hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
3次元免疫組織化学法による外分泌器官内組織幹細胞の特定と分化能の解明

1.唾液腺介在部にある幹細胞の特定IPRを連続投与して細胞増殖がおきる時期の耳下腺について、幹細胞候補細胞の絞り込みとその免疫組織化学的特性を明らかにするため、免疫組織化学の多重染色法により調査した。その結果、(1)介在部導管の最終末端の細胞より腺房細胞への移行が起きるものと推定された。この細胞は非刺激時には、HGF陽性、amylase陰性であるが、IPRの反復投与3日目には、amylase陽性の分泌顆粒が出現するようになり、腺房細胞に移行するらしい。(2)IPRによる刺激では、介在部細胞から導管系細胞への移行を積極的に支持する所見は得られなかった。以上より、介在部の最終末端細胞は腺房細胞へ分化する潜在能を持つが、その他の部域の細胞への分化能はなさそうだと結論した。2.90%部分切除後の再生膵における介在部導管の分化能部分切除後の再生膵でCytokeratin20とインスリンの多重染色を行った標本より3次元立体像を復構して、介在部導管の部域毎の分化能を調査した。その結果、介在部導管の終末端の細胞は腺房細胞に、二次介在部が分枝する部分の細胞から内分泌細胞が分化することが推定された。細胞の環境が分化の方向性を決めるものと推定されるが、これまでの形態学的調査では、分枝部細胞の周囲に特殊な間質組織の存在は特定されていない。3.膵発生期における内分泌幹細胞の特定胎生後期から周産期のラット膵の組織発生を3次元組織学法で調査した。その結果、背側膵芽から伸長した腺管構造の随所からグルカゴン陽性細胞が出現し、それらがまとまってランゲルハンス島を形成していた。つまり、一つのラ氏島内の細胞はクローンではなく、オリジンを異にするものの集団であることが判明した。
電気化学的に作製した無機機能性薄膜の特性とナノレベルでの構造評価

無機酸化物膜には、水素吸蔵能や高触媒性、磁性などの様々の機能性が存在する。電気化学反応による膜の生成プロセスは、電気化学の新しい用途や有用な機能性無機薄膜の新しい作製法として期待される。また、電気化学反応を用いた無機薄膜の作製方法は、低エネルギー・低環境負荷のため注目を集めるようになってきた。しかしながら、これまで作製されてきた無機酸化物膜は、構造的に規制されたものではなく、ナノレベルで結晶化し規制された構造を有する無機酸化物膜が作製できれば、さらに機能性が向上するものと考えられる。本研究では、酸化チタン上に金属酸化物の無電解析出の検討を中心に行った。基板に単結晶を利用することで、常温・常圧条件下において高い配向性をもつ酸化物の作製に成功した。無電解酸化によって種々の配向性をもつ酸化チタン単結晶基板上に析出させた酸化鉛のX線回折パターンを示している。電解液の溶液組成および溶液のpHを制御すると、酸化チタン単結晶基板上に選択的にβ-PbO_2を形成させることができた。基板の酸化チタンに(001)面を利用したときには、析出した酸化鉛の配向性も(001)になった。同様の現象は、TiO_2(110)およびTiO_2(100)基板でもみられた。しかしながら、基板に多結晶の酸化チタンを用いた場合には、析出した酸化鉛は全く配向性を有していなかった。したがって、析出した酸化鉛は基板のTiO_2の配向性に非常に強く影響を受けることが分かった。これは、TiO_2とβ-PbO_2の両方ともルチル型の結晶構造であり、同じ配向性を持つときに構造のミスマッチの差が最も小さくなるためであると考えられる。また、高温中で酸化物の析出を行うとより大きな結晶化した膜を得ることができた。さらに、コバルト、鉄などの酸化物の配向性を持った膜の作製にも成功した。
ポリオキサゾリンを基本骨格とした機能性ゲルの反応設計

アミド基を繰り返し単位にもつ有機高分子であるポリオキサゾリン共存下、テトラエトキシシランの酸触媒ゾル-ゲル反応を行うと、無色均一透明なガラス状のポリマーハイブリッドが、有機高分子の広い範囲の組成で得られた。これは、ポリオキサゾリンのアミドカルボニル基とシリカゲルのシラノール残基との水素結合による強い相互作用に基づくものであると考えられる。有機-無機ポリマーハイブリッド合成において、テトラエトキシシランの代わりに、そのアルコキシドを一つアルキル基に置き換えたものを用いると、ハイブリッド中のシリカマトリックスの架橋点が四から三に減少することになり、よりソフトなハイブリッドが期待できる。実際、メチルあるいはフェニルトリアルコキシシランのゾル-ゲル反応を利用して、ポリオキサゾリンを有機成分とした無色透明均一なポリマーハイブリッドを合成することができた。興味あることに、得られたポリマーハイブリッドを成膜性に優れ、また曳糸性を示すことが分かった。一方、ポリオキサゾリンは極性有機溶媒であるDMFやDMAcの高分子同族体としての構造を有しており、ポリ塩化ビニルやポリアミドなどの極性有機高分子との相溶性に優れていることが知られている。そこで、極性有機高分子とシリカゲル、それにポリオキサゾリンの三成分の高分子ハイブリッド合成を検討した。すなわち、通常は均一なハイブリッドを合成しにくい有機高分子と無機物の組み合わせにポリオキサゾリンを共存させることにより、均一なハイブリッドとなることが期待できる。実際、ポリ塩化ビニルとポリオキサゾリン存在下、テトラエトキシシランのゾル-ゲル反応を行ったところ、透明均一なハイブリッドを合成することができた。見方を変えれば、ポリオキサゾリンが有機高分子と無機物との相溶化剤として働いていることを示唆するものである。
看護業務改善プロジェクトを支援するためのシステム開発研究

【システム上で使用するマスタの整理】看護業務改善の進捗状況を整理するための構造化モデル(3×5のマトリックス)の各セル名称と定義(説明)の標準化を図った。具体的には研究者および臨床の業務改善プロジェクト担当者らともに、過去に整理された33事例が構造化モデルにどの程度フィットしているかについて、定性的な評価を行い、各セルのタイトル・定義の表記を決定した。【サーバ環境の整備】入力インターフェイスの評価を行うことを目的として、WWWサーバを試験的に設置した。病棟および看護部の端末からWWWブラウザを使用し、ログインIDとパスワード認証を行い、本システムを使用できるよう整備した。【入力インターフェイスの開発】WebサーバとHTML化処理のインターフェイスには、CGI(Common Gateway Interface)を用いた。Webサーバは、クライアントの要求毎に、Webアプリケーションプログラムを起動するように設定した。プロジェクトの進捗状況の記録をフリーテキストにより対話形式で入力できるようにした。また、根拠・参考資料については、画像処理された図表を保存できるようにした。そして、最終的に入力されたテキストを送信することで、HTML形式の構造化モデルが表示できるよう設定した。【今後の展開】本研究成果は、Nursing Informatics2003(Brazil)で発表予定である。また、今年度末に国立大学病院看護部の協力を得て、試験的運用を行い、評価を行う予定である。
沖縄県における市中感染型メチシリン耐性色ブドウ球菌の疫学調査と遺伝子解析

【目的】近年,米国で健常者での重篤なMRSA(methicillin-resistant Staphylococcus aureus)感染が相次いで報告された。この感染症は市中感染型(commu-nity-acquired : CA)MRSAと呼称され、現在ではグローバル感染症として注目されている。CA-MRSAはPanton-Valentineロイコシジン(PVL)白血球破壊毒素を高頻度に産生する強毒菌である。我が国におけるPVL産生-MRSAの検出および疫学調査は数少ない。今回、沖縄県の医療関連施設から協力を得てPVL産生-MRSAの検出と疫学的解析を実施し、世界各地での流行株との比較解析を行った。【結果】PVL産生株は2008年にはじめて確認され、現在までに17株を確認した。PVL産生株はすべてMRSAで、膿由来が最も多くを占めた。米国流行株との遺伝子相同性の結果、USAクローン300、500、700、1100に95%以上の相同性を持つことが確認された。PFGEでの相同性解析結果では3群に区分された。PVL産生株はTSST-1 toxinはすべて陰性であった。SCC mec typeは確認された5株はすべてIV型であった。【考察】2008年に沖縄県内で初めてPVL産生MRSAが確認されたが、検出頻度は米国に比べ少なかった。しかし沖縄県由来株の多くは米国流行株と高い遺伝子相同性を示した。
胃癌のgroup I pepsinogen産生とその臨床応用に関する研究

胃癌患者75例の胃癌組織を酵素抗体法(PAP法)により染色し、胃癌組織のgroup【I】pepsinogen(以下PG【I】と略す)産生の有無を検討した。抗体は、東京大学第一外科、三木一正博士より入手した抗ヒトPG【I】ウサギ抗体を用いた。正常胃底腺のPAP染色では腺底部に集簇あるいは散在する主細胞が特異的に染色された。胃癌組織のPAP染色陽性例では胃癌細胞の胞体が微細顆粒状ないしは網状に染色された。胃癌75症例中PAP陽性例は44例(59%)であった。肉眼型分類からみると4型で陽性率が最も高く18例中15例(83%)であった。組織型分類からみると低分化腺癌が最も高頻度で30例中23例(77%)であった。とくに、Scirrhous typeを示すものは全例がPAP陽性であった。胃癌患者の胃癌組織(転移陽性リンパ節)、血清、尿のPG【I】濃度をGroup【I】Pepsinogen Kit(Cis Sorin)により測定した。胃癌組織中PG【I】濃度を組織・血液比で表わし、PAP陽性例(15例)とPAP陰性例(10例)の2群に分けて比較検討した。前者の平均値±標準偏差は10.7±10.3、後者では4.4±7.9で有意差はないがPAP陽性例で高値を示す傾向にあった。胃全摘後患者の血中、尿中PGI値をみると、平均血中PGI値は胃癌再発例(20例)が12.3ng/ml、再発の認められない例(50例)では5.8rg/mlで両者間に有意差を認めた。しかし、尿中PG【I】値においては有意差がなかった。胃全摘後患者の血中PG【I】値と経時的に検索するとPAP陽性の再発死亡症例6例中4例では急激な上昇を示したが、再発兆候のない症例では大きな変化を示さなかった。以上より、胃癌のPG【I】産生が明らかとなり、胃全摘後胃癌再発患者におけるtumur morkerとしてPG【I】が有用であることが示された。
地域のまちづくりと連携した市街地型公的住宅団地の再生に関する研究

戦後期に建設された住宅団地は老朽化が進んでおり、その再生は重要な課題である。市街地型の住宅団地の再生は、郊外型に比べて周辺市街地への配慮がより一層重要であり、単なる技術的問題としてではなく、地域との連携を含めた社会的課題として取り組まなければならない。本研究では、わが国最初期のRC造店舗併用住宅団地である京都・堀川団地を対象として、代表者らがこれまで研究に取り組んできたスケルトン・インフィル方式に団地再生という現代的価値を見出し、その実現のための技術的・社会的課題の解決を目指し、アクションリサーチを主な研究手法として、地域のまちづくりと連携した市街地型公的住宅団地の再生のあり方を明らかにした。本研究課題の目的は、市街地型の公的住宅団地である堀川団地を対象として、地域のまちづくりと連携した市街地型の公的住宅団地の再生システムおよび運営システムを明らかにすることである。その目的達成のために設定した下記の5つの課題の本年度における研究の進捗状況は以下の通りである。1シナリオ・アプローチによる市街地型の公的住宅団地の再生プロセス:市街地型の公的住宅団地の再生に冠する既往研究のレビュー、「堀川団地再生事業推進委員会」や「堀川団地まちづくり協議会」といった会議体の議事録の分析を通じて、市街地型の公的住宅団地の再生にシナリオ・アプローチを適用する際の課題について整理した。2スケルトンの多面的価値を踏まえた改修技術の開発:(1)住棟・住戸の平面形式、(2)住棟の耐震性、(3)周辺市街地との関係、という3つの観点から各住棟のキャパシティの分析を行った。3福祉・子育て支援等の居住支援機能の導入手法の検討:公的住宅団地に高齢者施設・福祉施設を併設し、地域の居住支援サービス拠点としての再生を目指した事例について、その特性と空間構成の関係を分析し、公的住宅団地への居住支援機能の導入を検討する上での基礎的な知見を得た。4地域のまちづくりに資する商業機能の再生手法:「堀川団地まちづくりカンパニー導入検討委員会」の議事録分析および委員である商業関係者へのインタビュー調査などにもとづき、堀川団地の再生において導入すべき機能や、商店街が果たすべき役割について検討した。5市街地型の公的住宅団地における公益事業体のあり方の検討:「堀川団地再生事業推進委員会」、「堀川団地まちづくりカンパニー導入検討委員会」の議事録分析や有識者へのインタビューなどを踏まえ、土地・建物所有権関係、主体間関係のあり方という観点からまちづくり会社の導入シナリオについて検討した。その目的達成のために設定した下記の5つの課題について研究を進めた。本年度の進捗状況は下記の通りである。1シナリオ・アプローチによる市街地型の公的住宅団地の再生プロセス:堀川団地の全体6棟のうち先行して中二棟の改修事業が行われることを受け、改修計画とその実施プロセスの分析を行い、前年度までに検討した市街地型公的住宅団地再生のシナリオの有効性と課題を検証した。2スケルトンの多面的価値を踏まえた改修技術の開発:中二棟改修事業における住戸改修計画をもとに、前年度までに分析した各住棟のキャパシティについて検証した。また、国内外の団地再生事例について広く情報収集を行い、団地ストックの価値について多面的に検討した。3福祉・子育て支援等の居住支援機能の導入手法の検討:中二棟改修事業において導入が決定している障がい者就労支援および高齢者介護支援のためのサービスや国内の先進事例の分析をもとに、堀川団地における新しいコミュニティミックスの可能性について検討した。4地域のまちづくりに資する商業機能の再生手法:前年度までの議論を踏まえ、商店街が抱える課題について改めて整理するとともに、「堀川団地再生リノベ研究会」において導入の可能性が検討されている新たな商業機能について分析し、堀川団地再生において導入すべき機能や体制について検討した。5市街地型の公的住宅団地における公益事業体のあり方の検討:「堀川団地再生リノベ研究会」における議論およびワークショップの分析や、国内外の住宅団地におけるマネジメント・システムの事例分析などを行い、堀川団地再生における「まちづくり会社」などの公益事業体のあり方について検討した。本研究課題の目的は、市街地型の公的住宅団地である堀川団地を対象として、地域のまちづくりと連携した市街地型の公的住宅団地の再生システムを明らかにすることである。上記の目的を達成するために、下記の5つの研究項目を設定しており、本年度の各項目における研究成果は下記の通りである。1シナリオ・アプローチによる市街地型の公的住宅団地の再生プロセス:前年度までに行ってきたシナリオの記述・整理方法の検討、今後起こりうる団地をめぐる地域・社会環境の変化の検討を踏まえ、これまでの団地再生に向けた議論について客観的に整理を行うとともに、団地再生関係者との協議論を通じて、よりリアリティの高い再生シナリオを描いた。2スケルトンの多面的価値を踏まえた改修技術の開発:前年度までに行ってきた各住棟のキャパシティ分析を踏まえ、ストックを最大限に活かした住棟改修を実現するために必要な改修技術について検討を行い、中2棟改修工事およびDIYによる住戸改修実験の検証を行った。3福祉・子育て支援等の居住支援機能の導入手法の検討:堀川団地における具体的な福祉・子育て支援のサービスの供給・運営体制、既存集合住宅への施設導入の方法などについて、福祉事業者へのインタビュー、法制度的課題の整理などを通じて検討を行った。4地域のまちづくりに資する商業機能の再生

手法:まちづくり関係者や専門家を交えて行ってきた商店街再編に向けた議論を踏まえつつ、留学生センターや職人工房といった行政から導入が提案された機能の検討を加え、周辺地域も含めた商業機能再生の方法について検討した。5市街地型の公的住宅団地における公益事業体のあり方の検討:堀川団地再生向けたまちづくり会社導入の可能性が本格的に検討され始めていることから、これらの主体と協働しつつ、前年度までの成果を活かして、より妥当なまちづくり会社導入手法について検討した。研究はおおむね順調に進展しているが、研究対象としている市街地型公的住宅団地である堀川団地における再生まちづくりは利害関係者間の意思決定が困難であることなどの理由により、全体としては事業の進捗が当初の予定から大幅に遅れている。一方で、堀川団地全体6棟のうち中2棟については先行して改修事業が進捗していることから、上記2棟を中心として前年度まえの検討を踏まえた分析を行った。本研究課題の目的は、市街地型の公的住宅団地である堀川団地を対象として、地域のまちづくりと連携した市街地型の公的住宅団地の再生システムを明らかにすることである。上記の目的を達成するために、下記の5つの研究項目を設定し、これらに従って研究を進めてきた。本年度(最終年度)の研究成果は下記の通りである。1シナリオ・アプローチによる市街地型の公的住宅団地の再生プロセス:前年度までに行ってきたシナリオの記述方法、現在進行している再生事業の経緯、今後起こりうる地域・社会環境の変化の検討を踏まえ、よりリアリティの高い再生シナリオを描き、提言にむけた議論を深めた。2スケルトンの多面的価値を踏まえた改修技術の開発:前年度までに行ってきた各住棟のキャパシティ分析を踏まえ、ストックを最大限に活かした住棟改修を実現するために必要な改修技術を検討した。さらに、中2棟改修工事およびDIYによる住戸改修実験の検証を行った。3福祉・子育て支援等の居住支援機能の導入手法の検討:堀川団地における具体的な福祉・子育て支援サービスの供給・運営体制、既存集合住宅への施設導入の方法などについて、福祉事業者へのインタビューや利用実態の調査などを通じて検討を行った。4地域のまちづくりに資する商業機能の再生手法:前年度までにまちづくり関係者や専門家等を交えて行われてきた商店街再編に向けた議論を踏まえ、当初の予定にはなかった機能(職人工房等)の導入についても検討し、周辺地域も含めた商業機能の再生について検討した。5市街地型の公的住宅団地における公益事業体のあり方の検討:職人工房(アート・アンド・クラフトセンター)の導入とあわせて検討されている、堀川団地再生向けたまちづくり会社に該当する組織関係者へのヒアリング等を通じて、より妥当なまちづくり会社導入手法について検討した。戦後期に建設された住宅団地は老朽化が進んでおり、その再生は重要な課題である。
体軸性脊椎関節炎に対する新規治療法の開発及び本邦での疾患関連遺伝子検索

脊椎関節炎の一つである強直性脊椎炎(Ankylosing spondylitis; AS)は、10代30代の若年者に発症する原因不明で、体軸関節である脊椎・仙腸関節を中心に慢性進行性の炎症を生じる疾患であり、進行期には脊椎のみならず四肢関節の骨性強直や関節破壊により重度の身体障害を引き起こす疾患である。その病状経過は進行性であり、発症後は生涯にわたり疼痛と機能障害が持続し、患者本人のみならず家族の物理的、経済的、精神的負担は多大である。IL-17Aは、主にヘルパーT(Th)17細胞から産生されIL-17受容体に結合し作用し、IL-17A受容体は上皮細胞(ケラチノサイトなど)、樹状細胞、マクロファージ、線維芽細胞、骨芽細胞及び内皮細胞を含む種々の細胞に発現している。抗IL-17A治療は複数製剤が強直性脊椎炎にたいして治験が実施され、その一部はすでに強直性脊椎炎に対しても承認された。我々はインターロイキン(IL)-17Aを標的とした治療ワクチンを開発し、抗IL-17A抗体を効率に誘導できるワクチン設計を行った。これは従来の感染症・癌ワクチンとは異なり細胞障害性免疫を回避しながら液性免疫を主体に活性化して抗体産生を誘導するものである。長期的・継続的に治療が必要である脊椎関節炎に対するIL-17Aワクチンの有用性を検証するため、ヒトHLA-B27過剰発現ラットを用い疾患モデルを確立し、探索的な薬効評価を行ったところ、関節炎および脊椎炎の治療効果を認めた。臨床スコア、画像評価、病理学的評価においてIL-17Aワクチン投与群でコントロール群に比較し、有意に関節破壊抑制効果が認められた。またラットにおいてIL-17Aワクチン投与によるIL-17A抗体産生も確認できた。安全性においては主要臓器に明らかな病理的変化は認めなかった。疾患モデルでの脊椎関節炎の再現が確認でき、IL-17Aワクチン投与にてIL-17A抗体価の上昇および関節破壊抑制効果が確認できている。今後治療機序の解明を進めていく予定である。治療効果が明らかに確認できており、おおむね順調に進行していると考えられる。IL-17Aワクチン投与による抗体価の持続期間や抗体価レベルの調整が可能かどうかの検討を行う。また現在用いている疾患モデルでは脊椎関節炎発症まで長時間を必要とするため、実験期間の短縮を目的としてより早期に関節炎発症を誘発できるモデルの確立を行う。そのうえでIL-17A抗体による関節炎破壊抑制機序の解明を行う。当初予算より経費節約が出来たため。
IgA腎症におけるメサンギウム障害のマーカーとしての糸球体内胎児型ミオシンの発現

平成10年度はメサンギウム増殖性腎炎の代表であるIgA腎症と紫斑病性腎炎の症例数を増やし,PDGF-AA,PDGF-BB,胎児型ミオシン(SMemb)について酵素抗体法で免疫染色を行った.紫斑病性腎炎は7症例8検体,IgA腎症は27症例30検体である.紫斑病性腎炎8検体のうち発症6ヶ月以内に行った腎生検組織5検体のうち3検体でメサンギウム細胞内にPDGF-BB蛋白が発現されていた.IgA腎症30検体のうち発症2年以内に行った腎生検組織24検体のうち18検体でメサンギウム細胞内にPDGF-BB蛋白が発現されていた.一方,発症2年以上で行われた腎生検組織6検体ではメサンギウム細胞におけるPDGF-BBの発現はみられず,急性期紫斑病性腎炎とIgA腎症の初期のメサンギウム障害にPDGFが関与していることが示唆された.PDGF-AAに関しては,PDGF-BBと同様の染色傾向を示したが,PDGF-BBと比してその発現は弱かった.また,胎児型ミオシン(SMemb)については発症2年以内に行われたIgA腎症の腎生検組織24検体中4検体,2年以上で行われたIgA腎症の腎生検組織6検体中2検体にSMembの発現がメサンギウム細胞内にみられた.27症例30検体のうち,ステロイド療法を行い尿所見の改善した2症例については,PDGF-BBと胎児型ミオシン(SMemb)の発現は再腎生検組織では消失していた.以上の結果,実験腎炎(抗Thy-1腎炎)モデルにおけるPDGF-BBの発現と同様にヒトIgA腎症においても同様のメサンギウム障害が存在し,糸球体炎症の改善とともにPDGFならびに胎児型ミオシン(SMemb)の発現は低下すると思われた.平成9年度は,各メサンギウム増殖性腎炎(IgA腎症,紫斑病性腎炎,メサンギウム増殖を伴うネフローゼ症候群)の腎生検凍結切片を対象とし,メサンギウム障害のマーカーとして考えられるサイトカイン(PDGF-AA,PDGF-BB,bFGF)を酵素抗体法で染色した.紫斑病性腎炎は7症例8検体,非IgA型メサンギウム増殖性腎炎は3症例3検体,IgA腎症は1症例1検体である.その結果,紫斑病性腎炎8検体のうち発症6ヶ月以内に行った腎生検組織3検体でメサンギウム細胞内にPDGF-BB蛋白が発現されていた.一方,発症2年以上で行われた腎生検組織ではメサンギウム細胞におけるPDGF-BBの発現は見られず,急性期紫斑病性腎炎におけるメサンギウム増殖を伴うネフローゼ症候群3検体は発症早期に行った腎生検組織であり,3検体中1検体にPDGF-BBがメサンギウム細胞内に発現していた.特発性ネフローゼ症候群におけるメサンギウム細胞増殖の機序として病初期の強いメサンギウム障害が関与していることが示唆された.IgA腎症の1検体においてはメサンギウム細胞に強いPDGF-BBの発現が見られ,実験腎炎(抗Thy-1腎炎)モデルにおけるPDGF-BBの発現と同様にヒトIgA腎症においても同様のメサンギウム障害が存在するものと思われた。PDGF-AAに関しては,PDGF-BBと同様の染色傾向を示したが,PDGF-BBと比較してその発現は弱かった.また,bFGFに関しては今回の検体で有意に糸球体内発現を見たものはなかった.今後症例を増やし,メサンギウム細胞の形質転換を意味する胎児型ミオシン(SMemb)の糸球体内発現とメサンギウム障害との関連を検討したい.平成10年度はメサンギウム増殖性腎炎の代表であるIgA腎症と紫斑病性腎炎の症例数を増やし,PDGF-AA,PDGF-BB,胎児型ミオシン(SMemb)について酵素抗体法で免疫染色を行った.紫斑病性腎炎は7症例8検体,IgA腎症は27症例30検体である.紫斑病性腎炎8検体のうち発症6ヶ月以内に行った腎生検組織5検体のうち3検体でメサンギウム細胞内にPDGF-BB蛋白が発現されていた.IgA腎症30検体のうち発症2年以内に行った腎生検組織24検体のうち18検体でメサンギウム細胞内にPDGF-BB蛋白が発現されていた.一方,発症2年以上で行われた腎生検組織6検体ではメサンギウム細胞におけるPDGF-BBの発現はみられず,急性期紫斑病性腎炎とIgA腎症の初期のメサンギウム障害にPDGFが関与していることが示唆された.PDGF-AAに関しては,PDGF-BBと同様の染色傾向を示したが,PDGF-BBと比してその発現は弱かった.また,胎児型ミオシン(SMemb)については発症2年以内に行われたIgA腎症の腎生検組織24検体中4検体,2年以上で行われたIgA腎症の腎生検組織6検体中2検体にSMembの発現がメサンギウム細胞内にみられた.

27症例30検体のうち,ステロイド療法を行い尿所見の改善した2症例については,PDGF-BBと胎児型ミオシン(SMemb)の発現は再腎生検組織では消失していた.以上の結果,実験腎炎(抗Thy-1腎炎)モデルにおけるPDGF-BBの発現と同様にヒトIgA腎症においても同様のメサンギウム障害が存在し,糸球体炎症の改善とともにPDGFならびに胎児型ミオシン(SMemb)の発現は低下すると思われた.
高機能光学素子加工のためのダイヤモンド切削工具の長寿命化

第一原理計算によって、鉄、ニッケルの切削におけるダイヤモンド工具損耗機構を解明し、被削材との相互作用によって工具表面の炭素原子のバックボンドが弱くなって脱離すること、被削材にリンが入っていると、脱離が抑制されることを明らかにした。また、ダイヤモンド原石中に含まれる窒素不純物の型と量によって損傷特性が異なり、窒素の多い原石は熱化学的な損耗速度が大きいが、窒素が板状の欠陥を形成していると、耐チッピング性が高いことを明らかにした。本研究は、ダイヤモンド切削工具の寿命を決定する損傷発生機構を解明し、その結果にもとづき、銅、Ni-P、さらに、高機能光学素子の型材として理想的な鉄系金属の超精密切削加工におけるダイヤモンド工具の長寿命化を実現するための技術を提案、開発することを目的としており、今年度の主な成果は以下の通りである。1.ダイヤモンド工具の損傷が激しい被削材であるNiと、何とか削れるNi-Pの加工における損耗機構を解明するために、現有の接触加熱実験装置を用いて、加工中の工具雰囲気を模擬した接触加熱モデル実験および第一原理計算を行い、損耗はダイヤモンド表面炭素原子のバックボンドがNiとの接触によって弱まり、炭素原子が脱離するだめであることを示した。また、Pの添加によってバックボンドの強度低下が抑制されることも明らかにした。2.銅を250°C程度に加熱し、ダイヤモンド工具を接触させる研磨装置を試作し、工具すくい面を研磨した結果、工具寿命が延びることを示した。研磨により、残留マイクロクラックが除去されたためであると考えられる。3.ダイヤモンド原石中の窒素不純物にもとづく特徴的な赤外吸収ピークの相対吸収係数と試料のヘルツ強度および工具寿命との関係を調べ、B2センターと呼ばれる欠陥を持つ原石は強度が高く、銅の切削において寿命も長いことを示した。本研究は、ダイヤモンド切削工具の寿命を決定する損傷発生機構を解明し、その結果にもとづき、銅、Ni-P、さらに、高機能光学素子の型材として理想的な鉄系金属の超精密切削加工におけるダイヤモンド工具の長寿命化を実現するための技術を提案、開発することを目的としており、主な成果は以下の通りである。1.第一原理計算にもとづき、Fe、Ni、Alの切削におけるダイヤモンド工具の損傷機構を解析し、Fe、Niではダイヤモンド表面炭素原子のバックボンドの電子が表面炭素原子と被削材側に移動し、結合が弱くなって脱離すること、Alではバックボンドの強度低下がはるかに小さく、工具-被削材界面でアルミ炭化物を形成することを明らかにした。2.一方、NiにPを入れたNi-Pの加工においては、炭素よりイオン化エネルギの小さいPが出す電子がダイヤモンドのバックボンドに電子を供給し、その結合強度の低下を抑制することを明らかにした。この結果は、同様に電子を出す元素を被削材またはダイヤモンドに添加すれば、工具損耗を抑制できる可能性があることを示唆している。3.天然ダイヤモンドと合成ダイヤモンドを比較すると、天然の方が窒素不純物が多く損耗速度は大きいが、B2センターと呼ばれる欠陥が多いものは耐チッピング性が高く、銅の切削において工具寿命が長いことを明らかにした。
複合材料のエネルギー吸収性能最大化―マルチスケール構造最適化法の新導入

本研究は,複合材料のミクロレベルにおける材料の種類や配置を最適化する,マルチスケール構造最適化手法を確立することを目的としたものであった.本研究では,「マルチスケールトポロジー最適化手法」という新しい方法を確立し,国内外の学会や学術論文にて発表した.この手法は,今後の数値材料設計をやる上で,非常に有効な手法であり,有限要素法を基本としものである.また,本研究では上記の目的に加え,新たな方法として,複合材料の弾塑性挙動を考慮したトポロジー最適化法およびフェーズフィールド法によるトポロジー最適化手法の開発に成功した.これらの成果は,学術論文ならびに国内外の学会で積極的に発表された.複合材料は,軽量かつ高強度という優れた性質をもち,防災,維持補修の上でも今や必要不可欠な建設材料である.一方,これらの複合材料は,その強度の高さ故に脆性的な破壊挙動を示すという問題を有し,さらにミクロレベルにおける材料挙動がマクロ構造の破壊挙動に大きく影響するという複雑なメカニズムを呈することから,マクロな構造挙動を制御するのは困難である.そこで,本研究では,数理的アプローチのひとつである構造最適化手法を用い,脆性破壊を起こす複合材料の靱性を向上させる手法の確立を目的とする.これらの条件から,本研究では材料の非線形特性を考慮した解析に加え,異なるスケール間の構造問題を解く,マルチスケール解析法の導入が必要であり,さらにそれに対して最適化を実施するという,極めて数値計算量が大きくなることが問題となる.これより,数値計算量を極力小さく抑えることが可能な手法を開発する必要がある.本研究では,(1)ハイスペック数値計算機の導入およびその環境設定, (2)数値計算量を縮小できるマルチスケール解析法の導入とプログラム実装, (3)上記(2)のマルチスケール解析を適用したミクロ構造トポロジー最適化手法の開発および3次元問題への拡張, (4)材料非線形(塑性モデル)を用いた最適化手法の開発を実施するが,これまでの研究で(1), (2)を完了し,(3)については昨年度3次元問題にまで拡張することに成功した.(4)は,マクロスケール単独で概ね完了しており,本年度は,これらを統合する作業を実施する.これらの結果は,既に学術論文にも投稿されている.繊維強化プラスチックをはじめとする複合材料は、軽量かつ高強度という優れた性質をもち、今や防災、耐震上の観点から必要不可欠な材料である。一方、複合材料の問題は、その強度の高さ故に脆性的な破壊挙動を示すこと、ミクロレベルにおける材料の挙動がマクロ構造の破壊挙動に大きく影響するという複雑なメカニズムを呈することである。そのため、既往の研究では、構造最適化手法を用い、脆性破壊を起こす複合材料の靱性を向上させる手法を確立したが、この手法はミクロレベルにおける材料の挙動を本質的に評価できていない。そこで、本研究では、材料非線形性を考慮した複合材料の、ミクロレベルにおける材料の種類、トポロジー位相、寸法および配置を最適化する、マルチスケール構造最適化手法を確立することを目的としたものである。本研究は、このような背景から、「線形マルチスケールトポロジー最適化手法」という新しい方法を確立し、国内外の学会や学術論文にて発表した。この手法は、今後の数値材料設計をやる上で、非常に有効な手法であり、有限要素法を基本としものである。また、本研究では上記の目的に加え、新たなな方法として、複合材料の弾塑性挙動を考慮したトポロジー最適化法およびフェーズフィールド法によるトポロジー最適化手法の開発に成功した。これらの成果は、6つの学術論文(4つは掲載済み、2つは査読審査中)ならびに国内外の学会で積極的に発表された。本研究は,複合材料のミクロレベルにおける材料の種類や配置を最適化する,マルチスケール構造最適化手法を確立することを目的としたものであった.本研究では,「マルチスケールトポロジー最適化手法」という新しい方法を確立し,国内外の学会や学術論文にて発表した.この手法は,今後の数値材料設計をやる上で,非常に有効な手法であり,有限要素法を基本としものである.また,本研究では上記の目的に加え,新たな方法として,複合材料の弾塑性挙動を考慮したトポロジー最適化法およびフェーズフィールド法によるトポロジー最適化手法の開発に成功した.これらの成果は,学術論文ならびに国内外の学会で積極的に発表された.繊維強化プラスチックをはじめとする複合材料は,軽量かつ高強度という優れた性質をもち,防災,維持補修の上でも今や必要不可欠な建設材料である.一方,これらの複合材料は,その強度の高さ故に脆性的な破壊挙動を示すという問題を有し,さらにミクロレベルにおける材料挙動がマクロ構造の破壊挙動に大きく影響するという複雑なメカニズムを呈することから,マクロな構造挙動を制御するのは困難である.そこで,本研究では,数理的アプローチのひとつである構造最適化手法を用い,脆性破壊を起こす複合材料の靱性を向上させる手法の確立を目的とする.これらの条件から,本研究では材料の非線形特性を考慮した解析に加え,異なるスケール間の構造問題を解く,マルチスケール解析法の導入が必要であり,さらにそれに対して最適化を実施するという,極めて数値計算量が大きくなることが問題となる.これより,数値計算量を極力小さく抑えることが可能な手法を開発する必要がある.(1)ハイスペック数値計算機の導入およびその環境設定(2)数値計算量を縮小できるマルチスケール解析法の導入とプログラム実装(3)上記(2)のマルチスケール解析を適用したミクロ構造トポロジー最適化手法の開発(4)材料非線形(損傷モデル)を用いた最適化手法の開発

上記(2)については,分離型マルチスケール解析手法と呼ばれるもので共同研究者である寺田によって提案されたものであり,材料非線形問題への拡張を期待して適用したものである.(3)は,現段階では線形弾性体を想定したものではあるが,期待したどおりの力学的に理にかなったミクロ構造のトポロジーを得ることができた.上記に示した当該年度の成果(2),(3)については,研究実施計画ではH24年度に行う予定の項目であったが,これらはH23年度に前倒しで実施し,目的を達成することができた.これは,当該年度にハイスペック計算機を導入することができたことで,実装したプログラムの検証を早期に実施することができたためである.これにより,計算量が大きくなる3次元問題への拡張も概ね完了させることができた.また, (4)の非線形問題への拡張については,最も計算量が多くなるところであるが,これに関してもマクロ構造のトポロジー最適化について成果を得ることができた.すなわち,ハイスペック計算機の早期導入が主な理由である.上記に示した当該年度の成果(2),(3)については,研究実施計画では次年度に行う予定の項目であったが,これらは当該年度に前倒しで実施し,目的を達成することができた.これは,当該年度にハイスペック計算機を導入することができたことで,実装したプログラムの検証を早期に実施することができたためである.この(2),(3)については本研究の中核をなす部分であり,早期に完成させたことは当該年度の大きな成果と考えている.一方で,(4)については,以前より個別に研究を進めていたこともあり,それに関する文献もいくつか発表した.次年度はマルチスケールトポロジー最適化法を材料非線形問題へ,さらに3次元問題へ拡張することである.当初の予定よりも進んでいることもあり,今後は従来型の準差分法による感度解析ではなく,解析的手法の理論開発を実施し,プログラムに実装することでさらなる計算効率の向上を目指す.得られた成果は,国際的な学術論文に提出することを念頭に,理論的に明確な説明ができるように整理する.次年度は当該年度の成果であるマルチスケールトポロジー最適化法を材料非線形問題へ拡張することである.当初の予定よりも進んでいることもあり,今後は従来の一般的な非線形材料モデルのみならず,幾何学的非線形特性を考慮したモデルにも挑戦する.ここでは,高精度の数値計算ができるような感度解析法の提案も合わせて実施する.成果発表による旅費およびデータストレージ.また,プログラミング作成の精度向上および効率化を目的として,プログラム作成支援ソフトの購入に充てられる.当該年度は,研究の効率化(計算速度の向上)を図るために,当該年度から許可された前倒し請求制度を利用してハイスペック計算機を購入した.次年度はこの計画変更にしたがって,本研究に必要な経費を適切に使用する.なお,取り扱うデータサイズ自体が増大しているため,それに充分に適応できるスペックのポスト処理機を導入する必要性も生じており,経費の範囲の中で極力研究の効率化を図りながら遂行する予定である.
海馬が合成する性ホルモンによる神経シナプス増強と記憶制御機構の研究

昨年度よりweak-シータバースト刺激を用いて、海馬が合成する女性ホルモンE2により成立する長期増強(E2-LTP)を測定してきた。今年度は、同じく海馬が合成する男性ホルモンDHTとE2との相互作用と、その信号伝達系の解明を目的に実験を行った。E2とDHTはともに海馬で合成されているが、その相互作用については調べられていない。したがって、海馬内での神経活動に対するE2とDHTの相互作用を調べることは意義がある。本研究では、電気生理学実験を行い、上記について調べた。12週齢成獣オスWistarラットの脳海馬から海馬スライスを作製した。作製した生きた海馬スライスに、E2及びDHT、脱リン酸化酵素の選択的阻害剤などを30分間作用させた。その後、測定装置に海馬スライスを移し、海馬CA1領域の計測を行った。そして、記憶の書き込み現象である長期増強(LTP)を、weak-シータバースト刺激(weak-シータバースト刺激だけでは、LTPを成立させることができない)を用いて、E2の作用により成立する長期増強(E2-LTP)を誘導した。その結果、以下のことを明らかにした。1. DHTがE2-LTP成立を阻害することを明らかにした。2. DHTによるE2-LTP成立阻害に関わる信号伝達系に、男性ホルモン受容体ARと脱リン酸化酵素Calcineurinが関与することを特定した。また、先行研究からNMDA受容体のサブユニットNR2AをCalcineurinが不活性化させることが示唆されている。以上より、DHTによるE2-LTP成立阻害に関わる信号伝達系は、DHT→AR→Calcineurin→NMDA受容体サブユニットNR2Aの不活性化→E2-LTP成立の阻害であることを示唆した。したがって、本年度は、神経活動におけるE2とDHTの相互作用と、その信号伝達系を明らかにした。本研究課題は平成26年度が最終年度のため、記入しない。オス海馬は女性ホルモンE2を合成している。このE2の神経シナプス作用の新しい信号経路を見出すことを目的とした。海馬において、記憶の書き込み過程である長期増強LTPを、30分間E2作用させて、weak-シータバースト刺激を用いて誘導するという、電気生理測定を行った。ここでE2が無いとweak-シータバースト刺激のみではLTPは成立しない。1. E2は女性ホルモン受容体ERaとERβを介して、LTPを成立させることを、ERαとERβの阻害剤ICIを用いて、見出した。2. ERαとERβの下流では、PKA, PKC, MAPKを駆動することで、LTPを成立させることを見出した。PKA, PKC, MAPKの選択的阻害剤を加えるとLTPが成立しなくなったからである。3. E2の急性的な効果にNMDA型グルタミン酸受容体のサブユニットNR2Bが関与すると考え調べたところ、LTP成立に必須であることが判明した。NR2B阻害剤を加えるとLTPが成立しなくなったからである。4. NR2Bのリン酸化の結果NMDA受容体からより多くのCa^<2+>が流入することが考えられるので、この高濃度Ca^<2+>流入によって、CaMKIIが働いているかを調べた。結果はLTP成立に関与することを見出した。CaMKII阻害剤を加えるとLTPが成立しなくなったからである。以上1-4の結果をまとめると、E2のLTP成立支援効果の信号伝達メカニズムは、E2→ERα/ERβ→PKA, PKC→MAPK→NR2B→Ca^<2+>↑→CaMKII→LTPの成立となっていることを明らかにした。5. ERαやERβの作用先として、代謝型グルタミン酸受容体mGluRlの関与がメス海馬では示唆されている。オス海馬でも、mGluRlが関与しているかを調べた。結果はE2のLTP成立効果に関与しなかった。以上から、E2のLTP成立効果の信号系には性差があることが判明した。

2. DHTによるE2-LTP成立阻害に関わる信号伝達系に、男性ホルモン受容体ARと脱リン酸化酵素Calcineurinが関与することを特定した。また、先行研究からNMDA受容体のサブユニットNR2AをCalcineurinが不活性化させることが示唆されている。以上より、DHTによるE2-LTP成立阻害に関わる信号伝達系は、DHT→AR→Calcineurin→NMDA受容体サブユニットNR2Aの不活性化→E2-LTP成立の阻害であることを示唆した。したがって、本年度は、神経活動におけるE2とDHTの相互作用と、その信号伝達系を明らかにした。本研究課題は平成26年度が最終年度のため、記入しない。E2の神経シナプス作用の新しい信号経路を見出すことに成功したためである。PKA, PKC, MAPKだけにとどまらず、NMDA型グルタミン酸受容体サブユニットNR2Bの関与やCaMKII阻害剤を使用することで高濃度Ca^<2+>流入によって、CaMKIIが働き、E2のLTP成立支援効果が引き起こされていることも見出したからである。オス海馬が合成する男性ホルモンの複数の信号伝達系を明らかにすることを目的に実験を行う。以下を電気生理測定により調べる。(1)女性ホルモンE2と同様にweak-TBSを増強させる効果があるか。また、T・DHT→PKA, PKC→MAPK→NMDA受容体やAMPA受容体のリン酸化の経路が働いているのか。(2)AR→mGluR1→Gs→cAMP↑→PKA↑→CREBリン酸化経路はあるのか。(3)男性ホルモンと女性ホルモンでの経路の違いや役割の違いを見出す。
大学における数理情報教育に求められている課題の分析とその改善に関する研究

国内の研究集会及び国際会議での発表を行い、「大学における数学教育・情報教育に関する授業改善」の提案を行った。それらの研究発表において、国内及び海外での「大学における数学教育・情報教育に関する授業改善」に多くの示唆を与え、今後の研究の礎となった。また、本研究の実践的な反映としては、神戸大学における(数理統計学、解析学、(応用)幾何学、線形代数を中心に)授業改善に活かす提案を行い、大学教育に対する実践的な改善の指針を与えた。地域教育機関(教育委員会等)との連携としては、地域教育機関と大学との教育研究に関する連携について問題点を把握し、課題を見い出した。この研究課題は「教員の資質向上に関する施策」,「GPにおける活動の展開」等と関連する要因を多く有している。そのため、この研究課題に関しては、次期の申請研究として研究を発展させたい。さらに、情報教育システムの開発・運用・評価としては、大学での情報教育に関する教育システムの開発・運用・評価を行った。この研究課題は、「情報教育に関する教育システム」としてだけでなく、多くの教科と関連する要因を有している。そのため、次期の申請研究として、「情報教育との関連に関する大学教育諸教科に関する課題」として研究を発展させることを確認した。これらの活動の成果は、本研究の実施期間における研究として最終報告書にまとめるとともに、関連する諸学会等で、今後も研究を発展させ研究発表を行うことを確認した。21世紀の社会において,益々「科学的な素養」,特に数理的認識・思考・表現(処理)力の育成(教育)が求められている。大学での数学・情報科学の教育においても,基礎的な知識・理解の習得と共に論理的思考力(数学的な考え方及び情報科学的な考え方)や創造性を育むための教育内容や指導方,教材の研究を総合的に行うことが急務である。しかし,このような社会的要請に対して,現在の数学教育・情報教育は多くの問題を抱えている。大学においては,基礎教育科目としての数学教育,さらには,その教育をベースにした専門教育としての数学教育(純粋数学,応用数学)もこれまでの教育方法を改め.学生に魅力(興味・関心)を感じさせ,大学において数学を学ぶことの有意義さを理解させる努力が求められている。また,情報教育はその必要性を認めながら,教育における人材育成及び技術の進歩に対して教育システムの確立が追いつかない等の問題がある。一方,初等・中等教育における算数・数学教育は、いわゆる「ゆとり教育」なる理念の基で内容・時間数共に削減され,益々「学力低下」,「数学嫌い」が進むこと力懸念されている。このような状況を勘案しての大学教育も強く求められている。本申請研究は、「大学における数理情報教育に求められている課題の分析とその改善に関する研究」というテーマで3年間で研究を遂行する。本年は,その1年目である。本年は,現状を把握し,問題点をより鮮明にするために,シンポジウム,研究会等を通して,本申請研究遂行のための基礎資料を作成した。それは,研究成果中間報告書としてまとめられた。本年度は以下のような研究活動を展開した。1.研究成果中間報告の国際学会・国内学会における発表初年度で協議・検討した各自の研究課題について研究を行い、全体として統一性のある研究成果を、ATCM、日本数学数式処理学会研究会、京都大学数理解析研究所研究集会、全国数学教育学会年会、近畿数学教育学会年会において発表した。本研究のメンバーは上記の学会で継続的に発表を行っており、平成18年も研究発表し論文を投稿する。既に、国際会議CASA, IMSには投稿し、acceptされている。2.大学における数学教育・情報教育に関する授業改善の提案本研究の研究成果を、神戸大学における(数理統計学、解析学、(応用)幾何学、線形代数を中心に)授業改善に活かす提案を行った。その成果は、神戸大学全学共通教育科目の改善に活かされた。3.地域教育機関(教育委員会等)との連携地域教育機関(教育委員会等)と大学との教育研究に関する連携について問題点を把握し協議した。4.情報教育システムの開発・運用・評価大学での情報教育に関する教育システムの開発・運用・評価を行った。

これらの研究・実践活動を基に、大学にける基礎教育科目としての数学教育、さらには、その教育をベースにした専門教育としての数学教育(純粋数学、応用数学)もこれまでの教育方法を変え、学生に魅力を感じさせ、大学において数学を学ぶことの有意義さを理解させるための改善に活かすことができた。また、情報教育はその必要性を認められながら、教育における人材育成及び技術の進歩に対して教育システムの確立が追い付かない等の問題があり、更に問題点を検討する必要がある。「数学嫌い」は「理科離れ」とともに社会的に広まった現象であり、その意味では「理系離れ」の現象と考えることができる。「理系離れ」をなくすには、どのような教育方法の開発が必要であるかは、研究対象が広すぎるため、我々は、数学教育・情報教育の方法の改善に焦点をあてて研究を行い、問題改善のための研究及び活動を行った。初年度及び2年目で得られた研究成果を基に、国内の研究集会及び国際会議での発表を行い、「大学における数学教育・情報教育に関する授業改善」の提案を行った。それらの研究発表において、国内及び海外での「大学における数学教育・情報教育に関する授業改善」に多くの示唆を与え、今後の研究の礎となった。また、本研究の実践的な反映としては、神戸大学における(数理統計学、解析学、(応用)幾何学、線形代数を中心に)授業改善に活かす提案を行い、大学教育に対する実践的な改善の指針を与えた。地域教育機関(教育委員会等)との連携としては、地域教育機関と大学との教育研究に関する連携について問題点を把握し、課題を見い出した。この研究課題は「教員の資質向上に関する施策」,「GPにおける活動の展開」等と関連する要因を多く有している。そのため、この研究課題に関しては、次期の申請研究として研究を発展させたい。また、情報教育システムの開発・運用・評価としては、大学での情報教育に関する教育システムの開発・運用・評価を行った。この研究課題は、「情報教育に関する教育システム」としてだけでなく、多くの教科と関連する要因を有している。そのため、次期の申請研究として、「情報教育との関連に関する大学教育諸教科に関する課題」として研究を発展させることを確認した。これらの活動の成果は、本研究の実施期間における研究として最終報告書にまとめるとともに、関連する諸学会等で、今後も研究を発展させ研究発表を行うことを確認した。
可搬型光格子時計のための光制御型低速原子線源の開発

光格子時計によるSI(国際単位系)秒の再定義や、本格的な社会実装のためには、時計の可搬化が必須となる。本研究では、可搬型光格子時計の実現を目指して、光制御型低速イッテルビウム(Yb)原子線源の開発を行ってきた。当初は、光誘起原子脱離現象を利用した原子線源を想定していたが、X線光電子分光法等による詳細な調査の結果、超高真空環境下でもYbが速やかに酸化されることを見出した。そこで、酸化Ybに比較的強い紫外線レーザー光を照射することで還元反応を生起し、その結果発生した低速Yb原子を磁気光学トラップにて捕獲することに世界で初めて成功した。本研究においては、多くの消費電力や冷却水を必要とし応答速度特性にも問題を持つために、光格子時計の小型化、ならびに、可搬化の大きな制約となっていた、従来型の加熱方式原子線源への代替が期待される、可搬型光格子時計のための光制御型低速原子線源の開発を目指している。当該年度は、本研究における原子ビーム生成(金属固体から金属蒸気状態への相変化)の主要メカニズムである光誘起原子脱離現象(LIAD)(特に、離脱原子量、ならびに、離脱速度)を詳細に観測するためのイッテルビウム原子線装置の真空系の設計、ならびに製作に着手した。本装置における原子ビーム生成方法は従来式の加熱方式によるものであり、ここから射出された原子線をパイレックスガラス、BK7、または、合成石英などの清浄な、または、有機物をコーティングした表面をもつ基板に照射することで、表面に堆積させるものである。また、この基板は回転導入端子によって任意に回転させることができ、真空を破ることなく原子の堆積、ならびに、光誘起原子離脱現象のための紫外線照射を行うことができる設計となっている。但し、当該年度においては、基板表面におけるイッテルビウム原子の堆積にまでは至っていない。なお、加熱方式原子線源からのイッテルビウム原子線の生成自体は、波長399nm(1S0-1P1)、ならびに、波長556nm(1S0-3P1)の共鳴遷移を用いたレーザー誘起蛍光(LIF)の観察によって確認されている。研究開始当初は当該年度終了時までに、各種基板の表面に原子を堆積するところまでの進展を予定していたが、イッテルビウム原子線真空装置の設計、ならびに、製作に当初想定した以上の時間を要したため。光格子時計実験の出発点である原子線源としては古くから、原子オーブンが用いられてきた。これは500°C程度の加熱による金属蒸気生成によるものであり、大電力が必要など、小型・可搬化への障害となっている。この問題を解決するために、光誘起原子脱離(Light Induced Atom Desorption; LIAD)現象に着目し、その詳細を研究してきた。この現象は物体表面に付着した金属に紫外線を照射すると、金属原子が脱離するというものである。この現象を詳細に調べるために、イッテルビウム(Yb)原子を合成石英基板に堆積し、まず、X線光電子分光を行った。その結果、1E-7 Pa程度の超高真空環境にあっても、比較的すみやかにYb原子が酸化されることが分かった(酸化イッテルビウム(Yb2O3))。次に、キセノンランプや半導体レーザーからの紫外線を照射し、表面から脱離するYb原子の四重極質量分析器による観察を試みたが、Yb原子の離脱は観察できなかった。一方で、酸化ストロンチウム(SrO)に紫外レーザー光を照射して起こる還元反応からSr原子単体を生成する試みが報告されている。これはLIADとは別個の現象ではあるが、小型・可搬原子線源としての有効性がYb2O3においても期待される。このような金属酸化物を光によって還元する手法は、ストロンチウムのみならず、水銀においても実用化されており、有望なものと期待される。酸化Ybはそれ自体が安定な物質であるので、取り扱いも容易である。酸化ストロンチウムによる先行研究から、この光還元反応を起こさせるためのレーザー強度には最適値(sweet spot)が存在することが知られており、これを実験的に探索することが必要となる。当初計画していた光誘起原子脱離反応について、X線光電子分光法による表面分析の結果、超高真空環境下においても、比較的速やかに酸化が進むことが判明したため。本研究課題においては、光格子時計の小型・可搬化を目指して、新しい原理に基づくYb原子線源の開発に取り組んできた。その原理として、当初、光誘起原子脱離現象(Light-Induced Atom Desorption: LIAD)に着目し、調査・研究を行ってきたが、1E-7 Pa程度の超高真空環境下においても、基板表面に堆積したYb原子が比較的速やかに酸化されてしまうことを見出した。そこで、本年度我々は、英国バーミンガム大学における酸化ストロンチウム(SrO)を用いた実験に触発され、酸化イッテルビウム(Yb2O3)試料に紫外レーザー光(波長405 nm)を照射することにより低速のYb原子線を生成させ、それを波長399 nmの1S0-1P1双極子許容遷移を用いた磁気光学トラップ(MOT)によって捕獲することに成功した。最適な条件下での捕獲原子数は、従来のゼーマンスローワを用いたものよりも多かった。この手法では、原子オーブンやゼーマンスローワも不要となり、装置の小型化・簡略化に貢献できるものと考えられる。