hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
筋収縮により上昇する筋中Ca^<2+>濃度が筋の糖取りこみを増強させる機序に関する研究

本研究で始めて、脊椎動物骨格筋の組織を対象に、Ca^<2+>濃度測定法を確立した。これは、膜透過性蛍光Ca^<2+>指示薬(Fura-2/AM)を取り込ませた前肢骨格筋Epitrochlearisにおいて、340nm励起時の500nm蛍光量および380nm励起時の500nm蛍光量を測定し、次にその比を算出し、これをCa^<2+>濃度の指標とする方法である。この方法を用い、強縮が生じないような軽度の筋収縮や各種薬理学的刺激が細胞内のCa^<2+>濃度に与える影響を観察した。強縮時にはアーチファクトが生じ、Ca^<2+>濃度測定できなかったが今後、さらに検討する予定である。最近の研究により、筋収縮で増加する骨格筋の糖取り込み速度に、筋収縮により上昇するCa^<2+>濃度が影響を与える可能性が示唆されている。そこで、次に、この方法を用いてCa^<2+>濃度とラット骨格筋の糖取りこみ速度との関係を明らかにするために、インスリンや、強縮を生じさせないような軽度の低酸素暴露というような生理学的刺激や、Ca^<2+>濃度に影響を与えると考えられている薬理学的刺激がCa^<2+>濃度に与える影響を観察した。その結果、低濃度のCaffeine(3mM)およびW-7(50μM)の投与、低酸素刺激により細胞質Ca^<2+>濃度が上昇することが、初めて実際に観察された。これらの刺激は同時に糖取りこみ速度を増加させることより、本研究で開発した細胞中Ca^<2+>濃度測定法が、筋収縮を生じさせない生理学的刺激による骨格筋の糖取りこみ速度増加機序の解明に有用であることが明らかとなった。また、AMPkinaseを活性化させるAICARではCa^<2+>濃度は変化しなかった。この結果より、Ca^<2+>濃度上昇により糖取りこみが増加するという経路が、AMPkinaseより下流にないことが明らかになった。またインキュベーション時間が20分を経過すると、インスリンによりCa^<2+>濃度が増加することが初めて明らかになった。今後、インスリンがCa^<2+>濃度に対する経時的影響などを、さらに詳細に研究することにより、インスリンが骨格筋のCa^<2+>濃度に与える影響や、それが糖取りこみ速度増加に対する関与の有無を明らかにでき、インスリンによる糖取りこみ速度増加の機序解明の一助になることが期待される。先行研究における生化学的研究により、筋収縮によるカルシウム濃度の増加が糖輸送担体(glucose transporter:GLUT4)を筋漿から筋膜へ移動させて、糖取り込み速度を増加させるという仮説が提示されている。しかし、実際に筋収縮による骨格筋のカルシウム濃度増加を測定した研究はない。そこで本研究では、骨格筋内のカルシウム濃度の光学的測定法及と筋の糖取り込み速度測定を組み合わせ、筋収縮による骨格筋の糖取り込み速度の増加のメカニズムの解明することを目的とした。

研究の初年度である今年は筋内カルシウムの測定系を確立することを目的とし、筋内カルシウムの測定にカルシウム指示薬であるfura2を用いて実験を行った。その結果、対象としたラット骨格筋であるeptrochlearis筋では充分に時間をかけるとfura2が筋漿内へ取り込まれることが明らかになった。これは対象としたeptrochlearisの筋層が約20層と非常に薄く、これまで実験の対象となっていた筋と異なり、筋の内部が酸素不足に陥ることなく筋中のATPおよびCrP濃度が長時間インキュベートしても低下しないことによると考えられた。さらにeptrochlearisを1秒1回の頻度で単収縮を繰り返させたところカルシウム濃度が上昇することが確認された。さらに、100Hzで10秒間、強縮させると、よりカルシウム濃度が上昇することが明らかになった。身体トレーニング前後に同一強度の運動を行った場合、糖の消費量はトレーニング後に減少する。このことは、身体トレーニングが有限の糖を節約する適応と考えられている。この機序について、同じ運動を行っても、トレーニング後には活動筋へのGLUT4のトランスロケーションが低下し、活動筋における糖取り込み速度が低下していることによることが最近の研究により明らかになった。これは、同一強度の運動という筋収縮という観点から刺激強度が同一でも、それからGLUT4(グルコーストランスポーター)のトランスロケーションまでの刺激伝達系にトレーニングが影響を与えたと考えられる。一方、安静時も、トレーニング後には、長い時間、活動した筋の糖取り込み速度が上昇し、さらにインスリンの効果が増幅されることが知られているが、その機序は明らかになっていない。筋収縮により増加する筋中カルシウム濃度が、GLUT4のトランスロケーションまでの情報伝達系を活性化させるという仮説が提示されている。そこで本研究では、身体トレーニング前後で同一電気刺激に対するカルシウムの濃度変化を比較し、それが糖取り込み速度に与える影響を観察した。その結果、身体運動中における糖取り込み速度および急性身体運動後の糖取り込み速度に対して、筋収縮によるカルシウム濃度の増加の程度が異なる影響を与えていることが明らかになった。本研究で開発したCa^<2+>濃度測定法(膜透過性蛍光Ca^<2+>指示薬(Fura-2/AM)を取り込ませた前肢骨格筋Epitrochlearisにおいて、340nm励起時の500nm蛍光量(以下F340)および380nm励起時の500nm蛍光量(F380)を測定し、らにF340/F380 Ratioを算出し、Ca^<2+>濃度の指標とする)により測定されたたCa^<2+>濃度とラット骨格筋の糖取りこみ速度との関係を明らかにするために、強縮を生じさせることがないようなインスリン,軽度の低酸素暴露というような生理学的刺激、さらにCaffeineやW-7などの薬理学刺激が、カルシウム濃度に与える影響を観察した。その結果、Ca^<2+>濃度が増加すると予測されていた低濃度のCaffeine(3mM)およびW-7(50μM)の投与、低酸素刺激により細胞質Ca^<2+>濃度が上昇することが、初めて実際に観察された。これらの刺激は同時に糖取りこみ速度を増加させる。
特異値分解の高速数値計算アルゴリズムの開発

現在の情報化社会において,データサイエンスおよび人工知能の基盤と言える行列の特異値分解は非常に重要視されている.本研究では,特異値計算アルゴリズムに対する収束理論を与え,これに基づきより高性能な特異値分解アルゴリズムへの改良を行った.さらに,特異値分解と関連の強い固有値分解や,情報技術における現代的な行列計算アルゴリズムに対しても同様の理論解析およびそれに基づくアルゴリズム開発を行った.大規模固有値問題に対するリスタート付きのLanczos法およびJacobi-Davidson法の大域的収束の理論保証を行った.本研究の目的は特異値分解アルゴリズムの開発であるが,上のアルゴリズムは大規模疎行列の特異値分解にも標準的に用いられるアルゴリズムである.本成果は国内の研究集会にて発表し,テクニカルレポートを執筆した.現在,論文投稿中である.大規模疎行列の固有値問題の数値解法および特異値分解の数値計算に有用な射影法に対して数学解析を行った.本研究では大域的収束の理論保証に必要な一般的な条件を明らかにしている.データマイニング等,現代の情報処理分野において,特異値分解や固有値分解の数値計算アルゴリズムの重要性は言を俟たないであろう.現在,これらの行列分解の標準的数値計算アルゴリズムは,線形計算の世界標準ライブラリLAPACKにも実装され幅広く利用されている.申請者は,これまでこのLAPACKに実装されているQR法やdqds法の理論的基礎付けを与えるとともにその改良を行い,高速な実装を与えることに成功している.本研究では,これらのアルゴリズムの高速化を図るとともに,これまでに得られた高速化に関する知見を大規模疎行列向けの射影法や固有ベクトル,特異ベクトルの数値計算にも応用することで,高速かつ高精度な行列分解アルゴリズムを目指すものである.本年度の研究実績としては,固有値問題において重要な射影法およびヤコビ法などに対して収束性解析を行った.大域的収束の証明や誤差解析に有用な定理を与えている.特に,Lanczos法という最も古典的かつ有名な射影法に対して,現代的な技術であるリスタート戦略を導入したバージョンに対して大域低収束を証明したことは特筆に値する.もともと既存の定理では証明に技術的な仮定が必要であったが,本研究では仮定を除外し自然な収束定理を与えている.さらに,この結果はLanczos法以外の現代的な射影法に対する解析にも援用でき,一般的な射影空間に対する収束のための条件を明らかにしたことは広い波及効果を期待できる.当初は密行列用のソルバーの開発を目指していたが,大規模疎行列向けの射影法に対する有用な知見が得られたためその方面で大きな進展があったと言える.データマイニング等,現代の情報処理分野において,特異値分解や固有値分解の数値計算アルゴリズムの重要性は言を俟たないであろう.現在,これらの行列分解の標準的数値計算アルゴリズムは,線形計算の世界標準ライブラリLAPACKにも実装され幅広く利用されている.申請者は,これまでこのLAPACKに実装されているQR法やdqds法の理論的基礎付けを与えるとともにその改良を行い,高速な実装を与えることに成功している.本研究では,これらのアルゴリズムの高速化を図るとともに,これまでに得られた高速化に関する知見を大規模疎行列向けの射影法や固有ベクトル,特異ベクトルの数値計算にも応用することで,高速かつ高精度な行列分解アルゴリズムを目指すものである.本年度は,昨年度に引き続き,大規模疎行列の固有値問題の数値解法および特異値分解の数値計算に有用な射影法に対して数学解析を行った.本研究では大域的収束の理論保証に必要な一般的な条件を明らかにしている.本年度では,疎行列に対する反復射影法において重要なリスタート・前処理もこみにして大域的収束を理論保証する条件を明快に記述した.これにより,大規模特異値・固有値問題を数値的に解く上で,収束の理論保証と高速化とための技術を効果的に導入することが可能となった.これにより実際の計算の高速化も期待できる.さらに,局所解析に基づき固有値分解の反復改良法とその収束解析や,それに基づく逆固有値問題の新たな数値解法の提案等を行った.特異値計算・固有値計算アルゴリズムの数学解析は予定通り順調に進展している.さらに,逆固有値問題のような研究分野への波及効果が現れている.現代の情報化社会において,特異値分解や固有値分解の数値計算アルゴリズムの重要性は言を俟たないであろう.現在,これらの標準的数値計算アルゴリズムは,線形計算の世界標準ライブラリLAPACKやSCALAPACKにも実装され幅広く利用されている.申請者は,これまでLAPACKに実装されているQR法やdqds法の理論的基礎付けを与えるとともにその改良を行い,高速な実装を与えることに成功している.本研究では,これらのアルゴリズムの高速化を図るとともに,これまでに得られた高速化に関する知見を大規模疎行列向けの射影法や固有ベクトル,特異ベクトルの数値計算にも応用することで,高速かつ高精度な行列分解アルゴリズムを目指すものである.本年度は,昨年度に引き続き,大規模疎行列の固有値問題の数値解法および特異値分解の数値計算に有用な射影法に対して数学解析を行った.本研究では大域的収束の理論保証に必要な一般的な条件を明らかにしている.本年度では,疎行列に対する反復射影法において重要な調和リッツ値を用いる反復法に対して大域的収束を理論保証する条件を明快に記述した.これにより,大規模特異値・固有値問題を数値的に解く上で,収束の理論保証と高速化とための技術を効果的に導入することが可能となった.

これにより実際の計算の高速化も期待できる.さらに,局所解析に基づき固有値分解の反復改良法とその収束解析や,それに基づく逆固有値問題の新たな数値解法の提案が期待できる.現在の情報化社会において,データサイエンスおよび人工知能の基盤と言える行列の特異値分解は非常に重要視されている.本研究では,特異値計算アルゴリズムに対する収束理論を与え,これに基づきより高性能な特異値分解アルゴリズムへの改良を行った.さらに,特異値分解と関連の強い固有値分解や,情報技術における現代的な行列計算アルゴリズムに対しても同様の理論解析およびそれに基づくアルゴリズム開発を行った.当初は密行列の固有値問題や特異値分解を扱う予定であったが,射影の観点から大規模疎行列の解法についても研究の幅が広がっており,理論結果にも大きな進展があった.大規模疎行列向けの解法を主に研究の対象とするが,それらは内部で密行列用のソルバーを用いるため,両方の性質を調査し最適な組み合わせについて考察する.これによりアルゴリズム中のパラメータは増えるが実験的考察も加味して最適化を目指す.当初の予定の特異値・固有値に関する順問題だけでなく,逆問題も込みにしてアルゴリズムの開発・理論解析を行う.数値解析,高性能計算,データサイエンス射影法に属するアルゴリズムの計算速度および制度は空間次元というパラメータに強く依存する.このパラメータの最適化を理論的実験的観点から考察し実用的に優位な解法を探索する.当初の計画では,密行列用の中規模な特異値分解を対象としていたが,より視野を広げ疎行列向けのアルゴリズムにも手をつけたところ,大域的収束を証明することに成功した.数学解析において当初の予定とは異なる分野での成果が生まれたため,その方面での国際学会発表を次年度に行うため.当初,特異値計算ソルバーの開発を急ぎ,研究成果を取りまとめる予定であったが,開発に着手したソルバーの精度が,予備実験のレベルではあるものの標準誤差解析よりよいことが判明した.この事態を予測する既存研究は無く,したがって理論解析から見直す必要があり,当該年度内の研究完了が困難になった.本研究の応用として,次年度で行われる情報系の国際会議にて発表の機会を得たいため.ベルギーで行われる国際会議ILASでの発表.ソルバーの理論部分の改良を行い,研究内容のとりまとめと国内発表を想定した繰越である.リスタート付きLanczos法およびJacobi-Davidson法の大域的収束を証明することはできたので,今後はこの知見を基にアルゴリズムの高速化することを目標とする.具体的には,理論解析から明らかになった収束振る舞いに基づき,最適なリスタート周期について検討する.アメリカ,カナダでの大きな国際会議で研究発表を行う.理論的研究の進展により,成果発表を今年度ではなく次年度の大きな国際会議で発表する方がよいため.欧米での大きな国際会議にて研究発表を行う.また,実装研究に向けて高性能計算機を購入する.
震災復興における仮設市街地の計画的形成に関する研究

1.阪神淡路大震災被災地の自力仮設住宅については、過去に2度の調査を行っており、11年度はそれらの追跡調査の準備を行ない、自力仮設住宅を建設し、居住している住民に対する意識調査の結果を分析し、今後の増改築や建替の意向を把握した。仮設住宅居住者の多くは、従前居住地での復興を望みながら、応急仮設住宅に当選せず、自ら仮設住宅を建設せざるを得なかったこと、一刻も早い復興を望んだことなどが明らかとなった。12年度は第3回の調査を行ない、2000年7月現在神戸市街地に1654棟1804戸の自力仮設住宅が存在していることを確認した。これは1997年12月時点の約6割の量である。建物種類別に見ればプレハブ系が最も多く、7割を占める。2000年7月までに建設された自力仮設住宅の総量は5073棟5513戸であり、全壊で住宅を失った世帯の69%に相当することが明らかとなった。2.仮設市街地の重要な構成要素として、発展型(増殖型)仮設住宅システムを考案した。神戸市復興住宅メッセにおける住戸プランの調査、関西市民住宅供給機構における住戸プラン調査、ハウスメーカーへのアンケート調査および工法の検討を行ない、発展型仮設住宅の提案を行なった。3060平米の狭小な敷地において、仮設バージョンと恒久バージョンの2段階で発展する住宅の計画/設計を行なった。3.仮設市街地の構想については、昭和記念公園において一般市民約1000人が4日間にわたって仮設居住を体験する「サバイバルキャンプ」を実施し、仮設居住の具体的な可能性について、貴重なデータを得た。参加者は仮設居住の具体的方法について、各種の仮設住宅を現場で構築し、提案を行った。また、仮設市街地のあり方を考える具体的な方法として、区画整理事業を活用する方法を検討した。具体的には、申出換地と共同建替えに着目し、神戸市の共同建替え事例、足立区、甲府市における申出換地の事例を検討した。本年度の研究計画は、阪神淡路大震災における自力仮設住宅の実態調査、増殖型仮設住宅システムのモデル作成および、東京における仮設市街地の構想計画の作成であった。1.阪神淡路大震災被災地の自力仮設住宅については、過去に2度の調査を行っており、今年度はそれらの追跡調査の準備を行ない、自力仮設住宅を建設し、居住している住民に対する意識調査の結果を分析し、今後の増改築や建替の意向を把握した。2.増殖型仮設住宅については、システム概念の検討を行った。次年度において、プレハブ系を中心に具体的な建設システムのモデルを考え、あわせて、資金援助システムを作成する。3.東京における仮設市街地の構想については、昭和記念公園において一般市民約1000人が4日間にわたって仮設居住を体験する「サバイバルキャンプ」を実施し、仮設居住の具体的な可能性について、貴重なデータを得た。また、モデル的な仮設住宅の「村」において、初対面の「被災者」が共同して住む、居住のルール作りを体験する中で、仮設市街地がどのように形成しうるかを模索した。これらは、仮設市街地の可能性を検討する重要なデータとなった。

平成12年度の研究計画は、阪神淡路大震災における自力仮設住宅の実態を各行政区において把握し、過去のデータとの比較を行なうこと、増殖型仮設住宅システムのモデルを作成すること、仮設市街地の形成について検討することであった。1.阪神淡路大震災被災地の自力仮設住宅については、過去に2度の調査を行っているが、今年度は第3回の調査を行なった。これにより、2000年7月現在神戸市街地に1654棟1804戸の自力仮設住宅が存在していることを確認した。これは1997年12月時点の約6割の量である。全体の3割が都市計画事業区域にあり、7割が事業区域外にある。減少傾向は事業区域内において著しい。建物種類別に見ればプレハブ系が最も多く、7割を占める。2000年7月までに建設された自力仮設住宅の総量は5073棟5513戸であり、全壊で住宅を失った世帯の69%に相当する。2.仮設市街地の重要な構成要素として、発展型(増殖型)仮設住宅システムを考案した。今年度、神戸市復興住宅メッセにおける住戸プランの調査、関西市民住宅供給機構における住戸プラン調査、ハウスメーカーへのアンケート調査および工法の検討を行ない、発展型仮設住宅の提案を行なった。3060平米の狭小な敷地において、仮設バージョンと恒久バージョンの2段階で発展する住宅の計画/設計を行なっている。3.仮設市街地の構想に関する研究としては、昨年度に実施した仮設居住体験「サバイバルキャンプ」(昭和記念公園、一般市民約1000人参加、4日間)のまとめ・総括を行った。また、仮設市街地のあり方を考える具体的な方法として、区画整理事業を活用する方法を検討した。具体的には、申出換地と共同建替えに着目し、神戸市の共同建替え事例、足立区、甲府市における申出換地の事例を検討した。
短腸症候群におけるω3系脂肪酸の肝線維化抑制作用

新生児発症短小腸症候群患者2例への魚油由来死亡乳剤単独投与を臨床研究として施行した。病理学的検討にて本剤使用開始後には脂肪性肝炎による炎症細胞浸潤や肝細胞壊死像は消失し、肝線維化が抑制されていた。本症例の血漿中の92種類の脂肪酸およびその代謝産物を液体クロマトグラフィー質量分析計(3連四重極型)で網羅的に解析し、複数の脂肪酸代謝産物が正常小児に比し410倍に増加していることを見出した。これらの代謝産物を申請者らは仮にOIF(Omegaven-induced-factor)と名付けた。OIFには抗炎症作用や糖代謝促進作用など作用が既知の物質の他に生体内での意義が未知のものも含まれていた。腸管不全合併肝障害(以下IFALD)は、短腸症候群における致命的合併症である。近年、100%魚油由来の製剤がIFALDに有効であったと報告されている。しかし本剤の作用機序は明らかではない。本剤を使用した症例について、血漿中の88種類の脂肪酸および脂肪酸代謝物をLC/MS/MSによって網羅的に解析した。本剤休薬中および再開後1週間ごとに採血し推移を検討した。投与後の血漿中には遊離脂肪酸とその代謝物52種が検出され、37種は検出限界以下であった。13種の脂肪酸(18-HEPE, Protectin D, 17-HDoHE、他)は、休薬中と比較し本剤投与開始2週間後に増加していた。レゾルビンE前駆物質である18-HEPEはEPA代謝物であり、Protectin DやレゾルビンD前駆物質である17-HDoHEはDHA代謝物である。一方、アラキドン酸代謝物は本剤投与後増加するものだけではなく16-HETEなど減少するものも見られた。製剤を分析した結果、増加した13種は検出されなかったことから、投与された脂肪酸から体内で産生されたものと考えられた。これらの結果について"ω3系脂肪酸製剤の長期単独投与例森井他小児外科48(1)"に報告した。脂肪酸は体内で活性代謝物に変換されるため、炎症・代謝性疾患の制御において脂肪酸代謝バランスは重要である。中でも、EPAやDHAの代謝物は、積極的に抗炎症作用を発揮することが知られている。本剤投与後に上昇がみられた13種類の脂肪酸代謝物について、ラットおよびマウス初代培養星細胞、肝細胞に添加し、肝細胞脂肪化や肝臓非実質細胞の産生するサイトカイン、肝線維化の原因となる星細胞の活性化について評価を続けている。臨床症例より得た血液サンプルの測定が順調に終了し、本剤の作用機序に重要と考えられる物質を特定することができた。本剤の作用機序を明らかにするための動物実験も順調に進行している。近年、魚油由来脂肪乳剤の腸管不全合併肝障害(intestinal failure-associated liver disease :以下IFALD)に対する有効性が報告されている。本剤を投与した新生児発症IFALD症例の脂肪性肝炎・肝線維化の改善を報告した(森井ら、小児外科、2016)。ところで、肝臓の非実質細胞のひとつである星細胞は、脂肪性肝炎など病的条件下で活性化しビタミンA脂質滴を失い、コラーゲンを盛んに合成・分泌するようになるため肝線維化の責任細胞と考えられている。本研究は、ω3系脂肪酸の新たな作用として脂肪性肝炎および、星細胞活性化を抑制することを明らかにすることを目的として行った。はじめに魚油由来脂肪乳剤使用臨床例の血漿を用い、92種類の脂肪酸およびその代謝産物について液体クロマトグラフィー質量分析計(3連四重極型)を用いて解析し、複数の脂肪酸代謝産物が正常コントロールの約10倍にも増加していることを見出した。さらにこの脂肪酸代謝産物が肝臓脂肪滴に与える影響についてマウス初代培養肝細胞を用いてin vitroに検討し、その結果として、申請者らが特定した脂肪酸代謝産物が、脂肪滴形成には影響を及ぼさないものの、低グルコース培地による脂肪動員刺激時の脂肪滴減少を促進することを見出した。また、ラット培養肝臓星細胞に対し、各種脂肪酸を添加したところ肝細胞脂肪化を抑制する脂肪酸において星細胞においては脂質滴形成を促進することを見出した。肝臓における各種脂肪酸、脂肪酸代謝産物の組成は病的肝線維化の進行に密接に関係することが示唆された(Morii、投稿準備中)。本剤投与後に上昇がみられた13種類の脂肪酸代謝物について、ラットおよびマウス初代培養星細胞、肝細胞に添加し、肝細胞脂肪化や肝臓非実質細胞の産生するサイトカイン、肝線維化の原因となる星細胞の活性化について評価を続ける。

初めに予備的実験において、肝実質細胞はリノール酸添加によって脂肪滴を精製し、その後、低グルコース培地に変更することによって脂肪滴の分解がみられた。これらの現象に13種類の脂肪酸が及ぼす影響を検討する。続いて、肝非実質細胞を共培養しLPS刺激によるサイトカインの生成を評価した。脂肪酸添加によって炎症性サイトカインの産生に変化がみられている。本年は非実質細胞をさらに星細胞・クッパー細胞へと単離培養し、この変化の責任細胞を明らかにするとともに星細胞の活性化マーカー(コラーゲン、αSMA、desminなど)について評価する予定である。さらには、血中EPA高値を示すトランスジェニックマウスに肝線維化を誘導し、生体内における脂肪酸バランスが肝病態に与える影響を明らかにしたい。28年度が最終年度であるため、記入しない。小児外科学28年度が最終年度であるため、記入しない。
大脳皮質形成機構のライブ観察に基づく解明

生体組織内における大脳皮質椎体ニューロンの移動と軸索形成を胎仔脳スライス培養法により観察し、同時に、中心体のin situにおける可視化を達成し、ニューロン移動・軸索形成への関与様式を明らかにした。主な成果としては、1)多極型移動段階にあるニューロンにおいて中心体は最も盛んに伸長している突起に向かって動くこと;2)ロコモーション移動過程にあるニューロンにおいて核転位に伴い、核が中心体を追い越す局面が存在すること;3)ニューロンが移動しつつ後方に向かって軸索形成を行う際に、中心体は核の前方に位置したままであることを示した。これらの結果は、当該分野におけるこれまでの常識を覆すインパクトのあるものである。本研究はライブイメージングの手法を用いて哺乳類大脳皮質形成の基盤となるニューロンの移動、配置ならびに神経軸索、樹状突起形成メカニズムを明らかにすることを目指している。その目的達成のために、(1)マウス胎仔由来大脳原基スライス培養法を用いて蛍光標識したニューロンの経時的ライブ観察を行い、三次元脳組織内におけるニューロンの移動、細胞体配置、軸索ならびに樹状突起形成の過程を細胞レベルで詳細に解析するとともに、(2)ニューロンの細胞体配置、軸索形成の過程に注目して、その基盤となる微小管系細胞骨格、細胞極性制御因子の役割について分子レベルでの解析を行う。本年度は、胎生13日目マウス胚への子宮内エレクトロポレーション法を利用した錐体ニューロンの散発性蛍光標識法ならびにスライス培養下での共焦点レーザー走査顕微鏡を用いた蛍光ライブイメージング系の改良を行い、大脳原基内における錐体ニューロンの動態を再現性良く観察することが可能な実験系を確立した。さらに、この系を使って早生まれ錐体ニューロンの移動、細胞体配置、軸索ならびに樹状突起形成の過程を詳細に観察した。これまでに、(1)中間帯を多極型形態で移動中のニューロンにおいて軸索様突起の形成が始まっていること、(2)皮質板上層に到達したニューロンにおける樹状突起形成の際に、従来考えられていた先導突起が将来の樹状突起主軸となるケース以外に、先導突起とは別の微小突起が成長して、主軸となるケースが観察されることを明らかにしている。これらの知見の一部は、従来の固定標本の観察に立脚した実験系からは決して伺い知ることの出来ないものであり、ライブ観察に基づく本研究の有効性を証明するものである。本研究はライブイメージングの手法を用いて哺乳類大脳皮質形成の基盤となるニューロンの移動、配置ならびに神経軸索、樹状突起形成メカニズムを明らかにすることを目的とする。当該研究期間においは、マウス胎仔脳スライス培養法を利用して、散発性に蛍光標識したニューロンを優れた空間解像度、時間解像度で経時的に観察するイメージング系を立ち上げ、(1)マウス大脳皮質の錐体ニューロン発生過程における移動様式の解析ならびに軸索、樹状突起の形成初期段階に注目したニューロン形態変化のタイムラプス観察、(2)ニューロン移動、軸索・樹状突起形成の基礎となる細胞極性の制御機構に関連して、ニューロンにおける主要微小管形成中心である中心体、細胞内膜輸送系極性化の指標となるゴルジ装置の可視化を達成し、それらの細胞内動態について解析を行った。その結果、(1)皮質板内部をロコモーション移動中のニューロンから後方に向かって軸索が形成される際には、ニューロンにおける主要な微小管形成中心である中心体が核に対して前方に配置されたままの状態で開始されること、(2)ロコモーション移動段階にあるニューロンにおいて細胞核が前方に動く際に核の前方に配置された中心体をしばしば追い越してその位置関係が逆転する瞬間が存在することなどを明らかにした。さらに、これらの現象を分子レベルで理解するべく、Tubg1遺伝子ノックアウトとTubg2ノックダウンを組み合わせることによりガンマ-チューブリンを枯渇させたニューロンの作出に成功しており、今後、ニューロンの移動、極性化に及ぼす影響を検討する必要がある。
酵母由来の遺伝子による植物への重金属耐性の付与

有害な重金属に対する耐性植物を育成する目的で、酵母が保有する重金属結合タンパク質であるメタロチオネイン合成遺伝子(CUP1)をBinary vector pBI121CaMV35Spromoterの下流域に組込みA.tumefaciensLBA4404へ導入し、これを用いてLeaf Disk法によりタバコ、シロイヌナズナ及びカリフラワーへ導入した。前年(平成5年)度は主にタバコ及びシロイヌナズナについて報告したが、本年(平成6年)度はカリフラワーについて検討した。まず、カリフラワーへのT-DNAの導入頻度及び固体再生頻度を検討し、効率的な形質転換法を確立した。得られた組換え体について、重金属耐性を選抜する一次選抜法として我々が開発したLeaf disk法によりCd,Cu,Zn耐性を検討した結果、重金属耐性を示す組換え体がいくつか得られた。それらの中でPCR法でCUP1遺伝子が存在することを認め、しかもNorthern hybridizationによりm-RNAへの転写を確認したクローンを得た。遺伝子導入が確認された組換えカリフラワーから個体を再生させ、その内、数株は採種を目的として土耕法で栽培し、現在、花雷ができており開花も始まっているが、草姿や花雷は非組換え体と何ら遜色なく正常に生育している。一方、水耕法で組換えカリフラワーと非組換えカリフラワーを栽培し、水耕液にカドミウム(Cd)を添加して重金属処理したところ、非組換え体はCd25μMまでは生育するが、Cd50μM以上になると枯死してしまうのに対し、組換え体はCd400μM以上でも下葉が多少落ちる程度で殆ど枯れることなく十数倍以上の高いCd耐性を示した。この両植物について体内Cd含有率を測定したところ、組換え体は明らかにCdが上位葉へも転流しており、その体内濃度が高いことが認められた。そこで、これらの体内に存在する可溶性タンパク質をゲルろ過法で分画したところ、組換え体にのみ存在する画分が得られた。また、同様な実験手法でCuに対する耐性脳を検討したところ、カリフラワー自体が本来的にCuに対して高い耐性を有していることが明かとなった。今後は、このタンパク画分のアミノ酸配列を解析し、酵母MTのそれとの相同性を検討すると共に、カリフラワーのCuに対する耐性機構を解析し、その耐性遺伝子の分離同定を行う。
熱/化学エネルギー低温転換を目指した石炭利用型水分解熱化学サイクルの開発

本研究は、外熱式石炭ガス化反応による集光太陽熱/化学エネルギー転換を行うことを目的として、反応性セラミックを媒体とした以下の2段階熱化学サイクルを検討するものである。上式にあるように2段目の反応では水蒸気の他、二酸化炭素を反応させて一酸化炭素を得ることも可能である。この場合、全反応は石炭のCO_2ガス化反応[CH_n+CO_2→2CO+n/2H_2]となり、水蒸気の場合と同様、太陽熱/化学エネルギー転換ができる。本年度はこちらのサイクルも検討課題に加えた。反応試験は固定床方式、900°C以下で行った。反応性セラミックとして鉄酸化物(フェライト)系を検討した結果、In-フェライトが最も活性が高く、触媒を用いない場合の約3倍の速度で石炭の水蒸気あるいはCO_2ガス化が行えることが見出された。石炭灰からのフェライトの分離回収は磁気分離が考えられる。しかし、磁気分離速度を考慮すると、このプロセスが律速となり全体的な石炭ガス化効率を低下させると予想される。そこで、セラミックを高温(1000°C程度)で気化し、石炭灰から分離回収するプロセスを考案した。既にフェライト系以外ではIn_2O_3がIn-フェライトと同等の高活性を有することを見出しているが、これを分離回収時に高温・還元雰囲気でIn_2O(g)とすれば高速で反応性セラミックを石炭灰から回収できる可能性がある。反応後の石炭灰+In_2O_3を1000°CでCH_4/CO_2(P_<CH4>=50%)混合ガスで処理した結果、石炭灰から82%のInを気化して分離することができた。今後はさらなる回収効率の向上、流動床方式による反応試験、反応システムと分離回収システムの結合を検討していく必要がある。外熱式石炭ガス化反応による集光太陽熱/化学エネルギー転換を太陽炉最適温度(500-800°C)で行うことを目的として、反応性セラミックを媒体とした以下の2段階熱化学サイクルを検討した。熱力学的な検討からはFe_3O_4/Fe、ZnO/Zn、SnO/Sn、In_2O_3/In、V_2O_5/V、MoO_2/Moのレドックス系が候補としてあげられる。本研究では、まず、従来の石炭に水蒸気を直接反応させる一段階石炭ガス化反応[CH_n+H_2O→CO+(n/2+1)H_2]と、上記金属酸化物を酸化剤とした反応(1)の石炭ガス化反応の反応効率を、赤外線イメージ炉による外熱方式(反応温度800-900°C)でオーストラリア産瀝青炭を使って比較した。その結果、SnO、In_2O_3で一段階反応の23倍の石炭転換効率が得られることが見出された。実用化のためには、資源として最も豊富であり、コスト面で最も有利な鉄酸化物の利用が有望である。しかし、900°C以下でのFe_3O_4による石炭ガス化反応では、Fe_3O_4→FeOは容易に進行するが、つづくFeO→Feの反応速度が遅く、高い石炭転換効率が得られない。本研究ではこの問題をFe_3O_4にIn(III)、Sn(II)、あるいはNi(II)をドープすることで解決した。すなわち、これら他金属のドープによって、Fe_3O_4が石炭をガス化すると共に金属鉄相まで高速で還元されるようになり、石炭転換率がFe_3O_4の23倍に向上した。石炭を加えながら2段階サイクルの反応試験を行った結果、In(II I)のドープしたフェライトを使って、石炭転換率6090%、CO選択率70%以上を保ちながらサイクルが700-900°Cで繰り返せることがわかった。
知識基盤社会における看護師の学術情報利用促進モデルの構築

知識基盤社会において,看護師は医療消費者の健康に貢献するため,より質の高い学術情報から知識を得て臨床看護を実践する必要がある。しかし適切な情報源を常に把握し,かつ多岐に亘る情報要求を満たす検索を行い,学術情報を入手することは難しい。そこで,看護の高度化に資する学術情報のマッピングによって,看護師の学術情報探索過程の効率化,ひいては看護活動の高度化を図る方法について検討した。本研究では,知識基盤社会において,看護師はその基礎教育課程の段階から学術情報利用に関する知識と技術を備え,生涯に亘ってそれらを活用していくことが重要であると考え,看護師や看護学生の情報ニーズや情報探索行動,情報利用など情報行動の分析を通して,臨床と看護基礎教育課程とのリンケージの本質を明らかにするとともに,看護師の実践・研究・教育の活動を支援する「学術情報利用促進モデル」を構築することを目指している。平成21年度は,看護師における学術情報を主体とした情報利用環境の現状と課題に資する方法論の提案として,「摂食障害」に関する検索手法の分析をもとに『リソースマップ』を作成した。平成22年度については,次のとおりである。学術情報の利用促進因子の明確化:基礎教育課程における学術情報利用上の課題については,看護大学生における学術情報の利用実態の一端を探るべく,卒業研究相当科目の論文の参照文献に関する調査を実施した。参照文献の記載状況が示す意味としては,まずスタディスキルとしての学術情報探索能力を確認することができる。特に卒業研究相当科目において最終的に提出された論文を対象にしていることから,ここに表れている種々の課題については,おそらくは初年次に端を発し,そのまま学生は個々に苦労を重ねながら,日々の講義や演習,実習などに必要な学術情報を探索してきているのであろう様子をうかがい知ることができ,学術情報の利用促進因子として重要なものといえる。『リソース・マップ』の概念的拡張:平成21年度に作成した「摂食障害」に関する「リソース・マップ』について,オントロジーやテキスト・マイニングの手法を援用し概念的拡張を試みるため,事例を集約し体系化する方策について検討した。本研究では,知識基盤社会において,看護師はその基礎教育課程の段階から学術情報利用に関する知識と技術を備え,生涯に亘ってそれらを活用していくことが重要であると考えている。看護師や看護学生の情報ニーズや情報探索行動,情報利用など情報行動の分析を通して,臨床と看護基礎教育課程とのリンケージの本質を明らかにするとともに,看護師の実践・研究・教育の活動を支援する「学術情報利用促進モデル」を構築することを目指している。平成23年度については,次のとおりである。平成21年度に作成した「摂食障害」に関する『リソース・マップ』について,オントロジーやテキスト・マイニングの手法を援用し概念的拡張を試みるため,事例を集約し体系化する方策について検討した。この『リソース・マップ』の段階では,主に初学者の学術情報利用を支援するのに資すると考えるが,これを個別事例の探索に有用なツールとして発展させていく方法について検討した。まず書誌データベースにより,摂食障害分野の看護における事例について書かれた文献を収集した。次に,それら個々の文献を質的に分析し,摂食障害分野の看護における事例を検索するために必要となる用語の体系化を検討した。今後はこれらを『インディビジュアル・マップ』として,さらに『リソース・マップ』との関連性を検討し,臨床で実践活動を行う看護師に有用なツールとして総括する予定である。またこれらの過程で得られた知見をもとに,現行の書誌データベースならびに基礎教育課程に付加すべき事項を整理する。
ヘリコバクター・ピロリ感染による胃発がん促進機構の個体レベルでの実験的解析

1.胃がんは、MUC5AC(腺窩上皮粘液)やMUC6(幽門腺粘液)を発現する胃型、MUC2(腸杯細胞粘液)やvillin(吸収上皮刷子縁)に陽性となる腸型、両者を発現する胃腸混合型、あるいは特定の分化マーカーを発現しないヌル型に分類された。2.ヒト及びスナネズミを用いた解析から、Helicobacter pylori(H.pylori)の感染に伴って、胃本来の上皮が、次第に腸型形質を獲得し、腸上皮化生が進展するのと同様に、胃がんも腸型にシフトすることを明らかにした。この分化の方向性を規定する転写因子を検討した結果、Sox2が胃型、特にMUC5ACの発現と相関し、一方、Cdxl、2は、MUC2やvillinの発現と関連が見られた。4.大腸がんでは、Wnt経路の活性化が高頻度に見られることが知られており、胃がんにおいて、胃型・腸型の形質発現とβ-cateninおよび、Adenomatous polyposis coli(APC)遺伝子の変異を検討した。その結果、腸型形質の発現とβ-catenin遺伝子変異に有意な相関があった(P<0.05)。また、同じ腫瘍内で様々な遺伝子変異を有する箇所があり、progressionの過程におけるWnt経路の活性化が示された。5.腸上皮化生は、大腸型・小腸型に分類され、前者が胃がん発症のリスクファクターであるとの報告もある。そこで、腸上皮化生及び胃がんにおける大腸特異的なcarbonic anhydrase 1と小腸特異的なsucraseの遺伝子及びタンパクの発現を検討した結果、大腸形質は稀であることが示された。近年、ヒト胃がんは胃と腸の両方の分化を示し、大腸がんで高率に変異の見られるβ-cateninの変異が胃がん発生の後期に見られることを証明してきた。すでに作成したマウス胃がんにおいて、β-cateninの局在を免疫組織学的に検討したところ、腫瘍の一部で、β-cateninが核に集積している箇所が見られ、Wntシグナル系の活性化が胃がん進展に関わる遺伝子変異のひとつと考えられた。胃がんは、腺窩上皮粘液であるMUC5ACや、幽門腺粘液であるMUC6を発現する胃型、腸杯細胞の粘液であるMUC2や、吸収上皮刷子縁に存在するvillinに陽性となる腸型、両者のマーカーを発現する胃腸混合型、あるいは特定の分化マーカーを発現しないヌル型に分類される。ヘリコバクター・ピロリ(Hp)の感染に伴って、胃本来の上皮が、次第に腸型形質を獲得し、腸上皮化生が進展するのと同様に、胃がんもHp感染によって腸型にシフトする。この分化の方向性を規定する因子を検討した結果、Sox2が胃型、特にMUC5ACの発現と相関し、一方、Cdx1,2は、MUC2やvillinの発現と関連が見られた。胃腸混合型胃がんでは、両者の発現が見られた。ヌル型では、いずれの転写因子の発現も低下していた。一方で、腸型形質発現における大腸型・小腸型の臨床病理学的な意義については不明な点が多い。胃がんにおける大腸特異的なcarbonic anhydrase 1(CA1)と小腸特異的なsucraseの発現を検討したところ、胃がん86例中、2.3%がCA1陽性であり、14.0%がsucrase陽性であり、大腸形質は稀であることが示された。胃がんの形質発現と遺伝子変異との関連を検討した結果、18.6%の進行がんと16.7%の粘膜内がんでヒトMutL homologue 1(hMLH1)の発現低下があり、microsatellite instability(MSI)(+)と判定された。

粘膜内がんの5例はいずれも腺窩上皮型粘液MUC5ACに陽性であった。胃がんでの腫瘍内でのheterogeneityを検討した。腫瘍内で直径2mm以上の領域でβ-cateninが均一に染色される箇所について細胞の形質を検討すると、腸型形質とβ-cateninの核への集積とその遺伝子変異が相関することが明らかとなった。
うつの予測因子としての脳由来神経栄養因子と食事・栄養要因に関する職域疫学研究

本研究では、血中の脳由来神経栄養因子(BDNF)と食事・栄養要因及び食事パターンとの関連を明らかにするため、関東地区の某企業2事業所において、平成24、25年に栄養疫学調査を実施した。調査では、生活習慣調査、食事調査、採血を行い、2162名が参加した。血中葉酸濃度、血中25ヒドロキシビタミンD濃度、エイコサペンタエン酸摂取、ドコサヘキサエン酸摂取は、血中BDNF濃度との関連を認めなかった。食事パターンにおいては、野菜や果物、きのこ類、いも類、海藻、大豆製品などが関連した健康型食事パターンにおいて、BDNF濃度が低くなる傾向を認めた。これまでに、葉酸やビタミンD、食事パターンと抑うつ症状との関連を報告したが、抑うつは自記式調査票を用いて評価しているため課題が残る。そこで、うつ病との関連において注目されている脳由来神経栄養因子(brain-derived neurotrophic factor: BDNF)の血中濃度を測定し、食事・栄養要因とBDNFとの関連について検討を行う。関東地区の某企業2事業所において、平成24年および25年に定期健康診断にあわせて栄養疫学調査を実施し、生活習慣および食事に関する調査、採血を行い、約2200名が調査に参加した。平成25年度に参加者の約半数の血液検体よりBDNFおよびproBDNF濃度を測定、平成26年度に残りの検体のBDNFおよびproBDNF濃度を測定する予定である。BDNFは現在測定中であるため、食事調査票より得られた食品・栄養素摂取量より、三大栄養素(炭水化物、たんぱく質、脂質)とCenter of Epidemiologic Studies Depression Scaleを用いて評価した抑うつ症状との関連を検討した。その結果、たんぱく質摂取が多いほど抑うつ症状は少なく、動物性および植物性たんぱく質はどちらも摂取が多いほど抑うつ症状が低下する傾向であった。炭水化物および脂質摂取は抑うつ症状との関連は認めなかった。本結果は、断面的な関連であることや、抑うつ症状の評価は主観的方法によることから、追跡調査を行い縦断的関連を明らかにすること、さらに、血中のバイオマーカーを測定することで抑うつ症状を主観的に評価し、検討することが必要である。そこで、うつ病との関連において注目されている脳由来神経栄養因子(brain-derived neurotrophic factof: BDNF)の血中濃度を測定し、食事・栄養因子とBDNFとの関連について検討を行う。平成25年度に参加者の約半数の血液検体よりBDNFおよびproBDNFを測定、平成26年度に残りの検体のBDNFおよびproBDNFの測定を完了した。BDNFを用いた解析は次年度に予定している。本年度は、食事調査票より得られた食品・栄養素摂取量より、ミネラル(マグネシウム、カルシウム、鉄、亜鉛)摂取とCetner of Epidemiologic Studies Depression Scaleを用いて評価した抑うつ症状との関連を検討した。その結果、マグネシウム、カルシウム、鉄、亜鉛の摂取が多いほど抑うつ症状が少ない傾向であった。ミネラルの各摂取量が最も多い群では最も少ない群に比べて抑うつ症状のオッズ比は、マグネシウム37%、カルシウム36%、鉄41%、亜鉛37%低かった。その他、本年度は、平成24年に調査を行った事業所において平成27年に追跡調査を予定しており、そのための事業所との調整、調査票等の作成・準備を行った。今後は、ベースライン調査および追跡調査のデータを用いて食品や栄養素摂取と抑うつ症状との縦断的関連を明らかにし、さらに、抑うつ症状は血中のバイオマーカーを用いて検討する。そこで、うつ病との関連において注目されている脳由来神経栄養因子(brain-derived nuerotrophicfactor: BDNF)の血中濃度を測定し、食事・栄養要因と血中BDNF濃度との関連について検討を行う。関東地区の某企業2事業所において、平成24年および平成25年に定期健康診断にあわせて栄養疫学調査を実施し、生活習慣および食事に関する調査、採血を行い、約2200名が調査に参加した。平成25年および平成26年に参加者の血液検体より血中BDNFおよびproBDNF濃度の測定を完了した。本年度は、食事調査票より得られた食品・栄養素摂取量より、縮小ランク回帰を用いて食事パターンを抽出し、食事パターンとCenter of Epidemiologic Studies Depression Scaleを用いて評価した抑うつ症状との関連を検討した。縮小ランク回帰分析では、うつ症状に関連する6栄養素(葉酸、ビタミンC、マグネシウム、カルシウム、亜鉛、鉄)を応答変数、食事調査票で評価した52食品を予測変数とし、野菜、果物、きのこ、海藻、大豆製品、緑茶の頻回摂取で特徴づけられる食事パターンが抽出された。この食事パターンのスコアが最も高い群では最も低い群に比べ、抑うつ症状のオッズ比が38%低下した。その他、本年度は、血中葉酸およびビタミンD濃度と血中BDNF濃度との関連について解析を行った。また、平成25年に調査を行った事業所において平成28年に追跡調査を予定しており、そのための事業所との調整、調査票等の作成・準備を行った。

本年度は、当初の予定通り、平成24年に調査を行った事業所で追跡調査を行った。前回の調査の際に、事業所産業医および調査参加者には、3年後に追跡調査を行う旨を説明していたため、高い協力率(94%)が得られた。また、血中BDNF濃度と抑うつ症状との縦断的関連について検討を行う予定であったが、BDNFの測定に時間がかかったということ、また、自分自身が産休育休を取得したということもあり、未解析である。現在は、昨年度予定していた血中BDNF濃度と食事・栄養要因について解析を行っている。これまでに、葉酸やビタミンD、食事パターンと抑うつ症状との関連を報告したが、抑うつは自記式調査票を用いて評価しているため課題が残る。そこで、うつ病との関連において注目されている脳由来神経栄養因子(brain-derived neurotrophic factor; BDNF)の血中濃度を測定し、食事・栄養要因と血中BDNF濃度との関連について検討を行う。関東地区の某企業2事業所において、平成24年および平成25年に定期健康診断にあわせて栄養疫学調査を実施し、生活習慣および食事に関する調査、採血を行い、約2200名が調査に参加した。平成25年および平成26年に参加者の血液検体より血中BDNFおよびproBDNF濃度の測定を完了した。本年度は、性や年齢、婚姻状況、職位や残業時間など労働関連要因、喫煙や飲酒、肥満度、身体活動などの生活習慣要因、血中葉酸およびビタミンD濃度、食事調査票より得られたEPAおよびDHA摂取量と血中BDNF濃度との関連を検討した。その結果、BMIが高い群では低い群に比べて、また、喫煙者は非喫煙者に比べて、血中BDNF濃度は有意に高かった。また、40歳代では30歳未満に比べて、血中BDNF濃度は有意に高かった。一方、1日2合以上飲酒する群では非飲酒群に比べて、血中BDNF濃度は有意に低かった。血中葉酸およびビタミンD濃度、EPA、DHA摂取量と血中BDNF濃度との関連は認めなかった。その他、平成25年に調査を行った事業所において、その3年後にあたる本年度に追跡調査を行い、80%以上の参加率を得た。本研究では、血中の脳由来神経栄養因子(BDNF)と食事・栄養要因及び食事パターンとの関連を明らかにするため、関東地区の某企業2事業所において、平成24、25年に栄養疫学調査を実施した。調査では、生活習慣調査、食事調査、採血を行い、2162名が参加した。血中葉酸濃度、血中25ヒドロキシビタミンD濃度、エイコサペンタエン酸摂取、ドコサヘキサエン酸摂取は、血中BDNF濃度との関連を認めなかった。食事パターンにおいては、野菜や果物、きのこ類、いも類、海藻、大豆製品などが関連した健康型食事パターンにおいて、BDNF濃度が低くなる傾向を認めた。平成26年度には、平成24年および25年に実施した栄養疫学調査より得られた血液検体を用いてBDNFおよびproBDNF濃度の測定を完了した。
多孔性圧電膜の環境発電応用への検討

多孔性複合圧電膜を用いた振動による発電デバイスの検討を行った。多孔性圧電材料としては、圧電性が比較的高く、材料が安価かつ作製が容易な、ジルコン酸チタン酸鉛(PZT)/PZT複合圧電膜を用い、基板としては作製温度に耐性があり安価なステンレス基板を用いた。圧電膜の膜厚は高いほど圧電定数d33は高値を示した。基板厚は振動の強度が高い場合には相関性を示さないが、脈拍のような微弱な振動の場合には基板厚が低い方が高い振動を示した。人の脈拍による振動により、最高で約150mVの瞬間起電力が得られたことから、振動による環境発電の候補として有望であるといえる。本研究は多孔性圧電体が環境発電応用に使用できるかどうか検討を行うものである。申請者らが開発した多孔性圧電厚膜をその多孔性により1高耐熱性2高柔軟性3高圧電定数gという特徴をもっている。高効率広帯域超音波トランスデューサとして長年研究を行い、企業とライセンス締結にもいたっているが、その材料の特徴は環境発電応用においても利点になりうると思われる。本研究の具体的な目的は、1多孔性圧電厚膜が振動、圧力、光(含太陽光)、温度変化によりどの程度のエネルギーを発生できるのかを測定すること、2その膜から発生したエネルギーを使用したデバイスを試作することの2点である。予算の関係で周波数可変振動機の購入を見送ったため、圧力を利用した環境発電のデバイスの設計および試作を行った。具体的には圧電膜の厚さおよび基板材料、上部電極および基板の厚さを変化させ、基金により購入したd33メーターで起電力の評価を行った。その結果、圧電膜の厚さは少なくとも120マイクロメートルまでの範囲においては飽和することなく、厚い方が起電力が高かった。上部電極においては、柔らかく厚い銀ペーストよりは、薄い蒸着したアルミ電極の方が起電力が高かった。これは上部電極での損失が少ない方がよいためであると思われる。基板はSUS等固い方が起電力が高かった。これは、上からの圧力を固い基板は吸収することがないため、圧電膜に効率的に印加されるため、ということが推測される。このように、床発電のように使用用途を考慮してからデバイスを試作したほうが効率がよいことが判明した。本研究は多孔性圧電体が環境発電応用に使用できるか検討を行うものである。申請者らが開発した多孔性圧電厚保膜をその多孔性により1高耐熱性2高柔軟性3高圧電定数gという特徴を所有している。本研究の具体的な目的は、1多孔性圧電厚保膜が振動、圧力、光(含む太陽光)、温度変化によりどの程度のエネルギーを発生できるのかを測定すること2その膜から発生したエネルギーを使用したデバイスを試作することの2点である。前年度の研究結果より、圧電膜は厚い方が、上部電極は蒸着法などによる金属薄膜を使用したほうが起電力が高いことがわかった。そこで、作製時間のことも考慮し、厚さ150マイクロメートルの圧電膜を厚さの異なるステンレス薄膜基板の上に作製し、アルミ蒸着膜を上部電極とした試作デバイスを作製し、人の手首の上に固定し、デジタルオシロスコープでの観測を行った。その結果、厚さ100マイクロメートルのステンレス基板上に作製した場合、人の脈拍による振動で最大瞬時起電力が約5Vを観測した。電気・電子材料振動発電から床発電に方向性を変更したが、デバイスの試作には成功し、設計方向性を確認できた。多孔性圧電厚膜の振動・圧力・光・温度変化に対する起電力の測定環境発電への可能性を追求するため、以下の2項目の研究を行う。圧電デバイスの構造は前年度に使用したSUS箔あるいは金属基板上に圧電厚膜を堆積したものを使用する。(1)圧力・光・温度変化に対する起電力の測定のため、d33メータおよびオシロスコープを使用し、異なる圧力・光・温度等の条件下でd33や起電力を測定し、圧電性の変化を調査する。(2)多孔性圧電圧膜を使用した環境発電デバイスの試作としてm実際の床発電の使用状況に近い状況で、前年度に構築したデザインを基に改良した試作デバイスの動作を確認する減額された金額をもとに、購入計画を練り直したため少額の誤差を生じた次年度使用額は5000円弱なのでほぼ予定通りである。