hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
感染時に生じる中枢症状の発症基盤

感染時には、発熱が起こるとともに摂食不振や倦怠感など様々な中枢症状が発症するが、その神経科学的メカニズムは明らかではない。本研究では、感染時に産生される発熱メディエーターを受容する視索前野のプロスタグランジンEP3受容体発現ニューロンに着目し、このニューロン群特異的にレポーター遺伝子を発現させる技術を用いて、その軸索投射先を明らかにした。また、このニューロン群の活動の電気生理学的特性を解析した。その結果をもとに、感染時の食欲不振が延髄網様体を介するという新たな仮説を立てることができた。今後、この仮説を検証することで、感染時の中枢症状の解明を目指す感染時には、発熱、倦怠感、不快感、食欲不振などの中枢性の感染症状が見られる。しかしながら、このような症状の中枢メカニズムは明らかにされていない。本研究では、感染時に免疫シグナルを受けて脳内で生産されるプロスタグランジンE2 (PGE2)が作用して発熱を惹起する脳部位である視索前野に局在してEP3受容体を発現する神経細胞群に着目した。視索前野のEP3受容体発現ニューロンの局所での詳細な機能は明らかになっていない。これまで研究代表者が作製した、EP3受容体特異的にレポーター遺伝子を発現することを可能にする遺伝子改変ラットを用い、光遺伝学、in vivo生理学、電気生理学、神経解剖学などの技術を多角的に適用することによって、視索前野のEP3受容体発現ニューロンが様々な感染症状の惹起に関わるという仮説の検証を行っている。ウイルスを用いて、神経終末まで運ばれる蛍光タンパクを視索前野EP3発現ニューロン特異的に発現させ、このニューロン群の全投射先の同定を行なった。また、EP3発現ニューロンの視索前野局所での働きを調べるために、視索前野のEP3発現ニューロン特異的に蛍光標識した後、脳のスライス標本を作製し、このニューロン群の電気生理学的な活動を解析した。この電気生理学実験を行うにあたり、スライスの条件や溶液、電気生理記録を行なうシステムなどを検討し、安定して記録が成功するように改良を行なっている。現在は、この遺伝子発現システムを用い、光遺伝学的技術を駆使することによって、視索前野のEP3受容体発現ニューロン特異的にその活動を活性化、あるいは抑制し、それに伴う神経活動の変化やin vivoでの生理学的反応の発現の解析を進めている。感染時には、発熱をはじめ、倦怠感や食欲不振などの中枢性の症状が現れるが、その神経メカニズムは明らかになっていない。感染によってプロスタグランジンE2が脳内で産生されるが、本研究では、発熱中枢(視索前野)のプロスタグランジンEP3受容体発現ニューロン(EP3ニューロン)が、発熱に付随して生じる様々な症状の発現に関与するという仮説を立て、検証を進めている。これまで、視索前野のEP3ニューロンに特異的にレポーター遺伝子を発現する遺伝子組み換えラットを作製し、解析を進めてきた。この遺伝子組み換えラットを用いて、神経終末まで運ばれる蛍光蛋白質を視索前野のEP3ニューロン特異的に発現させることにより、そのニューロン群の全投射先を明らかにすることに成功し、神経伝達の脳内標的部位を明らかにすることができた。このEP3ニューロンの視索前野局所での生理学的機能を調べるために、スライスパッチクランプ法を用いてEP3ニューロンの活動を測定した。視索前野は神経細胞が非常に脆弱なため、安定して活動記録を取ることが非常に難しいが、スライス作製の手法や条件を改良することで改善しつつあり、興味深い知見が得られつつある。しかしながら、視索前野は様々な性質のニューロンが混在するため、活動記録の例数を増やし、温度感受性やプロスタグランジンE2への反応性も含め、慎重に検討しているところである。また、脳スライスや個体レベルの実験によって、視索前野のEP3ニューロンを特異的に活性化あるいは抑制し、神経活動の変化ならびに熱産生などの個体の生理反応を追っている。また、発熱に付随する食欲不振の症状の中枢メカニズムを明らかにするため、摂食調節部位を探索し、その作用機構の解析もあわせて進めている。視索前野のニューロンは他の脳領域と異なり、非常に脆弱なため、スライス電気生理実験の条件検討には非常に苦労した。しかしながら、実験手法と条件を詳細に検討することで、プロスタグランジンE2への反応や、温度感受性を含めた記録を取り、データを収集することができるようになってきた。また、光遺伝学の方法を用いて、スライスで視索前野のEP3ニューロン特異的に刺激し、神経活動の変化を観察している。in vivoにおいても、光遺伝学を用いてEP3ニューロン特異的に神経活動を調節し、個体レベルの反応解析を進めている。さらに、感染に伴う食欲不振を理解する上で不可欠である、摂食調節への作用メカニズムを解明するための解析を進めている。こうした解析から重要な所見が得られているため。研究代表者は、感染性発熱の責任受容体であるプロスタグランジンEP3受容体を発現する視索前野のニューロン(EP3ニューロン)が発熱に附随する不快情動、摂食抑制、睡眠抑制などの症状をも引き起こすという作業仮説を立て本研究を行った。EP3ニューロンの神経生理学的性質が不明であり、また、発熱惹起の際に視索前野のEP3ニューロンの活動がどのように変化するのかという点も明らかにされていなかった。

本研究では研究代表者が作製した遺伝子組み換えラットを用いて、発熱物質プロスタグランジンE2が作用した際のEP3ニューロンの神経活動変化をパッチクランプ法を用いて解析した(継続中)。また、本研究の研究対象である感染症状の一つとして摂食抑制が挙げられるが、その摂食抑制を研究する上で、摂食調節の神経メカニズムを明らかにする必要があった。空腹になると胃からグレリンが分泌され視床下部弓状核からニューロペプチドY(NPY)が分泌され、視床下部室傍核に作用すると摂食が増進し代謝が抑制される。しかし、このNPY作用によって惹起される飢餓信号がどのような神経回路機構を経て代謝や摂食を制御するのかは不明であった。本研究では、代謝を制御する脳領域として延髄網様体を同定した。ラットの延髄網様体にin vivoで薬物を微量注入して刺激すると、褐色脂肪組織の熱産生が抑制された。覚醒下のラットの延髄網様体を刺激すると摂食や咀嚼運動が亢進した。研究代表者は、延髄網様体のGABA作動性ニューロンが、摂食と代謝調節に関わる両方の出力領域に神経伝達することで、自律神経系と運動神経系を平行して制御することで効率良く飢餓を生き抜くという新知見を示した(Cell Metabolism誌に論文発表しプレスリリースした)。この神経回路機構は感染時の摂食抑制にも関わる可能性があり、現在研究を進めている。当該研究は、発熱に附随する食欲不振や不快感などの症状の中枢メカニズムを明らかにするために、視索前野のEP3ニューロンの神経活動特性と、摂食の中枢神経メカニズムを解明するところから行う必要があった。EP3ニューロンの神経活動特性を知るために、スライスパッチクランプ実験を行うことでその神経細胞の性質の生理学的解析を続けている。摂食の中枢メカニズムに関しては、空腹時に分泌されるニューロペプチドYの摂食亢進と代謝抑制機能を司る脳領域を世界に先駆けて明らかにし、また、その神経回路メカニズムを提示して国際誌に論文として発表した。摂食と代謝が同一のニューロン群でコントロールされているという知見は、今後、摂食代謝メカニズムの研究分野でも重要となるものと考えられ、本研究で目的する感染症状の摂食抑制の中枢神経回路メカニズムに関する解析を継続する上でも重要な手がかりとなっている。こうした進捗状況に鑑み、本研究はおおむね順調に進んでいるものと判断する。感染が起こると発熱や不快感、摂食抑制など様々な中枢症状が起こるが、その中枢メカニズムは分かっていない。さらに、感染に伴う発熱の仕組みのうち、発熱の鍵となる視索前野のプロスタグランジンEP3受容体発現ニューロン(EP3ニューロン)の細胞生理学的特性や、局所機能など、不明な点が多い。そこで、視索前野のEP3ニューロンの特性を明らかにするために、その神経活動の温度感受性や、発熱物質であるプロスタグランジンE2に対する神経活動変化を遺伝子組み換えラットを用いて測定し、検討した。視索前野のEP3ニューロンは非常に脆弱な細胞であるため、活動記録を取るために、細かな条件検討を行った。記録実験のコンディションを整えることで、いくらか活動が取れるようになった。取れてきた神経細胞の活動を見ると、視索前野のEP3ニューロン群は様々な性質を持つ細胞の集まりであった。神経生理学的性質や組織化学的特徴をもとにした分類を現在も継続して行っている。
黒毛和種牛におけるGH遺伝子多型とソマトトロピン・産肉性軸

宮城県の仙台食肉公社において採取した黒毛和種牛149頭の胸最長筋を用いて、ウシ成長ホルモン(GH)遺伝子多型と脂肪酸組成をAMS-PCR法およびガスクロマトグラフィー法により、それぞれ解析した。枝肉形質に関するデータは仙台食肉公社からの提供データを利用した。それらの解析結果は、以下の通りであった。1.宮城県におけるGH遺伝子多型であるAA、AB、BB、AC、BC、CC型は、それぞれ45.6、15.4、20.8、5.4、11.4および1.3%であった。A、B、C型の遺伝子で分類すると、それぞれ56.0、34.2および9.7%となり、A型が有意であった。この様な傾向は、鳥取県でも報告されている。しかし、C型が最多である兵庫、岡山および島根県とは大きく異なっており、地域性が認められた。この原因として、各県で飼養している種雄牛の遺伝子型に大きく依存する可能性が考えられた。2.遺伝子多型と枝肉成績の相関を解析すると、"ばらの厚さ"に関してはA型が、A型以外の型と比較して、有意に厚かった。しかし、"歩留基準値"、"枝肉重量"、"ロース芯面積"、"皮下脂肪の厚さ"および"BMS"には、遺伝子多型の影響は認められなかった。この結果は、A型遺伝子が、若齢期の体重および枝肉形質、特に'"ばらの厚さ"に関しては優位に作用していることを示唆している。3.遺伝子多型と胸最長筋中の脂肪酸組成との相関性を解析すると、C型は、それ以外の型と比較して、飽和脂肪酸濃度は低いが、不飽和脂肪酸濃度は有意に高かった。すなわち、C型のステアリン酸濃度では12.3%(C型以外では13.5%)、全飽和脂肪酸濃度では37.3%(C型以外では39.2%)と、C型以外の遺伝子型と比較して低値であった。一方、オレイン酸濃度では56.5%(C型以外では54.9%)、一価の不飽和脂肪酸濃度では60.4%(C型以外では58.5%)、全不飽和脂肪酸濃度では62.7%(C型以外では60.8%)であった。この結果は、C型遺伝子は、若齢期の体重増加にとって不利ではあるが、肉質、特に不飽和脂肪酸組成に関しては有意に作用していることを示唆している。不飽和脂肪酸組成の増大は、食肉の柔らかさとおいしさを増大すると考えられる。以上のように、宮城県におけるGH遺伝子多型は、枝肉形質や組成に有意な統計的関連性を示した。したがって、将来は良質な牛肉を生産する黒毛和種牛の改良に向けて、GH遺伝子多型の詳細な調節機構を検討する必要がある。

黒毛和種牛のGH遺伝子型を、一回のPCRで解析する方法を確立し、以下の実験を実施した。1.GH遺伝子型がAA、ABおよびBB型である10ヶ月齢の黒毛和種牛31頭を用いて、GH遺伝子型と増体量やホルモン分泌(GH、インスリン、レプチン)およびインスリン様成長因子I(IGF-I)との関連性を検討した。10ヶ月齢時における体重は、AA=AB>BB型の順位であった、血液中レプチン濃度はBB型が他の型よりも有意に高かった。GH分泌に関しては、血液中基礎GH濃度およびGHRH刺激によるGH分泌増加量はAAとAB型で高かった。血液中IGF-I濃度の順位も、GH分泌や体重の順序と同一であった。結果的に、体重と最も高い相関性が認められたのは、GHRH刺激GH分泌増加量であった。これらの結果から、日本黒毛和種牛においてはA型のGH遺伝子を有する動物が最も大きい体重を示すが、この原因はA型のGH遺伝子を有する動物が最も大きいGH分泌反応を起こすことやIGF-I濃度が最も高くなることなどによることが示された。2.ホルスタイン種泌乳牛を用いてGH遺伝子型を解析し、泌乳量やホルモン分泌(GH、インスリン、レプチン、グレリン)およびインスリン様成長因子Iとの関連性を検討した。ホルスタイン種におけるGH遺伝子型は、AA>>AB>BB型の順位であり、BB型は13頭中1頭しか見いだせなかった。泌乳量との関連性で解析したところ、AA=AB>BB型の順位であり、BB型は泌乳量が顕著に低いようであった。血中の基礎インスリン、グレリンやCCK濃度には、有意な差は認められなかった。この結果は、ホルスタイン種のような泌乳牛では、泌乳量の大きい方への選抜を永年にわたって進めた結果、ほとんどA型の遺伝子を有する動物のみが選抜されてきたことから、泌乳量をより大きくする遺伝子はGHである可能性が強く示唆された。宮城県の仙台食肉公社において採取した黒毛和種牛149頭の胸最長筋を用いて、ウシ成長ホルモン(GH)遺伝子多型と脂肪酸組成をAMS-PCR法およびガスクロマトグラフィー法により、それぞれ解析した。枝肉形質に関するデータは仙台食肉公社からの提供データを利用した。それらの解析結果は、以下の通りであった。1.宮城県におけるGH遺伝子多型であるAA、AB、BB、AC、BC、CC型は、それぞれ45.6、15.4、20.8、5.4、11.4および1.3%であった。A、B、C型の遺伝子で分類すると、それぞれ56.0、34.2および9.7%となり、A型が有意であった。この様な傾向は、鳥取県でも報告されている。しかし、C型が最多である兵庫、岡山および鳥取県とは大きく異なっており、地域性が認められた。この原因として、各県で飼養している種雄牛の遺伝子型に大きく依存する可能性が考えられた。2.遺伝子多型と枝肉成績の相関を解析すると、"ばらの厚さ"に関してはA型が、A型以外の型と比較して、有意に厚かった。しかし、"歩留基準値"、"枝肉重量"、"ロース芯面積"、"皮下脂肪の厚さ"および"BMS"には、遺伝子多型の影響は認められなかった。この結果は、A型遺伝子が、若齢期の体重や枝肉形質、特に"ばらの厚さ"に関しては有意に作用していることを示唆している。3.遺伝子多型と胸最長筋中の脂肪酸組成との相関性を解析すると、C型は、それ以外の型と比較して、飽和脂肪酸濃度は低いが、不飽和脂肪酸濃度は有意に高かった。すなわち、C型のステアリン酸濃度では12.3%(C型以外では13.5%)、全飽和脂肪酸濃度では37.3%(C型以外では39.2%)と、C型以外の遺伝子型と比較して低値であった。
核酸自己組織化膜を利用したハイスループット可能なバイオセンサーの開発

ヒト遺伝子のドラフトシーケンシングが終了し、これを生かしたゲノム解析、プロテオーム解析が始められている。しかしながら、それら解析は非常に手間がかかるとともに、解析システムの感度も高くない。私は、有機合成化学的に分子設計した分子を解析システム上に導入することによって、省資源化、高感度化を図ることができると考えた。特にDNAはアドレス機能を有するタグとして働き、また近年では導電性も議論されていることから有用なツールであると考えられる。そこで、DNAを合成化学的に改良し、基板上でこれら解析を行うことができるシステムの作成を目指した。これからのゲノム機能、プロテオーム機能の解析は、フェムトモルからアットモルスケールの極微量でかつハイスループットな多機能解析が可能であることが要求される。これら条件の達成を目指して、金基板上で形成することができる核酸自己組織化膜を有効に利用することにより、鋭敏な感度を有する基質特異的な系の構築を目指した。まず第一に、導電性を助ける酸化還元性ユニットを連結した人工核酸塩基を開発し、DNAに導入した。私は、そのための種々の酸化還元性ユニットを開発することができた。第二に、電極として用いる金基板上に配列の異なるDNAそれぞれを担持させることができた。DNA末端は電極上に自己組織化膜を形成させやすいように硫黄原子で修飾しておくことが重要であった。また、メルカプトヘキサノールで電極上をマスキングすることによりさらによい結果が得られるようになった。第三に、上記の技術を用いて、電気応答性DNA自己組織化膜を電極上に作成することができた。微分パルスボルタンメトリーによって、二本鎖状態と一本鎖状態の電気応答を比較したところ、顕著な違いが観測された。私は、以上のように、核酸自己組織化膜を利用したハイスループット可能なバイオセンサーの開発の研究において、種々の酸化還元性ユニットを連結した人工核酸塩基を開発し、高機能性修飾電極を作成することができた。いずれの成果も高い実用性が期待され、本科学研究費は、大変有効に役立てることができたと考えている。
超平坦基盤上への酸化物高温超伝導体薄膜の作製とその成長メカニズムの解明

酸化物高温超伝導体薄膜を高性能電子デバイスに応用する場合に用いることのできる1ユニットセル高さのステップと原子レベルで平坦なテラスを有する超平坦MgO(100)基盤を作製する技術を確立することを目的として、MgO(100)基盤に酸素雰囲気下でアニールを施し、AFMで表面構造の観察を行った。また、超平坦サファイヤ基盤上への酸化物、窒化物薄膜のエピタキシャル成長を行った。その結果、以下のことが明らかとなった。1.H_2Oエッチングとアニールによって、ステップ基盤が作製できる。また、H_2Oエッチング後のアニール時間を変化させることにより、テラス幅とステップ高さが制御でき、1100°Cで1時間のアニールでMgOの1ユニットセルのステップ高さを有するステップ基盤が作製できる。2.スパッタリング成長したc軸配向YBCO薄膜は、テラス幅が広くステップ高さの高い基盤上では、3ユニットセルの厚さの時ステップエッジに沿って島状に成長する。3.反対に、テラス幅が狭くステップ高さの低い基盤上では2次元成長をする。そして膜厚が7ユニットセルで3次元成長に移行する。4.さらに、膜厚が10ユニットセルでスパイラル構造の移行する。5.超平坦サファイア基盤上のZnO薄膜、GaN薄膜の結晶性は、通常の基盤上のものよりも向上するこのような理想的な表面構造を有する基盤を作成する技術は、その上に成長する薄膜の成長メカニズムの解明や高品質薄膜の作製に有効である。酸化物高温超伝導体薄膜を高性能電子デバイスに応用する場合に用いることのできるlユニットセル高さのステップと原子レベルで平坦なテラスを有する超平坦MgO(100)基板を作製する技術を確立することを目的として,MgO(100)基板に酸素雰囲気下でアニールを施し,AFMで表面構造の観察を行った。その結果,以下のことが明らかとなった。1,アニールによって形成されるステップ・テラス構造は,アニール時間が長く,アニール温度が高くなるほどテラス幅は広くなり,ステップ高さは高くなる。2,その基板表面にはステップエッジ上に基板中のCa化合物が偏析する。3,その基板表面のCa化合物は超純水で1μm程度基板表面をエッチングすると取り除かれ,その後再びアニールすることでCa濃度が低く,析出物のない基板が得られる。4,そのとき,H_2Oエッチング後のアニール時間を変化させることにより,テラス幅とステップ高さが制御でき,1100°Cで1時間のアニールでMgOの1ユニットセルのステップ高さを有するステップ基板が作製できる。このような理想的な表面構造を有する基板を作製する技術は,その上に成長する薄膜の成長メカニズムの解明や高品質薄膜の作製に有効である。今後は,このように原子レベルで制御された基板上に,スパッタリング法でYBCO薄膜を作製し,その成長メカニズムを解明していく予定である。酸化物高温超伝導体薄膜を高性能電子デバイスに応用する場合に用いることのできる1ユニットセル高さのステップと原子レベルで平坦なテラスを有する超平坦MgO(100)基板を作製する技術を確立することを目的として,MgO(100)基板に酸素雰囲気下でアニールを施し,AFMで表面構造の観察を行った。また,超平坦サファイヤ基板上への酸化物,窒化物薄膜のエピタキシャル成長を行った。1.アニールによって形成されるステップ・テラス構造は,アニール時間が長く,アニール温度が高くなるほどテラス幅は広くなり,ステップ高さは高くなる。2.その基板表面にはステップエッジ上に基板中のCa化合物が偏析する。3.その基板表面のCa化合物は超純水で1μm程度基板表面をエッチングすると取り除かれ,その後再びアニールすることでCa濃度が低く,析出物のない基板が得られる。

4.そのとき,H_2Oエッチング後のアニール時間を変化させることにより,テラス幅とステップ高さが制御でき,1100°Cで1時間アニールでMgOの1ユニットセルのステップ高さを有するステップ基板が作製できる。5.超平坦サファイヤ基板上のZnO薄膜,GaN薄膜の結晶性は,通常の基板上のものよりも向上する。このような理想的な表面構造を有する基板を作製する技術は,その上に成長する薄膜の成長メカニズムの解明や高品質薄膜の作製に有効である。
組織に対する的確な改善目標と質保証された効率性測定を両立するDEA理論の構築

DEAは様々な組織の業績/効率性を評価する管理ツールである.DEAは広く普及したOR手法であり,その理論背景にはミクロ経済学がある.DEAは評価対象の組織の効率値と改善目標を与える.従来のDEAは評価対象の組織からかけ離れた改善目標を与える.かけ離れた改善目標は実際に達成することは困難である.本研究では,DEAモデルの最小距離非効率性尺度を開発した.最小距離非効率性尺度では,単調性保証が議論になるが,最小距離非効率性尺度が単調性を満たすDEAモデルのクラスの存在を示した.DEAの代表的な生産可能集合として,FDHがある.生産可能性を規定する公理が最も緩い生産可能集合がFDHである.さらに,その改善目標は実体のある活動である.これらから,FDHは実用性の高い生産可能集合である.本年度の研究では,FDHに注目し,最短距離DEAによる非効率性尺度がほとんどで単調でないことを指摘した.さらに,研究代表者・共同研究者の先行研究に掲載予定である.上記との研究と平行して,最短距離DEAによる非効率性尺度が単調性保証されるクラスを発見し,そのクラスの現実性を文献検索と数値実験により検証した.その成果を日本オペレーションズ・リサーチ学会研究会で3件口頭発表をした。最短距離DEAにおける単調性は順位付けの信頼を与える性質である.しかし,最短距離DEAでは必ずしもその性質は保証されないことが反例により自身を含め複数の研究者から報告がある.そのため,その性質保証のために,様々な工夫が提案されている.その工夫の1つとして,拡張ファセット法により生産可能集合を拡張することが海外の研究者から発表されている.この生産可能集合拡張は単調性を保証するだけでなく,ノルムをL1ととれば,線形計画法で計算可能である.そのような長所がある一方,必ずしも拡張ファセット法により生産可能集合拡張が可能であるわけでない.今年度は,拡張ファセット法により生産可能集合拡張の可能性を凸解析と実データによる数値実験により検証した.規模の収穫可変である生産可能集合では,拡張不可能であることが発生することを示した.20個の実データセットを用いた数値実験では,規模の収穫一定である生産可能集合ではデータセット1個を除いて拡張不可能であることが発生することを確認した.さらに,過剰評価の問題はどのデータセットでも発生することも確認した.これらの成果を日本OR学会研究発表会で口頭発表し,EJORに投稿中である.科研費で揃えられた文献と整備された計算機環境を十分活用することで,数値実験がスムーズに実施できた.さらに,その実験結果を研究分担者である安藤先生とは論文作成上で十分な議論ができた.少子高齢化が加速する日本において,限られた資源を有効活用することが喫緊の課題である.DEAは生産活動に潜む非効率性を明らかにして改善目標を与える効率性分析法であり,近年,理論研究だけでなく様々な分野での実践が報告されている.最短距離DEAは改善目標の実用性に注目されている.最短距離DEAの効率性尺度における単調性は順位付けの信頼を与える性質である.しかし,最短距離DEAでは必ずしもその性質は保証されないことが反例により自身を含め複数の研究者から報告がある.そのため,その性質保証のために,様々な工夫が提案されている.その工夫の1つとして,拡張ファセット法により生産可能集合を拡張することが海外の研究者から発表されている.この生産可能集合拡張は単調性を保証するだけでなく,ノルムをL1ととれば,線形計画法で計算可能である.そのような長所がある一方,必ずしも拡張ファセット法により生産可能集合拡張が可能であるわけでない.拡張ファセット法により生産可能集合拡張の可能性を凸解析と実データによる数値実験により検証した.規模の収穫可変である生産可能集合では,拡張不可能であることが発生することを示した.実データセットを用いた数値実験では,規模の収穫一定である生産可能集合では拡張不可能であることがほぼ確実に発生することを確認した.さらに,過剰評価の問題はどのデータセットでも発生することも確認した.これらの成果をまとめて,学会での講演と専門科学雑誌での論文発表をした.DEAは様々な組織の業績/効率性を評価する管理ツールである.DEAは広く普及したOR手法であり,その理論背景にはミクロ経済学がある.DEAは評価対象の組織の効率値と改善目標を与える.従来のDEAは評価対象の組織からかけ離れた改善目標を与える.かけ離れた改善目標は実際に達成することは困難である.本研究では,DEAモデルの最小距離非効率性尺度を開発した.最小距離非効率性尺度では,単調性保証が議論になるが,最小距離非効率性尺度が単調性を満たすDEAモデルのクラスの存在を示した.科研費で揃えた優れた計算機を十分に活用できるようになり、アイデアを容易に実装してその有用性を検証できるようになった。さらに、国内外での研究発表を通して、情報交換が進み、最新の研究動向を把握することが可能になった。研究分担者である安藤先生との共同研究が順調になったことも大きな要因である。投稿論文の採択を目指し,改訂作業を進める.さらに,昨年度の成果であるFDH生産可能集合上の最短距離DEAの応用を推進する.これらの研究成果を国内外で口頭発表,論文発表する.オペレーションズリサーチ距離最小化原理によるDEAに対する単調性の保証の特徴付けに関する解析を進める。さらに、レーダチャート分析に対する距離最小化原理によるFDHモデルの適用に関する事例研究を進める。これらの研究成果を国内外の学会、研究集会において、発表する。

最終年に向けて成果発表のための旅費充当に予定している.計画当時の旅費査定額と実費に差が生じた.研究分担者を含め成果発表の学会参加を増やす予定である.昨年度からの余剰分を考慮し,データ収集等の活動充実を図る
凝縮相中での誘導ラマン遷移による多段階振動励起

2年間の研究期間において、本研究で必要な振動CARS測定装置を完成させるところまで達成した。平成22年度(1年目)は、当初予定していた設計に従って実験装置を構築したが、レーザー光強度が足りないため、振動CARS信号が検出できなかった。平成23年度(2年目)は、光源と検出系を変更し実験装置の再構築を行った。平成22年度は実験装置を整備した。多段階振動励起は可視光を使って誘導ラマン遷移を繰り返すことで実現させる。誘導ラマン遷移はポンプ光とストークス光と呼ばれる波長の異なるふたつの光を使って、ポンプ・ストークス間のエネルギー差を分子振動に共鳴させることで起こす。分子の振動準位間隔は振動ポテンシャルの非調和性によって、高振動準位になるにつれて狭くなる。この振動準位間隔の変化に対応しながら誘導ラマン遷移を繰り返すために、ポンプ・ストークスの間の瞬時周波数差が時間とともに小さくなるようにする。これを実現するために、ポンプ光とストークス光、それぞれのビームラインにプリズム対を使ったチャープ制御系を設置し、独立に線形チャープをかけられるようにした。多段階振動励起が起こったかどうかを確認するために、プローブ光を照射してコヒーレントアンチストークスラマン散乱(CARS)光を発生させる。多段階振動励起が起こるとプローブ光を時間スキャンすることで得られる時間分解振動CARS信号にビートパターンが現れる。これを解析することで振動多段階励起の効率を調べる。はじめ、光源にはフェムト秒レーザーパルス発振器を用いていたが、時間分解振動CARS信号を得るには残念ながらパルスエネルギーが足りないという結果になった。そこで、光源を再生増幅器とオプティカルパラメトリック増幅器の組み合わせに変更した。これによって、時間分解振動CARS信号を得るには十分なパルスエネルギーが得られるようになった。平成23年度は実験装置の再構築を行った。前年の平成22年度において、当初予定していた設計に従って実験装置を構築したが、レーザー光強度が足りないため、振動CARS信号が検出できなかった。そこで今年度は、光源をレーザー発振器単体から再生増幅器と光パラメトリック増幅器(OPA)に変更して、光強度を増強した。当初の実験装置では、広帯域パルスをダイクロイックミラーで短波長側と長波長側に分離し、短波長側成分を持ったパルスをポンプ光とプローブ光として使い、長波長側成分を持ったパルスをストークス光として使っていた。これに対して、再構築版では、再生増幅器で発生させた光をストークス光として使い、ポンプ光とプローブ光にはOPA装置で波長変換した光を使うようにした。これによって、振動CARS信号発生に必要な光強度を十分に確保することができ、CARS信号を確認できた。次に、信号測定のS/Nを良くするために、信号検出方法をロックイン検出法からフォトンカウンティング検出法に変更した。振動多段階励起が起こった場合の振動CARS信号波形の微妙な変化を正確に捉えるためには、S/Nが少しでも良い方が有利となる。この変更によって、より高精度の計測が期待できる。以上のような、光源と検出系の導入によって、振動CARS測定装置を完成させることができた。次のステップとして、ポンプ光とストークス光を線形チャープパルスにし、両者の間の瞬時周波数差を時間的に変化させることで振動多段階励起を実現しようと考えているが、現時点ではまだ、振動多段階励起の兆候を捉えるには至っていない。
強誘電性液晶の逐次相転移に関する研究

強誘電性・反強誘電性スメクチック液晶の逐次相転移について、第三隣接相互作用をもつANNNI模型を提案し相転移の機構を解明してきた。さらに中間相の構造についてFI_Lは波数がq=2/5のものと結論し、FI_Hについてはq=2/7と推定することが出来た。本年度はこの模型に内在する基本仮定(第三隣接までの長距離相互作用や第二隣接相互作用係数J_2の負値定符号性)について考察し、実体的に基礎づけることができた。すなわち分子長軸の向きについての自由度を考慮し、分配関数の中で先にこの自由度を消去することによって分子間の長距離相互作用が誘起されることを示し、第三隣接相互作用までの範囲において相互作用パラメタの値を具体的に検討した。そこではJ_2の負値定符号性が数値的に求められたが、特殊な場合には(E_1=E_3=O)この定符号性が解析的にも証明されること、すなわち模型はANNNI模型に帰着されることが示された。もとより数値的解析は近似理論であるが、基底状態における基本相の安定性の検討(これは厳密)からこの近似理論が定性的には正しいことも保証することができた。上記近似理論において、第三隣接相互作用に加え四体力J_<4b>が現れる。その効果についても論じ、基底状態に対してはこの効果は小さくないが当該問題についてはこの効果は本質的でないことも明らかにした。しかし実験との定量的な対比を論じる際には一つの重要なパラメタとなる。実験事実に基づいて当該現象をイジングスピンで表現しているが、分子の傾き角のゆらぎについても検討し、これは重要でないことを示した。分子の方位角のゆらぎの効果や電場中での振舞いの解析は次の問題である。
耐ロバスト性を有する軽量高比強度TiAl基鍛造合金の組織制御

熱間自由鍛造ができ,且つ,優れた靭性を有する鍛造TiAl基合金の組織設計指導原理を相平衡及び相変態に基づいて構築した.その指導原理に基づいて作成した合金は熱間自由鍛造が可能であることを実証した.また,靭性評価のための新たな手法を開発するとともに,その指導原理に基づいてα_2相とγ相からなるラメラ組織の界面にβ-Ti相を微細析出させるように組織制御した合金は,き裂の発生及び進展に対する抵抗が高く,優れた耐衝撃性を示すことを明らかにした.熱間自由鍛造ができ,且つ,優れた靭性を有する鍛造TiAl基合金の組織設計指導原理を相平衡及び相変態に基づいて構築した.その指導原理に基づいて作成した合金は熱間自由鍛造が可能であることを実証した.また,靭性評価のための新たな手法を開発するとともに,その指導原理に基づいてα_2相とγ相からなるラメラ組織の界面にβ-Ti相を微細析出させるように組織制御した合金は,き裂の発生及び進展に対する抵抗が高く,優れた耐衝撃性を示すことを明らかにした.高靭性鍛造TiAl基合金の開発のための組織設計法の指導原理を構築することを目的に,Ti-Al-M三元系合金を基本としてこれにさらに置換型及び進入型元素を添加したTi-Al-M_1-M_2四元系合金を溶製し,以下の成果を得た.(1)置換型元素の複合添加と熱間鍛造性の評価1200°C以上においてβ-Ti相が存在し,且つ,β+α→α→β+γ反応経路を示す3元系合金のAl濃度は42at%近傍である.M_1としてVを選定し,Ti-42Al-8V合金を基本組成としてこれにM_2(Nb,Cr,Mo)を添加して8Vに相当する合金を溶製する場合,M_2のV当量K_<V/Mo>は,Ti-Al-V及びTi-Al-M三元系状態図におけるにおけβ+α+γ三相共存領域から,それぞれK_<V/Nb>=1.0,K_<V/Cr>=2.0,K_<V/Mo>=4.0であることを明らかにした.また,M_1にNbを選び,Ti-(40-42)Al-(3-9)Nb合金を基本組成としてこれにM_2(V,Cr,Mo)添加する場合のM_2のNb当量K_<Nb/M2>はK_<Nb/V>=1.0,K_<Nb/Cr>=1.8,K_<Nb/Mo>=3.8である.これらの当量値を用いて種々の4元系合金を溶製し,総ての合金が熱間自由鍛造が可能であることを実証した.なお,状態図から求める当量は若干過大評価側にあり,複合添加はβ-Ti相を安定化させる負の相互作用を有することを見出した.これらの知見から特許を出願した.(2)置換型と侵入型元素の複合添加と組織形成置換型固溶元素としてNb,侵入型固溶元素としてCを選び,Nb濃度を固定してAl及びCを変化させた数種類の合金,Ti-(4247)Al-7Nb-(01)C(at%)を溶製し,相平衡及び組織形成に及ぼす炭素の効果を調べた.その結果,固溶炭素はβ相に対してα-Ti相を著しく安定化させ,β相領域を高温側にシフトさせること,また,α相に対してγ-TiAl相をも安定化させ,低Al側ほどα-transus温度を上昇させること,さらに,α→γ変態によるラメラ組織の形成を遅滞させる効果を持つことを見出した.一方,炭化物は1000°C以下において,先ず準安定のTi_3AlC(p-type)が析出し,その後安定相であるTi_2AlC(h-type)に遷移し,その析出のノーズは約900°Cにあることを見出し,この合金におけるTTT図を作成した.また,得られた知見から,本合金を微細なラメラ組織とし,そのラメラ界面に炭化物を析出させる組織制御法を提示した.高靭性鍛造TiAl基合金の開発のための組織設計法の指導原理を構築することを目的に,本年度はTiAlの最も特徴的なラメラ組織におけるき裂の伝播挙動を直接観察するため,SEM内において曲げ試験ができる治具を試作し,以下の成果を得た:(1)SEM内曲げ試験治具の試作SEMチャンバー内という空間的な制約及び最大荷重を小型モータによる測定範囲200Nに納めるため,厚さ1mmの試験片を想定して,支点間距離を24mm,最大ストロークは7mmとし,また,観察部(曲げ部)の視野を固定するために支点を固定して2つの力点を変位させる曲げ試験機を作製した.(2)TiAlフルラメラ単結晶のSEM内曲げ試験によるき裂進展観察Ti-47.5Al単結晶(PST結晶)を光学式浮遊帯域溶融装置により育成し,育成結晶から曲げ荷重軸方向に対してラメラ方位の異なる二つの曲げ試験片を作成して,曲げ試験を行った.

ここで,試験片とポンチとの接触線とラメラとのなす角度をλ,試験片厚み長手方向の端面におけるラメラ方向と荷重軸との角度をθと定義し,ラメラがほぼ垂直(θ=30°,λ=6°)の試料は弾性変形により著しく高い荷重を示した後すぐにき裂が生じ,その後連続的に荷重が低下する.一方,ラメラが傾斜した試料((θ=6°,λ=30°)では,前者の試料の約半分の荷重にてき裂の発生が生じるが,その後変位とともに荷重は増大し破断に至る.前者では,き裂はラメラに沿って進展するが,後者はラメラを横切るき裂が多数観察される.以上のことから,前者はき裂の発生に対しては優れ,後者はき裂の伝播に対して優れることを見出した.高靭性鍛造TiAl基合金の開発のための組織設計法の指導原理を構築することを目的に,本年度は,前年度までの成果に基づいて,組織及び機械的性質の評価を行ない,以下の成果を得た:(1)組織解析置換型及び侵入型元素を複合添加したTi-(42-46.5)Al-7Nb-(0-0.5)C及びTi-42Al-4Nb-0.5Mo-1C(at.%)合金の相平衡および炭化物の析出の有無を調べ,炭素の添加はα/α+β相境界線を著しく上昇させること,また,46.5Al合金のTi_3AlC炭化物の析出のノーズは約900°Cにあるが,Al濃度が45%以下では炭化物の析出は生じず,炭化物の析出はAl濃度に依存することを見出した。(2)機械的性質熱間鍛造したTi-42Al-8V及びTi-42Al-5Crに種々の組織制御を施した試料を用いて,計装化シャルピー試験及びSEM内3点曲げ試験を行ない,衝撃特性及びき裂伝播に及ぼす組織の影響を調べた.その結果,破壊靭性はラメラ体積率が50%以上になると大きく向上すること,また,ラメラ界面にβ相を微細分散させるとさらに向上し,これは割れの発生の抵抗を向上させるためであることを明らかにした.また,熱間鍛造材は鍛造方向にラメラが揃う傾向を示し,き裂の伝播は,ラメラ粒内のラメラ面垂直方向が応力軸と平行な場合には塑性変形を伴う二次き裂の発生・連結によって生じること,一方,ラメラ面垂直方向が応力軸と垂直な場合は,ラメラ界面にそって発生した初期き裂の進展によって生じることを見出した.
廃校を活用した高齢者福祉施設の実態と課題に関する研究

高齢化の進行と介護保険の導入に伴い、在宅介護サービスの充実が求められている。特に高齢者通所介護施設は、質的・量的な拡大が図られており、各市町村とも地域性を活かした様々な取り組みがなされている。しかし敷地の確保や建設費用の制約といった課題があり、量的整備に向けた対応が必要とされている。一方、少子化により小中学校の統廃合が増加しており、廃校後の跡地利用が課題となっている。こうした社会的な背景を要因に、廃校を活用した高齢者福祉施設の整備が全国的にみられるようになった。そこで本研究では、全国的な学校統廃合の動向および廃校の活用について把握し、高齢者福祉施設に活用した事例についての実態および課題を明らかにするとともに、今後の施設整備に向けた建築計画的な知見を得ることを目的とする。文部科学省の廃校施設活用状況調査結果やインターネットの検索により、廃校を高齢者福祉施設に転用した32施設を抽出し、アンケート調査を行った(回収率50%)。主なサービス内容は小規模多機能型居宅介護施設が最も多く、デーサービスや高齢者向け住宅、生活介護支援など様々である。転用した経緯では、「地域からの要望」が38.5%で最も多く、次いで「公共性があった」が26.9%、「周辺にその用途の施設がなかった」が19.2%となっている。廃校を活用した高齢者福祉施設の実態を把握するために、廃校に至る経緯や活動内容等から特徴的な事例を選定し、ヒアリング調査を行った。ヒアリングを行った施設は、岡山県OI、香川県AG、大分県AR、大分県SM、の4施設である。OIは廃校後にスポーツジムや資料展示などに暫定的に活用していたが、平成15年にプロポーザルを行い、高齢者福祉やマンション、教育施設といった多目的複合施設の整備を行った。ARでは地域からの要望を社会福祉法人が聞き取り、要望が多かった「様々な人が集まれる施設」を実現する為に、100円居酒屋を月1回で開催している。小学校は住民が集まりやすい場所に位置している場合が多く、地域との関係がより密にできる。また利用者も地域住民も懐かしむ人が多く、施設に親しみを感じている。その一方で、メンテナンスや掃除、空調といった維持管理面に負担を感じている。また窓の高さが高い、非常階段が狭い、といった課題があげられた。今後は、より地域との関係が密にできるような交流の機会を継続することが望まれる。
高血圧発症ApoE欠損マウスへのスタチン投与による腎保護のメカニズムの検討

脂質異常症+高血圧モデルとしてApoE欠損マウスにAngiotensin II持続投与を行ったところ、糸球体の膨化および硬化所見とアルブミン尿が認められた。ARBオルメサルタンは、この腎障害を抑制したが、血管拡張薬ヒドララジンでは認められなかった。スタチン投与により、オルメサルタンと同様の腎障害抑制が認められた。脂肪沈着は限定的で、腎障害の主たるメカニズムではないと考えられた。この腎障害は、脂質異常症+高血圧の合併で認められたもので、臨床で認められる慢性腎臓病の初期を反映していると考えられた。本研究で用いる高血圧・高脂血症マウスモデルを作成する準備段階として、野生型マウスおよびApoE欠損マウスにアンジオテンシンII投与を4週間継続し、血圧上昇を観察した。背部に浸透圧ポンプを植込み、アンジオテンシンIIを1.44mg/kg/day持続投与することにより、投与開始後3日目から血圧の有意な上昇を認め、4週後のsacrificeまで血圧上昇の持続を認めた。この効果は、野生型およびApoE欠損マウスいずれでも認めた。高血圧発症モデルを再現性をもって作成しえたので、sacrifice後の腎臓を摘出し、組織学的に検討した。アンジオテンシンII投与により、糸球体において泡沫化細胞の出現とメサンギウム細胞の増殖を認めた。この変化は、野生型マウスよりもApoE欠損マウス群の方が高度であった。しかし、これらの観察はHE染色による非定量的なものであり、定量的評価の方法を現在模索中である。この実験系で、糸球体病変が再現性をもって出現した事を確認し、今後薬剤投与を行っていく予定である。平行して、循環器内科に入院した患者において、高血圧や高脂血症の程度と腎障害マーカーとの相関を多因子にわたり検討を行った。その中で、線維芽細胞増殖因子(FGF)23が腎機能や高血圧、高脂血症と独立して心肥大などの臓器障害を引き起こすことがわかった。今回の研究テーマである高血圧、高脂血症と腎障害について、臨床データの蓄積を行っており、動物モデルで得られた知見を臨床データで検証する基盤を築くことができたと考える。高脂血症および高脂血症のモデルとして、ApoE欠損マウスの背部にアンジオテンシンIIを浸透圧ポンプで1.44mg/kg/dayを4週間継続する系を確立した。この実験系で、アンジオテンシン受容体拮抗薬オルメサルタンを投与した群、血管拡張性降圧薬ヒドララジン投与群、およびコントロール群の3群をそれぞれ10-15匹ずつ得た。また、野生マウスにおいても、アンジオテンシンII投与群、コントロール群、アンジオテンシンII+オルメサルタン群およびアンジオテンシンII+ヒドララジン群の作成を行った。定量的な組織学的検討で、ApoE欠損+アンジオテンシン投与により、糸球体の膨化および繊維増殖が認められた。これらの変化は、野生型マウスのコントロールでは認められず、ApoE欠損マウス→ApoE欠損マウス+アンジオテンシン投与で顕著なることから、高脂血症+高血圧の腎臓病変と考えられた。この病変は、オルメサルタン投与で軽減されたが、ヒドララジン投与では変化を認めなかった。一方、エピネフリンを用いた高血圧マウスの作成においては、文献的に報告されている方法に基づいて試みたが、血圧上昇は認められるが、突然死を起こす例が続いた。剖検において死因は同定できず、エピネフリン投与高血圧マウスの実験系は中断している。並行して、循環器内科の入院患者において、高血圧や高脂血症と腎障害マーカーの相関を多因子で検討した。腎障害マーカーである尿中L-FABP(L型脂肪酸結合タンパク質)と、高血圧および脂質代謝異常との相関を検討したが、有意な相関は認められなかった。今後は、蓄積した臨床データーベースを用いて、降圧薬やスタチンと腎障害に関して、動物モデルで得られた知見を検証していく予定である。アポE欠損マウスにアンジオテンシンを慢性投与する高血圧+高脂血症合併モデル動物において、腎臓病変の解析を行った。腎糸球体の膨化および組織学的な線維化指標は、正常マウス<高脂血症マウス<高脂血症マウス<高脂血症+高血圧マウスの順に、顕著になった。次に、尿中蛋白量を代謝ケージによる1日蓄尿で測定したところ、高血圧マウス(および高脂血症+高血圧マウス)において顕著な蛋白尿の出現を認めた。このように高血圧+高脂血症モデルマウスは、糸球体の膨化および硬化をともない、蛋白尿の出現を認め、最も高度の腎障害を認めた。この実験系に、スタチン製剤(アトルバスタイン)を投与したところ、蛋白尿の軽減の傾向を認めた。一方、降圧薬による変化を調べたところ、アンジオテンシン受容体拮抗薬(ARB)投与では、腎糸球体病変の軽減とともに、蛋白尿の著明な低下を認めたのに対し、同程度の降圧をもたらしたヒドララジン投与では、これらの改善は認めなかった。高血圧+高脂血症合併時において、アンジオテンシンは血圧とは異なるメカニズムで腎臓(特に糸球体)病変形成に関与していることが示唆された。現在、細胞マーカーや酸化マーカーを用いて、免疫組織学的に詳細な検討を行い、その分子メカニズムの解明に近づいている。高脂血症+高血圧の病態は、臨床上心血管病のハイリスク群としてしられているが、腎臓病変における検討は少なかった。今回、モデル動物の確立を達成し、そのメカニズムにアンジオテンシン系の関与が示された。

慢性腎臓病および心血管病の診療に貢献できるものと考える。脂質異常症+高血圧モデルとしてApoE欠損マウスにAngiotensin II持続投与を行ったところ、糸球体の膨化および硬化所見とアルブミン尿が認められた。ARBオルメサルタンは、この腎障害を抑制したが、血管拡張薬ヒドララジンでは認められなかった。スタチン投与により、オルメサルタンと同様の腎障害抑制が認められた。脂肪沈着は限定的で、腎障害の主たるメカニズムではないと考えられた。この腎障害は、脂質異常症+高血圧の合併で認められたもので、臨床で認められる慢性腎臓病の初期を反映していると考えられた。対照群であるノルアドレナリン持続投与群で、突然死が多く認められた。投与量は過去の文献と同量で用いており、また剖検にても死因の解明に至らず解決法を見出せなかった。当初の計画を変更し、ノルアドレナリン投与群は行わず、今後の研究を進めていく予定である。循環器内科パラフィン切片については、すでに全計画の2/3以上を作成し、免疫染色を順次行う予定である。凍結標本からの切片が必要な脂肪染色や数種の免疫染色に関しては、凍結切片標本作成の技術を実験協力者が最近会得しほぼフルタイムで本研究に従事できるため、今後研究推進の速度が増すと考えられる。また、スタチン投与群の作成に関しては、スタチン投与の予備実験を開始しており、同様のプロトコールで組織学的な検討が可能である。実験に必要なApoE欠損マウスは遺伝子組換え生物であり、その購入に際して必要な大阪医科大学内の遺伝子組換え生物の第二種使用等および譲受の申請、次いで動物実験計画書の申請を順に行い、全ての許可が得られるまで期間を要した。そのため動物実験に関しては、当初の予定よりおよそ5ヶ月遅れの達成度に留まった。一方、臨床例においては、高血圧や高脂血症の程度と腎機能および臓器障害との相関を多因子にわたり検討を行う体制作りはほぼ確立された。動物モデル作成の実験計画に関して、突然死が続き中断したため、当初の計画より遅れ、スタチン投与の実験を次年度に持ち越したため。動物実験の方法は確立し、また平成26年度の実験継続に必要な継続申請はすでに取得済みであり、アポE欠損マウスの持続的な入手が可能な状況である。今後は薬剤投与群(アンジオテンシン受容体拮抗薬vsヒドララジン、およびスタチン群同士)の比較検討を生化学的および組織学的に検討する。動物実験は、3人体制で行い毎月10-20匹の実験が可能な体制であり、今後に必要な60匹の実験は9月頃には全て終了する予定である。生化学的な検討および組織固定から切片作成までは外注する予定であり、実験の進行はスムーズに行えると考える。解析は、動物実験を行った3人がそれぞれ組織染色、画像解析、統計解析を受けもち、分担することにより研究の推進が図れると考える。一方、循環器入院患者における高血圧や高脂血症の程度と腎機能および臓器障害との相関を多因子にわたり検討を行う体制作りは確立しており、今後症例数を増やしていく方針である。ApoE欠損マウス+アンジオテンシン持続投与4週間の高脂血症・高血圧モデルに対し、スタチンを4週間投与し、その効果を生化学的および組織学的手法を用いて検討する。
抗偏性嫌気性菌剤除放性高分子材料による高齢者根面ウ蝕予防

高齢化社会の到来に伴い、歯根露出に継発する根面齲蝕の増加と同齲蝕治療後の高い2次齲蝕発生率が問題となってきている。当教室では、従来より、メトロニダゾールを主剤とする混合抗菌剤を用いて感染歯質を無菌化し、歯髄の保存を計る一連の研究を行ってきた。そこで本研究では、根面齲蝕処置へ応用するため、メトロニダゾールを主剤とする3種混合抗菌剤を光硬化型充填用グラスアイオノマーセメント(以下GICと略す)に添加し、この材料に関して細菌学的検討と物性試験を行った。【材料および方法】1.材料光硬化型充填用GIC2種と従来型の充填用GIC1種を用いた。セメント粉末中に、メトロニダゾール、セファクロル及びノルフロキサシンを配合した混合薬剤を添加し、以下の検討を行った。2.実験方法□抗菌性試験:齲蝕象牙質より採取した細菌を接種したBHI血液寒天平板上にセメント試片を置き、7日間嫌気条件で培養した後、阻止円を観察した。□圧縮強度の測定:万能圧縮引張り試験機を用いて圧縮強度を測定した。□溶解量の測定:セメント試片を秤量瓶中の蒸留水に浸漬し、乾燥処理後の秤量瓶の重量変化から、溶出量を測定した。□フッ素溶出量の測定:セメント試片を脱イオン水中に浸漬し、複合型フッ素イオン電極を用いて、フッ素溶出量を測定した。【結果及び考察】齲蝕象牙質より採取した細菌に対し、抗菌剤添加GIC試片は抗菌性を有することが明らかになった。また、抗菌剤添加GIC試片は、フッ素徐放性を有することも明らかになった。一方、光硬化型GICに抗菌剤を添加すると、圧縮強度の低下と溶解性の増加をもたらすことが明らかになったが、適応症の選択により臨床応用は十分に可能と考えられる。今後さらに、抗菌剤添加GICの基礎的物性さらに臨床応用についての検討を行っていく予定である。
多重ブラッグ像による収差計測手法の研究

電子顕微鏡は近年の最先端材料評価技術として欠くことのできないツールとなっている。電子顕微鏡の最大の利点はその高い空間分解能であり、その空間分解能を実現するために最も重要なのが収差の制御である。収差には、焦点・コマ収差・2回非点収差・球面収差・3回非点収差・など無限のパラメーターがあり、低次の収差を最適にすることで、初めて所望の空間分解能が実現される。最近国内外で研究が進められている球面収差補正装置においては、収差を補正するだけではなく、如何に残存収差を検出してフィードバックをかけるかが重要であり、その分野で現在も研究が進められている。本研究では、試料でブラッグ回折を起こさせて、その回折波による画像を解析するという着眼点で収差の計測を試みた。従来の方法が収差を検出するために電子線を意図的に傾斜させる(例えばZemlin tableau)のに対し、本研究では試料を電子スプリッターとして用い、ブラッグ回折した回折波を、傾斜入射の電子として利用する。本研究では、従来のTEM用の軸調整方法に加え、STEM用の新たな軸調整の方法を考案し、特許出願2件という直接的な成果を得た。収差の計測のためには計測中の収差が不変である必要があり、装置の安定度向上なども行った。さらに、収差補正手法を使った材料評価の応用研究で、論文3報・解説1報の成果を得た。研究の核となる収差計測の手順は既設の装置で利用可能であり、本研究の結果STEMや電子エネルギー損失分光法を用いた応用研究のためのツールとして利用できるようになった。ナノテクノロジー研究を支える基盤技術として、電子顕微鏡は重要性である。電子顕微鏡において近年研究が進む球面収差補正装置の原理自体は、30年以上も前に考案された。近年ようやく実現しつつあるのは、収差測定手法の研究が進んだためであるが、まだ未解決の課題が多い。当該課題は、それらの基盤的な研究を推し進めることを目標としている。対物レンズの収差を計測するための手法の一つとして、本研究では、提案者らが考案した結晶性試料を利用した新たな方法を検討している。ブラッグ回折した電子の散乱図形から収差を同定する方法で、従来手法が非晶質試料などを用いているのと比べて実際に観察対象である試料がそのまま使用できる利点がある。本年度は、従来型電子顕微鏡による実験と計測を行うと共に、特に走査透過電子顕微鏡において観察できるRonchigram(ロンチグラム)について検討した。本手法では照射レンズ系を用いて、入射電子プローブを試料近傍に形成する。プローブが不安定になると、多重ブラッグ像もそれに応じてぶれてしまい、位置検出の精度が落ちる。実験の結果、不安定性の原因は、当初主たる要因と考えていた駆動電源自体の不安定性ではなく、気圧変動や温度変動であることが分かった。実際に実験をして高い安定度を実現した装置は、装置の詳細は、論文として発表した。さらに、波動光学に基づく電子顕微鏡像のシミュレーション技術に基づき、球面収差等によるブラッグ像の変化をシミュレーションした。これまでの一般的なシミュレーションではできなかった、球面収差以外の収差(例えば2回および3回の非点収差など)を入れてブラッグ像やRonchigramをシミュレーションできるようにし、それらの新しい計測手法を考案した。以上の検討に基づき、その成果の一部は特許出願した。近年研究が進む球面収差補正装置が近年ようやく実現しつつあるのは、収差測定手法の研究が進んだためであるが、適用範囲が限られるなどの未解決の課題が多い。対物レンズの収差を計測するための手法の一つとして、本研究では、提案者らが考案した結晶性試料を利用した新たな方法を検討してきた。

本年度は、特に走査透過電子顕微鏡において観察できるRonchigram(ロンチグラム)について詳細に検討した。これまで波動光学に基づく電子顕微鏡像のシミュレーション技術に基づき、球面収差等によるブラッグ像の変化をシミュレーションし、球面収差以外の収差(例えばコマ収差)を入れてRonchigramをシミュレーションできるようにしてきた。本手法では照射レンズ系を用いて、入射電子プローブを試料近傍に形成する。プローブが不安定になると、多重ブラッグ像もそれに応じてぶれてしまい、位置検出の精度が落ちる。独自のソフトウエアを用いて安定度計測を行い、安定度対策の結果ドリフト量がほぼ従来装置の1/10程度の0.2nm/min以下になっていることが分かった。装置の詳細や波及的に得られた実験結果については論文として発表した。