hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
圧縮センシング画像再構成のためのリアルタイム磁場計測システムの開発

これは、コイル面がXY平面ずれていることの他に、20kHzの時間分解能では不足することが考えられた。27年度はNMR型の開発を行った。NMRプローブは、アルギン酸ナトリウム溶液の入った内/外径が0.8/1.09mmのキャピラリー管の周囲に無酸素銅線でコイルを巻き、3Dプリンターで造形した容器の中に、フロリナート溶液と共に封入する構造とした。計測実験の結果、pick-up型よりも時間分解能、精度共に充分に高く、NMR型の方がリアルタイム傾斜磁場計測には適していることが明らかにできた。今や臨床上必須であるMRI装置において、未だに撮像高速化は非常に重要である。近年注目を浴びている圧縮センシング法に代表されるサブナイキスト法は、K空間上をKx,Ky軸に平行にサンプルしないことを前提としているため、そのサンプリング軌道の誤差が画像上のアーティファクトとなりうる。そのため、リアルタイム磁場変動計測システムとしてpick-upコイル型とNMR型の2種を提案し、双方を開発、有用性を評価した。結果、前者よりも後者の方が信頼度が高く、リアルタイム傾斜磁場計測には適していることが明らかにできた。一方で前者にはまだ改善の余地が有り、今後の研究開発が必要と考えられた。Pick-upコイル型に関しては、前年度の結果を受けてシステムの改良を行ったものの、時間分解能が不足することが判明したため、実証実験が新たな高精度電圧計測系が入手できる27年度に延期となった。NMR型に関しては、3Dプリンタの吸水の問題が生じたものの、吸水が遅いために数週間は信号計測できることは確認できる程度で大きな問題では無く、概ね順調に進んでいる。圧縮センシング再構成プログラム開発に関しては、予定通り進んでいる。MRI物理・工学今後は、pick-upコイル型、NMR型、圧縮センシング再構成プログラムの全てを完成させ、実証実験を通してその精度を評価する。それぞれ詳細は以下の通り。pick-upコイル型に関しては、電圧計測の時間分解能が不足していることが判明したため、新たに高精度電圧計測系を入手し、完成させる。NMR型に関しては、吸水を止めるため、3Dプリンタ造形物にあけた穴の内側表面のコーティングしたり、フロリナートなどの水よりも分子量の大きな液体を注入したりするなどの対応を取り、システムを完成させる。圧縮センシングプログラミングは、C言語によるオフライン再構成システムを目指す。Pick-upコイル型に関しては、計画通り、プロトタイプ計測系を設計、開発し、実証実験を行い、評価した。NMR型に関しては、当該年度内に問題点を議論する機会が複数得られたため、前倒しして、問題点の洗い出しを行った。26年度は、NMR型計測系としてスペクトロメータも開発予定であったが、不要となったスペクトロメータを入手することができたために開発が不要となったため。今後は、pick-upコイル型に関しては、更に改良してその高精度化を目指し、NMR型に関しては、開発を開始し、実証実験を通してその精度を評価する。また圧縮センシングのプログラム開発を開始する。
AD/HD特性により育児困難を抱えた母親対象の育児支援モデルの作成

1.研究の背景:日本では2005年には発達障害者支援法が施行され、2016年に同法の一部が改正された。これらにより、子どもの発達障害に関する理解や認識が広がり、発達障害児とその家族への支援体制は急速に整えられている。しかし、発達障害のひとつである注意欠如・多動症(以下、AD/HD)をもつ成人は、AD/HDを周囲に気づかれずに過ごしている方が多い。近年、欧米においてはAD/HDをもつ親の育児に関する研究が蓄積されてきており、親のADHD症状は、否定的な行動をした子どもを強く責める、子どもとのかかわりが少ない、といった育児と関連していることが明らかになっている。しかし、日本においてはAD/HD傾向をもつ親の育児に関する研究が進んでいない。2.研究の目的:乳幼児をもつ親のAD/HD傾向と育児困難・育児支援の関連性を検証することを目的とする。3.研究方法幼稚園・保育所等に通う06歳の子どもの親710名を対象とし、無記名自記式質問紙調査を行った。協力承諾が得られた幼稚園・保育所等にて、職員を介して説明書及びアンケートを配布し、郵送法にて回収した。アンケート用紙の返送をもって、研究の同意が得られたとみなした。調査内容は、育児中の母親の特性(基本属性、AD/HD特性尺度、愛着ー養育バランス尺度)、育児困難(育児感情尺度)、支援(育児ソーシャル・サポート尺度)とした。4.結果:710名に配布し、352名より回収があった(回収率49.6%)。結果は、現在分析中である。2018年度に計画していたAD/HD特性をもち育児を行っている母親に対するインタビュー調査は、該当者への依頼が難しく、今のところインタビュー終了は2人のみとなっている。しかし、2019年度に計画していた、乳幼児をもつ親のAD/HD傾向と育児困難・育児支援の関連性を検証することを目的としたアンケート調査を前倒しで行い、現在分析中である。2018年度に行ったアンケート調査では、子どものAD/HD症状を考慮していなかった。AD/HDは遺伝確率が高いとの報告がある。今後、AD/HDと診断された子どもの親に対しても、同様のアンケート調査を行い、AD/HD傾向のある親とAD/HDの子ども、AD/HD傾向のない親とAD/HDの子どもの間で、育児困難・育児支援に差があるかを調査する予定である。また、アンケート回答者に対し、インタビュー可能な対象者がいればインタビューを行い、育児困難や育児支援ニーズを明らかにする。2018年度に予定していた、AD/HD特性をもち育児を行っている母親に対するインタビュー調査が計画していた通りにできず、2019年度に予定していた幼稚園・保育所等に通う06歳の子どもの親への質問紙調査を前倒しで行ったため、次年度使用額が生じた。

2019年度はAD/HDと診断された子どもの親に対して質問紙調査を行う予定であり、依頼・郵送費が発生する予定である。またインタビューも継続して行うため、交通費・謝礼金が発生する予定である。
都市緑地の昆虫相と樹木への影響-昆虫管理法策定のために-

都市緑地は昆虫類にとって隔離された生息空間であり、貧困な動物相と高度な人間活動で特徴づけられる。害虫防除にあたっても、殺虫剤の使用を控えるなどの注意が必要である。しかし、そうした発生後の対応だけではなく、自然制御機構によって密度を低く抑えることのできる緑地の造成という形で害虫管理をおこなうことが必要である。このため、植栽樹種のくみあわせ、植栽間隔、天敵などが昆虫密度の変動におよぼす影響を解析し、昆虫管理法策定のための考察をおこなった。1.モミジニタイケアブラムシは個々のカエデ樹上では2週間あまりしか増殖しない。イロハモミジとオオモミジの2種のカエデが存在する場合には、それらのフェノロジーの大幅な差違に対応するかたちで移動し、きわめて高い密度に達した。植栽樹種の複雑化は、一般的には害虫の発生を抑制する方向に作用すると思われるが、くみ合わせによってはかえって高密度な発生を可能にするといえよう。2.トドマツオオアブラムシはモミ属稚樹に寄生する。植栽間隔を30cm、1m、3mとした場合、密度には差はなかった。しかし、アブラムシが寄生した稚樹の割合は30cm区が、寄生の数度(寄生のみられる木1本あたり個体数)は3m区が高かった。昆虫の寄生による樹木の衰弱のしかた、目につきやすさと不快感などを考慮して植栽間隔を決定する必要がある。3.コノテガシワオオアブラムシの捕食性天敵であるヒラタアブ類を除去する実験をおこなった。ヒラタアブを除去すれば、アブラムシの密度はきわめて高くなった。都市緑地では、特定の天敵の働きがおおきく、殺虫剤の散布などによって天敵を殺した場合には潜伏発生している昆虫が顕在化し、害虫として重要となることがある。以上のように害虫の発生のしかたは緑地の造成・管理法によって異なる。目的にかなう造成・管理法の開発が必要。
シリケイト輻射帯を伴う特異炭素星の観測的研究

本研究の目的は、シリケイト輻射帯を伴う特異炭素星に対する二つの仮説、連星説と孤立星説、を電波観測によって比較検討する事にある。このため初年度は水メ-ザ-の観測を全天の特異炭素星に対して行い、星周層の化学組成、質量放出の大きさを研究した。引き続き、今年度は酸素珪素電波メ-ザ-の観測結果を検討し、酸素リッチな光球面の存在を調べた。なお、同時に行った可視波長域スペクトルの観測から、南天で挙げられていた五つの特異炭素星の内二つは同定と分類の誤りであることが判った。水メ-ザ-の観測は野辺山45m境、オ-ストラリア・パ-クス64m鏡を用いて行った。全天七つの特異炭素星中三星から水メ-ザ-が検出された。この比率は赤外ミラ、OH/IR星のそれに近く、システムに活発な質量放出が伴っていることを示している。酸化珪素メ-ザ-の観測には野辺山45m鏡とチリ・セスト15mサブミリ望遠鏡が使用されたが、どの天体からも酸化珪素メ-ザ-は見つからなかった。この結果は、特異炭素星システムにおいては酸素リッチな光球面が存在しないことを強く示唆している。このようにして我々は電波分子線観測に基づき、1)酸素リッチな星周層の存在を確認し、一方、2)酸素リッチな光球面の存在に強い疑問を問い投げかける結果を得た。結論として、我々の観測は連測は連星説よりは孤立星説を強く支持するものである。補足になるが、可視スペクトルの予備的研究から、特異炭素星はJ型星にのみ特有な減少ではないかという可能性が浮上してきた。今後は可視域スペクトルの研究を予定している。本研究の目的は波長10ミクロンのシリケイト赤外輻射を示す異常炭素星につき、そのスペクトルを様々な手段で調べモデルを考察することである。昭和63年度に行った研究は次の通りである。1.昭和62年度に行った南天異常炭素星水メーザ観測のデータをまとめ、質量放出と活動性の関係を研究した。この結果、水メーザを示す炭素星を新たに一つ発見した。2.異常炭素星の一つ、炭素星2123番は、実は、近傍の赤色星の赤外スペクトルを誤認していた事を明らかにした。3.岡山天体物理観測所望遠鏡を用い、明るい特異炭素星、双子座BM星の近赤外2ミクロン、域フーリェススペクトルをとり、M型星に強いハイドロキシルの吸収線を探し、失敗した。4.チリのラシーヤに新設された、サブミリ波望遠鏡を用い、一酸化硅素メーザ、一酸化炭素線の観測を行った。メーザの検出はなかった。同時に行った、一般低温度星観測と比較すると、今回の結果は単独星仮説に有利である。5.ヨーロッパ南天文台ルベルト氏、国立天文台山下氏と共同で、特異炭素星の可視スペクトル観測を開始した。炭素星1633、1003番、新炭素星カタログ79-11番のスペクトルの解析が進行している。6.近赤外測光器は2月現在、部品の組立てを行っており、4月頃テスト観測を開始する予定である。次年度は上記の研究を継続して行い、特異炭素星のスペクトルの特徴質量放出の活動度、変光の特性などを明らかにして行きたい。本研究の目的は、特異炭素星に対する二つの仮説、連星説と孤立星説、を電波観測によって比較検討する事にある。今年度は酸化珪素電波線の観測結果を検討した。観測の目的は酸化珪素メ-ザの検出を通じ、酸素リッチな光球面の存在を確認することにある。

北天の星に対して野辺山45m鏡、南天にはチリのESO/SESTサブミリ望遠鏡を用い観測を行ったがどの特異炭素星からも、酸化珪素を検出できなかった。同時に行ったM型星の探査では検出率が50%を越えている。この結果は、特異炭素星システムにおいては酸素リッチな光球面が存在しないことを強く示唆している。我々の電波分子線観測の結果、(1)昨年度の水メ-ザ-探査により酸素リッチな星周層の存在を確認し、一方、(2)今年度の酸化珪素メ-ザ-探査からは酸素リッチな光球面の存在に強い疑問が投げかけられた。結論として、我々の電波観測は連星説よりは孤立星説を強く支持するものである。今年度は、並行して、可視波長域スペクトルの研究を開始した。その結果、南天で挙げられていた五つの特異炭素星の内二つは同定と分類の誤りであることが判った。残りの三つの炭素星を分類した結果、全てがJ型炭素星である事が見いだされた。これにより特異炭素星はJ型星にのみ特有な現象という可能性が浮上してきたので、来年度は北天の星のスペクトル観測を計画している。
加減圧可能マイクロポンプチップを組込んだ1入力多分岐型マイクロ分注システムの開発

血液検査などの携帯用ヘルスケアデバイスへの応用を目指して提案したnLオーダーで切り分け可能なマイクロ分注システムを開発してきた.その研究成果として,携帯可能にするための最大の課題である加減圧可能マイクロポンプチップの開発とマイクロ分注チップの切り分け精度をnLオーダーに向上させることに成功した.さらに,構成要素であるマイクロ多分岐切換バルブチップの実用化へ向けた改良にも成功した.また,これらチップを結合・集積化したマイクロ分注システムの検証実験により実用性を確認した.血液検査などの携帯用ヘルスケアデバイスへの応用を目指して提案したnLオーダーで切り分け可能なマイクロ分注システムを開発してきた.その研究成果として,携帯可能にするための最大の課題である加減圧可能マイクロポンプチップの開発とマイクロ分注チップの切り分け精度をnLオーダーに向上させることに成功した.さらに,構成要素であるマイクロ多分岐切換バルブチップの実用化へ向けた改良にも成功した.また,これらチップを結合・集積化したマイクロ分注システムの検証実験により実用性を確認した.本年度は,大別して,1)加減圧可能マイクロポンプチップの開発,2)使い捨て用PDMS製マイクロ分注チップの開発,3)微調整不要の多分岐切換バルブチップの開発とソレノイド完全内蔵モデルのための円弧状マイクロソレノイドの作製・検証,4)全チップを組み合わせたマイクロ分注システムによる実証実験,の4つの研究実績を得た.1)は,これまで開発してきたダイアフラム型マイクロポンプとロータリ型切換バルブを応用し,ポンプの流入口と流出口を切換えることにより加減圧可能なマイクロポンプを開発した.また,ポンプの流入出口の切換えは,分注チップで流体検知した信号をトリガーにできるため,自動化が容易にできる利点がある.2)は,研究実施計画にある流路径を100μm以下に再設計し分注精度をnLオーダーへ向上の前段階として,実用化のため使い捨てを考慮し,チップ材料をこれまでのプラスチックから低コストで製作が容易なPDMSへ変更した分注チップの作製方法を検討した.これにより,一方向受動バルブなどが組込まれたPDMS製分注チップの試作に成功した.3)は,ソレノイド完全内蔵モデルのバルブの開発に当たり,微調整が不要な駆動機構を組込んだ切換バルブチップと内蔵用の円弧状マイクロソレノイドの開発に別け研究を進めた.これらの成果により,ソレノイド完全内蔵モデルができることを実証した.4)は,本研究課題で提案しているマイクロ分注システムの構成要素である1)3)のチップを組み合わせて,分注システムの実証実験を行った.これにより,システムにすることで問題になるいくつかの課題を見出すことができたため,今後,改良していく.本年度は,大別して, 1) 10nL毎に切り分け可能なPDMS製マイクロ分注チップへの改良, 2)手動でも駆動できる加減圧切換マイクロポンプの開発,3)多分岐切換バルブチップへ内蔵させるための円弧状マイクロソレノイドの作製,の3つの研究成果を得た.1)は,サンプルを10nL毎に切り分け可能なPDMS製マイクロ分注チップの開発に成功した.これまで, PDMS製のチップの流路径を100μm以下に設計して分注動作を実施した場合,流路内が全て負圧になることや流路表面の性質,マイクロポンプの開放圧の影響により,サンプルを安定に切り分けることが困難であった.しかし,流路内の特定個所にオリフィスを設けることにより,安定に分注動作を実施できることを見出し改良することに成功した.2)は,研究実施計画にある分注動作に問題を起こしていたポンプ内のチェックバルブの低開放圧化が1)において解決しため,実用化を目指し手動でもポンピング動作させることができる加減圧切換マイクロポンプを開発した.これにより,指のマクロ操作をポンプのマイクロ動作に変換するインターフェースを開発し,マイクロポンプと組み合わせた検証実験によりマイクロ分注システムにおける実用性を実証した。3)は,研究実施計画にあるソレノイド完全内蔵モデルの切換バルブの開発に当たり,円弧状マイクロソレノイドの製作方法を確立した.これにより,円弧状マイクロソレノイドを試作し,性能を測定した結果から,いくつかの課題を見出した.
感染誘発早産の予知および治療-動物モデルならびに臨床例についての検討-

1.感染に対する産科的介入と早産予防効果に関する研究。単胎妊婦8320例を対象とし,妊娠20-28週の健診時に頸管長,頚管中IL-8値の測定を行った。A群(n=4117)では,IL-8高値(>360ng/ml)例に対して,ポピドンヨード,クロマイ膣錠による膣洗浄を1週間行った。B群(n=4203)ではIL-8高値に対する治療は行わなかった。(1)B群における頚管長短縮例(<25mm)は正常例に比して,早産率が有意に高率であった。しかし、頚管長短縮例に頚管縫縮術を行った群と行わなかった群との間には,早産率に有意な差を認めなかった。(2)B群における子宮頚管中IL-8高値例はIL-8正常例に比して,早産率ならびにpPROM率が有意に高かった。A群では,B群に比して妊娠期間が有意に延長し,pPROM率も有意に低下した。以上より,妊娠中期の頚管長短縮例は早産の危険因子であるが,頚管長が短縮してから治療しても早産を減少できない。一方,頚管中IL-8が高値であることは早産のみならずpPROMの危険因子であり,IL-8が高値症例に対して治療を行えば,これらの率を減少しえることが判明した。2.マウス早産モデルを用いたCOX-2阻害剤の切迫早産治療応用に関する研究。(1)LPS誘導マウス早産モデルにて,COX-2阻害剤;Celecoxib(Cel)投与群の早産率は投与量0.3mg/kgで60.0%, 1mg/kgで36.4%と,非投与群の率(95.0%)に比してそれぞれ有意に改善された。(2)Cel投与群では非投与群に比してLPS投与後4, 10時間の子宮組織中PGF2α,PGE2濃度は有意に低下していた。(3)ラットを用いた実験で,Cel 100, 10mg/kg投与群での胎仔動脈管収縮率はそれぞれ72%, 63%と動脈管の著明な収縮を認めたが,1mg/kg投与では8%の収縮に留まった。(4)Cel投与後に出生した仔マウスの発育,妊孕性は正常であった。以上より,Celは感染誘発早産の治療に有効であるが,早産治療に使用する際には胎児動脈管の収縮に注意する必要があることが判明した。1,感染に対する産科的介入と早産予防効果に関する研究。1)今回の研究で子宮頚管中IL-8高値例に対する頚管炎の治療に同意しなかった例では,IL-8高値群での34週未満早産率は1.5%と,IL-8正常群の値(0.19%)に比し有意に高率となった。2)治療に同意した例の34週未満早産率は0.33%と,前年度の値(0.68%)に比し有意に減少した。3)頚管長が20mm以下に短縮する例のうち,IL-8が高値例での34週未満早産率は55.6%と,IL-8が正常値の率(11.8%)に比し有意に高率であった。以上より,妊娠中期の頚管中IL-8の高値は,34週未満早産のriskfactorとなりえるが,頚管炎に対する治療を行えば,34週未満の早産を半減できる。また,頚管長が短縮し,かつIL-8が高値であれば,治療を行っても高率に34週未満の早産となることが判明した。2,マウス早産モデルを用いたCOX-2阻害剤の切迫早産治療応用に関する研究。1)COX-2阻害剤;Celecoxib(Cel)投与群の早産率は投与量0.3mg/kgで60.0%(6/10),1mg/kgで36.4%(4/11)と,非投与群の95.0%(19/20)に比してそれぞれ有意に改善された。2)LPS投与後4,10時間の子宮組織中PGF2α濃度(pg/mg uterus)は,Cel投与群でそれぞれ6.0±4.4,2.6±1.7であり,LPS単独投与群の25.5±11.4,19.3±11.3に比して有意に低下していた。PGE2濃度も同様にCel投与群で有意に低下していた。3)ラットを用いた実験で,Cel 100,10mg/kg投与群での胎仔動脈管収縮率は各々72±6%,63±6%と動脈管の著明な収縮を認めたが,1mg/kg投与では8±4%の収縮に留まった。Indomethacin100,10,1mg/kg投与による胎仔動脈管収縮率は,それぞれ78±4%,67±5%,30±5%であった。4)Cel投与後に出生した仔マウスの発育,妊孕性は正常であった。以上より,Celecoxibは感染誘発早産の治療に有効であるが,早産治療に使用する際には胎児動脈管の収縮に注意する必要があることが判明した。

A群(n=4117)では,IL-8高値(>360ng/ml)例に対して,ポピドンヨード,クロマイ膣錠による膣洗浄を1週間行った。B群(n=4203)ではIL-8高値に対する治療は行わなかった。(1)B群における頚管長短縮例(<25mm)は正常例に比して,早産率が有意に高率であった。しかし、頚管長短縮例に頚管縫縮術を行った群と行わなかった群との間には,早産率に有意な差を認めなかった。(2)B群における子宮頚管中IL-8高値例はIL-8正常例に比して,早産率ならびにpPROM率が有意に高かった。A群では,B群に比して妊娠期間が有意に延長し,pPROM率も有意に低下した。以上より,妊娠中期の頚管長短縮例は早産の危険因子であるが,頚管長が短縮してから治療しても早産を減少できない。一方,頚管中IL-8が高値であることは早産のみならずpPROMの危険因子であり,IL-8が高値症例に対して治療を行えば,これらの率を減少しえることが判明した。2.マウス早産モデルを用いたCOX-2阻害剤の切迫早産治療応用に関する研究。(1)LPS誘導マウス早産モデルにて,COX-2阻害剤;Celecoxib(Cel)投与群の早産率は投与量0.3mg/kgで60.0%, 1mg/kgで36.4%と,非投与群の率(95.0%)に比してそれぞれ有意に改善された。(2)Cel投与群では非投与群に比してLPS投与後4, 10時間の子宮組織中PGF2α,PGE2濃度は有意に低下していた。(3)ラットを用いた実験で,Cel 100, 10mg/kg投与群での胎仔動脈管収縮率はそれぞれ72%, 63%と動脈管の著明な収縮を認めたが,1mg/kg投与では8%の収縮に留まった。(4)Cel投与後に出生した仔マウスの発育,妊孕性は正常であった。以上より,Celは感染誘発早産の治療に有効であるが,早産治療に使用する際には胎児動脈管の収縮に注意する必要があることが判明した。
プロバイオティクスに特異的に応答する新規パターン認識受容体と標的成分の解明

近年、食品の生理調節機能が世界的に注目され、そのひとつとしてプロバイオティクス(宿主に有益な保健効果を示す微生物)が挙げられる。1907年、ノーベル賞受賞者のメチニコフはヨーグルトに含まれる乳酸菌が長寿を導くとする「不老長寿説」を提唱し、線虫モデルを用いてその長寿効果をin vivoで初めて実証された(Ikeda et al., Appl. Environ. Microbiol., 2007; 73: 6404-9)。そこで広義の乳酸菌に含まれプロバイオティクスとして利用されているビフィズス菌について線虫の寿命や老化指標に与える影響を検証し、体内の酸化物質の蓄積や運動機能の低下が抑制されることを見出した。その過程で、ビフィズス菌を与えた線虫のマイクロアレイを実施したところ、遺伝子Xの顕著な発現上昇が認められた。そこで遺伝子Xを手掛かりにして、ビフィズス菌の長寿効果に寄与する遺伝子の探索を試みることとし、平成29年度はビフィズス菌のランダム変異株の作製方法を確立させた。そこで平成30年度は、変異株と遺伝子Xのトランスジェニック線虫を用いて、遺伝子Xの誘導に関わる変異株を探索をすることを目的としていたが、その過程で遺伝子Xはビフィズス菌特異的な反応ではないことが判明した。そこでビフィズス菌に反応する他の遺伝子を探索し、その候補遺伝子12種類を見つけ出した。今後は、本遺伝子にGFPを融合させたトランスジェニック線虫を作製し、発現に寄与する菌体成分の同定を目指す。最近、申請者は遺伝子XにGFP、咽頭部のmyo-3遺伝子にDsRedを繋いだトランスジェニック線虫の作製に成功した。myo-3::DsRedはいかなる環境下でも赤く光り、トランスジェニック線虫を容易に選別できるレポーターアッセイである。このトランスジェニック線虫にビフィズス菌などプロバイオティクスを与えるとGFPが顕著に誘導されることを確認した。そこでビフィズス菌体成分としてDNA、タンパク質、RNA、DNA-タンパク複合体の分画を作製し、トランスジェニック線虫に与えたところ、どの分画においてもビフィズス菌体給餌よりもGFPの発現が低下した。給餌した分画濃度が薄かった可能性が考えられたため、現在、菌体をDNaseやProteaseなどで酵素処理し、処理後の菌をトランスジェニック線虫に与えて発現評価することを検討中である。またビフィズス菌にトランスポゾンを挿入させたランダム変異株を作製し、網羅的にGFP発現に寄与する菌体成分のスクリーニング系の確立を目指す。菌体分画物では、線虫に投与できる濃度に限りがあるため、明瞭な結果を得ることが困難であったが、酵素処理したビフィズス菌体をトランスジェニック線虫に与えることで、GFP発現に寄与する菌体成分を見つけ出せる可能性が期待できる。昨年度、トランスジェニック線虫(GFP導入線虫)にビフィズス菌などプロバイオティクスを与えるとGFPが顕著に誘導されること、ビフィズス菌体成分としてDNA、タンパク質、RNA、DNA-タンパク複合体の分画を作製し、トランスジェニック線虫に与えたところ、どの分画においてもビフィズス菌体給餌よりもGFPの発現が低下した。給餌した分画濃度が薄かった可能性が考えられたため、今年度は、ビフィズス菌にトランスポゾンを挿入させたランダム変異株の作製を試みたところ、形質転換効率の良い方法を確立することに成功した。平成30年度は、このランダム変異株を用いて網羅的にGFP発現に寄与する菌体成分を発見すべく、スクリーニング実施する予定である。形質転換効率の良いトランスポゾンを挿入変異株の作製に成功したため、今後トランスジェニック線虫を用いてGFP発現に寄与する菌体成分を見つけ出せる可能性が期待できる。

そこで遺伝子Xを手掛かりにして、ビフィズス菌の長寿効果に寄与する遺伝子の探索を試みることとし、平成29年度はビフィズス菌のランダム変異株の作製方法を確立させた。そこで平成30年度は、変異株と遺伝子Xのトランスジェニック線虫を用いて、遺伝子Xの誘導に関わる変異株を探索をすることを目的としていたが、その過程で遺伝子Xはビフィズス菌特異的な反応ではないことが判明した。そこでビフィズス菌に反応する他の遺伝子を探索し、その候補遺伝子12種類を見つけ出した。今後は、本遺伝子にGFPを融合させたトランスジェニック線虫を作製し、発現に寄与する菌体成分の同定を目指す。まず菌体をDNaseやProteaseなどで酵素処理し、処理後の菌をトランスジェニック線虫に与えて発現評価する。またビフィズス菌にトランスポゾンを挿入させたランダム変異株の作製に挑戦し、網羅的にGFPをスクリーニングできる実験系の確立を目指す。GFP発現に寄与する変異株の探索を網羅的に進め、標的の変異株が見つかった際には、寿命分析および関連シグナル経路の探索を進める。
バイオミメティクス構造を応用した防汚機能を有する生体内チューブ の開発

医療現場では、さまざまな生体内留置チューブが用いられている。ここで大きな問題となるのが、これらチューブの閉塞であり、閉塞を起こしにくい生体内チューブは、臨床医が待望するデバイスである。そこで我々は、防汚効果を獲得できるバイオミメディクス技術に注目し、チューブ内壁に防汚機能を有する構造体を作り込み、閉塞しにくいチューブの開発を行っている。本研究では、特に閉塞しやすく入れ替えの難しい胆道ステントを改良したバイオミメティクス構造をもつ胆道チューブステント、気管内チューブ、栄養チューブ、最終的には血管内チューブ(カテーテル)を開発することを目標にしている。
自然炎症の恒常性維持に寄与する糖鎖修飾の解析

本研究では、自然炎症の恒常性維持に糖鎖修飾が関わっていること、また創傷や感染によって炎症反応が活性化した時に、糖鎖修飾が変化し、炎症反応の強さを制御していることを明らかにすることを目的としている。昨年度までの研究において、1.自然炎症の恒常性に関わる糖鎖構造が、ガラクトースを含むN型糖鎖であることを同定し、2.その糖鎖は、Toll pathwayをはじめ、炎症に関わるシグナル伝達系に抑制的に働くが、3.炎症反応の活性化によってその糖鎖が減少し、その結果Toll pathwayが増強されている可能性を見出した。今年度は、炎症反応の活性化に伴って自然炎症の恒常性に関わる糖鎖が減少するメカニズムについて検討を行った。糖鎖が減少する原因として、(1)その糖鎖合成に必要な分子の減少や不活性化(2)その糖鎖の分解に関わる分子の増加や活性化が考えられる。(1)については、糖鎖合成に必要なガラクトースの輸送体であるSenju遺伝子の転写量を測定したところ、定常時と炎症反応活性化時で、顕著な差は認められなかった。(2)については、ガラクトースを含む糖鎖の分解に関わる分子として、ガラクトシダーゼが考えられる。ショウジョウバエにはゲノム上に少なくとも3種類のガラクトシダーゼ遺伝子がコードされているが、今回そのうちのある変異体においては、炎症反応を活性化させても糖鎖の変化が起こらないことを見出した。この結果は、炎症時の糖鎖構造の変化に、このガラクトシダーゼを介した分解系が関わっていることを強く示唆している。このガラクトシダーゼについても、炎症時に転写量の増加は認められないので、その分解系の活性化はタンパク量の増加、或いは活性の増強であると予測された。今後、ガラクトシダーゼが活性化するメカニズムについて、さらなる解析が必要である。25年度が最終年度であるため、記入しない。自然免疫システムが、自己免疫疾患やがんといった病態を密接に関わっていることが知られている。我々は糖鎖修飾に必須な糖核酸輸送体の1つ、senjuをショウジョウバエでノックアウトしたところ、非感染状態にも関わらず、Toll pathwayが活性化していることを見出した。このことは即ち、糖鎖修飾が自然炎症のバランスを調節していることを示していると考えられる。そこで本研究の目的は、まず、どのような糖鎖構造がどのようなメカニズムで自然炎症の恒常性に寄与しているかを明らかにすることにあった。今年度は、自然炎症の恒常性に関わる糖鎖が、ガラクトースを含むN型糖鎖であることを同定した。そして特にショウジョウバエでのToll受容体の内在性リガンドであるspatzleのN型糖鎖に異常が生じており、このことがToll pathwayの異常の活性化の原因であることを明らかにした。さらにToll pathwayが活性化の際には、自然炎症の恒常性に関わる糖鎖量は減少することを見出し、予備的ではあるが、糖鎖によるToll pathwayのpositive feedbackがある可能性を示すことができた。今後は糖鎖修飾によって免疫、炎症性シグナルの恒常性と応答性が制御されていることを示し、免疫、炎症反応によって糖鎖が変化するメカニズムを明らかにしていく予定である。本研究の目的は、自然炎症の恒常性が破たんしているショウジョウバエsenju変異体をモデルとして、どのような糖鎖構造がどのようなメカニズムで自然炎症の恒常性に寄与しているかを明らかにすることにあった。現在までに、自然炎症の恒常性維持に寄与する糖鎖構造を同定することができ、どの蛋白質の糖鎖の異常が自然炎症の恒常性を破綻に導いているか明らかにすることができた。

昨年度までの研究において、Toll pathwayが活性化の際には、自然炎症の恒常性に関わる糖鎖量は減少することを見出し、予備的ではあるが、糖鎖によるToll pathwayのpositive feedbackがある可能性を示すことができた。このことは一度活性化した免疫、炎症性シグナル伝達系が糖鎖の変化によって増強されうること、そして糖鎖の変化を制御することによって過剰な活性化を抑制することができることを示唆している。そこで今後は、Toll pathwayの活性化に伴い、自然炎症の恒常性に関わる糖鎖が減少するメカニズムの解明を目指す。糖鎖が減少する原因として、1その糖鎖合成に必要な分子の減少や不活性化2その糖鎖の分解に関わる分子の増加や活性化が考えられる。そこでそれぞれの関わる分子を同定する。1の合成に関わる分子としては、我々が見つけた糖核酸輸送体senjuのほかに、未同定の糖転移酵素を明らかにする必要がある。また2の分解系に関しては、ガラクトシダーゼのような分解酵素の関与が予想される。それぞれのノックダウンまたは機能欠失変異体を用いて、非感染時にToll pathwayの自発的な活性化が認められるかどうか、または炎症時に認められる糖鎖の変化が起こらないかどうかを検討することにより、必要な分子を同定することができる。またToll pathway以外の炎症性シグナル伝達系が活性化した場合にも、糖鎖の変化が起こるかどうか、検討する。起こるとすれば、その糖鎖が自然炎症の恒常性維持とシグナル伝達系の活性化を制御しているかどうか、明らかにする予定である。25年度が最終年度であるため、記入しない。
障害物のある空間における人間型ロボットの3次元動作計画

人間型ロボットは,人に類似の形状を有するため,人の生活空間での活躍が期待される.人の生活空間は工場などのように整備された環境ではないため,人間型ロボットの行動を妨げる様々な障害物が存在することが予想される.一方,人間型ロボットは車輪移動型ロボットと異なり,障害物を跨ぎ越えるといった空間を3次元的に利用する障害物回避行動をとることができる.本研究では,人間型ロボットの3次元空間での障害物回避行動計画手法を確立し,人間型ロボットの行動範囲を拡大することを目的とする.平成17年度は人間型ロボットの運動パラメータを,多項式で与え,単位運動当たりの消費エネルギーを最小化するようにそれらを決定するアルゴリズムを検討した.本アルゴリズムで一番問題となるのは,単位運動当たりの消費エネルギーを最小化する各関節軌道のパラメータを最適化する部分である.そこで,最適化手法について検討を行った.その結果,歩行時における両足接地期のように運動学的拘束が加わる場合,全自由度について拘束条件も含めて最適化を図るより,拘束条件により減少され残存する自由度数についてのみ最適化を図った方が,より高速に最適化が行えることを明らかにした.そして,人間型ロボットHRP-2の腕の運動を対象に提案手法の有効性を検証するとともに,また開発したアルゴリズムを用いて足を振り上げる運動を計画し,ヒューマノイドロボットシミュレータOpenHRPに実装した.本研究成果については,2006 IEEE International Conferences on Cybernetics & Intelligent Systems(CIS) and Robotics, Automation & Mechatronics(RAM) (CIS-RAM2006)に論文が採択された.人間型ロボットは,人に類似の形状を有するため,人の生活空間での活躍が期待される.人の生活空間は工場などのように整備された環境ではないため,人間型ロボットの行動を妨げる様々な障害物が存在することが予想される.一方,人間型ロボットは車輪移動型ロボットと異なり,障害物を跨ぎ越えるといった空間を3次元的に利用する障害物回避行動をとることができる.本研究では,人間型ロボットの3次元空間での障害物回避行動計画手法を確立し,人間型ロボットの行動範囲を拡大することを目的とする.平成17年度は人間型ロボットの運動パラメータを,多項式で与え,単位運動当たりの消費エネルギーを最小化するようにそれらを決定するアルゴリズムを検討した.本アルゴリズムで一番問題となるのは,単位運動当たりの消費エネルギーを最小化する各関節軌道のパラメータを最適化する部分である.そこで,最適化手法について検討を行った.その結果,歩行時における両足接地期のように運動学的拘束が加わる場合,全自由度について拘束条件も含めて最適化を図るより,拘束条件により減少され残存する自由度数についてのみ最適化を図った方が,より高速に最適化が行えることを明らかにした.そして,人間型ロボットHRP-2の腕の運動を対象に提案手法の有効性を検証するとともに,また開発したアルゴリズムを用いて足を振り上げる運動を計画し,ヒューマノイドロボットシミュレータOpenHRPに実装した.本研究成果については,2006 IEEE International Conferences on Cybernetics & Intelligent Systems(CIS) and Robotics, Automation & Mechatronics(RAM) (CIS-RAM2006)に論文が採択された.
FcgammaRIIa遺伝子多型のサイトカイン産生への影響と歯周疾患について

免疫グロブリンG(IgG)のFc部に対するレセプター(FcγR)は好中球、単球などの免疫担当細胞表面に発現し、免疫複合体の処理に大きな役割を果たす。また、FcγRには機能的遺伝子多型の存在が知られているが、発現頻度には人種差が存在している。我々はこれまでに日本人においてFcγR機能的遺伝子多型が歯周疾患の再発率、重症度、抵抗性にかかわること、遺伝子多型に基づく好中球機能の差が歯周炎再発と関連していること、また、白人の慢性歯周炎患者においてFcγRIIa遺伝子多型が遺伝的リスクファクターになりうることを報告した。FcγRIIaは単球上に発現しサイトカイン産生を調節する役割を果たす。単球におけるサイトカイン産生にFcγRIIaの遺伝子多型が関与するのかを検討するため、以下に記す実験計画にて実施した。健常者よりヘパリン真空採血管にて末梢血を採血し比重遠心分離により末梢血単核球を分離、RPMI1640に浮遊ヒトIgG1、IgG2で刺激培養、一定時間後細胞内蛋白輸送阻害薬を加える。細胞表面に発現しているCD14をPEにて染色し、細胞膜処理を行った後細胞内のIL-1βをFITCにて染色Flow cytometerにて解析また、FcγRIIa遺伝子多型はアレル特異的PCR法にて遺伝子型を決定した。この結果、IL-1βを産生する細胞の割合はヒトIgG1、およびIgG2の濃度依存的に上昇した。歯周疾患に罹患していない健常者を対象として採血を行い、DNAを抽出しFcγRIIA遺伝子多型をPCR法を用いて解析した。また対象者の末血から比重遠心分離法にて単球を分離した。分離した単球は細胞数を2x10^6に調整後、ヒトIgG1もしくはIgG2で刺激し、37°Cで培養を行った。培養中に細胞内タンパク輸送阻害薬を添加して細胞内に産生されたサイトカインを蓄積させ、細胞を回収し抗CD14抗体を用いてCD14陽性細胞を標識し、その後細胞膜処理を行い、抗サイトカイン(IL-1β)抗体を用いて細胞内サイトカインの標識を行った。標識後、フローサイトメトリーで解析を行った。刺激強度を1,10,50,100,250μg/mlに設定し強度によりサイトカイン産生の変化を、培養時間を8,12,24時間に設定し培養時間によっての産生の変化をそれぞれ解析した。その結果時間依存的にCD14陽性細胞中に細胞内サイトカインの産生を示す細胞数が増加すること、産生細胞は培養時間が12時間をピークであることが判明した。次にFcγRIIA遺伝子多型間でCD14陽性細胞中のIL-1β産生細胞に違いがあるかを解析した。実験手段は上述した手法に沿い、対象者末梢血から単球を分離、調整後、刺激強度を100μg/ml、培養時間を12時間に設定した。結果、FcγRIIa-H/H131のタイプは他のR/H、R/Rタイプに比較してIgG1、IgG2で刺激した後のIL-1β産生細胞率が有意に高く、IgG2で刺激したときのほうがIgG1よりもIL-1β産生細胞率は高かった。これらの結果からFcγRIIaの遺伝子多型がIL-1β産生に影響与え、歯周炎の感受性に関わってくることが示唆された。
宇宙の大規模構造研究のための視野の広いX線望遠鏡の開発

本研究は、空間的広がりを持った天体の観測研究に最適なX線結像光学系の開発を行うものである。既存のX線望遠鏡技術はそのような観測要請に対して遅れており、本研究ではこれまでの研究成果に立脚し、従来のX線望遠鏡に欠けていた「視野」というベクトルを伸ばし、宇宙の大規模構造の研究が行なえるX線望遠鏡の実現を目指し、研究開発を行う。前年度までに、望遠鏡製作のための基礎技術開発(軽量基板の新規開発、放射光施設における性能評価技術の確立)を完了した。さらに、放射光を利用して硬X線望遠鏡の光学特性(有効面積、結像性能、視野)を評価し、誤差内容の定量的な分析を行った。また光学調整技術を開発し、結像の軸周り非対称性の低減に見通しを立てた。これらの成果に基いて平成19年度においては、次のような研究成果を上げた。(1)望遠鏡鏡筒部を作成し、これを用いて硬X線望遠鏡の部分鏡を製作し、光学調整技術を用いて従来よりも高い結像性能を実現した。(2)光線追跡法数値シミュレーターを構築し、(1)の望遠鏡の放射光利用性能評価データを取り込んだシミュレーションを行い、再現性の評価と望遠鏡性能診断を行った。特に硬X線望遠鏡の視野について、誤差5%以下まで再現性を向上させることができた。(3)NASA/GSFCとの共同研究により、望遠鏡の高開口効率化を目指した一円周鏡(Full-shell mirror)を製作し、性能評価に着手した。(4)本研究の成果に基き、我が国の次期X線天文衛星NeXT搭載X線望遠鏡の基本設計を行い、特に結像性能について開発見通しを立て、衛星プロジェクト提案へ反映させた。本研究は、広い視野を持つX線結像光学系を開発し、これをX線天体観測に応用しようとするものである。その背景には空間的広がりを持つ天体の観測研究の重要性があり、既存技術はそのような要請に対して圧倒的に遅れている。これまでの研究成果に立脚し、従来のX線望遠鏡に欠けていた「視野」というベクトルを伸ばし、宇宙の大規模構造の研究が行なえるX線望遠鏡の開発を行なう。平成17年度においては、まず望遠鏡製作のための基礎技術開発のための設備の拡充を行った。現在のアルミ薄板基板鏡は、弾性限界の問題から、レプリカ鏡製作過程において形状誤差を導入し易い。また剛性の問題により、製作後の形状が不安定であり、望遠鏡の結像性能の主たる制限要素となっている。そこで本研究では、衛星計画への搭載で重要視される重量効率も併せて解決すべく、マグネシウムとガラス素材に着目し、基板成型技術の開発研究を行った。いずれの材料についても薄板レプリカ反射鏡の製作を行い、従来基板を上回る形状精度を得ることができた。これと並行し、放射光施設における従来型硬X線望遠鏡の特性評価を通じて評価実験技術の確立を行った。研究の目的である広視野光学系の開発のためには、同時に光学系の評価技術を確立しなければならない。硬X線領域では良質の光源を得ることが難しく、放射光施設における大規模実験にならざるを得ない。多岐に渡る評価実験技術の中でも本研究では特に、視野の評価のための硬X線照射方法、望遠鏡開口走査の方法などを開発し、既存の硬X線望遠鏡を用いて視野の評価を行った。これにより開発する光学系の評価手法が確立された。来年度は、いよいよ広視野光学系の基本設計と望遠鏡構造体の設計・製作に着手し、結果が良好であれば硬X線評価を行う。前年までの研究結果に基いて平成18年度においては、特に硬X線望遠鏡の視野の詳細な評価を行った。前年度において放射光施設における実験技術を確立したので、これを駆使し、多重薄板硬X線望遠鏡の有効面積及び結像性能の非光軸光に対する応答を詳細に測定した。この結果はまず、理想条件を仮定し解析的に求めた計算結果と比較し、有効面積の応答を定性的によく再現できることを確認した。定量的には、反射鏡形状誤差等に起因する幾何学面積の低下を考慮する必要があり、次段階として、数値シミュレーションによって再現を試みる。次に、視野の制御技術開発の一端として、硬X線望遠鏡の光学調整技術を開発した。これまで試みられていない方法として、放射光施設を積極的に利用し、X線集光像をモニターしながら光学系調整実験を行い、その技術を確立した。これによって、反射鏡保持機構の位置決め誤差による結像誤差を大きく低減することができた。保持機構の制御精度はおおよそ1ミクロンのオーダーであり、望遠鏡視野の制御において必要とされる高精度の光学調整のための基礎技術を確立することができた。また、広視野望遠鏡のための望遠鏡鏡筒部の設計製作を開始した。最終年度である来年度は、広視野光学系の製作と性能評価を行う、最終成果とする。

既存のX線望遠鏡技術はそのような観測要請に対して遅れており、本研究ではこれまでの研究成果に立脚し、従来のX線望遠鏡に欠けていた「視野」というベクトルを伸ばし、宇宙の大規模構造の研究が行なえるX線望遠鏡の実現を目指し、研究開発を行う。前年度までに、望遠鏡製作のための基礎技術開発(軽量基板の新規開発、放射光施設における性能評価技術の確立)を完了した。さらに、放射光を利用して硬X線望遠鏡の光学特性(有効面積、結像性能、視野)を評価し、誤差内容の定量的な分析を行った。また光学調整技術を開発し、結像の軸周り非対称性の低減に見通しを立てた。これらの成果に基いて平成19年度においては、次のような研究成果を上げた。(1)望遠鏡鏡筒部を作成し、これを用いて硬X線望遠鏡の部分鏡を製作し、光学調整技術を用いて従来よりも高い結像性能を実現した。(2)光線追跡法数値シミュレーターを構築し、(1)の望遠鏡の放射光利用性能評価データを取り込んだシミュレーションを行い、再現性の評価と望遠鏡性能診断を行った。特に硬X線望遠鏡の視野について、誤差5%以下まで再現性を向上させることができた。(3)NASA/GSFCとの共同研究により、望遠鏡の高開口効率化を目指した一円周鏡(Full-shell mirror)を製作し、性能評価に着手した。(4)本研究の成果に基き、我が国の次期X線天文衛星NeXT搭載X線望遠鏡の基本設計を行い、特に結像性能について開発見通しを立て、衛星プロジェクト提案へ反映させた。
加齢黄斑変性(AMD)患者のアンメットニーズに応える新たな抗線維化治療

加齢黄斑変性(AMD)の治療は、脈絡膜新生血管(CNV)に対する治療が中心で、治療後生じる網膜下線維化に有効な治療はない。最終的に網膜下線維化による視機能障害がおこるため、この線維化への対策が不可欠である。線維化に関する様々な蛋白をターゲットとした治療が試みられているが、未だ実用化されていない。我々は、新たなターゲットとしてagrinという蛋白に着目し、網膜下線維巣に有意にagrinが発現していることを、マウスレーザー誘導性CNVモデルにより証明した。網膜下線維化のメカニズムを明らかにし、agrinを標的とした新たな治療を確立することは、AMD患者のアンメットニーズに応える治療戦略となる。
低温・低濃度二酸化炭素吸収用ナトリウムフェライト複合体の創製

本研究では,安価でかつ無害な元素からなる、結晶構造の異なる2種類のナトリウムフェライトNaFeO2に着目して、低温・低濃度二酸化炭素の吸収に及ぼす水の影響を調査することを目的とした.その結果,NaFeO2は湿度80%の湿潤な空気及びCO2雰囲気下で,CO2と反応し炭酸塩を生成することがわかった.さらに湿度が高いほどCO2吸収反応が進行した.NaFeO2は、湿度を制御することで室温でも空気中のCO2濃度(0.04%)から高濃度の純CO2までの幅広い濃度のCO2を吸収できたことから、本研究の目的が達成されたと判断した。二酸化炭素の資源化・有効利用は二酸化炭素の排出抑制のための最重要課題の一つであり、その解決には混合ガスからの選択的な二酸化炭素分離回収技術の発展が不可欠である。二酸化炭素の排出温度は多岐に渡るため、化学的回収法を用いるには排出環境に応じた適切な材料開発が重要となる。本研究では、研究代表者がすでに見出した“中温域での二酸化炭素吸収体の開発で見出した結晶学的アプローチ"に基づいた層状構造の制御によって“低温(室温100°C)かつ低濃度(大気中の二酸化炭素の濃度は0.04%)"で効率良く二酸化炭素を選択的に回収できる安価な元素で構成された無機固体材料を開発することを目的としている。平成27年度は、層状構造をもつナトリウムフェライトを合成し、その二酸化炭素吸収特性を評価し、以下の成果1)-3)を得た。1)分散剤を用いてナトリウムフェライト粉末を合成したところ、粒子径が低下し、粉末の表面積が増大した結果、室温から100°Cの範囲での二酸化炭素吸収速度を高めることに成功した。2)層状ナトリウムフェライトの多形(α型とβ型)を原料の酸化鉄の結晶系を選択することで作り分け、それらの室温の低濃度二酸化炭素の吸収能を調査した。その結果、室温から100°Cの範囲において、α型とβ型では互いに異なる二酸化炭素吸収挙動を示し、かつ吸収挙動が湿度の影響を受けることを見出した。3)室温・低濃度(大気中の二酸化炭素濃度)において、ナトリウムフェライトの二酸化炭素吸収能を簡易デシケータ内にて調査した結果、α型およびβ型のどちらにおいても水分の供給、および湿度の増大によって飛躍的に向上することを発見した。特に、β型はその効果が大きいことがわかった。さらに、室温・低濃度で二酸化炭素を吸収したナトリウムフェライト粉末は、粒子表面に炭酸ナトリウムが生じていること、および再生可能であることがわかった。3年間の研究目的のうち、1二酸化炭素の反応速度を増大させるための層状ナトリウムフェライトのナノ粒子の合成、2層状ナトリウムフェライトナノ粒子の二酸化炭素反応機構の解析、および3ナトリウムフェライトナノ粒子の凝集抑制および高分散化のための複合材料(有機高分子材料、無機多孔質材料)の作製とCO2吸収能の評価、の研究項目において、平成27年度の研究では、(1)分散剤を用いた粒子径制御法を新たに見出したこと、(2)水を利用した二酸化炭素吸収現象が室温・低濃度二酸化炭素雰囲気で起こることを見出したこと、および(3)各種評価法を用いて反応機構の解明に着手していることから、おおむね順調であると判断した。アルファ型ナトリウムフェライトとベータ型ナトリウムフェライトはどちらも層状構造を有するが、二酸化炭素吸収挙動を詳細に調査したところ、空気中の水蒸気がナトリウムフェライトの結晶表面に吸着し、その極微小な水層へのナトリウムイオンの溶解性の違いをもたらし、その結果として、空気中の低濃度二酸化炭素の吸収速度に影響を及ぼすことを見出した。さらに空気中の湿度の影響も受けることを見出した。このことは、吸着する水分量が二酸化炭素の吸収に顕著に影響することを示している。このような二酸化炭素の吸収挙動は、アルファ型とベータ型といった結晶構造で異なっていることを見出した。そこで、ナトリウムフェライトよりも室温付近での二酸化炭素の吸収速度が高く、かつ二酸化炭素を選択的に吸収する能力を有する無機固体化合物を設計し、合成することを試みた。新たな層状化合物としてアルファ型ナトリウムマンガネートを合成し、二酸化炭素の吸収特性の調査を行ったところ、アルファ型やベータ型のナトリウムフェライトよりも高速で二酸化炭素を吸収することがわかった。さらに、アルファ型ナトリウムフェライトよりも結晶表面に溶出するナトリウムイオン量が多いことから、単位重量あたりの二酸化炭素の吸収容量が増大することがわかった。以上のように、層状構造のナトリウムフェライト以外にも、層状構造をもつナトリウム含有の無機固体化合物であれば、結晶表面への水蒸気の吸着が強塩基性の微小な水分子膜を生成することで、空気中の低濃度二酸化炭素を効率よく吸収できることを見出した。本成果は、極微量の二酸化炭素を室温で除去するための新規アプローチとして重要な指針になると考えられる。層状構造をもつナトリウム含有の無機固体化合物は、その結晶表面に水蒸気を吸着させ、強塩基性の微小な水分子膜が生成されることで、空気中の低濃度二酸化炭素を効率よく吸収できることを見出した。この成果は、ごく微量の二酸化炭素を室温で除去するための新規アプローチとして重要な指針になると考えられるため。二酸化炭素分離(CO2)回収のために種々の研究開発が盛んに行われているが,化学吸収法に用いられる無機固体化合物は,中高温域を対象としたものに限定されており,CO2濃度制御に必要な低温・低濃度のための材料開発はほとんど進んでいない.本研究では,安価でかつ無害な元素からなる、結晶構造の異なる2種類のナトリウムフェライトNaFeO2 (アルファ型とベータ型)に着目して、低温・低濃度二酸化炭素の吸収に及ぼす水の影響を調査することを目的とした.

まず,各NaFeO2粉末の低温CO2吸収における水の効果を調査したところ,いずれのNaFeO2も湿度80%の湿潤な空気及びCO2雰囲気下で,CO2と反応し炭酸塩を生成することがわかった.さらにCO2濃度の小さい空気の湿度を変化させて室温でCO2吸収させたところ,湿度が高いほどCO2吸収反応が進行した.またアルファ型とベータ型を比較すると,ベータ型は高湿度条件下でのCO2反応が促進され,CO2吸収容量が大きいことがわかった.一方、CO2吸収速度はアルファ型の方が大きいこともわかった。このようなNaFeO2のCO2吸収は、室温100°Cの範囲で確認できた。また、NaFeO2は、湿度を制御することで空気中のCO2濃度(0.04%)から高濃度の純CO2までの幅広い濃度のCO2を吸収できたことから、本研究の目的が達成されたと判断した。粒子表面に水蒸気が吸着すると、アルファ型ではNa1-xFeO2(0<x<1)と見られるNa欠損型の化合物であったのに対し,ベータ型ではFe2O3のみが結晶相として生成することがわかった。粒子表面におけるこのようなNa溶出挙動の違いがCO2吸吸速度および吸収容量の相違を生んだ要因と考えられた。また、NaFeO2はCO2吸収後に再生可能であることを確認した。本研究では,安価でかつ無害な元素からなる、結晶構造の異なる2種類のナトリウムフェライトNaFeO2に着目して、低温・低濃度二酸化炭素の吸収に及ぼす水の影響を調査することを目的とした.その結果,NaFeO2は湿度80%の湿潤な空気及びCO2雰囲気下で,CO2と反応し炭酸塩を生成することがわかった.さらに湿度が高いほどCO2吸収反応が進行した.NaFeO2は、湿度を制御することで室温でも空気中のCO2濃度(0.04%)から高濃度の純CO2までの幅広い濃度のCO2を吸収できたことから、本研究の目的が達成されたと判断した。当初の研究計画のとおりに、ナトリウムフェライトのナノ粒子とセラミック多孔質体との複合化を行い、室温・低濃度二酸化炭素の吸収特性をガスクロマトグラフを用いて、実用化も考慮して評価する。また、水を活用した二酸化炭素吸収機構を明らかにし、新規な層状吸収材料を設計し、再生特性にも優れた二酸化炭素吸収材料を開発する。層状化合物との複合体の作成と二酸化炭素吸収能の評価と改善を行い、実用に近づけるためのナトリウム含有層状化合物を機能性材料として改良する。まず、ナトリウムフェライトナノ粒子の二酸化炭素吸収能が多孔質体との複合化によって維持されるように複合体の材料構造の最適化をはかる。つぎに、作製した複合体の二酸化炭素吸収能を調査しながら、吸収能を向上させるために最適な微細構造を調査し、多孔質構造、及び担持方法を適宜改善する。また、複合体の二酸化炭素吸収・脱離の繰り返し性能の評価と改善を図る。無機材料科学研究計画を進める上で、次年度に研究費をより多く充てることで、効果的に研究費を活用でき、より優れた研究成果を上げることに繋がると考えたため。繰り越し金が生じたが、少額であり、概ね順調に使途計画を進めている。