hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
悪性黒色腫個別化治療を目指した薬剤感受性と遺伝子異常の関連解析

本研究は悪性黒色腫の個別化治療を目指して、悪性黒色腫、特に日本人に多い末端黒子型悪性黒色腫の手術検体からの細胞培養法を確立する目的のもとに行われた。結果、同意の得られた19人の患者から手術検体を得、このうち14の検体から細胞培養を行い、3系統の悪性黒色腫細胞の培養に成功した。同時に採取した組織からDNA、RNAの抽出・解析を行い、N-ras、BRAF、c-kitの遺伝子変異を解析したが、末端黒子型悪性黒色腫にこれらの変異は認められなかった。手術検体から細胞培養、遺伝子解析を同時に行う本システムが確立されたことにより、今後症例を蓄積することによって腫瘍の薬剤感受性と遺伝子変異との関連が明らかになることが期待される。平成20年度は手術切除組織からの悪性黒色腫細胞の培養法について検討した。7人の悪性黒色腫患者の皮膚原発巣4検体(末端黒子型4例、悪性黒子型1例)、転移巣3検体の計7検体から培養を試みた。そのうち、原発巣2検体、転移巣1検体の計3検体で色素細胞の培養に成功した。色素細胞は二極性三極性の胞体の少ない細胞で、メラニン色素を有するものが散見された。色素を有しない細胞についてはDOPA染色を行うことによってチロシナーゼの存在を証明することができた。現段階ではこれらは線維芽細胞や表皮角化細胞が混在している状態のため、今後、分離培養を行い純粋な色素細胞培養を行う予定である。全7検体のうち、残りの4検体においては線維芽細胞の過増殖や細菌、真菌のコンタミネーションのため培養継続が困難であった。転移巣から検体採取を行った場合は線維芽細胞や細菌のコンタミネーションが多い傾向があった。遺伝子検査については現在mRNAから逆転写を行ってcDNAを作製し、NRAS、BRAF、C-KITのホットスポットの変異を検索している。次年度(平成21年度)はさらに検体数を増やしていくとともに、コンタミネーションを予防して培養効率を高める。また、混合培養から色素細胞の分離を行う。同時に、cDNAを保存し、遺伝子変異の検索を行う。この研究の最終年度(平成22年度)には集めた検体、培養細胞を用いて薬剤感受性検査やマイクロアレイ解析を行う予定である。平成21年度は計6人の患者から6つの悪性黒色腫組織を採取した。そのうち、5つは原発巣、1つは転移巣であり、その内訳は、末端黒子型悪性黒色腫2つ、悪性黒子型悪性黒色腫2つ、表在払大型悪性黒色腫1つ、皮膚転移1つであった。遺伝子解析用に全ての検体から組織の一部を凍結保存した。培養に成功したのは末端黒子型悪性黒色腫1つのみであった。他の原発巣からの培養では、線維芽細胞のコンタミネーションが多く、色素細胞の増殖がみられなかった。培養か成功しない理由としては、トリプシン処理による表皮-真皮の分離がうまくいっていないことや、使用している増殖因子に問題がある可能性が考えられた。前者に対する解決策としては、トリプシン処理前に検体をトリミングすることによりトリプシンの浸透を均一化させ、成功率を高められるようにした。増殖因子には現在まで使用してきたPhorbol ester、Cholera Toxin、Endothelin、stem cell factorに加えて新たにEpidermal growth factorを追加し、その効果を検討中である。また、あらたな培養法としてプラスチックメンブレンを用いてのメラノサイトーケラチノサイト培養系を検討中である。遺伝子検査については現在mRNAから逆転写をいってcDNAを作製し、NRAS、BRAF、C-KITのホットスポットの変異を検索している。平成22年度は、さらに検体の採取を進め、現在までに得られた組織とともに遺伝子解析、マイクロアレイを行う予定である。平成22年度は計6人の新規悪性黒色腫患者から手術検体を採取した。6個の検体のうち、5個は原発巣、1個はリンパ節転移から採取した、組織型の内訳は、末端黒子型悪性黒色腫(踵1例、趾2例、指1例、リンパ節転移1例)、結節型悪性黒色腫(膣粘膜1例)であった。遺伝子解析用に全ての検体から組織の一部を凍結保存し、全ての検体から、DNA、RNAの抽出を行った。細胞培養は2例で実施可能であった。1例目は踵部悪性黒色腫から行ったが、色素性細胞の増殖がみられず、終了した。2例目は足趾の悪性黒色腫から行ったが、線維芽細胞の増殖が速く黒色腫細胞の分離が不可能であった。現在までの初代培養の経験から、黒色腫細胞を分離増殖するためには、初日のトリプシン処理が重要であることがわかった。

すなわち、原発巣から採取した検体は表皮、真皮成分からなっており、黒色腫細胞はその両者に存在する。真皮成分には線維芽細胞が豊富であるため、表皮成分(と黒色腫細胞)を真皮成分から過不足なく分離する操作が重要である。実際、前年度までには数例でこの表皮成分からの培養に成功している。トリプシン処理は、件台採取部位(皮膚厚、角層の厚さ)に影響されるため、検体毎の慎重な操作が求められる。この点において、手技を標準化することが容易でないことが判明した。また、あらたな培養法としてプラスチックメンブレンを用いてのメラノサイトーケラチノサイト共培養系を検討した。この方法により、検体から採取した細胞とfeeder cellを分離して培養を行うことができ、feeder cellの分裂増殖の可能性が疑われる際には有用な方法と考えられた。
バンプ探索法を用いた主要リスク要因抽出によるリスク解析

機器の故障発生確率を求める際、多数の故障要因が考えられる場合にはまず主たる要因を統計的分類手法によって特定し、その後で特定された要因下での故障発生確率やリスク分析を行なう新しい方法を提案している。分類精度を上げるには、決定木のような分類器を単一で用いるのではなく、複数同時に用いるアンサンブル手法を改良し最適な方法を示した。また、遺伝的アルゴリズムを援用したバンプ探索法を用いると、高い分類精度を保ちながら計算も速くなることが分かった。本研究は、データマイニング技術を応用して、システムを機能停止に導く主たる要因を抜き出し、その要因のもとでのシステムや機器の持続性を確率的に評価し、損失関数を与えることでリスク分析を行うことを目的とする。このため、高次元の説明変数空間に蓄積された基礎情報から故障を誘引するデータとそうでないデータとを分離させるため、故障を誘引するデータが他よりも密になっている領域を囲い込み、そこでの故障発生を確率的にとらえリスク分析を行うことを目標とする。今年度は、以下の3つの成果をあげることができた。1)バンプ探索研究において、決定木と遺伝的アルゴリズムを用いた近似法は真値にどの程度近づくことができるかという面から研究を行った結果、十分に実用に耐えるものであることが分かった。この成果を、4年に1度の確率統計の国際会議で発表した。2)データマイニング技術の中で分類についての最近の先進的な方法論、特にアンサンブル法、について基礎的な研究を行い、新しい方法を提案した。また、その成果を信頼性関連の研究方面へ応用し、実用性も確認した。国際会議への発表は4件にのぼる。3)システムや機器の故障を試験結果から推測する統計的な方法論の面から、基礎的な研究として、上昇法による試験結果の評価について研究を行い、機器の耐力の精度評価法の提案を行った。本研究は機器設計の指針となる国際規格にも反映される可能性があり、重要な研究である。これらの3つの成果をまとめると、論文誌2件、著作1件、国際会議9件、その他の口頭発表11件となった。1)バンプ探索研究たおいて、決定木と遺伝的アルゴリズムを用いた近似法は真値にどの程度近づくことができるかという面から研究を行った結果、高い信頼度を持つことが分かった。この成果を、確率統計の国際会議などで発表した。ジャーナル論文2件、国際会議への発表は3件にのぼる。本研究は機器設計の指針となる国際規格にも反映される可能性が高く、重要な研究である。ジャーナル論文3件にのぼる。4)リスク要因という面からは、インフルエンザ感染の広がりについて、ジャーナル論文2件、国際会議への発表は2件行なっている。これらの3つの成果をまとめると、論文誌10件、著作2件、招待講演2件、国際会議6件、その他の口頭発表19件となった。1)データマイニング技術の中で分類についての最近の先進的な方法論、特にアンサンブル法、について基礎的な研究を行い、新しい方法を提案した。2)システムや機器の故障を試験結果から推測する統計的な方法論の面から、基礎的な研究として、絶縁試験結果の評価について研究を行い、機器の耐力の精度評価法の提案を行った。3)リスク要因という面からは、口蹄疫感染の広がりについての研究を行い、感染伝播の基礎数理モデルを提案した。

4)決定木と遺伝的アルゴリズムを用いたバンプ探索研究については、そのまとめを行なった。これらの3つの成果をまとめると、査読付き論文誌5件、査読付き国際会議5件、その他の口頭発表23件となった。
宇宙環境（微小重力）が細菌間の遺伝子伝播に与える影響に関する研究

本研究では、微小重力シミュレーション装置を用いて、環境中において遺伝子伝播に大きく寄与している可能性が考えられる「形質転換」に着目して、微小重力が細菌間の遺伝子伝播に与える影響の評価を進めた。供試菌には大腸菌、および環境中の自然形質転換能を有する細菌を用い、外来遺伝子には環状化プラスミドを用いた。通常重力下、微小重力下での形質転換頻度を比較したところ、微小重力による影響は小さく、宇宙居住環境における形質転換の起こりやすさは地球上と同程度である可能性が示された。それゆえ、私たちの宇宙居住環境においても、地上と同様に病原遺伝子などの伝播に気をつける必要がある。細菌の進化や環境適応には、外来遺伝子の取込みが大きく関与している。宇宙環境において、細菌間の遺伝子伝播頻度が上昇する場合、病原遺伝子や抗生物質耐性遺伝子が予測を超えて伝播する可能性が生じ、バイオハザードの要因となる。本研究では、微小重力シミュレーション装置を用いて、微小重力下における細菌の遺伝子伝播頻度や伝播の範囲、伝播に影響を及ぼす因子について、微生物生態学的手法を用いて考究する。平成25年度は、微小重力下において伝播した遺伝子の消長を明らかとするため、微小重力シミュレーション装置を使用し、受容菌として大腸菌HB101株を、プラスミドとしてpGFPuvを用い、通常重力下と疑似微小重力下での形質転換による遺伝子伝播頻度を測定し、その再現性を確認した。遺伝子伝播頻度は選択培地上に形成したアンピシリン耐性遺伝子(ampr遺伝子)が発現した細菌数にもとづいて算出した。その結果、昨年度と同様に疑似微小重力下と通常重力下での遺伝子伝播頻度に差は見られなかった。また、細菌内遺伝子増幅法によるシングルセルレベルでの遺伝子伝播の測定も試みた。細菌の進化や環境適応には、外来遺伝子の取り込みが大きく関与している。宇宙環境において細菌間の遺伝子伝播頻度が上昇する場合、病原遺伝子や抗生物質耐性遺伝子が予測を超えて伝播する可能性が生じ、バイオハザードの要因となる。平成24年度においては、微小重力下において伝播した遺伝子の消長を明らかとするため、微小重力シミュレーション装置を使用し、Escherichia coli HB101株を受容菌、プラスミドpGFPuvをドナーとした形質転換実験系を構築したうえで、通常重力下と疑似微小重力下での遺伝子伝播頻度を測定した。遺伝子伝播頻度はpGFPuv上の緑色蛍光蛋白質遺伝子(gfp遺伝子)が発現した細菌数、また、選択培地上に形成したアンピシリン耐性遺伝子(ampr遺伝子)が発現した細菌数にもとづいて算出した。その結果、疑似微小重力下で一定期間インキュベーションしたE. coli HB101株に対し形質転換を行った場合、またE. coli HB101株をpGFPuvとともに混合し疑似微小重力下で形質転換実験を行った場合、いずれにおいてもコントロールである通常重力下での形質転換実験において得られた形質転換頻度との差は見られなかった。細菌の進化や環境適応には、外来遺伝子の取り込みが大きく寄与している。宇宙環境において、細菌間の遺伝子伝播の頻度が上昇する場合、病原遺伝子や抗生物質耐性遺伝子が予測を超えて伝播する可能性が生じ、バイオハザードの要因となる。平成25年度までの検討により、自然形質転換能をもつ細菌を受容菌とした検討が重要であることを見いだしており、平成26年度は自然形質転換能を持つ細菌を受容菌とした遺伝子伝播実験を進めた。まずはじめに、広宿主域プラスミドであるpBBR122-gfpuvを新たに作製したうえで、受容菌を自然形質転換能をもつPseudomonas stuzteriとした形質転換実験系を構築した。細菌の進化や環境適応には、外来遺伝子の取り組みが大きく寄与している。宇宙環境において、細菌間の遺伝子伝播の頻度が上昇する場合、病原遺伝子た抗生物質耐性遺伝子が予測を超えて伝播する可能性が生じ、バイオハザードの要因となる。今研究では、微小重量シミュレーション装置を用いて、微小重力下における細菌の遺伝子伝播頻度や伝播の範囲、伝播に及ぼす因子について、微生物生態学的手法を用いて考究する。平成26年度までに実施した大腸菌を受容菌とした形質転換実験により微小重力の影響は見られなかったものの、自然形質転換能をもつ細菌を受容菌とした検討が重要であることを見出した。そこで最終年度は、新たに広宿主域プラスミドpBBR122-gfpuvを作成したうえで、受容菌には自然形質転換能をもつPseudomonas stuzteri、ならびに自然環境分離株を使用し検討を行った。昨年度までに構築した実験系を用いて、微小重力の形質転換に与える影響を抗生物質耐性遺伝子をマーカーとした選択培地により評価したところ、微小重力下、通常重力下の形質転換頻度に大きな差は見られなかった。以上の結果より、微小重力は形質転換には大きな影響を与えない可能性が示唆された。

通常重力下、微小重力下での形質転換頻度を比較したところ、微小重力による影響は小さく、宇宙居住環境における形質転換の起こりやすさは地球上と同程度である可能性が示された。それゆえ、私たちの宇宙居住環境においても、地上と同様に病原遺伝子などの伝播に気をつける必要がある。本実験の遂行において重要である擬似微小重力実験装置に不具合が生じ、この調整に時間を要し擬似微小重力下での実験を行うことができなかった。この点以外は、順調に推移した。分子微生物生態学・自然形質転換能をもつ細菌を受容菌とした遺伝子伝播実験擬似微小重力実験装置を用いて、自然形質転換能をもつ細菌を受容菌、pBBR-gfpuvをプラスミドとした遺伝子伝播実験を行い、通常重力下、擬似微小重力下それぞれでの遺伝子伝播頻度を測定し、考察する。また、必要に応じて細胞内遺伝子の可視化に向けた検討を行う。微小重力の遺伝子伝播を与える影響を考察するにあたり、大腸菌を受容菌とし、pGFPuvをドナーとした系では、通常重力下とは形質転換頻度に差がない可能性を再現良く示した。また、大腸菌とpGFPuvの組み合わせだけでなく、自然形質転換能をもつ細菌を受容菌とした検討が今後重要であることを見いだした。以上のような成果が得られたので、本研究は,おおむね順調に進展している.微小重力の遺伝子伝播に与える影響を考察するにあたり、モデル細菌として大腸菌、プラスミドとしてpGFPuvを使用しての遺伝子伝播頻度の測定を平成24年度中に終えることができていることから、おおむね順調に研究は進展していると判断している。本研究の遂行において重要である擬似微小重力実験装置に不具合が生じ、この調整に時間を要したため、擬似微小重力下での実験を行うことができなかった。・自然形質転換能をもつ細菌を受容菌とした遺伝子伝播実験自然形質転換能を持つ細菌(Pseudomonas属細菌)を受容菌、pBBR122をドナープラスミドとし、遺伝子伝播頻度を測定する。必要に応じて、これまでにJAXAとの共同研究「MICROBE」において国際宇宙ステーションから4種の細菌を分離している。これら国際宇宙ステーションからの分離株を受容菌として形質転換実験を進め、遺伝子伝播頻度を測定し、細菌種による違いを明らかにする。また、細胞内遺伝子の可視化に向けた検討を行う。・環境因子が微小重力下での遺伝子伝播に与える影響有機物濃度等を変えて、遺伝子伝播実験を行い、環境因子が微小重力下での遺伝子伝播頻度に与える影響を明らかにする。・国際宇宙ステーション日本実験棟「きぼう」から分離した細菌を受容菌とした遺伝子伝播実験これまでにJAXAとの共同研究「MICROBE」において国際宇宙ステーションから、4種の細菌を分離している。これら国際宇宙ステーションからの分離株を受容菌として形質転換実験を進め、遺伝子伝播頻度や遺伝子伝播に影響する要因の細菌種による違いを明らかにする。・環境因子が微小重力下での遺伝子伝播に与える影響照度、有機物濃度などを変えて、遺伝子伝播実験を行い、各環境因子が微小重力下での遺伝子伝播頻度に与える影響を明らかにする。
機械による裁判官の代替可能性について

昨今の技術革新により人工知能の性能は飛躍的に向上しており、法の領域においてもすでにパラリーガルを代替するようなプログラムが市場に登場しつつあるほか、米中をはじめ諸外国においては実際の裁判での活用例も存在する。このような状況を背景として、ときとして〈裁判は人間ではなく機械によって行われるべきだ〉との主張には説得力が感じられるかもしれない。本研究では、法的推論への情報処理技術の応用例および機械による判断の性質に関する哲学的な議論を踏まえ、法的判断の性質に関する法学・法哲学における議論に基づいて機械による裁判官の代替可能性を検討することで、上記のような主張が果たして適切なのか否かを明らかにする。
非侵襲熱物性計測による皮膚がんの定量的早期診断および腫瘍深達度の推定

本研究課題では,非侵襲熱物性計測による皮膚科医の熟練を要さないメラノーマの定量的早期診断及び腫瘍深達度推定手法の確率を最終目的とし,具体的な目標として「皮膚伝熱特性の解明」,「逆問題解析手法の確立」,「生体実験への展開」を設定した.本年度は,特に1非臨床実験による熱物性計測時の皮膚伝熱特性の解明,2数値解析による皮膚腫瘍深達度推定の有用性検証,3臨床実験による有用性検証を実施した.皮膚近傍の多層構造や熱物性値を模擬した生体等価ファントムを作製し,諸種条件下における皮膚伝熱特性を実験的に検証した.特に,皮膚構造や熱物性値,模擬腫瘍厚さを変化させた場合,有効熱伝導率にどのような影響を与えるか検証した.結果より,保護熱源式サーミスタプローブを用いた場合,皮膚有効熱伝導率は表皮厚さや皮膚水分量に強く依存することが明らかとなった.さらに,模擬腫瘍厚さによって有効熱伝導率の値が変化し,熱物性計測による深達度推定の実現可能性が実験的に示唆された.数値解析を用いて皮膚腫瘍深達度推定の有用性検証を行った.本解析では,熱物性計測時の熱浸透深さを変化させた際の各腫瘍厚さにおける有効熱伝導率の変化に着目し,検証を行った.結果より,腫瘍厚さによって熱浸透深さを変化させた時の挙動が異なり,それらを用いて逆問題解析を行った結果,妥当な結果を得ることができた.実際のメラノーマ患者11名(表皮内がん患者6名,浸潤がん患者5名)に対して,病変部を含む皮膚有効熱伝導率計測を実施した.結果より,世界で初めて表皮内がんと健常皮膚の有効熱伝導率の差異の検出に成功した.また,浸潤がんの場合,癌ストローマ形成による血流やリンパ流の増加に伴う有効熱伝導率の上昇を検出し,進行に伴い,その上昇幅が大きくなる可能性を示した.また,より精確な深達度推定には血流やリンパ流等の影響を考慮する必要があることがわかった.本研究課題では,非侵襲熱物性計測による皮膚科医の熟練を要さないメラノーマの定量的早期診断及び腫瘍深達度推定手法の確立を最終目的とし,具体的な目標として「皮膚伝熱特性の解明」,「逆問題解析手法の確立」,「動物実験への展開」を設定した.本年度は,特に1解析モデル構築,2数値計算による熱物性計測時の皮膚伝熱特性の解明,3逆問題解析手法の開発を実施した.1腫瘍深達度及びメラノーマの熱伝導率・血流特性を推定可能な逆問題解析に必要な解析モデルを作成した.本モデルは,表皮,真皮,腫瘍を有する多層構造であり,支配方程式にPennesの生体伝熱方程式を採用することで血流や代謝の影響を考慮した.血流の変化はPennesの式中の血液かん流の値を変化させることで再現した.2構築したモデルを用いて,様々な条件下における保護熱源式プローブを用いた非侵襲熱伝導率測定時の皮膚伝熱特性の検証を行った.特に,表皮厚さや,腫瘍の熱物性・血流,腫瘍深達度,加熱時の熱浸透深さに着目し,体の各部位や個体差,異なる加熱条件など幅広い条件下での温度応答や有効熱伝導率に与える影響を検証した.結果より,腫瘍深達度によって有効熱伝導率の値が変化することが示唆され,熱物性計測による深達度推定の実現可能性が示唆された.3構築した解析モデルと得られた知見をもとに,逆問題解析手法の構築を行った.本手法では,パルス加熱時のプローブの温度応答と有効熱伝導率の実験値と解析モデルから得た計算値から計算した目的関数を最小化することによって各パラメータの値を推定する.現在,構築した手法の妥当性検証を行っている.本研究課題では,非侵襲熱物性計測による皮膚科医の熟練を要さないメラノーマの定量的早期診断及び腫瘍深達度推定手法の確立を最終目的とし,本年度の目標を1解析モデル構築,2数値計算による熱物性計測時の皮膚伝熱特性の解明,3逆問題解析手法の開発と設定していた.上記の通り,解析モデルの構築,熱物性計測時の皮膚伝熱特性の検証,逆問題解析手法の構築を実施し,おおむね目標を達成した.本研究課題では,非侵襲熱物性計測による皮膚科医の熟練を要さないメラノーマの定量的早期診断及び腫瘍深達度推定手法の確率を最終目的とし,具体的な目標として「皮膚伝熱特性の解明」,「逆問題解析手法の確立」,「生体実験への展開」を設定した.本年度は,特に1非臨床実験による熱物性計測時の皮膚伝熱特性の解明,2数値解析による皮膚腫瘍深達度推定の有用性検証,3臨床実験による有用性検証を実施した.皮膚近傍の多層構造や熱物性値を模擬した生体等価ファントムを作製し,諸種条件下における皮膚伝熱特性を実験的に検証した.特に,皮膚構造や熱物性値,模擬腫瘍厚さを変化させた場合,有効熱伝導率にどのような影響を与えるか検証した.結果より,保護熱源式サーミスタプローブを用いた場合,皮膚有効熱伝導率は表皮厚さや皮膚水分量に強く依存することが明らかとなった.さらに,模擬腫瘍厚さによって有効熱伝導率の値が変化し,熱物性計測による深達度推定の実現可能性が実験的に示唆された.数値解析を用いて皮膚腫瘍深達度推定の有用性検証を行った.本解析では,熱物性計測時の熱浸透深さを変化させた際の各腫瘍厚さにおける有効熱伝導率の変化に着目し,検証を行った.

結果より,腫瘍厚さによって熱浸透深さを変化させた時の挙動が異なり,それらを用いて逆問題解析を行った結果,妥当な結果を得ることができた.実際のメラノーマ患者11名(表皮内がん患者6名,浸潤がん患者5名)に対して,病変部を含む皮膚有効熱伝導率計測を実施した.結果より,世界で初めて表皮内がんと健常皮膚の有効熱伝導率の差異の検出に成功した.また,浸潤がんの場合,癌ストローマ形成による血流やリンパ流の増加に伴う有効熱伝導率の上昇を検出し,進行に伴い,その上昇幅が大きくなる可能性を示した.また,より精確な深達度推定には血流やリンパ流等の影響を考慮する必要があることがわかった.今後の目標として,1生体等価ファントムを用いた逆問題解析手法の妥当性検証,2非臨床実験による熱物性計測時の皮膚伝熱特性の解明,3自然発生型メラノーマ担癌マウスを用いた動物実験への展開を予定している.開発した逆問題解析手法の妥当性を実験的に検証するために,多層生体等価ファントムを用いた非臨床実験を行う.模擬腫瘍の深達度を変化させた場合の有効熱伝導率測定を行い,本解析手法の深達度推定精度を検証する.また,数値計算によって予測された熱物性計測時の皮膚伝熱特性を実験的に検証するために,模擬腫瘍の形状や熱物性,深達度を変化させた場合や加熱方法の違い,皮膚構造の違いなどを模擬し,熱物性計測を行う.本手法を自然発症型メラノーマ担癌マウスを用いた動物実験に展開し,有用性の検証を行う.
リサイクル反応系を導入したバイオマスのシーケンシャル改質・転換

本研究は、木質系および草本系バイオマスの水熱処理を起点として、これにより得られる改質リグニンから、クリーン炭化物、高強度ハードカーボン、合成ガス、高比表面積活性炭(比表面積>2,500 m2/g)、リグニンモノマー(フェノール類)、シクロヘキサノール類、フラン類および水素を効率良く得る新シーケンシャルプロセス(新プロセス;重質油完全リサイクル式熱分解、熱間成型・炭化、アルカリ水に溶解したリグニンの水素化分解、リグニンモノマーの水素化、リグニン溶解アルカリ水の電解、チャー懸濁酸性水の電解、脱金属チャーの無触媒水蒸気ガス化、低分子化リグニンの迅速熱分解)触媒等を開発することを目的として実施した。本課題申請時の研究目的および計画に沿ってバイオマスシーケンシャル改質・転換プロセスに関する実験的検討(以下の14)を実施し,それぞれについて新知見を得た。(1)バイオマスの水熱処理において発生する水溶液(改質液)をリサイクル利用するプロセスを,繰り返しバッチ試験によって実験的に模擬した。改質固体収率(炭素基準,250°C処理)は改質液リサイクルによって72%から85%にまで増加し,迅速に定常に達すること,その後は,水溶性成分(有機酸,フラン類),ガスの収率も一定に達すること,さらに,原料の含水率を一定値未満に抑えると,改質液の完全リサイクル(発生ゼロ)が可能であることを示した。(2)有機酸生成による改質液の酸性化(pH低下)は,原料バイオマス中の金属種(ガス化触媒前駆体)をほぼ完全に除去するに十分であることを明らかにした。このことは無機酸を使って事前処理した原料から調製した炭化物(チャー)と改質固体由来のチャーの水蒸気ガス化速度がほぼ同等であり,しかも反応の全域が一次反応によって定量的に記述できることによって証明した。(3)改質固体から調製したチャーおよび酸処理チャーの水蒸気ガス化によって比表面積が2,500 m2/gを超える活性炭を調製できることを示した。金属種(触媒)はチャーの比表面積増大を抑制する働きをすることが判明した。(4)改質固体を原料とする熱間成型・炭化法によってコークスを調製した。水熱改質条件(温度・時間)を改質固体の化学構造を因子としてそれぞれ最適化した結果,4060 MPaの引張強度を有するコークスを製造することに成功した。前年度の成果を踏まえ以下の課題ad(c,dは追加課題)に取り組んだ。課題a:タケの200°C水熱改質によってリグニンの約50 wt%を溶剤可溶成分に転換した。可溶リグニンの迅速熱分解によるモノマー収率は前例のない60%に達した。不溶リグニンからの収率を合わせた収率は改質固体基準で約20 wt%に達した。すなわち水熱改質,改質固体の分別,熱分解のシーケンスによってモノマー収率>15 wt%を達成した。課題b:バイオマスに塩を添加して水熱処理すると,酸の添加なしに水のpHが<2に低下し,セルロースの加水分解が起こることを見出した。200°Cでもセルロースの80%以上を分解し,HMFやレブリン酸等が高選択性で生成できることを示した。課題c:籾殻の水熱改質固体を独自の間成型・炭化法によってコークス化した。コークスは灰分含有率(主成分SiO2)が49 wt%であるにも拘らず,高い引張強度(20 MPa)を有することを示した。高SiO2含有率の物性を生かし,SiO2を触媒(アルカリ・アルカリ土類金属)の失活材として利用し,褐炭コークスの反応性低下に挑戦し,コークス強度の低下なしに反応性の低下(50%以上)を実現した。この取組みを通じ,炭化物ガス化に関する新反応機構・速度モデルを構築した。無触媒・触媒反応の並列的進行,複数の触媒種と個々の失活速度論の考慮によってガス化率099.95%におけるガス化速度の定量的記述に成功した。課題d:リグニンの新改質法として芳香族水素化を提案した。新規法によりNiナノ粒子高分散ZSM-5触媒を開発し,その性能を10種のフェノール性化合物について実証した。ついでリグニンの水素化に取り組み,200°C以下で水素化率>50%を達成した。水素化物の熱分解における固体残渣収率はわずか7 wt%であり,前例のない残渣フリー熱分解に近づいた。本研究の目的は,申請時から全く変更していない。目的は次の通りである。「バイオマスを180°C(飽和蒸気圧=1 MPa)以下の温度でセルロース・ヘミセルロース由来の有機酸と金属イオンフリーの改質リグニンに転換・改質する改質液リサイクル式水熱処理,そして,改質リグニンからフェノール類を15%以上の収率で得る重質油リサイクル式熱分解を開発する。さらに,熱分解チャーの無触媒水蒸気ガス化,成型リグニンの重質油リサイクル式熱分解によってそれぞれ比表面積>2,500 m2/gの活性炭,引張強度>50 MPaの炭化物を調製する。水熱処理については「高濃度化した自生有機酸を触媒とする炭水化物転換の促進」の原理を明らかにし,一方,改質リグニンの転換については,改質リグニンがアルカリ・アルカリ土類金属フリーであるが故に上記のプロセス・製品スペックが達成可能であることを証明し,これらにより新規バイオマスシーケンシャル改質・転換の有効性を示す。」

平成26年度実績報告ならびに本年度実績(前項)に述べたように,以上の研究目的はこれまでにほぼ全て達成した。残る課題は,本研究が当初計画以上に進展し,それにより追加した新課題についてのものである。新課題に関しては,次項(今後の研究の推進方策)に述べる。本研究の当初目標は27年度までの研究によって達成済みとの認識のもと、平成28年度は、(a)リグニンの水素化(芳香族環の水素添加)および水素化分解(モノマー間架橋切断)に関する実験・理論的展開研究を実施し、新知見を得た。さらに、これまでに報告例がない(b)リグニンの熱分解特性に及ぼす事前水素化の影響に関する研究を実施し、新知見を得た。以上の実績・成果に加えて、改質バイオマスの熱分解・炭化、ガス化によって必然的に生成するチャー(バイオチャー)の新規転換法、すなわち、(c)バイオチャー・アシストによる低電圧駆動(高効率)水電解を提案し、革新的水素製造・バイオチャーの電気化学的ガス化法としての有効性を世界に先駆けて示した。(a)では、よく知られた前駆体(Ni2+)と還元剤(NaBH4)の組合せによって従来にない高い分散性、活性、安定性を持つNi触媒(担体:HZSM-5)を調製する新手法を密度汎関数理論(DFT)に基づいて提案し、その有効性を触媒微細構造解析および触媒活性・安定性評価によって明らかにした。(b)水素化では、リグニンC 1 molあたり0.30.4 molのHを添加すると、熱分解時のチャー収率が劇的(1/5)に低下することを示した。これには、脂肪族環からの活性水素供与、水素化時の解重合(水素化分解)および架橋前駆体としての酸素官能基の一部除去が寄与した。リグニンのchar-less熱分解の可能性を示した。リグニンの水素化分解に関しては、典型的な5種のモノマー間架橋の接触水素化分解をDFTによって検討し、3種の架橋の切断は容易だが、残り2種の切断は圧倒的に速度が小さいことを明らかにした。(c)では、酸性水にbiocharを添加することによって水素発生に必要な電極間電位が0.5 Vまで低下すること、を実験的に示し、電気化学的活性に必要なチャー物性も把握した。本研究は、木質系および草本系バイオマスの水熱処理を起点として、これにより得られる改質リグニンから、クリーン炭化物、高強度ハードカーボン、合成ガス、高比表面積活性炭(比表面積>2,500 m2/g)、リグニンモノマー(フェノール類)、シクロヘキサノール類、フラン類および水素を効率良く得る新シーケンシャルプロセス(新プロセス;重質油完全リサイクル式熱分解、熱間成型・炭化、アルカリ水に溶解したリグニンの水素化分解、リグニンモノマーの水素化、リグニン溶解アルカリ水の電解、チャー懸濁酸性水の電解、脱金属チャーの無触媒水蒸気ガス化、低分子化リグニンの迅速熱分解)触媒等を開発することを目的として実施した。研究申請時に掲げた本研究の目的・目標に照らして,現在までの達成度を報告する。(1)バイオマスを180°C(飽和蒸気圧=1 MPa)以下の温度でセルロース・ヘミセルロース由来の有機酸と金属イオンフリーの改質リグニンに転換・改質する改質液リサイクル式水熱処理を提案した。リサイクル式水熱処理プロセスの成立条件と有効性は明らかにし,予期しない新知見を得たが,セルロースの分解には240250 °Cが必要であることも判明した。残る課題は低温化である。(2)改質固体から比表面積>2,500 m2/gの活性炭を調製する目標は既に達成した。
ドラキシンはその受容体を介したシグナルにより成長円錐の細胞骨格を制御する

我々の見出した新規軸索ガイダンス分子draxinは分泌型タンパクであるために、その受容体の同定が必須である。これまで脳のcDNAライブラリーを用いた発現クローニングからdraxinの結合する膜タンパク分子を探索したが成功しなかった。次に、draxinの遺伝子欠損マウスの表現型と似る既知軸索ガイダンス分子の受容体や膜タンパクを候補分子として探索した。その結果、netrin受容体と知られるDCCがdraxinのシグナルを伝える受容体の一つであることを明らかにした。DCC遺伝子欠損マウス由来の神経細胞のdraxin感受性は減少し、DCC(+/-)draxin(+/-)ダブルヘテロマウスの脳梁形成はDCC(+/-)とdraxin(+/-)シングルヘテロマウスと比較して著しく阻害されたことから、DCCとdraxinには遺伝子相互作用が存在することを明らかにした。これらの結果から、生体内でもDCCがdraxin受容体として機能すると結論出来た。draxinはnetrinが結合する部位とは異なるDCCの部位に結合し、競合はしなかった。さらに、DCC遺伝子欠損神経細胞のdraxin感受性が完全には消失しないことからDCC以外の受容体が存在すると考えられるが、netrin受容体であるNeogenin、Unc5、DsCAMにもdraxinは結合することを見出した。さらに、draxinはnetrinと直接結合することも見出した。我々の見出した軸索ガイダンス分子draxinは分泌型タンパクであるために、その受容体の同定が必須である。これらの結果から、DCCがdraxin受容体であると結論出来た。DCCがdraxinの受容体として機能することを論文として報告しただけでなく、DCCの別のリガンドnetrinによる短時間の前処理により、draxin結合が増強されることを見出した。DCCの共受容体探索とともに次の論文の可能性が見出せた。今後の課題は、Neogenin、Unc5、DsCAMがdraxinに結合するだけではなく、そのシグナルを伝える受容体であるかどうかを明らかにするため、これらの遺伝子欠損マウスを準備し、その神経細胞を用いたバイオアッセイを計画中である。また、DCC単独ではdraxinの反発性のシグナルは伝えられないため、DCCの共受容体分子も探索中である。
選択的負イオン化に基づく気体精製技術の開発

本研究では,コロナ放電によって生成した負イオンのアノ-ドでの沈着を利用する気体精製装置と負イオンのアノ-ドからSweep Outを利用する精製装置を試作した.試作した装置を用いて硫黄化合物,ヨウ素,酸素の除去試験を実施したところ,得られた知見は次の通りである.1.負イオンの沈着を利用した気体精製装置硫化水素,硫化メチル,メチルメルカプタン,二酸化硫黄,硫化カルボニル,二硫化炭素は負イオンの沈着を利用したコロナ放電反応器によって除去可能であり,本研究で提案したシミュレ-ションモデルによって除去率に及ぼす反応器入口流量,放電電流,処理流量の影響をすべて説明できる.酸素が共存すれば,硫黄化合物の除去率は概ね向上し,反応副生成物が生じるが放電電流を高くすれば無視できることがわかった.また,電子プロ-ブマイクロアナリシスによる元素分析の結果,使用済みアノ-ド表面に沈着した硫黄の存在が確認された.2.負イオンのSweep Outを利用した気体精製装置酸素やヨウ素を負イオンの沈着を利用して除去する場合,負イオンの一部がアノ-ド上で沈着するか,沈着物が再脱離する問題点がある.負イオンのSweep Outを利用した気体精製装置を用いれば,このような気体についても除去可能であることがわかった.本研究で提案したシミュレ-ションモデルによって酸素とヨウ素の除去率を説明でき,反応器体積一定のもとでは反応器の半径を大きくすることによって除去率の向上が期待できることがわかった.また,入口濃度,処理流量,除去対象成分の電子付着反応速度定数,アノ-ド上への負イオンの沈着確率のバランスによって最適な操作条件が存売する知見が得られた.本研究では,コロナ放電によって生成した負イオンのアノ-ドでの沈着を利用する気体精製装置と負イオンのアノ-ドからSweep Outを利用する精製装置を試作した.試作した装置を用いて硫黄化合物,ヨウ素,酸素の除去試験を実施したところ,得られた知見は次の通りである.1.負イオンの沈着を利用した気体精製装置硫化水素,硫化メチル,メチルメルカプタン,二酸化硫黄,硫化カルボニル,二硫化炭素は負イオンの沈着を利用したコロナ放電反応器によって除去可能であり,本研究で提案したシミュレ-ションモデルによって除去率に及ぼす反応器入口流量,放電電流,処理流量の影響をすべて説明できる.酸素が共存すれば,硫黄化合物の除去率は概ね向上し,反応副生成物が生じるが放電電流を高くすれば無視できることがわかった.また,電子プロ-ブマイクロアナリシスによる元素分析の結果,使用済みアノ-ド表面に沈着した硫黄の存在が確認された.2.負イオンのSweep Outを利用した気体精製装置酸素やヨウ素を負イオンの沈着を利用して除去する場合,負イオンの一部がアノ-ド上で沈着するか,沈着物が再脱離する問題点がある.負イオンのSweep Outを利用した気体精製装置を用いれば,このような気体についても除去可能であることがわかった.本研究で提案したシミュレ-ションモデルによって酸素とヨウ素の除去率を説明でき,反応器体積一定のもとでは反応器の半径を大きくすることによって除去率の向上が期待できることがわかった.また,入口濃度,処理流量,除去対象成分の電子付着反応速度定数,アノ-ド上への負イオンの沈着確率のバランスによって最適な操作条件が存売する知見が得られた.コロナ放電利用気体精製装置の製作・試験コロナ放電によって生成した負イオンのアノ-ド(正電極)への沈着を利用した気体精製装置を試作し、窒素または空気中に極微量存在する六フッ化硫黄(SF_6),硫黄メチル((CH_3)_2S)、硫化水素(H_2S)、硫化カルボニル(COS)の除去成績を測定した。コロナ放電によって上述の極微量成分を選択的に負うイオンとし、アノ-ドへの沈着によって分離除去でき、本研究で提案した気体分離法が原理的に可能であることが判明した。また除去対象気体の濃度が低いほど除去成績が向上するという興味深い知見が得られた。更に除去成績に及ぼす共存酸素の影響に関して実験的検討を加えた。2.電極と負イオンの反応性に関する実験的検討六フッ化硫黄を例にとり、コロナ放電反応器内での電子付着反応に検討を加えたところ、電子エネルギ-から解離電子付着によってSF_5^-が生成していることが判明した。またこのSF_5^-がアノ-ドに沈着することをX線マイクロアナリシスによって確認した。3.除去成績評価に関する理論的検討反応器内をコロナ風のために半径方向に完全混合と考え、反応器の設計方程式を導出した。六フッ化硫黄の除去を例にとり、シミュレ-ションを行ったところ、除去成績に及ぼす反応器入口濃度、コロナ放電電流、処理ガス流量の影響を理論的に求めることが可能となった。4.今後の研究本装置は硫黄化合物の除去には十分適用できるが、ヨウ素の除去に関しては、負イオンがアノ-ドに沈着しないために適用できなかった。今後はアノ-ドとして焼結金属を用いて負イオンをアノ-ドから定常的に抜き出す装置を試作し、問題点を解決する予定である。1.コロナ放電利用気体精製装置の製作・試験本研究で開発する気体精製装置は,放電によって生じた電子との付着により気体中の極微量成分を負イオンとし電場によって分離するものである。昨年度は負イオンのアノ-ド(正電極)への沈着(deposition)を利用した気体精製装置(deposition型反応器)を試作した。本年度は,アノ-ドとして焼結金属を用いて負イオンをsweep outする気体精製装置(sweep out型反応器)を製作した。この装置を用いて,窒素中に数ppmの濃度で存在する酸素またはヨウ素の除去試験を実施した。

コロナ放電によって酸素またはヨウ素を選択的に負イオンとし,アノ-ドを通してsweep outすることによって除去でき,本研究で提案した気体精製技術が原理的に可能であることが判明した。また除去対象気体の濃度が低くsweep out速度が大きいほど除去率が向上する知見が得られた。2.気体除去率の評価に関する理論的検討反応器内をコロナ風のために半径方向に完全混合と考え,アノ-ド表面からの逆拡散をも考慮したsweep out型反応器の設計方程式を導出した。この設計方程式においては,電子付着反応速度とアノ-ド表面での境膜厚さがパラメ-タであり,種々の条件下での酸素とヨウ素の除去率の実測値を用いてパラメ-タを決定した。以上の設計方程式を用いると,除去率に及ぼす反応器入口濃度,コロナ放電電流,処理ガス流量の影響を理論的に求めることが可能である。3.今後の研究上述のdeposition型およびsweep out型反応器を用いて,種々の気体の除去試験を実施し,本法のフィ-ジビィリティに検討を加える。負イオンの沈着とアノ-ドからのSweep Outを利用したコロナ放電反応器を用いて硫黄化合物,ヨウ素,酸素の除去試験を実施したところ,得られた知見は次の通りである.1.負イオンのSweep Outを利用した気体精製装置酸素やヨウ素を負イオンの沈着を利用して除去する場合,負イオンの一部がアノ-ド上で沈着するか,沈着物が再脱離する問題点がある.負イオンのSweep Outを利用した気体精製装置を用いれば,このような気体についても除去可能であることがわかった.電子付着反応,電界中での電子と負イオンの移動を考慮して反応器の設計方程式を導出した.このシミュレ-ションモデルによって酸素とヨウ素の除去率を説明でき,反応器体積一定のもとでは反応器の半径を大きくすることによって除去率の向上が期待できることがわかった.また,入口濃度,処理流量,除去対象成分の電子付着反応速度定数,アノ-ド上への負イオンの沈着確率のバランスによって最適な操作条件が存在する知見が得られた.2.硫黄化合物の除去率に及ぼす酸素の影響平成2年度までの研究において,酸素が共存すれば,硫黄化合物の除去率は概ね向上し,反応副生成物が生じるが放電電流を高くすれば無視できることがわかっている.本年度は,電子付着反応,硫黄化合物と負イオンの反応,電界中での電子と負イオンの移動を考慮して負イオンの沈着を利用したコロナ放電反応器の設計方程式を導出した.硫化カルボニルと二酸化硫黄の除去率に及ぼす酸素の影響のシミュレ-ションを実施したところ,硫黄化合物の除去率に及ぼす放電電流,酸素濃度の影響を説明できることがわかった.
脂肪肝の発症及び悪化における12α水酸化胆汁酸の関与

非アルコール性脂肪肝疾患の頻度は年々増加しており、その発症には肝臓に脂質がたまることに加え、炎症・繊維化などが積み重なることで悪化していくと考えられています。過剰摂取で摂取エネルギーが増えると、コレステロールから生じる胆汁酸の一部が増加します。このタイプの胆汁酸が実験動物で肝臓の脂質蓄積を増やすこと、その時に肝臓での脂質合成の亢進が見られたことから、特定の胆汁酸が脂肪肝の発症に関わることが示唆されます。そこで、胆汁酸による肝臓での脂質蓄積の機構を明らかにする研究を行います。また、この脂肪肝は重篤な症状ではないため、このモデルを用いて脂肪肝の悪化に関わる要因を併せて検討します。
自律的判断に基づく円滑な制御則切り替えによるCMGの耐故障性能向上

本研究では,適応スキュー角モーメントジャイロ(ASCMG)の耐故障性向上を目的とし,故障同定と駆動則を円滑に切替えることが可能な制御方法を考案した.指令トルクと実出力トルクとの差分を一定時間積分・評価することにより故障個所の同定が行えること,同定に従い駆動則が円滑に切り替わる調整法により目標姿勢へ安定に姿勢変更が可能なこと,非劣駆動状態から劣駆動状態へも円滑に制御則を切り替えられることを数値シミュレーションにより確認できた。また,2個のCMGユニットが故障した劣駆動状態でもBacksteppingに基づく制御手法により視線方向変更制御が可能なことを微小重力環境下での実験により検証した.耐故障性を高めるためにアクチュエータの冗長性を増やし,また稼動部の自由度数を増やした宇宙機アクチュエータは,その分,故障する箇所も増え,故障ごとの対処方法を事前に用意・試験検証することは困難である.本研究では,可動部が多い宇宙機アクチュエータである可変速度コントロールモーメントジャイロシステムを対象とし,故障組合せへの考慮・地上試験が不完全であっても,宇宙へ打ち上げられた後に対応できる故障個所の1自動認識,2パラメータ自動調整機能,3制御則の自動切換え選択機能を有する高度で自律的な制御ロジックを開発し,4検証することを目的とする.25年度の当初予定では,ピラミッド配置(非直交配置)にある2個のCMGによるフィードバック型の制御則の構築を目指していたが,故障した状態を評価・認識するには,故障していない状態の制御性能をよく調査しておく必要がある,またパラメータ自動調整機能を開発する上で,パラメータの違いが性能のどう影響するか評価しておくことが重要と考え,重み変数を様々に変化させてASCMGにおける幾つかの駆動則の性能評価を行った。その結果,ヌルモーションを含むゲインスケジュールASCMG用ジンバル駆動則は,パラメータを適切に選ぶことにより,スキュー角固定CMGジンバル駆動制御に比べ,マヌーバ初期・中盤での姿勢の擾乱が少なく,整定時間が短く,マヌーバ終盤でのオーバーシュート量は同程度に少なくでき,かつスキュー角が従来角度へ戻る傾向を有することが分かった.故障同定に関しては,CMGが発生できるトルクが計測できるものと仮定し,無故障状態の発生トルクとCMG1ユニットが故障したと仮定したときの発生トルクを計算機の中で同時に計算し,その差から故障ユニットを推定する基礎的なシミュレーションを実施した.また,H27年度予定の実験装置作成に先行して着手し,機構部分の製作を実施した。耐故障性を高めるためにアクチュエータの冗長性を増やし,また稼動部の自由度数を増やした宇宙機アクチュエータは,その分,故障する箇所も増え,故障ごとの対処方法を事前に用意・試験検証することは困難である.本研究では,可動部が多い宇宙機アクチュエータである可変速度コントロールモーメントジャイロシステムを対象とし,故障組合せへの考慮・地上試験が不完全であっても,宇宙へ打ち上げられた後に対応できる故障個所の1自動認識,2パラメータ自動調整機能,3制御則の自動切換え選択機能を有する高度で自律的な制御ロジックを開発し,4検証することを目的とする.26年度実施予定の計画では,以下の3項目を掲げた.(1)実験装置の製作継続:電気回路・制御装置の開発を進める.(2)劣駆動CMGに適応したスライディングモード制御則の構築.(3)故障ユニットの同定法及び故障に応じた円滑な制御則切替え法の考案(1)については,3軸ジャイロによる角速度計測,ジンバル駆動装置,ジンバル駆動用ステッピングモータのArduinoによる制御プログラムの作成までは完成した.ただし,電源装置,通信機能が予定よりもやや遅れ気味であるので,次年度に早急に製作作業を進める必要がある.(2)については目標姿勢近傍に限定して研究を行い,スライディングモード制御ではなく,バックステッピング手法による方式を用いることで,Line of Sight姿勢変更が可能であることを数値シミュレーションにより確認した.そして,その内容を学会で発表するとともに学術論文として投稿した.(3)については,希望発生トルク(指令トルク)と実際の発生トルクとの差から,故障したジンバルを同定する簡便な方法を考え,一部,数値シミュレーションにて検証を行った.その他,CMGに関連した研究を実施し,国内学会で3件,国際学会で1件,それぞれ発表を行った.1)適応スキュー角CMGにおける故障同定・駆動則切り替え方法の検討適応スキュー角CMGを用いて3軸姿勢制御を実施する場合に、ホイール、ジンバルのどこか1か所が故障したことを想定し、3軸姿勢制御駆動則のまま、故障を同定し、重み変更により機能残存CMGで3軸姿勢制御を継続するような重み調整機能つき駆動則を考えた。想定故障状態で算出された仮想出力トルクと実際の装置から発生するであろう出力トルクとの差(トルク出力差)を一定時間積分し、出力トルク差の差が小さい場合に想定した故障が実際の故障個所と判断する方法を考えた。そして故障と判断されたCMGを駆動則から切り離す重み変更を実施した。CMG1が故障、CMG2が故障した2種類の故障状態を仮定し、故障個所を正しく同定できるか数値シミュレーションにより検証した結果、故障個所を同定でき、駆動則を切り替えることにより故障を放置した駆動則よりも早い安定が見込めることが確認できた。2)3軸姿勢制御用駆動則から劣駆動用制御則への円滑な切り替え方法の検討

CMGのジンバル角からCMGが保持していると推測される角運動量に対応して衛星本体の角速度が定まることから、計測された衛星本体の角速度から逆にCMGが本来保持しているはずの角運動量を求め、ジンバル角から推測したCMG角運動量との差を用いて、CMGの故障を推測し、駆動則を通常の4CMG型駆動則からBacksteppingに基づいた2CMG劣駆動用駆動則へ徐々に切り替わる駆動則を考案した。故障2CMGが対面の場合を仮定し、考案した手法の有効性・適用限界を数値シミュレーションにより検証した。その結果、3軸姿勢制御可能と想定した状態から2CMGによる劣駆動制御状態へ円滑に制御則が切り替わり、目標視線方向付近への姿勢変更が可能であることが確認された。微小重力実験に向けた実験装置の開発において、各種電子パーツを購入し、電気回路および通信系の単体試験を行ったところ、通信速度が予定していた速度に達せず遅いことが判明し、原因追及に時間を翌年度に実施しなければならない事態となったため。微小重力実験による検証を行うためのCMG実験装置を作成した。微小重力実験スペースおよび微小重力状態が保持される時間長さを考慮し、できるだけ小型軽量かつCMG角運動量が大きくなるCMG実験装置とした。具体的には直径50cm高さ30cmのアクリル円柱で覆われた装置とし、CMGを立方体の側面に配置することで小型化を図るとともに、CMGホイールを真鍮とすることで慣性モーメントを大きくし、短時間での姿勢変更を可能とする装置を作成することができた。2回の微小重力実験フライトを計画し準備を進め、1回目は搭乗者の微小重力環境の適応と実験装置の動作確認、実験手順の完熟の意味も含め実験を行った。その結果、放物フライトにより微小重力環境は20秒実現されるが、放物フライト中に上下・前後・左右の飛行速度がやや理想状態から離れるため、浮遊させる実験装置が上下・左右・前後に平行移動してキャビン内の壁に衝突し、微小重力実験は34秒程度の時間長さでしかできないことが判明し、当初計画・考案した故障同定方法は実現が難しいことが分かった。そこで、2回目のフライト実験は、W-Zパラメータによる姿勢表現を用いたBackstepping法に基づく2CMGによる視線方向制御実験を実施することに計画を変更し、全部で5パターンの30度視線変更制御実験を実施した。その結果、視線方向制御を計画通りの整定時間で達成できることが確認でき、対面の2CMGが故障した場合における視線変更制御が残りの対面2CMGで達成できることが実験的に確認できた。本研究では,適応スキュー角モーメントジャイロ(ASCMG)の耐故障性向上を目的とし,故障同定と駆動則を円滑に切替えることが可能な制御方法を考案した.指令トルクと実出力トルクとの差分を一定時間積分・評価することにより故障個所の同定が行えること,同定に従い駆動則が円滑に切り替わる調整法により目標姿勢へ安定に姿勢変更が可能なこと,非劣駆動状態から劣駆動状態へも円滑に制御則を切り替えられることを数値シミュレーションにより確認できた。また,2個のCMGユニットが故障した劣駆動状態でもBacksteppingに基づく制御手法により視線方向変更制御が可能なことを微小重力環境下での実験により検証した.
人工複合糖質高分子による超分子構造の形成と精密認識機能の促進

糖鎖および高分子の両方の特性を活用して、糖鎖を高密度に配向・配列させて、糖鎖のもつ特有の動的精密構造認識の促進を図るとともに、低分子物質とは異なった生物機能の発現を目指す。そのために構造が規制された「糖鎖高分子」や「枝分かれ高分子」を設計し、超分子構造に基づく生物認識機能を探求する。本年度は新規糖鎖高分子に焦点を当てて報告する。1.N-グリコシル化反応を活用する新規糖鎖高分子の合成N-アセチルラクトサミン、N-アセチルアロラクトサミン、およびガラクトシルラクトースにこの手法を適用させた。オリゴ糖のヒドロキシル基を保護することなく、one-potの簡単な方法で立体規則性の糖質ビニル化合物を合成できたことになる。オリゴ糖の還元性末端がp-ビニルベンズアミドとβ-アノマー型でN-グリコシド結合していることを^1H-NMRおよび^<13>C-NMRにより確認した。2.レクチンとの相互作用における高分子効果の発現糖鎖高分子のレクチンに対する認識作用を明らかにすることは、生命を細胞レベルで考察する上で重要な知見をもたらすとともに、細胞機能を生体の内外で利用する基礎的な情報を与えることを期待できる。本研究で得た糖鎖高分子も含め、数種類の人工複合糖質高分子について、(a)ゲル内二重拡散法、(b)赤血球凝集阻害試験、(c)酵素結合レクチン測定、(d)蛍光分光分析を行うことでレクチンとの相互作用を検討した。その結果、低分子物質とは異なった特有の動的精密構造認識を発現することが分かった。このように、糖質および高分子の両方の特性を活用することで、新しい生理・薬理活性物質や生体機能材料を創出することが可能である。本研究で得た人工複合糖質高分子は、細胞表面のレクチンを解析するための糖鎖プローブ材料として、また、細胞培養基質材料としても非常に有用なものと期待している。