hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
光とオゾンを効果的に利用した高効率な液相系光触媒分解手法の開発とそのシステム化

オゾン(O3)のマイクロバブル(MB)化導入と不織布担持TiO2光触媒を用いた流通式反応系を提案し、2-プロパノール(IPA)の分解速度がO3MBにより向上すること、また、光触媒が無機化の促進に大きく寄与することを確認した。さらにIPAの分解速度、無機化速度を向上すべく、O3MBと不織布担持TiO2光触媒にH2O2を加えた系について、バッチ式反応系を用いた最適条件の検討を行った。不織布の材質や形状、H2O2とO3のモル比、UV照射の有無などの影響を評価し、生成されるOHラジカル濃度が、IPA分解とその無機化の向上において、各ステップで重要な役割を果たしていることを明らかにした。実施した研究概要本年度は、昨年度作製した光運搬型の新たな水相光触媒分解用反応器を用い、2-プロパノール(イソプロピルアルコール, IPA)の分解速度ならびに無機化速度の向上を目指した促進酸化手法の応用として、オゾンマイクロバブル、過酸化水素(H2O2)、不織布型の固定化二酸化チタン(TiO2)光触媒の導入効果について検証した。得られた成果オゾンマイクロバブル(O3MB)としてオゾンを水中に導入することで、高濃度オゾンを水中に溶解させることが可能となった。しかし、高濃度に溶解しているO3はラジカルの捕集剤として働くために、オゾンのみでは顕著なIPAの分解率、無機化率の向上は得られなかった。UV光を共存させたO3MB/UV条件においては、IPAの分解速度の向上は得られたが、アセトン等の中間体の無機化速度においては顕著な向上が確認できず、生成したOHラジカルがうまく寄与していない可能性が示唆された。この時、H2O2/UV条件ではO3MB/UV条件に比べ顕著なIPA分解率、無機化率の向上が確認されたことから、O3MB/UV条件では気相と液相を介する不均一反応であるためにOHラジカル生成が不利であった可能性が示唆された。これより効果的にOHラジカルを生成させる手法としてH2O2とO3を共存させたペロゾン反応について検討し、初期反応段階におけるIPA分解に最適なH2O2とO3の濃度比を見出した。さらにTiO2不織布を併用することにより無機化の促進が確認され、最終的には、40 ppmのIPAを2時間で完全分解し、さらに難分解性の中間体であるアセトンも30時間で完全に分解できる結果が得られた。なお、この時の全有機炭素に対する分解率は30時間で90%程度であり、不織布の加工段階での不純物等の影響と思われる分解速度の停滞が確認された。これについては、不織布材料の改良も含め次年度に検討する。実施した研究概要本年度は小型の循環系処理システムを構築し、流通系における2-プロパノール(IPA)の分解速度、無機化速度について流量やIPA濃度の観点から評価した。また、無機化速度のさらなる向上のために昨年度やり残した不織布材料の評価を進めるとともに、物性の異なる他の有機汚染物質に対しても適用可能性を検討した。得られた成果光触媒担持不織布を設置した流通反応系において、UV光照射下でオゾンマイクロバブル(O3MB)を導入した系におけるIPAの分解速度ならびに分解生成物の無機化速度について評価した。IPA濃度、処理流量に依存したものの、O3MBによりIPA分解速度の向上が確認された。これより、バッチ系において十分な処理速度が得られれば、流通系への展開も可能であることが示唆された。一方で、流通系においては、光触媒等との接触が落ちることからバッチ系に比べ顕著な無機化速度の向上は得られなかった。これより、バッチ系においてさらなる無機化の向上が課題となった。これに対し、無機化速度を向上させるべく二酸化チタン(TiO2)光触媒を担持させる不織布について、材質のみならず、難燃剤の有無や光照射面積の差などについて検討を加えた。その結果、ポリエチレンテレフタレート(PET)素材の不織布が最も優れていることが明らかとなり、これまで検討を加えてきた条件にこの材質の光触媒担持不織布を導入した。その結果、過酸化水素(H2O2)/O3MB/TiO2-PET/UV系において、IPAの分解ならびに無機化速度を各要素技術の十数倍にまで複合的に高めることに成功した。また、IPAより親水性を示すエタノールに対して同様の分解実験を行ったところ、IPAと同等かそれ以上の分解速度、無機化速度が得られたことから、本手法は親水性物質に対しても効果的な手法であることが示された。実施した研究概要本年度は、光を運搬できる新たな水相光触媒分解用反応器の作製をまず行った。

この反応器の性能評価を行うにあたり、光触媒懸濁系での2-プロパノール(イソプロピルアルコール, IPA)の分解速度ならびに無機化速度(全有機炭素量(TOC)の減少速度)について評価した。また、オゾンガスの発生と水中への溶解手法についても検討を行った。得られた成果中心の光源を石英管で覆い、そこから9本の石英製の枝管が放射状に広がる新たな反応器を作製した。これにより、UV光源からの光は効果的に反応器内に運搬された。本反応器を用いて枝管を遮光した場合としなかった場合についてIPAの分解速度と無機化速度を比較したところ、枝管を遮光しない系では分解速度、無機化速度ともに向上し、光運搬型反応器の有効性が示唆された。また、IPAの分解速度はIPAの初期濃度に依存する傾向があり、これは生成する分解生成物との競争反応によるものと推察された。反応速度の向上を目指し、オゾンガスの発生と水中への溶解手法を検討した結果、オゾンを沿面放電により発生しマイクロバブルとして水中内に送り込むことで、60 ppm程度のオゾンを水中に保持させることが可能となった。オゾンマイクロバブルとしてオゾンガスをIPAの分解反応系に供給した結果、IPAの分解速度が急速に速くなり多くの分解生成物が生成した。この分解生成物との競争反応により、IPAの分解速度は一時的に停滞したが、その後急速に回復し、TOCの減少速度としても最終的には顕著に向上する結果となった。これより、オゾンマイクロバブルを光触媒分解系に導入することにより、反応系全体での分解速度を向上できることが示された。本年度の実施計画は、IPAの分解率ならびに無機化率に対して促進酸化手法(オゾン、過酸化水素、光触媒)を用いた際の効果の確認とその最適条件を見出すことであり、これについては計画通り十分な結果を得ることができた。ただし、不織布型光触媒の利用において、不織布の加工段階での不純物等の影響と思われる全有機炭素における分解速度の停滞が確認されたことから、不織布材料の改良等について一部次年度に持ち越すこととした。本年度計画では、光運搬型反応器の作製と光触媒懸濁系でのIPA分解による反応器の性能評価、また、オゾンガス発生手法の確立を行うこととなっていたが、これについては計画通り遂行された。一方、次年度以降の不織布型光触媒の使用におけるオゾンマイクロバブルの導入を考えれば、本年度の懸濁系においてもオゾンマイクロバブルを導入した条件での評価を行っておく必要性を感じ、オゾンマイクロバブルを導入した実験条件においてもIPA分解と反応器の性能評価を実施した。次年度は当初の計画通り、小型の循環系処理システムを構築し流通系におけるIPAの分解速度、無機化速度について検討し、流速と処理能力の関係について検討する。さらに、物性の異なる他の有機汚染物質に対しても適用可能性を検討する。一方で、昨年度やり残した不織布材料の評価と改良についても並行して進める予定である。次年度は当初の計画通り、懸濁系ならびに光透過性の高い不織布型の固定化光触媒系に対して、IPAの光触媒分解とオゾンマイクロバブルの効果を分解速度および無機化速度の観点から検証する。該当なし次年度は本年度作成の反応系を使用するため、特に備品の購入は行わず、消耗品と成果発表のための旅費、また、研究推進に必要な学生アルバイトに対する謝金として使用する。消耗品については、実験系が懸濁光触媒系と不織布型の固定化光触媒系の2種類となるため、ガラスの修理・改良費、不織布触媒の加工費、実験試薬、分析関連費用などに主に使用する予定である。
実社会の「今」を切り取るプロキシ型情報収集機構に関する研究

本研究では,社会において,情報を必要とする者(情報需要者)と情報を提供する者(情報供給者)をつなぐ情報伝達の新たな枠組みの確立を目指した.特に,モダリティを変換することで第三者への情報伝達を効率化することを狙って,画像アノテーション技術を中心に研究を進めた.具体的には,画像アノテーションの性能改善のための相関トピックモデルの構築,不完全なトレーニングデータからの画像アノテーションモデル構築,異なるモダリティのデータを相互検索できるCross-modal Retrievalの構築,撮影プロセスのモデルを基にした複数画像の要約等を行った.これらの成果は関連分野の主要国際会議,国際誌等で発表した.本研究では,従来型の過去の情報を蓄積するデータベース技術の概念から脱却し,実社会の「今」の情報を効率よく収集するための「プロキシ型情報収集機構」に関する研究を行う.「今」を切り取るセンサとしてスマートフォンを活用し,「今」の情報を欲する情報需要者と「今」の情報を提供する情報供給者の間で,情報伝達を効率よく行う仕組みを確立するために以下の2つの柱について研究を行う.・情報需要者の意図を情報供給者へ安全かつ円滑に伝達する仕組み・情報供給者から投稿された情報から情報需要者の意図に適合した情報を抽出する仕組み本年度は,以下の成果が得られた.【撮影対象のラベル推定】画像をクエリとして情報検索をする際に,画像内に映っている対象に関する一般的なラベルを推定する方法について取り組んだ.Webで公開されている大規模画像データベース内の画像と各画像に付与されたラベルの関係を分析しておくことでラベルが未知の画像に対して尤もらしいラベルを付与することができた.【画像の一貫性評価】情報供給者から投稿される画像情報には,情報需要者の意図を反映しているものとそうでないものが含まれているため,情報需要者の意図に合致する投稿情報を抽出する必要がある.そのために,投稿画像の全体構図や局所特徴の一貫性に基づいて画像の整合性を評価し,情報供給者の意図に一致する画像クラスタを発見する方法を開発した.【並列分散処理の検討】システムの実運用を見据えると,情報需要者の意図を抽出してそれを複数の情報供給者に伝達する処理や,複数の情報供給者から投稿される情報を統合する処理など,同時に多くの情報を効率よく処理する仕組みが必要となる.本研究では画像を取り扱うためテキストベースの演算に比べるとはるかに高い処理コストがかかるため,並列分散処理環境(Hadoopを利用)で画像処理を並列に行う方法について検討した.本研究では,従来型の過去の情報を蓄積するデータベース技術の概念から脱却し,実社会の「今」の情報を効率よく収集するための「プロキシ型情報収集機構」に関する研究を行う.「今」を切り取るセンサとしてスマートフォンを活用し,「今」の情報を欲する情報需要者と「今」の情報を提供する情報供給者の間で,情報伝達を効率よく行う仕組みを確立するために次の2つの柱について研究を行う.(1)情報需要者の意図を情報供給者へ安全かつ円滑に伝達する仕組み,(2)情報供給者から投稿された情報から情報需要者の意図に適合した情報を抽出する仕組み,である.本年度の成果としては以下の点が挙げられる.【画像アノテーションの高性能化】画像をクエリとして情報検索をする際に,画像内に映っている対象に関するラベルを精度良く推定する方法について取り組んだ.大規模な画像とラベル群から共起関係を学習する際に,画像特徴と個々のラベル間で距離尺度を設計することで,従来研究よりも精度の良いラベル推定が可能になった.その結果として,与えられた画像に対して情報検索意図を精度良く抽象化できるようになった.【画像群の要約】撮影された大量の画像群から重要な画像のみを抽出する方法について取り組んだ.写真に記録された位置情報や画像特徴の一貫性などから特に重要度の高い画像を選抜する方法を確立した.確立した方法には,情報需要者の情報抽出意図を類似画像の多さ,位置の一意性などの観点からパラメータ入力することができるため,情報需要者ごとに情報抽出フィルタを設計することも可能である.本研究では,従来型の過去の情報を蓄積するデータベース技術の概念から脱却し,実社会の「今」の情報を効率よく収集するための「プロキシ型情報収集機構」に関する研究を行った.「今」を切り取るセンサとしてスマートフォンを活用し,「今」の情報を欲する情報需要者と「今」の情報を提供する情報供給者の間で,情報伝達を効率よく行う仕組みを確立するために次の2つの柱について研究を行った.すなわち,(1)情報需要者の意図を情報供給者へ安全かつ円滑に伝達する仕組み,(2)情報供給者から投稿された情報から情報需要者の意図に適合した情報を抽出する仕組み,である.特に,平成26年度は,以下の成果が得られた.【クロスモーダルリトリーバル】画像やテキストのように異なるモダリティ間で得られる特徴の関係を潜在空間で学習する手法を開発した.この方法を用いることで,画像に関連するテキスト情報の検索や,テキストに関連する画像を検索したりすることが可能になった.さらに,潜在空間を介して画像をクエリとした際にその画像と概念の類似する他の画像を検索することも可能になった.【オブジェクトリトリーバル】特定の対象をクエリとして,その対象を含む画像を効率よく検索する方法を開発した.幾何的な類似度評価を含めることで対象の見かけの一致度を考慮しつつ,複数の候補をランキング形式で検索する方法を開発した.さらに,クエリ拡張法を導入することでより信頼度の高い画像検索を行うことができるようになった.【プロトタイプシステム開発】

前年度までに開発した画像アノテーション手法を,透過型メガネデバイス上で実装し,現在目にしている対象やシーンについてアノテーションを行うプロトタイプシステムを開発した.本研究では,従来型の過去の情報を蓄積するデータベースの技術の概念から脱却し,実社会「今」の情報を効率よく収集するための「プロキシ方情報収集機構」に関する研究を進めた.「今」を切り取るセンサーとしてスマートフォン等携帯型端末を活用し,「今」の情報を欲する情報受容者と「今」の情報を供給する情報供給者の間で,情報伝達を安全に効率よく行う仕組み確立するために次の2つの柱について研究を進めた.(1)情報受容者の意図を情報供給者へ円滑に伝達する仕組み,(2)情報供給者から与えられる多くの情報から情報受容者の意図に適合した情報を抽出する仕組み,である.平成27年度は異なったモダリティ間(特に今回は画像とテキスト間)の情報検索を可能にする「クロスモーダルリトリーバル」の改良を行った.すなわち異なるモダリティ間で得られる特徴の関係を共通の特徴空間で表現できるような機械学習の方法(Semi-supervised Coupled Dictionary Learning)を開発した.それにより,この共通の特徴空間を通して,与えられた画像に関連するテキストの検索,与えられたテキストに関連する画像の検索,さらに与えられた画像と概念が類似する他の画像を検索することが可能になった.上記に加えて,インターネットで情報検索を行う際に,ユーザーの意図を隠して検索を行うための枠組みとして「Obscured Information Retrieval」の枠組みを整理した.本研究では,社会において,情報を必要とする者(情報需要者)と情報を提供する者(情報供給者)をつなぐ情報伝達の新たな枠組みの確立を目指した.特に,モダリティを変換することで第三者への情報伝達を効率化することを狙って,画像アノテーション技術を中心に研究を進めた.具体的には,画像アノテーションの性能改善のための相関トピックモデルの構築,不完全なトレーニングデータからの画像アノテーションモデル構築,異なるモダリティのデータを相互検索できるCross-modal Retrievalの構築,撮影プロセスのモデルを基にした複数画像の要約等を行った.これらの成果は関連分野の主要国際会議,国際誌等で発表した.本研究の目標は,情報検索意図の抽象化と分散された意図の統合である.前年度までに前者については画像アノテーションの高精度化問題,後者については画像群の要約問題として,手法を確立し,さらに最終年度である平成26年度ではモダリティ間で情報検索を可能にしたり,意図する対象に対して精度よく情報検索を行う手法を確立した.特に,クロスモダリティの問題については,マルチメディア分野の主要国際会議である,IEEE International Conference on Multimedia and Expo 2015の口頭発表として採択されており,研究分野のコミュニティでも高く評価されている.27年度が最終年度であるため、記入しない。コンピュータビジョン
特異な構造を有する多環式含窒素生物活性天然物の新規分子骨格構築法の開発

細胞周期阻害物質であるネオキサリンは、トリプトファンとヒスチジン由来のインドールアルカロイドであり、分子内に特異なスピロアミナール構造と4級炭素に結合したイソプレニル基が存在する複雑で特異な構造を有している。これら特徴的な構造を立体選択的に構築するにあたり、フロインドリンの不斉合成の応用、スピロアミナール骨格の構築という鍵反応を考案した。すなわち、まずマジンドリンの合成で確立したフロインドリンより、リバースプレニル基を導入し、次にアミナールをルイス酸によるトランスアミネーションによりジアミナールとし、更に酸化してニトロン経由でインドールのスピロアミナール構造の構築法を初めて開発した。一方、ヒドロキシアパリシンは、薬剤耐性マラリア株に対し、優れた抗マラリア活性及び選択性を有するインドールアルカロイドである。しかしながら本化合物は天然からの量的供給が困難である事から、詳細な活性評価が行われていない。そこでヒドロキシアパリシン骨格を有する新規マラリア治療薬の開発を目的とし、大量合成可能な効率的かつ簡便な合成ルートの確立を行なった。すなわち、側鎖部分は、不斉Michel反応により構築し,さらにインドールのC-2へのアルキル化、さらに分子内Mannich反応により8員環を構築する方法を確立し、効率的なヒドロキシアパリシンの初の全合成を達成した。また、全合成過程で得られた中間体や誘導体に関して抗マラリア活性を評価する事により、構造活性相関を明らかにした。すなわち、まずマジンドリンの合成で確立したフロインドリンをインドール乳酸からセレニル化、リバースプレニル化により合成し、次にアミナールをルイス酸によるトランスアミネーションによりジアミナールとし、更に酸化してニトロン経由でインドールのスピロアミナール構造の構築法を初めて開発した。これにより、全合成の道が開けた。そこでヒドロキシアパリシン骨格を有する新規マラリア治療薬の開発を目的とし、大量合成可能な効率的かつ簡便な合成ルートを確立する。すなわち、側鎖部分は、不斉Michel反応により構築し,さらにインドールのC-2へのアルキル化、さらに分子内Mannich反応により8員環を構築する方法を確立した。そして、この方法論を用いて、ヒドロキシアパリシンの初の全合成を達成した。現在全合成を進めている。

細胞周期阻害物質であるネオキサリンは、トリプトファンとヒスチジン由来のインドールアルカロイドであり、分子内に特異なスピロアミナール構造と4級炭素に結合したイソプレニル基が存在する複雑で特異な構造を有している。これら特徴的な構造を立体選択的に構築するにあたり、フロインドリンの不斉合成の応用、スピロアミナール骨格の構築という鍵反応を考案した。すなわち、まずマジンドリンの合成で確立したフロインドリンをインドール乳酸からセレニル化、リバースプレニル化により合成し、次にアミナールをルイス酸によるトランスアミネーションによりジアミナールとし、更に酸化してニトロン経由でインドールのスピロアミナール構造の構築法を初めて開発した。現在全合成を進めている。一方、ヒドロキシアパリシンは、薬剤耐性マラリア株に対し、優れた抗マラリア活性及び選択性を有するインドールアルカロイドである。しかしながら本化合物は天然からの量的供給が困難である事から、詳細な活性評価が行われていない。そこでヒドロキシアパリシン骨格を有する新規マラリア治療薬の開発を目的とし、大量合成可能な効率的かつ簡便な合成ルートの確立を行なった。すなわち、側鎖部分は、不斉Michel反応により構築し,さらにインドールのC-2へのアルキル化、さらに分子内Mannich反応により8員環を構築する方法を確立し、効率的なヒドロキシアパリシンの初の全合成を達成した。また、全合成過程で得られた中間体や誘導体に関して抗マラリア活性を評価する事により、構造活性相関を明らかにした。
パターンデザインのデジタル教材による学習環境の構築

本研究は、パターンデザインの一貫した学習環境構築を研究代表者が開発した正三角形を基本ユニットとしたウェブアプリケーションを基に、1正多角形でパターンデザインが行えるウェブアプリケーション開発、2ユニットの外形を含むパターンデザインが行えるウェブアプリケーション開発、3パターンデザインのデータを利用機器や使用用途に合わせて、出力サイズ、パターンの繰り返しの調整が行えるユーティリティ開発の3課題を中心に進めることに加えて、4デジタルファブリケーション機器を活用した教材開発と学習方法を考案し、実践するものである。平成30年度は、1正多角形でパターンデザインが行えるウェブアプリケーション開発として、これまで開発を行っていた正三角形の基本ユニットのパターンデザインウェブアプリケーションに続き、正方形を基本ユニットとするパターンデザインアプリケーションの開発を行った。正方形は、1種類で平面を充填することができる正多角形の一つであり、パターンデザインを行う上では欠かすことができない要素である。正三角形のユニットで行うパターンデザインは、タイリングにおいて見られる大きな変化が魅力であり特徴である。一方、正方形の場合は変化少ないものの日常生活において見られるパターンデザインは、正方形のユニットを中心に作られているものが多いことから、パータンデザインを基礎デザインの学習に位置付ける研究目的の上で大変重要なものである。当初のレギュラーパターンメーカーという形ではなくなったものの学習環境としては十分なものになった。加えて、3パターンデザインのデータを利用機器や使用用途に合わせて、出力サイズ、パターンの繰り返しの調整が行えるユーティリティ開発として、正三角形、正方形のパターンデザインのための出力用ユーティリティを開発した。当初は、1正多角形でパターンデザインが行えるウェブアプリケーション開発を予定していたが、正三角形、正方形、正六角形を基本ユニットとした統合的なウェブアプリケーションは、3種類の正多角形のユニットを切り替えながらデザインを進めるユーザインタフェースに無理が生じたことから、正三角形、正方形、それぞれのパターンデザインメーカーを用意する方向に転換した。正六角形は正三角形の集合であるため、正六角形が基本ユニットのパターンデザインメーカがなくても学習環境として不足はないと判断した。また、出力用のユーティリティは、正三角形、正方形、それぞれに設けるように仕様を変更した。レギュラーパターンメーカーという形ではなくなったものの、正三角形、正方形で可能となるパターンデザインを学習する環境として問題ないものである。正六角形が基本ユニットのウェブアプリケーションについて学習上必要となった場合には、予算にゆとりがある場合に用意するものとする。一方、正方形を使用したパターンデザインでは、ハーフステップパターンという正方形の並びを半分ずらしたものがあり、こちらについてはパターン学習を深める上で欠かせない要素であることから開発を進める。アプリケーションの開発者とは、円滑な連携が取れていることから引き続き正方形でハーフステップパターンのデザインが行えるウェブアプリケーションの開発を行う。その上で、2ユニットの外形を含むパターンデザインが行えるウェブアプリケーション開発について進める。なお、外形を含む平面充填が行えるパターンデザインは、非常に複雑であることから、全てができるのではなく学習において、外形を含むパターンデザインがどの程度できれば良いかという点を考慮して開発を進めるものとする。

なお、外形を含む平面充填が行えるパターンデザインは、非常に複雑であることから、全てができるのではなく学習において、外形を含むパターンデザインがどの程度できれば良いかという点を考慮して開発を進めるものとする。30年度中に学習研究用のノートPCの購入を予定していたが、仕様の変更に伴い31年度に購入を見送ったことと、アプリケーションの仕様について変更があったことから繰り越しが発生した。31年度に購入予定ノートPCの実施を行い、アプリケーション開発で調整を行いながら予算を執行する。
ヒトの随意運動における皮質下構造の関与:脳電位による研究

ヒトの随意運動における主として皮質下構造の関与を明らかにするために脳電位による研究を行い、以下の様な新しい知見をみいだした。1.パーキンソン兆侯を有する患者(パーキンソン病・進行性核上性麻痺)13名(平均年齢62歳)において単純な手首運動に先行するCNV後期成分を記録し、健常老年者10名(平均年齢64歳)の結果と比較した。Hohen&Yahr分類でII度以下の軽症群では健常老年者群と有意な差はなかったが、III度以上の重症群では健常老年者群よりも有意に低振幅化していた。以上よりCNV後期成分は基底核機能を反映すると考えられた。2.基底核障害では歩行異常は重要な症状であるため、まず正常者において歩行運動に先行する随伴陰性変動(CNV)を検討し、単純な足の背屈運動の場合と比較した。歩行時には、足の背屈運動の時より正中部でのみ選択的にCNV後期成分が増大し、補足運動野の活動との相関が強く示唆された。今後パーキンソン病患者での"Kinesie Paradoxale"の病態解明へと検討する予定である。3.随意的な筋収縮の弛緩に先行する準備電位を正常者で検討し、随意的筋収縮による随意運動に先行する準備電位と比較した。筋収縮の場合同様に、準備電位は筋弛緩開始約1.5秒前から出現し運動と対側優位の分布を示し、出現潜時はむしろ筋弛緩の方が長かった。以上より随意的筋弛緩においても随意的筋収縮の場合と同様の脳内準備状態が生じることが示唆された。4.3で記した随意的筋弛緩に先行する準備電位を右上肢ジストニア患者で記録し、ジストニアにおける運動皮質レベルでの筋弛緩機構の障害を検討した。右上肢筋の弛緩に先行する電位は、正常者に比較して左半球でより低下している傾向がみられた。
溶媒和塩を用いた新しいリチウム電解液デザイン

平成27年度は、新しいイオン液体群である溶媒和イオン液体を定義する分子論的要件の抽出と新規溶媒和イオン液体の設計と希釈系電解液に関する検討を行った。リチウムビストリフルオロメタンスルホニルアミド(LiTFSA)とトリグライム(G3)またはテトラグライム(G4)の等モル混合錯体([Li(G3)][TFSA]または[Li(G4)][TFSA])を様々な分子性溶媒と混合し、等モル混合錯体の配位子と分子性溶媒の間の配位子交換について調べたところ、水やプロピレンカーボネートと混合した場合では配位子交換が顕著に起こり、錯カチオン([Li(G3)]+や[Li(G4)]+)が不安定となることが分かった。しかし、アセトニトリル、アセトン、トルエン、ハイドロフルオロエーテルなどの溶媒と混合した際には錯カチオンが安定に存在することを確認した。また、これらの分子性溶媒中における錯カチオンの安定性は分子性溶媒の誘電率、ドナー数などの溶媒パラメータと関連性があることが分かった。リチウム系電解液として適した分子設計を行うため、上記の混合液の電解液特性を調査したところ、アセトニトリル、アセトン、トルエン、ハイドロフルオロエーテルなど様々な分子性溶媒で溶媒和イオン液体を1 mol/L程度の濃度まで希釈すると、錯カチオンの構造を保持したまま、低粘性(< 10 mPas)、高イオン伝導性(> 5 mS/cm)を示す溶媒和イオン液体希釈系の電解液が得られることを確認した。27年度が最終年度であるため、記入しない。
光電源を利用した機能性アチュエータ系の創造

光照射によって高い起電圧を発生する性質(光起電力効果)を有するPLZT素子を適用した光電源,ECFを用いたリニアアクチュエータおよびER流体を利用したER流体マニピュレータを融合することにより,自立性の高い機能性アクチュエータ系を構築することを目的として,以下の研究を行った。1.光電源およびその駆動法の開発と:光電源の内部インピーダンスに与えるPLZT素子形状の影響を理論的に解析した。また,各種形状のPLZT素子を試作し,これを用いた実験により,得られた理論解析結果の妥当性を検証した。また,PLZT素子を用いた光電源の制御法を提案し,その制御限界を明らかにした。2.ECFの流れの発現機構の解明:電界中のECFの流動状態を可視化装置を用いて観察,計測し,電界強度に対する流速,流体力に関する実験モデルを構築した。このモデルを利用して,ECFを用いた2種類のリニアアクチュエータ(コイル電極型リニアアクチュエータ,ピストン電極型リニアアクチュエータ)を試作し,その動作実験から各方式の性能上の特質を明らかにした。3.機能性アクチュエータ系の構成:ER流体およびECFを用いたリニアアクチュエータを開発し,その動作特性を実験によって解析した。また,これらアクチュエータへの電力供給法として,PLZT素子を用いた光電源を導入したシステムを提案し,その最適化を図った。4.機能性アクチュエータ系の設計法の提示:ECFを用いたリニアアクチュエータの負荷-速度特性を求め,その結果に基づく設計法を提示した。光照射によって高い起電圧を発生する性質(光起電力効果)を有するPLZT素子を適用した光電源、ECFを用いたリニアアクチュエータおよびER流体を利用したER流体マニピュレータを融合することにより、自立性の高い機能性アクチュエータ系を構築することを目的として、以下の研究を行った。1.電源の開発:PLZT素子を適用した光電源を効率的に活用するためには、ECFリニアアクチュエータとER流体マニピュレータの電気的な負荷特性を考慮して、インピーダンス整合を図る必要がある。この技術課題を解決するため、光電源の内部インピーダンスに与えるPLZT素子形状の影響を理論的に解析した。また、各種形状のPLZT素子を試作し、これを用いた実験により、得られた理論解析結果の妥当性を検証した。この解析結果に基づき、ECFリニアアクチュエータおよびER流体マニピュレータを駆動するための光電源の最適設計を行った。2. ECFの流れの発現機構の解明:電界中のECFの流動状態を可視化装置を用いて観察、計測し、電界強度に対する流速、流体力に関する実験モデルを構築した。このモデルを利用して、ECFを用いた2種類のリニアアクチュエータ(コイル電極型リニアアクチュエータ、ピストン電極型リニアアクチュエータ)を試作し、その動作実験から各方式の性能上の特質を明らかにした。コイル電極型リニアアクチュエータは、駆動力が大きく、比較的低電圧で駆動することが認められた。一方、ピストン電極型リニアアクチュエータは、消費電力が小さく、省エネ効果を有することが明らかになった。光照射によって高い起電圧を発生する性質(光起電力効果)を有するPLZT素子を適用した光電源.ECFを用いたリニアアクチュエータおよびER流体を利用したER流体マニピュレータを融合することにより,自立性の高い機能性アクチュエータ系を構築することを目的として,以下の研究を行った.1.機能性アクチュエータ系の構成:ER流体およびECFを用いたリニアアクチュエータを開発し,その動作特性を実験によって解析した.また,これらアクチュエータへの電力供給法として,PLZT素子を用いた光電源を提案し,その最適化を図った.2.光制御駆動法の開発:PLZT素子を用いた光電源の制御法を提案し,制御限界を明らかにした.

3.機能性アクチュエータ系の設計法の提示:ECFを用いたリニアアクチュエータの負荷-速度特性を求め,その結果に基づく設計法を提示した.また,設計したリニアアクチュエータに最適な光電源の設計法を明らかにし,アクチュエータ系としての最適設計手法を取りまとめた.
断層破壊過程を考慮したライフライン系の耐震設計用地震動の予測

ライフラインはネットワークシステムでありかつ面的な広がりを有していることから、多点において同時に地震動を受けることになる。したがって、こうしたシステムの耐震性を考える場合、地盤内の任意の二点間での相対運動に体するシステムの応答を明らかにすることが重要である。しかしながら、地震動は伝播性の波動であるから、地盤の不整形構造に強く影響されるので、数十メートルしか離れていない二点間でも地震波形が極端にひずみ、大きな相対運動の起こる場合のあることが観測されている。また地震は断層の破壊によって発生するものであるが、マグニチュード7クラス以上の地震では断層の長さが数十kmにもなるので、断層近傍に展開されているライフラインの構成要素は断層面上の破壊の進行に伴う相対運動の影響を強く受けることになる。本研究では既往の地震記録を用いて地盤の地震における相対運動に及ぼす上記2要因の影響を分離・抽出し、ライフライン系の耐震設計のための外力である入力地震動を合理的に設定することを目的とした。1971年のインペリアルバレー地震記録を用いて、これまでに開発した最小位相推移関数モデルに基づくデータ処理を行うことにより、地震波形を観測点までの伝播経路の影響を表す部分(時系列)と、断層の破壊過程を表す部分(時系列)とに分離した。前者は震源から観測点までの地殻並びに地盤構造によって変化する波動の伝播特性を表すものであるから、これを用いて異なる2観測値点の間での位相特性の変化を抽出し、地盤の地震時における相対変位に及ぼす地盤の不整形生の影響を明らかにした。後者は、入力地震動の位相特性に含まれる断層の破壊過程の影響を表すものであるから、複数の観測点で分離された時系列を用いて、地震断層の破壊過程を同定しこれに基づいて観測記録の再現を試みた。
放射線照射下の表面励起効果による腐食促進機構の解明

原子炉内の炉内材料の腐食機構解明では、水/水蒸気の放射線分解によって生成した活性なイオン種量が重要となる。実炉環境で見られる一桁以上高い腐食速度は、従来モデルの水/水蒸気の放射線分解から算出されるイオン種量からでは説明できない。従来モデルの欠点は、材料の極表面近傍のみに現れる「表面励起効果」を考慮していないことである。我々は、独自に、「表面励起効果」に着目した「新しい腐食促進モデル」を提案する。表面励起効果は、材料の表面積に依存して増大し、材料表面近傍でのイオン種の生成量を増加させる。特に、隙間やクラック等の場所では、表面励起効果は材料の腐食に大きく作用し、その腐食を促進させる。本研究では、「新しい腐食促進モデル」を展開し、「表面励起効果起因のイオン種の増加量」から、原子炉内の腐食促進機構の解明を定量的に行うことを目的とする。放射線による表面励起効果を把握するためには、詳細なpH、電気伝導率、酸化還元電位の測定が必要となる。平成30年度の目標は、放射線照射下(Co60施設)で、pH電極の起電力の安定性の評価を実施することした。Co60施設を利用し、pH電極の比較電極とガラス電極の起電力の安定性評価を以下の方法で実施した。pH=4の標準溶液を使用した実験系を、Co60線源から10cm離して、設置した。実験時間は、約2時間である。その結果は、比較電極(Rv)では0.5mV程度増加し、ガラス電極(Gv)では0.3mV程度増加した。今回、測定した変動値(Rv=0.5mV、Gv=0.3mV)は、極めて小さいことが分かった。この結果から、放射線照射下でpH測定が、ほぼ正確に実施できることが判明した。放射線照射下でpH電極の起電力の安定性を順調に測定/評価することができた。今回の結果は、研究に協力参加しているメーカーと議論しているが、特許等の工業所有権の取得も研究スコープに入れて、それを目指して、実験を進めることとなった。今後は、平成30年度の結果を生かし、表面励起効果に起因した腐食機構解明のための実験を進める。また、研究の枝分かれとして、放射線照射下のpH計測を念頭に置いた電極の開発にも目を向け、特許等の工業所有権の取得も研究スコープに入れて、それを目指して、実験を進める。当初の計画に従い研究を進めてきたが、急遽、pH電極の起電力安定性を評価する必要が発生した。これにより平成30年度の実施計画の一部を変更して、pH電極の起電力安定性の評価研究を中心に進めることとし、それに伴い、経費の執行予定も変更したため次年度使用額が生じた。次年度使用額は、平成31年度(令和元年)分経費と合わせて、当初の実施計画に従い、実験及び試験に係る費用として使用する。
ヒト特異的酵素誘導の解明と予測系

CYP3A4の誘導を予測する系として、アデノウイルスベクターを用いたヒトCYP3A4の誘導評価系の構築に成功した。しかしアデノウイルスベクターを用いた遺伝子発現は一過性であり、評価を行うたびにウイルス感染を行わなければならないなどの問題点がある。そこでCYP3A4遺伝子コンストラクトを安定に発現する細胞誘導評価系を検討した。より本来の生体内反応に近い評価を行うため外来性プロモーターを用いることなくCYP3A4遺伝子固有のプロモーターおよびエンハンサーを使用して評価することを考慮しながらも高い誘導率を示すCYP3A4遺伝子コンストラクト安定発現株を構築した。安定発現株を作成するにあたり、ヒトCYP3A4遺伝子の約-300bp付近に存在するPXR結合配列(ER-6)と-7k付近のPXR結合配列(dNR)を複数含むエンハンサー領域を含むホタルルシフェラーゼレポーター遺伝子を付加したコンストラクト(CYP3A4-362-7.7k)のアデノウイルスを作成した。これらのアデノウイルスを用い、安定発現株作成に用いるCYP3A4遺伝子コンストラクトとして適した構造について検討した。同様な方法でhPXRのアデノウイルス(AdhPXR)も作成した。今回、用いる細胞株としてはヒト肝臓癌由来細胞であるHepG2細胞を選んだ。実験の結果でHepG2由来で安定にCYP3A4遺伝子を発現する数種の株化細胞を得ることに成功した。これらはリファンピシンよりもクロトリマゾール処置の方がより高い誘導率を示した。反対にリファンピシンでより強い誘導率を示すような細胞株も得られた。これらは典型的なCYP3A4誘導剤に応答して高いルシフェラーゼ活性を示し、評価系として適用可能なことが明らかになった。薬の作用および副作用の発現に関わるCYP3A4の誘導の機序を知るためCYP3A4のプロモーター領域(-362bp)とルシフェラーゼレポーター遺伝子を連結したコントラクトをアデノウイルスに導入してHepG2細胞に感染させた。クロトリマゾールの処理によって転写活性化が認められた。しかしながら活性化は数倍に止まった。そこで、プロモーター領域に約7K上流付近にあるエンハンサー領域のDNAを加えたコンストラクトを作成して、その結果を調べた。その結果薬物に対する応答は数十倍増加し、転写開始点より上流の2カ所の配列(0-300と-7K付近)がCYP3A4の転写活性化に重要であることが明かとなった。ヒトCYP3A4をラット肝細胞に導入した実験で、ヒトPXRの共発現によってリファンピシンによる作用が検出できた。このことはPXRが、リファンピシンによるCYP3A誘導の種差の主因であることを示している。今年度の実験で、細胞株によってクロトリマゾールとリファンピシンの作用に違いがみられた。今後この点に着目し、誘導機構を解析して行く予定である。またラットのCYP3A1遺伝子のプロモーター領域とルシフェラーゼレポーター遺伝子を連結して得たコンストラクトを作成し、ラット由来のH4IIE細胞に発現させたところ、デキサメサゾンやコルチコステロンによって転写の活性化が起こった。これらの実験の結果はCYP3A誘導のラットをヒト間の種差をよく反映したが、ヒトで特徴的な酵素誘導を示すリファンピシンに対する応答はクロトリマゾールに比べて弱かった。そこでCYP3Aの誘導を伝達するPregnane X receptorのcDNAをアデノウイルスに組み込み、このウイルスをCYP3Aベクターと共発現させて影響を見た。hPXRの導入によって、HepG2細胞におけるリファンピシンに対する応答は著明に上昇した。またラットのH4IIE細胞においてもリファンピシンの誘導作用が検出可能となった。

医薬品の開発過程においてCYP3A4のヒト型誘導を予測することが重要視されている。ところがCYP3A分子種の誘導には大きな差が認められることから、動物実験の結果からヒトでの酵素誘導を予測することは難しい。またヒト由来培養細胞系を用いたCYP3A4誘導の予測系も開発されているが、再現性あるいはコストの面などから汎用性が低い。そこで本研究では、CYP3A4の誘導予測を低コストでしかも再現性高く行うことが可能な優れたスクリーニング系の開発を目的とした。まず、薬物の持つヒトCYP3A4遺伝子誘導能に必要は遺伝子領域を同定するために、CYP3A4固有のプロモーターあるいはエンハンサー領域を利用して、in vitroおよびin vivo実験に利用可能なアデノウイルスベクターを用いたレポーターアッセイ系を構築し、培養細胞やマウスに感染させ、ルシフェラーゼ活性を測定し、誘導の評価を行った。その結果、HepG2細胞においてリファンピシンによってCYP3A4遺伝子は転写活性化された。さらに、ヒトPXRを発現する組換えアデノウイルスAdhPXRを作製して、AdCYP3A4-362-7kと同時にラット肝細胞由来のH41E細胞に感染させたところ誘導のヒト化が認められた。次に、実験動物においてはCYP3A4遺伝子の転写活性化がマウスあるいはラット肝臓内で観察され、さらにAdhPXRを併用投与することにより、高効率にCYP3A4誘導をin vivoで見ることが可能となった。本実験で使用したプロモーターあるいはエンハンサー領域を用いることでより正確なヒトCYP3A4の誘導予測が可能となった。そこでこれらの領域を有するレポーターを用い、CYP3A4のヒト型誘導が予測可能な安定発現株を作成した。得られた安定発現株のCYP3A4誘導評価を行ったところ、薬物に応じた反応を示すことが確認された。またAdCYP3A4-362-7.7kを用いたリファンピシンの用量-反応曲線と比較して、低濃度でより高い応答を示すこと、また測定が簡便であることなどから今回作成した安定発現株の高い有用性が示された。
２光子イメージングを用いた脳内生成情報と外世界情報の統合による行動発現機構の解析

領野間に渡る情報処理の理解は、脳という全体が1つのシステムとして機能している対象の理解には必須である。その為に、本研究では2光子カルシウムイメージングによる多領野間の情報処理機構の解明手法の開発と行動課題の開発をそれぞれ行う。前年度は、対物レンズ下空間に挿入する、小型回転光学素子を開発し、0mmから6mmの任意距離離れた2カ所で同時に2光子カルシウムイメージングを可能とする方法論を新規に開発するとともに、内発性外発性レバー引き運動課題実行時のマウス運動野からの2光子カルシウムイメージングを実施し、課題関連細胞を同定した。本年度は、小型回転光学素子にさらにピエゾ対物レンズマウントを組み合わせることで、2視野2層の計4視野イメージングへとさらに発展させた。また、これら系を組み合わせた実験を実施し、取得された神経活動の解析を進めることで、前肢関連運動野吻側部(RFA)が前肢関連運動野背側部(CFA)と比較し、内発性、外発性運動をより高精度にデコーディング可能なことを明らかとした。また、RFA及びCFAは機能的なネットワークを構成し、さらにそのネットワークの結合強度は個体状態依存的に変化することを明らかとした。これら結果は、課題状況依存的な脳領野間の動的なネットワークの再構成を示している。28年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、カルシウム濃度感受性タンパク質の改良により可能となった軸索活動の2光子イメージングを拡張し、多領野からの入力を同時に計測可能とする系の構築を行った。2波長同時発振が可能なフェムト秒レーザーを搭載した2光子励起顕微鏡と、異なった励起、蛍光特性を持ったカルシウム濃度感受性タンパク質をそれぞれ別領野へとアデノ随伴ウィルスにより神経細胞へと遺伝子導入する系を組み合わせることで、2色で同時にカルシウムイメージングが可能なことを確認した。また、軸索のような微小構造のイメージングにはプローブの十分な発現と、脳の揺れの影響を抑えるため適切な脳の圧迫が必要であることが明らかとなったため、新たなイメージングウィンドウの開発も行い、1ヵ月を経過しても十分なイメージング品質を保った個体を安定的に作製可能となった。また、新規行動課題を開発するにあたり、これまで使用されてきた運動課題制御プログラムに対し、最適化を行い、制御プログラムの実行速度を1ループあたり1ms程度へと短縮し、時間的な前後性が重要となる課題に対して十分な精度が出るよう改善を行った。前年度は、多色軸索活動計測法の開発により、多領野からの入力を同時に計測可能とする系の構築と、内発性外発性運動課題の構築を行った。本年度はさらにそれを発展させ、領野間の神経活動の直接的な同時観察を可能とする観察視野の高速切替装置の新規開発を行い、それを用いた前肢関連運動野吻側部(RFA)および、前肢関連運動野背側部(CFA)の内発性外発性運動課題時の2領野同時イメージングを実施した。その結果、内発性外発性それぞれの運動状況に選択的に反応する神経細胞群が見つかった。今後例数を増やすとともに、領野間のデータ解析を進めていく。多領野からの入出力を計測可能とする領野間計測法を確立し、運動課題実行時の神経活動計測も順調に進んでおり、課題に関連した興味深い細胞群も見つかってきているため、おおむね順調に進展していると言える。多領野からの入力を同時に計測可能とする多色2光子カルシウムイメージングの系を構築でき、計測系の準備が整ったため、おおむね順調に進展していると言える。基本的に、順調に計画した実験を進めている。今後は確立したイメージング技術と行動課題を合わせたデータ取得をさらに進めると共に、論文作製へ向けて全体をまとめていく。

28年度が最終年度であるため、記入しない。基本的に、順調に計画した実験を進めている。今後は確立したイメージング技術と行動課題を合わせたデータ取得を進め、解析を進めていくことを中心的な課題とし、研究を進めていきたい。
腰部脊柱管狭窄症々状発現機序の解明とその治療法に関する実験的研究

ヒトと同様の形態の馬尾を持つサルを用いて馬尾に慢性圧迫を加えた腰部脊柱管狭窄症のモデルを作成し、その病態を機能的・形態学的に明らかとし、更に各種の治療法の検討を行うことを目的として実験的研究を行った。まずチタン製の埋め込み型馬尾圧迫装置を作成した.硬膜管に加る圧迫は先端に直径7mmの円盤を付けた螺子を回転させ進める方法を採用した.螺子は一回転0.75mm進むものを用い1週毎に1mm圧迫した。圧迫の増加したのちにミェログラフィーを行い馬尾の形態を観察した.現在までに4匹のサルに圧迫装置を埋め込み脊柱管に圧迫を加えている。しかし数カ月から一年余の経過観察では期待したような馬尾の肥厚・弛緩(redundancy)はミェログラフィーでは観察することが出来ないでいる。下肢の神経幹刺激による馬尾誘発電位も観察したが圧迫を進めるに従って電位の多相性化が認められた。この誘発電位に対する0.151.0μg/kgのprostaglandin静脈注射の影響は明確なものは観察されなかった。一匹は屠殺し馬尾の形態の変化と組織学的観察を行った。馬尾は全脊柱管の約1/3の空間に圧迫集約されていたが、肉眼的にはやはりredundanyは明確ではなかった。馬尾の一部のものには軸索髄鞘の破壊と共に空腔形成が認められており大きな直径の神経繊維の脱落が観察されていた。現時点までの圧迫期間はまだ不充分と考えられるので現在圧迫装置を埋め込んでいるサルを更に長期間観察する予定である。本年度は実験モデルの作製を行った。まずサル2匹を用いて第4腰椎椎弓を切離した後に脊柱管内に落とし込みキルシュナーワイヤーで固定して硬膜管を圧迫し、馬尾に対して恒常的な圧迫を加え得ることを確認した。その後水溶性造影剤を用いて全身麻酔下でミエログラフィーを行い圧迫が維持されていることを確認している。1匹は病死したので馬尾の組織学的検討を行ったところ圧迫部では神経周膜に炎症所見が観察されたが神経軸索には変性所見は認められていなかった。他の一頭は術後6ヶ月の現在生存しているが臨床例でしばしば観察する事が出来る肥厚、蛇行などの馬尾の形態的異常は観察し得ていない。当初予定していた漸増圧迫を加えるための装置はMRI撮像の可能性も考慮して、まず高分子ポリエチレンで作製したが微細な構造を構築する事が出来なかった。その後何回かの試行錯誤の後にようやくチタン製で体内埋め込み可能なモデルを完成させることが出来た。その構造は富士山の形状をしたチタン製の枠に垂直にネジが装着され先端に直径5-7mmの高分子ポリエチレンの円盤を装着するようになっている。この装置はサルの椎体後面に裸子2本にて固定するが、適時垂直ネジを回転することにより圧迫の程度を強める事が出来るようになっている。現在サル1匹に埋め込み、経過観察中である。あと1ケ月体内に埋没した装置が充分に維持されることを確認して、さらにサル5匹以上を漸次追加して長期観察用のモデルを作製する予定である。まずチタン製の埋め込み型馬尾圧迫装置を作成した.硬膜管に加る圧迫は先端に直径7mmの円盤を付けた螺子を回転させ進める方法を採用した.螺子は一回転0.75mm進むものを用い1週間毎に1mm圧迫した。

しかし数カ月から一年余の経過観察では期待したような馬尾の肥厚・弛緩(redundancy)はミェログラフィーでは観察することが出来ないでいる。下肢の神経幹刺激による馬尾誘発電位も観察したが圧迫を進めるに従って多少の電位の多相性化が認められた。この誘発電位に対するprostaglandin動脈注射の影響は明確なものは観察されなかった。一匹は屠殺し馬尾の形態の変化と組織学的観察を行った。馬尾は全脊柱管の約1/3の空間に圧迫集約されていたが、肉眼的にはやはりredundancyは明確ではなかった。馬尾の一部のものには軸索髄鞘の破壊と共に空胞形成が認められており大きい直径の神経繊維の脱落が観察されていた。現時点までの圧迫期間はまだ不充分と考えられるので現在圧迫装置を埋め込んでいるサルを更に長期間観察して行く予定である。
マイクロ空間でのTip-streamingを利用したポリ乳酸複合ナノ材料の開発

本研究では, Flow-focusing型マイクロ流路内に油水二相系を送液した際に形成されるTip-streamingと呼ばれるジェット流先端で液滴剪断を行うことで, 10ミクロン以下の液滴生成を目指した。また,微小液滴をテンプレートとした微粒子調製により生分解性高分子ナノ材料開発およびその構造制御法の開発を検討してきた。本年度は,エマルション調製時の流量条件が調製される液滴径に及ぼす影響について,無次元数であるキャピラリー(Ca)数を用いて整理した。また,調製された微小液滴内において,高分子の非溶媒と高分子濃厚相間で相分離を誘起することで,微粒子の構造制御を試みた。酢酸エチル/水系のエマルション調製で,連続相Caが0.09よりも大きな条件でTip-streaming形成が確認された。調製した微小液滴から溶媒を除去(溶媒拡散)することで,ポリ乳酸(PLA)粒子を得た。Ca数が増大するにつれて,得られる微粒子の粒径は減少した。また,微粒子の粒径は,液滴径と液滴組成から算出した理論粒子径とほぼ一致した。さらに,液滴内相分離を系に導入することで,比較的粒径が単分散で表面に凹面を持つCore-shell型の微小カプセルを得た。本手法により,既往の報告例でのDrippingモードでは調製困難であったシングルミクロンサイズで単分散な生分解性PLAカプセルの連続調製が可能となった。本調製プロセスでは,常温常圧下において,短時間で微小なカプセルが連続調製できるため,オンデマンドな薬物輸送担体の調製への応用が期待できる。本研究課題は平成26年度が最終年度のため、記入しない。本研究は, Flow-focusing型マイクロ流路において形成されるTip-streamingと呼ばれる特異な流れの形成条件を明らかにするとともに, Tip-streaming先端で生じる微細液滴をテンプレートとした生分解性高分子ナノ材料連続調製プロセスの開発を目的としている。本年度はまず,汎用シミュレーションソフト(COMSOL Multiphysics)を用いた流体解析シミュレーションにより, Tip-strearningを形成する上で重要な油水界面におけるTaylor-cone形成条件の模索および流路形状・流体条件の最適化を検討した。その結果,分散相と連続相の接触角度90°のFlow-focusing型流路における水中油滴型(0/Wエマルション)調製にて, 2流体の流量,粘性および2流体間の界面張力を制御することで, Tip-streamingの形成に成功した。各操作パラメーターを総括的に整理すると,粘性と界面張力の比を表す無次元数であるキャピラリー(Ca)数が大きいとTaylor-cone形成に有利であることが示唆された。シミュレーション結果を基に設計したマイクロ流路(Flow-fbcusing部30μm)とエマルション条件を用いて,ポリ乳酸微粒子調製を行った。その結果,マイクロ流路内で形成されたTip-streaming先端でおよそ4μm程度の液滴生成がデジタルマイクロスコープにより観察された。この結果は,シミュレーション結果と一致した。続いて,調製した微細なエマルションを多量の水に加えて,油相溶媒を水中に拡散除去することにより,粒径800nmのPLA微粒子を得た。Tip-streamingを用いたマイクロ流路乳化プロセスでは,従来法では困難であったシングルミクロンの微細液滴生成が可能であり,さらにこの技術と溶媒拡散法を併用することで,サブミクロンサイズの液滴・高分子微粒子を連続調製することが可能となった。本年度は主に,マイクロ流路内でのTip-streaming形成条件に関する検討に注力し,研究計画におおむね則した進展をみた。

マイクロ流路内のCa数に着目し,それに起因するファクターを制御することで, Tip-streamingの形成に成功した。流体シミュレーションで得られたエマルション調製条件を実験系に適応した結果,シミュレーションと同様の現象が見られ,シングルミクロンの微細液滴を得た。得られた微細液滴から溶媒拡散により,溶媒を除去し,体積収縮を起こすことで,最終的にサブミクロンサイズのポリ乳酸微粒子を得ることに成功した。本年度, Tip-streamingの形成に必要なTaylor-coneの形成に優位な条件を示すことができたが, Taylor-coneの安定性にはまだ課題がある。今後の方策のひとつとして,より安定なTaylor-coneを形成するために,更なるデバイスの改良と操作因子の検討を行う。また,これまでに所属研究室で得られている知見を応用し,合成した両親媒性共重合体,無機ナノ微粒子や高分子の貧溶媒を微粒子のマトリックスまたは相分離剤として添加し,ナノサイズの機能性微粒子の創製とその構造制御法の開発を目指す。その機能性・構造をDSCによる熱分析, SEM, TEM, AFMによる形態観察などにより評価する。