hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
法制度・文化・組織特性を用いたコーポレートガバナンスの実証研究（国際共同研究強化）

1経営者の内部労働市場としての性格を持つ日本の取締役会について、現職経営者よりも若い内部出身取締役の割合が高い企業ほど経営者交代を頻繁に行っており、かつパフォーマンスも優れているという頑健な結果を得た。2最近の日本企業が導入している信託を用いた役員向け業績連動型株式報酬についてデータベースを構築し、導入前後において受託信託銀行が当該企業の株式保有を増加させているかを分析した。3最近の米国企業が導入している特定のライバル企業との相対的なパフォーマンス比較によって経営者報酬を決定するスキームについてデータベースを構築し、財市場の寡占度及び株式のクロス保有との関係を分析した。内定年度:2015本プロジェクトでは、University of UtahのJeffrey Coles教授と共同で、1日本のコーポレートガバナンス改革に関する実証研究、2国際財務データを用いた企業のリスクテイキング、リストラクチャリングに関する研究を行う。本年度はまず、渡航前にデータベースの構築を行った。テーマ1については、日本のコーポレートガバナンスに関するデータベースを整備するため、Nikkei NEEDS Cgesを購入し、過去購入分と合わせて、20032015年の13年分のガバナンス・データベースを構築した。さらに、コーポレートガバナンスが株価に与える影響を分析可能にするため、Nikkei NPMを購入した。テーマ2については、世界50か国以上の企業財務データを整備し、企業の多角化度に関する新しい変数の作成に着手した。なおテーマ1については既に分析も開始しており、会社法改正やスチュワードシップコード及びコーポレートガバナンス・コードに関連する情報が公開された際の株価反応と独立社外取締役選任数、機関投資家持株比率の関係等について分析を行った。これらの準備を行ったうえで、平成29年3月12日より、University of Utahに滞在している(途中、3月19日26日は一時帰国)。博士大学院生のJason Sandvikの協力を得ながら、研究室、インターネット、プリンタ、電子ジャーナル、データベースなど、University of Utahにおける研究設備へのアクセスを確認した。また、Jeffrey Coles教授と毎週木曜に共同研究打ち合わせを行うこととなり、日本のコーポレートガバナンス改革の概要及び、これまで整備してきたデータ、分析結果を説明し、議論した。今後、ディスカッションを重ねながら、焦点を当てるべきテーマを絞っていく予定である。渡航前に、共同研究に必要な日本で揃えるべき基礎的なデータベース構築を完了でき、アイデアが出るたびにパイロット・テストを実施できる状態である。University of Utahでは、個室の研究室を提供され、研究に集中できる環境である上、国際データに関して予定していたデータベースへのアクセスが可能であることが確認でき、実証分析の環境が整った。また、研究セミナーも充実しており、最新の研究成果に触れやすい環境であることが確認できた。Jeffrey Coles教授と日本のコーポレートガバナンス改革に関するディスカッションを行い、取締役会構成に関する新しい変数作成や業績連動型報酬に関する新しい分析アイデア、委員会設置の合理性の検証など、既に数多くの研究アイデアの着想に至っている。Coles教授からは毎週一回ディスカッションの時間を設定してもらっており、またアポイントのない時間帯でも、気軽にディスカッションを行える関係にあるため、これから1年間の滞在で、着実に研究を進められると期待できる。1日本の取締役会の機能に関する実証研究:一般に、独立的な取締役会ほど有効に機能すると考えられるが、経営者の内部労働市場としての性格を持つ日本においては、現職経営者よりも若い内部取締役間の競争状況が取締役会の機能を測る上で重要と考えられ、実証研究を行った。分析の結果、現職経営者よりも若い内部取締役の割合が高い企業ほど経営者交代を頻繁に行っており、かつパフォーマンスも優れているという頑健な結果が得られた。この研究はワーキングペーパーとして公刊しており、既に3つの国際カンファレンスから報告許可を得ている。またUniversity of Hawaiiのファイナンス・セミナーにて報告を依頼されている。2日本の経営者報酬に関する実証研究:近年の日本では、信託を用いて役員に対して業績連動型の株式報酬を与える与える手法が増加している。この際、信託を管理する信託銀行及び当該信託銀行が管理する信託勘定について、報酬制度の導入前後における変化を分析することで、業績連動型株式報酬が株主価値に与える影響について、これまでにない分析が可能になる。現時点で入手できる期間について分析を終了し、今後さらにデータを追加して、分析を続ける予定である。3米国の経営者報酬に関する実証研究:近年のアメリカでは、特定のライバル企業との相対的なパフォーマンス比較によって経営者への報酬を決定する手法が増加している。一方、寡占市場で活動する企業は、超過利益を維持するために、ライバルとの競争を促進する報酬制度は採用しないはずである。この点について実証分析を行い、予想を支持する結果を得た。引き続き、報酬制度において実際にライバル企業として採用されている企業の特徴について、特に株式のクロス保有に焦点を当てながら分析している。Jeffrey Coles教授とは既に3件以上の具体的な分析テーマを議論しており、今後も増える可能性がある。テーマによっては、細かいデータを手入力で収集する必要が生じるため、国際共同研究加速基金の代替要員確保の予算を用いて、アシスタントを雇用し、週3回、九州大学の内田研究室で勤務してもらっている。

また内田研究室には、2名の博士院生と3名の修士院生、6名の学部生が在籍している。時間と労力のかかるデータ収集作業については、遠隔会議システムを用いて細かい指示を行いながら、アシスタント、大学院生の研究補助を活用する予定である。University of Utahには、Coles教授以外にもコーポレートガバナンス分野で顕著な成果をあげている研究者が複数おり、研究のクオリティを高めるため、彼らと積極的なディスカッションを行う予定である。また最新の研究成果を取り入れるため、ファイナンスのみならず、経済学・経営戦略・会計分野の研究セミナーにも参加するとともに、海外の学会・セミナーで可能な限り報告を行い、コメントを得る予定である。コーポレートファイナンス
神経細胞特異的に発現するRNA結合タンパクHuによるグリオーマの分化誘導療法開発

神経幹細胞の分化過程には、複数のRNA結合タンパクが関与し、分化に関連する各種遺伝子の転写後の遺伝子発現調節が行われていると考えられる。本年度は、これらRNA結合タンパクの1つであるMSI1に注目し、脳腫瘍における発現を免疫組織学的に検討した。MSI1は神経幹細胞に強く発現しているとされ、腫瘍の分化度、発生起源などの確定に有用であると思われる。[対象および方法]脳腫瘍臨床標本133例を用いた。ホルマリン固定、パラフィン包埋標本で、MSI1および各種神経細胞分化マーカー、すなわちGFAP、Hu、synaptophysin、増殖能分化マーカーMIB-1のモノクローナル抗体により免疫染色を行った。[結果]glioblastoma、anaplasticastrocytome、astrocytomaでは、MSI1陽性細胞の割合はGFAP陽性細胞の減少、腫瘍悪性度の上昇、MIB-1染色率上昇に伴って増加する傾向を認めた。多くの腫瘍細胞は、MSI1あるいはGFAPのいずれかのみを発現していた。glioblastomaでは、MSI1あるいはGFAP陽性細胞がそれぞれ集団になって増殖している傾向か見られた。MSI1は、脳室周囲に原発すると考えられる腫瘍、すなわちPNET、髄芽腫、central neurocytoma、上衣腫に強く発現していた。これ以外の脳腫瘍では、MSI1陽性細胞はほとんど認めなかった。[考察]上記の染色結果より、astrocytoma系ではMSI1とGFAPは相補的に発現している。glioblastomaではGFAP陰性の未分化細胞が増加していることがあるが、これらの細胞はMSI1陽牲である。また脳室周囲に原発すると考えられる腫瘍では、MSI1が発現しており、これらの腫瘍は神経幹細胞に近い起源を持つのではないかと考えられる。グリオーマの発生起源を解析するため、神経幹細胞の分化過程に関与するとされるRNA結合タンパクの発現を検討した。[対象および方法]ホルマリン固定、パラフィン包埋した臨床標本を用いた。免疫組織学的検討に用いた抗体は、抗mouse-Musashi抗体、抗Hu抗体(neuronal marker)の他、各種神経細胞分化マーカー、すなわちGFAP、synaptophysin、増殖能分化マーカーMIB-1のモノクローナル抗体である。マイクロウェーブ処理後ABC peroxidase法とABC alkaline phosphatase法による2重染色を行った。[結果](1)glioblastoma、anaplasticastrocytome、astrocytomaでは、MSI1陽性細胞の割合はGFAP陽性細胞の減少、腫瘍悪性度の上昇、MIB-1染色陽性率と相関する傾向を認めた。(2)glioblastomaでは、MSI1はGFAP陰性の細胞集団に発現していた。またpseudopalisading配列を示す腫瘍細胞にもMSI1が発現していた。(3)pure oligodendrogliomaでは、MSI1は陰性であった。一方oligoastrocytoma、anaplastic oligoastrocytomaでは悪性度の上昇に応じて、MSI1陽性細胞の割合が上昇する傾向があった。(4)MSI1はPNET、髄芽腫、central neurocytoma、上衣腫に強く発現していた。[考察]astrocytoma系では、MSI1とGFAPは相補的に発現している。とくにglioblastomaでは、GFAP陰性細胞が増加しているが、これらの細胞はMSI1陽性で、より未分化細胞で幹細胞に近い性質をもつと考えられる。oligodendrogliomaでは、発生起源が同一でない腫瘍群が含まれている。また、脳室周囲に原発すると考えられる腫瘍では、MSI1が発現しており、神経幹細胞に近い起源を持つのではないかと考えられる。以上の結果は、現在投稿中(revision)である。
高ローディング領域におけるD2EHPA-金属錯体の抽出平衡の解析

本年度は、Di(2-ethylhexyl)phosphoric acid(以下、D2EHPAあるいはHRと略す)を用いたナトリウムの抽出挙動について、高ローディング条件における錯体形成をFT-IRを用いて検討した。D2EHPA/n-heptane系試料のFT-IR吸収スペクトルは、9501150cm^<-1>にD2EHPAのリン酸基に起因する吸収バンドが測定された。この吸収バンドのデータのデコンボリューションと二次微分による解析からピーク分離並びに帰属を行い、10021004cm^<-1>付近に現れるピークがP-O-H伸縮振動によるものであることがわかった。このピーク面積は有機相中のD2EHPA濃度に比例することから有機相中の遊離D2EHPA濃度を決定することができると考えられる。そこで、D2EHPA濃度を0.05mol/dm^3で一定とし様々なpH条件で抽出した試料についてFT-IR測定を行い、遊離D2EHPA濃度を決定した。これまでのナトリウムとD2EHPAの抽出平衡の解析から低ローディング条件においては、(NaR)(HR)_3、(NaR)_2(HR)_2という形の遊離D2EHPAを含む錯体が形成していることが明らかになっている。高ローディング領域ではさらに遊離D2EHPAの水素イオンとナトリウムイオンの交換が進む、すなわち(NaR)_3(HR)を経て(NaR)_4になると考えた。この仮定に従い、有機相中のナトリウムととなる調整した強度が強くなることから有機相全ナトリウム濃度、錯体中の遊離D2EHPAを含む全D2EHPA濃度、低ローディング領域における錯体の抽出平衡から(NaR)_3(HR)の抽出平衡定数を算出した。得られた値は、抽出率が0.2から0.5の範囲でほぼ一定であった。さらにこの結果から(NaR)_4に関する抽出平衡定数を決定した。得られた平衡定数から算出した抽出曲線がほぼ実測値と一致したことから、提案したモデルは妥当なものと考えられる。今後、抽出剤濃度などの諸条件を変えた測定によるデータの蓄積を行い、モデルや抽出平衡定数の妥当性についてさらに検討する必要があると考える。本年度は、Di(2-ethylhexyl)phosphoric acid(以下D2EHPARと略)によるNaの抽出挙動について、pHが3.5から6の範囲で測定した。その結果、pHが約5、抽出率でほぼ20%までは、既往の抽出平衡式による計算線と実測値は一致した。FT-IRによる試料の吸収スペクトルを測定した結果、9501150cm^<-1>に吸収スペクトルが観察され、このスペクトルは8つのピークが重なり合っていること及びこれらのピークのうち1004cm^<-1>におけるピークがP-O-H伸縮振動によるものであることが判った。このピークはD2EHPA濃度に比例して強度が強くなることから有機相中の遊離D2EHPA濃度を決定することができると考え、得られた結果を低抽出領域における平衡関係から計算した遊離D2EHPA濃度と比較した結果、良好な一致が見られた。また、小角X線散乱測定データを解析したところ、抽出率がほぼ20%までは、散乱スペクトルに角度依存性がなく、抽出率が20%を超えると角度依存性が生じることがわかった。距離分布関数およびKratky Plotから生成した逆ミセル形状について検討を行った結果、円柱状の逆ミセルが形成していると考えられたので、この円柱の大きさと抽出率の関係について解析を試みた。その結果、抽出率が60%までは、円柱の直径と長さは抽出率の増加に対して微かに増加する程度であるが、抽出率が60%を越えると円柱の直径はほぼ一定で長さが抽出率の増加とともに急激に増加する事がわかった。これらの結果から、抽出率が20%までは、D2EHPA-Na錯体のみが形成し、さらにNa抽出率が20%を越えると逆ミセルの形成が生じることが示された。

この仮定に従い、有機相中のナトリウムととなる調整した強度が強くなることから有機相全ナトリウム濃度、錯体中の遊離D2EHPAを含む全D2EHPA濃度、低ローディング領域における錯体の抽出平衡から(NaR)_3(HR)の抽出平衡定数を算出した。得られた値は、抽出率が0.2から0.5の範囲でほぼ一定であった。さらにこの結果から(NaR)_4に関する抽出平衡定数を決定した。得られた平衡定数から算出した抽出曲線がほぼ実測値と一致したことから、提案したモデルは妥当なものと考えられる。今後、抽出剤濃度などの諸条件を変えた測定によるデータの蓄積を行い、モデルや抽出平衡定数の妥当性についてさらに検討する必要があると考える。
果実肥大機構解明のための単一柔細胞内での糖代謝関連遺伝子の発現解析の可能性

本年度も昨年度同様、単一柔細胞からの細胞液採取方法を確立することを主たる目的として実験を行った。まず、カキ果実でヘタ片除去処理によって果実肥大を抑制することによって、果実の単一柔細胞中で誘導される糖組成の変化を再調査した。その結果、昨年度の結果同様、単一柔細胞の細胞液中の糖組成が変化し、還元糖含量が有意に減少し、全糖含量に占めるショ糖の割合が増加していることを確認した。さらに、本年度は様々の果実を用いて、それらの果実での単一細胞からの細胞液採取が可能であるかどうかを調査した。すなわち、ニホンナシ`二十世紀'、リンゴ`フジ'、モモ`あかつき'および`清水白桃'を収穫期に採取し、単一柔細胞からの細胞液の採取し、その糖含量を顕微鏡での酵素反応を用いた蛍光分析により、また、その浸透圧をピコリッターオズモメーターにより測定することを試みた。その結果、それぞれの樹種において細胞液の採取が可能であり、また、その糖含量および浸透圧を測定することが可能であることが明らかとなった。さらに、ニホンナシ`二十世紀'とリンゴ`フジ'から採取した細胞液については、その無機成分をSEMに装着したX線分析装置を用いることで測定することを試み、細胞液中のカリウム含量の測定が可能であることが明らかとなった。以上、マイクロマニピュレーターを用いた単一柔細胞からの細胞液採取およびその糖含量、浸透圧、無機成分などの分析は様々な樹種において可能であることが明らかとなったが、当初目的とした、単一柔細胞から採取した細胞液を用いてのmRNA分析による遺伝子発現の解析については非常に困難であり、発表出来るだけのデータを得ることが出来なかった。ただ、これまで本研究で得られた単一柔細胞から採取した細胞液の糖分析等のデータに関しては現在学会誌への投稿を準備中である。本年度はまず、単一細胞での糖含量・組成、浸透圧、膨圧の測定精度を確実なものとするために、これまでの実験系の改良を検討した。すなわち、ブドウ果粒を用い、ベレゾーン前後の果肉細胞の糖含量・組成、浸透圧、膨圧の測定のために、酵素反応を用いた蛍光顕微測光、ナノリッターオズモメター、プレッシャープローブをそれぞれの測定に用いることを検討し、その測定精度を確実なものとした。特に本年度、はじめて測定を試みたプレッシャープローブに関しては、マイクロマニピュレータを改良することで装置を自作し、その測定が確実であるかどうかを特に検討した。その後、開花期にジベレリン処理により果粒肥大を促進させたブドウ果実およびベレゾーン前のABA処理により成熟を促進したブドウ果実を用い、単一果肉柔細胞の糖含量・組成、浸透圧、膨圧測定を検討した方法により経時的に行い、細胞肥大とこれらの変化との関係を調査した。その結果、ジベレリンによる細胞肥大は細胞への糖蓄積の促進による浸透圧上昇が大きな要因として働き、ABAによる果実成熟促進には膨圧の低下が主たる要因として作用していることが細胞レベルで明らかとなった。最後に、マイクロマニピュレータにより採取した単一細胞からの細胞液を用いて、mRNAの単離が可能かどうかという点に関してブドウ果粒を用いて予備的に検討したが、単一細胞からの採取液では全くシグナルを検出することが出来ず、今後、その採取法およびその採取液の分析法の双方を検討する必要性が明らかとなり、この測定が実現するためにはかなりの時間が必要となると思われた。昨年度、単一柔細胞から採取した細胞液を用いて遺伝子の発現を測定することは非常に困難であることが明らかとなったので、本年度はマイクロマニピュレータを改良した装置で単一細胞内での糖含量・組成を確実に測定する方法を確立し、果実肥大と糖代謝の関連を細胞レベルで明らかにすることが出来るかどうかを調査することを第一の目的として実験を行った。まず、カキ'平核無'果実に対して幼果期にヘタ片除去処理を行うことによって果実肥大を抑制し、その処理によって果実内に生じる糖代謝の変化を昨年度構築した方法によって確実に検知することが出来るかどうかを経時的に調査した。その結果、ヘタ片の除去によって、'平核無'果実の単一柔細胞から採取した細胞液の糖組成は処理後の日数が経過するとともに、コントロール果実と比較して有意にショ糖の比率が増加し、果糖やブドウ糖の還元糖含量が低下していることが明らかとなった。さらに、酸性インベルターゼの活性をこの単一細胞から採取した細胞液を用いて測定することを試みたところ、単一細胞から採取した細胞液を用いての測定が可能であり、また、その活性が細胞レベルで低下していることが明らかとなった。さらに、糖組成の異なる数種のカキ品種を用い、ショ糖蓄積型品種から採取した単一細胞の細胞液中の酸性インベルターゼ活性は低く、還元糖蓄積型品種から採取した液胞液の酸性インベルターゼ活性は高いことが示され、単一細胞内での糖代謝関連酵素活性の測定が可能であることが確認できた。今後は糖代謝関連遺伝子の発現を単一細胞レベルで測定する方法を模索するとともに、酵素活性そのものを測定する方法を検討すること果実の肥大機構を細胞レベルで解析するために有効であると思われた。

さらに、本年度は様々の果実を用いて、それらの果実での単一細胞からの細胞液採取が可能であるかどうかを調査した。すなわち、ニホンナシ`二十世紀'、リンゴ`フジ'、モモ`あかつき'および`清水白桃'を収穫期に採取し、単一柔細胞からの細胞液の採取し、その糖含量を顕微鏡での酵素反応を用いた蛍光分析により、また、その浸透圧をピコリッターオズモメーターにより測定することを試みた。その結果、それぞれの樹種において細胞液の採取が可能であり、また、その糖含量および浸透圧を測定することが可能であることが明らかとなった。さらに、ニホンナシ`二十世紀'とリンゴ`フジ'から採取した細胞液については、その無機成分をSEMに装着したX線分析装置を用いることで測定することを試み、細胞液中のカリウム含量の測定が可能であることが明らかとなった。以上、マイクロマニピュレーターを用いた単一柔細胞からの細胞液採取およびその糖含量、浸透圧、無機成分などの分析は様々な樹種において可能であることが明らかとなったが、当初目的とした、単一柔細胞から採取した細胞液を用いてのmRNA分析による遺伝子発現の解析については非常に困難であり、発表出来るだけのデータを得ることが出来なかった。ただ、これまで本研究で得られた単一柔細胞から採取した細胞液の糖分析等のデータに関しては現在学会誌への投稿を準備中である。
エプロン型ヒッププロテクターは虚弱女性高齢者を転倒骨折から救う

本研究の目的は、衝撃吸収性とファッション性に優れ、高齢女性に受け入れられやすいエプロン型ヒッププロテクター(HP)を開発し、その効果を実証することである。簡易型転倒シミュレータによる衝撃吸収実験から選択された10mm厚メモリーフォーム(KCC商会製)を衝撃吸収材として、エプロン型HPが試作された。これをディサービス利用高齢女性23名に配布して1ヶ月間のモニター調査を行った結果、75.3%という高い装着率と、69.6%という継続使用希望回答が得られた。今回試作したエプロン型HPは、十分な衝撃吸収能力と良好な受け入れ効果を備えていることが明らかとなり、高齢女性の転倒骨折予防に役立つものと思われる。前年度に行った既存タイプのヒッププロテクターのモニター調査の分析結果と転倒衝撃力分析結果に基づき、従来とは発想の異なる機能性・ファッション性に富み、かつ効果的なエプロン型ヒッププロテクターの設計・作製を行った。エプロンの素材にはデニム布を使用、衝撃吸収パットは低反発ポリウレタン(KCC商会製メモリーフォームCF-47)を用いてエプロンのポケットに着脱可能とした。つぎのステップとして、初年度に訪問調査を実施した施設をフィールドとして、試作したエプロン型ヒッププロテクターのモニターテストを実施した。同意の得られた23名の高齢女性に対して、エプロン型ヒッププロテクターの装着感、使用感などについて聞き取り調査を行い、受け入れ度について評価を行った。結果:対象者の介護度は要支援1:17名、要介護2:17名、要介護1:3名、要介護2:2名、要介護3:1名であった。過去6ヶ月間に転倒歴のある人は4名(17.4%)で平均転倒回数は4.25回であった。平均モニター日数は36.0日±5.3日で、この期間における平均装着率は着用しなかった時間帯があった日も含め、75.3%と高かった。事後アンケートにおける「使いやすさ」の評価では、78.3%が「大変良い」と「まあ良い」という評価で、69.6%の対象者が使い続けたいと答えていた。まとめ:着脱の容易さ、装着感、衝撃吸収能力に着目して試作されたエプロン式HPは、1ヶ月間のモニター調査において高い装着率が得られた他、7割近くの人がモニター終了後も装着を続けたいと考えていた。このことから、試作したエプロン式HPは高い受入効果を有するものと思われる。結論として、今回試作したエプロン式HPは、十分な衝撃吸収能力と良好な受け入れ効果を備えており、高齢女性の転倒骨折を実効的に予防できるツールとして役立つものと考える。高齢者の転倒が引き起こす最悪の事態が大腿骨頚部骨折である。したがって、転倒を防いだり、転倒した場合の衝撃力を緩和させることが予防策として重要である。こうした考えに基づいて、1980年代後半から欧米においてヒッププロテクターが開発され、その効果が報告されるようになった。現在、本邦においても数種類のものが市販されている。しかし、そのほとんどが下着に衝撃吸収パッドをとり付けた構造となっているため、「履きにくい」「動きにくい」「見かけが悪い」という理由から、当事者や介護者から敬遠されているのが実情である。そこで本研究では、こうした難点を解消した新しい発想による“エプロンタイプのヒッププロテクター"の装着試験を行い、その効果を証明することを目的として、平成24年度から平成25年度に渡って研究を実施する計画である。平成24年度には「従来型ヒッププロテクターの問題点の顕在化」をテーマとして、まず介護老人保健施設を研究フィールドとして従来型ヒッププロテクターの受け入れ調査を行った。その結果、介助職員の多くは、衝撃吸収パッドの硬さや厚さの問題、使用者の抵抗感、高い価格といった点を問題にしていることが明らかとなった。また在宅高齢者27名を対象としたモニター調査の結果では、市販HPの最大の問題点は価格であり、HPを装着することへの抵抗感はあるものの、使用するとしたら軟性HPを選択する傾向があることが浮き彫りとなった。次に新型ヒッププロテクターに用いる最適な衝撃吸収パッドを選定するため、高齢者の転倒骨折の際の衝撃力とされる4000Nを再現できる簡易型転倒シミュレーション装置を自作し、市販ヒッププロテクターの衝撃吸収力を発色性の圧センサーシートである“プレスケール"を用いて実測して比較検討を行った。その結果、最適な緩衝材にとして、KCC商会製メモリーフォームCF-47が選択された。当初計画での目標であった既存タイプのヒッププロテクターの問題点が調査から明らかとなり、新型ヒッププロテクターの必要性が浮き彫りにされた。もうひとつの目標であった新型ヒッププロテクターで用いる最適な緩衝材の候補が衝撃実験で絞り込まれた。以上の点から、研究はおおむね順調に進展していると思われる。平成25年度計画

1)エプロン型ヒッププロテクターの設計・試作方法:前年度に行った既存タイプのヒッププロテクターのモニター調査の分析結果と転倒衝撃力分析結果に基づき、従来とは発想の異なる機能性・ファッション性に富み、かつ効果的なエプロン型ヒッププロテクターの設計・作製を行う。エプロンの素材にはデニム布を使用、衝撃吸収パットは低反発ポリウレタン(KCC商会製メモリーフォームCF-47)を用いてエプロンのポケットに着脱可能とする。2)試作したエプロン型ヒッププロテクターの装着調査・効果判定対象と方法:初年度に訪問調査を実施した施設をフィールドとして、試作したエプロン型ヒッププロテクターのモニターテストを実施する。同意の得られた対象者(要支援1・2、要介護Iレベルの高齢女性)に対して、エプロン型ヒッププロテクターの装着感、使用感などについて聞き取り調査を行い、受け入れ度について評価を行うとともに、転倒骨折予防に果たす効果について考察する。得られた成果を国内外の関連学会で報告する。エプロン型ヒッププロテクターの製作費エプロン型ヒッププロテクター衝撃吸収実験消耗品施設訪問調査旅費成果発表旅費
局所的力学環境に応じた血小板および赤血球の活性化による二次血栓形成機構の解明

血小板および赤血球の凝集力と接着力を考慮して,二次血栓形成の血流シミュレーションモデルを構築した.シミュレーションの結果,血小板と赤血球の質量の違い,血管形状等に応じた血流速度などが,血栓形成に大きな影響を与えることがわかった.また,生体外実験で観察される赤血球の接着が,pNのオーダーの接着力で再現されること,赤血球膜の自然状態と物性の組み合わせによって赤血球の運動挙動が決まること等が分かった.血小板および赤血球の凝集力と接着力を考慮して,二次血栓形成の血流シミュレーションモデルを構築した.シミュレーションの結果,血小板と赤血球の質量の違い,血管形状等に応じた血流速度などが,血栓形成に大きな影響を与えることがわかった.また,生体外実験で観察される赤血球の接着が,pNのオーダーの接着力で再現されること,赤血球膜の自然状態と物性の組み合わせによって赤血球の運動挙動が決まること等が分かった.血小板凝集による一次血栓に続いて生じる二次血栓では,フィブリノーゲンのフィブリンへの変化などによる凝固反応の進行が生じる.そこでは,既に凝集した血小板の物理的特性の変性,血小板の周囲に存在する赤血球の生物学的および力学的な影響,あるいは血流に応じた血球成分の輸送など,生物学的な因子と力学的な因子が連成した複雑な機構が存在する.本研究では,二次血栓の形成機構を生体力学的観点から明らかにすることを目的としている.今年度では,まず,従来の研究で提案してきた血小板および赤血球の生体力学シミュレーションモデルを,二次血栓の形成モデルに拡張した.ここでは,二次血栓形成の基本要素として,血小板の凝集,フィブリノーゲンからフィブリンへの相変化,フィブリン塊への血球成分の取り込みを考え,それらの関係を凝集力や接着力などを用いて数理的にモデル化した.次に,提案したモデルの基本的特性を検証するため,粒子法を用いて血流下における血栓形成の数値シミュレーションを行った.その結果,生体外実験で示されるように,赤血球の存在が1次血栓の形成を抑制することが力学的に示された.さらに,血小板と赤血球の質量の違い,血管形状等に応じた血流速度などの力学的因子が,血栓形成に大きな影響を与えることがわかった.その結果として,二次血栓に赤血球が取り込まれる際には,生物学と力学が連成した機構が必要である可能性が示された.一方,血栓形成シミュレーションの大規模計算手法を開発し,実際の血管形状やネットワーク網を考慮したシミュレーションが可能となった.血小板凝集による一次血栓に続いて生じる二次血栓では,フィブリノーゲンのフィブリンへの変化などによる凝固反応の進行が生じる.そこでは,既に凝集した血小板の物理的特性の変性,血小板の周囲に存在する赤血球の生物学的および力学的な影響,あるいは血流に応じた血球成分の輸送など,生物学的な因子と力学的な因子が連成した複雑な機構が存在する.本研究では,二次血栓の形成機構を生体力学的観点から明らかにすることを目的としている.今年度では, 2次血栓において重要な役割を果たす赤血球の壁接着を反映した赤血球の変形運動モデルを提案した.次に,提案したモデルの基本的特性を検証するため,粒子法を用いて血流下における赤血球運動の数値シミュレーションを行った.その結果,生体外実験で観察される赤血球の接着が, pNのオーダーの接着力で再現されることが分かった.また,赤血球膜の材料力学的な特性が,赤血球の運動挙動に大きな影響を与えることが分かった.一方,フィブリンネットワーク形成に関して, 2次血栓様の凝集塊が出来るためには,単純な体積平均によるモデル化では不十分であることが判明し,ネットワーク網そのものの形成過程を詳細に再現する必要があることが明らかとなった.また,これらのシミュレーションを将来大規模で行うための準備として,力学計算の大規模ソルバーについても開発を行った.
M蛋白血症に起因する軽鎖結晶蓄積性組織球症による腎障害の病態解析と治療開発

1)In vivoモデルの作成と解析:ヒトκ定常領域を組み込んだトランスジェニックマウスを筑波大学へ受託依頼を行い、完成した。経時的に表現系を確認したところ、生後早期から血中および尿中にヒトκの発現が確認された。臓器病変に関して、6ヶ月齢以降で脾臓内に結晶の析出が認められ、ヒトκによる結晶であることを確認した。しかしながら腎に関しては15ヶ月齢まで観察したが、結晶の析出および病変は確認されていない。2)マクロファージにおけるIn vitroモデルの作成:マウス培養マクロファージをLPSで刺激し、1hrインキュベートし、κを取り込ませた。ヒト変異κは正常ヒトκと比較し、時間が経っても消失しにくいことを確認した。今後、これが結晶化したかどうか細胞電顕を行い、分解抵抗性であることの解析を行う方針である。3)不死化培養ポドサイトにおけるIn vitroモデルの作成:マウス不死化培養ポドサイトにマウス変異κを1hrインキュベートし取り込ませた。その結果、ポドサイトにおいても取り込みが確認され、24hrまで観察し、どの時間帯においても取り込みが残っていることを確認した。しかしながら効率が5-10%と低い結果であった。In vivoマウスモデルは完成し、約15ヶ月齢の表現型まで確認できているが、ヒトと同様の腎病変はまだ観察されておらず、高齢マウスでないと表現型が示されない可能性がある。またIn vitroにおいては不死化培養ポドサイトおよび不死化培養近位尿細管細胞へのκへの取り込み効率が悪く、機序解析するまでに時間がかかっている1)トランスジェニックマウスの解析:マウスの数を増やしながら、さらに高齢のマウスにおいても腎病変が出現しないか、解析を継続する。また、このマウスの分泌しているヒトκの発現量が少ないことが理由である可能性があり、ヒトκの分泌量を増やすためウイルスベクターの導入を検討中である。2)マウスマクロファージへの取り込まれたκが消失しづらいことは確認したため、細胞電顕で結晶化しているかどうかの確認、また分解抵抗性の解析を行う。また近位尿細管でも取り込みが悪く、primary cultureでの解析を検討する。3)不死化培養ポドサイトへの取り込み効率が悪いため、Puromycinにより軽度のポドサイト傷害を起こして、効率が改善するか検討する。その後、取り込み機序を再検討し、ブロッキングstudyへ進める方針である。1)発現ベクターの作成:当初予定していたヒト、マウスキメラ抗体ベクターに加え、より患者病態に近い可変領域・定常領域ともヒトの完全ヒト型抗体ベクターの2種類を作成する方針とした。ヒトκ定常領域のクローニングを行い、可変領域を組み込んだベクターに定常領域を組み込み、発現ベクターを作成した。2)遺伝子導入と蛋白濃度測定:当初予定していたトランスフェクトーマの作成は、エレクトロポレーション後の細胞上清中の蛋白分泌を確認することができなかった。その原因を調べるため、RNA発現を定量的PCRにて確認すると発現を認めた。しかしながら、蛋白発現を免疫染色およびウェスタンブロット法にて確認したが、蛋白の発現は確認できなかった。そのため、ストラテジーを変更し、一過性遺伝子導入の系に実験系を変更する方針とした。lipofectamine3000を用いて、CHO細胞、HEK293細胞に遺伝子導入を行った。上清の蛋白濃度を測定すると、CHO細胞で10μg/ml、HEK293細胞で1-5μg/ml程度のκ濃度を確認し、目的の蛋白を得ることができた。3)In vivoモデルの作成:ヒトκ定常領域を組み込んだ、トランスジェニックマウスを作成するため、コンストラクトを作成した。筑波大学へ受託依頼を行い、現在トランスジェニックマウス作成途中となっている。4)取り込みによるIn vitroモデルの作成:マウスマクロファージであるRAW264.7をLPSにて刺激し、κを1時間インキュベートし、その後免疫染色を行ったところ、取り込まれることを確認した。5)強制発現系によるIn vitroモデルの作成:HEK293細胞およびCHO細胞にトランスフェクションを行い、数日後に免疫染色を行った。その結果κの発現が確認された。次にHK-2という近位尿細管由来細胞を使用し、同様の検討を行ったが、こちらもκの発現が確認された。発現ベクターの作製は予定通り終了したが、その後のトランスフェクトーマの作成に関して、エレクトロポレーション後の細胞上清中の蛋白分泌を確認することができなかった。このためストラテジーを変更し、一過性遺伝子導入の系に実験系を変更する方針とし、lipofectamine3000を用いて、CHO細胞、HEK293細胞に遺伝子導入を行い、目的の蛋白を得ることができた。これによる遅れが生じている。トランスジェニックマウスの作製は現在は行っているが、2017年5月以降に実験を行うことができる見通しであり、遅れは僅かであると考えられる。経時的に表現系を確認したところ、生後早期から血中にヒトκの発現が確認された。しかしながら、腎を含む多臓器においてヒトκの沈着は確認されず、病変はきたしていなかった。約24週齢のマウスにおいてのみ、脾臓内に結晶の析出が確認され、これがヒトκによる結晶であるか、確認中である。腎病変に関しては、さらに高齢でないと出現しない可能性があり、引き続き経時的にみていく必要があると考えられる。

また結晶が24週で出てきやすくなるのか、マウスの数を引き続き増やして解析する。2)マクロファージにおけるIn vitroモデルの作成:マウス培養マクロファージをLPSで刺激し、1hrインキュベートし、κを取り込ませた。ヒト変異κは正常ヒトκと比較し、時間が経っても消失しにくいことを確認した。今後、これが結晶化したκかどうか細胞電顕を行い、分解抵抗性であることの解析を行う方針である。3)不死化培養ポドサイトにおけるIn vitroモデルの作成:マウス不死化培養ポドサイトにマウス変異κを1hrインキュベートし取り込ませた。その結果、ポドサイトにおいても取り込みが確認され、24hrまで観察し、どの時間帯においても取り込みが残っていることを確認した。しかしながら効率が5-10%と低い結果であった。In vivoマウスモデルは完成し、約24週齢の表現型まで確認できているが、ヒトと同様の腎病変はまだ観察されておらず、高齢マウスでないと表現型が示されない可能性がある。またIn vitroにおいては不死化培養ポドサイトへのκへの取り込み効率が悪く、機序解析するまでに時間がかかっている1)In vivoモデルの作成と解析:ヒトκ定常領域を組み込んだトランスジェニックマウスを筑波大学へ受託依頼を行い、完成した。経時的に表現系を確認したところ、生後早期から血中および尿中にヒトκの発現が確認された。臓器病変に関して、6ヶ月齢以降で脾臓内に結晶の析出が認められ、ヒトκによる結晶であることを確認した。しかしながら腎に関しては15ヶ月齢まで観察したが、結晶の析出および病変は確認されていない。今後、これが結晶化したかどうか細胞電顕を行い、分解抵抗性であることの解析を行う方針である。In vivoマウスモデルは完成し、約15ヶ月齢の表現型まで確認できているが、ヒトと同様の腎病変はまだ観察されておらず、高齢マウスでないと表現型が示されない可能性がある。またIn vitroにおいては不死化培養ポドサイトおよび不死化培養近位尿細管細胞へのκへの取り込み効率が悪く、機序解析するまでに時間がかかっている1)トランスジェニックマウスの解析:ヒトκ定常領域を組み込んだ、トランスジェニックマウスが完成予定となっている。まずは、RNA、蛋白レベルでのヒトκの発現を確認する。
ロイシンのタンパク質合成促進刺激に対する応答の違いを利用した筋肉タイプ別萎縮抑制

ロイシンのタンパク質合成促進刺激に対する応答は骨格筋の種類によって異なり、遅筋型線維を多く含む骨格筋は、速筋線維を多く含む骨格筋よりもロイシン刺激に応答したタンパク質合成亢進の程度は小さいが、低用量のロイシンに鋭敏に応答することが、ラットを用いた実験で示された。また、ロイシンの筋萎縮抑制作用を、デキサメタゾン誘導筋萎縮モデル動物を用いて評価したが、顕著な筋萎縮抑制作用は観察されなかった。本研究は、高齢者のサルコペニアの予防・改善に、ロイシンの筋タンパク質代謝改善作用を効率的に活用することを最終目的にしている。本年度は、ロイシンのタンパク質合成促進刺激に対する遅筋と速筋の感受性の相違を明確にすることを目的とした。18時間絶食にしたラットに、蒸留水に懸濁したロイシン(135mg/100g体重)を強制胃内投与し、S6K1および4E-BP1のリン酸化状態の変化をタンパク質合成活性変化の指標として、筋線維組成の異なる5種類の下肢の筋肉(長趾伸筋、足底筋、前脛骨筋、腓腹筋、ヒラメ筋)のロイシンのタンパク質合成促進刺激に対する応答感度を比較した。その結果、ロイシン投与群では絶食(対照)群と比べて5種類全ての骨格筋において、S6K1および4E-BP1のリン酸化が有意に亢進していた。ロイシンによってS6K1および4E-BP1が最も高リン酸化された筋肉は、遅筋線維の割合の多いヒラメ筋であった。ヒラメ筋は絶食状態でも他の筋肉と比べてリン酸化されたS6K1および4E-BP1の割合が高かったことから、ロイシン経口投与によるS6K1および4E-BP1のリン酸化の増加の割合は、ヒラメ筋が他の筋肉と比べて有意に小さいという結果になった。一方、ロイシン経口投与によるリン酸化の増加の割合が大きかったのは、足底筋と前脛骨筋であった。以上のことから、ロイシン投与刺激に対する応答は筋肉ごとに異なっており、遅筋線維の割合の多い筋肉よりも速筋線維の割合が多い筋肉の方が、ロイシン投与刺激に対する感受性が高いことが示唆された。このことは、加齢による影響を受けやすいとされる速筋の萎縮予防にロイシンが効果的であることを期待させる。研究計画では、本年度は絶食ラットに投与量を変えてロイシンを経口投与し、S6K1および4E-BP1のリン酸化の用量反応曲線の変曲点から、筋肉タイプごとのロイシンの最小有効量を求めて、感受性の相違を評価する予定であったが、実施出来なかった。これは、S6K1および4E-BP1のリン酸化解析の精度を上げる検討や、短時間で5種類の骨格筋を摘出するための手術手技の獲得に予想以上に時間を要したことが一因である。しかし、ロイシンのタンパク質合成促進作用を調べる一連の試験で用いられている用量のロイシンを投与した試験を行い、その結果からロイシン投与刺激に対する筋肉タイプごとの感受性の相違を予想することが出来たので、当初の目的をおおむね達成出来たと考えている。また、当初の計画にはなかったが、培養細胞系などのin vitro系で用いられ始めた新たなタンパク質合成活性指標を用いたタンパク質合成速度の評価法を、実験動物を用いたin vivo系に改良した評価法を構築した。この手法は今後の研究を進める上で大きな武器となると考えられる。以上を総合的に考えて、現在のところ研究は順調に進んでいると判断した。タイプの異なる筋線維に対するロイシンの作用の差異を明らかにすることを目指して、筋線維組成の異なる骨格筋を用いて、それぞれの骨格筋のロイシンに対する応答感度の違いを調べた。絶食ラットに投与量を変えてロイシンを経口投与し、タンパク質合成活性の指標であるS6K1および4E-BP1のリン酸化の投与反応曲線を作成して、ロイシンに対する感受性を骨格筋ごとに評価した。S6K1のリン酸化は、ヒラメ筋と足底筋、長趾伸筋と前脛骨筋がそれぞれ類似した用量反応性を示した。ヒラメ筋と足底筋の投与反応曲線はシグモイド曲線的であり、投与量変化にともなうS6K1のリン酸化の変化の幅は小さかった。一方、長趾伸筋と前脛骨筋の投与反応曲線は飽和曲線的であり、腓腹筋のS6K1のリン酸化は、ヒラメ筋・足底筋型変化と長趾伸筋・前脛骨筋型変化の中間的な変化であった。また、50%有効量(ED50)は、ヒラメ筋、足底筋、長趾伸筋、腓腹筋、前脛骨筋の順に小さかった。4E-BP1のリン酸化は、ヒラメ筋でシグモイド曲線的な用量反応性を示したが、他の骨格筋ではロイシン投与により増加はしたものの、プラトーに達せず、ED50を算出できなかった。次に、ロイシンに対する応答が骨格筋ごとに異なる原因を探るために、細胞内ロイシンセンサーと考えられているSestrin2のmRNA発現量を骨格筋ごとに調べた。その結果、Sestrin2 mRNA発現量は骨格筋ごとに異なっており、遅筋線維を多く含むヒラメ筋と速筋線維を多く含む長趾伸筋において他の骨格筋と比べて多く発現していた。しかし、Sestrin2 mRNAの発現量とS6K1のリン酸化に相関はみられず、ロイシンに対する応答感度とSestrin2の関係を明らかにするためには、Sestrin2のタンパク質量を調べる必要がある。

初年度実施予定であった、絶食ラットに投与量を変えてロイシンを経口投与し、タンパク質合成活性の指標であるS6K1および4E-BP1のリン酸化の投与反応曲線から、ロイシンに対する応答感度を骨格筋ごとに調べる実験を完了した。また、初年度に開始予定であった、遅筋と速筋におけるロイシンの「感知」の相違の明確化を目指した実験にも着手し、ロイシンのセンサー分子と考えられているSestrin2のmRNA発現量を測定し、骨格筋間で比較した。さらに、筋線維タイプの特性に関係する遺伝子(Myl3, Myh7, Tnnt1, Tnni1, Tnnc1等)に注目し、ロイシン投与にともなうこれらのmRNA量の変化を骨格筋ごとに調べて、遅筋と速筋におけるロイシン刺激の「ターゲット遺伝子」の相違を明確にする実験にも着手して、現在解析中である。当初の研究計画において本年度は、筋萎縮モデル動物を用いてロイシンによる筋肉タイプ特異的な萎縮抑制効果を調べるために、グルココルチコイドの過剰投与による筋萎縮モデル動物の作成条件の検討を行うことになっていたが、この検討もほぼ済んでいる。以上を総合的に考えて、現在のところ研究は順調に進展していると判断した。合成グルココルチコイドであるデキサメタゾンは、インスリン抵抗性を惹起して筋萎縮を誘導することから、筋萎縮モデル動物の作成に用いられている。デキサメタゾンに対する感受性は年齢によって異なり、高齢ラットは若齢ラットと比べてデキサメタゾンによって筋萎縮が誘導されやすいことが知られている。しかし、高齢ラットは、準備に手間や時間がかかり個体差も大きいことなどから、出来るだけ若いラットの方が実験に利用しやすい。そこで、若い成熟ラットのデキサメタゾンに対する感受性を検証した。その結果、9週齢のWistar系雄性ラットでも腹腔内にデキサメタゾンを毎日1回5日間投与することで、筋萎縮が誘導された。このモデルラットを用いて、ロイシンの筋肉タイプ特異的な萎縮抑制効果を検証した。6時間の時間制限給餌に馴致したラットに、給餌開始直前に蒸留水に懸濁したロイシン(135mg/100g体重)を強制的に経口投与して14日間飼育した。実験開始9日目から5日間、腹腔内にデキサメタゾンを投与して筋萎縮を誘導し、最終投与日の翌日に屠殺して、遅筋(ヒラメ筋)、速筋(長趾伸筋)、混合筋(腓腹筋)の重量を測定したが、ロイシン投与群と非投与群(対照群)の骨格筋重量に有意な差は見られなかった。次にロイシンの筋萎縮抑制効果が観察されなかった原因を探るために、ロイシンセンサーと考えられているSestrin2のmRNA発現量の週齢による変化を、骨格筋ごとに調べた。その結果、Sestrin2のmRNA発現量は、いずれの骨格筋においても週齢の増加に従って増加する傾向が見られた。これらのことから、ロイシンに対する感受性は週齢によって変化する可能性があり、筋萎縮抑制効果も週齢によって異なる可能性が示唆された。ロイシンのタンパク質合成促進刺激に対する応答は骨格筋の種類によって異なり、遅筋型線維を多く含む骨格筋は、速筋線維を多く含む骨格筋よりもロイシン刺激に応答したタンパク質合成亢進の程度は小さいが、低用量のロイシンに鋭敏に応答することが、ラットを用いた実験で示された。また、ロイシンの筋萎縮抑制作用を、デキサメタゾン誘導筋萎縮モデル動物を用いて評価したが、顕著な筋萎縮抑制作用は観察されなかった。初年度実施予定であった絶食ラットに投与量を変えてロイシンを経口投与し、タンパク質合成活性の指標であるS6K1および4E-BP1のリン酸化の用量反応曲線の変曲点から、筋肉タイプごとのロイシンの最小有効量を求めて、感受性の相違を評価する実験を最初に行う。
トラップ中Caイオンの準安定準位光学遷移寿命の研究

アルミ製超高真空容器内に四重極型電極(リング径:14mm,キャップ電極間:10mm)を設置し、キャップ電極間に周波数1.3MHz,振幅268V_<p-p>の高周波および15.2Vの直流電圧を印加しRFトラップを形成した。トラップ中に電子ビームによりイオン化したカルシウム1価イオンを蓄積し、電気的共鳴吸収法により、蓄積個数が10^4個程度であることを確認した。蓄積イオンのなかで基底準位に存在するイオンの個数をレーザー励起蛍光分光法により測定するために、温度制御された半導体レーザー光(波長:866.2nm)およびチタンサファイアレーザーの第2高調波光(波長:396.8nm、光強度4μW)を、蓄積イオンに照射し蛍光を観測した。このとき、イオン生成のための電子ビームを発生する電子銃のフィラメントからの迷光の統計的ゆらぎが測定感度を制限するため迷光対策を行い、迷光のレベルを現有測定系の7400個/sから、1/8の9200個/s程度に改善した。チタンサファイアレーザー光の第2高調波光のかわりに、基底準位から準安定準位に励起するレーザー光としてチタンサファイアレーザー光(波長:732.2、光強度100mW)を直接入射したばあい、光子計数積分時間を1sとすると、準安定準位3^2D_<3/2>の光学遷移のA係数の下限として6.7(遷移寿命:τ=0.15sに相当)程度まで現有の測定系において測定可能であることがわかった。
学校教科書の自然地理及び地学分野の記載の比較および適切さの検討と改善案の提示

高等学校で用いられる検定教科書については,生物・化学・物理,そして歴史分野様々な科目で用いる用語の更新,或いは削減の検討がなされてきている。一方で「地理」や「地学」分野での検討は遅れており,地球惑星科学として共通する事項の多い両領域を合わせての検討作業を行う必要がある。そこで,高等学校教科書の「地理A」「地理B」の自然地理分野,および「地学」,「地学基礎」,「科学と人間生活」の地学分野の教科書の記載について,網羅的に用語の用例や定義の比較および,説明表記の検討を行い,適切な記載案を提示することを目的とした。対象とした教科書は平成29年度版の高等学校教科書の「地理A」(6冊),「地理B」(3冊),および「地学」(2冊),「地学基礎」(5冊),「科学と人間生活」(5冊)である。それらのなかで自然地理学,地球物理学,地質学に関連する,プレートテクトニクス関連,造山運動・造山帯関連,地震関連,平野関連,斜面プロセス関連,大気大循環関連,気候区分関連について比較検討を行った。結果として,地理教育,地学教育それぞれの中でも,両者の間でも異なる用語が使われていることが分かった。さらに,現在は使われていない用語が用いられていたり,使われていない概念,あるいは適切でない表記が検定教科書に記載されていたりすることが分かった。今後は現在の科学界の知見を高校教育に反映させて,よりふさわしい用語や説明を検討・採用していく必要がある。
高速酸化物イオン伝導体の新規触媒アシスト機能

本研究では、ニッケル触媒を用いたバイオエタノールやバイオガスの水素と一酸化炭素への改質時に生じる炭素析出副反応の抑制を目的として、高速酸化物イオン伝導体を担体に用いた触媒材料の開発を行った。その結果、ランタンガリウム系、ランタンアルミニウム系、バリウムチタニウム系酸化物をニッケル触媒の担体に用いることで、担体中の可動可能な酸化物イオンが炭素析出を抑制し、触媒性能の安定性を促進することを見いだした。本研究では、Ni触媒を用いたバイオエタノールやバイオガスのリフォーミング時に生じる炭素析出反応の抑制を目的とした新規触媒材料の開発を行っている。すなわち、高速酸化物イオン伝導体を担体として用いた触媒材料の開発を行っている。1. Ni触媒の担体として、酸化物イオン伝導体であるランタンガリウム系酸化物(LSGM)、ジルコニア系酸化物(YSZ)、セリア系酸化物(GDC)、および比較としてコランダムを用い、エタノールのリフォーミング反応における炭素析出抑制性能を評価した。その結果、Ni/LSGMにおいては、LSGMの酸素欠陥量が多いほど炭素析出量が減少した。10時間反応後で、Ni/コランダムでは析出量が約70 mass%であったのに対し、欠陥量が最も多いLSGMを用いたNi/LSGM8282では約8 mass%であった。更に、Ni/LSGM8282は水素収率も最も高く、高い活性を示すことが分かった。しかし、Ni/YSZ、Ni/GDCでは、担体の酸素欠陥量の増加による炭素析出抑制効果が明確に見られなかった。この原因の一つとして結晶構造の違いが考えられる。更に、Ni触媒の担持方法についても検討した。その結果、Ni有機金属化合物を用いることで、微粒子の触媒を高分散に担持することができ、リフォーミング触媒性能を向上させることができた本研究では、Ni触媒を用いたバイオエタノールやバイオガスの改質時に生じる炭素析出反応の抑制を目的とした新規触媒反応の開発を行った。本年度は、昨年度の検討結果を受けて、高い酸化物イオン伝導性を示すアルミン酸ランタン系化合物について、詳細に検討した。即ち、酸化物イオン欠陥量の異なる化合物(La1-xSrxAl1-xMgxO3-x, x= 0 - 0.15)を合成し、それらをNi触媒の担体に用いて、モデルバイオガス(CH4+CO2)改質性能を800°Cで検討した。その結果、合成試料を担体に用いたすべての触媒は、90 %程度のCH4転化率を示し、その性能を24時間以上持続した。炭素析出量は母体であるLaAlO3に比べ、x= 0.05と0.10の担体を用いた触媒では炭素析出が抑制されたが、x= 0.15の担体を用いた触媒では炭素析出量が増加した。これは、酸化物イオン欠陥量が少ない場合には欠陥が効果的に作用したのに対し、欠陥量が多くなると、改質温度が高温であるため構造の安定性が低下し、欠陥の効果が十分に作用しなかったためと考えられた。次に、改質時の還元雰囲気中で酸化物イオン欠陥を自ら作ると期待されるスズ含有チタン酸バリウム(BaTi1-xSnxO3, x= 0 - 1)を合成し、それらを使用済みニッケル水素電池負極材から回収したNi触媒の担体に用いて、モデルバイオガス改質性能を検討した。その結果、x= 0.2の資料を担体に用いた触媒が優れた性能を示し、二酸化炭素改質と水蒸気改質とが2対1の比で進行することが分かった。炭素析出反応は期待通りに抑制された。しかし、スズ含有量が増加すると担体から遊離するSnとNiとが反応するため、触媒性能が失われた。以上の両研究結果より、少量の酸化物イオン欠陥を有するペロブスカイト系化合物担体は、Ni触媒を用いたバイオガス改質に有用であることが判明した。環境無機材料化学ペロブスカイト構造のランタンガリウム系酸化物(LSGM)については、酸素欠陥量が多く、酸化物イオン伝導度が高いLSGM8282を触媒担体に用いることで、炭素析出を最も抑制でき、触媒活性を高めることができることが分かり、ほぼ計画通りに進捗した。蛍石型構造のジルコニア系酸化物(YSZ)とセリア系酸化物(GDC)については、酸素欠陥量に伴い触媒性能が向上した。しかし、炭素析出抑制効果との間には明確な関係を見いだすことができなかった。次年度再検討をする予定である。ストロンチウム含有ランタンアルミニウム酸化物(LSA)については不純物の無いものを合成するのに予想外に時間を要した。しかし、作製に成功しているLa0.8Sr0.2AlO2.9を触媒担体に用いることで、LaAlO3を用いた場合と比較して、析出炭素量が減り、担体の酸素欠陥が炭素析出抑制に有用であることが分かった。ほぼ計画通りであるが、酸素欠陥量のより多いLSAを次年度作製する予定である。1.平成25年度の研究を継続する。