hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
磁気トンネル接合を用いた三端子素子に関する研究

昨年度は、低消費電力かつ高性能な不揮発メモリ・不揮発論理集積回路の実現を可能とするスピン軌道トルク(SOT)を用いた3端子磁気トンネル接合(MTJ)素子の開発を目的として研究を進めた。そして、(i) W/CoFeB/MgOにおけるSOT磁化反転のWスパッタリング条件依存性、(ii)反強磁性体/強磁性体二層構造におけるSOT磁化反転のデバイスサイズ依存性二つの成果が得られた。(i)本研究では、非磁性重金属材料のスピンホール角の成膜条件依存性に着目し、タングステン層をスパッタリングで堆積する際の投入パワーとスパッタガス圧を調整することで抵抗率の異なる膜を作製し、ナノスケールW/CoFeB/MgO素子のSOT磁化反転特性の成膜条件依存性を調べた。測定結果から、SOT磁化反転の閾電流密度は非磁性金属の抵抗率に依存し、成膜条件の制御によって低減が可能であることが明らかになった。(ii)本研究では、反強磁性体PtMn/強磁性体[Co/Ni]ヘテロ構造を用いたデバイスにおけるSOT誘起磁化反転のデバイスサイズ依存性を系統的に調べた。結果として、デバイスのサイズが小さくなると、磁化反転のモードはアナログ的反転からデジタル的反転へ遷移することが分かった。また、このような磁化反転モードの変化は強磁性層内における微小な磁区が独立に振る舞うことと関連していることが分かった。これらの結果によって、反磁性体/強磁性体二層構造におけるSOT磁化反転の従来のメモリ素子、及び脳型コンピューティングのメモリスタ応用に向けたデバイス開発の方針が明らかになった。ここで得られた知見は三端子SOT素子を開発し、半導体集積回路と融合して低消費電力な情報処理を実現していく上で極めて重要であり、スピン軌道トルク及びスピントロニクス物理の発展に寄与するとともに、電子デバイス産業の発展にもつながるものと期待される。28年度が最終年度であるため、記入しない。今年度は、主に以下の三つの成果が得られた。(1)ナノススケールのTa/CoFeB/MgOドットにおけるSOT磁化反転:これまでスピン軌道トルク(SOT)磁化反転の閾電流密度には実験値と理論値の間で大きなギャップがあり、その要因の一つとして磁化反転の際の磁化構造の不均一性が考えられていた。本研究では、磁化が空間的な均一性を保って反転することが期待される直径30 nmまでのTa/CoFeB/MgOドットを持つ素子を作製し、磁化反転に必要な電流密度のドットサイズ依存性を系統的に評価し、磁化の不均一性と反転電流密度の関係を明らかにした。(2)反強磁性体/強磁性体二層構造におけるSOT磁化反転:磁化容易軸が垂直方向となるスピン軌道トルク磁化反転素子では、磁化反転の際に面内方向に外部磁場を印加する必要があり、これが応用上の課題であった。本研究では従来非磁性体が用いられていた部分に反強磁性体を用いた場合にも磁化反転に十分なSOTが生じ、またこの場合には反強磁性体/強磁性体界面における交換結合により無磁場でのSOT磁化反転が実現できることを明らかにした。(3)新規SOT磁化反転スキームの動作実証:これまでに用いられていたものとはジオメトリの異なる、電流と磁化容易軸が平行となる新しいSOT磁化反転スキームを提案した。それを用いた三端子デバイスを作製し、磁化反転動作を実証した。今年度は、低消費電力かつ高機能な不揮発メモリ・不揮発論理集積回路の実現を可能とするスピン軌道トルク(SOT)を用いた3端子磁気トンネル接合(MTJ)素子の開発を目的として、(1) SOT磁化反転の素子サイズ依存性、(2)材料・構造の検討、(3)素子の作製と評価方法の確立の三項目の研究を計画通りに進め、重要な成果が得られた上、次年度の研究の土台を築くことができた。(1) SOT磁化反転の素子サイズ依存性: Ta/CoFeB/MgOを用いたナノメートルスケールの素子の作製プロセスを確立し、ナノ秒までの高速磁化反転動作を測定した。SOT磁化反転の素子サイズ依存性を評価し、磁化反転時の磁化の空間的な不均一性と磁化反転閾電流密度との関係を系統的に調べた。その結果、マイクロメートルサイズの素子を用いた場合にはSOT磁化反転の効率が磁化構造の不均一性などにより過大評価されていること、及びSOTが磁化にどのように作用するかを定量的に明らかにした。これらの知見及び素子の微細加工技術・高速動作評価技術は今後の材料・素子開発に役立てられると考えられる。(2)材料・構造の検討:無磁場での書き込みが可能な三端子SOT-MTJ素子を実現するため、反強磁性体PtMnの積層構造を持つデバイスを作製し、無磁場での磁化反転動作を実証した。また、低書き込み電流密度を実現するためのチャネル層材料(タングステンなど)の検討も開始し、重要な知見が得られ始めている。(3)素子の作製方法と評価方法の確立: Ta/CoFeB/MgOを基本構造とする三端子MTJの作製方法を確立し、磁化容易軸が電流と平行な新しいSOT磁化反転スキームを持つ三端子SOT-MTJ素子を試作し、その書き込み動作を実証した。

ここで構築したフローを用いて、スピン移行トルクとスピン軌道トルクを併用して磁化を反転する三端子素子の開発も進めている。昨年度は、低消費電力かつ高性能な不揮発メモリ・不揮発論理集積回路の実現を可能とするスピン軌道トルク(SOT)を用いた3端子磁気トンネル接合(MTJ)素子の開発を目的として研究を進めた。そして、(i) W/CoFeB/MgOにおけるSOT磁化反転のWスパッタリング条件依存性、(ii)反強磁性体/強磁性体二層構造におけるSOT磁化反転のデバイスサイズ依存性二つの成果が得られた。(i)本研究では、非磁性重金属材料のスピンホール角の成膜条件依存性に着目し、タングステン層をスパッタリングで堆積する際の投入パワーとスパッタガス圧を調整することで抵抗率の異なる膜を作製し、ナノスケールW/CoFeB/MgO素子のSOT磁化反転特性の成膜条件依存性を調べた。測定結果から、SOT磁化反転の閾電流密度は非磁性金属の抵抗率に依存し、成膜条件の制御によって低減が可能であることが明らかになった。(ii)本研究では、反強磁性体PtMn/強磁性体[Co/Ni]ヘテロ構造を用いたデバイスにおけるSOT誘起磁化反転のデバイスサイズ依存性を系統的に調べた。結果として、デバイスのサイズが小さくなると、磁化反転のモードはアナログ的反転からデジタル的反転へ遷移することが分かった。また、このような磁化反転モードの変化は強磁性層内における微小な磁区が独立に振る舞うことと関連していることが分かった。これらの結果によって、反磁性体/強磁性体二層構造におけるSOT磁化反転の従来のメモリ素子、及び脳型コンピューティングのメモリスタ応用に向けたデバイス開発の方針が明らかになった。ここで得られた知見は三端子SOT素子を開発し、半導体集積回路と融合して低消費電力な情報処理を実現していく上で極めて重要であり、スピン軌道トルク及びスピントロニクス物理の発展に寄与するとともに、電子デバイス産業の発展にもつながるものと期待される。今後は主に以下の3項目の研究を計画している。(1)材料の検討:低書き込み電流密度を実現するためのチャネル層材料の開発を目的として、SOT磁化反転の閾電流密度のチャネル層材料、及びその成膜条件依存性を調べる。具体的な推進方策としては、まず異なるスパッタリング条件でタングステンなどの重金属を成膜し、それらの結晶構造と抵抗率のスパッタリング条件依存性を調べる。そして、それらの材料をチャネル層に用いたナノメートルスケールのデバイスを作製し、SOT磁化反転の閾値電流密度を評価する。その上で、磁化反転効率が材料、及びスパッタリング条件によってどのように変化するかを明らかにし、閾電流密度の低減指針を示す。(2)高性能な三端子磁気トンネル接合素子の実証:スピン移行トルクとスピン軌道トルクを併用した磁化反転手法について解析的、数値的な検討を行い、効率的な磁化の反転が可能な素子の構造を設計する。その上で、これまでに得られた材料、構造に関する知見を基に垂直磁化三端子MTJ素子を作製し、ナノ秒、サブナノ秒の電流パルスによる高速磁化反転動作の実証を行う。(3)スピン軌道トルク誘起磁化反転、及びスピン軌道トルク発現機構の理解の促進:これまでに得られたSOT磁化反転の素子サイズ依存性、材料・構造依存性、及び三端子SOT-MTJ素子の動作結果をもとに、スピン軌道トルクがどのようなメカニズムで発現し、それが磁化に印加された際に磁化がどのような動的な振る舞いを示すかに関して体系的な理解を深める。28年度が最終年度であるため、記入しない。
ハイブリッド型ユビキチン化酵素による神経変性疾患の治療

多くの細胞質・核質に存在するタンパク質の分解に関わっているのはユビキチン-プロテアソーム系である。この分解系の特徴は、基質特異性が高く、分解速度が速いことである。分解されるべきタンパク質はユビキチンが鎖状に結合され(ポリユビキチン鎖)、タンパク質分解装置であるプロテアソームがポリユビキチン鎖を認識して標的タンパク質ごと分解する。標的タンパク質のユビキチン化に必要な酵素群の中で、特にユビキチンリガーゼは標的タンパク質を認識し、最終的にユビキチンを付加する重要な因子である。本研究課題においては、各ポリグルタミン病関連タンパク質(ハンチンティン、Atrophin-1、Ataxin(ATX)-1,-2,-3,-17等)には特異的に結合するタンパク質が同定されているので、この結合タンパク質とユビキチンリガーゼであるU-ボックスタンパク質のキメラ酵素(人工ハイブリッドユビキチンリガーゼ)を作製し、ポリグルタミン含有タンパク質が人工ハイブリッドユビキチンリガーゼによってユビキチン化を受け、プロテアソームによって分解される系を構築する。さらに実際の遺伝子治療に応用できるかどうかを検討するために、ウイルスベクターを利用して細胞やマウスへの導入実験を行い、神経機能異常に対する効果を判定する。特に、ATX-3/MJD1とVCP/p97の結合に注目し、VCPにおける最小結合領域を同定しているところである。現在まで、VCPのN末端側にその結合領域があることがわかっており、その領域とU-ボックスの融合タンパク質を構築することで、その結合とユビキチン化に関する生化学的解析を遂行中である。多くの細胞質・核質に存在するタンパク質の分解に関わっているのはユビキチン・プロテアソーム系である。
住み手に魅力的存在であり続ける建物の物理的要素と心理的要素の探究

長野市内の住宅団地に実在する戸建て住宅を巡検する現地調査と、対象住宅を撮影した画像を用いた写真調査を建築学科および他学科の学生、建築士を対象に実施した。それらを通じて抽出した心理評価のデータを分析し、住宅外観の物理的要素と心理的要素との関係性について考察した。その結果、築年数の浅い住宅、改築・改装の痕跡が認められる住宅への魅力度が建築に関わる知識が浅いほど高まる傾向が見いだされた。また、建築に関わる基礎的および専門的知識が住宅外観の印象評価に影響を及ぼす傾向が示された。建物の長寿命化を実質化するにあたっては、学生や一般市民を対象とする建築に関わる教育など啓蒙活動実施の必要性が示唆された。長期優良住宅の普及が推進され、住宅の寿命を延ばす創意工夫が技術面で顕著に見られる。例えば、耐震性・耐久性・省エネルギー性の向上、メンテナンスの簡便さ、間取り変化への対応などを支える技術および関連研究の充実があげられる。しかし現在、建物寿命を全うすることなく取り壊される建物が少なくない。要因としては、土地と比較して建物を将来の財産とする認識の稀薄さであったり、中長期的な視点に立った建築意匠および計画、維持管理への投資の消極的傾向などが考えられる。そういった問題の改善を目的に、本研究では「建物が第2・第3の住み手に対して魅力的存在であり続ける(建物の平均寿命を延ばす)ために必要な要素」を探究する。そのために、中古物件の利活用が盛んな地域を中心に、住み継がれる物件とそうでない物件が混在する地域を対象に実測調査および環境心理調査を実施する。平成27年度は、国内(長野県、東京都、栃木県、静岡県、新潟県)の多様な住宅地を巡検し、意匠的な空間構成要素だけでなく、地域の時代的背景であったり、材料や構法といった変数が建物に対する第3者の印象形成へどのように影響するのかなどについて考えを深め、研究対象とする建物の選定と類型化に関わる資料を得た。同時に、研究分担者・研究協力者(研究室所属学生2名)との打合せを定期的に実施し、2つの現地調査と1つのウェブ調査を終えた。具体的には、対象地域住民、大学生および大学院生(33人)、長野県建築士会(20人)の協力をえて、10月2月にかけて既存建物(住宅)134戸に対する心理的評価データを現場調査にて収集した。加えて、現場調査の結果に基づいてデザインしたウェブ調査を大学生(50人)対象に実施し、追加データをえた。各々のデータを個別に整理・解析した上で総合的考察を行った。その結果、地域の歴史的側面や周辺環境との調和などをふまえた計画の重要性が示唆された。国内の多様な建物群を巡検し、意匠的な空間構成要素だけでなく、地域の時代的背景であったり、材料や構法といった変数が建物に対する第3者の印象形成へどのように影響するのかなどについて考えを深め、研究対象とする建物の選定と類型化に関わる資料を得た。同時に、研究分担者・研究協力者(研究室所属学生2名)との打合せを定期的に実施し、2つの現地調査と1つのウェブ調査(研究対象とする建物に対する心理的評価データの収集および解析)を順調に終えることができた。その一方で、建物の実測と性能調査については実施に至っておらず、次年度の課題として残っている。ただ、地元企業の協力をえられる話が進んでおり、次年度以降に解決できると考えられる。住み手に魅力的存在であり続ける建物の物理的要素について検討するために、約50年の歴史を有する団地における戸建て住宅を対象とする現地調査を実施した。現地調査にあたっては、対象団地の住民の方々に加え、長野県建築士会の方々にご協力いただいた。調査内容は基本的に別の対象地で実施した昨年と同様に設定し、調査対象街区を記載した地図を被験者に配布し、街区内を調査対象地を事前に決定した順路にしたがって巡る中で110戸の戸建住宅(店舗併用住宅を含めない)について外観の魅力度を4段階(14点)で評価させた。それだけでなく、特に気になる建物については、建物に関する感想や意見を自由に記述させた。収集したデータは、昨年の調査データと比較分析した。その結果、窓枠に木材ルーバーが使用され、玄関先に下屋のあるなど「和風な印象の建物」が好まれる傾向が見られた。また、自由記述欄への回答に「平屋建てであり、住みやすそう」といった記述が比較的多く見受けられ平屋建てが高く評価される傾向にあった。調査対象地に関わる物理的に明確な違いとして、敷地の面積(昨年は約50坪、今年は約100坪)や街区の歩行環境が把握されていたが、建築年代や材料などに顕著に感じられる違いが無かった。そのためか、抽出されたデータの統計分析(有意差検定)の結果では、両者に有意差は認められなかった。本研究のような現地調査の場合、「建築面積を除いた敷地面積の広さ」は住宅外観の評定に大きく影響しないものと推察された。加えて、昨年度に学生を対象として実施した調査におけるデータと建築士のそれとを比較したところ、約1/3の住宅に対する評価に有意差が見られ、前者の評価が全般的に高かった。その一方で、逆の傾向が示された住宅も一部認められ、人間に起因する要素についての考察も必要と感じられた。

平成27年度、長野県内にて予定通り実施した2つの現地調査と1つのウェブ調査にて収集したデータを分析し、1)玄関先に下屋のあるなど「和風な印象の建物」が好まれる傾向、2)平屋建てが高く評価される傾向、3)「建築面積を除いた敷地面積の広さ」が住宅外観の評定に大きく影響しない考察などをえた。また、えられた成果は学会大会や国際会議で発表するなどに至った。また、平成28年度にも長野県内の別地域で現地調査を実施し、新たなデータを収集した。分析は概ね終えており、平成29年度中には学会大会や国際会議での発表に加えて、学会誌への投稿を予定している。以上の進捗状況をふまえて、本研究の目的を達成しつつある(おおむね順調に進展している)と判断される。本研究課題では、平成27年度から29年度の研究期間において、長野市内2地域の住宅団地に実在する戸建て住宅を巡見しながら評価する現地調査と、現地調査の結果をふまえて選出した住宅を撮影した写真を用いた調査を、建築学科および他学科に所属する学生、県内の建築士の3グループを対象に実施した。それら2つの調査を通じて抽出したデータを分析することによって、住宅外観の物理的要素と(被験者の)印象との関係性について考察した。その結果、築年数の浅い住宅、もしくは、改築・改装の痕跡が認められる住宅への魅力度が建築に関わる知識が浅いほど高まる傾向が見いだされた。加えて、比較的古い建物や平屋、外壁の色や仕上げに起因する評価、建物の規模などに対する意見(自由記述)に関しても、建築に関わる知識や経験から有意な差がみられた。また、住宅の敷地面積については、近隣と同等であれば、対象とした地域(50坪100坪ほど)においては、住宅の魅力に及ぼす影響は低いと考察された。上述した内容に加えて、過去(平成26年度)に先行して実施していた須坂市内の住宅地を対象とする研究データを含めた追加分析および考察を最終年度に行った。これにより、建築に関わる知識の多少に関わらず「残したい」という評価については地域性が比較的強く感じられる住宅で高まることが示唆された。住宅寿命を延ばすことによって、地域景観への長期的な思慮が深まる可能性が高まるものと推察される。研究成果については、国内外の学会大会・会議(日本建築学会、人間・環境学会、信州大学木でつくる共生建築研究センターに加え、International Congress of Psychology、International Conference on Cognitive Science)を通じて意見交換および発表を行い、概ね知見の有効性は確認できた。今後は、住宅外観に加えて、構造および設備といった住宅性能など、他の側面を含めた総合的な検討を実施する予定である。長野市内の住宅団地に実在する戸建て住宅を巡検する現地調査と、対象住宅を撮影した画像を用いた写真調査を建築学科および他学科の学生、建築士を対象に実施した。それらを通じて抽出した心理評価のデータを分析し、住宅外観の物理的要素と心理的要素との関係性について考察した。その結果、築年数の浅い住宅、改築・改装の痕跡が認められる住宅への魅力度が建築に関わる知識が浅いほど高まる傾向が見いだされた。また、建築に関わる基礎的および専門的知識が住宅外観の印象評価に影響を及ぼす傾向が示された。建物の長寿命化を実質化するにあたっては、学生や一般市民を対象とする建築に関わる教育など啓蒙活動実施の必要性が示唆された。研究はおおむね順調に進展しており、研究の推進方策に関わる大きな変更はない。当初の計画通り、平成27年度の研究成果をふまえて、異なる地域(長野県内の市町村)での調査を実施する。
情報プライバシー権の再構成－人格権論的構成の再生－

本研究は情報プライバシー権の基礎理論についてアメリカとヨーロッパとの対比を行いつつ,日本における情報プライバシー権をめぐる諸課題について検討した。個人の「自由」の理念に基づきプライバシー権が生成されてきたアメリカと,人間の「尊厳」の思想に立脚してプライバシー保護法制を整備してきたヨーロッパとの比較法研究を行った。そのうえで,アメリカやEUにおいて論争となってきた忘れられる権利やプロファイリングされない権利等について,日本の人格権論,さらには個人情報保護法制への課題を明らかにしたうえで,日本の情報プライバシー権論が個人の「尊重」の理念に照らして発展してきたことを検討してきた。平成26年度は、主にアメリカとヨーロッパにおけるプライバシー権論の根底にある価値について比較研究を行ってきた。アメリカにおける1960年代のプライバシー権をめぐる論争について資料収集を行うとともに考察を行い、論文として公表できるよう準備してきた。特に表現の自由とプライバシー権の調整問題について、アメリカとヨーロッパでは異なるアプローチがとられてきたことを着眼点にして、研究を行ってきた。平成27年度には『プライバシー権の復権ー自由と尊厳の衝突』(中央大学出版部)を公刊することができた。拙著では、アメリカとヨーロッパにおけるプライバシー権の対立軸について、具体的な事例をもとに自由と尊厳という二つの理念の衝突であることを指摘している。研究計画のとおり研究を進めることができている。平成27年度に『プライバシー権の復権』を公刊した。本研究は,「情報プライバシー権の再構成」というテーマで,アメリカとヨーロッパとの比較法研究を通じて,情報プライバシー権の基礎研究を3年間の研究を行った。本研究は,個人の「自由」の系譜の中でプライバシー権が生成されたアメリカと,人間の「尊厳」の哲学に基づきプライバシー権・個人データ保護権が発展してきたヨーロッパとの対比を行い,法制度の根底にあるプライバシーの思想を炙り出した。西欧のプライバシー権としてひとくくりにするのではなく,アメリカとヨーロッパとでは,法制度のみならず,「自由」と「尊厳」をめぐる法思想においてプライバシー権をめぐる衝突が見られることを論証してきた。このようなプライバシーをめぐる衝突の理論は,2015年10月のEU司法裁判所のEUからアメリカへの個人データの移転を取り決めた枠組みであるセーフハーバー無効判決において象徴されるように,現実において反映されることも論究してきた。特に今年度は,このEU司法裁判所の判決以降,アメリカとEUとの間で新たなデータ移転の枠組みであるプライバシーシールドに合意するなどの動向もあり,この合意文書にみられる米欧間のプライバシー権の異同について研究を深めることができた。文献,史料の収集,読解のみならず,国際会議への出席を通じて研究者,規制担当官,産業界の専門家から意見をうかがい,研究を行ってきた。最終年度の成果としては,個別の政策論について,拙著『事例で学ぶプライバシー』(朝陽会,2016)をはじめとする論稿において展開を行ったとともに,国際会議における発表を行ってきた。研究計画のとおりおおむね順調に進展しており、来年度以降も引き続き研究計画に従って研究していく予定である。研究計画に従い、次年度は米欧における新たなプライバシー保護に関する法的枠組みの動向について特に研究する予定である。公法学平成27年度には、著書『プライバシー権の復権』を公刊する予定でおり、それに向けて原稿の執筆を続けていく予定である。また、国際会議における研究成果の発表も行っていく予定である。海外出張の旅費の軽減により、次年度に一部繰り越しを行った。次年度海外出張の旅費に充当をする予定である。
高齢者の視覚特性を考慮した交通安全服に関する研究

本研究は高齢者を対象とし、その人が感じる色の目立ちを明所視、薄明視、暗所視の種々の照度レベルに於て測定し、年齢によって違いがでてくるかどううかを調べるにあった。しかし高齢者は必ずしも当大学の実験室に来訪することは出来ないので、まず、携帯移動可能のメソピックル-ムを製作した。これは室内の床面が1mx1m、高さが1.8mのものであった。外枠は全てアングルで製作した。これによって移動時はル-ムを解体して運び、所定の場所に行ってから短時間で組み立てられるようになった。照度の調節は大学の大型の実験室のように精密にはいかないが、0.01ルクスから300ルクスまで、必要な照度は迅速に設定できるものとなった。今年度だけでは各年齢層について数多くの被験者を得ることはできなかったが、今までの結果では、少なくとも色の目立ちに関しては、年齢層による差は見られないことが分かった。すなわち目立ちの色刺激としては、外側が青系、内側が種々の色相の12種類の2色配色刺激を使用し、それらを一面に並べて目立つ刺激の順番を決定した。照度が高い明所視レベルでは内側がマンセル色相8Rの赤のものが最も良く目立つと全ての年齢層の被験者が評価し、また照度が1ルクスの薄明視でも、さらに0.01ルクスの暗所視でも、外側が背景の黒から刺激を浮き立たせる役目をして、やはりこの刺激が一番良く目立つ、そしてこれも年齢による差はないということが分かった。高齢者の実験は多くの問題のあることも今回の実験を通して分かった。たとえば目立ちを判定するのに時間がかかること、1回の実験時間が長すぎると疲れてしまうこと、被験者の所に行って実験をするので短い時間に数多くの被験者で実験することが不可能であること、などである。今後時間をかけて忍耐をもって実験を進めて行かなければならない。
水溶液構造とタンパク質機能および食品物性

水溶液はタンパク質機能や食品物性の発現の場である。本研究では、水溶液構造の物理化学的解析とそのタンパク質機能および食品物性との相関関係の解明を目標とする。この目的のためにわれわれは、種々の低分子および高分子の単成分系水溶液について溶液論的解析を行い、水分活性(a_W)および水の活動度係数の溶質濃度依存性から、次式に示す水の活動度係数(γ_W)の濃度依存性のパラメーターαが従来報告されている水溶液構造指標と良好に相関することをこれまでに明らかにしてきた。そこでこのパラメーターαに代表される水溶液構造とタンパク質熱安定性との関連について検討を加えた。リゾチーム、α-キモトリプシノーゲンA、アルコール脱水素酵素について、糖類、尿素、塩類などを加えて水分活性を調節した溶液中で、熱変性温度や熱失活速度を測定し、これを水溶液構造パラメーターαと比較した結果、両者は良好な相関を示すことがわかり、これは、水溶液構造がタンパク質分子内疎水性相互作用に影響した結果であることが推測された。次に、酵素反応と水溶液構造との関係について検討した。アルコール脱水素酵素、リゾチームなどについて、水溶液構造を変化させ、酵素反応速度を測定した結果、水溶液構造は酵素基質間アフィニティに影響し、パラメーターαと酵素反応の親和定数Km値の間には正の相関を見ることができた。このことは水溶液構造が酵素基質間疎水性相互作用に影響を及ぼしたことによるものと思われた。この他、高分子水溶液の溶液粘度やゾル・ゲル転移温度と水溶液構造との間にも検討を加えた水溶液はタンパク質機能や食品物性の発現の場である。この他、高分子水溶液の溶液粘度やゾル・ゲル転移温度と水溶液構造との間にも検討を加えた水溶液はタンパク質機能や食品物性の発現の場であり、そこでの水の状態の把握は極めて重要である。水は水素結合によって強く会合し、X線回析などによって観測できる液体構造を形成していることが知られており、溶質の存在はその"構造"に影響する。従って、食品中の水の状態の把握はこの水溶液構造を正しく反映する必要がある。種々の低分子および高分子の単成分系水溶液について溶液論的解析を行い、水分活性(a_w)および水の活動度係数の溶質濃度依存性から、水溶液構造のマクロな指標として、次式に示す水の活動度係数(γ_w)の濃度依存性のパラメーターαを用いた。最初に酵素反応と水溶液構造との関係について検討した。アルコール脱水素酵素、リゾチーム、β-ガラクトシダーゼについて、種々の添加物をさせて水分活性および水溶液構造を変化させ、酵素反応への影響を検討した。その結果、酵素反応に対する水分活性の影響は一次関数的であり、また、一定水分条件においては水溶液構造は酵素基質間アフィニティに影響し、上記パラメーターαと酵素反応の親和定数Km値の間にはいずれの酵素においても正の相関を見ることができた。このことは水溶液構造変化は酵素基質間親和性に影響し、溶液構造の強化は酵素基質間相互作用を強め、逆に構造の弱化は親和性を弱めることを示している。この原因としては水溶液構造による酵素基質疎水性相互作用に対する影響が関与していることが推定された。さらに、タンパク質熱安定性と水溶液構造との関係についても、両者の間に強い相関関係があることが明らかになりつつある。この目的のためにわれわれは、種々の低分子および高分子の単成分系水溶液について溶液論的解析を行い、水分活性(a_w)および水の活動度係数の溶質濃度依存性から、次式に示す水の活動度係数(γ_w)の濃度依存性のパラメーターαが従来報告されている水溶液構造指標と良好に相関することをこれまでに明らかにしてきた。

そこでこのパラメーターαに代表される水溶液構造とタンパク質熱安定性との関連について検討を加えた。リゾチーム、α-キモトリプシノーゲンA、アルコール脱水素酵素について、糖類、尿素、塩類などを加えて水分活性を調節した溶液中で、熱変性温度や熱失活速度を測定し、これを水溶液構造パラメーターαと比較した結果、両者は良好な相関を示すことがわかり、これは、水溶液構造がタンパク質分子内疎水性相互作用に影響した結果であることが推測された。次に、酵素反応と水溶液構造との関係について検討した。アルコール脱水素酵素、リゾチームなどについて、水溶液構造を変化させ、酵素反応速度を測定した結果、水溶液構造は酵素基質間アフィニティに影響し、パラメーターαと酵素反応の親和定数Km値の間には正の相関を見ることができた。このことは水溶液構造が酵素基質間疎水性相互作用に影響を及ぼしたことによるものと思われた。この他、高分子水溶液の溶液粘度やゾル・ゲル転移温度と水溶液構造との間にも相関を見ることができ、これは高分子間相互作用に対する水溶液構造の影響を示唆するものであろう。
がん患者の子どものグリーフケアに関する看護師の教育プログラムの開発

看護師は、がん患者の子どものグリーフケアへの意識はあるものの、子どもの悲嘆の特徴等を基にした実践が難しかった。またグリーフケア実践上の教育を必要とし、親のがん告知死別後への継続的グリーフケア・システム(オハイオ州立がんセンター)を参考に、がん患者の子どものグリーフケアに対する教育プログラムを作成中であり、今後実施評価し、がん患者の子どもへのグリーフケア・システムの構築につなげたい。本研究目的は、がん専門病院看護師に対し、がん患者の子どもの予期悲嘆ケアへの意識および、ニーズを明らかにすることである。調査票を作成し、本大学倫理委員会の承諾を受け、首都圏3か所のがんセンターに勤務し、子どもをもつがん患者の看護経験のある看護師440名に調査票を郵送配布し、368名の回答が得られた。(有効回答は83%)その結果を以下の通りであった。1.がん患者の子どもを含む家族ケアは、ほとんどの看護師が重要と意識していた。しかし実施していたのは62%で、28%が実施することが難しいと述べていた。その中で理由として「子どもへの接し方がわからない」「何をしたらよいかわからない」が計37%を示した。2.がん患者の家族の予期悲嘆について、85%の看護師が気づいていた。配偶者の悲嘆反応は、「表情が暗い」「予後生活への不安」等、子どもは「暗い表情」で「元気がなく」、「面会時間が少ない」のに「楽しそうに話していることが多い」が各々高値を示した。ケアは、両者共「意識的に声をかけ」「患者の様子を知らせる」が高値だった。3.看護師の74%が、配偶者から子ども相談を受けており、内容は「病状説明に関すること」が59%を示した。4.親の看取り時の子どもの悲嘆反応は、配偶者同様「ショック」を受け「泣く」が高値を示したが、それ以外低値であった。ケアとして、配偶者同様「別れの時間を設け」「死後の処置を確認」していた。しかし「死後の処置を一緒にする」「共感する言葉」「生前の話をする」等は、配偶者ケアの約50%を示した。5.看護師が子どものグリーフケアに際し、必要としていた教育内容は以下の項目が高値を示した。(1)親の終末期死に直面した時の子どもの悲嘆ケア(2)子どもの死の理解と予期悲嘆(3)喪失後の悲嘆と死別ケア以上より看護師は、がん患者の子どもヘグリーフケアへの意識は抱きつつも、子どもの悲嘆の特徴を踏まえた実践が難しい状況である事、その改善に必要な教育項目を把握することができ、教育プログラム作成への示唆が得られた。昨年の調査より、がん専門病院看護師の「がん患者の子どもの予期悲嘆に対する意識」を明らかにし学会で発表した。その中で看護師は、子どもへのグリーフケアの必要性は実感しているものの、成人病棟の看護師であり、子どものグリーフに関する教育は受けていず、子どもたちの思いをとらえケアする事が難しいと考えていた。さらに看護教育プログラム内容として、子どもの状況を少しでも理解するために「子どもの死の理解」「子どものグリーフの特徴」「親と死別前後のグリーフケア」等を学ぶ事を希望していた。そこで今年度、子どものグリーフケアを推奨しているカナダ・アメリカ(メイヨークリニック)での調査を通し子どものグリーフケアに関する看護教育プログラムへの示唆を得ることを目的とし調査を予定したが、受け入れ先の経済的困難な状況のため調査が難しくなった。そこでアメリカオハイオ州コロンバスのThe Ohio State University Comprehensive Cancer Center-Arthur G. James Cancer Hospital and Richard J. Solove Research Instituteで、親のがん告知から死別後に向けて、患者と子ども(家族を含む)のグリーフケアプログラムを展開している「Hearing Hearts of Children」Program Director (LISW)にインタビューを実施し、看護師教育プログラムへの示唆を得た。H22年度は、H20年度の調査対象施設等に結果還元と共に、看護師が求めていた内容を中心にプログラムを検討し学習会を実施評価検討し、プログラム内容の精錬を図る予定である。がん患者の子どもとかかわる看護師の教育プログラムとして以下を作成した。1.がん患者の子どものグリーフに対する医療者の思いを理解する:子どもを持つがん患者の治療およびケアをしている医師及び看護師を対象とした、がん患者の子どものグリーフケアへの意識調査の結果を中心に講義をする。2.がん患者の子どもの思いを理解する:具体的事例を挙げ講義する。知識提供として子どもの死の概念、悲嘆プロセス、親ががんになった際に子どもの受ける影響等を中心とする。成人を対象としている医療者のため、平成20年調査結果からも子どもの特徴をとらえ、かかわり方の困難さが明らかになったため、ロールプレイする。3.がん患者の子どもと病状説明へのかかわり(応用):平成20年結果から、病状説明へのがん患者等からの相談が多いと共に、看護師が対応に困難をきたしていたことが明らかになり、関心が高いため、参加者が持参した事例検討し学びを深める。

以上、プログラムの一部は、所属施設の病棟学習会にて、がん患者の子どものグリーフケアへの意識向上に向けての啓発活動、学部・大学院の緩和ケア論等の一部で講義に取り入れた。しかしプログラム全体の実施評価が困難であったため、今後実施し、がん患者の子どもへのグリーフケア・システムの構築につなげていきたい。
ヒト化モデルマウスを利用したニッチシステムによるヒト造血幹細胞制御機構の解明

血液腫瘍等の難治性疾患に施行される造血幹細胞移植は、再生医療の代表的な例である。我々は、ヒト造血幹細胞の移植に伴う造血再構築反応と恒常性維持機構をモデルシステムとして、幹細胞システム制御機構の再生医学への応用を目指した研究課題に取り組んだ。本研究課題では、個々の幹細胞の生体内動態をクローンレベルで解析する実験系を確立し、移植後の幹細胞の動態に関するより詳細な解析を実現した。本研究成果は、ヒト幹細胞の多能性制御機構の解明に寄与するものであり、得られた知見は難治性疾患に対する幹細胞システムを利用した再生医療法の適応拡大のみならず、幹細胞システムの破綻や老化に起因する腫瘍性疾患などの様々な疾患の発症・進行の機序解明につながる重要な情報を提供するものである。ヒト造血幹細胞(HSC)集団の中で主に移植早期の造血再構築を担う幹細胞集団(STRC)と長期造血再構築を担う幹細胞集団(LTRC)の存在が報告されている。我々は個々のヒトHSCの生体内動態をLAH-PCR法を利用してクローンレベルで解析する実験系を確立し、STRCとLTRCの解析を行った。その結果、LTRCは恒常的にSTRCを産生し、CD34(+)細胞集団の中で個々のヒトHSCに特徴的な幹細胞活性、すなわち、分化能、自己複製能の違いによる階層性を構築することをクローンレベルで明らかにした。さらに、二次移植可能なLTRCクローンは、一次移植マウス骨髄内では極めて小さいクローンとして存在し、二次移植されることによって、クローンサイズが増幅するということを見いだした。このことから、一次移植骨髄内では、LTRCクローンは休止期状態にあることが予想された。そこで、この一次移植骨髄内における細胞周期を解析したところ、休止期状態にあるCD34(+)細胞はCD38抗原が陰性であった。さらに、一次移植マウスの骨髄内CD34(+)細胞のLTRC活性を測定するためにCD34(+)細胞をCD38抗原の発現強度に応じて分離し、二次移植を行ったところ、休止期にあるCD34(+)CD38(-)細胞のみが二次移植された。次に、ヒト造血細胞が生着したNOGマウス骨髄内の組織学的解析を行った。その結果、休止期状態にあるヒトCD34(+)細胞の多くは骨内膜周辺領域に存在し、骨芽細胞や血管内皮細胞と相互作用していることを見いだした。さらに、我々はヒトMSCを骨髄内に移植することにより、ヒトニッチをマウス骨髄内に再構築する実験系を確立し、さらなる解析を行ったところ、HSCはreticular cell、骨芽細胞、血管内皮細胞等に分化し、休止期CD34(+)と相互作用していることを明らかにした。興味深いことに、ヒトニッチを再構築することにより、CD34(+)CD38(-)細胞数の増加が認められた。我々は個々のヒトHSCの生体内動態をLAM-PCR法を利用してクローンレベルで解析する実験系を確立し、STRCとLTRCの解析を行った。

さらに、我々はヒトMSCを骨髄内に移植することにより、ヒトニッチをマウス骨髄内に再構築する実験系を確立し、さらなる解析を行ったところ、MSCはreticular cell、骨芽細胞、血管内皮細胞等に分化し、休止期CD34(+)と相互作用していることを明らかにした。興味深いことに、ヒトニッチを再構築することにより、CD34(+)CD38(-)細胞数の増加が認められた。
皮膚バリア破綻に伴う痒み発現の分子機構と新規止痒薬の開発

皮膚バリアが破綻しているアトピー性皮膚炎(AD)や乾皮症の痒みは既存治療が奏功しない難治性である。特に、AD患者の皮膚は乾燥とそれに伴うバリア機能破綻のため、外部刺激による痒みや炎症が発生しやすく、その痒みは強い掻破行動と湿疹の増悪をもたらす。しかし、それらを制御する方法は解明されておらず、幅広い視点に立った病因解明と新しい治療薬の開発が切望されている。このような背景を受けて、本研究では皮膚バリア機能破綻に伴う難治性痒みの発現機序の解明と新規使用薬の開発を目的としている。1.内在性セマフォリン3A(Sema3A)の発現制御機構の解明:Sema3Aの発現に関わるプロモーター領域において、Sema3A発現に重要な-134-44 bpの領域が同定された。この領域には転写因子AP-1結合部位が存在し、AP-1の一種であるFra-2の強い結合が認められた。これまでの研究成果から、RORαの発現を抑制するとSema3Aの発現が著しく減少し、RORα作動薬によりSema3A発現が促進されることから、RORαもAP-1と共にSema3Aの発現調節に関与していると考えられた。2.Sema3Aの発現を下方制御する因子の探索:表皮バリア機能破綻に伴い、表皮内のカルシウム濃度勾配に異常が生じる。そこで、表皮角化細胞の培地中のカルシウム濃度を下げて分化誘導を強制停止し、一時的にカルシウム濃度勾配が破綻した状態に類似した条件を作成した。その結果、分化を継続した細胞と比較してSema3A発現が減少し、ある種のサイトカインを添加するとSema3Aの発現抑制が認められた。このことは、表皮のカルシウム濃度勾配の消失が、Sema3Aの発現に影響を及ぼすことを示唆した。3.Sema3A発現促進剤の探索:既存薬のドラッグリポジショニングによる創薬研究では、Sema3A発現促進剤の候補化合物を同定した。今後は創薬を目指して、さらに詳細な解析を進める予定である。27年度が最終年度であるため、記入しない。皮膚バリアが破綻しているアトピー性皮膚炎(AD)や乾皮症の痒みは抗ヒスタミン薬が奏功しない「難治性の痒み」である。特に、ADの皮膚は乾燥とそれに伴うバリア機能の破綻のため、外部刺激による痒みや炎症が発生しやすく、その痒みは強い掻破行動と湿疹の増悪をもたらし、患者のQuality of Life (QOL)を大きく障害する。しかし、それらを制御する方法は解明されておらず、幅広い視点に立った病因解明と新規治療薬の開発が切望されている。このような背景を受けて本研究は、皮膚のバリア機能破綻に伴う難治性痒みの発現機序の解明と新規治療薬の開発を目的としている。平成25年度は、痒みの難治化の鍵となる神経反発因子セマフォリン3A (Sema3A)に着眼し、表皮角化細胞におけるSema3Aの発現制御機序を分子レベルで解明することで、内在性Sema3Aの発現を誘導するADの新規止痒薬の開発を目指した。ヒトSema3Aプロモーター領域を5'末端側から数百塩基ずつ欠失させた変異体のルシフェラーゼアッセイにより、Sema3A発現の促進に関わるPositive領域を同定した。データベース検索の結果、Positive領域(-134-44)にはレチノイド関連オーファン受容体α(RORα)/AP-1、Sox、GA結合タンパク質(GABP)等の転写因子結合配列が存在した。候補転写因子の遺伝子発現をsiRNAによって抑制した結果、いずれの候補転写因子の発現を抑制した際にも、Sema3A発現が50%以下まで減少した。さらに、候補転写因子の結合配列を部位特異的に欠失させた変異体を用いてプロモーターアッセイを行ったところ、RORα結合部位を欠失させた変異体でSema3Aの転写活性が劇的に減少した。そこで、RORα作動薬であるSR1078やコレステロール硫酸を含む条件で正常ヒト表皮角化細胞を培養した結果、いずれのRORα作動薬でも有意にSema3A発現が促進された。一方、RORα逆作動薬SR1001は有意にSema3A発現を抑制した。以上の研究成果から、RORαを標的とした内在性Sema3Aの発現促進剤は、新規止痒薬に応用できる可能性が示唆された。痒みは強い掻破行動と湿疹の増悪をもたらし、患者のQuality of Life(QOL)を大きく障害する。平成26年度は、平成25年度に引き続き、痒みの難治化の鍵となる神経反発因子セマフォリン3A(Sema3A)に着眼し、表皮角化細胞におけるSema3Aの発現制御機構の解析、及びSema3A発現誘導剤のスクリーニングを行った。ヒトSema3A遺伝子上流領域の欠失変異体のプロモーターアッセイにより、Sema3A発現の促進に関わるPositive領域を同定した。

Positive領域にはRORα/AP-1、Sox、GABP等の転写因子結合配列が存在した。候補転写因子の遺伝子発現をsiRNAによって抑制した結果、いずれも、Sema3A発現が50%以下まで減少した。次に、候補転写因子結合配列を部位特異的に欠失させた変異体を用いてプロモーターアッセイを行ったところ、RORα/AP-1結合部位を欠失させた変異体でSema3Aの転写活性が劇的に減少した。そこで、特異的なRORα作動薬であるコレステロール硫酸の存在下で正常ヒト表皮角化細胞を培養した結果、mRNA及びタンパク質レベルで有意にSema3A発現が促進された。従って、RORαは表皮角化細胞におけるSema3A発現制御に関与していることが示唆された。また、ドラッグリポジショニングを行い、Sema3Aの発現促進剤を探索した。既存薬ライブラリーを表皮角化細胞に添加後、Sema3Aタンパク質の発現をELISAで解析した。その結果、Sema3A発現を5倍以上促進するヒット化合物が数十種類同定された。今後は創薬を目指して、さらに詳細な検討を行う。皮膚バリアが破綻しているアトピー性皮膚炎(AD)や乾皮症の痒みは既存治療が奏功しない難治性である。特に、AD患者の皮膚は乾燥とそれに伴うバリア機能破綻のため、外部刺激による痒みや炎症が発生しやすく、その痒みは強い掻破行動と湿疹の増悪をもたらす。しかし、それらを制御する方法は解明されておらず、幅広い視点に立った病因解明と新しい治療薬の開発が切望されている。このような背景を受けて、本研究では皮膚バリア機能破綻に伴う難治性痒みの発現機序の解明と新規使用薬の開発を目的としている。1.内在性セマフォリン3A(Sema3A)の発現制御機構の解明:Sema3Aの発現に関わるプロモーター領域において、Sema3A発現に重要な-134-44 bpの領域が同定された。この領域には転写因子AP-1結合部位が存在し、AP-1の一種であるFra-2の強い結合が認められた。これまでの研究成果から、RORαの発現を抑制するとSema3Aの発現が著しく減少し、RORα作動薬によりSema3A発現が促進されることから、RORαもAP-1と共にSema3Aの発現調節に関与していると考えられた。2.Sema3Aの発現を下方制御する因子の探索:表皮バリア機能破綻に伴い、表皮内のカルシウム濃度勾配に異常が生じる。そこで、表皮角化細胞の培地中のカルシウム濃度を下げて分化誘導を強制停止し、一時的にカルシウム濃度勾配が破綻した状態に類似した条件を作成した。その結果、分化を継続した細胞と比較してSema3A発現が減少し、ある種のサイトカインを添加するとSema3Aの発現抑制が認められた。このことは、表皮のカルシウム濃度勾配の消失が、Sema3Aの発現に影響を及ぼすことを示唆した。3.Sema3A発現促進剤の探索:既存薬のドラッグリポジショニングによる創薬研究では、Sema3A発現促進剤の候補化合物を同定した。今後は創薬を目指して、さらに詳細な解析を進める予定である。当初の予定通り、神経反発因子Sema3Aの発現制御に関わる基本プロモーター領域を解析し、転写因子RORαを同定することができた。平成26年度は研究成果を国際学会で発表し、研究成果の一部を論文化した。今後はさらに解析を進め、平成27年度中に論文の続報を投稿する予定である。
ディーゼル排気ガスおよび黄砂由来化学物質暴露のバイオマーカー探索と健康影響評価

本研究課題では,ディーゼル排気ガスや黄砂(大気粉塵)の健康影響調査に用いる大気粉塵中多環芳香族炭化水素類(PAH)の分析法を開発し,基礎データを得ることを目的とした。大気粉塵中PAHの効率の良い分析法を開発し,毎日大気粉塵を捕集してデータを得ることができるようになった。大気粉塵濃度は冬より春に高く,PAH濃度は春より冬に高いことが分かった。大気粉塵濃度やPAH濃度は最大風速の風向が南西方面の時に高いことが分かった。本年度は,黄砂によるアレルギー疾患の悪化やその要因を検討する疫学研究を行うために,大気中多環芳香族炭化水素類(PAH)分析系の確立を目指した。ハイボリュームエアサンプラーを用いてガラス繊維フィルターに24時間捕集した粉塵を用いた。フィルター80cm^2を用いてPAHの超音波抽出に使用する溶媒を検討した結果,ジクロロメタンとベンゼンで抽出効率は同じであった。フィルター80cm^2を用いた場合使用する溶媒量も多く,かつ,1サンプルずつ濃縮操作を行っていたので,時間がかかった。フィルター量,超音波抽出の時間,必要溶媒量,抽出回数を詳細に検討し,フィルター5cm^2でもPAHの分析を行えることが分かった。この場合,窒素噴霧により多くのザンプルの同時濃縮が可能なので,10サンプルのPAH抽出を約7時間で行うことが出来た(従来の方法を用いた場合,3サンプル程度)。抽出したPAHを蛍光検出器付き高速液体グロマトグラフィーにより分析する条件も決定した。1サンプルの分析に90分かかるが,オートサンプラーを使用することにより,効率的にPAH分析を行うことができる。黄砂とアレルギー疾患の関連を検討する疫学研究では,毎日大気粉塵を捕集してPAHを分析する予定である。効率良くPAHの分析を行う必要があり,本研究で確立したPAH分断法が有用である。来年度は,黄砂によるアレルギー疾患の悪化やその要因を検討する疫学研究を本格的に開始する予定である。TSP濃度は1月から5月になるにつれ高くなり、6月には低くなった。PAH濃度は1月と2月に高く、その後徐々に低くなっていった。季節によりTSP濃度とPAH濃度が異なることが分かった。5月の黄砂日(気象庁の目視データによる:5/2、3、4、13)と非黄砂日のデータを比較すると、PAH濃度に差は認められなかった。TSP濃度に対するPAH濃度の比(×100,000)を比較すると、黄砂日(0.95±0.51)で非黄砂日(4.14±2.24)より有意に低いことが分かった。昨年度の黄砂日は、中国でPAH濃度が高くなる暖房期ではないため、黄砂の飛来によりTSP濃度は上昇したが、PAH濃度は上昇しなかったと考えられる。本課題では、今まで行われなかった毎日のPAH濃度を把握することにより、TSP濃度とPAH濃度の変動を詳細に検討できる。また、この結果はデータベースとして使用出来、アレルギー疾患とPAHの関連を明らかにするために有用である。ただし、1年(半年)のみのデータであり、中国の暖房期と非暖房期で黄砂に付着するPAH濃度や性質が異なることが考えられるため、更なる検討が必要である。本年度は,大気粉塵濃度(TSP)に影響を与える気象因子について2011年1月6月のデータを用いて検討した。また,TSPに付着した多環芳香族炭化水素類(PAH)や重金属に対する気象条件の影響についても検討した。TSPやPAHの月ごとの変動について,2011年1月6月と2011年11月2012年6月と2012年11月2013年3月のデータを用いて再検討した。その結果,TSP濃度は降雨量や平均湿度と有意な負の相関が,日照時間と有意な正の相関があることが分かった。また,最大風速の風向が西南西や南西や南南西(南西方面)の時,それ以外の風向に比べてTSP濃度が有意に高かった。風向が南西方面の時,PAH濃度も高い傾向にあった。TSP濃度の高い日や気象庁で観測された黄砂日の多くが,南西方面の風向であった。さらに,風向が南西方面で雨が降っていない時にTSP濃度が高いことが分かった。風向が南西方面の時,鉛濃度も高く,人為的発生源由来の大気汚染物質が運ばれてきていることが示唆された。TSPやPAHの月ごとの変動は各年で同様の傾向が認められた。TSP濃度は春に高く,PAH濃度は冬に高いことが分かった。5環のPAHに対する4環のPAHの比は,5月や特に6月に低いことが分かった。夏場に向かい,揮発性の高いPAHがガス状で存在する割合が高くなると考えられた。

中国からの越境汚染をはじめとした大気汚染物質による呼吸器疾患への影響が懸念されており,大気汚染物質の飛来(や国内由来の上昇)を予想できれば,マスクをするなど対策をとることができる。したがって,本研究で得られた結果は,大気汚染物質による呼吸器疾患への影響を予防するために意義のあるものである。また,毎日サンプリングして得られたTSP濃度やPAH濃度の月変動は,環境モニタリングの基礎データとして意義のあるものである。少量の大気粉塵を用いた多環芳香族炭化水素類の分析法の確立と2011年1月6月に捕集した大気粉塵中多環芳香族炭化水素類の安定した分析に予想より時間がかかったため。また、多くの大気汚染物質の情報を得るため、大気粉塵中遷移金属の分析も行うことにしたため。24年度が最終年度であるため、記入しない。近年、黄砂飛来が11月や12月に観測されることもあるので、大気粉塵捕集期間を長くし、季節による大気粉塵や黄砂に付着した化学物質の特徴を把握する。昨年度のデータや気象庁の気象データや環境省の大気汚染データ(確定値)を用いて統計解析を行うとともに、2011年11月2012年6月に捕集する大気粉塵中多環芳香族炭化水素類や遷移金属を分析する。上記で得た結果を利用し、大気汚染と喘息患者の症状の関係を検討する。多環芳香族炭化水素類が喘息に関与しうるか調べるために、喘息患者と健常者の血液を用いて、多環芳香族炭化水素類による好塩基球の活性化を検討する。
動画像からの高速3次元空間推定技術に関する研究

本研究は、移動型ロボットへの適用を主眼として、周囲環境の様々な形状や色に対応し、なおかつ高速な空間認識処理を実現する技術として、線分表現を用いた周辺3次元空間認識手法の確立と、実用化を目指した。具体的には移動するカメラ映像より線分を抽出し、画像情報に比べ非常に小さい情報量となり、高速な処理が期待できる線分表現に変換する。そして線分表現から、面の存在判定を行い、物体の立体形状を認識し、最終的に3次元空間を認識するシステムを開発した。まず初年度となる平成16年度において、画像情報に対し、線分表現への変換手法の確立を図り、線分表現による3次元空間認識手法を検討した。そして、この手法を用いたシステムの構築を図り、一連のリアルタイム処理が可能な実験環境の構築を図った。2年目となる平成17年度において、このシステムの中における取得画像の高品質化、空間認識アルゴリズムの高速高精度化、パートナーロボットのシステム化、認識した3次元情報の多目的利用化のそれぞれの項目について検討した。最終的には、精度の問題を含むが、ロボットによる3次元空間認識を行うための基本アルゴリズムを確立した。また、実用化に向けた実装を進め、自律ロボットに向けたシステムの構築を行った。今後は、複数回計測することにより、精度の向上を目指す手法の確立を検討する予定である。また、実用化面においては、さらに低コストに実現可能となるよう、より汎用的なカメラやロボットを利用したシステムの構築を図る予定である。本研究では、カメラを搭載した移動可能なロボットを想定し、そのカメラ映像から3次元で周辺空間の認識処理をコンピュータ上で行うための方法について提案する。本年度は、3次元リアルタイム空間認識システム全体を構築し、それら画像処理に必要な計算アルゴリズムについて検討を行った。移動ロボットにカメラを搭載し、ロボット自身が自由に動き回れるようにするため、無線による映像伝送を行った。この後、計算機への映像の取り込みを行い、逐一画像処理を行うことが可能となるようにした。一方、画像処理の内容として、3次元空間認識手法について検討を行った。ロボットの移動により発生する運動視差の検出を行った。また動物体の存在する環境を想定し、動物体の存在についても同様に検出を行った。まず、運動視差を用いることにより、視差の大きさの制限がなく、従来システムである視差が固定されたものに比べ計測精度を向上させることが確認できた。また、運動視差の検出法として、画像上の線や角の領域を抽出し、その領域のみをマッチング対象とすることで高精度に運動視差の検出ができた。動物体の領域を1つに限定することにより、精度よく検出することが可能であった。実環境において、3次元空間認識実験を行い、この手法が有効であることを確認した。次に、人間と共存するコミュニケーションロボットへの適用を考慮して、ロボット自身が人間と同程度の速度で動作するという状況において、人間の動き程度の動物体を抽出することの可能性について検討した。このような状況において、ロボットが移動しながら処理を行うことを前提とする、新しい手法を提案した。次年度に向けては、3次元空間認識として、点表現による認識を行っていることに対し、線分表現に改めて空間認識を行うことについて、検討していく。最終的に、リアルタイム画像処理による3次元空間認識を実現する予定である。具体的には移動するカメラ映像より線分を抽出し、画像情報に比べ非常に小さい情報量となるため高速な処理が期待できる線分表現に変換する。このシステムの中で、取得画像の高品質化、空間認識アルゴリズムの高速高精度化、システム化、認識した3次元情報の多目的利用化のそれぞれの項目について検討した。具体的には下記に項目毎に述べる。(1)取得映像の高品質化の検討