hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
主翼独立制御型水中グライダーによる海洋環境モニタリングに関する研究

本研究では,長期間・広範囲に亘って海洋環境のモニタリングを行うことのできる主翼独立制御型水中グライダーSOARER(ソアラ)の研究開発を行った。本機の特長は,左右の主翼取付角を自在に制御できるようにしたことで,従来の水中グライダーに比べて格段に優れた運動性能を発揮することができるようになったことである。自律制御によって潜航深度1, 500mまでの中深層における海洋環境データ(深度,水温,塩分濃度,電導度,濁度,クロロフィルa,溶存酸素)を連続的に取得することができる。本研究の目的は、主翼独立制御型水中グライダーを開発して、実海域における海洋環境モニタリングに資することである。平成20年度の研究実施計画は、(1)実海域での運用が可能な主翼独立制御型水中グライダーの浮力調整装置(浮力エンジン)の検討・開発、(2)水中グライダーの設計・開発、(3)制御用ソフトウェアの開発、(4)海洋環境モニタリングの計画・立案である。それぞれの計画に対する研究成果は、以下の通りである。(1)浮力調整装置には、「ピストン式」、「ポンプ式(油ブラダ)」、「ポンプ式(海水の注排水)」、「圧搾ガス式」があるが、詳細な検討の結果、深深度での運用を考慮して、ポンプ式(海水の注排水)を選択することにした。国内外では、要求を満たす製品がないことから、設計・開発を依頼した。(2)CFD(数値流体力学)解析による流体力の推定を行うとともに、水中グライダー耐圧容器の構造解析を行った。(3)水中グライダーの運動制御モデルを構築するとともに、現有の実験機ALEXを用いた水槽実験を繰り返し行い、制御系の設計・開発を行った。研究段階で明らかとなった問題点があり、平成20年度に完了できなかったので、研究費の繰越手続きを行い、平成21年度に研究を遂行することができた。(4)海洋環境モニタリングに必要となるセンサーの選択、解析手法の確立を目的として、研究分担者が所有する海洋乱流微細構造観測プロファイラーTurboMAPを用いて実海域での計測を試みた。本計測装置に主翼、尾翼を取り付けてグライディング実験を行った結果、準水平方向の計測が可能であることが明らかとなった。平成21年度の研究実施計画は、(1)水中グライダーの設計・開発、(2)水中グライダーの水槽試験、(3)水中グライダーの高度知能化、(4)実海域試験の計画・準備である。個々の計画に対する研究成果は、以下の通りである。(1)機体の強度計算とCFD(数値流体力学)解析による流体力の推定などを行って、機体および主翼・尾翼の主要目を決定した。搭載する海洋観測センサーの商品化および浮力エンジン(小型高圧海水ポンプ)の設計・製作が遅れたので、組み立ては次年度に行うことになった。(2)グライダー型海洋乱流微細構造観測プロファイラーTurboMAP-Gを用いたグライディング試験を行い、水中グライダーによる海洋環境モニタリングにとって、準水平方向の計測が非常に有効であることを確かめた。また、太陽光発電を利用したグライディングシステムを考案して、水槽試験によって実現可能性を確認した1浅海域での運用を前提としたソーラー水中グライダーの開発は、自律型海中ロボットの長期運用を実現するための有効な手段であると考えられる。(3)平成20年度に引き続き、水中グライダーの運動制御モデルの構築を進めるとともに、現有の実験機ALEXを用いた水槽実験を行って制御系の設計・開発を行った。(4)海洋環境モニタリングに必要となるセンサー(RINKOプロファイラー)を選定し、現在、開発を進めている主翼独立制御型水中グライダーに搭載できるように設計を行った。本研究では,海洋環境のモニタリングに資することのできる主翼独立制御型水中グライダー「SOARER(ソアラ)」を研究開発した。機体にはRINKO-Profiler(JFEアドバンテック社製)を搭載し,潜航深度1,500mの中深層で潜入・浮上を繰り返しながら海洋環境データ(深度,水温,電導度,塩分,溶存酸素,クロロフィル,濁度)を取得することができる。小型高圧海水ポンプ(スギノマシン社製)で海水を注排水することによって浮力を調整し,重心移動装置によって姿勢を制御することができる。海中ではデッドレコニング航法によるが,海面浮上時にGPSで自己位置を取得して進路を修正しながら潜航をすることができる。SOARERは,自律型海中ロボットとして,着水から揚収まで完全に自動で潜航をするが,海面浮上時には無線/有線LANによって遠隔制御ができるようになっている。万一,海中で制御不能になった場合は,ウェイトを投棄して浮上する。本機の特長は,左右の主翼取付角を独立に制御することができるようにしたことで,機体後部のエレベーターやラダーと組み合わせて,従来の水中グライダーに比べて,大幅に運動性能を向上させることができたことである。
アジア太平洋地域を対象とした有毒藍藻発生抑制・低減化システムの開発

本研究では、捕食微小動物の定着したバイオリアクターと栄養塩除去のための水生植物植栽水路とを組み合わせたハイブリッドシステムによる有害藍藻の抑制効果をタイの実験サイトで検証した。バイオリアクターには現地で未利用である廃プラスチックから製作可能な繊維状プラスチック担体を充填し、水路には食用として利用できるパックブンを植栽した。このハイブリッドシステムを用いて長期間にわたり有毒藍藻Microcystisの除去能力を調べた結果、バイオリアクターのみで95%を上回る除去率を達成した。この結果は、バイオリアクター内の微小動物、細菌のいずれかがmicrocystinを分解する酵素を生産する能力あることを示唆する。実験池でほとんど検出されなかった微小動物は、バイオリアクター内の担体表面へ高密度に集積し、そこではMicrocystisを捕食する多くの微小動物群集が確認された。これらの微小動物がMicrocystisを捕食した後には、バイオリアクター内に藍藻毒のmicrocystinの残存する可能性がある。高速液体クロマトグラフィー(HPLC)を用いて分析した結果、バイオリアクターの流出水からは、microcystinは検出されなかった。水路へはバイオリアクターの流出水が流入するが、microcystinが完全に分解されたので、パックブンを食用とする場合の安全性は向上した。水路における硝酸態窒素およびアンモニウム態窒素の平均的な除去率は、それぞれ40%および30%であった。この成長したパックブンの一部は、概ね2置間に1度収穫することができた。池水から栄養物を取り外す適切な管理は、水路から成長したパックブンを取り出すことによって可能となった。さらに、このハイブリッドシステムの主要材料はタイで入手が容易であることを確認した。アジア太平洋地域の小規模淡水域における有毒藍藻の発生抑制・低減化システムとして、有毒藍藻を捕食分解可能な微小動物の定着型バイオリアクターと捕食分解時に回帰する窒素、リン除去のためのフロート式水生植物植栽浄化システムとを組合せたハイブリッドリアクターの開発とその適正導入のための調査および実証研究を行っている。本年度は、タイ王国チェンマイ市近郊の藍藻が発生する代表的な養魚池2箇所の藻類および水質の調査を行い、藍藻Cylindrospermopsis属、Anabaena属、Microcystis属が存在することと、水質特性として窒素/リン比が低いことが確認された。有害藍藻を捕食する付着性の微小動物を探索するために、チェンマイ市内のメイジョー大学屋外実験池に多孔質担体を充填し池水の流入をHRTとして3.5時間で設定したミニリアクターを、近郊の養魚池には多孔質担体を充填したカラムをそれぞれ設置して6ヶ月後に担体に付着した微小動物について分類・同定、個体数計数を行った。同様に、養魚池に群生する水生植物の根茎に付着した微小動物も調査した。その結果、多孔質担体中に有毒藍藻Microcystis属の捕食と低減化に期待できる微小後生動物輪虫類Rotaria属の高密度付着が確認された。水生植物の根茎には、この輪虫類の他にMicrocystis属を捕食可能なろ過摂食者である原生動物繊毛虫類Stentor属の高密度付着も確認された。ミニリアクターを6ヶ月間連続運転し、リアクターの藻類除去能をクロロフィルαの定期測定により評価した結果、実験池の藻類濃度が高かった期間でもほぼ90%除去できることがわかった。上記の結果と養魚池の設置条件、周辺環境、ユーティリティーの調査結果を解析し、次年度、同養魚池に設置するハイブリッドリアクターメソコズムシステムを設計し、試作することができた。アジア太平洋地域の小規模淡水域における有毒藍藻の発生抑制・低減化システムとして、有毒藍藻を捕食分解可能な微小動物の定着型バイオリアクターと捕食分解時に回帰する窒素、リン除去のための水生植物植栽浄化システムとを組合せたハイブリッドリアクターメソコズムシステム(HRMS)の開発とその適正導入のための調査および実証研究を行っている。

本年度は、HRMSをタイ王国チェンマイ市に位置するメージョ大学内の屋外実験池に2基設置した。1基のHRMSの担体充填槽には、H17年度にカラム試験においてVinpt Microcystis属を捕食する微小動物の付着が確認された多孔質スポンジ担体を充填し、植栽水路にはパックブンという水生植物を植栽した。もう1基のHRMSは担体充填および植栽は行わない対照系とした。約8ヶ月間にわたる実験の結果、孔質スポンジ担体のほとんどは、担体どうしの衝突による摩耗で消滅したものの、僅かに残った担体中からはMicrocystis属を捕食する微小動物の定着が確認された。国内実験の結果からは、多孔質スポンジ担体流動式の生物反応槽が有効と判断されたが、タイ国内で入手した担体の強度に問題が生じた。このため、担体をリングレースタイプの固定式に変更し再運転を実施した。一方、植栽水路のパックブンの生長は良好であることがわかり、最低でも1年間に4回程度の間引き刈り取りが必要であることもわかった。有毒物質microcystinについては、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)による精密分析に加え、microcystin類がもつプロテインフォスファターゼ阻害活性を用いたPP2A assayによる定量的評価を行った。なお、本年度は、オーストラリアのシドニーの実験サイトにHRMSを導入する予定であったが、実験サイトの改修工事および渇水により、HRMSの設置1と実証実験は不可能となった。有毒藍藻の発生抑制・低減化システムとして,微生物付着担体を充填したバイオリアクターと水生植物を植栽した水路とを組み合わせたハイブリッドリアクターの開発とその適正導入に係わる実証研究をタイ王国実験サイトの池沼で行った。バイオリアクターには現地で未利用である廃プラスチックから製作可能な繊維状プラスチック担体を充填し,水路には食用として利用できるパックブンを植栽した。実証試験の結果,バイオリアクターからの流出水中の有毒藍藻Microcystis属は95%以上が安定して除去されることがわかった。バイオリアクター内の担体には,実証試験中の池水中では検出されなかった付着性の微小動物群が高密度で存在し,ルticrocystisを捕食する状況が確認できた。Microcystisの捕食後には,その細胞内のmicrocystinが水中へ放出されるが,高速液体クロマトグラフィー(HPLC)で分析した結果,バイオリアクターの流出水中からは検出されなかった。これより,微小動物や共存細菌によるmicrocystin分解の可能性が示唆された。水生植物の植栽水路には,バイオリアクターの流出水が流入するが,microcystinが完全に除去されたので,パックブンを食用とした場合の安全性は向上した。この植栽水路の流出水中の窒素濃度を定期的に分析した結果,硝酸態窒素として流入水の約40%,アンモニア態窒素として約30%が除去できることがわかった。
hTERT遺伝子やその他癌関連遺伝子の異常メチル化検出による口腔癌スクリーニング

テロメラーゼは癌患者で高発現していることが示されており、新たな癌マーカーとして期待されている。テロメラーゼはhTERT、hTRなどからなる酵素複合体であるため、検体採取後直ちに測定しなければならず、一般臨床には適さない。そのため、今回は安定性の高いhTERT遺伝子プロモーター領域のCpG部位における異常メチル化を指標としたスクリーニングの可能性を検討した。また、同遺伝子のメチル化は発癌の初期段階で生じるため、前癌病変への応用についても検討した。加えてhTERTタンパク発現を免疫組織学的に検出し、同遺伝子のメチル化との相関を評価した。本学附属病院口腔外科を受診し、本研究に同意を得られた口腔癌、白板症を有する患者と健常ボランティアを対象とした。検体は口腔内全体を拭って採取された剥離細胞と病変局所からの剥離細胞、病変から採取した組織とした。各検体からDNAを抽出、亜硫酸処理しPCRで増幅したのち、hTERT遺伝子のメチル化頻度を測定した。測定には九州工業大学竹中研究室が開発したElectrochemical Hybridization Assay (EHA)を用いた。手術時に採取した組織を使用して、免疫染色によりhTERTタンパク発現を調べた。口腔癌患者では検体の採取方法に依らず正常口腔粘膜と比較して、hTERT遺伝子のCpG部位における異常メチル化が高率に見られた。白板症患者は癌患者と健常者の中間を示した。EHAによる検討で、疾患群(口腔癌+白板症)と正常口腔粘膜あるいは口腔癌とそれ以外の患者群(白板症+正常口腔粘膜)の識別で有意差を認めた。hTERTタンパク発現とhTERT遺伝子の異常メチル化は有意な相関関係を示した。以上より口腔癌におけるhTERT遺伝子の異常メチル化は口腔癌のスクリーニングシステムとして有用である可能性が示唆された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。テロメラーゼは癌患者の80%以上に高発現していることが示されており、近年新たな癌マーカーとして期待されている。また、テロメラーゼは、テロメラーゼ逆転写酵素(hTERT)、内在性RNA鋳型(hTR)などからなる酵素複合体であり、テロメラーゼ活性はhTERT発現と相関していることが明らかとなっている。加えて、hTERT発現は、同遺伝子プロモーター領域のCpG部位における異常メチル化によって引き起こされる。そこで、hTERT遺伝子のプロモーター領域におけるメチル化を、九州工業大学で開発された電気化学的ハイブリダイゼーションアッセイを用いて解析し、口腔癌のスクリーニングシステムとして応用できないか検討した。また、hTERT遺伝子プロモーター領域のメチル化は発癌過程の早期に生じることが報告されているため、前癌病変あるいは前癌状態の段階での早期発見が可能かどうか検討した。本年度は、まず研究の前段階としてメチル化測定領域の決定の為、過去にhTERT遺伝子プロモーター領域の異常メチル化について報告した論文や著書を検索した。また、実際に九州歯科大学附属病院口腔外科外来を受診した口腔粘膜疾患を有する患者で本研究に同意が得られた患者から検体の採取を始めた。本研究は実際の患者を対象としているため、検体の採取の際に同意が取れない場合は検体数が増えないということになる。また、過去の申請者らの研究でもhTERT遺伝子の異常メチル化を対象とした口腔癌のスクリーニングはある程度可能と報告した。よりその精度を向上させるためにはhTERT遺伝子プロモーター領域の中からより口腔癌や前癌病変で異常メチル化がみられ、正常口腔粘膜では異常メチル化が見られない部位を見つける必要があるが、これが困難である。以上のような理由より、計画よりやや遅れていると考える。

以上より口腔癌におけるhTERT遺伝子の異常メチル化は口腔癌のスクリーニングシステムとして有用である可能性が示唆された。1検体の採取:平成29年度に引き続き検体の採取を行う。2hTERT遺伝子プロモーター領域の異常メチル化の検出:平成29年度に引き続き、本研究に同意が得られた患者から得た検体を使用して、hTERT遺伝子の異常メチル化をEHA法およびMSPにて測定する。3hTERTタンパクの免疫染色:手術時あるいは生検時に得られた標本を使用して、hTERTタンパクの免疫染色を行う。得られたhTERTタンパク発現量とhTERT遺伝子プロモーター領域の異常メチル化との関係を評価する。4hTERT遺伝子プロモーター領域の異常メチル化と53およびTSPYL5遺伝子プロモーター領域における異常メチル化との相関関係の評価:EHA法およびMSPによって得られたhTERT遺伝子およびp53, TSPLY5遺伝子の異常メチル化の関係性を評価し、これら3つの遺伝子の結果を総合的に評価することで、口腔癌スクリーニングシステムの精度が向上するかどうかを検討する。また、この方法を自己検診システムとして応用していくために、医療者ではなく患者自身に検体を採取してもらい、自己検診システムの可能性を探る。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
法令や規則に適合したソフトウェア要求の獲得技術の研究

本研究では,法令や規則に遵守したビジネスプロセスや情報システムを開発するために,その要求獲得段階において,法令や規則に合致した要求を獲得するようにコンピュータでガイドする手法,完成した要求仕様書が法令や規則を遵守しているかどうかをチェックし,違反している場合はどの箇所が違反の原因となっているかを開発者に提示する手法を開発した.これらの手法に基づいて,開発者を支援するためのコンピュータツールを開発した.本研究では,法令や規則に遵守したビジネスプロセスや情報システムを開発するために,その要求獲得段階において,法令や規則に合致した要求を獲得するようにコンピュータでガイドする手法,完成した要求仕様書が法令や規則を遵守しているかどうかをチェックし,違反している場合はどの箇所が違反の原因となっているかを開発者に提示する手法を開発した.これらの手法に基づいて,開発者を支援するためのコンピュータツールを開発した.1.法律や規則を表現するための格フレームによる意味表現手法の開発個人情報保護法を例にとり,その意味表現となる格フレーム化を行った.法令間の参照関係を分類し,関係の種類に応じた処理を行えるように意味表現の拡張を行った.2.法令文と要求文のマッチングによる適合性判定法令文と要求文を格フレーム表現の上でマッチングを行い,要求文に関連する法令文の抽出を行い,適合性を判定するためのアルゴリズムを開発し,ツールとして実装した.マッチングには,同義語などの処理を行う必要があるため,オントロジを介して行う手法となっている.この手法では,動作順序などに関する性質はチェックできないため,Prologなどの述語論理ベースの手法ではなく,4で述べるように時相論理とモデルチェッカを使用する手法とを併用する手法を開発した.3.要求変更の支援手法要求文が法令文に適合していない場合の修正規則と修正の際の波及解析を行う手法を開発した.波及解析は,各要求に属性値を振っておき,グラフで表現された要求間の論理的な関係をもとに,属性値を伝播させることにより,波及効果を推論する手法と支援ツールを開発した.4.時相論理による法令文の表現とモデルチェッカを用いた適合性判定分岐時間時相論理で法令文の義務,禁止,許可,免除といった様相を表現する手法を開発し,ユースケースで記述された要求仕様を状態遷移機械に変換し,モデルチェッカを用いて法令文との適合性を判定する手法を開発した.1.ユースケース記述の状態遷移モデルへの変換とモデルチェッカを用いた適合性判定ユースケース記述を状態遷移モデルへと変換する手法を開発し,その自動化を行った.前年に開発したz時相論理で法令文の義務,禁止,許可,免除といった様相を表現する手法と組み合わせ,モデルチェッカを用いて法令文との適合性判定の実施とfeasibilityの評価を行った.2.法令中のメタ表現の記述方法前年に開発した格フレームに基づく法令文の記述を拡張し,他の法令文への参照,適用順序の規定,例外や適用除外規定などのメタレベルの表現を扱えるようにした.個人情報保護法の記述を行い,手法の有用性の評価を行った.3.コモンクライテリアからの知識抽出法セキュリティ要求記述の規則でもあるコモンクライテリアに準拠したセキュリティターゲット文書から,脅威,セキュリティ対策,セキュリティ機能要求とそれらの間の関係を抽出し,オントロジとして表現し,知識ベース化する手法の開発を行った.4.コモンクライテリアに準拠したセキュリティ要求獲得法セキュリティターゲット文書から構築した知識をゴール指向要求分析法に組み込み,コモンクライテリアに準拠したセキュリティ機能要求を獲得する手法を開発し,支援ツールを開発した.Prologで表現された知識を用いてゴール分解の推論を行い,分析者にそれを示唆することにより,作業の支援を行う.ICチップを使用する情報システムの事例分析を行い,有効性を確認した.1.ユースケース記述の状態遷移モデルへの変換ツールの評価前年度に開発したユースケース記述を状態遷移モデルへと変換する手法のツールを実現し,その評価と機能拡充を行った.ドメイン固有の語の同義語辞書の拡充を行い,適用事例を増やすとともに,モデルチェッカSMV準拠の形式を生成できるようにし,SMVでの検査ができるようにした.2.Webからの知識抽出法インターネット上にある法令や規則集文書から,マイニング技術やFCA技術を用いて,問題領域固有の規則概念とそれらの関係を抽出する手法を開発した.特に,Web化されているセキュリティターゲット文書から,脅威,セキュリティ対策,セキュリティ機能要求とそれらの間の関係の抽出を行った.3.要求の意味的な扱いと要求に対する品質評価法の開発要求と知識を関連付けることにより,知識領域での推論が可能となり,要求のあるレベルでの意味処理が可能となる枠組みを開発した.これを規則の知識に適用し,要求の規則に対する脆弱性などのメトリックスとその測定法を開発した.また,規則の知識を用いて獲得された要求に対し,その要求が満足されているように実現されているかどうかをテストするためのテストケース生成法も開発した.4.コモンクライテリアに準拠したセキュリティ要求獲得法セキュリティターゲット文書中に含まれるセキュリティ機能のための規則の知識をゴール指向要求分析法に組み込んだ方法論の支援ツールを整備した.特に,モバイル環境で使用したり,情報を可視化したりし,分析者やステークホルダがインタラクティブに作業できるような環境とした.このツールでは,規則の知識を用いてゴール分解の推論を行い,分析者にそれを示唆することにより,作業の支援を行っている.
酸化物イオン伝導体のO-17NMRスペクトルによる欠陥構造解析

研究目的酸化物イオン伝導体の導電率はドープするカチオンによって大きく変化することが知られており、ドープイオン周辺の酸素欠陥はイオン伝導において重要な役割を担っていると考えられる。本研究の目的は、酸化物イオン導電体の結晶構造から予想される酸素サイトの定量を行い、各ドープ量における安定な酸素サイトを知ることである。マクロな格子の歪みからは説明できないイオン導電率の変化を解明するため核磁気共鳴装置NMR(Nuclear Magnetic Resonance)を用いて局所構造解析を行う。研究方法測定に使用する装置は日本電子製ECA-500及びECA-600を使う予定で、ECA-500については物質材料研究機構所有の装置を借用して測定する。測定法は試料を高速回転させて測定するMAS(Magic Angle Spinning)法を用いる。ECA-500については回転速度が22kHzまで上げることが可能であり、より精度の高い解析が可能である。研究成果1次元のO-17NMR測定の解析結果からセリア系酸化物イオン導電体の結晶構造から予想される酸素サイトの定量を行った。(YO_<1.5>)_x(CeO_2)_<1-x>は四極子の影響により各酸素サイトの分離が不十分でピーク分離による定量を行うまでには至らなかった。また、(YO_<1.5>)_x(CeO_2)_<1-x>については各酸素サイトの分離が可能で定量測定に成功した。その結果、イットリアのドープ量に依らず酸素欠陥はほぼランダムに存在することが推測された。
病原菌が持つメナキノン新規生合成経路の全容解明と経路特異的阻害剤の探索

メナキノン(ビタミンK)は、微生物にとって電子伝達系成分として生育に必須である。筆者は、Helicobacter属(ピロリ菌)、Campylobacter属、Wolinella属などの病原微生物や、放線菌Streptomyces属などの微生物では、今まで知られていた経路とは全く異なるフタロシン経路で生合成されることを見出した。今年度、本経路の2番目の反応を触媒するfutalosine hydrolase(MqnB、最近EC3.2.2.26が付与された)の諸性質を高度好熱菌Thermus thermophilusの組換え酵素を用いて検討した。その結果、以下の性質を示した。(1)Futalosineのみが基質となり他の核酸類縁体は基質にならないこと、(2)4量体を形成、(3)至的pHは4.5、(4)至的温度は80度、(5)Km値154.0±5.3μM、kcat1.02/s、(6)hypoxanthineにより弱く阻害されること(Ki値1.1mM)。本酵素がhypoxanthineにより弱く阻害されたことから、hypoxanthine誘導体を合成し、本酵素特異的阻害剤を探索することにより、抗ピロリ菌剤の開発が可能になると期待された。また天然物からの抗ピロリ菌リード化合物の探索も行った。大学設備ではピロリ菌を培養できないため、2種類のBacillus属細菌を用いた系で一次スクリーニングを行った。同じBacillus属に属しながら、Bacillus haloduransがメナキノン生合成の際、新規経路を使うのに対し、Bacillus subtilisは既知経路を使う。そこで、(1)B.haloduransに対し抗菌作用を示すが、B.subtilisには影響を及ぼさない化合物を放線菌・カビの培養液中に探索した。次に、(2)B.haloduransに対する生育阻害が、外からメナキノンを添加した際、回復するか検討した。その結果、放線菌の培養中に1つの候補化合物を見出した。現在、本化合物の精製と構造解析を行っている。筆者は、Helicobacter属、Campylobacter属、Wolinella属などの病原微生物や、放線菌Streptomyces属などの微生物では、メナキノンを生合成するにもかかわらず、既知の生合成経路として知られているコリスミ酸からメナキノンに至る5ステップの生合成遺伝子群が全く存在しないことに気づき、その全容解明を試みている。これまでに、バイオインフォマティクスの手法による関連遺伝子の推定と、これら遺伝子の破壊実験により、新規経路は少なくとも機能未知の4つの遺伝子産物により生合成されること、変異株の取得と相補実験により新規経路は既知経路同様コリスミ酸を出発基質とするが、その後全くの別経路を経ることを明らかにした。今年度は新規経路の化合物レベルでの解明を目的とし、生合成中間体を同定するためのアッセイ系を構築し、破壊株からの生合成中間体の同定・精製・構造決定を行った。その結果、2つの中間体の同定に成功した。また、これらを基質に用い、新規経路遺伝子の組換え酵素を用いたin vitroアッセイも行い、さらに2つの中間体を同定し、合計4つの中間体を同定した。これらの結果からコリスミ酸からメナキノンに至る新規気経路の概要を以下のように明らかにすることに成功した。
ダイヤモンド超高機能化のための極低濃度不純物制御に関する研究

本研究では、研究項目を「超高純度結晶成長」と「ppbレベルでのドナー/アクセプタドーピング」の2つに分けて実施した。前者については、ダイヤモンド中に取り込まれやすい窒素やシリコンに関して、装置改造や成長条件を最適化することで、従来報告されている結晶と比べて、純度が格段に高い結晶を得ることに成功した。最終的に、窒素濃度は0.08ppb(1.4×1013 cm-3)の超高純度ダイヤモンド結晶を自立結晶という形態で得ることに成功した。後者については、単一NVセンタを再現性良く形成する手法として、メタンガス中に窒素を500ppm混入したメタン原料を準備してダイヤモンド成長を行う方法を提案した。本研究では、研究項目を「超高純度結晶成長」と「ppbレベルでのドナー/アクセプタドーピング」の2つに分けて実施している。前者については、H27年度は、ダイヤモンド中のカラーセンタとしては代表的な、NVセンタ(窒素空孔複合欠陥)とSiVセンタ(シリコン空孔複合欠陥)の評価から始めた。これらカラーセンタの数密度を見積もり、結晶の純度を評価した。成長直後のダイヤモンド薄膜においては、これらの発光センターは全く観測されなかった。これは、他の研究機関で得られているダイヤモンドと比べて、本研究で得られる結晶の純度が格段に高いことを意味している。更に進めて、この高純度ダイヤモンドへのイオン注入と熱処理を行ったところ、注入イオン以外の不純物を起源とするカラーセンタも同時に観測された。この結果は、カラーセンタが見えない場合であっても、その不純物が結晶中に存在する可能性がある事、またイオン注入や熱処理が不純物をカラーセンタに変えるための可視化プロセスとして有効である事を意味している。本年度の研究を通して、申請者が成長した高純度ダイヤモンド中に存在するSiVセンタの数密度は、0.1ー3pptである事が分かった。後者については、H27年度は、CVD中の微量ドーピングによる単一NVセンタの形成を行った。ダイヤモンドの原料ガスであるメタンのガス流量に対して、窒素を6ppm混入させてダイヤモンド成長を行った。その結果、結晶中には5-10ppbの窒素がダイヤモンド結晶の置換位置に取り込まれることが分かった。また置換位置窒素の数とNVセンタの数の割合についても見積もることができた。本研究の場合は、1個のNVセンタに対して、200個の置換位置窒素が存在することが分かった。本研究の中心課題である「結晶の高純度化」に留まらず、「結晶の高品質化」を図りながら成長条件の最適化を行った。その結果、「酸素を高濃度に添加する」という、新しい成長条件を見出した。転位周辺には空孔が形成されやすいため、バックグラウンドとなるカラーセンタの低減には転位の低減が不可欠である。本研究では、酸素添加成長条件を適用する事で、転位密度を大幅に低減させることに成功した。その結果、共焦点蛍光顕微鏡を用いて、比較的容易に本質的(結晶欠陥に依存しない)なカラーセンタの検出、即ち不純物濃度を見積もることができた。カラーセンタであるNVセンタの微量濃度制御については、窒素ガスを低濃度に供給する必要がある。本研究では、原料ガスであるメタンに含まれている窒素不純物をカラーセンタ形成に積極的に用いた。具体的には、メタン中の窒素不純物量を事前に評価しておき、ガス純化器を含むガス供給系を構築する事で、メタンガスに対してppbからppmに渡る極微量域で窒素濃度制御を行った。結果として、(a)ガス中の窒素、(b)ダイヤモンド中の窒素、(c)ダイヤモンド中のNVセンタ(カラーセンタ)のそれぞれに対して、相対比を見積もることが出来た。この相対比は、次に実施する極微量ドーピングにおいて最も基礎的なパラメータである。これを初年度で得られたのは、意義が大きい。これらの成果については、2件の査読付き国際論文誌(オリジナル論文とレビュー論文)として出版された。そのうちのレビュー論文については、Editorの推薦によりFeature Articleとして選ばれ、論文中の図が冊子のカバーに用いられた。前者については、H28年度は、昨年度に残留不純物として観測されたSiのダイヤモンド中への混入を抑制するための装置改良を行った。Si源としてはマイクロ波導入のための石英窓が主たる要因と考えられる。プラズマキャビティを設計変更することで、プラズマと石英窓の距離を離した。その結果は、昨年度は観測されていた、濃度がppb以下のSiVセンタが、今年度は観測されなくなり、有効にSi混入を抑制できたことが分かった。SiVは負に帯電しやすいため、NVセンタの電子スピンの負電荷を捕獲し、NVセンタの電子スピンを不安定化させる。今回の装置改良は、NVセンタの電荷安定性向上に有効であるといえる。後者については、H28年度は、天然存在比で0.36%の15Nを用いて、CVD中に微量ドーピングによる単一NVセンタの形成を行った。窒素ガスの水素希釈は1%であり、他の原料ガスとともに供給すると単一欠陥ではなくアンサンブルとして形成されてしまう。そこで取り込み率を抑える工夫を施したガス配管を施すことで単一欠陥の作製を試みた。その結果、このガス配管形態では、ドーピングの制御性に制限が多いことが分かった。ホウ素濃度についても評価を実施した。

その結果、高純度結晶中のホウ素濃度は蛍光評価の測定限界(1015cm-3)以下であった。また、ホウ素をドーピングすることで1015cm-3台のドーピング制御が可能であることが分かった。超高純度化に関しては、残留不純物の高感度評価が不可欠。昨年度までの装置改良と成長条件最適化により、残留不純物量は一般的な二次質量分析法や感度に優れた分光蛍光評価では、全て検出限界以下となるレベルまで高純度化されていることが分かった。更なる窒素濃度の超高感度(濃度がppb以下)評価法としては、単結晶ダイヤモンド厚膜結晶を作製し、ESRにより格子置換位置の窒素を直接測定することが挙げられる。窒素の極微量ドーピングに関しては、本年度はガス配管に工夫を施すことでの実施を試みたが、この方法ではドーピングの制御性に問題があることが分かった。本年度の結果とH27年度に実施した結果を踏まえると、精度良く窒素ドーピングを行うためには、メタンガス中に窒素がppm程度に混入した原料を準備することが不可欠であるとい結論に至った。次年度は、この方法による窒素極微量ドーピングを試みる。ホウ素に関しては、これまでの成果から、バックグラウンドが十分に低いこと、また極微量でドーピング制御できることが分かった。リンドーピングに関しても、実施を開始した。以上のように、研究調書に記載した予定に沿って研究を遂行しており、おおむね順調といえる。研究項目を「超高純度結晶成長」と「ppbレベルでのドナー/アクセプタドーピング」の2つに分けて実施した。前者については、H28度までの装置改良と成長条件最適化により、残留不純物量は一般的な評価では検出限界以下となるレベルまで高純度化されていることが分かった。H29年度は単結晶ダイヤモンド厚膜結晶を作製し、ESRにより窒素量を直接評価することを実施した。まず0.8 mmのCVD厚膜を成長した。高純度ダイヤモンド膜の膜厚は高々50 μmであるのに対して、今回はその10倍以上の厚さとなるように成長を行った。成長後に下地基板と結晶周辺の非エピタキシャルダイヤモンドを除去し、高純度単結晶の部分のみ(サイズ:3×3×0.56 mm3)を取り出した。ESR評価から、今回得られたダイヤモンド自立結晶の窒素濃度は0.08ppb(1.4×1013 cm-3)と見積もられた。窒素がダイヤモンド中の主たる不純物であり、得られたダイヤモンド結晶の純度は10Nグレードと非常に高いことが分かった。SIMS分析から12C同位体濃度も99.998%と最高値であることが分かった。後者については、H28年度までの結果を考慮し、メタンガス中に窒素が1ppmあるいは500ppmで混入したメタン原料を準備してダイヤモンド成長を行った。500ppm窒素混入メタンガスについては、これとは別に高純度のメタンガスを併設し、それぞれのガス流量を独立制御することで、窒素濃度が500ppm以下の所望の量に制御したメタンガスに調合した。ガス中の窒素濃度を50ppmとしてダイヤモンド成長を行ったところ、ダイヤモンド薄膜中に窒素が0.51ppmの濃度で取り込まれた。
抗癌分子を発現する遊離植皮を用いた口腔癌局所再発・転移予防法についての研究

本研究は舌癌切除後に、種々の抗腫瘍遺伝子を導入した遊離分層皮膚を移植することによって、舌癌の再発・転移を予防することを目的としている。そのため、抗腫瘍効果が期待できるIL-4およびTIMP-1の遺伝子発現ベクターを作製して、植皮片に遺伝子導入し、担癌マウスを使って抗腫瘍実験を行ってきた。in vitroでの角化培養細胞への遺伝子導入効率は非常に高かったが、実際にヌードマウスから採取した皮膚片への導入効率は2030%程度であった。その導入効率の低さのためか、担癌マウスの抗腫瘍効果はみられなかった。それを改善するため、以下のように研究を進めた。1)ヌードマウスから採取した遊離分層皮膚片へ、in vitroでHVJ-リポソーム法を用いて、IL-4およびTIMP-1を遺伝子導入した。ウエスタンプロット法と免疫染色法でその導入効率を調べると、いずれも発現の上昇を認めた。3)ヌードマウスの背中に口腔扁平上皮癌細胞株(SAS,HSC-2)を局注し、腫瘍形成できた個体において、腫瘍の一部を残すように切除し、その上からIL-4もしくはTIMP-1の遺伝子を導入した遊離皮膚を植皮した。植皮後20日で屠殺し、腫瘍抑制効果を光学顕微鏡で評価したところ、IL-4を遺伝子導入した個体では、コントロールと比べ有意な差はなかったが、TIMP-1を導入した場合は約8割において腫瘍の縮小・消失がみられた。遊離分層皮膚へのTIMP-1の導入効率の向上により、マウスにおける腫瘍抑制効果が確認できた。これを応用すれば、舌癌切除後の腫瘍の再発・転移を予防することは十分可能である。口腔扁平皮癌の浸潤や増殖を抑制することが期待されるタンパク質分子としてインターロイキン-4(IL-4)、TGF-β、TIMP-1、TIMP-2に着目し、その遺伝子発現ベクターを作製し、皮膚の細胞への導入発現を行った。(1)IL-4、TGF-β、TIMP-1、TIMP-2のcDNAから各々の遺伝子発現ベクタープラスミドを作製した。これらのベクターをin vitroで、培養角化細胞や培養角化細胞株(HaCaT)に導入発現させることを試みた。導入をウエスタンブロット法と免疫染色法で調べると、IL-4とTIMP-1では細胞内での発現上昇を確認できたが、TGF-βとTIMP-2では確認できなかった。(3)GFP-IL-4とGFP-TIMP-1を導入した角化細胞とHaCaT細胞の増殖曲線や上皮分化マーカー(サイトケラチン、インボルクリン)の発現を調べた。その結果、遺伝子導入は分化マーカーの発現には影響しないが、IL-4は増殖を30%程抑制した。(4)臨床材料から得られた皮膚片を器官培養し、皮膚細胞へのGFP-ILI4とGFP-TIMP-1の遺伝子導入を試みた。しかし、導入後、蛍光を発する部位は全体の1割以下と低かった。現在培養皮膚への導入効率を高める方法を検討中であるが、皮膚角化細胞への導入は良好で、次年度での目標達成を期待できると思われる。本研究は舌癌の切除後に、種々の抗腫瘍遺伝子を生体外で予め導入した遊離分層皮膚を移植することによって、舌癌の再発・転移を予防しようとする試みである。皮膚片の外来遺伝子導入効率が1割以下と低かったが、2年目の本年度は遺伝子導入法の条件の至適化を行いつつ、in vivoの実験にも着手した。1.初年度に引き続き、IL-4,TIMP-1の遺伝子発現コンストラクトを作製し、ヌードマウスの背中から採取した皮膚片にIL-4,TIMP-1の遺伝子導入を試みた。ウエスタンブロット法、免疫組織染色法にて細胞内にIL-4,TIMP-1の発現が確認できたが、約20%程度の導入効率であった。2.次に、ヌードマウスの背中に口腔扁平上皮癌細胞株(SAS,HSC-2)を注射器にて1,0×10^5個の細胞を局注し、腫瘍形成能をみたところ、約9割以上のマウスで癌細胞を移植した部位に腫瘍塊を形成した。3.ヌードマウスの背中に形成した腫瘍を、切除断端に一部癌細胞が残存するように切除した。切除部にIL-4,TIMP-1を遺伝子導入した皮膚片を遊離移植した後、20日後に屠殺し、腫瘍制御効果および植皮片のIL-4,TIMP-1の発現に関し免疫組織学的に検討した。なお、コントロールとして腫瘍切除部の植皮には遺伝子導入されていない皮膚片を用いた。植皮が生着した個体について、腫瘍の増大を肉眼および光学顕微鏡で確認したが、コントロールとの差はなかった。一方、植皮片細胞中のIL-4,TIMP-1の発現を免疫組織学的に検討したが、軽度の発現しかみられなかった。今後はIL-4,TIMP-1遺伝子の移植皮膚への導入効率の向上と、導入後のIL-4,TIMP-1の持続的な発現を維持することによって、良好な結果が期待できるものと思われる。

in vitroでの角化培養細胞への遺伝子導入効率は非常に高かったが、実際にヌードマウスから採取した皮膚片への導入効率は2030%程度であった。その導入効率の低さのためか、担癌マウスの抗腫瘍効果はみられなかった。それを改善するため、以下のように研究を進めた。1)ヌードマウスから採取した遊離分層皮膚片へ、in vitroでHVJ-リポソーム法を用いて、IL-4およびTIMP-1を遺伝子導入した。ウエスタンプロット法と免疫染色法でその導入効率を調べると、いずれも発現の上昇を認めた。3)ヌードマウスの背中に口腔扁平上皮癌細胞株(SAS,HSC-2)を局注し、腫瘍形成できた個体において、腫瘍の一部を残すように切除し、その上からIL-4もしくはTIMP-1の遺伝子を導入した遊離皮膚を植皮した。植皮後20日で屠殺し、腫瘍抑制効果を光学顕微鏡で評価したところ、IL-4を遺伝子導入した個体では、コントロールと比べ有意な差はなかったが、TIMP-1を導入した場合は約8割において腫瘍の縮小・消失がみられた。遊離分層皮膚へのTIMP-1の導入効率の向上により、マウスにおける腫瘍抑制効果が確認できた。これを応用すれば、舌癌切除後の腫瘍の再発・転移を予防することは十分可能である。
病院内の転倒・転落事故を防止するための効果的な安全評価表の作成

目的:本院は院内の転倒転落事故防止のために、日本看護協会推奨のアセスメント項目とスコア基準を用いた「転倒・転落防止分析と援助シート」を使用してきた。2003年7月から導入した看護支援システムへのテンプレート入力を開始し、データを蓄積した。今回の研究では、そのデータを元に統計的解析を行い、転倒・転落防止のためのアセスメント項目やスコア基準について評価を実施し、新たなシートと評価基準を作成する検討を行った。結果と考察:1).患者の「活動領域」に含まれるアセスメント項目の感度と特異度がともに高く、転倒・転落防止に有用な項目であることが示された。2).患者の「活動領域」と「機能障害」の項目相関などから、患者の身体状況を考慮したアセスメント項目の選択とその重み付けについて検討する必要性があると考えられた。3)。患者の「認識力」に問題がなければ転倒・転落防止のための危険回避行動がとれる可能性が示された。4).転倒の既往歴に対する評価項目の重要度を多変量解析およびデータマイニング手法を用いて解析し、その結果を基にシミュレーションを行った。評価点数の算定方法を変更することで、転倒・転落に対する感度と特異度が変動することが示された。5).患者状況を評価する段階で、判定者の個人差が結果に影響することが示されたことから、評価法のガイドラインを導入し、個人差の抑制を図った。結論:検証した結果を基に重要度を考慮して評価項目数を減らした「シート」においても従来の「シート」と同様の転倒・転落防止効果が認められた。また、運用上、転倒・転落防止の対策検討及び立案、患者への説明状況をシステム上に記入可能としたことにより、転倒転落防止を含め、インシデント発生防止に対する職員意識への影響も認められた。3)。当院では院内の転倒・転落事故防止のために、日本看護協会推奨のアセスメント項目とスコア基準を使用した「転倒・転落防止分析と援助」シートを使用している。従来は、紙面で運用していたが2003年7月システム稼動変更に伴い、看護支援システムへのテンプレート入力に切り換えた。以後、入力されたデータを元に、転倒・転落防止のためのアセスメント項目やスコア基準の妥当性について、統計的解析を行った。その結果、1).「活動領域」に含まれるアセスメント項目の感度と特異度がともに最も高く、一方、薬剤・年齢に関する重要性は低いことが判明した。2).「活動領域」と「機能障害」の項目相関などから、患者の特性を考慮した転倒・転落に関するアセスメント項目の選択とその重み付けについて検討する必要性がある。3).「認識力」に問題がなければ危険回避行動がとれる可能性が示された。次に、テンプレートの現場での利便性を考えると、できるだけ少ない項目の記入でありながら、より正確に転倒の危険性を予知できる精度の高い評価表の作成が求められる。従って、複数のデータマイニング手法を用いて、オリジナルの転倒転落評価表から主要項目の選定を行い、その妥当性について検討を行った。その結果、データマイニング手法による項目選定は、転倒・転落に関わる因子の特定するために有効な手段であることが示された。また、転倒転落を評価する場合、採用する分類や項目に関係する共通因子が存在するか否かを判断して、評価点数を加算するか包括するかを検討する必要性が認められた。更に、共通因子に関わる点数を加算あるいき包括化することで、転倒転落に対する感度と特異度が上がることが明確となった。検討の結果、"転倒転落有"群と"転倒転落無"群をより明確に区分することが可能となった。

目的:本院は院内の転倒転落事故防止のために、日本看護協会推奨のアセスメント項目とスコア基準を用いた「転倒・転落防止分析と援助シート」を使用してきた。2003年7月から導入した看護支援システムへのテンプレート入力を開始し、データを蓄積した。今回の研究では、そのデータを元に統計的解析を行い、転倒・転落防止のためのアセスメント項目やスコア基準について評価を実施し、新たなシートと評価基準を作成する検討を行った。結果と考察:1).患者の「活動領域」に含まれるアセスメント項目の感度と特異度がともに高く、転倒・転落防止に有用な項目であることが示された。2).患者の「活動領域」と「機能障害」の項目相関などから、患者の身体状況を考慮したアセスメント項目の選択とその重み付けについて検討する必要性があると考えられた。3).患者の「認識力」に問題がなければ転倒・転落防止のための危険回避行動がとれる可能性が示された。4).転倒の既往歴に対する評価項目の重要度を多変量解析およびデータマイニング手法を用いて解析し、その結果を基にシミュレーションを行った。評価点数の算定方法を変更することで、転倒・転落に対する感度と特異度が変動することが示された。5).患者状況を評価する段階で、判定者の個人差が結果に影響することが示されたことから、評価法のガイドラインを導入し、個人差の抑制を図った。結論:検証した結果を基に重要度を考慮して評価項目数を減らした「シート」においても従来の「シート」と同様の転倒・転落防止効果が認められた。また、運用上、転倒・転落防止の対策検討及び立案、患者への説明状況をシステム上に記入可能としたことにより、転倒転落防止を含め、インシデント発生防止に対する職員意識への影響も認められた。
固有振動数を利用した骨の強さ指標と筋力の負荷関係評価法の開発

ヒトの骨の質や強さを評価するため、前腕のCT画像解析から筋と骨の各断面積を用いて、筋力の影響を含む力学的指標を提案しその加齢特性を調べた。総骨密度や固有振動数を利用したヤング率相当の骨強度指標と比較した。提案した曲げと圧縮に関する指標は総骨密度や骨強度指標と同様な加齢的低下傾向を示すことがわかった。骨に負荷となる筋力との関係や力を計測するために薄いセンサフィルムの曲げと圧縮特性を検討し、力センサとして利用できることを確認した。骨の質・強さ指標を検討するため、(1)非荷重骨である前腕部での方法から荷重骨である下肢での方法に発展させる(2)骨に負荷となる筋力との関係を検証するための力・負荷に関する測定機器の開発をめざす。まず、荷重として前腕骨では曲げ、下肢骨では曲げおよび圧縮という点を踏まえて、センサに用いるフィルム自体での曲げと圧縮に対する力学的特性を検討した。このうち無負荷でのフィルム全体の曲げは、一定の曲率以下では小さな一定出力であるが、それ以上の大きな曲率になると急激に出力も大きくなる特性がみられる。腕や足ではそれ程大きな曲率にはならないので、力を感じる部分(受圧面)以外からの影響は小さいと考えられる。計測に使う場合、限界の曲率を考慮した受圧面の大きさと、受圧面内をフラットに保つ工夫の方が原理的に重要であることわかった。これらの基礎的検討により、計測面での見通しが立ってきたようである。次に、力センサの受圧面をどのように配置すれば力の計測が妥当かの基準を見出すことが重要になる。下肢(荷重骨)の足底部で床反力を推定する場合には、センサの受圧面を力のかかる接触領域内に最低二つ配置することが必要という基準を見出した。これは振動モードのとらえ方と同様の考え方である。測定対象者の身体サイズにより、センサ位置が力の中心からずれても二つでカバーできているようである。(2)の装置化に関係して、力の推定に大きな意義のある測定基準が得られた。また、提案する骨の強度指標と筋肉の負荷の関係について、前腕骨CT画像を利用して筋肉部分と考えられる総面積を算出してみた。負荷を筋断面積で代用して評価できるか検討してみたが、提案する骨強度指標との相関はあまり高いとは言えないようである。原因としては、骨密度の測定に使った前腕20%断面では、筋肉としては太い部分ではないということも考えられる。ヒトの骨の質・強さを力学的指標で検討するため、前腕のCT画像解析から筋と骨の各断面積を用いて、筋力の影響を含む指標作成と加齢的傾向を調べた。骨への負荷となる筋力との関係や力・負荷に関する測定機器開発のためのセンサフィルムの力学的特性を検討した。1.橈骨遠位端から前腕骨長の4%部位(手首側)での骨の評価として、(pQCT法)の総骨密度と固有振動数を利用したヤング率相当の骨強度指標では、50歳代と70歳代の間、60歳代と70歳代の間との低下に0.5%水準で統計的有意差がみられた。50歳82歳までの女性96例である。2.橈骨遠位端から前腕骨長の20%部位では、骨に負荷となる筋の曲げモーメント相当の指標として、筋断面積と前腕長の積で、圧縮力相当の指標として、筋断面積÷骨断面積で評価した。曲げモーメント相当の指標では、50歳代と70歳代との間の低下、60歳代と70歳代の間の低下には統計的有意差がみられた。筋肉の影響を考慮した指標は、4%部位の総骨密度や強度指標と同様な加齢的低下傾向がみられ、今後の特性の把握と評価をする上で有意義な見通しが得られた。圧縮力相当の指標も、50歳代と70歳代の間の減少に有意差がみられた。4%部位の総骨密度よりも50歳代から60歳代にかけての加齢的低下は緩やかなようである。3.負荷の測定に関して、力センサに用いるフィルム自体の曲げ荷重に対する力学的特性を実験で調べると、ある曲率を超えると出力は急激に大きくなるが、腕や足底の曲率程度では小さな一定出力なることがわかった。計測面での見通しが立ち、センサ受圧面をフラットに保つ工夫が原理的に重要であることやセンサ配置についての知見を得た。骨の質・強さ指標を検討し提案するため、(1)非荷重骨である前腕部での振動を利用した方法から荷重骨である下肢での方法に発展させる(2)骨に負荷となる筋力との関係を検証するための力・負荷に関する測定機器への開発をめざす。このため測定系の構成から着手し、下腿骨での振動加振方法を考案しつつ加振の強さや伝達特性などを確認した。そして、フィルムセンサを利用した足底部での力の測定方法とその電気回路の製作をした。

使用予定のフィルムセンサはフラットな状態の受圧面に加わる垂直方向の力を検出する原理であるが、身体のように曲面の場合、製造元からの物理的特性だけではわからないため、フィルム材自体の圧縮、曲げ、せん断の力学的特性について調べた。調べた曲率半径の範囲では、フィルム自身が曲げや圧縮に対しては顕著な応答は見られないが、せん断方向の力に対しては顕著な応答がみられることがわかった。これらの力学特性を調べておくことは力センサとして利用する上で重要なことであり、研究の成果として学会発表を行った。製作と並行して、このフィルムセンサからは電圧出力でロードセルからはひずみ出力と異なるが、測定上の工夫をして同時に取り込めるようになった。個別の測定データを統合して、力の考察を支援するような解析表示方法を進めていくことも重要なことであり、プログラム作成に着手した。またRittweger, J.らの指標を参考に、下肢での指標への筋力効果として検討予定の膝関節伸展筋・屈曲筋や足関節底屈筋の筋力とトルクを測定・算出した。骨と筋肉の荷重関係を検討する目的のため、フィルムセンサの力学的特性を把握できたことと、下肢で測定する場合の力センサをどう配置するかについての知見が得られた。装置としての製作は工夫・改良しながら継続中であるが、平成24年度に検討すべき課題はおおむね計画どおり進んでいる。次年度に計画していた筋力の関節角度との関係の測定準備をすることもできた。骨の質・強さの指標作成に関して、非荷重骨骨である前腕での方法から荷重骨である下肢での指標に発展させるため、フィルムセンサを利用した検出と電気回路製作およびフィルム自体の力学特性の基礎的検討をとおして、目的とする力の測定に使えることを確認している。また指標の作成に関する膝関節伸展筋・屈曲筋の筋力データの測定や下腿骨での加振方法の検討も進行中で、初年度に取り組むべき検討課題や製作をおおむね計画どおり進めた。回路等の改良やデータの解析表示方法は、共同研究者とより連携を深めながら進めていくことにし、人間工学的なユーザインターフェースも含めて装置にまとめていく。骨と筋肉の荷重関係の検討については、フラットな受圧面に加わる垂直方向の力を検出という単軸荷重の仮定で進めてきたが、せん断力などの影響も確認しておく。またこれまでの測定で気づいた問題点や荷重と関節角度との関係などにも考察を加える。基本的に製作し動作確認、そして検討・考察という流れであるが、別々の測定器で測定したデータを対応させたり、解析結果を突き合わせて理解するするのに時間がかかる。力学的考察を助けるため、解析や表示に関するデータ処理を改善しつつ研究を進めていく。また骨に負荷となる筋力の評価は一定の力・荷重としてとらえるより、筋力の変動の大きさという点にも注目して、骨との力関係を調べていく。フィルムと測定回路の製作は、共同研究者とメカニカルな面の連携を深めて進める。センサと力覚ソフトウエアの購入により、加えた方向だけでなく3軸方向の力成分を考察しながら測定できるようにする。二つの測定器のデータ間をつなぐ同期信号を入れられるように、ケーブルや電子部品等を購入してインターフェイス回路や保護回路を製作とプログラミングする。また学会等に参加することにより、生体計測やセンサ技術の新しい情報を得ながら製作と課題検討を進める。そして研究成果をまとめて学会発表や論文投稿していく。測定データを統合して力学的検討を進めていくために、データの解析や表示を支援するソフトウエアやツールを購入するとともに、プログラミングをしてビジュアル化し理解しやすくしていく。