hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
5次元動画像ホログラフィック顕微鏡の開発とその応用に関する研究

瞬時5次元イメージング方法の理論的性能検証を計算機シミュレーションにより行った。結果,光学系と撮影範囲を適切に設計することで,回折限界程度までの分解能をもって単一露光でマルチパラメータ同時可視化を達成可能であることを定量的に明らかにした。次に,精密偏光光学素子なしで3次元構造と複数波長情報を同時記録する新たな計測方式を考案し,最高時速26kmで振動する3次元物体に対し毎秒2万コマでのカラー3次元動画像記録を達成した。これはカラー3次元動画像記録において世界最高速であった。また,3次元構造と偏光分布の単一露光同時記録を実証し,市販の偏光イメージングカメラと同程度の偏光分布可視化能力で3次元空間の動画像記録も達成可能であると実験的に示した。以上より,要素技術全てを実証した。5次元動画像記録法のさらなる性能向上をめざし,まず深さ方向の計測範囲拡大,計測精度向上を達成するための計測方式を考案した。実験した結果,約100倍の深さ方向計測精度向上,測定範囲約9000倍を実証した。次に,市販の撮像素子で記録可能な3次元空間範囲を広げ空間分解能も向上させる縞超解像法の研究に着手した。一方,従来,計測範囲,分解能を上げるためには専用の撮像素子を必要とし,市販の撮像素子では縞分解能に劣るため技術の性能を最大限に発揮できないという問題を抱えていた。そこで,光学系の配置を工夫し線形の空間キャリアを並列位相シフト法に導入することで,技術に必要とされるホログラムを記録可能にする方法を考案した。また,市販の撮像素子で記録したホログラムに空間,空間周波数領域それぞれに画像処理を施し技術で記録可能な空間情報量を最大限まで取れるアルゴリズムを考案した。結果,面内方向の撮影範囲を従来の5倍程度まで広域化可能にし,空間分解能を2倍強まで向上可能にした。以上,研究課題の技術を実現可能にした。技術の実現可能性を理論的・実験的に示せ,現在の製造技術で準備可能な装置構成で実現できることを示せた。さらに,申請課題の性能を向上させる計測方式,縞超解像法を考案し,実験的に性能を示すことに成功した。そして,世界最高速のカラー・分光3次元動画像記録に成功し,申請課題の可能性の一つを示せた。以上から,当初の計画以上に進展した。生細胞観察など,医療分野へ応用するための環境整備が課題である。4次元(3次元構造+偏光)イメージング方法の理論的検証を行ない,計算機シミュレーションにより3次元物体に対する偏光分布のイメージング可能性を明らかにした。検証後,4次元動画像ホログラフィック顕微鏡システムを開発した。当該顕微鏡は,偏光顕微鏡システムとホログラム空間分割多重システムを組み合わせることにより実現した。システム構築後,性能評価のために静止物体に対して瞬時4次元計測可能性を調べた。ホログラム空間分割多重システムを用いることにより空間情報をある程度犠牲にしたものの,空間分割多重システムなしの逐次記録システムと比べ遜色のない3次元像,偏光分布を得られ,シングルショット4次元イメージング装置としての有効性を確認することができた。その後,4次元動画イメージング牡挑戦し,現在実験結果を解析中である。一方,該研究課題達成に必要な基本技術の性能を明らかにすることは,該研究課題の性能解明に寄与するものである。そこで,基本技術に基づく3次元動画像顕微鏡システムを構築しその性能を実験的に評価した。高解像度USAF1951テストターゲットを用いて実験し,775nmの開口部を像再生でき100nmオーダの面内空間分解能を実験的に示せた。また,高速度3次元動画像顕微鏡システムを構築し,時間分解能を6.67μmまで向上させることに成功した。そして,生体の3次元動画像記録を最高で毎秒15万コマまで上げ,生体の3次元イメージングにおいて世界最高速を達成した。該研究課題の性能向上のために,計測範囲,空間分解能の両方を更に向上させるための画像処理アルゴリズムの考案と,奥行き方向の計測精度向上アルゴリズムの実証を行なった。計算機シミュレーションにより考案アルゴリズムの有効性を明らかにした。また,奥行き方向計測精度向上アルゴリズムにより従来のシステムと比べ約9400倍の奥行き方向の撮影範囲広域化を達成した。

一方,従来,計測範囲,分解能を上げるためには専用の撮像素子を必要とし,市販の撮像素子では縞分解能に劣るため技術の性能を最大限に発揮できないという問題を抱えていた。そこで,光学系の配置を工夫し線形の空間キャリアを並列位相シフト法に導入することで,技術に必要とされるホログラムを記録可能にする方法を考案した。また,市販の撮像素子で記録したホログラムに空間,空間周波数領域それぞれに画像処理を施し技術で記録可能な空間情報量を最大限まで取れるアルゴリズムを考案した。結果,面内方向の撮影範囲を従来の5倍程度まで広域化可能にし,空間分解能を2倍強まで向上可能にした。以上,研究課題の技術を実現可能にした。平成23年度の研究計画である4次元動画像ホログラフィック顕微鏡のシステム開発を遂行しただけではなく,該研究課題の進展に向け尽力,該研究課題達成に必要な基本技術に基づく顕微鏡システムを改良・構築,生体の3次元画像記録において世界最高速を達成し,該研究課題技術の性能向上に寄与した。技術の実現可能性を理論的・実験的に示せ,現在の製造技術で準備可能な装置構成で実現できることを示せた。さらに,申請課題の性能を向上させる計測方式,縞超解像法を考案し,実験的に性能を示すことに成功した。そして,世界最高速のカラー・分光3次元動画像記録に成功し,申請課題の可能性の一つを示せた。以上から,当初の計画以上に進展した。研究は順調に進展しているため,研究計画通り5次元(3次元構造+偏光+波長)動画像ホログラフィック顕微鏡の開発を行う。まず,5次元イメージング方法の理論的検証を計算機シミュレーションにより行なう。システムの実現には偏光顕微鏡装置に加え,偏光分布情報を抽出する撮像素子,ホログラフィック分光画像取得システム,波長の異なる複数のレーザを導入する。当該顕微鏡システム構築後,5次元動画像ホログラフィック顕微鏡システムの性能評価のために,静止物体を用いて瞬時5次元計測を行う。3次元構造,偏光分布,分光画像における計測精度の評価を行った後,高分子を含んだ材料または生体試料を5次元動画像計測し,高分子などの組成分布,分光特性,経時変化を解析する。生細胞観察など,医療分野へ応用するための環境整備が課題である。
健康年齢に影響を与える口腔の因子に関する研究

ライフスタイルを説明変数として,残存歯数,最大咬合力,安静時唾液分泌量,刺激時唾液分泌量,OHIP-14を目的変数として分析した結果,ライフスタイルは最大咬合力に影響することが示唆された.血管年齢を目的変数として,歯みがきの回数,GOHAI,残存歯数,唾液分泌速度,咀嚼能率,肉体的・精神的ストレスについて相関係数ならびにstudentのt検定を用いて検定を行った結果,いずれの項目も有意な関連を認めなかった.ライフスタイルを説明変数として,残存歯数,最大咬合力,安静時唾液分泌量,刺激時唾液分泌量,OHIP-14を目的変数として分析した結果,ライフスタイルは最大咬合力に影響することが示唆された.血管年齢を目的変数として,歯みがきの回数,GOHAI,残存歯数,唾液分泌速度,咀嚼能率,肉体的・精神的ストレスについて相関係数ならびにstudentのt検定を用いて検定を行った結果,いずれの項目も有意な関連を認めなかった.本年度は,高齢者を対象とした調査を行い,分析のためのデータ採取を行った.対象者を大阪府高齢者大学アクティブシニア講座383名(男性175名,女性208名,平均年齢67.6±4.8歳)とし,調査を行った.調査方法は,質問票を用いた調査,口腔内検査,唾液分泌量,最大咬合力,咀嚼能率について調査を行った.質問票の内容は,年齢,性別,慢性疾患の有無ならびに服用薬剤,歯みがきの回数,歯科受診行動に関する質問,口腔の健康状態の自己評価,日本語版OHIP-14,ライフスタイルに関する質問などとした.また,口腔内検査では,残存歯数,義歯装着の有無について記録を行った.唾液分泌量については,まず5分間の安静時唾液を測定し,それより安静時唾液分泌速度(ml/min)を算出した.次にオリオン社製パラフィンペレット1gを2分間咀嚼してもらい,その間に分泌される全唾液を測定し,刺激時唾液分泌速度(ml/min)を算出した.最大咬合力については,ジーシー社製デンタルプレスケールを用い,咬頭嵌合位付近の最大咬合力(N)を測定した.咀嚼能率については,Ikebeらによって報告されている検査用グミゼリーを用いた咀嚼能率検査法を使用した.30回自由咀嚼後のグミゼリーから,既知の回帰直線を用いて咬断片表面積増加量(mm^2)を算出し,それぞれの被験者の咀嚼能率とした.ラィフスタイルを説明変数として,残存歯数,最大咬合力,安静時唾液分泌量,刺激時唾液分泌量,OHIP-14スコアを目的変数として分析した結果,ライフスタイルは最大咬合力に影響することが示唆されたが有意差は認められなかった.本年度は,昨年度に引き続き高齢者を対象とした調査を行い,分析のためのデータ採取を行った。対象者を2002年度ならびに2003年度の大阪府老人大学講座受講者217名(男性109名、女性108名、平均年齢73.1歳)とし,調査を行った.調査方法は,質問票を用いた調査,口腔内検査,唾液分泌量,咀嚼能率とした.さらに,健康年齢の指標の一つとして,ボディチェッカーを用いて血管年齢を測定した.質問票の内容は,年齢,性別,慢性疾患の有無,歯みがきの回数,日本語版GOHAI(Geriatric Oral Health Assessment Index),などとした.また,口腔内検査では,残存歯数について記録を行った.唾液分泌量については,まず5分間の安静時唾液を測定し,それより安静時唾液分泌速度(ml/min)を算出した.次にオリオン社製パラフィンペレット1gを2分間咀嚼してもらい,その間に分泌される全唾液を測定し,刺激時唾液分泌速度(ml/min)を算出した.咀嚼能率については,Ikebeらによって報告されている検査用グミゼリーを用いた咀嚼能率検査法を使用した.血管年齢を目的変数として,歯みがきの回数、日本語版GOHAI、残存歯数、安静時唾液分泌速度、刺激時唾液分泌速度、咀嚼能率、肉体的ストレス、精神的ストレスについてPearsonの相関係数ならびにstudentのt検定を用いて検定を行った結果、いづれの項目も有意な差を認めなかった。本研究では、健康年齢の指標の一つとして血管年齢に注目して検討を行った結果、口腔内の因子との関連は認められなかった。そのため、健康年齢の他の指標についても更なる検討を行う必要があることが示唆された。
高い自由度を持つ強相関電子系におけるトポロジカルな現象の理論的研究

多自由度の系の構築のために、正四面体の角にs電子軌道を置いた際に現れる全ての粒子-正孔対を構成し、それらを正四面体の点群Td(結晶軸に対応した点群)の既約表現に分類した。この場合、64種類の粒子-正孔対演算子が現れ、その中の3つは恒等表現に属し、それぞれ、全電子数密度演算子とホッピング演算子と反対称スピン軌道結合演算子に対応する。この他に、時間反転について奇でA2表現に属するAll-In-All-Outスピン配列の演算子や、電子が四面体のある稜に集まろうとする分極演算子などが挙げられる。電子系の単位胞が四面体を含むような場合、1つの単位胞にこれらの粒子-正孔対が定義されることになるから、これらの粒子-正孔対を全ての単位胞について和を取れば対応する秩序パラメーター演算子が得られる。これらからある秩序状態を分子場近似で記述し、そのトポロジカルな性質を調べることを目的としている。単位胞内に正四面体を有する結晶構造としてパイロクロア構造が知られている。この結晶構造をもつ化合物の中にはAll-In-All-Outスピン配列を示すものがある。この秩序状態は時間反転対称性のみを破るため、ある条件下ではWeyl半金属となることが知られている。このような状況下のAll-In-All-Outスピン秩序相において対応する集団励起を考え、Weyl半金属の際に現れる表面状態へのこの集団励起の影響を調べる。また、パイロクロア構造を取り入れて実際の物質と比べるには、電子軌道の縮重度を考慮する以外にその電子軌道状態の座標軸と結晶軸との関係を明らかにする必要がある。こういった特徴を取り入れて実際のパイロクロア化合物の性質との比較に耐えられるような理論の構築を行う。「概要」に示した1つ目のテーマについては、反対称スピン軌道結合項やAll-In-All-Outスピン配列の分子場項を含むハミルトニアンの構築は終了しており、このハミルトニアンに基づいたAll-In-All-Outスピン演算子の静的感受率も波数ベクトルがq=0の点でピークを持つことから、All-In-All-Outスピン構造は安定して出現することがわかった。現時点ではこの秩序状態において対応する集団励起が出現するかどうかを確認することである。これについても数ヶ月の内に確認可能と考えている。2つ目のテーマについては、当初は正四面体の角に配置する電子軌道をt2g電子軌道にすればよいと考えていたが(実際、既存の論文ではそのようなモデルで様々な解析が行われている)、実際のパイロクロア化合物の結晶構造を見ると、それぞれの角には遷移金属イオンが配置しているがそれを取り囲む酸素イオンの正八面体の座標軸(正八面体の重心を原点と選び、そこから正八面体の角に向けてx,y,z軸をとる)が結晶軸から明らかにずれていることが確認された。これらの座標軸(以下、結晶場座標軸と呼ぶ)は結晶軸に対してある回転を行うことで得られるため、これらの結晶場座標軸で定義されたt2g軌道にの回転操作を行ったところ、t2g軌道だけでなくeg軌道も含まれることがわかった。すなわち、任意の回転操作は角運動量の大きさを変化することはないが、その成分(あるいは既約表現)はお互いに混ざり合ってしまうことがわかった。よって、実際のパイロクロア化合物の物性と比較する場合にはこの回転操作を考慮する必要があることが判明した。「進捗状況」に示したように、1つ目のテーマについては、まずはAll-In-All-Outスピン構造に対応する集団励起の存在を確認し、表面状態を数値的に計算することによりWeyl半金属になっているかどうかを平均場ハミルトニアンに基づいて計算する。最後に集団励起の表面状態への寄与を研究する。この最後のステップについては現時点では明瞭な方法を見つけられていない。2つ目のテーマについては、結晶場座標軸から結晶軸への回転を考慮せねばならないことが明らかになったが、球面調和関数と既約テンソルとの類似性に着目すると、これは1電子状態に限ったことではなくそれらの持つ多極子にも同様のことを適用する必要があることになる。パイロクロア化合物Cd2Re2O7は200K付近で空間反転対称性の破れを伴う相転移が観測されているが、結晶構造の変化は微小であるため、主要な秩序パラメーターは規準モードではなく対応する粒子-正孔対によるものだと考えられる。このため、結晶場座標軸から結晶軸への回転の効果を研究しCd2Re2O7の相転移の機構を明らかにしたい。多自由度の系を構築するために、三次元空間での最も基本的な構造物が四面体であることを考慮して、正四面体の角にs電子軌道を置いた際に現れる全ての粒子-正孔対を構成し、それらを正四面体の点群Tdの既約表現に分類した。全部で64種類の粒子-正孔対が現れ、その中で恒等表現に属するのは3つあり、全電子密度演算子と正四面体上でのホッピング演算子と反対称スピン軌道結合に対応する。他の特徴的な演算子は、時間反転について奇でA2表現に属するallin-alloutスピン配列の演算子、四面体上での閉じた経路上の電子の運動によって得られるループ電流(FLUX)演算子、電子が四面体の一つの稜に集まろうとする分極演算子などが挙げられる。

この分極演算子とスピン演算子の結合した演算子の中にE表現に属するものがあり、分極演算子のために空間反転について奇の演算子となるからパイロクロア化合物Cd2Re2O7の空間反転対称性の破れを伴う構造相転移の秩序パラメーターと考えることができる。近年、この系のこの構造相転移の量子臨界点の近傍でp波超伝導が出現することが理論的に提案されており、私たちの研究はこれに対する微視的理論の構築を可能にするものになり得ると期待している。また、正四面体をコーナー・シェアすることによりパイロクロア格子を形成することができるため、我々の構築法によりそのモデルも容易に記述することができる。我々の方法とは異なるが、パイロクロア格子に対して上述の反対称スピン軌道結合の大きさを大きくすることにより、トポロジカル絶縁体となるという先行研究がある。恒等表現には属さないが同様の有効的反対称スピン軌道結合は他の既約表現に属する秩序パラメーターとしていくつも存在するため、これらの秩序状態におけるトポロジカル相の有無を調べる必要がある。これは私たちの研究の今後の課題だと考えている。平成29年度に行った研究は、当初、平成30年度に行うと予定していたものが半分を占めている一方で、平成29年度に行う予定であった数値計算による研究があまり行われていない。これについては、昨年度、研究に充てるまとまった時間を確保できなかったことに起因しており、今年度はそれが6月以降に改善される見込みであるため、実行することは十分可能であると考えている。一方で、解析的手法による研究は当初の予定よりも進めることができた、と考えている。また、上述の通り、パイロクロア化合物Cd2Re2O7に対して微視的理論の構築に可能性が見えてきたことは、当初、考えていなかったことであり、今後、研究を展開していきたいと考えている。これらのことを総合的に考えて、「研究はおおむね順調に進んでいる」と考えている。ただ、数値計算を行うまとまった時間の確保をする努力をする必要がある。多自由度の系の構築のために、正四面体の角にs電子軌道を置いた際に現れる全ての粒子-正孔対を構成し、それらを正四面体の点群Td(結晶軸に対応した点群)の既約表現に分類した。この場合、64種類の粒子-正孔対演算子が現れ、その中の3つは恒等表現に属し、それぞれ、全電子数密度演算子とホッピング演算子と反対称スピン軌道結合演算子に対応する。この他に、時間反転について奇でA2表現に属するAll-In-All-Outスピン配列の演算子や、電子が四面体のある稜に集まろうとする分極演算子などが挙げられる。電子系の単位胞が四面体を含むような場合、1つの単位胞にこれらの粒子-正孔対が定義されることになるから、これらの粒子-正孔対を全ての単位胞について和を取れば対応する秩序パラメーター演算子が得られる。これらからある秩序状態を分子場近似で記述し、そのトポロジカルな性質を調べることを目的としている。単位胞内に正四面体を有する結晶構造としてパイロクロア構造が知られている。この結晶構造をもつ化合物の中にはAll-In-All-Outスピン配列を示すものがある。この秩序状態は時間反転対称性のみを破るため、ある条件下ではWeyl半金属となることが知られている。このような状況下のAll-In-All-Outスピン秩序相において対応する集団励起を考え、Weyl半金属の際に現れる表面状態へのこの集団励起の影響を調べる。また、パイロクロア構造を取り入れて実際の物質と比べるには、電子軌道の縮重度を考慮する以外にその電子軌道状態の座標軸と結晶軸との関係を明らかにする必要がある。
病因特異的治療を目標とする関節リウマチ滑膜内の抗原特異的B細胞ネットワークの解明

関節リウマチ(RA)滑膜内胚中心様構造(GCLS)は二次リンパ組織の胚中心と同様、局所での抗原特異的反応の発生、維持に関与している可能性がある。平成18年度は、clonal expansionとintraclonal diversityについてより詳細に解析するためにRA患者滑膜の2cm以上離れた部位を数個ずつ切除し、IgDのVH4転写産物のVHの塩基配列を解析した。その結果、RA患者滑膜内ではIgD+B細胞の著明なoligoclonal expansionとintraclonal diversityがみられることが明らかになった。mutationを有するIgD+B細胞はIgM+IgD+CD27+陽性メモリーB細胞と考えられるので、RA滑膜内ではIgM+IgD+CD27+B細胞が突然変異を生じながら分化増殖し、関節局所での自己抗体産生に重要な役割を果たしている可能性がある。関節リウマチ(RA)滑膜内胚中心様構造(GCLS)は二次リンパ組織の胚中心と同様、局所での抗原特異的反応の発生、維持に重要な役割を果たしている可能性がある。平成17年度はRA滑膜内GCLS内のB細胞の免疫グロブリンH鎖可変領域(VH)の塩基配列を解析し、そのクローナリティー、クラスイッチの有無について解析を行った。方法としてはB細胞マーカーであるCD20、濾胞樹状細胞マーカーであるCD21陽性のGCLS内から約300個のCD20陽性細胞集団を切り出した後、cDNAにし、VHプライマーと各クラス定常領域プライマーでPCR後、塩基配列を解析した。1名の患者については近接したGCLS3個とそれらから離れた領域のGCLS2個を、他の患者については近接したGCLS3個について解析を行った。GCLS内B細胞はoligoclonalに増殖しており、その一部のものにはclonal diversificationもみられたexpansionがみられたクローンの50%はVH4 familyに属していた。各GCLS間に共通に存在するクローンはきわめて稀であり、クラススイッチはみられなかった。以上のことからGCLS内ではB細胞が何らかの抗原を認識し、抗原特異的な分化増殖を行っている可能性がある。またRA滑膜内の抗原抗体反応は必ずしも単一の抗原によるものではなく、複数の抗原の関与する多様なものであると考えられるが、B細胞側としてはVH4陽性のものが抗原認識において特に重要な役割を果たしていると考えられた。平成18年度は、clonal expansionとintraclonal diversityについてより詳細に解析するためにRA患者の人工膝関節手術標本より、2cm以上離れた部位にある滑膜を2個或いは3個ずつ切除。RNAを抽出、cDNAに変換後、VH4コンセンサスプライマーと、IgDのH鎖の定常領域Cδ内のプライマーでPCR後、その塩基配列を解析した。VH4 familyを解析対象とした理由は、VH4がそのfamily sizeに比し滑膜内でドミナントに発現していることによる。Cδ転写産物を選択した理由は、IgG、IgM、IgA免疫グロブリンを大量に産生する滑膜内形質細胞のクローナリティー解析への影響を最小限にするためである。RA患者滑膜内ではIgD+B細胞の著明なoligoclonal expansionとintraclonal diversityがみられた。またRA滑膜内でexpandしているcloneのVH可変領域のmutation frequencyは通常のmemory B細胞より高いものが多かった。mutationを有するIgD+B細胞はIgM+IgD+CD27+陽性B細胞と考えられるので、RA滑膜内でIgM+IgD+CD27+B細胞は体細胞突然変異を生じながら分化増殖し、関節局所での自己抗体産生に重要な役割を果たしている可能性がある。
ピルボックス共振器型多チャンネル波長選択光フィルタ

本研究では、研究代表者らが提案した波長選択光フィルタ(特許第2713358号,1997年10月31日)の特性向上および評価と、新たな応用について研究した。この光フィルタは、電気光学効果を持つ誘電体基板上の円盤形ピルボックス光共振器とこれに結合した入出力導波路により構成される。初年度は、光フィルタ試作のための導波路作製プロセスの検討と、フィルタ構造の最適設計および電極による共振波長制御の特性解析を行なった。特性解析では、1.55μm帯においてグレーデッド屈折率分布のピルボックスについて解析し、従来のステップ型と同様の特性が得られることを確認した。また共振波長制御は、導波路と電極の寸法を最適化して、FSRが104GHz、透過帯域幅2.4GHzの場合に、変調電圧11Vで800MHz以上の周波数で20dB以上の消光比、チャンネル間隔10GHzにおいてクロストーク-20dBの解析結果を得て、本フィルタを高速の波長選択光変調器として使用できることを提案した。第2年度は、提案した波長選択光変調器について、フィルタ共振波長付近の変調において、光出力振幅が入力の3倍以上に増大する現象を見出した。これは本波長選択フィルタを変調器として使用するとそれ自体が利得を有するという従来に無い方式であり、「振幅増大変調」と名付けた。変調波形を最適化して利得を最大で6.5倍にすることができた。導波路作製についても、特にレーザビーム直接描画方式にしぼって検討を行った。ピルボックス共振器作製の精度向上のため、動作速度による挙動を詳細に検討し、ソフトウェアによる最適化をはかった。また微細パターン描画のために、超解像ビームの採用を行った。現状ではフォトマスク精度に若干問題があるものの、電子ビーム露光法を併用することにより、計画どおりのフィルタが試作できるめどがたった。本研究の目的は、研究代表者らが提案した波長選択光フィルタ(「ピルボックス型光共振器の波長選択フィルタ」特許第2713358号,1997年10月31日)の原理実証および特性評価である。この光フィルタは、光周波数多重伝送方式において、複数の波長の光波を分波または合波するために使用される。電気光学効果を持つ誘電体基板上の円盤形ピルボックス光共振器とこれに結合した入出力導波路により構成して、狭い波長間隔の光波選択特性を実現し、さらにこの一部に電極を設けて共振波長を連続的に可変としている。共振器外周に沿った曲がり導波路を入出力に採用し、また波長可変とすることにより、フィルタの設計を容易にしている。本年度は、光フィルタ試作のための導波路作製プロセスの検討と、フィルタ構造の最適設計および電極による共振波長制御の特性解析を行なった。導波路プロセスについては、ネガ型フォトレジストのパタ-ニング工程について検討し最適露光および現像時間を決定したが、現在導波路の作製中で特性評価には至っていない。また共振波長制御は、導波路と電極の寸法を最適化して、FSRが104GHz、透過帯域幅2.4GHzの場合に、変調電圧11Vで800MHz以上の周波数で20dB以上の消光比が得られることを示した。これは、本フィルタが単なる波長選択のみでなく、高速スイッチングが可能な波長選択光変調器として使用できることであり、応用が大きく広がった。さらにチャンネル間隔10GHzにおいてクロストーク-20dBの解析結果を得た。

来年度は、フィルタの試作と特性評価を継続し、波長選択実験を行う予定である。導波路及びデバイスの損失特性測定のための光源として、波長可変チタンサファイアレーザを導入し、波長チューニング特性及び出力特性の安定化をはかった。さらに高繰り返し超短パルス光源とするためにモード同期実験を行い、周波数150MHzで推定100fsのパルスを得ることができた。これによりピルボックス共振器型フィルタに短パルスを入射したときの特性につき検討可能となった。ピルボックス型フィルタの特性解析については、昨年度提案した波長選択光変調器について検討を進めた結果、フィルタ共振波長付近の変調において、特定変調周波数で光出力振幅が入力の3倍以上に増大する現象を見出した。これは波長選択フィルタが波長選択性を有するのみならず変調器として使用するとそれ自体が利得を有するという従来に無い方式であり、「振幅増大変調」と名付けた。変調波形の最適化により利得を最大で6.5倍にすることができた。導波路作製についても、特にレーザビーム直接描画方式にしぼって検討を行った。その結果、ピルボックス共振器作製のためには0.1μm程度の精度と滑らかさが要求されることが明らかとなった。これは現有の微動ステージの限界値に近いため、動作速度による挙動を詳細に検討し、これのソフトウェアによる最適化をはかった。また微細パターン描画のために、超解像ビームの採用を行った。現状ではフォトマスク精度に若干問題があるものの、電子ビーム露光法を併用することにより、計画どおりのフィルタが試作できるめどがたった。本研究に関して本年度、4件の研究発表を行った。(予定1を含む)。さらに論文発表を予定している。
行政訴訟における裁判官の行動についての比較法研究

本研究は、アメリカのニュー・リーガルリアリズムの議論を手がかりに、行政訴訟における裁判官の行動について比較法研究を行うものである。アメリカでは、裁判官の個性が判決に与える影響について、法学からも隣接諸学問からも研究がなされている。本研究により、アメリカと日本、両国での行政訴訟における裁判官の行動についての分析の進展を期待できる。本年度は主として、アメリカと日本の文献研究を並行的に行うことによって、行政訴訟において裁判官の個性が与える影響について検討した。研究課題以外の依頼原稿の執筆に追われ、本年度は研究課題に関連する成果を公表できなかったが、下記の通り、研究は進行中であり、来年度以降には論文を公表できる見込みである。アメリカについてはヴァーミュルやサンスティンの論文を手がかりに、21世紀に入ってからのアメリカの連邦裁判所の判例やニュー・ルーガルリアリズムと呼ばれる動向について理解を深めた。この研究により、アメリカの行政訴訟では裁判官の個性が判決に影響を与えることが日本より多いという印象を得たが、まだ考察が不十分であり、多くの文献にあたって精査する必要があると考えている。これについては来年度には論文の執筆を開始したい。日本については、白石健三裁判官の思想に注目して日光太郎杉事件判決を再読することを試みた。日光太郎杉事件判決は、裁判所による法創造に積極的であった白石の個性が発揮されたものであり、そこで示された判断過程の統制の手法も、東京地裁のいわゆる白石コートの下での諸裁判例で示されていた行政庁の他事考慮への警戒心が基礎にあるのではないかという心証を得た。近時の最高裁判例の判断過程の統制の手法との関連で日光太郎杉事件判決への批判をする動きも学界に現れているところであり、日光太郎杉事件判決の位置づけを再考し、そこで示された判断過程の統制の手法を近時の最高裁判例の判断過程の統制の手法と比較検討する論文を現在執筆中であり、来年度には完成の予定である。平成23年度は、平成22年度のニューリーガルリアリズムに関する文献の研究を継続しつつ、ニュー・リーガルリアリズムの周辺の議論を検討することで、ニュー・リーガルリアリズムの主張の妥当性や射程を検討した。裁判官の実際の動機や行動に注目するニュー・リーガルリアリズムの方法論は、法と経済学の観点からも注目されている。そこで、ポズナーによる法と経済学の観点からの裁判官の行動分析に関する議論を検討した。アメリカ法が判例法である以上、近時の行政法判例の展開をたどることも、ニュー・リーガルリアリズムの主張の妥当性を検討するうえで必要であった。そこで、シュトラウスによるマイルズとサンスティンのニュー・リーガルリアリズムへの批判、エドワーズの裁判官の行動に関する議論、行政訴訟に関するピアースの議論を検討した。本年度の研究成果については、「ニューリーガルリアリズムとアメリカ行政法」と題する論文として脱稿しており、近日公刊予定である。また、昨年度の本研究の研究成果である「判断過程の統制について-日光太郎杉事件判決再読-」が12月に公刊された。平成24年度では、アメリカのニュー・リーガルリアリズムについて紹介する論文を公表することができた。その中で、かつてのリーガルリアリズムの議論を振り返ったうえで、現在アメリカで行われているニュー・リーガルリアリズムの主張をあきらかにした。また、アメリカの行政訴訟における裁判官の政治的イデオロギーの判決への影響についても、マイルズとサンスティンの議論を紹介することであきらかにした。平成24年度では、アメリカ行政法学における隣接諸科学の影響を示すために、上の論文と筆者のかつての研究をまとめたうえで、単著として出版するための準備作業を行った。出版の準備については順調に推移をしているが、平成24年度中に出版することはできなかった。また、アメリカの行政訴訟における裁判官の行動についての経験的手法を用いた研究に触発されて、日本の行政訴訟の研究においても、同手法を活用することとを検討しているが、いかなる対象についてどのような観点から検討するか、自分自身の考えをまとめることができず、筆者にとってこれからの課題となった。アメリカのニュー・リーガルリアリズムについては成果をまとめて、論文を脱稿することができた24年度が最終年度であるため、記入しない。研究計画に記したヴァーミュルによる論考については、ニュー・リーガルリアリズムとは別の形で検討する必要があると感じているので、次年度の課題としたい。また日本の議論については白石健三裁判官の思想に注目する必要性を感じているので、当初の計画からは変更となるが、来年度は、白石健三裁判官の思想や発言を検討する予定である。
タイにおけるカビ毒分解酵素の探索と家畜カビ毒疾病防除に関する研究

カビ毒高濃度汚染地域であるタイにおいて、カビ毒を代謝し解毒する微生物や動物組織を探索するために、タイのカセサート大学と共同で収集したカッサバ栽培農地を中心とした土壌から分離した細菌と真菌のカビ毒代謝活性を調べた。カビ毒としてアフラトキシン(AF)、オクラトキシンA(OA)、ゼアラレノン(ZEA)を各試料に添加し培養した後に培養物を分析に供した。その結果、一部の菌によってAFB1とOAが代謝変換されることが認められた。また、タイ中央部において飼育されているウマ・ヒツジ・ブタの糞便および糞便に由来する嫌気性菌による上記カビ毒の代謝も合わせ調べたが、明瞭な代謝変換は認められなかった。動物組織に関しては、ブタやニワトリ等の家畜ならびにマウス等の実験動物の肝臓組織によるAFB2の代謝およびヤギ組織におけるゼアラレノンの代謝を検討したところ、各種動物の肝臓分画によるAFB2からAFB1への代謝の可能性が示唆され、ヤギの諸臓器におけるゼアラレノンからゼアラレノールへの代謝が認められた。本研究の目的はカビ毒高濃度汚染地域であるタイにおいて、カビ毒を代謝し解毒する微生物や動物組織を探索することによって、カビ毒分解能をもつ酵素資源を見出すことにある。この目的を達成するために、平成20年度はタイのカセサート大学の研究スタッフと共同で、タイ東北部と同中央部において、カビ毒産生真菌が多発するカッサバ栽培農地を中心に土壌を採取し、平板培地上で土壌から分離した細菌または土壌の水懸濁液のカビ毒代謝活性を調べた。カビ毒としてアフラトキシン(AF)、オクラトキシンA(OA)、ゼアラレノン(ZEA)を各試料に添加し、35°C下で一晩培養した後に培養物を酢酸エチルで抽出し、抽出物をTLCまたはHPLCで分析することによって、また、必要に応じて質量分析も合わせ行うとともに放射能標識カビ毒を用いた代謝実験を行うことによって代謝物を検索した。その結果、一部の土壌および分離された菌によってAFB1がアフラトキシコールに、ZEAがαゼアラレノール(ZOL)に代謝変換されることが認められた。菌による代謝は土壌自体による代謝よりも反応が遅い傾向が認められたことから、菌分離の過程で代謝酵素が抜け落ちた可能性が考えられたことから、次年度以降は菌分離方法に改善が必要であるものと考えられた。また、カセサート大学で飼養しているウマ、ブタ、ウシの糞便を採取し、糞便自体によるカビ毒の代謝を同様の方法で調べたところ、一部糞便に代謝物が認められたため、糞便由来の嫌気性菌を分離し、その代謝活性を検討中である。次年度以降は、さらに土壌採取地域を拡大するとともに、カビ毒産生菌が多発する地域に生息する野生生物の採取を試み、それら試料についてカビ毒代謝を調べることによって、解毒代謝活性の高い酵素資源の発見をめざす。この目的を達成するために、平成21年度は,前年度にタイのカセサート大学の研究スタッフと共同で収集したカッサバ栽培農地を中心とした土壌から分離した細菌のカビ毒代謝活性を調べた。その結果、一部の菌によってAFB1がアフラトキシコール等に代謝変換されることが認められた。それら研究と並行して、タイ中央部において飼育されているウマ・ヒツジ・ブタの糞便および糞便に由来する嫌気性菌による上記カビ毒の代謝も合わせ調べたが、際立った代謝変換は認められなかった。さらに、ブタやニワトリ等の家畜ならびにマウス等の実験動物の肝臓組織によるAFB2からAFB1への代謝変換を検討したところ、動物種差は認められるものの明確な変換が認められた。次年度以降は、カビ毒代謝能を持つ土壌由来微生物の取得、動物肝臓AFB2-AFB1変換酵素の性質の解明をめざす。本研究の目的は、カビ毒を代謝不活化する酵素およびそれを利用したカビ毒の毒性低減方法を見出すことにある。アフラトキシン(AF)高濃度汚染

地域であるタイ各地の農地、とくに前年度までに土壌にAF等カビ毒の代謝活性があることを見出したカッサバ生産農地から土壌試料を収集した。土壌をAFB1とともにインキュベーションすることによって代謝活性をTLCで調べ、活性能の高い試料を見出した。その試料から細菌と真菌を分離し、分離菌をAFBIを添加した液体培地中で培養し、TLCを用いてその活性能を示す菌株を特定した。活性能を持つ菌株については3H-AFB1との培養で生成した代謝物をフローシンチレーションカウンターに接続したHPLCで解析するとともに、AFB1の代謝生成物をLC/MSで解析することによって、代謝生成物がAFB2aであることをつきとめた。代謝活性をもつ真菌Aspergillus fumigates等と同定されたが、細菌については同定作業が進行中である。以上より、AFB1をAFB2aに代謝する酵素を持つ細菌と真菌が土壌に生息していることが判明した。動物における代謝に関しては、ヤギの消化管、肝臓、腎臓等の各組織のミクロゾームとサイトゾールの各分画に、ゼアラレノンをαゼアラレノールとβゼアラレノールに代謝変換する酵素活性が認められた。また、各種動物の肝組織によるAFB2の代謝を調べた結果、一部動物種においてAFB1への変換が認められたが、その機序は不明であるため酵素の関与を含めて今後の研究が必要である。
胃癌発生過程の実験的臨床的解析

本研究ではHelicobacter pylori(Hp)の関与を中心に胃癌の発癌過程を実験的・臨床的に解析することを目的とし,以下の成果を得た.実験的研究1)化学発癌物質とHp感染の組み合わせによって分化型胃癌と未分化型胃癌の双方が生じた.癌の表現形質をみると背景粘膜の腸上皮化生の胃内分布と程度は腸型分化型胃癌とのみ関与し,胃型分化型胃癌ならびに未分化型胃癌とは関連しなかった.2)化学発癌物質とHp感染の組み合わせによる胃発癌において,化学発癌物質の作用時期を遅らせると発癌率は低下した.Hp胃炎は胃発癌のプロモーターであり,発癌にはイニシエーター(化学発癌物質)との作用の時期が重要でった.3)Hp感染スナネズミモデルと十二指腸液が胃に逆流する手術を組み合わせ,胆汁酸の発癌への関与を解析した.胆汁逆流単独で生ずる胃炎はHp胃炎に比較して極軽度であり,Hp胃炎による炎症細胞浸潤に抑制的に作用した.一方BrdU標識率で示される胃粘膜上皮細胞回転はHp+DGR群で最も亢進しており,胃発癌に対する相加作用が示唆された.4)Hpを除菌すると胃発癌は明らかに抑制された.5)Hp感染早期の宿主反応を解析した.感染早期の胃炎の時期には酸分泌抑制,細胞回転の亢進,腺粘液細胞型ムチンの産生分泌亢進,厚い表層粘液ゲル層の形成および粘膜内プロスタグランデイン増加が見られ胃粘膜防御能が亢進していた.この時相にはHp感染は壊死惹起物質による胃粘膜障害を抑制した.6)腺粘液細胞に特異的に発現する糖転移酵素α4-GnT遺伝子mRNAの定量PCRによる測定法を確立した.Hp感染胃粘膜における胃ムチン産生亢進を遺伝子レベルで証明した.臨床的研究:外科手術胃癌112例を集積し厳密なHP感染判定(血清抗体価,培養,組織免疫染色)により,HP陰性胃癌の特徴は体部胃炎を伴わない胃上部の分化度の低い胃癌であった.本研究ではHelicobacter pylori(Hp)の関与を中心に胃癌の発癌過程を実験的・臨床的に解析することを目的とし,以下の成果を得た.実験的研究1)化学発癌物質とHp感染の組み合わせによって分化型胃癌と未分化型胃癌の双方が生じた.癌の表現形質をみると背景粘膜の腸上皮化生の胃内分布と程度は腸型分化型胃癌とのみ関与し,胃型分化型胃癌ならびに未分化型胃癌とは関連しなかった.2)化学発癌物質とHp感染の組み合わせによる胃発癌において,化学発癌物質の作用時期を遅らせると発癌率は低下した.Hp胃炎は胃発癌のプロモーターであり,発癌にはイニシエーター(化学発癌物質)との作用の時期が重要でった.3)Hp感染スナネズミモデルと十二指腸液が胃に逆流する手術を組み合わせ,胆汁酸の発癌への関与を解析した.胆汁逆流単独で生ずる胃炎はHp胃炎に比較して極軽度であり,Hp胃炎による炎症細胞浸潤に抑制的に作用した.一方BrdU標識率で示される胃粘膜上皮細胞回転はHp+DGR群で最も亢進しており,胃発癌に対する相加作用が示唆された.4)Hpを除菌すると胃発癌は明らかに抑制された.5)Hp感染早期の宿主反応を解析した.感染早期の胃炎の時期には酸分泌抑制,細胞回転の亢進,腺粘液細胞型ムチンの産生分泌亢進,厚い表層粘液ゲル層の形成および粘膜内プロスタグランデイン増加が見られ胃粘膜防御能が亢進していた.この時相にはHp感染は壊死惹起物質による胃粘膜障害を抑制した.6)腺粘液細胞に特異的に発現する糖転移酵素α4-GnT遺伝子mRNAの定量PCRによる測定法を確立した.Hp感染胃粘膜における胃ムチン産生亢進を遺伝子レベルで証明した.臨床的研究:外科手術胃癌112例を集積し厳密なHP感染判定(血清抗体価,培養,組織免疫染色)により,HP陰性胃癌の特徴は体部胃炎を伴わない胃上部の分化度の低い胃癌であった.動物実験では1)ニトロソ化合物とピロリ菌感染症によって発生が促進された胃癌組織を解析し、分化型胃癌と未分化型双方の胃癌が発生すること、おおび腸上皮化生は腸の形質を持つ分化型癌とのみ関係し胃の形質をもつ分化型癌と未分化型癌には関与しないことを明らかにした(国際学会発表・論文発表)。2)ニトロソ化合物の投与開始を腸上皮化生の発生するピロリ菌感染6ヶ月とすると、胃発癌促進作用は明らかでなく、ピロリ菌の胃癌への作用はイニシエーター作用でなくプロモーター作用であることを証明した(論文発表)3)ピロリ菌の胃発癌促進作用は、抗菌薬による除菌治療によって明らかに抑制されることを証明した(論文発表)。4)胃内への十二指腸液の逆流モデルを確立し、十二指腸液が逆流したピロリ菌感染胃粘膜上皮の細胞回転(BrdU標識率)は感染単独の場合よりも有意に亢進する事を証明し、胃発癌の母地としての可能性が示唆された(学会発表)。

現在、ニトロソ化合物と組み合わせた発癌実験をすすめている。5)動物モデルスナネズミ(Mongolian gerbil)の胃腺粘液細胞に特有な糖転換酵素α4-GnTのcDNAのクローニングに成功した。胃癌の形質解析に応用を検討している。臨床研究では1)ピロリ菌陰性胃癌の特性についての検討をすすめており、予定検討数100例にたいし75例を集積した。現在病理組織化学的解析を進行中である。本研究ではHelicobacter pylori(Hp)の関与を中心に胃癌の発癌過程を実験的・臨床的に解析することを目的とし,以下の成果を得た.実験的研究1)化学発癌物質とHp感染の組み合わせによって分化型胃癌と未分化型胃癌の双方が生じた.癌の表現形質をみると背景粘膜の腸上皮化生の胃内分布と程度は腸型分化型胃癌とのみ関与し,胃型分化型胃癌ならびに未分化型胃癌とは関連しなかった.2)化学発癌物質とHp感染の組み合わせによる胃発癌において,化学発癌物質の作用時期を遅らせると発癌率は低下した.Hp胃炎は胃発癌のプロモーターであり,発癌にはイニシエーター(化学発癌物質)との作用の時期が重要でった.3)Hp感染スナネズミモデルと十二指腸液が胃に逆流する手術を組み合わせ,胆汁酸の発癌への関与を解析した.胆汁逆流単独で生ずる胃炎はHp胃炎に比較して極軽度であり,Hp胃炎による炎症細胞浸潤に抑制的に作用した.一方BrdU標識率で示される胃粘膜上皮細胞回転はHp+DGR群で最も亢進しており,胃発癌に対する相加作用が示唆された.4)Hpを除菌すると胃発癌は明らかに抑制された.5)Hp感染早期の宿主反応を解析した.感染早期の胃炎の時期には酸分泌抑制,細胞回転の亢進,腺粘液細胞型ムチンの産生分泌亢進,厚い表層粘液ゲル層の形成および粘膜内プロスタグランデイン増加が見られ胃粘膜防御能が亢進していた.この時相にはHp感染は壊死惹起物質による胃粘膜障害を抑制した.6)腺粘液細胞に特異的に発現する糖転移酵素α4-GnT遺伝子mRNAの定量PCRによる測定法を確立した.Hp感染胃粘膜における胃ムチン産生亢進を遺伝子レベルで証明した.臨床的研究:外科手術胃癌112例を集積し厳密なHP感染判定(血清抗体価,培養,組織免疫染色)により,HP陰性胃癌の特徴は体部胃炎を伴わない胃上部の分化度の低い胃癌であった.
シリコンカーバイドを用いたフォトニック結晶共振器の高性能化とその応用

申請者は、SiCを用いた高Q値共振器を用いた低損失高効率な光デバイスの実現を目指しており、本研究課題では、共振器を作製する際に用いる基板の光学品質の向上による共振器の高Q値と、これを活かしたデバイス実現を目指している。本年度は、前者についてはSICOI基板作製手法の変更による高Q値化を、後者については非線形光学現象の1つである第二高調波発生の変換効率の向上を検討した。前者に関しては、従来の水素イオンを打ち込む方法である薄膜転写法から研削・研磨・プラズマエッチングによる薄膜化法に作成手法を変更してSiC層の薄膜化を図り最大Q値300,000まで改善し、それぞれの基板のSiC層につきTEM観察を行うことでSiC層の欠陥の多寡について定性的な観測が出来た。一方で、これら高Q値共振器の実現可否はSICOI基板の平行度に依存しており、この平行度はSiC薄膜化工程における作製精度による。要求精度はフォトニック結晶導波路の形成方向にもよるが厳密な方向で1/1000°程度であり、薄膜化において非常に高い精度が求められる。したがって、SiC薄膜化工程の精度向上を今後の検討による改善が期待される。後者に関しては、非線形光学現象として第二高調波発生をCW光源により観察を行い、FDTD法によるシミュレーションを用いてフォトニック結晶共振器内での変換効率を算出した。その結果、他の材料を含めたフォトニック結晶共振器の中で最も高い変換効率を3倍上回る世界最高の変換効率を実現した。これは将来的に、光回路中における波長変換素子としての効果が期待できる。研究実績の概要で述べたように、本研究の目的のうち、共振器の高Q値化の実現について、SICOI基板の作製手法の変更により達成しており、従来基板との光学特性の比較も完了している。また、高Q値共振器を活かしたデバイスの1つとして第二高調波発生の検討を行い、測定および計算を行った結果、フォトニック結晶共振器を用いた中で最大の効率を実現している。一方で、高Q値共振器の安定した作製のためにSiC層の薄膜化についての検討を進めたが、結晶ダメージが少なくかつ平行度を出すためのSICOI基板の作製方法の確立は達成できなかった。この件については今後解決していく必要があるが、本年度の検討により手がかりは得られたと考えている。今後は、本年度の成果を受けて、SiC薄膜化工程のうち、SICOI基板作製時の基板融着・研磨条件の最適化を行うことで、SiC層のダメージの低減および平行度の向上を図り、高Q値共振器の安定した実現を目指す。そして高Q値化が実現でき次第、SiCの特性も活かした低損失・高性能な応用を検討・実現していく。具体的にはハイパワー分波素子や、四波混合を利用した単一光子源の研究に着手する。

そして高Q値化が実現でき次第、SiCの特性も活かした低損失・高性能な応用を検討・実現していく。具体的にはハイパワー分波素子や、四波混合を利用した単一光子源の研究に着手する。
低温で膨脹する次世代高熱伝導プラスチックによる伝導冷却超伝導コイルの高性能化

超伝導コイルの巻枠材料としてダイニーマ繊維強化プラスチック(DFRP)を用いることにより,コイルの安定性を向上させる研究である。伝導冷却型の超伝導コイルでは,伝熱材料として窒化アルミが用いられている。窒化アルミは加工性が悪いため,これをDFRPに変えることにより高い安定性とコイル加工性の両立を図った。また,DFRPは温度低下について膨張する特性があるため,コイル巻枠材料としてDFRPを用いて,交流通電時の機械的損失を低減させた。超伝導コイルの冷却に冷凍機を使えば、面倒な極低温液体の取り扱いから解放されるため、冷凍機冷却型の超伝導コイルの使用が広まってきている。このような冷凍機冷却型の超伝導コイルは冷媒がなく、真空断熱容器の中で冷凍機のコールドヘッドと超伝導コイルを固体でつないでコイルを冷やしている。そのため、熱伝導率の高い固体を使えば、コイルを効率よく冷却できる。現在は、この固体として窒化アルミが一般的に用いられている。しかし,窒化アルミの問題点は硬くてもろいことである。研究現場からの声として、現場にて再加工が容易な代替材料が望まれている。その材料として高熱伝導なプラスチックであるDFRP(Dyneema Fiber Reinforced Plastic)を提案し、実証するのが本研究の目的である。今年度は,DFRPを巻枠とする小型の超伝導コイルを試作し,直流を通電して安定性を評価した(巻線張力は4,7,10N)。また比較材料として,代表的な非金属巻枠材料であるGFRP巻枠として同サイズのコイルを作った。冷凍機のコールドヘッドにこれらのコイルを乗せ直流通電したところ,GFRP巻枠のコイルが最も早くクエンチし,次いで巻線張力が弱い方から順にクエンチした。このことから,DFRP巻枠の高い熱伝導率がコイルのクエンチを遅らせたことが実験的に示された。超伝導コイルの冷却に冷凍機を使えば,面倒な極低温液体の取り扱いから解放されるため,冷凍機冷却型の超伝導コイルの使用が広まってきている。このような冷凍機冷却型の超伝導コイルは冷媒がなく,真空断熱容器の中で冷凍機のコールドヘッドと超伝導コイルを固体でつないでコイルを冷やしている。そのため,熱伝導率の高い固体を使えば,コイルを効率よく冷却できる。現在は,この固体として窒化アルミが一般的に用いられている。研究現場からの声として,現場にて再加工が容易な代替材料が望まれている。その材料として高熱伝導なプラスチックであるDFRP(Dyneema Fiber Reinforced Plastic)を提案し,実証するのが本研究の目的である。今年度は,ダイニーマ繊維の含有率が異なるDFRPパイプを用いて安定性試験を実施した。含有率が高いパイプは,繊維の巻角度が大きいため,極低温への冷却過程で膨張する。この特性のため,安定性が向上した。また,コンピュータシミュレーションとして,コイルをモデル化して有限要素法による伝熱解析を行った。今年度は,特性の異なる数種類のDFRPパイプを学内にて製造し安定性試験を実施した。通電電流は直流及び交流である。学内で製造が可能になったことにより,時間短縮が図られると共に,細かい製造パラメータのコントロールが可能になった。またコイル巻線張力,パイプの膨張や収縮の特性,コイル安定性の関係を実験的に評価した。
エンタテインメントが高齢者の心身に与える影響の研究

健康長寿を具現化するために広義のエンタテインメントを利用した生活介入が高齢者の生活の質や認知機能等に与える影響を検証することが目的であった。市販のゲーム、単純な計算や音読を中心とした集団アクティビティと、有酸素運動と無酸素運動を組み合わせた集団アクティビティに関するランダム化比較対象試験を行い、3つの介入手法全てにおいて、実行機能や認知速度の向上を認めた。また遺伝子多形が介入による認知機能向上効果に影響をする可能性を発見した。健康長寿を具現化するために広義のエンタテインメントを利用した生活介入が高齢者の生活の質や認知機能等に与える影響を検証することが目的である。今年度は、単純な計算や音読を中心とした集団アクティビティと、有酸素運動と無酸素運動を組み合わせた集団アクティビティについて、ランダム化比較対照試験を行った。その結果、単純な計算や音読を中心とした集団アクティビティでは、実行機能、注意機能、認知処理速度、エピソード記憶の各スコアが被介入群と比較して、5か月後に統計的に有意に改善することが明らかになった。有酸素運動と無酸素運動を組み合わせた集団アクティビティでは、4週間の介入によって、実行機能、認知処理速度、エピソード記憶が対照群と比較して統計的に有意に改善していた。個人の特質が、こうした介入効果に与える影響を検証する基礎的研究として、若年健康被験者を対象として、遺伝子多形と認知的介入効果の関連を調べることも並行して行った。その結果、今後さらなる検討を要するが、神経栄養因子と関連する遺伝子で変異がないタイプの被験者には、認知介入効果が高く、大脳の可塑的変化も大きいが、変異があるタイプの被験者では、効果が弱く、大脳皮質の可塑的変化も少ないもしくは認められないことがわかった。こうした研究より、エンタテインメントが生活習慣として根付けば高齢者の認知機能を向上しうること、認知機能向上の効果は遺伝子多形によって異なることが示唆され、将来個人の特質にあった健康長寿を支えるエンタテインメントを開発するための準備を整えることができた。ゲームやテレビ、映画などのエンタテインメントが、高齢者の心の健康に与える影響を科学的に調査し、その結果をもとに、高齢者の心の健康度をより向上することが可能なエンタテインメントのあり方や新しいエンタテインメントを提案することが本研究の目的である。今年度は、地域タウン誌の広告で募集した32名の健康な65才以上の高齢者をランダムに二群に分け、それぞれ異なったビデオゲーム(市販品)を4週間(1日15分、週5日)に渡って行わせて、その前後で認知機能の変化を計測した。認知機能の計測には、医学および心理学検査で標準的に用いられている検査8種類を用いた。実験デザインは二重盲検ランダム化比較対象試験とし、認知指標の変化に関する有意確率は1%以下とした。実験計画は東北大学大学院医学系研究科倫理委員会、東北大学利益相反委員会の承認を得た。その結果、パズル系ゲームを行った群では、4週間後に、認知機能の中でも処理速度のみが有意に向上し、そのほかの実行機能や前頭前野機能全般には変化が無かった。それに対して、知能系ゲームの中でも作動記憶系のゲームを行わせた群では、4週間後に、処理速度に加えて、実行機能や前頭前野機能全般も有意に向上していた。処理速度、実行機能や前頭前野機能全般の向上の度合いは、パズル系ゲームと比較して、作動記憶系ゲームの方が有意に高かった。今年度の研究を通して、テレビゲームという、身近なエンタテインメントであっても、コンテンツ次第では、高齢者の認知機能を向上させ、生活の質の向上につながる可能性が示唆された。東日本大震災の影響により実験の開始が遅れ、介入終了後のフォローアップデータ取得が年度末までに間に合わなかったが、研究計画に沿った結果を得ることができた。当初研究計画通りに研究を遂行する。当初研究計画通りに研究費を使用する。