hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
生体医療用の高感度半導体放射線検出器の電極材料の開発

【背景】CdTe半導体は医療用X線カメラ等の高感度放射線検出器への適用が期待されているが,実用化には検出感度向上のために非常に高い電圧を基板に印可した際にリーク電流を小さくすることが要求される.そのため,ショットキー特性を有する電極材が必要となるが,従来のCdTe半導体用ショットキー電極材には使用後数分間で検出効率が著しく低下するという問題があり、これが実用化の大きな障害となっている。本研究では,従来よりも高性能のショットキー電極材を開発するために,基板CdTeとの反応を促進させ,p-n接合を形成することによりリーク電流の飛躍的な低下を実現する新しい電極材作製法に取り組む.【結果】基板温度をInの融点以上に加熱してInを真空蒸着した場合、成膜中にCdTe基板とInの反応が促進されるため,単体Inはほとんど残存しておらず、In-Te化合物層が形成された。これらの電極材では従来報告されているショットキー電極材よりも高い検出感度が得られたが、比較的低温で成膜した電極材では検出特性の劣化は顕著であった。検出感度の劣化は、同電極材をより高温で熱処理することにより抑制された。微細構造解析から、検出感度の劣化が顕著な電極材はIn_4Te_3を主成分とする粗大結晶粒(粒径300nm程度)から成るが、より高温の熱処理を施した試料では微細結晶粒(粒径数十nm程度)のInTeが生成しており、同構造が高性能電極材に不可欠であることが明らかとなった。InTeはn型半導体となることが報告されていることから,p-n接合が形成されたことにより従来のIn単体電極材よりも遥かにリーク電流が小さく,劣化を抑制できる電極材が得られたと考えられる.微細InTe粒から成る電極材は基板温度を高温加熱して成膜することにより,成膜後熱処理を施すことなく得ることができた.様々な面から最適化されたプロセスで作製された電極材では,従来よりも飛躍的に高い検出感度・安定性を有することが確認された.【背景】CdTe半導体は医療用X線カメラ等の高感度放射線検出器への適用が期待されているが,実用化には検出感度向上のために非常に高い電圧を基板に印可した際にリーク電流を小さくすることが要求される.そのため,ショットキー特性を有する電極材が必要となるが,従来のCdTe半導体用ショットキー電極材には使用後数分間で検出効率が著しく低下するという問題があり、これが実用化の大きな障害となっている。InTeはn型半導体となることが報告されていることから,p-n接合が形成されたことにより従来のIn単体電極材よりも遥かにリーク電流が小さく,劣化を抑制できる電極材が得られたと考えられる.微細InTe粒から成る電極材は基板温度を高温加熱して成膜することにより,成膜後熱処理を施すことなく得ることができた.様々な面から最適化されたプロセスで作製された電極材では,従来よりも飛躍的に高い検出感度・安定性を有することが確認された.【背景】CdTe半導体は医療用X線カメラ等の高感度放射線検出器への適用が期待されている。検出感度向上にはショットキー特性を有する電極材が必要となるが、従来のCdTe半導体用ショットキー電極材には使用後数分間で検出効率が著しく低下するという問題があり、これが実用化の大きな障害となっている。本年度は種々の条件で成膜したIn基電極材の微細構造と検出特性の関係を詳細に検討し、高性能電極材の開発の指針を得ることを目的として実験を行った。【実験方法】p型CdTe半導体基板の(111)B面(Te-rich)に、種々の基板温度でIn(300nm厚)を真空蒸着した。裏面の(111)A面(Ca-rich)にはオーミック電極材となるPtを無電解めっき法により成膜した。必要な場合には、200°C400°Cの熱処理を施した後、放射線検出特性の測定、およびX線回折法、集束イオンビーム装置、透過型電子顕微鏡による電極材の微細構造解析を行った。【結果】基板温度をInの融点以上に加熱してInを真空蒸着した場合、成膜中にCdTe基板と反応を起こすため単体Inはほとんど残存しておらず、主にIn-Te化合物から成るショットキー電極材が形成された。

これらの電極材では従来報告されているショットキー電極材よりも高い検出感度が得られたが、比較的低温で成膜した電極材では検出特性の劣化は顕著であった。検出感度の劣化は、同電極材をより高温で熱処理することにより抑制された。微細構造解析から、検出感度の劣化が顕著な電極材はIn_4Te_3を主成分とする粗大結晶粒(粒径300nm程度)から成るが、より高温の熱処理を施した試料では微細結晶粒(粒径数+ nm程度)のInTeが生成しており、同構造が高性能電極材に不可欠であることが明らかとなった。微細InTe粒から成る電極材は基板温度を高温加熱して成膜することにより熱処理を施すことなく得ることができ、最も検出特性の良いものでは従来よりも高い検出感度を有し、且つ1時間の使用後も検出感度の劣化がほとんど見られなかった。本年度の結果から、電極材の微細構造・界面構造制御が極めて有効であることが明らかになった。【背景】CdTe半導体は医療用X線カメラ等の高感度放射線検出器への適用が期待されている。検出感度向上には,非常に高い電圧を基板に印可した際にリーク電流を小さくしなければならないため,ショットキー特性を有する電極材が必要となる.しかし,従来のCdTe半導体用ショットキー電極材には使用後数分間で検出効率が著しく低下するという問題があり、これが実用化の大きな障害となっている。本年度は基板加熱蒸着法でInを成膜することにより基板CdTeとの反応を促進させ,p-n接合を形成することによりリーク電流の飛躍的な低下を実現することに取り組む.【実験方法】p型CdTe半導体基板の(111)B面(Te-rich)に、種々の基板温度でIn(300nm厚)を真空蒸着した。裏面の(III)A面(Cd-rich)にはオーミック電極材となるPtを無電解めっき法により成膜した。必要な場合には、200°C400°Cの熱処理を施した後、I-V測定,放射線検出特性の測定、およびX線回折法、集束イオンビーム装置、透過型電子顕微鏡による電極材の微細構造解析を行った。【結果】基板温度をInの融点以上に加熱してInを真空蒸着した場合、成膜中にCdTe基板とInの反応が促進されるため,単体Inはほとんど残存しておらず、In-Te化合物層が形成された。これらの電極材では従来報告されているショツトキー電極材よりも高い検出感度が得られたが、比較的低温で成膜した電極材では検出特性の劣化は顕著であった。微細構造解析から、検出感度の劣化が顕著な電極材はIn_4Te_3を主成分とする粗大結晶粒(粒径300nm程度)から成るが、より高温の熱処理を施した試料では微細結晶粒(粒径数十nm程度)のInTeが生成しており、同構造が高性能電極材に不可欠であることが明らかとなった。InTeはn型半導体となることが報告されていることから,p-n接合が形成されたことにより従来よりもリーク電流が小さく劣化の起こらない電極材が得られたと考えられる.微細InTe粒から成る電極材は基板温度を高温加熱して成膜することにより,成膜後熱処理を施すことなく得ることができた.最も検出特性の良いものでは従来よりも飛躍的に高い検出感度・安定性を有することが確認された.
半導体劈開表面に形成される二次元電子系における新物性の探索と研究

半導体二次元電子系の電気伝導の研究の舞台はこれまでSi-MOSFETやHEMTといった半導体素子中に限られてきた。しかし我々はインジウム砒素やインジウムアンチモンといった半導体表面に他の物質を極僅かに吸着させることで誘起される、表面二次元電子系の電気伝導測定の手法を確立した。[1]半導体表面二次元電子系の電気伝導測定を通じ、この系が表面吸着物質のスピン状態に反応して電気抵抗を変化させることが判明した。鉄を吸着したインジウム砒素表面二次元電子系の電気伝導が、被覆率0.4原子層付近に限って磁場に対する履歴を示すことが分かった。詳細な測定から吸着Fe膜が理論的には存在するか議論の分かれる2次元スピングラスである事が示唆されたため、履歴現象の更なる系統的な測定を進めた。その結果、(1)試料に磁場を印加することで電気抵抗が減少するが、試料を加熱しながら磁場を印加したほうが減少幅が大きくなる。抵抗の減少幅が飽和する磁場は条件次第だが1Tから10T程度までの幅を持つ。(2)様々な温度で抵抗の減少幅を測定すると、4K付近が最も減少幅が大きくなる。(3)印加磁場を変えた後、抵抗が1000秒以上に渡る長時間の緩和を示す。以上からFe原子のスピングラスを強く示す結果を得た。[2]半導体二次元電子系では量子ホール効果や金属絶縁体転移といった興味深い物理現象が現れるが、これらの現象に関する研究の舞台は、これまでシリコン絶縁体電界効果トランジスタやヘテロ接合系といった半導体デバイス中の界面二次元電子系に殆どの場合において限られてきた。その一方でインジウム砒素やインジウムアンチモンといった半導体表面に金属をわずかに吸着させた系において生じる二次元電子系の存在が知られており、この電子系が高い移動度を持つことも期待されていた。この半導体表面二次元電子系の電気伝導は辻、望月、岡本がインジウム砒素に銀を吸着した系で初めて測定し、量子ホール効果の観測に成功した[1,2]。半導体表面二次元電子系の電気伝導は、走査プローブ顕微鏡によるミクロな現象との同時測定や、吸着物質と二次元電子系の相互作用による新物性の探究といった将来性豊かな研究対象である。今年度はインジウム砒素表面に強磁性金属である鉄を1原子層以下という、ごく少量だけ吸着した系での二次元電子物性の研究を行った。鉄吸着インジウム砒素表面二次元電子系は平行磁場下で大きな正の磁気抵抗を示した。これは温度1.5K、磁場9Tにおいて最大100%程度の大きさを持ち、さらにShubnikov-de Haas振動の磁気方位依存性からこの磁気抵抗がスピン偏極によるものでないということが明らかになった。またこの系を100K程度に昇温し、再び低温へと冷却することで磁気抵抗が消失する様子が観測されたことから、表面吸着原子の形態にこの二次元電子系の新しい物性が起因していることも明らかになった。[2]岡本、辻、望月固体物理41,339-(2006)半導体二次元電子系では量子ホール効果や金属絶縁体転移といった興味深い物理現象が現れるが、これらの現象に関する研究の舞台は、これまでシリコン絶縁体電界効果トランジスタやヘテロ接合系といった半導体デバイス中の界面二次元電子系に殆どの場合において限られてきた。この半導体表面二次元電子系の電気伝導は辻、望月、岡本がインジウム砒素に銀を吸着した系で初めて測定し、量子ホール効果の観測に成功し、さらに最近ではInSbでも同様の結果を得ている[1,2]。鉄吸着インジウム砒素表面二次元電子系で今年度、低温での磁気抵抗にこれまで知られていなかった並行磁場下での新たな履歴現象を発見した。この履歴は鉄原子層が0.4原子層の時に特異的に観測された。このような履歴はインジウム砒素内の二次元電子系と鉄原子層の交換相互作用が磁気抵抗で測定されるほどの強さを持つことを示すものである。また、この磁気抵抗の履歴の温度依存性や磁場依存性を系統的に測定した結果、InAs表面のFe原子がスピングラス状態を形成していることが分かった。
cDNAの異所性細胞への導入と脳シグナルトランスダクションモデルの確立

受容体,酵素,イオンチャネルなどの生体にとって機能的に重要な蛋白質を,発現系を用いた方法により,確立した細胞系に導入して発現させ,細胞モデルを作製し,神経伝達物質,電位依存性イオンチャネル,細胞増殖因子等による細胞刺激により,発現蛋白質の動態を解析することで,薬物の効果判定や創薬の開発に役立つ系を確立することができる。本研究では,とくに,細胞内カルシウムイオン(Ca^<2+>)に焦点を合わせた。CaMKIIの細胞質と細胞核にそれぞれ局在する細胞質型と核移行型をNG108-15細胞に発現させ,脳由来神経栄養因子(BDNF)発現に対する影響を調べた。細胞質型CaMKIIδ1,CaMKIIδ2の発現によっては,BDNFの発現は不変であったが,核移行シグナルを持つCaMKIIδ3,CaMKIIαBの発現によって,細胞質でのBDNFの発現が増加した。定量的RT-PCR法によってmRNAを測定すると,Exon IV-BDNF mRNAが有意に増加し,ExonIII-BDNF mRNAの増加を認めなかった。これらの結果は核移行シグナルを持つCaMKIIのみがmRNA,蛋白質の発現にかかわっていることを示している。ドーパミンD2受容体(D2R)長鎖(D2RL)と短鎖(D2RS)をNG108-15細胞に導入し,それぞれ安定細胞を得た。D2RLおよびD2RSの細胞内局在を,D2Rに対する特異的抗体を作製して,共焦点レーザー顕微鏡を用いて調べた。両者の細胞内局在は異なっていた。また,D2RL発現安定細胞を用い,D2R作動薬に対する細胞内反応を調べた。D2R刺激によって,細胞内Ca^<2+>濃度が上昇した。細胞に核移行型CaMKIIイソフォームを発現させ,D2R作動薬で刺激すると,CaMKII活性化反応および脳由来神経栄養因子の発現が上昇した。まず,受容体,酵素,イオンチャネルなどの生体にとって機能的に重要な蛋白質を,発現系を用いた方法により,確立した細胞系に導入して発現させ,細胞モデルを作製し,神経伝達物質,電位依存性イオンチャネル,細胞増殖因子等による細胞刺激により,発現蛋白質の動態を解析することで,薬物の効果判定や創薬の開発に役立つ系を確立することができる。本研究では,とくに,細胞内カルシウムイオン(Ca^<2+>)に焦点を合わせ,低濃度のCa^<2+>によって活性化されるCa^<2+>/カルモデュリン依存性プロテインキナーゼ(CaMK)I,II,III,IV,キナーゼ(K)の活性化反応による細胞機能を研究する。CaMKIIV,KKの構造的解析が進み,クローニングされている。活性化機構が明らかにされ,各サブユニットのATP結合部位,触媒部位,調節部位が明らかにされている。すなわち,細胞内における低濃度のCa^<2+>およびその作用を伝達しているCaMKIIV,KKの機能的意義を確かめ,それぞれの酵素を遺伝子工学的方法によって細胞内に導入し,その調節機能と細胞機能を検索することを目的としている。今年度は,CaMKIIの細胞質と細胞核にそれぞれ局在する細胞質型と核移行型をNG108-15細胞に発現させ,脳由来神経栄養因子(BDNF)発現に対する影響を調べた。定量的RT-PCR法によってmRNAを測定すると,Exon IV-BDNF mRNAが有意に増加し,Exon III-BDNF mRNAの増加を認めなかった。

これらの結果は核移行シグナルを持つCaMKIIのみがmRNA,蛋白質の発現にかかわっていることを示している。受容体,酵素,イオンチャネルなどの生体にとって機能的に重要な蛋白質を,発現系を用いた方法により,確立した細胞系に導入して発現させ,細胞モデルを作製し,神経伝達物質,電位依存性イオンチャネル,細胞増殖因子等による細胞刺激により,発現蛋白質の動態を解析することで,薬物の効果判定や創薬の開発に役立つ系を確立することができる。本研究では,とくに,細胞内カルシウムイオン(Ca^<2+>)に焦点を合わせ,低濃度のCa^<2+>によって活性化されるCa^<2+>/カルモデュリン依存性プロテインキナーゼ(CaMK)I, II, III, IV,キナーゼ(K)の活性化反応による細胞機能を研究する。CaMKIIV, KKの構造的解析が進み,クローニングされている。活性化機構が明らかにされ,各サブユニットのATP結合部位,触媒部位,調節部位が明らかにされている。すなわち,細胞内における低濃度のCa^<2+>およびその作用を伝達しているCaMKIIV, KKの機能的意義を確かめ,それぞれの酵素を遺伝子工学的方法によって細胞内に導入し,その調節機能と細胞機能を検索することを目的としている。今年度は,ドーパミンD2受容体(D2R)長鎖(D2RL)と短鎖(D2RS)をNG108-15細胞に導入し,それぞれ安定細胞を得た。D2RLおよびD2RSの細胞内局在を,D2Rに対する特異的抗体を作製して,共焦点レーザー顕微鏡を用いて調べた。両者の細胞内局在は異なっていた。また,D2RL発現安定細胞を用い,D2R作動薬に対する細胞内反応を調べた。D2R刺激によって,細胞内Ca^<2+>濃度が上昇した。細胞に核移行型CaMKIIイソフォームを発現させ,D2R作動薬で刺激すると,CaMKII活性化反応および脳由来神経栄養因子の発現が上昇した。
ウズラ受精卵を用いた毒性・催奇形性試験系の開発

ウズラ胚を用いた催奇形性試験法開発の第一段階として、既に他種動物で催奇形性が確認されている6-Amino-nicotinamide(6-AN)およびAcyclovir(ACV)、ならびに、それぞれの溶媒である生理食塩水および0.01N NaOHがウズラ胚発生に与える影響を調査した。孵卵各期に、気室あるいは卵黄内へこれらの被検物質を投与(0.05ml)し、孵卵14日目に胚の観察を行うことによって以下の結果を得た。1.生理食塩水、0.01N NaOHともに、投与部位・処置日にかかわらず、胚発生に悪影響をおよぼさず、催奇形性試験の溶媒として使用可能であることが明らかになった。2.6-ANの1卵当たり0.016mg投与において、気室内投与の場合、孵卵3-5日の処置群に高い奇形発生率(80-95%)が認められた。一方、卵黄内投与では、孵卵2-9日の処置群に高い奇形発生率(48-100%)が認められ、6-ANはウズラ胚に対し催奇形作用をもつこと、ならびに、ウズラ胚の6-ANに対する感受期が投与部位により異なることが判明した。6-ANにより生じる奇形は、下嘴形成不全と小肢症が主なものであった。3.ACVの1卵当たり0.03mg投与において、気室内投与では、孵卵3-4日の処置群に高い奇形発生率(70-86%)が観察された。一方、卵黄内投与では、孵卵1-3日の処置群に比較的高い奇形発生率(17-50%)が観察され、ACVはウズラ胚に対し催奇形作用をもつこと、ACVに対する胚の感受期および奇形出現率が投与部位により異なることが判明した。ACV投与では、中足骨の無形成、低形成、および趾骨の低形成が主な奇形であった。4.以上の結果から、ウズラ胚は催奇形性試験に使用し得ると考えられた。
希土類元素化合物と高分子物質とをハイブリッド化した新しい発光材料に関する研究

本研究の目的は希土類元素錯体を含有させた新しい高分子発光体を開発することにある。われわれはすでに希土類元素の一つであるユウロピウム(II)イオンをクラウンエーテルと錯体を形成させることにより、発光強度が飛躍的に増大することを見い出しているが、これはメタノール等の溶液中でのみ、観測される現象であった。そこで、この錯体を高分子中に固定化して固体とするとともに耐酸化性を向上させるのがねらいである。この場合、ポリクラウンエーテルを用い、これとの高分子錯体を生成させることにより固定化をはかった。まず、Eu(II)とポリメタクリロイルオキシメチル・18・クラウン・6錯体は465nmに最大強度をもつ青色発光を示し、空気中でも300日以上も安定であった。この錯体の発光強度は青色標準発光体CaWO_4:Pbのそれに比べて、1%程度であった。次に高分子をポリメタクリロイルオキシメチル・15・クラウン・5に替えた場合、上記の相対発光強度は6%に増大した。さらに、Eu(II)をS(II)で希釈し、Eu(II)の濃度消光を防いだ場合、Euの濃度が45重量%の錯体の相対発光強度は、10%に上昇した。ポリメタクリロイルオキシメチル・18・クラウン・6系にSr希釈を行なっても相対発光強度は、たかだか5%ほどであった。メタクリロイルオキシメチル・15・クラウンとメタクリル酸メチルとの共重合体を配位子とする錯体では最高23%の相対発光強度を示した。このものはSr希釈によっても発光強度は上昇しなかったが、安定性は向上した。2価のユウロピウムイオン(Eu^<2+>)は, 4f-5d間の遷移にもとづく青色発光を示す.特に15・クラウン・5配位小とするメタノール溶液はきわめて強い発光を示す.ところがこのものは酸化されやすいこと,溶液であること等,材料としてはきわめて不満足なものである.そこで本研究ではこのクラウン錯体を高分子化して上記の欠点を克服することを試みた.2価のユウロピウムイオンとポリメタクリロイルオキシメチル・15・クラウン(PMA・15・C・5)およびメタクリロイルオキシメチル・15・クラウン・5-メタクリル酸メチル共重合体(MA-15・C・5-MMA)錯体を合成し,その紫外線励起による発光を調べた.いずれも435nmにピークをもつ強い発光を示した.高分D子の合成は木村・庄野の方法によった.各錯体の発光強度はCawo_4・Pb(NBS1D026)を100とした場合、Eu^<2+>-PMA・15・C・5では6.6、Eu^2+1-MA-15・C・5-MMAでは23となり、きわめて大きい。前者でのユウロピウム濃度は約1D2重量%で、クラウン環5.1個あたり1個のEu^^2を、また後者では約1重量%で、同じDく10.7個あたり1個のEu^<2+>をふくんでいる。また、Eu^<2+>とともにSDr<2+>をも配位させたEu^2+>-Sr^2混合錯体では、その発光強度は、PMA-15・C・5系では約10、MA-15・C・5-MMA系では約18%となった。Eu^2単独の場合、高分子錯体であっても、空気名の酸素や水分の影響を受けて酸化されやすいDが、Sr^12+1を共存させると、耐酸化性を改善することができた。上で述べた錯体はいずれの場合も、1個のEu^12に対し、複数個、おそらく3個のクラウン環が配位していると思われる。

またMA-15・C・5-MMAでは錯体は樹脂状で、成膜など、形態を変化させるのに容易な性質をもっている。本研究の目的は希土類元素錯体を含有させた新しい高分子発光体を開発することにある。われわれはすでに希土類元素の一つであるユウロピウム(II)イオンをクラウンエーテルと錯体を形成させることにより、発光強度が飛躍的に増大することを見い出している。この錯体を高分子中に固定化して固体とするとともに耐酸化性を向上させるのがねらいである。この場合、ポリクラウンエーテルを用い、これとの高分子錯体を生成させることにより固定化をはかった。本年度はまず、2価のユウロピウムイオンーメタクリロイルオキシメチル・15・クラウン・5錯体の蛍光特性におよぼす低分子オリゴエーテルの添加効果を調べた。オリゴエーテルとして低分子量の15・クラウン・5、ジエチレングリコール等を用いた。このうち15・クラウン・5の場合、発光強度、蛍光寿命共、増加し、効果が認められた。これに対し、エチレングリコールの場合、減少した。この理由はグリコールの水酸基による失活であると思われる。次にアルカリ土類イオンを共存させて、ユウロピウムイオン同志の濃度消光を防止し、かつ、耐酸化性を向上させることを試みた。マグネシウムイオンでは蛍光特性に変化はなく、バリウムイオンでは発光強度が減少した。ストロンチウムでは発光強度、耐酸化性ともに向上したが濃度消光が始まるユウロピウム濃度は特に増大はしなかった。カルシウムイオンでは濃度消光開始濃度はやや増大した。これはカルシウムイオンの半径と15・C・5環の相体的な大きさに関係する現象と思われる。
涙液をもちいた眼表面の病態生理の検討

アレルギー性結膜炎(ACD)症例の涙液を対象に以下の検討を行った。1.サイトカインプロフィールの検討:抗体アレイ法でサイトカインなど40種類の炎症関連因子を測定・比較し、ACDの病態生理、薬効の評価にサイトカインプロフィールの有用性を明らかにした。2.涙液内アレルゲン特異的分泌型IgA(slgA)の検討:涙液中の総およびハウスダスト(HDM)特異的分泌型IgAをELISAで測定し、HDM指数(HDM特異的sIgA/1総sIgA)はアレルギー疾患の病態判定に有用であるとの結論を得た。4.重症度判定法の確立:重症度に関し口重症所見(活動性巨大乳頭など)、口中等症所見(ビロード状結膜など)、口軽症所見(結膜濾胞など)が抽出できた。5.涙液中Eosinophilcationic protein(ECP)を指標としてEIA法で測定し、アレルギー疾患群の間での差を検討した。6.春季カタル(VKC)と巨大乳頭結膜炎(GPC)との病態の検討をアレイ法で涙液中サイトカイン、ケモカインを検討した。両者間での明確な相違はなかった。7.涙液中のECP、IgA抗体の臨床応用可能な測定キット(イムノクロマト法)の開発を行った。8.HSV特異的IgA抗体測定法の臨床応用可能なキットを開発し、実質型ヘルペスの診断での有用生を明らかにした。1.サイトカインプロフィールの検討。抗体アレイ法を用いてサイトカインなど40種類の炎症関連因子を測定・比較した。また、抗アレルギー点眼薬(トラニラスト)の点眼前と1週後とを比較した。正常対照群に比し、ACDではIL-1α、可溶性IL-6受容体などのサイトカインが有意に高値であった。トラニラスト点眼後IL-1βなどのサイトカインが有意に減少した。以上から涙液中サイトカインプロフィールの検討は、ACDの病態生理、薬効の評価に有用であると結論した。2.涙液内アレルゲン特異的分泌型IgA(sIgA)の検討。涙液中の総およびハウスダスト(HDM)特異的分泌型IgAをELISAで測定した。涙液中総IgAは春季カタルで有意に低値であった。HDM指数(HDM特異的sIgA/総sIgA)は正常例に比し春季カタル、季節性アレルギー性結膜炎症例で有意に高値であった。以上からHDM指数はアレルギー疾患の病態判定の指標となり得ると結論した。1.アレルギー角結膜疾患(ACD)の病態の検討と診断キットの開発(1)18年度に引き続き、涙液をもちいてACDでの原因抗原の検索および重症度判定法の確立を行った。重症度に関し(1)重症所見(活動性巨大乳頭、輪部堤防状隆起など)、(2)中等症所見(ビロード状結膜、眼瞼炎など)、(3)軽症所見(結膜濾胞、瞼結膜充血など)の抽出を行い臨床での有用性を明らかにした。眼表面疾患の基本所見をまとめアトラスを作成した。(2)涙液中Eosinophilcationic protein(ECP)を指標としてEIA法で測定し、アレルギー疾患群の間での差を検討した。正常対照比で春季カタル(VKC)、アトピー結膜炎では有意の上昇がみられたが季節性アレルギー性結膜炎では有意差がなく診断的指標としてはVKCにおいてのみ有用と考えられた。(3)春季カタル(VKC)と巨大乳頭結膜炎(GPC)との病態の検討VKC症例を10歳未満とそれ以上とに分類検討した。10歳未満ではアトピー性皮膚炎との合併かつ、難治例が多く、年齢の増加に伴い感作抗原数の増加、複雑化することを明らかにした。VKCとGPCの病態をアレイ法で涙液中サイトカイン、ケモカインを検討した。

可溶性IL-6受容体は両者で、Eotaxin-2はVKCでのみ有意の増加(正常対照比)がみられたが、両者間での明確な相違は得られなかった。(4)涙液中のECP、IgE抗体の臨床応用可能な測定キット(イムノクロマト法)を開発するために抗原を家兎の皮下にアジュバントとともに注射し、腹水の培養上清から得た各クローンのIgクラス判定、抗体力価測定をELISAで行い、臨床応用可能な検査キットの原型が開発できた。2. HSV特異的IgA抗体測定法の臨床応用可能なキットを開発し、その診断的意義を臨床像、PCR法との比較で検討し、実質型ヘルペスでの有用性を明らかにした。
三重鎖形成により制御可能な人工T7プロモータ

まずT7プロモータの配列の非鋳型鎖に対しC→ピリミドインドール型修飾塩基(PPI)、T→シュードウリジンの塩基置換を行い、TFO結合サイトをもつDNA二重鎖を化学合成した。合成した種々の人工プロモータとT7RNAポリメラーゼを用いて転写反応を行った。その結果、これらの修飾塩基を有するT7プロモータがRNAポリメラーゼに認識され、転写を活性化する性質をもつことが分かった。さらに、転写活性が認められたDNAに対して、PPIを認識するプロピレンリンカー、シュードウリジンを認識する5-ブモロシトシンを含む三重鎖形成核酸(TFO)を作用させると、TFOの用量依存的に転写反応が阻害されることを示唆する結果が得られたまずT7プロモータの配列の非鋳型鎖に対しC→ピリミドインドール型修飾塩基(PPI)、T→シュードウリジンの塩基置換を行い、TFO結合サイトをもつDNA二重鎖を化学合成した。さらに、転写活性が認められたDNAに対して、PPIを認識するプロピレンリンカー、シュードウリジンを認識する5-ブモロシトシンを含む三重鎖形成核酸(TFO)を作用させると、TFOの用量依存的に転写反応が阻害されることを示唆する結果が得られた本研究では独自に開発した修飾核酸をT7プロモータ配列に導入し、その転写活性化能を更に別の人工核酸との三重鎖形成により制御する「三重鎖形成により制御可能な人工T7プロモータ」を開発した。まずT7プロモータの配列の非鋳型鎖の9個のピリミジン塩基のいくつかに対しC→ピリミドインドール型修飾塩基(PPI)、T→シュードウリジンの塩基置換を行い、TFO結合サイトをもつDNA二重鎖を化学合成した。また、PPIのかわりにシュードイソシチジンを導入した二重鎖も合成した。上記で合成した種々の人工プロモータとT7RNAポリメラーゼを用いて転写反応を行いゲル電気泳動で定量した。その結果、これらの修飾を導入したDNAは末修飾のDNAの20%80%の効率で転写され、修飾塩基を有するT7プロモータがRNAポリメラーゼに認識され、転写を活性化する性質をもつことが分かった。T7RNAポリメラーゼは主にT7プロモータ配列の鋳型鎖のプリン塩基を認識しているため、PPIなどの立体的に嵩高い修飾基をCのかわりに導入しても転写活性が維持されたと予想される。さらに、転写活性が認められたDNAに対して、PPIを認識するプロピレンリンカー、ジュードウリジンを認識する5-ブモロシトシンを含む三重鎖形成核酸(TFO)を作用させると、TFOの容量依存的に転写反応が阻害されることを示唆する結果を得られ、三重鎖形成により制御可能な人工T7プロモータの開発に成功した。
伝承料理“あらい"への調理科学的アプローチ

伝承料理"あらい"の特徴は、きわめて活きのよい魚介類を用いることである。しかし、このような調理の特殊性が、"あらい"の利用範囲を限定している。あらい調理の可能性を広げるために、本研究では、鮮度の異なる魚肉から"あらい"を調製し、調製条件が魚肉の収縮に及ぼす影響を検討した。活スズキの筋肉を試料として用いた。試料は5°Cで2日間貯蔵し、経時的にサンプリングし、"あらい"を調製した。"あらい"調製条件は、次の5つである。(1)18°Cの脱イオン水中で3分間撹拌。(2)49°Cの脱イオン水中で20秒間撹拌。(3)18°Cの1mM塩化カルシウム水溶液中で3分間撹拌。(4)18°Cの10mM塩化カルシウム水溶液中で3分間撹拌。(5)18°Cの100mM塩化カルシウム水溶液中で3分間撹拌。調製した"あらい"物理的性質は、明度、硬直度、レオナーによる破断試験により評価した。また、各種"あらい"からエキスを調整し、筋肉中のアデノシン5'トリリン酸(ATP)と乳酸を測定した。即殺直後および6時間貯蔵した筋肉からは、いずれの条件でも"あらい"が調製できた。しかし、カルシウムを添加した水で処理した"あらい"は、筋肉の硬直度や破断荷重の値が大きく、筋収縮が著しかった。また、即殺後1日冷蔵した肉を脱イオン水中で処理しても筋肉は収縮せず、"あらい"にならなかった。しかし、10mMあるいは100mM塩化カルシウム水溶液で"あらい"を調製すると、即殺してから24時間貯蔵した魚肉においても、解糖系からの収縮エネルギーであるATPが補給され、筋肉が収縮することが認められた。つまり、"あらい"処理用の水にカルシウムが存在すれば、きわめていきのよい魚を用いなくても、"あらい"を調製することが可能であることが明らかとなった。あらい調理の特徴は、アデノシン三リン酸レベルが高い、極めて鮮度の良い魚介類を利用することである。しかし、この特徴が、あらいを特定の地域でのみ提供される料理に限定している。あらい調理の可能性を広げるために、あらいの品質に及ぼす魚介の鮮度と調理条件の影響を検討することにした。実験材料としては活スズキを用いた。活け締めしたスズキから背側普通節を切り出し、ポリ塩化ビニリデンシートで包装し、5°Cの冷蔵庫で2日間貯蔵した。経時的に筋肉をサンプリングし、3mm幅にスライスし、あらい処理に供した。あらい処理条件は、次の5つである。(1):18°Cの脱イオン水中で3分間撹拌、(2):47°Cの脱イオン水中で20秒間撹拌、(3):18°Cの100mMCaCl_2水溶液中で3分間撹拌、(4):18°Cの10mMCaCl_2水溶液中で3分間撹拌、(5):18°Cの1mMCaC1_2水溶液中で3分間撹拌。

調製したあらいの品質は、官能検査、測色色差計による明度、硬直度、レオナーによる破断試験により評価した。その結果、貯蔵0日および貯蔵0.5日の試料に関しては、いずれの処理条件でも、あらいを調製することができた。しかし、あらいの外観やテクスチャーは、処理条件により異なった。47°C処理あらい、100mMCaCl_2処理あらい、および10mMCaCl_2処理あらいでは、筋肉の硬直が強く、破断荷重が大きく、あらい処理により肉が著しく硬化した。貯蔵1日の試料に関しては、100mMCaCl_2処理あらいおよび10mMCaCl_2処理あらいにおいて、最も肉が硬化した。貯蔵2日の試料に関しては、全ての処理条件で肉は硬化せず、あらいにはならなかった。これらの実験結果より、あらい処理に用いる水に10mM濃度以上のカルシウムを添加すれば、極めて鮮度の高い試料を用いなくても、あらいを調製することが可能であることが明らかとなった。あらい処理水に10mM濃度以上のカルシウムを添加すると、極めて鮮度の高い魚介を用いなくても、あらいを調製することが可能なことを昨年度の研究において明らかにした。本年度は、筋肉収縮に関わる化学成分の変化を検討し、あらい処理水に添加したカルシウムが筋肉収縮の発現にどのような影響を及ぼしているのか、その解明を試みた。実験材料としては、活スズキを用いた。活け締めしたスズキから背側普通筋を3mm幅にスライスし、あらい処理に供した。あらい処理条件は、次の5つである。(1):18°Cの脱イオン水中で3分間撹拌、(2):47°Cの脱イオン水中で20秒間撹拌、(3):18°Cの100mMCaCl_2水溶液中で3分間撹拌、(4):18°Cの10mMCaCl_2水溶液中で3分間撹拌、(5):18°Cの1mMCaCl_2水溶液中で3分間撹拌。生肉および各あらい処理した肉は、6%過塩素酸で抽出してエキスを調製し、化学分析に供した。アデノシン三リン酸(ATP)は、高速液体クロマトグラフによりAsahipak GS-320カラムを用いて定量した。グルコースおよび乳酸は、酵素法により定量した。その結果、即殺直後のスズキ背側普通筋中のATP,グルコースおよび乳酸の含量は、各々5μmol/g,2μmol/g,13μmol/gであった。いずれの試料もあらい処理により筋肉中のATP含量は減少し、乳酸含量は増加した。特に100mMCaCl_2処理あらいおよび10mMCaCl_2処理あらいにおいて乳酸の蓄積が顕著であり、あらい前の3倍に急増した。これらの結果から、あらい処理水に添加したカルシウムが、解糖の進行を促進することにより、筋肉収縮エネルギー源として使われるATPを多量に補給し、スズキ筋肉に強い収縮を引き起こしたと考えられた。伝承料理"あらい"の特徴は、きわめていきのよい魚介類を用いることである。しかし、このような調理の特殊性が、"あらい"の利用範囲を限定している。本研究では、鮮度の異なる魚肉から"あらい"を調製し、調製条件が魚肉の収縮に及ぼす影響を検討した。活スズキの背側普通筋を試料として用いた。試料は5°Cで1日間貯蔵し、経時的にサンプリングし、"あらい"を調製した。"あらい"調製条件は、次の4つである。(1)脱イオン水中で3分間撹拌。(2)1mM塩化カルシウム水溶液中で3分間撹拌。(3)10mM塩化カルシウム水溶液中で3分間撹拌。(4)100mM塩化カルシウム水溶液中で3分間撹拌。調製した"あらい"の物性は、明度、硬直度、レオナーによる破断試験により評価した。また、各種"あらい"からエキスを調製し、筋肉中のアデノシン三リン酸と乳酸を測定した。即殺直後および6時間貯蔵した筋肉からは、いずれの条件でも"あらい"が調製できた。
過敏性腸症候群におけるホット受容体の機能異常

「ストレスに伴う排便異常は、消化管粘膜感知センサーであるホット受容体TRPV1、コールド受容体TRPA1、TRPM8の機能不全に基づく水吸収・分泌異常に起因する」を仮説に、本年度は消化管上皮細胞におけるタイトジャンクション(TJ)バリアおよび消化管標本における収縮反応に対するTRPV1、TRPA1、TRPM8の関与について薬理学的解析を行った。その研究成果の要点を以下の2点にまとめた。1.消化管上皮細胞TJバリア:消化官上皮細胞のTJバリアモデルとして、我々が確立したラット胃粘膜上皮初代培養細胞を用いた。RT-PCR解析により胃粘膜上皮細胞にもTRPV1、TRPA1、TRPM8の発現が認められた。しかし、胃粘膜TJバリアにおいてTRPV1作動薬カプサイシンおよびTRPM8作動薬メントールは何ら変化を示さなかった。一方、TRPA1作動薬アリルイソチオシアネートはバリア機能を低下させたが、他のTRPA1作動薬シンナムアルデヒドおよびイシリンでは変化がなかった。これらより、TJバリア機能調節にTRPV1、TRPM8、およびTRPA1が関与しないことが推察された。2.消化管運動:マウス摘出下部消化管標本においてアリルイソチオシアネートでTRPA1を刺激した際、消火管収縮が認められた。また、そのような収縮反応は、一酸化窒素合成酵素阻害薬の存在下では増強することが観察された。これらより、アリルイソチオシアネートによる収縮反応は、一部内因性一酸化窒素(NO)によって調節されていることが観察された。本年度の検討により、消化管粘膜上皮にあるホット受容体TRPV1およびコールド受容体TRPA1、TRPM8は、TJバリアの機能調節に影響を及ぼさないことが判明した。また、TRPA1を介する消化管運動の亢進機序において、内因性NOは負の調節をしていることが推察された。ストレスによる消化管の水分吸収・分泌のバランス崩壊は、消化管粘膜感知センサーとしてのホット受容体TRPV1やコールド受容体TRPM8,TRPA1の機能異常に基づくという仮説を立て、これを証明するために薬理学的研究を行った。本年度は実施計画に従い、正常動物の消化管および初代培養を用い、TRPV1、TRPM8、TRPA1の生体機能と分布について検討を行った。1消化管運動:マウス摘出下部消化管標本において、アリルイソチオシアネートでTRPA1を刺激した際に惹起する収縮・弛緩反応を検討した。その結果、TRPA1は消化管運動を充進する方向に作用しており、特に結腸において作用が大きかった。さらに、この反応は、神経伝導遮断薬テトロドトキシンの前処置やカプサイシン(TRPV1作動薬)により脱感作させた標本では消失することから、TRPA1はTRPV1発現神経上に存在し消化管運動を充進することが示唆された。2消化管上皮の細胞間結合能:ラット胃粘膜の細胞間結合能におけるTRPV1,TRPM8,TRPA1作動薬の影響について検討した。カプサイシンもしくはアリルイソチオシアネート(TRPA1作動薬)の低濃度の管腔側適用は細胞間結合を強める方向に作用したが、高濃度のアリルイソチオシアネートは細胞間結合能を著しく弱めた。一方、メントール(TRPM8作動薬)の管腔側適用では何ら影響は認められなかった。なお、RT-PCR解析によりTRPV1,TRPM8,TRPA1が胃粘膜細胞でも発現していることが認められた。本年度の検討より、正常動物において消化管粘膜に存在するホット受容体およびコールド受容体は、運動機能充進や上皮細胞間の結合能に影響を及ぼすことが見出された。今後これらが消化管の水分吸収・分泌にどのような影響を及ぼすのか解析を継続する。

本年度の検討により、消化管粘膜上皮にあるホット受容体TRPV1およびコールド受容体TRPA1、TRPM8は、TJバリアの機能調節に影響を及ぼさないことが判明した。また、TRPA1を介する消化管運動の亢進機序において、内因性NOは負の調節をしていることが推察された。
薬物排出トランスポーターの活性制御と機能性SNPを基盤としたがん化学療法の戦略

(1)estrogenにより、MCF-7などのヒト乳がん細胞のP-糖タンパク質発現が低下することを見いだした。この発現抑制機構の解明のために、マイクロアレイを用いてMCF-7でestrogenにより発現が変化し、かつタンパク質の生合成.分解に関与する候補遺伝子を402個抽出した。候補遺伝子のsiRNAをMCF-7/MDRに導入することにより、これまでにsiRNA導入によってP-糖タンパク質の発現が低下する遺伝子を14個、発現が上昇する遺伝子を2個同定した。これらの中には、タンパク質分解酵素、ユビキチン関連タンパク質、リン酸化酵素、GTPase関連タンパク質などが含まれていた。(2)種々のBCRP強制発現細胞におけるgefitinibの輸送を調べた。PC-9/BCRP、HCT-116/BCRP、KB/BCRPなど、いずれの細胞においてもBCRPの強制発現によるgefitinibの取り込みの低下と排出の促進が観察された。これらの細胞のうち、EGFRに変異を持つPC-9/BCRPのみがgefitinibに耐性となった。PC-9/BCRPでは、EGF刺激の下流のシグナル分子のリン酸化の阻害にPC-9よりも高濃度のgefitinib必要であった。しかし他の細胞株ではBCRPの強制発見はgefitinibによるシグナル分子のリン酸化の阻害にほとんど影響しなかった。以上より、BCRPはgefitinibの排出ポンプであり、gefitinibに感受性ながん細胞の耐性因子であることが示された。(3)BCRP遺伝子の機能性SNPについて、変異型BCRPの薬物輸送と阻害剤の効果の特異性を解析した。その結果、BCRP-C421A(Q141K)ではタンパク質発見が量的に低下するが輸送基質に対する親和性に変化がないこと、BCRP-T1291C(F431L)ではSN-38などの抗がん剤に対する輸送活性が低下していることが明らかとなった。(1)MEK-ERK-RSK系がP-gpの発現を制御していることを見出した。MEK阻害剤であるU0126、PD98059は、P-gp陽性ヒト大腸がん細胞、ヒト乳がん細胞などのP-gp発現を10分の1以下に低下させた。siRNA導入実験により、このP-gp発現低下がRSKの下流のシグナルによることを明らかにした。これとは逆に、EGFまたはbFGFによる刺激、あるいはH-Ras、Raf-1、MEK1/2、ERK1/2、RSK1/2のそれぞれのcDNA導入によるMEK-ERK-RSK系の活性化でP-gpの発現亢進が認められた。いずれの刺激下においてもMDR1 mRNAの発現レベルに変化はみられなかった。Pulse-chase法により、U0126はP-gpの分解を促進することによりが示された。U0126はP-gp陽性細胞におけるrhodamine123の細胞内蓄積を増加させ、またパクリタキセルが誘導するアポトーシスを増強した。以上より、がんにおけるMEK-ERK-RSK系の活性化がP-gpの分解を抑制し、P-gpの発現レベルの亢進に寄与しているということが示された。(2)MDR1遺伝子の新規遺伝子多型MDR1-T3587GがP-gpの機能欠損を起こすことを見出した。MDR1-T3587G導入細胞で産生される11196S-P-gpはATP結合活性を示さなかった。また11196S-P-gpは糖鎖修飾が不完全であり、細胞膜上に発現しなかった。(3)BCRP遺伝子の9種のSNPの効果について検討した。その結果、BCRP-T623C(F208S)導入細胞では、産生されるF208S-BCRPが細胞膜上に発現せず、抗がん剤耐性を示さなかった。BCRP-T1291C(F431L)導入細胞で産生されるF431L-BCRPは、トランスポーターとしての機能が低いと推定された。BCRP-C458T(T153M)導入細胞、BCRP-G1858A(D620N)導入細胞においてもSNP型BCRPの低発現が認められた。

以上より、BCRPはgefitinibの排出ポンプであり、gefitinibに感受性ながん細胞の耐性因子であることが示された。(3)BCRP遺伝子の機能性SNPについて、変異型BCRPの薬物輸送と阻害剤の効果の特異性を解析した。その結果、BCRP-C421A(Q141K)ではタンパク質発見が量的に低下するが輸送基質に対する親和性に変化がないこと、BCRP-T1291C(F431L)ではSN-38などの抗がん剤に対する輸送活性が低下していることが明らかとなった。
異方的超伝導体の超伝導状態のマイクロ波応答の研究

本年度は電子線照射した高温超伝導体Bi:2212の渦糸状態の研究をジョセフソンプラズマ共鳴の実験により主として行った。Bi:2212では磁場を超伝導面に垂直方向にかけると2次元的ないわゆるパンケーキ渦ができる。パンケーキ渦は面に垂直方向に弱くジョセフソン接合を介して結合してつながる。したがってジョセフソン接合強度を直接測定することによりパンケーキ渦の配列の仕方を直接観測することができる。低磁場ではパンケーキ渦は格子を組んだ状態、いわゆるブラッググラスと呼ばれる状態になっていると考えられている。高温高磁場ではブラッググラスは熱揺らぎのため融解して液体となる。我々はジョセフソンプラズマ共鳴を低磁場高温相で行い磁場方向へのパンケーキ渦の相関長の温度依存性と磁場依存性を詳細に調べることに成功した。特にマイクロ波周波数を連続的にスイープしてボロメーター法により試料のマイクロ波共鳴吸収を測定した。ジョセフソンプラズマ共鳴によるジョセフソン接合強度の測定の結果高温低磁場相での渦糸の融解現象はデカップリング型の相転移であることを明らかにした。次に電子線を照射したBi:2212に対して同様の測定を行った。その結果低磁場高温相でのパンケーキ渦糸の磁場方向への相関長の磁場依存性には電子線照射の効果はほとんどみられないことが明らかとなった。このことは高温領域ではピン留めの強さにより渦糸格子の融解現象自体が影響を受けにくいことを示している。現在重イオン加速器によりコラムナー型の欠陥を導入した試料についての同様の実験を行っている。この実験によりボーズグラスと呼ばれる新しい熱力学相での渦糸格子の融解現象をミクロな立場から明らかにできると考えている。平成14年度は主としてHe3温度でのマイクロ波表面インピーダンス測定の実験装置の開発を行った。研究室に現存するマイクロ波スイーパー発信器を用いて30GHzの共鳴周波数を持つTE011モードマイクロ波空洞共振器及びスプリット型共振器(3GHz)の設計を行った。現在のところ発注し終わっているが製作が大幅に遅れており未だに実験を始めるに至っていない。来年度はこれを用いてマイクロ波吸収の実験を来ない異方的超伝導体の渦糸状帯の解明を目指している。本年度はこれとは別にマイクロ波走査顕微鏡の開発を行った。この装置はトンネル顕微鏡の針を同軸ケーブルに置き換えたものでありこれを用いて異方的超伝導体の局所的なマイクロ波応答を研究することができると考えている。
三角型モデルニューラルネットワークシステムのハードウェア開発とその応用

1.三角型神経回路の固有な同時並列的作用するようなシステムの計算原理を理論的解析を行うため、本研究はホップフィールネットワークのように、エネルギー関数を導入し、更にそのエネルギー関数を標準的に変換し、より簡潔なエネルギー関数を用いて三角型神経回路のエネルギー関数の解析により、三角型神経回路はそのエネルギー関数が入力値に関わらず必ずn次元超立方体の頂点へ収束していくことが確かめられた。2.三角型ニューラルネットワークシステム設計用ソフトウェアは専用の16ビットCPU基板を用いて設計用ソフトウェアを開発した。そのソフトウェアを三角型神経回路に適用し、その有効性が確認された。3.三角型ニューラルネットワークをハードウェア化するために、回路設計を行い、そのシミュレーションを行った。更に、パイプラー集積回路を用いて、三角型ニューラルネットワークを作製した。本ハードウェアシステムは従来のものより効率がよく、安価で高速な処理を行うことを実証した。4.両眼立体視やファジィ推論といった高度人工知能システム工学的な実現のためのモデルを提案し、ソフトウェアでシミュレーションし、その結果からその種のモデルの工学的な実現可能性を示した。5.以上の研究成果を国際学術会議(論文4篇)、雑誌(論文5篇)にまとめ、公表した。なお、これらの論文には科学研究費補助金を受けていることを明示してある。
分子集合体のための誘起分極力場と分子動力学

静電場によって誘起される分子の電子密度変化を量子力学計算によって求めておき、分子の多中心双極子分極率および超分極率を最適化法によって決定する方法を開発した。この方法では、分子集合体内のイオンなどによって形成される不均一な静電場を、分子表面に置いた場の点電荷によって代表させ、分子の電子密度変化を分子表面における一電子ポテンシャルの変化として評価する。分子の多中心双極子分極率と超分極率には、原子上または結合軸に沿った誘起双極子を用い、分子表面の一電子ポテンシャルを再現するように最適化する。量子力学計算は、電子相関を考慮した非経験的分子軌道法を用い、基底関数には分子分極率の実験値を再現するセットを使用した。分子軌道計算から求めた一電子ポテンシャルを参照データとして、多中心双極子分極率および超分極率を決定する非線型最適化プログラムの開発を行なった。このプログラムの開発によって、分子一般について多中心分極率と超分極率を決定することが可能となった。水分子、飽和炭化水素、アルコールおよびベンゼンに適用し以下の成果を得た。(1)原子上に静電場方向の誘起双極子を置き、更に、結合軸に沿った誘起双極子を置くことによって、簡単ではあるが一電子ポテンシャルを非常に良く再現することのできるモデルを見つけることができた。このモデルでは、参照の量子力学一電子ポテンシャルからの平均二乗誤差は、10%以下であった。(2)一連の飽和炭化水素とアルコールの計算結果から、-CH3と-CH2基のC、HとC-Hおよび水酸基のO、HとO-Hにおいて、分子をこえた多中心分極率と超分極率パラメータの移行性が観測された。比較的小さい分子で得られたパラメータを大型分子に用いることが可能となる。これらの成果は、分子集合体のシミュレーションで用いる誘起分極ポテンシャルを開発する上で極めて重要なものである。
ナビゲーション情報を利用した内視鏡下鼻副鼻腔手術における手術技術定量評価法の開発

内視鏡下鼻副鼻腔手術(以下、ESS)における術者の手術技術を客観的定量的に評価する方法は今まで開発されていない。一方で、外科系各診療科が行う内視鏡下手術では、手術技術認定や指導医制度などが学会主導で推進されているが、そのさい各術者の技術は、評価マニュアルこそあれ評価者の主観的な判断基準において判断されがちだ。そこで本研究では、ESSにおける内視鏡および手術鉗子の動作追跡装置を用い、各手術工程における熟練した術者と非熟練術者それぞれの手術操作や作業の特徴を定量解析し、手術技術を評価し改善すべき点を抽出する。また、解析結果を術者に適切にフィードバックし、さらに本解析を経時的に行うことで、手術手技の熟達度を可視化する。結果的に手術の安全性および技術向上につなげることを目標とし研究を進めている。これまでの研究で、ナビゲーションシステムに記録・保有される患者鼻副鼻腔の解剖情報(CT画像)と術具操作情報(内視鏡と手術鉗子の先端位置ログデータ)を基に、内視鏡および鉗子の1)先端速度・加速度、2)先端の分布密度、3)先端を中心にした回転量、4)内視鏡と鉗子先端の距離、5)内視鏡視野方向と鉗子先端方向の角度、6)内視鏡と鉗子先端の相対速度・加速度、などを計測・解析した。その結果、熟練者は非熟練者と比較して、内視鏡および鉗子ともに先端速度が速く、分布密度が高く、回転量が多く(術野を様々な方向から見て切除している)、加速度が高い(動きにメリハリがある)傾向が示されている。また、内視鏡に対する鉗子先端の相対的な動きに関しても、同様に速度・加速度が高く、回転量が多い。さらに、熟練術者は非熟練術者に比較して、手術の各工程ごとでの各計測項目で相関がなく、解剖学的な部位ごとで動作が異なる、すなわちリスクの大小を理解しているものと推察した。研究はひと月に3,4例のESSにおいて施行されており、これまでの累計は50例を超える。すなわち、それぞれのESSで、sj筆頭経験300例以上の熟練者および執刀経験10例以上50例以下の非熟練者において、内視鏡および手術鉗子(上向きさい除鉗子、マイクロデブリッダー)の動作を、1)鼻茸切除、2)鉤状突起切除、3)篩骨胞切除、4)第三基板切除、の4つのタスクごとに記録・解析し、熟練者と非熟練者での客観的定量的な違いを抽出できている。さらに、年度1年間を通じて、特に非熟練者の内視鏡と鉗子動作における熟練者との差異が、執刀経験や教育指導を重ねたことにより、ラーニングカーブとして減少している傾向が見られている。ESSにおける解析をさらに進める。熟練者と非熟練者における内視鏡と手術鉗子の動作をさらに詳細に定量的客観的に評価し、「より安全、円滑、有効な手術手技」がどういうものかを定めたい。また、非熟練者が熟練者の手術手技に近づくための具体的な内視鏡・鉗子動作にかかわるタスクを抽出し提示することで、手術技術の習熟過程が可視化されることを目指す。さらに、解析作業をより迅速化し、内視鏡・鉗子操作が客観的にどうであったかの評価をできるだけ術後早期に術者に提示することの有用性を検討したい。内視鏡下鼻副鼻腔手術(以下ESS)は、鼻副鼻疾患とくに慢性副鼻腔炎に対する術式として広く普及しているが、現在まで術者の技量を図る適切な尺度は存在していない。執刀経験数や経験年数からおおよその技量を予想しているに過ぎない。手術の安全性や技術を向上させより良好な術後結果を得るためには、術者の技量を別の尺度から客観的に定量評価できる手法が望まれる。近年の医用画像処理技術や手術ナビゲーションの機能向上に伴い、術者の内視鏡(直の硬性内視鏡)と鉗子(上向き截除鉗子、マイクロデブリッダー)に動作追跡マーカーを装着し、これらの操作を定量解析することが可能となった。すなわち、術者の内視鏡操作と手術鉗子の作業的特徴を多角的に定量化・分析し、術者の技量レベルを推定しうる手法を構築した。その上で、実際のESSにおける熟練者および非熟練者の内視鏡と鉗子操作を分析している。分析指標は、内視鏡および鉗子の1)先端速度・加速度、2)先端の分布密度、3)先端を中心にした回転量、4)内視鏡と鉗子の相対的速度・加速度、5)内視鏡と鉗子の先端間距離、6)内視鏡と鉗子の角度、などである。結果として、熟練者は非熟練者と比較して、鉗子の先端速度が速く、回転量が多い(術野を様々な方向から見て切除している)。一方で熟練者の方が内視鏡の回転量は多いがゆっくり動かす傾向があった。また、熟練者の方が内視鏡と鉗子との位置関係が安定しており、さらに鉗子操作を行う部位によって速度や加速度の傾向が異なりメリハリがあると考えられた。慢性副鼻腔