hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
受精の着床前遺伝子診断の臨床応用に関する研究

I研究目的:出生前診断法は産科・周産期医療の発展に非常に貢献してきたが、「選択的人工妊娠中絶」あるいは「選択的出産」が問題になった。このような矛盾を回避する目的で開発されたのが、「着床前遺伝子診断」あるいは「着床前診断」である。われわれはこの着床前診断法を臨床の場に導入し、臨床応用することを目的に研究を開始した。II研究の成果:われわれはすでにマウスにおいて受精卵のBiopsyによる割球採取からPCR法による遺伝子診断法までを検討し、ヒトへの臨床応用の可能性を示した。この研究ではヒトへの臨床応用を目的に、次の項目について検討した。(1)HITO受精卵の割球生検法の確立(2)割球除去後の受精卵の生存性と着床能に関する検討(3)PCR法による採取1割球からの遺伝子診断法の確立(4)FISH法による採取1割球からのXおよびYの性別診断法の確立(5)FISH法による染色体異常に関する検討(6)着床前診断法の安全性に関する検討(7)臨床応用におけるインフォームド・コンセントの検討(8)倫理的問題に関する検討(9)公開講座の開催これらの研究成果は、結果的には日本産科婦人科学会の着床前診断の臨床研究の承認に結びつき、臨床応用への道を開いた。IIIまとめと今後の展望:日本における着床前診断は、今その臨床応用の入口に到達したといえる。この診断法の検討の過程において、生命倫理について広く議論されたことは大きな収穫であった。われわれは、倫理的問題については誰もが納得する完全な解決法はないのではないかという理解に至ったが、この着床前診断は少なくとも出生前診断よりは倫理的問題の少ない診断法であると確信している。この診断法のもっとも医学的に重要な問題点は、依然として診断法の精度である。しかし、遺伝子診断法は急速に進歩していることから、近い将来完璧な診断法が確立されるであろうと期待している。さらに、この診断法の導入によって惹起される可能性のある事柄は、診断対象疾患が無限に拡大されることへの懸念であり、受精卵の遺伝子操作への道を開かないかという点である。これらについては、今後も検討を継続することが重要である。(1)疾患診断法の確立:われわれはX連鎖遺伝病に対してSRYやamelogenine geneを用いたPCR法やFISH法による性別診断法の臨床応用をすでに可能にした。しかし、最終的な着床前診断は疾患診断である。そこで、OTC(ornithine transcarbamylase)欠損マウスを用いて疾患診断の確立を試みた。まず、OTC欠損マウスであるか否かをPCR法で診断し、さらにその受精卵のOTCおよびSRYをdouble nested PCR法で診断を行い、それが正確に行われたかを観察し、同時に生検胚の着床率、胎仔への影響を観察した。その結果、診断率は83%100%で、着床率は55%、出生仔の正診率は100%であった。このことから、塩基配列が判明した疾患の1割球からの診断が可能であることを示した。(2)診断精度の向上の試み:

4細胞期胚または8細胞期胚からの1割球生検が一般的であるが、8細胞期胚から2割球を生検することを検討した。その結果、2割球生検は4細胞期胚から1割球生検と同様の胚発育率、生仔獲得率であった。その結果、2割球が診断に供されることになり、診断精度向上に貢献する。また、1割球からPCR法とFISH法が可能なcell recycling法を検討中であり、基礎的な技術をほぼ確立した。(3)インフォームド・コンセントの作成:臨床応用に向けて、インフォームド・コンセントを検討し、ほぼ完成した。(4)出生前診断の確立:シトルリン血症の新しい変異を発見し、その出生前遺伝子診断法を確立した。また、子宮腔内フラッシング法で妊娠初期の胎児由来細胞を得て、FISH法による性別診断が可能になった。着床前遺伝子診断に必要な技術(体外受精・胚移植、胚生検、遺伝子診断)の中でもっとも改善を必要とする技術は遺伝子診断法である。われわれは診断精度向上のために種々検討を試みた。さらに、最近注目されている極体生検についても検討した。(1)8細胞期胚からの2割球生検の有用性について:マウス8細胞期胚から14割球を生検し、その後の胚の生存性と生仔獲得率を検討した。その結果、2割球生検胚の生存性と生仔獲得率は1割球のそれと同等であった。2割球生検により診断材料が多くなることから、診断精度の向上に役立つ。(2)Single cellにおけるCell Recycling法の検討:同一細胞から2種類の診断法が可能かを検討した。double nested PCR法によりY染色体特異領域の増幅可能で、その正診率は88%であった。FISH法では、PCR後の細胞残存率88%であり、さらにXYシグナルが86%で確認可能であった。(3)極体生検の有用性に関する検討:効率的な極体生検法を検討した。(4)極体生検が着床能に及ぼす影響:前核期に2個の極体を同時に生検する方法が胚発育や着床率に影響が少なく、優れていた。(5)母体末梢血中に存在する胎児由来血液幹細胞に関する研究:母体血中から胎児由来細胞を取り出し、出生前診断に供することを試みた。(6)FISH法の精度向上について検討し、臨床的に羊水穿刺細胞ですでに用いている。I研究目的:出生前診断法は産科・周産期医療の発展に非常に貢献してきたが、「選択的人工妊娠中絶」あるいは「選択的出産」が問題になった。このような矛盾を回避する目的で開発されたのが、「着床前遺伝子診断」あるいは「着床前診断」である。われわれはこの着床前診断法を臨床の場に導入し、臨床応用することを目的に研究を開始した。II研究の成果:われわれはすでにマウスにおいて受精卵のBiopsyによる割球採取からPCR法による遺伝子診断法までを検討し、ヒトへの臨床応用の可能性を示した。この研究ではヒトへの臨床応用を目的に、次の項目について検討した。(1)HITO受精卵の割球生検法の確立(2)割球除去後の受精卵の生存性と着床能に関する検討(3)PCR法による採取1割球からの遺伝子診断法の確立(4)FISH法による採取1割球からのXおよびYの性別診断法の確立(5)FISH法による染色体異常に関する検討(6)着床前診断法の安全性に関する検討
対称空間における部分多様体と調和写像論の深化と展開

本研究課題の初年度である今年度は,東北大学・宮岡礼子教授,茨城大学・入江博准教授,中国清華大学・Hui Ma教授を訪問して,標準球面の等径超曲面およびそのガウス像として複素2次超曲面内に埋め込まれたコンパクト極小(故に単調)ラグランジュ部分多様体に関する研究課題について議論・情報交換し共同研究を行った。この一連の共同研究の内容を6月のイタリア・フィレンツェでの国際会議でサーベイ講演するために海外出張したが移動中に健康上の異変を生じ,共同研究者・宮岡教授が急遽代わって講演し事なきを得た。宮岡教授とは一連の研究内容のサーベイ論文を書き上げ当該国際会議プロシーディングスヘ投稿した。北京・清華大学を訪問してHui Ma教授とは,クリフォード系から構成されるOT-FKM型等径超曲面(相異なる主曲率g=4)の構造に関して今後に繋がる有益な議論ができた。9月の東京理科大学での研究会では,コンパクト対称空間上のHermann作用の極小小池軌道に関する研究発表講演を行い,小池直之教授,田中真紀子教授らの研究グループとは積極的な共同研究を行っている。今年度の新たな研究の進展として,アインシュタイン・ケーラーC空間に標準的に埋め込まれたR空間は,コンパクトな全測地的(故に単調な)ラグランジュ部分多様体であるが,その最小マスロフ数のリー理論的公式を示すことができ,いくつかの具体的計算例を与えた。この研究結果は,単著論文として書き上げやはりフィレンツェでの国際会議プロシーディングスヘ投稿した。2019年3月に実施された第2回国際研究集会“Geometry of Submanifolds and Integrable Systems"でもこの研究結果等を講演し,本研究課題に係る有益な研究交流を持つことができた。アインシュタイン・ケーラーC空間に標準的に埋め込まれたR空間は,単調なコンパクトラグランジュ部分多様体として極めて基本的な対象であり,最小マスロフ数の具体的計算をさらに進めて研究を続ける。また,Hui Ma教授らとOT-FKM等径超曲面(とくに非等質等径超曲面)の構造理論に関して検討し,OT-FKM等径超曲面のガウス像に関する研究を行う。また,橋本要氏(大阪市立大学数学研究所員),Jong Taek Cho教授(韓国・全南大学)との等質極小ルジャンドレ部分多様体に関する共同研究を継続して行う。連関して有限次元及び無限次元等径部分多様体や可積分系による調和写像研究も推進する。次年度(2019年度)は,フランス(マルセイユ・CIRM),中国(北京師範大学),ドイツ(アウグスブルグ大学)等での国際研究集会招待講演あるいは海外研究滞在を予定しており,研究の中間報告や海外関連研究者との議論・情報交換を通じて一層の研究課題の推進を図る。

2018年6月の海外出張(イタリア)で健康上のトラブルが生じ,その後しばらく研究活動を自重したことと次年度の海外研究の予定が新たにいくつも生じたことなどが主な理由である。現在ほとんど快復して健康にも留意して,研究活動に邁進している。次年度に新たに予定している,フランス(マルセイユ・CIRM),中国(北京師範大学),ドイツ(アウグスブルグ大学)等での国際研究集会招待講演あるいは海外研究滞在の外国旅費等に充てる。
凍結超薄切片を用いての酵素活性の検出-電顕酵素組織化学の新手法

凍結超薄切片法では、生物試料に脱水、包埋操作を加えることなく電子顕微鏡で観察可能な超薄切片を得ることができる。この特徴を酵素組織化学に応用することで従来の方法では得られない知見が得られるか検討を行った。検討の結果、新手法である凍結超薄切片法では従来法より再現性が勝っていることが実証できた。1.超薄切片上で酵素活性を検出する利点凍結超薄切片酵素組織化学の手法を確立後、その結果を従来の電顕酵素組織化学での結果と比較した。従来法では40μmという厚さをもつ浸漬用切片を組織化学反応液に浸漬するため、切片厚全体に均等に組織化学反応が起こらず、これを電顕切片として観察すれば浸透不良による誤った結果が得られる可能性があったが、凍結超薄切片ではこのような浸透不良はなく、極めて安定した結果が得られることが明らかとなった。とくにこのことはcytochrome Coxidase活性検出実験で明瞭に表れた。2.脱水、包埋操作を経ない利点超薄切片を用いて酵素組織化学を行うことが結果の再現性を向上することを明らかにしたが、免疫電顕で多用されるpost-embedding法との比較も行った。可溶性蛋白としてacid phosphatase、膜結合性蛋白としてalkaline phosphataseを指標に、グルタールアルデヒド固定、パラフォルムアルデヒド固定後、試料に脱水(エタノールとアセトン)操作後活性を検出した。両酵素とも脱水操作により明らかな局在の変位、流出が認められ、acid phosphataseにいたってはパラフォルムアルデヒド固定後のエタノール脱水で酵素蛋白は完全に組織から流出していた。以上の結果より、現時点では酵素活性の局在を電子顕微鏡で観察するには凍結超薄切片酵素組織化学の手法が最も信頼できる方法であると結論された。凍結超薄切片法では、生物試料に脱水・包埋操作を加えることなく電子顕微鏡で観察可能な超薄切片を得ることができる。この特徴を電子顕微鏡酵素組織化学の分野に適用して従来の方法では得られない知見を得る努力を行った。1.凍結超薄切片酵素組織化学(新手法)と従来法との比較:酵素活性を電子顕微鏡下で観察することのできる鉛法(各種phosphatase類)、DAB法(cytochrome c oxidase,catalase,peroxidase)での結果を、凍結超薄切片上で検出する新手法と、40mum切片で検出後エポン包埋超薄切で観察する従来法とで比較検討した。上記酵素活性の局在に関しては両方法とも同一であったが、cytochrome coxidase活性は新手法で検出した方が有意に検出感度が高かった。この結果については平成6年度組織細胞化学講習会において発表する予定である。凍結超薄切片ではすべてのミトコンドリアに本活性が認められるが、従来法では40mum切片の表層部では80%、切片厚中央部では30%のミトコンドリアにしか活性が認められなかった。凍結超薄切片では形質膜及びミトコンドリア膜がすべて割断されているため、浸漬液が酵素存在部位に容易に達するために、再現性良く酵素活性が検出されていると考えられた(J.Electron Microsc.42:351-355,1993)。以上のように凍結超薄切片は酵素組織化学にとり有用な方法であり、今後は、従来法では不可能であったアゾ色素法(蛋白分解酵素を中心に)、テトラゾリウム法、そして多段階法への応用を試みていく。昨年度cytochrome Coxidase活性の電子顕微鏡レベルの検出に新手法である凍結超薄切片酵素組織

化学の手法が再現性の面から見て有効な手法であることを示した。これは切片上で生物活性を可視化する場合、組織化学反応液の切片内への浸透が問題となるからであった。再現性のある結果を得るためには酵素活性は超薄切片上で行うことが最良と考えられる。この時、超薄切片としては本法の凍結超薄切片か、または樹脂包埋超薄切片が候補となる。しかしながら樹脂超薄切片では、その試料は脱水(有機溶剤処理)、樹脂浸透(通常モノマーには細胞毒性がある)、重合などの処理を受けている。これらの処理が細胞内酵素にどのような影響を与えるかを精査したところ、可溶性蛋白であるacid phosphataseも、膜結合蛋白であるalkaline phosphataseもともに本来の位置から流出、拡散してしまうことを明らかにした(日本組織細胞化学会編、組織細胞化学1994)。以上のことより、正確な酵素の位置を再現性高く検出するには凍結超薄切片酵素組織化学の手法が現時点では最良と考えられた。脱水、包埋過程は可視化した酵素反応産物を可溶化することが知られている。とくにこれはアゾ色素の電顕応用を拒んできた一因でもある。アゾ色素の電顕応用の前段階として蛋白分解酵素の光学顕微鏡レベルの検出を行った(Acta Histochem.Cytochem.27:245-249,1994)。蛋白分解酵素活性の電顕的検出が可能となれば細胞内での蛋白質のプロセシング等に有意義なデータを提供するものと思われるが、現時点では未だ充分な結果は得られていない。その原因を今後検討したい。昨年度まで凍結超薄切片酵素組織科学の利点として、超薄切片上で直接酵素活性を検出するため、組織化学反応液の浸漬用切片(通常は40μm切片を使用)への浸透不均衡のアーチファクトを回避できることを実証してきた。本年度は視点を変えて、同じ超薄切片上で組織科学を行うpost-embedding法との得失について詳細に検討を加えた。post-embedding法と凍結超薄切片法の最大の試料作製上の相違は組織化学反応以前に試料が脱水、包埋過程を経るかどうかにある。免疫組織化学では抗原性が重合熱に耐えることが多いので酵素組織化学と異なりpost-embedding法が多用されているか、脱水、包埋過程による組織内蛋白質の局在の変位についての充分な検討は少ない。そこで、可溶性蛋白質としてacid phosphatase、膜結合性蛋白質としてalkaline phosphataseの活性を指標にグルタールアルデヒド固定とパラフォルムアルデヒド固定との違い、それぞれの固定後、蒸留水洗浄、エタノール脱水、アセトン脱水、マイクロウェーブ照射、超音波照射後の酵素蛋白質の局在を電子顕微鏡にて観察した。asid phosphatase活性はパラフォルム単独固定でも拡散が認められ、グルタールアルデヒド固定でも脱水操作を行えば明らかな酵素蛋白質の流出が観察された。alkaline phosphataseは弱い固定でも良い局在が得られるが、やはり脱水操作によって明らかな局在の変位が確認できた。以上のことより、試料を組織化学反応前に脱水、包埋過程を通せば組織内蛋白質の位置の移動が生ずる危険性が明らかとなり、上記過程を経ない凍結超薄切片組織化学の利点が実証された。
病原真菌における多剤耐性機序の解明と臨床的重要性の評価

臨床使用が可能な抗真菌薬は極めて限られている中で、多剤耐性菌の出現は重大な問題である。特に近年、アゾール系薬のみならず、キャンディン系薬にも耐性を示す病原真菌Candida glabrataの増加が問題視されている。本研究で我々は、C. glabrataのX遺伝子に起こるわずか一つのアミノ酸変異が、病原性に影響せずに多剤耐性を誘導することを発見し、この現象の分子生物学的機序を解明した。本研究課題の主要目的は、病原真菌Candida glabrataにおける多剤耐性機序を解明し、治療戦略の開発に応用していくことである。その中で、アゾール系抗真菌薬耐性機序として重要な薬剤排出ポンプを阻害剤で不活化すると、アゾール系薬には感受性になるが、一方で、別系統のキャンディン系抗真菌薬に対しては高度耐性が誘導されるという新規の現象を発見した。研究実施計画に示したとおり、まずは現在入手可能な複数のポンプ阻害剤で同様の現象が誘導されることを確認した。また、各薬剤排出ポンプをコードしている遺伝子の単独欠損株、重複欠損株を作製し、その表現形を解析したところ、アゾール排出ポンプの阻害自体がキャンディン耐性を誘導しているわけではなく、薬剤の新たな作用によるものであることが明らかになった。この現象は、臨床上、最も分離頻度の高いCandida albicansをはじめ、他のカンジダ種(Candida parapsilosis, Candida krusei, Candida tropicalis)においても同様に確認された。これらの研究成果は、現在精力的に行われている薬剤排出ポンプ阻害薬開発の分野のみならず、今後の新規治療戦略の開発に重要な情報をもたらすものと考える。また、抗真菌薬耐性や病原性に深く関与している小胞体ストレス応答について、C. glabrataが非常にユニークなメカニズムを獲得していることを明らかにした。これらの研究成果は海外論文にて公表した。本研究課題は、病原真菌における多剤耐性機序を解明し、新たな治療戦略の開発に応用していくことを目的としている。特に、抗真菌薬耐性が臨床的に問題となっている病原真菌Candida glabrataに焦点をあてて研究を進めた。薬剤排出ポンプの活性化は、アゾール系抗真菌薬への耐性機序として重要であるが、これを阻害剤で不活化すると、アゾール系薬には感受性になるが、一方で、別系統のキャンディン系抗真菌薬に対しては高度耐性が誘導されるという新規の現象を発見した。複数のポンプ阻害剤で同様の現象が誘導されるということも確認した。しかし、各薬剤排出ポンプをコードしている遺伝子の単独欠損株、重複欠損株を作製し、その表現型を解析したところ、アゾール排出ポンプの阻害自体がキャンディン耐性を誘導しているのではなく、薬剤の新たな作用によるものであることが判明した。この現象は、臨床上、最も分離頻度が高いCandida albicansをはじめ、他のカンジダ種(Candida parapsilosis, Candida tropicalis, Candida krusei)においても同様に確認された。これらの研究成果は、現在精力的に行われている薬剤排出ポンプ阻害薬の開発に重要な情報をもたらすものと考える。また、抗真菌薬耐性や病原性に深く関与している小胞体ストレス応答について、C. glabrataがきわめてユニークなメカニズムを獲得していることを明らかにした。H26年度には、真菌細胞の液胞膜に存在するV-ATPaseが抗真菌薬耐性に重要な役割を担っていることを明らかにし、新たに2報の論文を作成中である。医真菌学一部予定よりも時間がかかったところはあるが、計画よりも早く成果が得られた実験もある。総合的には概ね順調に進展させることができている。

平成25年度に得られた研究成果の一部は、PLoS Pathogens (インパクトファクター: 9.127)に掲載され、学会での発表も行った。また、これらの内容に関するレビューを執筆し、Virulence (インパクトファクター: 2.787)に掲載された。一部予定よりも時間がかかったところはあるが、計画よりも早く成果が得られた実験もある。総合的には概ね順調に進展させることができている。平成24年度に得られた研究成果の一部は、当該年度中にPLoS Pathogens (インパクトファクター: 9.127)に掲載され、学会での発表も行った。病原真菌Candida glabrataにおける多剤耐性機序と病原因子をより詳細に解明する。得られた知見は、他の病原真菌にも応用していく予定である。病原真菌Candida glabrataにおける多剤耐性機序を、より詳細に解明していく。今後はタンパク質レベルの解析に重点をおき、2次元電気泳動や免疫沈降法などを利用しながら、薬剤耐性化に関与する新規タンパク質の同定を目指す予定である。Candida glabrataの薬剤耐性に関して、期待以上の実験データが得られたため、よりインパクトの高いジャーナルへの投稿を目指し、一部の研究計画を追加した。そのため、次年度に最終的な成果のまとめと学会発表、論文投稿を行う予定とした。最終的な確認実験と研究成果のまとめを行う。国内外の学会で発表し、国際誌に英語論文を投稿する。そのため、次年度使用予定の助成金は、試薬・消耗品、学会参加費・旅費、論文投稿にかかる諸費用に充てる予定である。2次元電気泳動や免疫沈降法、ウェスタンブロット用の試薬や各種抗体などが中心となる。一部は学会発表用の旅費に充てる予定である。
プロピレンの吸着による固体塩基の表面性質評価

炭化水素(プロパン,プロピレン,イソブタン,イソブテン)をプローブとする昇温脱離で,塩基強度評価を行った。ヘリウム気流下で炭化水素を143 Kで吸着させ,1 K/minで昇温した。773 Kで活性化したCaOでは,脱離ピーク温度はプロパン,イソブタン,プロピレン,イソブテンで172 K,193 K,206 K,228 Kとなったことから,プロピレンと塩基点との間に酸塩基的な相互作用があると結論した。プロピレンをプローブとした昇温脱離で,脱離の活性化エネルギーで主な固体塩基の塩基強度を評価した。固体塩基の塩基強度と量は基本的な物性である。この測定には,CO2が使用されている。しかし多くの場合CO2と塩基点との相互作用は化学反応であるため,その使用には限界がある。そこで,酸性の弱い炭化水素を用い,室温以下の温度での吸脱着により評価することを構想した。本研究の目的は,固体塩基の塩基評価法として,不活性な炭化水素の昇温脱離を検討することにある。固体塩基として,水酸化物の熱分解で調製したCaOとMgOを用い, He気流中に保持し773 Kで活性化した後,プローブ分子を吸着させた。吸着は条件検討の結果,143 K,プローブ0.02 mlを導入することによって行うこととした。同温度で排気後, 133 Kまで温度を下げ, 1 K/minで昇温した。プローブとしてプロピレン,プロパン,イソブタン,イソブテンを用いた。脱離した炭化水素はFIDにより検出,TPD曲線に理論式を当てはめて活性化エネルギーを求めた。773 Kで活性化したCaOからの,各種炭化水素の昇温脱離の結果,四種類の炭化水素は脱離ピークを与え,ピーク温度は,プロパン,イソブタン,プロピレン,イソブテンの順に高くなり,それぞれ172 K,193 K,206 K,228 Kであった。CaOは,1173 Kで熱処理すると,ほとんど活性を示さなくなる。1173 Kで活性化したCaOでは,四種類の炭化水素の脱離ピークは低温側へ移動した。よって,これらのプローブ分子は活性点に吸着していると考えられた。一般に炭化水素分離用の強極性カラムでは,保持時間はプロパン,プロピレン,イソブタン,イソブテンの順となる。脱離温度の順はこれとは異なり,特にプロピレンの脱離が高温で見られることから,プローブと表面の相互作用は,分極の大きさに依存するものではなく,酸塩基的な相互作用であるとした。以前より,酸化マグネシウムやアルカリ土類金属酸化物,アルカリ金属担持金属酸化物,アミノ基を導入したメソポーラスシリカなど,多くの固体塩基触媒の塩基強度と塩基量の測定には,二酸化炭素がプローブ分子として使用されている。しかし二酸化炭素と塩基点との相互作用は,表面の酸素イオンとの化学反応を経て炭酸塩を形成する化学反応であるため,その使用には限界がある。本研究では,塩基に対しほとんど不活性なプロピレンをプローブ分子として用いることを検討する。26年度の成果として,プロパン,プロピレン,イソブタン,イソブテンについてプローブとしての可能性を検討した結果,プロピレンが塩基点と酸塩基的な相互作用を持つことが明らかとなった。27年度は,プロピレンの昇温脱離の結果から脱離の活性化エネルギーを算出し,その値とジアセトンアルコールの逆アルドール反応の触媒活性を比較した。固体塩基触媒として,CaOとMgO,Al2O3/MgO,ハイドロタルサイトを用いた。脱離を単一ピークとするため,適当な温度でプロピレンを吸着させ,温度を133 Kまで下げ,その後1ー8 K/minで昇温した。また,同条件で活性化した触媒を用い,ジアセトンアルコールの逆アルドール反応を行った。脱離の活性化エネルギーは,CaOで52 kJ/mol,MgOで41 kJ/mol,Al2O3/MgOで41 kJ/mol,ハイドロタルサイトで34 kJ/molとなった。ジアセトンアルコールの逆アルドール反応の触媒活性の序列は,CaO>MgO>Al2O3/MgO>ハイドロタルサイトの順となり,Al2O3/MgOではAl2O3により活性点の一部が覆われていることを考慮すると,触媒活性と良い一致を示したと言える。これらの結果より,プロピレンをプローブとした昇温脱離法は,固体塩基の性能評価に有用であることが分かった。これまでに,当研究課題に関し,以下の成果があった。(1)プロパン,プロピレン,イソブタン,イソブテンについてプローブとしての可能性を検討した結果,プロピレンが塩基点と酸塩基的な相互作用を持つことを明らかにした。(2)プロピレンの脱離の活性化エネルギーは,CaOで52 kJ/mol,MgOで41 kJ/mol,Al2O3/MgOで41 kJ/mol,ハイドロタルサイトで34 kJ/molと測定され,塩基強度を具体的な数値として表すことができた。(3)塩基触媒反応であるジアセトンアルコールの逆アルドール反応の触媒活性の序列と,触媒活性の序列は良い一致を示した。これらの成果より,おおむね順調に進展していると評価した。

以前より,酸化マグネシウムやアルカリ土類金属酸化物,アルカリ金属担持金属酸化物,アミノ基を導入したメソポーラスシリカなど,多くの固体塩基触媒が報告されている。これらの固体塩基の塩基強度と塩基量の測定には,CO2がプローブ分子として使用されている。しかし多くの場合CO2と塩基点との相互作用は,表面の酸素イオンとの化学反応を経て炭酸イオンを形成する化学反応であるため,その使用には限界があった。申請者は,固体酸の表面の酸点と不活性ガスが相互作用を持つことから,アルゴンをプローブ分子とする酸強度の測定法を考案し,昇温脱離のピーク温度から計算される脱離の活性化エネルギーと,室温付近での吸着から吸着熱を測定し,これらが固体酸の酸強度および酸量評価に有用であることを発表した。アルゴンの吸着熱による酸強度の研究成果は,適当なプローブ分子があれば,固体表面の塩基点についても塩基強度および塩基量の測定が可能であることを示している。アルゴンはそれ自信には全く塩基性がなく,正に分極した酸点によって分極が誘起され,酸塩基的な相互作用を持つようになり,その相互作用は水素結合であるとされている。この観点から,塩基点のプローブ分子としては非常に酸性の弱いプロトンを持つ分子が適当であると言える。この考え方から,プロパン,プロピレン,イソブタン,イソブテンを候補とし,昇温脱離を行ったところ,プロピレンだけが塩基触媒活性と対応した脱離ピークを与えることが明らかとなった。数種の固体塩基に関し,脱離の活性化エネルギーを測定したところ,触媒活性と良く対応することが明らかとなり,塩基点評価に有効である事が分かった。炭化水素(プロパン,プロピレン,イソブタン,イソブテン)をプローブとする昇温脱離で,塩基強度評価を行った。ヘリウム気流下で炭化水素を143 Kで吸着させ,1 K/minで昇温した。773 Kで活性化したCaOでは,脱離ピーク温度はプロパン,イソブタン,プロピレン,イソブテンで172 K,193 K,206 K,228 Kとなったことから,プロピレンと塩基点との間に酸塩基的な相互作用があると結論した。プロピレンをプローブとした昇温脱離で,脱離の活性化エネルギーで主な固体塩基の塩基強度を評価した。平成26年度は炭化水素の吸着等温線の測定後に昇温脱離に進む事を想定していたが,結果的に昇温脱離でプロピレンがプローブとして優れていることが明らかになったため,昇温脱離の測定を集中的に行った。また,検出器として水素炎検出器(FID)が使用可能であったため,GC-MSの改造ではなくFIDガスクロマトグラフの改造で実験を行った。実験方法は異なるものの,当初の目的として固体塩基の塩基強度測定のプローブとして,プロピレンが使用可能であることを明らかにしたことから,おおむね順調に進展しているとした。本研究課題に関し,検出するプローブ分子が有機物であるため,ガスクロマトグラフの高感度検出器(FID)を流用することが出来たため,非常に少量の,最も強い相互作用を持つ塩基点に選択的に吸着したプローブ分子を検出することが可能であった。このため,当初予定していた吸着熱測定は行わず,昇温脱離に集中的に取組むこととした。固体塩基の塩基強度測定法として,本プロピレン昇温脱離法はこれまでの手法より,(1)低温で不活性な分子をプローブとして用いているため,試料にダメージがない(2)有機物をFIDで検出しているため,少量の試料を高感度で検出することが可能であり,昇温脱離法で問題となるプローブ分子の再吸着を無視することができる(3)塩基強度を脱離の活性化エネルギーとして定量的に表すことができるなどの点で優れていることが明らかになった。
LCフィルタと電力用能動フィルタを併用した新しい原理に基づく高調波抑制装置の研究

従来、送配電系統の高調波対策としてはLCフィルタが多く採用されてきた。しかし、LCフィルタの定数によっては系統インピ-ダンスとの並列共振回路を構成し、高調波が増大するという欠点がある。一方、次世代の高調波抑制装置として有望視されている電力用能動フィルタはLCフィルタの問題点をすべて解決できる反面、初期コストや運転コストに問題がある。本研究は、こうしたLCフィルタと電力用能動フィルタの問題点を同時に解決できる新しい原理に基づく高調波抑制装置の開発を目的としている。これはLCフィルタに小容量の電力用能動フィルタを直列に接続した主回路構成とその制御法に特長がある。実験は、20kVAのサイリスタ整流回路が発生する5次、7次、11次、13次、...の高調波を補償対象とし、10kVAのLCフィルタ(5次、7次、ハイパス)と0.3kVAの電力用能動フィルタ(主回路はパワ-MOSFETを用いた三相電圧形PWMインバ-タ)を設計・製作し、その有効性を確認した。本研究で得られた成果は以下のとおりである。1.本方式は以下のような優れた特長を有することを実験により確認した。(1)補償特性は系統インピ-ダンスの影響を受けない。(2)系統とLCフィルタの間の反共振を抑制することができる。(3)上位系統からLCフィルタへ高調波電流が流入することを阻止できる。2.LCフィルタの最適設計を行ない、従来の設計理論に基づくLCフィルタを使用した場合に比べて、電力用能動フィルタの容量を60%程度に低減できることをディジタルシミュレ-ションにより確認した。
オートファジーは皮膚を紫外線・ストレスによるアポトーシスから防御しているのか？

私たちはこれまでに、BNIP3はオートファジーを介して表皮分化促進効果を持つことを明らかとした。一方、BNIP3はUVB照射によるアポトーシスから細胞を保護し、皮膚表皮の形態維持に関与していることも明らかとしている。今回私たちは、UVB照射によるBNIP3の発現は、活性酸素ならびにERK, JNK MAPキナーゼによって制御されていること、BNIP3がオートファジー(マイトファジー)を起こすことで、UVB照射により傷ついたミトコンドリアを分解することでアポトーシスを抑制することを見出した。以上の結果は皮膚炎の治療薬やアンチエイジングに応用出来ることが期待される。当該年度は表皮形態形成維持におけるBNIP3の役割を明らかにすることを目的とし、以下の研究を行った。まず、ストレスによるアポトーシスからの表皮保護を解明する目的で、表皮ケラチノサイトにUV照射したところ、ヒト培養表皮ケラチノサイトでBNIP3の発現が上昇することを見いだした。また、ノックダウン実験によりBNIP3が抗アポトーシス因子として作用していることを見出した。また、BNIP3が表皮ケラチノサイトにオートファジーならびにマイトファジーを引き起こすことを確認した(Moriyama et al. J Invest Dermatol. 2014)。次に、BNIP3が上昇するメカニズムを探るため、UV照射時にケラチノサイトの酸化ストレス蓄積を測定したところ、UV照射時には酸化ストレスが蓄積することが明らかとなった。そこで、UV照射時に抗酸化物質を添加したところ、BNIP3の発現が抑制されることを見いだした。また、UV照射時に発現が上昇し、BNIP3の発現を制御する可能性のあるHIF1aとp53について検討を行った。HIF1a、p53ともにUV照射時に活性化が認められたものの、これらのノックダウンを行っても、BNIP3の発現に変化は見られなかった。現在は他の因子について検討を行っており、BNIP3の発現を制御する経路を2つ同定している。この解析により、皮膚がUVなどのストレスに対抗するメカニズムが徐々に明らかになっているものと考えられる。当該年度は表皮形態維持におけるBNIP3の役割を明らかとすることを目的とし、以下の研究を行った。昨年度までに、表皮ケラチノサイトへUVB照射することで、酸化ストレスを介したBNIP3の発現制御が起こること、またHIF1α、p53はBNIP3の発現を制御していないことを見出していた。今年度は新たにUVB照射による酸化ストレスにより、ERK1/2, JNK MAPキナーゼ経路が活性化することを見出した。そこでそのMAPキナーゼ阻害剤を使用したところ、UVB照射によるBNIP3発現上昇とオートファゴソーム形成が抑制され、cleaved caspase3の発現量が増加した。このことから、UVB照射によるMAPキナーゼ活性化によってBNIP3の発現が制御され、オートファジーを誘起し、細胞を保護していることが示唆された。さらに、表皮ケラチノサイトならびにマウス胎児皮膚へオートファジー阻害剤を添加することにより、UVB照射時におけるアポトーシス細胞死が増悪することから、UVB照射時にはBNIP3が誘起するオートファジーが、表皮ケラチノサイトを細胞死から保護していることが明らかとなった(論文投稿準備中)。表皮ケラチノサイトにUVB照射した際に、BNIP3がどのようなメカニズムで発現上昇するのか明らかにするという目的に関しては、UVB照射時の際の酸化ストレス、さらにはその酸化ストレスによってERK1/2, JNK MAPキナーゼが活性化し、BNIP3の発現制御に関わっていることを明らかとした。今後はERK1/2, JNK MAPキナーゼがどのようにBNIP3の発現制御に関与するのかより詳細な機能も明らかとしたいが、概ね目的は達成出来たと考えている。また、BNIP3がどのようなメカニズムで表皮のアポトーシスを制御しているのかについては、オートファジー阻害剤により細胞死が増えることから、オートファジーが重要な役割を果たしていることを明らかに出来た。UV照射以外のストレスでもBNIP3は表皮を保護する能力を持っているかに関しては、酸化ストレスによってBNIP3が発現誘導されることから、おそらく酸化ストレスによってもBNIP3が誘導され、表皮を保護すると予想される。当該年度は、表皮形態維持におけるBNIP3の役割を明らかとすることを目的とし、以下の研究を行った。昨年度までに、表皮ケラチノサイトへUVB照射することで、酸化ストレスを介したBNIP3の発現制御が起こること、またHIF1α、p53はBNIP3の発現を制御しないことを明らかとしてきた。さらに、酸化ストレスによって活性化したERK1/2, JNK MAPキナーゼ経路がBNIP3の発現を誘導することを見出してきた。今年度は新たに、UVB照射によって発現上昇したBNIP3がUVB照射により傷ついたミトコンドリアをオートファジーにより除去することで、細胞をアポトーシスから保護することを明らかとした。BNIP3をノックダウンすると、オートファゴソームの形成が抑制されることを、LC3の免疫染色により明らかとした。また、ミトコンドリアに特異的に発現するpH依存性蛍光タンパク質であるKeimaとBNIP3のノックダウンコンストラクトを導入することにより、BNIP3の発現抑制でマイトファジーが抑制されることを見出した。さらに、BNIP3をノックダウンすると、ミトコンドリアの膜電位が低下し、ミトコンドリア特異的ROSの蓄積が見られたことから、BNIP3は障害を受けたミトコンドリアの除去に必須であることが示唆された。

また、オートファジー阻害剤添加により、表皮細胞のUVB感受性が上昇したことから、オートファジー(マイトファジー)が表皮細胞の抗アポトーシス効果に重要であることが判明した。以上の結果は学術論文としてまとめ、掲載された(Moriyama et. al. Cell Death Dis. 2007)。私たちはこれまでに、BNIP3はオートファジーを介して表皮分化促進効果を持つことを明らかとした。一方、BNIP3はUVB照射によるアポトーシスから細胞を保護し、皮膚表皮の形態維持に関与していることも明らかとしている。今回私たちは、UVB照射によるBNIP3の発現は、活性酸素ならびにERK, JNK MAPキナーゼによって制御されていること、BNIP3がオートファジー(マイトファジー)を起こすことで、UVB照射により傷ついたミトコンドリアを分解することでアポトーシスを抑制することを見出した。以上の結果は皮膚炎の治療薬やアンチエイジングに応用出来ることが期待される。表皮ケラチノサイトにUV照射した際に、BNIP3がどのようなメカニズムで発現上昇するのかを明らかにするという目的に関しては、UV照射の際の酸化ストレス蓄積が一つの引き金であることを明らかとした。また、当初予測していたHIF1aやp53に関しては無関係であることが分かったが、その他の因子について、ほぼ同定しているため、ほぼ目的は達成できたと考えている。BNIP3がどのようなメカニズムで表皮のアポトーシスを抑制しているのかについては、角化細胞にUVを照射するとオートファジーが亢進し、BNIP3をノックダウンすることでそのオートファジーが抑制されることを確認している。オートファジーが本当に抗アポトーシスとして働いているのかが今後の課題である。UV照射以外のストレスでもBNIP3は表皮を保護する能力を持つのかについては、UV照射により酸化ストレスがかかることが明らかとなったため、酸化ストレスによってもBNIP3の抗アポトーシス作用が認められたと考えている。JNK MAPキナーゼはFOXO3aを介してBNIP3の発現を上昇させるという可能性があるため、FOXO3aのノックダウンを行ってBNIP3の発現を調べようと試みた。しかし、他の細胞ではうまくworkしたFOXO3Aノックダウンコンストラクトがなぜか初代ヒト培養ケラチノサイトではうまく働かなかった。そのため、現在Foxo3aノックアウトマウスを入手し、マウス胎児皮膚の器官培養を行い、UVB照射によるBNIP3の発現上昇が解除されるのか確認しようとしている。ここでFoxo3aとBnip3の関連性が確認された場合、ChIPアッセイを行い、Foxo3aがBnip3の発現を直接制御しているのかどうか、明らかとしたい。また、尋常性乾癬を患う患者の皮膚ではオートファジーが阻害されていることを示唆する研究結果が報告されており、我々も同じような結果を得ている。今後は尋常性乾癬の治療として使われているナローバンドUVB照射とBNIP3の発現、オートファジーの関連性などを調べていきたい。
ベースプレート降状型ロッキング制振建築構造システムの耐震性能評価

鉄骨造建物の最下層柱脚部に浮き上がり時に降伏するベースプレート(以下BPYという)を設置したロッキング構造システムを対象とする。本システムは、地震時に建物に意図的にロッキング振動を誘発することによりその地震力の低減を図るもので、従来よりも簡易な機構により地震力を低減できる。本研究成果の概要を以下に示す。1.降伏型ベースプレートの繰り返し変形性能(緑川、小豆畑、石原):降伏型BPYの繰り返し変形性能を検討し、かつ破壊を含む終局限界変形を明らかにするための実大実験を行った結果、その繰り返し変形特性及び終局限界変形を定量的に明らかにし、その履歴モデルを構築した。2.柱脚部浮き上がり後の着地時に生じる衝撃力が建物の耐震安全性に及ぼす影響(全員):浮き上がり後の着地時に生じる衝撃力が上部構造の応答に与える影響を把握するため、三次元有限要素法解析を用いた弾塑性地震応答解析により、降伏型BPYの局部的な応力・歪集中を定量的に求め、大型試験体の静加力実験より得られた繰り返し変形特性と比較検討した。その結果、衝撃力で増加する柱の圧縮軸方向力により生じる柱局部応力に対する衝撃力の影響は余り大きくないこと、及び振動台実験結果を含めて地震応答時の柱の終局安全性の程度を明らかにした。3.柱脚部浮き上がり時の立体挙動(緑川、和田):柱脚部に浮き上がりを生じる時の振れ挙動が、本構造システムの耐震安全性にどの程度影響するのかを明らかにするため,三次元立体骨組解析モデルを用いて、多次元地震動入力による弾塑性地震応答解析を行った。その結果、柱脚部で浮き上がりが生じる時の振れ応答の影響、及び上下動の影響は殆どないことを示した。4.適用性および修復性(緑川、小豆畑):各種ダンパーを降伏型BPYと併用する場合の柱脚部詳細及び地震後に降伏型BPYの損傷が過大になった場合の交換方法について検討した。本研究では、鉄骨造建物の最下層柱脚部分に浮き上がり時に降伏するベースプレートを設置したロッキング構造システムを対象とする。強震動を受けた建物にロッキング振動が生じると、このベースプレートが柱からの引張力を受けて降伏し、地震入力エネルギーを吸収することができる。本システムは、地震時において建築物に意図的にロッキング振動を誘発することによりその地震力の低減を図るロッキング制振システムの一種で、従来よりも、より簡易な機構により地震力を低減できる。このシステムを実現するための具体的な制振部材(ベースプレート)を検討、試作した上で、縮小模型振動台実験と地震応答解析により、この制振システムの制振効果を明らかにする。また、振動台実験結果との比較を通して検証されたベースプレートの復元力特性と振動解析手法を用いて、幾つかの事例解析を行い、本システムの現実の建物への適用性を検討する。さらに、ベースプレートの力学特性に関するデータを得るために、柱脚部分にベースプレートを取り付けた縮小模型及び大型試験体を製作し、静的加力実験を行なう。最終的に、上記の振動台実験結果と解析結果に基づき、「ベースプレート降伏型ロッキング制振建築構造システム」の制振効果、浮き上がり後の着地時点で生じる衝撃力が上部構造の応答に与える影響の程度、及び、本システムの簡易応答予測方法を、本研究成果としてまとめる。本年度は、以下の項目について研究を行った。1)降伏型ベースプレートの繰り返し変形性能降伏型ベースプレートを鉄骨造柱脚部分に取り付けた縮小模型及び大型試験体を製作し、柱軸方向力とせん断力を作用させる静的加力実験を行うことにより、その繰り返し変形性能を定量的に明らかにした。2)柱脚部浮き上がり時の立体挙動

試設計建物の三次元立体骨組解析モデルを用いた多次元地震動入力による弾塑性地震応答解析を行い、鉄骨造架構柱脚部で浮き上がりが生じる時の地震応答特性と立体挙動を明らかにした。3)柱脚部浮き上がり後の着地時に生じる衝撃力が建物の耐震安全性に及ぼす影響試設計建物を対象として、三次元有限要素解析を用いた弾塑性地震応答解析により、降伏型ベースプレートの局部的な歪集中の度合いを定量的に把握した。本研究では,鉄骨造建物の最下層柱脚部分に浮き上がり時に降伏するベースプレートを設置したロッキング構造システムを対象とする。強震動を受けた建物にロッキング振動が生じると,このベースプレートが柱からの引張力を受けて降伏し,地震入力エネルギーを吸収することができる。本システムは,地震時において建築物に意図的にロッキング振動を誘発することによりその地震力の低減を図るロッキング制振システムの一種で,従来より簡易な機構により地震力を低減できる。本システムを実現するための具体的な制振部材(ベースプレート)を試作した上で,縮小模型振動台実験と地震応答解析により,このシステムの制振効果を明らかにする。また,ベースプレートの履歴特性に関する資料を得るために,柱脚部にベースプレートを取り付けた縮小模型及び大型試験体を製作し,静的加力実験を行なう。更に,実験結果との比較を通して検証されたベースプレートの履歴特性と応答解析手法を用いて事例解析を行い,本システムの実際の建物への適用性を検討する。最終的に,上記の実験・解析結果に基づき,本システムの制振効果,浮き上がり後の着地時点で生じる衝撃力が上部構造の応答に与える影響の程度,及び本システムの簡易応答予測方法を,本研究成果としてまとめる。本年度は,以下の項目について研究を行った。1)降伏型ベースプレートの履歴特性と等価粘性減衰定数の評価降伏型ベースプレートを鉄骨造柱脚部に取り付けた縮小模型及び大型試験体の静的加力実験結果から,履歴特性のモデル化と等価減衰定数の評価を行った。また,ベースプレート単体とそれが組み込まれた建物全体の等価減衰定数の関係を導いた。2)柱脚部浮き上がりを伴う地震応答時の立体挙動鉄骨造10層試設計建物の三次元立体骨組解析モデルを用いた多次元地震動入力による弾塑性地震応答解析を行い,柱脚部浮き上がりを伴う建物の1次元,2次元,3次元入力時の地震応答を詳細に比較検討した。3)柱脚部浮き上がり後の着地時に生じる衝撃力が建物の耐震安全性に及ぼす影響鉄骨造10層試設計建物を対象として,三次元有限要素解析を用いた弾塑性地震応答解析を行い,柱脚部浮き上がり後着地時に降伏型ベースプレート及び柱部材に生じる局部的な応力・歪の度合いを定量的に把握した。1.降伏型ベースプレートの繰り返し変形性能(緑川、小豆畑、石原):浮き上がり注脚部の降伏型ベースプレート(以下BPYという)を実際の建物に適用することを目指して、その繰り返し変形性能を検討し、かつ終局限界変形を明らかにするため、破壊を含む終局限界変形を解明するための実大実験を行った。昨年度まで行った降伏型BPYを鉄骨造柱脚部分に取り付けた大型試験体の静加力実験に引き続いて追加実験を行い、その繰り返し変形性能及び終局限界変形を定量的に明らかにし、その履歴モデルを構築した。
実用的な異方性メタマテリアル構築に向けた効率的材料定数測定法の確立

新しい性質を持つメタマテリアルは,その構造上,材料定数に異方性を示すことが多い。本研究では,等方性媒質の材料定数測定に用いられてきた導波管充填法を拡張し,一軸異方性媒質の材料定数測定法の確立を試みた。具体的には,規格は異なるが基本モードの動作周波数が重複する導波管を用意し,その中に被測定物を充填して反射透過特性(Sパラメータ)を求め,得られた一組のSパラメータを連立させることで,媒質の複素材料定数推定式の導出を行った。その結果,使用モードの影響で一部の成分以外について,その複素材料定数を求める定式化を行うことができた。また,その妥当性を電磁界シミュレータによるシミュレーションで明らかにした。平成24年度は,前年度の5ー8GHzおよび8.5ー11.5GHz帯における材料定数測定実験を継続するとともに,当初の予定通りWR137規格の導波管を用いた材料定数測定装置を構築して,7ー10GHz帯における等方性材料定数(公称値としてその材料定数があらかじめ推察できる材料である,アクリル,発泡スチロール,フェノール基板,FRー4,炭素粉末含有ゴム製電波吸収体など)の測定を行った。また,これまでに構築した測定システムを複合して異方性材料定数を測定可能であると考えられる6ー7GHz帯および8.5ー10GHz帯における材料定数測定法の精度に関する検討を高周波電磁界シミュレータによる反射・透過特性の特性解析結果を基に検討した。まず,実際の等方性材料における測定結果では,測定値にばらつきが出る周波数帯が認められた。その原因として,試料と導波管の不整合による反射などによる影響が考えられたため,ベクトルネットワークアナライザに時間領域解析が可能なオプションを導入して測定系における反射波による誤差の除去に関する検討を行った。反射の影響に関しては,現在も検討を行っている過程であり,次年度には,測定誤差のその他の発生要因なども考慮に入れつつ引き続き検討を行っていく予定である。また,今回購入したWR137導波管による等方性媒質の材料定数測定結果は,これまでに構築した他の測定システムによる結果と動作周波数帯が重なる位置において若干の差異が認められた。今回購入したWR137導波管は購入価格予算面を考慮して米国製のものを選定したが,本導波管システムでのみ他のシステムと異なる測定結果が得られる。この事実を鑑みて,次年度は作成精度のより高い同規格の導波管システムを購入し,特性測定を行っていく予定である。これまで,導波管充填法を用いることで等方性媒質の複素誘電率が比較的高精度に測定できることが知られてきたが,メタマテリアルの様な新規材料では,異方性を持つ媒質が多く含まれ,その異方性を積極的に利用することで新しい機能性デバイスが開発可能である。デバイス設計・開発においては,使用する媒質の材料定数は必須の設計パラメータとなる。そこで,規格(導波管開口サイズ)は異なるが,基本モードの動作周波数が重複している2種類の導波管を用いた導波管充填法で一軸異方性媒質の材料定数を求める手法を提案し,その計算方法等について理論的に明らかにした。ただ,研究途上において,使用する導波管により同じ等方性媒質の材料定数を測定したにも関わらず,動作周波数の重複する部分で,差異が生じるといった問題点に直面した。この差異は,測定系の測定精度に直結する。これに対し,使用する導波管と同軸導波管変換器をより作製精度が高いものに交換したり,計測器に反射の影響を除去できる時間領域解析オプションを追加して反射波の影響等を考慮したりすることで精度向上に努めた。その結果,測定される差異は低減したが両者を完全に一致させるには至らなかった。次に,一軸異方性を持つ媒質の材料定数を測定したSパラメータから求める計算式の導出と電磁界シミュレータによる計算式の妥当性検証を行った。定式化では,使用モードがTEモードであったため,伝送軸方向の誘電率テンソル成分を求める式は導出することは出来なかった。しかし,誘電率は等方性で透磁率のみ一軸異方性を持つ媒質のについては,電磁界シミュレータで求めたSパラメータから,高精度に各成分を求められる事を確認した。研究実施年度内に完全な異方性材料定数測定システムの構築には至らなかったが,透磁率が一軸異方性を持つ媒質への本測定法の妥当性は確認できた。今後は使用モードや導波管形状変更で対応を考慮したい。平成23年度に購入した規格の異なる3種類の導波管(WRJ-6,7,10)を用いて,等方性材料の5-7GHz,6-8GHzおよび8.5-11.5GHz帯における材料定数測定実験を行った。なお,この内,8.5GHz以上の帯域の測定は,アップグレード購入したベクトルネットワークアナライザの測定周波数伸張オプションにより実現でした。

Sパラメータから材料定数を求める際の計算アルゴリズムの検討については,現状では材料定数に分散性の少ない試料を用いた測定を主に行っているため通常の計算で問題は無い。ただ,今後分散性を持つ媒質の材料定数測定では多価関数の影響が現れる可能性が高いので,チャートを用いた計算値補正法の準備も平行して行っている。また,各導波管の基本モードの動作周波数が重複する領域における材料定数の測定値についての検討を行った。その結果,WRJ-6と7の動作周波数重複部分では測定した材料定数がほぼ連続的となる事を確認した。ただ,本来は同じ周波数帯における材料定数の測定値は全く同じ値を示さなければならないのに対して,今回の測定実験ではわずかではあるが差異が見られた。そこで,電磁界シミュレータを用いた材料定数推定解析を行った。その結果,導波管の規格が変わる事による推定材料定数の変化は実際の測定値に比べると非常に小さくさらなる測定精度向上が望まれる。なお,得られた成果は,指導大学院生が国内シンポジウムにおいて研究発表を行った。その後,この誤差原因について考察を行ったところ,測定試料形状等の不整合による反射やモード変換による影響ではないかと考えられる。特に影響が大きいと考察される反射の影響について,現段階では主測定機器であるベクトルネットワークアナライザに時間領域測定解析オプションを追加し,反射波を窓関数等によりフィルタリングを施す手法が最適であるとの結論に至っている。平成24年度に予定していた基本測定系構築や測定方法および解析方法に関する検討はおおむね順調に遂行されている。ただ,基本測定系中で,WR137導波管を用いたシステムにおいて測定誤差が大きくなる傾向が見られた。そこで,その原因究明と対策に関する検討に時間を大幅に割いてしまい,当初の研究計画における異方性材料の作製検討やチャートを用いた材料定数推定アルゴリズムに関する検討が少々遅れている。現在,誤差発生の原因究明を急ぐとともに新規導入したWR137導波管システムについて,より作製精度の高い国産同軸導波管変換器の再購入を検討している。本年度に購入したベクトルネットワークアナライザ用の時間領域解析オプションによる試料端面での反射の影響考察と同時に,導波管システムの規格ずれ等に起因すると思われる影響の原因究明と改善を早急に進める事により,平成25年度内には当初の最終研究達成目標である異方性材料の材料定数測定まで達成する予定である。なお,本システムでは異方性媒質の材料定数テンソルにおいて,ある一部の成分が測定できないという問題も明らかになっている。この点については最終年度にその解決策を見い出せる様に至急検討する。異方性・等方性材料に対する導波管充填法による材料定数計算の計算式に関する導出および検証はほぼ終了し,あとは材料定数に分散性がある場合などにおける多価関数の取り扱いに関する検討を残すのみとなっている。また,一年間の測定実験の繰り返しにより,複数の測定用導波管セットを用いた等方性媒質の材料定数測定にも習熟してきており,さらなる測定精度向上について検討を行っている。ただ,試料を導波管に充填する際に,研究開始当初に予測していなかった被測定試料の形状不整合による反射の影響によると思われる測定誤差が観測され,次年度以降,この対策を早急に講じる必要性が生じている。