hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
核四重極相互作用による近藤効果

Van-Vleck常磁性体PrPt5はハイパーファイン相互作用により非常に強められた擬核四重極相互作用をもつ。この相互作用による零磁場での核スピン準位の分裂は温度にして6mKていどであり核断熱消磁冷凍によって実験可能な温度領域である。擬核四重極相互作用が輸送現象にどのような影響を与えるかを研究するためPrPt5の電気抵抗、帯磁率の測定を超低温でおこなった。予想をしていなかったことであるがこの物質は約200mKで超伝導に転移しさらに2mKで超伝導と強磁性が共存するのを見出した。このような超伝導と強磁性が共存の研究は現在非常に興味がもたれている研究分野である。電気抵抗、磁化測定によるとこの物質は第二種超伝導体であり強磁性の影響がない場合Hc1=4G、Hc2=60Gであり強磁性によりHc1は影響を受けないがHC2は1020Gにまで減少する。理論でもっとも興味がもたれている共存相は零磁場下でも強磁性磁化によりマイスナー状態を破壊し、混合状態になるという「自己誘起渦糸状態」であるがこの物質では強磁性ドメインにより超伝導の感ずる有効磁化が小さくなり自己誘起渦糸状態は実現しないと考えている。しかし試料によっては超伝導を示さない物もあるためPrPt5とPtの共存系の試料を合成したが超伝導は見られなかった。同様のPr核磁性が期待されるPrOs4Sb12はP波超伝導体である可能性が強いと考えられており、しかも時間反転対称性がやぶれる超伝導である可能性も指摘されている。この物質を核断熱消磁冷凍器によって0.2mKまで冷却し帯磁率測定を行ったが核磁性は現れなかった。この理由はこの物質はPrPt5よりも超伝導転移は10倍ほど高いすなわち弱い核磁性を強い超伝導が破壊するためであると考えられる。核四重極モーメントによる超低温での近藤効果の研究の契機となったPrIn3の電気抵抗はは数ミリケルビンで極小を示しそれ以下の温度で抵抗が上昇するすることが観測された。不純物による近藤効果が考えられたので10mTでも抵抗測定を行なったが零磁場とほとんど同じ結果を得た。いっぽう磁化測定もおこなったが10mTの磁場下で磁化がブリルアン関数でよくフィットでき、不純物が完全に飽和しているのが観測できた。したがって抵抗異常の原因は核にあると考えられる。この物質では核四重極モーメントを持つIn以外に核スピンをもつPrも含むため低温での抵抗増大の理由が特定できない。そこでInの四重極相互作用がPrIn3の場合とぼぼ等しいことがわかっているLaIn3を試料として選んだ。SQUID測定システムを使った高精度電気抵抗測定を新たに導入し超低温で測定できるシステムをつくり測定を行った。LaIn3はTc=0.7Kの超伝導体であるため磁場を加えて超伝導を壊す必要がある。約1000Gまでの磁場を加えたが完全にノーマル状態にはならなっかった。SQUIDを用いた電気抵抗測定ではこれ以上の磁場を加えると測定できなくなるため別の試料を使うことにした。単体物質で大きな四重極相互作用を持つReをつぎに取り上げた。Reの四重極相互作用は数ミリケルビン程度ありPrIn3からの類推から抵抗の増大は10mKぐらいから見え出すことが期待できる。

しかし、ReもTc=1.4K、Bc=198Gの超伝導体であるがHcが低いためSQUIDによる電気抵抗測定が行える。残留抵抗比が10000を超える高純度試料を用意し実験準備を行っている。Van-Vleck常磁性体PrPt5はハイパーファイン相互作用により非常に強められた擬核四重極相互作用をもつ。この相互作用による零磁場での核スピン準位の分裂は温度にして6mKていどであり核断熱消磁冷凍によって実験可能な温度領域である。擬核四重極相互作用が輸送現象にどような影響を与えるかを研究するためPrPt5の電気抵抗、帯磁率の測定を超低温でおこなった。予想をしていなっかたことであるがこの物質は約200mKで超伝導に転移しさらに2mKで超伝導と強磁性が共存するのを見出した。このような超伝導と強磁性が共存の研究は現在非常に興味がもたれている研究分野である。電気抵抗、磁化測定によるとこの物質は第二種超伝導体であり強磁性の影響がない場合Hc1=4G、Hc2=60Gであり強磁性によりHc1は影響を受けないがHC2は1020Gにまで減少する。理論でもっとも興味がもたれている共存相は零磁場下でも強磁性磁化によりマイスナー状態を破壊し、混合状態になるという「自己誘起渦糸状態」であるがこの物質では強磁性ドメインにより超伝導の感ずる有効磁化が小さくなり自己誘起渦糸状態は実現しないと考えている。じかし外部磁場下では強磁性磁化と外部磁場の合成した磁場が超伝導に加わりVarmaらの理論で予想されたspontaneousvortex相が実現していると考えている。これからの研究として音波の吸収、磁歪実験などによりさらに超伝導と強磁性の共存の研究を行う予定である。電気抵抗、磁化測定によるとこの物質は第二種超伝導体であり強磁性の影響がない場合Hc1=4G、HG2=60Gであり強磁性によりHc1は影響を受けないがHC2は1020Gにまで減少する。しかし試料によっては超伝導を示さない物もあるためPrPt5とPtの共存系の試料を合成しその磁性、超伝導を調べている。
構造安定化多孔質シリコンによる電流注入型高効率可視発光素子の作製

多孔質シリコン(PS)の陽極化成中に適量・適時の光照射を行ったり(1段階作製プロセス)、光照射無しで陽極化成法による多孔質構造の形成とその後の電圧印加下の光照射による多孔質構造の微細化を行うと(2段階作製プロセス)、波長300nm程度の紫外線を励起光源とした場合に観測される可視フォトルミネセンス(PL)スペクトルの半値幅が、従来報告されていた0.30.4eVよりかなり狭い、室温で0.18eVとなるPS試料の作製に成功し、そのプロセスを開発した。また、PLピーク波長が600nm以下でも比較的強度の強い発光を呈する試料の作製にも成功した。これらは、本研究で提案されたプロセスによるPS層の均質化に起因するものと考えられる。一方、メッキ溶液中でPSにインジウムをメッキすると、インジウムはシリコン基板-PSとの界面から、マクロスケールでは一様にメッキされるが、ミクロスケールでは、インジウムは多孔質膜中に粒状に分散して存在し、その大きさは多孔質形成過程に依存し、陽極化成中に光照射すると大きくなることが判明した。これは、光照射によるエッチングの促進と対応しており、大きい微細孔へ選択的にインジウムメッキが生じる過程が示唆される。他方、インジウムが多く含まれるPS領域では自然酸化が強く抑制されることが明らかとなった。これは、インジウムによる微細孔のキャッピング効果であると思われる。さらに、メッキ試料を熱酸化した場合、700°C以上の数十秒程度の短時間処理でもインジウムが凝集し、さらに大きな微細構造に変化するが、500°Cの電気炉酸化ではメッキされたインジウムは十分酸化されることも分かった。したがって、透明電極の一つである酸化インジウムのアモルファス相や微結晶がPS膜中に形成できることが分かった。しかし、現時点では、インジウムメッキしたPS膜の酸化試料からエレクトロルミネッセンスの発光効率が従来より改善されたものは得られなかった。多孔質シリコンの形成及び処理過程のパラメータを調整することにより、300nm程度の波長の紫外線を励起光源とした場合に観測される可視フォトルミネセンス(PL)スペクトルの半値幅が、従来報告されていた0.30.4eVよりかなり狭くなる(得られた最小値は室温で0.21eV)多孔質シリコン試料の作製に初めて成功した。それらの試料について、そのPLスペクトルの温度依存性や時間分解PLを測定し、いくつかのPL発光起源に関する新しい知見を得ることができた。例えば、PLピークエネルギーの高い試料ほど、PL強度が強い傾向にあり、この傾向は、半値幅0.24eV未満の試料では特に顕著であった。また、PLピークエネルギーとPL強度の温度依存性において、ともに240K周辺でかなり鋭い極大値をもつという、従来には報告されなかった温度依存性を示すことが判明した。さらに、時間分解PLデータは、200Kを境として、二種類の異なる活性化エネルギーにより特徴づけられ、観測された低温側の活性化エネルギーは発光エネルギーに依存するが、高温側ではほとんど依存しなくなることが明らかになった。最後の結果からは、PLの機構には熱励起の過程が含まれていることが強く示唆される。観測された全ての結果を、矛盾無く説明できる発光機構モデルの提案を行ない、PLピーク波長が650nmより長波長にある場合には、多孔質シリコンの発光機構が、ナノサイズのシリコン微結晶の界面準位を介するものではなく、その微結晶におけるバンド端励起子発光に基づくものと考えられることを示した。今後は、PLデータと電気的なキャリア注入による発光との関連を明らかにし、更に処理パラメータを最適化することにより、高効率の発光素子化を目指した研究を展開する予定である。

しかし、現時点では、インジウムメッキしたPS膜の酸化試料からエレクトロルミネッセンスの発光効率が従来より改善されたものは得られなかった。多孔質シリコン(PS)の陽極化成法による形成とその後の電圧印加下の光照射による、波長300nm程度の紫外線を励起光源とした場合に観測される可視フォトルミネセンス(PL)スペクトルの半値幅が、従来報告されていた0.30.4eVよりかなり狭い、室温で0.18eVとなるPS試料の作製に成功した。また、PLピーク波長が600nm以下でも比較的強度の強い発光を呈する試料の作製にも成功した。これらは、本研究で提案されたプロセスによるPS層の均質化に起因するものと考えられる。一方、メッキ溶液中でPSにインジウムをメッキすると、インジウムはシリコン基板-PSとの界面から、マクロスケールでは一様にメッキされるが、ミクロスケールでは、インジウムは多孔質膜中に粒状に分散して存在し、その大きさは多孔質形成過程に依存し、陽極化成中に光照射すると大きくなることが判明した。これは、光照射によるエッチングの促進と対応しており、大きい微細孔への選択的なインジウムメッキ過程が示唆される。一方、インジウムが多く含まれるPS領域では自然酸化が強く抑制されることが明らかとなった。これは、インジウムによる微細孔のキャッピング効果であると思われる。さらに、メッキ試料を熱酸化した場合、700°C以上では数十秒程度の短時間処理でもインジウムが凝集し、さらに大きな構造になるが、500°Cの酸化でメッキされたインジウムは十分酸化されることも分かった。したがって、透明電極の一つである酸化インジウムがPS中に形成できることが分かった。しかし、現時点では、インジウムメッキしたPS膜の酸化試料によるエレクトロルミネッセンスの発光効率の改善を示すには至らなかった。
光波ネットワークにおける効率的な光パス設定方式

波長分割多重(WDM)技術を基盤とする格子型の光波ネットワークを対象に光パス設定方式の性能評価を行った。各リンクの多重波長数ならびに各ノードの波長変換器数は有限とし、呼の発生間隔ならびに継続時間は、指数分布に従うものとした。送信ノードから受信ノードまでの光パスの経路は、ダイクストラ法を用いて決定する。まず、ネットワークをグラフ化し、各辺に重み付けする。次に、ダイクストラ法により、送信ノードから受信ノードまでの重みの総和が最小になるような経路を選択する。本研究では、次の3種類の光パス設定方式を提案した。(1)未使用の波長をタンダムに選択する方式(波長の重みをランダムに設定する)(2)波長番号の小さな波長から使用する方式(番号の小さな波長の重みを小さな値に設定する)(3)リンク内の未使用波長数をネットワーク内で均一化する方式(未使用波長数が少ないリンクにおける波長の重みを大きな値に設定する)計算機シミュレーションを行うことにより各方式の呼損率を求め、比較を行った。結果として、次のことが明らかになった。方式(3)の性能が最も良好な特性を示した。これは、方式(3)では、ネットワークの残りの波長資源を均一化するように光パスを選択するため、負荷が過度に集中するリンクが少なくなり、呼損の生じる状況が比較的少なくなるためである。次に、良好な特性を示した方式は、方式(2)である。方式(2)は、波長番号の小さな波長から使用するため、波長番号の大きな波長が、各リンクに共通に残る傾向にある。そのため、中継ノードにおいて、波長変換を行うことなく、その共通の波長を使用することができるためである。
分子情報を統合した医療ビッグデータと人工知能の融合による健康寿命延伸ツールの開発

健診結果と診療報酬明細書の結果を突合した医療ビッグデータベースを作成し、以下の討を行った。1.糖尿病の治療状況と冠動脈疾患、重症視力障害発症の関連の検討糖尿病の治療状況と冠動脈疾患、重症視力障害発症の関連を検討し、治療によって至適のHbA1c値が異なる可能性を明らかとした。細小血管/大血管合併症発症において、スルホニル尿素薬やインスリンといった低血糖を来たしうる治療方法では、治療によるHbA1c値の下限に注意を払う必要がある可能性を示した。2.糖尿病患者における脈圧が重症視力障害・透析発症に及ぼす影響の検討血管硬化性の指標の一つである脈圧に着目し、リアルワールドデータを用いて検討を行った。その結果、糖尿病患者において、脈圧は既存のリスク因子とは独立した重症視力障害・透析発症透析導入のリスク因子であり、その影響は収縮期血圧より強い可能性があることを明らかとした。医療ビッグデータベースに関しては、当初の計画通り順調に進行し、国内外学会発表、論文作成において一定の成果を挙げている。今後は遺伝情報を組み込んだ医療ビッグデータベースの構築を行い、糖尿病診療の個別化を実現することが可能な解析を順次行っている。その結果、標準化された治療指針に加え、遺伝情報を組み込んだ日本人を含む個人レベルにおける治療に結びつく基礎資料の作成を目指す健診結果と診療報酬明細書の結果を突合した医療ビッグデータベースを作成し、以下の討を行った。その結果、標準化された治療指針に加え、遺伝情報を組み込んだ日本人を含む個人レベルにおける治療に結びつく基礎資料の作成を目指す
自然発症糖尿病ラットを用いた自己免疫機序の移植膵に対する影響

膵移植は主としてインスリン依存型糖尿病患者を対象としているが、これは一種の自己免疫疾患であり、どのような条件下で移植膵にこの自己免疫機転が影響してくるのかを実験的に検討した。MHC不適合なLewis系ラット(RT1:l)の骨髄細胞(50×10^6個)を新生児BB/Worラット(RT1:u)に静脈内投与し、ドナー特異的寛容を導入した。糖尿病となったBB/Worラット(糖尿病自然発症率:88%)に対し、Lewis系ラットをドナーとして膵および膵ラ島移植(分離ラ島1200-1800個を門脈に注入)を行った。膵移植した群では全例が正常血糖のまま死亡した(平均16日)が、皮膚発赤・膵腫などからGVHDが強く示唆された(寛容導入しない場合のGVHDは認めず、平均27日で拒絶した)。ラ島を寛容ラットに移植してもGVHDは起こさず、平均30日で血糖上昇を来し現病の再発と考えられた。続いて、GVHD防止のためLewis系ラットを全身放射線照射(1200Rad:移植前24-48時間)の後ドナーとし糖尿病発症前および発症後のBB/Worラットに膵移植を行った。放射線照射した群では膵全体を移植したにもかかわらずGVHDを認めず100日以上正常血糖を維持した。自己膵でのラ島崩壊時期である前糖尿病段階で移植した群でもやはり同様にラ島移植より膵移植のほうが長期に正常血糖を維持可能であり、膵移植片はラ島炎に抵抗性があると推察された。このように、免疫寛容BB/Worラットは免疫不全の状態にあり、移植片に随伴する移入lymphoidcellによりGVHDを起こした。このような免疫不全状態でもMHC不適合の移植ラ島を破壊できるが、膵移植では選択的ラ島破壊にやや抵抗性を認め、この現象は糖尿病発症前での移植でも同様であった。【.encircled1.】BBdpラット(RT1:u)の自己膵を組織学的に検索したが、平均的に生後30-60日頃にその変性が起こると思われた。【.encircled2.】生後24時間以内のBBdpラットに対し、MHCの異なるLewisラット(RT1:1)から採取した骨髄細胞5x10^6個(GVHD防止のためFACSにより成熟T細胞を除去)を静脈内投与した。このラットの生後100-120日目にドナーと同系ラットからの皮膚移植を行ったが、その永久生着を認め免疫寛容状態を確認した。【.encircled3.】糖尿病を発症した(BBdラット)無処置群に対し、MHCの同じWister Furthラット(WF、RT1:u)およびMHCの異なるLewisラットをドナーとして膵移植を行った。後者の多くは18-20日で移植膵は拒絶された。これに対して前者ではその時期は平均35日前後とかなり遅く、BBdラットは拒絶反応を起こし得るものの移植膵のMHCによりその様式が異なると考えられた。【.encircled4.】上記と同様の系で膵ラ島移植(経門脈的肝臓内移植)を行った。Lewisットをドナーとした場合は拒絶反応であることが明らかであったが、WFラットをドナーとした場合は拒絶反応・自己免疫のどちらで移植ラ島の機能低下を来したのか判然としなかった。【.encircled5.】骨髄移植群BBdラットに対し、WF・Lewis両ラットをドナーとして膵ラ島移植・膵移植を行った。ラ島移植ではかなり長期(移植後50-100日)に正常血糖を維持した。

また、膵移植ではレシピエントが死亡することが多くグラフトとともに移入されたリンパ球によるGVHDが疑われた。骨髄移植群BBdラットに対し、WF・Lewis両ラットをドナーとして膵ラ島移植・膵移植を行った。ラ島移植では50-100日間正常血糖を維持できたが、膵移植ではレシピエントが死亡することが多かった。これは、骨髄移植により拒絶反応は防止可能であったもののchimerismを有するレシピエントに対し膵グラフトとともに移入されたリンパ球によりGVHDが発症したものと考えられた。このためドナーラットに対し、移行の24-48時間前にCo^<60>(1200Rad)を全身照射し、移入lymphoid cellのviability低下をはかった。このRadドナーの膵を骨髄移植BBdラットに移植したが。まず、Lewis-BBdでは、一部のみほぼ高血糖を示し残りは寛容生着した。一方、WF-BBdでは、約80%で高血糖を示したことから、移植膵ラ島の破壊にはグラフトのMHCが関与していることが示唆された。また、その移植膵組織の免疫組織学的検索により選択的B細胞破壊が確認された。また、糖尿病原生を強く有すると思われる糖尿病発症前(生後40日以内)BBdラットにRadドナーからの移植を行ったが、ここではラ島移植では非常に早く高血糖を来したのに対し、膵移植ではごく一部の例にしかもかなり遅くでしか発症せず、なんらかの保護機序があると推察された。このように、膵移植はIDDM患者を対象としているが、移植膵組織に対しても条件によっては選択的B細胞破壊が起こることがしめされ、将来極端な免疫抑制剤の減量が可能となった時期には注意すべき事項であると考えられた。
COPDにおける新規生理活性ペプチドグレリンの病態生理学的意義と臨床応用の試み

本研究では、COPDにおけるグレリンの病態生理学的意義について、基礎と臨床の両面から研究を進め、以下の成果を得た。臨床的研究では、COPDに対するグレリンの効果を評価するために二重盲検比較試験を開始した。体重減少をきたしたCOPD患者を対象に、エルゴメーターを用いた下肢リハビリテーションに加えて、2μg/kgのグレリンを一日2回3週間経静脈的に投与し、運動耐容能の改善を評価した。本試験はRCTで、現在7例を集積し、進行中である。さらに、症例を追加することでエビデンスの確立が期待できる。この臨床研究では、DEXAを用いて体組成の変化を検討し、血液検査で栄養状態の改善を評価する予定である。また、血中カテコラミンや呼気ガスや尿中の8-イソプロスタンを測定して、グレリンが酸化ストレスや交感神経に与える影響を解析している。基礎的研究では気道上皮細胞や単球由来細胞、好中球のグレリン受容体の発現とグレリンの抗炎症効果を検討した。培養単球由来細胞ではサイトカインの産生を抑制する効果がみられ、グレリンの抗炎症作用が確認された。動物実験モデルとして、グレリンと受容体欠損マウスやPTENノックアウトモデルマウスを対象に、慢性喫煙曝露とエラスターゼ併用によるCOPDモデルを現在作成中で、解析準備を進めている。以上のように研究計画は確実に進捗しており、生理活性ペプチドという観点からみたCOPDの病態解明と臨床展開はこれまでには全く無かった手法で、今後の研究で、難治性の病態であるCOPDに対する新規治療としてのグレリンの可能性が解明される。さらに、本年度の成果は、COPDだけでなく他の呼吸器疾患におけるグレリン研究の基盤になることが予想される。詳細な解析を進めて、呼吸器疾患におけるグレリンの病態生理学的意義の解明や臨床応用に向けた研究を推進したい。
フリーラジカルによる細胞の酸化的傷害とその防御機構に関する基礎的研究

フリーラジカルが細胞、特に脳神経細胞に対して如何にして酸化的傷害を与えるのか、またそに対してどうすれば防御できるのかについて反応論的観点から基礎的に研究を行ない、解明することを目的として研究を進め、以下の結果を得た。潅流後、ラットより摘出した脳、肝のホモジネート(10mg protein/ml Tris-HCl緩衝液pH7.4)の酸化とその抑制について比較検討を行なった。ホモジネート中のビタミンE(α-トコフエロール)の濃度は、脳で0.12nmol/mg protein、肝では0.06nmol/mg proteinであった。EDTA存在下で水溶性ラディカル開始剤AAPH(2,2'-azobis(2-amidinopropane)dihydrochloride)10mM添加により、一定速度でペルオキシルラディカルを発生させて酸化を開始すると、肝では反応2時間までにビタミンEは消費され、3時間でTBARSは1.1nmol/mg protein増加した。同じ反応時間における脳のTBARSは0.3nmol/mg proteinでビタミンEの減少は10%以下であった。一方、EDTA非存在下で開始剤を添加しない場合、肝の酸化はほとんど起こらないのに対して、脳は速やに酸化し、0.05nmol/mg proteinのビタミンEが残存しているにもかかわらず、TBARSは1.48nmol/mg proteinに達した。以上の結果から、脳脂質は高濃度存在するビタミンEによってペルオキシルラディカルによる酸化はよく抑えられるが、金属依存性の酸化を受けやすく、またビタミンEはこれをよく抑制することができないことが示唆された。含セレン化合物であるエブセレンはヒドロペルオキシドを速やかに分解することにより、金属依存性の酸化をきれいに抑制することを認めた。
高機能マイクロ生化学分析システム実現のための生体分子搬送・固定に関する研究

(1)生体分子ハンドリングシステム生体分子のハンドリングを目的として,3次元的なシースフローにより生体分子を搬送するマイクロスケールのフローセルを実現した。この方法により,細胞等変性しやすい分子流路の壁から離して自由に搬送することができるようになった。また,メチルセルロース等,熱でゾルーゲル層転移するハイドロゲルをキャリアに用いるマイクロスケールの生体分子ソーチングシステムを実現した。加熱を収束レーザービームで行うことにより,単純なY型の流路で流体のスイッチングが可能となった。また,ガルバノメータミラーと蛍光フォトディテクタを用いてPC制御自動化システムを製作し,約120msecのソーティング時間を実現した。(2)多項目同時検出酵素検出マイクロフローセルテフロン製の逆支弁を用いてサンプルや試薬の導入制御を行えるマイクロチャネルを設計・試作してサンドイッチイムノアッセイによる多項目同時検出酵素検出マイクロフローセルを試作した。キャリアとサンプル・試薬の流れを制御することにより,必要なサンプル・試薬の量を1/5以下に低減できた。(3)多層流を用いた高効率マイクロミクサ・リアクタマイクロスケールの構造体・流体を対象としたCADを用いて,高効率の混合・反応を実現するマイクロフローセルを設計し,混合したい液体を多層化して導入する構造の最適化を行った。それをもとにDeeo RIE装置により,高アスペクト比構造のマイクロミクサ・リアクタを試作・評価した。最適化した構造により従来よりも格段に効率の高い混合が実現できることを確かめた。(4)金属電極埋め込み型PDMSマイクロセルマイクロ化学/生化学システムの材料として注目されているシリコーンゴムの一種のPDMSでできたマイクロスケールの容器(マイクロ反応セル)に機能を持たせるため,3次元的に金属電極を埋め込む手法を開発した。この構造により,マイクロセル内の温度を均一に速やかに変化させることが可能となった。また,セル内の電界をX, Y方向に独立に制御することが可能となった。また,セル表面構造を自由に修飾することも可能となり,固体表面への生体分子の固定が容易となった。(1)微小流路内における流れの3次元観察手法の確立(庄子・船津)マイクロマシーニングにより微小流路を形成し,サンプルとして1μm径の蛍光ビーズを用い流路中の流れをマイクロレンズとオリフィスの組み合わせた共焦点光学ユニット(Yokokawa:CSU)を用いたフレーム撮影光学系を用いて面方向の速い流れの観察を実現した。また,光学系をピエゾアクチュエータで上下させることにより,深さ方向に断層撮影を行えるような装置構成を考え3次元的な流れの観察手法を確立した。(2)シースフロー型生体分子搬送システムの設計・試作・評価(庄子・船津)生体分子を微小流路中で変性させることなく搬送するため,3次元シースフローマイクロフローセルを設計試作した。これはキャリア液でサンプル流を包込む形の流れを実現するもので,それをマイクロマシーニング技術でガラスーシリコンからなるマイクロチップ上に製作した。工夫点はキャリアを2段階に導入し,その間にサンプルを導入口をも置けるもので,比較的簡単な構造で3次元的なシースフローマイクロフローセルを実現している。(1)の3次元流れ観察装置を用いて流路中の流れの観察を行い3次元的なシースフローが実現できたことを確認した。

また,有限要素法を用いた流れのシミュレーションを行い,観察結果との比較により,そのパラメータや境界条件の最適化について検討した。(3)生体物質制御のための反応場制御マイクロセルの設計・試作(庄子・本間)生体物質の表面固定など反応場の制御を考えたマイクロセルとして,まず,温度を正確にしかも応答性良く制御できるマイクロセルを設計・試作した。シリコンウエハ上に異方性エッチングを用いて,96個(8行12列)のマイクロセルを形成し,その裏側にTi薄膜ヒータと温度センサを形成し,温度のフィードバック制御を行うマイクロ反応セルアレーを製作し,セル内の温度分布を有限要素法により解析した。このマイクロ反応セルアレーは8個の行ごとに共通のヒータと温度センサを持ち,行ごとに温度を変化できる構造となっている。各マイクロセルの温度上昇の時間変化や隣のセルに形成されたヒータの温度の影響などを解析により検証するとともにサーモビューアを使った測定結果比較し,解析の有効性を検証した。室温から70°Cまでの温度上昇時間を6秒以内に抑えることが可能であり,容器内の温度のばらつきは2%程度を実現できた。(1)細胞搬送マイクロフローセルの試作・改良(庄子・船津)細胞や生体分子の搬送を目的として,粘度の低いメチルセルロースを媒体とした新しいマイクロ流体制御機構を開発した。メチルセルロースは温度上昇によりゲル化する性質があるため,流路にスポット的にレーザー光を照射すると部分的に固化する。この性質を利用して,微小流路内でスイッチングを行う機構を実現し,生体物質の分別・搬送を可能にするフローセルを試作した。流路の構造を微小化することにより,スイッチング時間を1秒以内に抑えることが可能であることがわかり,この技術はマイクロセルソータとして応用できる可能性を得た。(2)シースフローを利用したマイクロフローセルの試作と抗原抗体反応への応用(庄子)前年度試作した3次元シースフローマイクロセルの改良として,サンプルや試薬の導入口に逆止弁を形成したものを試作・評価した。また,その有効性を確めるために,抗原-抗体反応を利用したイムノアッセイプローブを固定した生化学検出システムを試作し,その特性を確認した。その結果,マイクロフローシステムでは従来の滴下型反応システムに比べて分析時間を1/8程度に短縮できるという知見を得た。(3)微細構造体表面の作成および生体物質の固定方法の検討(庄子・本間)電気化学的手法である陽極化成技術を用い,シリコン上にサブミクロンレベルの微細構造を作成する技術について見当を行った。また,生体物質の固定に有効である多種類の金属をメッキにより形成する手法を検討した。(4)反応場制御マイクロセルの設計(庄子)金属薄膜電極やヒータをシリコーンゴムの一種であるPDMS中に埋め込むことにより,温度,電界など反応パラメータ3次元的に制御するマイクロセルの構造設計を行い,マイクロ構造体シミュレーションシステムでその有効性を検証した。
２種の光受容膜タンパク質を用いたオプティカルフローセンシング技術の開発

バクテリオロドプシン(bR)は、塩湖に生息する高度好塩菌の細胞膜から抽出して得られる光受容性の膜タンパク質である。電極と電解液界面のバクテリオロドプシンに光を照射すると時間微分応答性の光電流が得られ、光強度の変化のみに応答する信号が外部からの電源供給を受けることなく得られる。さらに、光応答特性の異なる2種のbRを組み合わせることにより、昆虫の視覚情報機能として知られているオプティカルフローの検出が可能となる。本研究では、bR変異体(D96N)と野生型とを組み合わせたアレイ型バイポーラ光センサーによるオプティカルフロー検出技術の開発を行った。高度好塩菌から得られる光受容膜タンパク質バクテリオロドプシン(bR)は動物の視物質に類似した機能を有し、電極と電解液界面のbRに光を照射すると時間微分応答の光電流が得られる。本研究課題ではbRの野生型と遺伝子組み換えによる変異体の光応答特性が異なることに着目し、両者を組み合わせたバイポーラ型光センサーをアレイ型に構築することによりオプティカルフロー(相対運動する物体の速度場)の演算機能を有する高機能のセンサーを開発することを目的としている。オプティカルフローは昆虫が対象や自身の動きを瞬時に知覚するための視覚情報機能であり、本研究で得られる成果を自律移動型ロボット、超小型ロボット等の運動制御に適用することが可能である。本年度は本研究の初年度であり、バイポーラ型の8×1画素1次元アレイ型センサーの作製を行った。まず、透明導電性のITO(Indium Tin Oxide)膜付ガラス基板にエッチングを施し、アレイ状に配列した電極基板を作製した。作製した基板に、膜厚制御可能なディップコーティング法によるbR薄膜の作製を行った。bR野生型の薄膜を作製した基板とbR変異体の薄膜を作製した基板を対向させたバイポーラ型電気化学セルを作製し、セル内に電解液(KCl)を封入してアレイ型センサーを構築した。さらに、アレイ用の電流電圧変換増幅器(I/V Amp)の設計製作、並びにデータ取得システムの構築を行った。作製した実験システムを用いてデータ取得を行い、オプティカルフロー検出の1次元での基本的な検証実験に成功した。また、作製したセンサーアレイの基本特性をもとに2次元アレイでのシミュレーションを行い、2次元アレイ型センサーの設計・作製を進めた。センサーの高感度化等についても検討を行った。得られた研究成果については、学会、国際会議等で発表報告した。高度好塩菌から得られる光受容膜タンパク質バクテリオロドプシン(bR)は動物の視物質に類似した機能を有し、電極と電界液界面のbRに光を照射すると無給電で時間微分応答の光電流が得られる。本研究課題ではbRの野生型と遺伝子組み換えによる変異体の光応答特性が異なることに着目し、両者を組み合わせたバイポーラ型光センサーをアレイ型に構築することによりオプティカルフロー(相対運動する物体の速度場)の演算機能を有する高機能センサーを開発することを目的としている。オプティカルフローは昆虫が対象や自身の動きを瞬時に知覚するための視覚情報機能であり、本研究で得られる成果を自律移動型ロボット、超小型ロボット、ドローン等の運動制御に適用することが可能である。本年度は、bRの野生型と変異体を組み合わせたバイポーラ型の8x8画素2次元アレイ型センサーを作製して実験を行った。当初は複数の画素から信号が得られないなどの問題があったが、作製したセンサーと電流電圧変換増幅器の改良を行った結果、全64画素からの信号を得ることができた。さらに、8x8画素用のオプティカルフローデータ評価プログラムを作製し、2次元でのオプティカルフローカーブを得ることができた。得られた実験データを基にシミュレーションの改良を行い、オブジェクトの移動速度に対するオプティカルフローカーブの変化を忠実にシミュレーションできるようになった。また、bR薄膜の作製方法として新たにバーコーティング法を導入してディップコーティング法との比較を行った。併せて、bR光センサーの高効率化などの研究も行った。得られた研究成果については、国内の学会等で発表報告した。bR野生型と変異体を用いたバイポーラ型の8x8画素2次元アレイ型センサーの開発と評価プログラムを作製し、2次元でのオプティカルフロー検出に成功した。また、得られた実験データを基にシミュレーションの改良を行い、2次元での基本的な原理実証を順調に進めることができた。高度好塩菌から得られる光受容膜タンパク質バクテリオロドプシン(bR)は動物の視物質に類似した機能を有し、電極と電界液界面のbRに光を照射すると時間微分応答の光電流が得られる。本年度は、bRの野生型と変異体の各薄膜の膜厚を制御して、バイポーラ型8x8画素2次元アレイ型センサーの特性の改良を行った。この結果、オブジェクトの動きに対するオプティカルフローのカーブを動的に検出することに成功し、実験結果の分析と評価を行った。

従来のデジタル技術による複雑な計算処理を用いた方法に比べて簡単にオプティカルフローを検出することができ、センサー自身は無電源で動作することから、上述のようなリアルタイムの運動制御等に極めて有利である。併せて、バーコーティング法、インクジェット法による効率的なbR薄膜作製に関する研究とbR光センサーの高感度化に関する研究開発も行った。得られた研究成果については、国内外の学会、国際会議で報告した。バクテリオロドプシン(bR)は、塩湖に生息する高度好塩菌の細胞膜から抽出して得られる光受容性の膜タンパク質である。電極と電解液界面のバクテリオロドプシンに光を照射すると時間微分応答性の光電流が得られ、光強度の変化のみに応答する信号が外部からの電源供給を受けることなく得られる。さらに、光応答特性の異なる2種のbRを組み合わせることにより、昆虫の視覚情報機能として知られているオプティカルフローの検出が可能となる。本研究では、bR変異体(D96N)と野生型とを組み合わせたアレイ型バイポーラ光センサーによるオプティカルフロー検出技術の開発を行った。bR野生型と変異体を用いたバイポーラ型の8×1画素1次元アレイ型センサー作製とデータ取得システムの構築を行い、オプティカルフローの1次元での基本的な検証実験に成功した。さらに、得られたデータをもとにシミュレーションを行い、2次元アレイ型センサーの最適化のための検討と設計・作製を順調に進めることができた。開発したオプティカルフローセンサーの各種パラメータに対する評価を行い、シミュレーションによるパラメータの最適化とセンサーの高感度化・小型化の検討を行う。得られたデータの分析と最終成果のまとめを行い、研究成果を国内学会・国際会議等にて報告するとともに、研究成果の投稿を行う。特許取得:「オプティカルフローセンサ、光センサ及び光電変換素子」笠井克幸、片桐祥雅、国立研究開発法人情報通信研究機構、特許第6085775号、登録日平成29年2月10日、出願日平成24年12月11日バイオエレクトロニクス作製したアレイ型センサーと電流電圧変換増幅器(I/V Amp)を用いて2次元アレイ出力用データ取得システムの構築を行う。全アレイ出力から得られたデータをもとに各アレイ位置を2変数とするデータ解析を行い、2次元でのオプティカルフローの信号を得る。次に、任意のパターンの照射による光学応答特性を測定し、シミュレーションの結果と比較しながらオプティカルフロー検出の原理実証を行う。本年度末に連携研究者と研究打合せを行う予定であったが、日程上の都合により延期となり旅費分を繰り越すことにした。本年度末に連携研究者と研究打合せを行う予定であったが、両者の日程都合がつかずに延期となり旅費分を繰り越すこととした。次年度、連携研究者との研究打合せに使用する計画である。
半導体コンタクトを用いたグラフェンチャネルトランジスタの電流制御

グラフェンは高い移動度を持つことから次世代電子デバイス応用への期待が高いが、バンドギャップが0であるために、正の電圧を印加しても負の電圧を印加しても電流の流れる両極性動作を示し、ドレイン電流のオンオフ比が大きくできないという問題点がある。本研究では、従来の金属にかわり半導体であるSiCをソース・ドレインに用いることにより、グラフェンチャネルトランジスタの単極性動作を実現し、3桁以上の大きなオンオフ比を得ることに成功した。大きなオンオフ比を得るためにはグラフェンとSiCの界面特性を改善することが重要との知見が得られた。グラフェンは高い移動度をもつことから次世代の電子デバイス応用に期待が高まっているが、バンドギャップが0であるため、これをトランジスタのチャネルに用いると両極性動作を示し、ドレイン電流のオン/オフ比が小さいという問題がある。本研究では、半導体コンタクトを用いることにより、グラフェンチャネルトランジスタのオン/オフ比を改善して、論理素子への応用を可能ことを目的としている。平成24年度はソース・ドレインのドーピング濃度を変えてグラフェンチャネルトランジスタを作製し、単極性の電流ー電圧特性が得られることを確認した。しかし、オン/オフ比は1桁程度であった。平成25年度は、SiC上に高温アニールで形成したグラフェンに、さらに水素アニールを施すことによって、SiCとグラフェンとの間のバッファ層を除去し、良質な2層グラフェンを形成することに成功した。またゲート絶縁膜となるAl2O3膜を様々な原料を用いて行い、不純物が少なく良好な界面特性が得られる形成条件を検討した。これらの結果を用いてグラフェンチャネルトランジスタを作製し、オンオフ比3桁以上の単極性の電流ー電圧特性を得ることに成功した。以上により当初の目的を達成した。初年度は、当初の計画通り基礎的なことから研究を開始し、まず4H-SiCオフ基板上へのグラフェンの形成条件を吟味し、真空中および減圧アルゴン雰囲気下での高温アニールによる多層グラフェンの形成を透過型電子顕微鏡観察により確認した。さらにアニール条件によるグラフェンの形成状態の違いを調べた。次に、ソース・ドレインのドーピング濃度を変えてグラフェン/SiCコンタクトを作製してそのコンタクト特性を調べるとともに、トランジスタ特性への影響を調べた。ソース・ドレインのドーピング濃度によって、トランジスタの伝達特性が大きくことなるという結果が得られ、ソース・ドレインのドーピング濃度を1立方cmあたり18乗程度にすることで、単極性の電流ー電圧特性が得られた。しかし現在のところオン/オフ比は1桁以下であった。これはSiCオフ基板上に高温アニールにより形成されたグラフェンの層数が厚いことが一因と考えられる。従って次に、オフ基板ではなくグラフェンの成長速度の遅い(0001)ジャスト面のSiC基板を用いてグラフェンを形成し、さらに水素アニールを行ったところ、2層グラフェンが形成されていることを確認した。初年度は、当初の計画通り基礎的なことから研究を開始し、まず4H-SiCオフ基板上へのグラフェンの形成を透過型電子顕微鏡観察により確認し、ソース・ドレインのドーピング濃度を変えたグラフェンチャネルトランジスタの試作まで進めることができた。さらに、ソース・ドレインのドーピング濃度によってトランジスタの電気的特性が異なるという新たな知見が得られた。この結果を基にして、ソース・ドレインのドーピング濃度をやや抑えることによって、ドレイン電流のオン/オフ比は1桁以下ながら単極性動作を示すトランジスタの伝達特性が観測された。これは本研究で提案した原理が機能していることの根拠となるデータであり、初年度の大きな成果といえる。さらに、グラフェン・SiCコンタクトをモデル化して理論的な考察も進め、SiCオフ基板上に高温アニールにより形成されたグラフェンの層数が厚いことが小さなオンオフ比の原因と考えられることを示した。半導体コンタクトによって単極性動作を得ることは、当初考えていたよりも困難であったが、グラフェンの層数やキャリア濃度の低減によって、目的を達成することができた。またオンオフ比を改善するための道筋を初年度に得ることができた。従ってオンオフ比は小さいものの、単極性の電流ー電圧特性が得られたことは大きな成果であり、ほぼ予定通りの進捗である。さらに良質のグラフェン形成にも成功したので、来年度に期待の持てる成果が得られている。

初年度は、当初の計画通り基礎的なことからソース・ドレインのドーピング濃度を変えたグラフェンチャネルトランジスタの試作まで進め、ドーピング濃度をやや抑えることによって、オン/オフ比は1桁以下ながら単極性動作が観測された。さらに、オフ基板ではなくグラフェンの成長速度の遅い(0001)ジャスト面のSiC基板を用いてグラフェンを形成し、さらに水素アニールを併用することによって2層グラフェンが形成されていることを確認した。今後は昨年度の知見に基づき、デバイス試作を進める。昨年度の研究で、ソース・ドレインのドーピング濃度およびグラフェンの層数が、トランジスタの電気的特性に大きな影響を及ぼすことが明らかとなったので、(0001)ジャスト面のSiC基板上への高温アニールによるグラフェンの形成条件、グラフェン形成後の水素アニール条件を最適化することによって、グラフェンの精密な層数制御を実現する。このようにして精密に層数制御されたグラフェンを用いて、n型SiCをソース・ドレインコンタクトにもつグラフェンチャネルトランジスタを試作し、その特性を評価する。最終的にはトランジスタの単極性動作と、大きなオンオフ比(3桁以上)を実現する。次年度はグラフェンの形成条件の最適化とともに、デバイス試作とその特性評価を中心に研究を進める。グラフェンの作製装置、デバイスの作製環境、評価装置等は現有設備を利用するので、次年度の研究経費は主としてSiC基板、ゲート絶縁膜形成のための原料、電極原料、熱電対や試料ホルダーなどの装置メンテナンス用品等の消耗品、透過型電子顕微鏡やX線光電子分光等の分析を外注により実施する費用、さらに、成果発表のための学会参加費とその旅費に研究経費を使用する。
アトピー性皮膚炎に伴う白内障発生頻度および治療方法選択の包括的検討

兵庫県下で、アトピー性白内障の実態調査を行なったところ、都市部でその診療経験が多かった。アトピーがわが国に特異的に多いことについて、まだ眼科医師の認識は浅い。さらに、各施設ともにアトピー性白内障に対する手術療法の術式選択や、術後視力矯正方法にばらつきが見られた。ついで県外の同白内障治療実績の多い施設との比較を行った。手術術式や視機能矯正の方法の画一化はされていない。しかしその後、各種関連学会でシンポジウムを積極的に行った成果として、アトピーの眼合併症について周知がなされつつある。最終年度には、再度兵庫県下でアンケートを施行し、前回経験のなかった施設でも症例は増加しており、術式については、他に網膜剥離等の合併症のない限り、前嚢切開もCCC法とし、低年齢のものを除いて、眼内レンズ挿入を行なう方針の施設が多いことが判明した。以上とは別に、当科でのアトピー性白内障の手術症例についても解析した。当初より症例数は増加を続けており、最初は術式は水晶体嚢外摘出術のみであったが、その後水晶体乳化吸引術を主体とし、眼内レンズを同時に挿入する術式に変遷した。術後に網膜剥離を合併する例もあるが、手術そのものから続発したと考えられるものは少なかった。視機能矯正のために眼内レンズを挿入しない場合、CL装用の続行は難しく、積極的に眼内レンズ挿入を行なう方がよいと考えられる。術後の網膜剥離などの合併症も増加傾向であるが、他に眼合併症のないアトピー性白内障の手術術式については、通常の白内障に準じたCCC法による前嚢切開に眼内レンズ挿入でよいと考えられた。ただし、CCC法が完成しにくい症例が多いことや、その大きさに工夫がいること、長期的な予後については今後の慎重な経過観察がなお必要であり、皮膚炎そのもののコントロールを含めて、さらに多くの因子を総合的に解析していく必要性があると考えられた。まず、兵庫県下で眼科手術を行なっている病院55施設を対象に、アトピー性白内障診療の実態調査をアンケート形式で行なった。55施設中36施設から回答を得、回収率は65%であった。皮膚科が併設されているかどうかで施設毎に同じ都市部でも症例経験数はばらつきがみられたが、概して都市部の眼科でアトピー性白内障の診療経験が多く、郡部では少ない傾向があった。また、アトピー性皮膚炎・白内障がわが国に特異的に多いことについては、まだ眼科医師全体の認識が浅いこともわかった。さらに、当教室を含むアトピーの眼合併症に関心を示し積極的に診療経験を蓄積しつつ解析している数施設を除いては、各施設ともにアトピー性白内障進行例に対する手術療法の際の術式選択や、術後の視力矯正方法にかなりのばらつきが見られた。今後さらに増加すると考えられる眼合併症症例について、眼科としてもさらなる啓蒙が必要であると痛感した。一方で、当教室において、過去3年間でのアトピー性白内障の手術症害について、その術式と術後視機能矯正方法、他の合併症である網膜剥離、角結膜症例などをレトロスペクティブに解析した。その結果、平成4年度より、白内障手術症例は増加の一途をたどっているが、当初の平成4年は手術方法として水晶体嚢外摘出術が主であったものの、5年から水晶体乳化吸引術もしくは水晶体吸引術を主体とし、視機能矯正のために眼内レンズを同時に挿入する術式に変遷していることがわかった。白内障術後に網膜剥離を合併する症例も見られたが、白内障手術そのものが網膜剥離を続発したと考えられるものは少なかった。

次年度はさらに、前嚢切開の方法、術式の違いによる長期予後などの解析が必要となると考えられた。まず、前年度の兵庫県下でのアトピー声白内障診療の実態調査をもとに、近隣の府県および特にアトピー性白内障等の治療実績の多い施設とのデータの比較検討を行った。手術術式やその視力予後については大差はないが、やはり術式の画一化などはされておらず、術後の視機能矯正の方法もまちまちな傾向があった。ただし兵庫県下・全国レベルを含めて、各種眼科関連学会でもわれわれを中心として何回かのシンポジウムなどを行っている成果として、かなりアトピー性白内障ならびに他の眼合併症について周知がなされてきつつあることも明らかとなった。一方で、当教室および神戸労災病院眼科において、平成7年1年間でのアトピー性白内障の手術症例22例について、その術式と術後視機能矯正方法、他の合併症である網膜剥離、角結膜障害などをレトロスペクティブに再解析した。その結果、術式は水晶体乳化吸引術もしくは水晶体吸引術を主体とし、視機能矯正のためにコンタクトレンズもしくは眼内レンズを挿入する術式が主で、コンタクトレンズ装用のコンプライアンスは15眼中9眼で不能か困難もしくは角膜炎を併発しており、より積極的に眼内レンズ挿入を行なう方法をとる方が視機能予後によいと考えられるが、なお術後合併症等、種々の解決すべき問題をかかえていることもわかった。術中術後合併症として網膜剥離が7眼に見られ、後発白内障が5眼であったが、さらに長期にわたる経過観察が必要であろう。全体的に前年度に比べ術後合併症も増加の傾向を示した。前嚢切開の方法についても考案をし、眼内レンズ挿入時にはCCC法がよいと考えているが次年度に再検討を行ないたい。本年度は、初年度(平成7)にアトピー性白内障の手術術式についてのアンケートで有効な回答を得た41施設に対して、その後の術式や患者数の傾向をつかむため、個別に再度確認した。残念ながら担当医師の交代等で有効回答は24施設にとどまったが、前回経験症例のなかった施設でも新たに経験され、従来より経験のある施設でも症例数は増加していた。術式については、他に角膜剥離等の合併症のない限り、前嚢切開もできる限りCCC法とし、低年齢のものを除いて、眼内レンズ挿入を行なう方針の施設が多いことが判明した。これは、われわれの施設でとっている方法と同様である。本研究の期間内に、この術式で眼内レンズ挿入手術を行った症例で、以前、眼内レンズ挿入術を行っていない症例と比べて、有意に網膜剥離や後発白内障などの術後合併症が多いという結果はでなかった。前年度にも報告したが、角膜障害等の術後コンタクトレンズによる視力矯正のコンプライアンスがよい成績でないことも考慮して、現在のところ、他に眼合併症のないアトピー性白内障の手術術式については、本研究からは、通常の老人性白内障に準じて、CCC法による前嚢切開に眼内レンズ挿入でよいと考えられた。ただし、白内障自体が膨化していて、CCC法が完成しにくい症例が多いこと、術後に水晶体嚢の収縮が強く出ることがあり、切開方法とその大きさに工夫がいること、なお、長期的な予後については今後の慎重な経過観察が必要であることなどもあげられ、アトピー性皮膚炎そのもののコントロールを含めて、さらに多くの因子を総合的に解析していく必要があると考えられた。
噴霧状気液二相流の乱流平板境界層内の流動と熱伝達

本研究では、噴霧状気液二相流中に置いた等温平板上乱流境界層内の液滴の流動と熱伝達について実験的研究を行なった。実験では、液滴の二方向速度、及び粒径の同時測定を可能とする位相法レ-ザ・ドップラ流速計を新たに開発し、これを用いた。熱伝達に関しては、熱伝達率測定可能な加熱等温平板を製作、使用した。以上より次の結果を得た。液滴の境界層内速度分布及び変動速度分布は主流方向、主流垂直方向共に壁面温度、気液質量混合比、局所レイノルズ数によらず相似的流動を示す。液滴の局所粒径分布は上流部に比べ下粒部の方が、また壁面に近付くにつれ、小液滴が減少し、分散の大きい分布となる。これは境界層内飛行中の蒸発によるものと考えられ、壁面温度が高い方により顕著にあらわれる。しかし、壁面近傍と主流の差異はさほど大きくは無い。また液滴の速度分布は、本研究の粒径範囲(数μm150μm)では、主流方向速度の壁面極近傍において大径滴が加速した分布となるほかは粒径に対する依存性は示されない。液滴を加えたことによる熱伝達向上を示す目安としての単相時と二相時の熱流束差は、壁面温度が高いほど、気液質量混合比が大きいほど大きくなる。また、加熱開始点近くを除き、流れ方向に対し一定の値をとる。以上より、次の知見を得た。噴霧状気液二相流における熱伝達促進は壁面、および壁面近傍の液滴の蒸発によりおこなわれる。また蒸発場への液滴の供給は境界層外縁の乱流混合により主流中からおこなわれるが、液滴の流動は諸条件によらず相似性を示すので壁温による促進量の差はあるものの、混合する液滴量に対して、比例した伝熱促進が見込まれる。
小学校外国語活動における児童の英語語彙学習方略を促進する授業方法の開発と実践

研究目的:現在小学校の外国語活動はアクティビティ中心の授業を行っている。これらの活動は、アクティビティに主眼をおいているため、教師は、効率的、効果的に英語の単語やセンテンスなどを記憶できる学習方略を指導している。しかし、アクティビティに用いる簡単なセンテンスや単語でも、英語をおぼえることに苦痛を感じ、楽しく活動に参加できないと感じる児童が多数いる現状がある。本研究においては、小学校の外国語活動の時間において児童主体の英語語彙学習方略を蓄積・共有する学習方法を開発し、その効果を検証することを目的とした。研究方法:児童の学習方略の収集には、ミニホワイトボードを用いた。児童は、ミニホワイトボードにフレーズや単語の絵を書いたり、日本語の意味を書いたり、自分の耳に聞こえるカナを書いたり、文字の色を変えたり、アンダーライン引いたりして使用している。それらの書き込みは、児童が英語をおぼえるメモであり、単語やフレーズをおぼえる児童の学習方略と見て取れる。それら、ミニホワイトボードの画像や児童の音声をタブレット端末からサーバーに蓄積する。そして、そこから学習方略の振り返りを児童のナレーションつきの動画で作成し、動画を視聴しあうことで学習方略の交流を行った。研究成果:事前・事後のアンケートで「友だちの英語のおぼえ方は参考(さんこう)になる」と4件法により同項目で聞いたところt=-3.67(n=20)と1%で有意な差が出た。児童は動画のまとめを聞くことで、友だちがどのように勉強していたかを知ることができた。児童の自由記述からは「いろんな覚え方があって参考になった」等の記述が20人中19名あった。児童の動画では、「友だちと問題を出し合っておぼえると確かめられるし、楽しい」とのまとめを作った児童もおり、共に学ぶことの大切さや楽しさに気づけた児童もいた。