hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ナノ物体の物性計測と可視化観察の同時遂行を目指すナノ・ハンド・アイ・システム

また、第一原理に基づく理論計算との比較により、このような現象を解析し理解することを試みている。さらに、金とシリコンの異種針先の接触実験を行い、シリコン表面に異動した金のナノクラスターがシリコン内部に徐々に拡散する様子を実時間観測した。キネシンの力により駆動し、ナノ流路内に導入した一本の微小管について、分子ピンセットで捕獲して評価することを試みたが、ピンセットの機械的な接近が難しく現在試行中である。また、ナノ流路で紫外線照射して固定した微小管上で、キネシンを付加したナノ物体を搬送するシステムを構築し、細胞内での物質輸送を模擬する実験を行い、単一微小管上でのピース搬送に成功した。3.人工分子の捕獲らせん状の管形超分子(Hexa-peri-hexabenzocoronene)を有機溶剤に溶かし、MEMS可能電極対の問に束状に捕獲できた。集束イオンビーム(FIB)により余分の分子束を切断し、可動電極を引き離すことで分子束の引っ張り試験を行った。ヤング率として0.5MPa程度の値が得られた。本研究の目的は,これまで培ってきたナノマシン技術,位相干渉計測を含む高分子機能透過電子顕微鏡技術等ナノ,ハンド,アイ,システムへとさらに発展させ,汎用の技術として確立することである。今年度は,計測の可能性を探るため,さまざまの対象について実験を行った。1.種々のナノ物体の操作と評価法の検討対向するナノ針端を接触,融合させて形成したナノワイヤの引っ張り破断実験を継続した。透過電子顕微鏡による実時間観測で明らかになった。ワイヤ形状の変化や破断後の針先の鈍化など原子の過渡的移動現象に関し,引っ張り速度を変えて詳細な実験を行った。シリコンについては,第一原理に基づく理論計算との比較を行い,ワイヤ中に欠陥が次々と導入されることにより,大きな変形を生ずると,現象を理解することができた。金については,切断直前にコンダクタンスの量子化が観測された。さらに,金とシリコンの異種針先の接触実験を行い,シリコン表面に付着した金のナノクラスターがシリコン内部に徐々に拡散する様子を実時間観測した。アレニウスプロットをすると,その拡散速度が高温のデータと直線上に乗ることを確かめた。可変のナノギャップを持つデバイスを作り,そのギャップに導電性分子を導入して徐々に間隔を開いていくと,橋絡する分子の結合が一つずつ離れるたびに,コンダクタンスが量子化された値だけ変化することが分かった。2.生体分子の捕獲マイクロ構造に付加した微小管について,一本のみを分子ピンセットで捕獲することに成功した。この後,引っ張り試験を試みたが,ほとんど伸びないまま,ある力を超えると急に分解して壊れてしい,機械特性データの取得には至らなかった。このほか,アクチン繊維,コラーゲン繊維,ポリグルタミンなども捕獲することができた。本研究の目的は、これまで培ってきたナノマシン技術、位相干渉計測を含む高分解能透過電子顕微鏡技術等をナノ・ハンド・アイ・システムへとさらに発展させ、極微領域の評価の技術として確立することである。最終年度にあたり、これまで開発したナノハンド・アイシステムを用いて評価可能な対象範囲を広げるため、様々の物質や現象について、計測を行った。
我が国におけるデリバティブ及びヘッジ情報の有用性に関する実証研究

平成16年度において実施した、データベース構築作業と企業へのヒアリング結果を前提として、企業のリスク管理の発展パターンについてのシミュレーションをより精緻な形で実施することを計画・実施した。近年の企業のリスク管理アプローチは、本研究が想定した財務リスクにかかる管理からより広範な視点が導入され、財務リスク管理も企業の包括的なリスク管理の一環として位置づけ分析することが、リスク管理の現代的意義を提示するためには不可欠と考えたためである。その後、金融商品会計基準前と後とで、公表財務情報の有用性に関して実証研究を行い、当該基準の有用性や課題に関して明らかにするための分析を実施した。現在は最終的な検証作業を行っているが、以下の点が一応の結論といえる。(1)金融商品会計基準後の財務報告体制では、デリバティブ及びヘッジ活動に関する定量的な情報が相当減少した、(2)上記基準公表適用後のリスク管理情報に基づく企業分類では、株価のボラティリティーに有意な差が見出せない、ということである。さらに、単に開示情報を分析するのみならず、その背後にある企業のリスク管理実務と照らして、現在の開示体制の改良点に関するインプリケーションを提示する目的での分析も実施した。その過程で、企業のリスク管理担当者へのヒアリングを行ったが、その結果、統計的仮説検定結果を提示するだけでは、デリバティブを中心としたリスク管理活動に関する情報有用性の研究としては不十分であると認識し、実証研究を補完するケース資料として作成した。これらの成果のうち一部については、平成18年度中にワーキングペーパーなどの形でまとめ、情報有用性の実証研究部分については学会報告及び査読雑誌への投稿を予定している。本年度においては、主として企業に対するヒアリング活動とデータセットの構築を行った。本研究における主たる関心は、企業におけるリスク管理活動の実態を把握し、デリバティブの利用が企業価値の向上あるいは株価で測定した企業リスクの削減につながっているかどうかである。そして、最終的な目標はそうした活動を適切に表すためにはいかなる会計基準が必要であるかを確認し、現行の金融商品会計基準の改善案を提示することになる。したがって、何よりも優先されるべき事項は、実際の企業あるいは機関において、デリバティブを用いたリスク管理活動がどの程度浸透しており、またリスク管理活動はどのように行われているかの実態を把握することである。それ抜きにシミュレーションや実証研究を行っても、実態と乖離した議論をする危険性が高いからである。そうした観点から、可能な限り多くの企業にアプローチし、承認を頂いた所からヒアリング活動を行ったが、私が考えていた以上に実際のリスク管理活動の構造は複雑かつ多様であり、また企業によってまちまちであった。そのため、よりよい研究成果を呈示するためには、当初想定していた以上のヒアリング活動を行う必要があり、また実証に併せてリスク管理活動の実際のケース作成を、来年度行う方向で調整するに至っている。同時に、CD-ROMの購入や研究補助の利用、更に私自身が協力を得られる機関に出向くなどして、シミュレーションと実証を行うためのデータの収集及びデータセットの構築を行った。こちらも、企業の財務データについては有価証券報告書から直接手入力しなくてはならない項目が多く、またデータの確認作業のため、研究補助への謝金の金額が当初の見込みより大きくなった。財務データセットの構築は来年度の初めには終了し、半ばからは当初計画していたシミュレーションや実証分析に着手できる見込みである。
ソルガムの葉面積・再生性増大関連遺伝子の研究

ソルガム(Sorghum bicolor (L.) Moench)は、日本では牛の飼育用の飼料として重要な夏作物です。ソルガムは日本全国の多くの地域で栽培可能で、過湿土壌や耕作放棄地などの肥沃度が低い土地でも育てることができます。ソルガムの単位面積あたりの収穫量をあげる方法として、葉面積を大きくする方法、そして、植物体の再生能力を上げ、年に数回の収穫を可能にする方法が考えられます。本研究では、収穫量を上げるために、ソルガムが持つ葉の面積を増大させる遺伝子と再生能力を上げる遺伝子を決定し、それらの遺伝子が収量へどのようにな効果をもたらすか、その機能を解明することを目的として研究を行います。
弾性構造物の静的・動的解析のための解析解の境界離散化法の開発

1.凸形形状領域に対する2次元ヘルムホルツ方程式系では平面内のあらゆる方向に進行する平面波を離散的に重ね合わせたものを近似の一般解とし、境界を適当に分割して境界条件を満たすための式を求めると振動数方程式が得られることを示した。この方法で求めた固有値は計算規模が小さいのにきわめてよい精度を持つことを明らかにした。その結果日本機械学会論文集に発表した。また、同学会英文誌にも投稿した。2.1次元的な場合にも同じ考えが適用できることを示すために、3次元配管系と内部流体の連成を考慮した振動解析を行い、結果を実験と比較してかなりの高次モードまで精度のよい結果が安定して得られることを確認した。この結果も日本機械学会論文集に発表した。3.さらに理論的につぎのことが明らかになった。(1)ヘルムホルツ系の場合、凸形領域に限定していたが、基礎となる解の一部に特異性のあるものを入れておくことで凹形領域の解析も可能となることが明らかになった。この場合、境界上の積分は数値積分を用いる方がよいが、いわゆる特異積分にはならない。(2)高次の方程式に支配される板の曲げ振動も平面内の各方向に一次元的に変化する解を重ね合わせれば近似の一般解が得られ、ヘルムホルツ方程式系と同じ手法で境界条件を満たすことで解析が可能であることが明らかになった。さらに、異方性を含むような問題でも基本的に同じ手法が成り立つことが明らかになった。(3)静的な問題に対応するラプラス方程式や重調和方程式系では各方向に一次元的に変化するものは互いに一次独立性を欠くので解として使えない。その代わり、基礎となる解として極座標系で得たものを用いれば同様に離散化することができることが明らかになった。本年度は方法の理論的基礎について重点的に研究を行った。まず,動的な問題については2次元,3次元のヘルムホルツ方程式系,平板の面外,面内振動,異方性板の振動,曲がり板の振動などに対して提案する方法が妥当であることを理論的に確かめた。このうち,2次元ヘルムオルツ方程式系では数値計算も行って凸形の任意形状領域の固有値問題の計算能率と精度が非常によいことを確認した。とくに精度は計算規模に比較するときわめてよく,在来のどの近似計算法よりも優れている。この結果は論文化した。また,板の曲げ振動についても数値的検討の途上にある。さらに同じ考え方で一般的な配管系と内部流体の連成振動も扱い,実験とよく一致する結果を得て論文化した。動的な問題の扱い方の骨子は平面問題であれば採用する解を変化する方向が異なる一次元的なものとし,これを内挿関数として領域全体を有限要素化するというものである。これに対して静的な場合には解の種類を変えなければならないが,基本的に同様の種類の計算が可能であることを確認した。具体的にはラプラス方程式系,重調和方程式系が対象であるが,異方性のある場合についてはむしろ静的な場合の方が困難で,解法は今後の課題となった。本研究の場合,個々の問題の数値的検討を重ね,プログラムを作成していく必要があるが,この面の展開をある程度行った後には,これらを結合して複合的問題の処理を行うことは容易になるので,説得力のある実例を提示できるように今後も検討を続ける所存である。1.昨年度の成果である2次元ヘルムホルツ方程式系に関する結果を日本機械学会論文集に発表した。

2.1次元的な場合にも同じ考えが適用できることを示すために、3次元配管系の管と内部流体の連成を考慮した振動解析を行い、結果を実験と比較してかなりの高次モードまで精度のよい結果が安定して得られることを確認した。この結果も日本機械学会論文集に発表した。3.さらに理論的につぎのことが明らかになった。(1)ヘルムホルツ方程式系については同次条件が与えられている境界に対しては節点を設けずに分区間ごとの積分で境界条件を表した方が能率的で精度や安定性もよい。(2)ヘルムホルツ系の場合、凸形領域に限定していたが、基礎となる解の一部に特異性のあるものを入れておくことで凹形領域の解析も可能となることが明らかになった。この場合、境界上の積分は数値積分を用いる方がよいが、いわゆる特異積分にはならない。(3)ラプラス方程式系では基礎となる解として極座標系で得たものを用いれば同様に離散化することができることが明らかになった。(4)板の曲げの動・静問題も同じように解析できる。
看護実践家の臨床哲学構築支援のための対話的リフレクションアプローチに関する研究

【目的】看護実践家に対して対話的リフレクションを意識したアプローチ(臨床実践事例検討会)を行い、個々のリフレクションの過程および臨床哲学構築のありよう、アプローチの有効性と要因の探求を目的とした。【方法】当該の検討会を7回行った。分析は6名の参加者への面接を元に質的帰納的に行った。【結果・考察】多くが日々の仕事に追われ臨床体験の「風化(への危惧)」を感じていた。中には新人が「考えることの規制」を受けたり「看護観の模索」を棚上げし看護への方向性を定められずにいた。検討会を通したリフレクションの過程は「事例を描き出す」ことから始まる。参加者は提供された事例に「自身の体験の想起・重ね合わせ」、「疑似体験」を通した検討をしつつ、一方で自身の「棚上げしていた問いを想起」し「代弁される言葉」や「意味づけされ」た理解から「引きずり続ける経験」へ向き合っていた。他者との対話により「視点の拡がり」、他者との異化の認識から自身の価値を(再)認識・強化することもあった。改めて自身の看護観に向き合い酸成をさせていくが「リフレクションの視点が残る」など他者との対話的リフレクションが自身の臨床実践におけるリフレクションを促進していた。また多くが他の参加者から「モデルを得」ており「具体的方法の知識を得る」ことで看護実践のレパートリーを広げていた。年長者では若い参加者や職場の後輩の成長を気にかけており、対話的リフレクションにより自身の臨床哲学構築が促されるが他者との関わり・働きかけによる自身のアイデンティティの深化も関連していたと考える。こうした対話的リフレクションの要素として他の参加者への信頼や対等性、安全の保証が挙げられた。これらを確保しつつ他者と対話的に行う事例検討会の試みは、リフレクションを促進し臨床哲学構築を助長する機会として有効であると考える。本年度は、主に以下の内容について研究を進めた。まず、これまでの研究成果を整理しつつ文献検討を行った。その中で、リフレクションに関する研究は進められてきているが未だ発達途上であるとともに、個人的な省察として描かれているものがほとんどであり、対話を通したダイナミクスを視点としているものはほとんどなかった。また、看護臨床実践家を対象として、臨床哲学構築に関連する研究や実践に取り組んでいる研究者・実践家と交流し、示唆を得た。その中で、臨床心理学の手法として、「グループ・スーパービジョン」の取り組みがあった。これは、参加者同士の対等な関係は志向されていないものの、グループ内で「聴く・話す」という体験を通して、臨床看護師が看護行為の意味づけを行うもので、臨床哲学構築の方法として類似性を見いだした。さらに、臨床看護師に参加してもらい、グループで対話を通し自身の実践をリフレクションしてもらう機会を数回設けた。これは、参加者に予めの準備を求めず、できるだけ気軽に参加してもらう意図を持った。予め事例を用意してもらいそれを手がかりに進める方法と比較検討が必要である。本年度の計画では分析を予定していず、印象のみの結果であるが、参加者が気がかりに思っていたことや負い目に感じていたことが、対話を通してほぐされ安寧を得ることから、「私はOOだったんだ」など、異なる視点に気づくことができる機会となったようであった。来年度以降、分析を進める予定である。なお、科学研究費補助金の多くは、検討の為の図書費とデータ収集の為の機材、データ整理の為の物品費に充てられた。本年度は、事例検討会を主催し、実際に対話的リフレクションを意識したアプローチの試みを始めた。運営方法では対話を意識し、実際的な問題解決にこだわらず、看護師個々の成長を目指したリフレクションがねらいであることを強調し、リラックスした雰囲気と対等の参加者関係の確保に努めた。対等な関係を優先させるために、参加者を募る際に組織的な力を極力排除した。職場の人間関係を引きずらないことは、先入観なく他の参加者の発言を受け入れること、忌憚の無い意見を述べられること等の安全な場所を提供することに貢献した。しかし一方で、参加に際して職場の支援が得にくく、物理的なスケジュール調整の困難とその調整の重要性の問題があらためて浮かび上がった。特に、今年度は診療報酬改定で新設された7対1入院基本料により、急速な看護師確保困難が生じた影響等があり、臨床現場で看護師にかかる負担は総じて強まるなど、インフォーマルな事例検討会への参加に制約が大きいようであった。対話的リフレクションの効果として、参加者からのヒアリングでは、モデルとなる他者との対話で、他者が類似の事例を想起し自身のリフレクションを進めながらそれを語ることで、聞いた他者は、対象者である患者さんのとらえ直しや患者さんの理(ことわり)が見え、看護実践を評価する力が深まるなど、リフレクションが促進されていることがうかがえた。それにより、直接的な解決方法をあえて求めていないにもかかわらず、解決の糸口が見えて来るという効果もうかがえた。今後は、そうした経験や過程の詳細な分析を行う必要がある。来年度は、引き続き事例検討会によるアプローチを実施し、データを収集し分析を行う予定である。なお、科学研究費補助金の多くは、事例検討会の運営の為の費用、検討およびデータ整理の為の物品費およびデータ化の為のテープ起こし代金等に充てられた。

【方法】当該の検討会を7回行った。分析は6名の参加者への面接を元に質的帰納的に行った。【結果・考察】多くが日々の仕事に追われ臨床体験の「風化(への危惧)」を感じていた。中には新人が「考えることの規制」を受けたり「看護観の模索」を棚上げし看護への方向性を定められずにいた。検討会を通したリフレクションの過程は「事例を描き出す」ことから始まる。参加者は提供された事例に「自身の体験の想起・重ね合わせ」、「疑似体験」を通した検討をしつつ、一方で自身の「棚上げしていた問いを想起」し「代弁される言葉」や「意味づけされ」た理解から「引きずり続ける経験」へ向き合っていた。他者との対話により「視点の拡がり」、他者との異化の認識から自身の価値を(再)認識・強化することもあった。改めて自身の看護観に向き合い酸成をさせていくが「リフレクションの視点が残る」など他者との対話的リフレクションが自身の臨床実践におけるリフレクションを促進していた。また多くが他の参加者から「モデルを得」ており「具体的方法の知識を得る」ことで看護実践のレパートリーを広げていた。年長者では若い参加者や職場の後輩の成長を気にかけており、対話的リフレクションにより自身の臨床哲学構築が促されるが他者との関わり・働きかけによる自身のアイデンティティの深化も関連していたと考える。こうした対話的リフレクションの要素として他の参加者への信頼や対等性、安全の保証が挙げられた。これらを確保しつつ他者と対話的に行う事例検討会の試みは、リフレクションを促進し臨床哲学構築を助長する機会として有効であると考える。
不揮発性素子を用いたＰＶＴバラつきフリーＶＬＳＩシステムの基盤研究

本研究課題では,設計マージンのリラックス化,ならびに総合的なVLSIの高性能化・高歩留り化を実現する新概念VLSI設計技術の構築を目的とし,不揮発性記憶素子とシリコン集積回路を組み合わせることで製造後および動作中に集積回路の特性を調整できるPVTバラつきフリー回路方式,ならびに上述したバラつきを十分小さくする回路パラメータ自動調整技術に関する研究を行った.本研究課題では,設計マージンのリラックス化,ならびに総合的なVLSIの高性能化・高歩留り化を実現する新概念VLSI設計技術の構築を目的とし,不揮発性記憶素子とシリコン集積回路を組み合わせることで製造後および動作中に集積回路の特性を調整できるPVTバラつきフリー回路方式,ならびに上述したバラつきを十分小さくする回路パラメータ自動調整技術に関する研究を行った.本年度は,プロセスバラつきを主な検討対象として取り上げ,バラつきにともなう性能劣化に対して適応的に補償を行う回路技術のための基本回路の仕様検討を行った.具体的には,論理部と記憶部を融合することでコンパクトかつ多機能な回路を実現する「ロジックインメモリアーキテクチャ」の思想に基づき,最小のコストで十分なバラつき耐性を有する回路ブロックの構成を検討した.MTJ(Magnetic Tunnel Junction)素子と呼ばれる磁性デバイスを用い,バラつきが回路特性に与える影響を補正する機能を付加することで,設計段階における動作マージンの制約を緩めると同時に,バラつきによる性能劣化を抑え,結果として高い性能を有する回路が実現できる可能性を示した.上記の検討結果に基づいて策定した基本回路ブロックについて,計算処理用ソフトウェアを使用した回路シミュレーションによる基本動作検証を行い,本回路のプロセスバラつきに対する有効性について検討を行った.実用に足るバラつき耐性を有しているかどうかを検証するために,モンテカルロシミュレーションにより,さまざまなバラつきの状態を想定した動作検証を行い,提案技術がPVTバラつきフリーVLSIを実現するためのキー技術となることを確認した.また,バラつき補償技術の発展応用として,電流モード回路の省電力化技術についても検討を行った.対象回路におけるクリティカスパスのレプリカ回路を用いて回路動作に最低限必要な電流量を求め,その結果に応じて回路に組み込まれた可変電流源を制御することで,様々な動作条件において適応的に無駄な消費電力を削減するような回路が実現可能であることを示した.前年度に提案,構築したバラつき補正機能付き基本回路セルに基づく具体的な回路構成の検討を行った.論理部と記憶部を融合することでコンパクトかつ多機能な回路を実現する「ロジックインメモリアーキテクチャ」の思想に基づき,最小のコストで十分なバラつき耐性を有する回路セルの構成を検討し,その有効性について定性的・定量的な評価を行った.さらに,本回路セルを用いてある程度の規模を有する具体的な回路構造へ応用する際,回路規模に対するオーバヘッドが少なく,かつバラつき補正機能が最も効率よくはたらくセルの粒度(回路規模に対するMTJ素子の割合)がどの程度かについて検討を行い,その結果に基づいて応用回路の設計を行った.上記の検討結果に基づいて設計したバラつき補正機能付き回路セルアレイについて,計算処理用ソフトウェアを使用した回路シミュレーションによる基本動作検証を行い,本回路のプロセスバラつきに対する有効性について検討を行った.実用に足るバラつき耐性を有しているかどうかを検証するために,モンテカルロシミュレーションにより,さまざまなバラつきの状態を想定した動作検証を行い,提案技術の有効性を確認した.また,様々なバラつきの状態に応じて適切な補正を行うための最適化アルゴリズムについても検討を行った.初期検討として山登り法に基づく探索アルゴリズムを用い,上記のセルに基づく大規模回路モデルへの適用を通し,回路の入出力のみのモニタリングによって内部パラメータのチューニングを施すことが可能であることを確認した.・バラつき補正機能付き回路セルの高度化と大規模回路構造への応用昨年度は,不揮発素子を組み込んだバラつき補正機能付き基本回路セルに基づく具体的な応用回路の検討を行い,動作検証および性能評価を通して提案技術の有効性を検証した.本年度は,昨年度の研究で得た知見を元に,実用化を念頭に置いた応用回路の更なる高度化を図った.具体的には,昨年度開発した電流モード論理回路,オペアンプ向け基本回路を元に,より柔軟なバラつき補正機能を実現するための回路構造の改善について検証を行った.これらの結果と昨年度までの結果を元に,提案するバラつき補正機能付き回路技術に対する総合的な評価を行った.・バラつき補正機能付き大規模回路のためのパラメータ最適化アルゴリズムの高度化昨年度実装した遺伝的アルゴリズムに基づくパラメータ最適化アルゴリズムについて,より小さな計算量で準最適なパラメータ集合の探索を可能にするためのさらなる高度化を検討した.昨年度はN=10100程度のMTJ素子を有する回路を対象とした評価を行い,準最適なパラメータ集合を短時間で求めることができることを確認したが,本年度は回路規模ならびに素子数がさらに増加した際に,提案する最適化アルゴリズムが現実的な時間内で最適化を行うことが可能かどうか,ならびに,もし困難である場合はどのようにアルゴリズムを高度化すべきかを検討した.・温度バラつき耐性を有する低電圧・高速動作論理ゲートの設計微細プロセスにともなって問題となる温度バラつきに対する耐性を有しつつ,低電圧・高速動作が可能な論理ゲートの実現に向けた検討を行った.高速動作が可能であることで知られる差動型電流モード論理回路技術に,バルク・ドレイン接続型pMOS負荷,レプリカバイアス回路,クロスカップル型負荷といった回路技術を組み合わせることで,所望の論理ゲートが実現可能であることを確認した.(1)バラつき補正機能付き大規模回路の実装と評価:不揮発素子に基づくバラつき補正機能付き基本回路セルを用い,応用回路の設計を行った.

具体的には,特にバラつきの影響が顕著となる回路例として電流モード論理回路,オペアンプを取り上げ,バラつき補正機能を付加することによって得られる改善の割合,あるいは回路本来の動作に与える影響に関して定性的・定量的な評価を行った.(2)バラつき補正機能付き大規模回路のためのパラメータ探索アルゴリズムの実装と評価:対象とするバラつき補正機能付き回路が大規模化した際に必須となる,回路内可変抵抗素子のパラメータ最適化手法について基礎検討を行った.MTJ素子を2状態を取りうる1bit記憶と見なし,N個のMTJ素子の状態をNビットのビット列で表現した上で,これを遺伝的アルゴリズムの個体表現として用い,回路の入出力特性のみを元に最適なパラメータ集合を探索する最適化手法を提案した.本手法を用いてN=10程度の規模の回路を対象とした評価を行い,準最適なパラメータ集合を短時間で求めることができることを確認した.(3)上記内容のさらなる発展の可能性として,3端子MTJ素子を用いることによる再構成可能LSIの高性能化,ならびに動きベクトル抽出用低消費電力画像処理ハードウェアへの応用の可能性について検討した.(4)上記内容について,国内外の学会・研究会にて発表を行い,参加者との討論を通して今後の研究の方向性,ならびに最終年度における研究の取りまとめに関する知見を得た.(5)チップ試作のための基礎検討:本技術の実証のためのチップ試作について検討を行った.震災の影響により研究の中断を余儀なくされたものの,応用回路の設計と評価,ならびに最適化アルゴリズムの基礎検討まで進めることができたため,大きな遅延もなく順調に進展していると判断できる.25年度が最終年度であるため、記入しない。当初の予定通り,提案手法に基づく応用回路,ならびに大規模回路向けパラメータ探索アルゴリズムの実装と評価を行うことができた.また,その結果については,基礎的な結果については学会等で報告済であるとともに,さらなる検討を重ねた上での論文化も既に検討を始めている.以上のことから,本研究計画は大きな遅延もなく順調に進展していると判断できる.本年度の実績を元に,より大規模な回路への適用,ならびにより高級な探索アルゴリズムのパラメータ最適化への適用についてさらなる検討を進める.また,本技術の実証のためのチップ試作についても具体的な検討を開始する,25年度が最終年度であるため、記入しない。本年度までの実績を元に,より柔軟なバラつき補正機能を実現するための回路構造の変更,ならびに本回路による大規模回路の構築を行い,提案技術の有効性について検証を行う.また,回路規模ならびに素子数がさらに増加した際に,提案する最適化アルゴリズムが現実的な時間内で最適化を行うことが可能かどうか,ならびに,もし困難である場合はどのようにアルゴリズムを高度化すべきかを検討する.以上2点の評価内容に基づき,本技術を元にチップの試作を行った際の具体的な効果について,総合的な評価を取りまとめる.
生産性の高いシリコンのウェット垂直エッチング

半導体技術を発展させた立体的微細加工技術で高付加価値部品が作られている。この加工ではフォトリソグラフィで基板上のマスクで覆われていない部分を一括でエッチング加工する。特にシリコン基板に垂直に深くエッチングできることや、薄いダイアフラムを形成できることが要求される。反応性イオンエッチング(Deep RIE)でシリコン基板などを垂直に深くエッチングできるが、多数の基板を同時に処理できないため生産性が悪いため、フッ化水素水中の電解エッチングでシリコンに垂直な孔を開けるマクロポーラスシリコンを応用して生産性の高いウェット垂直エッチング技術を研究した。特に、垂直な孔の底に薄いダイアフラムを持つ構造などを、このウェット垂直エッチング技術により、不純物濃度に対する選択性の違いを利用して薄いダイアフラムを形成する研究を行った。本年度はこの垂直な孔の底に薄いダイアフラムを持っ構造を製作するのに成功し研究の目的を達成できた。ダイアフラムにあたる部分に高濃度のボロンを拡散しておき、フッ化水素水中の電解エッチングでシリコンに垂直な孔を開けた後、アルカリ性のエッチング液に入れ替えて垂直な穴の側面をエッチングしながらさらに垂直方向にエッチングし、高濃度のボロンを拡散した層でエッチングが停止する性質を利用する。研究期間の最終段階で成功したため、その成果は期間終了後、平成19年7月2-3日に開催される電気学会センサ・マイクロマシン部門総合研究会で発表する。この研究の副次的な成果として、圧電材料であるニオブ酸リチウムの単結晶基板に選択的なウェットエッチングでダイアフラムを形成する研究に発展させ、それに薄いダイアフラムを形成することにも成功した。これは基板の熱処理によって分極反転層を形成してそれだけがエッチングされないようにする方法で、表面弾性波を用いたワイアレスパッシブ力センサに応用している。半導体技術を発展させた立体的微細加工技術である「マイクロマシニング」によってMEMS (Micro Electro Mechanical Systems)と呼ばれる高付加価値部品が作られている。この加工ではフォトリソグラフィを基本にしており、基板上にパターンを一括転写したマスクを形成しておき、マスクで覆われていない部分を一括でエッチング加工する。反応性イオンエッチング(Deep RIE)でシリコン基板などを垂直に深くエッチングできるが、多数の基板を同時に処理できないため生産性が悪いため、フッ化水素水中の電解エッチングでシリコンに垂直な孔を開けるマクロポーラスシリコンを応用して生産性の高いウェット垂直エッチング技術を研究している。特に、垂直な孔の底に薄いダイアフラムを持つ構造などを、このウェット垂直エッチング技術により、不純物濃度に対する選択性の違いを利用して薄いダイアフラムを形成する研究を行っている。光照射ではなく、エッチングされない面に形成したp型層から、pn接合の順方向バイアスで通電しホール注入を行うエッチング法に関しても研究を行っている。
森林資源の回復過程と連動した土壌炭素動態のモデル化

土壌炭素は陸域生態系でもっとも大きい炭素貯留プールであると同時に、温室効果ガスである二酸化炭素の潜在的な排出源でもある。本研究は、日本の森林土壌の吸排出量を適切に表現する新たな土壌炭素循環モデルを構築するため、生体(ここでは樹木をさす)のプロセスを組み込んだ新たな土壌炭素循環モデルを構築する。特に、過去数十年で生体の蓄積量が大きく増加した、人工林を主なターゲットとする。2年目である今年度は、土壌炭素循環モデルの違いが吸排出量の推定値に与える影響を明らかにするため、3タイプの土壌炭素循環モデルの出力を比較した。すなわち、1) Biome-BGCと2)Biome-BGCのリターフォールを入力したCENTURYおよび3)Yasso07の3つの土壌炭素循環モデルを比較した。モデルの出力は土壌炭素蓄積量である。森林型は暖温帯と冷温帯に成立する常緑針葉樹林を想定した。土地利用変化のシナリオとして、極相林、伐採後の草原40年間、および再植林60年間を想定した。解析の結果、3つの土壌炭素循環モデルのいずれにおいても、土壌炭素蓄積量は冷温帯が暖温帯より高く、概ね2倍程度の値を示した。また土地利用変化の時系列シナリオに対し、極相林の草原化、再植林の過程で減少傾向を示し、シナリオ上のリターフォールの推移を反映していた。一方、モデル間の土壌炭素蓄積量の出力の違いは軽微であった。以上の結果から、土壌炭素循環モデルよりも、気候帯の違いやリターフォールの推移が、吸排出量の推定値に強く影響することが明らかとなった。今年度は予定通り、複数の土壌炭素循環モデルの出力を比較できた。これまでに構築した土壌炭素動態モデルと、日本の広域気象データベースを利用し、土壌炭素動態を面的に推定する。土壌炭素は陸域生態系でもっとも大きい炭素貯留プールである。同時に、土壌炭素は温室効果ガスである二酸化炭素の潜在的な排出源でもある。そのため、農耕地や森林において、土壌の炭素吸収・排出量(以後、吸排出量)を高い精度で推定する科学ツールが求められてきた。特に、過去数十年で資源量が大きく回復した、人工林を主なターゲットとする。初年度である今年度は、土壌炭素循環モデルのための生体サブモデルと土壌サブモデルの検討を行った。生体サブモデルは、Biome-BGC(米国)を採用した。土壌サブモデルは、Biome-BGCに元々備わっているサブモデルに加え、Yasso07(フィンランド)とCENTURY(米国)を検討した。Biome-BGCに元々備わっている土壌サブモデルについては、ベイジアンキャリブレーションを利用したパラメータの較正を行った。較正に先立ちBiome-BGCのコードを改変し、葉と根の代謝回転速度(year^-1)を分離した。較正に利用した観測データは、熊本県の鹿北流域試験地のスギ人工林において、2001-2003年に取得された月別の土壌呼吸フラックスである。較正前(デフォルトパラメータ)のモデルでは、根呼吸速度の高さに起因する、高い土壌呼吸フラックスが出力されたが、較正により根の代謝回転速度が修正され、モデル出力を観測値に近づけることができた。Yasso07はフィンランドの研究協力者とコンタクトをとり、本研究課題の遂行に必要なソースコードを入手するとともに、後継モデルのYasso15についても情報収集を行った。初年度である本年度は、モデリングに必要な環境(ワークステーション)を整備した。モデルの較正手法であるベイジアンキャリブレーションの有効性を確認した。さらに、次年度にモデルの検証をおこなうための試験地選定(熊本県熊本市)を行うことができた。

土壌炭素循環モデルの較正作業を継続する。土壌呼吸フラックス以外の観測データも利用し、土壌有機物の分解係数等のパラメータを絞り込む。次に、リターフォールの不確実性を抑えるため、Biome-BGC以外の生体モデルとの相互比較を行う。比較モデルとしてBASFOR(英国)を検討する。さらに、土壌炭素循環モデルの出力を検証するため、スギ植栽地の環境データ(土壌水分、地温等)を取得する。そのための環境計測機器を購入する。これまでに構築した土壌炭素動態モデルと、日本の広域気象データベースを利用し、土壌炭素動態を面的に推定する。2017年の秋に予定していた海外出張を2018年の春に振り替えたため、旅費の次年度使用が生じた。次年度はモデル出力の検証のための環境計測機器(土壌水分、地温センサ等)を購入する。土壌炭素循環モデルの検証調査のための国内出張を、2019年度に振り替えたため。
国際糖尿病連合と連携した糖尿病ピアサポート組織化とピアリーダー養成に関する研究

高齢化社会の進展に伴い重症化した糖尿病患者が増加し、自己管理行動の困難さから、無力感やうつなどの心理社会的問題が起こっている。IDF(国際糖尿病連合)では、2010年より「Peer Support around the World」を世界規模で展開し、当事者(ピア)の問題解決能力を高めている。ピアサポートの実践研究を踏まえ、名古屋大学病院平成28年春・秋腎臓病講演会において、糖尿病及び腎臓病患者・家族(382人)を対象に、動機づけ面接法を応用した心理劇(サイコドラマ)と患者相互の意見交流を行った。患者・家族の満足度は高く「決意を新たに今日から実行する」など積極的な意見が多く寄せられた。1)2014年8月米国フロリダ州で第41回AADE(米国糖尿病教育者協会)年次集会において、国際糖尿病連合主催「Peer Support around the World」会合があり、研究代表者:森川が日本での活躍状況について報告した。また、NIH(国立衛生研究所)から出版されたNKDEP(National Kidney Disease Education Program)最新資料を入手した。2)2014年11月シンガポールで開催された国際糖尿病連合西太平洋地区会議において、研究分担者:任が、アジア地域における糖尿病ピアサポートの動向について情報収集を行った。【糖尿病ピアサポート立上げに向けての準備】1)糖尿病劇場のシナリオ作成は、CKD併発した糖尿病患者(ピア)からのインタビューで行う。インタビューの進め方について、動機づけ面接法があり、参考文献をもとに、本研究班での方針について検討した。2)厚生労働省は、2013年「糖尿病透析予防指導管理料」として、該当患者への個人指導に対する医療費償還を開始した。重篤な糖尿病性合併症を併発した患者は、うつ状態や不安が強く、知識伝達型の指導だけでは行動変化に結びつかない。糖尿病劇場は、日本糖尿病学会編「科学的根拠に基づく糖尿病診療ガイドライン(2013)」等に準拠し、ピアが行う自己管理行動を具体的に示す方向で進める。【本研究の目的】国際糖尿病連合と連携し、医療機関でなされる「知識・技術伝達型教育」を補完するために、医療機関との調整を得て、患者(当事者)による自己管理行動支援(ピアサポート)を開発・評価することを目的とする。1)糖尿病ピアサポートに関するシンポジウム開催:平成27年9月5日13:3017:00名古屋大学医学部第4講義室において開催した。このシンポジウムでは、国際糖尿病連合が研究推進する“Peer Support Around the World"の活動について紹介した。さらにわが国の疾病構造・医療経済・糖尿病ピアサポートについて検討した。糖尿病は自己管理が求められる疾患であるが、不規則な生活やストレスなどにより、困難な状況にある患者は多い。個人レベルで対処するだけではなく、同じ経験のある仲間の支援を受けることの重要性が討議された。2)『なごやか腎臓病教室春季特別講演会』にむけて準備:平成28年4月10日13:3016:00、名古屋大学附属病院講堂において、教育講演とともに、『劇場家族・友人と糖尿病について話し合おう』を開催した。『劇場』開催に向けて、シナリオ作成・アンケート作成・患者用テキスト作成(腎臓にやさしい生活)を行った。『劇場』には、患者・医療職者が190名参加し、アンケート回収率は76%であった。アンケートは、ARCSーVモデルを用いた。アンケートは、福井大学医学部研究倫理審査委員会の承認を得て行った。さらに『劇場』を視聴覚教材業者によりDVD録画し、アンケート用紙・患者用テキストとともに、糖尿病性腎症の研究者らに送付し、多くの意見を得た。3)国際糖尿病連合と連携した糖尿病ピアサポートにむけて活動:平成28年10月2730日、台湾において第11回国際糖尿病連合西太平洋地区会議が開催される。それにむけて2)の活動を演題応募することにつなげた。【現在までの進捗状況】糖尿病ピアサポートの要素を盛り込んだ糖尿病劇場が、アンケートによって、患者の高い関心度と満足をもたらしたことが示された。1)糖尿病ピアサポートの要素を盛り込んだ春季特別講演会の成果:国際糖尿病連合から研究助成を受けている『Peers for Progress Investigators' Publications & Presentations』(2014年発行、全470頁)をもとに、糖尿病ピアサポートの理念・運営方法・多様性について、研究班で共通認識した。さらにCKD with Diabetes (糖尿病合併した慢性腎臓病)に注目し、名古屋大学医学部CKD地域連携システム講座(研究分担者:安田宜成)と協力して、糖尿病劇場を試みた。糖尿病劇場では、医療職者の役割はファシリテーター(促進者)であり、参加者(患者・家族)が中心になって、「ともに体験を語り合う仲間」として積極的に発言された。アンケートでも、「早期腎症のときにもっとできたはずだ。楽しい講義だった」など記載が多く、当事者意識の重要性が示された。2)国際糖尿病連合との連携のステップ:平成28年10月2730日に開催される国際糖尿病連合西太平洋地区会議に、本研究班の成果報告として、CKD with Diabetesをテーかに、糖尿病劇場という方法で伝えることの段階を踏めた。国際糖尿病連合は、開発途上国における糖尿病患者の激増と重症化に積極的に取組んでいるが、ヘルスリテラシーが低い傾向にあり、生活習慣改善が困難であり、また感染防御において脆弱である。地域の特性にあった方法で、糖尿病教育の質と量を高めなければならない。

糖尿病劇場は、日本糖尿病学会年次集会などでワークショップとして多くの参加者を得ることができ、有効性が高いと評価されているが、西太平洋地区の諸国においても効果的であるか、予測できない。【研究背景】わが国では、糖尿病の進展に伴い糖尿病性腎症を合併する患者が極めて多く、新規透析療法の原因疾患の第1位は糖尿病性腎症である。糖尿病や慢性腎臓病ではライフスタイル改善が求められるが、加齢現象によって身体・認知機能低下や家族機能の低下が重なり、ピア(当事者)サポートによる実践的かつ心理的教育活動が求められる。【実践活動】ピアサポートによる実践活動として、平成28年4月、9月名古屋大学病院なごやか腎臓病春季・秋季講演会において、慢性腎臓病患者・家族(合計382人)に対し、自己管理行動の困難さに焦点を当てた教育介入(Psycho Education)を行った。Psycho Educationは、慢性腎臓病患者が主人公であり、日常生活でよく起こる問題を主題にとりあげ、劇場形式による問題提起と、患者・家族の「ざっくばらんな話し合い」を組み合わせた。倫理的配慮として、福井大学医学系研究倫理審査委員会の承認を得た。参加者のうち、60歳以上の高齢者は83%を占め、高齢者が抱える身体・認知機能低下に対応したテーマ設定を行い、経験をもとにした問題解決を共有した。教育評価として、アンケート調査(回答率74%)を実施し、ARCS-V Modelを用いて関心や満足度等を判定した。【成果報告】1)第11回国際糖尿病連合西太平洋地区会議(2016年10月、台北)においてポスター発表、2)第60回日本糖尿病学会年次集会(2017年5月、名古屋)において口演、3)医学専門雑誌(Bio Clinica)における論文発表(2017年4月)を実施した。1)では国際糖尿病連合ピアサポート研究総括者らと討議した。アジア地域では、慢性腎臓病有病率が非常に高く生命予後は不良である。医療の質改善は、質・量の両面から改善が図られなければならない。ピアサポートによる当事者同士の問題解決は、有効性や効率性が期待される。高齢化社会の進展に伴い重症化した糖尿病患者が増加し、自己管理行動の困難さから、無力感やうつなどの心理社会的問題が起こっている。IDF(国際糖尿病連合)では、2010年より「Peer Support around the World」を世界規模で展開し、当事者(ピア)の問題解決能力を高めている。ピアサポートの実践研究を踏まえ、名古屋大学病院平成28年春・秋腎臓病講演会において、糖尿病及び腎臓病患者・家族(382人)を対象に、動機づけ面接法を応用した心理劇(サイコドラマ)と患者相互の意見交流を行った。患者・家族の満足度は高く「決意を新たに今日から実行する」など積極的な意見が多く寄せられた。【実施できた内容】国際糖尿病連合やNIHが糖尿病重症化予防に取組んでいるが、多くの国際糖尿病連合加盟国では厳格な血糖・脂質・血圧管理が不十分であり、末期腎不全から透析療法に至る患者が急増している。
真核生物における経時老化を制御するクロマチン動態

「研究目的」出芽酵母ヒストンH3の56番目のリジン(H3 K56)はヒストンデアセチラーゼHst3,Hst4によって脱アセチル化される。Hst3,Hst4は細胞老化の制御を行なうSir2ファミリーの一つであるが、このSir2以外のヒストンデアセチラーゼも細胞老化に関与しているかどうかはよくわかっていない。本研究ではHst3, Hst4がヒストンH3 K56のアセチル化を介してSir2同様に細胞老化制御に関与しているかどうか研究を行なった。「研究成果」hst3 hst4二重欠損株では染色体中にH3-K56のアセチル化が高度に残存し、sir2欠損株同様に細胞の分裂回数が極端に減少する。hst3 hst4二重欠損株は細胞分裂の度にloss of heterozosity(LOH)を高頻度で起こす。野性株で見られるLOHでは染色体腕が欠損しても染色体の再生がみられるのに対して、hst3 hst4二重欠損株でのLOH内でも染色体腕が再生せず欠損したままになる頻度が高かった。さらにはhst3 hst4二重欠損株はヒトの早老症であるウェルナー症候群WRN遺伝子の出芽酵母ホモログであるsgs1訂欠損とは合成致死になった。「研究の意義および重要性」今回の研究から染色体クロマチン中の一種類のヒストンのアセチル化の制御異常によって細胞の寿命を短縮してしまう効果があることを明らかにした。hst3 hst4二重欠損株ではゲノムの不安定化、特に染色体腕の欠損が高頻度で起こることによって、細胞増殖に必須な遺伝子を消失することが細胞の短命の原因ではないかと考えられる。さらにhst3 hst4 sgs1三重遺伝子欠損株が致死性を示すことは、DNAの二重鎖切断あるいは複製フォークの進行阻害によって生じるDNA障害の際に使われるDNAの相同組換え修復機構が過剰なヒストンH3-K56のアセチル化によって阻害されることを示している。「研究目的」出芽酵母ヒストンH3の56番目のリジン(H3 K56)はヒストンデアセチラーゼHst3, Hst4によって脱アセチル化される。Hst3, Hst4は細胞老化の制御を行なうSir2ファミリーの一つであるが、このSir2以外のヒストンデアセチラーゼも細胞老化に関与しているかどうかはよくわかっていない。「研究成果」hst3 hst4二重欠損株では染色体中にH3-K56のアセチル化が高度に残存するが、sir2欠損株同様に細胞の分裂回数が極端に減少した。またhst3 hst4二重欠損株は高頻度の染色体の欠損あるいは変異を誘発することで細胞寿命を短くしていることを明らかにした。さらにはhst3 hst4二重欠損株はヒトの早老症であるウェルナー症候群WRN遣伝子の出芽酵母ホモログであるsgs1欠損とは合成致死を示した。「研究の意義および重要性」今回、Hst3, Hst4によって制御されるヒストンH3-56のアセチル化の適切なタイミングでの消失が細胞の分裂回数で規定される「分裂老化」の進行に重要であることを明らかにした。出芽酵母を用いた研究から細胞の老化の進行に伴って染色体の分断等のゲノムの不安定化が起こるが、hst3 hst4二重欠損株ではこのゲノムの不安定化が加速されることによって細胞の寿命が短くなっていることが分かる。さらにhst3 hst4 sgs1三重欠損株が致死性を示すことは、Hst3 Hst4の阻害剤であるニコチンアミド等でsgs1遺伝子欠損あるいは変異細胞を処理した場合、寿命の極端な短縮を引き起こす可能性が示唆される.現在ヒトでもH3-K56のアセチル化が、特にガン細胞などで検出されることが知られている。本研究はヒトにおいてもニコチンアミドの大量摂取などによってH3-K56のアセチルを増大させた場合には細胞のガン化の促進の危険性、特にウェルナー症候群の患者に対して重篤な効果を引き起こす可能性を示唆している。さらにはhst3 hst4二重欠損株はヒトの早老症であるウェルナー症候群WRN

遺伝子の出芽酵母ホモログであるsgs1訂欠損とは合成致死になった。「研究の意義および重要性」今回の研究から染色体クロマチン中の一種類のヒストンのアセチル化の制御異常によって細胞の寿命を短縮してしまう効果があることを明らかにした。hst3 hst4二重欠損株ではゲノムの不安定化、特に染色体腕の欠損が高頻度で起こることによって、細胞増殖に必須な遺伝子を消失することが細胞の短命の原因ではないかと考えられる。さらにhst3 hst4 sgs1三重遺伝子欠損株が致死性を示すことは、DNAの二重鎖切断あるいは複製フォークの進行阻害によって生じるDNA障害の際に使われるDNAの相同組換え修復機構が過剰なヒストンH3-K56のアセチル化によって阻害されることを示している。
インスリンDDSのためのグルコース応答性ナノ薄膜の開発

交互累積膜法により、コンカナバリンAとグリコゲンまたは合成糖ポリマーを用いてグルコース応答性ナノ薄膜が調製できることが明らかになった。各種糖ポリマー材料を検討した結果、糖残基の化学構造がナノ薄膜の製造過程に著しい影響を与えることがわかった。グリコゲンを用いると最も好ましい性能を有するナノ薄膜を与えた。このナノ薄膜はpH79程度で安定であるが、数ミリモル程度のグルコースが存在すると薄膜が自発的に12分で崩壊することを見出した。これは、コンカナバリンAとグリコゲンの結合がグルコースにより置換されることに起因することが明らかになった。ナノ薄膜の崩壊現象はグルコース以外の糖でも観察され、マンノースやメチル化糖もコンカナバリンAとの結合定数の大小に応じて効果的にナノ薄膜の崩壊を誘起した。次に、各種ナノ薄膜のインスリンに対する透過性を評価するために、交互累積膜法により作製したナノカプセル中にインスリンを封入する手順を確立するとともに、カプセルからの漏出挙動を検討した。その結果、炭酸カルシウムとインスリンの混合微粒子の表面に各種高分子電解質を交互に被覆する方法でインスリン封入ナノカプセルの調製に成功した。このナノカブセルからのインスリンの漏出速度は、カプセルの調製に用いた高分子電解質材料の種類に著しく依存し、ポリエチレンイミンを用いるとインスリンは30分後には約70%が漏出したが、一方、ポリアリルアミンを用いるとインスリンの漏出は10&程度にとどまった。また、カプセル皮膜の厚さも漏出速度に影響することがわかった。今後は、インスリン封入ナノカプセルからのインスリンの漏出をグルコース濃度に応じて制御することができるように設計したナノカプセルの作製を行う必要がある。コンカナバリンAと糖ポリマーを用いたナノ薄膜の作製方法について検討を行った。すなわち、糖ポリマーとしてグリコゲンおよびデキストランを用いて、コンカナバリンAとともに交互累積膜(ナノ薄膜)の作製を検討した。両ポリマーともにグルコース単位から構成されるポリマーであるにもかかわらず、グリコゲンは良好なナノ薄膜を与えたが、デキストランを用いるとナノ薄膜は調製できないことが判明した。グリコゲンとコンカナバリンAのナノ薄膜を作製する条件(pH、濃度、イオン強度、処理時間、洗浄時間)を検討して最適条件を確定した。最適条件で作製したナノ薄膜はほぼ単分子層のコンカナバリンAの累積層が形成されていることが明らかになった。次に、作製したナノ薄膜の緩衝液中での安定性を検討した。その結果、pH79程度では安定であることがわかった。さらに、糖に対する安定性を検討した結果、グルコースとマンノース、およびそれらのメチル誘導体が存在すると、糖の濃度に応じてナノ薄膜が崩壊することが判明した。ナノ薄膜の崩壊を起こす糖濃度は、それらの糖とコンカナバリンAとの結合定数の大小に依存することが明らかになった。また、メチル誘導体は未置換体よりも速やかにナノ薄膜の崩壊を引き起こした。いずれの糖もミリモル程度の濃度でナノ薄膜の崩壊を引き起こす事がわかった。また、崩壊に至る応答時間も12分程度と迅速であった。換言すれば、作製したグリコゲンとコンカナバリンAのナノ薄膜が糖に対して応答性を示すことが確認された。グリコゲンに替わる高性能材料を探索する目的で、デキストランおよび合成多糖(PVMA)を用いてコンカナバリンA累積膜を作製し、グルコースに対する応答特性を比較検討した。デキストランは分子中に糖を含有する高分子でありコンカナバリンAと結合することを吸収スペクトル法により濁度の変化から確認したが、固体基板表面に累積膜とすることはできなかった。

一方、PVMAはビニルポリマーの側鎖に糖を有する構造をしており、コンカナバリンAとの結合が容易であり、固体基板表面に良好な累積膜を作製することができた。累積膜中のコンカナバリンAの含量は、グリコゲンを用いて作製した累積膜中の含量とほぼ同程度であった。PVMA・コンカナバリンA累積膜はpH6の溶液中ではやや不安定であったが、pH7および8の溶液中では安定に保存することができた。これらの結果は、コンカナバリンAと糖類との結合定数のpH依存性に合致する結果であった。この累積膜の糖類に対する応答性を調べたところ、メチル化グルコースやメチル化マンノースに対しては極めて鋭敏であり、特にメチル化マンノースでは2mM程度で累積膜はほぼ完全に崩壊した。応答時間は34分であった。グルコースに対する応答性は比較的低く、完全に崩壊するには50mM程度の高濃度の溶液に晒す必要があった。以上のことから、PVMA・コンカナバリンA累積膜はグリコゲンを用いた累積膜よりもやや安定性が高い(すなわち、糖応答性は低い)ことが明らかになった。以上の実験結果は、紫外可視吸収法により得たものであるが、同様の実験を水晶振動子ミクロバランス法によっても実施し、累積膜の崩壊に伴う質量変化からも糖応答性を追跡することができることを見出した。本年度は、新しい材料を用いたナノ薄膜の調製と糖や電場に対する応答特性の検討および蛍光挙動を指標とした新たな糖検出システムの確立を行った。さらに、ナノ薄膜のインスリンに対する透過性の検討を実施した。その結果、フェニルボロン酸誘導体や多糖類累積膜が糖応答性薄膜材料として有望であることが見出された。インスリンのナノ薄膜透過性に関しては、高分子交互累積膜法によりインスリンを封入したナノカプセルを調製することに成功し、このナノカプセルからのインスリンの放出挙動を詳細に検討した。ナノカプセルを調製するためには、インスリンを炭酸カルシウム微粒子に封入して、この微粒子表面にポリアミンとポリスルホン酸を静電的に交互に吸着させて交互累積膜とし、事後に炭酸カルシウムをEDTAにより溶解させてインスリンの封入された中空カプセルとする手順を確立した。この手順で調製したインスリン封入カプセルは直径が数ミクロンの球状であることが、走査電顕により明らかになった。次に、このカプセルからのインスリンの放出挙動を検討したところ{放出速度がカプセル膜を構成する高分子材料の種類に著しく依存することが判明した。枝分かれ構造を有するポリエチレンイミンとポリスルホン酸を用いて作製したカプセルにインスリンを封入すると、インスリンは速やかにカプセル外へ放出され、30分後に約70%がカプセル外へ放出された。30分以後のインスリンの放出はほぼ定常状態に達し、放出は非常に緩やかであった。一方、直鎖高分子であるポリアリルアミンを用いてカプセルを作製すると、カプセルからのインスリンの放出は著しく抑制され、30分後の放出率は10%程度にとどまり、以後放出はほとんど見られなかった。このように、カプセルの透過性は用いる高分子材料の化学構造に著しく依存することが判明した。また、カプセル膜の厚さも透過性を左右する大きな因子であることも明らかになった。