hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
リチウムイオン電池の安全性向上に寄与する温度応答性バイオマスオルガノゲルの創成

本年度はこれまでに実験を行った低分子のセルロース誘導体モデルから中分子領域のセルロース誘導体の合成へと展開した。はじめに、メチルセルロース還元末端へのアジド基導入および非還元末端4位水酸基の導入、ベンジルセルロース還元末端へのアジド基導入および非還元末端4位水酸基の導入を行った。次いで、メチル誘導体、ベンジル誘導体それぞれの水酸基に2種類の官能基を導入し、メチル誘導体3種、ベンジル誘導体3種、合計6種類の化合物を合成した。その後、これら化合物をHuisgen 1,3-dipolar cycloadditionに供し、合計9種類の誘導体を得た。最後に、そのうち数種の化合物のベンジル基を除去し目的の化合物数種を得、昨年度までに合成を達成した低分子化合物の合成法を中分子領域のセルロース誘導体合成にまで拡張することに成功した。なお、化合物の化学構造は核磁気共鳴(NMR)装置を用いて分析した。それら化合物の溶解性を比較したところ、望みの溶解度パラメーターを有する有機溶媒に溶解しやすい化合物が1種見出された。すなわち、分子末端の官能基が存在しなければ、望みの溶解度パラメーターを有する有機溶媒に溶解しないため、ジブロック型セルロース誘導体の分子末端に存在する官能基が有機溶媒への溶解性に影響を与えることが判明した。また、本研究ではジブロック型メチルセルロース誘導体をヘテロテレケリックポリマーとして捉え、セルロース分子鎖の非還元性末端に選択的にエステル基を導入する方法を確立できた。しかしながら、残念ながら現時点では合成した化合物でオルガノゲルを形成する化合物は見出せなかった。本年度で本研究の研究期間が終了するが、本研究で得た基礎的な知見を元に多種多様な親水-疎水バランスを有する誘導体が合成できるため、将来的に望みの物性を有するセルロース誘導体が得られる可能性は残されている。外部刺激応答性ヒドロゲルと同様に外部刺激応答性オルガノゲルは極めて興味深い材料である。温度応答性バイオマスオルガのゲルを調製するため、本研究では有機化学的な手法を用いて構造-物性-機能相関を詳細に検討することを第一目的とした。3年計画の初年度である本年度は、当初の計画に従い、購入したパーソナル有機合成装置を用いてセルロース誘導体のモデル化合物である低分子誘導体を合成し、その溶液中での会合状態を評価した。なお、当初高分子化合物であるセルロース誘導体の合成を並行して行う予定であったが、化学構造の決定が比較的容易な低分子化合物の合成を先行させた。すなわち、セロビオース誘導体をクリック反応により連結させ、保護基の除去により目的の化合物を合成した。化合物の化学構造はNMR分析、MALDI-TOF MS分析により決定した。次いで、動的光散乱法(DLS)により、溶液中における化合物の会合サイズを分析し、原子間力顕微鏡(AFM)により、会合体の形態を観察した。その結果、化合物のNMRスペクトル分析、MALDI-TOF MS分析により、目的化合物の合成に成功したことを確認した。また、DLS測定およびAFM観察により、化合物分子は有機溶媒中で自己組織化していることが判った。この化合物の基本的な合成戦略は、合成化合物群の構造-物性-機能相関の検討を可能とする。よって、本年度この化合物の合成ルートを確立したことは平成29-30年度の実験を計画する上でインパクトが大きい。当初計画していた化合物の合成を達成し、その溶液物性を検討することが出来、次年度の研究方針に対する指針が得られたから。外部刺激応答性ヒドロゲルと同様に外部刺激応答性オルガノゲルは幅広い応用展開が期待できる材料である。温度応答性バイオマスオルガノゲルを調製するため、本研究では有機化学的な手法を用いて、バイオマスから研究計画に従い化合物を合成し、構造-物性-機能相関を詳細に検討することを第一目的とした。3年計画の第二年度である本年度は、当初の計画に従い、購入したパーソナル有機合成装置を用いてセルロース誘導体のモデル化合物である低分子誘導体を合成し、その溶液中での会合状態を評価した。すなわち、有機溶媒溶液の熱応答性に違いが現れることを期待し、化学構造の異なる新たな化合物を合成し初年度に合成した化合物と合わせて構造-物性相関を調べた。化合物の構造はNMR分析、MALDI-TOF MS分析により決定した。次いで、動的光散乱法(DLS)により、温度に依存する溶液中分子の会合状態の変化を調べた。その結果、合成した2種類の化合物は溶液中での熱的性質に違いがあることがわかった。これまで、水溶液中において温度の違いが化合物の会合挙動に与える影響に関する知見はあった。しかしながら、研究代表者はこれまでに有機溶媒中で化合物が会合する化合物に関する知見を有していなかった。そのような状況下、本年度、有機溶媒中において温度の違いが化合物の会合挙動に与える影響について知見を蓄積できたことは意義深い。この構造-物性相関に関する知見は、最終年度である来年度の合成ターゲットを絞る意味で重要である。実験を担当していた共同研究者が平成29年度の半ばに本研究課題から離れたため。

次いで、メチル誘導体、ベンジル誘導体それぞれの水酸基に2種類の官能基を導入し、メチル誘導体3種、ベンジル誘導体3種、合計6種類の化合物を合成した。その後、これら化合物をHuisgen 1,3-dipolar cycloadditionに供し、合計9種類の誘導体を得た。最後に、そのうち数種の化合物のベンジル基を除去し目的の化合物数種を得、昨年度までに合成を達成した低分子化合物の合成法を中分子領域のセルロース誘導体合成にまで拡張することに成功した。なお、化合物の化学構造は核磁気共鳴(NMR)装置を用いて分析した。それら化合物の溶解性を比較したところ、望みの溶解度パラメーターを有する有機溶媒に溶解しやすい化合物が1種見出された。すなわち、分子末端の官能基が存在しなければ、望みの溶解度パラメーターを有する有機溶媒に溶解しないため、ジブロック型セルロース誘導体の分子末端に存在する官能基が有機溶媒への溶解性に影響を与えることが判明した。また、本研究ではジブロック型メチルセルロース誘導体をヘテロテレケリックポリマーとして捉え、セルロース分子鎖の非還元性末端に選択的にエステル基を導入する方法を確立できた。しかしながら、残念ながら現時点では合成した化合物でオルガノゲルを形成する化合物は見出せなかった。本年度で本研究の研究期間が終了するが、本研究で得た基礎的な知見を元に多種多様な親水-疎水バランスを有する誘導体が合成できるため、将来的に望みの物性を有するセルロース誘導体が得られる可能性は残されている。本年度の研究成果を元に以下のように研究を推進することとした。1.化学構造の異なる数種の低分子化合物の合成2.セルロース誘導体合成ルートの確立3.合成化合物の溶液物性評価4.最適化合物合成に向けた最適化学構造の絞り込み昨年度までに研究成果を元に、最終年度である本年度は以下のように研究を推進することとした。1.化学構造の異なる数種の低分子化合物を合成する。2.低分子化合物と同様な合成コンセプトに基づく高分子化合物の合成ルートを確立する。3.合成化合物の溶液物性を評価し、オルガノゲル化能を探索する。4.数種の選抜化合物の物性評価を行う。当初、低分子モデル化合物の合成および高分子化合物であるセルロース誘導体の合成を並行して行う予定であった。しかしながら、研究を進めていく過程で、高分子化合物の合成を同時に行うより、低分子モデル化合物の合成に集中した方が最終目的を達成する上で効率的であると判断した。その結果、セルロース誘導体合成に必要な物品費が残余した。昨年度は中途で実験を担当していた共同研究者が本研究課題から離れたため、実験に遅延が生じたため、次年度使用額が生じた。次年度には、高分子誘導体の合成を計画しており、そのための試薬や器具の購入に生じた次年度使用額を使用する予定である。セルロース誘導体合成のためには、溶媒や反応試薬を多く使用しなければならない。そこで、セルロース誘導体合成用溶媒、試薬、加えて反応用大型ガラス器具類を購入する。
マントル深部における含水珪酸塩の安定性とマントルのダイナミックス

本研究においてMgO-SiO_2-H_2O系に存在するPhase Bの安定領域とこの系の未知の含水相の存在の可能性を実験的に明らかにした。その結果以下のことが明らかになった。20GPa付近では、PhaseBは、約1500°C付近で分解溶融し、スピネル+ペリクレ-ス+液になる。さらに温度の上昇にともなって、ペリクレ-ス+変型スピネル+液、そしてペリクレ-ス+液のような溶融関係を示す。1500°C以下の温度では、PhaseBは22GPaでスピネル+ペリクレ-ス+水に高圧分解する。また12GPa以下ではPhaseBは不安定であり、フォルステライト+H_2Oが共存する。14GPa付近では、1200°C以下ではPhaseBが安定であるが、これ以上の温度では新高圧相が存在する可能性がある。この新高圧相の化学組成はPhaseBよりMgOに富んでおり、PhaseBがこの新高圧相とSiO_2(スティショバイト)に分解している可能性もあるが詳細な相平衡の研究は今後の課題である。以上の実験結果から含水高圧相PhaseBの安定領域は、14GPaから22GPaまで、温度は1500°C以下であることが明らかになった。以上の実験結果にもとづくと、沈み込むプレ-トとともにマントル深部に持ち込まれた水は、マントル遷移層付近ではPhaseB中の結晶水として存在するが、プレ-トの沈み込みとともに遷移層の最下部でPhaseBが脱水分解し、遊離したH_2Oを生ずる可能性がある。また下部マントルから上昇するH_2Oを主体とする流体は、上部マントルの遷移層でPhaseB中に捉えられる。したがって、マントル深部でのH_2Oの加水反応や脱水反応は、H_2Oを主体とする流体中に溶け込んでいるインコンパチブル元素の下部マントルから上部マントルへの移動と濃集に大きな影響を持っている可能性がある。本年度の計画は、(1)超高圧下での高温発生方法を確立すること。(2)このシステムを用いて、MgO-SiO_2-H_2O系における含水高圧相、特にPhaseBの安定領域を明らかにするという2点であった。このうち(1)の高圧下での高温の安定発生に関しては、25GPaの圧力のもとで2400°Cを越える超高温を発生することが可能となったが、超高温を安定に持続させるためには今後さらに加熱システムの改良が必要である。(2)の含水高圧相PhaseBの安定領域を明らかにする実験に関しては、現在までのところ約25GPaまでの圧力において定性的にではあるがその安定領域を押さえることが可能となった。具体的に明らかになったPhaseBの相関係は、(a) PhaseBは圧力22GPa付近において、γMg_2SiO_4 (スピネル相) MgO (ペリクレース)そして水に分解することが初めて明らかになった。さらに(b) PhaseBの分解圧力近傍(22GPa)において、この相の融解開始温度が大幅に低下し、1700°C程度になることも明らかになった。以上の実験結果は、未だ予備的なものであり、半定量的なものではあるが、これはマントル深部のダイナミックスに大きな影響を与える可能性が強い。

すなわち、沈み込むプレート内部の水は、上部マントル深部及びマントル遷移層内部では、PhaseBの結晶水として保持されているが、プレートの沈み込みとともに遷移層の最下部でPhaseBが脱水分解し遊離したH_2Oを生ずる可能性がある。このようにして生じたH_2Oは深部マントルでのインコンパティブル元素の移動と濃集をもたらす、Motasomatic fluidとして作用するかも知れない。前年度の研究において含水高圧相フェ-ズBがスピネルナペリクレ-ス+水に高圧分解し、高温で分解溶融することが明らかになった。本年度は、このフェ-ズBの高圧分解の様式をさらに詳しく定量的に明らかにするとともに、H_2O-SiO_2-H_2O系の未知の含水相の存在の有無を調べることを中心に研究を行った。フェ-ズBの分解溶融と高圧分解様式に関しては、20GPaで1500°C以上で以下のように分解溶融することが明らかになった。分解溶融の様式は、温度の上昇とともに1500°C以上では(1)ペリクレ-スナスピネル+液、さらに高温において(2)ペリクレ-ス+変型スピネル+液、そして(3)ペリグレ-ス+液のように融解が進む。一方高圧分解反応に関しては、約22SPa以上の圧力でペリクレ-ス+スピネル+水に分解し、さらに25GPa以上ではペリクレ-ス+Mg-ペロブスカイト+水が安定に存在することが明らかになった。一方MgO-SiO_2-H_2O系において未知の相が存在する可能性についても実験的に調べた。今回の実験によると、14GPaにおいて約1200°C以下ではフェ-ズBが安定であるが、これ以上の温度領域ちおいて未知の高圧相が存在することを示す結果をえることができた。EPMAによるこの新高圧相の分析の結果、この相はフェ-ズBに比べてMgOに富む化学組成を持っており、14GPa、1200°C以上の温度領域でフェ-ズBがこの未知相とSiO_2(スティショバイト)に分解している可能性もある。現在のところX線粉末回析によっては、SiO_2相の存在は確認されなかった。
認知課題を用いた二重課題干渉を抑制する効果的プロトコルの確立

ヒトは二つの課題を同時に行うと、それぞれの課題を単独で行った場合よりも一方もしくは両方の課題成績が低下する。この現象は二重課題干渉と呼ばれており、二重課題干渉は日常生活で転倒や交通事故など様々な問題を生む。本研究の目的は二重課題干渉を抑制するための効果的な方法を模索することである。すでに我々は、認知課題が二重課題干渉の抑制に効果的であることを明らかにした。そこで、2018年度は当初の予定通り、認知課題と二重課題トレーニングの併用効果について検討した。認知課題はすでに二重課題干渉の抑制効果が確認されている認知課題を用いた。二重課題トレーニングで用いる二重課題は、二重課題干渉の評価に用いた二重課題と同じものを用いた。2週間の介入の結果、認知課題と二重課題トレーニングの併用は、認知課題を単独で行う方法や二重課題トレーニングのみを行う方法よりも、二重課題干渉を抑制することが示唆された。これらの成果は2019年度に学会で発表する予定であり、さらに学術論文として投稿中である。認知課題は誰でもどこでも、安全に実施できる。この特徴から、臨床でも今後積極的に導入できる高い汎用性を持つ。本研究の成果は、1)二重課題干渉を抑制するより効果的な方法を明らかにする研究への展開につながり、2)臨床でも導入可能な二重課題干渉を抑制する現実的な方法の創出も期待できる。本研究成果をもとに、二重課題干渉の抑制に向けた発展的な研究を展開していく予定である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。二重課題干渉は、転倒やスポーツ競技力の低下といった様々な問題を生む。本研究では二重課題干渉を抑制する方法として、認知課題を繰り返し実施する認知課題トレーニングに着目し、その効果的な実施方法の確立を目指す。平成29年度は認知課題トレーニングの感覚モダリティ(視覚と聴覚)と二重課題に含まれる課題の感覚モダリティの相違が、トレーニング効果に及ぼす影響を検討した。実験では研究対象者を「視覚の認知課題トレーニングを行う群」と「聴覚の認知課題トレーニングを行う群」に振り分けた。二重課題干渉の評価に用いる二重課題は「視覚を用いる認知課題」と「聴覚を用いる認知課題」を組み合わせたものとした。2週間のトレーニングの結果、「視覚の認知課題トレーニング」を行った群では「視覚を用いる認知課題」の二重課題干渉が抑制された。一方、「聴覚の認知課題トレーニング」を行った群でも「視覚を用いる認知課題」の二重課題干渉が抑制された。これらの結果から、認知課題トレーニングと二重課題に含まれる課題の感覚モダリティの相違は、トレーニング効果に影響しない可能性が示唆された。今後は、さらに条件を増やすなどして、より明確な結果が得られるよう追試を行う予定である。また、上記の実験に加え、視覚を用いた認知課題トレーニングと二重課題を繰り返し実施する二重課題トレーニングの併用効果についても実験を開始している。この実験によって、二重課題干渉をさらに抑制する方法の確立につながると考えている。当初の計画通り、研究は実施できている。当初の計画通り、平成30年度は「認知課題トレーニング」と「二重課題トレーニング」の併用効果の検討を行う。すでに、実験は開始できており、年度内に成果を報告する予定である。
アメーバ経営における経営理念と投資行動と財務政策の相互関係の研究

研究計画:投資行動と財務政策と経営理念の、それぞれの相互関係を研究することで、アメーバ経営の特質を総合的に明らかにし、持続的成長を実現するための新たな知見を得る。研究方法:仮説の設定・データ収集・インタビュー・量的・質的分析・論文執筆・学会発表I.投資行動(事業投資やM&A)と財務政策(資金調達やペイアウト)の相互関係(H31)II.経営理念と投資行動(事業投資やM&A)の相互関係(H31H32)III.経営理念と財務政策(資金調達やペイアウト)の相互関係(H31H33)IV. 3年間の研究の総括と最終報告書の作成(H33)研究計画:投資行動と財務政策と経営理念の、それぞれの相互関係を研究することで、アメーバ経営の特質を総合的に明らかにし、持続的成長を実現するための新たな知見を得る。研究方法:仮説の設定・データ収集・インタビュー・量的・質的分析・論文執筆・学会発表I.投資行動(事業投資やM&A)と財務政策(資金調達やペイアウト)の相互関係(H31)II.経営理念と投資行動(事業投資やM&A)の相互関係(H31H32)III.経営理念と財務政策(資金調達やペイアウト)の相互関係(H31H33)IV. 3年間の研究の総括と最終報告書の作成(H33)
精嚢分泌タンパク質による膜ラフトを介した精子機能制御機構の解明

精嚢分泌タンパク質Semenogelinは精子運動超活性化の抑制因子であり、これまでの先体胞反応およびタンパク質チロシンリン酸化抑制因子であるという報告と合わせて精子受精能抑制因子であることが示された。また、細胞膜脂質ラフト構造との直接の関与は不明だが、精子細胞膜に結合してその流動性と機能に影響を与えていることが示唆された。ヒト精子におけるSgによる膜ラフト構造への影響を明らかにするために、当初、精子の洗浄法としてPercoll密度勾配遠心法を予定していたが、Sgの精子運動超活性化への影響を検討するにあたり洗浄方の影響が懸念されたためまず、Percoli法とswim-up法の比較を行った。その結果、Percoll洗浄とswim-up処理が精子の運動に及ぼす影響について明らかな差があり、swim-up処理は精子の運動性を超活性化状態により近づけていることが示された。さらに、Sgは高濃度でいずれの処理の場合も精子運動を完全に抑制するが、低濃度ではswim-up処理における直進性、平均運動半径の抑制を解除、すなわち超活性化状態に至る経路をより強く抑制していることが示された。従って、in vivoに於ける精子運動超活性化についてもPSAにより低分子化し、低濃度となったSgがその調節の重要な役割を担っていると考えられ、Sgは精子運動の生理的な超活性化抑制因子でもあることが示唆された。また、膜ラフトへの影響に関してはマウスでの相同タンパク質SVS2とガングリオシドGMIの結合が明らかになったのでヒト精子についても同様な方法で精子全膜脂質の抽出が可能であるかどうか検討を行い、同様に抽出されることを確認した。Sg結合タンパク質については免疫沈降法での検討を行い、一般的な膜タンパク質可溶化バッファーであるRIPAbufferにて抽出した膜タンパク質中にSg特異的に結合するタンパク質をいくつか見いだすことができた。これらの結果より、今後はSgの精子膜上での受容機構の候補として、糖脂質とタンパク質の両方を検討する予定である。ヒト精子におけるSgによる膜ラフト構造への影響を明らかにするために、昨年度、精子全膜脂質の抽出が可能であるかどうか検討を行い、同様に抽出されることを確認したのを受けて、本年度はさらにガングリオシドGM1に対するSgの結合について検討を行った。本検討にはFar-western法を用いたがバックグラウンドが高く、更なる条件検討が必要である。また、別の分子間結合測定法である水晶発振子マイクロバランス法を用いた検討については本年度内に実施できなかった。免疫沈降法での検討では、膜タンパク質の抽出法について、一般的な膜タンパク質可溶化バッファーであるRIPAbufferの他に可溶化剤を変えて抽出の検討を行っているところである。また、膜構造への影響評価として膜電位に及ぼす影響についてフローサイトメーターと電位依存性蛍光色素を用いた検討も行った。Sgはswim-up処理したヒト精子膜を可逆的に過分極させた。このとき精子運動が抑制されていることも確認した。また、更に長時間のSgによる処理やSg高濃度での処理では精子の一部に脱分極がみられ、膜の透過性が変化してPI陽性になることが観察され、これは不可逆的であった。これらの結果よりswim-up処理後の精子に対してSgは膜構造を変化させその透過性を上げる働きがあることが示唆された。今後はこの現象と膜ラフト構造との関連についても検討する予定である。本申請課題の研究期間においては精嚢分泌タンパク質による精子膜ラフト構造の制御を介した精子運動・受精能獲得の抑制機構について研究を行っている。精子における精嚢分泌タンパク質SEMGによる膜ラフト構造への影響を明らかにするために、昨年度に引き続きガングリオシドGM1に対するSgの結合について検討を行った。本検討にはFar-western法を用いたが、現在のところ特異的なシグナルは得られていない。脂質の抽出にはBligh&Dyerの方法を用いているが抽出効率が悪いのでさらなる検討が必要と考えられる。また、別の分子間結合測定法である水晶発振子マイクロバランス法を用いた検討を行った。水晶発振子上に固定された膜画分に対するSEMGの結合は観察されているが、CTBによる結合阻害は見られていない。免疫沈降法での検討について、膜タンパク質の抽出法については、検討の結果、窒素キャビテーションと超遠心により精子の膜画分を調整し、NP-40を用いて可溶化を行うことに決定した。免疫沈降の条件検討は行ったが、現在のところこれまでに報告のある低分子量のアダブタータンパク質は見られているが、特異的な膜タンパク質は得られていない。しかしながら、SDS-PAGEでの検討により免疫沈降された画分には泳動阻害を起こす物質が含まれており、恐らく脂質だと考えられる。従って、やはりSEMGと精子膜脂質の直接相互作用も視野に入れた検討が必要であると考えられる。
遠心羽根車と案内羽根の干渉による非定常圧力場に関する研究

1.回転する羽根車と静止案内羽根との干渉による圧力脈動の性質を明らかにするため,案内羽根付遠心ポンプを測定対象として,案内羽根間および渦巻室内の圧力変動を計測した。2.測定された圧力脈動データの統計解析により、静止流路部分で発生する圧力脈動の時間的空間的性質を検討した。その結果、流路各部における圧力脈動の統計的性質が明らかにされた。3.静止流路における圧力脈動は、(羽根車羽根枚数)×(羽根車回転数)を基本周波数としてもち、下流方向に行くにしたがい、その振幅が減少していくことがわかった。4.多点の圧力脈動データの相互相関を調べることにより、圧力脈動は羽根車羽根と案内羽根との相対位置に対応する回転圧力場を形成することが示された。5.非定常円形翼列理論により,回転する羽根車と静止案内羽根との干渉による圧力脈動を計算することを試みた。この計算により、羽根車と案内羽根の相対運動に基づくポテンシャル干渉が圧力変動に与える影響を明らかにした。計算結果が測定結果とほぼ一致したことから、供試ポンプでは、ポテンシャル干渉に基づく圧力脈動が支配的であることがわかった。
高分解能表面顕微鏡を用いたエピタキシャル成長面の研究

表面や界面の結晶構造(欠陥を含めて)や結合状態を高分解能で画像化し,エピタキシャル成長の機構を明らかにすることが本研究の目的である。このために,表面顕微鏡はどのような型式が最適であり,しかも,高分解能化ができるかが検討された。このような研究と同時に超高眞空走査型電子顕微鏡(SEM)と走査型トンネル顕微鏡(STM)を用いたエピタキシャル成長の研究が,日本とドイツの両研究室で相互に研究分担者を交換しながら行われ,本年度は次の様な成果をうることができた。I表面電子顕微鏡の高分解能化の最適條件STMは半導体や金属表面の構造や電子状態をしらべるのに最も分解能の高い顕微鏡である。しかし,同じ試料位置を試料を調整しながら何回も観察したり,温度を上昇させて,表面の凹凸がはげしくなった状態の観察は非常に困難である。この欠点を補うために,SEMとSTMで同時観測を行うことを計画し,次の2つの方法を考案した。1つは超小型電界放射型電子銃の計画で,直径20mm,長さ100mmの電子光学系を設計し,容易にSTMと組合せて,2次電子像を100Aの分解能でとれるような装置を試作した。次にSTMの針と試料間の間隔を数10A数100A離して,電界放射領域で2次電子像をうることも試みた。30V以上の電界電圧で,2次電子像が画けることが確認された。この2つの方式によるSTMとSEMの一体化は,表面界面の解析に有効であることが確認され,さらにSEMの高分解能化を目指して,共同研究を行っていくことを確認した。このため市ノ川は2度ベルリンを訪問し,検討を行った。II Si(100)上の金属のエピタキシャル成長Si(100)上のAl,Ag,Pb,Pd,Mg等の金属原子のエピタキシャル成長の初期過程を,STM,低エネルギー電子回析,オージェ電子分光を用いて共同研究した。Schmid,Winauは早大市ノ川研で井藤らと協力し,Al,Pb,Agについて特に室温における成長過程及び高温における再配列機構を明らかにし,興味ある成果をおさめた。例えば,Alでは今まで信んじられてきたダイマーの方向が間違っていることを指摘し,500°C以上でつくるC(4×12)構造の再配列機構を明らかにした。Pbでは第2層で完全な被覆層をつくるが,それまでにつくるいくつかの再配列構造の成因についてSTMで明らかにした。またAgでは2次元状の島が,下地のSiの状態によって構造が変化することを確認し,高温で2×3構造を発見した。これらの成果は共著でSTM国際会議′92(北京)で報告されると共にPhys.Rev.B及びSurf.Sci.に発表される。III Co/Cu(100)の層上拡散Cu(100)上にエピタキシャル成長するCoの成長過程をSch-mid,Schneider,井藤らがSTMを用いて共同研究した。Cu(100)上のCoは室温で層状成長するが200°C以上ではCo薄膜上に下地のCu原子が拡散し,最上層にCuの畢原子層をつくる。同時に下地のCu畢結晶にはピットホールを形成する。これがCuの表面拡散源になっていることを明らかにし,その機構を検討した。このような成長過程は金属/金属(下地)のエピタキシャル成長には重要であることを指摘し,Phys.Rev Bに報告される。IV Si上の金属アイランドのエレクトロ及びサーモマイグレー及びJPN,J.Appl.Physに報告される。以上の様に当該年度は両研究室の密接な共同研究により大きな成果をおさめることができた。

II Si(100)上の金属のエピタキシャル成長Si(100)上のAl,Ag,Pb,Pd,Mg等の金属原子のエピタキシャル成長の初期過程を,STM,低エネルギー電子回析,オージェ電子分光を用いて共同研究した。Schmid,Winauは早大市ノ川研で井藤らと協力し,Al,Pb,Agについて特に室温における成長過程及び高温における再配列機構を明らかにし,興味ある成果をおさめた。例えば,Alでは今まで信んじられてきたダイマーの方向が間違っていることを指摘し,500°C以上でつくるC(4×12)構造の再配列機構を明らかにした。Pbでは第2層で完全な被覆層をつくるが,それまでにつくるいくつかの再配列構造の成因についてSTMで明らかにした。またAgでは2次元状の島が,下地のSiの状態によって構造が変化することを確認し,高温で2×3構造を発見した。これらの成果は共著でSTM国際会議′92(北京)で報告されると共にPhys.Rev.B及びSurf.Sci.に発表される。III Co/Cu(100)の層上拡散Cu(100)上にエピタキシャル成長するCoの成長過程をSch-mid,Schneider,井藤らがSTMを用いて共同研究した。Cu(100)上のCoは室温で層状成長するが200°C以上ではCo薄膜上に下地のCu原子が拡散し,最上層にCuの畢原子層をつくる。同時に下地のCu畢結晶にはピットホールを形成する。これがCuの表面拡散源になっていることを明らかにし,その機構を検討した。このような成長過程は金属/金属(下地)のエピタキシャル成長には重要であることを指摘し,Phys.Rev Bに報告される。IV Si上の金属アイランドのエレクトロ及びサーモマイグレー及びJPN,J.Appl.Physに報告される。以上の様に当該年度は両研究室の密接な共同研究により大きな成果をおさめることができた。平成3年度は次のような研究実績をあげることができた。(1)Si(001)上の金属アイランドのエレクトロマイグレ-ションの発生機構の解明Si(001)上の数μmφの金属アイランドは下地のSiに流す電流の向きとは,金属によって異なる方向に移動する現象を我々が発見した。この駆動力がどのような理由で発生するかが不明であったが,Fanelsaは我々の研究室で,1ケ月半の研究の結果,駆動力は電流効果であることを確認した。さらに島の一方側を電子ビ-ムで照射し,加熱すると島は温度の高い方向に移動することを発見した。このことは電子流による温度上昇で島の附近に局所的な温度差が生じ,この温度差が表面張力の異方性の原因となり,島が移動することを明らかにした。ゆわゆる半導体ー金属界面でのペルチェ効果である。(2)小型電界放射電子銃の設計と性能のシミレ-ション超高眞空中で自由に動かせる小型電界放射電子銃の必要性に迫られ,市ノ川とKirschnerはその設計方針を検討し,長さ7cm,直径1cmφの小型電界放射電子銃の設計を行い,レンズに特別な性能をもった静電レンズを用い,カソ-ドにWーZrのエミッタ-を使用した場合,1KV,10^<ー10>Aの電子プロ-ブが300Åの分解能でえられることがシミレ-ションの結果明らかになった。現在,この電子銃は製作中で,分解能は実験的に実証される。(3)走査型トンネル顕微鏡によるエピタキシャル成長面の研究井藤,Schmitらは走査型トンネル顕微鏡を用い,Pt/Si(001)及びCo/Cuのエピタキシャル成長をしらべ,その表面構造,表面欠陥を原子分解能で決定した。さらにSi(001)のシングルドメイン表面の2原子層ステップの構造を明らかにした。
多様なオーキシン応答を引き起こす転写調節機構の基本原理

本研究は苔類ゼニゴケをモデルにTIRI/AFB-AUX/IAA-ARF相互作用を介したオーキシン転写制御機構の有無とその役割について解析してきた。ゼニゴケ形態形成におけるオーキシン信号伝達の役割を調べるため、ステロイドホルモン依存的にオーキシン応答を抑制できる形質転換体を作成し、様々な成長段階での表現型を解析した。その結果、MplAAを介したオーキシン応答が細胞の分化・伸長に関わり、配偶体における腹側化の促進や器官発生、胞子体の発生など生活環全体にわたって多様な現象を制御していることが示唆された。またMpIAAとMpARFs間の相互作用をBiFC法とY2H法により解析した。その結果、MpIAAとMpARFsはMpARF3同士以外のすべての組み合わせで相互作用できることが明らかになり、またそれぞれの相互作用の強度には違いがあることも明らかになった。次にMpIAAがオーキシン依存的に分解されるかどうかを調べるため、MplAAの予測分解調節領域と蛍光タンパク質の融合タンパク質発現株を作成したところ、著しくタンパク質が不安定化されていることが明らかになった。さらに、ゼニゴケにおけるオーキシン応答遺伝子をRNA-seq解析により網羅的に探索した。その結果、既知のオーキシン応答遺伝子であるMpGH3を含む152の発現変動遺伝子候補を同定した。本研究の成果から、苔類ゼニゴケにおいてもAUX/IMの分解、AUX/IM-ARF相互作用を介した転写制御機構が保存されていることが明らかになった。またゼニゴケは他の植物種に比べて非常に単純なオーキシン信号伝達機構を用いて、様々な生理応答を制御していることも明らかになった。今後、それぞれのMpARFによる下流遺伝子の発現制御機構が研究されることで、単純な転写調節機構が複雑なオーキシン応答を生み出すメカニズムの理解が進むと期待される。(抄録なし)本研究は単純な転写調節機構が複雑なオーキシン応答を生み出すメカニズムの解明を目指し、苔類ゼニゴケをモデルにTIRI/AFB-AUX/IAA-ARF相互作用を介したオーキシン転写制御機構について研究をおこなっている。ゼニゴケ形態形成におけるオーキシン応答の役割を調べるため、オーキシン低感受性を引き起こす安定型AUX/IAAの機能誘導系やARFノックアウト株を作成し表現型を観察したところ、配偶体の発生に様々な影響を与えることが明らかとなった。このことから、AUX/1飴やARFを介したオーキシン応答がゼニゴケの形態形成において重要な役割を果たすことが示唆された。それぞれの遺伝子の発現組織の解析も行い、AUXI/AAについては生活環全体で広く発現しており、3種あるARFのうちの一つは特定の器官で強く発現していることが明らかになった。また、ゼニゴケにおいてもAUX/IAAとARF、TIR1/AFBが相互作用しオーキシン信号伝達を行っているかを確かめるため、BiFC法とYeasttwo-hybrid法による検証を行っている。予備的なデータではあるが、これまでに多くのIAAとARF、またARF同士が相互作用することが確認されている。さらに、ゼニゴケにおけるオーキシンによる遺伝子発現の変化について理解するため、オーキシン応答遺伝子の候補について定量的RT-PCRによる遺伝子発現解析を行った。その結果、ゼニゴケのオーキシン応答遺伝子の発現パターンは複数あり、フィードバック阻害を受ける場合もあるということが示された。また同定されたオーキシン応答遺伝子の発現がAUX/IAAによって制御されていることも示唆された。

本研究の目的はコケ類ゼニゴケのオーキシン信号伝達の仕組みと生理的役割の解明であり、そのためのに(1)形質転換体、変異体の表現型解析、(2)オーキシン信号伝達因子の発現解析、(3)タンパク質相互作用の検証、(4)下流遺伝子の探索と発現動態の解析を行う。(1)(2)についてはおおむね解析ができており今後はより詳細な解析を行いたい。(3)については予備的なデータが得られているため、複数の手法で確認を行う。(4)については内在のオーキシン応答遺伝子をすでに得ており発現解析を行った。今後RNA-seqによる下流遺伝子の網羅的探索を行う予定だが、サンプルの提出はすでに終わっている。これまでに作出した形質転換体や変異体について樹脂切片を作るなど細胞レベルでの詳細な観察を行う。またタンパク質相互作用の検証について、複数の手法で実験を行いデータを固める。さらに、ゼニゴケにおけるオーキシン応答遺伝子、特にMpIAAに制御される遺伝子を網羅的に探索するため、オーキシン処理した野生株、安定型MpIAA誘導系でオーキシン応答を抑制したサンプルについてRNA-seq法を行う。これらの実験を通して、ゼニゴケがTIR1/AFB-AUX/IAA-ARF相互作用を介したオーキシン転写制御機構を持つことを証明し、生理的な役割や遺伝子発現制御の様式を明らかにする。さらに被子植物での知見と比較し、オーキシン転写制御機構の陸上植物に共通する基本原理や進化についての理解を深める。(抄録なし)
対話型統計解析システムの開発

申請課題に関する研究は概ね順調に推移した。予想以上に急速なパーソナル計算環境へのWindowsの浸透に対応すべく、対話型の汎用統計解析システムの開発を進め、プロトタイプについてアジア統計計算会議(iasc)において発表した。既存のSPSSシステムなどもWindows化され始めたが、研究者による機能追加が容易に行える特色あるシステムの実現に向けて、現在も機能拡張に関する研究、開発を継続している。次に、本課題に関連した研究成果の概要を示す。1.統計学分野では、一村が正規乱数において相関を有する場合の連の個数に着目し、その発生個数の分布特性を求め、同じくiascにおいて発表した。これにより、正規単数列における連の検出が評価可能となった。また、中川はMorgens fern birariate exponential分布のもとでの標本相関数の分布を記号処理の手法を適用して求めiascで研究成果を発表した。2.数式処理分野では、坂本が結び目/絡み目データのリスト表現形式からブラケット多項式を自動的に生成するアルゴリズムを開発し、これをRlisp処理系上で具体的なシステムとして実現させる研究を行った。3.数値解析学関連では、仁木が大規模線型方程式系の数値解法に関する新しい反復法(適応型ガウス・ザイデルスキーム)を開発し、研究報告を行った。また、澤見は、流体力学における各種の計算技法に関して集大成を行ったC.A.J.フレッチャーの「コンピューター流体力学」を翻訳した。4.数学教育分野では、船倉が孝行における数学の学習指導要領を理工系大学における初学年の数学教育とについての関連性に関する研究を行った。
噴霧法による蛍光体ナノ粒子の大量合成と白色LEDへの応用

噴霧法による蛍光体ナノ粒子の大量合成と白色LEDへの応用について検討し、以下のような成果を得た。1.噴霧熱分解法による液滴からの微粒子の生成機構を検討した。液滴サイズ分布に対応して、合成される微粒子の形態および大きさを予測することを、基礎式の数値シミュレーションおよびモデル実験より検討した。加熱による液滴中の溶媒の蒸発とそれに伴う溶質の移動を、関連する伝熱と物質移動の基礎式を連立させて数値計算により明らかにした。ここで、粒子の高密度化現象を説明するために、熱分解反応を考慮した。また、合成される中空粒子のシェルの厚さもこの数値計算で明らかとなった。実験結果はシミュレーションデータとよく一致した。2.火炎噴霧熱分解法(FASP)を用いて、高い蛍光特性を有する希土類元素セリウムをドープした蛍光体(YAG:Ce^<3+>)ナノ粒子を初めて合成した。出発原料に尿素を入れると、YAGのナノ粒子を合成することができた。火炎中で尿素の分解と燃焼により発生した熱と大量のガスはナノ粒子の生成に貢献することがわかった。火炎バーナのサイズ、燃焼ガスとキャリアガスの流量、及び出発原料溶液の供給速度を制御することで、火炎噴霧熱分解法による各種の蛍光体粒子を大量に合成することが可能となった。3.さらに、噴霧熱分解法により合成されたサブミクロン蛍光体の結晶径/粒径と蛍光特性の相関関係を検討した。結晶径と粒径は独自に制御したところ、蛍光特性は蛍光体粒子の結晶サイズ、粒径、表面特性、および希土類元素の分布に強く依存することがわかった。結晶サイズと粒径の増加に従って、蛍光強度が増加した。蛍光特性への影響は、結晶サイズの方が粒径より重要な役割を果たすことがわかった。(1)減圧噴霧熱分解法における液滴の蒸発機構を理解するために、減圧条件下でポーラスフィルタを用いて発生するミクロンサイズの水滴の気化冷却における熱および物質の移動現象をモデル化し、数値シミュレーションにより明らかにした。実験結果より、液滴量とガス量の混合比および雰囲気のガス圧力が液滴の蒸発による冷却現象に大きく依存することが分かった。(2)蛍光体ナノ粒子を合成するために、ポリマー添加噴霧熱分解法及びポリマー添加再加熱法を開発した。ポリマー(例えば、ポリエチレン・グリコール(PEG))を添加すると、ポリマーの燃焼熱により、結晶化が促進され、さらに、ポリマーの存在と大量反応気体の発生により、凝集が抑制されて、ナノ粒子が合成されることが報告されている。ポリマーを添加した場合の粒子の合成および添加したポリマー量による生成粒子の形態の変化を制御できた。添加ポリマー量が少ないと微結晶の集合体となっているが、これにポリマーを加え加熱すると、ポリマーの燃焼によりナノ粒子に分解することが可能となった。(3)火炎噴霧熱分解法を用いて、YAG:Ce^<3+>サブミクロン粒子を初めて合成した。まず最初に、火炎噴霧法による六方体のYAlO_3サブミクロン粒子を合成した。合成したYAlO_3粒子を900°Cで2時間、熱処理された後に、完全にYAG(ガーネット)に変化させた。熱処理された粒子は球体であり、非凝集である。再加熱温度と時間を増加させると、粒子の結晶性は向上させることが出来た。熱処理された粒子は、市販粒子に匹敵する蛍光特性(PL)を示した。(4)蛍光体ナノ複合微粒子の合成も検討した。球状のGd_2O_3:Eu^<3+>/シリカの蛍光体ナノコンポジット粒子は、シリカコロイドナノ粒子、ガドリニウム、およびユーロピウム硝酸塩溶液がある原料溶液から、超音波熱分解によって合成した。合成した粒子のサイズ、構造、結晶性、及び蛍光特性などを、FE-SEM、TEM、XRD、光度計、およびFT-IRを用いて分析した。その結果、シリカナノ粒子の添加量と粒子径には、合成粒子のサイズ、形態、結晶性、および蛍光特性に強い効果があることを示した。

3.さらに、噴霧熱分解法により合成されたサブミクロン蛍光体の結晶径/粒径と蛍光特性の相関関係を検討した。結晶径と粒径は独自に制御したところ、蛍光特性は蛍光体粒子の結晶サイズ、粒径、表面特性、および希土類元素の分布に強く依存することがわかった。結晶サイズと粒径の増加に従って、蛍光強度が増加した。蛍光特性への影響は、結晶サイズの方が粒径より重要な役割を果たすことがわかった。
レンズ上皮細胞の形態維持機構の解明

RLCはDOCK5欠損により眼球混濁を呈する自然発生マウスである。DOCK5ノックアウトマウスとRLCでは上皮・レンズ線維間に隙間が観察された。野生型およびRLCマウスからのレンズ上皮細胞のmRNAマイクロアレイデータから、既存のデータベースを元に変化の大きい信号伝達経路を解析した。炎症反応を含む抗微生物反応系と、脂質代謝の系がDOCK5の欠損によって誘導されることがわかった。マウスの眼では、DOCKの蛋白質のみが発現しDOCK180が発現していなかったが、上皮間葉転換を起こしたレンズ上皮初代培養細胞やレンズ培養細胞株ではDOCK5とDOCK180の両方が発現していることが明らかになった。RLC(Rupture of Lens Cataract)マウスは、生後35日にはレンズ後極、後縫合の皮質線維に変性をきたし、内圧により破れ、レンズの核が後方に逸脱、つまり、レンズ脱臼が起こり、白濁を呈する自然発生マウスである。その原因遺伝子がDOCK5であることが同定されている。RLCマウスではDOCK5のエクソン内の27塩基が欠失しており、理由は不明だが蛋白質が発現していない。DOCK5はDOCK180と同様に、アクチンを制御する低分子量G蛋白質Rac1の活性化因子として機能することを培養細胞を用いた過剰発現の実験から明らかした。また、眼では、同じファミリーに属するDOCK180が発現していないことも確認しており、DOCK5を発現しないノックアウトマウスでも、RLCマウスより軽度ではあるが、眼球が白濁することから、DOCK5がレンズ上皮細胞の接着・形態を制御しているといえる。マウスレンズ上皮細胞由来の培養細胞(mおよびhLEC)においてRNA干渉法によりDOCK5の発現を低下させたが、Racの活性化、細胞遊走能は変化が見られなかったので、マウスレンズ上皮からの初代培養方法を試みている。DOCK5の上皮細胞を維持機構を明らかにするために、まだ症状が軽微な生後3週齢のRLCマウスおよびコントロールとしてbalb/cマウスよりレンズ上皮細胞を単離し、マイクロアレイによるmRNAの発現パターンの解析を行うことで、RLCマウスで発現が変化している遺伝子群を同定し、レンズ上皮細胞の形態の維持機構の解明を試みた。2回の独立した実験において共通に上昇・低下が見られた分子はそれぞれ76個、43個であった。現在これらの分子群の機能的相互作用、レンズ上皮における機能を検討している。前年度に行った、野生型およびRLCマウス(DOCK5蛋白質が発現していない自然発生マウス)から単離したレンズ上皮細胞を材料としたマイクロアレイによるmRNAの発現パターンを検証するために、レンズ上皮細胞の初代培養法を確立した。生体から取り出し培養することは出来たが、形態的にみて上皮細胞様の立方体は取っておらず、紡錘形を呈した。このような形態は、既存のレンズ上皮細胞株でも観察されることから、E-カドヘリンの発現と蛍光蛋白質を用いた極性形成を調べたが、いずれの細胞でもE-カドヘリンの発現はなく極性形成されていないことがわかった。生体においては、野生型、RLCマウスのレンズ上皮細胞ではE-カドヘリンの発現が見られることから、培養過程で細胞の性質が変化すると結論した。面白いことに、これらの細胞ではDOCK180が発現していた。続いて、マウス眼球の組織切片を作製し観察したところ、RLCマウスでは上皮細胞間の接着は保たれているが、上皮・レンズ線維細胞間の接着が欠失する傾向があることを発見した。同様の所見はDOCK5のノックアウトマウスでも確認している。以上の結果を合わせ、DOCK5の欠失により上皮細胞での増殖因子やサイトカインの産生が変化を受け、それを受け取る線維細胞内で信号伝達に変化が起こり、上皮細胞との接着が弱まるという仮説を立てるに至った。マイクロアレイのデータから分泌蛋白質の情報を抽出し、どの分子が重要であるかの検討を行っている。標的となる分子が定まれば、抗体を購入して生体における発現パターンを検討する予定である。RLCはDOCK5が欠損していることが明らかになった眼球混濁の自然発生マウスであるが、DOCK5のノックアウトマウスも繁殖させ病理標本を作製し、RLCと同様に上皮・レンズ線維間にギャップが観察されることを確認した。これまでに行った、野生型およびRLCマウスから単離したレンズ上皮細胞を材料としたマイクロアレイによるmRNAの発現パターンから、既存のデータベース(Ingenuity Knowledge Base)を用いて、変化の大きい信号伝達経路を解析した。またマイクロアレイで発現が変動した市販の抗体が入手可能であったCLEC11A、COL4A6、CCBE1を眼の標本で免疫染色を行ったが、抗体が標的蛋白質を認識していない可能性が示唆された。マウスの眼では、DOCKの蛋白質のみが発現しDOCK180が発現していなかったが、上皮間葉転換を起こしたレンズ上皮初代培養細胞やレンズ培養細胞株ではDOCK5とDOCK180の両方が発現した。そのため、DOCK5のRNA干渉法によるノックダウンでは低分子量G蛋白質Racの活性の変化がないと考えられた。そこで、CRISPRによるDOCK180のノックアウトをレンズ培養細胞株にて行った。

ノックアウトはゲノム抽出後PCR>核酸決定で確認したが、細胞の形態や増殖速度はDOCK180の有無で大差はなかった。現在のところこれらの細胞株でDOCK5のノックダウンを行い、FRETバイオセンサーを発現させRac1活性、細胞移動への影響を検討している。RLCはDOCK5欠損により眼球混濁を呈する自然発生マウスである。DOCK5ノックアウトマウスとRLCでは上皮・レンズ線維間に隙間が観察された。野生型およびRLCマウスからのレンズ上皮細胞のmRNAマイクロアレイデータから、既存のデータベースを元に変化の大きい信号伝達経路を解析した。炎症反応を含む抗微生物反応系と、脂質代謝の系がDOCK5の欠損によって誘導されることがわかった。マウスの眼では、DOCKの蛋白質のみが発現しDOCK180が発現していなかったが、上皮間葉転換を起こしたレンズ上皮初代培養細胞やレンズ培養細胞株ではDOCK5とDOCK180の両方が発現していることが明らかになった。前年度と同様に、RLCマウス、DOCK5-ノックアウトマウスの繁殖の効率が悪く、律速段階になっている。その他は当初の仮説とは異なった結果が得られているが、手技的にも問題なく概ね順調に進んでいる。実験病理H26年4月から、中国で眼科医として勤務していた者が大学院生として参加し、実験に専念できるため確実に研究が進んでおり、今年度も同じ体制で行う予定である。マイクロアレイの実験は出来たものの、理由は不明だがRLCマウスの繁殖が遅いのが律速段階になっている。眼科医の大学院生が研究に参画し、レンズ上皮細胞の初代培養を含め細胞レベル・個体レベルでの解析を計画通りに進める。
広域ビル空調群の高速電力需要制御における確率的均し効果不安定現象の解明と対策

将来のスマートグリッドでは,分刻みの高速自動デマンドレスポンス(Fast Automated Demand Response: FastADR)が必要とされるであろう。オフィスビル群の空調設備は可制御負荷としてFastADR負荷の有望なリソースである。本研究では,空調電力需要のFastADR応答モデルとして世界で初めて,FastADR電力抑制指令値と空調必要電力との差による整定時の残差特性を考慮した非対称定率増減伝達関数モデルの適用である。そして,広域大量に集積させたビルマルチ空調設備群がFastADRによりLFCに参画する場合の分刻み発令/解除過渡特性を評価可能とした。スマートグリッド電力需要制御ADR(Automated Demand Response)の対象需要モデルとして,20棟からなるビル群空調設備の電力需要動特性モデルが完成した。モデリングに当たっては,実際のオフィスビルの空調運転の1分間隔実測時系列データから,ニューラルネットワークによりシステム同定してモデル化した。このモデルと,スマートグリッドOpenADR通信ゲートウェイと,ADR広域通信Dummynetと,ADRサービスプロバイダであるAggregatorソフトウェア,電力系統のOpenADRサーバソフトウェアを統合して,実時間ADR制御シミュレーション設備が完成した。この設備をADREX(Automated Demand Response EXperiment)と命名した。電力系統からのスマートグリッド電力需要応答指令に基づき,Aggregatorが20棟のオフィスビル空調電力を制御対象として,PI制御するシステムの動特性振る舞いをMatlab/Simulinkで予備検討した。次に,上記ADREX設備において,Aggeregatorが20棟のビル空調設備群に対して,PI制御をするエミュレーション試験を実行できるようになった。ここで,エミュレーションとは実時間で実物と忠実な動作させるという意味である。その結果,電力系統側の要求指令に対するステップ応答を調べてところ,数10%オーバーシュートして,かつ400秒程度の周期振動現象がみられる場合があることが分かった。これは,10分程度の時間間隔で高速に電力需要応答指令を切り替えようとするスマートグリッドFastADRにとって問題となる現象が発生しうることを発見した。この問題現象の発見は,本研究が当初から目指していた主要な研究実績といえる。前年度において開発したFastADR(Fast Automated Demand Response)エミュレーション実験設備を用いて,ビル空調設備電力需要の動特性を表す伝達関数をシステム同定し,FastADRアグリゲーションを実行すべくフィードバック制御系統を設計できるよう技術開発ができた。ビル20棟(ビル用マルチ空調設備100台)をアグリゲーション管理単位として複数並列に集約することで,2千棟のオフィスビル空調機1万台を種々バラツキを与えてFastADRアグリゲーション集約シミュレーションモデルを構築できた。このFastADRアグリゲーションの効果を定量評価すべく,電力系統全体の負荷周波数制御LFCシミュレーションシステムを構築できた。LFCシミュレーションシステムの電力系統側の要素としては,メガソーラ発電変動,火力発電機群のガバナーフリー制御特性と慣性ダンピング周波数特性,一般電力需要変動,中央給電指令所のLFC用PI制御を表す伝達関数を既存研究を参考にMATLAB/Simulink上に構築した。その電力系統全体シミュレーションシステム上に,上述のビル20棟分モデルの伝達関数を必要分だけ並列配置することで必要な規模のビル空調設備FastADRアグリゲーションの制御特性を盛り込んだ。たとえば,数百MWメガソーラを想定して10分程度で急激に発電量が減少した場合の周波数維持のシミュレーション評価を行ったところ,ビル500棟(空調機1万台)程度のビル用マルチ空調電力のFastADRフィードバック制御により,LFCへの効果が確認できた。当初計画では,前年度はビルマルチ空調設備の動特性数式モデルを構築し,それを100台分がビル20棟分としてPCクラスターに実装したリアルタイムシミュレーション実験設備を完成させるまでであった。しかし,実際にはその実験設備に対して,模擬電力系統指令所や模擬FastADRアグリゲータも同時に完成したので,それらを実験設備と通信接続することができて,ビル20棟分の空調電力を制御するFastADRステップ応答実験,およびFastADRフィードバック制御を実験設備で実施することもできた。そして,本研究の最大のポイントである20棟のビル空調群に対するフィードバック制御時の電力制限指令に対する電力応答が振動する現象を実験計測としてとらえることができた。これは,当初,満2年経過時点で想定していた進度であり,研究目標の大部分を完了したことになる。我国のオフィスビル空調として普及しているビルマルチパッケージエアコンの消費電力を数分オーダーで大量に制御することで,電力系統の需給バランス制御の一翼を担う可能性を研究した。ビルマルチ空調設備群の消費電力を抑制するクラウドサービスである,高速デマンドレスポンス(Fast Automated Demand Response:FastADR)により,電力系統の負荷周波数制御例をコンピューターシミュレーションにより検討した。(電気学会論文誌に掲載)。瞬時需給バランスが逼迫した場合の系統周波数制御としては,中央給電指令所から対応可能な火力発電所に対して調整信号を送り閉ループ制御をしている。本研究ではこの火力発電機による系統周波数調整機能の一部をビルマルチ空調設備の電力需要を閉ループ制御することで等価的に実現する「仮想発電所」の可能性を示すことができた。ビルマルチ空調設備はインバータ冷媒圧縮機の消費電力が全体の約9割を占めるが,電力制限指令に対してインバータが定率に加速原則するため応答動特性は定率増減である。また,加速と減速ではその変化速度が起きく異なるため,従来研究のように1次遅れなどの単純なモデルでは表現できない。本研究では非対称定率増減伝達関数を開発して,実際のオフィスビル時系列データから伝達関数を大量にシステム同定した。