hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
アジアモンスーン地域の洪水史と長期気候・環境変化

本研究では,アジアモンスーン地域における過去の気候資料と,日本のさまざまな緯度帯から取得される地質試料(サンゴ年輪やボーリングコア等)の解析によって,過去数10年数千年の時間スケールでアジアモンスーン域の降水量変動および各流域洪水の洪水史をまとめ,モンスーンにともなう降水量変動と洪水の歴史の関係を長期的に復元し,地表環境の変化との関係を考察することを目的として研究を行なった。千年規模での変動として,日本海南部隠岐堆の海底コア三重県雲出川流域のボーリングコアを解析した。後氷期には約1700,4200,6200年前に揚子江流域で夏季モンスーン性降雨が強まり,雲出川流域において約6000年前には堆積速度が大変に速く,この時代には広域的に洪水が頻発していた可能性が判明した。また,琉球列島南端の石垣島で採集されたサンゴ年輪コアの酸素同位体比と蛍光強度の分析によって,過去の塩分変動を定量的に復元できることがわかった。20世紀後半の変動としては,近年洪水が頻発するバングラデシュにおいて,GISとリモートセンシングデータによってブラマプトラ川の河道変遷と洪水との関係を検討し,河道が約10年周期で河川の平衡状態への接近と乖離とを繰り返したことがわかった。また大洪水が雨季には稲作に大きな被害をもたらすものの,引き続く乾季には大幅な収量増加がみられることを見出した。流入河川上流域のネパールでの降水特性を検討し,ネパールで豪雨が頻発した年とバングラデシュにおける洪水年とが対応していないことがわかった。さらに日本においては,冬の終了や梅雨入り・梅雨明けが近年遅くなっていることを明らかにした。気候変動研究に多用されているNCEP/NCARの長期再解析データには,中国大陸上で観測記録と一致しない変動がみられることを見出し,アジアモンスーンの長期変動解析にこのデータを使用するのは不適切であることを示した。アジアモンスーン地域における過去の洪水と気候・環境変化の関係を解明するための基礎的資料として,北海道・高知・バングラデシュなどにおける過去の洪水史資料を,また東南アジア・東アジア諸国からの降水量資料を収集した。バングラデシュにおいては,各作季別の最近30年間における稲作収量データを県単位で入手し,洪水や降水量との関係を調査した。その結果,近年の大洪水の翌年の乾季作の稲の収量が大きく上昇し,洪水時のマイナス分を大きく上回る収量となっていることがわかった。アジア地域を含む全球の古水文学環境の文献・位置情報データベースを構築し,ウェブで公開した。また,バングラディシュ・シリア・日本の河川流域を対象に,地理情報システムを用いて地形と土砂流出に関する解析を行った。日本とその周辺地域における気候・環境変動の解析のために,三重県雲出川の沖積平野において油圧式ハンドボーラーを利用して6mのオールコアーボーリングを実施した。また機械式ボーリングによって20-24mのオールコアボーリングも実施し,コアーデータを取得した。日本海から採取されたピストンコア試料の高時間解像度分析を行ない,最終氷期以降,数百から数千年のタイムスケールで東アジア夏季モンスーンフロントの位置が南北に大きく移動した事がわかった。フロントが北上した時期には,揚子江起源の富栄養,低塩分な沿岸水が日本海に流入した事がわかった。これは,夏季モンスーンの強化に伴って,揚子江流域の降水量が大幅に増加した事を示すと考えられた。喜界島とパラオ諸島のサンゴ年輪の180,14C, Sr/Ca解析を行って気象記録と比較した結果,180が水温と降水量との,14Cが海洋表層水と中深層水との関数になっていることがわかった。

また過去50年間のエルニーニョと180の変動がよく一致すること,180とSr/Caの組み合わせによって6000年前の水温と塩分の変動を推定することができることが明らかになった。中国における主要河川と東北日本の主要河川の歴史時代における洪水史を文献によって調査した。また観測時代におけるアジアモンスーンの長期変動を,日本列島における日照時間からみた自然季節区分の変化という観点から解析し,前世紀後半における1年を通した変化の実態を解明した。バングラデシュ・シリア・日本の河川流域を対象に,地理情報システムを用いて地形と土砂流出に関する解析を行った。特にバングラデシュのブラマプトラ川については20世紀後半の河床変動と洪水との関係を,GISを用いて詳細に検討した。また,三重県の雲出川平野を対象として、洪水堆積物の分析を行った。石垣島北岸の吹通川河口サンゴ礁において,サンゴ群体・サンゴ礁・マングローブのコアを計10本採取して,過去数千年数百年間の降水量・気候変動の復元とこうした変動に伴うマングローブ-サンゴ礁系の形成過程の解析を進めている。海底コアの分析については,日本海南部から得たコアを使って,過去1万年間について,揚子江または黄河からの河川流出の影響を反映する東シナ海沿岸水の寄与率変化の復元をすすめた。また隠岐堆において採取されたコアの中から浮遊性有孔虫を顕微鏡下で採取し,放射性炭素年代測定を行った。その結果,過去2万年間について10以上の年代値が得られた。これだけの年代値が入ったコアは炭酸塩補償深度が浅く有孔虫の保存度が悪い日本海の堆積物コアとしては異例で,これまでの報告にはない。現在そのコアを用いて,有機化合物の分析を行い,モンスーンの変動の影響が現れると考えられる過去の表層水温の変動の規模とタイミングを明らかにしつつある。アジアモンスーンの数千年スケールでの長期変化を復元するため,日本海南部隠岐堆の海底コア,三重県雲出川流域のボーリングコアを解析し,日本海の水温は21000年前から17000年前には現在より高く,ヤンガードライアス期には約5°C急激に低下していたこと,後氷期に東アジア夏季モンスーンに関係したと思われる1-2千年周期の変動が存在する事がわかった。約1700・4200・6200年前には黒潮起源の暖流の日本海への流入の弱まりと東シナ海沿岸水の流入の強化がほぼ同時に起こっており,この頃に揚子江集水域における夏季モンスーン性降雨が強まったものと考えられる。雲出川流域においても約6000年前には堆積速度が大変に速く,洪水の頻発が考えられる。また,琉球列島南端の石垣島において,サンゴ年輪とサンゴ礁コアを採取し,数十年数百年スケールでの古環境変動復元を行った。近年洪水が頻発するバングラデシュにおいて,GISとリモートセンシングデータによって,20世紀後半におけるブラマプトラ川の河道変遷と洪水との関係を検討し,過去の河道が約10年周期で河川の平衡状態への接近と乖離とを繰り返したことがわかった。また,バングラデシュにおける大洪水の発生は,雨季には大きな被害をもたらすものの,引き続く乾季においては,大幅な収量増加がみられることを見出した。
日本仏教の台湾布教における植民地主義の連続性と非連続性に関する史的研究

平成30年度は、本研究課題に関する第2年度であったため、平成29年度の調査研究を踏まえた上で、本邦及び台湾における現地調査研究を進めるとともに、国内外の研究協力者と意見交換を行いつつ、本研究課題の問題設定、今後の研究の方向性についての考え方の調整を図り、それに基づいてより精緻な全体像を描くことに努めた。主な調査内容は以下の通り。国内における現地調査研究としては、昨年度の調査により東北地方の曹洞宗が台湾布教に深くかかわっていることが分かったため、まず、平成30年7月、9月、11月、平成31年1月、2月に宮城、岩手、秋田の曹洞宗関連の寺院等において、布教使関連の資料収集を行った。また、7月に金沢において、浄土宗忠魂堂等に関する史料を収集した。さらに12月には愛媛において、南瀛仏教会に関する資料収集を行った。特に植民地布教における学校教育、社会教育に重要な役割を果たした木村雄山、升田栄、佐久間尚孝等に関する資料の一部を得ることができたことは、本研究の進展に大きな意義があった。国外においては、平成31年3月に台湾総督府の対仏教政策、中華民国の戦後台湾における仏教政策に関する史料について、台湾の国立台湾図書館等において収集した。また、布教使関連の資料を花連県吉安郷、雲林県土庫鎮、嘉義県渓口郷等で収集した。特に渓口郷北極殿において得ることのできた真言宗布教関連資料は、昨年度収集した資料と密接に関わり、新たな知見を導き出す可能性をもつものといえ、本研究にとって重要な意味をもつ。また、平成30年9月14日に行われた天理大学中国文化研究会において「植民地期台湾における真言宗の布教方針の転換と在来寺廟」で報告を行うなど、今年度は研究成果の公表と専門家との意見交換に努めた。植民地時期、及び中華民国仏教会関連の史料所蔵に関する理解を深め、次年度以降の現地調査研究に関し、有益な議論ができた。平成30年度は、当初の計画から若干の変更もあったが、おおむね順調に進んでいるといえる。一点目としては、計画以上に日本、台湾での資料収集が進んでいる点が挙げられる。紙媒体はもちろん、関係者への聞き取り調査も昨年に引き続き実施した。さらにモノ資料に関する情報収集も順調である。二点目としては、数多くの新資料を発掘できた点が挙げられる。特に曹洞宗が設置した台北中学校の最後の校長である木村雄山に関するもの、『南瀛仏教』等、台湾で発行された仏教雑誌に数多くの投稿をしていた升田栄元台北帝国大学図書館長に関するもの、新竹を中心に台湾人を含めた布教活動に従事していた佐久間尚孝に関するもの等は、本研究の進展に大きな影響を与えるものといえる。また、真言宗が高野山から台湾に送った観音像を新たに渓口郷北極殿において発見した。三点目としては、研究成果の公刊・公開を順調に進めた点が挙げられる。昨年度台湾の逢甲大學で開催された「2017年佛學與人生國際學術研討會(シンポジウム)」においての報告をベースとした中国語の論文を同シンポジウム論文集に「殖民地時期在台日本佛教推動的生命教育ー以日本佛教在台灣展開的社會事業(18951937)為主ー」として掲載できた。本論稿は、現地の専門家2名の査読を経て掲載が決定したものである。このほか、昨年以来進めてきた真言宗の布教に関しては、柴田幹夫編『台湾の日本仏教ー布教・交流・近代化』(勉性出版)に掲載され、さらに9月14日に天理大学中国文化研究会において報告を行った。さらに研究内容を一般向けにもわかるように書いたものを『多文化共生をどう捉えるか』(下野新聞社)に掲載した。以上のように、本研究活動は総じて順調に進んでいると判断するものである。本研究の目的は、植民地台湾において日本仏教が、現地の文化や宗教と相互にどのような交渉をもちつつ布教活動を展開したのかについて、僧侶・信者の活動、及び現地の人々との交渉に関する史料分析を通じて実証的に明らかにすることにある。従来、宗派機関誌などを踏まえた研究が一定程度進められてきており、本年度においても重要な資料を収集することができた。しかし、「日本仏教が、現地の文化や宗教と相互にどのような交渉をもちつつ布教活動を展開したのか」という点を理解するためには、現行の公式記録のみでは難しく、布教使の私文書を収集する必要があったが、ほとんど手つかずの状態であった。昨年度と本年度において、そのような布教使の私文書収集について若干の可能性を感じることができたところ、次年度は、最終年度として各宗派の機関誌をさらに網羅的に集めるとともに、東北の曹洞宗に関する私文書所蔵の可能性を追うこととする。そして、かかる私文書の操作・活用方法の一般化・理論化をはかりたい。さらに、台湾に残されている日本仏教の痕跡を再度洗い直し、フィールド調査を通じ、僧侶と現地の人々との交渉を明らかにする資料の収集に努める。更に収集した資料のデータベース化について枠組みの提案を行う。平成29年度は、本研究課題に関する初年度であったため、まず、近年の研究成果を整理するために参考資料を購入、収集し、先行研究の整理を行った。次いで、本邦、及び台湾における現地調査研究を進めるとともに、国内外の研究協力者と意見交換を行いつつ、本研究課題の問題設定、基本的な研究の方向性についての考え方の調整を図り、それに基づいて大まかな全体像の把握に努めた。

国内における現地調査研究としては、まず、平成29年5月26日から28日に京都において、浄土真宗本願寺派・大谷派等を中心に宗派機関誌史料の収集を実施した。次いで12月23日から24日、平成30年2月11日から12日に仙台の東北福祉大学、及び曹洞宗関連の寺院等において、布教使関連の資料収集を行った。特に植民地布教に重要な役割を果たした曹洞宗僧侶布教使佐久間尚孝に関する資料の一部を得ることができたことは、本研究の進展に大きな意義があった。国外においては、平成29年10月14日から18日に台湾総督府の対仏教政策、中華民国の戦後台湾における仏教政策に関する史料について、台湾の中央研究院近代史研究所図書館、国立台湾図書館、国史館、国家図書館、国立台湾大学図書館等において収集した。また、平成30年3月8日から13日に布教使関連の資料を雲林県土庫鎮、虎尾鎮等で収集した。特に土庫鎮順天宮において得ることのできた真言宗布教使に関する史料は、当時の布教使と現地信徒の関係性について新たな知見を導き出す可能性をもつものといえ、本研究にとって重要な意味をもつ。さらに、日本仏教と中華民国仏教との間の関係性を研究している中央研究院近代史研究所訪問研究員のエリック・シッケタンツ等と意見交換を行った。植民地時期、及び中華民国仏教会関連の史料所蔵、公開に関する理解を深め、次年度以降の現地調査研究の精緻化に関し、有益な議論ができた。平成29年度は、当初の計画から若干の変更もあったが、おおむね順調に進んでいるといえる。まず、近年の先行研究に関する資料収集を進め、それらを踏まえ、本研究における分析の視角を設定した。そして、その基本的な内容については、書評「中西直樹『植民地台湾と日本仏教』(三人社、平成28年)」としてまとめ『近代仏教』25号に投稿した。また、各宗派の史料については、台湾・福建への布教を積極的かつ組織的に行った宗派のうち浄土真宗本願寺派・真宗大谷派、曹洞宗等を中心に機関誌史料の収集を実施した。また、渡台布教使に関する私文書史料としては、仙台の昌傳庵他において曹洞宗によって創設された東北福祉大学の前身教育機関関係者に関する資料の収集ができ、本研究の進展に大きな影響を与えるものとなっている。他方、台湾総督府の対仏教政策に関する史料については、中央研究院、国立台湾図書館で収集した。さらに中華民国の戦後台湾仏教政策に関する史料収集については国史館において実施した。このような現地調査研究を踏まえ、平成29年11月26日に台湾の逢甲大學で開催された「2017年佛學與人生國際學術研討會(シンポジウム)」において、「殖民地時期在台日本佛教推動的生命教育ー以日本佛教在台灣展開的社會事業(18951937)為主ー」という報告を行った。以上のように、本研究活動は総じて順調に進んでいると判断するものである。平成30年度は、本研究課題に関する第2年度であったため、平成29年度の調査研究を踏まえた上で、本邦及び台湾における現地調査研究を進めるとともに、国内外の研究協力者と意見交換を行いつつ、本研究課題の問題設定、今後の研究の方向性についての考え方の調整を図り、それに基づいてより精緻な全体像を描くことに努めた。主な調査内容は以下の通り。
二十世紀末アメリカ舞台芸術の理論と実践における文化ポリティクスの諸相と固有の問題

本研究の目的は舞台芸術の分野における理論と実践の両側面から20世紀後半に新たに浮上した文化ポリティクスの諸相を検証するものである。このための具体的な研究テーマとして1.「舞台芸術と公共性の概念に見られるポリティクスの変化」2.「資本主義社会における前衛舞台芸術の市場化」3.「コンピュータ時代の演劇システムの地図の変化」を掲げ、実地調査を含む作業を行った。研究期間を通じ文化政策関連の資料を収集し、合衆国における公共による芸術支援という概念の成立史を検証し、この概念をめぐる理論の変遷をたどり、「アメリカ合衆国の文化・芸術政策:NEA4をめぐる一考察」(研究ノート)として所属機関の紀要に発表した。一方実践面に関しては、ニューヨーク市を例に、連邦政府と連動した同市および州の経済政策を念頭に置いた芸術・文化政策が介入して、いかに90年代の上演空間とオン、オフ・ブロードウェイとオフ・オフその他の関係性を変化させるに至ったかを調査・検証した。この成果を日本アメリカ学会年次大会のシンポジウムで報告し、さらにこれを「1990年代ニューヨークの上演空間-ニューヨーク市・州当局の文化政策をめぐって」として論文にまとめ東京外国語大学総合文化研究誌に発表した。また資本主義社会における芸術の経済的要素と公共の政策の関係に着目し、国際演劇祭に招聘され参加する作品のマーケタビリティの調査を開始した。合衆国の芸術・文化政策を調査する過程で、アジア系アメリカ人の主体の位置づけに関する政府の文化・教育・および対アジア外交政策と舞台芸術に表象される「アジア」の関係に注目し、これを「アメリカ舞台芸術における「アジア」という架空の主体をめぐって」という論文として京都造形芸術大学舞台芸術研究センターの舞台芸術研究誌に発表した。本年度は、主要なテーマとして掲げた(1.「舞台芸術と公共性の概念に見られるポリティクスの変化:国家芸術基金を中心に」2.資本主義社会における前衛舞台芸術の市場化:国際演劇祭と前衛芸術のマーケタビリティ)」3.コンピュータ時代の演劇システム地図の変化:新たな国境往来が身体のポリティクスとコミュニケーションに及ぼす影響」)のうち、1を中心に進めることととし、芸術活動と公的基金の関係を、そこに見られる双方のポリティクスを意識しつつ検証した。さらに、歴史的・社会的視点を加えるため、アメリカにおける公共のまたは非営利の芸術援助という概念自体の成立に関する資料収集を開始した。この過程で、1920年代の連邦シアタープロジェクトがアメリカにおける、非商業的な演劇システムの形成、国家芸術という概念の成立と大きく関わっており、現在のNEA(国家芸術基金)により、これらが強化される経過を確認。また、特に1990年の「わいせつな芸術」家に対する基金交付の取り消しと訴訟事件以降の、NEAの制度、システムの改革が芸術家に与えた影響を検証し、最近の基金交付のシステムの変化が、アーティストが個人として活動することを困難にしている状況も確認された。この分析をもとに、実際に渡米し、ニュージャージーパフォーミングアーツセンター、アーツインターナショナル、ドーリス・デューク・ファウンデーション、マブ・マインズなどの団体に主に財政上の活動面状況を聞く現地調査を行い、一方、基金獲得のポリティクスにたけるといわれる芸術家の活動にも目を向け、基金獲得と芸術的視点の関わりを、ポリティクスの観点から検証する作業を進め、渡米の際には、マッカーサー賞受賞者リー・ブルーアーにインタヴューを行った。アメリカの舞台芸術環境を、助成側・被助成側双方から検証し、また歴史的・社会的視点を加える作業を進め、さらに国際的演劇市場の問題にも立ち入って、複雑化した文化・芸術と財政・政治の関係を追求してゆきたい。本年度は、主要なテーマとして掲げた(1.「舞台芸術と公共性の概念に見られるポリティクスの変化:国家芸術基金を中心に」2.「資本主義社会における前衛舞台芸術の市場化:国際演劇祭と前衛技術のマーケタビリティ」

3.「コンピュータ時代の演劇システム地図の変化:新たな国境往来が身体のポリティクスとコミュニケーションに及ぼす影響」)のうち、2を中心に進めることとし、まずは、いわゆる「前衛」という概念の成立に関わる十九世紀末から二十世紀以降のモダニズム(芸術)運動と、欧・米間の前衛芸術および前衛舞台芸術の交流の歴史を概観・検証する作業を行った。その中で、例えばニューヨークで行われていたArmory Showなど、国際展示会などの活発な活動が、作品の商品化を助長し、市場と流通を確保したという点で貢献していた事実を後付ける資料や文献の収集・分析を行った。その上で、欧・米間での前衛の交流を歴史的な文脈の中で位置づけを試みた。一方、これに加えて、1960年代以降の前衛(舞台)芸術の国際的な交流の歴史を検証した。さらに、欧米の演劇・舞台芸術祭の実態の把握を試みた。国際演劇・舞台芸術祭に招聘されるいわゆる「前衛」の舞台芸術は、同じプロダクションを複数のフェスティヴァルで上演することが多い。高額なプロダクションコストを節約するために、ジョイント・ヴェニューとして複数の公演地が選ばれることも多い。フェスティヴァル自体が市場と化し、そこで流通するために、「前衛」や「芸術」の価値を決定する要因の変遷とこれらによって、芸術のマーケタビリティがシステムとして確立する過程を歴史的・社会的な視点から辿る作業を行った。本年度は、主要な研究テーマとして掲げた1.「舞台芸術と公共性の概念に見られるポリティクスの変化」2.「資本主義社会における前衛舞台芸術の市場化」3.「コンピュータ時代の演劇システムの地図の変化」のうち、3を中心に調査をすすめる計画であったが、昨年度研究成果および同時多発テロ事件をきっかけに顕在化した諸処の問題を鑑み2に関しての問題意識に、グローバリゼーションやアートワールドにおけるトランスナショナルビジネス、およびメディアテクノロジーと身体についての問題意識を加える必要性を強く感じるに至った。そこで3に関する調査・研究と連動してこれを進めつつ、また過去の研究成果を文章化する作業を行うこととなった。1の成果の一部は「アメリカ合衆国の文化・芸術政策:NEA4をめぐる一考察」(研究ノート)として所属機関の紀要に発表し、また、日本アメリカ学会年次大会のシンポジウムで、連邦政府と連動したニューヨーク市および州の芸術・文化政策が介入し、いかに90年代の上演空間とオン、オフ・ブロードウェイとその他の関係性を変化させるに至ったかを報告、さらにこれを「1990年代ニューヨークの上演空間-ニューヨーク市・州当局の文化政策をめぐって」として東京外国語大学総合文化研究誌に発表した。合衆国の芸術・文化政策を調査する過程で、アジア系アメリカ人の主体の位置づけに関する政府の文化・教育・および対アジア外交政策と舞台芸術に表象される「アジア」の関係に注目し、これを「アメリカ舞台芸術における「アジア」という架空の主体をめぐって」という論文として京都造形芸術大学舞台芸術研究センターの舞台芸術研究誌に発表した。
新しい発想に基く希土類金属を添加したULSI電極配線用Al合金の開発に関する研究

Al-希土類金属(RE)合金を電極配線として使う場合、基板SLとREとの固相反応も考えておく必要があり、また最近SLとの格子ミスフィットの小さいREシリサイドが(111)SL上にエピタキシャル成長することで注目をあびている。そこで、本年はエルビウム(Er)をSL(100)上に蒸着し、固相反応によってREシリサイドとした結果を報告する。Y1(100)SLの場合に類似して、600°C以上でアニールするとX線回折では(1T00)の非常に強い配向を持つことが判明した。構造は六方晶ErSi_<2-x>である。これを透過電子顕微鏡観察すると、100nm程度の領域に分割されており、高倍率で観察すると格子ジマを明瞭に観察することができた。制限視野回折像をとると、2種類の面からの回折が存在することが判明した。すなわち、基板SLとErSL_<2-x>との間に次の方位関係が成立する。(1T00)ErSi_<2-x> 11(100)SL、〔000^2〕ErSi_<2-x>11〔022^^-〕SLとそれを〔1T00〕Ersi_<2-X>のまわりに90°回転させたものとの2種類の方位を有する領域の混在する、いわゆるダブルドメインを形成している。ErSi_<2-x>(1T00)とSL(100)との間には格子定数から求まる格子のミスマッチに大きな異方性があり、エピタキシャル成長するとき、ミスマッチの大きい方向の弾性歪を緩和するためにダブルドメイン構造をとったものと考えられる。格子のミスマッチが小さくなるように〔1T0〕方向にオフしたSL基板を用いるとシングルドメイン(単結晶)ErSi_<2-x>にむかう傾向がみうけられた。集積化が進みますます微細になるULSIの電極配線材料として使用可能なAl合金を開発することを目的として,すでにバルク材で優れた耐熱性を有することを見い出したAlーRE(Rear earth)系合金の中でも特に特性の良好なAlーY合金を薄膜化し,電極配線材料として具備すべき基本的特性について調べた。高純度AlとYを独立した蒸発源にセットし同時に蒸発させることにより,Alー0.7%Y,Alー3.7%Y,Alー8.6%Y合金膜と基準となる純Al膜を(100)Si基板上に成膜した.これを真空中でアニ-ルしたときの薄膜と基板Siの間で起る固相反応を調べた結果は次のとおりである.1)300゚C以上の温度でまず六方晶のAl_3Yが析出し,ついで安定相である立方晶のAl_3Yに変化することをTEM観察により見い出した.Al_3Yは粒内粒界ともに析出するが,いずれもきわめて微細である.また再結晶粒のサイズも0.7%のY添加により微細化した.2)比抵坑は蒸着状態ではYの増加とともに増大するが,300゚C以上の温度でのアニ-ルによって急激に減少する.とくに,0.7%Y合金ではアニ-ル後比抵坑はAlと同程度まで減少し,配線材料として稀薄合金が望ましいことが伴明した.3)膜応力はY量とともに増加するが,アニ-ルによってかなり減少する.また,アニ-ルによってAlーY膜表面に形成されるヒロックの密度とサイズは0.7%Yの添加により著しく減少する.4)AlーY膜とSiの固相反応により形成されるSi表面のピットは密度はY量とともに増加する傾向にあるが,サイズはかなり減少する.希土類金属シリサイドがLSIの電極配線材料として注目されはじめており,基板Siとの相互作用は大変興味深い。とくにYはSi(111)上で固相反応によってミスマッチが0%のYSi_<2ーX>がエピタキシャル成長することが知られている。本報告ではSi(100)上のYの固相反応によるシリサイド化について報告する。Si(100)基板上に真空蒸着によって約100nm厚さのYを成膜し,さらにその上にYの酸化を防止するためにTiNをイオンプレ-ティング法により成膜した。それを300900°Cの温度範囲でアニ-ルし,透過電子顕微鏡によりシリサイド相を直接観察した。300°Cでアニ-ルすると斜方晶のYSi_<2ーX>が,400°C以上で六方晶のYSi_<2ーX>が出現し,550°C以上では六方晶YSi_<2ーX>のみとなる。六方晶YSi_<2ーX>はX線回折によって(1100)の非常に強い配向を持つことが判明した。YSi_<2ーX>薄膜を観察すると200nm程度の小さい領域に分別されており,高倍率で観察すると格子縞が明瞭に見られた。この結果と制限視野回析像から基板SiとYSi_<2ーX>薄膜の間に次の方位関係が存在することを明らかにした。すなわち,(1100)YSi_<2ーX>11(100)Si,〔0002〕YSi_<2ーX>11〔022〕Siとそれを〔1100〕YSi_<2ーX>のまわりに90°回転させた(1100)YSi_<2ーX>

11(100)Si,〔0002〕YSi_<2ーX>Siの2種類の方位関係を有する領域の混存する,いわゆるダブル・ドメイン構造をとることを見い出した。基板と薄膜の格子のミスマッチは〔0002〕YSi_<2ーX>と〔022〕Siの間で大きく,これに直交する方向では小さいので,エピタホシャル成長を考える場合格子のミスマッチに依存する弾性歪の異方性を緩和するためにダブル・ドメイン構造をとるものと考え,その形成機構を検討中である。Al-希土類金属(RE)合金を電極配線として使う場合、基板SLとREとの固相反応も考えておく必要があり、また最近SLとの格子ミスフィットの小さいREシリサイドが(111)SL上にエピタキシャル成長することで注目をあびている。そこで、本年はエルビウム(Er)をSL(100)上に蒸着し、固相反応によってREシリサイドとした結果を報告する。Y1(100)SLの場合に類似して、600°C以上でアニールするとX線回折では(1T00)の非常に強い配向を持つことが判明した。構造は六方晶ErSi_<2-x>である。これを透過電子顕微鏡観察すると、100nm程度の領域に分割されており、高倍率で観察すると格子ジマを明瞭に観察することができた。制限視野回折像をとると、2種類の面からの回折が存在することが判明した。すなわち、基板SLとErSL_<2-x>との間に次の方位関係が成立する。(1T00)ErSi_<2-x> 11(100)SL、〔000^2〕ErSi_<2-x>11〔022^^-〕SLとそれを〔1T00〕Ersi_<2-X>のまわりに90°回転させたものとの2種類の方位を有する領域の混在する、いわゆるダブルドメインを形成している。ErSi_<2-x>(1T00)とSL(100)との間には格子定数から求まる格子のミスマッチに大きな異方性があり、エピタキシャル成長するとき、ミスマッチの大きい方向の弾性歪を緩和するためにダブルドメイン構造をとったものと考えられる。格子のミスマッチが小さくなるように〔1T0〕方向にオフしたSL基板を用いるとシングルドメイン(単結晶)ErSi_<2-x>にむかう傾向がみうけられた。
喫煙喘息におけるステロイド抵抗性の病態解明

喫煙は喘息の難治化因子として重要である。喫煙による酸化・窒素化ストレスが気道リモデリングの原因の一つと推定されている。本研究では、喫煙がステロイド療法を行っていても遷延する下気道炎症の危険因子となることを明らかにした。さらに、活性窒素種であるパーオキシナイトライトは気道リモデリングに関与するマトリックスメタロプロテアーゼの産生を亢進し、テオフィリンは線維芽細胞のNF-kBやHDACを抑制する経路を介して組織リモデリングの進展を減弱させる効果があることを示した。タバコ由来の大気汚染物質は喘息の難治化因子として重要であり、喫煙はステロイド薬の治療効果を減弱する。喫煙による酸化・窒素化ストレスはステロイド抵抗性に関与すると考えられている。本研究は、喫煙喘息と非喫煙喘息における気道炎症や窒素化ストレスの差異について呼吸機能を含めた比較検討を行ない、喫煙喘息におけるステロイド抵抗性の病態を解明することを目的とした。喘息では炎症性サイトカインによりNO合成酵素(NOS)が誘導され、呼気NO濃度(FE_<NO>)が高値となる。FE_<NO>は喀痰好酸球数や気道過敏性と相関することから喘息の気道炎症マーカーとして有用である。さらに喘息患者の閉塞性障害の程度は、FE_<NO>や喀痰中の3-ニトロタイロシン陽性細胞数と有意に相関するため、これらのバイオマーカーは気道における窒素化ストレスの指標としても有用である。FE_<NO>測定は2005年に測定条件が標準化されたが、喘息治療における管理目標は明確ではない。気道における窒素化ストレスの指標としてFE_<NO>を用いるにあたり、まず日本人のFE_<NO>正常値を算出した。日本人の成人健常者240名を対象にした検討で、FE_Noの正常値は15ppb、正常上限値は37ppbと算出された。非喫煙者と既喫煙者における正常値の差は認められなかった。成果は国際誌に報告した(Allergolint 2010; 59: 363-367)。さらにFE_<NO>測定は喘息診断に有用であるが、そのカットオフ値は明らかではない。そこで健常者と喘息患者の弁別におけるカットオフ値を算出し、喫煙や鼻炎の合併など背景因子の影響について検討を加えた。研究成果は国際誌に採択された。これらの基礎的検討によりFE_<NO>の管理目標およびFE_<NO>に対する喫煙の影響が明らかとなった。現在、喫煙喘息と非喫煙喘息における気道炎症、呼吸機能および窒素化ストレスの差異について比較検討を行っている。本研究は、喫煙喘息と非喫煙喘息における気道炎症や窒素化ストレスの差異について呼吸機能を含めた比較検討を行ない、喫煙喘息患者の気道における病態生理学的特性を解明することを目的とした。呼気一酸化窒素濃度(FENO)は喘息における好酸球性炎症の程度やステロイド反応性と関連し、喘息の補助診断に有用とされている。しかし、さまざまな宿主因子が測定値に影響を及ぼすことが、臨床応用の障害になると考えられていた。我々は、喫煙や鼻炎合併の影響を加味した喘息診断におけるFENOカットオフ値とその感度、特異度を算出し、これらの宿主因子が影響してもFENOが喘息補助診断の新たな検査法として有用であることを報告した(Allergol Int 2011)。さらに、ステロイド治療を行いながら症状評価では安定しているにも関わらずFENOが高値で遷延する喘息症例が存在する。我々は、このように気道炎症が遷延する喘息患者における独立した規定因子として、喫煙歴、末梢血好酸球増多、好酸球性副鼻腔炎を同定し、治療抵抗性の気道炎症に対する介入方法の展望を示した(Clin Exp Allergy 2012 in press)。テオフィリンは難治性喘息やCOPDの気道において、マクロファージや好中球から産生される炎症関連物質を抑制することが知られている。喫煙や気道炎症に伴う酸化・窒素化ストレスにより気道において増加する活性窒素種(peroxynitrite)は気道障害を増強することが知られているが詳細な機序は明らかでなく、テオフィリンの抑制効果も不明である。我々は、peroxynitriteが線維芽細胞からのmatrix metalloprotease2および9の産生を促進し、気道のリモデリング進展に寄与し得ること、さらにテオフィリンがNF-kBとHDACの経路を介してMMP-2および9の産生を抑制すること、を見出した(Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 2012)。この結果は、窒素化ストレスによる喘息気道の障害の機序を一部解明するとともに、治療における展望を示した。

本研究は、喫煙喘息と非喫煙喘息における気道炎症や窒素化ストレスの差異について比較し、喫煙喘息の気道における病態生理学的特性を解明することを目的とした。呼気一酸化窒素濃度(FENO)は喘息における好酸球性炎症の捕捉に有用であるが、宿主因子が測定値に影響を及ぼすことが、臨床応用の障害になると考えられていた。我々は、喫煙や鼻炎合併の影響を加味した喘息診断におけるNOカットオフ値を算出し、これらの宿主因子が影響してもFENOが喘息補助診断に有用な検査法であることを報告した(Allergol Int 2011)。ステロイド治療を行いながらもFENOが高値で遷延する喘息症例が存在する。我々は、遷延するFENO上昇の独立した規定因子として、喫煙歴、末梢血好酸球増多、好酸球性副鼻腔炎を同定した(Clin Exp Allergy 2012)。テオフィリンは難治性喘息やCOPDの気道において、マクロファージや好中球から産生される炎症関連物質を抑制することが知られている。喫煙や気道炎症に伴う酸化・窒素化ストレスにより増加する活性窒素種(peroxynitrite)は気道障害を増強することが知られているが詳細な機序は明らかでなく、テオフィリンの抑制効果も不明である。我々は、peroxynitriteが線維芽細胞からのmatrix metalloprotease2および9の産生を促進し、気道のリモデリング進展に寄与し得ること、さらにテオフィリンがNF-kBとHDACの経路を介してMMP-2および9の産生を抑制すること、を見出した(Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 2012)。この結果は、窒素化ストレスによる喘息気道の障害の機序を一部解明するとともに、治療における展望を示した。臨床研究においては、現在の喫煙が呼気NO濃度測定値に影響を及ぼすが、その影響を加味しても喘息補助診断のツールとして有用であることを示し、呼気NO濃度がステロイド治療にも関わらず高値で遷延する症例の背景因子の一つとして喫煙既往が関連することを明らかにした。また基礎研究では活性窒素種が線維芽細胞からのmatrixmetalloproteaseの産生を促し、気道障害やリモデリングに関与すること、その産生はテオフィリンで抑制できることを機序も含めて明らかにした。それぞれの成果の論文化も進んでおり、研究はおおむね順調に進展している。24年度が最終年度であるため、記入しない。今年度の研究で明らかにされたように、ステロイド治療においても呼気一酸化窒素濃度が遷延して高値となる症例では、末梢血好酸球増多や好酸球性副鼻腔炎など血液内科や耳鼻咽喉科など他領域ともオーバーラップする問題点が存在する。今後、他領域との情報共有も視野に入れ研究を推進したい。さらに、基礎研究においては、タバコ抽出液を用いた研究で、喫煙刺激が気道上皮細胞の免疫応答に及ぼす影響についても検討を加える。
光により結晶表面を改質する結晶育成法の開発

「光による結晶成長が可能であることを示すこと」を研究目標とした。具体的には、結晶表面を光により熱的に励起し、ラフニング転移温度より高い状態とし、表面を荒れた状態に保ち成長を促すという点について検討した。その結果、飽和溶液中のアントラセン結晶に光照射を行い、モルフォロジー変化を伴う結晶成長が起こることを観測した。飽和溶液中のアントラセン微結晶に光照射を行うと、親結晶が溶解・消滅すると同時に、新たに出現した結晶は光照射を受けながら成長した。母結晶表面に発生した子結晶は母結晶表面の方位に依存して発生する。このとき母結晶と子結晶のab軸が入れ替わっており、トポタキシーが起きていることが判明した。子結晶は母結晶と結晶形の異なる多形であると考えられる。子結晶はアントラセン結晶であるが、母結晶とは融点・溶解度が異なり、多形であることが明らかとなった。光照射により多形を起こさせることが出来るという初めての結果を得た。次に光により結晶の晶形を制御することを試みた。アントラセン結晶にパルスレーザー光照射を行ったときに得られた変化である。母結晶のエッジに子結晶が出現し、母結晶から最も遠い位置にある子結晶の頂点が外側に向かって成長する様子が観察された。結晶周辺の溶液の過飽和度を光干渉法で観測した結果、結晶から25μm離れたところに高い過飽和状態を保った領域が存在することが明らかとなった。頂点が選択的に成長する機構は雪結晶の成長様式と同じ方法により説明された。また、ベンゾフェノン溶液に光照射を行い、析出した反応生成物のベンゾピナコール結晶の晶形を制御することを行った。エタノール/水溶媒の組成を変化させベンゾピナコールの溶解度を制御し、かつ励起光強度により生成するベンゾピナコールの量を制御すると過飽和度が小さいときに成長する多面体結晶から過飽和度が高いときに成長する樹状結晶まで連続的に作り分けることが可能であることを示した。
環境発がん性物質暴露によるDNA損傷の個人差に関する分子疫学的研究

環境中の発がん性物質は,生体内で代謝を受け,その代謝産物がDNAと結合し付加体を形成する。DNA付加体を定量することは,発がんのリスク評価上重要である。しかし同程度の暴露でも付加体濃度には非常に大きな個人差があることがわかってきた。この個人差の原因を解明しなければ個人のリスク評価にはつながらない。今研究では個人差に影響する因子として薬物代謝酵素の遺伝子多型性およびDNA修復能について検討した。健常成人男性の喫煙者群,非喫煙者群においてリンパ球DNA付加体濃度を代謝酵素の遺伝子型別に比較した。DNA付加体の測定には^<32>Pポストラベル法を使用し,主に芳香族系物質の付加体を定量した。薬物代謝酵素遺伝子多型はCYPlA1,2E1およびGSTM1,T1についてPCR法により解析した。喫煙者の付加体濃度は,非喫煙者群に対し有意な増加を示した。遺伝子多型の影響に関しては,CYP変異群やGST欠損群での付加体の増加を予想したが有意な影響はみられなかった。DNA修復能については,リンパ球よりRNAを抽出しRT-PCR法により,修復酵素のmRNAを定量することによりその発現量をみるべく測定法の基礎的検討中である。
一般一変量および多変量正規分布の混合分布に関する研究

確率変数Xとs(>0)は互いに独立とする。sが何等かの意味で1に近いとき,Xの尺度混合分布Y=sXの分布関数FはXの分布Gの回りで展開することが出来る.この研究では,展開の誤差項の評価を重視した.一次元の場合については,一般の分布Gについて,2種類の展開を与えた.また,その誤差評価の上限をC_<delta,kappa>・E(s^<delta>-1)^<kappa>形で表現し,定数C_<delta,kappa>を求める方法を提示した.ここで,deltaは0でない任意の実数で構わないが,実用上はGが対称な分布の場合はdelta=±1/2,G(0)=0の場合はdelta=±1,が自然である.とくにGが正規分布,およびガンマ分布(指数分布を含む)のときについて展開項と誤差評価を具体的な形で与えた.Gが正規分布のときGが指数分布のときこの結果はこれまで,部分的にに知られているものを改良している.なお,ガンマ分布の特殊例である指数分布の尺度混合はcompletely monotoneな確率密度をもつ分布そのものである.Xが多変量正規分布,sがランダムな行列の場合ついては,昨年度までに得られたものを改訂した.確率変数Xとs(>0)は互いに独立とする。sが何等かの意味で1に近いとき,Xの尺度混合分布Y=sXの分布関数FはXの分布Gの回りで展開することが出来る.この研究では,展開の誤差項の評価を重視した.一次元の場合については,一般の分布Gについて,2種類の展開を与えた.また,その誤差評価の上限をC_<delta,kappa>・E(s^<delta>-1)^<kappa>形で表現し,定数C_<delta,kappa>を求める方法を提示した.ここで,deltaは0でない任意の実数で構わないが,実用上はGが対称な分布の場合はdelta=±1/2,G(0)=0の場合はdelta=±1,が自然である.とくにGが正規分布,およびガンマ分布(指数分布を含む)のときについて展開項と誤差評価を具体的な形で与えた.Gが正規分布のときGが指数分布のときこの結果はこれまで,部分的にに知られているものを改良している.なお,ガンマ分布の特殊例である指数分布の尺度混合はcompletely monotoneな確率密度をもつ分布そのものである.Xが多変量正規分布,sがランダムな行列の場合ついては,昨年度までに得られたものを改訂した.
ソフトウェア開発のモデル化技法とシステム特性干渉解析に関する研究

本研究では、形式仕様記述言語VDM-SLおよびVDM++を用いて、エレベータ制御システム、非接触ICカード、産業用ロボットなどの組込みソフトウェアを題材として、システムモデルの構築と記述を行った。また、システムモデルの再利用性を高めるために、プロダクトラインソフトウェア工学におけるフィーチャモデルに基づいて、フィーチャ図とフォールトツリーを用いて、既存正常系フィーチャから異常系フィーチャを発見する方法を提案し、併せて、アスペクト指向プログラミングにおいて、アスペクトの干渉問題について分析を行い、アスペクトの干渉が発生する可能性のある箇所を検出する方法を提案した。抽象度の高い形式仕様記述と人間に理解しやすい図式表現との相互補完によるシステム記述を行うために、UMLとVDMとを併用して、高品質のソフトウェアを開発する手法について検討し、具体事例を用いて抽象的な仕様記述からC++プログラム作成までを一貫して行い、本手法の有効性を確認した。さらに、システムの動的振舞いを記述し、分析するために、有限状態機械モデルに基づいたシステム記述を行い、モデル検査手法によって、システムの動的振舞いに関する特性を分析および検証した。また、システムの動作を表すPetri-Netにおいて、具体的動作そのものと動作の種別による抽象化した制御との観点から、Petri-Netを構成する遷移およびプレースに新たな属性を導入して、システムの複雑な動作を見通しよく表現する方法を提案した。2004年度は、形式仕様記述言語VDM-SLおよびVDM++を用いて、ネットワーク分散型情報共有機器、エレベータ制御システム、非接触ICカードなどの組込みソフトウェアを題材として、システムモデルの構築と記述を行った。さらに、それらのモデルに関して、システムの機能や安全性などに関するシステム特性の検証ないし確認を抽象度の高い仕様記述レベルで行った。また、これらのシステムは実機や模型の上に実現して、実際に動作することを確認した。抽象度の高い形式仕様記述と人間に理解しやすい図式表現との相互補完によるシステム記述を行うために、UMLとVDMとを併用して、システムの機能に着目した記述とシステムの構成に着目した記述との多面的なシステム記述に基づくシステム開発を進める方法について検討して、上記のエレベータ制御システムを具体対象として事例研究を行った。さらに、上述のシステムの機能や構成の他に、システムの動的振舞いを記述し、分析するために、有限状態機械モデルに基づいたシステム記述を行い、モデル検査手法によって、システムの動的振舞いに関する特性を分析および検証した。VDMによるシステム記述から有限状態機械モデルを導出する手法について検討し、上述の具体システムを対象として、事例研究を行い、多面的記述と分析に関する方法を提示するための基礎的研究を行った。また、Colored Petri-Netによるシステム記述と分析に関する調査研究も行い、多面的なシステム記述と分析に関する方法を提示するための準備を整えている。2005年度は、形式仕様記述言語VDM-SLおよびVDM++を用いて、エレベータ制御システム、非接触ICカード、産業用ロボットなどの組込みソフトウェアを題材として、システムモデルの構築と記述を行った。さらに、それらのモデルに関して、システムの機能や安全性などに関するシステム特性の検証や確認を抽象度の高い仕様記述レベルで行った。また、プロダクトラインソフトウェア工学におけるフィーチャモデルに基づいて、非機能フィーチャの記述と相互干渉分析の手法について検討した。抽象度の高い形式仕様記述と人間に理解しやすい図式表現との相互補完によるシステム記述を行うために、UMLとVDMとを併用して、高品質のソフトウェアを開発する手法について検討し、エレベータ模型を具体対象として抽象的な仕様記述からC++プログラム作成までを一貫して行い、本手法の有効性を確認した。VDMによるシステム記述から有限状態機械モデルを導出する手法を提案し、ツールを試作した。また、産業用ロボットを具体的題材にして、並行動作プロセス間の相互作用をアスペクトとみなしてCSPに基づいてシステムの動的振舞いを記述し分析する方法について検討した。

2006年度は、従来より引き続いて、形式仕様記述言語VDM-SLおよびVDM++を用いて、エレベータ制御システム、非接触ICカード、産業用ロボットなどの組込みソフトウェアを題材として、システムモデルの構築と記述を行った。また、システムモデルの再利用性を高めるために、プロダクトラインソフトウェア工学におけるフィーチャモデルに基づいて、フィーチャ図とフォールトツリーを用いて、既存正常系フィーチャから異常系フィーチャを発見する方法を提案し、併せて、アスペクト指向プログラミングにおいて、アスペクトの干渉問題について分析を行い、アスペクトの干渉が発生する可能性のある箇所を検出する方法を提案した。抽象度の高い形式仕様記述と人間に理解しやすい図式表現との相互補完によるシステム記述を行うために、UMLとVDMとを併用して、高品質のソフトウェアを開発する手法について検討し、具体事例を用いて抽象的な仕様記述からC++プログラム作成までを一貫して行い、本手法の有効性を確認した。さらに、システムの動的振舞いを記述し、分析するために、有限状態機械モデルに基づいたシステム記述を行い、モデル検査手法によって、システムの動的振舞いに関する特性を分析および検証した。また、システムの動作を表すPetri-Netにおいて、具体的動作そのものと動作の種別による抽象化した制御との観点から、Petri-Netを構成する遷移およびプレースに新たな属性を導入して、システムの複雑な動作を見通しよく表現する方法を提案した。
光散乱的手法を用いた血球細胞内ヘモグロビン量と溶血率の計測に関する研究

開心術時の体外循環補助(Cardio-Pulmonary Bypass : CPB)、経皮的心肺補助(Percutaneous Cardio-Pulmonary System : PCPS)、肺機能補助を目的とした膜型人工肺を用いた体外循環補助(Extra-Corporeal Membrane Oxygenation: ECMO)、そして重症左心室不全症のための左心室補助(Left Ventricular Assistance : LVAS)下における、光による血液の非侵襲連続計測を実現するため、血液内の光子伝播モデルphoton-cell interactive Monte Carlo(pciMC)モデルを開発した。従来のMonte Carloシミュレーションは、血液内の光散乱を表現する上で、マクロな異方性パラメータおよび位相関数を用いていたが、pciMCは幾何光学に基づき、赤血球の表面に対する入射角および屈折率差から光子のベクトル変化を求めるミクロな境界条件によって散乱が表現されるため、赤血球の形状や分布、配向などの変化に起因する血液内の光伝播変化をシミュレーションできるモデルであり、体外循環補助システムが送り出す血流の光学特性を説明できるモデルと成り得る。しかしながら、散乱の振る舞いをミクロな境界条件によって記述するため、明らかに計算コストが増加するという問題が生じる。この問題を解決するために、生理的な範囲における、様々な体積および屈折率の赤血球一個あたりの散乱パターンの解を予め別プログラムで求めておき、その答えをデータベース化し、実際にpciMCプログラムを実行するときは、そのデータベースから必要な答えを呼び出す形式にプログラミングした。この結果、従来のマクロな散乱表現であるMonte Carloシミュレーションと比較して、計算コストはおよそ7%増程度に抑えられた。開発したpciMCの妥当性を評価するために、波長651nmの超短パルス光およびストリークカメラを用いて厚さ0.54mmの新鮮ブタ血液層の透過伝播時間および受光強度を実際に計測し、pciMCのシミュレーション結果と比較した。その結果、実測値との誤差率は平均して20%程度であり、実用的な精度でのシミュレーションが可能であることが確認された。血液ポンプによる溶血特性は、一般に血漿遊離ヘモグロビン濃度の上昇的に溶血に至るかを解明するために、光を用いて非侵襲的に赤血球損傷を診断するシステムの確立を目指した。血液における光散乱は、主に赤血球によるものであり、Mie散乱として表現することができる。Mie散乱は粒子の体積と屈折率に依存する散乱であるから、血液ポンプを用いて還流することで、赤血球の体積及び内部ヘモグロビン濃度の変化が起こり、これによる血液の光散乱特性の変化をとらえることで赤血球損傷が診断できることになると仮説をたてた。まず、連続流血液ポンプで血液を環流することで、血液中の平均赤血球体積(Mean Corpuscular Volume:MCV)及び平均赤血球内部ヘモグロビン濃度(Mean Corpuscular Hemoglobin Concentration:MCHC)がどのように変化するかを、Coulter式自動血球分析装置で計測したところ、MCVの増加およびMCHCの減少を確認し、MCVおよびMCHCを指標として、赤血球損傷が評価可能であることが示唆された。MCVとMCHCからMie理論を用いて赤血球の光学特性(吸収断面積,散乱断面積,異方性パラメータ)を算出した。時間分解光計測法によって、血液中を透過する光子エネルギーと伝播時間を求めたところ、Mie理論によって求めた光学特性との対応を得た。このことから、時間分解計測法とMie理論を用いることによって、MCVとMCHCが光学的に推定できることが示唆された。循環器系補助デバイス内では非生理的な血流を発生し、血液細胞を損傷させることが問題となっている。本研究では損傷を可視近赤外光を用いて非襲侵的に診断する手法の確立、及び非生理的なせん断下における赤血球状態変化に関する生化学的検討を行った。体外循環用連続流血液ポンプNikkiso HPM-15、小児用人工肺、リザーバーパック、タイゴンチューブから成る循環路内で、新鮮ブタ赤血球とグルコース含有リン酸緩衝生理食塩水の懸濁液を循環させたところ、赤血球の代謝によって懸濁液中のグルコースが減少していった。このグルコース濃度の減衰は、静置した血液中のグルコース濃度の減衰より早く、血液ポンプが発生するせん断によって、赤血球の解糖系代謝が亢進されたことが示された。この代謝亢進のメカニズムは、せん断によって細胞内に侵入した余剰なナトリウムイオンをナトリウムポンプによって膜外へ排出させる際に必要なATPを、グルコースを代謝することで産生し続けるためであることが示唆された。また、せん断下で赤血球がグルコースを代謝し続けることにより、血中グルコースが消費され不足していくことで、ATPが産生できなくなり、赤血球形状および体積の変化が起こったことを計測した。以上のことから、従来まではせん断による赤血球の損傷は機械的な損傷概念でしか報告されていなかったが、せん断が代謝に影響を与えることで、細胞内エネルギーの不足をもたらすことで赤血球が損傷していくという新しい生化学的概念に基づいた損傷モデルが考えられた。血中グルコースレベルによって、赤血球の損傷度が変化することが明らかとなった。これを利用して、開発した血液ポンプの血液適合性を定量的に評価することが可能になることが考えられた。

開心術時の体外循環補助(Cardio-Pulmonary Bypass : CPB)、経皮的心肺補助(Percutaneous Cardio-Pulmonary System : PCPS)、肺機能補助を目的とした膜型人工肺を用いた体外循環補助(Extra-Corporeal Membrane Oxygenation: ECMO)、そして重症左心室不全症のための左心室補助(Left Ventricular Assistance : LVAS)下における、光による血液の非侵襲連続計測を実現するため、血液内の光子伝播モデルphoton-cell interactive Monte Carlo(pciMC)モデルを開発した。従来のMonte Carloシミュレーションは、血液内の光散乱を表現する上で、マクロな異方性パラメータおよび位相関数を用いていたが、pciMCは幾何光学に基づき、赤血球の表面に対する入射角および屈折率差から光子のベクトル変化を求めるミクロな境界条件によって散乱が表現されるため、赤血球の形状や分布、配向などの変化に起因する血液内の光伝播変化をシミュレーションできるモデルであり、体外循環補助システムが送り出す血流の光学特性を説明できるモデルと成り得る。しかしながら、散乱の振る舞いをミクロな境界条件によって記述するため、明らかに計算コストが増加するという問題が生じる。この問題を解決するために、生理的な範囲における、様々な体積および屈折率の赤血球一個あたりの散乱パターンの解を予め別プログラムで求めておき、その答えをデータベース化し、実際にpciMCプログラムを実行するときは、そのデータベースから必要な答えを呼び出す形式にプログラミングした。この結果、従来のマクロな散乱表現であるMonte Carloシミュレーションと比較して、計算コストはおよそ7%増程度に抑えられた。開発したpciMCの妥当性を評価するために、波長651nmの超短パルス光およびストリークカメラを用いて厚さ0.54mmの新鮮ブタ血液層の透過伝播時間および受光強度を実際に計測し、pciMCのシミュレーション結果と比較した。その結果、実測値との誤差率は平均して20%程度であり、実用的な精度でのシミュレーションが可能であることが確認された。