hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
歯髄・象牙質複合体再生のためのスポンジ状担体の開発と担体内骨形成促進因子

多孔質ハイドロキシアパタイトは、直径8mm、高さ10mmで、内径4mmあるいは2mmの中空部を有する円筒状で気孔内への骨形成を検討して4mmの中空部は栄養を供給して気孔内骨形成に積極的に関与することが確認された。アルギン酸、ゼラチン、ポリビニルアルコール、あるいは、セルロースを素材とするスポンジを担体としてin vitroおよびin vivoで骨髄幹細胞による骨形成促進の可能性を検討した。その結果、in vitroでアルギン酸、あるいは、セルローススポンジは有意に多くの量の石灰化物の形成を認めた。また、in vivoの実験でアルギン酸、あるいは、セルローススポンジには組織学的に多数の気孔での骨形成が観察され、オステオカルシン量を免疫化学的に測定した結果からも、骨形成が有意に確認された。昨年度には、4mmの中空部を有する多孔質ハイドロキシアパタイト、アルギン酸、あるいは、セルローススポンジ骨形成を効果的に促進する機能を持つ担体素材であることが確認できた。骨あるいは硬組織の速やかな形成が求められる臨床への応用に近づく足掛かりになるものである。さらに、担体内骨形成には1×10^7個/mL濃度の細胞浮遊液で細胞を播種した。これらには、ヒアルロン酸、ラミニンあるいはデキストランが骨形成のために有効な補助剤である可能性が認められ、これらを幹細胞分化促進因子として併用する必要性が示唆される結果が得られた。
子宮頸癌でのパピローマウイルス蛋白E6によるp53阻害作用からの解除因子の探索

ヒトパピローマウイルス(HPV)は、子宮頚癌の90%以上に認められ、その中でも特にHPV16型が多く検出される。HPVのウイルス蛋白であるE6が癌抑制遺伝子p53の分解を亢進させていることが知られているが、詳細な発癌機序は不明である。本研究ではE6によるp53分解機序をさらに解明し、p53分解の阻害を可能とする新しい遺伝子治療の開発への継続を目指すものである。ヒトの子宮頚癌Hela細胞株よりcDNAライブラリーを構築して、p53再活性化因子をスクリーニングした。いくつかの候補遺伝子のシークエンスを決定し、全長cDNAの発現ベクターを作成している。また、p53の転写活性に与える影響を検討するために、p53の結合部位をプロモーターに組み込みリポーター遺伝子を作成した。p53の標的遺伝子(p21、mdm2、baxなど)の生理的なプロモーターを持つリポーター遺伝子も構築した。現在までの所、核内タンパク質prothymosin-alphaがp53の転写活性を亢進することを明らかにした。さらにprothymosin-alphaをHela細胞内で強制発現させると増殖抑制を起こした。今後はさらに機能解析を行い、子宮頚部の上皮細胞の癌化における意義の検討を次のように予定している。・モノクロナール抗体を作成し、子宮癌組織での発現量の変化を検討し,臨床病期、予後との関連性などを検討していく予定である。今後はさらにこれらの遺伝子の機能解析を行い、子宮頚部の上皮細胞の癌化における意義の検討を次のように予定している。・これらの数種類のnativeおよびtag付の発現ベクターを作成し、ヒトの子宮癌細胞にトランスフェクトし、細胞内の局在を明らかにし、p53の局在、発現量に与える影響を免疫染色により検討する。・新規のp53転写活性制御因子を強発現させた細胞において、p53の標的遺伝子のmRNA、タンパク発現量に与える影響をWestern blotおよびNorthern blotで検討する。
シリコンフォトニクス用エルビウムドープ1.54μm光導波路の作製と評価

(1)シリコンフォトニクス用光導波路を目指したSiO_2(SOI)基板上へのErシリケートの作製導波路型光増幅器として、SiO_2(n=1.4)/Erシリケート(n1.8)/SiO_2(n1.4)/Si(n3.5)積層構造を設計し、SiO_2/Si基板上にErシリケートをゾルゲル法で作製したときの結晶構造、フォトルミネセンス(PL)特性を調べた。1200°Cでのアニールにより、Er_2SiO_5とα-Er_2Si_2O_7の混合層が成長し、それぞれ、PLのピークが1527nmと1531nmで、蛍光寿命は100-300μsであった。積分PL強度、減衰時定数は、Si基板上に同様な方法で作製したEr_2SiO_5のおよそ10倍であった。基板SiO_2からの過剰Oがα-Er_2Si_2O_7を形成し、遅い蛍光寿命を示したと考えられ、光増幅としては好ましい結果である。(2)ゾルゲル法で作製したEr_xY_<2-x>SiO_5のアップコンパーションの研究Er_xY_<2-x>SiO_5(x=02)膜をゾルゲル法で作製し、Erの濃度の関数として結晶性、フォトルミネセンス特性を調べた。また、シミュレーションにより光導波路利得を、導波路の長さ、構造、励起パワー、信号パワーの関数として求めた。数百μmの長さのEr_xY_<2-x>SiO_5 (x0.1)の光導波路で50mW励起パワー時に10dB以上の利得が得られることを示した。この結果は、シリコンフォトニクスの応用として興味ある重要な結果である。(3)Er_2SiO_5光導波路の作製SiO_2/Er_2SiO_5/ポリマーのスラブ型光導波路を作製した。4μm厚さのポリマー膜を上部クラッド層として用いた。横方向光閉じ込めを得るために、幅5μmのポリマーストリップ装荷構造を収束イオンビーム法(FIB)で作製した。この構造の光利得の測定は、平成21年度以降の研究室の課題として行う予定である。まず、シリコンフォトニクスにおける1.54μm帯発光、増幅用の材料として、Er^<3+->ドープAl_2O_3、SiリッチSiO_2およびErSiOの材料について検討し、光導波路増幅器材料として、研究代表者等により開発された自己整列、層状構造を持つEr_2SiO_5シリケートが最も適していることを確認し、ゾルゲル法によるEr_2SiO_5シリケートの成長メカニズムと最適な作製条件を見出す研究を行った。出発原料として、Er-Oゾル液とSi-Oゾル液の混合液を用い、焼成、高温アニールにより自己整列Er_2SiO_5が生成する過程をXRD、フォトルミネセンスにより詳細に調べた。その結果、Er_2O_3の生成を抑制することが、自己整列した良質のEr_2SiO_5の生成に必要であることを明らかにした。また、Er-Oゾル液とSi-Oゾル液の調合比を2:1にして作製したEr_2SiO_5が結晶性、および、強い発光強度を示すことを、かつ、発光再結合寿命と思われる蛍光寿命が10-20μsであることを確認した。一方、Er-Oゾル液のみをSi基板上、および、SiO_2基板上にスピンコートし、高温アニール後のEr_2O_3およびEr_2SiO_5の生成を調べる実験を行ったところ、SiO_2基板上に作製したEr_2SiO_5膜の1.54μm発光がSi基板上のものより1桁以上強いことを見出した。この結果は、Er_2SiO_5生成のための原料供給の最適化が必要であることを示す。最適条件かで成長を行ったEr_2SiO_5を用いて光導波路を作製し、アップコンバーションを測定した。アップコンバーション係数は、Er-ドープファイバーなどの結果から予測されるアップコンバーションより2桁以下と見積もられ、レーザ発振の可能性が十分にあることを見出した。(2)ゾルゲル法で作製したEr_xY_<2-x>SiO_5のアップコンパーションの研究Er_xY_<2-x

>SiO_5(x=02)膜をゾルゲル法で作製し、Erの濃度の関数として結晶性、フォトルミネセンス特性を調べた。また、シミュレーションにより光導波路利得を、導波路の長さ、構造、励起パワー、信号パワーの関数として求めた。数百μmの長さのEr_xY_<2-x>SiO_5 (x0.1)の光導波路で50mW励起パワー時に10dB以上の利得が得られることを示した。この結果は、シリコンフォトニクスの応用として興味ある重要な結果である。(3)Er_2SiO_5光導波路の作製SiO_2/Er_2SiO_5/ポリマーのスラブ型光導波路を作製した。4μm厚さのポリマー膜を上部クラッド層として用いた。横方向光閉じ込めを得るために、幅5μmのポリマーストリップ装荷構造を収束イオンビーム法(FIB)で作製した。この構造の光利得の測定は、平成21年度以降の研究室の課題として行う予定である。
アームを有する高性能クローラユニットの機構と制御の研究

災害時の人命捜索、救助およびNBC(Nuclear,Bacteriological and Chemical)テロ対策のためには、レスキュー隊の代わりに偵察作業を実施できる遠隔操作型ロボットの開発が不可欠である。本研究ではアーム付きクローラ型移動ロボットHELIOS IXの機構と制御の研究を行っている。開発したHELIOS IXは、1つの強力なマニピュレータと2つのクローラを備えており、強力なアームで段差での踏破性能を大きく向上するとともに、正確なハンドリング操作が広範囲で可能なグリッパー、遠隔探査のための特殊なモニター用カメラアームを装備して遠隔での器用なハンドリング作業を実現可能としている。また防水、防塵などを実現する機構構成についても考察を行い、そのような特性の付加を行っている。さらにこのようなHELIOS IX以外に、カメラ系、レーザー測量機であるtotal station、そしてtotal stationのためのレーザー光反射ミラーであるcorner cubeを装備しHELIOS IXに伴走して、その移動と作業を助ける複数台のCarrierロボットの開発も行っている。また、このCarrierロボットの階段での走行を実現するための、弾性ロットで構成され、床面からの距離に反応してその床面押しつけ距離を調整可能な尾機構も新たに導入している。さらに、これらの、HELIOS IXとCarrierロボットの遠隔協調制御を実現するための、無線制御系、遠隔地での操作を実現するGUIを装備した遠隔制御操作装置などの開発も行っている。そして、最終的には、渋谷の地下街での階段走行実験、ドアの開閉実験などを行い、導入したシステムの有効性を検証している。これらの研究により、複数台で協調して遠隔操作型の作業を実施できるロボットの実現を現実的なものにしている。広瀬教授は現在,捜索,救助およびNBC(Nuclear,Bacteriological and Chemical)テロ対策のための移動ロボットの開発が目的であるNEDOプロジェクトを進めており、この研究開発を共同して進めている.開発している移動ロボットは,日本の地下鉄駅構内で捜査・救助活動を行うためのものである.地震やNBCテロが起こった場合,レスキュー隊や特殊部隊(消防士などを指す)が捜査・救助活動を行うのは非常に危険であるため,このロボットは被災地点の探査・予備調査のために最初に投入される.そして捜索中に,操縦者は安全な場所から移動ロボットを遠隔操作可能なものとなっている.開発初年度には4つの無限軌道ロボットを開発した.それは1つのマニピュレータと2つのクローラを備えたHELIOS IXである.開発したHELIOS IXはその前身であるHELIOS VIIIの概念を基礎としているが,正確なハンドリング操作が広範囲で可能にするグリッパーを新たに設計して、機能性を向上している.また,遠隔探査のための特殊なカメラアームも開発し装備している.基本的なコントロールシステムの第1次試作機は,4台の無限軌道ロボットの試験のために開発した.その結果から,提案したロボットは極限の環境下で起伏の激しい荒地を走破できる,並外れた能力を有していることが明らかになった.探査.救助メカニズムに関する結果および関連する研究は,報告書下に記載の初年度における学会・ジャーナルで発表した。開発2年度目は,前年度の研究の延長から始めて,グリッパーを更に操作性のよいものに改良し,車体も荒地での移動性の向上を目指して改良する予定である.このために,柔軟性のある棒を取り入れた階段での車体の安定化機構を車体後部に採用しする.またHELIOS IXの2つ目のユニットもさらに機構を改善し設計製作する予定である.また開発2年度目では,ロボットを操縦するための複数のディスプレイを備えたコントローラーの設計・製作もする予定である.その後CPS技術による複数ロボットの群制御系の開発,初年度に開発された制御用ソフトウェアのCPS制御への適用,操縦者用ロボット制御のための画像によるユーザーインターフェイスの実現,などを行う.システムの機械的構造や電気システムが複雑になったとしても,操縦者がロボットを容易に扱えるようにするためにこのようなユーザーインターフェイスの実現は不可欠である.また同様の理由で,ロボットが可能な全ての動き(段差乗り越え,横転回復,階段昇降,対地適応,2ユニットの連結と把持動作)の自動化も実現するため,コンピュータシミュレーションと実機のロボットを用いた試験を進める予定である.災害時の人命捜索、救助およびNBC(Nuclear,Bacteriological and Chemical)テロ対策のためには、レスキュー隊の代わりに偵察作業を実施できる遠隔操作型ロボットの開発が不可欠である。

さらに、これらの、HELIOS IXとCarrierロボットの遠隔協調制御を実現するための、無線制御系、遠隔地での操作を実現するGUIを装備した遠隔制御操作装置などの開発も行っている。そして、最終的には、渋谷の地下街での階段走行実験、ドアの開閉実験などを行い、導入したシステムの有効性を検証している。これらの研究により、複数台で協調して遠隔操作型の作業を実施できるロボットの実現を現実的なものにしている。
歯科用チタン合金のEQCA(マイクロバランス)による腐食・変色評価

チタンおよびチタン合金の臨床応用が普及してきているが,チタンインプラントや義歯床の着色や変色のトラブルも散見される。従って、チタンの口腔内における耐食性について詳細な検討が求められている.本研究では、(1)アルブミンとフッ化物を含む生理食塩水中でのチタンの耐食性を電気化学的に調べると共に腐食表面の分析を行い、アルブミン吸着によりチタンの溶出を抑制することが明らかとされた。また、チタン表面にアルブミンが吸着しているにもかかわらず、フッ化物はチタン上に存在し、チタンの腐食を抑制しつつ、腐食が進行していることが示された。(2)種々の含嗽剤溶液中でのタイプ4金合金(PGA),金銀パラジウム合金(S12),コバルトクロム合金(CoCr)および純チタン(TI)の電気化学的腐食挙動と溶出金属元素量について調べ、PGAとS12の耐食性はヨウ素によって低下し,TIの耐食性はフッ化物により低下することが明らかとされた。(3)チタンにクロムを添加した場合のフッ化物に対する耐食性を電気化学的腐食試験および静的溶出試験により評価し、チタンにクロムを添加すると、フッ化物溶液中での耐食性はクロム含有量の増加にともなって向上することが明らかとされた。(4)チタンの切削性に銅の添加が有効とされているが、チタン合金に銅を添加した場合の電気化学的腐食試験を人口唾液中で評価した結果、Ti-6Al-4Vに3.5mass%Cuの添加を行っても、Ti-6A1-4Vの耐食性に顕著な影響を及ぼさないことが明らかとされた。(5)過酸化水素水溶液中でのチタンおよびチタン合金の変色挙動について調べたところ、ほとんどのチタン合金でpHが低いほど、過酸化水素濃度が高いほど著しい変色が認められ,Ti-20Cr合金では何れの溶液中に於いても最小の値を示した。また、溶出量の測定では、pHが酸性または中性でほとんどの合金において溶出量が僅少あるいは検出限界以下であったが、pHの高いアルカリ領域では過酸化水素濃度が高いほど顕著な溶出量を示した。水晶振動子を用いたEQCAの測定では変色、溶出量との明確な関係が得られなかった。チタンの歯科材料としての利用が次第に増えてきているが,同時にチタンの口腔内における耐食性について詳細な検討が求められている.チタンは,不動態被膜の保護作用によって酸化性の環境では優れた耐食性を示すものの,齲蝕予防に利用されるフッ化ナトリウムの存在下では容易に腐食することが明らかとされている.他方,タンパク質の存在が金属の腐食を促進あるいは抑制することも報告されており,耐食性評価にはタンパク質の影響も重要である.既報では,フッ化ナトリウム溶液中におけるチタンの耐食性を詳細に検討すると共に,アルブミンの存在がフッ化ナトリウム溶液中でのチタンの腐食を抑制することを明らかとした.そこで、アルブミンがチタンの腐食を抑制するメカニズムについて更に検討することを目的として、アルブミンとフッ化物を含む生理食塩水中でのチタンの耐食性を電気化学的に調べると共に腐食表面の分析をおこなった。その結果、アルブミン吸着によりチタンの溶出を抑制することが明らかになった。

しかし、チタン表面にアルブミンが吸着しているにもかかわらず、フッ化物はチタン上に存在し、チタンの腐食を抑制しつつ、腐食が進行していることが示された。更に、種々の含嗽剤溶液中でのタイプ4金合金(PGA),金銀パラジウム合金(S12),コバルトクロム合金(CoCr)および純チタン(TI)の電気化学的腐食挙動と溶出金属元素量について調べた.その結果,薬用リステリン,ネオステリングリーン,コンクールF溶液中においては,いずれの歯科用合金も高い耐食性を示すことが明らかになった.一方で,イソジン液中ではPGAおよびS12がヨウ素によって腐食され,金属元素の溶出や腐食生成物の析出が起こった.また,フッ化物を含む生理食塩水中ではTIの耐食性低下を示すことが明らかになった.結論として,PGAとS12の耐食性はヨウ素によって低下し,TIの耐食性はフッ化物により低下することが明らかになった.チタンは、不動態被膜の保護作用によって酸化性の環境では優れた耐食性を示すものの、酸性のフッ化ナトリウム存在下では容易に腐食することが明らかとされている。チタンの合金化と酸性フッ化物溶液中での耐食性・変色性の関係を検討するために、チタンにクロムを添加した場合のフッ化物に対する耐食性を電気化学的腐食試験および静的溶出試験により評価した。電気化学的腐食試験における結果では、チタンにクロムを添加することで、フッ化物溶液中での自然電極電位が貴に移行し、耐食性の向上が認められた。また、クロム含有量の増加にともなって溶出するチタンおよびクロム量が減少し、電気化学的腐食試験の結果と同様に耐食性が向上することが明らかになった。他方、タンパク質の存在が金属の腐食を促進あるいは抑制することも報告されており、耐食性評価にはタンパク質の影響も重要である。既報では、フッ化ナトリウム溶液中におけるチタンの耐食性を詳細に検討すると共に、アルブミンの存在がフッ化ナトリウム溶液中でのチタンの腐食を抑制することを明らかとした。そこで、アルブミンがチタンの腐食を抑制するメカニズムについて更に検討することを目的として、アルブミンとフッ化物を含む生理食塩水中でのチタンの耐食性を電気化学的に調べると共に腐食表面の分析をおこなった。その結果、アルブミン吸着によりチタンの溶出を抑制することが明らかになった。また、チタンの切削性に銅の添加が有効とされているが、チタン合金に銅を添加した場合の電気化学的腐食試験を人口唾液中で評価した結果、Ti-6Al-4Vに3.5 mass % Cuの添加を行っても、Ti-6Al-4Vの耐食性に顕著な影響を及ぼさないことが明らかとされた。チタンおよびチタン合金の臨床応用が普及してきているが,チタンインプラントや義歯床の着色や変色のトラブルも散見される。原因として炎症性細胞からの過酸化物の影響が報告されている。そこで,本研究では過酸化水素水溶液中でのチタンおよびチタン合金の変色挙動について調べた。材料としてCP-Ti, Ti-0.15Pd, Ti-7Nb-6Al, Ti-6Al-4V, Ti-10Cu, Ti-55Ni, Ti-20Cr, Ti-6Al-4Vの各合金を用い、過酸化水素濃度とpH(410)の異なる溶液を使用した。(1)色彩計(MCR-A,ミノルタ)を用いることにより浸漬前後のL*a*b*値を測定すると共に色差(ΔE*)を算出することによって変色を測定した。
ATP合成酵素反応機構のサブユニットおよびそのアミノ酸残基レベルに於る解析

ATP合成酵素(【F_0】【F_1】)は生体に於るほとんどのATPを合成している酵素であり、活性中心部分(【F_1】)と【H^+】輸送路(【F_0】)からなっている。本酵素は【F_0】(a,b,cサブユニット)を輸送される【H^+】を駆動力とし、【F_1】(α,β,γ,δ,εサブユニット)がATPを合成している。研究代表者らは過去の遺伝学的実績を基礎に、本酵素の反応機構をサブユニットおよびアミノ酸残基のレベルから解析した。研究成果をまとめると以下のようになる。(1)ATP合成酵素の【F_1】部分にある活性中心間の協同性を明らかにし、阻害剤および基質類似物質の作用機構を解析した。さらに150株以上の変異株を分離し、欠損を反応機構の上から明らかにした。重要な点は、【F_1】の持つuni-site活性とmulti-site活性が阻害剤、変異等によって分離されることである。また変異株【F_1】のβサブユニットと正常βサブユニットを組み合わせ、multi-site活性を持つためにはβサブユニットが3つとも正常でなければならないことを明らかにした。(2)βサブユニットの変異によってATP合成酵素全体のアセンブリーが異常になることが明らかになった。このような変異を系統的に解析し、置換アミノ酸残基を決定した。このような研究から【F_0】【F_1】の新しいモデルを提出し、またサブユニット相互作用に重要なアミノ酸残基およびドメインを明らかにした。同様の成果がγサブユニットについても得られた。(3)【F_0】部分の変異株を系統的に分離し、【F_1】のアセンブリーと【H^+】輸送路の形成を解析した。その結果、ab両サブユニットが【F_1】結合部位の形成に必要であること、aサブユニットのアミノ末端から110残基があれば【F_1】は結合しうること、aサブユニットのカルボキシル末端側の20残基以内に、【H^+】輸送に関与する残基があること、bサブユニットのカルボキシ末端の33残基以内に【F_0】全体のアセンブリーに重要な残基があること等が明らかになった。以上複雑な【F_0】【F_1】の反応機構をアミノ酸残基のレベルから解析した。
片麻痺上肢に対するポータブル機能訓練機器の開発

本研究の目的は脳卒中片麻痺上肢に対するポータブル簡易訓練機器を開発し、その効果を検討することである。一般病院や施設、家庭でも使用できるよう小型軽量低コストでありながら、療法士の介入がなくとも、適切で十分な運動量を確保することを目指した。ブルンストロームIV以上の上肢に対して使用する「自動型」をポータブルリーチ訓練機器(Portable Active Reach Training System: PARTS)として完成させ、PARTSを試用した健常者と片麻痺者の動きの違いを分析した。また、協力病院にて臨床での効果検証を実施した。PARTSは一部の片麻痺上肢の機能回復に有効である可能性が示唆された。本研究の目的は、脳卒中片麻痺上肢に対するポータブル簡易訓練機器を開発し、その効果を検討することである。現在、療法士の介入で行われている一般的な上肢機能回復訓練を機器で代用し、機能回復に必要な訓練機会と時間を確保しようとするものであり、回復段階や目的に応じていくつかのバージョンを作成し、それに応じて使い分けることによって、療法士の介入がなくとも、適切で十分な運動量を確保することを目的とした。また、一般病院や施設、家庭でも使用できるよう小型軽量低コストを目指している。平成27年度は、日常の訓練でよく使用されている机上でのワイピング動作を取り入れ、機能回復段階として麻痺側上肢に分離運動が見られるブルンストロームステージIV以上の方に対して使用する自動型を開発した。自動型は、机上でのreaching動作を補助・強化する「ポータブル上肢機能訓練機器(portable active reach training system: PARTS)」として、第49回日本作業療法学会において、その概要を紹介し、慢性期片麻痺患者に使用した例を報告した。PARTSは、患手を乗せるデバイス(移動体)とそれに取り付けたマウスを使って、パソコン画面上で運動軌跡を確認しながら、机上reaching動作の反復訓練を行う事ができるものであり、楽しみながら訓練ができるよう、ゲームも同時に作成した。また、ノートパソコンと机があればどこでも訓練が実施できるよう小型軽量化を行った。また、研究計画にある基本デバイスを用いての机上動作の解析については、健常者5名、片麻痺患者3名に対して3次元動作解析と筋電図解析を実施しており、28年度の作業療法学会で発表予定である(採択済み)。加えて、近隣の回復期リハビリテーション病院での臨床試験を始めている。今年度の後半に予定していた他動型の開発において、軽量化と安全性の確認に時間がかかっているため研究計画に遅れが生じている。また、臨床研究を行う予定であった病院での倫理審査に時間を要したため、自動型の効果判定を行う研究に遅れが生じた。本研究の目的である「脳卒中片麻痺上肢に対するポータブル訓練機器の開発」を昨年度に引き続き実施した。平成28年度は、ブルンストロームIV以上の上肢に対して使用する「自動型」をポータブル訓練機器(Portable Active Reach Training System: PARTS)として完成させた。PARTSは、安価で簡便でありながら、机とパソコンがあれば、パソコン画面上のゲームを楽しみながらある程度の訓練量を確保できる。そして、PARTSを使用した際の健常者と片麻痺者の机上でのリーチングにおける運動特性を3次元動作解析と筋電図を用いて分析し、第50回の日本作業療法学会で研究協力者と共に「片麻痺患者における机上リーチング動作時の運動特性」および「上肢訓練機器『PARTS』によるPCゲーム機能を用いたリーチ動作の特性」という演題で発表報告を行った。健常者と片麻痺者の動作を分析したことによって、片麻痺者の体幹での代償動作や、上肢のリーチング時の運動特性を捉えることができたため、今後の機器の開発や訓練に生かすことができる。また、近隣の回復期リハビリテーション病院にてその効果を検討した。18例の片麻痺患者に対してPARTSを4週間自主トレーニングとして実施し、PARTSは上肢の機能回復に有効である可能性が示唆された。現在、その紹介と効果を検討した論文について作成中である。ブルンストロームI・IIの上肢に対して使用する「他動型」については、機器を製作し、健常者において動作等を確認しているが、安全性の確認が不十分であるため、脳卒中患者に対しては、まだ実施できていない。研究代表者において、平成28年に実母と義母の介護が必要となり、十分な研究時間が取れなかった。また、臨床試験の内諾をとっていた施設の担当者が異動になったことにより、臨床試験までの手続きが大幅に遅れた。本研究の目的である「脳卒中片麻痺上肢に対するポータブル訓練機器の開発」を継続して実施した。平成28年度までにブルンストロームIV以上の上肢に対して使用する「自動型」をポータブルリーチ訓練機器(Portable Active Reach Training System: PARTS)として完成させ、協力病院にて臨床での効果検証中であったが、手続き等の遅れから目標数に達せず、今年度も継続して臨床でのデータ取得を行った。また、1ゲームに使用するパソコン画面の見づらさや2埋め込んだマウスの固定が弱く信号が伝達されない等、機器使用上の問題が判明したため、今年度に可能な限りで改良し、その上で近隣の回復期リハビリテーション病院でPARTSの臨床での効果の検討を継続した。その結果、開発したPARTSは脳卒中の上肢機能回復に有効である可能性が示唆された。1PARTの紹介および症例に対してPARTS訓練を実施した報告および2回復期リハビリテーション病院における臨床効果の検討に関する論文を作成し作業療法関連の雑誌に投稿中である。

また、PARTSは安価で簡便でありながら、机とパソコンがあればパソコン画面上のゲームを楽しみながらある程度の訓練量を確保できるというのが開発のコンセプトであったが、1机上でのリーチ動作のため、広い机が必要である、2マウス信号のため、実際の手の動きとパソコン画面上の動きがずれる、3パソコン設定に手間取る、4リーチが2次元の運動に限られる等の課題が見つかった。この問題に関しては今後の機器開発に反映させる予定である。ブルンストロームI・IIの上肢に対して使用する「他動型」に関しては、28年度に機器を作成し、健常者において動作を確認したが、実際の患者に使用する際の安全性の問題が解決できず、完成に至らなかった。本研究の目的は脳卒中片麻痺上肢に対するポータブル簡易訓練機器を開発し、その効果を検討することである。一般病院や施設、家庭でも使用できるよう小型軽量低コストでありながら、療法士の介入がなくとも、適切で十分な運動量を確保することを目指した。ブルンストロームIV以上の上肢に対して使用する「自動型」をポータブルリーチ訓練機器(Portable Active Reach Training System: PARTS)として完成させ、PARTSを試用した健常者と片麻痺者の動きの違いを分析した。また、協力病院にて臨床での効果検証を実施した。PARTSは一部の片麻痺上肢の機能回復に有効である可能性が示唆された。自動型については、効果判定のための評価・訓練マニュアルを作成し、近隣のリハビリテーション病院で臨床研究を開始している。また、これまでのパイロットで明らかになった幾つかの問題点についても改善を行う予定である。他動型については、臨床実験を行えるよう製作担当者を相談しながら開発を続ける。本研究は平成28年度で終了予定であったが、上記理由により、研究に遅れが生じているため、一年間の補助事業期間延長を願い了承された。今後は、「自動型」の研究成果をまとめると共に、訓練マニュアルを作成する。また、「他動型」については、製作担当者と相談しながら、その安全性を早期に確認し、臨床効果を検討したい。身体障害作業療法機器開発において、他動型の開発が不十分であり、臨床試験用に複数台を作成するまでに至らなかったため。また、国内での発表において、別の演題報告の分と合わせて、科研費以外(所属大学の個人研究費)を使用したので、旅費に予定した部分がかからなかったため。研究の遅れから、予定していた論文作成ができず、論文校正費や投稿費用を使用しなかった。次年度は、自動型臨床試験と他動型の作成・臨床試験が中心となる。そのため、被験者への謝礼および、他動型機器の開発費用に使用することを計画している。また、その報告についての学会旅費、および海外誌への論文投稿用費用に使用する。他動型の修正に要する費用と論文校正費用、投稿費用として使用する。
アクティブターゲティングリポソームを用いたマイクロＲＮＡの抗腫瘍効果

肺癌、悪性胸膜中皮腫は治療抵抗性の疾患で、特に転移を認め手術不能の場合の予後改善のために、効果的な新規治療法の確立は急務である。申請者らは、本疾患を抑制するマイクロRNA(miRNA)を発見しており、本研究では腫瘍細胞に選択的に集積する標的化リポソーム(lip)の確立を目指した。まず細胞やマウス腫瘍モデルでlip集積の、次にmiRNA内包での抗腫瘍効果の評価を計画した。当初十分なlip集積が細胞・マウス共に得られなかったが、lip及び投与条件・モデル作成法の改善により集積は向上した。ただし本過程に研究期間の多くを費やしたので、細胞内へのlip取り込み評価とmiRNA内包は今後の課題である。平成24年度には実験系の準備として、標的化に必要となる抗体確保、in vitroとin vivo双方に共通して使用可能なヒト腫瘍細胞株の選別、マウス体内での同細胞株の抗原性の確認を行った。リポソーム(lip)合成には最低2mgの精製抗体が必要で、回転培養による大量培養を行った。この上清を精製し、SDS-PAGE法で、不純物を含まないことを確認した。さらに、マウス皮下腫瘍モデルの作製と皮下腫瘍および各臓器の標本作製を行い、腫瘍は皮下の原発巣のみに存在することを確認した。次に、lipの集積実験として、蛍光内包lipの評価を行った。In vitroではCy3内包lipを表面抗原の発現が確認されている腫瘍細胞に添加し、暴露時間、投与濃度を変更しながら観察した。標識lipで一定の集積を確認した。さらに、in vivoの実験においては上記マウスへのCy5.5内包lipの投与を行った。投与直後,3,18,24,48,72時間後にIVISで非侵襲的に体内での蛍光の集積を確認し、48時間後に腫瘍への最も強い集積を認めた。以上からlipの一定の集積は確認できたが、集積効率の向上が課題と考えられ、表面修飾を変更したlipを作成した。平成25年度にはこの改良型lipを用い集積実験を行った。In vitroでは前年度のin vivo実験での結果を参考に暴露時間の延長や投与濃度の増加等の変更を行い、前回より集積度を向上させることができた。ただし、腫瘍細胞が形成する腫瘍塊への付着を疑う所見も認めたことから、顕微鏡による目視以外の判定法開発も課題と考えられる。in vivoでは今回から腫瘍モデルの作成時に細胞担体の使用を中止し、より生理的な条件に近付けたうえでlip投与を行った。前回の結果から投与直後,2,4,6,24,48時間後と短時間に集中的に測定し、24,48時間後に前回よりも高い集積が得られた。まずリポソームと実験系の準備として、アクティブターゲティング化のために必要となる抗体の確保と、リポソームを投与するin vitroおよびin vivoの実験系に用いる事が可能な細胞株の選別、in vivoでのヒト腫瘍細胞株の抗原性の確認を行った。我々が入手したハイブリドーマの培養上清を用いて免疫細胞化学法を行ったところ、ポジティブコントロールの抗体を用いた場合と同等の反応性を確認できた。リポソーム合成には1ロット当たり最低2mgの精製抗体が必要であるので、回転培養法を用いた大量培養を行った。ここで、採取された培養上清を精製して、上清中の牛血清アルブミンを取り除き、精製抗体を得た。この過程で採取した溶液をSDS-PAGE法で泳動したところ、不純物を含まない抗体が得られていることが確認できた。また、マウス皮下腫瘍モデルの作製と腫瘍およびその転移の可能性がある肝臓、肺、脾臓、膵臓、胃の標本作製を行い、腫瘍は皮下の原発巣のみに存在することを確認した。次に、リポソームの集積評価実験として、2種類の蛍光内包リポソームの評価を行った。In vitroではCy3内包蛍光リポソームを表面抗原の発現が確認されている細胞に添加し、暴露時間、投与濃度を変更しながら観察した。標識リポソームで一定の集積を確認できた。さらに、in vivoの実験においては上記マウスモデルへのCy5.5内包蛍光リポソームの投与実験を行った。投与直後、3、18、24、48、72時間後にIVISで非侵襲的にマウス体内での蛍光の集積を確認したところ、48時間後に腫瘍への最も強い集積を認めた。リポソーム合成には大量の精製抗体が必要であるので、回転培養法を用いた大量培養を行ったが、思ったより長い時間を要した。また、マウス皮下腫瘍モデルの作製と腫瘍の存在の確認に、時間がかかった。集積効率が高められるかを検討するため、表面修飾を変更したリポソームを作成する。

上記によりリポソームの一定の集積は確認できたが、より集積効率が高められるかを検討するため、表面修飾を変更したリポソームを作成した。これを用いて平成25年度に集積効率の向上と治療効果の確認実験を行う予定である。また、繰越金が生じたのは、胸部悪性腫瘍指向性リポソームをつくり替え、それに伴う動物実験を次年度に繰り越すことになったためである。
肝発癌過程のマーカー酵素の特異的発現機構と機能の解明

今年度の主要な研究成果は以下の通りである。1)GST-P遺伝子の上流とCAT遺伝子をつなぎ、トランスジェニックラットを作出し、肝前癌誘発実験から、未同定の癌遺伝子とGST-P遺伝子とが、同じトランス作用因子を共有する可能性が示唆された。2)癌化に伴うラット肝カタラーゼ活性の減少に関し、ヌードマウスへの種々の腫瘍移植に伴う肝mRNAの共通の低下を認め、run-on実験から転写レベルの調節抑制が伴明した。3)再生肝術後経過におけるプロティンホスファターゼPP1とPP2Aの変化を調べ、mRNAと蛋白(活性)レベルの挙動は異なること、およびPP1のG1-S期移行における重要性が示唆された。4)ラット骨格筋の細胞質シアリダーゼをクローニングし、379アミノ酸をコードするcDNAを得た。哺乳動物では最初である。5)ras p21がMAPキナーゼ・キナーゼを活性化するツメガエル卵の無細胞系を開発し、ras p21の標的とみなされる蛋白因子(REKS)を部分精製した。6)マウスHepa-1細胞BP耐性の2変異株のP-450IA1cDNAクローニングを行い、アミノ酸置換を確認した。同遺伝子の誘導発現にAh-リセプターを介さない経路の存在が示唆された。7)上皮性卵巣癌などのマーカー酵素、Mn-SODの血中放出には、TNFやIL-1などのサイトカイン刺激により腫瘍の血管内皮細胞にMn-SODが誘導され、同時に細胞の壊死を伴う機序が、培養実験より示唆された。8)c-Junは、免疫組織化学的にマウス前癌病巣の最良のマーカーであった。肝発癌のマーカー酵素、GST-P、PKM、カタラーゼなどの発現調節機構を究明するために、これらの遺伝子のシスおよびトランス作用因子を検討した。また生理機能の検討も含め、癌性変化を示す酵素cDNAクローニングも行った。単一の遺伝子にも複数の制御領域、制御因子が存在し、共通の因子による遺伝子の発現制御がなされていることも明らかになった。それらの全容の解明は容易でないが着実に研究が進展しつつある。
有機・無機複合化による熱電変換効率の向上

熱電変換効果の変換効率を向上させるには、ゼーベック係数および電気伝導率の向上だけではなく、熱伝導率を低減させる事が不可欠である。熱の流れを妨げる方法としてラットリングの活用が有効であり、本研究では、有機分子における分子内振動モードを利用する事を試みた。昨年度までの研究において、電解法によって無機層状物質SnSe2に、陽イオンである有機分子ヘキシルアミンを導入する事に成功している。有機分子の導入でキャリア数を増加させ電気伝導率を上昇させる一方、熱伝導率は減少したことから、有機分子の導入が有効である事を示された。さらに、有機分子の導入量に対する依存性についても詳細に研究を進めた。その結果、有機分子量の増加に伴って、電力因子と性能指数ZTも比例して増加する傾向が得られた。電解法では、電流を印加する方向を制御できる。そこで、電解で一旦注入した有機分子を、逆電解(最初に流した電流の方向とは逆方向に電流を流す事)によって減らす事も試みた。その結果、キャリア数の減少によって電気伝導率は減少するものの、これ以上にゼーベック係数が大きく向上した。そして、電力因子やZTの値も通常の電解による方法よりも向上する事が分かった。この実験結果の原因を突き止めるため、X線回折実験やシミュレーションによって考察を進めた。最初の電解では、X線回折ピークの幅が広めであった事から、導入された有機分子量が層毎に不均一であったと考えられる。そのため、過剰に有機分子が入った層ではキャリア数が多くなり、その部分のゼーベック係数を低下させ、電力因子やZTの低減を招いたと考えられる。逆電解を行うと、まず過剰に有機分子が入っている層から、有機分子が少し抜けていくと考えられる。そして、有機分子の量が層間で均一になった結果、上記のゼーベック係数の低下を防ぐ事ができるので電力因子やZTの値が向上したと考えられる。熱電変換効果の変換効率を向上させるには、ゼーベック係数および電気伝導率を増幅するとともに、熱伝導率を低減する事が有効である。熱を伝達させるフォノンを散乱する上で、ラットリングに活用が有効である。有機分子には、様々な分子内振動モードがあり、もしこれらのモードをラットリングに利用できれば、効率良く熱伝導率を低減させる事ができる。そこで、本研究では、無機層状物質に有機分子を挿入する事を試みた。最初に着目した物質は、SnSeという層状化合物である。この物質は最高の熱電変換効率を示す事が最近報告されていた。まずSnとSeの原料を混ぜて石英管封入し、ブリッジマン法を用いて母物質SnSeの単結晶を作製した。次に、ヘキシルアミンという有機分子を電気化学的に導入する事を試みた。しかし残念ながら、SnSe結晶の試料形状に何ら変化は起きず、有機分子が入らなかった。次に、SnSe2という無機化合物に有機分子を電気化学的に導入する事を試みた。まずSnSeの場合と同様にブリッジマン法で母物質のSnSe2を作製した。電気化学的方法で合成中にSnSe2が膨張する所を目視で確認でき、有機分子を導入されている事が示唆された。実際、X線回折を測定して層間方向の格子定数も大きくなった事を確かめた。合成した試料について電気伝導率とゼーベック効果を測定したが、電気伝導率の大幅な上昇と、ゼーベック係数の低減を観測した。これは有機分子の導入に伴い、キャリアが注入された事によると考えられる。この結果、電力因子を向上させる事ができた。今後は、キャリア注入量を精密に制御して作製した試料を用いて物性を調べ、熱電変換効率を向上させていく必要があるとともに、有機分子がどのように挿入されているのか、その構造についても精査していく必要がある。熱電材料として有望な無機物質に有機分子を導入する事を目標にしていたが、実際に有機分子を導入する事ができ、熱電効果等の物性測定する事が出来たので。熱電変換効果の変換効率を向上させるには、ゼーベック係数および電気伝導率を向上させるとともに、熱伝導率を低減させる事が有効である。熱を伝達させるフォノンを散乱する上で、ラットリングを活用する事が有効である。有機分子には様々な分子内振動があり、これらのモードを活用できれば、熱伝導率の低減に有効である。本研究では、無機層状物質に有機分子を挿入する事を試みた。昨年度の研究によってSnSe2という無機化合物に有機分子を電気化学的に導入する事に成功していた。合成した試料について電気伝導率とゼーベック効果を測定したが、電気伝導率の向上とゼーベック効果の低減を観測し、確かに有機分子の導入によってキャリアが注入された事が分かった。電気抵抗率およびゼーベック係数の温度依存性も半導体的な振る舞いから金属的になった。次に熱伝導率の測定を行った。その温度依存性は降温とともに増加し20Kを境に減少するものであった。有機分子ヘキシルアミンの導入によって導入前よりも熱伝導率が3割ほど減少する事が分かった。通常、キャリア数が増加すると電子伝導による熱伝導率が増加するため、全熱伝導率も増加するはずである。電気伝導による熱伝導率の増加分よりも格子熱伝導率の減少分が大きかったためと考えられる。ヴィーデマン・フランツ則を仮定して、電気伝導率から電子による熱伝導率を計算し、熱伝導率を割り出した。その結果、有機分子の導入によって格子の熱伝導率は5割ほど減少する事が分かった。

有機分子がフォノンにとって効果的な散乱体になっていると考えられ、有効性が示された。また無次元熱電性能指数は1桁向上した。熱電材料として有望な無機物質に有機分子を導入する事で、格子の熱伝導率を減少させる事ができたので。熱電変換効果の変換効率を向上させるには、ゼーベック係数および電気伝導率の向上だけではなく、熱伝導率を低減させる事が不可欠である。熱の流れを妨げる方法としてラットリングの活用が有効であり、本研究では、有機分子における分子内振動モードを利用する事を試みた。昨年度までの研究において、電解法によって無機層状物質SnSe2に、陽イオンである有機分子ヘキシルアミンを導入する事に成功している。有機分子の導入でキャリア数を増加させ電気伝導率を上昇させる一方、熱伝導率は減少したことから、有機分子の導入が有効である事を示された。さらに、有機分子の導入量に対する依存性についても詳細に研究を進めた。その結果、有機分子量の増加に伴って、電力因子と性能指数ZTも比例して増加する傾向が得られた。電解法では、電流を印加する方向を制御できる。そこで、電解で一旦注入した有機分子を、逆電解(最初に流した電流の方向とは逆方向に電流を流す事)によって減らす事も試みた。その結果、キャリア数の減少によって電気伝導率は減少するものの、これ以上にゼーベック係数が大きく向上した。そして、電力因子やZTの値も通常の電解による方法よりも向上する事が分かった。この実験結果の原因を突き止めるため、X線回折実験やシミュレーションによって考察を進めた。最初の電解では、X線回折ピークの幅が広めであった事から、導入された有機分子量が層毎に不均一であったと考えられる。そのため、過剰に有機分子が入った層ではキャリア数が多くなり、その部分のゼーベック係数を低下させ、電力因子やZTの低減を招いたと考えられる。逆電解を行うと、まず過剰に有機分子が入っている層から、有機分子が少し抜けていくと考えられる。そして、有機分子の量が層間で均一になった結果、上記のゼーベック係数の低下を防ぐ事ができるので電力因子やZTの値が向上したと考えられる。無機物質に有機分子を導入する事ができた。今後は、有機分子の導入量を精密に制御した試料を作製して、電気伝導率や熱電効果の測定以外にも熱伝導率の測定を進めていく予定である。熱伝導率を測定して、無機物質に有機分子を導入する事の有効性が示せた。今後は、有機分子の導入量を精密に制御した試料を作製し、有機分子の導入効果について精査していく。ある程度他の予算(運営費等)で賄う事ができたため、2016年度は使用額が減少した。ある程度他の予算(運営費等)で賄う事ができたため、2017年度は使用額が減少した。2017年度は、研究で用いる原材料の購入費用、出張実験や学会発表のための旅費等に使用する予定である。
蛋白質の構造修飾によるアレルギ-低減化食品の開発

本研究は、アレルギ-低減化食品開発の基礎研究として、コメのアレルゲン活性を低減化させることを目的としたものである。実験の最初において、コメアレルゲン蛋白質について、そのアレルゲン活性におよぼす加熱処理又は酵素処理の影響について検討を行った。その結果、コメアレルゲン蛋白質はアルカリ条件下での加熱により、抗原性が著しく低下することが認められた。また、酵素としてはトリプシン、キモトリプシンには抵抗性を示すものの、ペプシンにより比較的容易に分解することが認められた。これらの知見はアレルギ-低減化食品の開発に有用なものであるが、直ちにこの知見を実用化に結びつけることはし難いものであった。よって、別の観点から低減化を行う目的で、まず胚乳中におけるアレルゲン蛋白質の存在状態について検討を行い、この蛋白質がコメの主要な貯蔵蛋白質であるプロラミンやグルテリンとは異なり、プロティンボディには含まれていないことを見出した。このことは、本アレルゲン蛋白質の抽出性が、他のコメ蛋白質とは大きく異なる可能性を示すものである。よって、コメアレルゲン蛋白質の抽出除去を目的として、米粒に対する超音波処理の影響について実験を行った。その結果、一夜浸漬した後に超音波処理を施すことにより、粉砕された米粒のみならず、インタクトな米粒からもアレルゲン蛋白質が可溶化、抽出されることが明らかとなった。また、このような超音波処理の効果を調べるために、超音波処理した米粒と未処理米粒のアレルゲン蛋白質の残存量をELISAを用いた競争阻害実験により比較したところ、超音波処理により約88%のアレルゲン蛋白質を除去しうることを見出した。この場合、プロラミン、グルテリンなどのコメ主要貯蔵蛋白質のほとんどは米粒中に残存しており、電顕観察によるプロテインボディの状態も超音波処理によってほとんど変化しないことが確かめられた。
Development of a system for hydrogen addition to carbon dioxide and organic substrates under mild conditions using photocatalytic water oxidation

様々なイリジウム(Ir)錯体を合成し、それらの酸化還元電位、および可視光照射下もしくは電圧印加下での錯体のCO2還元能(TONred = COおよびHCO2Hの生成量(mol)/Ir錯体の量(mol))や構造的安定性、もしくは触媒電流を測定・評価した。嵩高い置換基をもつIr錯体(Mes-IrPCY2)を用いた場合、N、N-ジメチルアセトアミドアセトニトリル(DMA)溶媒中でのCO2の光還元における触媒性能を向上することに成功した。特に、犠牲剤をN[(CH2)2OH] (TEOA)から1,3-dimethyl-2-phenyl-2,3-dihydro-1H-benzo[d]imidazole (BIH)に変えることで触媒性能がさらに向上し(TONred = 1000 at 48 h: TONHCO2H = 830(40), TONCO = 190(10), TONH2 = <5)、ギ酸(HCO2H)選択性も74%まで向上できた。この結果は、これまでの他の研究グループの「単核金属錯体触媒」を用いる研究成果と比較して過去最高の触媒回転数である。サイクリックボルタンメトリー(CV)、レーザーフラッシュフォトリシス、紫外可視近赤外分光法などの測定を駆使してIr錯体の物性および触媒の反応機構についても調べた。それらの実験から、各触媒の還元電位および励起状態の還元電位を同定し、本CO2還元反応におけるIr錯体触媒の寿命は、電子的効果より立体効果に大きく依存すると見積もられた。今後は、これらの錯体を用いるCO2還元法に関して得られた基礎的知見を応用展開する。これまで犠牲剤として使われたTEOAやBIHを使わず、再生可能エネルギー(H2ガスおよび水)を水素源として可視光照射下もしくは電圧印加下でCO2還元反応を調査する。次に、電気化学的な物性を調査する目的で、CVを用いる酸化還元電位測定を行なった。いずれの錯体においてもCO2雰囲気下で触媒電流に対応する電流値の上昇が見られた。レーザー測定によってIr錯体の励起状態寿命を調査し、電子供与体(犠牲剤)であるTEOAやメトキシベンゼン誘導体の濃度を変化させて行う励起Ir種の消光実験によって各Ir錯体の励起状態の還元電位を同定した。IrPCY2やMes-IrPCY2の還元電位もしくは励起状態の還元電位があまり違わなくても、CO2還元能は大きく変化したことで、本CO2還元反応では立体効果に大きく依存することがわかった。H30年度には、可視光照射下、犠牲剤の存在下でのCO2還元は成功したが、H2ガスの活性化によるCO2還元反応では低い反応性を示した。反応条件としては、Ir錯体(0.1 mM)、溶媒としてDMAを用い、このように調製した反応用サンプルは試験管に入れCO2バブリングを10分間施した後、別で用意したH2ガスをシリンジ(2 ml)で注入した。光源を照射(λ> 400 nm)下、16時間反応させたが、生成物は得られなかった。不均一系触媒を用いたH2ガス活性化によるCO2還元反応の報告によると、少なくとも高温(300°C)では、H2ガスの混合比が高い方(H2:CO2 = 3:1 under 0.1 MPa)の反応が報告されている。本研究室ではこれまでガス混合装置が設備されていなかったため、H2とCO2とを正確な量比で混ぜることが困難である。今後、ガス混合装置(KOFLOC, BR-2C)を導入すればH2とCO2を希望の混合比で混合し、様々な実験を行うことができる。さらに、最近本研究室に購入したガスクロマトグラフ(BIDシステム)は低級炭化水素をより高感度で分析できるので、H31年度にはH2ガス活性化に積極的に取り組む。また、合成した錯体を共同研究者のもつ半導体技術と組み合わせ、CO2還元剤(電子源)としてH2Oを用い、光還元触媒としてだけではなくCO2電気還元触媒としてもより高い性能や実用性をもつものへと発展させる。すなわちIr錯体をカーボンクロス(CC)やカーボンペーパー(CP)に装着し、分子-固体複合材料(CC-Ir錯体やCP-Ir錯体)を製作のうえこれらを電極化し、水中でのそれら電極材料の電気化学的性質(アルゴンおよびCO2雰囲気下での酸化還元電位および電圧依存的な電流値の時間変化やCO2還元能の時間安定性など)を測定、比較評価する。特に、犠牲剤をN[(CH2)2OH] (TEOA)から1,3-dimethyl-2-phenyl-2,3-dihydro-1H-benzo[d]

imidazole (BIH)に変えることで触媒性能がさらに向上し(TONred = 1000 at 48 h: TONHCO2H = 830(40), TONCO = 190(10), TONH2 = <5)、ギ酸(HCO2H)選択性も74%まで向上できた。この結果は、これまでの他の研究グループの「単核金属錯体触媒」を用いる研究成果と比較して過去最高の触媒回転数である。サイクリックボルタンメトリー(CV)、レーザーフラッシュフォトリシス、紫外可視近赤外分光法などの測定を駆使してIr錯体の物性および触媒の反応機構についても調べた。それらの実験から、各触媒の還元電位および励起状態の還元電位を同定し、本CO2還元反応におけるIr錯体触媒の寿命は、電子的効果より立体効果に大きく依存すると見積もられた。今後は、これらの錯体を用いるCO2還元法に関して得られた基礎的知見を応用展開する。これまで犠牲剤として使われたTEOAやBIHを使わず、再生可能エネルギー(H2ガスおよび水)を水素源として可視光照射下もしくは電圧印加下でCO2還元反応を調査する。次に、電気化学的な物性を調査する目的で、CVを用いる酸化還元電位測定を行なった。いずれの錯体においてもCO2雰囲気下で触媒電流に対応する電流値の上昇が見られた。レーザー測定によってIr錯体の励起状態寿命を調査し、電子供与体(犠牲剤)であるTEOAやメトキシベンゼン誘導体の濃度を変化させて行う励起Ir種の消光実験によって各Ir錯体の励起状態の還元電位を同定した。IrPCY2やMes-IrPCY2の還元電位もしくは励起状態の還元電位があまり違わなくても、CO2還元能は大きく変化したことで、本CO2還元反応では立体効果に大きく依存することがわかった。H30年度には、可視光照射下、犠牲剤の存在下でのCO2還元は成功したが、H2ガスの活性化によるCO2還元反応では低い反応性を示した。反応条件としては、Ir錯体(0.1 mM)、溶媒としてDMAを用い、このように調製した反応用サンプルは試験管に入れCO2バブリングを10分間施した後、別で用意したH2ガスをシリンジ(2 ml)で注入した。光源を照射(λ> 400 nm)下、16時間反応させたが、生成物は得られなかった。不均一系触媒を用いたH2ガス活性化によるCO2還元反応の報告によると、少なくとも高温(300°C)では、H2ガスの混合比が高い方(H2:CO2 = 3:1 under 0.1 MPa)の反応が報告されている。本研究室ではこれまでガス混合装置が設備されていなかったため、H2とCO2とを正確な量比で混ぜることが困難である。今後、ガス混合装置(KOFLOC, BR-2C)を導入すればH2とCO2を希望の混合比で混合し、様々な実験を行うことができる。さらに、最近本研究室に購入したガスクロマトグラフ(BIDシステム)は低級炭化水素をより高感度で分析できるので、H31年度にはH2ガス活性化に積極的に取り組む。また、合成した錯体を共同研究者のもつ半導体技術と組み合わせ、CO2還元剤(電子源)としてH2Oを用い、光還元触媒としてだけではなくCO2電気還元触媒としてもより高い性能や実用性をもつものへと発展させる。すなわちIr錯体をカーボンクロス(CC)やカーボンペーパー(CP)に装着し、分子-固体複合材料(CC-Ir錯体やCP-Ir錯体)を製作のうえこれらを電極化し、水中でのそれら電極材料の電気化学的性質(アルゴンおよびCO2雰囲気下での酸化還元電位および電圧依存的な電流値の時間変化やCO2還元能の時間安定性など)を測定、比較評価する。