hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
超急性期脳卒中患者における24時間自由行動下血圧測定を用いた血圧動態の評価

24時間自由行動下血圧測定を用いた急性期脳梗塞患者の血圧・脈拍測定で、第2病日の収縮期・拡張期血圧および脈拍低値と第8病日脈拍低値が、3か月後の転帰良好と有意に関連した。遺伝子組み換え組織型プラスミノゲン・アクティベータ静注療法を施行した脳梗塞患者において、治療開始前から24時間後までの収縮期血圧、脈圧、脈拍の平均値、最大値、最小値が各々低値であること、とくに治療824時間の値が低値であることが、3か月後の転帰良好と有意に関連した。急性期脳梗塞に対する遺伝子組み換え組織型プラスミノゲン・アクティベータ(rt-PA)静注療法は、合併症として頭蓋内出血を増やし、その発現に血圧高値が関連し得ると考えられる。したがってrt-PA治療前後の血圧モニタリングと高度高血圧例への降圧薬の単回静脈内投与が推奨されている。しかしながら治療前後の血圧動態と治療成績との関連は不明な点が多い。2005年10月2008年6月に当施設でrt-PA静注療法を施行した脳梗塞連続117例を対象に、適正治療指針に定められた時間間隔で治療開始前から24時間後までの血圧・脈拍を経時的に測定し、その平均値、最大値、最小値、変動係数などを算出した。脳卒中患者の神経重症度を示すNIH Stroke Scaleがrt-PA投与24時間後に4点以上減少することを早期改善、脳卒中患者の自立度を示すmodified Rankin Scaleが3か月後に2以下であることを転帰良好と、定義した。患者の背景因子で補正した後も、収縮期血圧の平均値および最大値、脈圧の平均値および最大値が各々低値であることが、早期改善と有意に関連しか。同じく収縮期血圧の最大値および最小値、脈圧の最大値および最小値、脈拍の平均値、最大値および最小値が各々低値であることが、転帰良好と有意に関連した。転帰良好群は不良群と比べて、2-way ANOVAで解析したrt-PA投与624時間後の収縮期血圧が有意に低かった。このように、rt-PA投与後早期の血圧や脈拍が患者転帰と関連することが明らかとなったが、血圧低値自体が転帰を改善し得るのかは、今回の研究成績からは結論づけられない。次年度以降の検討課題と考える。【方法】2008年1月12月に入院した、発症48時間以内の脳梗塞104例(男性64例、72±13歳、高血圧症82例)を対象とした。第2病日及び第8病日にABPMを施行し、収縮期血圧(SBP)、拡張期血圧(DBP)、脈圧(PP)、脈拍(HR)の24時間平均値、最大値、最小値、coefficient of variation(CV)を算出した。3ヶ月後のmodified Rankin Scaleスコアが0-2を転帰良好例とした。【成績】66例(63%)に転帰良好を認めた。血圧値は入院時の161.3±27.3/89.9±16.3mmHgから、第2病日150.5±19.5/85.7±11.3mmHg、第8病日139.6±19.3/80.0±11.7mmHg(ABPM平均値)へ変化した。脈拍は入院時74.8±15.0bpm、第2病日68.7±11.4bpm、第8病日66.6±11.6bpmであった。ABPM諸量のうち多変量解析で転帰良好と有意な関連を認めたのは、第2病日SBP平均値(OR 0.63,95%CI 0.45-0.85,p=0.004)、第2病日DBP平均値(0.61,0.37-0.98,p=0.044)、第2病日HR平均値(0.61,0.37-0.98,p=0.045)、第8病日HR平均値(0.47,0.23-0.87,p=0.022)であった。【結論】脳梗塞発症早期のABPMにおける第2病日SBP,DBP,脈拍低値と第8病日脈拍低値が、3ヶ月後の転帰良好と関連した。【目的】24時間自由行動下血圧測定(ambulatory Blood Pressure Monitoring : ABPM)で評価した脳梗塞急性期血圧、脈拍動態が転帰に及ぼす影響を明らかにする。平成21年度は24時間全体での血圧・脈拍値の平均値を中心に解析した。今年度は、24時間全体での血圧・脈拍値の変動、および日中・夜間に時間帯を区切った場合の血圧・脈拍値が、転帰に及ぼす影響を調べた。【方法】

2008年1月12月に入院した、発症48時間以内の脳梗塞104例(女性40例、72±13歳、高血圧症82例)を対象とした。第2病日及び第8病日にABPMを施行し、収縮期血圧(SBP)、拡張期血圧(DBP)、脈圧(PP)、脈拍(HR)の24時間でのcoefficient of variation(CV)を算出した。午前6時午後10時を日中、それ以外を夜間とみなして、それぞれの時間帯の血圧・脈拍諸値を算出した。3ヶ月後のmodified Rankin Scaleスコアが0-2を転帰良好、同5-6を転帰不良例とした。【成績】第2病日におけるSBP, DBP, PP, HRのCVは、いずれも多変量解析にて転帰良好、転帰不良との有意な関連を認めなかった。第8病日での検討でも、有意な関係を認めなかった。日中、夜間収縮期圧値から算出した日内変動パターンは、第2病日ではdipper22%, non-dipper49%, riser29%であり、第8病日ではdipper24%, non-dipper49%, riser27%であった。第2病日にdipper patternを呈することは、多変量解析にて転帰良好、転帰不良との有意な関連を認めなかった。【結論】脳梗塞発症早期のABPMにおける第2病日、第8病日の血圧値、脈拍値の変動や血圧日内変動パターンは、今回の研究対象となる急性期脳梗塞患者の転帰に有意な関連を示さなかった。
ハイブリッド力学系における同期理論の確立と生体・自律分散システムへの応用

本研究課題においては、ハイブリッド力学系におけるリズム現象について、位相の外力に対する応答(位相感受関数)を評価する手法を開発し、その同期現象を扱うための理論を確立してきた。前年度までに構築した理論の精緻化、および興味深いハイブリッド振動子として受動歩行モデルの同期解析を行った。この結果は国際誌で発表された。振動子の同期状態の設計や最適化は自律分散システムの有用性からますます重要な課題となっている。振動子の周期外力に対する同期安定性の最大化については研究が行われてきたが、振動子間の結合様式を最適化する研究は行われてこなかった。振動子間結合強度に関する制約のもとで同期状態の安定性を最大化する結合様式を求める手法を開発した。また、この手法を反応拡散系に拡張した。これらの結果は現在国際誌に投稿中である。位相感受関数による応答解析は、共変リアプノフ(フロケ)解析と呼ばれる力学系の外乱に対するより一般的な応答解析手法に含まれる。共変リアプノフ解析を用いることで、従来のリズム現象解析では標準的な振動子モデルにおいてのみ考慮されてきた位相を除く成分(振幅方向成分)の影響を一般の振動子モデルにおいて定量的に解析することができる。位相応答だけでなく振幅応答について評価しそれを応用する試みとして、以下の研究を行った。従来の共変リアプノフ解析は、システムの典型的なふるまいであるアトラクタのごく近傍でのみ有効な応答解析手法であるが、近年注目されているKoopman作用素理論に基づく議論から、過渡過程における応答をこれらの手法の拡張として自然に与えることができることを示した。また、この応答特性に着目することで、過渡過程において振幅を効果的に抑制する制御入力を求めるための最適化手法を提案した。28年度が最終年度であるため、記入しない。自然界には歩行や心拍、電力網など、安定でリズミカルな挙動が多く存在し、ニューロンや発電機といったリズム素子の同期特性について理解することは、マクロな機能発現メカニズムの解明やその設計・制御のために重要である。電子回路のスイッチ動作、ニューロンの発火など、歩行における足の着地など、システムの状態に急激な時間変化を引き起こす現象はさまざまな分野でみられる。これらはしばしば従来の力学系による記述が困難であり、ハイブリッド力学系という枠組みで扱われる。本研究課題においては、ハイブリッド力学系におけるリズム現象について、位相の外力に対する応答(位相感受関数)を評価する手法を開発し、その同期現象を扱うための基礎を確立してきた。この手法と、共変リアプノフ解析と呼ばれる力学系の外乱に対する応答解析手法の密接な関係を踏まえ、従来のリズム現象解析においてあまり注目されてこなかった位相を除く成分(振幅方向成分)の応答についての評価、及びその応用の試みを開始した。身体運動制御及び学習に関する中心的なテーマとされる冗長自由度問題について、これを扱う定量的な指標(シナジー指標)を共変リアプノフ解析により評価する手法を開発した。共変リアプノフ解析は力学系の典型的なふるまいを表すアトラクタのごく近傍でのみ有効な手法であるが、近年注目されているクープマン作用素による力学系の扱いは、アトラクタへの過渡過程における応答解析手法を共変リアプノフ解析の拡張として自然に与えることができる。また、乱流や電力網といった不確かさを含む大自由度非線形系についても、実験データのみに基づく解析が可能であることから、さらなる進展が期待されている。この作用素論的手法においては、クープマン作用素の固有対の評価が重要となるが、カーネル法を用いることで、低計算コストの推定を行う手法を開発した。本年度の研究開始時点では、リズミカルにふるまうハイブリッド力学系について、その位相応答評価手法および同期ダイナミクスへの応用を主な研究テーマとするつもりであった。位相に加えて振幅成分の応答を評価することにより、身体運動システム研究における中心的課題であるシナジー解析研究を遂行したことを通じて、生体システムにおける過渡過程の重要性を認識した。近年急速に発展しているクープマン作用素論的手法により、これまで力学系の典型的なふるまいを表すアトラクタのごく近傍でのみ有効であった位相や振幅の応答解析手法が、過渡過程を含む広い範囲の動的過程に適用可能になり、その応用対象が劇的に拡がることが示唆されていることから、具体的な生体・自律分散システムへの同期ダイナミクス解析手法の応用に関する研究を中断し、このような作用素論的手法の発展を研究テーマの中心に据えることとした。作用素論的手法において重要な、固有対の推定手法に関する成果が得られており、研究はおおむね順調に進展しているといえる。

位相感受関数による応答解析は、共変リアプノフ(フロケ)解析と呼ばれる力学系の外乱に対するより一般的な応答解析手法に含まれる。共変リアプノフ解析を用いることで、従来のリズム現象解析では標準的な振動子モデルにおいてのみ考慮されてきた位相を除く成分(振幅方向成分)の影響を一般の振動子モデルにおいて定量的に解析することができる。位相応答だけでなく振幅応答について評価しそれを応用する試みとして、以下の研究を行った。従来の共変リアプノフ解析は、システムの典型的なふるまいであるアトラクタのごく近傍でのみ有効な応答解析手法であるが、近年注目されているKoopman作用素理論に基づく議論から、過渡過程における応答をこれらの手法の拡張として自然に与えることができることを示した。また、この応答特性に着目することで、過渡過程において振幅を効果的に抑制する制御入力を求めるための最適化手法を提案した。この結果は国際誌で発表された。ハイブリッド力学系における同期理論を、これまで扱うことのできなかった過渡過程を含むより広い動的ふるまいに適用可能な形で確立することを目的として、作用素論的手法によるハイブリッド力学系の位相・振幅応答解析手法の開発を行う。この拡張された同期理論の生体・自律分散システムへの応用を行う。28年度が最終年度であるため、記入しない。
生体機能光制御分子の創製と細胞機能精密制御への応用

本研究課題においては、種々の疾病に関連するさまざまなタンパク及び糖鎖を、特定波長の光照射によって、標的選択的に分解する新しい生体機能分子を創製した。さらに、これら生体機能分子が、疾病に関連する細胞内で機能し、これら細胞の機能を制御可能なことを見出した。これらのことにより、光照射によって生理活性の発現が制御可能な、これまでに類例のない生体機能光制御分子の開発に向けた新たな指針を確立した。本研究の初年度においては、疾患関連タンパク及び糖鎖を選択的に光分解する新たな生体機能光制御分子の創製とそれらを用いた細胞機能制御に関して以下のことを行った。1)疾患関連標的タンパクを選択的に光分解する新規生体機能光制御分子の創製:ノロウィルス関連タンパクVP-1の選択的光分解を指向し、申請者らが見出した、タンパクを光分解する小分子化合物であるスルホ基を有する水溶性アントラキノンと、ノロウィルスが宿主細胞に感染する際の糖鎖抗原であるL-フコースを非還元末端に有するHー抗原糖鎖とをハイブリッド化した生体機能光制御分子を合成した。さらに、本ハイブリッド分子が、ノロウィルスのカプシドを構成するタンパクであるVP-1を選択的かつ効果的に光分解することを見出した。2)疾病関連標的糖鎖を選択的に光分解する新規生体機能光制御分子の創製:肝がん関連糖鎖α1ー6ーフコース糖鎖の選択的光分解を指向し、申請者らが見出した、糖鎖を光分解する小分子化合物である2ーヒドロキシメチルアントラキノンと、α1ー6ーFuc構造を認識するツチスギタケ由来の新規レクチンとをハイブリッド化した生体機能光制御分子を合成した。さらに、この分子ハイブリッドが、肝がん関連糖鎖構造であるα1ー6ーFuc構造を有する糖タンパクを選択的に光分解することを見出した。また、分子ハイブリッドが、ヒト肝がん細胞の増殖を効果的に阻害することを実証した。糖鎖は、核酸、タンパクに次ぐ、「第三の生命鎖」と呼ばれ、恒常的な生命現象や様々な疾病に深く関与している。そのため、標的とする疾病関連糖鎖の発現量を選択的かつ精密に制御する人工生体機能分子の創製は、ポストゲノム研究における重要な研究課題である。生体内の糖鎖は、糖転移酵素が触媒する糖ヌクレオチドと糖受容体とのグリコシル化反応により生合成されており、標的とする糖転移酵素の機能発現を時空間的に制御する新手法の開発は、標的糖鎖の発現量を精密に制御する有効な手法として期待されている。そこで本研究では、人体に無害な光照射下、タンパクを光分解することが当研究室で見出された光感受性分子である2-フェニルキノリン(PQ)誘導体と、糖ヌクレオチドを連結したハイブリッド分子を創製し、標的とする糖転移酵素を選択的に光分解することで標的糖鎖の発現量を精密に制御する新たな人工生体機能分子の創製を行った。すなわち、標的糖転移酵素には、ガラクトース転移酵素であるB4GalT1を選択し、B4GalT1の基質であるUDP-Galに対してPQを付与したハイブリッド分子をデザイン、合成した。次に、ハイブリッド分子のB4GalT1に対する酵素阻害活性を、長波長紫外光(365 nm, 100 W)の照射下及び非照射下において評価した。その結果、ハイブリッド分子は、光非照射下においてもB4GalT1の酵素活性を阻害し、さらに、光照射下、その阻害活性が2.4倍向上することを見出した。以上の結果より、本ハイブリッド分子が標的糖転移酵素であるB4GalT1の酵素活性を、光照射下、顕著に阻害し、LacNAcの生成量を制御可能な新たな人工生体機能分子であることを見出した。本年度においては、疾患にも関連する糖転移酵素を選択的に光分解する生体機能光制御分子の創製とそれらを用いた酵素活性阻害制御に関して、当初の計画以上の大きな成果が得られたため。糖鎖は、核酸、タンパクに次ぐ、「第三の生命鎖」と呼ばれ、恒常的な生命現象や疾病に深く関与している。そのため、特定の標的糖鎖に対して特異的に相互作用し、その機能を精密に制御する人工生体機能分子の創製は、ポストゲノム研究における重要な研究課題である。これまでに当研究室では、標的糖鎖と選択的に相互作用する認識分子(レクチン、ボロン酸、及び超分子)と、人体に害の無い光照射下、糖鎖を光分解することが当研究室で見出されたアントラキノン(AQ)を連結したハイブリッド分子が、標的糖鎖を選択的に光分解することを見出している。そこで本研究では、糖鎖認識分子として、標的糖鎖を高い親和性と特異性で認識するモノクローナル抗体に着目し、その抗体に対してAQ分子を付与したAQ-抗体ハイブリッドのデザイン、合成、及び機能評価を行った。標的糖鎖として、がんの転移に深く関与し、腫瘍マーカーとしても利用されているシアリルルイスA (sLea)糖鎖を選択した。また、sLeaを選択的に光分解するためのハイブリッド分子として、sLeaのモノクローナル抗体CA19-9-203 (1)に対して、複数のAQ分子を付与したAQ-抗体ハイブリッド2をデザイン、合成した。次に、2の、標的糖鎖sLeaを有するHSA-sLea 3に対する抗原認識能を評価した結果、2が、1と同程度の結合定数を有することを見出した。さらに、2が、光照射下、HSA-sLea 3を選択的かつ効果的に光分解することを見出した。

さらに、2の各種がん細胞に対する細胞毒性を評価した結果、2が、sLea非発現細胞である肝がん細胞HuH-7及び子宮頸がん細胞HeLaに対して、光照射下においても、細胞毒性を発現しないのに対し、sLea過剰発現細胞である上皮癌細胞A341及び大腸がん細胞WiDrに対して、光照射依存的な細胞毒性を発現することを初めて見出した。本研究課題においては、種々の疾病に関連するさまざまなタンパク及び糖鎖を、特定波長の光照射によって、標的選択的に分解する新しい生体機能分子を創製した。さらに、これら生体機能分子が、疾病に関連する細胞内で機能し、これら細胞の機能を制御可能なことを見出した。これらのことにより、光照射によって生理活性の発現が制御可能な、これまでに類例のない生体機能光制御分子の開発に向けた新たな指針を確立した。本年度においては、疾患関連タンパク及び糖鎖を選択的に光分解する新たな生体機能光制御分子の創製とそれらを用いた細胞機能制御に関して、当初の計画通り、または、それ以上の大きな成果が得られたため。本研究の今後の推進方策として、引き続き、生体高分子(タンパク、糖鎖)を光分解する光感受性分子(小分子)と、疾病に関連する標的生体高分子を認識する分子(小分子や高分子)から構成されるさまざまなハイブリッド分子を(生体機能光制御分子)を創製し、これらを用いた細胞機能生業を指向した応用研究を行う。尚、研究計画の変更あるいは研究を遂行する上での大きな問題点は現時点ではない。28年度が最終年度であるため、記入しない。分子生命化学本研究の今後の推進方策として、引き続き、生体高分子(タンパク、糖鎖)を光分解する光感受性分子(小分子)と、疾病に関連する標的の生体高分子を認識する分子(小分子及び高分子)から構成されるさまざまなハイブリッド分子(生体機能光制御分子)を創製し、これらを用いた細胞機能制御を指向した応用研究を行う。戸嶋研究室(分子生命化学研究室)28年度が最終年度であるため、記入しない。
位置選択的な表面改質法によるナノセルロースの構造および機能制御

本研究の目的は、ナノセルロース系材料の課題とされる耐水性や脆性という特性を改善することである。そのため、ナノセルロース材料の中でもTEMPO酸化セルロースナノフィブリル(TOCN)を用いて、TOCN表面に存在するカルボキシル基の対イオンを様々なイオンに交換した。本年度は4級アンモニウムイオンへと対イオンを交換したTOCNの有機溶媒中への分散性と、フィルムの光学・力学特性について検討を行った。プロトン型カルボキシル基を有するTEMPO酸化セルロースパルプに、水酸化4級アンモニウム水溶液を加えることで、全ての対イオンを4級アンモニウムイオンへと交換した。本研究で検討した4級アンモニウム型TOCNは、水だけでなくDMFやメタノールなどにも分散し、最もアルキル鎖の長いテトラブチルアンモニウムを用いることで、低比誘電率を有するアセトンやイソプロピルアルコールにもTOCNを分散させることが可能となった。この結果は、現在ナノセルロースの応用展開先として有望視されている、疎水性ポリマーとの複合材料にTOCNが利用できる可能性を示したといえる。次に、4級アンモニウム型TOCN水分散液から、キャスト乾燥法により透明な自立フィルムを作製した。導入した4級アンモニウムイオンの炭素数により、フィルムの構造を制御できることが明らかとなった。テトラメチルアンモニウム型、テトラエチルアンモニウム型フィルムは高破断歪みと高破壊仕事を示した。フィルムの水滴接触角を測定したところ、テトラブチルアンモニウム型フィルムは100度という疎水性といえる値を示した。従って本研究で作製したTOCNフィルムは、表面疎水性かつ延性を有することが明らかとなった。つまり、ナノセルロース系材料の課題を克服したTOCNの調製に成功したといえる。26年度が最終年度であるため、記入しない。
長寿化・高齢化の進展と健康構造の変化に関する人口学的研究

健康状態を表す主要な指標である日常生活への影響(ADL)、主観的健康観、疾病と高齢化について健康寿命の観点から分析した。その結果、いずれの定義による健康寿命も平均余命に占める割合は縮小しており、また主観的健康度が「よい」の割合はADLに影響がなくとも高年齢ほど低下していた。したがって年次分析による限り、近年は平均余命の延びを健康度の延びが下回っており、健康状態への影響が大きな疾患への対応の重要性が示唆された。日本の平均寿命の伸長は、1980年代以降になると主に高年齢での死亡率低下の影響が大きくなっている。死亡率の低下と死亡の前段階としての健康・不健康状態との関連については、死亡率の低下に伴い不健康状態は短縮するとも伸長するとも言われており、国際的にみても研究途上である。本研究は、特に高齢化と長寿化が進んでいるわが国について、特に疾病構造の視点から健康状態を分類し健康寿命を算出することにより「生存の質」を定量的に示すことを試みるものである。この健康生命表を用い、特に高年齢における疾病別の平均受療期間を算出し、死亡率改善と健康構造の変化について分析する。健康生命表の作成方法には幾通りか存在するが、調査から得られる健康・不健康別の人口割合を用いて生命表人口を按分し健康寿命を推定するSullivan法(Sullivan 1971)を用いた。なお、このSullivan法は比較的にデータを得やすいため、健康生命表の作成方法として、国際的にも頻繁に用いられている手法である。分析の結果、平均余命が伸びている中で65歳以下の平均受療期間は短縮傾向にあり、人口全体の健康度が改善していることが示された。他方で男女とも80歳以上では、平均余命に占める平均受療期間の割合が上昇傾向にあった。これは特に通院期間割合が上昇していることに起因している。平均受療期間に占める傷病分類別の割合をみると、男女、入院・通院とも循環器系の疾患が2割以上を占めており、この割合は高年齢ほど高かった。循環器系の疾患は、入院では脳血管疾患、通院では高血圧性心疾患が中心であった。また、特に高年齢について65歳時をみると、循環器系の疾患に次ぐ傷病は、入院は男性が新生物、女性が精神及び行動の障害であり、通院は筋骨格系及び結合組織の疾患であった。日本の健康構造を把握するため、厚生労働省『国民生活基礎調査』における主観的健康観および主な傷病を分析データに用い、疾病構造を考慮した主観的健康観に基づく指標を算出した。比較的にデータを得やすいため、この方法は健康生命表の作成方法として国際的にも頻繁に用いられている。上記方法により作成した健康生命表から、40歳時における平均通院期間を主観的健康度別に比較すると、最も長いのは健康度が「ふつう」の場合だが、2番目および3番目はそれぞれ「よい」(男性)または「まあよい」(女性)、「まあよい」(男性)または「よい」(女性)の順となっており、通院期間は健康度が悪いよりも良い方が長くなっていた。ただし通院期間は2001年から2013年にかけて健康度が「よい」人たちで短縮していた。平均通院期間を傷病別にみると、40歳時点で1年を超える傷病は糖尿尿、高血圧症、腰痛症、歯の病気、男性の狭心症・心筋梗塞、女性の高脂血症、関節症であった。健康度を普通以上とやや悪い以下の2つに分けると、傷病に占める健康度が「悪い」通院期間の割合は、糖尿病で3割弱、高脂血症、高血圧症では2割弱であり、これらの傷病を持つ人の多くは自身を比較的健康であると考えていることが示唆される。他方、通院期間は長くないものの、うつ病やその他こころの病気、パーキンソン病、慢性閉塞性肺疾患(COPD)、関節リウマチでは通院期間に占める「健康度が悪い」期間の割合が5割以上、腰痛症も4割ほどある。主観的健康度は精神的なもの、および身体的機能に大きく依存していることがうかがわれると共に、こうした傷病の予防・治療は国民の健康度向上に寄与する可能性が示唆された。上記、健康生命表の作成・分析は概ね当初の計画どおりであることから、概ね順調に進展していると言える。健康は多面的であることから、複数の視点・指標が存在する。これら諸指標間の関係について、厚生労働省『国民生活基礎調査』および同省『患者調査』を用い、健康の主要な指標である日常生活への影響(ADL)、主観的健康観と疾病がどういった関係にあるかを探った。健康生命表の作成には、国際的にも頻繁に用いられているSullivan法(Sullivan 1971)を用いた。高齢化が一段と進行している2001年から2013年について平均余命に占める各「健康状態」間の期間割合を分析すると、平均余命に占める入院期間は40歳時点では男女とも2%弱だが80歳時点では同56%に達した。入院していない期間についてADLへの影響「影響なし」の割合は40歳時の8割前後から80歳時の5割前後へ低下する。

「影響なし」の期間を健康度別に見ると、40歳時では健康度「ふつう」が40%程度、「よい」「まあよい」の計も3割前後だが、80歳時では「ふつう」が3割弱、「よい」「まあよい」の計も3割前後へ低下する。他方で「影響あり」の場合、高年齢ほど平均余命に占める「あまりよくない」期間の割合は大きくなるが、「よくない」高齢者は施設へ入るためか低水準である。次にADLと疾病の関係について、ADLへ影響有りの期間に占める割合が5%を超える疾病をみると、特に男性では循環器系疾患が、女性では筋骨格系疾患がADLへ影響している様子が見られる。さらに健康度と疾病の関係をみると、糖尿病、脳卒中、高血圧症、腰痛症などは健康度にあまり関係ないが、狭心症、呼吸器系疾患、悪性新生物、認知症などは悪い健康度に多かった。特に高齢では認知症、腰痛症、筋骨格系疾患が低い健康度と密接である。以上から、ADLに影響がなくとも加齢による健康度の低下は大きいこと、認知症、腰痛症など特に高齢期の健康状態を大きく低下させる疾患への対応の重要性が示された。健康状態を表す主要な指標である日常生活への影響(ADL)、主観的健康観、疾病と高齢化について健康寿命の観点から分析した。その結果、いずれの定義による健康寿命も平均余命に占める割合は縮小しており、また主観的健康度が「よい」の割合はADLに影響がなくとも高年齢ほど低下していた。したがって年次分析による限り、近年は平均余命の延びを健康度の延びが下回っており、健康状態への影響が大きな疾患への対応の重要性が示唆された。日本の疾病構造を把握するため、厚生労働省『患者調査』を分析データに用いた。当該統計については二次利用申請した上で再集計を行い、疾病構造を反映した健康生命表を作成し分析を行った。「健康日本21」で採用されている健康寿命も含めて従来の健康寿命は、その多くが厚生労働省『国民生活基礎調査』に基づく日常生活動作や主観的健康度を用いたものであるため、本研究により疾病構造を考慮した指標が得られたことは一定の成果である。上記、健康生命表の作成・分析は当初の計画どおりであることから、概ね順調に進展していると言える。平成28年度は、健康を多角的に捉える目的から、傷病と健康度の関係の他、日常生活動作と健康度、また配偶関係と健康度など他の指標との関連について、厚生労働省『国民生活基礎調査』などの関連統計を再集計し、分析を進める予定である。そして、疾病構造の変化、疾病別の主観的健康度、加齢による健康度の変化がどの様な関係にあるか、高齢化の進展に伴いこれらはどの様に変化していくのかについて、専門家の意見も聴取しながら明らかにしていく予定である。これらの研究成果については国内外の学会・研究会において発表していく予定である。人口統計研究計画に従い、平成27年度以降は疾病構造と死因構造のデータを対応させて疾病別死亡率の推定を行うとともに、特に高年齢における加齢効果を考慮した疾病別健康度の変化について分析を行う予定である。特に加齢の影響については、マクロレベルから扱った研究例がほとんど無いことから、本研究だけでなく関連した研究に対しても重要な分析となる。これらの研究成果については国内外において積極的に発表していきたい。概ね計画通りの執行であり、残額も1,000円未満と僅少であるため。統計ソフト(SPSS)を想定よりも割引で購入できたため。繰越額は少額であり、当初の計画通りに執行していく予定である。次年度使用額は少額なので、当初の研究計画どおりに国際学会ならびに国内学会での発表を中心に執行の予定である。
鉄代謝と病態解明を目指す多様なN-オキシド型蛍光プローブの開発

本研究では鉄イオンの代謝・生理機能を明らかにするべく、生体内鉄の中でも輸送・代謝に関わる重要な化学種である鉄(II)イオンを選択的に検出できる蛍光プローブ群の開発を行なった。その鉄(II)イオン検出原理としては、当該研究代表者が見出したN-オキシド化合物が鉄(II)イオンにより脱酸素化を受ける反応を利用している。本研究では、この原理をさらに拡張し、最初に見出した橙色蛍光分子に加え、青色、緑色、赤色蛍光団を使った鉄(II)イオン蛍光プローブの開発と、細胞膜上にて機能する蛍光プローブの開発を達成した。当該年度においてはプロトタイプである鉄(II)イオン蛍光プローブ分子RhoNox-1を基盤とし、(1)応答速度と蛍光応答コントラストの改善、(2)多波長への展開、(3)細胞内局在性の制御について検討した。(1)応答速度と蛍光応答コントラストの改善:RhoNox-1は鉄(II)イオンに対して1時間で約30倍程度の蛍光応答を示す。生体内の鉄(II)イオンの挙動を可視化するにはさらに鋭敏に応答するものが必要であり、当該年度においては応答速度、応答コントラストの改善を目指した。具体的には、鉄(II)イオンとの反応部位であるN-オキシド近傍の立体障害とその電子状態を変化させたプローブ分子群を合成し、蛍光測定からイメージングに至るまで、鉄(II)イオン蛍光プローブ分子としての評価を行なった。その結果、30分以内に約50倍から100倍の蛍光増大比を示し、生細胞を用いた蛍光イメージング実験でもRhoNox-1に比較して優れた蛍光応答特性を有することが分かった。(2)プローブ分子の多波長展開:RhoNox-1が橙色蛍光を示すローダミンを蛍光団としていたのに対し、青色蛍光を示すクマリン、および黄緑色蛍光を示すロドール骨格を蛍光団として有する鉄(II)イオン蛍光プローブ分子群の開発を実施した。クマリンタイプのものについては鉄(II)イオンに対し蛍光応答は示したものの水溶性が悪く、イメージングの実施には至っていないが、ロドールタイプについてはRhoNox-1と同等かそれ以上の蛍光応答を示し、生細胞内で良好に機能することを確認した。(3)細胞内局在性制御:上記のプローブ分子を基盤として、各種細胞内局在部位を導入することでプローブ分子の細胞内局在を制御することを目指した。現在のところ、ミトコンドリア、リソソーム、および小胞体への局在化と各細胞内小器官における鉄(II)イオンの蛍光検出に成功している。当該年度においてはプロトタイプである鉄(II)イオン蛍光プローブ分子RhoNox-1を基盤とし、(1)多波長への展開と細胞内局在制御、(2)細胞膜局在型プローブ分子の開発、(3)in vivoイメージングを目指した近赤外蛍光プローブ分子の開発を実施した。(1)RhoNox-1が橙色蛍光、前年度までに開発したロドールタイプのものが黄緑色蛍光を示すのに対し、今年度はクマリンを使った青色蛍光を示すプローブ分子の開発を行なった。これは前年度にも試みていたが、水溶性の観点から細胞への応用が困難であったため、分子構造をより水系でのしように適した形へと変換することで水溶液中で機能する青色蛍光鉄(II)イオンプローブの開発に成功した。また、赤色蛍光を示す鉄(II)イオン蛍光プローブの開発にも成功した。(2)RhoNox-1の構造を基に細胞膜への局在性を示すプローブ分子の開発に成功した。このプローブ分子は細胞膜外膜へとアンカリングし、その状態で鉄(II)イオンを検出できることが明らかとなった。今後、このプローブを用いたイメージング実験を実施し、鉄の取り込み機構の解明を目指す。(3)in vivoイメージングに資する近赤外蛍光を示す鉄(II)蛍光プローブの開発を行なった。現状では蛍光波長690 nmまで長波長化させることに成功している。当該年度においては、昨年度に引き続きプロトタイプである鉄(II)イオン蛍光プローブRhoNox-1の(1)多波長展開と細胞内局在制御および(2)近赤外蛍光プローブの開発、(3)鉄により活性化される分子の開発を実施した。(1)昨年度の青色蛍光のものに引き続き、緑色蛍光、深赤色蛍光を示す鉄(II)イオン蛍光プローブの開発に成功した。得られたプローブの中でも特に、深赤色蛍光プローブについては、RhoNox-1を超える応答速度・蛍光応答コントラストを示すことが分かった。さらにこれを使った細胞イメージングでは、低酸素領域における鉄(II)イオンの変動を可視化することに成功した。また、膜局在型プローブについては神経細胞におけるエンドサイトーシスをとらえることにも成功しており、様々な細胞種の鉄取り込み機構について検討中である。また、高感度プローブの開発にも成功し、内在性鉄(II)イオンを確実にとらえることができるようになった。現在、これを使用した新たな細胞内鉄動態研究を実施しているところである。(2)in vivoイメージングに利用可能な近赤外蛍光プローブの開発を実施した。蛍光波長が720 nmの近赤外蛍光プローブを開発したものの、細胞内での安定性に問題が有り、現在その改善について検討している。(3)鉄により活性化される分子として、Nオキシドと鉄(II)イオンによる酸化的脱アルキル化反応を利用した新たな分子を設計・合成した。

本分子はアセトニトリル中で鉄(II)イオンを添加した際に活性化されることを見出した。今後、水溶液中でも機能するよう構造展開していく。多波長展開については青色から深赤色まで可視光領域すべてをカバーする蛍光プローブ群の開発に成功した。これらはすべて細胞イメージングに使用可能であり、そのうち深赤色のものについては微妙な細胞内鉄変動をとらえることができた。また、膜局在型プローブについてはその合成と細胞実験プロトコルが確立され、今後は細胞実験を残すのみである。近赤外蛍光プローブについても、ほぼ見通しがついたことから、今後その合成とin vivoイメージングへの展開を行なうのみである。以上の成果を総合的に判断し、概ね順調に進行していると判断した。当該年度においてはプロトタイプである鉄(II)イオン蛍光プローブRhoNox-1の(1)多波長展開と(2)応答性・細胞内局在の最適化、(3)近赤外蛍光プローブの開発、および(4)鉄により活性化される分子の開発について昨年度に引き続き検討した。(1)昨年度に開発した青色、緑色、深赤色蛍光を示す蛍光プローブを使った細胞イメージング研究を実施した。特に、深赤色蛍光を示す蛍光プローブはRhoNox-1に比較して良好な蛍光応答を示し、これを使ったイメージング研究により酸素濃度依存的に細胞内の鉄イオンの酸化還元平衡が変化し、鉄(II)イオン濃度が増大することを見出した。さらに、スフェロイド培養細胞を使った実験においても中心部、すなわち低酸素領域にて鉄(II)イオン濃度が上昇することを明らかにできた。(2)細胞内局在制御に関して、ミトコンドリア、細胞膜、小胞体、および細胞質への局在化に成功した。特に、当初より計画していた細胞膜局在型のものについては、エンドサイトーシスによる鉄イオンの取り込みをリアルタイムで可視化することに成功し、実際にエンドソーム内にて鉄(II)イオンへと還元されることを証明できた。これらを使った各種生体イベントにおける鉄イオンの挙動解析に関しては現在継続して実施中であり、近日中に報告する予定である。(3)近赤外蛍光プローブに関しては、蛍光波長が780 nmのものを開発することができたが、水溶液および細胞中での蛍光強度に問題があることがわかり、さらなる構造展開を実施中である。今後も継続して開発を続けていく予定である。(4)昨年度開発した分子に関しては水溶液中での反応性に問題が有り、現在はN-オキシドと鉄(II)イオンの反応を利用した新しい反応を開発している。本研究計画については現在、他の研究プロジェクトへと引き継がれており、今後も継続して開発していく予定である。本研究では鉄イオンの代謝・生理機能を明らかにするべく、生体内鉄の中でも輸送・代謝に関わる重要な化学種である鉄(II)イオンを選択的に検出できる蛍光プローブ群の開発を行なった。その鉄(II)イオン検出原理としては、当該研究代表者が見出したN-オキシド化合物が鉄(II)イオンにより脱酸素化を受ける反応を利用している。本研究では、この原理をさらに拡張し、最初に見出した橙色蛍光分子に加え、青色、緑色、赤色蛍光団を使った鉄(II)イオン蛍光プローブの開発と、細胞膜上にて機能する蛍光プローブの開発を達成した。
非有機溶媒系雰囲気下における巨大分子の拡散性とその定量化

Taylor法はさまざまな流体例えば超臨界流体や水溶液中における有機化合物の拡散係数の測定に広く用いられているが、極性溶質の測定においては、応答曲線のテーリングのために適切な方法とは言えない。そのため、我々は極性溶質の測定のために、高分子薄膜を内壁にコーティングしたキャピラリーカラムを用いるクロマトグラフィック・インパルス・応答(CIR)法を開発し、極性溶質の拡散係数についてある程度、精度の高い測定が可能となった。本研究目的はこの手法を用い、超臨界二酸化炭素中における極性あるいは分子量の大きな溶質の拡散係数を測定し、その値について推算・相関方法の確立を目的とする。分子量の大きな化合物についてCIR法を適用するために、2次流れの影響の補正と、非常に信号強度の低い応答曲線に含まれるノイズ除去の2つの改良方法を開発した。2次流れの補正については、コイル状に巻かれたキャピラリー細管を用いるCIR法において、2次流れの影響が無視できない比較的高い流速域での測定値の補正として、中央モーメントから管径とコイル径の比の関数とした補正式を導いた。この補正式は誤差1%以下の精度で、2次流れの影響が無視できる流速範囲を補正なしの場合のDeSc^<1/2><8-9.5からDeSc^<1/2><18-19まで広げることができた。ノイズ除去法については、UV-Vis検出器による測定応答曲線の吸収強度が0.0001まで有効であることを示した。この2次流れの補正法とノイズ除去法を用いたCIR法により、超臨界二酸化炭素中における各種酸、エステル、グリセリド、アルコール類の拡散係数を測定した。本申請者らが提案している2つの相関式一溶媒粘度との相関式とSchmidt数による相関式一により本研究での測定値を高い精度で相関できた。分子量の大きな溶質分子の拡散係数測定を目的として、水中における溶質の拡散係数についてはTaylor法測定装置を、超臨界二酸化炭素中についてはTaylor法および内側に高分子液膜を被服した拡散管を用いるクロマトグラフィックインパルス応答(CIR)法測定装置を製作した。このCIR法は本研究代表者のグループが開発した測定方法で、これまでの測定装置を改良したものである。測定値の相関では、水中のアミノ酸類の拡散係数についてはStokes-Einstein式に基づく既往の推算式の推算精度を検討し、また、温度および水の粘度との相関式で精度よく相関可能であることを示した。温度、圧力一定下では、拡散係数値は溶質分子量の増加に伴って減少するが、拡散係数値は溶質分子量よりも溶質沸点分子容の方が、より精度よく相関できることがわかった。超臨界二酸化炭素中の各種脂質の拡散係数測定では、水中のアミノ酸の場合と同様に、溶質分子量の増大に伴って、拡散係数値は減少した。しかし、長鎖脂肪酸の沸点分子容の推算精度が低いので、代わりにvan der Waals径を用いて、溶質の分子サイズと拡散係数値の関係を明らかにした。本年度は分子量の大きな溶質の拡散係数測定を目的として、Taylor法の種々の欠点を補うために本研究者グループが開発したクロマトグラフィックインパルス応答(CIR法)法について、測定方法の妥当性、精度、測定誤差、解析方法等について理論的・実験的な検証を行った。これまで、中空のキャピラリーカラムを用いる非定常応答法の一種であるTaylor法については理論上の妥当性、解析方法、2次流れの影響について多くの研究があり、これらの点についてはほぼ解明されている。

しかし、高分子を内壁にコーティングしたキャピラリーカラムを用いるCIR法については低分子化合物の拡散係数値がTaylor法による値とよく一致しているものの、Taylor法で測定が困難な分子量の大きな、また極性のある物質の測定値について、CIR法による測定の妥当性や精度、2次流れの影響など不明であった。本年度、検出限界ぎりぎりまでの微量注入による測定を通して、ベースライン補正、応答曲線の周波数分解によるノイズ処理と検出限界、拡散係数値の注入量依存性などをひとつひとつ検証した。その結果、極性物質についてはTaylor法よりはるかに測定精度が高いが、分配係数値kが非常に小さな場合(k<0.1)では、算出される拡散係数値の誤差が大きくなることが分かった。さらに、拡散管は温度制御などの制約から、一般にコイル状に巻かれてあるので、管内の流体は遠心力のために2次流れが起こり、算出される拡散係数値は真の値より大きくなる。新たに級数展開による2次流れの補正式を提案した。これは2次流れの影響を含む拡散係数値から真の値を算出するもので、2次流れの影響が出ない最高流速の2倍程度までの測定なら十分補正できることをCIR法とTaylor法の両方の測定データを用いて実証した。以上のほかに、超臨界二酸化炭素中における不飽和脂肪酸とその誘導体の拡散係数を測定し、拡散係数と不飽和度との関係を明らかにした。超臨界流体中における分子量の大きな溶質の拡散係数の測定例は非常に少ない。その理由として、分子量の大きな溶質についての測定上の困難さがある。これまで、超臨界流体中における種々の物質の拡散係数は、そのほとんどがTaylor法によるもので、一部キャピラリー細管法が用いられている。本研究グループ以外で測定されている溶質の最大分子量は885のtrioleinであるが、そのデータの信頼性は低く、また、分子量が500を超える溶質の測定データ自体が非常に少ない。従って、本研究では、より大きな分子量をもつ溶質の拡散係数について、精度の高い測定法の確立と、データの集積、推算法の確立を目的とした。また、Taylor法では応答曲線のテーリングに起因する測定精度の低下から、極性溶質についても実測例が少ない。本研究では極性溶質についても高精度の測定を目指した。測定法として、本研究グループが開発したクロマトグラフィックインパルス応答(CIR)法を、より分子量の大きな溶質の測定が可能になるよう、(1)信号強度の非常に弱い応答曲線からのノイズ処理法と(2)コイル状に巻かれていることに起因する2次流れの補正法を新たに開発した。推算法としては、Schmidt数による相関式と溶媒粘性との相関式について、推算精度を検討し、他の相関式と比べて、この2つの相関式が上記物質の測定値および既往の測定データを精度よく相関できることを示した。
非平衡相転移の究明を目的とした、動的測定法によるDPユニバーサリティの実験的検証

前年度に引き続き、様々な自然現象に偏在する吸収状態転移の普遍性を実験的に検証するため、液晶電気対流系における乱流間転移(DSM1-DSM2転移)の臨界挙動を調査した。前年度までの実験でDSM1-DSM2転移が吸収状態転移の基本クラスであるDirected Percolation(DP)クラスに静的・動的両側面で従うことを確認できていたので、本年度は得られた実験データの解析をさらに進め、より詳細な情報の抽出を行った。その結果、臨界状態で電圧を急降下させた際の時間相関の残り方、いわゆるエイジングの性質についてもDPクラスに期待される振る舞いが確認でき、またDP基礎理論の基本性質であるrapidity対称関係の振幅値を実験的に測ることにも成功した。以上をもって3年間で予定されていた研究は全て完了し、DP転移の初の確たる実験証拠を得たのみならず、臨界現象を特徴づける臨界指数を総計12個、スケーリング関数を5個直接測定し、指数間に期待されるスケーリング関係式も8つ実験的に確認した。研究課題「非平衡相転移の究明を目的とした、動的測定法によるDPユニバーサリティの実験的検証」は全面的に達成され、DP転移の実在証明とその性質の包括的調査の完了という、極めて重要な成果を得た。さらに本年度は、DP臨界現象に代表されるスケール不変な非平衡現象の普遍性をより広い枠組みで解明すべく、転移点より高い電圧で観測されるDSM2乱流の界面成長の普遍挙動についても実験を行った。その結果、これまで実験的には不明瞭だった界面成長の基本クラスKardar-Parisi-Zhangクラスの普遍スケーリングを過去最高精度で確認しただけでなく、近年理論的に予言された普遍揺らぎ分布を定量的に実証することに世界で初めて成功した。以上により、スケール不変な非平衡現象の普遍性に関し、相転移の枠組みを超えた実験証拠の提示を達成した。物理、化学、生物をはじめとする様々な自然現象に偏在する吸収状態転移の普遍性の実験的解明のため、液晶電気対流系における乱流間転移(DSM1-DSM2転移)の臨界挙動を調査した。まずは標準的な実験系で遂行可能な、一定電圧下の定常状態における静的臨界現象の測定、および電圧を急降下させた場合の動的臨界現象の測定を行った。その結果、独立な3つの静的臨界指数全てにおいて、実験的に得られた指数が理論的に予測されていたDirected Percolation(DP)クラスの指数と高精度で一致し、また電圧急降下に伴う動的臨界指数および普遍スケーリング関数もDPクラスのものと合致した。これによりDSM1-DSM2転移がDPクラスに属することが疑いなく証明された。これはDP転移が実在することを実験によって証明した初めての研究であり、長年の懸案に決着をつける重要な学術的成果である。さらに、本研究では単に実験的証拠を提示しただけにとどまらず、実在する現象でDP臨界挙動が観測されるために望ましい条件も指摘しており、今後の吸収状態転移一般の実験研究のためにも非常に意義ある成果であると言える。また、本研究成果を用い、過去に観測されていたDSM1-DSM2転移の履歴現象をDP転移で説明することにも成功した。本研究では実験事実を理論・シミュレーションの両面で定量的に解明したのみならず、同じ履歴現象が他の吸収状態転移のクラスに関しても同様に成立すること、それが臨界現象の一側面であることをも実証している。これにより、履歴現象が普遍クラスを同定する手段としても有用であることが判明し、今まで吸収状態転移の観測が困難であった実験系にも活路を開くものと期待される。以上のように、本研究によって、実在する現象における吸収状態転移の普遍性について実験的にも理論的にも大いなる進展が達成された。物理、化学、生物をはじめとする様々な自然現象に偏在する吸収状態転移の普遍性を実験的に検証するため、液晶電気対流系における乱流間転移(DSM1-DSM2転移)の臨界挙動を調査した。一定電圧下の定常状態における静的臨界現象と電圧急降下による緩和に伴う動的臨界現象は昨年度の研究で検証済みであるため、本年度は、これとは独立な、1つの活性状態(DSM2)核が作るクラスターの拡がりに伴う動的臨界現象を測定した。本実験では液晶対流中にDSM2核を人工的に生成する必要があるため、まずパルスレーザーを用いたDSM2核の人工生成技術を開発した。さらに、液晶の分子構造と光学応答の関連に関する化学的知見を念頭に、核生成のメカニズムを検討する実験を行った。臨界拡がり実験は、以上の技術を用いてDSM2核を生成し、生じたクラスターの残存確率・体積・二乗半径を測定することにより行われた。その結果、3つの物理量から実験的に測られた動的臨界指数および普遍スケーリングは全て理論的に予測されていたDirected Percolation(DP)クラスのものと高精度で一致し、DSM1-DSM2転移が臨界現象の動的側面に関してもDPクラスに属することが疑いなく証明された。さらに、吸収状態転移で期待される臨界指数間のスケーリング関係式6つの確認も行った。本実験によりDPがもつ特殊な時間反転対称性であるrapidity対称性が初めて実験的に確認されたことになる。また、昨年度行った電圧降下による緩和に伴う臨界現象の実験記録を再解析し、新たに乱流の局所的持続時間に対する臨界指数を測定した。

その結果はDP数値モデルの値と一致しており、理論的に未解明の持続時間指数の普遍性に対して重要な実験事実の提示となる。以上の実験により、昨年度に引き続いて、DPの膨大な理論的知見の核心部分に実験的立証を与える重要な成果を得ることに成功した。前年度に引き続き、様々な自然現象に偏在する吸収状態転移の普遍性を実験的に検証するため、液晶電気対流系における乱流間転移(DSM1-DSM2転移)の臨界挙動を調査した。前年度までの実験でDSM1-DSM2転移が吸収状態転移の基本クラスであるDirected Percolation(DP)クラスに静的・動的両側面で従うことを確認できていたので、本年度は得られた実験データの解析をさらに進め、より詳細な情報の抽出を行った。その結果、臨界状態で電圧を急降下させた際の時間相関の残り方、いわゆるエイジングの性質についてもDPクラスに期待される振る舞いが確認でき、またDP基礎理論の基本性質であるrapidity対称関係の振幅値を実験的に測ることにも成功した。以上をもって3年間で予定されていた研究は全て完了し、DP転移の初の確たる実験証拠を得たのみならず、臨界現象を特徴づける臨界指数を総計12個、スケーリング関数を5個直接測定し、指数間に期待されるスケーリング関係式も8つ実験的に確認した。研究課題「非平衡相転移の究明を目的とした、動的測定法によるDPユニバーサリティの実験的検証」は全面的に達成され、DP転移の実在証明とその性質の包括的調査の完了という、極めて重要な成果を得た。さらに本年度は、DP臨界現象に代表されるスケール不変な非平衡現象の普遍性をより広い枠組みで解明すべく、転移点より高い電圧で観測されるDSM2乱流の界面成長の普遍挙動についても実験を行った。その結果、これまで実験的には不明瞭だった界面成長の基本クラスKardar-Parisi-Zhangクラスの普遍スケーリングを過去最高精度で確認しただけでなく、近年理論的に予言された普遍揺らぎ分布を定量的に実証することに世界で初めて成功した。以上により、スケール不変な非平衡現象の普遍性に関し、相転移の枠組みを超えた実験証拠の提示を達成した。
カード操作ツールを用いたインターネット情報検索・創造環境

カードのメタファーを活かした、よりユーザ・フレンドリーな計算機支援環境の実現を目指し、KJエディタを拡張し、インターネット上の情報を検索できる計算機支援ツールの実現を進めてきた。具体的には、KJエディタ内でいつでもインターネット上の情報を検索できるようにし、情報が一つ検索されるたびに、1枚のカードが自動的に生成されていくようにした。その情報から、ハイパーリンクをたどって別の情報に進んだときには、新しい情報に対応するカードが生成されるとともに、先のカードとの間に(ハイパーリンク構造を示す)関係線が付けられる。こうして、次々にたどっていった情報は、自動的に関係付けられたカードとして机上に並べられていくわけである。これにより、ユーザ自身の情報探索過程が机上のカード配置として一覧でき、「迷子問題」が解決されるとともに、以前に検索した情報にも容易に再検索できるようになると期待できる。比較対照実験をとおして、本研究方式の有効性とその限界が示された。この知見より、より一層ユーザ・フレンドリーな計算機支援環境の実現にむけた研究がすすめられる。また、本ツールを作文製作などの実用に用いる実証実験も行ない、その有効性が確認できた。研究者らは、カード操作ツールKJエディタと従来のインターネット情報検索システムを組合せ、従来システムで検索した情報を、KJエディタ中のカードに変換する機能をもったプロトタイプ・システムの開発を行ない、その試用をとおして、改良すべき点などを得ている。この知見をもとに、カードのメタファーを活かした、よりユーザ・フレンドリーな計算機支援環境の実現を目指し、KJエディタを拡張し、インターネット上の情報を検索できる計算機支援ツールの実現を進めてきた。次年度以降は、上記ツールの高速化を進めるとともに、その評価をあわせて進めていく計画である。
ナノスケール界面修飾を用いた有機発光トランジスタの開発

本研究の目的は、有機単結晶を用いた発光トランジスタの開発である。トランジスタの活性層が光る有機発光トランジスタは、スイッチング特性を兼ね備えた次世代の光素子としてだけでなく、将来のレーザー発振の可能性を含めて非常に注目されている。特に、レーザー発振の実現には高密度の電子・ホール両キャリアが有機半導体中で高効率に再結合する必要がある。そのため、両キャリア蓄積可能な両極性トランジスタを用いた発光トランジスタが理想的であるが、概念のみでデバイス実証には至っていない。本研究では、高性能両極性トランジスタを作製する上で大きな問題となっている、伝導・注入・蓄積の三問題をナノスケール界面修飾導入によって解決し、初めての有機発光両極性トランジスタ作製に挑む。そして、発光トランジスタが世界初の有機レーザートランジスタ開発へと展開するための足がかりとする。昨年度中に界面制御を駆使した発光トランジスタ作製技術を確立しており、テトラセンおよびルブレン単結晶において有機ELの限界値である1A/cm^2の1000倍以上という超高電流密度下での発光観察に成功した。今年度は、さらに様々な有機半導体結晶に対して界面制御を駆使した両極性発光トランジスタ作製を行った。特に高い発光効率を有する材料を中心にデバイス作製を試みており、様々な材料において発光観測にも成功している。例えば、AC5と呼ばれる材料からは緑色の発光を、BP3Tと呼ばれる材料からは赤色の発光観測した。特に、BP3Tにおいては、テトラセン単結晶と遜色ない極めて高いキャリア移動と高い発光効率(80%)が両立している事を見出しており非常に明るい発光の観測に成功した。以上のように、レーザートランジスタ開発の足がかりは十分に達成できており、今後は共振器構造を作り込み光閉じ込めおよび増幅を実現する事によりレーザートランジスタ実現を試みたい。今年度は、伝導の問題は単結晶を用いる事で高易動度を実現し、注入の問題は様々な仕事関数の電極金属を導入する事で解決した。さらに、蓄積の問題はPMMA絶縁膜を用いる事で電子の蓄積を、通常ホールのみしか蓄積出来ないルブレン単結晶で実現した。さらに、発光分子であるテトラセンに対しても同様の実験を行い、最終的には結晶成長からデバイス測定まで全て嫌気下で行う事で、単結晶初の両極性発光トランジスタの実現に成功した。この時、単結晶の高易動度を反映して有機ELの限界値である1A/cm^2の1000倍以上という超高電流密度下での発光観察に成功しており、今後の発光トランジスタからのレーザー発振の可能性を実証した。