hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ヒトCD4+T細胞における転写因子STAT5Bの遺伝子制御機能の解析

また、今回の実験と同じ条件におけるヒトCD4+T細胞上で、STAT5Bにより特異的に制御を受ける遺伝子を特定し終えた。上記は、本計画に対する当初の予定通りの進捗状況であり、おおむね順調に進展していると判断した。実験結果が十分でなく、予定した次のステップに進めなかったため。現在までに、STAT5Bに対する共役因子候補タンパク質を検出し終えた。このため、同定したタンパク質の遺伝子をヒトCD4+T細胞上でsiRNA法によりノックダウンし、STAT5Bにより特異的制御を受ける遺伝子の発現量をq-PCR法にて測定し、コントロールと比較する。現在、ヒトCD4+T細胞における、トランスフェクション装置を用いた、候補タンパク質遺伝子の至適ノックダウン条件(電圧・パルス時間)設定を検討中である。)を、検討中である。上記手法により、本候補タンパク質の、共役因子としての働きを確認する。まず、異なる実験結果の原因を突き止める。その後、これまでの実験計画に従って、実験を進める。ほぼ順調に計画が進んだものの、まだ、予定したすべての実験が終了していないため。まず、昨年度に終了しなかった研究を行う。その研究の結果が出た後、新年度の研究計画をすすめる。
知的制振構造体としての生体細胞のダイナミクスに関する研究

生体細胞は生物の基本単位であり,細胞単独もしくは細胞の集合体として周囲の環境に適応し,不要な外界からの刺激を遮断し,かつ細胞内部を生命維持のために常に最適な状態に保っている.細胞は,従来は生物学や生化学の分野で扱われていた対象ではあるが,これを極小の機械として捉えると,今後機械工学分野で開発研究が期待されるマイクロマシンやナノマシンに対して多くの事柄を示唆する対象でもある.しかし,生体細胞の機械的特性,特に動力学についてはほとんど明らかにされていない.本研究は,生体細胞の構造,特に外界からの機械的刺激に対応する各部位の構造・応答に着目して,その特性を機械構造物の制振技術に応用することを最終的な目標としている.平成18年度は細胞膜および核膜の動的特性の同定を行った.油圧駆動マイクロマニピュレータを顕微鏡に一対設置し,ガラス製のマイクロピペットの弾性を利用して細胞膜および核膜の等価弾性係数およびクリープ特性を測定することに成功した.平成19年度では骨芽細胞における機械的刺激による骨形成関連遺伝子発現量の変化について実験的な検討を行った.遺伝子発現量は本補助金で購入したRT-PCRにより測定した.PCRは特定のDNAの配列を酵素反応で増幅させる手法であり,転写されたRNAから生成されるタンパク質の量を定量的に推定することで,受容体の特定が可能となる.その結果,石灰質の産生を促すタンパク質であるアルカリフォスファターゼ(ALP)の遺伝子発現量の変化を測定でき,ある特定の周波数領域で特にその傾向が顕著になることを実験的に明らかにした.しかし,ALP発現量が変化するまでのシグナル伝達の同定には至らなかった.この成果から機械的刺激を感知するセンサーは明瞭な周波数特性を有していることが示唆される.その動力学的同定が今後重要になり,細胞の動的特性の解明につながることが期待される.生体細胞は生物の基本単位であり,細胞単独もしくは細胞の集合体として周囲の環境に適応し,不要な外界からの刺激を遮断し,かつ細胞内部を生命維持のために常に最適な状態に保っている.細胞は,従来は生物学や生化学の分野で扱われていた対象ではあるが,これを極小の機械として捉えると,今後機械工学分野で開発研究が期待されるマイクロマシンやナノマシンに対して多くの事柄を示唆する対象でもある.しかし,生体細胞の機械的特性,特に動力学についてはほとんど明らかにされていない.本研究は,生体細胞の構造,特に外界からの機械的刺激に対応する各部位の構造・応答に着目して,その特性を機械構造物の制振技術に応用することを最終的な目標としている.平成18年度は細胞膜および核膜の動的特性の同定を行った.油圧駆動マイクロマニピュレータを顕微鏡に一対設置し,ガラス製のマイクロピペットの弾性を利用して細胞膜および核膜の等価弾性係数およびクリープ特性を測定することに成功した.平成19年度では骨芽細胞における機械的刺激による骨形成関連遺伝子発現量の変化について実験的な検討を行った.遺伝子発現量は本補助金で購入したRT-PCRにより測定した.PCRは特定のDNAの配列を酵素反応で増幅させる手法であり,転写されたRNAから生成されるタンパク質の量を定量的に推定することで,受容体の特定が可能となる.その結果,石灰質の産生を促すタンパク質であるアルカリフォスファターゼ(ALP)の遺伝子発現量の変化を測定でき,ある特定の周波数領域で特にその傾向が顕著になることを実験的に明らかにした.しかし,ALP発現量が変化するまでのシグナル伝達の同定には至らなかった.この成果から機械的刺激を感知するセンサーは明瞭な周波数特性を有していることが示唆される.その動力学的同定が今後重要になり,細胞の動的特性の解明につながることが期待される.生体細胞は生命を営む生物の基本単位であり,細胞単独もしくは細胞の集合体として周囲の環境に適応し,不要な外界からの刺激を遮断し,かつ細胞内部を生命維持のために常に最適な状態に保っている.細胞は,従来は生物学や生化学の分野で扱われていた対象ではあるが,これを極小の機械として捉えると,今後機械工学分野で開発研究が期待されるマイクロマシンやナノマシンに対して多くの事柄を示唆する対象でもある.しかし,生体細胞の機械的特性,特にダイナミクスについてはほとんど明らかにされていない.本研究は,生体細胞の構造,特に外界からの機械的刺激に対応する各部位の構造・応答に着目して,その特性を機械構造物の制振技術に応用することを最終的な目標としている.今回の申請は全体計画の前半部として,生体細胞の各部の動的特性の把握およびセンシング機構を明らかにすることを具体的な目的としている.平成18年度は細胞膜および核膜の動的特性の同定を行い,さらに本事業で購入したRT-PCRを利用して細胞内部の特定のタンパク質の変化量を測定した.(1)細胞膜および核膜の動的特性の同定まず,細胞観察で一般的に使用される倒立型位相差顕微鏡に油圧駆動マイクロマニピュレータを一対設置し,それぞれの先端にガラス製のマイクロピペットを取り付ける.培養細胞としてはマウス新生仔頭蓋冠由来の骨芽細胞様細胞株(MC3T3-E1)を使用した.骨関連組織は重力を含む外界からの機械的作用に対して最も顕著に応答すると考えられ,この細胞株を利用したが,最終的な実験では直接動物から採取した細胞を利用してその特性を調査することが好ましい.片方のマイクロマニピュレータをリニアステージ上に固定し,リニアステージをポジションコントローラにより周期的に振動させた.細胞に対する微小な位置調整はマニピュレータの本来の駆動機構を利用し,周期的変位を与えるためにリニアステージを用いるという2重の移動形式を採用した.

その結果,細胞膜および核膜の等価な弾性係数に加えて,クリープ特性を測定することに成功した.クリープに対するモデル化はフォークトモデルに加えて減衰を直列に結合する3要素モデルで表現できることが明らかになった.(1)定量的PCRによる機械的刺激に対するタンパク質の変化PCRは特定のDNAの配列を酵素反応で増幅させる方法として知られている.従来の研究から,細胞はタンパク質を受容体として利用すると考えるのが一般的であるが,機械的刺激の受容体としてのタンパク質の同定が現在までなされていない.本年度はいくつかのタンパク質をターゲットとして,その生成変化量の測定を行った.安定して測定できる技術まで修得したが.まだ当該タンパク質の同定には至っていない.生体細胞は生物の基本単位であり,細胞単独もしくは細胞の集合体として周囲の環境に適応し,不要な外界からの刺激を遮断し,かつ細胞内部を生命維持のために常に最適な状態に保っている.細胞は,従来は生物学や生化学の分野で扱われていた対象ではあるが,これを極小の機械として捉えると,今後機械工学分野で開発研究が期待されるマイクロマシンやナノマシンに対して多くの事柄を示唆する対象でもある.しかし,生体細胞の機械的特性,特に動力学についてはほとんど明らかにされていない.本研究は,生体細胞の構造,特に外界からの機械的刺激に対応する各部位の構造・応答に着目して,その特性を機械構造物の制振技術に応用することを最終的な目標としている.特に,生体細胞の各部の動的特性の把握およびセンシング機構を明らかにすることを具体的な目的とした.平成19年度に実施できたのは骨芽細胞における機械的刺激による骨形成関連遺伝子発現量の変化である.昨年度購入したRT-PCRにより検討した.PCRは特定のDNAの配列を酵素反応で増幅させる手法であり,転写されたRNAから生成されるタンパク質の量を定量的に推定することで,受容体の特定が可能となる.その結果,石灰質の産生を促すタンパク質であるアルカリフォスファターゼ(ALP)の遺伝子発現量の変化を測定でき,ある特定の周波数領域で特にその傾向が顕著になることを実験的に明らかにした.しかし,ALP発現量が変化するまでのシグナル伝達の同定には至らなかった.この成果から推定できることは,機械的刺激を感知するセンサーは明瞭な周波数特性を有していることである.その動力学的同定が今後重要になり,細胞の動的特性の解明につながることが期待される.
高齢者における歯・歯周組織・義歯・口腔細菌と嚥下性肺炎との関連

高齢者の口腔の状態と嚥下性肺炎との関連を調べる目的で、1999年24月に療養型医療施設(福岡市、原土井病院)に入院中の高齢者307人(男80人、女227人、平均年齢81±11、無歯顎者110人、有歯顎者197人)を対象に口腔と全身の状態に関する調査を行った。調査対象の90%が準寝たきり及び寝たきりであった。寝たきり状態の者では、義歯装着率が低く、C4が多く、上顎の歯石や口蓋部の汚れが多かった。歯数や歯周炎との関連は特に認められなかった。肺炎の1つの指標として37.5°C以上の発熱の回数と実日数を8ヶ月後の1999年12月まで追跡調査したところ62%に発熱があった。年齢、ADL(4段階)で調整し各変数との追跡期間における発熱の回数および発熱の実日数との偏相関を調べたところ、歯数、上下の咬合部位数、口蓋の汚れ、痰などと弱い相関が認められた。また同様に有歯顎者156人において口腔清掃状態と発熱との偏相関を求めたところ、下顎前歯部のPI(プラークインデックス)が発熱の回数、実日数ともに弱い負の相関が認められた。デンチャープラークや歯周ポケットは発熱との間には関連は認められなかった。平均アタッチメントロスは発熱の実日数との間に弱い相関が認められた。発熱の有無を従属変数とし年齢、ADL(4段階)で調整したロジスティック回帰分析を行ったところ、15本以上の歯を有する者の発熱の調整オッズ比は2.3(P=0.011)であった。さらに、有歯顎者のみについて変数にPIを追加して同様の分析を行ったところ、歯数15本以上の者のオッズ比は2.83(P=0.012)であった。PIは高い方が発熱のオッズ比は低い傾向にあった。また、無歯顎者、有歯顎者ともに義歯未装着者にくらべ義歯装着者のほうが発熱のオッズ比が低い傾向にあった。本研究は更にデータを整理した上で詳細に検討していく必要がある。高齢者の死因のうち肺炎によるものは悪性腫瘍や虚血性心疾患に比べてはるかに多く、その多くは口腔や咽頭に存在する食片、歯垢、唾液などの誤嚥により口腔内の常在菌が気管支内に入り込む嚥下性肺炎と推測され、口腔ケアとの関連が注目されている。ADL(日常生活動作)の低下に伴い口腔内の清掃状態は劣悪になるが、う蝕や歯周病による歯牙の部分的な欠損がさらにこれを悪化させる。本研究は、各々のADLおよび口腔内の状態と肺炎との関連を明らかにし、肺炎の予防対策を立案することを目的とする。福岡市内の原土井病院の医師らの協力を得て、現在、療養型病床群に入院中の高齢者の口腔診査を実施中である。う蝕、歯周疾患(歯周ポケットおよびアタッチメントロスの測定)、補綴物の種類、口腔内の歯垢や食渣、舌、口蓋などの口腔粘膜の汚れ、義歯の種類、義歯の清掃状態、口腔や義歯の清掃に関する看護婦の関与等についての調査を継続的に実施している。

肺炎を客観的に示す指標としては発熱を検討している。すなわち、これらの患者さんの入院中の各種の検査結果のうち特に発熱のあった者について、発熱の状態、細菌検査の結果、ADL、摂食状況等について、医師と看護婦の協力を得てデーターベースを構築中である。次年度はこれらのデーターベースをもとに、さらに過去の発熱の状況と、口腔の状況のうちどのような因子が肺炎の発病と関連しているか、また患者のADLの程度によってその関連がどのように変化しているかを明らかにする。さらに口腔診査を実施した患者をプロスぺクティブに追跡し、発熱を生じた場合は血中の細菌検査を行い、同定された細菌が口腔内のどのような部位に起因するかを調べる予定である。高齢者の口腔の状態と嚥下性肺炎肺との関連を調べる目的で、1999年24月に療養型医療施設(福岡市、原土井病院)に入院中の高齢者307人(男80人、女227人、平均年齢81±11、無歯顎者110人、有歯顎者197人)を対象に口腔と全身の状態に関する調査を行った。調査対象者の90%が準寝たきり及び寝たきりであった。寝たきり状態の者では、義歯の装着率が低く、C4が多く、上顎の歯石や口蓋部の汚れが多かった。歯数や歯周炎との関連は特に認められなかった。肺炎の1つの指標として37.5°C以上の発熱の回数と実日数を8ヶ月後の1999年12月まで追跡調査したところ62%に発熱があった。年齢、ADL(4段階)で調整し各変数との追跡期間における発熱の回数および発熱の実日数との偏相関を調べたところ、歯数、上下の咬合部位数、口蓋の汚れ、痰などと弱い相関が認められた。また同様に有歯顎者156人において口腔清掃状態と発熱との偏相関を求めたところ、下顎前歯部のPI(プラークインデックス)が発熱の回数、実日数ともに弱い負の相関が認められた。デンチャープラークや歯周ポケットは発熱との間には関連は認められなかった。平均アタッチメントロスは発熱の実日数との間に弱い相関が認められた。発熱の有無を従属変数とし年齢、ADL(4段階)で調整したロジスティック回帰分析を行ったところ、15本以上の歯を有する者の発熱の調整オッズ比は2.3(P=0.011)であった。さらに、有歯顎者のみについて変数にPIを追加して同様の分析を行ったところ、歯数15本以上の者のオッズ比は2.83(P=0.012)であった。PIは高い方が発熱のオッズ比は低い傾向にあった。また、無歯顎者、有歯顎者ともに義歯未装着者にくらべ義歯装着者のほうが発熱のオッズ比が低い傾向にあった。本研究は更にデータを整理した上で詳細に検討していく必要がある。
3次元VLSI設計並列アルゴリズムに関する研究

3次元VLSI設計に関して種々の理論的観点から調査・検討を行い,問題点を明らかにした。更に並列配線アルゴリズムの理論的基礎を与え,そのプロトタイプを設計し,理論的に解析した。1.VLSIの一般配線問題は平面(格子)グラフで点素な道を求める問題として定式化できる。配線領域を表す平面グラフG及び同電位にしたい端子対の集合(既ちネット)がいくつか与えられたとき,各ネットの端子を連結する道で互いに点素なものを求めたい。本研究ではネットの端子が平面グラフGに3つの面上にだけ置かれていて,各端子対の2つの端子が同じ面上にある場合に対し,Gに点素な道がある限りそれらを具体的に求める線形時間アルゴリズムを与えた。2.与えられた凸m角形内部のすべての整数格子点を列挙するO(K+m+logn)時間のアルゴリズムを与えた。ここでKは列挙された格子点の個数であり,nは凸m角形の大きさ,すなわちm角形を包含する軸平行な長方形の垂直,水平な辺のうち短い方の長さである。さらに,m個の制約式を持つ2変数整数計画問題を解くO(mlogm+logn)時間のアルゴリズムを与えた。ここでnは計画問題の許容解空間である凸多角形の大きさを表す。このアルゴリズムは従来知られているアルゴリズムより単純であり,時間計算量も改善している。
ウィリス動脈輪閉塞症(もやもや病)の病因遺伝子の同定

モヤモヤ病は日本人に多く認められ、症例全体の約10%に家族歴が見られることから、遺伝要因が発症に関わっていると考えられてきた。モヤモヤ病の責任遺伝子を同定することを目的とした。遺伝子のゲノムの位置を決めるために、家族制モヤモヤ病患者家系を用いて連鎖解析を行った。全染色体上に約10cM間隔で存在する391個のマイクロサテライトマーカーを用いた。連鎖の可能性が得られた領域に関しては、さらにマイクロサテライトマーカーを追加し、デンスマッピングを行った。LinkageanalysesにはGeneHunter2およびGeneHunter Plusを用い、TDTにはSIB-PAIR programを用いた。全ゲノムスクリーニング及びデンスマッピングは、モヤモヤ病罹患同胞を含む12家系46人を対象として行った。続いて連鎖領域はSNPを用いた関連解析を行った。関連解析に用いたSNPはJ-SNPデータベース及びdbSNPより抽出し、ダイレクトシークエンス法を用いて、遺伝子型を決定した。決定された遺伝子型をもとに、連鎖領域における連鎖不平衡を検索した。全ゲノムスクリーニングの結果、8番、12番染色体においてMLS(maximum lod score)が2を超える領域を認めた。さらに8番染色体に17マーカー、12番染色体に20マーカーを追加したところ、8番染色体ではD8S546でMLSが3.6、12番染色体ではD12S1690でMLSが2.3となり、8q22において有意な連鎖が認められた。これらの領域にモヤモヤ病の発症に関わる遺伝子が存在する可能性が示唆されたことから、8番染色体の連鎖の示唆された領域について、41のSNPを用いた関連解析を行った。その結果、MATN2遺伝子を中心とした領域とPABPC1,YWHAZ遺伝子を中心とした領域で関連が強く見られ、候補領域が絞られた。遺伝子のゲノムの位置を決めるために、家族性モヤモヤ病患者家系を用いて連鎖解析を行った。連鎖の可能性が得られ纐域に関しては、さらにマイクロサライトマーかを追加し、デンスマッピングを行った。統計処理にはGcneHunter ver2を用い、TDTにはSIB-PAIR programを用いた。全ゲノムスクリーニング及びデンスマッピングは,モヤモヤ病罹患同胞を含む12家系46人を対象として行った。検出された連鎖領域においてSNPを用いた関連解析を行った。全ゲノムスクリーニングの結果、8番、12番染色体においてMLS (maximum lod score)が2を超える領域を認めた。さらに8番染色体に17マーカー、12番染色体に20マーカーを追加したところ、8番染色体では一つのマーカーでMLSが3.6、12番染色体でも一つのマーカーでMLSが2.3となり、8q22において有意な連鎖が認められた。その結果、ある遺伝子を中心とした領域で関連が強く見られ、候補領域が絞られた。もやもや病は、両側性内頸動脈の終末部の狭窄症または閉塞と大脳基底部の血管の異常ネットワークによって特徴づけられる。

アジア、特に日本では、もやもや病の発生率が高い。症例全体の約10%に家族歴が見られることから、遺伝要因が発症に関わっていると考えられ、家族研究からラムダSが40以上と遺伝の影響の強い多因子遺伝と推測されている。これまでの連鎖研究により疾患感受性座位が染色体3p、6q、17qにあることが示されていた。しかし、これらは多因子遺伝病の解析に適切である罹患同胞対法を用いた全ゲノム連鎖解析を行った結果ではなかった。そこで、本研究では、罹患同胞対法を用いて、全ゲノム連鎖解析を行い、もやもや病の病因遺伝子の位置を明らかにすることを目的とした。罹患同胞対の12家系を対象に全染色体上に約10cM間隔で存在する391のマイクロサテライトマーカーを用いた。連鎖の可能性が得られた領域に関しては、さらにマイクロサテライトマーカーを追加し、デンスマッピングを行った。その結果、計428のマイクロサテライト・マーカーを用いた。統計処理にはGeneHunter ver2を用い、TDTにはSIB-PAIR programを用いた。全ゲノムスクリーニングの結果、8番、12番染色体においてMLS (maximum lod score)が2を超える領域を認めた。さらに8番染色体に17マーカー、12番染色体に20マーカーを追加したところ、8番染色体では一つのマーカーでMLSが3.6、12番染色体でも一つのマーカーでMLSが2.3となり、8q22において有意な連鎖が認められた。これらの領域にモヤモヤ病の発症に関わる遺伝子が存在する可能性が示唆されたことから、8番染色体の連鎖の示唆された領域について、41のSNPを用いた関連解析を行った。その結果、ある遺伝子を中心とした領域で関連が強く見られ、候補領域が絞られた。しかし、家系数が少ないため、疾患感受性遺伝子を特定するには至らなかった。
緩傾斜地盤で発生した長距離液状化流動のメカニズムと発生条件の解明

2018年インドネシア・スラウェシ島地震で発生した液状化地盤流動は、僅か14%程度(0.52.5°程度)の地表面勾配にもかかわらず数百m1km以上の流動が発生した。本事象は世界的にも稀に見る災害、または新しいタイプの地盤災害・脅威として位置付けられており、メカニズム解明には詳細な現場調査が必要不可欠である。本研究では、被災地の地形・地盤状況、地震動特性を定量的に見積もるためのツールを駆使したフィールド調査、および独創的な手法による振動台模型実験・室内土質試験・数値解析を通じて、この地盤流動メカニズムを解明し、その発生条件を明確にすること、および対策の道筋を示すことを主な目的とする。
熱輸送デバイスによる固体高分子形燃料電池の高性能化

固体高分子形燃料電池(PEFC)の熱管理を目的とし,その効果を確認した上で,平板状薄型ヒートパイプと蒸気圧駆動型ヒートパイプに関する研究を実施した.いずれのヒートパイプについてもプロトタイプを設計・製作し,基礎実験を実施して,熱輸送特性を明らかにした.平板状薄型ヒートパイプにより温度分布を低減させ,蒸気圧駆動型ヒートパイプにより温度制御を行うことで,PEFCスタックの高性能化を図ることができると考えられる.固体高分子形燃料電池(PEFC)の熱管理を目的とし,その効果を確認した上で,平板状薄型ヒートパイプと蒸気圧駆動型ヒートパイプに関する研究を実施した.いずれのヒートパイプについてもプロトタイプを設計・製作し,基礎実験を実施して,熱輸送特性を明らかにした.平板状薄型ヒートパイプにより温度分布を低減させ,蒸気圧駆動型ヒートパイプにより温度制御を行うことで,PEFCスタックの高性能化を図ることができると考えられる.本研究の目的は,研究代表者が開発した平板状薄型ヒートパイプと蒸気圧駆動型ヒートパイプを発展させ,外部動力を要しない熱処理によって,固体高分子形燃料電池(Polymer Electrolyte Fuel Cell, PEFC)の高性能化を図ることである.具体的には,前者のヒートパイプによってPEFC内部の温度分布を低減させ,後者のヒートパイプによってPEFCの温度制御を行い,その平均温度を発電に最適な高温に保つ.本年度は,まず, PEFC内部の温度分布に関する実験ならびに数値解析を行った.実験では,燃料(水素)と酸化剤(空気)を規定の流量・湿度でPEFCに供給し,温度分布と発電量を測定する基本的な実験装置を構築した。数値解析では,電気化学反応と流動・伝熱現象を連成させた2次元解析コードを構築した.実験および数値解析から,平板状薄型ヒートパイプと蒸気圧駆動型ヒートパイプをPEFCに適用するに当たり,これらに要求される熱輸送性能に関する基礎データを取得した.次に,以上の検討を踏まえ,平板状薄型ヒートパイプに関する実験を実施した.本年度は,第一段階として,毛細管構造体であるウイックを内部に設置しない平板状薄型熱サイフォンを設計,製作し,熱輸送特性に関する実験を実施した.実験では,下面中心部を加熱,上面全面を冷却して温度分布を測定した.特に本研究では,加熱部と冷却部の温度分布のみならず,内部の蒸気温度と圧力も測定し,加熱部と冷却部の熱抵抗をそれぞれ算出した.実験結果から,平板状薄型熱サイフォンの熱拡散効果すなわち温度分布低減効果を確認した.また,加熱部の熱抵抗が冷却部の熱抵抗よりも非常に大きいことがわかった.今後,熱輸送性能向上の観点から,加熱部熱抵抗の低減を図る必要がある.研究代表者の従来の蒸気圧駆動型ヒートパイプを発展させ,温度制御を目的とした熱輸送ループを構築した.本ループは,受熱部と放熱部,貯槽,バルブ,逆止弁および配管系から構成されており,受熱部で熱を受けると作動液が蒸発し,蒸気流として放熱部へと熱が輸送されるものである.蒸気は放熱部で凝縮し,凝縮液は蒸気圧により貯槽を経由して受熱部へと還流され,熱輸送が継続する機構となっている.熱輸送ループの製作後,まず,ヒートソースとして電熱ヒーターを,ヒートシンクとして恒温槽を用い,熱輸送ループ内の温度および圧力の経時変化を測定して,作動確認実験を実施した.作動液には水を用い,温度および圧力の測定には熱電対および圧力変換器を使用した.実験結果から,温度および圧力の周期的な変化とともに本ループが連続的に作動すること,温度および圧力の経時変化は比較的緩やかで潜熱輸送の効果が現れていることを確認した.また,熱的性能も評価し,受熱量と放熱量の比として定義した熱輸送効率が91%以上であることを示した.次に,受熱部と放熱部の間に設けたバルブの開閉度をパラメータとして熱輸送ループを作動させ,温度および圧力の経時変化を測定して,温度制御特性を確認した.その結果,受熱部と放熱部の温度差ならびに熱抵抗は,これらの間に設けたバルブによって簡単に制御でき,本ループをヒートソースの温度制御に適用可能であることを示した.以上の結果から,本ループを組み込むことにより,PEFCスタックの温度制御が可能であると考えられる.
ICF症候群の分子病態基盤：新しいエピゲノム安定維持機構の解明を目指して

本申請研究では1つ目の課題としてCDCA7とHELLSがDNA修復に果たす役割の解明をあげた。宇井彩子博士と河野隆志博士から供与して頂いたNHEJ活性を検出するためのGFPレポータープラスミドをゲノムに組み込んだHEK293細胞を作成し調べたところ、CDCA7およびHELLSをノックダウンすると、NHEJ活性が顕著に低下する事がわかった。次にGFP-Ku80恒常発現HEK293細胞(野生型及びCDCA7とHELLS欠損細胞)を作成し、共焦点顕微鏡下で405nmレーザーにてDNA損傷を与えたところ、野生型細胞ではGFP-Ku80がDNA損傷部位へ5秒以内に集積したのに対し、CDCA7およびHELLS欠損細胞では、この集積がほとんど起こらないか顕著に遅れる事がわかった。これらの結果から、CDCA7とHELLSはKu80のDNA損傷部位への集積を促進する事でNHEJに寄与する事がわかり、これらの結果をまとめて報告した(Unoki et al., JClin Invest, 2019)。その後、GFP-CDCA7及びGFP-HELLS恒常発現HEK293細胞(野生型)を作成し、CDCA7とHELLSの局在を観察したところ、これらの蛋白質は核内に均一に局在する事がわかった。そしてこれらの細胞にDNA損傷を細胞に与えたところ、Ku80とは異なり、CDCA7やHELLSは損傷部位には集積しない事を見出した。この事は、ゲノム上に散在しているCDCA7やHELLSがDNA損傷が起こると直ちに、その部位のクロマチンリモデリングを行い、Ku80の損傷部位へのアクセスを助けている事を示唆している。CDCA7やHELLSに変異がある患者細胞では、反復配列から構成される動原体とその近傍のヘテロクロマチン領域に異常が現れるが、これはこのような反復配列からなる領域がDNA損傷の頻発領域である事に起因すると考えられる。今後は2つ目の課題である「ICF症候群においてDNA低メチル化が起こる機構の解明」に取り組む所存である。本申請課題の採択後、CDCA7やHELLSに変異がある患者でメチル化が低下するゲノム領域(主として動原体とその近傍のヘテロクロマチン領域)は、細胞周期のS期後半でDNAが複製される領域である事が報告された。そのため、DNA複製時期によりDNAメチル化維持に関与する因子が異なり、後半で複製される領域にのみCDCA7とHELLSが必要である可能性がある。そこで、S期の前半と後半に複製されるゲノム領域を分けて、それぞれでDNAメチル化維持に関与する蛋白質を網羅的解析にて同定する事を計画している。具体的には、野生型およびICF原因遺伝子の欠損細胞株にEdUを一定時間取り込ませる事で新規に合成されたDNA鎖をEdUラベルし、DNAと蛋白質をホルムアルデヒドで架橋する。細胞膜を透過処理し、蛍光色素とビオチンがついたアジ化合物を取り込ませ、クリック反応にて蛍光色素とビオチンをEdUに付加する。蛍光色素を用いてフローサイトメトリーでS期にある細胞集団を分け、DNA染色も同時に行う事でS期前半および後半に相当する細胞集団を分取する。その後、超音波処理にてDNAを切断し、ストレプトアビジン-ビーズでビオチン-EdUを含む新規合成DNA鎖上に存在する蛋白質をpull downし、質量分析にてICF原因遺伝子欠損下で新規合成DNA鎖上に局在できなくなる蛋白質を網羅的に同定する。この実験により、CDCA7とHELLSがDNA複製後期に相互作用する蛋白質がわかり、その機能解析からDNA複製後期の維持メチル化機構の理解が深まると考えられる。この理解は、ICF症候群で認められる領域特異的に低メチル化が起こる機構の解明につながると期待される。

今後は2つ目の課題である「ICF症候群においてDNA低メチル化が起こる機構の解明」に取り組む所存である。本申請課題の採択後、CDCA7やHELLSに変異がある患者でメチル化が低下するゲノム領域(主として動原体とその近傍のヘテロクロマチン領域)は、細胞周期のS期後半でDNAが複製される領域である事が報告された。そのため、DNA複製時期によりDNAメチル化維持に関与する因子が異なり、後半で複製される領域にのみCDCA7とHELLSが必要である可能性がある。そこで、S期の前半と後半に複製されるゲノム領域を分けて、それぞれでDNAメチル化維持に関与する蛋白質を網羅的解析にて同定する事を計画している。具体的には、野生型およびICF原因遺伝子の欠損細胞株にEdUを一定時間取り込ませる事で新規に合成されたDNA鎖をEdUラベルし、DNAと蛋白質をホルムアルデヒドで架橋する。細胞膜を透過処理し、蛍光色素とビオチンがついたアジ化合物を取り込ませ、クリック反応にて蛍光色素とビオチンをEdUに付加する。蛍光色素を用いてフローサイトメトリーでS期にある細胞集団を分け、DNA染色も同時に行う事でS期前半および後半に相当する細胞集団を分取する。その後、超音波処理にてDNAを切断し、ストレプトアビジン-ビーズでビオチン-EdUを含む新規合成DNA鎖上に存在する蛋白質をpull downし、質量分析にてICF原因遺伝子欠損下で新規合成DNA鎖上に局在できなくなる蛋白質を網羅的に同定する。この実験により、CDCA7とHELLSがDNA複製後期に相互作用する蛋白質がわかり、その機能解析からDNA複製後期の維持メチル化機構の理解が深まると考えられる。この理解は、ICF症候群で認められる領域特異的に低メチル化が起こる機構の解明につながると期待される。
有機光電変換系の光誘起電荷分離機構の理論的解明

有機薄膜太陽電池の潜在力を最大限引き出すためには、光吸収、励起子拡散、ドナー-アクセプター界面でのキャリア生成、電子・正孔の電極への輸送の各素過程の効率やエネルギー損失が生じるメカニズムを解明し、材料設計の指針を得ることが重要である。有機半導体は誘電率が低いため電子-正孔間の静電引力が電荷分離状態(CT)を界面に局在させる傾向がある。このため、どのように静電障壁に打ち勝って励起子からフリーな電子-正孔が解離するのかが活発な議論の的になっていた。本研究では第一原理的電子状態計算と量子ダイナミックス計算でフリーキャリア生成機構を解析し、電荷の非局在性や「ホットCT機構」の役割を解明した。有機薄膜太陽電池はシリコン太陽電池と比較して製造時の電力消費が少ないためエネルギーペイバックタイムの短い太陽電池として期待されている。だが、現時点のエネルギー変換効率はシリコン太陽電池の半分程度(10%)であり、さらなる効率向上が課題となっている。有機薄膜太陽電池の光電変換は、光吸収、励起子のドナーアクセプター界面への拡散、電荷分離、フリーキャリアの生成、電子・正孔の電極への輸送、電荷の捕集から成る。フリーキャリアの生成と電荷再結合との競合は太陽電池の内部量子効率を左右する重要な過程である。有機半導体は誘電率が低いため、静電引力が電子・正孔対を界面にトラップさせる傾向がある(CT状態)。このため静電引力に打ち勝ってフリーキャリアが生成する要因が議論の的となっている。本研究ではこのような光電変換機構を解明するため、量子化学計算と量子動力学計算を組み合わせた理論解析を行った[J. Am. Chem. Soc. (2013)]。光生成した励起子がCT状態を経てフリーキャリアへ解離するまでを理論解析し、超高速のキャリア生成に必要な条件を解明した。界面のドナー分子の有効π共役長が長くフラーレンの結晶性が高いとき、電子・正孔の非局在化により静電障壁が下がり、効率的にフリーキャリアが生成することが分かった。また、電荷分離の余剰エネルギーが緩和する前に振動励起CT状態からフリーキャリアが生成する“ホット励起子機構"を明らかにした。本研究で得られた知見は、有機薄膜太陽電池の効率向上の指導原理につながる。有機薄膜太陽電池は製造コストが低く軽量で柔軟性を活かした用途もあり次世代太陽電池として有望であるが、シリコン太陽電池と比べ光電変換効率が低く高効率化が課題となっている。光吸収による励起子の生成から電荷分離を経てキャリアが電極に取り出されるまでのダイナミックスは光電変換を支配する本質だが、内部のメカニズムは不明な点が多い。本研究では、最先端の第一原理計算や量子動力学法等の理論計算を駆使して、有機導体の自己組織化で形成される相互貫入型ドナー-アクセプター界面での光電変換機構を解明する。化学修飾によるパッキング構造や界面構造の変化が、光吸収特性、励起子拡散長、電荷分離、キャリア生成、キャリア伝導に与える影響を解明し、光電変換効率を高めるための分子材料設計の指針を見出す。本年度はドナー-アクセプター界面のモデル系として、オリゴチオフェン-フラーレン系を考慮し、励起子の電荷分離機構を第一原理計算と量子ダイナミックス法で解析し、以下の論文を発表した。コヒーレントな電子移動の重要性、電荷分離に伴う分子間配置の緩和の影響等を明らかにした。また、フリーキャリアの生成機構を解明するため、界面のクーロンポテンシャルの予備計算を行い、ダイナミックスの解析の基礎を固めた(投稿中)。有機薄膜太陽電池はどこにでも設置でき環境負荷が低くエネルギーペイバックタイムの短い次世代太陽電池として期待されている。一般的に有機半導体は励起子拡散長が短いため、ドナー-アクセプター界面に到達しやすいようなバルクヘテロ接合が主流となっている。ドナーとしてP3HTや低バンドギャップポリマーなどのπ共役分子、アクセプターとして電子親和性の高いフラーレン誘導体が通常用いられる。有機半導体の電荷移動度は無機材料より低く、欠陥へのトラップや電子・正孔の界面での再結合も障害となる。また、有機半導体は一般的に誘電率が低いため静電引力の影響が大きく電荷の結合が分離しにくい。このため、一定の製膜条件で観察される超高速キャリア生成を説明するため、どのようにドナー-アクセプター界面で静電引力の障壁に打ち勝ってフリー電荷が生成するのかが議論の的になっていた。そこで申請者は大規模系の解析が可能な量子動力学シミュレーションで、高分子/フラーレン界面での励起子のダイナミックスを解析し、静電引力に打ち勝ってフリー電荷が生成するメカニズムを解明した。分子集合体の結晶性が高い部分での電荷の非局在化が静電障壁を下げることや、光励起エネルギーが熱として失われる前に電荷分離する`ホットエキシトン機構

'を明らかにした。材料科学当初予定していた、ポリマー/フラーレン界面での電荷生成機構の理論的解明に成功した。この成果を論文発表し、また広報のためのプレスリリースを行い新聞等に掲載された。また、フリーキャリアの生成機構を解明するため、界面のクーロンポテンシャルの予備計算を行い、ダイナミックスの解析の基礎を固めた。これまでの研究をさらに発展させ有機薄膜太陽電池の光電変換機構を深く理解する。また、相互貫入型有機太陽電池のような新しい構造に関する理論解析を進める。前年度に引き続き、有機薄膜太陽電池のドナー-アクセプター界面での電荷分離機構を理論解析する。今年度は特に、界面に局在した電荷分離状態からフリーキャリアが生成する過程を理論解析する。界面の電子-正孔クーロンポテンシャルに打ち勝ってフリーキャリアが生成するメカニズムを解明する。このため、第一原理的な相互作用解析、ポテンシャル解析に基づいて、量子ダイナミックス計算を行う。物品購入費が当初予定より減ったため出張旅費等に使用する計算機資源の拡充のためPCサーバを購入する。
抗がん剤が誘導する遺伝子発現変動の解析に基づく新規分子標的の探索

がん細胞の抗がん剤感受性を規定している遺伝子を同定するために、ヒト肺がん細胞株A549における抗がん剤処理前後の遺伝子発現をcDNAアレー法により解析した。アドリアマイシン処理により最も顕著に発現抑制を受けたサイクリンB1遺伝子は、エトポシドやイリノテカン処理後も発現抑制されたが、シスプラチン処理では抑制されず、抗がん剤特異性を示した。このことから、サイクリンB1の発現抑制は一部の抗がん剤による増殖抑制機構に関与していることが示唆された。また、多数の抗がん剤への感受性が明らかにされたヒトがん細胞株39系における薬剤未処理の遺伝子発現プロファイルを解析し、遺伝子発現情報と薬剤感受性情報を統合データベース化した。抗がん剤感受性と遺伝子発現の相関解析をおこなった結果、解析に用いた55種類の抗がん剤それぞれにつき、薬剤感受性と統計学的に有意な相関を認める発現パターンを示す遺伝子群を抽出した。これらの遺伝子群には、薬剤感受性と正の相関を示す(遺伝子発現が高い細胞ほど抗がん剤が効きやすい傾向にある)ものと、負の相関を示す(遺伝子発現が高い細胞ほど抗がん剤が効きにくい傾向にある)ものが含まれた。このことは、未知のがん細胞においてこれらの遺伝子の発現量を調べることにより、抗がん剤感受性を予測できる可能性を示唆している。また、興味深いことに、抽出された遺伝子は、多数の作用メカニズムが異なる抗がん剤に共通して相関を示すものと、ある一定の作用メカニズムの抗がん剤に選択的に相関を示すものに分類できることがわかった。以上、本研究により明らかにされた抗がん剤処理により発現変動する遺伝子群や、抗がん剤感受性と相関を示す遺伝子群は、抗がん剤の作用メカニズムに関与している可能性が示唆された。これらの遺伝子群と抗がん剤感受性との因果関係を証明し、その中からがん化学療法の新たな分子標的を探し出すことが今後の課題である。
セルラーインプリンティングによる生体機能創発ロボティクスの創製

組織工学の技術を用いて細胞から組織を構築することができる.例えば,筋細胞からリングや梁といった形状の筋組織を構築した例が報告されている.人工的に構築された筋組織をバイオロボットとして利用することは,細胞由来の高エネルギー効率や生体適合性から,医療やエネルギー分野における応用展開が期待されている.このバイオロボットの高機能化に向けて,細胞から3次元的な組織を構築することが必要である.しかし,現在の組織工学技術では,2次元的パターンを立体的に構築したものを除いて,3次元形態をもつ組織,例えばお椀状組織などの3次元構築は困難である.そこで筋細胞を3次元組織へと構築する新たな方法が必要とされている.一方で生命は,複雑な3次元形態を,自己組織化的に獲得している.この生命の形態発生のメカニズムを解明し,複雑な形態をもつ組織を構築することが期待できる.そこで我々は,粘菌が餌環境に合わせて形態を変えて適応する現象に着目した.粘菌は与えられた栄養分布に合わせて組織の形態を換え,線路網に似た複雑な組織形態を作り上げる.本研究では,この現象から,細胞自体が外部の環境と相互作用しながら,形と機能を外部構造体にインプリンティングし、自己組織化的に機能性3次元組織を構築することができると考え,生体機能を創発したマイクロロボットの設計,試作を行った.実験では,3次元組織内に内包する筋細胞に起因した運動機能を発現することができれば,バイオロボットとしての有用性を示すことができる.これらの実証に向けて,今年度は,細胞によって構成されたお椀状組織をクラゲ構造体と定義し,細胞に影響を与える栄養分布を決めることで,心筋細胞からクラゲ構造体を自己組織的に構築することを行った.さらにクラゲ構造体に推進機能を発現させた.また,薬剤を用いて,クラゲ構造体の拍動周波数の制御を行い,駆動制御実験に成功した.筋細胞などの生体材料は,自己修復機能や自己組織化,また自律拍動や化学エネルギーによる駆動など様々な特徴を有している.我々はこのような機能を持つ筋細胞をMEMSの動力源として利用し,心筋マイクロポンプ等のハイブリッドマイクロメカニカルシステムを開発してきた.しかしながら,任意にデバイス設計を行うためには,細胞レベルの材料と構造体の界面の材質や状態を知る必要がある.そこで本研究では細胞レベルの生体材料を転写することで様々な生体機能を持つロボットを作る基盤技術の開発を行う.筋細胞は機械部品である無機構造体に自らの接着力で接着しているが,駆動に伴い細胞接着界面には、筋細胞の収縮による外力がかかる.この外力が細胞の接着力より大きければ,細胞はシステムからはく離し,システムは駆動できず故障してしまう.このようなシステムの故障を防ぐためには,設計段階から細胞の接着力を考慮した設計を行い,界面の状態を定量的に評価する必要がある.そこで,本研究では,シート状に加工した細胞シートを転写した構造体を作成し,ISOやJIS規格で定義されている90度はく離試験を参考とした細胞シートの測定方法を提案した.今年度は,2次元平面状にコンフルエントに培養された細胞シートを培養基材上から垂直方向に引き剥がし,このときのはく離力を接着力として測定をするために,接着力測定システムを構築した.実験では,形成された細胞を特殊な冶具で把持し引き剥がしを行い,微小力センサを使用し接着力を測定した.今後,様々な材質の基板上での接着力評価を行い,セルラーインプリンティングによる生体機能創発ロボティクスの試作を行ってく.組織工学の技術を用いて細胞から組織を構築することができる.例えば,筋細胞からリングや梁といった形状の筋組織を構築した例が報告されている.人工的に構築された筋組織をバイオロボットとして利用することは,細胞由来の高エネルギー効率や生体適合性から,医療やエネルギー分野における応用展開が期待されている.このバイオロボットの高機能化に向けて,細胞から3次元的な組織を構築することが必要である.しかし,現在の組織工学技術では,2次元的パターンを立体的に構築したものを除いて,3次元形態をもつ組織,例えばお椀状組織などの3次元構築は困難である.そこで筋細胞を3次元組織へと構築する新たな方法が必要とされている.一方で生命は,複雑な3次元形態を,自己組織化的に獲得している.この生命の形態発生のメカニズムを解明し,複雑な形態をもつ組織を構築することが期待できる.そこで我々は,粘菌が餌環境に合わせて形態を変えて適応する現象に着目した.粘菌は与えられた栄養分布に合わせて組織の形態を換え,線路網に似た複雑な組織形態を作り上げる.本研究では,この現象から,細胞自体が外部の環境と相互作用しながら,形と機能を外部構造体にインプリンティングし、自己組織化的に機能性3次元組織を構築することができると考え,生体機能を創発したマイクロロボットの設計,試作を行った.実験では,3次元組織内に内包する筋細胞に起因した運動機能を発現することができれば,バイオロボットとしての有用性を示すことができる.これらの実証に向けて,今年度は,細胞によって構成されたお椀状組織をクラゲ構造体と定義し,細胞に影響を与える栄養分布を決めることで,心筋細胞からクラゲ構造体を自己組織的に構築することを行った.さらにクラゲ構造体に推進機能を発現させた.また,薬剤を用いて,クラゲ構造体の拍動周波数の制御を行い,駆動制御実験に成功した.
電気化学的な手法による複合材料膜の作成プロセスの構築と膜の特性評価

本研究は電気化学的な手法である泳動電着と電気めっきによって複合材料「膜」を簡便に作成するプロセスを構築し,生成物の特性を従来のバルク体と比較することを目的として実施している。同時に,泳動電着についてはそのメカニズムに不明な点が多く,その科学的な解明を目指している。2018年度は具体的にあげた3つの研究項目のうち(1)を主として進め概ね課題を完了した。また,(2)および(3)については当初より2019年度以後の課題としていたが,一部先行して検討を開始し結果を得ている。(1)泳動電着メカニズムおよび泳動電着膜の多孔性を決定する因子の解明:泳動電着に影響を与える因子を,電圧,時間,粉体濃度,ヨウ素濃度,水濃度,撹拌速度,温度の7つと仮定し,それぞれの影響を多変量解析によって判定した。その結果,電着速度は電圧の1乗,時間の1/2乗,粉体濃度の1/3乗に比例することを明らかにした。これは泳動電着が主に電圧だけでコントロールできることを示しており,実際の生産には有利である。また,ヨウ素濃度,水濃度,撹拌速度はゼロでは泳動電着できないが,最小量以上あれば十分であること,温度の影響はあまり見られなかった。これらの多変量解析結果に基づいて電着メカニズムを推定した。(2)新規な泳動電着プロセスの開発:有機溶剤ケトン類は可燃性で健康に対する有害性の懸念があるため,水溶液からの泳動電着を検討した。ケトン浴に過剰な水を加えていったところ,水濃度が増加しても電着は可能であった。しかし,水濃度が増加すると粉体の凝集が起こり,平滑な電着物が得にくくなった。この解決のためには凝集を阻止する添加剤等の検討が必要であることが示唆された。(3)泳動電着と電気めっきを組み合わせた機能性膜の作成:超硬質複合材料膜の作成を目指し,炭化タングステン(WC)および炭化珪素(SiC)の成膜を試み,電着可能なことを確認した。前述のとおり,本研究は3つの課題を期間内に完了しようとしている。それぞれの自己評価は以下のとおりである。(1)泳動電着メカニズムおよび泳動電着膜の多孔性を決定する因子の解明:泳動電着に対する主たる因子を明らかにできた。これは2018年度の目標をほぼ完了したことを意味している。また,電着メカニズムを仮定できたので,次年度以後これを確定できるよう検討を続ける必要がある。(2)次のステップとして水中での粉体の凝集防止について検討するべきという方針が明らかになった。(3)泳動電着と電気めっきを組み合わせた機能性膜の作成:まずは硬質膜の作成を試みたがまだ不十分なので,次年度以後検討を継続する必要がある。まとめると,2018年度に進める予定であった(1)については完了の一歩手前。(2)(3)については予定よりも進捗したので,総合評価としては(2)概ね順調に進展している,と自己評価した。本欄も(1)-(3)のそれぞれについての方策を示す。(1)泳動電着メカニズムおよび泳動電着膜の多孔性を決定する因子の解明:かなりの数の実験を行い,7因子の多変量解析を行い,各因子の冪数を推定できたが,まだデータのばらつきは大きく,性格な冪数の決定のためにはさらに多数回の実験が必要である。もはや人力だけで検討回数を増やすことは困難と言えるため,今後は電着実験のロボット化を行い,より多くのデータを収集できる環境を整え,仮定したメカニズムの確定に向け研究を推進する。(2)新規な泳動電着プロセスの開発:凝集を阻止するために加える添加剤として界面活性剤が考えられるが,界面活性剤はまた粒子の表面電荷に影響し,泳動電着に影響する。また,不要な炭素を膜に取り入れる懸念がある。2019年度は界面活性剤の種類と性質について広く文献調査を行い,候補として考えられるいくつかを加えた泳動電着実験を行う。(3)泳動電着と電気めっきを組み合わせた機能性膜の作成:2019年度は超硬質複合材料膜の作成に関しては,炭化タングステン(WC)および炭化珪素(SiC)の成膜を試み,電着膜の空隙に硬質のニッケル,軟質の亜鉛や銅を電析して複合膜を作成し,材料の摩擦摩耗特性を測定することにより,硬質材料と電析金属の最適化をはかる。他の応用研究については調査を進め2020年度に集中して検討を進める。

その結果,電着速度は電圧の1乗,時間の1/2乗,粉体濃度の1/3乗に比例することを明らかにした。これは泳動電着が主に電圧だけでコントロールできることを示しており,実際の生産には有利である。また,ヨウ素濃度,水濃度,撹拌速度はゼロでは泳動電着できないが,最小量以上あれば十分であること,温度の影響はあまり見られなかった。これらの多変量解析結果に基づいて電着メカニズムを推定した。(2)新規な泳動電着プロセスの開発:有機溶剤ケトン類は可燃性で健康に対する有害性の懸念があるため,水溶液からの泳動電着を検討した。ケトン浴に過剰な水を加えていったところ,水濃度が増加しても電着は可能であった。しかし,水濃度が増加すると粉体の凝集が起こり,平滑な電着物が得にくくなった。この解決のためには凝集を阻止する添加剤等の検討が必要であることが示唆された。(3)泳動電着と電気めっきを組み合わせた機能性膜の作成:超硬質複合材料膜の作成を目指し,炭化タングステン(WC)および炭化珪素(SiC)の成膜を試み,電着可能なことを確認した。前述のとおり,本研究は3つの課題を期間内に完了しようとしている。それぞれの自己評価は以下のとおりである。(1)泳動電着メカニズムおよび泳動電着膜の多孔性を決定する因子の解明:泳動電着に対する主たる因子を明らかにできた。これは2018年度の目標をほぼ完了したことを意味している。また,電着メカニズムを仮定できたので,次年度以後これを確定できるよう検討を続ける必要がある。(2)次のステップとして水中での粉体の凝集防止について検討するべきという方針が明らかになった。(3)泳動電着と電気めっきを組み合わせた機能性膜の作成:まずは硬質膜の作成を試みたがまだ不十分なので,次年度以後検討を継続する必要がある。まとめると,2018年度に進める予定であった(1)については完了の一歩手前。(2)(3)については予定よりも進捗したので,総合評価としては(2)概ね順調に進展している,と自己評価した。本欄も(1)-(3)のそれぞれについての方策を示す。(1)泳動電着メカニズムおよび泳動電着膜の多孔性を決定する因子の解明:かなりの数の実験を行い,7因子の多変量解析を行い,各因子の冪数を推定できたが,まだデータのばらつきは大きく,性格な冪数の決定のためにはさらに多数回の実験が必要である。もはや人力だけで検討回数を増やすことは困難と言えるため,今後は電着実験のロボット化を行い,より多くのデータを収集できる環境を整え,仮定したメカニズムの確定に向け研究を推進する。(2)新規な泳動電着プロセスの開発:凝集を阻止するために加える添加剤として界面活性剤が考えられるが,界面活性剤はまた粒子の表面電荷に影響し,泳動電着に影響する。また,不要な炭素を膜に取り入れる懸念がある。2019年度は界面活性剤の種類と性質について広く文献調査を行い,候補として考えられるいくつかを加えた泳動電着実験を行う。(3)泳動電着と電気めっきを組み合わせた機能性膜の作成:2019年度は超硬質複合材料膜の作成に関しては,炭化タングステン(WC)および炭化珪素(SiC)の成膜を試み,電着膜の空隙に硬質のニッケル,軟質の亜鉛や銅を電析して複合膜を作成し,材料の摩擦摩耗特性を測定することにより,硬質材料と電析金属の最適化をはかる。他の応用研究については調査を進め2020年度に集中して検討を進める。
都市ごみ焼却灰の建設素材としての再利用に関する研究

自治体から排出される都市ごみ焼却灰は、最終処分場の残余容量問題や埋立地からのダイオキシン類・重金属類の溶出による環境汚染問題が指摘されている。厚生省は焼却灰の処理方式として溶融方式を推進し一部実用化されているが、設備費用及び運転費用が高く、劣悪なメンテナンス等の問題があり、普及拡大には至っていない。また、有明粘土等の高含水比粘土は低品質な汚泥として利用が困難であり、処分適地の確保も困難な状況にあり、その再資源化が緊急の課題となっている。このような現状に対しここ数年、民間企業と実施してきた共同研究の成果として、都市ごみ焼却灰に無害化処理を施し、リサイクル材として再利用可能な焼却灰リサイクルシステムを確立してきた。本研究は、長崎県と佐賀県内のゴミ処理場より都市ゴミ焼却灰を採取し、焼却灰リサイクルシステムにより無害化処理を行なった都市ゴミ焼却灰の力学特性および化学的特性を求めることにより、都市ゴミ焼却灰の建設素材としての再利用の適性評価を行なった。特に無害化した都市ごみ焼却灰の建設材料としての再利用可能性について、エコアッシュと有明粘土との混合による軟弱地盤改良材としての強度評価を行った結果、最も改良効果が大きい配合を用い、遠心力載荷模型実験等により表層改良材としての効果を判定し、エコアッシュと発生土の再利用可能性を実証した。研究申請者らは共同研究の成果として、都市ごみ焼却灰に無害化処理を施し、リサイクル材として再利用可能な焼却灰リサイクルシステムを確立した。本研究はさらに、建設副産物のうち最もその処分が困難な建設発生汚泥に添加・混練することにより、基礎試験(物理・水理・力学特性把握)に基づく盛土材、裏込め材等のリサイクル建設素材としての再利用の適性評価を行う。今年度はまず、長崎県内のゴミ処理場より都市ゴミ焼却灰を採取し、焼却灰リサイクルシステムにより無害化処理を行なった。また、都市ゴミ焼却灰の物理特性、水理特性および力学特性を、具備している装置を使用して求めることにより、無害化処理を施した都市ゴミ焼却灰の建設素材としての再利用の適性評価を行なった。グラウテイング材としての膨張特性、付着せん断特性を評価するために、周囲地盤の変形特性による拘束効果を考慮できる剛性制御せん断試験装置の設計と製作を行い、試運転を行った。載荷条件を変化させながら、グラウトと地山との付着せん断試験を実施し、不連続体解析の基本データの整理と充実を行っている。今年度は、長崎県と佐賀県内のゴミ処理場より都市ゴミ焼却灰を採取し、焼却灰リサイクルシステムにより無害化処理を行なった。また、都市ゴミ焼却灰の力学特性および化学的特性を求めることにより、無害化処理を施した都市ゴミ焼却灰の建設素材としての再利用の適性評価を行なった。特に無害化した都市ごみ焼却灰の建設材料としての再利用可能性について、エコアッシュと有明粘土との混合による軟弱地盤改良材としての強度評価を行った結果、最も改良効果大きい配合を用い、遠心力載荷模型実験等により表層改良材としての効果を判定し、エコアッシュと発生土の再利用可能性を実証した。これらの研究成果をまとめ、研究報告書を完成した。