hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
非鉛ペロブスカイト太陽電池の探究と基礎物性の包括的解明

有機カチオン・鉛・ハロゲンから成るペロブスカイト太陽電池の登場以降、真の実用化に向けて有毒な鉛を使わない非鉛ペロブスカイト太陽電池の実現が期待されているが、変換効率は鉛系の1/31/4程度に留まっている。重要な課題は電荷輸送層を含めた準位アライメントと非鉛ペロブスカイトの安定性であり、新規材料開発に加えて素子の構造・プロセス・電子物性を総合的に理解する必要があるが、複雑性ゆえ極めて困難である。研究代表者は近年、高速スクリーニングと基礎物性の深い理解の両者を可能にする周波数変調マイクロ波複素伝導度装置(FM-TRMC)を独自開発し、有機太陽電池研究で新たな概念を開拓した。本課題では、この手法を非鉛ペロブスカイト太陽電池研究へ適用し、新規評価法の開発と圧倒的速度での発電層/電荷輸送層の探索に加え、繊細な材料・プロセスの中に隠れた基礎学理を探求する。本年度は鉛(Pb)スズ(Sn)混合ペロブスカイトのFM-TRMC評価を行い、光照射直後では電荷キャリアに帰属される通常の「正の実部と微小な負の虚部」が観測された一方で、0.2-0.3 μs後に「負の実部と巨大な正の虚部」へと過渡的に変化する異常信号を初めて見出した。周波数依存性・温度依存性ならびに材料比較結果を基に異常応答の原因を解明した。すなわち、電荷キャリアが時間とともにトラップに捕捉され、メチルアンモニウムカチオン(MA)双極子が固定化されることで実虚部共に元々の誘電率が減少し、逆符号の伝導度信号を与える機構である。さらに、キャリアトラップに対して赤外のpush光を照射すると、異常信号が減少される様子が観測され、上記のキャリアトラップによるMA双極子の固定化と誘電率の減少の機構が妥当である結果が得られた。以上の結果から、Pb/Snペロブスカイトで初めて見られた異常誘電応答の基礎学理を包括的に解明した。非鉛ペロブスカイト元素としてはPbと同じ14族のSnが挙げられるが、Sn2+はPb2+と比べて本質的にイオン化されやすく容易にSn4+に変化し、溶液ないし多結晶膜中でホールドーパントとして働く。上記のPb/Sn混合ペロブスカイト中ではそれらが電荷トラップとして働き、異常誘電応答の原因となっている。そのため、Snペロブスカイト太陽電池素子では、SnF2のような酸化抑止剤を加えてドーピング濃度を減少させることが一般的である。さらに、貧溶媒トリートメントを行うことで、キャリアトラップが減少し、キャリアトラップに起因する異常誘電応答が減少することを確認している。一方、元素周期表でPb(第6周期)とSn(第5周期)の隣(15族)に位置するBiとSbは3価が安定であり、ダブルペロブスカイト構造を構築できる。そこで、粉末でも簡便に光電気特性を評価できるTRMCを用いて、Bi、Sbや他の元素からなる200種類以上の粉末材料をスクリーニングしたところ、硫化ビスマス(Bi2S3)が高い光電気特性を示すことを見い出した。硫化ビスマスは安価でより低毒なものの、溶媒に溶けにくい粉末材料であり、このままでは素子作製が困難であった。そこで、前駆体を溶かした溶液からアモルファス性の薄膜を作製し、続いて硫化する新たな熱処理プロセスを開発し、優れた光電気特性と膜平坦性を兼ね備えた薄膜の作製に成功した。従来、光電気特性と膜平坦性は両立しないが、新規プロセスは結晶の核生成と成長過程を個別に制御することでこの問題を克服し、光検出器としての光応答性能が大きく向上させることに成功した。以上のように、非鉛ペロブスカイトとしてSnペロブスカイトだけでなく、有毒元素を含まない2次元カルコゲナイトやダブルペロブスカイトにも研究範囲を広げ、基礎学理確立と材料探索を行っている。Snペロブスカイトの最近の状況として、メチルアンモニウムカチオン(MA)、フォルムアミジニウムカチオン(FA)およびグアジニウムカチオン(GA)を混合したASnI3組成の3次元ペロブスカイトにおいて、7-9%の変換効率が報告されるようになってきた。また、EDA、PEAといったバルキーなカチオンを少量加えて部分的に2次元ペロブスカイトにすることで、安定性と性能が向上することも報告されている。本課題でも、(MA/FA)SnI3ペロブスカイトについて、TRMC評価に加えて素子作製も行っており、以前に比べて変換効率を向上できるようになってきた。しかし、目標とされる値とは隔たりがあり、今後はその原因をTRMC、光電子収量分光、発光寿命・スペクトル評価などから包括的に調べていく。SnペロブスカイトはPb以上に不純物(酸素・水分・異種金属などを含む)に対して非常に感受性が高く、かつ素子性能劣化機構は複雑である。さらに、ロット間のばらつきや環境依存(グローブボックスや温度など)も本領域で重大な問題である。上記の評価手法を駆使することで、素子性能を低減させる原因を明らかにしていく。また、非鉛ペロブスカイトとしてBiやSb系太陽電池が近年報告されるようになっているが、その変換効率は1-4%程度である。そこで、高品質硫化ビスマス薄膜作製を可能にする新たな塗布プロセスを他の材料にも適用し、TRMCを駆使して最適な組成やプロセスを探索していく。特に組成比については2種類もしくは3種類の材料を混ぜ合わせるだけで数字上は無限の比率が存在する。

素子作製ですべてをスクリーニングすることは不可能なので、TRMCによる超高速スクリーニングが有効である。有機カチオン・鉛・ハロゲンから成るペロブスカイト太陽電池の登場以降、真の実用化に向けて有毒な鉛を使わない非鉛ペロブスカイト太陽電池の実現が期待されているが、変換効率は鉛系の1/31/4程度に留まっている。重要な課題は電荷輸送層を含めた準位アライメントと非鉛ペロブスカイトの安定性であり、新規材料開発に加えて素子の構造・プロセス・電子物性を総合的に理解する必要があるが、複雑性ゆえ極めて困難である。研究代表者は近年、高速スクリーニングと基礎物性の深い理解の両者を可能にする周波数変調マイクロ波複素伝導度装置を独自開発し、有機太陽電池研究で新たな概念を開拓した。本課題では、この手法を非鉛ペロブスカイト太陽電池研究へ適用し、新規評価法の開発と圧倒的速度での発電層/電荷輸送層の探索に加え、繊細な材料・プロセスの中に隠れた基礎学理を探求する。本年度は、ペロブスカイト薄膜単体と種々のπ共役高分子ホール輸送層を塗布したペロブスカイト2層膜のTRMC評価を行った。近年の有機薄膜太陽電池研究を通じて、数多くの低分子・高分子半導体が報告されているが、その中でペロブスカイト太陽電池のホール輸送層(HTL)や電子輸送層に適した材料を選定・新規開発するには、効率的な材料スクリーニングが必要である。評価の結果、TRMC法を用いることで太陽電池素子を作製することなく、ホール移動過程を安定・高速に直接観察することに成功し、性能支配因子を解明することができた。この結果に基づき、高性能HTL材料開発に向けた化学構造・HOMO準位の設計に関する考察を行った。さらに、非鉛ペロブスカイト材料の探索とHTLとの組合せを同様の手法を用いて網羅的に評価を行った。スズ材料の光電変換特性は鉛系にはおよばないものの、鉛系では見られなかった特異な現象が観測されたため、今後、詳細な評価と解析を行っていく。太陽電池素子では光を吸収し、電荷を発生・輸送する活性層の他に、正負電荷を損失することなく電極へ輸送する電荷輸送層も重要な役割を担っている。鉛ペロブスカイト太陽電池の成功は、ホール輸送層(HTL)として適切な有機半導体を用いたことも要因の一つであった。その後、ポリトリアリールアミン(PTAA)やPEDOT:PSSといった高分子半導体も高効率MAPbI3素子の作製に用いられている。本研究ではHOMOが異なる8種類の高分子を用い、鉛ペロブスカイトからのホール移動を直接観測した。LUMO準位はMAPbI3ペロブスカイトの最低伝導帯準位よりも0.4 eV以上浅いため、電子ブロッキング層として機能すると考えられる。実際に、これらの高分子をHTLとして用いたペロブスカイト太陽電池を作製し、素子性能評価を行った。その結果、高性能HTLとして知られるPTAAの変換効率は、順・逆掃引の平均値で17.1%を示し、高い短絡電流密度、開放電圧、曲線因子が得られた。しかし、HTLによっては1.5%まで変換効率が減少し、HTLの電子物性がデバイス性能を大きく左右することが分かった。TRMC評価を行った結果、ホール移動効率と電流に高い相関が得られ、素子性能が異種界面での電荷移動によって支配されていることが分かった。本成果に関してプレスリリースを行った。以上の鉛ペロブスカイトで得られた知見を基に、非鉛ペロブスカイト材料の探索と種々のHTLへのホール移動測定を行っている。
データ駆動科学で解き明かす固体地球物質循環

本研究の目的は,岩石の化学組成データから地球のダイナミックなプロセスを定量的に抽出する方法論を構築することである.また,開発した手法を様々な地球化学ビッグデータセットに適用し,地球内部の物質循環プロセスを改めて検討する.具体的には,データ駆動科学のキーテクノロジーであるベイズ推論とスパースモデリングを駆使し,「中央海嶺玄武岩からの原岩組成と溶融度の同時推定」・「高次元地球化学データセットからの未知プロセス自動抽出」・「複数・複雑プロセスの定量的抽出」の三課題の解決に取り組む.本研究の目的は,岩石の化学組成データから地球のダイナミックなプロセスを定量的に抽出する方法論を構築することである.また,開発した手法を様々な地球化学ビッグデータセットに適用し,地球内部の物質循環プロセスを改めて検討する.具体的には,データ駆動科学のキーテクノロジーであるベイズ推論とスパースモデリングを駆使し,「中央海嶺玄武岩からの原岩組成と溶融度の同時推定」・「高次元地球化学データセットからの未知プロセス自動抽出」・「複数・複雑プロセスの定量的抽出」の三課題の解決に取り組む.
要介護度の進行と施設群システムをふまえた高齢者の地域居住サポート環境モデルの改良

これまでに、ある地縁型地域において通所施設と互助の場の役割分担の実態から高齢者の地域居住をサポートする施設や場の機能システムモデルを提示した。本研究では、(1)報告回対象者の介護度進行による「施設の役割の経時変化」と(2)複数拠点化による「施設群の利用圏と役割の分担」を明らかにし、それらの視点を加えて同モデルを改良した。これまでにある地縁型地域において通所施設と互助の場の役割分担の実態から高齢者の地域居住をサポートする施設や場の機能システムモデルを提示した。本研究では、1)前回対象者の介護度進行による施設の役割の経時変化と2)複数拠点化による施設群の利用圏と役割の分担を明らかにし、それらの視点を加えて同モデルを改良する。まず目的1)のため前回調査対象者について施設利用日における施設内行動観察調査、施設利用日以外の互助の場での行動観察調査調査を行った。調査は2011年10月と11月、2012年7月の3期に行った。これをもとに2012年には前回対象者の地域居住サポート環境モデルを再作成しその時系列比較を行った。その結果、前回対象者の4年後の経時変化として死亡の他に施設入居、利用施設変更といった環境移行がみられた。施設入居や利用施設変更等の環境移行に伴い、互助の場の生活上の重要性が減る例がみられた。環境移行における転機の存在があり、その転機には主体的又は環境的要因がある。独立的かつ自発的な地域互助には限界もあるため、これらを有効活用するためにケアマネージャーなどによるサポートが必要である。これにより転機への対応も可能となる。次に目的2)のため2011年11月に行ったS施設へのアンケート調査をもとに考察した結果、施設数が増えるごとに利用圏域が縮小したが、最も近くではない施設を利用する選択的利用者も数名存在した。つまりショートステイ利用者はその機能をもつ施設を利用するなど施設間の機能的役割分担がみられた。最後に以上の考察結果も交えて対象地域の地域居住サポート環境モデルを改良した。T町に住み続けることを可能としている要素として、様々な互助があること、共在の場の形成と変化、各高齢者のサポートネットワークのコーディネート、対象地域の市街地は日常的な生活範囲であり徒歩圏域内であることが挙げられる。本研究の目的は、1)前回対象者の介護度進行による「施設の役割の経時変化」と2)複数拠点化による「施設群の利用圏と役割の分担」を明らかにし、それらの視点を加えて同モデルを改良することである。まず目的1)「施設の役割の経時変化の把握」のため下記調査を行った。(1)前回対象者の施設内及び互助の場のサポート実態の把握・・・前回調査以降、対象者4名のうち、Aさんは2008年2月にS施設グループホームに入居、Bさんは2009年9月に別デイケア施設に利用変更、Cさんは2011年5月に小規模多機能施設3に利用変更、Dさんは2010年3月に小規模多機能施設2に変更後、2011年1月に死去した。これらの対象者について前回同様に施設利用日における施設内行動観察調査、施設利用日以外の互助の場での行動観察調査調査を行った。調査は2011年10月と11月の2期に分けて行った。但し、Cさんの施設内行動観察調査は来年度に遂行予定である。次に目的2)「複数拠点施設群の利用圏と役割の分担の把握」のため下記調査を行った。(2)S施設デイサービスと小規模多機能施設(SM13)の利用者属性・利用サービス・居住地の把握・・2011年11月にS施設へのアンケート調査を行い、利用者像に関するデータを収集した。23年度に予定していたCさんの施設内行動観察調査が24年度にずれ込んだ以外はほぼ計画通り、進行しているため。次年度は当初予定していた調査にあわせて、上記調査のための補足調査を行う。11.に示した理由により、次年度は当初予定額と本年度の上記調査予定旅費分を合わせて使用する予定である。従って総額の研究費に変更は特にない。
生き方をめぐる現代倫理学の統合的研究

本研究のプロジェクトは、研究成果として、生き方をめぐる古くからの哲学の問題に対して、現象学的なアプローチのいくつかの可能性を明らかにすることができた。現象学的倫理学は、人間の生き方を探求することのできる倫理学であって、その点において、現代倫理学の中では「徳倫理」や「ケアの倫理」と親近性を持っていることが明らかになった。このプロジェクトのなかで、多くの論文と2冊の著作を出版することができた。現象学的倫理学の立場からの生き方の倫理学の意義を検討する研究を進めることで、おもに次の3つの方向において成果をあげることができた。1.『ハイデガー・フォーラム』にて、フッサールとハイデガーの比較研究の成果を発表することができた。二人の哲学者のカントの哲学の受容の相違(フッサールは批判哲学を、ハイデガーは形而上学を重視すること)を指摘することで、生き方をめぐる現象学的倫理学のさまざまな可能性を明らかにする研究となった。2.『現象学年報』では、現代の英米系の行為論を踏まえたアクラシア問題を考察することができた。そこでは、アクラシア問題を問うことがなかった現象学的哲学の伝統が、自己統制型の主体には陥らない行為者の概念を確立していることが明らかになった。ヘアやデイヴィドソンなどの現代の英米哲学のアクラシア論の古典とは異なるアプローチの意義を示唆することができた。3.『心理学評論』には、ファッションという観点から生き方の問題を研究することができた。メルロ=ポンティや鷲田清一の現象学的身体論の批判的検討を行ったうえで、ベンヤミンやジンメルなどの20世紀初頭の哲学を視野に入れることができた。ファストファッションの台頭する21世紀のファッション批評を視野に収めながら、従来の身体の哲学の限界を見定めたことは、今後の研究にとって大きな意味をもつことになる。今後は、ケアの哲学を中心とする研究をすることで、さらに研究の射程を広げることを目指すことになる。平成27年度は、生き方の倫理学の可能性を拡大する検討を行うことができた。とりわけ、現象学に関連する研究を深めることができたことには大きな意味がある。しかも、フッサール、ハイデガー、レヴィナスという現象学者のそれぞれについての研究成果を残すことができた。フッサール研究会では、フッサールの生活世界論の再読の試み(「新資料を読む」)を発表することができた。そこでは、世界で生きるという日常の実践の構造への分析の意義を検討した。『ハイデガー・フォーラム』の掲載論文「この世界を信仰すること」では、フッサールとハイデガーの比較研究をおこなった。双方の哲学の相違から、世界を生きることへの理解の相違を浮き彫りにすることができた。とりわけ、フッサールにおける実践理性の議論の可能性を検討して、信仰という要素の役割を明らかにすることができた。レヴィナス研究会では、『蘇るレヴィナス』(小手川正二郎著、水声社)への書評というかたちで、レヴィナスの倫理学の新たな可能性へのコメント(「レヴィナスが蘇るために」)をすることができた。応用倫理やケアの倫理などを視野に入れた現代倫理学に対するレヴィナスの関係を確認する機会になった。フッサール、ハイデガー、レヴィナスの三者はいずれも、功利主義やカントの義務論などの近代道徳哲学が正面から扱うことのなかった生き方を正面からとりあげ、実践、世界、他者、信仰、ケアなどの問題を扱うことに成功している。本研究に関連した学術論文を一つ、研究発表を二つ、翻訳を一つ発表することができた。ケアの倫理・哲学についての研究の成果は、次年度に持ち越されている。研究の最終年度にあたる平成28年度は、いくつかの論文や共著において、生き方の倫理学を考察する成果を残すことができた。とりわけ、動物倫理への取り組みについて、これまでにはなされていない現象学的アプローチの可能性を示すことができた。動物の心をめぐるアプローチは、動物とともに生きる人間の生き方の倫理学と結びつけることで、ブレンターノ、シェーラー、ハイデガーの現象学的アプローチの新たな読解の可能性を引き出した(「ブレンターノ、シェーラー動物の心」『続ハイデガー読本』、法政大学出版会、2016年、所収)。さらには、記録映画を参考にする取り組みなどは、本研究の範囲を拡大することにつながっている(ワークショップ「映画から考える生き方の倫理学」、2016年、12月、國學院大學)。記録映画作家の問題へのアプローチと応用倫理学のアプローチとを比較することで、双方にとって有意義な対話が成り立つことが明らかになっている。記録映画作家は、さまざまな問題に眼を向けながらも、問題を問題として描くだけではなく、そこにかかわる人々の生き方に目を向けることがある。このような問題への取り組みの姿勢は、倫理学者も学ぶべきことが多いだろう。今後、生き方の倫理学をめぐる研究を応用倫理学の問題へと転換することに道を拓くことになった。しかし、出版予定の著作(共著)が刊行されていないために、最終的な成果があきらかになっていない(平成29年5月時点)。今後、校正作業などを経て、成果の報告をできるようにしたい。業績のなかの著書の出版が遅れている。研究の最終年度にあたる平成28年度(昨年度)は、いくつかの論文や共著において、生き方の倫理学を考察する成果を残すことができた。

動物の心をめぐるアプローチは、動物とともに生きる人間の生き方の倫理学と結びつけることで、ブレンターノ、シェーラー、ハイデガーの現象学的アプローチの新たな読解の可能性を引き出した(「ブレンターノ、シェーラー動物の心」『続ハイデガー読本』、法政大学出版会、2016年、所収)。さらには、記録映画を参考にする取り組みなどは、本研究の範囲を拡大することにつながっている(ワークショップ「映画から考える生き方の倫理学」、2016年、12月、國學院大學)。記録映画作家の問題へのアプローチと応用倫理学のアプローチとを比較することで、双方にとって有意義な対話が成り立つことが明らかになっている。記録映画作家は、さまざまな問題に眼を向けながらも、問題を問題として描くだけではなく、そこにかかわる人々の生き方に目を向けることがある。このような問題への取り組みの姿勢は、倫理学者も学ぶべきことが多いだろう。今後、生き方の倫理学をめぐる研究を応用倫理学の問題へと転換することに道を拓くことになった。期間を延長した平成29年度には、刊行が遅れていた著作『ワードマップ現代現象学』が出版された。そこでは、生き方の倫理学としての現象学的倫理学の可能性を明らかにすることができた(共著)。とりわけ、第6章と第9章は、道徳や人生などのトピックについての論述になっている。本研究のプロジェクトは、研究成果として、生き方をめぐる古くからの哲学の問題に対して、現象学的なアプローチのいくつかの可能性を明らかにすることができた。現象学的倫理学は、人間の生き方を探求することのできる倫理学であって、その点において、現代倫理学の中では「徳倫理」や「ケアの倫理」と親近性を持っていることが明らかになった。このプロジェクトのなかで、多くの論文と2冊の著作を出版することができた。複数の学会誌に論文を発表できた。さらには、英米系の行為論、ファッションの哲学などの多方面との関連から、生き方の倫理学の意義を明らかにできた。平成28年度は研究の最終年度になる。これまでの研究の集大成として、いくつかの成果(共著、論文、学会発表)を発表する予定になっている。著書の出版のための校正作業などをして、すみやかに出版につなげる。哲学英米系の倫理学や行為論との比較研究、看護学との交流のなかから、生き方の倫理学の可能性を模索する試みを行う。英文校正を予定している時期が、平成28年度になった。二つの著作の刊行が出版社の事情によって遅れており、そのための最終校正や成果発表のために作業が必要となる。論文の刊行が遅れたため、校正のための資料の購入を次年度に行うことにした。英文校正の代金を6月に使用する。平成29年10月までに、校正を済ませて、刊行される見込みである。年度の早い時期に文献購入や複写代として使用する。
遷移金属ヒドリド触媒を用いた新規連続結合形成反応の開発

本研究は、遷移金属ヒドリド種を活用した新規多段階結合形成反応を開発することを目的としている。ルテニウムヒドリド触媒存在下、第一級ベンジル型アルコールとα,β-不飽和アルデヒドとの反応を検討したところ、期待通り交差型カップリング反応が進行しα-ヒドロキシメチルケトンが良好な収率で得られることを見いだした。α-ヒドロキシメチルケトンは高沸点有機-フルオラス両親媒性反応メディアであるF-626中でのレトロアルドール反応により非対称ケトンを与える。ルテニウムヒドリドによるカップリング反応、F-626中でレトロアルドール反応をワンポットで行なうケトン合成法を開発した。また、RuHCl(CO)(PPh_3)_3錯体が分子内Tishchenko反応に対して優れた触媒であることを見いだした。さらに、エノンとジアルデヒドとの反応を検討したところ、炭素-炭素、炭素-酸素結合連続的に形成したケトラクトンが効率的に得られることを見いだした。ボロン酸とアルデヒドとの反応によりケトンが得られることを見いだした。イリジウム触媒を用いた直鎖カルボン酸の脱カルボニル化反応を検討したところ、良好に反応が進行し内部オレフィンが得られることを見いだした。本反応においてはKIの添加が効率的である。系中で生成したイリジウムヒドリド種がオレフィンの異性化触媒として機能しているものと考えている。本研究は、遷移金属ヒドリド種が容易に炭素-炭素不飽和結合に付加し炭素-金属結合形成することに着目し、ヒドロメタル化を第一段階とする新規多段階結合形成反応を開発することを目的としている。申請者はこれまでルテニウムヒドリド触媒を用い、ルテニウムエノラートとアルデヒドとのアルドール型反応を鍵過程とする触媒反応の開発を行ってきた。RuHCl(CO)(PPh_3)_3触媒を用い、α,β-不飽和アルデヒドを第2級アルコール存在下反応させると、α-ヒドロキシメチルケトンが得られることを既に見いだしている。本反応では第2級アルコールは水素移動型還元の水素供与体として機能している。第一級アルコールを水素供与体かつアルデヒド前駆体として用いることで新しい交差型カップリング反応が可能となるものと考えた。また、RuHCl(CO)(PPh_3)_3錯体が分子内Tishchenko反応に対して優れた触媒であることを見いだし、ルテニウムヒドリド触媒が炭素-酸素結合形成にも有効な触媒であることを明らかとした。さらに、ルテニウムエノラートとアルデヒドとのアルドール型反応により生成するアルコキシルテニウム種をアルデヒドで捕捉することで連続結合結合形成反応の開発が可能になるものと考え、エノンとジアルデヒドとの反応を検討したところ、炭素-炭素、炭素-酸素結合連続的に形成したケトラクトンが効率的に得られることを見いだした。本研究者は既にルテニウムヒドリド触媒存在下、α,β不-飽和アルデヒドとベンジルアルコールとの反応により水素移動反応を伴ったクロスアルドール反応が進行し、α-ヒドロキシメチルケトンが良好な収率で得られることを見いだしている。本反応により得られるα-ヒドロキシメチルケトンを高沸点有機-フルオラス両親媒性溶媒であるF-626中で加熱すると、レトロアルドール反応が進行しケトンが得られることを見いだした。また、ルテニウム触媒を用いたクロスアルドール反応とレトロアルドール反応をワンポットで実施することにも成功している。また、ルテニウムヒドリド触媒存在下、ボロン酸とエノン、アルデヒドとの三成分型反応を検討した。期待した三成分型生成物は得られなかったが、ボロン酸とアルデヒドとの反応によりケトンが得られることを見いだした。ルテニウムヒドリドがアルデヒドに付加して生成するアルコキシルテニウムとボロン酸とのトランスメタル化を鍵とするものと考えている。

さらにエノンの二量体である、2-アシルジヒドロピランと芳香族ボロン酸を酸触媒存在下反応させると、環縮小反応が進行し双環性ボロン酸エステルが高収率で得られることを見いだした。また、イリジウム触媒を用いた脂肪族カルボン酸の脱カルボニル化反応によりアルケンが得られること、ロジウム触媒を用いた1,4-エンインエステルと一酸化炭素との[5+1]型付加環化反応によりレゾルシノール誘導体が得られることを見いだした。
広帯域動的光散乱法による高粘性液体の配向緩和の研究

本研究ではまず、スペクトラムアナライザを利用した偏光解消動的光散乱装置を開発を行った。このシステムの有効性を確認するために、高粘性液体と同様に配向緩和時間のスローイングダウンが生じる液晶に相転移する液体の一つである5CBの偏光解消動的光散乱の実験をおこなった。5CBではRayleigh Dipがはっきりと観測され、装置の有効性が証明された。配向緩和時間だけでなく、並進配向結合係数の温度依存性を測定した。この結果協同運動の結果として並進配向結合係数が相転移点近傍で減少することを見いだした。また、棒状高分子であるPBLG溶液の偏光、偏光解消散乱のスペクトル線幅に温度依存性を見いだした。また、高粘性液体試料としてリン酸トリオルトトリルのスペクトル測定を試みた粘性が非常に大きいため、配向緩和時間は非常に遅く本測定装置では、線幅の正確な値は測定できなかった。しかしながら、配向モードピークよりも小さなエネルギー密度しか持たないブリュアン散乱ピークを確認した。このことは粘性の低い系では本測定装置で配向緩和が測定可能であることを意味してる。また、時間域での自己相関関数の測定装置の作成に着手したが、既設のHe-Neレーザーの周波数線幅が大きいため満足な結果を得ることができなかった。今後、レーザー線幅がせまく、パワーの大きいレーザーを導入すれば更なる発展が期待される。
骨血管内皮細胞を介した破骨細胞形成誘導機構の解析

骨微小環境における細胞間相互作用は、骨代謝において重要な役割を担っている。現在までに多くの可溶性因子が同定されているが、細胞接着に関わる因子も破骨細胞の分化制御に重要であることが示唆されていた。この細胞接着に関わる因子として近年同定された破骨細胞分化因子(RANKL)は、破骨細胞前駆細胞上のRANKと結合することにより破骨細胞前駆細胞を破骨細胞へと分化・成熟させることが明らかとなっている。RANKLは骨代謝または過度な骨吸収領域に存在する骨芽細胞や骨ストローマ細胞において高発現していることが明らかとなっているが、先に我々が見いだした骨血管内皮細胞による破骨細胞の分化における役割は明らかではなかった。そこで本申請課題により樹立した骨由来血管内皮細胞を用いてRANKLの発現を検討した結果、TGF-βなど骨吸収を誘導する因子依存的にRANKL mRNA・蛋白質の発現が増大することを見い出した。このようなRANKLの発現誘導は、p38MAPKの阻害剤やPKAの阻害剤、Dominant-negative CREBの遺伝子導入によって阻害されたことから、血管内皮細胞におけるRANKLの発現にはp38MAPKとPKAの下流に位置するCREBやATF-2などCRE-like domainに結合する転写因子が関わっていることが示唆された。そこでRANKLのプロモーター領域を用いたレポーターアッセイによりTGF-β依存的なRANKL発現に必須なドメインとして、RANKL遺伝子上流-945から-926のCRE-like domainを同定した。さらに、EMSA法により、TGF-β依存的に転写因子がこのCRE-like domainに結合することを確認できた。以上の結果より、血管内皮細胞もRANKL発現を介して破骨細胞の分化・成熟に寄与している分子機構が明らかになった。現在までに多くの可溶性因子が同定されているが、細胞接着を介した破骨細胞の分化制御の機構は不明であった。最近、破骨細胞への分化・成熟に必須な破骨細胞分化因子(RANKL)が同定され、骨代謝または過度な骨吸収領域に存在する骨芽細胞や骨ストローマ細胞において高発現していることが明かとなった。血管内皮細胞も破骨細胞の形成に重要な役割を果たしていることを明らかにしてきたが、血管内皮細胞におけるRANKLの発現は検討されていなかった。そこで、我々が樹立した骨由来血管内皮細胞におけるRANKLの発現をmRNAレベル・蛋白レベルで検討した結果、TGF-βなど骨吸収を誘導する因子依存的にRANKLの発現量が増大することを見い出した。このようなRANKLの発現誘導は、p38MAPKの阻害剤であるSB203580やPKAの阻害剤であるKT5720やDominant-negative CREBの遺伝子導入によって阻害されたことから、血管内皮細胞におけるRANKLの発現にはp38MAPKとPKAのシグナル伝達系が関与していることが明かとなった。そこで現在、RANKLのプロモーター領域をLuciferase遺伝子の上流に組み込んだレポータープラスミドを用いてより詳細な検討を行なっている。以上の結果より、血管内皮細胞は以前同定した可溶性因子IL-11だけでなく、RANKLを介した破骨細胞との細胞接着によってもその分化・成熟に寄与していることが明かとなった。
チタンをニッチとした間葉系幹細胞による新規インプラント治療

歯科用チタンインプラントにおいて,歯肉貫通部での口腔粘膜上皮による封鎖は,細菌などの侵入を防ぐためインプラント治療成功への重要な要因となっている.その一方でインプラント周囲で上皮の低封鎖性が報告されているにもかかわらず,それを改善する有効な手段は未だ確立されていない.今回我々は,新たな治療法として間葉系幹細胞(MSC)の特殊な能力に注目した.チタンへの上皮接着性の向上効果を示すため以下のような実験をおこなった.すなわちMSC全身投与群を用いて,インプラント周囲上皮(PIE; Peri-implant epithelium)形成過程をLn-5の分布に注目し経時的に観察した.研究テーマとしての目標は臨床応用であるが、本研究では動物実験までを到達目標とした。「チタン上Niche」で教育されたMSCを、インプラントモデルラットに注入し、インプラント周囲の組織変化を長期間観察・評価した。その詳細については割愛するが、使用するMSCも骨髄や歯肉由来を用い、より有効なものを検索した。この結果をもって翌年度の大動物、臨床研究への基礎データとする。つまり本研究では、in vitroにてチタンをNicheとしそこで教育されたMSCを作製。さらにin vivoでインプラント周囲での組織安定性を図った。ラット大腿骨骨髄から採取した骨髄細胞からチタン上でMSCを選択的に培養、それをラット口腔内へのインプラント埋入時または埋入後に添加した。そして来年度から実験の最終段階としてはインプラント周囲における軟組織および硬組織の慢性炎症の消失と、動物実験でも6割以上生じるインプラント周囲上皮深部増殖の抑制を組織形態的かつ生化学的に評価することにある。インプラント埋入ラットへのMSC投与による有効性を明らかにすることを本研究の目標とするが、そのMSCの投与方法として局所投与と全身投与がある。すでにマウスを使った我々の研究でMSCの局所および全身投与における作用時間、全身への影響などを評価している(Torb et al. 2006)。その結果どちらも治療効果はあるものの局所投与の有用性が明らかになった。しかし今回は術野などの条件から全身投与を選択した。もちろん将来的には局所投与を目標とする。本年度は「チタン周囲Niche」に適したMSCとして長幹骨骨髄、粘膜だけでなく顎骨骨髄、歯肉や膵臓などからも採取し評価した。すなわち各MSCでその働きが異なるからであり最適なものを検索し、投与する細胞濃度や投与回数などの条件にも検索が必要となった。すべての実績は後述論文に記載されている。本実験の最終目標はヒトへの臨床応用である。そのためヒトMSCなどの使用も検討するが、今回の研究期間では到達出来ていない。実験計画および方法としても、前年度までと同様の手技を用い上記条件で実験を行った。実際、現在MSCによる細胞治療は世界的に注目され、実際良好な治療結果を掲げる論文も多数報告されている。これらの新しい概念と技術は、歯科領域だけにとどまらず医療全体、国内だけでなく世界に影響を及ぼすものと考える。実際に研究計画を遂行するための研究体制として実験計画立案から研究遂行時の方向性を当講座の古谷野教授の責任下で行ってきた。また研究手技やその他の具体的な指示は鮎川講師、また実験遂行は代表者および鈴木医員で行った。また代表者は現在前述の通り南カリフォルニア大学のSongtao Shi教授の下でMSC研究を継続している。データ共有などを行うため連携研究者に近い立場として指導・助言をもらった。歯科用チタンインプラントにおいて,歯肉貫通部での口腔粘膜上皮による封鎖は,細菌などの侵入を防ぐためインプラント治療成功への重要な要因となっている.その一方でインプラント周囲で上皮の低封鎖性が報告されているにもかかわらず,それを改善する有効な手段は未だ確立されていない.今回我々は,新たな治療法として間葉系幹細胞(MSC)の特殊な能力に注目した.チタンへの上皮接着性の向上効果を示すため以下のような実験をおこなった.すなわちMSC全身投与群を用いて,インプラント周囲上皮(PIE; Peri-implant epithelium)形成過程をLn-5の分布に注目し経時的に観察した.申請書の記載通り本研究は、in vitroにてチタンをNicheとしそこで教育されたMSCを作製。さらにin vivoでインプラント周囲での組織安定性を図ろうとするものである。そのためラット大腿骨骨髄から採取した骨髄細胞からチタン上でMSCを選択的に培養、それをラット口腔内へのインプラント埋入時または埋入後に添加するものである。そして実験の最終段階としてはインプラント周囲における軟組織および硬組織の慢性炎症の消失と、動物実験でも6割以上生じるインプラント周囲上皮深部増殖の抑制を組織形態的かつ生化学的に評価することにある。実験のタイムコースは3年間の予定である。当該年度においては、ラット口腔粘膜上皮細胞および骨髄細胞を採取し、埋入予定の実験インプラントと同じ表面性状かつ同じ材料のチタンプレート上に播種し、そのStemnessを確認することにあった。そのため3週齢ラットの大腿骨および脛骨から骨髄、さらに口腔粘膜上皮を採取し、培養ディッシュとチタンプレート、collagenコートディッシュ、カバーグラス上に5 x105/35mm Dish播種。7日間の培養期間を経てMSCマーカー(Stro-1)・自己複製能・多分化能(AdipogenicやOsteogenic)を観察した。今までに間葉系幹細胞と生体基質との相互関係について論じるものは数種存在したが、生体材料による影響を報告した論文はかつてなく、今後間葉系幹細胞とニッチとの関係を調べる上で重要な役割を果たすものと思われる。

本研究は歯科インプラントの口腔内での長期維持のため、インプラント周囲における上皮封鎖性の向上を目指す。ただしその方法は従来のような生体親和性の高い材料の開発ではなく、インプラント周囲組織からの親和性、「チタン親和性」組織の誘導である。すなわち通常は異物として認識されうるチタン製インプラントを、幹細胞の初期培養環境の一部とすることで、幹細胞にインプラント自体を生体の一部と認識させる。このような応用法は免疫干渉能を持ち、細胞微小環境を形成する間葉系幹細胞(MSC)を用いてのみ出来るものである。さらにこの治療法は概念としての独創性だけで手技的には簡易であり、歯科だけでなく人工物を使用するすべての医療にも応用可能な技術と考えられ,将来的には幅広い分野への貢献を期待するものである。この流れに沿って現在概ね順調に進行していると判断した。研究実績の欄に記載した通り、ラット口腔粘膜上皮細胞および骨髄細胞を実験インプラントと同じ表面性状かつ同じ材料のチタンプレート上に播種し、単離培養することに成功している。生体材料自体が間葉系細胞の増殖や分化に抑制的に働く可能性はあったものの、今回の研究結果からインプラント周囲における応用を示唆できるものであった。「チタン周囲Niche」に適したMSCとして長幹骨骨髄、粘膜だけでなく顎骨骨髄、歯肉や膵臓などからも採取し評価する必要がある。各MSCでその働きが異なるからであり最適なものを検索する。投与する細胞濃度や投与回数などの条件にも検索が必要であろう。また前年度の実験内容で修正可能な部位が見つかれば、随時方法を改善しデータの蓄積を行う。先にも述べたとおり本実験の最終目標はヒトへの臨床応用である。そのためヒトMSCなどの使用も検討する。・本年度の実験計画および方法→前年度までと同様の手技を用い上記条件で実験を行う。現在MSCによる細胞治療は世界的に注目され、実際良好な治療結果を掲げる論文も多数報告されている。これらの新しい概念と技術は、歯科領域だけにとどまらず医療全体、国内だけでなく世界に影響を及ぼすものと考える。インプラントの埋入状態を確認(確認事項:脱落・動揺・歯肉退縮の有無)し、ラットの尾根よりMSC注入(骨髄・粘膜由来)し、インプラント周囲上皮の活性(免疫染色:Laminin-5)、免疫活性(FACs、Western Blot)や炎症状態の減少を確認する。本年度は設備購入は計画しておらず研究計画では、in vivoおよびin vitroの双方にまたがって実験動物や培養に関連する消耗品が必要不可欠となる予定である。翌年度以降は研究が培養から動物実験へと移行する。そのため動物を主とした消耗品の購入を中心におこなう。
ブラックホールと超音速流とのアナロジーに基づくホーキング輻射理論の実験的検証

本研究では、ブラックホールで起こるホーキング輻射をラバルノズルで作られる擬似ブラックホールを用いて類似の現象を観測することを目的とする。流体を音速で流すと下流側から発した音波は上流側に伝わらない。この現象とブラックホールの光波がブラックホールの外に伝わらないという現象とのアナロジーによって擬似ブラックホールを作り出す。実際のブラックホールからの放射では、放出されるのは量子力学的な粒子でありノズルでそれを観測することは不可能である。そこで、非量子的な対応物を次のように考える。下流から音波を発しながら、ノズルの流れの流速を速くしていくと流れが音速を超えたとき音波は上流に伝わらなくなる。しかし、流れが音速になる瞬間にスロートを通過した音波は、ゆっくりではあるが上流に伝わる。この音波の振動数のパワースペクトル分布が実際のブラックホールから放出される粒子数の分布に対応していることが知られている。そこで本実験では、ラバルノズル内での超音速流実験において上流側で下流から伝わる音波を計測する。昨年度においては、超音速の風洞装置に関して、圧縮機から空気をラバルノズルに直接吹き出す方式を採用し実験を行ったが雑音が多く観測したい音波だけを抽出するという状況までは到達しなかった。そこで本年度は、雑音を低減すべく、貯気槽を2つ直列に接続し、その間にラバルノズルを設置する新しい系において実験を行った。また、観測についてはこれまで行ってきた信号を事後デジタル解析する方法の他に、ロックインアンプ等を組み込んだアナログ回路を用いて振幅および位相の変換を行った波形データによる解析も試みた。その結果、亜音速領域での空気流加速の際,空気流上流側で観測される入射音の周波数が低下することを確認した。これはホーキング輻射現象でも見られる「波の引き延ばし効果」を捉えたものである。20世紀の初頭,アインシュタインが相対性理論を世に送り出してから,物理学における時間と空間の関係というものは大きく変わってきた.それによると,世の中には絶対的な時間座標というものは存在せずに,各座標によって時間の進み方が異なる,また光の速さはどの系から見ても一定である,といった古典物理学の世界では考えられないような現象が起こっている.さらには,光が重力によって曲がる重力レンズ効果や,ブラックホールの存在といった興味深い現象が実際に観測されている.ブラックホールとは,宇宙空間に存在し,あらゆる物体を吸い込み,光ですらその外部に出ることができない天体であると,一般的には考えられている.しかし,一般相対論と場の量子論によると,ブラックホールからは粒子が放出されることが,Hawkingによって示されている.この現象をホーキング輻射と呼ぶ.この現象は非常に興味深い現象であるが,実際に観測によって実証することは不可能とされる.そこで本研究では,ブラックホールと超音速流とのアナロジーを用いて実験室で類似の現象を観測することにより,ホーキング輻射理論の実証を行った.その結果,気体の流れが超音速になることによって,音波が上流に届かなくなるという擬似ブラックホールの状況が得られ,またホーキング輻射現象の一つの特徴である波の引き延ばし現象を確認することができた.ホーキング輻射対応物自体の同定を観測するには至らなかったが,更なる実験装置の改善,およびデータ解析手法の工夫により観測できる可能性は残されている.本研究では、ブラックホールで起こるホーキング輻射をラバルノズルで作られる擬似ブラックホールを用いて類似の現象を観測することを目的とする。
がん関連線維芽細胞に着眼した腫瘍内不均一性の分子機構解明と新規がん治療戦略の開発

肺腺癌は腫瘍内不均一性が極めて強く、単一の腫瘍内に組織亜型の異なる腫瘍組織が混在する特徴を有している。私たちはマウス実験と癌細胞株を用いた研究により、癌組織内に存在するがん関連線維芽細胞(cancer associated fibroblasts:CAFs)が癌細胞の組織構築変化を誘導する、という実験結果を得ており、CAFsによって生み出される腫瘍内不均一性に着目した研究を行っている。本研究は、CAFsによって誘導される組織構築変化の分子メカニズムを解明し、CAFsと腫瘍細胞の相互作用をターゲットとした新規の治療戦略を構築することを目的としている。本年度は、CAFsによって誘導される組織型の変化に重要な分子機構を明らかとするため、マウスモデル及び腫瘍細胞とCAFsの3次元共培養モデルからそれぞれRNAを抽出してRNA sequence解析を行った。マウスモデルではレーザーマイクロダイセクション法を用いて組織亜型毎に腫瘍細胞を採取し、3次元共培養系では腫瘍細胞とCAFsを共培養した後、セルソーターを用いて腫瘍細胞とCAFsを分離してRNAを抽出した。その結果、TGFβシグナリングとNF-κBシグナリングが腫瘍細胞とCAFsとの相互作用で重要な役割を果たしていることを明らかとした。更に、Tet-Onシステムを用いてTgfb1のshRNAを発現誘導できるCAFs細胞株を樹立し、CAFs由来のTGF-β1が腫瘍細胞の3次元構築変化に必須であることを見出すことができた。また、組織構築変化の過程で、同時に腫瘍免疫環境が変化する知見も見出しており、肺癌に対する新たな治療戦略構築を目指した研究へ発展させる研究基盤を得ることができた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。肺腺癌は腫瘍内不均一性が極めて強く、特に組織亜型の異なる腫瘍組織が混在して存在するという特徴を有している。本研究では、CAFsによって誘導される組織構築変化の分子メカニズムを解明し、CAFsと腫瘍細胞の相互作用をターゲットとした新規の治療戦略を構築することを目的としている。本年度は、今までのマウス実験と癌細胞株を用いた実験で得られている知見が、ヒト肺腺癌組織においても認められる現象であるかを検証するために、ヒト肺腺癌におけるYAPの免疫組織化学染色を行い、組織亜型との関連性を評価した。その結果、ヒト肺腺癌の組織亜型によってYAPの局在が異なる結果が得られ、YAPが組織亜型に影響している可能性を示唆する実験結果が得られた。また、腫瘍細胞とCAFsの3次元共培養系の評価法の改善に取り組み、live imagingで組織構築の変化を検証できるよう実験系の改良を行った。更に、Tet-Onシステムを用いて、Tgfb1のshRNAの発現誘導ができるCAFs細胞株を樹立した。現在、CAFs由来のTGF-β1が腫瘍細胞の3次元構築変化に及ぼす影響をlive imagingを用いて検証している。この3次元共培養系の実験系と、in vivoでの実験系の相同性を確認するために、3次元共培養系で培養した腫瘍細胞をセルソーターを用いて分離し、またマウスの腫瘍組織からはレーザーマイクロダイセクション法を用いて腫瘍細胞の分離を行っており、今後回収したRNAを用いて網羅的な遺伝子発現プロファイルの解析を行う予定である。本研究は、がん関連線維芽細胞によって誘導される腫瘍内不均一性のメカニズムを解明し、新規治療戦略開発の基盤を構築することを最終目的としている。本年度は、臨床検体を用いた解析を進めることで、マウス実験および癌細胞株で得られていたYAPの発現と組織亜型との関連性をヒト肺腺癌組織でも確認することができた。また、がん関連線維芽細胞と腫瘍細胞の相互作用を検証する3次元共培養系において、live imagingで形態を評価できる手法を開発し、解析スピードの向上を図ることができた。

また、組織構築変化の過程で、同時に腫瘍免疫環境が変化する知見も見出しており、肺癌に対する新たな治療戦略構築を目指した研究へ発展させる研究基盤を得ることができた。TGF-βシグナリングはYAPの局在変化を誘導する因子として知られているが、今までの研究によってTGF-βシグナリングが組織亜型変化に関与することを示唆する知見を得ている。今回新たに樹立したTgfb1 shRNAを誘導できるがん関連線維芽細胞株を用いて、TGF-βシグナリングと組織構築変化との関連性を検証していく。また、現在進めている3次元共培養系とin vivo実験系の網羅的遺伝子発現解析にて、3次元共培養系とin vivo実験系の相同性を確認する。更に、この網羅的解析を通して、がん関連線維芽細胞との共培養によって誘導されてくる遺伝子群を同定し、腫瘍細胞とがん関連線維芽細胞との相互作用をターゲットとした治療実験へ発展させていく。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
デジタルカメラを使った水質評価法の実用化に関する研究

より多様な水質成分構成とより広範囲な有機汚濁濃度を有するため池水を検討対象とすべく,これまで調査対象としてきた大阪府立大学中百舌鳥キャンパス(堺市)周辺の6箇所のため池(以下,グループS)に加え,淡路島のため池6箇所,神戸市北区および西区のため池それぞれ1箇所ずつの計8箇所(以下,グループK)を新規に調査対象とし,従来の6ため池について得られた池水のCODおよびTOCと光学特性(吸光,反射,蛍光)の関係と同様の関係性が得られるかどうかについて検討した.まず,両グループの水質を比較したところ,グループKのため池については,兵庫県の洲本土地改良事務所ならびに農村環境室に協力頂き,有機汚濁濃度が低そうなため池と高そうなため池を選定したものの,総じてグループSに比べ,COD,TOCとも有機汚濁レベルが低く,これまで検討を行ってきたものより広い汚濁濃度範囲を得ることができなかった.また,両グループにおける水質成分について比較したところ,SS,カルシウムイオンおよび硫酸イオンについて,グループSの平均値の方がグループKの平均値より1.52倍程度大きくなるという比較的大きな違いが見られたものの,それ以外の水質指標項目については,顕著な差は見られなかった.次に,両グループにおける光学特性の違いを比較したところ,吸光度,反射光強度については,それぞれの各波長ごとのCODおよびTOCとの相関係数の最大値が,グループSでは0.80.9だったのに対し,グループKでは,0.7程度となった.また,相関係数が特に大きくなる波長域は,グループSでは近紫外域であったのに対し,グループKでは可視光域の600nm700nm付近であった.これらの両者の違いは,卓越有機汚濁成分が懸濁性であるか溶存性であるかの違いによるものと推察された.なお画像解析およびアプリ開発については,十分な検討ができなかった.対象ため池を堺周辺だけでなく,兵庫県まで拡大させたにもかかわらず,より広い範囲での有機汚濁レベルのため池を選定することができず,当初期待した通りに解析用の画像を得ることができなかったため,画像解析に関して十分な検討を行うことができなかった.また,他の研究へのエフォートが当初の予定より大きくなってしまったため,アプリ開発に十分な時間を確保することができなかった.当初の計画より多少の遅れは生じているものの,基本的には,当初の予定通り進める予定であるが,今年度までの検討を通じて,任意のため池に適用可能な有機汚濁推定式だとどうしても推定精度に限界が生じてしまうため,逆に,ため池を限定した推定式を作成することで,特定のため池,あるいは対象を拡張させて何らかの汚濁廃水に対しある程度の推定精度を高められるのではないかと考え,このことについても検討を行うことにした.当該年度においては,当初,実施予定としていたもののうち,「画像解析に関する部分」と「アプリの開発」を次年度以降に実施し,代わりに,当初は次年度以降に実施予定としていた「水質成分が水の光学特性に及ぼす影響のメカニズムに関する検討」を先に行い,「水質と光学指標との応答関数の検討」を重点的に行うことにした.これは,共同研究者間で改めて検討した結果,当該研究で開発を進めている方法による水質の定量推定の精度向上を検討するにあたり,これまで吸光度と水質との関係の定式化は行われてきたが,デジタルカメラが検知する水面からの反射光・蛍光と水質との関係性についての検討がまだ不十分なので,先にこれについてもう少し深く検討を行うべきという結論に至ったためである.先行研究でも対象とした大阪府立大学中百舌鳥キャンパス周辺の6ため池において約1ヶ月間隔で採水を行い,各試料のCODならびにTOCを溶存成分と懸濁成分に分けて分析を行うとともに,過去の研究でも計測してきた吸光度に加え,今回は反射光強度,蛍光度についても測定し,これら光学指標と各有機成分との関係について調べ,定式化を行った.COD,TOCともに反射光強度,蛍光度のいずれに対しても吸光度の同様に高い相関を示し,反射光強度については250500nmの波長域でのもの,蛍光度については励起波長290nm,蛍光波長340nmでのものに対し,特に高い相関を示し,CODとTOCとの比較ではCODとの相関がより高かった.池別に直線回帰分析を行うと,反射光強度でも蛍光度でも決定係数が0.85を超えるような例も見られたものの,全池まとめて分析を行った場合は,決定係数がCODで0.67,TOCで0.71となり,これらの光学指標による両水質指標の定量推定の可能性は有するものの精度向上にはやはり更なる検討の余地があり,次年度以降,引き続き検討を行うこととした.当初,当該年に予定していたことを行わなかったため,この部分に関しては「遅れている」と言わざるを得ないが,一方で,次年度以降の2カ年にわたって行う予定にしていた事項を先行して始めることができたので,研究期間全体を通しての進捗状況という観点からすると,「おおむね順調に進展している」と判断している.より多様な水質成分構成とより広範囲な有機汚濁濃度を有するため池水を検討対象とすべく,これまで調査対象としてきた大阪府立大学中百舌鳥キャンパス(堺市)周辺の6箇所のため池(以下,グループS)に加え,淡路島のため池6箇所,神戸市北区および西区のため池それぞれ1箇所ずつの計8箇所(以下,グループK)を新規に調査対象とし,従来の6ため池について得られた池水のCODおよびTOCと光学特性(吸光,反射,蛍光)の関係と同様の関係性が得られるかどうかについて検討した.

まず,両グループの水質を比較したところ,グループKのため池については,兵庫県の洲本土地改良事務所ならびに農村環境室に協力頂き,有機汚濁濃度が低そうなため池と高そうなため池を選定したものの,総じてグループSに比べ,COD,TOCとも有機汚濁レベルが低く,これまで検討を行ってきたものより広い汚濁濃度範囲を得ることができなかった.また,両グループにおける水質成分について比較したところ,SS,カルシウムイオンおよび硫酸イオンについて,グループSの平均値の方がグループKの平均値より1.52倍程度大きくなるという比較的大きな違いが見られたものの,それ以外の水質指標項目については,顕著な差は見られなかった.次に,両グループにおける光学特性の違いを比較したところ,吸光度,反射光強度については,それぞれの各波長ごとのCODおよびTOCとの相関係数の最大値が,グループSでは0.80.9だったのに対し,グループKでは,0.7程度となった.また,相関係数が特に大きくなる波長域は,グループSでは近紫外域であったのに対し,グループKでは可視光域の600nm700nm付近であった.これらの両者の違いは,卓越有機汚濁成分が懸濁性であるか溶存性であるかの違いによるものと推察された.なお画像解析およびアプリ開発については,十分な検討ができなかった.対象ため池を堺周辺だけでなく,兵庫県まで拡大させたにもかかわらず,より広い範囲での有機汚濁レベルのため池を選定することができず,当初期待した通りに解析用の画像を得ることができなかったため,画像解析に関して十分な検討を行うことができなかった.また,他の研究へのエフォートが当初の予定より大きくなってしまったため,アプリ開発に十分な時間を確保することができなかった.・実施順序は当初の予定とは異なるものの,基本的には当初の実施計画通りの内容で推進する.・一般に,ため池における有機成分濃度は年間を通じてあまり大きくないため,より遠くにあるため池も視野に入れ,年平均濃度と水質成分構成にこれまでよりも大きなばらつきをもたせたデータが得られるように調査を行う.・当該年度の結果を踏まえ,水質の定量推定の精度向上には,ため池ごとの個体差の解消がキーとなることが明らかとなったため,有機成分以外の水質項目との関係性も含めてその解消に向けた検討を行う.・カメラ撮影画像の処理方法ならびに画像解析アプリケーションの開発については,計画より進捗が遅れているので,次年度については重点的に進める.当初の計画より多少の遅れは生じているものの,基本的には,当初の予定通り進める予定であるが,今年度までの検討を通じて,任意のため池に適用可能な有機汚濁推定式だとどうしても推定精度に限界が生じてしまうため,逆に,ため池を限定した推定式を作成することで,特定のため池,あるいは対象を拡張させて何らかの汚濁廃水に対しある程度の推定精度を高められるのではないかと考え,このことについても検討を行うことにした.年度途中で予算を使い切ってしまい,小額消耗品すら購入できなくなってしまうような事態に陥ることのないよう留意しながら研究費の執行を行ったため,1万7千円程度の残額が生じる結果となった.この残額については,翌年度分の物品費に計上する予定である.本研究で得られた成果による特許出願について,関連部局を通じて検討を行った.