hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
5.5次元設計時代のグリーンマイクロアーキテクチャの創成

本研究は,ムーアの法則終焉後のプロセッサ設計を支えることが期待されている2.5次元,および3次元実装技術,それぞれの潜在能力を十二分に引き出し,現存プロセッサを凌駕する電力効率を実現可能なマイクロアーキテクチャの実現を目指す.具体的には,微細化のみに頼らないオーバー・ザ・ムーア時代を見据え,垂直配線を積極的に利用するプロセッサ設計の要素技術に関する研究を推進した.細粒度から粗粒度まで様々な設計粒度における積層技術の有効性検討を通して,性能.・電力・コストのトレードオフを考慮しながら適材適所でTSVを活用することで,プロセッサ・システムの電力効率を飛躍的に向上可能であることを明らかにした.平成26年度は,本研究課題で上げた以下3項目に関する初期検討に取り組んだ.1.さまざまな回路規模・設計における垂直積層技術の有効性2.三次元積層技術の潜在能力を引き出す事が可能な設計方法3.性能・電力・設計コストを考慮した5.5次元グリーンマイクロアーキテクチャ項目1では,汎用のマルチコアプロセッサと三次元積層型DRAMの垂直積層,マルチコアプロセッサとDRAMの2.5次元実装を想定したシミュレータによる評価環境を構築し,ベンチマークプログラムを用いた3次元,2.5次元実装による大幅なメモリアクセスレイテンシの短縮,メモリアクセスに係る消費電力削減の潜在能力を有することを明らかにした.項目2では,浮動小数点回路を対象に性能・電力を最大化する回路分割・積層方法に関する研究を遂行し,大規模な算術演算回路における細粒度三次元積層の有効性を明らかにしている.項目3では,項目1で構築した評価環境を用いて,キャッシュ階層・構成の異なる評価を行い,ワーキングセットに応じて性能と消費電力を両立するキャッシュ構成がことなることを示した.また,三次元積層技術によって与えられる大規模なメモリ容量を用いて,システムの信頼性を向上させる機構に関する研究にも取り組んだ.これらの成果は2本の国際会議論文として投稿し,その成果を発表している.平成27年度は本研究課題で掲げた以下の3項目に関する研究を遂行した.項目1.さまざまな回路規模・設計における垂直積層技術の有効性項目2.三次元積層技術の潜在能力を引き出す事が可能な設計方法項目3.性能・電力・設計コストを考慮した5.5次元グリーンマイクロアーキテクチャ設計項目1に関しては,昨年度までに構築した評価環境を用いて,三次元積層メモリとマルチコアプロセッサをシリコンインターポーザーに実装した計算システムの性能評価を行い,三次元積層技術より与えられる高いメモリバンド幅を活用出来ないアプリケーションが存在し,メモリシステムのエネルギ効率の低下を招く場合があることを明らかにした.また,項目2に関しては,中規模の回路として,倍精度の浮動小数点積和演算回路を対象に細粒度,粗粒度積層を適材適所で使い分けることで演算回路の遅延時間縮小,消費電力削減が可能であることを明らかにするとともに,エネルギ効率を向上可能な回路分割手法を提案している.項目3においては,項目1,2で得られた知見に基づき,垂直積層技術下におけるラストレベルキャッシュの電力効率化手法,マルチチャネルメモリのためのアドレスマッピングを提案し,その有効性を明らかにした.これらの成果の一部は高性能計算に関する国際会議ISC2015における招待講演,国際会議,国内研究会等で発表した.設定した各研究項目において,当初の計画通りに検討を進め,最終年度の取りまとめに向けた用意が出来ていると判断している.平成28年度は最終年度ということもあり,これまで本研究を通して得られた知見に基づき,細粒度積層から粗粒度積層まで異なる積層粒度におけるTSVを用いた垂直積層の有用性を検討すると共に,5.5次元システムにおけるメモリサブシステムの電力効率化に取り組んだ.具体的には,申請書に示した以下2つの研究項目・3次元積層技術の潜在能力を引き出す事が可能な設計方法・性能・電力を考慮した5.5次元グリーンマイクロアーキテクチャ設計の明確化に取り組んだ.細粒度積層技術を用いた演算回路設計においては,TSVを用いた3次元積層型浮動小数点積和演算回路設計手法を提案し,回路分割規模の大小により演算回路の電力,遅延時間の抑制可能な事を示し,その有効性を明らかにしている.また,アーキテクチャ・マイクロアーキテクチャレベルの粗粒度設計においては,5.5次元実装された計算システムにおけるメモリサブシステムの電力効率改善手法を提案している.提案手法では,アプリケーションのメモリアクセス特性に応じてラストレベルキャッシュをバイパスする事で,シミュレーションによりその有効性を明らかにしている.これらの他にも,3次元積層型メモリの省電力アドレスマッピング手法,新規デバイスを用いたキャッシュ管理機構等,5.5次元積層型マイクロアーキテクチャの高エネルギ効率化に向けた要素技術に関する研究に取り組んだ.これらの一連の成果は,国際会議,論文誌等において,学術論文として成果発表を行った.本研究は,ムーアの法則終焉後のプロセッサ設計を支えることが期待されている2.5次元,および3次元実装技術,それぞれの潜在能力を十二分に引き出し,現存プロセッサを凌駕する電力効率を実現可能なマイクロアーキテクチャの実現を目指す.具体的には,微細化のみに頼らないオーバー・ザ・ムーア時代を見据え,垂直配線を積極的に利用するプロセッサ設計の要素技術に関する研究を推進した.細粒度から粗粒度まで様々な設計粒度における積層技術の有効性検討を通して,性能.・電力・コストのトレードオフを考慮しながら適材適所でTSVを活用することで,プロセッサ・システムの電力効率を飛躍的に向上可能であることを明らかにした.設定した各研究項目において,当初計画通りに基本検討を進め,27年度以降の研究を推し進める準備が整ったため.

基本的には当初の計画通りに,先に掲げた各研究項目の深化させながら,項目1,2において得られた成果に基づいた性能・電力・設計コストを考慮した5.5次元グリーンマイクロアーキテクチャ設計に取り組む.特に設計コストを意識したアーキテクチャ設計,信頼性を考慮した設計手法の確立に取り組む予定でいる.28年度が最終年度であるため、記入しない。計算機アーキテクチャ,高性能計算基本的には研究計画にあるとおり,3つの研究項目に取り組む.特に平成26年度に研究項目1,研究項目2で得られた成果を元に研究項目3の「性能・電力・設計コストを考慮した5.5次元グリーンマイクロアーキテクチャ」の開発に徐々に軸足を移し,本研究で設定した目的の達成を目指す.併せて,27年度以降は,国際会議,学術論文を通して精力的に対外発表を行っていく予定である.差額が生じた理由としては,(1)旅費の支出,(2)その他の支出が想定より少なかったことが上げられる.旅費や会議参加費に関しては,調査よりも研究推進に注力したため出張の回数が想定よりも少なく,それに伴う支出が抑えられたと考えている.28年度が最終年度であるため、記入しない。差額が生じた理由としては,(1)研究補助の学生の謝金,(2)調査旅費,(3)物品費が当初予定よりも減少しているためである.(1)に関しては,研究テーマ設定等,本研究に従事させる学生が確定するまでに時間を要したこと,(2)に関しては,調査よりも,次年度以降本研究を発展させていく上での評価環境構築に注力したこと,(3)に関しては,既存設備を効率的に活用することが出来たため想定した機器の導入を見送ったことが上げられる.最終年度は,得られた成果をこれまで以上に積極的に発表する予定でおり,28年度に繰り越した経費は,引き続き本研究を効率的に推進するために適切に利用していく.具体的には積極的な成果発表の旅費,論文印刷費による利用,追加の計算環境の導入による研究の効率化を図る予定でいる.28年度が最終年度であるため、記入しない。27年度に繰り越した研究費は,今後効率的に本研究を推進する上で適切に用途を選択しながら執行していく.具体的には前年度購入を見送った機器の購入,年度当初からの研究補助・支援者への謝金を計上し,研究を推進させる.また,これらの成果を精力的に発表するための旅費として執行する予定でいる.28年度が最終年度であるため、記入しない。
乾燥機中に桟積みした木材の個別含水率の高周波CTモニタリング法開発

乾燥機内部に桟積みした木材の含水率を、高周波CT技術を用いて推定する方法を研究した。小試験体と実大スギ正角材による乾燥実験を行い、乾燥中の木材インピーダンスの変化を観測した。得られた桟積みの積算含水率に逆計算法を適用して個別木材の含水率を推定した。推定含水率は、繊維飽和点以上の高含水率範囲でばらつきが大きかったが、商業的な含水率検査で重要な15-20%以下では推定含水率と全乾法含水率の差は減少した。次の三点について検討した。1.電極配置の影響:3×3配列の試験体(断面30mmX30mm)を桟積み状態で生材から乾燥過程でインピーダンスを計測するように,供給側に平板,検出側に分割電極(電極幅30mm,電極間の隙間10mm)を配置した。検出側電極を順次切り替え,4端子法により行・列方向の局所インピーダンスを計測し,水分の偏りが検出された。試験体の桟積み位置を変えるとインピーダンスが変化し,電極間の位置で感度の不均一性が認められ,電極に近い位置の感度の大きかった。試験体6段配置の場合にも同様な傾向が認められた。検出側電極に接する試験体が欠落するとその影響が大きく,電極配置と電界強度に関する情報がえられた。2.周波数依存性:周波数100Hzから30MHzの範囲でインピーダンスはほぼ単調に低下し,1MHz以上での変化は小さくなった。1MHz以上では電極を繋ぐリード線の容量に起因すると考えられる共振が数箇所で起こり,インピーダンスと位相が大きく変化した。含水率変化の検出には,共振現象が発生しない,安定して比較的インピーダンスが大きい値を示す100kHzから1MHzあたりの周波数が適すると考えられる。3.トモグラフィー逆計算:インピーダンスから積算含水率への変換式は高含水率と低含水率で二本の指数関数で接続した。逐次近似法による含水率の逆計算結果は,繊維飽和点以下では全乾法による値の傾向と近似したが高含水率域ではばらつきが大きくなった。逆計算アルゴリズムに起因するずれが生じることがわかり,6×6配列の場合について検討した結果,桟積みの四隅と中央付近の含水率を小さめに,その他の部分を大きめに予測する傾向が見られた。個別木材の含水率に変換する際のポスト処理に利用する補正の手順が得られた。自然乾燥中における桟積み木材による計測:自然環境下で小試験体(3cm×3cm×65cmスギ生材)および実大柱試験体(10.5cm×10.5cm×2mスギ生材)を6列6段の桟積みにしてインピーダンス計測(100kHz,10kHz)を行った。桟積み木材の行・列方向のインピーダンスは乾燥の進行に伴う含水率変化を反映し、インピーダンスから積算含水率への換算式を導いたのち逆計算法によって個別木材の含水率を推定した。特異的に含水率の高い試験体が電極に接する位置に存在すると電気力線のゆがみが生じ、推定含水率の誤差の要因となったので、その修正法を導いた。推定された含水率は、繊維飽和点以上の含水率の高い範囲でのばらつきが大きかったが、人工乾燥材において含水率検査で重要となる15-20%では狭まった。全乾木材について室温から90°Cにおけるインピーダンスの温度依存性が観測されたが、乾燥による含水率変化の影響が重要であった。実機による人工乾燥への適用試験:実大スギ柱材(10.5cm×10.5cm×3m、生材)を蒸気式木材乾燥機中に6列6段の桟積みにして高温低湿処理乾燥プログラムに従って乾燥を実施し、インピーダンス計測(10kHz)を行った。実大柱材の乾燥においてもインピーダンス変化が観測され、検討した手法が乾燥機外部からの含水率モニタリングに有効なことがわかった。総合的にみて、分割電極を配置して逆計算法を適用する高周波水分CT方法は、従来乾燥機中などモニタリングが困難であった桟積み木材の乾燥推移を予測するのに有効であり、推定含水率の精度向上には逆計算のアルゴリズムの改善であることがわかった。
極短ゲートGaN HEMTの製作と特性評価に関する研究

本研究では極短ゲートGaN HEMTの実現を目的に、そのデバイス製作技術を検討するとともに、GaN HEMTの特性評価をとおして特性向上の課題を検討した。主要な結果は以下のとおりである。1.GaN HEMTの表面をSi_3N_4膜で保護することにより高出力化の制限要因となっていた電流コラプスを抑制できることを明らかにした。2.GaN HEMTの高出力化にとって重要な動作時の素子温度上昇を測定する方法として顕微ラマン法を検討し、本方法が温度測定に有用であることを示すとともに、ゲ_ト端で温度上昇が大きいことを示した。3.GaN HEMTではゲートリーク電流が大きいこと、ゲート下にSiN_3絶縁膜を挿入したGaN MISHEMT構造により、ゲートリーク電流を3桁低減できることを示した。4.電子ビーム描画を用いたGaNHEMTの短ゲート化を検討し、0.2μmT型ゲートにより電流遮断周波数54GHを実現した。1.GaN HEMTの高温での高周波特性の評価・解析を行い、電流遮断周波数、実効電子速度が室温から187°Cに上昇することにより35%減少することを明らかにした。2.GaN HEMTの低周波雑音の温度特性を評価し、深い準位に対応したローレンツ型の雑音スペクトルを観測するとともに、その活性化エネルギーが0.31eVであることを明らかにした。3.衝突イオン化が起こるバイアス領域でドレイン電極端でのEL発光を観測し、ドレイン電極端で電界集中が起こっていること、この現象が表面準位を導入することで説明できることを明らかにした。4.GaN HEMTのバイアスストレスによる電流減少(電流コラプス)を詳細に評価し、表面準位がその原因となっていることを明らかにした。2.GaN HEMTの高出力化にとって重要な動作時の素子温度上昇を測定する方法として顕微ラマン法を検討し、本方法が温度測定に有用であることを示すとともに、ゲート端で温度上昇が大きいことを示した。4.電子ビーム描画を用いたGaN HEMTの短ゲート化を検討し、0.2μmT型ゲートにより電流遮断周波数54GHを実現した。
「癒し」を手がかりとする博物館の副次的機能論の構築

博物館施設や博物館活動は本来の目的とは異なる「副次的機能」を持つことがあるが、その博物館学上の位置づけは明確でないため、実例情報を系統的に収集整理して理論化することが課題である。そのため、まず「癒し」の機能を手がかりとした網羅的概観を試みた結果「場を提供する機能」「力を紹介する機能」「研究成果を提供する機能」の3つから「副次的機能」が派生し得ると整理できた。そのうち「場を提供する機能」から派生する機能に関わる実証データを整理し、「副次的機能」を派生し得る施設として全国2,258館のうち484館に独自施設、177館に併設施設の存在が確認できることなどを示した。研究実施計画(1)の、研究組織各構成員が現在および過去に関わった各博物館での事例抽出については、主に連携研究者の中藤が琵琶湖博物館の展示室で展示交流員(展示室に常駐するスタッフ)が来館者との交流活動の中で特に印象に残ったことを書き留める業務日誌である「交流ノート」の内容を分析し、本研究の趣旨に関わる実例の抽出を試みた。研究実施計画(2)の、既存事例に関する文献の再検討および当該館への聞き取り調査については、まず博物館が持つ研究資源と全く無関係に展開されている貸館機能を博物館事業と融合させて一体的に運営している事例である野田市郷土博物館・市民会館を訪問した。その結果、施設全体のメインのミッションを「キャリアデザイン」におくことによって、貸館事業と博物館事業を無理に融合せず、巧く連携できる部分は連携していくという発想であることが解った。また、特に副次的機能のことを意識していないと思われる一般的な館における事例として、動物園、科学館、歴史系を中心とする博物館、文学館、地域美術館の5種の館がいずれも市立で運営されている旭川市において、共通の背景を有する多種多様な立場にある館の情報を系統的に収集することを試みた。その結果、各館種の特性に応じた具体的な事例、例えば動物園では学校行事での利用が学級運営に役立つ作用、科学館では小学生やボランティアの「居場所」としての作用、文学館では集客手段としてのラウンジ機能などが洗い出された。研究実施計画(3)の文献調査および研究実施計画(4)のセミナー実施は実現に至らなかった。前年度に引き続いて、既存事例に関する該当館への聞き取り調査として、開館直後からロビーコンサートを積極的に展開していた、この分野では先進的な博物館である大阪府立弥生文化博物館を訪問し、運営に際しての基本的な考え方や運営の実際について調査した。この調査と前年度の調査結果に基づいて考察を進め、学会発表を通じて議論を深めた。その結果、副次的機能のうち博物館の「研究過程や研究成果を共有するための場を提供する機能」が「住民が集う場を提供する機能」に転化することによって生じる機能に関する論点が、展示室などの博物館内空間を目的外利用することの是非に関する問題や、他の文化施設との複合施設における構成施設間の相互調整の問題と連関しており、これらの問題についての実態調査が副次的機能の位置づけを考える上で重要であることが明らかになった。そこで、当初から予定していた「文献調査」を目的外利用や複合施設に関する条件の調査に集中して行うこととした。具体的にはインターネットで公開されている情報を可能な限り多数の博物館について広く収集して基本的な分析を加えた。前年度に引き続いて、博物館の副次的機能のうち、「研究過程や研究成果を共有するための場を提供する機能」が「住民が集う場を提供する機能」に転化することによって生じる機能に関する論点に重点を置き、学会発表を通じて議論を深めながら考察を進め、重要と思われる事例を中心に事例調査を進めた。具体的には、前年度に実施した、目的外利用や複合施設に関する条件を中心とする「文献調査」の結果を参考に、典型的と思われる事例をいくつか選び、当該施設とその近隣施設を中心に訪問調査を行った。その過程で、「駅前科学館」が「待ち時間を過ごす場」として機能し、それが博物館としての集客機能に結びついている複数の事例を見出した。そこで、これが典型的な事例と言えるのかどうかを検証するために、「待ち時間を過ごす場としての駅前科学館」の条件を完全には満たさない事例を選んで訪問調査を行うと共に、この条件を完全にあるいは部分的に満たす事例を全国の科学館のリストから選び出して電子メール等による問い合わせ調査を行った。その結果、「駅前科学館」ではあっても主な対象を低年齢層と想定していて夕方の開館時間を遅くまで設定していない館では「待ち時間を過ごす場」の機能が発揮されないこと、「駅前美術館」でも似たような機能があるものの、科学館に較べて来館者の目的意識が展示内容に特化されていて単なる「待ち時間を過ごす場」としては機能していない可能性が高いことなどが明らかとなった。また、この問題は、科学館が如何にして抽象的概念を伝えるかという問題とも関連するため、この問題について、本研究課題に引き続く次の研究課題を意識した考察を行い、学会発表を通じて議論を深めた。

そのうち「場を提供する機能」から派生する機能に関わる実証データを整理し、「副次的機能」を派生し得る施設として全国2,258館のうち484館に独自施設、177館に併設施設の存在が確認できることなどを示した。対象とする問題に対する考察の進展により、当面の対象とする論点を絞り込むことができた結果、その部分に集中して人件費を投入することができたため。博物館学・湖沼海洋物理学前年度に収集して基本的な分析を加えたデータについて、さらに深く分析を進め、特徴的な館や考え方の手がかりと成り得る館の洗い出しを進めて、必要に応じて聞き取り調査を行うことにより、副次的機能の位置づけを考えていくための指針を策定することを目指す。なお、当初計画では参考事例の関係者を招聘したセミナーの開催を予定していたが、この手法は有効と思えない状況になってきたため、むしろ聞き取り調査の充実によって考察を進展させることを目指す。他の研究課題や事業が申請段階で想定していたより遥かに多く、本研究課題に想定通りのエフォートを割くことができなかったため。端数残額である。研究実施計画(3)の文献調査を早急に進めるとともに、既に行った聞き取り成果も含めて関連する事例の理論的位置づけを整理し、学会発表などの形で公表していくことによって、今後の方向性を確定していく。手数料等の雑費に充当する。研究遂行が想定より遅れ、特にセミナー開催が実現に至らなかったため、その所要費用が未使用となっている。次年度の研究遂行を、初年度に予定していて未実行となった内容も含めた内容に組み替える。
遺伝子発現制御系の進化を評価するシステムの開発

本研究の目的は遺伝子発現制御系を構成する転写制御因子とそのターゲット遺伝子、この両者の相互作用の結果である「ターゲット遺伝子の発現」を種を越えて定量ならびに定性的に捉えるための解析手法を開発することである。このために、遺伝子発現制御系として転写制御因子POUとそのターゲット遺伝子を選び、以下の各項目を段階的に進め、系の開発をおこなった。(1)転写制御因子POU蛋白の分離・精製(2)POU蛋白のターゲット遺伝子の分離ターゲット遺伝子を分離するために、抗体法(POU蛋白に対する抗体をもちいて、POUが結合したDNA領域をその複合体として抗体アフィニティー・カラムにて分離する方法)とDNA結合法(POU蛋白が結合したDNA領域をメンブレンに対するアフィニティの違いにより分離する方法)の2つの独立した方法を試みた。しかし、POUのように一次構造上の類似性を有する遺伝子ファミリーを形成している転写制御因子の場合、抗体法では用いる抗体の特異性(paraloguesに対する交叉性)が問題となった。結果として、DNA結合法によりターゲット遺伝子の分離を試み、成功した。(3)ターゲット遺伝子の構造ならびに機能解析現在までに分離されたターゲット遺伝子は2つである。決定した塩基配列からは、既知の遺伝子あるいはそれらと類似性のある遺伝子ではないことが示され、現在その詳細な分析を継続中である。(4)種を越えた遺伝子発現調節の解析POU蛋白そのものの転写制御活性を生物種を越えて解析するために、酵母由来のGAL4の系を組み立てた。生物の系統進化を分子を指標として探ろうとする分子系統進化学的研究はこの四半世紀の間に飛躍的に展開され、生物の系統・分類研究に欠かせない分野となってきた。しかし、分子系統研究からでは生物それぞれの種に固有な形態を論ずることは不可能であった。一方、ショウジョウバエの形態形成に係わる遺伝子群の解析から,これらの遺伝子は他の遺伝子の発現を制御する転写調節因子であることが明らかになった。その結果、それぞれの種はどのような遺伝子発現制御系をもち、またそれらの制御系は生物進化の過程でどのように変遷してきたかを明らかにすることが、形態の進化を分子レベルで理解するために非常に重要な課題であることが示された。本研究の目的は,遺伝子発現制御系を構成する転写制御因子とそのターゲット遺伝子、この両者の相互作用の結果である「ターゲット遺伝子の発現」を種を越えて定量ならびに定性的に捉えるための解析手法を開発し,遺伝子発現制御系の進化を分子レベルで解析し評価するシステムを構築することにある。そこで遺伝子発現制御系として転写制御因子POUクラスIIIをもちい研究を進めた。これまでに完了させたプロセスは以下の通りである。(1)先に準備段階としてスタートしていた転写制御因子そのもの構造に関する解析,(2)その成果(塩基配列データに基づく数理解析を含む)を踏まえたin vitro系でのPOU蛋白の発現・分離と精製,(3)POU蛋白と結合したDNA領域のメンブレンに対するアフィニティの違いによるPOU蛋白のターゲット遺伝子の分離。現在は,得たターゲット遺伝子の構造解析と共に,遺伝子発現系としての機能同定(ターゲット遺伝子に対するPOU蛋白の転写制御活性の解析)を進めている。また,種を越えた遺伝子発現調節の解析のために,種々の生物種由来のPOU遺伝子の一次解析をおこなっている。当研究の目的は遺伝子発現制御系を構成する転写制御因子とそのターゲット遺伝子、この両者の相互作用の結果である「ターゲット遺伝子の発現」を種を越えて定量ならびに定性的に捉えるための解析手法を開発することである。(1)転写制御因子POU蛋白の分離・精製(2)POU蛋白のターゲット遺伝子の分離本実験に関しては抗体法(POU蛋白に対する抗体をもちいて、POUが結合したDNA領域をその複合体として抗体アフィニティ・カラムにて分離する方法)とDNA結合法(POU蛋白が結合したDNA領域をメンブレンに対するアフィニティの違いにより分離する方法)の2つの独立した方法をおこなった。

抗体法では用いる抗体の特異性(paraloguesに対する交叉性)が問題となり、結果としてDNA結合法によりターゲット遺伝子の分離をおこなった。(3)ターゲット遺伝子の構造ならびに機能解析現在までに分離されたターゲット遺伝子(cDNA)は2つである。決定した塩基配列からは、既知の遺伝子あるいはそれらと類似性のある遺伝子ではないことが示された。現在その詳細な分析を継続中である。(4)種を越えた遺伝子発現調節の解析POU蛋白そのものの転写制御活性を生物種を越えて解析するために、酵母由来のGAL4の系を組み立てた。
ヒト正常大腸粘膜DNAに結合していることがわかった2種の発癌物質の化学講造の同定

大腸発癌において、食物中に存在する発癌物質や胆汁酸が重要な役割を果たしていると考えられている。そこで、総胆管ドレナージをおこなった胆石症患者から絶食期を経て次第に食事摂量が増加していく過程の胆汁を経日的に集めブルーレーヨンなどを用いて発癌物質の精製を行なった。これと2重鎖DNAを試験管内でインキュベートし、DNA付加体が生成されているかを^<32>P-ポストラベル法を用いて検討したところ、約3種類のDNA付加体が生成されることが解った。これら胆汁中に存在するDNAと結合し得る物質は食事摂取量が増加するにしたがって上昇する傾向が認められた。現在、化学構造分析に足りる充分な量のDNA付加体を得るための方法、例えば、肝臓のミクロゾームに含まれる代謝活性化酵素や各種の脱抱合酵素を使用する方法や、大量の胆汁から目的物質を精製する各種の方法を検討中である。一方、生体内に存在する4種類の胆汁酸と、その各々の抱合型胆汁酸、計12種類の合成胆汁酸を試験管内で反応され^<32>P-ポストラベル法で解析したところ、内4種類がDNAと結合能を有していることが判明した。従来、胆汁酸は発癌過程でプロモーターとして働くと考えられていたが、今回、胆汁酸がDNAと結合し発癌のイニシエーター(突然変異原)として働く可能性が示されたことは世界で初めてのことである。また、これらの付加体生成においては、反応液中の胆汁酸濃度が0.001mg/mlから1.0mg/mlという10^3倍の広範囲にわたり、直線的な用量相関がみられることがわかった。また4種類の胆汁酸の内のひとつから生成されるDNA付加体は、ヒト大腸や肝臓に存在する発癌物質-DNA付加体の一部と2次元薄層クロマトグラフィー上極めて類似しているため、その異同を現在確認中である。
銀含有ハイドロキシアパタイトコーティングに関する研究

銀含有ハイドロキシアパタイト(銀HA)の特性を調査するため、in vitroおよびin vivoにおいて抗菌性能、生体活性、安全性について評価を行った。Ag-HAは従来のHAの効果を阻害することなく抗菌性を発揮し、有害な副作用も認めなかった。銀HAのバイオフィルムに対する効果についてin vitro, in vivoにて形成阻害効果を確認することができた。銀HAコーティングを用いた人工股関節全置換術用インプラントを使用した臨床試験では、銀HAは人体に副作用を引き起こすことなく良好な結果を得ることができた。銀HAは人工関節治療において感染を予防し、良好な成績を得る事が期待できる有用な技術である。1.銀含有ハイドロキシアパタイト(以下銀HA)の銀含有濃度と抗菌性の関係:3wt%銀HAはin vitroにおいて、大腸菌、表皮ブドウ球菌、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌に対し優れた抗菌性を示していた。さらにin vivoでの有効性を示すため、ラット脛骨を用いた骨髄炎モデルを作成し、3wt%銀HAはHAと比較し有意に菌の増殖を抑える事ができた。また採取した脛骨のX線検査、病理検査でも優れた抗菌性を示した。2.銀HAの銀含有濃度と骨伝導能の関係:HA、3wt%銀HA、50wt%銀HAがコーティングされたdisc上で骨芽細胞を培養したところ、50wt%銀HAでは高度の細胞障害が認められた。一方3wt%銀HAにおける細胞障害はHAと有意差は見られなかった。In vivoでは、ラット大腿骨へ挿入したインプラントの引き抜き試験を行い、50wt%銀HAでは初期固定力が低下していたが、3wt%銀HAの固定力はHAと有意差はなかった。採取した大腿骨を用いた病理検査でも3wt%銀HAはHAと同等の骨形成を認めた。3.銀HAのラット臓器内での銀蓄積性、臓器毒性:HA、2%銀HA、50%銀HAをコーティングした試験片をラット両脛骨骨髄内へ挿入し、急性期・亜急性期で血液検査及び各臓器の銀濃度を測定した。各臓器の平均銀濃度は、4-8週ではいずれも50%銀HAが他の2群に比べて有意に高かったが、12週では全臓器で3群間に有意差を認めなかった。全期間、全臓器でHAと2%銀HA間に有意差を認めなかった。また全群で銀による明らかな生化学データの異常は認めず、組織学的異常所見も認めなかった。良好な臨床研究結果を得て、2016年4月より、銀HAコーティングインプラントの市場販売が開始された。長期経過について注意深く観察していく予定である。また一方で銀HAはさらなる技術応用が可能であり、今後も研究を続けていく予定である。研究計画へ挙げた課題のうち大部分で良好な結果が得られている。その結果を国際学会で発表し、整形外科分野で著名な雑誌へ採用されており、十分な評価を受けているため。人工関節当初の計画通り、in vitro、in vivoで良好な結果を得られたため、銀HAをコーティングしたインプラントを用いた臨床治験を開始した(UMIN ID : UMIN000012433)。現在結果を注意深く観察中である。またそれと並行して、近年感染分野で注目されているバイオフィルムに対し、銀HAが形成阻害効果を示す事ができるかについてin vitro、in vivoでの実験を行っていく予定である。前年度の使用については主に研究の際の物品の納入に使用した。学会発表等での旅費などがまだ使用していない状況である。今後研究のデータ集積などの処理にパソコンの購入、また学会発表等での旅費等による支出を計画している。
超局所解析による非線形偏微分方程式

1.この研究の主目的は、ボルツマン方程式の拡張された速度離散モデルおよび1点で強双曲性が退化している非線形双曲型保存則系を調べることにあるが、最終目的は、より広範囲の流体力学の方程式および非線形双曲型保存則系を解明することにある。2.(1)P.L.Lionsらによって、ボルツマン方程式を「解く」ことが流体力学の種々の方程式を「解く」ことにつながることが示されているので、研究の最終目的は、これらの流体力学の方程式の離散モデルの解の様子を把握することにある。(2)強双曲性が1点で退化しているような2*2保存則系について浅倉史興氏(大阪電気通信大学教授)と共同研究を続けている。この方程式は石油貯蔵流などに応用があり、大変重要な意味を持つが、数値計算なしには現在のところ結果が得られていないので、数学的に解明することは重要である。Schaeffer-Shearerによる分類case IIVのうち、IとIIについて、われわれのこれまでの研究により得られたリーマン問題の衝撃波解が十分意味のあるものであるかを研究した。このためにこれらの解(弱解)が、粘性消滅法の解の極限であるかという意味で許容条件を満たすかについて研究成果をあげ、得られたその結果を論文(7編うち4編は発表済み、2編は受諾済み、1編は投稿中)に纏めることが出来た。(3)解の存在を証明する手法である粘性消滅法を一般化することを指導中の大学院生・藤野直樹氏と共同研究し、得られた結果を論文(4編のうち2編は受諾済み、2編は投稿中)に纏めることが出来た。(4)LeFlochらにより、保存則に現れる発散形においては有界変動関数と測度の積が定義されることが知られているが、その手法を駆使して、相対論効果を考慮に入れた流体のEuler方程式の真空を含む時間大域解の存在をLeFloch氏(director of research at CNRS)と共同研究中である。これは、相対論効果の無い場合のLeFlochらの結果の拡張であるが、途中まで得られた成果を数理研講究録に纏めつつある。(1)P.L.Lionsらによって、ボルツマン方程式を「解く」ことが流体力学の種々の方程式「解く」ことにつながることが示されているので、研究の最終目的は、これらの流体力学の方程式の離散モデルの解の様子を把握することにある。(2)Perthameらにより、非線形双曲型保存則系を単独方程式に変換するkinetic formulationsという解の一意性を導く上で有効な新たな手法が開発され、この応用については現在Perthame氏と共同研究中である。(3)ボルツマン方程式の拡張された速度離散モデルの方程式の時間大域解に関する最良の結果を論文(2編うち1編は雑誌に発表済み、1編は投稿中)にまとめることができた。(4)強双曲性が1点で退化しているような2*2保存則系について浅倉史興氏と共同研究を続けている。この方程式は石油貯蔵流などに応用があり、大変重要な意味を持つが、数値計算なしには現在のところ結果が得られていないので、数学的に解明することを目標とする。Schaeffer-Shearerによる分類case IIVのうち、IとIIについて、われわれのこれまでの研究により得られたリーマン問題の衝撃波解が十分新見のあるものであるかを研究した。このためにこれらの解(弱解)が、粘性消滅法の解の極限であるかという意味で許容条件を満たすか、また接動に関して安定であるかについて研究成果をあげ、得られたその結果を論文(3編のうち2編は発表済み、1編は投稿中)にまとめることができた。

このためにこれらの解(弱解)が、粘性消滅法の解の極限であるかという意味で許容条件を満たすか、また接動に関して安定であるかについて研究成果をあげ、得られたその結果を論文(4編うち2編は発表済み、1編は受諾済み、1編は投稿中)にまとめることができた。(5)LeFlochらにより、流束密度関数が必ずしも凸でない場合についての単独の双曲型保存則系の解の一意性、適切性が研究されてきているが、方程式系にこの研究が拡張できないが、LeFloch氏と共同研究中である。1.この研究の主目的は、ボルツマン方程式の拡張された速度離散モデルおよび1点で強双曲性が退化している非線形双曲型保存則系を調べることにあるが、最終目的は、より広範囲の流体力学の方程式および非線形双曲型保存則系を解明することにある。2.(1)P.L.Lionsらによって、ボルツマン方程式を「解く」ことが流体力学の種々の方程式を「解く」ことにつながることが示されているので、研究の最終目的は、これらの流体力学の方程式の離散モデルの解の様子を把握することにある。(2)強双曲性が1点で退化しているような2*2保存則系について浅倉史興氏(大阪電気通信大学教授)と共同研究を続けている。この方程式は石油貯蔵流などに応用があり、大変重要な意味を持つが、数値計算なしには現在のところ結果が得られていないので、数学的に解明することは重要である。Schaeffer-Shearerによる分類case IIVのうち、IとIIについて、われわれのこれまでの研究により得られたリーマン問題の衝撃波解が十分意味のあるものであるかを研究した。このためにこれらの解(弱解)が、粘性消滅法の解の極限であるかという意味で許容条件を満たすかについて研究成果をあげ、得られたその結果を論文(7編うち4編は発表済み、2編は受諾済み、1編は投稿中)に纏めることが出来た。(3)解の存在を証明する手法である粘性消滅法を一般化することを指導中の大学院生・藤野直樹氏と共同研究し、得られた結果を論文(4編のうち2編は受諾済み、2編は投稿中)に纏めることが出来た。(4)LeFlochらにより、保存則に現れる発散形においては有界変動関数と測度の積が定義されることが知られているが、その手法を駆使して、相対論効果を考慮に入れた流体のEuler方程式の真空を含む時間大域解の存在をLeFloch氏(director of research at CNRS)と共同研究中である。これは、相対論効果の無い場合のLeFlochらの結果の拡張であるが、途中まで得られた成果を数理研講究録に纏めつつある。
2-スルファニルヒドロキノン二量体を使った新規機能性材料の創成

キノンとチオールから容易に合成できる2ースルファニルヒドロキノンを酸化的に二量化させることで、対応する二量体を高収率で合成した。このものは、紫外線を照射下で400から470nm付近にピークを持つ青色蛍光を発し、新しい有機蛍光染料として用いることができる。本研究では、この化合物のバイオイメージング材料への展開を目指した水溶性の確保、他の複素環への変換、蛍光のON-OFF特性への展開を目指した研究を行った。またアレーンジチオール由来の2ースルファニルヒドロキノン類縁体から、新規な大環状化合物の創成も行い、この大環状化合物をデルタアレーンと命名し、その合成法と物性評価についても検討した。多様な新規機能性分子を簡単な操作で合成する・スルファニルヒドロキノン二量体の化学からの新提案:1.新規な水溶性バイオイメージング材料の開発前年度までに開発したスルファニルヒドロキノンを、酸化的処理してベンゾフランに変換し、その物性を検討した。ベンゾフランは蛍光性を示し、酸化剤との反応では橙色に呈色することがわかった。ヒドロキノン二量体をバイオイメージング材料とするために、フタルイミドを側鎖に導入する検討を行っているが、現在のところ効果的に進ませられていない。スルファニルヒドロキノンの非対称化によるより効率的なバイオイメージング材料の開発も現在進行中である。側鎖にカルボキシル基を導入した誘導体の合成には成功し、水溶性を獲得すると同時に紫外光照射によって蛍光を与えることを見いだした。2.新規な大環状ホスト化合物を使った、新しい有機触媒系の開発大環状三量体の効果的な合成法について検討を行った。大環状三量体は、シリンジポンプを使った高希釈条件下で41%で合成することができた。また1,3-ベンゼンジチオール以外にも、1,4-ベンゼンジチオールや2,7-ナフタレンジチオール由来のモノマーからも同様に大環状三量体を合成することに成功した。得られた環状化合物のメトキシ基はBBr3処理によって容易に脱保護でき、12個のフェノール性水酸基を有する大環状三量体の合成とその効率的な生成についても達成できた。得られた生成物の蛍光特性を検討したところ、絶対量子収率6%で蛍光を発することが明らかとなった。1.新規な水溶性バイオイメージング材料の開発前年度に側鎖にカルボキシル基を導入した水溶性蛍光物質への展開が可能になったので、今年度はアリールチオ基に水溶性部分を導入することを試みた。4ープリジルメルカプタンを出発物質として、スルファニルヒドロキノン誘導体を合成し、その蛍光挙動を測定したところ、簿骨格であるフェニルチオヒドロキノン二量体のそれとほぼ同じであることがわかった。次いで4ーピリジル基をアルキル化し、ピリジニウム塩に変換し、その水溶性について検討を行ったところ、期待通り水溶性は確保できたものの、蛍光特性が著しく減少することがわかった。これは化合物本体の機能であるのかあるいは不純物の効果であるのか現在検討を行っている。2.新規な大環状ホスト化合物を用いた、新しい有機触媒計の開発前年までに合成法を確立した大環状化合物を用いて、その空孔内に分子を入れるホストゲスト化学について検討を行った。ゲスト分子としてビオロゲンを用いたところ、アセトン溶媒中で1:1の錯形成が観測され、NMRのケミカルシフトが見られることがわかった。また、NMRのシグナルがややブロード化することもあわせて観測され、電子移動型の錯形成が起こっている可能性が示唆された。これについては今年度の検討で詳細を明らかにしていく予定である。またピレンを用いてホストゲスト錯形成を検討したが、錯形成はしていないようであるものの、エキシマー発酵を強く誘発する減少を観測した。この分子状態についても今後検討を行っていく。ホストゲスト化学において予想通りの成果(ホストとして作用すること)が得られた上に、予想外の成果(電子移動錯形成の可能性とピレンのエキシマー形成の促進)が得られたので、大環状化合物の化学に新しい展開をもたらすことができた。またバイオイメージング材料の開発では、期待通りの成果は得られなかったものの、今後につながる知見を得ることができた。1.新規なバイオイメージング材料の開発2ースルファニルヒドロキノンの4つのフェノール性水酸基を1つ、2つ、および4つアセチル基で保護した(残りの水酸基はアルキル基で保護)誘導体を合成したところ、2つと4つ保護したものは紫外線照射下で蛍光特性を失い、1つだけ保護したものは比較的強い蛍光を発することがわかった。このことより、フェノール性水酸基のエステル保護の数によって蛍光特性をON-OFFできる新規な材料が開発できることが示唆された。そこで、2ースルファニルヒドロキノンの2,2'位の水酸基をベンジルデンアセタールで保護し、残った5,5'位のフェノール性水酸基をメチル基で保護してから、DIBAL-H還元することでフェノール性水酸基を1つだけ持つ誘導体を合成し、これをメシル化してからベンジルエーテルを三臭化ホウ素で短時間処理してベンジルエーテルを除去することで、電子求引性保護基としてメシル基を1つだけ有する誘導体を合成した。このものは比較的強い蛍光を発するが、残った水酸基をアセチル保護することで蛍光特性が失われることがわかった。現在このものを用いてリパーゼなどの生化学反応に用い、その結果エステル部分が加水分解されることで、蛍光が発することを調べている。

これがうまくいけば生化学反応に対応して蛍光をON-OFFできる新規な蛍光材料ができることになる。2.新規な大環状化合物(デルタアレーン)の化学デルタアレーンの種々の誘導体の合成を行い、それらと各種アミンとの錯形成実験をNMRを使って行った。キノンとチオールから容易に合成できる2ースルファニルヒドロキノンを酸化的に二量化させることで、対応する二量体を高収率で合成した。このものは、紫外線を照射下で400から470nm付近にピークを持つ青色蛍光を発し、新しい有機蛍光染料として用いることができる。本研究では、この化合物のバイオイメージング材料への展開を目指した水溶性の確保、他の複素環への変換、蛍光のON-OFF特性への展開を目指した研究を行った。またアレーンジチオール由来の2ースルファニルヒドロキノン類縁体から、新規な大環状化合物の創成も行い、この大環状化合物をデルタアレーンと命名し、その合成法と物性評価についても検討した。大環状三量体の高効率合成を達成し、これからの研究の展開に弾みとなる知見を得た。またメトキシ基の脱保護と得られたポリヒドロキシ三量体の精製法の発見は、大環状三量体の化学修飾に道を開くので今後の展開に大きな期待が持てる。バイオイメージング材料開発については現在検討中の結果が多いが、まもなく成果が得られるものと考えられる。成果にも示したように、ホストゲスト化学に新しい展開が見られたので、これについて詳細の検討を行っていく。またバイオイメージング材料研究の基礎的な知見も得られてきているので引き続き検討を進めていく。有機化学本年度で得られた成果を元に、大環状三量体の化学を進め、超分子化学への展開を行う。またバイオイメージング材料の開発もあわせて進める。ヒドロキノン二量体の非対称化を通じて、新しい軸不斉有機触媒の開発もあわせて進める。予定した生成物を年度末までに合成することができなかったので、その分に使用予定であった金額が残った予定した生成物を年度末までに合成することができなかったので、その分に使用予定であった金額が残った今年度に、本研究課題である予定された化合物を合成するのに使用する今年度に、本研究課題である予定された化合物を合成するのに使用する。
ラザフォード散乱同時計測法による荷電粒子励起X線放出分析の高感度化

昨年度には,ラザフォード後方散乱(RBS)との同時計数を増加させるため,測定立体角が大きいアニュラ型のSi表面障壁型半導体荷電粒子検出器(SSD)を用意し,これを真空容器のビーム入射側(後方)に設置した.しかし,荷電粒子励起X線放出(PIXE)のスペクトル上で入射ビームがこのSSDに衝突することによるバックグラウンドが増大した.このためやむをえず今年度は従来通り通常型のSSDを用いて測定を行った.ただし,今回はPIXEとの同時計数率を向上させるために散乱断面積の大きい前方の45°にSSDを設置した.試験用のターゲットとして,ポリカーボネート薄膜上に原子吸光分析用の標準溶液を滴下,乾燥したものを用いた.PIXE, RBSの時間信号をそれぞれTiming Filter Amplifierにより増幅した後,Constant Fraction Discriminatorに通して波形整形を行い,Time to Amplitude ConverterにStart, Stop信号として入力し,時間差に比例する波高信号を発生させた.この信号を波高分析器に与えて波高分布を調べたが,時間スペクトル上に特定のピークが見えず,したがってPIXEとRBSの信号間に有意な時間的相関を見出すことができなかった.適当な時間領域でPIXE測定用マルチチャンネルアナライザーにゲートをかけたが,X線スペクトル上で二次電子の制動放射による連続バックグラウンドを低減させることはできなかった.比較的薄い試料としてフィルターに付着した土壌や浮遊粒子状物質等の環境試料,及び燃料電池電極触媒薄膜中の微量元素測定も行ったが検出感度を向上することはできなかった.これらの結果により,入射陽子の散乱角と内殻電離確率との定量的関係について再検討する必要があることが分った.本年度は測定試料標的によりラザフォード後方散乱された陽子と,陽子ビームによる内殻電離の結果として放出される特性X線用の検出器,及びこれらの同時計測を行うための電子回路系の準備,及び調整試験を行った.Si(Li)半導体X線検出器,及びSi表面障壁型半導体荷電粒子検出器を真空容器に設置し,それぞれ単独にX線,後方散乱陽子の測定を行い,エネルギースペクトルの測定が可能となった.これにより予備実験として土壌・浮遊粒子状物質等の環境試料,及び燃料電池電極触媒中の微量元素測定等を行った.次にこれらX線,後方散乱陽子の時間信号をそれぞれ別系統のTiming Filter Amplifierにより増幅した後,Constant Fraction Discriminatorに通して論理信号としての波形整形を行った.これらの時間信号をTime to Amplitude ConverterにStart, Stop信号として入力し,時間差に比例する波高信号を発生させた.一方従来のX線及び散乱陽子エネルギースペクトル測定用の2系統のマルチチャンネルアナライザーに加え,新たに同時計測用の1系統を整備した.これに上記のTime to AmplitudeConverterからの信号を入力して時間スペクトルを表示し,同時計数の時間領域にゲートをかけて論理信号を発生させた.これを用いてX線測定用マルチチャンネルアナライザーにゲートをかけ,陽子が後方に散乱されたときにのみX線スペクトルを測定するための回路系を構築した.並行してノイズ除去のために比例増幅器のPileup rejecterを調整してパルスのパイルアップ現象を排除するテストを行った.一方,同時計数のカウントを増加させるため,測定立体角が大きいアニュラ型のSi表面障壁型半導体荷電粒子検出器を用意し,これを測定用真空容器に取り付けるための機械設計を行った.昨年度には,ラザフォード後方散乱(RBS)との同時計数を増加させるため,測定立体角が大きいアニュラ型のSi表面障壁型半導体荷電粒子検出器(SSD)を用意し,これを真空容器のビーム入射側(後方)に設置した.しかし,荷電粒子励起X線放出(PIXE)のスペクトル上で入射ビームがこのSSDに衝突することによるバックグラウンドが増大した.このためやむをえず今年度は従来通り通常型のSSDを用いて測定を行った.ただし,今回はPIXEとの同時計数率を向上させるために散乱断面積の大きい前方の45°にSSDを設置した.試験用のターゲットとして,ポリカーボネート薄膜上に原子吸光分析用の標準溶液を滴下,乾燥したものを用いた.PIXE, RBSの時間信号をそれぞれTiming Filter Amplifierにより増幅した後,Constant Fraction Discriminatorに通して波形整形を行い,Time to Amplitude ConverterにStart, Stop信号として入力し,時間差に比例する波高信号を発生させた.この信号を波高分析器に与えて波高分布を調べたが,時間スペクトル上に特定のピークが見えず,したがってPIXEとRBSの信号間に有意な時間的相関を見出すことができなかった.適当な時間領域でPIXE測定用マルチチャンネルアナライザーにゲートをかけたが,X線スペクトル上で二次電子の制動放射による連続バックグラウンドを低減させることはできなかった.比較的薄い試料としてフィルターに付着した土壌や浮遊粒子状物質等の環境試料,及び燃料電池電極触媒薄膜中の微量元素測定も行ったが検出感度を向上することはできなかった.これらの結果により,入射陽子の散乱角と内殻電離確率との定量的関係について再検討する必要があることが分った.
BMP複合型人工歯根の臨床応用に関する実験的研究-鬆疎な海綿骨を有する高齢者に対する効果的な埋入方法の開発について-

本研究において、我々は、海綿骨が鬆疎であることが多い高齢者に対する効果的な人工歯根埋入方法の開発を目的に、インプラント窩形成時に採取した自家骨より作製した骨形成能を有する脱脂脱灰凍結乾燥骨基質(脱灰骨基質)を用いたdelay methodにて、抜歯後数箇月を経過したイヌ下顎骨に人工歯根を埋入し、病理組織学的検索を行い、以下の結果を得た。1.最初のインプラント窩形成後、delay期間は2週間としたが、同時期のインプラント窩内には間葉細胞に富む幼若な肉芽組織が認められ、インプラント窩周囲の一部の既存の海綿骨骨梁に連続して、新生骨が認められた。2.2週間のdelay期間後、コラーゲン-脱灰骨基質複合体をインプラント窩に埋入した場合、埋入2週後においてインプラント窩内には、肉芽組織とともに、埋入した一部の脱灰骨基質の周囲に新生骨が認められた。3.2週間のdelay期間後、アパタイト人工歯根を埋入した場合、埋入2週後において海綿骨領域では、新生骨が直接人工歯根に接触していた。また、従来の埋入方法に比し、人工歯根に接する海綿骨は密であった。4.2週間のdelay期間後、アパタイト人工歯根とともにコラーゲン-脱灰骨基質複合体を埋入した場合、2週後において海綿骨領域では、より多量の新生骨が直接人工歯根に接していた。また、海綿骨領域の脱灰骨基質周囲にも新生骨が認められ、delay methodで人工歯根のみを埋入した場合に比し、海綿骨は密であった。以上の結果から、自家骨より作製した脱灰骨基質を用いたdelay methodにて人工歯根埋入を行うことにより、海綿骨を緻密にすることが可能であることが示唆された。今後さらに機能負荷後の骨組織の変化について検討する予定である。
単一的な微小多孔質構造を有する複酸化物電極の湿式作製法の開発

エネルギー変換技術のキーマテリアルである多孔質電極の新奇な作製法として,めっき法とアノード酸化法の多段処理による多孔質酸化物電極の作製法を提案する。本手法では,蜂の巣状の単一的な多孔質構造を自己組織的に生成できるため,一般的な作製過程における粒子の凝集や多孔質構造の複雑化を抑制することにより,電極の比表面積を効率的に向上させることが期待できる。本研究課題では,特に酸素還元・酸素発生反応用電極への応用を目指して,めっき法によるアノード酸化基材表面の組成制御を介した触媒活性な多孔質アノード酸化膜の形成法の確立,および多孔質構造を変化させた際の電極の有効表面積の変化と活性への影響を明らかにする。
金属を意図的に分散させた単層カーボンナノチューブによる水素吸蔵

Ni-Y触媒を練りこんだグラファイト棒のアーク放電によって合成した単層カーボンナノチューブを硝酸中で超音波処理してバンドル状構造をほぐし、アーク放電時に混入した金属種を除去した試料の水素収着量は、室温、0.1Mpaで0.1wt.%以下であり、実質的にゼロとなった。無電解メッキ法または有機金属分解法により単層カーボンナノチューブを金属修飾し、収着させた重水素を真空中で脱離させる手法で評価したところ、パラジウム、鉄、ニッケルなどの単体もしくは複合体を分散させた時に水素容量が増大することが分かった。しかし、単層カーボンナノチューブの金属修飾を事後の湿式法で行うよりは、アーク放電によるカーボンナノチューブ合成と同時に金属を気相で修飾する気相法(PVD法)で合成するほうが、試料の水素容量は大きかった。熱量計で測定した燃焼熱は、鉄族元素で修飾した時に炭素の燃焼熱を大きく超えており、吸熱的な結合生成が炭素と金属元素の間に起ったことが示唆される。水素吸蔵合金の分野で成立する「安定性の逆転則」を適用すると、エンタルピー的に不安定になった鉄族元素修飾体が安定な水素化物を作る、と予想され、実験結果と合う。現状の比表面積が200m^2/g程度と小さい割には水素容量が1wt.%程度に近いため、比表面積を2,000m^2/g程度に高めれば実用領域に近づくと考えている。化学蒸着法(CVD法)で単層カーボンナノチューブを合成する際にその場で金属修飾する方法を試みた結果、Mg-NiまたはMg-Feで修飾した系は、真空加熱による水素脱離の評価において、PVD法による試料よりも高い水素容量を示した。等温線測定によって性能を見極めるため、大量合成を進めている。炭素シート類似のB-C-N化合物において金属修飾によって水素収着性が付与されることも波及的に見出した。合成直後の単層カーボンナノチューブのバンドル状構造をほぐし、硝酸中で超音波処理すると、アーク放電時に混入した金属種が除去され、室温、0.1MPaでの水素収着量は実質的にゼロになる。精製試料を再び硝酸に浸漬し、チタン、ニッケル等の遷移金属の共存下で超音波をかけると、TPD(昇温脱離)分析では収着水素が検出されるが、TG/DTA(熱重量示差熱分析)では検出されない程度の水素収着能が認められた。スパッタリング法および蒸着法でニッケル、マグネシウム等を堆積させた場合も、室温、0.1MPaで僅かな水素収着が認められたが、TG/DTAで定量するにはいたらなかった。以上のことから、精製後に金属修飾する場合、化学的に活性な状態の金属を乗せる必要のあることが示唆される。アーク放電によるカーボンナノチューブ合成と同時に金属を気相で修飾する気相法(PVD法)により種々の遷移金属または典型金属で修飾されたナノカーボン材料を合成したところ、全ての試料でTG/DTAによる水素定量が可能であり、容量法でも制度良く測定できた。室温、0.1MPaで最大の水素収着量を示した系はパラジウムで修飾したものであるが、その量はO.4Wt.%程度であった。水素収着量は試料の比表面積に対して正の相関をするほか、試料中の炭素含有量やラマンのグラフェンシートのずり振動の強度とも正の相関をすることから、炭素成分が容量を支配していることがわかる。ボンブ熱量計で燃焼熱を測定すると、いずれの試料も炭素そのものの発熱よりは大きい発熱を示し、エンタルピー的に高い状態にあることがわかった。