hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
途上国におけるアルツハイマー病発症リスクの検証: 食と環境との関わり

これらの研究成果を論文にまとめ(PLOS ONE | DOI:10.1371/journal.pone.0155072 May 11, 2016)、2017年2月に第16回分子予防環境医学研究会において、成果報告として発表した。これまでの長期の調査実績により当該国の研究機関および調査対象の村人との信頼関係は良好で、協力体制も確立されていることから、おおむね目標どおりの成果が得られている。当該年度においては、調査対象村の高齢者の人数把握と、生活環境の変化を調べるため、全戸アンケート調査を行った。現在解析中であるこの結果から次年度に向けて、高齢者の健康調査を実施する基礎情報を得ることができる。病院での認知症の患者の探索は依然として難しいが、これも予想通りではあるので、引き続き病院医師との連携を継続していくことが重要と考えている。アルツハイマー病(AD)はWorld Alzheimer Report 2016によると現在推計4680万人の患者が2050年には1億3150万人に増大すると警告している。我々は過去15年以上にわたり、途上国ラオスで住民の健康と環境について調査をしてきた。その結果、マラリア、サルモネラなどの感染症はこの10年で減少し、肥満と糖尿病が有意に増加していたが、病院統計上AD患者は依然として確認できていない。生活習慣病はAD発症のリスク要因であることから、食や環境因子に注目し予防法を探索するのが本研究の最終目標となる。我々が調べたラオス人のAD危険因子APOEe4遺伝子を持つ割合は、多数民族ラオ人では、ホモ(e4/e4)で約1%と日本人に近いが、ヘテロ(e4/ex)は25%で日本人(11.5%)よりも高かった。特に少数民族の中で、ホモが14%、ヘテロ66%と高い民族がおり、彼らは貧困層にあり、健診の結果では、生活習慣病は認められなかった。しかし将来、生活習慣病が増加した時、AD発症リスクは高くなると予想された。H29年度にはビエンチャン郊外の農村で65歳以上の高齢者の健診と認知症スケール調査を行った。20点以下の認知が疑われる者は約60%であり、糖尿病が疑われる者または病院で診断された者は36%であった。30歳以上の成人を対象にH24年に行った健診では、糖尿病が疑われる者が約20%であり、高齢者においても糖尿病患者が多いことが認められた。また、研究交流事業として、H29年12月にマホソート病院の共同研究者2名を招聘し鈴鹿医療科学大学で研究交流会を行った。H30年2月に第88回日本衛生学会学術総会において、国立マホソート病院から共同研究者2名を招聘し感染症を含むラオスの現状についての発表を行った。日本の高齢者施設の見学等を通して制度の在り方について意見交換を行った。これまでの長期の調査実績により当該国の研究機関および調査対象の村人との協力体制が確立されていることから、おおむね目標どおりの成果が得られている。H28年度に行った調査対象村の全戸アンケートの結果から、H29年9月とH30年2月の2回に分けて、65歳以上の高齢者を対象に健康診断を実施した。その結果、認知症スケールで、20点以下の認知が疑われる者が約60%、糖尿病の疑いがある者または病院で診断された者は36%であった。共同研究のマホソート病院での認知症の患者探索は依然として難しいが、これも予想通りではあるので、引き続き医師との連携を継続していくことが重要と考えている。H30年2月の調査では、副病院長の紹介で認知症の疑いのある患者を市街70km地点の村へ調査に行ったところ、認知スケールで評価できないほどの重度の認知症の87歳男性を確認できた。
マウスを中心とする遺伝子レベルの発がんの研究

1.C3Hと野性マウスMSMのF_1雑種に肝がん、膀胱がん、大腸がんを誘導し、精力的にLOH解析を行ったが、ヒト腫瘍に見出されるようなLOHはほとんど検出されないことが明らかになった。2.他方、肝がんおよび正常肝細胞由来の培養系では、第4染色体のp16遺伝子を含む領域およびその下流のヒト1pに相同性を有する部分にLOHないしhomozygous deletioonが高率に生じ、これら遺伝子が培養細胞の不死化に重要な役割を果たしていることが示された。3.膀胱がんの継代移植中にp16遺伝子の欠失が生じ、この変化はがんのプログレッションに関与する可能性が示された。4.マウス繊維芽肉腫系で、α-4インテグリンの発現低下が転移度と関連することが示された。5.マウス肝がん発生初期に、遺伝子修復に関与するMCH遺伝子の変量に由来する遺伝子不安定性が生じる例があることが示された。野性マウスMSMとC3HマウスのF1雑種にDENで誘導した肝がん及びBBN誘導の膀胱がんにつき、マイクロサテライトプローブを駆使してLOH解析を行ったが、48個の原発腫瘍においては全てLOH陰性であった。25の肝がんより培養系を樹立し解析したところ、今度はその95%に第4染色体のLOHが認められた。プローブの数を増やして詳細に検索した結果、共通欠損領域をα-IFN遺伝子部位の近傍からテロメアにかけての10cMに絞ることができた。同部はヒト染色体9p21-22、1p22-terに相同性があり、9p21-22にはMTS-1遺伝子が載っている。そこでマウスのMTS-1遺伝子をクローニングし、これをプローブに用い検索したところ、57%にhomozygous deletionが、24%にLOHが見出された。しかし、原発腫瘍でMTS-1遺伝子の欠失は見出せない。他方、正常のC3Hの肝細胞を長期に培養すると不死細胞株が得られるが、この株にも第4染色体のヒト1pに相同性を有する部分に高率に欠失が生じることも明らかにされた。以上により、マウスの第4染色体上に培養肝細胞の不死化にとり重要な役割を果たす抑制遺伝子があり、その中の一つはMTS-1である可能性が強く示唆された。また膀胱がんの原発巣にもLOHは見出されないが、ヌードマウスに移植すると、その3/5に第4染色体の欠損が生じた。即ち第4染色体上の問題の遺伝子の機能の喪失は、in vivoのプログレッションにおいても重要である可能性が示された。
無機有機ナノ界面のメゾ特性から見たポリマーナノコンポジットの電気絶縁性能の解明

ポリマーナノコンポジットはポリマーに少量のナノサイズの無機フィラーを添加するもので、元の材料よりも数段優れた特性が得られるので注目を集めている。この新規材料の誘電・絶縁特性は、ナノフィラーとポリマーマトリックスの界面のメゾスコピック特性が強く反映されていると考えている。そのためこれまでのナノフィラーの物理的・化学的特性や組み立てられている界面モデルに立脚して、当該研究者らは界面マルチコアモデルを提唱した。この界面マルチコアモデルを深化させるための研究を行なった。(1)提案している界面マルチコアモデルをベースにして、疎視化分子動力学法によりポリマー鎖の界面吸着シミュレーション研究を行い、モデルの精緻化を図った。(2)界面マルチコアモデルにより種々の誘電・絶縁諸特性の変化を解釈する試みを行なった。(3)耐部分放電性は、ナノコンポジット化で最も顕著な向上が見られる。これは主にナノフィラーによるポリマーのナノセグメンテーションによるものであると結論した。(4)耐トリーイング特性も、ナノコンポジット化で向上する。低電界での寿命の向上は顕著である。トリーの発生や進展は特異な特性を示すが、マルチコアモデルから考えられる界面構造、界面準位、界面電位などの種々のパラメータが影響していると判断した。以上のように誘電・絶縁特性におけるナノコンポジットの界面の役割の解明を行い、学問的および工学的に大きく貢献した。ポリマーナノコンポジットは革新的材料として注目を浴びているが、ナノフィラーとポリマーマトリックスの界面特性がマクロ特性に現れる材料で、物理化学的物性のメゾスコピックの観点からも興味が持たれる材料である。これらの材料を実験室的に創製し、その特性を解明しているが、ナノコンポジット化により耐部分放電特性や耐トリーイング特性が大幅に改善されること、誘電率などに特異な現象が現れることなどを明らかにした。それらの新しい特異な現象や性能の向上を説明するために、マルチコアモデルを提案した。現在は3コアモデルである。これは以下の層で構成あれている。(1)第1層:シランカップリングなどでフィラーとポリマーマトリックスが結合している層である。厚さは数nm程度である。(2)第2層:第1層の形成に影響を受けて形成される球晶領域あるいはエポキシなどで化学量論的に架橋している領域である。10数nm程度である。(3)第3層:マトリックス領域とは異なるが、比較的非晶質的領域で、自由体積が大きいと考えられる領域である。厚さは数10nm程度である。(4)その他、電気化学ポテンシャル平衡の原理による電荷移動(electrotribology)が起こり、電気2重層が形成されている。このモデルに基づいて種々の現象を矛盾なく説明することを試みている。ポリマーナノコンポジットは報告者らの研究成果により革新的な誘電・絶縁材料と認められるようになった。優れた特性の発現のメカニズムをメゾスコピックの立場から解明するのが本研究の目的である。材料として、エポキシ/シリカ系、エポキシ/クレイ系、エポキシ/ベーマイトアルミナ系、エポキシ/チタニア系、ポリエチレン/マグネシア系などを選択し、高電界における挙動を解明するために、主に耐電界特性に着目して、研究を行った結果、(1)耐部分放電性へのナノフィラーの添加の寄与、(2)トリーイング破壊過程におけるクロスオーバー現象、(3)マルチコア界面モデルの提案とそれによる誘電・絶縁諸現象の解釈、(4)分子動力学による界面現象の分析、ついて成果を得た。得られた主な知見を以下にのべる。耐部分放電性の向上はナノフィラーによるポリマーマトリックスのナノ分割とナノフィラーとポリマーマトリックスのメゾスコピック界面の結合強度に依存ずる。トリーイング現象では特異なクロスオーバー現象を見つけているが、低電界では耐部分放電性と同様な効果が働き、高電界では電気二重層をもったメゾスコピックなナノフィラーと高速電子の相互作用の影響を受けて電子を加速しやすい構造になっていると説明した。ナノフィラーとポリマーマトリックスの界面はメゾスコピックな3層をもつ構造となっており、これが誘電・絶縁の諸現象への効果として現れる。

第1層は、有機・無機結合層(イオン結合、共有結合、ファンデアワールズ力による弱い結合など)、第2層は束縛層(ポリマー結晶、球晶、規則配列、化学量論的架橋)、第3層は遊離層(無定形、非化学量論的架僑)である。それにオ^バーラップして電気二重層が形成されている。これを理論的にバックアップするため粗視化分子動力学法による分析を行い、構造上の重要な知見を得た。ポリマーナノコンポジットはポリマーに少量のナノサイズの無機フィラーを添加するもので、元の材料よりも数段優れた特性が得られるので注目を集めている。この新規材料の誘電・絶縁特性は、ナノフィラーとポリマーマトリックスの界面のメゾスコピック特性が強く反映されていると考えている。そのためこれまでのナノフィラーの物理的・化学的特性や組み立てられている界面モデルに立脚して、当該研究者らは界面マルチコアモデルを提唱した。この界面マルチコアモデルを深化させるための研究を行い対外発表を行なった。(1)界面マルチコアモデルにより誘電・絶縁諸特性の可能な解釈を行った。(2)界面マルチコアモデルを証明するため、疎視化分子動力学法により、ポリマー鎖の界面吸着シミュレーション研究を行った。(3)エポキシ/シリカナノコンポジットの電気トリー破壊へのナノフィラーとポリマー間の結合剤の有無の影響を明らかにした。(4)エポキシ/アルミナのマイクロ・ナノ混合コンポジット作製し、電気トリー破壊では界面を多くする細密充填の効果を明らかにした。(5)ポリエチレン/マグネシアナノコンポジットの電気トリー開始をICCDカメラによる徴弱光観測手法を用いて観測し、ナノフィラーによる抑止現象を明らかにした。(6)電界非線形機能をもつシリコンカーバイドのナノフィラーをエポキシに添加して耐部分放電性が向上することを明らかにした。以上のように誘電・絶縁特性におけるナノコンポジットの界面の役割の解明を行い、学問的および工学的に大きく貢献した。
着床・胎盤形成制御の新規遺伝子Hβ58の解析

本研究の目的は、新規Hβ58遺伝子の発現とその機能解析から初期胎盤の成立機構への理解を深めることにある。もともと、この遺伝子欠損(KO)マウスの胚仔は尿膜・絨毛膜接合不全のために妊娠に至らなかった。そこで、この胎盤形成不全のメカニズムを解明するための基礎研究として、この萌芽研究を申請した。最近、このタンパクが細胞内輸送レトロマー・コンプレックスの一構成員であることが報告されたことから、このタンパクの細胞内構成要員を含む、細胞内輸送のメカニズムの解明を試みた。Hβ58遺伝子ヘテロ(+/-)マウスを交配し、Hβ58遺伝子欠損(-/-)マウスを作製し、胎生致死に至る前の胎生6・5日と7.5日目の胎盤を含む胎児とその野生型WTの胎児・胎盤からRNAを抽出した。このRNAをcDNAへ変換した後、DNAアレイ解析を行い、WTとKOマウスでの遺伝子発現の差異を検討した。Hβ58遺伝子の欠損は、細胞内輸送タンパク関連遺伝子や接着因子群に変化が見られただけではなく、核・クロマチン構成因子群の遺伝子にも変化をもたらしていた。これらの変化を精査するために、マウス胚芽細胞(mouse embryonic fibroblast cells)の作出を行い、レトロマー各構成員の遺伝子の強勢発現や抑制から、この遺伝子の機能解析を進めている。さらに、レトロマー構成員の組み換えタンパクを作製し、それぞれへの抗体も作製することができた。これらの事実(積み重ね)から、この遺伝子の細胞内機能、ひいてはHβ58遺伝子欠損による胎生致死へのメカニズム解明のための道具作りを終了し、さらなる研究への基礎データを得ることができた。本研究の目的は、新規Hβ58遺伝子の発現とその機能の解析から初期胎盤の成立機構への理解を深めることにある。本年度は、Hβ58遺伝子ヘテロ(+/-)マウスを交配し、Hβ58遺伝子欠損(-/-)マウスを作製した。Hβ58遺伝子欠損マウスは胎生9.5日目で死に至るので、胎生6.5日と7.5日目の胎盤を含む胎児とその野生型WTの胎児を取り出し、RNAの抽出を行った。さらに、これらのサンプルをcDNAに変換、cRNA作製時にDigでラベルを行いDNAアレイで解析した。それらのデータを元に、サブトラクション解析を行ったところ、細胞内輸送タンパク関連遺伝子や接着因子群遺伝子に変化がみられた。驚いたことに、この遺伝子の欠損は核・クロマチン構成因子群の遺伝子にも変化をもたらしていた。現在、これらのデータは韓国生命工学院と米国カンザス州立大学においてバイオインフォーマティックスによる解析が行われている。遺伝子欠損マウスのみを使用する研究には、繁殖効率が低く時間がかかりすぎるので、マウス胚芽細胞の作出を行った。これにはSV40 long terminal遺伝子発現コンストラクトの導入が必要であったが、WT,ヘテロ、ホモ(-/-)の細胞株(MEF)を樹立することが出来た。現在Journal of Biological Chemistry投稿中の論文は、MEF細胞を中心にHβ58の機能に迫ったものである。
Stanley-Reisner環の理論に現れるKoszul双対性の研究

Stanley-Reisener環が,対応する単体的複体の位相幾何学的性質を様々に反映しているのに対し,その一般化であるsquarefree加群の幾何学的な意味は,暫くはっきりしなかったが,平成14年度の研究で,(n変数多項式環上の)squarefree加群から,(n-1)次元閉球体上の層が構成でき,自然な(スキーム論における"Proj"と類似の)理論が展開できることが分かった.この文脈では,位相幾何学のポアンカレ・ヴェルディエ双対性と,可換代数の局所双対性が等価となる.この研究成果は,投稿中のプレプリント"Stanley-Reisner rings, sheaves, and Poincare-Verdier duality"にまとめた.B. Sturmfelsの問題「normal toric idealは、Cohen-Macaulay(以下、CM)なinitial idealを持つか?」に対し、simplicialな場合に、肯定的な解答を与える事が出来た。詳しく言うと、最近、S. HostenとR. Thomasは、整数計画法的手法を駆使して、simplicialなnormal toric idealは、埋込素因子の無いinitial idealを持つことを示したのだが、私は、このイデアルが、常にCMであることを証明した。一般に、「埋込素因子を持たない」と言う条件は、「CM性」よりも遥かに弱く、normal toric idealのinitial idealに限っても、前者は後者を導かない。「simplicialな」と言う仮定を追加しても状況は変わらないと思われるが、Hosten-Thomasのイデアルは、ちゃんとCMなのである。なお、「simplicial」は、強い条件なので、より一般の場合が今後の課題と言える(実際、Hosten-Thomasの結果は、もう少し広いクラスをカバーしている)。その他の話題としては、E. C. Zeemanが1960年代前半に(複数のホモロジー理論の間の関係を見る目的で)導入した二重複体と、normal toric ring上のsquarefree moduleとの関連が有る。これは最初、E. Millerによって指摘されたが、その後、本研究課題のテーマの一つである反変関手Ext^i_R(-,ω_R)との密接な関連も明らかとなり、現在、Millerとの共同研究が進展中である。また、宮地淳一氏やR. Martinez Villaとのディスカッションを通して、本研究課題と多元環論の話題(例えば、非可換双対化複体、Auslander reguler ring)との繋がりも色々見えてきたので、来年度は、この方向をさらに押し進めたい。Stanley-Reisener環が,対応する単体的複体の位相幾何学的性質を様々に反映しているのに対し,その一般化であるsquarefree加群の幾何学的な意味は,暫くはっきりしなかったが,平成14年度の研究で,(n変数多項式環上の)squarefree加群から,(n-1)次元閉球体上の層が構成でき,自然な(スキーム論における"Proj"と類似の)理論が展開できることが分かった.この文脈では,位相幾何学のポアンカレ・ヴェルディエ双対性と,可換代数の局所双対性が等価となる.この研究成果は,投稿中のプレプリント"Stanley-Reisner rings, sheaves, and Poincare-Verdier duality"にまとめた.
バーチャル都市モデルによる持続可能な都市エネルギーシステム構築シナリオの策定

都市のエネルギー消費および二酸化炭素排出量を高い精度で予測できるシミュレーションモデルを開発し、それを用いて具体的に将来の都市・国土の二酸化炭素削減シナリオを策定した。家庭部門については大阪市および大阪府豊中市、中国上海市についてモデル化を行い、また適用対象を我が国全体に拡大して2025年までの温室効果ガス削減シナリオを示した。また、業務部門については大阪市および豊中市を対象に削減シナリオを示した都市のエネルギー消費および二酸化炭素排出量を高い精度で予測できるシミュレーションモデルを開発し、それを用いて具体的に将来の都市・国土の二酸化炭素削減シナリオを策定した。また、業務部門については大阪市および豊中市を対象に削減シナリオを示した本年度は、従来作成してきたモデルをベースに、1現在ほぼ作成が完了している住宅部門最終需要モデルの完成と多数の都市への応用、2業務部門でのデータベース整備、地域冷暖房等街区での対策モデル作成、3対策メニューの立案とモデルの整備および他都市への応用を実施した。1住宅部門最終需要モデルのソフトウェア整備住宅部門最終需要モデルについて、計算の高速化やコードの整備をおこなった。類型の見直しやアルゴリズム改善、新規ワークステーション導入により、多数のケーススタディが迅速におこない得る環境を整備した。2業務部門におけるデータベース整備地域冷暖房など地区での対策モデル作成業務建物モデルについて、現在の業務部門最終需要モデルで用いていた建物床面積データについて、GISデータなどの導入を図り、特に小規模建物に関する床面積やエネルギー消費に関する精度向上をおこなった。また、地域冷暖房システムモデルを高度化し、最先端のシステムがシミュレーションできるようにした。3対策メニューの立案とモデルの整備および他都市への応用次年度以降シミュレーションの対象とするエネルギー消費削減手法をリストアップし、それに必要な入力データや付加すべきシミュレーションモデルの開発をおこなった。また、住宅部門では住宅断熱の性能向上や機器効率変化についてのストックモデルを改良した。また、業務部門モデルにおいては、水消費、排熱量が同時に計算できるような機能の付加をおこない、多目的評価が行いうるようにした。なお、対象都市として、従来の大阪市以外に、ベッドタウンの大阪府豊中市を取り上げ、現状再現できるモデルまでの作成と、簡単な将来シナリオ評価をおこなった。1.昨年まで開発してきたモデルの改良として、家庭部門に関しては機器のエネルギー効率、住宅断熱の経年変化を扱うストックモデルを開発し、国内各地域の都市、あるいは日本全体の評価が出来るように改良をおこなった。また、ヒートポンプ型給湯器、各種コージェネレーション、太陽電池、太陽熱温水器を評価できるモデルを構築し、その効果、都市における最適導入シナリオをシミュレーションにより明らかとした。業務部門については、モデルの見直しを実施するとともに、本研究で開発した「地域類型モデル」をベースに、シミュレーション入力条件についての実態調査を含む大阪市のモデル化をおこない、地域類型別にエネルギー消費を推計し、また、その改善効果をシミュレーションにより推計した。また、シミュレーション結果を環境効率の観点から評価できる指標の開発をおこなった。2.従来検討してきた大阪市と別に、ベッドタウン的特性の高い近郊都市の代表として大阪府豊中市を選び、現状を再現するモデルの作成および中長期のエネルギー消費削減対策シナリオを評価するシミュレーションをおこなった。3.これらの評価結果を用いて、大阪市のエネルギーフロー図を作成し、エネルギーフロー全体がもたらず化石燃料資源の消費や二酸化炭素排出量、大気汚染物質排出量、潜熱・顕熱別人工排熱排出量などの環境影響を推計し、またエネルギーフローをエクセルギーフローに換算して、エネルギーフローの評価のあり方にも考察を加えた。1.住宅部門のモデルについては、昨年度都市レベルのシミュレーションを積み上げることで全国レベルの評価が行いうる状況に進展したことから、これまで作成してきたストックモデルや各種再生可能エネルギー・高効率給湯システムのシミュレーションモデルなどと併せ、2050年頃までの我が国家庭部門の低炭素化へのシナリオを描き、一部を国際会議論文、学会論文として投稿した。2.大阪市及び大阪府豊中市を主たる対象とし、集合住宅・高層建築(コンパクトシティ)化、地域冷暖房など都市エネルギーシステムの導入、通風利用による省エネルギーや、住棟密度の影響などを考慮し、その建築ストック全体に対して土地利用規制、計画的なストック転換や建築省エネルギー基準強化等の対策を取った場合における省エネルギー・CO2削減効果を定量的に算出し、都市計画的手法の有効性を議論した。また、豊中市に対しては、地区類型を行い、その地区毎にその住宅や住民年齢構成の変容に合わせた効果的な建物建て替え、温暖化対策の導入についてシナリオを示した。3.業務部門については、これまで開発した建築ストックモデル、建築省エネルギー配慮、熱源構成データベース等を応用し、都市全体のエネルギー消費を推計するモデルをほぼ完成させた。4.中国上海市を事例とし、本研究で開発したモデルを適用することにより本モデルの応用可能性を検証した。併せて将来の温室効果ガス排出削減シナリオについて検討した。
大陸に由来するアジアンスモッグ(煙霧）の疫学調査と実験研究による生体影響解明

煙霧時の救急搬送・小児の呼吸症状への影響、呼吸器疾患患者の呼吸器症状を調べた結果、PM2.5と呼吸器による救急搬送と関連がみられた。PM2.5による小児の呼吸器・アレルギー症状との関連は見られなかったが、PM2.5濃度の増加により、有意にマスクの着用が増加した。呼吸器疾患患者では新患の23%が悪化し、鼻炎・花粉症・喘息の悪化が見られた。実験研究では煙霧時採取したPM2.5はマウスの喘息モデルを悪化させた。増悪要因としてLPSや金属、酸化的ストレスが示唆された。PM2.5のタール(化学成分)は免疫担当細胞の活性化を誘導、またPM2.5はマウスのスギ花粉によるアレルギー性結膜炎を悪化させた。1.PM2.5の免疫担当細胞への影響:北九州市で捕集された黒色微小粒子(PM2.5)を360度で熱処理して、マウスに経気道曝露して、脾臓細胞の免疫応答を細胞増殖反応により調べた。LPSとConAに対する反応は、加熱PM2.5を投与したマウスの群で有意に高かった。2.PM2.5のアレルギー性結膜炎への影響:C57BL/6マウスの眼球に生理食塩水、スギ花粉、PM2.5、スギ花粉+PM2.5を点眼し、結膜浮腫と充血に対するスコアーを調べた。スギ花粉+PM2.5群では著しくスコアーが高く、結膜炎に対するPM2.5の増悪作用が認められた。現在、結膜中のサイトカイン濃度を解析中である。3.PM2.5の気管支喘息への影響:卵白アルブミン誘導性のアレルギー性気道炎症に対する熱処理PM2.5と不加熱PM2.5の影響をBALB/cマウスを用いて調べた。その結果、熱処理PM2.5より不加熱PM2.5では著しく好酸球性気道炎症が悪化していたことから、PM2.5に含まれる熱易変性物質と増悪作用との関連が示唆された。4.煙霧(PM2.5)の疫学調査:福岡市・国立環境研究所の分担研究者を中心として、平成26年度春より行う微小粒子状物質(PM2.5)の短期曝露が小児の呼吸器症状に及ぼす影響を評価するための疫学調査およびPM2.5濃度観測の準備を行った。本格調査に先立ち平成25年秋にパイロット調査を行い、質問票・症状日記の記入率やフィードバックの情報をもとに質問票・症状日記の内容を修正するとともに、調査に必要な対象者数、調査実施小学校を決定した。一方、福岡市における救急搬送データと大気環境の観測データを用いた統合データセットを作成するとともに、PM2.5と日々の救急搬送数との関連について統計的手法を用いて評価した。PM2.5濃度の上昇により、救急搬送数、特に呼吸器疾患に関連する救急搬送数が増加した。1.小学生の呼吸器症状に対する煙霧の影響を評価するパネル研究のための本格調査(上田、藤本、木下、鵜野、清水、下原、山本):5月に福岡市内の小学生を対象に調査を行った。質問票・症状日記を配布し、日々の症状情報を集め、また調査期間の大気汚染物質の観測を行った。質問票の回収率は92.4%であり、日々の症状の変動について分析中である。2.呼吸器疾患患者の呼吸器症状に与える煙霧の影響と予防行動に関する調査(岸川):慢性呼吸器疾患患者約1000名に調査を行った。鼻、咳、咽頭、眼、皮膚症状が100130名に出現した。黄砂・煙霧日は外出を控える、マスク装着、薬剤増量などの対策をとっていた。3.黄砂飛来予測と実験研究用PM2.5ダストの収集・成分分析(嵐谷):煙霧時のダストを収集し分析した。PM2.5の発生源について検討した結果、石炭燃料、バイオマス燃料由来であり、大陸からの影響が示唆された。4.黒色微小粒子と化学成分が気管支炎・気管支喘息に与える影響(市瀬、吉田、定金):PM2.5は細胞培養系で酸化的ストレス遺伝子発現を高めた。抗酸化剤(NAC)はその遺伝子発現を低下させたが、炎症性関連遺伝子発現を抑えなかった。マウスのPM2.5経気道曝露ではNACによって肺の炎症とアレルギー炎症が抑制されることを見出した。5.黒色微小粒子と付着する化学成分が免疫担当細胞に及ぼす影響(吉田安宏): PM2.5やPM10を経気道曝露したマウスの脾細胞の細胞増殖活性を低下させたことから、PM2.5やPM10によって免疫担当細胞に障害が起きていることが示された。6.マウス結膜に対する黒色微小粒子と化学成分の影響(三村):大気中の粒子状物質とスギ花粉によるマウス結膜炎モデル実験から、結膜炎症状増悪メカニズムはアレルギー免疫応答による影響だけでなく、粒子の物理的刺激が症状を増悪させていることが明らかとなった。1.小児の呼吸器症状に対する煙霧の影響調査:平成27年5月に福岡市内の小学生を対象とした調査を行い、平成26年の結果と合わせた解析を行った。PM2.5濃度は、呼吸器・アレルギー症状と有意な関連は見られなかったが、PM2.5濃度の増加により、有意にマスク着用が増えることが観察された。2.呼吸器疾患患者の呼吸器症状に与える煙霧の影響と予防行動調査:福岡市の呼吸器疾患患者の粒子状物質の影響を2010年と2015年を比較した。

呼吸器症状、咽喉頭症状、全身症状の頻度が2015年の方が高く、その防護策の頻度も2015年の方が高くなっていた。3.黒色微小粒子と微生物成分が肺の炎症とアレルギー炎症に与える影響:微生物毒素のLPSとPM2.5及び土壌ダストの肺のアレルギー増悪における酸化的ストレスと鉄の関与を抗酸化剤の(NAC)と2価鉄のキレート剤(DFO)を用いて調べた結果、これらの粒子のアレルギー増悪系の一部に2価鉄と酸化的ストレスの関与が示唆された。4.黒色微小粒子と付着する化学成分が免疫担当細胞に及ぼす影響:PM2.5を投与したマウスの脾臓細胞の炎症性サイトカイン(TNF-α)産生は低かった。また粒子付着LPSは、生体反応に影響を与えている一因子であることが示唆された。更に、活性酸素が免疫応答を負に制御しており、酸化ストレスマーカーのHO-1発現がCD11b陽性細胞で増強していることが明らかになった。5.粒子状付着微生物成分のヒト結膜細胞に及ぼす影響:培養したヒト結膜上皮細胞にPM2.5を0,1, 10, 50 and 100μg/mlの濃度で加えて、12,24, 48時間培養し、培養上清中のサイトカインとケモカインを測定した。IL-6やRANTESなどのアレルギー性炎症に必須な蛋白がPM2.5により産生され、PM2.5はアレルギー性結膜炎の増悪に関与していることが示唆された。煙霧時の救急搬送・小児の呼吸症状への影響、呼吸器疾患患者の呼吸器症状を調べた結果、PM2.5と呼吸器による救急搬送と関連がみられた。PM2.5による小児の呼吸器・アレルギー症状との関連は見られなかったが、PM2.5濃度の増加により、有意にマスクの着用が増加した。呼吸器疾患患者では新患の23%が悪化し、鼻炎・花粉症・喘息の悪化が見られた。実験研究では煙霧時採取したPM2.5はマウスの喘息モデルを悪化させた。増悪要因としてLPSや金属、酸化的ストレスが示唆された。PM2.5のタール(化学成分)は免疫担当細胞の活性化を誘導、またPM2.5はマウスのスギ花粉によるアレルギー性結膜炎を悪化させた。福岡市における救急搬送データと微小粒子(PM2.5)および粗大粒子(SPM-M2.5)との関連について解析し、2論文を公表することができた。実験研究では越境粒子状物質が飛来した北九州の煙霧時に採取したPM2.5を多く含む大気粉塵の肺の炎症やアレルギー増悪作用についての研究成果を論文として公表することができた。PM2.5のヒトアレルギー性結膜炎への影響について調査を行い、その研究成果を論文として公表することができた。27年度が最終年度であるため、記入しない。環境毒性学小学生の呼吸器症状に対する煙霧の疫学調査では、昨年の調査に引き続き、煙霧が発生する45月に、小学校高学年1,500人を対象に調査を実施し、症状記録に同期して大気汚染粒子(PM2.5)の曝露量の日データを作成し、この曝露指標と症状日記を比較し、データとしてまとめ前年度データを含めて論文とする。呼吸器疾患患者の呼吸器症状に与える煙霧の影響と予防行動に関する調査では、福岡市内の医療機関において、呼吸器疾患の治療のために通院している患者を対象とし、呼吸器症状記録、治療薬の増減、症状の増悪や予防行動の有無等を調査する予定である。実験研究の動物実験では、PM2.5による肺の炎症やアレルギー炎症増悪が、粒子に付着したLPSによる炎症から生ずる活性酸素による可能性が高いため、今年度は市販のLPSと加熱によって吸着物を取除いたPM2.5を用いて、これらの炎症が抗酸化剤のNACによってどれだけ抑えられるかを、マウスモデルにて調べる予定である。
脂質二重膜中に埋め込まれた蛋白質1分子のエバネッセント場照明によるイメージング

近接場照明を使って、タンパク質1分子の酵素反応を可視化し、それに共役しておこる物理反応(回転、滑り運動)を同時にイメージングすることを目的にして研究を遂行した。近接場照明を生体試料の蛍光観察に応用するときには、試料のガラス表面への固定が問題となってくる。生きたままの試料を観察するために必要な条件として蛋白質分子への影響が少ないことがあげられる。また、強固に結合していることや、取り扱いやすいことなども重要な点である。本年度は、これらの条件を満たす方法としてHis-Tagを用いた蛋白質分子のガラス表面への固定方法を試みた。ガラス表面にNi-NTAを結合させるために、ガラス表面にSH基を導入したあと、アミノ基の結合したNTA(AB-NTA、同仁)を結合させた。ATP加水分解酵素F1をHis-Tagを使用してガラス表面に固定し、その回転運動を観察した。大腸菌F1のaサブユニットに遺伝子工学の手法を用いてHis-Tagを導入した。gサブユニットに導入したシステインはビオチン化の後、ストレプトアビジンを介してビオチン化蛍光標識アクチンフィラメントと結合させた。スペーサーとなる蛋白質を介さずに、直接Ni-NTAをガラス表面に結合させても、F1の活性は失われていなかったことを示す。また、回転速度のアクチンフィラメント長さ依存性を計測し、F1の回転トルクを計測したところ、いままで報告されている値とほぼ同様な値が得られた。
有機ケイ素化合物の交差カップリング反応を基盤とする多元素環状化合物の合成

多ケイ素環状化合物を鍵要素とする機能材料の新規創製をめざして,2,3,5,6,7,8-ヘキサシラビシクロ[2.2.2]オクタンの橋頭位にアリール基を導入する手法を開発した。すなわち,まず超塩基を用いて2,3,5,6,7,8-ヘキサシラビシクロ[2.2.2]オクタンの橋頭位をメタル化したのち,3-ブロモシクロヘキセンをカップリングさせて,シクロヘキセニル基置換ヘキサシラビシクロ[2.2.2]オクタンを収率79%で合成した。つづいて,このビシクロオクタンを酸化剤(2,3-ジクロロ-5,6-ジシアノ-1,4-ベンゾキノンあるいはo-クロラニル)で脱水素することにより,目的の1-フェニル-2,3,5,6,7,8-ヘキサシラビシクロ[2.2.2]オクタンを得ることに成功した。この手法を1および4位にシクロヘキセニル基が置換したビシクロオクタンに適用すると,両橋頭位にフェニル基が置換したかご化合物を得ることができる。さらに,フェニル置換かご化合物に臭素-ジオキサン錯体あるいはヨウ素-トリフルオロ酢酸銀を作用させると,フェニル基の4位を位置選択的に臭素化あるいはヨウ素化できることを見つけた。ケイ素-ケイ素結合の酸化はまったく観測されなかった。導入したハロゲンを手がかりとする交差カップリング反応により,ビフェニル置換かご化合物やπドナー-シグマ連結器-πアクセプター型分子を収率よく合成し,フェニル置換ヘキサシラビシクロ[2.2.2]オクタンの誘導体化が効率よくおこなえることも見つけた。
核燃焼プラズマ中の損失アルファ粒子計測のためのイメージング・ボロメータ開発

5年間の科学研究費補助金交付期間に、我々は以下に示す7つの主要な成果を挙げた:(1) JT-60UのDD中性子環境下でイメージングボロメータの試験を成功裏に実施した。具体的には、赤外ペリスコープと遮蔽構造を用いることで、高中性子束・強磁場環境からDT核融合炉の生体遮蔽装置外側に近いレベルへと赤外線信号を取り出すことができた。(2) 2種類の損失アルファ粒子計測器の試作品について、東北大学高速中性子実験室で試験を行った。1つは1チャンネルの赤外検出器と1枚の減速薄膜から成るもの、もう1つは多層膜の熱検出器とイメージングボロメータを用いたものである。(3)イメージングボロメータ薄膜と赤外カメラのための較正法を開発した。(4)高温運転によるイメージングボロメータの高感度化を実証した。(5)金、プラチナ、タンタルといった様々な薄膜について詳細に調べた。(6)二層薄膜とその製作技術を開発し、特許を申請した。(7)トカマクにおける接線視線をもつイメージングボロメータに対する二次元トモグラフィー法を開発した。今年度はトカマク装置で計測を行なうため新たに赤外線カメラ(FLIR Omega)をJT-60Uへ設置した.JT-60U本体室内への赤外線カメラの設置に関しては,設置場所への残留磁場が計算結果より0.3Tであるため,軟鉄による磁気シールドが必須でありLHDでの経験則から6mm板でシールド箱を作成した.また,中性子による検出器の劣化も無視できないため,30mmのポリエチレンによる中性子シールドを併用した.信号伝送系は赤外線像のアナログ出力とカメラ制御信号を含むデジタル出力があり,いずれも約100m伝送のため光信号に変換し,光ファイバーによる伝送系を含む.信号同期のずれによる問題からデジタル系は今後改良が必要であり,今回は2004年度のJT-60Uプラズマ実験時にアナログ系のみによる測定を実施した.軽水素放電時の放射損失測定では,既存の抵抗型ボロメータによる全放射損失2MW以上においてダイバータ板近傍の周辺プラズマ領域の分布が観測された.また,NBI加熱時に画像が乱れる現象があり,原因については今後検証を行なう.なお本研究に関連して,下記のような出張,および招聘を実施した.2004年11月,芦川がthe ITPA Divertor and SOL meeting(ポルトガル,リスボン)に参加し,第一壁における中性子の影響に関して情報収集を行なった.今後損失アルファ粒子計測を行なう上で,炉の第一壁への入射量などを概算する上で有益な情報となる.2005年1月,Alekseyev博士(TRINITI,ロシア)がNIFSに滞在し,プロトタイプのマルチ薄膜の開発に関する打合せ,および熱海で開催した第一回「プラズマ燃焼のための先進プラズマ計測」シンポジウムに参会した.本シンポジウムには,Petersonおよび芦川も参加し,現状に関し報告した.2005年2月から3月にかけて,Liu博士(西南物理科学研究所,中国)がNIFSに滞在した.Liu博士は2005年度にNIFSでの長期滞在で本研究に参加することを予定しており,その準備として信号較正法の改善を目的としたレーザ径分布計測機器の組み立て,トモグラフィー法に関するコードの改良を行なった.JT-60Uトカマクに設置したイメージング・ボロメータについては、今年度赤外線カメラの遮蔽性能を向上させると共にデータ伝送・収集系の改良を行った。中性子遮蔽として従来3cmであったポリエチレンの厚さを9cmとし、磁気シールド用軟鉄の厚さも6mmから20mmに増加した。更にガンマ線低減のための厚さ15mmの鉛を加えた。これらの遮蔽増強により、従来不可能であった重水素放電での高パワー中性粒子加熱実験時において赤外線カメラがほぼ正常に動作するようになった。さらにデータ伝送・収集系を改良してJT-60Uの放電と同期した14ビットディジタル画像信号データの収集も可能となった。前年度までの手動トリガーによる8ビットアナログ画像データでの測定と較べて大きな進展である。JT-60Uプラズマのコア及びダイバータ部からの放射損失の空間構造が高分解イメージング・ボロメータによって測定可能となり、トカマク炉の環境下におけるイメージング・ボロメータの運転可能性を実証する、と云う本科研費の一つの目標が達成された事になる。

さらに今年度JT-60Uイメージング・ボロメータの詳細な較正データも取得する事が出来た。今後の解析により、イメージング・ボロメータによる測定が絶対値として明らかとなる。一方、多層膜粒子計測における熱検出器としてのイメージング・ボロメータの適用性研究に関しては、東北大学のFNLイオンビーム源を用いて多層膜の材質、厚さ及び層数を変化させる実験を開始した。層数の異なる厚さ1mmと2.5mmの金及びニッケル膜について多層膜のビーム阻止性能評価試験を行った。本研究に関連して、木島博士がヨーロッパ物理学会で、ピーターソン博士が米国物理学会と高エネルギー粒子に関するIAEA技術専門委員会で、またパルチャミ博士研究員が核融合学会で、夫々発表を行った。前年度得られたJT-60Uの赤外イメージングボロメータ(IRVB)の結果を第17回プラズマー表面国際会議にB.J.ピーターソンが発表した。薄膜の較正方法を開発してJT-60UIRVBの較正を行なった。この方法は、HeNeレーザー照射で生じた薄膜の温度分布の実測データを、同じ入熱分布に対して有限要素モデルで求めた温度分布の計算結果と比較する方法である。モデル計算分布と実測分布の比較から、較正に必要な薄膜の厚さや熱特性の局所値を得た。この結果は第16回高温プラズマ計測国際会議及び第16回国際土岐会議(16th ITC)にH.パーチャミーが発表した。準接線方向に視野を持つJT-60Uの一台のイメージングボロメータから、ポロイダル断面上の2次元放射パワー分布を求めるトモグラフィー処理コードを開発した。この結果はY.リュウが16th ITCに発表した。強度と感度を向上するために二重層構造の新しいイメージングボロメータ用薄膜を開発した。試作した薄膜の試験を結果をI.ミロシニコフが16th ITCに発表した。またこの二重層薄膜の特許を日本の特許局に申請した。JT-60UIRVBの性能向上を図るために改造設計を行なうと共に一部の製作を開始した。改造の内容は以下の如くである。受光薄膜を2.5ミクロンの金薄膜から5クロンのタンタル薄膜に、また赤外用真空窓を直径58mmのZnSe窓から100mmのサファイア窓に替える。さらにフッ化カルシウムの赤外光学系を用いた3.7mの赤外線潜望鏡を設け、赤外カメラをOmegaからIndigo/Phoenixに交換する。赤外カメラの遮蔽は、軟鉄:2cmを2cmに、鉛:1.5cmを2cmに、ポリエチレン:9cmを10cmに夫々増強する。IRVB研究開発の概要を16th ITCにB.J.ピーターソンが口頭発表した。損失アルファ粒子検出器の試験計画をA.アレクセーエフが立案した。また2007年度の東北大学の高速中性子研究室での損失アルファ検出器の試作品試験に必要な機器を設計・製作した。本年度、診断能力の向上を狙って、JT-60Uのイメージングボロメータをアップグレードしたものに交換した。変更点を以下に示す。空間分解能を向上させるため、開口部を5mm×5mmから2.5mm(水平方向)×2mm(垂直方向)に縮小した。
窒化物半導体歪み補償量子井戸によるマルチバンド太陽電池

III-V族化合物半導体の量子井戸を用い,3準位系による2段階光電変換を実現し,50%以上のエネルギー変換効率が予測されているマルチバンド太陽電池の実現を目指した.まず,構造制御技術が確立しているInGaAs/GaAsP歪み補償量子井戸を用いた2段階光電変換を,トンネルによるキャリア輸送が可能な超格子構造について実証した.次に,高効率光電変換に適したワイドギャップ3準位系を形成するためのInGaN/AlGaN歪み補償量子井戸積層技術を構築し,従来のInGaN/GaN量子井戸に比べて良好な構造制御性おより発光特性を確認した.最後に本構造からの光励起キャリア取り出しについて基礎検証を行った.III-V族化合物半導体の量子井戸を用い,3準位系による2段階光電変換を実現し,50%以上のエネルギー変換効率が予測されているマルチバンド太陽電池の実現を目指した.まず,構造制御技術が確立しているInGaAs/GaAsP歪み補償量子井戸を用いた2段階光電変換を,トンネルによるキャリア輸送が可能な超格子構造について実証した.次に,高効率光電変換に適したワイドギャップ3準位系を形成するためのInGaN/AlGaN歪み補償量子井戸積層技術を構築し,従来のInGaN/GaN量子井戸に比べて良好な構造制御性おより発光特性を確認した.最後に本構造からの光励起キャリア取り出しについて基礎検証を行った.(1)2段階光電変換の実証:代表者のこれまでの研究により構造制御手法が確立されているIn_<0.2>Ga_<0.8>As(4mm)/GaAsα凸6(3mm)超格子を含む太陽電池をMOVPEにより成長し,光電変換におけるInGaAs吸収端以下のエネルギーを持つ長波長光(以下,赤外光と称する)の効果を検証した.現有の分光量子効率測定装置を改造し,室温で赤外光をチョッピング照射しながら単色光入射時の量子効率を測定した.その結果,GaAsバルクの吸収端より長波長側のInGaAs井戸による吸収波長域のみにおいて,赤外光の照射による量子効率の増大を観察した.超格子挿入太陽電池において2段階光電変換の証拠を観察したのは世界初である.現状で観察された量子効率の増分は0.5%程度と変換効率の増大に寄与するには小さすぎるため,量子井戸の構造を改良することで2段階光電変換による量子効率の増大を図る必要がある.障壁層の厚い量子井戸の場合や,外部からpn接合に逆バイアスを印加した場合には2段階光電変換は観察されなかったことから,超格子内のミニバンド形成が2段階光電変換の鍵になっていると考え,さらに検証を進める予定である.(2)窒化物半導体歪み補償量子井戸成長技術とin situ歪み観察技術の確立:従来用いられてきた圧縮歪み系のInGaN/GaN量子井戸に代えて,格子定数の小さなAlNを障壁に用いたInGaN/AlN歪み補償量子井戸の成長を試みた.歪み補償により,XRD対称スキャンで4次のサテライトピークまで観察される高品位な量子井戸を30層成長することに成功した.種々の構造を成長して検討した結果,量子井戸の0次ピークが下地GaNに近い,つまり歪み補償がより完全な構造ほど,XRDサテライトピークがより鋭く観察され,フォトルミネッセンス強度もより大きいことから,より高品位な結晶が成長できていることが推察された.また,ウエハ曲率のin situ観察装置を導入し,InGaN/AlN量子井戸成長に伴う歪みの蓄積がリアルタイムで観察可能となった.昨年度までにInGaN/AlGaN超格子構造の結晶成長手法を構築してきたが,高効率太陽電池実現のためには,その量子構造から光励起キャリアを効率よく取り出すことが必須となる.しかしながら,窒化物半導体超格子を横切るキャリア取り出しは,InGaAsP系に比べて結晶品位が劣ることなどから大幅に効率が低下すると報告されてきた.そこで,n型ドープしたAlGaN/GaN超格子の両端にn型GaNを接続した共鳴トンネルダイオードを作製し,そのキャリア伝導特性から超格子を横切るキャリア輸送の効率を評価した.その結果,AlGaN層のAl組成が高くなると残留不純物によるドーピングが起こり,キャリア輸送が困難になることが判明し,太陽電池に適用可能なAl組成の範囲が明らかになった.同時に,GaN/AlNの界面に存在する結晶欠陥がキャリア輸送を妨げる傾向がみられ,このことも高Al組成のAlGaN障壁をまたぐキャリア輸送特性を劣化させる要因であると考えられる.これらの要素を考慮しつつ,前述の共鳴トンネルダイオード構造から量子井戸・障壁層の層数を増やした構造を作製し,超格子中のサブバンド間エネルギー差に相当する近赤外光を照射した際の光電流を計測した.その結果,近赤外光の照射による光電流の増加を示唆するデータが得られたが,ノイズが大きく,明確な実証には至っていない.前述の残留ドーピングや界面の結晶欠陥を完全に除去できていないことが妨害要因となっているものと考えられる.一方,AlN/InGaN積層構造の結晶成長から,新たな研究の展開が得られた.意図的に低温で成長するAlNを用いたところ,表面もモフォロジーの悪化したAlN上に形成したInGaNのIn組成が不均一に増大し.電流注入下で高輝度に白色発光する現象が見られた.

これは蛍光体を用いない白色LEDへの応用が期待され,今後検討を進めていく.InGaN/AlN歪補償量子井戸成長におけるウエハ曲率のその場観察について,レーザの入射本数を3本にして互いに直交する方向のウエハ曲率を同時に観察することで,成長時のウエハの回転に伴う曲率測定のノイズレベルを大幅に削減することに成功した.これにより,InGaN/AlN量子井戸の歪み補償をさらに精緻に調整することが可能になったので,量子井戸の層厚を系統的に変化させ,平均歪みのゼロからの微妙なずれが,X線回折におけるサテライトピークの鋭さ,フォトルミネッセンス強度に与える影響について精査した.その結果,平均歪みがGaNテンプレートに対して伸長方向にずれる場合,サテライトピークは鈍くなり,フォトルミネッセンスは500700 nm付近にブロードな発光を示すようになった.これは,InGaN井戸のなかでIn組成が局所的に高い領域が生じて,発光がブロードバンド化しているものと考えられ,伸長歪みの蓄積はInGaN/AlN量子井戸の規則的な成長を阻害することいえる.良好な鋭いサテライトピークと,強い発光を示すInGaN/AlN量子井戸は,平均歪みが若干圧縮側にずれたときに得られた.ただし,この圧縮歪の大きさは,従来のInGaN/GaN量子井戸に比べれば一桁以上小さなものであり,AlN障壁層による歪み補償が高品位な量子井戸を成長するために有効であるという結論に変わりはない.ただし,上述のようにAlN層に印可される伸長歪みが良質なInGaN結晶成長を妨げる傾向があるといえる.このように得られたInGaN/AlN量子井戸を太陽電池に応用するための第一歩として,まずはGaNのp-i-n構造に量子井戸を挿入し,LEDとしての特性を評価した,従来のInGaN/GaN量子井戸に比べて,AlNの大きなバンドギャップに由来すると思われる若干の順方向電圧増大が見られたが,問題なく電流注入発光が観察できた.当初計画通り,In_<0.2>Ga_<0.8>As(4nm)/GaAs_<0.4>P_<0.6>(3nm)量子井戸における2段階光電変換を観察することに成功した.また,計画通りInGaN/AlN歪み補償量子井戸成長の第1段階トライアルと,ウエハ曲率のin situ観察装置の導入を遂行することができた.25年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の新規な点であるInGaN/AlN歪み補償量子井戸については,本年度の実績に述べたように,精緻な歪み補償による高品位結晶成長が可能になった.これは,高精度なin situウエハ曲率観察システムを導入して詳細な歪み補償の調整が可能になったことと,従来申請者が用いていた有機金属気相成長装置で問題となっていたキャリアガスに含有される不純物の影響を純化装置の導入により除去し,水分等不純物の影響を受けやすいAlNを高品位で成長可能になったことに由る.次のステップは量子井戸を横切るキャリア輸送であるが,すでにLED構造による電流注入発光は観測されているので,順バイアスを印加した条件においてはキャリア輸送が可能になったといえる.一方,無バイアス,光照射条件でのキャリア取り出し過程に関しては,量子井戸光検出器型の試験デバイスを作製して検証を試みているが,今のところ良好な結果が得られていない.引き続き,デバイス構造を再検討して取り組む.導入したウエハ曲率のin situモニタリング装置を使いこなし,歪み補償による高品位InGaN/AIN量子井戸の結晶成長技術を確立する.
極限条件における精密磁歪測定の開発と測定

1.希土類モノプニクタイト:CePにおける磁気体積効果Cepは約10Kで反強磁性秩序を示す少数キャリヤ-物質である。これまでの精力的な研究から様々な興味深い現象が観測されているが、今回は特に磁気-温度相図と圧力-温度相図の類似性の解明を目的に磁歪、熱膨張測定を行った。この物質は、大型の純良単結晶試料の作成は非常に難しく、今回用いた試料のサイズは1mm角程度のもので、精密な測定が要求される。そこで実験は高感度三端子容量法を用いて行った。磁場印可に伴うCe^<3+>のΓ8状態の出現に伴い体積は著しく減少し、昇温によって転移点(一次転移)を通過するときにこの格子の縮みが一挙に解消される。この大きさは磁場を高くするほど大きくなる。解析から得られた転移点の圧力依存性は、高圧下の電気抵抗測定で得られている値と定量的に一致する結果となった。このことから磁場印可に伴い逐次出現するΓ8状態は体積を著しく減少させることが明らかとなった。圧力をかけた場合、強制的に体積を縮めることになり、それに伴いΓ8状態は逐次的に増加することが分かる。これは高圧下の中性子散乱実験で得られた結果を指示するものであり、CePにおける磁性の特異性の理解には体積効果が非常に重要であるこを示唆する。2.U2Rh3Si5におけるスピン-格子カップリングこの物質は最近オランダのグループによって単結晶試料が作成され現在共同研究を行っている。もっとも興味深い点は約26Kの反強磁性転移点での物理量の変化が特異的であることである。比熱、電気抵抗、帯磁率測定では転移点付近の非常に狭い領域で一次転移的な振る舞いが観測され、物理量の飛びが見られる。ウラン化合物における四重極秩序は現在までにUPd3やUO2(f.c.c.)で観測されているのみであるが、この物質においてもスピン系と格子系が強くカップルした四重極秩序の可能性があることから熱膨張測定を行った。その結果転移点では他の物理量と同様に一次転移的な振る舞いが観測され、この点において格子が急激に変化する(非常に狭い温度領域で不連続に飛ぶ)ことが明らかになった。その大きさは四重極秩序において期待されるものと同程度であり、この結果からこの物質は磁気秩序とともに四重極秩序を示すことが明らかになった。ウラン系化合物において四重極転移を示す物質は上記のように数少なく、新たな物質として今後の研究が期待される。
認知機能低下や自己効力と運動器の疼痛や機能障害との関係を明らかにする探索的研究

研究1:認知機能低下や自己効力と運動器の疼痛や機能障害(ロコモ)の程度との関係;平成30年度は、南会津町、只見町に在住する住民に対して、慢性痛やHR-QoL、あるいはロコモ25等の調査を3117名、握力とか片脚起立といった簡易体力測定を2118名、MoCA-Jによる軽度認知機能障害の評価を220名に行った。平成31年/令和元年は、福島医大倫理委員会承認のもと、平成30年度の調査に加え、自己効力を調査項目に加え、平成31年4月より調査開始予定である。令和元年度は、認知機能低下や自己効力と運動器の疼痛やロコモとの横断研究を行うと共に、1年間における運動器疼痛の変化について、1年経過時の自己効力の程度がそのように影響を与えているかの検討を行う。研究2:認知機能低下はロコモ予防のための運動療法の効果に影響を与えるか;平成30年度は、只見町のコースとして継続される健康運動教室参加者28名に対し、教室開始前と開始後に各種測定を行った。各種評価項目の変化はバラバラであり、解析数が28と少数のためか、統計学的に有意な情報を見いだすことはできなかった。令和元年度は、介入方法の変更と参加数を増加させる方法を町と相談する予定である。さらに、豪雪地帯である只見町の運動状況を図るため、加速度センサーを希望者に貸与し、季節間の運動の状況(逆に言えば、被座位時間の測定)を行い、これに対する認知機能低下や自己効力と運動器の疼痛やロコモとの関係を明らかにする横断研究を行いたいと考えている。平成30年度は、自己効力に関する調査を行うことができなかったため。令和元年度からは、予定通りの調査研究が進む予定である。研究費の交付が決まった段階で、平成30年度の調査は開始されており、アンケート印刷代や研究に関する業務委託が発生しなかったため、次年度使用額が生じた。また、令和元年度は、予定通り、あるいは予算以上の使用額が生じる見込みである。