hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
超短パルス高電界がん治療法における電界重畳アンテナシステムの研究

さらに集束板で電磁波を集束したところ,300kV/mの最大電界強度を得ることが出来た。充電電圧と集束度を上げることで目標の100kV/cmの電界強度が得られる目処が立った。超短パルス高電界による細胞の挙動実験は電磁波印加に先立ち,真核細胞である酵母へ7.5MHz,最大22kV/cmのパルス電界を電極で直接印加して生存率を測定した。ナノ秒程度の非常に短い時間,超高電界(数10kV/cm程度)をがん細胞に印加すると,細胞を物理的に破壊するのではなく,細胞の自発的死(アポトーシス)を起こしがんを治療することができる。この効果を体内部の患部に非外科的に適用し治療に利用できるように,アンテナにより患部に集束板で集中して電界を印加する方法について研究している。第一段階の目標は電界強度100kV/cm,周波数成分500MHzのパルス電磁波を印加できるパルスパワー発生装置の開発においている。本年度は前年度開発した電磁波放射効率を高めるためのLC反転回路による単一周波数電磁波発生装置によって放射された電磁波を集束板により集束した場合の電界強度分布測定を,微小ループアンテナを用いて行った。その結果,250MHzの周波数成分において最大電界強度は11.3kV/cmで,約5mm×5mmの範囲で10.8kV/cm以上の電界強度が得られた。この電界強度は電極を用いて直接がん細胞に高電界を印加したときには治療効果が期待される電界強度である。その電界強度が最大の点から横方向に約±20mmの点では電界強度が半減しており,遠近方向では約+50mmで約30%小さくなっていることが分かった。これより電磁波集束板により電磁波が集束されていることが確認され,患部のみに強電界を電磁波で印加することが可能なことが示された。さらにパルス電磁波による生成電界を大きくするためアンテナへの印加パルス電圧の高電圧化の検討を行い,水コンデンサへの充電パルスの圧縮回路を追加することで,250MHzの周波数成分を維持しつつ集束点での電界強度を15.3kV/cmまで35%上げることに成功した。
海産甲殻類幼生の孵化機構と潮汐時計による制御

海産カニ類では、卵は受精直後に雌親の腹部に生えている担卵毛に付着し、一定の期間親によって保護される。胚の発育が完了すると、卵殻が割れてゾエア幼生が孵化する。最近になって、甲殻類幼生の孵化にプロテアーゼが関与していることが見い出され、本研究はその機能についての形態学的、および生化学的な側面からの解析を試みたものである。このプロテアーゼは、幼生が孵化した後の「水」(孵化水)に含まれ、疎水性クロマト、陰イオン交換クロマト、およびゲル濾過の結果から、かなり高純度な標品が得られ、分子量は55KDaほどのメタロプロテアーゼであることが判明した。さらに、精製されたプロテアーゼは実際に卵殻の内側の層を溶解することが明らかになり、この酵素が甲殻類幼生の孵化酵素である可能性が強くなってきた。ただ、孵化酵素といっても、その作用は今までの多くの研究により明らかになったウニやメダカの場合とは大きく異る。つまり、この酵素の機能は、卵殻の主要な層に作用し、卵殻全体を柔らかくしてしまうのではなく、卵殻のごく一部の層を溶解することにより、卵殻内への水の透過性を変化させることにあるらしい。実際の孵化は、卵殻の内部に侵入した水が胚の肛門から腸の逆蠕動により吸い上げられた結果、胚体が急速に膨張することが原因で起こると考えられる。このメタロプロテアーゼが発見されたことにより、いままでよくわからなかった甲殻類幼生の孵化機構についての実験的研究が可能になってきた。また、この酵素が胚体のどの部位に蓄えられているのかという問題も、ポリクローナル交代を作ることにより近々解決されるだろう。さらに、この酵素の分泌はおそらく体内時計(潮汐時計)の支配下にあると考えられるが、孵化過程のいつどのようにして胚体外へ分泌されるのか、という問題に対する生理・生化学的な面からの研究が可能になってきている。海産カニ類では、卵は授精直後に雌親の腹部に生えている担卵毛に付着し、一定の期間親によって保育される。潮間帯や河口域に生息する多くの種類で、幼生孵化のタイミングが潮汐時計によって制御されていることが明らかにされている。本研究の目的は、甲殻類幼生の孵化過程が親から伝わるどのような刺激によって開始されるのか、またその過程で胚にどのような変化が進化するのか、その結果としてどのようなメカニズムで孵化が誘発されるのかを明らかにすることである。本研究の注目としている点は、甲殻類幼生の孵化にともない、2種類の活性物質が胚体外に放出されるということである。ひとつはOHSS(胚脱落誘発物質)であり、もうひとつはプロテアーゼである。OHSSの方は、疎水性クロマト、陰イオン交換体、およびゲル濾過の3段階により、高純度な標品が精製され、SDS-PAGEにより分子量33KDaのタンパクであることが決定された。一方、透過型電子顕微鏡による観察から、OHSSは担卵毛とそれを取り巻く"コード"の隙間にある接着物質を溶解していることが判明し、さらに生化学的性質を調べた結果から、セリンプロテアーゼであることが推定された。

OHSSは孵化の機構に直接的な役割を担っているものと予想されるので、これらが胚発生の過程でどの部位でいつごろ作られ、いつ胚体外に分秘されるのかを調べるために、現在ポリクローナル抗体の作成が進行中である。一方、孵化水のなかにはもうひとつの活性因子である、カゼインを分解するプロテアーゼが含まれていることがつい最近になってわかった。透過型電子顕微鏡による観察から、このプロテアーゼは卵殻の内側にある非常に薄い層(L_3層と呼んでいる)を溶解していることがわかった。この酵素の生化学的性質、および分子量の推定については、現在研究が進行中である。海産カニ類では、卵は受精直後に雌親の腹部に生えている担卵毛に付着し、一定の期間親によって保護される。胚の発育が完了すると、卵殻が割れてゾエア幼生が孵化する。最近になって、甲殻類幼生の孵化にプロテアーゼが関与していることが見い出され、本研究はその機能についての形態学的、および生化学的な側面からの解析を試みたものである。このプロテアーゼは、幼生が孵化した後の「水」(孵化水)に含まれ、疎水性クロマト、陰イオン交換クロマト、およびゲル濾過の結果から、かなり高純度な標品が得られ、分子量は55KDaほどのメタロプロテアーゼであることが判明した。さらに、精製されたプロテアーゼは実際に卵殻の内側の層を溶解することが明らかになり、この酵素が甲殻類幼生の孵化酵素である可能性が強くなってきた。ただ、孵化酵素といっても、その作用は今までの多くの研究により明らかになったウニやメダカの場合とは大きく異なる。つまり、この酵素の機能は、卵殻の主要な層に作用し、卵殻全体を柔らかくしてしまうのではなく、卵殻のごく一部の層を溶解することにより、卵殻内への水の透過性を変化させることにあるらしい。実際の孵化は、卵殻の内部に侵入した水が胚の肛門から腸の逆蠕動により吸い上げられた結果、胚体が急速に膨張することが原因で起こると考えられる。このメタロプロテアーゼが発見されたことにより、いままでよくわからなかった甲殻類幼生の孵化機構についての実験的研究が可能になってきた。また、この酵素が胚体のどの部位に蓄えられているのかという問題も、ポリクローナル抗体を作ることにより近々解決されるだろう。さらに、この酵素の分泌はおそらく体内時計(潮汐時計)の支配下にあると考えられるが、孵化過程のいつどのようにして胚体外へ分泌されるのか、という問題に対する生理・生化学的な面からの研究が可能になってきている。
GST-πを標的とした新しい制癌療法の開発

【目的】【方法と結果】(1)ラットにHGBP(1030mg/kg)を連日6日間投与し、経時的に採血して白血球数(分画)、赤血球数、血小板数を検討したところ、いずれの投与群においても好中球数がdose-dependentに増加した。同様にHGBPを連日投与し、骨髄におけるmyeloid cellsを検討したところ、阻害剤投与群では投与前に比べて有意なmyeloid cellsの増加を認めた。(2)常法によりマウス骨髄を抽出し、IL-3及びSCFとともにGST-π阻害剤をそれぞれ10^<-9>10^<-5>M添加して軟寒天培地にて培養し、CFU-GM, CFU-E, CFU-Megなどを検討した。その結果、CFU-GMはdose-dependentに増加し、10^<-6>添加した群ではG-CSF 1ng/ml投与群と同様の効果が得られた。従って、GST-π阻害剤はG-CSFと同様に骨髄中のmyeloid lineageのprogenitar cellに直接作用して分化増殖を促進することが示唆された。(3)5-FU投与骨髄抑制ラットを用いてHGBPの造血促進効果を検討したところ、HGBP投与群では好中球数がdose-dependentに増加するとともに、好中球がrecoverするまでの期間を短縮し、positive controlであるG-CSF投与群と同様の効果を有することが示された。【結論】GST-πに対する特異的阻害剤HGBPは、耐性を克服するのみならず、骨髄抑制をレスキューする効果もあることが示唆された。1.目的抗癌剤耐性因子の一つであるGST-πの活性を特異的に阻害するGST-π特異的阻害剤を合成し、各種抗癌剤に対する耐性を克服しうるかどうかを検討した。2.方法と結果(2)Esteraseに対する安定性の検討GST-π特異的阻害剤をin vitroでヒトまたはラットのesteraseとincubateして半減期を測定したところ、それぞれ約60分と45分であった。ヌードマウスの皮下にHuCCT1を接種し、阻害剤とともにCPMを投与したところ、4週間後の腫瘍重量(48±19mg)は対照群(246±52mg)に比べて有意に低下した。同様に、adriamycinに対する感受性の亢進も認められた。(5)腫瘍細胞内GST-π活性の測定腫瘍細胞内のGST-π活性を測定したところ、阻害剤投与群では7.3±1.2であり、対照群(14.5±1.8)に比べて有意に低値であった。3.結論GST-π特異的阻害剤は、種々の抗癌剤に対する感受性を高めることが示され、耐性克服剤としての有用性が示唆された。1.目的2.方法と結果(2)長鎖アルキルエステル型GST-π特異的阻害剤の安定性の検討GST-π特異的阻害剤をin vitroでヒトエステラーゼまたは血清とincubateして半減期を検討したところ、いずれも60分以上であった。ヌードマウスの皮下にHuCCT1細胞を接種し、腫瘍径が5mmになったところでGST-π特異的阻害剤(d0,d1,d2)とともにCPM(d1)を投与したところ、4週間後の腫瘍体積は対照群(246±52mg)に比べて有意に低下した。3.結果長鎖アルキル型GST-π阻害剤は、in vivoにおいても各種抗癌剤の感受性を高めることが確かめられ、耐性克服剤としての有効性が示された。抗癌剤耐性因子の一つであるGlutathione S-transferase(GST)-πの活性を特異的に阻害する化合物のうち生体内で安定なγ-glutamyl S(benzyl)cysteinyl phenylglycy 1 ethylester hexadecylesterを合成した。このGST-π特異的阻害剤をin vitroでGST-π発現の高い乳癌多剤耐性細胞株MCF-7/GSTに加え、各種抗癌剤に対する感受性の変化を検討したところ、GST-πの関与することが知られているAdriamycin(ADR), CDDP, VP-16, Melphalan, 4-HC(cyclophosphamide CPAの活性体)に対するIC50値は有意に低下した。一方、GST-πの関与しないと考えられているvincritine, 5-FU, mitomycin Cなどに対するIC50は変化しなかった。つまり、このGST-π特異的阻害剤によりin vitroによる抗癌剤感受性が有意に高まることが明らかとなった。また、ヌードマウスにMCF-7/GSTを接種し、GST-π特異的阻害剤とともにCPAまたはadriamycinを投与したところ、抗癌剤のみを投与した群に比べて腫瘍体積は有意な縮小を認め、腫瘍が完全に消失したマウスも少なからず認められた。つまり、GST-π阻害剤のin vivoにおける効果も確かめられた。このGST-π阻害剤の毒性を検討したところ、LD50は極めて高く(7001000mg/kg)、治療に必要な投与量では各々の臓器障害や血液生化学検査値に異常を認めなかった。さらに、このGST-π阻害剤は、白血球、特に好中球に対する造血促進効果を有することが示唆された。

炎症性サイトカインは変化しておらず、GST-π阻害剤はG-CSFと同様に骨髄のprogenitor対する直接的な造血促進効果を有することが示唆された。従って、GST-π特異的阻害剤は、抗癌剤と併用することにより薬剤耐性を克服するのみならず、骨髄抑制をレスキューする効果もあることが示唆された。【目的】【方法と結果】(1)ラットにHGBP(1030mg/kg)を連日6日間投与し、経時的に採血して白血球数(分画)、赤血球数、血小板数を検討したところ、いずれの投与群においても好中球数がdose-dependentに増加した。同様にHGBPを連日投与し、骨髄におけるmyeloid cellsを検討したところ、阻害剤投与群では投与前に比べて有意なmyeloid cellsの増加を認めた。(2)常法によりマウス骨髄を抽出し、IL-3及びSCFとともにGST-π阻害剤をそれぞれ10^<-9>10^<-5>M添加して軟寒天培地にて培養し、CFU-GM, CFU-E, CFU-Megなどを検討した。その結果、CFU-GMはdose-dependentに増加し、10^<-6>添加した群ではG-CSF 1ng/ml投与群と同様の効果が得られた。従って、GST-π阻害剤はG-CSFと同様に骨髄中のmyeloid lineageのprogenitar cellに直接作用して分化増殖を促進することが示唆された。(3)5-FU投与骨髄抑制ラットを用いてHGBPの造血促進効果を検討したところ、HGBP投与群では好中球数がdose-dependentに増加するとともに、好中球がrecoverするまでの期間を短縮し、positive controlであるG-CSF投与群と同様の効果を有することが示された。【結論】GST-πに対する特異的阻害剤HGBPは、耐性を克服するのみならず、骨髄抑制をレスキューする効果もあることが示唆された。
水泳選手のパフォーマンス変化の要因を探る

本研究は、水泳中の筋電図分析および水中映像分析を実施することにより、水泳選手のパフォーマンスの変化要因が身体能力および泳技術とどのように関連しているのかを明らかにすることを目的としている。予備実験では、昨年度に残された2点の課題を解決することを目指して取り組んだ。1点目は、筋電図の記録中に不定期に記録されたノイズを除去することであった。昨年度は、マルチモニタレコーダからPCへのデータ転送には無線を用いたが今年度は有線で行った。その結果、ノイズは記録されず正確に筋電図を記録できることが確認された。2点目は、水中映像とEMGの同期についてであった。今年度は、小型集音マイクを用いて同期を試みたものの、それも困難であることが確認されたため、昨年度と同様に被験者の被験筋側の手が入水する度に手動でトリガーを入れて対応した。この点については、今後、解決していきたい。本実験では、昨年度と同様に200mレースのシミュレーションとして、最大努力での50m×4回のスピード泳テスト(休憩時間は50m毎に10秒)を実施した。その後、各被験者のデータを観察し、分析可能なデータのみを用いて1ストロークサイクルあたりのiEMGを求めた。その結果、上腕二頭筋と上腕三頭筋について、第1スプリットと第2から第4スプリットの間に5%水準で有意な差が認められた。そこで、1ストロークサイクル中の筋放電パターンを確認したところ、上腕三頭筋は、入水からストローク中盤にかけて、上腕二頭筋はストローク中盤から終盤にかけて第1スプリットの筋放電が高いことが確認された。第1スプリットの泳速度が最高値を示したことより、高い泳速度を獲得するためには上腕二頭筋および上腕三頭筋が果たす役割が大きいことが推察される。今後は、水中動作の解析を進め筋活動パターンとの関係について詳細に検討していく予定である。そこで本年度は、予備実験および本実験を実施した。予備実験では、正確に水泳中の筋電図を記録できるように測定方法の確認を行った。その結果、電極の張り方、防水、筋電センサのコード部分の処置、マルチモニタレコーダの移動方法等については概ね予定通りの方法で対応できることが確認された。しかしながら、圧力変化と水中映像の同期には問題が残った。手掌部に圧力センサを取り付けて水泳中の圧力変化を記録することで水中映像とEMGを同期する予定であったが、それでは困難であることが確認された。そのため、本実験ではスイッチを用いて、被験者の被験筋側の手が入水する度にトリガーを入れて対応した。このように、圧力変化と水中映像の同期には改善すべき課題が残ったものの、本実験も概ね予定通りに実施することができた。協力を得た11名の被験者に対して200mレースのシミュレーションとして、最大努力での50m×4回のスピード泳テストを実施した。なお、休憩時間は50m毎に10秒とした。テスト終了後に測定した血中乳酸値の平均が12.6±1.6mmolであったことから、被験者は最大努力を発揮したと考えられる。したがって、今回採用したスピード泳テストが200mレースのシミュレーションとしては妥当であったと考えられる。筋電図の記録については、11名中9名の記録に成功したが、2名は防水に問題が生じたために失敗した。水中映像については、23ストローク・サイクルの水中映像の録画を行った。現在は、スピード泳テスト中の泳速度、筋活動、水中動作の関係を調査するために、筋電図データを解析するためのプログラムを作成中である。

第1スプリットの泳速度が最高値を示したことより、高い泳速度を獲得するためには上腕二頭筋および上腕三頭筋が果たす役割が大きいことが推察される。今後は、水中動作の解析を進め筋活動パターンとの関係について詳細に検討していく予定である。
GABAによる分泌促進及び活動電位発生のシミュレーションによる解析

GABAは種々の動物の副腎髄質細胞において膜電位を脱分極させ、カテコールアミン分泌を促進することが知られている。しかし、この分泌促進作用を持つGABAが副腎髄質細胞由来なのか、神経線維由来なのかは明らかでない。そこで、この問題を免疫学的方法とRT-PCR法を用いて検討した。イムノブロット法及び免疫組織化学法により、GABA合成酵素であるGADがラット副腎髄質に限局して存在することが明らかになった。さらに、小胞にGABAを取り込む輸送体であるVGATも副腎髄質に限局して存在した。GADとVGATのmRNAの副腎髄質における存在もRT-PCR法により確認された。Ca蛍光色素fluo4を負荷したラット副腎髄質の灌流標本において、30μM GABAを副腎静脈を介して逆行性に投与すると、GABAは神経刺激に応答するラット副腎髄質細胞の一部に細胞内Ca濃度上昇を引き起こした。神経刺激とGABA投与により誘発されるCaシグナルの最大値は、電気刺激単独で誘発されるものより大きくなることはなかった。さらに、GABA投与中の神経刺激により誘発されるCaシグナルの減少は、GABA単独で誘発されるCaシグナルの大きさが大きくなればなるほど著明になった。副腎髄質細胞のGABA受容体は、イムノブロット法またはRT-PCR法によりα1、α3、γ2とβ3により構成されていることが明らかになった。GABAを介する神経伝達の終了に関与するGATのmRNAは、副腎髄質には存在しなかった。以上の結果は、GABAはラット副腎髄質細胞においてパラクリンまたはオートクリンとしてカテコールアミン分泌に対して促進的に働いていることを示している。単離モルモット副腎髄質細胞に先端5μmの炭素電極を接触させて、アンペロメトリー法によりカテコールアミン分泌を電流として測定した。ニコチン受容体アゴニストのニコチンを投与すると用量依存的に分泌が促進された。10μMニコチンにより誘発される分泌量を1とすると、60μMと100μMニコチン刺激による分泌量は、3.2±0.4と4.4±1.4(mean±S.E.)であった。GABA_B受容体アゴニストのバクロフェンを投与しても分泌は誘発されず、またバクロフェンとニコチンを同時に投与してもニコチン受容体刺激により誘発される分泌は変化しなかった。これらの結果からモルモット副腎髄質細胞にはGABA_B受容体は存在しないか、存在してもわずかであることが考えられる。一方、10μM GABAを投与すると、約半分の細胞において持続性の分泌が誘発された。10μM GABAにより誘発される分泌量は、10μMニコチン誘発性分泌量の11.0±0.6%であり、GABA濃度を60と100μMに上昇させても分泌量は増加せずに10μMニコチン誘発性分泌の11.7±1.7%と5.7±1.5%であった。このGABA誘発性分泌は外液からCaイオンを取り除くと完全に消失することより、GABA受容体Clチャネルが活性化すると膜電位が脱分極し、電位依存性Caチャネルが活性化すると考えられる。分泌におけるニコチン受容体とGABA_A受容体刺激の濃度依存性の違いは、ニコチン受容体刺激の場合刺激の強さが強くなるに従い、膜電位はニコチン受容体チャネルの逆転電位に近づくのに対して、GABA_A受容体刺激の場合低刺激でも膜電位はGABA受容体Clチャネルの逆転電位近傍まで十分脱分極していると考えると説明できる。これまでの研究により、副腎髄質からのカテコールアミン分泌にGABAが促進的に働くことと、その作用がGABA_A受容体を介することが明らかになった。しかし、このGABAが副腎髄質細胞由来なのか、それとも神経線維由来なのか不明である。

そこでこの問題をイムノプロット法と免疫組織化学法により検討した。GABAの合成酵素であるglutamatedecarboxylase (GAD)に対する抗体は、ラット脳のホモジネートのイムノプロットでは65と67kDaの蛋白を認識したが、ラット副腎髄質のホモジネートでは認識しなかった。しかし抗GAD抗体を用いた副腎の免疫組織化学では、副腎皮質細胞は染まらなく髄質細胞のみが染まった。GABAが副腎髄質細胞に存在するのであれば、GABAを分泌顆粒に貯蔵するvesicular GABAtransporter (VGAT)も髄質細胞に存在することが期待される。そこで、抗VGAT抗体を用いて副腎を免疫染色すると、GADの場合と同様に、皮質細胞は染まらずに髄質細胞のみが染まった。以上の結果は、副腎髄質においてGABAが髄質細胞からオータクリンまたはパラクリンとして分泌されていることを示唆する。次にGABA_A受容体の分布を抗α_1サブユニット抗体及びβサブユニット抗体を用いて調べた。抗α_1抗体では髄質細胞及び皮質細胞とも染色されなかったが、抗β抗体では皮質細胞は染色されず、髄質細胞のみが染色された。これまでの研究により、副腎髄質からのカテコールアミン分泌にGABAが促進的に働くこと、そしてその作用がGABA_A受容体を介することが明らかになった。しかし、この促進作用をもつGABA_A受容体がどのサブユニットにより構成されているかは不明である。そこでこの問題をイムノプロット法と免疫細胞化学法により検討した。抗α1サブユニット抗体を用いたイムノプロットでは、ラット脳、副腎皮質と副腎髄質のホモジネートにおいて、約50kDaのバンドが観察された。脳と副腎髄質のこのバンドは、抗体をあらかじめ抗原に吸着させた後で抗体処理すると消失したが、副腎皮質のバンドは消失しなかった。これらの結果は、α1が脳と副腎髄質には存在するが、副腎皮質には存在しないことを示している。一方、抗α3抗体は脳と副腎髄質のホモジネートにおいて、約54kDaのバンドを認識したが、副腎皮質においては認識しなかった。抗γ2抗体は、脳、心臓、副腎皮質そして副腎髄質のホモジネートにおいて、約50kDaのバンドを認識した。これらのバンドは予め抗体を抗原に吸着させた後に抗体処理すると全て消失した。これらの結果から、副腎髄質には幼若型のα3サブユニットばかりでなく成熟型のα1サブユニットも存在することが明らかになった。そこでα1サブユニットの細胞内分布を共焦点レーザー顕微鏡と免疫細胞化学を用いて検討した。α1様免疫反応物は細胞辺縁ばかりでなく細胞内にも分布した。細胞辺縁の免疫反応は核近傍の細胞膜領域ばかりでなく、核と反対側の細胞膜領域にも分布した。モルモット副腎髄質細胞においては、シナプスは核近傍の細胞膜に限局している。このことから、GABA_A受容体α1はシナプス部位とは関係なく広範囲の細胞膜に分布することが考えられる。GABAはGABA_A受容体を介して神経終末でシナプス伝達を促進する場合と抑制する場合があるが、同じ受容体を介して種々の動物の副腎髄質細胞においてGABAは膜を脱分極させ、カテコールアミンの分泌を促進することが知られている。
HAP結晶のX線回折波形特性を利用した生体内骨組織応力検出法

支持骨格系の骨組織は、日常的に力学的環境に曝され、常に内部応力が生じている。それには、運動等の外部負荷による繰返し応力や動的応力、重力下による静的応力、さらには骨組織リモデリングのための残留応力等が考えられる。これらの応力を非侵襲に測定できれば、骨組織応力応答の生理学的機能解明につながり、骨折等の骨疾患の診断や治療に対する貴重な情報となる。本研究は、生体骨組織内ハイドロキシアパタイト(HAp)が結晶構造を呈することから、HApのX線回折波形特性を利用して、生体内骨組織応力を非侵襲に測定する原理および手法の提案を目的とする。3年計画で以下の項目を実施した。1)骨組織異方性構成式:X線回折で測定されたHAp結晶格子ひずみから骨組織の連続体応力を算出する手法を考案した。HApとColの配置、体積比、各弾性率をパラメータとし、マクロ変形とHAp結晶ひずみの関係を求めた。そして、HAp結晶ひずみから骨組織連続体の応力を算出するための異方性構成式を定式化した。さらに、引張負荷中における骨組織HAp-Col複合体のマクロ変形とHAp結晶のミクロひずみを同時に測定した。これは、X線照射中に微小引張試験を行った。2)HAp結晶ひずみ測定精度とX線照射量:HAp結晶ひずみの測定は、X線照射量が多量なほど測定精度は向上する。臨床応用を考えるとX線照射量は少ないほど良い。そのため、測定精度と照射量の関係を調べ、照射量低減策を検討した。3)表層面応力成分算出のためのX線条件:骨組織の表層面の三軸応力成分を算出するためには、同一測定点につき最低三方向の照射が必要となる。入射数と入射角を検討した。得られたひずみ成分から、異方性構成式を用いて骨組織の応力成分を求めた。4)測定アルゴリズムのX線回折装置への組込み:前項の測定法はすべてマニュアルで条件設定と測定を行ったものである。そのアルゴリズムを整理・プログラム化した。3年計画のうち、初年度に当たる今年度は、骨構造解試験と結晶ひずみ測定プロセスとして、以下の項目を実施した。1)HAp結晶構造解析:牛大腿骨試験片を用いて、骨組織HApのX線極点図を測定し、結晶配向性を評価した。そして、HAp結晶方位とX線回折原理の関係から、変形状態の回折面と測定結晶格子ひずみの関係を求めた。2)X回折線二次検出器の組込み(IP:イメージングプレート):短時間で高精度な測定法の開発のため、低角度領域の強度検出が可能なイメージングプレート検出器(IP)を購入し、現有X線装置に組み込んだ。

3)HAp結晶測定回折角の検討:IPによる回折X線強度プロファイルから高精度に回折角を測定する手法を検討し、複数回折面情報の同時測定が可能となった。4)X線回折プロファイル形態法によるひずみ測定:骨組織内HApは結晶性が低いため、回折強度が低く、回折波形がなだらかな形状となる。そのためピーク位置の特定は困難である。そこで、回折波形の全体形状からひずみを計算する手法を検討した。これによって測定精度の大幅な向上が見込まれた。支持骨格系の骨組織は、日常的に力学的環境に曝され、常に内部応力が生じている。それには、運動等の外部負荷による繰返し応力や動的応力、重力下による静的応力、さらには骨組織リモデリングのための残留応力等が考えられる。これらの応力を非侵襲に測定できれば、骨組織応力応答の生理学的機能解明につながり、骨折等の骨疾患の診断や治療に対する貴重な情報となる。本研究は、生体骨組織内ハイドロキシアパタイト(HAp)が結晶構造を呈することから、HApのX線回折波形特性を利用して、生体内骨組織応力を非侵襲に測定する原理および手法の提案を目的とする。3年計画のうち、2年目に当たる今年度は、以下の項目を実施した。1)X線回折プロファイル形態法によるひずみ測定:骨組織内HApは結晶性が低いため、回折強度が低く、回折波形がなだらかな形状となる。そのためピーク位置を特定できず、従来方式で処理すると測定値に大きな誤差を含む。そこで、回折波形の全体形状からひずみを計算する手法を開発した。これによって測定精度が大幅に向上した。2)結晶化度依存型異方性構成式:X線回折で測定されたHAp結晶格子ひずみから骨組織の連続体応力を算出する手法を検討した。これには結晶性の程度を分散係数を用いた結晶化度で表し、HAp-Col構造をミクロスケールでFEMモデル化した。そしてHApとColの配置、体積比、各弾性率をパラメータとし、マクロ変形とHAp結晶ひずみの関係を求めた。3)HAp結晶ひずみ測定精度とX線照射量:HAp結晶ひずみの測定は、X線照射量が多量なほど測定精度は向上する。臨床応用を考えるとX線照射量は少ないほど良い。そのため、測定精度と照射量の関係を調べた。4)変形中の骨組織成分挙動と結晶化度依存異方性構成式:引張負荷中における骨組織HAp-Col複合体のマクロ変形とHAp結晶のミクロひずみを同時に測定した。これは、X線照射中に微小引張試験を行った。そして、結晶化度依存異方性構成式の材料パラメータとの対応を検討した。5)表層面応力成分算出のためのX線条件:骨組織の表層面の三軸応力成分を算出するためには、同一測定点につき最低三方向の照射が必要となる。最適な入射数と入射角を決定した。3年計画のうち、最終年度に当たる今年度は、以下の項目を実施した。1)骨組織異方性構成式:X線回折で測定されたHAp結晶格子ひずみから骨組織の連続体応力を算出する手法を考案した。
左心系疾患による肺高血圧症進展のメカニズム解明および治療ターゲットの創出

心不全で入院し心臓カテーテル検査を受けた32名のうち、受動性後毛細血管性肺高血圧症(Passive pc-PH)群9名、反応性後毛細血管性肺高血圧症(Reactive pc-PH)群6名にRhoキナーゼ阻害薬であるFasudilを1 mg/minで30分間投与した。Passive pc-PH群では、全身血管抵抗は低下したが、肺血管抵抗に変化は認められなかった。Reactive pc-PH群では、肺血管抵抗・全身血管抵抗ともに低下傾向を認めたが、統計学的有意差には至らなかった。両群で心係数は有意に増加した。以上より病態の違いによるRhoキナーゼ阻害薬に対する反応性の差異が示唆された。左心系疾患において、肺高血圧症を合併することは病態の悪化を示唆するが、詳細な分子メカニズムは未解明である。申請者らは、肺うっ血・低酸素血症を引き金としたRhoA/Rhoキナーゼ系の活性化が内皮機能障害/平滑筋異常収縮による肺血管トーヌスの異常を引き起こし、更に慢性的血管リモデリングにも関与すると仮説を立て、臨床研究を通じて血行動態学的・分子生物学的手法により解明する。本研究では、心不全で入院した患者100名に対し、1画像による肺うっ血および肺血流低下/不均衡の評価、Swan-Ganzカテーテル検査および右室圧容積関係測定による右心・肺循環動態の評価、肺循環内の血管作動分子、特にRhoキナーゼ活性とcGMPの測定により、肺血管トーヌス増大の機序、特にHPVの関与および関連する分子機序を解明する。また、2passive pc-PH、reactive pc-PHを呈する患者に対し、Rhoキナーゼ阻害薬Fasudilの30分間持続投与前後で血行動態変化と肺循環内の血管作動分子濃度の変化を比較することにより、RhoA/Rhoキナーゼ系活性を介した肺血管トーヌス調節機序を検証する。次に、3通常心不全治療による病態改善後に血行動態および肺循環内血管作動分子を再測定することで、短期的病態変化に関連しない肺血管リモデリングの分子機序を解明し、更に41年間の経過観察により退院時肺血管特性や血管作動分子活性と予後との関連を検討する。平成27年度に、研究実施計画書を作成し、当院における倫理審査を受け、平成28年4月20日に承認された(承認番号2997)。既にRhoキナーゼであるファスジル塩酸塩水和物を購入し、平成28年5月から患者組み入れを開始予定である。倫理審査申請から承認までに時間を要したため、研究開始が平成28年5月からとなる見込みである。平成27年度に研究計画書を作成し、当院における倫理審査を受け、28年4月20日に承認された(承認番号2997)。平成28年6月から22人の患者に対し検討を行った。心不全入院患者が当初の見積もりよりもやや少ないため。本研究では、心不全増悪で入院した患者でSwan-Ganzカテーテル検査結果から左心系疾患による肺高血圧症(pulmonary hypertension: PH)に分類された患者に対しRhoキナーゼ阻害薬であるFasudil投与を行い、反応性の差異を検討した。2018年3月までに33名(年齢66±13歳、男性26例)を対象に心臓カテーテル検査を施行した。データに不足があった1名を除外した計32名を非肺高血圧症(Non-PH)群17名、受動性肺高血圧症(Passive PH)群9名、反応性肺高血圧症(Reactive PH)群6名に分類し、Passive PHとReactive PHの15例に対し、Fasudilを投与した。Fasudil投与によりPassive PH群、Reactive PH群の両群で心係数は有意に増加した。Passive PH群では、Fasudil投与により平均肺動脈楔入圧、平均肺動脈圧、全身血管抵抗は有意に低下したが、肺血管抵抗に有意な変化は認められなかった。Reactive PH群では、Fasudil投与により肺血管抵抗・全身血管抵抗は低下傾向を認めた。

心不全で入院し心臓カテーテル検査を受けた32名のうち、受動性後毛細血管性肺高血圧症(Passive pc-PH)群9名、反応性後毛細血管性肺高血圧症(Reactive pc-PH)群6名にRhoキナーゼ阻害薬であるFasudilを1 mg/minで30分間投与した。Passive pc-PH群では、全身血管抵抗は低下したが、肺血管抵抗に変化は認められなかった。Reactive pc-PH群では、肺血管抵抗・全身血管抵抗ともに低下傾向を認めたが、統計学的有意差には至らなかった。両群で心係数は有意に増加した。以上より病態の違いによるRhoキナーゼ阻害薬に対する反応性の差異が示唆された。本研究に組み入れ可能な患者は年間70名ほど存在すると考えられるため、予定期限内の研究遂行が可能と考えられる。循環器内科のみならず、救急科に入院した心不全患者についても、本研究へのリクルートを積極的に行う。心不全当該研究の院内における倫理審査申請および承認に時間を要したため、研究開始が遅れており、予定していた外注検体検査や検査試薬購入の多くを平成27年度に行えなかった。したがって平成28年度への次年度使用の必要性が生じた。患者登録数が予定よりも少ないため。院内における倫理審査を経て、平成28年4月に承認されたため、平成28年度は、外注検体検査や検査試薬購入に多くの費用が必要となり、当該予算が適正に使用されるものと考える。2017年度の患者登録数は80症例を予定しており、適切に使用されると思われる。
雇用政策法/労働市場法制を構成する関連諸法の整合有効化の法技術

雇用政策法/労働市場法制を構成する〈雇用創出の法〉〈就業支援の法〉そして〈雇用安定の法〉を想定する。これらの法が連携し効果を発揮するよう計画・立法され、総合的かつ相互協調的に運用されることで多くの雇用が創出され、求職者の就業が効果的にサポートされ、創出された雇用機会を充足する就業者の雇用関係が始まり、持続・安定に至る。雇用政策法/労働市場法制を広く構成する関連諸法の連携、協調、そして有効化のための法技術を探り、以下に詳述する技術向上の手掛かりを得た。雇用対策法や地域雇用開発促進法等、雇用創出に関する法制度を、全国各地の自治体や関連団体のヒアリングを中心に調査分析した。特に前記両法を根拠に全国自治体が平成20年度中盤までに作成・提出した約150の「地域雇用創出計画」と約100の認定「自発雇用創造地域」の事業計画を手掛かりに、近時の雇用創出の契機と展開を、本来需要型、計画助成型、代替試行型といった分類を通じて、当事者への刺激・誘発、インセンティブ付与、助成の各相関を整理しようと試みた。こうした行政寄りの具体的実像を遠近的に追考証する作業として、職業能力技術開発校や民間事業者の就業セミナー等をサンプリングし、支援現場の当事者ヒアリング調査を通じて雇用充足との具体的関連付けの実態を分析した。その結果「職業訓練および就業支援は求人情勢と非親和的である」「行政の雇用創出事業は、正規雇用と非親和的である」との仮説構築に至った。今後は求人=雇用情勢に親和的な支援に取り組む行政、事業者、学校等の現場における「政策接点技法」を探究し、支援の法理論モデルと実態ソリューションをともに構築する予定である。またこれら法接点に関連するトピックについて小稿を作成し、専門雑誌等で発表する機会を得た。前年に続き、雇用対策法や地域雇用開発促進法等、雇用創出に関する法制度を地域労働市場の下部構造まで含めて調査分析を進めた。これら法制度の立法過程分析や下部規定等の調査および参照作業に平行して、各地方自治体等の作成提出した「地域雇用創出計画」や「自発雇用創造地域」の事業計画を手掛かりに、近時の雇用創出の契機と展開を、本来需要型、計画助成型、代替試行型といった分類を通じて、当事者への刺激・誘発、インセンティブ付与、助成の各相関の実態を整理した。研究代表者の研究機関変更により、取材調査対象予定の自治体にも変更が生じた。また諸外国の雇用創出プログラムについては資料収集にとどまり、具体的な実態調査に及ばなかった。さらに年度末の震災被害により、具体的実像を追考証作業として、職業能力技術開発校や民間事業者の就業セミナー等のサンプリングに一部支障が生じた。しかし、今年度は支援現場の当事者ヒアリング調査を多数行い、雇用充足との具体的関連付けの実態を分析できた。これら調査分析結果をもとに、求人=雇用情勢に親和的な支援に取り組む行政、事業者、学校等の技法を探究し、支援の法理論モデルの構築を次年度にさらに具体化する予定である。また、雇用創出と非正規雇用の関連についても、調査分析活動を通じた私見の構築に努める予定である。これに関連して非正規雇用の創出事業者とユーザー企業の雇用責任に関する裁判例の評釈論文を作成した。特に岩手県や盛岡市の雇用創出事業担当者らと密なヒアリングを重ね、セカンダリーな背後事情を含めた雇用創出の実態調査を進めることが出来た。研究代表者の研究機関変更により、計画当初の取材調査対象にも変更が生じた。また東日本の沿岸部震災被害により、具体的実像を追考証するための作業として、職業能力技術開発校や民間事業者の就業セミナー等のサンプリングに一部支障が生じた。しかし上記の調査分析結果をもとに、求人=雇用情勢に親和的な支援に取り組む行政、事業者、学校等の技法を探究し、支援の法理論モデルの構築に一応の見通しを立て、これを次年度以降の研究課題(「雇用対策事業を有効具体化する法技術-地域<雇用実現の法>を構築する-」文部科学省科学研究費補助金(基盤研究(C))課題番号:24530062)へと架橋するほか、関連する非正規雇用の創出事業者の雇用維持責任に関する裁判例の評釈論文を作成した。
レーザー誘雷研究に於けるプラズマ追加熱によるリーダー発生の高効率化に関する研究

レーザー誘雷の研究では誘雷塔先端よりレーザープラズマ中にリーダを生成することが第1の条件となる。炭酸ガスレーザーを大気中に照射すると大気中のダストが核となりビーズ状のプラズマチャンネルが生成される。ビーズ状のプラズマは時間とともに膨張し、次第に冷えながら消滅する。この場合隣接するビーズ状プラズマとの距離が短ければ重なり合い電離チャンネルを形成するが当研究所で生成されるプラズマ間隔は数mm程度で重なり合うまでに遅延時間を有し、またプラズマチャンネルの放電誘導効果は数100μsと短いために放電誘導効果が弱いことが挙げられる。本研究では炭酸ガスレーザーを照射し、レーザープラズマチャンネルを生成した後、炭酸ガス、ガラスレーザーを光軸に沿って照射する。これにより先に生成したプラズマを再加熱しチャンネル状のプラズマを生成することによって放電誘導効果を増加させることを目的に実験を行なった。レーザープラズマ中の存在する電子の寿命を調べた。電子は炭酸ガスレーザーによる高周波加熱理論によって電離されプラズマ化する。初期の段階ではN^+、O^+及び電子はプラズマ状態であるが再結合や拡散によってプラズマ温度が低下する。その中で電子は中性原子の窒素、酸素に付着しO_2^-を形成する。O_2^-の寿命は長く数msであり、この原子が放電誘導に影響を及ぼしていると思われている。またプラズマ中のレーザー光のカットオフ密度は炭酸ガスレーザーでは10^<19>cm^1、ガラスレーザーでは10^<21>cm^1であり、追加熱レーザーにはカットオフ密度の高いガラスレーザーが適していると思われる。まず炭酸ガスレーザーを照射した後、同様の炭酸ガスレーザーを照射する実験を行なった。時間差は約200nsである。生成したプラズマの発光をストリークカメラで観測した。初期に生成したプラズマ発光の後、追加熱によるプラズマが再発光していることを確認した。また静止写真によって追加熱を行なったビーズ状プラズマの直径が増加していることを確認した。次に炭酸ガスレーザーを照射した後、ガラスレーザーを照射する実験を行なった。ガラスレーザー照射の時間遅れは520μsとした。このときのレーザープラズマチャンネルの軸方向に流れる電流をバイアス電圧を印加して測定した。先に照射した炭酸ガスレーザーによって生成されたレーザープラズマによって電流が流れ、その後ガラスレーザーを照射した場合には若干のプラズマ再加熱の効果である電流の増加が見られた。しかし追加熱用のレーザーは炭酸ガスレーザーと同一の光軸を伝播するために炭酸ガスレーザーを生成されたプラズマによって空気の希釈化が生じガラスレーザーの波面が乱されることが生じる。この点では波長の長い炭酸ガスレーザーが有利であると思われる。本研究では炭酸ガスレーザーで生成したプラズマチャンネルを炭酸ガス及びガラスレーザーを用いて追加熱を行なう実験を行なった。炭酸ガスレーザーを追加熱レーザーとして用いた場合は遅延時間が短いこともありビーズ状プラズマの直径が増加し追加熱の効果が確認された。またガラスレーザーを追加熱レーザーとして照射した場合には追加熱の効果を確認したが先に生成したプラズマによる空気に希釈化によってガラスレーザーが散乱を受けることを確認した。

この点では波長の長い炭酸ガスレーザーが有利であると思われる。本研究では炭酸ガスレーザーで生成したプラズマチャンネルを炭酸ガス及びガラスレーザーを用いて追加熱を行なう実験を行なった。炭酸ガスレーザーを追加熱レーザーとして用いた場合は遅延時間が短いこともありビーズ状プラズマの直径が増加し追加熱の効果が確認された。またガラスレーザーを追加熱レーザーとして照射した場合には追加熱の効果を確認したが先に生成したプラズマによる空気に希釈化によってガラスレーザーが散乱を受けることを確認した。
加工用カンチレバーを用いたSPM援用高アスペクト比微細V溝曲面加工に関する研究

本研究では、サブμmの溝幅かつ90°より小さい挟角の微細V溝加工に有用なダイヤモンド工具の開発と応用化を目的としている。試作した鋭い先端角の切れ刃を有するカンチレバーにより、高アスペクト比の微細V溝加工が可能であった。能率の高い加工を実現するため、たわみ剛性の異なる3本のレバーを有するマルチカンチレバーを試作し、引き切り加工実験や凹加工実験から個々のレバーの加工特性を評価した。V溝加工には、独自に開発したレバー剛性の高い加工用ダイヤモンドカンチレバーと走査型プローブ顕微鏡(SPM)を用いた。まず、FIB加工による加工用AFMカンチレバーの切れ刃先端部の先鋭化を行った。また、切れ刃のすくい角を変化させて溝加工を行い、すくい角が溝形状へ及ぼす影響について検討を行った。その結果、鋭い先端角とエッジを持つ切れ刃を得ることができた。また、垂直荷重が同等の場合、すくい角0°で深溝さおよび溝幅が最大となり、アスペクト比は1.5程度と切れ刃のアスペクト比とほぼ同等の値が得られ、加工溝断面は切れ刃形状を精度よく転写していた。つぎに、加工能率の向上を目的として、複数本のレバーを有するマルチカンチレバーの開発とその加工性能について検討を行った。試作した加工用カンチレバーは、たわみ剛性の異なるレバーを3本具備しており、剛性の高いレバーから低いレバーへと順に加工することにより、粗加工から仕上げ加工を一度に実現するものである。本年度は、3本のレバーによる同時加工と個々のレバーの加工様式を把握するため、単結晶シリコンに対して面加工実験を行った。加工痕をSPMで観察すると、いずれのレバーによる加工でも、同じ矩形状で加工が行われており、3本のレバーによる同時加工が可能であることがわかった。加工面のあらさについては、レバー剛性の低いものほど良好な加工面が得られており、仕上げ加工に適していることがわかる。加工後のダイヤモンド切れ刃の摩耗やチッピングは観察されなかった。まず、昨年度試作した複数本のレバーを有するマルチカンチレバーの改良を行った。これまでは、ダイヤモンド切れ刃をマルチカンチレバーの各レバーに個別に装着して作製していたため、切れ刃の高さや装着位置にばらつきがあり、高精度の加工が困難であった。今年度は、切れ刃列の整ったダイヤモンドアレイ工具をレバーに装着後、集束イオンビーム(FIB)により不要部分を除去して作製したところ、切れ刃の高さや装着位置の揃ったマルチカンチレバーを作製することができた。試作した加工用カンチレバーの加工性能を評価するため、長ストロークの高精度ステージを具備したナノ加工システムを用いて、引き切り加工実験を行った。本マルチカンチレバーは、剛性の異なるレバーを3本有しているため、まず個々のレバーの加工特性を評価した。その結果、レバーの剛性に応じた加工幅の異なる加工が可能であった。つぎに、剛性の高いレバーから低いレバーへと重畳加工を行ったところ、単一レバーでの加工溝と比較して、良好な加工溝を得ることができた。これまで、たわみ剛性の異なる3本のレバーを有するマルチカンチレバーを試作し、引き切り加工実験から個々のレバーの加工特性を評価し、さらに重畳加工実験により高精度な微細溝加工が可能であった。本年度は、凹加工実験を行い、作製したマルチカンチレバーの評価を行った。実験に用いたマルチカンチレバーは、各レバーによって剛性が異なり、剛性の低いレバーから順に、レバーA、レバーB、レバーCとし、バネ定数はそれぞれ422.04N/m、510.03N/m、601.48N/mである。凹加工実験は、単結晶シリコンに対して垂直荷重122、403、682pN、加工範囲30×15μm、加工速度60μm/sの条件で行った。垂直荷重403μNで面加工を行った際の凹加工面のAFM観察像から、レバーAはあまり良好な面加工が行われていないのに対し、レバーBおよびCでは加工面がほぼ均一である良好な面加工を行うことができた。その他の垂直荷重でも、同様に良好な加工面を得ることができた。面加工には、レバー垂直方向の加工が適しているということがいえる。面加工における垂直荷重と加工深さの関係から、すべてのレバーにおいて、垂直荷重の増加に伴い加工深さも増加した。

今後は、他のレバー形状や切れ刃先端形状を変化させたマルチカンチレバーの開発と、より高能率な微細加工用工具への応用化について検討を行っていくとともに、今年度着手できなかったSPMヘッドの開発・試作を行っていく。
光のショット雑音抑圧に関する基礎的研究

スクイズド状態のうち、発生や検出が比較的容易である光子数状態に関する研究を行った。以下に研究成果の概要を要約する。(1)光パラメトリック発振器を用いたショット雑音の抑圧モノリシック共振器型光パラメトリック発振器について、信号光およびアイドラ光の共振モードの電磁界解析、二重共振条件に基づく同調特性の解析を行い、その設計論を確立した。KTP結晶を用いて、設計論に基づくデバイスの試作を行ったが、ポンプレーザの周波数不安定性、温度不安定性などに起因すると見られる発振不安定性が観測され、ショット雑音を抑圧するには至らなかった。(2)共振器内第二高調波発生によるショット雑音の抑圧非線形光学結晶を内部に挿入した共振器内に、基本波を閉じこめ、第二高調波を放出させるデバイスに関する量子力学的理論を展開した。第二高調波の雑音特性を解析した結果、標準量子雑音レベルの1/9までの雑音抑圧の可能性が、理論的に示された。(3)半導体レーザを用いたショット雑音抑圧レート方程式に基づいて、半導体レーザの量子雑音の理論を整備した。これにより、内部損失が低減された低閾値半導体レーザを定電流駆動したときに、強度雑音が標準量子雑音レベル以下に抑圧される機構が明確に示された。強度雑音を標準量子雑音レベル以下に抑圧するには、自然放出光による雑音を低減することが不可欠である。このために、干渉計を用いて、FM雑音をわずかに強度雑音に混入させる方式を開発した。この方法を用いて、量子井戸レーザを用いてショット雑音抑圧実験を試み、室温において、標準量子雑音限界に対して3dBを越える雑音抑圧度を達成した。本年度は、サブショット雑音光を発生することを目的として、(1)光第二高調波発生を用いる方法、(2)光パラメトリック発振器を用いる方法、(3)半導体レーザを用いる方法について研究を行った。まず、共振器内に非線形光学結晶を挿入し、第二高調波を効率よく発生する方式に関して、量子論に基づく雑音の理論を展開した。種々の動作条件について検討した結果、入射基本波を共振器に共振させ、入射パワーを十分に大きくした極限において、第二高調波に関して、ショット雑音レベルの1/9までの雑音低減が可能であることが示された。一方、レーザ共振器内部に非線形光学結晶を挿入して第二高調波を発生させた場合には、雑音抑圧度は、最大でもショット雑音レベルの1/2にとどまることが示された。次に、相関光子対の発生を目的として、KTP結晶を用いたモノリシック共振器型発振器に関する研究を行った。低閾値での発振は実現されたものの、十分な発振安定度は得られず、サブショット雑音状態を達成するには至っていない。このため、モノリシック共振器型発振器の詳細な理論解析を行い、安定な発振を実現するための条件を求めた。この結果、温度安定度が、アイドラ光とシグナル光の二重共振条件を維持するために重要であることが明らかになった。現在、この結果に基づくデバイスの改良を進めている。半導体発光素子(発光ダイオードおよび半導体レーザ)の量子雑音抑圧に関する理論を展開し、これを検証するために半導体レーザのショット雑音低減に関する実験を行った。GaAlAsレーザを液体窒素温度に冷却することにより低閾値化し、ポンプレート40以上で定電流動作させたところ、サブ・ショット雑音光が発生していることが確認された。半導体レーザ出力端では、ショット雑音以下10dBの雑音レベルが実現されていると推定される。本年度は、半導体レーザを用いたサブショット雑音光の発生に関して研究を行った。

まず、レート方程式に基づいて、半導体レーザの量子雑音の理論を整備した。これにより、内部損失が低減された半導体レーザを定電流駆動したときに、強度雑音が標準量子雑音レベル以下に抑圧される機構が明確に示された。次に、バランスト・レシーバの量子論を展開し、これを用いた量子雑音の測定法について検討を行った。バランスト・レシーバの和信号および差信号スペクトルより、標準量子雑音レベルおよびレーザの強度雑音レベルを算出する手法が確立された。さらに、1.3μmDFB量子井戸レーザを用いて、ショット雑音抑圧実験を試みた。ポンプレートを上げることにより、標準量子雑音限界に対して0.7dBの雑音抑圧度が得られた。この雑音抑圧度は、レーザの自然放出光強度雑音によって制限されていることが明らかになった。雑音抑圧度を向上させるには、自然放出光強度雑音の除去が不可欠である。本研究では、マイケルソン干渉計を用いて、強度雑音にFM雑音を混入させることにより、自然放出光雑音を抑圧することに成功した。この結果、室温において、標準量子雑音限界に対して3.5dBの雑音抑圧度が達成された。この値は、レーザの量子効率に基づく低限界限界から0.8dB高いだけであり、自然放出光雑音が有効に抑圧されていることが明らかになった。レーザの量子効率が改善されれば、標準量子雑音限界に対して10dB程度の雑音抑圧度が達成可能である。
福島県の山間村落を対象とした森林除染の必要性と実現可能性に関する検討

福島第一原発事故で放射能汚染された地域の復興では、森林活動の復活が欠かせない。本研究では、実際に被災した村が考える森林を活用した復興のあり方を実現するための知識の普及、技術の確立、村有林等を対象としてモデル事業を実施した場合の有効性の検証を行う。その研究内容は大まかには以下に分類される。1.森林を活用した住民の生活時間パターンの把握とそのパターン毎の被曝量評価2.現地での天地返し法を主たる除染法とした線量削減効果の評価3.様々な健康リスクを考慮した森林活用健康生活モデルの提案4.村有林を対象としたパイロット除染事業の可能性検討と効果の予測これらの研究を実施し、帰還地域の復興加速化に貢献する。福島県川内村における森林活用を通じた復興を目指し、知識の普及、技術の確立、モデル事業実施の有効性の検証を行う。そのため(1)森林を活用した住民の生活時間パターンの把握と被曝量評価、(2)現地での天地返し除染法での線量削減効果の評価、(3)様々な健康リスクを考慮した森林活用健康生活モデルの提案、(4)村有林を対象としたパイロット除染事業の可能性検討と効果の予測を行い、帰還地域の復興加速化に貢献する。森林除染の課題に対し自然科学的な観点からだけでなく、社会科学的・医学的観点から同時に取り組む学際的な独自性のある研究である。研究代表者が放射線被曝状況調査などの専門家であるだけでなく、研究チーム自体も除染に関わる様々な分野の専門家からなり、すでに長期測定調査で成果を上げてきている。研究結果は帰還可能地域の増加を可能とし日本としての緊急性の高い社会的・科学的課題解決に大きく貢献することが期待できる。