hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
肝細胞癌に対する陽子線治療の最適化に向けた臨床的研究

平成21年度に、2001年から筑波大学付属病院で肝細胞がんに対して陽子線治療を施行した266症例273部位について、陽子線治療計画装置を用いてDose Volume Histgram(DVH)の解析を施行した。陽子線治療施行後の肝機能推移や消化管潰瘍・肋骨骨折などの晩期有害事象に関するデータ収集も並行して施行した。平成22年度に、前年度に集積したデータを解析した。解析の結果、肝細胞癌に対して陽子線治療を施行する際は、腫瘍周辺の消化管・肝門部などとの位置関係から治療スケジュールを選択することが陽子線治療を安全に施行するために必要であると判断された。特に消化管に腫瘍が近接する際は、消化管出血や消化管潰瘍などのリスクがあるため慎重な治療が必要と判断される。この解析によって、これまで不明確であった肝細胞癌に対する陽子線治療の必要線量・線量分割が明確化され、今後の陽子線治療の普及に大きな意義があると考えられる。また、今回の解析では巨大腫瘍や血管内腫瘍塞栓など従来の治療法では根治困難な症例であっても、安全かつ良好な治療効果が得られる事が明確化した。これまで無治療で経過観察を余儀なくされていた多くの患者さんに根治的な治療が可能となることが予想され、臨床的意義は極めて大きいと判断される。本年度は、2001年9月から筑波大学附属病院で肝細胞癌に対して陽子線治療を施行した266症例273部位について、陽子線治療計画装置を用いてDose Volume Histgram(DVH)の解析を施行しました。陽子線治療施行後の半年毎の肝機能推移や消化管潰瘍・肋骨骨折などの晩期有害事象に関するデータ収集も平行して施行しました。現在、陽子線治療施行後の肝機能変化がどのような因子によってどの程度悪影響を及ぼすか、統計ソフトを用いて解析中です。肝細胞癌に対する陽子線治療がどのように正常な肝機能に影響を及ぼすかを明確にすることによって、陽子線治療を施行する前に陽子線治療の安全性を評価することが可能となりその臨床的な意義は非常に大きいと考えられます。また、陽子線治療後の晩期有害事象の頻度・重傷度と陽子線治療との因果関係についても現在解析中です。同一患者に複数回の陽子線治療を施行した症例の解析については、現時点ではDVH作成まで終了しており、今後は医療画像解析システムを用いて、同部位に重複して陽子線治療を施行した場合の安全性について評価予定です。また、陽子線治療の精度について、陽子線治療施行時に使用する金属マーカーの呼吸に伴う変動について調査し、呼吸に伴う誤差をカバーするのに必要な照射範囲を算出しております。現時点で、肝機能評価・有害事象の評価・解析に必要なデータ収集がほぼ終了しており、今後はこれらの解析結果を基に、肝細胞癌に対する陽子線治療の適応基準作成および最適な照射範囲設定の基準作成を行う予定です。前年度に集積したデータを解析し、肝細胞癌に対する治療効果・有害事象について解析しました。解析の結果、肝細胞癌に対して陽子線治療を施行する際は、腫瘍周辺の消化管・肝門部などとの位置関係から治療スケジュールを選択することが陽子線治療を安全に施行するために必要であると判断されました。特に消化管に腫瘍が近接する際は、消化管出血や消化管潰瘍などのリスクがあるため慎重な治療が必要と判断されます。この解析によって、これまで不明確であった肝細胞癌に対する陽子線治療の必要線量・線量分割が明確化され、今後の陽子線治療の普及に大きな意義があると考えられます。また、今回の解析では巨大腫瘍や血管内腫瘍塞栓など従来の治療法では根治困難な症例であっても、安全かつ良好な治療効果が得られる事が明確化しました。従来の内科的治療法が困難なこれらの病態が治療可能となることによって、これまで無治療で経過観察を余儀なくされていた多くの患者さんに根治的な治療が可能となることが予想され、臨床的意義は極めて大きいと判断されます。陽子線治療が安全に照射可能な対象を明確化するための解析を施行しました。その結果、陽子線治療後の肝機能悪化を防ぐには、正常肝臓に対する陽子線照射体積を最小限にすることが重要であると判断されます。

陽子線治療はその優れた線量集中性から正常肝臓に対する照射体積を最小限にすることが可能であり、肝細胞癌に対する治療手段として非常に有用であると考えられます。今回の解析では、安全に照射可能な範囲を明確に数値する事は出来なかったが、特に肝機能不良な患者では正常肝臓に対する照射体積を少なくすることが非常に重要であると判断されます。肝機能保持するための因子が明確化したことは、今後の肝細胞癌に対する陽子線治療において大きな意義があると考えられます。
有機フレキシブル熱電変換デバイスの基礎検討

有機エレクトロニクスの将来像の一つであるウェアラブルエレクトロニクスなどの電力源として、有機半導体や有機導体材料を用いた熱電変換素子を創出することを発展的目標とする。そのために、高い熱電変換特性が得られる有機材料をスクリーニングし、有機温度差発電素子のための基礎的な検討を行うことが本研究の主目的である。有機材料に特化したゼーベック係数と導電率の測定装置については最終的な改良を済ませ、複数の有機材料の比率を制御して共蒸着することができるようになった。今年度までに、この装置を用いて、不純物量が異なるものを含めて有機半導体薄膜6種、有機導体薄膜6種、モット絶縁体単結晶4種、有機半導体単結晶1種の熱電特性を評価した。これまでのところ、再現性のあるデータが得られている範囲では、典型的な導電性ポリマーであるPEDOT:PSSのうちで導電率の高い試料が最も良い熱電特性を示し、熱電性能の指標であるパワーファクターが3.3×10^<-8>W/K^2cm、室温におけるZT値が4.9×10^<-3>であった。これは目標とする値の数十分の1である。また、他の研究グループによる報告値も含めて有機半導体材料の熱電特性を評価・解析したところ、典型的な半導体材料を使う限りにおいてキャリアドーピング量を変化させても半導体の熱電効果理論を超えるものが見いだされておらず、その限界は目標には達しないと推測される結果となった。このことから、典型的な半導体材料ではないものに探索の重点を移すべきであると判断される。一方、まだ再現性には乏しいが、有機モット絶縁体の一種において、特定の条件下で10mV/Kを超える大きなゼーベック係数が得られた。今後、このようなエキゾチックな物性を示す材料を中心に探索してゆくべきであるという方針を得た。平成20年度は、まず、有機材料に特化したゼーベック係数測定装置を構築した。有機材料は大気中で不安定なものが多く、水や酸素の存在によって材料の酸化やキャリアドーピングが起こってしまうものが多い。そのような材料を大気中で評価すると、キャリアドーピング量に依存するゼーベック係数が再現性良く得られず、正当な評価ができない。そこで、高真空暗所で薄膜蒸着してその場で測定を行い、必要に応じて酸素などのガスも導入できるようにした。また、薄膜状の小面積試料に対して適切な温度勾配を付与できる試料ホルダーを設計・製作した。さらに、極めて導電率の低い試料も測定できるよう、高入力インピーダンス差動増幅回路を自作し、それを3組用いることで、試料上2点間の温度差と電位差を高精度で測定できるようにした。この装置を用い、典型的な3種の有機材料について試験的にゼーベック係数と導電率を測定した。高純度ペンタセンのその場測定により、極めて導電率が低い材料のゼーベック係数を測定できることが確認された。その際、一般にp型半導体材料として知られているにも関わらず、高純度なペンタセンの多数キャリアは電子であることが判明した。高密度にアクセプタドープしたDPh-BTBTの測定では、1.2mV/Kという比較的大きいゼーベック係数が得られた。また、有機導体であるTTF-TCNQの測定では、ゼーベック係数こそ小さいものの、室温での無次元性能指数3.3×10-6が得られ、有機導体系も熱電変換材料として有望であることが確認された。有機材料に特化したゼーベック係数と導電率の測定装置についてはほぼ完成の域に達した。これについては、すでに国際会議などでの発表で高い評価を得ている。複数の有機材料の比率を制御して共蒸着するための装置改造についても着手したが、まだ改良の余地があることから、今後さらに改良を続ける。また、この装置を用いて、典型的な有機半導体/導体材料である高純度ペンタセン、酸素ドープペンタセン、C_<60>F_<36>ドープDPh-BTBT、PEDOT:PSS、TTF:TCNQなどについてゼーベック係数と導電率の評価を行い、PEDOT:PSSなどの高導電性ポリマーおよびペンタセンなどの高キャリア移動度低分子材料にキャリアドーピングしたものが大きな熱電変換性能指数(ZT)を得るために有望であることを確認した。これまでに得られたZT値は、先行している無機半導体熱電変換材料より約2桁小さい値である。素子作成上できるかぎり大きなゼーベック係数が望ましことから、そのために有利な高移動度半導体について、未だ主導原理が確定していない化学的キャリアドーピング方法を確立し、高いゼーベック係数を保ちながら導電率を上昇させる方法を探索してゆく。

そのために、高い熱電変換特性が得られる有機材料をスクリーニングし、有機温度差発電素子のための基礎的な検討を行うことが本研究の主目的である。有機材料に特化したゼーベック係数と導電率の測定装置については最終的な改良を済ませ、複数の有機材料の比率を制御して共蒸着することができるようになった。今年度までに、この装置を用いて、不純物量が異なるものを含めて有機半導体薄膜6種、有機導体薄膜6種、モット絶縁体単結晶4種、有機半導体単結晶1種の熱電特性を評価した。これまでのところ、再現性のあるデータが得られている範囲では、典型的な導電性ポリマーであるPEDOT:PSSのうちで導電率の高い試料が最も良い熱電特性を示し、熱電性能の指標であるパワーファクターが3.3×10^<-8>W/K^2cm、室温におけるZT値が4.9×10^<-3>であった。これは目標とする値の数十分の1である。また、他の研究グループによる報告値も含めて有機半導体材料の熱電特性を評価・解析したところ、典型的な半導体材料を使う限りにおいてキャリアドーピング量を変化させても半導体の熱電効果理論を超えるものが見いだされておらず、その限界は目標には達しないと推測される結果となった。このことから、典型的な半導体材料ではないものに探索の重点を移すべきであると判断される。一方、まだ再現性には乏しいが、有機モット絶縁体の一種において、特定の条件下で10mV/Kを超える大きなゼーベック係数が得られた。今後、このようなエキゾチックな物性を示す材料を中心に探索してゆくべきであるという方針を得た。
メトキシフェニルチオメタンを用いる新増炭素手法の開発

メトキシ(フェニルチオ)メタンを鍵中間体とするポリカルボニル化合物の新規な合成法を確立した。(1)掲題化合物1__#とアルデヒドの付加体2__をMe_2SO_2cl-E+_3Nで処理することによりα-スルフェニルフルデヒドの一般合成法を開発した。この化合物にWittig反応することによりビニルスルフィドに変換し、続いてこれを加水分解することにより目的とする1,4-ジカルボニル化合物を収率良く得た。本法はγ-オキソエステル、ニトリル、アミド、ケトン等に適用できる一般性の高い合成法である。従来、1,4-ジカルボニル化合物は主としてC_3+C_1またはC_2+C_2単位のカップリングで合成されてきた。ここではその骨格C_2+C_1+C_1により構築されており、従来に例を見ない全く新らしいルートである。さらに本法はより高次のポリカルボニル化合物、例えば1,4,7-トリカルボニル化合物にも適用される。(2)前法では2__からの二炭素延長をフェニルチオ基の転位およびWittig反応の二段階で達成した。引きづつき検討した結果、本工程を一般で行なえる方法を見つけた。2__をアセチル化またはメシル化した後四塩化スズ存在下でエノールシリルエーテルと反応させるとγ-フェニルチオ-β-メトキシケトン3__が得られる。3__をmCPBA酸化,熱分解することにより1,3-ジケトンを、3__をt-BuOKで処理続いて加水分解することにより、1,4-ジケトンを得た。これらの反応は新規なフェルニチオ基転位と、隣接するメトキシおよびフェニルチオ基の選択的な脱離反応を巧に組合わせて達成されたものであり掲題化合物の特徴をうまく利用したものである。従って掲題化合物は従来の一炭素延長剤には見られなかった種々の等価体としての利用が今後益々拓けるものと期待される。
2,3,4次元空間の幾何学における数理物理学的諸方法の統合

境界付き3次元多様体に対するフレーアーホモロジーの定式化を行なったのが本年度の最大の成果である。これによって,ゲージー理論にもとずく3次元多様体の不変量であるフレーアーホモロジーを2・3次元の位相的場の理論とみなすことができる。さらに,2・3次元の位相的場の理論として従来から知られていた共型場の理論+ジョーンズ・ウィッテン不変量と(形式的には)まったく類似な理論構成を行なうことができる。このことはゲージー理論と共型場理論の結び付きを探すのに有効であり,本研究の目的であった,低次元多様体における場の理論の諸方法の統一に寄与するものである。この研究はいかに述べる諸分野と関わる:(1)ホモロジー代数学(加法圏,アーベル圏の理論)。(2)代数的位相幾何学(無限ループ空間,A^∞空間)。(3)シンプレクティック幾何学(ラグランジアンの交叉の理論,概複素曲線の理論)。(4)基本群の表現空間の幾何学(5)ゲージー理論。(6)非線形方程式の(大域的境界条件に関する)初期・自由境界値問題。あるいは,アティヤー・パットーディ・ジンガーの理論の非線形化。(7)タイヒミューラー空間の幾何学。(8)δ・モデル,交叉対称性などの場の理論の諸方法。この研究についてはその要約〔1〕を執筆した。詳細を含む論文は準備中である。次に分担者による関連した研究について述べる。松本はリーマン面の退化の研究(タイヒミューラー空間のコンパクト日と関わる)とその曲面をファイバーとするファイバー空間であるような4次元多様体の研究への応用を川又はアバンダンス予想の解決など3次元代数多様体の研究を行なった。また河東はサブファクターの分類と位相的場の理論の関係を明らかにし,小木曽は共型場の理論と深く関わるミラーシンメトリィの舞台であるキャラビーヤウ多様体上の有理曲線を,牛腸はウィッテン不変量の幾何学的意味を研究した。
観測記録を用いた設計用入力地震動作成手法の研究―合成波の定量的評価―

■研究目的構造物の耐震技術を向上するため,耐震安全性評価法のさらなる充実と合理化を目指し,現在開発中である"直交ウェーブレット変換を用いた設計用入力地震動作成手法"の改良,評価・検証を目的とした。■研究方法本手法は平成22年度課題「直交ウェーブレット変換を用いた設計用入力地震動の作成手法に関する研究」(課題番号22920014)と同様であるため,手法の詳細は割愛する。本手法では,1波の設計用入力地震動(以下,合成波)の作成にあたり複数の観測波を用いるため,観測波群の適切な選定が肝要となる。本研究では,観測波そのものの性質を評価した上で,作成した合成波の性質との関係を明らかにした。なお観測波群は工学的基盤上で得られた1gal以上の波とし,サイト増幅特性を可能な限り排除するようにした。■主な研究成果A.マグニチュードと震源距離の違いによる観測波と合成波の定量的評価観測波の時刻歴包絡に大きく影響するマグニチュードおよび震源距離に対して,観測波の包絡との関係を定量的に評価し,これが合成波にどのように反映されるかをエネルギー平均(波形の重心)と標準偏差(波形の広がり)という指標を用いて評価した。その結果,両者が比例関係にあること,合成波の方が標準偏差は23倍程度に大きい傾向があることを確認し,合成時には時刻歴上でのシフト調整が必要であることがわかった。B.周期非定常性の定量的評価合成波と用いた観測波群をそれぞれウェーブレット変換により約0.130Hzの範囲で9種の周波数帯に分離し,互いの性質を確認した。この結果,観測波の選定方法に関わらず,観測波群の各周波数帯のエネルギー平均の推移が合成波に反映されることを示した。これは,合成波に観測波群の平均的な周期非定常性がよく反映されることを示唆した結果である。ただし,観測波群の各周波数帯の波形標準偏差は,合成波の方が観測波の1.32倍程度大きくなる傾向が見られた。
増殖性硝子体網膜症発生における細胞成長因子と細胞外マトリックスの関与

増殖性硝子体網膜症発生機序における、TGFβとフィブロネクチンの関与を検討した。平成6年度において、TGFβが網膜色素上皮細胞および網膜グリア細胞によるフィブロネクチン産生を濃度依存性に増大させること、また、これらの2種類の細胞のフィブロネクチンへの接着をTGFβが濃度存在性に増大させることを明らかにして、TGFβが増殖性硝子体網膜症の発症において非常に重要な役割を果していることを示した。TGFβによって増大されたフィブロネクチン産生を抑制することは、難治性の増殖性硝子体網膜症の治療につながるので、平成7年度において、網膜色素上皮細胞および網膜グリア細胞によるフィブロネクチン産生を抑制する可能性のある薬剤としてretinoic acidを選び,その影響を検討した。retinoic acidは10^<-8>U/mlでは影響を与えなかったが、10^<-7>U/mlの濃度では、細胞毒性は示さずに、TGFβにより増大したフィブロネクチン産生を抑制した。10^<-5>U/ml以上の濃度では、細胞毒性を示した。網膜色素上皮の重要な性質である視細胞外節に対する貧食能に与える細胞増殖因子の影響を検討した。TGFβは網膜色素上皮細胞への接着も貧食も濃度依存性に抑制した。TGFβは網膜色素上皮細胞に対して、フィブロネクチン抑制以外にも貧食能に対しても作用を有することが明らかとなった。網膜色素上皮細胞の性質を検討するためにシート状に採取した網膜色素上皮を用いて、創傷治癒実験ができる系を確立した。増殖性硝子対網膜症の発症における細胞増殖因子の関与を平成5年度に引き続いて検討した。培養ラット網膜色素上皮および培養ラット網膜グリア細胞を用いて、増殖因子が細胞と細胞外マトリックスに与える影響を検討し、それらの関係を抑制する薬剤についても合わせて検討した。網膜色素上皮や網膜グリア細胞が細胞外マトリックスに結合し、収縮することは増殖性硝子体網膜症の発症の重要な一段落であるが、transforming growthfactor-β(TGFβ)と炎症性サイトカインのひとつであるインターロイキン6がラット網膜グリア細胞およびラット網膜色素上皮細胞のフィブロネンチンおよびコラーゲンへの接着を濃度依存性に促進することも明らかにした。これはTGFβなどの細胞増殖因子やサイトカインが細胞外マトリックス産成促進だけではなく、細胞と細胞外マトリックスの接着促進を通じて、増殖性硝子体網膜症の発症に深く関与していることを示唆するものである。培養ラット網膜色素上皮および培養ラット網膜グリア細胞によるフィブロネクチン産成をTGFβが促進することを平成5年度の研究で明らかにしたが、実際の治療に役立つ薬剤を検討するためにTGFβによって促進されたフィブロネクチン産成を抑制する物質を検討した。種々の薬剤を検討した結果、ビタミンAの誘導体のひとつであるretinoic acidがTGFβによって促進されたフィブロネクチン産成を濃度依存性に抑制することを見いだした。このことから増殖性硝子体網膜症の発症を抑制する可能性のある薬剤としてビタミンAが有望であること考えられる。増殖性硝子体網膜症発生のメカニズムにおける、TGFβとフィブロネクチンの関与を検討した。平成6年度において、TGFβが網膜色素上皮細胞および網膜グリア細胞によるフィブロネクチン産生を濃度依存性に増大させること、また、これらの2種類の細胞のフィブロネクチンへの接着をTGFβが濃度依存性に増大させることを明らかにして、TGFβが増殖性硝子体網膜症の発症において非常に重要な役割を果たしていることを示した。

まず、retinoic acidの細胞毒性を検討したが、10^<-8>U/mlから10^<-6>U/mlの間の濃度では、網膜色素上皮細胞および網膜グリア細胞の細胞数に影響を与えなかったが、10^<-5>U/ml以上の濃度で細胞数が減少したので、10^<-5>U/ml以上の濃度で細胞毒性を有することが明らかになった。retinoic acidの培養網膜グリア細胞によるフィブロネクチン産生への影響を検討したところ、10^<-8>U/mlでは影響を与えなかったが、10^<-7>U/mlと10^<-6>U/mlの濃度では、TGFβにより増大したフィブロネクチン産生を抑制した。一方、retinoic acidはTGFβによって増大された網膜色素上皮細胞によるフィブロネクチン産生は抑制しなかった。したがって、retinoic acidのこの2種類の細胞への作用は異なり、retinoic acidは網膜グリア細胞によるフィブロネクチン産生のみを抑制することが判明した。増殖性硝子体網膜症の発症には網膜グリア細胞も大きな関与が推定されており、retinoic acidがこの病態の発症を抑制する可能性が示唆された。
動作時太陽電池の高精度電子線ホログラフィー観察

透過電子顕微鏡(TEM)内の試料への光照射と電圧印加を同時に実施できる試料ホルダーの設計・開発に成功した.光照射は,試料ホルダーに石英ファイバーを内蔵し,キセノンランプから発信する光を試料近傍まで伝送することにより可能とした.電圧印加は,2つの試料台にそれぞれ導線を電気的に接続し,TEM外部の電源につなげることで可能とした.また,電圧印加時のGaAs太陽電池素子構造の電子線ホログラフィーその場観察を行い,太陽電池内部の電位分布変化を高精度且つ高確度に評価することに成功した.通常,半導体のTEM用薄膜試料の表面には電気的に不活性な層が存在することが知られており,正確な電位分布評価の妨げとなっていた.本研究では,試料を収束イオンビームにより楔型に加工し,膜厚と試料を透過した電子線の位相変化との関係を高精度電子線ホログラフィー(位相シフト法)により評価することで不活性層の問題を解決した.本研究において作製した試料ホルダーを用いることで,TEM内の試料への光照射と電圧印加を同時に行うことが可能となった.そのため,電子線ホログラフィー技術と組み合わせることで,動作時の太陽電池内部の電位分布をナノメートルスケールでその場観察できるようになった.このような評価は,太陽電池の動作・劣化の反応過程やメカニズムを解明する上で重要である.また,光照射中の試料の電位分布を正確に評価する技術は,将来的に光触媒反応や光磁気効果など様々な光照射誘起現象を電子線ホログラフィー観察するという研究分野への波及効果が期待できる.光照射・電圧印加用TEM試料ホルダーの設計・開発において,試料ホルダーをTEMに挿入した状態でTEM内の真空を保つため,ホルダー内部を真空封止する必要があった.しかし,光照射用の石英ファイバーと電圧印加用の導線をホルダー内に通す構造であったため,通常の方法では真空封止が困難であった.本研究では,特注のOリングを用いることで真空封止を行い,常用ホルダーの同等の真空度を達成することに成功した.また,試料への電圧印加のため,試料台は絶縁シートや絶縁ネジを用いることで電気的に独立させた.しかし,絶縁体が試料近傍に存在すると電子線により帯電し,TEM観察に影響を及ぼすため,電子線ホログラフィーによる定量評価が困難であった.本ホルダーでは,絶縁体を金属膜・板などでカバーすることで帯電を防止した.上記の真空封止や絶縁体の帯電対策などを施したホルダーを作製するために多大な時間を要した.しかし,試料ホルダーの作製と並行してGaAs太陽電池素子構造の電圧印加その場観察を進めてきたため,研究の遅れは十分カバーされたものと考えている.本研究により太陽電池の電位分布を高精度且つ高確度に評価する技術を確立できた.光照射・電圧印加用TEM試料ホルダーを用いて各種太陽電池の電子線ホログラフィーその場観察を行い,動作時太陽電池の電位分布挙動を高精度に評価する.具体的には,GaAs太陽電池,アモルファスシリコン太陽電池,CIGS太陽電池を試料として,それらに光・電流を導入して電位分布測定を行う.動作時の太陽電池を観察することにより,太陽電池の光電変換・劣化メカニズムを解明することができる.透過電子顕微鏡(TEM)内の試料への光照射と電圧印加を同時に実施できる試料ホルダーの設計・開発に成功した.光照射は,試料ホルダーに石英ファイバーを内蔵し,キセノンランプから発信する光を試料近傍まで伝送することにより可能とした.電圧印加は,2つの試料台にそれぞれ導線を電気的に接続し,TEM外部の電源につなげることで可能とした.また,電圧印加時のGaAs太陽電池素子構造の電子線ホログラフィーその場観察を行い,太陽電池内部の電位分布変化を高精度且つ高確度に評価することに成功した.通常,半導体のTEM用薄膜試料の表面には電気的に不活性な層が存在することが知られており,正確な電位分布評価の妨げとなっていた.本研究では,試料を収束イオンビームにより楔型に加工し,膜厚と試料を透過した電子線の位相変化との関係を高精度電子線ホログラフィー(位相シフト法)により評価することで不活性層の問題を解決した.本研究において作製した試料ホルダーを用いることで,TEM内の試料への光照射と電圧印加を同時に行うことが可能となった.そのため,電子線ホログラフィー技術と組み合わせることで,動作時の太陽電池内部の電位分布をナノメートルスケールでその場観察できるようになった.このような評価は,太陽電池の動作・劣化の反応過程やメカニズムを解明する上で重要である.また,光照射中の試料の電位分布を正確に評価する技術は,将来的に光触媒反応や光磁気効果など様々な光照射誘起現象を電子線ホログラフィー観察するという研究分野への波及効果が期待できる.光照射・電圧印加用TEM試料ホルダーの設計・開発において,試料ホルダーをTEMに挿入した状態でTEM内の真空を保つため,ホルダー内部を真空封止する必要があった.しかし,光照射用の石英ファイバーと電圧印加用の導線をホルダー内に通す構造であったため,通常の方法では真空封止が困難であった.本研究では,特注のOリングを用いることで真空封止を行い,常用ホルダーの同等の真空度を達成することに成功した.また,試料への電圧印加のため,試料台は絶縁シートや絶縁ネジを用いることで電気的に独立させた.

しかし,絶縁体が試料近傍に存在すると電子線により帯電し,TEM観察に影響を及ぼすため,電子線ホログラフィーによる定量評価が困難であった.本ホルダーでは,絶縁体を金属膜・板などでカバーすることで帯電を防止した.上記の真空封止や絶縁体の帯電対策などを施したホルダーを作製するために多大な時間を要した.しかし,試料ホルダーの作製と並行してGaAs太陽電池素子構造の電圧印加その場観察を進めてきたため,研究の遅れは十分カバーされたものと考えている.本研究により太陽電池の電位分布を高精度且つ高確度に評価する技術を確立できた.光照射・電圧印加用TEM試料ホルダーを用いて各種太陽電池の電子線ホログラフィーその場観察を行い,動作時太陽電池の電位分布挙動を高精度に評価する.具体的には,GaAs太陽電池,アモルファスシリコン太陽電池,CIGS太陽電池を試料として,それらに光・電流を導入して電位分布測定を行う.動作時の太陽電池を観察することにより,太陽電池の光電変換・劣化メカニズムを解明することができる.試料ホルダーの真空封止,帯電対策などに余分な費用がかかったため,キセノンランプ一式を揃えて購入することができなかった.そこで,キセノンランプの一部であるライトガイドと付属品のみを購入し,所属機関(ファインセラミックスセンター)が所有するキセノンランプに取り付けて代用した.そのため費用が削減され,次年度使用額が生じた.次年度使用額は,光照射電子線ホログラフィー観察に必要な消耗品の購入に使用する予定である.
VR技術を利用した生命機能情報の可視化に関する研究

本研究の目的は生命機能情報解析にVR技術を適応することである.このための目標として,「遺伝子の発現量情報,塩基配列・オントロジー・染色体上での位置情報・相互作用情報等を統合しVR環境内で可視化するための研究」と,「効果的な解析のためにVR環境内で可視化した情報とのインタラクション及び可触化の研究」を大きな2本柱とした.前者について,以下の(1),(2)を,後者について以下の(3),(4)の研究を実施した.(1)ゲノムネットワークの可視化手法の研究文献情報などから取得した遺伝子やタンパク質間の関係や,細胞内パスウェイなどのネットワーク情報を,ネットワーク自体の性質を用いて空間内に簡略化表現し見やすくするなどの可視化手法の研究を行った.(2)生命機能情報を統合する手法の研究発現量情報を基準として,染色体上の位置,機能,臨床情報などを可視化に併せて統合する手法を検討している.主成分分析などを利用してサンプルグループに意味付けを行うアルゴリズムなどを開発した.(3)人間の認知特性を考慮した動きや空間を利用した可視化手法の検討可視化された要素のまとまりや異なるものを発見するために,動きを利用した可視化手法を検討した.また発現量情報全体を可視化しようとした際に必要とされる空間の大きさなどの検討を行った.(4)VRを利用した遺伝子機能情報解析作業空間構築指針の研究インタラクティブな発現量解析を行うための解析作業空間構築指針として,情報配置にLab BenchメタファおよびRoadメタファを利用することを提案した.この指針に基づいてシステムを構築することにより効果的な情報提示が可能になることを確認した.本研究の目的は生命機能情報解析にVR技術を適応することである.このための目標として,「遺伝子の発現量情報,塩基配列・オントロジー・染色体上での位置情報・相互作用情報等を統合しVR環境内で可視化するための研究」と,「効果的な解析のためにVR環境内で可視化した情報とのインタラクション及び可触化の研究」を大きな2本柱とした.前者について,以下の(1),(2)を,後者について以下の(3),(4)の研究を実施した.(1)ゲノムネットワークの可視化手法の研究文献情報などから取得した遺伝子やタンパク質間の関係や,細胞内パスウェイなどのネットワーク情報を,ネットワーク自体の性質を用いて空間内に簡略化表現し見やすくするなどの可視化手法の研究を行った.(2)生命機能情報を統合する手法の研究発現量情報を基準として,染色体上の位置,機能,臨床情報などを可視化に併せて統合する手法を検討している.主成分分析などを利用してサンプルグループに意味付けを行うアルゴリズムなどを開発した.(3)人間の認知特性を考慮した動きや空間を利用した可視化手法の検討可視化された要素のまとまりや異なるものを発見するために,動きを利用した可視化手法を検討した.また発現量情報全体を可視化しようとした際に必要とされる空間の大きさなどの検討を行った.(4)VRを利用した遺伝子機能情報解析作業空間構築指針の研究インタラクティブな発現量解析を行うための解析作業空間構築指針として,情報配置にLab BenchメタファおよびRoadメタファを利用することを提案した.この指針に基づいてシステムを構築することにより効果的な情報提示が可能になることを確認した.
血管平滑筋異常収縮シグナル伝達においてカルパインと細胞骨格が果たす役割の解明

研究代表者らは、血管平滑筋異常収縮に特異的なシグナル伝達経路として、SPC/Fyn/ROK経路を、世界で初めて明らかにし、更に、異常収縮新規シグナル分子として、細胞骨格関連分子V1を同定した。V1は、SPC刺激により限定分解を受け、しかも、カルパイン阻害薬は、SPCによる血管平滑筋異常収縮を抑制した事から、本研究では、血管平滑筋異常収縮のシグナル伝達系におけるカルパインの重要性、および、細胞骨格関連分子V1分解断片の、血管平滑筋異常収縮に果たす役割、の2点を解明する事を目的とした。平成30年度の研究成果は下記の通りである。1.ブタ冠状動脈平滑筋組織をSPC刺激して組織抽出液をSDS-PAGEし、限定分解されたV1断片に相当するバンドを切り出して還元Sアルキル化およびプロテアーゼ消化後、質量分析計で解析したところ、中央やC末端由来のV1のペプチドが検出されたが、N末端由来のペプチドが検出されなかった事から、V1は真にカルパインによってN末端で切断・除去される限定分解を受けている事のエビデンスが得られた。2.ブタ冠状動脈平滑筋組織およびマウス脳底動脈平滑筋組織において、カルパイン阻害薬PD150606の効果を検討した。ブタ冠状動脈平滑筋組織では、PD150606はSPCおよびU46619による収縮を抑制した一方で、高カリウム脱分極による収縮は抑制しなかった。更に、PD150606はマウス脳底動脈平滑筋組織においてもSPC収縮を抑制する事を明らかにした。計画1.カルパインの血管平滑筋異常収縮シグナル伝達への関与の分子生物学的検証では、カルパインの遺伝子発現抑制を行う事を目的に、ヒト冠状動脈平滑筋細胞において、CRISPR/Cas9システムの実験系を構築を試みたが、遺伝子導入効率が低く、遺伝子導入方法を変更したため、進捗がやや遅れている。一方、カルパインの内因性阻害分子であるカルパスタチンを強制発現させる事には成功した。計画2.細胞骨格関連分子V1の分解が、血管平滑筋異常収縮に果たす役割の検証では、細胞骨格関連分子V1の、カルパインによる限定分解産物に相当する断片を組換え蛋白質として発現させるためのベクターを構築中である。計画3.機能プロテオミクスによる、新規カルパイン基質の探索では、カルパインに結合する蛋白質を免疫沈降するために、ヒト血管平滑筋細胞をSPCで刺激し、細胞抽出液を作成した。計画4.カルパインの血管平滑筋異常収縮シグナル伝達への関与の生理学的検証では、マウスの微小な血管での張力測定を可能にするために、ミオグラフにマウス血管組織をマウントし、張力測定を行う実験系を構築した。計画1では、CRISPR/Cas9系によって、ヒト血管平滑筋細胞でのカルパインの遺伝子発現を欠失させる予定だったが、コントロールベクターの遺伝子導入効率が非常に低かったため、遺伝子導入方法を変更して、現在検討中である。他の計画は概ね計画通りに進行している。計画1.カルパインの血管平滑筋異常収縮シグナル伝達への関与の分子生物学的検証:前年度に遺伝子導入効率が低かったため、遺伝子導入方法を変更してCRISPR/Cas9システムによるカルパインの遺伝子発現抑制を試みたが、依然として導入効率が低く、更に遺伝子導入方法を変更した。また、ヒト冠状動脈平滑筋細胞においてカルパインの内因性阻害分子であるカルパスタチンを強制発現させ、ROKの活性化に与える影響を、ROKの標的であるMYPT1のリン酸化レベルで評価した。計画2.細胞骨格関連分子V1の分解が、血管平滑筋異常収縮に果たす役割の検証:細胞骨格関連分子V1の、カルパインによる限定分解産物に相当する断片を組換え蛋白質として発現させるためのベクターを構築中である。計画3.機能プロテオミクスによる、新規カルパイン基質の探索:ヒト血管平滑筋細胞をSPCで刺激して細胞抽出液を作成し、カルパインに結合する蛋白質を免疫沈降した。計画4.カルパインの血管平滑筋異常収縮シグナル伝達への関与の生理学的検証:ミオグラフにマウス血管組織をマウントし、SPCによる異常収縮を観察する事に成功した。計画5.組織レベルでの検証:beta-escinスキンド血管平滑筋標本に導入するための、カルパスタチンの組換え蛋白質を作成中である。

計画1では、CRISPR/Cas9系によって、ヒト血管平滑筋細胞でのカルパインの遺伝子発現を欠失させる予定だったが、遺伝子導入効率が非常に低かったため、遺伝子導入方法を変更して、現在検討中である。一方、カルパインの内因性阻害分子であるカルパスタチンを強制発現させ、SPC刺激によるROKの活性化に対する影響は評価できた。他の計画は概ね計画通りに進行している。研究代表者らは、血管平滑筋異常収縮に特異的なシグナル伝達経路として、SPC/Fyn/ROK経路を、世界で初めて明らかにし、更に、異常収縮新規シグナル分子として、細胞骨格関連分子V1を同定した。V1は、SPC刺激により限定分解を受け、しかも、カルパイン阻害薬は、SPCによる血管平滑筋異常収縮を抑制した事から、本研究では、血管平滑筋異常収縮のシグナル伝達系におけるカルパインの重要性、および、細胞骨格関連分子V1分解断片の、血管平滑筋異常収縮に果たす役割、の2点を解明する事を目的とした。平成30年度の研究成果は下記の通りである。1.ブタ冠状動脈平滑筋組織をSPC刺激して組織抽出液をSDS-PAGEし、限定分解されたV1断片に相当するバンドを切り出して還元Sアルキル化およびプロテアーゼ消化後、質量分析計で解析したところ、中央やC末端由来のV1のペプチドが検出されたが、N末端由来のペプチドが検出されなかった事から、V1は真にカルパインによってN末端で切断・除去される限定分解を受けている事のエビデンスが得られた。2.ブタ冠状動脈平滑筋組織およびマウス脳底動脈平滑筋組織において、カルパイン阻害薬PD150606の効果を検討した。ブタ冠状動脈平滑筋組織では、PD150606はSPCおよびU46619による収縮を抑制した一方で、高カリウム脱分極による収縮は抑制しなかった。更に、PD150606はマウス脳底動脈平滑筋組織においてもSPC収縮を抑制する事を明らかにした。計画1では、CRISPR/Cas9系コントロールベクターの、高効率での遺伝子導入が確認でき次第、実験用ベクターを導入し、カルパインの遺伝子発現を欠失させたヒト血管平滑筋細胞を作成する。平成28年度に作成したカルパスタチンを強制発現させたヒト血管平滑筋細胞とともに、これらの細胞において、SPCによるFynの活性化やROKの活性化が抑制されるかを、検証する。他の計画は、引き続き計画通りに進める。計画1では、CRISPR/Cas9系の高効率でのカルパイン発現抑制を目指し、遺伝子導入方法・条件を最適化する。
固気混相媒体による核融合炉ブランケット冷却

ガス冷却方式ブランケットの伝熱性能を改善する方策として、固気混相媒体を用いる構想を提案し、実験的に第一壁冷却にはその衝突噴流が優れた特性を、また増殖部冷却には曲円管が優れた特性を有することを示してきたが、このような構想に基づく設計を進める上には伝熱流動解析ができることが不可欠である。とくに今年度は固気混相媒体の乱れの構造を解明するために、乱れ構造が実験的に確かめられている、二次元衝突噴流について、ストカスティックモデルを用いて解析を行った。これは連続相の流れ場をオイラー的な基礎式を用いて解き、その中を運動する多数の粒子の軌跡をモンテカルロ法を用いてラグランジ的に追跡するモデルである。エネルギー方程式のみは連続体近似を採用し、乱流モデルとしては代数応力モデルを用いた。実験に合せて作動流体としては空気、分散粒子としては粒径48.9μmのガラスビーズとし、ノズル幅は10mm、衝突面までの距離は20mm、ノズル出口におけるローディング比(粒子質量流量/気相質量流量)は0・1とした。結果は乱れ強度については実験と良い一致を示したが、ヌセルト数の改善については安定的には一致しているが、定量的にはまだ一致は十分でなく、もう少し改良の必要がある。次に衝突噴流のエロージョンの実験を、空気中に浮遊させた約50μmのガラスビーズ、アルミナ(A_2O_3)及びグラファイトの粒子について行った。すなわち16mmのノズルより、混相噴流を出し、ノズル径の2倍の距離に置いた鏡面研磨したSUS304の鋼板に衝突させ、そのときのエロージョン深さを非接触深度測定器(ユニオン光学製)により測定した。その結果はアルミナのエロージョンは激しく、米国のウイスコンシン大学が考えているLiO_2の粒子の硬度は、ガラスビーズよりやや小さいと考えられる。われわれが提案しているグラファイトのエロージョンは少なく、若干の工夫をすれば使用可能と考えられる。
細胞接着阻害物質を用いたがん浸潤転移の抑制

細胞接着阻害物質のスクリーニング大腸癌細胞(HCT-15,HT29)と血管内皮細胞(HUVEC)でマウスを免疫し,がん細胞の細胞外基質蛋白や血管内皮細胞との接着を抑制する抗体をスクリーニングした.ポリクローナル抗体のレベルでは,接着を抑制する抗体は得られなかった.モノクローナル抗体のレベルで接着を抑制する抗体が得られるのではないかと考え,モノクローナル抗体を作成し,癌細胞の細胞外基質蛋白や血管内皮細胞への接着を阻害する抗体をスクリーニングしたが,有用な抗体は得られなかった.インテグリンと大腸癌の浸潤転移との関連われわれは細胞外基質蛋白の受容体であるインテグリンの抗体が浸潤転移を抑制することを浸潤転移モデルで示しているが,この分子の大腸癌の浸潤転移における役割を検討し,大腸癌浸潤転移抑制の可能性を検討した.大腸癌組織51例の癌部と正常部より蛋白を抽出し,抗beta1サブユニット抗体を用いてウエスタンブロットでbeta1サブユニットの発現性の変化につき検討を加えた.19例にbeta1サブユニット異常が認められた.この異常と臨床進行度との関連を検討したしたところ,深達度では,beta1サブユニット異常群は,ss(a1)13例,s(a2)2例,si(a3)4例であるのに対し,beta1サブユニット正常群は,sm4例,mp7例,ss(a1)16例,s(a2)3例,si(a3)2例であった.beta1サブユニット異常群はすべてss(a1)以上の深達度であり,有意に深部へ認められたのに対し,beta1サブユニット正常群は,32例中12例に認められた.beta1サブユニット異常群は有意にリンパ節転移が多く認められた.以上のことからインテグリンの分子異常が大腸癌の浸潤転移との相関が明らかとなり,この分子異常の解明による浸潤転移抑制の可能性が示唆された.細胞接着阻害物質のスクリーニング大腸癌細胞(HCT-15,HT29)と血管内皮細胞(HUVEC)でマウスを免疫し,がん細胞の細胞外基質蛋白や血管内皮細胞との接着を抑制する抗体をスクリーニングした.ポリクローナル抗体のレベルでは,接着を抑制する抗体は得られなかった.モノクローナル抗体のレベルで接着を抑制する抗体が得られるのではないかと考え,モノクローナル抗体を作成し,癌細胞の細胞外基質蛋白や血管内皮細胞への接着を阻害する抗体をスクリーニングしたが,有用な抗体は得られなかった.インテグリンと大腸癌の浸潤転移との関連われわれは細胞外基質蛋白の受容体であるインテグリンの抗体が浸潤転移を抑制することを浸潤転移モデルで示しているが,この分子の大腸癌の浸潤転移における役割を検討し,大腸癌浸潤転移抑制の可能性を検討した.大腸癌組織51例の癌部と正常部より蛋白を抽出し,抗beta1サブユニット抗体を用いてウエスタンブロットでbeta1サブユニットの発現性の変化につき検討を加えた.19例にbeta1サブユニット異常が認められた.この異常と臨床進行度との関連を検討したしたところ,深達度では,beta1サブユニット異常群は,ss(a1)13例,s(a2)2例,si(a3)4例であるのに対し,beta1サブユニット正常群は,sm4例,mp7例,ss(a1)16例,s(a2)3例,si(a3)2例であった.beta1サブユニット異常群はすべてss(a1)以上の深達度であり,有意に深部へ認められたのに対し,beta1サブユニット正常群は,32例中12例に認められた.beta1サブユニット異常群は有意にリンパ節転移が多く認められた.以上のことからインテグリンの分子異常が大腸癌の浸潤転移との相関が明らかとなり,この分子異常の解明による浸潤転移抑制の可能性が示唆された.
ゲルの超遠心力処理による傾斜セラミックスの作製

本研究は、ゾルの構成粒子の原子量が大きいことから比較的弱い重力場fでも沈降が起こることと粒子間の沈降速度の違いを利用して、金属アルコキシドから原子・ナノスケールの傾斜構造を持つセラミックス、ガラスを作製しようとするものである。平成9年度にゾルの超遠心処理を行うための60-100°C、最大加速度35万gの温度制御できる超遠心機を製作し、SiO_2-TiO_2系でゾルの作製、乾燥、燒結の予備実験を行った。今年度は、実際にゾルの超遠心力処理により傾斜ゲルの作製、その乾燥、燒結の一貫した傾斜構造ガラス製造プロセス法の確立をめざした。実験では、加水分解重合反応の触媒の量、攪拌時間、SiO_2ゾル、TiO_2ゾルの混合時間、超遠心処理の時刻、時間、温度などを変化させ、また、乾燥処理、焼成処理の温度、昇温、時間などを変化させて試行錯誤を繰り返し、クラックのない傾斜構造を有する複合ガラスの作製条件を探った。その結果、超遠心力処理を加えることによりSiO_2-TiO_2系ゲルから傾斜構造を有するSiO_2-TiO_2系複合ガラスを作製できることが明らかとなった。ガラスの組成分析の結果、重力方向にTiの傾斜濃度が観察され、X線回折ではガラス構造であることと合わせて、分子スケールの傾斜構造が形成されていることが確認された。また、ゾルのコロイド粒子の大きさが比較的大きな段階で遠心処理すれば、良好な傾斜ガラスが得られ、傾斜構造の形成は各コロイド粒子の生成速度、時間、大きさなどから決まる総合的な沈降速度の違いによって生じることがわかった。今後、VO_2,ZrO_2,SnO_2MgO,Na_2Oなど他の系のゾルとも組み合わせた系の傾斜ガラスの作製とその物性測定を行っていく計画である。超高加速度場(超重力場)は原子の拡散(沈降)を誘起するので、熱力学的パラメータである温度、圧力に加えての組成を制御する可能性を持っている。筆者らは最大100万gを超える超重力場を高温下で発生できる高温・超遠心機を開発し、合金系で最大2桁以上にわたる原子の傾斜分布を初めて実現した。しかしながら、固体中で原子の沈降を起こすためには熱エネルギーに匹敵する重力場が必要であるが、ゾル・ゲルでは見かけの化学ポテンシャルが小さく、比較的小さな重力場で沈降がおこりやすいので、ゲル段階での微細構造の制御と低温焼成により、原子、ナノレベル傾斜セラミックスガラスの作製が可能になる。本研究は、ゾル・ゲルを出発原料として超遠心処理によって原子、ナノレベルの傾斜材料を作製することを目的している。本年度は温潤ゲルの超遠心処理を行うための60-100°C、最大加速度3.5万gの大容量で温度制御できる超遠心機を製作した。温潤ゲルの乾燥、焼結処理はデリケ-トな条件が要求されるので、マイコン制御の電気炉を用いて行い、ゲルの超遠心処理、その乾燥、焼結の一貫したプロセス法の確立をめざした。対象とするゲルは先ずSiO_2-TiO_2系などの主に二酸化物系の組み合わせを試みた。その結果、ゲルを出発原料にSiO_2-TiO_2系ガラスを作製できるところまで研究を進めることができた。現在、得られた試料について組成分析や構造解析などの観察を行っている。本年度は2年計画の初年度であり、装置の開発、ゾル・ゲルの超遠心処理、低温焼成によるガラスの作製の条件を探るところまで行った。来年度は、原子、ナノレベルで濃度匂配を持たせたガラスの作製実験や様々な観察・物性測定実験を本格的に行う予定である。
Random Manufacturing Cellのシステム構成に関する研究

平成5年度の研究実績の概要は以下の通りである.1.RMCの各構成要素の機能分担の提案RMCはmachine,machinemanager,task manager,task masterの4つの構成要素からなる.生産システムにとって不可欠な機能である意思決定機能と制御機能を,上記で述べたRMCの4つの構成要素がどの様に分担しているかについて提案した.(1)machineが分担する機能:生産化工機能(2)machine managerが分担する機能:機械稼働計画機能,機械稼働監視機能,生産制御機能(3)taskmanagerが分担する機能:部品生産計画機能,機械稼働評価機能,部品生産監視機能(4)task masterが分担する機能:部品生産評価機能2.RMCと従来型生産システムの機能分担における比較分担の形態について,従来型の生産システムの場合と比較することによって,機械に異常が発生する場合や注文がランダムに到着するような場合においてRMCが有効であることを定性的に示した.RMCが従来型の生産システムより有利な点を以下に述べる.(1)計画と実施の2つの機能が融合しているので,生産現場の現状を十分に計画へと反映させることが可能である.(2)machine managerがmachineに付随していることにより,各machineの自律性,モジュール性が高いので,増設,交換,廃棄などの設備変動が生じても,生産システムの制御や管理への影響はほとんど生じない.(3)task masterが受注してから,生産計画の作成を開始するようになっているので,需要変動等の生産の外的環境の変化が生じたり,生産指令がランダムに発生しても,問題なく生産が追従できる.3.シミュレーションを行う計算機環境の整備今年度購入したパーソナルコンピュータを用いてRMCの構成要素の機能分担の定量的な有効性検証ならびにRMCの意志決定プロトコルの有効性検証を行う計算機環境の整備を行った.平成5年度の研究実績の概要は以下の通りである.1.RMCの各構成要素の機能分担の提案RMCはmachine,machinemanager,task manager,task masterの4つの構成要素からなる.生産システムにとって不可欠な機能である意思決定機能と制御機能を,上記で述べたRMCの4つの構成要素がどの様に分担しているかについて提案した.(1)machineが分担する機能:生産化工機能(2)machine managerが分担する機能:機械稼働計画機能,機械稼働監視機能,生産制御機能(3)taskmanagerが分担する機能:部品生産計画機能,機械稼働評価機能,部品生産監視機能(4)task masterが分担する機能:部品生産評価機能2.RMCと従来型生産システムの機能分担における比較分担の形態について,従来型の生産システムの場合と比較することによって,機械に異常が発生する場合や注文がランダムに到着するような場合においてRMCが有効であることを定性的に示した.RMCが従来型の生産システムより有利な点を以下に述べる.(1)計画と実施の2つの機能が融合しているので,生産現場の現状を十分に計画へと反映させることが可能である.(2)machine managerがmachineに付随していることにより,各machineの自律性,モジュール性が高いので,増設,交換,廃棄などの設備変動が生じても,生産システムの制御や管理への影響はほとんど生じない.(3)task masterが受注してから,生産計画の作成を開始するようになっているので,需要変動等の生産の外的環境の変化が生じたり,生産指令がランダムに発生しても,問題なく生産が追従できる.3.シミュレーションを行う計算機環境の整備今年度購入したパーソナルコンピュータを用いてRMCの構成要素の機能分担の定量的な有効性検証ならびにRMCの意志決定プロトコルの有効性検証を行う計算機環境の整備を行った.
家庭用コージェネレーションシステムの最適設計・制御に関する研究

家庭用CGSの実運用段階を想定した適正な設計・制御手法を提案することを目的に、これまで家庭用CGSの具体システムを定め、システム構成要素の容量設計と時々刻々のシステム挙動および年間エネルギー消費量解析のためのシステムシミュレーションプログラムを作成た。本年度は、固体高分子形燃料電池(PEFC)システムを対象に以下の検討を行った。また、ガスエンジン(GE)の容量設計方法については、査読付き学術論文として取りまとめた。1.(1)24時間連続運転,(2)1日2度停止まで許容(DSS),(3)自由発停を設定して、異なる運転手法を用いた場合のシステム挙動特性およびエネルギー性能・環境保全性を検討した。2.年間一次エネルギー消費量の最小化を目的とし、PEFCシステムの発電機容量と貯湯槽容量の設計が簡易に行える手法と年間一次エネルギー削減量(省エネ性)の予測方法を提案した。3.GEシステムとPEFCシステムに対し、一次エネルギー消費量の最小化を目的関数とした場合の要因分析を行い、適正な発電機運転スケジュールの与え方について考察・提案した。4.PEFCシステムを導入する住宅の電気・熱負荷に応じた発電機種別の選定手法とその具体的な設計手法をまとめた。5.GEおよびPEFCシステムの結果を比較し、導入住宅の建物負荷の熱電比を基準に、熱電比が高い場合にはGEシステムが低い場合にはPEFCシステムが有効であることを定量的に示した。現在、家庭用コージェネレーションシステム(家庭用CGS)の開発が本格化しているが、この分野における学術研究の成果の現状は、フィールドテストの結果や機器特性の把握、コンポーネント開発、機器設計・制御の適正化が図られない状態での導入効果の推定等に留まっており、実運用段階を想定した適正な設計・制御手法に関しては、検討が成されていない状況にある。本研究では、このような課題に対する知見を得ることを目的に、主にシミュレーションを用いて、家庭用CGSの設計・制御手法の確立に関する検討を行うものであり、平成15年度は以下の成果を挙げた。1.家庭用CGSの具体システムを定め、システム構成要素の容量設計と時々刻々のシステム挙動および年間エネルギー消費量解析のためのシステムシミュレーションプログラムを作成した。システムシミュレーションプログラムは、(1)発電機(ガスエンジン,燃料電池(PEFC)、(2)運転方法(定格運転,電力負荷追従運転など)、(3)余剰電力処理方法(逆潮流,電熱コイルによる熱変換)、(4)排熱利用先(給湯,床暖房)等、様々なオプションを選択できるよう整備した。2.家庭用CGS機器を販売する企業より詳細な実験データを入手し、開発したシミュレーションプログラムの妥当性を確認した。3.妥当性を確認したシミュレーションプログラムを用いて、GE,やPEFCを用いた家庭用CGSに対して、どのようなエネルギーバランス(発電効率と廃熱回収効率,総合効率)の発電装置であれば、最も効率が高くなるかという検討を行い、その定性的な特性を確認した。家庭用コージェネレーションシステム(家庭用CGS)の実運用段階を想定した適正な設計・制御手法を提案することを目的に、平成15年度には家庭用CGSの具体システムを定め、システム構成要素の容量設計と時々刻々のシステム挙動および年間エネルギー消費量解析のためのシステムシミュレーションプログラムを作成した。平成16年度は、この開発プログラムを用いて下記の検討を行った。1.省エネ法の改正により、1次エネルギー換算係数およびCO2排出量原単位の改正がなされたため、この換算係数を変更してプログラムの再整備を行った。2.燃料電池(PEFC)の計算モデルについては、その制御方法として、(1)24時間連続運転,(2)DSS(1日2度までの間欠運転),(3)自由発停の運転方法を選択できるよう更新を行った。3.GEについては、開発プログラムを用いた膨大なケーススタディから年間1次エネルギー消費量の最小化を目的関数として、システム(発電機容量と貯湯槽容量)の設計が簡易に行える手法と年間1次エネルギー削減量(省エネ性)の予測方法を考案した。具体的には、省エネ性予測法としては個々建物の熱電比(熱負荷/電力負荷)から、年間のエネルギー削減率を推定する方法を、容量設計法については中間期最大電力負荷、冬期日給湯負荷から、発電機容量と貯湯槽容量が適正に設計できることを示し、簡易設計式としてまとめた。

5.GEおよびPEFCシステムの結果を比較し、導入住宅の建物負荷の熱電比を基準に、熱電比が高い場合にはGEシステムが低い場合にはPEFCシステムが有効であることを定量的に示した。