hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
越境の琉球芸能社会史－近代の大阪、南洋群島、ハワイを中心に

2011年8月、11月、2013年2月に沖縄を訪問し沖縄県立図書館での資料収集や三線職人や演奏家への聞き取り調査などを実施した。この調査では、1930年代にハワイ移民から三線の需要が高まり、三線の仲買人を通じて多くの名器がハワイに渡ったことが明らかとなった。また三線どうしの交換など様々なやり取りを経て、ハワイ移民が所有していた三線が現在沖縄で保管されている事例が多いことも明らかになった。3)戦前ハワイで行われた沖縄芝居の興行に焦点を当て、興行を支える移民のネットワークのありようを検討した。これまで収集してきた新聞記事をもとに、1930年に行なわれた新垣松含一座の興行に関する事実関係を明らかにするとともに、引率者、世話人、興行主などを担った人々の経歴を明らかにした。検討の結果、ホノルルにおける成功者たち、沖縄移民が集住する各プランテーションの農業労働者たちが各地でネットワークを形成し、ハワイ各島での巡業を支えたことが明らかになった。本研究にかかわるフィールドワークは順調に進んでおり、その研究成果も学会や国際的なシンポジウムなどで報告している。この研究で明らかにしようとした芸能・音楽に媒介された地域横断的な人々の関係性を、レコードというメディアをとおして照らし出すことができた。今年度に遂行した研究により、越境する芸能の展開を追うだけにとどまらず、レコードや楽器などモノの流通にまで視野を広げ、これまでの研究成果をさらに発展させることができた。またフィールドワークでは、これまでほとんど発掘されてこなかった戦前のレコードなど入手困難な資料を多く発掘し、文献資料のみにおいて検討されてきた領域をさらに深めることができた。これまでの研究では、移民・出稼ぎたちがおこなう芸能活動のダイナミズムを見出すことができた反面、移民・出稼ぎの人々に芝居をみせたり、芸能を教授したりするために渡ってきた芸能家を、移民・出稼ぎがどのように受け入れたかということについては描きだすことができなかった。移民・出稼ぎは移動した先で独自の芸能活動を展開していくと同時に、つねに沖縄で活躍する芸能家の芸に触れることを渇望し、沖縄の芸能家たちを独自のネットワークで受け入れてきた。今後の研究では戦前ハワイでおこなわれた沖縄からの芝居の興行と芸能家の招聘に注目し、沖縄からの芸能家を支えるネットワークを明らかにしていきたい。1)レコードや楽器などの現物調査を進めるとともに、モノの流通に関する証言を沖縄やハワイで収集し、その流通経路のありようをさらに詳しく明らかにする。当該地域での長期的なフィールドワークや綿密な資料の調査が必要である。2)芝居の役者への聞き取り調査を進め、どのような人々のつながりによって芸能の越境性が維持されているのかさらに詳しく明らかにする。大阪、南洋群島、ハワイなど各地での芝居の興行についてさらに資料収集を進め、公演の演目や場所、引率者、世話人、興行主などについて整理し、地域横断的な歴史記述を試みる。
非線形光学結晶の機能を最大にする超精密加工法の開発と光学特性の評価

非線形光学結晶はレーザの波長変換素子に用いられる材料である.非線形光学結晶を波長変換素子として用いる場合,位相整合条件を満足する結晶方位にレーザが入射しなければならない.非線形光学結晶の位相整合条件に対する角度許容幅は狭く,波長変換素子を作製することが困難であることが問題となっている.そこで本研究では,非線形光学結晶を光学面に仕上げる方法として超精密切削を適用すると共に加工装置上に波長変換を行うレーザ光学系を搭載し,装置上に固定した非線形光学結晶には1/1000°単位で2自由度の角度変化を与え,装置上で最適な結晶方位を同定した上で光学面に仕上げる加工法を確立した.本年度の研究では,本装置を用いて非線形光学結晶であるチエニルカルコンTC-121を加工し光学面を得るための最適な加工方法について検討した.また,加工した素子の光学特性を詳細に調べた.光学特性の評価には分光光度計やレーザを用い,分光光度計では4×4mmの領域における透過率を評価し,レーザでは直径50μmの領域での透過率を測定した.本研究によって得られた成果をまとめると以下のようになる.2.表面粗さの異なる試料について分光光度計を用いて透過率の測定を行った結果,波長1.064μmにおいて87%88%の透過率が得られた.3.同様の試料を用いて波長1.064μmのレーザの透過率を測定したところ分光光度計で得られた透過率よりもわずかに小さく85%86%になった.これは,分光光度計で測定した面積よりも小さい範囲で評価した結果であることから,微少領域での表面形状が関係していると考えられる.非線形光学結晶はレーザの波長変換素子に用いられる材料である.非線形光学結晶を波長変換素子として用いる場合,最適な結晶方位(位相整合方向)にレーザを透過させて使用するため表面状態が悪いと散乱が大きくなり変換効率が極端に低下する.また,非線形光学結晶はこの位相整合方向に対する角度許容幅が数秒数十秒と非常に小さいため,角度誤差を極力小さくすることが望まれるが,結晶の加工は一般に素材の切出しと光学面の創成が別々の装置で行われるため,角度誤差を0.1°程度にしかできないのが現状である.そこで本研究では,結晶に1/1000°の精度で角度変化を与える機構を組み込んだ超精密加工装置を製作すると共にその装置上にレーザ光学系を搭載することで光学面に仕上げた結晶を取り外すことなく波長変換特性を測定することを可能にした.本年度はこの超精密加工装置を用いた研究を実施し,以下に示すような研究成果を得た.1)超精密加工装置を用いて非線形光学結晶の一つであるチエニルカルコンの最適加工条件を検討した.従来は乾式切削で行っていたが,装置を改造することで純水をミスト状に供給する湿式切削が行えるようになった.これにより乾式切削した面よりも加工精度が向上した.2)透過率を評価するために島津製作所製の分光光度計UV-1650を導入し,本研究で加工した非線形光学結晶の評価ができるように改造した.3)本研究で加工した非線形光学結晶について透過率の測定を行い,加工精度の違いにより透過率に違いが生じることが明らかとなった.非線形光学結晶はレーザの波長変換素子に用いられる材料である.非線形光学結晶を波長変換素子として用いる場合,位相整合条件を満足する結晶方位にレーザが入射しなければならない.非線形光学結晶の位相整合条件に対する角度許容幅は狭く,波長変換素子を作製することが困難であることが問題となっている.そこで本研究では,非線形光学結晶を光学面に仕上げる方法として超精密切削を適用すると共に加工装置上に波長変換を行うレーザ光学系を搭載し,装置上に固定した非線形光学結晶には1/1000°単位で2自由度の角度変化を与え,装置上で最適な結晶方位を同定した上で光学面に仕上げる加工法を確立した.本年度の研究では,本装置を用いて非線形光学結晶であるチエニルカルコンTC-121を加工し光学面を得るための最適な加工方法について検討した.また,加工した素子の光学特性を詳細に調べた.光学特性の評価には分光光度計やレーザを用い,分光光度計では4×4mmの領域における透過率を評価し,レーザでは直径50μmの領域での透過率を測定した.本研究によって得られた成果をまとめると以下のようになる.2.表面粗さの異なる試料について分光光度計を用いて透過率の測定を行った結果,波長1.064μmにおいて87%88%の透過率が得られた.3.同様の試料を用いて波長1.064μmのレーザの透過率を測定したところ分光光度計で得られた透過率よりもわずかに小さく85%86%になった.これは,分光光度計で測定した面積よりも小さい範囲で評価した結果であることから,微少領域での表面形状が関係していると考えられる.
画像検索技術を用いた習字教育支援システムの開発

本研究では専門的な指導者がいなくても独学で習字学習が効率的に行える教育支援システムの開発を目的とする.現在までにタッチパネルを利用した文字習得ソフトは開発されており,これらのシステムでは文字を書く際のストロークに着目したものが多い.一方,本研究では学習者が実環境(筆と墨を使って実際に半紙に書く環境)にて作成した習字作品に対して,「止め・払い・うったて」等の重要箇所及び文字バランスに対して,適切な評価・アドバイスを行える支援システムを開発した.本研究では専門的な指導者がいなくても独学で習字学習が効率的に行える習字教育支援システムを開発することを目的としている.現在までにタッチパネルを利用した文字習得ソフトは開発されているが,本研究では学習者が実環境(筆と墨を使って実際に半紙に書く環境)にて作成した習字作品に対して,適切な評価・アドバイスを行える支援システムを開発する.学習者は実環境にて作成した作品を携帯端末等で撮影し,システムに転送するだけで,あたかも専門家に指導を受けたかのような添削結果をサーバから受け取ることができる.平成25年度までには小学校低学年用の習字フォントを対象にし,習字作品評価システム及び評価知識構築システムを中心に開発した.習字作品評価システムでは,類似画像検索システムで用いられているSIFT特徴量を適用し,お手本画像の評価知識が付与されている重要箇所(「止め・払い・うったて」が必要な箇所)と習字作品画像の該当する部分とが正しく書けているかどうかを自動判別することが可能になった.また,習字作品内に発生する文字の大きさや線の太さの違いにも頑健なシステムを開発できた.更に平成24年度の研究では,小規模システムの構築を目的としていたため,お手本画像への評価知識の付与は人手で行っていた.しかしながら,お手本用文字画像の大規模化(数万種類)に対応するため,計算機を用いて効率的に評価知識をお手本画像へ付与するシステムを開発した.この技術には研究分担者の研究成果である知識構築技術が利用した.更に,大規模の習字フォントに対する評価実験を行い,上記システムの有効性を検証した.本研究では専門的な指導者がいなくても独学で習字学習が効率的に行える教育支援システムの開発を目的とする.現在までにタッチパネルを利用した文字習得ソフトは開発されており,これらのシステムでは文字を書く際のストロークに着目したものが多い.一方,本研究では学習者が実環境(筆と墨を使って実際に半紙に書く環境)にて作成した習字作品に対して,「止め・払い・うったて」等の重要箇所及び文字バランスに対して,適切な評価・アドバイスを行える支援システムを開発した.本研究では,専門的な指導者がいなくても独学で習字学習が効率的に行える習字教育支援システムを開発することを目的としている.現在までにタッチパネルを利用した文字習得ソフトは開発されているが,本研究では学習者が実環境(筆と墨を使って実際に半紙に書く環境)にて作成した習字作品に対して,適切な評価・アドバイスを行える支援システムを開発する.学習者は実環境にて作成した作品を携帯端末等で撮影し,システムに転送するだけで,あたかも専門家に指導を受けたかのような添削結果をサーバから受け取ることができる.平成24年度は小学校低学年用の習字フォントを対象にし,習字作品評価システムを中心に開発した.習字作品評価システムでは,類似画像検索システムで用いられているSIFT特徴量を適用した.SIFT特徴量は画像の回転や拡大縮小に頑健であり,部分画像検索システムにも応用されている.本研究において開発されたシステムでは,お手本画像の評価知識が付与されている重要箇所(「止め・払い・うったて」が必要な箇所)と習字作品画像の該当する部分との形状比較を行うことが可能になった.形状比較を行った結果,お手本画像との類似度により,重要箇所が正しく書けているかどうかを自動判別することが可能になった.また,SIFT特徴量を用いることにより,習字作品内に発生する文字の大きさや線の太さの違いにも頑健なシステムを開発できた.更に,小規模の習字フォントに対する評価実験を行い,上記システムの有効性を検証した.本研究では専門的な指導者がいなくても独学で習字学習が効率的に行える教育支援システムを開発することを目的とする.現在までにタッチパネルを利用した文字習得ソフトは開発されているが,本研究では学習者が実環境(筆と墨を使って実際に半紙に書く環境)にて作成した習字作品に対して,適切な評価・アドバイスを行える支援システムを開発する.学習者は実環境にて作成した作品を携帯端末等で撮影し,システムに転送するだけで,あたかも専門家に指導を受けたかのような添削結果をサーバから受け取ることができる.平成25年度までに,小学校低学年用の習字フォントを対象にした習字作品評価システムを開発済みであり,本システムでは習字作品内に発生する文字の「かすみ」や「ゆがみ」,大きさの変化にも対応できる.更に,平成25年度までに小規模の習字フォントに対する評価実験を行い,上記システムの有効性を検証した.平成26年度は習字フォントに効率的に評価知識を付与できる評価知識構築システムを中心に開発した.また,システム全体の統合化を行い,大規模な習字フォントに対する評価実験を行った.更に,入力インターフェイスとして,学習者が実環境にて作成した作品を携帯端末で撮影し,画像データを手軽にサーバに転送できるインターフェイスを開発した.また,作品画像の修正すべき箇所を分かり易くユーザの携帯端末に転送できる出力インターフェイスを備えたシステムを開発した.また,平成26年度までの研究成果を国内学会,国際会議にて研究発表を行った.

特に,本システムの核となる検索エンジン部分に採用した検索アルゴリズムについて,電子情報通信学会英論文誌に発表した.情報検索本研究のコアになる基礎エンジンの開発は,当初の計画通りに終了したため.本研究のコアになる基礎エンジンの開発は,当初の計画通りに終了したため.平成26年度以降は,実質的にシステムを使用する際のインターフェイスの開発を行う.入力インターフェイスとしては,学習者が実環境にて作成した作品を携帯端末で撮影し,画像データを手軽にサーバに転送できるインターフェイスを開発する.また,作品画像の修正すべき箇所を分かり易くユーザの携帯端末に転送できる出力インターフェイスを備えたシステムを開発する.また,習字教育支援システムのプロトタイプ版を大規模な習字フォントデータにも適用できるように改良する.更に,研究成果を国内学会,国際会議にて研究発表を行う.また,初年度の研究成果と次年度以降の研究成果を個別にまとめ,それぞれの論文を電子情報通信学会,情報処理学会に投稿する.平成25年度以降は,習字フォントに効率的に評価知識を付与できる評価知識構築システムを中心に開発する.評価知識構築システムの開発として,平成24年度の研究で開発した小規模システムでは,お手本画像への評価知識の付与は人手で行う必要がある.しかしながら平成25年度は,お手本用文字画像が大規模化(数万種類)するため,人手での作業では限界が来ることが予想される.そこで,計算機を用いて効率的に評価知識をお手本画像へ付与するシステムを開発する.この技術には研究分担者の研究成果である知識構築技術が利用可能である.その後,実質的にシステムを使用する際のインターフェイスの開発を行う.入力インターフェイスとしては,学習者が実環境にて作成した作品を携帯端末で撮影し,画像データを手軽にサーバーに転送できるインターフェイスを開発する.また,作品画像の修正すべき箇所を分かり易くユーザの携帯端末に転送できる出力インターフェイスを備えたシステムを開発する.若干の繰越金が生じたが,次年度以降実施予定の大規模データに対する記録メディアの購入(物品費)に割り当てる予定である.
整形外科学と細菌学の融合による新規骨折治癒促進法の開発

塩基性線維芽細胞増殖因子(bFGF)と細菌コラゲナーゼに存在するコラーゲン結合ドメインからなる融合タンパク(CB-bFGF)を用いた高齢者骨折治療法の確立を行った。CB-bFGFを用いることでコラーゲンパウダー、脱灰粉砕骨にbFGFをアンカーリングすることが可能であった。さらに、高齢者を模擬したマウス骨折モデルにCB-bFGFをアンカーしたコラーゲンパウダー、脱灰粉砕骨を投与することで骨形成促進を促進できることを示した。また、CB-bFGFを用いることにより低用量で骨形成を促進できることを明らかにした。本シーズは低侵襲かつ安全性の高い高齢者骨折治療法と成り得ると考えられる。粉砕脱灰骨のコラーゲンにコラーゲン結合型塩基性線維芽細胞増殖因子(CBーbFGF)を結合させるこよる局所の骨形成促進に成功した(J Biomed Mater Res, 2014)。さらに、高齢者骨折を模擬した高週齡マウス骨折モデルに投与することによって骨形成を促進できることを示した。骨組織はすでに臨床で使用されているため、粉砕脱灰骨を担体とした本徐放システムは即時臨床応用可能であると考れられた。また、昨年度に引き続きコラーゲン粉末とCB-bFGFによる骨折治癒促進に関するエビデンスを蓄積した。その結果、bFGFとコラーゲン粉末の組み合わせに比べ、CB-bFGFとコラーゲン粉末の組み合わせが、長期に渡る骨形成促進に有用であることを示した(J Biomed Mater Res, in press)。また、CB-bFGFの最適化を行うために異なるコラーゲン結合活性を有するbFGFの作製に成功した。現在、作製したCB-bFGFの骨形成促進効果、徐放性の相違を検討中である。本シーズは科学技術振興機構の国際特許化支援に採択された。これらの成果により融合タンパクのGMP生産系の確立など、産学連携による実用化に向けた取り組みに着手している。これまでの成果により実用化に向けて大きく前進できたものと考えられる。高齢者の骨折治癒促進を目的として、コラーゲン結合性塩基性線維芽細胞増殖因子(bFGF-CBD)とInjectableコラーゲンパウダー(ICP)の併用による骨折後の骨形成促進法の有用性について検討した。in vitroにおけるコラーゲンとCB-bFGFの結合量をコラーゲン結合アッセイを用いて検討した。次に、骨折モデルを用いて骨形成促進能を検討した。高齢者を模擬した高齢マウス(10ヶ月齡)C57BL/6Jマウスの左大腿骨骨幹部中央を骨折させた。髄内針で固定したのち、骨折部に0.58 nmoleコラーゲン結合性塩基性線維芽細胞増殖因子(bFGF-CBD)を結合させた5mg ICPを骨折部に投与した。PBSと混合したICPを投与した群(PBS群)、bFGF溶液と混合したICPを投与した群(bFGF群)をコントロールとした。骨折後2週、4週、6週において、X線とμCTによる形態学的検討と組織学的検討を行った。コラーゲン結合アッセイの結果、コラーゲンとCB-bFGFの結合が認められた。組織学的検討において、bFGF群、bFGF-CBD群では旺盛な軟骨形成が認められた。また、bFGF-CBD群では、時系列的に仮骨量、骨塩量の増大を認められ、骨折後4,6週での仮骨量、骨塩量はPBS群に比べ有意に高かった。bFGFーCBDを用いることでinjectableコラーゲンパウダーにbFGFを結合させることが可能であった。他の群に比べ、多くの仮骨形成が認められたことから、CB-bFGFとinjectableコラーゲンパウダーの併用は高齢者の骨折治癒促進法として有用である可能性が示唆された。高齢化に伴い骨折患者数は年々増加している。高齢者における骨折は寝たきり原因の4位である。寝たきりは認知症や肺炎、褥瘡など、重篤な合併症を引き起こすことから、高齢者の骨折治療は極めて重要である。本研究では、骨折部への局所投与を可能とするコラーゲン材料、粉砕骨とコラーゲン結合型成長因子を用いた低侵襲な骨折治癒促進法の実用化を目指し、骨折治癒遷延を示すマウス骨折モデルを用いた検討を行った。局所投与可能なコラーゲンパウダーとコラーゲン結合型塩基性線維芽細胞(CB-bFGF)を併用することにより高齢者骨折を模擬したマウスにおける骨形成促進を実現した(J Biomed Mater Res A, 2014)。さらに、本研究成果により、日本国特許の取得(特許第5512887号)、企業への技術移転を実現した。これによりコラーゲンパウダーとCB-bFGFの併用による低侵襲高齢者骨折促進シーズの実用化に向けて大きく前進したものと考えられる。

また、局所投与可能な粉砕脱灰骨とCB-bFGFの併用により同モデルにおける骨形成促進を実現した(J Orthop Surg Res, in press)。申請者等は日本組織移植学会認定の骨バンクを整備しており、ドナーから採取した骨組織を採取、処理、保存した良質で安全性の高い骨組織を治療に用いることができる。従って、粉砕脱灰骨とCB-bFGFによる高齢者骨折治癒促進シーズの育成により臨床応用が可能になるものと考えられる。整形外科学当初計画していた、コラーゲン粉末、粉砕脱灰骨とコラーゲン結合型成長因子の組み合わせによる骨形成促進に成功している。また、英文学術誌への掲載も確定しており、順調に進んでいる考えられる。初年度の目標であるコラーゲン結合性成長因子を用いた局所投与剤の開発に成功した。骨折治癒遅延を示す高週齡マウスに対する効果も実証できており、おおむね順調に進展していると考えられる。コラーゲン結合型bFGFのアンカー部の最適化を行う。これまでに異なるコラーゲン結合活性を有する3種のコラーゲン結合型bFGFの作製に成功した。現在、作製したCB-bFGFの骨形成促進効果、徐放性の相違を検討し、コラーゲンアンカーの最適化を行なっている。マトリックスアンカーを最適化することで実用化に向けてさらに前進する予定である。十分な基質選択性と結合力を実現するアンカーを選出し、最も高い骨折治癒促進効果が得られる条件を検討する。これまでマトリックス・アンカーとして用いてきたColH CBD単体とColH PKD-CBD複合体の基質結合能を、GST活性を指標とした不溶性コラーゲンへの結合実験とコラーゲン様ペプチドを用いた表面プラズモン共鳴(Biacore)法により定量する。他方、研究協力者松下治はこれまでにClostridium属由来酵素から多数のPKDドメインとCBDを同定している。対応する遺伝子領域をPCR法により増幅後、GST融合タンパク質として発現し、骨組織およびコラーゲン細粒に対する結合能を同様の方法で測定する。必要であれば、その他のドメインも同様に基質結合能を測定し、強い結合能または高い基質特異性を示す最小のアンカー候補を選出する。高週齢マウス骨折モデルを作製後、最適マトリックス・アンカーを有する成長因子と骨組織あるいはコラーゲン細粒との組み合わせによる骨折治癒促進効果を検討する。評価には同様に軟X線による骨癒合評価、捻り強度試験を行う。昨年度と同様に物品費として動物(マウス)、免疫染色用試薬(抗体など)、融合タンパク精製用試薬、結合アッセイ用試薬、麻酔薬、X線フィルムを購入する。昨年度僅かに物品費の執行額が予算を上回った。そのため、次年度使用額は物品費として使用する予定である。その他、旅費に関しては当初の予定とおり動物飼育費、論文校正費、日本整形外科学会基礎学術集会における成果発表に使用する。
将来を見据えた小学校プログラミング教育のコンピテンシー構築に向けて

将来の職業を見据えた普遍的な力の育成を目指して、文部科学省は小学校でのプログラミング教育必修化を打ち出している。本研究を遂行するプロジェクトでは平成30年度に於いて文部科学省や経済産業省が唱えるICT人材に関する指針に加えて、海外および国内での小学校におけるプログラミング教育に関する文献の分析を行い、小学校に於けるプログラミング教育でのコンピテンシーの検討に必要な調査を行った。海外では既にプログラミング教育に対する具体的な取組みが始められており、本研究の遂行にあたって各国での状況の調査を行った。シカゴ市の小学校コンピュータ科学教育(CS4All:Computer Science for All People)の視察およびシラバスの調査および英国(イングランド)での情報教育の現状調査、オレゴン州ユージーンにおける教育現場に関する情報、ISTE(International Society for Technology in Education)における標準についての情報等から海外では既にICT教育からComputing教育へと向かう流れがあること、および適切な指導者の育成と確保が大きな問題であることが確認できた。次に概念の指針となるコンピテンシー原案の検討と並行して、具体的な方向からのアプローチとして論理的思考力から問題解決力へと繋がる特定の問題に着目したルーブリック(課題ルーブリック)の検討も開始した。さらに本研究では実際に小学校の現場で使用する場合を想定した教材の開発も視野に入れているため、小学校の教育現場でプログラミングの必修化に際してどのような問題点が指摘されているかについての検討を行った。具体的な姿が目に見えるスキルとは異なり、その背景となるコンピテンシーを捉えるには非常に幅広い調査を必要としている。プログラミング教育の重要性は古くから指摘されており国内の組織や企業での取り組みが数多く報告されているが、あくまでもプログラミング技術の習得という枠組みに留まるものが多く本研究の目的に対しては充分ではない。一方、海外の先行事例を見ると、プログラミング技術の習得から、コンピュータサイエンスの習得へのシフトが見受けられる。従って本研究が構築を目指しているコンピテンシーの検討に際しても、その調査範囲をプログラミング教育以外のコンピュータサイエンスにまで拡げざる必要があり、調査及び分析には当初の想定よりも多くの時間が必要となった。またプログラミングに関するコンピテンシーで公表されているものを見ると、定義の抽象度が実際にはスキルに近い具体的なものまでが含まれており、多様なレベルが混在していることも検討に時間を要する一因となっている。一方、当プロジェクトではコンピテンシー構築に際しての調査と並行して本研究の基盤となる着想に基づいたルーブリックの検討が進行しており、論理的思考力から問題解決力へと繋がることが期待できる具体的なテーマが検討されている。さらに本研究では実際に小学校の現場で使用する場合を想定した教材の開発も視野に入れているため、小学校の教育現場でプログラミングの必修化に際してどのような問題点が指摘されているかについての検討も具体的に進めている。令和元年度は国内外の調査結果をプロジェクトで検討し、本研究で提案するコンピテンシーを構築する。その結果を小学校の教育現場に対してヒアリングを実施し、コンピテンシーの妥当性および実際の授業展開時を想定した検討の材料とする予定である。またコンピテンシーに基づくプロトタイプ教材の開発を進め、これらの成果は年度の後半で開催予定のワークショップ開催および学会での発表を予定している。令和2年度は前年度に構築したコンピテンシーに対応した達成度評価を行うためのルーブリックを完成させる予定である。またコンピテンシーとルーブリック及びプロトタイプ教材をセットとした学習ツールを使い、大阪府下の小学校の協力を得て、実証実験を行う。年度後半には本研究の成果を、学会誌や大学研究紀要等で論文としてまとめ、公表する予定である。

またプログラミングに関するコンピテンシーで公表されているものを見ると、定義の抽象度が実際にはスキルに近い具体的なものまでが含まれており、多様なレベルが混在していることも検討に時間を要する一因となっている。一方、当プロジェクトではコンピテンシー構築に際しての調査と並行して本研究の基盤となる着想に基づいたルーブリックの検討が進行しており、論理的思考力から問題解決力へと繋がることが期待できる具体的なテーマが検討されている。さらに本研究では実際に小学校の現場で使用する場合を想定した教材の開発も視野に入れているため、小学校の教育現場でプログラミングの必修化に際してどのような問題点が指摘されているかについての検討も具体的に進めている。令和元年度は国内外の調査結果をプロジェクトで検討し、本研究で提案するコンピテンシーを構築する。その結果を小学校の教育現場に対してヒアリングを実施し、コンピテンシーの妥当性および実際の授業展開時を想定した検討の材料とする予定である。またコンピテンシーに基づくプロトタイプ教材の開発を進め、これらの成果は年度の後半で開催予定のワークショップ開催および学会での発表を予定している。令和2年度は前年度に構築したコンピテンシーに対応した達成度評価を行うためのルーブリックを完成させる予定である。またコンピテンシーとルーブリック及びプロトタイプ教材をセットとした学習ツールを使い、大阪府下の小学校の協力を得て、実証実験を行う。年度後半には本研究の成果を、学会誌や大学研究紀要等で論文としてまとめ、公表する予定である。次年度使用額が生じた理由は、国内外への実地調査へ赴く際の旅費の費用発生および機材購入の一部が、当該年度に於いては無かったことによる。使用計画としては、実地調査やアンケート調査に於いて、実施規模の拡張を行うこと、および機材の調達に使用する予定である。
医療事故防止に向けたインシデントデータのアクティブマイニング

医療や看護などでの種々のアクシデント(事故や過誤)を防止するため,インシデント(事故には至らなかったが些細な事象であっても事故につながると予想される事例)に対するレポートが,自己申告形式で毎月報告されている。本研究は,インシデントレポートに関係のある病院情報システムのデータに着目し、蓄積された情報をアクティブマイニングにおける技術に基づいて解析するシステムを開発し、インシデントの要因を明らかにすることを目的とした。本研究では,平成17年度データウェアハウスサーバを中心としたシステム一式を設置,インシデントレポートの電子入力システムの開発を進めて,インシデントレポートを電子データとして蓄積できるようにしたが,本年度はこれらの蓄積されたデータをもとに解析を進めた.平成18年度前期においては,インシデントレポートのデータとリンクする形で必要な情報を病院情報システムから抽出するデータウェアハウスサーバを構築した.最後に,平成18年度後期には,蓄積されたデータをもとに,データの解析を行った.本研究において,以下の点が明らかになった.(1)医療行為全体は一日に約7000件程度が病院内で施行されているが,インシデントの登録は年120件たらずであり,月約10件である.したがって,インシデントが医療行為と結びついていると仮定すれば,発生確率はほぼ2万の1である.(2)インシデントと年齢とには高い相関がある.(3)インシデントと診療科との関連性は高くなかった.(4)当初,申請者らはインシデント・アクシデントが医療行為に結びついたものであると考えていたが,医師・看護師が認識するインシデントの中には,転倒を含めて,必ずしも医療行為そのものに結びつくものではなく,患者の不注意から来るものが多くふくまれ,それが報告の50%以上であった.したがって,診療行為に直接結びつくインシデントの発生確率は4万の1程度であることがわかった.医療や看護などでの種々のアクシデント(事故や過誤)を防止するため,インシデント(事故には至らなかったが些細な事象であっても事故につながると予想される事例)に対するレポートが,自己申告形式で毎月報告されている。本研究では,平成17年度データウェアハウスサーバを中心としたシステム一式を設置,インシデントレポートの電子入力システムの開発を進めて,インシデントレポートを電子データとして蓄積できるようにしたが,本年度はこれらの蓄積されたデータをもとに解析を進めた.平成18年度前期においては,インシデントレポートのデータとリンクする形で必要な情報を病院情報システムから抽出するデータウェアハウスサーバを構築した.最後に,平成18年度後期には,蓄積されたデータをもとに,データの解析を行った.本研究において,以下の点が明らかになった.(1)医療行為全体は一日に約7000件程度が病院内で施行されているが,インシデントの登録は年120件たらずであり,月約10件である.したがって,インシデントが医療行為と結びついていると仮定すれば,発生確率はほぼ2万の1である.(2)インシデントと年齢とには高い相関がある.(3)インシデントと診療科との関連性は高くなかった.(4)当初,申請者らはインシデント・アクシデントが医療行為に結びついたものであると考えていたが,医師・看護師が認識するインシデントの中には,転倒を含めて,必ずしも医療行為そのものに結びつくものではなく,患者の不注意から来るものが多くふくまれ,それが報告の50%以上であった.したがって,診療行為に直接結びつくインシデントの発生確率は4万の1程度であることがわかった.医療や看護などでの種々のアクシデント(事故や過誤)を防止するため、インシデント(事故には至らなかったが些細な事象であっても事故につながると予想される事例)に対するレポートが、島根大学医学部附属病院の場合、月平均の報告数は100件にのぼっているが、紙の自己申告書がその都度電子化され、主観に基づく統計処理とインシデントの予防策定に留まっている。本研究の目的は、インシデントレポートに関係のある病院情報システムのデータに着目し、各サブシステムに蓄積された情報を作成者の主観に基づくインシデントレポートの裏づけ及び分析データとして活用するデータマイニングシステムを開発し、インシデントの要因が系統的か否かを明らかにしようとすることにある。初年度は以下の研究を行った:(1)インシデント要因のデータマイニングを行うには、インシデントレポートに関連する病院情報システムからの抽出データと本院のインシデントレポートの様式における項目を合わせてマイニングを行う必要から、インシデントレポート電子入力システムの開発に着手する前に、既存のインシデントレポートの分析を行った。(2)インシデントレポートの電子入力画面、選択項目、エラー処理を検討し、インシデントレポート電子入力システムを開発した。以上の結果から,データ収集と解析に関しては,開発した技術が十分実用可能であることがわかった。以上の結果をふまえて、来年度は以下の研究を行う予定である:(1)インシデントレポート電子入力システムを稼動させてインシデント解析用データを構築する。(2)病院情報システムからインシデントレポートに関連するデータ抽出システムを開発する。(3)インシデントレポートと病院情報システムのデータを関連付けてデータマイニングを行う。(4)マイニングした結果を臨床の現場にフィードバックする。

医療や看護などでの種々のアクシデント(事故や過誤)を防止するため,インシデント(事故には至らなかったが些細な事象であっても事故につながると予想される事例)に対するレポートが,自己申告形式で毎月報告されている.本研究は,インシデントレポートに関係のある病院情報システムのデータに着目し、蓄積された情報をアクティブマイニングにおける技術に基づいて解析するシステムを開発し、インシデントの要因を明らかにすることを目的とした.本研究では,平成17年度データウェアハウスサーバを中心としたシステム一式を設置,インシデントレポートの電子入力システムの開発を進めて,インシデントレポートを電子データとして蓄積できるようにしたが,本年度はこれらの蓄積されたデータをもとに解析を進めた。平成18年度前期においては,インシデントレポートのデータとリンクする形で必要な情報を病院情報システムから抽出するデータウェアハウスサーバを構築した。最後に,平成18年度後期には,蓄積されたデータをもとに,データの解析を行った.本研究において,以下の点が明らかになった.(1)医療行為全体は一日に約7000件程度が病院内で施行されているが,インシデントの登録は年120件たらずであり,月約10件である.したがって,インシデントが医療行為と結びついていると仮定すれば,発生確率はほぼ2万の1である.(2)インシデントと年齢とには高い相関がある.(3)インシデントと診療科との関連性は高くなかった.(4)当初,申請者らはインシデント・アクシデントが医療行為に結びついたものであると考えていたが,医師・看護師が認識するインシデントの中には,転倒を含めて,必ずしも医療行為そのものに結びつくものではなく,患者の不注意から来るものが多くふくまれ,それが報告の50%以上であった.したがって,診療行為に直接結びつくインシデントの発生確率は4万の1程度であることがわかった.
報酬・忌避の意志決定の機構解析

大脳基底核の直接路と間接路のそれぞれの神経伝達に特異的な可逆的神経伝達阻止法を用いて、報酬・忌避と意志決定の神経回路機構を調べた。その結果、報酬行動は直接路のドーパミンD1受容体の活性化が、忌避行動は間接路のポストシナプスドーパミンD2受容体の不活性化が必須であることを示した。さらに、大脳基底核神経回路の神経可塑性に重要な受容体群と細胞内シグナルが、回路特異的に報酬・忌避行動を制御していることを明らかにした。大脳基底核は運動機能、報酬・忌避行動、意志決定を司り、その障害はパーキンソン病や薬物依存症などの精神神経疾患につながる。大脳基底核神経回路は主に直接路と間接路に二分され、共に黒質網様部に入力するが、その統合された情報の処理に関わる分子メカニズムは明らかにされていない。まず、直接路と間接路のそれぞれに特異的な可逆的神経伝達阻止法を用いて、黒質網様部における神経回路特異的な情報処理機構を解析した。直接路遮断と間接路遮断は共にコカイン急性投与による行動量上昇を抑制するが、コカイン連日投与による行動量増加は直接路遮断でのみ抑制され、間接路遮断では野生型マウスと同様に観察される。そこで、直接路遮断あるいは間接路遮断を行ったマウスにコカインを急性あるいは慢性投与し、黒質網様部での遺伝子発現の変化を解析したところ、コカインを投与した直接路遮断マウスでのみ黒質網様部でのephrinA5,EphA4,EphA5遺伝子の発現上昇がみられた。さらに直接路遮断時にのみコカイン投与によるephrinA5下流シグナルの増強がみられた。以上の結果から黒質網様部のephrinA5-EphA4/EphA5シグナルが直接路依存的にコカインによる行動変化に関与していることを示し、報酬行動、薬物依存症における分子機構の一端を明らかにした。さらに、可逆的神経伝達阻止法と薬理学的手法を組み合わせて、大脳基底核神経回路制御の分子機構の解析を進めている。大脳基底核神経回路の直接路と間接路にそれぞれ特異的な可逆的神経伝達阻止法と薬理学的手法の組み合わせにより、報酬行動には直接路D1ドーパミン受容体の活性化が、忌避行動及び学習柔軟性には間接路D2ドーパミン受容体の不活性化が、それぞれ重要であることを示してきた。直接路と間接路のスイッチングには側坐核におけるドーパミンの増減が関与していることが示唆された。そこで側坐核に投射をしている腹側被蓋野のドーパミン神経の活動制御を行った。光遺伝学的に腹側被蓋野のドーパミン神経の活動を抑制すると、条件付け場所回避行動が誘導された。側坐核のD2受容体のノックダウンによって、このドーパミン神経の活動抑制による条件付け場所回避行動の誘導は阻害された。このことから側坐核ドーパミンの減少がD2受容体を介して忌避行動をひきおこすことが示された。大脳基底核は運動機能、報酬・忌避行動、意思決定を司り、その障害はパーキンソン病や薬物依存症などの精神神経疾患につながる。いままでに、大脳基底核神経回路の直接路と間接路のそれぞれに特異的な可逆的神経伝達阻止法(Reversible Neurotransmission Blocking; RNB法)を開発し、直接路は報酬行動と薬物依存症に、間接路は忌避行動にそれぞれ関与することを見いだしてきた。本研究は、報酬・忌避の意志決定における大脳基底核神経回路機構を解明することを目的としている。大脳基底核神経回路の直接路と間接路のそれぞれに特異的な可逆的神経伝達阻止法を一側の側坐核に適応し、その反対側の側坐核にさまざまな神経伝達物質受容体のアゴニストやアンタゴニストを投与した後に、行動観察をするasymmetric RNB法を開発することによって、報酬行動には直接路D1ドーパミン受容体の活性化が、忌避行動及び行動柔軟性には間接路D2受容体の不活性化が、それぞれ重要であることを示してきた。さらに、報酬・忌避行動において、神経伝達物質受容体の関与による神経可塑性機構によって、直接路と間接路の情報伝達効率の可塑性によるスイッチングが起こることが分かってきた。これらの結果から報酬・忌避の意志決定における大脳基底核神経回路の制御機構を明らかにした。現在、報酬・忌避刺激の予測といった高度な意思決定の神経回路機構を調べている。さらに、忌避行動において、神経伝達物質受容体の関与による神経可塑性機構によって、直接路と間接路の情報伝達効率の可塑性によるスイッチングが起こることを明らかにした。そこで神経可塑性に関与する細胞内シグナリングの忌避行動への関与を調べた。間接路遮断とPKA阻害薬投与の組み合わせにより、忌避行動が抑制された。次に直接路あるいは間接路細胞特異的にPKA活性化インディケーター蛋白を発現させたマウスの側坐核に顕微内視鏡を設置し、忌避行動中の活性変化を観察すると、間接路細胞特異的にPKA不活性化が確認され、忌避行動との相関が見られた。これらから、側坐核間接路細胞のPKA/cAMPシグナリングが忌避行動に必須であることを示した。

大脳基底核の直接路と間接路のそれぞれの神経伝達に特異的な可逆的神経伝達阻止法を用いて、報酬・忌避と意志決定の神経回路機構を調べた。その結果、報酬行動は直接路のドーパミンD1受容体の活性化が、忌避行動は間接路のポストシナプスドーパミンD2受容体の不活性化が必須であることを示した。さらに、大脳基底核神経回路の神経可塑性に重要な受容体群と細胞内シグナルが、回路特異的に報酬・忌避行動を制御していることを明らかにした。可逆的神経伝達阻止法を用いて、報酬行動とその柔軟性における神経回路機構を調べた。十字迷路を用いた報酬学習課題では、大脳基底核の直接路遮断が報酬学習に影響するのに対して、間接路遮断は逆転学習課題にのみ影響を与え、初期課題への固執が見られた。この結果から、報酬学習には直接路の神経伝達が、学習の柔軟性には間接路の神経伝達がそれぞれ必須であることを示した。次に、片側の大脳基底核神経回路に可逆的神経伝達阻止法を導入して、直接路あるいは間接路を遮断し、さらに反対側に神経伝達物質受容体のアゴニストあるいはアンタゴニストを投与した後に、行動観察を行うことによって、報酬・忌避行動における大脳基底核神経回路制御の分子機構を解析した。その結果、報酬行動には直接路D1ドーパミン受容体の活性化が、忌避行動および学習柔軟性には間接路D2受容体の不活性化が、それぞれ重要であることを示した。さらに忌避行動には間接路のシナプス可塑性に関与する神経伝達物質受容体(NMDA, A2a, CB1各受容体)の関与が認められた。これらの結果から、報酬・忌避行動において、直接路と間接路の情報伝達効率の可塑性によるスイッチングが、大脳基底核神経回路制御機構として働いていることが分かった。可逆的神経伝達阻止法によって、報酬・忌避行動とその柔軟性における神経回路機構を明らかにすることが出来た。報酬・忌避行動における神経伝達物質受容体の関与による神経回路機構を解明した。27年度が最終年度であるため、記入しない。神経科学、精神医学特定脳部位の神経活動制御を試みることによって、報酬・忌避の意志決定の神経回路機構を探る。報酬・忌避学習に基づく予測による意思決定行動における大脳基底核神経回路機構を調べる。大脳基底核神経回路における情報伝達の統合と処理の分子機構の一端を明らかにした。忌避行動と意思決定におけるドーパミンによる神経回路機構を解明した。可逆的神経伝達阻止法と薬理学的手法を組み合わせて、報酬・忌避行動と意志決定における大脳基底核神経回路制御の分子機構を調べる。意志決定に関与する柔軟性・習慣性の大脳基底核神経回路機構を調べる。大脳基底核神経回路の直接路と間接路に特異的な可逆的神経伝達阻止法を用いて、報酬と忌避学習に基づく予測による意思決定行動における大脳基底核神経回路機構を調べる。
乳がんにおけるがん抑制遺伝子ＲＢの機能とその作用機構の探索

がん抑制遺伝子RBは、転写因子E2Fを介して細胞周期を制御すると知られている。近年、RBの細胞周期以外の機能に注目が集まっており、我々の研究室では、これまでRBが乳腺細胞および乳がん細胞において細胞競合に寄与する可能性を明らかにしてきた。そこで、本年度は、より生体に近い13次元モデルおよび2in vivoモデルにおいてRBによる腫瘍内不均一性の影響を検討することを目的とした。13次元モデルとして前年度作成したマウスの乳腺上皮細胞を用いたモデルの解析をした。具体的には、p53+/+; Rbfl/flおよびp53-/-; Rbfl/flマウスの乳腺上皮細胞をマトリジェルおよびコラーゲン内にて培養し、球状の三次元器官構造を安定的に形成した。このように調整した細胞にCre recombinase-GFPアデノウイルスを希釈して、モザイク上に感染させ、その挙動を解析した。その結果、タイムラプス観察によりp53欠損背景におけるRb不活性化細胞が周りの細胞によって基底膜側に押し出されることが分かった。また、蛍光顕微鏡観察を用い、より詳細に検討したところ押し出されるRb不活性化細胞のp21の発現が亢進していることが明らかになった。この現象は、コントロールとして用いたMMTV-cre; p53-/-; Rbfl/flマウスにおいては確認されなかった。2p53+/+; Rbfl/flおよびp53-/-; Rbfl/flマウスにトランスポゾンを用いて非ウイルス的にCre recombinase-GFPを発現するプラスミドを作成し、マウスの乳頭から乳腺上皮細胞に導入した。その結果、プラスミドの濃度を希釈してマウスの乳腺細胞に導入することによって、モザイク状にRb不活性化細胞を組み込むことに成功した。今後、二光子励起レーザー走査型顕微鏡を使用し、検証を行うことが必要である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。がん抑制遺伝子RBは、細胞周期におけるG1/S期を制御すると知られている。また、近年、乳がんにおいて、未分化性の獲得やホルモン治療抵抗性の獲得などRBの細胞周期の制御とは異なる機能に注目が集まっている。我々の研究室では、新たに2次元培養上における乳腺上皮細胞および乳がん細胞においてRBの不活性化細胞が周りの細胞に押し出されることを見出し、近年注目が集まっている正常上皮とがん細胞の境界面において細胞の増殖能や適応度に応じ生存を争う細胞競合という現象に関与している可能性が示唆された。そこで、本研究では、1乳腺上皮細胞および乳がん細胞層からRB不活性化細胞が押し出される分子機構の解明23次元培養モデルおよびin vivoモデルを作成し、RBの不活性化による細胞競合現象の詳細な検討を行うことを目的とした。本年度は、1RB不活性化細胞が周りの細胞から排除される分子機構を探索するためにp53欠損マウス乳腺上皮細胞を用い網羅的遺伝子発現解析を行った。その結果、RBの不活性化により細胞間接着に関与する遺伝子群の発現が低下することを見出し、細胞競合に関与する可能性が示唆された。2新規細胞競合モデルとして、p53-/-; Rbfl/flマウスの乳腺上皮細胞を、マトリジェルおよびコラーゲン内にて培養し、球状の三次元器官構造を安定的に形成させるモデルの構築を行った。このように調整した細胞に、Cre recombinase-GFPアデノウイルスを希釈して、モザイク上に感染させることに成功した。今後これらの解析を行うことにより、これまで明らかにされていなかった細胞競合の新たな側面が見える可能性が期待できる。当初予定していたRB不活性化による細胞競合に関与する遺伝子群の同定、および、3次元培養モデルの構築を達成し、今後の研究に対し更なる進展が期待できることを理由に判断した。

2p53+/+; Rbfl/flおよびp53-/-; Rbfl/flマウスにトランスポゾンを用いて非ウイルス的にCre recombinase-GFPを発現するプラスミドを作成し、マウスの乳頭から乳腺上皮細胞に導入した。その結果、プラスミドの濃度を希釈してマウスの乳腺細胞に導入することによって、モザイク状にRb不活性化細胞を組み込むことに成功した。今後、二光子励起レーザー走査型顕微鏡を使用し、検証を行うことが必要である。これまでに同定した標的遺伝子に対するノックアウト実験あるいは阻害剤を用いRBによる細胞競合の分子機構の解明を行う。また、3次元培養モデルにおいてBrdU, F-actin, p16, p21,細胞死マーカーあるいはがん幹細胞マーカーなど、細胞競合観察で頻用する免疫蛍光染色・コンフォーカル顕微鏡撮影を用い詳細に解析する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
冷却原子ビーム打ち上げ方式による原子泉型一次周波数標準器の開発

冷却原子を生成し、打ち上げを試みるとともに、パルスビーム原子泉におけるマイクロ波との相互作用領域での原子密度および検出原子数を計算し、衝突シフトと周波数安定度の量子限界を理論的に見積もった。そして、打ち上げ速度を時間とともに徐々にスイープさせることにより、衝突シフトを増大させてしまう相互作用領域での原子の密度を抑制しつつ、信号対雑音比に関わる観測領域での原子の密度を高くできることを見出した。3次元的に6方向から負離調の円偏光レーザを照射し、アンチヘルムホルツコイルによって四重極磁場を印加することによって磁気光学トラップを行い、原子泉用の高さ2m以上におよぶ超高真空装置内に冷却セシウム原子集団を生成した。この実験のためには、真空チャンバの部品の調達から始めて、コンポーネントの組み立ておよび真空引きを行う必要がある。また、セシウム原子のエネルギー線幅に比べて細い線幅を持つレーザの周波数の高精度制御や、直径1cm程度のレーザを6方向から照射することなどが必要である。冷却原子集団生成の次のステップとなる冷却原子ビームの生成では、すでに作製したこれらの実験系を用いる。レーザの周波数やオンオフのタイミングを調整する必要があるが、こうした実験パラメータを調整するための音響光学変調器や電磁シャッターもすでに実験系の中に構成されているので、冷却原子ビームを生成および評価するための実験の準備はすでに完了したといえる。また、超高真空装置内へマイクロ波共振器を導入するためのジグを設計・発注した。加えて、所有しているマイクロ波共振器の共鳴周波数を真空下で測定し、セシウム原子の遷移周波数に十分にマッチしていることを確かめた。また、原子とマイクロ波との相互作用領域の残留磁場をキャンセルするためのパーマロイ磁気シールドもすでに設計・発注した。これらの仕事によって、ラムゼー共鳴を用いて周波数測定するために必要な超高真空装置内へのマイクロ波共振器の導入の準備が整った。冷却原子の打ち上げ実験を試みたが、原子冷却部の真空チャンバーの機械精度の問題が発覚したため、この部分を作製しなおした。また、2台のマイクロ波共振器を真空チャンバー内に導入した。光学系に関しては、まず、レーザーパワーの不足を解消するため、半導体レーザーのインジェクションロックとテーパーアンプによる光増幅システムを構築した。これにより、1本あたり約15mWのパワーをもつ6本の冷却用レーザーを得た。加えて、単一モード光ファイバーを用いて冷却用レーザーのビームプロファイルを改善した。鉛直方向の冷却用レーザーを用いない、いわゆる(011)系での原子の打ち上げは思ったよりも難しいが、そのためのノウハウを蓄積することができたため、今後の実験の進展に期待できるだろう。また、パルスビーム原子泉におけるマイクロ波との相互作用領域での原子密度および検出原子数を計算し、衝突シフトと周波数安定度の量子限界を理論的に見積もった。この手法により、衝突シフトを2×10^<-16>程度に抑制しながら、周波数安定度の量子限界を6.4×10^<-14>τ^<-1/2>(τ:測定時間(s))にできると見積もった。この結果は、同じ周波数安定度をもつ従来方法の原子泉よりも衝突シフトを1桁小さくできることを示している。これは世界中の時間標準の研究者にとって重要な成果だと考えられる。
温度変化に応答して開閉する貫通ナノポアをもつインテリジェントフィルムの開発

本研究は高分子薄膜に任意の孔径をもつナノポアを開け、これに温度応答機能をもつヒドロゲルをグラフト重合により結合させ、温度変化に応答して開閉するナノポアをもつ薄膜を創製するものである。以下にその研究成果の概要を述べる。ジエチレングリコールビスアリルカーボネート(DEBA)とコモノマー、(メタ)アクリロイルアミノ酸エステルとの様々な共重合比からなるコポリマーフィルム(厚さ38μm)を合成した。これらポリマーフィルムに日本原子力研究所高崎研究所の重イオン加速機(TIARA)を使用して^<84>Kr^<20+>、^<129>Xe^<23+>の重イオンを照射した。このフィルムを、NaOH水溶液を用いた化学蝕刻(エッチング)すると、重イオンの飛跡に沿ってフィルムが触刻されポアが形成される。任意の穿孔径をもつナノポアの形成が可能な条件は6MNaOH及び60°Cで、一定時間の触刻であることを見い出した。この穿孔を持つこれらフィルムに、温度応答機能を発現する種々の(メタ)アクリロイル-アミノ酸エステルモノマーを水溶液中、^<60>Co線源からのγ-線を照射して、フィルムにグラフト重合させた。グラフト重合率は数%程度であった。得られたグラフト薄膜は表面を温度応答性ポリマーヒドロゲルで覆われていて、ゲルが低温で膨潤するとポアが閉じ、高温でゲルが収縮するとポアが開く。このような表面に温度応答機能を有する穿孔薄膜の温度変化による孔径の変化の様子を観察した。一方、種々のモノマーからのポリマーヒドロゲルを合成し、これらの温度変化による膨潤-収縮変化を測定した。その結果、任意の温度で薄膜の穿孔の孔径を変化させるには、異なる疎水性を持つ側鎖の立体配置を制御したコポリマーゲルを薄膜にグラフト重合させればよいことが分かった。この薄膜を通してp-ニトロフェノールの透過実験を行った。その結果、(1)表面ゲルを持たないポアを通してP-ニトロフェノールの透過は温度上昇と共に直線的に緩やかに増大すること、(2)表面ゲルを有するポアを通しての透過は、相転移温度以下では、それ以上の透過係数に比べて非常に低い値であり、この温度を境にしてp-ニトロフェノールの透過が劇的に変化することが明らかになった。更に、このp-ニトロフェノールの透過はグラフト鎖で結合しているヒドロゲルを調製する際のモノマー濃度に依存し、透過を完全に制御するには一定濃度以上のモノマー水溶液からヒドロゲルをグラフト重合により結合させる必要があることが明らかとなった。本研究は有機薄膜に任意の孔経をもつナノポアを開け、これに温度応答機能をもつヒドロゲルをグラフト重合により結合させ、温度変化に応答して開閉するナノポアをもつ薄膜を創製するものである。