hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
唾液中のHIV特異抗体の疫学的・病態的意義に関する研究

唾液中のIgAクラス特異抗体は局所産生性であり,局所での感染防御抗体の存在の情報を提示し,またIgGクラス特異抗体は血清から滲出したものであり,感染の有無に関する情報を血清に代わって提示する.本研究では,唾液はHIV感染の病態・診断や疫学調査において有用な情報を提供するかについて検討し,以下の成績を得た.1唾液中のHIV特異抗体測定の有用性:唾液中のHIV抗体検出の恒常性について検討した.HIV感染者32例の唾液では,ELISA法で30例が抗体陽性で,2例は判定保留であった.この判定保留例を含め,継続採取した症例の唾液からは常に抗体が検出できた.検出感度を向上させるための改善をELISA法あるいはWB法に応用することで,唾液からHIV抗体を確認することは可能と考える.唾液を材料としたHIV抗体検査は,診断に用いることには検討すべき点が残されているが,ELISA法では血清とほぼ同程度に抗体を検出できること,また唾液中に抗体が恒常的に存在していることが示され,HIV感染の疫学調査において,唾液はHIV抗体のスクリーニングに有用であることが示唆された.2 HIV,HSV抗体疫学調査・研究における唾液の有用性:個室付特殊浴場女性従業員(SB)についてHSV,HIVの抗体保有状況を唾液を用いて調査した.SB群のHSV抗体陽性率は84%以上と極めて高く,継続観察において陽性率の上昇が観察された.HIV抗体陽性例は0であったが,HSVの成績からHIVの感染リスクも高いものと思われた.本研究で得られたHSVに関する成績は,HSVの蔓延率を知るための疫学的調査・研究において唾液を用いた抗体測定が有用であることを示唆している.
エピジェネティック修飾による初期化プログラムとキメラ形成分子機構の解明

初期胚やiPS誘導における成熟体細胞の他に,培養下で多能性幹細胞へとその性質を変えるものの一つに生殖細胞がある。生物としての永続性を担う生殖細胞は,マウス胚発生過程において始原生殖細胞(PGCs: primordial germ cells)として運命決定を受けた後,受精を経て全能性を獲得出来る唯一の細胞である。一方で始原生殖細胞は、外来性遺伝子の導入非依存的に培養条件の変更のみでマウスES様の細胞(Embryonic Germ cells;EG細胞)へと再プログラム化(初期化)を受けることが知られている細胞であり, EG細胞の多くの性質がES/iPS細胞と共通しているナイーブ型多能性幹細胞であることが分かっている。当該研究課題において我々は,エピジェネティック修飾分子やシグナル伝達阻害剤として機能する種々の低分子化合物を培養下に添加することで,マウス始原生殖細胞から従来のEG細胞とは大きく異なる性質を持つ多能性幹細胞を作製することに成功した。本年度はシグナル伝達阻害剤のスクリーニングを行い,マウス始原生殖細胞の培養下においてある低分子化合物を添加することで,これもまた従来の定義とは大きく異なる多能性状態を獲得した多能性幹細胞を樹立することに成功し,胚盤胞移入によるキメラ形成能も持っていることを確認した。上記の結果は, EG細胞樹立に代表される従来型の再プログラム化とは異なるアプローチを用いることで,マウス始原生殖細胞から様々な多様な性質を持つ多能性幹細胞が樹立されたことから,マウス始原生殖細胞の再プログラム化を目的とした培養は「多様な多能性スペクトル」を研究する上でも高い潜在性を持つことを示しており,今後その有用なモデルになることが期待される。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。分化運命決定後のマウス始原生殖細胞では、DNA脱メチル化やヒストン修飾など、様々なエピジェネティックな変化がゲノムワイドで認められる。それらは周りの体細胞では認められない変化のため、始原生殖細胞が将来全能性を獲得するための再プログラム化に重要なプロセスであると考えられてはいるが、現在までにその変化の一つ一つが始原生殖細胞のどのような性質の変化や再プログラム化に相関したものなのか、その生物学的な意義も含めほとんど分かっていない。新規PGC(始原生殖細胞)由来細胞は新規性の高い多能性幹細胞であると考えられるので、RNAシーケンスを行い遺伝子プロファイルの比較解析が必須であると考えられた。しかしここで重要となるのが、比較対象であるEG細胞や新規PGC由来細胞株の元となる始原生殖細胞の発生ステージの違いも含めた解析である。そこで、始原生殖細胞の運命決定から間もない8.5日胚から生殖巣へと移動した12.5日胚のPGCsまで、複数の発生ステージの新規PGC由来細胞とEG細胞の樹立を行なった。さらに、各細胞株(新規PGC由来細胞とEG細胞)の由来する発生ステージによる発言遺伝子の変化を、RNAシーケンスによってプロファイリングを行なった。その結果、新規PGC由来細胞とEG細胞との明確な違いや、由来する発生ステージに依存した遺伝子プロファイルの変化が明らかになった。それぞれの研究項目について、研究の進捗が見られた。異なる発生ステージにおける細胞株の樹立については、ステージごとに樹立効率が大きく異なることも影響して、樹立が非常に難しい状況も発生したが、数多くの試行によって乗り越えた。またRNAシーケンスによる遺伝子プロファイルの比較においても、想定とは違う、非常に特徴的な相違が認められた。始原生殖細胞は精子や卵子へと分化そして受精を行うことで、他の細胞では見られない「全能性」を獲得し胚発生がスタートする。一方で、一般的に始原生殖細胞は精子・卵子への分化途上において「全能性」を発揮することはなく、仮に発揮された場合には胚内においてテラトーマと呼ばれる様々な分化細胞を含む腫瘍を形成する。つまり生殖細胞は受精までの過程で、将来の胚発生に必要な多分化能性を失うことなく且つそれを発揮することも許されない、非常に特殊な未分化性を内在していることが予想される。昨年度までに我々は、始原生殖細胞の運命決定から間もない8.5日胚から生殖巣へと移動した12.5日胚のPGCsまで、複数の発生ステージの新規PGC由来細胞とEG細胞の樹立を行ない、新規PGC由来細胞とEG細胞の由来する発生ステージによる発現遺伝子の変化を、RNAシーケンスによってプロファイリングを行なった。

昨年度までにRNAシーケンスによる遺伝子プロファイルの比較において、想定とは違う非常に特徴的な相違が認められたことから、本年度はそれら遺伝子プロファイルの違いを生み出すエピジェネティックな相違を見出すために、全ゲノムのメチル化解析を行った。その結果、新規PGC由来細胞株では従来型のEG細胞と比較して、グローバルな低メチル化状態にあることが判明した。初期胚やiPS誘導における成熟体細胞の他に,培養下で多能性幹細胞へとその性質を変えるものの一つに生殖細胞がある。生物としての永続性を担う生殖細胞は,マウス胚発生過程において始原生殖細胞(PGCs: primordial germ cells)として運命決定を受けた後,受精を経て全能性を獲得出来る唯一の細胞である。一方で始原生殖細胞は、外来性遺伝子の導入非依存的に培養条件の変更のみでマウスES様の細胞(Embryonic Germ cells;EG細胞)へと再プログラム化(初期化)を受けることが知られている細胞であり, EG細胞の多くの性質がES/iPS細胞と共通しているナイーブ型多能性幹細胞であることが分かっている。当該研究課題において我々は,エピジェネティック修飾分子やシグナル伝達阻害剤として機能する種々の低分子化合物を培養下に添加することで,マウス始原生殖細胞から従来のEG細胞とは大きく異なる性質を持つ多能性幹細胞を作製することに成功した。本年度はシグナル伝達阻害剤のスクリーニングを行い,マウス始原生殖細胞の培養下においてある低分子化合物を添加することで,これもまた従来の定義とは大きく異なる多能性状態を獲得した多能性幹細胞を樹立することに成功し,胚盤胞移入によるキメラ形成能も持っていることを確認した。上記の結果は, EG細胞樹立に代表される従来型の再プログラム化とは異なるアプローチを用いることで,マウス始原生殖細胞から様々な多様な性質を持つ多能性幹細胞が樹立されたことから,マウス始原生殖細胞の再プログラム化を目的とした培養は「多様な多能性スペクトル」を研究する上でも高い潜在性を持つことを示しており,今後その有用なモデルになることが期待される。研究計画の変更や問題点は特段認められないが、今後はRNAシーケンス以外の大規模解析(Omics解析)が求められる段階にあり、非常に専門性の高い、高度な解析技術が必要となってくる。他の研究者との連携も含めて検討を行い、早期の解決を目指す。研究計画の変更や問題点は特段認められないが、今後はこれまでにデータを収集したRNAシーケンスや全ゲノムメチル化解析などの大規模解析(Omics解析)の統合的な解析が求められる段階にあり、非常に専門性の高い、高度な解析技術が必要となってくる。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
常微分方程式の安定性の研究とその応用

坂田はリエナール方程式系x=y-F(x),y=-g(x),xg(x)>0(x≠0),F(-x)=-F(x)において、F(x)がxの増加に伴い振動しながら減衰する場合に、|F(x)|が適当な大きさ(小さい)のとき、例えばF(x)=sinx,g(x)=λxのとき、零解以外の周期解が存在することを示した。更にこの場合、周期解が存在するための十分条件がF(x)の零点x_<i-1>,x_iに対し[x_<i-1>,x_i]におけるF(x)の積分の値に関連した形で与えられると予測されるが、これを明らかにすることが今後の課題である。溝畑は熱方程式の境界値問題(∂u)/(∂t)(x,y,t)=△u(x,y,t)inΩ={(x,y)1y≦0},a(x)(∂u)/(∂y)+b(x)u=0(y=0),u(x,y,0)=uo(x,y),a(x)^2+b(x)^2=1に対し、a(x)≧0の零点が有限次のとき、一意可解であるためには、a(x)の零点においてb(x)=1であることが必要であることを示した。尚、これが十分条件であることは早くから知られていた。また、この結果を完全にするには積分微分方程式(a(x)-Λ^<-1>)ψ(x)=0(xεR)の零解ψ(x)εS'をa(x)がx=0で無限次の零点をもつ場合に構成する必要がある。これは常微分方程式のTurning pointと関係があると考えられ、このテーマについて調べたが、まだ目的には達していない。山原は(松本と共に)偏微分方程式に対する初期値問題の一意可解性についての「コーシー・コワレフスカヤの定理」に相当する結果を方程式系について示した。また、方程式系に対するGevrayクラスにおける一意可解性について「Leray-Ohyaの定理」における特性根の重複度rに代わるものの導入に関して研究中である。坂田,溝畑,山原がそれぞれ2回,1回,2回の研究出張を行った。坂田はこれにより、同じ分野の研究者によるLienard方程式系に関連する興味ある最新の研究結果を知り、また討論することが出来,大いに参考となった。山原は2回の研究集会への参加により、研究テ-マの1つである双曲型方程式関連について知識を深めることが出来たばかりでなく、他分野のテ-マ、特に,シュレ-ジンガ-方程式に関連した興味ある研究成果および研究経過を知ることが出来,有意義な活動を行うことが出来た。坂田は、Lienard方程式系x=y-F(x),y=-g(x)に対し、xが増加するに伴い、F(x)が振動しながら減衰する場合に、周期解が複数個存在するための十分条件を示した。

特に、g(x)=λx(λは正の定数)であるとき、その十分条件が、F(x)の連続した零点x_<i-1>,x_iに対し、F(x)の区間[x_<i-1>,x_i]での積分の値に関連した形で与えられることを明確することが今後の課題である。また、溝畑は、熱方程式に対する境界値問題:(αu)/(at)u(x,y,t)=△u(x,y,t)in Ω={(x,y)1y≦0},a(x)(αu)/(ay)+b(x)u=0 for y=0(境界条件),u(x,y,0)=u_0(x,y)(初期条件),ただしa(x)^2+b(x)^2=1かつa(x)=0となるxでの零点のオ-ダ-は有限とする;が一意可解であるための必要条件として,a(x)は同符号であること,即ちa(x)≧0とするとき、さらにa(x)=0となるxではb(x)=1であることが必要であることを示した。なお、これが十分条件であることは早くから知られていた。前年度に続き,坂田はLienard方程式系x^^`=y-F(x),y^^・=-λxに対し,奇関数F(x)がxの増加に伴い振動しながら減衰する場合に,周期解の存在とその個数について調べている。減衰の度合が極端な場合は周期解が存在しないことは当然予測されるので,どの程度の減衰の度合が周期解の存在と非存在の境目であるかを調べることも1つの目標としているが,さし当っては,F(x)の連続した零点x_<i-1>,xiに対し区間[x_<i-1>,xi]でのF(x)の積分の値と周期解の存在との間の関係付けを考えている。現在のところ,満足な結果には達っしていない。一方,溝畑,山原も前年度の研究を継続しているが,山原はGevrayクラスにおける初期値問題の一意可解性についての研究を行った。1960年代に発表された「Leray-Ohyaの定理」から始まって,このGevrayクラスのカテゴリーにおける一意可解性の研究は多くの研究者によってなされ研究の方向も種々に広がった。その中で最も重要な定理は,「特性根の重複度の最大値をrとするとき,適切なGevrayクラスの指数はr/r-1で与えられる。」というものであろう。この定理を方程式系の場合について考えるとき,上の特性根の重複度rに代わるべきものが導入されねばならない。上記研究テーマのもとに,Leray-Ohyaの論文,Bronsteinの論文といった基本的な論文を調べることから出発して,日本におけるこの方面の研究者,とりわけ筑波大の梶谷氏および阪大の西谷氏の論文等を目下調査研究中である。
繰返し応力下における構造用セラミックスの自己き裂治癒機構の解明

優れたき裂治癒能力を有する窒化ケイ素/SiC複合材およびアルミナ/SiC複合材を供試材として選択した.100μmの表面き裂を導入した後,試験片に一定応力または繰返し応力を負荷した状態で,800°C1200°Cの大気中において所定の時間熱処理を行った.熱処理後の試験片の室温曲げ強度を測定し,応力下におけるき裂治癒の可否を調査した.さらに,それぞれのき裂治癒温度においても,三点曲げ強度,静疲労強度特性および繰返し曲げ疲労強度特性を調査した.その結果,以下の点が明らかとなった.1.熱処理後の試験片の曲げ強度は平滑材の曲げ強度と同等の値まで強度が回復していた.しかも,ほとんどの試験片の破断起点はき裂治癒部以外である.したがって,極めて厳しい応力下においても強度を半減させるほどの大きなき裂を完全に自己治癒することができる.2.窒化ケイ素/SiCのき裂治癒可能な限界の一定および繰返し応力は,ともに300MPaである.この値は,予き裂材の曲げ強度(400MPa)に対しで75%であり,極めて高い値である.3.アルミナ/SiCのき裂治癒可能な限界の一定および繰返し応力は,それぞれ250MPaおよび300MPaである.これらの値は,予き裂材の曲げ強度(450MPa)に対して56および67%であり,極めて高い値である.4.応力下でき裂治癒を行った試験片の治癒温度における静疲労限度および繰返し疲労限度は治癒材の曲げ強度の7080%程度の値であり,き裂治癒部の疲労強度は十分に高いことが明らかとなった.疲労限度が極めて高い理由は,疲労試験中においてもき裂治癒現象が生じたことによるものと考えられる.5.上記の結論より,本研究で用いた窒化ケイ素/SiCおよびアルミナ/SiCは,温度,応力および環境の条件によっては,使用中に生じたき裂をその場で治癒する能力を有していると言える.本研究の目的は,構造用セラミックスの繰返し応力下におけるき裂治癒挙動を明らかにすることである.供試材として,優れたき裂治癒能力を有する窒化ケイ素セラミックスを選択した.100μmの表面き裂を導入した後,試験片に一定応力または繰返し応力を負荷した状態で,800°C1200°Cの大気中において所定の時間熱処理を行った.熱処理後の試験片の室温における曲げ強度を測定し,き裂治癒の有無を調査した.さらに,それぞれのき裂治癒温度においても,三点曲げ強度,静疲労強度特性および繰返し曲げ疲労強度特性を調査した.その結果,以下の点が明らかとなった.(1)100μm予き裂材の曲げ強度の70%程度の一定または繰返し応力下において,所定の時間熱処理を行った.100μmの予き裂を導入することにより,試験片の曲げ強度は半分以下まで低下するが,熱処理後の試験片の曲げ強度は平滑材の曲げ強度と同等の値まで強度が回復していた.しかも,ほとんどの試験片の破断起点はき裂治癒部以外である.したがって,極めて厳しい応力下においてもき裂を完全に自己治癒することができることが明らかとなった.(2)一定および繰返し応力下でき裂治癒を行った試験片の治癒温度における静疲労限度および繰返し疲労限度は治癒材の曲げ強度の7080%程度の値であり,き裂治癒部の疲労強度は十分に高いことが明らかとなった.疲労限度が極めて高い理由は,疲労試験中においてもき裂治癒現象が生じたことによるものと考えられる.(3)応力下のき裂治癒挙動は,き裂伝ぱ速度とき裂治癒速度の競合関係により説明できる.(4)上記の結論より,本研究で用いた窒化ケイ素は,温度,応力および環境の条件によっては,使用中に生じたき裂をその場で治癒する能力を有していると言える.優れたき裂治癒能力を有する窒化ケイ素/SiC複合材およびアルミナ/SiC複合材を供試材として選択した.100μmの表面き裂を導入した後,試験片に一定応力または繰返し応力を負荷した状態で,800°C1200°Cの大気中において所定の時間熱処理を行った.熱処理後の試験片の室温曲げ強度を測定し,応力下におけるき裂治癒の可否を調査した.さらに,それぞれのき裂治癒温度においても,三点曲げ強度,静疲労強度特性および繰返し曲げ疲労強度特性を調査した.その結果,以下の点が明らかとなった.1.熱処理後の試験片の曲げ強度は平滑材の曲げ強度と同等の値まで強度が回復していた.しかも,ほとんどの試験片の破断起点はき裂治癒部以外である.したがって,極めて厳しい応力下においても強度を半減させるほどの大きなき裂を完全に自己治癒することができる.2.窒化ケイ素/SiCのき裂治癒可能な限界の一定および繰返し応力は,ともに300MPaである.この値は,予き裂材の曲げ強度(400MPa)に対しで75%であり,極めて高い値である.3.アルミナ/SiCのき裂治癒可能な限界の一定および繰返し応力は,それぞれ250MPaおよび300MPaである.これらの値は,予き裂材の曲げ強度(450MPa)に対して56および67%であり,極めて高い値である.

4.応力下でき裂治癒を行った試験片の治癒温度における静疲労限度および繰返し疲労限度は治癒材の曲げ強度の7080%程度の値であり,き裂治癒部の疲労強度は十分に高いことが明らかとなった.疲労限度が極めて高い理由は,疲労試験中においてもき裂治癒現象が生じたことによるものと考えられる.5.上記の結論より,本研究で用いた窒化ケイ素/SiCおよびアルミナ/SiCは,温度,応力および環境の条件によっては,使用中に生じたき裂をその場で治癒する能力を有していると言える.
社会様態の変化を促し環境負荷を低減する積層造形（AM）技術利用シナリオの設計

積層造形技術(以下、AM技術)などの新しい製造技術の影響を表現する要素シナリオモデルを構築し、これらを組み合わせて複数の生産様態モデルを作成し、当該様態モデルの元で合理的な製品ライフサイクルを同定し、これをライフサイクルシミュレーション技術を用いて評価することで、製造技術の社会影響をモデル化し、これらに基づいてビジネスモデルや製造技術の使い方を設計する手法を構築した。また、一連の評価に必要となるAM技術のインベントリデータを収集し、AM技術による製品価値向上可能性を評価するモデルを作成した。関連して4件の論文発表、13件の研究発表を行った。本年度は文献収集により積層造形に関するインベントリデータを収集するとともに、積層造形技術の導入が、製品・サービスのライフサイクル価値、環境負荷、コストにどのような影響を与えうるかを表現する「部分シナリオ」の抽出を行った。部分シナリオは、積層造形技術導入とライフサイクル価値、環境負荷、コストを構成する諸パラメータの間の因果関係を表現するものであり、各部分シナリオを採用・不採用を切り替えることで、様々なシナリオモデルを構築することが出来る。本年度は特に、既存文献では十分に評価されていない積層造形技術がライフサイクル価値に与える影響を形式的にモデル化することが出来た。これは、積層造形技術導入によるリードタイム削減効果と部品・製品寿命の延伸効果を合わせて評価するものである。例えば機械部品の寿命延長のためには従来、摺動面の研磨等の方法が用いられてきたが、研磨すると部品寸法が小さくなるため、その適用回数や適用可能な局面はおのずと限定されていた。積層造形は本質的に付加加工であることから、研磨のような除去加工と組み合わせることによって従来よりも幅広い製品や部品に対してこのような再生・寿命延長措置を行うことが出来る。また、製品は企画・設計された瞬間から陳腐化が始まるため、市場に素早く投入することで陳腐化によるライフサイクル価値の低下を極小化することもできる。このような効果を形式的に表現するモデルを本年度では開発した。これらの研究成果に基づき、査読付き国際会議4件、国内会議4件の発表を行った。文献調査によるインベントリデータ収集と部分シナリオ抽出はおおむね順調に進んでいる。また、部分シナリオがライフサイクル価値に与える影響については、既存文献では形式的に表現できていなかったが、本年度これを形式化することができたので、おおむね予定通りに進んでいると考える。本年度は昨年度までに実施した積層造形技術(以下、AM技術)の環境負荷、コスト評価のためのインベントリデータ等の収集を継続するとともに、AM技術が生産システムやサプライチェーンの形態、ユーザの消費行動、ビジネスモデルなどにどのように直接的・間接的に影響を与えうるかを表現する「部分シナリオ」を広範な範囲の生産システム技術専門家との議論を通じて収集した。AM技術は、製造の世界で現在進行しているInternet of Things(IoT)と相互作用して、生産と消費、資材の流通の在り方を大きく変化させうるとともに、製品設計および製造に従事する様々な組織の人員構成や働き方までをも変革しうることなどが一連の議論を通じて浮かび上がった。収集したこれらの部分シナリオから、AMの使い方を設計する上で特に重要となるコンセプトを(1)分散型生産システム、(2)高度なカスタマイズと高密度な地産地消、(3)新たな価値セクター(製品のカスタマイズ情報だけを販売する人や、様々な製品をインテグレートする、あるいは、複数製品の接続部分を調整する人など)の登場とそれに伴うパワーシフトの3点に集約して検討することを決定した。関連して3件の国際会議発表(発表論文は査読付き国際誌に同時掲載)、1件の国内会議発表を行った。AMプロセスのエネルギー消費量などのインベントリデータを記載した基礎的文献の調査は終了した。また、生産システム全般にかかる様々な専門家との議論を通じ、AM技術が製品ライフサイクルおよび製造システムのサプライチェーン全体にわたって与える影響因子を広範に抽出することができた。さらに、これらの議論を通じ、AM技術が効果を発揮しうるような生産システムの様態および、ビジネスモデルに関して一連の仮説を形成することができた。本年度は昨年度までに構築した積層造形技術(以下、AM技術)などの新しい製造技術の影響を表現する部分シナリオを整理し、今後、製造業においてこれらの技術により実現可能となる複数の生産様態モデル(広域に拡散した多数の小規模生産拠点で生産を行う分散型製造モデル、ユーザコミュニティを通じて自身の嗜好と経験に応じて製品設計に参画するDIY社会モデル、これらの組み合わせなど)を作成し、B2C製品を対象に各生産様態モデルの元で合理的な製品ライフサイクルシナリオを同定し、製品ライフサイクル全体でのコスト、環境負荷をライフサイクルシミュレーションを用いて評価した。この結果、技術の社会影響評価という問題を、(1)製造技術の影響を生産様態モデルとして表現、(2)各生産様態モデルの元で妥当な製品ライフサイクルシナリオ同定、(3)対象製品のライフサイクル全体を通じての物質、エネルギー、情報(金銭取引など)の流れの記述・評価という複数の部分問題へと分割して実施する一連の手順の有効性を検証することができた。また、以上の手順を拡張し、地球環境全体を評価対象として、Sustainable Development Goals (SDGs)などで表現される地球環境や人類社会の持続可能性を担保しながら適切な生産様態を設計するための理論的設計モデルの構築を行った。さらに、AM加工機の消費電力計測などを通じて、AM製造技術のインベントリデータの精緻化を行うことができた。以上に関連して4件の研究発表、1件の論文発表を行った。

積層造形技術(以下、AM技術)などの新しい製造技術の影響を表現する要素シナリオモデルを構築し、これらを組み合わせて複数の生産様態モデルを作成し、当該様態モデルの元で合理的な製品ライフサイクルを同定し、これをライフサイクルシミュレーション技術を用いて評価することで、製造技術の社会影響をモデル化し、これらに基づいてビジネスモデルや製造技術の使い方を設計する手法を構築した。また、一連の評価に必要となるAM技術のインベントリデータを収集し、AM技術による製品価値向上可能性を評価するモデルを作成した。関連して4件の論文発表、13件の研究発表を行った。インベントリデータ、部分シナリオを引き続き収集するとともに、今後は部分シナリオを組み合わせた複数の製造技術-社会影響評価シナリオを作成し、積層造形技術導入による製品・サービスのライフサイクル価値、環境負荷、コスト変化を計算するシミュレーションモデルを作成することを試みる予定である。昨年度まで得られたインベントリデータ、影響因子モデルをもとに、AMによって可能となる生産様式およびビジネスモデルシナリオを複数作成し、持続可能性の観点からその有用性の評価を行う。評価に際しては、簡便な離散事象シミュレーションモデルを作成し、複数のシナリオについて価値、環境負荷、コストがどのように現状シナリオと比較して変化するかの評価を行う。一連のシミュレーションを通じて、評価手法を形式化・ライブラリ化するとともに、AM技術の「使い方」を生産システム様態およびビジネスモデルの視点から設計し、本プロジェクト成果の取りまとめを行う。デザイン学成果発表を予定していた国際会議がたまたま国内で実施されたため、今年度は旅費使用を抑えることができた。また、インベントリデータ収集用の3Dプリンタ材料の購入についても、現有している材料を流用することができたので、支出を少なくすることができた。成果発表を予定していた国際会議がたまたま国内で実施されたため、今年度は旅費使用を抑えることができたため。海外開催の会議を含めて、成果発表および情報収集のためにより本プロジェクトの目的に合致した会議への参加を検討する。また、現有の実験材料を消費したあとの材料購入費にあてる予定である。海外開催の会議を含め、成果発表および情報収集のために本プロジェクトの目的に合致した会議への参加を検討する。また、外注等も視野にいれ、より広範な範囲でインベントリーデータや消費者の振る舞いデータの収集を行うのに利用する。
任期制教員のキャリア形成とFDに関する研究

任期制教員の採用は、国立では平成11年ごろから、私立大学では臨時的定員導入前後(昭和60年頃)からが多い。現在、任期制は急速に増えている。競争的経費が増えたことも一因である。しかし、一部の若手研究者を除き、キャリア形成の視点から任期制をとらえている大学は極めて少なく、任期制教員の特別のFD(教育力向上)もなされていないことが分かった。世界的な高等教育の市場化の流れの中、大学教師も不安定雇用が増えている。20年度は研究初年度であり、主に以下の2つを研究し、いくつか重要なことが判明した。1.先行研究(広島大学高等教育研究開発センター山野井氏等の論文・著書)の分析先行研究は定量的調査が主体で、ヒアリング調査がほとんどなされていない。定量調査とヒアリング調査との比較・分析が必要なことが分かった。2.国立大学法人へのヒアリング調査・帯広畜産大学・琉球大学・新潟大学・和歌山大学・奈良女子大学・山形大学・京都工芸繊維大学の7校任期制教員の導入状況、任期制教員の割合、そのキャリア、再任規定、FD、テニュアトラックの有無、現状の問題点等をヒアリングした。法人化で任期制が増えた時期があったが、5年が経過し見直しを始めている大学もあった。一部医学系では、原則全教員任期制導入などもあったが、今後任期制を増やす予定の大学と現状維持ないし減らす大学とに分かれた。また、学長裁量ポストと任期制を絡めている大学、学長裁量ポストそのものがない大学など、法人化以降大学により人事政策の違いが大きくなっていることが判明。学長裁量ポストと任期制を絡めている大学は、任期制教員を設置基準教員でなく、流動経費の特定教員としていた。人件費削減に対処しながら教員配置を行うということができるポストとして、戦略的に活用していた。20年度に主に国立大学を訪問したが、21年度は公立大学7校、私立大学7校を訪問。任期制について、主に人事・総務担当者等からヒアリング調査を実施した。20年度に訪問した国立大学についてヒアリング結果を分析し、課題等を明らかにし、学会発表や論文等を行った。また、21年度に訪問した公立大学についても同様に分析等を行い、学会発表や論文等を発表した。公立大学の一部では、人件費削減等の調整弁的に任期制を活用する場合もあった。再任回数に制限のない大学もあるが、任期終了後は再任できない大学もあり、不安定雇用が拡大している面がある。ヒアリングした大学のうち、係争を抱えている公立大学が1校あった。係争には至らなかったが、3年任期で3分の1の教員が更新できず入れ替わったという公立大学も1校あった。明らかに任期制を忌避し多くの教員が流出した公立大学も1校あった。大学院拡充政策でオーバードクターやポスドクが増えたが大学教員のポストは少なく、ポスト不足のために導入されたような任期制の助教もある。また、FDやキャリア形成の視点からの配慮も現状ではほとんどないことが明らかになった。オーバードクターやポスドク対象のポストであれば、FDやキャリア形成を国としても,大学としても本来は真剣に考えなければならないだろう。私立大学は年度後半に訪問したので、分析やまとめは22年度に行う予定である。20年度に主に国立大学を訪問。21年度は公立大学7校、私立大学7校を訪問。22年度は私立大学2校、学会などを訪問すると同時に、ヒアリング結果を分析し、まとめ作業を行った。すでに国立と公立については学会発表や論文等で一定の分析を明らかにしているので、22年度は特に、私立大学の任期制教員について、学会発表や論文発表を行った。私立大学の多くは、任期制の法律が制定される以前から、契約制の教員を雇用していた。当初は国公立大学定年後の教員や主に外国人講師の採用であった。契約教員が特に多くなったのが、「臨時的定員(臨定)」の時期からである。私立大学の任期(契約)制教員は、臨定の時期に急速に増え始めたことがわかった。学生定員も「臨時」である同時に、その教育を担う教員も契約が増えたということである。2000年代に入ってから開学した2つの私大では、全員、あるいは3分の1程度が任期制であった。ヒアリングした私立大学では、平均15%前後は任期制(もしくは契約)であった。同時に、職員も非専任が急速に増えている。また、大学院拡充政策でオーバードクターやボスドクが増えたが、その受け皿として、任期制の助教も増えた。COE、GPなどで任期制教員が多くなっている。FDやキャリア形成の視点からの配慮も現状ではほとんどないことが明らかになった。ただし、一部の私立大学では、若手のオーバードクターやボスドク対象のポストに対して、積極的に教育経験を積ませ、教育研究業績を上げさせる政策をとっていた。今度より一層、任期制教員のFDやキャリア形成を国としても,大学としても真剣に考えなければならないだろう。
半導体量子ドットの複数励起子の生成初期過程と緩和ダイナミクスに関する研究

今年度研究成果を項目に分けて記す。1.バンド端付近の電子状態に共鳴する励起波長を用いた過渡吸収測定により、半導体ナノ粒子におけるバンド内遷移過程を明らかにし、また1S1S,1S1P二励起子結合エネルギーに関する知見を得た。バンド内遷移過程の解明はキャリア増幅などに競合する過程の解明につながるだけでなく、高エネルギー励起電子の制御と活用につながり、高効率太陽電池作成に向けた基盤知識となる。2.Au/PbSハイブリッドコアシェルナノ結晶を用いて過渡吸収スペクトル測定の励起波長、励起光強度依存性の解析とFDTD計算から、金属-半導体ナノハイブリッド系における消失スペクトルの帰属や、コヒーレント振動モードの解明、電子-格子カップリング定数の算:出を行なった。この研究は金属-半導体ナノ接合界面を理解するひとつのモデルとなるとともに、励起子-プラズモンカップリング過程を明らかにする上での重要な基礎的な知見となる。3。CdTe/CdSe超格子ナノワイヤーにおけるキャリアダイナミクスを過渡吸収スペクトル測定により明らかにした。CdTe/CdSeヘテロナノ粒子はこれまでにいくつかの報告があったが、今回我々が用いた超格子ナノワイヤーでは、規則的な一次元構造により電荷分離状態がより高効率で生成していることを過渡吸収測定により明らかにした。4.新規非線形分光である二次元コヒーレント電子分光を習得し、CdTe/CdSeコアシェルナノ結晶におけるCdTe励起子とCdSe励起子の励起子カップリング過程の解明を試みた。二次元コヒーレント電子分光は不均一幅の影響を除外し、さらにカップリング、電子移動、エネルギー移動などの電子状態間の相互作用を二次元マップのクロスピークとしてフェムト秒オーダーで明確に明らかにできる。この手法はこれまでの手法では解析が困難であった複雑なナノ構造体や弱い相互作用の解析を可能とし、物質間のエネルギー、電荷伝達過程の解明において明確且つ有用な知見を得ることができる。以下に本年度に実施した研究内容と意義、重要性をそれぞれ述べる。1.cdTe量子ドット(QDs)におけるオージェ再結合の温度依存性を初めて明らかにした。CdTe QDsのオージェ再結合は非常に緩やかな温度依存性が観測され、オージェ再結合にフォノンが関与している可能性が示唆された。我々の成果は、これまでほぼ理論研究しか行われていなかったQDsにおけるオージェ再結合メカニズムを、初めて実験的に明らかにした例の一つであり、学術的に重要である。2.CdTe QDsにおける励起子間結合エネルギーを初めて算出した。励起子間結合エネルギーは、ナノ物質のキャリア間相互作用を定量的に評価する有効なパラメータであるにも関わらず、これまでほぼCdSe,CdS QDsのみでしか報告されていない。我々はCdTe QDsにおける二励起子、三励起子結合エネルギーを算出し、それらが励起子ボーア半径の大きさの違いにより、同サイズでもCdTe QDsの方が大きいことを初めて明らかにした。3.CdS QDsにおいて、オージェ再結合の表面欠陥依存性を幅広い粒径範囲で初めて明らかにした。近年シェルの非常に厚いQDs (giant-multishell QDs)や溶融型QDsなどの界面構造の変化により、オージェ再結合速度を劇的に下げる報告がされたが、QDsの表面状態とオージェ再結合との相関はこれまでいくつかの矛盾が生じていた。我々の成果は、幅広い粒径範囲で実験を行っており、これらの矛盾を解決するための布石となりうる。4.PbS QDsにおいて、キャリア増幅の発生効率が表面保護剤に依存しないことを初めて明らかにした。キャリア増幅の発生効率は同じ物質でも報告にばらつきがあり、それらの原因は合成手法や界面状態の違いにあると考えられていた。これらの成果は、キャリア増幅を最適化し、キャリア増幅を用いた高効率第三次太陽電池の開発において必要不可欠な知見である。3。

二次元コヒーレント電子分光は不均一幅の影響を除外し、さらにカップリング、電子移動、エネルギー移動などの電子状態間の相互作用を二次元マップのクロスピークとしてフェムト秒オーダーで明確に明らかにできる。この手法はこれまでの手法では解析が困難であった複雑なナノ構造体や弱い相互作用の解析を可能とし、物質間のエネルギー、電荷伝達過程の解明において明確且つ有用な知見を得ることができる。
骨折治癒過程での転写因子Runx2獲得による細胞運命決定機構の解明

胎生期の骨の発生において、転写因子Runx2とヘッジホッグ(Hh)シグナルは必須である。しかし、骨疾患の治癒過程における寄与・作用メカニズムは十分に明らかになっていない。そこで、本研究では、Runx2獲得の意義とRunx2獲得におけるHhシグナルの関与に焦点を絞り、骨折治癒における骨芽細胞への運命決定プロセスに関わる基本原理の一部を明らかにすることを目的とし研究をすすめている。本年度は、本研究に必要なタモキシフェン存在下において全身性にCreを発現するCAGCre-ERTMマウス(Dev Biol 244(2):305-18,2002)、Rosa26tdTomato (R26RTomato)マウス、Runx2-floxマウスを飼育し、実験に必要な数まで増やすことを目標とした。これらのマウスを交配させることで、CAGCre-ERTM; Runx2fl/fl; R26RTomatoマウスを作製する予定であるが、現在交配の途中であり、CAGCre-ERTMマウス、Runx2fl/fl; R26RTomatoマウスまで準備できている。今後さらに3系統のマウスを作製していく数を増やす予定である。加えて、雌雄の数を揃え、骨折モデルの作製およびタモキシフェン投与量の決定を早急に進めていく。その他、骨折を含めた骨関連疾患の情報収集のため、各学会に参加し、骨芽細胞やRunx2,Hhシグナル、骨折治癒に関する知見を得た。学会を通して、本研究に関するヒントとなる情報を多数取得することができたため今後の研究計画に応用していきたいと考えている。また、本年度は骨関連疾患に関する論文の執筆も行い情報発信を行った。実験に必要なCAGCre-ERTM; Runx2fl/fl; R26RTomatoマウスを作製し増やすことを目標としていたが、交配がうまく行かずに何度か繰り返すこととなった。そのため、当初の予定より実験がやや遅れている。CAGCre-ERTM; Runx2fl/fl; R26RTomatoを早期に作製し、各実験群に必要なマウスを増やしていく。また、シングルセルRNA-seqを行う予定であるため、さらに情報収集し、本年度の遅れを取り戻せるようスムーズな実験計画を立てていく。本年度は3系統のマウスの作製を目標としていたが、交配がうまくいかない時期があり研究計画の遅れが生じた。そのため次のステップの実験に使用予定であった金額を次年度に繰り越すこととなってしまった。マウス交配時のジェノタイピング用の物品、試薬、タモキシフェン投与や骨折作製に必要な物品、試薬の購入に使用予定である。
常時微動・地震動の長期継続観測によるダムの振動特性把握と構造健全性診断への応用

高経年化したアーチダムを観測対象とし卓越振動数とその経時変動・地震時変動を把握することを目的として微動・地震動の長期継続観測を実施した.微動・地震動の観測データの分析から;1)常時微動による卓越振動数のモニタリングによってアーチダムの構造健全性が評価できること,2)東北地方太平洋沖地震とその後の大規模余震群を経てもダムの構造健全性が維持されていたことを卓越振動数という数値によって客観的に提示できたこと,3)卓越振動数が変化していないことは構造健全性の維持確認に加えて地震荷重が不変である確認にもなっており,地震後における耐震性検討が不要であることを示していること,など重要な諸点が明らかになった.1高経年化したアーチダムを観測対象とし約2年半に亘る微動・地震動の長期継続観測とそのデータ分析を通じて以下の知見を得た。(1)微動・地震動の長期継続観測実施中に2011年東北地方太平洋沖地震とその後の数々の大規模余震群が発生したが、それらの大規模地震前後で卓越振動数の顕著な変動は見られなかった.このことから当該ダムには損傷は発生していないと考えられる。このように、a)微動による卓越振動数のモニタリングによって観測対象ダムの構造健全性が評価できること、b)東北地方太平洋沖地震、およびその後の数々の大規模余震後においても観測対象ダムの構造健全性が維持されていたことを卓越振動数という数値によって客観的に提示できたこと、などの重要な諸点が明らかにされた意義は大きい。(2)微動の長期継続観測データの同定結果から、卓越振動数は堤体温度との相関性が高く概ね1年周期で変動していること、卓越振動数の変動幅は2-3Hzにも上り後述する地震時変動幅をも上回ることなどが分かった。(3)東北地方太平洋沖地震時にはダム天端において極めて大きい最大加速度を持つ観測記録(約630gal)が収録された。その際の地震動継続時間は3分程にも及んだ。(4)本震およびその前後での微動のスペクトル解析によれば、本震時には本震前微動時に比して卓越振動数が著しく低下(約1Hz程度)したが、本震後微動における卓越振動数は本震前微動における卓越振動数に概ね復したことが分かった。こうした現象は大規模余震時にも再現していることを確認した。2またダム全体の挙動を捉える目的で測点を高密度に配置して常時微動を計測し、ダム全体系における主要な振動モードを抽出した。その観測結果を表現できる三次元FEMモデルを作成しダム堤体と基礎岩盤の物性値を同定した。強震時にはダムの等価剛性が大きく低下したことを確認した。高経年化したアーチダムを対象とし卓越振動数の常時変動・地震時変動を把握することを目的として微動・地震動の長期継続観測を実施して以下の知見を得た;(1)ダム堤体の上下流方向の卓越振動数は夏期に高く冬期に低いほぼ1年周期の経時変動を示しており堤体温度との相関が極めて高いことが示された.また年間での卓越振動数の最大値と最小値の差は3Hz程にも上っており後述する強震動を受けた際の変動幅をも上回る.ダム表面温度の低下に伴いダムが収縮することでアーチ効果が失われ堤体コンクリートの圧縮応力が低下すると継目部の影響によりダムの等価剛性が低下し堤体の卓越振動数の低下が引き起こされるものと推察される.(2) 2011年東北地方太平洋沖地震時には,1)ダム天端において極めて大きい最大加速度を持つ観測記録(約630gal)が収録された.その際の地震動継続時間は3分程にも及んだ.2)収録された加速度時刻歴波形記録は複数の波群から構成されており第1波群より40-50秒程度後の第2波群において最大加速度が記録された.これは宮城県内の多くの観測点での強震波形と共通の特徴である.3)本震とその前後での微動のスペクトル解析から,a)本震時には微動時に比して卓越振動数が著しく低下していたこと,b)本震後微動における卓越振動数は本震前微動における卓越振動数に概ね復したこと,等が明らかとなった.4)その後の数々の大規模余震時にも3)同様の現象が再現しており,ダム堤体への大きな損傷はなかったものと判断される.(3)このように,1)微動による卓越振動数のモニタリングによってダムの構造健全性が評価できること,2)東北地方太平洋沖地震およびその後の数々の大規模余震後においてもダムの構造健全性が維持されていたことを卓越振動数という数値によって客観的に提示できたことなど,重要な諸点が示された意義は大きいと考える.高経年化したアーチダムを観測対象とし卓越振動数とその経時変動・地震時変動を把握することを目的として微動・地震動の長期継続観測を実施した.微動・地震動の観測データの分析から;1)常時微動による卓越振動数のモニタリングによってアーチダムの構造健全性が評価できること,2)東北地方太平洋沖地震とその後の大規模余震群を経てもダムの構造健全性が維持されていたことを卓越振動数という数値によって客観的に提示できたこと,3)卓越振動数が変化していないことは構造健全性の維持確認に加えて地震荷重が不変である確認にもなっており,地震後における耐震性検討が不要であることを示していること,など重要な諸点が明らかになった.

(1)竣工より50年程度を経たアーチダムにおいて微動・地震動の長期継続観測システムを構築した。観測対象ダムは堤高82.0m、堤頂長323.0m、総貯水容量28,000,000m3、堤体積226,000m3の規模を持つ日本で唯一のダブルアーチ式コンクリートダムである。左岸側アーチ部のほぼ中央に放水用ゲートがあり天端は幅員4.4mの一般道になっている。観測点はいずれも天端上に設置した。長期継続観測における観測量は各観測点毎に地震動から常時微動レベルまでのそれぞれ水平2方向の加速度と上下方向加速度である。ダム基部に関しては、ある程度の規模の地震動があった場合には既設地震観測データを使用させて頂くものとした。また上・下流側それぞれにおいて堤体表面温度・気温の観測も行っている。これらの観測データを分析して主として以下の諸点を明らかにした;1)微動記録の分析から観測対象ダムの固有振動数および減衰定数を同定した。約半年間に亘る固有振動数の経時変動をみてみると夏期から冬期にかけて固有振動数はダム表面温度と相伴って低下しており両者には正の相関があることが示唆された。一方、夏期から冬期にかけての固有振動数の低下に対してダム貯水位の変動が与えた影響は大きくはなかったものと推察されるが、より詳細な検討は今後の課題である。2)強震動およびその前後での微動のスペクトル解析によれば、地震前微動時卓越振動数に比して地震時卓越振動数は著しく低下していたこと、地震後微動における卓越振動数は地震前微動における卓越振動数に概ね復していたこと、などが明らかとなった。(2)常時微動の短期高密度観測を実施し、対象ダムの振動特性として3つのモードを同定した。また高密度観測結果を表現できる3次元有限要素モデルを作成し、ダム堤体のコンクリートと岩盤の弾性係数を同定した。(1)高経年化したアーチダムを観測対象とし、初年度の早い段階で、微動・地震動の長期継続観測システムを構築し、それ以来一貫して観測を継続実施している。温度観測についても、上流側、下流側においてそれぞれ、堤体表面温度、気温の観測を開始し、継続実施している。(2)この、微動・地震動の長期継続観測とその解析から、ダムの振動特性を把握した上で、その経時変動や地震時変動に関して、「9.研究実績の概要1」で述べたような、多くの知見を得ている。(3)ダム全体の挙動を捉えることに注視して測点を高密度に配置して常時微動を計測した。詳細にデータ処理した結果,ダム全体系における主要な振動モードを抽出することができた。(4)常時微動の高密度観測における結果を表現できる三次元有限要素モデルを作成した。モデリングの過程で、ダム堤体コンクリートと基礎岩盤の物性値を同定した。さらに強震時に低下した卓越振動数に着目し、ダムの等価剛性が7.7%低下したことを確認した。(5)地震後に卓越振動数はもとの大きさに復帰しているので、この現象はコンクリートの損傷に起因するものではなく、強震時ダムブロック間のジョイントの開きによるものと推測される。(1)既設アーチダムにおける微動・地震動の長期継続観測システムを年度の早い段階で構築し、観測を開始し、継続実施している。(2)常時微動の短期高密度観測とそのデータ解析を実施し、高次の振動特性(固有振動数、モード減衰定数、モード形状)を同定した。また、3次元有限要素法による解析については平成24年度からの検討を予定していたが、ベースとなるモデルが平成23年度に作成できた。
光ファイバ出射光スペックルを用いた圧縮蛍光イメージング法の開発原理

本研究は、光ファイバにより生成可能な構造化照明パターンと圧縮センシングによる画像再構成アルゴリズムを組み合わせた新規内視鏡撮像システムについて、その画質、スループットの照明パターン形状・空間周波数依存性に関する学理を究明し、超高感度内視鏡蛍光イメージング法の開発に資する普遍的な指導原理を確立することを目的としている。前年度基礎実験により得た知見に鑑み、本年度は以下を実施した。既存の内視鏡システムの鉗子口から1本のマルチモードファイバを挿入することにより提案の蛍光イメージングシステムの内視鏡への実装を試みた。ここで、光ファイバの開口数に対し、内視鏡の視野角が極めて大きいことから、視野全体に理想的な照射パターンを形成することが困難であることが判明した。また、レーザ光の伝送により光ファイバ自体からの背景光が測定を妨害するという新たな課題に直面した。そこで、光ファイバの出射端に微小広角レンズを配置したファイバプローブを設計し、背景光の影響の少ない波長域に限定した蛍光測定を行うことにより、ローダミンB水溶液を試料とした画像再構成を実施し、蛍光像が取得可能であることを確認した。さらに、上記課題を解決するために、新たに7本の光ファイバ束から成る光ファイバプローブを設計した。研究の課程で照射パターンを予めデータに格納することにより、レンズやイメージセンサを用いることなく1本の光ファイバのみで撮像が可能であることが判明し、全ファイバ系による先端系125ミクロンの極細径内視鏡システムを構築した。ここで照射パターンを波長可変レーザにより掃引することにより、光ファイバの曲げにロバストな反射像測定が可能であることが判明した。さらに、スペクトル符号化技術を用いることで、蛍光測定も可能であることを確認した。内視鏡への実装の段階において、視野角への対応と不要背景光による妨害という新たな課題が出現し、対応に時間を要した。また、内視鏡企業との情報交換を行ったところ、実用における課題として、現状の内視鏡イメージセンサの高速化が現実的に困難であること、拍動による影響を解決しなければならないことが判明した。一方、研究の課程において単一光ファイバによる極細径イメージングシステムへの新たな方向性が示されたことにより、全体として順調な進展が得られた。提案システムの内視鏡への実装を目的として、新しい設計に基づく光ファイバプローブの製作と評価を推進する。また、当初計画していたリアルタイム観察の追求を変更し、現状の内視鏡システムで用いられている60fpsのカメラフレームレートを活用し、鉗子口を利用して1fpsで蛍光画像を表示する補助観察システムに特化したシステム設計を目指す。さらに、新たな方向性として単一ファイバイメージングについての学理を追及するとともに、再構成像の高精度化および撮像対象の角度や動きに対するロバスト化について検討する。目的の達成に向け、本年度は以下を実施した。マルチモードファイバにより生成した構造化照明パターンを実測し、その空間周波数が画質およびスループットに与える影響をシミュレーションにより検討し、以下の結論を得た。測定回数が十分に多い場合においては、照明パターンの空間周波数が撮像対象の空間周波数に近いときに最も良い画質が得られる。また、測定回数を少なくし、スループットを重視した場合には、空間周波数の高い照明パターンほど画質が劣化する。結果として、高スループットで高画質を得るためには大きな測定対象について比較的粗い照明パターンを適用する必要がある。シミュレーションでは、皮膚がんのモデルに対し、空間周波数0.02 cycles/pixelのランダムな照明パターンを用いることにより、64回の測定でPSNR = 25.7 dBの良好な画像再構成が達成されることが明らかとなった。一方、皮膚がんのモデルについて、公知の3つの圧縮センシングアルゴリズムを適用し、比較したところ、Total variationのL1再構成により画質が向上することを確認した。上記シミュレーションの結果を受け、鶏肉の一部にCdSe系量子ドットを塗布した資料に対して実証実験を実施したところ、高感度な蛍光分光イメージングが可能であることを確認した。また、内視鏡に実装したシステムにおいて、臨床で有効なインドシアニングリーンの近赤外蛍光イメージの取得に成功した。シミュレーションにより良好な結果が得られたことにより、当初の計画よりも早く実証実験を実施することができた。一方、実験を優先するため、結果の数理的解釈については次年度以後に実施することとした。

そこで、光ファイバの出射端に微小広角レンズを配置したファイバプローブを設計し、背景光の影響の少ない波長域に限定した蛍光測定を行うことにより、ローダミンB水溶液を試料とした画像再構成を実施し、蛍光像が取得可能であることを確認した。さらに、上記課題を解決するために、新たに7本の光ファイバ束から成る光ファイバプローブを設計した。研究の課程で照射パターンを予めデータに格納することにより、レンズやイメージセンサを用いることなく1本の光ファイバのみで撮像が可能であることが判明し、全ファイバ系による先端系125ミクロンの極細径内視鏡システムを構築した。ここで照射パターンを波長可変レーザにより掃引することにより、光ファイバの曲げにロバストな反射像測定が可能であることが判明した。さらに、スペクトル符号化技術を用いることで、蛍光測定も可能であることを確認した。内視鏡への実装の段階において、視野角への対応と不要背景光による妨害という新たな課題が出現し、対応に時間を要した。また、内視鏡企業との情報交換を行ったところ、実用における課題として、現状の内視鏡イメージセンサの高速化が現実的に困難であること、拍動による影響を解決しなければならないことが判明した。一方、研究の課程において単一光ファイバによる極細径イメージングシステムへの新たな方向性が示されたことにより、全体として順調な進展が得られた。本研究課題の目的を達成するため、以下について検討を進める。1.小型内視鏡への実装:申請の小型CMOSイメージセンサを搭載した内視鏡を構成し、より実用に近いシステムでの実証実験を実施する。前年の基礎実験において、励起用ファイバは保持するモード数が少ないほど有利であるが、内視鏡に実装する場合、高NAが必要となるため、高NAでかつコア径の小さい特殊ファイバが必要であることが判明した。この新たな課題についてフォトニック結晶ファイバの適用を試みるとともに、ファイバ端のレンズ加工も含めた励起用ファイバの設計を行う。2.スループットの限界についての調査:上記の内視鏡システムの感度を最大化することにより、スループットを決定する因子を突き止め、理論的な裏付けを行うことにより、限界の撮像時間を見積もる。安全基準以下のレーザ光照射により、60 fpsのフレームレートで20回の測定から充分な画質の蛍光像を取得可能であることを実証する。3.構造化照明パターンの最適化に関する数理:圧縮センシングの理論はNyquist-Shannonの標本化定理の一般化とみなすことができるので、標本化定理の理論に照射パターンのモデルを導入することにより、シミュレーションおよび実験の結果とつじつまのあう数理的な理論の構築を目指す。提案システムの内視鏡への実装を目的として、新しい設計に基づく光ファイバプローブの製作と評価を推進する。