hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
腫瘍抑制ヒッポ・シグナルの非規範的制御機構と非癌疾病の病態における役割の解析

腫瘍抑制Hippoシグナルの標的分子YAP1、TAZは組織幹細胞の維持に必要で活性が不十分だと組織恒常性が破綻する。逆に活性が強すぎると発がんにつながる。従ってYAP1、TAZの活性化剤は組織再生に、抑制剤はがん治療に有用と考えられる。YAP1、TAZの活性を計測するアセイ系を作り、活性化剤、阻害剤を探索した。得られた候補をがん細胞や筋芽細胞のモデル細胞に投与して、がん治療、筋萎縮治療への応用の可能性を検討した。YAP1、TAZの新しい制御機構の発見を期待して、標的分子の同定も試みている。Hippoシグナルと関係が深いRASSF6が細胞周期停止、細胞死誘導を起こす機構の詳細も解明した。1)YAP1・TAZの細胞内局在、YAP1・TAZによる転写制御を指標として、合計4回の化合物探索を行った。得られたYAP1・TAZの活性化剤・抑制剤が、これまでに知られていない機構を介してYAP1・TAZを制御する可能性を見出している。2)YAP1に依存して増殖するA431細胞、TAZに依存して増殖するU87MG細胞を使って、YAP1・TAZ抑制剤のがん細胞に対する治療的効果を試験管内でアセイし、効果を示す候補化合物を絞り込んだ。3)RASSF6がYAP1・TAZの制御に関係するかを、YAP1・TAZ依存性TEAD応答レポーターアセイを使って解析したが、有意な変化を認めなかった。4)TAZの活性型を不死化ヒト乳腺上皮細胞に発現させると細胞は浮遊培養条件下で生存しスフェアを形成する。ところがYAP1の活性型を発現させてもスフェア形成は起こらない。この違いを利用して、YAP1とTAZの相違点を解析し、YAP1のN末端がスフェア形成を抑制する可能性を見出している。5)各種の転写因子をホタルルシフェラーゼに融合して発現させ、YAP1・TAZと免疫沈降し、相互作用を定量的に比較検討した。6)がん細胞においてYAP1・TAZを抑制すると、がん細胞培養上清によるマウス筋芽C2C12細胞に対する筋分化抑制作用が軽減することを確認した。7)ブレオマイシン肺線維症モデルにTAZ抑制剤の局所投与を行ったが、効果は確認されなかった。8)マウス間葉組織幹C3H10T1/2細胞の脂肪化に対するYAP1活性化剤のアセイを行い、YAP1はTAZと同様に脂肪細胞分化を抑制することを確認した1)転写共役因子YAP1,TAZ阻害作用をもち、がん細胞に抑制的作用をもつ候補化合物を複数獲得し、その作用機序を解明した。これにより、私たちが用いたYAP1、TAZ阻害剤探索系が有効であることが示された。成果の一部は論文発表した。得られた候補化合物の中には、従来知られているYAP1、TAZ制御機構以外に作用点を持つと予測される化合物が含まれるため、分子標的同定などの解析を継続している。2)ミエローマ細胞ではYAP1はDNA損傷に応答してABL1によりリン酸化されp73と共役し腫瘍抑制的に機能することが知られている。そこで、YAP1活性剤をミエローマに投与し、ミエローマに抑制的に機能することを試験管レベルで確認した。現在、動物レベルの実験を進めると同時に、YAP1活性剤が腫瘍抑制的に機能するミエローマ以外の細胞を探している。3)消毒薬として広く使用されているエタクリジンに強いTAZ活性作用があることを見出した。しかも消毒薬として使われる濃度より低濃度でTAZを活性化する。つまり、エタクリジンを消毒薬として使用するときには、TAZがサイド効果として活性化していることになる。この知見は、局所的に短期投与するならば、TAZ活性剤は安全に使用できることを保証する点で重要であり論文発表した。4)TAZ活性剤を筋萎縮治療薬として開発し、特許申請し、現在、誘導体を展開している。誘導体の評価のために、簡便で定量的なアセイ系が必要になった。そこで筋細胞が融合して多核の筋管になると緑色蛍光が生じるユニークなアセイ系を開発し論文発表した。5)脂質修飾蛋白のチャペロンとして機能する分子が、RASSF6と相互作用して腫瘍抑制的に機能することを見出し解析を進めている。2014年度の成果をもとに研究を展開できたため、今年度は順調に進展できた。とくに、2014年度には、まだ未熟であった学生の実験手技が向上し、評価可能なデータがとれるようになったことが、進展に大きく寄与している。上記、概要に記載しきれない内容に関連して、論文作成が進行しつつある。1)転写共役因子TAZを抑制する低分子化合物の解析を行い、古典的Hippoシグナルを介して抑制する化合物については昨年度、論文発表したが、今年度は、従来知られていないメカニズムでTAZを阻害する化合物について解析した。結果、TAZの細胞核移送機構に関わる分子を発見した。2)転写共役因子YAP1を活性化しABL-YAP1-p73系を介して多発性骨髄腫細胞に細胞死誘導が起こす化合物を解析し、論文投稿した。現在、リバイス中である。3)筋萎縮治療に有効と期待されるTAZ活性剤をすでに報告しているが、300倍以上活性の高い誘導体を獲得した。

又、構造類似性がない新しいTAZ活性剤にも筋萎縮治療効果があることを見出した。このことはTAZを活性化することが、筋萎縮治療に有用であるという私たちの主張をさらに補強する。これらの化合物をめぐって、現在、製薬企業と共同研究を交渉中である。一番目の化合物については既に特許申請したが、二番目の化合物については特許申請検討中であり、したがって、論文投稿はまだ行っていない。4)Hippoシグナルと密接な関係を持つ腫瘍抑制分子RASSF6がRas依存的にp53を活性化する分子機構について分子レベルでの解析を進め、RASSF6のRas結合領域がMDM2のE3 ligase領域に結合すること、RASSF6のC末領域がRas結合領域に対して抑制的に作用すること、Rasシグナルが入ると自己抑制が解除されRas結合領域のMDM2に対する作用が増強することを見出した。5)脂質修飾チャペロンUNC119がRasとRASSF6に結合し、Ras-RASSF6シグナルを増強することを明らかに、論文投稿した。現在、リバイス中である。腫瘍抑制Hippoシグナルの標的分子YAP1、TAZは組織幹細胞の維持に必要で活性が不十分だと組織恒常性が破綻する。逆に活性が強すぎると発がんにつながる。従ってYAP1、TAZの活性化剤は組織再生に、抑制剤はがん治療に有用と考えられる。YAP1、TAZの活性を計測するアセイ系を作り、活性化剤、阻害剤を探索した。得られた候補をがん細胞や筋芽細胞のモデル細胞に投与して、がん治療、筋萎縮治療への応用の可能性を検討した。YAP1、TAZの新しい制御機構の発見を期待して、標的分子の同定も試みている。Hippoシグナルと関係が深いRASSF6が細胞周期停止、細胞死誘導を起こす機構の詳細も解明した。1)YAP1・TAZの活性化剤、抑制剤候補から、解析に値する生物活性を絞り込む作業は予定通り進展した。アフィニテイーカラム法による分子標的同定は成功していないが、下記するように新しい方法への転換を図っている。化合物によってTAZそのものに起こる分子修飾を質量分析で行った結果、従来知られていないTAZの分子修飾を見出し、予測外の展開につながりそうである。2)平成26年度に大学の動物施設が改築され、動物実験が制限されたため、YAP1・TAZ抑制剤を対象とする動物実験が進捗しきれなかったが、年度明けから再開している。3)RASSF6はYAP1・TAZのレポーターを抑制し、RASSF6の発現抑制は、YAP1・TAZの活性を高めるという仮説をもって実験を行ったが、仮説は支持されなかった。TAZ抑制剤がブレオマイシン肺線維症に治療的に作用するという仮説を支持する結果が得られなかった。4)この他、これまで広く使われている薬剤にTAZ活性化作用があることの発見、筋分化を簡便に定量的に評価するアセイ系の樹立など、予測以上の成果もあがっている。2015年度までの進展をもとに研究を進める。大きな方針の変更は必要ないと考えている。大学院卒業を控えている学生もいるため、論文を完成させる作業を急ぐ。YAP1、TAZの活性剤、抑制剤の研究は、応用的展開のため、製薬企業との共同研究やAMEDの支援が必要な段階にあり、そのための努力を行う。RASSF6については、私たち独自の研究が展開されているので、より多くの力を傾注したい。28年度が最終年度であるため、記入しない。
食事誘導性概日ペースメーカー理論を応用した生活習慣病の一次予防戦略

生活習慣関連疾患のプライマリーケアにおいて、食生活の習慣改善は、運動などと並んで極めて重要である。しかし、災害後の復興期にある地域においては、ライフスタイルが変化せざるをえず、一次予防はしばしば実行することが困難となる。そこで、継続しやすい一次予防として、食事時間に着目し、それを規定する分子機序の進歩の情報収集のため学会などに参加した。また必要な機器や試薬を一部購入した。生活習慣病の状況を把握するうえで、災害被災地域における、避難生活などに関連した生活習慣病の新規罹患調査が並行して進んでいる。肥満・高血圧・糖尿病などの生活習慣病が腎機能障害などの発症のリスクとなっていることが示された。本研究に関連するところでは、非アルコール性脂肪肝(NAFLD)によると思われる肝機能異常の改善に、間食・夜食、食事のスピードなどの改善よりも、朝食を欠食しないことと、運動が大きく寄与しており、睡眠やメンタルヘルスの状況は関連が認められないことが示された(Medicine 97: 42e12890, 2018)。一方、喫煙者の割合は全体として下がっているが、メンタルヘルスと関連していることが示された(BMJ Open. 8: e018943, 2018)。研究全体の概要としては、一般的には徐々に進行することが多い様々な生活習慣病が、被災後13年という短い期間で急激に進行する人がかなりいること分り、その多様性に関連して一次予防を解明することの重要性が示唆された。東日本大震災後の被災者への健康調査による検討によると、当初予想していた睡眠の影響は、喫煙関連以外の生活習慣病関連のアウトカムに関連性がみられなかった。また睡眠と相関性の高いことが本調査でも示されているメンタルヘルスのリスクも生活習慣病の関連が認められていない。さらに体内時計と生活習慣病の関係を示す基礎研究に大きな進歩があり、当初研究で重要視していたマーカー以外にも重要なものが発見されており、中枢性と末梢性の光調整性の体内時計と食事誘導性の体内リズムとの関連の研究も進歩している。さらに時間シフトワーカーなによる疫学研究も進んでいる(Nature Rev Endocrinol 2019, Intern J Mol Sci 2019)。一方、我々の調査においても、生活習慣の乱れからメタボリック症候群や糖尿病などを発症するまでの時間経過が、予想に反してリスクが低いと想定されている人でも短い時間で生活習慣病が発症している人がおり、一次予防の介入がそれらにどのように影響するかをまず検討しないといけない。そのため研究計画にあるアウトカムとマーカーの空腹時の採血や睡眠リズムだけでは不十分である可能性が高くなっている。そこで予定を変更し、健康調査における生活習慣病の発症や改善のスピードとの再検討と、すでに行ったマーカー関連のデータを新たな研究の進歩に伴って二次利用し再解析する検討を優先しようと考えている。そのため当初予定していた睡眠ソフトによる解析や採血マーカーアッセイを控えており、その分の予算は使用しない可能性がある。東日本大震災後の被災者を対象に、我々が行っている健康調査の結果では、肥満、メタボリック症候群、糖尿病、肝機能異常、高血圧、高脂血症、腎機能異常などの生活習慣病関連アウトカムに対し、避難が最も強い共通の交絡因子に挙げられた。避難は一般的な一次予防の食習慣の時間や回数、運動、禁煙、睡眠習慣などと強く関連しているが、細かく見ると食習慣や運動への影響が強く、睡眠習慣と喫煙は避難自体よりメンタルヘルスに直接関連していた。これらは震災後1ー2年の結果であることより、その後の経過と一次予防との関連について、今後より詳細に検討する予定である。また震災後1ー2年以内に糖尿病を新規発症する人は、非避難者でも通常より増加していたが、避難者では非避難者の1.4倍多かった。しかし耐糖能異常のボーダーラインからの糖尿病発症には差がなく、避難の影響は正常正常高値の群における差であった。避難という多因子のリスクファクターは、喫煙習慣には関係していなかった。また運動も肝機能異常の発症には寄与しているが、メタボリック症候群の発症には寄与が少なかった。これらは震災後に一時的に悪化したものと生活習慣病を発症したものの複合であるため、生活習慣病の改善がみられた群において、一次予防との関連を見る必要があると考えられる。また近年の基礎研究の進歩により、グレリンが食事誘導性概日リズムに対し迷走神経求心路を介さない経路で摂食中枢に働いていることが推測されている。これらの進歩とすでにデータがある結果を合わせて分析し、人におけるマーカーと考えているグレリンやレプチン、インスリンと食事誘導性リズムとの生理的関連についても明らかにしてゆきたい。生活習慣関連疾患のプライマリーケアにおいて、食生活と睡眠の習慣改善は、運動・メンタルヘルスと並んで極めて重要である。しかし、何らかの体調悪化を自覚して医療機関外来を受診する場合と異なり、一次予防を習慣づけることは難しい。特に災害後の復興期にある地域においては、ライフスタイルが変化せざるをえず、複雑な一次予防自体、それを実行することは困難である。そこで、誰もが継続しやすい一次予防の一つとして、食事時間に着目し、インスリンとレプチンの感受性と睡眠影響をマーカーに、分子機序と疫学調査の両面からどのような介入が最も効果的かの検討を開始した。分子機序解明に必要な基礎研究の倫理員会申請を行い、承認をえた。体内代謝・内分泌マーカーを測定するうえで必要なサンプルの保存用の冷凍庫と冷蔵庫を購入した。

一方、介入が必要な生活習慣病の状況を把握するうえで、災害被災地域における、肥満・メタボリック症候群・睡眠状況とメンタルヘルスなどの生活習慣病関連の調査を並行して進めている。全体の概要としては、災害に伴う避難生活が及ぼす生活習慣の劇的な変化が、通常徐々に進行することが多い生活習慣病を、急激に進行させていることが分かりつつある。また、それらにおいては、運動習慣よりもむしろ食生活・睡眠が大きく関与し、また避難生活という社会・心理学的な要因も重要であるという結果がえられている。本研究は、様々な要因が考えられる被災地域における生活習慣病の予防において、近年明らかになりつつある食事誘導性概日ペースメーカー(Food-entrainable circadian pacemaker)の研究の進歩に焦点をあて、災害復興地域においても実現可能な食習慣一次予防の戦略的探索を目的として研究を進めている。生活習慣関連疾患のプライマリーケアにおいて、食生活と睡眠の習慣改善は、運動・メンタルヘルスと並んで極めて重要である。しかし、何らかの体調悪化を自覚して医療機関外来を受診する場合と異なり、一次予防を習慣づけることは難しい。特に災害後の復興期にある地域においては、ライフスタイルが変化せざるをえず、食習慣にしても複雑な一次予防は、それを実行することが困難である。そこで、誰もが継続しやすい一次予防の一つとして、食事時間に着目し、分子機序と疫学調査の両面からどのような介入が最も効果的かの検討を開始した。体内代謝・内分泌マーカーなどの分析に必要な情報収集のため学会などに参加するとともに、必要な機器を一部購入した。必要な基礎研究の倫理委員会は昨年度承認されているので、データの分析に入っている。一方、介入が必要な生活習慣病の状況を把握するうえで、災害被災地域における、肥満・メタボリック症候群・睡眠状況とメンタルヘルスなどの生活習慣病関連の調査を、本研究だけの成果ではないが並行して進めている。全体の概要としては、災害に伴う避難生活が及ぼす生活習慣の変化が、一般的には徐々に進行することが多いとみなされている生活習慣病を、13年という短い期間で急激に進行させていることが分かりつつある。また、それらにおいては、食事の回数や睡眠が大きく関与することを示唆する結果がでて論文化された。また避難生活という社会・心理学的な要因も重要であるという結果がえられている。本研究は、被災地域における生活習慣病の予防において、食事誘導性概日ペースメーカー(Food-entrainable circadian pacemaker)の基礎研究の進歩を基盤に、災害復興地域においても実現可能な食習慣一次予防の戦略的探索を目的として研究を進めている。生活習慣病と、インスリン抵抗性、脂肪肝、メタボリック症候群の間には関連が見られることは以前よりよく知られている。東日本大震災後の被災地における健康調査に基づき、生活習慣病関連の発症に影響する可能性のある要因の分析がすすめられているが、本研究に関連するところでは、非アルコール性脂肪肝(NAFLD)によると思われる肝機能異常の改善に、運動習慣、睡眠、間食、食事のスピードなどの改善よりも、朝食を欠食しないということがもっとも大きく寄与していた。
構成的数学基づく証明検証合成システムの作成

構成的プログラミングは、構成的数学を形式化した論理体系をプログラム理論に応用したプログラミングの考え方である。本年度の研究では、この構成的プログラミングの考えの理論的、実際的有効性を示すため以下の研究を行った。基礎となる論理体系SSTは、これまで述語の帰納的定義において、ハロップ論理式のみを許していたが、それを一般の論理式を許すような拡張を行った。これにより、SSTは更に強力な体系となった。新しいSSTに対してモデルを構成することらり、無矛盾性を示し、また、従来難しいとされてきた、一般的な帰納的述語定義に対する実現可能解釈を定義し、その健全性定理を証明した。SSTに含まれるプログラム言語Λに大幅な変更を加えた。この変更は、昨年度の研究で作成した従来のΛの処理系による証明、合成システムの経験をふまえ、それらのシステムをより簡潔に自然に記述できるようにするためのものである。大きな変更点は、パタ-ン照合機能を強化したこと、表現をLISPのS式風に改めたこと、デ-タ型の概念を部分的に取り入れたこと、論理体系を表現するためのquoteの機構を整備したことなどである。この新しいΛをSSTの項として表現する変更を加え、その処理系をワ-クステ-ション上に実現した新しいΛにより、SSTの証明システム、プログラム抽出システムをワ-クステ-ション上に実現した。これらのシステムにより、計算機の上でSSTの証明を作成し、それを検証し、更に、そこから計算の情報を抽出して誤りのないプログラムを合成することに成功した。実際に、いくつかの例を作成して、この手順によるプログラム合成が有効であることを実証した。また、例を通して、証明と抽出されたプログラムの関係についての研究を行った。本年度の研究では,関数型論理型プログラム言語Qutyと,構成的数学体系QJを発展させ,集合に対する記法を持ち体系SST(Symbolic set thepry)を新たに構築した. SSTの特徴は以下の通りである.1.S式に基づいているため,論理式や証明をSSTの枠内で表現し,それを計算機の上で処理することが可能になる.2.型の制約でないλ計算に基づいているので,不動点演算子により一般の再帰的関数を定義できる. 3.集合を表現する記号Σやπが導入された.これにより,プログラムの仕様を簡潔に書くことができるようになった.4.SSTの基本関数は, S式に対する操作関数であるが,そのまま関数型プログラム言語を構成する.このプログラム言語sstにより, SST自身を記述することが可能である.体系SSTに対して,次の理論的成果を得た.1.SSTのモデルを作り,無矛盾であることを示した.2.realizablityinter pretationにより,仕様の証明からプログラムを合成できることを示した.次に,本年度購入のワークステーションを用いて,プログラム言語sstの処理系を実現した.最終的には, sstにより, SSTの証明を全て実現するのが目標しため,そのために必要な機能が何であるかを,実際の処理系をワークステーション上で作動させることにより研究した.また, sstによる自分自身の処理系をワークステーション上に実現し, sstのプログラム言語としての能力が十分あることを実証した.

また,ワークステーションを通信に用いることによって,国内外の研究者との情報交換を行い, SSTおよびsstを洗練したものにするために,大いに役立った.本年度の研究では、(1)前年度にひき続き、構成的数字を形式化した論理体系SST(Symbolic Set Theory)を設計し、SSTの表現力と倫理体系としての性質に関する考察、SSTに含まれるプログラム言語Λの形式的意味の記述、ΛによるSST証明係の実現の手法の検討などの理論的研究、(2)Λの計算機上への実現、ΛによるSST証明系の実現、そのフィードバックによってSSTをより洗練する研究を行った。SSTの特徴は、(1)項や論理式がS式に基づいた記号表現のなので、計算機による処理に適している、(2)項を構成する際に型の制約がないので一般の再帰的関数を定義できる(SSTの閉項によるプログラム言語をΛとよぶ)、(3)計算の止まらない項を扱う部分項の論理を基礎とするので、プログラムの性質を直接取り扱うことができる、(4)ある論理式を満たす項の集まりを集合として取りこむ規制を持つので、空集合、全体集合、直積、直和、関数空間、集合の集合などの集合を定義することができる。(特に集合の集合の存在は、他の理論には見られない)、(5)帰納的に術語を定義する規則を含んでいるため、自然数やリスト、木などのデータ型も集合として表現することができる、などである。これらの長所により、SSTによって、Λのプログラムの仕様の記述およびその性質の推論をすることが容易になった。また、Λはプログラム言語として十分な能力を持つため、SST自身の証明系をΛで実現することが可能である。今年度は、Λの本格的な処理系を計算機上に実現し、自己評価系やSSTの証明系の基本部分をΛで実現した。これらの過程を通じて、Λにパターン照合の機能が不可欠であること、などが証明し、SST自身の改良をくり返した。前年度の理論的成果である、SSTの無矛盾性、項の存在性の定理等を改良したSSTに対して再び証明した。構成的プログラミングは、構成的数学を形式化した論理体系をプログラム理論に応用したプログラミングの考え方である。本年度の研究では、この構成的プログラミングの考えの理論的、実際的有効性を示すため以下の研究を行った。基礎となる論理体系SSTは、これまで述語の帰納的定義において、ハロップ論理式のみを許していたが、それを一般の論理式を許すような拡張を行った。これにより、SSTは更に強力な体系となった。新しいSSTに対してモデルを構成することにより、無矛盾性を示し、また、従来難しいとされてきた、一般的な帰納的述語定義に対する実現可能解釈を定義し、その健全性定理を証明した。SSTに含まれるプログラム言語Λに大幅な変更を加えた。この変更は、昨年度の研究で作成した従来のΛの処理系による証明、合成システムの経験をふまえ、それらのシステムをより簡潔に自然に記述できるようにするためのものである。大きな変更点は、パタ-ン照合機能を強化したこと、表現をLISPのS式風に改めたこと、デ-タ型の概念を部分的に取り入れたこと、論理体系を表現するためのquoteの機構を整備したことなどである。この新しいΛをSSTの項として表現する変更を加え、その処理系をワ-クステ-ション上に実現した。新しいΛにより、SSTの証明システム、プログラム抽出システムをワ-クステ-ション上に実現した。これらのシステムにより、計算機の上でSSTの証明を作成し、それを検証し、更に、そこから計算の情報を抽出して誤りのないプログラムを合成することに成功した。実際に、いくつかの例を作成して、この手順によるプログラム合成が有効であることを実証した。
生命と無機リン化合物のかかわり;分子進化における希土類の役割

1.リン化合物の分解速度を追跡するために、フローインジェクション分析法による迅速な選択的分析法(1時間に約100サンプル)を開発した。反応コイル中でのポリリン酸塩やモノフルオロリン酸塩の加水分解反応と呈色反応を同時に進行させるために高温高圧リアクターを設計した。2。無機リン化合物とその酵素分解生成物を同時分析するために、フローインジェクションシステムを検出系とする高速液体クロマトグラフィーを設計した。分離カラム(イオン交換)や溶離液の適合性を検討し、重合度や酸化数の異なる種々のリン化合物の分析法の最適化をはかった。3。酸素反応を追跡できるように、P-31NMRの測定条件の最適化をはかった。加水分解の途中でpHが変動するので、それを制御する方法の工夫、無機リン化合物のNMRパラメーターのpH依存性を検討した。4.種々の希土類元素がピロリン酸の酵素分解反応に対して著しく疎外することを確認した。例えば、ランタンは極低濃度(nMオーダー)でも疎外した。ミカエリスーメンテンモデルで加水分解度のデータを解析し、阻害反応のメカニズムを提唱した。ランタンが最も阻害効果が大きく、原子量の増大につれて阻害効果は減少した。2。3。
リパーゼ触媒を用いる動的ドミノ型炭素骨格構築法の開発

近年,環境調和型不斉合成法として加水分解酵素リパーゼを用いるラセミ体アルコールの光学分割が活発に研究されているが,炭素骨格構築への応用例は殆どない.我々は,構造修飾されたエトキシビニルエステルを用い,リパーゼ触媒光学分割と,その生成物の分子内環化反応がドミノ的に進行する炭素骨格構築法を初めて開発した.また,光学分割で残る片方の鏡像体を酵素反応途中にラセミ化させるRu触媒を開発し,動的光学分割を伴うドミノ型反応にも成功した.本研究では,このようなドミノ型不斉合成法の適用拡大を目的として研究を行った.以下にその成果を概説する.1.オキソバナジウム化合物VO(OSiPh_3)_3とリパーゼを併用する第二級アリルアルコールの新規動的光学分割法を開発し,光学活性アリルエステル(88-99% ee)が69-99%の高収率で得られた.本法は,バナジウム化合物によって触媒されるアリルアルコールの1,3-転位反応を経る,従来にないラセミ化が特長である.2.上記の特長を活かし,構造異性体の第三級アルコールから同じ動的光学分割によって同一の生成物を与える方法を見出し.また,本法で得られる生成物の殆どが光学純度99% ee以上となり,上記の方法よりも光学純度のより高い生成物を与えるという興味深い結果となった.これらの一連の成果は,構造異性の関係にある2種のラセミ体アリルアルコールが等価な原料として利用できごとを意味し,不斉合成の新しい手法を提供するものである.現在,ジエン構造を内包するアルコールを基質とするドミノ型炭素骨格構築へ展開中である.3.上記のラセミ化反応をより高速に進行させる新しい高性能金属触媒の開発研究を行った結果,モリブデン化合物が有力な候補として見出された.近年,環境調和型不斉合成法として加水分解酵素リパーゼを用いるラセミ体アルコールの光学分割が活発に研究されているが,炭素骨格構築への応用例は殆どない.我々は,構造修飾されたエトキシビニルエステルを用い,リパーゼ触媒光学分割と,その生成物の分子内環化反応がドミノ的に進行する炭素骨格構築法を初めて開発した.また,光学分割で残る片方の鏡像体を酵素反応途中にラセミ化させるRu触媒を開発し,動的光学分割を伴うドミノ型反応にも成功した.本研究では,このようなドミノ型不斉合成法の適用拡大を目的として研究を行った.以下にその成果を概説する.1.オキソバナジウム化合物VO(OSiPh_3)_3とリパーゼを併用する第二級アリルアルコールの新規動的光学分割法を開発し,光学活性アリルエステル(88-99% ee)が69-99%の高収率で得られた.本法は,バナジウム化合物によって触媒されるアリルアルコールの1,3-転位反応を経る,従来にないラセミ化が特長である.2.上記の特長を活かし,構造異性体の第三級アルコールから同じ動的光学分割によって同一の生成物を与える方法を見出し.また,本法で得られる生成物の殆どが光学純度99% ee以上となり,上記の方法よりも光学純度のより高い生成物を与えるという興味深い結果となった.これらの一連の成果は,構造異性の関係にある2種のラセミ体アリルアルコールが等価な原料として利用できごとを意味し,不斉合成の新しい手法を提供するものである.現在,ジエン構造を内包するアルコールを基質とするドミノ型炭素骨格構築へ展開中である.3.上記のラセミ化反応をより高速に進行させる新しい高性能金属触媒の開発研究を行った結果,モリブデン化合物が有力な候補として見出された.リパーゼに代表される加水分解酵素を触媒として利用する不斉合成法は、緩和な反応条件下、簡単な操作で、高選択的に高収率で目的物が得られ、更に触媒自身の生分解性などの利点から、環境調和型反応として最近特に注目されている。しかし、その利用法は主にアルコールやカルボン酸類の光学分割や非対称化に限られ、炭素骨格構築に利用する研究は殆ど無い。我々は、構造修飾された新規アシル化剤エトキシビニルエステルを用いてラセミ体アルコールのリパーゼ触媒光学分割を行い、生成する光学活性エステルがすぐに分子内環化反応を起こすドミノ型反応に初めて成功した。さらに、光学分割で残る一方の鏡像体を酵素反応途中にラセミ化するルテニウム触媒を見出し、動的光学分割を伴うドミノ型反応を開発した。本年度は計画に従い、リパーゼ触媒を用いる動的なドミノ型炭素骨格構築法の汎用性の確立と実用化を検討し、以下の成果を得た。1.上記の動的光学分割を伴うドミノ型反応に用いたRu錯体は、アルコールの酸化還元反応を触媒してラセミ化を起こすが、基質の適用性が限られていた。錯体のリガンドを変えると反応性が向上することが分かってきたので、現在室温で広範囲のアルコールに有効な新規Ru錯体の開発研究を継続している。2.オキソバナジウム化合物とリパーゼを併用することで、アリルアルコールの全く新しいタイプの動的光学分割法を開発した。本法では,リパーゼによる光学分割と併行して、バナジウム化合物がアリルアルコールの1,3-転位反応を触媒し、その過程で光学活性アルコールはラセミ化する。本法により,ラセミ体アリルアルコールから光学活性アリルエステル(91-99%ee)が80-96%の高収率で得られた.本法をドミノ型炭素骨格構築法へ発展させるべく研究を推進中である。

近年、環境調和型反応として加水分解酵素リパーゼの利用が注目されている。しかし、主にラセミ体のアルコールやカルボン酸類から光学活性体の分離に用いられ、炭素骨格構築に応用する研究は殆ど無い。我々は最近、構造修飾されたエトキシビニルエステルを用い、リパーゼ触媒光学分割と、生成物の光学活性エステルの分子内環化反応がドミノ的に進行する炭素骨格構築法を初めて開発した。また、光学分割で残る片方の鏡像体を酵素反応途中にラセミ化させ、全ての原料を光学活性体に変換できる動的光学分割にも成功した。本研究では、これらの2つの手法を組み合わせ、表題の開発を目指している。本年度は以下の成果を得た。1.前年度に見出した、オキソバナジウム化合物とリパーゼを併用するアリルアルコールの新規動的光学分割法を、3級アリルアルコールに適用した。その結果、前法と同じ光学活性アリルエステル(88-99% ee)が69-99%の高収率で得られることが分かった。本反応は、バナジウム化合物によるアリルアルコールの転位と、リパーゼによる高度な基質及びエナンチオ選択の協同作業によって達成されたもので、従来稀な転位を伴う動的光学分割法となった。また、本法は入手容易な構造異性体が等価な基質として利用できるという不斉合成の新しい概念を提供するものである。2.上記1のアリルアルコールの転位反応を促進する、より高活性な金属触媒の探索研究を行い、無機バナジウム化合物やモリブデン化合物が候補として見出された。現在、ジエン構造を内包するアルコールを基質とするドミノ型炭素骨格構築へ展開中である。3.今年度は上記1のテーマが予想以上に展開したので、その遂行に力を入れた。他の計画(酸化還元型のRu錯体の機能向上、他の分子内反応との組み合わせ)に関しても、引き続き検討中である。
皮膚疾患におけるオートファジーの役割の解明

オートファジーは細胞内小器官などの蛋白処理機構であり、皮膚領域でも顆粒層に発現が強くみられ、角化機序への関与が注目されている。現在までに我々は皮膚移植によりAtg7KOマウス皮膚の長期観察を行い、Atg7欠損下での角化関連因子の減少とその反応を補うオートファジー代償機構の存在の可能性を見出している。このことからケブネル現象を示す乾癬やバリア機能異常により、易刺激性に皮膚炎を起こすアトピー性皮膚炎への関与が推測される。今回我々は、Atg7KOマウス皮膚移植片を用いて皮膚炎誘導下でのオートファジー反応系因子の変化を観察し、オートファジー反応系から炎症に対する新しい治療薬の可能性を模索する。
肝予備能把握法の確立と肝切除後残存肝機能の分子生物学的解析

1)閉塞性黄疸ラットモデルでのトランスポーターの発現今回の科研のテーマの1つである総胆管結紮閉塞性黄疸モデルを用い、胆管結紮後3日から28日までのタイムコースをとり血液、肝臓を採取した。胆管閉塞後、排泄系トランスポーターmrp2の発現は低下し、mrp3の発現は上昇した。これらの変化は28日後も持続していた。取り込み系トランスポーターoatp,ntcpの発現は胆管結紮後早期に低下し、28日後も低下していた。毛細胆管への排出に関わるmdr2の発現に変化はなかった。また、閉塞性黄疸7日間作製後に胆汁内凄・胆汁外瘻で減黄すると有意に変化していたmrp2とmrp3の変化は元に復し(いることをpreliminary studyで確認した。幸い、平成20年度も科学研究費の補助が受けられるので更に検討していきたい。2)大量肝切除ラットモデルでの肝予備能70%肝切除と急性肝不全モデルである90%肝切除をラットで行い、胆汁流量、胆汁酸排泄、トランスポーターの発現を検討した。90%肝切除群においてmrp2の発現は術後低下し、mrp3、bsepの発現は術後上昇したのに対し、70%肝切除後には逆の変動を示した。取り込み系トランスポーターのntcp,oatpの発現は両群とも術後低下し、差は認めなかった。70%肝切除群と90%肝切除群の問で排泄系トランスポーターmrp2,mp3の発現変化が異なり、術後肝不全発症の早期指標の一つとなる可能性が示唆され、現在更に検討している。90%肝切除後には胆汁流量、胆汁中胆汁酸排泄は有意に低下しており、これに関してはJ.Surg.Res.に論文として発表した(研究発表3)。3)門脈塞栓後および虚血-再潅流後の肝再生と肝障害の分子細胞学的解析門脈結紮モデルを作成し、肝再生葉と萎縮葉のサイクリンD1の発現の違いが、肝再生・萎縮に関係することを報告した。また、虚血・再潅流肝障害の機序の一部を報告した(発表4)。さらに臨床におけるデータも解析中である。進行胆嚢癌や肝門部胆管癌では拡大肝切除を行うことがあるが,残存肝予備能の限界に近い大量肝切除は正常肝でも術後の肝不全の誘因となりうる.特に閉塞性黄疸や肝機能障害を有する病態肝の場合はさらに術後肝不全の発生率が高く,術前の正確な残存肝予備能の把握と術後肝不全の早期予知およびその防止は臨床上きわめて重要な課題である.現在,大量90%肝切除術後や閉塞性黄疸における肝切除術後の有機アニオントランスポーター(取り込み系のntcp,oatp,排泄系のBsep,Mrp2,Mrp3など)の発現の変化とビリルビンおよび胆汁酸代謝との関係についてラットで解析し,一部は原著論文(J Surg Res. In Press)として発表し,また以下のような結果を主要な学会(第105回日本外科学会,第60回日本消化器外科学会)で発表して現在論文作成中である.

1)90%肝切除術後48時間の生存率は50%,70%肝切除群は100%であった.90%肝切除群では70%肝切除群に比べて術後早期(6時間)に胆汁流量および胆汁中胆汁酸排泄の有意な低下がみられた(J Surg Res. In Press).また90%肝切除群ではBsepとMrp3の有意な発現亢進とMrp2発現低下を認めたのに対し,70%肝切除群ではBsepとMrp3の発現低下とMrp2の発現亢進を認めた.現在これらについて蛋白発現を解析中である.2)閉塞性黄疸ラットモデルでは,胆管閉塞によりMrp2,Bsep,oatpおよびntcpの発現低下とMrp3の発現亢進が認められた.1週間の閉塞性黄疸後胆汁外瘻あるいは内瘻により減黄すると,発現が低下していたMrp2は亢進し,発現が亢進していたMrp3は低下した.胆汁外瘻と内瘻を比較すると内瘻の方が有意にMrp2とMrp3の発現が正常に復した.進行胆嚢癌や肝門部胆管癌では拡大肝切除を行うことがあるが,残存肝予備能の限界に近い大量肝切除は正常肝でも術後の肝不全の誘因となりうる.特に閉塞性黄疸や肝機能障害を有する病態肝の場合はさらに術後肝不全の発生率が高く,術前の正確な残存肝予備能の把握と術後肝不全の早期予知およびその防止は臨床上きわめて重要な課題である.現在,大量90%肝切除術後や閉塞性黄疸における肝切除術後の有機アニオントランスポーター(取り込み系のntcp, oatp,排泄系のBsep, Mrp2, Mrp3など)の発現の変化とビリルビンおよび胆汁酸代謝との関係についてラットで解析し,一部は原著論文(J Surg Res.134:81-86,2006)として発表し,また以下のような結果を主要な学会(第105回日本外科学会,第60回日本消化器外科学会)で発表して現在論文作成中である.1)90%肝切除術後48時間の生存率は50%,70%肝切除群は100%であった.90%肝切除群では70%肝切除群に比べて術後早期(6時間)に胆汁流量および胆汁中胆汁酸排泄の有意な低下がみられた.また,90%肝切除では一次胆汁酸であるCA, CDCAの胆汁酸排泄が術後6時間で有意に減少していた.これらの結果を2006年に論文として発表した(J Surg Res.134:81-86,2006).またトランスポーターの測定では,90%肝切除群ではBsepとMrp3の有意な発現元進とMrp2発現低下を認めたのに対し,70%肝切除群ではBsepとMrp3の発現低下とMrp2の発現亢進を認めた.これらの結果は日本消化器外科学会のシンポジウムで発表した.2)閉塞性黄疸ラットモデルでは,胆管閉塞によりMrp2,Bsep, oatpおよびntcpの発現低下とMrp3の発現亢進が認められた.1週間の閉塞性黄疸後胆汁外痩あるいは内痩により減黄すると,発現が低下していたMrp2は亢進し,発現が亢進していたMrp3は低下した.胆汁外瘻と内痩を比較すると内痩の方が有意にMrp2とMrp3の発現が正常に復した.これらの結果は減黄の必要性と減黄する方法として胆汁内痩の方が優れていることが示唆され、2005年と2006年に日本外科学会総会で発表し,論文作成中である.進行胆嚢癌や肝門部胆管癌では拡大肝切除を行うことがあるが,残存肝予備能の限界に近い大量肝切除は正常肝でも術後の肝不全の誘因となりうる.特に閉塞性黄疸や肝機能障害を有する病態肝の場合はさらに術後肝不全の発生率が高く,術前の正確な残存肝予備能の把握と術後肝不全の早期予知およびその防止は臨床上きわめて重要な課題である.
非営利団体による地域環境改善の対象と仕組みに関する研究(日英の比較から)

日本および英国における非営利団体による環境改善活動に関して、典型事例を抽出した上で現地調査を実施して情報収集を行い実態把握を行った。それととともに、現在進行中のプロジェクトをとりあげ、1年間にわたってその活動のプロセスを追跡調査した。これらにもとづき、我が国と英国との非営利団体による環境改善活動の比較分析を試み、我が国における活動展開のための課題を整理した。国内においては、非営利団体を便宜的にコミュニティ型、アソシエーション型、およびその複合型(広域型)の3つに区分して8団体を取りあげた。これらは団体の活動範域から、地区型、市町村型、広域型に、また地区・市町村型については、さらに既成市街地型、郊外(混住地域)型、農村型に分けることが出来た。英国においてはグラウンドワーク活動を展開している3つのトラスト(市街地型、郊外型および農村型)を取り上げ、そこで展開されている活動内容、企業や行政との連携手法について分析・検討を行った。活動プロセスの追跡調査は、千葉県船橋市の「遊休農地を活用したコミュニティ・ガーデンづくり」と栃木県栃木市の「蔵を生かしたまちづくり」の2つを事例に、まちづくりのプロセスと各団体の役割の追跡調査を行い、まちづくりの現場において非営利団体の果たす役割並びに行政との関係について、企業を含めた各セクターのパートナーシップとその推移について明らかにした。非営利団体・行政諸機関のパートナーシップ形成プロセス、プロジェクトの問題点と課題、地域的課題とプロジェクトの関係、について結論づけをおこなった。総じて、我が国における幅広い専門性と総合的視野をもった団体の必要性と、そうした団体が企業や行政とパートナーシップを構築できる社会的仕組みの必要性が指摘できた。本年度は非営利活動の先進地である英国のグラウンドワーク活動に着目し、文献調査を通じてグラウンドワークトラストが行う環境改善のための諸プロジェクトの類型、およびグラウンドワーク活動が成立する社会的背景とトラスト立地地域の環境条件、の2点について分析を行った。グラウンドワークのプロジェクトは、1980年代当初のアーバンフリンジの環境改善から広い意味での環境問題全般へ多角的にアプローチする方向へと展開している。近年においては、プロジェクトはそのねらいから大きく4つに分類することができた。(1)悪化した居住環境の再生、(2)地域経済振興と環境保全の調和、(3)地域のコミュニティの社会参加促進と環境教育、(4)自然的・歴史的・産業的資源の保全と地域活性化、である。他方、グラウンドワーク活動が成立する社会的背景の検討のために、トラストが立地する地域の環境条件を地形図から分析し、トラスト立地の立地に関して都市と農村、水面の有無という2つの比較軸を見出した。すなわち、グラウンドワークトラストは都市型、都市水面型、郊外型、農村型、農村水面型の5つに分類できた。さらに、都市部においては悪化した居住環境の再生やコミュニティの社会参加促進、農村部では自然を利用した活動の促進による活性化、などトラストが主として取り組むプロジェクトはその立地条件に大きく規定されていることを明らかにした。研究成果は建築学会、農村計画学会等で口頭発表を行った。本年度は日本および英国における非営利団体による環境改善活動に関して、典型事例を抽出した上で現地調査を実施して情報収集を行い実態把握を行った。それとともに、現在進行中のプロジェクトをとりあげ、1年間にわたってその活動のプロセスを追跡調査した。国内においては、非営利団体を便宜的にコミュニティ型、アソシエーション型、およびその複合型の3つに区分して10団体を取りあげた。これらは団体の活動範域から、地区型、市町村型、広域型に、また地区・市町村型については、さらに既成市街地型、郊外(混住地域)型、農村型に分けることが出来る。

活動プロセスの追跡調査は千葉県船橋市の「遊休農地を活用したコミュニティ・ガーデンづくり」を取り上げ、ヒアリング、アンケート調査、観察調査等を行い、諸団体・機関のパートナーシップ形成プロセス、プロジェクトの問題点と課題、地域的課題とプロジェクトの関係、について明らかにした。総じて、我が国における幅広い専門性と総合的視野をもった団体の必要性と、そうした団体が企業や行政とパートナーシップを構築できる社会的仕組みの必要性が指摘できた。最終度は日本および英国における非営利団体による環境改善活動に関して、補足調査を実施した。英国においては、グラウンドワーク事業団において資料収集を行い、新たな活動展開の方向について聞き取りをした。国内においては、(1)コミュニティ系2団体、(2)アソシエーション系4団体、(3)広域系2団体の系8団体について、展開されている活動内容、企業や行政との連携手法について分析を行った。また、まちづくりの現場において非営利団体の果たす役割並びに行政との関係について、千葉県船橋市の「遊休農地を活用したコミュニティ・ガーデンづくり」と栃木県栃木市の「蔵を生かしたまちづくり」の2つを事例に、まちづくりのプロセスと各団体の役割の追跡調査を行い、非営利団体・行政諸機関のパートナーシップ形成プロセス、プロジェクトの問題点と課題、地域的課題とプロジェクトの関係、について明らかにした。以上を報告書にとりまとめた。その目次は次のようである。I.研究の目的と方法II.わが国における非営利団体による地域環境改善の広がりIII.英国におけるチャリティ活動とグラウンドワークの展開IV.わが国におけるグラウンドワーク運動の展開と課題V.わが国におけるパートナーシップ型まちづくりの展開
ナノ領域計測用マイクロマシンツールの製作と応用

ナノ領域における特有の現象を解明するのツールをマイクロマシンによって製作した。ツールを透過型電子顕微鏡(TEM)の中で駆動することで、ナノ領域の観察をしながら、現象を解明する。電界電子放出現象とトンネル現象の二つの現象について研究を行った。電界電子放出電流の不安定性には各種議論があり、本研究ではTEMによって直視観察を行い解明する。製作したマイクロマシンはSOI基板を加工した対向したSi電極である。結晶方位できまった構造で、曲率半径が数nmの探針を100nm以下の距離で形成できる。ツールを10-7PaのTEM内に導入し両電極に電位差を加えると、まず100V付近で電界電子放出電流を測定したが次第に電流が小さくなる。これはジュール熱による表面吸着分子の脱離の再吸着である。電圧をさらに上げて同様の現象を何度か確認した後、ある時間を境に電流が数倍になり、50%以上の変動があった。陽極の形状が電流変化と対応して時々刻々と変化した。電流により陽極電極が蒸発し、陰極からの電子を阻害し、電流を減少する方向に作用し、陽極の温度を下げて再結晶化するというモデルが考えられる。一方、陰極の形状はまったく変化がなく、電子を放出する際にエネルギーを失い探針が冷やされるというノッティンガム効果が支配的になることによる。電界電子放出の不安定性が、数nmという局所的な形状変化であることが示された。次に、TEM内で二つの電極を接近、接触したときの先端原子の様子を確認した。ツールは静電マイクロアクチュエータを実装した2つの電極で、電極間の距離が制御可能である。両探針は金がコートされ数nm以内に接近すると、金原子が電極間を飛び接合される。電極を引き離すと、金原子が移動し細線が次第に伸びる。原子数個の細線となると破断する。実験によって走査トンネル顕微鏡で金の探針を用いる際の問題を直視観察によって示した。
戦略的CSR行動に基づく環境研究開発と競争法適用に関する政策研究

現在、社会全体が環境低負荷型へと変化することが強く求められおり、「科学技術基本計画」においても環境イノベーションの重要性が強調されている。その一方で、企業の社会的責任(CSR)に基づく行動を、競争政策の運用上どのように評価すべきかの経済学研究の蓄積はほとんどない。戦略的CSRが「市場の失敗」による厚生損失を緩和し、同時に企業の利潤を拡大する状況を解明しながら、市場形態に応じた競争政策と環境規制の望ましい水準とその在り方を模索する。そして、企業の戦略的CSR行動の下での競争法適用について理論研究の蓄積を行う。
極限環境の地球-電気-生命相互作用の再現：二重構造式高温高圧電気化学反応槽の開発

地球-生命相互作用の真の理解のためには深海・地殻内に代表される高圧・高温のような極限環境における地球化学・生化学反応の観察が必須である。近年、環境から発生する電気による電気化学的な反応の関与が示されており、高温・高圧下で電気化学を行える実験系の構築が求められている。高温高圧電気化学装置は既に一部の工学分野で利用されているが、複雑な反応系に対応できていない。本研究では、深海研究で培ってきた高温高圧実験技術を応用して二重構造式の新たな仕様の高温高圧電気化学リアクターの開発に挑戦し、既存の実験系では観察できなかった極限環境における様々な地球化学・生化学反応と電気化学反応の融合の再現と観察を目指す。
マイクロマシニングによるモバイル型マイクロエンジン発電技術の研究開発

マイクロエンジン発電機を実証する上で最重要な技術項目であるエンジン燃焼試験に成功した。初年度はエンジン設計を完了し、2年度はピストンの空気圧駆動により提案するマイクロスケールエンジンの構造概念が有効であることを確認した。最終年度は、2年間の設計試作と実験結果を総合的に評価することにより、燃焼室の最適寸法、吸気・排気口の寸法と位置、燃焼に必要な燃料の混合比の3つの重点項目を再検討してエンジン燃焼に向けた問題点を抽出した。その結果、新しい構造のエンジンを設計試作するとともにその燃焼を実現した。シリコンSOI基板のバルクマイクロマシニングにより、ピストン、点火プラグを有するシリンダーケースと燃焼室を加工した。各部品を共晶接合や直接接合により組み立てることによりデモエンジンを完成した。燃焼実験用に、燃焼用水素・酸素混合気の微小体積流量が制御可能で、逆火防止装置を完備した専用の燃料ガス供給ラインを設計試作した。燃焼実験ではマイクロ圧力センサを燃焼室に組み込みことによりエンジンの燃焼圧を計測した。燃焼によるピストン変位と速度は、高速度カメラとレーザードップラー振動計を併用することにより計測した。以上の準備により、水素・酸素の予混合比=2:1=6sccm:3sccm(ストイキオメトリー燃焼)で燃焼圧150kPaの燃焼に成功した。燃焼によるピストンの変位は200マイクロメートルであった。これらの実験値は理論値の約50%であり、ピストンとシリンダーケースのシーリング(クリアランス)や摩擦の問題を解決する必要があることが改めて浮き彫りになった。シーリング(クリアランス)や摩擦の問題に関しては新規に競争的資金を申請して、継続的な研究を実施する予定である。また、ピストン変位から見積もった発電量は約20mWであり、目標値の約半分の値を達成できる見通しを得た。マイクロレシプロエンジンを応用したマイクロ発電機の設計を行った。バルクマイクロマシニング等のマイクロ加工への適合性と機械的強度を考慮して、エンジンの基本構造材料に単結晶シリコンを採用した。エンジンの代表寸法は、縦x横x高さ15mm x10mm x1mmである。エンジンは、弾性ビームで支持された2つの対抗ピストン(ピストン-ビーム系と定義する)、ピストンの往復運動をガイドするとともに給排気用流路を備えたシリンダーケース、給排気ポートを有する上部ガラスプレートとローレンツ-レンツ型の誘導起電力発電機から構成される。エンジンサイクルはオットーサイクル(2サイクル)を採用し、燃焼はスパークプラグによる水素ガス燃焼を利用している。提案するエンジンの特徴は、水素ガスの燃焼周期とピストン-ビーム系の1次固有振動数を同期させてピストン-ビーム系の共振を励起することにより、ローレンツ-レンツ型の発電機による出力を増加できる機構を有することである。この機構を実現するためのエンジン構造を検討するために、[1]熱力学サイクル計算、[2]ピストン-ビーム系の振動解析、[3]エンジン構造解析、[4]出力計算を実施した。[1]では第1近似として空気標準のオットーサイクルを用いた。その結果、圧縮比5、工程容積0.5mm^3、サイクル最高温度850K,サイクル最高圧力1.4MPaのときに、理論効率0.47を得た。[2]ではピストン-ビーム系を、半正弦波パルスと近似した燃焼衝撃力が間欠的に作用する1次元線形振動系と仮定することにより共振条件を解析した。その結果、半正弦波パルスの周期である燃焼周期とピストン-ビーム系の1次固有振動数(582Hz)の比が1.05近傍で共振が励起されることを明らかにした。[3]ではピストン-ビーム系の固有振動数解析と応力解析、シリンダーケース部の熱伝導と熱変形解析を実施し、それぞれの設計値がシリコンの機械的強度の範囲内にあることを確認した。

[4]ではローレンツ-レンツ型の誘導起電力発電機の電気等価回路を用いて出力算出を行い、約40mWを達成できる見通しを得た。2工程オットーサイクルのシリコンマイクロレシプロエンジンの加工・組み立て方法を検討した。SOI(Silicon On Insulator)基板とモノリシックSi基板の深堀ドライエッチング加工により、シリンダケースとピストン-バネ構造を製作した。加工したシリンダケースとピストン-バネ構造の厚さは100μmであり、燃焼ガスのシーリングに要求される構造側面の垂直度89度を満足した。ピストン-バネ構造をシリンダケースに組み付けた状態で、シリンダケースとハウジングに相当するガラスプレートを接合することにより、シリンダケース、ピストン、ガラスプレートで密閉された燃焼室を有するエンジン本体の加工組み立てを完了した。接合にはSiとAuの共晶接合を用いた。シリコンとガラスプレートの接合・剥離実験により、接合界面の強度がエンジンの設計燃焼圧(1.2MPa)に十分耐えることを明らかにした。PC制御の電磁バルブからパルス状の高圧N2ガスを組み立てたエンジンの燃焼室に直接供給することによりピストン-バネ構造の動作を確認した。パルス状N2ガスの周期は1から5Hzである。ピストン-バネ構造はN2ガスのパルス圧とバネの復元力が釣り合うことによりスムースな往復運動を示した。また、N2ガス圧に対するピストン-バネ構造の変位をレーザードップラー振動計で計測した結果、設計値に近い圧力-変位直線を得た。以上の検討から、エンジンのピストン-バネ構造がピストンに要求される十分密閉された空間での往復運動を実現できることが明らかになった。この実験事実は、今後の燃焼実験に対して有益な情報を与えた。エンジンの加工組み立てと並行して、マイクロスパークプラグによる火花点火実験を行った。その結果、1から100Hzの範囲の任意周期で火花点火が可能であることを確認した。エンジンの自立運転を実証するために、マイクロ加工を応用したガラス製のマイクロ燃焼室を試作し、マイクロスパークプラグによる水素ガス燃料の着火・燃焼実験に着手した。マイクロエンジン発電機を実証する上で最重要な技術項目であるエンジン燃焼試験に成功した。前年度までの研究でピストンの空気圧駆動に成功し、提案するマイクロスケールのエンジンの構造概念が有効であることを確認した。本年度は、過去2年間の試作と実験結果を総合的に評価することにより、燃焼室の最適寸法、吸気・排気口の寸法と位置、燃焼に必要な燃料の混合比の3つの重点項目を再検討してエンジン燃焼に向けた問題点を抽出した。その結果、新しい構造のエンジンを設計試作するとともにその燃焼を実現した。シリコンSOI基板のバルクマイクロマシニングにより、ピストン、点火プラグを有するシリンダーケースと燃焼室を加工した。各部品を共晶接合や直接接合により組み立てることによりデモエンジンを完成した。