hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
消化器系機能に基づく新しい咀嚼機能評価法の開発

咀嚼による食物粉砕は、消化管における消化吸収をたやすくする働きがあり、咀嚼能力の低下は消化吸収に関わる消化管の機能負担の増大をもたらしかねない。本研究は、同一の試験食を摂取させた際の消化管機能を評価することにより咀嚼能力の評価を可能とする評価法について、その可能性を検討した。本研究では、消化管機能の評価項目として、摂取した食物が胃から小腸に向けて移送される速度である胃排出速度と、食物の機械的消化や移送に関与する胃の運動機能を採用した。非侵襲的評価を可能にするべく、前者については安定同位元素^<13>Cを含む中鎖脂肪酸をトレーサーに用いた呼気試験法を、後者には胃を覆う体表に電極を貼付して平滑筋の活動電位を記録する胃電図法を採用した。本研究から、食物粉砕の良否は胃排出速度に影響を及ぼすことが判明したが、胃排出速度の個人内、個人間変動の大きさのために、単独で咀嚼機能の評価に用いることは困難と結論された。胃電図上で3cpm (50mHz)波として検出される胃運動機能にも同様の結論が導かれた。一方、同一の咀嚼条件では胃電図の胃排出の評価パラメタに相反性の変動を認めたことから、両者を併用することにより、消化管への機能負担の評価をより適確に行える可能性が推察された。一方、咀嚼には、その動作によって消化液の分泌や消化管の運動機能を賦活する効果が指摘されており、その一部は本研究における咀嚼動作条件についても観察されたことから、消化機能に基づいて咀嚼能力の評価を行う際には、咀嚼の動作条件を均一化すべく、適切に設定する必要が示唆された。消化器の入り口である口腔は、食物を摂取・咀嚼し、食道以下の消化管へと移送する役割を担う。咀嚼による食物の細分化には、食物と消化液との接触面積を増して化学的消化を助ける働きがあり、咀嚼粉砕程度の相違は胃からの食物排出速度に影響を及ぼすと報告されていることから、咀嚼能力を消化機能に基づいて評価できる可能性が推察される。本研究の目的は、胃排出速度など消化機能の評価尺度を用いた咀嚼機能評価法の開発にある。初年度の今年は、朝食程度の軽食を試験食に用い、咀嚼条件を種々に変化させて、それが胃排出速度に及ぼす影響を呼気試験法により検討した。対象は口腔ならびに消化器系に疾患を認めない若年成人14名とした。その結果、一口量を60回咀嚼した後に嚥下する精咀嚼と、咀嚼回数を1/3の20回に減じた丸呑みでは、後者の胃排出速度(t-max)が有意に低下(t_maxが延長)することが判明した。一方、スプリント様の口腔内装置を用いて完全歯列と短縮歯列の2種の咬合条件を再現し、一口量を60回咀嚼した後嚥下させた場合、篩分法による咀嚼粉砕能は有意に低下したものの、胃排出速度には有意な変化が生じなかった。また上述の丸呑み条件に先立って、10分間のガム咀嚼を行わせた際には、精咀嚼との間に有意な排出速度低下は認められなかった。このことは、食物粉砕の程度が必ずしも消化機能に影響を及ぼすものでないこととともに、口腔の機能動作が消化機能に影響を及ぼす可能性が示唆された。初年度の検討から、咀嚼回数と咀嚼による食物の粉砕程度は、ともに胃排出速度に影響を及ぼすことが判明した。このことは、咀嚼には食物の粉砕によって直接に消化吸収を扶ける作用があるのみならず、咀嚼動作が消化管の運動機能を賦活し、結果として胃排出を早めることを示唆するものであり、後者に関しては、sham feedingの効果を検討した多くの先行研究の知見を追認するものとなった。しかしながら、咀嚼動作それ自体と、その結果である食物の細分が、それぞれ消化器機能にいかなる影響を及ぼすかを明らかにしない限り、歯科臨床における咀嚼機能回復の目標設定を根拠に基づいて行うことはできない。そこで本年度は、初年度に用いた呼気試験法に加え、胃の運動機能を直接に評価する胃電図法を用い、前者から消化吸収の速度を観察するとともに、後者から消化管の運動機能の経時変化を観察し、咀嚼動作の影響と食物細分の影響のそれぞれが消化管の運動機能やそれによる胃排出にどのような影響を及ぼすかを明らかにする方法の確立を試みた。本研究では、3cpm(0.05Hz)以下の低周波を成分とする胃電図を、摂食以前から呼気試験法の検査時間終了までの6時間に亘って安定に記録する必要がある。そこで生体信号増幅器にインスツルメンテーション形式の自製のヘッドアンプとアナログ・フィルタを組み合わした記録装置を検討し、所期の性能を得ることができた。本装置を用いた呼気試験と胃電図の同時記録は、次年度の課題とした。

本研究は、同一の試験食を摂取させた際の消化管機能を評価することにより咀嚼能力の評価を可能とする評価法について、その可能性を検討した。本研究では、消化管機能の評価項目として、摂取した食物が胃から小腸に向けて移送される速度である胃排出速度と、食物の機械的消化や移送に関与する胃の運動機能を採用した。非侵襲的評価を可能にするべく、前者については安定同位元素^<13>Cを含む中鎖脂肪酸をトレーサーに用いた呼気試験法を、後者には胃を覆う体表に電極を貼付して平滑筋の活動電位を記録する胃電図法を採用した。本研究から、食物粉砕の良否は胃排出速度に影響を及ぼすことが判明したが、胃排出速度の個人内、個人間変動の大きさのために、単独で咀嚼機能の評価に用いることは困難と結論された。胃電図上で3cpm (50mHz)波として検出される胃運動機能にも同様の結論が導かれた。一方、同一の咀嚼条件では胃電図の胃排出の評価パラメタに相反性の変動を認めたことから、両者を併用することにより、消化管への機能負担の評価をより適確に行える可能性が推察された。一方、咀嚼には、その動作によって消化液の分泌や消化管の運動機能を賦活する効果が指摘されており、その一部は本研究における咀嚼動作条件についても観察されたことから、消化機能に基づいて咀嚼能力の評価を行う際には、咀嚼の動作条件を均一化すべく、適切に設定する必要が示唆された。
大気圧低温プラズマを応用した歯科漂白治療の検討

本研究では、大気圧低温プラズマを用いた漂白法による歯の着色除去効果・漂白効果を色彩学的に評価し、プラズマ照射が歯質に与える影響を明らかにすることにより、過酸化物を用いない安全性の高い歯科漂白法の確立を目指す。(20192020年度)大気圧低温プラズマ照射による着色除去効果および漂白効果を仮想エナメル質(褐色鶏卵卵殻)を用いて色彩学的に評価する。(2021年度)大気圧低温プラズマ照射による歯質への影響(エナメル質の微小硬度および耐酸性の変化)の解明を行う。
胎児期からのハイリスク児の臨床観察による発達障害理解と包括的診断法構築

発達障害とりわけ自閉症スペクトラム障害(以下ASDと略す)について、運動、睡眠、心拍、内分泌機能、体温などの生体機能リズムの異常を胎児期から学童期まで測定し、ASDにはこうした生体機能リズムの異常が症状発生の前、胎児期からでも見られることを発見した。それによって社会性の障害というASDの概念を打ち破り、生体機能リズムの異常としてのASDという新しい概念を得ることができた。この研究を通して、いくつかのバイオマーカを選択することが可能になり、科学的で包括的な診断方法を構築すると共に、障害発症前に予防する先制医療へ向けて展望が開けてきた。自閉症障害が体出生体重児、とりわけ子宮内発育遅延児(IUGR)に高頻度にみられることから、「原因となるできごとが胎児期にあり、それが胎動などに影響し、さらに出生後に発達障害を発生させる」というDoHAD仮説の観点を踏まえ、私たちは胎児期からの観察と調査により発達障害の発生メカニズムを明らかにする研究を立ち上げた。まず、母体の栄養や子宮内の状態などの素因が、胎児の行動や心拍などの生理指標に与える影響を計測し、異常がみられた胎児が出生後にどのようにして発達障害児へと変化してゆくのかを継時的に観察する。それにより障害発生のメカニズムを解明し、包括的な診断方法を構築することを目的とする。生後の発達については、神経学的診察、視線計測による視聴覚認知機能の測定、発達テスト、さらに協調運動障害の有無などを定期的に行うためのプロトコールを完成させ、児童精神科的な診断方法と小児神経学的診断方法の融合を3歳児において実施すべく準備中である。現在、胎児の行動観察は自発運動(GM)、心拍、口唇運動、呼吸様運動、眼球運動、表情などを記録して解析し、そのデータを基に胎動のシミュレーションを行っており、胎動と自己身体の認知の関係などを検討している。胎児期から乳幼児期までの睡眠障害についても大規模な調査を実施しており、この調査の中から睡眠障害と発達障害とりわけ自閉症障害との関係を強く示唆する所見が得られ始めている。また心拍変動と胎動との関係、生後の母子相互作用による引き込み現象時の脳血流の同期現象の測定や自閉症児の心拍変動、GMの異常と後の発達との関係あるいは脳機能画像についてもデータを採取し、さらなる検討を進める。発達障害、とりわけ自閉症が胎児期からの遺伝子と環境との相互作用によって生じることは多くの文献によって示唆されている。また、第2次世界大戦後の生後コホート研究によって心臓病や生活習慣病あるいは認知症や自閉症などの精神疾患が妊娠中の母体の栄養障害などによって引き起こされることが明らかになっている。しかし、その機序は未だに不明なため、胎児の研究が重要課題となっている。我々のこれまでの研究で、胎児期の心拍、胎動(四肢の自発運動(GM)と表情表出)、サーカディアンリズムなどが生後の発達障害の早期マーカとして重要であることが示唆された。この生体リズムの障害は自閉症にも共通して見られることから、「リズム障害としての自閉症」という新しい概念を提案できると考えている。また、生体リズムの障害は脳幹部の障害が自閉症発症の起点となることも強く示唆している。生後の観察から、睡眠障害に見られるメラトニンやコルチゾールなど内分泌機能における細胞レベルのリズム異常から、GMといった運動レベルでの異常、母子間相互作用といった個体間リズムの引き込み現象の異常など、異なるレベルでのリズム異常/同期現象の異常も明らかになってきた。生後の運動機能の異常については國吉班との連携で詳細な解析を行う予定であり、協調運動の障害発生のメカニズムも明らかにする。また、精神神経科と小児科との協働により、神経学的診断法、行動観察やアイトラッカーを用いた視聴覚認知の計測などを含んだ総合的な診断方法の開発を行おうとしている。本研究は発達原理とその障害の発生メカニズムを胎児期からの研究で明らかにしようとして始まった。昨年度までの個別研究のなかで、生体機能リズム障害としての自閉症という新しい概念を築きあげてきた。これは予想された結果ではなかったが、発達障害とりわけ自閉症研究に大きな変革をもたらすものと考えられる。今年度は胎児期の心拍異常と出生後の発達との関係が諸隈らによって明らかにされ、三池らによって新生児・乳児期の睡眠障害と自閉症との関係などが明らかにされた。学童期の自閉症と睡眠障害や運動障害あるいは糖尿病などとの関係も三池、船曳や松石、辻らによっても証明されてきた。一方今年度は秦や諸隈、あるいは最上らによって胎児期の行動や心機能の研究や日下や岩田による新生児期の脳機能や血流動態などの詳細な研究も進んできた。その結果、発達障害と関係する、この時期の脳障害が今までの研究で言われているような脳障害(低酸素脳症や脳内出血など)ではなく、むしろ過成熟のような非特異的な障害ではないかという可能性が強くなってきた。そしてこうした脳障害に母体のストレスによる内分泌機能異常などが関係している可能性も強くなってきている。新生児期の脳機能の測定は岩田、日下によりさらに進化した取り組みが行われ、脳血流測定や脳波あるいはMRIを用いた評価方法が確立しつつある。一方、幼児期から学童期における自閉症研究については視聴覚認知(日下)や運動評価(船曳だけでなく、船曳らは総合的な評価方法としてMSPA(multi-dimensional scale for PDD and ADHD)を開発し、厚生省より保健収載された。日下らによる視線計測を用いた視聴覚認知の評価方法は乳児期から成人まで系統的に実施し、自閉症児と定型発達児に有意差があることが判明し、自閉症の診断の一助になると思われる。

昨年度までの研究から『生体機能リズムの障害としての自閉症』という仮説を得てきたが、まだ結論に至るまでにはいくつもの詰めなければならない点は多く残されている。昨年度の研究はこの仮説を証明するための方法を作り上げるための個別研究が主体であったと言えよう。具体的には胎児期からの発達障害を診断するためのバイオマーカの発見とその実装化に向けての取り組みと自閉症の確定診断法の開発に重点が置かれた。胎児期においては心拍の測定、口唇運動や眼球運動あるいは自発運動などの評価方法の解明と母体の状況や胎盤機能の測定方法の開発が諸隈、秦、最上などによって行われた。新生児期については、MRI,脳血流、脳波などの脳機能の計測だけでなく、コルチゾールやセロトニンからメラトニンへの代謝産物あるいは睡眠に関する遺伝子、あるいは視線計測による認知機能や自発運動などのバイオマーカの選択が行われた。自閉症の確定診断はMSPAなどを用いて行うが、大脳の機能だけでなく、自律神経機能や内分泌機能などの測定が必要なことも明らかになった。本研究では胎児期からのコホート研究が重要であると思われるが、胎児期の観察に大きな限界があり、ハイリスク児の選定に限界が見られている。それでも京都大学産婦人科と精神神経科を中心にコホート研究が進められており、乳幼児期の運動評価なども行われ、研究報告がなされている。今回の研究ではASDのうち睡眠障害の合併が認められる群があり、サーカディアンリズムのみならず心拍、内分泌機能、深部体温などの生体機能リズムの異常が高頻度に見られること、さらにASD発症前から睡眠障害が発症していることが分かった。このことは社会性の障害と反復性の行動といわれるASDという概念を大きく覆すものになる。胎児研究でも心拍のリズムやウルトラディアンリズムの異常が生後発達に影響することも発見されており、まだ不十分ではあるがASDの要因が胎児期にあるという可能性が浮かび上がってきた。こうした生体機能リズム間の関連については、胎児期には口唇運動のリズムと心拍変動の周期が同期する時期があること、学童期の定型発達児には心拍変動に引き続いて脳波の変化が起こるのに対してASDには見られない。C01班とは、皮膚過敏のメカニズムに自律神経機能が密接に関係していること、意識しすぎて思うように体を動かせないというASD当事者の声から、そのメカニズムについて脳幹部摘出標本を作製して意識と無意識の切り替えが脳幹の橋結合腕傍核で行われており、その障害がASDに関与していることが分かった。包括的な診断方法について、胎児期は3D超音波診断装置を使った神経学的診断方法が開発されつつあるが、個人的力量による面が未だ強い。一方、精神科の観察方法が2,3歳の幼児にも使用できるように改変でき、MSPAという診断方法が今回の研究の中で医療保険に収載されることになった。胎児期からのコホート研究に関しては香川大学と京都大学において40数名のケースが一貫して観察できるようになった。京都大学ではハイリスク児が多く、この中に発達障害がいる可能性が高い。久留米大学や九州大学ではそれぞれ90名を超す症例が産婦人科や小児科単独でフォローアップされている。
人工股関節・膝関節患者の経年的ＱＯＬ評価の集積と再置換予防に関する研究

人工股関節患者のQOLは,術後10年の調査は継続中,術後7年の605名について分析した。75歳以上では身体面のQOLが低下し,原疾患と術式によりQOLの改善に差があった。寒冷地では219名を調査し,九州に比べ和式生活の困難度が低く,生活環境の影響が示唆された。中国とのQOL比較では在宅生活の不自由な人が中国に多かった。人工膝関節術後1年の116名の調査結果では,疼痛の減少によりQOLは改善したが,術後3年とは変化がなかった。また,THA後7年の身体活動量と運動の調査では高強度の活動を除き健常者と同レベルであり,再置換予防への示唆が得られた。目的:1.QOL調査の対象は術後7年を継続し、主観的評価の集積を行う。2.術後10年目のTHA患者調査を開始する。3.術後5年目までの回収したデータを時系列に解析する。4.座式生活を共有する東アジアの中国でQOL調査を行い、日本と比較検討する。方法:目的1と2については、THA術後7年と10年目の対象者に郵送で自記式QOL調査を行う。目的3については、術後5年目の収集した調査結果を追加整理して、術前及び術後6週、1年、3年、5年の集積データについて、時系列に変化パターンを検討する。目的4については、中国広州の南方医科大学病院でQOL調査を実施する。結果:調査票は術後7年の患者は合計400部、術後10年目は約100部回収できたため、データを追加集計した。術後5年目までの解析では、術前調査の有効回答1008名のうち、術後5年を670部回収した。5年以内に手術をしたのは累計100名、未回収者238名には追加調査で近況を確認した。QOLは年齢や性別に関わらず、術後の各4時点で術後5年目まで有意に改善を続けたが、75才以上の群では身体機能の効果量が小さかった。追加調査では未回答、死亡、認知症等で施設に入所している人を除くと、約70%が術後は健康状態が概ねよいと回答した。さらに、中国とのQOL比較では日本の回収済みデータと術後年数・年齢をマッチングさせた横断的調査を広州の2病院で行い、各120名ずつで検討した。術後QOLは中国でも高かったが、在宅での生活は不自由と回答する人が日本より多く、THA患者のライフスタイルへの適応が課題であった。結論:術後5年目までのQOLの変化では、年齢や性別に関わらず、術後1年、3年、5年と改善傾向が続き、THA患者のQOLが中-長期に維持することが示されたが、75才以上群では加齢による影響が示唆された。目的1については、THA術後5年目の調査票を順次郵送し、回収・データ入力中である。TKA患者の調査は術後1年の調査票を郵送中であり、平行して調査が完了した術後6か月までの結果を解析した。OKS(The Oxford knee score),Euro-QOL(EQ5D)の二つのQOL尺度の他,和式生活動作の困難度,生活様式について尋ねた。調査に同意を得られた124名のうち,手術前後の調査を完了した101名を分析対象とした。平均年齢は73.1歳,女性が87%,術後合併症は感染,深部静脈血栓が2名いた。QOLについては,EQ5D及びOKS共に術後に改善していた。生活様式については床座主体の人が34%,布団で寝る33%であったが,和式トイレ使用は4%と少なかった。また,床に座る,床からの立ち上がり,和式トイレの使用については,術前に比べ術後に改善した(p<0.05)が,術後でもかなりあるいは極めて困難であると回答する人が約40%いることが示された。術前は膝の疼痛や歩行障害のため,QOLが低いが,術後は症状の改善と共にQOLも高くなることが示された。一方で,人工膝関節の屈曲制限が術後の生活に影響し,特に畳や床座主体の生活をしている人には困難さがあることが明らかになった。目的2については、現在までに北海道のえにわ病院で約150名の調査票を回収できたところである。現在は診療録データを収集し、九州及び関西のデータと合わせた分析を行っている。本年度は下記の三つの調査を進めた。調査1.人工股関節全置換術(THA)患者を対象に、手術前から術後5年でのQOL及び抑うつ気分の変化と術後満足度と人工関節の不安を明らかにした。調査は2003年7月から2006年11月までにTHAを受けた1032名を術前対象者とした。調査にはEuroQOL-5D(EQ5D),Arthritis Impact Measurement Scale(AIMS)2を使用した.また,今回作成した術後生活に関して「痛みのない生活」「仕事ができる」など10項目について,満足度を調査した.さらに,術後の脱臼や人工関節の不安など3項目について回答を得た.術後調査は術前調査に有効回答した1004名を対象として,5年以内に手術を受けた100名,調査票未回収を除外して,668名を分析対象者とした.有効回答率は66.5%であった。EQ5D,AIMS2のいずれについても術前に比べ,術後に得点が有意に改善した(p<0.001)。

術後満足度は「痛みのない生活」(M=2.33),「長く歩ける」(M=2.29)などで満足度得点が高く,「運動を楽しむ」(M=1.38)が最も低かった.術後不安については,「人工関節の耐久性」(M=1.61)が「脱臼の不安」(M=1.30)より平均値が高かった.THA後5年では術前に比べ,QOLや抑うつ気分が低く,術後満足度も概ね高かったが,人工股関節のため,様々な運動を楽しむことや人工関節の不安もあることが示された.調査2.北海道でQOL調査を219名回収し終了した。九州のデータと比較検討した結果、西洋式の身体機能には有意差を示さなかったが、寒冷地の術後患者は九州に比べ、和式生活の困難度が低かった。生活環境の影響が示唆された。調査3.人工膝関節患者の調査については、術後3年までの調査を継続中であり、約90名を回収できた。今後分析の予定である。目的1の人工膝関節術後のQOL調査については,術前調査の対象者165名について,術後3年までの調査を継続した。術後1年までの回収は116名できたが,対象者の多くが後期高齢者で,介護施設に入所している人や認知症のため回収できない人が30名いた。術後3年の調査は継続中で,平成27年12月までに70名の回収ができた。残り41名の回収後に分析を行う予定である。目的2の人工股関節術後のQOL調査については術後7年の調査票を全て回収し,途中で手術を受けた130名,未回収273名,回収605名であった。調査結果については,術後のQOLについては,術後5年との比較において,身体機能や精神面を評価した尺度の結果では有意差はなかった。特に高齢者では加齢や他疾患の影響のためか,身体機能が低下している人もいた。詳細な個別の分析については,属性との関連を今後さらに進めていく。目的3の人工股関節術後のQOL調査について,術後5年の調査票が未回収であった対象者にハガキで近況を確認する調査を行った。366名の近況確認調査の結果,72名はあて先不明で返送されてきた。自宅で生活している人が104名確認でき,そのうち8割は健康状態がよいと回答していた。その他は介護施設や他疾患で入院中,死亡した人も24名いることが明らかになった。人工股関節患者のQOLは,術後10年の調査は継続中,術後7年の605名について分析した。75歳以上では身体面のQOLが低下し,原疾患と術式によりQOLの改善に差があった。寒冷地では219名を調査し,九州に比べ和式生活の困難度が低く,生活環境の影響が示唆された。中国とのQOL比較では在宅生活の不自由な人が中国に多かった。人工膝関節術後1年の116名の調査結果では,疼痛の減少によりQOLは改善したが,術後3年とは変化がなかった。また,THA後7年の身体活動量と運動の調査では高強度の活動を除き健常者と同レベルであり,再置換予防への示唆が得られた。縦断的な調査を行っているため、データ回収に時間を要すが、九州、関西、東北の共同研究者間で連携して、回収率を上げる方策を工夫している。今年度は昨年から引き続きの寒冷地区の調査回収を進めたが、共同研究者の馬渡、眞壁と共に打ち合わせを行い、スムーズに調査を実施できた。看護学THA患者の調査は順調に縦断的調査を進行し、分析、論文作成が進んでいるが、TKA調査については、対象者が後期高齢者が多く、術後3年の調査では質問紙への回答が困難な者や認知症などで施設に入所し、継続調査ができない者もみられた。今後は現在までの回収状況で術前からの縦断調査の分析を進め、論文を作成する予定である。
合金ナノチューブの創成

レーザーアブレーション法と熱処理により生成したNi_2In_3合金ナノチューブの形状を生成条件により解析し生成機構のモデルを組み立てた。ニッケルやインジウムなどの金属を同時蒸着したグラファイト薄膜を熱処理することにより、生成する合金のナノチューブの生成機構を解明する研究を行なう。1)実験装置の整備(1)光学系(アブレーション用レーザー等)、(2)結晶成長チェンバー(本体およびターゲット試料ホルダーなど)、(3)排気系、(4)温度制御系(加熱系・冷却系)を製作・整備した。(1)の光学系と(2)および(3)の排気系は、高崎研の既存設備を元に、必要な部品などの作製・購入により整備した。(4)に関しては、新規に簡便な加熱系・冷却系・温度制御系整備した。しかし、平成19年度中に、所属機関の安全管理が非常に厳しくなり、実験装置の整備を東海研の放射線管理区域内のレーザーから高崎研の放射線管理区域外のレーザーを用いることに変更したが、レーザー防護の制約上、使用許可が降りず、レーザー実験は行わなかった。そのため、準備実験として、イオンビーム照射により表面近傍の物性評価を行った。2)創成機構のモデル化これまでに生成したNi_2In_3合金ナノチューブの形状を、生成条件により解析し生成機構のモデルを組み立てた。すなわち、蒸着したc-NY-In混合薄膜を熱処理すると、融点の低いInが液体状態で、融点の高いNiを取り込みながら、過冷却状態の合金を含んだ液体金属が、蒸着薄膜内の残留圧力で薄膜表面上に押し出され、液体状の島を形成する。その島が、冷却により急激に結晶化していぐというモデルを構築した。既存の合金ナノチューブの走査型および透過型電子顕微鏡像を解析し直し、その径およびアスペクト比から、中空構造を持つことを確認し、上記のモデルを定性的に合理性の高い合金ナノチューブ創成機構のモデルとして公表した。1)実験装置の整備実験装置の整備として、(1)アブレーション用レーザーの調整、(2)結晶成長チェンバーの設置、(3)排気系の確保、(4)温度制御系の設定を行い、アブレーション過程の基礎的なデータを収集する目的で、試料に10keV程度のイオンを照射し、その分光実験を行った。二酸化チタンを用いた分光実験では、スパッタされたイオンからの発光にバンドギャップに相当するエネルギーのギャップがあることを見出した。これにより、合金ナノチューブの生成および測定に、同様の手法が適応できることがわかった。2)創成機構のモデル化および公表これまでに生成したNi2In3合金ナノチューブの形状を、生成条件により解析し生成機構のモデルを組み立てた。すなわち、蒸着したC-Ni-In混合薄膜を熱処理すると、融点の低いInが液体状態で、融点の高いNiを取り込みながら、過冷却状態の合金を含んだ液体金属が、蒸着薄膜内の残留圧力で薄膜表面上に押し出され、液体状の島を形成する。その島が、冷却により急激に結晶化していくというモデルを構築した。既存の合金ナノチューブの走査型および透過型電子顕微鏡像を解析し直し、その径およびアスペクト比から、中空構造を持つことを確認し、上記のモデルを定性的に合理性の高い合金ナノチューブ創成機構のモデルとした理論を論文誌にて公表した。また、実験装置の準備段階で得られた分光に関する知見も学会発表や論文誌にて公表した。1.実験装置の整備実験装置の整備として、(1)アブレーション用レーザーの調整、(2)結晶成長チェンバーの設置、(3)排気系の確保、(4)温度制御系の設定を行い、またアブレーション過程のその場観察を行えるように、10keV程度の多価イオンの照射装置との複合的な実験が行うるように環境を整備し、その準備実験を行った。2.創成機構のモデル化および公表これまでに生成したNi_2In_3合金ナノチューブの形状を、生成条件により解析し生成機構のモデルを組み立てた。その島が、冷却により急激に結晶化していくというモデルの改良をすすめた。また、実験装置の準備段階で得られた分光に関する知見も論文誌にて公表した。さらに、本研究の一部であるレーザー・アブレーションによる薄膜作製に関する知見をまとめて米国の出版社から専門誌として上梓した。ナノテクノロジー研究として、ナノチューブの研究は広く行われているが、その多くは、炭素の単体のカーボン・ナノチューブとその応用によるもので、合金ナノチューブの研究は、ほとんど行われていない。一般に、合金は、純物質と比べて複雑な物性を示し、組み合わせが無数にあることから多様性に富み、その物性はバルク状でも未解明なものが多い。また、ナノチューブは、量子サイズ効果などにより、バルクとは異なった多くの物性を持つ。そのために、合金ナノチューブには、未知の物性を発現する可能性が秘められている。

合金ナノチューブの生成機構を解明し、任意の組み合わせの合金で、任意の形状のナノチューブを創成することが出来るようになれば、ナノサイエンスの基礎科学的にも、新機能素材の産業的にも、非常に有意義なことである。本研究は、合金ナノチューブの生成機構を解明し、意図する組成や形状をもつ合金ナノチューブを創成することを目的として行なった。平成22年度の実験として、Ni_2In_3成長合金ナノチューブの生成のパラメーターを元にして再現実験及び一部のパラメータを変更してその影響を調べた。レーザー(Nd:YAGレーザーの2倍波の532nm)を用いて、10^9W/cm^2程度のパワーで、グラファイト、ニッケル、インジウムを、アブレーションして基板に蒸着させ、その混合物薄膜を、Ni_2In_3合金の融点よりも僅かに低い400°C程度で1時間ほどアニールすることにより、ナノチューブの生成を行なった。生成条件に関するパラメーターを変更し、条件による生成物の違いを調べた。また、インジウムの代わりにスズを用いて、適当なアニール温度を設定し、同様の実験を行なった。本研究の実験装置の準備段階で得られた分光に関する知見を論文誌にて公表し、またアブレーションと表面解析に関する技術は専門書の1章として公表した。
腋臭症リスク決定因子の機能阻害剤ならびに生理的基質の探索・評価

本研究では、腋臭症リスクを決定する遺伝子の機能を阻害する物質を探すとともに、その遺伝子がからだの中でどのような働きをしているかを調べることを目的としています。ワキの下から生じる特有のにおいを特徴とする腋臭症は、ワキガとして知られています。この体質は、日本社会では特に嫌われる傾向にある疾患であり、その克服に向けた国民的関心も高く、より簡便かつ根本的な治療法の確立が求められています。この課題の解決への貢献を目的とする本研究は、将来的な腋臭症治療薬の実現につながることを期待して、実験的なアプローチを中心として企画されたものです。
環境適応行動の長期間・自由行動動物における多元的解析システムの開発

自由行動動物における環境適応行動の長期間多元的解析システムの開発と応用を目的とし、以下の成果をあげた。(1)脳マイクロダイアリシスシステムの完成:本システムは(a)高速液体クロマトグラフ、(b)電気化学検出器、(c)脳マイクロダイアリシス装置(脳実質から細胞外液を透析膜を介して採取し、オートインジェクターにて(a)に注入)から構成される。自由行動ラットにおいて、セロトニン(5HT)とノルアドレナリン(NA)の脳神経終末からの放出を20分毎に自動測定するシステムを完成した。(2)自由行動ラットにおける脳マイクロダイアリシス解析の実用化:本装置を用いラットの前頭前野NA動態を解析した。標準物質(NA)と保持時間が一致するクロマトピークが(a)methamphetamine、desipramine、高K^+液を灌流すると増大し、(b)無Ca^<++>液やTTXの灌流、α-methyl-p-tyrosineの投与により減少する、(d)背側前脳束切断で消失するなどから前頭前野神経終末から放出されたNAと同定できた。これをストレス、不安誘起物質、抗不安薬投与などに対するNA動態解析に応用、成功した。同様に、5HTの回収分析にも成功した。(3)脾臓マイクロダイアリシスの実用化:ダイアリシス法を脾臓に応用し、無麻酔ラットで脾臓交感神経終末からのNA放出動態解析に成功した。脾NA放出は拘束ストレスで6-7倍に達し脾神経切断で消失する。IL-1β腹腔内投与により脾NA放出は増加し、これは脳CRFニューロンの活性化により誘導される事を確認した。(3)テレメーターによる体温、心電図及び運動レベルの記録システムの実用化:送信器を腹腔内埋め込みし、体温、心電図、運動レベル、摂食量、飲水量を長期記録し、それらの基礎データを観察した後、IL-1 receptor antagonist投与の効果を解析した。(4)以上、環境適応行動の多元的解析システムを実用化し、環境及び情動ストレス時の動物の自律及び行動反応における脳の物質的及び細胞過程解析に供する事ができた。環境適応反応の神経機構は脳ニュ-ロン活動や神経回路網の解析のみでは理解できず、その物質的基礎の解明が突破口になると期待される。本研究の目的は、(1)脳マイクロダイアリシス法を用い、脳内活性物質動態(セロトニン、ド-パミン、ノルアドレナリン)を長時間連続解析するシステムの開発と自由行動下のラットにおいて実用化する、(2)体温、心電図、血圧などの生体現象のテレメ-タリングの多チャネル化をはかり、長期視床下部ニュ-ロン活動記録とともに拘束を最小限に抑えた実験系を開発する、(3)上記の各完成した各記録、分析システムを一体化し総合システムとして完成することである。本年度は、以下のような成果を挙げた。(1)脳ノルアドレナリン・マイクロダイアリシス・システムの完成:脳局所から細胞外液を透析膜を介し採取し、オ-トインジェクタ-にて高速液体クロマトグラフ・電気化学検出器系へ注入分析する。サンプリングから分析まで完全な自動化に成功した。さらに、ODSカラムの改良及び移動相の調整を工夫して、従来困難であったノルアドレナリンの解析に成功し、1pg/20μl以上の高感度で測定できるようになった。(2)無麻酔・自由行動下

動物における脳マイクロダイアリシス解析の実用化:完成したノルアドナリン測定システムを自由行動下のラットに適用し、ストレス負荷時などにおける前頭前野ノルアドレナリンの動態の解析に成功した。ノルアドレナリンが前頭前野神経終末から放出されたものであることは、高K^+、メタンフェタミン、デジプラミン灌流で増大し、無Ca^<2+>液やTTXの灌流、αメチルパラチロシン投与などで減少する事から検証できた。(3)テレメ-タ-による体温、心電図、運動レベル記録システムの開発:腹腔埋込した小型送信器とボ-ド型受信機を用い、体温、心電図、動物の運動レベルの長期記録解析するシステムを完成させた。自由行動動物における環境適応行動の長期間多元的解析システムの開発と応用を目的とし、以下の成果をあげた。(1)脳マイクロダイアリシスシステムの完成:本システムは(a)高速液体クロマトグラフ、(b)電気化学検出器、(c)脳マイクロダイアリシス装置(脳実質から細胞外液を透析膜を介して採取し、オートインジェクターにて上記の(a)に注入)から構成され、サンプリングから注入、解析までが完全自動で行うので、動物を直接取り扱う必要がなく、動物に対するストレスも殆どないという特徴がある。前年度に続きノルアドレナリン(NA)とその代謝産物の回収、分析法の確立に主力をおいた。従来のカラムを用いたNA分析法ではNAの保持時間が短くフロントピーク、代謝産物(MHPG)ピークの妨害が障害となっていたが、ODSカラムの改良及びそれに伴う移動相の調整によりNAのピークを完全に分離する事ができ、以下の実用に供した。(2)無麻酔・自由行動下動物における脳マイクロダイアリシス解析の実用化:本装置を用い自由行動下ラットの前頭前野NA動態を解析した。標準物質として注入したNAと保持時間が完全に一致するクロマトピークが(a)methamphetamine、desipramineを潅流液中に投与すると増大する、(b)高K^+液の潅流により増大する、(c)無Ca^<++>リンガー液の潅流、TTX、α-methyl-p-tyrosineの投与により減少する、(d)背側前脳束切断で消失するなどから前頭前野神経終末から放出されたNAと同定できたので、ストレス、不安誘起物質、抗不安薬投与などに対するNA動態解析に応用、成功した。同様に、セロトニンの回収分析にも成功した。(3)脾臓マイクロダイアリシス装置の完成:ダイアリシス法を脾臓に応用し、自由行動動物において、脾臓交感神経終末からのNA放出動態解析に成功した。(4)テレメーターによる体温、心電図及び運動レベルの記録システムの開発:送信器を腹腔内埋め込みし、体温、心電図、運動レベルを長期記録解析した。自由行動動物における環境適応行動の長期間多元的解析システムの開発と応用を目的とし、平成5年度は以下の成果を得た。1.無麻酔・自由行動下動物における脳マイクロダイアリシス解析の実用化:前年度までに開発した脳マイクロダイアリシス装置を用い、自由行動下ラットの内側前頭前野におけるノルアドレナリン(NA)動態を解析した。(1)保持時間が標準物質(NA)と一致するクロマトピークが(a)高K^+液、methamphetamineまたはdesipramineをプローブ中に潅流すると増大する、(b)TTXまたは無Ca^<++>
地域祭礼にみる仮設構築物のおりなす文化的景観に関する調査研究

本件給は、伝統的な祭礼が数多くのこる長野県の最北部に位置する飯山市を主な調査対象地とし、祭礼にともなって仮設建築物があらわれることで形づくられる非日常的な景観の仕組みを建築学の立場から捕捉した。さらには、この研究成果をふまえ、主に日々の日常的な景観を対象としていた従来の景観保護の枠組みのなかに祭礼の非日常的な景観の保護を積極的に含めた新しい景観保護の考え方を提案した。仮設的な構築物が組みたてられる姿を景観の観点からみると、文化的に色濃い建築のいとなみが息づいていることに気づく。とりわけ、祭礼にともなって、地域総出で幟や大灯籠、舞台、山車などの組みたて式の構築物を組みあげていく様は、とくに見応えがある。こうした組みたて式の構築物は、祭礼のたびに同じ場所に組みたてられ、都市や集落の景観は、非日常的な祭りの姿へと劇的に変貌する。本研究課題は、仮設構築物のおりなす景観として地域祭礼の姿に着目し、祭礼に際してがらりと変わる景観の仕組みを建築学の立場から捕捉するものである。この成果をふまえて、景観の概念のなかに祭礼における非日常的な景観を積極的に含め、新しい景観保護の提案を模索するものである。研究の対象は、伝統的な地域祭礼が数多くのこる長野県の最北部に位置する飯山市である。とりわけ、平成18年度には、瑞穂地区の祭礼、秋津地区の祭礼について調査研究をおこなった。これに加え、日本三大祇園祭にもあげられている長野県長野市の弥栄神社の祇園祭(善光寺の御祭礼)についても調査研究を行った。調査の項目は、1)祭礼の実地調査、2)各地区に保管されている祭礼に関する史料の収集である。このうち、1)祭礼の実地調査において把握した項目は、1-1)構築物の実測調査、1-2)祭礼当日の配置図の実測調査、1-3)ヒアリング調査の3点である。これらの調査をふまえ、把握した仮設構築物について、建築史・郷土史関係の資料から通史的な位置付けをおこない、祭礼の前後でがらりと変わる景観の仕組みについて建築的に考察を行った。仮設的な構築物が組みたてられる姿を景観の観点からみると,文化的に色濃い建築のいとなみが息づいていることに気づく。とりわけ,祭礼にともなって,地域総出で幟や大灯籠,舞台,山車などの組みたて式の構築物を組みあげていく様は,とくに見応えがある。こうした組みたて式の構築物が祭礼のたびに組みたてられることで,都市や集落の景観は,日常的な姿から非日常的な姿へと劇的に変貌する。本研究課題は,仮設構築物のおりなす景観として,地域の祭礼に着目し,祭礼に際してがらりと変わる景観の仕組みを建築学の立場から捕捉するものである。この成果をふまえて,従来の景観の概念に,日常と非日常という観点を積極的に含めた新しい景観保護の提案を模索するものである。研究の対象は,伝統的な地域祭礼が数多くのこる長野県の最北部に位置する飯山市である。平成19年度には,平成18年度にひきつづき瑞穂地区と秋津地区の祭礼について調査研究を行い,また,飯山市内の祭礼に加えて,長野県長野市の弥栄神社の祇園祭(善光寺の御祭礼)と長野県下高井郡野沢温泉村の道祖神祭についても調査研究を行った。調査の項目は,1)祭礼の実地調査,2)各地区に保管されている祭礼に関する史料の収集である。このうち,1)祭礼の実地調査において把握した項目は,1-1)構築物の実測調査,1-2)祭礼当日の配置図の実測調査,1-3)ヒアリング調査,の3点である。これらの調査をふまえ,把握した仮設構築物について,建築史・郷土史関係の資料から歴史的な位置づけを行い,祭礼の前後でがらりと変わる景観の仕組みについて建築的な考察を行った。本研究課題は、仮設構築物のおりなす景観として地域祭礼の姿に着目して、祭礼に際してがらりと変わる景観の仕組みを建築学の立場から捕捉し、この成果をふまえて、景観の概念のなかに祭礼における非日常的な景観を積極的に含め、新しい景観保護の提案を模索するものである。平成20年度には、これまでの調査結果をふまえ、瑞穂地区の祭礼景観の仕組みを具体的に考察した。瑞穂地区の祭の前後には、区民の方々の経験的知識にもとついて、幟や灯籠など、10種117つの構築物が組み立て・解体された。

これらの構築物について、設置方法と設置地点を分析し、これらの構築物が仮設的な部分と常設的な部分からなり、それらが計画的に使い分けられていたことを示した。とりわけ、常設的な部分は、祭のたびに非日常的な集落の風景を再現するための、風景の記憶装置としての役割を担ってきたことを示した。その結果、有形の文化財である構築物と無形の文化財である組み立てが相互補完的に作用することで、集落の姿が日常・非日常を周期的に繰り返してきたことを明らかにし、有形と無形の統合的な文化財保護制度の必要性を提示した。
コリン作動性神経分化に伴う遺伝子発現機構の解明

コリン作動性神経に必須の機能タンパク質であるコリンアセチル転移酵素(ChAT)とシナプス小胞アセチルコリントランスポーター(VAChT)は、同一の遺伝子座に「入れ子」になってコードされるという、他に例を見ない遺伝子構造をしている。我々は以前にマウスChAT遺伝子の上流領域3.4kbの特異性をトランスジェニックマウスを作出して解析したが、コリン作動性ニューロン特異性は認められなかった。そこで、上流領域をVAChTのopenreading frame(ORF)を含む6.4kbに広げてトランスジェニックマウスを作出した。レポーター遺伝子として用いたβ-ガラクトシターゼの発現はCh1-Ch8にグループ分けされる投射ニューロン群、脳幹と脊髄の運動ニューロンおよび新線条体の局所回路ニューロンの細胞体で検出され、大脳皮質、海馬、扁桃体などの投射領域で終末様の構造が認められた。さらに、このトランスジェニックマウスではwildーtypeマウスより数倍多いVAChT mRNAの発現が検出されるが、この発現はコリン作動性ニューロンが局在する組織に限られ、異所性の発現は認められなかった。以上の結果は、VAChTのORF(もしくはその近傍)にChATとVAChTのコリン作動性ニューロンでの発現を規定するDNA配列が存在することを示している。本研究で同定したcholinergic-specific promoterは、任意の遺伝子をコリン作動性ニューロンで特異的に発現させたり、Cre/loxP systemを用いて任意の遺伝子をコリン作動性ニューロンのみでノックアウトしたマウス(cholinergicーspecific knockout mouse)を作出するために有用なtoolになると期待できる。
予測制御とフィードバック制御の評価に基づいた神経疾患治療ナビゲーターシステム

予測制御とフィードバック制御の評価に基づいた神経疾患治療ナビゲーターシステムを構築し、小脳疾患やパーキンソン病などの神経疾患患者の手首運動を評価した。小脳患者の指標追跡運動を分析した結果、疾患の重症度に応じて予測制御やフィードバック制御、両方の精度が悪くなり、小脳が両方の制御器に深く関係していることが明らかになった。その一方、パーキンソン病患者ではこの2つの運動制御器だけでは病態の特徴がはっきり抽出できなかったが、さらに3Hz以上の不随意運動領域(F3領域)も分析した結果、6Hz前後(4-8Hz)の小刻みな階段状運動の定量的計測によりパーキンソン病患者の病態をより高精度で評価できた。本研究では、運動機能障害を伴う神経疾患における複雑な脳内の病態を運動制御の観点からわかりやすく評価できる「神経疾患治療補助システム」の構築を目的とする。そのため我々の開発した手首運動による定量的運動機能評価システムを神経疾患治療補助システムとして活用し、これまで研究の協力病院である東京都立神経病院と東京医科大学八王子医療センター、関東中央病院の入院患者の協力を得て、37名の小脳疾患患者と118名のパーキンソン病患者から手首関節による指標追跡運動を行い、異なる周波数領域から予測制御とフィードバック制御の成分を分離して分析し、「神経疾患治療補助システム」のデータベースとして活用している。特に小脳変性症の指標追跡運動を予測制御とフィードバック制御の観点から分析した結果、予測制御の精度は小脳疾患の重症度に応じて悪くなっていることに対し、フィードバック制御に関しては重症になってからフィードバック制御の精度も悪くなっていることから、小脳が予測制御により深く関係していることが明らかになり、この研究内容を論文投稿準備中である。さらに、パーキンソン病患者ではこの並列制御器(予測制御とフィードバック制御)だけでは病態の特徴がはっきり抽出できなかったが、さらに3Hz以上の不随意運動領域(振戦領域)をもう一つの制御領域として分析に加えて分析した結果、6Hz前後(4-8Hz)の小刻みな階段状運動の定量的計測によりパーキンソン病患者の病態をより高精度で評価できることが認められ、その内容を国内特許出願(特願2013-095173)や学会(第7回Motor Control研究会、Neuro2013)に報告した。また、小脳疾患における運動制御器の病態を筋活動レベルから評価でき、その内容を国際発表論文誌(Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc2013)に発表した。本研究では、運動機能障害を伴う神経疾患における複雑な脳内の病態を運動制御の観点からわかりやすく評価できる「神経疾患治療補助システム」の構築を目指している。特に我々の開発した手首運動による定量的運動機能評価システムが神経疾患治療補助システムとして国内で認められ、国内特許として登録でき(登録日:平成24年12月14日、特許登録番号:特許第5154558)、さらに我々が独自に開発した「脳内の予測制御器とフィードバック制御器を定量的に評価する方法」も神経疾患の病態解明や評価に役に立つことを海外でも認められ、米国特許の査定が成立できた(査定日:平成25年2月7日、番号付与待ち)。このように国内及び海外で「神経疾患治療補助システム」として認めてもらった手首運動機能評価システムを協力病院(東京都立神経病院と東京医科大学八王子医療センター、関東中央病院)に普及し、初年度である24年度にはパーキンソン病や小脳変性症の神経疾患の病態を運動制御の観点から分析する研究を行った。特に小脳変性症(22名)の指標追跡運動を予測制御とフィードバック制御の観点から分析した結果、予測制御の精度は小脳疾患の重症度に応じて悪くなっていることに対し、フィードバック制御に関しては重症になってからフィードバック制御の精度も悪くなっていることから、小脳が予測制御により深く関係していることが明らかになり、この研究内容を論文投稿準備中である。また、手首運動において筋活動の機能的な特徴付けが可能な手首関節モデルを提案し、そのモデルを用いて小脳変性症患者の追跡運動を分析した結果、小脳患者の筋活動に速度制御よりも位置制御の成分が多く含まれ、スムーズなトラッキング運動ができなかったことが初めて明らかになり、その研究内容をCerebellum論文誌に報告した(Lee et al. 2012)。初年度である24年度には、予測制御とフィードバック制御に基づいてパーキンソン病や小脳変性症の神経疾患の進行度に対する特徴を追跡し、「疾患治療用データベース」に必要な症例を集めている。これまで研究の協力病院である東京都立神経病院と東京医科大学八王子医療センター、関東中央病院の入院患者の協力を得て、22名の小脳疾患患者と50名のパーキンソン病患者から手首関節による指標追跡運動を行い、異なる周波数領域から予測制御とフィードバック制御の成分を分離して分析し、「神経疾患治療補助システム」のデータベースとして活用している。

特にパーキンソン病患者ではこの並列制御器(予測制御とフィードバック制御)だけでは病態の特徴がはっきり抽出できなかったが、さらに3Hz以上の不随意運動領域(振戦領域)をもう一つの制御領域として分析に加えて分析した結果、6Hz前後(4-8Hz)の小刻みな階段状運動の定量的計測によりパーキンソン病患者の病態をより高精度で評価できるようになった。また、神経疾患の様々な治療効果を2つの並列制御器(予測制御とフィードバック制御)に基づいて追跡する研究も進めている。その例として、東京医科大学八王子医療センターとの共同研究として、免疫性小脳疾患に対するIVIg薬物治療(イムノグロブリンの点滴静注療法)の効果を予測制御器とフィードバック制御器に基づいて運動制御の観点から分析した結果、従来の評価方法であるICARS(運動失調の国際評価尺度)ではその治療効果が感知できなかったが、我々の評価方法を用いて運動制御観点(予測制御とフィードバック制御)から分かりやすく評価ができ、現在その症例を増やしている。今後各疾患の進行度に対する特徴や様々な治療効果を2つの並列制御器(予測制御器とフィードバック制御器)に基づいて追跡し、「疾患治療用データベース」に必要な症例をより増やす予定である。特に今後なるべく多くの患者からデータを取得する必要があり、連携先のスタッフにデータ取得を委任することが必須となる。そのため、2年目である25年度には連携先の病院スタッフが独自にデータを取得できるように指導する予定であり、定期的に連携医療機関を訪問し、スタッフの技量と記録システムのチェックを行う。さらに記録した患者データに対する分析プログラムも加え、連携先の病院スタッフが自らデータの記録や分析もできる体制を備えるようにする。また、これまで手首関節による指標追跡運動を行う際、その際記録した筋電信号と動き情報の異なる周波数領域から予測制御とフィードバック制御の成分を分離して分析してきたが、最近は動き情報だけからこの2つの制御器を評価できる方法が確立できた。特に筋電信号を記録するには、電極の設置や正規化のための実験などが被験者や実験者の両方とも負担になっていたが、これから動きのみの記録にすることにより実験時間が半分になるので、より多くの患者からデータ記録ができると期待される。本研究は協力病院である東京都立神経病院と東京医科大学八王子医療センター、関東中央病院の入院患者の協力を得て行われる連携研究であり、より多くの患者さんから随時記録を連携先の病院スタッフが独自にできるように各病院内の検査室に記録システムを常備する必要がある。特に本研究で行われる手首運動の実験タスクは、2台のパソコンを一式としてNational Instruments社のLabVIEWという開発環境から実行されるので、25年度の研究費を使って実験用のパソコン2台やLabVIEWプログラム、データ収集用のボード(NI PCIe-6320)を購入する予定であり、大量な患者データを保存するためのハードディスクドライブも購入する予定である。さらに、被験者はそれぞれ前腕の長さや太さが違うので、前腕の置く位置を調節できる前腕の支持台(製作:有限会社豊洋電子精機)を購入する予定である。
二ホウ素化マグネシウム超伝導体のピン止め機構解明

本研究では実用化が期待されていながらも、超伝導体にとって最も基本的で重要な特性である臨界電流密度J_c(電気抵抗ゼロで流すことができる電流密度の上限値)が低いMgB_2超伝導体について、J_cを支配する主たる要因であるピン止め機構を明らかにすることを目的に研究を行ない、Mg不足組成に伴って発生する点欠陥、1nm厚のNi層、5nm厚のB層が非常に有効なピン止め物であることを発見した。また、ピン止めされるべき対象である量子化磁束線が過不足なくピン止め物に捕らえられた時に最も高いピン止め力が得られることを明らかにした。本研究では実用化が期待されていながらも、超伝導体にとって最も基本的で重要な特性である臨界電流密度Jc(電気抵抗ゼロで流すことができる電流密度の上限値)を支配する主たる要因であるピン止め機構に関して未解明の点が多く残る金属問化合物MgB_2超伝導体について、ナノ構造を制御した試料を作製し、特性と微細構造の相関からピン止め機構を明らかにすることを目的に研究を行った.本年度は,超高真空中で電子ビーム共蒸着法と同軸型真空アーク蒸着法を併用して,ニホウ素化マグネシウム(MgB_2)をシリコン単結晶基板上に作製し,その中に0.2nm厚さのニッケル金属極薄層もしくは5nm厚さのホウ素層を導入した試料を作製し,その超伝導特性(臨界温度:Tc,臨界電流密度Jc)を調べた.MgB_2/Ni多層膜およびMgB_2/B多層膜の何れの場合においても,磁場中のJcは,磁場を挿入したNiもしくはB層に平行に印加した場合のJc(平行)の方が磁場を挿入膜に垂直に印加した場合のJc(垂直)よりも数倍以上高い値を示した.4.2K,12TにおけるJc(平行)は10^5A/cm^2を大幅に上回っており,現状世界トップの値である.また,挿入したNi層に平行に磁場を印加した場合,超伝導体試料内部に侵入した量子化磁束線の間隔が挿入したNi層の間隔に一致した時に最も強い良いピン止め力が発現していることを確認した.以上の結果から,強磁性金属体の極薄層や超伝導コヒーレンス長の2倍の厚さのB層が非常に有効なピン止め点として働いていることが分かった.本研究では実用化が期待されていながらも、超伝導体にとって最も基本的で重要な特性である臨界電流密度J。(電気抵抗ゼロで流すことができる電流密度の上限値)を支配する主たる要因であるピン止め機構に関して未解明の点が多く残る金属間化合物MgB_2超伝導体について、ナノ構造を制御した試料を作製し、特性と微細構造の相関からピン止め機構を明らかにすることを目的に研究を行った。本年度は、超高真空中で電子ビーム共蒸着法を用いて組成を変化させたニホウ素化マグネシウム(MgB_2)をシリコン単結晶基板上に作製し、結晶構造の変化、化学的安定性、超伝導特性(臨界温度:Tc,臨界電流密度Jc)を調べ、以下のことを明らかにした。(1)MgB_2の組成には不定比が存在する。Mg過剰組成の試料は大気中で容易に変質する。(2)Mg不足組成にするとc軸長が伸びる、(3)Mg不足組成にすると超伝導臨界温度が低下する。(4)Mg不足組成にすると点欠陥が導入され、臨界電流密度を向上する。本研究では実用化が期待されていながらも、超伝導体にとって最も基本的で重要な特性である臨界電流密度J_c(電気抵抗ゼロで流すことができる電流密度の上限値)を支配する主たる要因であるピン止め機構に関して未解明の点が多く残る金属間化合物二ホウ化マグネシウム超伝導体について、ナノ構造を制御した試料を作製し、特性と微細構造の相関からピン止め機構を明らかにすることを目的に研究を行った。本年度は、シリコン単結晶基板上に超高真空中で電子ビーム共蒸着法を用いて、二ホウ化マグネシウムとNiを交互に積層した多層膜を作製した。Ni層の厚さは1nmとして、二ホウ化マグネシウム層の厚さを31、21、15nmと変化させて3種類の多層膜を作製し、それらの超伝導特性(臨界温度:Tc,臨界電流密度Jc)を調べ、以下のことを明らかにした。(1)二ホウ化マグネシウム中に挿入されたNi層は非常に強いピン止め力を発揮する。(2)二ホウ化マグネシウム層の厚さが31、21、15nmである多層膜では、Ni層に平行に磁場を印加した場合のピンニング力の印加磁場依存性曲線において、2、3.5、6Tの時に明確なピークが観察される。

(3)量子化磁束線が正確に3角格子を組んでいると仮定した時の1つの3角格子の3角形の高さが、Ni層間隔に一致する時に、特に強いピン止め力が得られる。(4)磁気的には量子化磁束線がほとんど重なっているような高い磁場(16T)においても、量子化磁束線は1本ずつ独立に存在し、きれいに3角格子を組んでいる。