hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
前周期遷移金属活性種による高効率反応

研究期間内にクロム、タンタル、レニウムの錯体を調製し、その動的挙動を利用し、以下の反応を開発した。(1)TMEDAのようなジアミンの共存下、ヨードホルムをクロム(II)で還元して得られる反応剤を末端アルケンに作用させるとトランス体のヨードシクロプロパンが生成することを見いだした。また、塩化クロム(II)とともに、触媒量の塩化ニッケル(II)、トリフェニルホスフィン、さらにアセチレンに対し水を1当量加えることで、1-置換エテニルクロム反応剤を末端アセチレンから1段階で調製できることを見いだした。(2)タンタル-アルキン錯体を用いる実践的な触媒反応の開発を目的に、活性種である錯体の動的挙動を解明した。タンタル-アルキン錯体TaCl_3(η^2-R^1C≡CR^2)(dme)を単離するとともに、単結晶X線構造解析によりアルキンがタンタル中心に^2で配位していることを明らかにした。アルキン部位に嵩高いトリメチルシリル基をもつタンタル錯体と内部アルキンとの分子間での配位子交換反応のメカニズムを明らかにした。(3)レニウム錯体[ReBr(CO)_3(thf)]_2がC-H結合の活性化の触媒として働くこと、さらに生じた炭素-レニウム結合を有する活性種が求核的な反応をおこすことを明らかにした。例えば、芳香族アルジミンとアセチレンとの反応によるインデン誘導体の合成、芳香族アルジミンとイソシアナートとの反応によるフタルイミジン誘導体の合成、芳香族ケトンとα,β-不飽和カルボニル化合物との反応によるインデン誘導体の合成、などを見いだし報告した。ポリハロメタンを低原子価の金属で還元すると種々の反応活性種が生成する。ヨードホルムをクロム(II)で還元して得られる反応剤をアルデヒドに作用させると、E体のヨードアルケンが選択的に生成する。今回、TMEDAのようなジアミンの共存下、末端アルケンに上記の反応剤を作用させるとトランス体のヨードシクロプロパンが生成することを見いだした。反応活性種はヨウ素の置換したクロム-カルベン錯体だと考えられる。また、四塩化炭素をクロム(II)で還元して得られる反応剤を末端アルケンに作用させると、one-potで末端アレンに変換できることを見いだした。オレフィンに置換基があると、このアレンへの変換反応はほとんど進行しない。反応活性種は四塩化炭素の塩素原子2つがクロム(II)で還元されたgem-ジカルベノイドといえる有機金属化合物だと考えられる。また、塩化タンタル(V)を亜鉛で還元して得られる低原子価タンタルにアルキンを作用させるとタンタル-アルキン錯体(TaCl_3(R^1C≡CR^2)L_2(L_2=DME,Bipy, and TMEDA ; L=Py))が調製でき、その有機合成反応への応用は報告していたが、今回、タンタル-アルキン錯体を単離し、そのX線単結晶構造解析を行ない、構造を明らかにした。また、タンタル-アルキン錯体とケトンとの反応にはピリジンの添加が必要であるが、その理由を単離した錯体の反応性から明らかにした。末端アセチレンから1-アルケニル金属種は、ヒドロホウ素化あるいはジルコニウム化反応により容易に得ることができるが、逆の位置異性体である1-置換エチニル金属種となると難しい。今回、1-置換エテニルクロム反応剤を末端アセチレンから1段階で調製する手法を開発した。従来の反応経路の短縮に役立つ反応である。反応では塩化クロム(II)とともに、触媒量の塩化ニッケル(II)、トリフェニルホスフィン、さらにアセチレンに対し水を1当量加える。生じた1-置換エテニル反応剤は他の有機クロム反応剤と同様に、アルデヒドと選択的に反応することがわかった。

ポリハロメタンを低原子価の金属で還元すると種々の反応活性種が生成する。ヨードホルムをクロム(II)で還元して得られる反応剤をアルデヒドに作用させると、E体のヨードアルケンが選択的に生成する。今回、TMEDAのようなジアミン共存下、末端アルケンに上記の反応剤を作用させるとトランス体のヨードシクロプロパンが生成することを見いだした。この反応の活性種はヨウ素の置換したクロム-カルベン錯体だと考えられる。また、塩化タンタル(V)を亜鉛で還元して得られる低原子価タンタルにアルキンを作用させるとタンタル-アルキン錯体(TaCl_3(R^1C≡CR^2)L_2(L_2=DMF,Bipy,and TMEDA;L=Py))が調製できる。従来から化学量論量の反応は検討していたが、今回、単離したタンタル-アルキン錯体(TaCl_3(R^1C≡CR^2)L_2の触媒作用を検討した。その結果、末端アルキンを加えると、アルキンの重合反応ではなく、その三量化反応が進行することがわかった。反応では1,2,4-および1,3,5-ベンゼン誘導体の混合物をほぼ統計的な比率で生成した。タンタル-アルキン錯体を用いる実践的な触媒反応の開発を目的に、活性種である錯体の動的挙動を解明した。五塩化タンタルと亜鉛から系中で発生できる低原子価タンタルを利用して、アルキンとアルデヒドなどの不飽和有機化合物の高選択的カップリング反応の開発を進めてきた。その研究の過程で、この反応の中間体に相当するタンタル-アルキン錯体TaCl_3(η^2-R^1C≡CR^2)(dme)(dme=1,2-ジメトキシエタン)を単離するとともに、単結晶X線構造解析によりアルキンがタンタル中心にη^2で配位していることを明らかにした。今年度は、とくにアルキン部位に嵩高いトリメチルシリル基をもつタンタル錯体を合成し、その構造を解明した。さらに、得られたトリメチルシリルアセチレンの配位したタンタル錯体と種々の有機分子との反応性を調べた。η^2でタンタル中心に配位したシリルアセチレンは、内部アルキンと分子間で配位子交換反応を起こすことがわかった。これは、ジアルキルアセチレンの配位したタンタル錯体では見られなかった反応である。一方、末端アルキンをタンタル-シリルアセチレン錯体に作用させると、発熱とともに環化三量化反応が触媒的に進行し、トリアルキルベンゼンが定量的に生成した。このとき、鎖状重合体は全く生成しなかった。得られた三置換ベンゼンは1,2,4-体と1,3,5-体の混合物であり、その位置異性体比は73/27と、ほぼ統計的分布に従っていた。我々は、これまであまり有機合成に用いられてこなかったレニウム錯体を触媒として用いることにより、従来よく使われてきたルテニウムやロジウム錯体とは異なった反応形式により、C-H結合の活性化を経由して環状化合物が合成できることを見いだした。主な研究成果をあげる。1.芳香族アルジミンとアセチレンとの反応によるインデン誘導体の合成:レニウム触媒[ReBr(CO)_3(thf)]_2存在下、芳香族アルジミンと内部アセチレンを反応させることにより、ルテニウム触媒と同様にイミンのオルト位のC-H結合の活性化がおこり、アセチレンの挿入が進行することを見いだした。反応はアセチレンの挿入で止まらず、さらにイミンへの分子内求核的な環化反応と還元的脱離が進行し、生成物としてはインデン誘導体が2つの異性体の混合物として得られた。
消化器癌におけるメチル化を指標とした治療法の開発

これまで大腸癌、胃癌、乳癌、肺癌、白血病など、様々な悪性新生物疾患において、癌抑制遺伝子の高メチル化による不活化が報告されている。我々はマイクロアレイ法を用いて、脱メチル化剤5-aza-2' deoxycytidine(以下DAC)とヒストン脱アセチル化阻害剤Trichostatin A(以下TSA)の組み合わせがヒト大腸癌細胞に及ぼす影響を解析し、高メチル化により不活化されている遺伝子を網羅的に解析した。これまでに低濃度DACおよびTSAの組み合わせ処理により発現上昇する遺伝子を約70個同定し、RT-PCR法で薬剤処理による発現の変化を確認した。この結果、これらの遺伝子群は、その発現パターンから2通りに分類できることが分かった。低濃度DAC処理単独にて弱い発現上昇が見られ、DAC+TSA処理にてさらに発現上昇するが、TSA単独処理では発現に変化を認めないgroup 1と、TSA単独処理によって発現誘導されうるgroup 2である。Group 1遺伝子群の発現回復パターンは、既知のメチル化遺伝子と類似することから、高メチル化がそれら遺伝子の不活化に関与すると推測される。事実、我々は、group 1遺伝子上流のCpG islandをデータベース検索から同定し、その高メチル化を確認している。これに対し、group 2遺伝子群は、我々の上流にCpG islandを有しても、メチル化が認められず、TSAによる発現上昇は従来知られている高メチル化とは別なメカニズムと考えられる。Group 1遺伝子群の中には、染色体部位やこれまで報告されている機能から、新たなtumor suppressorである可能性の考えられるものが複数含まれている。中でも、分泌型frizzled関連蛋白1型(SFRP1)は、大腸癌の癌化に重要なWNT経路を抑制する働きを有しており、機能解析の結果、SFRP1のメチル化による不活化は癌抑制遺伝子APCや、癌遺伝子β-cateninの突然変異と並び、大腸発癌において重要な役割を果たしていることを突き止め、現在さらに解析を進めている。
蛋白質結晶解析自動化の研究

本研究は,蛋白質結晶構造解析に関する重点領域研究「蛋白質結晶解析の新展開」を申請するための準備調査を行うものである.その実施によりわが国における蛋白質結晶構造解析を質量共に充実し,広く生物科学・生物工学の発展に寄与することを目的としている.蛋白質結晶の構造解析は成功すれば,その信頼度と精度は他の手段の追随を許さないが,現在もまだその障壁は極めて高い.問題点は,結晶化条件の探索,大量の回折デ-タの迅速測定,構造決定と精密化,分子設計の能率化と信頼性の向上,などである.これらの問題点の現状と将来の予測を行うために,また,周辺分野の研究者,あるひは企業の研究者の意見も総合して,重点領域研究の具体的な研究計画を作製するために,2回の研究会を開いた.「蛋白質結晶解析の自動化」第1回研究会(全体,公開),平成2年11月14ー15日,於高エネルギ-物理学研究所,研究発表者17名,その他参加者計45名.問題点の提起,解析,予測を行った.「蛋白質結晶解析の自動化」第2回研究会(幹事会,非公開),平成3年1月30日,於大阪大学蛋白質研究所,研究発表者10名,問題点の整理と重点領域研究の計画作製を行った.さらに研究連絡を重ねて,4個の研究項目,A.結晶化法および重原子誘導体結晶作製のシステム化,B.回折強度測定法の研究,C.構造解析と精密化法の研究,D.立体構造形成原理の解明と解析への遺伝子工学の応用,からなる重点領域研究計画を作製した.本総合研究の実施により,計画の作製だけではなく,実際の問題点の整理,解明に大きな成果を得た.本研究は,蛋白質結晶構造解析に関する重点領域研究「蛋白質結晶解析の新展開」を申請するための準備調査を行うものである.その実施によりわが国における蛋白質結晶構造解析を質量共に充実し,広く生物科学・生物工学の発展に寄与することを目的としている.蛋白質結晶の構造解析は成功すれば,その信頼度と精度は他の手段の追随を許さないが,現在もまだその障壁は極めて高い.問題点は,結晶化条件の探索,大量の回折デ-タの迅速測定,構造決定と精密化,分子設計の能率化と信頼性の向上,などである.これらの問題点の現状と将来の予測を行うために,また,周辺分野の研究者,あるひは企業の研究者の意見も総合して,重点領域研究の具体的な研究計画を作製するために,2回の研究会を開いた.「蛋白質結晶解析の自動化」第1回研究会(全体,公開),平成2年11月14ー15日,於高エネルギ-物理学研究所,研究発表者17名,その他参加者計45名.問題点の提起,解析,予測を行った.「蛋白質結晶解析の自動化」第2回研究会(幹事会,非公開),平成3年1月30日,於大阪大学蛋白質研究所,研究発表者10名,問題点の整理と重点領域研究の計画作製を行った.さらに研究連絡を重ねて,4個の研究項目,A.結晶化法および重原子誘導体結晶作製のシステム化,B.回折強度測定法の研究,C.構造解析と精密化法の研究,D.立体構造形成原理の解明と解析への遺伝子工学の応用,からなる重点領域研究計画を作製した.本総合研究の実施により,計画の作製だけではなく,実際の問題点の整理,解明に大きな成果を得た.
寄生体ゲノム情報獲得に向けたサブトラクションシーケンス法の開発

本研究は寄生性原虫のゲノム情報を効率的に取得できるサブトラクションシーケンス法を開発することを目的とした。ゲノム配列既知の大腸菌および出芽酵母を用い、大腸菌DNAを非感染宿主由来DNA、これに少量の出芽酵母DNAを混ぜた物を感染宿主由来DNAのモデルとした。具体的には、後者のライブラリにビオチン化した前者のライブラリをハイブリダイズさせ、ストレプトアビジン磁気ビーズで大腸菌DNAを除去することで濃縮された出芽酵母DNAを得た。出芽酵母DNAの濃縮は定量PCRにより確認した。原理的な実現性は実証できたと考えるが、実用化のための技術的検証を進めていく必要がある。本研究は、培養や単離精製をせずに寄生性原虫のゲノム情報を効率的に取得する手法として、感染宿主由来DNAから非感染宿主由来DNAを差し引き、その差分を超並列シーケンシングに供するサブトラクションシーケンス法を開発することを目的とした。今回はゲノム配列既知の大腸菌および出芽酵母を用い、大腸菌DNA中に少量の出芽酵母DNAを混ぜたものを感染宿主由来DNA、単なる大腸菌DNAを非感染宿主由来DNAのモデルとした。2種類のDNAサンプルをそれぞれ断片化してからアダプタを付加したライブラリを作成し、非感染宿主由来のライブラリについてはPCRによってビオチン化を行った。両者を混合し、加熱変性の後に徐冷することで非感染宿主由来DNA同士をハイブリダイズさせ、ストレプトアビジン磁気ビーズによって除去した。両者の挙動を、それぞれのゲノム中でシングルコピーである、大腸菌dxs遺伝子および出芽酵母rps3遺伝子をマーカーとして定量PCRにより追跡し、感染宿主由来DNA(出芽酵母DNA)の濃縮を確認した。本研究により、サブトラクションシーケンス法の原理的な実現性は実証できたと考えるが、実用化のためには宿主集団の遺伝的多様性の影響を評価する必要があり、今後引き続き技術的検証を進めていく予定である。
全固体薄膜二次電池材料のレーザー・コンビナトリアル法による開発

コンビナリトアル薄膜リチウム電池作成装置およびその評価システムを完成させた。これを用いて、15mm角の基板上に最大16個の全固体薄膜リチウム二次電池を製造し、その電池特性をマルチプローブCV測定装置で計測、電池構成部材の構造変化を顕微ラマン散乱によりin situに計測・評価する事ができるようになった。その結果、5V級高電圧正極薄膜の開発、酸化物負極薄膜の開発、ワイドギャップ固体電解質薄膜の開発などで成果が得られ、最終年度では金属リチウムを負極に用いた高性能薄膜リチウム二次電池の開発に成功した。本研究は、将来的な超小型電源として期待される全固体薄膜二次電池の開発に資するために、パルス・レーザー蒸着法(PLD法)を用いて、様々な材料を自動的に組み合せて(コンビナトリアル手法)、複数種類の薄膜電池を同時に作り、最適な条件を探索するものである。本年度は、このために(1)従来の装置を用い薄膜電池特性の改善を続ける、(2)コンビナトリアル手法を用いた新規PLD装置の設計と製作を行う、(3)、次年度に行う微小イオン物性計測装置の開発、の三つを目標とした。(1)薄膜電池の特性改善これまでに開発してきた、SnO/LVSO/LiCoO2系の薄膜リチウムイオン二次電池をベースにして、LiMn2O4を用いた薄膜リチウムイオン二次電池を作成し、その電池特性と薄膜構造・電子イオン物性との関係を詳細に検討した。その結果、製膜条件を工夫することで薄膜電池として十分に機能する特性が得られた。この成果は、ドイツで行われた15th. International Conference on Solid State Ionicsで発表され、現在論文投稿中である。また、固体イオニクス討論会、日本物理学会その他でも発表された。(2)コンビナトリアル・チャンバーの開発本計画の主要装置である薄膜電池作成用に専用のPLDチャンバーとレーザー照射機構を設計し、それを元にPLDチャンバーを製作し東北大学多元研に設置した。現在、本装置の調整と改良を進めて次年度以降の本格的稼働を目指している。(3)微小イオン物性計測装置の開発微小電池の評価用に顕微鏡下で充放電による構造変化を直接観測できるin situ顕微ラマン分光装置を開発した。実際にLiMn2O4薄膜の充放電に伴う構造変化をin situに観測し、その結果の一部は既に、上記の学会等で発表した。現在、電気化学測定装置との組み合せと自動化を進めている。昨年度までに開発された、コンビナトリアルPLD装置と微小イオン物性計測装置を用いて、本年度は以下の実験結果を得た。(1)レーザーパルス制御による連続組成分布薄膜作成法(CCS-PLD法)を開発し、種々の組成の正極薄膜を連続的に製造する事に成功した。この方法を用いて、種々の複合酸化物正極の薄膜化を行い、顕微ラマン散乱による構造と安定性評価に成功した。この結果、LiCoO2-LiMn2O4の混合正極においては、中間組成において構造安定化と高電圧化が期待できる事が分った。(2)固体電解質薄膜作成に必要なレーザーの波長依存性を検討した結果、従来不可能とされていた、リン酸系やホウ酸系ガラスの良質な薄膜化に成功した。(3)リチウムイオン伝導体として、LiBiP2O7,Li2AlZr(PO4)3,Li8PVO8等のリチウムイオン伝導体の特性評価と構造解析を行い固体電解質材料としての可能性を検討した。その結果、Li8PVO8は薄膜電解質として利用できる事が分った。(4)リチウムイオン伝導性高分子電解質を用いた薄膜電池との比較のため、PVAc-PVdFベースの高分子膜を用いたリチウム電池特性評価を開始した。これらの結果は、ECS国際会議、アジア固体イオニクス国際会議、日本物理学会、固体イオニクス学会、その他で発表され、2007年の固体イオニクス国際会議でも発表される予定である。本年度の成果は、以下のように要約される。i)

コンビナトリアル電池作成・評価法の開発昨年度から開発を進めてきたレーザースキャン組成傾斜正極薄膜法を発展させ、本年度は一枚の基板上に組成の異なる16個の薄膜電池を一括作成することに成功した。更に、独自に開発したマルチチャンネルCV装置により16個の薄膜電池を一括して電気化学評価できるようになった。ii)シーケンシャル電池作成法の開発昨年度に開発した自動マスク交換方式のPLDチャンバーにより、薄膜電池作成の全プロセスを真空を破る事無く実行できる様になった(シーケンシャル作成)。これにより、薄膜電池作成の歩留まり率は大幅に向上した。iii)固体電解質薄膜用PLD技術最適化薄膜固体電池材料で最も重要となる固体電解質の作成法についても、レーザー波長とパルス強度等を最適化する事により、これまで均質な薄膜化が困難であった種々のリチウムリン酸塩やホウ酸塩、ケイ酸塩、アルミン酸、ジルコン酸系についても、良質な薄膜が得られるようになった。これにより、薄膜電池材料の組み合わせ自由度が格段に増加し、金属リチウム負極に対しても安定な固体電池を作成することに成功した。以上の結果は、第16回固体イオニクス国際会議(上海)、固体イオニクス国際会議(インドネシア)、第2回ICPSSI(東京)、固体イオニクス討論会、日本物理学会等で発表された。また、2008年の第17回固体イオニクス国際会議(インド)でも発表予定である。昨年度までに、コンビナトリアルPLD装置の開発と立ち上げ、マルチチャンネル・微小イオン物性計測システムの試作を進めた。本年度は最終年度にあたり、この装置を用いて、正極・固体電解質・負極、さらには中間バッファ層などの物質組成についてコンビナトリアル法による電池組成最適化を行う。また、これまでの成果の公表を進めた。(1)混合正極を用いた電池特性の最適化LiCoO2-LiMn2O4系、LiNiO2-LiCoO2系を対象に、コンビナトリアル手法により混合正極薄膜を作成し、X線・ラマン散乱および薄膜電池特性の検討を行った。その結果、混合組成で格子エネルギーが増加し、高電圧正極が得られる事が分った。(2)固体電解質薄膜の新規探索これまでに固体電解質としてLi-V-Si-O系、Li-V-P-O系ガラスを用いて薄膜電池を構成して来たが、負極界面での還元と結晶化にともなう劣化が明確になった。本年度は、探索の結果、Li3PO4およびLi4siO4の良質な薄膜が得られ、極めて安定で高性能な薄膜リチウム電池が得られる事が明らかとなった。(3)新規薄膜リチウムイオン二次電池の特性評価これまでに開発したコンビナトリアル電池評価用のマルチ電極プローバーを改良し、インピーダンス測定も可能なシステムを完成させた。これらの結果は、第11回アジア固体イオニクス国際会議、ECS国際会議などで発表され、一部はSSI雑誌等に発表されている。
膀胱癌に対するプラズマを用いた新規膀胱温存療法の開発

低温大気圧プラズマを培養液(DMEM)に照射して、培養液中に発生したラジカルによる間接的な相互作用である抗腫瘍効果に着目し、研究を進めてきた。培養液(DMEM)に低温大気圧プラズマを照射すると種々の化学反応による活性型ラジカルが培養液中に発生する事を突き止めた。IVISSpectrum+Luminol試薬を用いた発生する活性酸素種の測定では、プラズマの照射依存性に活性酸素種の増加を認めた。このDMEM中に発生した活性酸素種が、ヒト膀胱癌細胞に対して細胞内シグナル伝達経路の活性化を誘導して、アポトーシスを引き起していることを突き止めた。さらに細胞周期に着目した研究においてはT24細胞においてG1 arrestが誘導され、細胞周期を停止させる作用も見出した。このようにアポトーシス誘導する抗腫瘍効果を見出した。動物モデルの実験系確立が難しく、予定より進行が遅れている。今後はヌードマウスに異所移植した膀胱癌腫瘍をプラズマ照射した培養液中に浸透させる実験を検討中である。効率的にマウスに移植した腫瘍をプラズマ照射した培養液中に浸す装置の開発や改良を実施中である。さらにこれまでの予備実験で、低温大気圧プラズマを直接照射した部位に活性酸素が発生し、強力な治療効果を有する兆候を観察した。これまではプラズマによる間接的な作用メカニズムについて解析を実施してきたが、今後はこの詳細なメカニズムを解析する予定である近年、低温大気圧プラズマを用いたバイオ医療分野への応用が注目を集めている。生体の中で細胞死に至るROSの代わりにプラズマで生成されたRONSを供給が可能であればプラズマを基に新しい医療技術を起こすことが可能である。本研究ではマウスを対象にプラズマ由来のRONSの体内へ移送を明らかにする。実験では5週齢のヌードマウス(BALB/c-nu/nu)の背部に膀胱がん細胞(253JB-V)を移植し、その後2週間飼育し、モデルマウスを作製した。腫瘍の平均の大きさは約2.8 mmであった。低温大気圧プラズマは安定なプラズマを生成するために高電圧低周波数誘電体バリアヘリウムプラズマジェットを使用した。プラズマを15分間腫瘍の中心に照射し、その後Luminol試薬(5 mg/ml) 100μlをマウスに腹腔内投与し体内のROSと反応させ蛍光を測った。蛍光強度及び分布はICCDカメラが内蔵されたXENOGEN IVIS 200を使用して行った。測定結果、プラズマ照射後のマウスの体内でLuminol酸化による蛍光が観察された。これらの結果からプラズマによって生成されたRONSの生体へ移送が明らかになった。昨年度の実験進行状況は、プラズマ発生装置の適性条件の微調整に時間がかかり、動物実験の進行がやや遅れ気味である。今年度は調整済のプラズマ照射装置を用いて、精力的に動物実験が実施可能な状況である。昨年度の実験の遅れを、今年度は精力的に実施する。方策としては、共同研究者との密な連携および詳細なデータ検討を実施していく。そのほかには、アドバイザーからの適切な助言を求めることにより、より適切かつ迅速な実験を進行する事が可能である。これまではプラズマによる間接的な作用メカニズムについて解析を実施してきたが、今後はこの詳細なメカニズムを解析する予定である必要な実験の進行の遅れにより、今年度の購入すべき動物や試薬の購入が遅れているため。次年度は適切な実験を進めるにあたり、必要な動物や試薬の購入に充てる予定である。これまでの予備実験で、低温大気圧プラズマを直接照射した部位に活性酸素が発生し、強力な治療効果を有する兆候を観察した。これまではプラズマによる間接的な作用メカニズムについて解析を実施してきたが、今後はこの詳細なメカニズムを解析する予定である。
ウェアラブルIoTを用いた投球障害早期発見法の開発: 先制医療の観点から

本研究では、先制医療の観点から青少年野球選手の投球障害を未然に防ぐことを最終目的として、「ウェアラブルセンサ」とIoT(Internet of Things)技術を用いて、投球障害と関連する身体の姿勢、機能、及び運動を評価する信頼性の高い測定法を開発し、この測定法を用いて、投球障害のスクリーニングとして妥当性の高い評価法を確立することを目的とする。具体的には、背中(脊柱)のゆがみと可動性、各関節の可動域を評価の対象として、投球障害と関連する身体姿勢及び身体運動を測定し、また、ウェアラブルIoTデバイスを用いて測定し、日常的な身体機能情報等をデータとして蓄積することで、前向き調査によって投球障害を早期発見することが可能となるスクリーニング指標を定量的に評価する。研究1:ウェアラブルセンサを用いた計測法開発(測定精度の検証)ウェアラブルセンサを用いてデータを収集するプログラムを作成し、実験室内で光学式運動計測装置の値を信頼基準値として、脊柱のゆがみおよび関節可動域の評価について測定誤差が発生しない手法を明らかにする。複数回の測定を行い、測定精度を高める研究を進めている。研究2:縦断的調査(反復計測による信頼性の検証)モデルチーム(5チーム程度)を対象に、研究1で開発した評価法を用いてIoT技術によってデータを蓄積し、反復計測による信頼性を検証している。研究3:横断的調査(関連妥当性の検証)野球検診活動(2018年1112月実施:小学生600名)において開発した測定を実施し、投球障害の有無と各測定評価指標の関係から、新しい評価法の妥当性の検証を開始している。投球障害と関連する身体の姿勢と機能、および運動を統計学的に解析を行っている。
病的に活性化された破骨細胞のみを標的とする新規骨破壊制御法の開発：活性化の新概念

病的に高度な骨破壊能を獲得した破骨細胞が特異的に発現する膜表面分子を検索することを目的とした。IL-1β存在下で形成される破骨細胞に極めて高度の酸分泌能及び骨吸収能を認めたので、この破骨細胞を病的活性化破骨細胞(PAOC)と仮定した。正常破骨細胞の最終分化に必須でありインテグリンβ鎖を活性化する分子の顕著な発現抑制がPAOCで認められた。更にPAOCの膜表面分子発現解析により、正常破骨細胞では認められない膜表面分子が検出された。「病的活性化破骨細胞のみを標的とする制御法」を開発する為の基盤的知見を得ることができた。炎症に伴う病的な骨破壊の場に於いて、高度に活性化された破骨細胞は正常に骨改造を営む破骨細胞とは異なる分化状態にあるものと考えられ、破骨細胞の膜表面分子の発現パターンに違いがあるものと推定される。本研究では病的に高度な骨破壊能を獲得した破骨細胞が特異的・選択的に高発現する膜表面分子群を、最新のプロテオミクス的方法論と免疫学的手法を駆使して網羅的に検索することを第1の目的とした。まず、病的に高度の骨破壊能を有する破骨細胞が形成する条件を詳細に検討した。様々な条件を検討した結果、炎症性サイトカインIL1βの存在下で形成される破骨細胞に非常に高度な骨吸収能を認めることができた。酸感受性蛍光プローブを用いたイメージング解析の結果、IL1β存在下で形成された破骨細胞が象牙質表面に向けて活発に酸を分泌することが明らかになった。キンドリン3というタンパク質はインテグリンβ鎖に結合しインテグリンを活性化させる能力をもつ蛋白質であり、正常な破骨細胞の機能発現に重要であることが報告されている。そこで、IL1β存在下に形成された破骨細胞と正常破骨細胞のキンドリン3のタンパク質発現を検討したところ、IL1β処理により顕著にキンドリン3の発現が抑制されることを見出した。現在、キンドリン3の発現低下と破骨細胞の病的活性化との関連性をh詳細に検討している。更に、IL1β存在下に形成された病的に活性化された破骨細胞の膜表面分子をビオチン化し、可溶化後、アビジンカラムによる精製を行なったものを電気泳動し、質量分析を行なうことにより、IL1β特異的に破骨細胞膜表面に発現誘導される分子の網羅的検索と同定を行なっている。現在、骨破壊能が非常に高い破骨細胞を形成する条件を検討し、酸感受性蛍光プローブを用いた骨吸収のイメージング解析も用いて、病的活性化破骨細胞を試験管内でルーチンに形成させる条件を確立することができた。本研究の主たる目的である「プロテオミクス的手法による破骨細胞病的活性化関連膜表面分子の検索・同定」を実施しているところである。破骨細胞の活性化刺激に対応して発現する膜表面分子の検索には時間をかけてじっくりと検討する必要があり、当初の研究計画より、遅れている。炎症に伴う病的な骨破壊の場に於いて高度に活性化された破骨細胞は正常に骨改造を営む破骨細胞とは異なる分化状態にあるものと考えられ、破骨細胞の膜表面分子の発現パターンにちがいがあるものと推定される。本研究では病的に高度な骨破壊能を獲得した破骨細胞が特異的・選択的に高発現する膜表面分子群を検索・同定することを最終的な目的として研究活動を実施した。まず、病的に高度の骨吸収能を有する破骨細胞を形成する条件を検討した。さまざまな条件を検討した結果、炎症性サイトカインIL-1βの存在下で形成される破骨細胞に非常に高度の骨吸収能を認めた。酸感受性蛍光プローブを用いたイメージング解析の結果、IL1β存在下に形成された破骨細胞が象牙質表面に向けて活発に酸を分泌することが明らかになった。キンドリン3及びタリンという蛋白質はインテグリンβ鎖に結合しインテグリンを活性化させる能力をもつ蛋白質であり、正常破骨細胞の機能発現に重要であることが報告されている。IL-1β存在下に形成誘導された破骨細胞と正常破骨細胞におけるこれらの蛋白質の発現を検討したところ、IL-1β処理によりキンドリン3とタリンの発現が顕著に抑制されることを見出した。更にIL-1β存在下に形成された活性化破骨細胞の膜表面分子の解析を試みたところ、IL-1β処理により誘導される膜表面分子の存在を示唆するデータを得ることができた。本研究は病的活性化破骨細胞のみを標的とする新規方法論の開発につながる研究である。破骨細胞活性化の指標となる膜表面分子の検索・同定は時間をかけて確実に行なう必要がある。

複数の段階を着々とクリアしており、今年度中に結果を出せるものと考えている。律速段階はプロテオミクス法による膜表面分子の同定であるが、細胞表面のビオチン化の効率を最大限に高めることと、膜分子の可溶化、そしてアビジンカラムによる精製条件を最適化することにより、病的活性化破骨細胞に特異的な膜表面分子を同定していく。口腔解剖学現在、骨破壊能が非常に高い破骨細胞を形成する条件を確立し、酸感受性蛍光プローブを用いた骨吸収のイメージングの解析により、病的活性化を確認することができた。プロテオミクス的手法による破骨細胞病的活性化関連膜表面分子の検索を行なっているが、当初の計画に比べ、相当な時間を要することが分った。破骨細胞の活性化刺激に対応して発現する膜表面分子の検索も時間をかけてじっくり条件検討する必要があり、当初の研究計画より遅れている。次の事柄を実施する。1)破骨細胞活性化の指標となる膜表面分子の検索・同定を行なう。2)律速段階であるプロテオミクス法による膜表面分子の同定を行なう。3)細胞表面分子のビオチン化効率を最大限に高める。4)膜分子の可溶化及びアビジンカラムによる精製条件等を最適化する。5)病的活性化破骨細胞に特異的な膜表面分子を同定する。
細線起爆時に起こる化学反応が及ぼす衝撃圧力の評価

【研究目的】細線爆発現象における、金属細線周囲の状態による発生圧力の評価【研究方法】金属細線への大電流印加時の電流・電圧波形の計測及び圧電素子から成る圧力センサーによる圧力測定、高速度ビデオカメラによる観察を行った。【研究成果】フッ化カルシウムは、大電流印加時にフッ素とカルシウムに分かれ、水と反応する。これと同サイズの金属材料に大電流を印加し、発生する圧力測定を行ったが、起爆付近(300mm)の測定は、放電時の電気ノイズの影響により圧力値は得られていない。300mm以上では圧力計測は可能なものの、圧力波の減衰により大きな圧力差は確認されなかった。金属細線周囲を水とオキシドール(過酸化水素)として電流波形の計測を行ったが、波形に大きな差異は見られなかった。化学反応に大きな違いが出る条件(水中と大気中)での実験を行った。水中の場合は、大電流により細線が断線した後も多くの電流が流れている事が、電流波形の計測と高速度ビデオカメラによる観察によって明らかになった。細線起爆によってプラズマ化した金属と水(酸素)が化学反応を起こしている間に、電流を通す経路が出来る。そこに大電流が流れている。空気中の場合は、プラズマ化した金属粒子が高速で周囲に飛散するため、この電流の経路が断線とほぼ同時に無くなってしまう事から、水中の場合と大きな違いが表れる。プラズマ化した金属粒子の飛散を妨げている媒体の密度の違いが電流経路の持続に関係している事が明らかになった。
３次元ヒストグラムを用いたディジタル画像と印刷物向け電子透かしの開発

ディジタル画像に電子透かしとして任意のデータを埋め込めるようにするため,3次元ヒストグラムを用いた電子透かしの埋め込み方法を開発した.また,電子透かしの強度評価を行うため,画質評価に用いられるピーク信号対雑音比(PSNR)と構造的類似性(SSIM)を乗じた劣化評価指数(DEI)を提案した.さらに,3次元ヒストグラムを用いた電子透かしの埋め込み方法を印刷物に応用した.グレースケール画像をウェーブレット変換して得られる4つの周波数成分のうち,高周波数側の3つの周波数成分を用いて3次元ヒストグラムを作成することにより,画像を印刷・スキャンした後に再構成した画像から電子透かしを検出することができた.1.ディジタル画像に電子透かしとして任意データを対話的に埋め込むツールの開発ディジタル画像から得られる3次元ヒストグラムに電子透かしとして任意のデータを対話的に埋め込む方法を提案し,ツールの開発を行った.従来はヒストグラム上に埋め込んだ複数の点が並んだ形状でロゴマーク等の著作者情報を表示させていたが,この方法では電子透かしとして例えばカラー画像や音データを埋め込めない問題があった.一方,本研究では著作者情報(任意データ)をバイト列とみなして1バイトを8ビットに分割した後,1ビットを0と1に対応する2種類の頻度数をもった点で表現するようにした.これにより,画像・音声・文字といった著作者情報をデータ形式の区別なく電子透かしとして埋め込めるようになった.2.電子透かしを埋め込んだ画像の画質評価電子透かしを埋め込み前の画像のヒストグラムに近い位置に埋め込んだ場合の方が,離れた位置に埋め込んだ場合よりも,一般に画質評価は高くなる.そこで,電子透かしの埋め込み位置を画像によって動的に移動するようアルゴリズムを修正したところ,評価結果が大きく改善した.例えば,1024×1024画素からなるパンダのグレースケール画像の2次元ウェーブレット変換から得られる4枚の画像(LL,LH,HL,HH)のうち3枚(HL,LH,HHの組み合わせ)を用いて3次元ヒストグラムを構成した場合,「工大」という形の23点の電子透かしを頻度数10,000埋め込むと提案法ではピーク信号対雑音比が約20dB改善した.3.Android用の電子透かし埋め込みアプリケーションの開発カラー画像のRGBを3次元ヒストグラムの3軸とする3次元ヒストグラムに対して,電子透かしを埋め込むAndroid用のアプリケーションを開発した.これにより,タブレットのカメラで撮影した写真に対して,その場で電子透かしを埋め込めるようになった.平成27年度に実施した電子透かしを埋め込んだ後の画質評価については,アルゴリズムの修正によって結果が大きく改善し,計画よりも順調に進展している.一方,画像の収集については,現在までのところ,電子透かしの埋め込みアルゴリズムの評価で用いる必要最小限の収集に留まっている.これは収集後のデータ整理方法がアルゴリズムの制約で変わってくることによるためであるが,現在はデータ整理方法について目処が立っており,平成28年度以降は問題なく進められると判断している.以上により,平成27年度の研究実施計画に記載した事項はおおむね達成されているため,上記の区分の評価とした.1.3次元ヒストグラムを用いた電子透かしの埋め込み方法の改良平成27年度に作成した,RGBを3次元ヒストグラムの軸として任意のデータを対話的に埋め込む方法を改良し,電子透かしを公開鍵方式で暗号化した後,特徴空間上のランダムな位置に埋め込めるようにした.従来法では,電子透かしを埋め込んだ位置さえ分かれば,第3者に電子透かしの情報を復元され,書き換えられる危険性があったが,本方法で暗号化された電子透かしは秘密鍵でしか復号できないため,電子透かしの位置と秘密鍵の両方を知ることができなければ,埋め込んだ電子透かしの復元や除去ができない.これは第3者による電子透かしの改ざんを防ぐことに繋がる重要な改良である.2.電子透かし向け画質評価指標の開発3次元ヒストグラムを用いた電子透かしの埋め込み方法において,画質評価に使用する新しい評価指標の提案を行った.画質評価にはPSNRとSSIMという指標がよく用いられているが,3次元ヒストグラムを用いた電子透かしの埋め込みにおいて,埋め込み頻度数が低い場合はPSNR,高い場合はSSIMの変化が大きく,電子透かしを埋め込んで画質評価を行う際には,埋め込み頻度数に応じてこれらの指標を切り替える必要があった.本研究により,従来のこれら2つの指標を乗じた新たな指標を導入することによって,単一の指標で画質を評価できることが分かった.3.3次元ヒストグラムを用いた電子透かし自動埋め込みアプリケーションの開発RGBを3次元ヒストグラムの3軸として,任意の電子透かしを自動的に埋め込むことができるアプリケーションをJava言語で開発した.これにより,電子透かしの自動埋め込みアプリケーションが多くの環境で利用できるようになった.Java言語で開発した電子透かしの埋め込みアプリケーションは,現時点ではRGBカラー画像に特化されており,このままでは他の特徴量を扱うことができず,入力画像の特徴量について汎用性をもたせる必要があること,また,電子透かしの埋め込み方法そのものについても印刷などの目的に応じた改良の余地があること,ウェーブレット変換を用いた電子透かしは線形変換に対する強度がRGBと比べると低いことなどの課題はあるが,現在までのところ,研究実施計画に基づいて進んでいる.

一方で,グレースケール画像の印刷物に適した電子透かしの埋め込み方法については先行して実験を行い,今年度はグレースケール画像の印刷物に6ビット分の電子透かしを埋め込み,印刷・スキャン後にそれらを検出できることを確認している.以上のように,残された課題もあるが次年度の計画内容が一部実施済みであるため,上記の区分の評価とした.本研究では,ディジタル画像に電子透かしを埋め込み,印刷・スキャンした後に電子透かしを検出することを目的として,3次元ヒストグラムを用いた電子透かしの埋め込み方法を開発した.今年度は,電子透かしを埋め込んだ画像の印刷物から電子透かしを検出する方法の開発を目標とした.グレースケール画像のウェーブレット変換から得られる4つの周波数成分(LL,HL,LH,HH)のうち,高周波側の3つの成分(HL,LH,HH)を用いて3次元ヒストグラムを構成することにより,電子透かしを埋め込んだ画像から印刷後にも電子透かしが検出できることを確認した.また,著作者に関する情報(任意のデータ)をバイト列とみなし,1バイトを8ビットに分割した後,各ビットを0と1に対応する2種類の頻度数を持つ点として表現することにより,画像・音声・文字などの任意のデータを電子透かしの埋め込みに用いる3次元特徴空間上の点の集合に変換できるようにした.さらに,埋め込むデータを事前に公開鍵暗号方式で暗号化した後,変換後の点の集合を特徴空間上のランダムな位置に埋め込むことにより,電子透かしの位置と秘密鍵の両方を知る場合のみ,埋め込んだ電子透かしを復元できるように改良した.また,AndroidやPC向けに3次元ヒストグラムを用いた電子透かしの自動埋め込みアプリケーションの開発も行い,これらを用いて埋め込み前後の画質評価を行えるようにした.以上により,電子透かしとして任意のデータを暗号化した上でディジタル画像に埋め込み,それを印刷・スキャンした後に検出することが可能となり,ディジタル画像の著作権を保護し,不正な流出を抑制するための基盤を構築できた.ディジタル画像に電子透かしとして任意のデータを埋め込めるようにするため,3次元ヒストグラムを用いた電子透かしの埋め込み方法を開発した.また,電子透かしの強度評価を行うため,画質評価に用いられるピーク信号対雑音比(PSNR)と構造的類似性(SSIM)を乗じた劣化評価指数(DEI)を提案した.さらに,3次元ヒストグラムを用いた電子透かしの埋め込み方法を印刷物に応用した.グレースケール画像をウェーブレット変換して得られる4つの周波数成分のうち,高周波数側の3つの周波数成分を用いて3次元ヒストグラムを作成することにより,画像を印刷・スキャンした後に再構成した画像から電子透かしを検出することができた.ディジタル画像及び印刷物に対し,3次元ヒストグラム上に自動的に電子透かしを埋め込む方法の開発が課題であるが,今後はこれまでに開発したディジタル画像への電子透かしの埋め込み方法を基に印刷物特有の問題を調査してその対策を講じ,埋め込みアルゴリズムの更なる改良や埋め込み後の画像に対する耐性評価を進めていく計画である.今後の研究の推進方策として,印刷物に対して自動的に電子透かしを埋め込む方法の開発については,対象画像をグレースケール画像などに限定して問題を単純化することで,研究目的である電子透かしの埋め込みから印刷・スキャン後の検出までの一連の処理が行えるようにする.
時間分解紫外共鳴ラマン分光法によるガスセンサーヘム蛋白の情報検出・伝達の構造化学的研究

O_2、CO、NO等の気体分子を検出してそれを機能部位に伝達し生理機能を発揮する事は、生物が環境に即応して生きていくうえで非常に重要な事であるが、蛋白質による情報検出及び伝達の分子機構はよく分からず、現在のトップテーマとなっている。本研究では、それを紫外共鳴ラマン法で蛋白質の分子振動を観測して解明する事を目的とする。材料としては、大腸菌にあってO_2センサーとして働くDos蛋白を取り上げた。そのセンサードメインの遺伝子を東北大多元研の清水透教授からいただき、それを大腸菌で発現させた。培養した大腸菌よりDos蛋白を単離・精製する方法を東北大学に出向いて習い受け、一人で全実験をできるようになった。精製したDos蛋白の酸化形、還元形、CO結合形の244及び229nmの励起の共鳴ラマンスペクトルを高いシグナル/ノイズ比で得る事に成功した。トリプトファンとチロシンのラマンバンドが観測された。センサードメインには53番と110番に2つのトリプトファンがあり、53番をフェニルアラニンに置換したW53F及び110番をイソロイシンに置換したW110Iミュータントを部位特異的アミノ酸置換法で遺伝子工学的につくり出した。酸化形と還元形のネイティブ分子の差スペクトルは、W110Iでは再現されたがW53Fでは再現されず、差ピークは無かった。この事はヘム鉄の酸化により53番トリプトファンが構造変化を示す事が明らかとなった。今回はDos蛋白のセンサードメインのみを調べたが、次のステップでは全長のDos蛋白質を発現させ、それに同種の実験でヘム鉄の酸化還元による蛋白部分の構造変化を紫外共鳴ラマン法で調べていく予定である。実験は順調に進み、2報の論文を書き終わっている。
半導体排ガスの乾式固定化・再資源化処理技術の開発研究

過フッ素化合物(PFC)は,半導体産業におけるエッチングやクリーニングエ程において多量に使用されているが,温暖化係数が極めて高いので排出削減が必要である。我々は,半導体産業から排出されるPFCガスからフッ素を回収する新しい乾式ガス処理技術の開発を行った。開発する処理システムは,PFCガスを加熱分解した後の排ガスを2種類の吸着材で吸収除害するものであり,上部の炭酸カルシウム層で分解ガス中のHFガスを吸収して高純度の蛍石として回収する。そして,下部の炭酸水素ナトリウム層で残りのHFとSiF4ガスを吸収除害するものである。本研究では,それぞれの吸着材の気固反応特性を解析した。炭酸カルシウムの気固反応特性では,HFガスの破過特性を解析し,未反応核モデルと固定床反応モデルを用いて反応速度係数を導出した。また,炭酸水素ナトリウムの気固反応特性では,HFガスとSiF4ガスそれぞれに対して吸収容量を調べた。これらの解析結果から,乾式ガス処理システムの最適設計技術を開発した。半導体製造装置からの排出ガス(N_2,SiH_4,SiF_4,NF_3,HF)からシリコンとフッ素を乾式で分離回収して固定化し、再資源化する技術開発を行い、以下の成果を得た。(1)ナトリウム系吸収材によるSiH_4,SiF_4の乾式吸収特性ナトリウム系吸収材(Na_2CO_3,NaHCO_3,NaF,NaHF_2)を用いてSiH_4の破過特性を常温と120°Cの条件で行った結果、いずれも1530秒程度で破過し、SiH_4を吸収できなかった。そこで、SiH_4をNF_3とともに水蒸気加熱分解することでSiO_2とSiF_4とし、SiO_2を除去した後のSiF_4についてナトリウム系吸収材による吸収特性を調べた。その結果、ナトリウム系吸収材によるSiF_4吸収性能はHFが共存することで高くなり、温度が150°CでHFの共存下でのSiF_4の吸収容量は、NaHCO_3で0.133g/g-NaHCO_3、NaFで0.145g/g-NaFと実用上十分に高い結果が得られた。また、いずれもNa_2SiF_6として吸収されており、EPMAによる面分析の結果から吸収材の芯まで反応していることが確認できた。(2)カルシウムおよびナトリウム吸収材によるHFの乾式吸収特性温度150°Cの条件で、粒径12mmと25mmの2種類の粒状炭酸カルシウム吸収材で、半導体排ガスに含まれる低濃度1,5,10%の3条件でのHF破過特性を解析した結果、気固反応における未反応核形成モデルの速度式で評価できることを明らかにし、各粒径に対して固定化層の設計に重要な速度定数(ガス境膜拡散係数、生成物層内拡散係数)を得た。この速度定数を用いることで高純度のフッ化カルシウムを得るまでの炭酸カルシウム層から排出されるHF量を算出できる。そして、炭酸カルシウム層から漏れ出てくるHFガスを炭酸水素ナトリウムで回収するための必要量を、そのHFガス吸収特性を調べることで評価した結果、漏れ出てくるHFと等モル量確保すれば良いことを明らかにした。以上の成果より、半導体排ガスに含まれるシリコンとフッ素を乾式で分離・回収するための反応管の設計法を開発した。(1)乾式固定化炉の設計半導体排ガスを水蒸気とともに電気分解炉で加熱分解した後の排ガスには,HF,SiF_4,SiO_2が含まれる。この内,SiO_2の微粉をテフロンフィルタで回収し,残りのHF,SiF_4を炭酸カルシウムと炭酸水素ナトリウムの2段の固体吸収材によって何収するシステムを提案した。この気固反応では,テフロンフィルタ通過後の排ガスを再加熱しないため,150°C程度の低温で反応させる必要があり,各固体吸収材による低温での気固反応特性を調べた。炭酸カルシウムによるHF破過特性の結果では,気固反応速度を未反応核反応モデルで評価できることを明らかにし,反応速度評価で重要なガス胸膜拡散係数と生成物層内拡散係数を導出した。また,この成果と合わせ,炭酸水素ナトリウムによるSiF_4吸収特性の結果より,反応管の設計技術を開発した。(2)破過検知技術の開発

吸収塔で生成されるフッ化物を高純度で回収するためには,反応終了時(破過時)を検知する必要がある。この方法として,吸収材の重量を反応管も含めて連続的に計測して,検知する方法を開発した。PFCやHFCは液晶や太陽光パネルなどに使われる半導体製造工程においてエッチングやチャンバークリーニングといった極めて重要なプロセスに用いられている一方で,温暖化係数が極めて高いので,排出削減に向けた処理が必要である。また,現状の処理技術では,PFCに含まれる貴重なフッ素資源をすべて廃棄している。本研究は,PFCガスを乾式で処理し,さらに,フッ素をフッ素原料となる高純度の蛍石に再生する乾式再資源化処理技術を考案し、開発した。半導体製造におけるプラズマCVD装置では、シリコン系薄膜の堆積にSiH4を用い、クリーニングガスとしてNF3が多く用いられている。そこで,考案した処理システムでは,SiH4やNF3ガスを加熱分解してSiO2,SiF4,HFに転換し,その後、排出ガスを200°C以下まで冷却してテフロン製のフィルタによりSi系の微粉末を除去する。そして,HFとSiF4ガスをカルシウム系材料とナトリウム系材料により乾式で吸収除害し,リサイクル可能なフッ素化合物として回収する。本研究では,まず、HFをCaCO3で吸収させて高純度のCaF2として回収するための気固反応条件を抽出した。CaCO3のHF破過特性を実験により取得し、未反応核形成モデルおよび固定床反応モデルを用いて気固反応速度を導出した。次に、CaCO3層から排出されるHFをNaHCO3層で吸収するためにNaHCO3のHF吸収特性を調べた。その結果,HFは,150°CにおいてはNaFとNaHF2として吸収され、NaHCO31モルに対してHFは1モル以上を吸収できることを確認した。そして,NaHCO3とNaFの2種類の吸収剤について,SiF4の吸収容量を実験的に調べた。これらの成果により,CVD装置から排出されるフッ素系ガスからフッ素を乾式でリサイクル材料に転換するための,乾式処理システムの設計技術を開発した。当初計画していた低温での気固反応における反応メカニズムの解明については,完全には実施できていないが,その一方で,高純度のフッ化物を回収するための反応管の設計技術を確立することで,実用機の設計を行うことが可能となり,実証試験に繋がる成果を得た。24年度が最終年度であるため、記入しない。反応メカニズムの解明については,引き続き実施していくとともに,最終年度となる24年度には,これまでに開発した設計技術をベースに実証試験装置を試作し,連続運転性能の確認による耐久性評価,および破過検知技術の確認試験を行う。なお,腐食対策など実用化に向けた課題が生じた場合には,実証機反応管の材料選定などを考慮して試験研究を進めていく。
粗粒(#140)ダイヤモンド砥石によるファインセラミックスの超平滑研削機構

本研究は,粗粒ダイヤモンド砥石によるファインセラミックスの高能率研磨レス超平滑研削法の構築を目的として,ファインセラミックの超平滑研削機構を解明し,その高能率化を計ろうとするものである。本年度は,平成13年度に引き続いた検討を行い,以下のような成果を得た.1.超平滑研削面形成条件の実験的検討平成13年度に,炭化けい素セラミックを用いて,著者が新たに考案した「超平滑研削法」についての有効性を,概略的に確認した成果を基に,超平滑研削面形成条件を,横軸角テーブル型平面研削盤で検討した.超平滑研削法は,テーブル送りを砥石回転方向と直角方向に,砥石1回転あたりの送り速度fGnで送った後,研削方向(砥石回転方向)に平行な間欠送り量fpで,間欠的にテーブルを送って,工作物全面を仕上げていく方法である。この点を考慮して,炭化けい素セラミックの超平滑研削条件に及ぼすfGn, fpおよび砥石周速度Vgの影響を検討したその結果以下の結果を得た.(1)仕上面粗さを10nm(Ry)以下にするには,fGnをある程度以下にする必要がある.(2)fpを大きくすると,仕上面粗さが悪くなる。超平滑面を得るためには,考慮して行う必要がある.(3)Vgを大きくすると,fpの大きな範囲で,仕上面粗さがより悪くなるように影響する.2.各種セラミックスにおける超平滑研削の可能性の検討炭化けい素以外の窒化けい素・ジルコニア・アルチックについても,超平滑研削が可能である.3.セラミックス以外の各種材料の超平滑研削の可能性の検討セラミック以外にも,超硬合金,焼入れ炭素工具鋼についても超平滑研削の可能性を検討し,セラミックと同様に,2次元仕上面粗さが10nm(Ry値)または2nm(Ra値)の超平滑面を得ることができた.本研究は,粗粒ダイヤモンド砥石によるファインセラミックスの高能率研磨レス超平滑研削法の構築を目的として,ファインセラミックの超平滑研削機構を解明し,その高能率化を計ろうとするものである。超平滑面を得るためには,考慮して行う必要がある.(3)Vgを大きくすると,fpの大きな範囲で,仕上面粗さがより悪くなるように影響する.2.各種セラミックスにおける超平滑研削の可能性の検討炭化けい素以外の窒化けい素・ジルコニア・アルチックについても,超平滑研削が可能である.3.セラミックス以外の各種材料の超平滑研削の可能性の検討セラミック以外にも,超硬合金,焼入れ炭素工具鋼についても超平滑研削の可能性を検討し,セラミックと同様に,2次元仕上面粗さが10nm(Ry値)または2nm(Ra値)の超平滑面を得ることができた.本研究は,粗粒ダイヤモンド砥石によるファインセラミックの高能率研磨レス超平滑研削法の構築を目的として,ファインセラミックの超平滑研削機構を解明し,その高能率化を計ろうとするものである.本年度は,粒度#140の粗粒ダイヤモンド砥石による炭化けい素セラミックの超平滑研削面形成条件を実験的に検討した.1)超平滑研削面形成条件の実験的検討(1)砥石作業面自動処理評価システムの改良ファインセラミックの延性モード仕上面形成には,研削条件(砥石切込み,テーブル速度,砥石周速度),研削液等の研削条件の他,砥石作業面性状(切れ刃の分布・磨耗状態)が大きく影響するが,その影響を明確にするのには,砥石作業面性状を測定評価するのが煩雑で,これまで,十分な検討がなし得ていなかった.そこで,これまでに検討してきた自動測定評価システムの改良を行い,実用的に使用し得る状態に近づけた.(2)超平滑研削条件の実験的検討粒度#140の粗粒ダイヤモンド砥石による炭化けい素セラミックの超平滑研削面形成条件を実験的に検討した.テーブル速度を小さくすることが重要であることや,砥石切込みは,ある程度まで大きくしても,大きな影響が無いような傾向が得られた.