hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
都市交通環境のバリアフリー度評価システムの構築に関する研究

本研究は、鉄道駅など主要地点から任意の地点までの行きやすさ、バリアフリー度を表現、評価することを目的としている。そのため、本研究では車いす使用者ならびに視覚障害者の歩道通行時における交通抵抗モデルを構築し、これによって2点間の交通抵抗とその要因を計量評価するとともに、これを都市地図上で視覚化して、都市交通環境のバリアフリー度診断システムを構築を行った。車いす使用者の交通抵抗要因としては,歩道の縦断勾配,横断勾配,段差等の歩道構造のほかに,交通量や信号の有無など交通状況による心理的要因のウェイトが大きいことが明らかとなった。また視覚障害者の交通抵抗については,要因として,安全に関する要因,現在地や進行方向に関するに情報収集要因の2種類があり,その内容として,前者については歩車道の分離や,路上障害物の有無,道路横断時における情報提供等の要因があることが明らかとなった。また後者については,音声信号などの交通安全施設以外にも,周辺の音環境,あるいは嗅覚環境によっても地点情報が得られていることが明らかとなった。地理情報システムを利用してバリアフリー度を視覚的に評価する方法については、任意の歩行区間の情報として、縦断勾配や横断勾配、歩道の有無、段差の高さ、交通規制などの属性をデータとして取り込む方法について、さらに要因を説明変数とした交通負担モデルの結果を地図上の等高線として表現する方法を開発した。具体的には、高齢者や障害者の歩行時における交通抵抗モデルを構築し、これによって2点間の交通抵抗とその要因を計量評価するとともに、これを都市地図上で視覚化して、都市交通環境のバリアフリー度診断システムを構築することを目的としている。平成10年度は車いす利用者や視覚障害者、高齢者が道路利用時に感じている交通抵抗要因について、抽出するとともに、従来定性的にしか議論されていなかったこれらの要因について、定量的に計測する方法の開発を行った。車いす走行において、これまで考慮されていなかった縦断勾配の影響について、本研究では、車いすの速度、障害物を避けるときの軌跡、回転角の変化等から、その限界勾配と勾配長について検討した。その結果縦断勾配は最大5%、勾配長は最大20mが限界であることを明らかにすることができた。また地理情報システムを利用してバリアフリー度を視覚的に評価する方法については、任意の歩行区間の情報として、縦断勾配や横断勾配、歩道の有無、段差の高さ、交通規制などの属性をデータとして取り込む方法について、さらに要因を説明変数とした交通負担モデルの結果を地図上の等高線として表現する方法を開発した。平成11年度は視覚障害者の交通抵抗要因の明確化とそれに基づいたバリアフリー度の計測方法の定式化,ならびに自動車運転者の道路案内標識の判断特性に関する分析を行った。視覚障害者の交通抵抗については,要因として,安全に関する要因,現在地や進行方向に関するに情報収集要因の2種類があり,その内容として,前者については歩車道の分離や,路上障害物の有無,道路横断時における情報提供等の要因があることが明かとなった。また後者については,音声信号などの交通安全施設以外にも,周辺の音環境,あるいは嗅覚環境によっても地点情報が得られていることが明かとなった。以上の分析により,これらの要因について,階層分析法を用いることで視覚障害者の交通負担モデルを構築し,任意点間の負担度の計測が可能となった。また後者の自動車運転者の標識判断については,実走実験とこれに対応するCG映像を用いた2種類の実験を行い,その対応関係を明らかにした。分析の結果,標識の地名そのものを判読する地名判断に比べ,標識上にはない地名を判断する方向判断において,高齢者ドライバーの能力の低下が著しいことが明らかとなった。また,実走実験ならびにCG映像実験の結果の対比により,さまざまな条件を容易に再現できるCG映像を用いた実験によって,高齢者など心身機能の低下したドライバーに対応した標識環境の検討が可能であることを明らかにした。本研究課題の最終年度である平成12年度は,昨年度までの研究成果のとりまとめとともに,将来的に増加が予想される老老介護における都市交通環境の課題について検討を行った。老老介護とは,車いすなどを介助する人自信が高齢者であるような介護形態である。わが国の高齢者世帯は核家族化の進行とともに,高齢者夫婦の世帯が増加している。

老老介護は疾病等で一方が障害を持った場合に,結果として高齢者世帯が置かれる状況である。横断勾配や縦断勾配,段差などの構造の異なる歩道を高齢者に介助してもらう実験を行うことで,現在の歩行環境基準に関する検討を行った。分析の結果,歩道の横断方向の勾配については老老介護であっても,現行の2%の基準で十分であるが,縦断勾配や横断勾配,段差については,握力や腕力など筋力の低下した高齢者には,利用上問題が多く,できうる限りフラットな歩道が望まれることが明らかとなった。以上の分析結果をふまえて,本研究では,段差や縦断勾配などの個別の障害だけでなく,出発地から目的地までのバリアフリー度を評価するシステムを構築するとともに,これを地理情報システムとして視覚的に表現する方法を示した。
テストの構造的性質が能力評価に及ぼす影響－国語読解テスト作成に関する実証研究－

本年度は,高校入試問題を基に作成した国語テストを用いて,(1)設問の問い方が受検者の能力評価に及ぼす影響とその学年差,(2)自由記述式問題における解答類型の設定の仕方が能力評価に及ぼす影響,の2つに関して検討した。(1)においては,1)一文抜き出し問題(五字抜き出し,一文抜き出し),2)読解プロセス(情報の取り出し,解釈),3)空所の表記法(全て四角,一部カッコ)を操作した。これらを中学2年生約240名,中学3年生約500名に実施した。項目分析の結果,1)では,学年に関わりなく,得点率及び識別力に影響を及ぼさない可能性が示唆された。2)では,情報の取り出しが求められる場合には,中程度の難易度になり,解釈が求められる場合には,難しい設問になり得るということがわかった。また,3年生においては,後者が受検者の能力を弁別するのに有効な設問になり得ることがわかった。3)では,2年生,3年生ともに得点率に違いは見られなかった。識別力においては,3年生でのみ,空所の形を変えて表記する方が,受検者の能力をより弁別する設問になることが示唆された。(2)においては,中学3年生を対象に,1)具体例を求める記述式問題,2)あるものの特徴に対し2つの条件を回答に求める記述式問題,の2つに関する検討を行った。これらの設問に対し,「正答」,「その他の回答(誤答)」,「無回答」,の3つの類型と,その類型に「準正答」を加え,段階的に評定基準を設けた解答類型の2種類を用いて,それぞれの解答類型が能力評価にどのような影響を及ぼすかを検討した。項目分析の結果,1)と2)の両設問において,設定前は「その他の回答」に分類されていた回答の多くが,設定後の類型に分類されることにより,受検者がどの程度本文の内容や設問を理解しているかが把握できるようになった。また,2)では,条件ごとに類型を設け,部分点を与えることで,識別力が高くなり,受検者の能力をより適正に反映する解答類型になり得る可能性が示唆された。以上の結果は,「どのように問うか」という設問の問い方と,受検者の回答を「どのように評価するか」という解答類型を実証的に検討する意義を示している。最終年度最終年度本年度は,テスト作成に資する知見を得るため,テストの構造的性質が受検者の回答に及ぼす影響に関する検証を行った。具体的には,国語読解テストを用いて,1)一文抜き出し問題,2)読解プロセス,3)空所の表記法,4)回答欄の字数制限について検討した。方法として,高校入試問題を基に国語テストを作成し,1)一文抜き出し問題(五字抜き出し,一文抜き出し),2)読解プロセス(情報の取り出し,解釈),3)空所の表記法(全て四角,一部カッコ),4)回答欄の字数制限(四十五字五十五字以内,五十五字以内,字数制限なし)を操作した。これらを中学3年生約500名に実施した。項目分析の結果,1)は,得点率及び識別力に影響を及ぼさないことがわかった。これは,採点者の負担軽減につながる知見である。2)は,「情報の取り出し」の方が得点率と識別力を高くすることが明らかとなった。3)は,空所の形を一部変えて表記する方が識別力の値を高くすることがわかった。4)は,回答欄では字数制限を設けないことが得点率及び識別力を高くすることが示唆された。このような知見が得られることで,これまでのような経験にのみ頼った設問作成ではなく,測定目的と実証的に得られたデータとを照らし合わせた設問設計を行うことが可能となる。さらに,これらの結果は,テストの品質を検討することの重要性を示すとともに,設問を含めた構造的性質について実証的に検討することの意義を示している。

これらの設問に対し,「正答」,「その他の回答(誤答)」,「無回答」,の3つの類型と,その類型に「準正答」を加え,段階的に評定基準を設けた解答類型の2種類を用いて,それぞれの解答類型が能力評価にどのような影響を及ぼすかを検討した。項目分析の結果,1)と2)の両設問において,設定前は「その他の回答」に分類されていた回答の多くが,設定後の類型に分類されることにより,受検者がどの程度本文の内容や設問を理解しているかが把握できるようになった。また,2)では,条件ごとに類型を設け,部分点を与えることで,識別力が高くなり,受検者の能力をより適正に反映する解答類型になり得る可能性が示唆された。以上の結果は,「どのように問うか」という設問の問い方と,受検者の回答を「どのように評価するか」という解答類型を実証的に検討する意義を示している。本年度は,新たな研究に着手し,交付申請書に記載した研究計画を遂行することができた。この研究により,テストの構造的性質における1)一文抜き出し問題,2)読解プロセス,3)空所の表記法,4)回答欄の字数制限,の4つの知見を新たに得ることができたため。最終年度今回の研究知見は,構造的性質に関して,一つの題材(問題本文)に基づいた結果である。今回得られた知見を一般化するためには,より多くの題材を用いた検証が必要となる。したがって,今後は様々な題材を対象に検討を進める予定である。最終年度
塩基性抗原によるin situ immune complex腎炎

私どもは塩基性抗原を用いたin situ immune complex(IC)型腎炎について報告してきた。昭和60年度では、1ヒトIgGだけでなく電顕的にとらえうるフェリチンを塩基化し、in situ IC腎炎を惹起しうること、2.このモデルにおける糸球体基低膜(GBM)の障害様式、およびメディエーターの解析に力を注いだ。フェリチンを用いた実験から、(1)in situ IC形成が最初に起こる場所はGBMの内皮側であること、(2)この初期に血中由来の単球がICの処理に関与すること、(3)発症後1日でICはGBM内、および上皮側に移動すること、(4)一部の塩基性抗原(おそらくはICの形で)はメサンギニウムにクリアーされることが判明した。(5)GBMの陰性荷電が塩基性抗原のGBMへの結合に重要であることは、塩基物質である硫酸プロタミンを前投与しておく実験から再確認された。しかし腎炎発症後(IC形成後)硫酸プロタミンを,頻回投与しても腎障害を抑制することはできなかった。(6)腎炎の惹起前、および経過中にコブラ毒、抗単球抗体、抗好中球抗体を投与すると蛋白尿が著名に抑制された。昭和61年度は3、前年度からの継続としてGBM障害を質的に検討するため尿蛋白をSDS-ポリアクリルアミド電気泳動法で検索すること,4、単離糸球体培養法を用い、前年度の研究より明らかとなった単球系細胞のメディエーター、およびそれと糸球体固有細胞増殖機構との関係について解析した。(1)尿蛋白の解析から私どもの腎炎モデルの腎障害は馬杉腎炎(抗GBM抗体型腎炎)と類似しておりGBM由来の物質も尿中に排泄されていること、(2)血中単球培養上清中にメサンギウム細胞を著明に増殖させる因子が存在すること、(3)メサンギウム細胞培養上清中にIL-1類似物質が存在することが判明した。以上の成果から現在まで全く不明であった遅延型アレルギーを介した腎糸球体障害、糸球体固有細胞の増殖、ひいては糸球体硬化へ至る慢性化の機構を解明するための準備段階はととのったと言える。
顕示選好理論を用いた統計モデリングの研究

消費者の行動を分析するための代表的なモデルは効用最大化モデルであり、効用最大化モデルは様々な経済分析において基本的な要素となる。しかし、分析の結果が効用関数の形に依存するため、効用関数をどのように特定化するかが重要な問題となる。本研究では特に消費者の異質性を分析する課題に注目し、効用関数に対する仮定を弱めて分析する手法を開発する。これにより、効用最大化モデルによる分析の頑健性の検証手法を与える。
単結晶Cr電界放出陰極からの単色性電子ビーム放出の実証研究

電荷密度波励起状態のCr表面には,フェルミ準位近傍に高い電子状態密度をもつバンド形成が理論予測されている.そこで,本研究では単結晶Cr薄膜をタングステン針先端に形成し,これを陰極材料とした電界放出電子のコヒーレント性を実証し,電子顕微鏡および電子分光装置の光源への応用を目的としている.本年度得られた成果は以下の通りである.1.単結晶Cr陰極の作製方法の確立フラッシング,および電界蒸発によって表面を清浄化したタングステン針先端に,超高真空下で電子ビーム蒸着法によって堆積させたCr薄膜を電界放出顕微鏡(FEM)で観察した.その結果,1000 Kで加熱することで,下地タングステンの結晶面を反映したFEM像が観察された.特に,W{311}面に強度の強い電子放出サイトが形成され,下地タングステンよりも低い印加電圧で電子放出が生じる事が明らかになった.2.Cr/W{311}面からの電界放出電子の単色性Cr/W{311}面からの電界放出電子のエネルギー分布を,同心円筒型電子分光器で測定した結果,エネルギー幅の最小値は240meVであり,自由電子モデルと比較して約20%狭いことが判明した.また,エネルギー分布のリーディングエッジは,下地タングステンと同程度であり,放出電流の増大はW{311}面に局所的電界増強因子の高い微結晶が形成されたことに起因すると推察された.さらに,放出電子のスピン偏極度は30%であり,エネルギー分布の低エネルギー側に見られたハンプ形状は各スピンバンドからの放出電子のエネルギー分布を示していると考えられる.優先的な電子放出が生じる陰極の作製条件を確立し,その要因がW{311}面上にCr微結晶の形成であることを電界放出顕微鏡およびエネルギー分析によって明らかにすることができた.エネルギー分布を解析した結果,Crの仕事関数に対応したリーディングエッジを持つが,Cr微結晶の形成によって低い印加電圧においても放出電流が増加することが判明した.Cr表面からの放出電子のエネルギー分布は,自由電子モデルと比較して20%程度の狭小化が,室温において可能であることが示された.理論予測との差異は,エネルギー分布にハンプ形状がアップスピンとダウンスピンバンドの電子がともに電子放出に寄与しているためであると考えられる.Cr微結晶が等価なW{311}面上に形成されるため,それぞれの特性にもエネルギー分布,スピン偏極度に差異が生じることも明らかになった.そのため,次年度の課題として,片方のスピンバンドからの電子放出がより優先的に生じるような表面を検討する必要があることが今後の課題として明確になった.また,陰極を冷却がCr表面での電荷密度波励起状態を形成する上で不可欠である可能性が判明した.さらに,放出電流が増大することで電子励起脱離により残留ガスによる表面の汚染も懸念されるので,NEGポンプによる真空排気よる改善を進めている.上述のように,研究目標を達成するための課題,および研究指針は明確になっており,次年度で解決する準備が整っている.当初の研究計画に沿い,単結晶Crからの電界放出電子のエネルギー分布測定を行う.次年度は,W{311}面上に成長したCrだけでなく,スピン偏極度の高いW(001)面上に成長したCr表面からの放出電子のエネルギー分析を実施する.W(001)面上に単結晶Cr薄膜,あるいは微粒子が形成されていることを,電界イオン顕微鏡によって原子レベルで観察し,電界放出電子のスピン偏極度についても評価する.これらの評価により,エネルギー分布のハンプとして観測された少数スピンバンドからの電子放出を抑制する.また,昨年度実施した測定では室温に限って評価してきたが,Cr薄膜を電荷密度波励起状態を阻害する熱励起を抑制するために,クライオスタットによって陰極を冷却してエネルギー分布の測定を実施する.単色性電子ビーム放出に要する陰極温度,および放出電流の条件を検討して,実用化に向けた最適動作条件を検討する.さらに,放出電子のエネルギー分布を,下地タングステンの結晶方位,および表面状態に対して測定する事で多角的な評価を実施する.また,超高真空下において,放出電流,およびエネルギー分布の安定性などを多角的に評価する.その際には,酸素,窒素,水素などを導入した動作圧力が,エネルギー分布に及ぼす影響を明らかにする.さらに,エネルギー分布および放出電流を復元するための手法として,表面清浄化を目的としたアニール,および電界蒸発処理の条件を明確にする.電荷密度波励起状態のCr表面には,フェルミ準位近傍に高い電子状態密度をもつバンド形成が理論予測されている.そこで,本研究では単結晶Cr薄膜をタングステン針先端に形成し,これを陰極材料とした電界放出電子のコヒーレント性を実証し,電子顕微鏡および電子分光装置の光源への応用を目的としている.本年度得られた成果は以下の通りである.1.単結晶Cr陰極の作製方法の確立フラッシング,および電界蒸発によって表面を清浄化したタングステン針先端に,超高真空下で電子ビーム蒸着法によって堆積させたCr薄膜を電界放出顕微鏡(FEM)で観察した.その結果,1000 Kで加熱することで,下地タングステンの結晶面を反映したFEM像が観察された.特に,W{311}面に強度の強い電子放出サイトが形成され,下地タングステンよりも低い印加電圧で電子放出が生じる事が明らかになった.2.Cr/W{311}面からの電界放出電子の単色性Cr/W{

311}面からの電界放出電子のエネルギー分布を,同心円筒型電子分光器で測定した結果,エネルギー幅の最小値は240meVであり,自由電子モデルと比較して約20%狭いことが判明した.また,エネルギー分布のリーディングエッジは,下地タングステンと同程度であり,放出電流の増大はW{311}面に局所的電界増強因子の高い微結晶が形成されたことに起因すると推察された.さらに,放出電子のスピン偏極度は30%であり,エネルギー分布の低エネルギー側に見られたハンプ形状は各スピンバンドからの放出電子のエネルギー分布を示していると考えられる.優先的な電子放出が生じる陰極の作製条件を確立し,その要因がW{311}面上にCr微結晶の形成であることを電界放出顕微鏡およびエネルギー分析によって明らかにすることができた.エネルギー分布を解析した結果,Crの仕事関数に対応したリーディングエッジを持つが,Cr微結晶の形成によって低い印加電圧においても放出電流が増加することが判明した.Cr表面からの放出電子のエネルギー分布は,自由電子モデルと比較して20%程度の狭小化が,室温において可能であることが示された.理論予測との差異は,エネルギー分布にハンプ形状がアップスピンとダウンスピンバンドの電子がともに電子放出に寄与しているためであると考えられる.Cr微結晶が等価なW{311}面上に形成されるため,それぞれの特性にもエネルギー分布,スピン偏極度に差異が生じることも明らかになった.そのため,次年度の課題として,片方のスピンバンドからの電子放出がより優先的に生じるような表面を検討する必要があることが今後の課題として明確になった.また,陰極を冷却がCr表面での電荷密度波励起状態を形成する上で不可欠である可能性が判明した.さらに,放出電流が増大することで電子励起脱離により残留ガスによる表面の汚染も懸念されるので,NEGポンプによる真空排気よる改善を進めている.上述のように,研究目標を達成するための課題,および研究指針は明確になっており,次年度で解決する準備が整っている.当初の研究計画に沿い,単結晶Crからの電界放出電子のエネルギー分布測定を行う.次年度は,W{311}面上に成長したCrだけでなく,スピン偏極度の高いW(001)面上に成長したCr表面からの放出電子のエネルギー分析を実施する.W(001)面上に単結晶Cr薄膜,あるいは微粒子が形成されていることを,電界イオン顕微鏡によって原子レベルで観察し,電界放出電子のスピン偏極度についても評価する.これらの評価により,エネルギー分布のハンプとして観測された少数スピンバンドからの電子放出を抑制する.また,昨年度実施した測定では室温に限って評価してきたが,Cr薄膜を電荷密度波励起状態を阻害する熱励起を抑制するために,クライオスタットによって陰極を冷却してエネルギー分布の測定を実施する.単色性電子ビーム放出に要する陰極温度,および放出電流の条件を検討して,実用化に向けた最適動作条件を検討する.さらに,放出電子のエネルギー分布を,下地タングステンの結晶方位,および表面状態に対して測定する事で多角的な評価を実施する.また,超高真空下において,放出電流,およびエネルギー分布の安定性などを多角的に評価する.その際には,酸素,窒素,水素などを導入した動作圧力が,エネルギー分布に及ぼす影響を明らかにする.さらに,エネルギー分布および放出電流を復元するための手法として,表面清浄化を目的としたアニール,および電界蒸発処理の条件を明確にする.
アミノグアニジンの抗白内障作用から視た白内障発症機構の解析

我々は遺伝性白内障ラットのSCRを用いて白内障発症機構の研究を行っている。これまでに、白内障を発症する水晶体ではカルシウム濃度が著しく上昇することや、それによって活性化されるカルパインが水晶体タンパク質の不溶化(水晶体の混濁化)を促進することを突き止めている。また、最近ではアミノグアニジン(AG)と呼ばれる薬剤に抗白内障作用があることを見いだしている。そこで本研究では、AGの作用機構を解析することによって白内障発症機構の解明を目指した。その結果、AGは白内障水晶体で起こるカルシウム濃度の上昇を押さえることによって、カルパイン依存性のタンパク質分解を阻害することが明らかとなった。AGは誘導型NO合成酵素(iNOS)の阻害剤と考えられている。従って、水晶体カルシウム濃度の上昇にはiNOSが関与することが予想される。そこで、iNOSの関与を調べるために水晶体混濁過程に於けるiNOSの動態並びにiNOS発現に及ぼすAGの影響等を解析した。その結果、1)白内障発症群の水晶体でのみiNOS mRNA並びにiNOSタンパク質が高発現すること、2)AGの投与によって混濁化が抑制された水晶体ではiNOSの発現が強く抑制されていること、3)iNOSの高発現はカルシウム濃度の上昇やカルパインの活性化によりも更に早い時期に起こること、等が判明した。以上の結果から、SCRの水晶体は以下のような機構で混濁化することが予想される。白内障を発症する水晶体では何らかの原因でiNOSが高発現し、iNOS由来のNOやONOO^-等のフリーラジカルを多量に産生する。これらのフリーラジカルは酸化力が強く細胞膜を傷害してCa^<2+>の流入を亢進する。細胞外から流入したCa^<2+>は濃度が高くカルパインを著しく活性化する。カルパインは可溶性タンパク質を限定分解して不溶化し、水晶体を混濁化させるものと考えられる。今後は、ヒト白内障の発症にiNOSが関与するか否かを明らかにする必要がある。最近、我々は誘導型NO合成酵素(iNOS)やタンパク質のグリケーションに対して阻害活性を有するアミノグアニジン(AG)に強い抗白内障作用があることを見いだした。また、これまでの解析から白内障の発症にはカルシウム依存性プロテアーゼ(カルパイン)によるタンパク質分解が重要な役割を担っていることも明らかにしている。そこで本年度は、AGの作用機作を探る手始めとして、AGの抗白内障作用とカルパイン依存性タンパク質分解との関係について詳細な解析を行った。尚、解析には遺伝性白内障ラットであるSCRを用いた。その結果、白内障を発症する水晶体で起こるカルパイン依存性のタンパク質分解の亢進は、AGの投与で強く抑制されることが明らかとなった。しかし、AGはカルパイン活性そのものやカルパインの基質タンパク質に対しては何ら影響を及ぼさず、白内障を発症する水晶体で認められるカルシウム濃度の上昇を強く抑制することが明らかとなった。従って、AGは水晶体へのカルシウムの流入を抑制することによってカルパインの活性化を阻害し、結果として抗白内障作用を示すものと予想される。また、SCR水晶体に於けるiNOSタンパク質の発現を調べたところ、正常水晶体に比べて混濁化した水晶体で強い発現が認められ、白内障発症へのiNOSの関与が示唆された。

今後、水晶体混濁過程に於けるiNOSの動態、iNOS発現に対するAG投与の影響、水晶体へのカルシウムの流入とiNOSの関係等を解析し、白内障発症とiNOSとの関係をより明確にする予定である。我々は、遺伝性白内障ラットであるSCRを用いて水晶体の混濁化機構を研究している。これまでの解析から、混濁化する水晶体ではカルシウム濃度が著しく上昇することや、それによって活性化されるカルパインが水晶体タンパク質の凝集や不溶化(混濁化)を促進することを明らかにした。また、誘導型NO合成酵素(iNOS)の阻害剤であるアミノグアニジン(AG)に抗白内障作用があることを見いだすとともに、AGを用いた解析から、水晶体混濁化へのiNOSの関与や水晶体へのCa^<2+>の流入とiNOSとの関連性を示唆する結果も既に得ている。そこで本年度は、水晶体混濁化へのiNOSの関与をより明確にするために水晶体混濁過程に於けるiNOSの動態を解析するとともに、iNOS発現に及ぼすAGの影響を調べた。また、水晶体へのCa^<2+>の流入とiNOSとの関係をより明確にするためにカルシウム濃度並びにiNOSの動態を経時的に解析した。その結果、1)白内障発症群の水晶体でのみiNOSmRNA並びにiNOSタンパク質が高発現すること、2)AGの投与によって混濁化が抑制された水晶体ではiNOSの発現が強く抑制されていること、3)iNOSの高発現はカルシウム濃度の上昇やカルパインの活性化によりも更に早い時期に起こること、等が判明した。以上の結果から、白内障を発症する水晶体ではiNOSに由来するNOやONOO^-等のフリーラジカルが細胞膜を傷害することによってCa^<2+>の流入が亢進し、カルパインの異常な活性化を引き起こすものと考えられる。これまでの解析から、白内障を発症する水晶体では誘導型のNO合成酵素(iNOS)が高発現していることを見出すとともに、iNOSが水晶体の混濁化に重要なカルシウムイオンの流入に関与することを示唆する結果を得ている。そこで本年度は、iNOSとカルシウムイオンの流入との関係をより明確にする目的で、iNOS由来のフリーラジカルと細胞内カルシウムイオン濃度の調節に関与する膜タンパク質との関連性を調べることを計画した。ところが、白内障水晶体で生ずるフリーラジカル(NO)量が少ないためか検出することはできなかった(市販のキットを用いて測定)。しかし、白内障発症へのiNOSの関与を明確にするためには不可欠の解析であり、水晶体の数を増やす(今年度は動物数に限りがあり実施できなかった)か感度の良い方法を開発するなど、再度試みる予定である。また、本研究では組織特異的なカルパインであるLp82によるタンパク質分解と水晶体の混濁化との関係についても解析した。その結果、Lp82によるクリスタリンの限定分解は組織普遍的なm-カルパインによる限定分解とは異なり、正常群の水晶体でも認められた。また、免疫組織化学的な解析からm-カルパインによる限定分解が混濁の出現部位に限局するのに対し、Lp82による限定分解は混濁が出現しない水晶体の皮質部でも起こることが明らかとなった。これらの結果から、Lp82に依存したタンパク質分解と水晶体の混濁化は直接的な関連性はないと考えられる。
アポリポ蛋白質受容体の薬理刺激による細胞コレステロールの搬出促進と動脈硬化治療

細胞コレステロール(CH)の搬出機序は、その物理化学的拡散とアポリポ蛋白質細胞の特異的相互作用の二つがある。後者の反応の制御物質の検索に重点を置いた本研究の成果は次のようである。1)マウス単球白血病細胞RAW264はcAMP刺激によりアポリポ蛋白質に反応してHDL新生が起こる。この細胞に於いて、カルモジュリン阻害剤naphthalene sulfonamideがHDL新生反応の促進を示した。他の阻害剤では効果がないことからこれらの化合物に特有の効果であると考えられ、HDL増加の新薬開発の可能性を示唆した。2) HDL新生反応のin vivoでの血漿HDL濃度制御を、アポリポ蛋白質細胞結合阻害剤であるプロブコール投与マウスで検討した。プロブコールはマウスHDLを投与2週以内に消失させるが、アポA-I合成の低下やHDL消失率に有意の差はない。一方、腹腔マクロファージでアポA-Iの結合・HDL新生・細胞内コレステロール輸送促進のいずれもが消失していた。従って、プロブコールによる血漿HDL低下は、細胞とアポリボ蛋白質の結合の阻害によるHDL新生反応の抑制によるもので、タンジール病の病態モデルとなることが分かった。3)非特異的なCH搬出障害であるLCATノックアウトマウスを用い、特異的CH搬出をプロブコールによって阻害する影響を観察すると肝臓・胸腺など特定の臓器にCHの蓄積が起こった。アポリポ蛋白質は細胞表面と反応し、細胞脂質からHDL粒子を新生する。この反応に対する薬理効果を検討するために、マウス腹腔マクロファージ及びマウス単球株化細胞RAW264を用いて、ヒトアポリポ蛋白質Alによる細胞脂質の搬出が観察された。腹腔マクロファージにPKC阻害剤(H7,スタウロスポリンなど)を作用させると、細胞燐脂質とアポAlによるHDL新生には大きな影響はないが、細胞コレステロールがHDLに組み込まれず、コレステロールに乏しいHDLが生成する。この時アポAlの細胞表面への結合には影響がなく、これは薬剤による細胞内コレステロールの特異的な輸送系の阻害であることが確かめられた。また、RAW264はそのままではアポAlに反応せずHDL新生が起こらないが、cAMPの刺激により反応性を獲得してHDLを生成することが見いだされた。これは細胞内コレステロールの輸送系の刺激ではなく、細胞表面のAl結合サイトの発現に依るものであることが明らかにされた。第二年度の研究に於いては、これらの阻害・刺激の条件を用いて細胞表面のアポリポ蛋白質結合サイトを同定し、その発現制御の機序を研究することとする。細胞コレステロールの搬出機序には、その物理化学的拡散とアポリポ蛋白質と細胞の特異的相互作用の二つがあることが分かってきた。後者の反応の制御物質の検索に重点を置いた本研究の成果は次のようにまとめられる。1)マウス単球白血病細胞RAW264はcAMP刺激によってアポリポ蛋白質に反応してHDL新生が起こる。この細胞をモデルとして、カルモジュリン阻害剤naphthalene sulfonamideがHDL新生反応の促進を示した。他の阻害剤では効果がないことからこれらの化合物に特有の効果であると考えられ、HDL増加の新薬開発の可能性を示唆している。3)HDL新生反応のin vivoでの血漿HDL濃度制御を、アポリポ蛋白質細胞結合阻害剤であるプロブコール投与マウスで検討した。プロブコールはCETPを持たないマウスHDLを投与2週以内に1/10に低下させるが、アポA-Iの合成の低下やHDLコレステリルエステルの血中からの消失率に有意の差はない。このように、プロブコールによる血漿HDL低下は、細胞とアポリポ蛋白質の結合の阻害によるHDL新生反応の抑制によるもので、タンジール病の病態モデルとなることが分かった。
種間F1雑種の農学的形質ならびに利用の可能性に関する研究

アフリカイネ(Oryza glaberrima)の祖先野生種,O.breviligulataは種々の形質においてアフリカイネより変異幅が大きく,また乾物および子実生産力も劣っていなかった.しかし,Series Glaberrimaに属する3種(上記の2種に加えてO.stapfii)およびそのF1雑種およびF2雑種は,多げつ性が細茎と結びつきやすく,またSeries Sativaに属する4種,アジアイネ(O.sativa),O.rufipogon,およびO.longistaminataと比較して,出穂後の乾物生産力の低下が著しいことが示唆された.これらは,アフリカイネの育種プログラムに果たす祖先野生種の遺伝子資源利用の可能性と限界を示すものである.アフリカイネは,葉身窒素レベルが低いとき,葉身窒素含有当たりの光合成速度がアジアイネより高いことを明らかにした.これは,アフリカイネの気孔伝導度が葉身窒素含量に対して非依存的で,葉身窒素レベルが低いときの値が高かったこと,また葉肉伝導度も高かったことによるものであった.このようなアフリカイネの光合成特性は,アジアイネの光合成,特に低窒素条件下での個葉光合成能の改良のために導入されるべき有用な遺伝形質であると考えられた.水ストレスの付加とその後の回復過程から,アフリカイネ系統C174は,水ストレスに対してアジアイネ系統C70より感受性であることを明らかにした.その原因として,C174はRubisCO活性の低下が著しく,根の活性低下も大きかったこと,さらにFv/Fmの低下が生じたことが関係していた.アジアイネとアフリカイネの種間F1系統は,両親系統よりも個葉光合成速度を高いレベルまで回復できることを認め,種間交雑による水ストレス耐性の付与の可能性を示唆した.アフリカイネ(Oryza glaberrima)の祖先野生種,O.breviligulataは種々の形質においてアフリカイネより変異幅が大きく,また乾物および子実生産力も劣っていなかった.しかし,Series Glaberrimaに属する3種(上記の2種に加えてO.stapfii)およびそのF1雑種およびF2雑種は,多げつ性が細茎と結びつきやすく,またSeries Sativaに属する4種,アジアイネ(O.sativa),O.rufipogon,およびO.longistaminataと比較して,出穂後の乾物生産力の低下が著しいことが示唆された.これらは,アフリカイネの育種プログラムに果たす祖先野生種の遺伝子資源利用の可能性と限界を示すものである.アフリカイネは,葉身窒素レベルが低いとき,葉身窒素含有当たりの光合成速度がアジアイネより高いことを明らかにした.これは,アフリカイネの気孔伝導度が葉身窒素含量に対して非依存的で,葉身窒素レベルが低いときの値が高かったこと,また葉肉伝導度も高かったことによるものであった.このようなアフリカイネの光合成特性は,アジアイネの光合成,特に低窒素条件下での個葉光合成能の改良のために導入されるべき有用な遺伝形質であると考えられた.水ストレスの付加とその後の回復過程から,アフリカイネ系統C174は,水ストレスに対してアジアイネ系統C70より感受性であることを明らかにした.その原因として,C174はRubisCO活性の低下が著しく,根の活性低下も大きかったこと,さらにFv/Fmの低下が生じたことが関係していた.アジアイネとアフリカイネの種間F1系統は,両親系統よりも個葉光合成速度を高いレベルまで回復できることを認め,種間交雑による水ストレス耐性の付与の可能性を示唆した.1.CO_2固定反応系のキ-酵素,Rubisco (RuBPCarboxylase/Oxygenase)に注目し,そのタンパク合成や活性調節に対して大きな影響を与える無機栄養(窒素,リン酸)に対するF_1雑種の施肥反応性を検討し,以下の結果を得た。(1)正逆F1雑種間において生育(乾物生産)に明らかな差が認められ,O.sativa(アジアイネ)を母親にするF_1雑種の方がO.glaberrima(アフリカイネ)を母親にするF_1雑種よりも優れ,また発現されるヘテロシスは無機栄養の欠乏条件で拡大した。(2)下位葉から上位葉への窒素分の移動には明らかな正逆F_1間差があり,下位葉での分解過程では各々の母親と同じ傾向を示した。(3)F_1雑種は総じて根の呼吸活性に対するリン酸欠乏の影響が小さく,個葉光合成のリン酸利用効率が高かった。2.水ストレスを受けていく過程と回復過程におけるF_1雑種の水ストレス抵抗性(耐旱性)を検討し,F_1雑種は,特に水ストレスからの回復過程における個葉光合成速度の回復能力に優れ,またストレスのダメ-ジも最小であったことを認めた.葉内の光合成反応系のダメ-ジが小さいこと,また根の生理活性(吸水力)の回復力に優れ,結果として葉身の水ポテンシャルの回復それに伴う気孔の開孔もより迅速に行われるためであると考えられた。作出したアフリカイネとO.Sativa、O.Perennis、0.spontanea、0.breviligulataとのF1雑種のいずれでも乾物生産力におけるヘテロシスが認められ、またその程度はSeries Sativaに属する3種とのF1雑種においてより顕著であった。これらの組み合わせの中からF2種子を得ることにも成功した。低窒素下でも、種間F1雑種は、高い葉面積拡大能カと窒素当たりの光合成能カの両要因に支えられて、乾物生産力において超優性的なヘテロシスを示した。

さらにF1雑種を正逆交雑系統間で比較した場合、低栄養条件下での葉への窒素分配および葉面積拡大能カに関しては母系の形質の影響がより強く現れた。窒素欠乏状態からの回復能力について比較・検討したところ、相対生長率において顕著なヘテロシスが認められた。また正逆F1雑種間に違いが認められ、母系の形質の影響がより強く発現した。種間F1雑種の光合成反応における光化学系の能力を評価するために、クロロフィル蛍光消光の測定を改良すると共にガス代謝(光合成)測定との同時測定法を考案した。イネを用いた測定には多くの経験と工夫を要することから、これまでモデル植物として用いてきたマングビーンを材料に予備実験を実施した。その結果、ガス代謝速度を光化学系のエネルギー収支の面から捉えることが可能となり、また光化学系、炭酸固定系、光呼吸系の3者の相対的なバランスを推定する方法を確立できた。種間F1雑種の乾物生産・光合成における水ストレス抵抗性を圃場条件下で検討した。その結果、マイルドな土壌乾燥条件下において、乾物生産カに超優性的なヘテロシスが認められた。F1雑種は出液速度におけるダメージが小さく、またこのようなF1雑種の特性には上層部における根系密度が高いことに加え、より深くまで根が分布していることが関与していると推測された。C174(アフリカイネ)と日本晴,およびそのF1、さらにF1に両親系統を戻し交配して得た10系統を供試して、葉面飽差に伴う光合成変化と葉の切断処理後の光合成速度の推移からみた特徴を比較・検討した.葉面飽差を急増させると気孔伝導度が低下したが,このような湿度変化に対する気孔反応はC174より日本晴のほうで速やかに進行し,F1は両親系統の中間的な反応速度を示した.また,乾燥条件への移行後,C174の気孔伝導度が時間の経過に伴って漸増する傾向にあったのに対して,日本晴とF1は一定値のまま推移した.移行処理前後の光合成速度の減少率は気孔伝導度の低下率が大きい系統ほど大きい傾向にあり,またC174はそのような気孔伝導度の低下を考慮してもなお日本晴やF1より光合成の減少率が大きかった.気孔伝導度の減少に伴う葉内CO_2濃度の低下がC174で大きかったことから,日本晴やF1はC174より葉肉細胞の光合成活性が高く維持されたことが推察され,また戻し交雑系統の中にも類似する反応パターンを示すものがあった.葉を切断したとき,日本晴では切断直後に気孔伝導度の一時的な上昇が認められたのに対して,C174ではそのような現象が認められないか,あっても軽微であった.また,気孔伝導度の低下に伴って葉内CO_2濃度はいったん低下したが、その後増加傾向に転じた.切断処理からの積算蒸散量の増加(葉内水分含量の減少)に伴って光合成速度の律速要因が気孔の閉鎖によるものから葉肉細胞の光合成活性の低下へと移行したことを示す.積算蒸散量に伴う光合成活性の低下に大きな系統間差異が検出され,葉内水分の減少に対する光合成活性の維持能力が著しく高い「戻し交雑系統」が見出された.また,草丈の違いに伴う乾物生産能の違いに,光化学系の活性を介した光合成制御の機構が関与していることを示した.
脳におけるアリルアミンN-アセチルトランスフェラーゼに関する研究

アリルアミンN-アセチルトランスフェラーゼ(NAT)は肝臓由来のものが、外来性アリルアミンの解毒に関与するといわれているが、脳由来NATの生理機能は不明である。脳NATは比較的活性が高く、外来性と未知の内因性アリルアミンを基質とし、ニューロンの機能あるいはそれを防御維持する可能性があり、ある種の中枢神経変性疾患に対する感受性を規定していることが考えられる。まず、脳での分布をin situ PCRによる検出を試みた。細胞質と共に核も強染し、genomic DNAによるシグナルの可能性を消せなかった。そこでアンチセンスプローブを複数種類まぜてin situ hybridizationを単型性について脳で行ったところ、神経細胞、脳上衣細胞が染まり、今後は脳への物質流入場所について多型性も合わせて詳細に調べたいと思っている。また、脳NATの内因性基質の有力な候補としてキヌレニンに着目した。大腸菌にヒトのNAT-1(単型性)とNAT-2(多型性)を発現させ酵素源としキヌレニンのアセチル化反応を行い、HPLCにて産物を分離した。これをN′-アセチル-L-キヌレニンの移動度と比較したが、目的のピークは見られなかった。さらに、中枢神経変性疾患であるアルツハイマー病患者においてはアポEε4型の多いことが既に報告されているので、アポE型と多型性NATの関連性を調べた。その結果、非アポEε4型のアルツハイマー病患者においてNATの迅速型の多い傾向が見られた。脳のアリルアミンN-アセチルトランスフェラーゼ(NAT)は、未知の内因性アリルアミンを基質とし、ニューロンの機能あるいはそれを防御維持する役割を担っていることが考えられる.脳におけるNATの分布を明らかにすると共に、NATが"キヌレニン経路"の制御に関与しているかについて検討を行っている.1)ラット脳におけるN-アセチルトランスフェラーゼの局在について特異性の高いin situ PCR法により局在を検討することにした.予備実験として、pNAT-AとpNAT-Bのジゴキシゲニンラベルのプローブを作製し、アルカリフォスファターゼラベルの抗ジゴキシゲニン抗体により検出することとした.ラット肝臓RNAに対してノザンハイブリダイゼーションを施行し条件を検討した.一方、pNAT-AとpNAT-Bに特異的なプライマーを合成し、PCR法により、pNAT-AとpNAT-Bを区別する条件を検討した.現在はこれらの条件を考慮に入れながら、ラット脳を潅流固定後、パラフィン切片を作製し、それに対して、PCRを行っているところである.2)N-アセチルトランスフェラーゼ活性の高い細胞の検索ラットの脳由来の各種培養細胞をホモジナイズして、発色法によりN-アセチルトランスフェラーゼの活性を検出中である.3)脳内N'-アセチル-L-キヌレニンの実証N'-アセチル-L-キヌレニンとd3-N'-アセチル-L-キヌレニンを化学合成した。大腸菌にヒスチジンタグを付けてpNAT-AとpNAT-Bを発現させ、タグにより精製した.これを酵素源としてキヌレニンのアセチル化反応を行い、HPLCにて産物を分離したUV266nmにて検出した.これをN'-アセチル-L-キヌレニンとd3-N'-アセチル-L-キヌレニンの移動度と比較したが、これらのピーク以外の未知の物質が生成し、この同定をおこなっているところである.アリルアミンN-アセチルトランスフェラーゼ(NAT)は肝臓由来のものが、外来性アリルアミンの解毒に関与するといわれているが、脳由来NATの生理機能は不明である。

そこでアンチセンスプローブを複数種類まぜてin situ hybridizationを単型性について脳で行ったところ、神経細胞、脳上衣細胞が染まり、今後は脳への物質流入場所について多型性も合わせて詳細に調べたいと思っている。また、脳NATの内因性基質の有力な候補としてキヌレニンに着目した。大腸菌にヒトのNAT-1(単型性)とNAT-2(多型性)を発現させ酵素源としキヌレニンのアセチル化反応を行い、HPLCにて産物を分離した.これをN′-アセチル-L-キヌレニンの移動度ど比較したが、目的のピークは見られなかった。さらに、中枢神経変性疾患であるアルツハイマー病患者においてはアポEε4型の多いことが既に報告されているので、アポE型と多型性NATの関連性を調べた。その結果、非アポEε4型のアルツハイマー病患者においてNATの迅速型の多い傾向が見られた。
乾癬発症におけるランゲルハンス細胞の役割：遊走および抗原提示についての検討

申請者らは、モデルマウス研究を通じて乾癬の発症機序を明らかにしてきた。しかし、表皮内における抗原提示樹状細胞であるLCの乾癬の病態における機能は十分に明らかにされていない。そこで本研究で乾癬病態成立におけるLCの機能を明らかにすることで乾癬の発症機序を明らかにし乾癬の新しい治療に繋げたい。
新規パルスレーザー堆積法による深紫外線発光素子の作製

本研究では,薄膜作製法の一つであるパルスレーザー堆積法(PLD法)に冷凍ターゲットと高強度フェムト秒パルスとを組み合わせた,新しい概念のPLD法の開発と,その応用として高品質窒化硼素薄膜の作製を目的に研究を行った.専用の製膜装置を設計・製作したのち,冷凍ベンゼンターゲットを対象としたレーザー照射によってsp3結合を含むダイヤモンド様炭素薄膜の作製に成功するとともに,深紫外発光素子にむけた窒化硼素薄膜作製のための要素技術を確立した.本研究では,新規パルスレーザー堆積法(PLD法)を用いた深紫外発光素子の創製を目的とし研究を行った.本研究の遂行に必須と考えられる点は,デブリの排除と高エネルギー励起種の発生である。これらの課題に対して本研究では液体のボラジンを冷凍した冷凍ターゲットを用いること,数mJの高強度フェムト秒パルスレーザー光を用いることによって,高品質立方晶窒化硼素(c-BN)薄膜を作製し,ダブルレーザーアブレーション法によりc-BN薄膜への異種原子ドープを試みた.本年度は,本研究で新たに製作したPLD法に液体ターゲットと高エネルギー励起種を組み合わせたPLD法のための専用チャンバーに対して,異種原子ドープのためのダブルレーザーアブレーションのための機構を構築した.二つのターゲットに対するレーザー照射は入射レーザー光をビームスプリッターにより所定の強度比となるように分岐したのちそれらに光路差を設けることで二つのターゲットへの照射タイミングをずらした.ダブルレーザーアブレーション法による薄膜への異種原子ドープは,まず冷凍ターゲットとしてベンゼン,異種原子ドープ用ターゲットとしてペレット状のホウ素を用いることでDLC薄膜へのホウ素ドーピングを行った.その結果,薄膜の深さ方向にホウ素が均一に分布したホウ素ドープDLC薄膜の作製に成功した.一方,BN薄膜作製のためにボラジンターゲットを用いた製膜実験を試みたものの,ボラジンはベンゼンに比べて融点が低いため(215 K)現行のシステムでは真空下において安定な冷凍ターゲットを作製することが困難であることが分かった.これに対しては現在冷却機構の改良を進めており,改善後実験を行う予定である.本研究では,薄膜作製法の一つであるパルスレーザー堆積法(PLD法)に冷凍ターゲットと高強度フェムト秒パルスとを組み合わせた,新しい概念のPLD法の開発と,その応用として高品質窒化硼素薄膜の作製を目的に研究を行った.専用の製膜装置を設計・製作したのち,冷凍ベンゼンターゲットを対象としたレーザー照射によってsp3結合を含むダイヤモンド様炭素薄膜の作製に成功するとともに,深紫外発光素子にむけた窒化硼素薄膜作製のための要素技術を確立した.
In situ時分割XPS測定法の開発と電極反応への展開

申請者はこれまで、独自の環境セル技術によって、従来、真空中でのみ測定が可能だったX線光電子分光法(XPS)を固液界面で起こる電気化学反応のその場観察に世界で初めて応用している。本研究ではこの手法をさらに発展させて、反応に付随した組成・酸化状態変化を時分割追跡するための測定系構築に関して検討を行った。XPSの二次元検出器が取得した生データを外部の時分割回路を介してオシロスコープに出力・演算することによって、検出感度の向上および計測時間の短縮を図り、現時点で、総カウント数およびピーク強度はおよそ2倍程度まで向上している。ロックインアンプの利用など、さらなる工夫により一層の機能向上を目指している。X線光電子分光装置の2次元検出器が取得した信号を分岐・変換し、検出感度を向上させることによって、計測に要する時間を大幅に短縮し、化学反応に付随した組成・酸化状態変化をその場・時分割で追跡するための測定系構築に関して実証実験を進めている。申請者が保有する装置では、2次元検出器の各チャンネルに入る信号情報が積算され、信号処理された結果のスペクトルが専用のPCソフトウェア上において表示されるため、検出器の各チャンネルの信号を個別に取り扱うことができなかった。そこでH28年度は、リアルタイムでの信号の取り出しが可能な測定系の構築を行った。既存装置の検出器には導線が張り巡らされており、導線に電子が衝突すると両端に向かって電荷が流れ、「一方の端に到達する時間」と「もう一方の端に到達する時間」の「時間差」によって、「電子が導線のどの位置に衝突するか」すなわち「電子の持つエネルギー」を決めている。信号をできるだけ取りこぼしなく集め、電子が衝突した回数を時間差に対してヒストグラム化すると横軸が電子の運動エネルギー、縦軸がカウント数となり光電子スペクトルが得られる。そこで、装置の検出系の配線を変え、低ノイズ・高分解能化のため高い時間分解能を持ち、また高感度・高速化のため計数効率が高く不感時間の短いシステムを活用した測定系を構築し、2次元検出器がとらえた「積算される前の信号」を得ることに成功した。これらの信号を時分割回路を介してオシロスコープに出力させることによって、生データを解析し、高感度・高分解能化について検討した。その結果、不感時間が短いため、全体のカウント数が2倍まで向上し、ピーク強度も2倍程度まで向上した。さらに、このシステムではより広範な計測レンジを測定することが可能であり、バックグラウンドをより正しく取り扱うことができるため、より定量的なスペクトルの議論が可能となった。本研究では、X線光電子分光装置の2次元検出器が取得した100chの信号それぞれをロックイン増幅検知することによって、各チャンネルが取得した信号強度を高感度化し、短時間(時分割)でスペクトルを取得することを目指している。しかし、100chすべてをカバーするロックイン検出器は非常に高額であり、導入することが不可能な状況にある。H28年度では、装置レンタルの方法を模索したが、やはり研究経費の不足により未実施という状況である。H29年度には、100ch分の信号のうち一部のチャンネルのみをカバーしたロックイン検出器を利用して実証試験を実施する。また、2次元検出器が取得する生の信号を取り出すこと自体には成功しており、不感時間が短く、計数効率の高い回路を使用することのみによっても、感度の向上が確認されており、この測定システムを実際の化学反応に適用する。X線光電子分光法の2次元検出器が取得した信号を分岐・変換し、検出感度を向上させることによって、計測に要する時間を大幅に短縮し、化学反応に付随した組成・酸化状態変化をその場・時分割で追跡するための測定系構築に関して実証実験を行った。平成28年度に申請者が保有するX線光電子分光装置の検出系に手を加え、ディレイライン検出器の各チャンネルに入力される信号を直接取り出し、個別に取り扱うことが可能となった。これらの信号を時分割回路を介してオシロスコープに出力・演算させることによって、生データを解析し、高感度・高分解能化への可能性を示した。これを受けて、平成29年度はこの信号を多チャンネルの外部アンプに出力・増幅することによって、さらなる高感度・高分解能化を目指したが、多チャンネルの外部アンプを取得するための資金が不足したため、化学反応その場観察のための測定系構築を先行させた。申請者は放射光施設の硬X線を用いて、厚さ15 nmのシリコン薄膜をX線および電子の窓として利用する独自の配置によって、固液界面における光電子分光スペクトルの測定に世界で初めて成功している。本プロジェクトでは、実験室型のX線光電子分光装置を利用するため、輝度およびエネルギーの低さを補う目的で、X線および電子の窓をさらに薄層化し透過率を向上させる必要がある。同時に、液体を真空中で隔離・保持するため、薄膜には十分な耐久性が求められる。窓材として数種類の薄膜を検討し、膜内部に保持した水の光電子検出を試みた結果、薄膜の厚さと強度の関係に加え、光電子の透過率に関して重要な知見が得られた。厚さ8 nmのカーボン薄膜を用いた場合、十分な透過率と強度が両立されることが示された。現在、高感度化された検出系と薄膜透過型の測定系をあわせたその場観察実験を推進中である。

本研究ではこの手法をさらに発展させて、反応に付随した組成・酸化状態変化を時分割追跡するための測定系構築に関して検討を行った。XPSの二次元検出器が取得した生データを外部の時分割回路を介してオシロスコープに出力・演算することによって、検出感度の向上および計測時間の短縮を図り、現時点で、総カウント数およびピーク強度はおよそ2倍程度まで向上している。ロックインアンプの利用など、さらなる工夫により一層の機能向上を目指している。研究提案書記載の通り、H28年度に構築した測定系を化学反応のその場観察に適用し、X線光電子分光法によって表界面反応進行時における化学組成・酸化状態変化を追跡可能であるということを実証する。具体的には、申請者が独自に開発した電気化学その場XPS測定用セルを用いて、金属イオンの電気化学的還元析出過程をその場観察する。また、H28年度に未達となっているロックイン増幅検知による高感度化の実証について、100chのうち一部のチャンネルのみをカバーしたロックイン検出器を用いて実証実験を行う予定である。電気化学、表面科学