hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
局所性浮腫における評価指標と足浴の効果に関する検討

本研究では,局所性浮腫の定量評価指標に関する研究,その指標を用いて評価する足浴が局所性浮腫予防・軽減としての足浴の効果に及ぼす影響の研究を行うこととした.足浴の効果を浮腫の評価指標を用い,体温,血流動態及び調節機構と合わせて評価し,浮腫の予防・軽減に効果的な一手段となり得るかについて検討する.これまで浮腫の評価方法として水置換法を用いて体積を測定する方法や巻尺を用い周囲径を測定する方法について検討されてきている.それらの検討結果から,測定における簡便さの問題や測定誤差の影響などが指摘されてきている.測定方法を比較する先行研究は少なく,水置換法,巻尺,エコー法及びデジタル画像を用いて下腿を計測し,各測定方法について検討した.それぞれの方法において,むくみは評価可能であると考えられた.しかしながら本研究においても簡便さ,測定技術及び測定方法に問題点はあると考えられ,目的や対象に応じた使用が必要であると考えられた.下肢のむくみ改善を目的として,弾性ストッキング,タッピング,マッサージ,足浴+マッサージなどの報告がある.しかしながら一過性の足浴の効果を検討したものはほとんど見られない.そこで基礎的データを得るために足浴が下腿のむくみに及ぼす影響について検討した.足浴条件と足浴をしないコントロール条件とを比較すると,皮膚温,組織酸素飽和度およびむくみは異なる変化を示す可能性が考えられた.またむくみに関しては,個人差が大きく影響している可能性も考えられた.一過性の足浴のみでなく定期的な足浴に関する検討を行うことでより安全で効果的な方法になりえるのではないかと考えた.簡便かつ精度の高い浮腫の評価法について検討し,その指標を用いて局所性浮腫予防・軽減としての足浴の効果を検討し,最終的に局所性浮腫の予防・軽減に向けた効果的な看護ケアの一手段となり得るかについて検討することを目的としている.局所性浮腫の予防・軽減に及ぼす足浴の効果を明らかにするために,まず評価指標に関する検討が必要であると考えている.浮腫の評価が実験の大きな指標となるため,測定部位,再現性,普及を考慮し簡便性も合わせて検討する.本研究では,これまでスタンダードとされてきた水置換法と巻尺,深部組織酸素動態及びエコー法を用いて比較検討を考えていた.しかしながら連続的な測定でない場合,浮腫の単純な評価において組織酸素飽和度を用いることは,方法的に前後比較が難しいのではないかと考えた.そこで,現在画像を用いた評価方法について検討している.まず再現性を得るために,毎回同じ位置で撮影できるかについて検討している.毎回同じ位置で測定できないと体重のかかり方に違いが生じ筋肉の緊張度が異なり径に影響を及ぼすのではないかと考えている.画像を重ね合わせて検討する方法,単純に径の比較を行う方法とで結果が異なるのか考察する必要がある.もう一点,撮影の方向についても検討する必要がある.より評価しやすい方法としての検討を行う必要がある.今後,水置換法とその他の測定方法を用いて下肢を測定する.全ての測定が終了後,水置換法の体積変化と各指標による測定値変化より相関関係,再現性について検討し採用する測定法を決定する.また組み合わせて使用した方が高精度の場合は2つ以上の指標を採択し次の実験の指標として用いる.同時進行させる必要がある研究課題ができ,当初の研究時間配分と異なる結果となったため.簡便かつ精度の高い浮腫の評価法について検討し,その指標を用いて局所性浮腫予防・軽減としての足浴の効果を検討し,最終的に局所性浮腫の予防・軽減に向けた効果的な看護ケアの一手段となり得るかについて検討することを目的としている.局所性浮腫の予防・軽減に及ぼす足浴の効果を明らかにするために,まず評価指標に関する検討が必要であると考えている.浮腫の評価方法が実験を大きく左右するため,特に水置換法における,測定方法の決定に時間を要している.メジャーを用いた周囲径を測定する方法に関しては,測定部位をほぼ決定できた.画像を用いた測定方法は,記録として残しやすいことを考え,普及しやすい方法になり得る可能性があると考えている.そのため,どのように撮影すれば簡便に比較検討できるかという点を一番考慮して検討している.画像を重ね合わせて評価するためには,全く同じ姿勢,位置を取らなければならないため実際現場で用いることを考慮すると問題点がある可能性があると考えられる.撮影の方向としては,外側方向と後方からの撮影画像での検討を考えている.超音波エコーを用いた測定においては,メジャー測定と同部位の測定を予定している.足浴の効果に関する検討に関しては,予備実験として足浴温度と足浴時間について検討中である.日常生活や看護の場面での活用を考慮し,一般的な水温あるいは足浴時間で検討できることが望ましいと考えている.この実験においては,先に行う予定の結果を基にむくみの測定方法を使用する計画である.全ての予備実験を先に行っており,当初の計画と順序が入れ替わったためで大きな問題はないと考える.本研究では,局所性浮腫の定量評価指標に関する研究,その指標を用いて評価する足浴が局所性浮腫予防・軽減としての足浴の効果に及ぼす影響の研究を行うこととした.足浴の効果を浮腫の評価指標を用い,体温,血流動態及び調節機構と合わせて評価し,浮腫の予防・軽減に効果的な一手段となり得るかについて検討する.これまで浮腫の評価方法として水置換法を用いて体積を測定する方法や巻尺を用い周囲径を測定する方法について検討されてきている.それらの検討結果から,測定における簡便さの問題や測定誤差の影響などが指摘されてきている.

測定方法を比較する先行研究は少なく,水置換法,巻尺,エコー法及びデジタル画像を用いて下腿を計測し,各測定方法について検討した.それぞれの方法において,むくみは評価可能であると考えられた.しかしながら本研究においても簡便さ,測定技術及び測定方法に問題点はあると考えられ,目的や対象に応じた使用が必要であると考えられた.下肢のむくみ改善を目的として,弾性ストッキング,タッピング,マッサージ,足浴+マッサージなどの報告がある.しかしながら一過性の足浴の効果を検討したものはほとんど見られない.そこで基礎的データを得るために足浴が下腿のむくみに及ぼす影響について検討した.足浴条件と足浴をしないコントロール条件とを比較すると,皮膚温,組織酸素飽和度およびむくみは異なる変化を示す可能性が考えられた.またむくみに関しては,個人差が大きく影響している可能性も考えられた.一過性の足浴のみでなく定期的な足浴に関する検討を行うことでより安全で効果的な方法になりえるのではないかと考えた.評価方法の検討は重要課題であり十分な時間を取っていること,もう一つの研究課題が終了し本研究に充てる時間が確保できるためこのまま継続していけば問題ないと考える.現在予備実験の最終検討を行っており,終わり次第測定に入るため,このままの継続で問題ないと考える.研究に若干遅れが生じ,実験用具の購入ができなかったため.水置換法で使用する,秤の精度についての検討を行っていたため購入が間に合わなかったため.今後計画通りに進めていく予定である.今後計画通りに進めていく予定である.
胸部Ｘ線ＣＴ検査における画質評価指標と被ばく線量の関係に関する研究

X線CT画像におけるMTFとNPSの関係を与える近似式の導出を行い、同精度が比較的高いものであることを確認した。フィルタ補正逆投影法によるX線CT画像の個々の画素の雑音SDを与える解析的な式を導出し、同式と関連する形で質量減弱係数のみを用いて各画素における吸収線量を近似計算する事を試み、モンテカルロシミュレーションや実測値と比較することによって、同方法による計算結果の精度が比較的高いことを示した。軟部組織で構成された被写体に対しては、雑音の分布がある正規分布に近似的に従うことを確認した。以上のことから、理想的な条件下で各画素の雑音SDから各画素領域における吸収線量を推定できる可能性を示した。X線CTの画像再構成過程を計算機シミュレーションする際には離散量的に処理する必要があるが、計算機シミュレーションではこの離散的処理におけるサンプリング誤差の影響を回避できない。この誤差対策の方法の一つに、Averbuchらが考案した「離散ラドン変換」がある。同法の要諦の一つにディリクレ核を用いた補間法があるが、Shepp-Loganファントムを使用して、ディリクレ核を用いた補間法によって得られるサイノグラムと通常用いられる画素を分割して近似する方法によって得られるサイノグラムを、解析的に得られるサイノグラムを基準として比較検討した。その結果、ディリクレ核を用いた補間法は、画素を分割して近似する方法に比較してかなり精度よくサイノグラムを計算することができることがわかった。さらに、CT画像の各画素の領域で吸収される光子数を、CTを撮影する際のX線束に沿って質量減弱係数だけを用いて近似的に計算することを試みた。仮想的なX線CT装置に対して、我々の考案した解析的な式によって計算される雑音SD(標準偏差)と比較した結果、CT画像上の各画素の領域において、吸収される光子数の平方根の逆数と(画素別の)雑音SDとの間には強い線形相関が認められる結果となった。このことは、これまでに知られている両者の関係が各画素の領域においても近似的に成立することを意味するとともに、雑音SDの値は被ばく線量と密接に関係していることを示唆するものである。これまでの検討結果からは、各画素における散乱を考慮しなくても各画素の吸収線量は比較的精度よく求められることが示唆され、雑音SDの測定から被ばく線量の推定を比較的高い精度で行うことができることが示唆された。さらに、この方法による被ばく線量の計算の精度について、モンテカルロ・シミュレーションによる計算結果と比較し、両者の差は一定の範囲内におさまっている結果となった。X線CT画像におけるMTFとNPSについて、カスケード線形システム理論によるモデルを用いて、それぞれの定式化を行い、エリアシングの関与を無視することによって、それらの間の解析的な関係式を導出した。ここで、X線CT画像におけるNPSについて、周波数0における値はエリアシングに由来するものであることが示されているが、NPS推定におけるエリアシングの関与がどの程度であるのかについてはあまり検討されていなかった。そこで、NPS推定におけるエリアシングの関与について、仮想的なCT装置を使用したシミュレーションCT像からのNPSについて、数値計算による検討を実施した。我々が検討した画像形成モデルに従って数値計算したNPSからは、エリアシングの影響が比較的高い部分があること、エリアシングの関与は無視できるレベルのものである、ということが示された。また、周波数0におけるNPSの値はエリアシングによるものであることが再確認された。この検討結果は、我々が導出したX線CT画像におけるMTFとNPSの関係式の有効性を裏付けるものとなった。一方、CT画像における雑音の一つの評価方法である標準偏差(SD)は、X線CT検査時の被ばく線量と密接に関係するものであるが、CT画像における雑音をX線検出器に到達したX線の光子ゆらぎによるもののみとした場合において、CT画像の個々の画素における雑音SDについて再構成関数を使用して定式化を実施した。そして、この雑音SDの定式化の精度に関して、仮想的なCT装置を使用したシミュレーションによって検討した。この検討結果から、今回実施した定式化の精度は比較的高いこと、CT画像における雑音SDの分布画像は多くの場合元画像をぼかしたような画像となること、この雑音SD分布画像と実際の雑音SDの分布との差からビームハードニングに由来する雑音を推定できる可能性があること、がわかった。X線CTの画像再構成過程を計算機シミュレーションする際の離散的処理における誤差に関して、各種の計算方法について検討した。この結果、投影切断面定理による不均等離散フーリエ変化を経由した数値計算によって得られるサイノグラムが、角度依存性のない最も精度のよいものであることがわかった。

ここで、離散フーリエ変換の計算に高速計算法を使用すると、投影角度の依存性が認められるとともに精度が低下することもわかった。さらに、CT画像の各画素の領域で吸収される光子数を撮影時のX線束に沿った質量減弱係数を使用して近似的に計算する方法について、頭部CTDIファントムと早期脳梗塞を模したファントムに相当する数値ファントムを使用して、実測データとほぼ同等の結果が得られることを検証したモンテカルロシミュレーションによって吸収線量を推定した結果との比較検討を行った。モンテカルロシミュレーションによる推定結果や実測した結果と比較して、ファントムの表面下1 cmの位置の中心部に対する吸収線量の割合に関して、提案する方法では最大で約1.3倍過大評価していたが、各画素領域における吸収線量に関しては、両者間に、値自体には大きな差があったが、強い線形相関が認められた。また、X線CT画像における雑音の統計的な性質について検討した結果、X線吸収に対する性質がかなり異なるものから構成される被写体に対しては、画素間の相関は総じて少ないが使用する再構成関数によっては強い相関が認められること、雑音の分布について正規分布に従うとは言えない場合がかなり多いこと等がわかったが、軟部組織で構成された被写体に対しては、画素間にあまり相関が認められず、また雑音の分布についてはおおむねある正規分布に従うことが予想される結果となり、「正規分布に従い画素間で統計的に独立である」という仮定は妥当なものであることがわかった。医用画像工学研究当初より、色々な検討場面において、仮想的なCT装置を使用したシミュレーションによる検討が必要となり新規のプログラム開発をしてきた。この過程でX線束と対象物との相互作用のシミュレーションを巨視的な意味での微少体積と見なして実施する上で、離散的処理におけるサンプリング誤差の影響が少なからず生じることが判明した。この誤差の減少させる検討に長時間を有したが、Averbuchらが考案した「離散ラドン変換」によって克服する見込みがつき、さらにこの方法を応用して、CT画像の各画素の領域で吸収される光子数についてCTを撮影する際のX線束に沿って巨視的な意味での微少体積と見なして近似的に計算する方法を新しく考案した。この方法によって、被ばく線量と直接的な関係のある雑音SDに関する理論的な解析については、昨年度からの検討に引き続く形でかなりの進展が認められ、本研究の主目的である「胸部X線CT検査における画質評価指標と被ばく線量の関係」について本質的な検討ができる段階に至った。従って、この部分については、当初の計画外の進展が認められたと自己評価している。しかしながら、実際のX線CT装置とファントムを使用した被ばく線量に関する検討については、当初の計画より遅れたものとなってしまった。X線CTにおけるMTFとNPSについての理論的な再検討において、その精度の検討に関して実際の市販のCT装置を使用して測定したデータによる検証を進めたが、この検証作業において予想外に時間がかかってしまった。また、この検証作業において、エリアシングの関与に関する検討は実際のCT装置から得られるデータでは検討できないため、仮想的なCT装置を使用したシミュレーションによる検討が必要となった。
家族療法による登校拒否問題解決のためのエキスパート・システムの開発

1家族システム図の作成前年度に完成させた家族療法事例データ・ベースを利用し、家族療法によって問題解決をした登校拒否家族の家族システム図をパソコンで作成する手法を確立した。これによって、従来、個々の臨床家によって恣意的に行われていた家族システム図の作成方法を統一することができた。また、作成された家族システム図を順次データ・ベースに入力することによって、文字情報ばかりではなく視覚的情によっても臨床事例の検索を行うことが可能になった。2家族療法における面接過程の構成治療が集結した4家族の遂語録をもとに治療的変化が生じている面接場面を特定した。各家族システムを構成するサブシステムのなかでも鍵的役割を果たすと仮定されたものを選択した。この鍵サブシステムに治療者側からどのような援助的介入がなされたかを逐一明らかにする分析作業を行った。この準備作業を経て、面接過程を前期、中期、後期の3期に分け、全体を1つの表にまとめて記載する表記法を開発した。この表記法を用いることで、登校拒否問題を抱えた家族への援助的介入過程と問題解決過程の実例を統一された様式で提示することが可能になった。3問題解決の類型化上記の分析作業に基づいて家族療法を用いた登校拒否問題の解決パターンを、その程度と解決に要した期間の長短に対応させて軽度、中度、重度、の3パターンに分類し、各々2事例をモデル事例として提示した。さらに、家族関係の特性に応じた4つの解決パターン(父子、母子、同胞、夫婦)を抽出し、各1事例をモデル事例として提示した。今後は、本エキスパート・システムの基本メニューとして、これら7つの解決パターンをパソコンから随時検索することが可能になった。1対象家族の選定:登校拒否児の性差、年齢差、登校拒否の期間、家族構成等の要因を考慮して10家族を選定した。2家族療法面接場面のデータベース化:すでにビデオテープに記録されている家族療法事例の各面接場面での家族員の行動分析を行なった。(1)家族およびセラピストの発言内容の逐語録を作成し、分類した。(2)家族員相互のアイコンタクトや姿勢・動作などの非言語行動についても分類した。3分析ソフトの開発:上記の面接資料をデータ・ベースに組織的に入力するためのソフト・プログラム(「家族療法エキスパート・システム」)を開発した。4データ・ベース作成:開発したプログラムを用いて面接記録を入力し、登校拒否の家族療法事例データ・ベースの作成を開始し、すでに10家族については作業を完了している。このデータ・ベースに収録されたある解決事例の概略を以下に示す。5 A家の事例の概要:家族療法初期には母親と中学生の不登校児に独語が多く見られたが、中期には消失し、家族コミュケーションが活発となった。終期には、不登校児が視線を向ける対象者の偏りが減少した。一方で、母親が不登校児に向けた発言は減少し、視線を向ける頻度は倍増した。初期に癒着状態にあった母子間の関係が変化し、終期には適度な心理的距離が確保され、母親が不登校児を見守る姿勢を取るようになったことが確認された。本児は家族療法終結後に公立高校の定時制に合格し、大学進学を目指している。また、作成された家族システム図を順次データ・ベースに入力することによって、文字情報ばかりではなく視覚的情報によっても臨床事例の検索を行うことが可能になった。2家族療法における面接過程の構成治療が終結した4家族の逐語録をもとに治療的変化が生じている面接場面を特定した。

各家族システムを構成するサブシステムのなかでも鍵的役割を果たすと仮定されたものを選択した。この鍵サブシステムに治療者側からどのような援助的介入がなされたかを逐一明らかにする分析作業を行った。この準備作業を経て、面接過程を前期、中期、後期の3期に分け、全体を1つの表にまとめて記載する表記法を開発した。この表記法を用いることで、登校拒否問題を抱えた家族への援助的介入過程と問題解決過程の実例を統一された様式で提示することが可能になった。3問題解決の類型化上記の分析作業に基づいて家族療法を用いた登校拒否問題の解決パターンを、その程度と解決に要した期間の長短に対応させて3つに分類した。この3つの解決パターンを、今後は本エキスパート・システムの基本メニューとして活用することが期待できるであろう。
生体における合目的的構造の構築機構

生物界にみられる自律分散機能として、個々に細胞が自律的に反応することにより、細織全体がつねに最適な機能を営むことができるように、組織が自律的に再構築される性質をとりあげ、その原理を明らかにすることを目標に研究を行い、以下の成果を得た。1.生体適応性のシステム的考察:システムの構成要素が単純な法則に従って反応することにより、システム全体の構造が合目的的に変化しうる性質が生体組織において実現されていることを示し、適応的再構築という概念により、各種組織に共通する性質およびそれぞれの組織の特徴を明らかにした(戸川達男)。2.樹木の枝の適応性:多くの樹種について、負荷荷重と枝径変化の関係を調べ、適応的再構築の過程についての詳細なデータを集積した。その結果をもとに、植物細胞の応力検知機構についての仮説を示すとともに、形態適応の現象論的モデルを考案した(山越憲一)。3.骨の適応性:骨組織の成長・吸収が局所の応力状態により決定されるとしてモデルを導入し、シミュレーションと実験結果を比較してモデルの妥当性を検証した。さらに、残留応力を許容した適応的再構築モデルの検討を進め、基本的性質を明かにした(田中正夫)。4.血管の適応性:血流に対する血管径の適応的変化は、血流を検知して壁の成長を制御することで説明されることをすでに示したが、今回培養血管内皮細胞を用い、粘性の異なる流体で比較した実験により、内皮細胞が検知しているのはずり応力であることを明らかにした(神谷瞭)。5.筋の適応性:筋力の適応的変化は変位ではなく張力が検知されることによって起こること、筋組織の変化と筋を支配する神経機構の変化とによること、この2つの適応機構には反応の時間に違いがあることなどを明らかにし、適応機構のモデルを構築した(永田晟)。
ラミニン複合体の多様性発現の分子機構

上皮や内皮を裏打ちしている基底膜と呼ばれる構造体に含まれるラミニンは細胞の表裏極性決定、増殖、分化や遊走などの細胞機能に作用する。ラミニンはA鎖群、B1鎖群とB2鎖群が会合して3量体になり多様な異型体を作る。典型的ラミニンはAB1B2の組み合わせでできているが、A鎖がメロシンに入れ換わると筋肉膜ラミニンになり、B1鎖がS-ラミニンに入れ換わるとシナプス・ラミニンができる。我々が発見した血管内皮ラミニンでは、新しいA鎖群のメンバーであるA'鎖が登場しA'B1B2の3量体を作る。ウシの大動脈内皮細胞を培養すると、典型的ラミニン(AB1B2)と血管内皮ラミニン(A'B1B2)の両方が合成され、量比が血管新生抑制剤で変化する。最近、真皮の基底膜からカリニンという新しいラミニン族が発見されてた。動物の発生過程では、このように多様なラミニンが登場して器官形成の諸局面で役割を果たしている。本研究ではヒト皮膚から得られた培養細胞を用いてカリニン類縁ポリペプチドの細胞内会合機構を解析した。この場合にも構成鎖の入れ換え機構が働いており、典型的ラミニン、カリニンに加えてK-ラミニンという新しい複合体が形成されていることを明らかにした。また、これらのラミニン関連鎖の会合と細胞内選別輸送に寄与する分子シャペロンにも解析を加えた。即ち、放射標識後の細胞を細胞膜透過性の架橋剤DSPで処理し、免疫抗体沈降後の電気泳動分析によってシャペロン様物質として検出したところ、牛動脈内皮細胞では80,60,50kDa、胎児性癌細胞では100kDa、ヒト皮膚細胞では90,70,50kDaのラミニン異形体に特異的なシャペロンの存在が示唆された。還元と非還元条件を組み合わせた二次元電気泳動の結果は、シャペロン様物質が1本のラミニン鎖に多数結合して作用することを示した。これらの結果に基き、ラミニン複合体の多様性発現の分子機構に関するモデルを提案した。動物組織の構成成分である細胞外マトリックスは、骨形成、血管新生、神経網形成、癌転移などに関与しているので、高分子医薬開発の新しい標的として注目されている。基底膜は上皮や内皮細胞層に基盤を与える細胞外マトリックスである。基底膜の主要糖蛋白質であるラミニンは、細胞機能に強く作用することが知られている。EHS腫瘍から多量に精製できる「典型的」ラミニンは、A、B_1とB_2鎖が会合してジスルフィド結合で安定化された十字架状の構造体である。我々はこのラミニン複合体が1種類ではないことを発見した。A鎖には類縁体があり、細胞は分化や環境条件に応じたサブユニットすりかえ機構で2種類の複合体を形成しその量比を制御していることを明らかにした。本研究では組織形成の根幹であるラミニン複合体の多様性発現機構を分子生物的手法を用いて解析しようとした。まず、細胞が多様な機能性モジュ-ルを柔軟に組換えて多様なラミニン分子型を合成する機構を人為的な遺伝子導入で解析した。

このために、操作した各鎖cDNAを強制発現させて培養細胞に雑種ラミニン複合体形成させて内在性のラミニン複合体形成を撹乱して制御機構を解析しようとしたが、組換え体の発現レベルが低いために内在性ラミニン形成の撹乱を見ることはできなかった。さらに強力な発現系の確立を急いでいる。他方、我々は3T3ーL1やウシ内皮細胞がA,B_1,B_2に加えてA^1を合成し、B_1B_2を共通の前駆体にAB_1B_2とA^1B_1B_2を同時に形成することを示した。このことは、異なるペプチドでありながらA^1はAに代わって鎖間会合に参加できることを示す。これをアミノ酸配列で検証すべく、Aの全長CDNAクロ-ンを単離してその塩基配列を決定して構造解析を行っている。現在までに2つの独立したライブラリ-を構築してスクリ-ニングを進めているが、A^1鎖はA鎖とは相同性が低いことが示唆された。細胞外マトリックスの特殊型である基底膜は糖蛋白質が会合した膜状構造体で、上皮・内皮の裏打ちとしてだけでなく、筋繊維、脂肪細胞や末梢細経束の被覆体でもあり、シナプス間隙にも分布している。基底膜は細胞の形状、極性、遊走や分化に作用し、器官形成、神経網再生、血管新生や創傷治癒で中心的な役割を果たしている。基底膜の主要な糖蛋白質であるラミニンは、多様な機能領域を持つ分子量600-900kDaの巨大分子族である。典型的分子ではA(400kDa)、B1とB2鎖(各200kDa)が十字架状に会合しているが、シナプスにはB1がS鎖に置換したもの、筋肉の基底膜にはAがメロシンに置換したもの、血管内皮細胞には我々が発見したA鎖がA′鎖に置換されたものがある。本研究ではラミニンのサブユニット会合と分泌輸送に寄与する分子シャペロンを検索して、器官形成に伴う多様なラミニン族の発見機構の基礎知識を得ようとした。BAEC培養系を放射性アミノ酸で標識後に架橋反応を行い、界面活性化剤を含む緩衝液で細胞を溶解、ラミニン抗体で免疫沈降して電気泳動分析を行ったところ、約80, 60と50kDaの推定サイズを持つぺプチドがラミニン鎖に架橋されていることが判明した。ここで検出したラミニンの分子シャペロンと考えられる3種類の細胞内ペプチドに関しては次のようなことも判明している。1)約50kDaのペプチドはHSP47抗体と交差反応を示さない.2)各分子シャペロン様ペプチドとラミニン鎖間の相互作用の選択性は低い。3)1分子のラミニン鎖に対して多数の分子シャペロン様ペプチドが架橋される。4)モネンシンなどのイオノフォア添加で細胞内小胞のpHを攪乱するとこの相互作用は消失する。これらの分子シャペロンの解析は、我々が提案している「サブユニットすりかえモデル」を補強し、発生過程で多様なラミニンが創造されている機構を明らかにするために重要である。上皮や内皮(血管や心臓の内壁)を裏打ちしている基底膜と呼ばれる構造体は、ラミニン、IV型コラーゲンやプロテオグリカンなどの糖タンパク質が会合した簿膜で、細胞の表裏極性の決定、増殖、分化や遊走などの細胞機能に強く作用する。ラミニンはA鎖群、B1鎖群とB2鎖群の各々の代表が会合して3量体になり多様な異型体を作る。典型的ラミニンはAB1B2の組み合わせでできているが、A鎖がメロシンに入れ換わると筋肉膜ラミニンになり、B1鎖がS-ラミニンに入れ換わるとシナプス・ラミニンができる。我々が発見した血管内皮ラミニンでは、新しいA鎖群のメンバーであるA'鎖が登場してA'B1B2という3量体を作る。ウシの大動脈の内皮細胞を培養すると、典型的ラミニン(AB1B2)と血管内皮ラミニン(A'B1B2)の両方が合成され、量比が血管新生抑制剤で変化する。最近、真皮の基底膜からカリニンという新しいラミニン族が発見されて事態はさらに複雑化した。
遠隔位sp3炭素―水素結合の位置選択的活性化のための新規機能性金属錯体の創製

本研究では、反応性の低い炭素ー水素結合を位置選択的に活性化・官能基化するための新手法を開拓することを目指した検討を行い、まず基質捕捉能を有する新規な遷移金属錯体の創製とこれを用いた一置換ベンゼン類のメタ位選択的なC-H/ホウ素化反応の開発に成功した。反応効率・位置選択性の面で改善の余地はあるが、更なる分子設計の最適化を施すことで高選択的な炭素-水素結合活性化手法の実現も可能と期待される。また本研究ではアシルシラン類の光異性化によるカルベン生成を活用した炭素-水素結合官能基化法の開拓も試み、オルト置換ベンゾイルシラン類の高選択的な光環化反応を見出すことに成功した。合成化学の分野では現在、遷移金属錯体の作用により単純な炭素ー水素結合を活性化し合成反応に利用する試みが活発に行われているが、望みの位置の炭素ー水素結合、特に手がかりとなる官能基から遠隔位に存在する炭素ー水素結合を位置選択的に活性化する手法は未だ発展途上と言える。本研究ではこのような課題に対し、剛直な構造を有するスペーサー部位を介して反応基質を捕捉する部位と炭素ー水素結合を切断する遷移金属部位を併せ持つ新規遷移金属錯体の設計と合成を行い、これにより捕捉された基質の位置選択的な炭素ー水素結合活性化を目指して検討を行っている。本年度は、基質捕捉部位として環状ホウ酸を、炭素ー水素結合活性化能を有する金属錯体の配位部位として置換インデンあるいはフェナントロリンを選択し、これらをビアリール結合で連結した分子の設計、合成を試みた。現時点で想定した金属錯体の合成には未だ成功していないが、今後の検討により特徴的な性質をもつ新規金属錯体の創製が可能と期待している。また本年度はカルベンを活用した位置選択的C-H結合官能基化手法の開発に向けた基礎的検討も実施しており、カルベン源として設定した各種カルボキシシラン、カルバモイルシランの合成とそのカルベン源としての利用可能性について検討を行った。これらの検討結果を元に、次年度の検討において、目的達成に向けた有益な知見が得られるものと考えている。本研究では、有機分子中に豊富に存在する炭素ー水素結合を位置選択的に活性化し、様々な分子変換に供することを最終的な目標に設定し、これを実現するための新規な機能性金属錯体の創製を目指して検討を行った。すなわち、剛直な構造を有するスペーサー部位を介して反応基質を捕捉する部位と炭素ー水素結合を切断し得る遷移金属部位を併せ持つ新規金属錯体の設計・合成を行い、これにより捕捉された基質の基質活性化部位の近傍に位置する炭素ー水素結合のみを選択的に切断することを目指した。検討の結果、基質捕捉部位として環状ホウ酸を、炭素ー水素結合活性化部位としてフェナントロリン部位をもつイリジウム錯体を用い、一置換ベンゼン類のC-Hホウ素化反応を行うと、メタ位が優先してホウ素化されることを見出した。しかし、創製した金属錯体の活性は低く、触媒的な反応を実現するには至らなかった。また本課題では、金属錯体に代えてカルベンを反応活性種とする位置選択的C-H官能基化手法の開拓についても検討を行った。当初、カルベン源としてカルボキシシランを利用することを考え、各種アルコール類とのエステル形成を行った後に光反応によるカルベン発生ーC-H官能基化の実現を目指して検討を行ったが、期待したカルベン生成を確認するには至らなかった。一方、鎖状部位を有するアシルシラン類を基質とした場合には、光異性化によるカルベン生成ーC-H結合への挿入反応が効率良く進行し、環状化合物が立体選択的に生成することを見出した。また反応機構研究により、この反応はラジカル機構による水素引き抜き反応を経ることが明らかとなった。この結果は、適切な分子デザインにより、様々なC-H官能基化反応への展開が可能であることを示すものであると考えている。鎖状炭化水素類の炭素ー水素結合を位置選択的に活性化する新手法を開拓するというチャレンジングな課題に向けて検討を行っているが、本年度の検討では目的の炭素ー水素結合活性化を本格的に検討する段階にまで至ることができなかったため、達成度としてはやや遅れていると言わざるを得ない状況である。有機合成化学研究目的の実現に向けて、27年度は前年度の知見を基盤として精力的な検討を実施したいと考えている。設計した金属錯体の合成、機能評価だけでなく、更に新しい分子設計を行い検討を行う予定である。また新たに考案したシリルカルボニル化合物をカルベン源として利用するC-H活性化についても様々な検討を行い、独創的な位置選択的官能基化手法の開拓を目指して検討を進める計画である。位置選択的な炭

素ー水素結合活性化を実現するための新規金属錯体の設計・合成を検討してきたが、前述のように目的とする分子の合成・機能評価に至っていない、など、当初の計画通りには研究が進展していないのが現状であり、これに伴って、予算使用額についても計画通りにはいかなかったため、次年度使用額が生じた。今後、当初計画の実現を目指して目的分子の合成、機能評価を精力的に行う計画であり、また新たな炭素ー水素結合活性化法の開拓に向けた検討も本格化する予定であるため、予算面においても効果的に使用する計画である。
椎間板線維輪再生に向けた至的細胞ソースの解析研究

椎間板障害は、脊椎の様々な疾患の原因となる。本研究は線維輪細胞を解析する基礎的研究である。我々はC57BL/6マウス尾椎線維輪由来の細胞培養法を確立した。さらに様々な臓器由来の間葉系幹細胞のマーカーのひとつであるCD146発現に着目し、細胞増殖および分化との関連を検討した。マウス線維輪組織を採取し、酵素処理で得られた細胞を培養、表面マーカーと多分化能を調べるた。その結果、マウス線維輪細胞は培養系で間葉系三系統の多分化能を示した。またCD146陽性線維輪細胞は、低酸素状態、TGFβ-1、R3-IGF1刺激に応じて増大し、線維輪再生に有益な分化の指標であると考えられた。今年度はマウスで行った実験をヒト椎間板線維輪細胞でも確認すべく、ヒト新鮮組織検体の収集と送付および実験を行った。カリフォルニア大学サンディエゴ校の整形外科基礎研究室にて日本では入手が極めて困難な新鮮ヒト屍体より良好な椎間板組織採取に成功、東海大学へ合計10検体送付した。無菌的に椎間板組織を髄核、線維輪組織片に分け、凍結保存する事が可能であった。さらに、凍結保存後に解凍し、組織培養した後に髄核、線維輪細胞を分離、増幅可能な事、生理活性も維持される事が培養実験系で確認された。具体的には椎間板組織が凍結保存溶液内、-80°のディープフリーザーに保管された5mlクライオチューブを37°のウオーターバスに入れ、速やかに解凍をした。解凍された組織を50mlコニカルチューブに移しゲンタマイシン含有PBSで2回洗浄、遠心を繰り返したのちに6-Well Falcon Primaria Culture Plateに組織片を入れ、DMEM/F12培地、FBS 20%、37°酸素分圧5%環境で3週間培養を行った。保存した全ての凍結組織検体を航空便、ドライアイス詰めで発送手続きをとり、東海大学へ搬入、液体窒素タンク内に椎間板線維輪組織入り5mlチューブ50本、線維輪組織入り5mlチューブ50本を保管した。凍結保存された凍結解凍後、線維輪細胞の培養を行い、線維輪由来、体性前駆細胞を分離した。未分化表面マーカーを示す細胞集団の解析をフローサイトメトリーを用いて分離、現在その機能解析中である。椎間板障害は、脊椎の様々な疾患の原因となり、その診療にかかる医療費は年間1,700億円超とされ、医薬経済に与える影響が大きい上に、その好発年齢は壮年期の男性に多いため社会的な医療問題となっている。科学的根拠に基づいた新規治療法を開発するためには、椎間板の細胞・分子レベルでの理解が必須である。椎間板は人体最大の無血管臓器という特性から、通常の組織修復機能である、血行を介した外部からの幹細胞誘導機能に乏しい。このため、本研究グループでは、これまで不明であった椎間板組織における内在性幹細胞ニッチの局在を解明するべく、マウスおよびヒトでの解析を行った。まず、椎間板線維輪を構成する細胞集団中のNG2、CD146、CD49f、CD90、CD105、CD166、Tie2、Ang1、MHC class IなどのStem cellマーカーを高発現する細胞のソーテウィングを行うべく、マウス椎間板から線維輪細胞の分離を試みた。その手法は顕微鏡下で線維輪組織を髄核の混入がないように丁寧に徒手的に行う操作がとられた。その後、プロナーゼ、コラゲナーゼを用いた古典的酵素処理方法が用いて細胞を組織から分離したが、得られた細胞の数、質的に幹/前駆細胞が得られている様子がなかった為、TryLE Express、Liberaseを用いる手法を開発、これにより回収率、増幅コロニー検出率が格段に向上した。その後、回収した細胞を1継代増幅させたところで、フローサイトメトリーにて増殖率と相関するマーカーの探索を行った。その結果、NG2、CD105、CD146などが細胞の増殖率、コロニー形成率に関係した表面マーカーとして検出された。今後、これらマーカーを用いた特定の椎間板線維輪幹/前駆細胞が同定出来るか否かを検証する。【目的】我々はC57BL/6マウス尾椎線維輪由来の細胞培養法を確立し、様々な臓器由来の間葉系幹細胞のマーカーのひとつであるCD146発現に着目し、分化との関連を検討した。【方法】10匹の89週齢のC57BL/6マウス尾椎

椎間板より、実態顕微鏡下に線維輪組織を採取し、酵素処理で得られた細胞を10%FBS含有αMEM培地にて培養、酸素濃度を2%, 20%と設定し、細胞増殖とCD146発現を比較した。マウス線維輪培養細胞(mAF)の多分化能を調べるため、骨、軟骨、脂肪の三系統への分化誘導を行い、所定の染色法により評価を行った。また、CD146発現を増加させる因子についても調査し、CD146陽性、陰性で細胞をソートし、得られたCD146(+)mAF, CD146(-)mAFの二集団についても間葉系の多分化能を評価した。【結果】mAFは2%酸素下で20%酸素下に比べて8.6倍(N=3)の増殖を示し、CD146陽性率は同じく2%酸素下で4.7倍(N=3)の高値を示した。CD146の陽性率はTGFβ-1、R3-IGF1を含有する培地で3日間単層培養することにより、6.4%から38.1%と約6倍(N=2)増大した。全mAFは骨、軟骨、脂肪の三系統への多分化能を示したが、CD146(+)mAF, CD146(-)mAFはいずれも、骨、軟骨の二方向のみで脂肪への分化能は欠如していた。軟骨方向への3D培養において、CD146(-)mAFでは、軟骨様ペレットが形成されたが、CD146(+)mAF,では、ペレット内部に、免疫染色にてタイプI、およびタイプIIコラーゲン陽性を示す直線状の構造体が形成された。【結論】mAFは培養系で間葉系三系統の多分化能を示したが、CD146表面マーカーは、低酸素、TGFβ-1、R3-IGF1刺激に応じて増大し、線維輪様形態構築に関わる分化の指標であると考えられた。整形外科学マウスでの基礎的研究を経て、ヒト線維輪細胞での解析が可能となった。懸案であったヒト組織の採取に際し、海外からの輸入によるルートを確立し、凍結保存、送付、解凍、細胞回収の過程が円滑に行われた。分離後の線維輪細胞の機能解析も順調に経過している。初年度はマウスおよびヒトの線維輪組織の表面マーカー検索であったので、研究の進捗は順調である。分離した細胞の昨日解析はこれまでも他の椎間板細胞(例:髄核細胞)で行って来たので、予定の研究計画を遂行する上で、大きな障壁はないと考える。1.線維輪幹/前駆細胞集団の同定引き続き、ヒト椎間板線維輪組織からの表面マーカー解析と、その後の自己複製能、多分化能を解析し、幹/前駆細胞に特有なマーカー発現変化を明らかにして行く。椎間板線維輪の再生医療を考慮した場合、同組織における幹/前駆細胞の有無を発見することは非常に有意義である。そのためには的確に簡便に同細胞を同定できるin vivo assayの開発は必要不可欠となる。in vitroでの結果をもとにin vivo assay系を開発し、同組織における幹/前駆細胞の存在を証明する。免疫不全マウスの1つであるNOD/SCIDマウスへの様々な移植実験を行い、有効かつ簡便なin vivo assay系の確立を目指す。マウス、ヒト細胞用抗体、細胞培養用試薬、器具の購入、C57BL6マウス、免疫不全マウスなどの購入およびその飼育費。またセルソーターなどのオペレーション費用などに使用予定である。
ディジタルフォトニクス－光エレクトロニクスのパラダイムシフト

光エレクトロニクスの体系をアナログ技術からディジタル技術へ転換することを目指して,そのために必要な全光論理ゲートデバイス,全光フリップフロップデバイス,大規模光スイッチ回路,非相反・偏光制御光デバイス,光バッファメモリ集積回路の開発を行い,ディジタル光集積回路のプロトタイプを試作実証した.またこれらの光デバイス・回路群を作製するための集積プロセス技術を研究した.従来の光デバイスはその殆どがアナログデバイスであって,ディジタル処理を行うためには,光を一度電気信号に変換し,電子回路により処理し,再び光信号に戻す必要があった.しかし,超高速・超大容量の光信号をディジタル処理するにあたってその都度,光→電気変換,電気→光変換を行っている現在のやり方では,速度,発熱,サイズおよび,何より消費電力の点で限界があることは明白である.簡単なディジタル処理であれば,ディジタル光回路により光のままで超高速・低消費電力に行いたいというのがエレクトロニクスに携わる者の願いである.しかしそれを可能にする光デバイスは従来存在しなかった.さらに電子回路においてはトランジスタが信号の一方向性を保証するのに対し,光回路では光の相反性によって,反射があるとその信号が上流側に逆伝搬し,順序論理回路の動作を不安定化する.それを防ぐため,光回路においては光アイソレータのような非相反素子が随所で必要になる.しかるに,回路基板上にモノリシックに集積化可能な非相反素子や光アイソレータは存在せず,その実現も同時に大きな課題であった.本研究の目的は,代表者がこれまで培ってきた半導体モノリシック光集積回路技術に依拠して,低消費電力,小型かつ集積化可能な全光論理ゲート,全光フリップフロップ,非相反光素子を試作開発し,これら異なる素子を単一半導体基板にモノリシック集積するプロセス技術を開拓して,最終的に千素子級の大規模ディジタル光集積回路(Large Scale Digital Photonic Integrated Circuit : PLSI)のプロトタイプを世界で初めて試作実現することである.この過程を通じて,エレクトロニクスの世界に,本格的なディジタル光回路技術体系(ディジタルフォトニクス)の時代をもたらさんとするものである.光エレクトロニクスの体系をアナログ技術からディジタル技術へ転換することを目指して,そのために必要な全光論理ゲートデバイス,全光フリップフロップデバイス,大規模光スイッチ回路,非相反・偏光制御光デバイス,光バッファメモリ集積回路の開発を行い,ディジタル光集積回路のプロトタイプを試作実証した.またこれらの光デバイス・回路群を作製するための集積プロセス技術を研究した.(1)G2全光論理ゲートデバイス能動多モード干渉計(MMI)と,それを相互位相変調領域に集積化した全光論理ゲートを,InP系光デバイスプロセスに基づいて試作した.その結果,入力制御光のパワーが7dBmの時,10dBの全光スイ'ッチング消光比を得た.並行して,フェーズドアレイ型マトリックス光スイッチの開発を行い,1x8のスイッチ規模を実現した.(2)G2全光フリップフロツプデバイスまず本研究の出発点となる分布ブラッグ反射鏡(DBR)集積MMI双安定レーザ(BLD)型全光フリップフロップについて,その波長可変化を行った.その結果,波長可変幅3.1nm,消光比24.7dB,副モード抑圧比21.5dBなどの優れた性能を得た.さらに,DBRとマッハツェンダー干渉計(MZI)型BLDを組み合わせた新たな全光フリップフロップの開発にも着手した.(3)G2非相反光デバイス非対称な断面形状を有する光導波路と非相反位相シフトを組み合わせた非相反偏光変換素子を研究した,まずその動作原理と構造について検討した後,導波路断面内での電界分布の解析を行い,さらに導波路長手方向の偏光ごとの強度分布を計算した.その結果,波長1.55μm帯において,0.27mmの素子長で93%の非相反偏光変換が可能であることが示された.この偏光変換素子は,偏光子または偏光モードスプリッタと組み合わせれば即座に光アイソレータとして動作させることができるので,光集積回路に新たな機能をもたらすビルディングブロックとして期待される.(4)大規模集積プロセス技術の開発デジタルフォトニクス実現の鍵となる有機金属気相エビタキシ(M0VPE)における選択成長技術を,InGaN系の混晶半導体に拡張した.その結果,一度の結晶成長で同一基盤上の青から緑に至る発光を確認,実証した.(1)G2全光論理ゲートデバイス昨年度に引き続き,InPフェーズドアレイ型マトリックス光スイッチの開発を行い,1x16のスイッチ規模を実現した.試作された光スイッチを用いて,光ラベルによる160Gbps RZ-OOKパケットおよび10Gbpsx12波長DPSKパケットの1x16スイッチング実証実験を行い,前者は0.7dB,後者は0.6dBの僅かなパワーペナルティしかないエラーフリー動作を得た.並行して同光スイッチを適用したOPS/OCS混在光ルーティング実験を行い,所期の特性を実証した.さらに,同光スイッチと超小型コイルファイバーを組み合わせ実用的な全光バッファーを世界で初めて開発することに成功し,OFCポストデッドライン論文として採択されるに至った.(2)G2全光フリップフロップデバイス昨年度開発に着手した分布ブラッグ反射鏡(DBR)とマッハツェンダー干渉計(MZI)型BLDを組み合わせた新たな全光フリップフロップ素子を完成し,動作波長範囲として58nmを得た.次に動特性を評価し,2.5pJの入力光パルスに対し,夫々319ps以下,68ps以下の立ち上がり/立ち下がり時間を得た.

素子性能の限界を知るため,結合レート方程式によるモデリングと動特性シミュレーションを行った.さらに,同素子に光クロック信号を入力するDポートを付加することに着手し,初期的ながら,クロック信号に同期したフリップフロップ出力を得ることに成功した.(3)G2非相反光デバイス非相反位相シフト型光デバイスを実現するに必須の導波路型偏光回転素子を研究した.非対称リッジ導波路という従来にない簡便な構造を発明し,シミュレーションで特性予測を行った後,同素子を実際に作製して,偏光回転の原理動作を確認した.(4)デジタル光集積回路の開発昨年度開発を終えた多モード干渉(MMI)型全光フリップフロップと,半導体光アンプ(SOA)-MZI型全光スイッチをモノリシック集積化したワンチップ全光パケット処理回路を試作.10Gbps,40Gbpsの単一波長光パケットと,160Gbpsの多波長光パケットを試作光集積回路で実際にルーティングし,全てのデータレートでエラーフリー動作を達成した.これより,全光ルーティング集積回路のデータレートおよび波長に対する透明性が実証された.(1)G2全光論理ゲートデバイス昨年度に引き続き,InPフェーズドアレイ型マトリックス光スイッチの開発を行い,1x100のスイッチ規模を実現した.半導体光増幅器アレイをモノリシックに集積することにより40dB以上の高い消光特性を達成し,10Gbps信号のスイッチング実験では,パワーペナルティが1dB以下のエラーフリー動作を得た.本成果はECOCポストデッドライン論文として採択されるに至った.また,並行して,光スイッチの各出力ポートに光モニタを集積する技術を提案し,パワーモニタ内蔵型光スイッチの試作に成功した.(2)G2全光フリップフロップデバイス昨年度提案した分布ブラッグ反射鏡とマッハツェンダー干渉計型レーザを組み合わせた全光フリップ光クロックフロップ素子の光クロック動作について,詳細な実験を行い,15451559nmの広範なクロック波長可変範囲を初めとする,所期の動作を確認した.また,結合レート方程式による動特性シミュレーション手法を構築し,実験結果を完全に再現することに成功した.さらに,入力信号に由来した波形歪みを取り除くための新規デバイス構造を提案し,シミューレーションにより有効性を実証した.(3)G2非相反光デバイス昨年度までに開発した非相反損失光デバイスをリング共振器レーザ内部にモノリシック集積することに成功した.非相反損失光デバイスに印加する磁場の方向を反転させることにより,リングレーザの発振方向を制御できることを実証した.(4)デジタル光集積回路の開発昨年度開発した,光スイッチと光遅延線を組み合わせた光バッファ回路の集積化をさらに推し進め,光遅延線,光カプラ,および,可変光減衰素子を石英系プレーナ光波回路上にワンチップ集積し,光スイッチとハイブリッド実装したコンパクトな光バッファ集積回路の作製に成功した.可変光カプラの結合比を制御することによりポート間バラツキを動的に制御する手法を提案し,初期的ながら,実験により原理動作を確認した.
分子モーターの駆動ポテンシャルの測定

特別推進研究の採択が決まり、この基盤研究の予算残高を返金した。7月までの研究報告は以下の通りです。単一分子回転モーターであるF1-ATPaseにつき、以下の実験を行って回転ポテンシャルの決定を試みた。1.ビーズの粘性抵抗によるトルク測定F1-ATPaseの回転子であるγサブユニットに種々の大きさのプラスチックビーズを1個ないし2個結合させ、その回転速度から駆動トルクを見積もった。最高速度の10分の1以下では、速度によらず約40pNnmという一定のトルクが得られた。トルクは回転角によらず、回転ポテンシャルは線形ということになる。2.磁気ピンセットによる停止トルクの測定1では摩擦抵抗に対するトルクを計測したが、保存力に対するトルクを見積もるため、γサブユニットに磁気ビーズを結合させ、外部磁界によりトルクを与えた。F1のトルクと外部トルクが釣り合うところでF1の回転が停止する。実験系ができたばかりでまだデータが少ないが、やはり角度にほとんどよらないトルクが得られた。3.蛍光性ATPアナログによるATP結合と回転の同時測定無偏光エバネッセント励起光学系を製作し、F1-ATPaseへの蛍光性ATPアナログ(Cy3ATP)の結合の1分子観察を行った。同時にγサブユニットに結合させたビーズの回転も観察したところ、Cy3ATPの結合と同時に120度のステップ回転をすることが分かった。途中の角度で止めてCy3ATPの結合頻度を観察することにより、回転ポテンシャルのヌクレオチド依存性を決定すべく、準備を進めた。回転ポテンシャルの基となる分子構造を明らかにするため、結晶化の準備を行った。
FPGAを用いた超高速ハードウェアソーティングアルゴリズムの開発

本研究では,アプリケーションに特化した演算パイプラインとデータ供給機構を実装可能というFPGAの特徴を最大限活用し,ソーティングを高速に実行するハードウェアアルゴリズムの開発に取り組む.具体的には,FPGAのオンチップメモリベースで実現される仮想的なマージソートツリーを既存研究の高スループットマージソートツリーの部分木に適用した新しいアーキテクチャを提案し,それをソーティングネットワークと組み合わせる.提案手法を実行するプロトタイプシステムをFPGA評価ボードを用いて構築し,ソートするデータ数やデータの分布を変化させた幾つかのソート処理を実行させ,提案手法の演算性能と電力効率を評価する.本研究では,アプリケーションに特化した演算パイプラインとデータ供給機構を実装可能というFPGAの特徴を最大限活用し,ソーティングを高速に実行するハードウェアアルゴリズムの開発に取り組む.具体的には,FPGAのオンチップメモリベースで実現される仮想的なマージソートツリーを既存研究の高スループットマージソートツリーの部分木に適用した新しいアーキテクチャを提案し,それをソーティングネットワークと組み合わせる.提案手法を実行するプロトタイプシステムをFPGA評価ボードを用いて構築し,ソートするデータ数やデータの分布を変化させた幾つかのソート処理を実行させ,提案手法の演算性能と電力効率を評価する.
高分子固体の高次組織と力学的および電気的物性・機能との相関

ポリオキシメチレン(POM)の超延伸・高弾性率繊維の力学物性とモルフォロジ-の相関を解明する研究の一環として,POM繊維の結晶モルフォロジ-を評価する新しい分光学的手法を開拓した。特定の対称種に属する赤外バンドの波数がモルフォロジ-によって大きくシフトする現象に着目して,線型および大環状POMについて振動数とモルフォロジ-との定量的関係を調べた。POM結晶が典型的な折れたゝみ鎖結晶(FCC)から伸び切り鎖結晶(ECC)に移るにしたがって,分子鎖軸方向に遷移モ-メントをもつA_2対称種の赤外バンドが最高105cm^<ー1>も低波数シフトする。この現象は一連の極性高分子結晶に共通して観測され,遷移双極子相互作用によって生ずることを明らかにした。このような赤外バンドの特異的な変化は大環状POMについても見出された。この波数変化はPOM繊維におけるモルフォロジ-の違いを知るのに利用できる。たとえば,A_2(4)バンドの波数はFCCで1002cm^<ー1>に現れるが伸長率λと共に低波数シフトし,λ【similar or equal】5で903,λ>20で899cm^<ー1>にシフトし針状結晶(ECC)の極限値897cm^<ー1>に近ずく。さらに,分子運動が力学物性におよぼす効果に関し,CH伸縮領域のラマンスペクトルおよび回転型格子振動の遠赤外バンドの温度変化から,130K以上で分子鎮軸回りの回転ゆらぎを生じ,これによって結晶弾性率の低下が起ることを明らかにした。強誘電性液晶の相転移の分子機構に関し,一連の芳香族系強誘電性液晶分子について結晶から等方液体に至る相転移過程をX線回折および赤外・ラマン分光で考察した。結晶は複雑な固相転移過程を経て強誘電液晶相(S^*_c)へ転移し,ついで常誘電液晶相(Ch)へ移る。その間,層状構造の段階的変化と共にメソゲンであるビフェニル基のねじれなど分子内構造の変化を生ずることを示した。