hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ＢＬＳ環境の定量的把握とＢＬＳマップの作成

心停止等の重篤な傷病者の救命率や生存退院率を高めるためには,傷病者発生(卒倒)から5分以内で自動体外式除細動器(AED)による除細動が実行されることが望ましく,地域医療体制に速やかに連携できる「市民が協力し合える一次救命処置(BLS)の体制」の強化が必要である。わが国では高価なAEDを十二分な数だけ配備した施設や地域は極めて少なく,敷地内等で密にAEDが配置された例は稀であることから,1台のAEDを有効活用するためには,複雑に入り組んだ建物や敷地等のBLSを取り巻く環境(BLS環境)を認識し,かつ施設関係者や地域住民等が緊急時に連携をとれる体制が構築されるべきである。しかしながら,BLS環境の定量的評価に関する研究は進展の途上にあり,坂道,階段,道の曲がりや屈曲等の環境構成要素がBLS行動に及ぼす影響は明確に把握されていない。また,BLSの実施に限らず,地域住民の防災や安全等に対する行動・連携が環境に応じて十分にシミュレーションされているコミュニティーは少ない。本研究の実施において,平成23年度には,まず,BLS環境を定量的に把握するため,AED運搬者の走力レベルやアクセス方法等に応じた走行実験を霧島市国分運動公園で行った。そして,これに関して,2011年10月に日本救急医学会総会で口頭発表形式で報告した。また,霧島市全域の「BLSマップ」の作成に先立つ,AED設置場所にかかわる調査を霧島市消防局と共同で実施した。・岩船昌起(2011):BLS環境の定量的評価に基づくAED運搬方法の検証-K市K運動公園でのBLSマニュアルへの助言.日本救急医学会雑誌第39回日本救急医学会総会号22-8.514p霧島市のAED情報については、霧島市消防局の全面的な協力で2010年12月までに全体調査を行い、AED設置事業者の名称、施設内での具体的な設置場所、電話番号、住所、使用可能な時間帯を把握した。そして、掲載を許可した事業者の情報を活用して「霧島市AEDマップ1)」を作成し、2011年4月から霧島市ホームページで閲覧が可能になった。これは、消防局職員による情報の更新が円滑にできることを念頭に置いて、フリーソフトのGoogle Mapで制作されている。「AEDマップ」とは別に、霧島市消防局による講習会や住民同士のワークショップ等で使用可能な「BLSマップ」を作成中である。その経過については、2012年日本地理学会秋季学術大会の「ポスター発表2)」で報告した。建物内でのAEDの正確な位置を調査し、現行のAEDマップ上でのAEDマークの位置のずれを2012年10月までに調整した。そして、施設内での玄関等の位置も記し、AEDにアクセスできる経路を明示したところ、1枚のGoogle Mapで表示できる情報量を超え、ソフトとしての限界があることが分かった。そのため、5分以内で除細動(AEDによる電気ショック)が可能な空間(≒安全域)や、特に道路上でのその目安となる距離を明記する表現方法を取り決めているものの、平成24年(2012年)度の残った予算では、電子地図等を急遽購入することができず、作業を止めることとなった。1)鹿児島県霧島市公式ホームページ/くらしの窓/霧島市AEDマップ2)岩船昌起・山口史枝・霧島市消防局(2012):霧島市におけるBLSマップの作成ー市民による「AEDへのアプローチ」の改善のために.日本地理学会発表要旨集,82巻,146p.研究代表者は,岩手県宮古市出身であり,東日本大震災発災後,エフォートを取られることとなった。自宅が全壊し,両親が仮設住宅に入居する等,私的にも時間を費やし,かつ日本地理学会で「東日本大震災被災地再建研究グループ」の世話人を行い,現地での共同研究のコーディネートなどを行った。
自然及び人工光合成中心における電荷及びエネルギー輸送のモデル化

自然構造体における電子励起エネルギー伝達ダイナミクスの従来の理論的なモデル化のほとんど全ては分子集合体(またはアンテナタンパク質)における励起子は一つという仮定に基づいている。太陽光の強度においては複数の励起子過程は稀であると考えられてきた。しかし二次元(2D)の電子分光実験において、励起状態にある発色団が一つしか存在しなくなるほど光の強度は十分に弱くない。エネルギー変換において複数の励起子とEEA機構の効果を探求するために、我々はそれぞれ7個と9個の発色団からなるFMO (Fenna-Matthews-Olson)複合体とLH2(集光性複合体2)のB800リングにおける励起子伝達ダイナミクスを研究する。以前の研究で開発した方法に基づき、我々はエネルギー変換効率と空間分布の経時変化を計算する。我々の計算では短時間の範囲では、単一励起子の状態と二つの励起子の状態の両方において、励起子は量子ビートを起こしながら移動することが示される。我々は単一励起子の状態において初期に励起されたアンテナ発光団のエネルギーが23ピコ秒のうちに量子効率96%で反応中心に効率よく集められること(トラップ)を明らかにする。上記の結果以外にも能動的ブラウン運動の研究に私が携わってきたことに注目されたい。我々は異なる仕切りの形状、境界での衝突ダイナミクス、粒子の回転拡散について2次元の周期的に仕切られたチャンネルにおいて自走で過減衰の微小浮遊子のブラウン輸送を数値解析により研究した。空間的非対称性が存在するとき、時間に相関する能動的ブラウン運動の計算結果は修正の対象となる。我々はヤヌス粒子のラチェット動作が通常の熱ポテンシャルのもとでのラチェット動作より桁違いに強いことがあり従って実験が可能であることを実証する。さらに小部分のヤヌス粒子が大きな混合部分の受動粒子の自発ポンピングを誘発することができる。(抄録なし)2011年度に、我々は反応中心周辺の光アンテナ発色団の位相的アレンジメントの効果を主要研究課題に取り上げた。主たる目的は、反応中心周辺の光アンテナ複合体の最も効率的なアレンジメントを見出すことであった。具体的には、3つの必須構成要素であるドナー、感光性ユニット、およびアクセプタを持つ分子トライアドから成る光化学系を考察した。この場合も、中央部の感光性コンポーネントは4個の補助的集光アンテナ色素と結合しており、結合した光アンテナ反応複合体は2個の電極間に挿入されている。フェルスターメカニズムによって説明される光アンテナから人工的反応中心である分子トライアドへの共鳴エネルギー転送について考察を行なった。また、電子(量子系)とフォノンモードにある熱浴(外界)との間の強いカップリングに関しても調査した。原理的には、反応中心の周りにある光アンテナ複合体の可能な位相的配置を多数考えることができる。しかし、この分析を簡略化するため、2つの極端なケース、つまりいくぶん逆の位相あるいはネットワークを持つケースに焦点を合わせた。この2つのケースとは、上手く接続した反応中心のケース、そして中央の反応中心が、ここでは直線鎖の一部である唯一の光アンテナのみと結合しているという前者とは反対のケースである。最初のアレンジメントでは、周囲にあるすべての色素から反応中心までの直接的な励起転送が可能となる。2番目の配位では、エネルギーは集光性発色団連鎖に沿ったカスケード機構により伝達され、ここでは1つの発色団のみが反応中心に接続されている。我々は、カスケード的エネルギー伝達を利用する人工的光合成系はより広い波長範囲にある光子を吸収し、かつ、すべての光アンテナ発色団と反応中心の直接的カップリングに基づいたシステムよりも高能率でそれらのエネルギーを電気に変換できることを示したものである。われわれは、発色団の凝集体における多重エキシトンの動力学を、エキシトン・エキシトン消滅過程(EEA)を組み込んで研究する。EEAは、2段階から成る過程であり、最初の段階では、2つのエキシトンが接近し結合して、より高次の励起状態が生成され、これは融合状態としても知られている。次の段階では、非常に高速の内部転換機構により融合状態が第1励起状態に復帰する。エキシトン・エキシトン消滅過程を組み込むために、どの発色団に対しても3つの断熱電子状態(基底状態、第1励起状態、およびさらに高次の励起状態)をこれまで考慮してきた。フェムト秒の尺度での多重エキシトンの量子動力学を記述するために、ガウス熱溜めに接触する発色団の電子状態に対するハイゼンベルグ演算子の厳密な非マルコフ方程式の1組を導出する。これらの方程式を用いれば、再構成エネルギーが内部サイトエキシトン結合と同程度である、強いシステム・熱溜めの相互作用の領域を解析することが可能となる。同時にこれらの方程式は、核再構成時間がエキシトン移動時間と同程度である場合でも同じ領域で有効である。特に言及するなら、本研究では、それぞれ7つおよび9つの発色団をもつ、FMO(Fenna-Matthews-Olson)複合体およびLH2(光収穫複合体2)のB800環に注目している。われわれは、最初に励起されたアンテナ発色団のエネルギーは、数ピコ秒で反応中心(トラップ)に効率的に注ぎ込まれ、量子収量が単一エキシトンおよび2重エキシトンの場合に対してそれぞれ、約96%、約46%であることを示す。

EEA過程が不在(あるいは、EEAが存在してもエキシトン移動時間の尺度が内部転換過程と同程度である場合)においては、2つの2重エキシトン状態間でのエネルギーの見かけの量子ビートを約400fsというデコヒーレンス時間で観測した。自然構造体における電子励起エネルギー伝達ダイナミクスの従来の理論的なモデル化のほとんど全ては分子集合体(またはアンテナタンパク質)における励起子は一つという仮定に基づいている。太陽光の強度においては複数の励起子過程は稀であると考えられてきた。しかし二次元(2D)の電子分光実験において、励起状態にある発色団が一つしか存在しなくなるほど光の強度は十分に弱くない。エネルギー変換において複数の励起子とEEA機構の効果を探求するために、我々はそれぞれ7個と9個の発色団からなるFMO (Fenna-Matthews-Olson)複合体とLH2(集光性複合体2)のB800リングにおける励起子伝達ダイナミクスを研究する。以前の研究で開発した方法に基づき、我々はエネルギー変換効率と空間分布の経時変化を計算する。我々の計算では短時間の範囲では、単一励起子の状態と二つの励起子の状態の両方において、励起子は量子ビートを起こしながら移動することが示される。我々は単一励起子の状態において初期に励起されたアンテナ発光団のエネルギーが23ピコ秒のうちに量子効率96%で反応中心に効率よく集められること(トラップ)を明らかにする。上記の結果以外にも能動的ブラウン運動の研究に私が携わってきたことに注目されたい。我々は異なる仕切りの形状、境界での衝突ダイナミクス、粒子の回転拡散について2次元の周期的に仕切られたチャンネルにおいて自走で過減衰の微小浮遊子のブラウン輸送を数値解析により研究した。空間的非対称性が存在するとき、時間に相関する能動的ブラウン運動の計算結果は修正の対象となる。我々はヤヌス粒子のラチェット動作が通常の熱ポテンシャルのもとでのラチェット動作より桁違いに強いことがあり従って実験が可能であることを実証する。さらに小部分のヤヌス粒子が大きな混合部分の受動粒子の自発ポンピングを誘発することができる。2011年9月から現在の過去6カ月間、我々は提案してあった研究計画の一部を首尾よく実行してきた。すなわち、反応中心の周りの光アンテナ発色団の位相的なアレンジメントの効果を調査してきたのである。我々の研究では、接続性に加えてエネルギー障壁(ボトルネック)が、最大のエネルギー変換効率をもたらす位相的なアレンジメントを決定するにあたり重要な役割を果たしていることが示された。研究は計画通りに進展した。昨年度の研究提案の主要部分であった、エキシトン・エキシトン消滅過程が存在する場合の多重エキシトン動力学の研究が実施された。2次元電子分光法により検出可能であろう、エネルギークエンチング機構における見かけの量子効果を観測した。我々には、特に多重励起子力学を重視した光アンテナ複合体LH IとLH IIの双方におけるインター・リングとイントラ・リング励起子移動力学に関する研究計画があるが、今までのところ、この点についての取り組みはなされていない。主として、励起エネルギー移動効率が、複数の励起子、および波動性を示す側面であるコヒーレント動力学に及ぼす短時間内の衝撃からどのような影響を受けるかについて詳しく研究する意図である。
アクションリサーチによる教師の臨床的教育力形成プログラムの開発

本研究は,教師の臨床的教育力に関わる要因を質的調査により把握し、それをもとに、アクションリサーチにより,子どもとの人間関係構築に関わる教師の臨床的教育力を明らかにし、それらの諸能力を生成する研修のあり方を明らかにした。臨床的要因が複合的であるところから、質的アプローチとしてオン・ゴーイング法とリフレクション法を用いて,主として小学校の教員を対象に,事例研究を行い,教師の実践的力量の特徴を把握した。教師は、観察者として授業に参加し,授業過程での認知を可能な限り内言し,授業後それをプロトコルに文字化し,授業過程と内言を対応させた記録を作成し,内言の意味を反省的に分析することで,授業認知の特徴を把握した。結果として,「子どもの学習状況から学習課題の適正を探る」「子どもの学習状況をとらえ、学習課題や授業展開を修正しようとする」「子どもの発言の意味を正しくとらえようとする」「子どもをできるだけ前面に出そうとする」などの特徴が授業事象と連動して把握された。これをふまえ、授業課題をアクションリサーチにより明らかにし、その改善方策をアクションリサーチのサイクルで実施した。その結果、課題把握過程において、授業者が意識できない認知をメンタリングにより意識化できること、さらに、改善策を実施する過程においてメンターとの対話は、授業の局所的認知だけではなく、教師の授業観にまで反省的試行を促すことが確認された。このことにより、アクションリサーチにおけるメンターの重要な機能が示唆された。さらに、教師の不断の実践研究を推進するために、アクションリサーチを基盤とする研修体制について、内発的省察的授業研修が重要であることが明らかになった。本研究は,教師の臨床的教育力に関わる要因を質的調査により把握し、それをもとに、アクションリサーチにより,子どもとの人間関係構築に関わる教師の臨床的教育力のためのプログラムを開発、実施することを目的とする。本年度は,教師の臨床的教育力に関わる要因を明らかにする。臨床的要因は複合的であるところがら、質的アプローチを主体に実施し、量的調査を併用して、その要因を把握した。質的アプローチとしては,オン・ゴーイング法とリフレクション法を用いて,主として小学校の教員を対象に,事例研究を行い,教師の実践的力量の特徴を把握した。授業に観察者として参加し,授業過程での認知を可能な限り内言し,授業後それをプロトコルに文字化し,授業過程と内言を対応させた記録を作成し,内言の意味を反省的に分析することで,授業認知の特徴を把握した。次に,現職教員200人を対象に「教科指導の力とその形成」「子どもと教師のコミュニケーション力とその形成」「集団的人間関係-子ども同士-の力量とその形成」「集団的人間関係-教師同士-の力量とその形成∫保護者とのコミュニケーション力とその形成」について,自由記述による調査を行いデータを得た。結果として,教科指導の力量と子どもとのコミュニケーション力は経験知を持っているが,集団的コミュニケーションと保護者とのコミュニケーションについての経験知は低いことが分かった。本年度は,アクションリサーチによる,教師の問題確定過程を対象に,授業の実際に参画し,オン・ゴーイング認知法,授業リフレクション法,自己リフレクション法,メンタリング法などを駆使し,実証的研究を推進した。対象は,教育実習生と,現職教員,及び新採用教員である。教育実習生は,実習前の段階でマイクロティーチングを行い,指導案作成と模擬授業を行い,この過程でメンターが対話者をすすめ,実習前の課題を明らかにした。そこでは教師主導型の授業イメージであることが問題として明らかにされた。

一次実習で,この課題をテーマに,メンターが参与観察し,授業後リフレクションを繰り返すことで,実習前の課題がかなり解決されていることがわかった。一次実習の後,授業記録やメンタリング,リフレクションを文字化し,実習生はそれをもとに,詳細なリフレクションをメンターと共に行い,二次実習に向けての課題整理を行った。こうして,教育実習を通して,実習生のもつ実践的力量の形成過程をメンタリングを介して明らかにした。現職の教師は,一年間をかけて,オン・ゴーイング,リフレクション,により自分の授業,他教師の授業,学生の授業を対象化し,そこに投影される自分の課題を,多面的に抽出した。これは,自己の授業からだけでは見えない,他者の授業を通して,そこにうつる自己の課題をみることにより,教師の授業実践上の課題を把握する方法論としても意義ある成果を得ることができた。さらに,新卒者の授業を学期ごとに追跡することを通して,学校が配置している新任教員の指導教員の指導を,実際の授業と共に追うことができた。そこでの研修方式は,一つは,注入型の指導であるが,やがて,共存的関係も見られるようになり,こうした指導教員がメンターとしてどのような意味を持つのかについて,データーを得た。前年度のプログラムを修正し,アクションリサーチにもとづく研修プログラムを現職教員で実施し,その効果を確かめた。これをもとに,アクションリサーチのプロセスの概要を記し,研究成果を報告書にまとめた。授業改善に関するアクションリサーチにおいて重要な役割を果たすのが,メンターである。教育現場ではメンターは必ずしも明確ではないため,本研究では,指導主事をメンターとして位置づけることとした。これらにより,下記の点が明らかになった。(1)教師の問題設定において,授業者とメンターとの対話が,問題の焦点化に有効であることが実証された。授業は一期一会的課程でもあるところから,課題解決の過程は次のと新たな課題設定に連動する。この枠組みでのアクションプランが,メンタリングを組み入れたアクションリサーチの特色である。これにより,アクションリサーチにおけるメンターの機能として,「reflectiveな役割」「creativeな役割」「成長自覚の役割」「supportiveな役割」が明らかになった。これらの役割を,アクションプランの設定とアクションリサーチの実施過程に位置づけることにより,アクションリサーチによる研修のモデルを示すことができた。(2)実践知の把握の枠組みをとらえることができた。それは他者に対して自分がメンターとして係わるアクションリサーチと,自分が実践者としてメンターとしての他者を組み入れたアクションリサーチを実施する,という二つの役割を演じることで,他人を見る知と自分を振り返る知の関係から,自己の暗黙知を明らかにすることができた。(3)手引き書をまとめ,研究成果を,最終報告書を作成し印刷する。
動的ゲーム理論に基づくマルチエージェントシステムのための合意制御の新展開

ドローンの協調制御に見られるように,各自のエージェント(ドローン)内の出力情報並びに近傍にあるエージェントの観測情報に基づくフィードバック制御則によるマルチエージェントシステムの合意制御では,周囲からの情報伝達並びに位置情報等の状態値の取得が成功の鍵となることが知られている.そこで,合意制御に基づくマルチエージェントシステムの制御問題について,最新の論文等の文献を用いて,詳細な理論調査を行った.特に,システム理論で有用性が示されている静的出力フィードバックによる制御則構築を基盤とする大規模システムの制御設計に注目した.具体的には,工学・生物学の分野で広く観測されている集団行動における情報伝達,センシング,および信号処理・制御技術について,幅広く調査を行った.さらに,近年の主要な雑誌やインターネット上の最新国際会議論文情報を基に,理論結果の調査を行った.引き続き,動的ゲーム理論が適用できるマルチエージェントシステムモデルの構築を行った.ここでは,行列理論で有名なクロネッカ積に基づくシステム表現や,伊藤の確率微分方程式に基づく確率モデル作成等行った.一方,マルチエージェントシステムに適用可能な階層戦略であるシュタッケルベルグ戦略や協力戦略であるパレート最適性についても調査を行い,先に作成されたモデルへの適用を行った.さらに,NP困難で知られている出力フィードバック戦略問題を解決するための数値計算アルゴリズムの開発に着手した.その結果,拘束条件付き最適化問題の解法であるKKT条件を満足する解が得られることが示された.並行して,シミュレーションに適した確率モデルの整備を行い,適用可能性を検証した.当初は,確定システムにおけるモデル作成を中心に考えていたが,観測ノイズの処理が問題となっていた.そこで,文献調査に基づき,確率システム理論を導入することにより,先の問題を回避することに成功した.その後,合意制御に基づくマルチエージェントシステムの制御問題に対し,確率システムモデルの選定を行い,静的出力フィードバックによる制御則構築可能性を示した点から,当初目標を達成している.さらに,モデル作成に関する文献調査・作成のみならず,戦略を得るために解く必要のある非線形連立型行列代数方程式を解くための数値計算アルゴリズムの開発,収束性の証明に成功している点から,計画を上回る進展を示している.シミュレーションによってもその有用性が示されており,学術的な小規模問題に対しては,適用可能性を検証出来ている.以上の進捗状況から,大いに評価できると考えられる.今後,複数ドローンの合意制御問題や宇宙ステーションのランデブ(ドッキング)問題に見られるような,大規模実問題に対しての可解性・信頼性が問題となるため,現在までに得られた結果の拡張性に関して検討を行う予定である.また,シミュレーションの準備も行う.同時に,これらの問題を基盤とした階層型合意制御問題の新定式化・新戦略の更新・再構築を行い,汎用性の拡充を目指す.ドローンの協調制御に見られるように,各自のエージェント(ドローン)内の出力情報並びに近傍にあるエージェントの観測情報に基づくフィードバック制御則によるマルチエージェントシステムの合意制御では,周囲からの情報伝達並びに位置情報等の状態値の取得が成功の鍵となることが知られている.そこで,合意制御に基づくマルチエージェントシステムの制御問題について,最新の論文等の文献を用いて,詳細な理論調査を行った.特に,システム理論で有用性が示されている静的出力フィードバックによる制御則構築を基盤とする大規模システムの制御設計に注目した.具体的には,工学・生物学の分野で広く観測されている集団行動における情報伝達,センシング,および信号処理・制御技術について,幅広く調査を行った.さらに,近年の主要な雑誌やインターネット上の最新国際会議論文情報を基に,理論結果の調査を行った.引き続き,動的ゲーム理論が適用できるマルチエージェントシステムモデルの構築を行った.ここでは,行列理論で有名なクロネッカ積に基づくシステム表現や,伊藤の確率微分方程式に基づく確率モデル作成等行った.一方,マルチエージェントシステムに適用可能な階層戦略であるシュタッケルベルグ戦略や協力戦略であるパレート最適性についても調査を行い,先に作成されたモデルへの適用を行った.さらに,NP困難で知られている出力フィードバック戦略問題を解決するための数値計算アルゴリズムの開発に着手した.その結果,拘束条件付き最適化問題の解法であるKKT条件を満足する解が得られることが示された.並行して,シミュレーションに適した確率モデルの整備を行い,適用可能性を検証した.当初は,確定システムにおけるモデル作成を中心に考えていたが,観測ノイズの処理が問題となっていた.そこで,文献調査に基づき,確率システム理論を導入することにより,先の問題を回避することに成功した.その後,合意制御に基づくマルチエージェントシステムの制御問題に対し,確率システムモデルの選定を行い,静的出力フィードバックによる制御則構築可能性を示した点から,当初目標を達成している.さらに,モデル作成に関する文献調査・作成のみならず,戦略を得るために解く必要のある非線形連立型行列代数方程式を解くための数値計算アルゴリズムの開発,収束性の証明に成功している点から,計画を上回る進展を示している.シミュレーションによってもその有用性が示されており,学術的な小規模問題に対しては,適用可能性を検証出来ている.以上の進捗状況から,大いに評価できると考えられる.今後,複数ドローンの合意制御問題や宇宙ステーションのランデブ(ドッキング)問題に見られるような,大規模実問題に対しての可解性・信頼性が問題となるため,現在までに得られた結果の拡張性に関して検討を行う予定である.また,シミュレーションの準備も行う.同時に,これらの問題を基盤とした階層型合意制御問題の新定式化・新戦略の更新・再構築を行い,汎用性の拡充を目指す.
肝移植術後の免疫学的寛容状態の誘導に関する基礎的臨床的研究

生体肝移植後の急性および慢性拒絶反応の発生率は脳死肝移植後のそれに比べて有意に低いことが示されており、血縁者をドナーとすることの有利性が示唆されている。また、Epstein-Barr virus感染による内因性インターロイキン(IL)-10の産生亢進が免疫学的寛容状態誘導する可能性がある。本研究はこれらを背景に、生体肝移植における拒絶反応発生に関与する因子を検討するとともに、免疫学的低反応ないしは寛容状態の誘導に必要な要因について検討した。対象は信州大学医学部第一外科で行われた生体肝移植143例および脳死肝移植2例の計145例である。これらの症例について、Human Leukocyte Antigen(HLA)の一致率、血中サイトカイン濃度の変化,肝組織サイトカインmRNA発現量の変化,Epstein-Barr virus感染の有無、術後肝機能障害の有無、拒絶反応の有無とその病態を比較検討した。その結果、生体肝移植でもHLAの一致率と拒絶反応の発生率との間にまったく関連性を認めなかった。血液中のサイトカインおよび肝組織サイトカインmRNAの発現は拒絶反応,感染症,血栓症に伴って変動を認め,IL-6,8,12,15が拒絶反応に伴って高値を示し,IL-6,8が感染症および血栓症で高値を示した.この結果は,いわゆるTh1サイトカインの中でもIL-12,15の拒絶反応への特異的な関与を示唆するものとして注目される.また,Epstein-Barr virus感染例では,感染症の発症に伴って免疫抑制状態が惹起され免疫抑制薬の一時的な中止が可能であった.またこれに一致してIL-10の発現が増加しており,いわゆるTh2サイトカインが内因性の免疫抑制状態を引き起こしているものと考えられた.生体肝移植後の急性および慢性拒絶反応の発生率は脳死肝移植後のそれに比べて有意に低いことが示されており、血縁者をドナーとすることの有利性が示唆されている。血液中のサイトカインおよび肝組織サイトカインmRNAの発現は拒絶反応,感染症,血栓症に伴って変動を認め,IL-6,8,12,15が拒絶反応に伴って高値を示し,IL-6,8が感染症および血栓症で高値を示した.この結果は,いわゆるTh1サイトカインの中でもIL-12,15の拒絶反応への特異的な関与を示唆するものとして注目される.また,Epstein-Barr virus感染例では,感染症の発症に伴って免疫抑制状態が惹起され免疫抑制薬の一時的な中止が可能であった.またこれに一致してIL-10の発現が増加しており,いわゆるTh2サイトカインが内因性の免疫抑制状態を引き起こしているものと考えられた.生体肝移植症例において、臨床肝移植における肝組織内および血液中のサイトカインの変動について測定している。測定項目は、インターロイキン-2,4,6,10,12,インターフェロン-γ,TGF-β、リンパ球表面マーカーなどであり、これらが急性拒絶反応、感染症をはじめとする様々な肝移植術後合併症といかなる関わりを有するかを検討している。本研究の継続ならびに基礎的検討との連携の中で、肝移植における免疫学的寛容状態の誘導ならびに肝移植におけるサイトカインの制御とその有用性の証明へと展開させたい。。肝移植における免疫寛容に関する検討をすすめ、いくつかの成果が得られた。一つは、Epstein-Barr virus感染症下では免疫抑制療法を極端にゆるめても拒絶反応が生じず、しかし、Epstei-Barr virus感染症が改善するにともなって拒絶反応が引き起こされるという臨床的事実と、そのメカニズムの解析である。Epstein-Barr virus感染細胞が産生すると考えられるインターロイキン-10がEpstein-Barr virus感染症下で血清において高値をとること、そして、感染症改善にともなって低下することが示され、Epstein-Barr virus感染によるTH1細胞抑制の関与が示唆された。第二に、Fas/FasLを介する免疫制御が、肝移植後の拒絶反応と感染症に関わっていることが示唆された。一方、インターロイキン-2,4,6,10,12およびTNF-alphaの測定を肝移植臨床例で行ったが、現行の検査精度で測定不能なサイトカインの変動が含まれることから、肝移植後の拒絶反応におけるこれらのサイトカインの及ぼす影響を解明するには至らず、測定法の検討をはじめ、今後の課題として残された。

また、Epstein-Barr virus感染による内因性インターロイキン(IL)-10の産生亢進が免疫学的寛容状態誘導する可能性がある。本研究はこれらを背景に、生体肝移植における拒絶反応発生に関与する因子を検討するとともに、免疫学的低反応ないしは寛容状態の誘導に必要な要因について検討した。対象は信州大学医学部第一外科で行われた生体肝移植143例および脳死肝移植2例の計145例である。これらの症例について、Human Leukocyte Antigen(HLA)の一致率、血中サイトカイン濃度の変化,肝組織サイトカインmRNA発現量の変化,Epstein-Barr virus感染の有無、術後肝機能障害の有無、拒絶反応の有無とその病態を比較検討した。その結果、生体肝移植でもHLAの一致率と拒絶反応の発生率との間にまったく関連性を認めなかった。血液中のサイトカインおよび肝組織サイトカインmRNAの発現は拒絶反応,感染症,血栓症に伴って変動を認め,IL-6,8,12,15が拒絶反応に伴って高値を示し,IL-6,8が感染症および血栓症で高値を示した.この結果は,いわゆるTh1サイトカインの中でもIL-12,15の拒絶反応への特異的な関与を示唆するものとして注目される.また,Epstein-Barr virus感染例では,感染症の発症に伴って免疫抑制状態が惹起され免疫抑制薬の一時的な中止が可能であった.またこれに一致してIL-10の発現が増加しており,いわゆるTh2サイトカインが内因性の免疫抑制状態を引き起こしているものと考えられた.
昇華近接法による高品質SiCの高速エピタキシャル成長

昇華近接法により、22002400°Cの温度領域で得られた成長速度は40200μm/hの高速成長が実現できた。温度を変化させた場合の成長速度から活性化エネルギーを求めると成長圧力100Torr,10Torrにおいてはそれぞれ162kcal/mol,149kcal/molであった.基板にoff角をつけることにより,成長領域全面に鏡面性を得ることができた.<1120>off方向に向かってline-shaped shadowが見られたことから,成長がstep flowのメカニズムで促進されていることがわかった.形成した成長層は全面に4H-SiCが成長していることがラマン分光法により確認された.しかし成長層の膜厚が厚くなると成長層の端に{0001}面のfacetが現れ,さらに成長速度が速い場合にはこの面上には3C-SiCが成長することが分かった.成長圧力を変化させることによって成長層内のNの不純物が低減できることがラマン分光法,フォトルミネッセンス法,ショットキーダイオードのC-V測定から分かった.アンドープの成長層においては不純物濃度は7x10^<16>cm^<-3>まで低減できた.また成長温度を変化させることによっても不純物濃度の低減が可能であった.・原料にp形基板を用いた場合,フォトルミネッセンス測定によってAlの取り込みが確認できた.Ta坩堝を用いた成長では用いなかった成長と比較してgrowth pitの減少が確認された.今後,成長条件を変化させることによって最適条件を得ることが必要である.1 inchの6H-SiC単結晶上に成長した場合にはほぼ全面に6H-SiCが形成された.成長圧力を変化させて不純物濃度を低減した成長層を用いてショットキーダイオードを製作したところ最も低い圧力で成長した成長層で約40Vの耐圧が得られた.しかしこれは不純物濃度から求めた耐圧には到達していないために,今後ショットキーダイオード作製時の成長層表面の前処理やエッヂターミネーションを検討することによってより高い耐圧が得られるものと考えられる.昇華近接法により、22002400°Cの温度領域で得られた成長速度は40200μm/hの高速成長が実現できた。温度を変化させた場合の成長速度から活性化エネルギーを求めると成長圧力100Torr,10Torrにおいてはそれぞれ162kcal/mol,149kcal/molであった.基板にoff角をつけることにより,成長領域全面に鏡面性を得ることができた.<1120>off方向に向かってline-shaped shadowが見られたことから,成長がstep flowのメカニズムで促進されていることがわかった.形成した成長層は全面に4H-SiCが成長していることがラマン分光法により確認された.しかし成長層の膜厚が厚くなると成長層の端に{0001}面のfacetが現れ,さらに成長速度が速い場合にはこの面上には3C-SiCが成長することが分かった.成長圧力を変化させることによって成長層内のNの不純物が低減できることがラマン分光法,フォトルミネッセンス法,ショットキーダイオードのC-V測定から分かった.アンドープの成長層においては不純物濃度は7x10^<16>cm^<-3>まで低減できた.また成長温度を変化させることによっても不純物濃度の低減が可能であった.・原料にp形基板を用いた場合,フォトルミネッセンス測定によってAlの取り込みが確認できた.Ta坩堝を用いた成長では用いなかった成長と比較してgrowth pitの減少が確認された.今後,成長条件を変化させることによって最適条件を得ることが必要である.1 inchの6H-SiC単結晶上に成長した場合にはほぼ全面に6H-SiCが形成された.成長圧力を変化させて不純物濃度を低減した成長層を用いてショットキーダイオードを製作したところ最も低い圧力で成長した成長層で約40Vの耐圧が得られた.しかしこれは不純物濃度から求めた耐圧には到達していないために,今後ショットキーダイオード作製時の成長層表面の前処理やエッヂターミネーションを検討することによってより高い耐圧が得られるものと考えられる.近接法により、SiCのエピタキシャル成長を行なった。原料は3C-SiCの高純度な多結晶プレートを,基板はAcheson基板のjust面,及びoff角のついた市販の6H-SiC基板を用いた.just基板を用いた成長では,表面モフォロジーが面極性や基板付近の過飽和度などに依存することがわかった.またSi面上の方が比較的スムーズなモフォロジーが得られた.C面上の成長速度はSi面上のそれより速かったが,表面は荒れる傾向を示した.しかしjust基板上では,成長層全面には鏡面性は得ることはできなかった.off基板上への成長では、成長速度の40200μm/hであった.また活性化エネルギーは147kcal/molであった.基板にoff角を導入した結果,成長層全面に鏡面性を得ることができた.

しかし顕微鏡で観察すると,stepーbunchingが生じた.また反応空間内にTaを入れてやることでstep bunchingが見られなくなったことからstep-bunchingの形成には気相中の過剰なC成分が関わっている可能性がある.ラマン分析の結果,エピ層中のキャリア濃度が10^<19>cm^<-3>以上と非常に高いと推測された.PL測定の結果,成長速度が大きいエピ層からN中性ドナー束縛励起子発光が見られた.このことから成長速度を大きくすることにより,不純物濃度の低下に期待が持てる.Schottky diodeを製作しその特性を調べたが,得られた耐圧はわずか12Vであった.表面の平坦性の向上,キャリア濃度の低減が課題である.昇華近接法により、22002400°Cの温度領域で得られた成長速度は40200μm/hの高速成長が実現できた。またArrhenius plotより求められた活性化エネルギーは147kcal/molであった.基板にoff角をつけることにより,成長領域全面に鏡面性を得ることができた.しかし,5μm程度のテラス幅を持つstep-bunchingが生じた.<1120>off方向に向かってline-shaped shadowが見られたことから,成長がstep flowのメカニズムで促進されていることがわかった.表面モフォロジーは各パラメータによって左右されることがわかった.原料-基板間距離が小さくなると,step-bunchingと平行な3050μm周期の波状の起伏によるwavy-like morphologyが生じた.原料-基板間距離を大きくすると表面はスムーズになった.スペーサー内壁をTa-foilで覆うことにより,エピ層のモフォロジーは大きく変化した。Taを使い始めた初期の成長ではstep-bunchingがなくなり非常に平坦なエピ膜が得られた.またTa-foilを使った成長で得られたエピ層のPL測定測定温度11K)の結果,DAペア濃度が減少していることが確認できた.成長圧力を変化させることによって成長層内のNの不純物が低減できることがラマン分光法,フォトルミネッセンス法,ショットキーダイオードのC-V測定から分かった.アンドープの成長層では不純物濃度は7x10^<16>cm^<-3>まで低減できた.原料にp形基板を用いた場合,フォトルミネッセンス測定によってAlの取り込みが確認できた.成長層を用いてショットキーダイオードを製作したところ約40Vの耐圧が得られた.エッヂターミネーションを検討することによってより高い耐圧が得られるものと考えられる.
マラリア原虫雌性ガメトサイト特異的な転写因子の研究

AP2-FのChIP-seq解析により予測したcis配列の解析を以下の方法により実施した。すなわち、AP2-FのDNA結合ドメインのGST融合タンパク質を作成し、AP2-Fの標的遺伝子であることが確認された遺伝子p28の上流域配列を用いEMSAを行った。p28遺伝子の上流域配列中に存在する予測されるcis配列にpoint mutationを加え結合への影響を解析した。その結果、p28遺伝子上流域へのAP2-Fの結合は確認できたものの、point mutationによる結合への顕著な影響は観察されなかったため、cis配列解析は以下の実験により実施した。断片化したマラリア原虫全ゲノム配列およびAP2-FのDNA結合ドメインを用いDIP-seq法を行うことで、AP2-Fの結合配列を網羅的に解析した。さらにAP2-F結合配列のcis-acting elementとしての機能を解析する為にマラリア原虫人工染色体を用いてレポーターアッセイを行った。ChIP-seq法により同定されたAP2-F標的遺伝子について遺伝子欠損原虫を作製しその表現型を解析した。AP2-F欠損原虫を用いたマイクロアレイ解析を行った。AP2-F欠損原虫および野生型原虫をin vitroで16時間同調培養を行いシゾントを精製し、得られたシゾントをラットにi.v.し、26時間後の雌雄成熟ガメトサイトに同調した原虫からRNAを抽出した。RNAは各原虫で4サンプルずつ抽出し、マイクロアレイ解析により遺伝子発現を比較した。AP2-FのChIP-seq法を行い全標的遺伝子および結合配列を同定した。ChIP-seqは、sulfadiazine処理を行いasexual stageの原虫を除去し、感染血液中のガメトサイトを濃縮した原虫を用いた。解析で得られた配列をゲノム上にマッピングしてピークを産出し標的遺伝子を同定した。さらにピーク周辺のDNA配列の解析によりAP2-Fのcis配列の予測を行った。マイクロアレイ解析結果とChIP-seq結果と比較することで、AP2-F欠損により発現量が変化する遺伝子の上流域にAP2-Fが結合していることを確認した。予定していたマイクロアレイ解析及びChIP-seqを行いおおむね当初の計画通り進展した。中断期間平成28年9月30日平成30年5月9日産前産後休暇及び育児休暇のため。産前産後休暇及び育児休暇で研究を中断していたため。途中から育休に入ったため予定していた学会に不参加となったため。(理由)産前産後休暇及び育児休暇で研究を中断していたため。(使用計画)平成30年度に行うEMSA、レポーターアッセイ、遺伝子欠損原虫を用いた標的遺伝子の機能解析に使用する予定である。育休が明け次第学会参加旅費に使用する。
コンパクトディスク型マイクロチップを用いるバイオマーカーのイムノアッセイ法の開発

イムノアッセイ法は極めて高い感度とすぐれた選択性をもつ分析法であるが、操作が煩雑で長い分析時間を要する点が問題の一つであり、迅速簡便なイムノアッセイ法の開発が期待されている。本研究は、これに応えるべく、コンパクトディスク型マイクロチップを用い、ポンプや注入器、バルブなど不要な新規なフローイムノアッセイ法を開発した。検出法としては、化学発光検出、蛍光検出、及び電気化学検出などについて検討し、バイオマーカーの一つであるイムノグロブリンAや血清中グルコース及び環境中非イオン界面活性剤の測定に本法を適用し、良好な結果を得ることができた。本年度は研究成果は以下の通りである。1.直径12 cmの円盤状のポリカーボネートを基板として、ポリジメチルシロキサン製のCD型マイクロチップを作製した。流路としては、半径方向に直線的に約5 cmの長さの流路を作製したものと、らせん状にして流路長さを20-30 cm程度にしたものを作製した。これらのマイクロチップの中心付近に設置したリザーバー中の溶液が流路を通して外周付近に作製したリザーバーに送液される際の流速とマイクロチップの回転速度の関係を明らかにした。溶液の流速は回転速度が約1000 rpmでは、前者の流路では約20 cm/s、後者では約10 cm/sであることが分かった。2.CD型マイクロチップのリザーバーの中心からの位置を種々変化させ、リザーバーからの溶液の離液順序とマイクロチップの回転数との関係を調べたところ、溶液にかかる遠心力の最も大きい外周付近のリザーバーから中心付近のリザーバーの順に離液することが分かった。3.磁気ビーズを用いるイムノアッセイ法の予備実験として、磁気表面への抗体分子の固定化法を検討し、非イオン性界面活性剤の一種であるアルキルエトキシラートを分析対象物として、同抗体を固定化し、西洋ワサビペルオキシダーゼールミノール発光を利用する化学発光検出法を検討した。マイクロチップ流路に非特異的に吸着する西洋ワサビペルオキシダーゼ標識抗原の効率的洗浄のための送液法を開発した。すなわち、マイクロチップを間欠的に回転ー停止を繰り返すことによる送液により、ほぼ完全に非特異吸着による妨害を除去することに成功した。4.上記の検討の結果を踏まえて、アルキルエトキシラートのイムノアッセイ法をCD型マイクロチップを利用する化学発光検出法を開発した。この方法による検出下限濃度は約10 ppbであった。本年度の研究成果は以下の通りである。1.直径12 cm、厚み3 mmの円盤状のポリカーボネートを基板とし、その上部にポリジメチルシロキサン製のコンパクトディスク(CD)型のマイクロチップを作製した。流路としては、幅500 μm、深さ80 μmのらせん状の流路を作製した。検出器にはコバルトフタロシアニンを含むカーボンペースト電極を作製し、この電極表面にグラフェンとポリアニリンからなるナノ複合体で被覆した。2.CD型マイクロチップに2つの溶液溜めのリザーバーをもうけ、種々の濃度の過酸化水素水をいれ、マイクロチップの回転に伴い、リザーバーからの過酸化水素溶液を下流に作製した電極検出器で応答電流を測定したところ、応答電流は0から1 mMの濃度範囲で過酸化水素濃度に比例することがわかった。3.作製したCD型マイクロチップでグルコースを測定するために、2つのリザーバーの一方に試料である濃度の異なるグルコースを、他方にグルコースオキシダーゼをいれ、マイクロチップを回転したところ、両溶液が流路内で混合し、生成した過酸化水素が下流の電極検出器で検出することができた。その結果、応答電流はグルコース濃度が0から10 mMの濃度範囲で比例することがわかった。4.開発した方法をコントロール血清中のグルコースの定量に応用したところ、表示値に対して2%以内で一致することがわかった。1.コンパクトディスク(CD)型マイクロチップ作製し、これを用いるイムノグロブリンA(IgA)の蛍光/イムノアッセイ法を開発した。すなわち、CD型マイクロチップの中心からの距離が異なる6カ所のリザーバーにIgAと西洋わさびペルオキダーゼ標識IgA混合溶液、洗浄液及びアンプレックスレッド溶液を封入し、これを連結したらせん状流路の一部に抗IgA抗体を固定化したマイクロチップを回転させた。チップ外周部の下方に、中心発光波長453 nmのレーザーダイオードの光を光ファイバーを通してマイクロチップ流路からの溶液排出部に集光し、上方にはロングパスフィルターを通して光電子増倍管で蛍光を検出する蛍光検出システムを構築した。2.上記のシステムにおいて、リザーバーからの溶液がイムノアッセイの手順に従って送液できるように、あらかじめ測定した各リザーバーにおける臨界回転速度を測定し、これを考慮した時間と回転速度のプログラムを開発した。3.その結果、蛍光強度とIgAの濃度の間にラングミューアー型の等温式に従う検量線を得ることができ、検出下限濃度として約1 ppmを達成することができた。4.CD型マイクロチップに分離機能を付与し、多成分の分離検出を可能にするために、薄層クロマトグラフ用シートを利用したらせん状流路を持つCD型マイクロチップを試作した。

本研究は、これに応えるべく、コンパクトディスク型マイクロチップを用い、ポンプや注入器、バルブなど不要な新規なフローイムノアッセイ法を開発した。検出法としては、化学発光検出、蛍光検出、及び電気化学検出などについて検討し、バイオマーカーの一つであるイムノグロブリンAや血清中グルコース及び環境中非イオン界面活性剤の測定に本法を適用し、良好な結果を得ることができた。本年度も、初期の計画通り、電気化学検出器を備えたコンパクトディスク型マイクロチップを作製し、これを用いるグルコースの酵素支援測定法を開発することができた。特に、過酸化水素に対する電気化学検出器の感度向上のために、コバルトフタロシアンにような電極触媒をカーボンペースト電極に含ませたり、電極表面における電極反応側との向上並びに電極面積の拡大のためにグラフェンとポリアニリンのナノ複合体を被覆することにより、格段に応答感度を向上させることができた。したがって、研究はほぼ予定通り進展している。27年度が最終年度であるため、記入しない。分析化学27年度は予定通りイムノアッセイ法に展開する予定であり、研究計画の変更はない。電気化学検出法と化学発光検出法を組み合わせることにより、電気化学発光検出法も可能性が出てきたので、この点についても時間があれば検討してみたい。本年度は、初期の計画の通りに、コンパクトディスク型マイクロチップの作製とこれを回転させるための回転台の作製を行うことができた。また、当初はマイクロチップの作製においては、流路を半径方向に直線的に行うことを考えていたが、実験の進行とともに流路を更に長くして、反応時間などを増加するための工夫をしている際に、新たにらせん状の流路を作製するに至った。さらに、そのような流路を流れる流体の挙動を観察するために、1秒間に1000フレームの測定が可能な高速度カメラを購入することにより、流れの可視化が可能となり、これまで困難であった液体の流速を評価することに成功している。一方、イムノアッセイへの応用については、まず、マイクロチップの回転速度に関するプログラムを作成し、パルス的に回転速度を変化させるプログラムを開発し、非特異的吸着を軽減できる方法を開発するとともに化学発光検出法が適用できることを明らかにしている。以上のような成果が得られており、ほぼ予定通りの進捗状況である。新しいデータロガーが必要となったが、装置の購入費用に足らなかった。26年度は予定通り化学発光検出法を電気化学検出法に展開する予定であり、研究計画の変更はない。データロガーの購入を行う。本年度CD型マイクロチップを作製している際に、基板とPDMS製マイクロチップの接着法について検討していたところ、接着力を強化するためにはプラズマによる表面処理を行った方が良いことが分かったので、次年度にプラズマ処理を行う装置を導入するために約77万円を繰り越したので、次年度使用額が0よりも大きくなっている。次年度の交付金額が380万円であるので、本年度繰り越した77万円と次年度の交付金額のうち約100万円と合わせて、プラズマ照射装置を購入し、CD型基板とPDMS製マイクロチップとの接着性を向上したマイクロチップを作製する計画である。
多機能性を有する高性能新圧電スマートデバイスの創製

本研究では多機能性を有する新しい高性能圧電デバイスの創製を目的に、金属コアを有する圧電ファイバをアルミニウムに複合化したタイプのデバイス作製を試み、以下の成果を得た。1)インサート材として純銅箔を用いる界面層形成・接合法により、脆弱な金属コア圧電ファイバを破断や反応劣化することなくアルミニウムに複合化できた。また、中空圧電ファイバを用い、界面層形成・接合法により、アルミニウムへの複合化と同時に中空部に金属コアを形成する方法も確立できた。2)本複合材料につき分極-電界ヒステリシスループの測定を行ったところ、圧電性を有する可能性が示されたため、振動のモニタリングを試みた。その結果、振動変位をモニタリング可能であることが明らかとなった。さらに、衝撃のモニタリングを検討した結果、衝撃エネルギーのモニタリングの可能性も示唆された。その際、繊維方向と直交方向で異方性が現れた。3)本複合材料の樹脂マトリックス複合材料に対する優位性を、衝撃パルスに対する出力電圧特性として比較検討した結果、出力電圧応答の追従性に優れることが明らかになった。中空圧電ファイバ/アルミニウム複合材料についても同様の成果が得られた。4)パッチ型デバイスの創製を目的として複合材料を薄型化した場合、圧電ファイバ近傍に脆弱な合金やボイド等の欠陥が残留するという問題を生じたため、複合化プロセスを新たに開発し、欠陥の除去に成功した。本圧電デバイスの振動試験による出力電圧は、金属コアのセンタリングによる効果も合わせると、従来の約6倍に向上した。5)複合化した圧電ファイバに作用する圧縮残留応力を電子線モアレ法を用いて実測し、圧電ファイバが約1GPaという高い圧縮応力を受けていることを実証した。さらに圧縮残留応力が圧電ファイバの出力電圧に及ぼす影響を検討した結果、この圧力は電圧出力を全く阻害しないことを明らかにできた。本研究では多機能性を有する新しい高性能圧電デバイスの創製を目的に、金属コアを有する圧電ファイバを金属に複合化したタイプの新デバイスの作製を試み、以下の成果を得た。1)断面組織観察およびEPMAによる各種成分元素の線分析結果から、脆弱な金属コア圧電ファイバは、インサート材として純銅箔を用いる界面層形成・接合法(真空中(約50Pa)、温度873K、圧力2.2MPa、保持時間2.4ksのホットプレス実施)により、破断や反応劣化することなくアルミニウムに複合化可能であることが明らかとなった。また、中空圧電ファイバを用い、界面層形成・接合法により、アルミニウムへの複合化と同時に中空部に金属コアを形成するという画期的な方法も確立できた。2)得られた複合材料の基本的な特性評価として、金属コア圧電ファイバ/アルミニウム複合材料につき分極-電界ヒステリシスループの測定を行ったところ、圧電性を有する可能性が示されたため、振動のモニタリングを試みた。その結果、本複合材料からの出力電圧は振動板の変位によく追従し、振動変位をモニタリング可能であることが明らかとなった。さらに、衝撃のモニタリングを検討した結果、本複合材料による衝撃エネルギーのモニタリングの可能性も示唆された。その際、繊維方向と直交方向で異方性が現れ、この性質は新たな機能として利用価値がある。3)本複合材料は金属マトリックスであり、その樹脂マトリックス複合材料に対する優位性を、衝撃パルスに対する出力電圧特性として比較検討した結果、出力電圧応答の追従性に優れることが明らかになった。

本研究では多機能性を有する新しい高性能圧電デバイスの創製を目的に、電極を内部に有する圧電ファイバをアルミニウムに複合化したタイプの新デバイスの作製を試み、以下の成果を得た。1)金属コア圧電ファイバを界面層形成・接合法により、比強度・信頼性に優れるアルミニウムに損傷無く複合化することに成功したが、実用的なパッチ型デバイスの創製を目的として薄型化した場合、圧電ファイバ近傍に脆弱な合金やボイド等の欠陥が残留するという問題を生じた。そこで、圧電ファイバ近傍の組織改善を行うための複合化プロセスを新たに開発し、欠陥の除去に成功した。本圧電デバイスの振動試験による出力電圧は、金属コアのセンタリングによる効果も合わせると、従来の約6倍に向上した。2)アルミニウムマトリックスにより圧電ファイバに作用する圧縮残留応力を電子線モアレ法を用いて実測し、圧電ファイバが約1GPaという非常に高い圧縮応力を受けていることを実証した。さらに、熱処理により圧縮残留応力を緩和した圧電デバイスと出力電圧を比較し、圧縮残留応力が圧電ファイバの出力電圧に及ぼす影響を検討した結果、この圧力は電圧出力の障害に全くなっていないことを明らかにでき、有効に作用していることがわかった。3)金属コア圧電ファイバに比較して価格が約1/10の中空圧電ファイバをアルミニウムに複合化する方法・条件を検討した結果、複合化と同時に金属コアを形成することに成功した。本方法で作製したデバイスは、金属コア圧電ファイバを用いたデバイスと同様に、衝撃パルスに対する高い出力電圧応答特性を示した。