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量子重力及び物性理論への場の理論の応用

別紙のように平成7年度には、北大サイドから、中山隆一、石川健三、河本昇の3氏がコペンハーゲンのニールス・ボ-ア研究所に滞在し色々な議論を行い、ニールス・ボ-ア研究所からは、Jan AmbjornとPoul Olesenの2氏が、北大の素粒子論研究室に滞在し、共同研究及び専門的な研究交流に向けての非常に活発な議論が行われた。また平成8年度には、北大サイドから、石川健三、末広一彦、河本昇、鈴木久男の4氏がコペンハーゲンのニールス・ボ-ア研究所に滞在し共同研究及び、色々な議論を行い、ニールス・ボ-ア研究所からは、JensLyng Petersen,Holger Bek NielsenとPoul Hendrick Damgaardの3氏が、北大の素粒子論研究室に滞在し、共同研究の議論を含め非常に有効な議論が行われた。その結果次にあげるような、国際的な共同研究或いは研究交流に対して、色々な成果が得られた。河本はAmbjornが北大に来た折りに下記に述べる、量子重力理論の数値計算に対しての共同研究の提案を行った。その結果河本が、平成7年度末の3月と8年度11月にニールス・ボ-ア研究所に滞在した折、及びその間或いはその後共同研究が進行した。この共同研究は、2次元のダイナミカルな格子による量子重力理論の研究でc=-2の模型に対しての数値計算を有限サイズスケーリングの観点から見直すことを主眼としたものである。この研究の元々の出発点は、河本等によって始められた、c=-2の数値計算のアルゴリズムを用い、Ambjorn等によって始められた、有限サイズスケーリングの方法を取り入れて、更に精度の高い数値計算による結果を得ることを、目的とした。その結果これまで与えられた、2次元の量子重力の数値計算としては、最高精度を与える計算結果が得られた。またその過程で、格子重力理論に於ける、連続極限の取り方に対しての新たな知見が得られ、理論計算とうまく合うことも示された。その結果は、レター形式の論文として出版予定であり、現在詳しい内容の論文を制作中である。河本はまた、北大の学生及びH.B.Nielsen氏とAshtekar形式の重力理論の格子化に対して、共同研究を始め11月にニールス・ボ-ア研究所を訪問した際にはこの点に関しての集中した議論を行った。この問題に関しては、大まかの枠組みの定式化が出来たが、現在進行化のプロジェクトである。その他、河本、末広及び北大の学生を含めたグループは、河本-綿引によって提案された、任意次元に拡張されたChern-Simons作用の量子化の問題に取り組み、それに成功した。これらの点に関しては、P.H.Damgaard氏の専門領域でもあり、色々な有意義な議論をする事もできた。アベリアンの場合は既に成功して、論文として出版中であり、非アベリアンの場合は、infinitely reducibleな系の量子化に対応しているという面白い結果を得、論文として現在投稿中である。中山氏は平成7年の夏及び平成8年3月にそれぞれ1カ月ずつニールス・ボ-ア研究所に滞在した折、又Ambjorn氏が札幌に来た折に量子重力の種類の問題を議論し、物質場が入った場合のフラクタル次元の解析的な計算等の問題に対しての共同研究を行い論文にまとめた。その他に格子化した量子重力理論に対して、種種の研究を行っており、それ等の成果はこの間の研究成果として論文にまとめられている。石川氏は量子ホール効果の研究を中心に研究を行っており、ニールス・ボ-ア研究所滞在中に、Alan Luther氏と物性理論の場の理論からの解釈に対して幅広い議論を行った。また北大を中心としたポストドックレベルの研究者との共同研究を行っており、色々な成果を上げている。鈴木氏は平成8年度末にニールス・ボ-ア研究所に滞在しており彼の進めている、超対象性を持った場の理論の、非摂動効果に対する厳密解の研究に関しての議論を積極的に進めている。ニールス・ボ-ア研究所には、P.di Vecchiaを中心とした、グループがこの問題に積極的に取り組んでおり、活発な研究交流が期待される。鈴木氏個人のこの問題に対する成果は既に色々あり、別紙に与えられている。またニールス・ボ-ア研究所かから来た、研究者はこちらに来て北大の研究室に対して、色々な貢献をした。それぞれの研究者は、講義形式でのセミナーを行い学生に大いに有益な知識を与えた。

その結果河本が、平成7年度末の3月と8年度11月にニールス・ボ-ア研究所に滞在した折、及びその間或いはその後共同研究が進行した。この共同研究は、2次元のダイナミカルな格子による量子重力理論の研究でc=-2の模型に対しての数値計算を有限サイズスケーリングの観点から見直すことを主眼としたものである。この研究の元々の出発点は、河本等によって始められた、c=-2の数値計算のアルゴリズムを用い、Ambjorn等によって始められた、有限サイズスケーリングの方法を取り入れて、更に精度の高い数値計算による結果を得ることを、目的とした。その結果これまで与えられた、2次元の量子重力の数値計算としては、最高精度を与える計算結果が得られた。またその過程で、格子重力理論に於ける、連続極限の取り方に対しての新たな知見が得られ、理論計算とうまく合うことも示された。その結果は、レター形式の論文として出版予定であり、現在詳しい内容の論文を制作中である。河本はまた、北大の学生及びH.B.Nielsen氏とAshtekar形式の重力理論の格子化に対して、共同研究を始め11月にニールス・ボ-ア研究所を訪問した際にはこの点に関しての集中した議論を行った。この問題に関しては、大まかの枠組みの定式化が出来たが、現在進行化のプロジェクトである。その他、河本、末広及び北大の学生を含めたグループは、河本-綿引によって提案された、任意次元に拡張されたChern-Simons作用の量子化の問題に取り組み、それに成功した。これらの点に関しては、P.H.Damgaard氏の専門領域でもあり、色々な有意義な議論をする事もできた。アベリアンの場合は既に成功して、論文として出版中であり、非アベリアンの場合は、infinitely reducibleな系の量子化に対応しているという面白い結果を得、論文として現在投稿中である。中山氏は平成7年の夏及び平成8年3月にそれぞれ1カ月ずつニールス・ボ-ア研究所に滞在した折、又Ambjorn氏が札幌に来た折に量子重力の種類の問題を議論し、物質場が入った場合のフラクタル次元の解析的な計算等の問題に対しての共同研究を行い論文にまとめた。その他に格子化した量子重力理論に対して、種種の研究を行っており、それ等の成果はこの間の研究成果として論文にまとめられている。石川氏は量子ホール効果の研究を中心に研究を行っており、ニールス・ボ-ア研究所滞在中に、Alan Luther氏と物性理論の場の理論からの解釈に対して幅広い議論を行った。また北大を中心としたポストドックレベルの研究者との共同研究を行っており、色々な成果を上げている。鈴木氏は平成8年度末にニールス・ボ-ア研究所に滞在しており彼の進めている、超対象性を持った場の理論の、非摂動効果に対する厳密解の研究に関しての議論を積極的に進めている。ニールス・ボ-ア研究所には、P.di Vecchiaを中心とした、グループがこの問題に積極的に取り組んでおり、活発な研究交流が期待される。鈴木氏個人のこの問題に対する成果は既に色々あり、別紙に与えられている。またニールス・ボ-ア研究所かから来た、研究者はこちらに来て北大の研究室に対して、色々な貢献をした。それぞれの研究者は、講義形式でのセミナーを行い学生に大いに有益な知識を与えた。
早期の癌に対する標準的放射線治療方法確立と適応決定に関する研究

画像診断の進歩により早期の癌が高率に発見されるようになり、またQOL重視の風潮の中で早期のがんに対する放射線治療の役割が高まっている。しかし、治癒の可能性の高いこれらの癌に対する標準的放射線治療方法はいまだ確立していない。私どもは種々の早期のがんに対して全国集計を行い、結果を解析し、標準的と考えられる治療方法を提示してきた。さらに、標準的治療方法確立のために種々の臨床試験の提案を行い、実行してきた。また、放射線に感受性の高いがんの選別に関する研究も行った。画像診断の進歩により早期の癌が高率に発見されるようになり、また放射線治療成績の向上、QOL重視の中で早期のがんに対する放射線治療の役割が急増している。しかし、治癒の可能性の高いこれらの癌に対する標準的放射線治療方法(照射野、照射方法、線量分割法、総線量、小線源との併用、化学療法との併用など)は確立していない。私どもの研究班ではすでに早期の頭頸部癌、食道癌、肺癌、乳癌、子宮頸癌、前立腺癌、悪性リンパ腫などを対象として、全国集計によるretrospectiveな解析と文献データによるエビデンスの収集を行い、その結果に基づいて標準的と考えられる放射線治療方法提示を行った(早期のがん治療法の選択ー放射線治療ー、金原出版)。その過程で標準的放射線治療方法確立のための様々な臨床試験が提案された。今回は臨床試験を全国多施設で実施し、早期のがんに対する標準的放射線治療方法を確立すると同時に、手術との適応をより明確にするために早期のがんの放射線感受性を明らかにすることを目的とした。本年度は各種臓器がん毎に臨床試験のデザインを検討した。頭頸部癌に対するTS1併用化学放射線療法の第1相層試験、胸部食道癌を対象とした局所照射野による化学放射線療法の第2相試験、腎臓癌に対する定位放射線治療の第1,2相試験、子宮頸癌に対する低総線量第2相試験、前立腺癌に対するIMRT(強度変調放射線治療法)による線量増加試験、肛門管癌に対する化学放射線療法の第1、2相試験、ギメラシルの放射線増感効果に関する医師主導第1相臨床試験などについて検討し、一部はすでに臨床試験に入り、また一部はプロトコールの検証段階に入り、また一部は登録症例数などを知る予備アンケート調査に入っている。さらに、乳癌および食道癌について過去の病理組織標本から分子生物学的指標などを用いて放射線感受性を同定する研究を開始している。私どもの研究班ではすでに早期の頭頸部癌、食道癌、肺癌、乳癌、子宮頸癌、前立腺癌、悪性リンパ腫などを対象として、全国集計によるretrospectiveな解析と文献データによるエビデンスの収集を行い、その結果に基づいて標準的と考えられる放射線治療方法提示を行った(早期のがん治療法の選択-放射線治療-、金原出版)。今回は臨床試験を全国多施設で実施し、早期のがんに対する標準的放射線治療方法を確立すると同時に、手術との適応をより明確にするために早期のがんの放射線感受性を明らかにする。各種臓器がん毎に臨床試験を提案し、プロトコールを検討した。早期頭頸部癌に対するTS1併用化学放射線療法の第1、2相試験および粒子線による臨床試験、切除可能食道癌を対象とした局所照射野による化学放射線療法の第2相試験、乳房温存術後照射に関する臨床試験、腎臓癌に対する定位放射線治療の第1,2相試験、子宮頸癌に対する低総線量第2相試験、前立腺癌に対するIMRT(強度変調放射線治療法)による線量増加試験、肛門癌に対する化学放射線療法の第1、2相試験、ギメラシルの放射線増感効果に関する医師主導第1相臨床試験などについて検討し、一部はすでに臨床試験に入り、また一部はプロトコールの検証段階に入り、また一部は登録症例数などを知る予備アンケート調査に入っている。さらに、各種がんの生検組織標本による分子生物学的解析や低酸素領域のPET画像解析などから放射線感受性を同定する研究を行った。しかし、治癒の可能性の高いこれらの癌に対する標準的放射線治療方法(照射野、照射方法、線量分割法、総線量、化学療法との併用など)は確立していない。私どもの研究班ではすでに早期の頭頸部癌、食道癌、肺癌、乳癌、子宮頸癌、前立腺癌などを対象として、全国集計によるretrospectiveな解析と文献データによるエビデンスの収集を行い、その結果に基づいて標準的と考えられる放射線治療方法提示を行った(早期のがん治療法の選択-放射線治療-、金原出版)。

その過程で標準的放射線治療方法確立のための様々な臨床試験が提案された。今回は臨床試験を全国多施設で実施し、早期のがんに対する標準的放射線治療方法を確立すると同時に、手術との適応をより明確にするために早期のがんの放射線感受性を明らかにする。各種臓器がん毎に臨床試験を検討し、プロトコールを作成した。早期頭頸部癌に対するTS1併用化学放射線療法の第1、2相試験、早期の食道癌を対象とした照射野設定に関する第2相臨床試験および化学放射線療法併用に関する第2相試験、乳房温存術後照射の照射基準に関する臨床試験、腎臓癌に対する定位放射線治療の第1,2相試験、子宮頸癌に対する低総線量第2相試験、前立腺癌に対するIMRT(強度変調放射線治療法)による線量増加試験、肛門癌に対する化学放射線療法の第1、2相試験、ギメラシルの放射線増感効果に関する医師主導第1相臨床試験、並びに粒子線による臨床試験などについて検討した。すでに臨床試験に入った研究、プロトコール検証段階の研究、また登録症例数の予備調査を行っている研究がある。今年度は、さらにPETなど画像診断および生検組織標本による分子生物学的指標と予後との相関を求める研究や、照射後のQOLに関する調査研究などを行った。画像診断の進歩により早期の癌が高率に発見されるようになり、また放射線治療成績の向上、QOL重視の中で早期のがんに対する放射線治療の役割が急増している。しかし、治癒の可能性の高いこれらの癌に対する標準的放射線治療方法(照射野、線量分割法、化学療法との併用など)は確立していないのが現状である。私どもの研究班はすでに早期の頭頸部癌、食道癌、肺癌、乳癌、子宮頸癌、前立腺癌などを対象として、全国集計によるretrospectiveな解析と文献データによるエビデンスの収集を行い、標準的と考えられる放射線治療方法提示を行った(早期のがん治療法の選択ー放射線治療ー、金原出版)。早期頭頸部癌に対するTS1併用化学放射線療法の第1、2相臨床試験、早期の食道癌を対象とした照射野設定に関する第2相臨床試験、乳房温存術後照射の照射基準に関する臨床試験、腎臓癌に対する定位放射線治療の第1,2相臨床試験、子宮頸癌画像誘導腔内照射の弟1相臨床試験、前立腺癌に対するIMRT(強度変調放射線治療法)による線量増加試験、肛門癌に対する化学放射線療法の第1、2相臨床試験、ギメラシルの放射線増感効果に関する医師主導第1相臨床試験、並びに粒子線による臨床試験などについて検討した。各臨床試験の継続と、新規プロトコールの検証および登録症例数の予備調査を行った。また、PETなど画像診断および生検組織標本による分子生物学的指標と予後との相関を求める研究を行い、さらに放射線治療後の早期の再発癌に対する治療法の確立についても検討した。
光格子中に２種類の冷却フェルミ原子が共存する系における量子多体効果

我々は、光格子中の斥力相互作用をする3成分冷却フェルミ原子系における超流動を調べた。まず、2種類の斥力が他の1種類より強い場合、ハーフフィリング近傍に拡張s波超流動が現れる事を明らかにし、温度・斥力比・フィリングに関する相図を得た。次に、斥力の違いを抑制すると、超流動ペア対称性がd波に変化する事を明らかにした。従ってこの系は、超流動ペア対称性が制御可能な量子シミュレータと見做される。この系はまた、3成分6Liフェルミ原子ガスを光格子に置く事で実現可能である。本研究で得られた知見は冷却原子系の分野だけでなく、鉄系超伝導をはじめとする多軌道を持つ相関電子系ので超伝導の研究にもインパクトを与える。前年度に引き続き、今年度は、光格子中に質量の等しい3種類のフェルミ原子が存在する系の超流動を調べた。この系は、3成分内部自由度を持つ光格子中の冷却フェルミ原子系とみなすことができる。これまでの研究で、異なるカラーの原子間に作用する3種類の斥力のうち、2種類が他より著しく強い場合、ハーフフィリング近傍に超流動が現れる事を示した。今年度は、1)この超流動の安定性、2)クーパーペアの対称性について調べた。1)強相関領域では、2種類のカラーによるペア原子と他のカラーの原子とに相分離する可能性が考えられる。ここで、ペア原子相では超流動は現れない。拡張反復摂動展開をソルバーとする動的平均場理論により、超流動がこの相分離に対して安定かどうかを調べた。前年度より計算精度を上げ、より低温まで調べた結果、相分離が起こる強相関領域とフェルミ流体が現れる弱相関領域の間に、超流動相が現れる事を確認した。さらに、自己エネルギー汎関数法で3重占有率を調べた結果、超流動相のパラメータ領域では3重占有率が著しく抑制されることを明らかにした。このことは、3体ロスが抑制されることを示唆する。以上より、光格子中に質量の等しい3種類のフェルミ原子が存在する系の超流動状態は、相分離・3対ロスに対して安定であることが明らかになった。2)1粒子励起スペクトル、および他のダイナミクスの解析から、この超流動のペア対称性はs波と考えられる。ペア対称性が等方的s波か、拡張s波かをエリアシュベルク方程式を用いて調べている。今年度は、この超流動に本質的寄与をすると考えられるRPA型ダイヤグラム、およびラダー型ダイヤグラムを無限次まで取り入れた有効相互作用の導出に成功し、それを用いてエリアシュベルク方程式を書き下した。これに対する数値的は現在実行中である。予備的な結果を2013年物理学会年次大会で発表した。今年度は前年度までの研究で明らかにした、光格子中で斥力相互作用をする3種類の冷却フェルミ原子系における超流動状態のペア対称性を、エリアシュベルグ方程式に基づき調べた。まず、3種類ある斥力のうち、2種類が他の1種類より著しく強い場合、超流動のペア対称性は拡張s波である事を明らかにした。この超流動状態は、相図においてハーフフィリングでのペアモット相に隣接しているにもかかわらず、斥力系でナイーブに予想されるd波超流動ではなく、拡張s波超流動であるという著しい特徴を示す。その起源は、カラー密度波の量子揺らぎである事を、有効相互作用の解析から明らかにした。さらに、3種類の斥力の違いを抑制すると、超流動のペア対称性は、ノードを持つs波→d_{xy}波→d_{x2-y2}波と変化する事を明らかにした。この超流動ペア対称性の変化は、競合する3種類の量子揺らぎの中で、支配的な量子揺らぎが変わる事に起因する。我々は3年間の研究で、主として、光格子中の斥力相互作用をする3成分冷却フェルミ原子系における超流動を調べた。まず、動的平均場理論を用いて調べた結果、2種類の斥力が他の1種類より強い場合、ハーフフィリング近傍において超流動が現れる事を明らかにし、温度・斥力の比・フィリングに関する相図を得た。次に、斥力の違いを抑制すると、超流動ペア対称性は上記のように変化する事を明らかにした。3成分フェルミ原子ガスは6Li原子で実現している他、171Yb-173Ybフェルミ原子混合系でも実現可能と考えられる。これらを光格子に置いた系で相互作用を制御する事により、光格子中の3成分冷却フェルミ原子系は、超流動ペア対称性を制御可能な量子シミュレータとしての役割を果たす。本研究で得られた知見は冷却原子系の分野だけでなく、鉄系超伝導をはじめとする多軌道を持つ相関電子系ので超伝導の研究にもインパクトを与えると考えられる。

今年度は、光格子中において3成分内部自由度を持ち斥力相互作用をする冷却フェルミ原子の絶対零度から有限温度に亘る状態を系統的に調べた。この系は質量が等しい3種類のフェルミ原子の混合系とみなすことができる。3種類の原子間斥力が異なる場合、ハーフフィリングの基底状態は「カラー原子密度波」である事を我々は既に示した。ハーフフィリングからフィリングをシフトすると、どのような状態が現れるかは興味深い問題である。今回我々は、ソルバーにダイヤグラム展開を用いた動的平均場理論、および自己エネルギー汎関数法を用いて、この問題を系統的に調べた。その結果、斥力が強くなるとハーフフィリング近傍において、フェルミ流体から超流動へと連続転移する事を明らかにした。この超流動では最も弱い斥力を持つ2種類の原子がクーパーペアを作り、残りの種類の原子はフェルミ流体になっている。すなわち、引力系でのカラー超流動に類似の性質を持つ。この超流動はクーパーペアに係わらない原子の密度揺らぎにより誘起される。この斥力に起因した特徴的超流動状態は、温度-フィリング相図においてペアモット絶縁体に隣接しているにもかかわらず、クーパーペアの対称性はs波という著しい特徴を持つ。次に、ペア原子とペアを作らない原子に相分離した状態と超流動との競合について調べた結果、超流動状態は弱相関領域のフェルミ流体と強相関領域の相分離状態の間に安定に存在する事を明らかにした。そして、フィリング、斥力の比と強さを変えて、これら3状態の有限温度相図を求めた。得られた相図に基づき、この超流動状態の観測可能性を議論した結果、6Li3成分斥力フェルミ原子系は良い候補系である事を示した。さらに、計算した1粒子スペクトル、および2重占有率は観測可能である事を指摘した。以上の結果は冷却原子の実験家、及び相関電子系の超伝導の研究者にインパクトを与えると考えられる。当初は、質量の異なる2種類のフェルミ原子の混合系の性質を調べていた。ところが研究を行っているうちに、光格子中に質量の等しい3種類のフェルミ原子系が混合した系において、斥力相互作用系でありながら超流動が現れる可能性を見出した。そこで、結果のインパクトを考えて、後者の研究を優先した。動的平均場理論、および自己エネルギー汎関数法という2種類の非摂動論的手法で調べた結果、斥力異方性が強い系のハーフフィリング近傍において、確かに超流動状態が現れる事を明らかにした。この超流動は、相分離、3体ロスに対しても安定である。また、この超流動は相図上でハーフフィリングのモット絶縁体に隣接して現れるにもかかわらず、ペア対称性はs波と言う著しい特徴を持つ。計算結果を実験系と対応させて解析した結果、この超流動は、3種類の原子スピン状態を持つ6Li原子が混合した系を光格子中に置くことで観測可能であることを指摘した。「研究実績の概要」で説明したように、この系は光格子中の3成分内部自由度を持つ斥力フェルミ粒子系とみなすことが出来る。そのような系におけるs波超流動・s波超伝導は、我々が知る限りこれまでの物性物理では知られていない。そのため、得られる結果は冷却原子の研究者だけではなく、分野を横断して物性物理などの研究者にもインパクトを与えると考えられる。事実、ここまでの結果をまとめた論文はPhysical ReviewLettersに掲載された。以上より、現在までの達成度は(1)に該当すると考えられる。
動的記号過程を活用したQOL評価の革新：共創的デザインによる新しい測定法の開発

本研究では動的記号過程QOL評価法の理論を構築しその測定法を開発すること、そしてそれに基づくQOL評価が医療者と患者との関係性を改善しうるかを検討すること、以上2点を目的としている。そのために本研究では、1)間主観に基づく、新しい健康指標・アウトカム指標としてのQOL評価法の開発、2)医療者と患者のコミュニケーションを改善するツールとして、動的記号過程を活用したQOL評価法を開発することを目的としている。平成30年度は以下の項目について実施した1.動的記号過程アプローチに依拠したQOL測定の理論的検討:「動的記号過程」を念頭においたQOLの定量化方法の検討を行う。システム工学(椹木)、心理統計(脇田)、データサイエンス(田栗)、医学(福原、山本)各領域のエキスパートパネルによる理論的検討を行った。その際にすでに主任研究者が日本語版の独占的頒布権を有する尺度SFツールの測定レンジの限界を念頭に、質問ならびに選択肢の設定方法についてSFツールのオリジナル版開発者であるJohn Ware博士と議論を重ねた。2.共創的デザインを活用したQOL測定法の開発:質問紙法を用いて、一般人から患者まで幅広いレンジで測定できるQOLの測定について、患者、家族、医療者、測定現場の関係者などに質的インタビューを行い、実施可能性、ユーザビリテイ、などに関する意見を得た。具体的には、動的記号過程を念頭においた尺度を開発することを目的として、海外研究者と連携を行い新たな質問項目の尋ね方について複数のバージョンを比較するための予備的な調査を行った。具体的には、少数の対象者を対象に、質問項目選択肢の並び順ならびに表記を変えた3通りの質問を用意し、日本の一般住民集団を対象に質問票調査を実施し、各質問票の計量心理学的な比較を行った。平成30年度は既存の健康関連QOL尺度における問題点について洗い出しを行い、患者、家族、医療者、測定現場の関係者などに対する質的なインタビュー調査を終えることができた。それにより、医療者と患者のコミュニケーションを改善するツールとして患者のQOLを利用することのできるような新たなQOL尺度を作成する上で必要とされるべき事項が明らかとなった。さらには、より良い質問項目を策定するために、質問ならびに回答選択肢の表現技法に特化していくつかのバージョンについて計量心理学的検証に基づいた量的な比較をも実施することのできた意義は大きい。まさに本研究の最終的な目的である、QOLを医療者と患者のコミュニケーションを改善するツールとしていかに活用してゆくかに関する基礎的な知見とも言え、今後より精度の高いQOL測定方法の開発に資するものと思われる。すなわち、これらはQOLの新たな価値の創造につながるものとなりうる。しかしながら、患者と医療者の両者の視点に立脚しているものの、両者の相互作用、すなわち「間主観」の測定法については本年度以降の検討課題である。今後、間主観の測定法を確立してゆくとともに、家族や社会の視点を加味した「集主観」の測定をも見据えた、幅広い視座からのQOL評価法を確立することを目指してゆきたい。今後の研究の推進方策は大きく2つに大別される。すなわち、1)これまで得られた知見および昨年度の研究で確立されたQOL測定方法におけるCATの活用可能性の検討、2)「間主観」の考え方に基づく健康関連QOL測定の新たな理論展開、である。まずは従来の質問紙法によるQOL測定の限界を克服するために、近年活発化した項目応答理論(IRT)に依拠したCAT (Computer Adaptive Testing)の可能性について検討を行う。CATは、多数の項目に答える場合と同様の精度で短時間に測定可能という長所があり、回答者の負担軽減に資するものであると考えられる。引き続き、QOLを医療者と患者のコミュニケーションを改善するツールを目指すという本研究課題における目的達成のため、患者と医療者の両者の相互作用、すなわち「間主観」の測定法についての理論的な枠組みを構築する。CATは固定した項目(項目プール)を使用し、一方向性に測定するという点において従来の測定と本質的な差がない。そこで、患者と医療者それぞれによるQOL測定結果を、両者の前に可視化・共有し、すりあわせを可能にする測定方法・システムを構築する。それらのプロトタイプが完成すれば、地域や医療機関の少数患者を対象にパイロットテストを実施し、実際の測定上の問題点についても検討を行うことを目指す。

2.共創的デザインを活用したQOL測定法の開発:質問紙法を用いて、一般人から患者まで幅広いレンジで測定できるQOLの測定について、患者、家族、医療者、測定現場の関係者などに質的インタビューを行い、実施可能性、ユーザビリテイ、などに関する意見を得た。具体的には、動的記号過程を念頭においた尺度を開発することを目的として、海外研究者と連携を行い新たな質問項目の尋ね方について複数のバージョンを比較するための予備的な調査を行った。具体的には、少数の対象者を対象に、質問項目選択肢の並び順ならびに表記を変えた3通りの質問を用意し、日本の一般住民集団を対象に質問票調査を実施し、各質問票の計量心理学的な比較を行った。平成30年度は既存の健康関連QOL尺度における問題点について洗い出しを行い、患者、家族、医療者、測定現場の関係者などに対する質的なインタビュー調査を終えることができた。それにより、医療者と患者のコミュニケーションを改善するツールとして患者のQOLを利用することのできるような新たなQOL尺度を作成する上で必要とされるべき事項が明らかとなった。さらには、より良い質問項目を策定するために、質問ならびに回答選択肢の表現技法に特化していくつかのバージョンについて計量心理学的検証に基づいた量的な比較をも実施することのできた意義は大きい。まさに本研究の最終的な目的である、QOLを医療者と患者のコミュニケーションを改善するツールとしていかに活用してゆくかに関する基礎的な知見とも言え、今後より精度の高いQOL測定方法の開発に資するものと思われる。すなわち、これらはQOLの新たな価値の創造につながるものとなりうる。しかしながら、患者と医療者の両者の視点に立脚しているものの、両者の相互作用、すなわち「間主観」の測定法については本年度以降の検討課題である。今後、間主観の測定法を確立してゆくとともに、家族や社会の視点を加味した「集主観」の測定をも見据えた、幅広い視座からのQOL評価法を確立することを目指してゆきたい。今後の研究の推進方策は大きく2つに大別される。すなわち、1)これまで得られた知見および昨年度の研究で確立されたQOL測定方法におけるCATの活用可能性の検討、2)「間主観」の考え方に基づく健康関連QOL測定の新たな理論展開、である。まずは従来の質問紙法によるQOL測定の限界を克服するために、近年活発化した項目応答理論(IRT)に依拠したCAT (Computer Adaptive Testing)の可能性について検討を行う。CATは、多数の項目に答える場合と同様の精度で短時間に測定可能という長所があり、回答者の負担軽減に資するものであると考えられる。引き続き、QOLを医療者と患者のコミュニケーションを改善するツールを目指すという本研究課題における目的達成のため、患者と医療者の両者の相互作用、すなわち「間主観」の測定法についての理論的な枠組みを構築する。CATは固定した項目(項目プール)を使用し、一方向性に測定するという点において従来の測定と本質的な差がない。そこで、患者と医療者それぞれによるQOL測定結果を、両者の前に可視化・共有し、すりあわせを可能にする測定方法・システムを構築する。
トランスジェニックマウスを用いたVEGF-CおよびAng-2の機能解析

本研究課題では、Cre/loxPシステムを利用した、VEGF-CあるいはAng-2をコンディショナルに発現するトランスジェニックマウスを用いた解析によって、正常発生過程での血管・リンパ管形成におけるそれぞれの増殖因子の役割を明らかにすることを目的とした。平成19年度では、以下の研究を進めた。1)タモキシフェン誘導型Creリコンビナーゼを広範囲の組織で発現するトランスジェニックマウスと、VEGF-CあるいはAng-2をコンディショナルに発現するトランスジェニックマウスとの2重トランスジェニックマウスを得た後、タモキシフェンの投与によってCre/loxP遺伝子組換えを誘導することで、VEGF-CおよびAng-2の血管・リンパ管形成における機能を解析した。組織特異的Creトランスジェニックマウスの場合に見られた致死的な形態形成異常を回避し、成体での解析が可能となった。2)変異型SV40largeT抗原、tsA58T抗原を内皮細胞特異的に発現するトランスジェニックマウスより、内皮細胞共通の性質および臓器特異的内皮細胞の性質を保持した内皮細胞の長期培養系の確立に成功した。また、子宮および腸間膜より内皮細胞を分離した後、抗Lyve-1抗体を用いた磁気細胞分離法によって血管・リンパ管内皮細胞を得る実験系を確立した。VEGFR-3はリンパ管内皮細胞において強く発現していたが、VEGF-Cによる刺激では、血管・リンパ管内皮細胞の両方で細胞内シグナル伝達分子のリン酸化が誘導された。このことから、腫瘍細胞が産生するVEGF-Cに対して血管・リンパ管内皮細胞の両方が応答する可能性が、改めて示唆された。本研究は、血管・リンパ管形成におけるVEGF-CおよびAng-2の役割を解析することを目的としている。研究実施計画として、1、Cre/loxPシステムを利用した、VEGF-CあるいはAng-2をコンディショナルに発現するトランスジェニックマウスを用いた、各増殖因子の機能解析および実験系の確立、2、各増殖因子を恒常的に発現するES細胞を用いた、テラトーマにおける腫瘍血管・リンパ管形成機構の解析を計画し、平成18年度では以下の結果を得た。1、VEGF-CあるいはAng-2の発現誘導のためのCreリコンビナーゼを発現するトランスジェニックマウスとして、タモキシフェン誘導型Creリコンビナーゼを広範囲の組織で発現するトランスジェニックマウスを作出し、タモキシフェンの投与によるCre/loxP遺伝子組換えの制御が胎生期および成体において実際に可能であることを確認した。2、VEGF-Cを恒常的に発現するES細胞を用いてマウス皮下にテラトーマを形成させたところ、ES細胞の移植後2週でレシピエントマウスが死亡するという予備的結果を得た。移植後2週では野生型ES細胞のテラトーマと比較してサイズが著しく大きく、VEGF-Cによるテラトーマ形成の促進が示唆されるが、血管・リンパ管形成の関与について、野生型ES細胞と比較することが困難であり、実験系の改善を要する。また、変異型SV40 largeT抗原、tsA58T抗原を内皮細胞特異的に発現するトランスジェニックマウスより、内皮細胞としての性質をin vitroにおいてよく保持した血管・リンパ管内皮細胞の分離、培養に成功した。今後は、VEGF-CやAng-2の機能をin vitroで解析する研究資源として利用する。
FABP4のインスリン抵抗性・分泌能への臨床的検討および直接作用の検討

2型糖尿病患者18名、非糖尿病ボランティア19名にグルコースクランプ試験を行い、2型糖尿病患者ではインスリン感受性の低下を認めた。食事負荷試験では2型糖尿病患者群では、非糖尿病ボランティア群と比較して、空腹時および食後の血中FABP4濃度が高値であること、食事負荷による動態が異なっていることを見出した。細胞実験としては、マウス由来骨格筋細胞に分化するC2C12にFABP4を添加することにより、Aktのリン酸化抑制をはじめとした、インスリンシグナルを抑制することをすること見出した。臨床データにて2型糖尿病患者において、FABP4濃度が上昇しており、インスリン抵抗性と相関することを確認している。細胞実験ではFABP4がC2C12において、Aktのリン酸化をはじめとしたインスリンシグナルを抑制することを確認しており、論文作成中である。2型糖尿病患者および非糖尿病ボランティア症例での食事負荷試験およびグルコースクランプ試験でのエントリーをすすめる。モデルマウスを用いた動物実験を進め、血中のFABP4レベルとインスリン抵抗性およびインスリン分泌能についての評価を行う。2018年度には予定通り臨床研究及び細胞実験を行ったが、学会への出張費及び論文作成の際の英文校正費の支出がなく、2019年度に持ち越している。研究は予定通り進行しており、2019年度には上記費用を計上する予定である。
嗅球における匂い経験依存的な神経回路再編の分子機構

嗅球介在ニューロンは、胎生期のみならず成体期でも常に新生され、既存の神経回路に編入されている。また嗅球の神経回路は匂い経験に依存して再編されると考えられているが、その分子機構は不明である。私共はこれ迄に、匂い経験依存的な介在ニューロンの樹状突起の発達やスパインの形成に関与する膜蛋白質5T4や転写因子Npas4を同定した。そこで本研究では、嗅球介在ニューロンの樹状突起において、Npas4がその発現量に応じて、Mdm2のユビキチン化を介して、微小管結合蛋白質のダブルコルチンを分解することにより、スパイン形成を制御していることを明らかにした(Cell Reports, 8, 843, 2014)。嗅球介在ニューロンは胎生期のみならず、成体期においても新生され、新たに神経回路に編入されるというユニークな特徴を持つ。また、嗅球の神経回路は匂い経験に依存して再編されると考えられているが、その機構は明らかにされていない。そこで本研究では、嗅球における匂い経験依存的な神経回路再編の分子機構の解明を目指している。申請者らはこれ迄に、匂い経験依存的な嗅球介在ニューロンの樹状突起やスパインの発達に関与する遺伝子5T4やNpas4を同定した。本研究では、(1) 5T4やNpas4に関連する因子の探索、並びに、(2) 5T4やNpas4ノックアウトマウスの解析を通して、匂い経験依存的な神経回路再編の分子機構機構とその生理的意義を明らかにする。今年度は、(1) 5T4やNpas4に関連する因子を、酵母two hybrid法やChIP-Seq法を用いて単離し、レンチウイルス系を用いて、嗅球介在ニューロンの樹状突起・スパインの発達に関する機能解析を行い、嗅球における匂い経験依存的な神経回路再編の分子ネットワークを解明しつつある。来年度は、(2) 5T4やNpas4ノックアウトマウスは、嗅球介在ニューロンの樹状突起・スパインの発達に異常が生じると予想されるが、それらの神経回路について、パッチクランプを用いた電気生理学的解析、及び、匂いの弁別学習を用いた行動学的解析を行う予定である。これらの解析を通して、神経系における感覚経験依存的な回路再編の基本原理を明らかにするのみならず、臨床医学的な応用に繋げたいと考えている。そこで本研究では、嗅球における匂い経験依存的な神経回路再編の分子機構を解明する。申請者らはこれ迄に、匂い経験依存的な嗅球介在ニューロンの樹状突起・スパインの発達に関与する遺伝子5T4やNpas4を同定した。本研究では、(1)5T4やNpas4に関連する因子の探索、並びに、(2)5T4やNpas4ノックアウトマウスの解析を通して、匂い経験依存的な神経回路再編の分子機構機構とその生理的意義を明らかにする。(1)についてはそれぞれ、酵母two hybrid法やChIP-Seq法を用いて単離し、レンチウイルス系を用いて、嗅球介在ニューロンの樹状突起・スパインの発達に関する機能解析を行うことにより、嗅球における匂い経験依存的な神経回路再編の分子ネットワークを解明する。(2)については、嗅球介在ニューロンの樹状突起・スパインの発達に異常が生じると予想されるが、それらの神経回路について、パッチクランプを用いた電気生理学的解析、及び、匂いの弁別学習を用いた行動学的解析を行う。これらの解析を通して、嗅球における匂い経験依存的な神経回路再編の生理的意義を明らかにする。申請者らはこれまでに、嗅球介在ニューロンにおける匂い経験依存的な樹状突起やスパインの発達に、それぞれ関与する膜蛋白質5T4や転写因子Npas4を同定した(申請者ら,J Neurosci, 32, 2217, 2012)。そこで本研究では、「5T4やNpas4分子が、どのようにして匂い経験依存的な神経回路再編を制御しているのか?」を解析した。1)H25-26年度において、嗅球介在ニューロンでは、転写因子Npas4の発現量に応じて、スパイン形成に関わるダブルコルチンがMdm2のユビキチン化により分解され、スパイン密度が制御されていることを明らかにした(申請者ら, Cell Reports, 8, 843, 2014)。2)H27年度において、膜蛋白質5T4ノックアウトマウスを用いて、嗅球神経回路の電気生理学的な解析や行動学的な解析を行った。その結果、5T4を発現する嗅球介在ニューロンのサブセットがなくなると、匂いの検出感度が低下し、2つの匂い物質を識別することができなくなった。従って、5T4陽性の介在ニューロンは匂いの検出や識別行動に必要不可欠であることが明らかになった(J Neurosci,リバイス投稿中)。ヒトにおいても、5T4遺伝子に有害な変異が生じると、嗅球の神経回路が乱れ、匂いを感じない、識別できないなどの嗅覚障害に陥る可能性もあると考えられる。

今回の研究成果は、嗅覚障害やその他神経疾患の予防や治療につながると期待される。嗅球介在ニューロンは、胎生期のみならず成体期でも常に新生され、既存の神経回路に編入されている。また嗅球の神経回路は匂い経験に依存して再編されると考えられているが、その分子機構は不明である。私共はこれ迄に、匂い経験依存的な介在ニューロンの樹状突起の発達やスパインの形成に関与する膜蛋白質5T4や転写因子Npas4を同定した。そこで本研究では、嗅球介在ニューロンの樹状突起において、Npas4がその発現量に応じて、Mdm2のユビキチン化を介して、微小管結合蛋白質のダブルコルチンを分解することにより、スパイン形成を制御していることを明らかにした(Cell Reports, 8, 843, 2014)。私共はこれまでに、匂い刺激依存的に発現する転写因子Npas4を同定し、それが嗅球介在ニューロンの樹状突起におけるスパインの形成を制御することを示していたが、その分子機構はわかっていなかった。そこで本研究において、私共は、Npas4が転写因子であることから、その下流にあるスパイン形成に関与する遺伝子の発現を制御していると推測した。先ず、Npas4蛋白質が結合するDNA領域を同定するクロマチン免疫沈降-シークエンシング法を用いて、その下流遺伝子を探索した。得られた候補遺伝子について、嗅球介在ニューロンでの発現を調べたところ、蛋白質の分解を促進するユビキチンリガーゼの1つであるMdm2遺伝子の発現が、Npas4ノックアウトマウスでは野生型よりも増加していた。次に、Mdm2が分解する標的蛋白質を、プロテオミクスの一つであるiTRAQ法を用いて探索した。その結果、Npas4ノックアウトマウスの嗅球介在ニューロンでは、Mdm2蛋白質の増加に伴って、微小管結合蛋白質であるDcxの分解が促進されていた。また、Dcx遺伝子を嗅球介在ニューロンで過剰発現させると、スパイン密度が増加することが判明した。以上のように、私共は、嗅球介在ニューロンでは、Npsa4の発現量に応じて、スパイン形成に関わるダブルコルチンがMdm2のユビキチン化により分解され、スパイン密度が制御されていることを明らかにした(Yoshihara et al, Cell Reports, 8, 843-857, 2014)。27年度が最終年度であるため、記入しない。分子生物学、神経科学(1)5T4やNpas4関連分子による嗅球介在ニューロンの樹状突起発達の制御機構前年度に引き続き5T4分子の細胞内領域に結合する分子や、Npas4分子がプロモーター領域に結合する下流遺伝子に関して、それぞれ嗅球介在ニューロンの樹状突起発達やシナプス形成における機能を解析する。(2)ノックアウトマウスにおける嗅球神経回路の電気生理学・行動学的な解析2-1)ノックアウトマウスの行動学的な解析:5T4やNpas4ノックアウトマウスにおいては、感覚入力依存的な介在ニューロンの樹状突起の発達不全やスパインの形成不全が予想されるが、これらの変化がマウス個体の嗅覚情報処理にどのような影響を及ぶすのかを行動学的に解析する。2-2)ノックアウトマウスにおける嗅球神経回路の電気生理学的な解析:5T4やNpas4ノックアウトマウスは、それぞれ嗅球介在ニューロンの感覚入力依存的な樹状突起の発達不全やスパインの形成不全を示すと予想される。
配位子による反応空間制御を鍵とする触媒的脱芳香族的官能基化反応の開発と応用

置換脂環式分子のモジュラー合成法の確立を志向し、金属触媒を用いたベンジルアルコール誘導体の脱芳香族的官能基化反応の開発を行う。本研究で鍵となるのが生成するπ-ベンジル錯体の反応性の制御である。ベンジル位での置換反応を抑制し目的の脱芳香族的反応を優先可能な触媒設計が求められる。本研究では嵩高く、かつ金属中心に反応空間を保持できる傘型構造の配位子の使用を鍵とし、脱芳香族的官能基化反応を達成することを目指す。対象とする化合物は、脱芳香族的反応の後にさらなる変換可能なベンジル位に電子求引性基をもつものとし、多置換脂環式分子の簡便合成法の確立を目指す。
電磁プラズマ流体シミュレーションの共通数値解法の開発：MHDから多流体まで

ケルヴィン・ヘルムホルツ不安定性およびレイリー・テイラー不安定性の非線形発展について、2次元ブラソフシミュレーションにより研究を行った。初期勾配層の幅に対するイオン慣性長やイオンジャイロ半径を変化させたシミュレーションを行い、ホール効果およびジャイロ運動効果などの非MHD効果の寄与を議論した。非MHD効果があまり効かない場合にはMHDシミュレーションと同様の対称的な不安定性の発達が見られ、ホール効果が影響する場合には、非対称に発達することが分かった。またジャイロ運動効果が影響する場合には、イオンジャイロ半径スケールの新たな不安定性が生じ、不安定性の構造の成長を阻害することが分かった。電磁流体プラズマシミュレーションと運動論プラズマシミュレーションとの間で生じる計算結果の違いに着目し、運動論方程式であるブラソフ方程式から流体方程式を導く過程で近似・消失した項について確認した。また、これらの項について、ケルヴィン・ヘルムホルツ不安定性の第一原理運動論ブラソフシミュレーションから近似や無視の妥当性について直接評価を行った。この結果、過去に行われた有限ラーモア半径効果を取り入れたMHDシミュレーションに代表される、電磁流体の運動方程式における圧力テンソルを考慮しただけの流体シミュレーションでは、運動論シミュレーション結果を再現するに至らず、スカラ量として解いているエネルギーの発展方程式においても、圧力をテンソルとして解く必要があるという示唆を得た。またこの結果をもとに、エネルギーの発展方程式に有限ラーモア半径効果を取り入れた電磁流体プラズマコードや、エネルギーをテンソルとして解く新しい電磁流体プラズマコードの開発に着手した。レイリー・テイラー不安定性について、非MHD効果がどのように聞くのかを調べるために、新たに第一原理運動論ブラソフシミュレーションを開始した。計算パラメータをMHD効果のみの場合、Hall効果が効く場合、ジャイロ運動効果が効く場合の3通りに設定し、計算がおおむね終了した。次年度よりデータ解析を開始する。提案していた手法をそのまま用いた場合に、磁場を考慮した場合に生じる数値振動がうまく回避できないため、電磁流体プラズマコード開発自体に遅れが生じている。電磁流体プラズマシミュレーションと運動論プラズマシミュレーションとの間で生じる計算結果の違いに着目し、運動論方程式であるブラソフ方程式から電磁流体方程式を導く過程で近似・消失した項について確認した。この過程で消失した応力テンソル項及び熱輸送テンソル項について、磁気流体力学スケールのレイリー・テイラー不安定性の第一原理運動論ブラソフシミュレーション結果よりそれらの効果について定量的な評価を行った。その結果、イオン及び電子の応力テンソル項の両方は磁気流体スケールの現象にはほとんど影響しないが、イオンの熱輸送テンソルは粒子スケールの二次的な不安定性を発生させる際の要因となっていることを明らかにした。さらに、イオンジャイロ半径スケールおよびイオン慣性スケールの2通りのレイリー・テイラー不安定性の第一原理運動論ブラソフシミュレーションを行った。イオンジャイロ半径スケールのシミュレーションでは、磁気流体スケールの場合と同様にイオンの応力テンソル項は小さな値であった一方で、電子の応力テンソル項が無視できない値を示すことが分かった。イオン慣性スケールのシミュレーションでは、レイリー・テイラー不安定性によって生じる密度擾乱の構造がホール効果によってイオンジャイロ運動とは逆向きに曲げられることが分かった。また、このホール効果は分極電場に起因しており、プラズマ流体に圧縮性の流れを生じさせる効果があることを明らかにした。以上の結果より、従来の流体シミュレーションでは無視されている熱輸送テンソル項が、運動論と流体力学を分けている1つの要因となっていることを示唆した。電磁流体プラズマシミュレーションと運動論プラズマシミュレーションとの比較により、応力テンソル項と熱輸送テンソル項についてのある程度の知見が得られた。電磁流体プラズマシミュレーションと運動論プラズマシミュレーションとの間で生じる計算結果の違いに着目し、運動論方程式であるブラソフ方程式から電磁流体方程式を導く過程で近似・消失した項について解析を行った。この導出過程で消失した応力テンソル項及び熱輸送テンソル項について、磁気流体力学スケールのレイリー・テイラー不安定性の第一原理運動論ブラソフシミュレーション結果を用いて定量的な評価を行った。その結果、イオン及び電子の応力テンソル項は磁気流体スケールのレイリー・テイラー不安定性の発達にはほとんど影響しないことが分かった。一方で、イオンの熱輸送テンソルは粒子スケールの二次的な不安定性を発生させる際の要因となっていることを明らかにした。さらに、前年度に行ったイオンジャイロ半径スケールおよびイオン慣性スケールの2通りのレイリー・テイラー不安定性の第一原理運動論ブラソフシミュレーション結果をより詳細に解析した。イオンジャイロ半径スケールのシミュレーションでは、磁気流体スケールの場合と同様にイオンの応力テンソル項は小さな値であった一方で、電子の応力テンソル項および熱輸送テンソル項が無視できない値を示し、二次的な温度勾配不安定性を引き起こすことを示唆した。イオン慣性スケールのシミュレーションでは、レイリー・テイラー不安定性によって生じる密度擾乱の構造がホール効果によってイオンジャイロ運動とは逆向きに曲げられ、二次的なケルヴィン・ヘルムホルツを引き起こすことを示した。これらの結果より、従来の流体シミュレーションでは無視されている熱輸送テンソル項が、運動論と流体力学を分けている1つの要因となっており、熱輸送テンソルの時間発展を含めて新たな電磁流体プラズマコードを開発する必要があることが分かった。

またジャイロ運動効果が影響する場合には、イオンジャイロ半径スケールの新たな不安定性が生じ、不安定性の構造の成長を阻害することが分かった。計算精度をある程度保ちつつ数値振動の抑制に成功している近年のHLLD型解法やセミディスクリート中心解法で用いられている人工粘性を参考しつつ、計算手法の改良に努める。応力テンソル項と熱輸送テンソル項を含んだ電磁流体プラズマ方程式について、数値解法の検討を開始する。また、これらの項について、有限ジャイロ半径近似が適用可能かどうかの検討も行う。計算科学プログラム開発が思うように進まず、国内外の連携研究者や研究協力者との打ち合わせが十分に行えなかった。プログラム開発がやや遅れたため、国内の連携研究者や研究協力者との打ち合わせが十分に行えなかった。国内外の連携研究者や研究協力者との打ち合わせ及び、これまでに得ている成果の発表を行うため、旅費に使用する。これまでに得られた研究成果の発表旅費に使用する。
分相性ポーラスガラスを用いた放射性セシウム除染システム

放射性汚染物質の処理を念頭に置き、分相ポーラスガラスによるアルカリ金属およびアルカリ土類金属に対するイオン吸着特性と濾過特性を評価した。CsイオンやSrイオンに対する吸着率は高く、ゼオライトに匹敵した。濾過性能はゼオライトと比較して極めて高かった。焼結による固定化の温度は900°C程度で十分であり、1200°C程度が必要なゼオライトと比較して有利である。放射性セシウム等に対して、効果的な吸着システムが構築できる可能性が示された。福島の原発事故に伴う放射性セシウム汚染に対処するには、高度な除染システムと、それを支える有効な吸着剤が必要である。我々が最近見出した知見によれば、ほぼ純粋なシリカからなり、数十ナノメーター径の連続細孔を持つ分相性ポーラスガラス(PG)の内表面は、Csイオンに対する選択的吸着性を示す。さらに汚染水の濾過や、放射性物質の閉じ込めにも適していると考えられる。本研究では、このような分相性PGの特徴に基づいて、土壌と水を汚染している放射性物質の除染システム構築と適用のための検討を行う。具体的には、分相性PGの物性、吸着特性、他吸着剤との比較、セシウム閉じ込め処理、等の基礎的検討と共に、現場への適用を想定したシステム構築を行い、予備的実施を行うと共に、課題を検討することを目的とする。本年度は、特にCsイオンの吸着能に着目した検討を行い、以下のような結果を得た。まず、純粋SiO2等と比較してCsイオンに対する大きな吸着能が示された。妨害イオンの効果を検討したところ、模擬海水使用時でも、実用上十分な選択性が示された。元素分析の結果、SiO2マトリックス中に分散したAlが、酸性度を高めていることが示唆され、ポア中の残留ゲルの特性が重要であることが判明した。従って、Alを含まない母材ガラスから作成した分相性ポーラスガラスは、ポア中残留ゲルがあってもCsイオンに対する選択性を示さないことが予想されるが、これは実験的に確かめられた。ゼオライトとの比較したところ、吸着能はほぼ同等であり、濾過性能は格段に高かった。実際、ゼオライトは水に浸漬すると膨潤し、濾過速度が極めて遅かったが、分相性ポーラスガラスは高い濾過速度を保った。前年度において、放射性セシウムに対する分相性ポーラスガラス(PG)の吸着性が優れていることが明らかになったので、本年度は、その要因を探ることとした。当初は、PGの細孔に残存するゲルの作用を無視していたが、ゲルの残存試料と非残存試料を比較することにより、ゲルの寄与が大きいことが判明したため、ゲルの作用についての検討を行った。1)ゾルゲル法によるモデルゲル作成ーPG細孔内に残存するゲルの同じ成分のゲルをゾルゲル法で調整し、乾燥させてゲル試料を作成し、吸着特性を検討した。残存ゲルがアルニミウムを含むときに高い活性を示したことから、純粋なシリカおよび適当な量のアルミニウムを含むゲルを作成した。凍結乾燥などによって表面積を大きくする工夫を行った。これらの検討の結果、モデルゲルはPG試料に比較して活性が大幅に低く、PG細孔の働きが重要であることが示唆された。2)モデルゲル堆積PGの作成と検討ーゾルゲル法でゾルを作成し、ゲルを完全除去したPGを浸漬させて、PG細孔内にモデルゲルが堆積したモデルPG試料を作成した。セシウムイオンの吸着特性を検討した結果、モデルPGはPGよりも活性は低かったものの、単独ゲルよりも活性が高かった。PG細孔壁にゲルが固定され、イオンの移動空間が確保された効果であると結論した。また、アルミニウムの量と活性が正相関にあることが確かめられ、モデル系の有効性が確かめられた。3)PGと地衣類の複合システムの予備的検討ー重金属を吸着する地衣類として、銅汚染地帯に繁殖するもの等を選び、植物体への汚染の影響を調べた。また、地衣類菌体の培養に適したPGの検討を行った。1、2の検討により、PGのセシウムイオン吸着においてはPG細孔壁の立体的効果ならびに残存ゲル中のアルミニウムの効果が重要であることが分かった。3の検討により、複合システムの可能性が生まれた。環境物理化学当初計画の「空孔径・空孔率の測定」、「BET法による表面積測定」、「微量成分測定」、「吸着特性」、「濾過特性」など、分相性ポーラスガラスの特性評価は順調に進展し、論文執筆に至った。特に、吸着特性評価において、Csイオンに対する選択性の原因として、ポア中の残留ゲルの特性が重要であることが判明したことが特筆される。元素分析の結果、SiO2マトリックス中に分散したAlが、酸度を高めていることが示唆された。一方、汚染現場に対する除染システムの構築に関しては、まだ情報収集に留まっている。一つの理由として、行政主導の除染計画が進展していないことが挙げられる。

これらの要素を勘案して、「おおむね順調に進展している」と評価した。ポア中の残留ゲルの特性が重要であることが分かったので、例えばゾルゲル法により残留ゲルをモデル化した材料を作成して、比較検討する。また、残留ゲルの酸度を高める手法して、Al以外にも、TiやMoなどを導入することが有効である可能性を考え、母材ガラスの成分を調整する計画である。ゾルゲル法によりポア中で吸着能の高い酸化物を合成することも可能であろう。実際、プルシアンブルーをポア中で合成し、内壁を被覆することに成功している。また、酸度の定量化を行うなど、特性評価を精密化させることも重要であると考えている。ポーラスガラスの特性評価の効率が良く、原料の使用量が予定よりも小さかったため。次年度使用額については、主として走査プローブ顕微鏡コントローラーのバーションアップに用いる予定である。