hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
テロメラーゼを標的とする新しい制癌手法の研究

最近、多くのがん細胞で発現していることが明らかとなり注目を集めているテロメラーゼは、線状DNA末端のテロメアDNAの長さを維持する酵素で、正常な細胞は、生殖細胞や幹細胞以外では発現してないと考えられている。そのため、癌細胞に特異的な化学療法剤開発のための、新しい標的として期待されている。我々は、テロメラーゼに含まれる鋳型RNAに着目し、機能性の核酸を組み込んだオリゴマーDNAを用い、(1)鋳型RNAとの効率的なクロスリンク反応によるテロメラーゼの活性の阻害、および(2)鋳型RNAへの化学的な点変異の誘起の手法、について検討した。本研究では、テロメラーゼを標的とする新しい制癌手法の開発を目指している。まず、(1)テロメラーゼに含まれる鋳型RNAと相補的なオリゴDNAとのハイブリッドを安定化させるための新しい効率的なクロスリンク剤の開発を行った。更に、(2)鋳型RNAに部位特異的に変異を誘発し、癌細胞のテロメアに特異的に変異を導入し、最終的に癌細胞特異的に細胞死を起こすことを期待し、配列特異的な化学的点変異を起こす手法について検討した。平成8年度は以下の結果を得た。1.新しい機能性核酸として6位にビニル基をもつ12-aminopurine誘導体(1)を設計、合成した。2.モデル反応においてこれらが求核試薬と反応することを確認した。3.自動合成装置によりDNAオリゴマーに組み込むための誘導体化に成功した。4.3種の機能性核酸をDNAオリゴマーに導入することに成功した。5.機能性核酸を組み込んだDNAオリゴマーを用いて反応性を検討した。
反応拡散系の漸近解構築への理論的アプローチ

反応拡散系に現れるさまざまな特徴的な形状を持つ解の多くは、その存在が数値実験では示唆されているものの、理論的には未検証である。本研究課題では、角遷移層を持つ解と、数理生態学における多種個体群の多段階侵入を表す解に対し、解の形と動きを近似する漸近解の構築理論を作る際に役立つ重要な情報が、以下のとおり得られた。(1)複数の反応拡散系の特異極限における解形状や解構造を統一的に説明できる観点を導入し、角遷移層が特異極限として現れる可能性を判断する手がかりを得た。(2)多種協調拡散系の多段階侵入を表す漸近解の構成単位の候補として有力視される単一波形解について、存在・安定性等の大域構造を明らかにした。反応拡散系は複数の成分の拡散と非線形相互作用を表す連立偏微分方程式である。反応拡散系には、非線形項の形やパラメータの値によっては特徴的な形状をした解が存在することが、既存の多くの数値実験から示唆されている。本研究では、これら諸々の特徴的な形状をした解のうち、角遷移層(解の勾配が急激に変化する薄い層)や内部遷移層(解の値が急激に変化する薄い層)を持つ解などに対して、その形状を精密に近似する漸近解の理論的な構築手法の確立を目指している。平成25年度は、競争関係にある2種の生物個体群を記述する反応拡散系について、角遷移層の外側での漸近解候補である自由境界問題の解に対して自由境界の正則性を詳細に調べ、その結果を24年度に得た角遷移層内での様々な精度での局所的な漸近解に対する上下からの精密な評価と照合し、外部漸近解とうまく接合できるために内部漸近解に必要な近似精度を見積もった。一方、本研究課題の研究目的の一つである多段階侵入型解が持つ内部遷移層、及び、上記競争2種の反応拡散系に見られる角遷移層に対し、それらの漸近的な特徴を深く理解するための別の視点からの考察として、上記競争2種の反応拡散系の種間相互作用と拡散の構造のみを抽出・一般化した反応拡散系の角遷移層・内部遷移層の挙動を調べた。特に、その反応拡散系の相互作用の次数のさまざまな値に応じて、角遷移層・内部遷移層の挙動が変化する諸相を詳細に調べてみた。その結果、遷移層の移動速度が相互作用の次数に応じて変化する様相の大枠が明らかになった。極端な場合として、遷移層が静止したまま移動しないような次数、及び、遷移層の移動速度が速すぎて遷移層が(無限遠方に消え去ってしまうため)見えないような次数を、特定した。この成果については、京都大学数理解析研究所での研究集会(平成25年10月)で発表し、研究計画の今後の進展に役立つ種々の助言を戴いた。反応拡散系は複数の成分の拡散と非線形相互作用を表す連立偏微分方程式系である。24年度は、競争関係にある2種の生物の個体群を記述する反応拡散系に対し、角遷移層内を局所的に近似する精密な漸近解をさまざまな精度で形式的に構築し、角遷移層と層の外側との接合部付近における詳細な形状を解析することにより、漸近解を上下から評価する不等式を精密化した。この精密な評価を用いれば、角遷移層内での局所的な漸近解と、今後構成する角遷移層外側での精密な漸近解に対し、両者の接合部分における近似の精度を定量化できるものと期待される。一方、角遷移層の特徴を深く理解するための別の視点からの考察として、この系の種間相互作用と拡散の構造のみを抽出・単純化した反応拡散系において角遷移層と同時に内部遷移層が現れる状況について、相互作用の次数をさまざまな値に取り替えて遷移層の挙動を調べてみた。その結果、次数によっては遷移層が静止したまま運動しないことが新たに見出された。反応拡散系には、非線形項の形やパラメータの値によっては、特徴的な形状をした解が存在することが、多くの数値実験から示唆されている。

本研究では、これらの特徴的な形状をした解のうち、角遷移層(解の勾配が急激に変化する薄い層)や内部遷移層(解の値が急激に変化する薄い層)を持つ解に対し、その形状を精密に近似する漸近解の理論的な構築手法の確立を目指した。角遷移層が現れる複数の反応拡散系に対し、角遷移層内だけを局所的に近似する形式的な漸近解と、角遷移層の外側だけを精密に近似する形式的な漸近解を別々に構築し、それらを接合するという方針(接合漸近展開法)のもとで、これらの反応拡散系に共通に現れる解構造を検討した。その結果、角遷移層の厚みを形式的にゼロに近づける特異極限において、これらの反応拡散系はどれも角遷移層の外側では特定の自由境界問題に帰着されることが明らかになった。その成果および関連する解構造に対する考察を、解説記事として査読付き雑誌に発表した。また、接合可能性の証明には至らなかったものの、その準備として角遷移層型定常解に対する線形化固有値の挙動を詳細に調べた結果、より一般の移流反応拡散方程式も含む複数の反応拡散系に対し、特徴的な形状をした定常解たちの構造が明らかになった。引き続き実施する新たな研究課題の中で、非定常解に対する線形化固有値の挙動を調べ、接合可能性の証明を目指す。一方、角遷移層と同時に内部遷移層が現れる状況の漸近解を構築するため、反応項を二成分のべき乗形に単純化した二成分反応拡散系に対し、相互作用の次数をさまざまな値に取り替えて、遷移層の移動速度の変化を調べた。その結果、次数に応じて、移動速度は有限値のみならず無限大にもゼロにもなり得ることが明らかになり、この事実に対する部分的な証明を与えた。数学解析角遷移層を持つ解の解析は、「研究実績の概要」で述べたように計画通り進展しているが、ここまでの成果を整理し、報告・論文にまとめるのはこれからである。一方、内部遷移層を持つ解の解析に関しては、当初の計画では、多種協調拡散系における多段階侵入現象を近似する漸近解の理論的な構築を目指していた。これまでに、上側から局所的に近似する漸近解の構築の目途までは立てることができた。しかしながら、下側から局所的に近似する漸近解の構築を試みている途中で、多次元空間におけるFisher-KPP方程式の解の形状に関する詳細な性質を再検討して利用する必要に迫られた。そのために、関連する多数の文献を読み込み、Fisher-KPP方程式の解の形状に関する情報のうち、多段階侵入型解を局所的に下側から漸近する近似解を構築する糸口になると期待される諸性質を見極めるために、研究分担者とともに検討を重ねている。しかしながら、検討と整理に予想以上に時間がかかり、未だ成果には至っていない。この点で、当初の計画よりもやや遅れている。角遷移層を持つ解の解析は、「研究実績の概要」で述べたように計画通り進展している。一方、並行する計画として、多種協調拡散系における多段階侵入現象を近似する漸近解の理論的な構築も目指しており、まずは侵入の各段階を上側から局所的に近似する漸近解と下側から局所的に近似する漸近解を別々に構築する計画である。上側から近似する局所漸近解については、縮約系のさまざまな進行波解を基に構成できるものと期待しており、そのための準備として、それら進行波解の挙動を力学系の観点から計画通り整理した。下側から近似する局所漸近解については、その構成のヒントを得るため、多次元空間におけるFisher-KPP方程式の単発侵入型解の古典的な構成方法を分析しているが、この分析を進める中で、当初予想していた以上に多次元Fisher-KPP方程式の諸性質を深く調べ直す必要に迫られ、関連する多数の文献の読み込みに研究時間の大部分を割かざるを得なくなった。そのため、この分析を踏まえて研究代表者・研究分担者間で予定していた下側からの局所漸近解構築を検討し合うための研究連絡は、充分にできなかった。この点では、当初の計画よりもやや遅れている。
２核性単細胞生物テトラヒメナの核分化に働く核膜孔複合体タンパク質の同定

ひとつの細胞に二つの核を持つ単細胞生物テトラヒメナの核膜孔複合体を構成するタンパク質成分を網羅的に同定した。これによって大核と小核の核膜孔複合体の全体構造を比較することができるようになり、両者の構造がどのように異なっているのかを明らかにすることができた。さらに、構造の違いを生み出しているいくつかの成分の分子機能を解析し、大核と小核の分化過程に決定的な役割をもつと考えられる成分の特定に成功した。このことは、核の機能的分化の仕組みを理解するための重要な知見となるものである。原生生物の一群である繊毛虫は、2種類の核をもつ二核性細胞である。2核を機能的に分化させるためには、核輸送を制御する核膜孔複合体が重要な役割を持つと考えられるが、繊毛虫の核膜孔複合体の構造は大部分が未解明であるため、核機能の分化と核膜孔複合体の関係は明らかになっていない。そこで本研究では、繊毛虫テトラヒメナ(Tetrahymena thermophila)の核膜孔複合体構成タンパク質(ヌクレオポリン)を網羅的に同定し、その中から核機能の分化に決定的な役割を担うヌクレオポリンの分子種を特定することを目指す。多くの生物種において、核膜孔複合体は、約30種類のヌクレオポリンから構成されていることが知られている。本年度は、前年度に同定したテトラヒメナの新規のヌクレオポリンについて、分子構造を解析し、それらを他生物の既知のヌクレオポリンと比較することで、新規の成分がどの分子種に相当するのかを決定した。新規のヌクレオポリンの中には、大核または小核のどちらかに特異的に局在するものが、これまで知られていたNup98の他にも複数種類存在することが分かった。これらはいずれも、核ー細胞質間輸送の運搬体であるインポーチンβと相互作用するためのフェニルアラニンーグリシン(FG)リピート領域を持つ成分であるため、これらが大核と小核で異なっていることが、二核間で核ー細胞質間輸送を差別化できる要因であると考えられた。繊毛虫は、2種類の核をもつ二核性細胞である。2核の分化過程では、核輸送を制御する核膜孔複合体が重要な役割を持つと考えられるが、繊毛虫の核膜孔複合体の構造は大部分が未解明であるため、核分化と核膜孔複合体の関係は明らかになっていない。そこで本研究は、核分化の分子基盤となっている核膜孔複合体因子を見出すことを目的とする。繊毛虫テトラヒメナ(Tetrahymena thermophila)の核膜孔複合体成分(ヌクレオポリン)を同定し、それらの分子機能を解析することによって、核分化に関与するヌクレオポリンの分子種を特定することを目指す。本年度は、未知のヌクレオポリンの探索を行った。これまでに同定しているテトラヒメナのヌクレオポリンにGFP標識した融合タンパク質を発現する細胞から、抗GFP抗体による免疫沈降と、回収画分のマススペック解析により、ヌクレオポリンと予想されるタンパク質を見出した。さらに、そのタンパク質をコードするcDNAをクローニングして、GFP融合体としてテトラヒメナに発現させることで、核膜孔複合体に局在することを確かめた。その結果、テトラヒメナにも主要なヌクレオポリンは概ね存在し、核膜孔複合体の基本構造は、これまでに研究されている真核モデル生物のそれと類似していることが分かった。本年度の研究結果により、テトラヒメナの核膜孔複合体を構成する成分をほぼ明らかにすることができた。2年目以降はこの成果をもとに、主要なヌクレオポリンの機能解析を行い、大核・小核の核膜孔複合体の構造と機能が異なる理由に迫りたいと考えている。原生生物の一群である繊毛虫は、大核と小核という2種類の核をもつ二核性細胞である。体細胞核である大核と生殖核である小核を機能的に分化させるためには、核輸送を制御する核膜孔複合体が重要な役割を持つと考えられるが、繊毛虫の核膜孔複合体の構造は大部分が未解明であったため、核機能の分化と核膜孔複合体の関係は明らかになっていなかった。そこで本研究は、繊毛虫テトラヒメナ(Tetrahymena thermophila)の核膜孔複合体構成タンパク質(ヌクレオポリン)を網羅的に同定し、その中から核機能の分化に決定的な役割を担うヌクレオポリンの分子種を特定することを目指した。今年度は、前年度までに同定したヌクレオポリンのうち、フェニルアラニンーグリシンの繰り返し配列(FGリピート)を持ち、小核の核膜孔複合体に特異的に局在する新規のヌクレオポリンの機能解析を行った。このヌクレオポリンをコードする遺伝子領域の特定部分を破壊することでタンパク質機能を一部欠損させると、有性生殖時における受精核からの大核と小核の分化過程に著しい影響が見られ、正常な核分化が阻害されることを確認した。

この結果は、このヌクレオポリンが核機能の分化に深く関与する因子であることを示唆するものであり、核分化の仕組みの全容を解明していく上で非常に重要な知見となる。研究期間全体を通して、テトラヒメナのヌクレオポリンの大部分を同定し、その中から核分化に決定的な役割を担うヌクレオポリンの特定に成功したことにより、本研究の当初の目的は十分達成されたものと考える。細胞生物学本年度までに予定していたテトラヒメナのヌクレオポリンの網羅的な同定をほぼ終えることができ、さらには、26年度に計画している核膜孔複合体の構造解析に用いる細胞株作りも着実に進行しているため。テトラヒメナのヌクレオポリンの網羅的な同定を24年度および25年度の研究で完了すると計画していたが、24年度終了の段階で、主要なほぼ全てのヌクレオポリンを同定することができたため、おおむね順調に進展しているといえる。モデル生物の核膜孔複合体の構造を指標として、テトラヒメナの主要なヌクレオポリンのほぼ全てを同定し、それらの中から大核と小核にそれぞれ特異的なヌクレオポリンを複数種類見出すことができた。核特異的なヌクレオポリンは、二核間で核ー細胞質間輸送を差別化し、個別な核機能の発現に必要な機能性タンパク質を核内へ運び入れることで核機能を分化させるものと考えられる。したがって、これらのヌクレオポリンをそれぞれの核に特異的に局在させる構造的な仕組みこそが、核機能を分化させるための最重要基盤であると見なすことができる。今後は、核特異的なヌクレオポリンのインタラクターを特定し、それらの核膜孔複合体内での配置を調べることで、特定のヌクレオポリンが核特異的に局在できる構造的な理由を明らかにしていく。モデル生物の核膜孔複合体構造を指標として、テトラヒメナの主要なヌクレオポリンのほぼ全てを同定することができたが、テトラヒメナに特異的なヌクレオポリンが存在する可能性も否定できない。したがって、未知のヌクレオポリンの探索は25年度以降も引き続き行なう。一方、同定したヌクレオポリンの中から、核機能の発現に影響すると予想されるものを選び出し、それらの分子機能の解析を行なう。それらをコードする遺伝子をノックアウトあるいはノックダウンすることで、核機能と核分化に現れる影響を調べる。また、内在の遺伝子にGFP標識を付加した細胞において生細胞蛍光観察を行なって、生細胞内での当該ヌクレオポリンの挙動、特に核分化過程における局在変化の様子を明らかにする。該当なし。
絵画評価の認知的メカニズムの解明

本研究では,絵画作品に含まれるフラクタルやゆらぎといった物理的特徴がどのように知覚的に分析され,また絵画作品に関する関心や知識などの認知的な要因が絵画の美的評価の判断にどのように繋がるのかという,絵画評価の認知的メカニズムを解明することが目標であった。まず,画像解析を用いて作品の物理的特徴について分析し,得られた物理的な値と人間が抱く印象という主観的な値との関連について検討した。また,作品の解説文,作者名,作品のタイトルなどの外部情報や,あらかじめ有している専門的な知識などの認知的な要因が美的評価に与える影響についても検討した。絵画の心理学的研究においては,作品の美的評価を質問紙調査で測定するものが多く存在する。しかしながら,刺激として使用された作品のなかでも,特に有名な作品ともなるとその知名度から高く評価される傾向にあり,作品自体が好まれているのか,それとも認知的な要因によって高い評価が付けられているのかを区別することは難しい。そこで,社会心理学の分野で用いられてきた潜在的連合テストを使用し,質問紙で測定する意識的かつ顕在的な美的評価だけではなく,無意識的かつ潜在的な評価についても測定し,名画の純粋な評価の測定を試みた。最終的には,これまで得られた個別の実験の成果を統合し,絵画作品の物理特性の知覚的な分析から,解説文などの外部情報,そして作者や作品の知名度といった認知的な要因までを包括した,絵画作品の評価の認知的なメカニズムを構築する。29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では,絵画作品に内包された物理特性をもとに秩序性などの印象がどのように形成され,最終的に美しさなどの美的評価の判断へと繋がるのかという,絵画評価の認知的メカニズムを解明することが目標である。この目的を達成するために,フラクタル解析や周波数解析から作品の物理的な特徴を分析し,得られた物理値と人間が抱く複雑性や規則性,美しさなどの印象との関係を検討した。その結果,絵画の物理値と印象の評定値との間にそれぞれ関連が示された。周波数解析によるゆらぎ値の分析方法について紀要論文としてまとめたものが掲載予定である。また,絵画の物理特性という知覚的な要因だけでなく,外部情報や専門知識などの認知的な要因も美的評価に影響を与えることが報告されている。いわゆる名画は一般的に好まれているが,質問紙調査で作品の評価を問う場合,純粋に作品が好まれたのか,それが名画だから高く評価されたのかを区別することは難しい。そこで,名画および駄作を用い,顕在的評価と潜在的評価の違いを検討した。顕在的評価の測定には質問紙を,潜在的評価の測定には潜在的連合テストを用いた。その結果,顕在的評価については,当然ながら名画のほうが駄作よりも高く評価された。潜在的評価についても,名画が無意識的にも好まれることが示唆された。潜在的評価について名画と駄作の結果の間に違いがみられたことから,名画と駄作では物理的な特徴が異なる可能性も考えられる。今後は,それらの物理的な特徴の違いも検討する。これらの研究結果は,International Congress of Psychology,九州心理学会などで発表された。最終的には,個別の成果を総合し,絵画作品に内包された物理特性の知覚的な分析から,解説文などの外部情報,そして作者や作品の知名度といった認知的な要因までを包括した,絵画作品の評価の認知的なメカニズムを解明することを目指す。H28年度は,絵画作品に対する潜在的な美的評価について調べた。絵画作品の美的評価を測定する方法として,質問紙調査を使用してきた。しかしながら,この調査方法では評定者は回答を意識的に行うため,得られた回答には専門的知識や社会的望ましさの影響が含まれている可能性がある。そのため,純粋に作品そのものが好まれたのか,それともそれが高い評価を得ている有名な作品だから高く評価されたのかは分からない。そこで,絵画刺激として名画および駄作を用い,顕在的(意識的)評価と潜在的(無意識的)評価の違いについて検討した。顕在的評価の測定には質問紙を,潜在的評価の測定には潜在的連合テストや単一カテゴリー潜在的連合テストを用いて,複数の実験を行った。それらの結果から,顕在的評価については,当然ながら名画のほうが駄作よりも美的評価の得点が高かった。一方,潜在的評価についても,名画は肯定語と連合していることが示され,人々が潜在的にも名画に対して肯定的な態度を有していることが部分的に示唆された。つまり,例え無意識に評価を行った場合でも,名画が高く評価されることが示唆された。これらの実験では一定の成果が得られており,International Congress of Psychology(国際心理学会),九州心理学会などで学会発表された。他にも,大学院のシンポジウムやインターネット研究会で随時結果が発表され,研究はおおむね順調に進展したと言える。

また,作品の解説文,作者名,作品のタイトルなどの外部情報や,あらかじめ有している専門的な知識などの認知的な要因が美的評価に与える影響についても検討した。絵画の心理学的研究においては,作品の美的評価を質問紙調査で測定するものが多く存在する。しかしながら,刺激として使用された作品のなかでも,特に有名な作品ともなるとその知名度から高く評価される傾向にあり,作品自体が好まれているのか,それとも認知的な要因によって高い評価が付けられているのかを区別することは難しい。そこで,社会心理学の分野で用いられてきた潜在的連合テストを使用し,質問紙で測定する意識的かつ顕在的な美的評価だけではなく,無意識的かつ潜在的な評価についても測定し,名画の純粋な評価の測定を試みた。最終的には,これまで得られた個別の実験の成果を統合し,絵画作品の物理特性の知覚的な分析から,解説文などの外部情報,そして作者や作品の知名度といった認知的な要因までを包括した,絵画作品の評価の認知的なメカニズムを構築する。H28年度に実施された実験から得られた成果および課題を踏まえて,名画の潜在的評価に関する追加の実験をいくつか行う。加えて,名画および駄作をそれぞれ画像解析し,両者の物理的な特徴に違いはあるのかを分析し,物理特性と美的評価の関連について検討する。並行して,これらの研究結果は論文としてまとめて,査読付きの国際誌に投稿する。最終的には,これらの個別の成果を総合し,絵画作品に内包された物理特性の知覚的な分析から,解説文などの外部情報,そして作者や作品の知名度といった認知的な要因までを包括した,絵画作品の評価の認知的なメカニズムを明らかにし,博士論文としてまとめることを目指す。29年度が最終年度であるため、記入しない。
選好の異質性と消費保険のミクロデータ分析

本研究では、先進国データをもとに経済主体の選好の異質性を実証的に分析した。大きく分けて2つのことを行った。第1に、選好の異質性のモデル化の方法として、基礎消費水準を考慮することが既存研究によって提案されているが、その研究の拡張を行った。第2に、経済主体にとって真のモデルが分からないというモデル不確実性を導入した枠組みを利用して、選好の異質性とモデル不確実性回避度との関係を明らかにした。本研究課題の2年目となる本年度は、初年度に引き続き、完全リスクシェアリング仮説から導かれる命題の一つである、消費の限界効用の成長率が家計(または個人)間で均等化される、という命題に焦点を当てた実証分析を実施するための準備を行った。これに加え、予備的な実証分析を行い、理論モデルの拡張の方向性をさらに検討した。研究計画では以下を予定していた。1.DRRA(Decreasing Relative Risk Aversion)を許容する効用関数をもとに推定式を導出する。2.Blundell等によって提案された手続きに従って、消費支出および推定に必要な変数のデータセットを作成する。3.Zhang and Ogakiによって提案された完全リスクシェアリング仮説の検定方法、およびモデルの推定方法を拡張する。4.拡張した方法をもとにモデルの予備的な推定と完全リスクシェアリング仮説の検定を行う。1については、昨年度までにZhang and Ogakiと異なり対数表示の推定式を導出したが、その理論的な妥当性をさらに検討した。今年度は、これに加え、レベル表示の推定式のパラメータの理論的な解釈を検討した。2については、米国の個票データの検討を概ね完了した。3については、パラメータの時間変化を認めた場合の対処方法と結果の解釈を検討した。4については、米国のデータへ適用した場合、パラメータの収束が不安定であることが分かった。そこで、よりデータの構造がシンプルな日本の地域パネルデータをもとに、予備的な検討を行った。これによれば、完全リスクシェアリング仮説においてDRRAを許容する効用関数を用いることは必要な拡張である可能性が高い。この点は、最終年度においても引き続き検討を行っていく。本年度は、完全リスクシェアリング仮説から導かれる命題の1つである、消費の限界効用の成長率が家計(または個人)間で均等化される、という命題に焦点を当てた実証分析を実施するための準備を行った。研究実施計画では、以下を予定していた。2.Blundell等によって提案された手続きに従って、消費支出および推定に必要な変数のアンバランス・パネルデータを作成する。3. Zhang and Ogakiによって提案された完全リスクシェアリング仮説の検定方法およびモデルの推定方法をアンバランス・パネルデータに適用できるように拡張する。4.拡張した方法をもとにモデルの予備的な推定および完全リスクシェアリング仮説の検定を行う。1については、Zhang and Ogakiが用いた効用関数に選好ショックを明示的に導入し、対数表示の推定式を採用することにした。これによりDRRAを仮定した既存の推定式に比べ、米国のデータを用いた先行研究と比較しやすい形式になったと言える。2については、今年度は米国の個票データを対象とし、必要な変数の作成は概ね完了した。3については、主に漸近分散行列と標準誤差の導出に必要な理論的な基礎を検討した。4については、準備として、モデルの主要なパラメータの1つである基礎消費水準の初期値をどのように設定すべきかを検討した。この点については、先行研究に必ずしも明確な指針は見当たらず、さらに検討が必要であるという結論に至った。本研究課題の3年目となる本年度は、初年度と昨年度に引き続き、完全リスクシェアリング仮説から導かれる命題の一つである、消費の限界効用の成長率が家計または個人間で均等化される、という命題を実証的に検討した。1.DRRA (Decreasing Relative Risk Aversion)を許容する効用関数をもとに推定式を導出する。3.Zhang and Ogakiによって提案された完全リスクシェアリング仮説の検定方法および推定方法を拡張する。4.拡張した枠組みをもとに完全リスクシェアリング仮説の実証分析を行う。1については、昨年度までに対数表示の推定式を導出したが、その妥当性を引き続き精査した。2については、昨年度までに既に米国の個票データを検討した。3については、アンバランス・パネルへの拡張可能性を検討した。4については、米国データへ適用を行った結果、パラメータが不安定に推定され、ロバストな結果は期待できないという結論に至った。本年度は、以上の当初の予定に加えて、完全リスクシェアリング仮説が依拠するモデルの前提を離れて、選好の異質性を再評価することを試みた。

具体的には、モデル不確実性を考慮した場合の選好パラメータの評価方法を検討した。マクロ経済学、計量経済学研究計画において予定していた項目のうち3つは、当初の予定通り概ね進んでいる。予備的な実証結果は、使用データによっては芳しくないものもあるが、これは想定の範囲内といえる。平成24年度の研究実施計画において予定していた項目のうち3つは、当初の予定通り研究を進めることができた。残りの1つについては、次年度以降も文献調査を継続して行う必要があるという結論に至った。ただし、これは想定の範囲であり、全体としては概ね研究実施計画で挙げた課題を消化できたと判断している。平成26年度は、25年度までに検討を完了したモデルと推定・検定方法をもとに、実証的検討をさらに進める。これに加え、学会や研究会などに出席することで、関連分野の研究者と意見交換を行い、最終的な研究成果のまとめを行う。平成25年度以降は、モデルの推定および検定方法、パラメータの設定方法を確定した後、実証分析に取り掛かる予定である。文献調査を重ねて行うことに加え、セミナー、研究会、学会などに出席することで、関連分野の研究者と意見交換を行う。該当なし
液体中における横波発生のメカニズム～第一原理分子動力学法

液体中の横波発生の起源を解明するために、第一原理および古典分子動力学シミュレーションを用いて単原子からなる液体のダイナミクスを詳細に調べた。その結果、液体中に発生するミクロな横波の起源には、原子間の斥力によるcage効果があることを明らかにした。さらに、横波と各原子の運動の相関について、視覚的な理解を得るために、液体中の横波の可視化法を考案し、横波と原子の運動の関係を示すコンピュータグラフィックスを作成した。液体中の横波発生のメカニズムを解明するために、まずは、どのような物質中で横波が発生するのか、原子間相互作用の違いは横波にどのように影響するのか調べる必要がある。このため今年度は、原子間の相互作用が等方的な系である液体ナトリウム、および、共有結合により異方的な相互作用をもつ14属元素液体の液体シリコン、および、液体スズを対象とし、相互作用と横波発生の相関を調べた。原子集団のダイナミクスを精度良く調べるために,原子数64216個の系で約100ピコ秒の長時間の第一原理分子動力学シミュレーションを行い、これまでにない高い精度で動的構造因子,横波,縦波の振動スペクトルを求め横波の存在について調べた。その結果、液体ナトリウムでは、1ナノメートル以上の波長を持つ横波が存在するが、共有結合により異方的な相互作用を持つ液体スズでは、長い波長の横波は消失し、1ナノメートル以下の短い波長の横波のみが存在した。さらに共有結合性の強い液体シリコンでは横波は存在しないことがわかった。これは、異方的な相互作用のもとでは、各原子の周りの原子の数が少なくなり、原子のずれに対して、もとに戻す力が周囲から働きにくいからであると考えられる。また、横波と各原子の運動の相関について、視覚的な理解を得るために、横波の可視化法を考案し、横波と原子の運動の関係を示すコンピュータグラフィックスを作成した。液体中の横波の可視化は、これまでに例はなく、横波発生のメカニズムの解明にも役立つものと期待できる。昨年度の第一原理分子動力学(MD)法を用いた研究により、液体中に発生するミクロな横波の起源には、原子間の斥力によるcage効果によるものがあることがわかった。また、原子集団が縦波(横波)を作ると、その波と同程度の振動数をもつ横波(縦波)が生じることがわかってきた。これは、横波のもうひとつの起源である。今年度は、この縦波と横波のミキシング現象は、液体一般に起こる現象なのかを明らかにするために、原子間相互作用が2体力のみの場合、および、3体力を含む場合のモデルポテンシャルを用いた古典MDシミュレーションを実行した。その結果、単純液体の代表である液体アルゴンでさえミキシングが起こることが分かった。このことは、1971年のLevesqueらの先駆的なMDによって液体中にも横波が存在することが発見されて以来、これまで全く指摘されていなかった現象である。また、相互作用が異方的である液体シリコンの方が、より顕著にミキシングが現れることも明らかにした。さらに、シリコンのように液体構造が異方性を持つ方が、ミキシングを起こりやすいことを、結晶におけるミキシングを調べることによってモデル化した。結晶の場合、波数ベクトルが結晶の対称性の高い軸に沿っている場合は、ミキシングは起こらないが、結晶軸からずれた方向へ波数ベクトルを選ぶとミキシングが起こることを示した。このことが、異方的な液体構造を持つ場合にミキシング効果が大きいことへのひとつの解釈を与えるのではないかと考えている。
進行性腎障害、加齢による糸球体内皮細胞障害の解析と治療法開発

糖尿病性腎症、高血圧性腎硬化症などの進行性腎障害、並びに加齢に伴う腎障害の共通基盤としての糸球体内皮細胞障害のメカニズムを、活性酸素(ROS)と一酸化窒素(NO)の不均衡に焦点をおいて解明を試みた。加えてROS、NO不均衡是正による腎疾患治療法の可能性を検討した。まず、疾患腎糸球体におけるROS、NO不均衡による組織障害とそのメカニズム解析を行った。(1)「in vivo可視化法」によるROS、NO不均衡の解析ラット5/6腎摘(Nx)モデル4、8wで糸球体内でROS増加、NO低下を認めた。高血圧性腎障害モデルとしてDahl食塩感受性(Dahl)ラット、糖尿病モデルとしてSTZ糖尿病(STZ)ラットを使用し、同様の所見を認めた。(2)ROS、NO不均衡、産生異常のメカニズム解析また腎組織において脂質(脂質過酸化物HNEの免疫組織評価),蛋白(Western解析による蛋白carbonyl化の評価)、核酸(尿中8-OHdG定量、8-OHdG免疫組織)の酸化的修飾を認めた。多彩な成因による進行性腎障害、並びに加齢に伴う腎障害の共通基盤としての糸球体内皮細胞障害のメカニズムを、活性酸素(ROS)と一酸化窒素(NO)の不均衡に焦点をおいて解明を試みた。さらに、ROS、NO不均衡是正による腎疾患治療法の可能性を検討した。
乳幼児期におけるTwin-talk(宇宙語)現象の発生機序とファミリーケアの研究

平成11年度にツインマザースクラブ会員に対し実施した郵送質問紙調査を詳細に分析を加えた。対象双生児例は1428組である。双子独自の言葉(Twin-talk)の発生は、1428組中627組(43.9%)においてみられた。このようなTwin-talkのコミュニケーションが最も盛んになる時期は、平均で生後27.8ヶ月(2歳前後)であった。Twin-talk現象の発生は、2人が遊んでいる時で遊びが盛り上がった時に特に頻回にみられることが判明した。Twin-talk現象の発生率は一卵性と二卵性の間で有意差がみられなかったことから、遺伝要因ではなく生活環境要因の関与によりTwin-talk現象が生じていることが示された。また、Twin-talk現象には「単語のみが特有」であるものと、「会話全体が特有」であるものとに大きく分かれて、「会話全体が特有」である双児が42.9%であった。本研究では児の発達関連要因として、首の座り、つかまり立ち、ひとり歩き、発語、排泄の自立の時期を検討したが、Twin-talk現象との有意な関連は示唆されなかった。性別を男性ペア、女性ペア、男女ペアに区分した比較では3群間で有意差はみられなかった。Twin-talkと家族要因との関連についての解析では、1)出生時体重の低さ、2)一卵性であること、3)他に兄や姉がいないこと、4)祖父母が同居していないこと、5)妊娠中毒症があった、等の要因が関連要因として示唆された。双生児家庭へのファミリーケアでは、これら要因への配慮が必要であることが示された。
高度水質創造のための高効率オゾナイザ

(1)オゾン生成実験として二重放電型オゾナイザを作成し、その基本的な動作確認を行った。放電繰り返し周波数1Hz時の空気原料によるオゾン生成時の放電特性として、主電極間電圧V(t)の立ち上がり峻度dv/dt≧0.8[kv/ns]が必要であり、また、生成オゾン濃度はアーク転移率と主放電部への入力エネルギーに大きく依存することが分った。生成オゾン濃度は最大で約150ppm(充電電圧30kv)と低濃度であるものの、平均オゾン生成効率は約450gO_3/kwhとなり、従来型オゾナイザと比較すると、約4倍の高効率オゾン発生を行うことが出来た。また、消費電力も従来型に比べて65%75%に抑えられることが分かった。(2)水冷却を用いたオゾン生成実験を行い、冷却水温(WT)を基準に考えると、WTを23°C(室温)から7°Cに冷却することにより、生成オゾン濃度および収率は1.2倍ほど改善され、低い周波数においても冷却効果が十分に現れることが分かった。放電のモード変化(放電の不安定性の出現)により、放電電力密度が数kw/m^3の従来型に比べ0.4kw/m^3と小さい。(3)回転電極型オゾナイザを試作し、回転の効果を確認した。上下水道等の水処理に加え、広い分野でのオゾン利用が増大してきた。これに伴い、オゾナイザの高効率化および高濃度化が叫ばれるようになってきた。これまでは主に無声放電方式を用いたオゾナイザが多く用いられてきたが、本研究では放電体積に着目し、放電体積が比較的大きい放電の一つとして、大気圧グロー放電の利用を提案した。特に、大気圧空気中でのグロー放電の達成報告はほとんどないのが実情である。次に、実験で得られた内容の概要について以下に述べる。1.He/O_2混合ガス中のオゾン特性酸素含有割合(流量比)が電気回路中のキャパシタC_2の有無に関係なく、約13%のところで生成オゾン濃度が最大となった。これは、放電状態と密接に関係していることも確認されている。C_2の有無により、生成オゾン濃度の最大値が異なり、電源側と放電部とのインピーダス整合の違いによることが考えられる。また、直列ギャップGmの変化に対するオゾン生成濃度特性の結果からも、放電状態(即ち、グローのみかあるいはグロー形式後アークに移行するかなど)に密接に関係している。2.乾燥空気を原料としたオゾン生成放電動作を1Hzで行なった場合、Gm=0.41.0mmの範囲でGmを各々変え、注入エネルギーと生成オゾン濃度の関係を求めた。これらの結果からオゾン生成効率を算出すると400gO_3/kwh以上の高効率が得られた。一方、160Hzの放電繰り返し数の場合、充電電圧を一定にして放電の繰り返し数を変化、キャパシタC_2の容量を変化、放電のくり返し数を一定にして充電電圧を変化させて入力電圧を変化(01.7W)させてオゾン生成効率を求めた結果、約100g/kwhという値が得られた。大気圧下で模擬乾燥空気を用い、放電の繰り返し周波数1Hzとした時の拡散状グロー放電を用いた二重放電型オゾナイザにおける直列ギャップの動作、生成オゾン濃度、オゾン収率およびエネルギー変換効率について研究、検討を行った。その結果、以下のことが明らかとなった。(1)直列ギャップの動作は主電極間印加電圧の立ち上がりを鋭くすると共に大気圧下において主電極間に拡散状グロー放電を容易に発生させる効果がある。(2)生成オゾン濃度はアーク転移率および主放電部注入エネルギーに大きく依存する。(3)最大生成オゾン濃度約150ppmでオゾン収率400g/kwh以上の高収率が得られた。また、この時の消費電力は、従来型オゾナイザと比べて6575%に抑えられた。(4)蓄積エネルギーから放電部注入エネルギーへのエネルギー変換効率は、蓄積エネルギーが増加するに伴い4050%に低下するが、残りのエネルギーの大部分は消費されず、再びもとの充電用キヤパシターに残っている。

1、水冷却を用いたオゾン生成実験を行い、冷却水温(WT)を基準に考えると、WTを23°C(室温)から7°Cに冷却することにより、生成オゾン濃度および収率は1.2倍ほど改善され、低い周波数においても冷却効果が十分に現われることが分かった。放電のモード変化(放電の不安定性の出現)により、放電電力密度が数kW/m^3の従来型に比べ0.4kW/m^3と小さい。2、回転電極型オゾナイザを試作し、回転の効果を確認した。即ち、電極の回転により放電によるオゾン分解をさまたげる効果がある。オゾン生成濃度は電極の回転数と共に増加する。また、オゾン生成効率は電極を回転することにより約20%増加する。
水稲農耕伝播のメカニズムの実証的研究―韓半島南部と日本列島をケースとして―

本研究は、韓半島から日本列島への水稲農耕伝播のメカニズムを解明することを目的とする。当該年度は、水稲農耕開始前後における列島・半島の考古学的事象に関する検討を行った。また列島・半島を対象とした、これまでの研究結果と比較するための東アジアの他地域の事例として、台湾島先史時代の農耕化に関する検討を試みた。列島・半島の考古学的事象に関する検討にあたっては、まず日本・韓国に所在する調査研究機関に赴き、土器・石器などの考古資料の実物調査を行った。そして、これにもとづいて、半島から列島へと水稲農耕とともに、物質文化がどのように広がっていったのか、に関する検討を行った。さらに、この検討結果と前年度に明らかにした気候変動との関係をみて、水稲農耕伝播の背後にある要因・メカニズムに関する議論を深めた。また、台湾島先史時代の農耕化に関する検討にあたっては、台湾大学隆田考古展示館所蔵石器の調査(実測・写真撮影・高倍率顕微鏡を用いた使用痕分析)を行い、今後、この地域での農耕化の過程を明らかにする上での基礎データを蓄積した。以上の研究成果の一部は、第18回GIS研究会、古代学協会共同研究「列島初期稲作文化の荷担者の研究」検討会において、報告を行った。当該年度に行った研究は、水稲農耕開始前後における半島・列島間あるいは列島各地域間の交流の実態、交流と気候変動との関係が鮮明になったこと、半島・列島における農耕化との比較事例としての台湾島先史時代の農耕化の解明に向けての研究が一歩前進したことに、意義をおきたい。本研究は、韓半島南部から日本列島への水稲農耕伝播のメカニズムを解明することを目的とする。当該年度は、炭素14年代の検討、土器の製作技法の検討、土器の胎土分析のための予備的調査、石器の石材流通の検討のための予備的調査、石器の使用痕分析を行った。炭素14年代の検討にあたっては、韓半島南部無文土器時代の年代測定データの報告を収集し、統計学的な検討を行うことによって、無文土器時代の各時期と日本列島の弥生時代開始期の暦年代の妥当な年代値を導き出した。土器の製作技法については、日本と韓国に所在する調査・研究機関に赴き、遺物の詳細な観察と写真撮影を行うことによって、分析に先立つ基礎データの蓄積を行った。土器の胎土分析や石器の石材流通の検討に先だって、日本国内において地質調査と石材原産地の巡検を行った。石器の使用痕分析については、太宰府市教育委員会のご協力を得て、高倍率顕微鏡を用いた使用痕の観察を行い、また自身が購入した携帯型顕微鏡を用いての観察テストも行った。土器の胎土分析については、日本考古学協会に参加し、専門家と議論を行うことによって、方法論的理解をより深めた。以上の研究活動のうち、炭素14年代の検討によって得られた成果は、九州史学会にて発表を行った。また、同様の内容を九州古文化研究会の機関誌『古文化談叢』に投稿した。さらに、これまでの研究成果をまとめ、財団法人古代学協会の機関誌『古代文化』にて公表した。この内容は韓国語に翻訳し、韓国・嶺南考古学会の機関誌『嶺南考古学』においても公表した。日欧先端科学セミナーでは、暦年代と気候変動との関係に関する検討結果の一部を発表した。当該年度に行った研究活動は、今後、水稲農耕伝播のメカニズムを解明するにあたっての基礎を作ったという点に大きな意義がある。とりわけ、韓半島南部無文土器時代の炭素14年代の検討は、近年、問題となっている弥生時代開始年代論に一石を投じるものとして重要である。当該年度は、日本列島・韓半島の先史時代における気候変動についての検討を行った。また、前年度に引き続き、土器・石器流通の検討のための考古学・岩石学的調査や石器の使用痕分析を行った。気候変動についての検討にあたっては、まず韓半島と日本列島の両地域の当該期についての遺跡堆積相分析、花粉分析、湖沼年縞堆積物分析などの気候変動データの収集と整理を行った。そして、韓半島と日本列島それぞれの地域において、様々な方法によって得られた気候変動データの相互比較を通じて、個々の気候変動推定の結果の妥当性を確かめた。また、これらの気候変動データが提示する年代の多くは、炭素14年代によるものであるため、前年度に行った炭素14年代と考古学的時期との対応関係についての検討結果をふまえ、日本列島・韓半島における気候変動の考古学的な時期をより鮮明にするよう努めた。土器・石器流通の検討や石器の使用痕分析にあたっては、日本・韓国に所在する調査・研究機関に赴き、遺物の詳細な観察と記録とを行った。それに加え、地質調査と石材原産地の巡検も行った。以上の検討結果のうち、土器についての検討については、雄山閣出版発行の『季刊考古学』113号において報告を行った。また、第13回GIS研究会や第64回日本人類学会大会では、当該期における日本列島・韓半島間の交流について、物質文化と人の形質の両側面から再検討を行った結果を報告した。当該年度に行った研究の意義は、人の取り巻く外部環境のうち、自然環境の一つである気候に焦点を当て、その変遷を考古学的時期に沿って明らかにしたという点にある。今後、ここで得られた結果と、考古学的事象とを対比することによって、本研究での最終的な目的である水稲農耕伝播のメカニズムの解明に大きく近づくことができるものと考える。

本研究は、韓半島から日本列島への水稲農耕伝播のメカニズムを解明することを目的とする。当該年度は、水稲農耕開始前後における列島・半島の考古学的事象に関する検討を行った。また列島・半島を対象とした、これまでの研究結果と比較するための東アジアの他地域の事例として、台湾島先史時代の農耕化に関する検討を試みた。列島・半島の考古学的事象に関する検討にあたっては、まず日本・韓国に所在する調査研究機関に赴き、土器・石器などの考古資料の実物調査を行った。そして、これにもとづいて、半島から列島へと水稲農耕とともに、物質文化がどのように広がっていったのか、に関する検討を行った。さらに、この検討結果と前年度に明らかにした気候変動との関係をみて、水稲農耕伝播の背後にある要因・メカニズムに関する議論を深めた。また、台湾島先史時代の農耕化に関する検討にあたっては、台湾大学隆田考古展示館所蔵石器の調査(実測・写真撮影・高倍率顕微鏡を用いた使用痕分析)を行い、今後、この地域での農耕化の過程を明らかにする上での基礎データを蓄積した。以上の研究成果の一部は、第18回GIS研究会、古代学協会共同研究「列島初期稲作文化の荷担者の研究」検討会において、報告を行った。当該年度に行った研究は、水稲農耕開始前後における半島・列島間あるいは列島各地域間の交流の実態、交流と気候変動との関係が鮮明になったこと、半島・列島における農耕化との比較事例としての台湾島先史時代の農耕化の解明に向けての研究が一歩前進したことに、意義をおきたい。
界面イオン輸送現象を利用した高速水素生成・貯蔵システムの開発

固体イオニクスとケミカルループ法を融合させた高速水素エネルギー生成・貯蔵システムの要素技術開発を行った。酸素キャリアの化学変換サイクル:(1)還元反応(化学エネルギー貯蔵)→(2)水素生成→(3)完全酸化反応(熱回収・酸素キャリア再生)について、熱化学ループシステム、および電気化学ループ変換システムの要素技術開発を行った。具体的には、酸化物イオン・電子伝導体と金属酸化物の複合体を合成し、水素による還元反応と水蒸気による再酸化反応(水素生成)に優れた酸素キャリア材料の開発を行った。さらに電気化学的ループ変換にむけた新規プロトン伝導性燃料電池を開発し、システムの実現性について検証を行った。固体イオニクスとケミカルループ法を融合させた高速水素エネルギー生成・貯蔵システム(ケミカルループ型水素エネルギー変換システム)の基礎技術の開発を目的とする。今年度は、金属酸化物ーイオン伝導体複合サーメット粒子の開発を行い、セリア系酸化物イオン伝導体およびカルシウムチタネート系酸化物イオン伝導体について検討を行った。ガドリニアドープセリア(GDC)および鉄ドープカルシウムチタネート(CTFO)を担体に用い、酸化鉄の還元反応速度を水素およびメタン雰囲気下で評価した。その結果、標準担体であるアルミナと比較した場合、還元反応速度の向上が観測された。水蒸気による再酸化過程で生成する水素生成速度についても、セリア系担体による加速効果が観測された。さらに、合成した複合粒子の長寿命化に向けて、酸化鉄と担体粒子の界面領域の電子顕微鏡像の画像解析を行い、三相界面長の評価を行った。反応速度解析の結果、三相界面長の増加に従い、還元反応の速度定数が増加することが明らかになった。この結果は、酸化物イオンの界面近傍における拡散に起因する酸化鉄の還元反応の加速効果を示唆している。これら還元反応の促進効果に対する担体の酸化物イオン伝導及び電子伝導の寄与(担体効果)について、CTFO(混合伝導体)、イットリア安定化ジルコニア(酸化物イオン伝導体)、アルミナ(絶縁体)の比較によって評価を行った。速度論的検討の結果、担体効果による還元反応活性の向上には、担体の電子伝導よりも酸化物イオン伝導の寄与の方が大きいと考えられる。また、プロトン伝導体の担体利用の検討に向けて、リン酸ガラス系およびランタンタングステン系プロトン伝導体の合成とプロトン伝導率の最適化を行った。これらの新材料についても、次年度以降、担体への適用可能性を検討する。今年度は、前年度に引き続き、金属酸化物ーイオン伝導体複合サーメット粒子の合成を行い、ジルコニア系酸化物イオン伝導体、セリア系酸化物イオン伝導体およびカルシウムチタネート系酸化物イオン伝導体について検討を行った。イットリア安定化ジルコニア(YSZ)、ガドリニアドープセリア(GDC)および鉄ドープカルシウムチタネート(CTFO)を担体に用い、それら担体の輸送物性、すなわち酸化物イオン伝導度および電子伝導度が酸化還元反応速度に与える影響について検討を行った。具体的には、酸化鉄と担体の界面における酸素輸送過程の数値モデル解析を実施し、その界面輸送による酸化鉄の還元反応の加速効果について解析を行った。また、走査型プローブ顕微鏡による局所電気化学測定を実施し、対象材料の局所的な交流インピーダンス測定を行った。さらに、界面での酸素ポテンシャル分布の解明を行う目的で、今年度は、混合伝導体内部および異相界面での酸素ポテンシャル分布の検討を行った。酸素分圧の勾配下にCTFOを設置し、その起電力の測定からCTFO内部の酸素ポテンシャル分布について解析を行った。さらに、ストロンチウムチタネート(STO)とCTFOの異相界面をスパッタ法で作製し、その起電力の測定からその異相界面での酸素ポテンシャル分布について解析を行った。これらの酸素ポテンシャル分布の情報から、粒子内部の酸化還元過程の反応速度向上や粒子寿命の改善の指針を与える知見を得ることができる。平成27年度は、酸素キャリアの化学変換サイクル:(1)還元反応(化学エネルギー貯蔵)→(2)水素生成→(3)完全酸化反応(熱回収・酸素キャリア再生)について、熱化学的ループ変換の検討に加え、電気化学的ループ変換についても材料開発を中心に検討を行った。熱化学的ループについては、酸化還元サイクルに耐久性を有する自己再生型酸素キャリアのモデル粒子の開発を行った。すなわち、La-Al-O系ペロブスカイト型担体にニッケルあるいは銅を酸素キャリアとして担持し、酸化還元サイクルに応じて担体上でのニッケルナノ粒子あるいは銅ナノ粒子の固溶析出を進行させることで、高分散、高表面積を保持した長寿命粒子の開発を行った。実際に、参照用のアルミナ担体と比較した場合、上述の自己再生型酸素キャリアについては、酸化還元反応時の活性の向上が示された。また、水素生成過程については、昨年度に引き続き、鉄ドープカルシウムチタネート(CTFO)等の担体に用いた検討を行うことで、弱い酸化雰囲気でも酸化物イオン伝導性に加え電気伝導性を有する担体材料が、水素生成における反応促進効果を有することが示された。さらに、電気化学的ループ変換デバイスに必要なプロトン伝導性固体電解質の開発を行った。高La/W比を有するタングステン酸ランタンにより最も高いプロトン伝導率を示す電解質材料を合成することに成功した。

関連する局所電気化学測定手法についても、三相界面長を規定した一粒子測定用セルを作製し、その電気化学計測を実施した。これらの新しい知見や新材料を用いることで、本研究で提案するケミカルループ型水素エネルギー変換システムを具体的に提案することが可能になる。平成27年度は、熱化学的ループ変換の検討に加え、電気化学的ループ変換についても進展があった。熱化学的ループ変換については、自己再生型酸素キャリアの提案による酸化還元サイクルに耐久性を有する新材料の実現性が示され、水素生成過程では、担体のイオンおよび電子輸送特性が水素生成の加速効果に影響を与えることを示すことで、ケミカルループ型水素エネルギー変換システムで使用する酸素キャリア材料の設計指針を与えることができた。その酸化還元反応時の加速効果については、今年度論文発表を行った。さらに、電気化学的ループ変換では、La/W比の制御により高プロトン伝導率を有するタングステン酸ランタンの単相合成を行うことに成功した。この新電解質材料を用いることで、新デバイスへの応用が可能になる。このように、今年度得られた知見は、高速水素エネルギー生成・貯蔵システムの実現化に大きく貢献する成果であり、本研究は順調に進展していると判断する。固体イオニクスとケミカルループ法を融合させた高速水素エネルギー生成・貯蔵システム(ケミカルループ型水素エネルギー変換システム)の基礎技術の開発を目的とする。最終年度(H28年度)は、酸素キャリアの化学変換サイクル:(1)還元反応(化学エネルギー貯蔵)→(2)水素生成→(3)完全酸化反応(熱回収・酸素キャリア再生)について、熱化学的ループの反応解析に加え、電気化学的ループ変換についてのデバイスを開発することで、提案システム全体の要素開発と各プロセスの実証の検討を行った。熱化学的ループについては、自己再生型酸素キャリア(La系担体を使用)について酸化還元サイクル時の耐久性の保持が確認され、ナノ粒子生成機構の検討を行った。またCe系の複合酸素キャリアにおいて、酸素放出過程の加速効果を新たに観測した。さらに、Ti-Fe-O系金属酸化物にCaを添加し、鉄ドープカルシウムチタネート(CTFO)相を粒子内部に生成させた複合粒子の開発を行った。CTFO相の生成により、粒子内部の酸化物イオンの拡散が促進されると同時にカチオン拡散が抑制され、酸化還元サイクルにおける還元反応速度の向上と耐久性を有する材料開発が可能となった。加えて、水蒸気からの水素生成速度の向上も期待される。電気化学的ループ変換については、プロトン伝導性固体電解質であるランタンタングステート(LWO)の輸率測定結果を基にプロトン伝導型燃料電池のセル設計を行った。また、実際の単セルを作製し、水蒸気電解による水素生成の実験も行った。これらの成果について、国内外の会議での発表と論文投稿により対外的にも積極的に情報の発信を行った。