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医療の意思決定プロセスにおける患者の自己決定と家族の効力感に関する研究

高齢がん患者の子どもという壮年期にある家族は,仕事との調整があり,患者の治療の意思決定時にも重要な役割を担うための家族への支援が求められる.判断能力のある患者の自己決定と家族の意思決定の効力感に関する文献は疾患も多様であり、状況もさまざまであったが、家族が医療に関する意思決定に関与していることは否めず、家族の意思決定における後悔ができる限り少なくするための方策を考慮していくことが求められる。本研究代表者の所属する倫理委員会や協力施設の倫理委員会における承認もしくは参加者を募る施設の所属長の書面による許可と紹介を得て、研究参加者を募る予定である。また、研究協力者であるDr. Marie T. Nolan(School of Nursing, Johns Hopkins University)と会い、医療の意思決定プロセスにおける判断能力のある患者の家族の包含度に対する意向と家族の意思決定の効力感の討議を行う予定である。また、得られた結果をまとめ、成果の発表を行う。基礎看護学今後、医療の意思決定プロセスにおいて、判断能力のある患者は家族とどのように意思決定を行っているのか、家族が意思決定する効力感と家族の調和の維持に関する家族のなかの現象を明らかにすることを目的として、入院経験のある患者とその家族を対象とし、構造的質問項目と非構造的質問項目を用いた面接調査を実施する予定である。協力施設における旅費の使用がなかったため。研究協力者であるDr. Marie Nolan教授をが来学される機会があり、その際に研究に関する打ち合わせができ、海外への渡航費が不要となったため。調査を継続するための研究協力者の雇用ならびに旅費等に使用する予定です。研究組織の変更があり、パーソナルコンピュータを購入し、円滑な研究の運営を図る予定である。
共焦点レーザー顕微鏡を用いたアルツハイマー神経原線維変化の免疫組織化学的検討

今回の研究では、用いた抗体のすべてがNFTを染色したが、その抗体が認識する部位にそれぞれ違いがみられた。まずtauとubiquitinについては、抗tau抗体陽性のNFTにubiquitinの共存が認められた。また、抗ubiquitin抗体陰性で抗tau抗体陽性を示す部分も多く見られた。tauとubiquitinの共存、すなわち、ubiquitinによるtauの処理が同一NFTで同時に生じるのではないことから、tauがNFTを構成して行く過程で徐々に異常蛋白として生体に認識されubiquitinによる処理を受けている可能性が推測された。抗neurofilament抗体については、その一部が主に線維密度の薄いNFTにおいてtauと共存するため、NFTの形成初期に構成成分として取り込まれその後徐々にその抗原性を失う可能性も示唆された。抗amyloid P component抗体については、抗tau抗体陰性のNFTを染色した。レーザー顕微鏡を用いて同一平面上並びにその上下の平面上で、焦点を移動して立体構造を観察しても両者の共存は認められず、tauとamyloid Pcomponentの抗原性の分布は同一細胞内ではほとんど一致がみられないと思われた。amyloid P componentはtauの出現機序とは相反する機序でNFTに沈着している可能性が示唆された。
ドーパミン作動性反回入力と興奮性および抑制性入力応答との細胞内クロストーク

黒質神経細胞において抑制性神経伝達物質受容体とモノアミン受容体間の細胞内クロストークを以下の手法を用いて検討した。ラットを麻酔下において断頭部、黒質を含む400ミクロンの脳薄切片を作製した。酵素処理後、黒質から神経細胞を急性単離し、ニスタチンを用いた穿孔パッチクランプ法を適用し、抑制性神経伝達物質であるガンマアミノ酪酸(GABA)およびタウリン応答に対するモノアミンの修飾作用を検討した。ドーパミンはGABA応答を抑制した。タウリンはグリシン受容体に作用して、細胞膜のクロールイオンの透過性を増強することにより黒質神経細胞の興奮性を抑制することが判明した。ノルアドレナリンはタウリン応答を増強した。その機序は以下の2つの細胞内伝達機構を介していた。アルファ2Aノルアドレナリン受容体の活性化は百日咳毒素感受性GTP結合蛋白を活性化し、アデニールシクラーゼ活性を低下させる。その結果、細胞内のサイクリックAMPの低下、それによるAキナーゼ活性の低下を引きおこし、細胞内からグリシン受容体応答を増強する。一方、アルファ1ノルアドレナリン受容体は百日咳毒素非感受性GTP結合蛋白を活性化し、フォスフォリパーゼC活性の増加を介して、細胞内Cキナーゼ活性を増加させる。その結果、グリシン受容体応答を増強した。この増強は、グリシンチャネルの開口確率の増加によって惹起されることが判明した。このように、黒質神経細胞においてノルアドレナリンは2種類の受容体に連動するそれぞれ異なる細胞内機構を介しタウリン応答を増強していることが判明した。研究初年度である本年度、親脂質性神経トレーサーを利用して、線条体に実際に投射する黒質内ドーパミン細胞を同定する。そのうえで、この同定した細胞において、ドーパミン受容体活性化に連動する細胞内諸伝達物質と、NMDAや抑制性アミノ酸に対する受容体応答とのクロストークを調べることを目的とした。結果:麻酔下においてラット線状体に逆方向性親脂質性神経トレーサー(Di-1)を注入し、2日後に脳をかん流固定し、脳薄切片作製後、TH染色を行なった。その結果、黒質においてDi-1含有細胞の97%がTH染色陽性であった。以上から、黒質における線状体に投射するドーパミン細胞を逆方向性トレーサーで染色同定可能であることが判明した。トレーサー注入ラットから黒質神経細胞を急性単離し、トレーサー含有神経細胞(ドーパミン細胞)に対し、ニスタチン穿孔パッチクランプ法を適用し、DAおよびGABA応答を観察した。その結果、すべての細胞において著名なGABA_A受容体およびグリシン応答電流が観察された。しかし、ドーパミンに対しては、約8%の細胞においてのみカリウム電流の増大を伴う微弱な電流応答が観察されたにすぎなかった。約半数(12/25)のドーパミン細胞において、ドーパミン投与によってGABA応答の増強が、また92%の細胞においてノルアドレナリンによるグリシン応答の増強が観察された。一方、NMDA受容体応答に対しては、ドーパミンは殆ど修飾作用を示さなかった。ノルアドレナリンによるグリシン応答の増強は、アルファ1受容体を介するプロテインキナーゼCおよびアルファ2受容体を介するプロテインキナーゼAが関与していることが判明した。ラットを麻酔下において断頭後、黒質を含む400ミクロンの脳薄切片を作製した。

ノルアドレナリンはタウリン応答を増強した。その機序は以下の2つの細胞内伝達機構を介していた。アルファ2Aノルアドレナリン受容体の活性化は百日咳毒素感受性GTP結合蛋白を活性化し、アデニールシクラーゼ活性を低下させる。その結果、細胞内のサイクリックAMPの低下、それによるAキナーゼ活性の低下を引きおこし、細胞内からグリシン受容体応答を増強する。一方、アルファ1ノルアドレナリン受容体は百日咳毒素非感受性GTP結合蛋白を活性化し、フォスフォリパーゼC活性の増加を介して、細胞内Cキナーゼ活性を増加させる。その結果、グリシン受容体応答を増強した。この増強は、グリシンチャネルの開口確率の増加によって惹起されることが判明した。このように、黒質神経細胞においてノルアドレナリンは2種類の受容体に連動するそれぞれ異なる細胞内機構を介しタウリン応答を増強していることが判明した。
試作レス設計のための三次元有限要素法による仮想設計システムの構築

1.三次元自動分割データ作成手法の開発、及びCADシステムの構築三次元磁界解析のためのデータ作成は,設計者とコンピュータとの自由度の高いコミュニケーションによって行われ,はじめて磁界精度への追求が可能になる。この実現には,自由度の高い三次元自動分割データ作成手法の開発はもとより,マンマシンインターフェイスの開発は必須となり,開発者が視覚的に回転機の最終形状を把握できるためのCADシステムをワークステーションを用いて構築を行った。2.三次元磁界解析の自動化,統合化電磁機器の動作特性解析では、回転子の位置や三次元磁界の時間的変化の解析を必要とするため,それらに対する各種パラメータの自動化を必要とする。とりわけ,有限要素法を用いた回転機の動作特性解析に用いる要素分割データは,回転子の位置に伴って変化させる必要があり,そのデータの作成は自動化が必要である。そこで,同期機や誘導機などの動作原理の異なる各種回転機への対応を可能にするための仮想設計システムの統合化を行った。3.解析結果の高速アニメーション表示回転機の特性解析において,その諸特性を明確に把握することは,設計開発を行う上で重要である.とりわけ,過渡動作特性解析に関しては,得られる解析結果が連続量として出力されるため,その特性を視覚的に把握することは大変困難である.そこで,動作特性解析時に出力される回転子の位置やその時の磁束分布などの解析結果を,表やグラフのみでなく,時刻に応じて連動する動画として表示することは,その回転機の動作特性を必要とする設計者にとって有意義である.これの実現のため,グラフィック・ワークステーションを用いて、解析結果の動画表示が可能な三次元CAEシステムの構築を行った.1.三次元自動分割データ作成手法の開発、及びCADシステムの構築三次元磁界解析のためのデータ作成は,設計者とコンピュータとの自由度の高いコミュニケーションによって行われ,はじめて磁界精度への追求が可能になる。3.解析結果の高速アニメーション表示回転機の特性解析において,その諸特性を明確に把握することは,設計開発を行う上で重要である.とりわけ,過渡動作特性解析に関しては,得られる解析結果が連続量として出力されるため,その特性を視覚的に把握することは大変困難である.そこで,動作特性解析時に出力される回転子の位置やその時の磁束分布などの解析結果を,表やグラフのみでなく,時刻に応じて連動する動画として表示することは,その回転機の動作特性を必要とする設計者にとって有意義である.これの実現のため,グラフィック・ワークステーションを用いて、解析結果の動画表示が可能な三次元CAEシステムの構築を行った.本年度の研究実績は以下の通りである。1.三次元自動分割データ作成手法を開発し,CADシステムを構築した。三次元磁界解析のためのデータ作成は,設計者とコンピュータの間の自由度の高いコミュニケーションによって行われ,はじめて解析精度への追求が可能になる。この実現には,自由度の高い三次元自動分割データ作成手法の開発はもとより,マンマシンインターフェイスの開発は必須となり,開発者が視覚的に回転機の最終形状を把握できるためのCADシステムをワークステーションを用いて構築した。2.三次元磁界解析の自動化,統合化を行った。電磁機器の動作特性解析の実現のためには,電源電流(電圧),回転子の位置,およびこれらによる三次元磁界の時間的変化の解析を必要とするため,それらに対する各種パラメータの自動化を必要とする。とりわけ,有限要素法を用いた回転機の動作特性解析に用いる回転機の要素分割データは,刻々と変化する回転子の位置に伴って変化させる必要があり,そのデータの作成は,回転機の設計者(ユーザ)の負担とならないよう,自動で行う必要がある。そこで、同期機や誘導機などの動作原理の異なる各種回転機への対応,また,同期機においては,コギングトルク解析や回転機の立ち上がり特性の解析,脱調時(回転子と電源の同期がはずれた場合)の解析など,誘導機においては,回転機の立ち上がり特性の解析,刻々と変化する回転子に対する動作制御のための解析などを可能にするための仮想設計システムの統合化を行った。本年度の研究実績は以下の通りである.・解析結果の高速アニメーション表示回転機の特性解析において,その諸特性を明確に把握することは,設計開発を行う上で重要である.とりわけ,過渡動作特性解析に関しては,得られる解析結果が連続量として出力されるため,その特性を視覚的に把握することは大変困難である.

そこで,動作特性解析時に得ることのできる,刻一刻と変化する回転子の位置やその時の磁束分布,及び回転子に働くトルク特性などの解析結果を,表やグラフ,及び定常時における静止画のみでなく,時刻に応じて連動する動画(アニメーション)として表示することは,その回転機の動作特性を必要とする設計者にとって有意義である.これの実現のため,グラフィック・ワークステーション上で,回転機の設計,動作特性解析,及び結果表示といった一連の解析を速やかに行うことのできる三次元CAEシステムの構築を行った.今後の研究計画は以下の通りである.・最適設計システムの自動化回転機の設計において試作レス設計の利点のひとつに最適設計における各種パラメータの検討が挙げられる.従来の実験による試作・試行の検討に比べ,三次元CAEシステムを用いた各種パラメータの検討では,試作モデルの作成期間やコスト面においても遥かに優れており,特に,小型モータ等においては形状寸法のミクロ単位での検討も,正確にシミュレーションすることが可能である.しかし,開発者が目的の要因に対してコンピュータシミュレーション上で特性を検討することは可能であるが,その中で最も最適な形状・制御方法等を求めるためには,膨大なパラメータについて解析を行わなければならない.そこで,各種最適化アルゴリズムとの速成を可能とした効率の良い最適化手法を開発し,短期間で最適な要因を検討できるような三次元CAEシステムの構築を実現する.
新規合成法を駆使した多環性生理活性化合物の合成と医薬品開発への応用

医薬資源として重要な多環性環状有機化合物の全合成研究を行った。1)シクロプロパン融合型インドリン骨格を有するランドリン類の世界初の不斉全合成に成功した。2)不斉Diels-Alder反応を用いてミノビンシンの不斉合成を達成した。3)スエヒトタケの培養液より単離されたシゾコムニンの全合成を行い、天然物の構造を実証した。4)光学活性イルシナールAの全合成を達成した。アレルギー性気管支真菌症を引き起こすスエヒロタケが産生するシゾコムニンの合成研究を行い、提唱構造が誤りであった事を見出し、天然物の真の構造の解明及び全合成を達成した。合成された天然物の細胞毒性を明らかにし、更にアレルギー性気管支真菌症の原因物質であるかの検証を共同研究にて開始した。コプシアアルカロイド、ランドリン類の全合成を2種の合成ルートにて達成した。ランドリン類はシクロプロパン融合型インドリン骨格を有する唯一の天然物群であり選択的な抗悪性黒色腫作用が報告されており、新たな抗がん剤のシード分子として注目されている。しかしシクロプロパン融合型インドリン骨格はその高いひずみにより環拡大が進行しキノリン誘導体に変換されることが知られており、天然物の安定性が合成計画を立てる上で問題となった。第一世代合成法では5置換シクロプロパンの選択的な合成法の確立、シクロプロパン融合型インドリン骨格への変換、更にシクロヘキサン環、アザシクロヘプタン環を融合し、閉環メタセシスにてデヒドロピロリジン環を形成し、N-Boc保護ランドリンBに導いた。N-Boc保護基の除去は選択的なシクロプロバン環拡大反応を引き起こしたため、シリルカルバメートを経由するトランスカルバメーション反応を用いてメチルカルバメートとしてラセミ体ランドリンBの全合成を達成した。第二世代合成法では骨格合成の効率上昇を目的としスピロインドリン骨格に対し、分子内還元的ラジカルカップリング反応によりシクロプロパン融合型インドリン骨格を合成した。その後、Pd触媒を用いるアリル位アミノ化反応及び閉環メタセシスをへてラセミ体、ランドリンA及びBの全合成に成功した。[1]抗悪性黒色腫作用を有するコプシアアルカロイド、ランドリン類の合成研究では昨年度すでにラセミ体合成を達成していた。本年度は最も活性の強いランドリンBの不斉全合成を検討した。対称構造を有するスピロシクロへキサノン中間体をキラルリチウムアミドを用いる非対称エノラートに変換しシリルエーテル化、三枝ー伊藤反応を経てキラルスピロシクロへキセノン中間体を光学活性体として得ることに成功した。引き続きラセミ体合成経路と同様に変換し光学活性ランドリンBの世界初合成を達成し、その絶対構造を明らかにした。[2]3ーシロキシビニルインドールをジエンとするDiels-Alder(DA)反応を用いるヒドロカルバゾール系天然物合成法として1)ジアステレオ選択的手法及び2)エナンチオ選択的手法を開発した。光学活性ピログルタミン酸から得られるキラルα,βー不飽和ーγーラクタムをジエノフィルとするDA反応はSc(OTf)3を触媒としてexo選択的に進行し付加体を高収率、高ジアステレオ選択的に進行した。本反応を鍵段階とするストリキニーネの不斉全合成を検討している。アクリルアミド誘導体とのエナンチオ選択的なDA反応はHo塩とキラルチオウレアリガンドからなる錯体を触媒として高選択的に進行した。本反応を用いてアルカロイド、ミノビンシンの不斉全合成を達成した。[1]本年度は昨年より継続して抗悪性黒色腫作用を有するコプシアアルカロイド、ランドリン類の合成研究を行った。すでに開始していた不斉合成研究を進め、光学活性ランドリン類の全合成を達成した。ラセミ体ランドリンBの生物活性を企業との共同研究により測定し、報告とほぼ同様の抗腫瘍活性を確認した。[2]ランドリン類の不斉全合成にて確立した手法を用いて光学活性グランジロジンCおよびラピディレクチンBの不斉全合成研究を実施した。鍵となるスピロインドリン中間体の改良合成を検討し、工程数の大幅な短縮に成功した。更に、よりシンプルな系にて不斉脱プロトン化を経る不斉合成に成功し,不斉全合成を完成した。[3]我々が開発したフランイミニウムカチオンを用い、光学活性イルシナールAの全合成、マンザミンAの形式全合成を達成した。[4]キラルホルミウム錯体を触媒とするシロキシビニルインドールと電子不足アルケンとの不斉Diels-Alder反応の開発に成功し、付加体を光学活性ヒドロカルバゾールアルカロイド、(ー)ーミノビンシンに変換した。本合成法は他のヒドロカルバゾールアルカロイド合成にも適用可能である。平成27年度はコプシアアルカロイドの不斉全合成研究に於いて大きな進展が見られた。4位2置換シクロヘキサンノンの不斉脱プロトン化反応はこれまでほとんど研究例がない。今回スピロ関係に於いて実用的なレベルの不斉誘導を見いだし、全合成のステップとして用いることができた。ランドリン類の合成は2014年に報告した我々のラセミ体合成の後、ようやく2つのグループから不斉全合成が報告されたが、グランジロジンC,ラピディレクチンBは異なる骨格様式を持っているが効率の良い全合成が達成された。マンザミンAの合成研究はこれまで、世界で4グループの全合成が報告されている。我々の合成は独自の環形成反応を組み込んだ5番目の全合成に当たる。

これまで報告されてきたマンザミンAの抗マラリア、抗結核、抗がん活性など多様な生物活性の解明につながることが期待される。また光学活性希土類錯体を用いる不斉合成研究は一段と深化し、ワンポットプロセスにて4連続不斉中心を有するヒドロカルバゾール類の効率の良い合成法を確立することができた。1)電子豊富ジエンと電子不足オレフィンとの不斉Diels-Alder反応の検討において環状不飽和イミドがBINAMIDEーイットリビウム(III)錯体およびDBU存在下、高収率かつ高い光学純度で付加体を与えることが判明した。本反応は反応速度が速く、置換基を有する不飽和イミドを用いても反応が進行し、これまでの検討の中で初めて四級炭素を含むDiels-Alder付加体を得ることに成功した。置換基による異性体比の変化など更に詳細な検討を行う予定である。2)3ーシロキシビニルインドールと電子不足オレフィンとの不斉Diels-Alder反応の開発においてこれまでオキサゾリジノンをジエノフィルの二配位性活性化基として用いてきたが反応後の変換が容易ではなかった。そこで同様な活性可能が期待できるαーケトチオエステルを活性化基とするジエノフィルとの反応を検討した。その結果、キラルニッケル触媒を用いた反応条件にて高収率、高選択的に光学活性付加体が得られることが判明した。本反応系を用いる有用天然物合成を検討する予定である。3)当研究室で開発したキラルカルバゾール合成法を用いて、韓国及びタイの研究グループが単離、構造決定した光学活性カルバゾール系天然物の全合成を達成し、これまで推定の域を出ていなかった絶対配置を決定することが出来た。また天然物について報告されていた機器データおよびデータのアサインにおける間違いを修正することが出来た。4)カルバゾール系抗生物質であるカルバゾマイシンの全合成に成功した。医薬資源として重要な多環性環状有機化合物の全合成研究を行った。1)シクロプロパン融合型インドリン骨格を有するランドリン類の世界初の不斉全合成に成功した。2)不斉Diels-Alder反応を用いてミノビンシンの不斉合成を達成した。3)スエヒトタケの培養液より単離されたシゾコムニンの全合成を行い、天然物の構造を実証した。4)光学活性イルシナールAの全合成を達成した。平成26年度はランドリンBの世界初の不斉全合成を達成し現在、共同研究にてランドリンBを母核とする新たな抗悪性黒色腫治療薬の開発研究をスタートするに至った。また、共通中間体を用いて同様な生合成経路により生産されている他のコプシアアルカロイドの全合成にも着手し、すでにグランジロジン類の合成経路をほぼ開発している。これらの化合物は絶対配置も決定されておらず、生物活性調査もこれまで不十分であったことから、化学的手法による供給が望まれている分子群である。また、通常不安定であるシロキシブタジエン類を用いる不斉Diels-Alder反応は有用な多置換6員環誘導体を得る手法として有用であるが、不斉化は困難であった。我々は独自に開発したキラルリガンドと希土類塩の組み合わせにより調製されるキラル錯体を用いて不斉化に成功し、キラル6員環化合物の高選択的合成に成功し天然物合成に応用してきた。
体幹と下肢の運動連鎖からみた変形性膝関節症の椅子からの立ち上がり動作の分析

変形性膝関節症者の方々と健康な方の椅子からの立ち上がり動作の仕方の差とその原因を調べ,その調査結果を変形性膝関節症患者の方々に対する新しい治療法に役立てることを目的として行った.その結果,変形性膝関節症者は股関節の筋を効率よく発揮できていないことから,上半身を前に傾けることで得たエネルギーを利用した立ち上がり動作ができておらず,膝関節の筋の負担が増大していることが分かった.理学療法によるこれらの機能の獲得が変形性膝関節症の発症ならびに進行の予防にっながることが示唆された.変形性膝関節症者の方々と健康な方の椅子からの立ち上がり動作の仕方の差とその原因を調べ,その調査結果を変形性膝関節症患者の方々に対する新しい治療法に役立てることを目的として行った.その結果,変形性膝関節症者は股関節の筋を効率よく発揮できていないことから,上半身を前に傾けることで得たエネルギーを利用した立ち上がり動作ができておらず,膝関節の筋の負担が増大していることが分かった.理学療法によるこれらの機能の獲得が変形性膝関節症の発症ならびに進行の予防にっながることが示唆された.本年度は,予備実験の実施,計測システムの構築とその信頼性・再現性の確認を行い,研究プロトコルを作成した.それから,健常若年者の椅子からの立ち上がり動作(STS)の3次元空間での運動学と運動力学,筋電図学の各観点から,STSの運動方略を明らかにし,動作達成に必要とされる頭部-胸部-骨盤-大腿-下腿-足部の運動連鎖をエネルギーの流れの観点から確認した.その結果,まず臀部離床までの体幹前屈運動において,骨盤の遠位部から力学的エネルギーが発生し,骨盤から頭部まで伝達され,その後,頭部から大腿まで伝達される.さらに各体節間のパワーの絶対値はほぼ等しかったことから,頭部・胸部・腹部・骨盤間の力学的エネルギーの伝達効率は高く,力学的エネルギーの流れを巧みに利用していることが示唆された.また,臀部離床前には下腿から大腿へ力学的エネルギーの伝達がみられた,これは頭部から大腿まで伝達された力学的エネルギーを受け止める支柱の働きであると考えられ,大腿に力学的エネルギーを集めることで殿部離床の課題を達成していることが示唆された.臀部離床後は足部から頭部へ力学的エネルギーの伝達がみられ,身体重心の上方移動に寄与していると示唆された.しかし,骨盤・大腿・下腿・足部間においては各体節間のパワーの絶対値には差を認めなかったため,力学的エネルギーの伝達効率は低くなっていると考えられた.以上より,STSでの各体節間で行われる力学的エネルギーの伝達状況を詳細に把握することが可能であることが示唆された.つまり,機能低下部位の特定および病態部の力学的ストレスを捉えることができ,そのような患者のデータの取得は理学療法の臨床へと還元できる可能性が期待できる.本年度は,昨年度に作成した研究プロトコルを用いて,変形性膝関節症者と年齢等の属性が同じである健常中年女性との椅子からの立ち上がり動作(Sit-to-stand:以下,STS)における,3次元空間での運動学と運動力学および下肢筋の筋電図学的解析を行い,STSの運動方略の違いを胸部-骨盤-大腿-下腿の運動連鎖をエネルギーの流れの観点から明らかにした.その結果,変形性膝関節症者のSTSは骨盤前傾によって発生される骨盤部の負の筋パワー平均値,下腿前傾によって発生される下腿部の負の筋パワー積分値および平均値がより低値を示した.また,股関節伸展および膝関節伸展によって発生される大腿部の正の筋パワー平均値がより低値を示した.これらのことは大腿部に流れる力学的エネルギーの流れの能力が低下していると考えられる,つまり,骨盤前傾による股関節伸展筋の遠心性収縮や下腿前傾による膝関節伸展筋の遠心性収縮による筋へのエネルギーの蓄積の能力が低下し,さらに股関節伸展筋および膝関節伸展筋による筋のエネルギー変換を速く行うことができていないことが示唆された.以上のことから,変形性膝関節症者のSTSは体幹前傾によって生じる運動エネルギーを利用する能力が低下し,適切な下腿前傾つまり足関節背屈が発揮できず,その結果として筋によるエネルギー発生の負担が増大していることが分かった.また,変形性膝関節症者は膝関節伸展筋を遠心性収縮だけでなく,股関節伸展筋の遠心性収縮を効率よく行うことができていないことが分かった.つまり,適切な股関節伸展および膝関節伸展筋の効率のよい遠心性収縮の獲得させることが,運動エネルギーを利用したSTSの獲得および変形性膝関節症者の症状軽減および病態進行予防につながると考えられる.
LPVシステムに対する同定から制御までの統一的理論の構築

本研究は,時変システムや非線形システムに対する制御系設計として有効な,LPV(Linear Parameter Varying)システムに対する補償器設計理論において未解決となっている,入出力データに基づくLPVシステムによる実システムのモデリング・同定の過程を扱い,「LPVシステムに対する同定から制御までの統一的な制御方策を確立すること」を目指している.その具体的な課題は,1:「LPVシステムにおける同定結果の解析」,2:「同定結果と制御系設計手法との融合,アルゴリズムの確立」,3:「実システムへの適用と結果の考察」,4:「提案手法を実現するソフトウェアの公開と配布」であり,平成10年度は課題3,4のの結果を導出することを計画した.課題3:鉄工業における高炉の自動制御をめざし,その精密なシミュレータから制御系設計用のモデルの導出,および制御系設計に対して本研究の手法を適用し,数値計算によりその有効性を確認した.具体的には,高炉内部の主となる振る舞いを再現した2相4成分モデルを作成し,そのモデルの解析をとおして,必要な入出力特性をLPVシステムによって表現することを考え,シミュレータの入出力データから有効なLPVシステムを導出し,またそのモデルを用いたゲインスケジューリングによる制御系設計を試みた.数値結果としては十分のものを得たが,残念ながら研究期間内に,より複雑で精密な高炉シミュレータ,および実高炉への適用は実現できず,今後の課題となった.課題4:提案手法を実現するソフトウェアは完成した.ただし,まだこれを公開・配布するには至っておらず,引き続き,これを整備したうえで,近日中に公開・配布を実施したい.本研究は,時変システムや非線形システムに対する制御系設計として有効な,LPV(Linear Parameter Varying)システムに対する補償器設計理論において未解決となっている,入出力データに基づくLPVシステムによる実システムのモデリング・同定の過程を扱い,「LPVシステムに対する同定から制御までの統一的な制御方策を確立すること」を目指している.その具体的な課題は,1:「LPVシステムにおける同定結果の解析」,2:「同定結果と制御系設計手法との融合,アルゴリズムの確立」,3:「実システムへの適用と結果の考察」,4:「提案手法を実現するソフトウエアの公開と配布」であり,平成10年度は課題1,2の理論的結果を導出することを計画した.課題1:時変システムに対する同定誤差の評価を行った.時不変システムにおいてはデータ数増加に対する,ノイズ誤差の0への収束が補償されるが,時変システムにおいては同定精度の限界があることが示された.つまりこの場合,同定誤差は確率的ノイズ誤差とシステムの時間変動に起因する誤差の和に分解でき,後者はデータ数に対して増大する傾向にある.よって本同定誤差にはデータ数に対してトレードオフが存在し,誤差を最小とする最適なデータ数が存在すること,またその最小誤差が同定精度の限界であることが示された.本結果により,同定によってLPVモデルを導く際のデータ数,補償器設計において考慮すべきロバスト性の設定指針が与えられる.課題2:課題1を踏まえ,入出力データに基づく時変ノミナルモデルの設定,時刻ごとの同定誤差に起因するシステムの不確かさの設定および補償器設計の,同時設計問題を提案した.本統一的設計問題での指針は閉ループシステムの制御性能であり,結果として同定誤差を最小とする時変ノミナルモデルが最適ではないことがあり得ることを示した.本研究は,時変システムや非線形システムに対する制御系設計として有効な,LPV(Linear Parameter Varying)システムに対する補償器設計理論において未解決となっている,入出力データに基づくLPVシステムによる実システムのモデリング・同定の過程を扱い,「LPVシステムに対する同定から制御までの統一的な制御方策を確立すること」を目指している.その具体的な課題は,1:「LPVシステムにおける同定結果の解析」,2:「同定結果と制御系設計手法との融合,アルゴリズムの確立」,3:「実システムへの適用と結果の考察」,4:「提案手法を実現するソフトウェアの公開と配布」であり,平成10年度は課題3,4のの結果を導出することを計画した.課題3:鉄工業における高炉の自動制御をめざし,その精密なシミュレータから制御系設計用のモデルの導出,および制御系設計に対して本研究の手法を適用し,数値計算によりその有効性を確認した.具体的には,高炉内部の主となる振る舞いを再現した2相4成分モデルを作成し,そのモデルの解析をとおして,必要な入出力特性をLPVシステムによって表現することを考え,シミュレータの入出力データから有効なLPVシステムを導出し,またそのモデルを用いたゲインスケジューリングによる制御系設計を試みた.数値結果としては十分のものを得たが,残念ながら研究期間内に,より複雑で精密な高炉シミュレータ,および実高炉への適用は実現できず,今後の課題となった.課題4:提案手法を実現するソフトウェアは完成した.ただし,まだこれを公開・配布するには至っておらず,引き続き,これを整備したうえで,近日中に公開・配布を実施したい.
アレー受信機における雑音の相関とその影響の評価

アレー信号処理を実用化するためには、受信機における雑音の相関が問題となる。本研究は、実際のアレー受信機を用いることにより雑音の相関による到来方向推定精度への影響を評価した。さらに、遺伝的アルゴリズムを用いることにより、このような実際の環境下において最適な到来方向推定アルゴリズムを生成する方法を提案したアレー信号処理を実用化するためには、受信機における雑音の相関が問題となる。さらに、遺伝的アルゴリズムを用いることにより、このような実際の環境下において最適な到来方向推定アルゴリズムを生成する方法を提案したアレー信号処理のシミュレーションにおいて、多くの場合雑音が無相関であると仮定している。しかしながら、これまでの申請者の研究で、実際の受信機では雑音に相関があることが明らかになった。本研究は、実際のアレー受信機を用いることにより雑音の相関発生メカニズムを明らかにし、実際の受信機に即したシミュレーションモデルを構築し、雑音の相関による到来方向推定精度への影響を評価することを目的としている。さらに、次の段階では、ソフトウェアによるキャリブレーションにより雑音の相関の影響を除去する方法を提案することを目指していく。当該年度の研究では、科学研究費補助金により16チャンネルA/Dコンバーターを購入し、既存のアレーアンテナシステムに組み込んだ。このシステムのハードウェア・ソフトウェアを構築し、実験を行うことができるように環境を整えた。構築したシステムを稼働させ、実際の雑音波形を取得して、アレー受信機の雑音の相関の定量的な評価を行った。さらに、受信機をブロックごとに動作させてデータを取得することにより、受信機の内部のどの部分でどのような雑音の相関が発生しているかを明らかにした。特に、局部発信器は一つの信号源の出力がアレーの全素子で共通して使用されているために、この部分を重点的に調べた。また、アンテナの相互結合や、受信機内部の配線の電磁誘導結合・静電誘導結合が雑音の相関の原因になっていないかも調査した。アレー信号処理のシミュレーションにおいて、多くの場合雑音が無相関であると仮定している。本研究は、実際のアレー受信機を用いることにより雑音の相関発生メカニズムを明らかにし、雑音の相関による到来方向推定精度への影響を評価した。その上で、受信機の雑音の相関など、現実的な条件下で、最適な電波到来方向推定アルゴリズムを自動的に探索する方法を提案した。新しい提案法は、進化論的手法である遺伝的アルゴリズムを用いて、電波到来方向推定の開発を自動化することが目的である。電波到来方向推定アルゴリズムとして遺伝的アルゴリズムを用いるのではなく、新しい電波到来方向推定アルゴリズムを開発するための手段として遺伝的アルゴリズムを用いることが特徴である。電波到来方向推定アルゴリズムは、使用される環境により、低SNR、低サンプル数、高相関など、要求される条件が異なる。そのため、それぞれの環境に最適な電波到来方向推定アルゴリズムが存在する。生物が、それぞれの環境において適したものが生存し、進化してきたように、要求される条件下で最適な電波到来方向推定アルゴリズムを開発するための手法を確立し、計算機デモンストレーションにより効果を検証した。提案法においては、まず、遺伝的アルゴリズムから受け取ったビット配列をポーランド記法を用いて電波到来方向推定アルゴリズムに変換する。次に、このアルゴリズムを用いて、設定した条件下における電波到来方向推定シミュレーションを行い、そのアルゴリズムの良さを推定誤差として定量化する。受信機の誤差に関する条件などは、この段階で提案アルゴリズムに組み込まれる。この誤差を遺伝的アルゴリズムに返すことにより、設定した条件下における最適な到来方向推定アルゴリズムが生成される。
細胞内送達ベクターと自己分解型リンカーに基づく効率的薬物粘膜透過システムの構築

1年目と2年目の成果をもとに、小腸上皮細胞モデルとしてCaco-2細胞を用いて、効率的な粘膜透過システムの樹立を目指した。新たに開発された膜透過促進配列(Pas)を付加したアルギニンペプチドによる効率的な細胞内導入により薬物の細胞内濃度を高めるとともに、ペプチド性自己分解型リンカーの精密設計に基づく細胞内薬物放出速度の最適化により、薬物がアルギニンペプチドと一緒に細胞内に保持されることを回避し、効果的なbasal側(血管側に対応)への薬物の放出を図った。難透過性薬物モデルとして、以前の報告と同じくFITCにエタノールアミンを付加した化合物(FE)を用いた。FE単独投与もしくはPas未付加アルギニンペプチドコンジュゲートとして投与の場合に比べて、Pas付加アルギニンペプチドコンジュゲートとして投与した場合、FEのCaco-2単層膜透過量は約2倍増加した。薬物放出半減期は以前の報告と同様に、10分程度の短時間のコンジュゲートで最も高い効果が得られた。以前の報告では、本検討よりも5倍高い濃度でPas未付加アルギニンペプチドを用いて同様の効果を得ていたことから、Pasの適用により投与量の低減が達成された。化学的(ペプチド性)自己分解型リンカーの分解制御法の確立を試みた。生理的条件下、イミド形成に基づくリンカーの自己水解により、親化合物が再生されることから、自己分解型リンカーを介した複合体は一種のプロトラッグとも見なすことが可能てある。ジスルフィドを介した結合は、SH基を有する薬物には限りがあるために、より一般的な水酸基やアミノ基を有する薬物に広く用いることの出来るリンカーとして、化学的自己分解型リンカーの適用を検討した。また、細胞内での酵素切断などを利用したプロドラッグ化による薬物の再生においては、しばしば親化合物の構造・組成が元に戻らないことがあるのに対し、この方法では親化合物は完全に再生可能であり、その意味でも有用である。これまでに、トリガーとしてのアミノ酸1残基で分解半減期が制御されていたが、アミノ酸側鎖が分解を誘起するタイプの自己分解型リンカーは見出されたばかりてあり、自己分解を活性化するアミノ酸、あるいは周辺の構造的、物理化学的環境が分解半減期に与える影響などの詳細は未だ検討されていない。そこで、市販されている種々の側鎖構造を有するアミノ酸を1残基だけてなく、複数のアミノ酸の組み合わせ、さらに、L体、D体の組み合わせも考慮し、様々なリンカー構造を有する化合物を合成した。これらの化合物の分解半減期をHPLCを用いて網羅的に解析した結果、スクシンイミド形成による分解において、半減期制御に関する基礎的情報を得ることに成功した。既存のアルギニンペプチドよりも効率的な膜透過ベクターの開発を試みた。従来のアルギニンペプチドに付加することで有意に細胞内移行量が増加する短鎖ペプチド配列を見出し、これを膜透過促進配列(Pas : penetration accelerating sequence)と名付けた。Pasを付加したアルギニンペプチドは、未付加のペプチドに比して有意に高い細胞内移行性を示し、10μMの濃度で細胞へ添加後5分で、顕著なサイトゾルへの移行が確認された。この濃度領域では、従来のアルギニンペプチドはエンドサイトーシスで細胞内へ取り込まれるため、多くがエンドソームにトラップされることが問題となっている。したがって、Pasを付加することによって、この問題を解決できる可能性が示された。また、Pas付加したアルギニンペプチドは、4°C条件下で顕著に細胞内移行が阻害され、またアクチン重合阻害剤存在下でも細胞内移行量は減少したことから、エネルギー依存的に細胞内へ移行することがわかった。さらに、生理活性ペプチドとしてすでに報告されているp53 C末端由来ペプチドを用いて、細胞増殖阻害活性を指標にPas付加の有用性を示した。次に、Pas配列中で、アルギニンペプチドの細胞内移行促進に重要なアミノ酸残基およびペプチド配列の同定を行い、新たにPas2を設計した。前述と同様の検討により、Pas2の細胞内移行促進効果が、従来のPasよりも高いことを確認できた。これらを用い、効率的薬物粘膜透過システムの確立へと繋げたい。
電子化資料の保存を目的としたメタデータモデルとそれに基づくソフトウェアツール

すべてのディジタル情報資源を保存するという問題に対して有効な単一の解はなく、保存のポリシーに関する問題、保存に関わる組織と組織間の関係に関する問題、法的な問題、知的財産権に関わる問題、メタデータに関する問題など、さまざまな視点からの取り組みがなされている。本研究では、メタデータがディジタル情報資源の管理のみならず、ディジタル情報資源の保存のために役立つ強力な道具であると考え、上の課題と取り組んだ。すなわち、インターネット上のディジタル情報資源を基に、蔵書(コレクション)構成を行う場合にどのようなメタデータを付与するかについて考察し、次の結果を得た。(1)これまでの図書館では、その蔵書構成においては、情報媒体は印刷物のみであったので、構成法の分類は利用目的からのみでよかった。(2)ところが、インターネット上のディジタル情報資源を基に蔵書構成をする場合には、それに加えて、資源をインターネットの各サイトからどのように調達するかが問題となる。言い換えれば各サイトの提供方法の水準、たとえば全文すべてか、あるいは目録のみかなど、提供方法の水準による分類が存在する。蔵書構成は、その水準分類と(1)の分類を組み合わせてできる二次元マトリックス上のどの格子点で行うかを定める必要があることを明らかにした。(3)こうしてできる蔵書のメタデータ構成要素がすべて同じというのは合理的ではなく、当該蔵書のそれには、二次元マトリックスの格子点対応に予め用意しておく詳しさ(粒度)のメタデータ要素を付与するとよい。電子図書館分野では電子的情報資源の保存の重要性が認められている。特に,電子的に作成された資料(Born Digital Resource : BDR)の保存が現在の研究課題として認められている。BDRの保存には,資料を適切な粒度にまとめた上で,資料の内容や利用者対象等に関する記述を与えること,資料の来歴や他の資料との意味的関係といった背景情報を記述すること,資料の利用や保存のためのソフトウェア等の技術的項目に関する記述が求められる。長期保存のための情報パッケージはOAIS (Open Archival Information System)の取り決めによると、次の要素からなっている。(1)内容情報:(1a)主データオブジェクト、(1b)その表現情報(2)保存記述情報:(2a)参照情報、(2b)環境情報、(2c)来歴情報、(2d)不変性保護情報われわれは、保存すべき情報オブジェクトの粒度を次のように分類した。すなわち、(a)アイテム:図書館が所有している個々のオブジェクト、(b)クラス:他機関で保存されているオブジェクトで、図書館からアクセスヵ享許されているもの、(c)コレクション:一つのデータベースに編成されたオブジェクトの収集物。考察の結果、アイテムレベルのメタデータにはOAISの(1)(2)のすべてが必要であるが、クラスレベルのメタデータは(2)のすべて、コレクションレベルのメタデータは(2c)(2d)のみでよいことが分かった。

(3)こうしてできる蔵書のメタデータ構成要素がすべて同じというのは合理的ではなく、当該蔵書のそれには、二次元マトリックスの格子点対応に予め用意しておく詳しさ(粒度)のメタデータ要素を付与するとよい。
母体免疫における細胞性免疫機構の解明

(はじめに)現在,2歳以下の幼小児において肺炎球菌感染症に対する有効なワクチンはわが国では導入されていない。今回,マウスモデルを用いて母体経鼻免疫による仔マウスへの肺炎球菌特異的抗体の誘導と肺炎球菌感染予防について検討を行った。(方法)BALB/cマウス(4週齢,雌)にPspAをコレラトキシンBをアジュバンドとして経鼻免疫を行った後に,交配し仔マウスを得た。仔マウスが生まれた直後に免疫母マウスと非免疫母マウスを交換し,次の4群で子マウスを発育させた。A群:免疫母マウスー免疫母マウス由来子マウス,B群:免疫母マウスー非免疫母マウス由来仔マウス,C群:非免疫母マウス-免疫母マウス由来仔マウス,D群:非免疫母マウス-非免疫母マウス由来仔マウス。この4群にて(1)PspA母体経鼻免疫による肺炎球菌特異的抗体の誘導,(2)PspA母体経鼻免疫によるマウス鼻腔への肺炎球菌定着の予防,(3)PsaA母体経鼻免疫によるマウス肺炎球菌全身感染の予防について検討した。(結果)(1)PspA経鼻免疫により,母マウス血中,母乳中に抗PspA特異的IgG抗体,IgA抗体が誘導された。A群,B群では仔マウスの血清中に抗PspA特異的IgG抗体の上昇が見られたが,C群,D群では低いレベルであった。(2)A群とD群を比較するとA群において有意に肺炎球菌の定着が抑制された。B群でも肺炎球菌の定着抑制が見られたが,C群では見られなかった。(3)D群と比較して,A群,B群,C群にて肺炎球菌全身感染症による生存期間の延長が見られた。(考察)以上のことから,PspAを用いた母体免疫を行うと,母体血清中および母乳中に抗PspA特異的IgG抗体,IgA抗体が誘導されこれらが,経胎盤,経母乳により仔へ移行したと考えられた。また,肺炎球菌定着の減少,肺炎球菌全身感染症による生存期間の延長が見られたこのから効果的な予防方法となると考えられた。1.経鼻的母体免疫による母乳中インフルエンザ菌特異的抗体産生リンパ球の検討インフルエンザ菌外膜蛋白P6をコレラトキシンとともに雌マウスに経鼻免役した後に交配し、新生児マウスを獲た後に、授乳母マウスの母乳中に抗インフルエンザ菌外膜蛋白P6特異的IgGおよびIgAが誘導されることがすでに判明した。現在、これらの母乳中よりリンパ球の分離を行うとともに抗体産生細胞の検出を行っている。2.新生児の哺乳状態によるインフルエンザ菌特異的免疫応答の変化インフルエンザ菌外膜蛋白P6をコレラトキシンとともに雌マウスに経鼻免疫を行った後に交配し、新生児マウスを獲る。出産後に(A)免疫母マウスが自身の仔マウスを育てる群、(B)免疫母マウスが、非免疫母マウス由来の仔マウスを育てる群、(C)非免疫母マウスが、免疫母マウス由来の仔マウスを育てる群、(D)非免疫母マウスが自身の仔マウスを育てる群の4群で、哺乳状態による新生児マウスのインフルエンザ菌特異的免疫応答の検討を行った結果、免疫母マウスによる授乳が新生児マウスにおける特異的免疫応答の維持に極めて重要であることが判明した。現在、これらの新生児マウスの脾臓よりリンパ球を分離し、母乳栄養による新生児マウスの全身免疫応答への影響を検討中である。3.経鼻的母体免疫による新生児マウスの全身免疫応答への影響免疫母マウスによる母乳栄養を受けた非免疫母マウス由来の新生児マウスでは、哺乳期間に伴い全身免疫応答が誘導されることが判明した。このことは、新生児期における特異的免疫応答の維持に免疫母マウス由来の母乳栄養が極めて重要であることが考えられる。さらに、この免疫母由来の新生児マウスが、P6抗原の刺激により抗体産生を行うかどうかについてさらに検討中である。(結果)

(1)PspA経鼻免疫により,母マウス血中,母乳中に抗PspA特異的IgG抗体,IgA抗体が誘導された。A群,B群では仔マウスの血清中に抗PspA特異的IgG抗体の上昇が見られたが,C群,D群では低いレベルであった。(2)A群とD群を比較するとA群において有意に肺炎球菌の定着が抑制された。B群でも肺炎球菌の定着抑制が見られたが,C群では見られなかった。(3)D群と比較して,A群,B群,C群にて肺炎球菌全身感染症による生存期間の延長が見られた。(考察)以上のことから,PspAを用いた母体免疫を行うと,母体血清中および母乳中に抗PspA特異的IgG抗体,IgA抗体が誘導されこれらが,経胎盤,経母乳により仔へ移行したと考えられた。また,肺炎球菌定着の減少,肺炎球菌全身感染症による生存期間の延長が見られたこのから効果的な予防方法となると考えられた。
ピコ秒界面和周波発生(SFG)を用いる表面反応中間種の構造とダイナミクスの研究

本研究課題は、固体表面の化学反応の過程で生成する化学種を識別してその構造や配向をあきらかにし、さらにそのダイナミクスを明らかにするために、ピコ秒パルス光を使った赤外-可視和周波発生分光法を適用することを目的として平成3年から実施されたものである。本年度は最終年度として、波長可変赤外パルス発生装置の仕上げと様々な表面におけるSPG分光の実施、それに、ポンプープローブ吸収分光法による振動ダイナミクスの基礎過程の検討を中心課題に設定した。波長可変赤外光パルス発生装置については、前年度に引き続き可変波長領域の拡大とその掃引方法の円滑化、さらに、パルス当たりのエネルギーを損なうことなく発振波長幅を狭めることに主力を注いだ。即ち、近赤外光発生装置における光学素子の選択と配置を改良して可変領域を拡大することに成功し、さらに、波長選択素子として回折格子を導入して発振赤外光の線幅を約30cm^<-1>から2cm^<-1>以下まで狭めることに成功した。また、現有の装置を利用してMgO結晶やPt単結晶表面の吸着種について赤外-可視和周波発生分光を行い、測定手順の自動化、簡便化を進めた。さらに、試料表面を調製するために製作した超高真空チャンバーについて、マニピュレータ及び温度可変部に改良を加えた。ニオブ酸リチウム結晶によるパラメトリック光発生で得た赤外パルス光を使ってポンプープローブ法による過渡吸収の実時間測定を行い、ゼオライト表面の酸性水酸基における分子吸着による振動寿命の変化を実測した。その結果、表面水酸基のOH伸縮振動の寿命に貴ガス原子(K.Xc)及び水分子の吸着の効果が見出され、吸着相互作用に対して新しい情報を与えることとなった。本年度は、ピコ秒の時間幅を有する赤外パルスを発生させるための光源部の製作と、単結晶の清浄表面上に構造のわかった吸着種を調製するための超高真空装置の製作を行った。光源部に関しては40002500cm^<-1>の赤外光を得るためにLiNbO_3結晶によるパラメトッリク発生、増幅装置と、25001300cm^<-1>の赤外光を得るためのAgGaS_2結晶と進行波型色素レーザーによる差周波発生装置を製作した。パラメトリック発生、増幅装置に関しては4個の結晶片を用いることにより3000cm^<-1>付近において時間幅35ps以下、線幅7cm^<-1>以下、1パルスあたりのエネルギー0.2mJの赤外パルスを得ることができた。また、差周波発生装置に関しては2000cm^<-1>付近において時間幅30ps以下、線幅11cm^<-1>、エネルギー20mJの赤外パルスが得られた。現在、以上の光源を2系列組むことで2色の赤外光を用いた時間分解計測を行えるシステムを組み上げている段階である。超高真空装置に関しては、真空チャンバー及び試料ホルダーの製作はほぼ終了し、所定の性能(到達真空度1x10^<-10>Torr以下、温度領域80^700K)を出すための最終的な調整段階にある。これまでに製作したシステムを用いて、ダイアモンド(100)表面のSFGスペクトル観測を行ったところ、2920cm^<-1>にC-H伸縮振動に帰属されるスペクトルが観測され、システムが所定の性能を有していることは確認された。今後は、まず銅単結晶表面上に吸着させたギ酸について検討を行う予定である。本年度はまず、ピコ秒赤外パルス光を高出力化し、かつ線幅を縮小するために、光学系を手直しした。また、試料調製用の簡易型真空チャンバー(山本真空研究所)を購入した。

同時に装置の感度・性能を調整・検定するための標準試料の探索を行った。その結果、SFGに用いる2つのパルスレーザー光の光路と遅延時間を粗調製する上ではGaAs結晶及び水晶片が適していること、さらに微調製を行うにはシランカップリング法で製作した化学吸着膜が有用であることを確認した。SFGスペクトルの測定は、化学吸着膜及び酸化マグネシウム単結晶表面に吸着したギ酸について行った。前者については、基板(石英板)の表面処理が吸着分子の密度及び配向に大きな影響を及ぼしていること、吸着分子のアルキル鎖の長さが分子骨格の折れ曲がりの度合と関連していることなどを見出した。一方、吸着ギ酸に関する測定は超高真空容器を用い、昇温脱離(TPD)法を併用しながら行った。その結果、吸着種はギ酸(HCOOH)からプロトンが解離したホルメート(HCOO^-)であることを見出し、さらに、吸着・昇温脱離を繰り返すと表面に極微な凹凸が生じ、新しい吸着サイトが生成することを見出した。SFGスペクトルの偏光特性に注目した理論解析の方法についても定式化を行った。これを用いて配向解析を行ったところ、マグネシウム上に吸着したホルメート分子については、旧来の吸着サイトでは表面に対して垂直にたっているが、表面の荒れに伴って生じる吸着サイトでは表面から45゚程度傾いていることを見出した。現在、吸着の分子論的な解釈を試みている。他に、表面を水素化したダイヤモンドについても予備的なSFG測定を行った。本研究課題は、固体表面の化学反応の過程で生成する化学種を識別してその構造や配向をあきらかにし、さらにそのダイナミクスを明らかにするために、ピコ秒パルス光を使った赤外-可視和周波発生分光法を適用することを目的として平成3年から実施されたものである。本年度は最終年度として、波長可変赤外パルス発生装置の仕上げと様々な表面におけるSFG分光の実施、それに、ポンプープローブ吸収分光法による振動ダイナミクスの基礎過程の検討を中心課題に設定した。波長可変赤外光パルス発生装置については、前年度に引き続き可変波長領域の拡大とその掃引方法の円滑化、さらに、パルス当たりのエネルギーを損なうことなく発振波長幅を狭めることに主力を注いだ。即ち、近赤外光発生装置における光学素子の選択と配置を改良して可変領域を拡大することに成功し、さらに、波長選択素子として回析格子を導入して発振赤外光の線幅を約30cm^<-1>から2cm^<-1>以下まで狭めることに成功した。また、現有の装置を利用してMgO結晶やPt単結晶表面の吸着種について赤外-可視和周波発生分光を行い、測定手順の自動化、簡便化を進めた。さらに、試料表面を調整するために製作した超高真空チャンバーについて、マニピュレータ及び温度可変部に改良を加えた。ニオブ酸リチウム結晶によるパラメトリック光発生で得た赤外パルス光を使ってポンプープローブ法による過渡吸収の実時間測定を行い、ゼオライト表面の酸性水酸基における分子吸着による振動寿命の変化を実測した。その結果、表面水酸基のOH伸縮振動の寿命に貴ガス原子(Kr,Xe)及びH_2O分子の吸着の効果が見出され、吸着相互作用に対して新情報を与えることとなった。
銀河シミュレーションで探る星団起源ブラックホール連星の宇宙史

今後予定されている重力波の観測と理論モデルとを比較し、重力波放出によって合体するブラックホール連星が、星団内でどの程度形成されるのか、シミュレーションによって明らかにする。本研究では、特に、星団まで分解する銀河シミュレーションを行い、金属量(形成時の赤方偏移)、ガスの割合、質量の異なる銀河、さらに相互作用する銀河での星団の質量関数の違いを調べる。これらの結果をモデル化し、他の研究から得られた星団1つあたりで形成するブラックホール連星のモデルと合わせることで、星団起源のBH連星の頻度と観測され得る質量関数や離心率の見積もりをこれまでの研究より正確に行う。