hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
容器口から流れる液垂れ解消のための数値シミュレーション

液だれ現象を改善する方法を検討するために数値シミュレーションと実験観察を行った.実験より,容器口の外側の縁に細かな溝を刻むことで,丸や角といった鋭利でない鈍い形状の縁でも液だれが大きく改善できることが確認できた.大規模数値シミュレーションにおいては,ナビエ-ストークス式の外力としてポテンシャル力による濡れ性モデルを加えた陽解法のMPS法(Explicit Moving Particle Simulation Method)を行い,実験映像との比較を行った.濡れ性モデルを導入後,容器から流れ落ちる水の数値シミュレーションを行ったところ,実験で観察した液だれに合致した表現ができた.実験的分析については、容器口から流れ出る液垂れの現象をハイスピードカメラで撮影して分析を行った。実験容器については、3Dプリンターを用いて種々の容器口形状と表面の凹凸を変えたものを作成した(素材はPLA樹脂(ポリ乳酸)、厚さ4mm)。容器口形状は、断面形状が円、四角、45度傾斜角であり、それぞれについて容器口側面、内面および外面に0.4mmの溝をつけて、それぞれカメラにて容器から流れ落ちる水について計測を行った。結果として、容器口の形状において鈍い形状(丸および四角)において何も加工を施さない場合は液だれが生じるが、表面に凹凸の溝をつけることで液だれの抑止効果が得られることが分かった。特に外面に溝をつけると形状の有無によらず10回試行中すべてにおいて液だれが起こらなくなり、また側面においてもいくらかの効果があった。これらの結果の詳細については下記学会発表および特許出願にて公開している。一方、数値計算による分析については、大規模並列計算によるシミュレーションで、上記液だれのメカニズムの解明のための数値計算を行った。手法としては、自由表面を伴う流れの計算に適したメッシュ作成が不要な粒子法(MPS)を使用し、界面の扱いには静電気力や分子間力といった物理的なモデルをナビエ-ストークス式を解く計算に導入した。形状の違いや電気的性質による効果などはまだシミュレーション手法上の課題がいくつかあり結論は出ていないが、下記学会発表にて公開を行っている。実験による観察で液だれの容器表面の溝による低減が確認できたが、液だれそもそもの発生に関する詳細の確認がまだできていない。また、数値計算による確認ができていない。数値計算における容器と水粒子の間に作用するインタフェースのモデルが足りないと思われる。容器の口からこぼれる液だれの発生を抑える方法をシミュレーションおおび実験から検討した。実験では、容器口の外側の縁に細かな溝を刻むことで、丸や角といった鋭利でない縁でも液だれが大きく改善できる結果が得られた。特に、外面に溝を加えた容器ではどの角度、容器口の形状においても液だれが発生しなくなることが分かった。流量が減って界面張力によりに壁面に吸い寄せられるような流れが見られず、最後に残った液滴は容器内に吸い込まれるように上がる様子が観察できた。また、先端が尖った傾斜縁は流れる液体が縁に回り込みにくいため、溝の有無に関係なく側面に液体が付着しにくいが溝をつけるとさらに液だれ防止の効果があがることが期待できる。しかし本実験のように溝をつけることで、容器口の形状が鋭利でない鈍い先端の形状であっても、化学的なコーティングによる加工をしなくても、液だれの発生を軽減することができると言える。手法の元となった理論としてはウェンゼルの式やカッシーの式といった、表面張力の増大を進めるこれらがヒントとなった。以上の結果の詳細については日本流体力学会年会2016にて発表している。数値シミュレーションに関しては、粒子法(MPS)による大規模並列計算で液だれの様子を計算しているが、現状はコップから流れ出る様子を表面張力モデルを導入して近いシミュレーション結果を得られた段階である。上記の溝の有無による検証はまだである。また、現在、液だれ防止の特許の取得により企業との提携を検討中である。実験により流出口に溝の切込みをいれるだけの簡単な方法で液だれを防止できたこと。特許出願をし学会での発表も好評であった。我々は,容器口から吐出する流れについて,実験および数値シミュレーションによる分析を行った.容器から流れ出た流体は,慣性力と重力によって運動するが,容器口付近では界面張力の影響により容器の縁で壁面に引っ張られ,液だれという壁面に付着する現象を発生する.過去の商品開発や先行研究では,急峻な形状による解決手段が多かったが,本研究では,容器口付近に細い溝を付けるのみというこれまでにない方法で,日用品から産業製品までよくみられる液だれ現象を改善する方法を提案した.容器口からこぼれる液だれの付着を抑える方法として,容器口の外側の縁に細かな溝を刻むことで,丸や角といった鋭利でない鈍い形状の縁でも液だれが大きく改善できることを確認した.これまで液だれを防ぐには注ぎ口の形状は鋭利で特殊な曲線である必要があったが,溝を加えることで形状によらず液だれが解消できるということが分かった.このことは今後の製品開発におけるデザイン性や加工コスト削減などのメリットにつながると思われる.数値シミュレーションに関しては,ナビエ-ストークス式の外力としてポテンシャル力による濡れ性モデルを加えた陽解法のMPS法(Moving Particle Simulation Method)を行い,実験映像との比較を行った.濡れ性モデルを導入後の角縁容器から流れ落ちる水の数値シミュレーションでは,鉛直よりやや容器寄りの引き寄せられる流れが起き最終的な液だれがうまく表現できた.

なお,濡れ性モデルを入れない場合では界面張力による引きよせられる力が作用せず,実験時に見られた流れの容器壁面方向への湾曲は見られず,容器外壁の壁面粒子への付着は発生しなかった.以上の成果に関して,国内外学会での発表に加えジャーナル投稿および特許取得を行った.液だれ現象を改善する方法を検討するために数値シミュレーションと実験観察を行った.実験より,容器口の外側の縁に細かな溝を刻むことで,丸や角といった鋭利でない鈍い形状の縁でも液だれが大きく改善できることが確認できた.大規模数値シミュレーションにおいては,ナビエ-ストークス式の外力としてポテンシャル力による濡れ性モデルを加えた陽解法のMPS法(Explicit Moving Particle Simulation Method)を行い,実験映像との比較を行った.濡れ性モデルを導入後,容器から流れ落ちる水の数値シミュレーションを行ったところ,実験で観察した液だれに合致した表現ができた.ハイスピードカメラによる撮影環境が整ったので詳細な撮影を進めていく。数値計算による液だれ現象の解明をすすめ、実験との比較を行っていく。並列大規模計算の基礎的なコードはできており、容器と水粒子の間に作用する力の検討とその実装を行っていく。界面張力のモデルとしては、他の研究ではCSFモデルといったポテンシャル力による手法が多く取り入れられ、本研究でもその手法を取り入れてはいるが結果が十分とは言えない。さらに今後は、レナード=ジョーンズのポテンシャルモデルのように、より分子動力学的なモデルを組み合わせた方法が有効と思われる。このモデルの検証のためには、昨年度行ったハイスピードカメラを用いて詳細に観察した実験結果と比較し、数値計算にフィードバックする予定である。液体の粘性の違いや容器の材質の違いによる検証が必要である。また、容器の縁に刻む溝の向き、幅や深さ、形状の違いによっても効果が変わると思われるのでこれらについても実験を行う。数値シミュレーション承認が遅れたため、その後の購入手続きと発注に時間がかかり年度内に納品に至らなかった。福島事故調査に時間がとられ研究が遅れているため、29年5月からに実施予定。2016年度4月に購入。2016年度分と合わせて予算を使用。9月計算力学学会にて発表予定。PC購入予定。
量子ホール効果と局在:電気伝導における量子効果

1.分数量子ホール効果の実験:(1)GaAs/AlGaAsヘテロ接合試料で、1/3および2/3状態のエネルギー・ギャップを対度抵抗率の温度依存性によって測定し、エネルギー・ギャップは磁場のみではなく、電子移動度にも依存すること、電子・正孔対称性がないことを明らかにした。(2)ホール抵抗率の磁場依存性を測定し、1/7状態が量子液体であることを示す構造を発見した。2.整数量子ホール効果と局在の実験:2次元系のランダウ準位における局在がランダウ量子数Nに依存することを、Si-MOS反転層で確認し、局在長に対するエネルギーの臨界指数をN=0およびN=1ランダウ準位で求めた。3.弱磁場磁気抵抗の実験:高移動度GaAs/AlGaAsヘテロ接合試料で垂直磁場の2乗に比例する異常磁気抵抗を、Si-MOS反転層で磁場方位によらない異常磁気抵抗を、InAs反転層でスピン・軌道相互作用による磁気抵抗を発見した。4.量子化ホール抵抗の高精度測定:Si-MOSFETの量子化ホール抵抗を測定し、電子の異常磁器能率から導かれる微細構造定数と比較して約0.3ppm大きいこと、GaAs/AlGaAsヘテロ接合と比較して、約0.1ppm大きいことを見出し、微細構造定数決定法として量子化ホール抵抗には問題があることを明らかにした。5.バリスティック電子輸送における伝導度量子化の理論:散乱を受けない電子が量子細線を通過する伝導度が2e^2/hに量子化されることを示した。6.量子ホール効果の理論:(1)トポロジカル不変量による整数量子ホール効果の数学的に厳密な説明を行った。(2)対角伝導率とホール伝導率は独立なスケーリング変数ではなく、互いに密接な関係があることを示した。(3)アンダーソン局在における2次元系の対称性の効果を数値計算で研究した。(4)量子細線のホール効果の特異な振る舞いにおけるサブバンド効果の重要さを示した。7.高純度ヘテロ接合による2次元電子系の形成:分数量子ホール効果等の測定に用いるヘテロ接合を作製した。1.分数ならびに整数量子ホール効果と局在の測定:(1)GaAs/AlGaAsヘテロ接合界面2次元電子の分数量子ホール効果について、V=1/3状態とV=2/3状態のρxxの温度依存性を、電子移動度ならびに電子濃度の異なる多数の試料について15.5Tまでの磁場と60mKまでの温度で測定し、次の知見を得た。ア.ρxxの温度依存性は2種類の活性化型伝導の和を仮定して記述できる。高温度領域の活性化エネルギー【W_1】が準粒子励起エネルギーに対応する。イ.【W_1】は単純な理論が予想するような磁場のみの関数ではなく、電子移動度にも依存する。ウ.1/3状態の【W_1】は、3次元効果とスピンの異るランダウ準位との混合効果を考慮すると、理論値の60%程度となる。エ.2/3状態の【W_1】は1/3状態の【W_1】の約1/3となり、粒子・正孔対称性を示さない。(2)SiMOS2次元電子のホール抵抗の精密測定をまとめた結果、ρxy=h/【ie^2】に対応するホール抵抗値は、ρxx<(4/i)×【10^(-2)】

Ωの条件下で、【10^(-7)】以下の相対精度をもつことが明らかになった。2.弱磁場下の異常磁気抵抗の測定:(1)高移動度GaAs/AlGaAsヘテロ接合界面2次元電子で垂直磁場成分のみに依存する異常磁気伝導を発見したが、理論的説明はできない。(2)SiMOS2次元電子で磁場方位に依存しない磁気抵抗を発見した。強局在状態解明の手がかりとしたい。3.電気伝導における量子効果の計算機による研究。(1)強磁場下の2次元電子の不規則ポテンシャル中の【σ_(xx)】と【σ_(xy)】の有限サイズ依存性を数値的に研究し、【σ_(xx)】と【σ_(xy)】とは独立のスケーリング変数ではないことがわかった。(【σ_(xy)】,【σ_(xx)】)の流れ図はランダウ指数に依存する。(2)有限温度でランダウ準位内の局在は非弾性散乱によって破られる。非弾性散乱による準位巾と準位間隔が同程度になるところでカットオフ距離が、【L_ε】=(【τ_ε】/τ)l,l=【√!(h/eB)】,で決定されるとして、【σ_(xx)】と【σ_(xy)】の温度依存性を計算した。1.分数ならびに整数量子ホール効果と局在の測定:(1)GaAs/AlGaAsヘテロ接合のバックゲート付き試料を用いて活性化エネルギーを磁場と移動度の関数として測定し、V=2/3状態においても温度依存性は二つの活性化型伝導の和で表されることが判った。(2)GaAs/AlGaAsヘテロ界面2次元系の低電子濃度試料を用い、V=1/5に対応する構造を、【P_(xy)】で初めて観測できた。この結果、V=1/5までは基底状態はウィグナー結晶ではなく、量子液体であることが判った。(3)SiMOS界面の(O↑+)ランダウ準位下端の【δ_(xx)】と【δ_(xy)】を異なる磁場と温度で測定した結果を、定ゲート電圧で【δ_(xy)】-【δ_(xx)】空間にプロットした。このプロットは低温極限で1本の曲線上にあることが判った。これは安藤の計算機実験の結果を支持する。(4)SiMOS界面で量子ホール効果状態の【δ_(χχ)】の周波数依存性を10MHzまで測定できた。周波数の増加と共に【δ_(χχ)】の増加が観測された。(5)量子化ホール抵抗の測定で、温度の低下と電流の減少に伴ってホール・プラトーの消失が発見された。2.弱磁場下の磁気抵抗の測定:(1)InAs/【SiO_2】界面2次元系で、スピン・軌道相互作用による異常正磁気抵抗が発見された。(2)SiMOs界面の負磁気抵抗を電子濃度を広範囲に変え、基板バイアスを変えて測定し、非弾性散乱時間と谷間散乱時間を求めた。2次元励起サブバンドの影響が観測された。3.高純度半導体ヘテロ接合試料の作製:試料高純度化装置を用い、高純度ヘテロ接合試料を作製し、分数量子ホール効果の測定に使用され、また、電子移動度の研究がなされた。変形ポテンシャル定数が決定された。4.理論的研究:(1)量子ホール効果におけるワインディング数と(【δ_(xx)】,【δ_(xy)】)
ゼブラフィッシュにおける母性mRNAの局在化機構

ショウジョウバエやツメガエルでは、卵内で局在する母性RNAが体軸形成や生殖細胞形成などに不可欠な役割を担っている。しかし、両生類以外の脊椎動物種では局在化母性RNAは見つかっていなかった。我々は、ゼブラフィッシュにおいて、特徴的な局在性を示す母性mRNAをいくつか同定している。すなわち、RNA結合性蛋白質をコードするdazl, brulの母性mRNAは卵母細胞や受精卵の植物極に局在化し、卵割期に動物極へ移動する。また、生殖系列に発現するvasa遺伝、nanos遺伝子の場合、母性mRNAは2,4細胞期の卵割溝の両端に局在する。本研究では、ゼブラフィッシュにおける母性mRNAの局在化機構について検討を行い、以下の知見を得た。1.ゼブラフィッシュの高温感受性janus変異胚において、vasa母性mRNAの局在化が異常となることを見いだした。janus変異胚では2細胞期の割球間接着性が低下していることから、細胞間接着装置や細胞骨格系とvasaの局在化が密接な関係にあると考えられる。2.dazlとbrulは、卵母細胞植物極への局在化様式が異なることを明らかにした。特にdazlの局在は卵形成過程の非常に初期に起こることから、卵母細胞の動物極・植物極形成への関与が示唆された。また、植物極皮質へのアンカーにはアクチン繊維が必須なことがわかった。3.卵成熟過程に関与するc-mosmRNAが卵母細胞動物極に局在化することを見いだした。4.vasa、nanos母性mRNA局在化領域の除去により、生殖細胞形成が阻害されたことから、この領域に生殖細胞決定因子群が存在することが強く示唆された。5.nanos母性mRNAの生殖細胞特異的な安定性制御に関与するシス配列を約80ntに限定した。すなわち、RNA結合性蛋白質をコードするdazl,brulの母性mRNAは卵母細胞や受精卵の植物極に局在化し、卵割期に動物極へ移動する。また、生殖系列に発現するvasa遺伝子の場合、母性mRNAは2,4細胞期の卵割溝の両端に局在する。3.卵成熟過程に関与するc-mos mRNAが卵母細胞動物極に局在化することを見いだした。
パルス強磁場を用いた磁歪測定による相転移の研究

パルス磁場における磁歪測定を目標として、キャパシタンス法による磁歪、熱膨張測定装置を開発した。結果的には期間中にパルス磁場下での測定までは到達しなかったが、以下に定常磁場8テスラまでの強磁場で得られた成果を報告する。1.Ce(Ru_<1-X>Rh_X)_2Si_2の反強磁性転移と体積効果この物質はT_N=5.5Kで反強磁性転移を示し、3.5Tと6Tでメタ磁性的な磁化の飛びを示す。中性散乱実験から、この反強磁性転移は、c軸芳香に波数ベクトルを持つSDW転移であることが知られている。電気抵抗測定では、転移温度以下でc軸方向の抵抗が30%も増大し、その後一定値となるが、a軸方向ではほぼT^2に従って減少することが分かった。これらの結果からこのSDW転移はc軸方向のフェルミ面のネスティングによって起こることが明らかとなり、この転移に伴ってフェルミ面には異方的なギャップが形成されると思われる。また熱膨張測定から、近藤効果が出現する50K以下で体積が急激に減少することが観測され、T_N以下ではこの急激な減少が消失し、ほとんど温度変化しないことが分かった。この結果から4f電子系においても3d電子系で良く知られているような、moment-volume instabilityによるINVARあるいはanti-INVAR効果が存在する可能性があることが明らかとなった。磁歪測定ではSDW状態の体積変化は非常に小さく、SDW状態が壊れ、常磁性状態(近藤効果によるゆらぎは残っている)では非常に大きな体積膨張を示すことが明らかとなった。2.PrCu_2の磁歪と熱膨張この物質は斜方晶の結晶構造を持ち、結晶場によってエネルギーレベルは9つの一重項に分裂するため、54mKまで磁気秩序は示さないが、約8Kで協力的ヤーンテラー効果による構造相転移を示す。磁化測定から常磁性状態であるにも関わらずc軸方向で異方性軸の転換を伴うメタ磁性転移が観測され、このメカニズムに興味が持たれていた。磁歪測定から、この相転移に伴って大きな格子変形を起こすことが明らかになり、その大きさは最大で10%にも及ぶ。そのことから磁場誘起の構造相転移が起こっていることが明らかになり、この大きな格子変形によって、結晶場効果が大きく変化するため、メタ磁性的な転移が起こることが明らかとなった。この物質はT_N=5.5Kで反強磁性転移を示し、3.5Tと6Tでメタ磁性的な磁化の飛びを示す。平成6年度はパルス磁場による磁歪測定の準備期間として、超伝導マグネットを利用した定常磁場8テスラまでの磁歪測定装置と温度変化(熱膨張)測定装置を作成し実験を行った。これによって原理的な技術は確立したと思われる。しかしながらパルス磁場下での測定では、誘導電流による発熱等のため、大部分を非金属化する必要があり、しかも測定空間は特殊なデュワ-中で非常に狭く、まだ工夫を要する。7年度には諸問題を解決し、測定まで行いたい。6年度得られた新たな成果としてRERu2Si2(RE=Ce,Tb,Dy,Ho)の磁歪、熱膨張測定の結果を述べる。CeRu2Si2は典型的な近藤格子系として知られており、極低温まで磁気オーダーしない。

にもかかわらず磁場中でメタ磁性的な磁化のとびを示す。この磁性について非常に興味が持たれている。CeRu2Si2のRuをRhで小量置換すると磁気オーダーが発生するが、Ce(Ru0.85Rh0.15)2Si2の熱膨張測定から、磁気オーダー転移温度直上まではCeRu2Si2と全く同じ温度変化を示すことが明らかになった。この結果はCeRu2Si2自体が磁気オーダーと近藤効果が競合した状態であり、磁気オーダー寸前の状態であるが、近藤効果がわずかに有力で、磁気オーダーが押さえられているうらずけとなる。磁歪測定では磁気オーダーが壊れ常磁性状態になった高磁場領域でCeRu2Si2に見られたものと同じメカニズムによると思われる異常が観測された。また(Tb,Dy,Ho)Ru2Si2の磁歪では磁化の自乗に定性的によく一致する磁歪変化が観測された。今後はこれらの物質におけるデータの集積とパルス磁場下の測定開発を行い、格子とスピンあるいは格子と電子系が強く結びついた系、特にUPt3のメタ磁性、CeAg、DyAg、DyCu2等の四重極相互作用の存在する系について磁気体積効果から、磁気相転移のメカニズムについて言及したい。平成7年度は2つの物質に中心をおいて研究を行った。得られた結果を以下に示す。1.Ce(Ru_<1-X>Rh_X)_2Si_2の反強磁性転移と体積効果。この物質はT_N=5.5Kで反強磁性転移を示し、磁場中3.5Tと6Tでメタ磁性的な転移を示す。中性子散乱実験からこの反強磁性転移は、c軸方向に磁気波数ベクトルを持つSDW転移であることが明らかになった。電気抵抗測定では転移温度以下でc軸方向の抵抗が30%も増大し、一定値となるが、a軸方向ではほぼTM^2に従って減少することが解った。これらの結果から、このCDW転移はc軸方向のフェルミ面のネスティングによって起こることが明らかとなり、この転移に伴ってフェルミ面には異方的なギャップが形成されていると思われる。また熱膨張測定から、近藤効果が出現する50k以下で体積が急激に減少することが明らかとなり、T_N以下ではこの急激な減少が消失しほとんど温度変化しないことが解った。この結果から4f電子系においても3d電子系で良く知られているような、moment-volume instabilityによるINVARあるいはanti-INVAR効果が存在する可能性があることが明らかとなった。磁歪測定ではSDW状態の体積変化は非常に小さく、SDW状態が壊れ、常磁性状態(近藤効果によるスピンのゆらぎは残っている)では非常に大きな体積膨張を示すことが明らかとなった。2.PrCu_2の磁歪と熱膨張この物質は斜方晶の結晶構造を持ち、結晶場によってエネルギーレベルは9つの一重項に分裂するため、54mKまで秩序は示さないが、約8Kで協力的ヤーンテラー効果による構造相転移を示す。磁化測定から常磁性状態であるにも関わらずc軸方向で異方性軸の転移を伴うメタ磁性転移を起こすことが発見され、この相転移のメカニズムに興味が持たれていた。磁歪測定からこの相転移において非常に大きな格子変形を起こすことが明らかになり、その大きさは最大で10%にも及ぶ。このことから磁場誘起の構造相転移が起こっていることが解り、この大きな格子変形によって結晶場効果が大きく変化するためメタ磁性的な転移が起こることが明らかとなった。
高齢者における味覚の不定愁訴《自発性異常味覚症》の疫学調査による治療戦略の構築

味覚障害は、高齢者に多くみられる。その内容には、味が判らないという味覚低下症のほかに、常に口の中に味が持続しているという自発性異常味覚症が含まれる。現在、味覚低下症については治療方法がほぼ確立されているが、自発性異常味覚症については、原因は不明で治療法は確立されていない。本研究は、高齢者の自発性異常味覚症患者の救済を目的とし、疫学調査によって自発性異常味覚症の原因究明を行った。味覚異常は、加齢的変化とも関連して高齢者に多くみられる。味覚異常は、味覚低下症(味がしない、判らない)と自発性異常味覚症(塩味など常に味がする)に大別される。しかしながら、一般に味覚異常(または味覚障害)として治療されているのは味覚低下症て、その原因と治療法はほぼ全容が解明されているのに対して、自発性異常味覚症の原因や病態は疫学調査を含め詳細な検討は行われていない。これらの患者では、うつ病と診断されたり治らないと説明されることも多く、治療法は確立されておらず、患者のQOLは著しく損なわれている。本研究は高齢者の自発性異常味覚症の診断と治療法を開拓し提供することを目的とする。本年度は、東北大学歯学部附属病院口腔診断科に味覚異常を主訴として来院した65歳以上の高齢者の患者に、1.問診:(1)自発性味覚異常感の有無、(2)全身疾患の有無、(3)服用薬剤の有無、(4)口腔乾燥感の有無、(5)生活環境(食事など)、(6)ストレス・抑鬱感の有無など。2.味覚検査:テーストディスク、電気味覚検査計を用いた味覚検査。3.唾液検査:総唾液分泌量の測定、物性ならびに性状検査。4.口腔内診査:(1)齲蝕、修復物の診査、(2)歯周病の精査、(3)義歯の有無など。5.血液検査味覚検査を行い、検出された自発性味覚異常症に対して治療を行った。その結果、自発性異常味覚症の原因として、約8割の患者で唾液分泌量低下、慢性辺縁性歯周炎、服用薬剤の副作用が確認され、唾液分泌量低下および慢性辺縁性歯周炎の治療によって多くの患者において症状の改善が得られた。この冶療経過から、自発性異常味覚症は、原因として神経症や精神病を疑う前に、口腔疾患を精査し治療することが重要であると考えられた。しかしながら、一般に味覚異常(または味覚障害)として治療されているのは味覚低下症で、その原因と治療法はほぼ全容が解明されているのに対して、自発性異常味覚症の原因や病態は疫学調査を含め詳細な検討は行われていない。本年度は、老人ホーム入居で自立した生活を送っている65歳以上の高齢者に、1.問診:(1)自発性味覚異常感の有無、(2)全身疾患の有無、(3)服用薬剤の有無、(4)口腔乾燥感の有無、(5)生活環境(食事など)、(6)ストレス・抑鬱感の有無など。3.唾液検査:総唾液分泌量の測定。4.口腔内診査:(1)齲蝕、修復物の診査、(2)歯周病の精査、(3)金属冠、義歯の有無など、検出された自発性味覚異常症に対して治療を行った。その結果、自発性異常味覚症の原因として、約7割の高齢者に唾液分泌量低下、慢性辺縁性歯周炎、服用薬剤の副作用が確認された。また、この結果から、自発性異常味覚症は、原因として神経症や精神病を疑う前に、口腔疾患を精査し治療することが重要であると考えられた。味覚異常は、味覚低下症と自発性異常味覚症(常に口の中に味がする)に大別される。これらの患者の治療法は確立されておらず、患者のQOLは著しく損なわれている。

本年度は、東北大学歯学部附属病院口腔診断科に味覚異常を主訴として来院した65歳以上の高齢者の患者に、1.問診: (1)自発性味覚異常感の有無、(2)全身疾患の有無、(3)服用薬剤の有無、(4)口腔乾燥感の有無、(5)生活環境(食事など)、(6)ストレス・抑鬱感の有無など。2.味覚検査:テーストディスク、電気味覚検査計を用いた味覚検査。3.唾液検査:総唾液分泌量の測定、物性ならびに性状検査。4.口腔内診査:(1)齲蝕、修復物の診査、(2)歯周病の精査、(3)義歯の有無など。5.血液検査味覚検査を行い、検出された自発性味覚異常症に対して治療を行った。その結果、自発性異常味覚症の原因として、約8割の患者で唾液分泌量低下、慢性辺縁性歯周炎、服用薬剤の副作用が確認され、唾液分泌量低下および慢性辺縁性歯周炎の治療によって多くの患者において症状の改善が得られた。この治療経過から、自発性異常味覚症は、原因として神経症や精神病を疑う前に、口腔疾患を精査し治療することが重要であると考えられた。
雇用多様化社会における社会的地位の測定

本研究では、「職業に関する意識調査」を実施し、従来の職業威信スコアのバージョンアップを行うとともに、職業構造の変化に対応する、職種に加え、性別、雇用形態、企業規模などを反映した社会的地位尺度を作成した。職業威信スコアは、性、年代、学歴別では、グループ間に高い相関が見られ、時点間でも変化は見られず、スコアの頑健性と信頼性が改めて強調されることになった。しかし、性別、雇用形態、企業規模の情報が評定職業に付与されていた場合には、同じ職業であっても人々の評定に違いが見られた。多元的地位尺度を測定した職業以外に拡張し、さらに精緻化していくことが喫緊の課題である。本研究の目的は、職業構造の変化(非正規雇用労働者の増大、女性就業者の増加、産業構造の変化など)に対応する、職種のみならず、性別、雇用形態、企業規模などの面から、職業を多元的にとらえ、それを反映した社会的地位尺度(多元的職業威信スコア)を作成し、その妥当性や有効性を検証するとともに、現代日本社会の階層構造や社会状況を再検証することである。初年度であった平成27年度は、まず、研究組織を立ち上げ、研究課題の目的達成のため、研究計画を再度確認し、メンバー相互の情報の共有化を進めた。これを含め、全体での研究会を3回実施するとともに、予備調査実施前には担当のメンバーでの打ち合わせを数回行った。年度後半には、初年度の最大の目標であった予備調査の実施とデータ作成を終了した。予備調査では、職業威信スコアの多元化を試みた。具体的には、「1995年SSM調査」以降に新しく出現した職種と消滅した職種を洗い出し、評定対象となる職種を選出し、職種以外の項目(ジェンダー、雇用形態、企業規模など)を組み合わせたものについても調査した。詳細な分析は、これからだが、多元的な職業評定方法により得られた回答から「多元的職業威信スコア」を求めた結果、同じ職種でも従事する人の性別(男性/女性)、雇用形態(正規/非正規)、企業規模(大/中小)により、違いが見られることが明らかになった。研究成果は、初年度という事もあり多くはないが、それぞれのメンバーが本研究と関連する研究を著書・論文・学会発表などで発表した。平成28年度に実施予定である本調査の基礎資料となる、初年度の最大の目標であった予備調査の実施とデータ作成を終了した。また、3回の研究会を行い、研究の進捗状況や成果を共有し、今後の方向性について話し合った。以上のような進捗状況から、本研究はおおむね順調に進展していると判断する。本研究の主目的である職業構造の変化(非正規雇用労働者の増大、女性就業者の増加、産業構造の変化など)に対応する職種に加え、性別、雇用形態、企業規模などを反映した社会的地位尺度(多元的職業威信スコア)を作成するため、「職業に関する意識調査」を実施した。日本全国を対象としたランダム・サンプリングによる個別訪問面接調査を実施する予定であったが、予算の関係上従来の方法とは異なる郵送調査により実施した。全国200地点3000名を調査対象とし1179名の回答を得た(回収率39.3%)。調査では、評定職業数を確保するため、全標本を5つの部分標本として、それぞれ異なる調査票により調査を実施した。各調査票には共通評定職業を設定し、部分標本間の職業評定に関する差異などが確認でき、補正なども可能となるようにした。調査票による回収数の偏りが当初懸念されたが、5つの調査票ともほぼ同程度の回収数を確保できた。また、評定対象職業選定にあたっては、平成27年度に実施した予備調査の分析結果や職業構造などを参考にした。今年度実施予定であった本調査の実施とデータ作成を終了した。また、4回の研究会を行い、研究の進捗状況や成果を共有し、今後の方向性について話し合った。本研究の主目的は、従来の職業威信スコアのバージョンアップを行うとともに、職業構造の変化(非正規雇用労働者の増大、女性就業者の増加、産業構造の変化)に対応する職種に加え、性別、雇用形態、企業規模などを反映した社会的地位尺度を作成することであった。平成28年度に、全国200地点3000名を調査対象として「職業に関する意識調査」を実施し、1179名の回答を得た。最終年度である平成29年度は、平成28年度に実施した調査データを分析しながら研究を進め、結果をまとめ報告書を作成した。分析の結果、以下のような知見が得られた。(1)職業威信スコアを性、年代、学歴別に比較すると、個々の職業ではスコアの違いが見られたものの、職業威信構造全体ではかなり高い相関関係が見られ、また、時点間変化についても検証を行ったが変化は見られず、スコアの頑健性と信頼性が改めて強調されることとなった。しかし、同じ職業であっても雇用形態や企業規模の違いにより人々の評定は異なった。職業的地位を人々の社会的地位として研究を蓄積してきた社会階層研究においても、階層構造や社会状況を再検証することの必要性が示唆された。(2)職業威信秩序の自明性が時代や社会人口学的なカテゴリによって異なった。

(3)評定対象の性別による職業威信スコアの差は、ジェンダー・ステレオタイプによって説明されるとともに、評定対象の性別、評定者の属性の影響も見られた。(4)非熟練サービス職の職業威信スコアは低く、低収入、低高学歴者比率、高女性比率、高非正規雇用比率の影響がみられた。(5)調査での職業の提示順序の違いは、職業威信スコアを系統的に大きくゆがめているとは言えなかった。(6)汎用版のポジション・ジェネレータを作成し、提案した。本研究では、「職業に関する意識調査」を実施し、従来の職業威信スコアのバージョンアップを行うとともに、職業構造の変化に対応する、職種に加え、性別、雇用形態、企業規模などを反映した社会的地位尺度を作成した。職業威信スコアは、性、年代、学歴別では、グループ間に高い相関が見られ、時点間でも変化は見られず、スコアの頑健性と信頼性が改めて強調されることになった。しかし、性別、雇用形態、企業規模の情報が評定職業に付与されていた場合には、同じ職業であっても人々の評定に違いが見られた。多元的地位尺度を測定した職業以外に拡張し、さらに精緻化していくことが喫緊の課題である。昨年(平成27年)度実施した予備調査の分析を進め、その結果を踏まえて、本調査実施に向け調査計画の検討を行い、改善を図る。調査の中心となる評定職業について、職種にどのような職業項目を組み合わせるのが良いかは、予備調査の結果と議論によって決定していき、年度後半に本調査を実施する予定である。調査方法については、予備調査の分析結果を検討し、決定する。調査実施後、本研究の目的のひとつである「多元的職業威信スコア」を構築するなど、基本的な分析を進めていき、研究成果を日本社会学会、数理社会学会などで報告し、フィードバックを求めることを計画している。また、昨年度同様、各班の研究活動を円滑に進め充実したものとするために、日常的なやりとりはメールを通して適宜行う。また、班相互の情報の共有化および相互連携を図るために、全体での打ち合わせ(研究会)を年4回行うことを予定している。平成28年度に実施した調査のデータ整理を終えたのち、分析を継続して行いながら、学会報告や報告書執筆を計画している。その過程で、「多元的職業威信スコア」をより多くの研究に利用してもらうために、プロジェクトメンバー以外の研究者にも研究に試験的に使用してもらい、指標としての精度向上を目指す。29年度が最終年度であるため、記入しない。社会学29年度が最終年度であるため、記入しない。
レーザー光誘起構造変化・価数変化現象のダイナミクスの解明

この3年間の基盤研究では,本研究代表者が発見した「紫外レーザー光誘起構造変化・価数変化現象」のダイナミクスに関して,系のサイズを小さくすると光誘起価数変化や光誘起欠陥生成が高速化されのではないかと考えて以下の研究を行い,励起子理論による解釈を行った。(1)Eu_2O_3,Sm_2O_3のナノ粒子,ナノ粒子堆積膜Eu_2O_3のナノ粒子膜のレーザー光誘起構造変化・価数変化現象のダイナミクスの評価を行った.その結果,ナノ粒子膜は焼結体,平滑膜と同じくレーザー光誘起構造変化・価数変化現象を顕著に示す事が確かめられたが,系のサイズの減少に伴う変化速度の高速化には至らなかった.ベルヌイ成長された単結晶から透明結晶に至るまでの各段階でのX線構造回折,誘電率・電導度,光吸収,フォトルミネッセンス,紫外光誘起スペクトル変化現象等について系統的な実験を行った.その結果,複合欠陥(酸素欠陥構造Ti^<3+>-酸素空孔-Ti^<3+>がSrTiO_3の特異な性質を発現しているとの結論に至った.また,この物質の表面ナノ加工されたバルク単結晶,ナノ粒子について光誘起構造変化や価数変化現象のダイナミクスについても詳細な実験を行った.Y_2O_3のナノメートルサイズの粒子で,室温での紫外レーザー光照射下で可逆な光誘起スペクトル変化現象を発見し,そのダイナミクスを研究した.(4)γAl_2O_3ナノ粒子,アナターゼナノ粒子,およびAgIとの複合体γAl_2O_3ナノ粒子,アナターゼナノ粒子,およびこれらとAgIとの複合体試料で,室温での紫外レーザー光照射下で可逆な光誘起スペクトル変化現象を発見し,そのダイナミクスを研究した.(5)SiO_2ガラス種々の石英SiO_2ガラスで,室温での紫外レーザー光照射下で可逆な光誘起スペクトル変化現象を発見し,そのダイナミクスを研究した.この3年間の基盤研究では,本研究代表者が発見した「紫外レーザー光誘起構造変化・価数変化現象」のダイナミクスに関して,系のサイズを小さくすると光誘起価数変化や光誘起欠陥生成が高速化されのではないかと考えて以下の研究を行い,励起子理論による解釈を行った。(1)Eu_2O_3,Sm_2O_3のナノ粒子,ナノ粒子堆積膜Eu_2O_3のナノ粒子膜のレーザー光誘起構造変化・価数変化現象のダイナミクスの評価を行った.その結果,ナノ粒子膜は焼結体,平滑膜と同じくレーザー光誘起構造変化・価数変化現象を顕著に示す事が確かめられたが,系のサイズの減少に伴う変化速度の高速化には至らなかった.ベルヌイ成長された単結晶から透明結晶に至るまでの各段階でのX線構造回折,誘電率・電導度,光吸収,フォトルミネッセンス,紫外光誘起スペクトル変化現象等について系統的な実験を行った.その結果,複合欠陥(酸素欠陥構造Ti^<3+>-酸素空孔-Ti^<3+>がSrTiO_3の特異な性質を発現しているとの結論に至った.また,この物質の表面ナノ加工されたバルク単結晶,ナノ粒子について光誘起構造変化や価数変化現象のダイナミクスについても詳細な実験を行った.Y_2O_3のナノメートルサイズの粒子で,室温での紫外レーザー光照射下で可逆な光誘起スペクトル変化現象を発見し,そのダイナミクスを研究した.(4)γAl_2O_3ナノ粒子,アナターゼナノ粒子,およびAgIとの複合体γAl_2O_3ナノ粒子,アナターゼナノ粒子,およびこれらとAgIとの複合体試料で,室温での紫外レーザー光照射下で可逆な光誘起スペクトル変化現象を発見し,そのダイナミクスを研究した.(5)SiO_2ガラス種々の石英SiO_2ガラスで,室温での紫外レーザー光照射下で可逆な光誘起スペクトル変化現象を発見し,そのダイナミクスを研究した.作製したSm_2O_3の焼結体,ナノ粒子椎積膜,平滑薄膜等について,光誘起酸素欠陥生成と光誘起価数変化に伴う数百倍以上の発光強度の増大とメモリー性を観測した.作製したanataseの焼結体,単結晶等について,光誘起酸素欠陥生成に伴う発光強度の増大とメモリー性を観測した.そして,anataseの発光に関して正しいとされていた自己束縛励起子による解釈を否定する結果を得た.含有OH濃度の異なる石英ガラスについて,光誘起酸素欠陥生成に伴う暗青色-白色発光転移とメモリー性を観測した.γAl_2O_3のナノ粒子について光誘起酸素欠陥生成に伴う発光強度の増大とメモリー性を観測した.複合化体化により白色発光を伴わないEu3^+由来のスペクトル強度の変化現象とメモリー性を観測した.複合体化に伴う電導度増強とAgIの励起子と酸化物中の光誘起欠陥との励起エネルギー移動に伴う有用な光スペクトル転移現象を観測した.以上の結果は次ページに掲げる6篇の論文として公表した.量子常誘電体チタン酸ストロンチウムSrTiO_3において紫外レーザー光に誘起された局所的構造変化・欠陥生成とフォトメモリー現象を発見した.併せて,このSrTiO_3に見られる2.4eV可視光発光の起源と新らたに3.2eV,2.9eV紫外発光を発見した.これらの概要は以下のとおりである.

(1)SrTiO_3の紫外レーザー光に誘起された局所的構造変化・欠陥生成とフォトメモリー現象の研究真空中でSrTiO_3結晶に325nm紫外レーザー光を照射しながらフォトルミネッセンススペクトルを観測していると,2.4eV発光の強度が時間とともに大きく増加する.この増強した発光状態は,レーザー光を当てなければ,室内灯下で空気中でも長い期間にわたって保存される(フォトメモリーに対応).そして,この増強した発光状態は再び酸素中や空気中でレーザー光を照射すると元の状態に戻る(メモリーされた光情報の消去に対応).(2)SrTiO_3のフォトルミネッセンスの研究SrTiO_3は量子常誘電体と知られ,2.4eV発光はこの量子常誘電性と密接に関連した真性自己束縛励起子によるものとして信じられてきた.SrTiO_3結晶はベルヌイ法で濃青色のas-grown結晶として育成され,それを還元雰囲気の高温中でアニール・脱色して無色透明結晶として研究者に提供されてきた.我々の研究では,as-grown結晶から無色透明結晶について,フォトルミネッセンス特性を種々の測定法によりきわめて詳細に研究した.その結果,以下の事柄が明らかになり,従来多くの研究者に信じられてきたSrTiO_3のフォトルミネッセンスについての見解に訂正を加えた.●2.4eV発光は結晶欠陥を起源とする発光で,量子常誘電性とは無関係な外来型発光である.●新たに発見した3.2eV発光と2.9eV発光はやはり欠陥に誘起された間接励起子の輻射消滅に伴う発光か,局在中心の光励起状態の消滅に伴う発光である.●よく研究者が購入して試料として使用する無色透明結晶にはas-grown結晶の欠陥構造,化学的組成のヘテロ構造が痕跡としてあり,これが発光の原因となっている.「レーザー光誘起構造変化・価数変化現象のダイナミクス」に関して希土類金属酸化物Eu_2O_3のナノメートルサイズの粒子膜,量子常誘電体SrTiO_3を研究用試料として以下の研究を行った.研究代表者が1999年に発見した焼結体,平滑膜の「紫外レーザー光の下での価数変化と酸素欠陥生成・消滅によって生ずる消去可能な紫外レーザー光誘起フォトメモリー現象」が系のサイズを小さくすると高速化されるのではないかとの着想を基礎に,Eu_2O_3のナノ粒子膜を雰囲気制御してレーザーアブレーション法により作製した.このナノ粒子膜をX線回折・走査電子顕微鏡観察によりキャラクタリゼーションした後,レーザー光誘起構造変化・価数変化現象の評価を行った.その結果,ナノ粒子膜は焼結体,平滑膜と同じくレーザー光誘起構造変化・価数変化現象を顕著に示す事が確かめられたが,現象の速度の高速化には至らなかった.現在,この原因を考察中である.ベルヌイ法により育成されたSrTiO_3結晶は量子常誘電性,紫外光誘起誘電率異常増大,長残光性等を示し,これらはSrTiO_3の真性なげん晶であると多くの研究者が報告してきた.研究代表者は「ベルヌイ成長せられたSrTiO_3には種々の欠陥構造が存在し,この欠陥構造が種々の一見して特異であるという現象を発現している」との着想の下に,ベルヌイ成長された単結晶から透明結晶に至るまでの各段階でのX線構造回折,誘電率・電導度,光吸収,フォトルミネッセンス,紫外光誘起スペクトル変化現象等について系統的な実験を行った.その結果,複合欠陥(酸素欠陥構造Ti^<3+>-酸素空孔子-Ti^<3+>)がSrTiO_3の特異な性質を発現しているとの結論に至った.また,この物質の光誘起構造変化や価数変化現象のダイナミクスについても明らかにした.
腫瘍マ-カ-としてのMnース-パ-オキサイドディスムタ-ゼの癌化による発現機構

活性酸素は生体内で蛋白質や脂質の過酸化反応やDNAの損傷を起こして発癌に至らせると考えられる。また、我々が既に報告してきたように、このMnーSODは上皮性卵巣癌の良い腫瘍マ-カ-となる。今回は、ヒト及びラットMnーSODに特異な抗体を作製し、これを用いて血清中及び組織中のMnーSODを定量した。その結果、ムチン性嚢胞腺癌に比して、しょう液性腺癌組織ではMnーSODの増加が認められた。次に、卵巣癌のモデル動物としてラットの卵巣に発癌物質により卵巣腫瘍を形成させ、この腫瘍細胞におけるMnーSODの発現を調べた。その結果、癌細胞ではMnーSOD蛋白質及びmRNAの発現が増加していた。またTNFやILー1といったサイトカインがMnーSODの誘導を起こすことが知られている。そこでHeLa細胞を様々な薬物で刺激した結果、TNF,ILー1に加えホルボ-ルエステル(TPA)もまたMnーSODの発現を誘導することが明らかとなった。これらの刺激による誘導はTNF耐性細胞においてのみ見られた。次にTPAで前処理することによってプロテインキナ-ゼーC(PKーC)がダウンレギュレ-トされた細胞に対してTNFの効果を調べた。TNFはこの様な細胞においても強い誘導効果を示し、処理していない細胞に対して約2倍の増強が認められた。従ってTNFはRKーCを介しない別の経路を活性化すること、その際にTPA処理の間に合成される蛋白質因子が関与することが示唆された。MnーSOD遺伝子の発現がどのように調節されているのか、より明確にする為にはMnーSOD遺伝子そのものの解析と結合蛋白質について検討が必要である。我々は既にヒトMnーSOD遺伝子をクロ-ン化し5'調節部位について塩基配列を決定した。現在この得られたクロ-ンについてプロモ-タ-領域の解析を進めている。
音声障害者の音声リハビリテーション-発声機能・声帯振動デジタル解析による検討-

気流阻止法による空気力学的評価、高速デジタル撮影法による声帯振動評価を行った。起声研究から軽症以下の音声障害例には通常の起声発声が適していた。声門間隙が大きい重症音声障害例では呼吸機能に依存した発声モードになった。重症音声障害例では周期的な振動が欠如している例が多く、大きな呼気パワーを必要とした。リハビリテーションで喉頭調節と呼気調節を適切な方法に誘導することで声帯振動の改善が確認できた。最初に各症例に適した喉頭調節を指導し、その声帯を効率よく振動させるための呼気調節を会得させることが重要であった。正常音声・健常喉頭例、さらに各種音声障害例のデータ収集を行った。手術治療前後のデータ収集も行った。高速撮影画像から測定した各種パラメータと発声機能検査(PS77E)パラメータとの関係を検討した。高速撮影画像からは声門波形解析(Glottal Area Waveform: GAW)とキモグラフィー声門開口部波形解析(kymograph edge analysis: KEA)を行った。PS77Eでは音圧、呼気流率、呼気圧、気道抵抗値について検討した。その結果、呼気流率とGAW、KEAの間には相関関係は無かった。呼気圧とGAW、KEAの間には相関関係は無かった。音圧はKEAの左右声帯振幅巾と相関関係にあった。気道抵抗値はGAWの最小開口部と負の相関関係にあり、KEAの声門閉鎖率と相関関係にあった。これらの結果より声帯振幅が大きいほど音圧が高くなり、声門閉鎖程度が強いほど気道抵抗値が高いことが示唆された。さらに、これらの結果より高速撮影画像および発声機能検査から測定されるパラメータが精度の高い信頼性のあるデータであることが明らかになった。音響分析ソフトを購入し、高速撮影装置の記録システムに組み込んだ。購入した音響分析ソフトで高速撮影時同時記録音声サンプルを解析できるように、音声信号を変換するソフトを開発した。実際手順は以下の通りである。高速撮影時に記録した音声信号は変換ソフトにより音響分析ソフトで解析可能な形式に変換される。変換されたソフトは音響分析ソフトに読み込まれ、雑音比率、周波数の揺らぎ、音圧の揺らぎなどの音響パラメータを計算する。画像と音声は同一のコンピュータに保存しているので、同時解析ができる。次年度は蓄積データを随時解析していく予定である。前年度に引き続き、重症音声障害例を対象に(1)気流阻止法による空気力学的評価、(2)高速デジタル撮影法による声帯振動評価、(3)音声評価を行った。手術前後や音声リハビリテーション前後でも検討を行った。声帯振動データと音響データの同時解析を試みたところ次のような問題が判明した。音響分析では最低3秒間の持続発声サンプルを必要とするが、重症音声障害例では持続発声が困難である。音響分析ソフトを改造中である。中等症以下の音声障害例では音響分析雑音成分パラメータと声帯振動声門間隙パラメータとの間に関係を認めた。ゆらぎを表す音響パラメータは左右声帯や声帯前後での振動差が関係するが、現在までに開発した解析法ではこれらの差を数値化できない。さらなる声帯振動データ解析手法を検討中である。通常の起声、硬起声、気息性起声の3種類の起声発声を検討した。喉頭調節が最も強いのは硬起声であった。気息性起声では呼気調節が大きかった。通常の起声では喉頭と呼気調節のバランスが優れていた。軽症以下の音声障害例では通常の起声が優れており、声門間隙が大きい重症音声障害例では呼吸機能に依存した発声モードになるものと推測された。各解析結果を総合的に検討すると、重症音声障害例では周期的な振動が欠如している例が多かった。これは音質悪化に関連していた。また、健常例に比較してより大きな呼気パワーを必要とした。喉頭調節能力が低下しているためと考えられた。手術前後の検討より、声帯の物性や形状が改善すると優れた音質が得られることが確認できた。音声リハビリテーション施行例での検討から例え重症音声障害例でも喉頭調節と呼気調節を適切な方法に誘導することで声帯振動の改善が確認できた。音声リハビリテーションでは、最初に各症例に適した喉頭調節を指導し、その声帯を効率よく振動させるための呼気調節を会得させることが重要である。
抗癒着性を特徴とする医療用組織接着ポリマーの分子設計と精密合成

軟組織への接着と癒着防止の両方を実現できるリン脂質ポリマーマテリアルの創製を最終目的としている。このマテリアルは水溶性リン脂質ポリマーを主成分とする2液から調製するハイドロゲルとした。1液は接着組織表面との共有結合形成により強く相互作用させた。さらに1液は、生体環境下で2液目と相互作用を行い、自発的組織化によりゲル化(固化)させた。2液目は固化した後、周辺組織との界面に生体適合性に優れたリン脂質モノマーユニットを配向させることにより癒着防止層を形成した。つまり全体として相分離構造により組織接着面と周辺組織との接触面で異なる性質が発現できた。ハイドロゲルとすることで周辺組織からの液性分子の供給は妨げられなかった。また、生体適合性に優れたリン脂質ポリマーを主成分とすることで、長期的にも炎症反応を防止し、損傷組織の治癒を促進することができた。生体組織表面に存在するタンパク質と共有結合を形成するモノマーユニットを、タンパク質との反応率や反応時間、生成物質の細胞毒性などの観点から選定した。接着を確実に達成するためには、マテリアルが適用箇所で固化することが不可欠であることがわかった。そこで、1層目に接着性ポリマーを塗布し、常温、常圧下で、ポリマー分子の相転移と自発的組織化により固化する2層目のポリマーの分子設計を行なった。温度、塩濃度、pHなどの外部環境変化に対応して分子凝集し自発的組織化形成反応を誘引するよう官能基、モノマーユニットを選択し、ポリマーの分子構造を設計した。具体的には、水素結合や静電相互作用によりゲル化するリン脂質ポリマーが有効であると結論できた。これらの結果から、ポリマーゲル中に生体軟組織と同程度の水分を含んでいても、流動することなく、また接着性ユニットが機能するという二つの条件を満たす分子構造の規定ができた。
原生動物を用いた水環境モニタリング法の有効性に関する生物学的基盤

水道水は常に農業や工業、そして自然由来の様々な化学物質による汚染の可能性に曝されている。従って、水道水に混入した有害物質を迅速かつ高感度に検出する方法を開発することは安心かつ安全な社会を構築するために重要である。これまでに、この目的のために様々な生物を用いたモニタリングシステムが開発されてきたが、残念ながらそのいずれも満足のいく性能を有していない。原生動物には、様々な環境変化に対して鋭敏な応答現象を示すものがある。本研究ではユーグレナを利用し、誘電解析法(インピーダンス法)を用いた新しい水環境のバイオモニタリングシステムの開発を行い、特徴的な誘電特性の変化を感度よく検出できることを示した。平成24年度は、昨年度に引き続き、ユーグレナEuglena gracilisやタイヨウチュウActinophrys solなどの原生動物の示す様々な有害物質への応答を、微細形態的・電気生理学的に解析した。具体的には、誘電解析法(インピーダンス法)が、細胞に対する非侵襲的測定法として有効であるかについて検討を進めた。今年度は特に、Euglena gracilisの示す誘電特性を、外部から細胞外液を継続的に流入・流出させることができる流路を設けた並行板コンデンサー型測定セルを作成し、広帯域インピーダンスアナライザーで測定しつつ、電気的パラメータの周波数特性が外液の影響によりどのように変化するかを調べた。その結果、外液中に様々な化学物質を加えることによって生じるユーグレナの細胞形状の変化を、顕著な誘電特性の変化として感度よく検出することができた。また、低周波領域で観測される電極分極によるアーティファクトを取り除くための計算法をさらに改良し、細胞各部の電気的パラメータを算出するための実用的な測定ソフトウェアを作成した。未知の有害化学物質が水環境中に放出された場合、それを確実・迅速に検出する完全な環境汚染モニタリングシステムは、残念ながら今のところ存在していない。環境汚染を早い段階で検出してそれを未然に防止することは重要かつ必要であるが、通常の化学分析法は検出に時間がかかり、早期の段階での水質汚染を検出することは難しい。そこで、生物材料を用いた水質モニタリングの試みが、これまでにもいくつかなされている。しかし、これらの方法には問題点が多く、高性能(高感度・高速)のバイオモニタリングシステムの開発が求められている。本研究では、ユーグレナを利用し、誘電解析法(インピーダンス法)を用いた新しい水環境のバイオモニタリングシステムの開発を試みた。平成25年度は、外部から細胞外液を継続的に流入・流出させることができる流路を設けた並行板コンデンサー型測定セルを改良し、広帯域インピーダンスアナライザーで測定しつつ、電気的パラメータの周波数特性を調べた。その結果、外液中に様々な化学物質を加えることにより生じるユーグレナの細胞形状の変化に加え、いくつかの特徴的な誘電特性の変化を感度よく検出することができた。また、誘電理論解析を行い、インピーダンス特性の変化を、細胞各部の電気的パラメータの変化として推定するための解析ソフトウェアを作成した。これにより、有害物質の効果をオルガネラレベルでの電気的変化として捉えることが可能となった。本研究の目的は、ユーグレナEuglena gracilisやタイヨウチュウActinophrys solなどの原生動物の示す様々な有害物質への応答を、微細形態的・電気生理学的に解析し、それらがヒトに対する安全性を保障するための有効な基準となりえるかを検証することである。原生動物はヒトと基本的には共通した細胞構造を持つ真核生物であり、毒性発現の機構も共通していると考えられる。細胞内部には、核や様々な細胞小器官が存在している。誘電解析法(インピーダンス法)は、このような細胞各部に対する損傷の度合いを、細胞を破壊することなく生きたままで計測することのできる優れた非侵襲的測定法である。平成23年度は、様々な処理を施した原生動物細胞の誘電特性を、新規にデザインした並行板コンデンサー型測定セルを用いて、広帯域インピーダンスアナライザーで測定し、その電気的パラメータの周波数特性を調べた。その結果、ユーグレナの細胞形状の変化に伴う顕著な誘電特性の変化を感度よく検出することができた。また、低周波領域で観測される電極分極によるアーティファクトを取り除くための新たな計算法を開発し、それが実際のデータに適用できることを確認した。さらに、得られたインピーダンス特性の測定データを、現象論解析および原生動物の細胞形態を反映した理論解析のアルゴリズムを用いて解析し、細胞各部の電気的パラメータを算出した。