hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
膵移植に関する実験的・臨床的研究

過去3年間にわたる実験的膵移植の成果と,これを踏まえて臨床応用を施行した膵の自家移植例を中心に本法施行上の各種の問題点について報告する.1.膵の移植に関する実験的研究:膵全摘犬を用いた膵のラ島自家移植に関する実験的研究により,正常膵を用いると移植膵は長期にわたり血糖の調節能を発揮し得るが,高度の繊維化膵ではラ島の回収率は低率であり,血糖の正常化は困難であることが判明した.しかしながら同様の実験を膵の亜全摘犬を用いて施行すると,残存膵は著明なラ島の再生肥大を呈することを確認した.一方膵の部分自家移植に関する検討により,古来問題点の多い膵管処理法と移植膵の静脈血栓防止法については,膵空腸吻合や膵膀胱吻合をなし且つ膵脾の合併移植法やA-V Shunt法の採用によりこれらの問題点はほぼ解決可能となった.この結果を踏まえて,同種膵の部分移植を行い,拒絶反応の早期診断には尿中のアミラーゼや血中の過酸化脂質,そしてIa抗原陽性リンパ球の測定が,有用である結果を得た.2.膵広範切除兼切除膵の自家移植に関する臨床的研究:これまでに臨床例9例に対して切除膵の自家移植を施行してきた.その膵移植の方法は,所謂ラ島移植7例,膵の部分移植2例で,疾患別内訳は慢性膵炎4例,膵頭領域癌5例である.ラ島移植の7例に関してその耐糖能を術前と比較検討すると不変2例そして低下5例であった.臨床的にはラ島移植による移植膵の回収率は5%程度の低いものと推定され,今後は線維化膵よりの回収率の良好なラ島分離法を開発する必要性が示唆された.一方膵部分自家移植例では, 1例を移植膵の静脈血栓併発により移植後早期に摘出を余儀なくされたが,残る1例では膵脾合併移植法の採用により,移植膵は良好な生着をみている.膵部分移植の手技的な問題点として,移植膵の静脈処理法の重要性が改めて確認される結果となった.過去3年間にわたる実験的膵移植の成果と,これを踏まえて臨床応用を施行した膵の自家移植例を中心に本法施行上の各種の問題点について報告する.1.膵の移植に関する実験的研究:膵全摘犬を用いた膵のラ島自家移植に関する実験的研究により,正常膵を用いると移植膵は長期にわたり血糖の調節能を発揮し得るが,高度の繊維化膵ではラ島の回収率は低率であり,血糖の正常化は困難であることが判明した.しかしながら同様の実験を膵の亜全摘犬を用いて施行すると,残存膵は著明なラ島の再生肥大を呈することを確認した.一方膵の部分自家移植に関する検討により,古来問題点の多い膵管処理法と移植膵の静脈血栓防止法については,膵空腸吻合や膵膀胱吻合をなし且つ膵脾の合併移植法やA-V Shunt法の採用によりこれらの問題点はほぼ解決可能となった.この結果を踏まえて,同種膵の部分移植を行い,拒絶反応の早期診断には尿中のアミラーゼや血中の過酸化脂質,そしてIa抗原陽性リンパ球の測定が,有用である結果を得た.2.膵広範切除兼切除膵の自家移植に関する臨床的研究:これまでに臨床例9例に対して切除膵の自家移植を施行してきた.その膵移植の方法は,所謂ラ島移植7例,膵の部分移植2例で,疾患別内訳は慢性膵炎4例,膵頭領域癌5例である.ラ島移植の7例に関してその耐糖能を術前と比較検討すると不変2例そして低下5例であった.臨床的にはラ島移植による移植膵の回収率は5%程度の低いものと推定され,今後は線維化膵よりの回収率の良好なラ島分離法を開発する必要性が示唆された.一方膵部分自家移植例では, 1例を移植膵の静脈血栓併発により移植後早期に摘出を余儀なくされたが,残る1例では膵脾合併移植法の採用により,移植膵は良好な生着をみている.膵部分移植の手技的な問題点として,移植膵の静脈処理法の重要性が改めて確認される結果となった.1.膵の再生に関して膵組織片自家移植の影響に関する研究雑種成犬を用いて90%の膵亜全摘の後、切除膵を用いて既報の方法により膵の組織片を作製して、脾臓内へ自家移植し、膵亜全摘犬を対象として、その膵内分泌機能や残存膵の再生率を比較検討した。膵移植犬の耐糖能は長期にわたり正常値を示したが、膵亜全摘犬では漸次Sandmeyer型糖尿病に移行を示した。また膵移植犬の残存膵では膵亜全摘犬と比較して、その重量増加率ならびにラ島容積増加率の著明な上昇を認めた。以上より、膵亜全摘兼切除膵組織片自家移植により、残存膵は著明な再生現象を呈することが判明し、本法は臨床的応用の価値が高いものと考えられた。2.自家膵部分移植に関する実験的研究膵部分移植に際して問題となる膵液処理法に関して、自家膵部分移植モデルを作製し、膵管腹腔内開放群,膵管内neoprene注入群,膵空腸吻合群,膵膀胱吻合群の4群にわけて、移植膵の耐糖能や組織学的所見を比較検討した。膵管の腹腔内開放群とneoprene注入群では、経時的にその耐糖能は低下を示し、移植膵は委縮し組織学的にも著明な膵線維化を認めた。

一方膵空腸吻合群や膵膀胱吻合群においては、その耐糖能は長期にわたり正常域にあり、膵は正常の形態を保っていた。以上より膵の部分移植に際しては、空腸または膀胱と移植膵の吻合が望ましいものと考えられた。以上過去2年間の実績を踏まえて、ヒト切除膵の自家移植の臨床応用をはかり、さらに血管吻合による同種膵部分移植の実験的研究についても着手している。
学生プロジェクトの国際比較によるイノベーション教育のための教育課程と教授法開発

本研究は、知識基盤社会を迎えた今日、海外の先進事例を調査することによって、日本の大学において、イノベーション教育を実施するための基礎資料とするものである。その柱は三つあり、それらは、大学教育におけるプロジェクト型学習(PBL)の類型化、ユーザー視点・社会的視点から工学、ビジネス、デザインを融合する手法、そして、知識伝授の教授法から転換したグループ学習・コーチングの手法開発である。
あたらしい染色性walking法の開発

1.染色体ライブラリークローンソーティング法の開発:十分な数のライブラリークローンの制限酵素地図を作成し、そのパターンから重なり合うクローンを次々に見出し、染色体全体にわたるクローンのセットを作成するという、新しい染色体wclking法の開発を種々のステップについて行なった。(1)極微量のクローンDNA調製法:ベクターにラムダファージを用い、ファージの増殖・DNAの抽出などのすべての操作を96六マイクロタイターブレート上で行うことにより、数千クローンのDNAを短時日に調製する方法を開発した。(2)部分分解を用いる多数のクローンの制限酵素地図を高能率に決定する方法:クローンDNA試料中のDNA濃度を担体DNAによって一定にすることにより、種々の6塩基認識制限酵素の安定な部分分解条件を設定した。1000クローンの制限酵素地図を4週間程度で作成しうるゲル電気泳動のシステムを作成した。(3)制限酵素地図の作成・重なり合うクローンの探索のためのコンピュータープログラムの開発:デジタイザー、パソコン端末(本研究費で購入)、大型計算機を用いるシステムを開発した(神戸大学・磯野教授の協力を得た)。2.大腸菌染色体DNAの物理地図作成への応用:本方法の検討を行うためのモデル実験として、大腸菌染色体DNA(約4700キロ塩基対(kb))のライブラリーを解析した。約1000個のランダムに拾い上げたライブラリークローンについて8種の制限酵素地図を作成し、コンピューターに入力した。これを上記の方法で並べかえた結果、72のグループに分かれた。この段階で各グループ間のギャップは非常に小さいと見積もられたので、追加の2000クローンを高密度に接種するプラークハイブリダイゼーション法を開発し、グループをつなげていった。その結果、4700kbのほぼ完全な物理地図を作成した。
癌細胞の浸潤・転移におけるインテグリンファミリーの役割

1.インテグリンα6サブユニットを特異的に切断するリボザイム遺伝子を化学的に合成し、そのヌクレアーゼ活性をin vitroで転写したα6サブユニットmRNA断片を用いて確認した。この合成リボザイム遺伝子をヒト線維肉腫細胞HT1080に強制発現させたところ、インテグリンα6β1の発現が対照細胞の3040%に低下した細胞株(クローン1A6および2B6)が得られた。これらの細胞株はラミニンへの接着能が特異的に低下しており,再構成基底膜への浸潤能も有意に低下していた。一方、in vitroでの増殖能に関しては、対数増殖期に入るまでの時間が対照細胞に較べて若干遅れる傾向は見られたが、対数増殖期での増殖速度には有意な差は認められなかった。対照細胞とα6β1発現抑制細胞株をそれぞれヌードマウスの尾静脈より注入したところ,対照群では高率で肺に転移巣を形成したが、発現抑制細胞クローン1A6では肺への転移は全く認められなかった。また、クローン2B6の場合も、肺への転移があったのは、わずか12匹中1匹だけであった。これらの結果は、ラミニンに対する主要な接着レセプターであるインテグリンα6β1が癌細胞の転移形成において重要な役割をはたしていることを強く示唆している。同様にして、インテグリンα4サブユニットを特異的に切断するリボザイム遺伝子を化学的に合成し、これをヒト横紋筋肉腫細胞RDに強制発現させ、インテグリンα4β1の発現が対照細胞の約10%に低下した変異細胞株を分離した。この細胞株をヌードマウスの尾静脈から注入したところ、対照細胞では17匹中11匹に肺転移を認めたが、α4β1発現抑制細胞では17匹中4匹のみに肺転移が認められた。この結果は、α6β1だけでなく、α4β1もがん細胞への肺への転移に関与していることを示唆している。
模擬産婦と分娩シーンシナリオ（CTG含む）を活用した分娩介助演習の効果

われわれは、シナリオからの役作り、演技の実際例、シミュレーター操作、フィードバックの原則と実際例、フィードバック練習、模擬産婦体験からなる模擬産婦養成プログラムを開発し、養成した模擬産婦が参加する学内演習を行い、その効果を臨床実習での分娩介助1例ごとの評価表により評価した。その結果、110例目の調査では介入群13名は対照群70名に比べて5例目の段階における産婦ケア能力が有意に高かった。また、異なる対象の調査では、介入群11名は対照群9名に比べて13例目の初期段階においても「胎児心拍の回復を促す」等の実践能力が有意に高かった。演習は産婦ケア能力を向上させる効果があると考える。1)模擬産婦養成プログラム開発として、すでに試行済みの試案を基に、1日コースの養成プログラムを作成した。短時間で養成する必要があること、および分娩経過の理解の点で模擬産婦となる対象者は臨床助産師とした。3大学で参加を募った臨床助産師8名に対して養成プログラムを実施し、各校での助産実習前に模擬産婦が参加する演習を実施した。模擬産婦養成プログラムの評価は参加者から評価用紙にて収集した。模擬産婦の演技およびフィードバックの評価は参加学生、模擬産婦、研究者から評価表にて収集した。さらに、助産実習終了後に模擬産婦が参加する演習について、3校において学生のグループインタビューにより効果の評価を収集した。その結果をもとに模擬産婦養成プログラムの改良を検討した。2)模擬産婦が参加する演習の効果が、実際の実習中の分娩介助にもたらす影響を検証するため、1)で養成した「模擬産婦」が参加する分娩介助演習を4年次生の助産実習前に3大学の学生18名に対して実施し、助産実習での分娩介助について先行研究で用いられている評価表を使用して1.2.3.5.8.10例目の自己評価を収集した。平成23年度に養成プログラムを受けていない模擬産婦(教員などが演じた)の演習を体験した学生15名の自己評価と比較した。3)分娩シーンシナリオについては、演じやすさ、事例の汎用性については問題なかったが、15分程度の演習時間となるよう改良を検討した。1.改良模擬産婦養成プログラムの評価シミュレーター操作練習、各自の演技場面DVDの視聴、およびフィードバックについての内容を強化した、改良模擬産婦養成プログラムを参加者に実施し、参加者6名、学生19名、研究者8名からの評価を評価票にて収集した。また、学生との実際の演習の終了時に同じ評価票を用い、養成プログラム時の評価と比較した。研究者の評価では、養成プログラム時よりも演習時に模擬産婦の総合評価(10点満点)は7.61から8.70へ、演技面では評価項目10項目中「演技や視線は自然だった」「演技は事例の産婦をよく表現していた」「産婦は役割に徹していた」等7項目で評価が有意に向上した。研究者の評価はフィードバック面では、プログラム時、演習時とも評価が高く、「演習の目的に合わせたFBをした」のみが有意に向上した。参加者の自己評価は研究者よりもすべての項目で低かったことから、研究者による客観的評価を参加者に返していく必要性が考えられた。2.模擬産婦が参加する演習の実習での効果検証養成した模擬産婦が参加する演習を実施した17名について、助産実習での分娩介助について1例目、2例目、3例目終了後に自作の「分娩介助自己評価表」を用いて自己評価を収集した。対照群として3校の学生のうち「模擬産婦」が参加する演習を経験しなかった13名の助産学生の自己評価を収集し、比較検討した。その結果明らかに有意差を認めたものはなかった。引き続き次年度に介入群、対照群の調査を継続し例数を増やして再度比較を行う。3.分娩シーンシナリオの精選演習の授業運営からシナリオを短時間にする必要があるが、破水などのバリエーションを省くとリアリティが減少することから分娩第2期、破水と軽度の除脈の要素を含むものとした。模擬産婦からは実際に良くある場面との評価を得た。PCによる再生は検討中である。1.模擬産婦養成プログラムの公開模擬産婦評価表、模擬産婦養成プログラム参加者の評価、助産実習の分娩介助評価表の状況から養成プログラムを修正し、公開版を作成し、広く公開するためにA4版8ページからなる「模擬産婦養成プログラム」を1500部作製した。内容は1模擬産婦養成プログラム作成の背景2模擬産婦養成プログラムの概要3模擬産婦養成プログラムの実際4模擬産婦が参加する演習の体験談である。各助産師養成所に送付した。2.模擬産婦が参加する演習の効果検証実習前に模擬産婦が参加する演習を実施した前年と同じ2大学において、模擬産婦が参加する分娩介助演習を4年次助産実習前に学生11名を対象に実施し、これを介入群とした。その後助産実習における分娩介助について1例目3例目終了後に自作の「分娩介助自己評価表」(分娩第2期の胎児と産婦に合わせたケア等10項目、4段階評定)を用いて実践の自己評価を記入しデータとした。対照群として他大学の模擬産婦が参加する演習を経験しない助産学生9名、模擬産婦が参加する演習を見学した学生10名を見学群として同様に13例目の「分娩介助自己評価表」のデータを収集した。

その結果、1例目で『胎児心拍の回復を促すことができた』で、介入群が対照群、見学群より高く、『産婦に合わせて呼吸や努責の誘導ができた』で、介入群が対照群より高かった。また、2例目では『胎児心拍の回復を促すことができた』では、介入群が対照群、見学群より高かった。さらに3例目では『胎児心拍の回復を促すことができた』で、介入群が対照群より高かった。『産婦をリラックスさせることができた』では、見学群が介入群より高く交互作用が認められた。このことから、介入群は13例目の初期段階の分娩介助実習において産婦ケア実践能力が高く、模擬産婦が参加する演習の効果と考えられた。また演習を見学することにも効果があると示唆された。われわれは、シナリオからの役作り、演技の実際例、シミュレーター操作、フィードバックの原則と実際例、フィードバック練習、模擬産婦体験からなる模擬産婦養成プログラムを開発し、養成した模擬産婦が参加する学内演習を行い、その効果を臨床実習での分娩介助1例ごとの評価表により評価した。その結果、110例目の調査では介入群13名は対照群70名に比べて5例目の段階における産婦ケア能力が有意に高かった。また、異なる対象の調査では、介入群11名は対照群9名に比べて13例目の初期段階においても「胎児心拍の回復を促す」等の実践能力が有意に高かった。演習は産婦ケア能力を向上させる効果があると考える。改良版模擬産婦養成プログラム、助産実習における評価も予定通り実施できた。しかし、1大学の演習実施時期が他大学と異なっていたため、比較データーとして用いることができなかったので例数が減少した。シナリオについては、PCでの活用についての検討が進んでいない。母性看護学・助産学改良版模擬産婦養成プログラムを学会等で公開し、意見交換を行う。助産実習の13例目における分娩介助の評価から模擬産婦が参加する演習の効果を評価するために27年度も4校において演習と助産実習のデーターを収集し、対照群もさらに増やして比較する。模擬産婦の評価、演習効果の評価についての評価方法の検討を続ける。演習のねらいに沿ったシナリオとCTGデータを作成していく。模擬産婦養成プログラム、助産実習における評価も予定通り実施できた。しかしシナリオについては、模擬産婦が参加する演習の目的の「産婦とのコミュニケーション」を重視したため、児の健康状態や陣痛(CTG)のバリエーションのデータのPCでの利用については検討が進んでいない。平成25年度の研究分担者(石井)の繰越金が41275円あり、26年度はほぼ予算どおり支出したが残額が出た。改良版模擬産婦養成プログラムを実施し、標準型を作成して公開し意見交換を行う。養成プログラムの評価、演習効果の評価についての評価方法の検討を続ける。27年度は当初は養成プログラムの実施とデータ収集を予定していなかったが、対象者を増やして検討するため、計画を延長して実施することになった。公開講座での公表は学会での公表に変え、模擬産婦養成プログラム1回開催の謝金、旅費、会議費と、データ収集謝金および、PC教材化のための検討についての会議費、旅費当初の50万円に加えて残額を使用する。パソコン等によるCTGデーターの利用を可能とするための検討が進んでおらず予定額よりも消耗品等の支出が少なかった。次年度に演習に必要な多様なシナリオとCTGデータを検討するため、この金額を消耗品の購入、打ち合わせ旅費などに使用する予定
荘型ヘルパーT細胞の誘導によるトキソプラズマ病の制御

得られた主な研究成果は以下のとおりである。1)ネコサイトカインIL-12のクローニングと発現Th1細胞誘導に最も重要と言われているIL-12のクローニングを行った。ネコ脾臓細胞よりcDNAライブラリーを作製した後、ヒトIL-12 p35とIL-12 p40のcDNAをプローブとしてスクリーニングを行った。得られたネコIL-12 p35とIL-12 p40遺伝子をCOS細胞で発現し、その生物活性を調べたところ、ネコ末梢血リンパ球に対するIFN-γ誘導とCTL増強活性が認められた。T.gondii RH株より得られたcDNAを鋳型とし、主要抗原とされるP22、P30、P43、P54、SRS1遺伝子をPCR法によりクローニングした。大腸菌発現系を用いてそれぞれの遺伝子を発現・精製し、マウスに免疫した後にT.gondii Beverley株にて攻撃したところ、組換えP22とSRS1の感染防御効果が最も顕著であった。また、in vitro虫体増殖抑制試験を行ったところ、何れの抗血清にも虫体増殖抑制活性が認められた。P22(SAG2)、P30(SAG1)、P54(ROP2)、SRS1遺伝子をCAGプロモーターに制御される発現ユニットを作製した後にFHV-1のトランスファーベクターpfTK-SBに挿入しpfTK/P22、pfTK/P30、pfTK/P54、pfTK/SRS1を得た。pfTK/P22、pfTK/P30、pfTK/P54、pfTK/SRS1と感染性FHV-1DNAをCRFK細胞にco-transfectした後に、TKに特異な抗ヘルペスウイルス剤であるAraTを用いて選択し、組換えFHV-1/TgP22、FHV-1/TgP30、FHV-1/TgP54、FHV-1/SRS1をそれぞれ得た。組換えネコヘルペスウイルスにより発現されたP22、P30、P54、SRS1はそれぞれT.gondii虫体由来の天然型タンパク質に類似した抗原性を保持していることが確認された。一方、IL-12を発現する組換えネコヘルペスウイルスは現在作製中である。4)組換えネコヘルペスウイルス接種ネコにおける感染防御効果組換えFHV-1/TgP22、FHV-1/TgP30、FHV-1/TgP54、FHV-1/SRS1をそれぞれSPFネコに経鼻・口接種(1x10^6PFU/頭)した後に、T.gondii Beverley株を経口投与(1x10^4/頭)し感染防御効果を評価した。何れの接種群でも完全な感染防御効果は得られなかったが、糞便中に排泄されるオーシスト量の減少が認められた。これらの各組換えウイルスとIL-12を発現する組換えウイルスをネコに混合接種し、IL-12のTh1細胞誘導によるアジュバント効果を調べることが今後に残されている課題である。4)組換えネコヘルペスウイルス

接種ネコにおける感染防御効果組換えFHV-1/TgP22、FHV-1/TgP30、FHV-1/TgP54、FHV-1/SRS1をそれぞれSPFネコに経鼻・口接種(1x10^6PFU/頭)した後に、T.gondii Beverley株を経口投与(1x10^4/頭)し感染防御効果を評価した。何れの接種群でも完全な感染防御効果は得られなかったが、糞便中に排泄されるオーシスト量の減少が認められた。また、in vitro虫体増殖抑制試験を行ったところ、何れの抗血清にも虫体増殖抑制活性が認められた。これらの各組換えウイルスとIL-12を発現する組換えウイルスをネコに混合接種し、IL-12のTh1細胞誘導によるアジュバント効果を調べることが今後に残されている課題である。細胞内寄生原虫であるT.gondiiによるトキソプラズマ病の発症を抑えるには細胞性免疫を誘導するI型ヘルパーT細胞(Th1細胞)の誘導が重要であることが示唆されている。そこで、本研究は細胞性免疫によるトキソプラズマ病の感染防御機構を解明することを目的に以下の基本手順で実施される。1)Th1細胞を誘導するサイトカイン(IL-2、IL-12、IFN-γ)とTh2細胞を誘導するサイトカイン(IL-4、IL-10)を大量に発現する。2)それぞれのサイトカイン、あるいはその組み合わせをFIV/T.gondii感染猫に投与し、トキソプラズマ制御におけるサイトカインならびにTh1細胞の役割を詳細に検討する。3)細胞性免疫が誘導できかつ外来遺伝子を挿入可能なFHV-1をベクターとし、これらTh1細胞誘導サイトカインとT.gondii由来抗原を発現させる組換えFHV-1を作製し、ワクチン効果及びトキソプラズマ病の制御能を検討する。本年度までに得られた主な成績は以下の通りである。1)ネコの未梢血から単球を、あるいは胸腺から胸腺細胞を分離し、ConAで刺激後mRNAを回収し、RT-PCR法にてIL12、IFN-γ遺伝子をクローニングした。2)ネコIL12、IFN-γ遺伝子の大腸菌発現系を確立した。3)トキソプラズマ病の感染・発症防御に関わると思われる主要抗原P22、P24、P30、P43、P54、SUS1などの遺伝子をクローニングした。4)P22、P54、SUS1を大腸菌で発現し、マウスに免疫した後にトキソプラズマ原虫で攻撃したところ有意な感染防御効果が認められた。1)T.gondiiのBeverley株を用いて、ネコの実験感染系を確立した。2)ネコ体内での虫体を検出するための高感度のPCR法を確立した。3)ネコ体内での特異抗体を検出するための高感度の血清学診断方法を確立した。
荒天海域の耐航性能推定法としてCIP・直交格子法の実用化に関する研究

本研究の主な成果は以下のとおりである。(1)自由表面の計算に界面補足法であるTHINC法を改良した。非等間隔移動格子を使う場合、自由表面の計算精度を向上させた。(2)クォータニオンを用いて船体の6自由度計算法を開発した。斜波中大振幅運動の計算ができるようになった。(3)直交格子法ベースの流体・構造連成解析法に関する研究を行った。流体解析はCIP・直交格子法、構造解析は非線形有限要素法を用いた流体・構造連成解析に関する分離解析法(Partitioned approach)を開発した。(4) CIP・直交格子法の計算プログラムに対してMPIに基づく並列化開発を行った。PCクラスターで大規模並列数値計算ができるようになった。CIP・直交格子法を本格的な荒天中の耐航性問題の評価ツールに発展していく研究は、本年度が初年度であり、得られた主な研究成果は以下である。(1)自由表面計算するための界面補足法であるTHINC法の改良を行った。従来のdirectional splitting法の代わりに,セル積分ベースの多次元THINC法を構築した。また、既存のTHINC法とTHINC/WSLIC法から発展して、本研究では新たにTHINC/WPLICを考案した。非等間隔移動格子を用いた数値水槽において水面進行波に対する数値計算を行った結果,THINC法では波面の滑らかさに問題があり,THINC/WSLIC法では波高が減衰する傾向になり,本研究で提案したTHINC/WPLICは一番バランスのとったスキームであることが分かった。(2)前年度までの研究で開発された迎波に対応する計算プログラムを斜波対応へ拡張した。斜波中の船体の6自由度大振幅運動を計算するために、オイラー角の方法より計算効率・安定性の良いクォータニオンによる方法を開発した。そして、大波高斜波中航行するコンテナ船に加わる非線形波浪力を計算するための数値水槽を構築し、数値シミュレーションを行い、水槽実験と比較して精度検証を行った。CIP・直交格子法を本格的な荒天中の耐航性問題の評価ツールに発展していく研究は、本年度が2年目であり、計算コードの並列化と流体・構造連成解析法の開発に重点を置き、得られた主な研究成果は以下である。(1)CIP・直交格子法の計算コードに対してPCクラスターで高度並列運算を実現するために、MPIに基づくコードの並列化に関する研究開発を行った。まずこれまでの研究で開発されたFortran77のコードをベクトル化や並列化に適したFortran90形式に書き換え、プログラムの最適化を施した。コード並列化改造に関して、今年度では移流・拡散計算と圧力反復計算に対するコードの並列化改造を完了し、性能の確認を行った。開発された並列化コードには異なるシステムへの移植性を考慮してプログラムの構造に対して工夫を凝らした。(2)直交格子法ベースの流体・構造連成解析法に関する研究を行った。流体解析はCIP・直交格子法、構造解析は非線形有限要素法を用いた流体・構造連成解析に関する分離解析法(Partitioned approach)の開発を行い、今年度では構造解析用の非線形有限要素法プログラムを作成し、2次元の連成計算コードを完成した。特に分離解析法が問題になりやすい連成の安定性に関して、流体・構造計算の反復回数、緩和係数、構造へ加わる流体荷重の平滑化などの項目について重点的に研究を行い、安定した計算ができるようになった。さらに、前年度で実施した床に設置された弾性垂直板に水が衝突するダム崩壊実験に対応する数値シミュレーションを行い、水面変化および板の弾性変形について計算と実験を比較し、計算精度の確認とともに、今後の研究開発方向について検討を行った。CIP・直交格子法を本格的な荒天中の耐航性問題の評価ツールに発展していく研究は、本年度は最終年度で、並列コードの開発及び流体・構造連成解析法の改良に研究の重点を置き、得られた主な研究成果は以下である。(1)MPIに基づくCIP・直交格子法の並列化に関する昨年度の研究成果を基にして、今年度は3次元並列コードの開発を完了した。タンクスロッシング問題や波浪と船舶の強非線形相互作用問題に対して、PCクラスタシステムで並列コードによる数値シミュレーションを行い、並列コードの精度を検証したと共に、コードの並列化率・加速率などの指標に対して調べた。(2)昨年度の研究で開発した流体解析にCIP・直交格子法、構造解析に非線形有限要素法を用いた流体・構造連成解析の分離解析法(Partitioned approach)に対して、計算精度と数値安定性について改良を行った。特に、薄板構造に対して厚みのある仮想板を使う方法を開発し、直交格子ベースのCFDで高精度シミュレーションを実現した。(3)CIP・直交格子法にLES乱流モデルを導入した。

流体・構造連成問題に対して、乱流モデルの導入で自由表面の激しい運動に対してより安定な数値シミュレーションができるようになった。(4)CIP・直交格子法に対して風車モデルの導入などの拡張を行い、洋上風力発電用浮体の極限波浪荷重の予測に応用した。
強レーザー場中の分子内プロトン加速機構の基礎理論

今年度も引き続き、二つのテーマで研究を行った。昨年度から始めた第1のテーマは、強光子場における分子ダイナミクスを古典力学によって記述することである。この方法によって、高強度の数サイクルレーザーパルスとH_3^+分子の相互作用のモデルを構築し、実験で得られた運動エネルギースペクトルの定性的特徴を再現することに成功した。我々は、このようなモデルを、他の方法ではシミュレーションできない大きな分子に適用することが可能であると考えている。我々の研究の結果はPhysical ReviewLetters誌に掲載され、それに続く成果を学術ジャーナルに投稿中である。第2の研究は、実験で見られた、強レーザーパルスに曝された炭化水素分子の高電荷状態について説明することを目的とした。目的達成のため、我々はサイズの小さいアセチレン分子の一次元モデルを用いることにした。いくつかの炭素と水素原子間の距離について時間依存的ハートリー・フォック方程式を解くことにより、炭素-水素原子間の距離が平衡距離の2倍に引き伸ばされたとき、イオン化する確率が大幅に増強されることを示すことができた。これは、実験結果とも一致するものである。我々の計算では、最大6個の電子が放出されることが示された。このような増強イオン化のメカニズムは、電子軌道が空間的に局在することに起因する。この研究結果についての論文は、Physical Review AのRapid Communicationに受理され、ウェブで公開されている。第1の研究テーマにおいては、実験で得られた結果の定性的な特徴であるが、再現する古典モデルを構築できた。第2の研究では、当初の目標である炭化水素分子の一次元モデルでのシミュレーションには成功したが、三次元モデルへの発展、ハートリー・フォック近似計算の改良などいくつかの課題が残った。今後、レーザー分子の相互作用に関する研究に係わることになれば、多配置時間依存的ハートリー・フォック法の理論と応用について学びたい。研究を重ねれば、多電子多原子分子の量子反応のシミュレーションが可能になると考えている。この方法を実用化するには、電子交換演算子をいかに用いるか、また、複数の計算機でパラレルに計算を行うのに適したコンピューターコードを構築することが重要である。2009年9月より東京大学の山内薫教授、加藤毅准教授とともに開始したこの研究は、短くて強いパルスに曝されたごく小さい分子中の電子や原子核の動きを理論的に解明しようとするものである。このような複雑な過程を理解するには、実験による測定のみでなく、理論的モデルを組み立てることも重要である。分子の時間依存量子シミュレーションは、困難であるか、または実行不可能であるため、強光子場での分子の相互作用については全く新しいモデルを提案した。すなわち、分子中の粒子をすべて古典力学的に捉え、分子ダイナミクスの過程はニュートンの古典運動方程式を経るとすることである。古典的な運動方程式は、量子力学の場合の偏微分方程式ではなく、常微分方程式であるため、コンピューターでの数値積分は単純である。また、原子とレーザーの相互作用による現象は、量子力学的ではなく古典的に捉えられることが多いため、分子の場合にも古典的方法を用いることができると考えた。分子ダイナミクスと称されることの多い古典的シミュレーションの方法は、通常、分子と分子の間の相互作用に用いられるものであるが、敢えて、レーザー場中でドライブされる、分子中の電子-原子核の相互作用に用いることとした。2009年度における研究では、上述の古典的な方法に基づき、シミュレーションのためのコンピュータコードを構築することを目標とし、それをほぼ達成することができた。特に、原子物理の分野で用いられたモデル(Kirshbaum and Wilets, PRA21, 824(1980))が分子と光との相互作用の説明にも適用できることがわかった。このモデルを詳細に検討し、さまざまなパラメータモデルで試し、できるだけ現実の分子に近いパラメータ集合を得る作業を繰り返した。コンピュータコードは、山内研究室のワークステーションで作成し、テストを行った。また、H3+の分子についてシミュレーションを走らせ、結果を最近の実験データと比較した。この結果については、現在論文を執筆中である。今年度は二つのテーマで研究を行った。一つは、高強度パルスレーザーと分子の相互作用の記述に関するものである。このような分子形においては、量子ダイナミクスを記述する方程式を用いて数値的な解をも求めることは非常に困難なため、全て古典力学を用いてモデル構築することを提案した。すなわち、電子及び原子核は古典的な点粒子として記述する。しかし、このような古典力学による方式では、安定して存在するモデルを構築できない。我々は、距離の小さい電子と陽子の古典力学的表現を変形し、量子力学におけるハイゼンベルグモデルを記述することによって、安定して存在する古典モデルが構築できることを示した。このモデルを超高強度短パルスレーザー中の三原子分子H_3^+に適用したところ、実験で得られた運動エネルギースペクトルを定性的に説明することができた。また、このモデル計算により、短パルス中の電子と陽子のダイナミクスについて新たな知見を得ることができた。すなわち、複数の解離チャンネルが起こる確率は、電子のレーザー場による起状態の度合いに比例するということである。さらに、これまでに報告されていない新しい解離チャンネルを見出すことができた。この研究によって、古典物理学の理論を用いてレーザーと分子の相互作用を記述することが充分に可能であることが示された。また、多原子分子において安定した古典モデルが示されたのは、この研究が初めてであり、Physical Review Lettersに研究結果の掲載が検討されている。

第2のテーマは、低周波数のレーザー場における炭化水素系分子のイオン化に関するものである。最近の実験では、エチレンのような小さな分子はやや強度の高い低周波数のレーザー場において、効率的にイオン化されることがわかっている。レーザーパルスの時間内に、10個の電子がエチレンの中性分子から放出されると推測される。この高効率イオン化を説明するために、アセチレン分子の一次元モデルに関する計算を行った。予備的計算の結果、炭素と水素原子間の距離が平衡距離のおおよそ2倍に引き伸ばされたとき、イオン化の確率は大きく増強された。我々の計算では、まず、レーザーパルスの立ち上がりに伴うイオン化によって、炭素と水素の間の結合が弱まり、次には結合距離が伸び始めることが示された。イオン化が増強する値まで炭素と水素の間の距離が伸びた時、数個の電子が効率的に放出される。次は、この結果に基づいてモデルを発展させ、一般の多原子分子にも応用できるようにする予定である。現在、このテーマについて、学術ジャーナルへの投稿論文を執筆中である。今年度も引き続き、二つのテーマで研究を行った。昨年度から始めた第1のテーマは、強光子場における分子ダイナミクスを古典力学によって記述することである。この方法によって、高強度の数サイクルレーザーパルスとH_3^+分子の相互作用のモデルを構築し、実験で得られた運動エネルギースペクトルの定性的特徴を再現することに成功した。我々は、このようなモデルを、他の方法ではシミュレーションできない大きな分子に適用することが可能であると考えている。我々の研究の結果はPhysical ReviewLetters誌に掲載され、それに続く成果を学術ジャーナルに投稿中である。第2の研究は、実験で見られた、強レーザーパルスに曝された炭化水素分子の高電荷状態について説明することを目的とした。目的達成のため、我々はサイズの小さいアセチレン分子の一次元モデルを用いることにした。いくつかの炭素と水素原子間の距離について時間依存的ハートリー・フォック方程式を解くことにより、炭素-水素原子間の距離が平衡距離の2倍に引き伸ばされたとき、イオン化する確率が大幅に増強されることを示すことができた。これは、実験結果とも一致するものである。我々の計算では、最大6個の電子が放出されることが示された。このような増強イオン化のメカニズムは、電子軌道が空間的に局在することに起因する。この研究結果についての論文は、Physical Review AのRapid Communicationに受理され、ウェブで公開されている。第1の研究テーマにおいては、実験で得られた結果の定性的な特徴であるが、再現する古典モデルを構築できた。
患者の体内で自家組織から形成する『微小脈管再建用無吻合バイオチューブ』の開発

本研究では、自家細胞とマトリックス成分を用いて患者自身の体内において、自らの体内に移植するための代用臓器を自在に設計・誘導・再生するという、全く新しい着想に基づくD.I.Y.再生医療『生体内組織形成技術』の応用により、開発を進めている完全自家結合組織小口径代用血管バイオチューブの発展型として、吻合を行うことなく、動脈・静脈・リンパ管などのあらゆる微小脈管を再建するための“無吻合バイオチューブの開発を行うことを目的とした。そして我々は研究期間内において、我々の開発した『生体内組織形成技術』の応用により、自己血管とバイオチューブを吻合することなく一体化させることに成功した。今回開発予定の無吻合バイオチューブは、基材(鋳型)を特殊形状とする事により、(1)吻合予定の脈管内に鋳型を挿入し、(2)周囲からの自家結合組織形成誘導-カプセル化を行い、(3)最終的に基材を抜去し、(4)吻合手技無しに2つの脈管を自家結合組織で接続する。分岐形状などに付いても実験を計画しており、複数の脈管に対する複雑な同時血行再建に対応できる、分岐バイオチューブの作成についても検証している。吻合することなく自己血管と一体化した代用血管が作成できれば、吻合による術中出血の心配なく、確実な血管同士の接続が可能となり、吻合部仮性動脈瘤や吻合部狭窄などの合併症を回避できる可能性が高く、非常に有意義であると考える。また、分枝形状の無吻合バイオチューブの作成はあらかじめ分枝を持ったバイオチューブが作成可能になるということであり、多枝バイパスを要する症例に対して、複数の分枝を吻合して作成する手間が省くことが可能となることを意味する。これにより、上述の利点に加え、大幅な手術時間の短縮につながる可能性があり、患者への手術侵襲を軽減につながれば多いに意義深いことであると考えている。本研究では、自家細胞とマトリックス成分を用いて患者自身の体内において、自らの体内に移植するための代用臓器を自在に設計・誘導・再生するという、全く新しい着想に基づくD.I.Y.再生医療『生体内組織形成技術』の応用により、開発を進めている完全自家結合組織小口径代用血管バイオチューブの発展型として、吻合を行うことなく、動脈・静脈・リンパ管などのあらゆる微小脈管を再建するための“無吻合バイオチュブ"の開発を行う。A.1基材・形状設計による組織形成促進への試み2複雑な特殊形状形成への試みB.吻合作成のための特殊形状の鋳型の設計:吻合を省略するためにはあらかじめ目的とする宿主脈管とバイオチューブを一体形成できる鋳型の設計が必要である。このため、鋳型となる円柱部分をあらかじめ宿主脈管内に挿入しておく必要がある。この鋳型をスムースに抜去するための設計も必要である。また複雑形状で基材抜去困難な場合は生分解性材料での鋳型作成を検討する。D.動物への移植を前提とした急性期抗血栓性付与:移植後早期に無吻合バイオチューブは脈管内皮細胞に覆われ天然の抗血栓性を強力に発揮すると予想されるが、内皮細胞が形成されるまでの期間、基材そのものに抗血栓処理を行う必要がある。また血流再開後、内皮化までの急性期にはバイオチューブ自体にも一時的な抗血栓性の付与が望ましい。現在は水溶性アルガトロバンを用い成果をあげつつある。本研究では、自家細胞とマトリックス成分を用いて患者自身の体内において、自らの体内に移植するための代用臓器を自在に設計・誘導・再生するという、全く新しい着想に基づくD.I.Y.再生医療『生体内組織形成技術』の応用により、開発を進めている完全自家結合組織小口径代用血管バイオチューブの発展型として、吻合を行うことなく、動脈・静脈・リンパ管なとどのあらゆる微小脈管を再建するための“無吻合バイオチューブの開発を行うことを目的とした。分岐形状などについても実験を計画しており、複数の脈管に対する複雑な同時血行再建に対応できる、分岐バイオチューブの作成についても検証している。

吻合することなく自己血管と一体化した代用血管が作成できれば、吻合による術中出血の心配なく、確実な血管同士の接続が可能となり、吻合部仮性動脈瘤や吻合部狭窄などの合併症を回避できる可能性が高く、非常に有意義であると考える。また、分枝形状の無吻合バイオチューブの作成はあらかじめ分枝を持ったバイオチューブが作成可能になるということであり、多枝バイパスを要する症例に対して、複数の分枝を吻合して作成する手間を省くことが可能となることを意味する。これにより、上述の利点に加え、大幅な手術時間の短縮につながる可能性があり、患者への手術侵襲を軽減につながれば多いに意義深いことであると考えている。血管外科・無吻合バイオチューブの作成:まづは、従来より使用していた、円柱状シリコン棒で無吻合バイオチューブの作成を試みた。ビーグル犬頸動脈、頚静脈に巾着縫合をおき、その中心を切開し、それぞれ3mm、5mmの基材を挿入し、挿入部を結紮し、基材を固定することとした。実験は3頭のビーグル犬で行った。1頭は左頚静脈に5mmの基材、1頭は左頸動脈に3mmの、左頚静脈に5mmの基材を、また、1頭には左右頚静脈に5mmの基材を1本づつ挿入した。この方法により、基材挿入部からの著明な出血は認めなかった。自己血管に出血や脱落をおこさず基材を刺入することは技術的には可能であることが証明された。・分岐バイオチューブの作成:シリコン素材によるY型、枝付きの基材の作成を行った。分枝型バイオチューブ作成用基材の作成は可能であった。患者の体内で自家組織から形成する『微小脈管再建用無吻合バイオチューブ』の開発の最初のステップとして、ビーグル犬の大腿部に、大腿動脈に沿って径3mm、長さ7cmのシリコン棒を埋入した。約2ヶ月後、埋入したシリコン棒の両端部に当たる部位を切開し、カプセル化された鋳型を露出・剥離した。形成されたカプセルの両端を切断し、基材を抜去することにより、中枢側吻合予定部位から末梢側吻合予定部位までの長いバイオチューブが作成可能であることがわかった。前述の方法で基材の血管への刺入を行い、これを閉創し一定期間埋入することにより自家結合組織形成誘導-カプセル化がうまく惹起されれば宿主血管と一体化したバイオチューブの作成が可能となり、無吻合バイオチューブが作成出来る可能性が高まると考えられる。現在自家結合組織形成誘導-カプセル化がおこることを観察するべく、基材を埋入中である。2ー3ヶ月の埋入ののち、開創し、カプセル化がおこっていれば基材を取り出し、一体化された部位と反対側のバイオチューブを静脈、動脈に吻合し静脈ー静脈、動脈ー動脈、動脈ー静脈の接続を順次行っていく予定である。また、分岐型基材の植え込を行い、自己血管と一体化した分枝型バイオチューブの作成も同様に可能であるかどうかを検証する。無吻合バイオチューブ作成の次のステップとして、大腿動脈の吻合予定部位から吻合予定部位まで皮下で作成したバイオチューブを取り出すことなく、吻合予定部位のみを剥離した状態で、従来の血管外科手技によりバイオチューブを吻合し、実際代用血管としての機能を果たすかどうかを検討する。代用血管として、使用可能であることが確認できれば更にその次のステップとして、基材埋入時に基材の先端を大腿動脈の吻合予定部に差し込み、自己の動脈と、基材を取り巻く結合組織が上手く一体化されるかを検証する為の実験を予定する。主要な共同研究者が病気のため平成24年12月より平成25年9月まで動物実験を制限せざるを得なかった。
新しい起立性調節障害診断基準の作製

我々は起立性調節障害中核群である起立直後性低血圧の診断基準を6歳18歳までの173名の健常小児のデータから決定した。さらにまた44名の小児起立直後性低血圧の臨床症状、起立時循環反応、カテコールアミン分泌を年齢マッチした健常時73名と比較検討した。診断基準は以下の通りである。1群(軽症群):起立失調症状があり、非観血的連続血圧測定装置で記録した起立直後の平均血圧低下が安静時の60%以上または起立直後の血圧回復時間が25秒以上。2群(重症群):軽症群の血圧反応があり、しかも安静時の15%以上の収縮期血圧の低下が持続するもの。この診断基準の感受性は100%、特異性は90.4%と非常に優れいている。1群、2群とも収縮期血圧の%変化率は健常群よりもはるかに大きかった。起立直後は各々、-53+-12,-50+-6 vs.-32+-16,p<0.001、起立1分後は、-6+-10,-24+-18 vs.6+-12,p<0.001、5分後は-5+-13,-21+-11 vs.8+-9,p<0.05であった。起立1分後の血清カテコールアミン増加量は、1群、2群とも健常群よりもはるかに少なく、各々、50+-63,33+-39 vs.99+-56pg/ml、また起立5分後では2群は健常群よりもはるかに少なかった。(218+-122,115+-78 vs.193+-98pg/ml)。INOHの身体症状は全身倦怠感は全患者の91%、立ちくらみは88%、疲れやすさは84%、睡眠障害は73%、失神発作は68%、頭痛は68%、食欲低下は57%腰痛は55%であった。特に、全身倦怠感、食欲低下、立ちくらみ、失神発作、朝起き不良の5項目が統計学的に特異的な症状であった。これらの結果から、INOHは起立時のノルアドレナリン分泌が低下しているために生ずるものと考えられるが、おそらくは中枢性の交感神経活動抑制に基づくものと思われる。2群ではより交感神経活動が低下しておりそのため、QOLた低下し不登校をも生ずることになる。INOHは起立調整障害小児において特に重要な病態であるが、その診断は非観血的連続血圧測定装置によって可能である。1)研究目的は、起立性調節障害(OD)に特異的な異常を検出できる客観的検査法の開発し、かつ統計的な理論的根拠に基ずいてODを鑑別できる、新しい起立性調節障害診断基準の作成である。

2)研究計画に基づき、健常小児173名(小学16年生53名、中学生60名、高校生60名)に対してFinapres起立試験を実施し、能動起立時の心拍、血圧変化をbeat-to-beatに求めた。3)その結果、起立直後の血圧変動は中学生を境に急激に変化することが明らかになった。すなわち、安静臥位血圧は年齢とともに増加し、起立直後の変化では中高校生は小学生群に比較して有意に大きな初期血圧低下とそれに引き続いて血圧回復が遅延した。これに一致して中学生、高校生では起立試験中にたちくらみなどの低血圧症状を訴える生徒が多かった。4)したがって起立時の血圧変動の正常値は、小学生(612歳)、中高校生(1317歳)について設定した。収縮期/拡張期血圧はそれぞれ-36±15/-36±14%、-15±16/-20±19%であった。起立性調節障害と健常者のカットオフは、起立直後の血圧低下が60%以上、または血圧回復時間が25秒以上と設定した。1)本態性起立直後性低血圧症例について平成8年度小児科学会近畿地方会(京都)において報告した。その概要を以下に述べる。演題名:本態性起立直後性低血圧の15症例発表内容:健常人が臥位から起立すると起立直後20秒以内に急激な一過性の血圧低下と速やかな回復や起こる。思春期になるとこの血圧低下がより増幅され、立ちくらみや全身倦怠感が顕著となり日常の活動性が低下する。このような病態を我々は起立直後性低血圧と称している。今回、本病態を伴いQOLが著しく低下していた15症例について臨床的に検討したので報告する。診断は、たちくらみや倦怠感の強い起立失調症状のある者で過去に報告した非観血的連続血圧測定装置(Finapres)による起立血圧試験が陽性(起立直後の血圧低下が起立前値の-60%以上または回復時間が25秒以上)な者とした。15例中、男子7名、女子8名(年齢10-16歳)であった。症状に季節変動はあるが、服薬が必須で経過は数年に及んだ。不登校傾向6名、不登校が2名存在し、心身医学的な配慮が必要であった。これらの症例は難治性起立性調節障害とも考えられ、我々は起立性直後性低血圧を起立性調節障害の下位分類に位置付けた。2)起立性調節障害の循環病態を解明するために、我々は同患者54名に対して起立循環反応とそれに関与する自立神経機能を検討し報告した。起立時に低血圧発作を生ずる20名においては、末梢血管交感神経活動が低下しており、起立時の代償性頻脈によって生ずるBezold-Yarishe型自律神経反射のために末梢血管拡張が突然に生ずることが推測された。
グラフェン量子ドットの創生と光電子変換機能の開拓

ナノカーボン物質は、通常の半導体にはない特異な電子状態を有しており、新しい光電変換の物理を研究する舞台となりうる。そのような観点からグラフェン量子ドットなどを対象に、その作製に加え光学的性質を明らかにすることを目的として研究を進めた。そのグラフェン量子ドットについて、高速液体クロマトグラフィーを利用しサイズ分離に成功し、サイズに依存した電子状態ならびに光学特性を示すことを明らかにした。また、酸化グラフェンについても、グラフェン量子ドットと非常に類似した光学特性、ならびに電子状態を有することが明らかとなった。これらグラフェンナノ構造を用い太陽電池デバイスの作製を進めた。量子効果を積極的に利用した新しい光電変換の物理を開拓することが光エネルギーの高効率利用に向け求められている。グラフェンなどを含むナノカーボン物質では、通常の半導体にはない特異な線形バンド分散を有しており、新しい光電変換の物理を研究する舞台となりうる。ここでは、そのような観点から新しいナノカーボン物質であるグラフェン量子ドットを作製し、まずその光学的性質を明らかにすることを目的として研究を進めた。本年度は、新たなグラフェン量子ドット作製とその基礎光物性の解明に重点的に取り組んだ。光電変換物質としての光物性研究を念頭に入れた場合、ある程度の多量のサンプルが必要とされる。そのような目的のために、大きさが数nmサイズのグラフェンフレークである「グラフェン量子ドット」を溶液プロセスで作製した。また、太陽光エネルギーの高効率な光電変換応用を考えると、可視光から近赤外光付近に吸収をもつグラフェン量子ドットが望まれ、より大きなサイズを有するグラフェン量子ドットが必要である。そこで作製条件を詳細に検討し、マイルドな条件での超音波分散、低温反応を利用したエッチング、などのプロセスを利用しその条件を最適化することで、10nm程度のより大きなサイズを有するグラフェン量子ドットが可能となった。さらに、高速液体クロマトグラフィーを利用して、グラフェン量子ドットのサイズ分離にも成功した。グラフェンなどを含むナノカーボン物質では、その特異な電子状態により新しい光電変換の物理・応用を研究する舞台となりうる。ここでは、そのような観点から新しいナノカーボン物質であるであるナノグラフェン(グラフェン量子ドットや酸化グラフェン)を作製し、その光学的性質を明らかにすること、さらにその太陽電池応用を目的として研究を進めた。グラフェン量子ドットは数ナノメートル程度の非常に小さなサイズのナノグラフェンであり、様々な光応用が期待される系である。しかしながら、発光の起源を含むグラフェン量子ドットの光物性については未解明な点が多く、多くの議論がなされている。そこで我々は、量子サイズ効果等の観点から光学特性のサイズ依存性関係について詳細に調べた。まず、高速液体クロマトグラフィーによってグラフェン量子ドットをサイズ分離し、分離したサンプルの詳細な発光測定を行った。その結果、そのサイズを変化させると、4つの系列から成る発光が離散的に変化することが明らかとなった。他の実験手法(TEM, AFM, XPS)による結果も合わせ、その特異な発光は、サイズの異なるグラフェン量子ドット中に存在する酸素官能基が付加したsp2構造に起因することが明らかとなった。同時に、酸化グラフェンについても、その発光の起源にグラフェン量子ドットと同様なsp2構造が関与していることを明らかにした。さらに、ナノグラフェンをキャリア輸送層に適用した太陽電池を作製した。光物性本研究では、従来に比べよりマイルドなグラフェン量子ドット作製条件を試みることで、太陽光エネルギー利用の目的に合致した、よりサイズの大きな(10nm以上)グラフェン量子ドットの作製に成功している。さらに、当初難しいと予想していた高速液体クロマトグラフィーによるグラフェン量子ドットのサイズ分離にも成功するなど、着実に研究が進展している。グラフェン量子ドットの光学デバイス応用前年度までに進めた研究を発展させ、グラフェン量子ドットにおいて期待される特異な光電変換プロセスを光学デバイス応用へと進める。まず、ナノカーボン物質の一種であるカーボンナノチューブをベースに太陽電池デバイスの作製を進め、そこでの知見を活かし、新しく作製するグラフェン量子ドットをベースにした太陽電池デバイス作製を進める。そこでの光電変換プロセスを理解しながら、光学実験を通して新たな光電変換機能などに向けた研究を進める。次年度使用額が生じた理由として、研究経費の執行状況から次年度に繰り越し翌年度分を合わせることで、効率的な研究費の執行が可能と判断したため。繰り越した分と合わせ、実験用消耗品等や人件費・謝金としての執行を計画している。