hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
運動トレーニングによる血液量変化と塩分摂取

平成7年1月17日、阪神・淡路大震災による研究の現況と今後の研究計画をまとめて研究実績の概要に代えて報告致します。研究施設については、震災後、電気は約1日、ガスにおいては約1か月、上下水道においては3月上旬まで使用が不可能であった。これらにより実験動物の飼育管理が不可能な状況であった。また、研究設備は実験用のシステムがほぼ全壊し、機器の修理と調整を行っている状態である。本研究では、運動トレーニングの血液量および血液組成の変化ならびにこれらの変化がSaltAppetiteに及ぼす影響について検討し、運動トレーニングの程度による、より効果的な水分補給法の基礎知識を与えるものである。実験にはラットにトレッドミルによる運動トレーニングを負荷し、血液量および血液組成の変化をみるとともに、温熱脱水後の回復課程において水と食塩水を自由選択させ、水分と塩分の代謝ならびにSaltAppetiteに及ぼす運動トレーニングの影響について検討を加えるものであった。実験の現況については実験システムが整った後、昨年11月末よりトレッドミルによるラットの運動トレーニングを行い、時速900mで走行可能な状況であった。実験計画では1月中旬以降に温熱脱水後の飲水実験を行うものであったためデータの収集を行うことができなかった。今後の実験計画としては、5月上旬、研究施設および設備の使用確認をした後、研究計画に従って再実験を行う予定である。
プリオンのアミロイド線維に選択的に結合する低分子化合物の探索とその作用機構の解明

本研究では、全長マウスプリオンmPrP(23-231)とプリオンの部分ペプチドHelix2とHelix3のアミロイド線維形成条件を確立した。次に、アミロイド線維に結合する芳香族環を含む化合物の探索を行った。しかし現時点では、mPrP(23-231)線維に強く結合する化合物は見つかっていない。また、化合物の結合には線維の形態が関与している可能性が示唆された。芳香族環を複数含む化合物に注目して、今後も引き続き研究を行う必要がある。1.全長プリオンまたはプリオンの部分ペプチドのアミロイド線維,βオリゴマーの作製リコンビナント全長プリオンを用いて,超音波を断続的に照射してアミロイド線維形成について調べた。電子顕微鏡で確認したところ,線維状ではなくオリゴマー状の断片化した凝集体が観察された。今後,細長い線維を作るため,かく拌等のより緩和な条件下でアミロイド線維を作製する必要がある。一方,プリオンの部分ペプチドについては,プリオンのC末側のHelix2とHelix3領域の部分ペプチドがよくアミロイド線維を形成することが分かった。これはこれまでプリオンの異常型モデルとは異なるが,様々な実験結果を説明できる有力なモデルであると考えられる。2.アミロイド線維に結合する低分子化合物のin silicoスクリーニングアミロイド線維に共通した主鎖構造,または表面の性質に注目してin silicoスクリーニングをする予定にしていたが平成19年度は出来なかった。アミロイド線維に結合する既知の化合物には,染料として使われ芳香族環を含むものがいくつか知られている。そこで,芳香族環を含み染料として使われる化合物を数十個購入しアミロイド線維に結合するか,紫外可視吸収や蛍光を用いて現在調べている。また,プリオンの部分ペプチドの線維を僅かだが配向させることに成功した。今後,流れによりアミロイド線維を配向させ,直線偏光二色性を用いてアミロイド線維と低分子化合物の結合様式を調べる予定である。1,全長ブリオンと部分ペプチドを用いたアミロイド線維作製アミロイド線維はプリオン病における感染物質の一つである。本研究ではプリオンのアミロイド線維に特異的に結合する化合物の探索を行う。そのため、まずリコンビナント全長マウスプリオンmPrP(23-231)とN末を削除したmPrP(120-231)を用いてアミロイド線維形成実験を行った。線維形成は超音波照射または攪拌下で行った。その結果、強力な超音波照射により、mPrP(23-231)は効率良くアミロイド線維を形成することが分かった。また、攪拌下では線維ではなく凝集体が多数形成された。一方、mPrP(120-231)は全長プリオンmPrP(23-231)線維によるシーディングよって速やかに凝集体を形成した。剛直な線維作製のためmPrP(120-231)については、今後さらに条件検討する必要がある2,アミロイド線維に結合する化合物のスクリーニングアミロイド線維に結合する既知の化合物には、染料として使われ芳香族環を含むものがいくつか知られている。全長プリオンmPrP(23-231)線維を用いて、芳香族環をもつ化合物の結合実験を行った。しかし、化合物はmPrP(23-231)線維にはあまり結合しなかった。そこで、β2ミクログロブリンを用いて剛直な線維を作製して、化合物の結合実験を行った。その結果、アミロイド線維との結合によって、化合物の蛍光強度が増加した。このように化合物の結合には線維の形態が関与している可能性が高い。今後、mPrP(23-231)線維またはmPrP(120-231)線維を用いて、化合物の解離定数、そして線維の形態との関連を調べる必要がある。また、流れによるアミロイド線維の配向実験については今後も行い、直線偏光二色性等を用いてアミロイド線維と化合物の結合様式を調べる予定である。
「和室にかかわる住様式の新動向」と「和室空間の発展方向」に関する研究-大都市圏の都市住宅における"和室の現状と居住者意識の検討"-

1.大都市圏の住宅における和室の使われ方等を把握するため,すでに予備調査を行っていた236サンプル(阪奈間の都市集合住宅のうち,平面のなかに和室を1室もつ住宅)について,和室の使われ方を生活機能別に類型化した.和室の主な使われ方は,主寝室,客間,予備室の3系統に大別された.その使われ方別に,和室に対する緒意識(和室の必要性,床材としての畳の評価,部屋としての和室の評価等)を明らかにするため,詳細な住み方調査を数十例についておこなった.その結果,和室を必要としないライフスタイルの居住者の存在が明らかになった.その一方で,就寝やくつろぎ,さらに接客などの多様な生活機能のために,和室を積極的に必要とする居住者の存在が明らかになった.さらに,和室を住宅内におけるゆとりの趣味的空間として,また和風のインテリアを有した鑑賞空間としてとらえるという,新しい住様式,住意識の存在が明らかになった.2.新しい「和室」意匠のあり方を考察するため,近年の住宅雑誌(『新建築』住宅特集の創刊号1986年5月号1995年12月号の約10年間に発行された116冊)に発表された住宅作品636サンプルを対象に「和室や和風空間に対する新しい意匠の試み」を収集しその分析を行った結果,次のようなことがわかった.和室を構成する各エレメント-天井,壁,開口部,床飾りについてそれぞれに新しい意匠が存在し,とりわけ,開口部(とくに障子の意匠),床飾りのしつらい・材料に種々の新しい意匠が出てきていることがわかった.畳は,縁なしの「半畳」畳が多用されたり,矩形以外の多角形の形をした畳の意匠も見られ,建築家やインテリアデザイナ-などの新しい意匠の模索と,居住者の新しい住要求を反映した,従来の和室意匠を逸脱した新しい意匠が,近年,急速に出現してきていることが明らかになった.生活機能別に,具体的な和室の意匠を提案するのに有用な知見を得た.1.大都市圏の住宅における和室の使われ方等を把握するため,すでに予備調査を行っていた236サンプル(阪奈間の都市集合住宅のうち,平面のなかに和室を1室もつ住宅)について,和室の使われ方を生活機能別に類型化した.和室の主な使われ方は,主寝室,客間,予備室の3系統に大別された.その使われ方別に,和室に対する緒意識(和室の必要性,床材としての畳の評価,部屋としての和室の評価等)を明らかにするため,詳細な住み方調査を数十例についておこなった.その結果,和室を必要としないライフスタイルの居住者の存在が明らかになった.その一方で,就寝やくつろぎ,さらに接客などの多様な生活機能のために,和室を積極的に必要とする居住者の存在が明らかになった.さらに,和室を住宅内におけるゆとりの趣味的空間として,また和風のインテリアを有した鑑賞空間としてとらえるという,新しい住様式,住意識の存在が明らかになった.2.新しい「和室」意匠のあり方を考察するため,近年の住宅雑誌(『新建築』住宅特集の創刊号1986年5月号1995年12月号の約10年間に発行された116冊)に発表された住宅作品636サンプルを対象に「和室や和風空間に対する新しい意匠の試み」を収集しその分析を行った結果,次のようなことがわかった.和室を構成する各エレメント-天井,壁,開口部,床飾りについてそれぞれに新しい意匠が存在し,とりわけ,開口部(とくに障子の意匠),床飾りのしつらい・材料に種々の新しい意匠が出てきていることがわかった.畳は,縁なしの「半畳」畳が多用されたり,矩形以外の多角形の形をした畳の意匠も見られ,建築家やインテリアデザイナ-などの新しい意匠の模索と,居住者の新しい住要求を反映した,従来の和室意匠を逸脱した新しい意匠が,近年,急速に出現してきていることが明らかになった.生活機能別に,具体的な和室の意匠を提案するのに有用な知見を得た.
肝細胞癌におけるBRD4阻害の抗腫瘍メカニズムの解明

近年、BRD4という蛋白が癌において重要な働きをしていると報告されたが、本研究はそのメカニズムの解明を目的とした研究である。BRD4は癌の発生、維持に重要とされるスーパーエンハンサーの働きを阻害すると考えられており、本研究では肝細胞癌においてもその仮説が正しいかを解明し、BRD4蛋白の肝細胞癌における標的遺伝子を同定する事で、BRD4阻害剤の治療効果予測を可能とし実臨床での応用に繋げていくことを目的としている。
硫黄芝バイオマットの硫黄同位体組成:地球史における微生物バイオマットの評価

硫黄循環過程における微生物バイオマットの寄与を評価するために、硫黄酸化細菌被膜(硫黄芝)を中心に、安定硫黄同位体を用いた解析を行い、さらに微生物バイオマットの地球史における進化的位置づけを行った。具体的には、長野県大町市の湯俣温泉に着生する硫黄芝(硫黄酸化細菌被膜)について、1)生育環境条件(水温・pH・流速・温泉水の主要化学成分分析・溶存酵素・溶存硫化物など)の現地調査、2)新たに発見された「黒い硫黄芝」についての光学顕微鏡的解析、および3)硫黄芝の現場における流水システムに関連する硫黄化合物についての安定硫黄同位体組成の分析を行った。さらに鹿児島湾海底に湧出する温泉(たぎり)の硫黄芝様バクテリアマット、宮城県蒲生干潟の硫黄酸化細菌バクテリアマットについても現地調査と安定硫黄同位体組成の分析を行った。結果の解析と検討に際しては、秋田県蟹場温泉での結果を参考にした。安定硫黄同位体の測定は、試料の調整後岡山大学固体地球研究センターで一括集中して行った。硫黄酸化細菌被膜(硫黄芝を含むバクテリアマット)の生育環境に関わる硫黄同位体組成の測定の結果、環境に含まれる硫化物とバクテリアマット(硫黄芝)に付着する単体硫黄粒・菌体内同化硫黄の硫黄同位体組成はほぼ一致したが、温泉水中の硫黄イオンの硫黄同位体組成とは大きく異なった。このことから、温泉を含めた硫化水素環境では、硫黄酸化細胞は(硫酸イオンでなく)硫化水素を直接吸収同化している可能性が示された。このことは初期地球硫化水素環境下で硫黄酸化細菌被膜が当時の硫黄循環過程に大きな因子として働いていたことを予想させた。
価値共有の認知による信頼関係に基づく人由来検体・情報のガバナンス体制の構築

医療機関などで診療や研究の際に得られる人体由来の組織や医療情報(以下、検体・情報と略)を、研究機関や企業が研究や医療の目的で利用する際は、市民の理解や信頼を得ることが必要であり、社会の合意に基づいたガバナンス体制を構築することが必須である。本研究では、患者・市民、研究者などの意見をもとに、医療機関における検体・情報のガバナンス・モデルを構築することを目的とする。平成30年度は、以下の課題を検討した。1)数カ所の研究機関における検体・情報の利用や規制の実態を調査した。A機関では、研究やバイオバンク構築のために前向きに検体を採取する際の手続きや、それらを外部の研究機関に提供する手続きはあるが、それ以外の日常診療の検体の利用は、統一した方針・ルールは策定されていないことが明らかとなった。一方、B機関では、来院者に検体・情報を研究利用することを伝え、同意しない人は意思を表明するオプトアウト方式を採用していた。2)市民が、身体や組織・細胞などをどう扱ってほしいか、どのような身体観を持っているかなどを聴取する目的で、大学のアカデミック・デイにポスター出展し、来場者と対話した。多くの人は、「組織を使って研究していることが伝えられ、拒否できる機会があればよい」と答え、その条件としては、意義のある研究をすること、ルールをつくって守ることなどが挙げられた。3)台湾のバイオバンクの責任者と面接し、運営体制や現状について意見を聴取した。4)胚盤胞を保有する人45名を対象に、人体試料提供に関する意識を聴取し、解析した。対象者は、「知識や技術を悪用しないか」、「細胞を大切に扱っているか」といった、研究者の態度を気にかけていることが明らかとなった。研究施設における検体・情報の研究利用については、統一のルールを決めているところもあるが、持たない施設もあり、施設によりさまざまであった。また、一施設の中でも、バイオバンクの試料についてはルールあるが、それ以外の検査や研究の残余検体の扱いについては、決められていないこともある。市民の感覚としては、試料・情報を研究利用することについては肯定的だが、研究者側がルールや手続きを整備することを求めており、それらを作成して明示する作業が必要である。また、調査研究のまとめや論文化、試料・情報の扱いの院内ガイダンス案作成については、引き続き実施して早急に公表する予定である。報告書の作成にも着手しており、作業を継続する。市民を対象とした意識調査(試料・情報をどのように位置づけているか、研究利用するには何が必要か、臨終期の医療においてなにをよしとするかなど)を実施し、人体や人体由来試料に対する感覚や考え方を把握する。また文理融合のネットワークの研究者における意見交換を通じて、文化的・歴史的背景や伝統的な自然観や生命観に配慮しつつ把握する。そして、先端的研究の研究者や医療情報を用いた研究を行う人を対象に、ガバナンス体制のありようについて、引き続き聞き取り調査を行う。これらに基づき、人体と人体由来の検体・情報の基本的な考え方、ガバナンスに必要な方策(体制やルール)を報告書としてまとめる。報告書は論文やウェブサイト掲載を通じ広く意見を求める。報告書で提示する基本的な考え方をもとに、体制やルールのモデル案について、研究者、患者・市民、政策決定者などのステークホルダーに提示して評価し、意見を踏まえて改訂を繰り返す。また、英国や台湾の状況も参考にしつつ、人体保護法や指針などのモデル案を提示する。さらに、具体的方策として、研究施設における理念・ビジョンや行動基準、施設内ガイダンスやルールのモデル案も策定する本研究の目的は、人体由来の組織や医療情報(以下、検体・情報と略)を、研究機関や企業が研究や医療の目的で利用する際のガバナンスモデルを構築することである。検体・情報を利用する際は、市民の信頼が必須であり、社会の合意に基づいた体制の構築をめざす。平成29年度は、以下の課題を検討した。1)ある大学病院における検体・情報の利用や規制の実態を調査した:研究やバイオバンク構築のために前向きに検体を採取する際は同意を取得するが、それ以外の日常診療の検体の利用は、統一した方針・ルールは策定されていないことが明らかとなった。2)研究施設における検体・情報の利用におけるガバナンスについて、大枠を検討した:患者を対象にした検体・情報の利用に関する意識調査の結果をまとめ、個別同意を取得するよりも市民に広く検体・情報の研究利用の事実を知らせて拒否の機会を設けること、院内ルールを作成して明示することなどが必要であることを確認した。3)英国における検体・情報の研究利用する際の法制度や研究施設での規制状況を調査した:英国では、人体試料の研究・教育利用は、政府から独立したHuman Tissue AuthorityがHuman Tissue Act 2004等の法令に基づいて管理・規制をしていること、ヒトの受精や発生に関してはHuman Fertilisation and Embryology Authorityが医院の管理等も行っていることがわかった。幹細胞の扱いについて、研究者にインタビューした。4)胚盤胞を有する人に人体試料提供に関する意識を調査ならびに、ES細胞株を樹立する際の情報提供のありようを検討した:35名に面接し、意見を聴取した。また、胚盤胞の提供者や市民への情報提供として、胚盤胞の扱いや樹立の進捗状況等を説明する情報コンテンツを作成した。研究施設における検体・情報の研究利用の問題点について、施設全体での統一ルールがないことは把握できたが、診療科などで収集している残余検体などについて、どのような扱いをしているかなどの詳細については把握していない。

また、医療情報の研究利用についても、引き続き調査が必要である。また、調査研究のまとめ、論文作成については、引き続き実施して早急に公表する予定である。報告書の作成にも着手しており、作業を継続する。一方、胚盤胞提供者や市民への情報提供については、ウェブサイトへの掲載の作業を早急に進め、コンテンツは順次充実していく予定である。医療機関などで診療や研究の際に得られる人体由来の組織や医療情報(以下、検体・情報と略)を、研究機関や企業が研究や医療の目的で利用する際は、市民の理解や信頼を得ることが必要であり、社会の合意に基づいたガバナンス体制を構築することが必須である。本研究では、患者・市民、研究者などの意見をもとに、医療機関における検体・情報のガバナンス・モデルを構築することを目的とする。平成30年度は、以下の課題を検討した。1)数カ所の研究機関における検体・情報の利用や規制の実態を調査した。A機関では、研究やバイオバンク構築のために前向きに検体を採取する際の手続きや、それらを外部の研究機関に提供する手続きはあるが、それ以外の日常診療の検体の利用は、統一した方針・ルールは策定されていないことが明らかとなった。一方、B機関では、来院者に検体・情報を研究利用することを伝え、同意しない人は意思を表明するオプトアウト方式を採用していた。2)市民が、身体や組織・細胞などをどう扱ってほしいか、どのような身体観を持っているかなどを聴取する目的で、大学のアカデミック・デイにポスター出展し、来場者と対話した。多くの人は、「組織を使って研究していることが伝えられ、拒否できる機会があればよい」と答え、その条件としては、意義のある研究をすること、ルールをつくって守ることなどが挙げられた。3)台湾のバイオバンクの責任者と面接し、運営体制や現状について意見を聴取した。4)胚盤胞を保有する人45名を対象に、人体試料提供に関する意識を聴取し、解析した。対象者は、「知識や技術を悪用しないか」、「細胞を大切に扱っているか」といった、研究者の態度を気にかけていることが明らかとなった。研究施設における検体・情報の研究利用については、統一のルールを決めているところもあるが、持たない施設もあり、施設によりさまざまであった。また、一施設の中でも、バイオバンクの試料についてはルールあるが、それ以外の検査や研究の残余検体の扱いについては、決められていないこともある。市民の感覚としては、試料・情報を研究利用することについては肯定的だが、研究者側がルールや手続きを整備することを求めており、それらを作成して明示する作業が必要である。また、調査研究のまとめや論文化、試料・情報の扱いの院内ガイダンス案作成については、引き続き実施して早急に公表する予定である。胚盤胞提供者からの意識調査の結果や文献などをもとに、また、文理融合のネットワークの研究者における意見交換を通じて、日本人が人体由来試料や医療情報について人々はどのように位置づけているかについて、文化的・歴史的背景や伝統的な自然観や生命観に配慮しつつ把握する。
鋼中における硫化銅析出とそれに及ぼすトランプエレメントの影響に関する基礎研究

濃度が異なる銅、硫黄、燐、および、錫を含有する低炭素鋼を、種々の方法および速度で凝固させて試料を作製し、それらが組織、硫化物のサイズと分布、ミクロ組織、機械的性質に及ぼす効果を、光学顕微鏡、SEM、TEMでの観察と引張り試験で調査した。また、硫化銅を含む場合と含まない場合について、燐と錫のミクロ偏析をEPMAで調査した。固体状態でのδ/γ変態、γ/α変態、および、それらの変態中および冷却中における硫化物析出の挙動を、各種の燐濃度の低炭素鋼表面につき、異なる冷却速度の下でレーザー顕微鏡(CSLM)でその場観察した。燐と冷却速度が相変態と硫化物析出に及ぼす影響を実験結果と数学モデルに基づいて検討した結果、以下のことが明らかになった。異なる形態の4種の硫化銅、すなわち、酸化物と硫化物の複合介在物(OS)、平板状硫化銅(PS)、介在物を取り囲む球殻状硫化銅(SS)、および、ナノスケール硫化銅(NS)が見出された。OS型の介在物は溶融したMn珪酸塩の介在物として最初に溶融鋼の中に形成され、凝固中に珪酸塩中の硫化物として成長する。PSは基地のγ鉄から平板状に析出したと考えられる。SSは低温域で、前もってできていたMnSまたはCu_<2-x>S系の介在物上に析出したと考えられる。NSは、γ鉄の下部の温度域、ことにα鉄域で、極度の過飽和、かつ、拡散係数が小さいために、非常に微細な粒子として析出したと考えられる。燐を添加すると銅を含む低炭素鋼の高温域での硫化物析出が遅れ、硫黄の過飽和が増し、低温ではより銅の含有量が多く、より微細である硫化物が生成することがわかった。燐はまた、γ鉄中に代わって、α鉄中での硫化物析出を促進するため、急速冷却したときには、平板状の硫化銅に代わって、球状の細かい硫化銅が析出ことになることが判明した。同様に、他の因子の効果についても検討した。低濃度または高濃度の燐を含む低炭素鋼の表面における相変態と硫化物析出を、レーザー顕微鏡を用いて種々の冷却速度の下で観察した。相変態や硫化物析出に及ぼす燐や冷却速度の効果を、実験結果と数学的モデルに基づく計算結果に基づいて検討した結果、以下のことが判明した。(1)鋼をδフェライトの状態から連続的に冷却する場合、硫化物は3回に分かれて析出することが見出された。第1回目はδ/γ変態の末期で、δ相から球形状に析出する。第2回目は1573-1373Kにおいて、γ相から網目状、棒状、三角形状、および、球状に析出する。第3回目は、γ/α変態の直後にα相から析出する。(2)δ/γ変態の初期から、実際の溶解度積は平衡溶解度より高いにもかかわらず、その変態の末期にのみδ相から析出した。その析出における過飽和度は約5-8倍である。(3)燐添加により、種々の冷却速度においてもA4変態点温度は低下し、A3変態点温度は上昇する。これらの効果は、相変態における燐の再分配によってより顕著になる。(4)燐は、変態温度をより低温化させたり、鋼中のS活量を増加させることにより、δ/γ変態の末期において、より微細でより多数の硫化物を析出させるようになる。その際、高燐鋼中の硫化物は、δ/γ変態の末期に、より低温で、かつ、より高い過飽和度で析出できるようになる。燐を含有または含有しない低炭素鋼の、ストリップキャスティングによる急冷過程でのマンガン硫化物の析出挙動を、SEMまたはTEMによって調査した。低燐鋼では、球状硫化物(MnSとCu_2Sの混合物)と平板状硫化物(主にCu_2S)の両者が観察された。球状硫化物中の銅濃度は、硫化物径の減少とともに増加した。平板状の硫化物は、高燐鋼ではほとんど見出されなかった。また、高燐鋼中での硫化物サイズは低燐鋼中のものに比べてはるかに微細なものであった。燐は、高温でのMnS析出ばかりでなく、γ相中での平板状硫化物の析出をも抑制することが判明した。一方、燐は、低温での硫化銅析出、ことに、α相中での微細な硫化銅析出を促進しうることが見出された。次に、マンガン硫化物を含有または含有しない鋼中におけるPやSのミクロ偏析挙動をEPMAで調査した。硫化物含有鋼中でのPやSのミクロ偏析度は、硫化物を含有しない鋼中でのそれに比べて一定量の減少傾向を示した。PやSは、結晶粒界ばかりでなく、硫化物と基質の界面に沿って分布することが観察された。また、PやSのいくらかは硫化物の中にも溶解していた。鋼中の硫化物粒子はPやSが分布しうる場所を拡大し、ひいては、PやSの鋼中でのミクロ偏析度を低下させる。さらに、硫化物と基質の界面におけるPやSの偏析は、析出した硫化物の成長を制限し、硫化物サイズを減少させる。さらに、Snが凝固組織に及ぼす影響を光学顕微鏡とSEMにより調査した。Snはデンドライトの1次および2次アーム間隔には何ら影響を与えないことが判明した。

ただし、Snは、鋼中のPと同様に、δ→γ、および、γ→α変態の温度に多大な影響を与える。高Sn鋼中のオーステナイト初晶のサイズは低Sn鋼中のそれに比べて小さかった。鋼中のSnが硫化物析出に及ぼすいくつかの効果も、今後の研究の中で明らかになろう。濃度が異なる銅、硫黄、燐、および、錫を含有する低炭素鋼を、種々の方法および速度で凝固させて試料を作製し、それらが組織、硫化物のサイズと分布、ミクロ組織、機械的性質に及ぼす効果を、光学顕微鏡、SEM、TEMでの観察と引張り試験で調査した。また、硫化銅を含む場合と含まない場合について、燐と錫のミクロ偏析をEPMAで調査した。固体状態でのδ/γ変態、γ/α変態、および、それらの変態中および冷却中における硫化物析出の挙動を、各種の燐濃度の低炭素鋼表面につき、異なる冷却速度の下でレーザー顕微鏡(CSLM)でその場観察した。燐と冷却速度が相変態と硫化物析出に及ぼす影響を実験結果と数学モデルに基づいて検討した結果、以下のことが明らかになった。異なる形態の4種の硫化銅、すなわち、酸化物と硫化物の複合介在物(OS)、平板状硫化銅(PS)、介在物を取り囲む球殻状硫化銅(SS)、および、ナノスケール硫化銅(NS)が見出された。OS型の介在物は溶融したMn珪酸塩の介在物として最初に溶融鋼の中に形成され、凝固中に珪酸塩中の硫化物として成長する。PSは基地のγ鉄から平板状に析出したと考えられる。SSは低温域で、前もってできていたMnSまたはCu_<2-x>S系の介在物上に析出したと考えられる。NSは、γ鉄の下部の温度域、ことにα鉄域で、極度の過飽和、かつ、拡散係数が小さいために、非常に微細な粒子として析出したと考えられる。燐を添加すると銅を含む低炭素鋼の高温域での硫化物析出が遅れ、硫黄の過飽和が増し、低温ではより銅の含有量が多く、より微細である硫化物が生成することがわかった。燐はまた、γ鉄中に代わって、α鉄中での硫化物析出を促進するため、急速冷却したときには、平板状の硫化銅に代わって、球状の細かい硫化銅が析出ことになることが判明した。同様に、他の因子の効果についても検討した。
金属配位型人工DNAを用いる金属イオンの空間配列制御

本研究は、天然DNAの塩基対形成のドライビングフォースである水素結合を、金属配位結合に置き換えた人工DNAを創製し、遺伝子発現制御や機能性分子構築に展開することを目的とした。本年度は、二座配位子であるヒドロキシピリドンを核酸塩基としてもつ人工ヌクレオシドを数工程で合成し、それらが銅(II)イオンにより塩基対を形成することをESI-TOF型質量分析および吸収スペクトル法により確認した。これらの塩基対をオリゴヌクレオチドに導入すべくホスホロアミダイト体に誘導し、DNA自動合成機により天然DNAオリゴマーの中央部に一つないし二つ導入することに成功した。それらの構造はMALDI-TOF型質量分析により確認した。紫外可視吸光度法による融解実験により、銅(II)イオンの存在下では、融点が上昇し二重鎖が熱力学的に著しく安定化されることが明らかとなった。また、オリゴマー中の銅(II)錯体の形成は、紫外吸収スペクトルの変化により確認できた。マイクロモル濃度の条件下では、これらはほとんど錯体を形成しないが、核酸の内部に取り込まれることにより、多点水素結合やスタッキング相互作用が協奏的に働き、安定な錯体が形成されたと推定している。さらに吸光度の温度依存性の実験より、二重鎖が解離する高温状態では、銅(II)イオンはヒドロキシピリドンから解離していることがわかった。今後、さらに多くのヒドロキシピリドン型ヌクレオチドを天然型DNAオリゴマーに導入し、金属のナノ集積化や遺伝子発現制御に向けて研究を進める予定である。金属イオンの空間配列制御が、新物質・機能を創出するための重要な戦略の一つであることは、近年広く認識されている。そこで、申請者は、生体高分子に見られる一次構造→高次構造→分子機能を結ぶ法則性に注目して、金属配位型DNAヌクレオシドユニットを用いた、金属イオンの空間配列制御法を考案した。金属配位型人工DNAを用いて、様々な金属イオンの空間配列を設計・合成し、自然界にない新しい構造・機能(生物学的機能、機能性素子等)を創出することを目的とし、金属錯体を基盤とした金属配位型ヌクレオシドの簡易合成法、および天然型DNAへの導入法を確立することに成功した。DNAおよびその合成法の特徴を生かすことにより、目的に合わせた金属イオンの空間配列を設計できると考え、人工核酸を導入した一本鎖DNAおよび二重鎖DNAの金属イオンにる会合を検討した。
二硼化マグネシウムナノ細線を用いた単一光子検出器の開発

二硼化マグネシウム(MgB_2)を用いた超伝導ナノ細線単一光子検出器(SSPD)を初めて開発した。幅135nm、厚さ10nmのメアンダ細線からなるMgB_2-SSPDを作製し、波長405-1560nmの単一光子検出が可能であることを確認した。無機材質を用いたリフトオフ法、ラピッドアニールよる膜質改良法、in-situのAINパッシベーションによる表面酸化防止等の要素技術を確立した。二硼化マグネシウム(MgB_2)は高い超伝導転移温度(Tc=39K)を有する次世代の超伝導エレクトロニクス材料である。本研究では、MgB_2ナノ細線からなる超伝導単一光子検出器(SSPD)の開発を目的としている。現在、様々な分野で赤外域における高性能の単一光子検出器が求められているが、最近開発された超伝導ナノ細線を用いた単一光子検出器(SSPD)は非常に高い性能を示し、量子暗号通信など多くの分野で利用が進んでいる。SSPDでは窒化ニオブ(NbN, Tc=16K)を超伝導材料として使用しているが、Tcが低いために極低温(3K以下)に冷却する必要がある。NbNをMgB_2に置き換えることが出来れば高温動作が可能となり実用性が大幅に向上することが期待される。しかし、これまでMgB_2ナノ細線を用いて赤外域単一光子の検出に成功した報告はない。これはMgB_2の超薄膜作製技術、ナノ微細加工技術がNbNほど確立していないためである。我々はMgB_2薄膜の新しい微細加工法として無機材質(アモルファス炭素)を用いたリフトオフ法を開発してきた。本手法は、従来のArイオンミリングを用いたMgB_2微細加工法と比較すると、加工時の超伝導特性劣化を大幅に抑制できるという特徴を持つ。今年度、本手法による微細化を進め、幅100nm、厚さ10nmのMgB_2のナノ細線を作製することに成功した。この細線に光ファイバを通して極微弱光を照射し、光検出特性を評価した。その結果、可視域(波長405nm)から赤外域(波長1560nm)の広い波長域に渡って単一光子を検出することに初めて成功した。今回の結果は、MgB_2ナノ細線を用いた単一光子検出器が作製可能であることを実証しており、MgB_2-SSPD開発に向けた大きな進展と考えられる。本研究課題は金属・金属間化合物の中で最も高いT_c=39Kを有する二硼化マグネシウムを用いて、赤外域における超伝導ナノ細線単一光子検出器を実現することを目的とする。前年度までに、無機材質(アモルファスカーボン)をマスクに利用した新しい単一ナノ細線作製法を確立し、この手法を用いて作製した幅100nm、厚さ10nmのMgB_2ナノ細線は、赤外域の単一光子を検出可能なことを確認している。平成23年度は超薄膜の高品質化を中心に取り組んだ。まず、前年度導入した新型レート制御装置を用いて低速度成長によるマイグレーションの促進を図った。しかし、成膜速度を5nm/minまで低下させても有意な膜質の向上は見られなかった。成長速度の更なる低下はレートが不安定となるために中断し、別手法として高温アニールを検討した。その結果、ラピッドアニール(昇温、降温速度500°C/min)が膜質向上に有効であることを見出した。ラピッドアニールによってT_cは4-5K程度上昇し、断面TEM観察では結晶化が促進されている。但し、EDS断面分析では膜表面5nm程度は酸化され、Mgが減少している。実際、膜厚が薄くなるとアニールによる再現性、均一性が低下する。そこで更にSiO_2、AlNなどの保護膜を検討した。現在、膜厚10nmでT_c=21-25Kの保護膜付MgB_2膜が再現性良く作製出来ており、条件の最適化を進めている。一方、メアンダ加工については本研究で開発したアモルファスカーボンを用いたリフトオフ法を中心に検討した。しかし、幅100nmのメアンダ細線を再現性良くリフトオフできる条件が現状では得られておらず、他の手法も含めて検討中である。二硼化マグネシウム(MgB2)は高い超伝導転移温度(Tc=39K)を有する次世代の超伝導エレクトロニクス材料である。本研究では、MgB2ナノ細線からなる超伝導ナノ細線単一光子検出器(SSPD)の開発を目的としている。前年度までに、1無機材質を用いた新しいリフトオフ法の確立、2幅100nm、厚さ10nmのMgB2ナノ細線における赤外域単一光子検出、3膜質向上のためのラピッドアニール法の確立、4MgB2膜の特性劣化の原因となる表面酸化(約5nm)の発見、等の結果を得ている。

平成24年度は、受光面積を増大するためにメアンダ型に改良したMgB2-SSPDの開発を進めた。1で開発したリフトオフ法を用いたメアンダ細線加工を試みたが、パタンが複雑なためにリフトオフされない部分が残ることが判った。そこで保護膜付のArミリング法を検討した。保護膜が無い場合、Arイオン照射によるダメージのために、ナノ細線を幅300nm、厚さ10nmより小さくすると超伝導特性が劣化する。様々な保護膜を検討した結果、MgB2成膜後にin-situでAlNを成膜することによって、ダメージ保護およびMgB2表面酸化を防止することに成功した。本手法を用いて幅135nm、厚さ10nmのメアンダ型MgB2-SSPDを作製した。Tc=23K, Jc=4.1×106A/cm2であり、Tcは3K、Jcは4倍向上している。光学測定により波長405nmから1550nmにおいて単一光子検出可能であることを確認した。1550nmではバイアス電流減少と共に光検出効率は指数関数的に低下するが、405nmでは光検出効率がほぼ飽和している。これより、波長405nmの単一光子検出には本検出器の細線サイズで充分であるが、光子エネルギーの低い波長1550nmにおける単一光子検出効率を高めるにはさらにナノ細線の微細化を進める必要があることが判明した。これまでの研究によって、本研究最大の課題であるMgB_2ナノ細線による赤外域単一光子検出はすでに達成した。MgB_2ナノ細線作製のために、無機材質(アモルファスカーボン)を用いたリフトオフ法を新たに開発した。また、超薄膜の膜質向上についても着実に進展している。材料パラメータから予測した性能の実現には更なる性能向上が必須であるが、全体としてみればおおむね順調に進展していると言える。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後の研究方針は、ラピッドアニールにより膜質が向上したMgB_2超薄膜を用いて、メアンダ型単一光子検出器を実現することを第一とする。メアンダ加工にはリフトオフ法を予定していたが、現時点では成功していない。そこで、今後はAlN保護膜付のミリング法についても検討する。ラピッドアニールの最適化と共に高性能メアンダ型単一光子検出器が実現すれば、当初の研究計画通り時間相関測定・量子暗号通信応用を行う。一方、NbNナノ細線単一光子検出器を超える性能が得られなかった場合は、性能の向上、特に超薄膜の更なる膜質改良に注力する。具体的には、MEE(Molecular-Migration Epitaxy)法を中心に検討する。
脊椎固定術における椎弓根スクリューのトルクと椎体骨密度の質的評価

研究デザイン:連続患者に対する前向き研究目的:本研究の目的は、椎弓根スクリュー周囲の局所BMDがスクリュー固定を予測する能力を調査すること。背景データの要約:椎弓根スクリュー固定は脊椎固定術におけるゴールドスタンダードな技術であり、生体力学的安定性の獲得における利点は大きいが、ネジのゆるみは一般的な合併症である。過去のバイオメカニカルな研究では、引き抜き強度とスクリュー挿入トルクは相関しており、最も重要なことは、骨密度(BMD)の影響を受けていた。In vivoでの椎弓根スクリュー周囲の局所BMDとスクリュー挿入トルクとの関係を評価した研究はまだない。方法:椎体間固定術を予定している連続した50人の患者を対象とした。二重エネルギー吸光光度法(DXA)および定量的コンピューター断層撮影(QCT)によって測定したBMDを術前に評価した。QCT法を用いた椎弓根スクリュー周囲の局所容量BMD(PS-vBMD)も評価した。すべての患者のうち、190本のネジ(直径7.5から8.5mm、長さ40から45mm、L1からL5まで挿入された)がこの研究の対象であり、挿入トルクに寄与する因子を同定することを目的とした。結果:挿入トルクは各BMD測定と有意に相関し、PS-vBMDで最も強くなった(r=0.61、P <0.001)。重回帰分析は、PS-vBMDがスクリュー挿入トルクと最も強く相関していることを示した(stdβ= 0.494; P <0.001)。以下の5つの予測因子は、スクリュー挿入トルクと有意に関連していた:年齢、椎弓根直径、スクリュー直径、スクリュー長、およびPS-BMD。結論:PS-vBMDによる術前測定により、臨床での椎体間固定術術中におけるスクリュー挿入トルクを確実に予測しえた。【目的】諸家の報告ではDXA法による骨密度(BMD)は、椎弓根スクリュー(PS)の最大挿入トルクと相関する。しかし2次元評価であるDXA法では骨棘や血管の石灰化の影響を受けやすい。私たちは3次元評価が可能なQCTを用いて椎体海綿骨の骨密度測定を行い、「椎弓根スクリュー軌道上骨密度(PS BMD)」の概念を新たに考案した。本研究では最大挿入トルクに関与する因子について骨密度(DXA・QCT)、骨代謝マーカー(TRACP-5b, Total-P1NP)、椎骨の形態学的特徴を中心に調査し、PS BMDの有用性について検討した。【方法】脊椎手術患者34例に挿入された逸脱のないPS(径7.5, 8.5mm)123本の最大挿入トルク(トルクレンチを使用し術中に測定)を前向きに調査した。PS BMDは「PS軌道である椎体外側1/2の3次元骨密度」と定義し、QCTを用いて左右別々に測定した。調査項目は年齢、BMI、患者背景、骨密度、骨代謝マーカー、椎弓根径、椎弓・椎弓根・椎体に刺入されている各々のスクリュー長とし、重回帰分析を用いて最大挿入トルクに寄与する因子を解析した。【結果】最大挿入トルクは、従来の骨密度測定法と比し、より強くPS BMDに相関していた【(DXA: Spine BMD, r=0.48, P<0.01), (QCT: PS BMD, r=0.61, P<0.01)】。最大挿入トルクに寄与する独立した因子は、年齢(標準β=0.17、P<0.03)、BMI(標準β=2.12、P<0.01)、PS BMD(標準β=0.54、P<0.01)であり、自由度調節寄与率R2=0.43であった。【結語】椎弓根スクリュー軌道上骨密度(PS BMD)により、椎弓根スクリューの固定性をより正確に予測し得た。PS BMDを術前計画に反映することで良好な長期成績の獲得に寄与し得る。研究は順調に進行しており、今年度はさらに有限要素法を用いた、椎弓根スクリュー軌道上骨密度(PS BMD)の臨床的な意義の検討を開始しております。CT検査は骨密度の指標となるキャリブレーションファントム(Mindways, Austin)を敷き、条件を統一して撮像。得られたCT情報より、患者の3次元椎体有限要素モデル(第4腰椎)を作成する。有限要素モデルは皮質骨内側及び海綿骨は四面体要素を使用し、皮質骨外側表面はシェル要素で構成(四面体要素:平均サイズ1mm,シェル要素:厚さ0.2mm三面体要素)。実際の骨構造の不均一性を反映させるため、CT画像のHU値(Hounsfield Unit)にKeyakの式を用いてヤング率や圧縮降伏応力を当てはめ、ポアソン比は0.4と設定した。次に3次元椎体モデルに椎弓根スクリュー(スクリュー径7.5mm,スクリュー長40mm, ZODIAC-Spinal Fixation System, Alphatec)を手術計画に沿って挿入。スクリューは、細かなスレッド形状も解析できるよう、高画質&#181;CTによりSTLデータ(Stereolithography)を委託して作成したものを使用した(HUMAN CO, Kumamoto)。スクリューの材質特性はコバルトクロム合金と同様に設定し(ヤング率; 220GPa,圧縮降伏応力; 900MPa,ポアソン比; 0.33)

[Mahmoud A, J Prosthet Dent, 2005]、骨とスクリューの境界部は過去の報告を元に摩擦係数はゼロとした。抗RANKLモノクローナル抗体・SERM製剤の引き抜き試験の結果は、A.抗RANKLモノクローナル抗体は投与1年後のスクリューの固定性を向上させていた。B.今回解析したSERM製剤の症例では薬剤介入にも関わらず、引き抜き強度は若干下がっていた。研究1年目における骨密度と術中の椎弓根スクリュー挿入トルク測定の研究に引き続き、2年目には有限要素解析を用いた研究が順調に進行しているため。研究デザイン:連続患者に対する前向き研究目的:本研究の目的は、椎弓根スクリュー周囲の局所BMDがスクリュー固定を予測する能力を調査すること。背景データの要約:椎弓根スクリュー固定は脊椎固定術におけるゴールドスタンダードな技術であり、生体力学的安定性の獲得における利点は大きいが、ネジのゆるみは一般的な合併症である。過去のバイオメカニカルな研究では、引き抜き強度とスクリュー挿入トルクは相関しており、最も重要なことは、骨密度(BMD)の影響を受けていた。In vivoでの椎弓根スクリュー周囲の局所BMDとスクリュー挿入トルクとの関係を評価した研究はまだない。方法:椎体間固定術を予定している連続した50人の患者を対象とした。二重エネルギー吸光光度法(DXA)および定量的コンピューター断層撮影(QCT)によって測定したBMDを術前に評価した。QCT法を用いた椎弓根スクリュー周囲の局所容量BMD(PS-vBMD)も評価した。すべての患者のうち、190本のネジ(直径7.5から8.5mm、長さ40から45mm、L1からL5まで挿入された)がこの研究の対象であり、挿入トルクに寄与する因子を同定することを目的とした。結果:挿入トルクは各BMD測定と有意に相関し、PS-vBMDで最も強くなった(r=0.61、P <0.001)。重回帰分析は、PS-vBMDがスクリュー挿入トルクと最も強く相関していることを示した(stdβ= 0.494; P <0.001)。以下の5つの予測因子は、スクリュー挿入トルクと有意に関連していた:年齢、椎弓根直径、スクリュー直径、スクリュー長、およびPS-BMD。結論:PS-vBMDによる術前測定により、臨床での椎体間固定術術中におけるスクリュー挿入トルクを確実に予測しえた。生体における術中の椎弓根スクリュー最大挿入トルクは、従来の骨密度測定法に比し、より強く椎弓根スクリュー軌道上骨密度(PS BMD)と相関していた。今後はさらに有限要素法を用いた研究により、脊椎の骨質・骨の形態と、スクリューの形状や太さをはじめとするさまざまな条件下での椎弓根スクリュー最大挿入トルクを検討していく予定である。椎体の頭尾側終板を拘束した状態でスクリューヘッドに引き抜き強度をかけ、軸方向に引き抜き試験を行う(1Stepは20Nとし、引き抜き強度を1Stepごとに増強)。引き抜き強度は荷重変形曲線の変曲点と定義する[Matsukawa K, J Neurosurg Spine, 2016]。抗RANKLモノクローナル抗体・SERM製剤それぞれの引き抜き試験を行う。以下の手法をもって統計学的解析を施行する。(2)両骨吸収抑制剤間における引き抜き強度改善率(抗RANKLモノクローナル抗体vs SERM製剤)の比較検討(Mann-Whitney's U test)
電磁結晶を用いた超高性能デバイスの研究開発

本研究では、まず、異方性特性を持つフィライトと誘電体などと複合した円柱から構成した電磁結晶の電波特性の解析方法を提案し、様々な複合した円柱での電磁結晶の電波特性を明らかにした。また、これらの電磁結晶中に置いたライン電流ソースからの電波放射特性も解明した。印加した磁界DCバイアスによって、放射特性を制御することは可能であることを明らかにした。次に、線状アンテナは電磁結晶中に置くと、線状アンテナの電流分布も電磁結晶からの影響も受ける。ここでは、すべての境界条件を満たした厳密な解析方法を提案し、電磁結晶中の線状アンテナの放射特性を解明した。また、異なる性質を持つ円柱から構成した複雑な電磁結晶問題に対して、厳密的且つ効率的な解析方法を提案した。幾つ複雑な構造を持つ電磁結晶の電波特性を明らかにした。更に、任意形状の金属柱と不均一な誘電体で構成した電磁結晶に対して、今まで、数値的な解析法以外に、有効な解析的な手法は提案されておらず、本研究では、この複雑な問題に対して、収束の速い、有効な解析的な方法を提案した。本研究で提案した解析手法の有効性、収束性などを証明した。超広帯域を持つシステムに応用するための2. 0GHz16. 0GHzの低ノイズ増幅器を設計し、帯域内の雑音指数は2. 85dB以下、平坦度は. 0. 85 dBで、入力側と出力側も良好なマッチング特性を持つ。また、コストの節約や回路性能の向上するために、面積を80%節約できる3Dインダクタを提案した。近年、爆発的に増えつつある膨大な情報を迅速に伝達するため、既存のインターネットシステムを代わって、全光インターネットシステムの構築は絶対不可欠になった。また、環境破壊及び近代人の食生活習慣の変化により、乳がんが急激な増加効傾向にある。乳がんは早期発見早期治療により治る率が高い癌である。ここで、申請者らは、3次元の電磁結晶のハイ利得・狭ビーム幅を持つアンテナを用いて、苦痛を与えない非侵襲的な乳がん検診用断層イメージング方法(マイクロ波CT)の開発を検討している。電磁結晶は、誘電体あるいは金属からなる散乱体を周期的に配置して人工的に構成した電波材料である。近年、申請者らは、様々な構造を持つ電磁結晶の電波特性を解析し、任意断面の金属フォトニック結晶による電磁波散乱の厳密な解析法、改良したフーリエ級数展開法、及び格子和と一般化散乱行列を用いた不均一フォトニック結晶による電磁波散乱の厳密な解析法などの三つの解析理論を提案し、その有効性を実証してきた。一方、異方性媒質で構成したフォトニック結晶を用いれば、外部印加電磁界によって制御可能な超高速光スイッチ、可変フィルター、方向性結合器などの新しいデバイスが期待されている。更に、3次元の電磁結晶を用いれば、小型なアンテナでも、大型な而状アンテナに相当する非常にハイ利得・狭ビーム幅特性の実現が可能である。本研究では、様々な構造を持つ電磁結晶を解析する理論を研究し、有効的な解析手法を提案する。また、電磁結晶を利用し、新しい高性能デバイスを研究開発する。特に、電磁結晶のデイバスを用いて、乳がん検診用のマイクロ波CTシステムを研究開発する。線状アンテナ及びパッチアンテナを電磁結晶中に置くと、アンテナの特性を大きく変わる。アンテナの電流分布を仮定し、電磁結晶中のアンテナの放射特性を計算する方法を提案した。しかし、アンテナの電流分布は電磁結晶の影響を考慮し正確に計算する必要がある。本研究では、空間高調波と格子和を用いた反射行列と透過行列の元で、空間高調波の和で表現したグリーン関数を使って、アンテナの電流分布とアンテナの放射特性を同時に計算できる新しい解法を提案した。2次元の電磁結晶と線状アンテナとの結合特性を明らかにし、電磁結品の位置を適度に設置し、高性能なアンテナを実現した。また、パッチアンテナと電磁結晶との結合によって、高利得のアンテナの実現は可能であることを明らかにした。

磁化フィライトに印加した磁界の強度によって、透磁率は各方向に異なる強さが生じる。本研究では磁化フィライト、同方性媒質及び金属で構成した4っの複合体から成る電磁結晶問題を、一般化散乱行列を用いて、解析的な公式を導いた。また、得られた公式を用いて、これらの電磁結晶の電磁波の伝播特性を解明した。磁化フィライトと以外の媒質の割合によって、要望した電磁結晶の電波特性への制御は非常に容易なる。これらを制御電磁結晶として、アンテナに加え、低サイドロブ、高利得、鋭い指向性のアンテナを実現した。また、印加磁界の制御によって、電気的なビーム走査可能な高利得アンテナも実現した。更に、適度な磁化フィライトと以外の媒質の割合を選択し、アンテナの利得、指向性及びビーム幅なども電気的な制御するアンテナを明らかにした。近年、我が国の生活習慣の変化などによって、乳がん患者が急激に増加している。また、近年乳がん患者の死亡率は年々増加しており、今後その傾向が続くことが懸念されている。しかし、乳がんは早期発見早期治療により完治率の高いがんでもある。現在、乳がん検診の方法は主にX線マンモグラフィが用いられている。しかし、正常な胸部組織と種瘍とのコントラストが小さいことに起因する偽陰性と偽陽性に関する報告されている。本研究では、不均一な複数金属体で構成した電磁結晶を用いて、新しいマイクロ波CTシステムを研究し、その有用性は明らかにした。電磁結晶は複数の誘電体、多数の金属体、または、誘電体と金属体の混合体で構成されている。金属の導電率は有限であるため、周波数に高くなるにつれ、導体損失が大きくなる。よって、光帯域では、誘電体のみで構成したフォトニック結晶(マイクロ波分野では電磁結晶と呼び)が多く使っている。しかし、マイクロ波・ミリメートル波帯域では、金属が特性は完全導体に近い。よって、サイズの小さい金属体でも、電磁結晶特有なバンドギャップ特性が表れることは明らかにした。また、ユニットセルに複数個の金属体が存在する場合、屈折率は負になる周波数帯が存在することは理論的証明した。誘電体のみで構成したフォトニック結晶において、フーリエ級数展開法や改良したフーリエマトリクス法が提案され、また、均一な媒質中に複数な金属物体の問題に対しても、マトリクス法が存在する。しかし、理論においても、応用においても、もっとも重要な不均一中に複数金属体で構成した電磁結晶問題に対しては、厳密な解析理論はまた提案されていない。本研究では、以前の研究で提案した改良したフーリエマトリクス法を更に発展し、不均一な複数金属体から成る電磁結晶を厳密的に解析する方法を提案した。提案した方法の有用性、妥当性、計算精度などは本研究で明らかにした。近年、乳がん患者が急激に増加している。また、乳がん患者の死亡率は年々増加しており、今後その傾向が続くことが懸念されている。一方、周期構造が独特な電磁特性を持ち、うまく利用すれば、高性能なデバイスが期待されている。
初等・中等教育段階の接続性を持つ数学的活動カリキュラムの開発と評価

本研究は、算数・数学科のカリキュラム開発と評価に、「数学的活動」という新しい視点を組み入れることを意図し、小学校高学年における算数教育と中学校低学年における数学教育に焦点をあて、これらの学校段階間における接続性を、数学的活動という観点から打ち立てることを目的とした。この目的に対して,本研究では,カリキュラム開発の3つの局面(意図された・実施された・達成されたカリキュラム)に対応して,次のような相互に関連する3つの達成目標を設定した。1.算数・数学科のカリキュラムを貫く原理としての数学的活動論を構想すること。2.1つの単元について,小学校高学年と中学校低学年における授業計画を立てること。以上は,意図されたカリキュラムの局面に対応する。3.実際の授業過程を分析することにより,達成されたカリキュラムを分析し,評価すること。これは,実施されたカリキュラムおよび達成されたカリキュラムに対応する。1に関しては,種々の数学的活動のモデル論を総合的に検討し,数学的活動と呼ばれる複雑な思考活動の構造を明らかにした。その際,特に,オランダのフロイデンタール研究所が開発した「現実的数学教育」と呼ばれるカリキュラムを文献学的に検討し,その特徴を明らかにした。2に関しては,金沢市内の公立小学校と中学校の算数・数学科の教師グループと協議し,比例の単元を素材として,小・中の接続性を視野に入れた数学的活動カリキュラムについて検討を行い,その具体案と評価基準の作成した。3に関しては,平成12年度と13年度にわたり,金沢市内の公立小学校第6学年の2クラスと公立中学校第2学年の1クラスを調査対象として設定し,当該のクラスで営まれる比例の授業を継続的に参与観察した。以上の課題解決を通して,小学校と中学校の接続性を配慮したカリキュラム開発と評価の基本原理が明らかにされた。本研究は、算数・数学科のカリキュラム開発と評価に、「数学的活動」という新しい視点を組み入れることを意図している。ことに、本研究では、三年間という研究期間を考慮し、小学校高学年における算数教育と中学校低学年における数学教育に焦点をあて、これらの学校段階間における接続性(アーティキュレーション)を、数学的活動という観点から打ち立てることを目的とした。本年度は、初等・中等教育を貫く数学的活動論を構想するとともに、数学的活動に基づくカリキュラム構成と評価の指標を作成を試みた。先ず、数学的活動と呼ばれる複雑な思考活動の構造を明らかにするために、種々の数学的活動のモデル論を総合的に検討した。特に、オランダのフロイデンタール研究所が開発した「現実的数学教育」(Realistic Mathematics Education)と呼ばれるカリキュラムを文献学的に検討し、その特徴を明らかにした。現実的数学教育は、二種類の数学化(「水平的数学化」と「垂直的数学化」)と、ファン・ヒーレの「思考水準論」をカリキュラムの構成原理としていることが見いだされた。ここで、水平的数学化とは、観察・実験。帰納的推論を通して、事象を厳密な数学的な手段によってアプローチしうるものに変形する活動を意味し、垂直的数学化とは、数学的な体系内で解法を形式化し一般化する活動を意味する。このように、数学的活動に基づくカリキュラムの構成原理を明確化する一方で、金沢市内の公立小学校と中学校の算数・数学科の教師グループと協議し、関数の単元を素材として、小・中の接続性を視野に入れた数学的活動カリキュラムについて検討を行い、その具体案と評価基準の作成を試みた。本年度は、数学的活動に基づくカリキュラムの実施と評価を行なった。