hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
配線遅延と発熱を考慮したプロセッサアレイの自律再構成方式に関する研究

本研究の目的は,集積回路チップ内に複数のプロセッサ回路を搭載するマルチコア型プロセッサアレイシステムの信頼性を向上させることである.具体的には,故障プロセッサの回避,プロセッサ間の配線遅延,チップの発熱量の3つの異なる問題を統合的に取り扱うことが可能な新たな概念のシステム自律再構成方式を開発することである.本年度は,チップ自身が自動的にシステム再構成を行う自律再構成機能を実現するために,前年度に開発した再構成法のチップ内組み込み回路の設計を行った.本研究で開発した再構成法は,故障回避,配線遅延,発熱量に関する最適化問題を解くために,遺伝的アルゴリズム(GA)を用いている.そのため,回路の実装方式として,GAの部分的な機能をシステム内の個々のプロセッサに組み込み,各プロセッサが協調して動作する並列GAとして実装するアプローチをとった.また,プロセッサ間のデータ転送方式として,ネットワーク・オン・チップ型のパケット転送方式を採用し,デッドロック(パケット転送処理の停止)を回避するためのパケット転送方法の検討も行った.回路設計ソフトウェアを用いて,プロセッサへの組み込み回路,および,データ転送用ルータ回路の設計を行い,動作確認を行った.今後は,設計した回路を用いてプロセッサアレイシステムを構築し,システム全体としての動作確認を行う予定である.また,システムをFPGAなどの書き換え可能デバイス上に実装し,ハードウェアとしての性能評価を行う予定である.本研究では,1チップ内に実装される並列プロセッサアレイのディペンダビリティを向上させるために,故障プロセッサ(PE)の回避と配線遅延,チップの発熱の3つの問題を同時に考慮する新たな概念のシステム再構成方式を開発し,オンチップ自律再構成を実現する組込み回路の構成を明らかにする.本年度は,故障回避と配線遅延,発熱を同時に考慮することを可能にするために,システム再構成を最適化問題として定式化し,遺伝的アルゴリズム(GA)を用いて確率的に最適解を発見する手法を開発した.まず,プロセッサアレイの再構成問題に対して効率よくGAを適用可能にするために,再構成問題をアレイの行と列の経路選択問題であると捉え,故障PEに遭遇した際の回避方法を解候補として表現する手法を提案した.次に,チップ内の配線遅延をある一定値以下に抑えるために,PE間の最大接続距離の制約を考慮可能な最適化問題として定式化を行った.これにより,システム再構成の性能と配線遅延のトレードオフを評価することが可能となった.提案手法の有効性を検証するために,計算機シミュレーションにより従来の再構成法との比較を行った.GAを用いているため従来法よりも再構成時間が長くなるものの,プロセッサアレイのサイズが大きくなるにつれて,システムの収穫率が高く,縮退率が低く抑えられるという結果を得た.また,動作PEの発熱を考慮するために発熱および放熱量の計算法の調査を行い,得られた知見をもとに,最適化問題に組み込むためのモデル化を行っているところである.今後は,開発した再構成方式に発熱モデルを込みこんだ手法をシミュレーションにより評価し,故障回避,配線遅延,チップの発熱の三者間のトレードオフを詳しく評価する予定である.また,チップ自身が自律的に再構成を行うための組込み回路の設計を進める予定である.本研究の目的は,集積回路チップ内に複数のプロセッサ回路を搭載するマルチコア型プロセッサアレイシステムの信頼性を向上させることである.具体的には,故障プロセッサの回避,プロセッサ間の配線遅延,チップの発熱量の3つの異なる問題を統合的に取り扱うことが可能な新たな概念のシステム自律再構成方式を開発することである.本年度は,チップ自身が自動的にシステム再構成を行う自律再構成機能を実現するために,前年度に開発した再構成法のチップ内組み込み回路の設計を行った.本研究で開発した再構成法は,故障回避,配線遅延,発熱量に関する最適化問題を解くために,遺伝的アルゴリズム(GA)を用いている.そのため,回路の実装方式として,GAの部分的な機能をシステム内の個々のプロセッサに組み込み,各プロセッサが協調して動作する並列GAとして実装するアプローチをとった.また,プロセッサ間のデータ転送方式として,ネットワーク・オン・チップ型のパケット転送方式を採用し,デッドロック(パケット転送処理の停止)を回避するためのパケット転送方法の検討も行った.回路設計ソフトウェアを用いて,プロセッサへの組み込み回路,および,データ転送用ルータ回路の設計を行い,動作確認を行った.今後は,設計した回路を用いてプロセッサアレイシステムを構築し,システム全体としての動作確認を行う予定である.また,システムをFPGAなどの書き換え可能デバイス上に実装し,ハードウェアとしての性能評価を行う予定である.
ヒト培養細胞の機能性分子発現解析に基づくポストFDG腫瘍診断薬の設計戦略の構築

本研究では、薬剤評価に用いるヒト培養細胞の遺伝子発現レベルをデータベース化し、癌細胞に高発現している機能性分子を予め探索するとともに、特にポストFDG製剤の中でも有力候補であるアミノ酸製剤を取り上げ、腫瘍で特異的に高発現が認められるアミノ酸トランスポータに高親和性を示す標識アミノ酸の集積機序を詳細に検討し、アミノ酸トランスポータ遺伝子発現と腫瘍集積性との相関からその設計戦略の妥当性を評価した。本研究は、ポストFDG腫瘍診断薬開発における確かな根拠と系統的な設計戦略を構築することを目的として、薬剤評価に用いるヒト培養細胞の遺伝子発現レベルをデータベース化し、癌細胞に高発現している機能性分子を予め探索するとともに、尿中排泄に関連する腎尿細管における分泌・再吸収機構を併せて分析し、ポストFDG製剤に相応しい速やかな尿中排泄性を有する分子標的腫瘍診断薬開発に利用する。特にポストFDG製剤の中でも有力候補であるアミノ酸製剤を取り上げ、腫瘍で特異的に高発現が認められるアミノ酸トランスポータに親和性を示す標識アミノ酸を選択し、集積機序を解析するとともに、その腫瘍集積性との相関から、その設計戦略の妥当性を評価する。まず、ヒト腫瘍細胞におけるトランスポータなどの機能性分子の発現を網羅的に観察するため、リファレンスRNAにより標準化したデータベースを構築するとともにその信頼性を確認した。アジレント社製DNAチップを用いて16種類のヒト培養腫瘍細胞における約4万配列の遺伝子発現レベルを測定した。また、これまでの遺伝子発現解析結果の信頼性を確認するために、新たなヒト培養細胞試料の解析にあたり、委託業者であるDNAチップ研究所にも同一試料の解析を依頼し、両解析結果の近似曲線の相関係数を求めて比較した。異なるスキャナにより計測されたデータから解析した遺伝子発現レベルを比較した結果、すべての測定試料において相関係数は0.98以上と非常に高い相関性が得られた。リファレンスRNAを用いて標準化するこの解析方法をこれまでのヒト腫瘍細胞における遺伝子発現解析結果に適用することにより、直接比較可能なデータベースを構築した。本標準化法により、特定機能分子の遺伝子発現プロファイリングがすべての試料に対して可能となったことから、今後、このデータベースを利用し、アミノ酸トランスポータの発現レベルを比較検討して、ポストFDG製剤に相応しい標的分子を検索するとともに、分子標的とするアミノ酸トランスポークに親和性を示す標識母体アミノ酸を選択する。本研究は、ポストFDG腫瘍診断薬開発における根拠と系統的な設計戦略の構築を目的として、薬剤評価に用いるヒト培養細胞の遺伝子発現レベルをデータベース化し、癌細胞に高発現している機能性分子を予め探索するとともに、尿中排泄に関連する腎尿細管における分泌・再吸収機構を併せて分析し、速やかな尿中排泄性を有する分子標的腫瘍診断薬開発に利用する。特にポストFDG製剤の中でも有力候補であるアミノ酸製剤を取り上げ、腫瘍で特異的に高発現が認められるアミノ酸トランスポータに親和性を示す標識アミノ酸を選択し、集積機序を解析するとともに、腫瘍集積性との相関から、その設計戦略の妥当性を評価する。まず、ヒト腫瘍細胞におけるトランスポータなどの機能性分子の発現を網羅的に観察するため、リファレンスRNAにより標準化したデータベースを構築し、その信頼性を確認した。アジレント社製DNAチップを用いて16種類のヒト培養腫瘍細胞における4万配列以上の遺伝子発現レベルを測定した。加えて、これまでの遺伝子発現解析結果の信頼性を確認するために、新たなヒト培養細胞試料の解析にあたり、委託業者にも同一試料の解析を依頼し、両解析結果の近似曲線の相関係数を求めて比較した。リファレンスRNAを用いて標準化するこの解析方法をこれまでのヒト腫瘍細胞における遺伝子発現解析結果に適用することにより、直接比較可能な特定機能分子の遺伝子発現プロファイリングがすべての試料に対して可能となった。また、このデータベースを用いてアミノ酸トランスポータの発現レベルを比較検討した結果、高発現を確認したアミノ酸トランスポータシステムLに特異的親和性を示すヨウ素標識アミノ酸を見出した(Nucl Med Biol,37:903-910,2010)。さらに、ポストFDG製剤として期待されているFACBCの前立腺癌細胞への集積に関与するアミノ酸トランスポータを明らかにし、分子標的とするアミノ酸トランスポータの発現との相関を検討した(J Nucl Med,in press,2011)。本研究では、ポストFDG腫瘍診断薬開発における系統的な設計戦略の構築を目的として、薬剤評価に用いるヒト培養細胞の遺伝子発現レベルをデータベース化し、癌細胞に高発現している機能性分子を予め探索するとともに、特にポストFDG製剤の中でも有力候補であるアミノ酸製剤を取り上げ、腫瘍で特異的に高発現が認められるアミノ酸トランスポータに親和性を示す標識アミノ酸の集積機序を詳細に検討し、アミノ酸トランスポータ遺伝子発現と腫瘍集積性との相関からその設計戦略の妥当性を評価した。まず、ヒト腫瘍細胞におけるトランスポータなどの機能性分子の発現を網羅的に観察するため、DNAチップを用いて16種類のヒト培養腫瘍細胞における4万配列以上の遺伝子発現レベルを測定し、リファレンスRNAを用いて標準化する解析方法をこれまでのヒト腫瘍細胞における遺伝子発現解析結果に適用した。その結果、特定機能分子の遺伝子発現プロファイリングがすべての試料に対して直接比較可能となった。

また、このデータベースを用いてアミノ酸トランスポータの発現レベルを比較検討した結果、高発現を確認したアミノ酸トランスポータシステムLに特異的親和性を示すヨウ素標識アミノ酸を見出した(Nucl Med Biol,37:903-910,2010)。並行して、FDGの尿細管再吸収トランスポータへの親和性を検討し、尿排泄機序を解明した(Nucl.Med.Commun.,31:14M46,2010)。さらに、ポストFDG製剤として期待されている^<18>F-FACBCの前立腺癌細胞への集積に関与するアミノ酸トランスポータを明らかにし、分子標的とするアミノ酸トランスポータの発現との相関を検討するとともに(J Nucl Med,52:822-829,2011)、既に臨床使用されている^<11>C-Metおよび新たに臨床使用が開始された^<11>C-MeAIBの集積機序と比較検討した。
繊維補強コンクリートを用いた鋼コンクリート合成構造部材の耐震性能評価に関する研究

CES構造は,内蔵鉄骨と繊維補強コンクリートで構成される合成構造である。本研究では,単一H形鋼を強軸・弱軸方向に内蔵したCES部材,交差型H形鋼を内蔵したCES部材,T形断面を内蔵し曲げ方向が異なるCES部材の正負漸増繰返し載荷を行い,構造性能への影響を検討した。その結果,鉄骨形状や軸力に関わらず,コンクリートの剥落はなく,優れたエネルギー能力を有し,終局曲げ耐力は一般化累加耐力式によって精度よく評価できることを明らかにした。またH形断面の弱軸方向の試験体では最大耐力が低く,エネルギー吸収の小さい履歴曲線を示すことを明らかにした。更にCES部材の復元力特性を表す復元力特性モデルを提案した。本研究は、施工の省力化と高い耐震性を有する新しい耐震構造要素の提案を目指し、鉄骨と繊維補強コンクリートで構成されるCES柱・梁部材の構造性能評価法の確立を目的としたものである。本研究では、CES部材の構造実験を実施することにより、CES部材の構造性能を検討するとともに、耐力性能、変形性能、履歴特性を検証し、CES部材の応力伝達メカニズムについて明らかにする。更に実験の結果に基づいて構造性能評価法の提案を行う。26年度の研究では,内蔵鉄骨にH形鋼を用いたCES柱の地震力の作用方向(加力方向)の違いが、CES柱の構造性能に及ぼす影響について検討する。また、その耐力性能、変形性能、損傷性能等の基礎的な耐震性能を検証する。内蔵鉄骨にH形鋼を用いたCES柱は、H形鋼の断面性能が強軸と弱軸方向で異なる。CES構造がSRC構造と同様に高層建築物に適用されることが考えられることからも、その挙動を明確にする必要がある。そのためには、終局耐力を精度よく評価できる設計式の構築や,復元力特性ならびに履歴特性の適切な評価方法の構築が不可欠である。よって本研究により、加力方向を実験変数とした実験を行なうことで終局耐力を明らかにすることが可能と考えられる。以上を勘案して、内蔵鉄骨にH形鋼を用いたCES部材の強軸曲げ、弱軸曲げ、および比較のための内蔵鉄骨を交差型H形鋼とした合計3体の実験を計画し、構造実験により検証を行った。これまでの耐震設計における地震動の取り扱いは、その地震時の挙動の複雑さから、建物の軸(長辺および短辺方向)の2方向を設定し、各方向について独立に作用するものとして、耐震安全性の確認を行っている。しかしながら、実際の建築物に作用する地震力は、一般的には水平2方向および鉛直方向成分の3次元的な動きとして捉えられる。よって地震時には、一般階の柱は二軸方向に変動する応力を受けることとなる。ここでは内蔵鉄骨にH形鋼を用いたCES柱の地震力の作用方向(加力方向)の違いが、CES柱の構造性能に及ぼす影響について検討し、更にその耐力性能、変形性能、損傷性能等の基礎的な耐震性能を検証した。CES柱は、内蔵鉄骨の形状により断面性能が異なる。よって27年度の研究では、過去の研究においてT形断面およびL形断面の鉄骨を内蔵したCES部材の実験は、全く行われていないため、本試験体の計画及び実験結果は、CES構造の適用範囲を拡大するためには重要な検証項目となる。以上を勘案して、CES部材の内蔵鉄骨形状を変数とした合計2体の実験を実施した。研究実績の概要に示したように、当初の計画に沿って実験を行っている。初年度である平成26年度には、計画で示した通り、内蔵鉄骨にH形鋼を用いたCES部材の強軸曲げ、弱軸曲げ、および比較のための内蔵鉄骨を交差型H形鋼とした合計3体の実験を実施し、内蔵鉄骨にH形鋼を用いたCES柱の地震力の作用方向(加力方向)の違いが、CES柱の構造性能に及ぼす影響について検討し、更にその耐力性能、変形性能、損傷性能等の基礎的な耐震性能を検証した。2年目である27年度には、計画で示した通り、T形断面およびL形断面の鉄骨を内蔵したCES部材の実験を計画・実施し、内蔵鉄骨形状の違いが、CES柱の構造性能に及ぼす影響について検討し、更にその耐力性能、変形性能、損傷性能等の基礎的な耐震性能を検証した。以上のように、27年度の実験計画は予定通り終了しており、研究は概ね順調に進展しているものと判断される。本研究は,施工の省力化と高い耐震性を有する新しい耐震構造要素の提案を目指し,鉄骨と繊維補強コンクリートで構成されるCES柱・梁部材の構造性能評価法の確立を目的としたものである。これまでの耐震設計における地震動の取り扱いは,その地震時の挙動の複雑さから,建物の軸(長辺および短辺方向)の2方向を設定し,各方向について独立に作用するものとして,耐震安全性の確認を行っている。

しかしながら,実際の建築物に作用する地震力は,一般的には水平2方向および鉛直方向成分の3次元的な動きとして捉えられる。よって地震時には,一般階の柱は二軸方向に変動する応力を受けることとなる。本研究では,CES部材の構造実験を実施することにより,CES部材の構造性能を検討するとともに,耐力性能,変形性能,履歴特性を検証し,CES部材の応力伝達メカニズムについて明らかにする。更に実験の結果に基づいて構造性能評価法の提案を行う。CES柱は、内蔵鉄骨の形状により断面性能が異なる。CES構造がSRC構造と同様に高層研築物に適用されることが考えられることからも,その挙動を明確にする必要がある。そのためには,終局耐力を精度よく評価できる設計式の構築や,復元力特性ならびに履歴特性の適切な評価方法の構築が不可欠である。27年度までの研究では,内蔵鉄骨にH形断面,交差型H形断面,T形断面を用いたCES柱の構造実験,更には内蔵鉄骨にH形断面を用いたCES梁の構造実験を実施した。28年度は,これまで行ってきた実験結果を基に,耐力性能、変形性能、損傷性能等の基礎的な耐震性能を検証した。更に,一般化累加理論に基づく終局耐力評価式の提示,復元力特性モデルの提案も行った。CES構造は,内蔵鉄骨と繊維補強コンクリートで構成される合成構造である。本研究では,単一H形鋼を強軸・弱軸方向に内蔵したCES部材,交差型H形鋼を内蔵したCES部材,T形断面を内蔵し曲げ方向が異なるCES部材の正負漸増繰返し載荷を行い,構造性能への影響を検討した。その結果,鉄骨形状や軸力に関わらず,コンクリートの剥落はなく,優れたエネルギー能力を有し,終局曲げ耐力は一般化累加耐力式によって精度よく評価できることを明らかにした。またH形断面の弱軸方向の試験体では最大耐力が低く,エネルギー吸収の小さい履歴曲線を示すことを明らかにした。更にCES部材の復元力特性を表す復元力特性モデルを提案した。26年度の実験計画は終了しており,研究はおおむね順調に進展しているものと判断される。本研究は,初年度である平成26年度には、内蔵鉄骨にH形鋼を用いたCES部材の強軸曲げ、弱軸曲げ、および比較のための内蔵鉄骨を交差型H形鋼とした合計3体の実験を計画・実施し、2年目である27年度には、T形断面およびL形断面の鉄骨を内蔵したCES部材の実験を計画・実施した。以上のように、27年度までに予定していた実験は終了している。このことから、最終年度である28年度は、26、27年度の構造実験および分析結果を踏まえ、内蔵鉄骨にH形鋼を用いたCES柱の地震力の作用方向(加力方向)の違い、内蔵鉄骨形状の違いがCES柱の構造性能に及ぼす影響について検討し、更にその耐力性能、変形性能、損傷性能等の基礎的な耐震性能を総合的に検討していく。更に既往の研究成果等を含め、CES構造システムの設計法の確立に向けて、CES部材のひび割れ強度、降伏強度、終局曲げ強度および終局せん断強度等に関する評価式を提案する。さこれらの提案式を基に、構造性能評価に必須である静的非線形荷重増分解析に用いる復元力特性モデルならびに時刻歴地震応答解析に用いる履歴特性モデルの提案を行っていく。建築構造27年度は、T形断面およびL形断面の鉄骨を内蔵したCES部材の実験は、全く行われていないため、本試験体の計画及び実験結果は、CES構造の適用範囲を拡大するためには重要な検証項目となる。
アミノ酸による筋線維型変換機構の解明

これまでの研究から、分岐鎖アミノ酸の一つであるロイシンがmTORシグナル伝達経路を介して、骨格筋の筋線維型や代謝特性に関連する遺伝子発現(mRNAやmicroRNA)を制御する可能性を見出した。最終年度は、ロイシンと筋細胞の分化・肥大の関係を明らかにするため、その細胞内センサーであり、mTOR経路の活性化に関与するLeucyl-tRNAsynthetase (Lars)のノックダウン実験を行なった。筋分化誘導時(低血清培地変更時)に、siRNAトランスフェクションした結果、Lars-siはCtrl-siに比べ、各種筋分化のマーカー発現やFusion Indexを有意に低下させた。また、LarsノックダウンによりmTOR経路のリン酸化レベルは低下していたことから、Larsの筋分化時におけるmTOR経路の活性化への関与が示唆された。筋分化の主要な制御機構として、mTOR-Igf2経路が知られている(Yoon, Mol. Biol. Cell, 2013)。Lars-siトランスフェクションは、速やかにはIgf2発現を低下させたことから、ロイシンは細胞内でLars-mTOR-Igf2の経路により筋分化を制御している可能性が示唆された。次に、分化した筋管に対し、48時間のsiRNAトランスフェクションにより、Larsノックダウンが筋肥大に与える影響を調べた。筋管のLarsはノックダウンされたが、mTORのリン酸化・筋管の直径・各種遺伝子発現には変化がみられなかった。このことから、分化した筋管の肥大については、Lars以外のシグナル分子によりmTOR経路が制御される可能性が考えられる。28年度が最終年度であるため、記入しない。分岐鎖アミノ酸は、mTORシグナル伝達経路を介してタンパク質合成や遺伝子発現を促進する作用を有する。また、その長期摂取は、寿命の遅延や骨格筋のミトコンドリア生合成を促進する。本研究では、単一のアミノ酸(ロイシン)投与でも筋細胞のmTORを活性化させれば、筋線維の遅筋的特性、ミトコンドリアの酸化的代謝能が強化されるとの仮説のもと、以下の実験を行った。18時間絶食させた5週齢の雄性Wistarラットに、ロイシンを強制的に胃内投与(135mg / 100g B.W.)し、ヒラメ筋のmTOR経路が活性化されることを確認した。さらに、qRT-PCRにて遺伝子発現を定量すると、ロイシン投与3時間後のヒラメ筋では、遅筋の特性に関連する一部の遺伝子の発現量が有意に増加していた。また、速筋の構造タンパク質を制御する転写因子Myodは有意に減少していた。このことから、ロイシン摂取は遅筋の特性に関連する遺伝子の発現を選択的に増加させると考えられる。また、マウス筋芽細胞株C2C12を用いて、ロイシンによる遺伝子発現制御がmTORシグナル伝達経路を介するか否か検討した。C2C12筋管をHBSS培地で3時間培養し、ロイシンとmTORの阻害剤であるラパマイシンを添加後した。qRT-PCRの結果、ロイシンを添加された筋管では、遅筋の特性に関連する遺伝子の発現量が有意に増加した。また、この作用はラパマイシンの同時添加により抑制されたことから、ロイシンによる遺伝子発現制御は、mTORシグナル伝達経路を介していることが明らかとなった。以上から、ロイシンによるmTOR経路の活性化により遅筋遺伝子を含めた特定の遺伝子の発現のみ増加する可能性が示唆された。初年度の研究から、研究代表者は分岐鎖アミノ酸の一つであるロイシンがmTORシグナル伝達経路を介して、骨格筋の筋線維型や代謝特性に関連する遺伝子の発現を制御する可能性を見出した。次年度の研究では、ロイシン摂取が遺伝子の転写後発現調節を担う短鎖非コードRNA (microRNA,以下miRNA)の発現に及ぼす影響について検討することにした(本研究は、米国パデュー大学Dr. Timothy Gavinとの共同研究として実施した)。マウスへのロイシン経口投与(135mg / 100g B.W.)は、投与前と比較すると、遅筋であるヒラメ筋おいてmiR (1,133a/b)及び前駆体であるpri-miR133aの発現量を増加させた。一方、速筋である長趾伸筋では、ロイシン投与はmiR (206, 208b, 499b)の発現量のみ有意に増加させた。これらから、ロイシン投与がmiRの発現に及ぼす影響は遅筋と速筋で異なると考えられる。次に、Mlc-mTOR-/-マウスを作製し、その表現型を確認した。先行研究の結果(Risson, J. Cell Biol., 2009)と同様に、Mlc-mTOR-/-マウスでは筋萎縮と遅筋の特性に関連する遺伝子群(Cox7, Myogloblin)の発現が減少していた。このマウスを用いて、生体レベルでmTOR経路がmiRNAの発現に及ぼす影響について調べることにした。qRT-PCRの結果、Mlc-mTOR-/-マウスのヒラメ筋、長肢伸筋の両筋肉中でmiR133a、前駆体であるpri-miR133aの発現量が減少していた。即ち、mTOR経路がmiR133aの発現・成熟に影響を及ぼすと考えられる。MiR133a欠損マウスの骨格筋では、ミトコンドリアの機能不全やそれに伴う筋疾患が報告されている(Liu, J. Clin. Invest., 2011)。

即ち、ロイシン摂取によるmTOR経路の活性化がmiR133aの発現を介して、骨格筋中のミトコンドリアの恒常性を維持している可能性が示唆された。当初の研究計画では、計画2年目までに骨格筋特異的mTOR欠損マウスを作製し、ロイシン摂取による骨格筋の線維型や代謝特性の変化について生体レベルで検証する予定であった。Mlc-mTOR-/- (骨格筋特異的mTOR欠損マウス)を用いた研究成果から、ロイシン摂取が骨格筋中の代謝特性に関連するmRNAのみならず、ミトコンドリアの恒常性維持に関連するmiRNA (特に、miR133a)の発現をmTOR経路を介して制御していることがわかった。特に、miRNAの発現制御機構については不明な点が多く、アミノ酸栄養が直接的に骨格筋中のmiRNAの発現・成熟に関与することを示す重要な知見を得たと考えている。これまでの研究から、分岐鎖アミノ酸の一つであるロイシンがmTORシグナル伝達経路を介して、骨格筋の筋線維型や代謝特性に関連する遺伝子発現(mRNAやmicroRNA)を制御する可能性を見出した。最終年度は、ロイシンと筋細胞の分化・肥大の関係を明らかにするため、その細胞内センサーであり、mTOR経路の活性化に関与するLeucyl-tRNAsynthetase (Lars)のノックダウン実験を行なった。筋分化誘導時(低血清培地変更時)に、siRNAトランスフェクションした結果、Lars-siはCtrl-siに比べ、各種筋分化のマーカー発現やFusion Indexを有意に低下させた。また、LarsノックダウンによりmTOR経路のリン酸化レベルは低下していたことから、Larsの筋分化時におけるmTOR経路の活性化への関与が示唆された。筋分化の主要な制御機構として、mTOR-Igf2経路が知られている(Yoon, Mol. Biol. Cell, 2013)。Lars-siトランスフェクションは、速やかにはIgf2発現を低下させたことから、ロイシンは細胞内でLars-mTOR-Igf2の経路により筋分化を制御している可能性が示唆された。次に、分化した筋管に対し、48時間のsiRNAトランスフェクションにより、Larsノックダウンが筋肥大に与える影響を調べた。筋管のLarsはノックダウンされたが、mTORのリン酸化・筋管の直径・各種遺伝子発現には変化がみられなかった。このことから、分化した筋管の肥大については、Lars以外のシグナル分子によりmTOR経路が制御される可能性が考えられる。初年度の研究計画では、アミノ酸の長期摂取試験を予定していたが、単回摂取でも骨格筋の特性が変化しうるか確認した。特に、ロイシン摂取は一部の遅筋に関連する遺伝子発現を特異的に増加させることが明らかになった。また、培養筋管を用いて実験から、ロイシン添加による筋特性に関連する遺伝子発現の変化がmTOR経路を介することを明らかにした。現在までの研究により、ロイシン摂取はmRNAのみでなくmicroRNA(特に、miR133a)を介して骨格筋の特性を制御している可能性を見出した。一方で、筋細胞中でロイシン摂取によるmTOR経路の活性化により発現制御されるmiRNAは他にも多数存在すると考えられる。ロイシン摂取により発現制御されるmiRNAを網羅的に探索するため、Mlc-mTOR-/-マウス骨格
仮想現実による高齢者の空間認知の研究:運動器不安定症への対策に向けて

脊椎動物において姿勢の動的状態から静的状態への移行の際には、その制御に精緻なメカニズムが必要となる。歩行停止の際に、仮想現実によって作成した視運動性視覚刺激が頭部偏位に与える影響を、ヒトの若年者と高齢者で比較した.若年者では視覚刺激時に頭部の偏位が認められた。これらの偏位には適応および慣れの現象が認められた。高齢者では若年者ほどの大きな反応は認められなかった。高齢者では、視覚刺激の影響を受けにくい歩行停止プロセスが働いていると考えられる。CAVEは3メートル四方のスクリーンを前、左右、床面に配置し、そこに3次元映像を投影することによって広い視野に動的立体映像を与えることを可能にする装置である。平成21年度には、CAVEを用いた仮想現実(virtual reality : VR)下において健常被験者が3メール平方の床面内に指定された始点から終点までを直線的に歩行する課題を設定した。その際に、全面、左右面あるいは床面に投影されたテクスチャマッピングされた映像が、平行移動あるいは回転運動を行う環境を作成した。現在、これによって被験者の歩行経路に生じる影響を、確認しているところである。我々の今までの研究成果では、このVR環境への暴露は健常被験者の歩行に変化を与えている。したがって、このVR環境によりめまい・運動器不安定症の患者の歩行を矯正できると考えられる。平成22年度以降は、健常者のみならず高齢者の基礎的データの収集が必要である。VRによって高齢者における空間認知の特性および眼球運動・脊髄反射神経系の可塑的変化を調べることは、高齢者の転倒予防として有効なリハビリをVRによる感覚入力処理の増強や感覚代行および空間認知の再構成の面から進める上で非常に重要である。さらに、今後このVR環境によって空間認知に変化が生じているか若年者と高齢者で比較検討する予定である。また、空間認知、眼位および歩行の変化の程度およびその時間経過を検討する予定である。没入型Virtual-reality装置(CAVE)を使用して、視覚環境の一部をスライドまたは回転させることが歩行や姿勢および自覚症状に与える影響を、刺激の運動成分と提示時間を操作し比較検討した。今回対象となったのは20歳代の健常被験者50名である。被検者の頭部位置をモニターしながら、CAVE内の床面中心まで繰り返し歩行させた。床面中央に投影したテクスチャ刺激について右平行移動、左平行移動、右回転、左回転の計4種類の運動成分を設定し、被験者の頭部位置が床面中心から0.3mまたは0.6mの距離に到達した時に提示を開始した。実験後に、PSQおよびSSQの2種のアンケートを行った。結果として、頭部位置に関する検討では、水平位置において0.3m条件より0.6m条件でふらつきが大きかった。PSQでは高感受性群でのみ平行刺激より回転刺激の方でふらつきが大きかった。SSQでは高感受性群でのみ歩行停止までの距離が短く提示時間が長い方で、大きなふらつきが見られた。0.6m条件では提示時間が長く、歩行開始から停止までの時間が短いため、これらがふらつきに影響したと考えられた。PSQ、SSQについては、高感受性群で刺激種類による有意差がみられたため、自覚症状を感じやすい場合に、刺激の種類の影響を受けやすく、刺激としては平行刺激よりも回転刺激の方がふらつきへの影響が大きい可能性が考えられた。今後、この条件を高齢被験者に付加して若年者と比較し、高齢者の歩行および自覚症状の変化を検討する予定である。没入型Virtual-reality装置(CAVE)を使用して、視覚環境の一部をスライドまたは回転させることが歩行や姿勢および眼球運動に与える影響を比較検討した。今回対象となったのは20歳代の健常被験者29名および65歳から75歳の高齢者32名である。前壁面中央に投影したランダムドットパターンについて右平行移動、右回転の2種類の運動成分を設定し、被験者の頭部位置が歩行開始から0.9mの距離に到達した時に刺激を提示した。被験者はアラーム音とともにCAVE内を前方へ歩き始め、ランダムドットパターンの運動提示とともに歩行停止するというTrialを2種類の視運動性刺激につきランダムに各4回ずつ、計8回繰り返すというSetを、3分の休憩をはさんで3回行った。Controlとして、ランダムドットパターンが消えるとともに歩行停止するというTrialを8回行った。結果として、若年者では回転刺激時にはControlに比し左右への頭部偏位が増大し、4回のTrial全てで同程度の頭部偏位がみられたが、前後方向へはTrialを追うごとに頭部偏位が減少し、適応が見られた。平行刺激ではどのTrialにおいてもControlと同程度の頭部偏位であり、眼振の最大緩徐相速度にも変化は見られなかった。高齢者では回転刺激、平行刺激ともに刺激開始時はControlと同程度の頭部偏位であったが、3回目のSetで頭部偏位が増大した。

刺激開始時に、高齢者でControlと同程度の頭部偏位であったことについては、若年者に比し歩幅が小さく歩行速度が遅く、歩行停止時やや開脚姿勢であったことなどが影響したと考えられた。また、3回目のSetで頭部偏位が増大したことについては、高齢者の方が休憩をはさんでも視運動性刺激の影響が残存する可能性が考えられ、視覚刺激を用いたリハビリが奏功しやすい可能性が考えられた。
確率過程論における解析的方法

Gauss過程の特別なクラスについてBrown運動以外に新生過程があるか否か,すなわちBrown運動1つで標準表現ができるか否かについて精密な考察を行った.ここに言う特別な場合とは, Brown運動に絶対連続な項を加えたGauss過程であり,通信理論などにおいて典型的な雑音+信号モデルとして古くから研究されていたものである.これに対しては,イノベイション定理として,新生過程としてBrown運動があることは古くから知られており更にその具体的な構成方法もよく知られている.本研究では,当初の研究計画に従い,新生過程がこのBrown運動のみである場合(標準表現の言葉で言えばBrown運動に関して重複度1の場合)の必要十分条件を求めた.これ以外の場合はBrown運動のみでなく何らか別の新生過程が参与せざるをえないことになる.その後者の極端な場合として,雑音(=Brown運動)と信号が完全に区別できる場合があり,このような例を具体的に構成することができた.一方,情報が時間毎に完全に分離される場合についても,再生核Hilbert空間を用いて判定できるようになったことはいささかの成果と言えよう.以上のことは論文としてまとめるつもりである.より一般的な問題で,共分散関数を与えて標準表現を決定することについては十分な成果が得られなかった.この問題を解くためには,先ず新生過程を1つでも取り出すことが重要であることがわかった.この仮定をおくと,この1年間取り扱った特別な場合と同様の標準表現に関する定理が成立すると思われる.この1年間の研究を反省すると, Gauss過程の標準表現に関して完全な解決をうることはできなかったが,自然に現われる応用分野における大半のGauss過程はBrown運動に関して標準表現できることが判明したと言えるであろう.Gauss過程の特別なクラスについてBrown運動以外に新生過程があるか否か,すなわちBrown運動1つで標準表現ができるか否かについて精密な考察を行った.ここに言う特別な場合とは, Brown運動に絶対連続な項を加えたGauss過程であり,通信理論などにおいて典型的な雑音+信号モデルとして古くから研究されていたものである.これに対しては,イノベイション定理として,新生過程としてBrown運動があることは古くから知られており更にその具体的な構成方法もよく知られている.本研究では,当初の研究計画に従い,新生過程がこのBrown運動のみである場合(標準表現の言葉で言えばBrown運動に関して重複度1の場合)の必要十分条件を求めた.これ以外の場合はBrown運動のみでなく何らか別の新生過程が参与せざるをえないことになる.その後者の極端な場合として,雑音(=Brown運動)と信号が完全に区別できる場合があり,このような例を具体的に構成することができた.一方,情報が時間毎に完全に分離される場合についても,再生核Hilbert空間を用いて判定できるようになったことはいささかの成果と言えよう.以上のことは論文としてまとめるつもりである.より一般的な問題で,共分散関数を与えて標準表現を決定することについては十分な成果が得られなかった.この問題を解くためには,先ず新生過程を1つでも取り出すことが重要であることがわかった.この仮定をおくと,この1年間取り扱った特別な場合と同様の標準表現に関する定理が成立すると思われる.この1年間の研究を反省すると, Gauss過程の標準表現に関して完全な解決をうることはできなかったが,自然に現われる応用分野における大半のGauss過程はBrown運動に関して標準表現できることが判明したと言えるであろう.
マルチメディア通信の大衆普及の促進化に向けたマイクロ交換機分散網

本研究の目的は交換機のダウンサイジング効果を利用して通信網の早期の革新化の施策と網およびマイクロ交換機システムの望ましいアーキテクチャを示すことにある。本研究では、インターネット利用を大衆へのマルチメディア通信の普及施策に位置付け、マイクロ交換機分網をインターネット用アクセス網として利用する網および交換機の有効なアーキテクチャを明らかにした。具体的には基本構造として不特定に配置された多数の加入者を収容する観点からトリ-状の網を想定し、制御用にセルベースの共通線信号方式を考案した。また、加入者が直接アクセスするインターネットアクセス用一次ル-タの配置について、性能、経済性の観点からの対案比較検討を行い、加入者線マイクロ交換機にル-タを配置する方式が望ましいことを示した。また、情報量の少ない上りのインターネットアクセス手段として、加入者線ではISDNのDチャネル信号を、局間共通線信号にはセルベース信号方式を用いる。また、多量の情報転送が必要な下りのダウンロ-ディングには、ディジタル時間スイッチのシーケンシャル書き込み、ランダム読出しを利用した放送形型高速STM回線を利用したダウンロ-ディング方式を考案した。バースト的にデータが流れるインターネット利用において複数の加入者で回線共有が可能であり、経済的な多重法である。また、大衆が利用する情報を関係のない利用者に届かないようにする必要を見い出し、選択的ダウンロ-ディング機構の概念を提案した。この結果、高速で、回路規模が少なく、回線利用の多重度が高く、経済的となる。なお、ル-タ数が膨大となるが、オンチップ化可能なアーキテクチャであることから問題とならない。この方式は、非対称型高速ディジタル加入者線(ADSL)とも適合し、一般利用者が高速で、快適なインターネット利用を可能となる通信網の構築に有効となる。マルチメディア通信の早期の大衆普及性を目指すマイクロ交換機分散網の研究において、本年は特にマイクロ交換機分散網をインターネット用アクセス網として利用するアーキテクチャの検討を進めた。特に、加入者が直接アクセスする一次ル-タの配置について、性能、経済性の観点からの対案比較検討を行った。対案は、ルーターを(1)バックボーン網としてのATM網内に配置する方式、(2)マイクロ交換機分散網内に配置する方式、(3)加入者線マイクロ交換機内に配置する方式である。このうち、加入者線マイクロ交換機にル-タを配置する方式が望ましいことを明らかにした。また、以下のような高速でマイクロ交換機向きのインターネットアクセスアーキテクチャを考案した。すなわち、情報量の少ない上りのインターネットアクセスには信号回線を利用する。加入者線信号にはISDNのDチャネル信号を、局間共通線信号には筆者の考案であるセルベース信号方式を用いる。また、多量の情報転送が必要な下りのダウンロ-ディングには、ディジタル時間スイッチのシーケンシャル書き込み、ランダム読出しを可能とする高速STM回線を利用する方式である。マルチメディア通信の大衆普及の促進化を目指すマイクロ交換機分散網の研究において、インターネットをマルチメディア通信普及の促進剤に位置付けた研究を行った。インターネット向きマイクロ交換機分散網のアーキテクチャとして、(1)情報量の少ない上りのインターネットアクセスには信号回線を利用する案が有効である見通しを得た。具体的には加入者線においては64kbps速度のISDNのDチャネル信号を、タンデム回線には著者の考案であるセルベース信号方式を用いる方式とする。(2)多量の情報転送が必要な下りのダウンロ-ディングには工夫が必要であり、ディジタル時間スイッチの多重読み出し技術を利用したインターネット配信アーキテクチャを考案した。

具体的にはシーケンシャル書き込み、ランダム読出しを可能とする高速STM回線を利用して放送形式で配信する。また、T1段時間スイッチを利用して非対称の高速回線を構成する。本方式について今年度は評価を進め、100加入規模のマイクロ交換機では十分な性能を有し、考案が有効と評価できた。また、一般利用の観点からのアーキテクチャの研究を引き続き進め、放送形式で送りだす情報を交換機内部で加入者毎に選択的に送りだす機構の必要性を見い出し、アーキテクチャの拡充を行った。マイクロ交換機の加入者回路に所定の加入者線に対応した情報を認識する機構を設け、選択的にダウンロ-ディングするアーキテクチャを考案した。
顔面運動障害に対する磁気刺激誘発筋電図法の有用性と安全性に関する基礎的臨床的研究

ヒト正常被検者15例において、側頭葉顔面運動野および耳後部を小型円形コイルを用いて磁気刺激を行い、口輪筋より誘発電位を記録した。耳後部刺激では、同側口輪筋より潜時約45msecで46mvの複合筋活動電位(短潜時反応)が記録され、左右の振幅比は80%120%が正常範囲と考えられた。さらに側頭葉顔面運動野を磁気刺激することにより、両側口輪筋より短潜時反応のほかに潜時約10msec(中潜時反応)および潜時約l40msec(長潜時反応)の複合筋活動電位が記録された。ネコにての実験では、気管内挿管、フローセン麻酔下にネコ口輪筋に同芯針電極を刺入し、耳後部および側頭葉顔面運動野を磁気刺激して複合筋活動電位を記録した。耳後部刺激では、ヒトとほぼ同様の短潜時反応が記録されたが、側頭葉顔面運動野磁気刺激では安定した再現性のある中潜時反応および長潜時反応波形は記録されず、現有する円形コイルでは的確な刺激部位を選択することが不可能であるためと考え、安定した反応の記録にはハの字コイルもしくはダブルコーンコイルによる刺激部位をより現局した刺激が必要であると考えられた。一方、側頭骨内顔面神経麻痺患者においては、軽症例でも誘発電位の振幅は電気刺激に比して著しく低いものの、従来の電気生理学的検査にて予後判定が不可能であった発症7日以内にても、磁気刺激による誘発電位が記録される症例はすべて発症2カ月以内に回復すると判定され、予後診断的価値が極めて高い検査法であることが確認された。また耳後部および側頭葉顔面運動野磁気刺激を組み合わせることにより、診断に苦慮することもあった中枢性麻痺と末梢性麻酔の鑑別が容易であり、さらに中枢性疾患における神経伝導路の障害の指導に、高い診断的価値を有することが明らかとなった。以上より本検査法は、顔面神経障害のみならず各種中枢疾患の診断、病態の解明に重要な価値を持つ検査法であると結論した。近年開発された磁気刺激法は、大脳皮質から未梢神経に至る神経路を非侵襲的に有効刺激し興奮させる事が可能であり、かつ痛みを伴わない。本年度は、最適な磁気刺激法を確立し、かつ安全性の検討を行った。ニホンザルにて前頭葉運動野の顔面神経支配領域を磁気刺激した際に得られる口輪筋の誘発筋電図上の複合筋活動電位について検討した。磁気刺激に単純円形コイルを用いた場合、前頭葉運動野よりもやや後下方にその刺激中心を置いた時に、最も良く刺激され、かつ刺激と同側の口輪筋が刺殺された。顔面神経茎乳突孔を最大閾値上で電気刺激した時に得られる口輪筋の複合筋活動電位と比較すると、運動野を磁気刺激した時の方が、振幅がやや大きく、また潜時は1msecほど長かった。この潜時差から考えると、円形コイルによる磁気刺激は、実は前頭葉運動野が刺激されているのではなく、かなり未梢側の顔面神経が刺激されているものと考えられた。そこで、8字コイルを用いた磁気刺激を前頭葉運動野顔面神経支配領域に行ったところ、刺激側と反対側の口輪筋に誘発電位が記録された。しかも8字コイルの方向により口輪筋誘発電位の大きさにかなり変化が生じた。最も大きな振幅が得られる部位での誘発電位の潜時を検討すると、それは確実に前頭葉運動野を刺激しているものと推察した。

以上より、刺激コイルは8字コイルを用いるのが適当であり、その方向が重要である事がわかった。磁気刺激法の安全性、特に内耳、脳幹への影響について、ニホンザルの磁気刺激前、後に、聴性誘発電位、聴性脳幹反応を急性期及び1週間後の慢性期に記録した。その結果、磁気刺激は内耳及び脳幹には全く影響せず、安全な刺激法と考えているが、この点については次年度に再度検討する予定である。以上の結果は、現在投稿中である。顔面神経障害における磁気刺激誘発筋電位を臨床応用する目的でニホンザルにて基礎的検討を行った。気管内挿管、フローセン麻酔下に前頭葉運動野、脳幹部、内耳道部の顔面神経を磁気刺激し、口輪筋から誘発電位を記録しようとしたが、再現性のある電位は、耳後部を磁気刺激した場合においてのみ、26mVの複合筋活動電位が刺激側口輪筋にのみ得られた。さらにこの方法によって、聴覚やその他の神経機構に合併症を起こすことは無いことが分かった。磁気刺激誘発筋電図を臨床応用する目的からすれば、全身麻酔下のニホンザルは不適当であると考えられた。そこで、ヒトの被検者を募り検討した。外耳道より6cm上方、さらに3cm後方を円形コイルの中心とし、コイルに1000V以上の電圧で電流を通電すると、脳幹より末梢側、おそらく内耳道内顔面神経を最大域値上で磁気刺激することが分かった。これにより、刺激側口輪筋より潜時45msec,振幅26mVの再現性のある複合筋活動電位が得られた。一方、人に軽く口輪筋を収縮するように命じた状態で前頭葉運動野を磁気刺激すると、反対側口輪筋に再現性のある約11msecの潜時をもつ電位と、両側性に3550msecの潜時をもつ電位が記録できた。そこで、側頭骨内顔面神経麻痺患者98例に応用したところ、これら患側の誘発電位の振幅は、軽度の顔面神経障害でも著しく減少した。さらに、視床内包出血や脳幹多発性硬化症による顔面神経麻痺患者では、脳幹より末梢側磁気刺激では患側誘発電位は正常であるのに対し、前頭葉運動野刺激では誘発電位が様々に障害された。この事は、従来の検査法と比較すると、その神経伝導障害部位を極めて明確に示すことができ得た。このように、顔面神経麻痺患者に対しては、磁気刺激法は臨床的にも重要な価値をもつと考えられた。さらに、パーキンソン病や顔面痙攣性疾患などの表情運動制御機構の障害患者にもその診断価値を検討中である。ヒト正常被検者15例において、側頭葉顔面運動野および耳後部を小型円形コイルを用いて、コイル出力1000V以上にて磁気刺激を行い、口輪筋より誘発電位を記録した。耳後部刺激では、同側口輪筋より潜時約4.5msecで46mVの複合筋活動電位(短潜時反応)が記録され、左右の振幅比は80%120%が正常範囲と考えられた。さらに側頭葉顔面運動野を磁気刺激することにより、両側口輪筋より短潜時反応のほかに潜時約10msec(中潜時反応)および潜時約40msec(長潜時反応)の複合筋活動電位が記録された。これを踏まえ、ネコにて実験を行った。気管内挿管、フローセン麻酔下にネコ口輪筋に同芯針電極を刺入し、耳後部および側頭葉顔面運動野を磁気刺激して複合筋活動電位を記録した。耳後部刺激では、ヒトとほぼ同様の短潜時反応が記録されたが、側頭葉顔面運動野磁気刺激では安定した再現性のある中潜時反応および長潜時反応波形は記録されず、現有する円形コイルでは的確な刺激部位を選択することが不可能であるためと考え、安定した反応の記録には八の字コイルもしくはダブルコーンコイルによる刺激部位をより現局した刺激が必要であると考えられた。一方、顔面神経麻痺患者に磁気刺激検査を応用した。
ナノ・マイクロ粒子固定化モノリス状高速吸着フィルターの開発

1.層状復水酸化物を内包した凍結ゲルの調製とヒ素の吸着特性:Mg-Al系層状複水酸化物(LDH)微粒子を内包したポリアクリルアミド凍結ゲルのヒ素吸着特性を調べた.LDHの加熱分解前後の重量変化の関係より,Mg-Al-LDH凍結ゲルのLDH内包量は0.40.5g-LDH/g-凍結ゲルであった.LDHあたりのヒ素吸着量は,凍結ゲルに内包した事で約半分と低下した.XRD測定より,凍結ゲルにLDHを内包する過程で層間へモノマーが浸透し重合するため,細孔の閉塞や層状構造の破壊が示唆された.Mg-Al-LDH凍結ゲルのヒ素吸着速度は,FeOOH凍結ゲルより遅いが,吸着平衡に速く達した.LDH凍結ゲルによるカラム連続吸着での最大吸着量は回分吸着の場合と同じであった.Mg-AL-LDHによるヒ素吸着は、FeOOHによるヒ素吸着と異なる機構で起こることが示唆された.2.FeOOH凍結ゲルカラムによるヒ素の連続吸着特性と吸着種分析:FeOOH凍結ゲルのカラム連続吸着のヒ素の破過挙動を連続吸着モデルに基づき解析した.ヒ素最大吸着量は,回分吸着の約2倍であった.破過曲線は,連続吸着モデルの計算結果とほぼ一致した.FeOOH凍結ゲルにヒ素を最大量吸着させた試料を凍結乾燥し、ESCAで表面を分析した.酸素1sのピークが吸着後に大きく変化し,水酸基などの含酸素官能基の存在比が大きく変化した.これより表面でヒ素が複合酸化物を形成して吸着されている事が示唆された.3.有機溶媒の凍結状態を利用した多孔質ゲルの調製条件の確立:氷酢酸またはジオキサンを溶媒としてジビニルベンゼンモノマーと重合開始剤を溶解し凍結状態で重合することにより多孔質凍結ゲルを調製できる条件を探索し、多孔質ポリマーを調製できた.得られた多孔質ポリマーをSEM観察および金属抽出剤を含浸させ、銅を抽出出来ることを確認した.代表者が体調を崩し,2017年8月下旬から11月上旬までに入退院や治療のため研究に従事できなかった.このため研究全体の進捗が遅れている.Mg-Al系層状複水酸化物(Mg-Al-LDH)の微粒子を内包した凍結ゲルを調製方法を確立し,ヒ素の吸着特性を明らかに出来た.また,酸化水酸化鉄のナノ粒子を内包した凍結ゲルのヒ素の吸着特性も明らかにし、吸着種をESCAにより分析し、吸着機構を推定し、Mg-Al-LHDとの吸着特性の違いも明らかにすることが出来た.さらに、有機溶媒の凍結状態を利用した多孔質ポリマーの調製条件を探索し、調製できる条件を明らかにした.2018年度はかなり進捗することが出来た.1.層状復水酸化物によるヒ素の吸着機構の解明:層状複水酸化物によるヒ素の吸着種をESAC、FTIRおよびラマン分光法により分析し明らかにする。さらに、クロム等の有害重金属の吸着特性も明らかにし,有効性を確認する.2.有機溶媒の凍結状態を利用した疎水性多孔質ゲルの調製条件の確立:2018年度に探索した調製条件を基に調製条件を検討し、調製方法を確立する.調製した多孔質ゲルをSEM等で表面や多孔質構造を確認する.また,抽出剤マイクロ粒子を固定化した球状粒子および凍結ゲルについて重金属の抽出特性と抽出速度について解析を行う.これにより液相マイクロ粒子を固定化したゲル材料の設計指針を確立し,分離を実証をする。3.多孔質ゲルを用いた大型の吸着フィルターの調製と吸着特性:これまで確立した多孔質ゲルの調製方法を用いて100mL以上の大容量または100mmの大面積の多孔質ゲルフィルターを調製する.ゲル内に層状複水酸化物,酸化水酸化鉄ナノ粒子,液相マイクロ粒子を内包固定化して,ヒ素および重金属の除去・分離特性を明らかにし、分離プロセスを構築する.1.層状復水酸化物を内包した凍結ゲルの調製とヒ素の吸着特性マグネシウム塩とアルミニウム塩水溶液とアルカリ溶液を混合し調製して層状複水酸化物の微粒子を調製した.この微粒子をアクリルアミドモノマーと架橋剤を溶解した水溶液に分散させ,、ー12ー20°Cの凍結バスにて凍結し、約12時間重合反応を行いポリアクリルアミド凍結ゲルを調製した.層状複水酸化物がポリアクリルアミド凍結ゲル内に包括担持されている事を確認した。層状復水酸化物を内包した凍結ゲルを用いてヒ素の吸着実験を行った.その結果,ヒ素は数mg/g-ゲルと酸化水酸化鉄内包凍結ゲルとほぼ同等の吸着能力であった.2.凍結ゲルフィルターを用いたヒ素の連続吸着による吸着速度の評価酸化水酸化鉄を内包した凍結ゲルを微細に切断しカラムに充填することによりヒ素除去フィルターを調製し、ヒ素水溶液を流通させて連続吸着を行った.溶液の通液速度,凍結ゲル充填量,酸化水酸化鉄の内包量およびヒ素の濃度を変えて破過曲線の測定を行った.破過曲線の積分よりヒ素の吸着量を算出したところ,回分吸着よりも高い吸着量であることがわかった.連続的にヒ素水溶液を供給することにより,水相のヒ素濃度が回分吸着よりも高い状態が保たれたため,酸化水酸化鉄とヒ酸イオンとの反応により複合酸化物が形成されやすくなった為と考えられる.