hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高効率選択酸化及び燃料電池酸化触媒の開発とリアルタイム構造情報に関する研究

時間分解X線吸収微細構造(XAFS)法を用いて、触媒反応中の活性構造自身の構造速度論/ダイナミクス論の新たな研究分野を開拓し、環境・エネルギー及びグリーンケミストリーに関連した選択触媒反応の動的解析を行った。その結果、ベンゼンからの直接フェノール合成触媒を発見及び燃料電池用PROX新規触媒を開発し、それらの活性構造を提案した。また、燃料電池カソード白金系触媒の構造・電子状態のヒステリシス挙動や新たな素反応過程を見いだした。本研究は、本申請者らが開発に成功した時々刻々の構造・元素情報を提供することができる時間分解X線吸収微細構造(XAFS)測定システムを利用して、活性構造・状態変化と触媒機能とのリアルタイム応答を解析することによって得られる動的構造情報を触媒調製にフィードバックして、併せて新規触媒調製法を開拓することにより、選択酸化、燃料電池用H_2存在下でのCO選択酸化、及び燃料電池酸素極酸化反応のための実用レベル酸化触媒の開発を推進することを最終目的とする。本研究で取り上げた選択酸化及び燃料電池酸化触媒系は活性構造の解明と失活因子の究明が最重要課題となっており、またこれらはいずれもエネルギー及び環境問題に関連し社会的に解決が望まれている重要課題である。次世代のクリーンかつ高効率なエネルギー源である燃料電池系の実現のために必要不可欠となっている水素製造法の開発、及び合成原料の水素中に含まれる微量CO(電極被毒種)の選択除去を検討した。特に、昨年合成に成功し、過剰水素中でのCO選択除去に優れた触媒活性を示す酸化セリウム担持銅クラスター触媒のPROX触媒活性を検討し、触媒改良及び酸化セリウム表面での銅クラスターの活性構造の解明を行った。LDI-MASS,XAFS,XPS,FT^IR,DFT計算を組み合わせた構造解析により、酸化セリウム上に銅一価の3,5,7核の微小クラスターが形成され、これが水や二酸化炭素共存下での過剰水素中のCO選択除去反応(PROX反応)の触媒活性構造であることを明らかにした。現在、論文を投稿中である。燃料電池電極反応や電池燃料となる水素精製のための選択酸化反応,有用選択酸化反応に対する新規高性能触媒を開発した。一方で,時々刻々の構造,元素情報を提供すことのできる時間分解表面構造解析手法の開発,改良を行い,選択酸化触媒反応,電極反応中における触媒活性構造の動きをリアルタイムで捉えることに成功した。燃料電池触媒を被毒する製造水素ガス中の一酸化炭素の選択除去反応であるPROX反応に100°C以下の低温で高活性,高選択性を示す初めての被貴金属系触媒の開発に成功した。水熱合成法で調製した酸化セリウム担持銅ナノクラスター触媒が,水や二酸化炭素の存在下でも過剰水素中の一酸化炭素を選択的に酸化することを見出し,その触媒活性構造について報告した。燃料電池セル内での電極反応と電極触媒の働きを解明し,実用化に際し解決が必要な重要課題となっている金属触媒の溶出による電池劣化の要因を明らかにするために,燃料電池起電時の実用燃料電池カソード及びアノード触媒の構造変化をin-situ時間分解XAFS法により世界で初めて捉えることに成功した。電気化学的反応と白金触媒,白金系合金触媒表面の結合形成,Pt触媒の帯電過程の反応速度に著しい差があることを見出し,その全ての速度定数を決定した。燃料電池セル内で発生する異常電圧が白金触媒の溶出を加速させる要因であることを明らかにした。バルク量論の酸素吸蔵/放出能力を有するセリウムージルコニウム複合酸化物触媒の酸素吸蔵/放出現象に伴う酸化物構造変化を世界最速のin-situ時間分解XAFS法により解明し,新現象を見出した。更に,同複合酸化物に担持したニッケル触媒を開発し,メタンのリフォーミングによる水素製造反応に比較的低温で優れた触媒活性を有することを見出した。触媒反応が進行しているその場(in-Situ)での構造解析法を駆使し現代社会が抱えるエネルギー問題や環境問題を解決する新規実用レベル触媒を開発することを目的として、分子レベル金属錯体構造、ナノクラスター構造、酸化物薄層構造を固体表面上に作り分け、有用選択酸化触媒反応やリフォーミング反応などの実用化が期待される高難度触媒反応に展開した。In-Situ FT-lR、ラマン分光、XRD、XPS、XAFSなどの構造解析手法により、触媒活性を担う表面の活性金属構造を解明し、更にin-Situ時間分解XAFS構造解析と理論計算により、触媒自身の構造ダイナミクスを明らかにして触媒機能の原理を解明した。例えば、CeZr酸化物固溶体表面に担持したNiナノ粒子が、メタンのリフォーミング反応による水素製造に従来よりも100度以上低温で高い触媒活性、選択性を示すことを見出し、CeZr酸化物固溶体の酸素量に応じて表面のNi上での触媒反応の反応特性が著しく変化することを明らかにした。また、担持Reクラスター触媒によるベンゼンと酸素からのフェノール一段合成の触媒反応機構を密度汎関数計算により明らかにし、分子状酸素の活性化機構を理論的に解明した。また、担持Ru錯体上での酸素を酸化剤とした光選択酸化反応の触媒活性構造を解明した。

同時に、同代表者らが開発してきた放射光を利用したin-Situ時間分解XAFS法により、アルコール類の選択酸化活性酸化物担持V触媒の選択酸化反応過程の触媒活性構造のin-Situ構造解析に成功し、エタノール選択酸化反応における反応機構を決定し、アルデヒド選択性の違いが表面での酸化還元過程の反応機構の差異に起因するものであることを初めて明らかにした。また、実用燃料電池カソード触媒Pt/C, Pt-Co/C, Pt-Sn/Cの燃料電池作動時のin-Situ XAFS測定を行い、電圧印加時のPt及びPt系バイメタル触媒の構造解析を実現した。平成21年度は、(1)低温でのメタンのリフォーミングを可能にする新規Ni触媒の開発、(2)Pt系合金燃料電池触媒のin-situ構造解析、(3)in-situ時間分解・空間分解XAFSによる選択酸化触媒反応機構、燃料電池電極反応の動的構造解析を実施した。(1)Ce_2Zr_2O_x(x=7-8)は、Ceのレドックスにより、バルク量論に相当する酸素を吸蔵したり放出したりできる優れた酸素吸蔵・放出能力を有した物質であり、この酸化物固溶体表面にNi粒子を担持した触媒が、メタンのスチームリフォーミング反応に非常に優れた触媒特性を示すことを見出した。バルク内の酸素量に応じたNi粒子の触媒活性の変化と触媒活性構造を明らかにした。(3)金属担持Ce_2Zr_2O_x(x=7-8)酸化物固溶体触媒の酸素吸蔵・放出過程における結晶構造の変化をin-situ時間分解X線回折により計測した。また、酸化物担持バナジウム触媒のアルコール選択酸化反応過程におけるin-situ時間分解XAFS計測、in-situ時間分解ラマン分光計測に成功し、各担体表面で起こる選択酸化触媒反応機構を解明し、アルデヒド選択性を決定づける表面構造と反応機構を解明した。燃料電池触媒や有用選択酸化反応に資する新規触媒系を開発するために、in-situ構造解析を通じてこれらのリアル触媒系における諸問題を分子レベルで解明することを目的として研究を進め以下の研究成果を得た。(1)複合酸化物系触媒のキャラクタリゼーションアセチレンやエチレンのダブルメトキシ化反応に活性な触媒を系統的に探索した。Fe,Cr,Cu,Ceなどの複合金属酸化物の活性はある程度得られるが、モノメトキシやジメトキシなど選択性制御には更なる研究が必要である。(2)合金系ナノ粒子触媒のXAFSによるin-situ構造解析燃料電池や選択酸化反応に用いられるナノ合金粒子(Pt_3Sn系、Pt_3Co系,PtAu系)について、酸化プロセス或いは燃料電池作動条件での触媒構造変化をin-situ時間分解XAFS法により明らかにした。Al_2O_3上のPt3Sn合金ナノ粒子は酸化過程において2つの中間体構造を通して3段階過程でコアシェル構造の酸化物ナノ粒子に相分離していくことを見出した。燃料電池発電下でカーボン上のPt_3Co合金ナノ粒子構造の電位依存を検討しPt及びCoの酸化状態とそれらの変化を時間分解測定に成功した。また、カーボン上のPtAuコアシェルナノ粒子では電解質膜がナフィオン膜と炭化水素膜とでPt酸化状態変化が違う新しい挙動を見出した。
低層高密市街地内の街路が持つ居住環環担保性能に関する定量的評価

本研究は低層高密市街地を対象として,日照・採光などの居住環境の確保の面で特に大きな役割を担っている街区周辺の街路自体が持つ,居住環境を担保する性能について,定量的な評価を行うことを目的としている。本年度はまず街路に面した壁面における日照・採光環境の評価指標の整理を行った。これまでの研究では主に水平面における日照・採光評価が行われ,建築基準法等に取り入れられてきたことが分かっているが,本研究では垂直面における日照・採光評価を行ううえで適当な指標をレビューした.その結果,イギリスでは,水平面における採光を基準とする日本とは異なり,垂直面への採光を重視した指標(Vertical Sky Component:垂直天空成分)が提案されていることが分かった。次に,数値地図より生成された街路幅員および方位にもとづき,現況市街地における街路と水平面,および垂直面における日照および採光の評価をまずおこない,次に平面における採光水準を満たして建築される場合の,街区内における建築可能空間を考察した。その結果として,平面における採光水準を満たす建築形態のうち,敷地境界から距離を開けた場合には,狭小敷地においても,高さが突出し,建築形態が多様化する可能性があることが確認された。これらを踏まえ,垂直天空成分の水準の決定を行い,それを満たす市街地モデルを生成した結果,建築物の高さ方向に対するコントロールがより有効に働くことが分かった。本年度は,大きく分けて1)対象敷地の選定,2)数値地図データの選択,3)街路幅員・方位データの生成の3つの作業を行った。まず対象敷地については,東京都心部周辺において,いまだに防災上の問題をかかえ,かつ基盤整備も進んでいない地域として,中野区を選定した。次に数値地図データの選定をおこなうため,現在市販・公開されている数値地図データを比較検討した。網羅する地域の多きさ(網羅性),データの詳細さ(詳細性),ファイルフォーマットが公開されているかどうか(公開性),およびテキスト形式など扱いやすい形式であるか(汎用性)などの観点から検討を加えた結果,国土地理院から発行されている,数値地図2500を用いることとした。街路幅員・方位データの生成については,以下のステップを踏んだ。すなわち,1)地図データ内に存在する街区データの加工(隣接しながらも異なる街区と扱われている街区群の統合),2)複数図郭の統合,3)街路部分の3角形分割,4)街路を覆う3角形を利用し,中線の生成による街路長・方位の算出と,その面積を用いた街路幅員の算出を行った。3)を除いてはC言語による自作のプログラムを開発した。3)については,カーネギーメロン大学コンピューターサイエンス学科で開発された,平面3角形分割ソフトウェアである,「triangle」を用いた。今後は生成されたデータの精度を検証するともに,街路に面した壁面における日照・採光環境の評価指標を整理し,これらの知見を統合して,現行の形態規制を遵守して街区が形成された場合の,街路側から享受される日射・採光の定量的評価を行う予定である。
ヒト口腔癌における癌退縮抗原遺伝子(MAGE)の発現とその生物学的意義

1.MAGE-41-GST融合タンパク質に対するウサギ抗血清およびマウスmAbを用いたサンドイッチELISAシステムを開発し健常人30例、口腔悪性腫瘍患者66例(術前採取)の血清中のsoluble MAGE-41タンパク質を定量した。(結果)ELISAによる抗原の測定系を用いて、492nmでの吸光度を測定した。更に、standerd curveを作製して1ng/ml以上を陽性とすると、口腔悪性腫瘍は30.3%(20/66)と健常人に対して有意に上昇していた(p<0.05)。2.口腔悪性腫瘍患者26例の腫瘍組織を採取、m-RNAを分離し、c-DNAを合成した。そのc-DNAをテンプレートとしてMAGE-4.41遺伝子の発現をPCR法で確認した。尚、同症例に対してはELISAによる測定も同時に行った。(結果)PCR法では11.5%(3/26)が陽性と判定されたのに対し、ELISAでは26.9%(7/26)が陽性と判定された。HLA-A1上のMAGE-1,-3はCTLによって障害される事から癌退縮抗原遺伝子と呼ばれており、同じファミリーのMAGE-41もその意味から癌退縮抗原遺伝子である可能性が示唆される。MAGE遺伝子は各種癌細胞で広く発現されていることがRT-PCRにより明らかにされている。しかし、まだタンパク質レベルでの知見はない。本研究により、MAGE-41抗原が血清中にsoluble proteinの形で存在していることが明らかになり、高感度で特異的に、しかも簡単に患者の血清中からタンパク質レベルで検出可能なことから、診断および免疫治療に有用と思われる。今後は他のMAGEファミリーについても検討する予定である。
伝達物質ドーパの証明,同受容体の結合部位・細胞内機序とcDNAクローニングの研究

1ラット下位脳幹部:(1)ドーパは弧束核に終末する圧受容器第一次求心性神経の伝達物質である.(2)同部ドーパ性伝達を内因性遊離GABAはA受容体(-R)を介しシナプス前・後性に抑制,微量注入ドーパは神経性GABAを遊離.(3)圧受容器-大動脈,頚動脈洞神経-弧束核-尾側腹外側延髄(A1)ドーパ性投射あり.(4)高血圧自然発症ラット,弧束核,A1の神経性ドーパ遊離の減弱,消失,昇圧中枢吻側腹外側延髄の同遊離増大,AADC活性減弱,ドーパ増感は高血圧維持に関与.(5)DOPA methyl ester(ME)に比し,より強力・安定な競合的拮抗薬DOPA cyclohexyl ester(CHE)を発見,ヨードリガンドを開発中.(6)幼若時,弧束核単離細胞パッチクランプホールセル記録下,ドーパはME-感受性に高電位活性化Ca^<2+>チャネル電流を増大.(7)弧束核降圧部poly(A)^+RNA抽出,卵母細胞注入,発現系によりドーパ-RcDNAクローニングを試行,応答が小さく未成功.2線条体:(1)内因性遊離ドーパはD2作動薬の自発運動に関わるシナプス後D2-R活性を増強.(2)6-OHDA内側前脳束注入パーキンソンモデル微量透析,nMドーパはそれ自体の作用によりACh遊離を抑制.(3)同モデル膜標品において,pMドーパはGTPase活性を軽度抑制.3ドーパ-グルタミン酸(Glu)相互作用:(1)同モデル線条体抽出poly(A)^+RNAと代謝型Glu-R1由来cRNAを卵母細胞に同時注入後,pMドーパはME-感受性に代謝型GluR1電流を修飾したが,同細胞にドーパ認識部位が内在性に発現する例あり,この系は不適と判断.(2)ドーパ認識部位はGlu-Rとは異なる:ドーパは^3H-AMPAの特異的結合を低親和性に置換(IC50,260μM),^3H-kainate,-CGP39653,-MK-801,-DCKA結合を置換せず,MEとCHEは^3H-MK-801結合を低親和性に置換したにすぎない(IC50,1と0.68mM).(3)意識下微量透析nMドーパはGluを遊離,無作用量は-OHDAi.c.v.処置例でGlu遊離の増感を示す等を報告したが,この系のGlu測定に問題あり,手を変え確認中.(4)胎仔神経10日培養系で,ドーパはGluを遊離,Glu拮抗薬-感受性,ドーパ立体特異性,酸化過程-非依存性の神経細胞死を生じ,4血管閉塞虚血により,ドーパが誘発され,Glu遊離,遅発性神経細胞死の上流因子となる.4マイスナー神経叢:nMドーパはfastEPSPをME-感受性に増大,fura-2によるCa^<2+>流入を増加.1ラット下位脳幹部:(1)ドーパは弧束核に終末する圧受容器第一次求心性神経の伝達物質である.(2)同部ドーパ性伝達を内因性遊離GABAはA受容体(-R)を介しシナプス前・後性に抑制,微量注入ドーパは神経性GABAを遊離.(3)圧受容器-大動脈,頚動脈洞神経-弧束核-尾側腹外側延髄(A1)ドーパ性投射あり.(4)高血圧自然発症ラット,弧束核,A1の神経性ドーパ遊離の減弱,消失,昇圧中枢吻側腹外側延髄の同遊離増大,AADC活性減弱,ドーパ増感は高血圧維持に関与.(5)DOPA methyl ester(ME)に比し,より強力・安定な競合的拮抗薬DOPA cyclohexyl ester(CHE)を発見,ヨードリガンドを開発中.(6)幼若時,弧束核単離細胞パッチクランプホールセル記録下,ドーパはME-感受性に高電位活性化Ca^<2+>チャネル電流を増大.(7)弧束核降圧部poly(A)^+RNA抽出,卵母細胞注入,発現系によりドーパ-RcDNAクローニングを試行,応答が小さく未成功.2線条体:(1)内因性遊離ドーパはD2作動薬の自発運動に関わるシナプス後D2-R活性を増強.(2)6-OHDA内側前脳束注入パーキンソンモデル微量透析,nMドーパはそれ自体の作用によりACh遊離を抑制.(3)同モデル膜標品において,pMドーパはGTPase活性を軽度抑制.3ドーパ-グルタミン酸(Glu)相互作用:(1)同モデル線条体抽出poly(A)^+RNAと代謝型Glu-R1由来cRNAを卵母細胞に同時注入後,pMドーパはME-感受性に代謝型GluR1電流を修飾したが,同細胞にドーパ認識部位が内在性に発現する例あり,この系は不適と判断.(2)ドーパ認識部位はGlu-Rとは異なる:ドーパは^3H-

AMPAの特異的結合を低親和性に置換(IC50,260μM),^3H-kainate,-CGP39653,-MK-801,-DCKA結合を置換せず,MEとCHEは^3H-MK-801結合を低親和性に置換したにすぎない(IC50,1と0.68mM).(3)意識下微量透析nMドーパはGluを遊離,無作用量は-OHDAi.c.v.処置例でGlu遊離の増感を示す等を報告したが,この系のGlu測定に問題あり,手を変え確認中.(4)胎仔神経10日培養系で,ドーパはGluを遊離,Glu拮抗薬-感受性,ドーパ立体特異性,酸化過程-非依存性の神経細胞死を生じ,4血管閉塞虚血により,ドーパが誘発され,Glu遊離,遅発性神経細胞死の上流因子となる.4マイスナー神経叢:nMドーパはfastEPSPをME-感受性に増大,fura-2によるCa^<2+>流入を増加.[1]ラット弧束核実験系(1)ドーパの圧受容器反射第一次求心性神経の伝達物質としての証明:(1)遊離;内因性ドーパは1)高K+潅流(40-100mM)により脱分極-依存性、Ca^<2+>-依存性に、2)大動脈神経刺激(100Hz,8V,20分の間歇波)によりTTX(1μM)-感受性に、3)フェニレフリン圧受容刺激(50μg/kg/分,i.v.)により遊離され、この遊離は両側大動脈神経・頚動脈洞神経切断により、昇圧に影響せずに、消失した。(2)応答;1)左大動脈神経刺激(20Hz,3V,10秒)は微量注入ドーパと同一の降圧、徐脈を生じ、この応答は、競合的ドーパ拮抗薬の,、ドーパメチルエステル(DOPA ester)同側注入により、2)圧受容刺激による反射性頻脈はDOPA ester両側注入により拮抗された。3)DOPA esterの緊張性応答-両側単独注入による昇圧・頻脈-がチロシン水酸化酵素(TH)阻害薬のα-メチル-p-チロシン前処置により消失した。(3)免疫組織化学的証明;左大動脈神経を節状神経節抹消で切断7日後に、TH、ドーパ、ドパミン(DA)およびDA-β-水酸化酵素に対する特異的抗血清を処置、弧束核においてTH-およびドーパ-免疫活性のみが、また節状神経節においてドーパ免疫活性が減弱した。(4)ドーパ遊離減弱と高血圧維持の相関性の証明;維持期の高血圧自然発症ラットの神経性ドーパ遊離は京都ウイスター系ラットに比し減弱し、この障害は、弧束核を含む背内側尾部延髄において、TH活性は促進、ドーパ脱炭酸酵素活性(AADC)不変の結果からTH活性減少、AADC活性増大によらないことを証明した。(2)安定な競合的拮抗薬の開発:期待していた新合成のドーパメチルアミドは微量注入ドーパの降圧・徐脈作用に拮抗しなかった。[2]線条体実験系(1)内因性ドーパのDAD_2受容体伝達効率増強物質としての証明:TH阻害はD_2作動薬クィンピロール(1mg/kg,s.c.)の自発運動を抑制し、同ドーパ遊離の減少をさらに減少、同DA遊離減少を修飾せず、一方、AADC阻害はクィンピロールの自発運動を促進し、同ドーパ遊離減少を著増に転換、同DA遊離減少を修飾しなかった。(2)ドーパのGTPase抑制作用の証明:一側6-ヒドロキシドパミン投与パーキンソン病モデルの膜標本においてpMレベルのドーパがはGTPase活性を軽度、有意に抑制した。対照ラットに比し、感受性亢進を示した。(3)ドーパのACh遊離抑制作用の証明:パーキンソン病モデル意識下微量透析系において、L-ドーパ1-100nM潅流はACh遊離を抑制し、この抑制は、D_2-およびD_3-作動薬のACh遊離抑制作用に完全拮抗する濃度の、D_<2/3>拮抗薬のスルピリドにより拮抗されず、D-ドーパ、DA100nMは無作用、対照に比しモデル系において、感受性亢進が見られた。
アジア留学生の追跡調査-発信型法学教育の目標とその方法論の構築に向けて-

主にアジア諸国において、面接によるインタビュー調査を中心に元留学生への追跡調査を行うことにより、背景の異なる国々からの留学生への、従来の日本の法学教育の効果と限界を究明し、それを明らかにした。その結果に基づき、これまでの日本人だけを対象としてきた日本の法学教育方法に、国境・年齢を超えたグローバルな法学教育を組み込んでゆくための方法論を模索し、発信型法学教育への転換に必要な観点について論じた。本研究は、主にアジア諸国に帰国した本研究科留学生への追跡調査を実施し、調査結果の分析評価によって従来の法学教育を検証するとともに、新たな法学教育・その方法論の可能性を探ることを目的とする。初年度2009年は、1)聞き取り・アンケート調査項目の検討と決定、2)調査対象(元留学生・留学生派遣機関)と調査対象国・地域の選択、3)調査方法の確定、4)元留学生の現況調査と名簿の作成、および、5)現地面接の着手を目標として、以下のように実施した。1)は、調査結果の測定効果と研究成果に直接関わることから元留学生への調査項目の列挙・吟味・選別作業を慎重に行った。また、現地の留学生派遣機関への質問項目を確定した。2)ついては、1980年半ば以降の名古屋大学法学研究科・法学部卒業生名簿から元留学生を抽出し、調査対象を確定した。また、現地の留学生派遣機関を選別した。3)については、実際に面接を実施する中で、調査方法に微調整が必要となったが、最終的には確定することができた。4)については、各国の元留学生ネットワーク・在籍留学生の協力により帰国留学生名簿を更新しつつ、初年度後半に、5)の現地聞き取り調査を、研究代表者又は研究分担者および補助者1-2名の体制で、5ヵ国・25名の帰国留学生・8機関に行った。また、各国において、元留学生との同窓会を開催し3年に渡る本調査への協力を要請した。聞き取り調査の対象は、具体的には、ウズベキスタン(元留学生9名、2機関)・ヴェトナム(5名・1機関)・ラオス(6名・4機関)・韓国(4名)・インドネシア(1名、1機関)である。以上にみるように、調査項目・対象・調査方法の確定、帰国留学生の現況調査・現地追跡調査の着手に至ったことで初年度目標を達成することができたといえる。これによって、次年度初めより現地追跡調査を開始し、また、調査分析評価方法の確立に重点を置いた研究を進めることができる。今年度は、留学生を比較的多数送り出している東南アジアの各国(カンボジア・ベトナム・ウズベキスタン・ラオス)の本研究科帰国留学生への聞き取り調査を重点的に実施した。この地域からの帰国留学生の大部分は、1999年度に開設した本研究科の英語による法学教育プログラム(大学院)を修了し、帰国後、それぞれ卒業生ネットワークを形成していることから、この3国については帰国留学生の現況をほぼ100%把握することができた。その上に、帰国率、および、留学前の職場復帰率が高いため、現地での調査は、卒業後の進路、留学の勉学・生活環境、留学動機まで遡って、帰国留学生ひとりひとりへの聞き取り調査を行うことができた。ウズベキスタンについては、帰国留学生の元の職場復帰率は低く、公務員から民間への転職に加え日本での就職の道を選んでいる者も他国と比較して割合が高く、卒業後の進路を追跡できない者があったことは、上記3国と異なる点といえる。受入れが始まったばかりのミャンマーについては卒業生1名への聞き取り調査を行った。ミャンマーの場合、日本の奨学金による留学が多いことから、送り出し機関への聞き取り調査も実施した。1990年代より多くの留学生を送り出している中国・韓国の元留学生への調査も今年度末から開始した。結果、今年度は、7カ国39名への聞き取り調査を行うことができた。各国での調査を行う中で、国・地域により卒業生の動向が異なることが判明し、留学効果の測定において各国別の分析結果の比較も重要であるとの考えに至った。なお、東南アジア現地調査では、同地域を担当する研究代表者が聞き取り調査を行ったが、ラオスについては、ラオス法の専門家でありラオス語の堪能な研究協力者にほぼ全員の聞き取り調査をお願いした。今年度も引き続き、現地での聞き取り調査および質問票の回収を行った。前年度までに東南アジア諸国についてはほぼ調査を完了したので、今年度は、モンゴル、および、1990年前後より多数の留学生を送り出している中国・韓国・台湾、および、本研究科受入れが少ないとはいえ我が国への留学生送出しの多いタイの元留学生への聞き取り調査も行った。これら3カ国では、1980年代から1990年はじめに入学した初期の留学生に聞き取り調査を行うことができた。また、本学卒業後引き続き日本国内で就職し滞在を継続している元留学生に対して、日本での就職を選択した経緯、現在の仕事と本学での勉学・研究との関連性・留学効果・現在から見た日本での教育の利点と功罪等について聞き取り調査を行った。面接が実施できない元留学生には、海外も含めてメールで連絡をとり、質問票への回答をお願いした。

なお、中国・韓国については20年以上に渡り留学生を受入れていることから、東南アジアの場合と異なり、帰国留学生間のネットワークは一部機能するにすぎず、所在確認の困難から他の国に比べて、卒業生数に比べて聞き取り調査数が低いとはいえるが、1990年代の帰国留学生への聞き取り調査によって、初期の本学での留学生への教育効果を測り、現在のそれとを比較することが可能となったことには意義がある。結果、今年度は7カ国56名への聞き取り調査を実施することができた。今年度は最終年度であることから、元留学生名簿のデータベース化作業を進め、また、聞き取り調査結果および質問票(19カ国161名)回答結果を集計するとともに、背景の異なる国々からの留学生という点を鑑み、分析評価が可能となるよう、カテゴリ(年齢・国籍・留学年度・コース・専攻・取得学位・前職と留学後の職業・滞在期間・使用言語など)別に留学の満足度を測るなど、各種視点からの統計と分析を可能にするデータ集計とデータ処理を行った。
NotchシステムによるTリンパ球活性化制御機構の解明とその臨床応用

[目的]Tリンパ球活性化は、様々な分子群あるいは細胞間の相互作用によって精巧に制御されている。この分子間の相互作用の全貌を解明し、それを基盤としてTリンパ球の活性化を人為的に制御することが出来れば癌および自己免疫疾患に対する免疫療法も可能になると期待される。我々はこれまで、Tリンパ球に発現するNotch分子の役割について研究を行い、NotchリガンドであるDelta1による刺激でグランザイムBを発現するCD8陽性Tリンパ球(CTL)の産生が増加し抗腫瘍効果が増強することを見いだした。これらの知見を基盤として、本申請では樹状細胞(DC)にDelta1を発現させることによる癌免疫療法の可能性について研究することを目的とする。[結果](1)Delta1を過剰発現させたDCを担癌マウスに投与すると、マウスの腫瘍径が著明に縮小することを明らかにした。(2)CD8陽性Tリンパ球を抗原刺激すると、Notch1とNotch2の発現がmRNAレベルで上昇することを確認した。さらに、Notch2遺伝子破壊マウスでは、CTL誘導のが著明に減弱していた。(3)もう一つのNotchリガンドであるJagged1を強制発現させた腫瘍細胞(B16)をB6マウスに移植すると、コントロール細胞と比較して、著明に腫瘍が増殖することが明らかになった。[考察]今年度の結果から、Delta1とNotch2の相互作用によってCTL分化誘導が促進することが明らかになり、その相互作用は個体内でも働きうることが解明された。また、Jagged1は個体内で腫瘍細胞の増殖を促進させる効果があることが明らかになった。しかし、Jagged1が腫瘍細胞の増殖を直接制御しているのか、血管新生に関与しているのか等についての作用機構については今後の課題である。CD4陽性Tリンパ球は抗原刺激により、1型(Th1)あるいは2型(Th2)ヘルパーTリンパ球へと分化する。Th1とTh2分化の異常により感染症や膠原病の疾患感受性が劇的に変化することが知られており、その分化機序を明らかにすることは非常に重要である。申請者はこれまでの研究により、CD4陽性Tリンパ球を抗原刺激と同時にNotchリガンドの一つである、Delta1によって刺激すると、選択的にTh1が誘導されることを見出した。さらに、抗原刺激はもう一つのリガンドであるJagged1による共刺激では、CD4陽性Tリンパ球の活性化が「完全」に阻害されることを見いだした。つまり、NotchリガンドとNotch分子の相互作用により、CD4陽性Tリンパ球の分化および活性化が精巧にかつダイナミックに統御されていることが示唆される。以上の研究結果より、本研究ではNotchシステムによる成熟Tリンパ球の活性化統御機構を解明し、それを用いた新規の免疫療法を確立することを研究目的とする。平成15年度には、マウスにDelta1を投与することにより、Th1分化が著明に促進することを明らかにした。また、その結果、マウス悪性腫瘍の拒絶をDelta1投与で促進させることが可能であることも明らかにした。本結果は、Delta1を用いた腫瘍免疫療法を期待させる。しかし、Delta1の効果がCD4陽性Tリンパ球に限定されているのかについては今後の課題であると思われる。Tリンパ球の活性化は抗原受容体からの刺激とともに、多彩な副分子機能によって調節されている。これまでの研究で、Tリンパ球にNotch分子が発現していることに着目し、Notch分子のTリンパ球機能に与える影響について研究を行ってきた。これまでに、CD4陽性Tリンパ球を抗原刺激と同時にNotchリガンドの一つであるDelta1によって共刺激すると、CD4陽性Tリンパ球に発現するNotch3を介してタイプ1ヘルパーTリンパ球に効率よく分化することを見出した。また、Jagged1による刺激によってTリンパ球の活性化が調節されていることも解明した。本年度にはDelta1によりCD8陽性Tリンパ球を刺激すると非常に効率よく細胞傷害性Tリンパ球が分化することを明らかにした。また、Notch1あるいはNotch3をTリンパ球に過剰発現させる細胞傷害性Tリンパ球への分化が著明に促進することを見出した。そして、その効果は、部分的ではあるがEomesによるエフェクター機能発現と関連していることも明らかになった。つまり、NotchリガンドとNotch分子の相互作用により、CD8陽性Tリンパ球の分化および活性化が精巧にかつダイナミックに統御されていることが示唆された。一方、現在までのところ、樹状細胞に発現させたJagged1による刺激では細胞傷害性Tリンパ球分化の促進効果は観察されなかった。以上の結果から、NotchシグナルはCD8陽性Tリンパ球分化においても非常に重要な役割を担っていることが明らかとなった。[結果]

(1)Delta1を過剰発現させたDCを担癌マウスに投与すると、マウスの腫瘍径が著明に縮小することを明らかにした。(2)CD8陽性Tリンパ球を抗原刺激すると、Notch1とNotch2の発現がmRNAレベルで上昇することを確認した。さらに、Notch2遺伝子破壊マウスでは、CTL誘導のが著明に減弱していた。(3)もう一つのNotchリガンドであるJagged1を強制発現させた腫瘍細胞(B16)をB6マウスに移植すると、コントロール細胞と比較して、著明に腫瘍が増殖することが明らかになった。[考察]今年度の結果から、Delta1とNotch2の相互作用によってCTL分化誘導が促進することが明らかになり、その相互作用は個体内でも働きうることが解明された。また、Jagged1は個体内で腫瘍細胞の増殖を促進させる効果があることが明らかになった。しかし、Jagged1が腫瘍細胞の増殖を直接制御しているのか、血管新生に関与しているのか等についての作用機構については今後の課題である。
口蓋裂における口蓋筋の退行性変化と筋再生の実験的研究

口蓋裂患者の場合,出生時にすでに口蓋筋の発達形成が悪いと考えられており,生後生理的な収縮が行えない場合には筋の発達がさらに阻害され,経時的に退行性変化を起こすと推察されるが充分には解明されていない。今回,我々は幼若ラットを用い,人工的に口蓋裂モデルを作成し,口蓋帆挙筋の経時的変化を形態学的・組織化学的に観察し若干の知見を得た。ウイスター系ラットを用い,口蓋裂群として,生後4週目にネンブタール腹腔内麻酔下に軟口蓋正中部を切断し,離断したまま断端を絹糸にて縫縮し口蓋裂を形成し,生後6週目,8週目,10週目に屠殺,口蓋帆挙筋を摘出した。対照群として無処理のラットの口蓋帆挙筋を生後4週目,6週目,8週目,10週目に摘出した。口蓋帆挙筋の連続凍結切片を作成し,HE,Gomoriトリクローム変法,actomyosinATPase,NADH,酸フォスファターゼ,非特異性エステラーゼの各染色を行い比較分析した。また,筋の一部をグルタルアルデヒド・カコジル酸,酸化オスミウムにて固定後,電顕用切片を作成し微細構造の変化を観察した。HE標本を画像解析装置nexus6810にて筋繊維数および筋線維断面積を測定し平均値を算出し週齢別の変化を検討した結果,各週齢の筋繊維総数の推移は対照群,口蓋裂群間に有意差を認めなかった。タイプ別筋繊維数では,口蓋裂群は対照群に較べタイプII線維数の割合が増加する傾向が認められた。筋繊維断面積では,10週目において口蓋裂群は対照群に較べ平均65.5%細小化していた。組織所見では,口蓋裂群において分葉状を呈す線維や筋原繊維の走行の乱れを認めた。口蓋裂モデルでは,非生理的条件下に置かれたことにより,筋線維の細小化のほかにタイプ比率の変化や退行性変化を生じることが示唆された。
メタロチオネイン分解酵素による水産廃棄物からの脱カドミウム技術の開発

生体内でカドミウムはメタロチオネイン(重金属結合低分子量蛋白質)と結合している。これを特異的に分解すれば水産廃棄物中のカドミウムをイオン化し分離できる。酵素分解を用いれば環境にやさしい水産廃棄物の脱カドミウム処理が可能になる。システイン・リッチなタンパク質であるメタロチオネインを特異的・積極的に分解する酵素は新規性が高く、今までにない性質が期待できる。我々の探索によって細菌Arthrobacter nicotnovorans 23-0-11株がカドミウム遊離能を持つ菌体外プロテアーゼを生成することを発見した。目的のプロテアーゼを単離するためA.nicotinovorans 23-0-11株の培養上清を2種類のイオン交換カラムクロマトグラフィーにかけて酵素を精製した。精製酵素の分子量は27kDaで、市販のプロテアーゼと比較して、ホタテ貝ウロからカドミウムを効率的に遊離させる特徴を示した。精製酵素の至適pHは7.0で至適温度は50°Cであり、pH3.0-9.0、60°C以下で安定であった。阻害剤の影響から本酵素は中性セリンプロテアーゼに分類される酵素であると推定した。遺伝子のクローニングを行うために精製酵素をプロテアーゼで断片化して4ヶ所の内部アミノ酸配列を得た。N末端を含めた5ヶ所にプライマーを設計してPCRを行い、部分配列を増幅した。それをもとに全長の遺伝子とアミノ酸配列を決定した。アミノ酸配列にはセリンプロテアーゼで保存されているモチーフが含まれていた。アミノ酸配列の相同性を検索したところArthrobacter sp.FB24の未同定タンパク質と69%の相同性を示した。既知プロテアーゼとの相同性は30%未満であり、新規プロテアーゼと考えられる。クローニングした酵素遺伝子を大腸菌に導入し、複合タンパク質として発現させた。複合タンパク質は封入体になって不溶化したため、現在ベクターと発現条件の検討をし直して活性のある形での大量発現を行っている。ホタテウロを工業的に処理するには、カドミウム脱離酵素の簡便な大量生産が求められる。本研究で選択した微生物Arthrobacter nicotinovorans23-0-11株のタンパク分解酵素を精製し、構造解析し、遺伝子クローニングして、本酵素の生産能力の向上へとつなげることが必要である。微生物A.nicotinovorans23-0-11株選択したを大量培養して、培養液に生産されたメタロチオネイン分解活性を持つプロテアーゼをDEAE-Toyopearl 650MとCM-Toyopearl 650Mの二つの陰と陽イオン交換クロマトグラフィーによって、単一タンパク質まで、精製した。酵素の精製収率は41.4%であり、25.4倍の精製率の向上が見られた。本酵素はSDS-PAGEによる解析の結果から、相対分子量は27KDaであった。

我々の探索によって細菌Arthrobacter nicotnovorans 23-0-11株がカドミウム遊離能を持つ菌体外プロテアーゼを生成することを発見した。目的のプロテアーゼを単離するためA.nicotinovorans 23-0-11株の培養上清を2種類のイオン交換カラムクロマトグラフィーにかけて酵素を精製した。精製酵素の分子量は27kDaで、市販のプロテアーゼと比較して、ホタテ貝ウロからカドミウムを効率的に遊離させる特徴を示した。精製酵素の至適pHは7.0で至適温度は50°Cであり、pH3.0-9.0、60°C以下で安定であった。阻害剤の影響と合成基質を用いた実験から本酵素はエラスターゼ様の中性セリンプロテアーゼであると推定した。遺伝子のクローニングを行うために精製酵素をプロテアーゼで断片化して4ヶ所の内部アミノ酸配列を得た。N末端を含めた5ヶ所にプライマーを設計してPCRを行い、部分配列を増幅した。それをもとに全長の遺伝子とアミノ酸配列を決定した。アミノ酸配列にはセリンプロテアーゼで保存されているモチーフが含まれていた。アミノ酸配列の相同性を検索したところArthrobacter sp.FB24の未同定タンパク質と69%の相同性を示した。既知プロテアーゼとの相同性は30%未満であり、新規プロテアーゼと考えられる。クローニングした酵素遺伝子を大腸菌に導入し、複合タンパク質として発現させた。複合タンパク質は封入体になって不溶化したため、今後は宿主とベクター、発現条件の検討をして大量発現を行う。
光触媒水素発生反応を組み合わせた完全バイオマスリフォーミングの構築

タケ、イナワラ、ススキ、イタリアンライグラス、ネピアグラスの同時糖化発酵によるバイオエタノールの副生産物であるキシロースは、白金担持酸化チタンによる光触媒反応(PR)によってエネルギー変換効率7391%で水素に変換した。クロレラの酵素加水分解物のPRでは、乾燥クロレラ10 g当たり579 mgの水素が得た。植物油類とメタノールのエステル交換反応で合成されるバイオディーゼルの副生物であるグリセロールおよび未反応のメタノールはPRによって高効率で水素に変換した。犠牲剤に種々の構造の異なるアミン類を用いてPRを検討した結果、すべての炭素にアミノ基または水酸基が置換すると水素発生収率が高くなった。1)リグノセルロース(タケ、イナワラ、ススキ)の同時糖化発酵(SSF)→キシロースの光触媒水素転換(PR)によるバイオ燃料化について検討した。リグノセルロースのアルカリ処理物をセルラーゼ、キシラナーゼおよび酵母菌を用いてSSFを行い、エタノールとキシロースを得た。次にキシロースを犠牲剤とする白金担持酸化チタンによるPRを行った。水素発生収率はそれぞれ74%97%であった。エネルギー変換効率をエタノールおよび水素の合計の燃焼熱で比較すると、タケ、ススキ、イナワラに含まれる糖質の燃焼熱を基準として、それぞれ73.4%, 91.1%, 85.0%である分かった。2)グリセロールは植物油類とメタノールとのエステル交換反応から副生物するものであり、これを犠牲剤に用いる白金担持酸化チタン光触媒水素発生反応を行った。植物油、メタノール、NaOHの混合物を61°Cで1時間加熱した。分液操作によってグリセロール(溶液A)を収率73.3%で得た。また、バイオディーゼルの水洗浄によって、未反応メタノール(溶液B)を回収した。溶液Aおよび溶液Bを犠牲剤とする白金担持酸化チタン光触媒によって水素に変換した。燃焼熱で計算したエネルギー回収率はほぼ100%である分かった。副産物のグリセロールと未反応のメタノールを同時に水素の変換できるシステムとして有用であると思われる。3)我々は、アルコールを犠牲剤とする白金担持酸化チタン光触媒水素発生反応において、「すべての炭素に水酸基が置換した場合に、水素発生量が理論量に近くなる」という隣接酸素原子アシストを見出している。本研究では、犠牲剤にアミン類を用いて、水素発生収率を検討した。その結果、アミノ基の置換した炭素に隣接する炭素上に酸素原子および窒素原子などのヘテロ原子が置換すると水素発生収率が高くなることが分かった。これらの結果からアミンおよびアルコールについて「隣接ヘテロ原子アシスト効果」が確かめられた。平成27年度は、立体配座の異なる糖類を犠牲剤とする光触媒水素発生反応について、水素発生効率の比較検討を行った。11種類の糖について、糖濃度に対する量子収率の両逆数プロットを行い、その切片から限界量子収率を、切片と傾きの比(I/S)から、ヒドロキシラジカルによる水素引き抜き反応速度を見積もった。その結果、グルコースのI/S値はマンノースからのそれに比較して、13倍速いことが分かった。グルコースと立体配座の異なる糖類であるマンノースおよびガラクトースなどとの比較から、ヒドロキシラジカルによる水素引き抜きはC2炭素で起こっていることが推察された。また、糖類の限界量子収率は、メタノールおよびエタノールの値と同程度であることが分かった。これらのことから、バイマスから得られたグルコースを酸化チタン光触媒による水素変換は、量子収率および反応速度の観点から、優れたバイオマスリフォーミング方法であることが分かった。リグノセルロースを主とするバイオマスの酵素糖化とそれで生成する糖類を犠牲剤として用いる光触媒水素反応を組み合わせたバイオマスリフォーミングについて検討を行っている。今回、糖類の構造と水素発生効率の関係を明らかにできた。当初計画にはなかった事柄であるので、計画以上に進展していると判断した。淡水性単細胞緑藻類であるクロレラは細胞中にあるクロロフィルによって光合成が行われ、空気中の二酸化炭素、水、太陽光とごく少量の無機質があれば大量に増殖することができるので有望なバイオマス資源である。しかし、クロレラの成分は、蛋白質45%、脂質20%、糖質20%などであることが知られており、糖質が少ないためにバイオエタノールの原料としては不向きである。そこで、クロレラからの水素生成について、酵素による加水分解を犠牲として用いる白金担持酸化チタン(Pt/TiO2)による水素生成反応を検討した。乾燥クロレラ(10.0 g)をリン酸緩衝液(60 mL)に分散させ、プロテアーゼ、セルラーゼ、またはキシラナーゼなどの加水分解酵素(1.0 g)を用いる酵素分解によって、クロレラの水溶化を行った。加水分解後、固形物を遠心分離で取り除き、可溶化部分(EH)を集めた。EH中の固形成分を分析するため、凍結乾燥で水分を取り除き、固形成分の重量を測定した。プロテアーゼを用いた場合、最も多くの可溶化成分が得られた。ニンヒドリン法によって、EHの主成分はアミノ酸であることが分かった。次に、得られた加水分解水溶液を犠牲剤とする光触媒水素生成反応を高圧水銀灯照射下で行った。乾燥クロレラ1.0 gから57.9 mgの水素を発生することに成功した。今まで、クロレラからの光触媒水素生成反応の報告はなく、本研究では、クロレラのバイオマス水素の原料としての可能性を検討できた。

過去三年間に行った「リグノセルロース、グリセリン、クロレラ」のバイオマスを出発原料とする光触媒水素発生反応のまとめて、クロアチアのInTech社から発行されている「Frontiers in Bioenergy and Biofuels」本にまとめる作業を行った。タケ、イナワラ、ススキ、イタリアンライグラス、ネピアグラスの同時糖化発酵によるバイオエタノールの副生産物であるキシロースは、白金担持酸化チタンによる光触媒反応(PR)によってエネルギー変換効率7391%で水素に変換した。クロレラの酵素加水分解物のPRでは、乾燥クロレラ10 g当たり579 mgの水素が得た。植物油類とメタノールのエステル交換反応で合成されるバイオディーゼルの副生物であるグリセロールおよび未反応のメタノールはPRによって高効率で水素に変換した。犠牲剤に種々の構造の異なるアミン類を用いてPRを検討した結果、すべての炭素にアミノ基または水酸基が置換すると水素発生収率が高くなった。1.バイオマスとして5種類のリグノセルロースを用いて、生化学的手法(同時糖化発酵)と光触媒的手法を組み合わせて、エタノールおよび水素に高いエネルギー回収率で変換することに成功した。2.栽培系のリグノセルロースからのバイオエタノール生産では世界最高収率にあたる84.6%をイタリアンライグラスの同時糖化共発酵で達成することが出来た。3.従来廃棄物となっていたバイオディーゼル合成時の副産物であるグリセロールを有効に水素転換できる方法を示した。4.従来からの経験として糖などのすべての炭素に酸素原子が置換した犠牲剤が犠牲剤として優れていることが分かっていた。そこで、本研究では収率と構造の関係を詳細に検討して、「隣接ヘテロ原子アシスト効果」を見出した。犠牲剤としての性能を構造で評価する方法として有用であると思われる。リグノセルロース類のバイオマスリフォーミングについては完了したので、藻類および食品製造廃棄物を原料とするバイオマスリフォーミングについて検討を行い、光触媒水素生成のバイマスリフォーミングへの活用の可能性を明らかにする。光触媒化学糖類を犠牲剤とする白金担持光触媒反応による水素発生を検討する。特に量子収率の測定によって、ヒドロキシラジカルによる水素引き抜きの反応速度定数を求める。糖には多くの立体異性体が存在するので、立体構造と反応速度定数の関係を明らかにする。
知能化センサネットワークによる障害・高齢者の健康リスク管理技術の開発

本研究では,在宅の障害者・高齢者の健康リスクを管理するための高度センシング技術の開発と,それらを統合的に運用するためのネットワークシステムの構築を目的とした.褥そう・温熱・ロコモティブシンドロームそれぞれのリスクに対応したセンシング技術を開発し,それらを統合・可視化するクラウドシステムを構築した.また,同システムを居宅環境に実装することで,リスクの検知と通知が可能なことを確認した.本研究では,在宅の障害者・高齢者の健康リスクを管理するための高度センシング技術の開発と,それらを統合的に運用するためのネットワークシステムの構築を目的とした.褥そう・温熱・ロコモティブシンドロームそれぞれのリスクに対応したセンシング技術を開発し,それらを統合・可視化するクラウドシステムを構築した.また,同システムを居宅環境に実装することで,リスクの検知と通知が可能なことを確認した.本研究では,在宅の障害者・高齢者の健康リスクを管理するための高度センシング技術の開発と,それらを統合的に運用するためのネットワークシステムの構築を目的とする.今年度は,i)褥瘡リスク検知のためのセンサシステムやii)音響による行動モニタリングのための要素技術の開発と,iii)センサ群を実装するためのネットワークシステムおよび,iv)検知したリスクを提示するための音声ガイダンスシステムの構築を実施した.以下に,それぞれの詳細を述べる.i)褥瘡リスク検知システムとして,体位変換の把握手法,濡れ検知センサー,せん断力センサの開発を行った.体位変換の把握手法として,Kinectが使用できるが,その信頼性について課題があり,継続検討を必要とした.濡れ検知は測定装置を開発し,濡れが測定できることを確認した.せん断力センサは小型化について検討したが,小型化の指針を得るべくFEM計算による変形予測や電流解析を行った他,センサを構成するパーツの精密な加工が必要になるため,レーザーによる切断加工やディスペンサーの利用を図った.また,センサに用いる回路の小型化をマイクロコンピュータを利用して行った.ii)屋内における活動量を音響センシングによって取得するための音響的特徴量抽出手法を検討し,音源方向推定と統合して小型PC上に実装した.iii)人間の会話インタラクションをプロトコル化した音声ガイダンスによって,検知したリスクを確実に伝え,行動を促すための提示内容・提示タイミング・提示回数等を設定可能な情報提示プログラムを構築した.また,情報提示プログラムの予備検証実験のためのセンサシステムを試作した.iv)様々な形式のセンサ情報を統合的に集約し,健康リスクを算出するためのネットワークシステムを構築した.実環境への実装の容易さを考慮し,必要に応じて通信プロトコルなどを柔軟に選択可能な仕様とした.本研究では,高齢者・障害者の健康リスクを監視し,リスクの上昇を探知してユーザにフィードバックする知能化センサネットワークの開発を目的としている.本年度は,統合システムのユーザインタフェースを設計・構築し,各種リスクの可視化プラットフォームを構築すると共に,以下のセンシング技術の開発を進めた.(1)高齢者の運動機能低下リスクに関する情報を得るためのセンサ:足音を分析して高周波帯域成分のパワーを抽出し,歩行周期を推定する音響処理システムを開発した.実際に家屋内で高齢者による模擬生活音を収録し,抽出精度の評価実験を行った.計221の歩行データのサンプルを用いて評価し,誤差50ms以内と100ms以内で各66.4%と85.5%の正解率が得られた.(2)車椅子使用者の褥瘡予防センサ:非接触距離センサ内蔵RGBカメラにより「除圧動作判別機能(車椅子使用者の動作が、除圧動作であるか否かを推定する機能)」について,その精度向上を目的として,健常成人7名を対象とした実験をおこない,判別式を改良した.また,臀部の濡れ消散機能評価センサを改良し, ISO16840-2で規定された臀部ダミーによるオムツの濡れ消散評価を試行し,部位による消散特性の違いが確認できた.(3)せん断力センサ:柔軟性のある材料のみからなる厚みの薄い剪断力センサの開発を行っており,本年度は厚みを約0.8mmまで薄くすることができた.特性評価試験では,せん断力に対して電極間インピーダンスの線型応答が得られている.(4)車椅子利用状況モニタリングシステム:臨床現場への介入実験の際に実施した調査の結果から,本人や介助者,看護者が必要とする車椅子上での日常生活サイクルを記録・提示できるものとし,病院や施設内での長期間利用に耐え,利便性が高いことを機能要件とし,それらを満たす無線式のデータログシステムを提案・開発した.本研究では,高齢者・障害者の健康リスクを多様なセンサ群によって監視し,健康阻害要因が顕在化する前に通知する知能化センサネットワークの開発を目的としている.本年度は,以下のセンサシステムの開発を進めると共に,全システムを統合し,住宅に実装することで,開発したセンサネットワークが健康リスクの管理に有用であることを実証した.(1)高齢者の運動機能低下リスクに関する情報を得るためのセンサ:本年度は,主に精度の評価とシステム実装を行なった.高齢者の模擬生活音で評価した歩行イベント判定で85.9%,若年健常者の片足にアンクルウェイトを装着して歩行器障害を模擬したデータで評価した歩行バランス(非対称性)の判定で81.8%の精度が得られた.(2)車椅子使用者の褥瘡予防センサ:本年度は距離センサ内蔵カメラにより除圧動作と通常動作を判別するアルゴリズムを改良するため,高齢者を対象に,「身体関節点群の相対位置と,臀部圧力の関係」を計測した.その結果,本システムを高齢者用に改良することができた.

(3)せん断力センサ:センサ加工方法に改良を加え,厚さ0.7mm(昨年度末で0.8mm)のものを作製した.また,センサの信号を処理する回路に改良を加え,無線でノートパソコンにデータを送信できる様にした.以上の一連の開発により,センサを車いす上の患者に取り付けることで褥瘡発生リスクを警告するシステムの枠組みができあがった.(4)車椅子利用状況モニタリングシステム:搭乗者にフィードバックするための転倒リスクの算出方法と,視覚化のための動画作成を行った.物理シミュレーションを用いた車椅子使用時の転倒被害算出手法の開発を行い,最終的に転倒の被害度についてはHIC(頭部傷害の度合い)から簡易傷害尺度スコアを算出し,視覚化の方法としては転倒事例を提示するためのシミュレーション動画を作成することができた.26年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は,計画通り,センサ統合システムのユーザインタフェースを設計・構築し,各種リスクの可視化プラットフォームを構築することができた.これにより,健康リスクの監視とユーザへの介入を実現できることとなり,来年度の実証評価に向けての最終的な準備が完了したと考える.また,要素センシング技術である,i)高齢者の運動機能低下リスクに関する情報を得るためのセンサ,ii)車椅子使用者の褥瘡予防センサ,iii)せん断力センサ,iv)車椅子利用状況モニタリングシステムについても,それぞれの完成度を高めると共に,実使用環境を想定した評価を進められている.リスク推定精度の向上や,センサプローブの特性・形状の改良などが達成できたことで,ユーザビリティの向上も期待できる.以上より,概ね順調に研究計画を遂行できているものと判断する.福祉工学次年度は,これまでに開発した各種センシング技術とセンサネットワークシステムを統合し,住宅環境で運用することでその有用性を評価することを目的とする.また,各センシング技術が,健康リスクの監視に十分な効果を発揮することを実験的に確認する.まず,要素センシング技術である,i)高齢者の運動機能低下リスクに関する情報を得るためのセンサ,ii)車椅子使用者の褥瘡予防センサ,iii)せん断力センサ,iv)車椅子利用状況モニタリングシステム,それぞれを構築したセンサネットワークシステムに接続し,サーバ内のデータベースを媒介した情報処理プロセスが遅滞なく進むことを確認する.次に,非接触距離センサ内蔵RGBカメラ,マイクロフォン,ワイヤレス加速度・角速度センサ,重心動揺計,人感センサ,せん断力センサ,といったセンサ群を住宅環境に実装し,各システムの動作及び有用性を確認する.最終的には,シナリオにもとづいて模擬ユーザが生活環境中を行動する中で,各システムが協調的に健康リスクを監視・通知できることを確認し,構築した知能化ネットワークシステムのフィージビリティを検証する.26年度が最終年度であるため、記入しない。センサ要素技術の開発と,統合システムの開発という今年度の目的は十分に達成できた.センサ要素技術に関しては,せん断力センサによる褥瘡リスク検知と音響モニタリングによるロコモティブシンドロームリスク検知のための基盤技術を確立できた.