hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新規PVA系ブロックポリマーを用いた直接メタノール形アルカリ燃料電池セルの開発

直接メタノール形アルカリ燃料電池(DMAFC)は非貴金属触媒が使用できるため期待されているが、直接メタノール型燃料電池と同様、メタノールクロスオーバーによる燃料の損失と出力性能の低下が問題とされている。本研究ではポリビニルアルコール(PVA)を基盤材料とした電解質膜(PEM)およびバインダー材料の開発を行い、DMAFCへの応用を検討した。PVA系PEMは10wt%メタノール溶液において69.0mW/cm2の最大出力密度を示し、高いメタノールバリア性により市販膜より高い最大出力密度と低いメタノール流束を示した。PVA系イオノマーによる電極も、既存の電極より高いメタノールバリア性を示した。PVAは熱水に可溶なため、水系かつ温和な条件で官能基の導入や製膜ができる。その後、熱処理による物理的架橋と、グルタルアルデヒドによる化学的架橋により機械的強度を付与し、内部に不均一架橋構造によるイオン伝導経路を構成した電解質膜(PEM)が作製できる。そこで初年度は末端変性PVAを用いてPVAベースのブロック共重合体イオン交換ポリマーの合成と、合成条件および製膜条件によるPEM性能への影響を解析し、PVAベースのPEMの構造および作製法の最適化を検討した。DMAFC用に末端変成PVAに四級アミンを持つモノマーを重合した、PVAベースのポリカチオンを合成した。比較用にプロトン型DMFC用のスルホン酸基を持つモノマーを重合したポリアニオンも合成した。官能基の導入についてはNMRおよびイオン交換容量の測定により導入を確認した。種々の条件で作成したPVA系PEMはNafion117とほぼ同等のイオン交換容量を示し、イオン伝導度はNafionより低いが、メタノール透過係数はNafionの0.20.3倍と非常に優れたメタノールバリア性を示した。これはメタノール燃料の空気極側への透過を抑制し、出力の低下や燃料ロスの低減による変換効率および出力密度の向上が期待できる。PVA系PEMは市販のアニオン交換膜であるNeoseptaAMXおよびDMFC条件におけるNafion115より高い最大出力密度を示した。これは高いメタノールバリア性により、メタノール透過による出力の低下を抑制し、他の膜と比べて高濃度のメタノール溶液において高い最大出力密度を示したと考えられる。PVA系PEMは膜自体の電導度は低いものの、発電特性試験においては高い出力密度を示しており、高いメタノールバリア性により、より高濃度のメタノール溶液を用いたDMAFCへの適用が期待できる。本研究ではポリビニルアルコール(PVA)に陰イオン交換基としてQBm鎖を導入したブロック共重合体PVA-b-QBmを用いた電解質膜(PEM)を作製し、得られた膜の基礎特性評価を行った。また、PVA-b-QBmを用いて膜電極接合体(MEA)を作製し、単セルを用いたDMAFC発電特性評価を行った。PVA系PEMは10 wt%メタノール溶液において、最大69.0 mW/cm2の出力密度を示した。PVA系PEMは市販の陰イオン交換膜であるNeosepta AMXと比較して約6倍の高い出力密度を示した。またFumatech社のFumasepFAS-30は、低メタノール濃度(3.2wt%)では最大77.1 mW/cm2の優れた発電特性を示したが、メタノール濃度の増加とともに急速に出力は低下し、20wt%において約30%まで低下したが、PVA系PEMは約60%の出力を保っており、高濃度メタノール燃料における優れた特性を示した。この結果より、PVA系PEMは高いメタノールバリア性によりメタノール透過による出力の低下を抑制し、高濃度のメタノール溶液において他の膜より高い出力を維持すると考えられる。これよりPVA系PEMはより高濃度のメタノール溶液を燃料としたDMAFCにおける高い性能が期待できる。ポリビニルアルコールを基盤材料としたポリカチオンの合成とこれによるDMAFC用高分子電解質膜の成膜、比較用の膜としてのFumasep膜の評価など順調に進行している。しかし本年度は同ポリマーを用いた電極の作成を行う予定であったが、十分な性能の電極を作製できておらず、その点で遅れている。本研究ではポリビニルアルコール(PVA)に陰イオン交換基としてQBm鎖を導入したブロック共重合体PVA-b-QBmを用いた高分子電解質膜を作製、得られた膜の基礎特性評価および単セルによる発電特性評価を行った。また、同様のポリマーをイオノマーおよびバインダー材料として使用した膜電極接合体における発電特性評価を行った。同濃度のメタノール溶液を燃料として使用し、Nafion膜を用いて作製したMEAによるDMFC測定における最大出力密度は3.2 wt%において26.2 mW/cm2、10 wt%で19.2 mW/cm2であった。PVA系PEMは高いメタノールバリア性により、メタノール透過による出力の低下を抑制し、他の膜と比べて高濃度のメタノール溶液において最大出力を示したと考えられる。PVA系バインダーと白金担持炭素粉末を混合したのち、キャスト法により電極を作製した。作製したカソード電極およびアノード電極で膜を挟み、ヒートプレスにより転写することによりMEAを作製した。本法で作成した電極は市販のスプレー法と比較して緻密な電極になりやすく、燃料や酸化剤の供給が制限されるため、出力は低い結果となったが、Nafionバインダーによる電極と比較して優れたメタノールバリア性を示した。

PVA系PEMはポリマー自体の電導度は低いものの、優れたメタノールバリア性を示しており、より高濃度のメタノール溶液を燃料としたDMAFCにおいて有望であると考えられる。直接メタノール形アルカリ燃料電池(DMAFC)は非貴金属触媒が使用できるため期待されているが、直接メタノール型燃料電池と同様、メタノールクロスオーバーによる燃料の損失と出力性能の低下が問題とされている。本研究ではポリビニルアルコール(PVA)を基盤材料とした電解質膜(PEM)およびバインダー材料の開発を行い、DMAFCへの応用を検討した。PVA系PEMは10wt%メタノール溶液において69.0mW/cm2の最大出力密度を示し、高いメタノールバリア性により市販膜より高い最大出力密度と低いメタノール流束を示した。PVA系イオノマーによる電極も、既存の電極より高いメタノールバリア性を示した。ポリビニルアルコールをベースとしたポリカチオンおよびDMAFC用PEMの製膜、および比較に用いるDMFC用のポリアニオンおよびPEM製膜とその基礎特性評価は順調に進めている。市販電極による発電特性評価も問題なく進めており、発電時における膜特性評価について検討中である。PVA系カチオンポリマーを用い、市販の白金担持カーボン粉末を用いた電極の作製と、それによる純PVA系膜電極接合体(MEA)の作製及び性能評価を行う。MEAは電極を形成するイオノマーおよび電極と電解質膜を接合するバインダーとその接着状態が重要で、そこで生じるセル抵抗の大きさによりその発電性能は大きく影響を受ける。PVA系イオン交換ポリマーをベースに、イオノマー・バインダーに最適化したイオン伝導性接着剤の開発と、電極および膜電極接合体(MEA)の作製条件による構造やセル性能への影響を通して、膜電極およびMEAの構造最適化を検討する。性能評価はフロー型燃料電池評価装置における実験系を用い、発電特性および電気化学特性を測定・解析する。また、アルコールクロスオーバーによりカソード側に移動したアルコール量を定量する。また、電極の有効白金面積の評価を、水素供給下におけるサイクリックボルタモグラム方により評価する。高分子化学、電気化学燃料電池セルは反応が起こる電極と電極間を隔ててイオンを輸送する電解質膜を、イオンを輸送する接着剤で密着させる構造を持ち、電極を形成するイオノマーおよび電極と電解質膜を接合するバインダーとその接着状態によるセル抵抗の大きさによりその発電性能は大きく影響を受ける。そこで初年度に開発したPVA系イオン交換ポリマーをベースに、イオノマー・バインダーに最適化したイオン伝導性接着剤の開発と、電極および膜電極接合体(MEA)の作製条件による構造やセル性能への影響を通して、膜電極およびMEAの構造最適化を検討する。(1)前年度に開発したポリマーまたは市販されているポリカチオンの溶液をイオノマー溶液としてPtおよびPt+Ruを担持した炭素粉末と混合し、カーボンペーパーやカーボンクロス上にキャストし、燃料電池極を作製する。(2) (1)で作製した燃料電池極および市販の電極と前年度に開発した膜を用い、イオノマーと同様の溶液をバインダー溶液として用いて接着、膜電極接合体(MEA)を作製する。
新世代断熱フィルターのコンビネーションで実現する高感度CMB偏光観測

新開発の放射冷却式断熱フィルターRT-MLIを搭載したGroundBIRD望遠鏡の詳細な性能評価を行なった。フィルターは、40Kの放射シールドと4Kの放射シールドの窓に導入し、メタルメッシュフィルターを併用することで断熱を実現した。RT-MLIは赤外線をカットする断熱材を多層にして、空間中の熱放射を段階的に減少させることによって断熱を行う。そのため、RT-MLIの横からの迷光があると、断熱性能が下がる。フィルターの縁部分をアルミ板とテープで十分遮光することで、目標温度まで検出器を冷却することに成功した。望遠鏡の窓から300Kの放射熱を導入した状態で、クライオスタットの中に設置している超伝導検出器を、0.20Kまで冷却できた。当初の目標は0.22Kであり、それをさらに20mK低温まで冷却することができた。本年度は新たに、望遠鏡として外からの光を電波として取得できているかの評価を行った。超伝導検出器は、アンテナから得た電磁波のエネルギーで直接超伝導体のクーパー対を破壊し、信号を読み取る。しかし、仮に放射熱で検出器が温まってしまった場合も、超伝導体のクーパー対が破壊され、同様に検出器が反応してしまう。放射熱による温度上昇は、アンテナを経由せずに反応するため、周波数特性が異なり、また偏光成分が取得できないため、低く抑える必要がある。この問題を切り分けるために、実験室の天井に設置されている水銀灯を点光源とみなし、望遠鏡を回転させて空のスキャンを行った。その結果、超伝導検出器で点光源を取得することができ、角度分解能も設計値と同等であることを確認した。また、信号の応答性が十分早いことから、温度変化ではなくアンテナで受けた電磁エネルギーを取得できていることも確認できた。これにより、フィルターによる断熱は十分であり、高感度な望遠鏡が完成したことを確認した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は、新しい断熱フィルターを開発・導入して、CMB偏光観測装置の機能を向上し、原始重力波偏光Bモードを検出することである。CMB偏光観測では、統計を稼ぐために望遠鏡の大口径化が必要不可欠である。しかし、CMB以外の熱放射も増加するため、超伝導検出器の温度が上昇し、ノイズの増加を引き起こす。このノイズを低減させるために選択的に熱放射をブロックするフィルターの開発が重要である。申請者は、二種類のフィルターを提案している。初年度はそれぞれのフィルターの開発を行った。一つ目のフィルターはRT-MLIと呼ばれる放射冷却型のものである。初年度は、本番用のCMB偏光観測装置に導入し、その効果を確かめた。このフィルターは多層にして用いる。本研究では、4-40K間と40-300K間にそれぞれ20枚ずつ配置した。検出器の冷却温度は、本来の設計値である250mKより改善し、240mK以下を達成した。ここから換算すると、検出器感度は約25%向上したことに相当する。二つ目は、ガス対流冷却式のフィルターである。初年度は、真空中内の容器にヘリウムを導入する方法を模索した。最も困難な部分は、光の通り道となるポリエチレン窓と、銅の部分の接合部分であった。常温状態で使用する場合は問題ないが、冷却する過程で、熱収縮の違いによりズレが発生し、漏れることが判明した。この知見を生かし、来年度はズレが発生しないようなシール方法を試す予定である。本来の予定では、2種のフィルターの開発を終了する予定であったが、ガス冷却型フィルターの開発はまだ継続中である。ヘリウムのシール漏れに関して原因究明が遅れたのが、主な原因である。しかしこれは、計画時点での想定内の遅れであり、研究全体としては大きな支障はない。一方で、放射冷却型のフィルターは、望遠鏡の設置やその後の評価まで行っており、本来の予定より、やや早いペースで進んでいる。総合的に判断して、おおむね順調である。今年度は、昨年度に導入したRT-MLIのフィルターの性能を、超伝導検出器MKIDを用いて評価した。MKIDは、シリコン基板上に金属の膜を作り、同軸ケーブルのようなパターンを作ることで製作する。そのケーブルが1/4波長共振器として機能し、その共振周波数の変化から応答を読み取る。それを一本のラインで結ぶことで、たくさんの検出器を同時に読み出す。信号を周波数分解することで、各共振器の応答を分離することが可能である。この開発は、マイクロメーターオーダーの加工が必要であるため、国立天文台の所有するステッパーと呼ばれる露光装置を用いてデザインを作成する。今年度9月に、ステッパーに不測の故障が起こったが、5ヶ月遅れでMKIDを製作、および、フィルターの性能評価を行うことが出来た。

その結果、NEP(入力パワー換算ノイズレベル)が目標の値を達成できていることを確認した。つまり、検出器を保持し冷却する、という観点で、望遠鏡の要求を満たすものが完成した。年度内に、フィルターの性能評価を終了する予定であったが、評価用の検出器製作が遅れたために5ヶ月オーバーとなった。しかし、望遠鏡の冷却系の開発は一段落しており、海外への輸送の準備もすすめている。現状、研究を進める上での支障は特にない。新開発の放射冷却式断熱フィルターRT-MLIを搭載したGroundBIRD望遠鏡の詳細な性能評価を行なった。フィルターは、40Kの放射シールドと4Kの放射シールドの窓に導入し、メタルメッシュフィルターを併用することで断熱を実現した。RT-MLIは赤外線をカットする断熱材を多層にして、空間中の熱放射を段階的に減少させることによって断熱を行う。そのため、RT-MLIの横からの迷光があると、断熱性能が下がる。フィルターの縁部分をアルミ板とテープで十分遮光することで、目標温度まで検出器を冷却することに成功した。望遠鏡の窓から300Kの放射熱を導入した状態で、クライオスタットの中に設置している超伝導検出器を、0.20Kまで冷却できた。当初の目標は0.22Kであり、それをさらに20mK低温まで冷却することができた。本年度は新たに、望遠鏡として外からの光を電波として取得できているかの評価を行った。超伝導検出器は、アンテナから得た電磁波のエネルギーで直接超伝導体のクーパー対を破壊し、信号を読み取る。しかし、仮に放射熱で検出器が温まってしまった場合も、超伝導体のクーパー対が破壊され、同様に検出器が反応してしまう。放射熱による温度上昇は、アンテナを経由せずに反応するため、周波数特性が異なり、また偏光成分が取得できないため、低く抑える必要がある。この問題を切り分けるために、実験室の天井に設置されている水銀灯を点光源とみなし、望遠鏡を回転させて空のスキャンを行った。その結果、超伝導検出器で点光源を取得することができ、角度分解能も設計値と同等であることを確認した。また、信号の応答性が十分早いことから、温度変化ではなくアンテナで受けた電磁エネルギーを取得できていることも確認できた。これにより、フィルターによる断熱は十分であり、高感度な望遠鏡が完成したことを確認した。新開発の放射冷却式断熱フィルターRT-MLIを、GroundBIRD望遠鏡に組み込み、望遠鏡の性能向上を行なった。検出器の感度は、オランダ宇宙研究所(SRON)からお借りした検出器を用いて評価した。
量子ゆらぎと熱ゆらぎを考慮した高次系生体分子クラスターの分子論的解明

これまで我々は、より現実系に近い理論計算を実現するために、温度効果だけでなく水素原子核の量子揺らぎを考慮した多成分系分子理論を開発し、常温においても核の量子効果が重要であることを見出してきた。本課題においては、我々が展開してきた手法を駆使することにより、量子ゆらぎと熱ゆらぎを考慮した高次系生体分子水和クラスターを微視的に解明することを目的とする。平成21年度は、経路積分分子動力学(PIMD)法を用いて、ab initio経路積分法を用いた低障壁水素結合クラスター(N_2H_7^+, H_3O_2^-)の計算、およびsemi-empirical経路積分法(半経験的分子軌道法による経路積分法)を用いたグリシン水クラスター(Gly・(H_2O)_n(n=2-7))の計算を実現した。いずれも水素原子核の量子効果が顕著に効き、大きなH/D同位体効果が生じることを見出した。グリシン分子は水溶液中では双生イオン構造が安定であることが知られているが、気相中では中性構造が安定である。グリシン分子の水和過程におけるプロトン移動機構の解明を目指し、経路積分法を用いてグリシン水クラスターGly・(H_2O)_nを解析した。カルボキシル基と二つの水分子からなる環状の水素結合ネットワークが構成され、水素原子が大きく揺らいでいる様子が解った。また水分子が増えると、n=4-6で多段階でのプロトン交換が、n=7で双生イオン構造を示す分布が得られた。平成20年度は、経路積分分子動力学(PIMD)法を用いて、量子ゆらぎと熱ゆらぎを考慮した電子スペクトルを解析するためのプログラムの実装、およびその具体的計算を行った。テスト分子として、エチレン分子に適用した。基底状態、励起状態に対して、それぞれMP2/6-31+G^*、CIS(D)/6-31+G^*レベルで評価した。エチレンの平衡構造(D_<2h>対称性)では静的なab initio分子軌道計算から、許容遷移はB_<1u>(8.14eV、10.9eV、11.1eV)、B_<2u>(10.6eV)、B_<3u>(7.76eV、9.52eV)の6本が得られた。これに対して古典MD計算で熱的な寄与による幾何学的構造の揺らぎを考慮すると、分子振動によって大きく構造が歪んだだめ、電子スペクトルは線スペクトルではなく連続スペクトルとなった。さらに、量子ゆらぎをも考慮したab initio PIMD計算では、吸収帯がより広がり、実験で得られるような幅広のスペクトルを得ることができた。7.76eV(R状態、Π3s遷移)と8.14eV(V状態、ΠΠ*遷移)付近のピークに着目すると、平衡構造と、古典MD及びPIMD計算での強度の関係が逆転した。これは、C-C間の揺らぎによりΠΠ*遷移の分布が広がり、Π3s状態とΠΠ*状態が近接しながらともに低エネルギー側にシフトするためであることが解った。
分裂期キナーゼWARTSの機能とその破綻による腫瘍化機構の解明

細胞分裂期作動性キナーゼであり、癌抑制タンパクとしての性質を持つWARTSタンパクの結合分子を酵母ツーハイブリット法を用いて検索した結果、細胞死誘導セリンプロテアーゼOmi/HtrA2を同定した。次にWARTSの各種欠失変異蛋白を大腸菌にて発現精製、または細胞内に発現させた後に結合試験を行い両者の結合部位を検討した。WARTSはC端の疎水性アミノ酸残基を介してOmi蛋白のPDZドメインと直接結合することを見出した。さらにOmi特異的抗体を作製し、免疫沈降法を用いて両者が実際に細胞内で複合体を形成しうることを明らかにした。Omiは細胞死刺激により,通常存在するミトコンドリアから細胞質に流出し、カスパーゼ活性が抑制された状況下でも自身のプロテアーゼ活性のみで細胞死を誘導できる。RNAiを用いて、細胞内WARTS発現を抑制した細胞に内因性Omiを活性化させる細胞死刺激(staurosporine)を加えた所、対照に比べ有意に細胞死が抑制された。さらにWARTSとOmiを細胞内に共発現させるとOmi単独にくらべ細胞死が有意に増加した。この細胞死増強効果はOmiと結合できないC端欠失WARTS変異体では認められなかった。またRNAiにより内因性WARTSの発現を抑制した後、RNAi効果が生じないように変異を加えた正常およびキナーゼ不活型のWARTSを細胞内に戻し発現させ検討した結果、WARTSのキナーゼ活性がOmi誘導細胞死に対する増強効果に必要であることも明らかにした。立体構造の解析より、Omiのプロテアーゼ領域への基質のアクセスをPDZドメインが負に制御していることが示されている。我々の実験結果よりOmiPDZドメインにWARTSが結合することが、そのプロテアーゼ活性増強と細胞死誘導に重要な役割を果たしていると考えられた。実際、WARTSのC端20アミノ酸だけをOmiと共発現させると細胞死が増強し、Omiのプロテアーゼ活性も上昇した。さらに細胞免疫染色にて細胞死刺激時にWARTSとOmiが共局在することも明らかにした。以上よりWARTSの癌抑制作用の一つとしてOmi誘導細胞死の活性化があると考えられた。細胞分裂期作動性キナーゼであり、癌抑制タンパクとしての性質を持つWARTSタンパクの結合分子を酵母ツーハイブリッド法を用いて検索した結果、細胞死誘導セリンプロテアーゼOmi/HtrA2を同定した。WARTSの各種欠失変異蛋白を大腸菌にて発現精製、または細胞内に発現させた後に結合試験を行い両者の結合部位を同定した。その結果、WARTSはそのC端の疎水性アミノ酸残基を介してOmi蛋白のPDZドメインと直接結合していることが明らかになった。さらにOmi備異的抗体を作製し、免疫沈降法を用いて両者が実際に細胞内で複合体を形成していることを明らかにした。Omiは細胞死刺激により、通常存在するミトコンドリアから細胞質に流出し、N端がIAP(inhibitor of apoptosis protein)と結合してカスパーゼを活性化させると同時に、カスパーゼ活性が抑制された状況下では自身のプロテアーゼ活性のみでも細胞死を誘導できることが知られている。Omi誘導細胞死におけるWARTSの役割を明らかにするため内因性Omiを活性化させる細胞死刺激を加えた所、RNAiを用いて細胞内WARTS発現を抑制した細胞は対照に比べ有意に細胞死が抑制された。立体構造の解析より、Omiは三量体を形成し、プロテアーゼ領域への基質のアクセスをPDZドメインが負に制御していることが明らかになった。我々の実験結果よりOmiPDZドメインにWARTSが結合することが、その細胞死誘導に重要な役割を果たしている可能性が考えられた。実際、WARTSのC端20アミノ酸だけをOmiと共発現させると細胞死が増強し、Omiのプロテアーゼ活性も上昇すろことを明らかにした。以上の結果よりWARTSはOmi誘導細胞死の重要な括性化因子であり、その癌抑制作用の一つとして考えることができる。

またRNAiにより内因性WARTSの発現を抑制した後、RNAi効果が生じないように変異を加えた正常およびキナーゼ不活型のWARTSを細胞内に戻し発現させ検討した結果、WARTSのキナーゼ活性がOmi誘導細胞死に対する増強効果に必要であることも明らかにした。立体構造の解析より、Omiのプロテアーゼ領域への基質のアクセスをPDZドメインが負に制御していることが示されている。我々の実験結果よりOmiPDZドメインにWARTSが結合することが、そのプロテアーゼ活性増強と細胞死誘導に重要な役割を果たしていると考えられた。実際、WARTSのC端20アミノ酸だけをOmiと共発現させると細胞死が増強し、Omiのプロテアーゼ活性も上昇した。さらに細胞免疫染色にて細胞死刺激時にWARTSとOmiが共局在することも明らかにした。以上よりWARTSの癌抑制作用の一つとしてOmi誘導細胞死の活性化があると考えられた。
流体と弾性体を融合した統一的物理法則アニメーション手法の開発研究

3DCGにおいて異なる材質の連成・融合アニメーションなどが求められているが,シミュレーション手法が未だ確立されておらず,実用的な利用には程遠いのが現状である.本研究では,複数の異なる材質を一つの手法で賄うための,統一的物理法則アニメーション手法を開発した.流体と弾性体のシミュレーション手法を融合することで,高速かつ安定的に中間的な材質の表現を得ることができた.また,GPUやマルチコアCPUによる並列化も行うことができた.本年度に関しては,昨年度に提案した高速な粘弾性体アニメーション手法のGPUによる並列化を試みた.なお,ここでは,昨年度にCPUによる実装で得られたものと同程度の品質のアニメーションを生成できることを目標とした.GPU上の実装は,nVIDIA社によってリリースされているプログラミング言語であるCUDAを使って行った.まず,流体側の処理方法であるSPH法の実装に関しては,CUDAを利用した既存のパーティクルシミュレーションの実装を拡張する形で行った.GPUでの実装において最も時間がかかる処理は,点群が動的に変化する状況での近傍パーティクルの探索方法である.ここでは,グリッドハッシュと基数ソートに基づく方法を利用している.次に,弾性体側の処理方法であるシェイプマッチング法の実装に関しては,基本的にはSPH法と同じく近傍パーティクルの探索が必要となり,SPH法と共有することができる.あとは,CPUでの処理とほぼ同じであった.表面メッシュの生成に関しては,空間距離場の等値面を抽出することを基本とし,MC法をGPU上で実装することで行った.パフォーマンスに関しては,CPUがCore i7 2600,GPUがGeForce GTX 680の環境下にてテストを行った結果,CPUでの同じ点数での計算と比べ,表面メッシュの生成を含め,トータルで約2030倍程度の向上が確認できた.3DCGにおいて異なる材質の連成・融合アニメーションなどが求められているが,シミュレーション手法が未だ確立されておらず,実用的な利用には程遠いのが現状である.本研究では,複数の異なる材質を一つの手法で賄うための,統一的物理法則アニメーション手法を開発した.流体と弾性体のシミュレーション手法を融合することで,高速かつ安定的に中間的な材質の表現を得ることができた.また,GPUやマルチコアCPUによる並列化も行うことができた.本年度に関しては,主に統一的物理法則アニメーション手法の確立,および,サンプル実装と評価について行った.基本的には流体シミュレーションと弾性体シミュレーションを融合する形で進めていった.融合する上で考慮しなければならない要素として,(1)二つの手法を同じ形状表現の下で実行できること.特に,流体を扱う上で必要な内部構造の変化に対応できるような表現であること.(2)表面形状の品質が高いこと.このことは,CGの分野での利用において最終的な映像を出力する上で非常に重要である.流体シミュレーションについては,粒子法の一つであるSPH法を,弾性体シミュレーションについてはシェイプマッチング法による形状変形手法を利用した.これら二つのシミュレーション計算を次のように統合した.あるステップにおける現在位置の点群において,それぞれ流体もしくは弾性体と考えた場合の力の計算を行い,更新速度および更新位置を求める.それぞれ別に計算された二つの更新位置を一つのパラメータにより線形補間することで,二つの材質の中間的な振る舞いとなる挙動を実現した.シミュレーションのための形状表現としては点群表現を用いた.特に,流体の振る舞いに近い動きの場合は内部構造が動的に変化するため,点群表現にすることの利点は大きい.さらに,弾性体に近い動きの場合においても,破壊や破砕が起こる場合には,内部構造の位相変化を考える必要がある.点群表現を用いることでこれらの現象をも実現できる.表示のための表面形状に関しては,点群に対して陰関数曲面を割り当て,陰関数曲面が構成する空間距離場の等値面を抽出することでポリゴン形状を得た.サンプル実装の結果,シミュレーションのみの場合は1525fpsの速度で実行できること,表面抽出とレンダリングを含むと,0.55fpsまで速度低下が起こることが確認できた.本年度の研究の目的である,統一的物理法則アニメーション手法の確立,および,そのサンプル実装と評価については達成できている.サンプル実装において,表面抽出とレンダリングを含むと速度低下を起こすことは,事前に予想されていた結果であり,この点に関しては次年度の研究において取り組む予定である.今後については,GPU・マルチコアCPUによる並列化の他,高品質な表面形状生成について検討する.GPU・マルチコアCPUを使った並列化については,流体シミュレーションのGPUによる実装を参考にすることができ,並列化による高速化が十分に期待できる.ここでは統一的シミュレーションの計算や表示を含むすべてをGPUで行うことを考える.シミュレーションのうち流体のSPH法に関しては,すでに過去にGPUで実装された研究が発表されており,そのまま流用できるものと期待できる.弾性体のSM法に関しては,特にGPUでの過去の実装例は見受けられないが,本質的にはある点の周りの隣接点に関する処理が主であり,SPH法と大部分の実装部分を共有できるものと考えている.表面形状の高品質化に関しては,球体陰関数曲面の組み合わせによる空間距離場を用いている性質上,現状では必要以上に滑らかな形状になってしまう.これを回避するため,球体以外の陰関数曲面を用いることや,曲面追跡による直接的な表面生成手法について試行する.また,これらのGPUによる高速化についても検討する.次年度においては,GPUによる高速化を行うためのコンピュータやグラフィックボードの購入,および,出張旅費,会議参加費,英文校正代等に使用する予定である.なお,本年度は当初予定していた国際会議への論文の投稿をせず,国際会議への参加を取りやめたため,その分を次年度に合わせて使用する予定である.
在宅認知症者の排泄ケア支援アセスメントツールの開発と排泄ケアのアウトリーチの促進

本研究は、在宅における認知症者の排泄ケアをサポートするための専門家によるアウトリーチの一環として、在宅での排泄の問題を同定するためのアセスメントツールを開発することである。アウトリーチとは手を伸ばすという意味で医療などの分野における地域社会への奉仕活動などの意味合いで使われることが多い。本研究では、アウトリーチとは、研究者や専門医療機関の知見を在宅ケアの現場で活用できることと定義した。アセスメントとは必要な情報を収集し、問題を同定する看護ケアのプロセスのことである。そこで、本研究では以下の項目を目的とした。1.在宅認知症ケアにおける排泄の問題を明確にする。どのような認知症疾患でどのような時期にどのような排泄の問題が起こり、どのように対応しているのか、また、排泄ケアについて、介護者(家族、専門職)が持っている知識や情報リソースの入手の方法について、実際の在宅での認知症介護を担っている家族、ヘルパー、ケアマネジャー、訪問看護師などに聞き取り調査をして明らかにする。2.1の結果を基に、在宅ケアで使用できる排泄ケアアセスメントツールを開発する事によって在宅認知症ケアにおける排泄ケアのアウトリーチを促進する。しかしながら、現在様々なアセスメントツールをデジタル化して配信する技術が進んでおり、特に残尿量の測定をシールタイプでリアルタイムに簡便にモニターできるものなどがある。また他にもみまもりあいツールなどがあるため、そこと連動するようにできるためのものにする方が汎用性は高いと思われるため、そのようなことも踏まえての実態調査を実施するための準備をした。その一環として、第19回日本認知症ケア学会でも発表した終末期の認知症の排泄ケアのケースから、訪問看護師の排泄ケアでの役割を明確化したため、その内容も加えて実態調査を実施する。実態調査の準備の過程での事例研究において、現在様々なアセスメントツールをデジタル化して配信する技術が急速に進んでいることがわかった。特に残尿量の測定をシールタイプでリアルタイムに簡便にモニターできるものなどがある。また他にもみまもりあいツールなどがあるため、そこと連動するようにできるためのものにする方が汎用性は高いと思われるため、そのようなことも踏まえての実態調査を実施するために1年延長をした。当初の予定通りに進めるも早めに実態調査の用意をし、他のアセスメントツールに載せられる形を作る。本研究では以下の項目を目的とした。今年度は、次年度の本調査の内容を作成するための予備調査を実施することであったため、文献検討として、国内外の在宅認知症の排泄ケアについて、主要学術データベースであるMEDLINEでdementia, incontinenceをキーワードとしレビューした。近年10年分では、home careは、失禁の定義がバラバラだったり、診断名を基準に患者を抽出していたりで、リアルな実態を評価できているとは言い難いことがわかった。stigmaや恥じらいが関与し過少報告であろうことをDrennanラなどが書いている。対して、nursing homeでは、看護師など介護者が評価しているのが多い。認知症患者の失禁ケアは、精神症状などを含め対応が難しいため、NPなど専門職の介入が必要であるものの、現場での実践者への聞き取りでは、実際に排泄日誌などで排泄の問題をみるものの、得た情報をどのように使えばよいのかわからないということであった。9月開始の研究であったため、当初の予定とは若干遅れ気味であったが、少しずつ取り戻している。

その一環として、第19回日本認知症ケア学会でも発表した終末期の認知症の排泄ケアのケースから、訪問看護師の排泄ケアでの役割を明確化したため、その内容も加えて実態調査を実施する。実態調査の準備の過程での事例研究において、現在様々なアセスメントツールをデジタル化して配信する技術が急速に進んでいることがわかった。特に残尿量の測定をシールタイプでリアルタイムに簡便にモニターできるものなどがある。また他にもみまもりあいツールなどがあるため、そこと連動するようにできるためのものにする方が汎用性は高いと思われるため、そのようなことも踏まえての実態調査を実施するために1年延長をした。計画書の予定を前倒しして進める当初の予定通りに進めるも早めに実態調査の用意をし、他のアセスメントツールに載せられる形を作る。当初の予定よりやや遅れたことと、会議の日程があわずにweb会議などをしたため。研究計画が1年遅れたため、その分次年度に実施するため。
腕時計サイズ超高密度光ディスクにおけるナノメータアクセス機構の開発研究

超高密度光メモリの実現を目指して,ヘッドの光学特性,機械特性,ならびにスピンドルモータの回転特性について基礎データを蓄積した.主な成果は下記である.(1)開口部にレーザ光を誘導する導波路にサスペンション機能を付与した新アセンブリを創案しその機構性能を確認した.(2)サブミクロンのライン/スペースパターンを成形した光媒体により,nWオーダの微弱光を高感度に検出することで光ヘッドの周波数特性や分離長・ノイズなどの評価手法を確立し,100nmオーダの微細ピットの高速再生に向けた可能性を示した.また集光レンズ搭載光ヘッドにより350-200nmのライン/スペースを良好なS/Nで再生した.(3)紫外線硬化樹脂を用いたモノリシック型光ヘッドアセンブリを試作し,安定浮上とサブミクロンサイズ開口による光再生の両性能を実証した.(4)潤滑剤をイマージョンオイルに兼用する光接触スライダを創案し,シミュレーションにより高分解能・高出力化が可能なことを示した.また機構検討用ヘッドを用いて低実行接触圧での安定走行を確認した.(5)開口中央に金属散乱体を配した新光ヘッドを提案し,光出力と分解能の両特性が向上することを示した.(6)トラッキングおよびデータ再生が同時に可能で,しかもサーボパターン形成を不要とできる「TまたはL字」開口ヘッドを提案し,基本特性をシミュレータ上で確認した.(7)AFM用カンチレバーを流用した,アレイ状微細ヘッドの製造方法と機械特性を評価した.圧電薄膜を用いて3次元駆動可能なマイクロケンチレバーの製作,ならびに,高速走査時のプローブとディスクの接触振動の解析を行った.超高密度光メモリの実現を目指して,ヘッドの光学特性,機械特性,ならびにスピンドルモータの回転特性について基礎データを蓄積した.主な成果は下記である.(1)開口部にレーザ光を誘導する導波路にサスペンション機能を付与した新アセンブリを創案しその機構性能を確認した.(2)サブミクロンのライン/スペースパターンを成形した光媒体により,nWオーダの微弱光を高感度に検出することで光ヘッドの周波数特性や分離長・ノイズなどの評価手法を確立し,100nmオーダの微細ピットの高速再生に向けた可能性を示した.また集光レンズ搭載光ヘッドにより350-200nmのライン/スペースを良好なS/Nで再生した.(3)紫外線硬化樹脂を用いたモノリシック型光ヘッドアセンブリを試作し,安定浮上とサブミクロンサイズ開口による光再生の両性能を実証した.(4)潤滑剤をイマージョンオイルに兼用する光接触スライダを創案し,シミュレーションにより高分解能・高出力化が可能なことを示した.また機構検討用ヘッドを用いて低実行接触圧での安定走行を確認した.(5)開口中央に金属散乱体を配した新光ヘッドを提案し,光出力と分解能の両特性が向上することを示した.(6)トラッキングおよびデータ再生が同時に可能で,しかもサーボパターン形成を不要とできる「TまたはL字」開口ヘッドを提案し,基本特性をシミュレータ上で確認した.(7)AFM用カンチレバーを流用した,アレイ状微細ヘッドの製造方法と機械特性を評価した.圧電薄膜を用いて3次元駆動可能なマイクロケンチレバーの製作,ならびに,高速走査時のプローブとディスクの接触振動の解析を行った.本年度は,ナノトラッキング系,精密回転系,およびR/W系について,各要素の基本性能を測定した.1.ナノトラッキングについては,まず,ヘッドを駆動するPZTマイクロカンチレバーの設計および製造プロセス開発を行った.3次元駆動に有利なT字型構造の考察,ゾルゲル法による薄膜作成法の改良により,レバー長0.5mm,ブリッジ長1mmで約1μm×1μmの駆動範囲を実現した.またカンチレバーのタッピングによるディスク面との距離計測法を研究した.弾性振動論を用いて衝突振動シミュレーションを行うとともに,3角測量式レーザ変位計を用いた実験により理論の妥当性を確認した.またカンチレバーのマルチ化によるトラッキング負荷低減法を検討し,カンチレバー間の力学的振動干渉を解析した.2.回転系については,まず,ナノメモリ回転系のベースとなる,現用ハードディスクおよびDVDにおける回転系の動特性を測定した.ナノメータ精度の振動測定装置を構成し,ディスク回転数,直径を変えて,ディスクの回転同期,非同期振動を測定し,データを蓄積した.また,ディスクの回転同期振動は正弦波で,非同期振動はランダム波でモデル化し,さらにカンチレバーの空気抵抗,内部摩擦,支持点損失を考慮した振動方程式を導出し,カンチレバーに励起される振動を推定した.3.R/W系については,将来のナノメモリ用ヘッドと類似の光学構造をもつ走査型近接場光学顕微鏡を用いて,微小データピット再生模擬実験を行った.媒体としては,ガラス板にクロムを200nmピッチで縞状に蒸着したものを用いた.顕微鏡プローブと媒体の相対位置を種々変化させて透過光量を測定し,それらの関係を簡単な実験式にまとめた.以上により,プローブ開口φ70nm,プローブ媒体間隙間40±10nm,トラック誤差で±20nmで,φ200nmのピットを再生可能なことを示した.本年度は,光信号再生方法とフォーカシング方法について下記の研究を行った.1.光信号再生方法近接場光のディスク面での透過・反射特性を解析した.まず,波動方程式とグリーン関数法による2次元近似解析を行った.スライダに搭載された光源からの出射光が,媒体面で反射・透過する様子を計算し,各種光検出方式の優劣を比較した.

その結果,ディスク反対面にフォトディテクタを設置する方式が最も高いコントラストが得られることが分かった.つぎに,本方式に対して,より正確なFDTD法による3次元解析を行った.その結果,コントラストを最大にするスライダ浮上高さが存在することが分かった.また実際のヘッドの構成を考案した.スライダを柔に支持するサスペンション機能と,光の導波機能を同時に満たすものとして,紫外線硬化樹脂をベースとしたフレキシブル導波路を採用し,具体的なスライダおよび支持機構を設計・製作した.試作品に対して,スライダ浮上特性を測定し,設計値とおりの静・動特性が得られることを確認した.2.フォーカシング方法スライダに搭載したAFMプローブによるフォーカス制御について検討した.駆動機構が単純で,かつ現状技術で作成可能なPZT薄膜による自己駆動型カンチレバーを対象とした.ファイバ型ホモダイン干渉計を製作し,長さ500μmのカンチレバーの周波数特性を測定し,さらに,サファイヤ表面への追従性能を測定した.その結果,ナノメートルオーダでの追従精度が得られることを確認した.さらに,高速走査時におけるタッピング運動の解析に着手した.本年度は,R/Wヘッドの光学的,機械的特性,ならびに精密トラッキングに関して以下の成果を得た.レーザ出射用微小開口をもつシリコンヘッドアセンブリを製作した.これに,光の誘導とスライダ支持を兼ねるフレキシブル導波路,ならびに高出力レーザを組合わせ,金属ROM媒体上に浮上させた。最小パターン幅0.8um、帯域数MHzで安定した再生信号を得た。上記光ヘッドの小型化を狙い、フレキシブル導波路に、スライダ・サスペンションを一体集積した光ヘッドアセンブリを創案し、機械特性検討用のサンプルを試作した。70nmの浮上すきまで安定に動作することを確認した。また,ヘッド・媒体間の光学距離を低減し,高記録密度化することを目的に,潤滑剤をイマージョンオイルとし、動圧発生面の一部に接触パッドを形成した動圧アシスト型接触光ヘンドスライダを創案した.さらに,検出光量の増大を目的に、開口内に金属散乱体を形成した近接型光ヘッドを提案した。シミュレーションにより,出力が2倍程度増大できることを確認した。2.精密トラッキング制御ボイスコイルモータ(VCM)を粗動アクチュエータとし,櫛歯型静電MEMSアクチュエータを微動アクチュエータとする2段制御機構を対象に、シミュレーションによりトラッキングエラーを評価した。想定される静電アクチュエータは、共振周波数が目標制御帯域(3kHz)に比べて低く、さらに発生力は極板間距離の二乗に反比例する非線形性を有する。これらに対して、微動アクチュエータに対する粗動アクチュエータの加速度成分の補償、非線形補償などを用いて対処した。トラック位置変動が100um,ppの偏心(RRO)成分と、全周波数帯域における100nmの振動からなるとした場合、5kHzの帯域にて最大トラッキングエラー50nmの結果を得た。近接場光を用いた超高密度光メモリの実現には,光の波長を下回る微小開口を搭載した光センサヘッドが必要である.
光による結合量子ドットのスピン操作

半導体量子ドットのスピンを光によって操作するには、高いスピン偏極率や、長いスピン緩和時間の実現が望まれる。本研究では、均一性が高い量子ドットの第二励起準位で、円偏光励起によって45%もの高いスピン偏極率の初期値が得られることを明らかにした。また、柱状の形状を持ち縦方向に量子力学的に結合したコラムナ量子ドットで、円偏光励起によって5.3 nsもの長いスピン緩和時間が得られることを明らかにした。高均一量子ドットの基底準位から第二励起準位にいたる各準位のスピン偏極率を時間分解フォトルミネッセンス(PL)法によって調べた。サンプルはGaAs層で埋め込んだ高均一量子ドット(PL半値幅:19meV)である。実験では、チタンサファイアレーザを光源とする円偏光パルスを用いてスピン偏極キャリアをGaAs層に光励起し、ドット中に緩和したキャリアのPLをストリークカメラによって時間分解測定した。キャリアスピンの向きはPLの円偏光から判別した。その結果、5mW励起での第二励起準位(1050-1070nm)のPLでは、スピン偏極率の初期値が45%という非常に大きな値を有していることがわかった。この高いスピン偏極率のために、スピン偏極の緩和は160psと高速であるものの、発光強度の時間積分値から求めたスピン偏極率は約24%という大きな値が得られた。他の準位のスピン偏極率は、基底準位(1170-1190nm)では1mW励起において約11%、第一励起準位(1108-1128nm)では3mW励起において約12%、第三励起準位(980-1000nm)では15mW励起において約26%という値が得られた。高いエネルギー準位ほど、スピン偏極率が大きくなるのはスピンパウリブロッキングに起因すると考えられる。本研究では他に、材料系の異なる量子ドットの可能性を探るために、CdTe/ZnTe量子ドットのドット間のキャリア移動を時間分解PL法によって調べた。その結果、このキャリア移動が熱によって移動が活性化されるというモデルで説明できることがわかった。また、スピンの応用可能な材料系の探索のために、六方晶GaNのアクセプタ束縛励起子のスピン緩和時間をポンプ・プローブ法によって調べ鳥その結果、50K以下では1.5ps前後の極めて高速のスピン緩和時間を示すことが明らかになった。昨年度に、高均一量子ドットの励起準位で高いスピン偏極率が得られることを報告した。今年度はこのメカニズムの解明にとりくんだ。高均一量子ドットの各準位のスピン偏極率を時間分解フォトルミネッセンス(PL)法によって調べた。フェムト秒円偏光パルスを用いてスピン偏極キャリアをGaAs層に光励起し、ドット内に緩和後のPLをストリークカメラによって時間分解測定した。その結果、光励起直後のスピン偏極率は極めて大きいことがわかった。5mW励起での第二励起準位(1050-1070nm)のPLでは、スピン偏極率の初期値が45%という非常に大きな値を有しており、第一励起準位(1108-1128nm)では3mW励起において31%、基底準位(1170-1190nm)では1mW励起において22%もあることがわかった。これらの高いスピン偏極率の原因としてはスピンパウリブロッキングを想定し、この効果を含んだレート方程式を用いて解析を行ったところ、良い一致を得た。また、結合した量子系のスピン緩和を調べるために、結合量子井戸のスピン緩和を測定した。その結果、電子のスピン緩和時間が励起光強度にあまり依存しないことが明らかになった。また、ホットキャリアの緩和過程のスピン緩和への影響を調べるために、第三高調波発生器によるポンプ・プローブ測定系を試作した。テストとしてInGaNのホットキャリアの緩和時間を測定し、緩和時間が15Kで、0.9psと極めて高速であることを明らかにした。加えて、新しい半導体であるGalnNAsのスピン緩和を測定し、局在と非局在励起子で、スピン緩和時間が2nsと192psと一桁違うことを明らかにした。窒化物半導体でも量子ドットの形成が報告されていることから、窒化物の量子ドットでのスピン物性の解明にも今後、取り組む予定である。結合した量子系でのスピンの振る舞いを調べるために、縦方向に柱状に積層したコラムナ量子ドットのスピン緩和を調べた。コラムナ量子ドットは、GaAs(001)基板上にMBE法で、1.8MLのInAs量子ドットを成長し、その上にGaAs層(3ML)とInAs層(0.62ML)を交互に3,20,35周期成長させて作製した。この場合、InAs量子ドットを種にして成長方向に向かって柱(コラム)状の量子構造が形成できる。コラムの直径は30nm40nmである。

スピン依存時間分解フォトルミネッセンス(PL)測定では、ドット中に緩和したキャリアの発光をストリークカメラによって時間分解測定する。測定系の時間分解能は15psである。35周期積層したコラムナ量子ドットのスピン緩和時間は単一指数関数近似により5.3nsとなった。20、3周期積層コラムナ量子ドットでは、スピン緩和時間はそれぞれ3.4nsと1.6nsが得られた。このことから、ドットの積層数が増えるとスピン緩和時間は長くなることが分かった。一方、キャリアの発光寿命も、積層数が多くなるほど長くなることがわかった。ドットの積層数が増えると電子とホールの波動関数が空間的にずれる可能性があり、この場合、発光寿命は長くなる。またこのとき、交換相互作用によるスピン緩和メカニズムであるBir-Aronov-Pikus効果では、波動関数の重なりが減るほどスピン緩和時間が長くなる。したがって、コラムナ量子ドットでは、Bir-Aronov-Pikus効果が主要なスピン緩和メカニズムとして働いている可能性が高いことが明らかになった。
后妃・女院の儀礼と生活様態の変容にみる中世上流住宅の復原的研究

本研究は、平安時代から南北朝時代頃の后妃・女院の儀礼と生活様態の変容を住宅史の視点から明らかにすることを目的とする。今年度は、前課題より推進してきた、儀礼空間における女性の座を示す打出という舗設の変遷を明らかにするために、指図に示された打出を収集した。大日本古記録・史料大成・続史料大成等に所収された指図を複写する作業を行った。具体的に打出の図が示された、廣義門院御産愚記(延慶4年(1311)4月11日条、姫宮御五十日(『公衡公記』所収)、『花園天皇宸記』齋場御覧公卿淵酔(正慶元(1332)年11月12日条)を見出した。これにより打出の舗設は、南北朝時代まで継承された。室町殿まで継承されることが予見され、次年度の課題としたい。また、国文学・服飾史との共同研究により、2回の口頭報告等を実施した。(1)天徳4年(960)内裏歌合の場や、皇后宮寛子春秋歌合の場(天喜四年(1056)の復原を推進し、和歌文学会の例会で発表した。春秋歌合は、里内裏である一条院が会場とされた。渡殿を公卿座、簀子を殿上人、廂の御簾内を女房座とする構成は、天徳内裏歌合に準じるが、左右の女房装束を互い違いにするなど、創意に富んだ演出が生み出された。この場合、左右女房は歌合の趣向に合わせて左・春、右・秋の装束を着用しているが、几帳にはあやめ草模様が用いられ、季節に即した夏仕様であった点を示した。(2)頼通水閣歌合の復原を推進し、平泉文化フォーラムにおいて報告した。国際的な成果の発信として、米国メトロポリタン美術館の源氏物語展に際して、源氏物語の六条院研究の成果を、英文図録にまとめた。国文学・服飾分野との共同研究により、舗設の色彩や文様の復原をするなど、新しい視点が得られた。昨年度は、御五十日や、齋場御覧公卿淵酔における打出の指図を見出した。本年はこれらの行事について、さらに詳しく検討を進めたい。
神経障害性疼痛における活性化アストロサイト由来Dセリンの作用

神経障害性疼痛は発症機序が不明なため、根本的な治療法が無く臨床上重大な問題となっている。末梢神経を損傷させた神経障害性疼痛の脊髄においてアストロサイトは細胞体および突起を肥大化させ活性化することが知られている。また、神経障害に伴うアロディニアや痛覚過敏などの発症にN-メチル-D-アスパラギン酸(NMDA)受容体活性化が深く関与しているが、そのNMDA活性化メカニズムは不明である。本研究は活性化アストロサイトによる脊髄後角ニューロン変調メカニズムを明らかにするために、Dセリンの神経障害性疼痛における役割解明を基軸に据え、アストロサイトとの相互関係を明らかにすることを目的とした。本年度は、脊髄における神経伝達物質の遊離をマイクロダイアリシス法で検出するシステムを構築した。すなわち、イソフルラン麻酔下でマイクロダイアリシスプローブを脊髄内に挿入し、ホルマリン刺激によるD-セリン、グルタミン酸などの遊離量を解析した。その結果、ホルマリン刺激後の2相において、D-セリン、グルタミン酸分泌量がいずれも上昇することが明らかとなった。本年度は、脊髄内での神経伝達物質の遊離をマイクロダイアリシス法で検出するシステムを構築した。本システムを用いてマイクロダイアリシス法による灌流液中のアミン酸分析を行った結果、ホルマリン刺激後にD-セリン、グルタミン酸分泌量がいずれも上昇することが明らかとなった。すなわち、脊髄内の神経伝達物質を解析するシステムが構築できた。以上の理由より、当初の実施計画におおむね順調に進展していると考える。絞扼性神経損傷(chronic construction injury: CCI)モデルを作成し熱刺激による逃避行動、von Frey試験、重心比重試験により疼痛関連行動を観察し、マイクロダイアリシス法により、神経障害性疼痛によるD-セリン分泌量、グルタミン酸分泌量などについて解析する。また、Dセリン代謝関連酵素阻害剤などにより神経障害性疼痛に対して抑制効果が得られるかについて検討する。具体的には、脊髄後角におけるアストロサイト、Srr, DAO, NMDA受容体発現量の変化を免疫組織化学的、In situ hybridization(ISH)法で定性解析するとともに、脊髄後角の組織における各種タンパク質、遺伝子発現を定量解析する。2018年度に神経障害性疼痛モデルによるD-セリン遊離量、グルタミン酸遊離量について解析する予定であったが、計画を変更しホルマリン慢性疼痛モデルを使用したため、未使用額が生じた。2019年度はホルマリン慢性疼痛モデルとともに神経障害性疼痛モデルを用いて検討する予定である。