hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ネットワーク構造解析アルゴリズムの開発とネットワークアルゴリズムの総合的展開

ネットワーク最適化に対する基礎理論を発展させ,ゲーム理論やグラフ理論と融合することで,社会システムにおけるネットワーク構造の分析を行った.具体的には,コミュニティ抽出のアルゴリズム構築と有効性の検証,情報伝播ネットワークの特徴付け,グラフの一様性を表す飽和グラフの分析などである.また,仮想計算機配置問題,オークションの財の割当,スタッフスケジューリング,タクシー配車問題などにネットワーク基礎理論が適用できることも示した.ネットワーク最適化に対する基礎理論を発展させ,ゲーム理論やグラフ理論と融合することで,社会システムにおけるネットワーク構造の分析を行った.具体的には,コミュニティ抽出のアルゴリズム構築と有効性の検証,情報伝播ネットワークの特徴付け,グラフの一様性を表す飽和グラフの分析などである.また,仮想計算機配置問題,オークションの財の割当,スタッフスケジューリング,タクシー配車問題などにネットワーク基礎理論が適用できることも示した.ネットワークフローに対する基礎理論を発展させて,コミュニティ抽出やブロードキャストを中心としてネットワーク構造解析や特徴判定のための効率よいアルゴリズムの開発と検証を行った.コミュニティ抽出に関しては,申請者らの既存研究において,ネットワーク表現をグラフからハイパーグラフに拡張することによって,共著者関係などでその構造をより反映できることが示されている.コミュニティ抽出に関しては様々な基準があるが,コミュニティ内外の関係性に着目した概念をハイパーグラフ上に拡張した.このとき,コミュニティ内外の関係性として,ノード数とエッジ数のどちらに着目するか,さらに,コミュニティ内外にまたがるハイパーエッジの処理の仕方により,4パターンの基準を提案した.そして,どの基準に対しても,それぞれグラフの変換により最小カット問題を用いて効率よくコミュニティ抽出が出来ることを示した.また,4パターンの基準各々の特徴を検証するために,共著者関係のデータを分析し,その違いを示した.社会システム解析におけるネットワーク構造の利用の一例として,スタッフスケジューリングにおいて,その構造をネットワークフローとして表現することで,簡単な制約のスケジューリング問題に対しては複数の解を容易に提示出来ることを示した.そして,より複雑な制約を表現するためのネットワーク構造について考察を与えたさらに,通信ネットワークにおける基本的なプロセスであるブロードキャストにおける耐故障性に関する指標の設定や,ネットワークフローに関する著書のまとめを行った.ネットワーク理論の基礎理論に基づき,ネットワーク上のゲームの均衡や社会システムにおける問題へのネットワークフローアルゴリズムの適用について検討をした.ゲーム理論やグラフ理論と融合することで,社会システムにあるネットワーク構造の解析を広く行った.ネットワーク上の情報拡散ゲームに対して,ゲーム論とグラフ論の両観点から解析を行った.各プレイヤが初期に情報を与えるノードを一つ選択して単位時間毎に隣接ノードに情報を拡散するが,情報が衝突したときにはその情報が消滅するモデルに対して,ナッシュ均衡の有無の特徴付けをグラフの直径により議論し,さらに,パスグラフ,サイクルグラフ上での均衡の有無を示した.コミュニティ抽出に対しては,昨年度から継続してハイパーグラフ上に拡張したコミュニティ抽出アルゴリズムの検証を行った.より多くのデータを用いて数値実験を行い,その妥当性を示すと同時に,コミュニティ選択基準の与え方について検討した.グラフ論的観点からは,飽和グラフの特徴付けを行い,長さ6の閉路に対する飽和グラフの最小枝数の上下限を示し,既存研究を発展させた.頂点数が少ないグラフに対しては,数値実験により飽和グラフの最小枝数を確認している.また,モデルとしては一見ネットワーク構造を持たない社会システムの問題に対しても,ネットワークフロー技術を用いたアルゴリズムを提案した.消費電力削減を目的として仮想計算機を物理計算機に配置する問題,オークションで複数の財を入札者に配分しその支払額を決定する問題などで,直接的あるいは間接的にネットワーク上のアルゴリズムが有効であることを示した.ジョブスケジューリングやスタッフスケジューリングにおいても,問題構造を明確化する際にネットワーク構造が便利であることを示している.ネットワーク基礎理論を主軸に,グラフの一様性に関する性質や社会システム解析でのネットワークアルゴリズムの適用可能性について検討した.グラフの一様性に関しては,前年度に引き続き飽和グラフの特徴付けを行った.長さ6の閉路に対する飽和グラフの最小枝数の上下限について,次数制約をなくした場合に結果を拡張した.下限値を示す際,グラフの最小次数が2以上であると仮定すると下限値を得やすいが,その結果を利用して,最小次数が1の場合の下限値を示せることが分かった.情報伝播ネットワークでは,情報拡散ゲームとボロノイゲームとの比較検討を行った.情報拡散ゲームとボロノイゲームでは,情報が衝突した頂点での振る舞いに違いがある.この違いが,直径2のグラフ上でのナッシュ均衡解の存在性にどのように影響を与えるかを詳細に調べた.直径2のグラフ上での情報拡散ゲームではナッシュ均衡が存在しない場合があるのに対し,ボロノイゲームではプレイヤが2人ならば必ずナッシュ均衡が存在することが分かった.消費電力削減を目的として仮想計算機を物理計算機に配置する問題では,メモリのコピーの衝突を避けるために1回に1つの物理計算機が関わる再配置を1つまでと限定した問題がマッチング問題と関係しており,マッチングを求めるアルゴリズムを利用して多項式時間で解けることを示した.さらに,実データに基づいて計算機実験を重ね,提案アルゴリズムの有効性を示した.また,タクシー待機場所配置問題や病床割当問題もマッチングアルゴリズムを元にして,実問題の解決を目指した.そして,これらのようなスケジューリングへの応用においては,評価関数の検討が重要であることが分かった.コミュニティ抽出やグラフ上のゲームに対する特徴付け,さらには,社会システムにおける問題でのネットワーク構造を利用した解決法の提案など,問題ごとに個別に結果を出し,論文発表,口頭発表を行っており,順調に進めている.24年度が最終年度であるため、記入しない。継続して社会システム上の個別の問題ごとのネットワーク構造分析を行うと共に,研究計画の最終年度であることより,構造分析アルゴリズムの総合的展開を目指す.24年度が最終年度であるため、記入しない。
血管内投与した遺伝子ベクターや抗癌剤を腫瘍細胞内に高濃度で集積させる新技術の開発

悪性腫瘍の治療法として外科療法、放射線療法、化学療法、免疫療法、遺伝子治療などが普及する一方で、それぞれの治療法の限界も明らかになってきている。この研究の目的は、動物実験レベルで血管内投与した抗癌剤や遺伝子ベクターを悪性腫瘍細胞内に高濃度で集積させる新技術を開発することにある。悪性腫瘍に対して化学療法、遺伝子治療の治療効果を増強するため、集学的治療のひとつとして現実的に臨床応用するシミュレーションとして、マウス移植腫瘍において、in vivoエレクトロポレーション法を用いた化学療法、遺伝子治療による集学的治療実験を行った。そして、その効果と臨床応用の可能性および問題点を検討した。結果1.実体蛍光顕微鏡観察を行うことにより経時的に腫瘍血行動態をとらえる動物実験システムを作成し、Skid、C3Hマウスにマウス腫瘍細胞FSa-IIを移植し、蛍光物質(Dextran, Oregon Green)の急速注入時の経時的な蛍光発現の変化を観察した。蛍光発現量を20秒ごとの蛍光蓄積量として当科で開発した螢光顕微鏡システムを用いて経、的に測定した。蛍光物質の急速注入後、20-40秒後に腫瘍形成部の蛍光量はピークとなり、以後減衰した。造影剤を蛍光物質に添加した場合にも、蛍光量ピーク時間の変化は認めなかった。結果2.C3Hマウスにマウス腫瘍細胞FSa-IIを移植し、蛍光量がピークとなる20-40秒後にあわせてcyclophosphamide(CY)250mg/kgの急速ボーラス注入後に、ピンセット電極を用いて遺伝子導入装置を用いて電気穿孔を行った。対照として、無処置群、CY単独、電気穿孔単独、電気穿孔後CY急速ボーラス注入群に分けて検討した。無処置群のTG50値は13日、電気穿孔単独では15日、CY単独では24日、電気穿孔後CY急速ボーラス注入群では26日、CY急速ボーラス注入後電気穿孔後群31日であり、電気穿孔とCY急速ボーラス注入投与のタイミングを合わせることにより相乗効果がみられた。1)実体蛍光顕微鏡観察を行うことにより経時的に腫瘍血行動態をとらえる動物実験システムを作成した。スキッドマウスにアクリル製の自作のスキンチャンバーシステムを設置し、その後、マウスおよびヒト腫瘍細胞を移植することにより腫瘍内の血行状態を観察した。マウスを長期生存させて観察するためには、今後さらにチャノバーシステムを小型化する検討が必要である。2)マイクロマニュピュレーションシステムを用いてマイクロカニューレを血管内に挿入し、マイクロシリンジポンプを用いて、蛍光物質および造影剤を血管内への急速ボーラス注入し、腫瘍内部での蛍光物質の集積を実体蛍光顕微鏡下で蛍光量の変化をもとに解析するシステム作りを行った。このシステムを用いて、蛍光物質および造影剤の急速注入時の最適な注入量と撮像タイミングを、経時的な蛍光発現量の変化を観察して検討した。マウスの生存に対する有害反応と検出に必要な薬剤注入量は相反するため、この問題解決には今後さらに検討を要する。3)上記の如く今だ解決すべき課題は多いが、今までの結果を参照として今後、血管内への急速ボーラス注入後に腫瘍細胞周囲間質に造影剤が高濃度に集積する至適タイミングにあわせて、遺伝子ベクター(クラゲ蛍光蛋白発現遺伝子プラスミドベクターpEGFP-N1)を血管内に急速ボーラス注入した後、自作アプリケータを用いて電気穿孔装置を用いた遺伝子導入実験を行うための条件設定のための前実験を施行した。

1)実体蛍光顕微鏡観察を行うことにより経時的に腫瘍血行動態をとらえる動物実験システムを作成した。スキッドマウスにアクリル製の自作のスキンチャンバーシステムを設置し、その後、マウスおよびヒト腫瘍細胞を移植することにより、腫瘍内の血行状態と蛍光物質流入時の経時的変化を観察している。2)昨年度までにマイクロマニュピュレーションシステムを用いてマイクロカニューレを血管内に挿入し、マイクロシリンジポンプを用いて、蛍光物質および造影剤を血管内への急速ボーラス注入し、腫瘍内部での蛍光物質の集積を実体蛍光顕微鏡下で蛍光量の変化をもとに解析するシステム作りを行った。マウスの血管径は細く、マイクロカニューレ留置の失敗により実験の効率が悪かった。これを改善すべく、マウスからラットへのスケールアップを検討し、ラットでの無菌操作可能なシステムを再構築し、その有用性をテスト中である。今後このシステムを用いて、蛍光物質および造影剤の急速注入時の最適な注入量と撮像タイミングを、経時的な蛍光発現量の変化を観察して検討する予定である。3)上記の如く今だ実験システム自体にも解決すべき課題は多いが、今までの結果を参照として今後、血管内への急速ボーラス注入後に腫瘍細胞周囲間質に造影剤が高濃度に集積する至適タイミングにあわせて、遺伝子ベクター(クラゲ蛍光蛋白発現遺伝子プラスミドベクターpEGFP-N1)を血管内に急速ボーラス注入した後、自作アプリケータを用いて電気穿孔装置を用いた遺伝子導入実験を行うための条件設定のための前実験を施行した。1実体蛍光顕微鏡観察を行うことにより経時的に腫瘍血行動態をとらえる動物実験システムを作成した。C3Hマウスにアクリル製の自作のスキンチャンバーシステムを設置し、その後、マウス腫瘍細胞を移植することにより、腫瘍内の血行状態と蛍光物質流入時の経時的変化を観察している。2昨年度までにマイクロマニュピュレーションシステムを用いてマイクロカニューレを血管内に挿入し、マイクロシリンジポンプを用いて、蛍光物質および造影剤を血管内への急速ボーラス注入し、腫瘍内部での蛍光物質の集積を実体蛍光顕微鏡下で蛍光量の変化をもとに解析するシステム作りを行った。このシステムを用いて、蛍光物質および造影剤の急速注入時の最適な注入量と撮像タイミングを、経時的な蛍光発現量の変化を観察して検討している。3実験システム自体にも解決すべき課題が多いものの、今までの結果を参照として、血管内への急速ボーラス注入後に腫瘍細胞周囲間質に造影剤が高濃度に集積する至適タイミングにあわせて、螢光試薬あるいは遺伝子ベクター(クラゲ蛍光蛋白発現遺伝子プラスミドベクターpEGFP-N1)を血管内に急速ボーラス注入した後、自作アプリケータを用いて電気穿孔装置を用いた遺伝子導入実験を開始している。今後、マウスの数を増やして、検討を続ける予定である。1実体蛍光顕徴鏡観察を行うことにより経時的に腫瘍血行動態をとらえる動物実験システムを作成した。Skid、C3Hマウスにマウス腫瘍細胞FSa-IIを移植し、蛍光物質(Dextran, Oregon Green)の急速注入時の経時的な蛍光発現量の変化を観察した。蛍光発現量を20秒ごとの蛍光蓄積量として当科で開発した螢光顕微鏡システムを用いて経時的に測定した。蛍光物質の急速注入後、20-40秒後に腫瘍形成部の蛍光量はピークとなり、以後減衰した。
結晶表面構造と成長素過程の第一原理的研究

シリコン、ガリウム砒素など半導体表面の構造と電子状態の研究は、デバイス応用上も物性物理の新分野としても、近年急速な発展を示している。こわめて高精度に制御された結晶、超格子などの育成には、エピタキシャル成長のミクロな素過程を明らかにすることが新しい発展をもたらすと考えられる。我々は系の電子状態と原子配置を同時に最適化することにより吸着構造を決めるミクロな要因を理論的に明らかにすることを課題とした。用いた手法は、電子構造に対する密度汎関数法と、原子の位置を決める分子動力学法を組み合わせ、最適化に対する共役勾配法を適用したものである。まず、Si(100)表面を取り上げ、Si吸着原子の吸着エネルギ-を、吸着位置を最適化することによって決めた。この結果、吸着原子の表面拡散ポテンシャル障壁が、ダイマ-方向には2.0eV、垂直方向には0.6eVであることをみつけた。更に表面での成長メカニズムであるステップフロ-のシミュレ-ションを、ステップ端の活性エネルギ-の異方性効果を取り入れて解析し、実験とコンシステントな結果を得た。この研究を、更にガリウム砒素表面が硫黄原子によって不活性化される事実の解析に拡張している。また、水素雰囲気下でのダイアモンド薄膜成長機構における準安定状態の役割を調べることも始めている。表面と結晶の違いを表面に平行な2次元方向と、垂直方向との大きな異方性としてとらえることができる。分担者の中尾憲司、藤田光孝両氏は、異方性が大きい層間化合物C_4KH_Xのバンド構造の第一原理的計算や2次元正方格子ハバ-ド系でのスピン密度波(SDW)状態の電子占有数を変えたときの相の安定性を調べた。平本尚氏は準周期系の電子構造に対する電子間作用の効果を、更に低次元の1次元の場合に調べた。再構成したSi(100)表面上に、シリコン原子を吸着させたときの吸着エネルギ-を、第一原理に基づいた全エネルギ-計算と吸着構造の最適化を行なうことにより調べた。吸着位置による、吸着エネルギ-の変化を計算し、吸着原子の拡散障壁エネルギ-の異方性を調べた。全エネルギ-の計算には、局所密度汎関数法と擬ポテンシャル法を用い、構造最適化には、最傾斜降下法を用いた。スラブモデルを採用し、(2×1)単位胞のシリコン6原子層、真空10原子層の系を扱って計算した。その結果、拡散の障壁ポテンシャルが表面ダイマ-方向には2.0eVであるのに対し、ダイマ-に垂直な方向では0.6eVであることをみつけた。これは、シリコン表面でのシリコン拡散異方性について、これまで推測されていた事実と逆であり、初めて定量的に異方性を見積ることができたと言える。この結果をモノアトミックステップをもつSi(001)表面上で高温で起こる、スッテプフロ-によるエピタキシャル成長の機構の説明に適用した。ステップフロ-による結晶成長はシリコン吸着原子の異方的拡散とステップエッジの化学的活性度の異方性の両方を考えることが必要である。以上の結果によりダイマ-列に沿った異方的な表面拡散は、実験で観測されているようなタイプBのステップエッジを核とする選択的な結晶成長を促進する要素であると結論できた。GaAs(001)表面上の硫黄原子の吸着についても、同様の方法により計算を進め、被覆度0.5,1.0の場合について予備的結果を得ている。

きわめて高精度に制御された結晶、超格子などの育成には、エピタキシャル成長のミクロな素過程を明らかにすることが新しい発展をもたらすと考えられる。我々は系の電子状態と原子配置を同時に最適化することにより吸着構造を決めるミクロな要因を理論的に明らかにすることを課題とした。用いた手法は、電子構造に対する密度汎関数法と、原子の位置を決める分子動力学法を組み合わせ、最適化に対する共役勾配法を適用したものである。まず、Si(100)表面を取り上げ、Si吸着原子の吸着エネルギ-を、吸着位置を最適化することによって決めた。この結果、吸着原子の表面拡散ポテンシャル障壁が、ダイマ-方向には2.0eV、垂直方向には0.6eVであることをみつけた。更に表面での成長メカニズムであるステップフロ-のシミュレ-ションを、ステップ端の活性エネルギ-の異方性効果を取り入れて解析し、実験とコンシステントな結果を得た。この研究を、更にガリウム砒素表面が硫黄原子によって不活性化される事実の解析に拡張している。また、水素雰囲気下でのダイアモンド薄膜成長機構における準安定状態の役割を調べることも始めている。表面と結晶の違いを表面に平行な2次元方向と、垂直方向との大きな異方性としてとらえることができる。分担者の中尾憲司、藤田光孝両氏は、異方性が大きい層間化合物C_4KH_Xのバンド構造の第一原理的計算や2次元正方格子ハバ-ド系でのスピン密度波(SDW)状態の電子占有数を変えたときの相の安定性を調べた。平本尚氏は準周期系の電子構造に対する電子間作用の効果を、更に低次元の1次元の場合に調べた。
高齢社会における共同住宅の可能性に関する研究

最終年度には、共同研究者とフランスにて社会的配慮を要する高齢者の居住実態に関する討議を行い、これまでの研究成果を発表した。また、住宅確保要配慮者に向けられたフランスの住宅政策の動向に関する資料を収集するとともに、支援団体や行政の担当者へのインタビュー調査を行い、共同住宅に居住する単身高齢世帯に向けられた居住支援の実態や社会賃貸住宅部門における支援制度の概要を把握した。研究期間を通して、高齢期の住まいとしての共同住宅の可能性を探るため、国内では、高齢者が多数居住する高経年の共同住宅での事例研究をすすめた。具体には、共同住宅という居住形態と結びついた高齢居住者の住生活上の課題や、共同住宅の管理システム、共用空間の存立意義を探る調査を実施し、若年層よりも高齢層に共同住宅居住を肯定的に捉える傾向が強いこと、高齢期の住み替え先として共同住宅が選択されていること等を見出している。さらに、建物のバリアフリー化をテーマとして、課題解決のための具体的な方法に関するワークショップを実施し、他の居住者との協同が日々の住生活の改善に寄与するのみならず、将来の居住不安の軽減にも寄与する可能性があることを確認した。他方、韓国では、共同住宅の建設時に「敬老堂」と呼ばれる高齢居住者のための共用空間を設置することが義務付けられていることから、その使われ方を調査し、互助に基礎づけられた高齢者福祉の場となっていることを把握した。3か国を比較すると、個を生活単位とみるフランスと、家族を生活単位として措定する傾向の強い日韓では、互助や共助、公助の捉え方や期待に差異があるものの、共同住宅の共用空間が居住者相互への関心を誘発すること、それが高齢居住者の居住の安定に寄与する可能性を有していることを把握した。研究初年度にあたる本年度は、1韓国ソウル市でタイプの異なる複数の団地を選定し、それぞれの団地内に設置されている高齢者向けの共用施設である「敬老堂」について、その空間特性、利用者特性、運営状況、運営課題を把握するための調査を実施した。2フランスについては、共同住宅における高齢者居住の動向に関する資料を収集し、近年の動向を把握した。さらに、3日本で、高経年の共同住宅を対象に、団地に設置された集会所の利用実態を探るとともに、高齢居住者の生活実態に関するインタビュー調査を実施した。韓国では一定規模の共同住宅団地では敬老堂の設置が義務付けられているが、団地内の高齢者に利用を限定するところと、近隣の高齢者も受け入れ、地域の高齢福祉施設としても機能しているところがあるなど、利用実態は団地によって異なる。敬老堂の施設整備水準も設置年や居住者の社会階層などによって異なる。また、活用を促進する観点から、行政が補助や表彰の仕組みを設け、より効果的な運営を競わせているところもある。運営は原則、住民自治に基づくものとなっているが、利用者、運営者ともに高齢で、運営側の人材確保に課題がある。他方、フランスでは、高齢者が若者あるいは若年家族世帯とともに居住する共同住宅が開発されている。また、集会所等の共用空間は、居住者のみならず、地域の居住者や活動団体等と交流する場として活用している。日本では、高齢居住者が目立って増えている団地で、その見守り活動などの意義が共有される傾向がみられ、共用空間である集会所が高齢者の集まりの場として活用されるなどしている。このように高齢者が居住する共同住宅では共用空間で高齢者を支援する活動が展開されているが、韓国、日本では同世代間の連帯、フランスでは異世代間の連帯が強調される傾向を把握した。研究計画に沿って、韓国、日本で予備調査に着手し、高齢期における共同住宅居住には、居住の場を軸につながる近隣による支援を受けやすいという研究仮説の妥当性を、主として敬老堂をはじめとする共用施設の利活用に着目して、調査、検討することができた。また当初は次年度以降に計画していた日本の高経年共同住宅に着手し、傾向を把握することができた。一方、比較対象としていた予定していたフランスについては、文献調査に終始し、現地調査を実現できなかった。日本の高齢者居住の動向に関しては、昨年度聞き取り調査を実施した高経年団地(T団地)を対象に、高齢居住者からの要望が高かったバリアフリー改修にフォーカスし、問題解決方法に関する高齢者の意向を調査した。また団地居住者や専門家の協力を得つつ、複数の問題解決シナリオ(エレベーター(EV)設置案、福祉機器導入案、住戸交換等機器設備の導入を伴わない改善案等)を作成し、ワークショップによる討議を企画、実施した。また、討議の結果、複数シナリオのなかで、階段室踊り場接続型EV設置案が最も支持を得たことを踏まえ、その理由を考察した。他方、公営住宅における高齢居住者の動向に関しては、神戸市および兵庫県の復興公営住宅団地を対象に、共用空間の使われ方について聞き取り調査を行ない、入居者の加齢や転出入に伴い、居住者の交流機会、共用空間の利用機会が減少している等の実態を把握した。公営住宅については、高齢者が集中することに伴う課題が顕在していることから、公営住宅の今後のあり方について考察し、論説としてまとめた。韓国の高齢者居住に関しては、昨年度実施した調査で得た資料の分析に着手した。近年供給されている高層マンションの敬老堂事例と、高経年団地におけるそれとを比較し、設備や利用形態に差があることを把握した。また、共同住宅団地に併設される「敬老堂」に関しては韓国で多数関連する既往研究が存在することを把握したので、それらを参考に調査事例を位置づけることとした。フランスについては、社会住宅団地における高齢者居住の取り組みをレビューし、多世代居住の実践事例を把握した。

また、高齢者の居宅に学生が間借りするソリデール事業について、概要を把握した。研究計画に沿って、今年度は主として日本における事例調査をすすめた。複数の住棟から構成される高経年団地(T団地)でのワークショップにより、高齢期特有の課題である身体機能の虚弱化に対して、バリアフリーが達成されていない共同住宅がもつ課題を、区分所有者による共同管理により解決する可能性を多角的に探ることができた。また、複数の公営住宅団地を視察し、共用空間の使い方等について実態を把握した。他方、昨年から積み残しているフランス、韓国については、これまでに収集した資料の整理・分析に終始し、現地調査は実現できなかった。最終年度には、共同研究者とフランスにて社会的配慮を要する高齢者の居住実態に関する討議を行い、これまでの研究成果を発表した。また、住宅確保要配慮者に向けられたフランスの住宅政策の動向に関する資料を収集するとともに、支援団体や行政の担当者へのインタビュー調査を行い、共同住宅に居住する単身高齢世帯に向けられた居住支援の実態や社会賃貸住宅部門における支援制度の概要を把握した。研究期間を通して、高齢期の住まいとしての共同住宅の可能性を探るため、国内では、高齢者が多数居住する高経年の共同住宅での事例研究をすすめた。具体には、共同住宅という居住形態と結びついた高齢居住者の住生活上の課題や、共同住宅の管理システム、共用空間の存立意義を探る調査を実施し、若年層よりも高齢層に共同住宅居住を肯定的に捉える傾向が強いこと、高齢期の住み替え先として共同住宅が選択されていること等を見出している。さらに、建物のバリアフリー化をテーマとして、課題解決のための具体的な方法に関するワークショップを実施し、他の居住者との協同が日々の住生活の改善に寄与するのみならず、将来の居住不安の軽減にも寄与する可能性があることを確認した。他方、韓国では、共同住宅の建設時に「敬老堂」と呼ばれる高齢居住者のための共用空間を設置することが義務付けられていることから、その使われ方を調査し、互助に基礎づけられた高齢者福祉の場となっていることを把握した。3か国を比較すると、個を生活単位とみるフランスと、家族を生活単位として措定する傾向の強い日韓では、互助や共助、公助の捉え方や期待に差異があるものの、共同住宅の共用空間が居住者相互への関心を誘発すること、それが高齢居住者の居住の安定に寄与する可能性を有していることを把握した。これまでの文献調査、フィールド調査で得られた知見をもとに、研究仮説を精緻化するとともに、韓国では事例をさらに増やして調査するとともに、フランスで高齢者世帯向け住戸と若年家族世帯向け住戸の混合開発事例などを対象に、その空間特性や利用、運営実態や課題に関する実態調査を計画、実施したい。日本については、昨年度実施した高経年団地でのアンケート調査の分析をすすめ、高齢居住者の居住満足度やニーズを多角的に検討したい。これまでの文献調査、フィールド調査で得られた知見をもとに、韓国における事例調査を行う。またフランスでの実態調査を計画、実施する。日本については、高経年団地で連続して実施した2年にわたる調査結果を分析、整理する。また、以上の成果をとりまとめ、学会等で発表する。
E. tarda感染における魚類細胞の糖鎖リモデリングの意義解明

一般に細胞表面の複合糖質は、細菌やウイルス、ホルモンなどの認識分子として機能することが知られている。その認識には糖鎖の種類や構造の特異性があり、細菌感染において糖鎖の構造変化は、病原性を決定する重要な制御因子である。しかしこれまで、魚病細菌の感染に関して、宿主細胞の糖鎖リモデリングとの関係について解析した例は少ない。そこで本申請課題では、E. tardaの感染における宿主細胞の糖鎖リモデリングの機構を明らかにし、細胞感染におけるその意義について明らかにすることを目的とする。
学生による医療事故防止に向けた実習安全FD展開モデルの開発

平成27年度に開発した「実習安全のための教授活動自己評価尺度ー看護学教員用ー」を中核に据えたFDプログラムの概要、研修計画、授業案を完成した。プログラム(研修)の中心となる内容は、「実習安全のための教員の対策」「実習安全ための教授活動の自己評価」とし、研修目標は、B.S.Bloomのタキソノミーに基づき設定した。特に「自己評価」は、教員の自律的な活動であり、価値の内在化を前提とするため、情意領域の目標を設定した。当初、研修計画の活用可能性から、1回で完結できるプログラムを作成していたが、実習安全のための自己評価活動の実際を尺度の得点結果をもとに検討することの効果を考慮し、期間をあけて、2回実施することとした。これらの研修概要、目標、授業案に対して、看護教育学に精通する専門家による検討会議を重ね、FDプログラム(実習安全対策強化研修)の内容的妥当性を確保した。また、研修の効果検証に向けて、評価方法・基準を検討した結果、多くの継続教育プログラムの評価が、企業研修に活用されるカークパトリック等のモデルを参考に展開されている現状が明らかとなった。さらに、我が国の大学におけるFD(ファカルティ・ディベロップメント)プログラムの現状を検討した結果、評価に向けては、教員の自主自律的なFDへの参画および主体的な教育活動の改善が重要な指標となるため、企業の生産性や利益に価値をおく、企業内研修の評価モデルを適用することには限界があることが明らかとなった。そのため、検証に活用可能なFD研修の評価システムの開発(課題番号18K10148:看護学教育のための「FD研修過程評価スケール」の開発と有効性検証)を継続して実施し、この研究成果をもとに本研究において開発した実習安全プログラムの有効性を検証することとした。次の研究を実施した。1.実習安全に向けた教授活動自己評価尺度の開発:FDプログラムの中核として、実習安全のための教授活動を自己評価する尺度を開発し、活用する。平成25年までの研究に引き続き、自己評価尺度の開発に向け、全国の看護学教員2028名を対象にした郵送法による質問紙調査を実施した。有効回答786部を対象に信頼性・妥当性を検討した結果、8下位尺度56項目の原版から16項目を削除し、40項目からなる試行版を作成した。分析の結果、内的整合性、構成概念妥当性、基準関連妥当性が確保できていることを確認した。また、教員112名を対象にした再テスト法による安定性の検討を行った。2度のテストに回答があった24名の教員の総得点の相関を検討し、安定性が確保できていることを確認した。2.1.の調査と同時に実習安全のための教授活動の質に関係する教員特性を探索した。56項目の総得点と教員特性との関係を検討した結果、実習安全のための教授活動は、「教員の看護実践能力の質」「実習指導体制」「実習指導に対するやりがいの知覚」「相談相手の有無」「学会所属の有無」などと関係があり、これらの特性が実習安全のための教授活動に影響する可能性が示唆された。3.1.の自己評価尺度は、信頼性・妥当性は確保できているが、下位尺度と各質問項目との整合性に開発の重点をおいたため、基盤となった質的研究のカテゴリすべてを反映できないという限界が示唆された、この限界を克服するために、改良版を作成中である。4.FDプログラムが具備すべき要件を検討した。現在進行中であるが、実習安全に向けた教授活動を網羅したカテゴリを検討し、これらの教授活動を実現するために必要な知識・技術・態度を抽出する、2.の結果を参考にプログラムの対象となる教員集団を検討することを通し、プログラム展開モデルが提案できる可能性が高いことを確認した。目的:FDプログラムの中核となる「実習安全のための教授活動自己評価尺度ー看護学教員用ー」を改良し、その信頼性と妥当性を検証する。1)質問項目の作成・尺度化:平成26年度に作成した試行版を見直し、「看護学実習中の医療事故防止に向けた教員の対策と実践」を表す40カテゴリを網羅するように40質問項目を作成した。つぎに、各質問項目を5段階リカート法により尺度化した。さらに、対象者の質問項目に対する理解と適切な自己評価を促すために、実習中に教授活動が生じる順序や関連する内容に応じて、項目が連続するように配置した。2)専門家会議とパイロットスタディによる尺度の修正:尺度の内容的妥当性を検討するために専門家会議を実施し、質問項目の表現を検討・修正した。次に専門家会議を経て修正した尺度を用いて、その内容的妥当性を検討するために看護学教員81名を対象にパイロットスタディを行った。その結果、全質問項目が対象者にとって回答可能であることを確認できた。3)調査結果に基づく質問項目の選択:質問項目の選択、下位尺度の構成、信頼性・妥当性の確認に向け、調査を実施した。対象は、教育管理責任者の承諾が得られた119校に所属する看護学教員1084名であった。その結果、585部の質問紙を回収でき(回収率54.0%)、このうち尺度の全項目に回答のあった561部を分析対象とした。また、看護系大学、看護専門学校教員113名を対象に再テスト法を実施した。4)結果:項目分析の結果6項目を削除し、34項目からなる「実習安全のための教授活動自己評価尺度-看護学教員用-」を完成した。

尺度の信頼性係数は、0.919。基準とした「教授活動自己評価尺度-看護学実習用-」との相関係数は、0.718(p<.01)、再テスト法による総得点の相関係数は、0.742(p<.01)であり、信頼性・妥当性を確保していることを確認した。自己評価尺度の改良が必要となったが、改良した結果、信頼性・妥当性が確保でき、活用可能性の高い尺度とすることができた。また、当初計画による実習中の医療事故防止に向けた教授活動に関連する因子についての研究も進展し、プログラム開発の中核となる要素および、基礎資料を整えることができた。平成27年度に完成した「実習安全のための教授活動自己評価尺度ー看護学教員用ー」を日本看護教育学学会第26回学術集会にて発表した。また、試行版作成時の調査データを分析し、医療事故防止対策の質の高い教員特性の関係性を重回帰分析により検討した。この結果は、Sigma Theta Tau International第28回国際大会(アイルランド:ダブリン)に投稿し、採択された。(平成29年度に発表予定)。さらに「実習安全のための教授活動自己評価尺度ー看護学教員用ー」を活用したFDプログラムの開発に向け、下記の研究目的・目標を設定し、研究計画・プログラム立案を実施した。研究目的:実習中の医療事故防止対策を強化することを意図した実習安全FDプログラムを開発する。研究目標:1実習中の医療事故防止に向けた教授活動の実態調査と文献検討を通して「実習安全に向けた教授活動自己評価尺度ー看護学教員用-」の活用を中核に据えた実習安全FDプログラムを立案する。2実習安全FDプログラムを複数の看護系大学・専門学校を対象に実施し、その有効性を「実習安全に向けた教授活動自己評価尺度ー看護学教員用ー」を用いて検討する。現在目標1までが終了し、実習安全FDプログラム案「実習安全対策強化研修」を作成した。また、作成した「実習安全対策強化研修」について、複数回、看護教育学に精通した研究者による検討会議を通して、研修内容の妥当性を検討した。研究として、FD研修を実施するという研究デザインをはじめて採用しているため、パイロットスタディおよび再テスト法を含む効果検証に際しての倫理的配慮について、検討を重ねる必要性が生じた。看護教育学の専門家による検討会議を通して、ほぼ方針が確定し、倫理申請を準備中であるが、当初計画にやや遅れが生じている。平成27年度に完成した「実習安全のための教授活動自己評価尺度-看護学教員用-」試行版作成時の調査データを分析し、医療事故防止対策の質が高い教員特性の関係性を重回帰分析により検討した。この結果は、Sigma Theta Tau International第28回国際大会(アイルランド:ダブリン)において発表した。さらに平成28年度に作成した「実習安全のための教授活動自己評価尺度-看護学教員用-」を活用したFDプログラムの概要を元に、研修計画の具体的な目標・授業案を検討した。しかし、作成した研修計画を看護教育学に精通した研究者会議で検討する過程において、B.S.Bloomのタキソノミーの改訂版を活用した認知領域の目標設定及び教育内容について、検討が必要となった。さらに、効果検証に向けた、データ収集方法についても、カークパトリックの研修評価の視点と看護教育学の理念との整合性に疑義が生じた。
犬におけるＳＩＲＳの重症度・予後評価法の確立ならびに血液浄化療法の検討

犬の炎症反応症候群(SIRS)の予後指標および血液浄化療法の治療ターゲットとしてのプロカルシトニンの可能性を探索した。ELISAを用いたプロカルシトニン測定系確立のため、犬のプロカルシトニンcDNAのクローニングを行い、組換え蛋白を作成し、プロカルシトニン断片に対するペプチド抗体の作製を行った。本実験で得られた抗体は、ウェスタンブロット法により犬のリコンビナント蛋白を特異的に認識することが明らかとなった。また、作出抗体を用いて行ったELISAにおいても犬のプロカルシトニンを検出できることが明らかになった。全身性炎症反応症候群(SIRS)およびそれに続発する多臓器不全は、重症患者における主要な死亡原因となっている。従って、SIRSの重症度を早い段階で評価し、治療介入することによって多臓器不全への進行を防ぐことができれば、重症患者の救命率を上げることにつながると考えられる。近年、プロカルシトニンおよびHigh mobility group box-1 protein (HMGB1)がSIRSの診断面での応用のみならず、炎症性メディエーター制御すなわち抗メディエーター療法の対象としても注目されている。そこで、プロカルシトニンおよびHMGB1によるSIRSの重症度評価法の確立ならびに炎症性メディエーター除去による臓器保護を目的とした血液浄化療法の確立に主眼を置いて研究を計画した。当初、プロカルシトニンの測定は末梢血から単核球を分離後、mRNAを抽出し、real time RT-PCRにより、mRNAの定量を行う計画であった。しかしながら、将来的な臨床的有用性を考慮し、犬では測定系が存在しないELISAを用いたプロカルシトニンタンパクの定量へ計画を変更した。ELISA測定系確立のため、犬のプロカルシトニン遺伝子のクローニングを行い、リコンビナント蛋白を作製を行うとともに、プロカルシトニン断片に対するペプチド抗体の作製を行った。また、作出抗体を用いて行ったELISAにおいても犬のプロカルシトニンを検出できることが示された。今後は、臨床検体への応用可能かどうかを検討し、体外循環を用いたメディエーター除去療法を試みる予定である。ELISA測定系確立のため、犬のプロカルシトニン断片に対するペプチド抗体の作製を行うと共に犬プロカルシトニン遺伝子のクローニングを行い、リコンビナント蛋白を作製を行った。今後は、得られたリコンビナント蛋白を用いて抗体の有用性を確認し、ELISA測定系を確立する予定である。また、プロカルシトニン測定に必要な臨床検体の収集も同時に行っており、現在、100以上の症例から検体が得られている。これらの検体と症例の情報を収集し、プロカルシトニンだけでなく、他の炎症マーカーについても測定の準備を進めている。プロカルシトニンの測定方法の変更および臨床検体の収集状況により当初の計画より遅れがでた。昨年度今年度にかけて収集した臨床検体を用いて、プロカルシトニン、HMGB1、CRP、炎症制サイトカインの測定を行う。得られた炎症性メディエーターのプロファイルと臨床症状、血液生化学検査の結果、ヒトの重症度評価の指標として用いられているスコアリングシステム(APACHE II、SOFA、MODS)との統計学的比較を行い病態および予後に関わる因子を特定する。また、SIRS症例における炎症性メディエーター除去を目的とした血液浄化療法の効果の確認をex vivoの系を用いて行う。主に各炎症マーカーの測定に必要なELISAキットおよび抗体などの消耗品費の購入に充填する予定である。
脂肪細胞増殖、組織形成の分子機構の解明

本研究では、多くの組織形成に重要な役割を果す分泌因子、繊維芽細胞増殖因子FGFに着目し、脂肪組織形成の分子メカニズムを明らかにした。まず、FGF10が前駆白色脂肪細胞の増殖に重要な役割を果すこと、さらにFGF10は転写因子C/EBPαと協調的に働き、前駆脂肪細胞の成熟脂肪細胞への分化を亢進することを明らかにした。この前駆脂肪細胞の分化のメカニズムは、これまで培養細胞で提唱されていた分化のメカニズムとは異なっていた。また、FGF10の前駆脂肪細胞の増殖、分化制御作用におけるRbファミリーの役割に付いても明らかにした。さらに、白色脂肪組織の形成において、成熟脂肪細胞の肥大化過程も重要である。そこで、成熟脂肪細胞の肥大化に関係するFGFシグナリングについて検討を行った。その結果、FGF受容体2が関与することが期待されたため、脂肪細胞特異的FGF受容体2遺伝子欠損マウスを作製し、解析を行った。その結果、FGF9-FGF受容体2のシグナルが、腸間膜白色脂肪組織において、成熟脂肪細胞の肥大化に重要であることを明らかにした。最後に、薬理作用として抗肥満、糖代謝改善作用が報告されたFGF21について、その生理的意義の検討を試みた。F21遺伝子欠損マウスを作製し通常食下で飼育したところ、白色脂肪組織の増加傾向が観察された。さらに血漿遊離脂肪酸濃度が低下することも明らかにした。従ってFGF21は脂肪組織形成、脂質代謝に重要な役割を担うことが期待された。以上我々が明らかにした脂肪組織形成の分子メカニズムは、基礎生物学のみならず、肥満症の成因解明や治療法への応用も期待できる。FGFは様々な組織形成に重要な役割を果している細胞間シグナル分子である。FGF10欠損マウスは出生直前に死亡するが、胎児の白色脂肪組織が脂肪滴の蓄積と細胞数の減少など著しい形成不全を示し、FGF10が白色脂肪組織形成に重要な役割を果たしていることが明らかになった。また、我々はマウス胎児の脂肪組織がin vivoの脂肪細胞分化モデルとして有用であることを見出した。従って、我々は野生型およびFGF10欠損マウス胎児の脂肪組織を調べ、FGF10が前駆脂肪細胞の増殖と分化に重要な役割を果たしていることを明らかにした。一方、脂肪細胞分化モデルとして3T3-L1細胞を用いて、in vitroでの脂肪細胞分化メカニズムは詳しく解明されている。しかし、in vivoでの脂肪細胞分化メカニズムは解明されていなかった。我々はFGF10の脂肪組織における役割を解明する研究の過程で、in vivoにおける脂肪細胞の分化メカニズムはこれまでのin vitroの研究から提唱された分化モデルとはかなり異なっていることを明らかにした。また。我々はFGF10がマウスの成体においても白色脂肪組織に特異的に高発現することも明らかにした。従って、FGF10は胎生期のみならず、出生後の白色脂肪組織形成過程にも重要な役割を果していることが期待される。従って、我々は出生後の白色脂肪組織形成過程におけるFGF-10の役割も解明を試みるため、脂肪組織特異的FGF-10受容体欠損マウスを作成した。脂肪組織特異的FGF-10受容体欠損マウスの胎児の脂肪組織においてその形成不全が観察され、このモデルマウスを用いれば、時期特異的に脂肪組織を形成不全にできることが明らかになった。今後はこのモデルマウスを用いて、出生後の脂肪組織形成におけるFGF10の役割を詳しく解析していく。また、我々はよりin vivoに近い、in vitroのモデルである脂肪組織の器官培養にも成功した。FGFは、様々な組織形成に重要な役割を果たしている細胞間シグナル因子である。

これまで我々は、FGF10が胎生期の白色脂肪組織形成過程において前駆白色脂肪細胞の増殖、および白色脂肪細胞への分化に必須な役割を果たしていることを明らかにした。そこで本年度は、脂肪細胞のモデルとして使用される胚性線維芽細胞を用い、FGF10の脂肪細胞増殖の分子メカニズムについて解析を試みた。その結果、FGF10はRas/MAPキナーゼ経路のERK、およびp38MAPキナーゼを介して前駆脂肪細胞を増殖させることを明らかにした。さらに広く様々な細胞の増殖に関与する因子であるRBタンパクに着目し、解析を行った。FGF10はERK、p38MAPキナーゼを介してpRBのリン酸化を誘導し、p38MAPキナーゼを介してp130のリン酸化を誘導することで、前駆脂肪細胞の増殖を促進することを明らかにした。また我々はFGF10がマウスの成体においても白色脂肪組織に特異的に発現することを明らかにしている。従ってFGF10が出生後の白色脂肪組織形成過程においても重要な役割を果たしていることが期待される。しかしFGF10遺伝子欠損マウスは出生直後に肺の欠失により死亡する。そこで、FGF10の受容体であるFGF受容体2(FGFR2)を脂肪組織特異的に欠損するマウス(FGFR2CKO)を作製し、解析を行った。作製されたマウスは白色脂肪組織の成熟脂肪細胞特異的に遺伝子欠損が起きていた。またその効率は約50%程度であった。FGFR2CKOマウスとコントロールの間に、体重差は見られなかったが、20週齢において、精巣上体白色脂肪組織、腸間膜白色脂肪組織重量が、FGFR2CKOマウスではコントロールの約5割に低下していた。一方、褐色脂肪組織や心臓、肝臓などの他の組織では、重量に差が見られなかった。今後はFGFR2CKOマウスで見られた脂肪組織の重量減少の原因を解析し、FGFR2シグナリングの生後の脂肪組織形成過程における役割を詳しく解析していく。1.脂肪細胞増殖メカニズムの解明脂肪組織形成過程では、前駆脂肪細胞が増殖し、その後脂肪細胞に分化していく。FGF10ホモ欠損マウスでは、脂肪細胞の増殖不全が認められた。従ってFGF10は脂肪細胞の増殖を促進していることが示された。そこで、FGF10による脂肪細胞増殖の分子メカニズムの解明を試みた。その結果、FGF10はRas/MAPキナーゼ経路を介してcyclin D2の発現を亢進し、p130をリン酸化して脂肪細胞増殖を促進することが示された。一方、その過程において、FGF10はpRbの産生に必要であることが示された。pRbは、脂肪細胞分化に必須であることから、FGF10はpRbの産生を介して脂肪分化を亢進することが期待された。2.FGF10ヘテロ欠損マウスの白色脂肪組織の解析生後の白色脂肪組織形成過程におけるFGF10の役割を解明するために、FGF10ヘテロ欠損マウスの解析を行った。高脂肪食負荷等により肥満を誘導したところ、ヘテロ欠損マウスでは野生型マウスに比べ、白色脂肪組織重量の有意な減少が観察された。FGF10ヘテロ欠損マウスと野生型マウスでは、個々の脂肪細胞のサイズに差が無かったことから、FGF10ヘテロ欠損マウスでは脂肪細胞数が減少していることが明らかとなった。
広帯域情報ネットワークの高信頼性技術の研究

情報ネットワークを通じて伝送される情報の質ならびに量の双方が飛躍的に向上するに伴い、高信頼性技術に対する必要性が認識されつつある。情報ネットワークにおける信頼性は、交換ノードの故障や回線の切断事故などによるネットワークポロジー変化に対応するマクロなものと、伝送誤りや伝送中に生じた情報廃棄に対応するミクロなものに分類される。本研究は、高品質、大容量通信を実現する情報ネットワークとして注目を集めているATM(Asynchronous Transfer Mode)方式を用いた広帯域ISDNに対し、上記の2つの視点からみた高信頼性技術の開発を試みた。具体的には以下の結果を得た。(1)障害自動回避方式を用いた際の容量設計法の提案(マクロ信頼性に対する研究課題)ノード及び回線に障害が発生した場合に、障害が発生した部分を自動的に回避する方式(セルフヒ-リング方式)を用いた際には、迂回時に確保できる容量をあらかじめ見積もった上でネットワークの容量設計を行う必要がある。迂回時のために用意する予備容量をできるだけ少なくする容量設計法を提案し、その有効性を計算機シミュレーションにより明らかにした。(2)セル無廃棄、セル遅延無変動を保証する伝送方式の開発(ミクロ信頼性に対する研究課題)ATMネットワークにおいては、伝送単位であるセルを蓄積交換により伝送するために、構造的にセル廃棄、遅延変動が生じる。時間軸上に仮想的にフレームの概念を導入し、セル伝送時間位置を指定することにより、セル無廃棄、遅延無変動を保証する仮想STM方式を提案し、その有効性を計算機シミュレーションにより明らかにした。
ヒトにおける運動時血中カテコラミン動態に及ぼす低酸素の影響

低酸素環境下での最大下運動中の血中カテコラミン動態を検討するために、5人の被験者を対象に12、16と21%酸素、窒素バランスの混合ガスを吸入中に60%VO2max強度の自転車運動を6分間行なわせた。運動中の換気パラメータ(ダグラスバッグ法)、心拍数(心電図法)、動脈血酸素飽和度(パルスオキシメータ)と運動直後の静脈血中カテコラミン濃度(HPLC法)を測定した。運動中の動脈血酸素飽和度は、低酸素ガス吸入によって低下した(21%:95.0±0.1%、16%:85±5.4%、12:66.4±4.1%)。運動中の換気量は低酸素の影響で増大したが、酸素摂取量は低酸素の影響を受けなかった。エピネフェリン濃度は、いずれの条件下でも運動によって有意な上昇を示さなかった。一方、ノルエピネフェリン濃度は、21%条件と16%条件において、安静時の値に比べ、運動中に高い結果を示した(p<0.05)。12%条件においても運動時のノルエピネフェリン濃度は安静時に比し高い結果であったが、統計的には有意ではなかった。運動中のエピネフェリン濃度に対する低酸素の影響は、16%酸素条件では明かではなく、12%条件では正常酸素に比べ高い傾向を示したが、統計的有意差は認められなかった。ノルエピネフェリンについても運動中の値に条件間で有意差は認められなかったが、低酸素の程度が厳しくなるに従って、高くなる傾向を示した。以上の結果から、中程度の強度による6分間の短い最大下運動時には安静時との比較で血中エピネフェリン濃度の顕著な上昇は確認できなかったが、ノルエピネフェリン濃度の上昇は確認できることが示された。また正常酸素、16%酸素濃度条件に比べ12%酸素条件は、運動時のカテコラミン濃度上昇をより促進したことから、運動中の交感神経-副腎系の活動は低酸素の程度が厳しくなるに従ってより大きくなることが示唆された。
メカノケミストリーを用いたダブルネットワークゲル強靭化メカニズムの解明

本研究課題の目的は、強靭な「ダブルネットワークゲル(DNゲル)」の強靭化メカニズムの解明である。DNゲルは90%程度の水を含みながらも一種の工業ゴムに匹敵する強靭性を示す、ユニークな強靭材料である。この強靭化の仕組みを解明することが本研究の目標である。DNゲルの強靭化メカニズムは、DNゲルの変形に伴うゲル内部の高分子鎖の切断に由来することが言われてきた。これを正確に理解するためには、DNゲル中で高分子鎖がどのくらいの量、どのような範囲で、切断されているかを知る必要がある。そこで本研究課題では、DNゲル中の高分子鎖の切断現象を化学的手法で検出し、定量評価およびその空間的分布の評価を行った。用いた基盤技術は、高分子鎖が破断した際に生じる「破断ラジカル」を利用した鉄の酸化反応およびラジカル重合反応である。高分子鎖の切断による化学反応は古くから知られているが、これをDNゲルに適用した研究はこれまでになかった。そこで、本研究課題ではまず、この基盤技術の確立を目指して研究を行った。当該年度は、これまで得られた知見を基に学術論文執筆を行い、当該基盤技術を学術界に認めさせ、全世界に公表することに注力した。研究過程において、当該技術はDNゲルの破壊機構の解明のみならず、力学負荷を受けて諸物性が向上する新しい概念の材料開発にも応用可能であることが見出された。そこで、「力学負荷を受けて成長するゲル」というコンセプトで価値提案を行い、Science誌上で論文が公開された。また、本技術を用いたDNゲルの破壊機構解明の研究も進捗している。き裂周辺で高分子破断が生じた部位を標識化し顕微鏡を用いてミクロスケールで観察することで、き裂周辺の高分子鎖破断の空間的分布の定量的な評価に成功した。本成果はDNゲルの強靭化の本質をミクロスケールで実験的に示す画期的方法である。こちらは現在論文執筆中である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。DNゲルは90%程度の水を含みながらも一種の工業ゴムに匹敵する強靭性を示す、新規でユニークな強靭材料である。しかし、その強靭化の仕組みは未解明であり、これを分子論的に解明することが本研究の最終目標である。そのためには、DNゲルのき裂(傷)の周囲で何が起きているかを知る必要がある。そこで当該年度では主に、き裂周辺で起きる高分子鎖破断という事象を、化学的に評価する手法を開発する研究に取り組んだ。用いた基盤技術は、高分子鎖が破断した際に生じる化学反応(ラジカル重合反応)である。本技術をDNゲルの破壊挙動の解析に応用し、き裂周辺で高分子破断が生じた部位を蛍光標識化し顕微鏡を用いてミクロスケールで観察することで、き裂周辺の高分子鎖破断の空間的分布の定量的な評価を行った。その結果、高分子鎖の破断量は空間分布が存在し、ゲルの破壊の起きた表面近傍で最大値を示し、深部に行くにつれて破断量が徐々に減っていくことが明らかになった。その分布範囲は一般的なゲルに比べて著しく大きく、強靭なDNゲルに特有な現象であった。さらに、その高分子鎖の破断で消費されたエネルギーの総和は、DNゲルの破壊エネルギー(強靭性の指標)と良い一致が見られた。これらを総括すると、DNゲルの強靭性はき裂周辺の広範囲な高分子鎖破断に支配されていると結論付けられる。今後は、本手法を活用することで、「DNゲルがどのような条件で強靭化するか」の解明に取り組み、一般材料の強靭化指針に波及しうる本質的原理究明に取り組む予定である。なお、本成果(付随する成果を含む)は、該当年度で7件の学会で発表を行った。現在、2報の原著論文の投稿を準備中である。本年度は(1)DNゲルの内部破壊の可視・定量化、および(2)DNゲルの応力分布の可視・定量化、の二つの基礎技術開発の研究を行った。概観として、(1)は期待以上の進展があり、(2)は計画に対して若干の遅れがあり、総合評価として「おおむね順調な進展」との自己評価である。(1)については「研究実績の概要」でも述べたように、高分子破断を用いたラジカル重合の手法を用いて、期待以上の成果を挙げている。特に、当初の計画では内部破壊部位の詳細な空間分布の取得は容易ではないと想定していたが、実際にはミクロスケールの高分子破断の空間分布を定量的に観察することが出来た。この成果について、既に一本の論文が執筆出来るだけの実験結果取得と考察がなされており、これから当該論文の執筆に取り掛かる。なお、当該年度中には、本研究課題の根幹となる基礎技術である「DNゲル内部の高分子破断を用いたラジカル重合」に関する論文執筆にも十分な時間配分を行った。本技術は本研究課題のみならず学術界全般において広範な価値や意義があることが明らかとなり、トップジャーナルへの掲載を目指している。このため、論理構築や補足実験データの取得、論文執筆、査読プロセス等で計画以上に時間を要した。現在、再投稿の準備をほぼ完了した状況である。