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ピコ秒赤外分光法による電子励起二量体分子系における電子-分子振動相互作用の解明

1.フーリエ変換限界の性能(時間分解能約3ピコ秒波数分解能約4cm^<-1>)を持つピコ秒時間分解赤外吸収測定装置の製作モード同期・エルビウムドープ・ファイバーレーザーをシード光としたピコ秒チタン・サファイア再生増幅器の出力を用いて光パラメトリック発生・増幅器を励起した.光パラメトリック発生・増幅器からのシグナル光出力とアイドラー光出力の差周波を,非線形光学結晶(AgGaS_2)を用いて発生させ,波数範囲4000-1000cm^<-1>にわたって波長可変なピコ秒パルス赤外光を得た.このピコ秒パルス赤外光のスペクトル幅は約16cm^<-1>であり,このままではフーリエ変換限界に到達しない.本研究ではシングル分光器(本研究経費で購入,焦点距離300mm)を導入し,試料を透過した赤外光を分光して波数分解能約4cm^<-1>を達成した.2.二量体分子系の合成とピコ秒時間分解赤外吸収スペクトルの測定2,4-ジフェニルペンタンなどの二量体分子系の合成を行い,そのピコ秒時間分解赤外吸収スペクトルの測定を行っている.また,測定された赤外吸収スペクトルを解析するために,分子軌道法計算を用いて電子励起状態の構造最適化と振動数計算を行った.現在のところ,質の良い赤外スペクトルの測定には至っていないが,今後,装置の性能アップと積算時間の増加により,S/N比の良い赤外スペクトルを得て,"励起電子-分子振動相互作用"について解析する予定である.3.共役π電子系分子のラジカルイオンとジイオンの赤外吸収スペクトルの測定と電子-分子振動相互作用の解析ナフタレン,アントラセン,ビフェニル,ターフェニルなどの共役π電子系分子のラジカルアニオンとジアニオンの赤外吸収スペクトルを測定し,密度汎関数法計算を併用して,"電子-分子振動相互作用"を詳細に解析した.1.フーリエ変換限界の性能(時間分解能約3ピコ秒波数分解能約4cm^<-1>)を持つピコ秒時間分解赤外吸収測定装置の製作モード同期・エルビウムドープ・ファイバーレーザーをシード光としたピコ秒チタン・サファイア再生増幅器の出力を用いて光パラメトリック発生・増幅器を励起した.光パラメトリック発生・増幅器からのシグナル光出力とアイドラー光出力の差周波を,非線形光学結晶(AgGaS_2)を用いて発生させ,波数範囲4000-1000cm^<-1>にわたって波長可変なピコ秒パルス赤外光を得た.このピコ秒パルス赤外光のスペクトル幅は約16cm^<-1>であり,このままではフーリエ変換限界に到達しない.本研究ではシングル分光器(本研究経費で購入,焦点距離300mm)を導入し,試料を透過した赤外光を分光して波数分解能約4cm^<-1>を達成した.2.二量体分子系の合成とピコ秒時間分解赤外吸収スペクトルの測定2,4-ジフェニルペンタンなどの二量体分子系の合成を行い,そのピコ秒時間分解赤外吸収スペクトルの測定を行っている.また,測定された赤外吸収スペクトルを解析するために,分子軌道法計算を用いて電子励起状態の構造最適化と振動数計算を行った.現在のところ,質の良い赤外スペクトルの測定には至っていないが,今後,装置の性能アップと積算時間の増加により,S/N比の良い赤外スペクトルを得て,"励起電子-分子振動相互作用"について解析する予定である.3.共役π電子系分子のラジカルイオンとジイオンの赤外吸収スペクトルの測定と電子-分子振動相互作用の解析ナフタレン,アントラセン,ビフェニル,ターフェニルなどの共役π電子系分子のラジカルアニオンとジアニオンの赤外吸収スペクトルを測定し,密度汎関数法計算を併用して,"電子-分子振動相互作用"を詳細に解析した.平成16年度は,電子励起された二量体モデル分子系の詳細なピコ秒時間分解赤外吸収スペクトルの測定と解析を可能とするように,主にフーリエ変換限界の性能(時間分解能約2.2ピコ秒,波数分解能約4cm^<-1>)を持つピコ秒時間分解赤外吸収測定装置の製作を行った.以下,具体的に述べる.モード同期・エルビウムドープ・ファイバーレーザーをシード光としたピコ秒チタン・サファイア再生増幅器の出力(波長:775nm,パルス幅:2.2ピコ秒,パルスエネルギー:800μJ/pulse,スペクトル幅:約8cm^<-1>,繰返し周波数:1kHz)を用いて光パラメトリック発生・増幅器を励起した.光パラメトリック発生・増幅器からのシグナル光出力(1100-1600nm)とアイドラー光出力(1600-2300nm)の差周波を,非線形光学結晶(AgGaS_2)を用いて発生させた.これにより波数範囲4000-1000cm^<-1>にわたってパルス幅:約2ピコ秒,パルスエネルギー:10-0.1μJ/pulse,スペクトル幅:約16cm^<-1>の波長可変なピコ秒パルス赤外光を得ることができた.このパルス赤外光を用いて,ポンプ光によって光励起された試料の赤外吸収スペクトルを測定するが,このピコ秒パルス赤外光のスペクトル幅は約16cm^<-1>であり,このままではフーリエ変換限界に到達しない.

そこで本研究ではシングル分光器(本研究経費で購入,焦点距離300mm)を導入し,試料を透過した赤外光を分光して波数分解能約4cm^<-1>を達成した.平成17年度は,平成16年度に製作したピコ秒時間分解赤外吸収測定装置を用いて,光励起された二量体モデル分子系(エキシマー)のピコ秒時間分解赤外吸収スペクトルを測定し,量子化学計算を併用して励起電子と分子振動の相互作用を解明することを行っている.また,この課題と密接に関連する共役π電子系を有するモデル分子のイオン種について,赤外スペクトルの測定を行い"電子-分子振動相互作用"を解明した.以下,具体的に述べる.(1)パラシクロファン系分子の合成とピコ秒時間分解赤外吸収スペクトルの測定ビフェニルやナフタレンがアルキル鎖で架橋されたパラシクロファン系分子の合成を行い,そのピコ秒時間分解赤外吸収スペクトルの測定を行っている.また,測定された赤外吸収スペクトルを解析するために,分子軌道法計算を用いて電子励起状態の構造最適化と振動数計算を行った.現在のところ,質の良い赤外スペクトルの測定には至っていないが,今後,装置の性能アップと積算時間の増加により,S/N比の良い赤外スペクトルを得て,"励起電子-分子振動相互作用"について解析する予定である.(2)共役π電子系分子のラジカルイオンとジイオンの赤外吸収スペクトルの測定と電子-分子振動相互作用の解析ナフタレン,アントラセン,ビフェニル,ターフェニルなどの共役π電子系分子のラジカルアニオンとジアニオンの赤外吸収スペクトルを測定し,密度汎関数法計算を併用して,"電子-分子振動相互作用"を詳細に解析した.共役系の大きさが"電子-分子振動相互作用"に与える影響についても知見を得た.
高濃度ヨウ素含有排水処理施設内の活性汚泥の菌叢解析とヨウ素含有化合物分解菌の探索

本研究では、高濃度ヨウ素含有廃水処理施設内の廃水サンプルや活性汚泥を採取し、各サンプルについて次世代シークエンサーを用いた大規模微生物叢解析と水質の化学分析を実施する。その後、活性汚泥の微生物叢解析結果から、活性汚泥で有意に活動する微生物を推定する。また廃水の特徴的な構成成分等の同定を目指す。さらにこれらの解析結果をもとに微生物の集積培養等を行い、活性汚泥で有意に活動する微生物の取得とそれらの性質解明を試みる。
厳密線形化によるPWM型入力系精密制御のための基礎理論構築

本研究では,制御周期内におけるパルス矩形波の数や配置を操作することによって制御系の性能を向上させることを目指している.平成30年度は,パルス生成器と制御対象の直列結合系(離散時間系)の零点が,パルス生成の自由度を利用することで操作できることに着目し,安定逆モデルの構成によるフィードフォワード則の設計方法を提案した(文献[1,2,3]).また一方で,従来,ゼロ次ホールド入力を前提に議論されてきた周波数整形型終端状態制御を応用して,あるクラスのPWM型入力系に対して適用できる同様の制御法を提案し,その有効性を示した(文献[3]).[1]爲國,平田,鈴木:PWM型入力による不安定零点の安定化に関する一考察,電気学会メカトロニクス制御研究会,MEC-18-12, pp.59--63, 2018.(メカトロニクス研究会優秀論文発表賞ならびに産業応用部門優秀論文発表賞を受賞)[2]鈴木,爲國,平田:多自由度PWM型入力を用いた厳密線形化の零配置に関する一考察,自動制御連合講演会,pp.1450--1454, 2018. [3]鈴木,平田:多自由度パルス幅変調方式による制御,システム/制御/情報,Vol.63, No.3, pp.118--123, 2019.(解説記事)[4]瀧澤,鈴木,平田:PWM型入力系の周波数整形型終端状態制御に関する一考察,日本機械学会情報・知能・精密機器部門講演会,2D09,2019.平成30年度は,当初計画にあった安定逆モデルの構成による制御則設計を含む拡張された制御問題について研究に取り組み,一定の成果が得られた.平成31年度は,高次PWM系に対する入力ベクトル集合に関する特徴づけ完了を目指す.また,30年度に引き続き,拡張された制御問題への厳密線形化法の応用と制御性能に関する定量的評価を進める.パワーエレクトロニクスやメカトロニクスをはじめとするさまざまな分野でパルス幅変調(PWM)方式を用いた制御系が構築され,低コスト化の実現などその有意性は広く認められているが,この方式が有する非線形特性が要因となり,高速高精度のモーションコントロールには敬遠されている現状がある.本研究では,制御周期内において通常可変とされるパルス矩形波の幅だけでなくその数や配置も操作することによって制御系の性能を向上させることを目指している.平成29年度は,PWM型入力系の入力ベクトル集合の特徴づけに焦点を当て,単入力線形系への変換則の開発を行った.その成果を下記[3,4,5]で報告した.また,多入力線形系への厳密変換やリップル抑制制御の研究に着手し,拡張された制御問題に応用できることを示した(文献[1,2,3]).平成29年度の研究では,高次PWM型入力系の厳密線形化可否を判定することが主目的であったが,まだ理論の構築が完成していない.しかしながら,平成30年度以降に着手予定だった拡張された制御問題(多入力系への変換やサンプル点間応答の制御性能向上)に取り掛かることができ,一定の成果を得られた.このため,おおむね順調に進展していると考える.本研究では,制御周期内におけるパルス矩形波の数や配置を操作することによって制御系の性能を向上させることを目指している.平成30年度は,パルス生成器と制御対象の直列結合系(離散時間系)の零点が,パルス生成の自由度を利用することで操作できることに着目し,安定逆モデルの構成によるフィードフォワード則の設計方法を提案した(文献[1,2,3]).また一方で,従来,ゼロ次ホールド入力を前提に議論されてきた周波数整形型終端状態制御を応用して,あるクラスのPWM型入力系に対して適用できる同様の制御法を提案し,その有効性を示した(文献[3]).[1]爲國,平田,鈴木:PWM型入力による不安定零点の安定化に関する一考察,電気学会メカトロニクス制御研究会,MEC-18-12, pp.59--63, 2018.(メカトロニクス研究会優秀論文発表賞ならびに産業応用部門優秀論文発表賞を受賞)[2]鈴木,爲國,平田:多自由度PWM型入力を用いた厳密線形化の零配置に関する一考察,自動制御連合講演会,pp.1450--1454, 2018. [3]鈴木,平田:多自由度パルス幅変調方式による制御,システム/制御/情報,Vol.63, No.3, pp.118--123, 2019.(解説記事)[4]瀧澤,鈴木,平田:PWM型入力系の周波数整形型終端状態制御に関する一考察,日本機械学会情報・知能・精密機器部門講演会,2D09,2019.平成30年度は,当初計画にあった安定逆モデルの構成による制御則設計を含む拡張された制御問題について研究に取り組み,一定の成果が得られた.平成30年度以降は,高次PWM系に対する入力ベクトル集合に関する基礎的な特徴づけを目指す.また,29年度に引き続き,拡張された制御問題への厳密線形化法の応用を進めていく.さらに,提案手法を実システムに適用し,性能評価をおこなう予定である.平成31年度は,高次PWM系に対する入力ベクトル集合に関する特徴づけ完了を目指す.また,30年度に引き続き,拡張された制御問題への厳密線形化法の応用と制御性能に関する定量的評価を進める.平成29年度の成果に関する論文の学術雑誌への掲載が年度を跨ぎ平成30年度はじめとなってしまったため,平成29年度に論文掲載料として予定した額を繰り越した.
投資家の異質的期待が株価形成に与える影響：IPO後の株価パフォーマンスに着目して

IPO後の長期株価パフォーマンスの低迷を説明する1つの仮説として、異質的期待と空売り制約を前提とする理論がある。この理論は、空売りに制約がある場合、楽観的な投資家の意見のみが株価に反映されるため、また、楽観的な投資家に転売するオプションの価値があるため、株価が過大評価されると主張する。しかし、投資家の意見分布が観察不可能なため、この理論を直接的に検証する研究は存在しない。これに対して、本研究では日本の入札方式のIPOに着目することで、その入札結果から投資家の意見分布を推定した。そして、理論の予測通り、楽観的な投資家の割合が大きい銘柄ほどIPO後の長期株価パフォーマンスが低くなることを示した。公開後の長期株価パフォーマンスの低迷は、新規株式公開(initial public offering: IPO)を巡る特徴的な事実の1つである。この現象を説明する仮説の1つとして、投資家の異質的期待と空売り制約を前提とする理論がある。本研究の主たる目的は、日本における入札方式のIPOから得られるユニークなデータを用いて、この理論が公開後の長期株価パフォーマンスの低迷を説明できるかを検証することである。平成27年度は当初の予定通りに研究を進めた。まず、予備的な検証として、日本における入札方式のIPOにおいて、実際に公開後の長期株価パフォーマンスの低迷が観察されるのかを確認した。次に、公表される入札情報から投資家の意見分布を推定し、推定された分布から楽観的な投資家の割合を算出した。そして、異質的期待と空売り制約の理論が予測する通り、楽観的な投資家の割合が高いほど、公開後の長期株価パフォーマンスが悪くなるのかを検証した。検証の結果は、異質的期待と空売り制約の理論の予測と整合的なものであった。さらに、既存研究において、異質的期待と空売り制約の理論の検証に使用されていた投資家の意見分散度の代理指標(具体的には、売買回転率と収益率のボラティリティー)と本研究で推定した楽観的投資家の割合とでは、どちらが公開後の長期株価パフォーマンスを説明できるかをみた。その結果、説明力は本研究で推定した楽観的投資家の割合の方が高いことが明らかになった。以上の成果をまとめて論文のドラフトを作成した。実証分析は当初の予定通り進んでいる。また、その成果をまとめた論文のドラフトも学会等で得られたコメントを反映させて改訂を行い、来年度中には研究雑誌やディスカッションペーパーの形で公表できると予測される。これらのことから、おおむね順調に進展していると判断した。前年度までの研究で、公表される入札情報から投資家の意見分布を推定し、推定された分布から楽観的な投資家の割合を算出した。平成28年度は当初の予定通り、論文のドラフトの改訂と分析の拡充を行い、最終原稿を作成した。ドラフトに対して、理論の前提である空売り制約が実際に存在するのかが不明との指摘を受けたため、入札方式が使用されていた時期における空売り制約の状況を調査した。そして、制度上の理由から公開初日において空売り制約が存在したことを確認した。また、結果の頑健性に関する指摘を受けたため、複数の期間について長期パフォーマンスの計測を行った。そして、期間にかかわらず、異質的期待と空売り制約の理論の予測と整合的な結果が得られることを確認した。これらの分析を加えた最終原稿を国際査読誌に投稿した。この最終原稿は、平成28年度中の掲載決定には至らなかったものの、ディスカッションペーパーの形で発表した。平成28年度は、学会等で得られたコメントを基に追加的な実証分析を行う。そして、論文のドラフトを改訂し、国際査読誌への投稿に向けて最終原稿を完成させる。企業金融論平成27年度は、旅費との調整の都合上、予定していたパソコンの購入を延期したために繰越額が生じた。平成28年度は、平成27年度に購入予定だったパソコンを購入する他に、国際学会報告のための旅費、論文の英文校正費用、投稿費用などに使用する予定である。
各種運動強度における酸化ストレスの影響

運動により生体に過酸化が起こり悪影響を及ぼす。このような過酸化脂質の発生に対してビタミンC、Eや尿酸などが抗酸化剤としての効果を示す。そこで尿酸と過酸化脂質との関連を見るため、第1の研究は、高校生の肥満群と対照群に対し、短時間(812分)で疲労困憊にいたらせる運動を自転車エルゴメータによって与え、運動前後の血清中の過酸化脂質と尿酸値について測定した。その結果、TBARS(TBA反応物質)値は運動後両群とも有意に増加した。しかし、TBARS値は両群間に有意な差が認められなかった。また、総酸素摂取量あたりでも肥満群はTBARSの産生量において高い傾向が見られた。抗酸化として働く尿酸は肥満群において安静時すでに高値を示した。運動後の尿酸値は両群とも増加が認められなかった。このことから尿酸は抗酸化剤としての効果がこの研究では得られなかった。第2の実験として持久運動を行っている(自転車競技)高校生を対象として同様の実験を試みた。その結果、運動群、対象群とも運動後のTBARS値は有意に増加した。しかし、尿酸値は運動後に両群とも増加が認められずについては明らかではなかった。第3の実験はラットを用い、運動による臓器内の脂質の過酸化がクロロゲン酸により抑えられるかどうかについて比較検討した。実験はクロロゲン酸を腹腔内(体重100gあたり30mmol)に投与し、傾斜15%、23m/分のスピードで30分間の走運動を与え、運動直後のTBARS値およびSODを測定した。その結果、TBARS値は筋、心、肺、肝においてコントロールと運動群との間に有意な差がなかった。一方、クロロゲン酸を投与した群においては有意に低い値が認められた。このことからクロロゲン酸の抗酸化作用が示唆された。また、臓器内のSODはそれぞれの群間に有意な差は認められなかった。近年健康の維持増進をはかるための手段として運動が推奨されてき。しかし、一方では運動による生体の過酸化が起こり悪影響を及ぼすことが多くの報告で明らかにされている。このような過酸化脂質の発生に対してビタミンC、E、ベータカロチンや尿酸などが抗酸化剤としての効果を示す。そこで尿酸と過酸化脂質との関連を見るため、第一の研究は、高校生の肥満群と対照群に対し、短時間(812分)で疲労困パイにいたらせる運動負荷を自転車エルゴメータによって与え、運動前後の血清中の過酸化脂質(マロンジアルデヒド)と尿酸値について測定した。第二の実験として持久運動を行っている(自転車競技)高校生を対象として最大酸素摂取量の80%の運動負荷を30分間与えた。その結果、運動群、対象群とも運動後のTBARS値は有意に増加が見られた。しかし、総酸素摂取量あたりのTBARSでは差が認められなかった。尿酸値は運動後に両群とも増加し、群間に差が認められ結果が得られている。しかし、尿酸の抗酸化について明らかではない。今後、尿酸および抗酸化および、その他の抗酸化物と運動負荷との関係について検討を加えていきたい。

また、臓器内のSODはそれぞれの群間に有意な差は認められなかった。前年度は肥満者および運動選手を対象に自動車エルゴメータをによる運動負荷を与えマロンジアルデヒドと抗酸化物質である尿酸値との関係について測定を実施してきた。本年度はラットを用い、運動による臓器内の過酸化脂質の変動について測定を実施した。そのひとつとして運動による脂質の過酸化がクロロゲン酸により抑えられるかどうかについて運動群(E)、コントロール群(C)、クロロゲン酸投与運動群(EC)、クロロゲン酸投与コントロール群(CC)の4群に群別し比較検討した。実験はCE群にたいしてクロロゲン酸を運動の24時間前と1時間前に、体重100gあたり30mmolを腹腔内に投与し、運動はトレッドミルを用いて傾斜15%、23m/分のスピードで30分間の走運動を与え、運動直後の臓器内のSOD(superoxide dismutase)およびチオバルビツール酸反応物質(TBARS)値を測定した。その結果、TBARS値は前脛骨筋、被覆筋においてコントロールと運動群との間に有意な差がなく、一方、クロロゲン酸を投与した両群において有意に低い値が認められた。心、肺、肝においても運動によってもTBARS値は同程度を示し、クロロゲン酸を投与した群においては有意な減少を示した。このことからクロロゲン酸の抗酸化作用が示唆された。現在は10週齢と15週齢のラットを用い、加齢および運動トレーニングによる過酸化脂質の変動とクロロゲン酸、アスコルビンサン、GSH、GSSGなどの抗酸化の影響についても分析を進めている。
マトリライシン(MMP-7)の発現制御による大腸癌の転移抑制に関する研究

癌細胞の浸潤と関連すると考えられているマトリライシンの大腸癌における活性化と発現分布を検討した。ザイモグラフィーを用いた活性化の検討では、大腸癌組織にのみ高率に活性型マトリライシンを認めた。また、免疫組織学的に浸潤先端部に発現を検出し、マトリライシンと大腸癌の浸潤の関連がさらに強く示された。大腸癌細胞そのものが発現していること、マトリライシンの発現レベルが際だって高いことを考え併せると、マトリライシンは大腸癌浸潤の重要なkey moleculeであると考えられた。また、胃癌・肝細胞癌においてもやはり高頻度に発現しており、特に肝細胞癌においてはマトリライシンの活性型の発現は門脈への浸襲および肝内転移と有意な相関を認めることも明らかとし、大腸癌以外の悪性腫瘍においてもその進展との関連が考えられた。大腸癌細胞株CHC-Y1にマトリライシンを強発現させると多数の肝転移を誘導することが可能であった。このことは、浸潤能の亢進が肝転移能の亢進につながりうることを示唆するものと考えられた。本研究により、TGF-βおよびレチノイン酸がマトリライシンの発現を抑制することが明らかとなった。このうち、TGF-βは種々の癌組織においてやはり代表的なマトリックスメタロプロテアーゼであるゼラチナーゼAおよびBの産生を亢進することが知られているため、浸潤抑制にはレチノイン酸が適していると考え、以後の検討にはレチノイン酸を用いた。マトリックスメタロプロテアーゼに対するインヒビターやセリンプロテアーゼに対するインヒビターを用いた実験を行いレチノイン酸による浸潤能の抑制はマトリライシンの発現抑制によるものと考えられた。また、浸潤能の抑制はアンチセンスのマトリライシン導入によっても起こりうることを明らかとした。以上のことより、マトリライシンの発現を減少させれば、大腸癌の浸潤を抑制しうると考えられた。
高温超電導体を用いたスパイラル状集合導体ケーブルの電流分布解析と交流損失の低減化

本研究では、将来予想されるパワーケーブルの高温超電導化を念頭において、これまで行ってきた数値計算を発展させ、数値計算を用いてスパイラル状集合導体の交流損失評価を行うことによって、(1)現在試作されている主な集合導体における交流損失の数値計算を行い、集合導体における交流損失の主たる要因が何であるか(多層導体での多層化の効果、スパイラルピッチの影響等)を明らかにする、(2)集合導体の構造、超電導線の形状をパラメータとして、いろいろな集合導体の交流損失の数値計算を行い、集合導体における交流損失の低減に対する考えうる方策の有効性を明らかにする、(3)損失低減化の方策を施したモデル導体を製作し、損失低減化の方策の有効性を実験によって確認することを目的とする。茸お、本研究は大容量の実用集合導体を開発するものではなく、集合導体における損失低減の方策を明らかにすることを目指しており、将来の低損失パワーケーブルの開発に対する指針を構築することを目的としている。なお、本研究は大容量の実用集合導体を開発するものではなく、集合導体における損失低減の方策を明らかにすることを目指しており、将来の低損失パワーケーブルの開発に対する指針を構築することを目的としている。来年度は、計算を継続し、スパイラルピッチと損失の関係を明らかにするとともに、計算結果をもとに低損失が予想されるスパイラルピッチを持つ多層スパイラル導体を試作し、その交流通電損失を測定して、電流分布の均一化による損失低減効果の有効性を確認する。
キャリア分析による新規参入者の「橋渡し役」像と育成課題の解明

農業への新規参入者を支援する「橋渡し役」農家の多様な役割を、メンタリング機能の分類を援用することによって抽出、整理した。「スポンサーシップ」や「コーチング」に相当する支援は就農後の比較的早い時期に、「役割モデル」や「表出」、「挑戦的な仕事の提供」に相当する支援は新規参入者の定着プロセスが進むにつれて重要になることが明らかになった。「橋渡し役」農家の役割は新規参入者の定着プロセスにあわせて変化すると考えられ、新規参入者に提供する支援の重点を移していくという「橋渡し役」農家像が示された。1関連分野における人材育成に関する論考を踏まえ、農業への新規参入者のキャリア形成プロセスに沿った「橋渡し役」による支援を検討した。「見習い」から「熟達者」に至る新規参入者の熟達化の段階に対応させて、「橋渡し役」の役割はモデリングからフェイディングへと進められると考えられた。2香川県における施設イチゴ作新規参入者(7名)に対する聞き取り調査より、「橋渡し役」によるメンター機能の具体的な内容を明らかにした。市場関係者や消費者などとの仲介、栽培技術の指導や失敗のカバー、より高度な栽培技術の提案、営農面での不安の解消といった広範なメンター機能が確認された。3「橋渡し役」と地域の他の支援主体との連携関係について北海道、長野など5道府県(8事例)の実態調査を行った。自治体による研修などの支援体制との関係や販路の状況によって、「橋渡し役」に求められる役割に違いがあることが確認された。「橋渡し役」の役割の範囲や負担の大きさにもとづくタイプ分けは次のようになる。タイプI:技術習得は公的機関が設置した実習農場での研修が主であり、「橋渡し役」は技術や生活に関する指導・助言を行う。タイプII:「橋渡し役」となる農家が実習圃場を提供して技術指導・助言を行うことに加え、農地や販路の提供のほか生活基盤の確保にも携わる。タイプIII:タイプI、IIの中間。4さらに、上記実態調査を踏まえ「橋渡し役」による支援の課題を分析し、(1)自治体などが実施する研修との連携を高めるなど、「橋渡し役」による支援の効果が高められる環境整備、(2)圃場での実習中に生じた出荷ロスへの補償など「橋渡し役」に対するリスク負担の軽減措置の充実、(3)「橋渡し役」自身の教育・指導能力の向上機会の確保や「橋渡し役」の育成に向けた組織化、が重要であることを把握した。農業への新規参入者の支援を行う「橋渡し役」像の解明に向け、聞き取り調査によって把握した「橋渡し役」の役割をメンタリング機能に着目して分類整理した。さらに、新規参入者の経営ステージをスタートアップステージと経営基盤確立ステージに区分し、「橋渡し役」からのメンタリングの受領状況(質問紙調査による5段階評価)をステージ間で比較した。対象は、1999年2007年に就農したイチゴ作新規参入者9名とその「橋渡し役」農家である。「橋渡し役」のメンタリング機能の分類と具体例(一例)をキャリア論の先行研究に基づき次のように整理した。(1)「スポンサーシップ」JA・市場関係者・消費者などとの仲介。(2)「コーチング」イチゴ生産・販売に関する知識・スキルの提供や問題点の指摘。(3)「保護」育苗の失敗のカバー。(4)「表出」試験的な取り組みや経営成果の紹介の機会を提供。(5)「挑戦的な仕事の提供」より高度な栽培技術の実施の提案。(6)「役割モデル」経営管理の内容や仕事に対する姿勢の参考。(7)「カウンセリング」営農面での相談、不安の解消。(8)「受容と承認」生産管理、販売管理の内容を正当に評価。(9)「友好・友情」インフォーマルな付き合い、視察旅行。「橋渡し役」からのメンタリングの受領状況を分析した結果、ステージが進むに従い全体的にメンタリングの受領は減るが、ステージに関わらずスコアが変化しない(1)「スポンサーシップ」や(6)「役割モデル」などの機能とステージが進むとスコアが高まる(5)「挑戦的な仕事の提供」などの機能があり、ステージが移行しても変わらないコア的機能と経営ステージに応じて変化する機能を持つ「橋渡し役」像が明らかになった。また、(3)「保護」や(8)「受容と承認」は新規参入者のスコアが「橋渡し役」のスコアを下回った。この点は「橋渡し役」育成の重点になると考えられるなど育成課題に関する知見も得られた。本研究では、農業への新規参入者の定着を支援する「橋渡し役」について具体的な役割を整理して支援の効果を明らかにするとともに、「橋渡し役」となる人材の育成課題を検討した。第一に、実績をあげている「橋渡し役」の具体的な支援活動を把握した。

新規参入者に対して農地や技術習得機会を提供するとともに、地域の農家との仲介や信用形成の場を作るといった地域への溶け込み支援を行うなど、「橋渡し役」の支援が広範に及ぶことを確認した。第二に、「橋渡し役」による多様な支援をメンタリング機能の分類に沿って整理した。その上で、新規参入者へのアンケート調査を実施し、「橋渡し役」による支援の頻度や重要性について、就農直後と数年を経過した後との比較分析を行った。「橋渡し役」による支援が新規参入者のキャリアパスに沿って変化するという結果を得て、新規参入者の定着状況によって支援の重点を変えていくという「橋渡し役」像を示した。第三に、新規参入支援の先進地域での聞き取り調査、観察を通じ、「橋渡し役」を継続的に確保していくことが新規参入支援の充実に重要であることを指摘した。地域の農家や新規参入者が農家グループを形成し、後に続く新規参入者の支援を行っている2地域の事例分析を行い、農家グループでの活動が「橋渡し役」の育成にも有効であることを明らかにした。本研究は、「橋渡し役」の支援行動の実態分析や支援の受け手である新規参入者へのアンケート調査などによって、「橋渡し役」の支援の内実を整理し、これまでは手薄であった新規参入者の支援を行う人材へのサポートの重要性を指摘したという意義が認められる。また、新規参入支援を行う農家グループが、「橋渡し役」となる人材を育成するという機能を有していることを示した点で新規性があり、農業への新規参入に関する研究に、従来になかった視点を付け加えることができた。年度計画に沿って調査、分析が行われている。また、分析結果を取りまとめて研究成果を適宜公表しており、平成23年度は査読付論文を2件公表した。以上から、研究計画に対して概ね順調に進展していると評価した。24年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度は研究期間の最終年度であり、メンタリング機能に着目して把握した農業への新規参入者の「橋渡し役」像とともに、新規参入者のキャリアに沿った「橋渡し役」のメンタリング提供のあり方や自治体や農協などと「橋渡し役」との関係を踏まえた「橋渡し役」の育成課題を整理する。「橋渡し役」を中心とした農家グループなどが新規参入者の受け入れを組織的に行うことによって、新たな「橋渡し役」が確保されている事例がみられる。このような事例の調査から「橋渡し役」の育成を促す条件の分析を加え、学会発表、論文投稿を行う予定である。
Er:YAGレーザーを応用した汚染インプラント体の新規除染方法の確立

インプラント周囲炎の罹患率は増加しており、それに伴うQOLの低下が社会問題となってきている。近年様々な機械的な除染方法がインプラント周囲炎の治療に応用されているが、効果的な治療方法は未だ確立されていない。本研究ではEr:YAGレーザーを含む数種類の除染方法を単独・併用使用をした際の、それぞれの処置面におけるインプラント体への形態的変化および殺菌能、除染後の骨芽細胞の増殖能を総合的に解析し、汚染インプラント体の新規の除染法の確立を目的とする。
運動領域の活性化に着目した英語語彙習得促進の手法開発と評価

研究の目的は、行為経験と運動領域の脳活性化に焦点を当てた英語教授法の開発アプローチを検証することと、英語教授法を開発することであった。刺激文調査、2つの行動実験、fMRI実験、およびクラス実験について報告した。授業実験では、行動経験が英語前置詞の理解を促進するか検証したが、仮説は支持されなかった。行動実験では、英文を理解することが知覚運動シミュレーションを引き出すこと、およびそのシミュレーションが文法によって変化することを示した。fMRI実験では、行為文の理解が前頭葉ー頭頂葉ネットワークを活性化し、英語文の理解が尾状部の活性化を引き起こすことを示した。本研究は、知覚的記号システム理論にもとづく授業開発アプローチの妥当性検証と、英語教育手法の開発を目的としている。H26年度は、a)認知実験及び実験を実施するための準備として、日本語文、英語文刺激の標準化を行った。b)外国語文の理解時に、運動領域が活性化するかどうか検討するための行動実験、c)同目的のfMRI実験を行った。a)刺激文の標準化は終了し、成果を学術論文2本にまとめた。これは日本語文と英語文の意味を対応させ、文字数、単語数などの客観的指標だけでなく、親密度、理解容易性などの主観指標、さらには意味内容の経験性、心像性も測定したものであり、今度英語教育の研究を進める上で、教材や刺激文の選定に広く応用可能なものと考える。b)及びc) TOEIC得点が大学生平均を下回る者を対象に行い、日本人英語学習者が刺激文を読解するのに必要な時間の測定を行った。同時に、行為を意味する英語文の理解時に、運動表象が活性化するかどうかを検討した。まだ数名の実験協力者の追加が必要であるが、予備的分析の結果、英語文の理解時にも知覚運動表象が活性化していると言えそう、つまりアプローチの妥当性が検証されそうである。この成果は、H27年度の学会で発表予定である。また、行動実験は、fMRI実験における刺激提示時間を決定するための予備調査を兼ねたものである。TOEIC420点程度以上であれば、5秒間の提示で十分なことが判明したため、fMRI実験は、刺激文の読解に不自由しない程度の英語能力を有する者(TOEIC420点以上)に対象者を絞って行っている。残り数名の実験協力者を追加募集すれば良い状態である。H27年度は、前年度の成果を踏まえて、研究を進行させた。具体的には、以下の3点に大別される。a)外国語文の理解時に運動表象が活性化するかどうかを検討するための行動実験を継続した。TOEIC得点が大学生平均を下回る者を対象に実験を行い、行為を意味する英語文の理解時に運動表象が活性化するかどうか検討した。手の行為文理解時(ペンを持つなど)には、心的行為文(約束を守るなど)の理解時よりも、手でのボタン押し反応が促進された。これは行為・文一致効果と呼ばれるものである。母語である日本語文においても、外国語である英語文においても確認された。この成果は、H27年度の学会で発表された。b)行動実験と同一の課題を用いて、英語学習者が日本語文及び英語文を読解するさいの脳活動をfMRI装置を用いて測定し、分析を行った。英語文理解時にはバイリンガル研究と類似の部位が、行為文理解時には母語の行為文理解研究と類似の部位が活性化することが確認された。これは、外国語文の意味が母語と類似した神経回路を使用してシミュレーションされていることを示唆する。この成果は、H28年度の国際学会にて発表の予定である。c)上記2点は、日本人英語学習者が英語文を理解するさいにも、母語と同じく、知覚運動表象が利用されていることを示唆する。そこで、時制という英語文法概念の修得を、知覚運動経験の付与によって補助する教育手法を開発した。d)上記の手法が有効かどうかを検討するための授業実験を計画、準備した。12月から1月にかけて実験を実施する予定で、準備を進めていたが、代表者が12月に体調を崩し、2016年1月は再発した。そのため、予定した実験が実施できなかった。12月から1月にかけて実験を予定し、準備を進めていたが、代表者が12月に体調を崩し、2016年1月は再発した。覚的記号システム理論では、言葉の意味は、知覚や身体運動に関わる神経活動の活性化によって理解されると考える。例えば行為文を読むと、実行為と同じ神経回路が活性化し、それによって意味が理解されると考えられている。この理論は母語文では研究が進んでおり、脳活動計測や行動実験による多くの研究が蓄積されている。本研究は、この行為と意味理解の関係を、外国語の理解と教育に展開することが目的であった。具体的には、英語文理解時の知覚運動表象に関する基礎研究、学習者に行為をさせる英語育手法の開発、教育手法の効果検証を行った。前年度の予備調査、予備実験を踏まえ、最終年度には複数の研究協力者を得て、多様な研究を実施することができた。実践的研究として、1)見聞きするだけよりも実行する方がよく記憶されるという現象に関する先行研究を概観して文法教育に適用できるかどうかを理論的に検討し、授業実践によって検証した。

まだ不明な部分もあるが、一定の可能性があることが示された。2)前置詞の概念的な区別の学習に有効かどうかも授業実験によって検討したが、残念ながら有効性は実証できなかった。基礎研究として、3)反応時間を利用した認知心理学的な実験を前年度から継続し、英語文の理解時に、運動に関する神経回路が活性化している可能性が示された。また、4)完了相と進行相という時相も、理解時運動に関する神経回路の活性化に繋がっていることが示された。5)英語文読解時の脳活動を測定し、TOEIC700点以上の者と700点未満の者で比較した。まだ分析途中であり、今後、学会や学術論文によって公表する予定である。研究実施期間全体としては、英語文理解時にも知覚運動表象が活性化することが確認されたと考える。また、これを利用した英語育手法が、一定程度有効なことも確認された。研究の目的は、行為経験と運動領域の脳活性化に焦点を当てた英語教授法の開発アプローチを検証することと、英語教授法を開発することであった。刺激文調査、2つの行動実験、fMRI実験、およびクラス実験について報告した。授業実験では、行動経験が英語前置詞の理解を促進するか検証したが、仮説は支持されなかった。行動実験では、英文を理解することが知覚運動シミュレーションを引き出すこと、およびそのシミュレーションが文法によって変化することを示した。fMRI実験では、行為文の理解が前頭葉ー頭頂葉ネットワークを活性化し、英語文の理解が尾状部の活性化を引き起こすことを示した。本研究は、知覚的記号システム理論にもとづく授業開発アプローチの妥当性検証と、英語教育手法の開発を目的とし、以下の3つの研究を行う。1)アプローチの妥当性を確かめるため、英語文理解時の運動領域の脳活動を検討する。2)学習者に行為をさせる英語教育手法を開発し、授業実験によって効果を検証する。3)開発した手法による教育を受けることで、運動領域の活性化程度が変化するか検証する。H26年度は、1)に対応した研究を行った。まず、英語文233文と、それに意味的に対応する日本語文233文を作成し、客観的指標(日本語文字数、英語文字数、英語文単語数、日本語文モーラ数)、主観的指標(英語文親密度、日本語文親密度、英語文理解容易性)、意味的指標(文内容の経験性、文内容の心像性)を測定した。この結果を、既存の単語親密度データベースも利用して検討し、意味内容の心像性や文中で最も馴染みのない単語の親密度が、英語文の理解容易性に影響することを明らかにした。次に、TOEIC得点が大学生平均を下回る者を対象に行動実験を行い、刺激文読解に必要な時間の測定を行った。同時に、行為を意味する英語文の理解時に、運動表象が活性化するかどうかを検討した。TOEIC420点程度以上であれば、5秒間の提示で十分なことが判明した。そこで、TOEIC420点以上の者を対象に、fMRI実験を実施している。まだ数名の実験協力者の追加が必要であるが、予備的分析の結果、英語文の理解時にも知覚運動表象が活性化していると言えそうである。これらの成果は、2編の学術論文での公表が確定しており、H27年度の学会でも2つの発表を行う。本研究は、知覚的記号システム理論にもとづく授業開発アプローチの妥当性検証と、英語教育手法の開発を目的としている。現在、アプローチの妥当性検証と、教育手法の試作まで完了した。
電子配置制御による高原子価鉄ポルフィリン錯体の反応性の調整

高原子価-鉄ポルフィリン錯体の反応性と鉄のスピン状態や電子配置との関連性を明らかにするため、6配位鉄(IV)ポルフィリン錯体の一般的合成方法の確立を目指した。具体的には、容易に合成可能な鉄(III)ポルフィリンラジカルカチオンに電子供与能の高い軸配位子を添加し、低スピン-鉄(IV)錯体への変換を試みた。その結果、ビス(アジド)錯体が、低スピン-鉄(III)ラジカルと鉄(IV)錯体の平衡混合物として存在しているという新しい知見を得た高原子価-鉄ポルフィリン錯体の反応性と鉄のスピン状態や電子配置との関連性を明らかにするため、6配位鉄(IV)ポルフィリン錯体の一般的合成方法の確立を目指した。その結果、ビス(アジド)錯体が、低スピン-鉄(III)ラジカルと鉄(IV)錯体の平衡混合物として存在しているという新しい知見を得た鉄(IV)ポルフィリン錯体はシトクロームP450などのヘムタンパク質の関与する酸化反応における活性中間体との関連で、その物性や反応性に興味が持たれている。しかし、鉄(IV)ポルフィリン錯体の一般的合成法は依然として確立されていないため、酵素反応機構解明のためのモデル錯体を用いた研究の進展が阻害されている。本研究では鉄(III)ポルフィリンの1電子酸化体である鉄(III)ポルフィリンラジカルカチオンに強い配位子場を持つ配位子を添加することにより鉄(IV)ポルフィリンに変換する方法を模索した。具体的には(テトラメシチルポルフィリン)鉄(III)クロリド錯体を1電子酸化して得られる鉄(III)ポルフィリンラジカルカチオンのジクロロメタン溶液に、-70°Cでフッ化物イオンを添加して鉄(IV)への変換を試みた。生成物の性質をMR,UV-Vis,およびMossbauerスペクトルで検討したところ、鉄(IV)錯体ではなくビスフルオロ-鉄(III)ポルフィリンラジカルカチオンであることが判明した。すなわち、フッ化物イオンの添加に伴う鉄(III)イオンからポルフィリン環への電子移動は起きないことが明らかになった。そこで現在はポルフィリン環に電子求引性置換基を導入し環の電子親和力を高めることにより、鉄(III)からポルフィリン環への電子移動を促進し、鉄(IV)錯体へ変換することを試みている。具体的にはポルフィリン環のメソ位にヘプタフルオロプロピル基を持つ錯体やオルトニトロフェニル基を持つ錯体を合成し、その1電子酸化体にフッ化物イオンやイミダゾレートイオンなどの強い配位子場を持つ配位子を添加して鉄(IV)錯体を得る実験を試みる予定である。既に原料となる錯体の合成は完了しており、酸化反応を行う段階にまで至っている。高原子価ポルフィリン鉄錯体はヘム酸化酵素の活性中心に位置し、様々な有機基質の酸化反応を触媒している。特に鉄(IV)(オキソ)(ポルフィリンラジカルカチオン)はシトクロムP450などの酸化酵素の活性種と考えられている。本研究の目的は、そのような高原子価活性中間体の反応性が鉄(IV)の電子状態(スピン状態や電子配置)により制御されることを実証することである。そのためには電子状態の異なる複数の高原子価錯体を合成する必要がある。私は鉄(III)ポルフィリン錯体を1電子酸化すると得られる鉄(III)ポルフィリンラジカルカチオンに電子供与能の強い軸配位子を添加すれば、鉄(IV)ポルフィリン錯体に変換できると考えいくつかの実験を行った。その結果、フッ化物イオンを添加して生成したビス(フルオロ)錯体は高スピン-6配位鉄(III)ポルフィリンラジカルカチオンであり、鉄(IV)錯体に変換することができなかった。しかしアジドイオンを加えて生成したビス(アジド)錯体ではラジカル性が著しく減少していることがNMRより明らかになった。これはビス(アジド)錯体の鉄イオンが3価から4価に移行しつつあることを示している。鉄からポルフィリン環への電子移動をさらに起こりやすくするため、ポルフィリンのmeso位の置換基を電子供与性のほとんど消失し、鉄はほぼ4価の酸化状態を示した。即ち、鉄(IV)ポルフィリン錯体を得るためには、強い電子供与性のアニオン系軸配位子とmeso-位の電子求引性置換基が重要であることが判明した。今後、この方針に基づき様々な鉄(IV)ポルフィリン錯体を合成し、それらの電子状態を明らかにする予定である。高原子価-鉄(IV)はシトクロムP450などの酸化酵素の活性種と考えられている。本研究では、高原子価-鉄ポルフィリン錯体の反応性と鉄の電子状態(スピン状態や電子配置)との関連性を明らかにするため、これまでに1例しか報告のない6配位鉄(IV)ポルフィリン錯体の一般的合成方法の確立を目指した。具体的には、容易に合成可能な鉄(III)ポルフィリンラジカルカチオンに電子供与能の高い軸配位子を添加し、低スピン-鉄(III)から低スピン-鉄(IV)への変換を試みた。メトキシドイオンの付加体が4価を示すのに対して(既知)、フッ化物イオンの付加体は高スピン-6配位鉄(III)

ポルフィリンラジカルカチオンであることがNMRやメスバウアーの研究から明らかになった。しかしアジドイオンを加えて生成したビス(アジド)錯体ではラジカル性の著しい減少が示された。また、この錯体のメスバウアーパラメータは低スピン-鉄(III)錯体と低スピン-鉄(IV)錯体の中間に位置していた。これらの結果に基づき、ビス(アジド)錯体は低スピン-鉄(III)ポルフィリンラジカルカチオンと低スピン-鉄(IV)ポルフィリンとの平衡混合物であるという新しい概念を提唱した。鉄からポルフィリン環への電子移動をさらに起こりやすくするため、ポルフィリン環のmeso位に電子求引性のp-トリフルオロメチルフェニル基を導入したところポルフィリン環のラジカル性はほとんど消失し、鉄はほぼ純粋な4価(S=1)の酸化状態を示した。ビス(アジド)錯体のメスバウアーパラメータはシトクロームP450CAM、P450BM3およびクロロペルオキシダーゼなどのヘムタンパク質におけるCompound IIの値に極めて近いことから、これらのヘムタンパク質中間体も同様の平衡混合物として存在していると考えた。ポルフィリン鉄(III)錯体を1電子酸化して得られる鉄(III)ポルフィリンラジカルカチオンを、軸配位子とポルフィリン環周辺の置換基を変化させることにより、鉄(IV)ポルフィリン錯体に変換が可能であることを明らかにすることができたため。24年度が最終年度であるため、記入しない。合成した鉄(III)ポルフィリンラジカルカチオンを鉄(IV)ポルフィリン錯体に変換することが今後の目標の一つである。さらに2電子酸化錯体に分類される三種の錯体、鉄(V)ポルフィリン、鉄(IV)ポルフィリンラジカルカチオン、および鉄(III)ポルフィリンジカチオンを合成しそれらが相互変換する条件を確立するための実験を進めたい。
血管様構造体を含む生体類似の３次元組織体構築法の開発

本研究は、培養液が流動可能な血管様構造体を有する組織体の構築法を開発することを目的とする。具体的には、まず、細胞包括微小中空マイクロカプセルを用い、中心部まで酸素や栄養分が十分に供給可能なサイズの球状組織体を形成させる(Step 1)。同時に、血管内皮細胞で表面を覆ったゲルファイバーを作製する(Step 2)。その後、各構造体の表面をさらに血管内皮細胞で覆って結合させた後(Step 3)、球状組織体と筒状組織体の鋳型であるヒドロゲル(カプセル膜・ゲルファイバー)を酵素反応で分解し(Step 4)、血管様流路構造を有する組織体を作製するものである。今年度(平成26年度)では、Step 3-4について検討を行った。ヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)層で覆われたヒト肝臓がん由来HepG2細胞の球状組織体カプセル、およびHUVEC細胞層で覆われたアルギン酸ファイバーを作製した。次いでこれらの組織体をコラーゲンゲル内に集積し、3次元組織体の構築を行った。血管内皮細胞の遊走および管腔形成を促すサイトカインを培地中に添加することにより、球状組織体および管状組織体の間隙を接続する血管内皮細胞ネットワークの誘導を行った。その後、アルギン酸リアーゼを培地中に添加することにより、管状組織体および球状組織体の作製時にそれぞれの鋳型として使用したヒドロゲルを除去した。次いで直径3 μmの微粒子を含むPBS溶液をヒドロゲルファイバーの分解により形成した管状流路中に流入させたところ、血管内皮細胞ネットワークを通じて組織体の全体へ送達することができた。以上の結果より、培養液などが流動可能な血管様構造体を有する三次元組織体の構築法の開発に成功した。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、数種類の細胞から、生体組織と同様に細胞のライフラインとなる培養液を培養可能な血管組織を有する3次元組織体を構築する方法の開発を目的とする。具体的には、組織体を構成する微小要素(数百マイクロメートルの組織体(技術1)及び生体の血管と同様に血管細胞から構成されるチューブ状の組織体(技術2))を作製した後に、これをレゴブロックのように組み上げて3次元組織体化を試みる。それらから組織体を組み上げ、内部に培養液を流通させる技術(技術3)が必要である。これまでに、技術1、2に関しては開発が完了している。技術3について研究実施計画: H25年度、実施項目1微小組織と管状組織の融合、実施項目2培養液流動条件の最適化;H26年度、実施項目3毛細血管網の構築、実施項目4初代肝細胞を使った血管網含有組織体の構築。項目を実施する時、項目1と項目3を同時に実現できることが分かった。微小組織と管状組織を少量のコラーゲンゲルで結合させ、血管新生因子を添加した培地中に共同培養を行った。1-2日間内に、各組織体からの血管内皮細胞を自発的に結合し、ネットワーク様構造の形成が確認できた。直径3μmの蛍光粒子を含む溶液をチューブ状の組織体内に流入したところ、粒子は筒状組織体から形成された組織体中に広がっていた。形成したネットワーク様構造は毛細血管網のように物質の輸送が可能と考えていた。更に、項目2を完成するために、組織体培養と同時に培地を一時的に流動可能なデバイスを開発した。しかし、ポンプを接続し、長時間培地を流動させることはまだ困難である。項目4について、初代肝細胞の代わりに肝がん細胞HepG2を利用した。幅5mm、厚さ0.5mm、奥行き5mmのサイズの組織体を作成した。

26年度が最終年度であるため、記入しない。研究実施計画の項目2以外は、ほぼ完成した。毛細血管様ネットワーク及びチューブ様の組織体を有する3次元組織体を構築した。当初の計画より早い時期に達成したので、計画より複雑な機能(例えば、肝臓組織のアルブミン分泌とすい臓組織のインシュリン分泌)を持つ組織体の開発への進展が可能と考えている。項目2を完成させるために、ポンプを接続することで長時間、培地を流動させることが可能な培養デバイスの開発が必要である。今後、この培養デバイスの開発に集中して研究を実施する。また、これまでの結果では、短時間(1-2日)で血管ネットワークが形成できた。それにより3次元組織体の作成が可能になった。今後、より複雑な機能を持つ組織体の開発に取り組み、得られた組織体の機能について検討する予定である。
太陽電池の効率を改善するAgゼオライト蛍光ナノ粒子を利用した透明波長変換膜の開発

前年度ではX線照射によるAgゼオライト蛍光ナノ粒子の蛍光強度増大について評価した。今年度は同材料を用いて透明な波長変換膜を作製し、その特性評価を行った。また、前年度の知見を活かし、蛍光強度の増大についても検討した。膜を作製するための事前準備として、石英ガラス基板をアセトンで洗浄・乾燥し、親水化処理装置により基板表面の親水化処理を行った。前年度と同様に得た銀ゼオライトナノ粒子の分散液を遠心分離して得たペースト状試料0.1 gに超純水を1 mL加え、超音波照射しながら撹拌して分散させた。この分散液を親水化したガラス基板に滴下し、1000 rpmでスピンコーティングして30 °Cで一晩乾燥させ膜試料を得た。得られた膜試料は見た目に透明であった。一方、透過スペクトルを測定すると、Agゼオライトによる吸収ピークは明確には見られなかった。また、蛍光スペクトルを測定しても、観測された蛍光は微弱であった。これらはAgクラスターが十分に生成していないためと考え、ゼオライト内のAg+の還元処理を行った。まず膜試料にX照射を施したが、蛍光強度に大きな変化は見られなかった。そこで焼成による還元処理を試みた。膜試料を管状炉内に設置し、アルゴンガスを流して、5 °Cmin-1で昇温を開始した。ゼオライト骨格の損傷を防ぐために昇温の途中の100 °Cおよび150 °Cで15 minずつ保持してから、さらに450 °Cまで昇温して6 h保持し、室温まで自然冷却した。焼成後の試料の透過スペクトルにはAgゼオライトによる吸収ピークが現れており、蛍光強度も大きく増大した。以上の様に、還元手法の違いによって蛍光強度に与える影響が大きく異なった。その原因について、X線照射による方法では膜試料をほとんどのX線が透過してしまい、還元の効率が低く効果が小さかったことが考えられる。太陽電池は太陽光に含まれる近紫外光を発電に有効利用できない。そのため、蛍光体を用いて近紫外光を発電に有効利用できる可視光に変換し太陽電池の性能を改善できると考えられる。本研究では近紫外光を可視光に変換するAgゼオライト蛍光ナノ粒子に着目し、その合成および蛍光特性の改善を検討した。水熱法で合成した粒子は粉末X線回折法によりFAU型ゼオライトに同定された。また、透過型電子顕微鏡による観察から平均粒子径は35.7 nmであった。このゼオライトナノ粒子を硝酸銀水溶液に加えて撹拌することでゼオライト内のNa+とAg+をイオン交換した。得られた試料は白色であり、近紫外光照射下で可視蛍光を示した。この試料の特性を評価すると、X線回折法ではFAU型ゼオライトのみが検出され、金属の銀や酸化銀などといった副生成物は見られなかった。一方、蛍光X線法での元素分析によるAgの検出や、蛍光を示したことから、蛍光性Agクラスターを担持したFAU型ゼオライトナノ粒子であることを確認した。内部蛍光量子効率は5.9%であった。試料にPdの特性X線を照射すると、蛍光強度が最大で約3倍にまで増大した。また、内部蛍光量子効率では17.8%まで改善した。一方、試料の色は白色のままであり、可視域の吸収スペクトルに顕著な変化は見られなかった。蛍光寿命の測定や電子スピン共鳴法での分析などにより、ゼオライト内のAg+イオンから生成したAg4(2+)クラスターが蛍光を示しており、X線照射によりその生成が促進されたため蛍光特性が改善したと結論付けた。当初の予定通りFAU型Agゼオライトナノ粒子を作製して蛍光特性の改善を検討し、X線照射によって蛍光強度が最大で約3倍にまで増大した。この成果は投稿論文としてまとめ、学術英文誌に掲載された。したがっておおむね順調である。

ゼオライト骨格の損傷を防ぐために昇温の途中の100 °Cおよび150 °Cで15 minずつ保持してから、さらに450 °Cまで昇温して6 h保持し、室温まで自然冷却した。焼成後の試料の透過スペクトルにはAgゼオライトによる吸収ピークが現れており、蛍光強度も大きく増大した。以上の様に、還元手法の違いによって蛍光強度に与える影響が大きく異なった。その原因について、X線照射による方法では膜試料をほとんどのX線が透過してしまい、還元の効率が低く効果が小さかったことが考えられる。Agゼオライト蛍光ナノ粒子を利用して透明な波長変換膜の作製を目指す。作製した膜が太陽電池の特性を改善するために十分な特性を有していると判断された場合、市販の太陽電池に実装して短絡電流や光電変換効率に与える影響を評価する。