hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
血管周囲脂肪組織の機能障害はメタボリックシンドロームを増悪する

内臓脂肪型肥満を基盤とするメタボリックシンドロームは、虚血性疾患のリスクが重複することにより、心血管病や糖尿病の発症リスクが相乗的に増加する病態である。虚血性疾患を発症する要因に、血管内皮細胞の機能低下による血管抵抗性の亢進がある。最近、血管周囲に蓄積した脂肪、すなわち、血管周囲脂肪組織(PVAT)が血管抵抗性調節に寄与していることが明らかになりつつある。我々はこれまでに、メタボリックシンドロームモデルSHRSP.ZFラットの腸間膜動脈PVATは血管弛緩増強効果をもつこと、この補足的な機能はメタボリックシンドローム後期に消失することを見出している。しかし、PVATの血管緊張性調節に関わる因子とその作用機序、PVAT補足効果の発現または消失に関与する因子、PVATの機能破綻は組織・臓器の機能破綻を誘発するかについては未だ不明である。そこで本研究では、上記の点に着目して検討し、以下のことを明らかにした。SHRSP.ZFラット腸間膜動脈PVATは、1)拡散性の血管弛緩因子を産生しており、その産生は加齢に伴い減弱すること(H28年度)、2)PVATによる動脈拡張増強効果の発現は酸化ストレスが高い場合に惹起されること、PVAT効果の発現にはおそらくAT1受容体が関与していること(H29年度)、3)PVATはapelinを産生・放出し、血管内皮細胞NO産生を高めることにより動脈拡張作用を生じること、さらに、PVAT効果の消失は臓器機能障害を引き起こす可能性があること(H30年度)を見出した。以上の研究成果は、PVAT機能の破綻防止がメタボリックシンドロームに伴う虚血性疾患発症予防に対する一戦略となることを示している。メタボリックシンドローム(MetS)は、内臓脂肪型肥満を基盤とした血管病や糖尿病の発症リスクの高い疾患であり、その予防・治療法に様々なアプローチが求められている。我々は、MetSモデル動物であるSHRSP.ZFラットを用いて、動脈周囲脂肪組織(PVAT)は、MetSの早期では動脈拡張機能低下を補足し血管緊張性維持に寄与するが、MetSの慢性期・後期ではそのバックアップ機能が破綻することを見いだした。このことから、PVAT機能の破綻は動脈拡張障害を露呈することとなり、組織への循環障害が誘起されると推測した。本研究は、PVATの機能破綻はMetSに見られる虚血性疾患の高い発症率に繋がることを立証することを目的として計画した。初年度は「PVATによる動脈拡張作用のメカニズム」を明らかにすることを目的として検討し、以下の結果を得た。1. PVATは拡散性の因子を産生・放出している:SHRSP.ZFラットの腸間膜動脈のPVATを摘出動脈標本にできるだけ密接させたBio-assay標本を作成し、PVATの効果が再現できるかを検討した。その結果、20週齢SHRSP.ZFラットから摘出したPVATでは、その効果が再現できた。2.メタボリックシンドロームの時期によってPVAT由来因子の産生が変化する:Bio-assay標本を用いた検討から、30週齢のSHRSP.ZFと正常対象WKYから摘出したPVATでは、血管拡張亢進効果は再現できなかった。3. PVATはNO-cGMP系を介して血管を拡張させる:内皮細胞除去及びNO合成酵素阻害薬の処置により、PVATの効果が消失した。上記の結果から、PVATは液性因子を産生して血管内皮細胞のNO産生を亢進すること、また、MetS慢性期・後期にはPVAT由来因子の産生が低下することが示唆された。得られた成果を論文としてまとめ、投稿し、受理された。申請時に初年度計画とした実験はほぼ全てを完了し、得られた結果をまとめて学術論文を作成し、投稿、受理された。しかし初年度の最後の実験計画であった「高レプチン血症であることに意味があるのか」については、本年度は他の病態モデル動物を購入し、目的とする週齢に達するまで当該飼育機関で飼育をしている段階である。PVAT機能確認の実験については、来年度早々に実施する。また、PVAT由来の拡散因子の探索についても、数種のアディポカインについては遂行済みである。今後、継続実施する。内臓脂肪型肥満を基盤とするメタボリックシンドローム(MetS)は、心血管病の発症リスクが高いことで知られ、その罹患率の高さから、予防や治療に新しいアプローチが求められている。我々は、動脈周囲脂肪組織(PVAT)の動脈収縮・弛緩機能に及ぼす影響に注目し検討している。これまでに、MetSモデルSHRSP.ZFラットを用いて、PVATは、MetSの早期には動脈拡張能減弱を補足する効果を持つが、MetSの慢性期にはその機能が破綻することを見いだした。そこで本年度は、「PVATによる効果が変動する要因は何か」を明らかにすることを目的に検討を行い、以下の結果を得た。検討1:MetS状態の曝露期間による違い:SHRSP.ZFラットのPVATの違いを、マイクロアレイを用いて、遺伝子の発現変化を網羅的に探索した。曝露期間による違いとして、PVATの補足効果が観察される20週齢とその効果が消失する30週齢との比較、また、同週齢の正常対象WKYとの比較を行った。その結果、変動遺伝子の中には、RAS系や酸化ストレスに関連する酵素や受容体が含まれていた。検討2:MetSの要因による違い:

MetSモデル動物の系統により、血圧、脂質や糖代謝異常の度合いが異なることから、他のモデル動物を用いてPVATの効果に違いがあるか比較した。その結果、MetSの各要因の程度がSHRSP.ZFラットに比べ低いOLETFラット及びZuckerラットでは、PVATの効果が弱いことを見出した。さらに、MetS症状を改善した場合にPVATの効果が変動するかを検討するため、ARBをSHRSP.ZFラットに投与した。その結果、PVATの効果が消失することを見出した。以上、本年度の研究結果から、SHRSP.ZFラットのPVATにおいて観察される血管拡張能補足効果の発現には、おそらくAT1受容体が関与していると考えられる。申請時に本年度の計画とした実験は、ほぼ完了した。しかし、検討項目2の「MetS症状を改善した場合にPVATの効果は変化するか」について、本年度実施したARB処置の検討だけでは不十分であると考える。このため、引き続き、他の薬物治療(血糖低下薬など)の効果を検討する。また、MetSの各要因(血圧、脂質値、血糖値など)やアディポカイン量とPVAT反応性との関係性についても、本年度採取したサンプルを用いて継続実施する。内臓脂肪型肥満を基盤とするメタボリックシンドロームは、虚血性疾患のリスクが重複することにより、心血管病や糖尿病の発症リスクが相乗的に増加する病態である。虚血性疾患を発症する要因に、血管内皮細胞の機能低下による血管抵抗性の亢進がある。最近、血管周囲に蓄積した脂肪、すなわち、血管周囲脂肪組織(PVAT)が血管抵抗性調節に寄与していることが明らかになりつつある。我々はこれまでに、メタボリックシンドロームモデルSHRSP.ZFラットの腸間膜動脈PVATは血管弛緩増強効果をもつこと、この補足的な機能はメタボリックシンドローム後期に消失することを見出している。しかし、PVATの血管緊張性調節に関わる因子とその作用機序、PVAT補足効果の発現または消失に関与する因子、PVATの機能破綻は組織・臓器の機能破綻を誘発するかについては未だ不明である。そこで本研究では、上記の点に着目して検討し、以下のことを明らかにした。SHRSP.ZFラット腸間膜動脈PVATは、1)拡散性の血管弛緩因子を産生しており、その産生は加齢に伴い減弱すること(H28年度)、2)PVATによる動脈拡張増強効果の発現は酸化ストレスが高い場合に惹起されること、PVAT効果の発現にはおそらくAT1受容体が関与していること(H29年度)、3)PVATはapelinを産生・放出し、血管内皮細胞NO産生を高めることにより動脈拡張作用を生じること、さらに、PVAT効果の消失は臓器機能障害を引き起こす可能性があること(H30年度)を見出した。以上の研究成果は、PVAT機能の破綻防止がメタボリックシンドロームに伴う虚血性疾患発症予防に対する一戦略となることを示している。今後は、始めに、H28年度実施予定であった研究「高レプチン血症であることに意味があるのか(他の病態モデルを用いての比較実験)」及び「PVAT由来の血管拡張因子は何か(探索実験)」を行い、次いで、H29年度計画の研究を進める予定である。初年度及び本年度の研究は、概ね計画通りに進めることができた。よって次年度は、研究計画の予定通り、H30年度に予定していた「臓器機能障害の発現とPVAT効果消失の時期は関連するか」を明らかにする検討を実施する。
関節炎病態における樹状細胞由来破骨細胞の作用メカニズムの解明

本研究では炎症病態における樹状細胞由来破骨細胞の分化機序、機能、病態への影響に関して検討を行った。1.樹状細胞由来破骨細胞(dendritic derived osteolast; DCOC)分化誘導系を構築した。:健常人末梢血よりCD14陽性細胞を分離し、GM-CSF刺激を加え、分化培養開始後6日目にM-CSF刺激、9日及び15日にM-CSF+RANKL刺激をそれぞれ行い、21日目まで培養を行い、DCOC分化誘導を行った。2.DCOCが有する破骨細胞様形質の評価:培養開始後21日目にTRAP染色を行い、TRAP陽性細胞数・細胞核数・細胞融合について評価した。DCOC分化誘導前・分化培養開始9日目・21日目の細胞からmRNAを抽出し、定量性PCR法にてカテプシンK、NFATc1、DC-STAMPの発現を測定した。ヒト単球由来破骨細胞とDCOCを象牙切片スライス上で培養開始後、21日目にピットフォーメイションアッセイにて骨吸収窩面積の定量を行った。3.DCOCの樹状細胞様性質の価:分化培養開始21日目のDCOCにおいて細胞表面マーカーCD80/86の発現を免疫蛍光染色法にて評価し、培養開始18日目より21に目までCD4陽性T細胞と共培養を行い、21日目にサイミジンアップテイク法により細胞増殖能を評価した。5.滑膜組織におけるDCOC様細胞と、関節炎・関節破壊など臨床指標との関連を明らかにするため、関節リウマチ患者検体を用いた解析を行った。破骨細胞は通常単球から分化するが、特に炎症環境下では、樹状細胞からの分化も報告されており、新しい破骨細胞サブセットは、通常の破骨細胞にはないリンパ球刺激能を有し、免疫反応とともに骨破壊に重要な役割を示す可能性が示唆されている。しかし、ヒト樹状細胞由来破骨細胞の特徴について解明されておらず、本研究では炎症病態における樹状細胞由来破骨細胞の分化機序、機能、病態への影響に関して検討を行った。1.樹状細胞由来破骨細胞(dendritic cell-derived osteoclast; DCOC)分化誘導系を構築した。:健常人末梢血よりCD14陽性細胞を分離し、GM-CSF刺激を加える。分化培養開始後6日目にM-CSF刺激、9日及び15日にM-CSF+RANKL刺激をそれぞれ行い、21日目まで培養を行い、DCOCに分化誘導を行った。DCOC分化誘導前・分化培養開始9日目・21日目の細胞から各総mRNAを抽出し、定量性PCR法にてカテプシンK、NFATc1、DC-STAMPの発現を測定した。ヒト単球由来破骨細胞とDCOCを象牙切片スライス上で培養開始後、21日目にピットフォーメーションアッセイにて骨吸収窩面積の定量を行った。1.ヒト単球、ラット骨髄細胞を用いたin vitroでの解析2.ラット関節炎モデルを用いたin vivoでの解析3.RA患者検体を用いた解析現在、ヒト単球を用いたin vitroの解析を行っているが、順調に推移していると考える。分化培養開始後6日目にM-CSF刺激、9日及び15日にM-CSF+RANKL刺激をそれぞれ行い、21日目まで培養を行い、DCOC分化誘導を行った。1.ヒト単球、ラット骨髄細胞を用いたin vtroでの解析2.ラット関節炎モデルを用いたin vivoでの解析3.関節リウマチ患者検体を用いた解析現在in vtroでの解析がほぼ終了し、in vivoの解析へ移行しているが、当初の予定よりやや遅れて推移している。

1.樹状細胞由来破骨細胞(dendritic derived osteolast; DCOC)分化誘導系を構築した。:健常人末梢血よりCD14陽性細胞を分離し、GM-CSF刺激を加え、分化培養開始後6日目にM-CSF刺激、9日及び15日にM-CSF+RANKL刺激をそれぞれ行い、21日目まで培養を行い、DCOC分化誘導を行った。2.DCOCが有する破骨細胞様形質の評価:培養開始後21日目にTRAP染色を行い、TRAP陽性細胞数・細胞核数・細胞融合について評価した。DCOC分化誘導前・分化培養開始9日目・21日目の細胞からmRNAを抽出し、定量性PCR法にてカテプシンK、NFATc1、DC-STAMPの発現を測定した。ヒト単球由来破骨細胞とDCOCを象牙切片スライス上で培養開始後、21日目にピットフォーメイションアッセイにて骨吸収窩面積の定量を行った。3.DCOCの樹状細胞様性質の価:分化培養開始21日目のDCOCにおいて細胞表面マーカーCD80/86の発現を免疫蛍光染色法にて評価し、培養開始18日目より21に目までCD4陽性T細胞と共培養を行い、21日目にサイミジンアップテイク法により細胞増殖能を評価した。5.滑膜組織におけるDCOC様細胞と、関節炎・関節破壊など臨床指標との関連を明らかにするため、関節リウマチ患者検体を用いた解析を行った。T細胞の増殖等、細胞表面マーカーCD80/86の病原性を観察し、樹状細胞様性質を評価する。その方策としては、分化培養開始21日目のDCOCにおいて細胞表面マーカーCD80/86の発現を免疫蛍光染色法にて評価し、培養開始後18日目より21日目までCD4陽性T細胞と共培養を行う。21日目にサイミジンアップテイク法により細胞増殖能を評価する事でDCOCが有する抗原提示細胞様形質の評価する。・滑膜組織におけるDCOC様細胞と、関節炎・関節破壊など臨床指標との関連を明らかにするため、関節リウマチ患者検体を用いた解析を行う。以上の解析によって、DCOCが関節炎の維持、増悪に重要な役割を示している可能性を明らかにする。
Ｂｒａｉｎ　Ｍａｃｈｉｎｅ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅを用いた急性期脳卒中リハビリの効果

急性期脳卒中患者の上肢重度麻痺に対してBrain machine interface(BMI)の技術を応用したリハビリ訓練を施行した。訓練には麻痺肢に対する電気刺激も併用した。運動野における事象関連脱同期の出現を確認することはできなかったが、訓練後、脳波による運動と安静を識別する識別率の向上を認めるとともに、1040hzの周波数帯で、損傷脳におけるパワースペクトルの減少を認めた。麻痺側上肢の運動イメージでリハビリ開始当初から脳の賦活化が行える可能性が示唆された。[目的]Brain-MachineInterface: BMI技術の臨床応用には、個人で異なる脳波変化の特徴を効率的に同定する必要があり、本年度は、被験者の前腕に電気刺激を与え筋収縮を誘発させ、得られた脳波変化の特徴パラメータを随意運動時に得られたものと比較することで、急性期脳卒中患者の随意性のない上肢に対する電気刺激BMI訓練を行う際の脳波同定手法を検討した。[方法]健常成人7名の体性感覚運動野における脳波を手関節背屈筋への電気刺激(100 Hz)による筋収縮誘発時(刺激時)と、随意運動による手関節背屈運動時(運動時)および安静時で記録し、そのデータに対して、時間周波数マップを描くとともに、サポートベクターマシン(SVM)とフィッシャーの線形判別法(LDA)を用いて、脳波の特徴量および識別精度を算出した。[結果]全被験者のデータを平均化した結果、刺激時に認められた事象関連脱同期(ERD)の最大値は運動時と比較して約15%増大した。また得られたERDの周波数帯域はベータ波帯で運動時と類似していた。さらにこの特徴量を用いて線形判別を行うと、LDAおよびSVMにおいて刺激時が運動時に比べ5-7%高かった。最大識別率に対応する重みベクトルは各被験者で異なるものの、個々の値は刺激時と運動時で類似していた。[考察]運動時と刺激時に認めたERDの周波数帯域は先行研究と同様であった。さらに、刺激時のERDの大きさは、全被験者において運動時よりも大きく、電気刺激を用いる手法により、個々で異なる運動時の脳波変化に対する特徴量を短時間かつ効率的に選択できると考えられた。また重みベクトルの値は運動時および刺激時において類似していたことから、脳卒中患者に対するニューロリハビリテーションに不可欠なパラメータ推定手法として電気刺激が利用できると考えられた。これまでわれわれが施行してきたBrain Machine Interfaceを用いた脳卒中患者の上肢機能改善への取り組みは、慢性期の患者が対象であり、ある程度、持久性が獲得された状態の患者が対象であった。今回、対象とするのは急性期脳卒中患者であり、座位の持久性が限られているものが多いと考える。したがって、当該年度にベッドサイドで訓練するための環境設定を行った。これまでは卓上のコンピュータ画面を椅子に腰かけて見ることにより脳波活動をビジュアルフィードバックさせて、患者の損傷側運動野の活動を制御する方法で行ってきた。しかし座位耐性能力の低い急性期脳卒中患者では座位持続時間が十分に取れないため、眼鏡タイプのモニターを用い、ベッド上でのギャッジアップ座位で使用できるフィードバックシステムを用いることとした。健常者を対象にその動作確認を行い、たとえ臥位であったとしても、ビジュアルフィードバックをかけられることが確認された。脳波の活動変化に合わせて麻痺側上肢に感覚フィードバックを与えることが効果的であるが、これまで用いていた麻痺側上肢への感覚フィードバックは機械式のアームによる麻痺側手指関節の他動伸展運動あった。予備的実験により、機械式の感覚フィードバックよりも麻痺肢の末梢神経に電気刺激を与え、より生理的な筋活動を介した麻痺側手指関節伸展運動によるフィードバックの方が効果的と考えられ、今回、筋電計付刺激装置を購入し、これを用いて脳波活動の変化にリアルタイムに対応させた電気刺激で麻痺側手指伸筋の収縮を誘発し、筋活動を確認しながら手指動作の感覚フィードバックをかけられるようにプログラムの設定を行った。ベッドサイドで訓練を行えるシステムが完成したため、今後、急性期脳卒中患者を対象とした訓練を開始する予定である。脳卒中患者に対する麻痺機能改善のためのリハビリは、なるべく早期から行う方が効果的だといわれている。しかし、急性期における患者への負荷には限界があり、身体活動を伴わなくとも脳機能を改善させる方法があれば患者に寄与するところは大きい。本研究ではBrain machine interfaceとBiofeedbackの技術を応用した方法を用い、臥位で簡単に施行可能な脳機能改善のためのリハビリ訓練方法を開発することを目的とした。重度上肢麻痺の脳卒中患者に運動イメージを行ってもらうことで運動野の賦活を図る訓練を行うが、この際、運動野近傍の脳波を測定し、リアルタイムで解析しながらμリズムの事象関連脱同期を図ることが可能かを検討した。事象関連脱同期が得られた際には、麻痺側手関節背屈を行うための電気刺激を前腕に与え、麻痺肢からの感覚フィードバックも戻るように設定した。

ベッド上でギャッチアップした状態の右片麻痺患者にゴーグル型の視覚フィードバック装置を装着し、ベッド上で臥位に近い姿勢でもコンピュータ画面が眼前で見られるようにした。麻痺肢の手関節背屈を課題として脳波のフィードバックコントロールを行い、事象関連脱同期を認めた際には前腕への電気刺激を行った。20施行を1サイクルとして約1時間の訓練を施行。訓練前後ともC3, C4電極におけるμリズムの事象関連脱同期ははっきりと認めなかったが、C4で運動と安静を識別する識別率は訓練前は52.5%であったが、訓練後には62.5%に上昇した。また、安静時脳波のパワースペクトルを比較すると、訓練後、C3で1040Hzの周波数帯域のパワーは減少した。今回の訓練においては事象関連脱同期を起こすことは困難であったが、識別率の向上、非損傷側のパワースペクトルの変化が生じており、麻痺側上肢運動イメージでリハビリ開始当初から脳の賦活化が行える可能性が示唆された。リハビリテーション医学健常者を対象として実施方法の確立にむけて研究は進んでいるものの、まだ患者への応用ができていないため。当該年度にシステムを構築できたことは概ね予定通りであった。しかし、実際に患者を対象としたデータ取得までにはまだたどりつけておらず、やや予定より遅れていると考えている。脳卒中患者を対象としてこれまでに検討された手法を用いて臨床応用を行う予定である。今後は実際に患者を対象としたデータ取得を進めていく。適切な訓練時間や電気刺激の強度などを明らかにしていくとともに、どのような対象が本法の効果を最大限に受けることができるのかなども検討していく予定である。健常者を対象として既存の機器を用いて計測およびデータ解析を行ったため。患者を対象とした計測を行うため、臥床しながら計測を行えるように測定環境を工夫する必要が出てくることが予想される。患者が楽に機能回復訓練を行えるような機器設定を行う予定である。次年度の研究費はデータ取得に必要な消耗品や研究成果の発表のための費用として当てる予定である。
GW近似による第1原理電子構造計算法の開発と遷移金属化合物への応用

近年,銅酸化物高温超伝導体やマンガン化合物などの種々の遷移金属化合物が,礎学科学的立場および応用の両面から広く注目されている.電子間の相互作用が強い物質について今まで知られていない新しい物質・材料の物理的性質や機能を知り,あるいはそれらを制御しようというとき,第一原理電子構造計算が大変に重要かつ有効な役割をはたす.通常の物質の電子構造理論に対しては密度汎関数理論,特にその局所密度近似が大きな役割を果たす.しかし,電子相関の強い物質に対する研究が進み,実験と理論との詳しい対比が進むにしたがい,密度汎関数理論の不充分さが認識されるようになってきた.このような背景の元に,密度汎関数理論の枠を超える新しい方法論が研究・提案されるようになった.それらは例えば,自己相互作用補正,LDA+U,GW近似,量子モンテカルロ法,あるいは動的平均場近似といったものである.我々の研究グループでは新しい第一原理電子状態計算法の開発を行なうとともにそれ等を用いて強い相関を持った系を対象に様々な新物質の物性を研究した.GW近似はDFTのような基底状態の変分原理に基づいているのではなく,多電子の動的遮閉効果を最低次の範囲で取り込む方法である.したがってバンドギャップが正しく得られるであろうと考えられるだけでなく,一般的に励起状態も取り扱うことができる.本研究課題では,特に強相関電子系に対するGW近似と中心として,それに関する第一原理電子構造計算技術を中心として研究を進めた.具体的な我々の研究プロジェクトは以下のとおりである.強い電子相関に関する方法論および物性の研究.(3)GW近似の定式化と計算プログラムのコード化.近年,銅酸化物高温超伝導体やマンガン化合物などの種々の遷移金属化合物が,礎学科学的立場および応用の両面から広く注目されている.電子間の相互作用が強い物質について今まで知られていない新しい物質・材料の物理的性質や機能を知り,あるいはそれらを制御しようというとき,第一原理電子構造計算が大変に重要かつ有効な役割をはたす.通常の物質の電子構造理論に対しては密度汎関数理論,特にその局所密度近似が大きな役割を果たす.しかし,電子相関の強い物質に対する研究が進み,実験と理論との詳しい対比が進むにしたがい,密度汎関数理論の不充分さが認識されるようになってきた.このような背景の元に,密度汎関数理論の枠を超える新しい方法論が研究・提案されるようになった.それらは例えば,自己相互作用補正,LDA+U,GW近似,量子モンテカルロ法,あるいは動的平均場近似といったものである.我々の研究グループでは新しい第一原理電子状態計算法の開発を行なうとともにそれ等を用いて強い相関を持った系を対象に様々な新物質の物性を研究した.GW近似はDFTのような基底状態の変分原理に基づいているのではなく,多電子の動的遮閉効果を最低次の範囲で取り込む方法である.したがってバンドギャップが正しく得られるであろうと考えられるだけでなく,一般的に励起状態も取り扱うことができる.本研究課題では,特に強相関電子系に対するGW近似と中心として,それに関する第一原理電子構造計算技術を中心として研究を進めた.具体的な我々の研究プロジェクトは以下のとおりである.強い電子相関に関する方法論および物性の研究.(3)GW近似の定式化と計算プログラムのコード化.相関の強い系、遷移金属固体、遷移金属酸化物、稀土類金属、などの電子構造を第一原理から信頼性高く求め、あるいはその物性を予測することを、基礎物性および応用の両面から強く求められている。今日、多くの固体、分子等の電子構造を第一原理的に求めることが可能になっているがそれらは密度汎関数理論特にそのうちの局所密度近似(LDA=Local Density Approximation)あるいは密度勾配展開(GGA=Generalized Gradient Approximation)によっている。しかし上記の相関の強い系、あるいは励起状態に対してはこれらの方法が不十分であることが明らかになってきた。本研究では変分原理にもとづく密度汎関数理論によらず、直接に1電子グリーン関数の自己エネルギーを、動的遮蔽効果の最低次の項を求めることで取り扱うGW近似を発展させることを目的としている。現在、GW近似をLMTO法の枠内で定式化し、プログラムに組み込んだところである。ここでは固体中の電子の波動関数をLMTOの構造因子を用いて展開することによりクーロン積分を精度良く見積もっている。レスポンス関数の計算では大きな非対称行列の逆を計算する必要があるが、これを短時間に計算することができると十分一般の系で使うことのできる方法となる。現在この点を含めて計算時間およびメモリ使用量を短縮するための努力をしている。相関の強い系(遷移金属固体、遷移金属酸化物、稀土類金属)などの電子構造を第一原理から求めあるいはその物性を予測することが強く求められている。固体中の電子の波動関数をLMTOの構造因子を用いて展開することによりクーロン積分を精度良く見積もることができた。さらに積分の工夫やヒルベルト変換を用いることにより、計算時間を数1000分の一に短縮することができた。

これにより手軽に研究室内のワークステーションでGW近似の計算を実行することを可能にした。現在、遷移金属の計算を実行して計算のチェックを行っている。またLSDA+U法による計算を実行し、Nd1-xSrxMnO3の軌道秩序などを議論した。
極小モデル理論と特異点理論

本研究において(1)Witt vector cohomologyの消滅定理, (2)ACC予想,について研究を進めた.標数が7以上の3次元ファノ多様体に対して証明した.その応用として,連結性定理を証明したほか,有理点問題に応用を得た.(2)またBirkarによるBAB予想の解決に用いられた手法を理解し, ACC予想の研究に応用することを試みた.本年度は、極小モデル理論と有理点の関係とACC予想について研究を進めた。以下、研究成果を詳述する。有限体上定義された非特異ファノ多様体は有理点をもつというEsnault氏の結果がある。これに関して共同研究として、特異点を持つ場合の拡張を考察した。この結果、3次元の場合であるものの特異点を持つ場合に(KLTファノ型多様体)についてEsnault氏が証明したのと同じ公式を証明することができた。またこの研究の続きとして、共同研究により、KLTよりさらに特異点の悪いファノ多様体を研究し一定の成果を得ることができた。極小モデル理論と有理点との関係を理解することができた点が重要であると思われる。ACC予想に関連して、極小ログ食い違い係数を与えるようなブローアップの列の長さに関して予想を立てた。これに関し共同研究を行い、低次元の場合とトーリック多様体の場合においての証明を与えることができた。これらを論文としてまとめ、プレプリントとして発表した。また、標数0のフリップの停止問題については、近年Birkarによって証明されたBAB予想の観点から研究を進め、大域的な方向からのACC予想の理解が進んだ。BAB予想に関しては国内外多くの研究機関で研究集会が行われており、それらに参加し、情報を得ることができた。目標であったACC予想に直接の応用を見つけることはできなかったが、将来的に有用であろう考え方や手法を学ぶことができた。有理点問題について極小モデル理論との関係性を見出すことができたため。またACC予想に関連した予想について特別な場合に証明することができ、エヴィデンスを得られたため。本年度は正標数の極小モデル理論とその有理点への応用、そして標数0のフリップの停止問題について研究を進めた。極小モデル理論のフリップの停止問題について研究した。3次元の正標数の代数多様体の極小モデル理論の完成を目指し共同研究を行った。その結果、対数的標準対に対する極小モデル理論を証明することができた。またバウンダリーの係数や体の条件を緩めることができ、応用上必要な限り一般化することができたと考えている。またその応用として、有限体上定義されたファノ多様体における有理点問題を考察した。結果的に、Esnaultによって証明された非特異多様体上の有理点公式を3次元の場合であるものの特異点を持つ場合に拡張することができた。その他、有理点の問題と極小モデル理論とのつながりを研究し、特異点がより悪い場合の新たな有理点公式を定式化し、3次元の場合に解決することができた。標数0のフリップの停止問題についても研究を進めた。本年度は特に、付値理論の観点から特異点を理解するために、Liu, Blum, Xuらによって研究されているnormalized volumeと呼ばれる特異点の付変量を学んだ。これらはKollar componentと呼ばれる大域的な対称との関連が重要であり、BAB予想とのつながりからも興味深い対象である。ACC予想に直接の応用を得ることはできなかったが、LCTとの繋がりや大域-局所対応の理解が進んだため、価値があったと考えている。本研究において(1)Witt vector cohomologyの消滅定理, (2)ACC予想,について研究を進めた.標数が7以上の3次元ファノ多様体に対して証明した.その応用として,連結性定理を証明したほか,有理点問題に応用を得た.(2)またBirkarによるBAB予想の解決に用いられた手法を理解し, ACC予想の研究に応用することを試みた.KLTよりさらに特異点の悪いファノ多様体に関して有理点問題を最定式化することができた。これを証明するのが一つの目標となる。さらに、ACC予想に関して提示した予想を証明することが目標となる。29年度が最終年度であるため、記入しない。双有理幾何学29年度が最終年度であるため、記入しない。
実時間で三次元流体速度場の計測を行うためのホログラフィ専用計算機システムの研究

三次元的な流れ場の瞬時・多点の速度情報を抽出する方法の一つにPTV法(Particle Tracking Velocimetry:粒子追跡法)がある。このPTVにホログラフィ技術を応用させた手法をホログラフィックPTV=(Holographic PTV : HPTV)と呼ぶ。HPTVの研究はこれまで主に光学的に記録し、光学的に再生する手法で行われてきだが、装置が複雑なため、実用化が困難である。これに対して、デジタル処理によるHPTVの研究が始まっているが、ホログラフィの情報量が膨大であるため、今日の計算機環境でも実用に耐え得る計算速度は得られていない。本研究課題では専用のハードウェアシステムを構築して、この計算速度の大幅な向上を試みた。17年度は上記の研究目的にしたがって、大規模FPGA(Field Programmable Gate Array)ボードを用いて専用計算機(1号機)の試作を行い、本研究の有効性を示した。しかしながら、1号機はハードウェアの設計・製作を確実に行うために、計算アルゴリズムの中では重要な役割を担っているフーリエ変換の計算領域を256×256に限定した。これは本研究で使用しているFPGAチップの内部メモリの容量で制限されたためであった。18年度は、実際にホログラムの撮影に使用しているCCDカメラの解像度1024×1024に合わせて、フーリエ変換の計算領域を1024×1024に拡張した2号機の設計・開発を行った。具体的な方法としては、大規模FPGAボード上に実装されている外部メモリ(1号機では不使用)を使用できるように回路設計を行ってメモリ容量を補い、1024×1024のフーリエ変換を可能にした。演算速度はPC(Personal Computer)よりも10倍速く、専用計算機システムがHPTV法に適していることを示した。このPTVにホログラフィ技術を応用させた手法をホログラフィックPTV(Holographic PTV : HPTV)と呼び、奥行きの広い三次元測定、多粒子像の同時撮影、複数の撮影物体の多重記録などが可能となる。HPTVの研究はこれまで主に光学的に記録し、光学的に再生する手法で行われてきたが、装置が複雑なため、実用化が困難である。これに対して、高精細化が進むCCDカメラや性能の向上が著しい計算機パワーを利用したデジタル処理によるHPTVの研究が始まりつつあるが、ホログラフィの情報量が膨大であるため、今日の計算機環境でも実用に耐え得る計算速度は得られていない。本研究課題では専用のハードウェアシステムを構築して、この計算速度の大幅な向上を試みる。このPTVにホログラフィ技術を応用させた手法をホログラフィックPTV(Holographic PTV : HPTV)と呼ぶ。昨年度は上記の研究目的にしたがって、大規模FPGA(Field Programmable Gate Array)ボードを用いて専用計算機(1号機)の試作を行い、本研究の有効性を示した。

しかしながら、1号機はハードウェアの設計・製作を確実に行うために、計算アルゴリズムの中では重要な役割を担っているフーリエ変換の計算領域を256×256に限定した。これは本研究で使用しているFPGAチップの内部メモリの容量で制限されたためであった。本年度は、実際にホログラムの撮影に使用しているCCDカメラの解像度1024×1024に合わせて、フーリエ変換の計算領域を1024×1024に拡張した2号機の設計・開発を行った。具体的な方法としては、大規模FPGAボード上に実装されている外部メモリ(1号機では不使用)を使用できるように回路設計を行ってメモリ容量を補い、1024×1024のフーリエ変換を可能にした。演算速度はPC(Personal Computer)よりも10倍速く、専用計算機システムがHPTV法に適していることを示した。
細胞内局在変化を起こすアイソフォームの網羅的探索と機能解析

本研究は、選択的スプライシング(AS)や選択的翻訳開始点(ATI)によって、アイソフォームレベルでの細胞内局在部位の変化により機能調節を行う遺伝子の新規発見及び、その機能の解明を目指すことを目的としている。これまで、ASやATIによって局在部位の変化を起こすアイソフォームを生じ、相互作用の相手などを変化させることで、細胞機能の調節に関わっていることが報告されている遺伝子のほとんどは、ミトコンドリアターゲティングシグナル(MTS)の獲得/欠損を起こすものである。したがって、MTS予測法の予測精度向上は、アイソフォームレベルで局在変化を起こす遺伝子の網羅的探索を行うために重要な課題である。我々は、これまで、サポートベクタマシーンを用いた機械学習により構築した高精度のMTS予測法(MitoFates, Fukasawa et al., MCP, 2015)を開発しているが、本年度は、さらなる改良を目指し、深層学習を用いた予測方法の検討を行った。MitoFatesと同じ学習セットを用い、ネットワークアーキテクチャ,各層のユニットサイズおよび打ち切りエポック数等に至る様々なハイパーパラメータの最適化を行った結果、第1層に入力層,第2層および3層に双方向長短期記憶(LSTM)を持ち,第4層に全結合層,第5層に出力層を持つネットワークを採用し、予測法を構築した。また、独立したテストデータを用意し、MitoFatesとMatthews correlation coefficient (MCC)とROC AUCによる性能比較を行ったところ、MitoFatesがMCC: 0.446, AUC: 0.954に対し、今回の手法は、MCC: 0.496, AUC: 0.942であり、MCCでは、MitoFatesを上回る予測性能を得ることができた。研究初年度は、アイソフォームレベルで細胞内局在部位の変化を起こす遺伝子候補の網羅的探索に重要な技術開発として、MTS予測の性能向上を主な研究目標として研究を進めた。改良方法として、深層学習を用いた予測方法の検討を行った結果、上記の通り、MCCでは、これまでの予測方法を上回る予測性能を得ることができた。大きな予測精度の向上とまではいかなかったが、サポートベクタマシーンによる予測法と深層学習による予測法の併用により、網羅的なアイソフォームレベルで局在変化を起こす遺伝子候補の探索に厚みを出せる可能性があるので、研究は、概ね順調に進んでいると考えられる。サポートベクタマシーン及び深層学習によるMTS予測には、まだ改善の余地はあるが、学習データ数の増加や新しい特徴量の追加などが必要である。そこで、近年得られたヒトとマウスのミトコンドリアタンパク質のN末端プロテオーム(N-プロテオーム)情報(Jacome et al., Proteomics, 2015, Calvo et al., MCP, 2017 )の解析を行い、新規のMTS情報の抽出と新たな特徴量抽出について検討したい。また、MTSを持つミトコンドリアタンパク質の半数以上は、バクテリアと共通祖先をもつので、バクテリアホモログとのN末端比較も新しい特徴量として期待できる。学習データの増加と新たな特徴量の追加によりMTS予測の性能向上が得られたら、分泌経路へのターゲティングシグナルであるシグナルペプチド予測、膜貫通セグメント予測と組み合わせ、アイソフォームレベルで細胞内局在部位の変化を起こす遺伝子候補の探索パイプラインの開発を行っていく予定である。

大きな予測精度の向上とまではいかなかったが、サポートベクタマシーンによる予測法と深層学習による予測法の併用により、網羅的なアイソフォームレベルで局在変化を起こす遺伝子候補の探索に厚みを出せる可能性があるので、研究は、概ね順調に進んでいると考えられる。サポートベクタマシーン及び深層学習によるMTS予測には、まだ改善の余地はあるが、学習データ数の増加や新しい特徴量の追加などが必要である。そこで、近年得られたヒトとマウスのミトコンドリアタンパク質のN末端プロテオーム(N-プロテオーム)情報(Jacome et al., Proteomics, 2015, Calvo et al., MCP, 2017 )の解析を行い、新規のMTS情報の抽出と新たな特徴量抽出について検討したい。また、MTSを持つミトコンドリアタンパク質の半数以上は、バクテリアと共通祖先をもつので、バクテリアホモログとのN末端比較も新しい特徴量として期待できる。学習データの増加と新たな特徴量の追加によりMTS予測の性能向上が得られたら、分泌経路へのターゲティングシグナルであるシグナルペプチド予測、膜貫通セグメント予測と組み合わせ、アイソフォームレベルで細胞内局在部位の変化を起こす遺伝子候補の探索パイプラインの開発を行っていく予定である。
中性子回折・鉄鋼組織形成シミュレーターによる組織解析法の革新

本研究は鉄鋼製造プロセスにおける高温領域(約700900°C)からの急冷ー中温保持(350500°C)におけるベイナイト変態、安定オーステナイト形成、オーステナイト相への炭素拡散を定量観察することを目的とする。2017年度に高速加熱、ガス急冷による温度制御を行う中性子回折組織解析システムを開発した。2018年度は開発した装置を用い、低Mn鋼で高ー中温における相変態その場観察の高速測定、炭素拡散に伴う炭素濃化の定量解析を目指した。低Mn鋼では900°Cのオーステナイト域から400°Cに急冷、保持した場合、フェライト組織中に残留オーステナイト相が残留する。残留するオーステナイト相の相分率を中性子回折データから解析するには従来300秒程度の積算時間を要していた。このため400°Cの温度域で刻々と変化する残留オーステナイトを評価するには不十分な時間分解能であった。Rietveld-texture解析を用いるが、不十分な蓄積強度では適切な解が得られない傾向があった。この原因を探るため、Rietveld-texture解析におけるパラメーターを検証し、集合組織と温度因子を固定することで大幅な測定時間の短縮が可能であることを見いだした。予め、温度因子を決定すること、集合組織が400°C域では変化しないことを前提に60秒以内の測定データに対するRietveld-texture解析を実現した。また、炭素濃度の定量化においては格子定数から行うが、温度による格子定数への影響も考慮する必要がある。この影響については多数の文献から得られた経験式をもとに解析した。その結果の妥当性を検証するため、400°C域と室温で安定化したオーステナイトに対し、それぞれの温度で格子定数から炭素濃度を求めた。異なる温度域により格子定数が変化した場合においても同様な炭素濃度を導き、様々な温度域での炭素濃度定量化に成功した。2018年度は高速測定のためのデータ解析法の開発、炭素拡散に伴う炭素濃化の定量解析法の開発を目的とした。・高速測定のためのデータ解析法の開発:400°C程度の中温領域ではオーステナイトからフェライトへの拡散変態とフェライトからオーステナイトへの炭素拡散が生じる。これら現象を可能な限り短時間の中性子回折データから解析し、時間分解能に優れた現象解析を実現する必要がある。炭素拡散は格子定数から評価するが、2種類の異なる炭素濃度を持つオーステナイト相が存在することを明らかにした。それぞれのオーステナイト相の回折ピークを分離する必要があるが、10秒の測定から得られる回折データで解析を可能とした。また、相分率はRietveld-texture解析により求めるが解析パラメーターの最適化により60秒以内の測定を実現した。・炭素拡散に伴う炭素濃化の定量解析:フェライトからオーステナイト相への炭素拡散はオーステナイト相の格子定数から評価できる。一方、格子定数は温度によっても変化するため、温度の影響を補正した炭素濃度評価とする必要がある。文献および実験検証から、最適な温度・組成の格子定数補正式を明らかにし、適切な炭素濃度評価を実現した。以上のように、2018年度の目的を実現した。中性子回折から確認できる相変態現象は結晶構造の変化を伴う現象である。一方、ベイナイト変態は回折から確認することは困難であり、異なる観察手法を組み込む必要がある。そこで、測定チャンバーに熱膨張計を組み込み、多面的に相変態現象を解析する。2018年度までに試作品が完成しており、2019年度はそれを用いた中性子回折実験を行う。2018年度までは一種類の組成のFe-Mn-Si-C鋼に対し、解析を進めていたが、Mn, Si, Cの組成を変えた試料に対しても測定、解析を進める。さらにオーステナイト域や中温領域の温度条件についても変数とした実験を進め、Fe-Mn-Si-C鋼の残留オーステナイト相形成と炭素濃化現象について考察を深める。加えて、残留オーステナイト相の安定性を評価するため、機械強度試験を行い、強度・延性と炭素濃度、粒形態との相関性を明らかにする。この目的を実現するため、中性子回折組織解析システムをJ-PARCの大型中性子実験施設に開発することを2017年度の目標とした。中性子回折組織解析システムにて鉄鋼熱プロセスを再現するため、高速加熱、ガス急冷による温度制御を行う機能が必要になるが、その基本性能となる温度制御チャンバーを開発した。新たに開発したチャンバーを用い、J-PARCにて中性子回折実験を実施した。S55C炭素鋼と低Mn鋼で高ー中温における相変態その場観察を実施し、相変態の定量評価に成功した。低Mn鋼では900°Cから400°Cに急冷し、保持した場合、微細なフェライト組織中に残留オーステナイト相が形成する。一方、900°Cから700°Cに急冷保持した後、400°Cに急冷したミクロ組織では大きいフェライト粒中にベイナイト、残留オーステナイト相が形成する。このオーステナイトの相分率の時間変化の追跡に成功した。なお、700°Cに保持した条件では2種類の炭素濃度の残留オーステナイト相が形成されることが確認された。

低濃度の炭素濃度の残留オーステナイト相は400°C保持中に緩やかに減少することが確認された。また、ベイナイト変態は中性子回折では確認が難しい。この相変態には熱膨張率測定が有効であり、温度制御チャンバーに対し、熱膨張計を設計、開発した。ただし、試料ホルダーの形状の影響により冷却速度が低下する問題が生じている。この問題を解決する試料ホルダーの開発が必要になる。2017年度はJ-PARCのiMATERIAビームラインにて急速加熱冷却試験装置を開発することを目的とした。中性子回折によるRietveld-texture解析に必要な光学系に対応する赤外線加熱炉と冷却用Heガス噴射ノズルのレイアウトを決定し、チャンバー開発を行った。低Mn鋼に残留オーステナイト相を形成させる場合、20K/s以上の冷却速度が必要になるが、当初設計した装置では20K/sの冷却速度が得られなかった。この問題を解決するため、Heガスの液体窒素冷却やガス流量の改善により、25K/sの冷却速度となり、目標とした冷却速度を実現した。開発した装置の有効性を検証するには対象とする低Mn鋼の残留オーステナイト相形成が可能か検証する必要がある。この検証実験として、低Mn鋼に対し温度履歴を変えた場合の残留オーステナイト相形成の違いを中性子回折から明らかにした。なお、室温冷却後の残留オーステナイト相観察では中性子回折より低い相分率として評価されることも同時に確認し、中性子回折の有効性を立証する実験ともなった。また、炭素拡散を捉えるため、オーステナイトの回折ピーク位置から炭素濃度の評価を行うことに成功した。ただし、炭素濃度の絶対値精度については議論の余地があり、今後モデル鋼を用いた検証実験を行う必要がある。熱膨張計もチャンバーに組み込む予定であり、その設計、開発が完了し、実際の中性子回折実験を行える状態である。以上のように、2017年度に予定した「急速加熱冷却試験装置開発」、「急速加熱冷却試験装置による中性子回折実験の実施」「熱膨張計開発」は完了しているため、順調に進展していると判断される。本研究は鉄鋼製造プロセスにおける高温領域(約700900°C)からの急冷ー中温保持(350500°C)におけるベイナイト変態、安定オーステナイト形成、オーステナイト相への炭素拡散を定量観察することを目的とする。2017年度に高速加熱、ガス急冷による温度制御を行う中性子回折組織解析システムを開発した。2018年度は開発した装置を用い、低Mn鋼で高ー中温における相変態その場観察の高速測定、炭素拡散に伴う炭素濃化の定量解析を目指した。低Mn鋼では900°Cのオーステナイト域から400°Cに急冷、保持した場合、フェライト組織中に残留オーステナイト相が残留する。残留するオーステナイト相の相分率を中性子回折データから解析するには従来300秒程度の積算時間を要していた。このため400°Cの温度域で刻々と変化する残留オーステナイトを評価するには不十分な時間分解能であった。Rietveld-texture解析を用いるが、不十分な蓄積強度では適切な解が得られない傾向があった。この原因を探るため、Rietveld-texture解析におけるパラメーターを検証し、集合組織と温度因子を固定することで大幅な測定時間の短縮が可能であることを見いだした。
ペロブスカイトを触媒電極とした固体電解質セル酸化反応器の開発

本研究は,固体電解質内を透過する酸素イオンの特長を生かすことのできる反応器を開発すること,および,その際に触媒電極として用いるペロブスカイト型酸化物の酸化反応活性を把握することが,主な研究目的であった.二年にわたる研究の結果,以下の知見が得られた.1.固体電解質内を透過する酸素イオンは,気相より吸着する酸素に比して,銀電極上で高活性であった.同時に,部分酸化反応に関しても活性が高く,メタンの酸化カップリング反応においては,エタン等のC2成分の吸収が気相混合系に比べて一桁程度大きな値となった.この反応に用いられる透過酸素の割合は,銀触媒電極で0.5%程度であった.2.C2生成に用いられる酸素の割合は,電極材料に強く依存し, LaO_3電極ではほとんどゼロであった.この電極では,ほとんど全ての透過酸素が完全酸化反応に用いられた.3.以上のことから, O2-と考えられている透過酸素が直接C2生成反応に用いられるのではなく,別の活性種(イオン種)になって反応しているものと思われる.4.Aサイト金属としてCa, Sr, Baのアルカリ金属を用い, Bサイト金属としてTi, Zr, Ceの遷移金属(IV)を用いて調製したペロブスカイト型酸化物の多くは,メタンの酸化カップリング反応の活性が高かった.Bサイト金属によって酸化反応活性が決まるという従来の知見とは異なり, Aサイト金属が重要な役割を果たしていることが判った.5.Aサイト金属の単独酸化物の場合に炭酸塩となって不安定であったアルカリ土類金属が,複合酸化物とすることによって安定化された.6.単位表面積当りのメタン酸化反応活性は,金属イオンと酸素イオンの結合距離の変位,即ち,結合距離と両イオン半径の和との差,の間に良好な相関関係のあることが明らかにされた.本研究は,固体電解質内を透過する酸素イオンの特長を生かすことのできる反応器を開発すること,および,その際に触媒電極として用いるペロブスカイト型酸化物の酸化反応活性を把握することが,主な研究目的であった.二年にわたる研究の結果,以下の知見が得られた.1.固体電解質内を透過する酸素イオンは,気相より吸着する酸素に比して,銀電極上で高活性であった.同時に,部分酸化反応に関しても活性が高く,メタンの酸化カップリング反応においては,エタン等のC2成分の吸収が気相混合系に比べて一桁程度大きな値となった.この反応に用いられる透過酸素の割合は,銀触媒電極で0.5%程度であった.2.C2生成に用いられる酸素の割合は,電極材料に強く依存し, LaO_3電極ではほとんどゼロであった.この電極では,ほとんど全ての透過酸素が完全酸化反応に用いられた.3.以上のことから, O2-と考えられている透過酸素が直接C2生成反応に用いられるのではなく,別の活性種(イオン種)になって反応しているものと思われる.4.Aサイト金属としてCa, Sr, Baのアルカリ金属を用い, Bサイト金属としてTi, Zr, Ceの遷移金属(IV)を用いて調製したペロブスカイト型酸化物の多くは,メタンの酸化カップリング反応の活性が高かった.Bサイト金属によって酸化反応活性が決まるという従来の知見とは異なり, Aサイト金属が重要な役割を果たしていることが判った.5.Aサイト金属の単独酸化物の場合に炭酸塩となって不安定であったアルカリ土類金属が,複合酸化物とすることによって安定化された.6.単位表面積当りのメタン酸化反応活性は,金属イオンと酸素イオンの結合距離の変位,即ち,結合距離と両イオン半径の和との差,の間に良好な相関関係のあることが明らかにされた.イットリア安定化ジルコニアを固体電解質とした二重管構造の反応器を作製した。触媒電極として、銀ペーストと【L_(a1-x)】Srx Co【O_(3-8)】の二種類を用い、600800°Cでメタンの酸化反応を行った。共沈法によるペロブスカイト型複合酸化物の作製条件に関して検討を行った。その結果、以下の知見が得られた。1.酸素分圧10【10^5】Paの範囲で作製した固体電解質セルを酸素センサーとして作動させた場合、理論値と精度よく一致した。印加電圧の無い場合には、反応中の触媒電極上に吸着した酸素の活量がこれによって測定できることが分った。メタンを燃料とした燃料電池とした場合にも理論起電力とよく一致した。2.固体電解質に電圧を印加し、酸素ポンプとして作動させた場合、酸素の輸送速度は電流値より精度よく測定されることを確めた。3.銀ペースト電極を用い、予め気相中で混合する予混合酸素と固体電解質内を透過する透過酸素の活性について検討を行った。酵素供給速度を一定とした場合に、透過酸素の方が、酸素反応率で2倍、またエタンなどのC2化合物の選択性で3倍以上、換言すれば、透過系によるC2生成速度は予混合系のそれより一桁近く大きいことが示された。活性化エネルギーの値は、透過系で【CO_2】生成C2生成ともにほぼ130KJ/malであったのに対して、予混合系では、【CO_2】生成に200KJ/mol,C2生成に280KJ/molとなり、予混合酸素と透過酸素とでは反応機構が異なることが示唆された。4.LaCo【O_3】電極の場合、報告されている様に完全燃焼が非常に高活性であり、予混合系,透過系ともに酸素反応率はほぼ1で全て【CO_2】に転化した。

この結果より、ペロブスカイト酸化物の金属イオン種の選択が重要であることが分った。探索実験の結果、Aサイトの金属としては、アルカリ土類金属が有望であることが示された。次年度はCa,Sr,Baと4価のTi,Ce,Zrより成る酸化物について検討する予定でいる。
乳がん患者と家族ががんと共に生き家族として成長していく軌跡を支える看護ケアの開発

本研究の全体的な目的は、乳がんサバイバーにとっての「がんと共に生きる」体験における「家族として成長していく軌跡」を支える看護ケアとは何かである。平成30年度の研究課題は、本研究の核となる概念に関する文献研究を行い、研究の動向を明らかにすることであった。1)本研究の核となるBenefit-FindingとPost-trumatic G rowthの概念分析、並びに2)がんサバイバーの患者・家族を対象とした文献検索を行い、研究の動向を検討することとした。1)と2)と両方共に文献検索を行った結果、がんサバイバーのPost-trumatic Growthの研究は増加傾向にあり、がんと共に生きる意味を見いだしながら、がんと共に生きることを支える看護ケアの開発は重要であること考える。また、患者自身もピアサポートを活用したり、情報検索、情報収集などを行い、医療者へのおまかせ医療から患者自身が、がんと共にどのように生きていくのかということを考えながら、がん医療を受けていることが推察された。しかしながら、初期治療期間中、再発時における研究は多いものの、診断時から終末期における包括した医療体制の整備の必要性も推察された。また、本研究の対象の乳がん患者の家族に関する研究は日本ではあまり行われておらず、海外の文献が多い。そのため、乳がん患者と家族が「乳がん」と診断されどのような体験をしているのか、研究をしていくことの重要性が示唆された。研究者自身が平成30年度の途中からから病気休暇に入っており、文献検索、概念分析が十分にできていないのが現状である。そのため、病気休暇復帰後はさらに、文献検討等を行い、研究を進めていく予定である。研究者が病気休暇を取得することになったため共同研究者の追加等を行い対処する予定である。研究者が途中から病気休暇を取得したため研究を予定通り進めることができなかったため。