hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
クラウドコンピューティングによる健康ビッグデータ処理に関する研究

日毎の粒度で長期に亘って時系列的に蓄積された健康ビッグデータを、これまでの研究で明らかになったデータの周期的な季節変動をフィードバックさせて処理し、個人の健康管理に役立つ知識を抽出する手法を開発した。1例として、試行中のクラウド型個人健康管理システムの1人のボランティアユーザが8年7か月に亘り蓄積した日毎粒度の家庭血圧データとエネルギー消費/摂取に関わる生活習慣データとの関係を遅延相関分析法をコアとした健康データマイニング技術により分析した。その結果、家庭血圧の周期的な季節変動を変動幅に基づき補正することにより時系列データのばらつきは正規分布に近づき、両者の間に有用な相関ルールが得られた。本研究では先ず、日毎の粒度で長期に亘って時系列的に蓄積された健康ビッグデータを、これまでの研究から明らかになったデータの周期的な季節変動を反映(フィードバック)させて処理し、個人の健康管理に役立つ知識を抽出する手法を開発する。今年度は、試行中のクラウド型個人健康管理システムの1人のボランティアユーザが8年7か月に亘り蓄積した日毎粒度の体脂肪率データとエネルギーの消費と摂取に関わる生活習慣データに基づき、開発中の健康データマイニング技術を評価した。その結果を以下に要約する。(1)体脂肪率データは夏に低く冬に高い明らかな周期的季節変動を示し、その変動幅を基にデータ補正を施すことにより、時系列データのばらつきは正規分布に近づく。(2)相関ルール生成のための説明変数を探索する遅延相関分析においては、体脂肪率データの季節変動分はほぼ相殺されるため、季節を跨る長期間のデータを対象にしてもその妥当性は保証される。(3)一方、目的(ターゲット)変数は数値である体脂肪率を「高い」「中間」「低い」の3つのシンボル値を持つ変数に変換し、それぞれの値に属するデータ数がほぼ等しくなるように境界値を設定するので、データ補正の影響を直接受ける。(4)相関ルール生成の結果、季節を跨る時系列データを対象にルール生成を行う場合には、季節変動補正後のデータを用いることにより、個人の健康管理に役立つルールが得られる。このように今年度の研究により、個人の長期に亘る日毎粒度の体脂肪率の時系列データから季節変動など別の要因による変化のパターンを抽出し、そのパターンをバイアスとして処理することにより、生成される相関ルールの有用性向上を実現できることが判った。本研究では先ず、日毎粒度で長期に亘って時系列的に蓄積された健康ビッグデータを、これまでの研究で明らかになったデータの周期的な季節変動を反映させて処理し、個人の健康管理に役立つ知識を抽出する手法を開発する。昨年度は、試行中のクラウド型個人健康管理システムの1人のボランティアユーザが8年7か月に亘り蓄積した体脂肪率データとエネルギー消費/摂取データに基づき、開発中の健康データマイニング技術を評価した。今年度は、同一ユーザがやはり8年7か月に亘り蓄積した家庭血圧データとエネルギー消費/摂取データに基づき、健康データマイニング技術を評価した。その結果、家庭血圧においても、体脂肪率と同様、その周期的な季節変動を変動幅に基づき補正することにより時系列データのばらつきは正規分布に近づき、補正後データを用いることにより、エネルギー消費/摂取データとの間に、ユーザの健康管理に役立つ有用な相関ルールが得られることを明らかにした。今年度は併行して、本研究の次の課題である生活習慣と健康状態に関わる相関ルールの個人差に注目し、新たに健康データとして家庭での末梢血管血流速度計測を採りあげ、6人の被験者について、睡眠時間および有酸素運動との間の時系列データ解析を試みた。その結果、(1)6被験者中4被験者において、気温の高い夏季期間に血流速度の顕著な増加が観測され、生体に備わる深部体温調節機能の現れと考えられた。(2)6被験者すべてにおいて、血流速度と睡眠時間の間に有意な正の相関がみられ、睡眠による血液循環の改善効果と考えられた。(3)血流速度と歩数の間に、3被験者で有意な正の、2被験者で負の相関がみられ、1被験者では有意な相関がみられなかった。未だ全くの仮説であるが、原因として運動による血液循環の改善と大腿筋肉への血流配分の個人差が考えられた。本研究の目的は先ず、日毎粒度で長期に亘って時系列的に蓄積された健康ビッグデータを、これまでの研究で明らかになったデータの周期的な季節変動を反映させて処理し、個人の健康管理に役立つ知識を抽出する手法を開発することであるが、試行中のクラウド型個人健康管理システムの1人のボランティアユーザが8年7か月に亘り蓄積した体脂肪率と家庭血圧データの周期的な季節変動を変動幅に基づき補正することにより、時系列データのばらつきは正規分布に近づき、補正後データを用いることにより、エネルギー消費/摂取データとの間にユーザの健康管理に役立つ有用な相関ルールが得られることを明らかにした。また、本研究のもう一つの課題である生活習慣と健康状態に関わる相関ルールに個人差が生ずる原因に注目し、新たに健康データとして家庭での末梢血管血流速度計測を採りあげ、6人の被験者について、睡眠時間および有酸素運動との間の時系列データ解析を試み、深部体温調節機能や有酸素運動と血液循環の関係などにつき興味深い結果が得られた。本研究では先ず、日毎粒度で長期に亘って時系列的に蓄積された健康ビッグデータを、これまでの研究で明らかになったデータの周期的な季節変動を反映させて処理し、個人の健康管理に役立つ知識を抽出する手法を開発した。

具体的には、試行中のクラウド型個人健康管理システムの1人のボランティアユーザが8年7か月に亘り蓄積した体脂肪率データおよび家庭血圧データにおいてその周期的な季節変動を変動幅に基づき補正することにより時系列データのばらつきは正規分布に近づき、補正後のデータを用いることにより、エネルギー消費/摂取データとの間に、ユーザの健康管理に役立つ有用な相関ルールが得られることを明らかにした。昨年度は併行して、本研究の次の課題である生活習慣と健康状態に関わる相関ルールの個人差に注目し、新たに健康データとして家庭での末梢血管血流速度計測を採りあげ、6人の被験者について、睡眠時間および有酸素運動との間の時系列データ解析を試みた結果、血流速度と有酸素運動の関係に顕著な個人差がみられ、その原因について考察した。今年度は、さらに新たな健康データとして家庭で取得する末梢血管中ヘモグロビン量を採りあげた。4人の被験者について、無侵襲の近赤外分光画像計測法を用いてヘモグロビン推定量の時系列データを取得して、睡眠時間および運動習慣との間の遅延相関分析を行った。その結果、(1)継続的に鉄分を多く含む食品やサプリメントを摂取することによりヘモグロビン推定量は増加傾向がみられる、(2)適度な継続的有酸素運動はヘモグロビン推定量を増加させる傾向がみられるが、アスリートが行うような激しいトレーニングは逆に減少させる、(3)睡眠時間が長いと個人差はあるがヘモグロビン推定量は増加する傾向がある、ことなどが明らかになった。日毎の粒度で長期に亘って時系列的に蓄積された健康ビッグデータを、これまでの研究で明らかになったデータの周期的な季節変動をフィードバックさせて処理し、個人の健康管理に役立つ知識を抽出する手法を開発した。1例として、試行中のクラウド型個人健康管理システムの1人のボランティアユーザが8年7か月に亘り蓄積した日毎粒度の家庭血圧データとエネルギー消費/摂取に関わる生活習慣データとの関係を遅延相関分析法をコアとした健康データマイニング技術により分析した。その結果、家庭血圧の周期的な季節変動を変動幅に基づき補正することにより時系列データのばらつきは正規分布に近づき、両者の間に有用な相関ルールが得られた。試行中のクラウド型個人健康管理システムの1人のユーザが、8年7か月に亘り時系列的に蓄積した日毎粒度の体脂肪率データを、データの周期的な季節変動を反映させて処理して、エネルギー消費と摂取に関わる生活習慣の時系列データとの相関を解析することにより、個人の健康管理に役立つ知識(ルール)を抽出することができた。この結果により、本研究の意義とフィージビリティが確認できた。今後この手法が体脂肪率以外の他の健康データにも適用できるかを検討していく。本研究の2つ目の課題である、生活習慣と健康状態に関わる相関ルールに個人差がある原因の追究に関して、6人の被験者の末梢血管血流速度と睡眠時間や有酸素運動といった生活習慣の間に興味深い関係が得られているので、さらに被験者を増やして検討を深める。また、家庭で無侵襲的に計測できる健康データとして末梢血管中のヘモグロビン量と生活習慣の関わりについても個人差に焦点を当てて研究することを計画している。健康情報学初年度は、健康ビッグデータの例として、個人の8年7か月に亘る日毎粒度の体脂肪率データとエネルギー消費と摂取に関わる生活習慣データを対象に研究を行い、狙いに沿った結果を得ることができた。
コドン頻度を応用した新規手法による非組換えワクチンウイルスの作出

植物ゲノムにおけるコドン頻度の調査の結果、多くの植物ではコドン頻度が比較的似ていることがわかった。また、低頻度コドンに対応するtRNA遺伝子を用いて植物の形質転換を行う系を検討した結果、tRNA遺伝子の導入には通常の形質転換法を用いるのが最適であろうと考えられた。その後tRNA遺伝子を形質転換し、この新たなワクチンウイルス作製手法の確立を試みた。弱毒ウイルス(ワクチンウイルス)とは宿主内における病原性や増殖力の低いウイルスのことであり、多くの実用化例がある一方で、その復帰変異が大きな問題となっていた。近年提案されたコドン頻度を応用したワクチンウイルス作製手法は多くの利点を持つことから、有用な手法として期待されている。本研究は、遺伝子組換えを用いることなくワクチンウイルスを作出する手法を考案し、この手法を植物ウイルスに対して適用する系を確立することを目的とする。宿主としてはシロイヌナズナを用いる。まず、シロイヌナズナゲノムにおけるコドン頻度を調べ、レアコドンをリストアップした。加えて、シロイヌナズナ以外の植物種についても同様にコドン頻度を調べた。その結果、多くの植物ではコドン頻度が比較的似ており、レアコドンも似ていることがわかった。加えて、いくつかの植物ウイルスにおけるコドン頻度を調べたところ、宿主である植物ゲノムのコドン頻度とある程度の相関関係にあることがわかり、またレアコドンも同様であることが分かった。これは宿主内におけるウイルス遺伝子の効率的な転写翻訳を考えると、妥当な結果だと思われた。次に、レアコドンに対応するtRNA遺伝子を用いて植物を形質転換する系を検討した。遺伝子導入系やプロモーター系等を検討した結果、tRNA遺伝子の導入にはアグロバクテリウムを用いた通常の形質転換法を用いるのが最適であろうと考えられた。その後、tRNA遺伝子を形質転換し、この新たなワクチンウイルス作製手法の確立を試みた。近年考案されたレアコドンウイルスは、復帰変異しにくく、抗原として優れ、多くのウイルス種に対して水平展開可能といった利点を持つことから、従来のワクチンウイルスの問題点の多くを克服した次世代のワクチンウイルスとして期待されているが、遺伝子組換えウイルスである点が問題である。本研究は、遺伝子組換えを用いることなくレアコドンウイルスを作出する斬新な手法を考案し、これを植物ウイルスワクチンとして利用するための系を確立することを目的とする。その結果、多くの植物ではコドン頻度が比較的似ており、レアコドンも似通っていることがわかった。加えて、いくつかの植物ウイルスにおけるコドン頻度を調べたところ、宿主である植物ゲノムのコドン頻度とある程度の相関関係にあることがわかった。本年度は、シロイヌナズナゲノムにおけるコドン頻度を調べ、レアコドンをリストアップし、レアコドンに対応するtRNA遺伝子をシロイヌナズナへと導入するための系を検討し、その後の研究も進展中である。その結果、多くの知見が得られたと同時に、来年度への研究の展開に向けた準備段階を遂行することができたことから、おおむね順調に進展していると思われる。本年度の成果を踏まえ、来年度は研究を大きく進展させる予定である。具体的には、レアコドンに対応するtRNA遺伝子をシロイヌナズナへと導入するための系を検討したため、これを用いて形質転換シロイヌナズナを作出し、レアコドンウイルスの作出を目指す。次年度の研究費は、主に消耗品のために使用する予定であり、このほかに情報収集のための旅費を考えている。消耗品については、シロイヌナズナの育成や形質転換のための準備に関わる菌体の培養等で主に用いる。次年度使用額については、シロイヌナズナにおいて各コドンに対応するtRNA遺伝子の発現量についての調査が追加で必要になったため、この解析に用いる予定である。
iPS細胞の椎間板変性治療への応用と生体内iPS細胞バンク作成の試み

iPS細胞から椎間板髄核細胞、線維輪細胞を分化誘導することを試みた。現在のところ幹細胞から椎間板細胞を効率的に分化させる方法は確立されていない。したがって、我々は互いを共培養させる方法を採用した。まず、iPS細胞と椎間板細胞を共培養することで分化誘導を試みたが、iPS細胞は線維細胞様の細胞に分化し椎間板髄核細胞の特徴は有していなかった。そこで、iPS細胞から胚様体を作成、この胚様体ヘレチノイン酸を負荷することで間葉系幹細胞を分化誘導し、この間葉系幹細胞と椎間板髄核細胞、線維輪細胞を共培養する手法を選択した。iPS細胞は浮遊培養することで約7日間後に胚様体の形成をみた。さらにこの胚様体細胞ヘレチノイン酸を負荷することで間葉系幹細胞様の細胞が誘導された。この間葉系幹細胞の性格を検討するために、骨分化誘導を行いアリザリン染色にてCa沈着を証明し骨分化誘導能を確認した。今後、このiPS細胞誘導間葉系幹細胞から椎間板細胞の分化誘導を図る予定である。H21年度は、iPS細胞から椎間板髄核細胞、線維輪細胞を誘導することを目的として、実験を行った。iPS細胞を未分化状態を維持することが本研究に必要である、一方で椎間板細胞と共同培養することで分化誘導するにはフィーダー細胞を用いない方法での培養が必要である考えるが、このフィーダー細胞を用いない培養法ではiPS細胞の維持が困難であった。そこで、Leukemia inhibitory factor(LIF)を産生するフィダー細胞としてSNLP細胞を京都大学、山中伸哉教授から紹介して頂きイギリスのSanger研究所から、SNLP Feeder細胞を譲り受けた。本フィーダー細胞を用いることで、iPS細胞の継代維持が可能であった。次に共培養するに当たり、iPS細胞の増殖速度と椎間板細胞の増殖速度を近づける必要があった。本研究室での培養では、iPS細胞の増殖速度は非常に速く、5日毎に継代が必要であったが、椎間板細胞の増殖速度は遅く、14日毎の継代が必要であった。従うて、増殖速度の違いから分化誘導におけるニッチの形成が不十分になると予想されたため、お互いの増殖速度を調節する必要があった。FBSを濃度を減量した培養液iPS細胞に使用し、FBS濃度を増加したものを椎間板細胞に用いた。この結果、互いの培養条件の均衡化を図ることを現在行っている。また、一部のiPS細胞と椎間板細胞を共培養することを試みたが、いずれも椎間板細胞を誘導するには至らなかった。iPS細胞から直接椎間板細胞の誘導が困難であったことから、本研究計画を若干変更することが必要であった。すなわち、iPS細胞から胚様体を形成しレチノイン酸を用いて骨髄間葉系細胞(MSC)を誘導する。そしてMSCから椎間板細胞を誘導するものである。現在、この誘導されたMSCを確認する作業を行っているところである。本研究はiPS細胞から椎間板髄核組織を分化誘導し椎間板再生を目指す事を第一の目的とした。iPS細胞から直接椎間板髄核細胞を分化誘導することは困難であったため、間葉系幹細胞(以下MSC)を分化誘導し、そのMSCと椎間板細胞を共培養法にて誘導することを試みた。まず、iPS細胞からMSCを分化誘導するに当たっては、embryoid bodyを浮遊培養にて形成を促し、このembryoid bodyにレチノイン酸を負荷する方法を採用した。結果、iPS細胞から一定の確率でembryoid bodyを作成可能となった。次に、embryoid bodyを播種しmonolayer cultureを行った、そこへレチノイン酸を負荷することで約1週間後にMSCが出現した。このMSCのcharacterは、アリザリン染色、オイルレッド染色、軟骨ペレット形成にて分化能を確認し、さらにCD44,CD34,PDGFRβ発現の評価を加え誘導された細胞はMSCと考えられた。続いて、分化誘導されたMSCをmonolayer cultureし、同様にmonolayer cultureされた椎間板髄核細胞と共培養しているが、現在のところ、椎間板髄核細胞として十分な形質をもった細胞の分化誘導には至っていない。

今後、共培養するに当たって、それぞれの細胞比をMSC:髄核細胞=50%:50%,25%:75%,75%:25%として共培養すること、アガロースゲルを用いたペレット培養を行い3次元的に共培養する方法などを検討している。最後に本研究の第2の目的として、iPS細胞、iPS細胞誘導椎間板髄核細胞を実験動物に投与し、生体への影響を観察する実験を予定してたが、現時点でiPS細胞から椎間板髄核細胞は分化できておらず、in vivoの実験系は開始できていない。
柔軟物の手触り感を計測する皮膚構造規範型MEMS触感センサ

人は物体をなぞった際に指先に生じる振動を、接触力の特定周波数での時間変化を検出する触覚受容器(マイスナー小体(FAI)、パチニ小体(FAII))によって計測することで、sub-μm厚みのテクスチャを判別していると考えられている。そこで人の触覚受容器、特にマイスナー小体の構造を規範とし、微小液滴をメカニカルフィルタとして用いることで、皮膚のように接触力の時間変化を検出することが可能な皮膚状触感センサを実現する。このセンサ素子の表面に指紋状の凹凸構造を設けることで、テクスチャの計測を実現する。初年度には、液体フィルタの形状・粘性と液体中に封止したピエゾ抵抗素子周りに生じる流れの解明に取り組んだ。ピエゾ抵抗素子の周囲に粘性液体を配置し、高分子膜および弾性体層で覆ったセンサ素子を実現した。このとき、弾性体層の一部に薄く・微小なガラス板を配置することで、外部から粘性液体中のピエゾ抵抗素子の変形を観測することができるような構造を実現した。また、粘性液体中に直径4マイクロメートルのガラスビーズを分散することで、液体中の流れを可視化した。この構造にせん断力を印加し、せん断力を印加した場合のガラスビーズの移動量を観測した結果、ピエゾ抵抗素子周りの液体は層流となることを確認した。今後、この結果を元に、液体フィルタを有する力センサの設計・試作を行うことを予定している。また、試作するセンサのせん断力およびせん断力変化に対する応答を計測し、評価を行うため、6軸力計を直動ステージ上に組み込んだせん断力および力変化を印加する実験装置を構築した。この実験装置を利用することにより、センサの応答特性の計測および評価に取り組む。厚み300-nmの薄膜ピエゾ抵抗素子を直立状態にした変形センサ素子の周囲を粘性液体を用いたフィルタ構造で覆ったセンサ構造を皮膚状構造体中に配置し、物体と接触した時の接触力とその変化を計測するセンサ構造を実現した。皮膚状態構造は、剛性が高い(ヤング率1MPa程度)のシリコーンゴムシートの表面に幅・ピッチ100-umオーダの指紋状の凹凸構図尾を形成した表面構造体と、剛性が低い(ヤング率200kPa程度)のシリコーンゴムで作製した内部構造体を組み合わせた構造を実現した。この皮膚状構造体の柔らかい内部構造体に前述の液体フィルタ付きのピエゾ抵抗素子を用いたセンサ構造を配置し、表面構造体に加えられた力を計測する。このセンサに対して、せん断方向の力を速度を変えて加え、せん断力の時間変化に対して応答することを確認した。また、シリコン材料上に形成した100-umオーダの幅・ピッチで高さ数-umの凹凸状のテクスチャ構造の表面をなぞることによって、凹凸構造体のピッチ/なぞり速度で決まる周波数での振動が検出される一方で、液体フィルタによって摩擦成分の影響が減少することを確認した。更に液体フィルタに使用する液体の粘性を変えることによって、せん断力の変化周波数に対する感度が変化することを確認した。また物体のテクスチャをなぞって検知する場合、センサ表面の指紋構造体のピッチに起因する振動が合わさって検知されるため、センサ出力のみを検討すると、センサの凹凸形状に対する感度が変化して検出されることを確認した。厚み300-nmの薄膜ピエゾ抵抗型片持ち梁構造をを直立状態に固定し、粘性液体漕中に配置した触覚センサによるテクスチャ計測方法の確立に関して研究を行った。粘性液体漕を、柔軟なシリコーンゴム中に埋め込み、その表面に指紋状の凹凸構造を有する高剛性シリコーンゴムシートを張り付けることによって、皮膚の表皮・真皮構造を規範とした触覚センサを実現した。この皮膚状触覚センサ構造による、物体表面テクスチャの計測特性を評価するに当たり、センサ表面の指紋構造の形状がセンサ感度に与える影響を検証した。指紋型構造の幅およびピッチを変更した場合のテクスチャに対する感度を比較・検証したところ、一つの指紋状凸構造のアスペクト比が2程度となる際にテクスチャとの接触によって生じたせん断変形が片持ち梁部に最も大きく伝わり、感度が増大することを確認した。試作したセンサを用いて表面にランダムなテクスチャを有する合成木板をなぞり、テクスチャの計測感度を評価した結果、触診段差計を利用して計測した木板の表面プロファイル分布と同様の周波数成分の低周波数の振動成分が出力されることが観測された。一方で、皮膚状触覚センサを利用した場合には、指紋状構造を形成したピッチと等しい周波数成分の振動も観測されることが分かった。これは指紋状構造を特定の周期で配置したことによって起きた現象である。そこで、指紋状構造の配置ピッチをランダムにすることによって指紋状構造の凹凸ピッチに左右されずに対象物のテクスチャを計測することが可能になると考えられ、現在研究を進めている。更に物体との接触状態を計測する中で、物体と接触した時にセンサ表面に局所的に生じるすべりによって弾性体底部にまでせん断応力分布が生じることを確認した。このせん断応力分布をピエゾ抵抗素子アレイを用いて計測することで接触面の摩擦係数を推定するという発展的な課題にも取り組んだ。平成27年度の目標としていた、皮膚状センサを利用した物体表面のテクスチャ計測ならびにシオン型構造の設計がテクスチャ計測に与える影響の検証を達成しており、当該目的を順調に達成していると考える。昨年度までに試作を進めた微小液体中に直立状ピエゾ抵抗片持ち梁を配置した触覚センサの周波数応答特性の詳細を検証するため、粘度が異なる2種類の液体とシリコーンゴム中に片持ち梁を配置した触覚センサの周波数応答特性を計測・評価した。

この結果、人の触覚受容器であるFAI、FAIIのように液体中に計測素子を配置することによって、特定範囲の周波数を検出するバンドパスフィルタ特性が生まれること、このとき計測可能な周波数が液体の粘度によって制御可能であることを確認した。この特性は、人がしばらく同じ力で物体を把持し続けた場合に、物体と接触した感覚に慣れ、その触感覚が薄れていくという現象と類似している。このため、センサ構造では、物体表面をなぞった際に生じる摩擦力の影響を取り除くことができる。また、従来の高感度触覚センサのように把持力によってセンサ出力がサチレーションすることがなく、どのような重たい物体を把持したとしても物体の移動・摩擦の成分のみを検出することができることを確認した。また、試作した触覚センサによる物体のテクスチャ計測性能を評価するため、表面テクスチャが異なる2種類の木材片と金属表面をなぞり、センサ出力の周波数応答を計測・評価した。この結果、木材片をなぞった際にのみ周波数応答が観測されたこと、また木材の表面形状にそったテクスチャがそれぞれの木材片で検出されたことから、試作したセンサは摩擦の影響なしに微小なテクスチャを計測・認識可能であることが確認された。人は物体をなぞった際に指先に生じる振動を、接触力の特定周波数での時間変化を検出する触覚受容器(マイスナー小体(FAI)、パチニ小体(FAII))によって計測することで、sub-μm厚みのテクスチャを判別していると考えられている。そこで人の触覚受容器、特にマイスナー小体の構造を規範とし、微小液滴をメカニカルフィルタとして用いることで、皮膚のように接触力の時間変化を検出することが可能な皮膚状触感センサを実現する。このセンサ素子の表面に指紋状の凹凸構造を設けることで、テクスチャの計測を実現する。当該年度に目標としていた、皮膚状構造を有する力センサを実現するとともに、その特性の計測・検証を達成した。この結果を元に、平成27年度には、試作したセンサを用いた物体の表面テクスチャ計測に取り組む予定である。このように、当該目的を順調に達成しており、目標に対して研究作業が進んでいると考える。これまでに試作した皮膚状触覚センサを用いたテクスチャ計測研究において、指紋状構造の周期がテクスチャの計測結果に大きく影響を与えることを確認している。指紋状構造の配置周期の影響を削減する方法として構造の配置間隔をランダムに方法が考えられる。指紋状構造の配置周期の影響を削減し、テクスチャ計測精度を向上するため、ランダム配置した指紋状構造を配置した場合の触覚センサのセンサ特性に関して検証を行う予定である。マイクロセンシング平成27年度には、それまでに実現したセンサ構造および表面構造の変化特性の影響の評価結果を元に、試作した皮膚状触覚センサを用いて、物体表面のテクスチャを計測する方法を確立する。このとき、なぞり動作による物体の変形が計測感度にどのような影響を与えるかの計測・評価を行い、なぞりによる変形の影響が大きい布などの柔軟物の触感計測・評価の実現を目指す。平成25年度には当該年度に目標としていた、粘性液体中に封止したピエゾ抵抗素子の変形を観測することが可能な液体封止構造を実現するとともに、マイクロビーズを用いることで素子周りの流れを可視化する研究目的を達成した。
1型および2型トランスグルタミナーゼ-その角結膜上皮分化における役割

角膜および結膜上皮よりなる眼粘膜上皮面を一つのユニットとして捉えることにより、種々の難治性疾患の病態が明らかとなりつつある。輪部移植、羊膜移植、更には培養角膜上皮シート移植など、外科的再建法の飛躍的な発展により、眼類天疱瘡やスチーブンス・ジョンソン症候群などの重症ドライアイに対しても良好な手術結果が得られるようになっている。しかし、角結膜上皮の角化、遷延性上皮欠損などのため、角膜の透明性が失われる症例も少なくなく、より有効な治療戦略の確立のため、眼表面上皮の恒常性維持についてさらなる解明が必要である。本研究においては角結膜上皮細胞の分化、増殖に関与するトランスグルタミナーゼに注目し、まず重症ドライアイアイモデルであるビタミンA欠乏ラットを用い、角結膜上皮の角化過程に1型トランスグルタミナーゼが重要な働きをしていることを明らかにした。また、ラット角膜上皮創傷治癒モデルを用い、2型トランスグルタミナーゼが細胞外基質を重合・安定化を通じて、角膜上皮創傷治癒促進に働く可能性を示した。次に、気管支上皮細胞における場合と同様に、1型および2型トランスグルタミナーゼが角結膜上皮においても相反する発現挙動を示すのではないかという仮説を立て、DNAマイクロアレーを用いて、ビタミンA欠乏ラット角結膜における発現異常遺伝子を検索した。この結果をもとに、IFNγ、TGFβを培養ヒト角膜上皮細胞に添加し、1型および2型トランスグルタミナーゼの発現動態を比較検討したところ、IFNγは1型トランスグルタミナーゼを、TGFβは2型トランスグルタミナーゼを強く誘導することが見出された。眼組織内に常在するTGFβと、ドライアイなどの炎症性疾患で異常発現するIFNγのバランスに基づいて、1型および2型トランスグルタミナーゼ発現がコントロールされ、角結膜上皮の分化度が規定されている可能性がある。3週令のSDラットにビタミン欠乏食を与えて、角化モデルとしてビタミンA欠乏モデルを作成した。その結果、血中内のall-trans retinol濃度は欠乏食投与後6週目までは、投与前のレベルを維持していたが、9週目には急激に低下し、9週目ころより点状表層角膜症が出現し、経過とともに眼球乾燥症が増悪した。角膜の臨床所見の進行とともに、TG-1の酵素活性は上昇し、TG-2の酵素活性はあまり変化しなかった。さらに、northern blotting法では、この角化モデルにおいて、TG-1 mRNAは発現が増強し、TG-2 mRNAの発現は減弱することが確認できた。(第27回角膜カンファレンスにおいて発表2003)I型トランスグルタミナーゼモノクローナル抗体を用いた免疫組織化学染色では、ビタミン欠乏食投与後9週目の角結膜組織の表層に陽性染色が観察された。In situ hybridizationでは、II型トランスグルタミナーゼが基底細胞層において強く発現することが確認された。(第27回角膜カンファレンスにおいて発表2003)ヒト不死化角膜上皮細胞(HCE細胞)をもちいて、TG-1およびTG-2mRNAの発現に影響を与える因子につき検討をおこなった。その結果IFN-γ投与によりTG-1mRNAの発現は増強し、TG-2mRNAの発現に影響はなかった。一方TGF-β投与によりTG-2mRNAの発現は増強し、TG-1m RNAの発現に影響はなかった。IFN-γ投与により増強したTG-1mRNAの発現はTGF-β投与により抑制され、またIFN-γ投与下でのTG-2mRNAの発現はTGF-β投与により増強した。all-trans retinalはHCE細胞においてTG-1、TG-2mRNAの発現に影響を与えなかった。角膜におけるTG-2の発現、作用に関する報告はほとんどない。そこで正常ラット角膜および角膜上皮欠損治癒過程におけるTG-2の発現を、その基質と考えられる細胞外基質の発現とともに観察、検討した。正常角膜ではTG-2は上皮、実質細胞および内皮に認められ、上皮では基底細胞にやや強い発現が認められた。角膜上皮創傷治癒過程においてTG-2mRNAの発現は1,2日目に上昇しており、その局在は上皮では創傷負荷部分の基底細胞および基底膜に強く認められ、実質では上層部の実質細胞に認められた。同時に検討した細胞外基質では、創傷治癒過程においてTG-2の発現が増強していた創傷負荷部分の基底細胞および基底膜において、ラミニン/ニドジェン、フィブリノーゲンの発現がTG-2の発現と同調して認められ、TG-2がこれらの基質を重合・安定化することにより、角膜上皮創傷治癒促進に働く可能性が示唆された。一方、角膜実質では創傷治癒早期にTG-2発現の増強していた実質細胞周囲の実質上層に、フィブリノーゲンの発現がTG-2の発現と同調して認められ、フィブリノーゲンの重合にTG-2が働き、実質細胞の遊走に関与している可能性が示唆された。

しかし、角結膜上皮の角化、遷延性上皮欠損などのため、角膜の透明性が失われる症例も少なくなく、より有効な治療戦略の確立のため、眼表面上皮の恒常性維持についてさらなる解明が必要である。本研究においては角結膜上皮細胞の分化、増殖に関与するトランスグルタミナーゼに注目し、まず重症ドライアイアイモデルであるビタミンA欠乏ラットを用い、角結膜上皮の角化過程に1型トランスグルタミナーゼが重要な働きをしていることを明らかにした。また、ラット角膜上皮創傷治癒モデルを用い、2型トランスグルタミナーゼが細胞外基質を重合・安定化を通じて、角膜上皮創傷治癒促進に働く可能性を示した。次に、気管支上皮細胞における場合と同様に、1型および2型トランスグルタミナーゼが角結膜上皮においても相反する発現挙動を示すのではないかという仮説を立て、DNAマイクロアレーを用いて、ビタミンA欠乏ラット角結膜における発現異常遺伝子を検索した。この結果をもとに、IFNγ、TGFβを培養ヒト角膜上皮細胞に添加し、1型および2型トランスグルタミナーゼの発現動態を比較検討したところ、IFNγは1型トランスグルタミナーゼを、TGFβは2型トランスグルタミナーゼを強く誘導することが見出された。眼組織内に常在するTGFβと、ドライアイなどの炎症性疾患で異常発現するIFNγのバランスに基づいて、1型および2型トランスグルタミナーゼ発現がコントロールされ、角結膜上皮の分化度が規定されている可能性がある。
誰／何が思考するのか――バタイユ思想を手がかりとした思考と主体についての考察

本研究はフランス現代思想において多くの文学者や哲学者が論じてきた思考の問題と、彼らが批判する主体概念との関係を、ジョルジュ・バタイユの思想を導きの糸として考察することを試みるものである。それによって本研究は、フランス現代思想における主体批判の内実を明らかにし、批判されている主体に代わって思考を担うのは誰/何なのかを考察する。ひいてはフランス現代思想において貶められてきた「主体」という語の地位をあらためて問い直し、この語の危険性を確認したうえでなお、この語が有する積極的な意味や可能性についても検討する。
逐次解析における停止規則の性能評価

統計的な推測の問題の中には、あらかじめ定めた標本の大きさでは解決できないものがある。例えば、ある母集団の平均に対する信頼度95%の幅一定の信頼区間を構成する問題がそれに該当する。この場合には、標本の大きさを確率的に与える逐次標本抽出法により問題を解決できる。本研究では、分散の下限情報が与えられたとき、二段階法という推定方式の性能を評価することに取り組み、先行研究よりも精確に評価する理論を構築できた。統計的推測の問題のうち,標本の大きさを確率的に定める逐次解析の問題,とりわけ,下記の2つの問題を研究している。これらの問題に対して,標本抽出を打ち切るために提案した停止規則の性能を調べている。(1)固定幅の区間推定母集団分布を特徴づけるある母数に対して固定された幅をもつ信頼区間を構成する。区間幅を小さくしていくときに,停止規則の期待標本数と最適標本数との差が漸近的に有界となる性質を2次漸近有効性という。この性質を満たす停止規則を提案すること,さらには,より高次の漸近有効性を示すことを目的としている。また,被覆確率の漸近展開式を求めることも研究目的である。(2)有界リスク・最小リスクの点推定平均二乗誤差が定数w以下となるように停止規則を提案し,wを小さくしていくときに,漸近有効性およびリスクの漸近展開式を求めるのが有界リスク問題である。二乗誤差に標本抽出にかかる費用を加えたものを損失とし,この期待値を最小とするような停止規則を与えるのが最小リスク問題である。このとき,リグレット(regret)といわれる評価基準を用いて,標本抽出費用が小さくなるときに,リグレットが漸近的に有界となるかを調べること,さらには,リスクの高次漸近展開式を求めることを研究目的としている。母集団分布を特徴づける母数θに対する固定幅2dの信頼区間を構成する逐次区間推定について考察した。この問題は固定標本数では解決できないので、標本抽出を打ち切るための停止規則が用いられる。停止規則の良さの基準としては、区間幅dを小さくしていくときに、構成した逐次信頼区間の被覆確率があらかじめ定めた信頼水準1-αに収束するという漸近一致性といわれる性質が一つの基準になる。また、この信頼水準1-αに収束する速度を求めることがさらなる問題である。母数θが母平均の場合、および母数θが正規分布や指数分布のパーセント点の場合には、上の収束速度に関する先行研究がある。本研究では、母数θが中央値(Median)、変動係数の逆数にあたる母平均μと母標準偏差σの比μ/σなど、母平均以外の母数に対する逐次信頼区間について考察した。母集団分布がとくに指定されないより一般的な状況で停止規則を考えるとき、初期標本の大きさを区間幅dに関連させて増大するように設定する必要があると予想し、この点を考慮した純逐次法(purely sequential procedure)といわれる停止規則を用いることにした。疑似乱数によるコンピューター・シミュレーションを行って停止規則の性質を調べてみたところ、概ね期待した振る舞いであり、研究の方向性についてある程度意義ある結果を得た。現時点では、あくまでもシミュレーションの段階であるため、これを理論的に定式化することが次年度以降の研究目的になる。今年度は以下の2つの問題について研究を行ってきたが,いずれも数学理論の整備を進めている段階であり,論文として発表するまでには至っていない。母集団分布を特徴付ける母数θに対する固定幅の区間推定問題において,区間幅を小さくしていくときに逐次信頼区間が母数θを含む被覆確率は信頼度1-αに収束することが望ましいが,この収束速度について調べてきた。20年度にシミュレーションにより停止規則の性能を概ねつかみ,21年度にこれを数学理論で示そうとしたが,母数θが母平均以外の場合には推定量がi.i.d確率変数の和の形でなくなるため難しい。純逐次法のもとで,推定量を収束速度が評価可能ないくつかの部分に分解するところまで研究が進んでいる。これをもとに研究を継続している。二標本問題における純逐次法による逐次点推定問題において,リスクの2次近似式を考察してきた。他大学の研究者との研究打ち合わせを通じて,位置母数の線形結合の形の母数に対しては,位置母数の差の推定の場合にとりわけリスクを小さくできるという知見を得た。これと似たようなことが二つの尺度母数の比の形の母数の逐次推定問題においてもいえるのか考察してきたが,母集団によって標本抽出の費用が異なることが障壁となった。研究を進めた結果,各母集団からの標本抽出費用の比に応じた大きさの標本を抽出するという新たな逐次手法を提案し,この手法に関する2次漸近リスク有効性を現在研究中である。正規分布と指数分布の位置母数に対する固定幅をもつ信頼区間を構成するという逐次推定問題について研究を行った。

分散の値自体は未知であるが,その下限については既知であるという場合においては,二段階法を用いると,要求された信頼確率1-αを常に満たし,かっ,期待標本数と最適標本数の差が区間幅を小さくしていくときに漸近的に有界となる。前者を一致性,後者を2次漸近有効性と呼んでいる。まず,指数分布の場合について,2次漸近有効性よりも高次の漸近有効性を示した。これとともに,被覆確率に対する高次漸近展開式を求めた。これらの近似式は既存のものをより精密化した結果である。この研究成果については,2010年11月17日19日に熊本大学で開催された科学研究費基盤研究(A)(研究代表者:谷口正信)によるシンポジウム「統計的推測方法の理論的展開とその応用」で磯貝英一,小林加奈の両氏と共同で講演発表した。次に,正規分布の場合について同様の問題に取り組み,3次漸近有効性と被覆確率の3次漸近展開式を求めた。これらの結果がどの程度有効なのかについて,シミュレーションを行ってそれらの近似精度が既存の結果よりも良いことを確認した。この結果については,2011年3月7日9日に京都大学数理解析研究所で開催された研究集会「Statistical Information in Inference and Its Related Topics」(研究代表者:赤平昌文)において,磯貝英一,竹内大輔の両氏と共同で講演発表し,論文「Two-stage procedure having exact third-order properties for a normal mean」を発表した。逐次推定における分散の下限情報がある場合の二段階法の高次漸近有効性に関する以下の研究を行った。1.前年度までに得られた二段階法の高次漸近有効性を多様な問題に応用できるよう一般化を行った。これにより、複数の正規母集団の中から最大の平均をもつ母集団を選ぶ問題、複数の指数分布の中から最大位置母数をもつ母集団を選択する問題など、様々な問題に対して二段階法の高次漸近有効性が成り立つことを統一的に示した点が意義深い。この成果を2011年8月25日にアイルランド・ダブリンで開催された国際統計協会第58回大会で磯貝英一氏と共同で講演発表した。2.二つの指数分布の位置母数の差に対する固定幅の区間推定問題について、二段階法の高次漸近有効性、及び被覆確率の高次漸近展開式を示した。この結果については、2011年11月79日に筑波大学で開催された科研費シンポジウム「統計的推測の理論と方法論,及び,最近の動向」において、磯貝英一、Daisy Lou Polesticoの両氏と共同で講演発表した。3.正規分布の分散の最小リスク問題において、二段階法によるリスクの2次近似式を示した。これまでの位置母数の推定に対してだけでなく、尺度母数の推定においても精確な2次近似式を与えた点に重要性がある。さらに、偏り補正方式によりリスクを縮減できることもわかった。この研究成果については、2012年3月57日に京都大学数理解析研究所で開催された研究集会「A New Perspective to Statistical Models and Related Topics」(研究代表者:赤平昌文)において磯貝英一氏と共同で講演発表した。
アレイを用いたEGFR遺伝子変異関連因子検索

我々はDana Farber Cancer Instituteとの共同実験により、肺腺癌におけるコピー数の変化をラージスケールで解析、single nucleotide polymorphism (SNP)アレイを用いて371例の検討を行ったがこのうち112例の腫瘍サンプルと37例のマッチした正常組織を当院手術検体から解析された。増幅されている領域としてMYC,EGFR,CDK4,Kras, ErbB2,TERTなどがあった。これまでさほど知られていないものとしてNKX2-1があった。EGFR遺伝子増幅についてはFISHを用いて独自で検討を加えている我々はDana Farber Cancer Instituteとの共同実験により、肺腺癌におけるコピー数の変化をラージスケールで解析、single nucleotide polymorphism (SNP)アレイを用いて371例の検討を行ったがこのうち112例の腫瘍サンプルと37例のマッチした正常組織を当院手術検体から解析された。EGFR遺伝子増幅についてはFISHを用いて独自で検討を加えている今回私どもは、Dana Farber Cancer Instituteとの共同実験により、肺腺癌におけるコピー数の変化をラージスケールで解析した。Single nucleotide polymorphism(SNP)アレイを用いて、371例の検討を行ったが、このうち、112例の腫瘍サンプルと37例のマッチした正常組織を、当院手術検体から解析された。増幅されている領域としては、現在までに知られているものとして、MYC, EGFR, CDK4, KRAS, ERBB2, TERT,などがあった。一方いままでにさほど知られていなかったものとしては、NKX2-1があげられた。FISHによる検討を行っても、NKX2-1の増幅を認め、細胞実験により、shRNAの実験で、colony formationが押さえられる細胞株、押さえられない細胞株を認めた。我々も、現在独自の研究により、NKX2-1(TTF-1)の増幅に関する研究を続行中である。我々はDana Farber Cancer Instituteとの共同実験により、肺腺癌におけるコピー数の変化をラージスケールで解析、single nucleotide polumprphism (SNP)アレイを用いて371例の検討を行ったが、このうち112例の腫瘍サンプルと37例のマッチした正常組織を、当院手術検体から解析された。増幅されている領域としてMYV, EGFR, CDK4, KRAG, ERBB2, TERTなどがあった。これまでさほど知られていないものとしてNKX-2-1が挙げられた。我々は独自の研究を進め、NKX2-1(TTF-1)の増幅に関する研究を継続中である。EGFR遺伝子増幅については、FISHによる検討を、当院手術検体を用い、予後との相関を見いだしてLung Cancer誌にアクセプトされている。
マイクロアレイを用いたヘリコバクター・ピロリの鉄欠乏性貧血関連遺伝子の研究

Helicobacter pyloriが特に小児・若年者における鉄欠乏性貧血(IDA)の発症に関連することが明らかとなった。したがって、H. pylori関連のIDAの発症機序の解明に関して、H. pyloriにIDA責任遺伝子が存在するとの仮説に立ち、その特定を目指しDNAマイクロアレイ法を用いて全H. pylori遺伝子の発現を検討した。対象はIDA小児4例および年齢と性をマッチさせた対照小児4例から分離したH. pylori株である。また、両群各2株においては、鉄欠乏条件下で培養後に同様のマイクロアレイを行い、鉄イオンによるH. pylori遺伝子の発現調節も検討した。対照株と比べて、IDA株で有意に高い発現(3.5倍以上)を示した遺伝子はHP0682、hopO、hopPなど29の遺伝子で、ceuE1、iceA、frpB2など12の遺伝子は有意に低い発現(1/3.5倍以下)を示した。中でも、外膜蛋白をコードするhopO遺伝子とhopP遺伝子は、H. pyloriにおいて鉄の取り込み機構に重要と報告されているヒトラクトフェリン結合蛋白の分子量(70kDa)にほぼ一致しており、極めて高い発現差を示したHP0682 (84倍)と共に有力なIDA責任遺伝子候補と考えられた。一方、pfr、fur、fecA、あるいはfeoBなど主要な鉄輸送・代謝関連遺伝子の発現は両群間で有意差がなく、IDAへの関与は否定的であった。さらに、vacA、cagN、babB、あるいはiceA遺伝子などいくつかの病原性関連遺伝子が有意な発現差を示し、何らかの機序でH. pyloriにおける鉄の取り込み機構に関与をしている可能性が示唆された。H. pylori関連のIDAの病態解明は、H. pyloriだけでなく、例えば腸内細菌叢の構成細菌あるいは病原性細菌がヒトの鉄代謝に及ぼす影響およびそのメカニズムを明らかにする可能性があると思われる。Helicobacter pylori (HP)と鉄欠乏性貧血(IDA)との関連が明らかとなった。申請者(研究代表者)は、HPのIDA関連遺伝子の解明を目的として、マイクロアレイを用いた遺伝子発現の研究を計画した。まず、研究計画の如く、HP感染小児より対象株の絞込みを行った。IDA群においては、出来るだけヘモグロビン(Hb)値が低い症例とし、結果として、上部消化管に潰瘍を含む出血病変がなく、便鮮血反応陰性の小児(Hb値,6-7g/dl;血清鉄,6-10μg/dl;血清フェリチン,<2μg/dl)の4株を選択した。また、コントロール群としてHP慢性胃炎の小児(Hb値,>13g/dl;血清鉄,>80μg/dl;血清フェリチン,>17μg/dl)の4株を選択した。両群ともに平均年齢は約14歳、男女比は1:1であった。updated Sydney Systemに基づき、胃粘膜生検組織の病理学的検討を行った。各パラメーターについて両群間の比較検討を予定している。マイクロアレイに関しては、選択株を液体培養(log phase)後total RNAを抽出し、電気泳動法により品質が確認された抽出サンプルよりcDNAを合成・抽出した。現在、HP26695株のゲノム情報から作成したcDNAマイクロアレイを用いてハイブリダイゼーションを行い、mRNA発現を委託解析中である。pfr、feoB、furなどの鉄代謝関連遺伝子や毒性遺伝子を中心に、発現解析を予定している。本研究は、IDAの発症機序だけでなく、HP感染症の病態におけるHP因子の解明に大きく寄与すると期待される。

平成19年度はHelicobacter pylori(HP)の鉄欠乏性貧血(IDA)責任遺伝子の特定を目指して、IDA群と対照群各4株を対象にマイクロアレイを用いてHP全遺伝子の発現を検討した。平成20年度においては、マイクロアレイのデータ解析を行うと共に、IDA群と対照群各2株を対象に鉄欠乏状態下(deferoxamine mesylate 50μM添加)で培養後に同様のマイクロアレイを行い、HP全遺伝子の鉄による発現調節も検討した。まず、計画したupdated Sydney Systemに基づく胃生検組織の病理学的検討では、各パラメーターについて両群間に有意差は認めなかった。鉄欠乏による鉄関連遺伝子の発現調節において、両群のHP株共にフェリチン遺伝子pfrはdown-regulation(0.1-0.3倍)、鉄イオン輸送蛋白遺伝子fecA1とfrpB1はup-regulation(4.0-17.3倍)と既報の結果に一致し、本マイクロアレイ法の妥当性が示唆された。通常培養条件下において、対照群と比較してIDA群で有意な高発現(3.5倍以上)を示した遺伝子は29、逆に12の遺伝子は低発現を示した。この中で、高い発現を示した外膜蛋白遺伝子hopOおよびhopPは鉄の取り込みに関与しているHPヒトラクトフェリン結合蛋白の分子量にほぼ一致しており、極めて高い発現を示したHP0682(84.0倍)などと共に有力なIDA責任遺伝子候補と考えられた。一方、pfr、fur、fecA1/2/3、feoB、およびfipB1/3など主要な鉄関連遺伝子の発現は両群間で有意な発現差がみられず、これらの既知の鉄関連遺伝子がIDAの発症に関与していることは否定的である。また、vacA、cag3、babB、あるいはiceAなどいくつかの病原性関連遺伝子が有意な発現差を示し、何らかの機序で病原性関連遺伝子がHPにおける鉄の取り込みに関与をしている可能性が示唆された。
冷熱生成のための高吸湿性ポリマーゲル型ヒートポンプの開発と性能評価

本研究は、水蒸気系吸着ヒートポンプの更なる冷熱生成性能の向上を図るために、優れた吸湿能を有する高分子ゲルを本ヒートポンプの蓄水材に適用することを提案し、その実用性を検討するものである。本年度は、最初にポリビニルピロリドン(PVP1, 2),ポリアクリル酸ナトリウム(SPA1, 2)、ポリアクリル酸(PAA)の耐久性を検証するために、吸着30°C、蒸発20°Cの温度条件下で長時間の吸湿実験を行った。その結果、各高分子ゲルの吸湿平衡量は昨年度とほぼ同量を示したが、平均分子量30,000のPVP2を除く4種の高分子ゲルは、相対水蒸気圧0.55の湿度環境下に4時間以上曝すと、当初の白色粉粒状態から水蒸気の蓄積によりゼリー状(PVP1, SPA1, SPA2)や塊状(PAA)に変化し始めることが判明し、その後、試料の真空脱気を行っても初期重量に回復しないことが分かった。つまり、これらの高分子ゲルは吸放湿操作の繰り返しにより徐々にその吸湿能が低下することを示唆している。そこで、吸湿時のマクロな状態変化が極めて少ないPVP2と比較試料のシリカゲル(SG)を蓄水材に適用した試作ヒートポンプを用いて種々の操作温度条件下で3サイクルの冷熱生成実験を行った。その結果、水/PVP2系を用いた場合でも水/SG系と同様に冷媒水蒸気の良好な吸脱着が確認でき、吸着・再生の両過程において概ね20分以内にほぼ吸放湿平衡量に到達することが分かった。また、水/PVP2系の冷熱生成性能は操作温度の影響を受けるが、吸着30°C、蒸発20°C、再生80°C、凝縮20°Cで冷凍操作を行うと最大で1.OkW/kgの冷熱を生成し得ることが認められた。これらのことからPVP2は水蒸気系吸着ヒートポンプの蓄水材として十分機能することが示唆されるが、実用性を考慮するとPVPの分子量を更にあげる必要があると考えられる。なお、水/PVP2・SG複合系の冷熱生成性能は水/PVP2単独系のそれには及ばないことも判明した。本研究は、未利用低温排熱を活用して冷熱を生成し得る吸着ヒートポンプの新たな組込み吸着系を探索することを目的に、シリカゲルなどの無機系固体吸着材と同等もしくはそれ以上の吸放湿能を有する吸湿性高分子ゲルを水蒸気系ヒートポンプの蓄水材に適用することを提案するものである。本年度は、これまでに吸湿性に優れるとの報告がある5種類の高分子ゲル:ポリビニルピロリドン架橋体(PVP1,2)、ポリアクリル酸ナトリウム架橋体(SPA1,2)、ポリアクリル酸架橋体(PAA)を用意し、それぞれに対する水蒸気吸着特性を調べた結果、次の知見を得た。1)吸着温度30°Cにおける水蒸気平衡吸着量は、何れの高分子ゲルに対しても相対圧約0.2を越える蒸気圧領域において相対圧の上昇に伴って増大する傾向にあり、相対圧0.5以上ではSPA2>PVP1>PVP2>SPA1>PAAの順に水蒸気吸着量が多いことが明らかとなった。特に、SPA2試料の相対圧0.55における水蒸気吸着量は、市販シリカゲル(比表面積819m^2/g)の約2.3倍に達した。2)蒸発温度20°C、吸着温度30°Cにおける水蒸気吸着速度は、PVP1,PVP2の場合に速く、吸着開始後1525分で吸着平衡に近づく(シリカゲルと同程度)のに対して、SPA1,SPA2,PAAの場合はその速度が遅いことが分かった。しかしSPA2の場合は、水蒸気の吸着量自体が多いため、吸着開始20分後の吸着量はシリカゲルの場合とほぼ同量であった。3)上記1,2の結果に基づき、PVP2およびSPA2試料を用いて、蒸発・凝縮温度20°C、吸着温度30°C、脱着再生温度80°Cでの冷凍操作を想定した場合の冷熱生成性能を評価した結果、PVP2で1.06kW/kg、SPA2で0.19kW/kgの冷熱出力が得られることが明らかとなった。また、PVP2の値はシリカゲルの場合の0.61kW/kgを上回っており、本高分子ゲルが水蒸気系ヒートポンプの蓄水材として十分機能し得ることが示唆された。

そこで、吸湿時のマクロな状態変化が極めて少ないPVP2と比較試料のシリカゲル(SG)を蓄水材に適用した試作ヒートポンプを用いて種々の操作温度条件下で3サイクルの冷熱生成実験を行った。その結果、水/PVP2系を用いた場合でも水/SG系と同様に冷媒水蒸気の良好な吸脱着が確認でき、吸着・再生の両過程において概ね20分以内にほぼ吸放湿平衡量に到達することが分かった。また、水/PVP2系の冷熱生成性能は操作温度の影響を受けるが、吸着30°C、蒸発20°C、再生80°C、凝縮20°Cで冷凍操作を行うと最大で1.OkW/kgの冷熱を生成し得ることが認められた。これらのことからPVP2は水蒸気系吸着ヒートポンプの蓄水材として十分機能することが示唆されるが、実用性を考慮するとPVPの分子量を更にあげる必要があると考えられる。なお、水/PVP2・SG複合系の冷熱生成性能は水/PVP2単独系のそれには及ばないことも判明した。