hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ナノ周期構造・ナノ繊維構造を用いた幹細胞由来組織再生材料の高度化と軟骨修復

昨年度までに研究が発展したナノ線維構造SATについて研究を進めた.動物由来のコラーゲン溶液を用いて,温度とPHを調整することにより分子間結合を促進させ,タイプIおよびタイプIIの再線維化コラーゲン溶液を生成した.この再線維化コラーゲン溶液の生成時に家兎およびヒト由来の間葉系幹細胞を含有させ,遠心分離による線維充填化を行った後に培養を続け,固形のナノ線維構造SATを生成した.そもそもタイプIIコラーゲンは従来手法ではゲル化させることが不可能とされてきたが,それが本手法により可能となった.これは,軟骨再生を目標とするバイオマテリアル開発における,重要な技術革新であると考えられ,新たな特許申請を検討している.タイプIコラーゲンを成分としたナノ線維構造SATは,ナノ構造やナノ線維を用いない従来のSATに比べ,コラーゲンなどの遺伝子発現が強く,より太いコラーゲン線維がより密に充填されていることを確認した.タイプIIコラーゲンを成分としたナノ線維構造SATは,タイプIコラーゲンを成分としたナノ線維構造SATに比べ,コラーゲン線維が細く,束化されていなかった.軟骨修復実験では,タイプIおよびタイプIIコラーゲンを成分とするナノ線維構造SATを,家兎の大腿骨軟骨に移植した.比較対照として,タイプIコラーゲンと幹細胞を混合したコラーゲンゲルを移植したゲル群,および処置を施さない無処置群を用意した.1ヶ月後および3ヶ月後に修復軟骨を取り出し,組織学的特性と圧縮特性を調べた.その結果,ナノ再線構造SATを用いて修復した軟骨は,軟骨ー軟骨下骨の構造連続性が正常軟骨構造にもっとも近く,ゲル群と同様に高い軟骨分化能を有していることが明らかになった.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。ナノ繊維構造体作成のため,ブタ真皮由来の可溶化コラーゲン溶液を,中性のPBS中に混入させて繊維化させた.この繊維を遠心分離にて濃縮した後,ふたたびエタノール溶液で再分散させ,自然乾燥させてコラーゲンシートを作成した.このコラーゲンシートを培養基盤として用い,ヒト滑膜由来の間葉系幹細胞を含む未分化細胞群を採取して,シート上で培養し,幹細胞/コラーゲン複合体を生成した.この複合体は培養初期には強度と剛性がシート自体のそれらに比して有意に低かったが,培養4週でシートと同等となり,培養8週ではシートに比べ,強度と剛性が有意に増大した.同様の複合体をウサギ滑膜由来の未分化細胞群で生成し,未成熟ウサギの大腿骨荷重部に作成した部分的な全層欠損部に移植した.すると,軟骨欠損部が良好に修復され,12週後において,肉眼所見および組織学的観察結果において,比較対照の欠損群に比べ,正常軟骨に近い形態を示した.また,欠損群に比べ,摩擦係数は差がなかったが,インデンテーション試験では高い剛性を示し,正常軟骨と有意差を示さない程度まで回復した.ナノ繊維構造体のコラーゲン密度を高めるために,上記の繊維化させたコラーゲン溶液にヒト由来の滑膜由来細胞を混入させ,細胞とコラーゲン繊維をまとめて遠心分離しさせ,新たな幹細胞/コラーゲン融合体を生成した.これまでのところ,培養14日目において,幹細胞だけで生成したTECや,上記の幹細胞/コラーゲン複合体に比べ,骨関連遺伝子,軟骨関連遺伝子,タイプIコラーゲンの発現が有意に高いことが分かっている.また,生成された組織内に細胞が高密度で均一に分布していることも分かっている.本研究では,ナノ周期構造を用いた幹細胞由来組織と,ナノ繊維構造を用いた幹細胞由来組織の,ふたつの修復材料の開発が目標とされている.そのうち,ナノ繊維構造を用いた幹細胞由来組織生成に関しては,当初の目標であったコラーゲンシート状で幹細胞を培養する幹細胞/コラーゲン複合体の生成だけでなく,コラーゲン分散体と細胞を同一場で遠心分離して得られる幹細胞/コラーゲン繊維融合体の生成を行うことができた.大いなる進捗である.一方で,もうひとつのナノ周期構造を用いた幹細胞由来組織に関しては,平成27年度の仮実験で生成した組織の観察結果が思わしくなく,また,それを用いて修復したウサギ軟骨の形態や力学特性も正常軟骨にはるかに及ばないものであったために,ナノ構造の作成に関して修正検討を行うにとどまった.結果として,従前の計画のようにフェムト秒レーザーでチタンを加工するのではなく,生体適合性に優れたカーボンナノチューブを用い,チューブを縦方向に配列させたナノ構造表面を用いて新たな修復材料を生成することを計画しており,そのための予備実験を行った.フェムト秒レーザー加工装置によるナノ周期構造チタン基板,およびカーボンナノチューブ(CNT)を垂直配向させたナノ周期構造CNTを作成し,両基板上で動物滑膜由来の間葉系幹細胞を含む細胞の培養を行って,ナノ周期構造幹細胞由来自己生成組織(ナノ周期構造SAT)を生成した.また,動物由来のコラーゲン溶液を用いて,温度とPHを調整することにより分子間結合を促進させることにより,再線維化コラーゲン溶液を生成した.さらに,この再線維化コラーゲン溶液の生成時に上記の間葉系幹細胞を含有させ,遠心分離による線維充填化を行った後に培養を続け,固形のナノ線維構造SATを生成した.これらのうち,間葉系幹細胞を含むナノ周期構造SATとナノ線維構造SATの力学特性は,ナノ構造やナノ線維を用いない従来のSATに比べ,タイプIコラーゲンなどの遺伝子発現が強く,より太いコラーゲン線維がより密に充填されていることを確認した.

また,ナノ周期構造SATのコラーゲン線維が,周期構造と同じ方向に配向性を有することも確認した.軟骨修復実験では,ナノ周期構造SATと,再線維化コラーゲン溶液を固化させた再線維化コラーゲン構造体に間葉系幹細胞を付着させた材料の二種類の材料を,家兎の大腿骨軟骨に移植した.3ヶ月後に修復軟骨を取り出し,様々な試験を行い,力学特性や組織学的特性を調べた.その結果,再線維化コラーゲン構造体上に間葉系幹細胞を付着させた材料を用いて修復した軟骨は,正常軟骨構造に近い,軟骨ー軟骨下骨の構造連続性が確認され,高い軟骨修復能を有していることが明らかになった.当初予定では,フェムト秒レーザー加工装置によるナノ周期構造SATと,ナノ線維構造TECを生成し,それらの所得性を調べ,動物実験による軟骨修復能を調べる予定であった.それらの材料以外に,CNTによるナノ周期構造SATや,高分子化コラーゲン構造体に間葉系幹細胞を付着させた材料を開発するなど,当初予定を上回る研究進捗,成果が得られた.昨年度までに研究が発展したナノ線維構造SATについて研究を進めた.動物由来のコラーゲン溶液を用いて,温度とPHを調整することにより分子間結合を促進させ,タイプIおよびタイプIIの再線維化コラーゲン溶液を生成した.この再線維化コラーゲン溶液の生成時に家兎およびヒト由来の間葉系幹細胞を含有させ,遠心分離による線維充填化を行った後に培養を続け,固形のナノ線維構造SATを生成した.そもそもタイプIIコラーゲンは従来手法ではゲル化させることが不可能とされてきたが,それが本手法により可能となった.これは,軟骨再生を目標とするバイオマテリアル開発における,重要な技術革新であると考えられ,新たな特許申請を検討している.タイプIコラーゲンを成分としたナノ線維構造SATは,ナノ構造やナノ線維を用いない従来のSATに比べ,コラーゲンなどの遺伝子発現が強く,より太いコラーゲン線維がより密に充填されていることを確認した.タイプIIコラーゲンを成分としたナノ線維構造SATは,タイプIコラーゲンを成分としたナノ線維構造SATに比べ,コラーゲン線維が細く,束化されていなかった.軟骨修復実験では,タイプIおよびタイプIIコラーゲンを成分とするナノ線維構造SATを,家兎の大腿骨軟骨に移植した.比較対照として,タイプIコラーゲンと幹細胞を混合したコラーゲンゲルを移植したゲル群,および処置を施さない無処置群を用意した.1ヶ月後および3ヶ月後に修復軟骨を取り出し,組織学的特性と圧縮特性を調べた.その結果,ナノ再線構造SATを用いて修復した軟骨は,軟骨ー軟骨下骨の構造連続性が正常軟骨構造にもっとも近く,ゲル群と同様に高い軟骨分化能を有していることが明らかになった.ナノ繊維構造を用いた幹細胞由来組織に関して,将来の発展の可能性が見出されるため,この開発,改良に全力をつくす予定である.昨年度の検討で,幹細胞とコラーゲンシートの複合では細胞浸潤度に限界があり,軟組織修復のための肥厚した材料生成は不可能であると考えられる.
無拘束ホルタ型血圧-心拍出量計を用いた日常生活場面における昇圧エピソードの解析

男子大学生68名が、24時間ホルタ型血圧-心拍出量計を用いて、平均血圧、心拍出量、末梢血管抵抗を、5分毎に24時間測定された。また、行動日誌を用いて、昇圧エピソードと思われる事柄を1時間おきに3個程度、チェックするよう求められた。計測上のトラブルなどがない、満足すべきデータは、54名にとどまった。その結果、昇圧エピソードの血行力学的機序(1度のみ計測した39名)については、「会話」(17名のみ)が主として心拍出量増加、「TV」(17名)が主として末梢血管抵抗増加、「TVゲーム」(10名)が主として末梢血管抵抗増加、とそれぞれ判明し、従来の実験室的知見からの予想と一致した。次いで、昇圧エピソードの血行力学的機序における再現性(2度計測した15名)については、平均血圧における反応性〔=昇圧エピソード出現時平均血圧/直前(5分前)ベースライン時平均血圧〕の場合、計測-再計測間の相関係数が、「会話」(7名のみ)が0.207、「TV」(10名)が0.252、「TVゲーム」(5名)が0.304、であった。同じく、末梢血管抵抗および心拍出量それぞれの反応性から双方の比を求め、その計測-再計測相関係数を求めたところ、それぞれ0.283、0.366、0.412、であった。こうした中等度の相関は、従来の知見と符合するものであった。さらに、平均血圧の日内変動(1度のみ計測した39名)については、最大エントロピー法を用いて分析したところ、24時間全体で見た長期的変動が24.1時間周期、覚醒時および睡眠時毎にみた短期的変動が、それぞれ1.5時間周期および1.8時間周期であり、それぞれの巾スペクトルの傾きは、-1.077、-0.449、-0.421、であった。24時間全体でみた長期的変動は、l/f的スペクトルであるのに対し、短期的変動は、覚醒時と睡眠時とにかかわらず、人為的ないし行動的な要因に規定された、ホワイト・ノイズ的様相を呈する、と判明した。本一般研究(C)の第1年目では、男子大学生28名を被験者とし、無拘束ホルタ型血圧-心拍出量計を装着させて、被験者の血圧、心拍出量、末梢血管抵抗を、日常生活場面で24時間にわたって間欠的(5分毎)に計測した。その結果、本研究の第1の目的=「体動・運動・飲食・ストレスなど、血圧が上昇する場面(昇圧エピソード)を特定する」こととの関連では、次のようなデータが得られた。すなわち、まず始めに、いずれの被験者においても、24時間全体を通して見た血圧の日内変動には、明らかな2相性(覚醒時対睡眠時)が認められ、これに昇圧エピソードと関連する小さな変動が重畳していた。そこで、頻度の高い昇圧エピソードとしては、会話(電話を含む)、TVおよびTVゲームなどが特定され、高頻度ではないが顕著な血圧上昇を惹起させるエピソードとして、運転および通学などが挙げられた。

次に、本研究の第2の目的=「各昇圧エピソードの血行力学的機序が、心拍出量増加対末梢血管抵抗増加、のいずれであるかを解明する」こととのかかわりでは、上述のような、いずれも能動的対処課題では、ほぼ予想通り、心拍出量が増加するのを認めた。しかし、受動的対処課題(監視、忍耐、無力、・・・)は、これをエピソードとして特定するのがそもそも難しく、したがって、末梢血管抵抗増加のケースを確認することができなかった。こうした第1年目の結果から、昇圧エピソードと対応させるために、被験者につけさせた「日誌」について、なお改善の余地がある。加えて、本研究で導入した、無拘束ホルタ型血圧-心拍出量計自体が、プロトタイプであるための欠陥を有しており、これの改善もなお検討すべきである、との結論に達した。本一般研究(C)の第2年目では、男子大学生30名を被験者とする予定で,研究をスタートさせた。しかし、研究のスタートが時期的に遅れたり、装置の故障があったりで、24名分を計測し終えたところで年度末を迎え、当初の予定を貫徹させることはできなかった。それでも、第1年目に引き続き、無拘束ホルタ型血圧-心拍出量計を装着させて、被験者の血圧、心拍出量、末梢血管抵抗を、日常生活場面で24時間にわたって間欠的(5分毎)に計測した。加えて、第1年目に24時間計測を経験済みの者の中から5名選び、再計測を実施した。(これを10名まで実施することが、第2年目の眼目であっただけに、上記にような理由で貫徹させ得なかったことは、反省が残る。)その結果、本研究の第1の目的=「体動・運動・飲食・ストレスなど、血圧が上昇する場面(昇圧エピソード)を特定する」こととの関連では、第1年目と同様のデータが得られた。すなわち、血圧の日内変動は、明らかな2相性(覚醒時対睡眠時)が認められ、これに昇圧エピソードと関連する小さな変動が重畳する。頻度の高い昇圧エピソードとしては、会話(電話を含む)、TVおよびTVゲームなどが特定される。受動的対処事態(TV)では、末梢血管抵抗増加による血圧上昇を認めるが、能動的対処事態(会話、TVゲーム)では、心拍出量増加による血圧上昇が、必ずしも期待通りには出現しない、などである。次いで、第2年目の目標である再計測組のデータであるが、血圧の日内変動における2相性似ついては、ほぼ類似の傾向を認めた。しかし、昇圧エピソードは第1回目と第2回目で異なるため、血行力学的昇圧機序の比較検討に難しさが残った。本年度は、昨年度に24時間ホルタ型血圧-心拍出量計で計測を実施した20名の男子大学生の中から、ランダムに10名を抽出し、昨年度と同様の方法で、日常生活場面における再計測を試みる予定であった。しかし、被験者の都合がつかず、実際には9名の計測にとどまった。本年度の研究目的は、計測-再計測間の再現性を調べることがあったが、本研究で使用したホルタ型血圧-心拍出量計の現状は、プロトタイプなるが故の、さまざまな計測上のトラブルがあり、満足なデータの得られたのは、さらに2名減って、7名だけであった。そこで、一昨年度から昨年度へかけて、計測-再計測間の再現性を調べた別の10名のデータのうち、満足なデータの得られた8名も加え、合計15名に関する分析を試みた。とくに、行動日誌の分析から、多数の被験者にチェックされた昇圧エピソードとして、「会話」(7名)、「TV」(10名)、「TVゲーム」(5名)を取り上げ、これに絞って計測-再計測再現性を評価した。その結果、平均血圧の反応性(=昇圧エピソード出現時の平均血圧/直前(5分前)ベースライン時の平均血圧)に関する計測-再計測相関係数は、「会話」が0.207、「TV」が0.252、「TVゲーム」が0.304、であった。また、末梢血管抵抗および心拍出量それぞれの反応性から双方の比を求め、末梢血管抵抗反応性対心拍出量反応性の、いずれが相対的に優位であるかの指標とした。そして、これに関する計測-再計測相関係数を求めたところ、それぞれ0.283,0.366、0.412、の値を得た。
実特異点論における同程度特異性問題の研究

実特異点の同程度特異性問題について引続き研究を行なっている。本年度は次の論文をまとめることが出来た。2003年7月18日より8月9日までシドニー大学に滞在し、Tzee-Char Kuo氏とLaurentiu Paunescu氏と特異点理論の突っ込んだ議論を行なった。これはStratification theoryとυ-sufficiencyの問題の関連を理解するのに役立った。これは上記第3論文に反映されている。尚、本年度に以下の講演を行なった。2003年9月3日関西微分解析セミナー2003年9月24日第12回MSJ-IRI「特異点論とその応用」(札幌コンベンションセンター)2003年11月10日東京都立大学特異点セミナー2004年1月5日関西微分解析セミーナー解析関数のブロー解析同値による分類は、基本的問題であるが、二変数の場合に一定の成果を得た。福井不変量と、近年の小池-ParusinskiによるMotivic Zeta関数を用い、二変数の非退化擬斉次多項式の単純な分類を与えた。すなわちf, gを孤立特異点をもつ二変数の非退化擬斉次多項式とすると、fとgがブロー解析的同値であれば、それらの重みは一致する事が示せた。この問題の最終目標は、高次元の場合の同様の研究である。2003年9月3日関西微分解析セミナー2003年9月24日第12回MSJ-IRI「特異点論とその応用」(札幌コンベンションセンター)2003年11月10日東京都立大学特異点セミナー2004年1月5日関西微分解析セミーナー
多重選択的リチオ化とその有機合成への応用

複数のリチオ化可能位置をもつ分子において適当な方法、条件下それぞれの位置を選択的にリチオ化できるならばその分子の合成中間体の有用性は大きく増大する。我々は既に他の目的の研究からジ(2-チエニル)メタンの2ケ所での選択的リチオ化の必要に迫られ、検討した結果、選択的リチオ化を達成し選択性の支配要因を明らかにした。この多重選択的リチオ化の一般性、適用性を明らかにするために今年度以下の系で選択的リチオ化を研究した。トリ(2-チエニル)メタンは種々の塩基でほとんど中心メチン炭素でのリチオ化が起きるが、リチウムイソプロピルアミドを塩基として用いるとイソプロピルアミンを会してチオフェンの5位のリチオ体が平衡としてわずかに存在し、中心炭素リチオ体に比べその反応性が高いために求電子試剤の多くはチオフェンの5位に反応することが明らかになった。この結果は合成上大変有用な応用性をもち、我々はこれをチオフェン環で拡張されたトリメチレンメタン類の合成に適用した。(b)トリ(4-ブロモフェニル)メタンでは中心炭素と臭素置換の炭素での多重選択的リチオ化の可能性があるが、THF中ブチルリチウムの作用で全ての臭素のリチウムとの交換がスムーズに起こりトリリチオ体が高収率で生成する。一方、ジメチルスルホキシド中ジムシルアニオンでは中心炭素が選択的にリチオ化される。前者のリチオ化が動力学支配であるのに対し、後者のリチオ化は熱学支配として矛盾なく説明できる。(c)この他、トリ(4-メトキシフェニル)メタン、1,1-ジハロ-2,2-ジ(4-ハロフェニル)エテン、2-エチニルチオフェンなどについても検討し興味ある知見が得られつつある。
拡散および灌流MR画像と造影MR血管撮影を用いたがんの血流診断に関する研究

1.肝腫瘍を疑われる症例についてエコープラナー法による拡散強調画像を撮像した。肝腫瘍の拡散係数Dと灌流分数fを計算し、病理組織像との比較をおこなった。肝細胞癌、転移、血管腫および嚢胞はそれぞれ異なる拡散係数Dと灌流分数fを持つことが明らかになり、これらの値の組み合わせによって肝腫瘍の鑑別診断が可能になることを明らかにした。充実性腫瘍では見かけの拡散係数ADCは真の拡散係数Dよりも大きい値を示し、ADCには灌流の影響が含まれることを証明した。2.唾液腺腫瘍を疑われる症例についてSPLICE法による拡散強調画像を撮像した。唾液腺腫瘍の見かけの拡散係数ADCを計算し、病理組織像との比較をおこなった。唾液腺の癌腫、腺腫および嚢胞はそれぞれ異なるADCを持つことが明らかになり、ADC値によって唾液腺腫瘍の鑑別診断が可能になることを明らかにした。SPLICE法による拡散強調画像ではエコープラナー法に比べて、頭頚部領域においてアーチファクトのない明瞭な拡散強調画像とADCマップが得られることを証明した。3.食道癌と胃癌の手術材料についてスピンエコー法による高分解能MRIを撮像した。食道癌と胃癌の壁深達度を高分解能MRIで評価し、病理組織所見との比較をおこなった。高分解能MRIは食道壁と胃壁の層構造を明瞭に分離して描出できることを明らかにした。さらに、高分解能MRIによって診断した食道癌と胃癌の壁深達度は病理組織学的な壁深達度とよく一致することを明らかにした。高分解能MRIは食道癌と胃癌の病期診断において高い診断能を示し、術前における病理組織学的病期診断を可能とする方法であることを証明した。4.今後とも、様々な実験を行うことによって全身臓器における撮影方法を最適化するとともに、種々のがんにおける血流診断を施行して臨床的な有用性をさらに追求していく予定である。
スリランカにおける紛争後の社会再建と貧困削減

2018年5月までに、計画をしていたスリランカの旧紛争地域における1600世帯の家計調査を、特に大きな問題や遅れもなく実施することができた。その後、調査委託先のKandy Consulting Groupと調整をしながらデータ入力用のフォーマット作成、実際のデータ入力作業、およびデータのクリーニング作業を進め、9月には最終データを受け取ることができた。その後、共同研究者とともにデータ分析を進め、2019年3月2日には中国から清華大学の共同研究者1名を招へいして神戸大学六甲台第一キャンパスにおいて国際ワークショップを開催し、メンバー2名とともに3つの暫定的な研究成果の報告と内容に関する活発な討議を行った。研究代表者である山崎は、紛争被害による家族の死亡が現在のメンタル・ヘルスに与える影響を分析した。伊藤は、紛争に伴う避難民の移住が、子供の教育水準に与える影響を分析した。さらに海外共同研究者の李は、紛争による難民流入が非紛争地帯の子供の健康状態に与える影響を分析した。これらの研究は、紛争の長期的影響について、直接的な被害だけではなく間接的な悪影響までとらえた分析を行っており、今後の紛争後の復興政策を立案する上で重要な視点を提供することになるであろう。今後はそれらの研究成果をワーキングペーパーとして刊行するとともに、可能であればスリランカにおいて研究発表をすることで、現地研究者からの意見を取り入れ、研究成果を現地に広く還元することを計画している。2018年3月の暴動と外出禁止令の発令により、家計調査の実施開始が遅れてしまったが、調査委託機関の努力により大きな遅れもなく1600世帯の家計調査を実施することができた。また、その後のデータ入力作業およびデータ・クリーニング作業も順調に終わり、9月には最終データを入手することができた。その後、データ分析も順調に進み、年度末の国際ワークショップにおいて全てのメンバーと海外共同研究者が、それぞれ別の研究成果を報告することができた。これらの実績は概ね予定どおりの成果であり、順調な進捗状況である。最終年度は、調査結果に基づく研究成果をスリランカで報告することで、現地研究者のフィードバックを得るとともに、現地に広く研究成果を還元する予定である。しかし、4月21日に発生した連続爆弾テロ事件に伴い、現地の治安状況は悪化しており、現地での研究報告が可能であるかどうか、慎重に判断する必要がある。従って、状況次第では、日本にスリランカから研究者を招へいする形での国際ワークショップの開催や、共同研究者のいる中国での研究報告などに、発表の場を変更することも検討する予定である。その上で、研究成果を学術雑誌に投稿し、広く研究成果の公表を進める予定である。本年度は基本的な文献収集とデータ収集を中心に行った。2017年2月には研究代表者および分担者の計3名による10日間の現地調査を実施した。まずコロンボにおいて、基礎データとして2011年国勢調査データおよび2012年度家計所得消費支出調査のデータを入手した。さらに現地共同研究者と打ち合わせを行い、共同で北部の紛争地域を訪問し、聞き取り調査を実施した。現地では、県知事から家計調査の許可をもらうとともに、紛争の影響に関する基本的な情報を得ることができた。とりわけ反政府勢力による占領が20年以上前に解消したにもかかわらず、まだ多くの難民キャンプが存在することが分かった。そこでジャフナ大学の教員の協力を得て、難民キャンプを訪問し、難民差別とカースト差別が密接に絡み合っていることが新たに分かった。さらに元反政府勢力のメンバーの協力を得て、反政府勢力の拠点であったキリノッチで再定住村、障碍者団体や孤児院などを訪問するとともに、最後の激戦地であるムラティブでは元政府組織の代表者から話を聞くことができた。そこで今後の家計調査対象として、難民キャンプおよびキャンプから再定住した人々、そして激戦地における影響を中心とした家計調査を実施することが有益であることを認識した。今年度の現地調査では、紛争の影響に関する実態を把握することができたと同時に、未だに難民キャンプに居住する人々が多く存在し、彼ら、彼女らの境遇について、認識を新たにすることができた。とりわけ寡婦や障碍者における支援の重要性と、タミル社会におけるカースト差別と紛争被害の重層構造について、解明する必要性を理解することができた。今後の課題としては、現地における共同研究者とともに、家計調査の実施体制を構築することと、さらなる既存データの収集をすることである。初年度の成果として、今後の調査の見通しを立てることができ、有益な聞き取り調査を実施することができた。本年度は家計調査に向けた準備とその実施を主に行った。2017年7月から8月にかけて現地調査を行い、現地の研究者数名と会い、調査内容についての討議を行った。その結果、予定していたウヴァ・ウェラッサ大学のKumara上級講師に代えて、ペラデニヤ大学のUsoof-Thowfeek上級講師を共同調査のメンバーとして加えることになった。さらに調査委託先機関としてKandy Consulting Groupと議論を重ねた結果、神戸大学と正式に調査委託契約を締結するに至った。その後、質問票の作成を続け、2017年11月には再び現地調査を行い、質問票のテストのためのパイロット調査をKandy Consulting Groupの協力の下、Trincomalee県で100世帯を対象に実施した。帰国後、パイロット調査データを用いた分析を行い、紛争の直接的被害を受けた人は、終戦後8年が経過した後でも主観的幸福度が低く、うつ病のリスクが高いことが確認された。また、こうしたメンタルヘルスの悪化が、労働参加率を引き下げている可能性も示した。

この研究成果は、2018年3月に論文として出版されている。パイロット調査から帰国後、質問票のさらなる改訂作業を行い、質問票のシンハラ語、タミル語への翻訳を行った。2018年2月から3月にかけて再び現地調査を実施し、現地共同研究者およびKandy Consulting Groupと共同で約20名の調査員および調査監督員のトレーニングを、シンハラ語、タミル語の通訳を介して実施した。引き続いて2018年3月から4月にかけて、旧紛争地域の1600世帯を対象とした家計調査を実施した。本研究は、スリランカ内戦の影響について家計調査をもとに分析することを目的としたプロジェクトである。予算的制約から、今回の調査では人工フィールド実験を行わないことにし、さらに難民キャンプからの再定住がほとんど完了する状況となったため、難民キャンプを調査対象から除外し、旧紛争地域全体を代表する家計調査を実施することとした。こうした変更点はあるものの、調査・研究計画は予定どおりに進捗した。家計調査に向けて、現地調査機関との調査委託契約の締結、現地共同研究者との質問票作成、パイロット調査、調査員・監督員トレーニング等を順調に終え、2018年3月から4月にかけて1600世帯の本調査を実施するに至った。また、パイロット調査データに基づく論文1本を出版した。以上から、順調な進捗状況を示していると判断する。2018年5月までに、計画をしていたスリランカの旧紛争地域における1600世帯の家計調査を、特に大きな問題や遅れもなく実施することができた。その後、調査委託先のKandy Consulting Groupと調整をしながらデータ入力用のフォーマット作成、実際のデータ入力作業、およびデータのクリーニング作業を進め、9月には最終データを受け取ることができた。その後、共同研究者とともにデータ分析を進め、2019年3月2日には中国から清華大学の共同研究者1名を招へいして神戸大学六甲台第一キャンパスにおいて国際ワークショップを開催し、メンバー2名とともに3つの暫定的な研究成果の報告と内容に関する活発な討議を行った。研究代表者である山崎は、紛争被害による家族の死亡が現在のメンタル・ヘルスに与える影響を分析した。伊藤は、紛争に伴う避難民の移住が、子供の教育水準に与える影響を分析した。さらに海外共同研究者の李は、紛争による難民流入が非紛争地帯の子供の健康状態に与える影響を分析した。これらの研究は、紛争の長期的影響について、直接的な被害だけではなく間接的な悪影響までとらえた分析を行っており、今後の紛争後の復興政策を立案する上で重要な視点を提供することになるであろう。今後はそれらの研究成果をワーキングペーパーとして刊行するとともに、可能であればスリランカにおいて研究発表をすることで、現地研究者からの意見を取り入れ、研究成果を現地に広く還元することを計画している。2018年3月の暴動と外出禁止令の発令により、家計調査の実施開始が遅れてしまったが、調査委託機関の努力により大きな遅れもなく1600世帯の家計調査を実施することができた。
小児熱性けいれんに伴う脳症とけいれん重積症を鑑別する新規髄液マーカーの探索

【目的】小児の熱性痙攣はほとんどが軽症疾患によるものだが、重篤なケースでは髄液検査が行われる。熱性痙攣の症状を示す疾患には脳炎(髄液による診断が容易)、脳症(24時間以内の早期治療が予後に大きく関係)、痙攣重積症(鎮静剤の投与で完治)がある。特に、脳症と痙攣重積症は全く治療法が異なるにもかかわらず、両者を判別するマーカーがないことから早期診断が難しい。我々は、脳症患者の髄液中α2マクログロブリン(α2M)が顕著に増加し、入院加療にて正常レベルまで低下する症例があることを見出した。本研究では髄液中α2Mが脳症と痙攣重積症を区別するための疾患マーカーとなりうるかを多数症例にて検討する。【方法】熱性痙攣のうち1重篤な症状を引き起こす脳炎・脳症と2軽症疾患の痙攣重積症・熱性痙攣の2群で比較検討する。髄液中α2Mはα2M Elisaで定量を行い、両群の「有意差」「感度と特異度」をROC曲線で算出し、評価・判定する。【研究成果】脳炎・脳症(n=15、平均年齢4.0歳)と痙攣重積・熱性痙攣(n=24、平均年齢2.5歳)において髄液中α2M濃度に有意な差が認められた(p=0.016 Mann-Whitney U検定,脳炎・脳症α2M 5.7±6.5μg/mL,痙攣重積・脳症α2M 2.6±3.7μg/mL)。また両者の感度と特異度は75.0%、73.3%、Cut Off値は1.76μg/mLであった。一方で両群の血清中におけるα2M濃度は脳炎・脳症(n=11)と痙攣重積・熱性痙攣(n=9)において有意な差は見られなかった(p=0.152 Mann-Whitney U検定,脳炎・脳症α2M 402±143mg/dL,痙攣重積・脳症α2M 350±65mg/dL)。これらの結果から髄液中α2Mは脳炎・脳症で有意に上昇し、脳症と痙攣重積症の区別に有用なマーカー候補になると示唆された。
哺乳類の光同調機構に果たす、神経成長因子とインシュリン様成長因子の役割:ラット視交叉上核培養細胞を用いた解析

概日リズムをもたらす生物時計は、哺乳類において、視床下部の視交叉上核(SCN)に存在する。in vivoの実験系において、SCNのvasoactive intestinal polypeptide(VIP)の光刺激に対する反応性は、刺激を始めた位相に依存することが示されている。これはVIP上で光情報と時間情報が統合されることを意味している。今回、in vitroの実験系でこの現象を再現し、時間情報が神経栄養因子(NGF)によってもたらされる可能性を調べた。in vitroの実験系としては、SCN切片を2週間回転培養したものを用いた。2時間毎にSCNから培養液中に放出されるVIP量を酵素免疫測定法によって調べたところ、明確なサーカディアンリズムを示した。このことから、in vitro SCNにおいても、VIPが時間情報によって制御されていることが示された。次に、光情報をSCNに伝達する受容体と考えられているN-methyl-Daspartate(NMDA)受容体の作動薬(NMDA)を投与したところ、位相依存性にVIP放出リズムの位相を変えた。このことから、in vitro SCNにおいても、VIP上で光情報と時間情報が統合されることが明らかになった。一方、NGFをSCN培養細胞に投与すると位相依存性に前癌遺伝子であるc-fosが発現した。また、in vivoで、NGFをSCNに投与すると位相依存性に行動リズムの位相を変えることが示された。これらのことは、NGFが時間情報を担う物質であることを示している。以上のことから、時間情報がNGFを介してVIPに伝えられている可能性が考えられた。
ナノ機能元素制御高機能薄膜材料の創成

主に薄膜系材料の微細組織制御技術について研究を行い、次の結果を得た。SrTio_3ホモエピタキシャル薄膜ではレーザー照射エネルギー密度による微量のSr/Ti比の制御法を確立させた。Sr過剰では薄膜中にSrO層が形成し、Ti過剰ではSr空孔が形成するとともに、この欠陥構造は薄膜成長温度に依存して種々変化することを明らかにした。他に、化合物半導体の薄膜中転位密度の軽減方法、SrMnO_3では、薄膜中の欠陥構造とMnの価数変化、酸素イオンの周期構造について系統的に調べた。種々の材料における機能発現は、転位、粒界、界面などの格子不整合領域に偏析、集積したドーパント(機能元素)に依存する。本計画研究では、この機能元素の役割を明らかにし、機能元素の理論予測に立脚した新規材料の創製を行っていくことを目的としている。具体的には、(1)PLD法による複合酸化物薄膜形成時の陽イオン比レーザーフルーエンス依存性の精密制御法、さらには陽イオン空孔の制御法を確立させる。最終的には陽イオン空孔を制御した新たな機能性薄膜材の作成を行う。(2)MOCVD法による選択横方向成長による高品位化合物半導体薄膜結晶を得るための成長条件の確定、および、得られた薄膜における貫通転位の形成状態と薄膜の物性との相関性について明らかにし、従来以上の高い結晶性を有した化合物半導体薄膜を作製する。(3)GaN, AlN,などの化合物半導体、STOなどの複合酸化物薄膜中の貫通転位を利用した転位ナノ細線を作成し、その物性と原子構造などとの相関性を明らかにする。最終的には、転位を利用した新たな機能材料の創成に挑戦する。初年度である本年度は、・STO単結晶基板表面の原子構造制御、・新規PLD装置の整備、・PLD法によるSTO薄膜の作成、および、・転位電気伝導特性の評価、を行った。STO単結晶を10001200°Cにおいて熱処理することにより表面の原子レベルの平坦性を有したステップ構造を形成させ、そのステップ高さおよび表面終端原子面の直接観察、および、その電子状態分析を行った。その結果、ステップ構造はドーパント種を変えることにより制御可能であることを見出した。このドーパント効果は、STO単結晶中において生じるSr,Tiの空孔形成エネルギーがドナー、もしくは、アクセプターにより変化することに起因するものと考えられる。無添加STO単結晶では、表面近傍の領域においてTiの組成が上昇することが見出された。電子線回折よりこの領域はペロブスカイト型構造を有していることが確認され、このTi組成の増加はSr空孔が導入されているものと考えられる。電子エネルギー損失分光法によりこの領域においてはSr空孔に起因した電子状態が存在することが確認できた。また、終端原子面はSrレイヤーとなった。一方、この試料にNbをわずか添加したところ、このSr空孔領域が減少するともに明瞭なSrレスの領域の形成がされなくなることが明らかとなった。カチオン比を制御したSTO薄膜の構造評価および電気特性評価を行いカチオン比の変化に伴いその伝導特性が系統的に変化することを見出した。また、化合物半導体単結晶に転位を導入し、その転位中での電気伝導の直接観察に成功した。本年度は、1PLD法における複合酸化物薄膜中陽イオン比のレーザーフルーエンスの影響2化合物半導体の薄膜中転位構造制御、3GaN単結晶の転位電気伝導、に関する研究を行った。1についてはSTOをモデル材料として選定し、その薄膜中のSr/Ti比のレーザーフルーエンス依存性を調べた。その結果、薄膜中のSr/Ti比はレーザーフルーエンス依存性を示し、臨界値以下ではSr過剰組成となること、臨界値以上ではTi過剰となることが明らかとなった。この臨界値においてはSr/Ti比は化学量論比となること、また、基板との整合性は極めて高い高品質な薄膜材が得照れることがわかった。この複合酸化物における陽イオン比のレーザーフルーエンス依存性は、SrMnO3、LaA103、SrRuO3などの物質においても同様に得照れることが確認できた。今後この機構についてさ照に詳細に検討する予定である。2については、Si基板上への微細加工を施すことによる膜中転位の密度低減を行った。Si基板表面にSiO2膜形成後、約1ミクロン程度の微小孔を開け、露出したSi基板上か照の横方向成長を行うことにより膜中転位密度が極めて低い高品質な結晶膜の作製に成功した。横方向成長した結晶膜において、微小孔上方向には基板か照形成した転位の成長が認め照れたが、SiO2上の膜中では転位密度が大きく減少することが確認された。今後、その界面構造などについて検討していく。

3については単結晶GaNを塑性変形させ、導入した転位の電気伝導を直接測定した。導入された転位は刃状転位であり、また、その転位コアを中心として転位に沿った電気伝導を確認した。この電導の機構については現在調査中である。パルスレーザー体積法を用いた薄膜作成について、化学量論比から微量の陽イオン比変化させたSrTiO3機能性薄膜の合成条件、ならびに、その微細組織の評価を行った。ターゲット材にはSrTiO3単結晶基板を使用し、レーザーアブレーション時の照射レーザーエネルギー密度を変化させたときに堆積されるSrTiO3ホモエピタキシャル薄膜のSr/Ti比変化を調べたところ、レーザーエネルギー密度がある閾値以下であるときにはSr過剰、それ以上ではTi過剰となることを確認した。この陽イオン比を微量変化させた薄膜の微細組織を解析したところ、薄膜中に形成される第二層組織や点欠陥組織が大きく変化することを見出した。Sr過剰組成では薄膜中にSrOのレイヤー構造が形成され、さらに、その成長方向は過剰Sr量が少ない場合には基盤面に対して垂直方向に成長するが、過剰Sr量の増加とともに基板面平行方向に変化することがわかった。一方、Ti過剰側では、過剰なTiがSr過剰試料の場合のようにTiO2などの第二層として形成されるのではなく、Sr空孔として薄膜中に含まれることがわかった。さらにこのSr空孔の原子レベルでの構造解析、ならびに、その電子状態計測についても行った。一方、これらの薄膜作成についてより高度な制御を行うことができる薄膜合成用真空チャンバーの設計についても執り行った。その他、Siフォトニック材料の回路(形状)設計、SrRuO3系薄膜の合成と微細組織解析、GaAsおよびGaP系化合物半導体薄膜の合成および薄膜中転位組織の解析などについても行った。本年度は、(1)SrMnO3薄膜の酸素空孔の原子構造解析、(2)フォトニック結晶の光バンドギャップ制御、(3)SrRuO3薄膜のSr/Ru比制御および(4)ジルコニア焼結体の水酸化物イオン伝導について研究を行った。(1)については、レーザーエネルギー密度を制御してSr/Mn比を制御したSrMnO3薄膜を作成し、薄膜中に導入される酸素欠陥の周期構造を走査透過型電子顕微鏡法により直接観察を行った。酸素空孔位置を直接同定するとともに、その第一近接陽イオン位置が酸素空孔によって変化することを見出した。(2)については、アモルファス構造であるにもかかわらず、フォトニックバンドギャップ(PBG)を形成する「フォトニック・アモルファス・ダイヤモンド」をマイクロ波領域のサイズで作製し、PBG形成を実証した。この成果はPhysical Review誌のeditorが選ぶ注目論文に選出された。また、金属、共有結合性結晶、イオン結晶等の種々の物質のパイエルス応力を転位の線張力モデルに基づいて導出し、h/b(h:すべし面間隔、b:バーガースベクトルの大きさ)値で整理した。多くのデータ点はPeierls-NabarroモデルとHuntingtonモデルの間に位置することが示された。(3)については、SrRuO3焼結体ターゲットを用いたPLD法によるエピタキシャル薄膜成長において、アブレーション条件に加え基板温度と酸素圧力を制御することによってSrRuO3はもとよりSr2RuO4、Sr3Ru2O7を作り分けることができることを見出した。(4)については、ジルコニアセラミックスの生体内を模擬した環境下における相安定性に及ぼす機能元素の影響についての検討を行った。
人間の知的情報処理機構をベースとする非線形適応信号処理

1.信号処理プロセッサ上への実現:本研究で開発した非線形適応信号処理アルゴリズムを信号処理プロセッサ上に実装し,信号処理部,データ入出力部,データベース部間のインターフェイスを作成した.2.雑音除去への応用:室内騒音を対象として実データを収集し,信号データベースを構築した.その際,信号からの知識獲得戦略,つまり雑音除去特性を向上させるためには信号のいかなる特性を抽出すべきかを調べた.また,マイクロホンとスピーカーの数,方向,位置,人間との相対的位置など,データ収集戦略(どのようなデータをどれだけ集めればよいか)と信号生成戦略(どのような信号を発生させればよいか)についても検討した.その結果,マイクロホン間の相対的な距離を先見的知識として与えることにより,収束特性が向上することが明らかになった.3.実システム上での評価:従来の線形逐次最小二乗アルゴリズムを上記の信号処理システム上に実装した.そして,処理速度,雑音除去特性,記憶容量を比較評価し,本手法の有用性を検証した.その結果,本手法の計算量は線形逐次最小二乗アルゴリズムより多くなるものの,現状のハードウエアで十分処理が可能であり,また雑音除去特性が優れていることが明らかになった.1.データベースの構築:時々刻々と観測される時系列信号をそのままデータベース化すると膨大な記憶容量が必要となる.そこで,信号の周波数成分により分類し,データベースに系統的に格納した.その際,共有記憶メモリ構造を導入し,類似性のある信号データのメモリ領域を共有化することで記憶容量を節約を計った.その結果,音声データを対象とした場合,約80%記憶容量が削減できることがわかった.2.検索システムと推定器の設計:質問点と類似の特性を持つ信号を,データベースから検索するシステムを設計した.その際,レジスタ,メモリ,ハードディスクからなる階層型メモリ管理法を導入し,頻繁にアクセスするデータほど上層に適応配置することで検索速度の向上を計った.ついで,検索した信号を基に局所モデルを作成し汎化機能を付与することで質問点における出力値を推定した.その結果,信号の類似性を評価する基準としてDCT係数が,距離空間としてユークリッド距離が有効であることがわかった.また,精度の点からはRBFが,演算速度の点からはGRBFが,局所モデルと有効であることがわかった.3.データベースの時間更新:非定常信号に対応するために,データベースの内容を時間更新する方法を検討した.具体的には,観測される最新のデータを挿入すると同時に,データベース内の最も古いデータを削除することで,データベース内のデータ数を常に一定値に保つようにした.さらに,データに時間情報を付与し忘却係数を導入することで,追随性を向上させるようにした.音声データに適用した結果,忘却係数は0.999,データベースサイズは500の時,最も精度がよくなることがわかった.1.信号処理プロセッサ上への実現:本研究で開発した非線形適応信号処理アルゴリズムを信号処理プロセッサ上に実装し,信号処理部,データ入出力部,データベース部間のインターフェイスを作成した.2.雑音除去への応用:室内騒音を対象として実データを収集し,信号データベースを構築した.その際,信号からの知識獲得戦略,つまり雑音除去特性を向上させるためには信号のいかなる特性を抽出すべきかを調べた.また,マイクロホンとスピーカーの数,方向,位置,人間との相対的位置など,データ収集戦略(どのようなデータをどれだけ集めればよいか)と信号生成戦略(どのような信号を発生させればよいか)についても検討した.その結果,マイクロホン間の相対的な距離を先見的知識として与えることにより,収束特性が向上することが明らかになった.3.実システム上での評価:従来の線形逐次最小二乗アルゴリズムを上記の信号処理システム上に実装した.そして,処理速度,雑音除去特性,記憶容量を比較評価し,本手法の有用性を検証した.その結果,本手法の計算量は線形逐次最小二乗アルゴリズムより多くなるものの,現状のハードウエアで十分処理が可能であり,また雑音除去特性が優れていることが明らかになった.
電子-イオン・コインシデンス分光を用いた表面分析装置の開発と応用

平成12-13年度には、Kai Siegbahnらの提案した同軸対称鏡型電子エネルギーアナライザーとコンパクトTOF飛行時間型イオン質量分析器、位置調整機構から構成される新しい電子-イオン・コインシデンス分光器を製作した。この装置を用いて凝縮したH_2Oの4α_1←O1s共鳴励起において共鳴オージェ電子-H^+コインシデンス測定を行なったところ、コインシデンスイオン検出効率が従来のCMAを用いたコインシデンス分光装置より一桁以上改善されることがわかった。さらにSi(111)清浄表面のXeF_2によるフッ化過程の測定に応用し、光電子-イオン・コインシデンス分光法によってフッ化過程を高感度で測定できること、XeF_2導入量が10000Lを超えると表面第2層のSi層のフッ化が始まること、などを見出した。平成14年度には同心円状3分割アノード型MCPを用いてコンパクト極角分解型飛行時間イオン質量分析器を開発し、電子-極角分解イオン・コインシデンス分光装置を製作した。本装置は、特定の光電子放出終状態あるいはオージェ終状態に由来するイオンの質量と収量、脱離極角、運動エネルギーを測定できる。本装置を凝縮H_2Oの4α_1←O1s共鳴励起誘起H^+脱離機構に応用し、イオン脱離機構には2種類あり、その比率が表面法線方向に脱離するH^+と法線から20度以上傾いた方向に脱離するH^+とで異なることを示唆する結果を得た。さらに、本装置の普及を図るため、電子イオン・コインシデンス分光によるイオン脱離研究の総説、解説を執筆した。また、電子-イオン・コインシデンス分光研究として、Si(100)表面上に吸着したCF_3CD(OH)CH_3のClsイオン化に由来するサイト選択的イオン脱離の研究とSi(100)表面上に吸着したH_2OのClsのシェイクアップ、シェイクオフイオン化に由来するH^+脱離の研究を報告した。電子-イオン・コインシデンス分光法は、表面にX線を照射して、光電子あるいはオージェ電子をエネルギー分析して測定するとともに、電子と同時に脱離するイオンを質量分析して検出する手法であり、1.表面水素を検出でき、水素が結合している原子を特定できる、2.表面の組成と化学的状態を高感度非破壊で分析できる、3.操作性が高く、初心者でも扱える、など、表面分析法として優れた特性を持っている。本研究の目的は電子-イオン・コインシデンス分光法を利用した新しい表面分析装置を製作し、半導体素子や高分子、触媒などの表面に応用して、関連する諸工学に貢献することである。本年度の成果は、1.Kai Siegbahnらの提唱した高感度高分解能電子エネルギーアナライザーを採用した電子-イオン・コインシデンス分光器を製作し、性能評価を行なった。E/ΔE=160の分解能が得られた。従来の分解能の約1.5倍である。2.電子エネルギー分析器に内蔵する直径φ26mmのコンパクトな飛行時間型イオン質量分析器を開発した。3.分析器の位置微調整機構のついたICF203支持フランジを開発した。4.コインシデンス分光専用の超高真空装置を立ち上げた。の4点である。今後は各部品を改良してコインシデンスアナライザーを完成し、性能評価を行なうとともに応用研究を遂行する予定である。

電子-イオン・コインシデンス分光法は表面にX線を照射して、光電子あるいはオージェ電子をエネルギー分析して測定するとともに、電子と同時に脱離するイオンを質量分析して検出する手法であり、1.表面水素を検出でき、水素が結合している原子を特定できる、2.表面の組成と化学的状態を高感度非破壊で分析できる、3.操作性が高く、初心者でも扱える、など、表面分析法として優れた特性を持っている。'本研究の目的は電子-イオン・コインシデンス分光法を利用した新しい表面分析装置を製作し、半導体素子や高分子、触媒などの表面に応用して、関連する諸工学に貢献することである。本年度の成果は、1.高感度高分解能電子-イオン・コインシデンス分光装置を改良した結果、安定して表面分析を行なえるようになった。分解能は従来の約1.5倍、S/B比は従来の約2倍であった。2.Si(111)清浄表面のXeF_2によるフツ化過程の測定に応用し、光電子-イオン・コインシデンス分光法によってフッ化過程を高感度で測定できること、XeF_2導入量が10000Lを超えると表面第2層のSi層のフッ化が始まること、などを見出した。今後は各部品を改良して分解能と感度を改善し、Si単結晶表面の酸化、フッ化過程の測定などの応用研究を遂行する予定である。電子-イオン・コインシデンス分光法は、特定の光電子放出終状態あるいはオージェ終状態に由来するイオンの質量と収量を測定する手法であり、(1)表面水素を高感度で検出でき、水素が結合している原子を特定できる、(2)表面の組成と化学的状態を高感度非破壊で分析できる、(3)操作性が高く初心者でも扱える、など、表面分析法として優れた特性を持っている。本年度の成果は以下の4点である。1.同軸対称鏡型電子エネルギー分析器とコンパクト飛行時間イオン質量分析器、xyzステージから構成される高感度高分解能電子-イオン・コインシデンス分光装置を改良し、S/B比を従来の10倍に改善するとともに操作性を向上させた。2.同心円状3分割アノード型MCPを用いてコンパクト極角分解型飛行時間イオン質量分析器を開発し、電子一極角分解イオン・コインシデンス分光装置を製作した。本装置は、特定の光電子放出終状態あるいはオージェ終状態に由来するイオンの質量と収量、脱離極角、運動エネルギーを測定できる。3.電子-極角分解イオン・コインシデンス分光法をsi(111)清浄表面のXeF_2によるフッ化過程の測定に応用した。その結果、Si-F結合が表面法線方向に配向しているSiF種とSi-F結合が表面法線方向から傾いているSiF_3種を識別してF^+脱離過程を研究することに成功した。4.電子-極角分解イオン・コインシデンス分光法を凝縮H_2Oの4a_1←O:1s共鳴励起誘起H^+脱離機構研究に応用した。その結果、イオン脱離機構には2種類あり、その比率が表面法線方向に脱離するH^+と法線から20度以上傾いた方向に脱離するH^+とで異なることを見出した。
非整数階微積分の工学応用

通常は整数である微積分の階数を非整数に拡張した非整数階微積分を振動制御工学に応用した。非整数階微積分の定義式を離散化したアルゴリズムをディジタル信号処理器にダウンロードして、1つのセンサからの信号を非整数階微積分するシステムを構築した。また、複数の変位・速度センサからの信号を線形結合して非整数階微積分応答に変換する手法も考案した。非整数階PID制御を用いて、柔軟な片持ち梁の振動制御実験を行なった。従来のPID制御と比較して、同等の制御性能を達成しながら、パラメータ変動に対するロバスト安定性に優れることを明らかにした。当該研究で新しく提案した「マルチセンサ法」とは、付加的な特殊なアナログ・デバイスやデジタル・フィルタ処理などを必要とせず、既存のセンサ(変位計、速度計、加速度計など:ただし複数個)を用いて、構造物上の複数点での整数階微分(あるいは積分)応答から、それら応答信号の実係数の線形結合(=1次結合)として、他のある1点でのフラクショナル微分(あるいは積分)応答を求める手法である。平成24年度は、カンチレバーの振動に関する分数階(有理数階)の微分応答を測定するための実験系の構築を目標とした。例えば、(1/n)階(ここでnは自然数)微分応答としよう。まず、系を記述する運動方程式を状態空間表示した時に現れるシステム行列Aを用いてマルチセンサ法のための拡大システム行列を求める必要がある。前年度の検討結果から、システム行列Aをn乗すべき場合にも(1/n)乗すべき場合にも対応できる実験装置を作る必要があることが判明していた。非整数階微積分応答を利用した制御系の構築において、制御系の3要素、センサ、アクチュエータ、制御器のうち制御器の構築を優先させた。と言うのは、センサは既存のセンサを用いるということが本研究の特徴であり新規性はないし、アクチュエータについても同様である。したがって、新規性の源として残るは制御器である。制御器を実現するために、デジタル・シグナル・プロセッサ(DSP)システムからなる分数階微積分制御装置を設計した。非整数階微積分応答の実現にマルチセンサ法を用いるため、制御系は多入力系となる。その制御系の安定性の解析に時間と労力を傾注した。本年度は、薄肉の片持ち梁の振動制御問題を取り上げて、制御系の構築方法について明らかにする。Riemann-Liouvilleの定義、Caputoの定義など非整数階微分の定義はいくつかあるが、実験でサンプリングした時系列信号をそのまま利用しやすいGrunwald-Letnikovの定義をここでは採用する。ただし、Grunwald-Letnikovの定義には極限操作あるいは無限個の総和という数学的操作が含まれているが、工学的にはこれは実現不可能であるので、実験や数値解析においては、微小ではあるが有限の大きさの時間刻み幅と、大きな数ではあるがやはり有限個の総和をもってそれらを代用する。まず、実験対象である片持ち梁の諸元は長さ285 mm、幅20 mm、厚さ0.60 mmで、材質はアルミニウム合金(A5052)を用いた。実験では、動電型加振器を用いて片持ち梁の支持部を変位加振し、片持ち梁の変位応答をレーザ変位計によって検出し、Grunwald-Letnikovの定義に基づく近似式がプログラム化されてインストールされている制御器用デジタルシグナルプロセッサにその変位信号を取り込んで非整数階微分を実行し、最後にその非整数階微分応答信号に基づいてピエゾ素子アクチュエータを駆動することで、構造物の振動をフィードバック制御する。現在、オフラインではあるが、1/2階微分応答信号を求めることができた段階である。粘弾性体の動特性が1/2階あるいは3/2階の時間微分で特徴づけられることが知られているが、粘弾性体を用いることができない環境や条件下にて、分数階微分フィードバック制御にてその動特性を代替実現することができる。もちろん、非整数階微分の階数を変化させることによって、粘弾性材料が自然に備えている減衰効果以外にも、人為的に設計したダンピング特性を実装することができる。工学的、特に機械力学的な応用を考えると、使えるセンサは、変位センサ、歪センサ、速度計、加速度計に絞ってもよいだろう。原理検証のための実験としては極力シンプルな系が望ましく、取り扱いが容易でその動的挙動について詳細が明らかなカンチレバー(片持ち梁)を実験対象とし、非整数階微積分応答の計測について検討した。当該研究で新しく提案する「マルチセンサ法」とは、付加的な特殊なアナログ・デバイスやデジタル・フィルタ処理などを必要とせず、既存のセンサを用いて、構造物上の複数点での整数階微分(あるいは積分)応答から、それら応答信号の実係数の線形結合として、ある1点でのフラクショナル微分(あるいは積分)応答を求める手法である。平成23年度は、カンチレバーの振動に関する分数階(有理数階)の微分応答を測定することを目標とした。例えば、(1/n)階