hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
衝撃波による細胞内遺伝子導入法の開発

目的:水中で発生させた衝撃波を細胞浮遊液集束し照射すると、細胞表面に微小な小孔を短時間生じさせることをこれまで報告してきた。この現象を用い、ヒト細胞内に遺伝子を導入する事を本課題の目的とした。方法:衝撃波源は球殻状のピエゾ素子を用い、水槽内で底面が平坦な薄いポリエチレンフィルムの試験管内に浮遊癌細胞を入れて衝撃波を照射した。水槽内には脱気水を満たし、焦点部に試験管底部を置いた。焦点部における焦点強度は1620MPaで、毎秒5回、20004000回の衝撃波を照射した。癌細胞としては主にヒト胃癌細胞(GCIY)を用い、浮遊液中に混じる遺伝子ベクター及びアッセイ系としてβ-galactosidase reporter gene system(LacZ gene)とGFP(green fluoroscein protein)reporter assaysystemの2つの方法で検討した。結果:衝撃波を照射しないコントロールでは、2つの方法すなわちβ-galactosidase活性および蛍光のいずれも認められなかったが、衝撃波を照射すると、25%の細胞にこれらの遺伝子の発現が認められた。今後の展望:今回の導入効率は高いとは言えないが、衝撃波により遺伝子導入が起こることが明らかになった。本法は非侵襲的で、時間的、空間的な制御性に優れているので、今後、微少気泡発生剤等を用いて効率の増強法について検討したい。我々はこれまで水中衝撃波とブレオマシンを各種ヒト癌細胞浮遊液に同時投与すると、極めて低濃度のブレオマシンで殺細胞効果が得られることを報告してきた。その機序として、衝撃波照射により細胞表面に短時間小孔が発生すること、細胞浮遊液中に溶解した蛍光物質の細胞内への移行が衝撃波照射により増強することを観察できる。本研究では同様に細胞浮遊液中に混じた遺伝子が衝撃波により細胞内に導入され得るかを検討した。方法としてプラスチック製試験管の底部を切断し、ポリエチレン膜を張った容器中にヒト胃癌細胞GCIYをRPMI培地に浮遊させ、これにpSV-β-Galactosidase Vectorを添加した。ピエゾ型集束衝撃波発生装置を用い、20MPa、3000回の衝撃波を水中で底部より照射した。72時間培養後、β-Galactosidase活性を、X-Gal溶液を反応させて発色する青色を位相差顕微鏡で観察した。コントロールとしてelectroporationを用いたが、発色した細胞数は少ないものの、衝撃波を照射した標本に於いても青色を呈する細胞が観察され、β-Galactosidase活性が証明された。現在のところ、遺伝子が導入される細胞数はelectroporationに及ばないが、衝撃波の照射条件の検討により、改善が期待できると考えられる。今後はアッセイ法の検討、導入効率を修飾する因子について検討し、導入効率の増強をはかりたい。また、衝撃波のみならず、超音波連続波でも検討する予定である。
大都市を対象とする震害逐次予測情報システムの実現

現在までの地域震害予測の多くはその内容が不特定時点のそれに止まる、[静的]なものであり、地震時に行政体が起動すべき緊急対策のための情報として不十分に過ぎる。本研究はこの欠点を補うべく、緊急時の対策を即時的に選択・実施するため、地震発生に続いて起こるであろう震害事象を地域背景データおよび実時間地振動観測データを入力情報として的確に予測し、視覚的に表現する[震害即時予測法]開発を目標の一つにおき、これを動的情報システムとして基本構成を実現すべく攻究した。具体的には、人口100万を越えるモデル都市を設定した上で、主要震害事象を選別・抽出し、震害即時予測を行うとともにそれにもとづき直後の最適の対策を見出すべく支援情報を提供出来る形でシステムの実現を試みた。成果としては(i)明治以降の主要地震について、人的・物的被害から社会・経済的被害について資料の再整理を進め、これを地震の発生を起点として系統的かつ時系列的にとらえ直し、また緊急性・後続被害への波及可能性の程度について検討を加え、この観点から予測対象とすべき震害事象を選別しえたこと、(ii)既往大中地震のいくつかを選び、地域行政体がとった事後対策の事例分析を行い、その一般的特徴を把握するとともに、被災の時系列過程との対応関係を明らかにし、関連して既存地域防災計画マニュアルの内容分析・問題点の抽出、システムへの組み込み方法についての的確な見通しをもち得たこと、(iii)以上の成果を基礎に震害即時予測およびそれに見合う緊急対策指針の最適選定のためのアルゴリズムを展開し、予測シミュレーションを実施し、視覚化表示に至るまでの、本システムの基本構成を達成しえたことなどである。
内臓脂肪と皮下脂肪の機能の違いを規定する因子群の分子生物学的検討

生活習慣病の克服には、脂肪細胞肥大化の研究と並び、脂肪細胞分化機構の解明も重要な課題である。脂肪細胞分化に関する研究は、マウス株化培養細胞である3T3-L1細胞を用いて種々の検討が行われている。しかし、初代前駆脂肪細胞を用いた検討はほとんど行われていない。そこで本研究では、初代前駆脂肪細胞を用いて脂肪細胞分化過程の検討を行った。性ホルモンが内臓脂肪及び皮下脂肪由来の前駆脂肪細胞の脂肪細胞分化へ及ぼす影響を解析した結果、17β-estradiol、testosteroneはいずれも、内臓脂肪組織及び皮下脂肪組織由来の前駆脂肪細胞の脂肪細胞分化へ及ぼす影響がほとんどないことが明らかとなった。次に、アディポネクチンとレプチンの分泌について検討した結果、アディポネクチンについては内臓脂肪において、レプチンは皮下脂肪由来の脂肪細胞において分泌量が有意に多いことが明らかとなった。さらに、両細胞の性質の違いがより顕著に現れていると考えられた分化誘導14日目の培養上清を二次元電気泳動法により分離し、ペプチドマスフィンガープリンティング法により分泌蛋白質の質的な違いについて検討した。その結果、皮下脂肪特異的なスポットが複数存在することが明らかとなった。また、これらのスポットについてIn Gel Digestionを行った後、ペプチドマスフィンガープリンティング法により解析した結果、そのうちの一つがprocollagen type I α2であることが明らかとなった。ラット皮下脂肪および内臓脂肪の初代前駆脂肪細胞を用いて、様々な条件で分化誘導実験を行い、それぞれの誘導条件がどの程度の分化能を示すかについて検討した。これらの分化誘導剤に加えてthiazolidine誘導体、9-cis retinoic acid、17β-estradiol及びtestosterone等の各種核内レセプターのリガンドを添加した場合に、分化能がどのように変化するかについて検討した。種々の誘導条件の検討より、分化誘導後10日目において半数近くの細胞が脂肪細胞に分化するような強い誘導条件と、同じ日数でもわずかの細胞しか分化しないような弱い誘導条件をそれぞれ確立した。これらの分化誘導剤に加えて、各種核内レセプターのリガンドを添加し、分化能に対する影響を検討した。その結果、PPARγのリガンドであるthiazolidine誘導体は3T3-L1細胞と同様、脂肪細胞への分化を促進した。9-cis retinoic acidは分化を抑制した。また、17β-estradiol及びtestosteroneについては分化に顕著な影響を与えなかった。上記分化条件において、脂肪滴の量を定量するためにトリグリセリドの定量を行い,顕微鏡下における観察結果と良く一致することを確認した。今後、これら種々の分化条件を用い、内臓脂肪と皮下脂肪の違いについて、遺伝子およびタンパク質レベルにおける差異を検討していく予定である。
可搬型・低強度ラジオグラフィのための技術開発に関する研究

本研究は、中性子線源を利用する可搬型・低強度ラジオグラフィ(NRG)について、以下の2点から技術開発を行った。1)導入可能な中性子線源を用いて、NRGに適用できる線質に優れた中性子束強度を持つ照射場を設計設備する。2)低強度の中性子やγ線を用いる可視化技術の開発を行い非破壊検査技術の高度化、フレキシビリティ化に資する。はじめに、モンテカルロ計算コードMCNPを駆使して、減速材・中性子フィルタや遮へい材などの構造材に工夫を行い、^<252>Cfを用いる可搬型・低強度ラジオグラフィ(NRG)について、エネルギースペクトルが制御可能な中性子照射場やγ線照射場を最適設計し、線質の異なる中性子ビームを持っ照射装置を設備した。照射場で実験を行い、計算で得られた、^<252>Cf線源(100μg)あたり熱中性子束1x10^3ncm^<-2>s^<-1>,γ線量率0.5mSvh^<-1>の検証を行った。次に、低強度ラジオグラフィを可能にするため、フォトンカウンテング用高感度イメージインテンシファイア(I.I)を開発して、X線発生装置を使用してX線特性を測定したところ、優れた解像度・分解能を持つことが分かり、実際の中性子場における実験により画像を取得した。同時に、データの高速処理を可能にするため、画像のフレーム処理やフィルタ処理並びに重心や二値化処理などの実時間画像信号処理装置の開発を行って、低強度中性子やγ線を用いる非破壊検査に適用できるテレビジョン技術を開発した。さらに、汎用性の高いT, DD中性子発生装置を用いる照射装置の設計を行い、^<252>Cfを用いる場合と総合的に比較検討した結果、DD加速管を用いる可搬型・低強度ラジオグラフィが最も期待できることが分かった。本研究は、中性子線源を利用する可搬型・低強度ラジオグラフィ(NRG)の技術開発を行うことを目的として、1)導入可能な中性子線源を用いて、ラジオグラフィに適用できる線質に優れた中性子束強度を取り出す方法について計算と実験の両方から明らかにし、2)低強度の中性子やγ線を用いる可視化技術の開発を新たに行い非破壊検査技術の高度化、フレシキビリテイ化に資することを目的としている。松本は、このNRGの基礎的研究に供する中性子照射場の設計を3次元体型の記述できるモンテカルロ計算コードMCNPを用いて行った。中性子線源には、^<241>Am-Be(37GBq)と^<252>Cf(2.0GBq)を用いた。中性子減速材・遮へい材であるポリエチレンやホウ素入りポリエチレンとγ線遮へい材である鉛やフッ化鉛の組み合わせを用いて、低γ線量率、低高速中性子束のもとでいかに最大の熱中性子束を得るかを検討し、また、目的に応じた中性子スペクトルを得るにはどのような照射場を設計すればよいかを検討した。即ち、構造材に工夫を行い、エネルギースペクトルを制御できる中性子照射場やγ線照射場を最適設計した。計算の結果、^<241>Am-Be線源は中性子放出率が小さいため照射場の熱中性子束が25ncm^<-2>s^<-1>と少なかったが、γ線の放出強度が非常に少ないので、γ/n比に優れた照射場が得られた。一方、^<252>Cf線源は、中性子とγ線の放出強度が大きいことから、中性子とγ線の比が異なる照射場の設計が可能であり、照射場での熱中性子束が4x10^3ncm^<-2>s^<-1>を得ることができた。これらの特性を利用すれば線質の違いを特徴としたラジオグラフィ実験が期待できる。

持木は、低強度ラジオグラフィ用可視化技術の開発を行うにあたり、原子炉中性子ビームを利用してNRGに駆使した既存の可視化装置で、何をどこまで可視化できるか、中性子束やγ線量率をパラメータに、解像度や分解能に着目した検討を行った。これを基に、低強度ラジオグラフィ用の可視化装置の設計を行った。本研究は、中性子線源を利用する可搬型・低強度ラジオグラフィ(NRG)の技術開発を行うことを目的として、1)導入可能な中性子線源を用いて、ラジオグラフィに適用できる線質に優れた中性子束強度を取り出す方法について計算と実験の両方から明らかにし、2)低強度の中性子やγ線を用いる可視化技術の開発を新たに行い非破壊検査技術の高度化、フレシキビリテイ化に資することを目的としている。松本は、平成14年度に行った中性子ビームの最適設計に基づいて、中性子エネルギースペクトルを制御できる中性子照射装置を構築した。中性子線源に^<252>Cf(65μg)を用いた特性実験を行い、NRG照射場で熱中性子束が1X10^3ncm^<-2>s^<-1>、γ線量率600μSvh^<-1>の中性子特性得ることができた。この結果を計算値と比較して設計計算に用いた物理モデルや核データの検証を行った。持木は、低強度ラジオグラフィ用可視化技術の開発を行うため、既存の可視化装置で、何をどこまで可視化できるか、熱中性子束やγ線量率をパラメータに、解像度や分解能に着目した検討を行った。これを基に、低強度中性子ラジオグラフィ用の可視化を可能とするGdコンバータつき中性子イメージ管を製作し、CCDカメラを用いるフォトカウンテング撮像システムで標準的サンプルの撮像実験により定量的な評価を行った。このとき、従来の撮像系・信号処理系を再検討し、以前より高速な処理能力を行うためのシステムを開発し、撮像実験に用いた。撮像実験の定量的な評価結果、従来のシステムと比較して時間的に3倍の処理能力を有するフォトカウンテング撮像システムであることを確認するとともに、1/6時間で同等の画像を取得することが可能となった。本年度は、3ヵ年計画の最終年度にあたり、昨年度までに開発した技術の改良と応用技術開発を行った。松本は、昨年度設備したラジオアイソトープ(^<252>Cf中性子線源)を用いる可搬型・低強度照射装置の中性子ビーム強度増強のために、線源を複数装備できる構造やビーム径を可変できるコリメータの検討を行うと同時に、横方向だけではなく下部方向にもビームを取り出せる構造に改良し、プラスチック爆弾や地雷探査等の非破壊検査にも対応できるように設計変更を行った。さらに導入可能なD-DやD-T中性子発生装置を中性子源とする新たな照射装置について中性子ビーム照射場の設計を行い、ビーム強度やスペクトル等について、^<252>Cf中性子線源を用いた照射装置と比較検討し、フレシキビリテイ化に資した。
私法秩序と社会認識:19世紀フランスの経験を事例として

3年間の研究における中心的な分析対象であったDurkheimの法に対する捕らえ方に関しては一定の結論を得ることができたので,その主題に関する論文を現在準備中である.また,Durkheimの提起した方向性を同時代のフランスの知的潮流のなかで位置づける作業につき,1次文献はある程度収集できたものの,その詳しい検討に十分な時間を割くことが適わなかったので,その点については2次文献に依拠した見通しを構築した段階に留まっている.暫定的な結論を記しておくならば,19世紀末のフランスに生じていた市民社会の再編成とも言える様々な潮流は,市民社会内に起きている問題を,そのメカニズム内在的な解決を試みるというよりは,後に福祉国家として確立することになる,外在的かつ事後的に救済を図る方向性に帰着する結果に終わり,本研究が着目した法による自律的な秩序形成という方向性は,必ずしも現実を歴史で主軸をなした選択肢ではないことが明らかになった.本研究が着目した方向性を探究するには,さらに歴史を遡り,国家による救済が必ずしも自明の結論ではなかった時代における取り組みを分析する必要がある,というのが,今後の研究の方針である.今年度は昨年提出した修士論文につき,フランスの社会学者デュルケムについて論じた部分の理論的含意を抽出する作業にまずは従事した.De ladivisiondu travail sociale, Lecon de sociologieにおけるデュルケムの私法に対する見方,及びに彼の社会学における法の位置づけの検討を媒介とし,社会を構成する要素としての法,かつその社会における人と人との関係の不均衡を是正する装置としての私法,という理論的な観点を析出するに至った.この成果を,「デュルケムの社会認識における私法秩序の規範的位相」と題して,日本社会学会にて報告を行った.ついで,社会認識の方法論につき,東京大学社会学研究室へ提出された博士論文たる,宮本直美『教養の歴史社会学:ドイツ市民社会と音楽』を具体的な素材として,近年,具体的な研究,及びに方法論的な検討が盛んに行われている歴史社会学に対して,社会を構成し,また社会の認識を可能にする理念の役割に着目する方法論的な問題提起をなした.その成果は,「理念と社会:歴史社会学の一つの方法論として」論文に結実することとなった.また,当該論文を執筆するにあたり,ドイツにおける市民社会の概念の再検討を行い,本課題の下で研究を行っている19世紀フランスの市民社会・すなわち私法秩序の構成領域を比較史的に考察する視座を得た.さらに,19世紀末から20世紀初頭に位置する社会学であるデュルケムのそれをフランスの知的文脈にて検討を加える前提的作業として,近年フランスにて精力的に論考を重ねているPierre Rosanvallon氏の19世紀研究の吟味に着手し始めたところである.この作業を通じて,19世紀のフランス社会学史,及びにフランス思想史に一定の見通しを得るに至った.最後に法学の研究を,ゼミナール,研究会への出席を重ね,進めている.その途上で,フランスの19世紀をそれ以前と区別する要素として,行政国家の展開に着目すべきことが明らかになった.私法そのものはフランス古法時代から存在するが,国家の公法的把握により,19世紀において私法秩序がいかなる変容を遂げたのか,それが問題であるということに行き当たった.今後は公法との関係も視野に入れつつ,19世紀に着目すべき理論的領域として浮上した社会という概念の検討を行う予定である.今年度は,研究題目にも掲げている,私法秩序との理論枠組みのフランスにおける淵源である,ナポレオン法典に関する研究に取り掛かった.奇しくも2004年にフランス民法典は編纂200周年を迎え,フランス,日本において,最新の法史学,法制史の知見に基づき,その再解釈を試みる論文集がいくつか刊行された.それらの書籍を渉猟するなかで,フランス民事法の水準においては,大革命における断絶はさほど大きなものではなく,逆にアンシアン・レジームからの連続性の観点から19世紀以降の歴史を捕らえたほうが,市民社会を端的に経済社会と等値させるドイツにおけるサヴィニーの試み,つまり19世紀ドイツの偏りから自由に,フランス市民社会の様相を捕らえ得る,という方向性に至った。上記に述べた視角を具体的に19世紀から18世紀に延ばすテクストとして,Tocqueville,Ancian Regime et Ia Revolutionを選択し,少人数で集中的な講読を開始した.また,民法典の起草者,及びにトクヴィルに影響を与えたテクストとして,その背後にモンテスキューの存在を感知するに至った.現在,ヨーロッパでなされている18世紀研究の水準を踏まえ,かつその世紀に社会学的思考の萌芽とそれに支えられた学問の再構成を見出そうとするならば,たとえばカッシーラに見られるような啓蒙像で18世紀を理解するわけにはいかない.例えば,Arnaldo Momigliano,1990,The Classical Foundations of Modern Historiography,が指摘するように,この研究が注目するのは,啓蒙の無歴史的な抽象論が組み立てる体系なのではなく,歴史記述における史料批判,史料操作における思考法の転換なのである.この1年弱は,仏英独,そして伊の基本文献を収集し,まずはそれらの読解と議論の動向を摂取することに終始した.3年間の研究における中心的な分析対象であったDurkheimの法に対する捕らえ方に関しては一定の結論を得ることができたので,その主題に関する論文を現在準備中である.

また,Durkheimの提起した方向性を同時代のフランスの知的潮流のなかで位置づける作業につき,1次文献はある程度収集できたものの,その詳しい検討に十分な時間を割くことが適わなかったので,その点については2次文献に依拠した見通しを構築した段階に留まっている.暫定的な結論を記しておくならば,19世紀末のフランスに生じていた市民社会の再編成とも言える様々な潮流は,市民社会内に起きている問題を,そのメカニズム内在的な解決を試みるというよりは,後に福祉国家として確立することになる,外在的かつ事後的に救済を図る方向性に帰着する結果に終わり,本研究が着目した法による自律的な秩序形成という方向性は,必ずしも現実を歴史で主軸をなした選択肢ではないことが明らかになった.本研究が着目した方向性を探究するには,さらに歴史を遡り,国家による救済が必ずしも自明の結論ではなかった時代における取り組みを分析する必要がある,というのが,今後の研究の方針である.
オープンな評価コンテストによる匿名加工アルゴリズムとリスク評価の研究

2017年5月の改正個人情報保護法施行により,本人の同意がなくとも第三者提供ができる「匿名加工情報」の利用が始まった.しかしながら,匿名加工に関するリスクには特定,識別,属性推定などの多様性があり,対象とするデータの性質や攻撃者の仮定に応じて大きく変動するために,標準的な加工方法を決めることが出来ない.そこで,本研究では多くの研究者により加工技術の有用性と安全性を集積し,優れたアルゴリズムを探求するオープン型の評価コンテストを企画し,信頼できる匿名加工技術の開発を試みる.匿名加工に関する課題に対して,1.オープンデータベースの開発,2.有用性指標の設計,3.攻撃者の知識モデルと安全性指標の設計,4.匿名加工アルゴリズムの開発,5.位置情報の属性推定とテンソル分解による学習手法の研究,6.コンテストの評価環境の構築を研究目的としている.2018年度は,課題1(オープンデータベース),課題2(有用性指標),課題3(攻撃者知識モデル),課題4(匿名加工アルゴリズム)に着手した.オープンデータベースとして,UCI Datasetの購買履歴データOnline Retailを取り上げ,コンテストに必要な属性を絞り,疑似顧客データベースと紐づけを行い,適切な大きさの標準データを用意した.このデータに対して,一般化(元データを含む集合に置き換える加工)に焦点をあてて,有用性指標を設計した.2018年10月には,情報処理学会コンピュータセキュリティ研究会主催のシンポジウムにおいて,匿名加工コンテストPWS Cup 2018を実施し,国内のIT企業や大学から14チームが参加した.韓国インターネット情報院KISAからのオブザーバー参加も行われた.コンテストでは,主に2-匿名性を中心とした加工技術が競われ,その安全性を評価する為の確率検定に基づく評価方法を提案した.研究計画に従って,購買履歴データを用いたコンテストを開催して,一般化に関する加工技術に関する多くの知見を得たため,十分に順調な進捗をしていると評価する.本課題の初年度ではあるが,これまでの研究グループの研究活動に基づき,4件のジャーナル論文を出版することができた.中でも,情報処理学会のディジタルプラクティスにて出版した論文は,2018年度の匿名化と再識別コンテストの技術的な内容とコンテスト結果に関する最新の内容である.2019年度には,課題5(位置情報を対象とした匿名加工)に着手する予定である.位置情報データベースには,オープンデータにも多くのものが知られている.顧客の位置に応じて提供する商用サービスや,観光客を対象としたイベントを立案する地方自治体などによる多くのユースケースが想定できる.これらを想定して,どの様な有用性指標を定めるのか,安全性をどう定義するかなどを検討する予定である.2019年10月に長崎で開催予定の,コンピュータセキュリティシンポジウムにおいて,匿名加工コンテストPWS Cup 2019を開催することを計画中である.2017年5月の改正個人情報保護法施行により,本人の同意がなくとも第三者提供ができる「匿名加工情報」の利用が始まった.しかしながら,匿名加工に関するリスクには特定,識別,属性推定などの多様性があり,対象とするデータの性質や攻撃者の仮定に応じて大きく変動するために,標準的な加工方法を決めることが出来ない.そこで,本研究では多くの研究者により加工技術の有用性と安全性を集積し,優れたアルゴリズムを探求するオープン型の評価コンテストを企画し,信頼できる匿名加工技術の開発を試みる.匿名加工に関する課題に対して,1.オープンデータベースの開発,2.有用性指標の設計,3.攻撃者の知識モデルと安全性指標の設計,4.匿名加工アルゴリズムの開発,5.位置情報の属性推定とテンソル分解による学習手法の研究,6.コンテストの評価環境の構築を研究目的としている.2018年度は,課題1(オープンデータベース),課題2(有用性指標),課題3(攻撃者知識モデル),課題4(匿名加工アルゴリズム)に着手した.オープンデータベースとして,UCI Datasetの購買履歴データOnline Retailを取り上げ,コンテストに必要な属性を絞り,疑似顧客データベースと紐づけを行い,適切な大きさの標準データを用意した.このデータに対して,一般化(元データを含む集合に置き換える加工)に焦点をあてて,有用性指標を設計した.2018年10月には,情報処理学会コンピュータセキュリティ研究会主催のシンポジウムにおいて,匿名加工コンテストPWS Cup 2018を実施し,国内のIT企業や大学から14チームが参加した.韓国インターネット情報院KISAからのオブザーバー参加も行われた.コンテストでは,主に2-匿名性を中心とした加工技術が競われ,その安全性を評価する為の確率検定に基づく評価方法を提案した.研究計画に従って,購買履歴データを用いたコンテストを開催して,一般化に関する加工技術に関する多くの知見を得たため,十分に順調な進捗をしていると評価する.本課題の初年度ではあるが,これまでの研究グループの研究活動に基づき,4件のジャーナル論文を出版することができた.中でも,情報処理学会のディジタルプラクティスにて出版した論文は,2018年度の匿名化と再識別コンテストの技術的な内容とコンテスト結果に関する最新の内容である.2019年度には,課題5(位置情報を対象とした匿名加工)に着手する予定である.位置情報データベースには,オープンデータにも多くのものが知られている.顧客の位置に応じて提供する商用サービスや,観光客を対象としたイベントを立案する地方自治体などによる多くのユースケースが想定できる.これらを想定して,どの様な有用性指標を定めるのか,安全性をどう定義するかなどを検討する予定である.2019年10月に長崎で開催予定の,コンピュータセキュリティシンポジウムにおいて,匿名加工コンテストPWS Cup 2019を開催することを計画中である.
非線形分散型方程式の孤立波解の安定性と不安定性

今年度の最も主要な成果は,非線形項が臨界冪の場合に,調和ポテンシャルのようなポテンシャル項を伴う非線形シュレディンガー方程式の定在波解が安定であることを証明したことである.ポテンシャル項が伴わない場合には,20年ほど前にWeinsteinによって,臨界冪の場合は定在波解は爆発の意味で不安定になることが示されていた.したがって,臨界冪の場合は,今回の結果により,ポテンシャル項の有無が安定・不安定性の問題に大きく影響することがわかった.この事実は,Rose and Weinsteinによる数値実験で予想はされていたが,はじめて数学的にも解明できたことになる.また,昨年度の継続として,非一様媒質の光導波管を表す非線形シュレディンガー方程式についての考察をし,定在波解の安定性が,非一様媒質の屈折率を表す関数の,遠方での減衰オーダーや,原点での特異性のオーダーに依存する事を明らかにした.非一様媒質における非線形シュレディンガー方程式の定在波解の安定性の研究は,1980年代後半にAkhmediev, Jones, Grillakis, Shatah and Straussらによって3層媒質という特別な場合について分岐理論を用いて調べられていたが,一般的な媒質の場合に分岐理論を適用しようとすると,考え得る非線形構造に制限がかかってしまう.そこで,より一般的な媒質に関して調査した.この問題については,10月から1月にかけてフランスの南パリ大学に滞在し,その大学のスタッフと議論することで結果を昨年のものより発展させることができた.さらには,非線形楕円型方程式の解について,複素数値関数の解の指数減衰とそのシャープな減衰オーダーについて考察もした.このような減衰オーダーは今までの手法では,常微分的な方法に頼っていたため,取り扱う解が正値球対称であることが必要であった.今回は全く異なる方法によって,より一般的な解についても適用できるよう拡張した.本年度前半における主要な成果は,非線形構造が2つの冪である非線形シュレディンガー方程式の定在波解の安定性についてである.定在波解の安定性についての研究では1980年代におけるGrillakis, Shatah, Straussの共同研究が一つの金字塔であり,現在でも最も引用される理論の一つである.しかしその一般論は,方程式の伸長構造に本質的に依存し,非線形構造が単独冪より少しでも一般化されると立ち所に破綻してしまうという弱点がある.そのような理由から,2つの冪の非線形項を考える場合には,Grillakis, Shatah, Straussの一般論は全く通用しない.この困難を克服すべく,Ohtaは1994年に変分解析を使って,2つの冪の非線形項のときは,振動数が小さい定在波解の中に安定なものが存在することを示したが,振動数が小さければ全ての定在波解は安定になるのかは未解決であった.そこで,方程式の主要な伸長構造に着目し,それに従うスケール変換を施した波動関数の漸近解析と変分解析に問題を帰着させる手法を確立し,上記問題の解決を図った.また本年度後半では,非一様媒質の光導波管を表す非線形シュレディンガー方程式についての考察をし,定在波解の不安定性が,非一様媒質の屈折率を表す関数の,遠方での減衰オーダーや,原点での特異性のオーダーによることを明らかにした.一様媒質のときには安定であった条件下であっても,非一様媒質のときには不安定な定在波解が出てくることを証明した.非一様媒質における非線形シュレディンガー方程式の定在波解の安定性の研究は,1980年代後半にAkhmediev, Jones, Grillakis, Shatah, Straussらによって3層媒質という特別な場合について分岐理論を用いて調べられていたが,一般的な媒質の場合に分岐理論を適用しようとすると,考え得る非線形構造に制限がかかってしまう.更には,屈折率を表す関数の影響で,方程式の伸長構造が破綻するため,Grillakis, Shatah, Straussの一般論は通用しないという点で本年度前半の研究に類似する点がある.そこで,前半で用いた手法を応用し,この問題に適用できるよう発展させた.この問題については現在,さらに深く研究を進めている最中であり,投稿準備中である.今年度の最も主要な成果は,非線形項が臨界冪の場合に,調和ポテンシャルのようなポテンシャル項を伴う非線形シュレディンガー方程式の定在波解が安定であることを証明したことである.ポテンシャル項が伴わない場合には,20年ほど前にWeinsteinによって,臨界冪の場合は定在波解は爆発の意味で不安定になることが示されていた.したがって,臨界冪の場合は,今回の結果により,ポテンシャル項の有無が安定・不安定性の問題に大きく影響することがわかった.この事実は,Rose and Weinsteinによる数値実験で予想はされていたが,はじめて数学的にも解明できたことになる.また,昨年度の継続として,非一様媒質の光導波管を表す非線形シュレディンガー方程式についての考察をし,定在波解の安定性が,非一様媒質の屈折率を表す関数の,遠方での減衰オーダーや,原点での特異性のオーダーに依存する事を明らかにした.非一様媒質における非線形シュレディンガー方程式の定在波解の安定性の研究は,1980年代後半にAkhmediev, Jones, Grillakis, Shatah and Straussらによって3層媒質という特別な場合について分岐理論を用いて調べられていたが,一般的な媒質の場合に分岐理論を適用しようとすると,考え得る非線形構造に制限がかかってしまう.

そこで,より一般的な媒質に関して調査した.この問題については,10月から1月にかけてフランスの南パリ大学に滞在し,その大学のスタッフと議論することで結果を昨年のものより発展させることができた.さらには,非線形楕円型方程式の解について,複素数値関数の解の指数減衰とそのシャープな減衰オーダーについて考察もした.このような減衰オーダーは今までの手法では,常微分的な方法に頼っていたため,取り扱う解が正値球対称であることが必要であった.今回は全く異なる方法によって,より一般的な解についても適用できるよう拡張した.
単機能の重ね合せにより新機能を創発するマルチファンクショナル深層学習ネットワーク

本研究では,単一のCNN (Convolutional Neural Network,畳み込みネットワーク)に複数のタスクのための機能を同時に学習させ,学習した独立の機能の組み合わせ・重ね合わせによって,事前に学習した個別の単一機能とは異なる,新しい機能を実現し,Neural Networkがより人間の脳に近い汎用的な能力を持っていることを実証することを目的とする.2年目は,1年目の画像を入力して画像を出力するEncoder-Decoderネットワークのマルチファンクション学習の研究としてスタイル変換と領域分割の組み合わせ,を発展させて,より多くの画像変換タスクを1つのネットワーク学習可能とすることを実施した.特に,"PiggyBack"と呼ばれる方法を応用して1つのEncoder-Decoderネットワークに領域分割,coloring,スタイル変換を同時および逐次に学習することを実現した.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。1年目の2017年度は,画像を入力して画像を出力するEncoder-Decoderネットワークのマルチファンクション学習の研究としてスタイル変換と領域分割の組み合わせ,を発展させて,より多くの画像変換タスクを1つのネットワーク学習可能とすることを目指した.複数機能の重ね合わせと,処理の位置局所性を融合させ,プリミティブな機能要素を多数同時学習して,それらの機能と空間的な重み付けによって,様々な機能を実現する汎用的なCNNを実現できるか?について特に研究を行った.研究の結果,異なるヘテロジーニアスな複数の機能の同時学習を条件付きネットワークで行うことは可能であることが確認できた.一方,機能の組み合わせに関しては,あらかじめ組み合わせた結果を学習しておくことで,期待する結果を得ることができた一方,単機能の学習をタスクごとの学習データで学習した場合には,テスト時に混ぜ合わた結果は必ずしも想定していたものが得られるわけではないことが分かった.現在は,条件信号は単純に1つの層にのみ注入しているが,チャネル方向と空間方向アテンションをかける形で,多様な方法で信号を入力することによって,1つのネットワークに多様な振る舞いをさせることができるかどうか検証してきたいと考えている.1年目の2017年度は,画像を入力して画像を出力するEncoder-Decoderネットワークのマルチファンクション学習の研究としてスタイル変換と領域分割の組み合わせ,を発展させて,より多くの画像変換タスクを1つのネットワーク学習可能とすることを目指した.複数機能の重ね合わせと,処理の位置局所性を融合させ,プリミティブな機能要素を多数同時学習して,それらの機能と空間的な重み付けによって,様々な機能を実現する汎用的なCNNを実現できるか?について特に研究を行った本研究では,単一のCNN (Convolutional Neural Network,畳み込みネットワーク)に複数のタスクのための機能を同時に学習させ,学習した独立の機能の組み合わせ・重ね合わせによって,事前に学習した個別の単一機能とは異なる,新しい機能を実現し,Neural Networkがより人間の脳に近い汎用的な能力を持っていることを実証することを目的とする.2年目は,1年目の画像を入力して画像を出力するEncoder-Decoderネットワークのマルチファンクション学習の研究としてスタイル変換と領域分割の組み合わせ,を発展させて,より多くの画像変換タスクを1つのネットワーク学習可能とすることを実施した.特に,"PiggyBack"と呼ばれる方法を応用して1つのEncoder-Decoderネットワークに領域分割,coloring,スタイル変換を同時および逐次に学習することを実現した.1年目はタスクを2つに限定したが,2年目は多様なタスク,例えば,領域分割,奥行き推定,エッジ検出,超解像,coloringなど,Encoder-Decoderネットワークで学習可能な多様なタスクに関して補助入力付きの「CNNスイッチ」型Encoder-Decoderネットワークで同時学習を行い,同時学習が可能か?複数重み付けでどのような結果が得られるか?について検証を行う.さらに,プリミティブな機能要素を組み合わせることで,汎用的な機能が実現できるかどうかについて,どのようなプリミティブな機能を学習すればよいか,そしてそれらをどのように組み合わせ・重ね合わせればよいか検討を行う.最終的には,「CNNスイッチ」を利用した機能の重ね合わせに基づく機能創発が可能かどうか検証し,同時に脳科学者の協力も得て理論的な考察についても行う.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
細胞増殖抑制Tobファミリー蛋白質の発生工学を用いた機能解析

Tob、Tob2、BTG1、PC3、ANAで構成される新規ファミリー遺伝子産物は細胞増殖抑制をもち、細胞周期制御に重要な役割を持っていることが示唆されている。また、tob遺伝子欠損マウスは、加齢に伴う癌形成や、大理石骨病様の病態を示す。tob2遺伝子欠損による骨代謝への影響を調べる為、これまでに作製したtob/tob2 KOマウスを用い骨量解析を行った。その結果、tob遺伝子欠損マウスとは逆にtob/tob2 KOマウスでは、tob KOマウスとは反対に骨量が減少していた。また、tob2 KOマウスの骨髄を用いた分化誘導実験で、破骨細胞への分化の亢進が示された。今後、破骨細胞分化機構へのTob2の関わりについて解析を進めていく予定である。近年の解析により、Tobの増殖抑制活性の制御にはErk1/2によるTobのリン酸化が非常に重要な役割を果たしていることがわかってきた。このTobのErk1/2によるリン酸化部位は、Tob2において保存されている。そこで、血清もしくはPDGF刺激後のNIH3T3細胞の可溶化液を用い、Tob2のリン酸化についてウエスタンブロットにより解析したところ、刺激依存的にTob2のリン酸化による泳動度の変化が確認された。またこの泳動度の変化は細胞のMEKインヒビター(PD98059)処理により減弱することから、Tob2もTobと同様にErk1/2にリン酸化される可能性が示唆された。更に、Tob2がTobと同様にcyclin D1遺伝子の転写の抑制活性を持つか、cyclin D1遺伝子プロモーターのレポーターを用いて解析した。その結果、Tob2は発現量依存的にcyclin D1遺伝子プロモーターの転写活性を抑制することがわかった。
レーザー光ピンセットによる超微細マニピュレータ技術の開発:膜蛋白分子の補捉と操作

本研究は、3つの先端的光学技術(ビデオ強化型高倍率微分干渉顕微鏡、ナノ・メートル計測、及び光ピンセット)を総合して新しいシステムを創り出す技術開発研究である。そして、本システムを用いて生きた細胞あるいは細胞内小器官に微細操作を加えながらその構造と機能を観察・解析できることを最終目標として3年度にわたって研究を進めてきた.まず、本研究専用のビデオ強化型微分干渉顕微鏡を作製し、落射照明用光路に10mWヘリウム・ネオンレーザー光を導入して光ピンセットとした。しかし、その捕捉力は不十分であったので、100mWクリブトン・アルゴンレーザー光を導入し、更にビームエクスバンダーを用いて捕捉力を向上させた.光ピンセットの作用位置、すなわち、レーザー光ビーム照射部位を制御するために粗動操作と微動操作に分けて考えた。まず、顕微鏡のステージをスライドさせて大きく移動させて光ピンセットの捕捉能の確認を行った。次いで、ビームコントローラーで直接レーザー光ビームの照射部位を制御することで粗動操作し、同時にピエゾ素子を利用して顕微鏡のステージを移動させることによって微動操作を実現する機構を試作した。最終的には、瞳転送光路系を組み込んで、コンピューター制御による遠隔操作でレーザー光ビームの照射位置を移動させる方式を採用した。そして、膜蛋白分子を標識するために利用した金コロイドを検出してその動きを追跡記録する機構を組み込んだ。本研究の全期間を通して神経科学の領域における本システムの有用性を試してきた。例えば、光ピンセットによって酵素分離後の浮遊神経細胞を顕微鏡下で任意の部位に移動させることができ、神経成長円錐のフィロボディア先端を特に標識することなしに保持操作することができた。更に、膜蛋白分子に付着した金コロイドの自由運動とこの金コロイドを光ピンセットで捕捉・束縛したときの運動を解析して細胞膜の力学的構造を考察した。1.本研究は、3つの先端的光学技術(ビデオ強化型高倍率微分干渉顕微鏡法、ナノメートル計測法、および光ピンセット法)を総合して新しいシステムを創り出す技術開発研究で、その成果を神経科学の分野に応用して細胞生理学的研究の推進を計ることを目的とする。これらの3つの技術は既に個々独立して使用されているものであるが、今回これらを集約・組織化して生きた細胞あるいは細胞内小器官に操作を加えながらその構造の変化や機能を観察・解析できるようにする。2.倒立型落射蛍光顕微鏡(ニコン、TMD-300)に高開口数の水浸対物レンズを装着して得た高倍率微分干渉顕微鏡像をビデオ画像強調して最終映像倍率が約10、000倍になるビデオ強化型微分干渉顕微鏡システムを完成し、実際に電気生理学実験に使用することができた。すなわち、本装置を用いて、ラット前脳部ブローカの対角帯核から分離・培養したニューロンの神経突起先端部の成長円錐を観察して実験を行い、成長円錐から神経伝達物質であるアセチルコリンが放出されることを確認した。3.光ピンセットに用いるレーザー光ビームの照射部位をコントロールするシステムを製作した。光ピンセットとして操作の迅速性と容易性並びに機能の安定性を確保するために、照射部位を大きく移動させる系(粗動操作用)と微小距離移動用の系(微動操作用)からなる機構を採用することにした。粗動操作系として照射部位を大きく動かすためにビームコントローラーで直接レーザー光の照射領域を制御する方式を採用し、粗動操作の機構を組立てて調整に入った段階である。4.金コロイド粒子を含む液で培養神経細胞を灌流すると、成長円錐に金コロイド粒子が付着している様子をビデオ強化型微分干渉顕微鏡で観察できた。

この顕微鏡システムにレーザ光ピンセットを組み込んで光ピンセットで神経細胞の小片やフィロポデイアの先端部、さらに金コロイド粒子などを捕捉し、その位置を移動および固定できることを確認した。しかし、現有の光ピンセットの光源には10mWのヘリウムネオンレーザー管を用いており、その捕捉力は1pN以下である。したがって、金コロイドなど微粒子の運動を十分に制御するには捕捉力が不足している。本研究は、3つの先端的光学技術(ビデオ強化型高倍率微分干渉顕微鏡法、ナノメートル測定法、および光ピンセット法)を総合して新しいシステムを創り出す技術開発研究である。そして、本システムを用いて生きた細胞あるいは細胞内小器官に微細操作を加えながらその構造と機能の変化を観察・解析できるようにすることを目的とする。光源に10mWのヘリウムネオンレーザーを用いたの光ピンセットの捕捉力は1pN以下で、微粒子の分子運動の熱的ゆらぎを抑えることは可能であるが、それ以上の運動を止めて制御するには不足であった。そこで本年度は、100mwのクリプトン・アルゴンレーザーを導入して捕捉力を向上させ、さらにビームエクスパンダーを用いてビームの集光点を微調整することにより、光ピンセットの捕捉力を1pN以上にして微粒子の分子運動の熱的揺らぎ抑えて動きを制御できた。この時、光ピンセットの位置、すなわち、レーザー照射部位を大きく動かす粗動操作機構については、昨年度、ビームコントローラーとナノ駆動制御用コンピュータを用いて直接レーザー光の照射領域を制御することで実現したので、本年度は、光ピンセットの微動操作のためにピエゾ素子を利用して倒立型顕微鏡のステージの移動制御する機構を試作した。一方、細胞膜表面に付着した金コロイド粒子を検出しその動きを追跡してナノ・メートル測定を行う画像収録処理システムを作製した。特定の膜蛋白分子を標識して操作する方法として、糖鎖をもつ膜蛋白分子を標識するコンカナバリンAでラベルした金コロイド粒子を用いた。こうして幼若ラットの培養神経細胞を用いて光ピンセットをパッチ膜に当ててレーザー光を点滅しながら膜電流を記録すると、光をあてたとき、すなわち、光ピンセットを作用させたときに外向きに電流を観察できた。本研究は、3つの先端的光学技術(ビデオ強化型高倍率微分干渉顕微鏡、ナノ・メートル計測、および光ピンセット)を総合して新しいシステムを創り出す技術開発研究で、本システムを用いて生きた細胞あるいは細胞内小器官に微細操作を加えながらその構造と機能の変化を観察・解析できるようにすることを目的とする。昨年度、100mwのクリプトン・アルゴンレーザーを導入して光ピンセットの捕捉力を強化し、また、ピエゾ素子を利用した光ピンセットの微動操作機構を試みた。本年度は以下の改良を加えて使用しやすいシステムとした。瞳転送光学系を用いると光学的に対物レンズの瞳を共役な点に移動させることが可能で、共役な位置に遠隔操作できるミラーを置いて光ピンセットの作用点を視野のなかで移動させることができた。そこで最終的にはこの方式を用いて、粗動から微動までを制御できる機構としてコンピューター制御のもとに光ピンセットの作用点を決める操作を容易にすることができた。
非平衡開放系の冷却原子気体における対称性の破れ、エキゾチック相、測定理論の研究

平成30年度は、次の3つの研究を主に行った。(i)パリティー時間(PT)対称性と非平衡相転移・超流動:PT対称な非エルミートキターエフ/マヨラナチェインからなるトポロジカル超伝導の性質を研究し、この系が複素エネルギーと非直交なマヨラナゼロモードを持つ特異な端状態を持つことを明らかにした。この端状態は端だけに局在しバルク部分にはカレントが流れないような非局所的な輸送現象を示すことを明らかにした(Phys. Rev. B98, 085116 (2018))。(ii)非平衡状態で発現するエキゾチック相:クエンチによって非平衡状態に用意されたトポロジカルな相が発現するユニークな性質を、1次元のクラスBDIおよびクラスDに属する系について調べた。具体的には、異なった対称性によって保護されたトポロジカル相の間のクエンチに伴って、1粒子エンタングルメントスペクトルがどのように変化するかを調べた。その結果、エンタングルメントスペクトルが交差する点は対称性を保存する乱れに対して安定であり、クラスBDIとDのそれぞれの場合にトポロジカル数がZとZ2を反映していることが明らかになった(Phys. Rev. Lett. 121, 250601 (2018))。(iii)観測下の多粒子系のダイナミックスの基礎理論:測定下において多粒子系のダイナミックスがどのように熱化するかという問題を、量子測定理論をボース・ハバード模型に適用することで調べた。その結果、各々のトラジェクトリーレベルで熱緩和だけではなく、熱化が起こるという興味深い事実を見出した。それを理解するために、固有状態熱化仮説を測定理論と組み合わせることによってそのような状況下で系が従う統計アンサンブルを導出し、それが数値結果と一致することを確かめた(Phys. Rev. Lett. 121, 170402 (2018))。PT対称な系は、より一般的には非エルミートであるが、この系のトポロジカルな性質の研究の過程で、トポロジカルなクラスの分類が可能であることが明らかになったので、それについての研究も遂行した(Phys. Rev. X8, 031079 (2018))。さらに、エネルギー固有値が複素数になることから時間反転対称性と粒子正孔対称性のクラスが統一されることが明らかになった(Nat. Commun. 10, 297 (2019))。これらはいずれも当初計画を上回る進展である。今後も引き続き非平衡開放系、トポロジカル相に焦点を当てた研究を推進する。具体的には、(1)相互作用の中間状態に散逸を導入することで負温度を創出する研究、(2)スピノールボース気体をクエンチしたのちに見られる緩和過程を基礎物理の観点から考察する、(3)昨年度行った1次元トポロジカル相のクエンチの物理をLieb-Robinson速度の観点から研究する、の3点について研究を行う。まず、(1)については、冷却原子気体で実現されたハバード系では、粒子間相互作用の中間状態にしばしば非弾性散乱による原子ロスが生じることに着目し、それが負温度を生む可能性について研究を行う。特に、スピン系にマップできるフェルミーハバード系において、スピン交換相互作用が非弾性散乱によって磁性の反転が生じる可能性について研究を行う。(2)については、反強磁性相互作用をするスピンが1の1次元ボース気体の磁性をクエンチすることによって生じる磁気ソリトンの緩和の振る舞いを研究する。特に、クエンチを突然行った場合に、系が平衡状態へ緩和する過程が単調なものかprethermalizationのような状態を通過するかを繰り込み群的な観点から探求する。(3)については、対称性によって保護されたトポロジカル相のエンタングルメントギャップに与えるLieb-Robinson限界の影響について調べる。具体的には、エンタングルメントエントロピーがクエンチ後にどのように成長するかに着目し、それが伝搬するにしたがってエンタングルメントギャップが開くことを調べる。(iii)観測下の多粒子系のダイナミックスの基礎

理論:測定下において多粒子系のダイナミックスがどのように熱化するかという問題を、量子測定理論をボース・ハバード模型に適用することで調べた。その結果、各々のトラジェクトリーレベルで熱緩和だけではなく、熱化が起こるという興味深い事実を見出した。それを理解するために、固有状態熱化仮説を測定理論と組み合わせることによってそのような状況下で系が従う統計アンサンブルを導出し、それが数値結果と一致することを確かめた(Phys. Rev. Lett. 121, 170402 (2018))。PT対称な系は、より一般的には非エルミートであるが、この系のトポロジカルな性質の研究の過程で、トポロジカルなクラスの分類が可能であることが明らかになったので、それについての研究も遂行した(Phys. Rev. X8, 031079 (2018))。さらに、エネルギー固有値が複素数になることから時間反転対称性と粒子正孔対称性のクラスが統一されることが明らかになった(Nat. Commun. 10, 297 (2019))。これらはいずれも当初計画を上回る進展である。今後も引き続き非平衡開放系、トポロジカル相に焦点を当てた研究を推進する。具体的には、(1)相互作用の中間状態に散逸を導入することで負温度を創出する研究、(2)スピノールボース気体をクエンチしたのちに見られる緩和過程を基礎物理の観点から考察する、(3)昨年度行った1次元トポロジカル相のクエンチの物理をLieb-Robinson速度の観点から研究する、の3点について研究を行う。まず、(1)については、冷却原子気体で実現されたハバード系では、粒子間相互作用の中間状態にしばしば非弾性散乱による原子ロスが生じることに着目し、それが負温度を生む可能性について研究を行う。特に、スピン系にマップできるフェルミーハバード系において、スピン交換相互作用が非弾性散乱によって磁性の反転が生じる可能性について研究を行う。(2)については、反強磁性相互作用をするスピンが1の1次元ボース気体の磁性をクエンチすることによって生じる磁気ソリトンの緩和の振る舞いを研究する。特に、クエンチを突然行った場合に、系が平衡状態へ緩和する過程が単調なものかprethermalizationのような状態を通過するかを繰り込み群的な観点から探求する。(3)については、対称性によって保護されたトポロジカル相のエンタングルメントギャップに与えるLieb-Robinson限界の影響について調べる。具体的には、エンタングルメントエントロピーがクエンチ後にどのように成長するかに着目し、それが伝搬するにしたがってエンタングルメントギャップが開くことを調べる。
金属リチウム負極を有する次世代高容量二次電池の開発

金属リチウム負極の充放電可逆性を向上させるために,金属リチウムを物理的・化学的に制御することによる界面構造の最適化を検討した。温度負荷あるいは添加剤と充放電可逆性との相関を解析し,最適な界面構造を明らかにした。以下の3課題を設定し研究を進めた。成果の大部分は別記リストの学会誌等で報告したが,さらに平成14年度開催予定の「電気化学大会」ならびに「第11回リチウム電池国際会議」等で口頭発表する予定である。1.金属リチウム負極の物理的・化学的界面構造の最適化Ni基板上に析出したLiおよび金属Li箔の充放電挙動に及ぼす物理的あるいは化学的界面構造の最適化について検討した。低温で予め金属Liを充放電させておく(「低温前処理」する)と,その後昇温させてもサイクル寿命が向上することを見出し,この低温前処理の効果は,電解液の種類に依存することを明らかにした。金属ヨウ化物添加剤による化学的界面構造の最適化においては,金属塩の種類により添加方法に違いがあることがわかった。AII_3を用いた場合,初回充電時のみ添加し,以後のサイクルは無添加の電解液でサイクルさせる(「前処理する」)方法が有効であることを見出した。サイクル数の絶対値は,セルの形,電極面積,電流密度,温度などの実験条件に依存するものの,Al塩添加濃度には最適値があることが判明した。2.金属リチウム界面構造・挙動の電気化学的解析充放電サイクル寿命に与える温度負荷あるいは添加剤の効果とリチウム析出形態との相関を,交流インピーダンス測定,in-situ CCD顕微鏡観察等を用いて検討した。充放電サイクル寿命の向上につながった,最適化された界面のモデル図ならびに析出/溶解機構を提案した。3.有機電解液中における集電体材料の分極挙動に及ぼす電解質の影響金属Liを使用した際の電解液および正極材料の最適化を考慮して,有機電解液中でのAl正極集電体の挙動について調査した。イミド系電解液中ではAlは激しく腐食されるが,少量のLiPF_6を添加することでAlの腐食が抑制されることを見出した。XPSによる表面分析の結果,LiPF_6の添加は表面フッ素化物の生成を促進することを明らかにした。金属リチウム負極の充放電可逆性を向上させるために,金属リチウムを物理的・化学的に制御し,界面構造の最適化を検討した。本年度は以下の2課題について研究を進めた。1.温度制御による金属リチウム界面の物理的構築LiPF_6/PC-DMC電解液,Li(C_2F_5SO_2)_2N/PC-DMC電解液の温度負荷の違いによる充放電サイクル寿命の変化について検討した。その結果,LiPF_6を電解質として用いた系では,25°Cでの短いサイクル寿命が,いったん-20°Cで10回サイクルする(「低温処理」)とその後は25°Cに昇温しても寿命が向上することがわかった。一方,Li(C_2F_5SO_2)_2Nを用いた場合,低温処理はサイクル寿命の低下をもたらした。電解質による低温処理効果の違いを,混合電解質塩を用いた系についても調査した。