hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ラット腹膜に分布する知覚神経終末の形態についての研究

腹膜は、腹壁の内張をしている壁側腹膜と、内臓を包む臓側腹膜に分けられるが、本研究では、壁側腹膜に分布する知覚神経終末について研究を行った。雄のSD系ラットを用い、麻酔下に腹壁を切り出し、浸漬固定を行った後、壁側腹膜を腹壁からはがし、伸展標本とした。これを神経のマーカーである抗PGP9.5抗体による免疫組織化学で染色した。これをSpurr樹脂に平板包埋し、光学顕微鏡で観察して、神経組織がある部分を超薄切片とし、電子顕微鏡で観察した。腹膜直下を走る神経線維束が観察された。有髄線維と無髄線維の両方が一つの線維束の中に観察された。腹膜は、一層の腹膜細胞が膠原線維の中にシート状に配列しているが、神経線維束はこの膠原線維中を走っているのが認められた。この線維束から一本の神経線維が分かれ、グリア細胞に包まれて腹膜表面に向かい、ここで髄鞘から出て数本の無髄線維となり、腹膜表面に達している象が観察された。腹膜に知覚神経が分布していることは、生理学的には知られているが、その形態についての研究は我々が2002年にAnatomy and Embryology誌に発表した、どこの神経節から神経が来ているかを調べた論文が唯一である。今回の研究で、初めてその終末の形態を報告できた。知覚神経は腹膜直下を線維束を作って走り、ここから短い枝を出し、腹腔に達する直前に髄鞘から出て枝分かれをしていた。この線維を数個の細胞が保持し、包んでいたが、これはシュワン細胞に近い性質を持つ神経膠細胞であろう。腹膜は腹壁の内張をしている壁側腹膜と、内臓を包む臓側腹膜に分けられるが、本年度は壁側腹膜について検索した。SDラットを灌流固定後、壁側腹膜をはがし、伸展標本とし、抗PGP9.5抗体で神経線維を染色した。腹膜直下を走る神経線維が観察された。電子顕微鏡による観察から、この線維は有髄線維と無髄線維が共通の神経鞘に包まれて走っていた。この線維から枝分かれした細かい終末線維網が表面に向かって伸びていた。1本の線維束から半径1ミリ程度に拡がる線維網が形成されていた。また、腹膜直下に抗PGP9.5抗体によって染色される細胞体が観察され、この細胞に腹膜下を走ってきた神経線維が接触する像が観察された。前回の研究で、壁側腹膜に分布する神経は脊髄神経節に由来することがわかっている。この神経節から腹膜に伸びてきた知覚神経は腹膜表面に細かい終末による神経網を作って、腹膜において各種の刺激を受容していることが示唆された。また、腹膜直下にこれまで知られていなかった知覚感受細胞が存在するかもしれない。この細胞については引き続き研究を行っている。腹膜は、腹壁の内張をしている壁側腹膜と、内臓を包む臓側腹膜に分けられるが、壁側腹膜について研究を行った。SDラットを灌流固定後、腹壁から壁側腹膜をはがし、伸展標本とし、抗PGP9.5抗体で神経線維を染色した。腹膜直下を走る神経線維およびその神経終末が観察された。これをSpurr樹脂に平板包埋し、神経線維、神経終末のある部位を切り出し、超薄切片を作成して電子顕微鏡で観察した。太い神経線維の束の中では、有髄繊維と無髄繊維とが共に走っているのが観察されたが、終末近くになると、有髄繊維は観察されず、無髄繊維のみであった。一本の繊維束から、半径1ミリ程度に広がる線維網が形成されていた。
酸性雨が土壌金属元素の挙動とクワの栄養生理に及ぼす形響

1)土壌中の金属元素の挙動に与える影響本年度は土壌中における重金属の存在形態が土壌の酸性化にともなってどのように変化するかについて検討した。土壌試料は農工大桑園土壌、栃木県足尾町重金属汚染土壌、熊本県阿桑園土壌を用いた。土壌pHは7.0,6.0,5.0および4.0の4段階に調整し、10日間incubateした。分析の方法はTessierらの方法を若干修正した方法で、交換態画分、炭酸塩結合態画分,有機物結合態画分、残渣画分の5画分に分けられた。その結果、土壌pHが低下するとCd,Pb,Znのいずれもが交換態画分に多く存在するようになることが明らかになった。また、それぞれ重金属別にみると一般的にCdは交換態画分に、Pbは有機態画分に、Znは残渣画分に多く存在する傾向がみられた。交換態画分の重金属は土壌との結合力が弱いので土壌が酸性化すると土壌中の重金属は植物に吸収されやすい状態になるものと推察された。2)クワの生長とクワ器官中の無機元素の挙動に与える影響本年度は開葉日を特定した(6月10日と6月25日)桑葉についてpH4.0とpH3.0の疑似酸性雨を噴霧して桑葉からの各元素の溶出量とクワ器官中の各元素量におよぼす影響について検討した。その結果、桑葉からの各元素の溶出量はpH3.0>pH4.0>pH5.6と疑似酸性雨のpHの低い区ほど多くなること、さらにpH5.6に対する各処理区の比率の大きさで疑似酸性雨による溶出のし易さをみるとMn>Zn>Mg〓Fe>Caの順であった。桑器官の各元素の含有量はpH5.6>pH4.0>pH3.0となりpHの低い区ほど少なくなっていた。桑葉以外の器官についてみるとMgとFeの根中含有量やMnとZnの新条中含有量が酸性度の強い区で少なくなることから桑葉からの元素のリーチングに対して根や新条からの補給が考えられた。酸性雨がクワの栄養生理に及ぼす影響は1つには酸性雨が直接桑葉に付着吸収されてクワの栄養生理に及ぼす影響があり,他には酸性雨が桑園土壌に降下し,土壌中のとくにカチオンの挙動に与える影響とがある。本研究はその両面から追求したものである。1)土壌中の金属元素の挙動に与える影響対称元素としては,Ca,Mg,Mn,Zn,Cu,Ni,Fe,Pb,Cd,Cr,Alの11元素を選んだ。土壌は,黒ボク土,洪積土,沖積土,蛇紋岩質土壌,重金属汚染土(火山灰土)を選び,ガラス管に土壌を入れ,上部から酸性雨を浸透させるカラム実験で行った。〔結果〕pH5,pH3の擬似酸性雨により土壌の緩衝能は失われなかったが,pH2の場合は著るしく緩衝能を低下させた。

金属の溶出率は土壌の種類によって差がみられたが,沖積土を除く各土壌で共通した金属の溶出順序は,第1のグル-プとして,Ca,Mg,K,Na,第2グル-プMn,Zn,第3グル-プNi,Cu,Pbであった。各土壌とも,緩衝能を担う金属はCa,Mg,K,Naであり,主としてCaとMgの役割が大であった。2)クワの生長とクワ器官中の無機元素の挙動に与える影響クワの古条さし木を用い,桑葉にpH4.5とpH3.0の擬似酸性雨を噴霧して,クワの生長及びクワ器官中の各元素の挙動を調査した。〔結果〕クワの乾物重は酸性雨処理により一時的に増加する場合もあるが,長期間pHの低い酸性雨で処理すると乾物は小さくなっていた。各元素の挙動についてみると酸性雨処理により一貫して減少する元素(P,Ca),短期間処理ではいったん含有量が多くなるが,強い酸性雨処理をつづけると含有量が減少していく元素(Mg,N)および弱い酸性雨処理で含有量が多くなる元素(K,Fe)がみとめられた。本間は土壌のカラム実験を行い,滴下する疑似酸性雨のpHを4.0,3.0,2.5,2.0に調整し,対照として蒸留水(pH5.6)の5段階とした。その結果,1)疑似酸性雨のpHの低下に伴って溶出液のpHは低下し,pH4.0付近で安定する。これは重金属添加土壌でも同様であった。2)溶出液pHが4.0付近になるとAl^<3+>が溶出する。3)重金属を添加した土壌では疑似酸性雨による溶出液pHの低下速度は重金属無添加土壌よりも遅くなるが,pH4.0になるまでにAl^<3+>は溶出する。4)添加された重金属の土壌への吸着順序はPb>Cu>Niの順であった。5)カラム内での土壌中の重金属の移行は疑似酸性雨の滴下量が増加するにしたがって大きくなった。久野はクワ古条さし木苗(品種剣持)を用い,疑似酸性雨(pH3.0とpH4.0,SO_4^<2ー>:NO_3^ー:Cl^ー=9:1:1〈モル比〉,30日間で総量132mm)の葉からの無機成分の溶出と養分吸収におよぼす影響について調べた。(1)葉からの溶出については(1)MgとFeは10日間目の処理で溶出量が増加し,(2)NH_4ーN,K,Ca,MgはpH3.0区のみ20日間をすぎて溶出量は増加していた。(3)PはpH3.0の30日目の処理で増加していた。(2)養分吸収については(1)pH3.0区でKとNH_4ーNの吸収量が多かった。(2)Pの吸収量はpH3.0の30日目の処理で多くなっていた。(3)Feの吸収量も処理に増加していた。(4)CaとMgの吸収には処理による影響がみられなかった。(3)植物体中の無機元素濃度については(1)処理により葉の濃度が低下する反面根の濃度が元素(K,Ca,Mg,NH_4ーN)がみとめられた。(2)PについてはpH3.0区のみ新条の濃度が高く,(3)Feは根の濃度が高かった。1)土壌中の金属元素の挙動に与える影響本年度は土壌中における重金属の存在形態が土壌の酸性化にともなってどのように変化するかについて検討した。土壌試料は農工大桑園土壌,栃木県足尾町重金属汚染土壌,熊本県阿蘇桑園土壌を用いた。土壌pHは7.0,6.0,5.0および4.0の4段階に調整し,10日間incubateした。分析の方法はTessierの方法を若干修正した方法で,交換態画分,炭酸塩結合態画分,有機物結合態画分,残渣画分の5画分に分けられた。その結果,土壌pHが低下するとCd,Pb,Znのいずれもが交換態画分に多く存在するようになることが明らかになった。また,それぞれ重金属別にみると一般的にCdは交換態画分に,Pbは有機態画分に,Znは残渣画分に多く存在する傾向がみられた。交換態画分の重金属は土壌との結合力が弱いので土壌が酸性化すると土壌中の重金属は植物に吸収されやすい状態になるものと推察された。2)クワの生長とクワ器官中の無機元素の挙動に与える影響本年度は開葉日を特定した(6月10日と6月25日)
分散設置を可能にした配電系統用アクティブ・パッシブ併用フィルタの開発

近年,パワーエレクトロニクス技術の発展により,電力用半導体素子を用いた電力・電子機器が数多く使用されるようになってきた。一般産業用パワーエレクトロニクス機器やインバータエアコン,テレビ・OA機器などの家電・汎用品が発生する高調波電流が配電系統に流入し,現代社会の新たな“公害"として早期対応が迫られている。本研究の目的は,高調波拡大現象の抑制を目的とした配電系統用アクティブ・パッシブ併用フィルタを開発することである。これは,パッシブフィルタと小容量アクティブフィルタを直列に接続したシステム構成に特長がある。アクティブフィルタの主回路には,3台の単相フルブリッジ電圧形PWMインバータを使用した。系統インダクタンス(6.8%)との直列共振により,5次高調波が拡大するように進相コンデンサ(0.3pu)を接続した。さらに実験では,上位系統に存在する5次高調波電圧を模擬するために,三相PWMインバータを用いた高調波発生装置を接続した。本研究の研究成果をまとめると,以下のようになる。1.実際の配電系統を模擬した配電系統シミュレータ(200V,60Hz,20kVA)を製作した。2.アクティブ・パッシブ併用フィルタの新しい制御法を開発し,その動作原理と設置効果をコンピュータシミュレーションで確認した。3.設計・製作したアクティブ・パッシブ併用フィルタを配電系統シミュレータに接続し,高調波拡大現像を効果的に抑制できることを実験により確認した。4.アクティブフィルタの所要容量は,系統容量の約0.6%で済むことを確認した。資源エネルギー庁は平成6年9月30日付けで,「高調波抑制ガイドライン」を電力・家電業界に通達し,高調波対策に向けて大きく前進した。しかしガイドラインでは,テレビやOA機器が発生する不特定高調波(5次・7次)については25%の低減に留まり,配電系統に流出する不特定高調波を完全に抑制することは不可能に近い。しかも高調波に対する社会的認識も低いことから,ガイドラインの達成は容易ではない。本研究は,従来のパッシブフィルタ(5次・7次LCフィルタ)と小容量アクティブフィルタを直列に接続した,実用性の高い配電系統用高調波フィルタの開発を目的としている。これは,配電系統に分散設置して不特定高調波を抑制しようとするもので,アクティブフィルタの制御法に特長がある。平成7年度では,以下の点を明らかにした。1.アクティブフィルタ(0.5kVA)の制御法を検討し,5次・7次同調フィルタ(パッシブフィルタ)に直列に接続したシステム構成について,ディジタルシミュレーションにより動作確認を行った。その結果,当初の計画の通り,並列・直列共振の抑制能力に優れていることを確認した。2.パッシブフィルタとして使用する5次・7次同調フィルタを設計し,進相容量やL,Cの最適値を設計した。3.配電系統を模擬するシミュレータ装置(40kVA)を設計・製作し,配電系統で問題となっている高調波拡大現象を精確に模擬できることを実験により確認した。近年,5次・7次などの特定次数の高調波拡大現象が配電系統の電圧ひずみの原因であることが指摘されている。本年度は,このような高調波拡大現象の抑制を目的とした配電系統用アクティブ・パッシブ併用フィルタを設計・製作した。前年度に設計・製作した配電系統シミュレータ(200V,60Hz,20kVA)にアクティブ・パッシブ併用フィルタを接続し,その動作原理と設置効果を実験により確認した。また,5次以外の高調波拡大を抑制するためにハイパスフィルタを接続している。実験では,上位系統に存在する5次高調波電圧を模擬するために,三相PWMインバータを用いた高調波発生装置を接続した。本年度の研究成果をまとめると,以下のようになる。

1.アクティブフィルタを投入する前は,高調波発生装置が発生する2%の5次高調波電圧が受電端では系統インダクタンスと進相コンデンサとの高調波拡大現象のために,3倍(約6%)に拡大する。2.投入後の5次高調波電圧は,投入前に比べ約1/5に抑制されている。このことは,アクティブフィルタが配電系統の高調波拡大現象を効果的に抑制できることを示している。3.アクティブフィルタ容量は配電系統容量の約0.6%で済むことを確認した。
オキソメタル中心のキラリティー制御と集積化を基盤とする多機能不斉触媒の創製

本研究では、高酸化状態にあるオキソバナジウム金属自身に中心性キラリティーを導入し、集積化することで、キラルLewis酸・一電子移動型高次機能集合体として働く、新規多機能不斉触媒を創製を目指した。具体的には、1)キラル金属錯体集積化・非集積化による両鏡像異性体の作り分け、2)キラル金属錯体集積化による触媒活性と位置選択性の改善、3)キラル金属錯体集積化・非集積化を基盤とするラジカルホモカップリング、及び、ラジカルアニオンヘテロカップリング反応の開発、4)有機分子触媒との集積化を基盤とする新規多機能不斉触媒の創製、5)本申請研究で開発した触媒とアルカリ金属を混合することで生成するヘリカル集積体構造の解析とその固定化不斉触媒としての評価、以上5つの項目について検討を行った。ラセミ化しやすいテトラヘドラル構造を有するオキソバナジウム錯体を、キラル平面環状多座配位子を用いることで強固なオクタヘドラル構造に固定することで、バナジウム金属自身の中心性キラリティーは安定化する。その結果、レゾルシノール、及び、ヒドロキシカルバゾールのホモカップリング反応においてバナジウム錯体のキラリティーを様々な対応するカップリング生成物に効率的に不斉転写できた。また、キラルバナジウム金属錯体集積化・非集積化によるBINOL誘導体の両鏡像異性体の作り分けにも成功した。この成果は韓国中央大学薬学部のOh教授との共同研究によるものである。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。高酸化状態にあるオキソバナジウム金属自身に中心性キラリティーを導入し集積化することで、キラルな酸及び一電子移動型高次機能集合体として働く高活性多機能不斉触媒の開発研究を行った。ラセミ化しやすいテトラヘドラル構造を有するオキソバナジウム錯体を、キラル環状多座配位子を用いることで強固な偽オクタヘドラル構造に固定する。結果、金属自身の中心性キラリティーは安定化し、化学反応において本キラリティーを様々なプロキラル原料に効率的に転写できる。開発したキラル錯体を集積化し触媒として活用することで、ラセミ体としての合成も困難なキラルな第四級炭素、ビフェニル及びヘリセンなど有用キラル骨格の構築を目指した。サリチルアルデヒド誘導体と嵩高い置換基を有する光学活性アミノ酸から調製したシッフ塩基を、5価のオキソバナジウム金属塩の不斉配位子として用いるとバナジウム自身が中心性キラリティーを有する金属錯体が得られた。本二核バナジウム錯体と単核バナジウム錯体を、4位に置換基を有する2-ナフトール誘導体を反応基質とする酸化的不斉ラジカルカップリング反応にて触媒活性を評価した結果、両錯体は共に高活性な不斉触媒として機能することが明らかとなった。さらに二核と単核のバナジウム触媒では、分子内及び分子間カップリングと異なる反応機構でカップリング体を与えることが明らかとなった。触媒構造を最適化することで1,1'-bi-2-naphthol (BINOL)の両鏡像体を大量供給可能な実用的なダイバージェント合成法を確立することができた。本反応は、二核バナジウム触媒の0.01 mol %のみの使用でも良好に進行する。キラルバナジウム触媒の合成化学のへの応用研究として、ヒドロキシカルバゾールの酸化的不斉カップリング反応を検討した結果、市販薬品から3工程で天然生物活性物質(+)-sorazolon E2等の初めての触媒的不斉全合成を達成した。二核と単核のバナジウム触媒を使い分けることで、キラルビルディングブロックとして有用な1,1'-bi-2-naphthol (BINOL)誘導体の両鏡像体を大量供給可能な実用的なダイバージェント合成法を確立することができた。本触媒はヒドロキシカルバゾールの酸化的不斉カップリング反応にも有効であり、短工程でキラルビアリル系天然生物活性物質を合成できることを証明した。モノサイクリックフェノールのカップリング反応についても、現在、検討している。
公立図書館長に求められる能力及び研修モデルの構築に関する研究

初年度は,全国の公立図書館長を対象に実施した質問紙調査で回答した館長の内,在職年数1年以上の館長が属する図書館529館(県立図書館除く)に関して,日本図書館協会「日本の図書館統計と名簿」より活動実績データ(図書館費,資料費,職員数,蔵書冊数,購入図書冊数,登録率,蔵書回転率等)を抽出した。両データを紐づけし,館長の属性(資格有無,専任・兼任等の別,在職年数等)や職務・能力に関する質問紙調査の回答傾向と,図書館活動のパフォーマンスの関連を人口別に分析した。全体的な傾向として,館長の属性と図書館活動のパフォーマンスの間には顕著な関連は見られなかった。しかしながら,「貸出密度」と「人口当たり資料費」の値が上位10%にある図書館の館長は,「主催事業の企画」,「職員研修・勉強会の企画」,「図書館統計の作成・分析」等の業務への館長の関与度が全体平均と比較して高い傾向にあることが明らかとなった。上記分析の他,館長に求められる能力等の在り方について知見を得るため,県立図書館長2名(司書職出身1名,行政職出身(有資格者)1名)に対する聴き取り調査を実施し、館長の職務、館長に求められる能力や研修内容等、県内館長研修の現状について尋ねた。特徴的な職務として、多様な勤務体制の中での労務管理と人材養成、利用者対応や危機管理等が共通して挙げられた。図書館の専門的知識の必要性について尋ねたところ、倫理規定等の理解、サービス論や資料の理解に基づく長期的運営方針の策定が必要であること、専門知識により県の重要政策と図書館活動を結びつけやすくなること、司書業務への理解や運営に係る機微に至る議論を深められること等が挙げられた。一方、行政職の多様な経験を図書館の活動に活かす重要性が挙げられ、司書を館長として養成する場合、早期から外の団体との交流を持ち行政の手腕と知識を身に付ける必要があるとの意見が得られた。
新規膜挿入型CaMキナーゼCLICK-III/CaMKIγの神経機能解析

本研究は、CaMKIファミリーに属する神経細胞特異的なCaMキナーゼ、CLICK-III/CaMKIγの、神経機能解明ならびにその分子機構の理解を目的とする。研究代表者は、前年度に本酵素がプレニル化ならびにパルミトイル化という複数の脂質修飾を受け膜アンカーされることを見出していたため、平成17年度は引き続き脂質修飾の制御ならびに生物学的意義についての研究を進めた。まず、2種類の脂質修飾であるプレニル化とパルミトイル化が互いに影響するか、各脂質修飾欠失変異体を用いて検討した。その結果、パルミトイル化を受けるためにはプレニル化を必要とする一方、パルミトイル化の有無によりプレニル化は影響されないことが分かり、細胞内において本酵素は、プレニル化、パルミトイル化を順序立って受けていることが示唆された。また、近年同定されたパルミトイル化酵素のうち、CLICK-IIIを基質とする候補分子を同定した。次に、CLICK-IIIの細胞生物学的機能について神経突起伸展のモデル細胞であるPC-12細胞を用いて検討した。CLICK-IIIを発現しないPC-12細胞にCLICK-IIIを発現させると、脱分極刺激によって誘導される突起伸展を促進することが分かった。更にこの作用は、脂質修飾欠失変異体においては減弱しており、脂質修飾が機能発現において重要な役割を果たすことが示唆された。以上の研究成果は、今年度開催された、第78回日本生化学会(生化学77,987:3P702))、米国神経科学会(Soc.Neurosci.Abstr.31:496.9)にて発表した。既に、研究代表者らは、脂質修飾の一種であるプレニル化によって、本酵素が膜アンカーされることを見出していたため、平成17年度は脂質修飾の詳細検討ならびにその生物学的意義についての研究を進めた。まず、生化学的手法により、CLICK-IIIはプレニル化のみでなく、別種の脂質修飾である、パルミトイル化をも受けることを見出し、本酵素における脂質修飾の多様性を明らかにした。CLICK-IIIのアミノ酸配列中には、パルミトイル化を受ける候補となるシステイン残基が、複数箇所存在するため、それぞれのシステイン残基に変異を導入し、各変異体のパルミトイル化を調べ、パルミトイル化に必須なアミノ酸残基を同定した。また、一番パルミトイル化の程度が低かった変異体を、パルミトイル化欠失変異体として後の研究に用いた。次に、これらの脂質修飾と細胞内局在との関連について検討した。既に作成済みである、プレニル化欠失変異体ならびに、上記パルミトイル化欠失変異体を用い、複数の脂質修飾によって、どのようにCLICK-IIIの細胞内局在が制御されているのか、細胞生物学的手法により調べた。その結果、CLICK-IIIが、様々なシグナリング分子が集積するLipid-micro domain、ラフトへ、存在していることを明らかとし、脂質修飾のうち特にパルミトイル化が、このラフトへの局在化に必須であることを見出した。以上の研究成果は、今年度開催された、日本生化学会(生化学76,900:3P136(W35-11))、米国神経科学会(Soc.Neurosci.Abstr.30:498.9)にて発表した。
ヘテロ構造揺らぎ相転移による新ものづくりコンセプトの創出

生体分子モーター程の「物質内の微小領域で起る温度揺らぎに起因する相転移現象の仕組みを学び」その上で「ものづくりの新しいコンセプトを創出すること」を目的としている.主な研究成果は、「相転移の熱統計力学と第一原理計」では、Landau展開モデルの熱統計力学による完全記述と係数の秩序規則の発見、「相転移のkinetics解析」では梯子登り理論の提唱と確立、「中性子非弾性回折理論と解析」ではセントラルピークの発現が相転移揺らぎに帰着することを明らかにし、その解析方法を厳密化した.「新しいコンセプトの創出では」ZrNb合金の核燃料被覆材及び生体材料への適用を考え、メスバウアー分光解析を行った.分子モーター程の「物質内の微小領域で起こっている温度揺らぎ」に起因する現象の仕組みを学び、その上で「ものづくり」の新しいコンセプトを創出し、技術革新を引き起こすことを目的とする。本研究では、金属系バイオマテリアル材料Zr-20Nb合金におけるω相転移のヘテロ構造揺らぎを対象としている。電子・原子スケールでの構造相転移解析では、ω相転移をphonon-mode変態とBain-mode変態に分解して、各要素ごとの熱力学ポテンシャルを算出し、最後にphonon-Bain相互作用を考慮して、「全エネルギーを最小にする格子変位を見出す」という物理モデル(T-mode理論)を提唱した。この物理モデルは、第一原理計算で行う構造最適化計算に対応している。計算にあたっては、無限サイズの無秩序な原子配置を有限サイズに還元する技法を採用して、VASPコードを用いて行った。Zr-20%Nb合金のω相転移解析のうち、変態相の結晶構造、局所熱揺らぎと活性化エネルギー、変態経路解析が可能となった。メソスコピック・マクロスコピックスケールでの構造相転移解析では、第一原理計算のガイドラインとなるLandau型自由エネルギーの展開係数に関する対称性理論を、qー点群解析から導き出した(Physcal Rev.に投稿中)。また、弱い揺らぎを許す平均場近似をベースにして求めた全エネルギーをLandau型にTaylor展開して、Landau型自由エネルギーを不均質相転移に適用できる形とした。上記、不均質相転移の典型例であるZr-20%Nb合金の前駆ω相転移を取り上げて、ヘテロ構造揺らぎ相転移のkinetics理論を構築し、ドメインの時間発展、分布、局所相転移の量、を求めるとともに、臨界現象の解析を行った。以上温度揺らぎに起因する現象の仕組みを学び、その上でものづくりの新しいコンセプトを創出する。研究計画では、電子・原子スケールでの構造相転移解析を結晶群論の立場から、1)均質相転移T-mode理論の定量計算による実証、2) T-mode理論の不均質相転移への拡張、3) Landau自由エネルギー展開係数の直接計算という3テーマに分割している. 1)3)を通じて、研究が概ね順調に進展している理由は、提唱した構造相転移解析モデル(T-mode理論)が、第一原理計算で行う構造最適化計算に対応しているというのが、第1の理由である。このため、擬ポテンシャル法を用いてKhon-Sham方程式を解くVASPやABINITなど、既存の計算コードが使用できることになった。後2者の、2) T-mode理論の不均質相転移への拡張と3) Landau自由エネルギー展開係数の直接計算については、第一原理計算のガイドラインとなるLandau型自由エネルギーの展開係数に関する対称性理論を、qー点群解析から導き出したこと(Physcal Rev.に投稿中)、また、弱い揺らぎを許す平均場近似をベースにして求めた全エネルギーをLandau型にTaylor展開して、Landau型自由エネルギーを不均質相転移に適用できる形としたことも、研究を順調に推進させた理由と考えている。平成27年度の研究計画に入っている、もうひとつのテーマ、4)ヘテロ構造揺らぎ相転移の理論解析では、点欠陥の時間発展方程式[M. Kiritani, J. Phys. Soc. Japan, 35, 95,(1973)]を拡張して、梯子登りモデルを構築し、マスター方程式を定式化できたことが、順調な研究推進を生んだと考えている。生体分子モーター程の「物質内の微小領域で起る温度揺らぎに起因する現象の仕組みを学び」、その上でものづくりの新しいコンセプトを創出することを目的としている.Zr-Nb合金の、温度揺らぎに起因する準安定ω相転移を対象とし、相転移の機構を明らかにすることから始めた.このため、順次、「相転移の電子・原子スケールでの熱力学解析」→「相転移kinetics解析」→「中性子線回折による相転移の評価」という手順で研究を重ねてきた.熱統計力学で話題となっている「微小領域で起る温度揺らぎに起因する現象」の解明を目指して研究を行ってきた.その上でものづくりの新しいコンセプトを創出し、技術革新を引き起こすことを目的としている.Zr-Nb合金の、温度揺らぎに起因する準安定ω相転移を対象とし、順次、「相転移の電子・原子スケールでの熱力学解析(H27年)」→「相転移kinetics解析(H28年)」→「中性子線回折による相転移の評価(H28年)」→「原子炉燃料棒の被覆材料、生体用金属材料あるいは触媒材料開発(H29年)」という手順で研究を重ねてきている.本年度(H28年)の研究対象である「中性子線回折による相転移の評価」は、先ず、非弾性中性子線回折セントラルピークの解析理論確立をする必要があった.

1971年、中性子線非弾性散乱実験を行っていたRisteが,エネルギー分析軸上のE=0に存在する非常に鋭いピーク,セントラルピークを発見して以来、確たる解析理論が存在していない.そこで、従来の回折理論に入ってくる、Langevin方程式を解く部分を回避して、「相転移kinetics解析」に基づいて得られた準安定ω相ドメインの時間発展方程式を回折理論に持ち込み、セントラルピークの解析理論確立を行った.定量解析には、S. C. Moss等が測定したZr-20%Nb合金の非弾性中性子線回折のセントラルピークスペクトルを使用できたのが、研究が順調に進んだ理由の1つである.全体としてみると、概ね順調であるが、情報発信(論文発表)が遅れている.生体分子モーター程の「物質内の微小領域で起る温度揺らぎに起因する現象の仕組みを学び」、その上で「ものづくりの新しいコンセプトを創出し、技術革新を引き起こすこと」を目的としている.原子炉材料であり、且つ、生体金属材料として期待されているZr-Nb合金の、温度揺らぎに起因する準安定ω相転移を対象とし、相転移の機構を明らかにすることから始めた.このため、順次、「相転移の電子・原子スケールでの熱力学解析」→「相転移kinetics解析」→「中性子線回折による相転移の評価」という手順で研究を重ねてきた.H29年度は、研究計画に記した「新ものつくりコンセプトの創出」に軸足を移すべく、ZrーNb合金の原子炉燃料棒被覆材としての蓋然性の研究を始めた.ZrーNb合金被覆材の放射線損傷耐性の機構解明を最終目標とするが、H29年度は、微小領域で揺らいでいると予測される準安定ω相の生成ー消滅機構の解明を目的として、Zr-(14)at.%Feの試料を用いて顕微Mossbauer分光スペクトル解析を行った.Zr-1at.%Feの試料を用いて、300K-10Kの範囲で、Mossbauer分光スペクトルを取り、安定相の同定と準安定ω相の生成を確認し、状態図の中に描けるところまで来ている.一方、本研究の相転移の熱統計力学理論と材料開発手法は、誘電体材料開発にもそのまま適用できるので、典型的な誘電体相転移材料BaTiO3を対象に、熱統計力学理論解析と相転移の第一原理計算もこの3年間同時に行ってきた.研究成果をまとめると、上記「相転移の熱力学解析」では、Landau展開係数の対称性ルールの発見と理論解析、「相転移kinetics解析」では梯子登り理論の提唱、「中性子線回折」では、セントラルピークの発現が相転移揺らぎに帰着することを明らかにし、その解析方法を厳密化したなどが主な成果である.生体分子モーター程の「物質内の微小領域で起る温度揺らぎに起因する相転移現象の仕組みを学び」その上で「ものづくりの新しいコンセプトを創出すること」を目的としている.主な研究成果は、「相転移の熱統計力学と第一原理計」では、Landau展開モデルの熱統計力学による完全記述と係数の秩序規則の発見、「相転移のkinetics解析」では梯子登り理論の提唱と確立、「中性子非弾性回折理論と解析」ではセントラルピークの発現が相転移揺らぎに帰着することを明らかにし、その解析方法を厳密化した.「新しいコンセプトの創出では」ZrNb合金の核燃料被覆材及び生体材料への適用を考え、メスバウアー分光解析を行った.
くねりロボット機構による雪氷環境移動システム

1.積雪の粒子シミュレーションの妥当性の検討と改善について結果的に年度当初の課題が現在もそのまま残っている.実験機の動きとシミュレーションの動きの比較によってシミュレーション手法の妥当性を論じる計画であったが,実験機の製作に思いのほか手間取り,研究期間内に十分な検討を加えることができなかった.研究期間全体を通じては,ロボットと積雪の相互作用を表現するという点において重要と思われる,体積塑性と圧縮による硬化という性質を,粒子シミュレーションによって表現することができた.またそのような性質をもつ物質の内部をくねり運動する物体が移動可能であることを示すことができた.2.実験機の製作について小型サーボモータユニットを用いた実験機を製作した.アクチュエータのコントローラとして新たな汎用ロボットコントローラを採用することで,それまでのマイコンと比較してより高度な動作を比較的容易に実現できることがわかった.しかし,防水の面などに十分な対策を施せなかったため,最終的にはパーソナルコンピュータとロボットを有線接続してコンピュータから直接サーボをコントロールする手法を採用した.研究期間のほぼ最後に実験可能な機体を完成することはできたものの,当初の計画よりも大幅に遅れた.大きな問題点は,サーボユニットのセンサー情報をコントローラにフィードバックすることができていない点や,運動機能を損なわずに完全な防水仕様とする最良の方法がいまだに見出せない点などである.3.フィールド試験について実験機を実際に積雪環境に持ち出して実験を行った.前進方向への力の作用は見られるものの,現在までに積雪中を推進する状態には至っていない.動作の観察から,あと一歩の状態と考えられるが,実験機製作の遅れの影響で,冬期間中に,詳細に条件を詰めるための十分な時間が確保できなかったことが残念である.コンピュータシミュレーションによって,サブメートルないしメートルスケールの雪の力学的性質を表現するために,雪を粒子の集合体と仮定した手法を試みた.粒子間の力学的作用を,粒子の移動に対する抵抗力,およびバネを用いて表現し,それらの性質,および相互作用のカットオフ距離の最適化を目指した.これにより,これまでにいくつかの文献に発表されている実験値に近い雪の性質を表現することができた.ただし,雪の性質は温度や密度に依存して大きく変化するため,本シミュレーション手法の信頼性,正確性をどのように評価するかが大きな課題である.開発したシミュレーション手法を用いて,ロボット機構の運動形態について検討を行った.ロボット機構を雪と同様に粒子の集合体として表し,積雪中を移動する様子をシミュレートした.運動形態としてサイン曲線,サーペノイド曲線,多関節ロボット型を適用し,移動の様子を観察した.その結果,いずれの場合でも運動モードの一周期につきその波長にほぼ一致する移動量が得られた.運動の安定度を見ると,サイン曲線,サーペノイド曲線ではほとんど差がなく,いずれも移動開始直後は安定するが,移動が進行するにつれ不安定となる傾向が認められた.また,体長が長くなると挙動が不安定になる傾向が認められた.多関節型はより安定した移動を行うが,移動と共に不安定になる傾向は同様であることがわかった.この原因は,身体をくねらせることによって,自分自身の周辺に空間が生じることによる支持点の消失であると考えられる.このことは波のように同一形状が連続する運動モードでは安定した推進が難しいことを示しており,空間形状にリアルタイムに適応するような運動形態の制御が今後必要であると考えられる.実験モデルの作成については機械的な基本構造を構成したものの,制御および防水の面が未完成であり,実際に雪中での実験が可能な状態とはなっていない.1.積雪の粒子シミュレーションの妥当性の検討と改善について結果的に年度当初の課題が現在もそのまま残っている.実験機の動きとシミュレーションの動きの比較によってシミュレーション手法の妥当性を論じる計画であったが,実験機の製作に思いのほか手間取り,研究期間内に十分な検討を加えることができなかった.研究期間全体を通じては,ロボットと積雪の相互作用を表現するという点において重要と思われる,体積塑性と圧縮による硬化という性質を,粒子シミュレーションによって表現することができた.またそのような性質をもつ物質の内部をくねり運動する物体が移動可能であることを示すことができた.2.実験機の製作について小型サーボモータユニットを用いた実験機を製作した.アクチュエータのコントローラとして新たな汎用ロボットコントローラを採用することで,それまでのマイコンと比較してより高度な動作を比較的容易に実現できることがわかった.しかし,防水の面などに十分な対策を施せなかったため,最終的にはパーソナルコンピュータとロボットを有線接続してコンピュータから直接サーボをコントロールする手法を採用した.研究期間のほぼ最後に実験可能な機体を完成することはできたものの,当初の計画よりも大幅に遅れた.大きな問題点は,サーボユニットのセンサー情報をコントローラにフィードバックすることができていない点や,運動機能を損なわずに完全な防水仕様とする最良の方法がいまだに見出せない点などである.3.フィールド試験について実験機を実際に積雪環境に持ち出して実験を行った.前進方向への力の作用は見られるものの,現在までに積雪中を推進する状態には至っていない.動作の観察から,あと一歩の状態と考えられるが,実験機製作の遅れの影響で,冬期間中に,詳細に条件を詰めるための十分な時間が確保できなかったことが残念である.
脊髄刺激を用いて脊髄損傷患者の手指運動を再建する

本研究ではまず、サル脊髄に刺激用多極電極を慢性留置する方法を確立した後、多極刺激によって、刺激効果が加重することを確認した。その後、刺激時の上肢姿勢が刺激効果をどのように修飾するのか定量化した。刺激開始時の手の位置が誘発運動に与える影響を系統的に探索した。その結果、体幹部に対する手の相対的な位置の相違により、脊髄刺激効果が有意に異なる事を発見した。この事は、手の初期位置を考慮に入れた刺激パラメタの確立が必須である事を示していた。以上のような刺激加重の非線形性と、刺激効果の初期位置依存性は本研究で初めて明らかになった。今後の脊髄刺激による機能再建技術開発にとって重要な知見を報告できた。交付申請当初は痛覚治療用脊髄刺激システムを用いる予定であったが、現在申請者が保有している動物に対してはサイズが大きすぎることが判明したため、通常神経活動多極記録において用いられているFloating Microelectrode Array(FMA電極)の使用に切り替えて実験を遂行した。当該電極は臨床応用は難しいが、痛覚治療用電極を用いる際に必要な刺激技術の確立には充分代用可能であるとの判断が理由である。その結果、慢性留置方法が確立できたことは大きな成果である。FMA電極は痛覚治療電極に比べてより侵襲を伴うため神経組織への負担も大きいが、その条件で1年近く刺激効果が維持できた点は将来的に痛覚治療用電極に切り替えた際にはより長い期間刺激効果が維持できる可能性を示唆しており有意義であった。次に、個々の電極の刺激効果を正当に評価するための刺激プロトコルを確立できた点は有意義であった。例えば、動物の状態(麻酔深度)は刺激対象となる神経細胞群の興奮性と相関するため、臨床応用の場面では患者の覚醒度合いとも関連する。したがって、緩徐な時定数で変化する動物の状態の影響を排除した測定条件で刺激効果の評価を行う必要があり、それを確立できた点が有意義である。次に、組織解析の結果、電極留置相当部位の組織変形が確認された。この変形が電極そのものによるものか、感染による二次的な現象かは現在解析中である。将来的に利用予定の痛覚治療用電極は侵襲が少ないためこのような可能性は少ないが、脊髄長期インプラント電極の組織への影響についてのデータは少ないので、貴重である。平成26年度は第一に、多極同時刺激による刺激効果の加重様式を確認した。臨床では単なる筋肉の収縮ではなく、日常生活に有意義な大きな力と動きを刺激によって制御する必要がある。そのためには、多極への同時刺激は必須であるが、現在まで至適な刺激パラメタは確立していない。そこで、FMA最大5チャンネル同時に様々なパラメタで刺激を行なった。電極ペアによって、筋電図出力が各チャンネル単独刺激の線形和になる場合は少なく、多くの場合非線形性を示した。具体的には非線形的促進(線形和より大きい)、非線形的抑制(線形和より小さい)が観察された。次に、刺激時の上肢姿勢が刺激効果をどのように修飾するのか定量化した。臨床場面では、患者の安静字姿勢を制御することは不可能である。例えば手が体幹の右にある場合と左にある場合で刺激効果が異なるなら、その点も考慮した刺激パラメタの確立が必要である。そこで、刺激開始時の手の位置が誘発運動に与える影響を系統的に探索した。神経生理学交付申請当初は痛覚治療用脊髄刺激システムを用いる予定であったが、現在申請者が保有している動物に対してはサイズが大きすぎることが判明したため、通常神経活動多極記録において用いられているFloating Microelectrode Array(FMA電極)の使用に切り替えて実験を遂行した。

したがって、緩徐な時定数で変化する動物の状態の影響を排除した測定条件で刺激効果の評価を行う必要があり、それを確立できた点が有意義である。次に、組織解析の結果、電極留置相当部位の組織変形が確認された。この変形が電極そのものによるものか、感染による二次的な現象かは現在解析中である。将来的に利用予定の痛覚治療用電極は侵襲が少ないためこのような可能性は少ないが、脊髄長期インプラント電極の組織への影響についてのデータは少ないので、貴重である。上述のような理由によって、本研究ではより侵襲の多いFMAタイプの電極を使用することにした。この方針変更はあるが、残りの研究期間で予定されていた実験を行ってゆきたい。第一に、多極同時刺激による刺激効果の加重様式を確認する。臨床では単なる筋肉の収縮ではなく、日常生活に有意義な大きな力と動きを刺激によって制御する必要がある。そのためには、多極への同時刺激は必須であるが、現在まで至適な刺激パラメタは確立していない。そこで、次年度はこの多極刺激を行い、どのような動きが誘発されるか、解析したい。次に、刺激時の上肢姿勢が刺激効果をどのように修飾するのか定量化する。臨床場面では、患者の安静字姿勢を制御することは不可能である。例えば手が体幹の右にある場合と左にある場合で刺激効果が異なるなら、その点も考慮した刺激パラメタの確立が必要である。そこで、刺激開始時の手の位置が誘発運動に与える影響を系統的に探索する予定である。第三に、脊髄損傷モデルにおいて上記の実験を再現する。脊髄刺激は脊髄反射経路だけでなく、大脳皮質を含めた上位中枢経由の運動出力系も活性化させる。脊髄損傷患者の場合、後者は切断されているので前者を最大限に利用した刺激技術の確立が必要である。そのために脊髄損傷モデルサルにおいて、上記の多極刺激や姿勢依存性などを確認する予定である。使用予定であった痛覚治療用電極が電極サイズと動物サイズの不適合のため使用できなくなり、現有のFMA電極を使うことに変更したため。また購入予定であった動物が入手できず、現有の実験動物を用いたため痛覚治療用電極の代替電極や電極作成材料、またそれらの実験利用に必要な消耗品の購入を行う。また実験動物の購入を行う。
透析室における患者と医療スタッフの快適性に関する研究

透析患者は、貧血や血行不良により健康者に比べ体感温度が低くなったり、末梢神経障害により温冷感が鈍化しているため、同じ室内において健康で活動量の高い医療スタッフとの間で快適性の差が生まれやすいと考えられる。そのため、患者・医療スタッフともに環境に対する不満・不快感を抱えているのが現状である。本研究では、天井放射冷暖房システムを設備した透析室を対象とし、温熱環境実測・快適性調査などを通して、透析患者、医療スタッフ各々の快適性を明確化する。平成30年度は、以下のような研究を実施した。(1)透析室における実測調査結果の解析:透析室実測結果の解析及び結果をまとめた。(2) CFDによる透析室・患者の生理量の再現:CFDに実測時の温熱環境測定結果及びベッドや機器の使用状況について、実測時の状況を入力することで、冬季における室内の温度分布等を再現するとともに、患者の着衣を再現した人体モデルを組み込むことで、患者の皮膚温分布等のシミュレーションを行った。透析室内の温熱環境や患者の着衣量・ふとんのかけ方等について、前年度までに実施した実測結果及び人工気候室における実験結果をシミュレーションに入力することで、より現実に近い状態の温熱環境及び在室者の生理量や快適性を評価できるようになった。また、補助事業期間(H27H30)全体では、以下のような項目について研究を行った。(1)文献調査、(2)中央監視温湿度データの解析、(3)長期温熱環境測定(4)透析室における実測調査、(5) CFDによる透析室の温熱環境再現および患者の快適性・生理量再現以上より、天井放射冷暖房を設備した人工透析室での温熱環境の状況及び患者とスタッフの快適性が明らかになった。実測結果とCFDにより温熱環境や快適性のシミュレーションが可能になったことにより、今後の病院設計等の基礎的データ・ツールとなることが期待される。透析患者は、貧血や血行不良により健康者に比べ体感温度が低くなったり、末梢神経障害による温冷感の鈍化により、同じ室内において健康で活動量の高い医療スタッフとの間で快適性の差が生まれやすいと考えられる。そこで、本研究では、天井放射冷暖房システムを設備した透析室を対象とした実測調査などを通して、透析患者、医療スタッフ各々の快適範囲を明確化し、健康で快適な病院建築環境基準の提案を行うことを目的としている。平成27年度は文献調査を実施し、研究の位置づけを明確にすることに加え、以下の項目を実施した。1)中央監視温湿度データの解析:透析室の年間を通した空調運転状況把握及び透析室の温熱環境の特性を把握することを目的とし、中央監視温湿度データを解析した。本透析室では、インテリアゾーン、ペリメーターゾーンの2か所で温湿度を1時間おきに計測している。このデータを利用した。また、透析室の温湿度データと合わせて一般入院病室のデータも解析、比較し、透析室の温熱環境の特徴を把握した。2)長期温熱環境測定:透析室における室内環境を詳細に把握するため、通常稼働状態で透析室内の温熱・空気環境測定を行った。測定は、ベッド位置及び室内代表点にて実施した。ベッド位置での測定は、ベッド面高さにおいて、空気温度、相対湿度、グローブ温度を5分ごとに計測した。スタッフエリアと患者エリアに室内代表点にを設け、上下温度分布、放射温度、相対湿度を5分ごとに計測した。加えて、気流速度、二酸化炭素濃度、給気温度(空調吹き出し口近傍空気温度)、天井パネル表面温度、壁面温度の測定も実施した。研究計画に従い、長期にわたる温熱環境測定データを蓄積している。今後も、計測を継続していく予定である。本研究では、透析室における温熱環境実測・快適性調査などを通して、透析患者、医療スタッフ各々の快適範囲を明確化し、健康で快適な病院建築環境基準の提案を行うことを目的としている。平成28年度は、以下のような研究を実施した。1)長期温熱環境測定(前年度より継続):平成27年度に実施した長期温熱環境測定を継続し、長期にわたって室内の温熱環境測定を行った。測定項目は、空気温度、相対湿度、放射温度、壁表面温度、給気温度、床・天井・天井放射パネル表面温度、二酸化炭素濃度であった。2)透析室における実測調査:各季節において、透析患者・医療スタッフを対象としたアンケート調査及び室内の温熱・空気環境測定を全ベッド位置および患者エリア・スタッフエリア内の代表点で行った。事前に調査内容を説明し、研究協力に同意いただいた患者を対象としたアンケート調査では、透析時間の前半・後半に室内環境に関する快適性に関する申告を行ってもらった。また、患者の足部皮膚温測定を行った。透析室勤務の医療スタッフを対象とした申告では、室内環境に関する項目、患者から受けた室内環境に対する改善要望等について回答してもらった。研究計画に従い、透析室内の温熱環境測定、患者・医療スタッフを対象とした快適性評価に関するアンケート調査を実施した。

そのため、患者・医療スタッフともに環境に対する不満・不快感を抱えているのが現状である。本研究では、天井放射冷暖房システムを設備した透析室を対象とし、温熱環境実測・快適性調査などを通して、透析患者、医療スタッフ各々の快適範囲を明確化し、健康で快適な病院建築環境基準の提案を行うことを目的としている。平成29年度は、以下のような研究を実施した。(1)透析室における実測調査結果の解析:透析室において実施した実測調査の結果を各季節ごとにまとめた。(2)患者・医療スタッフの着衣量測定:実測及びその後の解析の中で、患者の布団のかけ方による着衣量の違い、スタッフの業務による着衣量の差などが快適性に影響を及ぼしている可能性が考えられた。そこで、患者・医療スタッフの着衣量を測定した。また、患者の布団のかけ方について、実測時によく見られたかけ方の条件を複数設定し、それぞれの条件での患者の着衣量の測定を行った。(3) CFDによる透析室の温熱環境:CFDによる透析室の温熱環境の再現を行った。冬季における温熱環境測定結果及びベッドや機器の使用状況について、実測時の状況を入力することで、冬季における室内の温度分布等を詳細に再現することができた。本研究で実施した実測結果をもとに新たな測定を加え、患者・医療スタッフの快適性の検討を行っている。透析患者は、貧血や血行不良により健康者に比べ体感温度が低くなったり、末梢神経障害により温冷感が鈍化しているため、同じ室内において健康で活動量の高い医療スタッフとの間で快適性の差が生まれやすいと考えられる。本研究では、天井放射冷暖房システムを設備した透析室を対象とし、温熱環境実測・快適性調査などを通して、透析患者、医療スタッフ各々の快適性を明確化する。平成30年度は、以下のような研究を実施した。(1)透析室における実測調査結果の解析:透析室実測結果の解析及び結果をまとめた。(2) CFDによる透析室・患者の生理量の再現:CFDに実測時の温熱環境測定結果及びベッドや機器の使用状況について、実測時の状況を入力することで、冬季における室内の温度分布等を再現するとともに、患者の着衣を再現した人体モデルを組み込むことで、患者の皮膚温分布等のシミュレーションを行った。透析室内の温熱環境や患者の着衣量・ふとんのかけ方等について、前年度までに実施した実測結果及び人工気候室における実験結果をシミュレーションに入力することで、より現実に近い状態の温熱環境及び在室者の生理量や快適性を評価できるようになった。また、補助事業期間(H27H30)全体では、以下のような項目について研究を行った。(1)文献調査、(2)中央監視温湿度データの解析、(3)長期温熱環境測定(4)透析室における実測調査、(5) CFDによる透析室の温熱環境再現および患者の快適性・生理量再現以上より、天井放射冷暖房を設備した人工透析室での温熱環境の状況及び患者とスタッフの快適性が明らかになった。
低電圧駆動有機トランジスタの素子動作・劣化機構のミクロ解明と特性向上

分子レベルで材料評価を行える高感度な手法である電子スピン共鳴(ESR)を、イオンゲルを用いた低電圧駆動有機トランジスタに適用し、素子動作中のESR観測によるミクロ特性評価を進めながら、特に、これまでESR法により研究されてこなかった、高電荷密度状態での素子動作機構と素子劣化機構の解明を微視的な観点で行った。有機材料における電荷キャリアの電子状態(スピン状態やキャリア間磁気相互作用等)をゲート電圧の関数として詳細に研究した。その結果、電荷密度増加と共に、磁気相互作用の次元が0次元から2次元や3次元へと変化する現象や、高電荷密度下における完全な非磁性電荷状態の実現を明らかにした。本研究では電子スピン共鳴(ESR)法を、イオンゲルを用いた低電圧駆動有機トランジスタに適用し、素子動作中のESR観測によるミクロ特性評価を進めながら、特に、これまでESR法により研究されてこなかった、高電荷密度状態での素子動作機構と素子劣化機構の解明を微視的な観点で行う。本年度は、イオンゲルを用いた高分子及び低分子薄膜トランジスタを作製し、ESR研究を進めた。高移動度を示す立体規則性ポリヘキシルチオフェン(RR-P3HT)とペンタセンを用いた。比較のため、立体不規則性P3HT(RRa-P3HT)、電界発光性高分子材料、半導体単層カーボンナノチューブ、単層グラフェンも用いた。電場誘起ESR観測を行い、蓄積電荷キャリアの電子状態を研究した。有機材料では、RR-P3HTにおける素子駆動時の電荷キャリアの電子状態(スピン状態やキャリア間相互作用)を駆動電圧の関数として詳細に明らかにした。更に、ESR信号の温度依存性を4 Kから室温まで測定し、電荷キャリア間の磁気的相互作用に由来するキュリーワイス温度を評価した。ペンタセン、RRa-P3HT、電界発光性高分子ポリフルオレン系材料を用いた電界効果デバイスでも同様な研究を進めた。カーボン系材料では、半導体単層カーボンナノチューブの表面欠陥スピンのESR信号を観測し、そのスピンの磁気的相互作用や運動性を明らかにした。電場誘起ESR測定により両極性の欠陥スピンの消失を観測した。また、蓄積電荷キャリア由来のESR信号は観測出来ず、1次元電子系の朝永・ラッティンジャー液体形成がその原因と解析した。単層グラフェンの場合、欠陥スピンとパウリ常磁性を示す電荷キャリアのスピンのESR信号を観測した。以上の研究成果については、学会や研究会等の招待講演等で報告すると共に、Jpn. J. Appl. Phys.等の学術論文に掲載された。本研究では、電子スピン共鳴(ESR)法をイオンゲルを用いた低電圧駆動有機トランジスタに適用し、素子動作中のESR観測によるミクロ特性評価を進めながら、特に、これまでESR法により研究されてこなかった高電荷密度状態での素子動作機構と素子劣化機構の解明を微視的な観点で行う。本年度は、イオンゲルを用いた高分子薄膜トランジスタと有機単結晶トランジスタを作製し、ESR研究を進めた。高移動度を示す立体規則性ポリヘキシルチオフェンとルブレン単結晶を用いた。素子のトランジスタ特性を半導体デバイスアナライザにより精密に評価した。そして電場誘起ESR観測を行い、電界注入キャリアの電子状態を研究した。高分子薄膜トランジスタでは、素子駆動時の電荷キャリアの電子状態(スピン状態やキャリア間相互作用)を駆動電圧の関数として明らかにした。低ゲート電圧では電荷キャリアはスピンを持つポーラロンであるが、高ゲート電圧では非磁性の電荷キャリア(スピンレスのポーラロン対またはバイポーラロン)が実現し、伝導に寄与していることが明らかになった。また、高電荷密度状態での電荷キャリア間相互作用として、2次元の磁気双極子相互作用の存在が明らかになった。ルブレン単結晶トランジスタでは、イオンゲルを用いた高電界下でも、イオンゲル界面でのルブレンの分子配向は乱れておらず、バルク分子配向と同じことが証明された。また、イオンゲルを貼り付け法で作製した場合、ルブレン界面に電荷キャリアの深いトラップ準位が形成されないことも分かった。よって、イオンゲルとESR法の組み合わせは、クリーンな有機単結晶界面における高密度電荷状態の物性研究に最適であることが示された。本研究では電子スピン共鳴(ESR)法を、イオンゲルを用いた低電圧駆動有機トランジスタに適用し、素子動作中のESR観測によるミクロ特性評価を進めながら、特に、これまでESR法により研究されてこなかった、高電荷密度状態での素子動作機構と素子劣化機構の解明を微視的な観点で行った。高移動度を示す立体規則性ポリヘキシルチオフェン(RR-P3HT)とペンタセン、低移動度を示す立体不規則性P3HT(RRa-P3HT)を用いた。p型特性および両極性特性を示す素子構造を作製して研究を進めた。その他、単層グラフェンも用いて研究を行った。