hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
複合機能性デバイスの開発

形状記憶効果,超弾性効果,圧電効果,焦電効果の特性の評価では、超弾性状態にした複合繊維の変形を表面の圧電薄膜で測定を行う事により、形状記憶効果と焦電効果の影響を無くし、超弾性状態の伸び変形による圧電効果の連成について評価を行うと共に、デバイスとしての機能限界について評価を進めている。また本研究の主目的である形状記憶効果,超弾性効果,圧電効果,焦電効果のそれぞの効果の影響については、有限要素法ソフトANSYSを利用することにより、温度や力、電圧を変化させた時に4つの影響がそれぞれ連成して起こることを、視覚的に示すことができた。今後は解析をさらに進めていくことにより、4つの効果が打ち消し会うのではなく、助け合い相乗効果が起こるようなデバイス設計を行うことが可能である。平成25年度は応用研究に重点を置き,(1)複数の機能の特長を利用したセンサ・アクチュェータの設計(2)複合機能デバイスの試作・評価の2つの研究を実施する。(1)複数の機能の特長を利用したセンサ・アクチュェータの設計では、すでに有限要素法ソフトANSYSを利用することにより、それぞれの効果が連成して起こることを起こることを、視覚的に示すことができているが、25年度は4つの効果が打ち消し会うのではなく、複数の機能が共存し,シナジー効果が得られるようなデバイス設計を進める。たとえば大変形は形状記憶効果を用いて,微小変形には圧電効果を用いるハイブリッド型アクチュエータ,形状記億効果による変形量を,圧電効果や焦電効果で読み取るセンサ,アクチュエータデバイス,超弾性効果と圧電効果を利用した発電システムの設計を行い,本ハイブリット多機能デバイスが有効であることを示す。また(2)複合機能デバイスの試作・評価として、個々の機能の利点を生かし欠点を他の機能で補った大変形を形状記憶効果で行い,精密位置決めを圧電効果で行う粗動微動アクチュエーターや,形状記憶合金による変形を圧電材料でモニタリングするセルフセンシングアクチュエーターの設計・試作・評価を行うことにより,本デバイスがセンサ・アクチュエータシステムとして有効であることを示す。そのほかに当初の計画では無かったが、引き続き水熱合成法装置の改良を進めることにより、PZT薄膜の性能向上を行う。次年度研究費は繰り越した68万円と次年度予算90万の合計158万円である。研究費の使用計画としては物品費としては、120万円を計上している。その内訳として、デバイスの試作用として小型3Dプリンタ(35万円)の購入を行う。さらに水熱合成法関連の薬品、材料費、消耗品として85万円を計画している。旅費としては、研究成果の発表のための国際学会参加のため30万円を計上している。その他の経費として論文の投稿、学会参加費として、8万円を計上している。
生物学的母子関係の解明に関する研究

生後8週において、出産後にカロリー制限を開始した母獣の仔(CR群)の摂食量は自由摂食下の母獣の仔(AL群)に対して優位に増加しており、体重に差は認められなかった。また、生後24週においては、摂食量と体重に差は認められなかった。生後8週と24週における血中グルコース濃度は、CR群において優位に低かった。このことから、授乳期における母獣へのカロリー制限は、その仔の成長に影響を及ぼし、特に糖代謝に影響を与えることが示唆された近年、小児肥満の増加が問題視されており、肥満児の出現頻度は約30年間で3倍に増加している。肥満はインスリン抵抗性と心血管疾患を発症する重大な危険因子である。疫学的および実験動物による研究により、成人期における肥満やそれに関連する代謝性疾患の起源は、遺伝的あるいは環境的要因によるものだけでなく、周産期における要因との関連があることが示唆されるようになった。そこで本研究課題では、抗老化・寿命延長効果のあるカロリー制限を授乳期の母獣に応用し、その仔の体重および摂食量の変化、代謝関連因子の変化を検索するとともに代謝関連疾患の発症との関連について検索を行う。出産後にカロリー制限を開始した母獣の仔の体重は、対照群に対して優位に減少していた。離乳後、自由摂食下において飼育を行ったところ、生後8週においてカロリー制限下の母獣により育てられた仔の摂食量は対照群に対して優位に増加しており、体重に差は認められなかった。また、生後24週においては、摂食量と体重に差は認められず、キャッチアップしていた。生後8週と24週における血中グルコース濃度は、カロリー制限下の母獣により育てられた仔において優位に低かった。このことから、授乳期における母獣へのカロリー制限は、その仔の成長に影響を及ぼし、特に糖代謝に影響を与えることが示唆され、インスリン感受性への影響も予想される。現在、代謝関連の血中のパラメーターの検索と、インスリン感受性臓器におけるシグナル伝達系や遺伝子発現について、検索を行う予定である。疫学的および実験動物による研究により、成人期における肥満やそれに関連する代謝性疾患の起源は、遺伝的あるいは環境的要因によるものだけでなく、周産期における要因と関連があることが示唆されるようになった。そこで本研究課題では、抗老化・寿命延長効果のあるカロリー制限を授乳期の母獣に応用し、特に低出生体重児の体重増加および成人期での脂肪の蓄積や代謝関連疾患の発症を抑制する機構の解明を目指すとともに顎顔面領域の発育成長への影響について検討する。母獣へのカロリー制限の影響検索するにあたり、授乳開始直後から離乳までの母獣の摂食量を毎日測定し、授乳期における母獣へのカロリー制限を行った。また、その仔について、授乳中の体重の変化を毎日測定した。離乳後は仔の体重の変化と摂食量を定期的に測定して、母獣へのカロリー制限がその仔の成長にどのような影響を及ぼしているのか、検索しているところである。また、カロリー制限下にある母獣の変化について、授乳中の乳腺を採取して、アディポネクチンに着目してその発現等を検索しているところである。C57BLマウスの妊娠・繁殖は順調に行うことができた。C57BLマウス母獣の出産直後から通常の離乳までの21日間(出産後3週間)、毎日の摂食量を測定して、コントロールとしての摂食量を決定することができた。その母獣の授乳期の摂食量の70%の餌を毎日、離乳まで与えることにより、授乳期の母獣へのカロリー制限を行った。自由食およびカロリー制限下にある母獣から授乳を受けている仔の体重を離乳まで毎日測定を行った。授乳期の仔の体重増加は、自由摂食群に比べてカロリー制限群では小さいことが確認された。現在、離乳後の仔の体重および摂食量について、測定をしているところである。また、授乳期の母獣より乳腺、脂肪組織、肝臓を採取して、凍結保存した。凍結した一部の乳腺および脂肪組織からRNAを抽出して、RT-PCR法にアディポネクチンの発現量を検索した。一般的に、成獣の脂肪組織ではカロリー制限および絶食によりアディポネクチンの発現量は上昇するが、授乳期における母獣へのカロリー制限および絶食においても、脂肪組織でのアディポネクチンの上昇が確認された。また、授乳期の乳腺において、カロリー制限および絶食により、アディポネクチンの発現量の上昇が確認された。今後は、自由摂食およびカロリー制限下の母獣から授乳された仔の飼育を継続することにより、成人期におけるエネルギー代謝に関連するシグナル伝達系を検索する予定である。また、妊娠期における母獣へのカロリー制限を行うことにより、低出生体重児モデルを作成して、低出生体重児への授乳期の母獣へのカロリー制限による影響を検索する予定である。

現在、自由摂食およびカロリー制限下の母獣から授乳された仔の飼育を継続しているところである。飼育中の仔の成人期におけるエネルギー代謝について、血液データの解析や耐糖能の変化、エネルギー代謝に関連するシグナル伝達系を仔の肝臓や脂肪組織、筋肉を採取して、RT-PCRやウエスタンブロットにより遺伝子やタンパク質レベルでの変化を検索する予定である。アディポネクチンの乳腺での発現変化に関連して、仔の消化管でのアディポネクチン受容体の発現の変化をRT-PCRやウエスタンブロットにより遺伝子やタンパク質レベルでの変化を検索する予定である。また、母獣からの母乳の採取を試みるとともに、母乳中のアディポネクチンの検出およびカロリー制限の影響をELISA法を用いて検出する予定である。授乳期の母獣へのカロリー制限が仔の顎顔面領域へどのような影響を及ぼすのか、マイクロCTを用いて経時的に検索する予定である。妊娠期における母獣へのカロリー制限を行うことにより、低出生体重児モデルを作成して、低出生体重児への授乳期の母獣へのカロリー制限による影響、離乳後の仔の成長、高脂肪食への影響について、体重や摂食量の変化、エネルギー代謝に関連するシグナル伝達系の検索を行うことにより、Thrifty phenotypeに関連する遺伝子やタンパク質の同定へと繋げていく予定である。研究費は、マウスの購入、飼料や床敷きの購入、PCRなどの分子生物学的実験、ウエスタンブロットなどのタンパク質レベルでの検索などの消耗品に使用する予定である。また、学内外での機器利用料に使用する予定である。本研究課題の成果発表のための旅費に使用予定である。
分子鎖の時間揺らぎを考慮した膜ファウリング特性シミュレータの開発

前年度は、各種素材の構成官能基が周囲の水分子を束縛する強さを時間の関数として指標化できる数値計算プログラムを開発し、種々の非イオン性素材に適用した。その結果、水分子のミクロ相互作用が非イオン性素材の分子運動性に強い影響を与えることを示唆した。そこで平成30年度は、このアプローチを両性イオン性素材にも応用し、構成官能基の近傍における溶媒和のダイナミクスが耐ファウリング性能に与える影響を検証した。具体的には、両性イオン性素材の繰り返し単位を構成する荷電基が水と有機物のどちらを強く束縛するかを定量評価するため、水とメタノールの等モル混合溶媒系を対象に、荷電基近傍のミクロな溶媒和を分子動力学法によって解析した。検討対象の素材には、既往の研究で優れた耐ファウリング性能が報告されているスルホベタイン(SB)系とホスホベタイン(PB)系の両性イオン性素材を選定した。SBまたはPBを既述の溶媒と混合し、荷電基近傍における水とエタノールの溶媒和を解析した結果、アニオン基のごく近傍において、SBはメタノール分子を選択的に束縛するのに対し、PBは水分子を選択的に束縛するという対照的な傾向を示した。一方、カチオン基の近傍では、アニオン基ほど有意な差はないものの、PBがSBよりも水分子を選択的に束縛することが判明した。以上の結果は、素材近傍の水分子や有機分子を束縛する強さが構成荷電基の種類によって異なることを示しており、本研究のアプローチは、各種素材の耐ファウリング性能をミクロな動的挙動と相関づけるための計算化学的な取り組みとして位置づけられる。平成28年度は、水処理膜のポリマー素材を構成する分子鎖の時間揺らぎを解析するための基盤的アプローチを構築・整備した。水処理膜のポリマー素材近傍には、有機物や生体分子など、膜ファウリングの原因となる種々の浮遊物質に加え、無数の水分子が存在し、浮遊物質の周囲を取り囲む。そのため、膜ファウリングの詳細機構を検証するためには、水のミクロ挙動を解析する取り組みが欠かせない。こうした背景から、アクリレート/メタクリレート系の各種ポリマーや、透析膜の素材として代表的なポリメタクリル酸メチル(PMMA)、さらには親水化剤として利用されるポリビニルピロリドン(PVP)など、種々の関連マテリアルを構成する繰り返し単位を対象に、素材近傍における水分子のミクロ挙動を分子動力学法によって検証した。具体的には、水和構造の静的な密度分布を示す指標として動径分布関数を導入し、対象マテリアル近傍の水和構造を解析した。その結果、PMMAやPVPの場合は構成ケトン基が水和構造ネットワークの中心的な起点となるのに対し、アクリレート/メタクリレート素材の場合は特にヒドロキシ基がその起点となることが確認された。さらにマテリアルの分子運動性を示す指標として自己拡散係数を算出したところ、ケトン基やヒドロキシ基の存在が、拡散係数の絶対値に強い影響を及ぼすことが判明した。以上の結果は、マテリアルの分子運動性が特定の構成官能基によって支配されることを示唆しており、分子鎖の時間揺らぎを検証するための基礎データとして位置づけられる。水分子の運動性や分子鎖の時間揺らぎを数値化するための各種計算プログラムが整備され、研究開始当初の進捗目標である膜ファウリング解析アプローチの開発が順調に進んでいる。前年度は、各種マテリアルを構成する官能基の近傍における水の動径分布関数を解析することで、マテリアル近傍の水和構造を分子レベルで検証した。しかし動径分布関数は、水和構造の静的な密度分布を示す指標であり、経過時間に依存する動的なミクロ挙動を表すことはできない。本研究では分子鎖の運動性を示す指標として自己拡散係数を採用したが、その運動性を支配する因子を究明するには、何らかの動的指標を導入することが有効なアプローチであると考えた。そこで平成29年度は、各種マテリアルの構成官能基が周囲の水分子を束縛する強さを時間の関数として指標化できる数値計算プログラムを開発し、種々のマテリアルに適用した。具体的には、ポリビニルピロリドン(PVP)の繰り返し単位であるビニルピロリドン(VP)やその類似化合物、メタクリル酸メチル(MMA)などを対象に、構成ケトン基の近傍における水分子の束縛強さを解析した。その結果、VPの構成ケトン基が水を束縛する強さは、他の類似化合物やMMAなどと比較して顕著に高いことが判明した。これはPVPが高い親水性を示す事実と符合する。さらにMMAやVPおよびその類似化合物が水分子と共存するモデル系を構築し、水分子の自己拡散係数を算出した結果、水の束縛強さは自己拡散係数と明確に相関することが判明した。以上の結果は、水分子のミクロな相互作用がマテリアルの分子運動性に直接影響を及ぼすことを示しており、分子鎖の運動性を動的指標に基づいて解釈するための基盤アプローチとして位置づけられる。分子運動性や静的な密度分布の解析に加えて、分子の動的なミクロ挙動を定量解析するための計算プログラムが整備され、膜ファウリング特性の検証に向けた基盤アプローチの構築が順調に進んでいる。

具体的には、両性イオン性素材の繰り返し単位を構成する荷電基が水と有機物のどちらを強く束縛するかを定量評価するため、水とメタノールの等モル混合溶媒系を対象に、荷電基近傍のミクロな溶媒和を分子動力学法によって解析した。検討対象の素材には、既往の研究で優れた耐ファウリング性能が報告されているスルホベタイン(SB)系とホスホベタイン(PB)系の両性イオン性素材を選定した。SBまたはPBを既述の溶媒と混合し、荷電基近傍における水とエタノールの溶媒和を解析した結果、アニオン基のごく近傍において、SBはメタノール分子を選択的に束縛するのに対し、PBは水分子を選択的に束縛するという対照的な傾向を示した。一方、カチオン基の近傍では、アニオン基ほど有意な差はないものの、PBがSBよりも水分子を選択的に束縛することが判明した。以上の結果は、素材近傍の水分子や有機分子を束縛する強さが構成荷電基の種類によって異なることを示しており、本研究のアプローチは、各種素材の耐ファウリング性能をミクロな動的挙動と相関づけるための計算化学的な取り組みとして位置づけられる。原水組成や温度などの諸条件を様々に変えながら、分子鎖の時間揺らぎがファウリング挙動に与える影響を解析する。これにより、マテリアル表面近傍のミクロ挙動と耐ファウリング性能の相関性を分子レベルで検証する。有機物や生体分子などのファウリング原因物質が共存するモデル系を対象とする異種分子間の束縛強さを計測することで、分子鎖の運動性が膜ファウリング特性に与える影響を定量解析する。平成28年度は、各種マテリアル近傍の水和構造やマテリアルの分子運動性の解析に注力した。これらの研究項目に対して当初計画をやや上回るエフォートを投入したため、それ以外の研究項目に関する大きな支出はなく、次年度使用額が生じた。平成29年度は、各種マテリアルの近傍における動的なミクロ挙動を解析するためのプログラム開発とその応用に注力した。これらの研究項目に対して当初計画をやや上回るエフォートを投入したため、他の研究項目に対する大きな支出はなく、次年度使用額が生じた。また次年度は、分子鎖の運動性が耐ファウリング性に与える影響を様々な数値指標に基づいて検証し、得られた研究成果を国内外に向けて積極的に発信する。具体的には、化学工学会や日本膜学会など、当該分野の諸学会における研究発表を計画している。別途、学術雑誌での成果発表に際して、英文校正料および論文投稿料を計上する。次年度は、分子鎖の時間揺らぎと膜ファウリング挙動の相関性を詳細に解析するためのワークステーションの購入を計画している。また研究成果を公表するため、化学工学会や日本膜学会など、当該分野の諸学会における研究発表を計画している。別途、学術雑誌での研究成果の発表に際して、英文校正料、論文投稿料および印刷費を計上する。
枝分れ構造を有するタンパク質の生合成法の開発

本研究では、4塩基コドンを用いてペプチド鎖を付加した非天然アミノ酸をタンパク質へ導入することで、枝分れ構造を有するタンパク質を合成するための新しい手法を開発することを目的とした。このために、p-アミノフェニルアラニンの側鎖アミノ基にMet-Glyの繰り返し配列を13個含むペプチド鎖などを付加した非天然アミノ酸の誘導体を化学合成した。これを4塩基コドン用tRNAに結合させ、大腸菌無細胞翻訳系へ添加したところ、4塩基コドンCGGGに対してペプチド鎖が導入された枝分かれ構造を有するタンパク質を合成できることが確認された。またその導入効率はペプチド鎖長に依存しており、鎖長が長くなるにしたがって導入効率が低下することが観察された。また、長鎖の分子鎖がタンパク質へ導入できるかどうか検討するために、ポリエチレングリコール(PEG)鎖の導入も行ない、エチレングリコールの繰り返し単位が4、8、12のPEG鎖をアミノフェニルアラニンの側鎖に結合させて、タンパク質への導入を評価したところ、いずれの鎖長についても導入が可能であることが確認された。この手法を、実際にPEG化タンパク質として医薬品に応用されているインターフェロンに適用して、部位特異的にPEG化されたインターフェロンの合成にも成功した。ただし、無細胞翻訳系を用いた現在の方法では得られるタンパク質の量が非常に少ないことから、実際の応用に向けて今後は大量合成が可能な手法の開発が必要である。このために、p-アミノフェニルアラニンの側鎖アミノ基に種々のジペプチドを付加した非天然アミノ酸誘導体の化学合成を行なった。今後、タンパク質への導入を評価する予定である。また、長鎖の分子鎖がタンパク質へ導入できるかどうか検討するために、ポリエチレングリコール(PEG)鎖の導入を試みた。エチレングリコールの繰り返し単位が4、8、12のPEG鎖をアミノフェニルアラニンの側鎖に結合させて、タンパク質への導入を評価したところ、いずれの鎖長についても導入が可能であることが確認された。ただし、PEG鎖長が長くなると導入効率は低下して、また導入部位の制限が生じることが見い出された。一方、リジンの側鎖にPEG鎖を結合させた場合は、アミノフェニルアラニンに比べて導入効率が著しく低下した。この結果は、長鎖の分子鎖であっても、アミノフェニルアラニンの側鎖に結合させることによって、タンパク質への導入が可能となることを示唆している。今後、同様の分子設計により、長鎖のペプチド鎖を導入も可能となることが期待される。また、PEG鎖のような分子鎖をタンパク質に導入することによって、タンパク質の特性、特に安定性を向上させることができるようになることも期待される。
硝酸汚染の緩和・予防に向けたカイロの再利用に関する検証と溶質動態推定手法の開発

本研究では,硝酸性窒素の地中移行速度ならびにピーク濃度低減に向けた使い捨てカイロ成分の再利用の可能性について評価すべく,使用後のカイロ成分をケイ砂または黒ボク土と混合した地盤を対象に溶質輸送実験を実施した.時間モーメント解析にて移流分散パラメータを同定した結果,カイロ混合比に応じて遅延係数は変化し,ケイ砂地盤は黒ボク土地盤より高い遅延効果を示した.また,試料の表面積に依存する分配係数と遅延係数の関係は試料ごとに異なり,分配係数の高い黒ボク土の方がケイ砂地盤よりも多様な溶質移動経路を有することがわかった.地盤特性を勘案することで,硝酸汚染の緩和に向けた使い捨てカイロの再利用の可能性が示唆された.地下水の硝酸汚染は農地からの排水や窒素肥料の浸出,集約的な家畜飼養などに由来する.硝酸性窒素汚染の対策は,農地などの汚染源を対象としていないため,本研究では,前年度に引き続き,硝酸汚染の軽減と循環型社会の構築への貢献を視野に入れて,特に,使い捨てカイロの主要成分である鉄粉に焦点を当てることで,混合状態に応じた効果の定量化,ならびに,時間経過に伴う劣化について検討した.硝酸カリウムを用いたカラム実験に,濃度変動に関する時間モーメント法を導入することで,遅延係数ならびに,減衰定数,マスバランスを定量化した.その結果,ゼロ価鉄を用いると,硝酸性窒素の移動時間の遅延,ならびに,硝酸性窒素からアンモニア性窒素への還元により硝酸性窒素濃度を低減する効果が得られた.さらに,ゼロ価鉄の経時変化を検討したところ,地盤内に投入して約1か月経過した後も硝酸性窒素の遅延係数の変化は見られず,遅延の効果は持続した.一方,硝酸性窒素の質量減衰量およびアンモニア性窒素の生成量は低下するものの,約1か月程度はゼロ価鉄の利用により硝酸汚染を軽減する可能性を指摘できた.加えて,硝酸性窒素の広域輸送に関する数値解析手法を発展すべく,溶質のマクロ分散を評価可能なランダムウォーク粒子追跡法を開発した.ランダムウォーク粒子追跡法に時間・空間モーメント法を融合した結果,地盤の不均質度に関わらず,類似したマクロ縦分散長の結果を導いた.一方,粒子群の初期配置は空間モーメント法によるマクロ横分散長の推定に大きく影響を及ぼした.また,評価要素にてマクロ分散長を推定すると,マクロ縦分散長は評価面よりも小さく,マクロ横分散長はほぼ同一の推定値となった.マクロ横分散長の化学的不均質性への依存度は低い一方で,化学的不均質性の増加に伴って,マクロ縦分散長は増加する傾向にあり,物理的不均質性の高い場ほど化学的不均質性の影響が顕著に現れた.農耕地において作物に必要な窒素の天然供給量は少なく,窒素化合物は農業生産に不可欠な生産資材である.しかしながら,過剰施肥や畜産排水により土壌・地下水中の硝酸性窒素濃度は上昇し,地下水を利用する家畜・人体への悪影響が危惧されている.本研究では,硝酸性窒素の地盤内移行速度ならびにピーク濃度の低減に向けた使い捨てカイロ成分の再利用の可能性について評価すべく,使用後のカイロ成分をケイ砂または黒ボク土と混合した地盤を対象に溶質輸送実験を実施した.時間モーメント解析を応用して移流分散パラメータを同定した結果,カイロ混合比に応じて遅延係数は変化し,ケイ砂地盤は黒ボク土地盤より高い遅延効果を示し,ケイ砂のような砂質系地盤ではカイロ成分の混合量の増加に応じた吸着効果が得られた.また,試料の表面積に依存する分配係数と遅延係数の関係を求めると,分配係数と遅延係数の関係は試料ごとに異なり,分配係数の高い黒ボク土の方がケイ砂地盤よりも多様な溶質移動経路を有することがわかった.加えて,鉄粉単独の効果について定量化する目的で,カイロ用鉄粉を混合した地盤と鉄粉の層を入れた地盤を対象として,混合地盤と層地盤による鉄粉の効果の違いを異なる水分条件下で比較した.その結果,飽和状態では,鉄粉の質量比の増加に伴って,遅延係数は増加する傾向が見られ,不飽和状態では飽和状態よりも遅延係数は小さく推定された.また,鉄粉の混合比の増加に伴い,減衰定数は増加傾向となる結果を得た.さらには,水分条件に関わらず硝酸性窒素の還元によりアンモニア性窒素が生成され,鉄粉の混合比の大きい場ほどアンモニア生成量は大きくなることが確認された.以上の議論より,カイロ成分,あるいは,鉄粉の混合方法のみならず,地盤特性を勘案することで,硝酸汚染の緩和に向けた使い捨てカイロの再利用の可能性が示唆された.本研究では,硝酸性窒素の地中移行速度ならびにピーク濃度低減に向けた使い捨てカイロ成分の再利用の可能性について評価すべく,使用後のカイロ成分をケイ砂または黒ボク土と混合した地盤を対象に溶質輸送実験を実施した.時間モーメント解析にて移流分散パラメータを同定した結果,カイロ混合比に応じて遅延係数は変化し,ケイ砂地盤は黒ボク土地盤より高い遅延効果を示した.また,試料の表面積に依存する分配係数と遅延係数の関係は試料ごとに異なり,分配係数の高い黒ボク土の方がケイ砂地盤よりも多様な溶質移動経路を有することがわかった.地盤特性を勘案することで,硝酸汚染の緩和に向けた使い捨てカイロの再利用の可能性が示唆された.

農地における過大な施肥の使用や畜産排泄物の不適正な地下浸透は地下水中の硝酸性窒素濃度の上昇につながる主たる要因であるものの,窒素源は面的に散在して分布することから,広域にわたる地下水の硝酸化防止は困難である.地下水の硝酸汚染に対する既存の処理方法には生物学的脱窒やイオン交換などがあるが,農地などの広範囲にわたる汚染源での硝酸濃度の低減を目的とした方法ではない.本研究では,循環型社会の構築への貢献を視野に入れて,硝酸濃度の低減に向けた使い捨てカイロの再利用の可能性について検討した.特に,カイロの主要成分である鉄粉に焦点を当てることで,混合地盤と層地盤による鉄粉の効果の違いを比較した.また,カイロ鉄粉に加えて,市販の鉄粉を使用し,鉄粉の性能を評価した.カラム浸出液に含まれる硝酸性窒素濃度の時間変動を計測し,時間モーメント法を導入することで,遅延係数ならびに,減衰定数を定量化した.その結果,鉄粉を土質試料に混合する割合が増加に伴い,減衰定数は上昇し,硝酸の還元効果が高まることがわかった.また,水分条件に関わらず硝酸の還元によりアンモニアが生成され,時間モーメント法をマスバランスの定量化に応用した結果,層状態で鉄粉を混合するケースの方がアンモニアの生成量は大きくなる結果を得た.加えて,飽和条件は不飽和条件よりも遅延の効果は大きく,カイロ成分,あるいは,鉄粉の混合方法を勘案することで,硝酸汚染の緩和に向けた使い捨てカイロの再利用の可能性が示唆された.加えて,硝酸性窒素の広域輸送に関する数値解析手法を発展すべく,溶質のマクロ分散を評価可能なランダムウォーク粒子追跡法を開発した.実フィールドの透水係数データを用いた解析の結果,不均質度合いに応じたマクロ分散の進展を評価できた.また,取水井における濃度変化に基づいてマクロ分散を推定する数値モデルを構築した.カラム実験に研究成果は良好であり,種々のパターンについて,網羅的に実験データを取得できている.また,フィールド実験の準備も順調に進めている.さらには,ランダムウォーク粒子追跡法の開発状況についても良好であり,数値解析的側面からも研究成果を創出できている.これらの点を踏まえて,おおむね順調に進呈していると判断する.物質輸送実験ならびに数値解析の開発状態は計画的に進行していることから,おおむね順調と判断される.準備を進めてきたフィールド実験について,黒ボク地盤を対象として実施する.また,不均質地盤を想定した中規模模型実験を実施し,逆解析と時間モーメント解析にて物理量の定量化手法を構築する.さらには,ラボ実験の結果と比較して,フィールドの特性を抽出し,同時に,非破壊分散推定手法のフィールドへの適用性を検証する.加えて,ランダムウォーク粒子追跡法により長期・広域予測モデルを構築し,数値解析的側面から定量化する.また,硝酸予防の効果について,新たな指標を導入することにより,使い捨てカイロの使用に関する効果について,新しい視点から評価する.フィールドにて採取した土質試料を用いて同様のカラム実験を実施することに加えて,フィールドでの物質移動実験を検討する.また,硝酸,ならびにアンモニアの水質分析定果を逆解析と時間モーメント解析にて定量化する流れを構築する.
シグナル分子としてのキシログルカンオリゴ糖の代謝および受容機構

本研究の最終的な目的はキシログルカン受容体やシグナル分子生成機構といった視点から植物細胞壁中のキシログルカン代謝に関与する酵素機能を明らかにすることである。エンド型キシログルカン転移酵素(EXGT)は細胞壁中のキシログルカン分子の切断や繋ぎ換えを触媒する酵素として1992年にアズキより単離された酵素である。このEXGTは細胞壁中のキシログルカン高分子の切断や繋ぎ換えに関与するだけでなく、XGオリゴ糖の生成・分解やその受容過程に関与する可能性が考えられる。もし、XGオリゴ糖がシグナル分子として機能するのであれば、EXGTはその信号の発信、減衰、受信などの過程において、重要な機能を担うことになる。昨年度までの研究によりEXGTが細胞壁の高次構造の構築に関与していること、in vitroの系でこの酵素が細胞壁中のXGオリゴ糖を細胞壁に固定し、結果として、細胞壁中のオリゴ糖濃度の調節に関与しうる可能性を示した。最終年度である本年度は、FITC-XG基質を用いて、EXGT機能の可視化し、その細胞内局在を解析することに成功した。また、EXGT-GFP融合タンパク質を用いて、生体細胞内での同酵素の細胞内の挙動を解析した。その結果、EXGTは分泌系を通して、細胞壁およびフラグモプラスト内に輸送され、それぞれ、細胞壁および細胞板内で機能していることが明らかとなった。これらの知見は、オリゴ糖受容体の単離同定を進める上での鍵となる研究段階を一歩進めたことになり、研究の所期の目的の一部が達成されたと考えている。植物細胞壁由来のキシログルカンオリゴ糖(XGオリゴ糖)が生長制御に於いて、一種のシグナル分子としての機能をもつらしいことを示唆する結果が1984年に報告されて以来、様々な植物を用いて伸長生長に対するXGオリゴ糖の生理作用が解析され、いわゆる「オリゴサッカリン仮説」が提唱されているが、その是非については未だ議論が分かれるところであり、その分子過程につしての実証的な知見は皆無である。一方、エンド型キシログルカン転移酵素(EXGT)は細胞壁中のキシログルカン分子の切断や繋ぎ換えを触媒する酵素として1992年にアズキより単離された酵素である。このEXGTは比較的大きな遺伝子ファミリーを形成することから、その各メンバーは細胞壁中のキシログルカン高分子の切断や繋ぎ換えに関与するだけでなく、XGオリゴ糖の生成・分解やその受容過程に関与する可能性も考えられる。この仮説の妥当性を検証することを目的として、本研究の初年時である今年度は(1)EXGT遺伝子のアンチセンスを発現させた形質転換シロイヌナズナの作成と(2)シロイヌナズナロゼット葉の細胞壁の分析を中心に研究を進めた。その結果、(1)についてはEXGT-A1のアンチセンスのcDNAを発現させた形質転換体のT0世代の種子を得た段階で、その形質を特にXG代謝と形態形成の異常に焦点を当てて次年度以降に解析を進める予定である。(2)については、細胞壁中のキシログルカンをアルカリ溶媒による分別抽出とゲルクロマトグラフィーによる分画により、少なくとも3種の異なる分子群に分別できることを明らかにした。植物細胞壁由来のキシログルカンオリゴ糖(XGオリゴ糖)が生長制御に於いて、一種のシグナルとしての機能を持つらしいことを示唆した最初の事例が1984年に報告されて以来、様々な植物で伸長生長や分化過程に対するXGオリゴ糖の生理作用が解析されてきた。しかし、XGオリゴ糖がシグナル分子、すなわちオリゴサッカリンとして植物体内で実際に機能しているか否かについては未だ議論が分かれ、その分子過程についての実証的な知見は皆無である。本研究はキシログルカン受容体やシグナル分子生成機構といった視点からのオリゴ糖の機能解明を目指したものである。このEXGTは比較的大きな遺伝子ファミリーを形成し、その各メンバーは細胞壁中のキシログルカン高分子の切断や繋ぎ換えに関与するだけでなく、XGOリゴ糖の生成・分解やその受容過程に関与する可能性が考えられる。本研究では、この仮説の妥当性を検証することを目的としてシロイヌナズナ及びタバコ培養細胞BY-2を用いてEXGTの生理機能の解析を進めてきた。その結果、形質転換体を用いたEXGT機能の解析によりEXGTが細胞壁の高次構造の構築に関与していることを示す事を示した。また、in vitroの系ではEXGTが細胞壁中のXGオリゴ糖を細胞壁に固定し、結果として、細胞壁中のオリゴ糖濃度の調節に関与しうる可能性を示した。

もし、XGオリゴ糖がシグナル分子として機能するのであれば、EXGTはその信号の発信、減衰、受信などの過程において、重要な機能を担うことになる。昨年度までの研究によりEXGTが細胞壁の高次構造の構築に関与していること、in vitroの系でこの酵素が細胞壁中のXGオリゴ糖を細胞壁に固定し、結果として、細胞壁中のオリゴ糖濃度の調節に関与しうる可能性を示した。最終年度である本年度は、FITC-XG基質を用いて、EXGT機能の可視化し、その細胞内局在を解析することに成功した。また、EXGT-GFP融合タンパク質を用いて、生体細胞内での同酵素の細胞内の挙動を解析した。その結果、EXGTは分泌系を通して、細胞壁およびフラグモプラスト内に輸送され、それぞれ、細胞壁および細胞板内で機能していることが明らかとなった。これらの知見は、オリゴ糖受容体の単離同定を進める上での鍵となる研究段階を一歩進めたことになり、研究の所期の目的の一部が達成されたと考えている。
効果的な分娩介助演習のための模擬産婦のフィードバックに関する能力開発と評価

1)模擬産婦養成講習の開催と模擬産婦が参加するリアルな分娩介助演習の実施講習は3大学にて9名対象に実施した。模擬産婦経験者体験談は実際の模擬産婦による語りではなく、パワーポイント上での紹介に変更した。分娩介助演習は3大学にて延べ14名の模擬産婦が参加し、学生数は延べ27名(2回実施学生2名含む)であった。フィードバック(以下FB)マニュアルやFBメモ用紙の改善によりFBがスムーズに進行できた。2)FBマニュアルの改善FB場面の逐語録の分析から、双方向性のやりとりができたことを確認した、学生から「どうすれば良かったのか?」という単に助言を求める様な質問が増加したため、模擬産婦が参加する演習の目的は「産婦とのコミュニケーション」と「産婦の状況に合わせたケア」について気づくことであることを事前に十分オリエンテーションをすることとした。さらに、模擬産婦は「〇〇して欲しかった」という要求を述べないことが原則ではあるが、学生の具体的な学びを促進するために、FBの中で、学生が自己の行動について明確に自己評価をした上での質問に限り、模擬産婦は「(私の場合には)〇〇して欲しかった」などの要求を述べてよいと、マニュアルを改訂した。さらにFBマニュアルの部分を改訂した模擬産婦養成プログラムをホームページで公開するとともに、冊子を印刷し全国の助産師教育機関に配布した。3)CTG(胎児心拍陣痛図)のPCによる再生教材の作成医療系出版社の技術協力を得て、数種類のCTGデータを分娩監視装置から用紙に出力している様を動画撮影し、DVDを作成した。これをPCで再生することにより、分娩介助演習時にCTGグラフと胎児心音の胎児情報が得られ、より臨場感のあるシミュレーションが可能になった。28年度の研究計画は効果的なフィードバック(以下FBとする)の要素を抽出してそれに基づくマニュアルと研修を企画することである。FBの評価基準については、本分娩介助演習に適したものがないため、どのようなFBが良いFBなのかを逐語録から抽出する作業を行った。1)フィードバック(以下FBとする)場面の逐語録からの効果的なFBの要素を抽出:2014、2015、2016年に養成した模擬産婦が学生に対して実施したFB場面の録画DVDとその会話内容の逐語録を作成した。逐語録作成については他大学の共同研究費からも支出した。模擬産婦11名の30例のFB場面から、学生と模擬産婦間の双方向性の会話のやりとりがあること、学生の気づき促す(自己評価が明確になる)ことを効果的なFBの要素として抽出した。2)改良版模擬産婦養成プログラムの継続実施:プログラムに沿って2大学において合計7名の養成を特に問題もなく実施できた。3)3大学において分娩介助演習を実施し模擬産婦と学生のFB場面を録画し、逐語録を作成し、ベースラインデータとした。これを来年度FB研修会を受講後の分娩介助演習のFB逐語録と比較して研修会の効果を評価する予定である。4)効果的なFBのためのマニュアル案を検討し、来年度実施するFB研修会の企画を立案した。来年度は研究成果の公表のためのホームページを作成し、改良版模擬産婦養成プログラムで養成された模擬産婦に対してFB研修への参加を募る予定だが、対象者は若手助産師のため、産休者による減少が課題である。模擬産婦は若手の助産師として募集したため、数名が産休に入り介入後のデータが減少しそうであるが、ほぼ計画通りに進んでいる。1)前年度の研究成果から、フィードバック(以下FBとする)場面の逐語録からの効果的なFBの要素を抽出の分析により、双方向性の会話のやりとりがあること、学生の気づき促す(自己評価が明確になる)ことを要素として抽出したので、それをもとにFBマニュアルを改訂、事前に出来事を整理してFBに望むためのFB用紙の改定を行い、FB研修を企画した。2)FB研修は半日間のプログラムとして、すでに模擬産婦養成プログラムを受講済みで模擬産婦の実践をしている7名に対して実施した。3)3大学において7名の模擬産婦が参加して分娩介助演習を実施し、模擬産婦から以前よりFBがやりやすかったという評価を得た。4)模擬産婦との演習をした合計24学生のFB場面を録画し、逐語録を作成した。5)FB場面の逐語録と学生が提出したFB用紙をデータとして、双方向性で学生の気づきにつながる効果的なFBかどうかを検討した結果、以下の改善をすることになった。1学生用FB用紙のシナリオ場面ごとの区切りと模擬産婦への質問欄があるために無理やり場面ごとの自己評価や質問を作り出している傾向がみられたため、それらを削除した。2学生がまず自己評価を述べ、次に模擬産婦がそれを受けてまとめてFBするのではなく、学生が注目した事実毎に模擬産婦がフィードバックする。3学生の主体的学びを促すために、教員がファシリテーターとなって同席し、模擬産婦も学生に問いかけFB中の学生の認識を確認する。4演習前に模擬産婦が参加する演習の目的についてよく説明する。FB用紙とFB方法を変更したため、介入前の逐語録と比較することが難しくなり、今回のFB研修後の演習時のFBのみを評価した。これ以外は、ほぼ計画通りに進んでいる。

分娩介助演習は3大学にて延べ14名の模擬産婦が参加し、学生数は延べ27名(2回実施学生2名含む)であった。フィードバック(以下FB)マニュアルやFBメモ用紙の改善によりFBがスムーズに進行できた。2)FBマニュアルの改善FB場面の逐語録の分析から、双方向性のやりとりができたことを確認した、学生から「どうすれば良かったのか?」という単に助言を求める様な質問が増加したため、模擬産婦が参加する演習の目的は「産婦とのコミュニケーション」と「産婦の状況に合わせたケア」について気づくことであることを事前に十分オリエンテーションをすることとした。さらに、模擬産婦は「〇〇して欲しかった」という要求を述べないことが原則ではあるが、学生の具体的な学びを促進するために、FBの中で、学生が自己の行動について明確に自己評価をした上での質問に限り、模擬産婦は「(私の場合には)〇〇して欲しかった」などの要求を述べてよいと、マニュアルを改訂した。さらにFBマニュアルの部分を改訂した模擬産婦養成プログラムをホームページで公開するとともに、冊子を印刷し全国の助産師教育機関に配布した。3)CTG(胎児心拍陣痛図)のPCによる再生教材の作成医療系出版社の技術協力を得て、数種類のCTGデータを分娩監視装置から用紙に出力している様を動画撮影し、DVDを作成した。これをPCで再生することにより、分娩介助演習時にCTGグラフと胎児心音の胎児情報が得られ、より臨場感のあるシミュレーションが可能になった。1)フィードバックマニュアルの策定2)模擬産婦に対するフィードバックマニュアルを用いたフィードバック研修の実施3)模擬産婦が参加する分娩介助演習の実施4)フィードバックの逐語録の分析:模擬産婦の学生のフィードバックの評価データーは場面の逐語録の抽出や要約の基準を明らかにして前後比較を進めていく。1)フィードバックマニュアルの部分を加えた模擬産婦養成プログラムの改定と公表2)新たな模擬産婦の募集と模擬産婦養成プログラムの実施3)模擬産婦が参加する分娩介助演習の実施4)CTGのグラフと児心音の出力をPC上でできるよう教材開発を進める。フィードバック場面の逐語録作成については連携研究者の獲得した他の研究費を使用できた。ホームページの作成は次年度に延期した。29年度実施のフィードバック研修の参加者が、出産年齢相当の若い女性のため、予定より少なくなり、費用の残が生じた。30年度にフィードバック研修も含めた新しい「模擬産婦養成プログラム」を公開する予定である。しかし、模擬産婦が参加する演習には何らかの形で分娩進行中の胎児の健康状態を示すことが必要で、我々は先行研究でCTGの再生装置を開発して使用している。しかし、その装置が分娩監視装置を用いることから、機種の廃盤や分娩監視装置の取得に高額な費用が生じるという欠点がある。そのため、PCで教材として再生できる方策を教材出版企業と検討するための開発費に使用予定である。29年度は、フィードバック研修会を開催するのでその教材資料代として、また、ホームページの作成、維持経費として使用予定。
原子炉圧力容器鋼におけるナノ析出物の形成に及ぼす損傷速度の影響

原子炉圧力容器鋼のモデル合金に対して、京都大学原子炉実験所の研究炉の損傷速度が2桁違う3つの照射設備を用いて573Kで中性子照射を行う。損傷速度はそれぞれ3.8×10^<-10>、1.5×10^<-8>と5×10^<-8>dpa/sであった。最大照射量は0.016dpaであった。いれの照射においても銅のナノ析出物が形成されたことが分かった。銅のナノ析出物及び原子空孔集合体の形成・成長は損傷速度に依存する。銅のナノ析出物の形成は損傷速度の増加と共に遅くなるが、銅のナノ析出物の成長は損傷速度の増加と共に速くなる。従って、圧力容器鋼の脆化が損傷速度の減少と共に顕著になる。圧力容器鋼の開発や寿命の評価には中性子照射または加速器を用いた重イオン照射により加速照射が行われてきた。損傷速度が損傷組織の発達に影響を与えるため、昔から損傷組織の発達の損傷速度性についても調べられてきた。しかしながら、照射温度が厳密に制御された中性子照射した試料に対して、上記のような新しい実験手法により銅のナノ析出に及ぼす損傷速度の影響についてのデータがほとんど無い。本研究では、原子炉圧力容器鋼およびそれのモデル合金に対して、損傷速度が異なる中性子照射およびライナック電子線加速器による電子線照射を行う。照射後、陽電子寿命測定法、陽電子ドップラーブロードニング法及び微小硬度計により銅のナノ析出物の形成と機械性質変化に及ぼす損傷速度の影響について調べる。平成20年度に研究炉(KUR)の運転の再開が開始されていなかったため、ライナック電子線加速器により低温100K及び高温573Kで圧力容器鋼のモデル合金Fe-0.3%CuとFe-0.6%Cuに対して電子線照射を行った。573Kで照射した合金においては、銅のナノ析出物の形成が確認された。また、低温100Kで照射した試料を液体窒素温度で等時焼鈍を行い、陽電子寿命の測定をした。いずれの合金のおいても原子空孔の移動開始温度は280Kであった。これは0.3%Cuが原子空孔をトラップすることが十分であることを示唆している。一方、773Kで100時間時効により予め銅のナノ析出物を作った両合金においては、原子空孔の移動開始温度は下がった。原子空孔の移動開始温度はFe-0.3%Cu合金において220Kで、Fe-0.6%Cu合金において240Kであった。銅の含有量が高い方が照射中に形成された銅のナノ析出物による原子空孔の移動の阻害効果が大きい。平成21年度に銅析出物による圧力容器鋼のモデル合金Fe-Cuの機械性質変化への影響について調べた。高温時効と高エネルギー照射によって、Fe-Cuモデル合金に析出物を導入した。引張り試料を石英ガラスに入れ、真空封入した。真空封入した試料を773Kの電気炉に1、100と300時間の時効を行った。陽電子消滅同時計数ドップラー広がり測定の結果により100時間の時効をされた試料の方が純Cuのデータに近付いており、1時間または300時間の時効に比べて析出物が高濃度に形成した。ここで、773Kで1と100時間時効した試料の573Kでの引張り試験を行った。引張り試験の歪み速度は2x10-3%であった。急冷したFe-0.6Cu試料の引張り強さは約500MPaで、伸びは約12.5%であった。これに対して、1時間時効した試料の引張り強さはやや増加したが、伸びはやや減少した。引張り強さと伸びはそれぞれ519MPaと11%であった。100時間時効した試料の引張り強さと伸びはさらに増加し、689MPaになった。また、伸びもさらに減少し、6.7%になった。引張り強さと伸びの変化は時効によるCu析出物の形成に関係すると考えられる。Cu析出物が試料の塑性変形の時に、発生した転位の運動の障害物になる。転位が障害物を乗り越えるために、さらに高い応力が必要である。また、Cu析出物の変形挙動は試料母体のものと違うので、試料の塑性変形時に、析出物の所に亀裂が発生する。従って、試料全体の伸びは減少する。Cuの析出の顕著の方がこの傾向は強い。京都大学研究用原子炉(KUR)を用いて、圧力容器鋼のモデル合金Fe-Cuに対して中性子照射を行った。照射温度は573Kで、最大照射量は0.016dpaであった。

中性子照射の損傷速度はそれぞれ3.8×10^<-10>、1.5×10^<-8>と5×10^<-8>dpa/sであった。照射後、陽電子寿命測定法、陽電子ドップラーブロードニング法、微小硬度計と引張試験機により銅のナノ析出物、原子空孔集合体の形成と機械性質変化に及ぼす損傷速度の影響について調べた。陽電子ドップラーブロードニングの結果からいずれの照射においても銅のナノ析出物が形成されたことが分かった。また、銅のナノ析出物の形成は照射量との関係は単純ではなく、原子空孔集合体の形成・成長にも依存する。また、銅のナノ析出物と原子空孔集合体の形成・成長が損傷速度に影響される。銅のナノ析出物の成長は損傷速度の増加と共に増加するが、銅のナノ析出物の形成は損傷速度の減少と共に増加する。従って、圧力容器鋼の脆化が損傷速度の減少と共に顕著になる。すべての照射条件において、硬さ変化は銅濃度の高いほど大きい結果となった。また、銅濃度の高いほど損傷速度による差が大きくなっていることが分かった。これは低損傷速度において銅の析出が促進されていることを示している。引張試験の結果も硬さ実験と同様の傾向、すなわち、損傷速度の遅いほど0.2%耐力の変化が大きいと同じ照射条件では銅濃度の高いほど0.2%耐力の変化が大きいという傾向が見られる。
眼におけるロイコトリエンB4受容体の局在と機能

2.マウスLTTB4受容体cDNAの塩基配列からin situハイブリダイゼーションに適したオリゴDNAプローブを設計し、ジゴキシゲニン標識したオリゴDNAプローブを作成した。3.発生の各段階におけるマウス眼あるいはマウス頭部の組織切片を作成した。4.成体マウス眼から角膜、虹彩、神経網膜、網膜色素上皮を採取し、RNAを抽出した。5. RT-PCRによるLTB4受容体mRNAの解析に用いるプライマーを設計・作成した。6.今後の予定(1) cRNAプローブとオリゴDNAプローブを用いてin situハイブリダイゼーションを行う。シグナルの強度、バックグラウンドの程度を勘案して、どちらの方法を用いるか決定する。(2)各組織から調整したRNAをもちいてRT-PCRによるLTB4受容体mRNAの発現を半定量的に解析する。(3) LTB4受容体の部分ペプチドに対する抗体を作成して免疫組織学的に同受容体タンパクの局在を解析する。
ICT(情報通信技術)とピエゾセンサーを融合した在宅嚥下機能評価訓練システム開発

咽頭期嚥下の観察にVF検査は有用であるが,被曝や造影剤誤嚥の危険性,装置が高価なため臨床応用に制限がある。我々は,非侵襲的にかつ簡便に嚥下機能を評価する方法として,PPTを頸部に貼付して嚥下運動を解析する方法を考案した.この結果から,在宅患者用の小型でピエゾセンサーを用いた嚥下機能評価訓練装置を試作し,正常者の嚥下機能が評価可能か検討した。試作機を用いたRSSTでの嚥下運動の検出率は89.4(%)であり,精度向上のために改造した。さらに試作機が判定した被験者の嚥下情報をICT(情報通信技術)を応用してインターネット経由で主治医に転送できる遠隔医療としての在宅嚥下機能評価訓練システムを構築した。【目的】咽頭期の嚥下運動の観察にVideofluorography(以下VF)による透視検査は有用である。しかし、VF検査は、被曝や造影剤誤嚥の危険性があり、撮影装置が高価なため臨床応用には制限がある。近年の嚥下障害に対する臨床介入のニーズの増加から、安全かつ非侵襲的にベッドサイドで行える嚥下機能評価法の確立は緊急課題と考えられる。我々は、非侵襲的に簡便に嚥下機能を評価する方法として、ピエゾセンサーを頸部に貼付して同部の動きを電気信号として出力し、咽頭期の嚥下運動を解析する方法を考案した。この方法を用いて健常者の総合的嚥下動態記録の研究を行う。また、この原理を応用して、頸部に貼付したピエゾセンサーの電圧値から嚥下運動を判定する装置を考案し、嚥下機能評価訓練装置を試作した。反復唾液嚥下試験(RSST)を行う際に、装置を介した検査が可能になるように設計した。正常者の嚥下機能が試作機で評価可能か検討する。【方法】被験者は、顎口腔機能に異常を認めず、嚥下困難感がなく、正常嚥下が可能な健康成人を対象として、バリウム含有水嚥下時のピエゾセンサーから出力された電圧波とVF画像を同時記録し、比較した。また、試作機を使用してRSSTを行い、嚥下運動に対する自覚回数と試作機で計測された嚥下回数の一致率を検討した。【結果】ピエゾセンサーからの電圧波形とVF画像の舌骨の動きと関連性があった。試作機を用いたRSSTでの自覚嚥下回数と計測された嚥下回数の一致率は83.8(%)であった。【考察・結論】本試作機では、ピエゾセンサーから出力される電圧値によって、嚥下機能の評価が行える可能性が示された。本装置を用いた嚥下機能評価は非侵襲的にベッドサイドで行える可能性が見出された。また、インターネットを介した在宅患者に対する遠隔医療の研究を開始し、これに関連して顎関節症とインプラント等の基礎実験も行った。I.目的我々は、非侵襲的にかつ簡便に嚥下機能を評価する方法として、ピエゾセンサーから出力された電圧とVF画像とを同時記録して、ピエゾセンサーからの電圧波形と舌骨の動きが関連することを報告してきた。以上の先行研究の結果から、在宅の患者での使用を考慮し、小型でピエゾセンサーを用いた嚥下機能評価訓練装置を試作した。本装置は、頸部に貼付したピエゾセンサーの電圧値から嚥下運動を判定し、その回数を自動的に計測する機能も付与して、嚥下機能評価訓練装置として試作した。反復唾液嚥下試験(RSST)を行う際にこの装置を利用した検査が可能になるように設計した。正常者の嚥下機能が試作機で評価可能かの検討に加えて、この試作機の精度に影響を与える生体側の因子について検討した。II.方法被験者は、顎口腔機能に異常を認めず、嚥下困難感がなく、正常嚥下が可能な健康成人24名とした。試作機を使用してRSSTを行い、被験者の嚥下運動に対する自覚回数と試作機で計測された嚥下回数の一致率を検討した。さらに、年齢、BMI、頸部周囲長と一致率との関係を分析した。III.結果と考察RSSTでの自覚嚥下回数と本試作機で計測された嚥下回数の一致率は83.8(%)であった。一致率はBMIと年齢の影響を受けた。また、一致率に男女差はみられず、頸部周囲長の影響は受けなかった。肥満傾向が強くなると、皮膚上から舌骨の動きをセンサーが感知しにくくなることが推測された。本試作機では、センサーの湾曲の大きさから出力される電圧値によって、嚥下機能の評価が行える可能性が示された。この結果から試作機の改良をおこなった。また、患者が在宅での使用を想定したインターネットを介した遠隔診断支援の併用も今後の課題であり、IPTV電話を利用した遠隔医療についても予備実験を行い、学会報告した。今後、システム開発を行う予定である。【目的】非侵襲的にかつ簡単に行える嚥下機能評価法の確立は緊急課題と考えられる。我々は、ピエゾセンサーを頸部に貼付して同部の動きを電気信号として出力し、咽頭期の嚥下運動を記録する方法を考案した。