hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ヒト糖輸送体の機能部位の解析

上記のTM1,5,7,8はいずれも基質通過のポアを構成していることが明らかになった。Hxt1とHxt2間ではTM1,5,7,8で20個のアミノ酸が異なる。今後、どのアミノ酸が高親和性糖輸送に必須であるのか明らかにし、基質認識部位を特定して、同じファミリーのヒト糖輸送体の機能部位の解析を行う。ヒト糖輸送体(Glut)の基質認識部位の解析を目標にして、遺伝子操作の容易な酵母Saccharomyces cerevisiaeの、Glutと同じMajor facilitator superfamilyに属する糖輸送体を用いて基質認識部位の解析を行った。酵母の高親和性糖輸送体Hxt2と低親和性糖輸送体Hxt1は、各々12個の膜貫通領域(TM)を持ち、両者のTMのアミノ酸は70%同一である。Hxt2の高親和性糖輸送に必要なTMを明らかにするため、Hxt2のすべてのTMを、対応するHxt1のTMでランダムに置換したキメラを作成し、糖濃度を低くした寒天培地上で高親和性糖輸送を行うクローンを選択した。Hxt2のTM1,5,7,8が高親和性糖輸送に必須である結果を得た。最近、MFSに属する細菌のラクトース輸送体LacYとグリセロール3リン酸輸送体GlpTの結晶解析の結果が報告された。TM1,5,7,8はいずれも基質通過のポアを構成していることが明らかになった。TM1,5,7,8中、Hxt1、Hxt2間で異なる20個のアミノ酸において、Hxt2のアミノ酸を、対応するHxt1のアミノ酸とランダムに置換したすべての組み合わせの変異体を作成し、その糖輸送活性の解析からTM5においてはLeu-201が高親和性糖輸送に必須であり、Cys-195とPhe-198が補助的役割を担っていることが明らかになった。これら3個のアミノ酸は膜貫通ヘリックスの同じ側面にあり、糖輸送のpathwayを形成していることが示唆される。さらに解析を進め、Hxt2の10個のアミノ酸があれば高親和性糖輸送を行うことが明らかになってきた(投稿中)。ヒト糖輸送体Glut1においてもLeu-201に対応するアミノ酸がやはりLeu-162であり、このアミノ酸が糖輸送の親和性に関与していることを強く示唆する。
ヒト歯髄細胞から良質なiPS細胞株を効率良く誘導するための基礎的検討

様々な発達段階の歯由来の歯髄細胞(DPC)株のiPS細胞への誘導効率を比較検討したところ、歯根完成期のDPC株の誘導効率が非常に低い傾向であった。DPC株間の誘導効率の差異は個人差よりも、ドナー歯の発達段階によるものが大きい。またセンダイウィルスベクターを用いてDPC株からnon-integaration iPS細胞が誘導でき、レトロウィルス法で樹立したiPS細胞と同程度の未分化性と多分可能を有することが分かった。さらにDPC株はフィーダー細胞として用いることができることがわかり、安全性の向上につながると考えられる。平成22年度(センダイウィルス法でのiPS細胞誘導)レトロウィルスを用いた現在の誘導方法では、ベクターの染色体への挿入による癌化の危険性が指摘されており、染色体に影響を及ぼさないセンダイウィルスを用いた方法で歯髄細胞株からips細胞の誘導を行い、レトロウィルス法に比べ高い効率で誘導できた。また、従来のレトロウィル法では誘導遺伝子を別々に感染させるため、感染した細胞によって導入遺伝子の発現量にばらつきがあるため、誘導効率の低下につながり、得られるips細胞の性質にもばらつきが生じた。この点は今回使用した誘導遺伝子が一つのベクターにまとまったセンダイウィルスベクター(産総研・中西先生より分与)にて改善できた。さらに、従来動物由来(マウス)のフィーダー細胞を使用していたが、今回はドナー細胞である歯髄細胞自身がフィーダー細胞になりうることがわかり(ドナー細胞のみで誘導に成功した)、より安全で良質なips細胞の誘導が可能になった。(誘導効率の高い歯髄細胞株と、低い株とでDNAマイクロアレイ解析)さまざまな年齢、発達段階の株で行い、現在解析結果をまとめている。今後は著しい差異がある遺伝子に注目し、誘導効率にどう影響するかどうか解析していく。平成22年度から平成23年度前半までは、様々な発生段階のDPC株からセンダイウィルスベクターを用いてiPS細胞の樹立を試み、さらに樹立したiPS細胞の性質解析を行なってきた。(結果)#1全てのDPC株からセンダイウィルス法でiPS細胞が樹立できた。誘導効率はレトロウィルス法と同様、センダイウィルスベクターを用いても歯根完成期のDPC株からの誘導効率は、歯冠完成期や歯根形成期のDPC株から誘導した場合に比べて著しく低いことが分かった。樹立したiPS細胞株の未分化性と多分化能についてin vitro及びin vivoで検証した結果、誘導効率が違っていても、誘導されたiPS細胞株間に性質の差異は認められなかった。またレトロウィルス法とセンダイウィルス法で誘導されたiPS細胞株間に性質の差異は認められなかった。しかし安全性に関しては今後検討する必要がある(本年度内ではできなかった)。#2ドナー細胞である歯髄細胞自身をフィーダー細胞として用いて、センダイウィルス法でiPS細胞の誘導が可能であれことが分かった(ドナー細胞のみで誘導に成功した)。しかし、歯髄細胞をフィーダー細胞として用いた場合には、維持がまだ困難であると分かった。#323年度の後半は、誘導効率の高い歯髄細胞群と低い細胞群とでDNAマイクロアレイ解析を行ない、発現量が著しく異なる遺伝子をピックアップした。
集約化計画団地における住民コミュニティ支援の研究

本研究では、1)団地の集約で生じる住民コミュニティの課題を明らかにする。2)空き住戸等を活用した拠点の整備やコミュニティ支援プログラムを実行し検証する。以上により、集約化計画団地における住民コミュニティ支援のあり方を検討し、住民コミュニティと連動した集約計画の立案への足掛かりとする。
内分泌活性腫瘍(副腎腫瘍)の経皮的レーザー治療の開発

本年度は雑種成犬を用いたレーザー照射実験をおこなった。すなわち、これまでのラット副腎組織を用いたin vitro及びvivoでのレーザー照射のデーターをふまえて右副腎に対し超音波ガイド下にレーザープローべを穿刺する実験計画を立てた。しかしながら、雑種成犬を用いたモデルでは解剖学的問題と、正常副腎をモデルにしている関係上target organが小さく、毎回正確に同一条件での穿刺が困難であった。このため開腹して直視下に副腎穿刺をおこなってレーザー照射するグループを実験に加えることとした。いずれの場合も対側の健常副腎を開腹下に摘出した。現在までに各2頭をおこなっているが、開腹下にレーザープローベを穿刺したグループは第8,第9病日にいずれも副腎不全と考えられる病態で死亡した。死亡後におこなった解剖では、レーザー照射した右副腎は完全に壊死に陥っており、健常組織を認めなかった。一方超音波ガイド下に穿刺をおこなったグループはいずれも術後1ケ月を経過して生存しており、各35、40病日にネンブタールの静脈注射にて犠死せしめ、レーザー照射した副腎を摘出して検討した。その結果、肉眼的にも健常副腎組織の残存が認められ、また病理組織学的にもほぼ全ての切片で多くのviable cellの残存を確認した。以上の結果からは直視下でのレーザー照射では内分泌活性をほぼ完全に失活し得る効果を得ることができると考えられるが、モデルの関係もあり、体外からのアプローチでは安定した結果が得られないことが判明した。すなわち、これまでのところ腹腔鏡などの方法により直視下にレーザー照射をおこなうならば十分な効果を得ることができると考えられた。安全性についての実験はまだ大型動物でおこなっておらず、今後も引き続き健常対側副腎を残して長期生存させたモデルを作成して安全性の検討を行う実験を予定している。平行しておこなっているラットを用いたエタノール使用モデルについては、前回までの結果を踏まえて単回投与では効果にばらつきの見られた低濃度による反復投与の効果を検討中である。すなわち症例や経過病日によりviable cellの残存やその分布にばらつきがみられた0.8ml/kgの注入を1週間間隔で2回、3回、4回注入した群を作成してその効果を見た。これまでの結果では2回投与群で83%の症例に、3回投与群ではほぼ100%の症例で副腎viable cellの完全壊死を得ることができた。しかし、3回投与例の中に頻回のエタノール注入によると思われる死亡例が11例中1例存在し、頻回注入の技術的な問題が考えられた。以上、未だ最終結論は得られていないが、低侵襲性を目指した内分泌活性腫瘍に対するレーザー及びエタノール注入治療は有用な方法になりうることが示された。ラットを用いたin vivoの実験を現在続行中である。すなわち初めに摘出した副腎組織に対し、照射時間、intensityの条件を変えてレーザー照射を直視下でおこなった。照射した組織は直後にホルマリン固定をし、各検体より5スライスを切りだして細胞変性部のマッピングをおこない、想定した腫瘍径の範囲に一番効果的に細胞顕性を起こす条件を検索中である。現在のところ二次元マッピングでの条件は最適化が進んでいるが、三次元モデルとしてとらえた場合の最適条件が求められておらず、更に症例を追加して検索中である。平行して全身麻酔下のラットに対し、片側副腎に直視下でエタノール0.8ml/kg、1.2ml/kgを注入し、第3,5,7,10,30,60病日で犠死させて患側副腎を組織学的に検討した。現在まで得られている結果では0.8ml/kgの注入では症例や経過病日によりviable cellの残存やその分布にばらつきがみられる。その分析は解析に取り込むスライス数を増やして現在分析を続行中である。これに対し、1.2ml/kg注入群では副腎組織のほぼ全体にわたり細胞変性がみられ、すべての病日において残存viable cellはほとんど認めなかった。即ち、現在まで得られている結果では、エタノールの直接注入でも、レーザー照射に於いても同じように組織の半永久的な崩壊を導くことは可能であるが、意図した範囲の組織を的確に崩壊させるにはエタノールの注入はそのコントロールに困難が伴われ、安全に十分な結果を得るためには複数回の操作を要するものと推測している。またレーザー照射に関しては、その影響を受ける範囲を的確に制御することが最大のポイントで、的確に制御がおこなわれればその効果は確実であるが、周囲臓器への影響を含め的確にレーザーによる組織崩壊範囲を限局させるために、現在ソフトによる制御のみならずプローベの改良も視野に入れて検討中である。レーザー照射モデルにおいては昨年度に引き続き、ラットの副腎組織を用いてのレーザー照射の最適条件を検討中である。すなわち、体外に摘出した状態での照射時間やintensityと現在使用している尖形プローベを中心とした細胞変性範囲との関係を適切な回帰式などでモデル化することを試る一方、同一条件での体内組織と体外組織での違いとその補正法を検討中である。基本的な方法は昨年度までと同じであるが、現段階で未だ最適と思われる条件とそれをモデル化することができていない。加えて副腎組織が体内にある状態では、当初の予想以上に体外摘出組織と条件が違うことが判明しており、一定の条件で照射効果を一定に保つことが未だ困難な状態である。

このような研究の状況から、現段階では未だ雑種生検などを用いた大型動物での実験に移行できていないが、実験施行前に予測した以上に体内での条件が異なることが確認できたので、その原因の検討と補正に平行してなるべく早い時期に大型動物での実験を開始したいと考えている。エタノール使用モデルにおいては、昨年度の結果に示したように0.8ml/kgの注入では症例や経過病日によりviable cellの残存やその分布にばらつきがみられたが、1.2ml/kg注入群では副腎組織のほぼ全体にわたり細胞変性がみられ、すべての病日において残存viable cellはほとんど認めなかった。このようにエタノールの直接注入でも、組織の半永久的な崩壊を導くことは可能であるが、エタノールを使用する場合注入量や濃度でのコントロールには限界があり、的確な範囲に効果を及ぼすためには現在のデーターからは低濃度複数回処置がある程度有効であると考えている。現在そのための処置回数、濃度を変化させた検討を続行している。本年度は雑種成犬を用いたレーザー照射実験をおこなった。すなわち、これまでのラット副腎組織を用いたin vitro及びvivoでのレーザー照射のデーターをふまえて右副腎に対し超音波ガイド下にレーザープローべを穿刺する実験計画を立てた。しかしながら、雑種成犬を用いたモデルでは解剖学的問題と、正常副腎をモデルにしている関係上target organが小さく、毎回正確に同一条件での穿刺が困難であった。このため開腹して直視下に副腎穿刺をおこなってレーザー照射するグループを実験に加えることとした。いずれの場合も対側の健常副腎を開腹下に摘出した。現在までに各2頭をおこなっているが、開腹下にレーザープローベを穿刺したグループは第8,第9病日にいずれも副腎不全と考えられる病態で死亡した。死亡後におこなった解剖では、レーザー照射した右副腎は完全に壊死に陥っており、健常組織を認めなかった。一方超音波ガイド下に穿刺をおこなったグループはいずれも術後1ケ月を経過して生存しており、各35、40病日にネンブタールの静脈注射にて犠死せしめ、レーザー照射した副腎を摘出して検討した。その結果、肉眼的にも健常副腎組織の残存が認められ、また病理組織学的にもほぼ全ての切片で多くのviable cellの残存を確認した。以上の結果からは直視下でのレーザー照射では内分泌活性をほぼ完全に失活し得る効果を得ることができると考えられるが、モデルの関係もあり、体外からのアプローチでは安定した結果が得られないことが判明した。すなわち、これまでのところ腹腔鏡などの方法により直視下にレーザー照射をおこなうならば十分な効果を得ることができると考えられた。安全性についての実験はまだ大型動物でおこなっておらず、今後も引き続き健常対側副腎を残して長期生存させたモデルを作成して安全性の検討を行う実験を予定している。平行しておこなっているラットを用いたエタノール使用モデルについては、前回までの結果を踏まえて単回投与では効果にばらつきの見られた低濃度による反復投与の効果を検討中である。すなわち症例や経過病日によりviable cellの残存やその分布にばらつきがみられた0.8ml/kgの注入を1週間間隔で2回、3回、4回注入した群を作成してその効果を見た。これまでの結果では2回投与群で83%の症例に、3回投与群ではほぼ100%の症例で副腎viable cellの完全壊死を得ることができた。
チオ化フェニルヒ素化合物の環境動態の解明

ジフェニルアルシン酸(DPAA)のチオ化に関与する嫌気微生物としてDesulfotomaculum acetoxidans DEA14株を単離した。既知の酸還元菌であるDesulfovibrio aerotolerans JCM 12613TもDPAAをチオ化したことから、フェニルヒ素化合物のチオ化は硫酸還元菌によるH2S生成に伴う反応と推定された。DPAA以外の様々なフェニルヒ素化合物もH2Sと反応し、チオ化物が生成することを明らかにした。イネをDPAA模擬汚染土壌で栽培した結果、ジフェニルチオアルシン酸は土壌や根でのみ認められ、イネ地上部では部位毎に異なるフェニルヒ素化合物が検出された。土壌中のフェニルヒ素化合物は嫌気的条件で比較的早く脱フェニルやメチル化等の微生物代謝を受けることが知られていたが、最近の我々の研究で硫酸還元条件では比較的毒性が高いとされるチオ化物が主に生成することが判明した。本研究は、こうしたフェニルヒ素化合物の嫌気的変換に関与する微生物の性質を明らかにするとともに、チオ化フェニルヒ素化合物の土壌環境における動態の解明を目的とする。平成26年度は、まずジフェニルアルシン酸(DPAA)をチオする嫌気性微生物のコンソーシアを土壌から複数確保し、16S rDNAを対象としたクローンライブラリー作成とシーケンシングを行った。その結果、いずれにも硫酸還元菌であるDesulfotomaculum属に近縁なクローンが含まれていた。そこで嫌気培養装置を用いて単コロニー分離を試みたところ、DPAAをチオ化してジフェニルチオアルシン酸(DPTA)を生成するDEA14株を得た。DEA14株は遺伝子分類学的な検討の結果、D. acetoxidansと同定された。硫酸還元菌の既知株であるDesulfovibrio aerotolerans JCM 12613TについてそのDPAAの嫌気的変換能を調べた結果、DEA14株同様にDPAAをDPTAに変換した。以上のことからフェニルヒ素化合物のチオ化は硫酸還元菌による硫化水素の生成に伴って生じる反応であることが明らかとなった。また、DPAA以外のフェニルヒ素化合物からのチオ化物生成の可能性について検討した結果、フェニルメチルアルシン酸とジフェニルメチルアルシンオキシドが硫化水素と反応してそれぞれのチオ化物を生成することが示された。ジフェニルアルシン酸(DPAA)等のフェニルヒ素化合物は、嫌気的な土壌条件では脱フェニルやメチル化を受けることが知られていた。しかし我々の最近の研究で、十分な硫酸根と易分解性有機物が存在する場合には比較的毒性が高いとされるチオ化物に主に変換されることが示された。DPAAがチオ化されると、ジフェニルチオアルシン酸(DPTA)が生成する。この変換は、硫酸還元菌による硫化水素(H2S)の生成とその後のカルボニル基のチオキシ基への二次的変換による反応と考えられることから、H2S存在下ではDPAA以外のフェニルヒ素化合物についても同様にチオ化が起こるものと思われた。そこで平成26年度はこれを確認するため、フェニルメチルアルシン酸(PMAA)、ジフェニルメチルアルシンオキシド(DPMAO)、ジメチルフェニルアルシンオキシド(DMPAO)及びフェニルアルソン酸(PAA)を対象に、H2Sと反応させて得た反応生成物について機器分析化学的な検討を行った。LC/ICP-MSによるヒ素の形態分析の結果、PMAA、DPMAO及びDMPAOとH2Sとの反応生成物としてそれぞれ未知ヒ素種U1、U2及びU3が検出された。LC/TOF-MSを用いた高分解能マススペクトル解析の結果、U1はC7H9AsOSと構造推定されたことから、フェニルメチルチオアルシン酸が生成したものと判断された。同時にジチオ化物であるフェニルメチルジチオアルシン酸の生成も示唆された。同様にU2及びU3はC13H13AsS及びC8H11AsSと構造推定され、それぞれジフェニルメチルチオアルシン、ジメチルフェニルチオアルシンと考えられた。その一方で、PAAの反応液からはチオ化物と思われる未知ヒ素ピークは検出できなかった。以上のことから、PAAを除くフェニルヒ素化合物はH2Sと容易に反応してチオ化物を生成することが示された。また、反応後の元化合物とチオ化物のピーク強度の比較から、PMAAはDPMAOやDMPAOに比べてチオ化が起こりにくい性質をもつものと推定された。ジフェニルアルシン酸(DPAA)等のフェニルヒ素化合物は、嫌気的な土壌条件で脱フェニルやメチル化を受けることが知られていたが、硫酸還元条件においては比較的毒性が高いとされるチオ化物に変換されることが最近、我々の研究で明らかとなった。これまでにDPAA、フェニルメチルアルシン酸(PMAA)、ジフェニルメチルアルシンオキシド(DPMAO)及びジメチルフェニルアルシンオキシドが硫化水素存在下でチオ化され、それぞれジフェニルチオアルシン酸、フェニルメチルチオアルシン酸、ジフェニルメチルチオアルシン、ジメチルフェニルチオアルシンが生成することが示された。平成27年度は前年の検討でチオ化物が確認できなかったフェニルアルソン酸(PAA)と硫化水素の反応液について分析条件の再検討を行った。その結果、フェニルチオアルシン酸と推定されるピークがLC/TOF-MSによって検出されたことから、PAAも硫化水素と反応してチオ化されうることが確認された。

次にDPAAを添加した土壌(0.5-0.6 mg-As/kg)を用いてイネ栽培試験をポットにて行い、土壌及びイネ植物体中のヒ素化合物を調べた。これまでDPAA汚染水田土壌の主たるフェニルヒ素化合物はDPMAOであったとの報告があるが、本研究の結果、DPMAOに加えてDPTAも生成することが明らかとなった。またイネ植物体中の総ヒ素濃度は、根>葉>茎>玄米の順となり、根では主にAs(V)、DPMAO、DPTA及びDPAAが検出された。茎ではAs(V)が、葉ではAs(V)に加えてDPMAOが、玄米ではAs(V)に加えて低濃度のDPAAとPMAAが検出された。このようにイネ植物体で検出されるフェニルヒ素化合物の種類は部位によって異なった。また、土壌中で生成するDPTAは根のみで検出され、地上部では認められなかった。ジフェニルアルシン酸(DPAA)のチオ化に関与する嫌気微生物としてDesulfotomaculum acetoxidans DEA14株を単離した。既知の酸還元菌であるDesulfovibrio aerotolerans JCM 12613TもDPAAをチオ化したことから、フェニルヒ素化合物のチオ化は硫酸還元菌によるH2S生成に伴う反応と推定された。DPAA以外の様々なフェニルヒ素化合物もH2Sと反応し、チオ化物が生成することを明らかにした。イネをDPAA模擬汚染土壌で栽培した結果、ジフェニルチオアルシン酸は土壌や根でのみ認められ、イネ地上部では部位毎に異なるフェニルヒ素化合物が検出された。平成26年度はジフェニルアルシン酸に加えて、フェニルメチルアルシン酸、ジフェニルメチルアルシンオキシド及びジメチルフェニルアルシンオキシドからもチオ化物が生成することを示した。当初の計画通りの進捗状況である。加えて、チオ化フェニルヒ素化合物の植物(イネ)への移行について予備的な検討を実施した。以上のことから本研究は「おおむね順調に進展している」と評価した。土壌学、土壌微生物学本研究の最終年度は、チオ化フェニルヒ素化合物の植物(イネ)への移行と根圏における動態の解明をポット実験で明らかにする計画である。平成25年度はフェニルヒ素化合物のチオ化を担う微生物を明らかにした他、ジフェニルアルシン酸に加えて、フェニルメチルアルシン酸とジフェニルメチルアルシンオキシドからもチオ化物が生成することを示した。今後の研究の展開として、さらに他のフェニルヒ素化合物についてチオ化物生成の可能性を検討するとともに、チオ化フェニルヒ素化合物の植物(イネ)への移行と根圏における動態の解明を目指す。物品の納品遅れがあり、年度内の経理処理が間に合わないものがあった。代用品が確保できたため、研究の進展への影響はごく僅かであった。物品費の一部として使用する。
表面反応による炭素質星間塵の構造の研究

メタンガスをマイクロ波を用いてプラズマ化し、そのガスを細孔から真空中に放出すると、茶色を帯びた黒色の炭素質物質(dark-QCC)と、明るい褐色から黄色を帯びた有機質の膜状の物質(filmy-QCC)ができる。筆者らは、これらの物質が、星間空間や星周空間で観測される塵スペクトルとよく似たスペクトルを示すことを報告してきた。この物質の高分解能電子顕微鏡観察を行ったところ、星間塵の示す217.5nm吸収とほぼ同じ吸収ピークをもつdark-QCCは、オニオンカーボンと類似の構造をもつ直径5-15nmの球の集合物であることが明らかになった。原子星周辺部では、星間塵は水素分子ガスと反応することが期待される。水素分子中での星間塵候補物質の変化を明らかにすること、さらには反応活性な部分構造を明らかにすることを目的として、ガスとの反応実験を試みた。合成したばかりのdark-QCCとfilmy-QCCを、それぞれ、石英ガラス製のセルに入れ、水素ガスを360mmHg封入した。そのセルに外部からエキシマランプ光を照射した。dark-QCCの赤外線スペクトルでは、3.42、3.51,6.9,7.3,12.5μmピークが増大したことから、水素付加が起こり、構造にC-H(sp^3-C)の原子団が生じたことがわかる。continuum成分にも変化が見られ、1.5μm付近の吸収が減少し、結果として2μm付近に山が生じた。この変化がどのような構造変化に対応しているのかは、今後研究が必要である。dark-QCCの紫外線スペクトルは、220nm付近にブロードな吸収ピークを示す。このピークの波長位置はこの実験で顕著な変化が見られなかった。他方、この実験で、filmy-QCCのcontinuum成分には多少の変化がみられたものの、バンドスペクトルにはほとんど変化が見られず、水素付加しにくいことがわかった。水素付加したdark-QCCの赤外吸収スペクトルと観測スペクトルとを比較し、検討を行った。筆者らは、星の周りでつくられた塵が星間空間に散逸した後、どのように変質していくかを明らかにすることをめざしている。そのなかで、本研究では炭素質の塵に対する紫外線照射の影響を明らかにする。そのため、本年度は照射用紫外線源として、ウシオ電機株式会社製の波長305nmのヘッドオン型エキシマ光照射ユニット(ランプ)を購入した。筆者らの研究している炭素質物質は多環式芳香族化合物と密接な関係がある。当初は126nmのランプを購入予定であったが、波長305nmの光は多環式芳香族化合物によく吸収されるため、今回は波長305nmのランプを購入した。現在当研究室で所有しているランプは、172nm、222nm、305nmと3種類となった。市販のグラファイトやグラフッシーカーボンなどの炭素と、当研究室でプラズマ状ガスから合成した炭素物質(QCC)とを、混合ガス雰囲気下に置き、これらのランプを用いて紫外線照射を行うことを予定している。そのため今年度は、混合ガスを真空装置に導入できるマスフローコントローラーを購入し、真空装置に取付けた。さらに、出発物質として、星の周辺でできる炭素質の塵の構造と組成を知るため、合成条件を変えてQCCを合成し、そのUV-IRスペクトルと電子顕微鏡による構造との関係を調べた。

合成条件によって、波長220nmに吸収を示すオニオン状の微粒子から、250nmに吸収を示す紐状のグラファイト(またはグラッシーカーボン状)のものができることがわかった。星周の条件の違いで異なる炭素質の塵ができ、星間空間へ散っていくと推定される。メタンガスをマイクロ波を用いてプラズマ化し、そのガスを細孔から真空中に放出すると、茶色を帯びた黒色の炭素質物質(dark-QCC)と、明るい褐色から黄色をおびた有機質の膜状の物質(filmy-QCC)ができる。著者らは、これらの物質が、星間空間や星周空間で観測される塵のスペクトルとよく似たスペクトルを示すことを報告してきた。この物質の高分解能電子顕微鏡観察を行ったところ、星間塵の示す217.5nm吸収とほぼ同じ吸収ピークをもつdark-QCCは、オニオンカーボンと類似の構造をもつ直径5-15nmの球の集合物であることが明らかになった。原子星周辺部では、星間塵は水素分子ガスと反応することが期待される。水素分子中での星間塵候補物質の変化を明らかにすること、さらには反応活性な部分構造を明らかにすることを目的として、ガスとの反応実験を試みた。合成したばかりのdark-QCCとfilmy-QCCを、それぞれ、石英ガラス製のセルに入れ、水素ガラスを360mmHg封入した。そのセルに外部からエキシマランプ光を照射した。dark-QCCの赤外線スペクトルでは、3.42,3.51,6.9,7.3,12.5μmピークが増大したことから、水素付加が起こり、構造にC-H(sp^3-C)の原子団が生じたことがわかる。continuum成分にも変化が見られ、1.5μm付近の吸収が減少し、結果として2μm付近に山が生じた。この変化がどのような構造変化に対応しているのかは、今後研究が必要である。dark-QCCの紫外線スペクトルは、220nm付近にブロードな吸収ピークを示す。このピークの波長位置はこの実験で顕著な変化が見られなかった。他方、この実験で、filmy-QCCのcontinuum成分には多少の変化がみられたものの、バンドスペクトルにはほとんど変化が見られず、水素付加しにくいことがわかった。水素付加したdark-QCCの赤外吸収スペクトルと観測スペクトルとを比較し、検討を行った。
赤外ダイオードレーザーを用いた過酸化水素の光反応過程

本研究は地球大気反応においてHO_2ラジカルのリザバ-として重要な役割をしている過酸化水素(H_2O_2)の光反応素過程について、光反応後生じるHO_2ラジカルを赤外ダイオードレーザーを用いて直接検出する事により解明するものである。具体的にはHO_2ラジカル検出の高感度化を目的として作成した、エキシマーレーザー励起可能な紫外透過窓を持つ赤外多重反射セル(光路長15m,反射回数30回)を用い、193nmのレーザー光照射により生じたHO_2ラジカルの検出に成功した。HO_2ラジカルの検出はレーザー照射後mus後において、1097cm-1付近に観測された3本のピークがO-O伸縮振動に対応する6_<15>-7_<16>(F_1)、6_<24>-7_<25>(F_1)、6_<15>-7_<16>(F_2)の振動回転遷移に帰属できる事より行った。HO_2ラジカルの生成過程には2つのチャンネルが考えられる。一つは過酸化水素から水素原子が直接解離して生じるHO_2ラジカルで、今回観測されたのがこれにあたる。もう一つは過酸化水素からふたつのOHラジカルが生じ、そのOHラジカルが基底状態にある他の過酸化水素と反応して生成するHO_2ラジカルである。後者は今回の実験条件下ではずっと遅れて生じるため観測にはかかっていない。従来の報告では193nm励起におけるこのチャンネルの分岐比は、直接解離より生じた水素原子と、OHラジカルを検出する事により、2:8で直接解離の方が少ないとされていた。本研究では不完全ではあるが、直接解離の分岐比がより高い事が示唆された。今後は得られたHO_2ラジカルの検出法を基に他の分子との反応速度の決定に研究を進めていく。
マウス覚醒下fMRIを用いたうつ脆弱性・抵抗性と脳機能との相関解析

うつ病は遺伝的要因のみならず、環境・経験によって引き起こされる部分が大きいと考えられる。そのため、その病態および原因の解明には環境変化・経験前後の比較研究が重要と考えられる。しかし、ヒトでは遺伝学的・環境要因を統一することが難しいこと、動物モデルでは"生きたまま"ストレスの影響を検討・解析する手法は限られた手法しかなく、その方法にも問題点がある。本研究ではマウス覚醒下におけるfunctional magnetic resonance imaging (fMRI)を用いて、ストレスが脳内機能的連絡にどのような変化をもたらすかを経験前・途中・後の3点の時間軸にて明らかにすることを目的とする。
分散分光器とカロリメータを用いた超新星残骸のX線精密分光学の開拓

点源専用と思われがちな「ニュートン」衛星の分散分光器RGSを、比較的コンパクトな超新星残骸(Kepler's SNR, SNR 0509-67.5)、及び大きく拡がった超新星残骸(Puppis A, Cygnus Loop)の局所的に明るい構造に対して用いることで、超新星残骸のX線精密分光を世界に先駆けて実施した。その結果、電荷交換反応由来のX線の確立、爆発破片の運動、窒素が豊富な星周物質の検出など、多岐に渡る興味深い成果を出すことに成功した。さらに、X線精密分光から派生して、可視光や極端紫外線による高分散分光観測への着想も得た。パピスA超新星残骸(SNR)中の爆発破片の観測データ解析を行った。この残骸は、爆発で飛び散った恒星破片と中心に残る中性子星の反跳が直接観測できる唯一の例であり、爆発メカニズム解明に極めて重要である。我々は爆発破片の3次元構造および破片の加熱メカニズムを探るべく、ニュートン衛星搭載のグレーティング分光器(RGS)により特に明るい破片構造を観測し、そのX精密分光を行った。RGSは破片からの複数の輝線(ヘリウム様酸素のKα禁制線、Kα共鳴線、Kβ線、水素様酸素のKα線、及び、ヘリウム様ネオンのKα禁制線、Kα共鳴線など)を見事に分離した。全ての輝線は青方偏移を示し、その速度を1500 ±200 km/sと計測した。一方、輝線幅は狭く(< 0.9 eV at 654 eV)、酸素イオンの温度は30 keV以下にまで低いことを明らかにした。このイオン温度及び電子温度(0.8 keV)と電離パラメータ(2e10 cm-3 s)は、フォワードショック(V 2000 km/s)よりもずっと遅い衝撃波(V 600-1200 km/s)による加熱で説明できる。遅い衝撃波として考えられる有力候補はリバースショックである。本研究は、爆発破片がリバースショックで加熱されるというアイデア(40年以上前から理論的に予想されていたが観測例に乏しかった)を裏付ける貴重な実例となった。我々は、この結果を査読論文として報告するとともに国内外の研究会で口頭発表した。この他、白鳥座ループ超新星残骸の南西端における明るいノット構造や、RCW89についても、XMM-Newtonの分散分光データの解析を進めた。前者については、ヘリウム様酸素のKα禁制線が共鳴線の2倍ほど強いことを発見し、その解釈を検討している。後者については、輝線のドップラーシフトからSNRの立体構造を探った。いずれも論文を準備すると共に、国内外の研究会等で進捗を発表している。シンクロトロンX線放射が卓越する超新星残骸RX J1713.7-3946から、初めて熱的X線放射を検出した。そのスペクトル解析により、元素組成比をNe/Fe > 20, Mg/Fe > 40倍太陽組成比と導き、熱放射の起源が親星の破片と結論した。測定した組成比から、親星の質量を太陽質量の20倍以下と推定することに成功した。X線精密分光から派生し、可視光や極端紫外線帯域での高分散分光観測にも手を広げた。可視光観測では、「すばる」HDSを用い、白鳥座ループ超新星残骸を縁取る淡いバルマーフィラメントに対して、Hαlong slit分光観測を実施した。スリット長軸を衝撃波面に垂直に設置することで、衝撃波面からの距離の関数として様々な物理量の変化を調べた。その結果、衝撃波の前後でHα輝線の存在を確認した。興味深いことに、H-alpha輝線プロファイルは、衝撃波前面では細く(29 km/s)、衝撃波面で急激に(「すばる」の空間分解能4e15 cm @540pc以下の狭い領域内で)、33 km/sまで太くなることを発見した。我々は、この幅増大が、宇宙線プリカーサー内のアルベン波減衰に伴う加熱によって引き起こされている可能性が高いことを突き止めた。本成果を突破口に、観測宇宙線加速メカニズムに迫れる感触を得たので、さらに踏み込んで議論するため、同一天体の他の領域および他の天体の観測も提案した。他方、極端紫外線衛星「ひさき」を用い、ケプラー超新星残骸の分散分光観測も実施した。本研究期間全体を通し、白鳥座ループ、パピスA、ケプラー、0509-67.5超新星残骸に対して、XMM-Newton RGSによるX線精密分光に成功した。その緻密なデータ解析により、多岐にわたる成果を上げ、査読付論文5編、国際会議での招待講演5件、国内外の学会や研究会における口頭・ポスター発表6件、国内のセミナー4件などで公表した。予定通り、Kepler's SNR、及び白鳥座ループSNRのRGS解析をほぼ完結する段階まで研究を進め、論文の執筆を進めている。

その傍らで、国際会議での発表2件、国内研究会での発表1件、国内のセミナー2件をこなした。また、日本語による解析・総説記事を2件執筆した。X線天文学これまでの二年間で、データ解析を順調に進めてきた。本年度では、その結果を複数の論文として出版することが最大の目標である。当初予定していたマイクロカロリメータによるX線精密分光データの解析は、X線天文衛星「ASTRO-H」の打ち上げの遅延のため、当該期間には行えそうにない。しかし、質的にほぼ同等のXMM-Newton搭載の分散分光器データを複数持っているので、今年度はより一層この解析に注力し、「ASTRO-H」の打ち上げに備える。当初の予定通り、当該研究期間の直前に実施した観測データを速やかに解析し、論文及び研究会での発表を行ったため。本年度に予定していた国際会議の出席を控えたことと、論文の出版が遅れているため。アーカイブデータの解析を精力的に行うとともに、「ニュートン」衛星にさらなる観測を要求し新しいデータの獲得を目指す。具体的には、白鳥座ループ、ケプラー、MSH 15-52など有名天体のアーカイブデータが存在する。また、観測提案する予定の天体には、RX J1713.7-3946などを検討している。本年度は、国際会議に計画よりも多く参加するとともに、論文の執筆を急ぐ。国際会議及び国内の研究者との研究打ち合わせを見合わせたため。国内外の研究会、論文出版費、研究打ち合わせ、解析用パソコンと周辺機器の購入。
状態監視保全における最適保全方策とその応用

本研究は状態監視保全における最適保全方策がMonotone Procedureによって与えられる為の条件を検討した。対象システムの状態遷移確率行列Pの条件を既存研究のTP2(Totally Positive of order 2)順序よりSI(Stochastically Increasing)順序に緩め、この順序の下でMonotone Procedureが最適となる為の条件の究明について世界中の多くの研究者が長年に亘って挑戦してきたが、今日まで未解決である。本研究はPがSI順序の性質を持つ場合、システムの状態と観測値を関連付ける条件付確率行列Γが単位行列であることが、最適保全方策がMonotone Procedureにより与えられる為の必要十分条件であり、この条件をこれ以上緩めることは出来ないことを証明した。これにより約半世紀に亘って検討されてきたテーマに終止符を打つことができた。また、Monotone Procedure以外に、現実の状態監視保全でよく使われているk-out-of-n方策の最適性も検討し、最適保全方策がk-out-of-n方策に限られる為の必要十分条件を示した。これにより検討すべき保全方策が少数に限定され、最適アクションを容易に求めることが可能となった。近年の科学技術の進歩に伴い、システムが巨大化・複雑化している今日、事故や故障による社会的損害は計り知れない。故障を防ぐにはシステムの構成要素である部品一つ一つの耐久性を向上させるとともに、そのシステムの運用段階において監視装置を用いた予兆情報などにより故障を事前に抑える予防保全が重要となる。本研究はナノセンサー、ICタグなどのような監視装置(以下モニターと呼ぶ)を用いて対象システムの内部の状態を間接的に観測する状態監視保全を着目し、最適保全方策とその応用について検討する。本研究には大まかに、状態監視保全において部分的に観測可能なマルコフ過程モデル(以下、POMDPモデル)を仮定した場合に、最適保全方策がMonotone Procedure(単調方策とも)に限られる為の条件の理論検討、POMDPモデルの実用性の検討、更に、POMDPモデルの拡張の検討、の3つの目標がある。故障を防ぐにはシステムの構成要素である部品一つ一つの耐久性を向上させるとともに、そのシステムの運用段階において監視装置を用いた予兆情報などにより故障を事前に抑えることが重要となる。GPSを用いた衛星通信やナノセンサー、ICタグなどの誕生・普及によりシステムの状態診断が遠隔地でも可能となりつつある。このような監視装置を用いた予防保全は状態監視保全と呼ばれ原子力発電プラントや航空機などにおいて重要な役割を果たしている。本研究は従来研究と同様にPOMDPモデルを用い、状態監視保全をモデル化し、最適保全方策について検討した。従来研究で用いられている状態確率ベクトルII及び状態推移行列Pの順序付けに対するTP2の確率順序をSIに緩和した場合の考察を行い、Monotone Procedureが最適となるための十分条件を導出した。今回の研究成果を国際会議にて発表し、信頼性分野の専門家と有意義な意見交換を行った。また、POMDPモデルがより現実の状態監視保全のモデルとして有効になるように、実際に行われている種々の状態監視保全の例を収集し、安全監視保全を含めて、モデルの改良を行いつつある。さらに、これらの結果を踏まえ、GPS、インターネットを用いた遠隔診断を行なう為の模擬シミュレータを開発しMonotone Procedureの有用性を示したい。本研究は突発的な異常へのモニター情報に基づき瞬時の保全行動を要する状態監視保全(Safety Condition Monitoring Maintenance :安全状態監視保全)おいて、モニターを複数個用いる場合の最適保全方策について検討した。モニター値が{1(警報なし), 2(警報あり)

}の2状態の場合は、n個中のモニターのうちどのモニターが異常の信号を出したか否かにはかかわらず、n個中k個以上が警報を出したときにアクションをとる方策(これをk-out-of-n方策と呼ぶ)が最適となる為の必要十分条件を示した。今回の研究成果をQuality Technology and Quantitative Management誌に投稿し、レフェリーの方々より貴重なご指摘とコメントを頂いた。頂いたコメントに基づき改定した論文は2009年3月に掲載された。近年の科学技術の進歩に伴い、システムが巨大化・複雑化している今日、事故や故障による社会的損害は計り知れない。故障を防ぐにはシステムの構成要素である部品一つ一つの耐久性を向上させるとともに、そのシステムの運用段階において監視装置(モニター)を用いた予兆情報などにより故障を事前に抑えることが重要となる。本研究は対象システムがマルコフ劣化し、その内部状態が直接把握できず、モニターの観測値に基づき、真の状態を推測する部分的に観測可能なマルコフ過程(POM)P)における状態監視保全の最適保全方策を検討した。状態推移確率行列PがSIの性質を持つ場合、システムの状態と観測値を関連付ける条件付き確率行列Гが単位行列であることは、最適保全方策がControl limit policyにより与えられる為の必要十分条件であることが証明でき、この条件をこれ以上緩めることは出来ないことが判明した。現実には、Гが単位行列(完壁なモニター)という条件は実現しにくい。従って、Pの性質の判定、ならびにPがSIではなく、TP_2(Totally Positive of order 2)となる為の対象システムに関する故障のメカニズム(物理的・化学的変化)の条件やシステムの構造の条件を明確化することが重要であることが判った。POMDPモデルは状態監視保全において、Control limit policyが成立するためのPがTP_2に従うという条件をSIに緩めることはこの四半世紀以上にわたって世界中の多くの研究者が挑戦してきたものである。本研究はこのテーマに対する理論的な最終結論を与えたものである。今回の研究成果を7thアジア品質管理シンポジウム国際会議(7th ANQ Congress Tokyo)にて発表し、2009年度The Best Paper Award受賞した。故障を防ぐにはシステムの構成要素である部品一つ一つの耐久性を向上させるとともに、そのシステムの運用段階において監視装置を用いた予兆情報などにより故障を事前に抑える予防保全が重要となる。
消化管における未知の食品タンパク質受容体の検索

昨年度までにマウス小腸由来の内分泌細胞株STC・1において、カゼインが細胞内カルシウム濃度上昇を引き起こすことを見出した。そのカルシウムの供給源を検討するため、L型カルシウムチャネルブロッカーDiltiazemの影響を調べた。Diltiazemで前処理されたSTC・1細胞において、α・カゼインによる細胞内カルシウム濃度上昇は有意に抑制され、このことから消化管内分泌細胞はα-カゼインを認識して細胞外からカルシウムを導入していることが示唆された。タンパク質上のグアニジル基が消化管で認識されることを示唆する結果をもとに、グアニジル基を有するアミノ酸であるホモアルギニンの投与に対する膵臓外分泌機能の応答を検討した。高コレシストキニン(CCK))血症のモデルとして使われる胆膵液除去ラットおよび正常ラットを外科手術により作製し、1週間の回復期間後にホモアルギニン溶液(10mg/rat)を投与し、投与前後の胆膵液を採取して膵酵素分泌を観察した。十二指腸へのホモアルギニン投与は両ラットに有意な変化を引き起こさなかったが、腹腔へのホモアルギニン投与により胆膵液除去ラットにおいてのみ、膵外分泌抑制作用が見られた。胆膵液除去ラットでのホモアルギニン長期投与の影響を調べるため、25%カゼイン、45%カゼイン、45%カゼイン+ホモアルギニン(19g/kg diet)を含む飼料を4日間与えたところ、45%カゼイン食により誘導された膵臓重量、膵酵素含量の増加は、ホモアルギニン添加により抑制された。胆膵液除去ラットにおける膵酵素の基礎分泌レベルの上昇および、高タンパク質食摂取による膵外分泌機能更新は血中CCK濃度上昇が関与すると考えられているので、ホモアルギニンは胆膵液除去および高タンパク質食により上昇したCCKの作用を血中で阻害する作用を持つこと、即ちCCKレセプターアンタゴニストとしての作用を持つことが示唆された。
咀嚼の力学に関わる上肢マルチボディダイナミクスのモデリング

咀嚼に関わる力学挙動を理解するため,咬筋と頭蓋の姿勢に関わる僧帽筋の左右両側の筋群について表面筋電位を計測した結果,咀嚼作業側の筋活動が活発であること等がわかった.この筋活動を参照データとして,負荷速度に依存した非線形な構成式を用いたはり要素の有限要素定式化を行った.咀嚼のマルチボディダイナミクスにおいて,通常の準静的な咀嚼過程を対象にした場合には増分形式の定式化で対応でき,従来の実験結果と定性的に合うことを確認した.繰り返しの咀嚼活動に対して,筋肉の自然長が変化し,そのヒステリシスループは定常化されることがわかった.平成23年度では咀嚼筋系に関する筋電図の取得を開始し,平成24年度では咀嚼活動や頭蓋の姿勢制御に伴って,上肢に付随した筋系の筋電図を計測した.具体的には,基準姿勢における筋活動度から,最長筋,腸肋筋,棘間筋,回旋筋,多裂筋,半棘筋,椎前筋,斜角筋,腹肋群,僧帽筋,菱形筋,前鋸筋の12種類を取り上げ,表面筋電位の計測可能な部位について検討を行った結果,僧帽筋が計測可能であることがわかった.これに基づき,直接咀嚼に関わる咬筋と頭蓋の姿勢に関わる僧帽筋の左右両側の筋群について計測を実施した.頭蓋の重心が前後あるいは左右に偏心している場合や比較的前歯での咬合の場合には,回転に対する抵抗としてのモーメントが生じたり,後頸筋としての椎前筋や斜角筋を介した胸部や背部への伝達経路が考えられる.したがって,これら従来の解析結果より活性化された経路付近に着目し,咀嚼の動的作用状態に対する上肢筋系の活動度に関する計測データを取得した結果,作業側の筋活動が活発であるがわかった.また,咀嚼の時間応答の解析を行うために,増分形式の構成式を提案し,負荷速度に依存した非線形な構成式をはりで構成される連続体モデルに導入し,その有限要素定式化を行った.咀嚼のマルチボディダイナミクスにおいて,動的過程における慣性力が著しく大きくない場合,準静的な過程に対する増分形式の定式化で対応でき,筋活動の負荷速度に応じた従来の実験結果と定性的に合うことを確認した.繰り返しの咀嚼に伴い,咬筋等の筋肉の自然長が変化することにより,そのヒステリシスループは定常化されることがかわった.すなわち,筋肉は,初期配置の変化によりひずみエネルギーの散逸の低減をしていると言える.咀嚼に関わる力学挙動を理解するため,咬筋と頭蓋の姿勢に関わる僧帽筋の左右両側の筋群について表面筋電位を計測した結果,咀嚼作業側の筋活動が活発であること等がわかった.この筋活動を参照データとして,負荷速度に依存した非線形な構成式を用いたはり要素の有限要素定式化を行った.咀嚼のマルチボディダイナミクスにおいて,通常の準静的な咀嚼過程を対象にした場合には増分形式の定式化で対応でき,従来の実験結果と定性的に合うことを確認した.繰り返しの咀嚼活動に対して,筋肉の自然長が変化し,そのヒステリシスループは定常化されることがわかった.今年度は,咬合筋系の活動度測定システムの立ち上げを行い,時間に依存したモデリングの構築を実施した.(1)咀嚼に関わる咬合筋系の活動度の測定:当初の研究計画において予定していた筋電計測システムの仕様をまず検討した.従来の文献から,咀嚼に関わる筋肉のうち計測可能な部位にある筋肉は限られていること.また,実測データをみると個体差が大きく,また咬筋が必ずしも主たる活動筋でないことがわかった.一方,従来より開発してきた咬合力学解析シミュレータを用いて,頭蓋形状と咬合力分布を計測し,歯列・下顎・上顎・頭蓋モデルを個体差に応じて作成した.そして,それらのモデルを用いた片噛み状態の結果と比較した.これらの検討結果から得られた注意点を勘案して,購入する計測システムの仕様(例えば,必要最小限のチャンネル数等)を決定した.また,人体に貼りつける筋電の計測センサから計測システムを介して増幅された微弱な電圧変化を,別途購入した市販のA/Dボードとパソコンに取り込むためのソフトウェアの開発を行い,ハード及びソフトの両面の準備がほぼ整った. (2)時間依存のマルチボディダイナミクスモデルにおける高速化アルゴリズムの導入:剛性の著しく異なる領域から構成される上肢全体系を有限要素法で解析する場合,剛体に近い領域では変形が生じず,動的な特性においては特性時間が大きく異なる.したがって,すべて一律な手法で解析することは効率的でない.従来よりCraig-Bampton法という手法が広く利用されているが,2段階の解析を要すること,線形弾性問題以外への適用が困難であること,といった短所が言われている.今年度は,まず上下顎,頭蓋,頸椎・胸椎・腰椎の脊椎を含む上肢筋骨格系の解析モデルへの適用を検討するため,上記の手法を既存のモデルに組み込んだ.そして,モデル計算により制限事項に関する改良すべき点の整理を行った.研究目的は,下記の項目に整理できる.

(1)咀嚼といった動的行為によって,人体内に生じる長距離的力学作用の及ぼす経路を明確にするため,上下顎・頭蓋そして頸椎・胸椎・腰椎といった脊椎を含む上肢全体の筋骨格系をモデル化し,その力学的な状態を解析する.(2)後天的な片噛みや先天性初期不正咬合,あるいは歯科インプラント埋入による口腔内の局所的な剛性変化に対する力学場の解析を行い,そのような噛み合わせと臨床的に示唆されている不定愁訴との関連について定量的な考察を行う.そして,(3)頭蓋の重心移動と力学的に連動する,総括的な咀嚼の運動に対するマルチボディダイナミクスを明らかにする.これらの目的に対して,(2)の定量化の観点から人体の咀嚼にかかわる筋電の計測システムを立ち上げたこと.そして,(3)のマルチボディダイナミクスのモデリングを実施するために,まずは計算の効率化アルゴリズムを導入したことから,おおむね順調に進展していると判断した.今年度は年度途中で前倒し支払請求し,研究目的を達成するために効果的な仕様をもつ物品の購入を行った.そのため,研究実施に必要な物品の購入はほぼ完了し,次年度はデータの取得,モデリングの完成と一連の結果に対する考察に集中する予定である.まずは,咀嚼にかかわる筋電図の取得を行い,できれば複数の個体別データの取得を実施する.一方,モデリングに関しては,時間依存による効果を取り入れた新たなモデリングを構築し,咀嚼に関わる咬合力の時間応答と,計測される筋電の時間応答の両者を比較検討し,定量的な考察を展開する.平成23年度研究費に未使用額があるが,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多少異なった.しかし,研究計画に変更はなく,前年度の研究費も含め,当初予定通りの計画を進めていく.次年度は,主に今年度に立ち上げた筋電計測システムの消耗品関係の購入と,成果の公開に要する旅費の支出に充てる予定である.
高温太陽熱水分解のための反応性セラミックデバイスの開発

サンベルトで得られる高温太陽熱を利用し、水の熱分解で水素を製造する二段階水分解サイクルに必要とされる反応性セラミックデバイスの開発を行い、下記の研究成果を得た。1.高反応性セラミック微粉体の開発反応性セラミックとして研究代表者が開発したフェライト/ジルコニア担持体について他金属ドープ効果を比較し、高活性のNi_<1.0>Fe_<2.0>O_4/ZrO_4を見出した。一方、研究代表者は、担体を単斜晶ジルコニアから、イットリウム含有量が8mol%以上の立方晶安定化ジルコニア(YSZ)に替えると、熱還元反応においてFe^<2+>含有立方晶ジルコニアが生成し、低温水分解反応ではこれが水蒸気と反応して水素を生成しフェライトではなくFe^<3+>含有立方晶ジルコニアを生成するという新しいサイクル反応機構を見出した。2.反応デバイスの合成と反応試験Ni_<1.0>Fe_<2.0>O_4/ZrOとFe_3O_4/YSZの2つの微粉末反応体をそれぞれジルコニア発泡体に担持したデバイスを作製し、反応性を検討した結果、熱還元温度1400°C、水分解温度1100°Cの2段階サイクル反応で13-30サイクル以上の水素発生が観測された。しかし、次第にデバイスの亀裂が起こった。そこで熱耐久性の高いSiC発泡体をマトリックスとすることとした。3.SiC発泡体のジルコニア被覆と太陽光照射耐久試験による性能評価熱力学計算からSiC発泡体をFe_3O_4に対して不活性のジルコニアで被覆することが必要であることが見出されたため、スピンコート法によりこれを検討し、良好なジルコニア被覆をすることができた。一方、SiC発泡体マトリックスについては、太陽炉による太陽光照射下試験で良好な熱耐久性を有することが確認された。サンベルトで得られる高温太陽熱を利用し水の熱分解で水素を製造する二段階水分解サイクルに必要とされる反応性セラミックデバイスの開発を行い、下記の知見を得た。1.反応性セラミックとして研究代表者が開発したフェライト/ジルコニア担持体についてNi,Co,Mn,Mgの他金属ドープ効果を比較し、最も高活性の組成をNi_<1.0>Fe_<2.0>O_4/ZrO_4と決定した。熱力学的解析より、Niドープフェライトが最も高い活性を持つ理由も明らかにした。Ni_<1.0>Fe_<2.0>O_4/ZrO_4のフェライトの最適担持量を検討し、約20wt%と決定した。2.研究協力者の黒崎播磨(株)の技術でジルコニアのセラミック発泡体を合成し、これにNi_<1.0>Fe_<2.0>O_4/ZrO_4微粉体を担持固定し、反応デバイスかすることとした。担持固定法を検討した結果、ウオッシュコート法とフェライト含浸法を組み合わせることが有効であることが見出され、ジルコニア発泡体へのフェライト担寺量が最大で9wt%の反応デバイスを合成することに成功した。3.作製した反応デバイスを高出力キセノンランプ使用の小型太陽炉シミュレータを用いて反応試験した。窒素ガス気流中で反応デバイスに10002000倍集光の擬似太陽光を照射して約1400°Cに加熱して反応性セラミックを活性化した後、1000°Cで水蒸気を導入して水分解反応を行う二段階反応を繰り返した。10サイクル以上に渡って水分解による水素を合成することができ、このときの担持フェライトの反応率は25-80%であることが分かった。