の中枢部(脳)に存在すると考えられる。2)ワモンゴキブリの定位行動と連合学習の能力について調べた。その結果、ゴキブリは周囲の状況を主として触角走査で知覚し、触感覚を条件刺激として連合学習できることが明らかになった。他方、視覚刺激は学習形成に関わらないことも明らかになった。3)オスズメバチ、コガタスズメバチ、キイロスズメバチを対象として、採餌行動に含まれる学習機構を行動観察で解析した。スズメバチの巣から餌場までの飛翔コースを直接観察した。これを解析し、スズメバチは餌場への飛翔のため、運動系プログラムの記憶、顕著な標識に定位した飛翔、広視野での風景照合、ピンポイントの図形照合、飛翔による視覚イメージの流れ等を併用することが明かになった4)これらの結果は、昆虫は感覚器を周辺の特殊な環境に適応させ、末梢神経系で高度な神経情報処理をすることで、地球上で多様化したことを示している。昆虫の行動は数10mgの脳で制御されるが、微小な脳の作動機作は未知の部分が含まれる。本研究は、この作動機作を発見し、その機構を解明することを目的とし、以下の研究成果を得た。1)申請者はハンミョウの幼虫が、対象物までの距離を測定することを行動学実験で報告している。本年度は、幼虫が両眼による立体視と、単眼による網膜像の深度の2つの方法で距離を知ることを明らかにした。特に、後者は他の動物では報告されていない新しい距離測定の視覚機構である。これに関しては、幼虫の視神経叢に距離感受性ニューロンがあることを同定し、現在、その神経機構の解明を進めている。2)ショウジョウバエの脳内のニューロン構築に関し。免疫組織化学を標識とした3次元地図の作成を研究分担者マイナーザーゲン教授と共同で行った。3)近年、ワモンゴキブリなど、特定の巣を持たない昆虫で、視覚学習、推測航法の可能性は報告されている。このような学習機能を詳細に調べ、報告されてような学習機能は認められないことを明らかにした。4)昆虫の脳のニューロン構築を、行動様式の異なる、ミツバチ、スズメバチ、ゴキブリ、アリで調べ、行動と脳の構築の関連性を比較検討した。5)自由行動時のワモンゴキブリ、スズメバチの脳各部のニューロン活性を、埋め込み電極で記録すし、記録部位の染色により、各部が担う機能を調べた。6)脳のシナプスの形態学的な可塑性について、ショウジョウバエを材料として、急速凍結法で解析した。

この研究は研究分担者マイナーザーゲン教授と共同で行った。12年度はハンミョウの幼虫の視覚中枢を対象とした。1)ハンミョウの幼虫は巣穴で餌となる動物を待ち伏せする。適当な大きさの昆虫などが近づくと、ジャンプして捕獲するが、捕獲可能な距離外であれば巣穴の奥に逃避する。幼虫は頭部に6対の単眼を持つが4対は痕跡的で、2対の大きな単眼が視覚行動に関わる。本研究ではこれら2対の単眼を対象とした。4個の単眼のうち3個を塗りつぶした行動実験、幼虫の単眼の視野をレンズ、プリズムで偏向させた実験から、幼虫は4個の単眼の協調で対象物の距離を測定している可能性が示唆された。同時に、1個の単眼でもある程度の距離測定が可能なことも示された。2)同側で隣接する前後2個の単眼の出力は、その下にある視葉で処理され、脳に送られる。2個の単眼の視葉は、遠位側では独立するが、近位側で融合し、約120本の求心繊維で脳と連絡する。求心性繊維は前大脳の後側部で終末するが、脳の正中線を越えて反対側に延びるものはなかった。これらの神経解剖学的知見は、同側の前後2個の単眼の情報は視葉で処理され、左右の単眼の情報は前大脳で処理されることを示している。3)視葉の視覚介在ニューロンの応答特性を調べた結果、視葉にある120個の出力ニューロンの数個は、対象物の高さに対し、特異的に応答する距離感受性を示すことを明らかにした。応答特性と入力単眼を制限した実験から、これらのニューロンは1個の単眼あるいは同側の2個の単眼から入力を受け視葉で距離感受性が形成されたと考えられる。現在は、両側性の距離感受性ニューロンを前大脳で検索している。4)ヒトを含めた多くの動物にとって、対象物までの距離を測ることは最も重要な視覚情報である。現在まで、その神経機構が明らかにされた例はない。本研究は距離、深度検出の神経機構をニューロンレベルで最初に解明できる可能性を示している。昆虫の脳はミリグラム単位でヒトの脳に比べて極めて微小であるが、この微小な脳で昆虫は補食、逃避、複雑な配偶行動等の多才な行動レパートリーを示す。微小な脳でヒトと類似の機能をもつ仕組みを解明することが本研究の目的である。本報告では距離測定の視覚神経機構についての成果を説明する。多くの動物にとって、対象までの距離を測ることは最も重要な視覚情報である。ハンミョウの幼虫とカマキリの視覚中枢を対象とし以下の知見を得た。1)ハンミョウの幼虫は巣穴で餌となる動物を待ち伏し、適当な大きさの昆虫などが近づくと、ジャンプして捕獲するが、捕獲可能な距離範囲外であれば巣穴の奥に逃避する。幼虫は頭部に4対の単眼を持つ。本研究では幼虫が4個の単眼の協調で対象物の距離を測定している可能性が明らかにした。同時に、1個の単眼でもある程度の距離測定が可能なことも示した。2)単眼下にはラミナ、メダラの2層の視神経叢が位置し、メダラの介在ニューロンの軸索が視神経を形成し脳に延びる。本研究では第2視神経層であるメダラで距離に感受性を示すニューロンを同定した。メダラ層には反対側のメダラ層からの入力も確認され、単眼性、両眼性の距離感受性がメダラで形成され、視神経を経て脳に伝えられることが明らかになった。3)カマキリは両眼で距離を測りカマ(前肢)を打ち出し、えさを捕獲する。両眼視の領域は左右の複眼の前面部に限られる。
ゲノム編集技術を用いた魚類リソソームシアリダーゼの機能解析

前年度では両アレルに異なる変異を持つNeu1変異ゼブラフィッシュの解析を行ったが、正しい解析には両アレルの変異が同じNeu1ノックアウトゼブラフィッシュの作製が重要であると考えた。そこで最終年度では、モザイク状にNeu1変異を持つF0ファウンダーを野生型を掛け合わせて方アレルのみに変異を持つF1を作出、さらにこの中から同じ型の変異を持つF1同士を掛け合わせてF2(Neu1ノックアウトゼブラフィッシュ)の作出を行った。F2世代の胚についてその遺伝子型を解析したところメンデルの法則にほぼ準じており、発生時のKO個体の死亡はほとんど見られなかった。一方、このノックアウトゼブラフィッシュではシアリダーゼ活性が有意に低下しており、Neu1以外のシアリダーゼ由来と思われる活性がわずかに残存しているだけであった。哺乳類ではNeu1遺伝子の完全欠損は胎児期もしくは出生直後にその多くが死亡するが、魚類ではこのような現象が無いことから、このNeu1ノックアウトゼブラフィッシュは「死なないNeu1欠損モデル」として有用であることが明らかとなった。一方このゼブラフィッシュは野生型と比較すると、体長が短いことが分かった。そこで遺伝子発現を解析したところ、骨形成、筋肉形成の遺伝子発現パターンが野生型と異なっており、また摂食関連遺伝子も低下していることが明らかとなった。また感染症におけるNeu1の機能についても検討した。魚病バクテリアを魚類細胞に感染させるとNeu1の遺伝子発現が変化することから、感染においてNeu1が何らかの形で関与していることが推察された。実際にNeu1遺伝子導入細胞で感染実験を行ったところ、その感染が変化していた。リソソームは細胞内にて異化分解を行うオルガネラであり、近年ではオートファジーの最終到達地点としてその機能が注目されている。哺乳類ではNeu1シアリダーゼが種々の疾病(シアリドーシスや癌)、神経細胞の分化、免疫などに関与していることが分かってきたが、魚類においてはその機能については全く報告が得られていない。哺乳類Neu1の機能から魚類においても発生や分化、感染などにNeu1が関与していることが強く予想されている。そこで本研究では、魚類リソソームにおけるNeu1シアリダーゼの機能を明らかにするため、ゲノム編集技術によるNeu1ノックアウトメダカを作製し解析を行うことを目的とした。メダカゲノム情報を元にsgRNA配列を数種類設計し、メダカ受精卵へのマイクロインジェクションを行った。その結果、孵化率の著しい低下が認められたため、Neu1の胚発生への影響が示唆された。そこでNeu1ゲノムには影響を与えず、一過性のタンパク質翻訳阻害が可能であるモルフォリノオリゴを用い、メダカ受精卵へのマイクロインジェクションを行った。Neu1-MOはNeu1ノックダウンと同様にメダカ孵化率の低下を引き起こし、胚の吸収阻害や心拍数の上昇などの表現型が確認された。そこで糖タンパクの組成を解析したところ、Neu1-MOメダカにおいて卵黄タンパク質由来と思われるシアロ糖タンパク質の異常蓄積が認められた。この結果から、Neu1は胚発生に重要な因子であることが明らかとなり、養殖業においてNeu1遺伝子の発現が種々のバイオマーカーとしての応用が期待される。Neu1遺伝子をノックアウトするためのsgRNAの設計は、メダカゲノムブラウザーを用いて行った。開始コドン周辺のPAM配列を数種類選び出し、標的配列を含むオリゴDNAをDR274プラスミドにサブクローニング後、in vitro転写システムによりsgRNAを合成した。その切断効率を確認するため、標的配列を含むゲノム領域をPCRにより増幅し、rCas9/sgRNAと反応させた。その結果、いくつかのrCas9/sgRNAでin vitroでのDNA切断が認められた。そこでこのsgRNAとCas9 mRNAを1細胞期のメダカ受精卵にマイクロインジェクションして、ノックダウンメダカの作製を試みた。ところが、このsgRNAをインジェクションした個体では発生が途中で停止するものが多く、孵化率が著しく低下した。ヒトNEU1遺伝子の欠損症は重篤な発生異常を示すことから、魚類Neu1の遺伝子ノックアウトはこれと同様に発生に影響していることが強く示唆された。そこでNeu1タンパク質翻訳を阻害するモルフォリノオリゴ(MO)を設計し、メダカ受精卵へのマイクロインジェクションを行った。これはMOによる翻訳阻害は一時的であり、ゲノム配列には影響を与えないことから、Neu1ノックダウンによる機能解析が有効であると考えたからである。Neu1-MOメダカでは対照MOと比べて胚のサイズが小さく、卵黄の大きさが有意に大きく観察された。またNeu1-MOでは孵化率の低下や心拍数の上昇が認められ、胚発生に異常があることが明らかとなった。そこでシアロ糖タンパクの組成についてレクチンブロットで解析したところ、α2-3シアル酸結合を持つ糖タンパク質がNeu1-MOで異常蓄積することが明らかとなった。この結果から、Neu1が卵黄タンパクの分解を通じて胚発生に重要な因子であることがin vivoで明らかとなった。昨年度に引き続いて、本年度もCRISPR/Cas9ゲノム編集システムを利用したNeu1遺伝子ノックアウト動物の作成を行った。これまではダツ科の小型魚であるヒメダカを用いてNeu1遺伝子のノックアウトを行っていたが、メダカは産卵数が少なく1細胞期の原形質が非常に小さいことから、インジェクション後の生残率が低下しており、変異導入率が低くなる問題があった。ノックアウト系統を確立するためには、F0ファウンダーの生殖細胞が高頻度で変異を持つことが重要であることから、産卵数が多く原形質のサイズが大きいゼブラフィッシュでNeu1ノックアウト動物を作成することに変更した。

まずゼブラフィッシュNeu1の酵素学的性状が不明であったことから、遺伝子のクローニングおよび組換えタンパク質の解析を行ったところ、その性状はヒトとよく保存されていた。オフターゲットを示さないgRNAを設計し、rCas9タンパク質と共にゼブラフィッシュ胚にインジェクションを行ったところ、メダカ使用時と比較して高確率でモザイク状のF0ファウンダーが作成できた。さらにこのF0ファウンダー同士を掛け合わせ、Neu1ノックアウトゼブラフィッシュの作出に成功した。そこでこのノックアウトゼブラフィッシュの解析を行ったところ、頭部や内臓形成に異常が認められ、ヒトシアリドーシスと同様の表現型が得られることが分かった。さらに心臓の脈動にも異常が認められ、これはNeu1ノックダウンメダカの報告と同様であった。さらにNeu1ノックアウトゼブラフィッシュの動脈球の変形が認められたことから、エラスチン-Neu1複合体の形成異常が関与することが示唆された。本年度は本課題のカギとなるNeu1ノックアウト小型魚類の作出に成功した。当初はメダカを用いて作成する予定であったが、変異導入効率の低さからゼブラフィッシュに使用動物を変更したところ、F0ファウンダーで既に表現型の変化がみられるほどの高い変異導入効率を示す条件を見つけることができた。さらにF1世代ではその表現型はかなり明確であり、ヒトシアリドーシスと同様の症状を示すだけでなく、これまで明らかではなかった内臓の微細な異常までも見出された。その一方で、このノックアウト個体の多くは性成熟する前に死亡することが推察され、バクテリア感染や環境変化への適応について評価することが難しいことが分かってきた。そこでこのノックアウトゼブラフィッシュに関しては胚発生に注目し、魚類での初期発生における脱シアリル化の意義を明らかにすることに焦点を絞って解析を進めるのが適切であると考えられる。以上の理由より進捗状況をおおむね順調に進展していると判断した。前年度では両アレルに異なる変異を持つNeu1変異ゼブラフィッシュの解析を行ったが、正しい解析には両アレルの変異が同じNeu1ノックアウトゼブラフィッシュの作製が重要であると考えた。そこで最終年度では、モザイク状にNeu1変異を持つF0ファウンダーを野生型を掛け合わせて方アレルのみに変異を持つF1を作出、さらにこの中から同じ型の変異を持つF1同士を掛け合わせてF2(Neu1ノックアウトゼブラフィッシュ)の作出を行った。F2世代の胚についてその遺伝子型を解析したところメンデルの法則にほぼ準じており、発生時のKO個体の死亡はほとんど見られなかった。一方、このノックアウトゼブラフィッシュではシアリダーゼ活性が有意に低下しており、Neu1以外のシアリダーゼ由来と思われる活性がわずかに残存しているだけであった。
人工呼吸回路による長期在宅呼吸管理を必要とする患者の感染管理システムの構築

本研究は、人工呼吸回路による長期在宅呼吸管理を必要とする患者の感染管理システムを構築することを目的とした。研究期間内における研究目標に対する研究成果の概要は以下のとおりである。1.在宅療養患者環境の細菌学的検討およびケアの実態と問題点の抽出:人工呼吸回路により在宅呼吸管理を必要とする患者38名に対する感染管理の実態調査および、気管内吸引関連物品の細菌学的検査を行った。介護者の気管内吸引に関する感染管理方法はさまざまで、一般に推奨されている清潔手技を守っていない者が多かった。気管内吸引カテーテル(以下、カテーテル)付着生菌数は,ゴム製カテーテルよりポリ塩化ビニール製の方が有意に少数で,分離菌のほとんどは,グラム陰性桿菌であった。エビデンスに基づいた感染管理教育の必要性が示唆された。2.感染対策ガイドラインの作成およびその適用と評価:エビデンスに基づいたガイドライン作成にあたり、検体の形態学的・細菌学的検討を行い、ガイドラインの概略を以下のとおりとした。(1)再使用するカテーテルはポリ塩化ビニル製とする。(2)カテーテルは滅菌蒸留水を吸引した後、気道分泌物を吸引する。(3)分泌物吸引後のカテーテル外側はアルコール綿で清拭する。(4)カテーテル内の分泌物は、100ml以上の水道水で洗浄する。(5)カテーテルは消毒剤に浸漬保管する。なお、カテーテルと消毒剤は24時間毎に交換し、滅菌蒸留水は1回分(20100ml)ずつ小分けして使用する。3.在宅ケア従事者に対する教育システムの構築:現在、感染管理ガイドラインを在宅ケア従事者に還元し、感染管理教育を実施した。また、患者の口腔内清浄度が低かったことから、安全で効果的な口腔ケアの研究が課題となった。神経難病や脳血管疾患などで気管切開、人工呼吸器装着により医療依存度の高い長期在宅療養患者の感染管理システムを構築することを目的とし、今年度の具体的な目的を「在宅療養患者環境の細菌学的検討および在宅ケアの実態と問題点の抽出」とした。調査は学内倫理委員会承認後、2004年8月から12月にかけて実施した。対象は、O県2市の訪問看護ステーション利用者のうち、気管切開がされ気管内吸引を必要とする患者で、研究協力が得られた患者とその介護者38名であった。研究者が訪問看護師と患者の自宅を訪問し、介護者に対し質問票への回答を依頼した。同時に、使用済みの気管内吸引カテーテル(以後カテーテル)、カテーテル浸漬用消毒液・洗浄水の一部を採取し、細菌学的に汚染状況を調査した。結果、37本のカテーテル付着菌(一般細菌)量は、08.6×10^5CFU/μlに分布していた。菌が検出された16本のカテーテルには、グラム陰性桿菌が最も多く付着しており、中でもPseudomonas aeruginosaは5本から同定された。また、走査型電子顕微鏡で3本のカテーテルにバイオフィルムの形成が認められた。カテーテル浸漬液の汚染菌は02.9×10^4CFU/μl、洗浄水では02.6×10^4CFU/μlに分布していた。アンケート調査から、介護者(38名)の気管内吸引回数は1日平均13.6回で、カテーテルの交換を週1回する者は9名、24時間毎が8名、不定期5名などで、8時間で交換する者はなく、最長は5ヶ月間連続使用していた。消毒液の交換は、812時間毎に交換する者は2名、24時間毎が17名であった。

気管内吸引において、一般に推奨されている清潔操作の手技や物晶の更新期間は遵守されていない傾向にあった。今後、気管内吸引管理方法と、細菌汚染との関係性を明らかにした上で、エビデンスに基づいた看護職による介護者への気管内吸引指導の必要性が示唆された。人工呼吸回路による長期在宅呼吸管理を必要とする患者の感染管理の実態と気管内吸引関連物品の細菌汚染に関する研究結果をもとに、呼吸器感染管理ガイドラインの作成に着手した。ガイドライン作成にあたり、エビデンスを確立するための基礎実験を実施した。先ず、気管内吸引に使用するカテーテルの材質を選択するためのエビデンスを明らかにした。つまり、在宅で再使用されたポリ塩化ビニル製とゴム製カテーテルについて、形態学的および細菌学的に汚染状況を評価した。結果、ゴム製カテーテルは、ポリ塩化ビニル製に比べ内・外側表面の凹凸が顕著で、微生物が入り込み増殖しやすい形状であった。また、カテーテルの付着生菌数(log・cfu/10cm)は、ポリ塩化ビニル製が2.70に対しゴム製は5.13と有意に高かった。これらから、ゴム製よりポリ塩化ビニル製カテーテルを第1選択とした方が望ましいことが明らかになった。次に、ポリ塩化ビニル製カテーテルを再使用する場合の感染管理方法を明らかにするため、基礎実験を実施した。緑膿菌・PA01株で汚染された模擬痰(0.2%寒天入りハートインフュージョン)をカテーテル内に注入増殖(10^6cfu/ml)させた後、それを廃棄し、水道水20ml(在宅で多く使用していたもの)または100mlを吸引しカテーテル内腔を洗浄した。結果、水道水の吸引洗浄において20mlでは100mlの35倍の生菌数が検出された。このことから、喀痰吸引後のカテーテルは最低100mlの水道水を吸引・洗浄する必要性が明らかになった。さらに、洗浄後のカテーテルを、消毒液に浸漬保管する場合の、消毒剤および浸漬時間の基準を明確にするため、欧州標準検査法に基づく消毒剤不活化剤の有効濃度について実験した。結果、不活化剤は20%で十分不活化されたことから、実験を継続的に実施している。人工呼吸回路による長期在宅呼吸管理を必要とする患者の感染管理システム構築のためのエビデンスを得るため,気管内吸引カテーテル(カテーテル)再使用時の洗浄および保管方法に関する実験研究を行った.Pseudomonas aeruginosa PAO1株を10^6cfu/mLに調製した試験痰で汚染カテーテルを作製し.水道水20mLまたは100mLで吸引洗浄した.洗浄後のカテーテルから細菌を解離させ,生菌数をカウントした.また洗浄後のカテーテルを,0.01%グルコン酸クロルヘキシジン(CHG)500mlに24時間浸漬したものと,蓋付容器に24時間乾燥保管したもののカテーテル付着生菌数を測定した.なお,消毒剤浸漬保管後のカテーテルは,不活化剤処理後に培養した.結果,水道水20mLで洗浄した場合のカテーテル付着生菌数(cfu/mL)は,洗浄直後2.6×10^7,CHG浸漬後27,乾燥保管後1.2×10^5と,CHG浸漬保管後の生菌数が最も少なかった.水道水100mL洗浄後のカテーテル付着生菌数(cfu/mL)は,洗浄直後4.2×10^6,CHG浸漬後0.8,乾燥保管後2.3×10^4であった.
アクティブ骨導音センシングを用いた常時装着型手入力インタフェース

本研究では、指関節角度の推定が可能なアクティブ骨導音センシングを提案した。センシングシステムは、振動アクチュエータとマイクロフォンからなる指輪型デバイスを開発した。指関節角度推定は人間が知覚できない振動を用いることで実現した。さらに、ホワイトノイズを入力することで、3種類の手形状を高い精度で認識することができた。我々は、シミュレーション環境にてグリッパの制御が可能なロボットインタフェースシステムを実装し、実験を通して提案手法によってロボットの制御が可能であることを確認した。平成25年度では,アクティブ骨導音センシングを用いた手入力インタフェースの実現に向けて,平成24年度から引き続き,手指関節角度の推定と手形状推定に取り組み研究を進めた.複数の手指関節角度を対象に絶対的な関節角度の推定を行うには課題も多いが,手形状推定を対象とすることで,パターン認識技術を用いて手形状の分類が可能であることが分かってきている.また,指関節角度推定では,これまでパチニ小体が知覚できない周波数帯で推定を行ってきたが,それとは逆に知覚が可能な周波数帯を混合した振動を用いても関節角度が推定できることが分かった.手指関節角度推定の研究を進めると,先行して行った肘関節とは違った面があることが発見できた.伸展時と屈曲時では,指に入れる力が異なるが,この影響が振動の伝搬にも大きくでていることを確認した.これは,屈曲時と伸展時では推定モデルを変更しなければならない場合があることを意味するが,この点については今後の課題として研究を進める予定である.さらに,平成26年度に予定している拡張現実感内の物体操作にむけて先行して取り組み,頭部位置の推定が可能な技術を,カメラを用いてリアルタイムで動作させることに成功している.そこで平成26年度は,この技術とアクティブ骨導音センシングを融合させ,拡張現実感用のインタフェースとして応用を行い,研究最終年度として,その実用性等を大きくアピールできるよう取り組む予定である.本研究では、指関節角度の推定が可能なアクティブ骨導音センシングを提案した。平成24年度は,手指を対象として関節角度推定を行うため,センシングデバイスを指に合わせて,設計,制作し,小型化を実現した.これまでは,スピーカとマイクを用いてアクティブ骨導音センシングを行ってきたが,より構造が複雑な手指を計測対象とするにあたり,センサ,アクチュエータを種類から再考した.各種センサ,アクチュエータを評価した結果,スピーカを振動アクチュエータに,マイクを電子聴診器等に用いられるコンタクトマイクに変更することで,骨に能動的に入力した信号がこれまでより容易に計測できることを確認した.手指には,触覚,圧覚等を感知する受容器が多くあることは良く知られており,振動を感知するものとしてはパチニ小体がある.アクティブ骨導音センシングでは入力信号として振動を採用するが,受容器が多くある手指に何も考えず振動を入力すると,振動は知覚され不快であることは言うまでもない.そこで,入力する振動は人が知覚できないものにする.受容器の特性については古くから報告がされているが,高周波の振動を知覚できないという性質を利用し,アクティブ骨導音の周波数を決定した.また,知覚周波数より高い周波数に設定した場合も,関節角度によって振幅に変化が現れることを確認した.次年度以降に予定しているアクティブ骨導音センシングを用いたヒューマンインタフェース研究を推進する上で,装着型のインタフェースとすることが重要であることから,指輪型の計測装置としてアクチュエータ,センサを装着できるものとした.また,MP関節角度の推定では,推定誤差約4度という高い精度での推定を実現した.アクティブ骨導音センシングは関節角度推定に主に利用する手法として開発してきたが,関節の角度推定だけでなく,手形状推定にも応用することに取り組んだ.システムの構成は関節角度推定を行う際と変わらず,マイクロフォンと振動アクチュエータの1セットを用いて,グー,チョキ,パーなどの手形状を推定することを実現した.手首から入力した信号を指先につけた指輪型のデバイス(マイクロフォン)で検出する.関節角度推定では,振幅を特徴量として用いたが,手形状推定では,ホワイトノイズを加えた際のパワースペクトル密度を特徴量として用いた.振幅と同様に,手形状を変化させた際にパワースペクトル密度が変化することが確認でき,0 Hzから2500 Hzまでのパワースペクトルを10Hzごとに区切りことで250次元に特徴量として用いた.2500Hz以上の周波数は振動が減衰しほとんど伝搬されないことから,推定に使用する必要がないことは実験を通しても確認している.手形状認識にはサポートベクタマシンを用いたが,3種類の動作に対する認識率は,94%以上という結果となった.また,装着型インタフェースとして,仮想空間,実空間にてグリッパのコントロールを行った.

示指のMP関節角度を用いてグリッパの開閉を制御し,物体を適切に把持することが可能であることを実験を通して確認できたことから,提案手法はインタフェースとしても利用可能である.ヒューマンインタフェース交付申請時の研究計画に比べて,若干遅れが出ている点もあるが,その分先行して進められている点もあり,概ね順調に進められているといえる.物体認識については未着手となっているが,これは分野として競争が激しく,先行して発表が行われるなどがあったことが原因で,その他の部分を強化するように方向転換したためである.方向転換した結果,当初予定はしてなかった新しい展開も生まれている.平成24年度の最も重要な課題は,手指関節における関節角度推定であったが,これを達成した.これまでの研究では,肘関節でのみアクティブ骨導音センシングによる関節角度推定を実現してきたが,それに加えて指関節でも推定ができることを示した成果は,多くの関節で提案手法が有効である事が期待させるものである.また,アクティブ骨導音センシングに採用するアクチュエータ,センサの見直しを行い,関節角度推定において高い精度を実現した事から,今後の研究において従来の研究では計測が難しかった対象に対しても計測が可能となることが期待できることから,研究は概ね順調に進展していると言える.今後は,関節角度や手形状を用いた直感的なインタフェースの開発に着手し,これまで計測手法として成果を報告してきたが,実用性の高いインタフェースとしてアピールできるように研究を進める.特にウェアラブルな機器は非常に注目されていることから,ウェアラブルなインタフェースとしてプロトタイプを開発するように取り組む.筋電位等を用いた手形状推定等の成果も,パターン認識技術が多く採用され,多数発表されている.これらと本研究の差別化を明確にすることが研究推進の上で重要な課題と考えている.具体的には,外部との接触の利用が差別化には重要であると考えている.我々はこれまでタップした際に生じるパッシブな骨導音をアクティブ骨導音センシングと併用し,メニューベースのインタフェースを提案してきたが,タップに限らず物体とのインタラクションにアクティブ骨導音センシングが応用できないか検討する事で,その他の手指姿勢推定手法との大きな差別化を行っていく.また,ここ数年三次元プリンタが広く普及しはじめ,簡単にデバイスを試作する事ができるようになった.我々の研究でも,外部のプリントサービス等を用いてこれを積極的に利用し,ラピッドプロトタイピングを行い研究を推進していく予定である.アクティブ骨導音センシングを用いて,ロボット等の操作も予定しておりその予算を計上していたが,組織を異動したことで,研究用デバイスとしてロボットを取得することができ,新規に購入する必要がなくなったことが理由である.精度評価などを行う際に必要な機器を購入するなどを予定している.また,移動ロボットではないが,アクティブ骨導音センシングにて操作できるデバイスを揃えて,インタフェースとしてのデモンストレーションができるよう準備を進める予定である.
器官形成運命の転換による革新的器官誘導の基盤技術の開発

本研究グループは、世界に先駆けて器官発生過程を再現することにより胎児性幹細胞からの器官原基、並びに多能性幹細胞からのオルガノイドにより複数の機能的な器官、並びに器官系の再生を示し、器官再生医療の実現可能性を実証した。本研究課題では、器官形成運命の転換による革新的器官誘導の概念を実証すると共に、その基盤技術開発を目指している。その基盤研究として、1.器官運命決定メカニズムの解明、2.成体幹細胞のDirect Reprogrammingによる多様な器官再生誘導の実証、3. Direct Reprogramming Organogenesisによる新規器官再生方法の概念実証を推進する。世界に先駆けて器官発生過程を再現することにより器官誘導能のある幹細胞や多能性幹細胞から機能的な器官、並びに器官系の再生を示した実績に基づき、胎児期の器官発生の運命決定メカニズムを明らかとし、その運命を人為的に制御することによる革新的器官誘導の概念の実証と、器官再生医療に向けた新たな基盤技術の開発を推進する。本研究は、1)器官運命決定メカニズムを解明し、2)生体幹細胞のダイレクトリプログラミングによる対応な器官再生誘導を実証、3)ダイレクトリプログラミングオルガノジェネシスによる新規器官再生方法の概念実証を行うことにより器官発生原理を解明するものである。その応用として、革新的器官誘導の概念が実証され、基盤となる技術が開発されることが見込まれる。
極低温液体貨物を貯蔵する浮体式海洋構造物の安全性評価法の開発

化石燃料の中でも相対的にクリーンな液化天然ガス(LNG)の需要が増加している。現状では船舶用LNG格納タンクとしてメンブレン方式と球形タンク方式が使用されているが、近年のタンク容量の増大による半載航海への要望の高まりや、FLNGなど半載を前提としたシステムの出現により、貨液半載時に生ずる危険なスロッシングが懸念されている。本研究では、半載状態でのLNG格納タンクにおけるスロッシング挙動予測法の研究を進めた。また、液体運動と船体運動の連成効果を評価するツールを開発し、模型実験および数値計算によりその有効性を確認した。さらにスロッシングを防止するための装置やオペレーション法について検討を行った。洋上LNG生産設備の設置海域の海象を調査し、データを整理した。また、代表的な洋上LNG生産設備の諸寸法を調査し、数値シミュレーションや模型実験の基礎情報として整理した。波浪中でのLNG生産設備の運動を数値計算するシミュレーション・システムを作成した。これにより、不規則波浪中でのLNG生産設備の運動を評価することができるようになった。LNG生産設備を設置する海域を仮定し、作成したシミュレーション・システムを用いて波浪中での運動を評価した。LNG格納タンク内に浮体を設置し、想定される厳しい海象中でのスロッシングの発生を防止する方法を考案した。考案した方法について国際特許出願を行った。考案したスロッシング防止法の有効性を調べるため、差分法を用いたスロッシング数値プログラムを整備し、性能評価シミュレーションを実施した。また、(独)海上技術安全研究所が保有するスロッシング実験装置を借用して模型実験を実施し、数値計算法の計算精度を確認するとともに、考案したスロッシング防止装置が実際の海象においても有効に機能するかを調べた。これらの検討の結果、提案した方法が極めて有効なスロッシング防止効果をもつことが判明したため、研究成果を国内外の学会および研究誌にて公表するための準備を進めている。一部の成果については、論文発表または論文投稿を完了している。前年度に開発した波浪中でのLNG生産設備の運動を数値計算するシミュレーション・システムを用いて、不規則波浪中でのLNG生産設備の運動を評価する方法を確立した。洋上LNG生産設備の設置海域の海象に対応した数値シミュレーションを行い、作成したシミュレーション・システムを用いて波浪中での運動を評価するとともに、海域ごとの応答特性について検討した。これらの結果を国際学術誌に発表した。LNG格納タンク内に浮体を設置し、想定される厳しい海象中でのスロッシングの発生を防止する方法を考案するとともに、その性能を評価するためにスロッシング数値プログラムを用いたシミュレーションを実施した。また、前年度に(独)海上技術安全研究所のスロッシング実験装置を借用して実施した模型実験結果と数値シミュレーション結果の比較を行い、数値計算法の計算精度を確認するとともに、考案したスロッシング防止装置が実際の海象においても有効に機能することを示した。これらの研究成果を国内外の学会および研究誌にて公表した。平成26年度は下記の研究を実施した。(1)タンク構造の応答:昨年度までに実施したスロッシング模型実験のデータと数値解析結果を比較し、計算法の精度確認を行った。(2)スロッシングの検討およびその防止策の開発:a)スロッシング発生防止用デバイスの形状最適化:浮体を用いてスロッシングを防止する方式を研究した。また、スロッシング防止に有効な浮体の形状として逆T字形の浮体を提案し、その有効性を確認した。研究成果は国際学会にて報告した。b)浮体構造物設置海域によるスロッシング発生状況の相違検討:LNG生産用浮体構造物の設置海域による応答の違いを検討した。ブラジル沖、オーストラリア沖、北大西洋について検討し、それらの海域におけるスロッシング応答の特徴を明らかにした。c)複数タンク間の貨液の移動による同調防止法の検討:LNG生産用浮体構造物では、生産物であるLNGをタンク内に貯蔵するために長時間を要するため、タンク内の液位が徐々に変化する。従って、海域によっては激しいスロッシングが発生する可能性がある。本研究では効果的に複数タンク間で液体を交換することにより、特定のタンクの液位を急速に上昇させスロッシングを防止する方法を提案し、その効果を検討した。検討結果は、国内外の学会にて報告した。本年度は、下記の研究を実施した。(1)スロッシング防止策の開発洋上で天然ガスを生産するための設備であるFLNGでは、LNGの生産時にかならず部分積み状態が発生するため、LNG格納タンク内のスロッシング発生が懸念されている。本研究では、複数タンク間で貨液を移動することにより船体運動と貨液運動の同調を避けるオペレーション方法を提案しその有効性を示した。提案した方法は、安全な液位まで複数タンクにLNGを貯めた後、それらのタンクからターゲットとするタンクに一気にLNGを移送する方法であり、ターゲットタンクにおける危険な半載状態の持続時間を最小限に抑えるものである。数値シミュレーションによりスロッシング発生リスクを半減できることを示した。また、液化天然ガス運搬に用いられるLNG船において、危険なスロッシングを発生させないためには、タンク内貨液と船体運動の同調を避けることが最も重要である。本研究では、航海域の波浪特性、船体運動の特性とタンク型式によるスロッシング特性を考慮して、航海時の安全性を評価する簡易なクライテリアを検討した。今後、実海域を航行するLNG船の運航安全性評価の実用的な指標として広めていきたい。(2)新型式タンクのスロッシング数値計算法の研究

LNG船の大型化に伴って、タンクの容積効率を改善する目的で円筒と球形を組み合わせた新型式タンク(ストレッチタンク)が提案されている。本研究では、球形およびストレッチタンクに発生するスロッシングを効率的かつ精度よく数値計算するツールを開発した。研究成果はすでにいくつかの国際学会等に論文投稿しており、広く公表する予定である。化石燃料の中でも相対的にクリーンな液化天然ガス(LNG)の需要が増加している。現状では船舶用LNG格納タンクとしてメンブレン方式と球形タンク方式が使用されているが、近年のタンク容量の増大による半載航海への要望の高まりや、FLNGなど半載を前提としたシステムの出現により、貨液半載時に生ずる危険なスロッシングが懸念されている。本研究では、半載状態でのLNG格納タンクにおけるスロッシング挙動予測法の研究を進めた。また、液体運動と船体運動の連成効果を評価するツールを開発し、模型実験および数値計算によりその有効性を確認した。さらにスロッシングを防止するための装置やオペレーション法について検討を行った。いくつかの実用的なスロッシング防止方法を提案し、それらの有効性を確認することができたため学会等で公表した。また、防止方法を国内及び国際特許として審査請求中である。27年度が最終年度であるため、記入しない。船舶海洋工学これまでの研究成果をもとに、スロッシング評価システムとしてまとめるとともにスロッシング防止のための予測手法を確立する。これらの成果は、LNGを輸送する船舶や海洋におけるLNG生産用浮体式構造物の安全性評価ツールとして公表する。スロッシングの研究に予想以上の進展があったため早期に成果を出すことによって関連産業の発展に貢献できると考え、次年度に予定していた模型実験を前倒しで実施した。いくつかの研究項目について有益な研究成果が得られ、それらの研究成果を学術誌等に公表できたため、研究の進捗状況はおおむね順調と考えられる。本年度以降の研究内容は全体的に本研究補助金申請時よりも前倒しで実施する。また、研究内容を更に高度化できるよう研究内容を組み替える。本研究で開発したシミュレーション法が研究補助金申請時に想定していなかった方向にも応用できることが分かったため、研究内容をさらに高度化して研究を推進する。
両親媒性物質のナノスケール構造の物理的因子による制御

1.pH変化によるミセル-ベシクル転移オレイルジメチルケミシオキシドに(O1DMAO)のpHによるミセル-ベシクル転移が自発的かつ可逆的であることを昨年度示したが無添加塩系では常にミセル-ベシクルが共存していた。今年度は添加塩として10mMNaCl中でのpHによるミセル-ベシクル転移を調べた。途中のイオン化状態(0.3)では結合網目が明瞭に観測された。そして0.4ではミセルとベシクルが共存し、0.5ではベシクルのみの系が実現した。従って、ミセルとベシクルの二状態間の相転移ではなく、イオン化度の増加とともに、曲率(充填因子)が連続的に変化する過程であることが結論できた。2.疎水性体イオンによる構造形成C14DMAOのカチオン状態と半等量プロトン化状態において、2-ヒドロキシナフタレンスルフォン酸(NphS)のNa塩との相互作用を調べた。その結果、炭素鎖長14であるにも拘わらず、他の炭素鎖長16のカチオン性界面活性剤よりも曲率の小さい構造(ラメラ、ベシクル)が形成された。これはラメラにおいて極性基間に水素結合などの引力的相互作用により充填因子が増大した結果と考えられアミンオキシドに特徴的な現象である。3.グラファイト/溶液界面の凝集体構造C12DMAOのグラファイト表面への液相吸着により、非イオン種ではヘミミセルが生成したが、半等量プロトン化状態では単分子膜となり、pHによる構造転移が観測された。4.アルキルジメチルアミンオキシド(CnDMAO)/オレイン酸ナトリウム(NaOl)系の分散状態と複合体形成n=16,14,12,10,8,6の非イオン種CnDMAOとNaOlの等モル混合物の溶液のpHを低下させたときの相分離を調べた。いづれの場合もある臨界pH(pH_c)において相分離が起こった。この臨界pH(pH_c)はn=10において最小を示した.この挙動は、形成される複合体がnが10以上と8以下では異なることによると結論した。nが10以上の場合は、catanionic複合体が形成される。他方、nが8以下になると酸性石鹸が形成される。この場合,catanionic複合体も形成される。5.イオン/非イオン混合ミセルのコリン-ハーキンス係数の電荷密度依存性他の混合ミセルでは実行困難なcmcにおけるミセル組成の制御をアミンオキシドの特徴をいかして可能にした。その結果、低電荷密度まで、CH係数とイオンと対イオン結合度は一致することを実験的に初めて示すことに成功した。6.イオン性/非イオン性混合ミセルの対イオン結合度のミセル組成依存性の理論イオン性ミセルの対イオン結合度が既知の場合、そのミセルに非イオン種が混合した場合の対イオン結合度の変化を表す解析式を導いた。この式は12種の報告例を良く記述できた。

5.イオン/非イオン混合ミセルのコリン-ハーキンス係数の電荷密度依存性他の混合ミセルでは実行困難なcmcにおけるミセル組成の制御をアミンオキシドの特徴をいかして可能にした。その結果、低電荷密度まで、CH係数とイオンと対イオン結合度は一致することを実験的に初めて示すことに成功した。6.イオン性/非イオン性混合ミセルの対イオン結合度のミセル組成依存性の理論イオン性ミセルの対イオン結合度が既知の場合、そのミセルに非イオン種が混合した場合の対イオン結合度の変化を表す解析式を導いた。この式は12種の報告例を良く記述できた。(1)長鎖アルキルジメチルアミンオキシド(CnDAO)固体相状態。(研究発表欄1,6)炭素鎖長n=10,12,14,16,18の試料について、塩酸塩と半塩酸塩について、固体の相状態を示差走査熱量測定と偏光顕微鏡観察により調べた。その結果、アルキル基が秩序配列した固体S1,アルキル鎖が融解した固体S2,液晶、等方性液体の順序の相系列を確認した。半塩酸塩においても基本的に同じ相系列であった。半塩酸塩の特徴は(1)S2相が高温まで安定であり、(2)液晶→液体転移温度は鎖長の増大とともに減少する。前者は我々の提案している水素結合モデルの妥当性を支持する。(2)赤外吸収によるC12DAOの極性基間水素結合の検証。(研究発表欄10)C12DAOのカチオン種と半プロトン化種について、固体および液晶状態の赤外吸収測定を行った。半プロトン化種では、固体状態ではOH基の特性振動が1600cm^<-1>よりも低波数に連続吸収帯として出現した。これは水素結合による連鎖の存在を強く示唆する。液晶状態においても水和していないことが結論できた。カチオン種では、液晶状態では大部分が水和していることが確認された。半プロトン化状態で極性基間に水素結合が存在する分光学的知見が確立されつつある。(3)長鎖アルキルジメチルアミンオキシド(CnDAO)水溶液の粘弾性。(論文投稿中)(A)C14DAOについて、粘弾性に及ぼす濃度、イオン強度、温度の効果を調べた。緩和機構の異なる二つの濃度域を確定し、それぞれの緩和機構を提案した。(B)C16DAOについては、C14DAOの場合に比較して、粘弾性は増加したが、イオン化度依存性が著しく減少した。アルキル鎖長が長いために極性基の効果が相対的に減少した結果を示す。(C)オレイルジメチルアミンオキシドの場合、降伏応力が初めて検出され、半プロトン化状態において最大値を示した。(4)長鎖アルキルアミンオキシド水溶液の水素イオン滴定。(論文投稿中)CnDAOについては、ミセルのプロトン固有解離定数pK_0の鎖長依存性:C10<C12<C14C16を見出した。ミセルの球-棒転移と水素結合モデルにより初めて合理的に説明できる。温度依存性がない。1.pH変化によるミセル-ベシクル転移の実現(業績欄1)オレイルジメチルアミンオキシド(O1DAO)が半プロトン化状態でベシクルを形成することを見いだした。このpHによるミセル-ベシクル転移が自発的かつ可逆的であることを示した。この転移は迅速であり、ベシクルは2時問程度で形成される。この転移は、粘弾性では紐状ミセルの絡み合いに対応する単一Maxwell型の挙動から、ゲル的な挙動への変化に対応する。2.固体表面のC14DAO吸着膜のpHによる構造転移(業績欄2)2-1.マイカ(雲母)表面にテトラデシルジメチルアミンオキシド(C14DAO)を溶液から吸着させた。