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律令制下の南島に関する研究

『日本書紀』と『続日本紀』に散見される南島関係記事は大きく三つに分類される。(1)推古紀の掖玖関係記事であり、(2)覓国使に関するもの、(3)遣唐使の特に航路に関するものである。史料のまとまりの関係上、(2)(3)(1)の順序で検討していった。但し(1)については史料があまりに少なく、断片的であるため、当該期の中国史料すなわち『隋書』流求伝を中心に検討し、それとの関わりの中で、推古紀の掖玖について考察した。それぞれの検討の結果をかいつまんで述べると次の通りである。(2)は、南島へ派遣された使を天武・持統期、文武期、和銅期の覓国使として把え、派遣の目的を版図および朝貢圏の拡大を目的としたものであるとした。そのうち文武期、和銅期の覓国使の場合は、遣唐使派遣の前に派遣されていることから、南島路の確保も任務としていたことを指摘した。そして(3)では、この南島路が正式の航路として存在していたか否かという問題を議論し、南島路の存在をみとめる通説を支持した。(1)は、まず『隋書』流求伝の膨大な研究史・学説を整理する作業からはじめ、次いで『隋書』の流求を沖縄島に限定して考えるべきとの見解を主張した。以上の文献にもとづく研究による限り、七八世紀の南島は、完全な階級社会とまでは言えないまでも、ある程度の身分階層が生じており、階級社会の入口にさしかかった段階にあった可能性が大である。ところが、現在の南島考古学では、狩猟漁撈といった採集経済の段階を未だ脱しきれない社会を想定しており、文献学上の見解と大きく齟齬している。この点を明確に認識するとともに、今後こうした文献と考古学の懸隔をいかに埋めていくかが課題であることを指摘した。『日本書紀』および『続日本紀』に散見する南島関係記事は、(A)椎古舒明紀に見える掖玖関係、(B)天武・持続紀続紀の文武・慶雲・和銅・霊亀・養老・神亀年間に見える覓国使関係、(C)天平勝宝および宝亀年間に見える遺唐使の南島路関係に大別されるが、当該年度ではそのうちの(B)について検討した。(B)の史料群は、さらに天武・持続期と文武期と和銅期の覓国使派遣として分けて考察することが可能である。まず天武・持続紀における派遣は、都合5度あったこと、またこの時期の遣使の目的は、多禰人・掖玖人・阿麻弥人を隼人同様「夷人雑類」として位置づけ朝貢を促すことにあり、特に多禰島を南島経営の拠点として重視したことなどを明らかにした。次に文武期の覓国使派遣については、南部九州の国制施行に関わるものであるとする説を批判し、その目的はあくまで朝貢圏の拡大を図ることにあり、さらに再開遣唐使の新航路の開発も含まれていたことを説き、南部九州の国制推進のための行動は、二次的または派生的なものであったとした。最後に和銅期の遣使については、首皇子立太子後の最初の朝賀の儀を盛大ならしめるために南島人の朝貢促進に主たる目的であったとした。

また、その後の霊亀・養老・神亀の各時期の南島人の来朝は、それまでの覓国使派遣の結果によるものとは異なり、南島人の主体的な来朝であると解した。そしてその背景には、南島社会における身分階層の発生と展開があったのではないかと推察した。日本古代の南島に関する史料はきわめて限られている。そのためわずかな史料にもとづいて、昨年度までは覧国使派遣の問題や遣唐使航路の問題を検討してきた。残るは推古紀にみえる掖玖関係記事の検討のみである。しかしあまりに記事が断片で、それだけではどうしようもなく、さまざまな関連史料を可能な限り駆使して当該期の南島の解明と行なわなければならない。そこで注目されるのが、日本側の史料ではなく、中国の史料すなわち『隋書』流求園伝である。『隋書』の流求が今日の沖縄であるとなれば、6世紀後半から7世紀初頭における南島社会の状況を知る上での唯一の文献史料として大いに利用することが可能となる。ただしこれについては、従来から沖縄か台湾かということで議論がありいまだ決着をみていない。したがってその利用にあたっては慎重にならざるをえない。以上のような現状をかえりみた時、とりあえずはこれまでの研究の全容を知る上でも、一度交通整理をしてみる必要があると考え、『隋書』流求伝に関するすベての文献および研究論文を収集し、その研究史、そして『隋書』流求伝の記事についての注釈を試みることにした。こうした作業は従来だれも行っていないので、今後の『隋書』流求伝研究に寄与するところは大きいと思われる。これを基礎にして、推古紀の掖玖の問題に取組むことが次の課題である。(1)律令制下の南島経営および遺唐使の航路と関連して、きわめて断片的ながら、日本の正史の中に南島関係記事が散見されるが、天平勝宝期の鑑真入朝以後は、全く正史から姿を消す。しかしだからといって、両者の関係が全く途絶えたというわけではない。記録には現われないが、何らかの交渉が継続して行われたことは十分想像されるところである。そのことを具体的に裏づけるものの一つが赤木の交易である。こうした観点から研究を行って得られた結論は大略次のようなものである。冊封副使の記録『中山伝信録』や『琉球国志略』には、赤木という樹木の名が見え、『中山物産考』には、その図と特徴が記されているように、近世において赤木の存在がすでに知られていたが、この赤木が『延喜式』にみえる、南島の赤木であると指摘したのは新井白石である。『延喜式』によれば、南島貢上の赤木は内蔵寮に納入され、内匠寮において加工を施され、内記局で親王の位記軸として使用された。史料的に確実に裏づけられる用途はこれのみであるが、その他、史料に赤木の語が見えるものを参考すると、経軸や刀の柄、また倭琴の脚の部分にも使用されたことが推測される。南島の赤木はあくまでも紫檀の代用として重宝されたものであろう。(2)木簡学会で沖縄の呪符木簡について」と題する口答発表を行なった。
長尺高温超伝導線材の高性能化と安定製造に向けた材料設計

高温超伝導線材作製において、電流輸送能力を向上させるため第二相物質の柱状欠陥(ナノロッド)が導入されているが、その特性が製造温度に大きく依存することが問題である。そこで、三種類のナノロッド材料を添加した超伝導薄膜を広い成膜温度範囲で作製し、ナノロッド形態(直径、傾き、密度)と電流輸送能力の関係を調べた。また、ナノロッド導入による超伝導転移温度の低下が電流輸送能力に与える影響を調べた。そして、広い製造温度範囲で均一な電流輸送能力を得るためには、二種類の希土類元素を混合した組成の超伝導母相を用いることが有効であることを示した。長尺の高温超伝導線材において、高い磁場中電流輸送能力を均一に実現するための技術開発を行った。希土類系高温超伝導体(REBa2Cu3Oy, RE123)内に、第二相物質としてBa-Nb-O、BaZrO3、BaSnO3のナノロッドを導入し、臨界電流密度を向上させた。既報のように、これらナノロッドを導入したRE123薄膜の臨界電流特性は、成膜温度に大きく依存している。臨界電流特性の成膜温度依存性を理解するため、上記ナノロッドを導入したY123薄膜を広い成膜温度範囲で作製した。一見ナノロッド材料によって、成膜温度依存性が異なっているように見えるが、広い温度範囲では、ある成膜温度で臨界電流密度にピークを持つような振る舞いをした。臨界電流密度が最大になる成膜温度は、ナノロッド材料によって異なっていた。また、ナノロッドの導入においては臨界温度(Tc)の低下が問題である。この問題に対して、RE/Ca置換によってTcの改善を図った。Ca置換により、大きなTcの改善には至らなかったが、ナノロッド導入によるTcの低下を抑えることができた。高温超伝導薄膜の作製で培った界面構造の制御技術を、薄膜型のリチウムイオン二次電池に展開し、薄膜型全固体電池の高性能化を目指した。全固体電池は優れた特性を有しているにもかかわらず、電解質と電極界面における高い界面抵抗に起因して、充分な性能を発揮できていない。さらに、電池性能を決定づける電解質/電極界面におけるイオン伝導機構が理解さていない現状がある。そこで、これまでの薄膜組織の制御技術を用いて、イオン伝導機構解明のための理想的な電解質/電極界面を有する薄膜型の全固体電池の作製に取り組んだ。すべての作製プロセスを超高真空中にて行い、一度も大気に触れることなく清浄な界面を有する薄膜電池を作製した。これにより、アニール処理なしで安定動作する薄膜電池の作製に成功した。本年度は、25年度に報告したように申請時の研究内容に変更を加え、研究を進めた。微細組織を制御した薄膜作製技術を、薄膜電池に展開し薄膜型の全固体リチウム電池を作製した。現在のリチウムイオン電池は有機溶媒などの液体電解質を用いているため発火の危険性がある。そこで、液体の電解質を用いず、高い安全性を有する全固体電池の応用が期待されている。しかしながら、全固体電池の応用には電極/電解質界面における大きな界面抵抗が問題となっている。この界面抵抗を低減させることと、その起源を理解することが求められている。従来の粉体を原料としたバルク型の全固体電池では、界面の構造や結晶方位が規定されておらず、界面におけるイオン伝導機構の把握が困難であった。そこで、本研究課題では結晶構造、結晶方位を制御した薄膜型の全固体電池を作製し、イオン伝導機構の解明と界面抵抗の低減を図った。長尺の高温超伝導線材作製において、超伝導/非超伝導相界面構造を制御することにより、高い電流輸送能力を広い成膜温度範囲で実現できた。この界面構造を制御した酸化物薄膜作製技術を薄膜型全固体電池に展開した。全固体電池開発において、電解質/電極界面における大きな界面抵抗が問題であった。そこで、作製プロセスを最適化させ、清浄かつ欠陥の少ない理想的な界面構造を形成することにより、全固体電池においてこれまでの報告で最も低い界面抵抗の実現に成功した。界面抵抗の大きさは電極活物質と電解質材料の組み合わせだけで決定するのではなく、製造プロセスに大きく依存することを明らかにした。さらに電解液を用いたリチウムイオン電池における界面抵抗の低減および、イオン電導機構解明に取り組んだ。シリコン薄膜を粉砕して作製した鱗片状シリコン負極は一般的なシリコン粒子に比べ優れたサイクル寿命を有している。しかしながら、サイクル経過に伴い被膜抵抗と界面抵抗(電荷移動抵抗)が増加するとともに容量が減少していた。これは、電解液の還元分解生成物がシリコン表面に分厚く堆積し、これによりシリコン粒子間の電子伝導パスが阻害され、失活による容量劣化につながることを明らかにした。薄膜型の全固体電池の作製おいて、すべての作製工程を真空プロセスで行い、なおかつ素子の作製から評価まで一度も大気に触れないようにし、理想的に清浄な電極/電解質界面を構築した。

薄膜製造プロセスには、これまでの高温超伝導薄膜作製の知見を活かし、結晶方位の制御を行った。さらに、成膜プロセスによる電極/電解質界面へのダメージ(欠陥)を防ぐため、成膜条件の最適化を行った。その結果、100サイクル以上にわたって、劣化なしに安定的に充放電動作する薄膜電池の作製に成功した。界面抵抗は10Ωcm2以下と、これまで報告されている全固体電池の10分の1、そして液体電解質を用いた場合よりも低い界面抵抗が得られた。これらの結果より、従来、界面抵抗の起源とされていた空間電荷層は、理想的な界面では界面抵抗に寄与しないことが分かってきた。エネルギー材料27年度では、昨年に引き続き電極/電解質界面におけるイオン伝導機構の把握と、界面抵抗低減指針を得ることに注力する。薄膜電池の作製プロセスにおいて、更なる作製条件の最適化を検討するとともに、作製条件による界面抵抗への影響も調べる。これまで、全固体電池におけるイオン伝導機構の解明に取り組んできたが、本年度は現在実用されている液体の電解液を用いたリチウムイオン電池における、電極/電解質界面でのイオン伝導機構の解明にも展開する予定である。当初の予定は25年度においてDy123薄膜にナノロッドを導入する予定であったが、Y123薄膜においてBa-Nb-O、BaZrO3、BaSnO3のナノロッドを導入し、広い成膜温度範囲で臨界電流特性の振舞いを明らかにした。また、RE/Ca置換(キャリア制御)によるTcの改善にも先行して取り組んだ。Tcの改善には至らなかったものの、ナノロッド導入によるTcの減少を抑えることができ、さらなるTcの改善に期待が持てる。これまでの薄膜作製・界面制御技術を薄膜電池の分野に応用し、安定的に動作する薄膜電池の作製に成功した。まとめて発注した消耗品の納入時に、伝票が二部に分けられて納品され、消費税の繰り上げ(下げ)の違いにより1円の差が生じてしまった。26年、27年度では当初の予定に変更を加える。これまでの技術を薄膜電池の分野に応用したところ、予想以上に技術のマッチングがよく、研究が進展したためである。25年度において、安定動作する薄膜電池の作製はできたものの、現時点では素子の成功確率が低い。そこで、作製条件の最適化、およびマスクパターンの検討により、安定的に歩留まり良く電池素子を作製できるようにする。安定的に作製できるようになったら、以下の点に着目して評価を行う。1清浄界面を有する理想的な電池における界面抵抗。2電解質を変更した場合、および電解質/電極界面に別の物質をバッファー層として挿入した場合の界面抵抗。3電極活物質として用いるLiCoO2の配向方位や、粒界密度を変えた場合の界面抵抗。以上のように、様々なケースにおいて界面抵抗に着目して評価を行い、電解質/電極界面におけるイオン伝導機構を明らかにすることを目指す。昨年生じた1円の残額は、本年度の消耗品費として計上する。
超短パルス制動ガンマ線を用いた欠陥分布3次元イメージングに関する研究

本研究では、材料劣化の原因となる空孔型格子欠陥の分布を3次元イメージングする手法をガンマ線誘起陽電子消滅寿命測定法により達成することが目標である。実環境下測定及び空間分解能向上のため、従来よりも密度と有効原子番号が共に高い新型のシンチレータを用いた小型の高速応答検出器を開発することができた。また、この検出器を用いて3次元イメージングに向けた基礎実験を行い、課題を明確にすることができた。1つは測定システムの時間分解能を現状の180 psから100 psに改善すること。もう1つは、電子ビームの電流量を1000倍以上増大し、検出器を多数配置することで検出頻度を大幅に向上することである。本研究では、材料劣化の原因となる空孔型格子欠陥の分布を3次元イメージングする手法を世界に先駆けて開発し、さらに実環境下測定及び短時間測定、空間分解能向上を目指した小型検出器の技術開発を行う。3次元イメージングの測定手法は、材料内部へ深く浸透するガンマ線を用いて局所的に陽電子を発生させ、その陽電子の消滅位置と寿命を観測することで、構造材料の経年劣化や余寿命を非破壊測定する。2013年度は、新規シンチレータを用いた陽電子寿命の測定に成功し、3次元イメージングを短時間で達成するための具体的な計測手法について考察した。小型検出器の開発では、新規シンチレータ材料であるYb:Lu2O3を用いた。Yb:Lu2O3は従来のBaF2シンチレータよりも有効原子番号と密度が共に高く、薄いシンチレータでも検出効率を高くすることができる。また、可視光領域で発光することも大きな特徴である。一辺の大きさが約30 mmの光電子増倍管を用いてシンチレーション光を検出し、陽電子の寿命を測定することに成功した。3次元イメージングの空間分解能を高く、また、短時間で達成するために、ポジトロン断層法(PET)の3次元イメージング手法に陽電子の寿命情報を付加して計測する手法を考案した。陽電子の寿命を測定するためには、陽電子が発生してから消滅するまでの時間分布を測定する必要がある。従来のPETではその測定は困難であったが、本手法では電子加速器を用いて超短パルスガンマ線を発生するため、陽電子の発生時間を容易に制御することができる。測定材料を取り囲むように小型の検出器をアレイ配置し、2本の消滅ガンマ線を同時計測することで陽電子の消滅位置を特定し、消滅ガンマ線が検出器に入射する時間分布も測定することで陽電子の寿命分布を測定する。3次元イメージングの空間分解能や測定時間を算出するため、シミュレーションコードを用いたモンテカルロ計算を開始した。3次元イメージングの測定手法は、材料内部へ深く浸透するガンマ線を用いて局所的に陽電子を発生させ、その陽電子の消滅位置と寿命を観測することで達成する。平成25年度は、有効原子番号と密度が共に高いYb:Lu2O3シンチレータと一辺の大きさが約30 mmの光電子増倍管を用いた小型検出器を開発した。この検出器を用いて安定化ジルコニアの陽電子寿命を測定することに成功した。平成26年度は、開発した小型検出器を用いて理論的な寿命値の異なる単結晶金属(銅、鉛、タンタル)の寿命測定を行った。1対の検出器を用いて3次元イメージングを行うためには、コリメータを用いて入射ガンマ線のビーム径を絞り、消滅ガンマ線の消滅位置を特定するためにアパーチャーを設置しサンプルを移動しながら寿命値を測定する必要がある。コリメータの直径を2mm、アパーチャーの直径を5mmとして測定した場合、陽電子寿命の評価に最低限必要な5000カウントを測定するのに要した時間は鉛の場合で48分であった。材料による寿命の測定値は変化することが測定されたが、誤差の範囲を超えて寿命値が異なることを測定することはできなかった。これは、測定システムの時間分解能が大きく、統計誤差が大きいことが原因と考えられる。また、3次元イメージングを行うためには高い電流量をもつ電子ビームが必要であることが分かった。例えば、5mm立法の物体を1mm3の分解能で1時間以内に測定するためには、現在の6200倍の電流量である78マイクロアンペアの線形加速器が必要であることが分かった。現在は検出器を1対使用しているが検出器の数を増やすことも測定時間短縮の有用な方法である。

ビーム物理研究計画では小型検出器の開発を目標にしており、Yb:Lu2O3シンチレータと小型の光電子増倍管を用いて従来の検出器よりも1/20の大きさの検出器を製作することができた。計測システムの評価として、陽電子寿命が既知である安定化ジルコニア(YSZ)の寿命測定を行った。産総研Sバンド小型リニアックから発生するパルス幅3 ps (rms)、最大エネルギー30 MeVの超短パルスガンマ線をYSZに照射し、YSZ内で発生する陽電子が消滅するときに放出される消滅ガンマ線を開発した検出器で測定した。超短パルスガンマ線に同期した信号に対する消滅ガンマ線の検出時間分布を測定し、YSZの陽電子寿命の測定値が誤差の範囲内で理論値の182 psに一致することを確認した。2014年度は、材料の欠陥分布の3次元イメージングを達成する。最初に、測定サンプルを3軸ステージに載せ、ビーム径を細く絞った超短パルスガンマ線をサンプルに照射する。次に、サンプルと検出器の間にコリメーターを設置して特定の範囲の消滅ガンマ線を測定できる状態にする。最後にサンプルを走査しながら陽電子寿命を測定することによって、欠陥分布の3次元イメージを測定する。まずはYSZの測定を行い、寿命分布が均一に測定されるのか調べる。次に実材料の欠陥分布の測定を行う。また、シミュレーションコードEGS5を用いて、検出器をアレイ配置した場合の測定時間や得られる空間分解能を評価する。繰り越し可能な基金であり、2014年度に合算して使用するため。物品費に使用する。
Astro-E2衛星で解明する銀河団の非熱的現象(宇宙最大の加速器に迫る)

私の研究主題は、銀河団規模での粒子加速現象を解明するために、宇宙X線観測衛星「すざく」を用いて、加速電子からの非熱的硬X線放射を検出することである。この信号はとても微弱で、感度ぎりぎりの検出になると予想されるため、「すざく」の性能を極限まで引き出せるよう。製作、運用、較正に参加してきた。「すざく」搭載の硬X線検出器(HXD)は、モデル化したバックグラウンドを実データから差し引き、天体信号を抽出するため、感度を高めるにはモデル精度を上げる必要がある。そこでバッググラウンドの起源を理解するために、モンテカルロ法を駆使し、様々な宇宙放射線を「すざく」マスモデルに照射して、HXDの応答をシミュレートした。その結果、バックグラウンドには大気からの高速中性子の寄与が大きく、HXDには硬X線だけでなく中性子にも高い感度があることがわかった。軌道上では大気中性子以外にも、太陽フレアに伴って放出される中性子の存在が示唆されてきた。そこで太陽フレアにおける粒子加速の新たな観測として、HXDが利用できないか調べた。その結果、地上中性子モニタに比べて、HXDは100MeV以下の中性子に優れた感度を持つことがわかった。打上げから今までは太陽活動が極小だったため、HXDはフレア中性子有意に検出していない。しかしこれから太陽活動は活発になり、巨大フレアが頻繁に起きると期待できるため、HXDはフレア中性子を検出するはずである。HXDの較正と平行して、「すざく」で観測した銀河団のデータ解析も行っており、3つのリラックスした近傍銀河団から、硬X線信号を有意に検出した。しかし、これらの信号は従来の銀河団プラズマからの熱的制動放射モデルを、硬X線帯まで伸ばすことで説明でき、そこから非熱的放射強度を厳しい制限で決定した。これにより、解析した銀河団では加速現象は活発には起きていないことを明らかにした。私の主な研究内容は、2005年7月に打ち上がった「すざく」衛星を用いて、銀河団からの硬X線放射を確実に検出することである。この信号はとても微弱であり、感度ぎりぎりの検出になるため、「すざく」衛星の性能を極限まで引き出せるように、製作、運用、較正に全面的に参加してきた。「すざく」衛星に搭載した硬X線検出器(以後、HXD)は、従来の装置よりバックグラウンドを低くすることで、硬X線の検出感度を高めるように設計されている。私はHXDのデータスクリーニングの最適化を責任担当し、天体からの信号を捨てずにバックグラウンドを可能な限り除去する方法を確立した。HXDの感度を高めるもう一つの方法として、HXDはバックグラウンドをモデル化して差し引き、天体からの信号を抽出するため、そのモデル精度を上げることがあげられる。そこでモンテカルロシミュレーションを駆使し、さまざまな宇宙放射線を「すざく」衛星のマスモデルに入力し、HXDの応答を調べた。その結果、バックグラウンドには大気からの中性子の寄与が大きいことがわかった。この結果を基に、バックグラウンドモデルにフィードバックをかけ、さらなるモデル精度の向上を図る予定である。以上のように、HXDの較正は日々進んでいる。これと平行して、「すざく」衛星で観測した銀河団の解析も行っている。特に近傍のCentaurus銀河団およびAbell 1060に注目し、実際に硬X線信号を有意に検出した。そしてこの検出信号は、熱的制動放射モデルで説明できた。これにより、熱的放射が硬X線領域まで伸びていることを示し、ここから非熱的放射を今までより厳しい制限で決定した。私の主な研究内容は、銀河団スケールで起きている加速現象を観測するために、2005年7月に打ち上げられた宇宙X観測衛星「すざく」を用いて、硬X線領域で現れると期待される銀河団からの非熱的放射を検出することである。この信号はとても微弱で、感度ぎりぎりの検出になると予想されるため、「すざく」の性能を極限まで引き出せるよう、製作、運用、較正に全面的に参加してきた。「すざく」搭載の硬X線検出器(HXD)は、観測データからバックグラウンドをモデル化して差し引き、天体信号を抽出するため、感度を高めるにはモデル精度を上げる必要がある。そこでバッググラウンドの起源を理解するために、モンテカルロシミュレーションを駆使し、様々な宇宙放射線を「すざく」のマスモデルに照射して、HXDの応答を調べた。その結果、バジクグラウンドには大気からの高速中性子の寄与が大きいことがわかった。このシミュレーション結果から、HXDには中性子にも感度があることがわかる。そこで太陽フレアに伴って放出される中性子を、HXDが検出していないか探したところ、2006年12月5日に起きたフレアに同期して、X線では説明できない信号を見つけた。現在、これが中性子による信号で妥当なのかを精査中である。HXDの較正と平行して、「すざく」で観測した銀河団のデータ解析も行っており、前年度のCentaurusおよびAbell 1060銀河団に続いて、全天で最も明るいPerceus銀河団からの硬X線信号を有意に検出した。前年度と同様に、この検出信号も従来の熱的制動放射モデルで説明できた。これにより滴翠析した3つのリラックスした銀河団では、熱的放射が硬X線領城まで伸びていることを示し、ここから非熱的放射を今までより厳しい制限で決定して、加速現象は活発には起きていないことを示した。

私の研究主題は、銀河団規模での粒子加速現象を解明するために、宇宙X線観測衛星「すざく」を用いて、加速電子からの非熱的硬X線放射を検出することである。この信号はとても微弱で、感度ぎりぎりの検出になると予想されるため、「すざく」の性能を極限まで引き出せるよう。製作、運用、較正に参加してきた。「すざく」搭載の硬X線検出器(HXD)は、モデル化したバックグラウンドを実データから差し引き、天体信号を抽出するため、感度を高めるにはモデル精度を上げる必要がある。そこでバッググラウンドの起源を理解するために、モンテカルロ法を駆使し、様々な宇宙放射線を「すざく」マスモデルに照射して、HXDの応答をシミュレートした。その結果、バックグラウンドには大気からの高速中性子の寄与が大きく、HXDには硬X線だけでなく中性子にも高い感度があることがわかった。軌道上では大気中性子以外にも、太陽フレアに伴って放出される中性子の存在が示唆されてきた。そこで太陽フレアにおける粒子加速の新たな観測として、HXDが利用できないか調べた。その結果、地上中性子モニタに比べて、HXDは100MeV以下の中性子に優れた感度を持つことがわかった。打上げから今までは太陽活動が極小だったため、HXDはフレア中性子有意に検出していない。しかしこれから太陽活動は活発になり、巨大フレアが頻繁に起きると期待できるため、HXDはフレア中性子を検出するはずである。HXDの較正と平行して、「すざく」で観測した銀河団のデータ解析も行っており、3つのリラックスした近傍銀河団から、硬X線信号を有意に検出した。しかし、これらの信号は従来の銀河団プラズマからの熱的制動放射モデルを、硬X線帯まで伸ばすことで説明でき、そこから非熱的放射強度を厳しい制限で決定した。これにより、解析した銀河団では加速現象は活発には起きていないことを明らかにした。
中山間地域における循環型複合経済構造の構築に関する理論的実証的研究

本研究は、中山間地域と隣接小都市とを広域に括って一つの中山間地域経済圏として捉え、これを中山間地域の経済単位域とすることで、地域内の資源群や産業群が合理的に結合しやすくなり、循環的かつ重層的・複合的な地域経済構造を構築することができるという、新しい中山間地域経済構造論を提案したものである。中山間地域の経済圏域を、小都市を含む広域で捉えることによって、従来の地域自立的発展や都市農村交琉という領域も取込んで、産業内や産業間の連携を視野に入れた、「広域循環型複合経済構造」を想定することができ、これを地域単位として、中山間地域活性化のための新たな農村地域モデルの構築が可能になる。1こうした「新たな時代」の中山間地域経済構造の分析(課題解明と方策立案)には、いわば「メゾ、エコノミックス」による接近が重要になる。本研究はあわせて、「新たな時代」の農業農村経済学方法として、応用経済学としての「メゾ、エコノミックス」の構築に挑戦した。2本研究は3年計画で実施した。最初に、関連する既存研究成果を批判的に整理し、本研究の「仮説」の設定と理解に努めた。次に、研究分担者10名が各課題分野から、この仮説の実証的解明を進めた。最後に、これら課題分野からの解明を総合して、「仮説」の「有用化・モデル化」に挑み、あわせて新たな農村経済学方法としての「メゾ・エコノミックス」の提案に取組んだ。3分析を進めた主な課題分野は次のとおりである。(1)地域複合農業の展開、(2)観光農業の展開、(3)都市農村交流の展開、(4)農業農村多面的機能の確保、(5)循環型資源活用システムの構築、(6)循環型土地利用システムの構築、(7)農業農村地域投資の展開、(8)地域農業、経済の支援主体(自治体と農協)、(9)内発的発展と地域経営主体、(10)地域振興と合意形成システム、(11)循環型複合経済構造の効率性評価。1本研究は、中山間地域と隣接小都市とを一つの中山間地域経済圏として捉え、これを中山間地域の経済活動単位域とすることで、地域内の資源群や産業群が結合し、循環的かつ重層的・複合的な地域経済構造を構築することができるという、新しい中山間地域経済論を提示しようとするものである。中山間地域の経済圏域を、従来の狭い地域概念から、小都市を含む広域で捉えることで、従来の地域的自立的発展や都市農村交流という領域も含めて、産業内や産業間の連関を視野に入れた、「循環型複合経済構造」という理解が可能になり、これを地域単位として、中山間地域活性化のための新たな農村地域モデルの構築が可能になる。2こうした「新たな時代」における中山間地域の分析(解明と方策立案)のためには、いわば「セミマクロ・エコノミックス」による接近が重要になる。本研究はあわせて、「新たな時代」に向けた農業農村経済学の方法として、応用経済学としての「セミマクロ・エコノミックス」の構築をめざす。3本研究は3年計画で実施するもので、第1年度(平成11年度)はまず、従来の中山間地域活性化の理論および分析方法を研究メンバーそれぞれが各分野から総括し、本研究がめざす「新たな形の中山間地域」における「新たな経済構造」(循環型複合経済構造(モデル))の構築に向けて、その理論武装に取り組んだ。

同時に、研究メンバー全員が関わる総合実証研究の準備として、島根県邑智郡域(7町村)で予備調査を実施した。従来の小域(町村ごと)での自立的発展は難しく、都市農村交流の促進という領域からしても町村間の緊密な連携(広域対応)が絶対に重要であることが判明した。1本研究は、中山間地域と隣接小都市とを一つの中山間地域経済圏として捉え、これを中山間地域の経済活動単位域とすることで、地域内の資源群や産業群が結合し、循環的かつ重層的・複合的な地域経済構造を構築することができるという、新しい中山間地域経済論を提示しようとするものである。中山間地域の経済圏域を、従来の狭い地域概念から、小都市を含む広域で捉えることで、従来の地域的自立的発展や都市農村交流という領域も含めて、産業内や産業間の連関を視野に入れた、「循環型複合経済構造」という理解が可能になり、これを地域単位として、中山間地域活性化のための新たな農村地域モデルの構築が可能になる。2こうした「新たな時代」における中山間地域の分析(解明と方策立案)のためには、いわば「セミマクロ・エコノミックス」による接近が重要になる。本研究はあわせて、「新たな時代」に向けた農業農村経済学の方法として、応用経済学としての「セミマクロ・エコノミックス」の構築をめざす。3本研究は3年計画で実施している。第2年目に当たる本年度は、前年度の理論的整理を踏まえ、中山間地域活性化に関する新たな理論体系の構築に努め、その実証研究をさらに深化させた。理論的成果としては、日本の地域間交易におけるヘクシャー・オリーン・ヴァネック定理の適用、ヒックスの指数基準などを援用した循環型複合経済構造の効率性の評価方法、住民参加型地域づくりにおける問題解決のメカニズム等が挙げられる。また、実証的成果としては、大分県湯布院町を事例とした観光業振興と農村景観保全による循環型複合経済の構築、内部循環型土地利用方式と外部循環型土地利用方式の研究等が挙げられる。さらに、共同調査地である島根県邑智郡での研究を継続し、新たに岩手県花巻市で共同調査を実施することにより、本研究の有効性を確認した。2こうした「新たな時代」における中山間地域の分析(解明と方策立案)のためには、いわば「メゾ・エコノミックス」による接近が重要になる。本研究はあわせて、「新たな時代」に向けた農業農村経済学の方法として、応用経済学としての「メゾ・エコノミックス」の構築をめざす。第3年目(最終年度)に当たる本年度は、前年度までの理論的整理を踏まえ、中山間地域活性化に関する新たな理論体系の構築に努め、その実証研究をさらに深化させた。理論的成果としては、循環型複合経済構造の効率性の検討、農業・農村の多面的機能増進施策による地域振興の経済評価理論の構築、合意形成を核とした参加型地域営農システムの構築方法等があげられる。
骨格筋収縮における細胞内カルシウム濃度とトロポニン構造変化の同時測定

同一のカエル骨格筋標本において、蛍光色素を使った細胞内カルシウム濃度測定と、カルシウム結合収縮制御タンパク質トロポニンのX線回折測定を行う技術を開発した。この結果、電気刺激後のトロポニン反射の強度変化は、細胞内カルシウム濃度から計算したトロポニン分子のカルシウム結合量に遅れて生じることが観察された。このようにトロポニン分子の構造変化は計算から推測されるトロポニンへのカルシウム結合とは必ずしも一致していないことが明らかとなった。筋肉の収縮は,一般的に細胞内カルシウムイオン濃度によって制御されている。X線回折法は,生理的条件下の骨格筋に於いて収縮制御タンパク質トロポニンへのカルシウム結合を測定しうる唯一の方法である。当該年度においては,トロポニンへのカルシウム結合と,カルシウム結合によるトロポニン及び細いフィラメントの構造変化を詳細に解明する目的で,骨格筋を15-30ミリ秒の間隔で二回電気刺激し,その結果生じる収縮張力及びX線回折強度の変化を測定した。実験は大型放射光施設SPring-8の高輝度ビームラインBL40XUにおいて行った。X線検出器にはX線イメージインテンシファイアと三板式高速CCDカメラを使用し,時間分解能1ミリ秒で測定を行った。試料には食用蛙縫工筋を使用し,トロポニン由来, C-protein由来,ミオシン由来の子午線反射の強度を同時に計測した。また,別個の実験で細いフィラメント由来の層線を計測すると共に,引き延ばした半腱様筋を用いても同様の測定を行った。試料は16度のリンゲル液中に浸し,0.5ミリ秒の電気パルスで刺激して収縮させた。単一パルスで収縮させた場合,15または30ミリ秒間隔の二つのパルスで収縮させた場合についてデータを収集した。これらの測定の結果から,トロポニン由来の反射強度が予想どうりに細胞内カルシウム濃度変化と呼応して変化していることが明らかとなった。その変化はアクチン・ミオシンの反応による張力発生と比べて早く生じる。しかし,トロポニン分子の構造変化はカルシウム結合によるものだけではなく,ミオシンかアクチンと反応するとさらに大きな構造変化が生じる。その大きさは張力発生とは相関せず,細いフィラメント全体の協同的な構造変化の一部と考えられる。筋肉の収縮は、一般に細胞内カルシウムイオン濃度によって制御されている。骨格筋においては、カルシウムイオンは細いフィラメント上のトロポニン分子に結合し、構造変化を引き起こすことによって張力発生(アクチン分子とミオシン分子の相互作用)を引き起こす。X線回折法は、生理的条件下の骨格筋において、トロポニンへのカルシウム結合を測定しうる唯一の方法である。当該年度においては、X線回折法によるトロポニンへのカルシウム結合測定と、カルシウム感受性蛍光色素による細胞内カルシウム濃度の測定を同一の試料において行い、結果を比較することができた。実験は大型放射光施設SPring-8の高輝度ビームラインBL40XUを用いて行った。X線検出器には、X線イメージインテンシファイアを用い、その出力を三板式高速CCDカメラ又は高速CMOSカメラで観察した。時間分解能は共に1ミリ秒である。試料には太いフィラメントと細いフィラメントの間に重なりが無くなるまで引き延ばした食用蛙半腱様筋を用いた。細胞内にカルシウム感受性蛍光色素fluo-3を取り込ませ、蛍光顕微鏡を用いて蛍光変化を測定し、それに基づいて細胞内カルシウム濃度とトロポニンに結合したカルシウム量を計算した。X線回折測定と蛍光測定は筋肉に対して電気刺激を行う度に、交互に行った。トロポニン反射の強度は、刺激後4ミリ秒から増加し、10ミリ秒で最大になり、25ミリ秒で半減した。細胞内カルシウム濃度から計算したトロポニン分子のカルシウム結合量は、刺激後1-2ミリ秒から増加し、5ミリ秒に最大に達し、40ミリ秒程度で半減した。このようにX線回折で測定したトロポニン分子の構造変化はトロポニンへのカルシウム結合とは必ずしも一致していないことが明らかとなった。
中途視覚障害者のための自動サービス機器のバリアフリー化に関する研究

本研究における自動券売機調査の操作時間については、押しボタン式でも高年齢者は、中年層や青年層よりも時間がかかっていた。タッチパネル式にになると、中・高年齢層の操作時間は、青年層や子供らの年齢層との間で有意差が認められた。中・高年齢層はタッチパネル式の操作に手こずっている様子がうかがわれた。中途視覚障害者の自動券売機の利用状況についての調査では、87名の中途視覚障害者と56名の晴眼者に同一の質問を行い問題点を明らかにした。タッチパネル式自動券売機の障害者対応機器として設置されている音声ガイドは、使用経験のある障害者は58.1%に過ぎず、利用できない障害者が16.3%いた。テンキー入力装置については使用経験者は、52.3%に留まっており、利用できなかった人も23.3%いた。実際に切符を購入する際に、タッチパネル式の券売機を利用すると答えた視覚障害者は25.3%に過ぎず、62.7%がボタン式の券売機を利用していた事実をしると、タッチパネル式自動券売機の使いにくさをうかがい知ることができた。なお、視覚障害者が利用する頻度の多い現行のボタン式自動券売機でも料金表示の大きさについては82.0%の障害者が悪いと評価していた。障害者にやさしい自動券売機を設計することの必要性が分かった。この調査結果をもとに、弱視者12名について、タッチパネル式自動券売機の利用時の行動分析について実験的研究を行った。弱視者によると、タッチパネルの背景色は、橙、ボタンの色は黒の組み合わせが最も良い評価された。ボタンの形については、弱視者の立場から考えると、大きいものが明らかに良いとされていたが、実用性や社会的な適応性から考えると、余り大きさだけにこだわるわけにはいかない。となるとボタンごとの間隔や文字の間隔を工夫することが必要であろう。最後に男女大学生10名、弱視者8名により、ATMのユーザビリティについて実験を行った。タッチパネル式ATMの電話型および計算機型の入力方式について検討したところ、数字の1にオレンジの色を着色した色付にすると操作性が上することがわかった。しかし、この程度では弱視に対してはそれほどのサポートにはならないことも確められた。自動販売機のレベルに、自動券売機やATMが近づくために、現場、現物、現実をベースとした地道な調査による開発のための資料の収集が必要となろう。近年、自動券売機やATMのような自動サービス機器に、タッチパネル式のインターフェイスが導入されることが多くなった。このタッチパネル式のインターフェイスは、高齢者や中途視覚障害者などにとり、バリアとなっているのが現状である。JR高崎線、山手線、中央線等首都圏の11路線219駅における自動券売機について、タッチパネル式券売機の導入状況、券売機へのアプローチとしての視覚障害者用の点字ブロックの設置状況、券売機等への点字表示などについて調査を行った。

2,569台の券売機のうちタッチパネル式は931台(36.2%)、ボタン式は1,287台(50.1%)、有人窓口351ヶ所(13.7%)となっていた。有人窓口は1駅に1.67ヶ所となっており、有人窓口のない駅もあった。タッチパネル式は、現在36.2%と3分の1ほどであるが、今後導入が進むことが予想される。首都圏以外については、仙台、米沢、京都、大阪、北九州、福岡、鹿児島等でも導入実態を観察調査した。今年度の調査のもう1つの特徴は、自動券売機使用時の乗客からの苦情により、各駅ごとに使いやすいように改善をほどこしている良い事例を写真に記録し、分析したことである。自動サービス機器のバリアフリー化といっても、具体的なイメージがすぐにわくものではない。先人の知恵を活用することの大切さを研究アプローチにとりいれたものがグッド・プラクティス即ち良い事例の収集である。この方法は参加型人間工学の手法として、ILOでも積極的に取り入れられている方法である。ある駅ではカラーでイラスト入りのポスターに券売機で購入できる乗車券の駅名を示すなど、購入者に分かりやすい方法が採用されていた。基本的なトラブル情報が収集されたので、中途視覚障害者に対して質問紙調査を実施した。隣のタッチパネルを触ってしまうとか、文字が読みにくい等の使いにくさの状況が把握できた。平成11年度では実験によってそれを実証したい。平成11年度は中途視覚障害者に対するアンケート調査からタッチパネル式券売機のパネル表示部分が中途視覚障害者にとり使いにくいこと、時には使用できないことがあることがわかったことから、タッチパネル式自動サービス機器の問題点を明らかにすべく使用現場における実態調査を実施した。調査は平成11年4月9月にかけて、都市銀行7行と1地方銀行の合計8銀行のATMのシステム特に画面の内容(メニュー画面・入力画面)について、バックカラー、ボタンの色、ボタン上の文字の色、各銀行での項目数および項目の種類等を調査し、引き出し、預け入れ、残高照会などの一連の流れを分析した。この分析結果をもとに、高崎市内にある金融機関で実際の利用者のATMの利用状況を調査シた。調査は平成11年10月1214日の3日間で、調査時間は午前9時から午後3時間でとした。ATMが見える位置から利用者の年齢、取引内容、利用時間、取引中の行動について男子251人、女子356人を観察した。調査結果から画面での構成を最小化し、機能の意味を明確にし、使用方法をわかりやすくする必要があることが分かった。また15人の被験者による実験の結果から人間の手の動きは上下の動作より、左右の動作の方がスムーズに行えることが分かったので、それを考慮した上でメニューを構成する必要があることが確かめられた。ATMの利用時間は通帳記入や残高照会・引き出しなどで3040秒を要しており、それが振り込みになると3倍4倍の時間がかかっており、多くの人がトラブルに巻き込まれていることが分かった。昨年に引さ続き、自動券売機の調査も実施した。タッチパネル式券売機の普及はめざましいものがあった。利用者が使いこなせないために、小型の料金表を設置したり、点字料金表を準備するなどのサポートが必要なことが改めて確認された。基本的なコンセプトに問題があるように思われた。平成12年度では、中途視覚障害者の自動券売機の利用状況について調査を行った。87名の中途視覚障害者と56名の晴眼者に同一の質問を行い問題点を明らかにした。
金属有機化合物分解法による波長選択的吸収膜の創成

太陽熱吸収膜として、金属微粒子に銀,酸化物にアルミナを用いてサーメットを金属有機化合物分解法(MOD法)により作製した。金属微粒子の体積分率を原材料生成時に調整し、Agの体積分率を10から60%として生成し、その波長選択的ふく射特性を測定した。その結果、2マイクロメートルの波長を区切りとして、可視光側で0.9の吸収率、赤外側で0.08となる膜を生成でき、その性能指数は0.8となった。大気中で簡便な手法で設計通りのサーメットを生成できることを示した。2層サーメットなどさらなる特性向上については、表面研磨や微粒子の溶液中での分散技術向上のなど、技術的な問題を浮き彫りとできた。本研究は,金属ナノ粒子を含む酸化物薄膜(サーメット薄膜)を生成し,光の波長選択的吸収スペクトルを制御しようとする研究である.本年度は,薄膜生成技術のノウハウの蓄積,作製した薄膜の光学特性測定に取り組んだ.当初は,銀ナノ粒子と酸化物薄膜の原料を混合し,混合物を塗布してサーメットを作製することを計画していた.しかし液体中での銀ナノ粒子の分散が悪く,研究を進めることができなかったため,第一段階として,金属ナノ粒子を含まない酸化物薄膜の生成,真空蒸着による銀ナノ粒子導入を試みた.真空蒸着において,薄膜成長モードが島状成長となる場合,蒸着時間を短くして不連続な膜を生成することで,薄膜形状をナノ粒子的な状態にすることが可能である.金属有機化合物を加熱することで,酸化物薄膜を生成できることを確認し,さらに生成した酸化物薄膜上に真空蒸着で銀を短時間蒸着することで,ナノ粒子を含有する酸化物薄膜(サーメット薄膜)を作製することができた.現在,走査型電子顕微鏡(SEM)による薄膜の形状評価を進めている.さらに光学特性については,可視光から近赤外領域までの屈折率を測定できるエリプソメーターによって,作製した薄膜の特性評価を進めている.反射率スペクトル測定だけでなく,屈折率を知ることによって,目標としている波長選択的吸収特性が生み出されるメカニズムを考察できる.上記のように,初年度はサーメット薄膜生成技術の確立と電子顕微鏡による薄膜形状評価,さらに生成した薄膜の屈折率測定に取り組み,一連の実験ノウハウを構築した.金属表面にMOD法を用いて,サーメット二層構造を生成し,その波長選択的吸収特性をFT-IRで測定することで,耐熱性を有し優れた波長選択的吸収特性をもつ表面を創成する.本年度も引き続き,サーメットの母材を酸化ケイ素,酸化アルミニウムとし,金属有機化合物を熱処理することで生成した.混合させる金属微粒子を銀またはタングステンのナノ粒子とした.銀ナノ粒子の母材中における体積分率を40%,サーメット母材を酸化アルミニウムとしたとき,サーメットとして最も高い性能を示し,短波長側の吸収率と長波長側の放射率のバランスを定量的に評価する性能指数(FOM:最大で1)は0.81を示した.他材料の組み合わせではFOMが0.76程度にとどまっており,違いを調べるため,作製したサーメット薄膜の断面と表面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した.その結果,タングステン粒子は直径が5マイクロメートル程度の大きな粒子に凝集しており,ナノ粒子が母材に均一に分散していなかった.一方,銀ナノ粒子を原料として異なる粒子濃度としたサーメット薄膜では,膜が均一にならずに多孔薄膜になっていた.ナノ粒子の凝集もしくはナノ粒子を混合した金属有機化合物溶液の不均一な塗布が目的の薄膜生成を妨げる原因となっていることも明確となった.一方でサンプルの半球放射スペクトル測定については,波長1-2マイクロメートルにあたる領域が装置で測定できる範囲外にあるため,外部に測定依頼することも計画している.現状,計画していた2層構造生成まで実施できていない.薄膜表面の大きい凹凸が2層構造薄膜生成の妨げとなっており,サーメット自身の特性だけでなく,2層構造を生成する上でも溶液中で如何にしてナノ粒子を均一分散させることができるかが課題となっている.昨年,目的の薄膜が生成できずナノ粒子利用から真空蒸着に切り替えた.同時並行してナノ粒子を利用する手法についても生成を検討し,最終的に溶液中の粒子濃度を調整することで,基板上に原料を塗布して生成できることを見出した.このように複数の薄膜生成手法を検討する必要があったため,計画よりやや遅れている.太陽熱を効率よく吸収して利用できるサーメット(金属と酸化物の混合物)を生成コストの抑えられる塗布で作製し,その特性を測定した.金属に銀ナノ粒子,酸化物にアルミナを用いたサンプルが最も高い性能指数を示し0.81となった.特性の高いサンプルに対してX線回折ならびにSEMによる断面観察による評価を行い,目的通りに金属ナノ粒子が均一に分散した酸化物薄膜が生成できていることを確認した.吸収スペクトルについてもほぼ設計通りのものが得られた.さらに性能指数が高いサーメットを生成するには,膜厚100nm程度の薄膜を生成できる必要があるが,金属ナノ粒子のサイズ以下に薄膜の膜厚をコントロールすることができないことが生成の問題となった.

特に金属ナノ粒子をMOD溶液内に均一に分散させることが技術的に難しく,例えば金属にタングステンを選択した場合,コンポジットの原料となる溶液生成中もしくは塗布中に金属粒子が凝集して,目的のサーメットを生成できなかった.一方で計画通り,金属の体積分率を調整することは容易だった.他,混合溶液生成,塗布,熱処理のプロセスをすべて大気中で行ったが,金属ナノ粒子が酸化されることはなく,改めて金属ナノ粒子を均一に分散することのみに課題があることを浮き彫りとした.さらに波長選択的ふく射特性の評価システムも研究期間中に改良し,サーメットの生成,評価,熱ふく射スペクトル測定の一連のノウハウを確立し,太陽熱吸収のための塗布型サーメット薄膜の研究環境を整えることができた.太陽熱吸収膜として、金属微粒子に銀,酸化物にアルミナを用いてサーメットを金属有機化合物分解法(MOD法)により作製した。金属微粒子の体積分率を原材料生成時に調整し、Agの体積分率を10から60%として生成し、その波長選択的ふく射特性を測定した。その結果、2マイクロメートルの波長を区切りとして、可視光側で0.9の吸収率、赤外側で0.08となる膜を生成でき、その性能指数は0.8となった。大気中で簡便な手法で設計通りのサーメットを生成できることを示した。2層サーメットなどさらなる特性向上については、表面研磨や微粒子の溶液中での分散技術向上のなど、技術的な問題を浮き彫りとできた。ナノ粒子が分散された酸化物薄膜の生成において,当初計画していたような混合物の塗布では狙い通りの膜が生成されず,代替案として金属ナノ粒子構造を真空蒸着で導入する方法に切り替えたため,計画からやや遅れている.さらに測定においても吸収率促進メカニズムを知るためにエリプソメーターを用いた屈折率測定に切り替えたため,こちらでの計画がやや遅れている.改善方法が確定したため,引き続き,ペースを上げて実験を進めることで目的の薄膜が得られる目途がついた.放射スペクトル測定については,学内外の研究者と共同して進めることで,研究を進展させる.熱工学初年度に蓄積したノウハウにより,今年は作製するサンプル数を増やし,目的の薄膜が得られるよう実験を進める予定である.残額が1470円と少額なため,改めて物品を購入することができなった.次年度の配分額と併せて,改めて消耗品などの物品購入に充てる.
骨髄単核球細胞移植を用いた大腿骨頭壊死症に対する新しい治療技術の開発

大腿骨頭壊死症は、壊死した大腿骨頭を正常な状態に戻す根本的な治療法は確立されていない。本研究は骨髄単核球細胞を大腿骨内の壊死部と正常部の境界領域に移植して血管新生を誘導し、血流障害を改善して骨壊死を修復させることを目的とした、本疾患に対する全く新しい治療法の開発である。本年度は大腿骨頭壊死を生じさせた動物モデルを用いて壊死部の血管新生、骨壊死の修復などの治療手技の確立を試みた。さらに、大腿骨頭壊死症に対するエリスロポエチンの効果を評価し、その作用機序を調べた。1.実験動物(日本白色家兎)にステロイドを注射して大腿骨壊死を生じさせた。経時的に大腿骨を摘出して組織学的に観察し、骨壊死の発生とその変化を確認した。2.実験動物の骨盤から骨髄細胞を採取し、単核球細胞を分離した。作製したステロイド性大腿骨壊死動物の骨髄内壊死境界部に、単核球細胞移植を行なった。コントロールは同様の方法で生食を注入した。これにより、大腿骨頭壊死に対する骨髄単核球細胞移植の効果を評価した。3.同様に作成したステロイド性大腿骨壊死モデルの実験動物に、エリスロポエチンを使用量を変えて連日投与した。これにより、大腿骨頭壊死に対するエリスロポエチンの効果を評価した。4.生体外培養系で、骨関連細胞にエリスロポエチンを作用させ、分化、増殖能を評価した。これにより、大腿骨頭壊死に対するエリスロポエチンの作用機序を考察した。エリスロポエチンは、大腿骨頭壊死症に対する全く新しい治療薬になる可能性がある。これらの研究結果は現在詳細に分析中であり、論文発表・学会発表は分析終了後に行う。大腿骨頭壊死症は、ステロイドの使用などにより骨組織の血流障害をきたし、大腿骨頭が壊死、圧潰して股関節痛や歩行機能障害を生じる疾患である。しかし、現在その治療は、壊死した部分を加重部から非加重部へ移動させる骨切り術や人工関節置換術が行われることが多く、壊死した大腿骨頭を正常な状態に戻す根本的な治療法は確立されていない。本研究は、自家骨髄単核球細胞を大腿骨頭内の壊死部と正常部の境界領域に移植することにより、血管新生を誘導して血流障害を改善すること、及び骨組織形成に直接作用ことによって骨壊死を修復させることを目的とした、本疾患に対する全く新しい治療法の開発である。本年度は骨髄単核球細胞移植による骨組織修復の研究を進めた。まず、マウス、ラット、ラビットなどの実験動物において、自家骨髄単核球細胞を採取し単離する技術、局所または静脈内に細胞を移植する技術を確立した。これらの自家骨髄細胞移植技術を、様々な骨組織障害部位に導入し、骨組織修復が達成できるかを検討した。すなわち、骨欠損の修復や骨折後の骨癒合不全における骨癒合促進などの骨修復、骨形成実験である。さらに、これらの骨組織の周囲軟部組織に、血管損傷や筋損傷などにより血流障害を生じさせ、骨髄単核球細胞移植による血流障害の改善とそれによる骨組織再生が生じるかを観察した。さらに、骨形成タンパクによる骨欠損修復および異所性骨形成の動物実験モデルにおいて、骨髄単核球細胞移植の有用性についても検討中である。一方、骨髄単核球細胞を有効に局所に作用させるためのデリバリーシステムを開発している。多孔性の生体分解性ポリマー上で骨髄単核球細胞を培養し、デリバリーシステムとして機能する技術を研究中である.1.実験動物の大腿骨頭周囲の血管を焼結後、経時的に大腿骨頭を摘出した。組織像を観察すると、大腿骨頭壊死が発生し、徐々に骨頭が圧潰することが明らかになり、大腿骨頭壊死のモデル動物として適していた。作製したモデル動物に、骨髄単核球細胞を静注し、大腿骨頭壊死の発生頻度および圧潰の程度を検討している。また、モデル動物の大腿骨頭周囲筋に骨髄単核球細胞を注入し、大腿骨頭壊死への影響を検討している。さらに、ヌードマウスの大腿骨頭壊死モデルを用いて、ヒト骨髄単核球細胞静注実験を予定している。2.実験動物に定期的にステロイドを投与し、3週間後に大腿骨を摘出した。組織像を観察すると、約80%の大腿骨骨髄に壊死を生じており、ステロイド性大腿骨頭壊死モデル動物として適していた。作製したモデル動物の大腿骨に骨孔を開け、自家骨髄単核球細胞を注入し、大腿骨骨髄の壊死発生頻度を検討している。3.大腿骨頭壊死の治療に、血管再生能を有するエリスロポエチンを検討した。まず、骨形成能を調べる目的で、実験勲物の背筋内に骨形成タンパク・コラーゲン複合体を埋め込み、2週間連日エリスロポエチンを投与した。3週間後に摘出した異所骨は、エリスロポエチンを投与した群がコントロールに比べて有意に骨密度が高かった。現在、エリスロポエチンが骨形成を促進する機序を解明している。