hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
シリコンナノ構造配列を用いた微小電子源の開発

申請者らが発見したシリコン基板のイオン照射減速エッチング現象を用いて、簡便かつ高性能な冷陰極型の微小電子源を作製するプロセスを構築することを目的として研究を行った。イオン照射減速エッチング現象とは、電子デバイス製造のためのイオン注入技術をナノ加工に応用したもので、イオン注入を施した部位に、ウェハスケールで選択的にナノ構造を作製する技術である。このイオン照射減速エッチングを利用して、これまでに、ダブルゲート型MOSFETや、2極管構造の電界放出素子の作製が達成されていたが、ゲート電極つきの3極管構造や、さらに先端にカーボンナノチューブなどの修飾を行った例はこれまでに実現されていなかった。特にイオン照射減速エッチングは注入したイオン種に依存しないので、触媒金属を打ち込むことによって、カーボンナノチューブなどの電子放出特性のよい材料を選択的にエミッタ先端に修飾することができ、電子放出特性を大幅に改善することが可能となる。我々がこの方針で研究を行った結果、主として下記の3つの成果を獲得した。(1)イオン照射減速エッチングを用いて、ゲート電極を有する3極管構造をナノスケールで実現できるプロセスを構築し、閾値電圧3oVで安定な電子放出を実現した。(2)Niイオンを触媒として注入することにより、シリコンのナノ加工(Niイオン照射減速エッチング)と同時に、注入イオンを核とした選択的な繊維状カーボンの修飾に成功した(特許出願中)。(3)W針の先端に単層のカーボンナノチューブを選択的に、高いスループットで修飾する技術を開発し、閾値電圧の低減と電子放出の時間安定化を実現した。先鋭なシリコンナノ構造配列は平面型ディスプレイやマルチ電子線リソグラフィ用の微小電子源として期待されている。本研究は、課題として、(1)如何に構造と特性を均一にするか、(2)長時間の電子放出に対する耐性を如何に獲得するかに的を絞り、この2点の課題を克服できるデバイス構造と作製プロセスを提案し、試作して特性評価を行うものである。以下、2004年度の研究計画の項目ごとに実績を述べる。(1)イオン注入によるシリコン基板の表面改質と湿式処理による構造形成Niイオン注入による表面改質と水酸化テトラメチルアンモニウムを用いた湿式エッチング処理によってシリコンナノピラミッド構造を高密度に配列形成するプロセスの条件を確立した。加えて、シリコン先端に選択的にカーボンナノファイバを選択成長させる条件も見出した。カーボンナノファイバの成長位置の低制御性が課題となっている。(2)3極管構造微小電子源作製と電子放出特性評価水酸化テトラメチルアンモニウムの特異的な異方性を積極的に利用して3極管構造を自己整合的に作製するプロセスを考案し、放出特性を評価した。20時間の連続放出を確認したが、ゲート酸化膜の耐圧劣化による漏電流増大という新たな課題があることが判明した。また、10000個の高密度エミッタ配列の個々のエミッタからの電子放出を蛍光板に拡大投影して観測できるシステムを新たに構築した。(3)触媒金属イオン注入サイトから成長するカーボンナノ構造の形態制御触媒金属としてNiイオンを用いてイオン注入を行った後に、化学気相成長によりカーボンナノチューブを選択成長させた。選択性は確認できたが、更なる高い選択性と高アスペクト化の条件探索を行う必要がある。以上申請者らが発見したシリコン基板のイオン照射減速エッチング現象を用いて、簡便かつ高性能な冷陰極型の微小電子源を作製するプロセスを構築することを目的として研究を行った。
環境リスクフリー型高度浄水オゾン処理プロセスの構築とその性能評価

平成17-18年度における研究成果の主なものは、(1)浄水処理U-チューブオゾン酸化反応装置の性能解析、(2)水中希薄濃度の農薬及び化学薬品のオゾンによる分解特性の解析に関するものである。(1)U-チューブオゾン酸化反応装置の性能解析に関して、純酸素オゾン化ガスを使用する場合について、オゾン吸収、液相での溶存オゾンと溶解有機物およびモデル臭気物質(2-MIB)との反応、液相、気相の混合特性、静水圧の影響を考慮して設計方程式を導き、数値計算を実施したところ、浄水処理パイロットプラント装置におけるオゾン吸収効率および臭気物質分解効率のデータをよく説明する結果を得た。さらに、実規模装置のオゾン吸収効率の実権データも、シミュレーション結果とよく一致した。さらに空気オゾン化ガスを用いる場合についても検討した。これらの成果について、2年間に4回の国際会議で発表し、さらにChem. Eng. Sci.誌に掲載した。(2)水中希薄農濃度の農薬のオゾンによる分解特性の解析について、難分解性のCNP、あるいはフェノールをモデル物質として、回分法でオゾンによる水中での分解特性を研究した。CNPの分解速度は高濃度域では速いが、分解が進んだ低濃度域では著しく遅くなった。そしてそれぞれの濃度域でCNP濃度の1次反応と見なされた。また、活性炭懸濁下でCNP濃度をさらに大きく低下させることができた。フェノールの分解では、ギ酸、乳酸、など有機酸の生成が認められた。また、過酸化水素の添加がフェノールの分解を促進した。さらに、炭酸カリウムの少量の添加によってpHの低下が抑制され、フェノールの分解速度が高く保たれること、また有害なシュウ酸の生成が抑制されることが分かった。これらの結果について、化学工学会で2回の発表、分離技術会で1回の発表を行った。平成17年度における研究成果の主なものは、(1)浄水処理U-チューブオゾン酸化反応装置の性能解析、(2)水中希薄濃度の農薬のオゾンによる分解特性の解析に関するものである。(1)純酸素オゾン化ガスを使用する場合について、装置内のオゾン吸収、液相での溶存オゾンと溶解有機物およびモデル臭気物質(2-MIB)との反応、液相、気相の混合特性、静水圧の影響を考慮して設計方程式を導き、数値計算を実施したところ、浄水処理パイロットプラント装置におけるオゾン吸収効率および臭気物質分解効率のデータをよく説明する結果を得た。これらの結果から、実規模U-チューブオゾン酸化装置の信頼ある設計が可能になった。これらの成果について、フランス,ストラスブールで開催されたThe 7^<th>Conference on Gas-Liquid-Solid Reactor Designにて発表した。その内容は、Chem.Eng.Sci.,Vol.60,pp.6360-6370(2005)に掲載された。計算をさらに発展させて、実規模のU-チューブオゾン酸化装置における、臭気物分解効率とオゾン注入率との間の相関関係を明らかにした。その内容はオゾン国際会議IOA17(フランス,ストラスブール)で発表した。(2)水中希薄濃度の農薬のオゾンによる分解特性の解析について、難分解性のCNPをモデル物質として、回分法でオゾンによる水中での分解特性を研究した。CNPの分解速度は実験開始後10min迄の高濃度域では速いが、それ以降の低濃度域では著しく遅くなった。またそれぞれの濃度域でCNP濃度の1次反応と見なすことができた。また活性炭との共存効果について検討したところ、活性炭吸着単独処理、あるいはオゾン単独分解に比較して、CNP濃度をさらに大きく低下することができた。この結果については、化学工学会第37回秋季大会にて発表した。

平成18年度の主な研究成果は、(1)浄水処理U-チューブオゾン反応装置のスケールアップシミュレーション、(2)U-チューブ装置における内管の気泡特性の解析、(3)水中希薄濃度有害物のオゾンによる分解特性である。(1)空気オゾン化ガスを使用する浄水処理において、装置内のオゾン吸収、液相での溶存オゾンと溶解有機物およびモデル臭気物質(2-MIB)との反応、液相、気相の混合特性、静水圧の影響を考慮して設計方程式を導き、数値計算を実施し、実機プラントにおけるオゾン吸収効率および臭気物質分解効率を評価した。空気オゾン化ガスを使用する場合には、多量のガスの通気が必要であり、30m以上の液深で静水圧増加による物質移動促進をはからなければ、所望の装置性能が得られないことを見出した。さらに空気オゾン化ガスを用いる浄水オゾン処理装置における、オゾン吸収効率及び臭気物分解効率を明らかにし、化学工学会第38回秋季大会(9月、福岡)及びThe 10^<th> Asian Conference on Fluidized Bed and Three-Phase Reactor(11月、韓国、釜山)にて発表した。(2)Uチューブ型浄水オゾン処理装置における内管の気泡特性について実験的に検討し、その結果についてThe 7^<th> German/Japanese Symposium on Bubble Columns(5月、ドイツ)において発表した。(3)水中に希薄に溶解したフェノールのオゾンによる分解特性を研究した。フェノールの分解によって、ギ酸、乳酸、など有機酸の生成が認められた。また、過酸化水素の添加がフェノールの分解を促進した。この結果については,分離技術会年会2006(6月、早稲田大)にて発表した。さらに、炭酸カリウムの少量の添加によってpHの低下が節制され、フェノールの分解速度が高く保たれること、また有害なシュウ酸の生成が抑制されることが分かった。それらの結果を化学工学会第72年会(本年3月、京都)において発表した。
遺伝子操作の応用による白血病の早期診断の試み(白血病特異的発現遺伝子の分離による)

白血病細胞の性格は形態学的、生化学的および表面マーカーの解析によりかなり明らかにされてきている。しかし、FAB分類で同じクラスに分類されても、必ずしも同じ治療効果が得られるとは限らない。そこで、白血病細胞の遺伝子発現の面から、その性格を明らかにすることを試みた。CLLからcDNA libraryを作成し、白血病細胞に強く発現される遺伝子を分離した。今回、これらの遺伝子の臨床レベルでの応用を考え、各種培養白血病細胞で、in situ hybridization法を検討した。その結果は以前の他の方法で行った場合と同じであった。発がんプロモーターであるTPAは培養白血病細胞(HL-60など)に働き細胞を分化させる。そのときc-myc等のオンコジンの発現量を変化させることは知られている。我々の分離した遺伝子の発現も同様に変化することは報告中である。そこで、今回、患者から分離した各種白血病細胞でそれらの細胞が持つ潜在的分化能の検討を行った。即ち、これらの白血病細胞にTPA処理を行い我々の分離した遺伝子および各種オンコジンの発現量を検討した。TPA処理により、各種遺伝子の発現量の変化は一定していない。6-1Eまたは7-3Gの場合、発現量が低下する場合と変化しないかまたは増加する場合がある。急性骨髄性白血病では、臨床経過と比較すると、6-1Eおよび7-3Gが細胞のTPA処理で発現量が増加する症例はいずれも完全寛解で、治療薬の効果が良い、TPA処理で発現量が減少する症例は予後は悪かった。c-mycではAMLおよびCMLの何れにおいても発現量は同じか減少したが、MDSの3症例では、発現量は増加した。まだ、症例が少ないがMDSと白血病細胞とのあいだのc-myc遺伝子の発現量の変化は興味がある。なお、6-1E、7-3Gと9-5Cの塩基構造はGenexのdatabaseと一致するものはなく、6-1Eの遺伝子の全cDNA構造は決定し、その蛋白構造を検討中である。白血病細胞を表面マーカーのみならず,他の異った方法で分類することは,今後の白血病治療の新たな展望のため重要なことと考える.私は,数年来,種々の白血病細胞間の遺伝子発現の相違から白血病を分類することを試みてきた.方法は白血病細胞よりcDNA libraryを作製し,このlibraryよりその白血病に特徴のある遺伝子を分離し,それらを遺伝子probeとした.そしてこれらのprobeを用い,各種白血病細胞の遺伝子発現を測定し,白血病の分類を行うものである.細胞は慢性リンパ性白血病を用い,そのm-RNAよりcDNA libraryを作製した.コロニー・ハイブリダイゼーション法を用い, 21個の白血病細胞に強く発現されるクローンを分離した.これらのクローンの性格を明らかにするため,これらのクローンの一部の塩基配列を決定した.その結果,クローン(クー2D)がHLA associated lnvariant鎖遺伝子である以外,他のクローンは未報告のクローンであることが解った.この遺伝子はβ細胞系悪性腫瘍に強く発現された.各種培養細胞を用いた実験では, 5-2CはCCRF-CEMで, 6-1GはRaji, 6-1EはMolt3で強く発現された.また, 7-3G, 6-1Eおよび9-5Cは正常リンパ球,正常膜細胞および胃癌細胞ではほとんど発現されなく,各白血病およびリンパ腫で強く発現され,血液幹細胞の悪性化の指標となると考えられる.

さらに,分離したこれらのクローンが白血病細胞の分化度に応じて発現されるなら,これらのクローンを用い遺伝子発現を見ることにより,白血病細胞の分化度を決定することができ,白血病の治療に応用できるものと考えた. HL-60のTPAによる変化に応じて,これらのクローンの遺伝子発現が変化するが, mycを参考に検討した結果,クローン(7-2D)(8-4G)および(6-1E)はHL-60の分化に応じて発現量を増加させ,ある程度分比度の指標になることが解った.白血病細胞の性格は形態学的、生化学的および表面マーカーの解析によりかなり明らかにされてきている。しかし、FAB分類で同じクラスに分類されても、必ずしも同じ治療効果が得られるとは限らない。そこで、白血病細胞の遺伝子発現の面から、その性格を明らかにすることを試みた。CLLからCdNA libraryを作成し、白血病細胞に強く発現される遺伝子を分離した。今回、これらの遺伝子の臨床レベルでの応用を考え、各種培養白血病細胞で、in situhybridization法を検討した。その結果は以前の他の方法で行った場合と同じであった。発がんプロモーターであるTPAは培養白血病細胞(HL-60など)に働き細胞を分化させる。そのときc-myc等のオンコジンの発現量を変化させることは知られている。我々の分離した遺伝子の発現も同様に変化することは報告中である。そこで、今回、患者から分離した各種白血病細胞でそれらの細胞が持つ潜在的分化能の検討を行った。即ち、これらの白血病細胞にTPA処理を行い我々の分離した遺伝子および各種オンコジンの発現量を検討した。TPA処理により、各種遺伝子の発現量の変化は一定していない。6-1Eまたは7-3Gの場合、発現量が低下する場合と変化しないかまたは増加する場合がある。急性骨髄性白血病では、臨床経過と比較すると、6-1Eおよび7-3Gが細胞のTPA処理で発現量が増加する症例はいずれも完全寛解で、治療薬の効果が良い、TPA処理で発現量が減少する症例は予後は悪かった。c-mycではAMLおよびCMLの何れにおいても発現量は同じか減少したが、MDSの3症例では発現量は増加した。また、症例が少ないがMDSと白血病細胞とのあいだのc-myc遺伝子の発現量の変化は興味がある。なお、6-1E、7-3Gと9-5Cの塩基構造はGenexのデータベースと一致するものがなかった。また、6-1Eの遺伝子の全CNA構造は決定し、その蛋白構造を検討中である。
即興型スピーチとライティングを組み合わせた双方向的教材開発に関する研究

コミュニケーションツールとしての英語力育成を目標に、特に英語の即興力を伸ばす研究を進めた。本年度は研究3年目で、帯学習としてペアチャット(即興力育成)やスピーチ(テーマに沿ってまとまりのある英文を書く)を各学期に数回継続して行った。その積み重ねにより、6月と2月に準備型ディベートを行い、2月にはある程度の形に到達することができた。立論の部分ではデータ等を用い、論理的に話す子どもが多かったことから、自分の意見を論理的に書く力が高まったといえる。ただ、質問や反駁の部分ではまだ課題が見られる場面もあった。スピーチ、またはディベートの立論に向けた原稿を書く場面において、話すために書くという統合的な目的意識を持たせることにより、相手に伝わりやすい構成や語彙を使って書く力が高まったように思われる。子どもたちの5段階の意識調査で2・3年時を比較すると、ライティングに関して5が3%のまま、4が26%から30%へ、3が35%から41%へ、2が22%から17%へ、1が14%から9%へと推移した。またGTEC(116名受験)ライティングの結果では2・3年生時との比較では、グレード2が12%から0%へ、グレード3は58%から3%へ、グレード4が30%から97%へと推移した。ライティングに関しては、生徒の意識と資格試験の結果ともに順調に伸びたということができる。スピーキングに関してはアンケート項目の各段階において前年度とほぼ同じ結果にとどまった。一方向的なスピーキング活動(スピーチなど)においては資料やデータを用いて論理的に話すことができる子どもが大半となったが、上記の通り、即興力が求められる場面においては課題が残った面もあった。今後のスピーキング活動において、使用場面の詳細な設定をしたり、使用する語彙や表現などの条件を付けたりするなどのことを試していきたい。
腰痛要因となる危険前傾角度をリアルタイムに自己チェック可能な学習教材の開発と応用

看護現場の腰痛は深刻で,腰痛対策は離職者防止の観点からも急務と考える.本研究の目的は,腰痛要因となる看護動作時の危険前傾角度をリアルタイムに自己チェック可能な学習教材を開発することである.開発した学習教材は,看護動作時に危険前傾角度40°以上となると「音発生」機能を持つ.また,装着するセンサ本体を小型化し「振動発生」機能を持たせることで,看護現場においてもリアルタイムに危険前傾角度を自己チェック可能とした.また,看護学生による試用実験の結果,看護動作時の前傾姿勢改善およびボディメカニクス活用への意識向上などの効果が認められた.今後も腰痛対策に向けた本学習教材の実用化に向けて研究を継続する.昨年度は腰痛予防のための動作姿勢学習教材の開発を試み,動作時の腰部負担のかかる姿勢を学習者に告知するため,「音発生機能」を搭載してその有効性を確認した。なお,「音発生」は腰部に負担のかかる危険な前傾姿勢角度で警告するものである。しかし,看護学生が看護動作時の正しい姿勢を自己学習するためには有効であるものの,実際の看護現場で活用するためには「音発生機能」は臥床患者の安静を妨げる恐れも考えられる。したがって,平成24年度は,学習者の身体に装着したセンサが危険な前傾姿勢角度時に「振動」する機能に改良を加えることを試みた。なお,本学習教材は,現場の看護者が活用可能であり,ボディメカニクスを活用した正しい動作姿勢を促すことを目標としている。評価については,研究の趣旨を理解し賛同した看護者2名を対象として,本学習教材活用時の動作姿勢改善の有無および試作教材機能について検証した。評価対象とした看護動作は腰部に負担のかかりやすい基本的なベッドメーキングとした(2人法)。その結果,「振動」による警告がない場合は,対象者の前傾姿勢角度の平均値は危険角度40°付近の値であるのに対し,「振動」による警告がある場合には,注意角度30°以下の値となった。このことから,「振動」による警告は学習者の姿勢角度をリアルタイムに改善させ,ボディメカニクスを活用した腰部への負担が少ない動作姿勢を促すことができたといえる。また,「音発生」がないため,実際の看護現場においても使用可能となった。なお,試作教材の機能についての意見では,「初期補正スイッチが押しにくいため押しやすいように工夫してほしい」「今のままでも十分に使いやすいが,さらなる小型軽量化を実現してほしい」などがみられ,機器の完成に向けてさらなる改良が必要と考える。看護現場の腰痛は深刻で,腰痛対策は離職者防止の観点からも急務と考える.本研究課題では,看護現場において腰痛予防のために看護師自身が装着・活用する学習教材の開発を目指している.重量物を持ち上げない看護環境整備も必要であるが,「膝を曲げ上体の前傾を減少させた腰部負担の少ない看護動作」の習慣化によって,看護する者自らが腰痛を予防することが重要と考える.現場の看護師は,多忙な日常業務に追われ,腰部負担の大きい姿勢のままで仕事を行っていることが多い.今回開発を目ざす学習教材は,看護師が日常業務中の看護動作姿勢を常時モニタリングして腰痛要因となる危険前傾角度をリアルタイムで警告することにより,自己の危険前傾姿勢を体感し客観視できるものである.そして,このことによって看護師の動作時姿勢改善と意識の改善および腰痛予防を目ざす.前年度までの課題は,実際に看護現場で看護師が活用できる教材開発ということで,機器をより小型化するとともに,音発生ではなくそれに代わる振動発生によって,看護動作における前傾姿勢改善を目ざすことにあった.そこで今回,前回試作した機器の機能性を向上させるとともに,小型軽量化に向けて改良することを試みた.なお,本学習教材機器は保存したデータをパソコン画面で自身の姿勢を可視化することも目ざしている.看護学生38名に試用実験を行った結果,ハードウエアの再設計の必要性が浮き彫りにされるなど改良の余地は残すものの,本学習教材の活用による看護動作時の前傾姿勢改善およびボディメカニクス活用への意識向上などの効果が認められた.今後,看護現場において実際に活用可能なものにするべく,腰痛要因となる危険前傾角度をリアルタイムに自己チェック可能な学習教材の実用化に向けて研究を継続する.看護現場の腰痛は深刻で,腰痛対策は離職者防止の観点からも急務と考える.本研究の目的は,腰痛要因となる看護動作時の危険前傾角度をリアルタイムに自己チェック可能な学習教材を開発することである.開発した学習教材は,看護動作時に危険前傾角度40°以上となると「音発生」機能を持つ.また,装着するセンサ本体を小型化し「振動発生」機能を持たせることで,看護現場においてもリアルタイムに危険前傾角度を自己チェック可能とした.また,看護学生による試用実験の結果,看護動作時の前傾姿勢改善およびボディメカニクス活用への意識向上などの効果が認められた.今後も腰痛対策に向けた本学習教材の実用化に向けて研究を継続する.本年度は,腰痛予防のための動作姿勢学習教材の開発を試みた.教材開発にあたっては,腰痛要因となる動作時危険前傾角度を「音」機能によって動作者自らがリアルタイムに自己チェック可能な学習教材を目ざしている.なお,開発にあたっては,装着・操作が容易,安価,耐久性に優れたものとした.また,可能な限り安価なセンサ材料を使用し耐久性に優れた装着具の作成も試みた.本学習教材の機能としては,動作時の前傾角度表示,動作映像表示,評価アニメーション表示機能に加え,動作時の腰部負担域をリアルタイムに体感するため,危険な前傾角度での「音発生」機能を搭載している.このほか,操作を容易にするため無線化した.

一方,動作時腰部負担は「前傾角度」に「ひねり」が加わることによって増大するとの報告をもとに,今回新たな試みとして,「前傾角度」とともに「ひねり」角度測定機能の追加を試みた.「ひねり」測定機能も追加した教材活用評価のプレテストを行うため,2名の看護師を対象にベッドメーキング動作を行い,角度変化を検証した.2回の動作を比較した結果,両者ともに「前傾角度」「ひねり」角度は減少しており,教材活用の効果があることが示唆された.また,看護動作時に「ひねり」が加わることを再確認することができた.その後,看護学生28名を対象に車椅子移乗動作を行い、本学習教材活用の評価を行った.その結果,「前傾角度」は平均25.8°から18.4°に改善が認められ,「ひねり」角度も平均7.1°から5.3°に減少した.ボディメカニクス活用の腰痛予防についての意識も教材活用後に点数が向上した.以上のことから,本学習教材活用の有効性が示唆された.また,自己学習可能な動作時「前傾角度」を「音発生」によって告知できる教材開発も引き続き行っている.59名の看護学生を対象に教材活用の評価を行った結果,活用回数が多い者ほど効果が大きいことが示唆された.看護師および介護職の職業性腰痛は深刻であり,離職者防止の観点からも腰痛対策は急務である。看護動作における腰痛発症の要因として上体を前屈させる前傾姿勢があげられるが,自らの動作姿勢を客観的にいかに自覚するかが重要である。そこで,本研究では腰痛要因となる動作時危険前傾角度をリアルタイムに自己チェック可能な学習教材を開発し,教育効果を高める活用方法を検討することを目的としている。また,看護師・看護学生および介護職や地域在住介護者などを対象に,実践の場で活用することによって,対象者の腰痛予防に対する意識向上と動作姿勢・腰痛改善をめざすものである。看護師および介護職の職業性腰痛は深刻であり,離職者防止の観点からも腰痛対策は急務である.看護動作における腰痛発症の要因として上体を前屈させる前傾姿勢があげられるが,自らの動作姿勢を客観的にいかに自覚するかが重要である.そこで,本研究では腰痛要因となる動作時危険前傾角度をリアルタイムに自己チェック可能な学習教材を開発し,教育効果を高める活用方法を検討することを目的としている.また,看護師・看護学生および介護職や地域在住介護者などを対象に,実践の場で活用することによって,対象者の腰痛予防に対する意識向上と動作姿勢・腰痛改善をめざすものである.平成23年度は,動作時腰部負担は「前傾角度」に「ひねり」が加わることによって増大するとの報告をもとに,新たな試みとして,「前傾角度」とともに「ひねり」角度も測定できるよう機能追加を試み,学習教材開発をすすめている.自己学習可能にするまでは引き続き改良が必要であるが,動作時の「前傾角度」だけでなく「ひねり」も加えて評価することは腰痛予防のためには重要であり,引き続き研究をすすめていきたい.また,自己学習可能な動作時「前傾角度」を「音発生」によって告知できる教材開発もほぼ完成に近づいている.可能であれば,小型の携帯機器を作成し,勤務帯に装着し動作することによって,自己の動作姿勢を実際的に評価可能なものにしていくことがのぞましいが,その機器開発にはまだ取り組めていない.
バイオアクティブガラスを用いた 矯正用ステンレススチール表面の改質

EPD法によってバイオアクティブガラス(以下BAG)の表面改質処理を行ったステンレススチール(以下SS)ワイヤーは乳白色を呈する。EPD時の電圧の強弱や直流電圧、交流電圧等の条件を変え、分光測色器を用いて色調測定を行った結果、その色調は比較的低い電圧(5V、10V)で表面改質を行った場合よりも比較的高い電圧(15V)で行った場合の方がより高い反射率を示すことが分かった。さらに、レーザー顕微鏡を用いてワイヤー試料の表面形態を分析した結果、表面改質したSSワイヤーは未処理のSSワイヤーよりも有意に高い表面粗さを示した。また、比較的高い電圧(15V)で表面改質処理を行った試料は低い電圧(5V、10V)で行ったものよりも有意に低い表面粗さを示した。各ワイヤー試料の表面にナノインデンテーション試験を行った結果、EPD法によって形成されたBAG層はいずれも、未処理のSS表面よりも低い弾性係数を示した。また、ワイヤーと矯正用ブラケット間とに発生する摩擦係数を測定するために引き抜き試験を行った結果、表面改質を行ったワイヤー試料はすべて、未処理のSSワイヤーよりも高い摩擦係数を示した。さらに、各ワイヤー試料に三点曲げ試験を行った結果、表面改質を行ったワイヤー試料はいずれも、未処理のSSワイヤーよりも低い弾性係数を示した。BAGを用いた表面改質による耐食性の変化を調べるため、電気化学測定法による腐食試験を試みたが、各試料間に明確で一定の差異を認めることができなかった。以上より、一定以上の電圧でEPD法を行いBAGによる表面改質を行ったSSワイヤーは、審美的に優れた色調を有する一方で、ワイヤーとしての弾性係数の低下や表面の粗造化、それに伴う摩擦係数の増加など好ましくない特性も有することが分かった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。溶融法を用いて作製したBAG粉末を蒸留水中に懸濁し,ステンレススチール(SS)電極に1015 Vの直流電圧あるいは1kHzの正弦波交流電圧を10分間付与することによって,アノード電極として用いたSS表面に緊密なBAG層が形成されることが明らかとなった.そして,組成分析及び結晶構造の分析の結果,BAG層は粉末状態の時と同様にアモルファス構造を有していることが分かった。BAGは,その結晶性が高くなると生体活性が低下するという報告がある.よって,アモルファス構造を有していることは,溶液中で溶解しやすい性質を有していることを示しており,BAGのもつ生体活性が維持されていることが期待できる.また,BAG層は乳白色を呈しており,色調測定の結果,5 V,10 Vの電圧下で行った表面改質処理よりも,15 Vでの電圧下で行った表面改質処理のほうが、SSがより天然歯に近い色調となることが分かった.さらに,酸緩衝能試験において試料群と共に浸漬した酢酸溶液のpHが上昇したことから,BAGによる表面改質を行った試料は酸性溶液を中和する作用があることが分かった.続いて,エナメル質包埋試料に脱灰操作を行い,各円板状試料と共に人工唾液に全浸漬し,浸漬前後のエナメル質に対して超微小硬度計(ENT-1100a,エリオニクス)を用いてナノインデンテーション試験を行った.その結果,脱灰操作によりすべてのエナメル質包埋試料群の機械的特性が一様に低下し,その後人工唾液への浸漬に伴い回復傾向を示した.このとき,表見改質処理を行った試料と共に浸漬したエナメル質包埋試料群の機械的特性が,コントロール群と比較して強い上昇傾向を示した.以上により,BAG改質層から溶出するイオンは矯正治療中のブラケット周囲のエナメル質の脱灰を抑制するとともに,再石灰化を促進する作用を有することが明らかとなった.円板試料作製の手法は既に概ね確立され,各条件で形成されたBAG層の組成,結晶構造,審美性,機械的性質などがある程度明らかになった.一方,ワイヤー試料の表面処理の手法には当初の想定より改善の余地が多く,その確立に時間を必要とした.そのため,ワイヤー試料の特性を明らかにするための実験の進捗がやや遅れている.また,EPD法を行う際に懸濁液中に分散しているBAG粒子の荷電状態を明らかにするため,電位差滴定法を行ったが,この手法は,難溶性物質以外では正確な電荷量を求めることが困難であるという欠点がある.BAGは溶液中で溶解性を示し,リン酸イオンやケイ酸イオンによる高い酸緩衝能を持つ.したがって,電位差滴定法によってBAG粉末の等電点を求めることはできず,現在代替的な手法を模索中である.現在,表面改質処理を行ったSSワイヤーの機械的性質や耐食性を評価するための研究を進行中である.EPD法によってバイオアクティブガラス(以下BAG)の表面改質処理を行ったステンレススチール(以下SS)ワイヤーは乳白色を呈する。

また、比較的高い電圧(15V)で表面改質処理を行った試料は低い電圧(5V、10V)で行ったものよりも有意に低い表面粗さを示した。各ワイヤー試料の表面にナノインデンテーション試験を行った結果、EPD法によって形成されたBAG層はいずれも、未処理のSS表面よりも低い弾性係数を示した。また、ワイヤーと矯正用ブラケット間とに発生する摩擦係数を測定するために引き抜き試験を行った結果、表面改質を行ったワイヤー試料はすべて、未処理のSSワイヤーよりも高い摩擦係数を示した。さらに、各ワイヤー試料に三点曲げ試験を行った結果、表面改質を行ったワイヤー試料はいずれも、未処理のSSワイヤーよりも低い弾性係数を示した。BAGを用いた表面改質による耐食性の変化を調べるため、電気化学測定法による腐食試験を試みたが、各試料間に明確で一定の差異を認めることができなかった。以上より、一定以上の電圧でEPD法を行いBAGによる表面改質を行ったSSワイヤーは、審美的に優れた色調を有する一方で、ワイヤーとしての弾性係数の低下や表面の粗造化、それに伴う摩擦係数の増加など好ましくない特性も有することが分かった。ワイヤー試料の機械的特性を評価する.まず,小型万能試験機(EZ Test,島津製作所)を用いてワイヤー試料の三点曲げ試験を行い,弾性係数を測定する.また,試験後の試料の表面性状および断面性状を走査電子顕微鏡(JSM-6610LA)で観察し,改質層のSS表面からの剥離状態の有無を調べるとともに,形成されたBAG層の厚さとワイヤー断面積の変化量を測定する.さらに,摩擦係数測定装置を小型万能試験機(EZ Test,島津製作所)に取り付け,各ワイヤー試料とブラケット(Mini Uni-twin Brackets,3M Unitek)間に発生する静的摩擦係数を測定する.乾燥状態(無潤滑状態),室温25°Cの状況下で,ワイヤー試料とブラケットスロットとの角度を0°または10°の2条件に設定し,引き抜き試験を行う.ワイヤー試料表面の改質層の機械的特性(硬さ,弾性係数)を計測するため,超微小硬度計(ENT-1100a,エリオニクス)を用い,各ワイヤー試料の表面に対し,ナノインデンテーション試験を行う.次に,表面改質を行ったワイヤー試料の電気化学測定を行い,耐食性を評価する.もしも表面改質による耐食性の向上が見られなかった場合はその原因を考察し,より緻密で厚みのあるBAG層の形成方法を模索する.そして,BAGに銀をはじめとした金属ナノ粒子や,キトサンナノ粒子を添加した粉末を用いたSSの表面処理方法について検討し,BAG改質層への抗菌性の付与を試みる.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。
バイオマス廃棄物の適正処理およびエネルギー利用による中国の統合的流域管理政策

統合的流域管理政策総合評価のための動学的シミュレーションモデルを構築した。中国嘉興市南湖、雲南省〓池、北京市密雲貯水池の各流域に適応し、バイオマスエネルギー変換技術を中心とする畜産廃棄物処理の優位性とその対費用効果やバイオマスエネルギー変換技術導入のGHG削減効果を数量的に示し、またCDM事業によるプロジェクト推進の可能性等を分析し、この定量的な総合評価手法の有効性を明らかにした。(1)バイオマスプラント技術およびその投資効果の評価特定の流域(中国嘉興市等)を対象とし、バイオマスプラントの普及により温室効果ガス・水質汚濁物質・大気汚染物質といった環境負荷物質の環境中への排出がどう変わるか、誘発される需要により流域の産業構造や生産額がどう変わるか、また限られた予算制約や設定された環境基準のもとで経済活動を最大化するための投資の予算配分やタイミングを導出することにより環境と経済の両立が最大限に考慮された施策をモデルシミュレーションにより求め、動学的に総合評価する。(2)事例研究による事業モデルの提案実際にバイオマスプラントを導入していく場合の投資主体や事業形態などについて、日本・中国・その他の国の事例を研究し、実現性の高い進め方を提案する。また、CDMなどの事業を通じ、温室効果ガス排出枠の獲得による日本へのメリットが出る方策についても検討する。(3)中国での低コストバイオマスプラントの開発およびフィールド試験に関するデータ収集中国の共同研究者との連携により、設置コストが日本の1/10程度(処理量1t/日当たり100万円程度)のバイオマスプラントの開発を行う。またパイロットプラントの設置およびフィールド試験により、性能向上のための運転条件の設定やその細かなコントロールといったノウハウの蓄積を行う。プラントの開発・フィールド試験の研究費は中国側の負担であるが、そこで得られるコスト構造や温室効果ガス・水質汚濁物質の回収量・排出量、さらには大気汚染物質の排出量などといったデータを収集し、シミュレーション評価の入力項目として活用する。今年度は、バイオマスプラント技術およびその投資効果評価のためのシミュレーションモデル(動学的総合評価モデル)の開発を行なった。モデルの構成は、まず対象流域圏内にバイオマスプラントや廃棄物処理技術、汚染除去産業を個別産業として含むいくつかの経済主体を設定し、次にそれぞれの部門の経済活動(原料の購入、生産、消費、排出、納税、貯蓄、投資など)を、物質・価値(貨幣)・エネルギーの三つの収支に着目し制約式として表現する。自然界でも水系については、水資源と水質汚濁物質の循環をモデル化した。これらの制約式を全て満たした上でポテンシャル関数(地域総生産などの経済指標)を最大化(または最小化)し、経済的インセンティブに基づく各部門の活動量を求めることが次年度以降に行うシミュレーションの内容である。水質、GHG削減を中心とする環境制約をデルに導入し、その制約値を変えて様々な解を導出することにより、環境と経済のトレードオフ関係が明らかになり、またバイオマス関連技術を中心とする新しい環境修復技術の効果をそのトレードオフ関係のシフト量として評価することが出来る。また、ゾーンモデルとして空間的な情報を盛り込むことにより、このようなモデルでは従来難しかった分散型システムの適正な評価が可能となった。中国側共同研究者と連携し中国で普及可能な低コスト型バイオマスプラントに関する技術情報を整理中である。また、テストモデルの対象地域を浙江省嘉興市南湖区とし、地域特性に関するデータの収集を行なっているが、信頼できる整備されたデータが存在しておらず、中国側の協力を得て現地での実地調査を次年度に実施する。事業モデルについては、既に水汚濁排出権取引の嘉興モデルの枠組みが構築されており、これにCO2排出権取引、CDMなどをリンクさせたビジネスモデルを検討中である。中国浙江省嘉興市を対象とした、水質改善のための動学的環境政策シミュレーションを実施した。嘉興市の産業構造に配慮して、点源系である生活排水、製造業に対する高度下水道処理、浄水設備設置、ストック減少補助金、あるいは面源系である農業、土地利用に対しては土地買収、溶出抑制肥料補助金等の水質浄化政策を環境政策の選択対象としてモデルに組み込んだ。特に、農業の中でおもな排出源である畜産業、なかでも養豚業(CODで全体負荷の30%、T-Nで28%、T-Pで50%)に対しては、電気化学的処理による排水処理を組み込んだ湿式メタン発酵技術の優位性、対費用効果を計測した。プラント1機の処理能力は肥育豚1、000頭で、設置コストを日本の製造で770万元と想定した。2006年を初期値として2007年から2006年水準の水質汚濁物質(COD,T-N,T-P)発生量の15%削減を制約とするシミュレーションの結果、10年間で6,043機設置され、その設置コストは460億元、GRPは当該プラントを設置できない場合と比較して1,079億元増加することを明らかにした。

当該プラント設置を想定しないで他のいかなる環境政策を実施しても、この政策目標を実現することは、結果として急激な生産削減を各産業に強いることとなり、実質的に不可能であることも明らかとなり、当該プラントに代表される畜産廃棄物、特に養豚業の廃棄物の適正処理技術の重要性が明らかとなった。事業モデルについては、中国側研究共同者と検討を行ったが、嘉興市政府の事情等により、テストプラントの設置には至っていない。今後は、他の省政府にも働きかけ、多面的に事業モデルプラントの設置をはかる。畜産廃棄物は、水質汚濁発生源であるばかりでなく、不適切な処理はメタン、亜酸化窒素等のGHG排出源でもある。この点を考慮し、農業生産におけるバイオマス廃棄物の非化石系燃料としての再生プラントとのハイブリッドも考え、より効率的、効果的な事業モデルの展開を考える予定。昨年に引き続き、中国浙江省嘉興市を対象とした、水質改善のための動学的環境政策シミュレーションを実施した。主たる分析視点は、水質汚濁排出削減と地域経済成長とのトレードオフの関係を見極めることと、新規バイオマスプラントの設置がこのトレードオフ関係に与える改善効果を明らかにすることである。ケース15-10%(バイオマスプラントの導入なしで嘉興市の現行の環境政策を実施して,2016年の汚濁物質排出量を各々2006年水準より15%以上削減し,かつすべての産業の生産額を2006年水準のマイナス10%水準以上を維持しなければならないケース)では農業を中心としてGRPの成長を大きく犠牲にする必要があること、一方、ケース15-10%-BP(同様に汚濁物質の削減および生産額の維持を,バイオマスプラントを導入して行わなければならないケース)では,すなわち本研究で提案する環境政策を実施する場合には10-15%汚濁物質削減目標の達或とGRPの成長の確保は両立するということを明らかにした。さらに,これらの二つのケースについ10年間のGRPの合計を比較すると,1,720億元の差が生じた。バイオマスプラントは,10年間で5,705機が設置され,その設置コストは394億元,維持管理費は226億元,10年間の合計で620億元のコストが必要であるので,本研究で提案する環境政策を実施すると,その実施コストの3倍近い経済的な効果(これは社会的便益の一部ではあるが,水環境の環境改善やGHG削減の評価額は入っていない)が地域経済全体で得られることが明らかになった。畜産廃棄物は,水質汚濁発生源であるばかりでなく,不適切な処理によりメタン,亜酸化窒素等のGHGの排出源ともなり得る。この意味で,当該バイオマスプラントはGHGの削減にも貢献できる。バイオマスプラントを5,705機設置することにより,10年間でCO_2重量換算温室効果ガスを約9,250千t-CO_2削減できることを明らかにした。これは,仮に国際排出権取引価格を100元/t-CO_2としても,約9億元の価値を持っていることを明らかにした。事業モデルについては、中国吉林市の行政担当者、吉林大学と低炭素社会構築に貢献するバイオマスエネルギー変換技術について、共同研究を検討している。来年度は、とれについての事前評価を実施する予定である。今年度は、開発した統合的流域管理政策モデルの汎用性等を検証した。
海洋における長期連続モニタリング用半導体式高精度ｐＨ電極の開発研究

高圧で温度変化の大きい海洋環境でpHを高精度に連続計測するための新たなpH電極を開発した。pH電極であるイオン感応式電界効果型トランジスタ(ISFET)について、安定性に影響を及ぼす電流リークの防止を考慮した構造を検討し、九州工業大学マイクロ化総合技術センターにおいて、ISFET-pH電極ウェハーを作成した。完成したpH電極を評価した結果、非常に良好な性能を示した。今年度は、国内外においてISFETウェハーの新規作成の可能性を検討した。(株)堀場製作所製のISFET-pH電極を用いて海洋での作動試験を実施した結果、現状の電極構造では海洋での使用は困難であることが判明した。電極構造の変更には、現在の製作ラインを変更する必要があるが、現時点では製作ラインの変更予定は無いとのことであった。スイスヌシャテル大学を訪問してISFETウェハーの新規作成について打ち合わせた。当方で検討したISFET-pH電極のマスクデザインを元にISFETウェハーを新規作成する場合、費用は8,000CHF(約930万円)であった。MICROSENS(大学のスピンオフ企業)で作成した4種類(感応修飾金属膜が酸化タンタル2種、アルミナ、酸化ハフニウム)のISFET-pH電極を用いて海洋での作動試験を実施した結果、アルミナがもっとも良い性能を示したが、温度変化に対する特性変化が大きかった。MICROSENSで作成した電極は、研究協力の一環として少量であれば供給可能であった。国内のメーカーでは、半導体産業低迷により小規模のウェハー作成が不可能であることが判明したため、ISFETウェハーが作成可能な研究機関を精査したところ、九州工業大学マイクロ化総合技術センターの研究者が、深海等の極限環境下(低温・高圧)でのISFET特性変化に興味があり、設備を使用して作成が可能であることが分かった。しかし、SFETウェハーの作成においては、専属のISFETウェハー作成技師を確保し、完成までには少なくとも1年近くが必要であった。このため、事業期間延長を申請して平成26年度末の完成を目指すこととした。今年度は、国内において新規のISFET-pH電極の製作に関する打合せを行い、ISFET構造および感応修飾金属膜の検討を行った。1(株)堀場製作所:堀場製作所は独自のラインでISFET-pH電極を製作・販売している。しかし、当方では数種類の金属膜を使うことを希望しているが、堀場製作所では一種類の金属膜しか使用できないため、当方が希望するISFET-pH電極がこのラインを使って製作可能であるかは不明である。一方、堀場製作所では将来的な事業拡大の一つとしてMEMS技術が計画されており、最新の機器が拡充されれば当方が希望するISFET-pH電極が製作できる可能があるため、情報交換を継続することとした。また、第一段階として、現状の堀場製作所製のISFET-pH電極を使って海洋で作動試験をすることとした。2東京大学生産技術研究所:藤井教授はヌシャテル大学のデロイ教授のところに1年間留学しており、現在も学生を派遣するなど交流を継続している。ヌシャテル大学のデロイ教授は独自にISFET-pH電極を開発しており、これらはMICROSENS(大学のプピンオフ企業)を通じて販売されている。当方ではISFET-pH電極のマスクデザインは既にできているので、これを元にマスクの製造から製作した場合の費用や、当方の希望する数種類の金属膜を使った場合の費用などを問い合わせてもらうこととした。また、MICROSENSでは2種類の金属膜を使用したISFET-pH電極を製作しているので、これらの電極を藤生教授を通じて入手し、海洋で作動試験をすることとした。3ISFET構造は、電流リーク防止のため、ツインウェル構造と保護膜多段積み構造とした。感応修飾金属膜は窒化ケイ素、酸化タンタル、アルミナ、酸化ハフニウムについて検討することとした。今年度は、九州工業大学マイクロ化総合技術センター(KIT-CMS)においてpH計測用のISFETウェハーを作成し、その性能を評価した。1KIT-CMSでのISFETウェハーの作成においては、専属のISFETウェハー作成技師が必要であるため、作成および性能評価を業務委託した。ISFET構造設計については、本研究代表者、KIT-CMSの研究者、担当業者とで打合せを行い、pH計測用のFET、温度測定用のダイオードに加え、故障箇所の判別用にP-W端子、SUB端子を設ける構造とした。2KIT-CMSの半導体製造装置を用いてISFETウェハーを作成し、ウェハーから単体のISFET電極を切り出した。単体のISFET電極について、ダイオードの特性および空気中におけるFETのDrain-Source端子間の絶縁性を確認した。さらに、単体のISFET電極は性能評価用に配線基板に実装し、性能評価用の治具を製作した。3KIT-CMSで作成したISFET電極の性能評価用のpH基板を導入し、Ag/AgClガラス製参照電極および、塩化物イオン選択製参照電極(海洋で使用する参照電極)を用いて性能評価を行った。

海洋地球化学検討したISFET構造を基に、国内外のメーカーや研究機関にISFETウェハー作成を問い合わせたが、国内では半導体産業低迷により小規模のウェハー作成が不可能であり、海外の研究機関では新規作成に1千万円前後の費用が必要となることが判明した。平成25年9月に九州工業大学マイクロ化総合技術センターの設備を使用して作成が可能であることが分かったが、専属のISFETウェハー作成技師の確保が必要であった。このため、平成26年度に事業期間延長を申請した。1国内および国外(スイス)でのISFET-pH電極作成の可能性が明らかになった。2海洋観測専用ISFETーpH電極の構造(マスクデザイン)を行った。九州工業大学マイクロ化総合技術センターにおいて、ISFET-pH電極ウェハーを作成する。作成したISFET-pH電極は、その都度、作動試験を行い問題点の洗い出しを行い、改良したISFET-pH電極を作成する。これを繰り返し行うことによって、海洋で使用可能なISFET-pH電極の完成を目指す。1さらに、国内および国外(台湾)でのISFET-pH電極作成の可能性を検討する。2入手可能なISFET-pH電極を用いて、現場試験を行う。3スイスヌシャテル大学で、ISFET-pH電極作成に関する打合せを行う。4海洋観測専用ISFETーpH電極ウェハーを作成する。検討したISFET構造を基に、国内外のメーカーや研究機関にISFETウェハー作成を問い合わせたが、国内では半導体産業低迷により小規模のウェハー作成が不可能であり、海外の研究機関では新規作成に1千万円前後の費用が必要となることが判明した。1専属のISFETウェハー作成技師確保のための業務委託費(約150万円)。2ウェハー作成用部材費(約73万円)。3九州工業大学との打ち合わせのための交通費(約4千円)1旅費国内:ISFET-pH電極作成に関する打合せおよび現場試験(10千円)、国外:スイスでのISFET-pH電極作成に関する打合せ(250千円)2設備備品費:ISFETーpH電極ウェハー作成(2,500千円)3消耗品費:電極チップの実装(150千円)
唾液中ホルモン分析による生体リズムと朝の意欲・疲労感の関連性の検討

日本の多くの青少年は,精神身体的に不調を抱えていることが報告されている。本研究では,21歳から22歳の15名の健康な大学生を対象にして,メラトニン,成長ホルモンの分泌を生理的パラメータとした生体リズムパターンを蛍光酵素免疫測定法で検討した。唾液サンプルは,被験者が連続5回自宅で採取した。また1日2回心身の状態を自己評定した。メラトニンと成長ホルモンを指標とした不規則な概日リズム群(ICR)は,規則的な群(RCR)と比べ,不安傾向を中心に有意な心身の不調が見出された。本研究で心身の不調は,基本的なライフスタイルを変更することによって改善できる可能性が示された。青少年の心身の疲労感,身体の不調,学習意欲の低下,不登校等は,一因として生活スタイルの夜型化による生体リズムの乱れに原因が求められる。そこで,ストレスの指標としてのコルチゾール,睡眠との関連性が指摘されているメラトニン,さらに昼間ダメージを受けた細胞の修復及び精神的活動との関連性も報告されている成長ホルモン等の日内変動を総合的に分析し,生体リズムのバイオマーカーとして確立させる基礎研究をめざしている。更に,このバイオマーカーから得られたデータに,アンケート等による心理的な分析を対応させ,現代青少年の生活スタイルや健康の自己管理について検討することを研究目的とする。本年度の研究成果として,まず第1に,従来外注に頼ることの多い生理的指標としての唾液腺ホルモン分析を,筆者らが開発したプロトコルで分析したことである。得られたデータは,他の指標と比較し,信頼性が高いことが確認された。第2に,この生理的指標を通して,青少年の生体リズムに関する詳細な情報を得ることできるようになったことである。具体的には,朝の心身の状態が良好な被験者群は,良好でない群と比べ,生体リズムが,本来め健康的な概目リズムに近いことが示された。本年度の研究結果を更に分析すると,コルチゾール,メラトニン,成長ホルモンの概日リズムの特徴や相互関係,各ホルモンの分析上の限界も浮かび上がってきた。今後分析上の課題を解決しつつ,それぞれのホルモンの概日リズムから,青少年の生体リズムを総合的に分析していこうと思う。このように本年度の研究成果から,今後の研究進展の展望が見えてきた。青少年の心身の疲労感,身体の不調,学習意欲の低下等は,一因として生活スタイルの夜型化による生体リズムの乱れに原因が求められる。そこで,ストレスの指標として用いられるコルチゾール,睡眠との関連性が指摘されているメラトニン,さらに昼間ダメージを受けた細胞の修復及び精神的活動との関連性も報告されている成長ホルモン等の日内変動を総合的に分析し,生体リズムのバイオマーカーとして確立させる基礎研究をしている。更に,このバイオマーカーをもとにして,アンケート等による心理的な分析と対応させ,現代青少年の生活スタイルや健康の自己管理について検討することを研究目的とする。本年度の研究成果として,結果は投稿した専門誌に採択されたが,まず第1に,生理的指標としての唾液腺ホルモン分析を,筆者らが開発したプロトコルで分析し,市販の分析キットと同様な結果を得たことである。第2に,この上述の3つの生理的指標を通して,青少年の生体リズムに関する詳細な情報を得ることできることを示したことである。具体的には,朝の心身の状態が良好な被験者群は,良好でない群と比べ,生体リズムが,本来の健康的な概日リズムに近いことが示された。今後,分析上の課題を解決しつつ,それぞれのホルモンの概日リズムから,青少年の生体リズムを総合的に分析していこうと考えている。研究課題の唾液中ホルモン分析による生体リズムと朝の意欲・疲労感の関連性の検討にあたり,本年度はメラトニンの生体リズムを基準として,睡眠と疲労感に関する自己評定項目結果との関連性から解析を進めた。これは生体リズムの脱同調の視点から心身の不調の要因を分析しようとする視点である。研究方法として,健康な大学生15名を被験者として,午後8時,午前0時,午前4時,午前8時,午後0時の5回唾液採取を行い,生理的指標としての唾液中メラトニンと成長ホルモンを蛍光酵素免疫測定法で分析した。また,午後8時と午前8時に心身の状態を自己評定した。得られたメラトニンの生体リズムデータを基準にレギュラー・サーカディアンリズム・グループとイレギュラー・サーカディアンリズム・グループの2群にグループ分けをし,心理的評定項目5項目,身体的評定項目5項目の計10項目からなる精神身体的状態の自己評定尺度結果を統計的に分析した。

結果として,イレギュラー・サーカディアンリズム・グループはレギュラー・サーカディアンリズム・グループと比較し,朝の心身の状態に関して不調を示す項目が有意に多く認められた。さらに強い不安感が示された。このことからイレギュラー・サーカディアンリズム・グループは,就寝-起床時間の位相が単に後退しただけではなく,精神身体的にもマイナスの影響が出ていることが示された。本研究はサンプル数が少ないが,研究を継続することによって更に日本の青少年の夜型生活へ対する警鐘が示唆されると思われる。
ノンパラメトリック法の応用的・理論的研究

(1)ノンパラメトリック法はデータに特定の分布型を仮定できない場合の統計的データ解析法として広汎に用いられている。しかしながら、ノンパラメトリック法といえどもどのような場合でも適用できるとは限らず一定の仮定が必要である。本研究は直観的に提案されてきたノンパラメトリック法の、特にデータのグラフ表現の性質を調べ、実際のデータ解析に応用することを目的とする。本複助金によってノンパラメトリック法のいくつかの問題の研究を行い以下の成果をあげた。(2)通常の2標本問題に対する順位検定は主に位置田数に関する推定に関連するが、尺度田数が異なる場合はその分布が田集団分布に無関係というノンパラメトリック法特有の性質を失う。発表1では、尺度田数が異なる場合でも位置田数の検定が可能なように統計量を拡張し、適当なスコアを用いれば効率が落ちないことを示した。(3)発配2ではk標本問題における順位のグラフ表現法を考察した。グラフ表現法ではデータ解析は直観的になされることが多く、数値を用いての説得力に乏しかった。各標本のデータを凸多角形に表現し、その面積和、重心座標等の漸近分布を導くことに成功し、通常用いられる順位検定との比較を行なった。効率は比較的高く、視覚的に解釈できる長所を持つことを思えばこれらの統計量は有用であろう。(4)発表3、4は寿命解析において仮定される2変量確率分布についてこれまで提案された分布の問題点を指摘し、ノンパラメトリック的なモデルの構築とその解析について考察した。(5)発表5は分岐過程において、最尤法を拡張したM推定の頑健性を調べ、分散を計算し漸近的に最適な推定量の構成法を導いた。(6)発表6では、データをグラフに表現することにより、多変量データが最大の尖度、歪度を持つ方向を発見し、幾何学的手法を用いて多変量正規性の検定を行う方法を提案した。