hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マイクロブラスト加工のための単分散微細金属粒子の効率的製造技術の基礎開発研究

この研究の最終目的は、マイクロブラスト加工などに好適な微細で粒径・形状の揃った金属など粒子を効率的に製造する技術を確立することである。本研究では、それに有効な溶融原料の微粒化法として小径平円盤の超高速回転による微粒化法を提案し、模擬実験によりその有効性を検証すると共に粒子製造に応用する上で必要な関連項目について具体的に調べた。まず、小径平円盤超高速回転の微粒化装置を試作し、水を試料流体として実験観察を行った。従来の回転微粒化の実験式によれば、回転数の向上と共に生成粒子径は小さくなるが、微粒化に好適な繊維状の分裂形態となる流量が低下する。しかし、高速回転域では分裂形態が微細液糸状や乱れた膜状へと遷移し、従来の実験式を上回る流量でも微細な噴霧が生成された。また、生成粒子の平均径や円盤端での液糸間隔は従来の実験式に概ね一致して、回転数の増加と共に減少した。次に、水に加えてアセトン、エタノール、シリコン油#2、シリコン油#10を試料液体とし、液体の物性値、円盤半径、回転数、流量を変えて詳細な実験観察を行った。その結果、上述の分裂形態の遷移が水以外でも発生することを確認すると共に、遷移の発生条件や生成粒子径に直接関係する円盤端での液糸間隔などの実験相関式を提示した。また、従来の式より簡便な分裂形態の実験相関式を提示した。ちなみにこれらの結果は、噴霧燃焼や塗装などの回転微粒化機器の性能向上を図る上でも有用である。上記の結果を踏まえて液体金属の微粒化試験を検討したが、良好な結果は得られなかった。金属流表面の酸化が原因と考えられたので、実際のブラスト加工用粒子製造プロセスを模擬した低融点金属(ガリウム,融点29.8°C)の水中噴流を詳細に実験観察してみた。電気的に雰囲気を制御して酸化を抑制する手法を考案してその有効性を確認すると共に、金属の微粒化における雰囲気の制御・管理の重要性を確認した。本研究の最終目標はマイクロブラスト加工などに好適な微細で粒径・形状の揃った金属粒子を効率的に製造し得る技術を確立することであり、本課題ではそれに有効な溶融原料液の微粒化法として小径平円盤の超高速回転による微粒化を提案し、その有効性を実験的に調査している。平成18年度は主に水を供試液体とした模擬実験により、以下の点を明らかにした。(1)従来の研究よりも遥かに高い回転数範囲に着目して平らな小径円盤の回転微粒化の流動様式を瞬間写真観察し、微細な液滴の生成に有効な液糸状分裂が発生する液体流量・円盤直径・回転数の範囲を明らかにした。また、高回転数の範囲では、従来の研究から推定される液糸状分裂の上限の流量よりも高い流量でも疑似液糸状分裂が観察されることを示し、この方法の有効性を確認した。(2)生成される液滴の平均粒径と液体流量・円盤直径・回転数の関係を調べ、上述の比較的流量の多い範囲でも回転数の上昇とともに粒径が減少する特性があることを具体的に示した。また、粒径分布を調べ、2流体微粒化など他の方法に較べて分散が少ないことを確認した。なお、掲載済み雑誌論文はまだ無いが、回転微粒化の流動様式を観察した結果について下記(a)で速報として講演した。

また、円盤上で液膜の流動状態と円盤周端での微粒化過程を詳しく観察した結果について下記(b)で講演した。さらに、これらの内容を微粒化に論文として投稿した(査読中)。(a)鈴木孝司・田中祐治・三田地紘史,小径円盤の超高速回転による液体の微粒化(微粒化過程の瞬間写真観察),第43回伝熱シンポジウム講演論文集,(2006),No.A131.(b)鈴木孝司・田中祐治,小径円盤の超高速回転による液体の微粒化(円盤上の液膜の流動形態と微粒化過程の実験観察),第15回微粒化シンポジウム講演論文集,(2006),pp.131・136.本研究の最終目的は,マイクロブラスト加工等に好適な微細で粒径、形状の揃った金属粒子を効率的に製造する技術を確立することであり,本課題ではそれに有効な溶融原料の微粒化法として小径平円盤の超高速回転による微粒化法を提案し,模擬流体による実験観察によりその有効性を立証することを目指す。昨年度の水を試料流体とした実験の結果,小径平円盤の超高速回転では,従来の実験式で微粒化に好適(液糸状の微粒化形態)と予測される範囲を上回る流量でも,微細液糸状や乱れた膜状の微粒化形態により微細な噴霧が生成されるなど,この微粒化法の可能性が示唆された。これらの結果を踏まえて本年度は,水に加えてアセトン,エタノール,シリコン油#2,シリコン油#10を試料流体とすることにより,液体の物性値、円盤半径、回転数、流量を変えて微粒化過程の詳細な実験観察を行った。その結果,(1)微細液糸状や乱れた膜状の微粒化形態が水以外の液体でも観察されることを確認した。(2)微粒化形態が微細液糸状や乱れた膜状に遷移する条件についての実験相関式を提示した。(3)円盤上の液膜の流動状態の観察結果を交えて考察を加え,微粒化形態の遷移が液膜の変動と密接に関連していることを明らかにした。(4)比較的低い回転数の範囲に対する従来よりも簡便な無次元の実験相関式を提示した。(5)生成される液滴径に直接関係する円盤端での液糸間隔について,液糸状ならびに微細液糸状の両領域に有効な無次元の実験相関式を提示した。低融点金属(ガリウム,融点29.8°C)による微粒化試験を検討したが,良好な結果は得られなかった。金属噴流表面の酸化が原因と考えられたので,電気的に雰囲気を制御して表面の酸化を抑制する手法を考案し,実際のブラスト加工用粒子製造プロセスを模擬した低融点金属の水中噴流の実験観察により,その有効性を確認するとともに金属の微粒化における表面酸化防止の重要性を確認した。
日本語感情音声の韻律的特徴分析:韓国人日本語学習者と日本語母語話者の比較を通して

韓国人学習者の日本語の発話態度の生成について音響分析を行った。まず、韓国人学習者の日本語発話について調べた。「平静の答え、不満の答え、平静の問い、非難の問い」の4種類について、発話態度の生成はできたり、できなかったりした。韓国人学習者の目本語能力は中級レベルであるが、「平静の答え、不満の答え、平静の問い、非難の問い」の生成は困難であることが伺えた。また、母語ではどのようなイントネーションパタンが示されるのか調べる為、韓国語話者の4種類の韓国語発話について音響分析を行った。平叙文の場合は、音節数により異なる傾向がみられた。韓国語発話の分析により、韓国人学習者の日本語発話「平静の答え」と「不満の答え」、「平静の問い」と「非難の問い」について、その生成と知覚に母語である韓国語の影響がみられる特徴とそうではない特徴がみられた。これらより、目標言語に母語の影響がそのまま反映されるとは限らないことがわかった。本研究より、日本語中級以上の韓国人学習者は「平静の答え・不満の答え・平静の問い・非難の問い」という4種類の日本語発話について、知覚と生成が容易ではない傾向が示された。また、第2言語として日本語を学ぶ韓国語話者の「平静の答え」と「不満の答え」、「平静の問い」と「非難の問い」の生成と知覚には、母語である韓国語の影響がみられたが、単に母語だけの影響ではなく、習得過程において身に付けたストラテジーが母語の影響を受けたと考えられる。また、文頭部分、文末部分といった局所的なイトネーションのパタンを学習者が習得すれば、より発話態度の知覚と生成が確実になることが示唆されるだろう。日本語母語話者(以下、日本語話者)と韓国語母語話者である日本語学習者(以下、韓国語話者)の日本語発話態度の知覚と生成に関し以下の実験を行った。1.日本語話者と韓国語話者である日本語上級者を対象に日本語発話態度の知覚実験2.日本語話者と韓国語話者である日本語初級者を対象に日本語発話態度の知覚実験3.韓国語話者を対象に発話態度に関する日本語発話の音響分析4.韓国語話者を対象に発話態度に関する韓国語発話の音響分析実験1と2では知覚、実験3と4では生成について調べた。実験1と2より、日本語話者と韓国語話者である日本語上級学習者と初級学習者の発話態度の知覚について比較すると、日本語話者と韓国語者は異なる知覚傾向を示した。また、上級者と初級者においても異なる結果を示した。上級者の場合、学習者独自のストラテジーを形成し知覚を行う為、日本語話者と異なる傾向を示し、初級学習者は判断が困難であった。日本語能力が発達するとともに発話態度の知覚も変化することがわかった。3、4の実験より、日本語中級学習者である韓国語話者の日本語発話、韓国語発話について音響分析を行った。結果、日本語話者の評価とイントネーションの比較より、韓国語話者は日本語発話態度の生成は確実に行えず、発話態度の生成は難しいことがわかった。韓国語において発話態度の生成において最終音節のイントネーションだけではなく、一音節目から二音節目のイントネーションも重要であることが推測された。また、韓国語発話と日本語発話の比較より、韓国語話者の日本語発話には単に母語の影響だけではなく、学習経緯を示すような傾向がみられた。以上から、韓国語を母語とする日本語学習者の日本語発話態度に関する知覚と生成の傾向が明らかになった。
連結共振器による光量子エンタングルド状態の保存と取り出しの研究

二組の連結した光共振器システムの中に単一光子の重ね合わせ量子ビット状態となる量子エンタングルメントを保存し、タイミングを制御して取り出すことを目的とする。応募者らは、先行研究において、連結した光共振器に光の量子状態を閉じ込める技術を独自に開発し、それを二組用いて単一光子状態のタイミングを同期して干渉させることに成功している。この連結共振器のシステムは、将来的に様々な光の量子状態を内部に生成して閉じ込め、好きなタイミングで放出できる、万能な量子状態準備器に発展する可能性を秘めており、光を用いた量子情報技術の発展において極めて重要なものである。しかし、先行研究においては、単一光子状態という位相不敏感な状態を扱ったのみであった。エンタングルド状態等の様々な量子状態を保存するためには、光の位相情報まで保持するシステムが必要である。本研究は万能な量子状態準備器の実現に向けた一歩である。位相の情報まで残して量子状態を保存するためには、実験的には位相のリファレンスとなるレーザー光を連結共振器に入射して、その光位相を基準として、周りの光学システムを位相同期しなくてはならない。しかし、連結共振器システムは高い閉じ込め効率を出すため、実効的な線幅をとても狭くしている。この共振線と外部から入射するリファレンス光との結合を安定にするため、実験では様々な装置を置き換えて、より安定な系を構築した。例えば、従来では変調器の変調周波数を電圧でコントロールしていたので、電圧のドリフトで周波数が変動していたところを、デジタル的に同期して決まった周波数が複数出るようにするなどの変更を行った。結果、位相敏感な状態を安定的に連結共振器内に実現できるようになった。位相敏感な状態を共振器内に実現するという、本研究で開発する技術の中心部分が、ほぼ完成したと考えられるため。二組の連結した光共振器システムを同期して動作させ、そこに跨った量子エンタングルメントを生成するため、問題点を探り、生成システムと解析システムが連動するように開発していく。
重度心身障害児の認知レベルに応じたコミュニケーション支援技術

重度心身障害児における残存脳機能評価のため、前年度に引き続き呼名刺激応答時の脳波解析を行った。まず詳細な呼名刺激応答を明らかにするため、健常群において自己名・他者名をそれぞれ音声提示されたときの事象関連電位および時間周波数応答について検討した。その結果、自己名刺激時特異的に、事象関連電位における後期陽性電位がみられた。またベータ波帯域の事象関連脱同期が確認された。これらの結果は、自己名に関する長期記憶想起や、自己認知機能を反映しているものと考えられる。これらの結果をまとめた論文はBrain Research誌に受理され、掲載された。健常群での結果をふまえ、重度心身障害児と健常群における自己名呼名刺激時の脳波応答を比較した。期間一年目ではシータ波帯域の活動のみに着目したが、該当年度ではアルファ・ベータ波帯域での比較を行った。結果、患者群と健常群で差がある時間周波数帯域・差がみられない帯域をそれぞれ見出した。これらの結果は、患者群が自己名をどの程度認識できているか、また彼らの残存脳機能を示唆するものであると考えられる。患者群と健常群の比較結果については、現在論文投稿中である。呼名刺激は音声を用いた評価系であるため、聴覚機能が低い重度心身障害児に対しては、残存脳機能評価が不可能である。より幅広い患者を対象とするべく、聴覚以外の感覚系を用いた実験を構築することとした。新たな刺激対象として、言語よりも原始的な刺激である「嗅覚」を利用することとし、嗅覚と視覚(色彩)を組み合わせたマルチモーダル刺激による実験系構築を行った。健常群でのみ検討を行い、嗅覚刺激の有無により視覚刺激記憶想起時の脳波応答が異なるという結果を得た。この系については、今後より詳細な解析を行い、重度心身障害児に適用できる実験系構築に活用する予定である。27年度が最終年度であるため、記入しない。重度心身障害児らの呼名刺激時の脳活動に着目し、タスク作成と脳波計測を行った。タスクでは、音声刺激によって、自己名と一般名詞を提示し、脳波応答の比較を行った。また、同時に重度心身障害児群と健常群とを比較した。重度心身障害児らの呼名刺激時の脳波応答と、健常群の脳波応答を比較したところ、重度心身障害児ではシータ波帯域での位相同期に特徴的な活動が共通して出現することを見出した。一方、脳波振幅から得られるパワー解析においては、重度心身障害児に共通した応答は見られなかった。よって位相同期に関する解析方法のほうが、対象とする患者らの脳活動応答を解明するために適切であることを示した。また、このシータ波帯域の位相同期は、音声呼名刺激時とその他の音声刺激時とで、重度心身障害児内で差が見られることが明らかになった。これらの結果は、音声刺激の中でも自己名である呼名刺激によって、患者らの聴覚野応答が強く誘起される可能性を示唆する。さらに、シータ波帯域と語彙認知プロセスとの関連性がこれまでに報告されていることから、本研究において、患者らが自己名に何らかの意味があることを認識している可能性を初めて示した。重度心身障害児らが外界刺激を認知しているかどうかについては、これまでに脳応答を用いた評価がほとんどなされてこなかった。この結果は、重度心身障害児らの応答理解・認知機能評価をするうえで意義があるものである。また彼らのコミュニケーション支援を行う上で極めて重要な結果であると思われる。これらの研究成果はBrain and Development誌に受理された。

昨年度は、重度心身障害児のコミュニケーション支援にむけて、患者らの不明瞭な応答の意味を呼名刺激で理解しようと試みた。昨年度までは、様々な患者らの脳波データ計測およびそれらの解析を行うことができた。また、脳波の周波数解析において、シータ波帯域から、患者らの応答に対してある一定の結論を導くことができ、査読付き論文として発表することができた。これらの進捗から、現在までの研究目的はおおむね順調に達成できていると思われる。27年度が最終年度であるため、記入しない。今後の研究として、まずシータ波帯域以外の脳波周波数解析を行い、より正確に重度心身障害児の応答理解に努める。これまでに行ってきたのは主に位相同期解析であり、また電極数も単一のデータを用いている。今後は位相だけでなく、脳波の振幅およびパワーに着目して、幅広い周波数帯の解析を行っていく。また、実際の計測では複数の電極を使用しているため、多変量データとしての解析が可能である。電極位置という次元を加えることで、詳細な応答理解につなげる。さらに、音声刺激として呼名刺激を用いてきたが、さらに多様な音声刺激(複数音節・意味のない単語・一般名詞)を対象に広げる。これらの音声刺激に対する基礎データを収集し、幅広い重度心身障害児応答理解への応用に活かす。
ヒト免疫構築マウスを用いたヒトエフェクターCD8^+T細胞の分化・成熟に関する研究

感染防御において決定的な役割を果たしているヒトCD8^+T細胞の、末梢における分化・成熟過程を、ヒトの免疫系を持つヒト免疫構築マウスを用いて解析を行った。マウスに構築されたヒトCD8^+T細胞は、サイトカイン産生能を持つメモリーエフェクター細胞まで分化していたが、遺伝子型の異なる細胞で免疫しても、細胞傷害活性をもつエフェクター細胞への分化は確認出来なかった。これらのことから、ヒトエフェクターCD8^+T細胞への分化には、その発生過程においてヒトの主要組織適合分子との相互作用が必要である可能性が示唆された。本研究では、ウイルス感染によるCD8^+T細胞の分化・成熟過程を解析するため、本年度は感染前のヒト免疫構築マウス中のヒトCD8+T細胞の分化・成熟度をT細胞分化マーカーとエフェクター分子の発現解析を行った。NOD/SCID/Jak3^<-/->マウス新生仔の肝臓にヒト臍帯血幹細胞を移植したヒト免疫構築マウスでは、末梢血中にヒトCD19^+B細胞およびヒトCD3^+T細胞が主に移植後10週以降から確認できた。ヒトT細胞の発生が確認できたマウスの末梢血および脾臓由来ヒトCD8^+T細胞は、主にCCR7^+CD27^+CD28^+CD45RA^+のナイーブおよびCCR7^-CD27^+CD28^+CD45RA^-のエフェクターメモリーフェノタイプを示していた。しかし、健常人末梢血由来CD8^+T細胞には存在するCCR7^-CD27^-CD28^-CD45RA^<+/->のエフェクターサブセットはヒト免疫構築マウスにおいてはまったく確認できなかった。フェノタイプ解析の結果と同様に、ヒト免疫構築マウスのヒトCD8^+T細胞は、細胞傷害性エフェクター分子であるPerforin、Granzyme A、Granzyme Bすべてを発現しない細胞集団、Granzyme Aのみを発現する集団、Granzyme AとGranzyme Bのみを発現する細胞集団によって構成されており、Perforinを発現するエフェクター細胞はほとんど見られなかった。さらに、このヒトCD8^+T細胞のサイトカイン産生能を調べたところ、IL-2、IFN-γ、TNF-αの発現が確認できた。これらのことから、ヒト免疫構築マウス内のCD8^+T細胞はエフェクターメモリー細胞まで分化していると考えられるが、エフェクター細胞は存在しないことが明らかになった。我々はこれまでの研究から、ヒト末梢CD8^+T細胞をT細胞分化マーカーや細胞傷害性エフェクター分子の発現、およびサイトカイン産性能や細胞傷害活性を解析することで、CD27-CD28-フェノタイプを示すCD8^+T細胞集団がエフェクターCD8^+T細胞であることを明らかにした。しかし、どのような過程を経てエフェクターCD8^+T細胞へと分化・成熟するのか、その研究対象がヒトであるため、未だ不明な点が多い。本研究では、ヒトエフェクターCD8^+T細胞が生体内でどのように分化・成熟するのか解析するため、ヒト免疫不全マウス(NOD/SCID/Jak3^<-/->)にヒト臍帯血由来血液幹細胞を移入することで、ヒト免疫構築マウスを作製した。生後17週のヒト免疫構築マウス内のヒトCD8^+T細胞は主にCD27^<high>CD28^+CD45RA^+CCR7^+のナイーブ、CD27^+CD28^+CD45RA^-CCR7^+のセントラルメモリー、CD27^+CD28^-CD45RA^-CCR7^-の初期エフェクターメモリサブセットで構成されており、CD27^-CD28^-CD45RA^<+/->CCR7^-のエフェクターサブセットは確認できなかった。PMA/ionomycin刺激によってサイトカイン産生を解析したところ、再構築されたヒトCD8^+T細胞のエフェクターメモリーサブセットは健常人由来エフェクターメモリーCD8^+T細胞と同等のサイトカイン産生能を示した。さらに、エフェクターCD8^+T細胞への分化を誘導するために、ヒト免疫構築マウスをHLA型が異なるPBMCで免疫した。しかし、同種抗原に対するIFN-γ産生・リンパ球混合培養反応による細胞増殖はまったく見られなかった。これらのことから、ヒトHLAに拘束される抗原特異的CD8^+T細胞には、その発生過程におけるヒトHLAとの相互作用が必要である可能性が示唆された。
ジペプチド骨格を素子とする分子スイッチ系の構築

α,α-ジアルキルアミノ酸(Aib)と環状イミノ酸(Pro)の縮合によって得られるジペプチドがわずか2種類の立体構造(屈曲型と伸張型)しかとり得ないことを利用して、Aib-Pro配列を基本骨格とする分子スイッチ系を構築するための、保護ジペプチドを合成した。すなわち、協同的相互作用による機能発現が可能なように、それぞれの側鎖に、官能基を導入することができるように、立体選択的に保護アミノ基で修飾された形のジペプチドをデザインした。保護アミノ基を有するAibの類縁体としては、側鎖の一方のメチル基をアミノエチル基に置換したDabMe(α,γ-diamino-α-methylbutyric acid)誘導体を選び、保護アミノ基を有するProの類縁体としては、4-位(γ-位)にアミノ基を有するPro(4α/β-NH_2)の誘導体を選んだ。保護された各アミノ酸誘導体のカップリングによって目的のBoc-DL-DabMe(4-Cbz-NH)-L-Pro(4β-CbzNH)-OEtをジアステレオマーの混合物として得た。再結晶によって各ジアステレオマーを単離した。側鎖官能基の協同作用による活性発現としては、Zn(II)イオンを配位したビスピコリルアミノ基どうしの協同作用によるリボヌクレオチドのモデル基質のホスホジエステル結合の開裂を用いることとして、まず、自由度の高いジペプチド誘導体の亜鉛二核錯体を用いて、検討を行った。立体構造の制御による活性制御としては、両末端基の間のホスト-ゲスト相互作用を利用することとして、これについてもまず自由度の高いジペプチド誘導体の系で実験を行い、良好な結果を得た。側鎖と窒素原子の間で結合を形成した環状α-限されている。これら2種のアミノ酸残基よりなるジペプチドの主鎖の立体構造が2種に限られることをモデルを用いた検討により確認した。このペプチド骨格を用いて機能性分子を構築するために、それぞれのアミノ酸残基に官能基の導入が必要であるが、ジアルキルアミノ酸については、種々の検討の結果、アルキル側鎖としてメチル基および2-アミノエチル基を有するアミノ酸を用いることとし、その合成法の改良研究を進めている。プロリンの誘導体としては、自然界に比較的豊富に存在するL-4α-ヒドロキシプロリンを出発原料として、相互に独立に除去が可能である保護基で修飾されたL-4α-アミノプロリンおよびL-4β-アミノプロリン誘導体を高収率で合成した。プロリン環に導入したアミノ基を、金属イオン結合能を有するビス(2-ピリジルメチル)アミノ基へと変換した誘導体の合成を行った。これら各ジアステレオマーの合成法の改良をはかるとともに、ビス(2-ピリジルメチル)化されたアミノ酸誘導体のペプチド鎖への組み込み、および、ペプチド配列を完成させた後にアミノ基をビス(2-ピリジルメチル)化する方法との優劣についての比較検討を行った。アミノ基を有するα,α-ジアルキルアミノ酸誘導体であるα-(2-アミノエチル)-α-メチルグリシン誘導体と、4-位にアミノ基を有する環状イミノ酸プロリンの誘導体とのカップリング反応により、配座自由度が制限されたジペプチドを合成した。得られたt-ブトキシカルボニル-DL-α-[2-(ベンジルオキシカルボニルアミノ)エチル]-α-メチルグリシル-L-4β-(ベンジルオキシカルボニルアミノ)プロリンエチルエステルはジアステレオマー混合物であるが、分別結晶法によりD-L-ジペプチドとL-L-ジペプチドの分離に成功した。分子スイッチ系の構築のための骨格となり得るD-L-体は、NMRスペクトル解析の結果、再結晶で母液に濃縮される方の成分であることがわかった。合成したスイッチ骨格ジペプチドへの機能性官能基の導入、立体構造制御部位の導入を行うための合成化学的および立体化学的知見を得る目的で、モデルジペプチド誘導体を用いて、以下のような検討を行った。

まず側鎖および主鎖に十分な自由度をもつジオルニチン誘導体をモデルペプチドとして選び、側鎖のアミノ基をジピコリルアミノ基へと変換して、その亜鉛二核錯体によるリボヌクレオチドモデル基質、2-ヒドロキシエチルp-ニトロフェニルリン酸の加水分解反応の促進について調べた。環状デカペプチド骨格により主鎖の自由度が制限されているグラミシジンS誘導体に比べて低い活性を示すことがわかった。次にこのジペプチドの両末端にホスト基としてβ-シクロデキストリン、ゲスト基としてt-ブトキシカルボニル基を導入して立体構造の制御をはかったところ、顕著な活性の向上が見られた。
石けん膜の流体デバイス機能の研究

石けん膜を流体とする新たな分析デバイスを実現するため、石けん膜による分子・粒子輸送法を試験した。安定な高粘性の石けん膜では、膜内に分子・粒子を分散させるよりも膜上の液滴に分子・粒子を取り込んで輸送することがよいことが分かった。液滴は高粘性の石けん膜と融合せずに数分間安定に存在し流動しながら濡れ広がることが分かった。また多価の電解質を含む液滴は電場により一定の移動度で泳動できること、価数によって分離できる可能性が示された。石けん膜がそのユニークな構造・物性に基づく優れた流体デバイス機能を持つことを実証する萌芽研究である。当初の計画では石けん膜内に分散した分子の輸送を電場・表面張力等で制御する方法を提案していたが、現実的な測定時間崩壊しない石けん膜の内部では分子を均一に分散・輸送制御することが困難であることが判明した。しかし分析対象を液滴とすれば石けん膜上で輸送制御可能であることを見いだし、研究の方向を石けん膜上の液滴の界面物性と輸送制御へ修正することにした。1.石けん膜上の液滴の濡れ広がり現象:石けん膜上の液滴は固体表面の液滴と同様な冪乗則で濡れ広がり(液滴半径が時間の約0.1乗で増加する)、疎水性の溶質が存在すると石けん膜に浸透拡散することを見いだした。液滴は誘電泳動とは独立に濡れ広がることが分かった。濡れ広がりを石けん膜の表面張力によって制御する可能性が示唆された。石けん膜のようなソフトな界面において浸透せずに液滴が濡れ広がる現象を初めて明らかにした。2.石けん膜上の液滴の誘電泳動・ラチェット輸送:荷電色素を含む液滴が不均一電場により誘電泳動できることを確認した。誘電泳動や表面張力で駆動する液滴のロッキングラチェット輸送の可能性を検討した。3.界面活性剤で被覆された液面上の液滴の界面化学:石けん膜と比較するため界面活性剤で被覆された液面上における液滴の濡れ広がり、誘電泳動等も検討した。高い粘性の液体では上述した石けん膜と同様な結果が得られた。平成23年度は提案した3つのデバイス機能の一つ「荷電分子の分離・抽出デバイス機能」の研究、および「輸送デバイス機能」の試験研究を実施した。1.水相・単分子膜相への分離法として「石けん膜による色素分子の電気泳動」を検討し以下の結果が得られた。(1)石けん膜(中性界面活性剤を使用)を用いた電気泳動によれば、1,2,4価のカチオン・アニオン色素を石けん膜中で電気泳動し、価数の違いで分離できることを実証した。(2)親水性色素については、移動度から見積もった拡散係数の値より、水相(グリセリン・ポリビニルアルコールを含む)で電気泳動されていることがわかった。(3)疎水性色素については単独ではせっけん膜を不安定化するため泳動できないが、有機液滴に含まれた状態なら泳動分離できることが分かった。これらの結果より小サイズの荷電分子については定量的な電気泳動分析が可能であることが示された。石けん膜によるDNAやたんぱく質の電気泳動については条件を検討中である。2.研究実施計画で提案した石けん膜マランゴニラチェットによる輸送デバイス機能に関連した試験研究(ロッキングラチェット)を実施した。三角形の擬2次元メラミンフォームに低振動交流電場を印加することで、色素イオンが電場に垂直な一方向へ優先的に移動することを実証した。この試験より得られた実験条件(泳動・拡散速度、ラチェットサイズ、電場の強度・周期)を元に石けん膜マランゴニラチェットを試験している。提案した3つのデバイス機能の内、検出デバイス(光吸収エリプソメトリー検出)機能の検討が遅れている。これは当初想定していなかったが、パルスレーザー照射によって石けん膜に不規則な振動・流動が生じるためで、石けん膜の安定性向上と膜厚検出能が相反するため遂行が困難なためである。検出デバイス機能については、最終目的の細胞分析においても重要な単分子蛍光検出に重点を置いて検討を進める。細胞分析については比較的取扱いが容易な植物細胞プロトプラストの成分分析に着手する。輸送デバイスについては、今年度に続いてラチェット機構、マランゴニ効果を利用する方法を検討し研究をまとめる。また、新たにメモリ流体デバイス機能(液膜メモリスタ)も検討する。研究費の約80%は、細胞分析用のマニュピレーター、メモリ流体デバイス機能を研究するための電気化学計測器機、および解析用PCの購入に充てる予定である。残りは試薬費、装置製作費、成果公表費として使用する予定である。
デザイン上流過程を支援するロバストデザインシステムの構築

本研究では,ロバストデザインにおける目標特性とその因子を適切に設定するためのデザインシステムを構築した.本システムは,200種類以上のデザイン手法のなかから,デザインタスクにおけるインプットとアウトプット(デザインにおける与条件,状況,問題構造,デザイン案など)に基づいて適切な手法を選択することが可能である.そして,構築したシステムを用いてリクライニング車椅子のデザインを行うとともに,同車いすの有効性評価を老人ホームで行うことで,提案したシステムの適用可能性を確認した.今後は,提案システムのさらなる有効性検証のために,同システムをその他のデザイン事例にも適用していく予定である.本研究は,ロバストデザインと類似する概念を有しデザイン上流過程に用いられるユニバーサルデザインや人間中心デザインの知見と,デザイン上流過程において用いられるボトムアップとトップダウンを融合したデザイン展開を行う創発デザインの知見を応用することで,デザイン目標とその因子の設定を支援するロバストデザイン方法(システム)を構築することを目的としている.2014年度の研究では,ロバストデザインおよびユニバーサルデザイン・人間中心デザインの手法に関する文献調査を行った.これにより,ユニバーサルデザイン・人間中心デザインの手法はインダストリアルデザインを,ロバストデザインはエンジニアリングデザインを主として支援し,それらは補完関係にあることが確認された.すなわち,それらを統合することの重要性が確認された.さらに,本研究では,ユニバーサルデザイン手法の1つであるヒューマンデザインテクノロジーと,エンジニアリングデザインの手法の1つである品質機能展開を用いて車椅子の基本デザインを行うことにより,両手法の統合の可能性について検討した.これらの成果は,原著論文3件(うち1件掲載予定),国際会議発表5件(うち1件発表予定),国内会議発表5件にて報告された.以上のように本研究は,研究実施計画に基づいて順調に実施されている.今後も,引き続き研究を進めていくとともに,その成果発信を推進していく予定である.本研究は,ロバストデザインと類似する概念を有しデザイン上流過程に用いられるユニバーサルデザインや人間中心デザインの知見と,デザイン上流過程において用いられるボトムアップとトップダウンを融合したデザイン展開を行う創発デザインの知見を応用することで,デザイン目標とその因子の設定を支援するロバストデザイン方法(システム)を構築することを目的としている.2015年度の研究では,まず,創発デザイン手法の調査として,国内外の原著文献約2000件のなかから127個の創発デザイン手法(デザイン手法のなかでデザイン上流過程における分析・発想・評価に特化したもの)を抽出した.次に,抽出したデザイン手法を分類する視点として,製品開発全体を系統立てて進めるためのシステムズエンジニアリングに着目し,そのプロセスに基づいて特徴の分類を行った.さらに,それらの分類結果を用いてリクライニング車椅子の基本デザインを行うとともに,昨年度の同基本デザインと比較することで,提案した特徴分類の有用性を確認した.これらの成果は,原著論文2件,国際会議発表1件,国内会議発表7件にて報告された.以上のように本研究は,研究実施計画に基づいて順調に実施されている.今後も,引き続き研究を進めていくとともに,その成果発信を推進していく予定である.「研究実績の概要」で述べたように,本研究は,2015年度までの研究実施計画の目標を達成していることに加え,2016年度以降の研究実施計画の一部にも着手している.今後も引き続き,研究および成果発信を推進していく予定である.本研究は,ロバストデザインと類似する概念を有しデザイン上流過程に用いられるユニバーサルデザインや人間中心デザインの知見と,デザイン上流過程において用いられるボトムアップとトップダウンを融合したデザイン展開を行う創発デザインの知見を応用することで,デザイン目標とその因子の設定を支援するロバストデザイン方法(システム)を構築することを目的としている.2016年度の研究では,まず,昨年度抽出した創発デザイン手法(デザイン手法のなかでデザイン上流過程における分析・発想・評価に特化したもの)とシステムズエンジニアリングの流れに基づく分類・選択基準を改良し,デザイン手法におけるインプットとアウトプット(デザインにおける与条件,状況,問題構造,デザイン案など)にも基づいて分類・選択するシステムを構築した.そして,構築したシステムを用いてリクライニング車椅子の詳細デザインを行うとともに,同車いすの有効性評価(ユーザビリティ評価)を特別老後老人ホームにおいて検証することで,提案した特徴分類の適用可能性を確認した.これらの成果は,原著論文2件,国際会議発表2件,国内会議発表2件にて報告された.なお,本研究で得られた成果の一部については,今年度中に論文投稿を完了する予定で進めている.今後の課題として,提案システムのさらなる有効性検証が挙げられる.そのために,同システムをその他のデザイン事例にも適用していく予定である.本研究では,ロバストデザインにおける目標特性とその因子を適切に設定するためのデザインシステムを構築した.本システムは,200種類以上のデザイン手法のなかから,デザインタスクにおけるインプットとアウトプット(デザインにおける与条件,状況,問題構造,デザイン案など)に基づいて適切な手法を選択することが可能である.そして,構築したシステムを用いてリクライニング車椅子のデザインを行うとともに,同車いすの有効性評価を老人ホームで行うことで,提案したシステムの適用可能性を確認した.今後は,提案システムのさらなる有効性検証のために,同システムをその他のデザイン事例にも適用していく予定である.「研究実績の概要」で述べたように,本研究は,2014年度までの研究実施計画の目標を達成していることに加え,2015年度以降の研究実施計画の一部にも着手している.今後も引き続き,研究および成果発信を推進していく予定である.本研究は,研究実施計画に基づき順調に遂行されている.最終年度の2016年度の研究では,システム開発および有効性検証に多くの時間を要すると考えられる.

このため,人件費を利用しながら効率化を図ることで,研究を活性化していく予定である.デザイン学本研究は,研究実施計画に基づき順調に遂行されている.今年度の研究では,システム開発に多くの時間を要すると考えられる.このため,人件費を利用しながら効率化を図ることで,研究を活性化していく予定である.2014年度の使用額については,掲載決定済の論文の投稿・掲載費の一部が繰り越されている.本費用は2015年度に計上する予定である.2015年度の研究費は,研究実施計画のとおり,1システム開発用の設備,2研究成果の発信(論文投稿料や研究成果発表のための旅費)のための費用として主に使用する予定である.また,研究が順調に進めば,有効性検証実験のためのデザイン事例(モック製作)の費用としても使用する予定である.
時空間トランススケールイメージングを可能にする高分子ケージドルシフェリンの開発

時空間トランススケールイメージングの実現には、高輝度かつ長時間観察可能な発光プローブが必要不可欠である。本研究では生物発光基質フリマジンに注目し、高輝度・長期観察可能な生物発光イメージング技術の確立を目指す。フリマジンは酵素NanoLucを用いることで最高水準の発光輝度を示し、細胞小器官レベルでのイメージングを可能にした。しかし、フリマジンは酸化安定性に乏しく、動物個体における非特異的な発光、血中半減期の短さ、水溶性の低さといった問題があり、長期に渡る生物発光イメージングは達成されていない。本研究では、高分子鎖導入により水溶性・安定性・血中滞留性を向上させたフリマジン誘導体を開発する。
共役系高分子の単一分子電界発光計測

次世代有機エレクトロニックスで応用が期待されている共役系高分子を相分離ブロック共重合体が形成するナノシリンダー構造にドープし、そのハイブリッド薄膜を発光層として有機電界発光デバイスで用いた。ポリフルオレン誘導体の共役系高分子の電界発光スペクトルの1分子レベルでの研究を行い、共役系高分子の構造と光物理的特性の関係を解明した。高分子系の有機エレクトロルミネッセンス(EL)デバイス(OLED)の発光層になる共役系高分子薄膜のナノスケール構造が、デバイスの電荷移動特性及び発光特性に大きな影響を及ぼす。本研究では、単一分子分光法を用い、一本の共役系高分子鎖におけるナノスケール構造(コンフォメーション)とEL特性との関係を明らかにすることを目的にしている。コンフォメーションの制御を精密に行うために、相分離ブロック共重合体が形成する一次元ナノシリンダー構造をテンプレートとして用い、ナノシリンダーに共役系高分子が伸びた状態でドープされたハイブリッド薄膜を考えた。ブロック共重合体ー共役系高分子のハイブリッド薄膜をOLEDデバイスに用い、EL特性、光物理的特性、などを調べる方針で進む。本年度は、昨年度で作成に成功したハイブリッド薄膜を用い、高分子コンフォメーションによるEL及び蛍光(PL)特性を調べた。2種類の共役系高分子のうち、親水性のポリフルオレン系誘導体(PEO-PF)はELの強度は十分強く、一分子レベル濃度でもELが検出できた。個々の分子からELスペクトルの測定を行い、ポリフルオレン系のOLEDで課題になっているグリーンバンドに注目した。そのグリーンバンドは少なくとも2種類の異なるスペクトルタイプからなり、スペクトルジャンプも起きていることが分かった。比較のためにPEOのマットリックスに分散させたPEO-PF高分子のPLスペクトルを一分子レベルで測定し、グリーンバンドの原因を検討した。ブロック共重合体ー共役系高分子のハイブリッド薄膜をOLEDデバイスに用い、EL特性、光物理的特性、などを調べる。本年度は、ハイブリッド薄膜の作成に注目し、2種類のドープ法を試みた。ポストドープ方法では、自立ブロック共重合薄膜を用い、濃度勾配の効果で共役系高分子がナノシリンダーに拡散させることを計画した。しかし、この方法では分子量の小さい高分子鎖しかシリンダーに入らないことが分かった。一方、プレドープ方法では共重合体と共役系高分子の混合溶液から薄膜を作成し、アニーリング後にシリンダーの中に共役系高分子が存在することを確認した。共役系高分子として親水性のポリフルオレン系誘導体(PEO-PF)やポリフェニレンビニレン系誘導体(MPSーPPV)を用いてハイブリッド薄膜作成に成功した。このようなハイブリッド膜を単層型OLEDデバイスで発光層として使用し、OLEDの動作を確認した。極めて低い共役系光分子のドープ濃度でも、共役系高分子がEL発光することが分かった。研究計画の通りハイブリッド薄膜材料の作成に成功している。ただし、電子顕微鏡を用いて材料のナノスケールキャラクタリぜーションが多少困難であり、やや遅れている。本年度作成に成功したハイブリッド薄膜を用い、共役系高分子の濃度を1分子レベルまで下げ、単一共役系高分子鎖のEL現象を研究する。23年度は効率的に研究費の使用が出来たため、残額が生じた。分子量の異なるポリフルオレン系誘導体を用いて、実験を翌年に行う。
軟骨形成における小胞体ストレスセンサーBBF2H7の生体内機能解析

小胞体ストレスセンサーBBF2H7の生体内の機能を明らかにするために、BBF2H7遺伝子欠損マウスを作製した。このBBF2H7遺伝子欠損マウスは軟骨形成異常を呈した。我々は、小胞体-ゴルジ間輸送に関わるCOPIIコンポーネントのSec23aがBBF2H7の標的遺伝子であることを見出した。BBF2H7欠損軟骨細胞にSec23aを発現させると、軟骨基質タンパク質の輸送や分泌の障害が回復した。すなわち、BBF2H7-Sec23a経路はタンパク質の分泌を活性化させることで軟骨形成に重要な役割を担う。異常な構造を持つ蛋白質が小胞体内に蓄積する状態を小胞体ストレスとよぶ。細胞はこのストレスに対しunfolded protein response (UPR)を活性化させ、異常タンパク質蓄積による小胞体の破綻を回避しようとする。UPRの発動には小胞体膜上に存在する種々の小胞体ストレスセンサーが必要である。本研究では、小胞体ストレスセンサーBBF2H7の生体内の機能を明らかにするために、BBF2H7遺伝子欠損マウスを作製した。BBF2H7遺伝子欠損マウスは、四肢および体幹の著明な短縮や胸郭の形成不全を示し、出生直後に呼吸不全のため死亡する。病理組織学的には軟骨基質の著明な減少、成長軟骨の増殖層および肥大層の発達不全、および軟骨細胞の小胞体異常拡張が観察された。この軟骨形成異常のメカニズムを明らかにするために、野生型およびBBF2H7欠損軟骨組織を用いてマイクロアレイ解析を行ったところ、小胞体-ゴルジ間輸送に関わるSec23aの発現がBBF2H7遺伝子欠損マウスで著明に減少していた。そこで小胞輸送に焦点をあて解析を実施したところ、BBF2H7欠損軟骨細胞ではCOPII小胞の形成抑制のため、II型コラーゲンなどの軟骨基質タンパク質の小胞輸送が障害されていた。この現象はBBF2H7あるいはSec23aの強制発現によりレスキューされた。軟骨細胞は軟骨基質を大量に産生分泌する細胞であり、小胞体に常に過剰な負荷がかかる。BBF2H7はこの小胞体負荷に対して小胞体-ゴルジ間輸送系をSec23aの転写を介して活性化させることでタンパク質の効率的な分泌に寄与しているものと考えられた。BBF2H7遺伝子欠損マウスは軟骨形成異常を呈する。BBF2H7欠損軟骨細胞ではCOPII小胞の形成抑制のため、II型コラーゲンなどの軟骨基質タンパク質の小胞輸送が障害されていた。また、軟骨細胞が分化・成熟する際に生じる小胞体ストレスをBBF2H7が感知していることを新規に見出した。しかしながら、どのようなメカニズムでBBF2H7が活性化するかは不明なままである。本研究では細胞内におけるBBF2H7の活性化機構を詳細に解析した。BBF2H7に結合する分子の探索を行ったところ、BBF2H7の活性化にプロテアソーム分解が関わる可能性を示す結果を得た。プロテアソーム阻害剤で細胞を処理したところ、小胞体ストレスがない状態でもBBF2H7のタンパク量が著しく増加した。すなわち、BBF2H7は通常ユビキチン-プロテアソーム系により分解を受け非常に不安定であることが明らかとなった。BBF2H7を分解する過程で作用するユビキチンライゲース(E3)を網羅的に探索したところ、小胞体膜上に存在するHRD1を同定することに成功した。HRD1が欠損するMEF細胞を用いてBBF2H7のタンパク質量を解析した結果、野生型MEF細胞に比べHRD1欠損MEF細胞では著しくBBF2H7のタンパク質量が増えていた。BBF2H7はHRD1と細胞内で複合体を形成しているが、小胞体ストレス時にはBBF2H7とHRD1の結合が抑制されることがわかった。本研究の意義は、タンパク質分解という視点から小胞体ストレスセンサーの活性化メカニズムを解明したことにある。このようなアプローチはこれまでに全く行われていない。本研究のようなアプローチにより軟骨形成メカニズムがさらに解明できれば、種々の軟骨疾患の治療法に応用できる可能性が高い。
サクラマスの量的形質に関する統計遺伝学的研究

サクラマスの泝上系(暑寒別川)および池産系(累代池中飼育による特殊なストレイン)の親魚(雌雄各約10個体)を各々交配して得た卵および仔魚群を飼育し、卵期の生残率と仔魚期の生残率に関する遺伝率の推定を行った。交配法を雌4、雄4個体の総当り交配と、1個体の雌(または雄)に10個体の雄(または雌)を交配する半兄弟交配を用いた。遺伝率の推定はコ-ド法(Kanis et al.1976)によった。まず、発眼期までの卵期の生残率は泝上系では0.693ー0.993、池産系では、0.684ー1.000の間で変異した。分散分析による親魚の効果は雌間、雄間分散ともいずれも有意であった。雌雄について、また、交配法ごとに遺伝率を推定すると0.030ー0.408の間にあった。遺伝率は一般に総当り交配より半兄弟交配で推定した値の方が、また、雄の遺伝率より雌についての遺伝率の方が高い傾向を示した。仔魚期の生残率は泝上系では0.530ー0.955、池産系では0.543ー0.944の範囲にあった。遺伝率の推定値は0.00ー0.46間にあり、交配法により異なる値が得られた。総当り交配より半兄弟交配で大きな値が得られ、卵期の生残率と同じ傾向であった。推定された遺伝率が交配法によって大きく異なるケ-スがあった。それは、卵期の生残率における泝上系の雄の遺伝率、仔魚生残率における泝上系および池産系の雌の遺伝率にみられた。この相違の原因についてデ-タに遡ってみると、交配区の生残率デ-タの中に外れ値が混入していることによるもので、主に親魚の過熟、魚病による死亡、あるいはとびはねによる逃散などの実験管理あるいは飼育条件に原因するものと考えられた。このような異常値を除いた後の遺伝率の推定値は0.00ー0.20の低いレベルにあった。また、本研究の遂行の過程において、遺伝率の推定法とその意味に関して若干の方法論的な考察を行ない発表した。
中性子捕捉療法のための最適照射条件を導き出す逆問題解法線量評価システムの研究

悪性脳腫瘍等の治療法確立を目的にホウ素中性子捕捉療法(BNCT)の臨床研究が日本をはじめ世界各国の研究用原子炉を用いて実施されている。このBNCT研究において、患者に照射する中性子ビームの最適条件を逆問題解法によって効率的に導き出すことのできる治療計画システム(インバースプランニングシステム)の基盤研究を実施している。平成18年度は、平成17年度に開発したCTなどの医療画像データを基に患者の3次元計算モデルを作成し、3次元輸送計算コードDANTSYSを使って随伴線束計算を実行できるインプットデータを作成するツールを用いて、随伴線束計算によって最適な照射条件を導出する手法の検証を行った。評価体系として単純な円筒水ファントム体系での計算及び、実際のCTデータを基に作成した人体頭部体系を設定し、これらの体系に対して随伴線束計算を実行して中性子ビームを入射させる位置とその中性子スペクトルを導出できることを確認した。また17年度に開発したインプットデータ作成ツールを改良し、計算条件として放射線感受性の高い臓器や重要臓器に対して、付与される中性をより低減できるような計算条件を設定できるよる手法を考案して組み込んだ。さらに、導出した照射条件を基にモンテカルロ法によるForward計算をより効率的に実行するための中性子線源の設定を行った。これらの研究成果は、以下の学会等に報告するとともに、各Proceedingに研究内容と成果を報告した。・日本原子力学会2006年秋の大会、平成18年9月、札幌・第93回日本医学物理学会学術大会、平成19年4月、横浜悪性脳腫瘍等の治療法確立を目的にホウ素中性子捕捉療法(BNCT)の臨床研究が日本を始め世界各国の研究用原子炉を用いて実施されている。このBNCT研究において、患者に照射する中性子ビームの最適条件を逆問題解法によって効率的に導き出す治療計画システム(インバースプランニングシステム)の研究を開始した。平成16年度は、これまで研究開発してきたBNCTの線量評価の基盤技術である計算システムについて、米国ボストンで開催された国際中性子捕捉療法学会、国内の日本原子力学会、目本医学物理学会等で発表するとともに、関連する研究内容を論文等に報告した。これらの研究によって、日本原子力学会の学会賞(技術賞)(平成17年3月)、日本原子力学会北関東支部若手研究発表会最優秀発表賞(平成16年4月)を受賞した。逆問題解法計算によって最適照射条件を導出するインバースプランニングシステムの研究として、患部側から炉心線源側に向かって随伴線束を算出できる計算コード・DANTSYS(米国ロス・アラモス国立研究所)を整備した。このD細TSYSを用いて円筒水ファントムに対して中性子ビーム照射を行う評価モデルを設定し、炉心線源側からファントムに対し中性子照射を行い、ファントム内の中性子束分布を算出した。この計算結果と従来のモンテカルロ計算コードによる計算値、実際の照射場でのファントム実験値との比較を行い、DANTSYSが適切な中性子束分布の計算を実行できることを確認した。平成17年度以降は、この円筒水ファントムモデルに対して随伴線束計算を実行し、ファントム内の中性子分布を基に炉心線源側の条件を導き出す手法について研究を行う。さらにこの随伴線束計算をモンテカルロ計算に対しも応用できるかどうか検討を行う。悪性脳腫瘍等の治療法確立を目的にホウ素中性子捕捉療法(BNCT)の臨床研究が日本を始め世界各国の研究用原子炉を用いて実施されている。このBNCT研究において、患者に照射する中性子ビームの最適条件を逆問題解法によって効率的に導き出す治療計画システム(インバースプランニングシステム)の基盤研究を実施している。平成17年度は、最適照射条件の導出に必要な随伴線束を算出できる計算コード・DANTSYS(平成16年度整備)を用いて、実際の患者の体系に対して随伴線束計算を求める手法を検討し、これを実行できるツールを開発した。本ツールは、患者を医療画像であるCTデータとMRIデータを使って複雑な頭部形状に対して輸送計算を実行できる線量評価システム・JCDS(日本原子力研究開発機構で開発、実用化)の技術を応用し、頭部の計算体系に対してDANTSYSのインプットファイルを作成して随伴線束計算を実行するものである。計算条件として腫瘍のある部位は、もっとも治療線量が高くなるように設定し、放射線感受性の高い重要臓器には、線量が最も低くなるように条件を設定する。この条件に対して随伴線束計算を実行する。また計算結果を元の医療画像上に重ね合わせ、随伴線束分布を表示できる技術を併せて開発した。このツールの検証として、平成16年度に実施した円筒水ファントム体系での計算、及び、実際の頭部のCTデータを用いて計算体系を設定し、随伴線束計算を実行できることを確認した。平成18年度は、この技術を用いて得られた随伴線束計算の結果を基に、患部に対してビームを入射させる最適な位置、並びに、そのスペクトルを決定する方法について検討を行う。これらの研究成果は、平成18年10月に開催される第12回中性子捕捉療法国際学会及び、国内の日本原子力学会、日本医学物理学会等で報告を行う。

平成18年度は、平成17年度に開発したCTなどの医療画像データを基に患者の3次元計算モデルを作成し、3次元輸送計算コードDANTSYSを使って随伴線束計算を実行できるインプットデータを作成するツールを用いて、随伴線束計算によって最適な照射条件を導出する手法の検証を行った。評価体系として単純な円筒水ファントム体系での計算及び、実際のCTデータを基に作成した人体頭部体系を設定し、これらの体系に対して随伴線束計算を実行して中性子ビームを入射させる位置とその中性子スペクトルを導出できることを確認した。また17年度に開発したインプットデータ作成ツールを改良し、計算条件として放射線感受性の高い臓器や重要臓器に対して、付与される中性をより低減できるような計算条件を設定できるよる手法を考案して組み込んだ。さらに、導出した照射条件を基にモンテカルロ法によるForward計算をより効率的に実行するための中性子線源の設定を行った。これらの研究成果は、以下の学会等に報告するとともに、各Proceedingに研究内容と成果を報告した。・日本原子力学会2006年秋の大会、平成18年9月、札幌・第93回日本医学物理学会学術大会、平成19年4月、横浜
長周期表面構造のテンソルLEED法による決定

本研究の成果は次の4つからなる。(1)長周期構造の低速電子回折(LEED)スポット強度の測定を信頼性・再現性良く採る方法を確立した。(2)テンソルLEED法により、回折強度を効率よく計算し、自動的に構造を最適化することができるようになった。(3)Cu(001)面に室温でリチウムをつけたときに形成する3×3構造および4×4構造の長周期構造をテンソルLEED法により決定することができた。4×4構造は、これまでに完全に決定された表面構造で最も周期の大きなものである。(4)上で述べた3×3,4×4構造がなぜ形成するのかが定性的に理解できた。(4)に関連して、Cu(001)の上のリチウムの被覆率の増加とともになぜ2×1→3×3→4×4のような構造変化をおこすのかについて簡単な考察を加えることができた。2×1構造では置換吸着の場所はすべて使われてしまっている。表面にさらにリチウム原子を受け入れるためには、表面銅原子が動いて、置換吸着リチウム原子の数はあまり変えずに単純吸着のための新たな場所を形成したものが3×3構造と考えられる。さらに表面にリチウムを受け入れるために、もっと広い単純吸着のための場所を作ったのが4×4構造である。リチウム原子の被覆率ごとに、その被覆率での平均吸着エネルギーが最大になるように、表面原子が再配列していると考えられる。このように、構造決定をすることによって表面における物質形成過程について原子レベルで議論ができるようになった。「表面物質学」とわれわれが呼ぶ分野が形作られ始めたと考えている。我々はこれまでに、室温でCu(001)の上にリチウムを付けていくと(2×1)構造の次に(3×3)が出現し、さらに付けると(4×4)構造に変わることを見出している。本年度の目標は、テンソルLEED法を用いてCu(001)上のリチウム吸着によって生成した(3×3)構造の表面構造の決定を行うことである。そのためにはまず実験として、(3×3)構造の各スポットの強度測定を本年度購入した背面観察型LEED光学系を現在使用中の超高真空装置に装着しておこなった。背面型を採用したことにより、電子銃やサンプルホルダーが障害物になって垂直方向に近いスポットの強度を測定できなくなることがなくなった。また計算の面では、テンソルLEED法のプログラム整備をすすめ強度計算が行えるようになったので、実験と比較することが可能になった。(3×3)構造のモデルを23個考え計算し実験と比べた結果、ペンドリーの信頼度係数が0.20という最小値をもつ構造が見出された。この構造では、1個のリチウム原子を乗せた4個の銅原子(Cu quartet)が(3×3)単位格子の四隅に位置している。この構造要素をCu quartet plus one Li adatomと呼ぶ。これらのCu quartetを結びつける役割を果たしているのが、2個のリチウム原子(2次元の溝の中の)である。これらが(3×3)構造を構成する要素であり2原子層からなっており、その化学量論はCu_4Li_5と表すことができる。これらの結果は、アメリカ物理学会誌(Physical Review)にすでに出版された。今後は、(3×3)構造の上にさらにリチウムを室温で付けると形成する(4×4)構造の構造決定をおこなう予定である。そのための準備は本年度に完了した。