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ウォータジェットを用いた構造物の遠隔打音試験法の開発

本研究目標は,平成25年に国土交通省が公募したうき・はく離を検知する検査基準を満足する新しい試験方法を開発することであった。具体的には,(1)従来技術を代替できること。(2)1万平方メートル実稼働時間が10.8時間以下であること。(3)交通規制が軽減できること。(4)直接費が1万平方メートルあたり245,000円を大きく上回らないこと。申請者らは,ウォータジェットを用いた非破壊検査法である「水撃音響法」を新たに開発し,この課題の解決に取り組んだ。この方法は,数ミリの直径のノズルから連続的に水を放出し,その水で数メートル先の検査面を打撃して,その打撃音から検査面の損傷を評価する方法である。(1)水撃音響法はウォータジェットによる打音法であり,従来技術を代替えするものである。(2)ノズル直径5mm,流速10m/s,検査壁面との距離2mにおいて,移動速度1m/sの条件で,直径400mmの人工欠陥の検出が可能であった。水が当たる点の軌跡の間隔が10cmのとき,検査速度は10cm×1m/sとなる。この検査速度は10.8時間あたり,10cm×1m/s×3600s×10.8時間,すなわち3900平方メートルとなる。水撃音響法では,複数のウォータジェットによる打撃を同時におこなうことが可能であるので,3本のウォータジェットを用いることによって,10.8時間あたり,1万平方メートルを超える検査が可能である。(3)水撃音響法は走行しながらの検査が可能で,また,打撃には水を使用するので人や車に当たっても安全であるため,交通規制を必要としない。(4)水撃音響法で使用する機器は,ポンプ,水タンク,ノズル,マイク,ビデオカメラ等の汎用品であり,装置コストが安く,1日当たりの直接費用が10万円を上回ることはない。以上の開発結果から,当初予定の目標をすべて達成することに成功した。本研究課題,「ウォータジェットを用いた構造物の遠隔打音試験法の開発」における平成28年度の達成課題は,以下の2点であった.○ウォータジェットの特性評価と多様な欠陥の試験○走行型試験装置の開発多様な欠陥の試験の目的は,ウォータジェットによってどのような欠陥が検出可能であるのかを明らかにすることであった.そこで,各種固有振動数の異なる空隙試験片,具体的には浮きを有する壁面タイルを用いて,空隙探査試験を実施した.その結果,ウォータジェットのノズルの直径を適切に選ぶことによって,一辺の長さが150mmの小型タイルから,600mm×900mmの大型タイルの浮きの検出が可能であった.タイルの大きさを変えると欠陥の固有振動数を変化させることができる.試験対象に応じてノズル直径が重要である理由は,ウォータジェットの特性を評価することによって明らかになった.ウォータジェットを高速度カメラで測定し,水滴の大きさおよび間隔からウォータジェットの加振周波数の特性を明らかにした.走行型試験装置として,水タンク,ポンプ,ウォータジェットガン,ガンマイク,ビデオカメラ,バッテリーを搭載した装置を開発した.平成28年度の走行試験装置は,作業者が押して移動させるタイプで,走行速度は4メートル毎秒が限界であった.本装置を用いて,移動しながらのタイルの浮きの検出試験を行った.平成29年度は,車載型検査装置の開発に取り組む予定である.当初予定していた,(1)ウォータジェットの特性評価と多様な欠陥の試験(2)○走行型試験装置の開発,が順調に進んだからである.その成果は,コンクリート工学年次論文集Vol.39,並びに2017International Conference on Material & Processingにおいて論文として採択が決まっている.本研究課題の「ウォータジェットを用いた構造物の遠隔打音試験法の開発」における,平成29年度の研究開発の主要な目標は,「走行型試験装置の開発」と「変動圧力ガンの開発」であった.この装置では水タンクの容量が小さいことによる試験時間が短いという問題や,走行速度が安定しないという問題があった.そこで,車両搭載型の水撃音響法試験装置を開発した.試験対象をコンクリート壁として浮きはく離の検出に成功した.この成果は,平成30年度に,第6回コンクリート構造物の非破壊検査シンポジウム,The Sixth Japan-US NDT Symposium等で発表予定である.変動圧力ガンの開発の目的は,高圧洗浄機を用いた水撃音響試験であった.高圧洗浄機のノズルに圧電素子によって高速に駆動するバルブを搭載し,洗浄ウォータジェットの運動量を変動させることであった.しかながら,ノズルから放出された直後の洗浄ウォータジェットの運動量は変動可能であったものの,洗浄ウォータジェットが壁面を叩くときは,洗浄ウォータジェットの個々の粒子速度のばらつきから,運動量の変動の効果が打ち消されて,壁面を加振する効果はなかった.主要課題であった走行型試験装置の開発および走行しながらの水撃音響法試験が成功したため.車両搭載型試験装置の具体的試験性能は,一本のウォータジェットによる試験では,移動速度1m/sでコンクリート壁内の人工欠陥の検出が可能であった(実際には2m/sでも可能).ウォータジェットの走査線間隔を100mmとすると,毎秒0.1平米の試験が可能である.車両には同時に数本のウォータガンを用いて試験することが可能であるので,例えば,5本のウォータガンを用いると,毎秒0.5平米の検査が可能になる.

これは,一時間で1800平米の試験が可能ということであり,1日(8時間)では1万平米を超える試験が可能となる.本研究目標は,平成25年に国土交通省が公募したうき・はく離を検知する検査基準を満足する新しい試験方法を開発することであった。具体的には,(1)従来技術を代替できること。(2)1万平方メートル実稼働時間が10.8時間以下であること。(3)交通規制が軽減できること。(4)直接費が1万平方メートルあたり245,000円を大きく上回らないこと。申請者らは,ウォータジェットを用いた非破壊検査法である「水撃音響法」を新たに開発し,この課題の解決に取り組んだ。この方法は,数ミリの直径のノズルから連続的に水を放出し,その水で数メートル先の検査面を打撃して,その打撃音から検査面の損傷を評価する方法である。(1)水撃音響法はウォータジェットによる打音法であり,従来技術を代替えするものである。(2)ノズル直径5mm,流速10m/s,検査壁面との距離2mにおいて,移動速度1m/sの条件で,直径400mmの人工欠陥の検出が可能であった。水が当たる点の軌跡の間隔が10cmのとき,検査速度は10cm×1m/sとなる。この検査速度は10.8時間あたり,10cm×1m/s×3600s×10.8時間,すなわち3900平方メートルとなる。水撃音響法では,複数のウォータジェットによる打撃を同時におこなうことが可能であるので,3本のウォータジェットを用いることによって,10.8時間あたり,1万平方メートルを超える検査が可能である。(3)水撃音響法は走行しながらの検査が可能で,また,打撃には水を使用するので人や車に当たっても安全であるため,交通規制を必要としない。(4)水撃音響法で使用する機器は,ポンプ,水タンク,ノズル,マイク,ビデオカメラ等の汎用品であり,装置コストが安く,1日当たりの直接費用が10万円を上回ることはない。以上の開発結果から,当初予定の目標をすべて達成することに成功した。当初予定では,平成29年度は,(1)ウォータジェットの特性評価と多様な欠陥の試験,(2)走行型試験装置の開発,に加えて,(3)変動圧力ガンの開発,(4)フィールド試験を実施する計画であった.そこで,車載搭載型のウォータジョット試験装置を開発し,走行しながらの試験を実施する.この試験は,学内および学外のフィールドで実施する.車載搭載型のウォータジョット試験装置は,車の上にウォータガンおよびガンマイクを設置し,車内に数百リットルの水タンクおよびポンプを搭載する.ポンプは100ボルト電源として,ウォータジェットの威力の増加を図る.100ボルトの電源は,車に専用バッテリーとインバーターを搭載して供給する.(3)の変動圧力ガンは,当初バルブの開閉によって圧力を変動させるタイプを計画していたが,平成28年度の検討の結果,バルブ開閉では圧力のコントロールがうまくできないことがわかった.そこで,平成29年度は,圧電素子を用いて圧力容器内の体積を変動させて,圧力を変化させるタイプの変動圧力ガンの開発に取り掛かる.まずは,車両搭載型水撃音響法試験装置の性能限界を調査する.
窒化物半導体ナノ構造の動的電子相関とダイナミクス

本年度も昨年度と同様に,試料作成を連携研究者の菊池が担当し,光学測定・物性解明を代表者の江馬を中心として,研究協力者の欅田および学生3名が協力して行った.GaNナノコラムについては,コラム形状が動的電子相関に及ぼす影響を明らかにしようと試みたが,測定がうまくいかなかったため,配列効果に対する研究に重心をシフトした.ランダムに配列した場合の光局在の研究と局在が強い状態で強励起したときに生じるランダムレージングについての研究を行った.その結果,GaNナノコラムにおいて始めてランダムレージングの観測に成功し,光局在とランダムレージングの関係も詳細に調べることができた.特に,光局在の全体像を把握できる擬ギャップマップの作成に成功したことは大きい.これにより,コラム径や充填率をどのようにすれば,どの周波数の光が局在するかを判定できるようになった.さらに,単一パラメータスケーリングに関する考察も行い,光の局在長とシステムサイズだけで決まる局在の特性を明らかにした.InNについては,21年度に行った薄膜を用いた基礎物性の解明を,ナノコラムにも進めた.ナノコラムと薄膜を比較すると,キャリアダイナミクスに違いが現れ,ナノコラムは光励起キャリアのバンドギャップ再規格化の効果が非常に強い系だということも判明した.今後は,InNに関しても,コラム径を制御した試料を用いて,より詳細なダイナミクスの研究に発展させて行く予定である.本年度の研究は,試料作成を連携研究者の菊池が担当し,光学測定・物性解明を代表者の江馬を中心として,研究協力者の欅田および学生3名が協力して行った.GaNナノコラムについては、これまでの研究で、励起子・励起子分子・EHPなどが明瞭に観測できることがわかっている。21年度は、コラム径を揃えた試料を作成し、発光測定、ポンププローブ測定などを用いて、幾何学的形状が励起子分子とEHP状態に与える影響を詳細に調べた。また、形状による効果を理論的に予測し、数値計算と実験結果を比較することで、コラム形状が動的電子相関に及ぼす影響を明らかにしようと試みたが,その達成には至らなかった。InNについては、ナノコラムに進む前に、薄膜を用いて基礎物性を明らかにすることに集中した。21年度は、残留キャリア濃度の異なるInN薄膜を用意し、光励起後のダイナミクスをポンププローブ法を用いて測定し,キャリアの緩和機構が,LOフォノン散乱による熱化とキャリア再結合の二つの過程を経ることが明らかになり,それぞれの時定数が求められた.さらに,光励起キャリアのバンドギャップ再規格化の効果が非常に強い系だということも判明した.さらに,ナノコラムがランダムに配列した場合の光局在効果とそれによるレーザー発振に関する研究も発展させた.このテーマは当初の研究計画にはなかったが,本研究で扱うようなナノ材料には非常に重要な問題であるため,今後はこのテーマに関しても進めて行く予定である.本年度も昨年度と同様に,試料作成を連携研究者の菊池が担当し,光学測定・物性解明を代表者の江馬を中心として,研究協力者の欅田および学生3名が協力して行った.GaNナノコラムについては,コラム形状が動的電子相関に及ぼす影響を明らかにしようと試みたが,測定がうまくいかなかったため,配列効果に対する研究に重心をシフトした.ランダムに配列した場合の光局在の研究と局在が強い状態で強励起したときに生じるランダムレージングについての研究を行った.その結果,GaNナノコラムにおいて始めてランダムレージングの観測に成功し,光局在とランダムレージングの関係も詳細に調べることができた.特に,光局在の全体像を把握できる擬ギャップマップの作成に成功したことは大きい.これにより,コラム径や充填率をどのようにすれば,どの周波数の光が局在するかを判定できるようになった.さらに,単一パラメータスケーリングに関する考察も行い,光の局在長とシステムサイズだけで決まる局在の特性を明らかにした.InNについては,21年度に行った薄膜を用いた基礎物性の解明を,ナノコラムにも進めた.ナノコラムと薄膜を比較すると,キャリアダイナミクスに違いが現れ,ナノコラムは光励起キャリアのバンドギャップ再規格化の効果が非常に強い系だということも判明した.今後は,InNに関しても,コラム径を制御した試料を用いて,より詳細なダイナミクスの研究に発展させて行く予定である.
腎性貧血での代償性腎外エリスロポイエチン産生障害の検討とそれに基づく遺伝子治療

慢性腎不全では貧血(腎性貧血)の合併が問題となる。本研究では保存期(透析前)慢性腎不全における腎性貧血においてエリスロポイエチン(EPO)の遺伝子治療の可能性を検討する目的で、慢性腎不全モデルラットの腎と肝での基礎的なEPO産生状態を把握しつつ、EPOの遺伝子治療の可能性を検討した。腎におけるEPO産生(腎でのEPO-RNAと血中EPO濃度)は腎不全のレベルによって異なり、軽度-中等度の腎不全では産生がわずかながら正常ラットより有意に増加し、高度腎不全では再び産生が正常ラットレベルまで低下した。次に瀉血、もしくは輸血負荷を検討したところ、軽度-中等度の腎不全では正常と同様なEPO産生調節が認められ、一方、高度腎不全では瀉血負荷に対応した充分なEPO産生増加が認められず、輸血負荷では生存に影響することも明らかになった。以上の結果より、中等度腎不全までは貧血の進行は生理的必然性に応じたものであり、治療的EPO投与の必要性がないことを示しており、一方、高度腎不全でのみ病的EPO産生低下が生じて貧血が進行するが、輸血実験が示すごとく、過剰な貧血の補正には充分な注意が必要であることも判明した。肝臓におけるEPO産生の検討ではすべての腎不全において肝臓におけるEPO-RNAは有意に増加し、EPO産生に影響する酵素の解析でもEPO産生増加の妥当性が確認された。しかし、その増加量は腎でのEPO産生量と比較して大変少なく、貧血に与える影響が少ないことも判明した。以上の結果より、保存期腎不全でのEPO遺伝子治療の適応は高度腎不全に限局されるが、遺伝子理療のターゲットとなる肝でのEPO産生能力に問題があり、さらに対象の高度腎不全では治療による貧血の改善が過剰となると生命的にも問題が生じる可能性も明らかとなり、遺伝子治療の必要性は必ずしも高くないことが判明した。慢性腎不全患者では貧血(腎性貧血)の合併が問題となる。本研究は腎性貧血においてエリスロポイエチン(EPO)の遺伝子治療の可能性を検討するため、まず、慢性腎不全モデルラットにおいて貧血の機序を再評価し、次に、その結果に基づき、EPOの遺伝子発現を正に調節する転写因子HIF-1α(Hypoxia inducible factor-1α)などによる遺伝子治療を試みる。本研究の初年度である2005年度は、主に第一段階の慢性腎不全での貧血機序の再評価を行った。瀉血モデルをコントロールとして慢性腎不全モデルラットを解析した結果、慢性腎不全での腎ではEPO産生の低下が確認される一方、肝臟では有意なEPO産生の増加が認められた。そこで腎・肝ともにHIF-1αをはじめとするEPO産生の転写因子を検討したところ、腎では転写因子の発現低下が確認され、腎不全に伴い、全体的に貧血に対応する機能が低下していることが判明した。逆に、肝臓では正の転写因子(HIF-1α、HIF-2α)の増加と負の転写因子(PHD-2,pVHL)の低下が伴に認められ、調整的EPO産生亢進状態が判明した。また、EPO遺伝子治療の限界を認識する目的で、EPO産生障害以外の貧血の機序として腎での鉄代謝異常の有無も検討した。その結果、近位・遠位尿細管の鉄トランスポーターとその制御蛋白(ヘプシジン)の腎内発現障害が判明し、腎性貧血の機序が複合性も明らかになった。以上の結果は日本および、アメリカ腎臓学会で報告し、現在論文投稿中である。

これらの結果に基づき、次年度(2006年度)は全体的に機能が低下した腎臓ではなく、調節的機能を保存する肝臟をターゲットとした遺伝子治療を試みる。慢性腎不全では貧血(腎性貧血)の合併が問題となる。本研究では腎性貧血においてエリスロポイエチン(EPO)の遺伝子治療の可能性を検討する目的で、1.慢性不全モデルラットの腎と肝での基礎的なEPO産生状態を把握する。2.必要量に応じたEPOの遺伝子治療を検討する。1は平成17年度にほぼ終了した(昨年の報告書にて報告:腎では基礎状態において貧血のレベルに対応したEPO産生増加は弱く、肝臓で少ないながら代償性産生が認められた)が、この平成17年度の検討の過程で、腎不全の程度を軽度・中程度・高度と3群に分けて解析した場合、貧血は腎不全の進行とともに悪化したが、EPO産生は軽度の腎不全でより低下が認められた。従って、軽度から中等度の腎不全ではEPOの産生低下は調整的低下の可能性があり、高度腎不全でEPO産生が病的に低下する可能性が示唆された。この結果からEPOの遺伝子治療の対象をどのレベルの腎不全から行うべきか、さらに検討する必要が出てきた。そこで、2のEPO遺伝子治療実験を行う前に平成18年度は以下のごとく、さらなる条件検討の研究を行った。慢性腎不全モデルラットを腎不全の程度で軽度、中等度、高度の3群に分け、ラットの大腿動脈にカテーテルを挿入の上、瀉血を行い(同時に大腿静脈にもカテーテルを挿入し、瀉血量と同等量の生理食塩水を補液)、その後に血液と腎組織を採取し、瀉血前EPO濃度と比較するとともに、腎組織におけるEPO産生状態をmRNAにより解析した。その結果、軽度および、中等度の腎不全群では瀉血後、.正常コントロールとほぼ同等の血中EPO濃度の上昇と腎組織におけるEPOmRNAの増加が認められた。一方、高度の腎不全群ではこの反応の低下が認められ、EPOの補充は高度腎不全でのみ必要であることが判明した。平成19年度はこの結果に基づき、高度腎不全ラットを用いてEPOの遺伝子治療を試みる。本研究では保存期(透析前)慢性腎不全における腎性貧血においてエリスロポイエチン(EPO)の遺伝子治療の可能性を検討する目的で、慢性腎不全モデルラットの腎と肝での基礎的なEPO産生状態を把握しつつ、EPOの遺伝子治療の可能性を検討した。腎におけるEPO産生(腎でのEPO-RNAと血中EPO濃度)は腎不全のレベルによって異なり、軽度-中等度の腎不全では産生がわずかながら正常ラットより有意に増加し、高度腎不全では再び産生が正常ラットレベルまで低下した。次に瀉血、もしくは輸血負荷を検討したところ、軽度-中等度の腎不全では正常と同様なEPO産生調節が認められ、一方、高度腎不全では瀉血負荷に対応した充分なEPO産生増加が認められず、輸血負荷では生存に影響することも明らかになった。以上の結果より、中等度腎不全までは貧血の進行は生理的必然性に応じたものであり、治療的EPO投与の必要性がないことを示しており、一方、高度腎不全でのみ病的EPO産生低下が生じて貧血が進行するが、輸血実験が示すごとく、過剰な貧血の補正には充分な注意が必要であることも判明した。肝臓におけるEPO産生の検討ではすべての腎不全において肝臓におけるEPO-RNAは有意に増加し、EPO産生に影響する酵素の解析でもEPO産生増加の妥当性が確認された。しかし、その増加量は腎でのEPO産生量と比較して大変少なく、貧血に与える影響が少ないことも判明した。
高温超伝導および高温強磁性ホウ素化合物の高分解能角度分解光電子分光

前年度に引き続き、「超高分解能光電子分光装置」の更なる改良を行った。光電子検出系において、高画素数のCCDカメラを導入し、これに伴い電子レンズシステムの再調整を行った。また、データ転送システムと測定プログラムを改良する事で、測定時間を大幅に短縮した。さらに、試料を取り囲む熱輻射シールドの全表面に金メッキを施すことで、固体試料において最高エネルギー分解能1.3meVを達成した。これらの装置改良と並行して、高分解能角度分解光電子分光法により、ホウ素化合物の電子構造に以下の新しい知見を得た。本研究での高分解能角度分解光電子分光実験により、そのMgB_2の超伝導機構が基本的に2バンド超伝導の枠組みで理解できることを示したが、その際、Γ(A)点で観測された電子面が、LDAバンド計算では全く再現されず、大きく食い違っているという問題点が残った。そこで、MgB_2の非超伝導参照物質で全く同一の結晶構造を持つAlB_2の高分解能角度分解光電子分光実験を行い、この物質のバンド構造とフェルミ面を決定した。MgB_2の結果と比較すると、両物質でπバンドはK(H)点近くでフェルミ準位を切るのに対し、σバンドはAlB_2では完全に占有されている事を見いだした。また、AlB_2においてもΓ(A)点中心の電子面を観測し、LDAバンド計算と大きく食い違っている事を見出した。この食い違いの起源として表面特有の電子構造の影響を検討する目的で、光電子の脱出長が紫外光の3倍以上であるX線を用いて角度分解光電子分光実験を行った。その結果、このバンドは表面に由来する構造である事を見いだした。以上の事から、LDA計算を基礎として構築された2バンドモデルは妥当であり、MgB_2の超伝導にはσバンドが重要な寄与を持っていると結論した。修士課程において建設・改良に従事してきた超高分解能光電子分光装置の更なる改良を行った。具体的には、電子エネルギー分析器の二軸化を行い、ホウ素化合物のフェルミ面形状の詳細な測定を可能にした。また、真空排気系を改良し、真空度およびその質を改善し、ホウ素化合物の表面劣化を6時間以上抑えることで、高分解能、高統計精度の測定を可能にした。この装置を用いて、高温強磁性体CaB_6の角度分解光電子分光を行った。その結果、この物質のバンド構造は、多くの計算により予測されていた半金属ではなく、1eVのバンドギャップを持つ半導体であることを見出した。さらにフェルミ面の詳細な測定により、この物質には僅かに電子がドープされており、それらの電子がこの物質の伝導だけでなく、特異な強磁性に重要な関わりを持つことを明らかにした。このことより、CaB_6の強磁性発現機構として、半金属的なバンド構造を出発点とする励起子凝縮モデルは再検討する必要があるとを結論した。また、金属高温超伝導体MgB_2の超高分解能光電子分光を行った。その際、2種類の異なる製法(焼結体、高圧合成)による試料、および2種類の異なる表面準備法(ヤスリ掛け、破砕)を用い、超伝導ギャップの比較対照実験を行った。その結果、スペクトル形状においては若干の違いはあるものの、超伝導ギャップの大きさ自体は4-5meVと大きな差異はない事を見出した。また、MgB_2の参照物質であり、単結晶育成が比較的容易なAlB_2について角度分解光電子分光を行った。得られた結果は、σバンド、πバンドはバンド計算とも良く一致することから、この物質において電子相関の効果は小さいと結論した。それとは別に、バンド計算の予測より遙かに大きなフェルミ面(電子面)を作るバンドを見出した。このことは、MgB_2において予測されているσとπのフェルミ面の他に、もう一つ別のフェルミ面がある事を示している。液体Heクライオスタットと熱遮蔽シールドを併用した極低温システムを新たに構築する事で、試料上において5Kの測定温度を達成した。また、地磁気遮蔽や電源系の改良などを行うことで、固体試料において最高エネルギー分解能1.7meVを達成した。さらに、測定中の試料の劣化を軽減するため、励起光源系の差動排気システムを改良する事で、最高到達真空度2x10^<-11>Torrを実現した。金属系高温超伝導体MgB_2において問題となっている多重超伝導ギャップの起源を明らかにすべく実験を行った。バンド構造を決定しそれぞれのバンドを直接分離・指定することによって、シグマバンドとパイバンドにより超伝導ギャップの大きさが異なっている事、それとは別に表面バンドにも超伝導ギャップが開いている事を世界で初めて発見した。この事より、MgB_2の超伝導機構が2バンド超伝導という新い機構によるものである事を見出した。六ホウ化物では最高の転移温度(Tc=7.5K)を持つ超伝導体YB_6において、超伝導ギャップを光電子分光では初めて観測した。また同時に、結合エネルギー10meVの位置にギャップ形成に同期した凹み構造を観測した。スペクトルの数値的シミュレーションの結果、ギャップ形状は等方的で大きさは0.9meVであること、凹み構造は電子-フォノン結合によるものである事を見出した。

この事はYB_6が強結合BCS超伝導体であることを示している。高温強磁性体CaB_6について、紫外光による角度分解光電子分光の結果が表面電子構造によるものではないかという疑問に対し解答を得るため、光電子の脱出長が紫外光の3倍以上であるX線を用いて角度分解光電子分光実験を行った。その結果、得られたバンド分散はX線と紫外光において非常によく一致しており、CaB_6のバンド構造に対する表面効果の影響は無視できるほど小さい事を見出した。前年度に引き続き、「超高分解能光電子分光装置」の更なる改良を行った。光電子検出系において、高画素数のCCDカメラを導入し、これに伴い電子レンズシステムの再調整を行った。また、データ転送システムと測定プログラムを改良する事で、測定時間を大幅に短縮した。さらに、試料を取り囲む熱輻射シールドの全表面に金メッキを施すことで、固体試料において最高エネルギー分解能1.3meVを達成した。これらの装置改良と並行して、高分解能角度分解光電子分光法により、ホウ素化合物の電子構造に以下の新しい知見を得た。本研究での高分解能角度分解光電子分光実験により、そのMgB_2の超伝導機構が基本的に2バンド超伝導の枠組みで理解できることを示したが、その際、Γ(A)点で観測された電子面が、LDAバンド計算では全く再現されず、大きく食い違っているという問題点が残った。そこで、MgB_2の非超伝導参照物質で全く同一の結晶構造を持つAlB_2の高分解能角度分解光電子分光実験を行い、この物質のバンド構造とフェルミ面を決定した。MgB_2の結果と比較すると、両物質でπバンドはK(H)点近くでフェルミ準位を切るのに対し、σバンドはAlB_2では完全に占有されている事を見いだした。また、AlB_2においてもΓ(A)点中心の電子面を観測し、LDAバンド計算と大きく食い違っている事を見出した。この食い違いの起源として表面特有の電子構造の影響を検討する目的で、光電子の脱出長が紫外光の3倍以上であるX線を用いて角度分解光電子分光実験を行った。その結果、このバンドは表面に由来する構造である事を見いだした。以上の事から、LDA計算を基礎として構築された2バンドモデルは妥当であり、MgB_2の超伝導にはσバンドが重要な寄与を持っていると結論した。
人工内耳装用児の音韻意識形成にかかわるリズム知覚と中央実行系の関連

本研究は、人工内耳を装用した聴覚障害児(以下、人工内耳装用児と記す)の音韻意識の発達に関与する要因と要因間の構造の検討を目的とした。音韻意識の発達に関連する要因として、言語知識や類推能力等に加え、本研究では、先行研究で取りあげられたワーキングメモリの音韻ループの機能に加え、同様にワーキングメモリの構成要素である中央実行系という非言語能力およびリズム知覚を取りあげた。また提案されたモデルに基づき音韻意識の形成的関与の方法も検討した。方法として、音韻意識の発達の測定には、音韻分解・抽出課題を用いた。ワーキングメモリの音韻ループの測定には、カウンティングスパンテストを用いた。中央実行系に対しては、抑制機能は晴れ雨ストループ課題、シフティング機能は試作したレター・ピクチャー課題、更新機能は2ーback課題を用いた。リズム知覚は、健聴幼児を対象に実施された課題を基に、聴覚障害児用検査を作成、実施した。対象者は、知的能力で統制された。各変数の相関係数を求めたところ、音韻意識課題に対して2ーback課題と有意な相関が見られた。この結果から、人工内耳装用児の音韻意識の発達に中央実行系の機能の関与が示された。先行研究では、音韻意識の発達に関して音韻ループの機能との関与が検討され、その関係性について研究結果の一致を見なかったが、音韻ループの機能に実行機能が関与し、それは音韻意識の発達の規定要因であるモデルが想定され、今後、このモデルに従った検討の必要性が示唆された。本研究においては、音韻意識の発達に関連する要因として、リズム知覚の能力という非言語的能力を新たに取りあげ、また中央実行系の能力の関与について、これまでの研究で扱った注意の抑制能力に加え、アップデート能力、シフティング能力に広げ、これらの要因の関連を明らかにすることにより人工内耳装用児の音韻意識の発達の心理学的モデルを提案することが目的である。そこで、まず人工内耳装用児の中央実行系における実行機能の能力が音韻意識の能力を下支えする音韻的記憶能力と関連を持つのかどうかを検討した。対象者は、46人の聴覚障害者であった。記憶課題は、リーディングスパンテストとし、その他に非語復唱課題、空間記憶検査さらに実行機能の測定には新ストループ検査を用いた。その結果、リーディングスパンテストの成績と非語復唱課題および新ストループ検査の成績に正の相関が確認された。このことから聴覚障害者の音韻的短期記憶には、音韻ループの機能のみならず中央実行系における実行機能も関連していることが示され、健聴者と同様の処理を行っていることが示唆された。健聴児の音韻意識の発達には音韻的短期記憶の能力の向上に加え抑制等の実行機能の関連も伺えることから、聴覚障害児の音韻意識の発達においても実行機能を含めた個人差の要因検討が必要であるとの示唆が得られた。本研究の目的は、人工内耳を装用した聴覚障害児の音韻意識の発達に関与する要因と要因間の構造の検討を目的とすることである。このため音韻意識の発達に関連する要因として、言語知識や類推能力等の心理学的要因に加え、本研究では、先行研究では取りあげられてこなかったリズム知覚能力および中央実行系の能力を扱う。また提案されたモデルに基づく音韻意識の形成的関与の方法も検討する。本年度では、人工内耳装用児の音韻意識に深い関連を持つ音韻的短期記憶と中央実行系の関係を検討することとし、両者の関連が確認でき、さらにリズム知覚の能力との関連を検討するという方向性が得られた。本研究では、音韻意識の発達に関連する要因として、リズム知覚の能力を新たに取りあげること、また中央実行系の能力の測定範囲を、これまでの研究で扱った注意の抑制能力からシフティング能力と情報更新機能に広げ、人工内耳装用児の音韻意識の発達の心理学的モデルを提案することを目的とした。そのため、聴覚障害児を対象とした音韻意識や実行機能の研究動向を探り、リズム知覚や中央実行系の能力を測定する聴覚障害児向けの検査を作成することの必要性が示され、特に発達早期の段階におけるリズムと実行機能の構成概念をカバーする聴覚障害児用検査の検討が課題となった。そこで、まずリズム知覚の測定には、牧野・山田式言語保育発達検査(2013)と永岡(2016)のリズム検査を聴覚障害児用に改変した課題を試作した。中央実行系の実行機能の測定には、実行機能の構成概念(森口, 2011)に応じて、抑制機能を測定する「晴れー雨ストループ課題」、シフティング機能を測定する「レターピクチャー課題」、更新機能を測定する「n-back課題」の3課題を試作した。「レターピクチャー課題」は、Cepeda et al. (2001)が健聴児のシフティング機能の測定に用いた「ナンバー・レター課題」を、用語を容易にするなどして聴覚障害児用に改変したものである。予備調査から、リズム検査と実行機能の測定課題において発達早期における上記の能力の個人差の測定可能性が示唆された。対象となる聴覚障害児や検査実施者数の確保が十分に進まなかったため。

音韻意識の発達に関連する要因として、言語知識や類推能力等に加え、本研究では、先行研究で取りあげられたワーキングメモリの音韻ループの機能に加え、同様にワーキングメモリの構成要素である中央実行系という非言語能力およびリズム知覚を取りあげた。また提案されたモデルに基づき音韻意識の形成的関与の方法も検討した。方法として、音韻意識の発達の測定には、音韻分解・抽出課題を用いた。ワーキングメモリの音韻ループの測定には、カウンティングスパンテストを用いた。中央実行系に対しては、抑制機能は晴れ雨ストループ課題、シフティング機能は試作したレター・ピクチャー課題、更新機能は2ーback課題を用いた。リズム知覚は、健聴幼児を対象に実施された課題を基に、聴覚障害児用検査を作成、実施した。対象者は、知的能力で統制された。各変数の相関係数を求めたところ、音韻意識課題に対して2ーback課題と有意な相関が見られた。この結果から、人工内耳装用児の音韻意識の発達に中央実行系の機能の関与が示された。先行研究では、音韻意識の発達に関して音韻ループの機能との関与が検討され、その関係性について研究結果の一致を見なかったが、音韻ループの機能に実行機能が関与し、それは音韻意識の発達の規定要因であるモデルが想定され、今後、このモデルに従った検討の必要性が示唆された。本研究では、今後、音韻意識の発達に関連する要因として、リズム知覚の能力を取りあげること、また中央実行系の能力の測定範囲を、これまでの研究で扱った注意の抑制能力からアップデート能力、シフティング能力に広げ、これらの要因に加えて先行研究で扱った心理学的要因を含めた分析を行い、人工内耳装用児の音韻意識の発達の心理学的モデルを提案する。またこれに基づく音韻意識の形成関与の方法を検討する。リズム知覚を取り上げることにより、人工内耳装用児が示した特殊音節の音韻分析の課題のうち、音節分解の困難に対する説明が可能になるものと思われる。特殊音節に対する音節分解には、時間分解能の関与が大きく、時間分解能の発達にはリズムの聴覚的入力経験が関与すると考えられる。人工内耳は、機種により時間分解能の性能に違いがあり、このことが人工内耳装用児のリズム知覚能力の発達に関連している可能性も考えられる。そこで人工内耳装用児のリズム知覚能力を測定し、音節分解の発達と関連しているかどうかを検討する。中央実行系の機能全般を取り上げることは、音節抽出課題の分析過程の心理学的な説明を可能にするものと思われる。音韻抽出課題では、課題語の音節分解に加え、対象者は、語頭音、語中音、語尾音のうち実験者によって指定された音節に注意をシフトさせ、他の音節に対しては意識の抑制を行うことが求められる。さらには解答を終えた音節と解答を求められる音節に対する情報をアップデートする必要がある。これらのことから、中央実行系の注意抑制、アップデート能力、シフティング能力と音韻抽出能力には相互に関連が推察され、この点を検討する。平成29年度は、検査の作成を行ったことから、検査に対する統計的な面の安定性や妥当性の検討を加えるととともに、研究テーマであるところの聴覚障害児における音韻意識の発達に関連するリズム知覚と中央実行系の能力の関与を明らかにする。購入予定であった心理検査の購入ができなかったため。対象者数の確保不足によるものであり、平成30年度は対象者数を増加させる。今年度において心理検査を購入して使用する予定である。
口腔癌由来エクソソームに発現されるPD-L1の抗腫瘍免疫に及ぼす影響

本研究では、口腔扁平上皮癌細胞が多量に分泌する細胞外膜小胞:エクソソームに発現されているPD-L1が口腔癌の免疫回避機構と悪性形質獲得にどのように影響するのかを明らかにすることにより、我々がこれまでに明らかにしてきた口腔扁平上皮癌分泌エクソソームによる腫瘍進展促進作用との関連を追求する。それとともに、患者血清中エクソソームにおけるPD-L1の発現解析を行いバイオマーカーとしての有用性を検証する。
若年女性の低骨量に及ぼすダイエット趣向、栄養摂取状況、低活動量の影響と改善指導

骨粗鬆症予防の一対策として、20歳30歳代にかけて最大に達する骨量をできるだけ早期(成長発育期)から高めておくことが重要である。しかし、咋年度の検討から、若年女性の栄養素等摂取状況はほとんどの栄養素で充足されておらず、とくにカルシウム・鉄の極端な不足が認められた。また、対象者の活動量が少ない傾向であることが示され、さらに食習慣等に関する意識も低い傾向にあることが示された。一方、骨量においては同年齢の基準骨量値とほぼ同レベルであった。このことは、カルシウム摂取が極端に不足していることから考えて、この年代においては基準値が低い可能性も考えられた。そこで、本年度は対象者を増やし、若年女性の骨量基準値、および食生活を中心とした生活習慣の実態をさらに明確にするとともに、骨量と食生活等の関連性について検討した。その結果、対象者の骨量平均値は同年代の基準値と同レベルであるが、栄養素等充足率は脂肪を除くほとんどの栄養素において不足していることが確認された。なお、初回測定後に結果返却時に栄養指導を実施し、その約1年後に食生活等の追跡調査を実施し得た対象者(初回者の9割)においては、エネルギー・タンパク質充足率は5%程度の改善が認められた。さらに、カルシウム充足率においては約10%改善され73%の充足となり、若年女性においても骨量測定と合わせて栄養指導を行うことは、食生活等の改善に有用であることが示唆された。しかし、骨量と食生活等の関連は明らかにはならなかった。このことは、対象者の栄養摂取状況や食生活に対する意識の結果に示されるように、対象者の食生活が全体的に乱れていること等が関係していると思われる。骨粗鬆症予防の一対策としては、、20歳30歳代にかけて最大に達する骨量を、できるだけ早期(成長発育期)から高めておくことが重要である。しかし、近年、若年女性の低骨量が問題視されるようになり、将来的にみて、高頻度に骨粗鬆症が発症することが懸念される。そこで本研究では、若年期の骨量増加および将来の骨粗鬆症発症予防を目的として、若年女性の食生活を中心とした生活習慣の実態を明らかにし、低骨量者への食生活改善を中心とした生活習慣の改善指導を実施すべく、骨量測定、栄養摂取状況調査、生活時間調査、および食習慣、生活習慣や健康への意識調査を行った。その結果、骨量においては同年齢の基準骨量値と比較した場合ほぼ同レベルであった。栄養素等摂取状況においては、ほとんどの栄養素等摂取量が充足されておらず、特にカルシウムおよび鉄が所要量の約60%の充足状況であった。また、その一方で、脂肪摂取量のみが過剰であるという結果であった。なお、対象者の活動量はにおいては、全員が生活活動強度Iに分類できると判断した。食習慣等に関する意識では、・食生活及び身体活動のいずれにおいても、あまり意識が高いとは言えなかった。カルシウム摂取の充足状況から考えて、本対象者の骨量が同年齢の基準骨量値と同レベルであったことは、この年代の基準値そのものが低い可能性も考えられ、若年女性の骨量基準値、および食生活を中心とした生活習慣の実態を明確にする重要性が示唆された。今後データ数を増やすなど、さらに詳細に検討する予定である。
楕円振動切削加工法に関する研究

1.超音波領域での楕円振動工具の開発楕円振動切削加工法において高速度で切削を行うため、共振周波数約20kHzにおいて50m/min程度の最大振動速度を得ることのできる振動子を開発した.本装置では,二枚の圧電素子によって直交する二方向の振動を励起し,印加電圧の振幅と位相差を変えることで任意の楕円振動軌跡を得ることができる.2.超音波楕円振動切削加工の基本的効果開発した超音波楕円振動工具を用いて無酸素銅の切削を行い,以下の効果を明らかにした.1.切りくず厚さの減少普通切削では,切込み量5μmの時に切りくず厚さが約20μmであったのに対し,工具に楕円振動を与えることによって約4μmまで減少した.すなわち楕円振動切削加工法では、従来の手法では考えられないほど優れた潤滑効果を見かけ上得ることができる.2.切削力の減少楕円振動を付加することで,切削力を普通切削に比べて40分の1以下,従来の振動切削に比べても一桁程度減少することができる。3.最適楕円振動切削条件の検討以下の主な楕円振動切削条件を変化させて切削実験を行い、最適楕円振動条件を検討した.1.工具振動周波数高い程,切りくずが薄く,仕上げ面も良い。2.切込み方向振幅/切削方向振幅大きい程、切りくずが薄くなるが,仕上げ面あらさが大きくなる。3.二方向振動の位相差90から130度程度で切りくず厚さが最も小さくなるが,仕上げ面あらさについては90度程度が最も小さくて良い.以上より,切りくず厚さと仕上げ面あらさをともに小さくするには,振動の軌跡を円とし,周波数をできる限り高くすることが最適であると言える.1.超音波領域での楕円振動工具の開発楕円振動切削加工法において高速度で切削を行うため、共振周波数約20kHzにおいて50m/min程度の最大振動速度を得ることのできる振動子を開発した.本装置では,二枚の圧電素子によって直交する二方向の振動を励起し,印加電圧の振幅と位相差を変えることで任意の楕円振動軌跡を得ることができる.2.超音波楕円振動切削加工の基本的効果開発した超音波楕円振動工具を用いて無酸素銅の切削を行い,以下の効果を明らかにした.1.切りくず厚さの減少普通切削では,切込み量5μmの時に切りくず厚さが約20μmであったのに対し,工具に楕円振動を与えることによって約4μmまで減少した.すなわち楕円振動切削加工法では、従来の手法では考えられないほど優れた潤滑効果を見かけ上得ることができる.2.切削力の減少楕円振動を付加することで,切削力を普通切削に比べて40分の1以下,従来の振動切削に比べても一桁程度減少することができる。3.二方向振動の位相差90から130度程度で切りくず厚さが最も小さくなるが,仕上げ面あらさについては90度程度が最も小さくて良い.以上より,切りくず厚さと仕上げ面あらさをともに小さくするには,振動の軌跡を円とし,周波数をできる限り高くすることが最適であると言える.
Eh V-ATPaseのNa+選択ポンプ機構の構造基盤の解明

本研究では腸内連鎖球菌Enterococcushirae(Eh)由来のATP駆動型ナトリウムポンプであるV-ATPase(Eh V-ATPase)全複合体の構造を電子顕微鏡単粒子解析により明らかにし、その選択性イオン輸送の分子機構を解明する。申請者はこれまでに、電顕用ゼルニケ位相板を用いることにより、界面活性剤で可溶化したEh V-ATPaseの氷包埋試料の可視化に成功し、その10万粒子を超えるクライオ電顕画像の単粒子構造解析から、分解能1.7 nmの構造マップを得ることができた。さらに、回転子に抗体(Fab)を結合させた粒子の解析から、異なるATP加水分解状態の複合体構造を明らかにした。結果、Eh V-ATPaseでは回転子が膜内の回転リングの中心からズレた位置でこれに結合していることがわかった。また、Eh V-ATPaseのメジャーな構造状態は、好熱菌のV/A-ATPaseではマイナーな構造状態に相当することが明らかになった。さらに分子レベルでの構造解析を進めるため、大阪大学蛋白質研究所のボルタ位相板を備えたクライオ電顕を用いてデータを収集し、サブナノメートル分解能の構造マップを得ることができた。そこでは、エネルギーを発生するV1ドメインの3つのATPaseの異なる構造が確認でき、また、ポンプ機能を持つ膜内のVoドメインでは、回転するリング(c-ring)とイオンを輸送するa-subunitの構造の相互作用の様子が明らかとなった。現在、これをもとにフレクシブルフィッティングによる構造モデル構築を行っており、ナトリウム輸送性V-ATPaseの分子構造基盤を明らかにしていく。本研究では腸内連鎖球菌Enterococcushirae(Eh)由来のATP駆動型ナトリウムポンプであるV-ATPase(Eh V-ATPase)の全複合体の構造を電子顕微鏡単粒子解析により明らかにし、その選択性イオン輸送の分子機構を解明する。1)位相差クライオ電子顕微鏡法による構造解析:申請者はこれまでに電顕用ゼルニケ位相板を用いることにより、界面活性剤で可溶化したEh V-ATPaseの氷包埋試料の可視化に成功している。本研究ではこの手法を用いて3万粒子を超えるクライオ電顕画像を撮影して、単粒子解析を行った結果、分解能2nmを超える構造マップを得ることができた。2)構造の固定化:V-ATPaseはATPの結合と加水分解によりおもに3つの構造状態を取ることがが知られている。クライオ電顕単粒子解析では、このことがマップの高分解能化の障害になると考えられる。そこで、我々は、V-ATPaseのATP駆動回転子であるdサブユニットにPAタグを挿入した改変分子を作製し分子の再構成を行い、これに抗体を反応させることで構造を固定したEh V-ATPase複合体を作製した。そして、同様にこのクライオ電顕単粒子解析を行った。その結果、分解能2 nmの構造マップを得ることができ、抗体の結合している様子も確認することができた。Eh V-ATPaseの位相差クライオ電子顕微鏡による単粒子構造解析では、2 nmを超える分解能で立体構造を得ることができた。ATP加水分解活性をもつ可溶性部分のV1領域、これを支える2本のストークの構造を確認できた。さらに,膜内のV0領域では、膜を貫通するcリングの構造に加えて、イオンの選択性イオンポンプとして重要な働きをするaサブユニットの2本の長い膜貫通ヘリックスとこれと直交するヘリックスの構造を確認できた。さらに、抗体で固定した複合体では、抗体が回転子であるdサブユニットの目的の部分に結合している様子を確認できた。これらはプロジェクトの進行の上で大きな進歩である。1)位相差クライオ電子顕微鏡法による単粒子構造解析:申請者はこれまでに電顕用ゼルニケ位相板を用いることにより、界面活性剤で可溶化したEh V-ATPaseの氷包埋試料の可視化に成功している。本研究では、この手法を用いて10万粒子を超えるクライオ電顕画像を撮影し、単粒子解析を行った結果、分解能1.7nmの構造マップを得ることができた。また、大阪大学と共同でボルタ位相板を使用した300kVクライオ電顕による自動画像収集も開始し、すでに50万粒子を超える画像を収集して、分解能1nmを超える構造マップを得ている。2)構造の固定化:V-ATPaseはV1領域におけるATPの結合と加水分解の状態により主に3つの構造状態を取ることが知られている。クライオ電顕単粒子解析では、これに伴う構造変化がマップの高分解能化の障害になると考えられる。そこで、V-ATPaseの回転子であるdサブユニットにPAタグを挿入した遺伝子改変粒子を作製し、これに抗体を反応させることで構造を固定したEh V-ATPase複合体を作製した。その結果、野生型と同程度の分解能の構造マップを得ることができ、抗体の結合している様子も確認することができた。Eh V-ATPaseのゼルニケ位相差クライオ電子顕微鏡による単粒子構造解析では、1.7 nm分解能で立体構造を得ることができた。優位に得られたマップは3つの構造状態のうちの一つを表していることがわかった。

さらに,膜内のVo領域では、aサブユニットの構造をホモロジーモデリングにより作製して、膜を貫通するcリングとともにマップにフィットすることによって、Na+選択性イオンポンプにおけるイオンの透過経路を推定することができた。一方、抗体で構造を固定した複合体は、先のものとは異なる第2の構造状態を示すことがわかった。ボルタ位相差クライオ電子顕微鏡による単粒子構造解析では、1nmを超える構造が得られており、さらに詳細な構造の解釈が可能となりつつある。平成29年度は、その計画に従って試料作製法の改良、データ収集法の検討を試みたが大きな進展がみられなかったため、最終年度は従来の方法で進めることにした。本研究では腸内連鎖球菌Enterococcushirae(Eh)由来のATP駆動型ナトリウムポンプであるV-ATPase(Eh V-ATPase)全複合体の構造を電子顕微鏡単粒子解析により明らかにし、その選択性イオン輸送の分子機構を解明する。申請者はこれまでに、電顕用ゼルニケ位相板を用いることにより、界面活性剤で可溶化したEh V-ATPaseの氷包埋試料の可視化に成功し、その10万粒子を超えるクライオ電顕画像の単粒子構造解析から、分解能1.7 nmの構造マップを得ることができた。さらに、回転子に抗体(Fab)を結合させた粒子の解析から、異なるATP加水分解状態の複合体構造を明らかにした。結果、Eh V-ATPaseでは回転子が膜内の回転リングの中心からズレた位置でこれに結合していることがわかった。また、Eh V-ATPaseのメジャーな構造状態は、好熱菌のV/A-ATPaseではマイナーな構造状態に相当することが明らかになった。さらに分子レベルでの構造解析を進めるため、大阪大学蛋白質研究所のボルタ位相板を備えたクライオ電顕を用いてデータを収集し、サブナノメートル分解能の構造マップを得ることができた。そこでは、エネルギーを発生するV1ドメインの3つのATPaseの異なる構造が確認でき、また、ポンプ機能を持つ膜内のVoドメインでは、回転するリング(c-ring)とイオンを輸送するa-subunitの構造の相互作用の様子が明らかとなった。現在、これをもとにフレクシブルフィッティングによる構造モデル構築を行っており、ナトリウム輸送性V-ATPaseの分子構造基盤を明らかにしていく。今後は、さらにマップの高分解能化のために画像枚数を増やすとともに、試料の改良、画像の取得とこれを選択する手法を検討する。1)電顕用膜穴グリッドの改良:試料をのせる膜穴グリッドに金をわずかに蒸着することにより、チャージアップを軽減し(Russo et al., 2014)、像質の向上を図る。高分解能位相差画像として最適な金の蒸着厚を検討する。2)界面活性剤の検討:現在、Eh V-ATPaseは0.05% DDMで可溶化しているが、これが粒子画像のコントラストを下げる原因になっている。現在、高分解能構造解析に用いられているLMNGやAmphipolなどの界面活性剤がEh V-ATPaseに使用できないかを検討する。
高速C60イオンビームによる機能性高分子材料の三次元分子分布イメージング法の開発

機能性高分子材料は、分子レベルからμmに及ぶ異なるスケールで階層構造を形成する。その構造や合成する無機物質の濃度や分散の程度などを精密に制御することで物性の制御と機能性が発現する。そのため、新規機能性材料開発や高機能化には主要分子の分布や配列、濃度などの情報を深さ方向について正確に把握することが重要であり、μmの空間分解能を有する三次元分子分布分析技術が要求される。MeV級の高速クラスターイオンビームは2次分子イオン放出量がクラスター構成原子数の増加とともに非線形に増大することが分かっており、従来の単原子イオンビームでは困難な機能性高分子材料の分子レベルでの分析を可能にする。本課題では、マイクロビーム化したC60などの高速クラスターイオンビームを用いて、機能性有機薄膜や有機/無機複合材料などの高分子材料の表面、階層界面や有機/無機境界面における主要分子の分布や濃度を高空間分解能(1μm)で三次元可視化する高度分析技術を確立する。これまでの報告では、高速C60ビーム電流はfAレベルしか得られておらず、分析への利用やマイクロビーム化が困難であると考えられていた。そこで、マイクロビーム化に必要なビーム電流を得るため、C60負イオンの新たな生成技術を開発し、従来の数万倍のビーム電流を得ることに成功した。この技術を基にビーム集束及び照射・測定技術を構築し、高速C60マイクロイオンビームを用いた高度2次イオン質量分析技術を開発する。これまでに、MeV級のC60イオンに対応した静電型の四重極レンズを新たに設計・製作し、対物スリットや発散制限スリット、ビームスキャナーやビーム径測定装置等で構成されたマイクロビーム形成システムをタンデム加速器のビームラインに構築した。単原子重イオンでのマイクロビーム形成試験を実施した結果、数μm径のビームを確認した。2018年度の計画通り、高速C60イオンマイクロビーム形成に用いる静電型四重極レンズの設計・製作を概ね完了し、単原子重イオンビームによるマイクロビーム形成試験を行った。マイクロビーム径の測定を短時間で行うシステムを構築することで、マイクロビーム形成及び照射実験の効率化を図る。静電型四重極レンズが当初想定していた価格よりも安価に製作できたことと予定していた学会への参加を見送ったため。マイクロビーム径測定の高速化に必要なPCやモジュール類を購入する。
分娩時の看護行為に関する経済分析

分娩時の看護を経済的に分析するためには、臨床で実施されている看護時間と看護行為を正確に測定することが必要不可欠である。そこで現在日本の分娩の54%は病院で行われていることから、病院における分娩時の看護に着目した。入院後施設内で、分娩第1期から分娩第4期に、助産婦と看護婦が産婦に実施した看護時間をマンツーマンタイムスタディ法にて1分単位で測定した。看護行為の分類には、日本看護協会の定めた新看護業務区分表Aを改編し、分娩時間後行為分類法を作製した。1これまで経験的に認知されていた、初産婦は経産婦よりも、異常分娩は自然正常分娩よりも看護時間が長いと言うことを実測データを用いてはじめて数量的に実証した。2総看護時間に大きく影響を及ぼすのは分娩第1期の時間であり、異常時には分娩第4期の看護時間が長くなる。(弛緩終結、第3期、4期出血の場合)3初産婦の異常群と経産婦の正常群では看護時間に2倍近い差がある4初産婦と経産婦、正常群と異常群のそれぞれの特性を示す看護行為の共有部分と相違を明らかにした。5分娩費は、現在自由診療部分であり社会保険診療報酬に定められた看護料が適応されていた。初産婦と経産婦の看護時間や看護行為が一部異なることから、初産婦と経産婦の分娩費や看護料の料金体系を別に設定する可能性が考えられる。経産婦の料金負担が減少すれば、少子化対策に活路を見出す可能性がある。平成9年度の研究実施結果1文献収集看護行為の分析と経済評価に関する内外の文献を収集した。国内において、看護行為を客観的に測定するための測定ツールの開発に取り組んでいる、開原、筒井らの文献からは有益な示唆を得た。またアイオワ大学におけるNURSINGINTERNENTIONS CLASSIFICATIONはアメリカにおける状況の参考となった。2予備調査8月に札幌社会保険総合病院で調査に関する説明会を実施し承諾を得た。1週間予備調査を実施した。3必要備品等分析に使用するコンピューター、調査に使用するストップウオッチ、消耗品などを7,8月に選定購入した。4専門的知識の提供7,8月に医療経済学の立場から示唆をいただくために、分娩時の看護行為に関する計画のアウトラインについて、医療経済学研究会で発表した。二木立、大道久、他経済学者、看護経済学の金井パック雅子氏らの助言を得た。一般的な総合病院におけるデーターを初産婦経産婦に分類し、正常な経過、異常な経過をたどった人ごとに分析する方向にアドバイスがあった。また12月にニューヨークで開業している永門洋子氏の協力により医療現場に実際に参加し、アメリカにおける助産婦に対する報酬や保険制度による金額などについて情報提供を得た。5調査の実施9月から3月まで札幌社会保険病院で分娩第1期から4期に実施された看護行為の時間を実測するため研究組織員が24時間交代で調査した。分娩時の看護を数量化するために、分娩第1期から分娩第4期までに実施された看護項目と看護時間を正格にマンツーマンタイムスタディー法により1分単位で測定した。初産婦と経産婦、正常群と異常群に分類し分娩第1期、分娩第2,3期、分娩第4期および総看護時間を比較した。看護時間1初産婦の看護時間が経産婦に比較して有意に長いのは正常群では分娩第1期、分娩第2,3期、総看護時間であり、異常群ではいずれの期も初産婦の看護時間が長かった。2初産婦の正常群と異常群では異常群の分娩第4期の看護時間が有意に長かった。3経産婦の正常群と異常群では異常群の分娩第2期の看護時間が有意に長かった。看護項目