hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ずり流動場下におけるオニオン相の形成条件と転移機構

界面活性剤と水が作るラメラ相が,ずり流動場によりオニオン相に転移する現象は、多くの系で見出されているが,オニオン相の形成条件や転移機構については不明の点が多い。本研究では,X線小角散乱/ずり応力同時測定により,オニオン相の温度領域に上限と下限が存在することを初めて見出し,これまではそれらの片方のみが観測されていたことを示した。またこのような上限・下限温度の存在を説明するために,多面体オニオンの弾性エネルギーを与える式を導いた。さらに,上限温度と下限温度それぞれの近傍におけるラメラからオニオン,オニオンからラメラへの4通りの転移過程において,ラメラ膜の配向変化が同じ道筋を辿ることを見出した。両親媒性分子が作るラメラ相にずり流動場を印加すると、多重膜ベシクルのみで充填された「オニオン相」に転移する現象は、多くの研究者の注目を集めているが,オニオン相の形成条件や転移機構については依然として不明の点が多い。これらを明らかにするために、23度は以下の研究を実施した。(1)リエントラントなラメラ/オニオン転移を示す系の探索:非イオン界面活性剤C_<14>H_<25>(OC_2H_4)_5OH (C_<14>E_5)と水の2成分系に対して、一定ずり速度下でずり応力/X線小角散乱同時測定(Rheo-SAXS)の測定を行い,温度上昇・下降いずれにおいてもラメラ→オニオン→ラメラ転移が起こることを確認した。(2)ラメラ→オニオン転移過程とオニオン→ラメラ転移過程の比較:上記の系は、低温側と高温側の両方に転移温度を持つ。そこでそれぞれの転移温度近傍において、一定ずり速度下の温度上昇および下降に伴う転移過程を時分割Rheo-SAXSにより追跡した結果、低・高温側共に、オニオン→ラメラ転移過程はラメラ→オニオン過程の逆を辿ることがわかり、転移機構に対する重要な知見が得られた。(3)温度上昇に伴うラメラ→オニオン転移を支配する要因の検討:静止状態におけるSAXS測定により、低温側の転移温度付近でラメラ繰返し距離が温度上昇と共に急激に増大することがわかった。一方高温側の転移温度付近ではこのような変化が見られないことから、一定ずり速度下の温度上昇に伴うラメラ→オニオン転移は繰返し距離の増大に支配されていることが明らかになった。(4)ずり速度上昇に伴うリエントラント転移が起こる条件の探索: C_<14>E_5系において、種々の濃度・温度において、ずり速度10^<-1>10^3 s^<-1>でずり応力測定を行った結果、35wt%、36°Cにおいて、ずり速度上昇に伴うリエントラント転移を示唆する結果が得られた。(5)Rheo-SAXS装置の改良:SAXSと小角光散乱の両方に使用可能なレオメータを購入し、まずRheo-SAXS用のセルの設計・製作を行った。両親媒性分子が作るラメラ相がずり流動場によりオニオン相に転移する現象は、多くの研究者の注目を集めているが,オニオン相の形成条件や転移機構については依然として不明の点が多い。これらを明らかにするために,25年度は以下の研究を実施した。1.温度-ずり速度相図の作製:オニオン相の形成条件の検討には,温度・ずり速度・濃度を変数とする3次元動的相図の作製が必要となる。温度変化に伴うラメラ/オニオン/ラメラ転移を初めて見出したC14E5/水系において、種々のずり速度においてずり応力の温度依存性測定およびずり応力/X線小角散乱同時測定(rheo-SAXS)を行い,温度-ずり速度相図を作成した。これまでに温度-ずり速度相図が報告されているC10E3/水系およびC16E7/水系の相図と比較した結果,これらの系ではそれぞれオニオン相の上限温度と下限温度の片方しか観測できないことが明らかになった。2.長距離秩序を持つオニオン相の形成:上記のrheo-SAXSにより,長距離秩序を持つオニオン相が,特定の温度-ずり速度範囲で形成されることがわかった。この構造は,他の系で既に報告されているが, C14E5系で見出されたことにより,オニオン相の上限温度と下限温度を含む温度-ずり速度相図上でその形成条件を議論することが可能になった。3.オニオン相形成条件の検討:昨年度導出した多面体型オニオンの稜部分と頂点部分に蓄積される自由エネルギーの表式により,上記1.で作成した温度-ずり速度相図が,半定量的に説明できることを示した。このことは,オニオン相の形成条件が,静止状態におけるラメラ繰返し距離と単層膜の曲げ弾性率・サドルスプレイ弾性率・自発曲率に支配されていること示唆している。

両親媒性分子が作るラメラ相にずり流動場を印加すると、多重膜ベシクルのみで充填された「オニオン相」に転移する現象は、多くの研究者の注目を集めているが,オニオン相の形成条件や転移機構については依然として不明の点が多い。これらを明らかにするために、24度は以下の研究を実施した。1.ずり速度上昇に伴うラメラ→オニオン→ラメラ転移: C14E5系において、23年度に種々の濃度・温度において行なったずり応力のずり速度依存性の測定結果に基つき、35wt%、36°CにおいてRheo-SAXS測定を行った結果、ずり速度上昇に伴うラメラ→オニオン→ラメラ転移を見出した。さらに同じ濃度・温度において、ずり速度下降によっても同様の転移が起こることがわかった。昨年度見出した、一定ずり速度下の温度変化に伴うリエントラント転移においても温度上昇と下降に対する可逆性が見られたことから、3次元相図作成の見通しが立った。2.オニオン相の粘弾性スペクトルの測定:オニオン相が形成される温度において、定常ずり流動場によりオニオン相に転移させた後、粘弾性スペクトルを測定した。温度を変えて同様の測定を行った結果、低温側の転移温度付近で貯蔵弾性率が最も大きく、温度上昇により減少することがわかった。3.一定ずり速度下の温度変化に伴うラメラ→オニオン→転移を支配する要因の理論的検討:多面体型オニオンの陵部分と頂点部分に蓄積される自由エネルギーを、オニオンの半径、静止状態のラメラ繰返し距離、単分子膜の曲げ弾性率・サドルスプレイ弾性率・自発曲率を用いて表現した。静止状態の相図から予測される自発曲率の温度依存性と、23年度に測定した静止状態のラメラ繰返し距離の温度依存性に基づき、自由エネルギーが温度に対して極小を持つことがわかった。このことは、温度変化に伴うリエントラント転移が起こる可能性を示している。(1)温度・ずり速度動的相図を完成させる予定であったが、ずり速度上昇に伴うリエントラントラメラ/オニオン転移が起こる条件の探索に、予想外の時間がかかった。(2)当初、交付予定金額の7割しか交付されず、残り3割の交付通知が9月になったため、レオメータの納入が年末となり、予定していた偏光顕微鏡/小角光散乱/ずり応力同時測定(Rheo-POM/SALS)装置の製作に着手する時期が大幅に遅れた。25年度が最終年度であるため、記入しない。24年度交付申請時の計画として、(1)リエントラントラメラ/オニオン転移の確認と3次元動的相図の作成(2)Rheo-POM/SALS装置の製作と性能試験(3)オニオン相の粘弾性スペクトルの測定(4)温度変化に伴うリエントラント転移の理論構築を挙げ、(2)-(4)についてはほぼ達成した。(1)について、3次元相図作成には至らなかったが、ラメラ相の低濃度限界付近において、一定温度下のずり速度変化に伴うリエントラント転移を見出し、3次元相図作成の見通しが立った。(1)温度変化に伴うリエントラント転移が確認された濃度において、小角光稼乱/ずり応力同時測定を行う。またずり速度上昇に伴うリエントラント転移が示唆された濃度・温度において、rheo-SAXS実験を行い、転移を確認する。次いで3次元動的相図の作成に向けて、温度-ずり速度相図とずり速度-濃度相図作成を行う。(3)定常ずり流動によりオニオン相に転移した試料に対して粘弾性スペクトルの測定を行う。
四肢末端AVA血流量と運動時の体温および血圧調節機構

目的:四肢末端に存在する動静脈吻合(AVA)への血流動態は,四肢全体からの熱放散量を調節する。本研究では,手指のAVA血管拡張が体温および血圧調節に如何に寄与するか検討することを目的とした。方法:被験者はショ-ツのみの半裸体(裸体時)、または半袖ジャケット、長ズボンを着用(着衣時)した健康な成人男性7名。室温20°C、相対湿度40%の人工気象室で、30分間半仰臥位で安静の後、25分間の下肢運動と20分間の安静をとった。加圧実験では、運動開始15分より実験終了までの30分間、33.3kPaの圧力で両手首をカフ加圧し、手指への血流を遮断した。対照は加圧なしで同一手順とした。この間,食道温(Tes)、全身7点の皮膚温(Tsk)、胸部の皮膚血流量(LDF)と局所発汗量(Msw)、平均血圧(MAP)および心拍数(HR)を測定した。結果と考察:運動により皮膚温上昇は、カフ加圧により血流が遮断された手指ばかりではなく、腕でも完全に抑制された。裸体、着衣時ともに胸部のLDFは加圧時では対照より有意に増加し、皮膚血管の拡張が生じ,裸体時では加圧により前額、胸、大腿、足のTskが有意に高かったが,着衣時にはこれらのTskに差は認められなかった。その原因はMswが,裸体時には加圧による有意差は認められなかったが,着衣時には有意な増加を示したことに依った。裸体,着衣時ともにTesは,対照より加圧時の方が有意に高値を維持し、MAPは運動中,カフ加圧により有意に低下したが,HRは変化しなかった。MAPの低下はカフ加圧に対して、他部位の皮膚血管が代償性に拡張したため,総末梢抵抗の減少により生じたものと推察された。以上の結果より,裸体、着衣にかかわらず,四肢末端に存在するAVA血管の拡張は,四肢近接部位の表在性静脈還流を介して熱放散量を増加することができ,血圧の低下を生ずることなく、最も効率よく体温調節を行なうために、重要な機能を果しているとの結論を得た。ヒトの四肢末端には動静脈吻合(AVA)が豊富に存在し、その開大時には手や足からの熱放散量が増加するばかりでなく、AVAを通過した血液は腕や脚の表在性皮静脈を流れる際、その部の皮膚温を上昇させて熱放散量を増加させる。AVAの動態は四肢全体からの熱放散量を調節する。(目的)本研究ではAVAの存在する手指の血管拡張が体温および、血圧調節に如何に関与するか検討することを目的とした。(方法)被験者はショ-ツのみ着用の健康な成人男性8名。室温20°C、相対湿度40%に調節された人工気象室で、30分間半仰臥位で安静の後、25分間の下肢運動を行ない、再び20分間の安静をとった。運動開始15分より実験終了まで30分間、33.3kPaの圧力で両手首をカフ加圧し手指への血流を遮断した。対照は加圧なしとした。

この間、食堂温(Tes)、全身7点の皮膚温(Tsk)、レ-ザ-・ドップラ-血流計による胸部の皮膚血流量(LDF)、カプセル法による局所発汗量(Msw)、最高/最低血圧から産出した平均血圧(MAP)、および心拍数(HR)を測定した。(結果と考察)カフ加圧により血流が遮断された指ばかりでなく、腕のTsk上昇も完全に抑制された。一方、前額、胸部、大腿、足ではTskが対照より高く上昇したにもかかわらず、Tesは対照より高値を維持した。これは胸部のLDFが対照より有意に増加したことから、皮膚血管の拡張によるものである。MAPは運動中、カフ加圧により有意に低下したが、HRは変化しなかった。MAPの低下は手指血流量の増加抑制に対して、他部位の皮膚血管が代償性に拡張したため、総末梢抵抗の減少により生じたものと推察された。この結果、四肢末端に存在するAVA血管の拡張は、四肢近接部位の表在性静脈還流を介して熱放散量を増加することができ、血圧の低下を生ずることなく体温調節を行なうために重要であるとの結論を得た。(目的)ヒトの四肢末端に豊富に存在する動静脈吻合(AVA)が開大する時,手や足からの熱放散量が増加するばかりでなく,AVAを通過した血液は腕や脚の表在性皮静脈を流れる際,その部位の皮膚温を上昇させて熱放散量を増加させる。AVA血流量の動態は四肢全体からの熱放散量を調節することを報告した。本研究では依服を着用した被験者について,手指血管の拡張が体温および血圧調節に如何に寄与するか検討することを目的とした(方法)被験者は半袖ジャケット,長ズボン着用の健康な成人男性7名。室温20°C,湿度40%の人工気象室で,30分間の半仰臥位安静の後,25分間の下肢運動と20分間の安静をとった。加圧実験では、運動開始15分より実験終了までの30分間,33.3kPaの圧力で両手首をカフ加圧し,手指への血流を遮断した。対照実験は加圧なしで同一手順とした。この間,食道温(Tes),全身7点の皮膚温(Tsk),胸部の皮膚血流量(LDF)と発汗量(M^^.sw),平均血圧および心拍数(HR)を測定した。(結果と考察)Tsk上昇の抑制は,カフ加圧により血流が遮断された指ばかりでなく,腕でも生じた。腕部のLDFとM^^.swが対照より加圧時で有意に増加し、皮膚血管の拡張が生じたが、上肢以外のTskは両条件で差が認められなかった。しかし,Tesは対照より加圧時の方が有意に高値を維持した。MAPは運動時カフ加圧により有意に低下したが,HRは変化しなかった。MAPの低下は,カフ加圧に対して他部位の皮膚血管が代償性に拡張したために,総末梢抵抗の減少により生じたものと推察された。以上の結果から,着衣時でも四肢末端に存在するAVA血管の拡張は,四肢近接部位の表在性静脈還流を介して四肢全体からの熱放散量を増加することができ,血圧の低下を生ずることなく最も効率よく体温調節を行なうために重要であるとの結論を得た。
光放射圧ポテンシャルによる局所化を用いたサブ100nm分解能金属3次元構造創成

本研究は、集光レーザを用いた微細な金属3次元構造創成技術確立を目的としている。具体的には、金属ナノ粒子を集光レーザビームウェストに位置変動10nm以下で局所化、集積化による三次元構造の実現を目指す。そのため、金属粒子を光放射圧ポテンシャルの谷に安定捕捉するが、粒子の熱運動による揺動が加工精度の要となる。そこでまず、最適粒子径および捕捉環境の検討を行った。ある光放射圧ポテンシャル下の粒子運動をランダムノイズを含む確率微分方程式で記述することで、定常状態における捕捉粒子の揺動を数値的に予測することができる解析解を数学的に導いた。また、数値解析によるアプローチも平行して行い空気中環境において直径50 nmの金ナノ粒子を用いることで100 nm以下のナノ構造を創生可能であることが示唆された。次に、実験的な検討を実施するための装置開発を行った。本来は集光ビームを用いるが、光放射圧ポテンシャルへと金属ナノ粒子の関係を明らかにするためベッセルビームを用いた基礎実験に向けての装置設計を行った。アキシコンレンズとリレーレンズ系により構成された光学系により水中においてであるが、3マイクロメートルのガラス粒子を基盤に対して垂直に構造化することができ、本研究で提案する手法を検証できる可能性が示唆された。しかし、ビーム強度が弱く空気中での実験を行うことができなかったため、来年度は高強度のファイバーレーザを導入し、空気中でのナノ粒子の構造化の実験を進める。本研究の目的は、サブ100 nmの金属3次元構造の創成である。初年度は、光電磁場解析により、用いる金属ナノ粒子の最適粒子径決定と、その金属ナノ粒子の集光レーザ内への導入手法の検討を行なった。まず最適粒子径を検討するため、理論解析手法の開発を行なった。光放射圧ポテンシャル内に位置する金属ナノ粒子の位置変動を解析するが、数値解析手法として、T-matrix法による電磁場解析、マクスウェル応力による光放射圧解析、およびランジュバン方程式を統合した解析コードを作成した。その結果、空気中環境において直径50 nmの金ナノ粒子を用いることで100 nm以下のナノ構造を創生可能であることが示唆された。これを実験的に検証するため、ベッセルビームを用いたレーザ捕捉システムの設計試作を行なった。ベッセルビームはアキシコンレンズにより形成可能であるが、顕微鏡光学系の導入のため、対物レンズを含むリレーレンズ系を設計し、試作を行なった。その結果、水中環境においてはガラスマイクロビーズが3次元的に構造化可能であった。また、空気中環境下において光放射圧ポテンシャル内に金属ナノ粒子を導入するための、ナノ粒子混合ミスト形成の検討を行なっており、現在超音波振動を用いたミスト生成装置の試作機を製造中である。【ベッセルビームを用いた金属ナノ粒子の2次元局所化に関する原理確立】昨年度に引き続き、ベッセルビームを用いて、金属ナノ粒子の局所化の特性理解と金属ナノ粒子の集積による構造化原理を確立する。アキシコンレンズを用いて形成するベッセルビームは、光軸断面方向にほぼ等しい強度分布を持ったまま伝搬する。その伝搬長は数10 mmであり、0次光のビーム幅は10 μm以下である。このベッセルビームを用いて、基板に対して法線方向に金属ナノ粒子の構造化を行い、その構造線幅の評価を走査型電子顕微鏡を用いて行う。ベッセルビームを用いる理由は、光軸断面方向に等しい強度分布を持つため、光放射圧ポテンシャルに対する金属ナノ粒子の局所化の特性評価が行いやすいためである。また、入射光条件による金属ナノ粒子の局所性向上を図る。【ハイスピードカメラによる集積構造化原理の確立】揮発性溶媒によるミスト粒径の収縮は、本加工原理の加工レートや分解能を担う重要なファクターである。そこで、側方観察システムにハイスピードカメラを構築し、ミスト径変化について現象の可視化を行う。この観察を基にして、最適ミスト径の調整及び揮発性溶媒材料の適正評価を行え、本加工現象の理解促進と加工性能向上に欠かせないシステムとなる。また、同システムを用いて、金属ナノ粒子の集積現象を観察する。単一の金属ナノ粒子は光学システムの分解能では詳細観察は難しいが、形成される構造物姿勢や加工レートの評価を行える。これはビーム強度分布に対する構造創成プロセスの評価となり、高精度加工に対して重要である。

アキシコンレンズとリレーレンズ系により構成された光学系により水中においてであるが、3マイクロメートルのガラス粒子を基盤に対して垂直に構造化することができ、本研究で提案する手法を検証できる可能性が示唆された。しかし、ビーム強度が弱く空気中での実験を行うことができなかったため、来年度は高強度のファイバーレーザを導入し、空気中でのナノ粒子の構造化の実験を進める。本研究の目的は、サブ100 nmの金属3次元構造の創成である。初年度は、光電磁場解析により、用いる金属ナノ粒子の最適粒子径決定と、その金属ナノ粒子の集光レーザ内への導入手法の検討を行なった。まず最適粒子径を検討するため、理論解析手法の開発を行なった。光放射圧ポテンシャル内に位置する金属ナノ粒子の位置変動を解析するが、数値解析手法として、T-matrix法による電磁場解析、マクスウェル応力による光放射圧解析、およびランジュバン方程式を統合した解析コードを作成した。その結果、空気中環境において直径50 nmの金ナノ粒子を用いることで100 nm以下のナノ構造を創生可能であることが示唆された。これを実験的に検証するため、ベッセルビームを用いたレーザ捕捉システムの設計試作を行なった。ベッセルビームはアキシコンレンズにより形成可能であるが、顕微鏡光学系の導入のため、対物レンズを含むリレーレンズ系を設計し、試作を行なった。その結果、水中環境においてはガラスマイクロビーズが3次元的に構造化可能であった。また、空気中環境下において光放射圧ポテンシャル内に金属ナノ粒子を導入するための、ナノ粒子混合ミスト形成の検討を行なっており、現在超音波振動を用いたミスト生成装置の試作機を製造中である。【ベッセルビームを用いた金属ナノ粒子の2次元局所化に関する原理確立】昨年度に引き続き、ベッセルビームを用いて、金属ナノ粒子の局所化の特性理解と金属ナノ粒子の集積による構造化原理を確立する。アキシコンレンズを用いて形成するベッセルビームは、光軸断面方向にほぼ等しい強度分布を持ったまま伝搬する。その伝搬長は数10 mmであり、0次光のビーム幅は10 μm以下である。このベッセルビームを用いて、基板に対して法線方向に金属ナノ粒子の構造化を行い、その構造線幅の評価を走査型電子顕微鏡を用いて行う。ベッセルビームを用いる理由は、光軸断面方向に等しい強度分布を持つため、光放射圧ポテンシャルに対する金属ナノ粒子の局所化の特性評価が行いやすいためである。また、入射光条件による金属ナノ粒子の局所性向上を図る。【ハイスピードカメラによる集積構造化原理の確立】揮発性溶媒によるミスト粒径の収縮は、本加工原理の加工レートや分解能を担う重要なファクターである。そこで、側方観察システムにハイスピードカメラを構築し、ミスト径変化について現象の可視化を行う。この観察を基にして、最適ミスト径の調整及び揮発性溶媒材料の適正評価を行え、本加工現象の理解促進と加工性能向上に欠かせないシステムとなる。また、同システムを用いて、金属ナノ粒子の集積現象を観察する。単一の金属ナノ粒子は光学システムの分解能では詳細観察は難しいが、形成される構造物姿勢や加工レートの評価を行える。
音源付近の加圧により音声明瞭度を向上させる現象の解明

本研究では,2種類のオルゴール,既製のスピーカー,携帯電話を音源として用い,アクリル板,プラスチック板,硬質塩ビ板,低発砲塩ビ板を用い,厚さ,曲げの強さが異なる条件で,音源付近の加圧により音圧と繰り返し成分が増加する現象を詳細に明らかにすることを目的とした.実験の結果,厚さ0.5 mmのアクリル板が最も良くこの現象を再現することができた.スピーカー・携帯電話では,あまりよく現象を再現できなかった.外部から圧力を加えるのではなく,内部にこの現象を発生する仕組みを組み込むことで,既存のスピーカーや携帯電話でも加圧による音圧と繰り返し成分が増加する現象を起こすことが可能と考えられる.2種類のオルゴール,既製のスピーカー,携帯電話を音源として用い,アクリル板,プラスチック板,硬質塩ビ板,低発砲塩ビ板を用い,その大きさ,厚さ,曲げの強さが異なる条件で,音源付近の加圧により音圧と繰り返し成分が増加する現象を再現し,この現象をより詳細に明らかにすることを目的とした.実験の結果,厚さ0.5 mmのアクリル板が最も良くこの現象を再現できることがわかった.柔らかすぎず硬すぎず,適度な柔軟性のある板・厚さが良いようである.板の大きさに関しては,板の大きさが変わると,音圧レベルの増加する周波数が変化した.これは,板の共振と関連していると考えられるが,板の大きさと共に共振周波数が低下するといった単純な効果でないので,共振以外の要素がこの現象に関係していると考えられた.これは,音源に板をどのように接触させ,どのように圧力を加えるかが関連すると考えられるので,接触,圧力の加え方については,今後さらに検討していく.スピーカーや携帯電話の検討でも,音源付近の加圧により音圧と繰り返し成分が増加する現象を再現できた.しかし,その増加量はオルゴールの時ほど大きくはなかった.これは,音源の振動部分に直接板を接触できていないためと考えられる.今後は,スピーカー・携帯電話の振動部分にうまく圧力を加える方法を検討する.また,板の大きさに関しても,今回の検討した条件では,実用上は難しい場合が多いので,実用上使える大きさでの検討を行う.様々な種類,厚さ,大きさの板で,音源付近に圧力を加えることで音圧や繰り返し成分が増加する現象を詳細に検討することができた.昨年度は,2種類のオルゴール,既製のスピーカー,携帯電話を音源として,4種類の板を用い,その大きさ,厚さ,曲げの強さが異なる条件で,音源付近の加圧により,音圧と繰り返し成分が増加する現象を制限し,厚さ0.5 mmのアクリル板が最もよく現象を再現できることを明らかにした.しかし,実用的と言える程度の音圧レベルや音声明瞭度の改善が見られなかったことから,今年度は,音源の振動部分に直接板を接触することで,実用的な音圧レベルや音声明瞭度の改善効果を得ることを目指した.より効果的に圧力を伝えるために,動電型(ダイナミック)スピーカーの試作を行った.スピーカーユニットにアクリル板を取り付けたり,エンクロージャーにアクリル板を挿入し,その形・大きさ・曲げ強度を変えて,発生する音を録音した.録音した音の音圧レベル,自己相関関数の有効継続時間の解析を行ったが,スピーカーユニット,エンクロージャーのどちらの場合も,音圧レベルや音声明瞭度の向上は見られなかった.これは,スピーカーの振動がアクリル板に効果的に伝わっていないためと考えられ,現在音源の加圧方法を再検討中である.スピーカーユニット,エンクロージャー以外の要素が,スピーカーから発生する音に及ぼす影響を検討するために,電源,電源タップ,オーディオインターフェースの電源ケーブル,アンプの電源ケーブル,録音用ハードの電源ケーブルを数種類使用して,聴感印象の違いを調べた.その結果,特にバッテリー電源を用いると,ノイズ感が少なく音を再生できることがわかった.期待通りの成果は得られていないが,計画通りに研究は進行している.昨年度試作したスピーカーでは,スピーカーの振動を効果的にアクリル板に伝えることができなかったため,本年度は新たにエンクロージャを含めて,3種類のスピーカーの試作を行った.エンクロージャーの形状は,正方形,縦長,横長とした.スイープ音を出力し,インパルス応答を測定し,音場評価指標(強さ,残響時間,初期減衰時間,初期後期反射音圧比(C50,C80),時間重心,初期反射音遅れ時間,両耳間相互相関度,両耳間時間差,両耳間時間幅を算出した.5種類の音楽を出力し,自己相関関数解析を行い,平均レベル,最大ピーク振幅・遅れ時間,有効継続時間,初期振幅幅を算出した.インパルス応答解析の結果,初期後期反射音圧比(C50,C80)が,2504000 Hzにおいて510 dB増加した.これは,初期の反射音が増加することによって明瞭度が改善していることを示す.強さ,残響時間等の他の指標については,明瞭なエンクロージャの効果は得られなかった.音楽の自己相関解析の結果,縦長・横長形状のエンクロージャでは,音圧レベルが,510 dB増加し,横長形状では,自己相関関数の有効継続時間が1030 ms延長した.これは,エンクロージャの形状により,音圧レベルと明瞭度の増加が可能であることを示している.

これまでの,板厚や圧力に加えて,エンクロージャの形状を工夫し,個々の効果を最大化することによって,より音圧レベルや音声明瞭度の改善効果を高めることが可能であることを明らかにした.本研究では,2種類のオルゴール,既製のスピーカー,携帯電話を音源として用い,アクリル板,プラスチック板,硬質塩ビ板,低発砲塩ビ板を用い,厚さ,曲げの強さが異なる条件で,音源付近の加圧により音圧と繰り返し成分が増加する現象を詳細に明らかにすることを目的とした.実験の結果,厚さ0.5 mmのアクリル板が最も良くこの現象を再現することができた.スピーカー・携帯電話では,あまりよく現象を再現できなかった.外部から圧力を加えるのではなく,内部にこの現象を発生する仕組みを組み込むことで,既存のスピーカーや携帯電話でも加圧による音圧と繰り返し成分が増加する現象を起こすことが可能と考えられる.板の接触,圧力の加え方について,改善の余地があるため,改善方法を検討する.この現象を最大に活用するための新型スピーカーの試作を行う.スピーカーユニットの改良などの音源の加圧方法を工夫する.音響工学新規にマイクロフォンを購入する予定であったが,他の研究員のものを借りることができたため,物品費を節約できた.研究補助者を雇用して研究を推進する予定であったが,適任者が見つからなかったため予定より人件費の支出が少なくなった.研究補助者を雇用して研究を推進する予定であったが,適任者が見つからなかったため,予定より人件費の支出が少なくなった.研究補助者を長期間雇用してさらに研究を推進する.研究補助者を雇用して,さらに研究を推進する.適任者は既に見つかっている.
極広域分光による窒化物半導体ナノデバイス構造の精密評価

窒化物半導体は,原理的に波長約0.2μmの紫外から約2μmの赤外までの光デバイスに応用可能である.未だに困難な赤や赤外域の長波長側へのデバイス利用波長域拡大のため,我々は極広域分光によりナノ構造評価,キャリアダイナミクス評価を行い,(1)p型伝導化の成功と正孔物性の解明、(2)p型・n型での非輻射再結合過程の活性化エネルギーやメカニズムの違いの解明,(3)"SMART"超構造と名付けた(InN)_m/(GaN)_n短周期超格子による欠陥低減とそれによるpn接合特性改善提案,および本短周期超格子系の実現性確認等の成果を得た.最小0.63eVまでの禁制帯幅を有すInNおよび高InNモル比窒化物系結晶を用いて、高効率窒化物発光素子の発光波長域を赤色・近赤外域へ拡大する基盤技術形成を行うことを目的とし、高密度欠陥・残留電子のために不明な高InNモル比窒化物系混晶の"真性"禁制帯幅など真の基礎物性の解明、量子構造設計パラメータの確定、および非輻射再結合中心解明とその密度低減対策提案を行う。具体的に以下のことを行う。(1)混晶系の真性禁制帯幅等を解明した量子井戸構造設計と光通信波長帯域の発光素子構造を作製し、振動子強度見積りから、高効率発光可能性を評価する。(2)p型InGaNの実現と正孔密度・移動度の混晶組成依存性を明らかにし、素子の基本要素であるp-n接合評価を行う。(3)高効率発光へ向けたキャリアダイナミクス解析による非輻射再結合過程の解明を行う。本結晶系に特徴的な表面・界面の電子蓄積の影響を克服した赤外分光によるキャリア密度・移動度測定、分光エリプソメトリを用いた結晶表面のその場観測・制御による量子構造制御、時間分解カソードルミネッセンスによる時間・空間領域の同時分解を行い輻射・非輻射ダイナミクスの解明と高効率発光への結晶改善点を解明する。窒化物半導体は,原理的に波長約0.2μmの紫外から約2μmの赤外までの光デバイスに応用可能である.未だに困難な赤や赤外域の長波長側へのデバイス利用波長域拡大のため,我々は極広域分光によりナノ構造評価,キャリアダイナミクス評価を行い,(1)p型伝導化の成功と正孔物性の解明、(2)p型・n型での非輻射再結合過程の活性化エネルギーやメカニズムの違いの解明,(3)"SMART"超構造と名付けた(InN)_m/(GaN)_n短周期超格子による欠陥低減とそれによるpn接合特性改善提案,および本短周期超格子系の実現性確認等の成果を得た.(1)高InNモル比InGaNの残留電子濃度解析と不均一性を考慮したバンドパラメータ解析(1)GaNテンプレート上へのIII族極性InNエビ膜中の貫通転位を系統的に解析し、10^8cm^<-2>程度存在するらせん成分貫通転位が表面スパイラルヒロックの原因であり、10^<10>cm^<-2>程度存在する刃状成分貫通転位が3-5x10^<17>cm^<-3>程度存在する残留ドナの主な起源である可能性を示した。(2)200cm^<-1>までの赤外反射分光および分光エリプソメトリにより、空間的不均一性(表面・エビ膜と基板界面・結晶コラム界面・バルク本体)のある薄膜試料で、各部位を区別して、その電子濃度・移動度の解析可能な手法を開発した。(3)高InNモル比InGaN混晶の真性領域のバンドギャプを求め、その混晶湾曲因子が0.7eVから1.4eVの範囲にあることを示した。(4)InNのp型伝導制御へ向け、Mgドープを系統的に検討し、付着係数がほぼ1で、Mg固相濃度10^<20>cm^<-3>程度までドープできることを示した。ホール効果測定では全てn型であったが、Mgドープによるアクセプタ準位(60meV)の補償効果で、電子濃度はまず減少した。しかし、Mgドープ濃度が高くなると再び高いn型伝導を示し、複合ドナ準位が形成されることを示唆した。(2)高格子不整合InN/In_xGa_<1-x>N系でのナノデバイス構造特性と光・電子物性の特徴の検討(5)III族極性結晶成長下での精密表面ストイキオメトリ制御が、表面・界面の平坦性と組成均一性に優れたInN/InGaN多重量子井戸構造の形成に必要であることを示し、x=0.7の多重量子井戸で井戸幅が約1nm以下で疑似格子整合性が実現された。(6)井戸幅0.5から1.5nmの多重量子井戸で圧電分極電界が10^6V/cmのオーダであり、室温フォトルミネッセンス波長が1.42から1.81μmまで制御可能であることを示した。(1)InN・InGaNのエピタキシ制御・物性制御と赤外分光手法による結晶性評価(1)InN中の刃状貫通転位低減:

InNで現状の最低電子濃度2×10^<17>cm^<-3>に近づくにつれ、c軸方向に連なる欠陥が主たる残留ドナであることを、赤外反射・赤外分光エリプソ測定による内部領域のプラズマ振動寿命異方性から明らかにした。ホール測定等による解析結果も同様で、刃状貫通転位密度低減が電子濃度減少と移動度向上に最重要課題であることを示した。(2)InNのp型伝導制御実現:残留濃度低減を図ったInNにMgアクセプタ添加を行い、InNでの10^<13>cm^<-2>以上の高濃度表面・界面電荷蓄積を考慮した電解液型電圧-容量特性測定の測定原理を初めて解明し、Mg濃度1-20×10^<18>cm^<-3>の領域で正味アクセプタの存在を実証した。また、これ以上のMg濃度では複合ドナが誘起され再びn型となることも明らかにした。赤外分光評価による内部領域プラズマ振動測定の広いMg濃度範囲での系統的評価からも正孔の存在を明らかにした。また、正孔移動度が室温で15-33cm^2/Vsであることを伝導特性解析から初めて示した。(1)疑似格子整合InN/In_0.3Ga_0.7超格子のピエゾ電界:InN井戸層厚が0.9nm以下で疑似格子整合系超格子となり、時間分解および定常PLの励起強度依存性評価から、InN中のピエゾ電界強度が約1MV/cmであることを明らかにした。(2)超薄膜InN/GaNナノ構造での輻射寿命の解明:InN層1分子層構造で15Kでの輻射再結合寿命が0.7ns、2分子層構造で0.3nsであり、同様の発光波長400nm程度におけるInGaN/GaN量子井戸試料の代表的輻射寿命5nsに比べ短く、高効率発光素子構造としての優れた可能性を実証した。(3)カソードルミネッセンス(CL)によるキャリアの空間・時間ダイナミクス評価システムの構築CLで時間・空間分解ダイナミクス評価が可能となる、超高速ビームブランカーを付属したSEM-CL装置を構築した。(1) InNの電子正孔散乱過程解明(平成20年度分)(1)電子の散乱・移動度評価:赤外分光エリプソメトリ・反射分光により表面・界面を除いた内部バルク領域において赤外光振動数領域での電子の移動度(光学移動度)を求めた。特にc軸平行方向と、垂直方向の振動に対する移動度の異方性解析より、残留電子密度減少に伴う移動度増加は点欠陥や複合欠陥減少によるもので、電子密度10^<17>cm^<-3>台では刃状転位が電子移動度を制限する主な要因であること分かった。(2)正孔の散乱・移動度評価:まず、赤外分光エリプソメトリ・反射分光により表面・界面電子蓄積の影響を排除して正孔密度・光学的波移動度の測定に成功し、最大10^<19>cm^<-3>程度のデバイス応用に十分な正孔密度が実現されていることが分かった。また、正孔は、電子と同様に刃状転位により大きく移動度が低下している一方、MgまたはMgに関する複合欠陥により移動度が減少していることが分かった。(2) n-InN中キャリアの輻射・非輻射再結合評価-転位・点欠陥の効果-(平成20年度分)In極性のn-InNについてフォトルミネッセンス(PL)強度の測定温度依存性やPL励起スペクトルにより非輻射過程を評価した。その結果、16Kの低温域でのPL強度は刃状転位密度の大きい結晶で小さく、活性化エネルギーを必要としない過程であることが分かった。一方温度上昇に対するPL強度の減少度には、刃状・螺旋転位密度や残留電子密度に相関はなく、その他の点欠陥や複合欠陥がバンド端発光を低減していることが分かった。今後p-InNのPL・CL評価と合わせ、非輻射中心の実態とその速度を明らかにする。(3)平21年度への繰越分分子線エピタキシ装置の洗浄、クライオポンプのオーバーホールなどを行い、結晶の高純度化を行い、分子層エピタキシによる高精度超格子のエピタキシが達成された。(1)Mgドープ試料:MgドープInNは発光強度が弱く、その原因解明を行っている。
腎臓のカルシウム輸送体の発現調節とリン代謝

食塩摂取による尿中へのカルシウム排泄の増加は、骨粗しょう症や尿路結石に関与する。食塩負荷ラットで、遠位尿細管のカルシウム再吸収分子は増加し、カルシウムを最も多く再吸収する近位尿細管でそれを促進するclaudin 2蛋白は減少した。食塩を摂取ではclaudin 2が減少し、尿へカルシウムが喪失する可能性がある。また、腎でNa+/Ca2+交換輸送体(NCX1)は遠位尿細管と血管平滑筋にあるが、ラット腎にNCX1阻害薬を作用させると、カルシウム動態は不変で、血清リンが低下し、尿蛋白および糸球体径が減少した。腎NCX1のリンや尿蛋白、糸球体内圧への関与が示唆され、腎臓病で重要となる。食塩の摂取で尿中へのカルシウム排泄は増加する。これは、骨粗しょう症や尿路結石に関わるが、その機序は不明である。腎尿細管の各セグメントには、多彩なカルシウム輸送分子が存在する。これらの発現が食塩摂取により変化すれば、尿中へのカルシウム排泄が増加する可能性がある。そこで、正常ラットに高塩食を8週間負荷し、腎臓のカルシウム輸送体の発現を調べた。遠位尿細管のカルシウム再吸収分子(TRPV5, calbindinD28k, NCX1)は増加し、近位尿細管でカルシウム再吸収を促進するclaudin 2の蛋白発現は減少していた。Claudin 2の存在する近位尿細管は、カルシウムが最も多く再吸収される部位であり、そこでのカルシウム再吸収の減少は、遠位尿細管カルシウム再吸収機構の亢進では十分に代償されず、結果的に食塩摂取により尿中へカルシウムが喪失する可能性を示唆する。この結果は、2012年に論文発表した。また、カルシウム輸送体の1種、Na+/Ca2+交換輸送体(NCX1)は腎で主に遠位尿細管と血管平滑筋に存在するが、腎臓における機能をin vivoでみた報告はない。そこで、片腎を摘出したラットの残腎に浸透圧ポンプでNCX1阻害薬、SEA0400(SEA)を1週間投与し、その影響を調べた。すると、カルシウム動態は不変であったが、血清リンが有意に低下した。また、片腎ラットの糸球体はhyperfiltrationを呈すると考えられるが、SEA群ではvehicle群に比べ、体血圧および血漿アルドステロン濃度が増加したにも関わらず、尿蛋白および糸球体径が減少した。これらの知見は、慢性腎臓病などで問題となるリンや尿蛋白、糸球体内圧の調節に腎臓のNCX1が関与することを示唆し、今後その機序を解明する手掛かりとなる(投稿準備中)。本研究の目的は、食塩負荷による腎のカルシウム輸送分子の発現調節について明らかにすること、および腎臓で接合管に主に発現するNa+/Ca2+交換輸送体タイプ1 (NCX1)の糸球体内圧やカルシウム・リン調節における役割を明らかにすることである。我々の実験で、正常ラットに8週間8%の高食塩食を負荷すると、尿中カルシウム排泄は約7倍に増加し、腎皮質でNCX1を含む遠位尿細管に存在する4種類のカルシウム再吸収分子の発現が増加した。それに対し、近位尿細管においてCa2+およびNa+のparacellular transportを調節するtight junction proteinであるclaudin 2の発現は、食塩負荷で蛋白レベルでは減少した。近位尿細管でのCa2+再吸収はNa+と競合し、食塩負荷に応じて低下する。経口食塩負荷による腎claudin 2の減少は、近位尿細管におけるCa2+再吸収低下、さらには尿中カルシウム排泄の増加につながる可能性が示唆される。一方、食塩負荷による遠位尿細管のカルシウム輸送分子の発現増加は、近位尿細管でのカルシウム喪失を代償する可能性がある。その調節機構の一つとして、血中1,25-dihydroxyvitamin D3濃度を測定したところ、食塩負荷群では有意に低下しており、それ以外の因子が関与する可能性が高いと考えた。接合管のNCX1は、Na+濃度変化を交換輸送により細胞内Ca2+濃度変化に置換し、klotho分泌を調節する可能性がある。遠位尿細管カルシウム輸送分子の発現変化が、接合管から分泌されるカルシウム・リン調節因子であるklothoを介する可能性につき、さらに検討中である。本研究が主題とする尿中へのカルシウム喪失は、高血圧症、骨粗しょう症、尿路結石症などの病態生理に密接に関連する。その機序解明は重要な課題である。2011年7月に出産、その前後で1年未満の産休・育休を取得したため、予定よりもやや研究の進行は遅れている。研究計画に基づき、ラットを用いた動物実験および培養細胞を用いた実験を継続する。

平成23年度に1年未満の産休・育休を取得したため、計画よりも研究の進行がやや遅れている。これに伴い、研究費の使用状況も初年度は予定より少なかった。しかし、平成23年度中に復帰、研究を再開しており、平成24年度には研究をさらに進めるため、実験動物や細胞培養、抗体などのアッセイにおいて研究費の使用が必要となる予定である。
ナノスケールで変化した傾斜構造の物理的・力学的挙動の原始レベルシミュレーション

ナノスケールで変化した傾斜構造の原子レベルシミュレーションとして,耐熱合金であるNi基超合金中の異相界面に関する分子動力学計算を行った.計算の対象としたのは,L1_2型の金属間化合物Ni_3Al(γ'相)とNi(γ相)との整合界面である.本合金の機械的性質は両相の格子定数の差に依存することが知られている.従来の実験研究においては,種々の合金元素添加によりγ'ならびにγ相の格子定数を変化させることにより,Ni基超合金の特性向上が行われてきた.本研究は,γ'/γ界面の微視的な物理的・機械的特性を理論的に明らかにするとともに,構造制御のための指針の確立を図ることを目的としている.γ'相とγ相が(100)面で直接接合しているNi基超合金の通常の組織を比較のための無傾斜構造とした.構造の傾斜化としては組成分布の変化のみならず格子欠陥の分布も変化させる.すなわち,規則相であるγ'相のAl原子をantisite atom defectとしてNi原子に置き換える.この場合,点欠陥の導入は距離の関数としてランダムに行った.これらの構造に対する分子動力学計算は能勢の温度体積一定のアンサンブルにより行った.結果の時系列データを統計力学的に解析し,原子レベルでの物理量の空間分布を明らかにした.Ni基超合金中の界面近傍での格子定数(歪分布)ならびに応力エネルギー分布をを初めて明らかにするとともに,格子欠陥・組成の分布を傾斜制御することによりγ'/γ界面の微視的な応力エネルギーを低減しうることを見い出した.ナノスケールで変化した傾斜構造の原子レベルシミュレーションとして,耐熱合金であるNi基超合金中の異相界面に関する分子動力学計算を行った.計算の対象としたのは,L1_2型の金属間化合物Ni_3Al(γ'相)とNi(γ相)との整合界面である.本合金の機械的性質は両相の格子定数の差に依存することが知られている.従来の実験研究においては,種々の合金元素添加によりγ'ならびにγ相の格子定数を変化させることにより,Ni基超合金の特性向上が行われてきた.本研究は,γ'/γ界面の微視的な物理的・機械的特性を理論的に明らかにするとともに,構造制御のための指針の確立を図ることを目的としている.γ'相とγ相が(100)面で直接接合しているNi基超合金の通常の組織を比較のための無傾斜構造とした.構造の傾斜化としては組成分布の変化のみならず格子欠陥の分布も変化させる.すなわち,規則相であるγ'相のAl原子をantisite atom defectとしてNi原子に置き換える.この場合,点欠陥の導入は距離の関数としてランダムに行った.これらの構造に対する分子動力学計算は能勢の温度体積一定のアンサンブルにより行った.結果の時系列データを統計力学的に解析し,原子レベルでの物理量の空間分布を明らかにした.Ni基超合金中の界面近傍での格子定数(歪分布)ならびに応力エネルギー分布をを初めて明らかにするとともに,格子欠陥・組成の分布を傾斜制御することによりγ'/γ界面の微視的な応力エネルギーを低減しうることを見い出した.
PETを用いた慢性脳虚血における経時的acetazolamide反応性

平成17年度はPETを用いて、平成16年度に検査施行した正常ボランティア10例のデータを基に(各パラメーターの結果の平均±2SDを正常範囲とした)、平成16年度に引き続き脳主幹動脈閉塞性病変をもつ患者25例(2年間で合計50例)に対して、安静時脳血流量(CBF)、CO_2負荷後CBF、aectazolamide負荷後5分、15分、30分のCBFを測定、同時に脳酸素摂取率(OEF)、脳酸素代謝量(CMRO_2)も測定した。その結果、1)OEF、CMRO_2とも正常範囲の症例ではacetazolamide負荷後5分、15分と著明なCBF増加を認め、負荷後30分後15分後と比してむしろCBFの低下を認めた。2)OEF亢進、CMRO_2の症例では、負荷後5分のCBFが安静時CBFと比して低下(盗血現象)を認めたが、その後15分、30分と徐々にCBFの増加を認めた。3)OEF正常、CMRO_2低下の症例では負荷後5分、15分、30分と経時的に緩徐なCBF増加を認めた。またCO_2負荷時のCBFはacetazolamide負荷5分後のCBFと最も有意な相関が認められた。以上の結果から、1)日常臨床で汎用されているSPECTのみを用いることで、酸素代謝を推測することが可能。2)acetazolamide負荷後の至適測定時期は負荷後5分後。3)acetazolamide負荷後の経時的な脳血流の変化を測定する事が出来れば、脳酸素代謝、神経活性を見る事が可能であることが示唆された。平成16年度はPETを用いて、正常ボランティア10例に対して、安静時脳血流量(CBF)、CO_2負荷後CF、aectazolamide負荷後5分、15分、30分のCBFを測定、同時に脳酸素摂取率(OEF)、脳酸素代謝量(CMRO_2)も測定し、各パラメーターの結果の平均±2SDを正常範囲とした。その後、脳主幹動脈閉塞性病変をも患者25例に対して、健常ボランティアの場合と同様のプロトコールで、各パラメーターの測定を行った。その結果、1)OEF、CMRO_2とも正常範囲の症例ではacetazolamide負荷後5分、15分と著明なCBF増加を認め、負荷後30分後は15分後と比してむしろCBFの低下を認めた。またCO_2負荷時のCBFはacetazolamide負荷5分後のCFと最も有意な相関が認められた。2)acetazolamide負荷後の至適測定時期は負荷後5分後であることが示唆される。来年度以降は、患者症例を増やし検査の精度を向上させる予定である。
加圧トレーニングは靭帯・腱損傷からの復帰を早める

加圧トレーニングは、低負荷、短時間で、筋肥大をはじめとする有用な効果が得られるとされる。我々は膝前十字靱帯再建術後の患者に加圧トレーニングを実施し、採取した半腱様筋腱の再生、再建靱帯の成熟から、腱や靱帯の損傷にも早期治癒の効果が期待できるかを検討した。その結果男性被験者ではトレーニング群で、再生腱が肥大し、再建靱帯の成熟が早まる傾向が認められ、筋以外の組織においても有用性が高い可能性が示唆された。本研究は、加圧トレーニング(血流制限下での筋力トレーニング)が、筋力増大の効果だけではなく、靭帯・腱の治癒・再生を促進するかについて検証を行うことが目的である。加圧トレーニングは成長ホルモンの分泌促進により、従来の筋力トレーニングよりも軽負荷・短時間で筋力を増大させることができるとされている。スポーツ選手の靭帯・腱損傷に対するリハビリテーションでは、軽負荷の筋力トレーニングから始め、出来る限り短時間で競技復帰を目指す。もし、加圧トレーニングが靱帯や腱の治癒・再生にも有効であるならば、スポーツ選手の外傷・障害からの早期復帰を実現させることができると考えられる。本研究では、膝前十字靱帯(以下ACL)の再建術後患者を対象に加圧トレーニングを行い、再建した靱帯、さらには再建のために採取した腱の再生度合いを評価し、検討した。今年度は、加圧トレーニングを用いるにあたりリハビリテーション実施上の安全性を担保しながら効果的なトレーニング実施のためのプロトコルを検討しながら進めた。靱帯と腱の成熟度の評価については非侵襲的なMRIを用いて行った。我々はこれまでに通常のリハビリテーションを行ったACL術後の被験者を多数評価し、その手法を確立してきた。そこで、本研究ではこれまで同じ評価項目で調査してきた被験者男性9例、女性9例をコントロール群、新たな被験者男性11例、女性7例に加圧トレーニングを付加してトレーニング群とし検討した。その結果、男性加圧群において再生した腱が有意に太くなり、治癒・再生促進に効果がある可能性が示唆されたが、女性では結果が得られなかったこと、また、本研究で実施しているリハビリテーションプロトコルが通常加圧トレーニングよりも低負荷であるため、本研究でのトレーニングが先行研究で得られている内分泌系の変化をもたらしているかどうかについて、今後検証の必要性が示された。平成23年度においては新たに女性被験者5名、男性被験者3名を対象に、ACL再建術後1ヶ月の時点から週に2回、我々の管理下においてリハビリテーションプログラムに加圧トレーニングを付加し、臨床データの取得と実験評価データを取得した。さらに、加圧トレーニングが靱帯、腱の再生や治癒に有効であることを裏付けるため、これまでの加圧トレーニング研究で示されてきた生化学的な変化が本実験のプロトコルで起こっているか、また再生途中の腱にどのような変化が起こっているかを証明するため、血流変化を観察するためのMRI撮影、近赤外線分光法による酸素化ヘモグロビンの動態について観察した。統計的な比較・検討については今後被験者数の確保が必要となるが、男女の別、健側患側の別、トレーニングの種類や強度による比較を行っている。本研究では、加圧トレーニング(血流制限下での筋力トレーニング)が、筋力増大の効果だけではなく、靭帯・腱の治癒・再生を促進するかについて検証をする。加圧トレーニングは成長ホルモンの分泌促進により、従来の筋力トレーニングよりも軽負荷・短時間で筋力を増大させることができる。もし、加圧トレーニングが靱帯や腱の治癒・再生にも有効であるならば、スポーツ選手の外傷・障害からの早期復帰を実現させることができる。本研究では、スポーツ選手の靱帯損傷でも最も重篤な外傷の一つである膝前十字靱帯の再建術後患者を対象に加圧トレーニングを行い、再建した靱帯、さらには再建のために採取した腱の再生度合いを評価し、検討した。本研究の実施にあたり、我々の管理下においてリハビリテーションプログラムに加圧トレーニングを付加し、臨床データの取得と実験評価データを取得したが臨床的な問題点は認められなかったため、これらの被験者のデータを加圧トレーニング群として採用した。

術後1ヶ月後から4ヶ月後までの3ヶ月間をトレーニング期間とし、術後6ヶ月まで1ヶ月毎にMRIによる腱および靱帯の形態や成熟度を評価した。特に成熟度においてはヒトを対象とするため、侵襲を伴う組織学的な評価によって経過を追うことは困難なため、MRIのT2緩和時間を用いて行った。その結果特に男性被験者においては加圧トレーニングを実施して1ヶ月後の評価において対照群よりも形態学的に太く再生した。一方、成熟度においては有意差は認められなかった。従って、術後の再生腱においては加圧トレーニングによる腱組織再生の促進効果を狙える可能性が示唆された。今後は組織学的な検討や機能との関連について詳細に検討する必要がある。計画段階で検討していた靱帯・腱の成熟や再生に関する評価指標が確立し、被験者からのデータ収集に関して計画通り実行できている。対象被験者数の確保については、前十字靱帯再建術の件数によって左右されるため、なコントロール群、トレーニング群ともに今年度の対象人数について確実な予測を立てるのは困難であるが、昨年度までの実績を鑑みると概ね比較・検討できる状況にあるため。24年度が最終年度であるため、記入しない。これまでは靱帯・腱の再生のうち、主に採取後の再生腱について評価を行ってきた。再生腱は関節外組織であり、採取後の未成熟な状態から腱組織に成熟するという一方向性の変化を辿るため、成熟過程が評価しやすい。一方、再建した前十字靱帯については、採取・移植後の腱組織がリモデリングする過程において、移植直後よりも術後3ヶ月前後の時期に脆弱期をむかえることが動物実験などで明らかにされている。本研究においてはヒトの再建靱帯の治癒過程の評価を非侵襲的に実施することで、縦断的なヒトのデータが取得可能であるが、顕微鏡下での組織学的評価との照合は倫理的にも困難である。トレーニング群のみならず対照群の治癒過程のデータを蓄積し、通常の治癒過程のデータについて、より信頼性のある評価指標を模索する。
生体深部の見えない力を可視化する蛍光ポリマー素材の開拓

生体の力に対する応答の積極的利用は、医療の様々な局面における診断や治療の重要なカギとなりつつある。本研究では生体深部における高分子のひずみを、生体透過性の高い近赤外蛍光を用いて可視化することにより、生体深部で働く力を可視化するポリマー素材を開発するとともに、生体深部の力の可視化の方法を確立することを目的とする。本研究では特定のポリマー素材に一方の蛍光波長がもう一方の励起波長に相当するように2種の色素を均一に溶解し、ポリマーの変形に伴う分子間距離の変化を敏感に反映して変化する両色素の蛍光強度比から、ポリマー素材のひずみの変化を定量的に検出する。計画初年度は、溶液系において近赤外蛍光色素(ICG/IR-1061)でのICG励起(800 nm励起/950 nm蛍光)、IR-1061蛍光(950 nm励起、1150 nm蛍光)の濃度と蛍光特性の変化の相関を求めることができた。研究開始当初はICGの激しい退色とIR-1061の化学的な失活が大きな課題となった。そこで色素の溶解条件(二種の色素の濃度、溶解方法)等を種々検討した結果、溶液中で数時間OTN-NIR蛍光を維持できる状態を実現することができた。さらに両色素をドープした高分子材料を作ることができた。これをベースに、研究二年度目では高分子の変形に伴う蛍光の変化をイメージングにより可視化するプロセスに移行する。さらに得られたデーターをFEMの結果と照らし合わせ、その変形挙動や応力と蛍光像の関係を詳細に検討するとともに、動物組織を透過した際の変形撮像を実施し、本研究提案の原理を実証する。研究開始当初はICGの激しい退色の対策が大きな問題であったが、退色の防止策を年度内に得ることができ、次のステップである蛍光イメージングの段階に進みつつある。2年度目にはICG/IR-1061/PDMS系においてひずみ計測と解析を行い、生体深部観察が可能なOTN-NIR蛍光での本提案の実証実験を行う。できるだけ年度予算調度の執行を試みたが、どうしても端数が生じでしまうため次年度に繰り越すこととした。