hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
赤外線分光観測で探る星惑星形成における固体物質進化

ケイ酸塩鉱物からなる固体物質(ダスト)は惑星の主原料のひとつである。若い星のまわりに存在るガスとダストからなる星周円盤において、惑星系形成が進むと考えられているが、惑星系形成に伴ってこれらのダストも、初期の状態から変化・進化すると考えられる。我々は、すばる望遠鏡に搭載した中間赤外線観測装置COMICSを用いた観測により、これらの若い星の周りに存在するダスト進化を観測的に探っている。その結果、円盤の降着活動性が低下するに伴い円盤表層のケイ酸塩ダスト粒子のサイズが大きくなるという観測的傾向を見出した。このことは、円盤内での惑星の材料となるダスト粒子の粒子成長を意味しており、惑星系形成の最初のステップである粒子成長が円盤の降着活動性の進化とともに進んでいることを示す新しい観測的な証拠であると考えられる。また、本研究では太陽系における星周円盤(原始太陽形星雲)の物質を凍結保存したと考えられる彗星ダストの観測的研究もすすめている。今年度は崩壊しつつある彗星73P・シュバスマンバハマン彗星の地上中間赤外線観測により、彗星核内のダストの均質性について議論した。現在投稿論文作成中である。今後の太陽系外の惑星系形成現場における、結晶化したオリビンの観測の進展により、彗星の観測から明らかになった上記の事実を確認・検証することにより、太陽系・惑星系形成の詳細な物質科学的理解をすすめることが期待される。我々は原始惑星系円盤の高空間分解能観測も進めており、惑星系を形成しつつある円盤の複雑な構造を映し出すことにも成功している。それだけでなく、円盤の熱的構造についても観測的に明らかにしつつあり、現在アムステルダム大(オランダ)の研究者と共同研究をすすめているところである。
寒冷地における浄化型排水路の機能評価とメカニズムの解明

本研究では,農業流域に設置された浄化型排水路の機能評価とそこでの水質浄化のメカニズムに関する検討をおこなった。その結果,対象とした浄化型排水路では,窒素成分の浄化効果が維持されており,平水時に限らず降雨時にもその機能を発揮することが認められた。また,窒素収支から水質浄化の効果は脱窒による影響が大きいことも確認できた。本年度は調査の初年にあたり研究計画で予定したとおり,調査対象となる排水路の上下流に水位計を3カ所,雨量計1カ所,6月に設置した。本補助金により購入した自動採水器を811月の期間に排水路の上下流に設置し,降雨出水時の連続採水も実施した。平水時の採水は予定通り,1ケ月に1回以上の頻度で実施し,降雨出水も5回程度採水できた。過去の調査結果と今年度の採水試料の分析結果から,平水時の浄化型排水路では流下にともなう濃度の低下が確認され,さらに改修後3年間で浄化効果が大きくなる傾向が確認された。負荷においても流下にともない減少する傾向が認められた。塩化物イオンを指標とした希釈の影響を勘案すると,これら濃度と負荷の低下は希釈以外の要因,すなわち生物的作用による影響と判断できた。また,これら浄化効果は未改修部分の自然状態の水路よりも高いことが示された。降雨出水時には浄化効果が無いものと予測していたが,今回の調査結果では降雨出水時にも流下にともなう濃度低下が窒素と浮遊物質でみられ,とくに浮流物質でその効果が大きかった。一方,リンについては明確な傾向が認められなかった。当初,浄化の要因と考えられる脱窒効果と植物体による吸収の寄与の程度を把握することを計画していたが,調査開始が若干遅れたため,定量的な評価には至らなかった。また,積雪融雪期の調査については,今年度の気象条件が例年と異なっており,調査を見合わせたこともあり,この期間の浄化効果を把握するには至らなかった。本年度は研究期間3年の2年目である。調査内容は,昨年度と同様に排水路の上下流に水位計を3カ所,雨量計1カ所, 6月に設置した。本補助金により購入した自動採水器を811月の期間に排水路の上下流に設置し,降雨出水時の連続採水を実施した。平水時の採水は予定通り, 1ヶ月に1回以上の頻度で実施し,降雨出水も4回程度採水できた。降雨出水時には浄化効果が無いものと予測していたが,データの蓄積により,降雨出水時にも流下にともなう濃度低下が窒素と浮遊物質でみられ,とくに浮流物質でその効果が大きかった。また,流量と浄化効果の関係についても検討をおこなった。これらの調査に加え,今年度は,浄化の要因と考えられる脱窒効果と植物体による吸収の寄与の程度を把握するため,コドラート試験を実施し植物体の窒素量を測定した。その結果,植物体による窒素の固定は,負荷削減量の3割程度を占めることが確認された。本研究は浄化型排水路の浄化効果について水質環境から評価することを目的とした。とくに水質浄化効果の経年変化,平水時と降雨時の効果発現,積雪融雪期の効果,浄化機能のメカニズムに着目して検討をおこなった。水質浄化効果(平水時)の経年的変化をみると,改修直後より効果は弱まっているものの,ほぼ一定の効果が維持されている。降雨時の浄化効果について検討をおこなった結果,負荷量と流量の関係からT-Nでは0.04m^3 s^<-1>以下,T-Pでは0.002m^3 s^<-1>以下の流量で浄化効果が発現することが予測された。また,24時間の全流出量が700m^3以下では流出量の増加に伴いT-N除去率が低下する傾向が確認された。しかし,700m^3を超えて複断面の高水敷を流下する場合にも濃度が低下することから,懸濁物質の補足に植物がフィルターの役割を果たしていることが推察された。とくに水質浄化効果が顕著である窒素成分に関して水路内の窒素収支に着目してメカニズムを予測した。その結果,窒素成分の浄化の7割以上が脱窒に起因すると考えられ,植物体による吸収や吸着は2割程度と推定された。積雪融雪期の効果については,調査・検討が不十分であったが,水面が完全に結氷しない状態であれば,底質中の脱窒菌によって浄化効果が発現されると推察された。さらに改修直後と現在の水路形状の比較から,水路内の土砂の移動と流入土砂の捕捉によって,予測を上回る土砂が水路内に貯留されていることがわかった。今年度までの成果から,浄化効果の機能発現を持続させるためには,維持管理方法についての検討が今後必要になると思われる。
骨芽細胞刺激因子を導入した幹細胞による骨粗鬆症遺伝子治療モデルの開発

骨粗鬆法症は、食生活、運動量などの生活習慣、加齢に伴うホルモンバランスの変化、遺伝的背景などの要因が複雑に作用し、骨代謝の担い手である骨芽細胞と破骨細胞の細胞数、活性のバランスが骨吸収へと傾斜することにより、骨量の減少を引き起こした状態である。骨粗鬆法治療は、破骨細胞の活性抑制、骨芽細胞の活性促進作用を持つ薬剤を投与することにより、骨代謝のバランスを回復させるものが主流であるが、その背景にある病因を治療するものではないため、結局は病的なアンバランス状態へと戻ってしまう現象がみられる。そこで、より積極的な治療方法として、再生医療で有効性が確立しつつある幹細胞移植と、骨芽細胞刺激因子遺伝子を組み合わせた、遺伝子-細胞移植による骨粗鬆法治療のモデル開発が本研究の目的である。骨芽細胞刺激因子1(Osteoblast Stimulation Factor-1,0SFI)は、骨芽細胞の分化初期から中期にかけて特異的に強く発現し、骨芽細胞の分化、増殖、動員の3つの面から同所的骨形成を促進する因子である。遺伝子導入済みの幹細胞の供給源として、移植マーカーのGFPと共発現するOSF1遺伝子を導入したトランスジェニックマウス(Tg)を作製し、脛骨のマイクロCT3次元形態解析を行ったところ、Tgマウスでは骨梁数が増加し、カルバリア由来初代培養骨芽細胞でもALP活性の上昇、Ca沈着量の増加など、骨形成能が増強されていた。Tgマウス大腿骨由来の間葉系幹細胞を培養し、骨誘導実験を行うと、BMP2の添加により骨形成能が顕著に増加した。しかしOSF1を大過剰量発現する細胞では、BMP2による促進作用を阻害し、OSF1の骨形成促進作用には最適な発現量を設定する必要性が示された。また、間葉系幹細胞をトリプシン処理により継代し、増殖培地で培養せず、直接骨誘導培地で培養すると、骨形成能が著しく阻害される現象がみられた。増殖培地での前培養時に骨形成の足場となる因子が蓄積し、誘導開始後に合成される因子と協調して骨形成が促進されると考えられる。この因子を特定することにより、より効率的な骨形成が達成されると考えられる。骨粗鬆症の発症には多数の遺伝子が関与し、かつ環境要因とも相互に作用しあって、総合的に発症感受性を決定していると考えられる。したがって、骨粗鬆症に対する新しい治療法として遺伝子治療を適用する場合、多くの研究者のコンセンサスが得られた標的遺伝子は未だに存在せず、試行錯誤の段階といえる。我々は骨芽細胞の分化初期から中期にかけて特異的に強く発現し、骨芽細胞の分化、増殖、動員の3つの面から同所的骨形成を促進する分子量18kDaの塩基性蛋白質である骨芽細胞刺激因子(OSF1)に注目している。BMPなどと違い異所性の骨形成を引き起こさないことから、骨粗鬆症の遺伝子治療のモデル系として優位であると考えられる。OSF1遺伝子を間葉系幹細胞へ導入し、移植することにより、骨形成に適合した環境下に置かれた移植細胞のみが骨芽細胞特異的なオステオカルシンプロモーターによりOSF1を発現し、同所的骨形成の促進が生じる。

さらに、移植細胞から分泌されるOSF1により周囲の骨芽細胞の活性化を引き起こし、より効果的な同所的な骨形成促進作用が期待される。今回モデル実験系を確立するため、高い分化能を有した間葉系幹細胞の供給源として、ヒトOSF1を組織非特異的なCAGプロモーター、または骨芽細胞特異的なオステオカルシン(Oc)プロモーターで発現するトランスジェニック(Tg)マウスを使用し、骨芽細胞、骨髄間質細胞の骨芽細胞への分化能、骨形成能についての評価を行った。Tgマウス由来の初代培養骨芽細胞では、BMP2存在下で、骨芽細胞への分化指標であるアルカリホスファターゼ(ALP)活性が約2倍、Ca沈着量が約4倍コントロールに比べて有意に増加することが確認された。また、骨髄間葉系幹細胞においてもBMP2存在下の培養でALP活性の増加、Caの沈着量の増加が見られOSF1の高発現による骨代謝の正の制御が可能であることが確認できた。骨粗鬆症は、食生活、運動量などの生活習慣、加齢に伴うホルモンバランスの変化、遺伝的背景などの要因が複雑に作用し、骨代謝の担い手である骨芽細胞と破骨細胞の細胞数、活性のバランスが骨吸収へと傾斜することにより、骨量の減少を引き起こした状態である。骨粗鬆症治療は、破骨細胞の活性抑制、骨芽細胞の活性促進作用を持つ薬剤を投与することにより、骨代謝のバランスを回復させるものが主流であるが、その背景にある病因を治療するものではないため、結局は病的なアンバランス状態へと戻ってしまう現象がみられる。そこで、より積極的な治療方法として、再生医療で有効性が確立しつつある幹細胞移植と、骨芽細胞刺激因子遺伝子を組み合わせた、遺伝子-細胞移植による骨粗鬆症治療のモデル開発が本研究の目的である。骨芽細胞刺激因子1(Osteoblast Stimulation Factor-1, OSF1)は、骨芽細胞の分化初期から中期にかけて特異的に強く発現し、骨芽細胞の分化、増殖、動員の3つの面から同所的骨形成を促進する因子である。遺伝子導入済みの幹細胞の供給源として、移植マーカーのGFPと共発現するOSF1遺伝子を導入したトランスジェニックマウス(Tg)を作製し、脛骨のマイクロCT3次元形態解析を行ったところ、Tgマウスでは骨梁数が増加し、カルバリア由来初代培養骨芽細胞でもALP活性の上昇、Ca沈着量の増加など、骨形成能が増強されていた。Tgマウス大腿骨由来の間葉系幹細胞を培養し、骨誘導実験を行うと、BMP2の添加により骨形成能が顕著に増加した。しかしOSF1を大過剰量発現する細胞では、BMP2による促進作用を阻害し、OSF1の骨形成促進作用には最適な発現量を設定する必要性が示された。また、間葉系幹細胞をトリプシン処理により継代し、増殖培地で培養せず、直接骨誘導培地で培養すると、骨形成能が著しく阻害される現象がみられた。増殖培地での前培養時に骨形成の足場となる因子が蓄積し、誘導開始後に合成される因子と協調して骨形成が促進されると考えられる。この因子を特定することにより、より効率的な骨形成が達成されると考えられる。
C型インフルエンザウイルスHE糖蛋白質のレセプター認識部位

1.C型インフルエンザウイルスのヘムアグルチニン・エステラーゼ(HE)糖蛋白質分子上のレセプター結合部位を同定する目的で,我々は先ず,レセプター結合能に異常を持つ抗HE単クローン抗体抵抗性変異株のアミノ酸置換部位を同定し,178,186,187,190,208,212,226,245,266および283位の10箇所のアミノ酸がレセプターとの結合に関与していることを明らかにした。2.次に我々は,レセプターとの高親和性を獲得したHMV-II細胞馴化変異株のアミノ酸置換部位を同定し,上記10箇所の中でもとりわけ212と283位のアミノ酸がレセプター認識に深く関与していことを明らかにした。この時点で我々は,由来の異なるレセプター認識能変異ウイルスに生じていたアミノ酸置換部位の全てが,HE分子上に存在する3つのvariableregionのうちの第2番目(180214位)かその近傍に集中していたことから,HE糖蛋白質分子上のこの領域がレセプター認識に関与する唯一の部位であると考えた。3.しかしながら我々は平成7年度になって,HE遺伝子の系統樹で一つの系統(山形/81系統)に属するいくつかのウイルスが同じ系統の他のウイルスとは異なり,特異な赤血球凝集能を示すことを見い出した。すなわち,(1)C/山形/4/88は鶏赤血球を凝修する活性が弱いこと,(2)C/山形/10/89,C/山形/26/81は,鶏赤血球や新鮮マウス赤血球を殆ど凝集しないにもかかわらず,グルタールアルデヒドで固定したマウス赤血球を良く凝集すること,(3)C/奈良/2/85は,鶏赤血球を普通に凝集するにもかかわらずマウス赤血球に対しては10/89や26/81と同じ挙動を示すことである。4.このような凝集能の異常を分子レベルで理解するため,HE遺伝子の塩基配列を株間で比較したところ,凝集能の異常が第3番目のvariableregion(331347位)に生じたアミノ酸置換に基づくことが強く示唆された。この成績は,C型ウイルスのレセプター認識には,第2番目のみならず,第3番目のvariableregionも関与していることを新たに示すものである。今後の課題1.レセプター認識部位として新たに浮かびあがってきた第3番目のvariableregionのアミノ酸のレセプター認識における役割を,部位特異的変異導入法で明らかにする必要がある。2.C/山形/10/89,C/山形/26/81及びC/奈良/2/85が,マウスやラットの新鮮赤血球を凝集しない理由は今のところ不明であるが,これらのウイルスのレセプターが糖蛋白質上にあるのか,糖脂質上にあるのかを先ず明らかにする必要がある。

2.C/山形/10/89,C/山形/26/81及びC/奈良/2/85が,マウスやラットの新鮮赤血球を凝集しない理由は今のところ不明であるが,これらのウイルスのレセプターが糖蛋白質上にあるのか,糖脂質上にあるのかを先ず明らかにする必要がある。C型インフルエンザウイルスのHE糖蛋白質上にレセプター認識部位を位置付けることを目的として、我々はこれまでに、抗HE単クローン抗体との反応性を欠く変異ウイルス(escape mutannts)の中から、レセプターとの親和性に異常を示す多数の株を選び、それらのHE遺伝子の塩基配列を親株と比較することにより、少なくとも10箇所(178、186、187、190、206、212、226、245、266および283)のアミノ酸がレセプター認識に関与していることを明らかにしてきた。しかしながら、escape mutannts上に検出される変異はいずれも中和に関与する抗原決定基に限定されるので、レセプター認識に与えるアミノ酸の全てが上記10箇所中に網羅されているとは言い難い。そこで今年度は、A型やB型インフルエンザウイルスにおいては、新しい宿主への馴化の全てがレセプターとの高親和性を獲得した突然変異体の選択に基づくという事実に鑑み、C型インフルエンザウイルスのHMV-II細胞への馴化を試み、多数のレセプター高親和性を示す変異ウイルスを取得し、馴化前後のウイルス間でHE遺伝子の塩基配列を比較し、以下の成績を得た。1.HEの抗原性がC/山形/1/81に類似しているウイルス(山形/81系統)では、馴化後のウイルスはレセプター高親和性のみならず抗原性の変化をも獲得しており、212位(Glu→Lys)或いは283位(Asp→Asn)のアミノ酸が変化していた。2.ミシシッピ-/80及び愛知/81系統に属するウイルスでは、馴化ウイルスの大半(18株中12株)がレセプター高親和性と同時に抗原性の変化も伴っており、抗原性の変化を伴わないレセプター高親和性ウイルスは僅か6株であった。3.上記6株の変異部位は抗原決定領域に近接した202位(Glu→Gly)かレセプター認識や抗原性とは無関係と思われるHE2領域の533位(Ala→Val)であった。以上の成績は、(1)C型インフルエンザウイルスの場合、レセプター認識に関与するアミノ酸のほぼ全てが抗原性にも関わっていること、従って、(2)escape mutanntsの解析から得ていた10箇所のアミノ酸部位がレセプター認識に関わるアミノ酸のほぼ全てを網羅していると考えてよいことを示唆している。また、鶏赤血球をよく凝集するのに、マウスやラットの赤血球と殆ど反応しないという特異な凝集能を持つC/山形/10/89の82番目のアミノ酸が、これまでの分離株では検出されたことがないLysであった。212位と283位に加え、この部位のレセプター認識における意義も今後明らかにしたい。研究の実績1.C型インフルエンザウイルスのヘムアグルチニン・エステラーゼ(HE)糖蛋白質分子上のレセプター結合部位を同定する目的で,我々は先ず,レセプター結合能に異常を持つ抗HE単クローン抗体抵抗性変異株のアミノ酸置換部位を同定し,178,186,187,190,208,212,226,245,266および283位のアミノ酸がレセプターとの結合に関与していることを明らかにした。2.次に我々は,レセプターとの高親和性を獲得したHMV-II細胞馴化変異株のアミノ酸置換部位を同定し,上記10箇所の中でもとりわけ212と283位のアミノ酸がレセプター認識に深く関与していることを明らかにした。この時点で我々は,由来の異なるレセプター認識能変異ウイルスに生じていたアミノ酸置換部位の全てが,HE分子上に存在する3つのvariable
分子イメージングに基づく次世代放射線療法の開発

放射線抵抗性の低酸素領域に集積する18F-ミソニダゾール(F-MISO)を用いた臨床研究を実施した。根治照射あるいは術前照射を行った10例を対象とした。正常筋肉におけるF-MISO SUVmaxは、1.26 ±0.17であった。これをもとに1.60 SUV(平均+ 2SD)以上のF-MISO腫瘍内集積を有意な低酸素領域とした。その結果、10例中9例では初回検査の腫瘍内F-MISO SUVmaxが1.60 SUV以上で低酸素領域を認めた。また分割照射中に2回目の撮影の行えた8例すべてで、再酸素化現象が確認された。放射線抵抗性の低酸素領域に集積する^<18>F-ミソニダゾール(F-MISO)を用いた臨床研究を実施した。試験参加について患者本人から文書で同意を得た上で、F-MISOを体重1kg当たり約3.7MBq静脈内投与し、3時間後にPET/CT撮影した。この検査を、照射開始前および照射開始2週目(20Gy/10回前後)の原則2回行った。本プロトコールは、ヘルシンキ宣言が言明する諸原則に厳密に従って作成されており、2009年9月に当院の施設倫理委員会で承認を受けている。根治照射あるいは術前照射を行った頭頸部癌、肺癌、食道癌、子宮体癌、肛門癌の合計8例を対象とした。7例では同時化学療法を併用した。腫瘍長径は1468mmであった。全例治療前にFDG-PETを撮影した。正常筋肉におけるF-MISO SUVmaxの平均値±SDは、1.26±0.17であった。これをもとに1.60SUV(平均+2SD)以上のF-MISO腫瘍内集積を有意な低酸素領域とした。さらに、腫瘍内F-MISO SUVmaxを筋肉のSUVmaxで割った値(T/M比)も低酸素状態の指標とした。その結果、8例中2例では初回検査の腫瘍内F-MISO SUVmaxが1.6SUV以下で低酸素領域を認めなかった。また2回撮影の行えた6例中5例では、腫瘍内F-MISO SUVmaxあるいはT/M比が低下した。照射を42Gyで中止した1例と、2回目のF-MISO SUVmaxが2.5以上あった3例を除く4例では腫瘍の完全消失が得られた。以上より、F-MISO-PETで腫瘍内低酸素領域の画像化が可能である。分割照射によってF-MISO SUVmaxあるいはT/M比は低下し、再酸素化現象を示唆するものと考えられた。また、治療前あるいは分割照射中のF-MISO SUVmaxの値は、照射効果を予測できる可能性がある。根治照射あるいは術前照射を行った頭頸部癌、肺癌、食道癌、子宮体癌、肛門癌の合計10例を対象とした。9例では同時化学療法を併用した。腫瘍長径は1668mmであった。正常筋肉におけるF-MISOS UVmaxの平均値±SDは、1.26±0.17であった。その結果、10例中1例では初回検査の腫瘍内F-MISOSUVmaxが1.6SUV未満で低酸素領域を認めなかった。また2回撮影の行えた8例中6例では、腫瘍内F-MISO SUVmaxあるいはT/M比が低下した。以上より、F-MISO-PETで腫瘍内低酸素領域の画像化が可能で、多くの未治療ヒト腫瘍に低酸素領域が認められた。また、8腫瘍中6腫瘍において20Gy/10回程度の分割照射によってF-MISO-SUVmaxあるいはT/M比は低下し、再酸素化現象が確認された。腫瘍内低酸素領域に対して高線量を照射する標的内同時ブースト強度変調放射線治療の治療計画も行い、低酸素領域を標的とする放射線治療の可能性が示された。

放射線抵抗性の低酸素領域に集積する18F-ミソニダゾール(F-MISO)を用いた臨床研究を実施した。試験参加について患者本人から文書で同意を得た上で、F-MISOを体重1 kg当たり7.4 MBq静脈内投与し、3時間後にPET/CT撮影した。この検査を、照射開始前および照射開始2週目(20Gy/10回前後)の原則2回行った。本プロトコールは、当院の施設倫理委員会で承認を受けている。根治照射あるいは術前照射を行った頭頸部癌、肺癌、食道癌、子宮体癌、肛門癌の合計10例を対象とした。9例では同時化学療法を併用した。腫瘍長径は1668mmであった。全例治療前にFDG-PETを撮影した。正常筋肉におけるF-MISO SUVmaxの平均値±SDは、1.25 ±0.17であった。これをもとに1.60 SUV(平均+ 2SD)以上のF-MISO腫瘍内集積を有意な低酸素領域とした。さらに、腫瘍内F-MISO SUVmaxを筋肉のSUVmaxで割った値(T/M比)も低酸素状態の指標とした。その結果、10例中1例では初回検査の腫瘍内F-MISO SUVmaxが1.60 SUV未満で低酸素領域を認めなかった。また2回撮影の行えた8例すべてで、腫瘍内F-MISO SUVmax、腫瘍内のSUV値1.60以上の体積の比率、あるいはT/M比のいずれかが低下した。以上より、F-MISO-PETで腫瘍内低酸素領域の画像化が可能で、多くの未治療ヒト腫瘍に低酸素領域が認められた。また、8腫瘍中全例において20Gy/10回程度の分割照射によってF-MISO-PETによる再酸素化現象が確認された。腫瘍内低酸素領域に対して高線量を照射する標的内同時ブースト強度変調放射線治療の治療計画も行い、低酸素領域を標的とする放射線治療の可能性も示された。本研究の概要は、J Radiat Resに採択された。当初計画に従った臨床研究が実施されている。24年度が最終年度であるため、記入しない。おおむね順調に研究は進展しており、現在論文化を進めているところである。今後、低酸素領域の画像化による治療効果予測、さらには低酸素領域を標的とする高精度放射線治療の臨床研究が必要である。
非線形分布システムのモデリングと制御

本研究は、非線形分布定数システムのモデリングと制御システム設計に関して(1)半群理論,(2)ニューラルネットワークとアレイ変数の利用,(3)ファジィモデルによる方法,の3つのアプローチによる考察を行った。(1)については、モード安定化制御器の設計に関して、非線形摂動下の線形半群モデルを用いて有限次元線形補償器の構成法と摂動へのロバスト性を明らかにした。また、線形主要部のスペクトル間隔に関するある条件のもとで、制御系(剰余モードフィルタを含む補償器+半線形システム)に対して慣性多様体の存在が示され、この事実に基づく新手法により安定化を議論した。(2)については、再急降下学習アルゴリズムを実行するとき、アレイ変数演算を導入して効率よく最適化計算を遂行できることを明らかにした。ニューラルネットをさらに一般化した有限要素ネットワークを提案し、それを用いてシステムのモデリングを行う方法を提案し有効性を示した。また、非線形システムの最適制御問題は、一般に多峰性の評価関数を最小化する問題となるので、カオスを用いた疑似最急降下法を開発し、ニューラルネットで大域的最適化ができることを示した。(3)については、非線形システムを高木・菅野ファジィモデルとして与え、それに対して状態変数空間における区分ごとの制御系設計をファジィ演算とロバスト制御設計を組み合わせて構成する方法の開発を行った。そのとき、モデル化誤算を考慮するために2次安定性を利用するロバスト制御システム設計法を与えた。分布定数系の制御系設計を次の3点から考察し、成果を得た。1.分布系をアレイ変数を用いた集中定数系で近似できることを利用し、まず集中定数非線形制御問題において、オンライン制御方式として最急降下法を用いた直接勾配制御法を提案した。さらに、同じシステムに満足最適制御を考え、それをLQシステムのH^∞/H^∞制御問題へ応用した。また、これらの解析ソフトを作成した。2.非線形プラントのモデルとして高木・菅野のファジィモデルを用い、非線形コントローラを設計する方法を提案した。またこのときモデル化誤差を考慮するために2次安定性を利用するロバスト制御系設計法を与えた。これらの研究において、ファジィモデルのシミュレーションソフトを作成した。3.非線形分布系の具体例として本研究課題で取り上げる多孔質媒体反応システムの近似モデル表現として半線形(semilinear)放物形方程式(ノイマン形境界条件)を採用し、境界制御・境界観測を含む広い枠組みの下で制御システムを定式化し、次の結論と指針を得た。(1)リプシッツ連続な非線形摂動の加わるシステムに対し本研究で提案する有限次元非線形コントローラを用いるこにより、リプシッツ定数がある範囲内にとどまる限りシステムを安定化することが出来る。この限界値は通常の有限次元線形コントローラを用いる場合に比べ改善されることがわかった。(2)慣性多様体理論による非線形項の影響評価と上の結果との関係を見いだすことが重要であり、その一部分については成果を得、さらに検討中である。多孔質媒体に代表される半線形分布システムのモデリングと制御に関して、それぞれ半群理論、ニューラルネットワークとアレイ変数、ファジィモデルとファジィ制御によるアプローチを試み次の成果を得た。1.半群理論による研究では、モード安定化制御器の設計に関して、非線形摂動下の線形半群モデルを用いて有限次元線形補償器の構成法と摂動へのロバスト性を明らかにした。2.ニューラルネットを用いて非線形分布システムの制御問題を研究した。ニューラルコントローラとして多層ニューラルネットを用い、その学習方法を研究した。最急降下学習アルゴリズムを実行するとき、アレイ変数演算を導入して効率よく最適化計算を遂行した。また、ニューラルネットをさらに一般化した有限要素ネットワークを提案し、それを用いてモデリングを行った。

ところで、一般に評価関数は多峰性なので、カオスを用いた疑似債急降下法を開発し、ニューラルネットで大域的最適化ができることを示した。これらは本研究の基礎理論であり、3.ファジィモデルを用いた非線形システムの制御系設計法に関して研究を行った。非線形システムを高木・菅野ファジィモデルとして与え、それに対して区分ごとの制御系設計をファジィ演算とロバスト制御設計を組み合わせて制御器を構成する方法の開発を行った。
新しい作用機序に基づく慢性関節リウマチ治療薬の開発研究

慢性関節リウマチは死に至る病ではないが、その症状は確実に進み、患者さんの苦痛には計り知れないものがある。現在使用されているリウマチ治療薬は対症療法的な薬剤が多く、リウマチ症の進行を完全に阻止するものではない。また副作用など問題点も数多くあり、新しい作用機序に基づく新規薬剤の開発が強く望まれている。本研究は天然物から抗リウマチ作用物質の単離を目的として開始した。中国でリウマチ治療薬として数多く用いられている生薬〔雷公藤〕(日本名:クロズル)から新規生理活性測定法であるインターロイキン-1(IL-1)産生遊離阻害活性を指標として活性成分の分離を進めた。その結果新規ジテルペンキノイド7種を単離しそれらの構造を明らかにした。単離された化合物の中でトリプトキノンAは動物実験でも抗炎症作用を示した。本化合物についてより詳しい薬理試験や毒性試験をするため量の確保が問題となった。そこでトリプトキノンAの全合成を試み経済的ルートでの全合成に成功した。このようにして量が確保されるようになったトリプトキノンAについて急性、慢性毒性試験を検討した結果問題点はなかった。薬理試験に関し、リウマチの発症とも関与すると報告されている一酸化窒素(NO)阻害作用についても検討した。その結果トリプトキノンAはNO合成阻害剤として働くことを明らかにした。クロズルに含まれるトリテルペン成分についても検討を加え、新規物質7種を含む合計22種の化合物を単離、その構造を決定した。これらトリテルペンの数種にIL-1産生遊離阻害作用が認められることを発見した。さらにクロズルの植物組織培養を検討し、カルス、毛状根の作成に成功した。現在、トリプトキノンAについてはさらに詳しい薬理作用を検討中である。1.クロズル茎に含まれるIL-1産生遊離阻害物質の単離、構造決定クロズル茎よりこれまでに単離したジテルペン以外に、IL-1産生遊離阻害活性を示すトリテルペン7種を単離し、その構造を機器分析、化学反応で構造を決定した。これら化合物についてIL-1産生遊離阻害活性を調べた結果、芳香環を有するトリテルペンに強い活性が見られた。しかしこれら化合物は細胞毒性も強く、毒性の軽減が今後の課題である。2.クロズルの植物組織培養クロズルよりカルス、苗条原基、毛状根の作成について検討した。その結果原時点でクロズルカルスの生成に成功した。このカルスについては液体培養について検討中である。寒天培地で育てたカルスの成分について検討した結果トリテルペン1種を単離し、その構造を決定した。ジテルペンキノイドの生産については平成6年度の研究で引き続き行う。3.IL-1産生遊離阻害物質の合成ジテルペンキノイド、トリプトキノン-Aの全合成、不斉合成、トリプトキノン-B、Cの不斉合成に成功した。1.クロズル茎に含まれるIL-1産生遊離阻害物質の単離、構造決定前年度に引き続きクロズル茎より、これまでに単離したジテルペン以外に、IL-1産生遊離阻害活性を示すトリテルペン、ジテルペンの探索を実施した。その結果新たにトリテルペン2種、ジテルペン2種を単離し、その構造を機器分析、化学反応で決定した。本年度は寒天培地で育てたカルスの成分について検討を加え、トリテルペン3種、ジテルペン2種を単離し、その構造を決定した。ジテルペンは本来の目的とする化合物ではなかった。

IL-1産生遊離阻害物質のカルスからの単離を進めている。3.IL-1産生遊離阻害物質の誘導体作成構造と活性の相関を調べるため、ジテルペンを簡単にした化合物6種を合成し現在活性測定中である。4.雷公藤の成分研究中国より雷公藤を入手し、抽出したエキス、酢酸エチル可溶部のフラクションについてIL-1産生遊離阻害作用を調べた。その結果、酢酸エチル可溶部50フラクションの中で活性のある画分が判明した。現在活性成分の分離中である。慢性関節リウマチは死に至る病ではないが、その症状は確実に進み、患者さんの苦痛には計り知れないものがある。現在使用されているリウマチ治療薬は対症療法的な薬剤が多く、リウマチ症の進行を完全に阻止するものではない。また、副作用など問題点も数多くあり、新しい作用機序に基づく新規薬剤の開発が強く望まれている。本研究は天然物から抗リウマチ作用物質の単離を目的として開始した。中国でリウマチ治療薬として臨床で数多く用いられている生薬雷公藤(日本名:クロズル)から新しい生理活性測定法であるインターロイキン-1(IL-1)産生遊離阻害活性を指標として、活性成分の分離を進め、新規ジテルペンキノイド7種を単離し、それらの構造を明らかにした。トリプトキノンAについてより詳しく薬理試験や毒性試験をするために量の確保が問題となったので全合成を試み経済的ルートでの全合成に成功した。このようにして量が確保されるようになったトリプトキノンAについて、急性、慢性毒性試験を行った結果、問題点はなかった。薬理試験に関し、リウマチの発症とも関与すると報告されている一酸化窒素(NO)阻害作用について検討した。その結果、トリプトキノンAはNO合成阻害剤として働くことも明らかにした。クロズルの植物組織培養を検討し、カルス、毛状根の作成に成功した。クロズルカルスの成分についても検討した。クロズルに含まれるトリテルペン成分についても検討を加え、新規物質7種を得、それらの構造を決定した。これらトリテルペンのIL-1産生遊離阻害作用も発見した。現在、トリプトキノンAについてはさらに詳しく薬理作用について検討中である。以上のように、本研究は科学研究費の補助金を受けて、成果を上げることができた。
方向制御層状組織を有するC40/C11_b二相シリサイドの組織と変形挙動の解明

高融点遷移金属シリサイドは、1500°C近傍での使用に耐えうる超高温耐熱材料として期待されている。とりわけ、C11_b相は結晶対称性が高く、多くのすべり系が活動することから延性相として、C40相は1500°C近傍にて異常強化現象を示すことから、超高温での強化相として期待されるとともに、両相の組み合わせにより、結晶学的類似性に起因した特異な層状組織が形成される。本研究では、平成13年度、FZ(光学式浮遊帯域溶融)法により、層状組織を一方向にそろえた単結晶ライクな複相シリサイド結晶の作製に成功し、構成組織の詳細について明らかにした。層状組織内の各相の層間隔、ならびにC11_b相の体積率は、熱処理時間に依存した。その結果、C40相間には、V1、V2、V3から成る3つのC11_bバリアントと、120°の回転関係を持つC11_b/C11_b同相界面が認められた。平成14年度は、さらに方向制御化に成功した複相シリサイドを用いて、その塑性変形挙動、ならびに室温破壊挙動について解明した。一方向に層状組織を制御した二相シリサイドでは、その塑性変形挙動に著しい方位依存性が認められ、層界面と荷重軸が平行な場合、極めて高い高温強度を示し、45°の場合、低強度と十分な加工性を示した。高温変形時の主たるすべり系は、C11_b相中での<111]{110)すべりであり、45°方向では、低温での良好な加工性も期待された。しかし実際には、バリアント界面でのひずみの連続性が不十分であり、期待された延性は得られず、加工性の改善には、{103)<331]すべりの活性化が必要であった。このことは、TiAl-PST結晶における界面でのひずみの連続性と比較し、考察された。また、破壊靭性の改善も複相化により達成され、特にノッチ導入面と層状組織が垂直な場合に、その改善効果が顕著であった。以上の結果より、シリサイドの複相化は、高温挙動、低温破壊靭性ともに改善することから、新しい超高温耐熱材料として極めて魅力的であることが結論された。本研究では、FZ(光学式浮遊帯域溶融)法により、層状組織を一方向にそろえた単結晶ライクな複相シリサイド結晶の作製に成功し、構成組織の詳細について明らかにした。C11_b相の析出は、時効6時間後で既に始まっており、その析出量は、24時間を越えたあたりで飽和する。

しかしその後も各相の粗大化は進行し、168h後には、SEM内にてC40相で2.1μm、C11_b相で2.7μmの層間隔を持つ粗大な層状組織となった。こうしてできた層状組織は、そのほとんどが以下の関係式で表される異相界面であり、この関係を満足する場合には、平滑な界面組織を示した。C40相間には、V1、V2、V3から成る3つのC11_bバリアントと、120°の回転関係を持つC11_b/C11_b同相界面が認められた。さらに興味深いことに、異相界面では界面転位の存在は認められず、同相界面中でのみ、網状の界面転位が存在する。その結果、同相界面では高い粒界エネルギーを、異相界面では格子歪みの蓄積が予想され、実際に、熱処理時間の増加とともに、これら界面の消滅を駆動力とするC11_bバリアントの粗大化、さらには上式の関係を満足しないC11_b相の析出が認められた。こういった層状組織の粗大化は、同相、異相界面での整合関係と密接な相関があるものと考えられる。次年度はさらに方向制御化に成功した複相シリサイドを用いて、超高温材料としての塑性変形挙動について明らかにする予定である。昨年度に層状組織の方向制御化に成功した複相シリサイドを用いて、本年度は、その塑性変形挙動、ならびに室温破壊挙動について解明した。一方向に層状組織を制御した二相シリサイドは、その塑性変形挙動に著しい方位依存性が認められ、層界面と荷重軸が平行な場合、極めて高い高温強度を示し、45°の場合、低強度と十分な加工性を示した。高温変形時の主たるすべり系は、C11_b相中での<111]{110)すべりであり、45°方向では、低温での良好な加工性も期待された。しかし実際には、バリアント界面でのひずみの連続性が不十分であり、期待された延性は得られず、加工性の改善には、{103)<331]すべりの活性化が必要であった。また、破壊靭性の改善も複相化により達成され、特にノッチ導入面と層状組織が垂直な場合に、その改善効果が顕著であった。こうした破壊特性の向上には、C40相内でのへき開面での、クラックの誘導効果とC11_b相でのへき開面の不一致が重要であった。さらなる破壊靭性の向上には、C11_b層内への残留ひずみの導入が提案され、実際、ビッカース試験法を用いたクラック伝播試験により有効性が認められた。一方、昨年度までの課題であった、複相シリサイドの層状組織の熱的不安定性について、Cr添加により、その改善を試みた。Cr添加は、層界面上での整合ひずみを低減させる方向に作用することが期待されるが、実際にその効果は顕著であり、僅か1%の置換により、1400°Cでの熱的安定性は著しく向上し、168時間以内の焼鈍では、整合関係の変化した粗大なバリアントの形成は、認められなかった。以上の結果より、シリサイドの複相化は、高温挙動、低温破壊靭性ともに改善することから、新しい超高温耐熱材料として極めて魅力的であることが結論された。
ディケンズの徒弟小説の起源に関する史的研究

本研究は、Charles Dickensの小説において「徒弟」が重要な役割を果たしていることに注目することから開始された。DavidCopperfieldやGreat Expectationsなどは、しばしば「教養小説」として捉えられることがある。しかし、ドイツからの輸入概念である教養小説という形でこれらの作品を捉えることは、ジャンルの規定に引きずられて、従来あまり有意義な批評的成果を生まなかった。しかし、「教養小説」の同義語である「徒弟小説」という用語を用いて、Dickensの作品を含む英国の教養小説を、単に「徒弟を主人公とする小説」として捉え直したとき、その起源はCarlyleによるWilheln Meister輸入のはるか以前に遡ることが明らかとなった。最も早い出発点としてThomas Dekker,The Shoemaker's Holiday(1600)を置いて、Dickensまでの長大な歴史的変遷をたどることが可能なのである。さらには今世紀のE.M.Forsterにまで至る一つの切れ目ない流れが浮かび上がってくることとなった。「徒弟」は近代市民社会の生成発展の中で、文明と人間性との根源的な葛藤の場として、英文学独自の深い意味を担っている。市民社会の構成員として、その権力の中枢に組み込まれる可能性を持ちながら、徒弟は常に悪の道へ、反文明的自然状態へ回帰するカ-ニバル的資質を備えている。また、文字通りの「徒弟」のみならず、「徒弟的」な存在を追求することによって、演劇の中で「女」が支配力を拡大し、18世紀前半において、小説という新しいジャンルの誕生に結びついたのであった。本研究により、演劇から小説への主要ジャンルの交代の背景と、「徒弟小説」がまさしく英国小説の本流であることが解明されたのである。本年度においては教養小説と同義語として使用されてきた「従弟小説」の再定義のための基礎的な調査研究を行った。第一にコンピュータの導入によって大量のテキストデータのOCRによる入力を行った。同時にインターネットに公開されている電子化テキストをダウンロードした。これらを基本的な従弟小説のテキストデータベースとするべく編集作業を行い、現在も続行中である。その他図書資料の補完的収集と調査を実施した。研究の過程で従弟小説の源が小説の勃興の時代よりも更に遡ることが認識されるに至り、十七世紀の演劇を研究対象に新たに加えることになった。十七世紀初頭のDekker等の都市喜劇には、すでに従弟が登場して重要な役割を果たしている。特にThe Shoemakers' HolidayとEastward Hoは、十八世紀の小説勃興期におけるThe London Merchant、さらにDickensのGreat Expectationsにつながる要素を備えている。これらの事実の確認が本年度の最も大きな成果と考えられる。この結果演劇テキストのデータベース化の作業も開始することとなった。また、犯罪と従弟との関係については、特に十七世紀後半から十八世紀初頭にかけての犯罪者の伝記の検討によって、知見を深めた。Defoeの小説が女性を主人公とすることから考えられる、性の資本化の問題と、従弟の持つ社会的意味の比喩的な拡張が必要であることが認識された。このことも劇場閉鎖以前の都市喜劇の中にその起源を探ることができる可能性が明らかとなった。これらの研究成果から次年度以降においては、特に十七世紀初頭からの英国都市喜劇及び都市悲劇とも言うべきNicholas Roweの諸作品なども対象に加えて、より広範囲に従弟の問題を研究することが計画されている。前年度の研究により、ディケンズの徒弟小説の起源が、十八世紀の小説勃興時ではなく、むしろ十七世紀初頭からの演劇の伝統の中にあることが確認された。本年度は、このことに基づき、十七世紀の演劇、特に都市喜劇を中心とする演劇における「徒弟」的要素の抽出と、その徒弟的要素が徒弟小説へと展開する歴史的過程に研究の中心を置いた。

その結果、Dekker,The Shoemakers'Holiday、Heywood,The Fair Maid of the West,Middleton et al.,The Roaring Girlなどの演劇において、徒弟ないし徒弟的登場人物が、社会の秩序を脅かす危険性を備えたものとして提出されていることが明らかとなった。当時のロンドンにおいて一つの階級として存在していた現実の徒弟たちは、告解火曜日などの時期に、集団で暴力的行動に及んだことが知られている。彼らの反逆的エネルギーは、公的に容認された形での「カ-ニバル」によって、そのはけ口を与えられていた。演劇も一つのカ-ニバルであり、その祝祭的構造の中に勃興する中産市民階級の予備群である徒弟集団は組み込まれ、そのエネルギーを体制に寄与する方向へ変換させられたのであった。このような演劇は、演劇閉鎖と王政復古の時期においては、その徒弟的要素を一時的に隠蔽することになったが、王政復古期末期のVanbrughやFarquharの芝居において、都市と田舎との水平的分離及び市民階級と犯罪者階級との垂直的分離として、再び顕在化した。それは、大衆的な犯罪者伝記文学の隆盛と時を同じくしており、徒弟の反社会性が、新たな表現手段を与えられたことを意味している。徒弟は、社会の下層、文化の下層としての意味を強めることとなり、「女性」と融合することによって、小説という新たなジャンルの誕生を促したことが明かとなった。本研究によって、徒弟小説はイギリス小説そのものの本質であることが示唆されるに至った。今年度は本研究プロジェクトの最終年度にあたるため、研究成果のとりまとめと論文執筆に主たる努力が傾注された。過去二年間の研究によって蓄積された知見に基づき、ディケンズの徒弟小説の起源がエリザベス朝の演劇にまで遡ることが明らかとなったが、1600年から1840年代に至る膨大な演劇、小説の資料を整理する必要が生じた。初年度に購入したパソコンによる光学的文字認識装置によるテキストデータの処理が、この点で大きく役に立っていたが、さらにインターネットにおいて急速に拡大しつつある電子化テキストの公開によっても大きな利便が得られた。とりわけ英国のLiterature Onlineが提供する英国演劇と十八世紀小説のテキストデータベースの試用ができたことは、本研究の実施にあたって非常に有益であった。しかし、一ケ月感の試用であったため、十分な利用はできなかった。今後は正式の契約によってこのデータベースを十全に利用することが必要である。テキストデータの解析はさらに時間を要するため、年度末までに体系的なまとめをすることはできなかったが、論文執筆にあたって、キーワードの検索などで有効であった。研究代表者が執筆した論文は、冊子体報告書にその全体を掲載した。ディケンズの徒弟小説のみならず、デフォー、リチャードソンに始まる英国小説の本質を解明できたものと思われる。
全固体型色素増感太陽電池における高機能性界面の設計・構築と高効率化

1.固体型色素増感太陽電池における開回路電圧向上:これまで、酸化チタンをはじめとする多孔質酸化物半導体層の表面に酢酸マグネシウム等の酢酸塩を被覆修飾することにより、Voc(開放電圧)が向上できることを見出している。本研究では、TiO_2電極を色素吸着後に酢酸マグネシウム溶液に浸漬させる方法(後処理)、色素吸着前に浸漬させる方法(前処理)、および色素溶液に酢酸マグネシウムを添加する方法(同時処理)の3つの方法で処理を行い、固体型色素増感太陽電池の光電変換性能におよぼす影響について比較検討した。N3色素では、後処理によってVocが向上し、光エネルギー変換効率を1.5%から2.2%まで向上させることができた。これは、酢酸マグネシウムが酸化チタン電極内の電子とヨウ化銅との電荷再結合を抑制したためであると考えられる。NKX2677色素については、前処理によってVocだけでなくJsc(短絡電流密度)も向上し、変換効率を1.4%から2.3%まで向上させることができた。この前処理の場合は、色素吸着量が増加するためにJscが増加することがわかった。2.非錯体型有機色素の固体型色素増感太陽電池への適用:最近、湿式色素増感太陽電池において、従来のルテニウム錯体色素の性能に匹敵する非錯体型有機色素が報告されている。有機色素は、価格、供給量の面で優位であるばかりでなく、吸光係数が大きいので、ルテニウム錯体色素よりも少ない吸着量でも、良好な光吸収効率が期待できる。固体型色素増感太陽電池では、酸化チタンの膜厚を厚くするのが難しいという問題点があったが、有機色素を使えば膜厚が薄くても充分な光吸収効率が得られると考えられる。そこで、いくつかの有機色素について固体型色素増感太陽電池への適用を試みた。クマリン色素(NKX2677)を用いて作製した固体型DSSCの結果について、I-V特性および諸特性データから評価した。クマリン色素ではN3色素よりも高い電流が得られており、吸光係数が高いことが反映されていると考えられる。また酢酸マグネシウムによる表面処理では、Jscはやや低下するもののVocが大幅に向上し、変換効率3.9%が得られた。さらに、酢酸マグネシウムを焼成し酸化マグネシウムとすると、Isc, Vocがやや低下する。これらの結果は酢酸マグネシウムによる逆電子輸送の抑制によるものと考えられる。一方,同じ有機色素でもインドリン色素の場合は表面処理によりむしろ効率は低下する傾向にあり,従来のRu色素も含めて色素による違いが現れている。この原因を解明し,色素ごとの吸着状態を最適化することにより,更なる高効率化が期待できる。1.固体型色素増感太陽電池における開回路電圧向上これまで、酸化チタンをはじめとする多孔質酸化物半導体層の表面に種々の高バンドギャップ酸化物を被覆して多層化することにより、n型半導体中に注入された電子の逆電子移動を抑制し、光電変換効率を向上できることが報告されている。しかしながら、この方法では、多孔質TiO_2内に均一に酸化物を被覆するのが難しく、さらに酸化物前駆体を導入後に高温で焼成する必要があるため色素吸着前に行わなければならなかった。本研究では、色素吸着後の多孔質TiO_2n-型半導体層にZnO、MgO等の高バンドギャップ半導体の前駆体である種々の酢酸塩で処理することにより表面修飾を行った。その結果、Iscは減少するもののVocが大幅に向上し、全体として変換効率を4.1%まで向上させることができた。Vocが向上した理由については、多孔質TiO_2表面に形成された酢酸塩の薄層が、剥き出しのTiO_2とCuIの接触界面による電荷再結合を抑制するためであると考えられ、従来の高バンドギャップ酸化物による被覆と同様の効果が得られたものと考えられる。2.非錯体型有機色素の固体型色素増感太陽電池への適用最近、湿式色素増感太陽電池において、従来のルテニウム錯体色素の性能に匹敵する非錯体型有機色素が報告されている。電解液を用いる湿式セルとCuI固体型セルにおける有機色素の性能比較を目的としてクマリン誘導体有機色素を固体型色素増感太陽電池により評価し、どのような傾向が得られるかを調べた。その結果、NKX2587色素を用いたセルで、Jsc=8.56mA/cm^2,Voc=0.52V,η=2.0%という高い値が得られた。これは、有機色素を用いたCuI固体型色素増感太陽電池としてはこれまでで最もよい効率である。N3色素と比較した場合、有機色素のVocはわずかに増加する傾向が見られたが、Jscが減少したため変換効率はN3色素よりもやや低い値となった。Jscが減少した原因を調べるために、光電流アクションスペクトルや色素吸着量について比較検討したが大きな差はみられなかった。1.固体型色素増感太陽電池における開回路電圧向上:

これまで、酸化チタンをはじめとする多孔質酸化物半導体層の表面に酢酸マグネシウム等の酢酸塩を被覆修飾することにより、Voc(開放電圧)が向上できることを見出している。本研究では、TiO_2電極を色素吸着後に酢酸マグネシウム溶液に浸漬させる方法(後処理)、色素吸着前に浸漬させる方法(前処理)、および色素溶液に酢酸マグネシウムを添加する方法(同時処理)の3つの方法で処理を行い、固体型色素増感太陽電池の光電変換性能におよぼす影響について比較検討した。N3色素では、後処理によってVocが向上し、光エネルギー変換効率を1.5%から2.2%まで向上させることができた。これは、酢酸マグネシウムが酸化チタン電極内の電子とヨウ化銅との電荷再結合を抑制したためであると考えられる。NKX2677色素については、前処理によってVocだけでなくJsc(短絡電流密度)も向上し、変換効率を1.4%から2.3%まで向上させることができた。この前処理の場合は、色素吸着量が増加するためにJscが増加することがわかった。2.非錯体型有機色素の固体型色素増感太陽電池への適用:最近、湿式色素増感太陽電池において、従来のルテニウム錯体色素の性能に匹敵する非錯体型有機色素が報告されている。有機色素は、価格、供給量の面で優位であるばかりでなく、吸光係数が大きいので、ルテニウム錯体色素よりも少ない吸着量でも、良好な光吸収効率が期待できる。固体型色素増感太陽電池では、酸化チタンの膜厚を厚くするのが難しいという問題点があったが、有機色素を使えば膜厚が薄くても充分な光吸収効率が得られると考えられる。そこで、いくつかの有機色素について固体型色素増感太陽電池への適用を試みた。クマリン色素(NKX2677)を用いて作製した固体型DSSCの結果について、I-V特性および諸特性データから評価した。クマリン色素ではN3色素よりも高い電流が得られており、吸光係数が高いことが反映されていると考えられる。また酢酸マグネシウムによる表面処理では、Jscはやや低下するもののVocが大幅に向上し、変換効率3.9%が得られた。さらに、酢酸マグネシウムを焼成し酸化マグネシウムとすると、Isc, Vocがやや低下する。これらの結果は酢酸マグネシウムによる逆電子輸送の抑制によるものと考えられる。一方,同じ有機色素でもインドリン色素の場合は表面処理によりむしろ効率は低下する傾向にあり,従来のRu色素も含めて色素による違いが現れている。この原因を解明し,色素ごとの吸着状態を最適化することにより,更なる高効率化が期待できる。