hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
炭素系複合多座配位子を基軸とする高活性金属触媒の開発

本研究では炭素系複合多座配位子を設計し、その金属錯体を合成することによる高活性金属触媒の開発を検討した。特に電子供与性が高いNーヘテロカルベンと立体制御能の高いオキサゾリンを組み合わせることによって、ロジウム、ルテニウムからなる新規ピンサー型錯体の合成に成功した。本触媒は芳香環とカルボニルの還元反応、ケトン類の直接的不斉アルキニル化反応、ワンポット三成分カップリング反応などに活性であることを見出した。炭素ー鉄共有結合を有する鉄触媒を合成し、これがケトンのヒドロシリル化に活性であることを見出した。本件度はオキサゾリンとN-ヘテロ環状カルベンを組み合わせた配位子の合成に取り組んだ。配位子は3段階の簡便な反応で配位子前駆体を合成できることを見出した。すなわち、ベンゾニトリルとイミダゾールとの反応によりN-アリールイミダゾールを合成し、続いて亜鉛触媒存在下でキラルアミノアルコールを作用させることによって、ベンゼン環上のニトリル基をオキサゾリンに変換した後、イミダゾール環のアルキル化反応を経て配位子前駆体の合成した。さらに、ロジウム錯体の合成を検討し、酸化的な条件でのC-H結合活性化によって、中程度の収率でCCN型ピンサーロジウム錯体を合成できることを見出した。このロジウム錯体を用いた不斉触媒反応を検討したところ、活性化ケトン類の不斉アルキニル化反応に触媒活性を示すことを見出した。同時に、鉄ピンサー型錯体の合成にも取り組んだ。トリメチルシリル基を有するビスオキサゾリン配位子に0価鉄カルボニル錯体を反応させると、炭素ーケイ素結合の酸化的付加反応が進行し、NCNピンサー配位子を有する鉄シリル錯体を合成できることを見出した。また、同様な方法でスタニル錯体を合成した。シリル錯体の触媒機能を検討したところ、ケトンのヒドロシリル化反応、インドールのC-H結合シリル化反応に触媒活性を示すことを見出した。前年度に合成しオキサゾリンとNーヘテロ環状カルベンを組み合わせた配位子を有するロジウム錯体を用いた不斉触媒反応を検討した。本触媒がケトン類とアルキン類との間の直接的な不斉アルキニル化に活性を示し、4置換炭素を有するプロパルギルアルコールを高収率、高エナンチオ選択的に得ることに成功した。本反応では芳香族アルキンとともに脂肪族アルキンも利用することが可能であり、多様なアルキンを利用することが可能である。さらに、速度論実験と量論反応を検討することによって、反応の詳細を明らかにした。また、ルテニウム触媒を用いたタンデムカップリング反応を検討した。その結果、アルキン類とα、βー不飽和ケトン、アルデヒドによる連続的な炭素ー炭素結合生成反応の形成反応の開発に成功した。本反応は、市販の試薬からワンポットで複雑な骨格を形成できる点に特徴がある。反応機構を検討したところ、アルキンの直接的なC-H活性化と続くα、βー不飽和ケトンへの共役付加反応によって、ルテニウムエノラート中間体が形成し、連続的にアルデヒドが補足されることによって、アルドール反応が進行することを明らかにした。さらに、新規オキサゾリンーカルベン配位子の合成とルテニウム錯体の合成を検討した。その結果、配位子のC-H活性化を経由する新規ルテニウム錯体の合成に成功した。合成したルテニウム錯体はケトン類の水素化反応に活性を示すことを見出した。特にアントラセン環を有するケトンでは、C=O結合の水素化ともにアントラセン環の水素化も進行した。還元剤と配位子の置換基を適切に選択することによって、水素化の位置選択性を制御できることを明らかにした。新規オキサゾリンーカルベン配位子の合成に取り組み、多様な分子構造を有する配位子を得ることに成功した。さらに、ロジウムとともにルテニウム錯体へと展開することができた。また、ケトン類の不斉アルキニル化、3成分のタンデムカップリング反応、水素化反応など種々の触媒反応の開発に成功した。金属の結合部位に窒素と炭素を有するピンサー型三座配位子に着目し、その遷移金属触媒の開発研究を推進した。特に、金属ー炭素共有結合を有する錯体分子に着目し、高い安定性と反応性、選択性を備えた分子の設計・合成を検討した。従来よりも活性の高い触媒を構築するために電子供与性のN-ヘテロ環状カルベン配位子を組み合わせた新規ピンサー型配位子を設計し、そのRu錯体を合成した。このRu錯体は還元反応に活性を示し、アントラセン環とともにケトン部位の水素化反応に適用可能であった。特にアントラセン環の還元では、反応条件により1ー4位ならびに9,10位における還元の選択性の制御が可能であることを見出した。これまで例の少ないアルコールからの水素移動還元による芳香族環の還元にも成功した。次に、カルベン・オキサゾリン三座配位子を有するRh錯体の合成を検討し、Rh(III)種によるC-H活性化反応を利用する効率的な触媒合成を見出した。さらに合成したRh錯体は、ケトン類の直接的不斉アルキニル化の不斉触媒として機能することを見出した。これは触媒と基質のみを混ぜる簡便な触媒系であり、生成物の不斉収率は90%と良好な値を示した。本反応系は4置換不斉炭素を有するプロパルギルアルコールの効率的な合成法として有用性が高いものと考えられる。

さらに、共役アルキニル化反応からの連続反応を利用したアルキン、不飽和ケトンならびにアルデヒドの三成分連結反応を開発した。本反応では、簡便な原料からより複雑な骨格を有する化合物をワンポットで合成することを可能にしている。このように本研究では、金属ー炭素共有結合を有する金属錯体を構築することによって、還元反応とともに炭素骨格構築反応に高い活性を有する触媒の開発に成功した。本研究では炭素系複合多座配位子を設計し、その金属錯体を合成することによる高活性金属触媒の開発を検討した。特に電子供与性が高いNーヘテロカルベンと立体制御能の高いオキサゾリンを組み合わせることによって、ロジウム、ルテニウムからなる新規ピンサー型錯体の合成に成功した。本触媒は芳香環とカルボニルの還元反応、ケトン類の直接的不斉アルキニル化反応、ワンポット三成分カップリング反応などに活性であることを見出した。炭素ー鉄共有結合を有する鉄触媒を合成し、これがケトンのヒドロシリル化に活性であることを見出した。目的としていたオキサゾリンーカルベン複合配位子を新たに合成し、そのロジウム錯体の合成に成功した。また、不斉アルキニル化反応において、良好な収率と選択性を占めることを見出した。また新規鉄錯体の合成に成功し、ヒドロシリル化反応を見出した。これまでに合成したオキサゾリンーカルベン配位子を有する金属錯体について、イリジウム、コバルト、鉄などの導入を検討する。特に鉄やコバルトに関しては、C-H活性化による配位子への金属導入が困難となる場合が予想されるので、配位子前駆体の構造、反応条件の最適化を検討する。触媒反応について、ケトン類のアルキニル化反応の基質一般性の拡張、触媒活性の向上、エナンチオ選択性の改善などを検討し、触媒反応の改良を進める。さらに、計算科学を取り入れて、反応機構の解析を実施する。またイリジウム錯体では、アルカン類のC-H活性化に取り組み、アルカンの官能基化を検討する。有機金属化学オキサゾリンーカルベン複合配位子を有するピンサー型ロジウムを触媒によるケトン類のアルキニル化反応を検討する。ここでは、配位子の置換基などの最適化を行うことによって、アルキンの直接的C-H活性化を経由するケトン類への付加反応による効率的かつ高選択的なプロパルギルアルコールの合成法を開発する。また、α、βー不飽和カルボニル、アルキン、アルデヒドの3成分タンデム不斉カップリング反応を検討する。ピンサー型ルテニウム錯体が活性であることを見出しているので、反応の適用範囲、反応機構を検討する。新規ルテニウム錯体の合成について、反応の最適化と精製方法に問題が生じたため、その解決のため、予定よりも研究が遅れた。そのためにルテニウム錯体を用いた触媒反応の検討に遅延が生じ、試薬や消耗品の購入費が減額した。不斉アルキニル化反応の実施中に、反応の選択性が向上する現象を見出したため、さらなる触媒の精査を実施した。そのため実験計画に3カ月程度の遅延が生じ、消耗品の購入費が減額した。反応試薬、反応溶媒、分析用重溶媒などの購入に50万円、NMRやMSなどの機器分析費に70万円、分析用カラムに20万円を使用する。反応試薬、反応溶媒、錯体合成用金属塩、分析用重溶媒の購入に80万円、ガラス器具、ゴム製品などの消耗品に40万円、分析用カラムに30万円程度、出張旅費に10万円、投稿論文費に9万円を使用する。
XMLを用いたゲノムデータ統合システム

本研究では,多様なゲノムXMLデータを統合的に管理し,それらデータの横断的な検索やナビゲーション機能を提供する汎用的なXMLデータの構築方法,XMLデータベースの利用者インタフェースの開発,および更新が多い多様なDTDやXMLスキーマに基づくXMLデータを効率良く管理可能なデータ構造の開発を行った.実際に提供されているXMLデータは,横断検索に適した論理構造を有するとは限らない.そこで,種々の論理構造を有するXMLデータからキーワード集合などの簡易問合せにより,最適な部分XMLデータを検索するための手法を研究・開発し,XMLデータの簡易検索を可能とするシステムのプロトタイプを作成した.また,その評価を行うために,INEX (Initiative for the Evaluation of XML retrieval)国際イニシアティブに参画し,テストコレクションを作成した.ゲノムデータは更新の頻度が高いために,検索,更新ともに効率よく実行可能なXMLデータ索引の開発が必要である.したがって,XMLの木構造を表現する符号化方法について研究し,そのためのノード符合化法として,rUID, QRSなどを考案した.MaXML (Mouse annotation XML)などGene Ontology (GO)を参照する複数のゲノムXMLデータを,GOを中心に統合し,同じ働きを持った異なる生物種間の遺伝子の比較を行い,SVGを用いて表示するデータベースシステムGeneAroundを構築しGOデータの更新に追随させた.GeneAroundシステムは,理化学研究所のマウス遺伝子注釈付けプロジェクトFANTOMでも実際に利用された.また,海外からのWebサイトへのアクセスも増加している.本研究では,多様なゲノムXMLデータを統合的に管理し,それらデータの横断的な検索やナビゲーション機能を提供する汎用的なXMLデータの構築方法,XMLデータベースの利用者インタフェースの開発,および更新が多い多様なDTDやXMLスキーマに基づくXMLデータを効率良く管理可能なデータ構造の開発を行った.実際に提供されているXMLデータは,横断検索に適した論理構造を有するとは限らない.そこで,種々の論理構造を有するXMLデータからキーワード集合などの簡易問合せにより,最適な部分XMLデータを検索するための手法を研究・開発し,XMLデータの簡易検索を可能とするシステムのプロトタイプを作成した.また,その評価を行うために,INEX (Initiative for the Evaluation of XML retrieval)国際イニシアティブに参画し,テストコレクションを作成した.ゲノムデータは更新の頻度が高いために,検索,更新ともに効率よく実行可能なXMLデータ索引の開発が必要である.したがって,XMLの木構造を表現する符号化方法について研究し,そのためのノード符合化法として,rUID, QRSなどを考案した.MaXML (Mouse annotation XML)などGene Ontology (GO)を参照する複数のゲノムXMLデータを,GOを中心に統合し,同じ働きを持った異なる生物種間の遺伝子の比較を行い,SVGを用いて表示するデータベースシステムGeneAroundを構築しGOデータの更新に追随させた.GeneAroundシステムは,理化学研究所のマウス遺伝子注釈付けプロジェクトFANTOMでも実際に利用された.また,海外からのWebサイトへのアクセスも増加している.
同位体グラフェンによるフォノン・チャージキャリアの制御

近年、身近なエネルギーを再利用するエネルギーハーヴェストが注目されている。その中で温度差を利用して電力を創出する熱電変換は、無駄に捨てられている廃熱を電力に変換する手法であり、生活な身近なところで発電が可能である。しかし、高い変換効率には高い導電率と低い熱伝導率が必要であるが、通常の金属では電気と熱の伝導の担い手が同じであり、その独立制御が不可能である。しかしグラフェンは、電気は電子がキャリアであるが熱は格子振動(フォノン)が担い手であるため、フォノンのみを制御すれば熱電変換性能の飛躍的な向上が期待できる。今年度はグラフェンのフォノン制御・熱電変換応用に向け、高導電率・低熱伝導率グラフェン膜の合成を目標とした。昨年度確立したグラフェンのドメイン拡大化の方法に加え、反応中の同位体メタンガス(12CH4, 13CH4)を切り替えることにより、単結晶内での同位体グラフェンヘテロ構造の作製に取り組んだ。さらに、これらの同位体グラフェンヘテロ構造のヘテロ接合界面間の距離を、同位体メタンガスの流入時間制御によって、コントロールした。このヘテロ接合界面間距離の制御が可能になったことで、グラフェンチャネル中のヘテロ界面の数によるグラフェンの熱伝導率への影響を調べることが可能になった。グラフェンチャネル中に同位体ヘテロ接合界面を導入すると、数の増加に応じて熱伝導率の減少を観測できた(界面一つで33%の減少、界面二つで50%の減少)。このことから、ヘテロ接合界面間距離を小さくし、ヘテロ接合界面の数を増やすことによって、グラフェンのさらなる熱伝導率制御が可能であることを明らかにした。また、作製された同位体グラフェンヘテロ構造は、電界効果移動度が5,000cm2/Vsと高品質なグラフェンと遜色ない値を示し、導電率の低下が見られないため、効率よく熱電変換性能の向上が可能である。28年度が最終年度であるため、記入しない。今年度はグラフェンの熱電変換材料への応用を目指し、グラフェンの導電率の向上と熱伝導率の低減、ゼーベック係数の評価を目的としている。熱電変換材料への応用には、高い電気特性を維持したまま、熱伝導率を大幅に下げる必要がある。その中で今年度は1「反応中の温度・ガス流量の調整による、グラフェンドメインの拡大と形状制御・高導電率グラフェンの作製」、2「同一ドメイン内同位体グラフェンヘテロ構造作製に向けたガス流量制御と新合成装置の作製」、3「ゼーベック係数測定に向けた装置の組み立てと測定系の構築・設計」に取り組んだ。1の研究では、グラフェン合成中の温度とガス流量の調整を行いグラフェンのドメイン拡大を図った。その結果ドメインサイズは直径で25倍程度向上し、電界効果移動度(電子の動くスピード)も5倍程度向上した。ドメイン拡大によるドメイン境界の低減、欠陥サイトの減少によりグラフェンの品質が向上した。2の研究では、合成中の同位体炭素源ガスの切り替えにより、同一ドメイン内同位体グラフェンヘテロ構造を作製するが、そのガス切り替え時に大量にガスが流入し接合界面での欠陥形成が問題となった。その改善に向け、ガス切り替え時のガス流入方法を工夫しガス流入量を制御した。その結果、接合界面で欠陥を示すピークは確認されず、良好な接合界面を有したヘテロ構造作製に成功した。3の研究では、マイクロサイズの薄膜試料のゼーベック係数測定に向け、デバイス構造の提案とマスクパターンの作製を行い、測定に必要な装置の改良を行った。また、測定系の構築も必要であり、その構築と条件出しを行った。その際に自動測定によるプログラミングを組み、実験工程の効率化も実現した。これらにより、グラフェンのゼーベック係数の測定手法を確立した。グラフェンのフォノン制御・熱電変換応用に向け、高導電率・低熱伝導率グラフェン膜の合成を目標としている。その過程においてこれまで、グラフェンのドメインの拡大化による高導電率化、同一ドメイン内同位体グラフェンヘテロ構造作製に合成中のガス流入の制御、さらに熱電性能評価に欠かせないゼーベック係数測定装置と測定系の設計に取り組んでいる。グラフェンのドメインや品質は、合成中の条件(温度・ガス流量・圧力)に非常に敏感であるため、条件の最適化により単結晶のサイズが25倍程度の向上、電界効果移動度が5倍程度の向上が見られた。また、同一ドメイン内同位体グラフェンヘテロ構造作製について、反応中の炭素源ガスの切り替え時にガスが多量に流れ、結晶性の悪い界面の形成が問題となっていた。そこで、ガス切り替え時の流量を制御しながら流入することにより欠陥のない高品質なヘテロ界面が形成された。これらの結果を活かし、さらなるガス流量の制御と同位体グラフェンヘテロ構造の界面幅の制御に向けた新合成装置の作製に着手している。熱電性能評価にはゼーベック係数の測定が必要不可欠である。しかし、グラフェンデバイスのようなマイクロサイズの薄膜試料のゼーベック係数測定には、マイクロサイズのヒーターや熱電対を測定試料両端に作製するなど特殊な構造が必要である。その構造設計や測定に向けた装置の改良、測定の自動化に向けたプログラミングを組むことにより、測定手法の確立を行った。

しかし、高い変換効率には高い導電率と低い熱伝導率が必要であるが、通常の金属では電気と熱の伝導の担い手が同じであり、その独立制御が不可能である。しかしグラフェンは、電気は電子がキャリアであるが熱は格子振動(フォノン)が担い手であるため、フォノンのみを制御すれば熱電変換性能の飛躍的な向上が期待できる。今年度はグラフェンのフォノン制御・熱電変換応用に向け、高導電率・低熱伝導率グラフェン膜の合成を目標とした。昨年度確立したグラフェンのドメイン拡大化の方法に加え、反応中の同位体メタンガス(12CH4, 13CH4)を切り替えることにより、単結晶内での同位体グラフェンヘテロ構造の作製に取り組んだ。さらに、これらの同位体グラフェンヘテロ構造のヘテロ接合界面間の距離を、同位体メタンガスの流入時間制御によって、コントロールした。このヘテロ接合界面間距離の制御が可能になったことで、グラフェンチャネル中のヘテロ界面の数によるグラフェンの熱伝導率への影響を調べることが可能になった。グラフェンチャネル中に同位体ヘテロ接合界面を導入すると、数の増加に応じて熱伝導率の減少を観測できた(界面一つで33%の減少、界面二つで50%の減少)。このことから、ヘテロ接合界面間距離を小さくし、ヘテロ接合界面の数を増やすことによって、グラフェンのさらなる熱伝導率制御が可能であることを明らかにした。また、作製された同位体グラフェンヘテロ構造は、電界効果移動度が5,000cm2/Vsと高品質なグラフェンと遜色ない値を示し、導電率の低下が見られないため、効率よく熱電変換性能の向上が可能である。1年度目の研究活動において、グラフェンのドメイン拡大の指針を得るだけでなく、同一ドメイン内同位体グラフェンヘテロ構造作製に向けた合成中のガス切り替え時の問題の浮き彫りとその改善策を発見した。これらの知見を基に、現在着手している新合成装置を作製させ、よりガス流量や同位体グラフェン構造の界面幅の制御を可能にした合成条件を得る。そして、条件の最適化によって得られた同一ドメイン同位体ヘテログラフェン膜の熱伝導率を測定する。特に、界面の数や界面幅を変化させた際のグラフェン膜の熱伝導率を評価することにより、グラフェンのフォノン制御の実現やフォノンの平均自由行程と界面間距離の関係性によるフォノン散乱への影響を調べることができる。これらの研究を基にさらなる低熱伝導率の実現を目指す。また、熱伝導率測定の際にはグラフェン膜を両持ち梁構造にする必要があり、この際のグラフェン膜のたわみがその熱伝導に影響するおそれがある。そこで、グラフェンを転写する基板を前処理し特殊な構造を先に作製することによって、その改善に向け現在取り組んでいる。また、これらのグラフェン膜のゼーベック係数の測定も重要である。しかし、1年度目の研究活動により、すでにグラフェン膜のゼーベック係数の測定手法を確立している。そのため、同位体によるグラフェンのフォノン制御を、12C-グラフェン、13C-グラフェン、12C-13C混合グラフェン、12C/13C-グラフェンヘテロ接合のそれぞれのグラフェンの熱伝導率測定から評価すると共に、それぞれのグラフェン膜の導電率測定・ゼーベック係数測定から熱電性能の向上について評価する。28年度が最終年度であるため、記入しない。
日本語話者における発達性読み書き障害の病因遺伝子解析

日本語話者の発達性読み書き障害(developmental dyslexia:以下DD)患者において、病因となる遺伝子変異の有無を明らかにすることを目的とする。まずは、欧米諸国で報告されたDDの候補遺伝子部位に同様の変異がみられるかどうか確認する。また、日本語話者のDD患者に特異的な遺伝子変異の有無がないかも確認したい。さらには遺伝子変異の有無によるDDの臨床像の違いを検討する。この研究は日本で初めての取り組みであり、研究成果はDDの病態生理に関する研究の進歩やDDの治療教育に貢献できる。
卵巣における成長ホルモン作用機構の昨日的組織学的研究

ラット卵巣の発育過程に於ける成長ホルモン(GH)の細胞増殖及び細胞分化に及ぼす作用機序について検討した。PMS(pregnant mare's serum gonadotropin)処理未成熟ラット、下垂体摘出未成熟ラット及びエストロジェン処理未成熟ラット卵巣を用いたin vitro実験において、GHはDNA複製酵素であるDNAポリメラ-ゼα活性を増加させたが、DNA修復酵素であるDNAポリメラ-ゼβ活性、IGF-1、EGF,レニン活性には有意な変化を与え無かった。一方、卵巣のステロイドゲネシスはGHに依って促進され、ホルモンのセカンド・メッセンジャ-であるcyclic AMPも同時に増加した。更に、LHないしFSHに依って増加したステロイドゲネシスは、GHの投与で更に増加した。In vivo実験に於いては、下垂体摘出未成熟ラットでDNAポリメラ-ゼα活性とIGF-1は増加した。免疫組織学的検査で、GHレセプタ-は顆粒膜細胞に存在し、ステロイドゲネシスの増加も観察された。成熟ラットのペントバルビタ-ルによるゴナドトロピン抑制状態では、GHの細胞増殖ないし細胞分化に及ぼす作用は認められず、LHないしFSHの協調作用の必要性も示唆された。PMS-hCG処理による黄体では、GHステロイドゲネシスを促進させたが、細胞の増殖作用は認められなかった。以上の事実は、GHが二つの経路、すなわち1)IGF-1を介さない経路と2)IGF-1を介する経路で卵巣に直接作用し、卵巣の細胞増殖と細胞分化に関与することを示唆している。成熟卵胞において, GHはエストラジオール(E_2)ないしプロゲステロン(P)を増加させ, E_2の産生分泌にはdose-dependencyが認められたLHないしFSHと併用するとE_2ないしP濃度に相乗効果が認められた.同様にcAMPも増加したが, cGMP, 1GF-I,EGF濃度には変化が認められなかった.DNA合成系に及ぼす作用をみる目的でDNA polymerase活性とDNA合成について検討を加えると, GHの投与でDNA polymerase-α(DNA複製酵素)活性およびそのspecific activityは増加したが, DNA polymerase β(DNA修復酵素)活性には変化が認められなかった.以上の事実は, GHが卵胞の発育に直接的に働き,卵胞のdiferentiationとproliferationに旦っていることを示唆している.ラット卵巣の発育過程に於ける成長ホルモン(GH)の細胞増殖及び細胞分化に及ぼす作用機序について検討した。本年度は、成長ホルモン(GH)の卵胞と黄体に及ぼす作用を、卵胞、顆粒膜細胞(GC)、黄体切片などを用いて、GH単独ないしLH、FSH、プロラクチン(PRL)、Gn-RH、IGF-1との併用投与によって検討した。実験動物としては、ウイスター・イマミチ系雌ラットを用い、110の各週令ラット、PMS処理ラット、PMS-hCG処理ラット、下垂体摘出ラットを用い、in vivoないしin vitro実験を行ない、DNAポリメラーゼ活性、steroido genesis、IGF-1、EGF、レニン-アンジオテンシン系に及ぼす影響について検討した。DNA合成系に関しては、in vitroの短期インキュベーションでは、GHはDNAポリメラーゼα活性を選択的に増加させるが、DNA量に有意な変化は認められなかった。一方in vivo実験においては、DNAポリメラーゼα活性およびDNA量とも有意な増加を示した。IGF量についても同様の傾向が認められるとともに、IGFの投与でもDNA合成作用は増加した。GH+IGF-1では、GH単独作用よりも、DNA合成作用ないしsteroidogenesisともやや増強された。EGF、レニン-アンジオテンシン系には明らかな変化は認められなかった。LH、FSHないしGnRHの併用投与でsteroidogenesisは増強傾向にあったが、familyであるPRLでは有意な変化が認められなかった。GHの作用は、主として顆粒膜細胞にあった。ラット卵巣細胞の各発育段階別細胞におよぼす成長ホルモン(GH)の作用と免疫細胞学的レベルでの検討を主に行った。1)各時期の単層培養細胞系に於いては、GHはエストロゲン、プロゲステロンとくに後者の産生分泌を刺激した。

同時にcyclic AMP系の産生も刺激され、cyclic AMP産生に依るステロイド産生促進が示された。DNA polymerdase α活性も卵胞期細胞では促進されたが、DNA合成そのものの産生に変化は認められなかった。黄体細胞ではDNA polymerdse α活性の刺激も認められなかった。ゴナドトロピンとの併用では、LH、FSAの両者の相乗効果を認めたが、特に後者の場合にその刺激効果は著明であった。IGF、EGF等の産生増加も認められなかった。2)形態学的変化をみると、通常光顕レベル、電顕レベルではGHに特有な所見は得られなかった。免疫組織学的に検討すると、GHの投与でエストロゲン、プロゲステロン等の染色は増強され、上記の生化学的所見と一致した変化をみせた。GHのレセプタ-に関しては、顆粒膜細胞、黄体細胞に存在するが、この点についてはまだ実験系が充分ではなく今後の検討を要する。ゴチドトロピンとの併用等による実験系では、GH単独ないしゴナドトロピンとの併用との間の形態学的変化に著しい差は認められなかった。3)ネンブタ-ル投与によるゴナドトロピンの抑制状態での卵巣に対するGHの作用は、ネンブタ-ルの非抑制系に比べ弱い傾向にあったが、形態学的には差が認められなかった。
小児悪性固形腫瘍に対する抗アポトーシスタンパクを標的とした分子標的治療の開発

小児固形腫瘍の横紋筋肉腫の細胞についてアポトーシス制御制御蛋白であるcIAP並びにxIAPの発現をリアルタイムPCR並びにウエスタンブロット法にて遺伝子の発現と蛋白の発現を確認した。横紋筋肉腫の細胞株で成果は上がったが、目的とする小児がんの種類を変えて実験することとした。さらに、同じく小児固形腫瘍の肝芽腫について、同様にcIAPとxIAPのの発現をリアルタイムPCR法と、ウエスタンブロット法にて、遺伝子の発現と蛋白の発現を確認した。その結果、cIAPが高発現していることがわかった。また、臨床的に発現しているかどうかを調べるため、手術検体の肝芽腫の標本の免疫染色を行い。同様にcIAPが遺伝子レベル並びにタンパクレベルで発現していることが明らかになった。今後、siRNAによって遺伝子の発現を押さえることにより、細胞株の増殖が抑えられることを確認し、また、cIAPに特異的な低分子IAP阻害薬であるSMACmimetic antagonistビリナパントを投与することにより、細胞株の増殖が抑えられることを現在確認中である。細胞株の増殖がin vitroで抑えられることが明らかになったのちに、ヌードマウスに細胞株を接種してxenotransplantモデルを作成し、ビリナパントを投与して腫瘍の成長が抑制できることを確認する予定である。そこまでの実験が終了したところで、学会発表を行い、論文を作成することを予定している。横紋筋肉腫について研究を進めていたが、研究途中で同様の論文が発表されてしまったため、同じ小児固形腫瘍である肝芽腫にターゲットを変えて実験を行った。その為横紋筋肉腫で進めていた実験期間が無駄になってしまったため進捗が遅れてしまった。今後動物実験を進めていく予定である。ヌードマウスに細胞株を接種してxenotransplantモデルを作成し、ビリナパントを投与して腫瘍の成長が抑制できることを確認する予定である。小児悪性固形腫瘍は進行症例が多く、外科治療によっても完全に治療することが困難であり、また従来の集学的治療を強化するのみの治療では、成長期にある患児に対する副作用が問題となってくる。新しく開発された分子標的治療薬は,細胞増殖に関わる分子を直接阻害効果することにより副作用の軽減が期待できる。そこで本研究では、抗アポトーシスタンパク質(IAP)に対する分子標的治療を小児悪性固形腫瘍に導入する研究を計画した。抗アポトーシたんぱく質に対する分子標的薬として期待されているBirinapantを使用して腫瘍増殖抑制効果を検討する。まずこれまで明らかとなっていない小児横紋筋肉腫における臨床検体のcIAPとXIAP発現の検討を行う。次に小児悪性腫瘍の細胞株において、IAP familyタンパクのcIAPとXIAPの抑制が腫瘍増殖にもたらす効果を検討する。cIAPとXIAPの抑制は、small interfering RNA(siRNA)を用いたRNA干渉及び、抗アポトーシスタンパク質発現抑制薬であるBirinapantを用いて行なう。そのために、小児横紋筋肉腫の臨床検体の収集を行っている。当科によって行われた小児横紋筋肉腫の検体を凍結にて保存した。また、ヒト横紋筋肉腫細胞株のRD細胞の培養を行い。cIAPとXIAPの発現をRT PCRで検出を行った。横紋筋肉腫の症例数が予想より下回り、臨床検体を用いた発現の評価が遅れている。本年度は横紋筋肉腫の細胞株である横紋筋肉腫RD細胞を用い、培養系の実験を行った。横紋筋肉腫RDRD細胞株については液体窒素中で保存下における細胞増殖能の維持について検証した。細胞増殖の条件を検定するために、細胞培地とデッシュをいくつか購入し、初期値を設定して各種培地を使用して培養実験を試みた。また、阻害剤の指摘濃度を決定するために、凍結ウシ血清や抗生物質をいくつかのロットを購入して、凍結ウシ血清や抗生物質の濃度を振って、至適培養条件を検討した。培養細胞のアポトーシス制御蛋白質、特にcIAPとXIAPの発現をリアルタイムPCRで測定し、ウエスタンブロットにて蛋白の発現を定量を試みるために、リアルタイムPCRによる発現量の定量の練習を行った。cDNAを作成してノーザンブロットによるバンドが出やすい条件のプライマーの設計を行い、cDNA作成の指摘条件を検討した。また、cIAP阻害剤とXIAP阻害剤の有効性を検討するため、阻害剤設計を検討した。SMAC(second mitochondrial-derived activator of caspase)擬似物質の阻害剤としての有効性について検討を行った。cIAPとXIAPの阻害薬であるBirinapantを入手して発現を抑制し、RD細胞の増殖抑制能を検討することを試みた。その為に、入手したまた、既知のアポトーシス制御たんぱく質であるサバイビンの発現を検出実験として行い、その阻害薬であるYM155の効果も同様に検証することを試みた。実験室の引っ越しなどで細胞培養が順調に行えなかったことから、培養細胞の実験が順調に進んでいないことと、cIAPとXIAPの発現の検出が順調に行えていないことが問題になっている。

さらに、同じく小児固形腫瘍の肝芽腫について、同様にcIAPとxIAPのの発現をリアルタイムPCR法と、ウエスタンブロット法にて、遺伝子の発現と蛋白の発現を確認した。その結果、cIAPが高発現していることがわかった。また、臨床的に発現しているかどうかを調べるため、手術検体の肝芽腫の標本の免疫染色を行い。同様にcIAPが遺伝子レベル並びにタンパクレベルで発現していることが明らかになった。今後、siRNAによって遺伝子の発現を押さえることにより、細胞株の増殖が抑えられることを確認し、また、cIAPに特異的な低分子IAP阻害薬であるSMACmimetic antagonistビリナパントを投与することにより、細胞株の増殖が抑えられることを現在確認中である。細胞株の増殖がin vitroで抑えられることが明らかになったのちに、ヌードマウスに細胞株を接種してxenotransplantモデルを作成し、ビリナパントを投与して腫瘍の成長が抑制できることを確認する予定である。そこまでの実験が終了したところで、学会発表を行い、論文を作成することを予定している。横紋筋肉腫について研究を進めていたが、研究途中で同様の論文が発表されてしまったため、同じ小児固形腫瘍である肝芽腫にターゲットを変えて実験を行った。その為横紋筋肉腫で進めていた実験期間が無駄になってしまったため進捗が遅れてしまった。小児横紋筋肉腫でcIAPとXIAPの発現が存在するかを臨床検体を用いて検討することは引き続き継続する。細胞培養株を用いた研究を進め横紋筋肉腫由来の細胞株RDの発現の有無と、RNA干渉によりcIAPとXIAPの発現を抑制する研究を進めていく。実験室の改修が終了したため今後細胞培養の実験がスムーズに行えることが期待され、また細胞株をRD以外のものも試すことによってIAPファミリーの発現量が多いものを今後の実験に使用することにする。今後動物実験を進めていく予定である。ヌードマウスに細胞株を接種してxenotransplantモデルを作成し、ビリナパントを投与して腫瘍の成長が抑制できることを確認する予定である。臨床検体を用いた実験、並びに細胞培養による実験が遅延しているため次年度に実験を多く行うため使用を保留している。(理由)研究を進めていく上で、必要に応じて研究費を執行したため当初の見込み額と執行額は異なった。(使用計画)研究計画に変更はなく、前年度の研究費も含め当初予定通りに計画を進めていく。具体的には、消耗品、情報収集あるいは成果発表の為の旅費、投稿料に用いる予定である。(理由)一部当初の計画と実際の進捗状況に差異が生じたため、今年度必要となると予想していた経費の一部を今後の段階で使用することが必要となったため。(使用計画)
高齢者の転倒発生に関わる視知覚と姿勢制御に影響する下肢筋力と柔軟性の検討

本研究は、視認能と下肢筋力・柔軟性の転倒発生への影響や姿勢制御の関与について検証した。対象高齢者は142人(75.2±5.7歳)で、眼鏡使用、老研式活動能力指標、転倒有無、転倒不安感等を調査した。測定は視力、動体視力、下肢筋力、足関節可動域、長座体前屈、重心動揺の総軌跡長・外周面積・矩形面積等であった。転倒有無では、総軌跡長と外周面積、視力0.3未満群と以上群で年齢と動体視力、下肢筋力0.4未満群と以上群で握力と開眼片足立ち、転倒不安感、眼鏡使用で有意差があった。研究者のこれまでの研究結果では、ADLが自立している高齢者の転倒発生には、視知覚と姿勢制御の関連性が示唆されている。この2つの要因に下肢筋力と柔軟性、特に下肢の柔軟性との関連性を重ね合わせることで、転倒の身体的要因の明確化をねらい、転倒予防対策への足がかりを作ることが本研究の性格である。ヒトが二足立位歩行を始めたときから、転倒という現象に向き合うことが余儀なくされ、それとともに下肢筋力とバランス能力の強化が要求されることになった。本研究では、過去の研究でも用いてきた簡易で簡便な下肢筋力測定装置を用い、地域で生活をしている身体的ADLが自立している高齢者を対象に、視知覚、姿勢制御、下肢筋力の3要素に柔軟性を加えた調査を実施した。21度はプレテストとして少数の高齢者を対象に、データの客観性、安全性、再現性について確認をおこなった。分析結果から、視覚的刺激が強く、かつ下肢筋力と柔軟性が低値であるほど姿勢制御は不安定(重心動揺が大きくなる)になる傾向が認められた。しかし、ごく少数の高齢者での試験的要素が濃厚な調査であったため、次年度では、研究対象者数を増やし、データの信頼度や妥当性を確認するとともに、視知覚、姿勢制御、下肢筋力、柔軟性についての因果関係を追究し、転倒予防策につながるべく研究を目指す。22年度は、限定した人数の高齢者を中心としたデータ収集を実施し、視知覚と姿勢制御と下肢筋力、柔軟性の4者について検討をした。本研究では、認知能と下肢筋力がどう転倒発生に影響しているか、そこに姿勢制御の関与があるかを検証した。対象は地域在住高齢者で男性49人、女性93人で、性別、年齢、既往歴、治療中疾患、服薬、眼鏡使用、運動習慣、体力の自信有無、老研式活動能力指標、過去1年間の転倒と転倒しそうになった経験有無、転倒での外傷有無、転倒不安感を聞いた。また、身長、体重、血圧、常用視力・動体視力、握力、下肢筋力、足関節可動域、長座体前屈、開眼片足立ち、重心動揺(総軌跡長・外周面積・矩形面積)の測定を行った。結果、年齢は75.2±5.7歳(男性75.8±5.2歳、女性74.9±5.9歳)であった。転倒有無では総軌跡長と外周面積で、転倒しそうになった経験有無では、身長、体重、握力、下肢筋力、開眼片足立ち、総軌跡長、外周面積、矩形面積でそれぞれ有意差があった。常用視力0.3未満群と0.3以上群では年齢と動体視力で、下肢筋力0.4未満群と0.4以上群では握力と開眼片足立ち、転倒不安感で有意差があり、かつ眼鏡の使用状況の項目で有意性があった。

眼鏡の使用状況から測定項目をみると、眼鏡を普段かけて生活している者の下肢筋力が強くそれ以外の者の下肢筋力は弱かった。転倒有無ではバランス機能と転倒しそうになった経験で、転倒しそうになった経験有無では、筋力とバランス機能で有意差もしくは有意性があった。このことから、転倒経験にも筋力やバランス機能低下の影響が伺えた。また、下肢筋力の2群間で筋力低下やバランス機能低下が転倒不安感を増す要因になったことが考えられた。常用視力の2群間で動体視力で有意差があり、加齢により、常用視力だけでなく、動体視力低下も伺えた。以上から、眼鏡等で適切な矯正を行い常用視力を保つことが重要になると考える。さらに視力の適切な矯正で活動量が増え、筋力の低下を予防することができる可能性があることが考えられた。24年度が最終年度であるため、記入しない。
逆標的化戦略を駆使したスギ花粉症根治療法の確立

スギ花粉から抽出・精製した主要抗原Cryj 1を用いてCry j 1修飾リポソームを調製し、スギ花粉症モデルマウスに投与したところ、抗体産生の場である胚中心を形成する脾臓内B細胞に取り込まれることを明らかとした。さらにドキソルビシン内封Cry j 1修飾リポソームの投与により、スギ花粉症モデルマウスのCry j 1特異的IgE抗体の産生が有意に抑制されるだけでなく、花粉症症状であるくしゃみの回数や鼻掻き行動が減少することも明らかとした。またその効果は抗原特異的であり、長期的に持続した。本研究の成果により、逆標的化を利用した治療戦略がスギ花粉症に対して有用であることが示された。平成25年度は、平成24年度において精製法を確立したスギ花粉抗原タンパク質Cry j 1を用いてCry j 1修飾リポソームの調製を行い、花粉症モデルマウスにおける体内動態試験、さらには細胞障害性薬剤内封Cry j 1修飾リポソームを用いて治療実験を行った。まず、リポソームの投与開始時期を決定するために、マウスへのCry j 1の腹腔内投与によって免疫した後の、脾臓における胚中心の形成について経時的に観察を行ったところ、1回目の免疫後から2週間後に胚中心が形成し始め、18日後にははっきりとした形成がみられその数も多くなっていることを確認した。このため初回感作から20日前後にサンプルを投与することを決定した。次にリポソームの投与量を決定するために、放射標識したCry j 1修飾リポソームを用いて、花粉症モデルマウスにおけるリポソームの脾臓への集積性について検討を行った。異なるリポソーム脂質投与量に対する脾臓集積の変化を検討したところ、リポソームは投与早期に脾臓に集積し、検討を行った最も低い投与量(主要リン脂質10 nmol)においてもその集積量に変化が見られないことを明らかとした。これらの結果をもとに、実際に治療実験を行った。リポソームへの封入薬剤としては細胞障害性の高いドキソルビシンを用い、初回免疫から19、21日目の2回、ドキソルビシン濃度として0.2 mg/kg/dayとなるように尾静脈内投与した。経鼻感作後の血中抗Cry j 1 IgE抗体価およびくしゃみの回数を評価したところ、ドキソルビシン内封Cry j 1修飾リポソーム投与群において、感作による抗体価上昇の有意な抑制ならびにくしゃみ回数の減少効果を見出した。これらの結果より、Cry j 1修飾リポソームを用いた逆標的化によるスギ花粉症治療は、有用であることが示された。スギ花粉から抽出・精製した主要抗原Cry j 1を用いてCry j 1修飾リポソームを調製し、スギ花粉症モデルマウスに投与したところ、抗体産生の場である胚中心を形成する脾臓内B細胞に取り込まれることを明らかとした。平成24年度は、スギ花粉より簡便に精製した主要抗原タンパク質Cry j 1を用いて調製した、Cry j 1修飾リポソームの標的特異性について検討を行った。生体分子相互作用機能解析装置ビアコアを用いてCry j 1修飾リポソームの抗Cry j 1抗体に対する結合性を検討したところ、未修飾リポソームが抗Cry j 1抗体と結合性を示さなかったのに対し、Cry j 1修飾リポソームは抗Cry j 1抗体に対し高い結合性を示した。さらに、Cry j 1修飾リポソームはコントロール抗体とは結合しなかったことから、抗Cry j 1抗体のみと特異的に結合することが明らかとなった。次に放射標識したCry j 1修飾リポソームを用い、Cry j 1の腹腔投与により感作したスギ花粉症モデルマウスにおけるリポソームの体内動態解析を行った。リポソーム投与6および12時間後の各臓器、特に全身免疫の中心的な役割を担う脾臓への集積を比較検討したところ、未修飾リポソームとCry j 1修飾リポソームの脾臓への集積に差は見られなかった。そこで蛍光標識リポソームを用い、脾臓内におけるリポソームの分布を観察したところ、未修飾リポソームは投与後B細胞周辺に存在している様子が確認されたのに対し、Cry j 1修飾リポソームは時間が経つにつれてB細胞集団の内部へとリポソームが移行し、最終的にB細胞集団と共局在している様子が観察された。さらにより詳細な局在を調べるために、B細胞集団に含まれ、抗体産生の場として知られる胚中心への局在を調べたところ、Cry j 1修飾リポソームは胚中心と共局在することが確認された。これらの結果より、Cry j 1修飾

リポソームは抗体産生を誘導するB細胞に認識されたことが示唆され、本研究の目的における逆標的化の標的特異性が証明できた。平成26年度は、Cry j 1修飾リポソームの標的の同定ならびにその標的特異性を明らかにすることで、作用メカニズム解析を行った。まず、スギ花粉症モデルマウスにおいてCry j 1修飾リポソームの標的となりうる免疫細胞の存在を明らかとするために、脾臓中のCry j 1認識細胞をFACS解析した。この結果、Cry j 1による感作後、経時的にCry j 1認識B細胞の割合が増加することが明らかとなった。さらに蛍光標識Cry j 1修飾リポソームを用いて、脾臓細胞への取り込みを解析したところ、未修飾のコントロールリポソームに比べ、Cry j 1修飾リポソームはより多く取り込まれることが明らかとなった。次にCry j 1感作マウスに蛍光標識Cry j 1修飾リポソームを尾静脈内投与し、その後の脾臓細胞における分布を観察した。結果、Cry j 1修飾リポソームは脾臓内においてB細胞集団と共局在しており、さらに抗体産生の場として知られる胚中心に多く取り込まれていることも確認できた。さらに、逆標的化を利用した本治療戦略の他の免疫への影響を調べるために、Cry j 1およびOVAにて共感作したマウスに対するドキソルビシン内封Cry j 1修飾リポソームの治療効果の検討を行った。この結果、Cry j 1修飾リポソームは、OVA感作マウスの抗OVA IgE抗体の産生には影響を与えず、Cry j 1感作マウスに対して抗Cry j 1 IgE抗体の産生を有意に抑制し、一方でドキソルビシン内封OVA修飾リポソームは、OVA感作マウスに対してのみ、抗OVA抗体の産生を抑制することが明らかとなった。これらの結果から、逆標的化を利用したスギ花粉症に対する本治療法は、リポソーム表面に修飾した抗原に対して特異的な免疫細胞に対して作用することで治療効果を示す、安全かつ有効な治療法であることが示された。薬物送達学平成25年度は、Cry j 1修飾リポソームを用いたスギ花粉治療に向けた投与スケジュールの最適化ならびに治療効果の解明の目標と実施を予定していた。前述のとおり、これらの検討についてはおおよそ実施できており、また想定していた結果を得ることができているため、研究は計画のとおり進んでいると言える。薬剤投与による副作用、特に他の免疫に対する作用やサンプル投与による長期的な効果の評価については、平成25年度中には実施できなかったため、次年度に行っていく予定である。一方で、平成26年度に実施予定の作用機構解析研究に向けた基礎検討として、磁気ビーズ(MACS)を用いた脾臓中B細胞の単離の条件検討を並行して進めてきており、FACSを用いた解析からすでにB細胞の単離に成功している。このため平成26年度の研究実施に向け準備は整っていると言える。以上のことから、当初の計画通り研究はおおよそ進んでいると考えられ、現時点で目標は順当に達成できていると言える。平成24年度に実施する研究としては、ビアコアを用いたCry j 1修飾リポソームの標的指向性の検討、スギ花粉症モデルマウスにおける体内動態解析および脾臓内分布解析を目標としてきた。前述のとおり、これらのマイルストーンに関してはすべて実施することができ、また想定していた結果を得ることができたため、研究は計画のとおり進んでいると言える。またスギ花粉からのCry j 1の精製について、さらに精製純度を高めるためにアフィニティークロマトグラフィーを利用した精製法の確立も並行して行ってきており、ほぼ100%の高純度精製法を確立することができた。
燃料電池ナノ・マイクロ多孔場における高分解能「その場」計測と物質輸送学への展開

次世代エネルギーデバイスである固体高分子形燃料電池の性能向上に向けて,ナノ・マイクロ多孔質電極触媒層の形成過程の解明と構造制御,さらに,電極内輸送現象について物質輸送学にもとづいた研究を実施した.電極形成過程の高分解能「その場」観察ならびに電極触媒層の断面可視化にもとづき,電極構造の形成因子として,材料配合割合,転写圧が及ぼす影響を基礎的に明らかにし,電池性能に関して,分子,イオン,電子のそれぞれの輸送経路とマイクロクラックの形成について考察し,ナノマイクロ多孔場の構造制御の新たな可能性を示した.次世代エネルギーデバイスである固体高分子形燃料電池の性能向上に向けて,ナノ・マイクロ多孔質電極触媒層の形成過程の解明と構造制御,さらに,電極内輸送現象について物質輸送学にもとづいた研究を実施した.電極形成過程の高分解能「その場」観察ならびに電極触媒層の断面可視化にもとづき,電極構造の形成因子として,材料配合割合,転写圧が及ぼす影響を基礎的に明らかにし,電池性能に関して,分子,イオン,電子のそれぞれの輸送経路とマイクロクラックの形成について考察し,ナノマイクロ多孔場の構造制御の新たな可能性を示した.本年度は,固体高分子形燃料電池(PEFC)電極のナノ・マイクロ多孔場の形成過程と構造決定因子について明らかにするために,電極作製時の白金担持カーボン,電解質アイオノマー,溶媒の混合比が電極構造に及ぼす影響について検討を行った.電極のナノ・マイクロ構造については,イオンビームを用いたクロスポリッシャ(CP,断面切断研磨)により二次元断面を作製した上で電子顕微鏡観察を行い,電極厚さはカーボン含有量から決定され,カーボン粒子が形成する空隙内にアイオノマーが充填されることで電極の空隙率が決定されることを明らかにした.さらに,作製した電極構造とPEFC発電特性について調べ,カーボンとアイオノマーの比が1:3の場合,PEFC性能が著しく阻害されることを示した.その要因を調べるために,カソード酸化剤として,酸素と空気を用いた発電実験を行い,アイオノマー含有量が増大すると電極細孔内を閉塞するために,酸素輸送パス形成が阻害されてPEFC性能低下をもたらしたことを明らかにした.電極内の電子輸送パスについては,電気化学電子間力顕微鏡(EC-AFM)を用いて,触媒層断面方向のミクロ領域の透過電流量を計測する技術の開発を行った.モデル電極の作製においては,触媒層断面の機械的研磨ならびにイオンビームによる断面切断研磨の適用可能性について検討を行った.その上で,モデル電極断面についてEC-AFM計測を実施し,アイオノマー量が75wt%以上になると透過電流が計測されなくなり,触媒層の導電特性が著しく低下することを明らかにした.本年度は,燃料電池電極のナノ・マイクロ多孔場における構造形成の支配因子についての研究開発を行った.特に,材料合成・デバイス化プロセスに着目して,物質輸送パス(イオンチャンネルや空隙構造)の形成過程について物質輸送学的な考察を行った.具体的には,顕微ラマンによる触媒層アイオノマー中の水分計測について検討を行った.加えて,燃料電池ナノ・マイクロ多孔場形成時におけるプレス圧力が多孔質構造(空隙率,細孔分布など)と電池性能に及ぼす影響の基礎的解明を行った.ホットプレス圧力を0.5,2,5,10MPaとして形成した燃料電池電極触媒層について,窒素吸着測定による多孔質構造評価を行った.その結果,高プレス圧領域(5,10MPa)では,一次孔にはほとんど影響がみられないが,二次孔が選択的に減少することが明らかになった.さらに,SEM画像から求めた空隙率(幾何学的空隙率)より窒素ガス吸着計測から求めた空隙率(有効空隙率)が減少したことから,プレス圧の増大はガス輸送に寄与しない独立細孔を増大させることが示された.このとき,燃料電池性能との相関を調べたところ,高電流密度域で物質輸送抵抗の増大にともなう性能低下が顕著であることが明らかになった.一方で,2MPaまでの低プレス圧条件では,発電性能が向上した.これは,細孔構造はほとんど変化しない一方で,アイオノマーやカーボンのネットワーク接続性および膜・電極接合界面における接触抵抗が改善されたことが要因であることが明らかになった.燃料電池ナノ・マイクロ多孔場の構造制御と電池性能への影響の解明を目的として,多孔質電極内におけるマイクロクラック形成過程の基礎的解明と発電性能へ及ぼす影響について検討を実施した.燃料電池の運転時における乾湿サイクルによって触媒層と微細孔層内に生じるクラックとして,各層に対して鉛直方向に形成されるクラックと触媒層・微細孔層界面の剥離によって形成される面方向のクラックの2種類が存在することを明らかにした.加えて,乾湿サイクル後には大幅な発電性能低下が観察されたことから,触媒層・微細孔層界面の面方向クラックに滞留した液体水が酸素輸送を大幅に阻害する可能性があることを指摘し,同時に電子輸送に及ぼす影響についても考察を加えた.さらに,燃料電池ナノ・マイクロ多孔質電極作製時における触媒インク乾燥工程に着目し,触媒インクのNV値(触媒インク全質量に対する固体成分質量の割合),および乾燥工程における雰囲気湿度を変化させクラック構造の違いを観察した.

その結果,触媒インクのNV値が小さい(NV=0.05)と触媒層中に形成されるクラックは小さく,NV値が大きくなる(NV=0.15)と比較的大きなクラックが偏在することが示された.また,雰囲気湿度50%においてはクラック形成が抑制されるが,雰囲気湿度10%と80%ではクラック形成が促進され,これらの乾燥条件で作製された触媒層について濃度過電圧が低減されたことから,燃料電池ナノ・マイクロ多孔場内のクラックが液体水輸送経路として機能していることが明らかになった.これらの知見を総合して,燃料電池ナノ・マイクロ多孔場の構造形成と電池性能について,物質輸送学の観点から検討を行い,触媒インクの粘性,基材との親和性に加えて,溶媒成分の蒸発と固体成分の拡散を考慮して,燃料電池ナノ・マイクロ多孔場において厚さ方向と面方向に空間分布が形成される機構の提案を行った.燃料電池ナノ・マイクロ多孔場の構造形成因子と電池性能の相関の解明を目的として,電極材料である白金担持カーボンに加えて,白金非担持カーボンを新たに混合することにより,電極触媒量,電極厚さ,電極空隙率を独立に制御した燃料電池ナノ・マイクロ多孔場を構築する手法を提案し,実証を行った.その際,窒素吸着測定による細孔分布計測から電極多孔構造のバルク評価を行い,提案した手法により作製した電極のナノ・マイクロ細孔構造は,通常の燃料電池電極と同様となるように制御可能であることを示した.その上で,作製したナノ・マイクロ多孔電極について,電極触媒量を一定として,電極厚さを変化させた場合についてのセル性能変化について考察を行った.燃料電池の運転条件として,供給ガスの相対湿度を変化させ,さらに,酸化剤として,通常の空気供給に加えて,純酸素供給の場合についてもセル性能の評価を行い,分子とイオン輸送の観点から比較を行った.その結果,触媒層の薄膜化がプロトン伝導抵抗の低減に寄与することを示した.一方,電極厚さを一定として,電極触媒量を変化させた場合には,低白金触媒層では反応物質の白金までの局所的なフラックス増加と白金周囲での水分生成量増加に伴う局所的なフラッディングの影響により性能が低下することが示された.さらに,燃料電池ナノ・マイクロ多孔電極が多層構造であることに着目し,多層構造平滑断面をイオンビームにより取得し,電子顕微鏡(SEM)による可視化を行い,ナノ・マイクロ細孔の空間構造の把握を行った.燃料電池ナノ・マイクロ多孔場における,反応ガス(水素,酸素),生成水,電子,イオン(プロトン)の輸送現象の基礎的解明に向けて,多孔場形成の支配因子の基礎的解明と輸送現象および電池性能との相関について明らかになってきており,着実に進展していると考えている.25年度が最終年度であるため、記入しない。燃料電池ナノ・マイクロ多孔場における,反応ガス(水素,酸素),生成水,電子,イオン(プロトン)の輸送現象の基礎的解明に向けて,多孔場形成の支配因子の解明と制御手法の確立が進み,電池性能と輸送現象の相関について基礎的に明らかになってきたことから,着実に進展していると考えている.燃料電池ナノ・マイクロ多孔場の構造形成因子と電池性能の相関について一層に理解を深め,多孔場形成過程の「その場」計測を行うことで,燃料電池ナノ・マイクロ多孔場における,反応ガス(水素,酸素),生成水,電子,イオン(プロトン)の輸送現象の基礎的解明につなげていく.25年度が最終年度であるため、記入しない。