hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
直腸がん手術患者の排便障害に対する術後排便障害介入プログラムの開発

本研究の目的は、直腸がん術後の排便障害に対する包括的な看護介入プログラムとして、術後排便状態アセスメントシートを改良し、自己効力感、GROWモデルを活用した術後排便障害介入プログラムを開発することである。排便障害の看護介入改良のため調査により、排便状態アセスメントシートの小項目と患者教育パンフレットを追加修正した。また、術後排便障害介入プログラムを検証するため、継続介入できた24人を対象に介入した。そして、従来の術後排便状態アセスメントシートに「最終目標」「小目標」「達成状況」「気になること」「指導」の項目を加え、外来受診ごとに確認し、介入できるようにプログラムを開発した。本研究の目的は、申請者らが作成した直腸手術後の排便状態アセスメントシートの改良と看護介入を改良し、自己効力感やGROWモデル(目標の達成に向けた4つの段階を示したモデル)を活用した包括的な術後排便障害介入プログラムを開発することである。平成27年度は、直腸手術後の排便状態アセスメントシートと看護介入改良のための調査として、外来通院中のISR(Intersphincteric Resection)後、あるいはISR時に作成した予防的ストーマ閉鎖後とLAR(Low Anterior Resection)後の17名に対し調査を行った。そのうち、7名のISR患者よりナラティブアプローチにより排便状態、思いや望みを語ってもらった。平成28年4月5月にもデータを収集する予定である。現段階で得られたデータから、排便状態アセスメントシートの改良として、「便が出ても出なくても1日にトイレに行く回数」では空振りの回数も確認することを盛り込み、「便が落ち着くまでの時間」を「便が落ち着くまでにトイレにいる時間」に改良した。また、備考欄には気になることの他に治療内容を盛り込むことにした。また、看護介入の内容として、飲酒についての指導、便の性状を整えるための飲食の指導の他、生活面への指導、内服薬についてなどがナラティブアプローチの中で語られた。指導としての看護介入についても研究者間で検討を進めている。平成27年度は、直腸手術後の排便状態アセスメントシートと看護介入改良のための調査を行うことを目的としている。当初の計画ではISRの対象者20名に対して、排便状態アセスメントシートで評価し、そのうち排便障害が高度なISR10名にナラティブアプローチにより、排便状態や思い、悩みを語ってもらう予定であった。現在、排便状態アセスメントシートで評価できた対象者が17名であり、うち7名がISRで10名がLARの患者であった。調査期間中に外来受診したISR患者が少なく、LARの患者も対象者に加えた。また、ナラティブアプローチを実施した対象者も7名であり、平成28年5月までに予定の人数に達する予定であり、おおむね順調に進展している。本研究の目的は、申請者らが作成した直腸手術後の排便状態アセスメントシートの改良と改良した排便障害の看護介入と自己効力感や目標達成に向けたGROWモデル(目標を明確にする、現実を振り返る、選択肢を考える、意思決定する)を活用した包括的な術後排便障害介入プログラムを開発することである。平成28年度は、術後排便障害介入プログラムとして、平成27年度の成果をもとに改良した排便障害アセスメントシートによる評価、排便障害の看護介入(改良版)、GROWモデルによる介入を実施中である。介入中の対象者は、内肛門括約筋温存手術:ISR(Instersphincteric Resection)13名、直腸低位前方切除術:LAR(Low Anterior Resection)15名であり、1か月6か月ごとの外来受診時に介入している。介入当初、SEIQoL-DW(Schedule for the Evaluation of Individual Quality of Life)日本語版(暫定版)による主観的QOLの評価と自己効力感尺度により自己効力感を測定した。さらに介入中に自己効力感が低い対象者に対しては、自己効力感向上のために言語的説得、遂行行動の達成、代理的経験、生理的情動状態についての介入を組み合わせて行った。対象者の主な目標としては、「常に装着しているおむつやパットを外したい。」「パットの装着を就寝時だけにしたい。」「便が柔らかいと漏れるため便の性状を硬めにしたい。」「排便回数を56回を23回にしたい」などがあり、達成に向けて段階的な介入を行っている。平成28年度は、直腸がんの術後排便障害介入プログラムとして、改良した排便障害アセスメントシートによる評価、排便障害の看護介入(改良版)、GROWモデルを活用したプログラムを作成した。そして、ISRの患者13名、LARの患者15名を対象に排便障害介入プログラムの介入を1か月9か月実施中であり、おおむね順調に進展している。本研究の目的は、直腸がん手術後に排便障害で悩んでいる患者に対する、術後の排便障害対策の包括的な看護介入プログラムを開発することである。申請者らは、これまでの研究で作成した排便状態を評価するアセスメントシートを改良し、自己効力感、GROWモデルを活用した術後排便障害介入プログラムを開発することである。対象者は、研究協力の承諾が得られた外来通院中のI直腸低位前方切除術(LAR)と内肛門括約筋切除術(ISR)を受けた患者であった。

初回介入時から排便状態が良好な状態、あるいは外来通院終了まで介入し、主観的QOL(SEIQoL-DW;日本語版(暫定版)個人の生活の質評価法ー直接的重み付け法)と自己効力感尺度を測定できた対象者は、LARが11名、ISRが13名、計24名であった。介入前の自己効力感の中央値は10点であり、SEIQoL-DWの平均は70.6であった。介入後の自己効力感の中央値は10点で、SEIQoL-Dwの平均は74.6であり、介入前に比べ上昇した。24名のうち、自己効力感が「低い傾向」であったのは4名(LAR=1、ISR=3)であり、GROWモデル(目標の達成に向けた4つの段階を示したモデル)、排便状態アセスメントシートを併用した介入を行ったところ、排便状態は改善傾向にあったが、自己効力感は「低い傾向」から「非常に低い」に低下した対象者が2名、変わらず「低い傾向」であった対象者が2名であった。主観的QOLのSEIQoL-DWは1名が低下したが、3名は上昇した。また、排便障害が高度であった対象者はISRが多かったが自己効力感は低くなかった。自己効力感と主観的QOL(SEIQoL-DW)は必ずしも相関しておらず、排便状態が改善しても自己効力感が高いというわけではなかったことから、排便状態の改善とともに自信を持って生活できるような働きかけが必要であると考えられた。本研究の目的は、直腸がん術後の排便障害に対する包括的な看護介入プログラムとして、術後排便状態アセスメントシートを改良し、自己効力感、GROWモデルを活用した術後排便障害介入プログラムを開発することである。排便障害の看護介入改良のため調査により、排便状態アセスメントシートの小項目と患者教育パンフレットを追加修正した。また、術後排便障害介入プログラムを検証するため、継続介入できた24人を対象に介入した。そして、従来の術後排便状態アセスメントシートに「最終目標」「小目標」「達成状況」「気になること」「指導」の項目を加え、外来受診ごとに確認し、介入できるようにプログラムを開発した。平成28年度4月6月は、術後排便障害介入プログラムの作成を行い、7月以降は術後排便障害介入プログラムの検証を行う。・直腸手術後の排便状態アセスメントシートの改良と排便障害に対する看護介入について、27年度に得られたデータから解決策を医師を含めた研究者間で検討し、術後排便障害介入プログラムを作成する。・術後排便障害介入プログラムの検証を行うため、研究協力の得られたISR15名、LAR15名に看護介入を行う。看護介入初回は、直腸手術後の排便状態アセスメントシートの評価、主観的QOLとしてSEIQoL-DW、自己効力感を行う。2回目以降は直腸手術後の排便状態アセスメントシートの評価、GROWモデル(目標の設定・現状把握・方法の選択・目標達成の意思確認)を行う。さらに、自己効力感の低い対象者に対してはGROWモデルの前に自己効力感の向上のために言語的説得、遂行行動の達成、代理経験、生理的情動状態に関して看護介入する。1人への介入期間は1年から1年6か月を予定している。平成29年度は、現在介入中のISR 13名、LAR 15名の継続介入に加え、新たにISR 2名についても介入予定である。介入期間の終了時に術後排便障害介入プログラムの効果を評価するため、SEIQoL-DW、自己効力感尺度で評価する。
虚血性神経細胞死の分子機構解明と治療への応用

この3年間の研究で、脳虚血に伴う遅発性神経細胞死のメカニズム解析を進めてきた。雄性Wister rat前脳虚血モデルを用い詳細な検討を行った結果、虚血性神経細胞死におけるCsAのほぼ完全な抑制効果は、(1)Bcl-2family memberで細胞誘導蛋白であるBadを介した、カルシニューリン依存性細胞死を抑制すること、(2)ミトコンドリアに発現するprolylcis/trans isomerase、cyclophilin D(CyPD)の抑制によるミトコンドリアの安定化、(3)CREBを介したBDNF/TrkB伝達系の増強によることを報告した。これらの機序をもとに抗虚血薬の候補を探索し、新たな薬剤FR901459を藤沢製薬との共同研究にて開発した。動物実験では著明な抗虚血作用を示し、今後臨床応用に向けた開発を行う予定である。また、今後の解析を進める上で欠かせないマウスを用いた同モデルを確立し、現在共同研究にて各種遺伝子改変マウスを用いた実験を行っている。さらには、虚血時に起こる現象として、低酸素および低グルコースに反応する転写因子としてHIF(hypoxia inducible factor)の重要性が判明し、機能解析のために酵母Two-hybrid, Three-hybrid systemを用いて、新規結合蛋白に対する遺伝子の同定に成功した。今後、HIFの各サブタイプおよび同定された遺伝子を含めたsiRNAを作製し、培養細胞を用いた標的因子のknock downおよび、マウスへの応用等を検討中である。あわせて虚血性再還流モデルにおける脳組織を用いたin situ hybridizationにて部位別、虚血の影響等におけるmRNA誘導の変化も行う。これまでに我々は脳虚血に伴う脳神経障害、特に遅発性神経細胞死のメカニズムの解明を進めてきた。これまでに、雄性Wister rat前脳虚血モデルを用い、カルシニューリン活性、MRI(Magnetic Resonance Imaging)、Badの脱リン酸化、チトクロームcの細胞質への流出さらに電顕によってミトコンドリアの形態変化を調べた結果、虚血性神経細胞死におけるCsAのほぼ完全な抑制効果は、カルシニューリンおよびimmunophilinを含む情報伝達系の抑制によることが証明された。また、CsA投与群(CsA(+))では、虚血後早期から著明なCREBのリン酸化、BDNF/TrkBのタンパク発現の増加遷延が認められ、CREBを介したBDNF/TrkB伝達系の増強が、CsAによる虚血性神経細胞死に対する保護効果に関与していることが明らかとなった。今後、虚血性疾患の臨床応用への道を大きく開くものと考えられる。実際、これらの機序をもとに新たな抗虚血薬の候補が見つかり、現在その薬剤を用いた、ラット虚血モデルでの効果を検討中である。また、虚血性病変への遺伝子治療の可能性を探る目的で、アデノウイルスファイバーのHIループにRGD(Arg-Gln-Asp)配列を導入したミュータントウイルスベクターを作製した。これにより飛躍的な感染効率の改善が認められ、アデノウイルスによる高効率な遺伝子導入が可能であることが明らかとなった。さらに虚血性神経細胞死に密接に関わるミトコンドリア膜でのMPT(mitochondrial permeability transition)pore形成にはCsAのターゲットであるcyclophilin D(CyPD)が存在するが、今回、このCyPDに対する結合蛋白としてporinおよびANT(ADP nucleotide translocase)が同定された。今後さらに詳しい解析を行う予定である。この2年間の研究で、脳虚血に伴う遅発性神経細胞死のメカニズム解析を進めてきた。雄性Wister rat前脳虚血モデルを用い詳細な検討を行った結果、虚血性神経細胞死におけるCsAのほぼ完全な抑制効果は、(1)Bc1-2family memberで細胞誘導蛋白であるBadを介した、カルシニューリン依存性細胞死を抑制すること、(2)ミトコンドリアに発現するprolyl

cis/trans isomerase、cyclophilin D(CyPD)の抑制によるミトコンドリアの安定化、(3)CREBを介したBDNF/TrkB伝達系の増強によることを報告した。これらの機序をもとに抗虚血薬の候補を探索し、新たな薬剤を選別した。動物実験では著明な抗虚血作用を示し、今後臨床応用に向けた開発を行う予定である。また、今後の解析を進める上で欠かせないマウスを用いた同モデルを確立するために、挿管用器具等の特殊な手術用器具の開発を行い、モデルの安定性を検討中である。さらには、虚血時に起こる現象として、低酸素および低グルコースに反応する転写因子としてHIF(hypoxia inducible factor)の重要性が判明し、機能解析のために酵母Two-hybrid, Three-hybrid systemを用いて、新規結合蛋白に対する遺伝子の同定を行っている。さらにHIFの各サブタイプおよび同定された遺伝子を含めたmRNAを作製し、ラット虚血性再還流モデルにおける脳組織を用いたin situ hybridizationにて部位別、虚血の影響等におけるmRNA誘導の変化を現在検討中である。この3年間の研究で、脳虚血に伴う遅発性神経細胞死のメカニズム解析を進めてきた。雄性Wister rat前脳虚血モデルを用い詳細な検討を行った結果、虚血性神経細胞死におけるCsAのほぼ完全な抑制効果は、(1)Bcl-2family memberで細胞誘導蛋白であるBadを介した、カルシニューリン依存性細胞死を抑制すること、(2)ミトコンドリアに発現するprolylcis/trans isomerase、cyclophilin D(CyPD)の抑制によるミトコンドリアの安定化、(3)CREBを介したBDNF/TrkB伝達系の増強によることを報告した。これらの機序をもとに抗虚血薬の候補を探索し、新たな薬剤FR901459を藤沢製薬との共同研究にて開発した。また、今後の解析を進める上で欠かせないマウスを用いた同モデルを確立し、現在共同研究にて各種遺伝子改変マウスを用いた実験を行っている。さらには、虚血時に起こる現象として、低酸素および低グルコースに反応する転写因子としてHIF(hypoxia inducible factor)の重要性が判明し、機能解析のために酵母Two-hybrid, Three-hybrid systemを用いて、新規結合蛋白に対する遺伝子の同定に成功した。今後、HIFの各サブタイプおよび同定された遺伝子を含めたsiRNAを作製し、培養細胞を用いた標的因子のknock downおよび、マウスへの応用等を検討中である。あわせて虚血性再還流モデルにおける脳組織を用いたin situ hybridizationにて部位別、虚血の影響等におけるmRNA誘導の変化も行う。
宇宙太陽発電所のマイクロ波送電ビーム制御の高精度化に関する研究

自動較正機能を有するレトロディレクティブシステムの実験を行い、誤差は0.25度以内の測定範囲以下となった。屋外実験用のレトロディレクティブシステムを完成し、実験局の免許を取得して、暗室にとらわれない長距離の実験を行い、性能を評価するとともに、雑音に強い方式の実験の確認にも成功した。1.宇宙太陽発電所(SPS)では、高精度で受電点の方向にマイクロ波で送電する必要がある。受電点からパイロット信号を送り、到来方向の推定と送電ビーム形成のための各送電アンテナに与える位相を計算機上で行う、ソフトウェアレトロディレクティブ方式に着目し、ビーム方向精度を測定した。パイロット信号にはスペクトル拡散変調をかけ、0.5波長間隔の4つの4.8GHzアンテナを用いて受信、さらに逆拡散し到来方向を計算し、5.8GHzの12×12の素子を持つ送電アレイアンテナに、到来推定方向に1次元でメインビームが向く位相を与えた。この場合、方向の誤差が±2度以内であった。そのため受電側中心から等距離離した2つのアンテナで等電力にするように、ビーム形成位相を変化させる方法を新たに開発し、誤差は0.25度以内の測定範囲以下となった。2.さらにアレーアンテナの歪みや通過位相誤差を較正する、REV法(素子電界ベクトル回転法)と新開発の逐次補正を行うBeam-tagging法の2つについて、受電点が移動している場合を含めてシミュレーション、実測実験にて比較を行った。Beam-tagging法の方が受電点の電力を高く維持できることがわかり、上記システムにBeam-tagging法を追加した総合実験を行った。送電アレイアンテナに位相誤差を与え、システム動作前後のビームパターンを測定した。実測実験の結果、方向誤差は0.25度以内の高精度化ができ、さらにアンテナ間位相の較正により、受電電力値も大きく維持できることを実証した。3.SPS用アレイアンテナにおける送電ビームの形成に関して、電力分布を台形にする新しい方式を提案した。この方式は、従来のアレイ全体に電力分布を与える方法に比して、中心の大半の部分を一定電力にできるため、電力を変化させる部分が少なくなり、システムを簡略化でき、かつ、最大以外のサイドローブレベルが低く、ビーム収集効率も高いことを示した。従来は放熱が困難であった中心部の電力も低くなる等の優位性がある。また12素子のアレイで実験的にも実証している。1.宇宙太陽発電所(SPS)のアンテナは大型となるため,多数のユニットで構成される。複数の送信アンテナ素子から構成されるユニット内においては各素子間の位相差を制御することは可能であるが,ユニット間の位相に関して同期を取る必要がある。そのために,ユニット数の増加に対応可能な,各ユニットの信号に変調をかける新方式によるハードウエアを製作し,有線ならびに無線による動作確認を行った。2.現有のシステム(SPORTS5.8)は大型で重いため,パイロット信号に5.8GHz帯,送電側に2.45GHz帯を用いる小型化したソフトウエア方式レトロディレクティブシステム自作した。このシステムで,パイロット信号の到来方向測定システムとビーム形成に関するこれまでの成果を組み合わせた総合的な実験を実施し,評価した。3.長距離レトロディレクティブ実験のため,上記のシステムを元に実験局免許を申請し,パイロット信号用に5800MHz,送電系に2460MHzの割り当てで予備免許を得た。4.災害時,飛行船等の移動体に無線送電機能を付加し,屋外実験を行うため,送電には位相制御マグネトロンで行い,本研究のパイロット信号の送受信と到来方向測定技術を応用したシステムを製作した。5.SPS用アレイアンテナの送電ビーム形成方式に関して,昨年度に電力分布を台形にする新しい方式を提案した。さらに、周辺部のアレイの配置を不等間隔にする方式を提案し、評価している。配置法はランダムではなく、数式で示せる、外に行くほど間隔を広く取る決定論的な方法であるので、配置が容易である。今までより少ない素子数で最大サイドローブも含めて従来よりも抑制でき、収集効率も高い、より優れた方式であることを示した。SSPS構想では,静止軌道から安全に効率よく正確に送電するため,非常な高精度でマイクロ波ビームを目標に向ける必要がある。これには地上の目標からパイロット信号を送り,その到来方向に送電するレトロディレクティブ方式が用いられる。レトロディレクティブシステムを作成し,実証実験として,長距離間でのパイロット信号到来方向に電波を送り返す高精度システムの実験を行うことを目的とする。(1)ソフトウエアレトロディレクティブ方式の実験と評価屋外実験用の装置を用いて暗室内において,パイロット信号の到来方向測定システムとビーム形成に関する成果を組み合わせた,ソフトウエアレトロディレクティブシステムを構成し,実験を実施した。パイロット信号に5.8GHz,送電側に2.46GHzで総務省から実験試験局の免許を受け、屋外での実験も行なった。伝搬距離は暗室内では5.4mしかとれなかったが、屋外では25mで実験することができた。パイロット信号の送信および到来方向測定は、飛行船実験用のシステムを用いた。到来方向の測定結果をもとに、可変移相器を制御し、レトロディレクティブシステムを構成している。

送信には、別途免許を取得した8素子の10mW送信機によるアクティブフェーズドアレイを用いて、特性を評価した。送電方向および到来方向の誤差のために、受信電力は理想よりは減ったものの、比較的高精度の実験が出来た。屋外では、暗室内のように設備が整ってないために、誤差が少し増加したが、長距離の実験に成功した。Time-frequency MUSIC法の実験も行い、雑音に強い方式であることを確認した。(2)災害時の移動体からの無線送電への応用飛行船を用いた実験も行い、到来方向も測定できたが、少しの風で飛翔体が揺れるために定性的な評価しかできず、ビーム特性などの測定は出来なかった。今後の課題である。
工業用ナノ粒子の作業環境評価法の開発

ナノマテリアルは工業用材料として多くのメリットがあるが、リスクもある。安全なナノマテリアルの製造・取扱いには曝露評価を含むリスク評価が必要である。炭素系ナノマテリアルの曝露評価を行うため、エアロゾル用の炭素モニターを用いて数種類の多層カーボンナノチューブ(MWCNT)、単層カーボンナノチューブ(SWCNT)、大気じん粒子などを分析した。これらの試料の量を炭素モニターの示す元素状炭素(EC)の量から求めた。曝露評価には、まず環境中の吸入性粉じんをシウタスカスケードインパクタでサンプリングし、粉じん粒子を2.5μmから0.25μmまでの5段階の粒径に分離捕集し、これを炭素モニターで分析する。この方法を実験室および実際のMWCNT取扱い作業環境で捕集された試料について応用したところ、MWCNTは容易に凝集し絡まる性質から1.0μm以上に多く存在し、一方ECを含む大気じんは0.25μm以下に多く存在することがわかった。本方法を基に試料に含まれるECをMWCNT、その他の炭素に分離する手順をフローチャートとして提案した。本研究ではフラーレン、単層カーボンナノチューブ(SWCNT)、多層カーボンナノチューブ(MWCNT)などの炭素系工業用ナノ材料が作業環境で気中に浮遊分散した場合のナノ粒子の測定法を開発し、曝露評価手法を提案することを目的とする。1炭素系ナノ粒子の収集と標準サンプルの作成由来の異なるフラーレン、SWCNT、MWCNTを入手し、これらのサンプルを石英フィルタ上に一定量分散したフィルタ試料を作成した。2炭素系ナノ粒子の元素状炭素の同定カーボンモニターは昇温とガス雰囲気を制御することで、試料が排出する炭素量の信号から、サンプルのスペクトラムを得ることができる。このカーボンモニターを用い、炭素系ナノ粒子を分析するため、加熱条件と雰囲気のガス条件を変化させる測定プログラムを検討した。炭素系ナノ粒子の元素状炭素を分別定量する。フラーレンについての測定プログラムとMWCNTについての測定プログラムを決定した。また作業環境中のバックグラウンド粒子と炭素系ナノ粒子のスペクトラムを比較検討した。3炭素系ナノ粒子の機械的分散と粒子の形態観察CNTは塊状で、そのままでは電子顕微鏡で形態を観察しても繊維としての情報は十分に得られない。多層CNTの塊に剪断力など機械的な刺激を加えた場合に分離される繊維や粒子について形態を観察し径や長さの分布を計測した。ここで得られた多層CNTの繊維状粒子の個数基準で幾何平均長さは、4から6μmであったが、繊維状でない粒子も多数含まれていた。本年度は以下の点について実験室および作業環境での手法の検証を行った。1)炭素系ナノ粒子の元素状炭素の同定EC/OCモニターを用い元素状炭素(EC)の分析手法であるDRI法を基に、炭素系ナノ粒子を分析し、その定性、分別定量の可能性について検討した。ECの種類や状態によって、サーモグラムのパターンが異なるので、作業環境中に存在するバックグラウンド粒子とMWCNT,SWCNT,フラーレンなどの炭素系ナノ粒子を分離・定量した。2)作業環境における炭素系ナノ材料の計測炭素系ナノ材料の製造工場の作業環境中のナノ粒子の計測を交渉したが、会社側から測定データの公表の同意を得ることが困難で、断念した。代案として実験室内でMWCNTなどの炭素系ナノ粒子を気中に分散し、5段で粒径別に粒子が捕集できる個人サンプラー(シウタスカスケードインパクタ)を用いて捕集し、EC/OCモニターにより分析した。これにより、サンプリング条件、分析条件や測定下限濃度について検討した。またサンプラーに捕集されたMWCNT粒子の電子顕微鏡観察から塊状の粒子とよく分散した繊維状の粒子がサンプラーの各段で観察され、MWCNT製造工場の環境粒子を再現していることが確かめられた。また鉄などの金属イオンによりCNTの燃焼が促進され、サーモグラムが異なることがわかったので、EC/OCモニターのよる分析に影響のある金属について検討した。ECの種類や状態によって、サーモグラムのパターンが異なるので、作業環境中に存在するバックグラウンド粒子とMWCNTやSWCNTなどの炭素系ナノ粒子を分離・定量した。

2)炭素系ナノ材料のEC/OCモニターによる分析実験室内でMWCNTなどの炭素系ナノ粒子を気中に分散し、5段で粒径別に粒子が捕集できる個人サンプラー(シウタスカスケードインパクタ)を用いて捕集し、EC/OCモニターにより分析した。これにより、サンプリング条件、分析条件や測定下限濃度について検討した。またサンプラーに捕集されたMWCNT粒子の電子顕微鏡観察から塊状の粒子とよく分散した繊維状の粒子をサンプラーの各段で観察した。3)作業環境における炭素系ナノ材料の評価2の分析評価の方法を手順化し、連携研究者の捕集した作業環境中のMWCNTを含む炭素系ナノ粒子試料を評価し、方法の妥当性を検討した。本方法については現在、論文投稿中である。
タンパク質糖化機構の解明と糖尿病合併症防止剤の開発

本研究ではタンパク質糖化の機構の一部を解明したことにより、糖化防止の手がかりが得られた。次いでアマドリ構造の定量法を確立し、これを応用して、糖化タンパク質中の有害なアマドリ転移体を消去するのにチトクロームcが有効であることを明らかにした。また、血中活性酸素の発生を防ぐことが、糖尿病性腎症発症の予防になるのみならず、腎症の進行阻止にも有効であることを示した。1.糖化アルブミンの性質の解明と糖化機構の解析1・1糖化アルブミシの性質:糖化アルブミンの物性変化が薬物に対する結合に反映されるものと考えて検討した結果、ワルファリンと血清アルブミンとの結合が糖化によって障害されることを見出した。1・2タンパク質糖化機構の検討:生体内におけるタンパク質糖化の最初の段階であるN-グリコシル化を促進する因子として糖分子上の水酸基の影響を精査した。その結果、アグリコンの配位が糖のC-3位の水酸基の配位と完全に一致することを見出した。これは、C-3位の水酸基が反応中間体形成に関与していることを示唆するタンパク質の糖化もこれと同様の機構で進行するものと考えられる。2.アルブミン糖化度の測定法の確立と糖化アルブミンからの発生する活性酸素の消去2・1発光反応を利用した血清アルブミシ糖仕度の測定:糖化タンパク質をルシゲニンと反応させたところ、強い発光が見られ、糖化アルブミンが活性酸素を発生することは更に確実となった。そこでこの発光反応を利用した血清アルブミン糖化度のフローインジェクション法による測定法を確立した。2・2糖化アルブミンからの発生する活性酸素の消去:2・1に述べたアマドリ体の測定法を用いてアマドリ溝造を分解する物質を検索した結果、チトクロームcが有効であることを見出した。3完全自動化血清グアニジノ化合物分析装置の構築と慢性腎不全の病態に対する活性酸素の影響の解析糖尿病合併症の一つである糖尿病性腎症患者血中に増加するメチルグアニジン(MG)は、生体内活性酸素の有効な指標と考えられている。本研究では、グアニジノ化合物の血清直接注入自動分析システムを構築して病態解析に応用し、MGが低値を示す患者は透析回数を減少させることが可能であることを見出した。従来糖尿病性腎症の発症には糖化アルブミンが関与すると考えられており、糖化アルブミンのAmadori転移体からの活性酸素の生成がその1つの原因てせあることが推定されてきた。今回我々はN-glucosyltouidineのAmadori転移体である1-p-toluidinofructoseのESRスペクトルを測定したところ、明らかにsuperoxideの生成が観察された。また、糖化アルブミンからの活性酸素生成も確認された。また、糖尿病時にアルブミンが容易に糖化されるのは還元糖のアミノ基に対する反応性が高いためであるが、その反応性の高さの原因は明らかにされていなかった。本研究では種々のN-グリコシド化反応を精査した結果、糖のC-3位の水酸基とアミノ基との水素結合形成が糖のグリコシル化を促進していることを見いだした。

C-3位の水酸基を保護した3-O-methylglucoseのアミンに対する反応性が著しく低いこともこれを支持した。一方、従来糖化アルブミンの薬物に対する蛋白結合能に関しては、正常のアルブミンより低下するという説と、正常アルブミンとの間に変化が見られないとする説とがあったが、本研究では、糖化の程度が低いアルブミンは蛋白結合能に変化はなく、ある程度糖化が進んだ段階で蛋白結合能が低下するという仮説を立て、糖化程度の異なる血清アルブミンについて検討を行ったところ、かなり糖化の進んだ段階で初めて蛋白結合能の低下が始まることが明らかとなった。更に、D,L-アミノ酸のN-glycoside及びそのAmadori転移体の合成に際して生じるラセミ化の問題を解決するためにD,L-アミノ酸誘導体の分離法及び簡便な検出法をも検討した。平成8年度の研究で、1-deoxy-1-p-toluidinofructose(TDF)を糖化タンパク質のモデルとして提案すると同時に、これがsuperoxideを発生することを見出したが、9年度はTDFがルシゲニンを発光させること、及び糖化アルブミンもルシゲニンを発光させることを明らかにし、従来得られていなかった糖化タンパク質の特異的分析法が確立される可能性を示した。この分析法は、タンパク質糖化防止剤の検討にも有用であると期待される。10年度はこの分析法を確立すると共に、糖化防止剤の検索に応用する。一方、従来糖化アルブミンは、アルブミンとグルコースをincubateすることによって調整されていたが、これはタンパク質の変性や細菌の繁殖などの問題が多かった。9年度の研究では、ヒト血清アルブミンをボロン酸カラムで分離することにより、種々の糖化度を有し、変性も少ない血清アルブミンを精製した。精製糖化アルブミンの疎水性薬物に対するタンパク結合能を精査したところ、糖化度の上昇につれてタンパク結合率が低下することを確認した。これは糖化がタンパク質の疎水域或いはその近傍で起こっている可能性を初めて明らかにしたもので、糖化防止剤の開発に大きな示唆を与えるものである。更に9年度には、TDFが腎障害の際に増加するクレアチニンを酸化して、尿毒症物質であるメチルグアニジンを生成することを見出した。これは糖化タンパク質が活性酸素を生成することによって生体成分或いは生体組織を障害することを支持している。(1)クレアチニン水溶液が、糖化アルブミンの水溶液を加えるとメチルグアニジン(MG)を生成することを確認した。この反応は、塩基性が強いほど速く進行するが、生体内でも十分起こりうる。(2)ルシゲニンを用いる糖化アルブミンからの活性酸素発生をモニターする方法を発展させ、糖化アルブミン中のアマドリ構造部分を定量する方法を確立した。この方法を用いて、糖化アルブミンの活性酸素発生を抑制する因子を検索したところ、チトクロームcがこの効果を持つことが明らかになった。すなわち、生体内ではチトクロームcが糖化アルブミン中のアマドリ構造部分を分解して活性酸素の発生を防止している可能性がある。一方、糖化アルブミンが増加するとチトクロームcが分解して、生体内酸化還元反応が妨害される可能性もある。(3) 3-デオキシグルコースは、わずかではあるが糖化反応を防止するとこがわかった。(4)最近、血液製剤の一つであるアルブミン製剤が副作用を示すことが問題になっている。
情報補填を可能にするアルゴリズムの設計と解析

入力情報の不完全性をいかに克服する(情報を補填する)かが現代アルゴリズムの大きな課題となっている,本研究では,そのようなアルゴリズムが有すべき性質を厳密に議論し,具体的な設計技法と評価手法を含めた体系を作り上げることを目的として,研究を行った.結果として,オンライン,ネットワーク,マッチング,確率,幾何,分散等多岐にわたる分野で効率よいアルゴリズムの開発に成功した.全ての情報処理の基礎であるアルゴリズムは,多種多様な情報が溢れている現代IT社会において特にその重要性を増している.情報過多の時代と言われているが,実は入力情報の不完全性をいかに扱うかが現代アルゴリズムの大きな課題となっている.例えば,商品相場のような時々刻々と変動する系に対するアルゴリズム設計等においては,最適計算に必要な入力データそのものが不十分な形でしか得られない.将来の入力の変動が予測できない条件のもとで,正確さや決定性の犠牲を抑えながら高速に近似最適解を得る,スケーラビリティを重視した情報処理技術が重要になっている.しかし,単純な発見的手法等に頼ったアルゴリズムでは,計算量のメリットと犠牲のトレードオフが分からない場合が多い.本研究では,このような入力情報の不完全性を扱うアルゴリズム設計において,品質保証をいかに厳密に行うかを明らかにする.具体的には,近似計算,オンライン計算,確率計算,量子計算,通信効率の高い計算,安全性の高い計算,分散計算等の個々の枠組みに沿った要素技術をもとに,これを発展させた総合的な品質保証技術を確立する.また,こうした新しい品質保証技術をより重要視する方向へ,アルゴリズムの設計パラダイムをシフトさせる.入力情報の不完全性をいかに克服する(情報を補填する)かが現代アルゴリズムの大きな課題となっている,本研究では,そのようなアルゴリズムが有すべき性質を厳密に議論し,具体的な設計技法と評価手法を含めた体系を作り上げることを目的として,研究を行った.結果として,オンライン,ネットワーク,マッチング,確率,幾何,分散等多岐にわたる分野で効率よいアルゴリズムの開発に成功した.全ての情報処理の基礎であるアルゴリズムは,多種多様な情報が溢れている現代IT社会において特にその重要性を増している.情報過多の時代と言われているが,実は入力情報の不完全性をいかに扱うかが現代アルゴリズムの大きな課題となっている.例えば,商品相場のような時々刻々と変動する系に対するアルゴリズム設計等においては,最適計算に必要な入力データそのものが不十分な形でしか得られない.将来の入力の変動が予測できない条件のもとで,正確さや決定性の犠牲を抑えながら高速に近似最適解を得る,スケーラビリティを重視した情報処理技術が重要になっている.しかし,単純な発見的手法等に頼ったアルゴリズムでは,計算量のメリットと犠牲のトレードオフが分からない場合が多い.本研究では,このような入力情報の不完全性を扱うアルゴリズム設計において,品質保証をいかに厳密に行うかを明らかにする.以下,代表的な結果である有向グラフにおけるk枝連結性の検査を例に成果を述べる.グラフがk枝連結であるとは,任意の頂点u,vに対しuからvへのk本の辺素な道が存在することを言う.本研究では,次数に上限のある有向グラフがk枝連結であるか,またはk枝連結からイプシロン遠隔であるかを検査する,グラフの頂点と枝の数によらない定数時間で動作する乱択アルゴリズムを示した.これはWebグラフのような巨大なデータが与えられたとき,データ全体を調べずに定数個の頂点を調べることで連結性が高い確率で判定できることを意味している.全ての情報処理の基礎であるアルゴリズムは,多種多様な情報が溢れている現代IT社会において特にその重要性を増している.情報過多の時代と言われているが,実は入力情報の不完全性をいかに扱うかが現代アルゴリズムの大きな課題となっている.例えば,商品相場のような時々刻々と変動する系に対するアルゴリズム設計等においては,最適計算に必要な入力データそのものが不十分な形でしか得られない.将来の入力の変動が予測できない条件のもとで,正確さや決定性の犠牲を抑えながら高速に近似最適解を得る,スケーラビリティを重視した情報処理技術が重要になっている.しかし,単純な発見的手法等に頼ったアルゴリズムでは,計算量のメリットと犠牲のトレードオフが分からない場合が多い.本研究では,このような入力情報の不完全性を扱うアルゴリズム設計において,品質保証をいかに厳密に行うかを明らかにする.以下,代表的な結果である最大マッチング問題に対する定数時間近似アルゴリズムを例に成果を述べる.グラフのマッチングとはグラフ中の枝集合で、互いに端点を共有しないもののことを言う.本研究では,次数に上限のあるグラフの最大マッチングのサイズを高い精度で近似するグラフの頂点と枝の数によらない定数時間で動作する乱択アルゴリズムを示した.これはWebグラフのような巨大なデータが与えられたとき,データ全体を調べずに定数個の頂点を調べることでマッチングのサイズが高い確率で求められることを意味している.全ての情報処理の基礎であるアルゴリズムは,多種多様な情報が溢れている現代IT社会において特にその重要性を増している.情報過多の時代と言われているが,実は入力情報の不完全性をいかに扱うかが現代アルゴリズムの大きな課題となっている.例えば,商品相場のような時々刻々と変動する系に対するアルゴリズム設計等においては,最適計算に必要な入力データそのものが不十分な形でしか得られない.将来の入力の変動が予測できない条件のもとで,正確さや決定性の犠牲を抑えながら高速に近似最適解を得る,スケーラビリティを重視した情報処理技術が重要になっている.

しかし,単純な発見的手法等に頼ったアルゴリズムでは,計算量のメリットと犠牲のトレードオフが分からない場合が多い.本研究では,このような入力情報の不完全性を扱うアルゴリズム設計において,品質保証をいかに厳密に行うかを明らかにする.以下,代表的な結果である最大マッチング問題に対する定数時間近似アルゴリズムを例に成果を述べる.グラフのマッチングとはグラフ中の枝集合で、互いに端点を共有しないもののことを言う.本研究では,次数に上限のあるグラフの最大マッチングのサイズを高い精度で近似するグラフの頂点と枝の数によらない定数時間で動作する乱択アルゴリズムを示した.これはWebグラフのような巨大なデータが与えられたとき,データ全体を調べずに定数個の頂点を調べることでマッチングのサイズが高い確率で求められることを意味している.
オトガイ下ペーシング法による睡眠時無呼吸症候群の新しい治療法に関する研究

睡眠中に呼吸が頻回に停止する睡眠時無呼吸症候群は無呼吸発作による肺胞低換気により、低酸素血症、高炭酸ガス血症をきたし肺動脈圧上昇、体血圧上昇、不整脈、右心不全など循環動態の異常のみならず脳障害による性格変化の精神症状もみられ、重症例では突然死の可能性もあるとして近年特に注目されている疾患である。本疾患の大部分は睡眠時の上気道の閉塞によって生ずる。内科的治療法として鼻腔持続陽圧法が試みられているが鼻マスクや陽圧発生装置を必要とし、鼻閉の患者には使用できないなどの問題点もありそのコンプライアンスは必ずしも高くない。本研究ではまず第一に、携帯可能な小型の単一オトガイ下ペーシング装置を開発した。頸部気管皮膚面に装着した小型マイクロフォンによる気管音とサーミスタにより口鼻気流をモニターし内臓型マイクロコンピュータにより無呼吸を検知する在宅無呼吸検出装置(開発済み)と、刺激装置を結びつけ小型のオトガイ下ペーシング装置を開発した。無呼吸が検出されたらオトガイ下に貼布した表面電極を介し電気刺激が開始され、上気道が開存し呼吸の開始と同時に電気刺激が停止するデマンド型装置で、小型化易操作性に優れたものに開発された。第二に、本装置の臨床効果を検討した。上気道に明らかな形態異常のない閉塞型無呼吸症候群患者に対し本装置を装着した時の無呼吸発作をポリソムノグラフィーにて検討した。本装置使用により無呼吸発作は有意に減少し、無呼吸発作に伴なう低酸素血症の程度も改善した。日中傾眠傾向を表わす入眠潜時テストでも改善が認められ、臨床での有用性が示された。更に、5夜連続装着すると続く2夜装着しなくともアフター効果が認められた。治療プラグラムとして1週間のうち5夜連続刺激法で良いと言えた。一ヶ月以上の長期使用効果、また鼻腔持続陽圧法との比較は今後の研究課題となったが、初期の研究目的は充分達せられたものと思われる。
船体に加わるスラミングによる衝撃荷重の粒子法による数値シミュレーション手法の開発

波浪時のスラミング現象を高精度に計算するためには、大波高の波浪場と船体運動を高精度に求める必要があり、研究代表者らが開発した粒子法の数値水槽モデルと船体運動モデルを用いたシミュレーションプログラムを作成した。3次元の船体全体の計算を行うには計算時間が膨大になる問題があり、計算時間の高速化が不可欠である。本年度は、この計算時間の問題を解決するために、研究代表者らがこれまでに開発した粒子法の計算時間を短縮することができる楕円粒子モデルと重合粒子モデルを適用した。これらの手法は、空間解像度を任意に変えられるようにすることで不要な粒子を削減し計算時間を短縮するとともに、船体近傍に高解像度の粒子を配置することで高精度な計算を可能にするものである。具体的には、楕円粒子モデルという横長あるいは縦長の粒子を用いる技術を導入し、粒子数を削減した。重合粒子モデルの導入では、計算領域を高解像度領域と低解像度領域に分け、低解像度領域で大きな粒子を用いることで粒子数を削減し、計算の高速化を行った。シミュレーションプログラムに予定した技術を計画通りに導入できたため。気相の影響を考慮可能にするモデルを開発する。開発したシミュレーションプログラムを用いてスラミング現象を計算する。研究計画に若干の修正をし、一部の研究作業を次年度に行なうこととした。これにともない研究活動に必要な一部の研究費を次年度に使用することとした。修正した研究計画に従って、適時研究費を支出する予定である。
生理活性分子の分子設計のための理論化学的研究

天然物リガンドに関しての構造や反応性等の情報を収集した。非常に多種類のものが存在するが、構造に関する分類として次の2種類に分けた。(1)環境の変化により、構造があまり変化しないと予想されるもの、および、(2)環境により、構造が大きく変化することが予想されるものである。トリメチルアミンオキシド(TMA)は、(1)の代表例である。この分子の電子構造および水和構造を明らかにするための計算を実行した。TMAは、浸透圧調整物質として良く知られているが、蛋白質のフォールディングに影響を与えることも知られている。TMAの構造が水和によってどのように変わるのか、またTMAがまわりの水分子にどのような影響を与えるのか、について、非経験的分子軌道法と分子力場法を組み合わせた計算を進めた。その結果、TMAの幾何学的構造は水和によってほとんど変化しないが、非常に特徴的な水和構造が形成されることが明らかとなった。TMAの影響により、直接水和している水分子だけでなく、そのまわりの水分子が特徴的な配向をする。これは、生理活性分子の作用機序に関して、新たな視点を提示するものである。グルコース(α体とβ体)とマンノース(α体とβ体)は、(2)の代表例である。単糖には、分子内水素結合の仕方により、さまざまな安定構造がある。QM/MM計算を実行することにより、孤立状態においての安定な構造と、水溶液において見いだされる構造が異なることを見出した。水和の効果をPCM計算で見積もった場合には、そのような構造変化は表れない。グルコースとマンノースそれぞれのα体とβ体(アノマー)の水溶液中における安定性の違いをQM/MM計算により正しく予測することができた。25年度が最終年度であるため、記入しない。天然物リガンドに関しての構造や反応性等の情報収集を開始した。非常に多種類のものが存在するので、まず、構造に関する分類として次の2種類に分けることとした。それぞれの代表として、いくつか具体例をとりあげ、孤立状態における計算と、水溶液中における計算を開始した。(1)の代表例として、トリメチルアミンオキシド(TMA)および、アダマンタン誘導体をとりあげた。アダマンタンは、薬剤の体内への取り込みやすさを調節するための置換基として用いられる。非常に固い骨格をもっているが、どのような仕組みで脂溶性・水溶性の調整に関わるのかについて明らかにするための計算を開始した。(2)の代表例として、グリシンとグルコースをとりあげた。グリシンは、アミノ酸のうちで最も単純なものである。中性分子の場合でも、末端が-NH2と-COOHである状態と、それらが-NH3(+)と-COO(-)となり、双性イオンの状態とがありうる。それらの、水溶液中における安定構造を計算で求めたところ、とくに双性イオンの構造が、孤立状態とは大きく異なることを見いだした。グルコースは、さまざまな安定構造があるが、孤立状態においての安定な構造と、水溶液において見いだされる構造が異なることを見出した。天然物リガンドも受容体も、環境により構造が変化し、なおかつ特異的に相互作用がおこると考えられる。

実験的手法により得られる情報の多くは、リガンドと受容体の結合状態における情報である。本研究は、天然物リガンドの、さまざまな環境における安定構造、構造変化のしやすさ、平均構造を量子化学計算により求め、これらの結果に基づき、ある活性をもつ分子を設計するための合理的指針を提案することを目的としている。今年度は、いくつかの特徴的なリガンドをとりあげ、孤立状態におけるリガンドの最安定構造、および、水の中におけるリガンドの構造、さらに、リガンドのまわりの水和構造を得るための理論化学計算を実行した。計算には、主として非経験的分子軌道法を用い、必要に応じ、QM/MM法(溶質および重要な溶媒分子をQMとして、その他の溶媒分子をMMとして扱う手法)を用いた。また、さまざまな環境における構造の時間変化や平均構造、また自由エネルギー変化を求めるために、非経験的分子軌道法やQM/MM法と分子動力学法やモンテカルロ法を組み合わせた計算手法を用いた。今年度の計算の結果として、水和という観点からみると、リガンドは次の2種に分けることができることを定量的に示すことができるようになった。一つは、その構造自体は孤立状態と水溶液中で大きく変わらなくても、大きな水和をもたらすものであり、もう一つは、適切な水和構造を形成するためには、リガンドの構造自体が変わらなくてはならないものである。さらに、置換基の導入によって水素結合形成の度合いが異なることが当然予想されるが、親水性の置換基の導入が、必ずしも常に親水性の水素結合の形成につながるとは限らないことを計算で示した。これは、活性予測にとって、非常に重要な知見である。天然物リガンドに関しての構造や反応性等の情報をさらに収集する。いくつかの、実際に得られているリガンドを、(1)環境の変化により、構造があまり変化しない、と予想されるもの、および、(2)環境により、構造が大きく変化することが予想されるもの、に分類し、それぞれについて、孤立状態におけるリガンドの最安定構造、水溶液中におけるリガンドの構造やIRスペクトル、さらに、リガンドのまわりの水和構造を得るための理論化学計算を実行する。計算には、非経験的分子軌道法を中心として、必要に応じ、QM/MM法(溶質および重要な溶媒分子をQMとして、その他の溶媒分子をMMとして扱う手法)を用いる。QMとして扱う領域を広げたり、また、計算レベルを高くする、等の工夫を加える。また、さまざまな環境における構造の時間変化、IRスペクトルや平均構造を求めるために、非経験的分子軌道法やQM/MM法と分子動力学法やモンテカルロ法を組み合わせた計算手法を用いる。また、構造変化に対応する自由エネルギー変化を計算で求める。これらの結果から、特異的相互作用の予測に結びつく特徴を、リガンドの孤立状態の構造から引き出すことを試みる。また、活性様式を予測する手法の構築を試みる。さらに、得られた定量的知見を実験研究者にフィードバックする。25年度が最終年度であるため、記入しない。
高光起電力を発生する化合半導体ヘテロ接合光電極による極低バイアス水分解

化合物半導体による水の光分解反応を太陽エネルギー変換の水準まで引き上げるには、固有吸収が可視光領域の多くをカバーするナロウギャップ半導体を利用することが不可欠である。研究代表者らはこれまでに、ナロウギャップp型半導体であるCuIn(Se,S)2(CIS)系化合物半導体薄膜が水分解の還元側(水素発生側)の光電極材料として有効であることを見出してきた。この系では、CIS系化合物薄膜表面にn型半導体層を積層させてp-nヘテロ接合を形成させ、さらにその表面にPt微粒子を添加することでバイアス下での水分解水素発生が効率よく進行する。このとき、必要なバイアス電圧の高さは、それらのp-nヘテロ接合をベースとして作製した太陽電池の開放電圧(VOC)が高いほど低くなる。すなわち、高VOCが得られるp-nヘテロ接合太陽電池が得られれば、低バイアス電圧あるいはバイアスフリーで水分解水素発生を進行し得る光カソードとなると期待される。本研究は、このようなアイデアに基づいて、新たなp-nヘテロ接合からなる水の光分解水素発生系を構築することを目的とする。平成26年度は、光吸収を担うCIS薄膜表面のラフネス制御および新規p型半導体薄膜のの開発に取り組んだ。その結果、表面ラフネスの増加による水分解効率の向上、および、Cu2ZnSnS4が新たな光吸収層として有望であることを見出した。前者は、当初予想していた通り、表面積増大によって反応サイトが増加したことによると考えられ、後者においては、これまでのCIS系電極に匹敵する大きな光電流が得られたことに加えて、電極安定性がきわめて高いことを明らかにした。26年度が最終年度であるため、記入しない。化合物半導体を用いた光エネルギーによる水の分解反応を太陽エネルギー変換の水準まで引き上げるには、固有吸収が可視光領域の多くをカバーするナロウギャップ半導体を利用することが不可欠である。研究代表者らはこれまでに、ナロウギャップp型半導体であるCuIn(Se,S)2(CIS)系化合物半導体薄膜を光吸収層とする水分解水素発生に取組んできた。平成25年度は、光吸収を担うp型半導体のワイドギャップ化と、新規n型半導体材料の開発に取り組んだ。その結果、CISのInサイトをGaで25%置換したバンドギャップ約1.7 eVのCIGS薄膜を用いることで、水分解反応の低バイアス化を実現した。また、新規n型半導体であるIn酸硫化物(In(S,O))をCISとを組合せた薄膜がABPE(バイアス電圧を考慮したエネルギー変換効率)で最大1.9%の高い光電極特性を有することを見出した。これは、既報のカルコゲナイド光電極では最も高い値である。研究実績の概要に記載したとおり、CISのInサイトをGaで25%置換したバンドギャップ約1.7 eVのCIGS薄膜を用いることで、水分解反応の低バイアス化が実現された。

Ga置換量をさらに増やすと、バンドギャップのワイド化は生じるが、pn接合形成に用いるn型半導体薄膜(CdS)との伝導帯下端エネルギーのバランスにより、バイアス電圧は大きくならない。このようなバンドアラインメントを変化させることでバイアス電圧が制御できるという結果は、研究計画時に予測されていたもので、当初の目標が達成されたものと考える。さらなる低バイアス化を目指して、CdSに代わる新たなn型半導体、すなわちCdSとは伝導帯下端エネルギーが異なるn型半導体の探索を行っていたところ、In酸硫化物(In(S,O))とCIS薄膜との組合わせで、光電極特性が大幅に向上することを見出した。これは当初予想していなかった大きな成果であり、今後の低バイアス水分解実現においても重要な結果であると考える。以上のことから、本研究が当初計画以上に進展していると判断した。各種構造最適化に関する検討前年度開発したCIS-In酸硫化物(In(S,O))ヘテロ接合からなる光カソードの研究は、その成果をもとにさらに最適化検討を継続する。とくに、前年度計画ではあまり注視していないp-nヘテロ接合界面のモルフォロジー制御を研究課題の一つとして挙げる。一般的なp-nヘテロ接合太陽電池では、接合界面のラフネスが大きいと界面再結合が促進されるため開放電圧が低下する。すなわち、水分解水素発生の低バイアスカにはマイナスの効果となる。いっぽう、電極反応の立場からは、ラフネスの増加は表面反応場を増やすプラスの効果も期待される。表面構造を制御することで、これについての詳細な検討を進める。新材料、新反応系への展開研究本年度はさらに、新たなp-n接合材料の可能性を検討する。具体的な材料としては、Cu2ZnSnS4のほか、本研究領域の研究者との協議を元にして新たな候補材料を選定する。また、活性の向上やレアメタルフリーの材料を利用する観点から、Pt微粒子にかわる新規触媒の開発を行う。水分解水素発生系において本コンセプトの有用性が実証されれば、CO2還元系に有効な光カソードのバンドラインアップの予測と実際の薄膜作製への展開を実施する。これについては、本領域に参画するCO2還元系の専門家と共同で研究をすすめる予定である。