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錯体水素化物のリチウムイオン伝導機構解明と材料開拓

錯体水素化物は金属と水素からなる籠状の錯イオンを有する材料であり、リチウムのような陽イオンが固体内を高速で伝導することから全固体二次電池の固体電解質への適用が期待される。錯体水素化物におけるイオン伝導の最大の特徴は錯イオンの回転によりイオン伝導パス形成されることであり、これらの構造的・動的挙動とリチウム伝導の相関を明らかにすることで新規伝導特性の創出の可能性が導かれる。平成30年度は、錯体水素化物のリチウムイオン伝導機構の解明と高イオン伝導性を有する水素化物固体電解質材料の創出を目指して、異なる錯イオンの複合化による構造と伝導率の変化および得られた材料を用いた全固体電池の特性を調べた。以下に詳細を報告する。・クロソ系錯体水素化物内の錯イオンの固溶の効果を調査するために、(1-x)Li[CB9H10]-(x)Li[CB11H12]擬似二世文系材料の合成を行なった。X線回折法により構造変化を調べた結果、x=0.3において、錯イオンの回転と超リチウムイオン伝導性を示すLi[CB9H10]の高温相が室温で合成可能であることが明らかになった。・インピーダンス測定・NMR測定により、0.7Li[CB9H10]-0.3Li[CB11H12]のイオン伝導特性を測定した。その結果、Li[CB9H10]の高温相の伝導率が室温まで維持されることが分かった。室温(25°C)の伝導率は6.7×10-3 S/cmであった。・0.7Li[CB9H10]-0.3Li[CB11H12]を全固体電池の固体電解質に用いて電池特性調べた結果、これまでの固体電解質とリチウム負極間の界面抵抗として最も低い0.78 Ωcm2となることが見出された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。29年度は、錯体水素化物のリチウムイオン伝導機構の解明と高イオン伝導性を有する水素化物固体電解質材料の創出を目指して、原子欠損導入による構造、伝導率、伝導機構の変化を調べた。・クロソ系錯体水素化物Li2[B12H12]を対象にメカニカルボールミリングによる原子欠損導入を試みた。粉末X線回折法、誘導結合プラズマ法、水素分析法により構造変化を調べた結果、処理時間の増加によりリチウムと水素の欠損量が増加することが明らかになった。・分子動力学計算を用いてクロソ系錯体水素化物の原子欠損を熱力学的に評価した。実験で得られた原子欠損は数百Kの外部エネルゴーにより実現できることが示唆された。・インピーダンス測定により、処理前後のイオン伝導率を測定した。原子欠損型Li2[B12H12]は未処理の材料より3桁以上高いリチウムイオン伝導率を示した。また、処理前後に活性化エネルギーの変化がないことから,イオン伝導率の増加は原子欠損によるキャリア濃度の増加に起因していることが示唆された。29年度は、材料合成および解析法の構築に注力した。その結果、実験・計算の両面からの原子欠損導入の検証とそれによるイオン伝導率の向上に成功しただけでなく、原子欠損、キャリア濃度、伝導率、活性化エネルギーの相関解明に基づくイオン伝導機構の解析が可能となった。これまでに、錯体水素化物イオン伝導体における原子欠損の効果の報告例は皆無であり、上記成果により錯体水素化物イオン伝導体の研究が大いに加速化すると期待される。したがって、進捗状況は順調であると判断した。以下に進捗状況の詳細を簡潔に記す。・実験(メカニカルボールミリング)と計算(分子動力学計算)の両面からのアプローチにより、メカニカルボールミリング条件と原子欠損形成の相関が明らかになった。特に、リチウムと水素が同時に抜けることがそれぞれの元素が単独で抜けることより熱力学的に安定であることが見出され、この知見は様々な錯体水素化物イオン伝導体の研究に適用できると予想される。・二次電池材料としての利用可能性を検証するために、原子欠損型材料を固体電解質に用いた全固体電池を作製し、電池特性を調べた。正極にTiS2、負極にLi金属、固体電解質に原子欠損型クロソ系錯体水素化物を用いた全固体電池は可逆的な充放電特性を示した。以上の結果により、原子欠損型錯体水素化物の実用的な二次電池材料としての適用が期待される。

平成30年度は、錯体水素化物のリチウムイオン伝導機構の解明と高イオン伝導性を有する水素化物固体電解質材料の創出を目指して、異なる錯イオンの複合化による構造と伝導率の変化および得られた材料を用いた全固体電池の特性を調べた。以下に詳細を報告する。・クロソ系錯体水素化物内の錯イオンの固溶の効果を調査するために、(1-x)Li[CB9H10]-(x)Li[CB11H12]擬似二世文系材料の合成を行なった。X線回折法により構造変化を調べた結果、x=0.3において、錯イオンの回転と超リチウムイオン伝導性を示すLi[CB9H10]の高温相が室温で合成可能であることが明らかになった。・インピーダンス測定・NMR測定により、0.7Li[CB9H10]-0.3Li[CB11H12]のイオン伝導特性を測定した。その結果、Li[CB9H10]の高温相の伝導率が室温まで維持されることが分かった。室温(25°C)の伝導率は6.7×10-3 S/cmであった。・0.7Li[CB9H10]-0.3Li[CB11H12]を全固体電池の固体電解質に用いて電池特性調べた結果、これまでの固体電解質とリチウム負極間の界面抵抗として最も低い0.78 Ωcm2となることが見出された。30年度は、29年度の研究から得た知見を化学修飾クラスター([CyBx-yHx](2-y)-、x = 10、12、y = 1,2)型錯体水素化物へと拡張し、結晶構造制御による超イオン伝導体の創成を目指す。さらに全固体電池への実装を行い、固体電解質としての実用性を検討する。・具体的には、原子欠損および錯イオンの固溶化による結晶構造制御指針を化学修飾クラスター([CyBx-yHx](2-y)-、x = 10、12、y = 1、2)型錯体水素化物へと拡張し、その高速イオン伝導相の室温安定化を目指す。評価法としては、得られた試料の構造を粉末X線・中性子回折により解析する。また電気化学インピーダンス法によりイオン伝導率を測定し、構造制御効果を確認する。合わせて化学構造をラマン・赤外分光法、中性子準弾性散乱法、核磁気共鳴法で、熱特性を示差熱天秤ー質量分析法で評価する。・作製したイオン伝導体を用いて全固体電池を作成し、高速充放電特性及びサイクル安定性を評価し固体電解質材料としての実用性を検討する。試料の電位窓および電気化学的安定性をサイクリックボルタモグラム、粉末X線回折、顕微ラマンにより評価する。また、主な電極材料との界面反応性をSTEMによる構造解析および薄膜試料のX線回折・インピーダンス測定によって補完する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
ナノ・サブミクロン電気化学計測法の確立と先進型ナノ複相耐食鋼の開発

微小面積の電気化学計測を行う手法としてナノ・サブミクロン電気化学計測技術を開発し、その技術を用いて腐食メカニズムを解明することで、耐食性に優れるナノ複相耐食鋼を開発することを目的とする。開発した技術を用いて、個々の微細組織ごとに電気化学計測を行うことで、金属組織が耐食性に与える影響を明らかにする。当該年度は、(1)微小な領域に対する電気化学計測技術の開発および、(2)鉄鋼材料中の合金元素偏析と固溶元素が材料の耐食性におよぼす影響の解明の二つの観点から研究を行った。微小な領域に対する電気化学計測技術の開発に関しては、共焦点レーザー顕微鏡を用いることで、鉄鋼材料の金属組織が腐食挙動におよぼす影響をナノメートルスケールでその場観察することに成功した。この開発した手法は、従来用いられてきた電気化学測定手法に比較して、格段に優れた画像分解能で腐食挙動をその場観察することが可能である。この手法は、腐食研究以外の分野においても応用可能であり、電気化学測定手法の向上に大きく貢献すると考えられる。鉄鋼材料中の合金元素偏析と固溶元素が材料の耐食性におよぼす影響の解明に関しては、鉄鋼材料中のリンの元素偏析が局部腐食の起点となることを明らかにした。さらに、金属組織学的観点から考え、リン偏析を低減するためにオーステナイト・フェライトの二相域にて熱処理を行うことが耐食性の向上に効果的であるということを見出した。また、固溶炭素が耐食性におよぼす影響を、電気化学計測と計算機科学を用いて調査した。その結果、固溶炭素は、鉄の電子状態を安定化することで活性溶解を抑制し、耐食性を向上させるという知見が得られた。本年度の研究により得られた成果に関して、2本の原著論文が論文誌(査読有り)に掲載済みである。さらに、国内学会にて4件、国際学会にて1件、国際シンポジウムにて1件の口頭発表を行った。現在までに、(1)微小な領域に対する電気化学計測技術の開発および、(2)鉄鋼材料中の合金元素偏析と固溶元素が材料の耐食性におよぼす影響の解明の二つの観点から研究を行った。当初は、今年度の研究計画として、材料中の微小な領域に対して電気化学計測を行うために、その場観察機能付きナノ・サブミクロン電気化学計測技術(ナノサイズの腐食進展挙動を解析するための電気化学計測技術)の開発を行うことを予定していたが、その点に関しては非常に計画通りに進展したと考えられる。具体的には、従来のその場観察系に共焦点レーザー顕微鏡を導入することで、鉄鋼材料の金属組織が腐食挙動におよぼす影響をナノメートルスケールでその場観察することに成功した。さらに、当初の計画にあった電気化学測定手法の開発だけでなく、現在までに、鉄鋼材料中の合金元素偏析と固溶元素が材料の耐食性におよぼす影響の解明にも着手した。具体的には、鉄鋼材料中のリンの元素偏析が局部腐食の起点となることを明らかにした。現在までに共焦点レーザー顕微鏡をその場観察系へ導入することで、その場観察の精度を高めた電気化学計測技術の開発を行った。今後は、微小な電極面の作製方法の確立に着手することを予定している。現在用いられている電極面積は、最小のものでも100マイクロメートル四方である。しかし、鉄鋼材料の金属組織はそれよりも微細なものが多く、個々の金属組織に対して電気化学計測を行うためには、微小面積の電極面を作製する必要がある。さらに、開発した電気化学計測技術を用いて、材料の金属組織が耐食性におよぼす影響および孔食発生メカニズムを調査することを計画している。現在までの研究により、固溶炭素が耐食性を高めることが解明された。今後は、炭素以外の固溶元素が耐食性にどのように影響をおよぼすのかを調査することで、高耐食鋼を開発することを目指す。この研究は、電気化学計測と計算機科学(第一原理計算)を用いることで、実験・シミュレーションの両視点から行う。

この開発した手法は、従来用いられてきた電気化学測定手法に比較して、格段に優れた画像分解能で腐食挙動をその場観察することが可能である。この手法は、腐食研究以外の分野においても応用可能であり、電気化学測定手法の向上に大きく貢献すると考えられる。鉄鋼材料中の合金元素偏析と固溶元素が材料の耐食性におよぼす影響の解明に関しては、鉄鋼材料中のリンの元素偏析が局部腐食の起点となることを明らかにした。さらに、金属組織学的観点から考え、リン偏析を低減するためにオーステナイト・フェライトの二相域にて熱処理を行うことが耐食性の向上に効果的であるということを見出した。また、固溶炭素が耐食性におよぼす影響を、電気化学計測と計算機科学を用いて調査した。その結果、固溶炭素は、鉄の電子状態を安定化することで活性溶解を抑制し、耐食性を向上させるという知見が得られた。本年度の研究により得られた成果に関して、2本の原著論文が論文誌(査読有り)に掲載済みである。さらに、国内学会にて4件、国際学会にて1件、国際シンポジウムにて1件の口頭発表を行った。現在までに、(1)微小な領域に対する電気化学計測技術の開発および、(2)鉄鋼材料中の合金元素偏析と固溶元素が材料の耐食性におよぼす影響の解明の二つの観点から研究を行った。当初は、今年度の研究計画として、材料中の微小な領域に対して電気化学計測を行うために、その場観察機能付きナノ・サブミクロン電気化学計測技術(ナノサイズの腐食進展挙動を解析するための電気化学計測技術)の開発を行うことを予定していたが、その点に関しては非常に計画通りに進展したと考えられる。具体的には、従来のその場観察系に共焦点レーザー顕微鏡を導入することで、鉄鋼材料の金属組織が腐食挙動におよぼす影響をナノメートルスケールでその場観察することに成功した。さらに、当初の計画にあった電気化学測定手法の開発だけでなく、現在までに、鉄鋼材料中の合金元素偏析と固溶元素が材料の耐食性におよぼす影響の解明にも着手した。具体的には、鉄鋼材料中のリンの元素偏析が局部腐食の起点となることを明らかにした。現在までに共焦点レーザー顕微鏡をその場観察系へ導入することで、その場観察の精度を高めた電気化学計測技術の開発を行った。今後は、微小な電極面の作製方法の確立に着手することを予定している。現在用いられている電極面積は、最小のものでも100マイクロメートル四方である。しかし、鉄鋼材料の金属組織はそれよりも微細なものが多く、個々の金属組織に対して電気化学計測を行うためには、微小面積の電極面を作製する必要がある。さらに、開発した電気化学計測技術を用いて、材料の金属組織が耐食性におよぼす影響および孔食発生メカニズムを調査することを計画している。現在までの研究により、固溶炭素が耐食性を高めることが解明された。今後は、炭素以外の固溶元素が耐食性にどのように影響をおよぼすのかを調査することで、高耐食鋼を開発することを目指す。
代数的K理論とレギュレーター写像の研究

本研究の目的は、キューブとそのボット・チャーン形式という幾何的な対象を用いてレギュレーター写像を計算することであった。本年度は特に、ボット・チャーン形式がクロネッカー・アイゼンシュタイン級数によって表されるような2次のキューブを、有理楕円曲面の上に構成することを目標に研究した。前年度の研究のなかで筆者は、楕円曲面上のある1次のキューブが2次のキューブの境界として表せる、という結果を得た。それに引き続いて本年度筆者は、この2次のキューブのボット・チャーン形式がアイゼンシュタイン・クロネッカー級数を用いて表されることを、有理楕円曲面でそのすべての特異ファイバーのコンフィギュレーション・グラフが可縮である場合に示した。また、コンフィギュレーション・グラフが可縮でない場合でも、定義体が有理数体の時には、同様の結果が得られることもわかった。また、この2次のキューブを楕円曲面のファイバーである楕円曲線に制限して、それを組み合わせることによって楕円曲線の2次の代数的K群の元を構成することを試みた。しかし、単独の楕円曲面からでは、沢山の代数的K群の元をつくるのは難しいことがわかった。複数の楕円曲面を組み合わせることによって、より多くのK群の元が構成できるのではないかと、筆者は思っている。代数体上で定義された多様体のL関数は、数論的幾何学では重要な研究対象である。Beilin-sonの予想とは、そのL関数の特殊値が、多様体の代数的K理論からDeligneコホモロジーへのレギュレーターとよばれる写像をつかって記述できる、という予想である。この予想は、成り立つことが確かめられている多様体の例がいくつかあるものの、一般的には未だ証明されていない難しい予想である。一般に代数的K理論の元を構成することは困難であるが、最近、キューブとよばれる幾何的な対象をもちいて、代数的K理論の元を記述する方法が開発された。また、キューブに対するBott-Chern形式とよばれる微分形式が、レギュレーター写像を記述することも証明された。本研究の目的は、キューブとそのBott-Chern形式を用いて、代数多様体の代数的K理論の元を構成する一般的な方法を確立し、それを用いて楕円曲線やアーベル多様体のBeilinson予想を証明することである。本年度は、楕円曲線の場合を考察した。まず楕円曲線のBeilinsonの予想に関するDeningerの論文を精読して、楕円曲線の代数的K理論のEisenstein symbolとよばれる元の構成について知見を得た。また、楕円ポリログと楕円Bloch群に関するWildeshausの論文を精読した。そして、単独の楕円曲線を考えるのではなく、楕円曲線の族を考え、その族のパラメータに関する微分方程式を考えることによって、Eisenstein symbolの新しい構成の方法が得られる、という予想をたてた。来年度は、この予想の解決を目指して研究をすすめる予定である。本年度はまず、デニンガーによる楕円曲線のレギュレーター写像にかんする論文を精読した。この論文では、楕円曲線のレギュレーター写像が、アイゼンシュタイン・クロネッカー級数によって表されることが証明されている。その後、楕円曲線の2次のK群に対応するアイゼンシュタイン・クロネッカー級数について研究した。しかし、単独の楕円曲線の上ではなく、その族である楕円曲面の上でその級数を考えた。この場合、級数は曲線のパラメーターと族のパラメーターの二つの変数をもつ。そして、この二つの変数をもつアイゼンシュタイン・クロネッカー級数に関して、その微分の間になりたつ関係式を見つけた。これまでに知られているアイゼンシュタイン・クロネッカー級数の微分に関する関係式は、曲線のパラメーターのみに関するものであるが、ここで得られたものは族のパラメーターも込めた関係式である、という所が今までにない点である。また、楕円曲面が有理的であるときに、この関係式から楕円曲面上のある1次のキューブが2次のキューブの境界として表せる、という結果を導いた。ここで得られた2次のキューブのボット・チャーン形式がアイゼンシュタイン・クロネッカー級数を用いて表されることが示されれば、楕円曲線の2次のK群の元を大量に構成できるだろう。
静電気力を利用した生体高分子の集積化による多孔性マイクロデバイスの作製

本研究は、静電気を利用した薄膜作製法であるエレクトロスプレー法を用いて、タンパク質微粒子を基板上に集積させることにより多孔性薄膜を作製し、そのデバイス特性を評価することを目的とする。本年度は、マイクロ流路を持つセルを作製し、このセルを用いて薄膜表面の流動電位測定を行うことにより、多孔性薄膜のバイオセンシングデバイスとしての可能性を検討した。1.マイクロ流路セルの作製幅5mm×高さ1mm×長さ40mmの流路(チャンネル)を持つアクリル樹脂製のセルを作製した。このセルには数mm角サイズの薄膜試料を固定した基板を取り付けることができる。2.流動電位測定エレクトロスプレー法を用い、白金-パラジウムをコートしたアクリル基板上に3mm×3mmサイズのα-ラクトアルブミン(α-LA)多孔性薄膜を作製した。このアクリル基板をマイクロ流路セルに取り付け、チャンネルに電解質溶液(HEPESバッファー)を流す際に発生する薄膜界面における動電位(流動電位)を測定することによって、α-LA薄膜のカルシウムイオン応答性を評価した。薄膜の流動電位は、α-LAのリガンド物質であるカルシウムイオンを含む溶液中での電位と、リファランスとした同濃度の2価のカチオンであるマグネシウムイオンを含む溶液中での電位との間に有意差を示した。この結果は、流動電位測定によってα-LAのリガンドであるカルシウムイオンの検出が可能であることを示唆している。また、作製条件の異なるα-LA多孔性薄膜についての流動電位測定から、表面構造の違いが流動電位に反映されることも明らかにした。1.多孔性薄膜の構造制御静電気力を利用した薄膜作製法であるエレクトロスプレー法を用いて、タンパク質微粒子の集積化による多孔性薄膜の作製について検討した。電気伝導度が一定値以上のタンパク質溶液についてはエレクトロスプレー法を適用することができなかった。タンパク質溶液にエレクトロスプレー法を適用する際は、使用するタンパク質溶液の電気伝導度を透析等の処理によりあらかじめ低下させておく必要があることを明らかにした。エレクトロスプレー法により作製したタンパク質微粒子からなる多孔性薄膜について、走査型電子顕微鏡(SEM)および原子間力顕微鏡(AFM)を用いて表面構造を評価した。SEM及びAFM観察の結果、(1)タンパク質溶液の濃度、(2)スプレー時間の検討によって数10数100ナノメートルのスケールで薄膜表面の多孔構造制御が可能であることを明らかにした。また、タンパク質溶液への高分子(ポリエチレンオキシド)の添加によって不織布状の多孔性薄膜の作製も可能であることを明らかにした。2.多孔性薄膜の生理活性エレクトロスプレー法によって基板上に集積したタンパク質微粒子間にグルタルアルデヒドを用いて化学架橋を行うことによりフリースタンディングな多孔性薄膜を作製することに成功した。架橋後のα-ラクトアルブミン薄膜については、メカノケミカル(MC)法を用いてカルシウムイオンのリガンド結合によって起こる薄膜のディメンジョン変化を測定した。MC測定の結果、架橋後の薄膜も生理活性を維持していることを明らかにした。また、架橋後の薄膜については、冷蔵保存状態で2週間以上生理活性を維持することを明らかにした。
放電プラズマ接合法による鉄シリサイド系熱電変換材料のp-n直接接合

FeSi_2系熱電変換材料の創製とp-n直接接合について、最新の焼結・接合技術である放電プラズマ法に着目して、熱電変換効率に優れるFeSi_2系熱電変換材料の創製とp型-n型熱電変換材料の直接接合を試みた。昨年度は、放電プラズマ法による高性能β-FeSi_2系熱電変換材料の作製条件および得られたp型素子とn型素子を間接接合することで熱電変換モジュールを作製し、それらのゼーベック係数を測定した。しかしながら、放電プラズマ焼結・接合法を利用すれば、焼結と同時にp-n直接接合が可能であり、容易に熱電変換モジュールが作製できると考えられる。そこで、本年度は、放電プラズマ法による粉末からの焼結とp-n接合を同時に行い、熱電変換モジュールの作製の可能性を検討した。さらに、得られたモジュールを種々の形状に加工し、これらの熱電変換特性を評価するためにゼーベック係数を求めることで、熱電変換特性に優れた最適な形状を検討した。その結果として、加圧力35MPa、加熱温度1023K、保持時間600sの条件における焼結・接合によりp-n接合体さらにはp-n-p-n接合体の作製が可能であることが明らかとなった。また、得られた接合体に対して工作機械を用いて二次加工を施し、凹型のモジュールの作製を試みたところ、いずれの接合体も加工が可能であり、ワイヤーカッターなどの工作機械を用いてモジュールへの加工が容易に行えることがわかった。さらに、加工した凹型モジュールを用いて、温度差と熱起電力を測定し、ゼーベック係数を計算したところ、0.62mV/Kという高い値を示した。これは、昨年度の研究で得られたp-n間接接合モジュールと同等の値であり、これまで報告されていたゼーベック係数(0.1mV/K)を大きく上回る値となった。FeSi_2系熱電変換材料の創製とそのp-n直接接合について、最新の焼結・接合技術である放電プラズマ法に着目して、熱電変換効率に優れるFeSi_2系熱電変換材料の創設とp型-n型熱電変換材料の直接接合を試みた。具体的には、エネルギー変換効率の高い熱電変換モジュールの作製手法を確立することを目的として、「放電プラズマ焼結法による熱電変換効率の高いβ-FeSi_2の作製条件を明らかにするとともに、放電プラズマ接合法によるp-n直接接合の手法の確立」に関する研究を進めた。そして、放電プラズマ焼結法により種々の条件でp型・n型β-FeSi_2系熱電変換材料を作製し、p-n間接接合を行い簡易型の熱電変換モジュールにより、温度差発生装置を用いて熱起電力を測定し、熱電変換特性の評価を行った。その結果として、1023K以上の焼結温度において相対密度が95%以上となり、9231073Kの焼結でほほβ単相となる焼結体が得られた。また、1023K,600sあるいは1.8ksの焼結条件で、これまで報告されていたゼーベック係数(0.1mV/K)を大きく上回る値(0.6mV/K)を示すことを明らかにした。さらに、複数のモジュールを直列に組み合わせることでさらに高いゼーベック係数が得られ、モジュールを構成する熱電変換素子の接合面の接触面積はゼーベック係数に影響を及ぼさないことを実験的に示した。そして、得られた最適な焼結条件(1023K,600sあるいは1.8ks)で作製したp型・n型β-FeSi_2系熱電変換材料を放電プラズマ接合法により、p-n直接接合を行い、接合体の加工性とモジュールの熱電変換特性を調査した結果、1050K付近の接合で二次加工が可能で高いゼーベック係数を示すことが判明した。

FeSi_2系熱電変換材料の創製とp-n直接接合について、最新の焼結・接合技術である放電プラズマ法に着目して、熱電変換効率に優れるFeSi_2系熱電変換材料の創製とp型-n型熱電変換材料の直接接合を試みた。昨年度は、放電プラズマ法による高性能β-FeSi_2系熱電変換材料の作製条件および得られたp型素子とn型素子を間接接合することで熱電変換モジュールを作製し、それらのゼーベック係数を測定した。しかしながら、放電プラズマ焼結・接合法を利用すれば、焼結と同時にp-n直接接合が可能であり、容易に熱電変換モジュールが作製できると考えられる。そこで、本年度は、放電プラズマ法による粉末からの焼結とp-n接合を同時に行い、熱電変換モジュールの作製の可能性を検討した。さらに、得られたモジュールを種々の形状に加工し、これらの熱電変換特性を評価するためにゼーベック係数を求めることで、熱電変換特性に優れた最適な形状を検討した。その結果として、加圧力35MPa、加熱温度1023K、保持時間600sの条件における焼結・接合によりp-n接合体さらにはp-n-p-n接合体の作製が可能であることが明らかとなった。また、得られた接合体に対して工作機械を用いて二次加工を施し、凹型のモジュールの作製を試みたところ、いずれの接合体も加工が可能であり、ワイヤーカッターなどの工作機械を用いてモジュールへの加工が容易に行えることがわかった。さらに、加工した凹型モジュールを用いて、温度差と熱起電力を測定し、ゼーベック係数を計算したところ、0.62mV/Kという高い値を示した。これは、昨年度の研究で得られたp-n間接接合モジュールと同等の値であり、これまで報告されていたゼーベック係数(0.1mV/K)を大きく上回る値となった。
電極や金属からの電子移動型反応を鍵段階とする高性能多元素環状化合物の新規合成法

本研究では、特異的な多元素環状化合物として、upper rimに4個のリン酸エステル基やホスフィンオキシド基をカリックスアレーン骨格の4位に直接結合した多くの誘導体48を初めて合成すると共に、得られた種々のテトラ(4-リン置換基)カリックス[4]アレーン誘導体58のconformationは、IR, MASS, ^1H-,^<13>C-および^<31>P-NMRにより決定し、反応中に原料のテトラ(4-ブロモ)カリックス[4]アレン誘導体14のConformationが変化していない事を確認した。さらに、種々の金属塩化物の塩酸酸性下におけるクロロホルム中での抽出機能を検討した結果、ホスフィンオキシド基を持つカリックスアレンが塩化第2鉄だけを極めて高い選択性をもって抽出することが判明した。また、同じホスフィンオキシド基を持つカリックスアレンの中でも、cone型のconformationをもつ立体異性体がpartial cone型のconformationをもつ立体異性体よりも抽出機能が優れていることも判明した。現在のところ、塩化第2鉄だけがUpper Rimにジフェニルホスフィンオキシド基が直接結合しているカリックス[4]アレーン誘導体5c、6c、7c、8cに抽出される理由については、必ずしも明確ではないが、塩酸水溶液の濃度を高めると一般的に抽出機能が高まる事などより、リン酸エステル基よりもジフェニルホスフィンオキシド基が塩基性度が高いため、リン原子に結合した酸素原子がプロトン化され易くなり、リン原子上に生成する正電荷とFecl_4-アニオンのイオン対形成が有利になるものと考えられる。さらに、n-Prエーテル基をもつ異性体の中でもcone型のconformationをもつ7cが、最も優れた能力を示すのはFeCl_4-アニオンの大きさがカリックス[4]アレンの同じ側にある4つのホスフィンオキシドのキャビテイの大きさにフイットするからではないと考えられる。
神経芽腫におけるアダプター蛋白質Shfの機能解析と治療への応用

我々はこれまでの研究において、予後良好な神経芽腫症例に高発現するアダプター蛋白質であるSrc homology 2 domain containing F (Shf)が、受容体型チロシンキナーゼであるanaplasticlymphoma kinase (ALK)と結合し、相互作用を示すことを発見した。またShfはPDGF受容体や神経成長因子NGF受容体TrkAと結合することも既に報告されている。今回の研究ではALK、PDGF受容体およびTrkAとの相互作用の解析を進めることでShfの機能をさらに詳細に解明しようと試みたが、残念ながら期間内に有意義な成果をあげることはできなかった。今回の研究ではこのShfのさらなる機能解析を行う計画であり、ALK、PDGF受容体およびTrkA受容体との機能相関に注目して展開し、将来的な臨床応用を目指すことを考えている。当該年度では細胞株(293T細胞)を新たに購入し、細胞培養実験を行うための環境作りに従事した。これまでの研究は他施設との共同研究であったため、当研究室で新規に実験システムを構築する必要があった。十分に実施可能な計画を立て、必要物品を揃えることに時間を要した。しかし研究に従事できる時間が限られていたため、計画に遅れが生じている状況である。今後の計画としては、まずは細胞株を用いたShf、ALK、PDGF受容体およびTrkA受容体の発現解析および結合性の確認を行う予定である。また複数の神経芽腫細胞株を用意し、これらの蛋白質を過剰発現あるいはsiRNAを用いて発現抑制したときの細胞の機能の変化、すなわち細胞増殖能、遊走・浸潤能および分化能の変化を観察する予定である。当該年度では細胞株に遺伝子導入するためのプラスミドDNAを作成・購入し、また研究機器のメンテナンスを行った。以前の研究は他施設との共同研究であったため、当研究室で新規に実験システムを構築する必要があった。また複数の神経芽腫細胞株を用意し、これらの蛋白質の過剰発現あるいはsiRNAを用いて発現抑制したときの細胞の機能の変化、すなわち細胞増殖能、遊走・浸潤能および分化能の変化を観察する予定である。診療や教育活動など研究活動以外の職務が多忙であり、研究活動に従事する時間が限られていたため。我々はこれまでの研究において、予後良好な神経芽腫症例に高発現するアダプター蛋白質であるSrc homology 2 domain containing F (Shf)が、受容体型チロシンキナーゼであるanapastic lymphoma kinase (ALK)と結合し、相互作用を示すことを発見した。今回の研究の目的はShfの機能解析を発展させることであり、将来的な難治性神経芽腫治療への臨床応用を目指す土台作りとなる計画であった。ALKとShfとの機能相関の解析をさらに進め、かつPDGF受容体とShf、並びにTrkAとShfとの機能相関と比較検討することによって、Shfの多機能アダプター蛋白質としての性質を明らかにすることを試みた。最終年度では前年度より引き続き免疫沈降実験を中心に計画を進めた。複数の神経芽腫細胞株を新たに購入し、これらにPDGF受容体およびTrkAを発現させるためのプラスミドDNAを作成・購入した。またシグナル伝達に関与するものを中心に各種抗体を購入した。必要物品を揃えながら実験を進めたが、実際に研究に従事できる時間が限られていたことや、細胞株の培養でエラーが続いたことなどが原因で、期間内に有意義な成果をあげることができなかった。今回、有益な研究成果を得られなかったことは誠に残念であるが、必要な物品や設備など研究の環境面や実験のテクニカルな面においてはこの期間内におよそ充実させることができた。これらを財産として実験を継続し、医学の発展に寄与していくことが我々の努めであると考えている。

またShfはPDGF受容体や神経成長因子NGF受容体TrkAと結合することも既に報告されている。今回の研究ではALK、PDGF受容体およびTrkAとの相互作用の解析を進めることでShfの機能をさらに詳細に解明しようと試みたが、残念ながら期間内に有意義な成果をあげることはできなかった。診療や教育活動など研究活動以外の職務が多忙であり、研究活動に従事する時間が限られていたため。研究活動以外の職務をできるだけ効率よく遂行し、研究活動により多くの時間を割り当てられるように努力する。必要に応じて研究協力者に積極的に協力・助言を求めていく。小児外科学研究活動以外の職務をできるだけ効率よく遂行し、研究活動により多くの時間を割り当てられるように努力する。研究が計画よりも遅れており、当該年度に購入予定であった物品を購入しなかったため。当該年度に購入予定であった物品を次年度に購入する予定である。
水素製造のための燃料プロセシングおよび発電に関する研究

メタンの部分酸化反応に対して、10wt% Ni/Al_2O_3が2wt%Rh/Al_2O_3よりも高い活性を有したことからNi/Al_2O_3、ペロブスカイト型Ni触媒、ヘキサアルミネート型Ni触媒を検討した。400°C焼成Ni/Al_2O_3、1000°C焼成ヘキサアルミネート型触媒が高活性であった。特に高温焼成、高温還元したヘキサアルミネート型触媒は炭素析出を抑制し安定で高い活性を示した。これは高温焼成により均一なヘキサアルミネート相が生成し、高温還元により高分散な金属Niが触媒表面に形成したからである。酸化に耐性のある貴金属触媒を用いた改質ガス中でのシフト反応を検討した。種々のアルミナ担持貴金属触媒において、低温域でメタンを生成するがCO転化率が95%を越えるRu触媒に着目した。その結果、中程度の電気陰性度であるV_2O_3に担持したRu触媒がメタン生成反応を抑制しシフト反応に比較的高い活性を示した。Ru触媒の改質ガス中でのCO選択酸化反応を検討した。その結果、Ru/La_2O_3が低温域でメタン生成を抑制して高いCO除去率を達成した。また水蒸気を含んだ水素で還元処理を行うと触媒活性が大きく向上した。メタンをほとんど生成することなく1.3%COを50ppm以下まで低減した。水素還元した触媒と水蒸気を含む水素で還元処理した触媒の物性を比較検討したが、BET比表面積、結晶相、酸化状態に大きな違いはなく、水蒸気を含む水素で還元処理をすると酸化還元を受けやすいRu種が生成するのではないかと考える。以上の結果から、部分酸化反応にヘキサアルミネート型Ni触媒、CO変性にCu-Al_2O_3-ZnO触媒、CO選択酸化反応にRu/La_2O_3触媒を用いることにより、PEFCに供給可能なCOを含まないH_2リッチな燃料を製造することが可能である。
位相異性

ビス(9ートリプチシル)X型化合物において,2つのCーX結合のまわりの回転が同期することによりもたらされる新規立体化学について,引き続き検討を行った。1)相関回転障壁の決定X=CH_2,Y=F(一方のみ)の^<19>FDNMRについては東北大学において共同研究が進行中である。X=C=O Y=Hについては,Kによる還元によってのみ,室温でもかなり寿命を持つ赤色ケチルラジカルを観測できた。そのシグナルは橋頭位に隣り合う縮合位の6個の炭素による^<13>Cサテライトを示しており、この温度変化の測定が進行中である。2)絶対立体配置の決定X=CH_2,Y=OH,CO_2Hの化合物をもとに、光学活性なグル-プを絡ぎ,X線相対法で絶対立体配置を決定する試みには引き続いて努力したが、良好な単結晶を与えるものは発見出来なかった。現在Y=OHについてジベンゾア-トキラリティ-法を適用する共同研究が進行中である。3)ギヤ-スリップ機構d【double arrow】l相互変換の速度論的解析には種々努力したが,HPLC用の旋光度検出器がなければ,精度などが不充分であることが解った。現在その準備が進んでいる。その比較のために種々のYについて,新たにmeso【double arrow】dlの相互変換の速度論的解析を行った。その結果極めて大きな置換基効果が観測され,これからもギヤ-スリップ機構について議論出来ることが解った。本研究費で購入した備品類は実験室の常備品的なものばかりであるが、特に液体クロマトグラフSSCー2000E(示差屈折計付)は、分離,精製速度論的解析などに有効に使われた。
新縮合剤を用いるリン酸トリエステルの立体選択的合成

新縮合剤メシチレンスルホニル5-(ピリジンー2ーイル)テトラゾールを用いてジヌクレオチドのオルトクロルフェニルエステルを立体選択的に合成する際にR又はS配置のいずれをとるかを調べるためにスタッキングの最も大きいと孝えられるデオキシアデノシン誘導体を合成し、ブロトンnmr円二色性、モデル構築を行った。トリエステルの合成には酸処理によって脱保護可能なジメトキシトリチル基をアミノ基、5'および3'水酸基の保護基として用いた。通常の縮合剤メシチレンスルホニルニトロアゾリドを用いて二つのジステレオマーを合成しシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより移動度の大きいもの(h)と小さいもの(l)に分離しそれぞれの円二色性をまず測定しアイソマーlはスタックしていることを見出した。プロトンnmrの核オーバーハウザー効果(NOE)を観察することによりアイソマーIにおいてはフェニルエステルと1'プロトンおよび4'プロトンが近接していることを明らかにした。アイソマーhについてはNOEは観察されなかった。これらのことはモデル構築においてアイソマーlがSp位置をとった時のみ予盾なく説明出来る。ベンゼンスルホン酸アゾリド類によるリン酸ジエステルの活性化機構はいくつかの研究グループにより研究されているがリン酸エステルとスルホン酸の無水物が中間体として形成されアゾールが反応してリン酸ジエステルのアゾリドが活性中間体となると考えられている。デオキシアデノシン3'-オルトクロルフェニルリン酸の活性化においてメシチレンスルホニルクロリドを反応させた後に5-(ピリジン2-イル)テトラゾールを加えるとアイソマーIのみではなく両方のアイソマーが生じた。選択的反応は無水物形成時であることがわかった。
ERK5によるカテコラミン生合成促進機構とその生理的・病理的な役割の解明

今年度は、ERK5による神経細胞の膜興奮性の制御機構のさらなる解明を試みた。神経細胞のモデルであるPC12細胞において、ERK5を選択的に活性化させると、電位依存性K+チャネル(Kv4.2および4.3)のmRNA発現量が増大する一方、電位依存性Ca2+チャネル(L、N、P/Q型)の発現量は変化しないことが、これまでにわかっていた。さらに、Kv4.2のβサブユニットであるK channel-interacting proteins(KChIPs)の発現量についても検討を加えたところ、KChip1-4の中でもKchip3のmRNA発現量が他のアイソフォームよりも50倍以上高く、PC12細胞ではKchip3が最も主要なものであることが明らかになった。しかし、ERK5シグナルによって、KChip3の発現量は有意に変化しなかった。さらに、Kv4.2のタンパク質レベルでの発現量を調べてみたところ、ERK5シグナルによってKv4.2 mRNAの発現の上昇が認められるにもかかわらず、Kv4.2タンパク質の有意な発現上昇は認められなかった。しかし、Kv4.2のリン酸化について調べたところ、ERK5の活性化によってKv4.2のリン酸化が亢進し、ERK5のドミナントネガティブ変異体ではKv4.2のリン酸化が抑制された。ERK5の活性化により一過性外向き電流(A電流)の不活性化が抑制することがすでに明らかになっていたが、この事象はERK5によるKv4.2のリン酸化に起因することが推測された。また、ERK5によるA電流の不活性化の抑制は、古典的Hodgkin-Huxleyのモデルにより神経の発火頻度が増大することことが明らかになった。これまでの研究により、PC12細胞において、ERK5をshRNAでノックダウンすると、カテコラミン生合成の律速酵素であるチロシンヒドロキシラーゼの発現が消失し、ドパミンなどのカテコラミン類の産生が大きく減弱することが明らかになっていた。そこで、この使用したshRNAのオフターゲット効果を否定するために、標的配列が異なる別のERK5のsiRNAで細胞を処理すると、shRNAの場合と同様にチロシンヒドロキシラーゼの発現が、顕著に抑制することをあらためて確認した。ERK5はankrd1の遺伝子発現を介して、チロシンヒドロキシラーゼを安定化すると推定されていた。このankrd1をsiRNA法でノックダウンし、産生されるカテコラミン類をLCーMS法で定量したところ、PC12細胞は全カテコラミンの約95%をドパミンとして、また5%程度をノルアドレナリンとして合成し、どちらのカテコラミン類もankrd1 siRNAにより、生合成量が有意に減少することが明らかになった。さらに、ERK5の病理的な役割を解明するために、ヒト正常副腎髄質検体7例と副腎褐色細胞腫11例におけるチロシンヒドロキシラーゼとERK5の発現量を比較検討した。その結果、ヒト正常副腎髄質ではERK5とチロシンヒドロキシラーゼの発現量の間に比較的高い相関性が認められた(R=0.79)。一方、褐色細胞腫ではチロシンヒドロキシラーゼの高発現が認められたが、ERK5の発現量は逆に低下しているという予想外の結果が得られた。腫瘍化した副腎髄質では、ERK5によるカテコラミンの生合成機構が破綻し、何らかの別の機構が働いていると思われる。ヒト副腎褐色細胞腫は症例数が当大学病院では年2-3例と少なく、必要な検体数を集めるのに年単位の時間がかかることを予想していたが、連携研究者の腎泌尿器外科講座では過去に得られていた褐色細胞腫検体の冷凍サンプルが詳細な患者データとともに多数保管されており、それらの検体を利用することが可能となったため、当初の見込みよりも短期間で研究計画を進められ、貴重なヒト検体を用いた実験結果を得ることができた。今年度は主に、1)神経細胞の膜興奮性を制御する各種イオンチャネルの発現に対するERK5の役割と、2)in vivoにおけるERK5の役割の解明を試みた。1)の研究に関しては、PC12細胞においてERK5を選択的かつ恒常的に活性化させた後、各種イオンチャネルの遺伝子発現量をqRT-PCR法で定量したところ、電位依存性のL型、P/Q型、N型のいずれのCa2+チャネルの発現量の増加は認められなかったが、電位依存性のKv4.2およびKv4.3のK+チャネルの発現量が増加することを見出した。また、NGF刺激によるKv4.2の遺伝子発現の誘導は、ERK5阻害薬により有意に抑制された。さらに電気生理学的にKv4.2およびKv4.3の一過性外向き電流(A電流)を測定すると、ERK5を活性化させた細胞群ではA電流の増大が認められたことから、ERK5は神経細胞の興奮性を抑制する作用を有することが示唆された。2)の研究課題においては、連携研究者との共同研究により、メタンフェタミン腹腔内投与によるマウスの自発運動量の増加が、ERK5阻害薬であるBIX2189の脳室内投与により、有意に抑制された。さらにメタンフェタミン投与後に線条体におけるERK5の活性化が認められ、その活性化もBIX2189で抑制された。つまり、ERK5阻害薬が何らかのメカニズムでカテコラミンの作用を抑制して、自発行動量を減少させたものと推定された。当初の予定どおり、今年度はin vivoにおけるERK5の役割について検討することが出来た。

その結果、ERK5がカテコラミンの生合成あるいは分泌の促進を引き起こして、マウスの自発運動量を増加するという実験結果が得られた。さらに、in vitroの実験系において、ERK5がK+イオンチャネルを活性化して、膜興奮性を制御するという生理的な役割を担っている知見も得られたため、実験計画がおおむね順調に進展していると思われる。今年度は、ERK5により発現が上昇することが明らかになっていたmidnolinの生理的な役割について検討を加えた。Midnolinは2000年に日本のグループによってES細胞からクローニングされたが、その詳細な役割などは不明であったのが現状である。神経細胞のモデルであるPC12細胞をNGFで刺激すると、midnolin mRNAの発現が誘導されたが、その発現はERK5阻害薬のBIX02189およびERK1/2を阻害するU0126の前処理で有意に抑制された。また、midnolinの細胞内局在は免疫染色および生化学的な細胞内小器官の分画の実験などから、主に核と細胞内小胞に局在していることが示唆された。さらに、パーキンソン病(PD)患者様86名と健康な方100名のゲノム情報を比較した山形大学の分子疫学的な研究より、PD患者の10.5%(9人)でmidnolin遺伝子のコピー数の減少が認められ、健康な方ではその減少が全く認められなかったことから、midnolinがPDの関連遺伝子であることが明らかになった。また、PC12細胞のmidnolin遺伝子をゲノム編集により破壊した細胞株を作製したところ、midnolinを欠損させた細胞株では、NGFによる神経突起の伸展が完全に抑制された。さらに、midnolin遺伝子の破壊によって、PDの原因遺伝子の一つであるparkinE3ユビキチンリガーゼの遺伝子発現が抑制されることが明らかになった。これらの実験結果から、midnolinはparkinの遺伝子発現を促進することにより、細胞内のミスフォールドタンパク質のユビキチン化と分解に関連することが明らかになり、その機能不全によってPDの発症および進行が引き起こされることが示唆された。当初の計画予定通り、1)ERK5およびankrd1によるカテコラミン生合成機構を細胞レベルで概ね解明できたこと、2)ERK5阻害薬を用いた動物行動薬理試験が終了したこと、3)ヒト臨床検体を用いて、ERK5と副腎褐色細胞腫との関連性を解明できたため、概ね当初の計画はすでに達成できた。さらに、ERK5によって発現が制御されるmidnolinがパーキンソン病と関連することが明らかになり、そのmidnolinの生理的・病理的な役割を一部解明できたことから、本研究課題が当初の計画以上に進展した。今年度は、ERK5による神経細胞の膜興奮性の制御機構のさらなる解明を試みた。神経細胞のモデルであるPC12細胞において、ERK5を選択的に活性化させると、電位依存性K+チャネル(Kv4.2および4.3)のmRNA発現量が増大する一方、電位依存性Ca2+チャネル(L、N、P/Q型)の発現量は変化しないことが、これまでにわかっていた。さらに、Kv4.2のβサブユニットであるK channel-interacting proteins(KChIPs)の発現量についても検討を加えたところ、KChip1-4の中でもKchip3のmRNA発現量が他のアイソフォームよりも50倍以上高く、PC12細胞ではKchip3が最も主要なものであることが明らかになった。しかし、ERK5シグナルによって、KChip3の発現量は有意に変化しなかった。
ベッド上空間スイッチによるロボットの作業指示

プロジェクションシステムとジェスチャ認識機器を用い,下肢に障害があり日常生活環境内での移動に困難が伴うユーザが,車椅子からベッドに移動した後で,必要な対象物を簡単な指示で把持するロボットアームシステムの構築を行った.ベッド上のシーツを投影面とするプロジェクタを情報提示手段とすることで,固定されたモニタや体に拘束されるHMDなどを用いることなくユーザとロボットのインタラクションが可能になった.本システムの適用に関し、障碍者のICFに基づく生活分析からのロボットのサポートの可能性について検討した。日常生活環境内での移動に障碍のある患者等が、ベッド上においてユーザが望む対象物を簡単な指示で把持するロボットアームシステムの実現を目指し、ロボットアームと、ベッドのシーツを投影面とするプロジェクタ及び、ベッド上のユーザの手の位置のモニタリングのための3Dスキャナの統合システムの一次試作を行った。昨年度調達したプロジェクタを実験室の天井下に直下方向を向けて固定し、介護ベッド上のシーツにロボットの作業環境のモニタリング画像を投影した。作業環境のモニタリングのためにロボットアームJACOの手首部分にCCDカメラを装備した。また、ユーザの手を認識するため、介護ベッドの傍に3Dスキャナとして昨年度調達したKINECT for Windowsを設置した。試作したロボットアームシステムの操作方法は以下のとおりである。ユーザが作業開始の合図としてシーツの上で手を振ると、KINECTがそれを検知してロボットの制御を開始する。ユーザは投影されている作業環境のシーツに投影されたモニタリング画像上で上下左右に手を動かすことで、当該システムはロボットアームの作業環境中での上下左右の平行移動指令として解釈する。その際のロボットによる解釈のユーザ側の判断の手掛かりとして、マウスポインタ様のキャラクタを投影画像内に表示した。その結果、把持対象物体の正面にロボットアームのハンドを移動できることを確認した。また、下肢に障害のある方の実際のニーズ調査として予備的なインタビューを行い、ベッドにいる時に取ってきてほしいものとして、ペットボトル、尿瓶、ティッシュペーパーなどがあることを確認した。昨年に引き続き障碍者のICFによる生活分析に基づいてロボットによる支援の可能性について分析した。以上の成果を平成25年度第31回ロボット学会学術講演会において発表した。日常生活環境内での移動に障碍のある患者等が、ベッド上においてユーザが望む対象物を簡単な指示で把持するロボットアームシステムの実現を目指し、ロボットアームと、ベッドのシーツを投影面とするプロジェクタ及び、ベッド上のユーザの手の位置のモニタリングのための3Dスキャナの統合システムの構築について検討した。シーツ上に投影されるロボットの作業環境のモニタリング画像及び様々なキャラクタ画像の上にユーザが手をかざすことで、作業指示のためのジェスチャとみなして、その指示に従ってロボットに作業を行わせる。かざされた手の位置を3Dスキャナで計測し、ユーザの意図を解釈するシステムの構成が目標である。当該年度では、まずロボットアームとして比較検討の結果、当初計画したiArmに変えて、現在当研究室で保有しているKINOVA社製のJACOアームを用いることとした。さらに、本計画で用いるための物体の把持機能の実装のため、把持対象の物体側にマイクロレンズアレイとモアレパターンを利用したARマーカーを添付し、作業空間中の物体のデータと位置姿勢の情報を統一的に取り扱えるシステムを構築した。対象物の姿勢推定誤差が1度以下という高い精度で対象物体を認識できることを確認した。また、合わせてそのようなロボットによるユーザへの介助が実際の障碍者の生活支援にどれだけ効果的なものになるかの客観的な指標としてICFに注目し、日常生活における生活支援機能の定量的な評価の可能性についても検討した。3Dスキャナについては、マイクロソフトのKINECT for Windowsを調達し、実際の人の手の位置の検知の枠組みについて検討した。プロジェクタとしてCASIOXJ-A256を産総研の交付金にて調達した。両者を組み合わせたユーザインタフェースの使用について検討し、次年度からのシステム構成に備えることとした。日常生活環境内での移動に障碍のある患者等が、ベッド上においてユーザが望む手元にない対象物を簡単な指示で把持し運搬するロボットアームシステムの実現を目指し、モニタリングカメラを備えた電動車いす上のロボットアームとベッドのシーツを投影面とするプロジェクタ及びベッド上のユーザの手の位置のモニタリングのための3Dスキャナの統合システムの構築を行った。昨年度までに一次試作を行ったシステムを拡張する形で開発を行い、今年度はロボットアームを備えた電動車いすとそこに装着した雲台つきモニタリングカメラの制御を無線ネットワークに接続したコンピュータからロボットアームと一体的に操作できるシステムを開発した。人間情報学、人間医工学昨年度の外注プログラマの契約の遅れによるシステム開発の遅れにより、システムは一次試作にとどまっており、今年度はさらなるブラッシュアップが必要である。ロボットアームの整備については順調に進んでいるが、ユーザインタフェースとしてのプロジェクションシステムの開発に若干の遅れが生じている。

当初システム開発の外注を予定していたプログラマが外注業者を退職し、別のグループの雇用スタッフとして採用されたため、今まで進めてきた打ち合わせ通りの開発が行えなくなったためである。ARマーカを利用した対象物のタグづけによる把持対象物体の確実な把持動作を本システムに組み込み、より確実な作業を可能とする改良を行う。また、実際のユーザによる評価を目指し、人間工学実験の設計と倫理申請を行う。打ち合わせを重ねてきたプログラマが、今年度から雇用を離れ個人事業者として作業を受注できることとなったため、予算のスタートにと共に調達請求を行っている。今後は6月末日を納期とするこのシステムを元に、さらにロボットアームシステムとの統合およびシステムの改良を行っていく予定である。初年度使用予定の予算によるシステム開発が、発注予定のスタッフが別予算で産総研に雇用されることとなったので、発注が1年遅れることとなり、開発スケジュール全体が1年遅れることとなった。当初予定していたシステムの全体統合とブラッシュアップを最終年度である本年度に終了させる。また、今までに得られた成果について海外での学会等に発表していく予定である。3Dスキャナ装置とプロジェクタ投影画像作成を統合したシステムの調達を100万円程度で行う。開発に必要なソフトウェア等の調達に100万円ほど使用する。また、国内学会での発表に10万円程度使用する。
異文化環境下における適応促進の介入方法としてのソーシャル・スキル学習

異文化不適応の取り組みを、従来の医学モデル的な対症療法から、教育モデルに基づく予防方へと、パラダイムを展開させたい。本研究では、異文化環境下における欠損スキルを学習によって身につけるアプローチを開発することを目的とした。異文化適応のソーシャル・スキル欠損仮説に基づけば、異文化不適応は、母国で社会的有能性を発揮していた者にも起こり得る。それは当該社会でのソーシャル・スキルが異なるためで、後天的な学習によってそれは獲得が可能とみなされる。このモデルに即して考えると、ソーシャル・スキルはホストとの対人関係形成に有効に作用し、異文化適応を促進する。まず留学生を対象としたソーシャル・スキル実施とソーシャル・サポート・ネットワークの形成、および異文化適応の質問紙調査によって、これらの要因間の関係を明らかにした。次に日本人学生を対象とした、留学生の異文化間ソーシャル・スキル実施のニーズを調べ、要求水準について明らかにした。同時に日本人学生のソーシャル・サポート・ネットワーク形成についての対象データを得て、留学生のソーシャル・サポート・ネットワークの特質を明らかにした。また、留学生と親密な関係を築いた少数の日本人学生を対象に、半構造的面接調査を実施し、異文化間の対人関係形成において、必要となるソーシャル・スキルの領域、およびソーシャル・サポートの授受について実証的に明らかにした。これらに基づき、現実的な漸次的接近方を取り入れた、ソーシャル・スキル学習プログラムを構成した。
超音波アシスト水熱合成法を利用したPZT単結晶合成

チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)は、最も重要かつ優れた強誘電/圧電材料だが、単結晶化が不可能とされてきた。これを阻むのは結晶非対称性と1000°C以上の高温プロセスである。一方、「水熱合成法」はキュリー点以下の150°C程度での低温合成を可能とし、応募者はチタン酸鉛において、完全配向エピタキシャル化に成功し、強誘電・圧電特性測定から優れた特性を実証している。本申請では応募者が独自開発した「超音波アシスト水熱合成法」を展開応用し、基板剥離が容易な100ミクロン以上の単結晶PZT厚膜を実現し、残留応力のない単結晶PZTとしての圧電・強誘電特性評価を可能にすると共に、革新的超音波デバイスへと展開させる。