hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
超低温におけるセリウム化合物の基底状態の研究

セリウム化合物に現われる重い電子状態の典型的基底状態は、4f電子による極めて微小な磁気モーメントの存在と伝導電子との混成による4f電子の遍歴性の発現による異常物性が現われ、多くの研究者から興味がもたれ、盛んに研究されている。本研究では、その発生機構を解明することを目的に、f電子系化合物の純良単結晶を育成し、これを用いて100μK以下に冷却し、14。5Tまでの高磁場中で、磁気相転移を中心に異常に小さな磁気モーメントをもった磁気的秩序状態の発生機構と基底状態を詳細に研究した。その結果、現在まで、既設の高周波加熱炉やトリアーク炉を用い、重い電子状態にあるCeCu_6やUPd_2Al_3等の純良単結晶を育成することができており、試料の準備を完了している状況にある。また、14.5Tまで発生できる超伝導磁石の設置とmK温度領域まで冷却できる国産の大型希釈冷却機を設置し、立ち上げを行い完了し、本研究に必要な予備的実験条件を整えた。しかし、極低温では極めて小さい磁気モーメントが存在し、それが磁気秩序をもつ重い電子系では従来の磁化率や電気抵抗による方法では感度が小さく、異常物性の観測が不可能であった。そのため、超低温での固体^3Heにおける精密な磁気相転移の研究に成果を挙げている精密キャパシタンスブリッジ法による熱膨張や磁気歪みの観測装置の固体物性への適用化を行い、更に磁場変調法を用いないdHvA効果の測定法としてSUQID磁束計を用いた新測定法を開発し、磁気相転移の精密測定を行っている。特に、SUQID磁束計を用いた新しいdHvA効果の測定法の開発は、従来の磁場変調法を用いる方法に比して昇温効果が排除されるので、極低温での重い電子状態のフェルミ面や弱い相転移の研究に活路を見出せるものと内外から評価されている。重い電子系のセリウム化合物を、100μK以下の温度に冷却し、高磁場中で熱膨張係数と磁歪の精密測定を行い、電子系の秩序状態の存在を調べ、重い電子状態の基底状態を解明することが研究目的であった。具体的には希釈冷凍機の下に銅の核断熱消磁装置を準備し、発熱の少ないキャパシタンス・ブリッジを用いて、微少な試料の長さの変化を測定する。実験遂行上最も重要な、核断熱消磁用の超伝導マグネットの納入に時間がかかり、核断熱消磁冷却を行うまでには至っていない。しかし、希釈冷凍機が完成し、2段目の14.5テスラの超伝導マグネットも順調に働くようになった。さらに、交流磁化を測定するシステムやキャパシタンス・ブリッジ等の準備も整ったので、温度は計画段階よりも高い状態ではあるが、重い電子系のひとつであるU_3P_4のフェルミ面を調べた。U_3P_4は、立方対称Th_3P_4型の結晶構造をもち、137Kで強磁性に転移する半金属の物質である。この物質のフェルミ面は測定されているが、磁気抵抗の測定から期待される開いた軌道の信号が観測されていなかった。我々が開発してきた装置は、温度や磁場の均一度の点で有利な条件にあるので再測定を行った。測定の結果、有効質量20m_0で、大きな極値断面積をもつ、新たな開いた軌道のフェルミ面が観測できた。現在、このフェルミ体の模型を組み立てる作業を進め、同時にバンド計算も始めた。したがって、まもなくU_3P_4に関する伝導電子の重量増大の機構を解明できる。
アクアポリンと葉脈による葉の通水および光合成特性への効果

今まで細胞膜は単なる半透膜と言われていたが、近年アクアポリンと呼ばれる膜タンパク質が細胞膜の水の透過性を決めることがわかってきた。アクアポリンはすべての生物の生体膜上に存在し、水分子を超高速輸送する物質であり、アクアポリンの存在によって、生体膜の水透過性は数十倍にも増加する。またアクアポリンの活性や量は、環境ストレスによって変化することも知られているが、今まで作物を用いた遺伝子レベルでの研究が中心であった。また近年、葉内の水移動経路の通りやすさ(葉の通水性)が、気孔開度や光合成速度に影響を及ぼすことが明らかになってきている。この課題では、樹木の葉の水移動経路の重要な部分を占める葉脈部分の通水性の変化と、アクアポリンの活性や量で制御される葉細胞の生体膜(細胞膜や液胞膜)の通水性の変化が、葉全体の通水性や光合成特性に与える影響を明らかにした。水利用様式の異なる樹種において、いくつかのパターンで葉脈の通水を遮断し、葉の通水性と気孔コンダクタンスの変化を調べた。いずれの樹種においても、葉の通水性の低下に従い、気孔は閉鎖した。このことは、葉脈道管のエンボリズム(閉塞)の生じやすさが、気孔開度や光合成速度を大きく律速することを示す。またアクアポリンの阻害剤である塩化第二水銀を葉に吸わせて、葉の通水性、気孔コンダクタンス及び光合成速度の変化を、常緑広葉樹2種と落葉広葉樹2種で調べた。アクアポリンの機能を阻害すると葉の通水性が10-30%、気孔コンダクタンスは5-20%低下し、葉の通水性の低下割合が高い樹種ほど気孔コンダクタンスや光合成速度の低下の割合が高かった。また気孔コンダクタンスの高い樹種で、アクアポリンがより多く機能していた。すなわち水消費の多い樹種で、葉内アクアポリン活性の変化により積極的な水分調節を行っていることが示唆された。近年,根や幹の通水性と同様に,葉内の通水性の変化も気孔の開閉に大きな影響を及ぼすことが明らかとなってきた。葉内の通水経路には大きく二つの経路,すなわち葉脈内の道管を通る経路と、道管内から葉の細胞間隙へと流れる経路に分けられ,前者は水路的役割を果たしていると考えられる。また葉脈道管中の水が葉細胞内へと移動する際には細胞膜を通るが、その細胞膜を通る水のほとんどがアクアポリンと呼ばれる膜タンパク質を通ることが明らかとなっている。葉脈とアクアポリンのそれぞれの通水経路を阻害した時の葉の通水性の変化と、それによる気孔コンダクタンスへの影響を明らかにするため、生活型の異なる常緑広葉樹のアラカシ、落葉広葉樹のコナラ、ツル植物のクズについて比較した。野外の陽葉について、インタクトの状態で3つのパターンで葉脈を切断処理し、葉脈内の通水を遮断することによって、様々なレベルに葉の通水性を低下させ、その気孔コンダクタンスを測定した。また一方、採取したシュートに塩化第二水銀溶液を吸収させることによってアクアポリンを阻害し、制御環境下で葉の通水コンダクタンスや気孔コンダクタンスの時間変化を調べた。葉脈を遮断した場合、3種ともに葉の通水コンダクタンスの低下と伴に、気孔コンダクタンスは直線的に低下し、葉の通水コンダクタンスと気孔コンダクタンスはほぼ1対1の関係にあった。一方アクアポリンを阻害した葉では,葉脈遮断した葉と同様に気孔は閉鎖し光合成も低下したが、葉の通水コンダクタンスよりも気孔コンダクタンスの低下の割合が大きく、樹種間差も認められた。こうした結果から、葉の通水性は直接気孔コンダクタンスを制限するが、葉内のアクアポリンは、葉の通水性以外に、気孔の開閉にも直接影響を与えていることがわかった。アクアポリンは、すべての生物の細胞膜上にある、水を透過させるゲートになっているタンパク質である。アクアポリンの活性を調べるため、その阻害剤として塩化水銀溶液を使って通水性を測定し、その後水銀イオン還元剤のメルカプトエタノールを処理して、通水性の回復を調べる方法がよく使われる。ここでは塩化水銀を用いて、葉のガス交換機能とアクアポリンの活性との関連を調べた。まず塩化水銀溶液に有効な水銀イオンの濃度と処理時間を調べ、水銀イオンのアクアポリン阻害剤としての有効性を確かめた。塩化水銀処理後にメルカプトエタノールを処理しても、葉の通葉の通水性は回復せず、さらに低下した。そのため、水銀イオンがアクアポリンを阻害したか、直接は代謝活性に悪影響を及ぼしたか、確かめられなかった。そこでメルカプトエタノールを用いず、水銀イオン処理した葉の暗呼吸速度を経時的に測定することによって、代謝活性に影響せず葉の通水性が低下する適切な水銀イオンの濃度と処理時間を決定した。樹種間で比較した場合、アクアポリン阻害による葉の通水コンダクタンスの低下率と、気孔コンダクタンスの低下率の間には、緩やかな正の相関がみられた。これらのことから、葉内のアクアポリン活性の種間差が、葉内の通水性や気孔開度に関連していることが明らかになった。また、水銀イオンによって葉内細胞のアクアポリンの水チャネル機能を阻害した葉では、未処理の葉と比べ、葉の通水性と気孔コンダクタンスが低下した。

水銀イオン処理による低下の割合は、通水性が平均で65-90%まで低下したのに対し、気孔コンダクタンスでは80-95%にまで低下した。すなわちアクアポリンを阻害することにより、葉の通水性の低下よりも、より強く気孔コンダクタンスの低下に効いた。このことより、孔辺細胞の動きに直接関与しているアクアポリンが存在することがわかった。今まで細胞膜は単なる半透膜と言われていたが、近年アクアポリンと呼ばれる膜タンパク質が細胞膜の水の透過性を決めることがわかってきた。アクアポリンはすべての生物の生体膜上に存在し、水分子を超高速輸送する物質であり、アクアポリンの存在によって、生体膜の水透過性は数十倍にも増加する。またアクアポリンの活性や量は、環境ストレスによって変化することも知られているが、今まで作物を用いた遺伝子レベルでの研究が中心であった。また近年、葉内の水移動経路の通りやすさ(葉の通水性)が、気孔開度や光合成速度に影響を及ぼすことが明らかになってきている。この課題では、樹木の葉の水移動経路の重要な部分を占める葉脈部分の通水性の変化と、アクアポリンの活性や量で制御される葉細胞の生体膜(細胞膜や液胞膜)の通水性の変化が、葉全体の通水性や光合成特性に与える影響を明らかにした。水利用様式の異なる樹種において、いくつかのパターンで葉脈の通水を遮断し、葉の通水性と気孔コンダクタンスの変化を調べた。いずれの樹種においても、葉の通水性の低下に従い、気孔は閉鎖した。このことは、葉脈道管のエンボリズム(閉塞)の生じやすさが、気孔開度や光合成速度を大きく律速することを示す。またアクアポリンの阻害剤である塩化第二水銀を葉に吸わせて、葉の通水性、気孔コンダクタンス及び光合成速度の変化を、常緑広葉樹2種と落葉広葉樹2種で調べた。アクアポリンの機能を阻害すると葉の通水性が10-30%、気孔コンダクタンスは5-20%低下し、葉の通水性の低下割合が高い樹種ほど気孔コンダクタンスや光合成速度の低下の割合が高かった。また気孔コンダクタンスの高い樹種で、アクアポリンがより多く機能していた。すなわち水消費の多い樹種で、葉内アクアポリン活性の変化により積極的な水分調節を行っていることが示唆された。
昆虫GABAレセプターの構造と性質に関する研究

昆虫のγ-アミノ酪酸レセプター/クロルイオンチャネル複合体(GABAR)の構造や機能を解明するための実験を行い、下記の結果を得た。1.Musca domestica(Md)GABARのα様サブユニットタンパク質:Md胸腹部膜タンパク質のジギトニンでの可溶化、diazepam固定化affi-gel 10への吸着、ゲルからの溶出、およびポリエチレングリコールでの濃縮のステップを踏む部分精製法を確立した。〔^3H〕flunitrazepamで光親和性標識された41kDaのタンパク質のシークエンスを行ったが、1次構造情報は得られなかった。再度標識実験を行ったところ、55kDaと28kDaのタンパク質がより強く標識されることが判明したので、これらのシークエンスを継続している。2.Blattellagermanica(Bg)GABARのβ様サブユニットcDNA:Bg幼虫のcDNAライブラリーから、GABARのβサブユニットの膜貫通M1領域からM4領域をコードしていると思われるcDNAをpUC119にクローニングし、657塩基を決定した。さらにN末端およびC末端部分を含む全領域のクローニングとシークエンスを継続している。3.アンタゴニスト結合部位構造の探索:GABARの薬物作用点(アンタゴニスト結合部位)を探索するための分子プローブとして、dioxa-、dithia-、およびdiazadioxaphosphorinanc誘導体やbenzyloxyalkane類の合成を行い、ラット脳とMd頭部のGABARへの親和性を〔^3H〕EBOBを使ったレセプターアッセイによって調べた。その結果、いくつかのリガンドがMd頭部GABARに対する選択性を示したことに基づき、結合部位の静電的および立体的相互作用領域における両レセプター間の構造的相違を推察した。
舌運動異常患者に装着する口蓋床の外舌筋活動に及ぼす影響

口腔外科領域において舌運動異常患者に用いられる床装置による口蓋粘膜への刺激が、舌機能にいかなる影響を与えているかを調べるための実験系を組んだ。そのためにはヒトの舌筋活動を持続的に、安定して記録できる電極が不可欠である。大阪大学の高田らは表面電極を用い、オトガイ舌筋の筋電図を非侵襲的に記録する方法を開発した。今回この方法を追試したところ、舌を運動させると電極が口底部から離れてしまい、安定した筋電図が記録されにくかった。そこで高田らの方法を改良した電極の試作を行った。被験者は、実験について十分に説明し同意の得られた成人とした。電極は一対のボール型表面電極で、電気伝導性の向上のために表面を金銀パラジューム合金でコーティングした。これを絶縁チューブに通し周囲をレジンで固め、第一および第二小臼歯に固定した。被験者ごとに製作したスプリングを電極とレジンブロックの間に装着し電極が弱圧で口底部に密着するよう調整した。オトガイ舌筋の筋電図は今回購入したバイオリサーチシステムを用い記録した。その結果、赤唇上までの舌の前突では比較的安定したオトガイ舌筋の筋電図が記録された。また、舌を前突位で固定させると、舌位に変化がないにも関わらずオトガイ舌筋活動が次第に減弱することが明らかとなった。このことは、舌位保持にあたっては舌前突筋のみならず、拮抗筋である後退筋にも筋活動の調節がなされ、より容易な舌位保持を可能にする神経機構が働いている可能性を示している。さらに、母音発声時の筋活動は高田らの結果と同様な傾向が認められ、/i/発声時に最も強い筋活動が認められた。しかし、口腔内感覚器官を刺激した歳に生じるであろう微弱な筋活動の変化はいまだ記録されるにいたっておらず、今後はよりS/N比の高い電極の製作を大阪大学と共同で行い、床装置の作用機序の解明を行っていく予定である。
IT活用によるJIT生産システムの進化に関する研究

パソコンの飛躍的な性能向上とネットワーク技術の進展に伴うIT革命により,情報コストが劇的に低下している。本研究は,ITをフルに活用してJIT生産システムの進化を図ることを目的としており,研究成果は以下の7点である。1.研究代表者および分担者らが中心になり,日刊工業新聞社から専門書「ジャストインタイム生産システム」を出版した。2.確率的な需要変動と各工程の故障を考慮した,多段階生産・物流システムの総費用を最小化する最適制御政策を求める問題を時間平均マルコフ決定過程として定式化している。そして,その近似最適政策を計算するSBMPIMアルゴリズムを開発し,シミュレーションによりかんばん方式,基点在庫方式,CONWIP等のプル方式を最適に設定した性能と比較し,各プル方式がSBMPIMアルゴリズムにより計算された準最適にどれだけ近いかを明らかにしている。3.JIT生産システムにおける混合品種組立ラインの最適化を論じ,実際的な制約を考慮した最適設計および投入順序決定アルゴリズムを開発した。4.セル生産方式の基本形であるU字ラインにたいし,不確定環境下における分割方式と巡回方式の性能比較を行った。5.急激に需要量が変化するJIT生産システムにたいし,統合的な最適生産計画問題を定式化し,最適化アルゴリズムを開発した。6.物流における基本問題である,時間枠制約付き配送計画問題と3次元箱詰め問題にたいする効率的なメタヒューリスティクスを開発した。7.物流および情報システムにおけるアウトソーシングの実態を調査した。本研究は,ITをフルに活用してJIT生産システムの進化を図ることを目的としており,本年度の研究実績は以下の7点である。2.すでに開発されたニュロー・ダイナミックプログラミングアルゴリズムを改良し,シミュレーションによりかんばん方式,基点在庫方式,CONWIP等のプル方式を最適に設定した性能と比較して,各プル方式が最適にどれだけ近いかを明らかにした。本研究は,ITをフルに活用してJIT生産システムの進化を図ることを目的としており,本年度の研究実績は以下の5点である。1.確率的な需要変動と各工程の故障を考慮した,多段階生産・物流システムの総費用を最小化する最適制御政策を求める問題を時間平均マルコフ決定過程として定式化している。2.平準化のレベルが低い,需要変動が大きな生産システムでは,かんばん方式が必ずしも優れているとはいえない。このような生産システムにたいして,指数平滑法を応用した生産指示方式を提案し,かんばん方式,CONWIPと比較し,その優位性を示している。3.JIT生産システムに特徴的なU字ラインにたいし,要求される生産量を満たし,総費用を最小化する能力の異なる多能工のU字ラインへの最適割当を計算するアルゴリズムを開発している。

4.需要情報が事前に得られる組み立て型生産システムにたいし,その基本的な変数間に成立する漸化式を導き,シミュレーションに利用することにより性能評価が効率的にできることを示している。5.東海地方の自動車関連製造業500社を対象に「製造業におけるアウトソーシングの実態調査」を行い,導入効果とトラブル等の課題を明らかにしている。
園芸作物残渣の強アルカリ分解処理技術の開発とその利用に関する研究

平成17年度までに,以下の諸点を明らかにした.1)有機物の分解は,080°Cの範囲内であれば,加熱するほど良い結果を得られたが,生石灰に水を加えた発熱反応では,最高温度は80°Cに達するものの,発熱継続時間は数分程度であり,有機物を十分に分解するためには,発熱時間および発熱量が足りず,別途加熱装置を用いるなどの方法により,外部から加熱を促す必要があった.2)アルカリ加水分解により,園芸有機物残渣から,最大で80%程度の窒素を遊離することが可能であることが明らかとなった.上記の研究成果を踏まえ,平成18年度では以下の諸点について検討を行った.1)アルカリの種類を変えることにより,加水分解の程度を更に改良した.その結果,有機物残渣の種類によっては,ある程度実用的な段階まで有機物を分解できるものと推察できる結果が得られたものの,コスト面などに於いてはなお一層の改良を必要とされた.2)一旦微生物を用いて難分解有機物(リグニンやセルロースなど)の分解を促した上で,更にアルカリ加水分解による窒素成分の遊離を試みた.その結果,微生物による分解をどの程度まで制御すべきか,微生物の種類や分解方法をどうすべきかといった課題は残るものの,ほぼ期待したとおり,全ての窒素を有機物から取り除くことが可能であると推察できる結果が得られた.したがって,今後本研究を発展させるには,最初に,難分解性有機物を含む園芸作物残渣の分解を促進する微生物の種類,微生物による分解特性や分解条件を検討し,その上で,本研究期間を通じて得られたアルカリ加水分解による有機物の分解を併用することにより,今まで困難であった難分解性園芸作物残渣の実用的な処理が計れるものと考えられた.1.有機性廃棄物に酸化Ca剤を加えて加水分解した強アルカリ処理有機性廃棄物を,メロン`プリンス'栽培の床土として用い,以下の諸点を明らかにした.1)強アルカリ処理有機性廃棄物と山砂を1:1に調整し定植期の床土に用いた場合,山砂のみを床土に用いた場合に比べ収穫期における果肉硬度が上昇した.2)強アルカリ処理有機性廃棄物を床土に用いた場合,山砂のみあるいは山砂に消石灰を加えた場合に比べて果実および成葉のCa濃度が有意に上昇した.しかし,果実および成葉におけるKの蓄積が阻害されることはなかった.3)強アルカリ処理有機性廃棄物中には,果実の収穫時期でさえも山砂に比べてはるかに高濃度のCaが含まれていた.しかし,全Caに対する可溶性Caの割合は,山砂と同程度かむしろ低い値を示した.4)強アルカリ処理有機性廃棄物は床土のpHを8.0以上に高めたが,果実の生長は阻害しなかった.2.強アルカリ処理有機性廃棄物がメロン`プリンス'の生長に及ぼす影響を調べ,以下の諸点を明らかにした.1)強アルカリ処理有機性廃棄物は,発芽したメロン苗の初期生長を阻害した.2)子葉が展開した苗を強アルカリ処理有機性廃棄物の培地に移植した場合,育苗期における苗の生長が阻害され,同廃棄物を含まない山砂に定植後2週間経過しても生長は回復せず,果実収穫期が遅れた.3)強アルカリ処理有機性廃棄物を床土に用いて2年連続して栽培した場合,本葉が3枚展開した苗を定植すれば果実肥大や成熟が遅延することはなく,「水浸状果」の発生および土壌の酸性化も抑制された.1.アルカリ加水分解によって有機物残渣から窒素成分を除くことが可能かどうかを検討するため,窒素成分を大量に含むダイズを用いて,アルカリ加水分解を行い,以下の知見を得た.1)有機物の分解は加熱するほど良い結果を得られたが,生石灰に水を加えた発熱反応では,発熱量が足りず,別途加熱を促す必要があった.2)アルカリ加水分解により,最大で80%程度の窒素を遊離することが可能であることが明らかとなった.平成17年度までに,以下の諸点を明らかにした.1)有機物の分解は,080°Cの範囲内であれば,加熱するほど良い結果を得られたが,生石灰に水を加えた発熱反応では,最高温度は80°Cに達するものの,発熱継続時間は数分程度であり,有機物を十分に分解するためには,発熱時間および発熱量が足りず,別途加熱装置を用いるなどの方法により,外部から加熱を促す必要があった.2)アルカリ加水分解により,園芸有機物残渣から,最大で80%程度の窒素を遊離することが可能であることが明らかとなった.上記の研究成果を踏まえ,平成18年度では以下の諸点について検討を行った.1)アルカリの種類を変えることにより,加水分解の程度を更に改良した.その結果,有機物残渣の種類によっては,ある程度実用的な段階まで有機物を分解できるものと推察できる結果が得られたものの,コスト面などに於いてはなお一層の改良を必要とされた.2)一旦微生物を用いて難分解有機物(リグニンやセルロースなど)の分解を促した上で,更にアルカリ加水分解による窒素成分の遊離を試みた.その結果,微生物による分解をどの程度まで制御すべきか,微生物の種類や分解方法をどうすべきかといった課題は残るものの,ほぼ期待したとおり,全ての窒素を有機物から取り除くことが可能であると推察できる結果が得られた.

したがって,今後本研究を発展させるには,最初に,難分解性有機物を含む園芸作物残渣の分解を促進する微生物の種類,微生物による分解特性や分解条件を検討し,その上で,本研究期間を通じて得られたアルカリ加水分解による有機物の分解を併用することにより,今まで困難であった難分解性園芸作物残渣の実用的な処理が計れるものと考えられた.
学習を保障する力を養うための学習支援システムの試み

11年度12月から個別に学習相談を行った学習者に対しては、引き続きメールまたはインタビューで現在の日本語環境、日本語使用に対する満足度および問題点等について報告をもらったが、大学院での研究が進むに比例して、直接対面して話し合う機会は減少し、メールに頼らざるを得なかった。13年度受け入れの学習者に対しては、月1回程度個別に学習相談を行い、(1)今、自分が何をリソースとして、どのように学習しているか、(1)学習がうまくいっていると感じているか/うまくいっていないと感じているか、(3)前回の相談時に検討した学習方法を試してみたか、(4)その方法は自分にとってどうだったか(例えば、無理のない方法だったか等)(5)前回に設定した学習目標はどれだけ達成できたか、を報告してもらった。相談担当者は、それらの報告を基に、学習者と今後の学習内容および方法について再検討し、次回までの学習目標および内容、方法について契約した。上記研究を進める一方で、他大学で学習カウンセリングを行っている教員(研究脇力者)と主に日本語のコースを離れてからの学習者に対するケアについて検討を行った。本研究に対する助成は今年度で終了だが、今後は、より長期的視野に立って、メールを媒介にした日本語のコースを離れてからの学習者に対するケアの構築化を図っていくつもりである。11年度12月から,月1回のペースで、個別に学習相談を行った(1回90分)。当初の計画では、指定された日時までに,学習者は,(1)今,自分が何をリソースとして,どのように学習しているか,(2)学習がうまくいっていると感じているか/いっていないと感じているか,(3)一カ月前に設定した目標の達成度(但し,二回目の相談以降)について書き,担当者に提出する。という方法を考えていたのであるが、例えば、(2)について「○○と××の違いがわからない」とか「○○の用法がわからない」といった報告が返ってくるところから、始めから「自分の学習について考える」という方法をやめ、学習者の「わからない」原因を探り、問題を解決する→学習方法を考える→その方法で学習してみるというやり方に切り替えた。この方法で、とりあえず、今までの自分の学習方法に対する気づきと、自分が試したことのなかった学習方法への気づきを促すことはできたようだ。自分自身の学習をどのように構築(目標を決め、内容と方法を計画する)していくか、ということについては、コース中にできなかったので、春休み中の学習相談と4月以降のメールでのやりとりおよびインタビューでの課題に移行した。幸い、学習者から学習相談時の録音について許可を得ることができたので、録音したテープの書き起こしを行い、現在、相談プロセスを分析中である。今後の作業としては、どうして、当初の計画が期待通り進まなかったのか(学習者への提示の仕方など)を振り返り、12年度の研究の進め方を再検討する予定である。また、2月には、他の教育機関で学習相談を行っている教師に面接し、学習支援の現状についての情報交換と、システムの構築について意見交換を行った。11年度12月から個別に学習相談を行った学習者に対しては12年度4月以降、12年度4月来日の学習者に対しては10月以降、メールまたはインタビューで現在の日本語環境、日本語使用に対する満足度および問題点等について月1回程度報告をもらい、必要に応じて話し合いを行った。その一方で、琉大での日本語研修コース1期生(10年度10月受け入れ)から4期生(12年度4月受け入れ)に対して、現在の日本語使用環境および自分の日本語能力に対する満足度等についてアンケート調査を12月に実施し、現状の把握に努めた。12年度受け入れの学習者に対しては、月1回程度個別に学習相談を行い、(1)今、自分が何をリソースとして、どのように学習しているか、(2)学習がうまくいっていると感じているか/うまくいっていないと感じているか、(3)前回の相談時に検討した学習方法を試してみたか、(4)その方法は自分にとってどうだったか(例えば、無理のない方法だったか等)(5)前回に設定した学習目標はどれだけ達成できたか、を報告してもらった。相談担当者は、それらの報告を基に、学習者と今後の学習内容および方法について再検討し、次回までの学習目標および内容・方法について契約した。上記研究を進める一方で、他大学で学習カウンセリングを行っている教員(研究協力者)と学習カウンセリングの現状と問題点について情報交換を行い、主に日本語のコースを離れてからの学習者に対するケアについて検討を行った。日本語のコースを離れてからの学習者に対するケアをどのようにシステム化していくかが来年度の研究目標であるが、現在、研究の進め方について本年度得られたデータを基に、検討中である。

上記研究を進める一方で、他大学で学習カウンセリングを行っている教員(研究脇力者)と主に日本語のコースを離れてからの学習者に対するケアについて検討を行った。本研究に対する助成は今年度で終了だが、今後は、より長期的視野に立って、メールを媒介にした日本語のコースを離れてからの学習者に対するケアの構築化を図っていくつもりである。
高いレイノルズ数の乱流における普遍性の計算科学的検証

大規模直接数値シミュレーションによるデータの解析によって高いレイノルズ数の乱流における統計的普遍性およびその考え方を、とくに(A)乱流のダイナミクスに内在する普遍性、(B)壁乱流(固体壁近傍の乱流)における普遍性について着目し、計算科学的に検証した。また、乱流場の情報縮約の視点から、ウェーブレット解析による秩序渦の抽出に基づいて乱流場をモデル化する秩序渦シミュレーション手法の有効性を検証した。本研究の目的は計算科学的方法によって高いレイノルズ数の乱流の持つ統計的普遍性の定量的検証を行なうことである。平成20年度の主な成果は以下のとおりである。(A)地球シミュレータ(ES)上で実現した乱流の大規模直接数値シミュレーション(DNS)データを名古屋大学の並列大型計算機システムに移行し、データ解析を行った。厳密な関係式として注目されているコルモゴロフの4/5則のレイノルズ数およびスケールへの依存性についてのこれまでの成果をまとめ、公表した。また、Wavelet手法に基づくデータ解析によって、乱流場とランダムな場の間欠性等の統計量の比較を行い、そのスケール依存性の違いを明らかにした。(B)スペクトル法(フーリェ・チェビシェフタウ法)による、格子点数1024の3乗の平行二平板間乱流の高精度・高解像度かつ高効率なDNSをESの64ノード(512コア)を用いて実施し、壁摩擦速度に基づくレイノルズ数Reτ=2560(世界最大)の準定常状態を実現した。得られた乱流場の対数則領域の1次元エネルギースペクトルはコルモゴロフの慣性小領域のスペクトルと矛盾しないものであり、乱流実験データとも定量的によく一致することが示された。(C)乱流の持つ巨大自由度の縮約手法として有望なCoherent Vortex Simulation (CVS)手法により3次元非圧縮性一様等方性乱流の数値計算を行った。一般にLESモデルでは、解像しないスケールの情報をモデル化しないと計算が破綻するけれども、CVS法によれば、無秩序成分を解像せず無視するだけであるにもかかわらず、エネルギースペクトルなどの統計量が良く再現されることが示された。平成21年度の主な成果は以下のとおりである。(A)地球シミュレータ(ES)上で行なった乱流の大規模直接数値シミュレーション(DNS)のデータ解析を、とくに乱れの強い場所と弱い場所の違いに注目して行った。その解析によって、流線や渦線の曲率半径、管状の渦構造などの、渦度の強さおよびレイノルズ数への依存性を明らかにした。高波数領域の局所的エネルギースペクトルの解析から小さな渦同士の非線形のダイナミクスが全域的だけではなく局所的にも重要であるとの結果を得た。(B)スペクトル法(フーリエ・チェビシェフタウ法)による平行二平板間乱流のDNSコードをES2用に新しく最適化し、格子点数1024x1536x1024、ノード数128において、ベクトル化率99.635%、並列化率99.976%を実現し、ES2の最大ノード数(128)の使用を可能にした。また、データ解析の結果、対数則領域において、主流方向の1次元エネルギースペクトルはコルモゴロフの理論における慣性小領域のスペクトルと矛盾しないものであるが、局所等方性が必ずしも成立していないことが分かった。(C)乱流の持つ巨大な自由度の縮約手法として、Coherent Vortex Simulation(CVS)の方法を検討した。CVS手法と(i)フーリエスペクトルカットフィルターによって自由度を縮約したシミュレーション手法および(ii)スマゴリンスキーモデルを用いたラージエディシミュレーションの手法との比較を行った。(i),(ii)いずれとの比較においても、全体の10%程度の自由度しか保持しない場合、CVS手法の方が効率的であることが分かった。平成22年度の主な成果は以下のとおりである。(A)一様等方性乱流の大規模直接数値シミュレーション(DNS)のデータ解析によって、ナビエ・ストークス方程式における慣性項の粘性項に対する比が乱流場の各点で一般にレイノルズ数より遥かに小さいこと、および渦度の強い領域でランダムな場に比べその比が小さいことが分かった。また渦度が急激に変化する領域近傍では大きな渦から小さな渦への直接的エネルギー輸送が存在し、その輸送が慣性小領域における乱流場の間欠性、大偏差統計、相似則などに大きな影響をもたらし得ることが分かった。このことは乱流の小さなスケールにおける統計的普遍性についての従来のモデルの再考を迫るものである。

(B)前年度構築した平行平板間乱流DNSのデータベースについて、今年度はとくに対数則領域における慣性小領域の速度相関スペクトルの局所的非等方性に着目したデータ解析を行い、その非等方性が壁からの距離およびレイノルズ数の増加とともに減少することを定量的に示した。また、得られた結果が一様勇断乱流における非等方スペクトルの理論と整合することを示した。(C)乱流の持つ巨大自由度の縮約手法の一つである秩序渦度シミュレーション(CVS)手法を検証した。特に、秩序渦度の圧縮部分の平均自乗量は、秩序渦の持つ(各点における)渦度の自乗の総和に比べ十分に小さいことが分かった。また、適合格子を用いたCVSの計算量を見積もり、あるレイノルズ数の等方な乱流に対しては、適合格子CVSの理想的な計算コストはDNSの10%程度であることが分かった。
ニッケル-金属水素化物二次電池の高容量化と充放電特性

ニッケル-金属水素化物電池の基礎研究として先ず,I)その充放電機構を明らかにするために,PdおよびPd合金を負極に用い充放電時の電極電位-時間曲線について,その理論式と実測値との比較・検討を行った。次いでII)Co-Mo系合金を負極に用いたアルカリ蓄電池の充放電特性を調べた。以下にその成果の要約を記す。1.充放電中,正極Ni(OH)_2/NiOOHの電位変化は小さいので,充放電特性は水素化物電極の表面上での電荷移動過程と電極内の水素拡散過程とが律速しているとして水素化物電極の電位-時間曲線をモデル解析した結果,実測曲線と比較的よく一致することを見出した。2.一連のPd固溶合金の放電容量(C)に及ぼす合金組成の影響を検討した結果,Pd-7.5at.%Rh合金のC値が最も大きく,約215mAg^<-1>(Pd_<92.5>Rh_<7.5>H_<0.85>)であった。これはPd-Rh合金の価電子濃度と対応しており,さらに高Rh組成の合金はRh-rich相の析出のためにC値は減少した。3.Pd黒/Pt黒をそれぞれ約1mgcm^<-2>重量メッキしたPd-7.5at.%Rh,Pd_<97.5-x>Ni_<2.5>Rh_x(x=7.5)合金は充放電時の活性化過電圧が減少し,急速充放電特性が優れていることを見出した。4.組成Co_3Moを中心とする合金粉末を負極に用いた電池の放電容量は大きく,初期12サイクルにおいてCが450mAhg^<-1>(充電量)以上を示すことを見出した。充放電後にCo(OH)_2及び金属Coの生成が観察され,本電池はニッケル-水素化物電池ではなく,Coの溶出-析出反応が関与している一種のアルカリ蓄電池であることがわかった。全電池反応はCo+2NiOOH+2H_2O【double half arrows】Co(OH)_2+2Ni(OH)_2,E_<cell>=1.22Vで表される。なお初期12サイクル時に高いC値を示す放電反応は,充電時に吸着した水素の電気化学的脱着反応も同時に生じている。Zr基Laves相合金粉末に電解水素発生反応に対して高活性触媒作用を有するCo-Mo系合金粉末を混合添加した負極電極について充放電特性を調べていたところ,組成Co_3Moを中心とする合金粉末自身が非常に大きい充放電容量を有することがわかり,しかも従来の水素化物電極よりも優れた急速充放電性能を示すことが見出した。以下にその概要を記す。1)Co-2046.2at.%Moの組成の合金電極はいずれも充放電性があり,特にCo_3Mo,3at.%B添加のCo_3Mo及び1020wt.%SiO_2(Al_2O_3)粉末を混合添加したCo_3Mo電極の充放電性は良好で、初期12サイクルにおいて放電容量(C)が450mAhg^<-1>(充電量)以上の場合があった。

しかしサイクル数と共にC値は減少し,10サイクル後には約240mAhg^<-1>に減少した。(Co+Mo)の混合粉末電極のC値は7075mAhg^<-1>であり,純Co粉末のそれは105-115mAhg^<-1>であった。前者のC値をCoの単位質量当たりに換算すると後者とほぼ同一になる。従ってMoは充放電反応に直接関与していないと考えられた。2)いずれの電極も放電時の電荷移動に伴う過電圧は過電流密度においても小さく,分極特性はPt黒のそれに匹敵する。3)充電流密度32-128mAg^<-1>の範囲では,Co_3Mo電極の放電容量(放電流密度32mAg^<-1>)に大差はない。また放電容量に及ぼす放電流の影響も同様に128mAg^<-1>までは大きな変化はなく,急速充放電性はニッケル-水素化物電池のそれに比して優れている。4)充放電後のCo_3Mo電極をX線回折及びEDX-SEMで観察した結果,充放電後にCo(OH)_2及び金属Coの生成が観察された。また負極の平衡電位は-850mV_<vs>.Hg/HgOであることから,本電池はニッケル-水素化物電池ではなく,Coの溶出-析出反応が関与している一種のアルカリ蓄電池であることがわかった。全電池反応はCo+2NiOOH+2H_2O〓Co(OH)_2+2Ni(OH)_2,E_<ceii>=1.22Vで表される。なお初期12サイクル時に高いC値を示す放電反応は,充電時に吸着した水素の電気化学的脱着反応も同時に生じていると考えられる。ニッケル-金属水素化物電池の基礎研究として先ず,I)その充放電機構を明らかにするために,PdおよびPd合金を負極に用い,充放電時の電極電位-時間曲線について,その理論式と実測値との比較・検討を行った。次いでII)Co-Mo系合金を負極に用いたアルカリ蓄電池の充放電特性を調べた。以下にその成果の要約を記す。1)充放電中,正極Ni(OH)_2/NiOOHの電位変化は小さいので,充放電特性は水素化物電極の表面上での電荷移動過程と電極内の水素拡散過程とが律速しているとして水素化物電極の電位-時間曲線をモデル解析した結果,実測曲線と比較的よく一致することを見出した。3)Pd黒/Pt黒をそれぞれ約1mgcm^<-2>重量メッキしたPd-7.5at.%Rh,Pd_<97.5-x> Ni_<2.5>Ph_x(x=7.5)合金は充放電時の活性化過電圧が減少し,急速充放電特性が優れていることを見出した。4)組成Co_3Moを中心とする合金粉末を負極に用いた電池の放電容量は大きく,初期12サイクルにおいてCが450mAhg^<-1>(充電量)以上を示すことを見出した。充放電後にCo(OH)_2及び金属Coの生成が観察され,本電池はニッケル-水素化物電池ではなく,Coの溶出-析出反応が関与している一種のアルカリ蓄電池であることがわかった。全電池反応はCo+2NiOOH+2H_2O Co(OH)_2+2Ni(OH)_2,E_<cell>=1.22Vで表される。なお初期12サイクル時に高いC値を示す放電反応は,充電時に吸着した水素の電気化学的脱着反応も同時に生じている。
SLEモデル・マウスにおける異常T細胞の機能についての病因論的解析

SLEを自然発症するMRL/lprマウスは、依然原因不明なヒトSLEのモデルとして有用である。今回私達は、SLE発症ときわめて密接な現象であるリンパ節腫脹を担う異常T細胞の解析より病因に迫ろうと考えた。リンパ節に集簇する異常リンパ球は、汎T細胞マ-カ-とpreB細胞マ-カ-を発見しており、T細胞lineageにおける位置が明確でなかった。そこで私たちの開発したT幹細胞を認識する単クロ-ン抗体:Scaー1を用いて検討するとlprーdnT細胞はB220と共にScaー1を発現していた。従ってlprーdnT細胞は骨髄より胸腺へ流入する前段階に位置する細胞であることが明らかになった。つぎにScaー1抗原の発現を指標にしてlprーdnT細胞の出現とSLE発症との関連を検討した。lpnマウスではSLE発症前の5週齢においてすでに骨髄中にScaー1陽性細胞の増多がみられ、12週齢では胸腺・未梢リンパ器官においてSeaー1陽性細胞が著増していた。ところでScaー1と他のT細胞分化抗原の発現を胸腺とリンパ節において検討すると、未梢リンパ節ではScaー1陽性細胞のほとんどはB220陽性であったが胸腺ではB220(ー)/Pgpー1(ー)のScaー1陽性細胞が増多しており、同じScaー1陽性細胞でも胸腺と未梢リンパ節とでは異なる分画であることが示唆された。lpr異常T細胞の生体内器官での流入・流出のdymamicsの検討が必要であると思われた。lprーdnT細胞はこれまでの検討で、ILー1/ILー2/IFNーrなどの産生がみられず、細胞障害性機能も認められていない。またアロ抗原に対する反応性もない。そこでdnT細胞の機能を検討する目的で、duT細胞の培養上清中の生物活性因子の検索を行なった。NRK144細胞の増殖活性を指標にして検討したところ、EGF依存性にNRK144に対し増殖能をもつ分子量2万3万の増殖因子が同定され、TGFbeta様因子であった。SLE発症におけるTGFbetaの役割について今後研究が必要であろう。(1)SLE自然発症マウス:MRL/lprコロニーをSPF状態で樹立することに成功した。生後5ケ月での致死率は約50%であり、腎組織の継時的な組織学的検索によりループス腎炎にcompatibleな腎炎像がえられた。すなわちperoxidase標識抗体を用いたABC法によりIgGの基底膜への顆粒状沈着が証明された。(2)MRL/lprマウスの異常Tリンパ球由来増殖因子の検討のためNRK144細胞の樹立を試みた。シャーレでの継代は10%FCS加MEMで行ったが、soft agar上での増殖因子bioassayにおいては2.53.5%FCSとしbackgroundの良好な条件の設定に成功した。(3)腫大した末梢リンパ節より異常Tリンパ球のみを精製する方法として、抗Lyt-2mAbおよび抗L3T4mAbを用いた細胞障害法を確立した。

この方法の効率は、精製前後のLyt-2^+細胞、L3T4^+細胞の割合をFACScell sorterをもちいて検討し、Lyt-2^+細胞が15%→0.5%、L3T4^+細胞が25%→0.5%となることから確認した。4.異常Tリンパ球の産生する増殖因子を高濃度でえるため、1×10^7/mlの細胞濃度でFCSを添加しない状態で48時間細胞培養した。培養上清を10000rpmで高速遠心し、その上清をMW10000cut-off値のメンブレインを用いた限外濾過にかけ濃縮し、さらにセントリコンを用いた濃縮法を加えて最終的に培養上清を300400倍に濃縮した。ついでこの濃縮液をP-60カラムにかけ約3mlずつのfractionを得た。(4)分画した上清をNRK144を用いたbioassayで検討すると、分子量230000の分画に明らかに増殖活性を認め、しかもEGF-dependentであることから現在知られている増殖因子のなかではTGFβにきわめて類似した因子であることが示唆された。(5)TGFβは増殖因子であるにも拘らず免疫担当細胞にたいしては抑制的に作用するため、抗TGFβ抗体の作製は困難であった。しかし合成ペプチドを抗原として抗体が作製された。この抗体を用いて現在Western Blotting法でTGFβの同定を行っている。(6)さらにTGFβ-DNA probeを入手しNorthern Blotting法にてTGFβ-mRNAを確認している。全身性エリテマト-デス(SLE)は、自己免疫現象を基盤とする全身の血管炎を本態とする慢性疾患である。とくに小児では、腎・中枢神経系・肺などの主要臓器に早期に炎症がおよび重症の経過をとる例が多く、病因の究明が急務である。私達は、SLE自然発症マウス:MRL/Iprをモデルとして、SLE発症の機構について解析を行ってきた。このマウスは、(1)生後2-3ヶ月より血清学的にSLEに類似の所見を呈するようになり、この時期に平行して末梢リンパ節腫大が著明となる。(2)このリンパ節腫大は、未熟なマ-カ-をもつT細胞が集簇するためである、などよりこの異常細胞がSLEの病因を考える上で重要な位置を占めていると考えられている。これまでの私達の研究により、(1)この異常細胞は、T系細胞であること、また(2)核内癌遺伝子であるc-mybを構成的に発現していること、(3)このc+myb遺伝子はRMAとカルシウム・イオノフォア-で細胞の活性化を図ると消腿すること、などが明らかにされた。そして正常のT細胞系の成熟過程でもc-mybを発現する段階があることが知られ、lpr-T細胞がこの成熟段階のどこに位置するか、この段階で成熟が休止する細胞要因としてどのような因子があるか、などを検討した。まずlpr-T細胞を純化する方法として、抗Lyt-2および抗L3T4抗体と補体による処理で98%まで純化が可能となった。(dnT細胞)。ついでこのdnT細胞の培養上清中には上皮増生因子と共同して機能するTGFβ様因子が存在することを明らかにした。TGFβは免疫担当細胞に抑制的に作用することが知られており、この免疫系への働きがSLE発症の引金になっているのかも知れない。さらに私達が作製したT系幹細胞を認識する単クロ-ン抗体:Sca-Sca-2をあらたに導入して検討した結果、dnT細胞はT系幹細胞に近いごく未熟なT細胞であることが明らかになった。SLEを自然発症するMRL/lprマウスは、依然原因不明なヒトSLEのモデルとして有用である。今回私達は、SLE発症ときわめて密接な現象であるリンパ節腫脹を担う異常T細胞の解析より病因に迫ろうと考えた。
超臨界セグメント空間を利用した生体癒着性リポソームの連続合成プロセス

リポソームの形成技術として,本研究課題では,「プロープロセスでの形成」と「有機溶媒使用量の提言」を目的としており,本年度は,超臨界二酸化炭素を媒体としたマイクロ混合,マイクロ流路で形成されるスラグ流を利用したリポソーム形成プロセスの構築に取り組んだ.具体的には,脂質成分として利用するlecithinを超臨界二酸化炭素中へ溶解させ,swirl型のマイクロ混合システムにより,water-in-supercritical CO2(W/CO2)エマルションを,フローシステムにて形成させた.形成したW/CO2エマルションを,T字型接合部にて,薬物成分であるtimolol maleateを含む水溶液と接触させ,内径0.5 mmのマイクロ流路内においてスラグ流を形成させた.マイクロ流路内でのスラグ流では,W/CO2エマルション中の水滴が,水溶液相へ移動することで脂質膜を形成し,リポソームが作製されることが示唆された.これらの過程は全て,配管(tube)のみを用いた流通状態で操作可能となり,リポソーム形成におけるフロープロセスが構築された.フロープロセスから流出された水溶液について,動的光散乱法,ならびに透過型電子顕微鏡により,脂質膜を有するリポソームが形成されることが確認された.さらに,構築されたリポソーム形成フロープロセスにおいて,二酸化炭素流量,W/CO2エマルション形成過程における水流量が,形成されるリポソームのサイズ,ならびに薬物カプセル化効率へ及ぼす影響について検証した.その結果,W/CO2エマルションの形成過程における薬物成分であるtimolol maleateを含む水溶液の流量により,形成されるリポソームのサイズ制御が可能であることを見出した.以上より,本年度は,超臨界流体によるスラグ流を利用することで,リポソーム形成のフロープロセスを構築することができた.本研究課題の当初の計画では,初年度においては,超臨界二酸化炭素相と水相が形成するスラグ流を利用することで,リポソームを形成することが考えていた.リポソーム形成を実施する上で重要となる,マイクロ混合システムによるW/CO2エマルションの形成を確認する必要がある.本研究では,異相流体の迅速な混合が期待できるswirl型混合システムを適用し,さらには下流部にサファイア製可視窓容器を設置することで,二酸化炭素流量を変化させたW/CO2エマルションの形成が確認できた.また,W/CO2エマルションと水相とのスラグ流におけるリポソーム形成において,リポソームサイズを制御する上で重要な操作因子が,W/CO2エマルションの形成過程における薬物成分であるtimolol maleateを含む水溶液の流量であることを見出し,フロープロセスにおけるリポソームのサイズ制御が可能となった.このように,当初の計画では,swirl型混合システムによるW/CO2エマルションの形成と,W/CO2エマルションと水相とのスラグ流によるリポソーム形成をフロープロセスにおいて可能にすることを目的としていたが,リポソームサイズを制御する上で重要な操作因子が,W/CO2エマルションの形成過程における薬物成分であるtimolol maleateを含む水溶液の流量であることを見出すことで,リポソームサイズの制御が可能となった点は,当初の計画以上に進展していると考えられる.超臨界二酸化炭素とマイクロシステムを融合した,W/CO2エマルションの形成と,スラグ流内におけるリポソーム形成が,フロープロセスにおいて可能となった一方,リポソームの実用を考慮した場合,表面機能化技術の確立が必要となる.そのため,これまでに構築したリポソーム形成フロープロセスの下流部に,キトサンを溶解した水溶液との接触部を追加し,リポソーム表面を正帯電化させ,生体癒着性を付与するフロープロセスへ展開する.具体的には,スラグ流で形成されたリポソームを,二酸化炭素を溶解させたキトサン水溶液と接触,混合させることで,リポソーム表面の正帯電化を試みる.ここでは,キトサン水溶液におけるキトサン濃度を変化させることで,リポソーム表面電荷をコントロール可能となることが期待できる一方,キトサン水溶液中におけるリポソーム同士の合一により,リポソームサイズや形状の変化が懸念される.そのため,リポソーム表面の正帯電化に利用するキトサン水溶液の濃度を変化させ,形成されたリポソームの表面電荷との関係を明らかにする.さらには,スラグ流で形成されたリポソームとキトサン水溶液を接触させる,流路ならびに接触部の影響についても検証する.以上より,リポソーム形成に留まらず,実用展開を念頭にしたリポソームへの生体癒着性の付与まで実現するフロープロセスの開発に取り組む予定である.リポソームの形成技術として,本研究課題では,「プロープロセスでの形成」と「有機溶媒使用量の提言」を目的としており,本年度は,超臨界二酸化炭素を媒体としたマイクロ混合,マイクロ流路で形成されるスラグ流を利用したリポソーム形成プロセスの構築に取り組んだ.具体的には,脂質成分として利用するlecithinを超臨界二酸化炭素中へ溶解させ,swirl型のマイクロ混合システムにより,water-in-supercritical CO2(W/CO2)エマルションを,フローシステムにて形成させた.形成したW/CO2エマルションを,T字型接合部にて,薬物成分であるtimolol maleateを含む水溶液と接触させ,内径0.5 mmのマイクロ流路内においてスラグ流を形成させた.マイクロ流路内でのスラグ流では,W/CO2エマルション中の水滴が,水溶液相へ移動することで脂質膜を形成し,リポソームが作製されることが示唆された.

これらの過程は全て,配管(tube)のみを用いた流通状態で操作可能となり,リポソーム形成におけるフロープロセスが構築された.フロープロセスから流出された水溶液について,動的光散乱法,ならびに透過型電子顕微鏡により,脂質膜を有するリポソームが形成されることが確認された.さらに,構築されたリポソーム形成フロープロセスにおいて,二酸化炭素流量,W/CO2エマルション形成過程における水流量が,形成されるリポソームのサイズ,ならびに薬物カプセル化効率へ及ぼす影響について検証した.その結果,W/CO2エマルションの形成過程における薬物成分であるtimolol maleateを含む水溶液の流量により,形成されるリポソームのサイズ制御が可能であることを見出した.以上より,本年度は,超臨界流体によるスラグ流を利用することで,リポソーム形成のフロープロセスを構築することができた.本研究課題の当初の計画では,初年度においては,超臨界二酸化炭素相と水相が形成するスラグ流を利用することで,リポソームを形成することが考えていた.リポソーム形成を実施する上で重要となる,マイクロ混合システムによるW/CO2エマルションの形成を確認する必要がある.本研究では,異相流体の迅速な混合が期待できるswirl型混合システムを適用し,さらには下流部にサファイア製可視窓容器を設置することで,二酸化炭素流量を変化させたW/CO2エマルションの形成が確認できた.また,W/CO2エマルションと水相とのスラグ流におけるリポソーム形成において,リポソームサイズを制御する上で重要な操作因子が,W/CO2エマルションの形成過程における薬物成分であるtimolol maleateを含む水溶液の流量であることを見出し,フロープロセスにおけるリポソームのサイズ制御が可能となった.このように,当初の計画では,swirl型混合システムによるW/CO2エマルションの形成と,W/CO2エマルションと水相とのスラグ流によるリポソーム形成をフロープロセスにおいて可能にすることを目的としていたが,リポソームサイズを制御する上で重要な操作因子が,W/CO2エマルションの形成過程における薬物成分であるtimolol maleateを含む水溶液の流量であることを見出すことで,リポソームサイズの制御が可能となった点は,当初の計画以上に進展していると考えられる.超臨界二酸化炭素とマイクロシステムを融合した,W/CO2エマルションの形成と,スラグ流内におけるリポソーム形成が,フロープロセスにおいて可能となった一方,リポソームの実用を考慮した場合,表面機能化技術の確立が必要となる.そのため,これまでに構築したリポソーム形成フロープロセスの下流部に,キトサンを溶解した水溶液との接触部を追加し,リポソーム表面を正帯電化させ,生体癒着性を付与するフロープロセスへ展開する.具体的には,スラグ流で形成されたリポソームを,二酸化炭素を溶解させたキトサン水溶液と接触,混合させることで,リポソーム表面の正帯電化を試みる.ここでは,キトサン水溶液におけるキトサン濃度を変化させることで,リポソーム表面電荷をコントロール可能となることが期待できる一方,キトサン水溶液中におけるリポソーム同士の合一により,リポソームサイズや形状の変化が懸念される.