hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
環状ジヌクレオチドによる関節リウマチ誘発機序の解明と新たな治療戦略の創出

自然免疫応答を制御する小胞体膜タンパク質STINGは、活性化に応じて小胞体から脱出し、輸送先のゴルジ体でシグナル伝達複合体を形成した後、エンドゾームなどのオルガネラに移行して分解される。この活性化依存的なSTINGの輸送機構を明らかにするためには、STINGと相互作用する因子群を同定することが必要であると考えた。Proximity-dependent biotin identification (BioID)法は、生きた細胞内で近接するタンパク質や直接相互作用するタンパク質をビオチン標識し、ストレプトアビジンビーズで補足されたタンパク質由来ペプチドを同定する技術である。しかしこの従来の方法では、ほとんどが非ビオチン化ペプチドとして同定されるため、非特異的に吸着したタンパク質由来の非ビオチン化ペプチドとの区別ができないという問題があった。そこで私は、ビオチンとの可逆的結合能を有する新規アビジン様タンパク質Tamavidin2-REVを利用し、ビオチン化ペプチドのみを特異的に濃縮・検出できる改良法を構築した。そしてこの手法を用いてSTINGと相互作用するタンパク質のスクリーニングを行い、2565個のビオチン化ペプチドを同定した。定常状態ではビオチン化が認められたもののほとんどが小胞体タンパク質であったのに対し、活性化後には小胞輸送に関わるタンパク質やゴルジ体に局在するタンパク質のビオチン化を検出することに成功した。当初の計画ではCBLL1やAP3B1タンパク質に着目していたが、STINGの輸送を制御する結果は得られなかった。そこでSTINGと直接相互作用する因子をスクリーニングするため、あらかじめ対処法として計画していたBioID法を行なった。しかしながら、古典的なBioID法にはいくつかの問題点があり、これを克服するため、バックグラウンドノイズの低い改良型BioID法の構築に成功した。これにより、STINGの輸送過程におけるタンパク質間相互作用を解析するための基盤技術を確立できたと考えられ、今後の研究の進展が期待できる。この新たな手法については当初計画していなかったが、学会発表を行なうとともに論文も投稿中であるため、予想以上に進展したと考えている。今回確立した改良型BioID法を用い、STINGと相互作用する因子をより大規模に同定する。そして相互作用因子のノックアウト細胞をCRISPR/Cas9システムによって作製し、STINGが輸送されてから炎症誘導に至る過程において、どのステップに関与しているのかを明らかにする。具体的には、免疫染色法によってSTINGが小胞体、ゴルジ体、エンドゾームなどのオルガネラへの移行に異常が生じるのかを調べる。また、炎症誘導についてはリアルタイムPCRやウエスタンブロット、ELISA法によってサイトカインの発現誘導の変化を調べる。これらの解析によってSTING輸送機構の枠組みを完成させる。また、前年度から継続して行なっているSEMA4Dのゲノム編集マウスの解析についても進めていく予定である。細胞質に蓄積したDNAは、炎症を惹起し、関節リウマチ(RA)の原因となる。本研究では、DNAの蓄積によって活性化するSTINGタンパク質に着目し、その下流で誘導される炎症シグナルの分子機構を解明することを目的としている。これまでにSTINGは活性化すると、核近傍の特定のオルガネラに運ばれ、その輸送先でTBK1キナーゼを活性化して転写因子IRF3をリン酸化する機構が唯一知られていた。しかしながら、私は今回、その輸送先でTBK1非依存的に別の炎症シグナルが引き起こされる、という新しい現象を発見した。STINGの輸送に伴って細胞外に放出される炎症性因子を網羅的に探索した結果、IRF3依存的に転写誘導される既知のサイトカインに加え、免疫セマフォリンファミリータンパク質SEMA4Dを同定した。既知のサイトカインと異なり、SEMA4Dは遺伝子発現レベルでの変化は無く、IRF3非依存的に細胞外へ放出されることが明らかとなった。さらに、特異的阻害剤およびCRISPR/Cas9による遺伝子破壊法を用いた実験により、シェディング酵素ADAM17が細胞膜上のSEMA4Dタンパク質を切断・放出する責任因子であることを突き止めた。また、関節炎を伴う自己炎症性疾患の患者においてSTING遺伝子の恒常活性化型変異が報告されており、このマウスモデルではIRF3非依存的に炎症が惹起されることが示されている。そこで、このSTINGの病態関連変異体を細胞に発現させたところ、同様にADAM17を介したSEMA4Dのシェディングが誘導されることを見出した。以上の結果より、cGAMP-STING-ADAM17-SEMA4Dという新規の炎症シグナル伝達機構が明らかとなった。本研究では、STINGのオルガネラ間輸送に着目した下流シグナル伝達機構の解析を計画・実施し、STINGの輸送先においてTBK1キナーゼを活性化して転写因子IRF3をリン酸化する古典的経路に加え、ADAM17の活性化を介してSEMA4Dがシェディングされる新規経路が存在することを示した。この成果についてはすでに論文発表を行なっており、予想を上回る成果を上げることができたと考える。

しかしこの従来の方法では、ほとんどが非ビオチン化ペプチドとして同定されるため、非特異的に吸着したタンパク質由来の非ビオチン化ペプチドとの区別ができないという問題があった。そこで私は、ビオチンとの可逆的結合能を有する新規アビジン様タンパク質Tamavidin2-REVを利用し、ビオチン化ペプチドのみを特異的に濃縮・検出できる改良法を構築した。そしてこの手法を用いてSTINGと相互作用するタンパク質のスクリーニングを行い、2565個のビオチン化ペプチドを同定した。定常状態ではビオチン化が認められたもののほとんどが小胞体タンパク質であったのに対し、活性化後には小胞輸送に関わるタンパク質やゴルジ体に局在するタンパク質のビオチン化を検出することに成功した。当初の計画ではCBLL1やAP3B1タンパク質に着目していたが、STINGの輸送を制御する結果は得られなかった。そこでSTINGと直接相互作用する因子をスクリーニングするため、あらかじめ対処法として計画していたBioID法を行なった。しかしながら、古典的なBioID法にはいくつかの問題点があり、これを克服するため、バックグラウンドノイズの低い改良型BioID法の構築に成功した。これにより、STINGの輸送過程におけるタンパク質間相互作用を解析するための基盤技術を確立できたと考えられ、今後の研究の進展が期待できる。この新たな手法については当初計画していなかったが、学会発表を行なうとともに論文も投稿中であるため、予想以上に進展したと考えている。STINGの下流で起こる2つの炎症シグナルは、いずれもSTINGの輸送によって制御される。これまでにCBLL1やAP3B1がSTINGの輸送を制御する可能性を見出しているが、それらの分子がSTINGに直接作用する結果は得られていない。そこで対処法として、STINGに直接相互作用する因子を生化学的に同定するアプローチを試みる。具体的には、BioID法やクロスリンク免疫沈降法などを行なう。これらの因子を同定できれば、それらのノックアウト細胞を作製し、STINGの輸送や炎症誘導能に異常が生じるか否かを免疫染色法やウエスタンブロットで確認する。また、様々なアミノ酸置換体を作製し、互いの結合部位を決定する。また、SEMA4DやADAM17が関節炎の発症に関わっているのかを、RA疾患モデルマウスを用いて解析する。ゲノム編集技術を利用し、そのモデルマウスにおいて、SEMA4DやADAM17に変異を入れる。そして、炎症性サイトカインの産生や関節炎の発症が抑えられるか否かを確認する。今回確立した改良型BioID法を用い、STINGと相互作用する因子をより大規模に同定する。そして相互作用因子のノックアウト細胞をCRISPR/Cas9システムによって作製し、STINGが輸送されてから炎症誘導に至る過程において、どのステップに関与しているのかを明らかにする。
ヒト腫瘍低酸素細胞の放射線抵抗性の分子メカニズム

申請者は本助成により、先ず細胞培養環境を実験装置或いは物理的処理によらずに低酸素環境にする手法を各種ヒト神経膠芽腫細胞を用いて検討し、一酸化窒素(NO)産生細胞と非産生細胞の共存培養を発案、樹立した。その系を用いて低酸素環境に置かれたNO非産生細胞のNOを介した細胞間シグナル伝達系およびp53蛋白質をキ-蛋白質とする細胞内シグナル伝達系の動態等を解析し、以下のことが解明された。(1)誘導型一酸化窒素合成酵素(iNOS)の放射線および温熱による誘導発現は変異型p53遺伝子保有細胞においてのみ観察され、NOの放出による亜硝酸塩・硝酸塩の培地内濃度の上昇がみられた。この培地中の亜硝酸塩・硝酸塩濃度の上昇はNOSの特的阻害剤であるアミノグアニジン存在下において抑制され、培地中の亜硝酸塩・硝酸塩濃度の上昇はiNOSの誘導に起因することが確認された。(2)NO産生細胞と共存培養された(低酸素環境に置かれた)野生型p53遺伝子保有非NO産生細胞において、野生型p53蛋白質およびhsp72ストレス蛋白質の蓄積誘導が観察され、NO(低酸素環境)を介する細胞間シグナル伝達系とp53およびhsp72蛋白質の蓄積誘導のための細胞内シグナル伝達系の連動現象が見出された。この非NO産生細胞におけるNOを媒体とする細胞間シグナル伝達系を介した細胞内シグナル伝達系によるp53およびhsp72蛋白質の蓄積誘導はiNOSの特的阻害剤であるアミノグアニジン存在下において抑制され、p53およびhsp72蛋白質の蓄積誘導はiNOSの誘導およびそれに伴うNO産生に起因することが確認された。(3)変異型p53遺伝子保有NO産生細胞を10時間培養した培養液中での野生型p53遺伝子保有非NO産生細胞の放射線感受性および温熱感受性は、通常の培地中でのそれらに比べ抵抗性を示し、NO等の産生による微小環境変化により放射線および温熱に対する細胞致死感受性が修飾される可能性が示峻された。
急速凍結法によるGolgi装置の構造と機能の解析

1.膵外分泌細胞を液体ヘリウム温度で急速凍結し,凍結置換法で包埋・超薄切片作製し電顕で観察した.その結果, 1)化学固定試料にくらべてGolgi小胞がより多数存在した.小胞に大型(約60nm径)と小型(約40nm径)があり,前者は粗面小胞体由来の輸送小胞に多かった.2)輸送小胞が存在するGolgi cis側の細胞質は均一で特別な基質からなる.3)最cis側のGolgi槽が扁平板状(30nm厚)を呈し広い範囲にわたることがあった.4)cis側からtrans側にむかって,槽の内腔は次第に広くなる傾向がみられた.また内容の電子密度がcis側からtrans側へ順次増加し,成熟分泌果粒の密度に近づく場合も見られた.しかしいずれの場合も, trans側にあるいわゆるrigid lamellaは他の槽とは異なる形態と内容を示していた.2.初代培養ラット肝細胞にタンパク質の分泌,修飾に影響する各種薬剤を作用させ,形態学的変化を電顕で追究し,平行して行なわれた生化学的分析結果と比較検討した.1)monensinを加えて培養すると30分で既に細胞内に大小の空胞が多数認められる.これらはいずれもGolgi装置に関連があり, trans側のGolgi槽の開大が空胞の形成につながる.2)弱塩基性アミン(chloroquine,methylamine,trisaminomethane)では, Golgi装置と水解小体のみに著明な変化がみられた.すなわちGolgi装置の増大trans側槽と水解小体の開大である.これはtrans側Golgi槽と水解小体の内容は酸性であり,これが薬剤によって塩基側に移動することによると考えられる.3)brefeldin Aの作用では,典型的なGolgi装置の構造が認められなかった.生化学的には粗面小胞体からGolgi装置への輸送が阻害される結果が得られた.3.これらの結果から, Golgi装置の形態は,膜と合成物質の粗面小胞体からの輸入と, trans側からの輸出のバランスの上に構造がなり立っていると考えられた.1.膵外分泌細胞を液体ヘリウム温度で急速凍結し,凍結置換法で包埋・超薄切片作製し電顕で観察した.その結果, 1)化学固定試料にくらべてGolgi小胞がより多数存在した.小胞に大型(約60nm径)と小型(約40nm径)があり,前者は粗面小胞体由来の輸送小胞に多かった.2)輸送小胞が存在するGolgi cis側の細胞質は均一で特別な基質からなる.3)最cis側のGolgi槽が扁平板状(30nm厚)を呈し広い範囲にわたることがあった.4)cis側からtrans側にむかって,槽の内腔は次第に広くなる傾向がみられた.また内容の電子密度がcis側からtrans側へ順次増加し,成熟分泌果粒の密度に近づく場合も見られた.しかしいずれの場合も, trans側にあるいわゆるrigid lamellaは他の槽とは異なる形態と内容を示していた.2.初代培養ラット肝細胞にタンパク質の分泌,修飾に影響する各種薬剤を作用させ,形態学的変化を電顕で追究し,平行して行なわれた生化学的分析結果と比較検討した.1)monensinを加えて培養すると30分で既に細胞内に大小の空胞が多数認められる.これらはいずれもGolgi装置に関連があり, trans側のGolgi槽の開大が空胞の形成につながる.2)弱塩基性アミン(chloroquine,methylamine,trisaminomethane)では, Golgi装置と水解小体のみに著明な変化がみられた.すなわちGolgi装置の増大trans側槽と水解小体の開大である.これはtrans側Golgi槽と水解小体の内容は酸性であり,これが薬剤によって塩基側に移動することによると考えられる.3)brefeldin Aの作用では,典型的なGolgi装置の構造が認められなかった.生化学的には粗面小胞体からGolgi装置への輸送が阻害される結果が得られた.3.これらの結果から, Golgi装置の形態は,膜と合成物質の粗面小胞体からの輸入と, trans側からの輸出のバランスの上に構造がなり立っていると考えられた.1.膵臓の小片を液体ヘリウム温度で急速凍結した後、Os【O_4】含有純アセトンで凍結置換,包埋,超薄切片を作製し電顕で観察した。(1)マウス膵外分泌細胞のゴルジ装置では、cis側ゴルジ槽からtrans側への槽へと、その内容の電子密度が次第に増加し、分泌果粒の密度に近づくのが認められたが、いわゆるrigid lamellaと呼ばれるtrans側の槽には密度の増加はなかった。(2)モルモット膵外分泌細胞では、粗面小胞体からの移行小胞の出芽形成過程が多く認められた。また小胞が連続して分枝細管状を呈する像も観察された。つぎに最cis側のゴルジ槽が他の槽とは異なる形態を示し、約30nm厚のほぼ均等な平板状を呈していた。この槽と粗面小胞体の間に、微細な均一細胞質基質で埋められていた領域があり、移行小胞はこの中に存在していた。ゴルジ層板周囲には多数の小胞が存在し、その数は通常の化学固定の像に比べて多いようである。いわゆる移行小胞は径約60nmであるがこれよりやゝ小型の小胞(40nm径)がゴルジ層板の外側からtrans側の周辺に存在していた。

2.ラットの肝臓から肝細胞を分離し初代培養したものに、種々の薬剤(【10^(6)】M Monensin,10mM Methylamine,100μM Chloroguine,20mM Trisaminomethane,【10^(6)】μg/ml BrefeldinA)を、0.5および2hrs.作用したのち、固定,包埋,切片を作製し、その形態とくにゴルジ装置の構造変化を対照資料と電顕で比較した。同時に平行して池原教授の研究室でなされた生化学的分析成績とも比較検討した。その結果、弱塩基性アミンがtrans側ゴルジ槽の拡張をもたらし、この部でのタンパク質processingを阻害し、かつ分泌を抑制すること、また、Brefeldin Aは粗面小胞体からゴルジ装置への小胞輸送を阻害するらしいこと、などが考えられた。
卵子の成熟過程におけるチロシンリン酸化の関与

1.genisteinのマウス卵子成熟に対する作用:1)genisteinの作用点:dbcAMP除去後30分でのgenistein添加ではGVBD抑制効果は強力だが、60分後の添加では殆ど効果はなく、その中間の45分後の添加では約50%の抑制がみられた。従って、この時期にgenisteinのGVBD抑制効果は作用するものと推測された。2)genisteinの第一極体放出に対する作用:genistein添加により第一極体放出は抑制された。3)genisteinとabcAMPの作用の相乗効果:GVBD抑制効果は相乗的であった。4)genisteinとTPAの作用の相乗効果:GVBD抑制効果は相乗的であった。2.抗リン酸化チロシン抗体のマウス卵子成熟に対する作用:抗リン酸化チロシン抗体をGV期卵子にmicroinjectionすると、controlの卵子に比べ、GVBDは遅延した。3.マウス卵子成熟過程におけるチロシンリン酸化の変化:抗リン酸化チロシン抗体を用いて、Western blot法及び免疫沈殿法で実験を行ったが、チロシンリン酸化を明確に検出することは困難であった。一方、Pを用いてマウス卵子蛋白質を一次元電気泳動法で解析すると,abcAMP添加およびgenistein添加では同じ様に、自然成熟に伴う蛋白質リン酸化パターンの変化が抑制されており、これがGVBDの抑制をおこすものと推測された。genistein及び抗リン酸化チロシン抗体を用いた実験により、マウス卵子成熟過程(GVBD及び第一極体放出)にチロシンリン酸化が関与することが示唆された。
アミドアミン誘導体による金属ナノマテリアルの高機能化

金などの貴金属ナノ結晶は、SERS活性基板、ナノ配線材料および光学材料など様々な分野への応用が期待されている。これらの性質はナノ結晶の形態に大きく依存するため、望みの性質を示す形態となるように制御することが必要となる。しかしながら、ナノ結晶は球状の形態が最も安定であるため、形態を制御するためにはソフトテンプレートの使用や特定の結晶面のみを選択的に成長させるなどの手法が必要となる。また、ナノ結晶の実用化を考えた場合、室温条件でのナノ結晶の形態制御法の開発も望まれる。一方で、外部刺激応答性ナノマテリアルはセンサーなど様々なものへの応用が期待できるため注目されている。そこで、本年度は「極細金ナノワイヤーの室温合成」と「外部刺激応答性Single-Walled CarbonNanotubes(SWCNTs)の作製」に取り組んだ。昨年度までに、長鎖アミン誘導体(C18AA)のオルガノゲルを鋳型として用いることで、高温条件下における極細金ナノワイヤーの作製に成功した。ナノワイヤーの合成条件を検討したところ、溶液に流動性が全くない状態のオルガノゲルではなく、流動性のやや残ったゲル状態が好ましいことがわかった。そこで、C18AAのアルキル鎖長を短くした化合物(C12AA)を合成し、分子間の疎水性相互作用を弱くしたところ、室温で流動性のあるゲルを形成することがわかった。さらに、C12AAオルガノゲルを鋳型として用いることにより室温条件下で極細金ナノワイヤーの作製が可能であることもわかった。また、Cl8AA/水/クロロホルムの2相分離系において、pH変化により溶液中のCl8AA濃度が変化することを利用してナノマテリアルの分散状態の制御について検討した。SWCNTsを用いたところ、pH9.5以下ではSWCNTsが水相に分散し、一方、pH9.5以上では水/クロロホルム相の界面にSWCNTsの沈殿が見られた。つまり、C18AA/水/クロロホルムの2相系を用いることで、pH変化によりSWCNTsの分散状態を可逆的に変化できることがわかった。金や白金、パラジウムなどの貴金属ナノ結晶は、触媒として有用であるため多くの研究がされている。この触媒反応の選択性および活性は、ナノ結晶のサイズや形態、結晶構造による影響を受けるため、それらを精密に制御したナノ結晶の合成法および分離法の確立が望まれている。本年度は、報告例の少ない貴金属ナノワイヤーの作製と結晶構造ごとの分離法の開発を中心に行った。ナノワイヤーの作製に、長鎖アミドアミン誘導体(C18AA)が形成する分子集合体を鋳型として用いたところ、鋳型の形に対応した貴金属ナノワイヤーが得られた。この結果は、C18AAが形成する分子集合体を鋳型として用いることで、様々な金属への応用が期待できることを示している。しかしながら、ナノワイヤーを合成した際の収率は、100%ではなく副生成物として球状の粒子が多く生成してしまった。例えば金ナノワイヤーの収率は40%程度であるため、ナノワイヤーと球状粒子を分離する必要がある。これまでにC18AAは、Au(111)面に対しモノレイヤーで吸着しナノ結晶を疎水化し、一方(100)面(110)面に対してはバイレイヤーで吸着し親水化する性質があることがわかっていた。ナノワイヤー表面は球状ナノ粒子に比べ(111)面が少ないので有機相-水相の二相系において(111)面の割合の少ない金ナノワイヤーと(111)面の多い金ナノ粒子の分離を試みたところ、ナノワイヤーを水相にナノ粒子を有機相に分離することに成功した。この1回の分離操作によりナノワイヤーの収率を90%以上まで向上できることがわかった。さらに、分離回数および使用する溶媒の種類を検討することにより、ナノワイヤーの収率を100%近くまで上げることができた。また、Cl8AA/水/

クロロホルムの2相分離系において、pH変化により溶液中のCl8AA濃度が変化することを利用してナノマテリアルの分散状態の制御について検討した。SWCNTsを用いたところ、pH9.5以下ではSWCNTsが水相に分散し、一方、pH9.5以上では水/クロロホルム相の界面にSWCNTsの沈殿が見られた。つまり、C18AA/水/クロロホルムの2相系を用いることで、pH変化によりSWCNTsの分散状態を可逆的に変化できることがわかった。当初の予定通りAu,PtおよびPdワイヤーの作製とAuナノワイヤーと球状粒子との分離に成功した。さらに、分離回数および使用する溶媒の種類により分離能が向上できることもわかった。この分離能の向上は、当初の計画以上の成果であり、本研究は計画以上に進展しているものと考えられる。C18AAがAu(111)面に対する吸着能が低い選択的な吸着能を利用し、貴金属ナノワイヤーをAu(111)面から選択的に成長させる技術の開発に挑戦する。現時点では、金ナノワイヤーをAu(111)面から選択的に成長させることに成功しており、新たに白金、パラジウムナノワイヤーをAu(111)面から選択的に成長させることを試みる。また、研究が計画以上に進展しているため、当初の予定にはなかったがナノワイヤーの触媒の評価を行う。さらに、ナノワイヤーを合金化することにより新たな機能を持つナノワイヤーの作製が期待できるため、テンプレートを用いた合金ナノワイヤーの作製および触媒特性の評価についても挑戦する。
複合応力状態における免震積層ゴムの終局挙動解析法に関する研究

本研究では、複合応力下における免震積層ゴムの力学挙動解析法を開発した。これは、免震建物の水平二方向応答特性や大変形時の軸力変動によって生じる免震積層ゴムの座屈特性の変化などを精緻に再現することで、多方向から地震入力を受ける免震建物の応答特性をより正確に把握しようとするものである。本年度は、主として下記の3点について取り組んだ。1免震装置のモデル化鉛プラグ入り積層ゴムについて、丸型ゴムを対象とした定式化を用いて、高軸力が作用した際の大変形時座屈特性を良好に表現する力学モデルを作成した。また、定式化において適用可能な近似式を示した。弾性滑り支承について、軸力と水平二方向復元力の連成効果に面圧依存性を取り入れた力学モデルを作成した。高減衰積層ゴムについて、水平二方向加力時に生じるねじれ変形の影響を考慮した力学モデルを作成した。これらを用いて、静的加力実験のシミュレーション解析や地震応答解析を行った。2免震建物の地震応答解析免震建物の数値計算モデルを作成して地震応答解析を行い、建物のロッキング挙動が生じた場合や免震層の構造パラメータが変動した場合の応答値の変動について検証した。積層ゴムを用いた免震建物では、ロッキング挙動下での地震応答において、過度の座屈現象の進展が回避されるという応答特性を持つことを示した。また、免震部材の不確定パラメータを考慮したうえで、免震建物のロバスト安定性を数値的に判断する手法を提案した。3計算プログラムのオープンソース化免震積層ゴムの復元力モデルおよび力学モデルを、オープンソース形式で構造解析プログラムの開発を行っているOpen Sees (Open System for Earthquake Engineering Simulation)に提供した。計算プログラムはウェブ上で公開されており、誰でもダウンロードして使用することが可能である。(抄録なし)本研究では、複合応力下における免震積層ゴムの力学挙動解析法を開発する。1免震装置のモデル化免震積層ゴムおよび弾性すべり支承の力学モデルを発展させた。特に、水平方向と鉛直方向の連成効果を考慮することで、水平方向特性に鉛直軸力が与える影響を反映させた。加力試験のシミュレーション解析により、各種の免震装置の水平一方向・二方向特性を再現し、力学モデルの妥当性を確認した。2水平二方向試験方法の標準化免震装置の水平二方向加力試験は、装置の限界性能を決定するうえで重要であり、今後ますます多くの試験が行われるようになると考えられる。しかし、従来行われてきた水平二方向試験は、試験条件の設定基準の根拠がやや不明確である。本研究では、水平二方向試験を行う際の基準として、位相差を与えた正弦波を水平二方向に与える手法を考案した。この手法の特徴を検討し、一方向入力と二方向入力で同程度の負荷を与える試験条件を作成できた。3免震建物の地震応答解析免震建物の数値計算モデルを作成し、応答特性の基礎的検討として、数パターンの定常応答解析および地震応答解析を行った。定常応答解析には、周期ごとに振幅を調整した正弦波を使用した。地震応答解析には、最大地動速度を2575cm/sに拡幅した地震動を使用した。この検討範囲において、積層ゴムを用いた免震建物のロッキング挙動を含む地震応答では、免震装置の座屈特性により、鉛直軸力の変動幅が大きくなりにくいことを明らかにした。

本年度は、免震装置および免震建物のモデル化を行い、基礎的なデータを取得するための地震応答解析も行うことができた。基礎検討として実施した地震応答解析の検討ケースを充実させることで、本年度の研究内容を発展させ、より一般的な結論を得ることができるものと考えられる。以上より、本研究は順調に進展している。次年度は、免震装置の力学特性を表現するモデルの構築に関してさらに詳細に検討する。なかでも、積層ゴムの曲げ特性を正確に表現する手法は、座屈特性の再現に関して肝要となる部分である。また、免震装置のモデル・免震建物上部構造のモデル・入力地震動をそれぞれ充実させ、多様な免震建物について地震応答特性を把握する。特に、長周期成分を含む地震動に対する応答特性は、免震構造の安全性を検証するうえで重要である。これらに関する研究内容をまとめ、論文の投稿・発表により成果発表を行う。(抄録なし)
低酸素トレーニングが骨格筋中の酸化系酵素合成に及ぼす影響-トレーニング中のカテコラミン分泌との関係-

持久性トレーニングによる骨格筋中のミトコンドリア酵素の上昇が、低酸素の影響で亢進するか否かについては未だ結論的結果が得られていない。低酸素環境でのトレーニングが酸化系酵素の上昇をより促進するメカニズムのひとつとして、循環カテコラミンによる筋のbetaレセプター刺激が亢進することが考えられる。ヒトを対象とした研究では、運動中の血中カテコラミン濃度は低酸素の影響で亢進することが認められている。本研究ではラットを用い、トレッドミル走行トレーニングを低酸素環境(12%酵素)と正常酸素環境で10週間にわたって実施し、トレーニング終了後のヒラメ筋と足底筋のリンゴ酸脱水素酵素(MDH)活性を検討するとともに、トレーニング期間中最後の運動時のエビネフェリン(E)とノルエビネフェリン(NE)濃度を測定した。また一部のラットは、5週間のトレーニング終了後に同様のデータを得るため犠牲にされた。10週間のトレーニングによってMDHは正常トレーニング群(NT)、低酸素トレーニング群(HT)ともに、安静コントロール群に比べ有意に上昇したが、NT群とHT群の間に差異は認められなかった。一方5週間トレーニングでは、頻度が週5回、運動時間が30分と運動量が少なかったために、NT群ではMDH活性の上昇が認められなかった。しかしHT群の足底筋では777.3±55.9mumol/min/gと、NT群の704.5±67.9mumol/min/gに比べ、5%水準で有意に高い値が示された。ヒラメ筋では、統計的有意差は認められなかったが、足底筋と同様の傾向が示された。また運動中の血中カテコラミン濃度は、5週間トレーニング終了時および10週間トレーニング終了時のいずれにおいても、NT群とHT群で差は認められなかった。以上の結果から、正常環境で実施した場合には、ミトコンドリア酵素の上昇が起こらない程度のトレーニング量であっても、低酸素環境でトレーニングを行なうことによって、骨格筋の有酸素能力を有意に亢進させることが示唆された。また、このことが循環カテコラミン濃度の影響によるものであるか否かは、明かにできなかった。
地域分散型のエネルギーシステムへの移行戦略に関する研究

日本の地域分散型エネルギーシステムへの移行には次の方策が必要である。第1に経済性向上のための対策が必要である。分散型エネルギーの経済性を高めるには、技術革新と制度改革とを並行して進める必要がある。第2に、分散型エネルギー中心の電力システムに改革するには、変動電源の安定化やデマンド・レスポンスなどの対策を効果的に講じなければならない。第3に、政策転換の不確実性の克服である。この際、集中型エネルギーシステムと分散型エネルギーシステムとの間で政策的バランスを取る必要もある。第4に、公正かつ中立的な電力市場をつくる必要がある。(1)分散型エネルギー普及政策研究班は、日本のFITの運用面で表面化している問題、特に回避可能費用に関する検討を行うとともに、FIT開始後の太陽光発電のコストについても検討した。これと平行して、ドイツにおける分散型発電システムと風力発電の系統連系を実現する条件について検討を進めた。(2)節電グループは、地域のエネルギー需給実態を可能な業種について業種別に調査し、年間消費量総量と業種別用途別原単位の両方を掘り下げた。またデータを入手しやすい業種を優先し、対策余地と費用対効果の検討・整理を行った。(3)電力供給体制グループは、再生可能エネルギー導入促進のための電力系統の計画・運用を分析するため,各国の電力統計データを用いて比較分析を行った。(4)電気事業経営グループは、1日本において原発を即時ゼロにした場合の経営シミュレーションをおこない、22020年および2030年に原発をゼロにする場合の経営シミュレーションをするための準備及び必要条件の整理をおこない、3廃炉会計見直しについて検討した。(5)経済モデルグループは、エネルギー制約を考慮した関西経済モデルをすでに開発した。本モデルを用いて関西の電力需要の将来予測を行うが、その際、家計と企業の節電行動をアンケートベースに基づく情報を用いて予測の精緻化を行った。(6)政策・総括グループは、研究代表者(大島)の統括の下で全体の進捗を管理しながら、特に(1)から(4)のグループと連携して、地域分散型エネルギーシステム移行のために有益な政策・措置の実践例と思われる日本国内の実践や諸外国の政策実践などの事例を収集し、分析した。本研究の3つの研究目的に即して次の研究を実施した。1)地域分散型のエネルギーシステムに移行するための課題については、1FIT導入後の再エネ普及の状況、2日本の省エネポテンシャルの計測、3日本の再生可能エネルギー普及制度としての固定価格買い取り制のチューニングのあり方、4風力発電と系統との合のあり方について検討を行った。2)課題を克服する方策と移行プロセスのシナリオについては、1移行プロセスを評価するためのマクロ経済モデルの開発に着手、2エネルギー政策を含む関西経済モデルの作成と電力需給両面から今後20年程度の需給予測を実施、3関西経済圏における電力価格や関西経済に与える影響を検討、4日本において原発ゼロとした場合の電力会社の経営シミュレーションと国民負担額についての試算、等を行った。3)移行に必要な政策・措置については、1ドイツの再生可能エネルギー利用に関わる政策と措置について調査を実施(特に系統運用、分担金の計算方法、回避費用)2欧州の風力発電普及と系統制約克服の方策等について検討を行った。以上の研究は、本研究の研究課題を明らかにするのに必要不可欠な作業であるとともに、日本においては本格的に検討されてきたことのないものである。(1)分散型エネルギー普及政策研究班は、日本のFITの初期の制度設計の失敗により、過大な費用が発生していることを明らかにした。また、電力システム改革と再エネ普及との融合のあり方について検討を行った。(2)節電グループでは、入手しやすい業種について過去の省エネ対策事例に関する実態把握を行った。(3)欧州における系統柔軟性の客観評価のため、欧州各国間の国際連系線の利用率の統計分析を行った。(4)電気事業経営グループでは、日本において原発を即時ゼロにした場合の電力会社に与える影響について学会で報告した。また、廃炉会計改正について論点を整理した。加えて、2020年および2030年において原発ゼロとした場合を念頭に置き,転換期における電力会社の課題(原発,効率化,ビジネスモデル)について整理した。(5)政策・総括グループでは、気候変動分野における国際的制度について、地域分散型社会への移行という観点から分析を進めた。1.当科研費研究グループの成果は、2015年11月21日に、「地域分散型エネルギーシステムへの政策展望」と題した研究シンポジウムを開き、「地域分散型エネルギーシステムへの課題」「再生可能エネルギーの政策的課題」「再生可能エネルギーの技術的課題」「地域分散型を目指した電力システム改革」「気候変動対策・省エネルギー」について報告し、パネルディスカッションを行った。また、この成果を書籍にまとめ、2016年中に出版予定である。2.分散型エネルギー普及政策班は、日本のFITの運用面で表面化した問題、特に回避可能費用に関する検討結果をまとめ、その成果の一部を、環境経済・政策学会に投稿し、査読プロセスに入っている。3.節電グループは、地域のエネルギー、CO2削減についての計量的分析を行った。4.電力供給体制グループは、出力変動の大きい風力・太陽光発電を電力システムに大規模に連系するための規則に関して、接続、給電、下位電圧系統から上位電圧系統への上流送電、地域間送電、系統容量の拡張にかかる規則に関して日本とドイツで比較分析した。5.電気事業経営グループでは、原発ゼロにした場合の、地域の電力会社の影響についての検討結果をまとめ、『環境経済・政策研究』(環境経済・政策学会)に投稿した。また、原子力会計についての書籍を出版した。6.政策・総括

グループでは、各研究グループの成果を総括し、地域分散型エネルギーシステムへの移行と電力システム改革との関連についての研究を行った。日本の地域分散型エネルギーシステムへの移行には次の方策が必要である。第1に経済性向上のための対策が必要である。分散型エネルギーの経済性を高めるには、技術革新と制度改革とを並行して進める必要がある。第2に、分散型エネルギー中心の電力システムに改革するには、変動電源の安定化やデマンド・レスポンスなどの対策を効果的に講じなければならない。第3に、政策転換の不確実性の克服である。この際、集中型エネルギーシステムと分散型エネルギーシステムとの間で政策的バランスを取る必要もある。第4に、公正かつ中立的な電力市場をつくる必要がある。自己評価の理由は、以下のような達成がみられたからである。(1)分散型エネルギー普及政策班では、日本のFITの初期の制度設計の失敗、つまり回避可能費用の設定方法と、調達価格の設定方法に不備があり、そのことが、地域分散型エネルギーの普及を妨げつつあることを明らかにした。(2)節電グループでは、2011年以降の省エネ傾向について、定量的な分析を行いえた。(3)電力供給体制グループでは、地域分散型エネルギー普及について重要となる、発電設備の設備利用率に相当する連系線利用率の客観評価手法を提案し、それに基づき主要連系線の利用率を算出した。(4)電気事業経営グループでは、原発ゼロにした場合の、地域の電力会社の影響を定量的に把握するとともに、将来、影響を及ぼすと考えられる廃炉会計のあり方について検討を行いえた。(5)政策・総括グループでは、気候変動分野における地方分散型エネルギーシステムへの移行を促す最新の国際的制度とその課題について、検討と整理を行った。27年度が最終年度であるため、記入しない。環境経済学(1)各研究グループにおいて、積み残されてきた研究課題を抽出し、研究課題に即した調査、研究を進める。(2)地域分散型エネルギーシステムの移行のために、地域、国家、国際の各レベルでとられるべき政策・措置を提示する。(3)公開ワークショップを開催し、専門家との間の積極的な意見交換を行う。(4)最終的研究成果を、広く社会に発信するために出版という形で発信する。自己評価の理由は、以下のような達成がみられたことにある。(1)分散型エネルギー普及政策研究班では、日本において回避可能費用が低く設定されているため、国民負担が必要以上に増えていることが明らかとなった。また、ドイツについては、ドイツ国内の配電会社,送電会社,風力発電事業者,ドイツ太陽光発電協会に分散型発電の需給調整の問題点と系統連系の実情をヒアリングした。(2)節電グループでは、地域のエネルギー需給を、統計を中心に業種別に点検、業種別原単位分布についても統計や計画書制度などをもとに調査した。
耐候性鋼材の長寿命化のための腐食進展モデルの構築と塩分除去技術の開発

耐候性鋼橋梁を適切に維持管理し、長寿命化をはかるためには、鋼材表面に生成するさびの評価手法、さび進展予測手法および効果的な補修技術の確立が必要不可決である。本研究では、耐候性鋼材上の塩水により生成される初期さびの成長をモデル化した。また、塩化ナトリウムの潮解性による吸水挙動についても定式化した。腐食した耐候性鋼材を補修する場合には、鋼材表面の塩分除去が必要である。そこで、本研究では炭酸ナトリウムによる内在塩分の除去を試みた。曝露試験の結果より、顕著な再腐食は認められず、内在塩分はある程度除去できたと考えられる。耐候性鋼橋梁の長寿命化を実現するには,鋼材表面に生成するさびの評価方法,さび進展予測手法および効果的な補修技術の確立が必要不可欠である.そこで本研究では,鋼材表面のさび生成・進展モデルの確立を目指し,鋼材表面上のさびの進展挙動の解明を目的とする.さび進展挙動を解明するには,さび進展速度と腐食環境との関係を明確にする必要がある.そのため,本研究では塩水を滴下した鋼材を恒温恒湿環境下で曝露し,さびの進展を画像解析により求める.さびの進展は鋼材表面における2次元的な広がりと,鋼材の減耗あるいは腐食生成物の生起による3次元的な進展がある.このうち,本研究では2次元的進展を対象とする.曝露実験には70×70×6(mm)の耐候性鋼材を使用する.鋼材には塩化ナトリウムを純水で希釈した0.02mlの塩水を滴下した後,水分の乾燥を待って,小型環境試験器内に設置する.今回の実験では濃度0.3%,1%および3%の塩水を滴下した鋼材および塩水を滴下しない鋼材を同時に曝露する.試験温度は20°Cおよび40°C、試験湿度は50%および95%とし、これらの組み合わせで4通りの環境とした。曝露実験開始後の鋼材は1日に1回写真撮影を行い、画像処理ソフトにより腐食部分のさび面積率を算出する.ここで面積率とは,トリミング画像全面積に対するさび部分面積の割合とする.今回の実験より、さびの進展には湿度より温度が大きく寄与することが明らかとなった.また,水平面的なさび進展は対数式で近似できることを明らかにした.実験条件を変化させ曝露実験を積み重ねることで,さび進展予測式の精度向上が可能であろう.今年度に計画した耐候性鋼材の表面のさび生成過程の解明は計画通りに進行している.また,炭酸ナトリウムによる腐食抑制効果の解明については,EPMA分析には至っていないものの,腐食環境がことなる2地点での曝露試験が順調に進んでいる.耐候性鋼橋梁を適切に維持管理し、長寿命化をはかるためには、鋼材表面に生成するさびの評価手法、爾後のさび進展予測手法および効果的な補修技術の確立が必要不可決である。本研究では、耐候性鋼材表面のさび生成モデルの作成を目指し、耐候性鋼材表面のさび生成状況を時間的空間的に表現しうるモデルの構築をはかる。昨年度の成果をもとに、今年度は鋼材の濡れに着目し鋼材上の塩化ナトリウムの保水挙動を明らかにする。実験では所定の塩化ナトリウムをのせたシャーレを小型環境試験器内に設置する。実験開始後、シャーレ全体の質量を測定し,測定値より水分量を算出する。実験は湿度75%以上の環境での吸水挙動および,湿度75%以下での乾燥挙動を観察する。また、耐候性鋼材上に塩化ナトリウムをのせた実験も行った。この実験により、塩分の潮解性による吸収水分量は塩分量,湿度に依存することが明らかとなった。また、これらの挙動を定式化することができた。一方、鋼材上では腐食生成物が生成されるため、塩分のみの場合と異なる挙動を示すことが明らかとなった。また、実橋梁(鈑桁橋)において温湿度観測を実施した。その結果、温湿度環境は橋梁断面内で一定ではなく、腐食環境が異なることが明らかとなった。特に相対湿度は日中は桁上部が高いものの、夜間には桁下部において高くなる。また、露点と桁温度から結露時間を算出した。これにより、結露は冬期に発生しやすい傾向にあり,一日の中で午前9時11時に集中して発生していることも明らかとなった。当初予定した項目の内、「耐候性鋼材表面のさび生成過程の解明」および「耐候性鋼材表面のさび生成モデルの作成」は実験によりほぼ達成できている。また「炭酸ナトリウムによる腐食抑制効果の解明」は曝露試験を継続しており、抑制効果を観察している状況にある。耐候性鋼橋梁を適切に維持管理し、長寿命化をはかるためには、鋼材表面に生成するさびの評価手法、爾後のさび進展予測手法および効果的な補修技術の確立が必要不可決である。そのため本研究では、耐候性鋼材表面のさび生成・進展モデルの構築を図るとともに、耐候性鋼材さび層内部の塩化物を除去する方法を検討する。さらに、耐候性鋼材の補修フローの提案を図る。鋼材表面の塩化ナトリウムの潮解性による吸水量は塩分量および湿度に依存することが明らかとなり、吸収水分の乾燥時間は塩分量が同じ場合,水分量に依存しないことが明らかとなった。これらは数学モデルとして提示した。

一方、既にさびが生成した鋼材上での吸水挙動は、初期状態の鋼材とは異なり、さび生成に至る履歴の影響を受けることが実験により明らかとなった。付着物の無い状態でのさびの進展は面的に限定的な範囲にとどまる。しかし、水分がさびにより浸透する場合のさび進展は複雑な挙動となり、新たなさびと既に生成しているさびとの分離が困難である。炭酸ナトリウムにより耐候性鋼材上に生成したさび中に存在する塩化物の除去を試みた。実験では塩水噴霧により人為的に作成したさび供試体に対して動力工具でさび除去を施したのち、炭酸ナトリウムを2回塗布し、さらにブラスト処理により下地調整をおこなった。この供試体にRC-1塗装系と同様の塗装を施したのち、再暴露した。その結果、顕著な再腐食は認められず、内在塩分はある程度除去できたと考えられる。既往の知見に本研究の成果を加味し、補修フローの骨格について検討した。耐候性鋼橋梁を適切に維持管理し、長寿命化をはかるためには、鋼材表面に生成するさびの評価手法、さび進展予測手法および効果的な補修技術の確立が必要不可決である。本研究では、耐候性鋼材上の塩水により生成される初期さびの成長をモデル化した。また、塩化ナトリウムの潮解性による吸水挙動についても定式化した。腐食した耐候性鋼材を補修する場合には、鋼材表面の塩分除去が必要である。そこで、本研究では炭酸ナトリウムによる内在塩分の除去を試みた。曝露試験の結果より、顕著な再腐食は認められず、内在塩分はある程度除去できたと考えられる。・耐候性鋼材表面のさび生成過程の解明:平成27年度に引き続き,曝露試験を行う.平成27年度は水平面内でのさび生成を評価したが,今後は3次元的な広がりについて検討する.さらに,これらの計測結果をもとに,時間的空間的にさび生成状況を評価できる数学モデルを構築する.・炭酸ナトリウムによる腐食抑制効果の解明:平成27年度に引き続き曝露試験を継続する.さらに,他の処理法との比較をおこなう.・過去2カ年の成果により、鋼材上の保水状況および塩化ナトリウム水溶液の違いによるさび生成状況が明らかになったため、これらをもとに時間的空間的にさび生成状況を評価するモデルを構築する。・炭酸ナトリウムによる腐食抑制効果は他の工法との比較の曝露試験により、その効果を定量的に評価する。土木工学曝露鋼材のEPMA分析までいたらなかったため,分析経費として次年度使用額が生じた.経費節減に努めた結果、消耗品に未使用が生じた。翌年度請求分と併せ,曝露鋼材の分析経費として使用する.翌年度経費と併せ、実験用消耗品費として使用する。
通常兵器の使用を規制する国際法の機能的変化に関する研究

本年度の課題は、昨年度に引き続き各論点を個別的に分析し、ウェポンズ・ローの長い歴史における機能的変化の位置づけを体系的に明らかにし、及びウェポンズ・ローの機能的変化が武力紛争法全体の中でいかなる意義を有しているのかを分析することであった。結果は以下のとおりである。1.ウェポンズ・ローと相互主義及び軍縮措置:対人地雷禁止条約等のいわゆる「ハイブリッド条約」は、厳格な規制及び軍縮的措置等の導入により、従来のウェポンズ・ローとは異なる、相互主義を基盤としない条約義務の履行確保制度を確立させたが、それらが兵器使用禁止義務の履行を効果的に確保するものではないことを、昨年度中に明らかにした。他方で、ウェポンズ・ローの適用及び履行確保が、相互主義から完全に脱却していないことも明らかにした。本年度はこの分析結果を精査した上で、2014年度国際安全保障学会年次研究大会において研究報告を行った。また、分析結果を研究論文として公表した。2.ウェポンズ・ローと非国際的武力紛争:ウェポンズ・ローが非国際的武力紛争へ適用されるようになると、武力紛争法、国際人権法、及び国内法という、致死力の行使(兵器の使用)基準が異なる複数の法規範が重畳的に適用されるようになる。このような事態からいかなる問題が生じるのかについて、昨年度に引き続き分析を行ったが、本年度中に結論を導き出すことができなかった。分析を継続し、早急に研究成果を公表したいと考えている。3.ウェポンズ・ローの歴史における機能的変化の位置づけ、及び武力紛争法における機能的変化の意義:上記2と平行し、分析を行った。現時点では、ウェポンズ・ローの各機能変化は、人道的考慮、とりわけ文民保護の要請が拡大していることによって生じていると考えられる。本論点のさらなる分析は、今後の研究課題としたい。26年度が最終年度であるため、記入しない。本年度の課題は、各論点を個別的に分析することであった。1.ウェポンズ・ローと相互運用性条項:相互運用性条項導入の法的意義について、クラスター弾に関する条約第21条を素材にして研究を行った。同条の文言解釈及び採択経緯の分析の結果、相互運用性条項は必ずしも必要ではないという結論に達した。分析結果をまとめた論文を平成24年度中に学術雑誌に投稿し、翌年に公表された。また、平成25年7月に国内のフォーラムで報告も行った。近年、異なる武力紛争法上の義務を負う国家が共同軍事行動を行う事例が増加し、軍事同盟国間の相互運用性が法的に問題になる場面が生じることが予測されることから、本研究成果は、かかる問題の対処指針となろう。2.ウェポンズ・ローと相互主義:対人地雷禁止条約等のいわゆる「ハイブリッド条約」は、厳格な規制及び軍縮的措置等の導入により、従来のウェポンズ・ローとは異なる、相互主義を基盤としない条約義務の履行確保制度を確立させたが、それらが兵器使用禁止義務の履行を効果的に確保するものではないことを明らかにした。分析結果は、平成26年度中に出版予定の論文集に掲載される予定である。本分析は、武力紛争法の相互主義からの脱却可能性をめぐる議論に一石を投じるものである。3.ウェポンズ・ローと非国際的武力紛争:ウェポンズ・ローが非国際的武力紛争へ適用されるようになると、武力紛争法、国際人権法、及び国内法という、致死力の行使(兵器の使用)基準が異なる複数の法規範が重畳的に適用されるようになる。このような事態からいかなる問題が生じるのかについて、その分析に着手したが、平成25年度中に結論を導き出すことができなかった。平成26年度の早い段階で論文にまとめ、学術誌に投稿する計画である。

3.ウェポンズ・ローの歴史における機能的変化の位置づけ、及び武力紛争法における機能的変化の意義:上記2と平行し、分析を行った。現時点では、ウェポンズ・ローの各機能変化は、人道的考慮、とりわけ文民保護の要請が拡大していることによって生じていると考えられる。本論点のさらなる分析は、今後の研究課題としたい。26年度が最終年度であるため、記入しない。当初の計画では、平成25年度中に、上記9の3で述べた研究を完了し、かつ、これまで個別に分析してきた各論点の総合的分析を終える予定であったが、叶わなかった。従って、評価は3の「やや遅れている」が妥当であると判断した。平成25年度に完了させることのできなかった論点は、平成26年度の早い段階で分析を終える。その後、平成26年度に予定している研究に速やかに着手し、引き続き、研究成果を学術雑誌で公表し、及び学会で報告するように勤める(積極的に寄稿、及び応募する)。また、論文の執筆と並行して、必要な資料を国内外で収集する。
プラズマ処理による鉄シリサイドの熱電変換性能向上とミクロ構造との関係

熱電変換材料の熱電性能は,性能指数Z=S^2σ/κで決まる.ここで,Sはゼ-ベック係数,σは電気伝導度,κは熱伝導度である.熱電材料の性能を向上させるには,上記の3つの因子を制御することが必要になる.この研究では,プラズマ処理によって鉄シリサイド(FeSi_2)などの熱電材料の微細構造制御によって,熱電性能の向上を目指すことを目的とした.実験では,焼結前の原料微粒子を,シランまたはゲルマンガスの高周波放電によって生じるプラズマに曝すことによって,粒子表面にシリコンあるいはゲルマニウムの薄いコーティング層を作成した.この粉体を焼結すると,シリコンあるいはゲルマニウムを高濃度に含む粒界層が形成され,電気伝導度や熱伝導度を改善することができる.以下に,主な結果を示す。(1)鉄シリサイド及びシリコンゲルマニウムのいずれにおいても,シランまたはゲルマンプラズマ処理によって,電気伝導度が向上する.ホール測定から,電気伝導度の改善は,キャリヤ移動度の上昇によることが明らかになった.(2)ESR測定によって,プラズマ処理は鉄シリサイド中の不純物マンガンイオンの価数変化を起こすことが明らかになった.また,粒界準位がプラズマ処理によて減少あるいは消滅することにより,電気伝導度の上昇を引き起こしたと考えられる.(3)シランプラズマ処理では,熱伝導度の改善効果はほとんどない.しかし,ゲルマンプラズマ処理では熱伝導度を低減できる.(4)ゼ-ベック係数に対するプラズマ処理効果は,かなり複雑であるが,全体としてはゼ-ベック係数が上昇するように作用する.(5)こうしたプラズマ処理効果は,FeSi_2だけでなくSi-Geでも確認された.プラズマ処理による性能指数の向上は,今回の実験範囲では23倍どまりであったが,プラズマ処理条件の最適化によってさらに向上できる可能性がある.熱電変換材料の熱電性能は,性能指数Z=S^2σ/κで決まる.ここで,Sはゼ-ベック係数,σは電気伝導度,κは熱伝導度である.熱電材料の性能を向上させるには,上記の3つの因子を制御することが必要になる.この研究では,プラズマ処理によって鉄シリサイド(FeSi_2)などの熱電材料の微細構造制御によって,熱電性能の向上を目指すことを目的とした.実験では,焼結前の原料微粒子を,シランまたはゲルマンガスの高周波放電によって生じるプラズマに曝すことによって,粒子表面にシリコンあるいはゲルマニウムの薄いコーティング層を作成した.この粉体を焼結すると,シリコンあるいはゲルマニウムを高濃度に含む粒界層が形成され,電気伝導度や熱伝導度を改善することができる.以下に,主な結果を示す。(1)鉄シリサイド及びシリコンゲルマニウムのいずれにおいても,シランまたはゲルマンプラズマ処理によって,電気伝導度が向上する.ホール測定から,電気伝導度の改善は,キャリヤ移動度の上昇によることが明らかになった.(2)ESR測定によって,プラズマ処理は鉄シリサイド中の不純物マンガンイオンの価数変化を起こすことが明らかになった.また,粒界準位がプラズマ処理によて減少あるいは消滅することにより,電気伝導度の上昇を引き起こしたと考えられる.(3)シランプラズマ処理では,熱伝導度の改善効果はほとんどない.しかし,ゲルマンプラズマ処理では熱伝導度を低減できる.(4)ゼ-ベック係数に対するプラズマ処理効果は,かなり複雑であるが,全体としてはゼ-ベック係数が上昇するように作用する.(5)こうしたプラズマ処理効果は,FeSi_2だけでなくSi-Geでも確認された.プラズマ処理による性能指数の向上は,今回の実験範囲では23倍どまりであったが,プラズマ処理条件の最適化によってさらに向上できる可能性がある.鉄シリサイド系熱電変換セラミックス材料の性能向上を目的として,プラズマ処理効果の物性論的解析を行なうと同時に,シラン,ゲルマンプラズマ処理効果を検討した.その結果,以下に示すことが明らかになった.(1)シラン,ゲルマンを用いたプラズマ処理によって,電気伝導度が向上することが明らかになった.また,ゲルマン処理では,熱伝導度が低下する.したがって,プラズマ処理により,熱電変換効率が上昇することが明らかになった.(2)ホール移動度の測定から,プラズマ処理はキャリヤの移動度を上昇させることが明らかになった.(3)熱電性能が向上した鉄シリサイド試料の電子スピン共鳴測定から,プラズマ処理は不純物マンガンイオンの価数を変化させることが明らかになった.(4)これらの実験結果をもとにプラズマ処理効果の機構をモデル化した.そのモデルでは,プラズマ処理がセラミックスの粒界準位を消滅させると仮定し,簡単なモデル計算を行なったところ,実験結果をよく説明することが明らかになった.以上の結果と解析から,プラズマ処理によって熱電変換セラミックス材料の性能向上を計ることが可能であること,特にゲルマンプラズマ処理で性能向上がより顕著であることが判明した.熱電変換材料の熱電性能は,性能指数Z=S^2σ/κで決まる.ここで,Sはゼ-ベック係数,σは電気伝導度,κは熱伝導度である.熱電材料の性能を向上させるには,上記の3つの因子を制御することが必要になる.