hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
海底開発による環境影響評価に向けたラマンライダーによる海中モニタリング技術の開発

海底開発による海洋生態系・環境への影響評価を効率的に行うために、独自の水中ガスラマンライダーを利用した海中モニタリング技術を開発している。水深20mの海底からメタンガスの湧出がある竹富島海底温泉にて本手法の適用可能性を検討するために、H27年度はメタンガスのラマン分光測定を実施し、H28年度は海水の本手法への影響評価、船舶設置型の海上ラマンライダーの開発を実施した。H29年度は開発した海上ラマンライダーの動作試験として沼津での計測バージ観測に成功し、竹富島海底温泉での船上観測にも成功した。これらの海上観測の結果から、海上ラマンライダーを用いて効率的な海中モニタリングを実現できる可能性を示した。日本の領海・排他的経済水域は国土面積に比べて12倍程度と広く、海底鉱物資源・メタンハイドレート掘削、CO2を海底地層に圧入して大規模削減を目指すCCS等の有効な海底利用が計画されている。海底開発では資源探査手法だけでなく海洋生態系・環境への影響評価が必要とされているが、現状の採取・採水測定では頻度とエリアに限度があり、海中での効率的なモニタリング手法の開発が必要である。そこで、海底を効率よくモニタリングするために、レーザーを用いたリモートセンシング技術であるライダーを利用した海中モニタリング技術を開発する。水に溶けているガスのラマン信号から3次元マッピング観測を行い、効率的な海中モニタリングを目指している。現有の技術シーズである水溶存ガスラマンライダーの海中での適用可能性を検討するために、水深が20mと浅い箇所からメタンガスを主成分とする火山性ガスが湧出する竹富島海底温泉での海中モニタリングを実施する。H27年度では波長355 nmのナノ秒パルスレーザーを用いて、水溶存メタンガス、メタンガスのラマン分光測定を行い、海中モニタリングに最適なメタンのラマン波長を決定した。水溶存メタンガスのラマン信号は波長395.6 nmに観測され、水の波長403.7 nmにピークを持つブロードな信号の裾に観測される。メタンガスは水への溶解度が低いことから、水溶存メタンの観測は難しい可能性があるが、気泡として湧出する竹富島の海底温泉のように、ラマン信号強度が大きなメタンガス気泡と共存する観測系では観測が可能であると考えられる。また、模擬海水を用いた波長355 nmによる海水含有有機物の蛍光の影響も評価した。本実験で使用した標準海水は、天然の海水を濾過してゴミを取り除き精製しており、通常の海水に含まれる有機物等は含まれているが、355 nmのレーザー照射で有機物による蛍光は見られなかった。これまでの水溶存CO2ガスのラマン分光には水の透過率が比較的高い波長532nmのレーザーを用いていたが、メタンガスのラマン信号(2911cm-1)は629.5nmであるため、得られるラマン散乱光の水による減衰が大きい(水1m伝搬で透過率は約72.6%)。そこで、水溶存メタンガスラマンライダーでは波長355nmのレーザーを利用した。実験に使用した高圧チャンバーは10 MPaまで耐圧があり、300 mlまでの水を入れることができる。チャンバーはサファイア窓を4面備えており、ガスボンベ圧を利用し、高圧のメタンガスを高圧チャンバーに導入する。ガスは接している水の表面から溶解するため、チャンバー中の水を羽根で5分間程度撹拌させることによって均一にガスを溶解させた。メタンガスの圧力は1 MPaまでとし、水に溶存させたメタンガスだけでなく、メタンガスのラマン分光測定を実施した。また、メタンガスのラマン信号は波長395.7 nmに観測され、メタンガスは水に溶存することで0.1 nmだけ波長が低波長側にシフトすることがわかった。標準海水に波長355 nmのナノ秒パルスレーザーを照射し、標準海水に含まれる有機物による蛍光の影響を評価した。濾過で取り除いた成分により蛍光が生じる可能性があるために、実際の海水でも蛍光の影響評価は必要ではないかと考えられる。水中ガスのラマン信号から3次元マッピング観測を行い、効率的な海中モニタリングが可能にある。

現有の技術シーズである水中ガスラマンライダーの海中での適用可能性を検討するために、水深が20mと浅い箇所からメタンガスを主成分とする火山性ガスが湧出する竹富島海底温泉での海中モニタリング観測に向けた研究を実施している。H27年度では波長355 nmのナノ秒パルスレーザーを用いて、水溶存メタンガス、メタンガスのラマン分光測定を行い、海上ラマンライダーの仕様を決定した。H28年度は竹富島海底温泉の海面海水を採取し、波長355 nmのレーザー照射によってラマン散乱を阻害する蛍光等が生じないことを確認した。また、現地でレンタルできる傭船に設置可能な海上ラマンライダー装置を作成した。波長355 nmのレーザーを海中に照射し、海中からのラマン散乱光は直径20 cmの望遠鏡で取得する。散乱光は光ファイバーで検出器に導かれ、ラマンスペクトルと特定の波長でのライダー信号の取得が可能である。開発したシステムは、可搬型のインバータ発電機で動作が可能であり、18 m離れた位置に設置した水のラマンスペクトル、ライダー測定に成功した。H28年度の5月に竹富島を訪問し、観測に向けた調査と打合せを実施した。海上観測に使用する傭船を確認し、海上ラマンライダー装置の概観、設置場所、固定手法を検討した。後日、竹富島海底温泉の海面の海水を送付してもらい、波長355 nmのレーザー照射によって、ラマン散乱を阻害する蛍光等が生じないことを確認した。海上ラマンライダーは、傭船の通路に設置するシステムとした。レーザーは繰り返し20 Hz、パルスエネルギー120 mJの低消費電力なナノ秒パルスレーザーとし、直径20 cmの望遠鏡で海からのラマン散乱光を取得する。散乱光は光ファイバーで1800本/mmの回折格子を搭載した焦点距離30cmの分光器に導かれる。分光器の検出ポートにはCCDとPMTが取り付けられており、光路上のミラーを出し入れすることによって検出器を切り替えることが可能である。CCDを用いると短時間で12003800 cm-1のラマンスペクトルの測定が可能であり、PMTでは特定の波長でのライダー信号の取得が可能である。海上では塩害による電子回路のトラブルが想定されたため、システムは密閉しているが、レーザー電源等の排熱によって、システム内の温度が上昇する。そのため、除塩フィルターを取り付けたファンでシステムの排熱を行っている。システムを密閉した状態で、レーザーと計測システムを全て起動させると、室温の21°Cから2時間程度で5°C程度上昇し安定する。そのため、レーザーの波長変換結晶の温度最適化はシステム内の温度が安定してから再度必要となるが、その後は1時間以上、レーザー出力は安定した。また、CCDカメラは5°Cの温度上昇でも、電子冷却機構に不具合は生じなかった。システムの動作確認は、レーザーを水平に照射し、18 m離れた位置に設置した水のラマンスペクトル・ライダー測定によって評価した。日本の領海・排他的経済水域は国土面積に比べて12倍程度と広く、海底鉱物資源・メタンハイドレート掘削、CO2を海底地層に圧入して大規模削減を目指すCCS等の有効な海底利用が計画されている。海底開発では資源探査手法だけでなく海洋生態系・環境への影響評価が必要とされているが、現状の採取・採水測定では頻度とエリアに限度があり、海中での効率的なモニタリング手法の開発が必要である。そこで、海底を効率よくモニタリングするために、レーザーを用いたリモートセンシング技術であるライダーを利用した海中モニタリング技術を開発する。
積雪寒冷地域における住宅地の雪堆積形成からみた計画ガイドラインの開発

本研究は鷹栖町の住宅地を対象として空中撮影法及び実測調査を用いて、街区内空地や街区雪堆積空間の配置等の相違による雪堆積形成の状況、住戸配置や住戸形態(屋根形態等)の相違による雪堆積形成の状況、日射の融解作用による雪堆積形成の状況、さらに時系列からみた雪堆積形成の変化と諸要因の関係、について明らかにした。とりわけ風雪が住戸及び外構物の配置によって通り抜けることが難しくなり吹きだまりが発生しその周囲には吹き払いも形成される。街区外部の環境に関しては主風向側に大きな農地がある街区の場合は街区内部に強い風雪が進入するため極力街区内に蓄積させず、街区内を容易に通過する住戸配置計画が必要である。これまでの住宅地の雪処理計画に対する提案は,アンケート調査や模擬的なシミュレーションから提案されているものが多いが,本研究では空中撮影(空撮)を基に大量なデータを収集及び画豫解析し,雪堆積形成の状況を多面的に分析・解析しながら雪処理対策のための住宅地計画及び住宅計画について計画ガイドラインを提案することが目的である。平成23年度は、的確な調査街区の選定と調査実施について検討するのとともに,街区内及び敷地内における大まかな雪堆積形成の状況を分析するために,対象住宅地の18街区において空中撮影を3回実施し,画像データを収集した。今回の空撮については,対象住宅地全体を鳥轍的にみるために,パラグライダーにカメラを搭載し上空300450mから垂直方向および斜め方向の空撮を実施した。また,これまでの気象データをもとに空中撮髭を実施する日を検討した。空撮における雪堆積状況は,各住戸の玄関前(玄関から道路までのアプローチ部分)と青空駐車部分で除雪されていることが確認できた。また,住戸周辺に除雪された雪が堆積しているのとともに,屋根からの落雪による大きな雪山(雪堆積)の状況がよみとれた。それらの屋根形態は多数が傾斜屋根であり,とりわけ勾配屋根の住戸では住戸後方部分および側面部分で屋根からの落雪した雪が堆積されていることも確認できた。さらに,傾斜屋根でも住戸の屋根面にはそのまま雪が堆積している住戸もあり、落雪防止の屋根葺き材を採用していると考えられる。しかし,落雪屋根において南西面または南面の屋根に雪が堆積していなくかつ北東面は屋根に雪がそのまま堆積している住戸がある。これは屋根に日射があたり、それにより落雪が発生していること、北東は日射が当たらないため堆積されているものと考えられる。以上の住戸配置や住戸形態,雪堆積状況等から雪処理問題が発生しやすそうな住戸街区を4つ選定した。今年度はこの4街区を重点的に調査・分析し,計画ガイドラインを検討する予定である。平成25年度は環境が異なる4つの街区(北海道鷹栖町の住宅地)を基に、空中写真撮影とGPSによる積雪深の実測調査を行い、街区内部の積雪状況と雪堆積形成の違いを明らかし、吹きだまりや吹き払いが発生する要因を詳細に分析した。空中写真撮影は平成25年13月に計3回行った。本調査において吹きだまりと吹き払いが形成されている諸要因は、吹きだまりは住戸や外構物周辺に形成されるが、構築物が密接に配置され風の逃げ道を十分に確保できない場合に形成される。いまひとつは、外構物が複数配置されることによって吹きつけてくる風がUターンし、風の流れが変わって吹きだまりが形成される。これらをみると、侵入する風雪が住戸や車庫などの外構物によって流れが止まる場合や変わる場合である。一方、街区内に除雪された雪山や屋根からの落雪による雪山が形成された場合、これらの雪山が障害物となり吹きだまりや吹き払いを形成される。特に積雪深が高くなった箇所周辺では吹き払いが形成される事例がみられた。吹き払いは吹きだまりと同時に形成される場合が多数であり住戸裏や風下側に雪が溜まることで同時に形成され、吹きだまりと吹き払いの形成は表裏一体の関係である。しかし、それぞれ単独で発生している場合もある。たとえば、隣地が空き地で農地からの強い風が直接吹きつける場合、吹き払いのみが形成される。これは、街区内部の住戸や外構物などの配置問題よりも街区外部の環境が影響していることが考えられる。以上をまとめると、風雪が住戸、外構物の配置によって通り抜けることが難しくなり吹きだまりが発生しその周囲には吹き払いも形成されていくこと、街区外部の環境に関しては主風向側に広大な農地がある街区の場合は、街区内部に強い風雪が進入するため極力街区内部に蓄積させず街区内部を容易に通過する住戸配置計画が雪を堆積させない工夫の一つであることが明らかとなった。

本年度は,主風向側の環境が異なる2つの街区(A街区:強風の影響がある街区、B街区:主風向側に住宅があり強風の影響が少ない街区)を選定し,街区内部の積雪状況を空撮とGPSによる積雪深の実測調査を行い,街区内部の雪堆積形成の相違について検討した。1)屋根面の積雪状況は,勾配屋根では,落雪により屋根面のすべての雪が落雪している住戸と屋根上の一部に積雪している住戸が確認できた。これらは,勾配の大小および屋根葺き材の相違や住戸からの放熱や日射による一部分の融雪等が要因として考えられるが,近隣からの風雪による積雪の場合や,風上側に住戸が存在する場合に,屋根面の一部に積雪していると考えられる。2)落雪した屋根雪の堆積状況は,勾配屋根では落雪方向に大小様々な落雪箇所が確認できた。その範囲をみると,すべての住戸が敷地内に落雪していた。また,落雪方向が西側と東側になっている住戸をみると,西側の落雪範囲に比べ東側の落雪範囲が大きいことが確認できた。この要因の一つには,風上側の屋根面の雪が風によって飛散(減少)し,落雪する雪が少ないため推測できる。3)住戸周辺の吹きだまり状況は,風下側の住戸である北東側の各住戸の風上側に多く形成されていることが確認できた。A街区とB街区の吹きだまりを比較すると,A街区はB街区に比べ複数の敷地に連なる複雑な吹きだまりが形成されていた。この複雑な吹きだまりの発生要因は,主風向がA街区の風上側の各住戸間を通り抜け,風下側の住戸や車庫,除雪によって堆積された雪等の障害物によって発生したと考えられる。4)以上より,風上側に住宅地が存在する街区に比べ,農地等の広大な土地が存在する街区の方が普遍的な積雪深になること,冬期間の主風向に対応した住戸配置や外構物の設置をしていない場合に,街区内部では複雑な吹きだまりが発生すること,が明らかとなった。本年度はこれまで3年間実施してきた調査分析結果(街区内空地や地区雪堆積空間の配置・設置の相違による雪堆積形成の状況と関係性・相違性、落雪の影響による雪堆積形成の状況(屋根形態の相違による雪堆積形成状況)と影響度に関する分析、時系列にみる雪堆積形成状況の変化)をもとに、雪堆積形成の実態から「冬期間における住宅地の除排雪に関わる除排雪量を軽減するための計画ガイドライン」について検討・提案した。とりわけ、各住戸の計画時点における除雪量を軽減できる手法の検討、および、敷地や住戸及び構築物の配置などの計画的手法の検討である。平成26年度は、平成24年度調査データと平成25年度調査データをもとに、雪堆積形成の過程分析をとおして、より的確な雪堆積形成の要因の分析を実施した。その結果、雪堆積形成の過程分析からは、屋根から落雪した雪山と吹きだまりおよび吹き払いに大きな関係性があり雪堆積形成過程の視点からも明らかとなった。とりわけ、勾配屋根住戸周辺に発生する屋根からの落雪する雪山の量は屋根上の気象条件や住戸等の立地条件などにより差が生じるとともに、さらにその雪山の影響を受け、吹きだまりや吹き払いが形成されることが明らかとなった。
大規模災害の賠償・補償制度の国際比較―福島原発事故を基軸に

本研究の目的は、福島原発事故賠償制度を研究の基軸として、被災者の生活再建および被災地域の再生に迅速かつ適切に資する、人災ないし人為的要因が寄与する大規模災害全般に応用可能な賠償・補償制度の一つのあり方を示すことである。(1)原因者の法的責任を明らかにし(責任論)、(2)被害の実態を把握し、回復されるべき損害として法的に構成し(被害・損害論)、(3)被害回復にかかる賠償・補償方法のあるべき姿を検討する(救済論)過程において、大規模災害に関する国際的な研究動向や問題関心を反映させる研究体制をとっている。今年度は、責任論班、被害・損害論班、救済論班の各班において、情報の集約・分析および課題の絞り込みを行い、次年度以降における検討の基礎とする作業を行った。その過程で、研究会を6回開催し、各班の検討内容について情報を共有した。そのうち1回は福島で開催した。また、東京で開催した際にも、原発事故賠償の被害者らや訴訟・ADRに関わる弁護士らと意見交換の機会を得た。各回のテーマは、原発事故賠償判決の検討(4/28、明治大学)、ふるさと喪失慰謝料の算定(6/23、明治大学)、原発事故賠償の課題と展望(7/29、福島大学、第4回「原発と人権」全国研究・市民交流集会の分科会として開催)、「ふるさとの喪失/剥奪」被害調査研究委員会の研究成果(11/4、明治大学)、原発事故に対するいわき市民の意識とコミュニティ分断(2/28、東洋大学)、原賠法改正問題(3/2、神戸大学)である。具体的な成果としては、『原発事故被害回復の法と政策』の掲載論文ほか、複数の論文を公表した。また、カナダで開催された国際学会において研究報告を行い、アメリカにおいて大規模災害の賠償・補償制度の資料収集・ヒアリングを行った。今年度の研究実施計画は、責任論班における事故の発生に係る法的責任の研究、被害・損害論班における被害実態の把握や被侵害法益および損害に係る法理論の研究、救済論班における被害回復に係る賠償・補償方法の研究のいずれについても、国内外の学会・研究会での報告や、公表論文の内容から、おおむね順調に進展していると考える。本研究の目的・研究実施計画を変更する必要はないと考えるが、現状以上に力を入れて取り組むべき課題もある。福島原発事故賠償制度に関して、長期化・深刻化している被害の実態の継続的な把握、集団訴訟の地裁判決・控訴審判決の分析、原発ADR制度の再構築に向けて、国内外の大規模災害の賠償・補償制度を参照しながら、本研究を推進していきたい。物品購入費、研究分担者・研究協力者の旅費・謝金、研究会会場の借用料等において節約に努めたこと大きい。

次年度は、交付額が今年度の交付額よりも少ない一方で、外部報告者の招聘と国際学会への参加にかかる費用が相当程度必要となることが見込まれるため、次年度の直接経費のうち、旅費、謝金、その他(学会参加費)の増額分に充てることを計画している。
自閉症スペクトラム障害の３独立症状各々に特異的に関与する生化学的因子の解明

本研究では、乳児期ASD独立症状様行動重症度と生化学的因子の関連性に関する母子コホート研究を実施した。生後18か月時点でのM-CHAT得点と、遺伝子多型との関連性を分析した。分散分析の結果、M-CHAT全23項目の合計得点の群間差が、BDNF (Val/Val vs. Met)と、5HTTLPR (SS vs. L carrier)で有意になった。本研究の結果は、ストレスなどの環境要因に対して影響を受けやすい遺伝子型を持つ児ではASDのリスクが高くなる可能性を示唆している。本研究では、1母子コホート集団、2双生児コホート集団、3ASD患者集団を対象に、計測a)生化学的因子(i.遺伝子多型、ii.胎生期性腺ホルモン曝露、iii.DNAメチル化)計測、計測b)行動・脳機能指標を用いたASD独立症状・ASD独立症状様行動の重症度計測を実施することが目的であった。本年度は、1母子コホート集団、3ASD患者集団のリクルートを中心に実施した。1母子コホート集団は、出生時にさい帯血を採取した乳児を対象に、各乳幼児健診時における行動・脳機能指標を用いたASD独立症状様行動の重症度評価を行った。一方、さい帯血から抽出したDNAからメチル化解析を行うに当たり、従来のクローニングによる解析法に加え、本学に新たな機器が導入された為、パイロシークエンス法による一連の解析法を確立させた。したがって、今後はパイロシークエンス法による、さい帯血由来DNAのメチル化解析を行い、標的遺伝子上におけるメチル化の程度と各乳幼児健診時におけるASD独立症状様行動の重症度評価との因果関係を調べ、ASD独立症状様行動の重症化に関わる胎生期の影響を明らかにする予定である。また、3ASD患者集団については、ASDと診断された未就学児を対象にリクルートを行い、ASD独立症状の評価、生体試料の採取を行った。これにより、患者集団でのDNAメチル化とASD独立症状との因果関係を調べ、コホート集団との比較を行う計画である。自閉症スペクトラム障害(ASD)病像の多彩さは、ASD病態・病因解明の障害となっている。ASD病像・病態理解が進まない原因は、ASD病像の多彩さが、ASD 3主徴(コミュニケーション能力障害、対人相互作用障害、常同性)各々の「有無」だけで捉えられてきたことによる。これに対し、近年の研究では、3主徴とは異なる「3独立症状」の「重症度」によって、ASD病像を正確に把握できることが示唆されている。つまり、独立に変動する3症状の重症度によって、ASD病像が適切に理解できるのである。かくて、本研究では、母子・双生児コホート研究と疾患研究により、ASD 3独立症状各々の重症度に特異的に関与する生化学的因子と、その脳への作用機序を解明することによって、ASDの病態・病因解明、ひいては、ASD病像の正確な類型化を目指す。本年度は、ASD患者の症例を追加し、個々の独立症状と関連する生化学的因子を探索的に分析した。具体的には、小児自閉症評定尺度(CARS)を用いてASDの独立症状別重症度評価を行い、各重症度と遺伝子多型の関連性を調べた。その結果、内分泌かく乱物質受容体関連遺伝子ARNTの多型・エストロジェン受容体遺伝子ESR1の多型が社会的コミュニケーション・対人関係能力障害の重症度に、ESR2の多型が情動制御能力障害の重症度に特異的に関連していることを明らかにした。この知見は、性腺ホルモンのASD独立症状に対する作用が一様ではなく、異なる作用機序に媒介されて発現する可能性を示唆していると考えられる。自閉症スペクトラム障害(ASD)病像の多彩さは、ASD病態・病因理解を遅らせている。しかし、ASD病像の多彩さは、ASD 3主徴(対人相互作用障害、コミュニケーション能力障害、常同性)各々の「有無」だけで捉えられてきたことによる。近年の研究により、3主徴とは異なる「3独立症状」の「重症度」によって記述すると、ASD病像を正確に把握できることが示唆された。つまり、重症度が独立に変動する3症状の重症度によって、病像が適切に理解できるのである。かくて、本研究では、3独立症状各々の重症度に特異的に関与する生化学的因子を明らかにし、その脳への作用機序を解明することによって、ASDの病態・病因解明、ひいては、ASD病像の正確な類型を目指す。本研究で実施する縦断研究に関しては、バースコホート集団を対象としたASD症状重症度評価、及び、生体試料採取と終了している。現在、生体試料(神経伝達物質の機能に影響を与えることが明らかにされている遺伝子一塩基・縦列反復多型、メチル化、ホルモン(コルチゾール、テストステロン、エストロゲン等)解析)及び、生体試料をASD症状様行動傾向の乳児期発現との関連性解析を進めている段階である。一方、横断研究においては、すでにASD児を対象に、質問紙による症状重症度評価と遺伝子多型解析を併用し、各ASD症状(対人相互作用障害、コミュニケーション能力障害、常同性)に特異的に関連する遺伝子一塩基多型を解明している。

分散分析の結果、M-CHAT全23項目の合計得点の群間差が、BDNF (Val/Val vs. Met)と、5HTTLPR (SS vs. L carrier)で有意になった。本研究の結果は、ストレスなどの環境要因に対して影響を受けやすい遺伝子型を持つ児ではASDのリスクが高くなる可能性を示唆している。当初計画通り、必要な検体を収集し、重症度に関連する生化学的因子の解明に成功した。児童精神医学最終年度は、データ収集を継続しつつ、これまでに収集したデータの統合的解析を行い、研究を総括する。本年度は当初計画通り、1母子コホート、3ASD患者集団を対象とした研究体制を確立させ、研究を開始することができた。既に行動・脳機能指標による計測は順次行っており、また標的遺伝子上のDNAメチル化解析の方法論も確立できた。したがって、おおむね順調に進展していると判断した。購入を予定していた消耗品の使用量が、当初予定よりも少なかったため、使用額に変更が生じた。今後は、1母子コホート、3ASD患者集団については、これまでと同様、継続的に追跡あるいは追加計測、試料採取を進める。また、因果関係の解析も順次進め、中間的な時期におけるデータを得ておく。2双生児コホート集団については、連携研究者との打ち合わせの下、今後の実施を進めたい。最終年度に実施する統合的解析のための消耗品購入に充当する予定である。対象者のリクルート費用に比べ、生体試料の抽出や解析に、より多くの費用が生じることが予測された為。また、コホート研究という性質上、対象者への謝金の支払いが、次年度でも生じることが予測された為。対象者から得た生体試料について、順次DNAの抽出や遺伝子多型解析、DNAメチル化解析等を行う。その際、役務、消耗品等の費用が当初計画より多く生じる見込みである。また、対象者への謝金の支出も生じる計画である。
選択置換によるポリカルバゾールの高機能化と高性能化

カルバゾールとベンゾチアジアゾールから構成されるD-pi-A型共重合体の基礎物性と光電変換特性に及ぼす可溶性置換基の効果を検証するために、カルバゾールの4,9位に長さや分岐点が異なる種々の可溶性置換基を導入した共重合体であるポリマーPCOC-TBTF2を合成した。基礎物性と太陽電池特性を調査し、4位に可溶性置換基を有していないPCDT2FBTと比較した。合成したポリマーのXRD分析を行った結果、カルバゾールの4位に導入した可溶性置換基の立体障害が大きくなるにつれてポリマーのpiスタッキング距離が大きくなっていることが明らかになった。また、直鎖状の可溶性置換基を有するPCOC-TBTF2は(100)、(200)、(300)面に由来すると考えられる回折ピークを示し、薄膜状態において高度な秩序構造を形成していることが明らかになった。これらの結果から、カルバゾールの4,9位に導入した可溶性側鎖がファンデルワールス力を介して効果的に作用することによりポリマー主鎖共役の共平面性を安定化し、密なpiスタックと高度な秩序構造の形成を可能にしていることが示唆された。薄膜状態においてポリマー主鎖共役間同士の密なpiスタックを形成することによりPCOC-TBTF2はPCDT2FBTよりもナローバンドギャップと優れたホール輸送能を有していた。PCOC-TBTF2をp型半導体として用いたバルクヘテロ接合型(BHJ)有機薄膜太陽電池は5.5%の光電変換効率(PCE)を示し、PCDT2FBTのPCE(2.1%)を大きく上まわった。これらの結果から、カルバゾールの4,9位への置換基導入はポリマーの溶解性を向上させるだけではなく、自己組織化能を有するカルバゾールポリマーを得るための新たなアプローチであり、太陽電池特性を向上させる有効な手法であると結論した。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
オートフアジー性神経細胞死の制御機構に関する分子細胞生物学的研究

ノックアウトマウスを用いた検討:生後1週齢の野生型、カテプシンBおよびD欠損マウスを用いて低酸素負荷を行い海馬CA1錐体細胞の生存を調べた。その結果、カテプシンDを欠損したマウスのCA1錐体細胞は低酸素負荷しても、その80%は変化せず、虚血に耐性があることがわかった。カテプシンBを欠損するマウスのCA1錐体細胞は、障害を受けやすくなるが野生型マウスとの間で有意差はなかった。野生型マウスの死に方を検討した結果、低酸素負荷後3時間から6時間でカスパーゼ3の活性が上昇するが、24時間後には対照群と同様の値に復した。活性型のカスパーゼ3を認識する抗体で染色すると、一部の細胞のみ6時間、12時間、24時間後でTUNEL陽性細胞と一致したが、その多くはカスパーゼ3陰性であった。オートファゴソームの形成に必須なタンパク質としてLC3が知られているが、その抗体を作製し、負荷後3日までのオートファジー誘導の有無を検討した。その結果、死に行く細胞の細胞質にはLC3陽性のオートファゴソームが多数形成され、TUNEL陽性の細胞の多くは、オートファジーが誘導されていることがわかった。また、電顕的にもオートファゴソームを多数持つCA1錐体細胞が認められることがわかった。さらに、これらの細胞ではリソソームカテプシンDの免疫反応性が上昇することも明らかになった。すなわち、低酸素負荷によって、海馬CA1錐体細胞にオートファジが誘導され、その下流でリソソームカテプシンDが活性化される。これによって、何らかの細胞死につながる分子が活性化され、海馬CA1錐体細胞の死が誘導されるものと推測された。現在、この死に直接関与することが予想されるカテプシンDの基質を検索している。(結果を論文準備中)低酸素-虚血負荷実験とカテプシンDのインヒビターの探索:生後1週齢のカテプシンDおよびBをそれぞれ欠損するマウスとそれぞれのヘテロ、野生型の同腹仔を実験に用いた。片側の総頸動脈を結紮した後、37°C、8%酸素-92%窒素の条件下の容器に40分間放置することにより低酸素-虚血負荷をかけた。野生型マウスの海馬標本を用いて経時的に、カスパーゼ-3活性を、また、ゲノムDNAを電気泳動で検討した結果、カスパーゼ-3活性は負荷後3時間から6時間にかけ上昇し、24時間後には正常値に復した。DNAは24時間後にヌクレオソーム単位で切断されラダー形成が見られた。同マウスの凍結切片でみると、時間経過と共に海馬CA1領域にTUNEL陽性の細胞が増加し、負荷後1日から3日にその数はピークに達した。活性型カスパーゼ-3の染色では、負荷後1日から3日目では陰性であった。オートファジーのマーカーであるLC3の染色を行ったところ、TUNEL陽性の神経細胞では顆粒状に染まり、低酸素負荷によりオートファジーが誘導されることが分かった。また、カテプシンDも同細胞に染色性が顕著に増加した。負荷後3日目で見ると、33%の野生型マウスは、低酸素負荷でTUNEL陰性であったが、カテプシンD欠損マウスでは80%で陰性であった。カテプシンB欠損マウスでは多少陽性を呈するマウスの割り合いが増えていたが、対照群と有意差はなかった。これらの結果は、カテプシンDを欠損すると海馬CA1錐体細胞は低酸素-虚血負荷に耐性になることを示し、カテプシンDのインヒビターを開発することにより、脳虚血に対する新しい治療薬が期待できることを示唆している。カテプシンDのタンパク質性インヒビターを放線菌より見い出し、そのDNAクローニングに成功した。現在、このタンパク質の活性特性を検討している。

これによって、何らかの細胞死につながる分子が活性化され、海馬CA1錐体細胞の死が誘導されるものと推測された。現在、この死に直接関与することが予想されるカテプシンDの基質を検索している。(結果を論文準備中)
15-O 水PETを基準とした３テスラ心筋血流MRIの心筋血流定量解析法の開発

O-15標識水心筋血流3D PET/CTの撮影法最適化および3テスラ心筋血流MRIの撮影法最適化および画像解析法の開発を行った。実症例におけるO-15標識水心筋血流PETおよび3テスラ心筋血流MRIから計測される安静時、負荷時心筋血流量値は妥当であった。O-15標識水心筋血流PETと3テスラ心筋血流MRIを直接比較することにより3テスラ心筋血流MRIの心筋血流定量解析法の検証を継続している。本研究の目的は、3D PET/CTによる15O H2O心筋血流PETをゴールドスタンダードとした、3テスラ心筋血流MRIの心筋血流量定量評価法の開発と心筋血流量・心筋血流予備能の比較検証と、これを用いて冠動脈疾患患者の診断と治療方針決定における負荷心筋血流MRI定量解析の有効性の評価することである。本年度は、3D PET/CT装置を用いた15O H2O心筋血流PETの撮影方法および3テスラ心筋血流MRIの造影剤投与方法の最適化を中心に行い、最適化された方法を用いて虚血性心疾患患者にて15O H2O心筋血流PETおよび3テスラ心筋血流MRIを実際に撮影した。本研究で使用される3D PET/CT装置を用いた15O H2O心筋血流PETでは、光子の検出感度向上とノイズ低減により、15O標識水トレーサーの注入量を従来法より減少できる。実際の撮影時と同じ15O標識水注入条件下で、ファントム実験を行ったところ、カウントと放射能の関係は0MBqから200MBqまでは直線性を示した。虚血性心疾患患者6例で、15O H2O心筋血流PETを撮影した場合、安静時、負荷時心筋血流、心筋血流予備能は、それぞれ、冠動脈狭窄領域で1.08±0.28mL/min/g、1.79±0.31 mL/min/g、1.69±0.24、リモート心筋領域で1.46±0.63mL/min/g、2.82±0.76 mL/min/g、2.38±1.43であった。また、心筋血流MRIでは左室内腔の血液信号は造影剤濃度が上昇すると、濃度と信号に直線関係がなくなることが知られるが、3テスラ装置では1.5テスラ装置と比べこの特性は異なる。2種類のガドリニウム造影剤の濃度依存的な信号強度上昇の非直線性の特性について、ヒト血液ファントムを用いて検討した。実際の患者撮影条件に合わせて、Saturation delayを110msに設定しSENSEおよびk-t SENSEを併用したグラディエントエコー法で撮影した。いずれの造影剤、撮影方法でも造影剤濃度-信号曲線にあきらかな差はみられず、直線性は0-約6mMで保たれた。本研究の目的は、3D PET/CTによる15O水標識心筋血流PETをゴールドスタンダードとした、3テスラ心筋血流MRIの心筋血流定量評価法の開発、心筋血流量・心筋血流予備能の比較検証、これを用いた冠動脈疾患患者の診断と治療方針決定における負荷心筋血流MRI定量解析有用性の評価である。本年度は、まず、1)15O水標識心筋血流PETの解析方法の最適化を検討した。1CTによる吸収補正を行わない15O水心筋血流PET/CTによる心筋血流定量評価は可能かについて検討した。心筋血流量(MBF)、心筋血流予備能(MPR)ともに吸収補正ありと吸収補正なしの解析間で高い相関(MBF、r2=0.89、slope 0.90、ICC 0.93;MPR、r2=0.86、slope 0.92、ICC 0.92)が示され吸収補正なしでも15O標識水心筋血流PET/CTの定量解析は可能であることが示唆された。また、2CTによる吸収補正を行った場合では、PET画像とCT画像の一ずれが問題となるが、どの程度のずれまで許容されるかを検討した。両者のずれが8mmを超えると前壁中隔で心筋血流が過大評価されるが(reference vs. 8mm-misregistration: seg. 1, 1.02±0.19ml/min/g vs. 1.11±0.19ml/min/g, p=0.015; seg.7, 1.07±0.21ml/min/g vs. 1.23±0.21ml/min/g, p=0.015; seg. 12, 1.06±0.22ml/min/g vs. 1.14±0.23ml/min/g, p=0.027)ずれが6mm以下であれば問題ないことが示された。さらに、2)3テスラ心筋血流MRI用の心筋血流定量解析ソフトウェアの調整を行った(1ファントム実験で前年度に得られているガドリニウム造影剤の濃度依存的な信号強度の非直線性の情報を、心筋血流定量ソフトウェアに組み込み、心筋血流計測時に適切に補正がなされるように実装、24種類のモデルを実装)。

本研究の目的は、15O水心筋血流PETをゴールドスタンダードとした、3テスラ心筋血流MRIの心筋血流定量評価法の開発、心筋血流量・心筋血流予備能の比較検証、これを用いた冠動脈疾患患者の診断と治療方針決定における負荷心筋血流MRI定量解析有用性の評価である。本年度は1)15O水心筋血流PETを行った患者9名の非梗塞心筋の心筋血流を評価した。安静時、負荷時の心筋血流は1.2mL/min/g, 3.3mL/min/g、心筋血流予備能は4.1であった。2)心筋梗塞の既往のない患者9名で、心筋血流定量解析ソフトウェアを用い心筋血流MRIを解析した。その際、我々が用いたパトラック法と欧米を中心に用いられいるデコンボリューション法を比較した。パトラック法では安静時、負荷時心筋血流は1.2mL/min/g、3.9 mL/min/g、心筋血流予備能は4.7であった。一方、デコンボリューション法では安静時、負荷時の心筋血流、心筋血流予備能は、それぞれ0.6mL/min/g、1.4mL/min/g、2.8であり、負荷時心筋血流と心筋血流予備能はいずれもパトラック法で求めた値より有意に低い値を示した。1)、2)から、デコンボリューション法では負荷時心筋血流および心筋血流予備能が過小評価されるという仮説を導出した。3)梗塞の既往のある患者を含む患者16名で、心筋血流MRIとT1マッピングから算出された造影剤の細胞外液分画(ECV)との比較から、心筋のK1とK2を一度の検査から相補的に算出する方法を考案した。梗塞の程度によりK1、K2、ECVに有意差があることが示された。4)15O水心筋血流PETと心筋血流MRIの両方が撮影された患者30名に達した。この群において15O水PETと心筋血流MRIから算出した心筋血流値を対比させ心筋血流MRIの定量評価方法の検証するため画像解析を施行中である。O-15標識水心筋血流3D PET/CTの撮影法最適化および3テスラ心筋血流MRIの撮影法最適化および画像解析法の開発を行った。実症例におけるO-15標識水心筋血流PETおよび3テスラ心筋血流MRIから計測される安静時、負荷時心筋血流量値は妥当であった。O-15標識水心筋血流PETと3テスラ心筋血流MRIを直接比較することにより3テスラ心筋血流MRIの心筋血流定量解析法の検証を継続している。本年度の研究として、13テスラ心筋血流MRIによる定量解析方法の最適化、2虚血性心疾患患者20症例を対象に、3テスラ負荷心筋血流MRIおよび15O標識水心筋血流PETの撮影を行い心筋血流量・心筋血流予備能の結果の比較検討、3同じ患者20症例を対象に3テスラ心筋血流MRIから得られる心筋血流量・心筋血流予備能の冠動脈造影やFFRに対する診断能の検討、を計画していた。1は計画どおり実施できた。2は、全体で13症例において計画した検査を実施した。3は、上記13症例で3テスラ心筋血流MRIの心筋血流定量解析を現在進めている。3テスラ心筋血流MRIおよび15O標識水心筋血流PETの撮影法・解析法についての検討は計画通り実施できたが症例のリクルートが計画数に達せず「当初よりやや遅れている」状況である。今後の研究として、虚血性心疾患患者を対象とした、薬剤負荷時および安静時の3テスラ心筋血流MRIおよび15O H2O心筋血流PETについて症例を重ねて両者の比較検討を行い、3テスラ心筋血流MRIによる心筋血流定量評価が侵襲的検査法である冠動脈造影検査やFFRを代替できるかを検討する。本年度の研究として、13D PET/CT装置を用いた15O H2O心筋血流PETの撮影方法の最適化、23テスラ心筋血流MRIの造影剤投与方法の最適化、3虚血性心疾患患者を対象にアデノシン負荷時と安静時の15O H2O心筋血流PETおよび3テスラ心筋血流MRIを撮影し心筋血流量を定量解析すること、を計画していた。1、2についてはおおむね計画通り研究を進めることができた。
有毒渦鞭毛藻Ｄｉｎｏｐｈｙｓｉｓの給餌による二枚貝の毒の蓄積・変換機構の解明

Dinophysis属培養株の大量培養、これらを餌とした二枚貝への給餌実験に基づく二枚貝各種の捕食選択性の有無、あるいは取り込んだ毒の変換過程や解毒機能の有無等の解明、2高毒株の摂食による二枚貝へのストレスや再生産過程(精子や卵、各発生段階)への毒性影響の評価を行うことは、学術的かつ食品安全学という観点からもきわめて重要な喫緊の課題である。当該年度、特に下痢性貝毒の産生能が高いD. fortiiを給餌用に大量培養し、これを研究対象二枚貝であるホタテ複数個に1日34回給餌を行い、ホタテ体内における毒の蓄積機構を観察する予定であったが、培養株が確立できなかった。このため、替わりにD. caudataを用いた。D. caudataを複数の細胞数でホタテに対して給餌した。2日毎にホタテをサンプリングし、各部位毎に毒の組成や蓄積量について機器分析(LC/MS・MS)を用いて定量することで、毒の蓄積や変換についての知見を得るつもりであった。しかし、D. caudataの暴露により、ホタテは、2日程度の短期間で死滅することが判明したので、3に関する実験をホタテ貝に対して、105 cells /mLの密度と成るようD. caudataを添加し、ホタテ貝の状態をモニターしたところ、48-72時間後に、60%を超える個体で死亡が確認された。また、12-24時間後に、偽糞等の分泌物の排出異常、外套膜、触手の退化、反応の低下、麻痺、死滅が確認された。糞や偽糞からは生きた状態、あるいは半分消化されたようなD. caudata細胞が観察された・このことから、ホタテ貝は、積極的にD. caudataを接触したのではなく、むしろ、摂食を拒んで、偽糞として排出したことが判明した。以上の結果、D. caudataは、ホタテを簡単に死滅させる毒性物質を産生していることが強く示唆された。このD. caudataによる斃死現象はヒオウギ、マガキでも確認することができた。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。本年度は、研究計画に従い、下記の2つの実験を実施した。1.二枚貝の下痢性貝毒の変換過程の解析(マガキ・ホタテ) :二枚貝の下痢性貝毒原因渦鞭毛藻Dinophysis属の給餌実験による下痢性貝毒の蓄積・変換過程の解析ということで、本年度は、D. caudataを給餌用に大量培養し、これを研究対象二枚貝であるマガキ複数個に1日2回給餌を行い、有毒藻を摂食させた。これを1週間繰り返し、給餌実験を終了した。各部位毎に、毒の組成や蓄積量について機器分析(LC-MS/MS)を用いて定量することで、毒の蓄積や変換についての知見を得る。続いて同様な給餌実験を行う中で、2日毎にマガキをサンプリングし、同様の毒分析を行うことにより、毒の蓄積速度や変換過程の詳細を明らかにする。これについては、給餌実験は成功し、現在、各部位における毒成分を分析中である。2.二枚貝に対する原因藻の毒性評価(マガキ)成熟、未成熟のマガキ親個体を用いて原因藻D. caudataの暴露試験を行った。複数の密度条件下でマガキにD. caudataを添加し続け、1週間後に鰓組織、消化管、血液をサンプリングし、各組織における抗酸化活性、ストレス度(cAMP)等の程度について、各種酵素活性、核酸、血球数等の定量分析を実施する。続いて同様な暴露実験を行う中で、2日毎にマガキ個体をサンプリングし、各バイオマーカーの定量分析を行うことにより、各組織におけるストレス度、ダメージの程度を評価する。給餌実験は成功し、現在、各分析を実施中である。

糞や偽糞からは生きた状態、あるいは半分消化されたようなD. caudata細胞が観察された・このことから、ホタテ貝は、積極的にD. caudataを接触したのではなく、むしろ、摂食を拒んで、偽糞として排出したことが判明した。以上の結果、D. caudataは、ホタテを簡単に死滅させる毒性物質を産生していることが強く示唆された。このD. caudataによる斃死現象はヒオウギ、マガキでも確認することができた。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。年度内に、ホタテ、マガキ等の飼育環境の整備、有毒渦鞭毛藻の二枚貝類への暴露試験の方法の整備が完了し、フルスペックで目的としていた実験ができるようになった。上記、研究実績の概要に書いたように、マガキについて、第一弾の暴露実験が終了し、現在、解析中であり、今後、統一した手法で同様の暴露実験と解析が可能であるため。今後の研究推進方策については、大きく変更することなく、実施する予定である。
ナノ液滴ミストへのマイクロ波加熱による協奏的反応場システムの創製

本研究では、超音波振動子によって微小液滴(ミスト)を作成し、この微小液滴が空中を浮遊した状態でマイクロ波照射を行うと、迅速加熱により、微小液滴内で化学変化が起こり種々の機能物質や微粒子が微小液滴内部で生成することがわかった。まずは、マイクロ波照射によって遠隔でも迅速な加熱に基づく化学反応が起こることを、薗頭カップリング反応やエステル化反応を反応例として取り上げて確かめた。次に、超音波振動子により発生する液滴微粒子が空中を漂う様子を顕微鏡による動画観察したところ、大部分の液滴のサイズが約5ミクロンであるものの、中には衝突合体により30ミクロン程度にまで大きくなったものまで混在していた。ミスト重合反応の可能性を探る目的で、スチレンモノマー(液体)にラジカル開始剤を溶かし、超音波振動子により微小液滴(ミスト)を発生させ、これにマイクロ波照射を行ったところ、それぞれの液滴内部でラジカル重合が進行してポリスチレン微粒子が生成した。しかし、浮遊するポリスチレン微粒子を粉末として取り出すことは困難で、出口に設置したガラス板の上に積層するにとどまった。従って、発想を変え、出口にシリコン基板などを置くと、この上にポリスチレン薄膜が積層することになるので、表面加工技術としては興味深いかもしれない。次に、この反応システムをZnS微粒子合成に適用したところ、半径約2nmの一次粒子、これが会合してできる球状の二次粒子(半径約300nm)が得られた。このように、ミストを反応場とする化学反応は大量合成には適さないものの、気相・液層・固相にまたがる興味深い協奏的反応場として機能することが示され、新たな応用展開が期待される。本研究では、霧状の微小な液滴を反応場とし、ここにマイクロ波照射による遠隔加熱を行って、液滴内部の微小な空間に起因する特異な化学反応を誘起させようと計画している。そこで、平成21年度は、霧状の液滴を連続的に発生させて、この微小な液滴をマイクロ波照射する導波管の中に導くための基礎検討を行った。まずは、超音波ミスト発生器を耐有機溶媒に改造し、ガラス管と連結させ、出口の圧力をさげることによって発生したミストが連続的に運ばれて、マイクロ波が当たるようなフロー装置を作成した。照射するマイクロ波としては、家庭用の電子レンジで用いられている比較的簡便なマルチモード方式と、マイクロ波の位相を揃えた上にスタブチューナーを設置してマイクロ波の焦点が微小な液滴が浮遊するガラス管に集中させることのできるシングルモード方式を検討した。特筆すべきは、後者の場合マイクロ波エネルギーの約90%が化学反応に使われたことである。このようにして、微小な液滴ミストを連続的に発生させて、マイクロ波照射による化学反応を実施できるところまで、たどり着くことができた。そこで、次のステップとして、この協奏的反応場システムの有効性を検証すべく、まずはモデル反応として微小液滴におけるビニルモノマーのラジカル重合反応を選択した。その結果、溶媒ブリー系でも沸点の比較的高いモノマーと分解温度の低いラジカル開始剤との組み合わせで、微小液滴反応場におけるマイクロ波加熱による重合反応を実現することができた。
無機・有機電荷移動量子細線結晶の光誘起変調ドーピング

無機・有機ハイブリッド擬一次元物質、メチルビオロゲン沃化鉛の光電気伝導について研究を行った。本物質は、沃化鉛一次元鎖とそれを取り囲むメチルビオロゲン分子から成り、特異的にワイヤースペーサ間電荷移動遷移を有し、その電子的励起により無機一次元鎖に単一種の光キャリア(電子または正孔)がドープされる(これをここでは光誘起変調ドーピングと呼ぶ)。この電荷分離状態では、一次元鎖内に電子および正孔を生成する場合に比べ、電子・正孔間の相互作用が小さくなり一次元鎖内の光キャリアの移動度が高くなることが期待される。実験の結果、沃化鉛一次元鎖から有機スペーサ分子(メチルビオロゲン)への電荷移動遷移により光電気伝導が顕著に誘起されることが明らかになった。さらに、光電流の励起スペクトルが電流の方向によって異なることを見出した。この実験結果は、一次元鎖方向とそれに垂直な方向の電気伝導が別種の光キャリアによって生じることに起因している。つまり、一次元方向の光電気伝導は一次元鎖内の正孔ポーラロンにより、それに垂直な方向の光電気伝導はメチルビオロゲン上の電子によると解釈できる。特に、一次元方向の光伝導は、アーバックテールという吸収の裾でピークをもち、これが一次元鎖内の正孔ポーラロンの輸送現象により説明された。さらに、一次元鎖内の正孔ポーラロンの移動度が、室温で非常に大きいこと(>>20cm^2/V sec)を見出した。この高移動度は、電荷移動遷移による光誘起変調ドーピングの効果と一次元鎖内の正孔ポーラロンがソリトン的な状態を形成していることに起因している。以上の実験から、無機・有機電荷移動量子細線結晶の特異な光電気伝導特性を解明することができ、さらに、ダイポーラ光電気伝導体の研究にとって重要な知見を得ることが出来た。メチルビオロゲン沃化鉛は、沃化鉛一次元鎖とそれを取り囲むメチルビオロゲン分子からなる擬一次元結晶であり、最近我々は、一次元鎖から有機分子への電荷移動遷移が最低エネルギー光吸収帯であることを見出した。本研究課題の目的は、この細線-バリア間電荷移動遷移による無機量子細線の光誘起変調ドーピングについて研究を行うことである。本年度前半において、GPIBとRS232Cインターフェイスを通したコンピュータ自動制御測定系を構築した。制御される装置は、キセノン光の単色化に用いるモノクロメータコントローラ、可変NDフィルタ用の自動ステージ、電磁シャッター、クライオスタット温度コントローラ、電圧源、パワーメータ、デジタルマルチメータ、およびオシロスコープである。この実験装置により、定常光励起およびナノ、ピコ、フェムト秒パルスレーザ励起下での光電気伝導度、励起光子エネルギー依存性、励起強度依存性、温度依存性、電圧依存性、および時間応答について自動で測定することが可能となった。本年度後半では、定常光励起下での光電気伝導度の励起スペクトル測定および温度依存性について実験を行った。その結果、室温において可視域の光照射により光電気伝導度が大きく増加することを観測した。この光電気伝導度の増加は、細線-バリア間電荷移動遷移に起因している。温度依存性を調べた結果、この光電流は200K以下では、室温の20分の1以下に減少することがわかり、低温では光生成電荷キャリアがトラップされてしまうことが明らかになった。この室温動作光電流現象はデバイスへの応用として非常に興味深い。
不完全麻痺者のための歩行訓練システムの開発

本研究では,運動補助や電気刺激のタイミングなど歩行改善に有益な情報を麻痺者に呈示,さらに訓練の達成度を自動的に評価するセンサシステムを開発することを目的に,下肢運動機能麻痺者を対象とした歩行訓練や機能的電気刺激(FES)による歩行再建において脚部の状態を計測する身体装着型センサとその波形処理方法を検討した.センサシステムは,大腿,脛,足背に装着した複数のジャイロスコープ(角速度計)から構成される.また,センサの評価のため,加速度計,ゴニオメータ(関節角度計),アルミ電極から構成される接地状態認識装置を用いた.1軸アーム動作による評価実験と,3名の健常者においてアルミ板上での歩行実験を行い,各センサから得られたデータを解析した.その結果,ジャイロスコープ間の出力の差分により得られる関節角速度を数値積分することにより,膝と足関節の関節角度を正確に測定できることがわかった.特に,歩行中の関節角度を複数のジャイロスコープにより計測する場合には,センサを装着する位置が影響することを実験的に確認し,少しの注意を払うことによって,ゴニオメータと同様の計測結果を得られることが実験的に示された.また,それらジャイロスコープにより,立脚期と遊脚期の識別することが可能性であり,床に非接触で安定して歩行期を識別できる小型センサを構築でき,それらセンサを用いることにより歩行能力を評価し,歩行訓練に有用な情報を訓練者に呈示できることが分かった.完全麻痺者のための歩行訓練システムは,歩行訓練中の下肢の状態を計測し,歩行改善に有用な情報を麻痺者に呈示して,歩行訓練をサポートするシステムである.本年度はセンサシステムと携帯型の表面電極式電気刺激装置の開発を並行して行った.センサシステムは,複数のジャイロスコープ(角速度計)と加速度計から構成される.また,センサ出力の評価のため3次元位置測定装置,ゴニオメータ(関節角度計),アルミ電極から構成される接地状態認識装置を用いた.3名の健常者においてアルミ板上での歩行実験を行い,各センサから得られたデータを解析した.その結果,ジャイロスコープ間の出力の差分により得られる関節角速度を数値積分することにより,膝と足関節の関節角度を正確に測定できることがわかった.また,加速度計や衝撃センサを用いることにより,立脚期と遊脚期の識別や,立脚期における足底の接地状態を認識することが可能性であり,床に非接触で安定して歩行期を識別できる小型センサを構築でき,それらセンサを用いることにより歩行能力を評価し,歩行訓練に有用な情報を訓練者に呈示できることが分かった.携帯型の表面電極式電気刺激装置は,携帯性と安全性の観点から,定電圧式,振幅変調,陰性矩形波パルス,最大電圧100V,8ch,電池駆動とし,仕様作成と基本設計後,電子機器製作会社の「システム計測」に製作を依頼した.そして,その刺激装置を用い,健常者の下肢を対象にした刺激実験を行い,システムが正常に動作し,様々な刺激パラーメータの調整が可能であり,麻痺者の歩行訓練に用いることが可能であることを確認した.また,歩行訓練においてその刺激装置を動作させるプログラムを作成した.本研究では,運動補助や電気刺激のタイミングなど歩行改善に有益な情報を麻痺者に呈示,さらに訓練の達成度を自動的に評価するセンサシステムを開発することを目的に,下肢運動機能麻痺者を対象とした歩行訓練や機能的電気刺激(FES)による歩行再建において脚部の状態を計測する身体装着型センサとその波形処理方法を検討した.センサシステムは,大腿,脛,足背に装着した複数のジャイロスコープ(角速度計)から構成される.また,センサの評価のため,加速度計,ゴニオメータ(関節角度計),アルミ電極から構成される接地状態認識装置を用いた.1軸アーム動作による評価実験と,3名の健常者においてアルミ板上での歩行実験を行い,各センサから得られたデータを解析した.その結果,ジャイロスコープ間の出力の差分により得られる関節角速度を数値積分することにより,膝と足関節の関節角度を正確に測定できることがわかった.特に,歩行中の関節角度を複数のジャイロスコープにより計測する場合には,センサを装着する位置が影響することを実験的に確認し,少しの注意を払うことによって,ゴニオメータと同様の計測結果を得られることが実験的に示された.また,それらジャイロスコープにより,立脚期と遊脚期の識別することが可能性であり,床に非接触で安定して歩行期を識別できる小型センサを構築でき,それらセンサを用いることにより歩行能力を評価し,歩行訓練に有用な情報を訓練者に呈示できることが分かった.