hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
異種機能素子統合設計技術と人体行動予知システム用チップの研究

本研究は新しい人体検知用CMOS-MEMSを提案・実施した。成果は、i)回路シミュレータ上でMEMSとLSIを同時にシミュレーションしかつレイアウト可能な方法を世界で初めて構築,ii)新たなMEMSを提案し、設計・試作実証,iii)アレイ型MEMS加速度センサの検討を行い、1Gから20Gまでの検出実現,iv)Sub-1Gの加速度センサを検討し1mm角でセンサ感度0.78μg/Hz1/2を実現,v)汎用センサ回路を提案検討し、試作実証,vi)振動発電デバイスを提案し、2x4mm角、周波数88Hz、電力0.43μWの設計値取得、である。以上から、CMOS-MEMSの基本技術構築をできたと考える。最初の1年目は、統合設計技術の課題を体系的に抽出すると共に、マルチフィジックス理工学の基盤構築を図るために、LSIとMEMSを同時にシミュレーションできる設計手法を提案し、設計技術を構築した。さらに、センサの設計・試作・測定環境の構築を行った。以下に具体的に箇条書きで示す。(1)LSI回路シミュレータ上でMEMS構造体がシミュレーションできるように等価回路モデルを提案し、実証した。Hardware description languageを用いて設計環境を構築した。LSI回路とMEMSの動作を同時にシミュレーションできる見通しを得た。(2)具体的な統合設計技術の対象として、加速度センサを例にシミュレーションを行いMEMS設計を実施した。加速度センサの構造体を新規に提案し、実際に、単なる解析とシミュレーションとの比較を行い設計手法の妥当性を確認した。(3)加速度センサをアレイ型に構成し自他いい行動検知を目的とするために異なる加速度検知範囲の加速度センサ設計手法を提案し、実際に設計を行った。3×3の9個の加速度センサを2mm角に収めることを確認した。また、加速度範囲として、1.7Gから20Gまでの加速度検出ができるチップの実現に見通しを得た。(4)アレイ型加速度センサとしてセンサの構造とプロセスを提案した。実際に試作を行い実現した。(5)加速度センサの測定系の環境を立ち上げた。(6)0.35μmBiCMOSLSIを用いてセンサ回路の基本回路を提案し設計試作を行った。設計環境から立ち上げを実施し、設計の見通しを得た。センサ回路として、VCO回路、検出方式を提案し回路構成法を提案した。3年目は、立ち上げた統合設計技術の体系化および個別モデル化の推進を行うと共に、マルチフィジックス理工学の基盤構築を推進した。さらに、新たにエナージーハーベスティングデバイスのモデル化と試作に着手した。また、センサの試作の実施および試作結果の評価を行った。(1)試作した0.35μmBiCMOSLSIセンサ回路上にMEMSデバイスの試作を実施した。試作後評価を行いセンサ回路および加速度センサの動作を確認した。特に、センサの構造に設けたストッパー効果による実験的な挙動をシミュレーションにより表現できることを実証し、加速度センサの設計に用いた等価回路の妥当性を確認した。(2)CMOS-MEMSセンサ用のセンサ回路を提案し、試作および実験によりセンサ回路の動作を確認した。本回路によりCMOS-MEMSに搭載されていかなるMEMSのセンシングを可能にできる見通しを得た。(3)エネルギーハーベストデバイスのモデル化の検討を行い、世界で初めて等価回路モデルを提案した。実際にデバイスを設計し試作を行った。デバイスの評価結果により等価回路および設計論の妥当性を確認した。今後CMOS-MEMSエネルギーハーベスティングデバイスを実現するための基礎技術の構築を行った。(4)エネルギーハーベスティングデバイス用の整流回路、電源回路の設計試作を実施した。(5)エネルギーハーベスティングデバイスの評価系を立ち上げた。(6)加速度センサに関して1.0G以下の低Gデバイスの試作評価を行い、動作を確認し世界で初めて超小型の低Gデバイスを開発した。(7)アレイ型加速度センサの最終形態として多軸によるアレイ型を検討した。2軸および3軸の加速度センサを設計し、試作を実施した。さらに、試作後の評価結果により動作を確認した。以上により人体行動検知システムのための要素技術の構築を実現した。2年目は、立ち上げた統合設計技術の体系的に抽出すると共に、マルチフィジックス理工学の基盤構築を図るために、LSIとMEMSを同時にシミュレーションできる設計手法をさらに展開し、レイアウトまで可能な設計技術を構築した。さらに、センサの試作結果の評価を行った。(1)LSI回路シミュレータ上でMEMS構造体がシミュレーションした後、マスクレイアウト設計環境を構築した。LSI設計レイアウト時にMEMSのレイアウトも世界で初めて可能にした。

(2)試作したMEMS加速度センサの評価を実施し、設計値と実測値が一致することを確認した。1年目に提案した設計手法の妥当性を確認した。(3)統合設計技術に適した加速度センサの等価回路モデルを提案した。本モデルを用い試作したMEMS素子の評価結果とシミュレーションの比較を実施し、シミュレーションにより加速度センサの挙動を表現できることを確認した。その結果、等価回路モデルの妥当性を確認した。(4)エネルギーハーベストデバイスのモデル化の検討を実施した。次期試作の準備を行った。(5)アレイ型加速度センサのチップ評価を行った。加速度範囲として、1.7Gから20Gまでの加速度検出を確認した。(6)加速度センサに関して1.0G以下の低Gデバイスおよび多軸デバイスの設計試作を実施した(7)1年目に立ち上げた加速度センサの測定系の向上対策を行った。多軸化した加速度センサへの測定を可能にした。(8)1年目に試作した0.35μmBiCMOSLSIセンサ回路およびVCO回路の基本回路評価を実施し、動作を確認した。(9)CMOS回路上に加速度センサを含めたMEMS素子の試作を実施した。チップの実現に見通しを得た。理由として、以下の4つが実現できたことが挙げられる。(1)統合設計技術の基盤が構築できたこと。(2)加速度センサの設計・試作が順調に進捗したこと。(3)測定環境が整ってきたこと、(4)CMOSLSIによりセンサ回路の基本設計を実施したこと、である。これらの結果により次年度以降に課題抽出と次のステップに進展できると考える。25年度が最終年度であるため、記入しない。1統合設計技術が進展していること、2加速度センサの設計・試作が順調に進化していること、3測定環境が整ってきたこと、4CMOSLSI上にMEMS素子を形成できたこと、である。これらの結果により次年度以降に次のステップに進展できると考える。本研究の最終的なゴールの一つであるエナージーハーベスト技術の構築が、今後の課題である。デバイスの基本は振動を用いたものを想定している。加速度センサの振動系をどのようにデバイスとして反映させていくか実験進捗を見ながら新しいデバイスの構築に向けた取り組みを行っていく。加速度センサ、エナージーハーベストデバイスだけでなく他のMEMSデバイスへの展開も視野に入れ、基本的なMEMS設計とLSIとの融合の課題についても着手していく。本研究の最終的なゴールの一つであるエネルギーハーベスト技術に着手した。モデル化を推進し、設計可能な状況を世界で初めて構築した。加速度センサを含め新しいデバイスの構築に向けた取り組みを開始できるとこまで到達した。
トゴトウイルスの感染と病原性発現メカニズムに関する研究

これまでの研究で、京都市で捕集したフタトゲチマダニから分離したトゴトウイルスHl-Kamigamo 25株(THOV)のミニゲノムRNA(THOVの5'および3'非翻訳領域を両末端に、その間にレポーター遺伝子として赤色蛍光蛋白質(DsRed2)遺伝子をアンチセンス方向に配置したRNA)発現プラスミドを構築した。本研究を開始した当初は、ヒト由来細胞を用いたTHOVミニゲノム発現の開発を目指したが、DsRed2の発現量が少なかった。そこで、昨年度、THOVの感染効率が高いハムスター由来細胞を用いた発現プラスミドを構築し、本年度、ハムスター細胞を用いたミニゲノム発現系について検討した。しかし、残念ながら、ハムスター細胞系においてもTHOVミニゲノムRNAの発現系は効率良くなかった。これらの系においては、THOVを感染によりTHOVのRNA合成酵素を補っていたことが、システムとして上手く働かない理由ではないかと考えられた。そこで、THOVのRNA合成に関与するウイルス蛋白質のNPとRNA合成酵素(PB1、PB2およびPA)の4種類の蛋白質を、それぞれ発現するプラスミドを構築し、THOVミニゲノムRNA発現プラスミドと共に細胞に導入した。その結果、ヒトおよびハムスターの両細胞の系において、レポーター蛋白質であるDsRed2の発現が観察された。また、小型実験動物へのTHOVの感染実験を行い、その感染性と病原性を確認した。THOVを4週齢の雌のBALB/c、ICRおよびC57BL/6マウスの腹腔に接種(ip)したところ、顕著な病態変化は観察されなかった。次に、4週齢の雌のシリアンハムスターにTHOVをipで接種したところ、感染後数日以内に出血性の症状を伴って斃死した。組織病理学的には、肝臓や腎臓に強い炎症が認められ、各臓器でアポトーシスやネクローシス像が観察された。本研究課題は、2013年に京都市で捕獲したマダニから分離したトゴトウイルス(THOV)のリバースジェネティックスを構築し、THOVの感染メカニズムを解明することを目的としている。本年度は、研究手法として用いるための、「THOVのミニゲノム発現系」の確立を試みた。THOVはオルソミクソウイルスに属する、6分節のマイナスの一本鎖RNAをゲノムとして持つ。今回、作製したTHOVのミニゲノムRNAは、THOVゲノムの転写・複製・翻訳に必須と考えられているゲノムの5'と3'の非翻訳領域の間にレポーター遺伝子(赤色蛍光蛋白質(DsRed2)遺伝子)をアンチセンスの方向性に配置したウイルスゲノムRNA様のRNAである。まず、ヒトのRNAポリメラーゼI(Pol I)プロモーターの下流に上述のミニゲノムRNAのcDNA(THOVの第5分節の非翻訳領域を持つ)を配置し、更にその下流にマウスのPol Iターミネーターを配置したプラスミド(pHH21 THOV Mini Genome (DsRed2))を構築した。このプラスミドをヒトのHeLa21細胞に導入したところ、目的とするTHOVのミニゲノムRNAが発現していることがRT-PCRにより確認された。しかし,ミニゲノムRNAを鋳型として合成されるプラス鎖のRNAと、このプラス鎖RNAを鋳型として翻訳されるDsRed2蛋白質は検出されなかった。次に、ミニゲノムRNA発現プラスミドを導入し、THOVミニゲノムRNAを発現している細胞にTHOVを感染することにより、ウイルスのRNA合成酵素を供給したところ、ミニゲノムRNAを鋳型とするプラス鎖RNAの産生がRT-PCRにより確認された。さらに、DsRed2蛋白質が蛍光顕微鏡下で検出された。これらの結果は、目的とする「THOVのミニゲノム発現系」が確立されたことを意味する。本研究の目的は、京都市で分離されたTHOVのin vitroおよびin vivoにおける感染メカニズムを解明することである。研究の第一段階として、解析手法であるTHOVのリバースジェネッテックス法を確立することが必要である。そこで本研究の初年度である本年度は、「THOVのミニゲノムRNA発現系」の構築を目指した。THOVのミニゲノムRNAは、THOVの第5分節ゲノム(ヌクレオキャプシド蛋白質をコードする)の5'および3'末端の非翻訳領域の間にレポーター遺伝子であるDsRed2遺伝子を(ウイルスのゲノムがマイナス鎖であるため)アンチセンスの方向性に持つように設計した。このTHOVのミニゲノムRNAのcDNAを、ヒトのRNA Pol Iプロモーターの下流に配置し、その下流にマウスのPol Iのターミネーターを配置した発現プラスミドを構築できた。さらに、このプラスミドをヒト由来の細胞に導入することにより、目的とするTHOVのミニゲノムRNAが発現していることを確認した。また、THOVのミニゲノムRNA発現細胞に、THOVを感染させると、ウイルスのRNAポリメラーゼを利用して、ミニゲノムRNAを鋳型とするプラス鎖のRNAが合成され、このプラス鎖RNAからDsRed2蛋白質が翻訳されることが示された。THOVのミニゲノムRNAの発現量や、レポーター蛋白質の検出方法など、今後において若干の改良する必要があるが、本年度に得られた成果は、「THOVのミニゲノムRNA発現系」の構築が成功したことを示している。したがって、本計画は概ね順調に進んでいるものと判断できる。

本年度は、ヒトのRNAポリメラーゼI(PolI)プロモーターの下流に、トゴトウイルス(THOV)の感染細胞で複製が可能なRNAであるTHOVミニゲノム(ウイルスの3'末端非翻訳領域ーレポーター遺伝子(赤色蛍光蛋白質(DsRed2)と分泌型ルシフェラーゼ遺伝子(Luc))ー5'末端非翻訳領域の順に配置したRNA)の発現ベクター(pHH21-NP DsRed2およびpHH21-NP Luc)の発現解析を行った。これらのプラスミドを、ヒト由来のHeLa-21細胞に導入した後、THOVを感染することによりウイルスRNAポリメラーゼを付与した。その結果、レポーター遺伝子の発現は確認されたが、その発現量は低かった(生細胞の顕微鏡観察における観察では、DsRed2の発現は観察されなかったが、DsRed2の免疫染色により発現が観察された)。この原因は、ヒトの細胞へのTHOVの感染・増殖が低いためではないかと考えられた。そこで、THOV感染に高い感受性を示す細胞を調べたところ、ハムスターの細胞(CHO-K1やBHK-21細胞)がTHOVの増殖を強くサポートしていることが明らかとなった。また、様々な力価(最低1プラーク形成単位(plaque forming units (p.f.u.))のTHOVをハムスターの腹腔内に接種した場合、全ての個体が接種後34日で斃死した。これらの結果は、ハムスターおよびハムスター由来の細胞がTHOVに高感受性であることを示している。そこで、pHH21-NP DsRed2のヒトPolIプロモーターをハムスターのPolIプロモーターに置換したTHOVミニゲノム発現プラスミド、pHH21-htoH-NPDsRed2を作製し、ハムスター細胞でのTHOVミニゲノムの発現について検討したところ、レポーター蛋白質のDsRed2蛋白質が高発現していることが確認された。本年度の当初の予定では、開発したin vitroのミニゲノム発現系を用いて、ミニゲノムの複製・翻訳を定量的に解析するはずであった。昨年度の時点で、ヒトのPol Iプロモーターを用いたミニゲノム発現系については確立していた。しかし、レポーター蛋白質の発現レベルが低く、ミニゲノム発現の定量的変化を解析できるレベルではなかった。そこで、本年度、その改良型としてハムスターのPol Iプロモーターを用いたTHOVミニゲノム発現系を構築した。ハムスター由来のCHO-K1細胞やBHK-21細胞におけるTHOVのウイルス産生量は、HeLa細胞などのヒト由来のものに比べ100倍以上高かったこと、また、ハムスターへの腹腔内接種による病原性が非常に強かったことから、ハムスターのPolIプロモーターを用いたミニゲノム発現系は有効であることが予想された。実際、CHO-K1細胞からハムスターのPolIプロモーターを抽出し、このプロモーターを用いて作製したDsRed2をレポーターとするTHOVミニゲノム発現系は効率が良かった。THOVミニゲノム発現系の発現効率の問題が解決したため、レポーター遺伝子を分泌型のLucに置換し、THOVミニゲノム発現を定量化できるものと考えられる。また、本年度中に、THOVミニゲノム発現系を応用した組換えTHOVの作製系について検討することを計画していた。
太陽活動極大期における環境中性子線量の変化とその影響評価に関する研究

本研究では、中性子の影響が特に問題となる太陽活動の極大期において、地上における中性子エネルギースペクトルと線量を連続測定し、その太陽活動の変動、特に太陽フレアーに伴うスペクトル変動を明らかにする。この測定には5個の2インチ径球形^3He検出器内蔵の多減速材付検出器通称ボナーボール、5インチ径球形^3He検出器内蔵のレムカウンタ、及び5インチ径5インチ長のNE213有機液体シンチレータを用いている。地上における中性子測定は2001年2月までは東北大学工学部機械系共同棟(6階建て)内の2階研究室で行っていたが、その後は東北大学川内キャンパス内屋外に設置したプレハブ内で測定している。ボナーボールと有機液体シンチレーダによるエネルギースペクトルの測定、レムカウンタによる線量測定はこの3年ほど継続しており、この間に何回か大規模なフレアーが発生している。フレアーの発生と地上における中性子の量(中性子束強度や線量)の相関関係については、正の相関があるGLE(Ground Level Enhancement)時、負の相関がある時(Forbush Decrease)、相関無しの時があって、複雑である。また、気圧の変化も同時に測定しているが、気圧との負の相関(指数関数)が観測されており、積雪時には遮蔽効果による線量の減少も明らかになった。中性子エネルギースペクトルは熱中性子ピーク、1MeV付近の蒸発中性子ピーク、100MeV付近のカスケード中性子ピークの3成分を持っており、線量の高い時期はこのうち特にカスケードピークの増加が見られた。ごれまでの観測の結果、平均の全中性子束は約7.5x10^<-3>(n cm^<-2>s^<-1>)であり、線量(周辺線量当量)は約6.5nSv/hである。地上において、二次宇宙線中の高エネルギー中性子成分が半導体素子内で核反応を起こして、それから生成する荷電粒子がソフトエラーを発生させるということが起こる。近年、素子の集積度が上がりその利用が増えたために、これまで全く問題にならなかった地上の中性子の調査が重要となってきた。一方、11年周期で太陽活動は極大期に達する。極大期には数多くのフレアや黒点が発生する。本年はその極大期にあたり、太陽フレアによる突発的な中性子線量の増加が観測される可能性がある。本研究では中性子の影響が特に問題となる太陽活動の極大期において、地球環境中の中性子エネルギースペクトルを連続測定し、特にその太陽活動の変動に伴うスペクトル変動を測定する。測定には5個の2インチ径^3He検出器内蔵の多減速材付検出器、通称ボナーボールと、5インチ径^3He内蔵のレムカウンタを用いる。測定場所は2001年2月までは、東北大学工学部機械系共同棟内の研究室である。この場所は6階建てビルの2階である。2001年2月以降、東北大学川内キャンパス内屋外に設置したプレハブ内にて測定する。測定は、2000年11月から行っている。測定項目は^3He検出器内蔵多減速材付検出器によるスペクトル変動測定、および、5インチ径^3He内蔵レムカウンタによる中性子線強度変動測定である。この間11月8日に大規模なフレアが起こった際、その数日後に明らかなカウント数の増加が確認できた。また、観測した中性子線強度の数ヶ月間の時間変動を現在解析中である。太陽活動、気圧などの気象変化などとの相関が確認できるであろう。研究室内の測定では建物のコンクリートによる遮蔽効果が大きかったが、屋外プレハブへの移設後は観測できる宇宙線中性子のカウント数が増加する。これにより、より精度良い測定が可能となるだろう。

本研究では、中性子の影響が特に問題となる太陽活動の極大期において、地上における中性子エネルギースペクトルを連続測定し、その太陽活動の変動、特に太陽フレアーに伴うスペクトル変動を明かにする。この測定には5個の2インチ径球形^3He検出器内臓の多減速材付検出器通称ボナーボール、5インチ径球形^3He検出器内臓のレムカウンタ、及び5インチ径5インチ長のNE213有機液体シンチレータを用いている。地上における中性子測定は2001年2月までは東北大学工学部機械系共同棟(6階建て)内の2階研究室で行っていたが、その後は東北大学川内キャンパス内屋外に設置したプレハブ内で測定している。ボナーボールと有機液体シンチレータによるエネルギースペクトルの測定、レムカウンタによる線量測定は1年ほど継続しており、この間に何回か大規模なフレアーが発生している。フレアーの発生と地上における中性子の量(中性子束強度や線量)の相関関係を、気象衛生での観測データと比較して検討しているが、正の相関がある時と、逆に負の相関がある時があって、複雑である。これは我々のデータだけでなく、外国のデータでも同じ現象を示している。ただし、大規模なフレアーが発生した時は、中性子スペクトルの高エネルギー成分(100MeV近辺)が増えることが明らかになった。これは太陽からの高エネルギーの発生の増加、あるいは高エネルギー中性子の直接伝播によるものではないかと想像される。また、気圧の変化も同じに測定しているが、わずかに気圧との負の相関が観測されている。本研究では、中性子の影響が特に問題となる太陽活動の極大期において、地上における中性子エネルギースペクトルと線量を連続測定し、その太陽活動の変動、特に太陽フレアーに伴うスペクトル変動を明らかにする。この測定には5個の2インチ径球形^3He検出器内蔵の多減速材付検出器通称ボナーボール、5インチ径球形^3He検出器内蔵のレムカウンタ、及び5インチ径5インチ長のNE213有機液体シンチレータを用いている。ボナーボールと有機液体シンチレータによるエネルギースペクトルの測定、レムカウンタによる線量測定はこの3年ほど継続しており、この間に何回か大規模なフレアーが発生している。フレアーの発生と地上における中性子の量(中性子束強度や線量)の相関関係については、正の相関があるGLE(Ground Level Enhancement)時、負の相関がある時(Forbush Decrease)、相関無しの時があって、複雑である。また、気圧の変化も同時に測定しているが、気圧との負の相関(指数関数)が観測されており、積雪時には遮蔽効果による線量の減少も明らかになった。中性子エネルギースペクトルは熱中性子ピーク、1MeV付近の蒸発中性子ピーク、100MeV付近のカスケード中性子ピークの3成分を持っており、線量の高い時期はこのうち特にカスケードピークの増加が見られた。これまでの観測の結果、平均の全中性子束は約7.5x10^<-3>(n cm^<-2>s^<-1>)であり、線量(周辺線量当量)は約6.5nSv/hである。
統計的最適決定方式への逐次解析的接近

研究代表者及び各分担者はこの研究課題に直接的あるいは間接的に関係する研究成果を得ることができた。代表者による主な成果は以下の通りである。1.ノンパラメトリック確率密度関数及びその導関数の推定問題において、その推定量の平均二乗誤差が、ある与えられた正数以下になるように逐次推定量を構成し、その正数が十分小さいときの漸近有効性を示した。この結果は1999年にJournal of Statistical Planning and Inferenceに発表される予定である。2.平均と分散が未知な正規母集団におけるp-分位点を含む、平均と標準偏差の1次結合の区間推定問題を考える。信頼係数及び区間の幅が与えられたとき、逐次信頼区間を構成し、幅が十分小さいとき、この逐次信頼区間が漸近一致性をもつことを示した。この結果は1997年にJournal of the Japan Statistical Society vol.27,pp.123-134(1997)に発表された。3.二乗相対誤差に標本抽出の費用を加えた関数を損失関数とするとき、その危険関数が最小となるような最小の標本数をもちいてゼロでない未知な母平均の点推定問題を考える。このとき、最小な標本数に未知母数が含まれるので、この問題を逐次手法を用いて解く。偏り修正した逐次推定量を提案し、その危険が従来提案されていた逐次推定量の危険よりも小さくなることを示した。この結果はStatistics & Decisions vol.16,pp.273-287(1998)に発表された。4.未知な位置母数と尺度母数をもつ指数分布において、尺度母数の点推定問題を考える。1つの推定量を与え、その推定量の危険が、前もって与えられた正数以下になるように逐次推定量を構成し、この正数が十分小さいとき、与えられた条件を漸近的に満たすことを示した。また、偏り修正した推定量がより小さい危険をもつこともわかった。この結果は1999年にBulletin of Informatics and Cyberneticsに発表される予定である。この研究課題において、正規分布におけるp-分位点の区間推定問題を考え、一定の成果を得ることができた。いま、(X_1,...,X_n)を未知な平均μ∈(-∽,∽)および標準偏差σ∈(0,∽)をもつ正規分布からの大きさnの標本とし、a,bを既知の定数とするとき、この標本に基づいてp-分位点を含むパラメータθ=aμ+bσの信頼区間を求めたい。すなわち、d>0および0<α<1は与えられた定数とするとき、区間の幅が2d、信頼係数が1-αの信頼区間を構成したい。θの具体的な推定量θnを与え、区間I_n=[θ_n-d,θ_n+d]を考えた。ところで、この区間が区間幅2dと信頼係数1-αをもつ信頼区間になるための(nが十分大きいときの)漸近的に最適な標本数n_0は未知分母σ含み、従って実際にはこの標本数は使えない。そこで逐次解析手法を用いてこの問題を解くことにした。n_0の形は既知であるから、その中に含まれる未知な母数を具体的な推定量で置き換えて標本抽出を停止する停止規則Nを提案した。

ここで得られた標本(X_1,...,X_N)を用いて信頼区間I_Nを考えると、この区間が十分小さなdに対して漸近的一致性をもつことがわかった。さらに、この停止規則が2次漸近有効であることもわかった。ところで、θ_Nは偏りをもとことが示されたので、この偏りを補正した別の推定量θ_N-を提案し、θ_N-が2次の漸近不偏推定量になっていることを示した。また、信頼区間I_NとI_N-=[θ_N--d,θ_N-+d]被覆確率をシミュレーション実験を通して比較した。その結果、信頼区間I_N-の方が被覆確率が大であるという意味で良いのではないかと感じられた。この結果は日本統計学会誌に公表されている。研究代表者及び各分担者はこの研究課題に直接的又は間接的に関係する研究成果を得ることができた。代表者の得た主な研究成果は次のようなものである。1.ノンパラメトリック確率密度関数及びその導関数の推定問題において、その推定量の平均二乗誤差が、ある与えられた正数以下になるように逐次推定量を構成し、その正数が十分小さいときの漸近有効性を示した。この結果は1999年にJournal of Statistical Plannimg and Inferenceに発表される予定である。2.平均と分散が未知な正規母集団におけるp-分位点を含む、平均と標準偏差の1次結合の区間推定問題を考える。信頼係数及び区間の幅が与えられたとき、逐次信頼区間を構成し、幅が十分小さいとき、この逐次信頼区間が漸近一致性をもつことを示した。この結果は1997年にJoumal of the Japan Statistical Society vol.27,pp.123-134(1997)に発表された。3.二乗相対誤差に標本抽出の費用を加えた関数を損失関数とするとき、その危険関数が最小となるような最小の標本数をもちいてゼロでない未知な母平均の点推定問題を考える。このとき、最小な標本数に未知母数が含まれるので、この問題を逐次手法を用いて解く。偏り修正した逐次推定量を提案し、その危険が従来提案されていた逐次推定量の危険よりも小さくなることを示した。この結果はStatistics&Decisions vol.16,pp.273-287(1998)に発表された。4.未知な位置母数と尺度母数をもつ指数分布において、尺度母数の点推定問題を考える。1つの推定量を与え、その推定量の危険が、前もって与えられた正数以下になるように逐次推定量を構成し、この正数が十分小さいとき、与えられた条件を漸近的に満たすことを示した。また、偏り修正した推定量がより小さい危険をもつこともわかった。この結果は1999年にBulletin of Informatics and Cyberneticsに発表される予定である。
頭頸部がん放射線治療時の口腔カンジダ症予防に関する多施設共同ランダム化比較試験

口腔・中咽頭がんに対する放射線治療時には口腔カンジダ症が約30%の頻度で発症する。放射線性口腔粘膜炎はほぼ必発し、重症粘膜炎もしばしば発症する。この治療薬として一般にステロイド軟膏が使用されるが、口腔カンジダ症が発症すると治癒までの約12週間はステロイド軟膏の投与が控えられるため、口腔粘膜炎はさらに重症化し、放射線治療の中断を余儀なくされ生命予後にまで影響を与える。本研究は最近開発されたミコナゾール口腔内貼付薬をグレード2の口腔粘膜炎が出現した時点で予防的に投与し、唾液中の常在菌やカンジダ菌の量の推移を分析し、口腔カンジダ症発症を予防することができるかどうかを検討するものである。
小型ピロプラズマ病の不活化ワクチンによる持続感染免疫の誘導

1991年4月16日、放牧未経験のホルスタイン種雌2頭(それぞれ182および128日齢)を対象に,小型ピロプラズマ(以下小型ピロ)赤内型虫体抗原(以下抗原;総蛋白量600mg/頭)とPropionibacterium acnes死菌体(以下PAB:乾燥重量124.5mg/頭)の混合物5mlを腹腔内に接種した。さらに,その2週後に同用量の抗原を単独で追加免疫し,これに無処理対照のホルスタイン2頭(4月16日の時点でそれぞれ151および135日齢)を加えて,5月14日に東北大学農学部付属農場の長原牧区に放牧した。放牧後8月下旬までは12週間間隔で採血し,血液学的諸検査とELISAによる抗体価の測定に供した。またMTT-DMSO法により,血中の単球の活性を測定した。長原牧区はこれまで特別なダニ対策は講じておらず,従ってダニ分布密度が高いことから,試験開始当初より小型ピロの強い感染が懸念された。対照の1頭を除いて,入牧3週後の6月11日より虫体が末梢血塗抹標本上に見出され,6月18日には免疫処理群の2頭は虫体寄生赤血球(PE)率が9.6および15.5%を示し,ヘマトクリット値および赤血球数も緊急治療を要する範囲にまで低下したため,下牧加療措置をとった。対照の2頭も6月25日には治療を要する状況に陥ったため,下牧せしめた。その結果,虫体の寄生(PE)率は下降したが,完全駆虫は困難であり予後も不良であったため,8月下旬まで舎飼で経過した。長原牧区の小型ピロ汚染が予想を上回って強かったため,本年度の試験成績から当初期待された成果を得ることはできなかったが,血中の単球の活性程度がPE率の推移に相関して変動する傾向が窺えたことから,PABなどマクロファ-ジ系細胞の活性化を高める手段を再検討し,タイレリア-牛系に特異的な免疫スケジュ-ルを確立することに期待が持たれた。東北大学農学部付属農場において、1989年3月下旬より4月中旬までに生れた放牧未経験牛11頭を供試した。その内訳は、黒毛和種雌5頭、雄1頭および日本短角種雌4頭、雄1頭で、試験開始時に623日齢であった。免疫処理群として3群を設定し、Theileria sergenti赤内型虫体抗原(抗原)とCorynebacterium Parvum死菌体(CPB.乾燥重量として41.5mg/ml)各々3mlずつの計6mlを静脈内に接種し、その2週後に抗原単独で同用量、同一経路で処理したA群には3頭を供した。また、同じ要領で抗原単独2回処理のB群、およびCPB単独1回接種のC群にはそれぞれ2頭をあてた。無処理対照は残りの4頭とした。放牧開始は追加免疫後約4週で、以後23週間間隔で体重測定、一般臨床所見の観察、血液学的諸検査および抗体価の測定を実施した。その結果、原虫寄生率は免疫および無処理の4群ともに7月上旬8月上旬に、ほぼ同一の上昇傾効を示しながら推移した。それに伴い、この間の赤血球数およびPCV値も当然下降したが、その推移に4群間で有意な差は認められなかった。また、ヘモグロビン量およびMCH、MCHCについても同様の成績を得た。一方、増体率は各群78月にかけて一過性に低下した。以上、本年度に実施した研究成果から、免疫処理の効果を積極的に示唆する所見は得られなかった。本年度の実験計画遂行にあたっては、抗原製造量が試験規模に追い付かず、さらには甚だ予知し難いことであるが、試験地におけるピロプラズマ病の自然感染が例年にまして強かったことなどが相俟って原虫寄生率等諸検査項目についてワクチン接種の効果が、十分に発揮されなかったものと推察された。今後の課題としては、試験対象牛の年齢等の可及的斉一化を図り、さらにワクチン接種経路についても、小動物を用いた基礎実験成績を踏まえて、腹腔内とすることなどを検討中である。東北大学農学部付属農場において,1989年10月に生まれたホルスタイン種雌5頭を試験対象とした。初回免疫約1カ月前より2週間隔で,末梢血塗抹標本を作製し,Theileria sergenti(TS)の感染のないことを確認した。初回免疫として,TS赤内型虫体抗原3ml(蛋白量約0.35g/頭)と,Propionilacterium acnes(=Corynelacterium naririm,PAB)死菌体10ml(乾燥重量415mg/頭)を腹腔内に接種した。その2週後に抗原単独で同用量,同一経路で処理し,翌日から放牧を開始した。初回免疫後から8週間は毎週さらにそれ以後は24週に1回の割合で,一般臨床所見,血液学的所見およびELISA抗体の推移を下牧時(10月末日)まで観察した。加えて,2週間隔で都合6回,試験牛の末梢血より単球を分離し,溶性テトウゾリウムの還元量を経時的に定量(MTTーDMSO法)し,呼吸代謝量を調べた。その結果,試検牛では放牧約4週後に寄生赤血球(PE)率のピ-クをむかえ,赤血球数およびPCV値もこれに伴って急激に下降した。非免疫対照群2頭中

1頭は,この時期にPCV値が9まで下降したため抗原虫剤を投与した。対照群の残り1頭は,放牧3週後に事故により下牧した。事故に至るまでの詳細は不明であるが,あるいはTS感染による体力の消耗が一因となった可能性は大いに考えられた。一方,免疫群3頭のPE率,赤血球数あるいはPCV値などの推移は基本的には対照群と軌を一にした。しかしながら,本群ではPE率のピ-クが対照群よりやや遅延(放牧開始後68週)し,その後のPCV値あるいはヘモグロビン量の回復傾向は良好であるとの印象を受けた。免疫群3頭中2頭では,入牧時すでにELISA・OD値は陽性域に達し,他の個体では入牧13週で陽転し,以後上昇を続け放牧期間中全群ほぼ同程度の高いOD値で推移した。また,両群の末梢血単球の呼吸代謝量は虫体の増殖に伴って増加し,単球機能の活性化が窺われた。1991年4月16日、放牧未経験のホルスタイン種雌2頭(それぞれ182および128日齢)を対象に,小型ピロプラズマ(以下小型ピロ)赤内型虫体抗原(以下抗原;総蛋白量600mg/頭)とPropionibacterium acnes死菌体(以下PAB:乾燥重量124.5mg/頭)の混合物5mlを腹腔内に接種した。さらに,その2週後に同用量の抗原を単独で追加免疫し,これに無処理対照のホルスタイン2頭(4月16日の時点でそれぞれ151および135日齢)を加えて,5月14日に東北大学農学部付属農場の長原牧区に放牧した。放牧後8月下旬までは12週間間隔で採血し,血液学的諸検査とELISAによる抗体価の測定に供した。またMTT-DMSO法により,血中の単球の活性を測定した。長原牧区はこれまで特別なダニ対策は講じておらず,従ってダニ分布密度が高いことから,試験開始当初より小型ピロの強い感染が懸念された。対照の1頭を除いて,入牧3週後の6月11日より虫体が末梢血塗抹標本上に見出され,6月18日には免疫処理群の2頭は虫体寄生赤血球(PE)率が9.6および15.5%を示し,ヘマトクリット値および赤血球数も緊急治療を要する範囲にまで低下したため,下牧加療措置をとった。対照の2頭も6月25日には治療を要する状況に陥ったため,下牧せしめた。その結果,虫体の寄生(PE)率は下降したが,完全駆虫は困難であり予後も不良であったため,8月下旬まで舎飼で経過した。長原牧区の小型ピロ汚染が予想を上回って強かったため,本年度の試験成績から当初期待された成果を得ることはできなかったが,血中の単球の活性程度がPE率の推移に相関して変動する傾向が窺えたことから,PABなどマクロファ-ジ系細胞の活性化を高める手段を再検討し,タイレリア-牛系に特異的な免疫スケジュ-ルを確立することに期待が持たれた。
細胞質RNA顆粒体Yb bodyのプロテオーム解析

真核生物の細胞内には様々な種類のRNA顆粒が存在している.これらのRNA顆粒は,タンパク質とRNA間の多価結合によって生じる液液相転換により形成される.Yb bodyはショウジョウバエ卵巣体細胞においてpiRNA前駆体とpiRNA生合成因子から成る膜を持たない顆粒構造体であり,piRNA生合成に関与することが知られている.しかし,Yb bodyの機能や構成因子の全容は未解明である.本研究では,細胞内での特異的なタンパク質間ネットワークを調べるために用いられるアスコルビン酸ペルオキシダーゼ(APEX)を融合したYbをOSCで発現し,Yb body局在化タンパク質を特異的に標識することに成功した.piRNAは、相補的な配列を持つレトロトランスポゾンの発現を負に制御する生殖細胞特異的な機能性小分子RNAである。ショウジョウバエ生殖細胞において、piRNAはYb bodyと呼ばれる細胞質顆粒構造体で生成されることが示唆されている。Yb bodyは複数種のタンパク質とpiRNA前駆体となるRNAにより構成されるRNA顆粒体であるが、その構成因子や形成機構に関しては不明な点が多い。本研究では、プロテオーム解析による細胞内RNA顆粒体の網羅的かつ定量的な解析プラットフォームを構築し、Yb body構成因子を同定することでYb bodyにおけるpiRNA生合成機構を明らかにする。本年は、YbにAPEXを付加したタンパク質をショウジョウバエ卵巣由来培養細胞株OSCにおいて強制発現し、Yb bodyに局在するタンパク質のビオチン標識が可能かどうかを検証した。APEXは過酸化水素水存在下でフェノール誘導体のラジカル化を触媒する酵素である。Yb-APEXを発現したOSCの培地にAPEXの基質となるビオチンフェノールを添加し、過酸化水素で30秒間処理することでYbタンパク質に隣接するタンパク質にビオチン標識を入れた。標識されたタンパク質を染色したところ、Yb bodyとの今日局在が確認でき、Yb body構成タンパク質への特異的な標識ができたことを確認した。また、ストレプトアビジンビーズを用いたプルダウンにより、ビオチン標識タンパク質の精製が可能であることがわかった。定量プロテオームの手法としてSILAC法及びiTRAQ法を検討したが、SILAC法で使用する安定同位体標識アミノ酸へ置換した培地でのOSC培養が困難であることがわかったので、iTRAQ法による解析を行うことに決定した。APEXを用いたYb body局在化タンパク質の網羅的なビオチン標識法を確立できた。当初予定していたSILAC法による定量プロテオーム解析では、培地に安定同位体標識アミノ酸を添加する必要があったが、特定のアミノ酸を完全に置換した培地でのOSC培養が困難であることがわかった。現在は、iTRAQ法によるサンプル間比較解析を行う方向で準備を進めている。piRNAは、相補的な配列を持つレトロトランスポゾンの発現を抑制する生殖細胞特異的な機能性小分子RNAである。Yb bodyは複数のタンパク質とpiRNA前駆体となるRNAから構成されるRNA顆粒体であるが、その構成因子や形成機構に関しては不明な点が多い。これまでに、YbにAPEXを付加したタンパク質をショウジョウバエ卵巣由来培養細胞株OSCにおいて、強制発現し、Yb bodyに局在化するタンパク質のビオチン標識が可能であることを確認した。定量プロテオームの手法としてSILAC法とiTRAQ法を検討したが、OSCではSILAC法で使用する安定同位体標識アミノ酸への置換が困難であることがわかったので、iTRAQ法による解析を進めることに決定した。また、過剰発現によるYb-APEX融合タンパク質の発現では、高いバックグラウンドを生じる可能性があったため、CRISPR-Cas9システムにより内在YbにAPEXを組み込んだノックインOSC株を作製した。真核生物の細胞内には様々な種類のRNA顆粒が存在している.これらのRNA顆粒は,タンパク質とRNA間の多価結合によって生じる液液相転換により形成される.Yb bodyはショウジョウバエ卵巣体細胞においてpiRNA前駆体とpiRNA生合成因子から成る膜を持たない顆粒構造体であり,piRNA生合成に関与することが知られている.しかし,Yb bodyの機能や構成因子の全容は未解明である.本研究では,細胞内での特異的なタンパク質間ネットワークを調べるために用いられるアスコルビン酸ペルオキシダーゼ(APEX)を融合したYbをOSCで発現し,Yb body局在化タンパク質を特異的に標識することに成功した.今後は、iTRAQ法によるYb body構成タンパク質の網羅的な同定を行う。得られた結果から、Yb bodyに局在化するタンパク質の候補を選び、発現ベクターを作製してOSCで遺伝子導入し、免疫染色法によりYb bodyへの局在化を検証する。また、その他のRNA顆粒体精製法として、b-isox沈殿によるRNA顆粒局在タンパク質とRNAの同定を試みる。沈殿したタンパク質に既知のYb body局在タンパク質が含まれるかどうかをウェスタンブロット法により確認する。次にYbノックダウン細胞と未処理細胞でb-isox沈殿を行い、iTRAQ法による質量分析を行う。
学習および記憶を使った農業被害防止に向けたカラスの行動制御

目的: 1カラスの忌避行動誘発に様々な視覚的色、図形を用いるために、カラスがどのような形や色彩、図形において学習能率が早いかを明らかにする。また、2色と侵害刺激を組み合わせ、侵害刺激(電気)を経験したカラスが刺激を発した色を記憶し、その色だけで忌避を誘導できるかを検討する。実験1.色の識別実験色の異なる蓋の器を提示し、或る色の方に餌があることを学習させる。この場合、一度覚えたら、餌の入っている方を入れ替える。このことにより、カラスの色による識別能力が高いことを裏付けることができる。方法と結果:実験は1セッションを10試行とした。ハシブトガラス3羽(体重700800グラム:雌雄不問)を用いた。結果:カラスNo2がやや学習に時間(セッション)をようしたが、3羽とも識別できた。餌の色を逆にした場合、カラスNo2が識別できなかったが、他の2羽は識別を行うことができた。実験2.色と刺激を組み合わせ、特定の色を回避するかの実験本実験は、ある色の止まりバーに侵害刺激(本実験では電気刺激)をしかけて、一度痛みを感じた場合、その色の止まり木を避ける(忌避する)かいなかを検証する。すなわち、本研究課題の最終段階の実験である。方法と結果:黄色、黒色、緑色、赤色の止まり木を用意した。本実験には2羽のカラスを使用した。まずは、これらの止まり木には電流を流さず、カラスに馴染ませた。また、カラスがどれにも止まるように、それぞれの止まり木に餌を置いた。なお、行動の観察期間は1時間とした。カラスが、それぞれの止まり木に慣れたことを確認し、黄色と黒色、赤色と緑色の組み合わせで通電した。カラスは、電気を流し止まり木において感電すると、その止まり木の色を避けるようになった。その結果、カラスは電気刺激を設置した止まり木は、一度経験すると、それを避けるが、さらに電気刺激を設置しなくても色が同じであれば避けることが分かった。このことより、カラスの学習や記憶さらには色覚を使った忌避行動誘発は十分可能と考える。本研究課題は平成26年度が最終年度のため記入しない。本研究は、農作物へのカラスの食害を防ぐのが最終目標であるが、そのためにカラスの視覚、学習・記憶能力などカラスが持っている固有の能力を明らかにしながら、具体的な農業被害対策に取り組み研究デザインを作る必要がある。本年度は、担当者が11月末の来日であったので、まずは、情報収集と基礎実験を行うこととした。その一つは、カラスが形の概念が分かるかどうかについて試験を行った。すなわち、四角形、三角形、五角などの形の識別が可能かどうかについて行った。その結果、カラス四角や五角など形の概念を持っていることが分かった。これについては國際誌Animal cognition Joumai (Springer)にすでに論文を投稿している。また、数量の概念があるかについても並行して実験を行った。同じ餌を提示する場合、カラスは餌の多い方をまず選ぶ。このことは、数量の概念があることを示す。さらには、カラス自身が、位置、時間、および何という思考を有するかについても取り組みだした。これらの取り組みは、本研究申請時の研究計画に記載した学習や記憶などを基礎にし、侵害刺激と関係づけた実験の構築では、重要な情報と基礎データに位置づけられる。なお、電気刺激など侵害刺激については、現在実験施設の設計と組み立てを行っている。まず、止まり木を6か所用意している。それについて、赤、黄、緑、青などそれぞれの色を塗る。電源は家畜放牧管理をする電気柵セッを購入した。現在、赤に通電させる予定で制作中である。25年度は、様々な色彩の止まり木を作成し、特定の色の止まり木には侵害刺激である電気を通電させ、色と侵害刺激の関係を学習させる実験を行った。例えば、赤、青、緑、黄の止まり木を作成し、赤に通電しておく。カラスは赤に止まった時に電気ショックを受ける。この実験においては、哺乳類用電柵に使用する電源と装置を適応したが、電力が弱く、顕著な学習効果は得られなかった。色と刺激の組み合わせた実験については、26年度においても引き続き取り組む必要がある。一方、カラスの学習と記憶についての単独の実験では、まず一つとして、図形の認識実験を行ったが、学習の成立はかなり図形にバリエーションを付けても学習可能なことが分かった。即ち、三角形などは、正三角形、矢尻様の三角形などを含んだ概念の三角形として認識できることが分かった。さらに、幾っか数が異なるシンボルを刺激として学習実験を行ったが、カラスは数量の概念があることが分かった。即ち、数量の大小を模様の数などから識別することが可能な動物である。また、複雑な図形や写真の変化についても容易に学習が成立することが分かった。これらの実験は、ペラント法による択一実験により検証した。また、カラスの特定のエリアの行動解析を飛翔軌跡から解析し、忌避行動初期のカラスの行動様式についても調べ即ちGPSによる行動把握を行い畜舎への飛翔が周年を通じて多いことが分かった。さらに、詳細な解析により現場において侵害刺激(電気ショック)の設置場所の確定に繋げた。

また、2色と侵害刺激を組み合わせ、侵害刺激(電気)を経験したカラスが刺激を発した色を記憶し、その色だけで忌避を誘導できるかを検討する。実験1.色の識別実験色の異なる蓋の器を提示し、或る色の方に餌があることを学習させる。この場合、一度覚えたら、餌の入っている方を入れ替える。このことにより、カラスの色による識別能力が高いことを裏付けることができる。方法と結果:実験は1セッションを10試行とした。ハシブトガラス3羽(体重700800グラム:雌雄不問)を用いた。結果:カラスNo2がやや学習に時間(セッション)をようしたが、3羽とも識別できた。餌の色を逆にした場合、カラスNo2が識別できなかったが、他の2羽は識別を行うことができた。実験2.色と刺激を組み合わせ、特定の色を回避するかの実験本実験は、ある色の止まりバーに侵害刺激(本実験では電気刺激)をしかけて、一度痛みを感じた場合、その色の止まり木を避ける(忌避する)かいなかを検証する。すなわち、本研究課題の最終段階の実験である。方法と結果:黄色、黒色、緑色、赤色の止まり木を用意した。本実験には2羽のカラスを使用した。まずは、これらの止まり木には電流を流さず、カラスに馴染ませた。また、カラスがどれにも止まるように、それぞれの止まり木に餌を置いた。なお、行動の観察期間は1時間とした。カラスが、それぞれの止まり木に慣れたことを確認し、黄色と黒色、赤色と緑色の組み合わせで通電した。カラスは、電気を流し止まり木において感電すると、その止まり木の色を避けるようになった。その結果、カラスは電気刺激を設置した止まり木は、一度経験すると、それを避けるが、さらに電気刺激を設置しなくても色が同じであれば避けることが分かった。このことより、カラスの学習や記憶さらには色覚を使った忌避行動誘発は十分可能と考える。本研究課題は平成26年度が最終年度のため記入しない。11月末からの取り組みとしては、基礎実験ともなるカラスの学習成立の確認もでき、その成果を国際的専門誌に投稿が終わっていること、また実践として必要な実験計画と物質的準備が大分進んでいること、これらを総合的に判断して評価(2)とした。25年度においては、学会発表は4件行っている。さらには、論文が1報国際誌に掲載されこと、また1報が国際誌に受理されている。このような実績があり、順調に進展していると判断する。申請者は、カラスの学習と記憶について、いくつかの色彩・形状で学習性や記憶能力について調べる。したがって、本年度の9月ころより、幾つかの色彩(光波長)を使い、その中の特定の色や形を標識として、或る色あるいは形の標識では電気ショックなどの罰があり、他の色や形では餌を与えられるというオペラント法による択一実験を行い学習の成立を確認する。1カラスの忌避行動誘発に様々な視覚的色、図形を用いるために、カラスがどのような形や色彩、図形において学習能率が早いかを明らかにする。また、刺激により記憶が異なるかを調べる。
リウマチ性多発筋痛症における発症分子経路の解明及び診断マーカーの開発

申請者独自手法である『10名程度の少ない症例数でも有意な結果が得られる、治療前後の血液由来の末梢血単核球を用いたトランスクリプトーム等の解析』をリウマチ性多発筋痛症に適用し、疾患および治療で特異的に変動している遺伝子や免疫担当細胞を同定する。これにより世界に先駆けてリウマチ性多発筋痛症と高齢発症関節リウマチを区別して診断を講じるとともに、発症の分子経路モデルを提案する。
圧電性らせん高分子における擬似レイリー波の創生とその機能化

L型ポリ乳酸(PLLA)はその透明性,非焦電性,柔軟性,圧電経時安定性などから,アクチュータとして非常にユニークな能力を示す.それは従来有機高分子膜では不可能であるとされたレイリ波を発生させることにある.レイリ波は無機圧電材料PZTなどでは精密アクチュエータや無音モータの道を開いたが,その発生原理からPZTの場合サイズに制限がある.これに対して本研究ではその疑似的なレイリ波を発生させる方法を基礎的に確立しPLLAアクチュエータの安定的な動作,製造法を確立し,待望される小型搬送システムなどへの実用化への道を開いた.本年度はレイリ波を発生させる圧電材料をより効果的なものにするためにL型ポリ乳酸(PLLA)の改質を精力的に行った.PLLAの機械的特性の向上,更に熱的な安定性を,改質剤添加により工業的に模索されてきた.その中で,柔軟性を付与したアクリル系高分子とのアロイ化は効果があるとの報告が増えている.特にアクリル系のゴムから成るコア部分を,PLLAと相容性の高いPMMAのシェルとして包んだコアシェル型高分子,ソフト部位を中心に,その両端をPLLAとの相容性の高いアクリル系高分子をハード部位とするトリブロック共重合体が注目されている.本課題ではコアシェル型より高次構造を変化させるトリブロック共重合体を用いた.使用したトリブロック共重合体は,アクリル酸ブチル(BA:ソフト部位)を中心としてメタクリル酸メチル(MMA:ハード部位)を両端とするトリブロック共重合体(以下PMMA/PBA/PMMA)である.アロイ化による高次構造変化が圧電性に及ぼす影響を検討するために,PBA比を変えたものを準備し,実験をすすめた.作成した延伸フィルムの圧電率は殆どが10 pC/N以上であり,15 pC/N以上という従来値の二倍以上の値も得られている.この原因を明らかにするために,顕微鏡観察を行ったが,大きな違いは見出せなかった.そこで,原子間力顕微鏡(AFM)を用い追求した.圧電率が高い試料は共通して,PLLA単体で大きく発達している構造体が,緻密な構造体に変化し,より均一化していることが分かった.この高次構造が実現された結果,外から加えられた応力(歪)が結晶内の分子鎖に有効に加わり,双極子の回転運動がより生起し,圧電率が向上したのではないかと考えている.圧電体は様々なセンサやアクチュエータに用いられ、セラミックであるチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)が有名である。圧電高分子ポリ乳酸は柔軟性や透明性、軽量で積層ができるなど他の圧電体にはない特性を持つ。本年度はポリ乳酸をアクチュエータへ応用した際の発生力向上のため、100層積層体(圧電率400[pC/N])の実現を試みた。ポリ乳酸フィルム1枚の圧電率は低いが、フィルムを積層し、同時に駆動させることで発生力を向上させる。理論上、100枚積層することでPZTの圧電率を大きく凌駕し、かつ軽量な圧電体となる。しかし、従来の積層体は、20層までしか理論値どおりの圧電率を引き出すことが出来ず、100層など多層の積層体になるとその圧電率をほとんど引き出すことが出来ない状況であった。また実験中の層間剥離や電圧印加の度に静電容量が低下し、再現性ある実験が行えないという状況であった。この容量が上がらない原因は積層時の電極の割れによると考えストレスの集中を緩和することを試みた。同時に、剥離を防ぐため積層条件を検討して密着性を向上させた。その結果,100層以上の多層に関しても層数の増加に伴い静電容量、圧電率の上昇が確認できた。作製した積層体は電圧を印加しても静電容量は低下せず層間剥離も起こらなかった。その結果,圧電率、耐久性が高い100層以上の積層体を、安定して作製可能になった。また、特に200層の積層体を実現し785pC/N(1枚の196倍)という大きな圧電率を持つポリ乳酸積層体を、作製することができた。また、このポリ乳酸積層体を用いて1[N]以上の大きな発生力と、高い位置分解能を持つアクチュエータ素子の可能性を示した。平成27年度最大の成果は,従来L型ポリ乳酸(PLLA)を通常のプラスチック成型により形成したときに,圧電成型体を直接できないとされてきたが,これを覆したことである.我々は真空成形法を利用し,全く新しい圧電デバイスを実現する道を開いた.真空成形法では,加熱した高分子シートと成形体型との空間の空気を真空吸引し,シートを型に合わせ,薄肉成型体を得る.通常PLLAを通常の真空成形条件で成型しても圧電性は発現しない.そこで,成形条件(圧力,温度,成形助剤など)を最適化すべく,まずアクリル系助剤を高せん断装置を用い微量添加し,一軸配向性が高くなるペレットを作成した.そして,ガラス転移点に十分注意しながら,その直下で瞬間成型することで圧電性を発現させることを試みた.各実験結果を非接触測定であるり複雑形状の測定が可能な開発した光学リターデーション測定装置を用い,配向部位の解析をすすめ,それを制御することを追究した.圧電性発現部位を追究した.多くの試行錯誤を繰り返したが,最終的に円筒型成型体において,概ね配向特性を制御できるようになった.