hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
溶接欠陥を有する接合部の脆性破壊の研究--鉄骨品質管理への実用化を目指す

研究目的兵庫県南部地震で数多く見られたような大きな塑性歪をうけてから生じる高応力脆性破壊の発生を、定量的に予測できるようにして、溶接構造物の品質管理基準を策定しようとしている。研究成果過去に実験した人工溶接欠陥を挿入した柱梁接合部を、非線形有限要素解析により数値モデル化し、CTOD(亀裂先端開口変位)設計曲線を利用して脆性破壊発生の可能性を照査した。実験で脆性破壊および延性破壊したものに対して、数値モデルでは脆性破壊すると判定され、実験で破壊しなかったものに対しては、数値モデルで破壊しないと判定され、数値モデルは実験を再現する結果となった。さらに、より単純な溶接T継手の溶接止端部に疲労亀裂を挿入した供試体の破壊実験を行い、FAD(破壊評価線図)の手法を用いて脆性破壊発生の可能性を照査した。この実験についても、非線形有限要素解析による数値モデル化を行った。数値モデルによれば、溶接T継手の抵抗力は丁度FAD曲線上にプロットされ、脆性破壊の可能性を示唆するものであった。実験では、脆性破壊は生じたが、FAD曲線の限界より遥かに大きい抵抗力を示し、かつ、延性亀裂が大きく進展したあとで破壊した。以上の実験および解析結果から、亀裂先端における塑性拘束と限界CTODの関係、脆性破壊に先行する延性亀裂が脆性破壊の発生に及ぼす影響の2点が今後の主な研究課題であることが分かった。CTOD設計曲線およびFADは、本来実務設計に応用するために開発されたものであるが、非線形有限要素解析と組み合わせることにより、脆性破壊の危険度を予測する有力な手法となり、品質管理基準の設定に応用できることが明らかになった。本年度の研究成果過去に実験した溶接欠陥を有する柱梁接合部について、非線形有限要素解析を行い、かつ最近発表されたCTOD(亀裂先端開口変位)設計曲線を利用して脆性破壊発生の可能性を照査したところ、実験結果を再現する結果が得られた。今後の主な研究課題は、欠陥による応力集中点の塑性拘束と限界CTODの関係、脆性破壊に先行する延性亀裂が脆性破壊の発生に及ぼす影響の2点であることが分かった。さらに、より単純な模型である溶接T継手の破壊実験を行い、FAD(破壊評価線図)の手法を用いて脆性破壊発生の可能性を照査した。なお、このT継手には、溶接止端部に疲労亀裂を挿入することにより、意図的に欠陥を持たせた。これについても実験結果を再現する結果が得られた。また、上述の柱梁接合部の解析と同様の今後の研究課題があることが分かった。CTOD設計曲線およびFADは、本来実務設計に応用するために開発されたものであるが、非線形有限要素解析と組み合わせることにより、脆性破壊の危険度を予測する有力な手法であり、品質管理基準の設定に応用できることが明らかになった。本年度の研究成果過去に実験した人工溶接欠陥を挿入した柱梁接合部を、非線形有限要素解析により数値モデル化し、CTOD(亀裂先端開口変位)設計曲線を利用して脆性破壊発生の可能性を照査した。実験で脆性破壊および延性破壊したものに対して、数値モデルで脆性破壊しないと判定され、実験で破壊しなかったものに対しては、数値モデルで破壊しないと判定され、数値モデルは実験を再現する結果となった。

さらに、より単純な溶接T継手の溶接止端部に疲労亀裂を挿入した供試体の破壊実験を行い、FAD(破壊評価線図)の手法を用いて脆性破壊発生の可能性を照査した。この実験についても、非線形有限要素解析による数値モデル化を行った。数値モデルによれば、溶接T継手の抵抗力は丁度FAD曲線上にプロットされ、脆性破壊の可能性を示唆するものであった。実験では、脆性破壊は生じたが、FAD曲線の限界より遥かに大きい抵抗力を示し、かつ、延性亀裂が大きく進展したあとで破壊した。以上の実験および解析結果から、亀裂先端における塑性拘束と限界CTODの関係、脆性破壊に先行する延性亀裂が脆性破壊の発生に及ぼす影響の2点が今後の主な研究課題であることが分かった。CTOD設計曲線およびFADは、本来実務設計に応用するために開発されたものであるが、非線形有限要素解析と組み合わせることにより、脆性破壊の危険度を予測する有力な手法となり、品質管理基準の設定に応用できることが明らかになった。
東日本大震災の被災看護師を対象としたメンタルヘルスの実態調査と心理的支援の試み

被災地に勤務している看護師を対象に、震災から約1年後の時点で、自記入式調査を行った。その結果、被災地看護師のPTSDハイリスク者およびうつ病ハイリスク者は高く、職場が津波被害で甚大な被害を受けた者の方が、より心理的影響を受けていることがうかがわれた。SPRのワークショップを開催し、調査を行った。その結果、SPRに対する興味・関心は高いものの、活用する自信は低いという傾向が明らかになった。また、日本でも、工夫次第では有用であるという結論に至った。本研究の目的は、第一に、東日本大震災において津波被害の影響を受けた地域の看護師のメンタルヘルスの実態を明らかにすることである。第二に、看護師を対象に、トラウマ体験後のケアに開発された最新の心理支援法であるサイコロジカル・リカバリー・スキル(SPR)を用いたサポートプログラムの介入と調査を行い、SPRを日本で活用する際の課題を明らかにすることである。看護師のメンタルヘルス調査に関しては、宮城県沿岸部の病院(5施設)に勤務している看護師473名を対象に、震災から約1年後の時点で、自記入式調査を行った。最終的に440名分の調査票が回収された(回収率90.9%)。有効回答数は415だった(有効回答率87.7%)。主な評価尺度はPTSD症状を測定するPCL日本語版、うつ病症状を測定するPHQ-9日本語版、職業性ストレス簡易調査票とした。その結果、被災地看護師のPTSDハイリスク者およびうつ病ハイリスク者は高く、職場が津波被害で全壊した者の方が、職場が津波被害を受けなかった者に比べて、より心理的影響を受けていることがうかがわれた。SPR介入調査に関しては、被災地に勤務する看護師・保健師を対象としてSPRのワークショップを開催し、前後での質問紙調査とグループディスカッションを通しての質的調査を行った。質問紙調査の結果、SPRに対する興味・関心は高いものの、活用する自信は低いという傾向が明らかになった。一方、質的調査の結果は、SPRを教科書通りの構造で用いるのは難しいが、工夫次第では有用であるという結論に至った。よって、SPRを日本で活用する際の課題としては、応用するフレキシブルさが必要ということが示唆された。以上の内容については、途中経過を2012年度の学会で報告済であり、現在学術雑誌へ投稿準備中である。
腸―乳腺―初乳―新生仔と移動するＴ細胞の遊走機序および抗原特異的機能の解明

平成27及び28年度では、母乳中リンパ球には乳腺組織のリンパ球と比較してT細胞が多く含まれること、また、タイトジャンクション(TJ、細胞間を密着に結合する分子構造)の結合力を増強する受容体S1P1の発現低下を誘導する化合物FTY720の投与による母乳中リンパ球サブセットの大幅に変化することを確認した。本データ及び既存の報告より、平成29年度は、リンパ球の母乳遊出機構の詳細の解明に向けて、「泌乳期の乳腺のリンパ球は乳腺上皮細胞と同様のTJタンパク質(TJP)を発現することでTJを通過して母乳に遊出する」という仮説の証明を目指した。まず、免疫組織染色法によって授乳期乳腺上皮細胞におけるS1P1の細胞膜上の発現を確認した。次に、乳腺からCD4及びCD8陽性T細胞、骨髄系細胞、及び、B細胞をセルソーターで採取し、RT-PCR法とreal-time PCR法によって、Claudinファミリー、Jamファミリー、Tricellulin、Occludin、及び、ZO1の合計30種類の遺伝子群の発現量を計測した。母乳にはほとんど遊出しない骨髄系細胞及びB細胞と比較して、Cldn3、Cldn4、Cldn7、Cldn12及びTjp1 (ZO1をコードする)の発現がT細胞で高かった。また、免疫組織染色法により授乳期の乳腺上皮細胞間におけるCldn3、4、7の発現を確認した。以上の結果より、T細胞はCldn3、4、7、12のいずれかあるいは複数の機能によってTJを通過し母乳に遊出していることが示唆された。現在、Cldn3、4、7、12の遺伝子発現をノックダウンしたT細胞の作製に取り組んでいる。今後は、各遺伝子のノックダウンがT細胞の母乳遊出能と哺育された乳仔マウスの免疫反応を解析し、T細胞の母乳遊出機構、及び、母乳T細胞が持つ乳児免疫への機能の解明を目指す。29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、「リンパ球が、母親の腸管→乳腺→母乳→新生仔と移動し、新生仔の免疫能に影響を及ぼす」という仮説を構築し、その証明を目指した。まず、母親から新生仔体内へのリンパ球の移動の検出を試みた。光変換蛍光蛋白質KikGRを全身に発現したKikGRヘテロマウスを母親、ワイルドタイプマウスを父親として繁殖させ、KikGRを発現しないワイルドタイプの新生仔のみを実験に供した。KikGR発現とリンパ球マーカーCD45のアロタイプ発現を母親由来リンパ球の指標とし、フローサイトメトリー法によって検出した。その結果、新生仔の腸間膜リンパ節等からKikGR陽性リンパ球の検出に成功したが、CD45アロタイプが母親のリンパ球と一致しなかった。異なる検出法である蛍光顕微鏡による観察でも、蛍光蛋白質発現細胞の検出に成功したが、母親由来リンパ球とは同定できなかった。更なる検討のために、母親をKaedeやTomato等の異なる蛍光蛋白質を発現するマウスに変更したが、母親由来リンパ球は検出できなかった。以上の結果から、本実験系では母親から新生仔体内への免疫細胞の移動は非常に少ないことが示唆された。次に、上記仮説の一部、腸管から乳腺への免疫細胞の移動の直接証明を試みた。上記のKikGRマウスを実験動物として用いた。光変換蛋白質の性質を利用して、授乳中のKikGRマウスの小腸に紫光を照射し、小腸にいる細胞を赤色(KikGR-Red)にマークした。その結果、乳腺に存在するKikGR-Red陽性リンパ球の検出に成功した。乳腺に存在するCD4陽性T細胞のうち約0.8%が、B細胞のうち約8%がKiKGR-Red陽性であった一方、マクロファージの組織間移動はほとんど検出されなかった。以上の結果から,小腸から乳腺に移動する細胞のメインサブセットはB細胞であることが示唆された。当初の目的の一部であった母親から新生仔体内へのリンパ球の移動の検出は困難であることが分かった。母マウスの種類、新生仔の日齢、及び、リンパ球マーカー等様々な条件を試みても検出できなかったことより、マウスは本細胞移動の検出に適さないことが示唆された。一方、腸管から乳腺へのリンパ球の遊走の直接証明に成功した。さらに、遊走するリンパ球のメインサブセットも明らかにした。以上の結果より、研究はおおむね順調に進展していると判断した。平成27年度に発見したB細胞が腸管から乳腺へ移動するというデータより、母乳にもB細胞が多く遊出していると予想し、母乳中リンパ球のサブセット解析をフローサイトメトリー法によって行った。その結果、仮説とは逆に、母乳中にはほとんどB細胞は存在せず、また、乳腺組織中では大量に存在する樹状細胞とマクロファージも母乳中では少なかった。一方、T細胞が母乳リンパ球のメインサブセットであった。乳腺組織中と母乳中のリンパ球サブセットの違いから、母乳に遊出する能動的な機構があるという仮説を立て、その証明に取り組んだ。まず、母乳中のT細胞における遊走関連因子、約80種の遺伝子発現解析をreal-time PCRアレイ法によって行ったが、採取できる細胞数が少ないため、安定した結果を得られなかった。次に、リンパ球の体内循環を抑制するS1P1アンタゴニスト、FTY720を投与したマウスの母乳中のリンパ球サブセット解析を行った結果、逆に、マクロファージが大量に母乳に遊出した。

この予想外の結果及びS1P1が細胞間のバリア機能を司るタイトジャンクション(TJ)タンパク質の制御に関わるという報告は、T細胞が乳腺組織のTJを能動的に通過して母乳に遊出していることを示唆した。そこで、T細胞はTJタンパク質を発現・利用してTJを破壊せずに母乳に遊出するという仮説を構築した。約30種類あるTJタンパク質の遺伝子発現解析を、充分に細胞数が確保できる乳腺組織中のT細胞を対象にreal-time PCR法によって行った結果、約14種類の発現を確認した。現在、これらのタンパク質発現を確認中である。腸管から乳腺に移動するB細胞が母乳へ遊出していなかったことから、当初の仮説を変更した。一方、乳腺組織及び母乳中のリンパ球サブセット解析は順調に進捗し、両組織のサブセットの違い及びFTY720投与実験等のデータから、T細胞がTJタンパク質を発現しているという新規性の高い仮説を構築した。TJタンパク質発現解析も順調に進捗しており、本研究はおおむね順調に進展していると判断した。平成27及び28年度では、母乳中リンパ球には乳腺組織のリンパ球と比較してT細胞が多く含まれること、また、タイトジャンクション(TJ、細胞間を密着に結合する分子構造)の結合力を増強する受容体S1P1の発現低下を誘導する化合物FTY720の投与による母乳中リンパ球サブセットの大幅に変化することを確認した。本データ及び既存の報告より、平成29年度は、リンパ球の母乳遊出機構の詳細の解明に向けて、「泌乳期の乳腺のリンパ球は乳腺上皮細胞と同様のTJタンパク質(TJP)を発現することでTJを通過して母乳に遊出する」という仮説の証明を目指した。まず、免疫組織染色法によって授乳期乳腺上皮細胞におけるS1P1の細胞膜上の発現を確認した。次に、乳腺からCD4及びCD8陽性T細胞、骨髄系細胞、及び、B細胞をセルソーターで採取し、RT-PCR法とreal-time PCR法によって、Claudinファミリー、Jamファミリー、Tricellulin、Occludin、及び、ZO1の合計30種類の遺伝子群の発現量を計測した。母乳にはほとんど遊出しない骨髄系細胞及びB細胞と比較して、Cldn3、Cldn4、Cldn7、Cldn12及びTjp1 (ZO1をコードする)の発現がT細胞で高かった。また、免疫組織染色法により授乳期の乳腺上皮細胞間におけるCldn3、4、7の発現を確認した。以上の結果より、T細胞はCldn3、4、7、12のいずれかあるいは複数の機能によってTJを通過し母乳に遊出していることが示唆された。現在、Cldn3、4、7、12の遺伝子発現をノックダウンしたT細胞の作製に取り組んでいる。今後は、各遺伝子のノックダウンがT細胞の母乳遊出能と哺育された乳仔マウスの免疫反応を解析し、T細胞の母乳遊出機構、及び、母乳T細胞が持つ乳児免疫への機能の解明を目指す。まず、小腸から乳腺へ移動するB細胞のサブセットと機能について解析を行う。移動するB細胞のメインサブセットがプラズマ細胞である場合は抗体産生機能について、制御性B細胞である場合は免疫抑制機能について解析を進める。また、小腸から母乳へのリンパ球の移動の検出も試みる。B細胞が小腸から乳腺へ移動するメインサブセットであることを考慮すると、母乳中への移動もB細胞が主たるリンパ球であると予想している。
マルチスケールシミュレーションによるタンパク質へのリガンド結合過程の研究

粗視化分子動力学シミュレーションを用いて、リガンドがタンパク質のリガンド結合ポケットに結合する過程を明らかにする方法を確立した。この方法を、リガンド結合ポケットの形状や物理化学的性質、リガンドの物理化学的性質が異なる多数のタンパク質・リガンドペアに適用した。この結果の比較から、リガンドは特定のパスウェイを経由してリガンド結合ポケットに入ることが示唆された。また、全原子モデルを用いてパスウェイを精密化し、これに沿った自由エネルギープロファイルを計算する方法を確立した。分子動力学シミュレーションプログラムの改良MARTINIを用いた粗視化シミュレーションでは、初期構造において、粗視化粒子間距離が一定の範囲にある粗視化粒子間を仮想的に結合したelastic networkを用いて立体構造を保持する。しかし、このままではリガンド結合に伴う立体構造変化を考慮することができないため、複数の立体構造間の遷移を可能にする、multiple-basin modelを分子動力学シミュレーションソフトウェアGromacsに実装した。これをリガンド結合に伴って立体構造が変化する2種類のタンパク質に適用し、実際に立体構造が遷移することを確認した。粗視化シミュレーションの実施と結果の解析前年度作成した、基質ポケットの形状、基質ポケット表面の物理化学的性質、リガンドの物理化学的性質に基づく、タンパク質・リガンドペア分類データベースから、6種類のタンパク質・リガンドペアを選定した。必要に応じて、前年度に構築したシステムを用いてリガンドの力場パラメータを決定した。リガンド非結合状態のタンパク質の周囲に410個のリガンドをランダムに配置したものに対して、25 μsの粗視化シミュレーションを、リガンドの初期配置と初速を変えながら50100回繰り返した。いずれの系においても、基質ポケットへのリガンド結合が観察された。トラジェクトリデータに含まれる各スナップショット構造を並進・回転させてタンパク質の立体構造を重ね合わせた後、系をセルに分割し、各セルにおける重心位置の密度と平均速度を計算した。ここから、リガンドの分布とリガンドの流束を求め、可視化した。その結果、リガンドは、それぞれのタンパク質に特有の経路を通って、基質ポケットに結合することが明らかとなった。1.タンパク質・リガンドペア分類データベースの作成生物学的に意味のある低分子化合物を結合したタンパク質の立体構造データベースBinding MOADから非冗長セットをダウンロードし、分子量550未満の化合物を結合した構造を抽出した。次いで、各タンパク質構造について、GHECOMを用いてリガンドの各原子の位置におけるR_inaccess値を求め、これらの調和平均値を結合ポケットの深さの指標とした。更に、リガンドから5 Å以内に位置する残基についてKyte-Doolittle hydropathyの平均値を求め、ポケットの疎水性指標とした。また、リガンドについては、OpenBabelを用いて水素原子を付加し、荷電状態を予測した。更に、ALOGPS 2.1を用いてLogP値を予測し、疎水性の指標とした。これらを用いて、各複合体を、基質ポケットの形状、基質ポケット表面の物理化学的性質、およびリガンドの物理化学的性質に従って分類した。また、各タンパク質について、リガンド非結合型の立体構造の有無を調査した。本研究では、これらの中から、リガンド結合に伴って立体構造が変化するタンパク質・リガンドペアを複数選択した。2.粗視化パラメータ計算システムの構築任意のリガンドモデルについて、粗視化シミュレーションを行い、油相と水相の間の分配係数を求めるシステムを構築した。ここで得られる値を実験値と比較することで、リガンドの粗視化モデルを評価することができる。これをglucoseのモデルに適用し、実験値と近い値が得られることを確認した。実験的に分配係数が得られないリガンドについては、脂質2重膜の両側に水分子を配置した系について、全原子モデル、粗視化モデルを用いたアンブレラサンプリングを行い、potential of mean forceを比較するシステムを構築した。1.リガンド結合シミュレーションの追加と結果の解析平成24年度に作成した、タンパク質・リガンドペアを基質ポケットの形状、基質ポケット表面の物理化学的性質、リガンドの物理化学的性質に従って分類したデータベースを用いて、平成25年度に選定した6つのタンパク質・リガンドペアが属する分類から別のタンパク質・リガンドペアを1つずつ選定し、粗視化分子動力学法に基づくリガンド結合シミュレーションを実施した。ここでは、リガンド非結合状態のタンパク質の周囲に450個のリガンドをランダムに配置し、25 μsの粗視化分子動力学シミュレーションを、リガンドの初期配置と初速を変えながら50100回繰り返した。いずれの系においても、基質ポケットへのリガンドの結合が観察された。トラジェクトリデータを解析し、リガンドの分布および流束、結合・解離速度定数、解離定数を求めた。2.リガンド結合パスウェイの精密化Levansucrase・sucroseの系について、全原子分子動力学法に基づいて反応経路を最適化するstring法を用いてリガンド結合パスウェイの精密化を行った。

まず、マルチコピー・マルチスケール分子動力学シミュレーション法開発のためのライブラリμ2libを用いて、リガンド結合パスウェイの最適化を行うstring法のアプリケーションソフトウェアを作成した。次いで、粗視化分子動力学シミュレーションの結果得られたリガンドの流束データから、リガンド結合パスウェイを構築し、これをstring法の初期経路として利用した。ここでは、リガンド結合パスウェイを32個のイメージを用いて離散化した。30 nsのシミュレーションを行い、20 nsでパスウェイが収束することを確認した。また、アンブレラサンプリング法を用いてパスウェイに沿った自由エネルギープロファイルを計算した。計算生物物理学前年度に構築した、タンパク質・リガンドペア分類データベースと、粗視化パラメータ計算システムを用いて、6種類のタンパク質・リガンドペアについて、粗視化シミュレーションを実施した。ここでは、リガンドによる基質ポケットの認識機構や、リガンドの基質ポケットへの結合過程を支配する要因を明らかにするという本研究の目的に沿って、基質ポケットの形状や、物理化学的性質、リガンドの物理化学的性質の異なるタンパク質・リガンドペアを1つずつ選定した。計画では、100250 ns程度のシミュレーションを、10回程度繰り返す予定であったが、この時間・回数では十分な数のリガンド結合イベントを観測できなかったため、シミュレーション時間を25 μsに、繰り返し回数を50100回に大幅に増やした。この結果、20200回程度のリガンド結合イベントを観察することができた。また、計画では来年度行う予定であった、トラジェクトリデータの解析を、今年度に前倒しして実施した。ここでは、タンパク質周囲のリガンドの分布と流束の計算を行った。この結果、研究開始前に予想していた通り、リガンドは、ランダムに基質ポケットに結合するのではなく、それぞれのタンパク質に特有の経路を通って、基質ポケットに結合することが明らかとなった。加えて、結果の比較から、リガンド結合経路は、タンパク質表面の形状や物理化学的性質、リガンドの物理化学的性質と密接に関係していることが示唆された。また、当初の計画通り、分子動力学シミュレーションプログラムの改良も実施し、リガンド結合に伴うタンパク質の立体構造変化を再現できない、粗視化シミュレーション法の弱点を克服し、こうしたタンパク質においても、立体構造変化を考慮したリガンド結合シミュレーションを行うことができる方法論を確立した。以上から、本研究は当初の計画以上に進展していると評価した。
放射線誘発の染色体異常は受精卵の初期発生過程でどう推移するか

放射線誘発の染色体異常が個体発生の過程でどう推移するかを知るために、γ線(2,4Gy)を照射したマウス精子に由来する初期胚(1,2,4細胞胚、胚盤胞)、着床胚(10-11日齢及び16-17日齢胎仔)を発生学的、細胞遺伝学的に調査した。得られた成果は次の通りである。1.従来成功していなかったマウス初期胚(14細胞胚)の染色体標本作製方法を確立した。2.1細胞胚:照射群と対照群の合計1,170胚を染色体分析し、受精直後における染色体異常の種類と頻度を明らかにした。構造異常は線量依存的に増加し、4Gy群では36%に達した。異常の種類別では、染色体切断(60%)と二動原体染色体(25%)の頻度が高かった。3.2細胞胚:照射群と対照群の合計396胚を染色体分析した。1細胞胚でみられた構造異常の約9割がモザイク型(そのうち約3割は正常細胞と染色体異常細胞のモザイク)に変化し、構造異常から派生した異数性も有意に増加した。4.4細胞胚:照射群と対照群の合計537胚を染色体分析した。モザイク型構造異常胚は2細胞期と比較してさらに増加し、逆に異数性は低下した(モザイク型異常に変化した)。5.胚盤胞:染色体異常胚の56割が正常胚と同様に胚盤胞期まで発生すると推定された。6.10-11日齢胎仔:生存胎仔の染色体分析(85胎仔、2,240細胞)では染色体異常が発見されず、照射群で有意に増加した着床後死亡胚の大部分が退化妊娠産物であったことから、染色体異常のほとんどは着床直後に淘汰を受けると推定された。7.16-17日齢胎仔;後期着床胚の発生学的調査(母獣数52頭)でも発生異常は増加せず、染色体異常胚の着床直後死亡が裏付けられた。本研究の初年度に当たる今年は、まず研究の土台となるマウス(B6D2F1)初期卵割胚の染色体標本作製法の開発に取り組んだ。得られた成果は以下の通りである。1.既存の方法にて過排卵処理、採卵、採精、体外受精、受精卵培養を行い、これらの基本手技の実施に特に問題がないことを確かめ、高い受精率・発生率(90%以上)が得られるまで技術の習熟に努めた。2.初期胚の染色体標本作製適期(1細胞胚8細胞胚が細胞分裂の中期に達する時間)を明らかにした。3.種々の工夫を重ね、各発生段階(1細胞期4細胞期)の胚で成功率の高い染色体標本作製法を開発した。すなわち、(1)マウスでは割球の細胞膜が脆弱で低張処理中に破裂しやすいので、これを防ぐために低張液として30%牛胎仔血清+1%クエン酸ナトリウム混液を用いる、(2)低張処理を助けるために胚を包む透明帯を溶かすと同時こそれによって生ずる割球の離散を防ぐために、0.5%アクチナーゼ(10μg/mlコンカナバリンAを含む)を用いる、(3)細胞分裂阻害剤として0.01μg/mlビンブラスチン(2細胞胚の場合には3μg/mlノコダゾールとの混液)を用いるなどの工夫を行い、染色体分析率を6070%まで高めた。

4.初期胚染色体にC-バンド分染法を試み、動原体の染め分け法を確立した。上記の技術開発により来年度から本実験を行えるという見通しが立った。昨年度は、まず研究の土台となるマウス(B6D2F1)初期卵割胚の染色体標本作製法の開発に取り組み、成功率の高い方法を確立した。今年度はこの方法を用いて放射線を照射した精子に由来する初期胚(1細胞期胚、4細胞期胚)の染色体分析に取り組んだ。研究実績の概要は以下の通りである。1.研究方法:雄マウスにγ線(2,4Gy)を照射した後に精巣上体から精子を採取し、過排卵処理により正常雌から採取した卵子と体外受精させた。漸進固定空気乾燥法を用いて1細胞期胚および4細胞期胚の染色体標本を作製した。通常のギムザ染色標本で染色体分析した後、Cバンド分染法によりさらに詳細な解析を行った。2.1細胞期胚の染色体分析:対照群503胚、2Gy照射群317胚、4Gy照射群350胚の合計1,170胚を染色体分析し、胚発生のスタート時点(受精卵)での染色体異常の種類と頻度をまず調査した。異数性胚は放射線照射によって増加しなかったが、構造的染色体異常をもつ胚は線量依存的に顕著な増加を示した。照射群で観察された異常で最も多かったのは切断型異常であったが(約60%)、二動原体染色体も比較的高い頻度で出現した(約25%)。3.4細胞期胚の染色体分析:今年度はまず非照射対照群で染色体分析を行った。受精卵の97%が4細胞の分裂中期に到達し、そのうち8090%において4割球細胞すべての染色体分析が可能であった。200胚の分析の結果、染色体異常は、数的モザイク5%、構造異常モザイク26%で、モザイク型でない染色体異常は1例も観察されなかった。4.卵割胚染色体のFISH染色法の開発:マウス動原体に特異的なDNAプローブを用いたFISH染色には成功したが、テロメアのFISH染色にはまだ成功しておらず、現在検討中である。次年度には4細胞期胚(照射群)の染色体分析を続行し、2細胞期胚の調査も行う予定である。昨年度は、放射線を照射した精子に由来する1細胞期胚及び4細胞期胚(対照群のみ)の染色体分析を行った。今年度は、引き続き4細胞胚(照射群)及び2細胞胚の染色体分析に取り組んだ。漸進固定空気乾燥法を用いて2細胞期胚及び4細胞期胚の染色体標本を作製した。2.4細胞期胚の染色体分析:2Gy照射群133胚、4Gy照射群164胚の合計297胚を染色体分析した。照射群の胚の発生能は4細胞期までほとんど低下しなかった。染色体異常胚の出現頻度は線量依存的に増加し、4Gy群では52.4%に達した。異常胚の90%以上はモザイク型に変化し、そのうち約20%は染色体異常細胞と正常細胞から生るモザイク型構造異常であった。異常のタイプ別では切断/断片(60%)と二動原体染色体(25%)が多かった。3.2細胞期胚の染色体分析:対照群131胚、2Gy群132胚、4Gy群133胚の合計396胚を染色体分析した。照射群における染色体異常胚の純出現率は1,4細胞期とほぼ等しく、線量依存的に増加した。異常の約70%が構造異常で、その90%以上がモザイク型構造異常であった。また、数的異常も有意に増加し、その生成には二動原体染色体の分離異常に加え、染色体の構築異常や分裂後期移動遅延の関与も示唆された。4.8細胞期胚、胚盤胞の発生学的、細胞遺伝学的調査:染色体異常胚の6割以上は発生停止・遅延を起こさずに胚盤胞期に到達した。これらの発生段階での染色体標本作成法を確立したが、胚盤胞の内部細胞塊では染色体の広がりが不十分なので、さらに改良が必要である。
帰納的推論過程の数理モデルの構成-言語データの統計解析を用いて-

1.帰納的推論におけるリスク的状況の違いとパーソナリティとの関連に関する検証前年度に解明したリスク状況下における帰納的推論のメカニズムに関し、パーソナリティとの関連を検討した。方法は心理実験と計算モデルのシミュレーションによる。心理実験の結果から、人は帰納的推論における同じargumentに対し、リスク回避の方向に応じて異なる評定をすることが前年度確認されたが、その効果はBIG5における神経症傾向の強い被験者に関しては確認されなかった。前年度におけるモデルのシミュレーションでは、異なるリスク的状況による実験結果を、推定されたパラメータの違いからうまく再現することができていたが、このパラメータは、状況の違いのみならず、被験者のパーソナリティによっても異なることが明らかになった。2.帰納的推論におけるカテゴリー選択と統語的構造の関連に関する検証現在まで構築してきた帰納的推論モデルにおいて用いてきた言語データの統計解析結果は、ひとつの名詞が複数のカテゴリーに属しうることを示唆している。さらに、その名詞が動詞の「主語」である場合、動詞の「目的語である場合」では、同じカテゴリーとなる名詞が異なることも示唆している。ここから、帰納的推論においても、前提の対象が空白の述語の「主語」である場合と「目的語」である場合では、帰納メカニズムとして選択するカテゴリーが異なるであろうと予測し、シミュレーションを行った。同様に前提の対象が空白の述語の「主語」である場合と「目的語」である場合を比較する心理実験を行ったところ、モデルが予測した通りの結果を得た。このことから、帰納的推論におけるカテゴリー選択は、名詞と述語の格関係という統語的構造と深く関連することが明らかになった研究1.リスク状況下における帰納的推論のメカニズムを、心理実験と計算モデルのシミュレーションによって検討した。心理実験の結果から、人は帰納的推論における同じargumentに対し、リスク回避の方向に応じて異なる評定をすることが確認された。これに対し、帰納的推論のカーネル関数モデルが提案された。モデルは帰納的推論における結論のもっともらしさの評定を2つの類似性関数、すなわち正事例と結論との類似性関数と負事例と結論との類似性関数に基づき説明する。そしてそれらの類似性関数のパラメータを用いて、モデルが出力するもっともらしさ評定における2つの類似性の「強度バランス」が表現される。さらに、この強度バランスの違いに基づき、異なる状況によって帰納的推論の評定が異なるという現象を説明する。この提案されたモデルのシミュレーションの結果、モデルの仮定どおり、異なるリスク条件による実験結果を、推定されたパラメータの違いからうまく再現することができた。これに基づき、その類似性はリスク回避の方向に応じ、正事例の対象からの距離か、負事例の対象からの距離のいずれかが強調されることにより、調整されるというメカニズムが提案された。研究2.モデル上で表現される強度バランスが、帰納的推論評定における状況と評定者の人格との相互作用をも説明しうるという更なる可能性を追求した。今回は特に、心理実験結果のモデル表現に基づき、神経症傾向の強い評定者は状況による影響を受けないこと、外向性傾向の強い評定者は状況に関わらず負事例と結論との類似性を重視することが明らかになった。このことから、帰納的推論におけるカテゴリー選択は、名詞と述語の格関係という統語的構造と深く関連することが明らかになった
歴史分析のための個体情報のロンジチュージナル・データ編成技法開発ーー明治中後期会社工場統合データベース編成実験ーー

歴史統計の分野での個別情報の集積による復元調査技法の開発と個別情報を結合することによって、異時点間の同一個体の情報を結びつけたロンジチュージナル・データのデータベースを編成する技法の開発が本研究の主要課題である。データベースとしては、工場について、明治35年職工規模10人以上、明治42年職工規模5人以上、大正9年職工規模10人以上の個別工場情報(「工場通覧」)、会社について、明治41年と大正9年(「会社通覧」)の個別会社情報を入力編成した。これ等を相互に結びつけて、会社所有工場と非会社所有工場についてロンジチュージナルデータベースを編成した。これによって明治中・後期の工場調査の補捉もれについて新しいデータを得ることが出来た。また会社所有工場という新しい分類基準により新規統計を作成することができた。明治42年の工場統計調査の集計表は、個体情報の秘匿を行っていないので、複数の二元集計表から個体情報の明らかに出来るものを、上記名簿データと照合し復元し、新たな統計表を編成した。ロンジチュージマルデータ編成の基本的技法は計算機によるマイクロ・データ・マッチングであり、その際個有名詞の漢字文字列がどのように個体識別子として有効であるかの機能分析を行った。また現在個別企業の工場の完全同定の行われた製造業事業所の5ケ年分のX県のデータを用いて、統計的照合技法によって、どこ迄完全照合が可能であるかのシミュレーションを行った。このような会社・工場の規模分布を分析するために規模分布分析用プログラム・パッケージであるSDAPPの拡張と、ミクロ・データ分析用プログラム・パッケージであるNISANの拡張とを実施した。研究成果の大要、作成ファイルの仕様書、既発表論文の抜刷等は一冊の研究報告書の形でまとめてある。歴史統計の分野での個別情報の集積による復元調査技法の開発と、個別情報を結合することによってロンジチュージナル・データのデータベースを編成する技法の開発が本研究の主要課題である。すでに編成した「明治42年全国工場通覧」の従業員5人以上の工場32,000の所有者名の名寄せファイルと「明治41年全国諸会社役員録」「銀行会社要録」結合の10,000社の企業ファイルとを統合した明治42年ファイルに、秘匿措置を行っていない集計表とのリンケージにより、個別情報の拡充追加を行った。この個別情報の拡大のために愛知県の工場統計表の調査個票の当時の記録文書からの蒐集・解読の結果の入力データ整備を行った。さらに「日本工業要鑑」による資本設備データの入力のためのデータ吟味を行っている。一方、明治42年データと接続するために、明治35年の従業員10人以上の「全国工場通覧」のデータの入力作業を行った。これ等の試験用データ・ファイルの編成と並行して,1.ロンジチュージナルデータ・ファイル編成のための照合技法の開発,2.個別情報秘匿値を集計表から復元・析出するプログラムの開発,3.規膜分布の分析プログラムSDAPPのシステム拡張とNISANシステムによる規模分布分析システムの開発拡張を行った。実験結果としては、1.抽出リストの手作業による照合は効率が低く,2.地域・産業・設立年代の三種類の照合キーに規模変数で管理しないときは、コンピューター処理後の完全照合の手作業による検索効率も極めて低い。従って、3.ロンジチュージナル・ファイルの編成には、規模変数の様に時点間で成長し遷移する変数については、実験的な検討が必要であることが明らかになった。次年度以降ファイルの統合実験と詳細データの入力作業を行い、システムの拡張を行う。歴史統計の分野での個別情報の集積による復元調査技法の開発と個別情報を結合することによって、異時点間の同一個体の情報を結びつけたロンジチュージナル・ダータのデータベースを編成する技法の開発が本研究の主要課題である。

データベースとしては、工場について、明治35年職工規模10人以上、明治42年職工規模5人以上、大正9年職工規模10人以上の個別工場情報(「工場通覧」)、会社について、明治41年と大正9年(「社会通覧」)の個別会社情報を入力編成した。これ等を相互に結びつけて、会社所有工場と非会社所有工場についてロンジチュージナル・データベースを編成した。これによって、明治中・後期の工場調査の補捉もれについて新しいデータを得ることが出来た。また会社所有工場という新しい分類基準により新規統計を作成することができた。明治42年の工場統計調査の集計表は、個体情報の秘匿を行っていないので、複数の二元集計表から個体情報の明らかに出来るものを、上記名簿データと照合し復元し、新たな統計表を編成した。ロンジチュージナルデータ編成の基本的技法は、計算機によるマイクロ・データ・マッチングであり、その際個有名詞の漢字文字列がどのように個体識別子として有効であるかの機能分析を行った。また現在個別企業の工場の完全同定の行われた製造業事業所の5ケ年分のX県のデータを用いて、統計的照合技法によって、どこ迄完全照合が可能であるかのシミュレーションを行った。このような会社・工場の規模分布を分析するために規模分布分析用プログラム・パッケージであるSDAPPの拡張と、ミクロ・データ分析用プログラム・パッケージであるNISANの拡張とを実施した。
変形性膝関節症における下肢捻じれストレス新指標の開発

課題の核たる問いである「Free momentは、変形性膝関節症を特徴づける下肢捻じれストレスの指標となりうるか」を明らかにするために、本研究では変形性膝関節症患者群と健常高齢者群の歩行時のFree momentを計測し、比較する必要がある。Free momentは歩容に大きく影響を受けるパラメーターであることが明らかになっており、また、高齢者は若年者と比較して床反力計やモーションキャプチャー用計測着着用といった不慣れな計測環境下で自然な歩行を実施するための時間を要することを経験している。そのため、計測を実施するにあたり、事前に計測機器等の環境整備と計測精度の向上を目的に研究協力者らとの打ち合わせ、プレ計測をそれぞれ複数回実施した。このため、申請時の計画では平成30年度は健常高齢者のみを対象とした計測および解析を実施する予定を変更し、数名の健常高齢者の計測の後、変形性膝関節症患者の計測を開始した。また本研究開始にあたり、病院での倫理委員会の承認を得ている。現時点では健常者および変形性膝関節症患者のFree momentを含む歩行データを統計的に解析する段階にはいたっていないものの、計測精度と再現性は向上し、計測時間(被験者の時間的拘束時間)も短縮された。今後は継続して協力関係にある病院にて変形性膝関節症患者の歩行計測を実施してゆき、約6ヶ月後、健常高齢者の歩行計測に切り替える予定である。計測機器の購入、環境整備、計測者の計測精度向上に時間を有したため、申請時の計画を若干変更する必要が生じたが、進捗状況としては大きな差は生じないと思われるため。本年度は前年度に引き続き変形性膝関節症患者の歩行データを計測していき、約半年間の計測期間で蓄積されたデータを下に解析を実施する。合わせて健常高齢者の歩行データについて計測を実施してゆく。予定よりも安く備品を購入できたため、6円の次年度使用額が生じた。今回生じた次年度使用額は必要消耗品の購入に充てる予定である。
交通計画策定法の信頼性に関する総合的研究

本研究は交通計画の策定手法とその実現方策の信頼性について検討したものである。本研究は、次の6つの分担課題を設定し、各課題における信頼性の検討を行った。(1)地域と交通との関連分析方法の信頼性の検討・・・交通計画フレ-ムワ-クとなる人口分布、土地利用等の社会経済活動の空間分布の予測手法の信頼性の検討(2)交通現象調査分析手法の信頼性の検討・・・様々な交通現象を把握するための調査分析手法の信頼性の検討(3)交通需要予測手法の信頼性の検討・・・発生・集中、分布、交通手段分担、配分の各交通量の予測手法の信頼性の検討及び四段階同時予測手法の信頼性の検討(4)交通システムの信頼性の検討・・・様々な交通施設(道路網、鉄道網、バス網、駐車場、バスタ-ミナル、空港等)の統合体としての交通システムの信頼性の検討(5)交通計画の評価手法の信頼性の検討・・・評価主体別の評価手法の信頼性、費用便益分析手法の信頼性、環境アセスメント手法の信頼性の検討(6)交通計画の実現可能性の検討・・・法制度・財源確保の面からみた交通計画の実現可能性の検討以上のように、本研究では、主に交通計画策定法の各段階の信頼性の検討を進めて、それぞれの段階での信頼性の把握と分析および従来より信頼性の高いモデルの開発などを行ってきた。そして各段階を結合した総合的な交通計画策定法の開発とその信頼性についても適用例に基づく検討を試みた。交通計画策定法を構成する各分野に、本年度の研究実績を以下に述べる。(1)社会経済活動の空間分布の予測法の信頼性については、都市圏の属性別人口動態および土地利用変化の予測法の信頼性について検討した。(2)交通現象調査分析法の信頼性については、名古屋都市圏における実測データに基づいて交通・活動関連分析法や道路交通流の調査分析法の信頼性について検討した。(3)交通需要予測法の信頼性については、名古屋都市圏のパーソントリップ調査結果を用いた集計モデルと非集計モデルの予測精度比較、さらに、決定論的および確率論的交通量配分手法の精度比較を行ない、実用時における指針を示した。(4)交通システムの信頼性については、各システムおよび複合システムとして容量および情報提供システムによる信頼性向上などについて検討した。(5)交通計画の評価法の信頼性については、都市内交通網に関する社会的便益と費用の計測法についてそれぞれに含まれるべき項目内容と項目別便益と費用の計測方法について検討し、名古屋都市圏へも適用を試みた。(6)交通計画の実現可能性については、英国、フランス、米国などの研究者との交流を通して、それぞれの都市で実施している交通施設の建設・運営に関する法制度、財源確保の方法などについて調査し、整理した。(7)交通計画策定システムの信頼性については、交通需要予測モデルを例にとって多段階を通して得る結果の精度上の問題点について検討した。本年度は交通計画の策定手法とその実現方策の信頼性について検討し、以下のような成果が得られた。交通を発生させる原因となる土地利用と交通との関連分析モデルの精緻化の方法を検討し、さらに技術革新が交通にどのような影響を与えるかを検討した。交通現象分析方法の信頼性の検討において、交通・活動関連分析の方法および調査法の検討と通勤・通学における経路選択行動の分析を行った。交通需要予測手法の信頼性の検討において、まず、交通量配分理論の従来の研究の考察と将来展望を行い、配分交通量予測手法の信頼性の分析を行い、さらに近年必要性の高まっている渋滞を考慮した時間帯別交通量配分モデルの開発を行い、また、道路交通環境影響の分析に関連して開発の要請のある車種別配分交通量予測方法についても検討した。そして、国際航空旅客輸送需要の予測方法の信頼性の検討も行った。交通システムの分析に関連する信頼性の検討において、道路網の信頼性の評価方法に関する検討、交通規制と駐車場案内システムの関係および公営バス事業における運行上の制約関係などの検討を行った。

交通計画の評価方法の信頼性の検討において、まず、都市交通計画改善の便益のマトリックスを用いた分析方法について検討し、次に交差点改良事業の効果や地区交通の安全性の評価法や安全性レベルの改善便益の評価法および交通安全指標の国際比較法などの検討を行った。さらに、幹線道路の環境影響費用の経年変化と推定精度の検討を行った。交通計画の実現化の方策の検討において、地方都市の公共輸送施設の整備促進のための制度面の検討をした。
毎秒１０００コマ撮影可能な化学イメージセンサの開発と反応ダイナミクス解析への応用

本研究では、半導体センサ上に載せた試料内のpHやイオン濃度の面内分布を可視化することができる化学イメージセンサを高速化し、従来のような静止画記録だけではなく、毎秒最高1000コマで動画記録できるシステムを実現した。また、センサ面上に構築された微小流体デバイスにおける流路内の反応の動的解析や、腐食に伴う金属表面近傍のpH分布測定など、本センサシステムによる動画記録のさまざまな応用について検討を行った。本研究は、溶液・ゲル・細胞・生体組織などの試料をセンサ面上に載せるだけで、試料内のイオン分布を毎秒1,000コマのスピードで動画撮影することができる、従来にはない新しいタイプの半導体化学/バイオセンサシステムの実現と、このセンサシステムによって得られる動画データを用いた、反応ダイナミクス解析の新しい手法の開発を目的としている。本年度は高周波動作センサの設計のためのデバイスシミュレーションと、高速スキャンシステムに必要な光源アレイの開発を行った。高速のイオン動画撮影を実現するためには、周波数多重度を上げて多点測定の数を増やすアプローチが有望である。そのため、より広い周波数帯域を持つセンサ基板と、高い変調周波数を使用できる測定系が必要であるが、従来のセンサ基板は、半導体中におけるフォトキャリア拡散の高周波遮断特性に制限されていた。そこで、半導体層における光の吸収とフォトキャリアの拡散を考慮したデバイスの物理モデルを構築して計算機シミュレーションを行い、高周波動作が可能なセンサ厚さ、ドーピング、絶縁層の種類、光の波長などを求めた。また、センサ上の多くの位置から同時に信号を読み出すための光プローブとして、それぞれ異なる周波数で変調可能な64個のLEDアレイと光ファイバからなる光源を試作した。光ファイバの端部は任意のレイアウトが可能であり、試料の形状にあわせて測定ポイントを設定することができる。本年度は毎秒200コマでのpHイメージングを達成し、10msec以下の時間分解能で化学反応の動画を取得し、また微小流路内部での溶液の置換やイオンの拡散を解析することに成功した。さらに多点での同時測定のため、FPGAを用いた制御・測定回路を設計・試作した。本年度は以下の結果を得た。従来の化学イメージセンサシステムにおいては、センサ信号である電流波形を動画記録時間にわたって全て収録した後に演算を行って各コマ各画素の値を求めていたが、この方式では試料中の化学反応をリアルタイムに観察することができなかった。そこで、FPGAを用いて各画素の値を並列計算することにより、各コマの積分時間終了から約10μ秒後に1コマ分の画像を生成できるようにした。視認用には毎秒数10フレームの動画をリアルタイムで表示し、事後の演算によって記録用の高フレームレート動画を生成するという使い方が考えられる。64画素で毎秒1,000コマの測定を行うためには、最低でも64 kHz分の周波数帯域が必要であり、さらに高調波の影響を受けないためには例えば64127 kHzの変調光を用いる必要がある。高い周波数でも十分な信号が得られるように、センサ基板の厚さ・不純物濃度・光波長・光強度・変調周波数などのパラメータを調整する必要がある。そこで、光吸収によるキャリア生成や拡散を考慮した物理モデルによるデバイスシミュレーションを実施し、センサの出力がどのように変わるかを調べた。また、これらのパラメータによって空間分解能がどのような影響を受けるのかについても調べた。本研究は、溶液・ゲル・細胞・生体組織などの試料をセンサ面上に載せるだけで、試料内のイオン分布を毎秒1000コマのスピードで動画撮影することが出来る、従来にはない新しいタイプの半導体化学/バイオセンサシステムの実現と、このセンサシステムによって得られる動画データを用いた、反応ダイナミクス解析の新しい手法の開発を目的としている。高速動作・高解像度実現のため、キャリア拡散を考慮したデバイスシミュレーションを行い、デバイス構造と光照射パターンの最適化を行った。センサ信号である交流光電流を励起するための変調光ビームの周囲に定常光をリング状に照射することにより、このリング領域における再結合を増加させてキャリアの拡散を低減することで空間分解能が向上することを実証した。前年度までにFPGAを用いた並列処理によって、ほぼリアルタイムでの動画フレームの生成を実現していたが、本年度はこの処理をさらに改善し、また新たに16×16ピクセルの光源を製作した。高フレームレート測定については、前年度までに毎秒200コマの動画記録を実現していたが、本年度はハードウェア・ソフトウェアの改良により毎秒1000コマでの動画記録の準備が整った。マイクロ流路と組み合わせた測定システムについても改良を行い、1μL以下の液滴の生成・輸送・混合・検出ができるようにした。さらに液滴を用いたバイオセンシングや、流路内の層流界面での拡散を利用した測定などの手法を開発した。本研究は、溶液・ゲル・細胞・生体組織などの試料をセンサ面上に載せるだけで、試料内のイオン分布を毎秒1000コマのスピードで動画撮影することができる、従来にはない新しいタイプの半導体化学/バイオセンサシステムの実現と、このセンサシステムによって得られる動画データを用いた、反応ダイナミクス解析の新しい手法の開発を目的として行った。最終年度は以下の成果を得た。

周波数多重化された複数の光源を用いてセンサ面上の多数のピクセルから同時に電流を読み出す測定システムをさらに発展させ、毎秒1000コマのフレームレートでpH画像を記録することに成功した。また、FPGAを用いて多チャネルのデータ解析を並列処理することにより、毎秒30コマのフレームレートでpH画像をリアルタイム表示することが可能になった。さらに、電流信号の振幅情報のかわりに位相情報を用いる位相モードイメージングにおいてもリアルタイム表示を実現した。位相モードイメージングは従来の振幅モードイメージングに比べて外乱の影響を受けにくく、測定精度の向上が期待できる。開発した化学イメージングシステムの応用例として、微小流路中の層流境界でのイオン拡散速度の測定、金属表面の腐食に伴うpH変化の測定、土壌中におけるpH緩衝効果の測定、微生物代謝に伴うpH変化の測定、細胞の増殖に伴う細胞層中のインピーダンス分布の変化の測定などを行った。最後に、測定の高速化と高画素数化を両立するためのいくつかの方式について検討を行いその指針を得た。本研究では、半導体センサ上に載せた試料内のpHやイオン濃度の面内分布を可視化することができる化学イメージセンサを高速化し、従来のような静止画記録だけではなく、毎秒最高1000コマで動画記録できるシステムを実現した。また、センサ面上に構築された微小流体デバイスにおける流路内の反応の動的解析や、腐食に伴う金属表面近傍のpH分布測定など、本センサシステムによる動画記録のさまざまな応用について検討を行った。数値目標である毎秒1000コマの動画記録の準備が整い、その他、空間分解能・測定精度・マイクロ流路を利用した測定・バイオセンシングへの応用など、最終年度に化学イメージの動画記録を利用した解析について研究を行う準備が整った。27年度が最終年度であるため、記入しない。センサ工学H26年度までの研究で、センサ面上のpH分布を毎秒200コマ以上のフレームレートで動画記録できるようになっており、また、毎秒1000コマで動画記録を行うためのハードウェア・ソフトウェアの準備が整った。H27年度は毎秒1000コマでの動画記録を実証し、その応用について検討する。また、振幅モードについてはリアルタイム表示機能が既に実現されている。これは、各フレームのデータ取得後約10μ秒で、FPGAを用いた並列処理によって必要な演算を行い、画像を生成する機能である。H27年度は、振幅モードよりも高精度の測定が期待できる位相モードにおいてもリアルタイム表示機能を実現する。さらに、pH変化の高フレームレート測定の応用の具体例として、センサ面上に構築されたマイクロ流路内における化学反応等の測定を行う。混合やイオンの拡散、酵素反応について高フレームレートの測定を行う。また、反応ダイナミクス解析への応用として、本研究で開発された高フレームレートの化学イメージセンサを用いて、拡散定数や反応速度定数を求める手法を提案する。高周波動作センサの設計については当初予定通りに進捗している。
超音波トランスジューサの振動特性測定法に関する研究

第1年度に引続き測定システムの開発を行い下記の成果を得た。1.狭帯域型(柴山)【i】)アレイ素子中の2個を選び、等振幅、等位相で振動させ分解能等の検討を行った。即ち130kHz、送受波器間隔33.5cm、ホログラムの測定点数2025点で、相接近した素子及び最長である対角線素子において再生像として夫々2.4cm(理論値3.06cm)及び10.18cm(10.19cm)を得た。【ii】)振動子保護物の音場に及ぼす効果を検討するモデル実験としてアレイの中心素子の前面にアクリル板(寸法:30×10×0.5【cm^3】/枚)をおき、これを15層に変えてその音場に及ぼす効果をホログラフィ法により検討した。その結果アクリル板5層を用いた場合、再生像に音源の拡がりが現れた。即ちアクリル板により見掛けの音源が生じたことを示している。ここで5層中の1層目の幅を変え、半波長分だけ位相を変化させることによりこのスプリアスは軽減した。なお【i】),【ii】)等の実験の際に光学振動変位測定器(補助金による)を用いて素子の調整(空中)を行い測定結果が十分信頼出来ることを確認してある。2.広帯域型(柴山、鈴木、小原)実験はレーザ光の回折(ラマン・ナス回折像)を計算機トモグラフィ法により処理する方法で行った。ただし本実験では"回折像に伴う全成分(零次光をも含む)をとって行う"ことが従来にない特徴である。実験例として【i】)2個のトランスジューサに3MHzの正弦波電圧を加えて駆動した。この時位相関係は"0°,180°"及び"0°,90°"にとってある。その再生像においてこの位相関係を明瞭に識別することが出来た。【ii】)直径13mmの凹面トランスジューサ(2.5MHz)に対しその表面より1.5mm(2.5波長)離れた位置で検討した。再生像はリング状の振幅分布を持っているが位相の変化は殆どない。以上、狭帯域及び広帯域型振動子において音響媒質(水)側からみた動作時の振動特性の測定が可能であることの見通しを得た。