hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
連続的なバイオマス変換を可能にする流通式触媒反応システムの開発

2018年度は、触媒の検討をさらに進めて2成分の複合ナノ粒子に関する検討に取り組むとともに、成果の発表に注力した。2成分の複合ナノ粒子に関しては、金のみの単一成分の触媒の調製で効果的であった析出沈殿法を用いた。その結果、金単一成分の触媒とは異なる生成物分布となり、グリセリン酸を経由して逐次酸化で生じる生成物であるタルトロン酸の収率が大きく低下し、グリセルアルデヒド⇔ジハイドロキシアセトンの平衡状態を経由して生じる乳酸の生成が優勢となった。グリセリン酸に関しては、おおよそ変化がなかった。長時間の連続反応実験を行った結果、ほぼ一定の活性を示したのちに、突然活性が急激に低下することも明らかになった。この結果は、触媒の反応過程が触媒活性成分により変化することを示しており、実用的な観点では生成物分子の需要に対応して類似手法で調製する触媒を用い類似の反応条件で反応を行いながら製品の作りわけができる利点があり、学術的な観点では、単一成分と2成分系の触媒の表面状態の差異による反応メカニズムの違いが新たな研究の対象になると期待される。また、活性の急激な変化は担体表面上の活性金属種に何らかの変化が生じたと考えられ、今後、分光学的分析法や電子顕微鏡等で解明する必要があり、長時間の連続反応中の金属の変化が今後の新たな研究対象となる。成果発表は、招待講演1件を含む国際学会での発表、国内学会等での発表、論文掲載等があり、本科研費で行った研究成果を広く公開することができた。(加えて2018年度内に投稿手続きを行い、書類提出時点で査読中の論文が一報ある。)平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。大量処理・大量合成とスケールアップが容易な「液相流通式触媒反応」によるバイオマス変換による有用物質の合成を目的として研究を行った。(1)流通式装置の設計と試作高圧ポンプ、ステンレス製反応管、背圧弁の組み合わせによる2MPaの圧力をかけることが可能な流通式反応器を試作し、安全な運用ができることを確認している。反応温度は最高で180°Cが可能であり、バッチ式反応による検討で判明している適した加熱温度に近い条件で反応ができる。(2)流通式装置に適した固体触媒の開発液相流通式反応装置には貴金属ナノ粒子を担持した固体触媒を充填して、検討対象のバイオマス変換反応として、バイオディーゼル燃料の製造時に副生するバイオマス由来の原料であるグリセリンの分子状酸素による酸化反応に取り組んだ。触媒は粒子状の酸化アルミニウムに金や白金をナノ粒子化して担持した固体触媒であり、この触媒を用いた場合には、液やガスの流れが妨げられることがなく安定した反応を行うことに成功した。この反応においては水の沸点以下の加熱で十分な結果が得られるので、末端を大気圧下に開放して行った。予算使用計画に従って購入した紫外可視分光光度計を用いて金のナノ粒子を担持した触媒を分析して、選択性の高い触媒と、副反応が進行しやすく選択率があまり高くない触媒の差がスペクトル的に明らかになった。(3)各種バイオマス変換反応の検討上述の、グリセリン酸化反応用触媒は水酸基やアルデヒド基をカルボン酸に変換する作用があるので、多種多様なバイオマス由来原料を出発物質とするジカルボン酸類の製造への展開が期待できるものである。グリセリンの酸化に関しては、金を主な活性貴金属として用いる触媒について重点的に調査した。グリセリン酸とタルトロン酸が主生成物である触媒と、乳酸とグリセリン酸が主生成物である触媒が得られて、それぞれ有用な物質であるので、需要に応じた反応が実現できる見込みである。さらに実験室レベルでの検討段階では目立った活性劣化がない優れた特性を示している。また、このグリセリン酸化反応用触媒は水酸基やアルデヒド基をカルボン酸に変換する作用があるので、多種多様な原料を用いてカルボン酸やジカルボン酸類の製造にも展開でき、発展性のある触媒である。初年度に引き続いて(1)流通式装置の設計と試作、(2)流通式装置に適した固体触媒の開発、(3)各種バイオマス変換反応の検討、を継続して行った。(1)に関しては、市販の装置や部品(反応管・加熱装置、送液ポンプ、ガス流量調節器)を組み合わせて安全かつ効率的に流通式の反応が行える装置を作製し、実験を実施した。(2)に関しては、代表者らの既報にあるイオン交換樹脂の欠点である耐熱性の低さ(<60°C)に対応するために、耐熱性が高い酸化アルミニウム表面上に金をナノ粒子化して担持した。担持方法は析出沈殿法を適用することで、400°Cの加熱焼成の後にもナノ粒子状の金が表面に存在することが走査透過型電子顕微鏡で観察された。触媒活性も優れており、特に長時間の反応特性について詳しく調査を行った。誘導期が見られたので原因を考察し、有機物による弱い還元作用であると推測している。(3)に関してはグリセリンの変換だけではなく、有用な物質変換とするためのバイオマス由来原料を調査した。ヒドロキシメチルフルフラールからフランジカルボン酸の合成は以前より研究対象になっているが、それ以外の酸化反応について文献調査等により検討を行った。新たに着手する研究課題であった(1)2段階反応のワンパス合成に関しては、グリセリンを副生するバイオディーゼル合成反応を流通式で行う手法について既報の調査を行った。

(2)難易度の高い原料(水への溶解性が低いセルロース、天然木材)の使用については、前述した他の項目の検討で興味深い結果が得られ、より多くの時間を費やして詳細な実験的調査や論文の作成を行った影響で、目立った進捗はなかった。2年目は、反応実験が順調に進捗しており、一部遅れている部分もあるが平均すればおおむね順調である。特に今年度は成果発表にも力を入れて、前年度と今年度を合わせた研究成果を国内外で積極的に発表した。海外で開催された国際学会には3件応募し、審査の結果、口頭発表に2件選出された。(残る1件はポスターにて発表)。国内では、学術団体主催の学会のみならず、地元企業等が多く来場する産業振興を目的とした展示会やセミナーにもポスターの出展または講演(依頼講演)をすることで成果の活用と地方の産業界への周知を狙った。論文は年度内に投稿直前の状態まで作成したものが1報(英文)あり、次年度開始直後に投稿している。2018年度は、触媒の検討をさらに進めて2成分の複合ナノ粒子に関する検討に取り組むとともに、成果の発表に注力した。2成分の複合ナノ粒子に関しては、金のみの単一成分の触媒の調製で効果的であった析出沈殿法を用いた。その結果、金単一成分の触媒とは異なる生成物分布となり、グリセリン酸を経由して逐次酸化で生じる生成物であるタルトロン酸の収率が大きく低下し、グリセルアルデヒド⇔ジハイドロキシアセトンの平衡状態を経由して生じる乳酸の生成が優勢となった。グリセリン酸に関しては、おおよそ変化がなかった。長時間の連続反応実験を行った結果、ほぼ一定の活性を示したのちに、突然活性が急激に低下することも明らかになった。この結果は、触媒の反応過程が触媒活性成分により変化することを示しており、実用的な観点では生成物分子の需要に対応して類似手法で調製する触媒を用い類似の反応条件で反応を行いながら製品の作りわけができる利点があり、学術的な観点では、単一成分と2成分系の触媒の表面状態の差異による反応メカニズムの違いが新たな研究の対象になると期待される。また、活性の急激な変化は担体表面上の活性金属種に何らかの変化が生じたと考えられ、今後、分光学的分析法や電子顕微鏡等で解明する必要があり、長時間の連続反応中の金属の変化が今後の新たな研究対象となる。成果発表は、招待講演1件を含む国際学会での発表、国内学会等での発表、論文掲載等があり、本科研費で行った研究成果を広く公開することができた。(加えて2018年度内に投稿手続きを行い、書類提出時点で査読中の論文が一報ある。)グリセリンの反応では主に反応器出口の末端を大気圧下に開放して酸化反応を行ってきたが、排圧弁を用いて加圧条件での反応について重点的に調査を行う計画である。また、高性能な微粉末触媒を液相流通式反応で用いるための、前処理・加工について検討を行い微粉末の流出を防止する触媒粒子構造の開発を行うことで、多種多様なバイオマス原料を用いる触媒反応が実現できるように展開する。予算を用いて購入した紫外可視分光光度計を活用して、触媒の分析を進めるとともに、高分解能分析電子顕微鏡などを用いるナノ構造の直接観察を行い、触媒の構造を明らかにする。知的財産権の確保と論文数の増加が重要なので、2016年度に得られた成果を基にして2017年度には特許出願と論文投稿を予定している。グリセリンに限らずに反応原料の幅広い展開を行うことで、本反応方式や触媒の有効性を実証する。
レーザ誘発プラズマの発生・消滅機構の微細構造と放電誘導過程の動特性に関する研究

本研究の目的は、1.紫外線レーザによる純粋な気体の電離機構と2.大気中に炭酸ガスレーザを照射した時の大気の絶縁破壊現象、並びにこれらの作用によって生成されたプラズマが放電を誘導する過程を解明することによって、レーザ誘雷を可能とする条件を見つけだすことである。以下に幾つかの実験を試みた結果のまとめを目的に対応させて述べる。1.については、KrF及びArFエキシマレーザを用いた放電誘導の基礎特性を調べるために、放電容器内に純粋なN_2やO_2ガス及び乾燥空気を導入し、その中に設置したロゴウスキー電極に直流電圧を印加し、平等電界の下でレーザ誘導放電の実験を行った。その結果、(1)エキシマレーザ光はO_2による吸収率が大きいため生成される初期電子数は多いが、空気中では電子の付着によるO_2生成により急速に減少する。(2)レーザ入射による50%フラッシュオーバー電圧(V_<50>)はレーザによって生成される初期電荷量が大きいほど低下する。(3)V_<50>やレーザ入射からの放電遅れ時間(γd)などの特性は、O_2による電子の生成・消滅過程が支配的なため、空気、酸素ガス中では同様な特性であった。2.については、出力約50JのCO_2レーザを用いた長ギャップの放電誘導実験を行った。その結果、(1)平板対棒、平板対平板電極共にV_<50>が最小になるτdは50-200μsであった。(2)平板対棒電極での放電誘導でのV_<50>は平板正極性よりも負極性の方が大きくなり、極性効果が逆転した。(3)平板対平板電極の場合、ギャップ間にプラズマを生じさせた場合、V_<50>は正極性、負極性共ほとんど同じでギャップの長さにほぼ比例する。(4)マッハツェンダー干渉計測の結果、プラズマは衝撃波として熱的に膨張し20μs以後は音速で波面が広がる。放電誘導は衝撃波の波面では起きず、プラズマ内の低密度領域の膨張に起因する。(5)レーザトムソン散乱計測の結果、CO_2レーザ入射後t=10μsで電子密度ne=5x10^<22>-1x10^<23>m^3、電子温度T_e=2.5eV、その後両者は指数関数的に減少し、t=30μsでne=2x10^<22>m^3、T_e=0.5-1.0eVであった。1.大気中で出力2.5[J]のCO_2レーザ光をレンズで焦り一点に集めることにより、一個のレーザ誘発プラズマ(以下「火の玉」と記述する)を生成した。イメージコンバータカメラによる火の玉の進展過程の観測結果から、レーザ入射後t=100200[ns]で一個のプラズマが発生し、t≒

1[mus]後ではレーザエネルギーのカスケード吸収によりレーザ光軸上の焦点位置前後に二つのプラズマ領域に分離し、焦点位置部分の空洞化と共に膨張ののち減衰することを確認した。2.マッハツェンダー干渉測定結果によると火の玉は生成直後、衝撃波として膨張ののちイオン音速で伝搬する。またt≒100[mus]では、球状の低電子密度のプラズマとして存在する。3.火の玉の電子密度と電子温度の測定にはトムソン散乱法を適用し、計測用レーザとしてはルビーレーザまたはYAGレーザ(各々の出力0.4[J]、0.15[J])を用いた。レーザ計測の位置は火の玉の中心に合わせた。プラズマからのレーザ散乱光を計測レーザ光軸から45°の角度で分光器入口スリットに入射し、ゲート型光電子増倍管を経由してストレージオシロスコープで観測した。トムソン散乱スペクトルは、5回の測定信号の平均値をプロットして求め、理論曲線とのフィッティングから電子密度(n_e)、電子温度(T_e)を得た。その結果、CO_2レーザ入射後にt=10[mus]でn_e=5×10^<22>1×10^<23>[1/m^3]、T_e=2.5[eV]、その後両者は指数関数的に減少し、t=30[mus]でn_e=2×10^<22>[1/m^3]、T_e=0.51[eV]であった。4.負の衝撃波電圧(4[MV])を用いた野外実験において、2台のCO_2レーザ(出射口付近で各々37[J]、47[J])の出力光を反射ミラー系により直列に組み合わせてプラズマチャネルの長距離化を図り、8[m]の棒対棒電極ギャップ長の誘導放電を確認した。本研究の目的は、1.紫外線レーザによる純粋な気体の電離機構と2.大気中に炭酸ガスレーザを照射した時の大気の絶縁破壊現象、並びにこれらの作用によって生成されたプラズマが放電を誘導する過程を解明することによって、レーザ誘雷を可能とする条件を見つけだすことである。以下に幾つかの実験を試みた結果のまとめを目的に対応させて述べる。1.については、KrF及びArFエキシマレーザを用いた放電誘導の基礎特性を調べるために、放電容器内に純粋なN_2やO_2ガス及び乾燥空気を導入し、その中に設置したロゴウスキー電極に直流電圧を印加し、平等電界の下でレーザ誘導放電の実験を行った。その結果、(1)エキシマレーザ光はO_2による吸収率が大きいため生成される初期電子数は多いが、空気中では電子の付着によるO_2生成により急速に減少する。(2)レーザ入射による50%フラッシュオーバー電圧(V_<50>)はレーザによって生成される初期電荷量が大きいほど低下する。(3)V_<50>やレーザ入射からの放電遅れ時間(τd)などの特性は、O_2による電子の生成・消滅過程が支配的なため、空気、酸素ガス中では同様な特性であった。2.については、出力約50JのCO_2レーザを用いた長ギャップの放電誘導実験を行った。その結果、(1)平板対棒、平板対平板電極共にV_<50>が最小になるτdは50-200μsであった。(2)平板対棒電極での放電誘導でのV_<50>は平板正極性よりも負極性の法が大きくなり、極性効果が逆転した。(3)平板対平板電極の場合、ギャップ間にプラズマを生じさせた場合、V_<50>正極性、負極性共ほとんど同じでギャップの長さにほぼ比例する。(4)マッハツェンダー干渉計測の結果、プラズマは衝撃波として熱的に膨張し20μs以後は音速で波面が広がる。放電誘導は衝撃波の波面では起きず、プラズマ内の低密度領域の膨張に起因する。(5)レーザトムソン散乱計測の結果、CO_2レーザ入射後t=10μsで電子密度ne=5×10^<22>-1×10^<23>m^<-3>、電子温度Te=2.5eV、その後両者は指数関数的に減少し、t=30μsでne=2×10^<22>m^<-3>、Te=0.5-1.0eVであった。
中華帝国末期における想像力の変容ーー清末中国科学小説研究

2018年度は主に以下二つの主題について研究を進めた。一、清末科学小説に現れた新しい英雄像から見る清末中国の想像力の変容。本研究は、清朝末期の科学小説に現れた新しい英雄像に焦点を当て、『電世界』(1909)という代表的な作品の分析を通して、激しい社会転換期における人々の想像力の変容を明らかにした。清末になり、西洋科学が伝来し国家危機が顕在化すると、当時の中国人の、人間の能力と社会のあり方に対する想像に大きな変化が生じ、英雄というものに対しても、新たな期待が持たれるようになった。「英雄」のイメージにおける「力」と「正義」の側面という二つの側面の分析を通して、伝統的な中国社会の英雄像がどのように解体され、「科学」と「国家」が新時代の「力」と「正義」として想像されるようになったか、さらに、想像力の変容において、伝統と近代がどのように接続し、衝突しているか、といった問題を明らかにした。二、科学小説から見る近代中国における「天」に対する想像の変容。本研究は清末科学小説における異星や異星人、宇宙植民に関する描写に対する分析を通して、清末という激しい社会転換期において、天文学をはじめとする近代西洋科学の影響によって、人々の「天」という概念に対する理解、およびその概念に内包されている宇宙秩序に対する想像にどのような変化が起こったかについて考察した。具体的に『月球植民地小説』(1904)、『新法螺先生譚』(1905)、『新野叟曝言』(1909)という三つの作品を中心に、物語の舞台としての「天」の変化、「天」と「地」の関係の変化、「天」と「人」の関係の変化という三つの角度から、清末文学における「天」に対する想像力の変容、そして伝統的な文化表象と、新しい宇宙観との衝突について分析した。以上二つの研究を通して、近代中国における、伝統から近代への想像力の変化を、科学小説という視点から明らかにした。現在までの進捗状況はおおむね順調である。まず、資料収集と整理について。2018年度に収集・整理した資料は、主に以下の六種類に分けられる。一、主な研究対象である、清朝末期に中国語で発表され、翻訳された科学小説。二、研究にかかわる政治小説、冒険小説、理想小説といった他のジャンルの清末小説、および民国初期の科学小説や探偵小説。三、当時の文人たちによって書かれた科学に関する文章。四、清末民初の有名な科学雑誌、および影響力のある新聞や雑誌における科学記事。五、テーマを共有する世界文学。六、翻訳作品の原作。現時点では、当時において重要だと思われる科学小説をほぼすべて手に入れ、ほかの関連テクストの収集も進めた。これから清末科学小説のデータベースを構築する予定である。次に、当初の年度研究実施計画では、2018年度は清末科学小説における「天」と「理想世界」に対する想像の変容という二つの問題に焦点を当てる予定であったが、研究の過程で、この二つの問題は深く絡み合っているとわかった。つまり、清末科学小説における「理想世界」に対する想像には、昔の仙境や天宮に対する想像を受け継ぎ、月、木星などの異星や宇宙、すなわち「天」を舞台として展開されたものが少なくないのである。逆に、「天」に対する想像も、多くの場合では、地球上の「理想世界」を代表している西洋文明の形で現れている。従って、本年度はそれらの問題をすべて「天」というテーマの下で扱い、その絡み合いを出発点として、近代中国における伝統と近代、及び理想と現実の葛藤を考察した。この研究成果を現在論文にまとめており、2019年度中に発表する予定である。今後の研究推進に関しては、まず資料の収集を続け、「年代別」「作家別」「主題別」「(科学)分野別」など、多様な角度から文献を整理し、将来ほかの研究者が利用できるように、比較的にまとまった清末科学小説のデータベースを作る予定である。そして2019年度は、まず2018年度に開始した、科学小説から見る近代中国における「天」に対する想像の変容という研究を引き続き進めていき、そして同時代の西洋や日本の宇宙探検小説も視野に取り入れ、清末科学小説における宇宙と宇宙人に対する描写との比較を行い、2018年度の発表を発展させ、論文化する予定である。また、清末科学小説に現れた他の惑星世界と西洋世界との関係に対する分析を通して、近代中国の他者表象という問題にアプローチしていく予定である。そして、それと以前に行った、近代中国における「列強」のイメージの研究を合わせて、近代中国の他者表象と世界認識に対する研究を深化させる予定である。次に、近代科学の言説の影響で、小説にある「夢」という表現の継承と変容について考察する。「夢」というものは、異質の空間に行くための手段や、個人また集団の運命を予言する神秘的な次元として、中国古典小説において大きな役割を演じていた。しかし、近代科学の伝来に伴い、人々の世界観や宇宙観に大きな変化が起こり、かつて「夢」に与えられた神秘的な意味がナラティブの伝統として作者の創作を規定する一方、前近代的な迷信として排除すべき対象にもなった。清末科学小説にある夢で予知された未来は、受動的に受け入れないといけない運命ではなく、能動的に追求すべき可能性となる。このように、伝統と近代の両方が織り込まれ、混ざり合う「夢」というテーマに対する分析を通して、近代中国の時間観念や現実感覚などの変化を明らかにすることを目指す。

本研究は、清朝末期の科学小説に現れた新しい英雄像に焦点を当て、『電世界』(1909)という代表的な作品の分析を通して、激しい社会転換期における人々の想像力の変容を明らかにした。清末になり、西洋科学が伝来し国家危機が顕在化すると、当時の中国人の、人間の能力と社会のあり方に対する想像に大きな変化が生じ、英雄というものに対しても、新たな期待が持たれるようになった。「英雄」のイメージにおける「力」と「正義」の側面という二つの側面の分析を通して、伝統的な中国社会の英雄像がどのように解体され、「科学」と「国家」が新時代の「力」と「正義」として想像されるようになったか、さらに、想像力の変容において、伝統と近代がどのように接続し、衝突しているか、といった問題を明らかにした。二、科学小説から見る近代中国における「天」に対する想像の変容。本研究は清末科学小説における異星や異星人、宇宙植民に関する描写に対する分析を通して、清末という激しい社会転換期において、天文学をはじめとする近代西洋科学の影響によって、人々の「天」という概念に対する理解、およびその概念に内包されている宇宙秩序に対する想像にどのような変化が起こったかについて考察した。具体的に『月球植民地小説』(1904)、『新法螺先生譚』(1905)、『新野叟曝言』(1909)という三つの作品を中心に、物語の舞台としての「天」の変化、「天」と「地」の関係の変化、「天」と「人」の関係の変化という三つの角度から、清末文学における「天」に対する想像力の変容、そして伝統的な文化表象と、新しい宇宙観との衝突について分析した。以上二つの研究を通して、近代中国における、伝統から近代への想像力の変化を、科学小説という視点から明らかにした。現在までの進捗状況はおおむね順調である。まず、資料収集と整理について。2018年度に収集・整理した資料は、主に以下の六種類に分けられる。一、主な研究対象である、清朝末期に中国語で発表され、翻訳された科学小説。二、研究にかかわる政治小説、冒険小説、理想小説といった他のジャンルの清末小説、および民国初期の科学小説や探偵小説。三、当時の文人たちによって書かれた科学に関する文章。四、清末民初の有名な科学雑誌、および影響力のある新聞や雑誌における科学記事。五、テーマを共有する世界文学。六、翻訳作品の原作。現時点では、当時において重要だと思われる科学小説をほぼすべて手に入れ、ほかの関連テクストの収集も進めた。これから清末科学小説のデータベースを構築する予定である。次に、当初の年度研究実施計画では、2018年度は清末科学小説における「天」と「理想世界」に対する想像の変容という二つの問題に焦点を当てる予定であったが、研究の過程で、この二つの問題は深く絡み合っているとわかった。つまり、清末科学小説における「理想世界」に対する想像には、昔の仙境や天宮に対する想像を受け継ぎ、月、木星などの異星や宇宙、すなわち「天」を舞台として展開されたものが少なくないのである。逆に、「天」に対する想像も、多くの場合では、地球上の「理想世界」を代表している西洋文明の形で現れている。従って、本年度はそれらの問題をすべて「天」というテーマの下で扱い、その絡み合いを出発点として、近代中国における伝統と近代、及び理想と現実の葛藤を考察した。
電磁波活性化による燃料直接発電デバイスの基礎的研究

超多孔質半導体薄膜を光電極とし,対極に酸素還元用電極を用いた一種の光燃料電池を提案,構築し,これによりバイオマスや有機物,またその廃棄物や廃液を太陽光により高効率で分解浄化することに成功した.固体状の懸濁物も含めて分解浄化できる.少規模ではあるが,同時に直接電力を取り出せる.その後新たにバイオ光化学電池と名付けた.大型化はほぼ問題なく,近い将来太陽光による環境浄化及び発電システムとしての実用化が期待される.超多孔質半導体薄膜を光電極とし,対極に酸素還元用電極を用いた一種の光燃料電池を提案,構築し,これによりバイオマスや有機物,またその廃棄物や廃液を太陽光により高効率で分解浄化することに成功した.固体状の懸濁物も含めて分解浄化できる.少規模ではあるが,同時に直接電力を取り出せる.その後新たにバイオ光化学電池と名付けた.大型化はほぼ問題なく,近い将来太陽光による環境浄化及び発電システムとしての実用化が期待される.二酸化炭素による温暖化問題解決のため,電磁波による活性化を利用して,バイオマスその他の色々な燃料や有機化物から直接電力を発生できるデバイスを創製することを目的とした.バイオマスや燃料等の有機化合物を水溶液あるいは水に分散したスラリー状にし,電磁波(太陽光)により活性化して燃料電池の直接燃料として使用し,完全に分解するとともに,電力に変換できるデバイスを構築するための基礎的研究を行なった.色々なバイオマスの主成分である多糖類,タンパク質,セルロース,リグニン,或いはバイオマス由来の種々の有機化合物,アルコールなどの水溶液にナノ多孔質二酸化チタン光アノード電極を浸漬し,対極に酸素還元極を用いることにより,太陽光照射下でこれらの化合物を二酸化炭素にまで分解すると同時に,直接電力を発生できた.近い将来の実用化を目指して,光電気化学的な手法により基礎データの集積を行なって,燃料から電力へのエネルギー変換効率を高めるとともに,デバイス設計の最適化を目指した.開放起電力(Voc),短絡電流密度Jsc,曲線因子(Fill Factor, F:F)を基本パラメーターとし,半導体光アノード(ナノ多孔質二酸化チタン)を中心とし焼成条件(温度,時間),膜厚などの最適条件を明らかにした.また,光源はキセノンランプ(白色光強度,500,100mWcm^<-2>),ソーラーシミュレータ(AM1.5,100mWcm^<-2>)を比較し,擬似太陽光でも作動できることが分かった.燃料としては,色々なバイオマス(セルロース,その他アガロース,カラゲニンなど代表的多糖類,リグニン,コラーゲン,ゼラチン),バイオマスから誘導される化合物についても光分解と直接発電特性を明らかにした.電磁波活性化による燃料直接発電デバイスの基礎的研究で本年計画した基礎特性は,二酸化チタン多孔質膜光アノードと酸素還元カソードを用い,光照射時のサイクリックボルタモグラムおよび2極系光電池での開放起電力(Voc),短絡光電流密度Jsc,曲線因子(FF)であった.主に1cmx1cmサイズのアノードを用い,種々のアミノ酸水溶液め特性を明らかにし,また,計画した次の項目について:1)芳香族アミノ酸を用い,芳香環が速やかに分解して炭素は炭酸ガスに,窒素は窒素ガスになることをガスクロ,紫外吸収スペクトル,NMR,および質量分析を用いて明らかに出来た.2)上記方法により,アミノ酸の分解率は芳香族も含めて100%になることを確認した.3)アンモニア濃度と光電流は比例した.これによりこれまでは薄い濃度のアンモニアしか分析できなかったが,濃い濃度も含めて5-6桁のダイナミックレンジにわたるアンモニアの分析が可能なことを明らかにした.4)導電性ガラス以外の他の基盤電極として,ステンレス,チタン板などを検討したが,現在までのところは導電性ガラスが最も良いという結果になり,さらに今後の検討課題とすることにした.5)実用化のためのモジュールの構成単位であるサブモジュールとして,10cmx10cmないし20cmx20cmサイズでも1cmx1cmセルに比べて特性が維持でき,大型化による実用化の目処がついた.6)可視化試みとして,窒素ドープ二酸化チタンは活性があまり出なかった.また,増感剤はポリピリジンRu錯体,ポルフィリン,天然色素を検討したが,今後に残された課題である.7)このほか特筆すべきことは,空気を吹き込むと特性が著しく改善することが分かり,太陽UV光を利用する実用化に向けての大きな足がかりを得た.今年度は超多孔質二酸化チタン光アノードと酸素還元カソード電極を, 5cmx5cm, 10cmx10cm,および20cmx20cmとしたセルをサブモジュールとし,これらの実用化研究を目指した.試料は固体は細かく摩り下ろすかあるいはホモジナイザーで破砕し水に分散した.また,セルは試料(液体または懸濁水溶液)を入れて中に滞留させたまま光照射するか,送液ポンプで循環させながら光照射した.その結果,セルサイズによっては光分解特性はあまり変わらないことが明らかとなり,大型化のめどがついた.また,送液ポンプで循環させながら光照射すると分解特性が著しく向上することが分かり,今後の設計に重要な知見となった.

実際に太陽光分解浄化を行う試料を選び,擬似太陽光(太陽光強度に近い紫外光)を照射してその光分解特性(発生気体分析と,光電地特性として, I-V特性から開放光起電力,短絡光電流,曲線因子を算出する)を明らかにした.試料としてはモデル化合物以外に,生ゴミモデルとして,大根,人参,その他の野菜類,着色した果物,菓子類のような工場廃棄物など,畜産排泄物(特に,浄化が問題となっている豚の尿汚水),自然界の典型的環境汚染物質として,アオコなどの光分解を検討した.その結果驚くべきことに,微細な固体分が懸濁したような試料でも,固体を含めた光分解が起こり,浄化されることを見出した.油分も界面活性剤等の添加により分解が可能なことが分かった.着色した試料に関しては,可視光による分解が起こるかも含めて検討した。色素によっては分解も起こるが,その効果はあまりはっきりとしなかった.また,水に溶解し難い疎水基を有するRuポリピリジン錯体誘導体を合成し増感作用を調べた結果,初めて水系で可視光分解が起こり,今後の展開に重要な結果となった.
教育システムにおけるソーシャル・キャピタル形成の理論的及び実証的研究

2年間の研究の最終年度にあたり、これまでの研究成果を一冊にまとめた。『教育システムにおけるソーシャル・キャピタル形成の理論的及び実証的研究(成果報告書)』(平成16年3月刊)は、論文2本、それに関連したアメリカ文献の翻訳(試訳)2本を中心とし、日米におけるソーシャル・キャピタル関連の文献リストを添付した報告書である。2本の論文は、「ソーシャル・キャピタルと教育システムーロバート・パットナムの所説を中心に」、「シカゴ学校改革と関係的信頼」をそれぞれタイトルとする。前者は、『法政大学キャリアデザイン学部紀要』創刊号、平成16年3月刊に掲載された。同論文では、政治学者でありソーシャル・キャピタル研究者としても著名なパットナムが、教育パフォーマンス(学業達成)と地域社会のソーシャル・キャピタルとの相関を実証した論文を批判的に紹介している。後者の論文では、シカゴ学校改革に関するアンソニー・ブライクたちの調査実証研究を素材にしながら、ソーシャル・キャピタルの構成要素の一つである信頼について検討した。ブライクたちが概念として提起した関係的信頼(relational trust)が、社会心理学者の山岸俊男のいう「安心と「信頼」の2分論をこえて、第3の信頼のあり方を示すのではないかと問題提起することになった。なお、アメリカ文献の翻訳は、パットナムのオリジナル論文とブライクたちの共著(『学校の中の信頼Trust in Schools』)の第二章を試訳したものである。いずれも先の2論文をより良く理解するための材料である。研究の初年度の14年度は理論研究に軸足をおきつつ、調査実証研究も行った。まず、理論研究としては、ソーシャル・キャピタル(関係資本)概念の範囲と内実を検討するべく、文献の検索と収集に努めた。欧米そして東アジアでは、人的資本(ヒューマン・キャピタル)、文化資本(カルチュラル・キャピタル)と識別されながら、この概念の有効性や3概念の相互関係が問われていることがわかった。教育学研究においては、ブルース・フラー(Bruce Fuller)たちは、アメリカ合衆国の移民やエスニック家族を対象にして、ソーシャル・キヤピタルと学業達成の関係を調査研究している(Schooling and Social Capital in Diverse Cultures,2002)。また、都市教育(改革)をめぐっては、マリオン・オーア(Marion Orr)がソーシャル・キャピタルに焦点を当てた実証研究(Black Social Capital,1999)をし、他方で、ジョージ・ファーカス(George Farkas)が人的資本と文化資本に焦点をあてている(Human Capital or Cultural Capital?,1996)。この両研究の差異や重なりは、3つの資本概念を考える上で、興味深いテーマとなる。次に、調査・実証研究では、日米でホット・イシューとなっている対象を取り上げて、ソーシャル・キャピタルなどを問う論文を公表した。1つは、日本の教育特区を分析した「教育起業とローカル・ルール」『季刊教育法』135号である。「社会的な信頼」に基づき、地方の自発的なローカル・ルールを創造する教育の社会実験こそが求められていると論じた。もう1つは、アメリカのチャータースクールを事例研究した「個人商店型チャータースクールと教師の協同組合」『教育学会誌』30号である。教育の自発的アソシエーションであるチャータースクールの実質をより充実するために、教師の協同組合という形態を選択したあるハイスクールを分析した論文である。自発的に協同組合として結社した関係資本が、熟議(deliberation)や信頼を内実とするアソシエーティブ・デモクラシーをいかに制度化したかを明らかにした。
術後せん妄予防のための看護介入プログラムの開発

せん妄は未発症期から発症前駆期、重篤期、回復期という経過をたどり、急性期医療の場では、患者の状態によってICUから一般病棟へと環境が変化するために、継続してせん妄ケアを実践することが困難な現状が報告されている。そこで本課題は、これらの経過を可視化できるデータベースを構築することで、看護師による早期介入の判断に基づく術後せん妄予防看護介入プログラムの開発を目的としている。研究第1段階では、先行知見やせん妄ケアガイドラインに基づき、せん妄の<未発症期>、<発症前駆期>、<発症重篤期>、<発症後回復期>毎に、介入プログラムを構成した。それぞれの期に対し、看護介入目的と援助項目を整理した結果、【未発症期】は準備・誘発・直接因子の確認を目的に1安全リスク評価、2適切な環境調整、3症状マネジメント、4患者・家族へせん妄に関する情報提供(教育的支援)が挙げられた。【発症前駆期】はせん妄発症予防を目的に、また【発症重篤期】はせん妄の重篤化の回避と二次的障害の予防を目的に、1症状マネジメント、2生理学的異常所見のアセスメント・適切な対処、3睡眠覚醒リズム障害のアセスメント・対処、4安全のリスク評価と対策、5適切な環境調整、6早期離床・活動の促進、7家族への情報提供・精神的ケアが挙げられた。せん妄からの回復徴候が認められた【回復期】には、セルフケアの促進によってせん妄からの離脱を目的に、1セルフケアの拡大・生活リズムの構築、2せん妄体験の意味づけという援助項目が挙げられた。しかしせん妄ケアの国際的な現状では、ケア実施者である看護師のせん妄ケアに関する知識が不十分で、このことが患者と対峙する看護師の態度に影響を及ぼしていることが、せん妄ケアを提供する上で課題となっている。これらのことについて、国内の現状は明らかでないことから、介入プログラムの構築には前述の課題を踏まえて行うことが必要とされる。先行知見やせん妄ケアガイドラインに基づき、せん妄の<未発症期>、<発症前駆期>、<発症重篤期>、<発症後回復期>毎に、介入プログラムを構成し、それぞれの期に対し、看護介入目的と援助項目を整理する段階まで進めたが、最終的に、看護師の行動を標準化できる判断基準としての介入プログラムを作成することができていない。当初、研究第2段階では介入プログラムの内容妥当性の評価を行う予定であったが、上述のとおりケア実施者である看護師のせん妄ケアに関する知識と、患者と対峙する態度について明らかにし、せん妄ケアを提供する上での課題に基づき、介入プログラムを検討することが早急に必要であると考える。したがって、まずは臨床看護師を対象に調査を実施し、前述の内容について明らかにすることを目指したい。

(理由)研究第1段階では、アメリカ合衆国コネチカット州にある病院で行われている、せん妄予防プログラムを視察し、継続してせん妄ケアを実践できるシステムを検討することを目的としていたが、研究実施者の業務内容を調整することができず未実施である。(使用計画)次年度に視察できるよう計画する。また研究第1段階で新たに課題としてあがった臨床看護師を対象にした調査を計画し、そのための経費として使用する。
ロボットの動作観察とタスク・スキル獲得による人間の作業熟練過程の解明

作業を記述する上でのプリミティブの獲得に着目したとき,任意の手作業を満足に記述可能なプリミティブ集合は明らかではない.そこで,本研究では2つのアプローチをとる.一つは,限定されたある特定の作業領域を定め,その中で必要十分に作業を記述可能なプリミティブを設計し,これを元に高次のスキル・タスクモデルを構築していくボトムアップ的なアプローチである.もう1つは,ある作業領域についてそれを構成するプリミティブ集合を明示的に定めることが困難な場合に,その作業領域に属する動作の実演(タスク)を人間が複数回行い,それらを相互比較し共通要素を自動抽出することによって,そこから逆にスキルもしくはプリミティブを推定するトップダウン的なアプローチである.本年度は,ボトムアップ的なアプローチとして,多面体同士の組み立て作業を作業領域とした接触状態遷移プリミティブについて,物体の微少な変位を従来の1次近似から2次近似に拡張することにより接触状態遷移の解析の正確性を向上させる手法を開発した.また,日常の静的な把持を伴う作業を作業領域とした把持プリミティブを定義し,新規に開発した複数の面接触センサを持つデータグローブを用いて,隠れマルコフモデルによって変化する把持を連続認識する手法を開発した.また,人間の手の形状を模した触覚センサを持つ多指ロボットハンドを製作し,人間からロボットへの把持のマッピング手法の開発を進めている.トップダウン的なアプローチとしては,昨年度に本質的には同じ作業を表す複数の異なる実演教示の観察データから,作業に必須の動作を自動抽出する手法を提案した.本年度は,これが蓄積されたときに,これらのクラスタリングを行い類似の動作を統合するアルゴリズムの開発を行った.作業を記述する上でのプリミティブの獲得に着目したとき,任意の手作業を満足に記述可能なプリミティブ集合は明らかではない.そこで,本研究では2つのアプローチをとる.一つは,限定されたある特定の作業領域を定め,その中で必要十分に作業を記述可能なプリミティブを設計し,これを元に高次のスキル・タスクモデルを構築していくボトムアップ的なアプローチである.もう1つは,ある作業領域についてそれを構成するプリミティブ集合を明示的に定めることが困難な場合に,その作業領域に属する動作の実演(タスク)を人間が複数回行い,それらを相互比較し共通要素を自動抽出することによって,そこから逆にスキルもしくはプリミティブを推定するトップダウン的なアプローチである.本年度は,ボトムアップ的なアプローチとして,多面体同士の組み立て作業を作業領域とした接触状態遷移プリミティブについて,物体の微少な変位を従来の1次近似から2次近似に拡張することにより接触状態遷移の解析の正確性を向上させる手法を開発した.また,日常の静的な把持を伴う作業を作業領域とした把持プリミティブを定義し,新規に開発した複数の面接触センサを持つデータグローブを用いて,隠れマルコフモデルによって変化する把持を連続認識する手法を開発した.また,人間の手の形状を模した触覚センサを持つ多指ロボットハンドを製作し,人間からロボットへの把持のマッピング手法の開発を進めている.トップダウン的なアプローチとしては,昨年度に本質的には同じ作業を表す複数の異なる実演教示の観察データから,作業に必須の動作を自動抽出する手法を提案した.本年度は,これが蓄積されたときに,これらのクラスタリングを行い類似の動作を統合するアルゴリズムの開発を行った.
CT型レーザ濃度計の高速化・高解像化の研究

(1)レーザ光源の選択:レーザ光源として16個のレーザダイオードを配列し,各ダイオードからのビームはシリンドリカル・レンズで扇型に拡張するようにした.これにより前回の試作機のステップ・モータによる可動部を完全になくすことができた.また,発光は電気的に一定の時間差で順次瞬間的に切り替えるようにした.(2)データ取得法の改良:レーザ光を受光するフォト・ダイオードには常時,濃度場を通過した濃度場の積分情報を含むレーザ光が入射するが,発光源が順次切り替わるたびに,電子回路制御により一定の位相差で,入射光を記録するようにした.(3)データ取得の高速化:以上2つの方式によりデータサンプリングはμsecオーダーでほぼ連続的に行うことができるようになった.(4)計測・解析結果:上述の方式により記録された16×16(シミュレーションでは32×32)のデータから瞬間2次元濃度場の逆推定の解像度を高めることができた.(5)ウェーブレット解析の応用:上記の逆問題における誤差介入の原因を分析し,雑音型ノイズと極細のレーザー光が粒子状濃度場を粒子に妨げられずに入射するショット・ノルズ型があることを示した.これらの誤信号の除去にウェーブレット解析の手法を応用し,良好な成果を得た.(6)成果の国外発表:隔年で開かれる"レーザー技術の流体力学への応用"に関する国際シンポジウムの第10回会議(2000年7月ポルトガル・リスボン市)に研究成果を発表した.(1)レーザ光源の選択:レーザ光源として16個のレーザダイオードを配列し,各ダイオードからのビームはシリンドリカル・レンズで扇型に拡張するようにした.これにより前回の試作機のステップ・モータによる可動部を完全になくすことができた.また,発光は電気的に一定の時間差で順次瞬間的に切り替えるようにした.(2)データ取得法の改良:レーザ光を受光するフォト・ダイオードには常時,濃度場を通過した濃度場の積分情報を含むレーザ光が入射するが,発光源が順次切り替わるたびに,電子回路制御により一定の位相差で,入射光を記録するようにした.(3)データ取得の高速化:以上2つの方式によりデータサンプリングはμsecオーダーでほぼ連続的に行うことができるようになった.(4)計測・解析結果:上述の方式により記録された16×16(シミュレーションでは32×32)のデータから瞬間2次元濃度場の逆推定の解像度を高めることができた.(5)ウェーブレット解析の応用:上記の逆問題における誤差介入の原因を分析し,雑音型ノイズと極細のレーザー光が粒子状濃度場を粒子に妨げられずに入射するショット・ノルズ型があることを示した.これらの誤信号の除去にウェーブレット解析の手法を応用し,良好な成果を得た.(6)成果の国外発表:隔年で開かれる"レーザー技術の流体力学への応用"に関する国際シンポジウムの第10回会議(2000年7月ポルトガル・リスボン市)に研究成果を発表した.(1)レーザ光源の選択:レーザ光源として12個のレーザダイオードを配列し,各ダイオードからのビームはシリンドリカル・レンズで扇型に拡張するようにした.これにより前回の試作機のステップ・モー夕による可動部を完全に無くすことができた.また,発光は電気的に一定の時間差で順次瞬間的に切り替えるようにした.(2)データ取得法の改良:レーザ光を受光するフォト・ダイオードには常時,濃度場を通過した濃度場の積分情報を含むレーザ光が入射するが,発光源が順次切り替わるたびに,電子回路制御により一定の位相差で,入射光を記録した.(3)データ取得の高速化:以上2つの方式によりデータサンプリングはμsecオーダーでほぼ連続的に行うことができるようになった.(4)計測・解析結果:上述の方式により記録される12×12のデータから瞬間2次元濃度場の9×9メッシュの像が逆推定できた.平成11年度は解像度を高めることを目的とする.(1)レーザ光源の選択:レーザ光源として16個のレーザダイオードを配列し,各ダイオードからのビームはシリンドリカル・レンズで扇型に拡張するようにした.これにより前回の試作機のステップ・モータによる可動部を完全に無くすことができた.また,発光は電気的に一定の時間差で順次瞬間的に切り替えるようにした.(2)データ取得法の改良:レーザ光を受光するフォト・ダイオードには常時,濃度場を通過した濃度場の積分情報を含むレーザ光が入射するが,発光源が順次切り替わるたびに,電子回路制御により一定の位相差で,入射光を記録した.(3)データ取得の高速化:以上2つの方式によりデータサンプリングはμsecオーダーでほぼ連続的に行うことができるようになった.(4)計測・解析結果:上述の方式により記録される16×16(シミュレーションでは32×32)のデータから瞬間2次元濃度場の9×9メッシュの像が逆推定できた.平成11年度は解像度を高めることを目的とした.(5)ウェーブレット解析の応用:上記の逆問題における誤差介入の原因を分析し,雑音型ノイズと極細のレーザー光が粒子状濃度場を粒子に妨げられずに入射するショット・ノズル型があることを示した.これらの誤信号の除去にウェーブレット解析の手法を応用し,良好な成果を得た.(1)レーザ光源の選択:

レーザ光源として16個のレーザダイオードを配列し,各ダイオードからのビームはシリンドリカル・レンズで扇型に拡張するようにした.これにより前回の試作機のステップ・モータによる可動部を完全になくすことができた.また,発光は電気的に一定の時間差で順次瞬間的に切り替えるようにした.(2)データ取得法の改良:レーザ光を受光するフォト・ダイオードには常時,濃度場を通過した濃度場の積分情報を含むレーザ光が入射するが,発光源が順次切り替わるたびに,電子回路制御により一定の位相差で,入射光を記録するようにした.(3)データ取得の高速化:以上2つの方式によりデータサンプリングはμsecオーダーでほぼ連続的に行うことができるようになった.(4)計測・解析結果:上述の方式により記録された16×16(シミュレーションでは32×32)のデータから瞬間2次元濃度場の逆推定の解像度を高めることができた.(5)ウェーブレット解析の応用:上記の逆問題における誤差介入の原因を分析し,雑音型ノイズと極細のレーザー光が粒子状濃度場を粒子に妨げられずに入射するショット・ノルズ型があることを示した.これらの誤信号の除去にウェーブレット解析の手法を応用し,良好な成果を得た.(6)成果の国外発表:隔年で開かれる"レーザー技術の流体力学への応用"に関する国際シンポジウムの第10回会議(2000年7月ポルトガル・リスボン市)に研究成果を発表した.
ナトリウムイオン駆動型回転モーターの単一力発生ユニットの機能解析

Vibrio alginolyticusの極毛モーターはNa^+駆動型であり、その回転には、PomA、PomB、MotX、MotYの4つのコンポーネントが必須である。べん毛モーターの機能を理解する上で、その回転速度を解析することは重要で、モーターの回転速度測定方法の1つとして、テザードセル法がある。高い時間分解能をもつ高速度CCDカメラを使用しテザードセルを解析するシステムの構築し、測定を行っている。300mMNaClで、秒速約20回のスピードで菌体が回転すると測定されていたが、それ以上の回転スピードで回ってる場合も観測され条件の厳密な検討が必要とされることが分かった。pomA欠損株中でPomAの発現量を順次増加させ、テザードセルの回転数を測定すると、時間とともに回転数が増加していくようすがみられた。一匹の菌体を継続して測定しようと試みたが、その回転している菌を見つけだすことが非常に困難であった。長時間スライドガラスとカバーガラスで挟んだ状態にしておくと、べん毛が回転しなくなるようであった。そこで、プラスチックシャーレをスライドガラスの代わりに用いてみると、長時間回転が阻害されずに維持されることが判明した。IPTGを添加し誘導したあと、顕微鏡下で観察を連続的に行い、約1時間で遊泳速度が最大になった。この条件下でテザードセルの作成を試みたが、頻度が低く、動き出すものを見つけることはやはり非常に困難であった。pYA301-A172Cプラスミドには、PomAの172番目のアラニンがシステインに置換されて変異体が乗っている。この変異体は、還元剤がない条件では、ほとんど運動できないけれども、DTTを加えることで運動性が回復する。この菌体を用いて、動いている状態から、酸化剤を加えることで停止する条件を検討している。また、キャピラリーセル中でテザードセルを効率良く作成し、培地またはバッファーを循環することができるような系を開発中である。
有機無機ハイブリッド色素集積体の合成と光音響造影剤としての応用

近赤外光を吸収し、超音波(光音響信号)を発するシアニン系色素をヒアルロン酸、ポリエチレングリコールに結合させ、有機ー無機ハイブリッド材料を合成した。合成した材料は、水中でナノ粒子を形成した。このナノ粒子は、近赤外パルスレーザーを照射することで、効率良く光音響信号を発することを明らかにした。このナノ粒子を担がんマウスに投与したところ、効率良く腫瘍に蓄積し、光音響撮像装置を用いることで腫瘍をコントラスト良く可視化できることがわかった。シリコンナフタロシアニンやジピロメテン系色素のように典型元素を含む近赤外色素が数多く開発されている。本研究では、このような近赤外パイ共役系色素を、あたかも規則性を持つ無機材料のように集積化しつつ、有機高分子と複合化した材料を創出し、これを腫瘍造影剤として利用することを目的としている。平成27年度は、研究計画でも記載したシリコンナフタロシアニン系近赤外色素の化学修飾と有機高分子との複合体形成を行った。親水性高分子を結合した近赤外色素は水中で球状自己集合体を形成することを見出した。また、この自己集合体に近赤外パルスレーザーを照射すると、効率良く光音響信号を発することを明らかにした。次年度以降、この自己集合体を造影剤として用いる腫瘍の可視化に取り組む予定である。また、平成27年度は、研究計画に掲げた色素以外のシアニン系近赤外色素も同時に高分子との複合体形成と光音響信号測定を行った。この複合材料は、ジピロメテン系色素を集積化した構造をしており、上述の複合材料と同じく水中で球状自己集合体を形成した。また、モル吸光係数が市販の近赤外シアニン系色素インドシアニングリーンより小さいにもかかわらず、それより強い光音響信号を発することを明らかにした。何故このような現象が確認されるのかは明らかではなく、研究計画に沿って次年度以降この機構を明らかにしていきたいと考えている。これら開発したパイ共役色素ー高分子複合材料を腫瘍イメージング実験に展開することが次年度以降の検討となる。シリコンナフタロシアニンやシアニン系色素のように典型元素を含む近赤外色素の開発が活発である。本課題ではこれらの近赤外色素を、あたかも規則性を持つ無機材料の様に集積化しつつ、有機高分子と複合化した材料を創出し、光および光音響腫瘍造影剤として利用することを目的としている。平成27年度はシリコンナフタロシアニンや他のシアニン系色素を集積化し、高分子との複合体を形成させることを目的とした。シリコンナフタロシアニンの芳香環上に置換基を導入し、そこを起点として、ポリエチレングリコール(PEG)との複合体形成に成功した。シアニン系色素として、インドシアニングリーンの構造に注目し、インドシアニングリーンと多糖類縁高分子との複合体を創製した。これら得られた色素ー高分子複合材料が水中で自己集合体を形成すること、強い光音響信号を発することを明らかにした。特に後者は、静的光散乱法により希薄な水溶液においても解離しにくい自己集合体を形成することがわかった。この造影剤を担がんマウスに投与することで、特に光イメージングにより腫瘍をコントラスト良く可視化することに成功した。さらに、ジピロメテン系色素とPEGなどの高分子との複合体の創製に成功し、これが水中で形成する自己集合体からの光音響信号を測定したところ、同じ色素を用いているにもかかわらず差があることを明らかにした。また、強い光音響信号を発する分子構造として、色素自身ではなく、PEGなどの高分子の熱膨張を引き起こしやすいものが良いことを見出した。本課題では昨年度、シリコンナフタロシアニンやシアニン系色素を結合した高分子複合材料の創製を行った。また、それらが水中で自己集合体を形成すること、強い光音響信号を発することを明らかにした。これらは当初研究計画に記載した内容が順調に進捗していることを示す。また、本課題では昨年度、上記で合成した色素ー高分子複合材料を用いる担がんマウスの光腫瘍イメージングを行った。その結果、合成した複合材料が光腫瘍造影剤として機能し、腫瘍に効率良く集積することを明らかにした。これは当初研究計画に記載した内容が順調に進捗していることを示す。さらに、本課題では昨年度、ジピロメテン系色素と高分子との複合材料の創製に成功した。この複合材料の光音響信号強度を測定している過程で、強い光音響信号を発するための造影剤の分子構造について新しい知見を得た。これは、当初予定していなかった研究進捗である。本年度は、昨年度までの知見を基に、近赤外色素シリコンナフタロシアニン(以下SiNc)、ヘプタメチン系色素(以下Cy7)やジピロメテン系色素(以下TBD)を有機高分子に複合化させ、有機ー無機ハイブリッド型光音響撮像法用腫瘍造影剤を創製し、その造影能を評価した。SiNcを複合化した造影剤は、他の色素を複合化した造影剤よりも強い光音響信号を発し、臨床利用される血管造影剤インドシアニングリーンの2倍の信号強度を発した。Cy7やTBDを複合化した造影剤も、信号強度はおのおの1.4倍、1.8倍増幅され、複合化材料の有用性を示した。これらの造影剤のうち、SiNcおよびCy7を複合化した造影剤はミセル型自己集合体を、TBDを複合化した造影剤はベシクル型自己集合体を形成した。