hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
在宅療養強化型老健における要介護者主体の在宅移行のための看護実践モデルの開発

この研究は、医療施設から在宅への療養生活の移行がスムーズに、また当事者主体で行われることを目指し、中間施設としての役割が期待されている『介護老人保健施設』での支援に焦点を当てて行った。まず、文献調査、インタビュー調査を行い、1在宅支援機能の高い介護老人保健施設で行われている取り組み(15項目)、2介護が必要な高齢者が主体的に療養生活を移行することに関連する要因(5大項目、13中項目)、3介護が必要な高齢者が主体的に療養生活を移行することを支援するための看護実践モデルの枠組みを明らかにした。そして、全国の介護老人保健施設を対象に質問紙調査を行い、3の看護実践モデルの妥当性の確認を行った。本研究は3年の研究期間内に、1在宅強化型老健(以下、介護老人保健施設を老健と略す)を算定できている施設の特徴の解明、2在宅強化型老健の看護実践の内容と課題の記述、3在宅強化型老健の看護実践モデルの開発を計画している。特に、要介護高齢者と家族の主体性をコア概念とした実践モデルの開発を目指す。平成27年度は、12の知見を得るために2件の文献研究【研究1】【研究2】と1件のインタビュー調査【研究3】を実施した。【研究1】では、医学中央雑誌Web版、CiNii、JDreamIIIをデータベースとして「介護老人保健施設」「在宅強化型」「在宅復帰」「在宅療養支援」をキーワードとして検索し、国内の32文献を用いて検討を行った。その結果、在宅強化型老健における在宅復帰率向上に向けた15の取り組みのカテゴリー、すなわち<入所前や入所時点で入所目的を明確化>、<リハビリテーションの重視>、<在宅介護が可能かもしれないと思えるための家族支援>等が示された。また、現状における課題として、≪ベッド稼働率の低下≫、≪入退所が増えることによる業務負担増加≫などの課題が示された。【研究2】は研究1と同じデータベースを用いて「主体性」又は「自律性」、「転院」又は「退院」又は「退所」、「高齢者」をキーワードとして要介護高齢者の主体的な療養生活の移行に関連する13要因を明らかにした。13要因には、<高齢者の意思決定能力>、<高齢者と家族の意向の明確性>、<自分の事としての受け入れ>、<身体状況や行く末を見据えたタイミング>等が含まれた。【研究3】では、在宅復帰率の高い施設における要介護高齢者と家族を主体としたケアの実態や現状における課題を明らかにする事を目的に、在宅強化型もしくは、在宅復帰・在宅療養支援機能加算が算定できる老健に勤務する看護職・介護職にインタビュー調査を行った。【研究3】は現在データ収集の段階であり、今後、分析を進めていく予定である。この13の研究段階のうち、平成27年度(初年度)は、既存の文献の検討により在宅強化型老健の算定可能施設の特徴(特に実践の特徴)の解明(1)を終了し、2段階のデータ収集まで終了しているため、概ね順調に進展していると評価している。順調に進めることを可能にした理由としては、学内の研究分担者と密に密に連携を図りながら年間スケジュールを立案して遂行したこと、公表の時期などを柔軟に修正したこと、研究メンバーが定期的に話し合いを持ち、合意をはかりながら進めたこと、研究の基礎的な段階に位置づく12の部分については、研究代表者が所属する組織の研究分担者、連携研究者を中心として研究のサブ組織を構成して進めたことが良かったと考える。引き続き当初の計画から大きく遅れることのないように研究を推進していくことが課題である。本研究は3年の研究期間内に、在宅強化型介護老人保健施設(以下、在宅強化型老健とする)の算定ができている施設の特徴の解明(研究1)、在宅復帰率の高い老健をフィールドとした要介護高齢者の主体的な療養生活の移行に関連する要因の解明(研究2)、在宅強化型老健の看護実践モデルの開発(研究3)を計画している。特に、要介護高齢者と家族の主体性をコア概念とした実践モデルの開発を目指している。平成27年度は、文献検討により在宅強化型老健における在宅復帰率向上に向けた15の取り組みのカテゴリーと今後の課題を明らかにした。さらに、同じく文献検討により、要介護高齢者が主体的に療養生活の場を移行することに関連する13の要因のカテゴリーを明らかにした。平成28年度は、前年度に文献検討で抽出した13要因間の関連性を検討し、「要介護高齢者が主体的に療養生活の場を移行するためのプロセス」の構造を示し、最終的な成果となる在宅強化型老健の看護実践モデルの分析枠組みを検討した。また、これまでの文献検討の手法に加えて、より実践的な要因を抽出するために、在宅復帰・在宅療養支援機能加算算定施設に勤務する看護職員10名、介護職員13名を対象にインタビュー調査を実施した。インタビューデータを質的帰納的に分析し、在宅復帰率の高い施設の特徴に関連する要因を明らかにした。要因の分析には、前年度の文献検討の結果得られた13要因のカテゴリーを枠組みとして用いた。

その結果、要介護高齢者の主体的な療養生活の移行に関連する要因は、【高齢者要因】、【家族要因】、【ケア要因】、【施設要因】、【システム要因】等に分類されることが示された。平成29年度は、これらの要因の下位カテゴリーを用いて在宅復帰率の高い老健の特徴を調査するための質問紙を作成し、全国調査を実施する計画である。研究の進捗が計画当初よりも遅れている理由は主に2つあり、どちらも研究計画の修正が主な理由である。まず1点目は、研究計画当初は、在宅復帰率の高い老健として「在宅強化型老健」に対象を絞って在宅復帰率の向上につながる要因を明らかにすることを計画していた。しかしながら、在宅強化型老健として算定を受けるためには、ある程度連続した高い在宅復帰率の維持、ベッド回転率、要介護度等の厳しい算定基準が設けられているため、対象施設数が確保しにくいという状況があり、加算条件がやや緩やかな「在宅復帰・在宅療養支援機能加算」算定施設を対象とすることに計画を修正した。この計画修正に伴い、在宅復帰率の高い施設の特徴を解明するための要因を明らかにするためのインタビュー調査の対象者の熟考に時間を要し、なお且つ対象者数が計画時よりも増えたためデータ収集と分析に時間を要する状況となった。2点目は、平成27年度に実施した文献調査の結果、在宅強化型老健の実践を記述した文献数が少なく、文献検討の結果から在宅復帰率の高い施設の特徴を解明するための質問紙の項目を作成することが困難であり、質問紙作成に先駆けてインタビュー調査を実施する必要が生じたためである。研究開始当初は、看護実践モデル案の妥当性を検証するために実践家にインタビューすることを計画していたが、質問項目作成のためにインタビューを実施するという修正を行った。これらの研究計画の修正により、当初の予定よりも全体的に研究の進行が遅れている。しかしながら、実践の現場での有用性の高い看護実践モデルを開発するという観点では、上記の研究計画の修正は妥当であると判断している。今年度は、これまでに実施した文献調査,インタビュー調査等の研究成果を用いて,全国の介護老人保健施設を対象に質問紙調査を行った。この調査では,在宅療養支援に関する「加算をとっている施設(加算あり群)」と「加算をとっていない施設(加算なし群)」を比較し,加算をとっている施設の特徴を解明することを目的とした。なお,「加算あり」施設の選定は,在宅強化型老健の算定基準を満たしている施設,および在宅復帰・在宅療養支援機能加算を算定している施設の条件により行った。全国の介護老人保健施設の中から,前述した加算をとっている施設ととっていない施設を各1000施設サンプリングし計2000施設を対象に郵送調査を実施した。調査の回答は施設の属性に関する項目を事務担当者に,施設のケア実践の状況に関する項目を看護管理者にそれぞれ依頼した。分析は,対象施設の属性については、質問項目ごとに回答数の割合を算出し,ケア実践の状況については、「まったく当てはまらない」を1点、「とてもよく当てはまる」を5点として得点化し、「加算あり」、「加算なし」の施設群でその平均点をt検定で比較した。その結果,204施設から回答が得られた(回収率10.2%)。対象施設の平均入所期間は419.8日,平均在宅復帰率は39.1%,在宅移行に関する施設内研修があるものは26.4%だった。
学級編制・教職員配置における教育行政、学校経営上の改善方策に関する研究

1.本研究は、これまで3年間に以下の調査を実施し、学級編制や教職員配置に関する都道府県教育委員会-市町村教育委員会-学校の関係性をその裁量権限関係を中心に検討した。(1)都道府県教育委員会に対する質問紙調査(1次、2次)(2)事例都道府県教育委員会に対する訪問調査(3)市町村教育委員会(同一府県における県庁所在市を含む2市町)に対する訪問調査(4)少人数加配を受けた小中学校への質問紙調査(1400校)また学級編制基準の厳格性と柔軟性についての比較検討の観点からアメリカとタイ国の実態を現地調査によって明らかにした。2.本研究によって得られた知見は以下の通りである。(1)法改正を契機に、学級編制基準の弾力化が急速に進んでいる。だがそれによる定数改善が都道府県の単費によることから、規模の小さい府県の動きが大きい。(2)今回の定数改善に伴う動きによって、教育の地方分権化は進捗してきたが、府県によっては逆に学校の自律的な経営、教育を疎外する面も生じており、大胆な学校裁量が求められている。(3)少人数指導、少人数学級編制による教育効果は広く認められているが、その実際の運営の困難さから学級定数の切り下げがより志向される傾向にある。(4)地方財政が逼迫する中で、独自財源による定数改善は首長の政治的判断によるところが大きく、地域格差の拡大への対処が必要とされつつある。1.本年度は本研究の第1年度として、研究実施計画・組織の策定、先行研究の整理・検討及び第7数改善計画に関する政策分析から着手し、主要には以下の事例調査研究及び質問紙調査を実施した。(1)8都府県教育委員会を対象とした第7次定数改善計画の策定、実施状況及び学級編制基準に関する関係職員への面談調査、資料収集。(2)全国47都道府県教育委員会を対象とした教職員定数及び学級編制についての質問紙調査。郵送により2001年8月に実施、回収率-100%。2.上記の調査から得られた知見として、以下の諸点を提示できる。(1)第7次定数改善の決定が遅れたことから、各都道府県においては「ボトム・アップ」による加配教員の配置を取らず、都道府県教育委員会が市町村教育委員会からのヒアリングを実施する程度によって配置基準や配置校を決定した。(2)従来よりも各県による取組の多様性が認められる。(3)だが、従来の加配の手続きや評価方法を踏襲し、加配基準を機械的に設定している県も認められた。(4)8割強の県が「単費」による教職員配置をしているが、同時に定数標準法による定数と学校への配当数との差、いわゆる「しみだし分」の活用によって専科教員の配置や免許外教員の解消等に努めている。(5)規模の小さい府県ほど、独自財源による特色ある学級編成の取組が可能となっている。(6)市村教育委員会の権限拡大や学校裁量の拡大にっいては第1年次の評価によって検討課題とされている。3.本研究の成果については、本年11月の日本教育行政学会大会及び関西教育行政学会紀要で報告した。1.本年度は昨年度に実施した各都道府県教育委員会への質問紙調査、事例府県への訪問調査の結果を踏まえて、定数改善施策の進捗状況及びその学校における受け止めと少人数指導の実施状況を明らかにするため、以下の2調査を実施した。(1)全国47都道府県教育委員会を対象とした教職員定数及び学級編制についての第2次質問紙調査。郵送法により2002年7月に実施、回収率-97.9%。(2)少人数指導加配を受けている学校を中心に小学校1475、中学校1400に対する質問紙調査。郵送法により2002年9月に実施、回収率-小学校39.3%、中学校47.3%。またアメリカ(ウィスコンシン州)及びタイ(バンコク、アユタヤ)での比較外国調査を実施した。(1)各都道府県における学級編制の見直しが、その独自財源設定も含めて急速に広がっている。

(2)財源の負担や「同意」の与え方等において、都道府県教育委員会と市町村教育委員会の間の権限関係に変容が生じ始めている。(3)ほとんどの学校で少人数指導加配による子どもの理解やそれによる学力向上の効果を評価している。(4)教育委員会からは加配教員の活用について学校裁量を大幅に認めているとの見解が示されているが、学校側ではより裁量を拡大すべきとの要望が大きい。(5)アメリカとタイとの比較において、教職員の種別と配置、またその財源措置についての柔軟性が本課題に大きな要素となることが示唆された。3.本研究の成果については、本年10月の日本教育行政学会大会及び関西教育行政学会紀要で報告した。1.本年度はこれまで2年間に実施した都道府県教育委員会への質問紙調査、事例府県への訪問調査、少人数指導加配を受けている小中学校1400校への質問紙調査の結果を踏まえて、学級編制や教職員配置において特色ある取組みをしている9府県(山形県、宮城県、福島県、千葉県、埼玉県、山梨県、新潟県、京都府、鳥取県)、12市町に対する訪問調査を実施した。また本研究の最終年度として、これまでの調査研究を総括し、2003年10月の日本教育行政学会大会において発表し、研究報告書を刊行した。2.本年度調査から得られた知見として、以下の諸点を提示できる。(1)各府県における学級編制基準の見直しが急速に広がっている。(2)学級編制に関する都道府県と市町村の関係が「認可」から「同意」となったことから、独自の編制基準による教職員配置を求める市町村教育委員会が増えてきている。(3)市町村が少人数学級編制を独自の基準で実施するために、自主財源による非常勤講師の雇用が必要であるが、「特区」による常勤講師の雇用も認められる。(4)加配教職員の活用について、府県から市町村、市町村から学校への裁量拡大が認められるが、同時に府県教育委員会が対象学年や教科を指定する場合もある。(5)少人数指導、少人数学級編制に必要な施設・設備の整備が不十分であり、その制約条件となっている。3.学級編制や教職員配置に関する地方分権、学校裁量の拡大が、義務教育費国庫負担制度、県費負担制度の見直し動向に関わって、より重要とされるが、本研究においてそのモデルの提示を試みた。
慢性肉芽腫症の基礎的研究b型シトクローム大鎖欠損の遺伝生化学的解析

食細胞は刺激によりスーパーオキシドアニオン(O_<2->)を産生するが、殺菌に直接関与する他の活性酸素種は、この分子に由来し、ファゴゾーム中で二次的に形成される。慢性肉芽腫症(CGD)は食細胞が殺菌に必要な活性酸素を産生することができず、重篤な感染を繰り返す先天性の疾患である。先天性免疫不全症の中では最も発症頻度が高く、本邦では約100人の登録がある。O_<2->産生系は形質膜に存在し、刺激により活性化される一種の電子伝達系で、電子は細胞質のNADPHから形質膜の外側の酸素分子渡される。この系には大小鎖からなる形質膜のシトクロムと可溶性画分にあり刺激により膜に移動することが今回明かとなった47kDa蛋白質や65kDa蛋白質が関与している。CGDはこれらの蛋白質に関する遺伝子の欠損である。本年度はまず収集した正常ヒトDNAについてRFLP解析の可能性を調査し、シトクロム大鎖cDNAの5^1側の断片をプローブにするとBglIIの分解でRFLPが存在することをみいだした。これを基にCGD家系での調査を今後進めていくつもりである。次にシトクロムと2種の可溶性蛋白質が、末梢のBリンパ球に存在することを確認するとともに、その定量を行ったところ、これらの細胞では好中球の1%強のシトクロムと数%の可溶性蛋白質の存在が認められた。また多くのCGD家系について、EBVでトランスフォームしたBリンパ球を各種作成し、これらの蛋白質を調べたところ、対応する蛋白質の欠損が確認できた。しかし、シトクロム大鎖のcDNAをレトロウイルスベクターの発現に結合したDNAを作成したこれらのBリンパ球への導入実験を行ったが現在のところ成功していない。
量子凝縮相の基礎に関する総合研究

1.本特定研究領域では量子固体,量子流体,電子系凝縮相,超低温技術の4班に分れて研究を進めているが、本年度は最終年度にあたるので"合同研究会"を6日間にわたって開催した。その概要はニュースとして関係者に配布した。また理論研究グループは小規模な研究会を2回開催して現在の問題点を議論した。本特定研究領域の今年度の成果は報告書に括めて広く一般に配布した。2.本特定研究領域では5ヶ所に研究ステーションを設けているが、それぞれ分担した超低温技術と設備を充実し、協同研究を実施した。3.bcc【^3He】について、より高密度まで磁化測定を行いスケーリング則の破れが見出され、また磁場中比熱測定から磁気相図を決定し理論的検討が行われた。更に磁気相互作用によってuudd相の隣接磁区へのエネルギー伝達は殆んど行われないことが理論的に示された。4.超流動【^3He】B相については、層状細隙中のNMRから【→!n】ソリトンの存在や自由誘導減衰の周波数変化が見出され、サイズ効果の実験からコヒーレンス長やその圧力依存性が決定された。He【II】では高速流領域における熱流体力学的振舞やラマンスペクトルの圧力依存性が精密に測定された。また一次元一二次元的微小細隙中への吸着Heの特異な量子効果が種々の方法で調べられた。更に液体【^3He】への【^4He】の溶解度は超低温域で從来の予想以上に大きい可能性が示された。5.q【|!_】Hに近い場合のBiの超音波巨大量子減衰で温度変化の極大は正孔單独ピークでも起ることを見出した。中性子照射を行ったSiPを燒鈍する過程で金属・非金属転移に対する補償の効果が調べられた。またAlとAuでアハラノフ・ボーム効果の検出に成功した。6.超低温のSnとAl微粒子について低磁場下で異常に速い核スピン緩和が見出され、その原因を究明した。また【Cs_3】Co【Cl_5】について見出されたパルス磁場による負磁化状態の研究を更に進展させた。
簡便で安価な消費者レベルの果実食べ頃判定機の開発

セイヨウナシにおいて,現在実用化されている食べ頃判定用の製品はない。この理由としては,「装置が高価」,「使い方が複雑」,「精度の低さ」などが考えられる。そこで本申請では,「安価」,「簡便」,「消費者レベル」をキーワードとして,「精度の高い」セイヨウナシの食べ頃判定装置の開発を目指した。判定機は,バネの力を利用し,果実が硬いときには先端のプランジャーが果実に貫入せずに装置の内側に収まり,他方,果実が食べ頃になると先端のプランジャーが果実に貫入するようなものを考案し,1年目に試作1号機を作成した。さらに,前年度は実用性を高めるために,低コストで,よりコンパクトな試作2号機を作成した。本年度は,この試作2号機を用いて,プランジャーの直径,プランジャーの長さ,バネ定数の3点について検討した。その結果,プランジャーの長さについては,10mmと短い方で測定精度が高いことが判明した。プランジャーの直径については,2mmと3mmのものを比較したが,バネ定数の異なるバネを選択すれば,いずれも使用可能であると考えられた。バネ定数については,0.08N/mm^2から0.40N/mm^2まで様々なバネ定数をもつ9種類のバネを作成した。その結果,直径が2mmのプランジャーでは,0.16N/mm^2のバネ定数をもつバネが,また,直径が3mmのプランジャーでは,0.25N/mm^2のバネ定数をもつバネで食べ頃判定の精度が高かった。以上,本試験において,消費者レベルのセイヨウナシ食べ頃判定機の開発に成功したことから,今後は,消費者モニター試験を実施し,装置の普及を目指す。また本年度は,試作2号機とは別に非破壊型の試作3号機を作成した。本研究の目的は,セイヨウナシをはじめとする食べ頃判断の困難な果実用に消費者レベルの簡便な食べ頃判定機を開発することである。本年度は,セイヨウナシの中で生産量が最も多く,しかも食べ頃の判断がきわめて難しい'ラ・フランス'用の食べ頃判定機の開発に着手した。判定機は,バネの力を利用し,果実が硬いときには先端のプランジャーが果実に貫入せずに装置の内側に収まり,他方,果実が食べ頃になると先端のプランジャーが果実に貫入するようなものを考案した。試作機の作成に成功したことから, `ラ・フランス'でその精度を試験した。実験には,収穫後1°Cで3か月間低温処理したのち20°Cで追熟した`ラ・フランス'果実を供試した。追熟中毎日3果ずつ試作した判定機のプランジャーの貫入の有無を調査するとともに,果実硬度を破壊的に測定するレオメーターによる測定を行った。なお,判定機にはバネ定数の異なる6つのバネを用いた。その結果, 0.45のバネ定数をもつバネを用いたとき,果実の硬度が18Nを下回るとプランジャーが貫入することが判明した。ラ・フランスの食べ頃の硬度は510Nであることから,今回用いたものよりバネ定数の低いバネを用いるか,あるいは,プランジャーの直径を短くする必要があることが判明した。さらに,判定機のプランジジャーが貫入したかどうかをわかりやすくすることなど,改良すべき点がいくつかあるものの, `ラ・フランス'用の食べ頃判定機は十分に作成可能であると考えられた。セイヨウナシは収穫してすぐに食することができず、一定期間の追熟を必要とする。しかしながら、セイヨウナシの中でもっとも生産量の多いラ・フランスは、食べ頃になっても外観がほとんど変化しないために、食べ頃の判断がきわめて困難な果実である。そこで本研究では、消費者レベルの簡便な食べ頃判定機の開発を目指した。判定機は、バネの力を利用し、果実が硬いときには先端のプランジャーが果実に貫入せずに装置の内側に収まり、他方、果実が食べ頃になると先端のプランジャーが果実に貫入するようなものを考案した。前年度において作成した食べ頃判定機の試作1号機をラ・フランスで試験した結果、食べ頃よりやや硬い果実を食べ頃と判定することが判明した。本年度は、最初にラ・フランス以外のセイヨウナシにも応用できるかどうか検討するために、バートレット、シルバーベル、ル・レクチェを供試して検討した。その結果、判定に品種間差異があることが判明した。次に、ラ・フランスにおける判定の精度を高めるために、前年度に用いたものよりバネ定数の低いバネを用いて実験を行った。その結果、食べ頃と判定する果実の硬度は低下し、より実用的になったものの、結果にややばらつきがみられた。そのためもう一つの改善策として、プランジャーの直径を細くした試作2号機を作成した。今年度、この試作2号機をバートレットなどの早生品種で試験し改良し、ラ・フランスが出回る時期にラ・フランス用の食べ頃判定機の完成を目指す。

さらに,前年度は実用性を高めるために,低コストで,よりコンパクトな試作2号機を作成した。本年度は,この試作2号機を用いて,プランジャーの直径,プランジャーの長さ,バネ定数の3点について検討した。その結果,プランジャーの長さについては,10mmと短い方で測定精度が高いことが判明した。プランジャーの直径については,2mmと3mmのものを比較したが,バネ定数の異なるバネを選択すれば,いずれも使用可能であると考えられた。バネ定数については,0.08N/mm^2から0.40N/mm^2まで様々なバネ定数をもつ9種類のバネを作成した。その結果,直径が2mmのプランジャーでは,0.16N/mm^2のバネ定数をもつバネが,また,直径が3mmのプランジャーでは,0.25N/mm^2のバネ定数をもつバネで食べ頃判定の精度が高かった。以上,本試験において,消費者レベルのセイヨウナシ食べ頃判定機の開発に成功したことから,今後は,消費者モニター試験を実施し,装置の普及を目指す。また本年度は,試作2号機とは別に非破壊型の試作3号機を作成した。(抄録なし)
慢性砒素中毒が神経系に与える影響の研究

慢性砒素中毒は多臓器にまたがる障害を生じ、近年多くの国において健康被害の脅威となっている。宮崎県土呂久地区では、1920年から1962年に高濃度慢性砒素中毒患者が生じた。住民検診において、多くは温痛覚性末梢神経障害を呈し、重症例では深部感覚障害を併発した。体性感覚誘発電位では重症例において中枢伝導時間の遅延が認められた。低濃度の飲料水砒素汚染が広がっているミャンマー国における住民検診にて、神経学的評価を実施した。50ug/Lを越えた飲料水摂取群では振動覚性末梢神経障害と中枢神経障害を呈した。これらの結果は、初めての知見であり、世界に数千万人と言われる砒素中毒患者の診療に重要な情報となる。宮崎県高千穂町土呂久鉱山における慢性砒素中毒患者は、1973年以降住民検診が続けられている。神経学的診察および神経伝導検査は主に宮崎大学神経内科診療グループにより長年実施され、現在においても毎年30-80名が受診している。砒素曝露後40年以上経過を追った研究は世界に例がなく、この分析で得られる知見は全て世界初の報告である。神経学的診察所見の分析では、それぞれの項目を定量数字化し、生理学的検査の結果も含めて、経時的経過を電子データとして入力した。その中の分析で、神経線維径が大きい深部感覚は砒素曝露後40年間で進行性に悪化している一方で、表在覚は一定の傾向がみられず、線維径により経過が異なることが示された。慢性砒素中毒患者の感覚障害には、四肢遠位部のみならず、体幹部に強い感覚障害を認めることが一定の割合で存在した。そこで、内科的な他の合併症のない症例に対して、体性感覚誘発電位を実施した。年齢を一致させた正常群と比較して、慢性砒素中毒患者群は、中枢感覚伝導時間が有意に延長していることが証明された。これまで知られていた慢性砒素中毒による感覚障害は、末梢神経障害のみならず、中枢神経障害による要素も関連していることが初めて示された。曝露後40年以上経った現在においても、中枢神経障害が残存していることが世界で初めて報告した。この事項については英文論文にて成果を発表した。現在は、視覚フリッカー試験、自律神経障害の定量化を実施しており、データが蓄積されつつあり、慢性砒素中毒がどの経路に強く障害をもたらすかが明らかになりつつある。動物実験に関しては、砒素投与系の研究がスタートした。住民検診のデータは電子データ化し、容易に分析可能な状態となった。神経障害については、分析を多方面から行い上記の成果を得たが、内科的所見については、分析はまだしていない。神経生理学的解析、脳機能分析は一部実施済みであるが、今後行う項目が残っている。動物実験での検証については、ヒトにおける障害がある程度判明した時点での開始が望ましいと考え、現時点では緒についたところである。意義のある研究結果が見いだせるかどうかは不明である。宮崎県高千穂町土呂久鉱山における慢性砒素中毒患者の障害は、1973年公害病に指定され、1973年以降、この地区の住民検診が続けられている。平成27年度では、感覚神経系に主体をおいて解析し、中枢神経系において砒素が障害をもたらすことを世界で初めて証明した。曝露後40年経った時点においても中枢神経系の障害が残存していることは砒素中毒予防政策に大きな影響を及ぼした。平成28年度では神経系に限らず、内科系、呼吸器系、皮膚科系、耳鼻咽喉科系、循環器系などの障害が暴露濃度・期間、曝露後の期間においてどのような形で後遺症を呈するかを分析した。その中で、初期は気道障害、末梢神経障害が強く、時間ととに改善するが、中枢神経障害、悪性疾患は、長期経過の中でも変わらず存在する可能性が示唆された。生理検査においては、自律神経系の評価を追加し、重症患者においては自律神経障害が併存することが示唆され、現在詳細な分析を行っている。起立性の血圧変化とheart rate変動にて評価を行っているが、評価項目を増やす予定である。視覚フリッカー試験は明らかな障害は証明できなかった。中枢神経障害を臨床的に評価するために、複合感覚について時間的2点識別感覚を追加する。一部データがそろいつつあるが、若干の障害が示唆される結果であった。動物実験においては、砒素による末梢神経障害を呈するマウスの作成と分析を行っており、データの蓄積および解析中である。治療候補薬の効果を検討する住民検診における疫学を含めた検討では、感覚障害、皮膚障害、気道障害が初期には多いが、数十年以降は聴覚および臭覚障害などの中枢神経障害による症状が目立つということを示した。これらの所見を統計学的に証明済みであり、現在論文作成中である。砒素中毒患者における自律神経障害については、すでにデータが相当数集積済みで、重症例には自律神経障害が存在することは判明している。現時程では、さらなる集積を予定している。動物実験においては、砒素による末梢神経障害の作成には成功しているが、治療候補薬などの検証はこれからの段階にとどまっている。意義のある研究成果が導けるかどうかは不明である。

慢性砒素中毒症は多臓器にまたがる障害を呈し、近年多くの国において健康被害の大きな脅威となっている。宮崎県高千穂町土呂久鉱山では、かつて砒素鉱山があり、1920年から1962年までの間、間欠的な亜砒酸ガスの大量飛散により高濃度の慢性砒素中毒患者が生じた。その障害に対する住民検診として、1973年以降詳細な神経内科診察および神経伝導検査が40年以上実施され、現在でも毎年30-80名が受診している。これまでの研究結果から、神経学的診察においては、著明な温痛覚(小径線維)障害を中心とした末梢神経障害を呈し、重症例では深部感覚(大径線維)障害を併発することが判明した。しかしながら、一部の症例では末梢神経障害だけでは説明困難な全身の感覚障害を呈する患者がいる。そこで中枢神経系の誘発電位法を利用して、慢性砒素中毒症においては軽度ではあるが、有意に中枢伝導時間の遅延が認められ、最終曝露から40年以上も中枢神経障害が残存していることを示した。最終年度の研究では、低濃度ではあるが飲料水砒素汚染が広がっているミャンマー国において、2000人規模の住民検診を現地医師と協力して、飲料水の砒素濃度、神経学的評価を実施した。WHOが定める10ug/Lを越えた飲料水を飲んでいる群では痛覚(小径線維)における末梢神経障害が推測された。50ug/Lを越えた飲料水を飲んでいる群では振動覚(大径線維)における末梢神経障害と中枢神経障害を含む2点識別覚が、コントロール群に対して有意に障害を呈した。低濃度から高濃度における砒素中毒においては、小径線維、大径線維、中枢神経系の順番で障害を呈することが示唆された。また、中枢神経障害に関しては長期間その障害が残存する可能性が示された。これらの結果は、世界で初めての知見であり、世界に数千万人と言われる砒素中毒患者の診療にとって極めて重要な情報となる。慢性砒素中毒は多臓器にまたがる障害を生じ、近年多くの国において健康被害の脅威となっている。宮崎県土呂久地区では、1920年から1962年に高濃度慢性砒素中毒患者が生じた。住民検診において、多くは温痛覚性末梢神経障害を呈し、重症例では深部感覚障害を併発した。体性感覚誘発電位では重症例において中枢伝導時間の遅延が認められた。低濃度の飲料水砒素汚染が広がっているミャンマー国における住民検診にて、神経学的評価を実施した。50ug/Lを越えた飲料水摂取群では振動覚性末梢神経障害と中枢神経障害を呈した。これらの結果は、初めての知見であり、世界に数千万人と言われる砒素中毒患者の診療に重要な情報となる。住民検診のデータは電子データ化し、容易に分析可能な状態となった。神経障害については、分析を多方面から行ったが、内科的所見については、今後実施する。神経生理学的解析、脳機能分析は一部実施済みであるが、今後行う項目が残っている。これらの解析により砒素による障害がどの経路に生じやすいのかを特定できるようになる。動物実験での検証については、現時点ではスタートした段階であり、意味のある研究結果が見いだせるように、投与する砒素濃度の工夫を行う。当初は神経系のみの解析をする予定であったが、肝臓などの実質臓器の分析も追加予定である。住民検診における疫学を含めた検討では、初期と数十年以降の後期段階における後遺症の違いを統計学的に示し、世界に広がる砒素中毒患者の医療につなげる。
同所性肺がんモデルを用いたRhoC dominant-negative遺伝子治療

結果:(1)遊走細胞数および浸潤細胞数共にParental群に比較してRhoC群において増加を、dnRho群において減少を認めた。(2)Parental細胞群と比較してRhoCを導入したLLC細胞ではMMP-2,MMP-9,MT1-MMP, TIMP-2の遺伝子発現レベルの上昇を認めた。MMPsの活性を調べた結果、RhoCを導入したLLC細胞において潜在性MMP-2,MMP-9,活性型MMP-2の活性の亢進が認められた。これに対してdnRhoを導入したLLC細胞ではMMPsの活性の低下を認めた。研究II:RhoC dominant-negative遺伝子導入がin vivo同所性非小細胞肺がんの転移抑制に有効かどうか明らかにするためにC57/BL6(6-8週令、雌)マウスを用いて、LLC遺伝子導入細胞を直接肺内に投与し、肺がんモデルマウスを作成した。モデル作製後10,14,21日後にsacrificeし、原発腫瘍体積、縦隔リンパ節転移重量ならびに組織学的解析を行った。結果:モデル作製後21日目において原発腫瘍体積は、各遺伝子導入群とParental群との間に有意な差は認められなかった。これに対して縦隔リンパ節転移重量はRhoC群において有意に多く、dnRho群において有意に少ない結果を認めた。考察:以上の実験結果よりRhoC遺伝子が肺がんの縦隔リンパ節転移を促進し、MMPの活性が深く関与していることが明らかになった。昨年度は、培養非小細胞がん細胞へのレトロウイルスの導入を行い、肺がん細胞を直接肺内に注入することにより同所性肺がんモデルマウスの開発に成功した。本年度はこのウイルス導入非小細胞がん細胞および肺がんモデルマウスを用いて以下のことを行った。1.培養非小細胞がん細胞(LL-2)へのレトロウイルスによるRhoC dominant-negative遺伝子治療LL-2細胞においてRhoC遺伝子の発現をRT-PCR法を用いて確認した。Retrovirusvectorに3回重複感染させることで、1回では56%、2回では74%、3回では86%まで導入効率を上げることができた。RhoC dominant-negative遺伝子を作製し、レトロウイルスベクターを用いて肺がん細胞に導入した。フローサイトメトリーによりRhoC dominant-negative遺伝子が導入された肺がん細胞のみを選別した。同所性肺がんモデルマウスの作製に成功し、モデル作製後21日目において縦隔リンパ節重量は、RhoC遺伝子導入細胞投与群(RhoC群)773mg,RhoC dominant-negative遺伝子導入細胞投与群(dnRhoC群)206mg、非遺伝子導入細胞群(Parental群)は328mgでdnRhoC群はRhoC群(P<0.001),Parental群(P<0.05)に比較して有意に転移抑制を認めた。遊走細胞数、浸潤細胞数とも、Parental群に比較してRhoC群で有意に増加(P<0.001),dnRhoC群で有意に減少(P<0.05)を認めた。
伊東細胞の運動と収縮機能についての研究

伊東細胞はその体積に比して表面積が広く、類洞を輪状に取り囲むような多数の突起を有するなどの特異な形態から、pericyteとしての機能を持ち、その収縮と拡張によって肝類洞の血流の調節に何らかの役割を果たしていると推定される。そこで、強力な血管収縮作用を持つendothelin-1(ET-1)が伊東細胞の運動にどのような影響を及ぼすかを明らかにする目的で、ET-1を培養液に添加した後の伊東細胞の動きをvideotape recorder(VTR)で経時的に録画し、画像解析装置を用いて定量的に分析した。また、伊東細胞の収縮における細胞骨格の変化についてはまったく知られていないので、共焦点レーザー走査顕微鏡を用いて、伊東細胞の収縮過程での細胞骨格の変化を三次元的に観察することとした。ET-1(10 nM)を培養液に添加すると、30分後から培養伊東細胞の収縮が始まり、2時間にわたって次第に強く収縮し、最大収縮率は30%となった。伊東細胞は収縮によって紡錐形となり、その後も収縮状態は持続した。4時間後に、ET-1を含まない培養液に交換すると、収縮していた伊東細胞はゆっくり伸展し、2時間後にはほぼもとの状態に復した。伊東細胞をマイクロチュブルスとアクチン、あるいはデスミンとアクチンの組み合わせで蛍光二重染色を行い、共焦点レーザー走査顕微鏡で観察すると、その収縮に伴う細胞骨格の三次元的な変化が明瞭に観察された。伊東細胞の自発運動や移動の有無と各種血管作動物質の伊東細胞の運動・収縮に及ぼす影響を明らかにするために、培養伊東細胞の動きをvideotape recorder(VTR)で経時的に録画し、画像解析装置を用いて定量的に分析した。伊東細胞はラット肝から分離・培養し、細胞同定のためにデスミン蛍光染色を行った。培養細胞の95%以上にデスミンフィラメントが染色され、この細胞は伊東細胞であることが確認された。VTRで伊東細胞を連続撮影すると、分裂期にない細胞ではほとんど自発運動は認められなかったが、細胞分裂時には伸展していた伊東細胞の突起部分が急速に収縮し、球状となって培養皿の表面を移動し、分裂後再び培養皿に接着・伸展する様子が観察された。このように、伊東細胞に増殖刺激が加わる肝の線維化時には、局所に移動して集積する可能性が考えられた。Endothelin-1を培養液に添加すると、30分後から伊東細胞の収縮が始まり、2時間にわたって次第に強く収縮し、最大収縮率30%となった。4時間後に、endothelin-1を含まない培養液に交換すると、収縮していた伊東細胞はゆっくり伸展するのが観察された。Substance Pを培養液に添加した場合には、endothelin-1添加時よりやや速い伊東細胞の収縮がみられ、90分で最大収縮率28%となり、以後除々に減少した。4時間後、substance Pを含まない培養液に交換すると、ほとんどの細胞が細胞分裂を開始し、再び伸展するか否かについては分析できなかった。細胞内カルシウム濃度を上昇させるカルシウムイオノフォアを添加しても伊東細胞の強い収縮が認められた。このように、endothelin-1やsubstance Pなどの血管作動物質による培養伊東細胞の強い収縮は、伊東細胞が肝類洞の血流の制御に関与していることを示唆しており、この伊東細胞の収縮には細胞内カルシウムの上昇が重要な役割を果たしていると考えられた。
ＤＮＡポリメラーゼζ（ゼータ）の遺伝的改変による遺伝毒性閾値形成機構に関する研究

DNAに損傷を与え突然変異を誘発する遺伝毒性物質の作用には閾値がないとされ、各種の行政的な規制が行われている。しかし、ヒトはさまざまな生体防御機構を具備しており、これらが低用量の遺伝毒性物質の作用を抑制して「事実上の閾値」を形成する可能性が考えられる。本研究では、DNA損傷の乗り越えに関与するDNAポリメラーゼζを遺伝的に改変することにより、遺伝毒性物質の閾値形成機構を検討することを目的とした。DNAポリメラーゼζの活性を減弱させると、酸化DNA損傷に対するヒト細胞の感受性が増大したことから、遺伝毒性に対する「事実上の閾値」形成にDNAポリメラーゼζが重要な役割を果たしているものと結論した。遺伝毒性物質の作用には閾値がないとされ、遺伝毒性発がん物質はどのように低用量であってもヒトに対して発がんリスクを負わせるものと考えられている。だが、ヒトが日常で曝露される低用量域においては、生体防御機構により遺伝毒性が抑制され「事実上の閾値」が形成される可能性が考えられる。本研究では、遺伝毒性(突然変異)誘発に関わるトランスリージョン型DNAポリメラーゼの一つであるDNAポリメラーゼζ(ゼータ)(以下Polζと略)を遺伝的に改変したヒト細胞株およびマウスを作製し、遺伝毒性の閾値形成機構について検討する。平成22年度は、遺伝子ターゲティング効率の高いヒトNalm-6細胞を用い、ヒトPolζのエクソン5を薬剤耐性遺伝子で置き換えたノックアウト細胞と、活性中心部に存在するアミノ酸2779番目のチロシンをフェニルアラニンに置換(Y2779F)したノックイン細胞および2781番目のアスパラギン酸をアスパラギンに置換(D2781N)したノックイン細胞株を樹立した。Polζノックアウト細胞は、benzo[a]pyrenediolepoxide、紫外線、mitomycin C、N-methyl-N' -nitro-N-nitrosoguanidine(MNNG)など、多様な遺伝毒性発がん物質の致死作用に対して高い感受性を示した。樹立した細胞の変異感受性を検討するため、Nalm-6細胞のミスマッチ修復活性を回復させた。ミスマッチ修復活性を回復させたNalm-6細胞(Nalm-6-MSH+と呼称)は、HPRT自然突然変異頻度が20倍以上低下し、MNNGの致死作用に高い感受性を示した。遺伝毒性に基づいて発がん性を示す遺伝毒性発がん物質には閾値が存在しないと考えられており、どのように低用量であってもヒトに対して発がんリスクを負わせるものとして行政的な規制が行われている。しかし、ヒトには各種の生体防御機能が具備されており、低用量域においては、遺伝毒性が減弱され「事実上の閾値」が形成される可能性がある。本研究では、遺伝毒性(突然変異)誘発に関わるトランスリージョン型DNAポリメラーゼの一つであるDNAポリメラーゼζ(ゼータ)(以下Polζと略)を遺伝的に改変したヒト細胞株およびマウスを作製し、遺伝毒性の閾値形成機構について検討することを目的としている。平成23年度は、(1)ヒトNalm-6-MSH+細胞を用いて、Polζの2618番目のロイシンをメチオニンあるいはフェニルアラニンに置換したノックイン細胞株L2618MとL2618Fを樹立した。L2618Mは野生型細胞より高い自然突然変異頻度を示し、DNA合成の忠実度が低下していることが示唆された。L2618Mは、benzo[a]pyrenediolepoxide(BPDE)、紫外線(UVC)の突然変異誘発作用に対して、野生型細胞よりも高い感受性を示した。ミスマッチ修復機能を回復させたNalm-6-MSH+株は、ミスマッチ修復能を欠いたNalm-6細胞と同等の遺伝子ターゲティング効率を示した。(2)C57BL/6マウスを遺伝的背景にして、Polζの2610番目のロイシンをメチオニンに置換したノックインマウス(L2610M)と2771番目のチロシンをフェニルアラニンに置換したノックインマウス(Y2771F)のES細胞を樹立した。マウスPolζのL2610MはヒトPolζのL2618Mに対応しPolζのDNA合成の忠実度が低下し、Y2771FではDNA合成活性が低下していると考えられる。突然変異誘発性を示す発がん物質は遺伝毒性発がん物質と呼ばれ、その作用には閾値が存在しないとして各種の行政的規制が行われている。しかし、ヒトには複数の生体防御機能が備わっており、これらが低用量の遺伝毒性発がん物質の作用を抑制し、事実上の閾値を形成する可能性が考えられる。

本研究では、損傷部位の乗り越えDNA合成に関わるDNAポリメラーゼζ(ゼータ)を遺伝的に改変したヒト細胞およびマウスを樹立し、遺伝毒性発がん物質の閾値形成機構について検討することを目的とする。平成25年度は、DNAポリメラーゼζの2781番目のアスパラギン酸をアスパラギンに置換したヒト細胞株(D2781N、この細胞株ではDNAポリメラーゼζのDNA合成活性が減弱している)、2618番目のロイシンをメチオニンに置換した細胞株(L2618M、この細胞株ではDNAポリメラーゼζのDNA合成の忠実度が減少している)を用い、臭素酸カリウムの低用量域における遺伝毒性を野生型細胞と比較した。その結果、DNAポリメラーゼ活性が減弱したD2781Nは、L2618M、野生型細胞よりも高い感受性を示した。この結果は、DNAポリメラーゼζが遺伝毒性発がん物質の閾値形成に重要な役割を果たしていることを示唆している。研究成果は、平成25年7月に韓国で開催された国際トキシコロジー学会(ICT2013)、平成25年11月にブラジルで開催された国際環境変異原学会(11th ICEM)において、遺伝毒性発がん物質の閾値形成機構に関するシンポジウムを開催し発表した。また、DNAポリメラーゼζの2610番目のロイシンをメチオニンに置換したマウス(これはヒト細胞のL2618Mに相当しDNA合成の忠実度が減少している)を、突然変異のレポーターを有するgpt deltaマウスと交配し、理化学研究所バイオリサーチセンターへ寄託した。突然変異は確率的な事象であることから、遺伝毒性発がん物質はどのように低用量であってもヒトに対して発がんリスクを負わせるものと考えられている。だが、日常で曝露される低用量域においては、生体防御機構により遺伝毒性が抑制され「事実上の閾値」が形成される可能性が考えられる。本研究では、遺伝毒性(突然変異)誘発に関わるトランスリージョン型DNAポリメラーゼの一つであるDNAポリメラーゼζ(ゼータ)(以下Polζと略)を遺伝的に改変したヒト細胞株およびマウスを作製し、遺伝毒性の閾値形成機構について検討する。平成24年度は、(1)ヒトNalm-6-MSH+細胞を用い、Polζの2781番目のアスパラギン酸をアスパラギンに置換(D2781N)し、DNA合成活性を減弱させたノックイン細胞と野生型細胞を用い、臭素酸カリウムの遺伝毒性に対する感受性をTK遺伝子突然変異、in vitro小核形成を指標に検討した。その結果、突然変異に関しては、D2781Nが野生型細胞よりも高い感受性を示し「閾値」様の用量効果曲線を示したが、小核形成に関しては両者が同等の感受性を示し、直線閾値無しの用量効果曲線を示した。この結果から、閾値形成に及ぼすPolζの役割は、遺伝毒性の指標により異なることが示唆された。ミスマッチ修復機能を回復させたNalm-6-MSH+細胞に関する論文をPLoSONEに出版した。(2)Polζの2610番目のロイシンをメチオニンに置換したノックインマウス(L2610M)と2771番目のチロシンをフェニルアラニンに置換したノックインマウス(Y2771F)のES細胞からキメラマウスを作出した。L2610MではPolζのDNA合成の忠実度が低下し、Y2771FではDNA合成活性が低下していると考えられる。L2610Mについては、キメラからF1が得られたが、Y2771FのF1は得られなかった。
魚類脂質の栄養価情報が生鮮魚需要と畜産物新商品開発に及ぼす効果の分析

(1)三陸海岸で漁獲され、よく食用にされている魚種で、今回調査したの14魚種はいずれもE/HUFAが高く、これらの魚類はHUFAの給源としてのみではなく、老化抑制の面からも評価されてよい。(2)魚油が飼料原料として十分利用可能であり、コストは高いものの機能性を附加できる鶏用の油脂源として十分利用可能であろう。一方、マリンクロレラは高タンパク質高エネルギー飼料として考えることができる。また、脂肪の中でもEPAが豊富である点で特異的である。(3)研究論文、主要新聞等のデータ・ベースより高度不飽和脂肪酸に関する記事を検索し栄養価情報の指標を作成し、生鮮魚需要関数の計測に用いた。(4)今後DHA商品の需要喚起や市場拡大にとって情報を中心としたDHA・EPAに関する業界の統一的な秩序整備が重要である。今後DHA商品の開発で期待されるのは、医薬品、DHAを添加した食品、DHAを飼料に添加して得たDHA強化卵(または肉)などである。本年度は、魚類脂質の栄養価情報が生鮮魚需要と畜産物の新商品開発に及ぼす効果を明らかにする研究目的のための基礎研究をおこなった。その結果及び経過は次の通りである。(1)魚介類の食品としての三次機能で注目されている高度不飽和脂肪酸(HUFA)は、容易に酸化するという弱点をもっている。魚介類に含まれる抗酸化因子のToc量の減衰に伴い、酸化の進行を認めた。魚肉に含まれるHUFAに対するTocの含量比(Toc/HUFA)が、魚肉脂質の酸化安定性に関係するものと考え、Toc/HUFAをもとめたところ魚類により数十倍の開きが認められた。これについては現在調査中である。(2)プロイラーにn-3多価脂肪酸を含む魚油を給与したところ、鶏肉中のエイコサヘキサエン酸(EPA)とドコサヘキサエン酸(DHA)含量が増加し、また同時に肉食を改善する赤色酵母を給与したところ、鶏肉中のEPAとDHAの含量はさらに増加する傾向にあった。(3)主要新聞等のデータ・ベースより高度不飽和脂肪酸に関する記事を検索した。現在その分析及びそれを用いた栄養価情報としての指標化を行っている。(4)DHA食品の流通調査を実施した。調査対象は枕崎市水産加工業協同組合(原料調査)、相模中央化学研究所(精製抽出・販売調査)、北浦町DHA卵生産組合(鶏卵生産調査)、フカベック株式会社(DHA卵販売調査)、水産庁水産流通課(試料収集等調査)などである。調査結果より、DHA食品の特許申請が難しいことから、健康食品として注目されると共に参入競争が激化し、平成3年頃をピークとして伸び悩み、流通面においてさまざまな問題に直面していることが明らかになった。(1)三陸沿岸で漁獲され、よく食用にされている魚種で、今回調査したの14魚種はいずれもE/HUFAが高く、これらの魚類はHUFAの給源としてのみではなく、老化仰制の面からも評価されてよい。今後DHA商品の需要開発でく期待されるのは、医薬品、DHAを添加した食品、DHAを飼料に添加して得たDHA強化卵(または肉)などである。
新規エネルギー変換型光触媒による水分解のダイナミクス

フェムト秒時間分解吸収分光により、層状ニオブ化合物K4Nb6O17薄膜試料および同薄膜にルテニウム錯体をインターカレートした試料の励起状態緩和過程を初めて調べた。K4Nb6O17薄膜は紫外光照射下で水の分解反応を示し、ルテニウム錯体インターカレート試料は可視光照射下で水素発生反応を示す。これらの系における反応初期過程に関する知見を時間分解測定から得ることを目的とした。薄膜試料は湿式粉砕-スピンコート法により得た。測定装置は再生増幅器付きフェムト秒チタンサファイアレーザーを光源としたシステムで、励起光にレーザーの第2及び第3高調波を用いる。フェムト秒白色光をプローブパルスとし過渡吸収スペクトルを測定する。測定波長領域は430-750nm、時間分解能は250fs、観測時間領域は励起後1nsまでである。K4Nb6O17薄膜試料のバンドギャップを励起した場合、可視域全体に広がる非常にブロードな吸収バンドが観測された。他の金属酸化物の場合との比較からトラップされた電荷の吸収と帰属した。過渡吸光度は励起直後は数10psの時定数で減衰し、また寿命ナノ秒以上の長寿命成分が観測された。励起光強度依存性の実験から、比較的自由に動くことのできる電子とホールの再結合が起きていることが分かった。層間にあるルテニウム錯体Ru(bpy)32+を波長400nmで励起した場合、Ru(bpy)32+の吸収のブリーチが観測された。その時間変化の解析から、Ru(bpy)32+からK4Nb6O17へ電荷注入がピコ秒の時間で起こり、その電子はK4Nb6O17内を拡散しながらサブナノ秒の時間においてRu(bpy)32+と再結合しているということが示唆された。以上のように光触媒作用を持つ層状化合物における光触媒反応初期過程を高時間分解能で追跡することに成功した。本研究では薄膜化した光触媒を測定の対象とするため、ソフトケミカルな手法で層状金属酸化物粉末の層構造剥離し、再び基板上に薄膜として再構成する新しい手法を検討した。従来では電気化学的手法、CVD(chemical vapor deposition)、MBE(molecular beam epitaxial)等が薄膜作成に用いられてきたが、これらの手法における装置は複雑であり、薄膜作成条件を設定することは容易ではないため、複雑な層状金属酸化物の層が規則正しく配向した薄膜を作成することは困難と考えられる。本研究においで層構造は(a)アミノ化合物のインターカレート、及び(b)湿式粉砕の2つの方法によって剥離し、分解した酸化物層が分散する剥離水溶液を基板にスピンコートし、ウロコ鉄鉱型Ti系層状金属酸化物CsxTi_<2-X>/4□_<X/4>O_4(x=0.73,□:defect)薄膜、Nb系層状金属酸化物K_4Nb_6O_<17>薄膜を作成することに成功した。両薄膜では金属酸化物層が表面に対して規則正しく平行に積層していることが確認された。本研究で得られた薄膜を硝酸ニッケル水溶液、塩化白金酸水溶液に浸した場合、薄膜の層間にNi^<2+>、Pt^<4+>をインターカレートできることが明らかになった。このことは層状金属酸化物薄膜が原料粉末と同等のイオン交換能を有することを示している。

更に、層間に[Ru(bpy)_2(H_2O)_2]^<2+>やメチルビオロゲン等の有機金属錯体、有機化合物をインターカレートした薄膜を作成する方法を確立した。本研究において薄膜化した層状光触媒はバルク構造、表面構造、電子構造、物性、反応性の多角度から評価された。レーザーラマン分光、赤外分光によって薄膜の構造、表面構造の解析を行い、計算から得られた構造、電子状態の結果と比較した結果、薄膜の構造は剥離前の材料に比べて非常に複雑であることが明らかになった。なお、レーザー分光によるダイナミクスの解明では予備的な研究が既に行われており、現在本格的な研究段階に入った。平成11年度はK_2La_2Ti_3O_<10>の発光寿命の測定とルテニウム錯体を層間にインターカーレトしたK_4Nb_6O_<17>の時間分解過渡スペクトル測定を行った。K_2La_2Ti_3O_<10>は水和物の発光寿命が無水和物に比べて著しく短い事がわかった。K_2La_2Ti_3O_<10>の層間が水和することにより格子振動モードに大きな変化が起こることと両者の発光スペクトルに大きな変化がなかったことから、観測された発光寿命の減少は水和による格子振動モード変化による電子(正孔)-格子相互作用の変化に帰属した。現在、K_2La_2Ti_3O_<10>のカチオン種を変化させることで格子振動モードを変化させ、発光寿命の変化について調べ、光励起された電子(正孔)の緩和過程や光触媒活性との関わりについて検討を進めている。K_4Nb_6O_<17>に関しては、ポンプ光(波長:400nm、時間幅:200fs)で層間に挿入したルテニウム錯体を励起し、生じた吸収スペクトルの変化をプローブ光の透過率変化で観測した。その結果、ポンプ光入射直後200fs以内にに錯体による吸収の減少が生じ、その後2成分(τ1=150±30ps、τ2=1ns以上)の寿命で吸収が回復していく様子が観測され、緩和挙動はバンド内及びバンド間のキャリア緩和を反映していると考えられる。今後はキャリアの緩和過程と光触媒活性の関係をより詳細に検討するために、温度依存性や金属を担持させた試料について実験を行っていく予定である。フェムト秒時間分解吸収分光により、層状ニオブ化合物K4Nb6O17薄膜試料および同薄膜にルテニウム錯体をインターカレートした試料の励起状態緩和過程を初めて調べた。K4Nb6O17薄膜は紫外光照射下で水の分解反応を示し、ルテニウム錯体インターカレート試料は可視光照射下で水素発生反応を示す。これらの系における反応初期過程に関する知見を時間分解測定から得ることを目的とした。薄膜試料は湿式粉砕-スピンコート法により得た。測定装置は再生増幅器付きフェムト秒チタンサファイアレーザーを光源としたシステムで、励起光にレーザーの第2及び第3高調波を用いる。フェムト秒白色光をプローブパルスとし過渡吸収スペクトルを測定する。測定波長領域は430-750nm、時間分解能は250fs、観測時間領域は励起後1nsまでである。K4Nb6O17薄膜試料のバンドギャップを励起した場合、可視域全体に広がる非常にブロードな吸収バンドが観測された。他の金属酸化物の場合との比較からトラップされた電荷の吸収と帰属した。過渡吸光度は励起直後は数10psの時定数で減衰し、また寿命ナノ秒以上の長寿命成分が観測された。励起光強度依存性の実験から、比較的自由に動くことのできる電子とホールの再結合が起きていることが分かった。