hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
光情報通信基盤構築に向けた変形ポテンシャル量子マイクロ構造光制御デバイスの研究

1.5層非対称結合量子井戸(FACQW)の提案と設計:通常の矩形ポテンシャル量子井戸と異なり、吸収端よりも十分に長波長側の透明波長域でも大きな電界誘起屈折率変化Δnを得ることが出来るような標記の量子井戸構造を提案した。AIGaAs系材料によるものについて具体的解析の結果、例えば吸収端よりも約40nm長波長側の830nm波長において、10kV/cmの電界で0.002程度という極めて大きなΔnが予測された。2.超高速・低電圧光変調デバイスの実現:上記FACQWの一応用として、世界最初の進行波型多重量子井戸光変調器を試作した。すなわちFACQWを20層積層した多重量子井戸層を先導波層に用い、アーム長2mmのマッハツェンダー干渉計型光変調デバイスに加工し、進行波型電極を装着した。光波長850nmにて実験し、変調遮断周波数55GHz、スイッチング電圧3Vという超高速・低電圧な特性が実測され、従来他の半導体光変調デバイスで報告されていた記録を更新した。3.5層非対称結合量子井戸の検討と改良:FACQWでのΔnは上記実験から矩形ポテンシャル量子井戸におけるΔnの数倍程度であることが判明したが、理論値よりは約1桁小さいと推定された。この差の原因を解明し差を縮めていくことは今後の大きな課題であるが、その第一歩として、5層各層の層厚変動の影響についてシミュレーション解析により検討した結果、二三の手がかりを得ることができた。併せて、Δnを増大できる、あるいはΔnの線形性を改善できる別の量子井戸構造も見出した。4.その他のポテンシャル制御量子井戸構造:電界吸収多重量子井戸光変調デバイス用に、長波長1.55μm帯でも良好に偏光無依存動作する簡易な構造の量子井戸、ならびに全ての動作電圧領域でブルーチャープを生ずるような三重結合量子井戸を、それぞれ提案、研究した。1.変形ポテンシャル5段階非対称結合量子井戸(FACQW)の提案と解析:吸収端のレッドシフトを伴わず,低電界で大きな屈折率変化をもたらす新たな標記の量子井戸構造を見い出した.また,これを歪み量子井戸化することにより,偏光依存性を低減できることも明らかにした.2.FACQWマッハツェンダー干渉計型光スイッチの試作:GaAlAs/GaAs系のFACQWを、分子線エピタキシ-(MBE)により成長し,2×2多モード干渉(MMI)カプラ二つの間に位相変調導波路を狭んだ構成のマッハツェンダー干渉計に加工して,2×2の光スイッチデバイスとした.試作素子において,吸収端から数十nm離れても十分な屈折率変化が現れ、光スイッチ動作が可能であることが実証された.3.進行波型量子井戸超高速光変調器:上記FACQWを,進行波型マッハツェンダー干渉計に加工し,光変調器を作製したところ,従来の量子井戸に基づく素子に比べ,変調電圧が数分の一に減少することが明らかになり,FACQWにおいて大きな屈折率変化の得られるという理論予測が実証された.さらに,素子の短縮化と変調マイクロ波/光波間の速度整合の結果,50GHzを超える変調周波数帯域を,同種の素子で初めて達成した.4.変形ポテンシャル量子井戸による偏光無依存化と負チャープ化:長波長1.55μm帯でも動作する,シンプルな偏光無依存変形ポテンシャル構造を新たに提案,解析した.また,電界吸収変調器で,全ての動作電圧領域で負チャープを与える変形ポテンシャル量子井戸構造も提案した.現在,これらを実験的に検証せんとしている.

1.超高速・低電圧光変調デバイスの実現:吸収端よりも十分に長波長側の透明波長域で大きな電界誘起屈折率変化を得ることができる5層非対称結合量子井戸(FACQW)を応用して、これを20層積層した多重量子井戸層を光導波層に用い、アーム長2mmのマッハツェンダー干渉計型光変調デバイスに加工し、進行波型電極を形成した。これは世界最初の進行波型多重量子井戸光変調デバイスであるだけでなく、変調遮断周波数55GHz、スイッチング電圧3Vという超高速・低電圧特性値が実測され、従来の他の半導体光変調デバイスで報告されていた記録を更新した。2. 5層非対称結合量子井戸の解析と改良:FACQWでの電界誘起屈折率変化△nは、上記実験から矩形ポテンシャル量子井戸における△nの3倍程度であることが判明したが、理論値よりは約1桁小さいと推定された。この差の原因を解明し差を縮めていくことは、今後の大きな課題であるが、その第一歩として、5層各層の層厚変動の影響についてシュミレーション解析を行った。その結果、中央部の三つの薄い層(二つの障壁層と一つの井戸層)の厚さの変動の影響よりも、むしろ両端部の二つの厚い井戸層の厚さの変動の影響の方が大きく、厚さが1モノレイヤー変動しても△nが数分の1に低下する場合が生じ得ることが判明した。併せて、△nをより大きくできる、あるいは△nの線形性を増大できる二、三の新しい量子井戸構造を見出した。3.長波長帯用光制御デバイス作製法の研究:長波長帯用変形ポテンシャル量子マイクロ構造光制御デバイスの作製のための分子線エピキタシー装置の整備を進めると共に、メタン・水素/酸素交互供給によるInPのECR-RIBEエッチングについて研究し、良好な表面平滑性と端面垂直性を得るためのプロセス条件を確立した。
多元環上の表現の研究

環上の加群の導来カテゴリー間の導来カテゴリー同値を特徴付けるものとして、ティルティング鎖複体いうものがある。環拡大0→A→Λに対して、A上のティルティング鎖複体T^・のねじれ積拡大T^・【cross product】^L_AΛがいつΛ上のティルティング鎖複体になるか、また、End_<D(ModA)>(T^・)→End_<D(ModA)>(T^・【cross product】^L_AΛ)がいつ環拡大になるかという問題に対して、次の結果を得た。3.環拡大を保つねじれ積拡大ティルティング鎖複体T^・【cross product】^L_MΛが引き起こす環上の加群の導来カテゴリー間の導来カテゴリー同値のもとでは、環のフロベニウス拡大という条件は不変であることを示した。
オンデマンドゲノム編集技術の開発と実験動物学への応用

本研究は、オンデマンドゲノム編集システムの開発と、その応用である生殖不全マウスの重点解析を2つの大きな柱にして研究を進めている。さらにサブテーマを設けて目標を明確にし、連携研究者を担当者に配置することで、問題点の早期発見・解決および効率的に研究を推進している。平成30年度もCRISPR/Cas9システムゲノム編集システムの改良を中心に進めた。従来のCas9システムでは標的20塩基に加えて直下のPAM配列(NGG)を認識し、Cas9タンパク質により標的配列を切断するため、PAM配列が標的選びを制限する問題があった。そこで東京大学で作製された改良型spCas9 (NGGではなくNGNをPAM配列とする)を用いてゲノム編集動物作製効率を検討した。残念ながら受精卵への前核注入やエレクトロポレーション(EP)では、種々の条件を試したもののゲノム編集マウスを得ることはできなかった。一方、ES細胞では、頻度は劣るもののゲノム編集クローンを樹立することができたことから、標的配列の選択幅が広がった。また胚性致死遺伝子の生後機能解析に有効なキメラ解析を達成するために、ミトコンドリアが赤色、先体が緑色蛍光で標識された精子を作るトランスジェニックマウス系統からES細胞を樹立した。その応用として、胚性致死遺伝子であるHydinを欠損したES細胞がキメラ動物内では精子に分化できることを示した。さらに、Hydin欠損細胞由来の精子は鞭毛形成異常を示すことを明らかにして論文報告した。他にもCmtm2やGk2など、雄性不妊となる遺伝子の同定に成功し、論文報告している。改良型Cas9をES細胞に応用することで、従来は切断できなかったGGを持たない繰り返し配列などもゲノム編集できるようになった。NGN型Cas9については共同研究成果としてScience誌に報告した。また遺伝子破壊により雄性不妊となる遺伝子群について、複数論文報告した。引き続き、ゲノム編集技術の開発とその応用による生殖関連遺伝子機能解析を行う。特にNG型Cas9については、spCas9に加えてsaCas9についても改良を加えて検討を続け、全ての配列に対応するゲノム編集システムの構築を目指す。なお、汎用性を高めるために、受精卵EPによるゲノム編集動物作製の効率化にも取り組む。さらにサブテーマを設けて目標を明確し、連携研究者を担当者に配置することで、問題点の早期発見・解決および効率的に研究を推進している。平成29年度はオンデマンドゲノム編集システムの開発を中心に進めた。CRISPR/Cas9システムでは、sgRNAにより標的20塩基に加えて直下のPAM配列(NGG)を認識し、Cas9タンパク質により標的配列を切断する。従来のCas9システムではPAM配列が標的選びを制限すること、またオフターゲット切断のリスクが問題視されていた。そこで東京大学で作製された改良型Cas9を用いて、HEK293培養細胞において切断活性を検討した。その結果、NGNをPAM配列とする改良型Cas9を用いたゲノム編集に成功した。オフターゲット切断については、顕著な上昇は認められなかった。また我々はsgRNAではなく、crRNA/tracrRNAとCas9蛋白質を混合し、エレクトロポレーションにより導入することで受精卵ゲノム編集の効率化を行った。単なる切断変異に加えて、鋳型となるDNAを同時に導入することで点変異やタグ挿入、さらにはEGFPなどのレポーター遺伝子の挿入が行える条件を検討した。点変異やタグなどは合成オリゴDNA、EGFPなどのレポーターには長い一本鎖DNAが適していることを見出した。なお我々が試した限りでは、ガラス管を用いて二本鎖DNAを前核注入する方法が一番相同組み換え効率が高かった。改良型Cas9が培養細胞で活性を示すなど、予定どおりの成果を挙げている。なおES細胞を用いたゲノム編集により、精子鞭毛蛋白質TCTE1のFLAGタグ化と解析に成功しており、PNAS論文発表に貢献した。

改良型Cas9をES細胞に応用することで、従来は切断できなかったGGを持たない繰り返し配列などもゲノム編集できるようになった。NGN型Cas9については共同研究成果としてScience誌に報告した。また遺伝子破壊により雄性不妊となる遺伝子群について、複数論文報告した。引き続き、ゲノム編集技術の開発とその応用による生殖関連遺伝子機能解析を行う。なお、通常は1箇所切断による数塩基の挿入・欠損(Indel)によるフレームシフト変異で遺伝子破壊を行うことが多いが、その場合には第二ATGから翻訳を開始したり、スプライシングの異なる新規mRNAが出現したりすることで、機能補完するケースがあることを見出した。そこで今後は、開始コドンと終始コドンの2箇所を切断してコーディング領域を抜き取るアプローチにすることとした。特にNG型Cas9については、spCas9に加えてsaCas9についても改良を加えて検討を続け、全ての配列に対応するゲノム編集システムの構築を目指す。なお、汎用性を高めるために、受精卵EPによるゲノム編集動物作製の効率化にも取り組む。
計算機によるプラズマモデリング

A.マクロスケール粒子シミュレーションに関する成果としては、(1)3次元円筒系マクロスケール粒子コード(MACROS)によるFRCプラズマ傾斜不安定性の運動論的効果による安定化の証明、(2)ジャイロ運動論粒子コードによるヘリカル・キンク不安定性の再現、(3)実・フーリエ空間併用解法を用いた3次元マクロスケール粒子コード(MACROS)の開発(トーラス形状での輸送研究の準備)などが挙げられる。B.3次元MHDシミュレーションに関しては、(1)ヘリカル系プラズマの磁気面破壊によるベータ限界の定量的解明、(2)プラズマ流駆動型磁気リコネクションにおける圧縮性効果の研究、(3)η_iモードのシミュレーション解析、(4)スフェロマク・プラズマの階段状緩和過程の研究、(5)MHDエネルギー緩和現象の統一理論の提唱などが挙げられる。さらに、周辺プラズマの物理に関しては、MHDモデルをたてRFPプラズマへの応用が行われた。とくに、A(1)では、FRCプラズマにおいて傾斜不安定性が致命的であると予測する磁気流体理論と対照的に、傾斜不安定性がイオン軌道効果により安定化されることをマクロスケール粒子シミュレーションにより示した。これは昨年までの応用に続き、MHDスケールでの運動論的現象におけるマクロスケール粒子コードの有用性を示す極めて良い例であるといえる。さらに、B(5)においては、過去の3次元MHDシミュレーション・データの解析により、初期にプラズマがもつ磁気ヘリシティの量に応じてエネルギー緩和過程が大局的および部分的緩和に分類されること、この大局的および部分的緩和過程はそれぞれ初期磁力線が反平行、(近)平行である配位に対応し、前者の場合、磁気ヘリシティは保存されるが、後者では保存されないことが証明された。
電気化学的手法による強磁性金属および化合物半導体ナノワイヤーの作製

直径30nm,100nm,200nm,800nmの円柱状ナノポアーを有するメンブレンフィルター中に、純Niナノワイヤーを電析成長させることに成功した。得られた純NiナノワイヤーをSEM観察した結果、ナノワイヤーの形状は、テンプレートの形状を精密に反映しており、高アスペクト比形状を有していることが判明した。また、このNiナノワイヤーを高密度に配列させたナノワイヤーアレイ電極を作製し、カソード分極曲線を測定した。その結果、平板状の電極と比較して、10倍ほどの表面積増大効果が認められた。更に、Ni薄膜、直径100nmのNiナノワイヤーアレイ、直径30nmのNiナノワイヤーアレイの磁化曲線を測定した。膜面に対して垂直方向に磁場を印加した場合、Ni薄膜に比べNiナノワイヤーアレイでは小さな外部磁場で飽和磁化に達し、また、ナノワイヤーの直径が小さくなるにつれ角型比が1に近づき、保磁力が増加することが判明した。これは大きなアスペクト比を有するナノワイヤー特有の形状効果および多磁区構造から単磁区構造への磁区構造の変化が主要因と考えられる。また、純Co、純Fe、Ni-Fe合金でも同様の実験を行ったところ、同様の傾向が得られた。一方、水溶液から電析可能な化合物半導体についても上述のテンプレート法による半導体ナノワイヤーの作製を試みた。ZnTe合金の最適電析条件を調査した結果、電析時の陰極電位が-0.6-0.7V(vs.Ag/AgCl)の時に、ZnとTeが1:1で共析する化学量論組成となることが判明した。また、電析時の電解液温度が80°C以上の場合、ZnTe(111)が優先配向した結晶性の良い電析物が得られた。分光光度計でバンドギャップを測定した結果、約1.83eVであり、電析物が半導体的性質を示すことが判明した。ナノワイヤー作製の為のテシプレートとしてポリカーボネート製メンブレンフィルター(孔経:100150nm,深さ:6000n,孔密度:10^8pore/cm^2)を使用した。厚さ約100200nmの金薄膜をメンブレンフィルターの片面にスパッタコーティングし電極とした。Ni浴(NiSO_4:120g/L, H_3BO_3:45g/L),Co浴(CoSO_4:120g/L, H_3BO_3:45g/L)およびFe浴(FeSO_4:120g/L, H_3BO_3:45g/L, pH2)を合成した。ナノワイヤー析出の最適電位領域を決定するために,各々の浴で分極曲線を測定した。その結果,ナノワイヤーとして電析可能な電位領域は-0.8V-1.5V付近であると推定された。定電位法によりナノワイヤーを電析成長させ,この際,電流の経時変化を測定し,ナノワイヤーの成長過程を追跡した。Niの場合,-0.9Vの電位では,ポア中への充填時間が極めて長く,約3000secを要し,成長速度は2.0nm/sec程度と推定された。一方,-1.2Vの電位では,充填時間は約300secであり,成長速度は20.0nm/sec程度と推定された。金スパッタ薄膜上に配列しているナノワイヤーのみを観察するために,有機溶媒によりポリカーボネートのメンブレン部分のみを溶かして電子顕微鏡観察用の試料とした。SEM像から電析ナノワイヤーの直径や長さを測ったところ,テンプレートであるメンブレンフィルターのポアー形状と一致しており,高アスペクト比のナノワイヤーが均質に成長していることが判明した。また,TEM明視野像から,ナノワイヤーの直径は120nm程度であることが明らかとなった。さらに,SEM電子線回折のスポットパターンから,Ni, CoおよびFeナノワイヤーの何れについても単結晶組織であることが判明した。

ZnTe合金の最適電析条件を調査した結果、電析時の陰極電位が-0.6-0.7V(vs.Ag/AgCl)の時に、ZnとTeが1:1で共析する化学量論組成となることが判明した。また、電析時の電解液温度が80°C以上の場合、ZnTe(111)が優先配向した結晶性の良い電析物が得られた。分光光度計でバンドギャップを測定した結果、約1.83eVであり、電析物が半導体的性質を示すことが判明した。
小胞体トランスロコンを介した膜トポロジー形成機構

細胞及び細胞内小器官を取り囲む生体膜に埋まり込んでいる「膜タンパク質」は、膜内外の物質輸送、情報交換、膜構造の形成・維持に機能している。細胞内に存在する膜タンパク質の半分以上が、小胞体タンパク質膜透過チャネル(トランスロコン)を介して膜に組み込まれる。本研究では、膜貫通配列の小胞体膜組み込み制御系を構築し、組み込み過程を詳細に解析することで、膜貫通の方向性(膜トポロジー)の形成過程、及びトランスロコンの活動時の挙動に関する知見を得た。1.我々が構築した膜蛋白質のキメラ体を用いて、膜貫通配列2本および膜透過途中の親水性配列2本が膜を貫通した新規膜組み込み中間状態を形成できている。2本の親水性配列の分子環境を調べるために部位特異的化学架橋実験を行ったところ、両方とも膜透過チャネル(トランスロコン)本体であるSec61αと近接していることが分かった。Sec61α単独では孔のサイズも小さくこれらを許容できないが、Sec61α同士もしくは別の因子との会合によって膜内に比較的大きな親水環境を形成していることが示唆された。(論文投稿中)2.アミノ末端側を膜透過させる膜貫通配列(SA-I)について、アミノ末端側ドメインにストレプトアビジンと親和性の高い配列(SBPタグ)を付加することで、これらの相互作用によりアミノ末端を細胞質にトラップし膜透過を阻止できる。SBPタグを部分的に削ると親和性が低下し膜透過阻止効果も減少するが、この時の親和性をSPR法によって正確に測定し、膜透過反応における速度論的パラメータを取得した。(論文投稿準備中)3.アンフォールディングに必要な物理的力が測定されているtitinタンパク質の127ドメインをSA-Iのアミノ末端側に付加しても、これらを小胞体内腔へと膜透過できる。アンフォールディングしやすい変異体ほど膜透過しやすいことから、ほどけて紐状態になりつつ膜透過すると予想された。またSA-1の膜貫通ヘリックス形成を妨げる変異により膜透過効率が低下することから、SA-1がヘリックスを形成しつつ脂質環境に落ち着く際の安定化エネルギーが膜透過の駆動に作用することが示唆された。(論文投稿準備中)1.小胞体における膜タンパク質の膜への組み込みは,トランスロコンと呼ばれるタンパク質膜透過チャネルを介して行われる。ポリペプチド鎖がトランスロコンを通過する際の挙動解析を目的として,粗面小胞体を添加した無細胞タンパク質合成系において膜透過を任意に停止・再開できる新規制御系を構築した。またこの膜透過制御系を利用して,膜貫通配列2本および膜透過途中の親水性配列2本が膜を貫通したままの,複雑な膜組み込み中間状態を形成できた。この2本の親水性配列が共にトランスロコン本体であるSec61複合体と近接していることも,分子間架橋実験より明らかとなった。1個のSec61チャネルのみでトランスロコンとしての機能を発揮できるとしたモデルが以前の報告で提唱されているが,本結果はトランスロコンが単一のチャネルのみでは説明できないほどフレキシブルであり,多くのポリペプチド鎖を許容できることを示唆している。(Kida, et. al.,J.Cell Biol.179,1441-1452,2007)2.膜タンパク質は,各膜貫通配列が順次トランスロコンから脂質環境へと横方向に送出されることで膜に組み込まれていく。膜貫通配列の膜脂質すなわち疎水環境への配置を,部位特異的に導入したシステイン残基に対するマレイミド試薬の反応性から検定する実験系を立ち上げた。この系を用いて,膜貫通配列が脂質環境に埋まり込んでいく過程の詳細について解析を行っている。3.トランスロコン関連タンパク質,ヒトSec62並びにSec63の機能解析を目的として,各タンパク質の293-H細胞由来の安定発現株からSec62またはSec63と共精製されるタンパク質の探索を行い,数種のタンパク質が同定された。これらのcDNAも取得できており,個々の相互作用及び複合体状態の解析に着手している。●アミノ末端側をオルガネラ内腔に配置する膜貫通配列(I型シグナルアンカー(SA-I)配列)の小胞体膜組み込みにおいて、アミノ末端側ドメインは合成完了後に膜透過する。我々は以前に、このドメインにストレプトアビジン(SAv)との親和性の高い配列(SBPタグ)を融合することで、細胞質側に添加したSAvによって膜透過を一時停止できることを報告した。この膜透過はSAvの濃度依存的に阻害されるが、膜透過のSAv感受性から透過駆動力を見積もる実験系を立ち上げ、膜透過におけるSA-I配列の作用を調べた。その結果、SA-I配列へのプロリン残基挿入、及びSA-I配列とSBPタグとの距離を広げることで、透過駆動作用が著しく減少した。これら0結果は、SA-I配列がその上流の一定範囲の膜透過に直接関与する可能性を示している。(Kida, et.al, JBC 2009)

●小胞体における膜タンパク質の組み込みは、各膜貫通配列がタンパク質膜透過チャネル(トランスロコン)から脂質環境へと横方向に離脱していくことで起こると考えられている。我々が構築した膜組み込み中間状態形成技術と、部位特異的に配置させたシステイン残基への化学修飾性からその領域の水環境を検定する方法を組み合わせることで、SA-I配列がトランスロコン内親水環境から脂質内疎水環境へと移行する過程の追跡が可能となった。また同様の実験から、トランスロコンにおいて少なくともポリペプチド鎖2本分の親水環境が形成されうることが示され、活性状態では予想以上のキャパシティーを発揮することが示唆された。(Kidaら、投稿準備中)
＂管足＂を利用した新しい移動方法を有するマイクロ体内ロボットの開発

次世代の医療技術としてカプセル内視鏡などのマイクロ体内ロボットが高く期待されている.本研究ではマイクロ体内ロボットの新しい移動方法として,ヒトデなどの棘皮動物が有する"管足"に着目している.管足は柔軟な筒状の器官であり,その内部に液体を出し入れすることで変形する.管足の片側には液体を移送するための袋状の瓶嚢が,もう片方には吸盤があり対象物に吸着することができる.瓶嚢を送液機能,管足を変形機能,吸盤を吸着機能とする管足アクチュエータを開発し,マイクロ体内ロボットの移動方法に利用することで臓器の隙間をかき分けるような移動が可能となる.マイクロ体内ロボットの移動方法としては体外で発生させた磁場を利用する方法が検討されているが,この方法では意図しない磁場が発生した場合にロボットが臓器に衝突することで臓器が傷つく可能性が考えられる.また,ロボットを一定の場所に停留させるためには複雑な磁場制御が必要である.この管足アクチュエータは液体の移送で変形する柔軟な構造であるため,臓器を傷つけることがない.また吸盤による吸着を利用するため,一定の場所に停留するために複雑な制御を必要としない.平成26年度は,昨年度の送液機能,変形機能の開発に引き続いて,吸着機能としての吸盤の開発を行った.吸盤は,管足部の先端に取り付けられ,内部が液体で満たされたときの管足部の変形により対象物に押し付けられる構造とした.この構造により管足部が変形状態から元の状態に戻るときに対象物への吸着が可能となる.吸盤には生体適合性と柔軟性が必要であるためシリコーン樹脂をその素材とし,ポリアセタール樹脂製の鋳型に流し込む鋳造方式で製作することで吸着を実現した.これまでに検討した機能を一体化した管足アクチュエータをマイクロ体内ロボットの周囲に複数配置し,それらを規則的に動作させることによって,体内での自由な移動が実現できる.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は,ヒトデなどの棘皮動物が有する管足を利用した新しい移動方法により,体内で臓器の隙間をかき分けるように移動するマイクロ体内ロボットを開発することである.この移動方法を用いることで,磁場を用いた従来の移動方法では実現が難しい生体組織を傷つけない移動と容易な制御による一定の場所への停留が可能となる.このロボットを利用することで,体内での診断や治療を行うことが出来れば,病変の早期発見や効果的な治療が期待できる.管足は細長い管状の器官であり,筒内部に液体を出し入れする瓶嚢,停留するための吸盤がその両端に接続された柔軟な構造であり,液体の移送により移動することが可能である.平成25年度は移動するために重要となる送液機能と変形機能を開発した.送液機能は管足内に送る液体を蓄えるタンク部と,タンク部を圧縮変形させることで液体を送り出す圧縮部から構成した.これら2つはポリアセタール樹脂で製作した鋳型にシリコーン樹脂を流し込む鋳造方式で製作し,圧縮部には体内ロボットの制御回路から電気的に制御できるように形状記憶合金の1種であり,通電によって変形するバイオメタルファイバーを利用した.これにより通電時間に対して線形に変形し,タンク部を圧縮させることができた.変形機能は鋳造方式で製作した厚みの異なる2枚のシリコーンシートを組み合わせて中空構造とすることで製作した.シートの厚みによって,中空構造の内部に液体を満たした時の変形量が異なることを利用して1方向への屈曲変形を実現し,その変形量と発生力を注水量に対して線形に変化させることができた.これら2つの機能を組み合わせることで管足での移動において最も重要となる液体の移送で変形する管足アクチュエータを実現することができる.管足アクチュエータを体内ロボットに複数個配置して,それぞれを規則的に変形させることで,棘皮動物と同様に移動が可能となる.次世代の医療技術としてカプセル内視鏡などのマイクロ体内ロボットが高く期待されている.本研究ではマイクロ体内ロボットの新しい移動方法として,ヒトデなどの棘皮動物が有する"管足"に着目している.管足は柔軟な筒状の器官であり,その内部に液体を出し入れすることで変形する.管足の片側には液体を移送するための袋状の瓶嚢が,もう片方には吸盤があり対象物に吸着することができる.瓶嚢を送液機能,管足を変形機能,吸盤を吸着機能とする管足アクチュエータを開発し,マイクロ体内ロボットの移動方法に利用することで臓器の隙間をかき分けるような移動が可能となる.マイクロ体内ロボットの移動方法としては体外で発生させた磁場を利用する方法が検討されているが,この方法では意図しない磁場が発生した場合にロボットが臓器に衝突することで臓器が傷つく可能性が考えられる.また,ロボットを一定の場所に停留させるためには複雑な磁場制御が必要である.この管足アクチュエータは液体の移送で変形する柔軟な構造であるため,臓器を傷つけることがない.また吸盤による吸着を利用するため,一定の場所に停留するために複雑な制御を必要としない.

平成26年度は,昨年度の送液機能,変形機能の開発に引き続いて,吸着機能としての吸盤の開発を行った.吸盤は,管足部の先端に取り付けられ,内部が液体で満たされたときの管足部の変形により対象物に押し付けられる構造とした.この構造により管足部が変形状態から元の状態に戻るときに対象物への吸着が可能となる.吸盤には生体適合性と柔軟性が必要であるためシリコーン樹脂をその素材とし,ポリアセタール樹脂製の鋳型に流し込む鋳造方式で製作することで吸着を実現した.これまでに検討した機能を一体化した管足アクチュエータをマイクロ体内ロボットの周囲に複数配置し,それらを規則的に動作させることによって,体内での自由な移動が実現できる.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。平成25年度には管足の変形機能,瓶嚢の送液機能,吸盤の吸着機能を一体化させた管足システムを開発し,生体組織として鳥の肝臓上で移動させることが目標であったが,達成することが出来なかった.その理由は小型,柔軟構造での送液機能の開発に時間を要したためである。送液機能の開発に時間を要したことから,当初の研究計画に対して遅れが発生している.平成26年度では,まず遅れを取り戻すために早急に吸着機能を開発することを目標とする.開発方法は送液機能や変形機能と同様に鋳造方式によるシリコーン樹脂の成形である.そして,平成25年度の研究成果である変形機能,送液機能と一体化させることで管足システムとしての移動を実現させる.また,管足システムによる自由な移動を実現するためには,体内ロボットへの取り付け方と動かし方が重要である.そこで吸着機能の開発と同時に,管足システムの動かし方も検討する.
個体・集団レベルの生命現象における能動的揺らぎと応答の関係

生物個体・集団が示す能動的揺らぎと応答の関係を解明することを目的とし,走光性を有するボルボックスを用いて,光刺激に対する応答と刺激がないときの揺らぎの関係について調べた。その結果,速度揺らぎの大きい集団ほど光刺激に対して大きな応答を示すことが分かった。本研究で得られた揺らぎと応答に関する様々な実験式や係数は,本研究で構築した系が生物集団の統計力学的性質を探るためのプロトタイプとして有用であることを示している。個体・集団レベルの生命現象を物理的に解明するためには,生命現象特有の“揺らぎ"と外力に対する“応答"の関係を明らかにすることが不可欠である。そこで本研究では,水溶液中を自発的に運動するボルボックス個体を能動的粒子とみなし,個体・集団レベルの生命現象を理解するためのプロトタイプとなり得るモデル実験系を構築した。ボルボックスが有する走光性を利用し,生物個体・集団が示す能動的揺らぎと応答の関係を解明することが,本研究の目的である。前年度の結果を踏まえ,光刺激を加えた時のボルボックス集団の速度変化から易動度(応答関数)を求め,刺激なしのときの揺らぎと比較した結果,速度揺らぎの大きい集団ほど光刺激に対する応答が大きいことが分かった。また,測定結果に基づき,ボルボックス集団の応答と揺らぎおよび両者の関係を表す実験式を得ることに成功した。本研究は,微生物が示す能動的揺らぎと応答を系統的に測定し両者の関係を示した最初の例といえる。本研究により,ボルボックス集団は,荷電ブラウン粒子系と極めて類似した性質と明らかに異なる性質を併せ持つことが分かった。これらの成果は,能動的粒子系に潜む普遍性を探る上で,本研究で構築した系が優れたプロトタイプとなり得ることを示している。今後は,本研究で得られた実験式の物理的および生物的意味の解明や,適応現象などについて研究を進める必要がある。本研究を発展させることで,“能動的粒子系の統計力学"が構築できれば,“温度差で生じる熱流"や“化学ポテンシャルの差で生じる物質流"という考え方を,生物個体や集団の動きはもとより,生態系や社会の動きに対しても応用できる可能性がある。平成23年度は,光刺激に対するボルボックスの応答を観測するための測定系を構築し,正弦波光刺激を与えた場合の運動と,刺激なしの場合の運動の観測を行った。幅5mm程度のシート光を試料容器の双方向から照射し,ボルボックスの散乱光を観測することにより,ボルボックス個体の運動を鮮明に捉えることが可能となった。これにより,画像取得から1個体の速度の算出までをほぼ自動化することに成功し,大量のデータ解析が可能となった。この測定システムを用いて,双方向からの光強度の勾配が正弦波となる刺激を与え,その周波数を変化させることで,光刺激に対する周波数応答関数を得ることに成功した。さらに,刺激なしの場合の揺らぎを観測した結果,ボルボックスが示す能動的揺らぎと光刺激に対する応答には,揺動散逸関係に類似した関係があることを示唆する結果が得られた。この結果は,生物が示す"能動的揺らぎ"と"外力に対する応答"にも,熱揺らぎに起因した物理現象と類似の関係が存在する可能性を示唆している。この結果の確証を得るためには,今後揺らぎの大きさを広い範囲で系統的に変化させて測定を行う必要がある。また,擬二次元的に閉じ込めた容器内では,ボルボックス個体の運動に概ね5つのパターンが現れることを発見した。さらに,速度の時間変化を詳細に調べた結果,ボルボックスの自発運動の変化を,速度が速いfast状態と速度が遅いslow状態の2状態遷移と捉えることが可能であることを突き止めた。状態遷移率の個体数密度依存性から,運動状態の遷移には個体間の流体力学的相互作用が影響していると考えられる。前述の3次元系および後述の擬2次元系の結果は,個体・集団レベルの生命現象における統計力学的性質を探るにあたり,ボルボックスを用いた本実験系が有益なプロトタイプとなり得ることを示している。当初の計画通り測定系を構築し,光刺激に対する周波数応答関数および刺激なしの場合の揺らぎについてのデータを得ることができていることから,おおむね順調に進展しているといえる。今までに得られた"能動的揺らぎと応答の関係"に関する結果の確証を得るために,揺らぎの大きさをより広い範囲で系統的に変化させて測定を行うとともに,次年度に予定していた個体間相互作用の定量化に着手する。次年度使用額は,ボルボックスの培養に必要な消耗品の購入サイクルのずれにより生じており,次年度においてこれらの購入費として用いる。
悪性胸膜中皮腫に対する硼素中性子捕捉療法による新規治療法の開発

手術不能である悪性胸膜中皮腫に対する新規治療方法として、硼素中性子捕捉療法の適用が可能であるか否かの基礎的検討を実施した.悪性中皮腫モデルマウスを用いて硼素中性子捕捉療法が重篤な肺障害を与えず、中皮腫の縮小効果と生存期間を延長させることを明らかにした.また、治療計画研究を実施し正常肺への耐容線量以下で、腫瘍に対して治療効果が期待される線量を投与することが可能であることを明らかにした.手術不能である悪性胸膜中皮腫に対する新規治療方法として、硼素中性子捕捉療法の適用が可能であるか否かの基礎的検討を実施した.悪性中皮腫モデルマウスを用いて硼素中性子捕捉療法が重篤な肺障害を与えず、中皮腫の縮小効果と生存期間を延長させることを明らかにした.また、治療計画研究を実施し正常肺への耐容線量以下で、腫瘍に対して治療効果が期待される線量を投与することが可能であることを明らかにした.硼素中性子捕捉療法の悪性胸膜腫中皮腫に対しての、新規治療法の開発において必要となる悪性胸膜中皮腫モデルマウスの作成は、ヌードマウスにヒト悪性胸膜中皮腫細胞MSTO-211H細胞を同所性に胸腔内に移植することにより成功した。腫瘍の生着率を検討したところ、移植した13匹、全マウスに腫瘍が認められた。平均生存期間は32日であり、約40日で全マウス死亡した。この悪性胸膜中皮腫モデルマウスを使用して、硼素中性子捕捉療法の臨床試験で使用されている硼素化合物であるboronophynyl alanineを用いて、薬理動態の検討と、治療実験を現在施行中である。薬理動態の検討の1つとして、固定粒子線飛跡解析として、CR-39フィルムによるNeutron capture radiographyの手法で、硼素化合物のBPAを腹腔内投与した場合の腫瘍と周囲の正常組織との硼素化合物の集積比を評価した。その結果、腫瘍に対して周囲の心臓、肝臓より高濃度にBPAが集積し、高密度に粒子線が照射されることを確認した。マウス正常肺の硼素中性子捕捉療法による影響に関して、晩期の有害事象として肺線維化を指標として検討した。非処置対照群、ガンマ線照射群、中性子照射群、硼素中性子捕捉療法群の4群にわけて、処置6ヶ月後の肺組織の線維化を病理組織学的に検討した。硼素中性子捕捉療法群では、対照群、ガンマ線照射群と比較して肺の線維化が優位に増強している所見は認められなかった。平成19年度は、平成18年度に作成した悪性胸膜中皮腫モデルマウス(ヒト悪性胸膜中皮腫細胞MSTO-211H細胞を胸腔内に同所性移植することにより作成)を使用し、薬理動態の検討と、治療実験を施行した。薬理動態の検討として、悪性胸膜中皮腫マウスに臨床試験で使用されているボロノフェニルアラニン(Boronophenylalanine;BPA)を350 mg/kgの用量で腹腔内投与し、2時間後の腫瘍/肺の硼素濃度比を測定した。次に、臨床においては、腹側,背側からの2門照射が必要なため、5時間間隔でBPA(350mg/kg)を2回投与し、2回目の投与後2時間後の腫瘍/肺の硼素濃度比を検討した。それぞれの集積比は、2.2±0.8、2.4±0.4であった。硼素中性子捕捉療法(Boron Neutron Capture Therapy;BNCT)の治療実験は、悪性胸膜中皮腫マウスを非照射対照群、中性子照射群、BNCT群の3群にわけ、各処置12日後に犠牲死させ、腫瘍の重量を測定・比較することにより治療効果を検討した。BNCT群の治療方法は、薬理動態の検討と同じスケジュール・投与量(5h間隔、BPA 350 mg/kg2回投与)でBPAを投与し、各投与2時間後に腹側と背側の2門照射でそれぞれ熱中性子線を1時間照射した。各群の腫瘍重量は、対象群が、359.4±227.9mg,中性子照射群が214.8±95.6mg,BNCT群が71.3±40.9mgと、BNCT群に腫瘍縮小の明らかな治療効果を認めた。平成18年度に明らかにしたマウス正常肺にBNCTが重篤な肺線維化を示さない結果と本年度の治療効果の確認と併せて、悪性胸膜中皮腫に対するBNCTは有望な治療方法になり得る可能性があることが確認された。平成20年度は、中性子線照射を予定していた日本原子力機構研究炉JRR4がトラブルのため運転を休止したため、予定していた中性子照射実験は全て取りやめとなった。平成18年度、平成19年度における悪性胸膜中皮腫モデルマウスを用いての基礎的検討と平成17年に1例アスベスト誘発悪性胸膜中皮腫に対する硼素中性子捕捉療法(Boron neutron capture therapy,以下BNCT)の臨床経験を踏まえて、本年度は、今後予定している手術不能悪性胸膜中皮腫に対するBNCT臨床試験のプロトコル作成のための治療計画研究を施行した。この治療計画研究においては、京都大学原子炉実験所に設置されるサイクロトロン加速器によるBNCT(加速機BNCT)の有用性を京都大学原子炉実験所研究炉における原子炉によるBNCT(原子炉BNCT)と比較検討した。

悪性胸膜中皮腫6症例の治療計画結果を解析し照射時間、腫瘍、周囲正常組織の線量分布を比較した。線量制限として、患側肺の平均線量を5.0 Gy-Eqに設定した場合、腫瘍への平均線量は原子炉BNCTで19.9 Gy-Eq、加速器BNCTで20.2 Gy-Eqあった。加速器中性子源では、原子炉中性子源の約4.3倍の線源強度が達成されていることから、総照射時間に大きな差異を認めた。原子炉BNCTの照射時間が平均135分に対し、加速器BNCTでは平均30分の照射時間であった。加速器BNCTは原子炉BNCTにおいては、体位再設定の時間を考慮しても1時間以内で治療の終了が可能であることが判明した。多方向照射が必要である悪性胸膜中皮腫に対するBNCTとして加速器BNCTは臨床的に極めて有望であり、加速機を中性子源にすることにより既存の医療施設においてBNCTを施行することの将来展望が開けたといえる。
モデル合金触媒における動的表面構造変化と反応性に関する研究

今年度は雰囲気光電子分光法を用いて、以下のテーマに関して、反応条件下での表面合金系の電子状態および表面組成を調べた。特に、表面酸化状態変化に伴う表面組成(構造)の変化と反応活性の相関に着目して研究を行った。(1)銅ー亜鉛表面合金系での二酸化炭素の水素化反応単結晶銅表面に亜鉛を蒸着することにより、銅ー亜鉛表面合金を作製し二酸化炭素の活性化および水素化反応を調べた。二酸化炭素雰囲気下における表面では、まず二酸化炭素からカーボネートおよび酸素が形成される。それに伴って、亜鉛が選択的に酸化され表面に酸化亜鉛として析出する。また、0.4 mbar程度の水素雰囲気下では水素化反応は起こらず、反応ガスに0.05 mbarの水を添加するとカーボネートの水素化が起こり表面にフォルメート(HCOO)が形成されることが明らかとなった。このことは、二酸化炭素の水素化には水が重要な役割を果たしていることを示唆している。(2)イリジウムーパラジウム表面合金の酸化還元反応活性評価Pd(110)表面にIrを蒸着することにより表面合金を形成し、酸素による酸化、およびメタンによる還元に対する反応活性を調べた。1 mbar酸素雰囲気中において、Pd(110)は基板温度600 K付近で酸化が進行するのに対して、Ir-Pd(110)は室温でIrが酸化され表面に酸化イリジウム薄膜が形成されることが分かった。また、0.4 mbarメタン雰囲気中においても、酸化Pd(110)表面よりも、IrO2-Pd(110)のほうが低温で反応が進行し、最終的には金属状態まで還元されることが分かった。以上の結果から、Pd(110)にIrを蒸着することにより酸化還元反応活性が著しく向上し、室温で酸素およびメタンとの反応が進行することが明らかとなった。2018年6月に異動があり研究環境を新たに整える必要が生じたため、当初の計画と比べて若干の遅れが生じている。しかしながら、研究自体は成果が挙がっており、今後も異動によって遅れた分の研究や、得られた成果をもとに論文執筆を進めてゆく。今後は、パラジウム系モデル触媒上でのメタン酸化反応を、雰囲気光電子分光および偏光変調赤外反射吸収分光によってその場観測を行い、反応機構や反応活性サイトに関する知見を得ることを目標に研究を行ってゆく。特に、パラジウム表面構造の違いが反応性にどのような影響を与えるか、あるいは表面蒸着イリジウムが反応中にどのような状態変化を示すかに注目する。本研究では、パラジウム系合金モデル触媒を用いて、吸着誘起の表面構造変化および反応活性との相関を複数の実験手法で観測し、その反応機構の解明を目指している。本年度は当初の計画通り、まずガス導入システムとサンプル加熱システムを作製した。その後、Ag(111)単結晶表面にパラジウムを蒸着しモデル触媒を形成し水素雰囲気下での表面構造観測を光電子顕微鏡(PEEM)により行った。しかしながら、水素雰囲気下での有意な構造変化は観測されなかった。そこで、水素雰囲気下の代わりに酸素雰囲気下で同様の表面構造観測を行ったところ、Pd-Ag合金表面の酸化に伴う酸化パラジウム薄膜の形成に起因するとみられる、マイクロメートルオーダーの表面構造変化が観測された。PEEMによる表面構造観測と並行して、Pd表面におけるメタンの吸着とそれに対する表面吸着酸素の影響をX線吸収分光および赤外分光測定で調べた。清浄なPd表面では吸着メタン分子と表面間での化学的相互作用によりメタンC-H結合の活性化が起こることが初めて明らかとなった。一方、酸素が吸着して表面再構成を起こした表面の場合は、分子と表面間における相互作用が抑制され、C-H結合の活性化が起こらないことも明らかとなった。メタンをはじめとするアルカンの活性化には分子がどれだけ表面に近づけるかが一つの重要な要素であり、表面再構成に伴う表面構造の変化が分子-表面間の相互作用に影響を及ぼしていることが考えられる。当初は水素化反応を扱う予定であったが、水素によるモデル触媒表面の構造変化が観測されなかったため、酸素雰囲気下における酸化反応に系を変更した。その結果、Ag-Pd合金表面の酸化によるマイクロメートルスケールの構造変化がPEEMにより観測された。また、Pd単結晶表面においては、表面とメタンとの相互作用が吸着酸素によって著しく影響を受けることが明らかとなった。この結果をもとに3月の日本物理学会で発表を行い、現在学術誌に論文を投稿すべく準備中である。いくつかの成果が上がっており、おおむね予定通りに研究が進んでいると考えられる。(2)イリジウムーパラジウム表面合金の酸化還元反応

活性評価Pd(110)表面にIrを蒸着することにより表面合金を形成し、酸素による酸化、およびメタンによる還元に対する反応活性を調べた。1 mbar酸素雰囲気中において、Pd(110)は基板温度600 K付近で酸化が進行するのに対して、Ir-Pd(110)は室温でIrが酸化され表面に酸化イリジウム薄膜が形成されることが分かった。また、0.4 mbarメタン雰囲気中においても、酸化Pd(110)表面よりも、IrO2-Pd(110)のほうが低温で反応が進行し、最終的には金属状態まで還元されることが分かった。以上の結果から、Pd(110)にIrを蒸着することにより酸化還元反応活性が著しく向上し、室温で酸素およびメタンとの反応が進行することが明らかとなった。2018年6月に異動があり研究環境を新たに整える必要が生じたため、当初の計画と比べて若干の遅れが生じている。しかしながら、研究自体は成果が挙がっており、今後も異動によって遅れた分の研究や、得られた成果をもとに論文執筆を進めてゆく。Ag-Pd合金表面の酸化過程において表面構造変化が光電子顕微鏡により観測されている。今年度は走査トンネル顕微鏡を用いて原子レベルの空間分解能で表面構造の解明を目指すとともに、光電子分光で酸化した表面の化学状態を明らかにする。また、観測された動的な表面構造変化が触媒反応にどのような効果をもたらすのか、COやメタンの酸化反応を例として反応中の表面を光電子顕微鏡、光電子分光、赤外分光などを用いて観測し、反応メカニズム、特に表面の構造と反応性の間の相関を明らかにする。Pd単結晶上のメタンの吸着に関する成果はなるべく速やかに学術誌への投稿を行う。また、メタンと表面との相互作用が表面の構造にどのくらい影響を受けるのかを明らかにするために、相互作用の面方位依存性(例えばPd(110)とPd(111)表面での差異)を調べる予定である。また、Pd単結晶表面を酸化してPdOを形成し、酸化物表面上でのメタンの相互作用と反応を調べる。今後は、パラジウム系モデル触媒上でのメタン酸化反応を、雰囲気光電子分光および偏光変調赤外反射吸収分光によってその場観測を行い、反応機構や反応活性サイトに関する知見を得ることを目標に研究を行ってゆく。特に、パラジウム表面構造の違いが反応性にどのような影響を与えるか、あるいは表面蒸着イリジウムが反応中にどのような状態変化を示すかに注目する。研究を実施してゆく中で必要に応じて研究費を執行したが、当初の見込み額と執行額が若干異なった。しかしながら研究計画自体には大きな変更はなく、前年度の研究費も含め、今年度も当初の予定通り研究を進めていく。2018年6月に異動があり、研究計画に若干の遅れが生じたため、次年度に予算を持ち越すことになった。発生した次年度使用分は、金属試料などの物品購入、学会発表のための旅費、および論文執筆の際の英文校閲費に使用する予定である。
再資源化を目指した住宅用建築部品の耐用年数と初期所有機能との相対関係

資源循環型社会の構築において、廃棄物の発生抑制を第一義とし、建築を構成する様々な部品の耐久性、耐用性を高めることは極めて重要な考え方である。一方で、住宅用建築部品は居住者のニーズに対応可能な多機能化・高機能化が要求されるため、物理的な側面だけでなく機能的な側面も加味した耐用年数の延長の考え方が必要となる。本研究では、(1)住宅用建築部品の廃棄実態を把握し、耐用年数設定の妥当性及びリユース・リサイクルの可能性を明らかにすること、(2)対象建築部品の廃棄理由を機能面から把握し、今後の機能向上レベル設定の考え方を整理すること、(3)リユース・リサイクルを中心とした建築部品の再資源化を効率的に運用するための、バージン部品における耐用年数と初期所有機能とのウエイトバランス、建築への組み込み方を導き出すこと、の3点を目的とし、住宅用建築部品のうちユニットバス(UB)を取り上げ、廃棄実態・廃棄理由調査、設定耐用年数調査、部品分解・交換容易性調査から、機能面における耐用性向上のための部品設計方法の要件を提示した。成果として、居住者は物理的な耐用性低下だけでなく機能的な耐用性向上の理由で部品廃棄を行っているにもかかわらず、UBメーカーでは機能性向上部品の交換性についてほとんど検討していないこと、また居住者の交換要求は物理的耐用年数内でも頻繁に発生し、部品を含む建築空間全体の改善によって、より高くなること、さらに交換要求の高い機能部品と本体との一体度の強さやアフターメンテナンスの不徹底が、部品の廃棄に大きく影響していること、などが明らかとなった。以上より、部品を構成する主構造部分と部品の価値を具現する機能部分とを明確にわけた部品設計方法とともに、生産段階だけでなく使用段階、改修・廃棄段階までを含めた製造体系が、資源循環型社会における住宅用建築部品のあり方に不可欠であることを提示した。■本年度の研究範囲本研究の目的は以下の3点であった。(1)住宅用建築部品の廃棄実態を把握し、耐用年数設定の妥当性及びリュース・リサイクルの可能性を明らかにする。(2)対象建築部品の廃棄理由を機能面から把握し、今後の機能向上レベル設定の考え方を整理する。(3)リュース・リサイクルを中心とした建築部品の再資源化を効率的に運用するための、バージン部品における耐用年数と初期所有機能とのウエイトバランス、建築への組み込み方を導き出す。平成13年度はこの内、(1)と(2)について調査・分析を行ない、その結果から、(3)の一部として耐用年数の延長のための方策を検討した。なお、研究対象は、住宅用建築部品の代表例として、様々な種類の材料によって構成され、リフォーム等で交換・廃棄の対象となりやすいユニットバス(以下UB)を取上げることとした。■研究方法と成果まずUBの交換容易性と、廃棄実態を把握するために、住宅リフォーム会社5社へのヒアリング調査を行った。結果として、居住者がUBを廃棄する際の理由は、破損・漏水・汚れ等の「物理的な耐用性」による理由が多い一方で、バリアフリー化等の新機能を求めるためといった「機能的な耐用性」による更新も多いことが分かった。さらにUB構成部品それぞれの耐用性や、UB設計時に想定する耐用年数及び、UBの使われ方や耐用性に対する設計方針等を把握するために、UBメーカー10社に対してヒアリング調査を行った。その結果、従前より比較的丈夫な材料で作られているUBは、交換理由と耐用性の関係について、あまり問題にされてこなかった事等が明らかとなった。これらを基に、UB耐用年数の延長について、以下の3点の提案を行った。(1)耐久性とコストのバランスを考慮した材料選択(2)交換部品の充実やストック期間の延長等の環境整備

(3)メンテナンスフリーあるいは容易にできる設計と、ユーザーへの正しいメンテナンス手法の周知資源循環型社会の構築において、廃棄物の発生抑制を第一義とし、建築を構成する様々な部品の耐久性、耐用性を高めることは極めて重要な考え方である。一方で、住宅用建築部品は居住者のニーズに対応可能な多機能化・高機能化が要求されるため、物理的な側面だけでなく機能的な側面も加味した耐用年数の延長の考え方が必要となる。本研究では、(1)住宅用建築部品の廃棄実態を把握し、耐用年数設定の妥当性及びリユース・リサイクルの可能性を明らかにすること、(2)対象建築部品の廃棄理由を機能面から把握し、今後の機能向上レベル設定の考え方を整理すること、(3)リユース・リサイクルを中心とした建築部品の再資源化を効率的に運用するための、バージン部品における耐用年数と初期所有機能とのウエイトバランス、建築への組み込み方を導き出すこと、の3点を目的とし、住宅用建築部品のうちユニットバス(UB)を取り上げ、廃棄実態・廃棄理由調査、設定耐用年数調査、部品分解・交換容易性調査から、機能面における耐用性向上のための部品設計方法の要件を提示した。成果として、居住者は物理的な耐用性低下だけでなく機能的な耐用性向上の理由で部品廃棄を行っているにもかかわらず、UBメーカーでは機能性向上部品の交換性についてほとん.ど検討していないこと、また居住者の交換要求は物理的耐用年数内でも頻繁に発生し、部品を含む建築空間全体の改善によって、より高くなること、さらに交換要求の高い機能部品と本体との一体度の強さやアフターメンテナンスの不徹底が、部品の廃棄に大きく影響していること、などが明らかとなった。以上より、部品を構成する主構造部分と部品の価値を具現する機能部分とを明確にわけた部品設計方法とともに、生産段階だけでなく使用段階、改修・廃棄段階までを含めた製造体系が、資源循環型社会における住宅用建築部品のあり方に不可欠であることを提示した。