hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
多様な情報源に対応する通信環境適応型センサネットワークの研究

センサネットワークの多様なデータ属性を持つ情報源から情報収集する通信環境適応型センサネットワークについて研究を行った.その情報源の1つとして,地震の加速度について周波数特性を解析した.その結果に基づき,構造物ヘルスモニタリングのためのデータ収集方式とネットワークアーキテクチャについて検討し,テストベッドを構築した.そのセンシングデータを効率的に伝送するため,通信環境を考慮した通信制御方式として,複数の周波数帯域の利用を考慮した通信方式を提案し,スループットの向上を示した.また,ネットワークの“無閉路構造"に関するグラフ理論的考察について,無線センサネットワークを有向グラフとしてモデル化した.センサネットワークの多様なデータ属性を持つ情報源から情報収集する通信環境適応型センサネットワークについて研究を行った.その情報源の1つとして,地震の加速度について周波数特性を解析した.その結果に基づき,構造物ヘルスモニタリングのためのデータ収集方式とネットワークアーキテクチャについて検討し,テストベッドを構築した.そのセンシングデータを効率的に伝送するため,通信環境を考慮した通信制御方式として,複数の周波数帯域の利用を考慮した通信方式を提案し,スループットの向上を示した.また,ネットワークの“無閉路構造"に関するグラフ理論的考察について,無線センサネットワークを有向グラフとしてモデル化した.センサネットワークは,これまでバッテリ駆動のための省電力化を主要な課題として研究されてきた.しかし,センサネットワークを利用した応用システムの要求は多種多様で,その情報源も様々である.本研究では,災害時の被害情報の収集,自然環境のモニタリング,住宅のセキュリティなど様々な用途にセンサネットワークを活用することを目的として,それらの要求に応えるためのリアルタイム性,緊急性,データ量対応,省電力化と長期稼動のための方式について検討している.具体的には,共通プラットフォーム化のためのQoS制御を考慮したネットワークアーキテクチャの検討,各ノードの通信状況や電池などの状況に応じて通信帯域を制御するMACプロトコル及びルーティングプロトコルの開発,そして,分散スマートカメラなどの様々な情報源と連携した情報共有による高度なモニタリング技術の開発を目指す.H22年度は,加速度のリアルタイムモニタリングを調査するため,カリフォルニア大学アーバイン校の水道パイプラインモニタリング実験に参加した.さらに同大学の建物の各階で計測された地震の加速度から振動エネルギーの周波数成分を分析し,構造物ヘルスモニタリングをセンサネットワークで行うためのサンプリングレートについて知見を得た.この結果を国際会議に論文として投稿し採択された.この知見を基に,平成23年度はセンサネットワークで加速度をリアルタイムに長期間収集する制御方式の研究を進める.また,このモニタリングシステムに通信環境適応型の無線通信方式を導入する有効性について精査する.加えて,多様な情報源として分散配置されたカメラからの情報を想定し,その情報を共有するためのネットワークにグラフ理論の導入を進める.本研究では,多様な情報源に対応するセンサネットワークに関して,3つの主要テーマについて研究を進めている.第1テーマでは,センサネットワークを災害時の被害情報収集に活用することを想定し,センサネットワークのリアルタイム性と長期稼働のための省電力化を考慮した通信プロトコルについて検討を進めている.実際の地震加速度を記録したデータを解析し,加速度の計測に適したサンプリングレートについてまとめ,H23年9月に開催された構造物ヘルスモニタリングに関する国際会議で論文を発表した.また,建造物の地震加速度を広域にモニタリングするため,ネットワークのスケーラビリティを考慮したネットワークアーキテクチャを検討し,無線LANのアクセスポイントを第2層で接続してカバーエリアを拡張するWDS技術について基礎実験を行った.第2テーマでは,マルチポップ通信を行うセンサネットワークの送信レートの高速化のため,複数の周波数帯域の利用状況を考慮した通信方式を検討し,周波数帯域ごとに宛先までの遅延時間を求め,遅延時間の小さい周波数帯を優先する通信を提案した.シミュレーション評価の結果,IEEE 802.11a単独に比べて,スループットが最大約1.6倍,IEEE 802.11b単独に比べて最大約4.7倍向上することを示した.第3テーマでは,異なるセンサがもつ異なる種類の情報に関して,これらの情報を収集するネットワークトポロジの構築のため,"cycle-rooted tree"(CRT)による情報通信のグラフ理論的考察を行っている.CRTはすべての入次数が1である有向グラフで,サイクル構造と木構造の2つの性質を有している.正則有向グラフにはCRT構造によって容易に分解できるため,ネットワークトポロジが動的に変化するセンサネットワークに適していると考える.今後はCRTの構築アルゴリズムや情報散布の理論的考察を行う.本研究は,データ収集タイミングが異なる情報源(地震加速度と気温)や,データサイズが異なる情報源(センサデータと画像データ)のように,多様なデータの情報源から効率的に情報収集する通信環境適応型センサネットワークについて知見を得ることを目的とした.センサネットワークの多様な情報源の1つとして地震の加速度を取り上げ,構造物ヘルスモニタリングのためのデータ収集の通信制御方式と,多数のノードから収集するためのネットワークアーキテクチャについて検討し,その評価のためにテストベッドを構築した.また,必要なサンプリングレートを調べるため,観測された地震震動の周波数特性を解析し,建築物の上層階の震動の帯域が数Hzであることを確認した.

その結果に基づく通信制御によって省電力化の効果を示した.データ収集するエリアを拡大するための3階層ネットワークアーキテクチャをテストベッドに取り入れ,センサノードからデータベースへデータ収集する効率について特性を調べた.通信環境適応型センサネットワークのための通信制御技術について,マルチホップセンサネットワークの送信レートの高速化のため,複数の周波数帯域の利用状況を考慮した通信方式を検討した.周波数帯域ごとに宛先までの遅延時間を求め,遅延時間の小さい周波数帯を優先する通信を提案し,単独の帯域に比べてスループットが最大約4.7倍に向上することを示した.ネットワークの“無閉路構造"に関するグラフ理論的考察について,無線センサネットワークを有向グラフとしてモデル化し,送信・受信それぞれに対して有向グラフの辺彩色問題として扱った.有向グラフの基礎となる三つの辺彩色の型を導入することで,辺彩色という観点から無閉路構造を導くことができ,有向グラフDが4型無閉路辺彩色を持つならばそのラインダイグラフL(D)もまた4型無閉路辺彩色可能であることを示した.多様な情報源に対応するセンサネットワークに関する研究状況は次のとおりである.【1加速度計測に対する無線センサネットワークの通信制御と評価実験】地震加速や建造物の振動を無線センサネットワークで計測し,データを連続してデータベースに収納するモニタリングシステムのテストベッドを開発した.その評価実験を通して,省電力化のための通信制御とデータ収集のリアルタイム性を両立させる通信方式について知見を得た.加えて,多数のノードから連続して伝送されるデータをデータベースに収納する際の課題が明らかとなり,現在対策を検討中である.【2通信環境適応型センサネットワークの通信制御】センサネットワークのマルチポップ通信におけるスループット向上のため,複数の周波数帯域の利用状況を考慮した通信方式を検討し,周波数帯域ごとに宛先までの遅延時間を求め,遅延時間が短い周波数帯を優先する通信方式を提案した.評価結果からスループットがIEEE 802.11b単独に比べて最大約4.7倍向上することが示された.さらに無線センサネットワークの不安定な電力供給下における環境発電型無線センサネットワークの到達率向上のため,レートレス符号化を適用する方式を検討し,性能が約4.2倍に向上することを示した.【3ネットワークの"無閉路構造"に関するグラフ理論的考察】無線センサネットワークの構造に関して,有向グラフに対してその隣接性から基礎となる三つの辺彩色の型を導入し,有向グラフDが4型無閉路辺彩色を持つならば,そのラインダイグラフの底グラフU(L(D))は4型無閉路彩色可能であり,さらにラインダイグラフL(D)もまた4型無閉路辺彩色を持つことを示した.この結果を利用して,有向グラフDの部分有向グラフの辺を2色で4型辺彩色することで底グラフU(L(D))のFVS(Feedback Vertex Set)を示した.リアルタイム性と長期稼働を多様な情報源に対応するセンサネットワークで実現するため,地震加速度を記録するためのテストベッドの開発を進めている.
ユビキチン様タンパク質SUMO-3によるX線誘導DNA合成の分子機構

X線照射後にDNA合成レベルが上昇するという現象をゴーリン患者由来細胞で見出した。さらに、この患者由来細胞において、X線照射後に発現レベルが低下する遺伝子として、ユビキチン様タンパク質SUMO-3を同定し、この遺伝子の発現を低下させると、X線照射によるDNA合成の誘導現象がみられた。この条件下で、X線照射後に細胞内含有量が変動するタンパクを2次元電気泳動法で探索したところ、腫瘍転移抑制因子NM23-H1を同定した。そして、NM23-H1の発現抑制により、X線照射によるDNA合成の誘導現象がみられた。また、X線照射後のNM23-H1タンパクの分解抑制をSUMO化が担っていることが示唆された。細胞のDNA合成レベルが放射線照射後低下することは、生物種を問わない不変の現象である。例外的に、Ataxia telangiectasia細胞では、DNA合成レベルの低下はわずかしか見られないということがこれまでの知見であった。我々は、ゴーリン症候群の細胞において、X線照射後にDNA合成能の増大という、奇異な現象を見出し、その分子機構の解明を目指している。その過程で、X線照射後のDNA合成能の増大のメカニズムにSUMO遺伝子が関与することを見出していた。SUMOタンパク質の発現変動だけでは、DNA合成レベルに顕著な変化は見られないことから、X線照射後の細胞応答にSUMO遺伝子が関わると考えられた。HeLa細胞において、SUMO遺伝子のsiRNA処理により発現を抑制させ、X線照射を行うと、照射8時間後にDNA合成の誘導が見られた。このことは、X線照射後のDNA合成は、細胞特異的な現象でない普遍的な現象であることを示唆している。そこで、HeLa細胞を用い、分子機構の解明を進めることとした。まず、SUMOタンパクが減少したHeLa細胞において、X線照射後に発現が変動するタンパク質を2次元電気泳動法により探索した。複数のタンパク質の変動が見られたが、その中に、核酸代謝に関わることが知られているNM23-Hlタンパクが減少することを見出した。NM23-Hl遺伝子のsiRNA処理により、発現を抑制させると、X線照射後にDNA合成の増大見られた。さらに、SUMOタンパクを過剰発現させた細胞では、X線照射後にNM23-HlタンパクへのSUMOタンパクの結合が見られたことから、X線照射後に見られるDNA代謝調節機構に、NM23-Hlタンパクが関わることが示唆された。ところが、X線照射後にDNA合成レベルが上昇するという奇異な現象をゴーリン患者由来細胞で我々は見出した(Fujii et al., Biochem. Biophys.Res.Commun.240, 269-272, 1997)。さらに、ゴーリン患者由来細胞において、X線照射後に発現レベルが低下する遺伝子として、ユビキチン様タンパク質SUMOを同定し、正常ヒト細胞においてアンチセンスオリゴ処理によりSSUMO遺伝子の発現を抑制すると、X線照財後にDNA合成レベルの上昇することを見出している(Mutat.Res.578, 327-332, 2005)。HeLa細胞においても、SUMOのSiRNA処理により、SUMO遺伝子の発現を低下させると、X線照射による合成の誘導現象を再現させることに成功している。そこで、X線照射後に細胞内含有量が変動するタンパクを2次元電気泳動法による網羅的解析で探索したところ、複数のタシパク質の変動が見られたが、その中に、腫瘍転移抑制因子として知られるNM23-H1タンパクが減少することを見出した。NM23-H1遺伝子のsiRNA処理により、発現を抑制させると、X線照射後にDNA合成の増大見られた。さらに、ウェスタンブロッティング解析より、SUMO遺伝子の発現を抑制した細胞において、X線照射後のNM23-H1タンパクの減少を確認できた。また、NM23-H1のsiRNA処理により、X線照射によるDNA合成の誘導現象がみられた。一方、SUMOタンパクを過剰発環させた細胞では、X線照射後にNM23-H1タンパクのSUMO化がみられた。以上の結果から、X線照射後のSUMOが関わるDNA合成上昇にNM23-H1も関わることが示唆された。さらに、NM23-H1のSiRNA処理した細胞では、X線照射にPCNAの発現の増大が見られたことから、PCNAを介したDNA合成機構にSUMOが関わることが示唆された。ところが、FX線照射後にDNA合成レベルが上昇するという奇異な現象をゴーリン患者由来細胞で我々は見出した(Fujii et al.,Biochem.Biophys.Res.Commun.240,269-272,1997)。さらに、ゴーリン患者

由来細胞において、X線照射後に発現レベルが低下する遺伝子として、ユビキチン様タンパク質SUMO3を同定し、HeLa細胞において、SUMO2/3のSiRNA処理により、SUMO2/3遺伝子の発現を低下させると、X線照射による合成の誘導現象が見られた。さらに、X線照射後にM23-H1タンパクが減少することを見出した。NM23-H1遺伝子のsiRNA処理により、発現を抑制させると、x線照射後にDNA合成の増大見られた。さらに、チミジンブロック法により同調した細胞を用い、詳細な解析を進めたところ、この増大は、照射後4時間後から見られたが、12時間後には見られなくなることから、一過性のものであることが示唆された。さらに、NM23-H1のsiRNA処理した細胞では、X線照射にPCNAの発現の増大が見られたことから、PCNAを介したDNA合成機構にSUMOが関わることが示唆されている。熱ショックや酸化ストレスにより、SUMO-2/3タンパクの発現増大が報告されているが、生理機能に関しては不明な点が多い。SUMO2/3遺伝子の発現を低下させた細胞では、放射線に対し感受性を示した。さらに興味深い事に、HeLa細胞において、SiRNA処理により発現を低下させると、カドミウムに対して感受性を示し、逆に、SUMO-2遺伝子を過剰発現させた細胞では、耐性化した。これらの結果から、細胞の様々なストレス応答にSUMO2/3遺伝子が関わることが示唆された。
イベントヒストリーデータの解析法の確立と癌予後評価への応用

本研究の目的は、複数のイベントが繰り返し生起するまでの時間データに対する数学的モデル化および統計解析法の開発、解析アルゴリズムの作成、及び癌の再発・死亡データなどへの応用を行うことである。本年度は、時間の経過とともに一人の人に繰り返し要介護度が評価される介護認定度のデータ解析のためにこれまで開発した手法の完成に向けて、従来の方法との関連性や相異点を明らかにし、また、他のデータにも適用できるよう手法の一般化や理論化について研究を進めた。コンピュータプログラムを作成し、介護認定度のデータに適用した結果を、現在学術専門誌に投稿中である。また、2010年10月に行われたシンポジウムでは開発した手法と適用結果を発表する機会が得られ、他の研究者から貴重な意見を伺うことができ、研究を進めるのに役立った。また、関連学会・セミナー等に参加することで、最近の知見に触れるとともに、本研究の重要性を再認識する機会となった。癌予後評価への応用が本研究の目的の一つである。適用する医学データの収集整理を行うために、本年度は、当施設で蓄積されているデータの医学的臨床的な理解を進めるとともに、これまでの解析手法で明らかにできなかった問題点を洗い出すことに重点を置き研究を進めた。今後、この蓄積されているデータのうち、まずは肝臓癌のデータに着目し、従来の方法とともに開発した手法の適用を行い、更に手法の開発を進めていく予定としている。
低消費電力強震動観測システムの開発と地震波干渉法による大深度地盤構造の推定

本研究では,小型・低消費電力の強震動観測システムの開発,地震波形データ取得のための地震観測,波形データの解析による関東平野の大深度地盤構造の推定,及び大規模な堆積盆地構造と長周期地震動の関係に関する以下の研究を実施した.1乾電池で動作する小型・低消費電力の強震動観測システムを製作した.2関東平野北東部の計11地点での臨時地震観測を実施した.3地震波干渉法により地下構造の時間変化を検出した.4地震波干渉法に基づいて近地地震波形を解析し,地震基盤までの地盤構造を詳しく推定した.また,大深度地盤構造モデルを構築し,関東平野北部における長周期地震動(ラブ波)の励起の特徴の説明に成功した.本研究では、強震動観測を容易にするための小型・低消費電力の強震動観測システムの開発と、同システムと地震波干渉法を利用した高空間分解能の大深度地盤構造の解析手法の確立を目的としている。このことにより、将来的に関東平野では、首都圏地震観測網(MeSO-net)や首都圏強震動総合ネットワーク(SK-net)などの観測点と合わせて、1千箇所以上での強震動記録の集積が可能となり、その解析から堆積層中の地質境界や地震基盤の深度の地域変化を水平方向に数kmの空間分解能で明らかにできるものと期待される。本研究の二年目にあたる本年度は、主に新しい地震波形データの取得のための地震観測と波形データ解析による関東平野の大深度地盤構造の推定を行った。前者については、既設の地震観測点の少ない関東平野北東部における大深度地盤構造を高空間分解能で推定するために、MeSO-netやSK-netなどの地震観測点の隙間を埋めるように、埼玉県春日部市やその周辺の7地点での臨時地震観測を開始した。後者については、地震波干渉法によって、関東平野に展開されている既設の地震観測点(MeSO-netやSK-netなど)で収録された近地地震の波形データを解析し、各観測点下における地盤構造を推定するとともに、東京ガス(株)の超高密度地震防災システムSUPREMEのSIセンサによって収録された近地地震波形も解析データに追加することによって、従来よりも飛躍的に高い水平空間分解能で関東平野の一部の地域における地震基盤構造を推定した。本研究では、強震動観測を簡易化するための小型・低消費電力の観測システムの開発と地震波干渉法を利用した高空間分解能の大深度地盤構造の探査手法の確立を主な目的とした。この目的の達成により、関東平野では、首都圏地震観測網(MeSO-net)や首都圏強震動総合ネットワーク(SK-net)などの観測点と合わせて1000を超える地点での強震動波形の収録が可能になり、堆積盆地構造を高空間分解能で把握してモデル化することにより、強震動及び長周期地震動の評価の高度化に資することができると期待される。本研究では、主に、強震動観測を簡易化するための小型・低消費電力の観測システムの開発、地震波形データ取得のための地震観測、波形データの解析による関東平野の大深度地盤構造の推定、及び大規模な堆積地盤構造と長周期地震動の関係に関する研究を実施した。新しい観測システムの開発では、乾電池で数ヶ月ほど動作可能な小型・低消費電力の強震動観測システムを製作した。地震観測では、既設の地震観測点の少ない関東平野北東部における大深度地盤構造を高空間分解能で推定するために、MeSO-netやSK-netなどの地震観測点の隙間を埋めるように、埼玉県・千葉県・茨城県内の計11地点での臨時地震観測を実施した。大深度地盤構造の推定については、本研究及び他機関によって関東平野に展開されている地震観測点(MeSO-netやSK-netなど)で収録された近地地震の波形データを地震波干渉法に基づいて解析し、各観測点下における地盤構造を詳しく推定した。大規模な堆積地盤構造と長周期地震動の関係に関する研究では、新しく構築した大深度地盤構造モデルを用いた三次元地震動シミュレーションによって、関東平野北部における長周期地震動(ラブ波)の励起の特徴を説明することなどに成功した。本研究では,小型・低消費電力の強震動観測システムの開発,地震波形データ取得のための地震観測,波形データの解析による関東平野の大深度地盤構造の推定,及び大規模な堆積盆地構造と長周期地震動の関係に関する以下の研究を実施した.1乾電池で動作する小型・低消費電力の強震動観測システムを製作した.2関東平野北東部の計11地点での臨時地震観測を実施した.3地震波干渉法により地下構造の時間変化を検出した.4地震波干渉法に基づいて近地地震波形を解析し,地震基盤までの地盤構造を詳しく推定した.また,大深度地盤構造モデルを構築し,関東平野北部における長周期地震動(ラブ波)の励起の特徴の説明に成功した.本研究では、強震動観測の経費を飛躍的に低減する小型・低消費電力の強震動観測システムの開発と、同システムと地震波干渉法を利用した高空間分解能の大深度地盤構造の解析手法の確立を目的としている。この目的の達成により、将来的に関東平野では、首都圏地震観測網(MeSO-net)や首都圏強震動総合ネットワーク(SK-net)などの観測点と合わせて、1000を超える地点での強震動記録の集積が可能となり、その解析から堆積層中の地質境界や地震基盤の深度の地域変化を水平方向に数kmの空間分解能で明らかにできるものと期待される。本研究の初年度にあたる本年度には、主に強震動観測システムの開発と実験的なデータ収録を行った。

小型・低消費電力の強震動観測システムの開発は、多点における強震動観測を実施するために極めて重要な技術的ステップである。同システムには、その使用形態から、低予算で導入できることが求められるが、この点については、システム部品に低消費電力CPUやSDカードなどの汎用の電子部品を利用することで問題の解決が図られている。実験的なデータ収録については、横浜市立大学金沢八景キャンパス(横浜市金沢区)で実施した。観測期間は、2011年4月から同年12月までの約9カ月である。この観測によって、2011年東北地方太平洋沖地震の余震を含む、観測地点において震度3以上であった6つの地震について強震記録を得ることに成功した。以上の研究によって、小型・低消費電力の強震動観測システムの実用化について目途がつき、強震動観測の実施を含んだ次年度以降の研究計画を当初の予定通り遂行することが可能になった。・関東平野に設置されている地震観測点で収録された近地地震の波形データをK-netフォーマットに変換してデータベース化した。・地震波干渉法によって、関東平野に展開されている首都圏地震観測網(MeSO-net)や首都圏強震動総合ネットワーク(SK-net)の観測点などで収録された近地地震の波形データを解析して、各観測点下における地盤構造を推定した。・既設の地震観測点の少ない関東平野北東部における大深度地盤構造を高空間分解能で推定するために、MeSO-netやSK-netなどの地震観測点の隙間を埋めるように、埼玉県春日部市やその周辺の7地点での臨時地震観測を開始した。・東京ガス(株)の超高密度地震防災システムSUPREMEのSIセンサによって収録された近地地震波形を地震波干渉法によって解析し、従来よりも飛躍的に高い水平空間分解能で関東平野の一部の地域における地震基盤構造を推定した。・これまでに関東平野北部で実施されている反射法地震探査、屈折法地震探査、及び深層井調査などの情報を文献調査などにもとづいて集積し、数値データ化した。・小型・低消費電力の強震動観測システムの試作機を開発した。同システムは、低消費電力16bit CPUと高感度MEMS型ディジタル加速度センサなどから構成されており、加速度センサの出力はC言語で開発された組み込みプログラムによってSDカードにイベントトリガ方式で保存される。また、手のひらサイズに小型・軽量化できて、単1乾電池4本で数ヶ月以上動作する。・上記のシステムを使用して、横浜市立大学金沢八景キャンパス(横浜市金沢区)において実験的な強震動観測を行った。この観測では、都市部における強震動観測に最適なトリガロジックや、トリガレベルの設定などについて検討した。また、2011年東北地方太平洋沖地震の余震を含む、観測地点において震度3以上であった6つの地震について強震記録を得ることに成功した。・東京ガス(株)の超高密度地震防災システムSUPREMEによって収録された近地地震波形への地震波干渉法の適用によって、これまでにない二次元的な水平空間分解能で、関東平野の一部の地域における地震基盤構造の推定に成功した。・これまでに関東平野北部で実施されている反射法地震探査、屈折法地震探査、及び深層井調査などの情報を文献調査などにもとづいて集積した。
高齢者の前痴呆状態とADL低下・抑鬱に対する地域サポートネットワークの予防的役割-大都市・過疎地・農村地域における高齢者コホートの追跡的研究

[目的]高齢者の社会的サポートやネットワークと死亡及び機能予後(自立、在宅で要介護、長期入院、施設入所)の関連については十分検討されていない。我々は北海度の3地域で長期間縦断研究の形で追跡している。今回は農村地域で6年間追跡した結果を報告する。[方法]北海道T町に在住する69才81才の男女全員を対象に1992年、1995年に健康状態と社会的サポート・ネットワークに関する調査を行った。質問票で、基本的属性、社会的サポート・ネットワーク(別居子、友人・親戚、近隣との交流、介護、情緒サポートなど)、ADL LADLなどを調べ、659人について、その後1998年までの6年間の死亡、施設入所、ADL、抑うつスコアーなどを追跡した。初回調査時をベースラインとして生命予後と機能予後(在宅で要介護、長期入院、施設入所の合計)と社会的サポートやネットワークとの関連についてCox比例ハザードモデルを用いて解析した。[結果]「受けられる情報サポートの少なさ」、「団体活動が少ないまたは参加していない」が年齢、慢性疾患の有無、喫煙などを調整しても男性で早期死亡と有意に関連していた。女性ではこの関係は見られなかった。一方、機能予後については男女ともに「配偶者」「団体活動への参加」が有意、男性ではさらに「友人の数」、「受けられる情緒的サポートの数」が有意に関連していた。さらに本研究では、高齢者の抑うつに及ぼすストレスフル・ライフイベントの影響とサポートネットワークの役割について調べた。北海道の鷹栖町において、1992年および1995年に69歳81歳(1992年時)の高齢者全数769名を対象とし、質問票による調査を実施した.ライフイベントの経験数は男女とも有意であり、多く経験されるほどSDS得点は高かった.そのほか,男性では配偶者が病気または死別していること,自身の健康状態が良くないことによりSDS得点が高い傾向が有意であった.男性ではネットワークおよびサポートに関する要因は有意ではなかった.一方,女性では親しい友人・親戚がいない,サポートを提供していない,身体的健康状態が良くない,IADLが低下していることによりSDS得点が高い傾向が有意であった.[目的]高齢者の社会的サポートやネットワークと死亡及び機能予後(自立、在宅で要介護、長期入院、施設入所)の関連については十分検討されていない。北海道の鷹栖町において、1992年および1995年に69歳81歳(1992年時)の高齢者全数769名を対象とし、質問票による調査を実施した.ライフイベントの経験数は男女とも有意であり、多く経験されるほどSDS得点は高かった.そのほか,男性では配偶者が病気または死別していること,自身の健康状態が良くないことによりSDS得点が高い傾向が有意であった.男性ではネットワークおよびサポートに関する要因は有意ではなかった.一方,女性では親しい友人・親戚がいない,サポートを提供していない,身体的健康状態が良くない,IADLが低下していることによりSDS得点が高い傾向が有意であった.【方法】北海道の鷹栖町において,1992年および1995年に69歳81歳(1992年時)の高齢者全数769名を対象とし,質問票による調査を実施した.解析対象としたのは,2回の調査に回答した496名(男性219名、女性277名)であった.質問票には,基本的属性(居住形態、職業など),過去一年間におけるストレスフル・ライフイベントの経験(16項目),ソーシャルネットワーク(別居子,友人・親戚,近隣との交流)およびサポート(介護,情緒的,提供)についての項目,健康状態に関する項目として,Zungのうつスケール(SDS),主観的健康状態,病気の数,ADL,IADLについての項目が含まれていた.1995年時のSDS得点を従属変数として,1992年時のSDS得点を共変量とし,サポートの有無などの関連要因を独立変数とした共分散分析を行った.【結果と考察】

1995年時のSDS得点の平均は35.46であった.女性の平均36.12は男性34.58よりも有意に高く,また,男女とも1992年時(男36.96,女38.57)に比べて1995年時のSDS得点は低かった.1992年時と1995年時のSDS得点間の相関係数は0.36(p<.001)であった.表に,男女別に1995年時のSDS得点に対する共分散分析の結果を示す.経験されたライフイベントの数は男女どちらにおいても有意であり,多く経験されるほどSDS得点は高かった.そのほか,男性では配偶者の状態と主観的健康状態が有意で,配偶者が病気または死別していること,健康状態が良くないことによりSDS得点が高かった.男性ではソーシャルネットワークおよびサポートに関する要因は有意ではなかった.一方,女性では親しい友人・親戚の有無,サポートの提供,主観的健康状態,病気の数,IADLが有意で,親しい友人・親戚がいない,サポートを提供していない,身体的健康状態が良くない,IADLが低下していることにより,SDS得点が高かった.この結果から,ライフイベントの経験によるストレスは男女とも抑うつのリスク要因であること,そしてソーシャルサポートネットワークの希薄さは特に女性において抑うつのリスク要因であることが考えられる.[目的]高齢者の社会的サポートやネットワークと死亡及び機能予後(自立、在宅で要介護、長期入院、施設入所)の関連については十分検討されていない。我々は北海道の3地域で長期間縦断研究の形で追跡している。今回は農村地域で6年間追跡した結果を報告する。[方法]北海道T町に在住する69才81才の男女全員を対象に1992年、1995年に健康状態と社会的サポート・ネットワークに関する調査を行った。質問票で、基本的属性、社会的サポート・ネットワーク(別居子、友人・親戚、近隣との交流、介護、情緒サポートなど)、ADL LADLなどを調べ、659人について、その後1998年までの6年間の死亡、施設入所、ADL、抑うつスコアーなどを追跡した。初回調査時をベースラインとして生命予後と機能予後(在宅で要介護、長期入院、施設入所の合計)と社会的サポートやネットワークとの関連についてCox比例ハザードモデルを用いて解析した。[結果]「受けられる情緒サポートの少なさ」、「団体活動が少ないまたは参加していない」が年齢、慢性疾患の有無、喫煙などを調整しても男性で早期死亡と有意に関連していた。女性ではこの関係は見られなかった。一方、機能予後については男女ともに「配偶者」「団体活動への参加」が有意、男性ではさらに「友人の数」、「受けられる情緒的サポートの数」が有意に関連していた。さらに本研究では、高齢者の抑うつに及ぼすストレスフル・ライフイベントの影響とサポートネットワークの役割について調べた。北海道の鷹栖町において,1992年および1995年に69歳81歳(1992年時)の高齢者全数769名を対象とし,質問票による調査を実施した.ライフイベントの経験数は男女とも有意であり,多く経験されるほどSDS得点は高かった.そのほか,男性では配偶者が病気または死別していること,自身の健康状態が良くないことによりSDS得点が高い傾向が有意であった.男性ではネットワークおよびサポートに関する要因は有意ではなかった.
発達過程における神経細胞K^+チャネルの密度と性質の調節機構に関する研究

神経細胞の発火パタンはその細胞の持っているイオンチャネルによって決定される。チャネルの機能を決定する因子はチャネルの密度と性質であるが、神経細胞はどのようにこれらの因子を調節して正常な機能を実現しているのかは明らかになっていない。本研究代表者らは、線条体コリン作動性ニューロンをモデルに、K+チャネルの密度と性質が発達過程において調節される機構について調べてきた。今回は遅延整流性電流についてその性質とそれをコードする候補遺伝子、及び電流とmRNAレベルの生後発達を調べた。線条体スライスにおいて、TEAの投与でコリン作動性ニューロンの発火パタンが変化し、遅延整流性電流がコリン作動性ニューロンの発火パタンに重要な働きをしていることが分かった。急性単離したコリンニューロンを用いて、遅延整流性電流の発達を、出生から生後2ヶ月までの間で調べたところ、出生時には低レベルの電流しか認められなかったが、それが生後3週令の間で単調増加し、その後一定のレベルに留まった。単離細胞を用いたTEAに対する感受性を調べたところ、異なる感受性を持つ電流の存在が示唆された。そこで、チャネルをコードする候補遺伝子を単一細胞RT-PCR法で調べた。その結果、すべてのコリン作動性細胞がKv1.1を、80%の細胞がKv1.2を、そして25%の細胞がKv2.1を発現することが分かった。また、kv3.1とKv3.2の発現が認められなかった。よって、コリンニューロンの遅延整流性電流をコードする主な候補遺伝子はKv1であることが示唆された。Kv1.1とKv1.2の発現の生後発達を調べたところ、Kv1.1が出生時に半分の細胞に見られるに対して、Kv1.2mRNAが生後2週令に初めて検出された。これらのことから、コリン作動性細胞の遅延整流性電流の電位依存性と薬理学的な多様性はチャネル遺伝子の発現の多様性によることが示唆された。
遺伝・環境要因からみた尿路結石形成機序の統合的解明と新規治療薬の開発

多因子疾患である尿路結石に対し以下の5研究を行った。I.オステオポンチン(OPN)を分子標的とするため、ヒト腎乳頭組織のマイクロアレイ解析と重合型OPNの機能解析を進めつつある。II.ミトコンドリア膜輸送体の主要蛋白cyclophilin D(CpD)阻害剤NIM811の腎結石形成抑制効果とCyD欠損マウスの結石増大を確認した。III. Mφ欠損マウスを用い抗炎症型Mφ(M2)の結石防御能を証明した。IV. ob/obマウスの結石増大とアディポネクチン・PPAR-γ作動薬の結石抑制効果を確認した。V.ヒトゲノムワイド関連解析で同定した3SNPのリスクアレル重複による結石形成リスク増大を示した。1.サル尿路結石形成モデルの作成サルにおける腎結石の有病率を調査するために、京都大学霊長類研究所においてCTスキャンによる観察を開始した。2.尿路結石の治療予防法確立に向けた5つのアプローチ(1)抗オステオポンチン(OPN)抗体による活性型OPNをターゲットとした分子標的治療薬の開発マウスにおける成果を論文作成し、掲載された。(2)尿細管細胞ミトコンドリア障害による結石形成とその予防法の確立mPTP特異的阻害剤NIM811投与を実施し、ラットにおける結石予防効果を確認した。(3)マクロファージ(Mφ)による結晶貧食作用を応用した結石溶解療法の樹立ア)Mφ機能不全マウスを用いた結石形成・消失の観察Mφ機能不全マウス(op/op)を用い、グリオキシル酸投与による結石形成量の増加を確認した。イ)結石患者尿・血液を用いたサイトカイン・ケモカインのマルチプレックスアッセイ患者から採取した尿の収集を進行中である。(4)アディポサイトカインを用いた脂質ダイナミクス制御による結石予防法の開発MetSモデルマウス(ob/ob)に対しグリオキシル酸投与を実施し、腎結石形成量の増加を同定した。またマイクロアレイ解析によって、炎症・酸化ストレス関連遺伝子の発現増加を同定した。(5)ヒトゲノムワイド解析による新規関連遺伝子の同定と機能解析ヒトDNA検体を用い、ゲノムワイド関連SNP解析(GWAS)を実施中である。1.抗オステオポンチン(OPN)抗体による活性型OPNをターゲットとした分子標的治療薬の開発:尿路結石動物モデルに対する抗OPN抗体投与研究進行中である。2.尿細管細胞ミトコンドリア障害による結石形成とその予防法の確立:NIM811の動物モデルにおける効果につき、論文作成した。3.マクロファージによる結晶貪食作用を応用した結石溶解療法の樹立:マルチプレックス解析装置MagPixでサイトカイン・ケモカインを同時測定し、結石群に特異的な免疫関連マーカーを検出した。今後追試を予定している。4.アディポサイトカインを用いた脂質ダイナミクス制御による結石予防法の開発:メタボリックシンドロームモデル動物に対し、アディポネクチンによる結石予防効果を示し、論文化した。またin vitro研究として、腎尿細管細胞-脂肪細胞-マクロファージの共培養システムを作成し、メタボリックシンドローム環境における結石形成促進機序を検討し、論文化した。5.ヒトゲノムワイド解析による新規関連遺伝子の同定と機能解析:これまで明らかにした尿路結石感受性領域の検証を実施し、3箇所(5q35.3, 7p14.3, 13q14.1)について疾患の関連を認め、この成果を論文化した。1.抗オステオポンチン(OPN)抗体を用いた分子標的治療薬:抗オステオポンチン抗体を作成し、モデルラットで結石の形成抑制を行った。2.腎尿細管細胞ミトコンドリア障害に着目した治療薬:ミトコンドリア膜輸送体であるcyclophilin Dのノックアウトマウスを用いて、結石形成機序を解明し、その制御薬による結石抑制を試みた。cyclophilin D欠損マウスとwild typeで、腎尿細管細胞やミトコンドリアの形態、細胞内カルシウム濃度、酸化ストレスなどの変化を画像解析と発現の定量化で比較、評価している。3.マクロファージ(Mφ)による結晶貪食作用を応用した結石溶解療法:単球刺激因子(CSF-1)遺伝子変異を有するMφ機能不全マウス(op/op;B6C3Fe a/a-CsfIop/J)を用い、Mφ欠損による結石形成・消失の動向を検証した。8週齢op/opとwild-typeに、シュウ酸前駆物質であるグリオキシル酸(80mg/kg)を連日腹腔内投与し、15日目まで結石の増加・消失を比較すると共に、腎組織でのMφの動向を免疫組織化学的、電子顕微鏡的(TEM, SEM)に観察した。

1.抗オステオポンチン(OPN)抗体による活性型OPNをターゲットとした分子標的治療薬の開発:活性型抗OPN抗体の入手が困難になったため、本年は研究を進めることができなかった。このため同様のOPN活性部位を標的とするOPN-N-half抗体による結石抑制研究を進行中であり、この成果をもとに臨床研究へと進めたい。2.尿細管細胞ミトコンドリア障害による結石形成とその予防法の確立:cyclophilin Dノックアウトマウス(CpD-/-)を導入し、尿路結石形成研究を行った。CpD-/-はシュウ酸暴露による尿細管上皮細胞内マクロファージにMPTP(膜透過性輸送孔)を介したH+の移行が発生せず、ミトコンドリア崩壊に伴う細胞障害・アポトーシスが発生しにくいため、CpD+/+と比較して結石形成が有意に少ないことが認められた。3.マクロファージによる結晶貪食作用を応用した結石溶解療法の樹立:マルチプレックス解析装置MagPixで尿中サイトカイン・ケモカインを同時測定し、結石群には炎症性マクロファージ(M1)誘導因子が高く、抗炎症マクロファージ(M2)誘導因子が低いことが判明した。多変量解析にて結石形成にはIL-4が低値であることが検出された。4.アディポサイトカインを用いた脂質ダイナミクス制御による結石予防法の開発:メタボリックシンドロームモデルマウスに対し、高脂肪食を投与し、これまでマウスでは結石形成が不可能であったシュウ酸前駆物質エチレングリコールの自由飲水から結石形成が生じることを発見した。電子顕微鏡の観察で、尿細管細胞には脂肪変性が生じており、M1マクロファージの遊走が有意に多かった。この成果を論文化し、投稿中である。5.ヒトゲノムワイド解析による新規関連遺伝子の同定と機能解析:尿路結石感受性領域として、3箇所(5q35.3, 7p14.3, 13q14.1)の疾患関連についての論文が掲載された。現在尿路結石患者の再発に関わる前向き研究のための準備を進めている。26年度が最終年度であるため、記入しない。医歯薬学26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、5つのことを計画した。それぞれにおいて進展状況は異なるが、おおむね順調に進展している。I.抗体を用いた分子標的薬の開発は、現在サルを用いた研究が滞っており、(3)といえる。II.ミトコンドリア障害を防止する予防薬の開発については当初申請した内容まで達成しており、(1)といえる。III.マクロファージによる結石溶解療法は、マクロファージによる溶解機序をほぼ解明しており、(2)と考える。IV.脂肪ダイナミックス制限による予防法の開発は、その責任遺伝子の同定までこぎつけることが出来、(2)と考える。V.ゲノムワイド解析による遺伝子の同定と機能解析は新たな遺伝子を発見し、現在投稿中で、(1)と考える。各課題とも、順次成果を出しつつある。ただし当初の計画にあったサル結石モデルについては、結石形成が得られなかったため、基礎研究の成果を用いて、臨床研究への移行を検討している、1.抗オステオポンチン(OPN)抗体を用いた分子標的治療薬:抗オステオポンチン抗体を作成し、モデルラットで結石の形成抑制を行った。モデルサルの開発が完成していないため、やや遅れている。
イネ品種間における粒重と胚乳細胞数の関係及びその決定機構に関する研究

本研究では,粒重が大きく異なるイネ5品種,ササニシキ(玄米乾物重20.9mg),アキヒカリ(22.6mg),フクノハナ(25.7mg),房吉(33.5mg),オオチカラ(39.6mg)の強勢な穎果を用いて,穀粒生長速度(Grain Growth Rate : GGR),有効乾物蓄積期間(Effective Filling Period : EFP),最終粒重,胚乳細胞数,胚乳中の糖濃度の関係について解析した.ポットで分げつ除去,土耕栽培した.出穂直前にファイトトロンに移動し,登熟期の温度環境を一定に保った.穎果の直線的な乾物蓄積期間に一定の間隔で数回と完熟時にサンプルを行い,新鮮重,乾物重を測定した.このデータからGGRやEFPを算出した.さらにこのサンプルについて,エタノールで糖の抽出を行い,イオン交換樹脂を通した後,TMS化を行い,ガスクロマトグラフィで糖含量を測定した.胚乳細胞数の測定法には,穀粒の完熟後,横断切片と縦断切片から細胞数を測定する方法を用いた.最終粒重が大きい品種ほど胚乳細胞数が多く,胚乳細胞当たりの乾物重も多くなった.最終粒重にはGGRもEFPも有意に影響したが,GGRの影響の方が大きくなった.このGGRへは胚乳細胞数と胚乳細胞当たりの乾物蓄積速度の両方が影響していた.胚乳細胞当たりの乾物蓄積速度は,胚乳の糖濃度が十分にある場合には,胚乳細胞の乾物蓄積能力の影響を受け,胚乳の糖濃度が不十分の場合は,胚乳の糖濃度の影響を受けると考えられる.今回の実験では,品種間における胚乳細胞当たりの乾物蓄積速度と,胚乳の糖濃度との間には,正の関係が見られなかった.むしろ,胚乳細胞当たりの乾物蓄積速度が大きいものほど,胚乳の糖濃度が低い傾向がみられた.これは,胚乳の糖濃度十分であることを示しており胚乳細胞当たりの乾物蓄積速度は糖を乾物すなわちデンプンに変換する能力により決定されていることが示唆された。
若年者の職業決定支援システムの開発と普及に関する実証的研究

本研究の目的は、(1)若年者の職業決定を支援するシステムの開発と、(2)導入モデルの策定、(3)デモンストレーションの実施をするしとにある。具体的には、「職業評価指標」を開発し、そのテスト及び具体的効果を実証的に測定することである。本年度は、上記の(1)(2)の段階(若年者の職業決定を支援するシステムの開発と導入モデルの策定)に取り組んだ。当初は「指標の開発」を研究目的としていたが、時勢により同類の目的を持った施策が次々と実行に移されていること(例えば関係省庁が協働する「若者自立・挑戦プラン」による「ニュートラ」の構築、「なるにはメッセ」の実施、ハローワークの強化、日本版デュアルシステムの実施等)、また一つの指標の開発のみに心血を注ぐよりも、より包括的、かつ学問的に「就業支援」全体に取り組む方が有益かつ生産的であると判断し、今年度は若年層以外の就業決定支援システムを参考に、そこで積み上げられてきた知見を取り入れ、それを本研究の礎石とすることを目的とした。具体的には中高年層の就業を支援している「ホームレスの就業自立支援事業」に着目し、本研究にとって参考となる支援体制を導き出した。具体的には「NPO法人北九州ホームレス自立支援機構」の支援活動に自ら参与し、二つの調査(自立支援センター退所者調査、自立支援住宅退所者調査)を通じて得た知見を学会にて報告した。こうして得られたノウハウ(若年層の就業支援において参考とすべき点・留意すべき点)は、今後の支援システム開発の屋台骨となり、来年度以降の研究の発展につながるものである。また、こうした活動と同時並行的に、若年の非正規雇用労働者の生活実態・生活構造・生活意識を、ライフヒストリー法を用いてつぶさに観察する調査にも着手した。具体的には北部九州に住まう若年の非正規雇用労働者10名を対象とし。彼ら・彼女らへの断続的かつ包括的な聞き取り調査を実施した(現在も継続中)。このインタビュー調査は35年のスパンで非正規雇用労働者を追跡調査し、非正規雇用労働者の置かれた社会的状況を彼ら・彼女らの目から捉え返すことを目的としている。本研究の目的は、(1)若年者の職業決定を支援するシステムの開発と、(2)導入モデルの策定、(3)デモンストレーションの実施をすることにある。本年度は、上記の(1)の段階(若年者の職業決定を支援するシステムの開発)に取り組んだ。当初は「指標の開発」を本年度の研究計画としていたが、時勢により同類の目的を持った施策が次々と実行に移されていること(例えば関係省庁が協働する「若者自立・挑戦プラン」による「ニュートラ」の構築、「なるにはメッセ」の実施、ハローワークの強化、日本版デュアルシステムの実施等)、また一つの指標の開発のみに心血を注ぐよりも、より包括的、かつ学問的に「就業支援」全体に取り組む方が有益かつ生産的であると判断し、今年度は若年層以外の就業決定支援システムを参考に、そこで積み上げられてきた知見を取り入れ、それを本研究の礎石とすることを目的とした。具体的には中高年層の就業を(ギリギリのラインで)支援している「ホームレスの就業自立支援」に着目し、本研究にとって参考となる支援体制を導き出した。ホームレスの就業支援に着眼したのは、当該事業は労働市場において下層に組み込まれやすい中高年層の就業を手助けしているため、若年非正規雇用者(の就業支援)にとっても参考となる点が多いと判断したからである。本年度は「NPO法人北九州ホームレス自立支援機構」の支援活動に自ら参与し、二つの調査(自立支援センター退所者調査、自室支援住宅退所者調査)を通じて次の知見を得た。・就業支援の具体的なプロセスとハローワークとの有機的な連携について・職業生活を円滑に送っている人とそうでない人(=離職する人)とでの、社会的属牲と支援段階における手続きの差についてこうして得られたノウハウ(若年層の就業支援において参考とすべき点・留意すべき点)は、今後の支援システム開発の屋台骨となり、来年度以降の研究の発展につながるものである。

こうして得られたノウハウ(若年層の就業支援において参考とすべき点・留意すべき点)は、今後の支援システム開発の屋台骨となり、来年度以降の研究の発展につながるものである。また、こうした活動と同時並行的に、若年の非正規雇用労働者の生活実態・生活構造・生活意識を、ライフヒストリー法を用いてつぶさに観察する調査にも着手した。具体的には北部九州に住まう若年の非正規雇用労働者10名を対象とし。彼ら・彼女らへの断続的かつ包括的な聞き取り調査を実施した(現在も継続中)。このインタビュー調査は35年のスパンで非正規雇用労働者を追跡調査し、非正規雇用労働者の置かれた社会的状況を彼ら・彼女らの目から捉え返すことを目的としている。
アイオノマー上の分子散乱ダイナミクスを考慮した燃料電池触媒層酸素輸送機構の解明

本研究課題は固体高分子形燃料電池触媒層における酸素輸送現象に関して,ナノスケールからメゾスケールに渡ったマルチスケール解析を行い,触媒層構造と酸素輸送特性の相関を明らかにすることで燃料電池の高効率化を図ることが研究目的である.本年度はアイオノマー膜表面における酸素散乱現象およびアイオノマー膜で構成された微小流路における酸素拡散性について分子動力学シミュレーションを用いて解析を行い,次のような知見が得られた.酸素分子の散乱現象については,アイオノマー膜の含水率によって変化する表面組成と散乱過程の相関について明らかにし,高分子鎖に衝突した場合に比べ溶媒分子に衝突した酸素分子は表面に吸着しやすく,表面との適応具合も高い傾向がある.一方,高分子鎖に衝突した酸素分子は表面とほとんど適応せず,入射時のエネルギー履歴を残して反射する傾向となった.これらの散乱過程および適応具合について,表面に入射した際の衝突分子種ごとに評価し,表面滞在の割合やエネルギー適応具合について評価を行った.また,散乱・表面拡散現象が触媒層空孔における酸素輸送現象に与える影響を評価するために,アイオノマー膜で構成された微小流路における酸素拡散性について解析を行った.全体の酸素拡散性は含水率が増加するにつれ低下しており,これは表面吸着・拡散する酸素分子の割合が増加したためと考えられる.酸素の拡散性について,気相中の拡散と表面と相互作用中の酸素分子の拡散に分類して解析を行った結果,表面相互作用中の酸素分子の拡散性は含水率によって大きく低下する傾向が明らかとなった.来年度は最終年度として,これまで得られた知見からアイオノマー膜表面における分子散乱モデルを構築し,実構造の触媒層における酸素輸送現象の解析を行う.これにより,分子散乱ダイナミクスを考慮した輸送機構の解明が達成できると考えている.今年度はアイオノマー膜表面における酸素分子散乱挙動について,含水率によって変化する膜構造と散乱特性の相関を明らかにすることができ,また触媒層空孔における酸素拡散性への影響を評価することが出来た.特に膜中の水分子表面において酸素分子が吸着しやすく,またエネルギー適応が進む知見はこれまで提案されてきた気体分子反射モデルでは考慮されておらず,アイオノマー膜表面特有の現象をして分子レベルの解析が進められた.また,従来の触媒層空孔における酸素輸送解析ではKnudsen拡散を仮定した解析が進められてきたが,近年では微細多孔体における気体輸送への表面拡散現象の寄与が報告されており,本研究でも分子動力学シミュレーションによってアイオノマー膜表面での表面拡散が触媒層全体の輸送へ寄与することを定量的に評価することが出来た.これまで分子動力学シミュレーションで得られた知見をモデリングすることで,分子散乱ダイナミクスを考慮した多孔体内における気体輸送解析が可能になると考えられる.これまでの知見から,アイオノマー膜表面での酸素分子散乱現象および触媒層空孔内における酸素輸送現象に関して,散乱・輸送特性とアイオノマー膜構造特性の相関を明らかにすることが出来た.これらの知見により,酸素分子の表面における散乱・表面拡散現象のモデリングを行うことで,触媒層全体の酸素輸送現象の解明へボトムアップする.触媒層全体の酸素輸送現象解析には実際の触媒層の走査型電子顕微鏡により得られた画像データから多孔体構造を再構築し,内部の酸素輸送現象についてモンテカルロ直接法を用いた解析を行う.モンテカルロ直接法による解析では,気体分子間同士の衝突および壁面への衝突を乱数により決定することで内部の輸送現象を再現する.触媒層のような微細多孔体においては,気体分子間同士の衝突より壁面との衝突が相対的に増加するため.壁面での気体分子反射モデルが重要となる.本研究では従来の現象論に基づいた反射モデルではなく,分子動力学シミュレーションを用いた解析により得られた結果からモデルを構築し,モンテカルロ直接法に実装する.これにより,アイオノマー膜表面での分子散乱ダイナミクスのようなナノスケールの現象から微細多孔体における気体輸送といったメゾスケールの現象まで,スケールを横断した解析が可能となると考えていく.研究の最終目標として,触媒層構造特性と酸素輸送特性の相関を明らかにし,高酸素輸送特性をもつ触媒層構造を特定することで触媒層理論設計への提言を行う.本研究課題は固体高分子形燃料電池の高効率化に向けて,カソード側触媒層における酸素輸送現象を明らかにすることを目的とし,触媒層表面を覆うアイオノマー膜上での酸素分子の散乱挙動からボトムアップした気体輸送現象の解明を行う.本年度はアイオノマー表面上の酸素分子散乱現象について,分子動力学シミュレーションを用いた解析を行い,次のような知見が得られた.入射した酸素分子はアイオノマー表面と衝突後すぐ表面から離脱する過程と表面に吸着しある程度滞在した後に離脱する過程に分類することができ,これらの散乱過程は入射時の並進運動エネルギーおよび酸素分子が衝突した際のアイオノマー膜の分子種によって決定されている.反射時の酸素分子の並進運動エネルギーを比較してみると,衝突後すぐ反射したものは表面とあまり適応せず,入射エネルギーの履歴を残しているのに対して,吸着後離脱した酸素分子のエネルギー分布は表面温度におけるMaxwell分布と近い分布となっており,表面滞在中に酸素分子がアイオノマー膜に適応していると考えられる.反射方向とエネルギーの相関を見るために,散乱角度分布を比較すると,どちらの散乱過程においても等方的な角度分布を示している.また,反射エネルギーの散乱角依存性は見られなかった.