hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マイクロチャンネル内の気液二相流動特性に及ぼす各種影響因子の抽出

通常口径の流路内の二相流れに比べるとマイクロチャンネル内の流れでは,重力よりも表面張力,液粘性による影響が支配的となり,管径の影響(寸法効果)が大きくなると考えられる.そこで,本研究では液物性値と管内径を変えて,マイクロチャンネル内の単相流と二相流の圧力損失とボイド率に及ぼす影響を実験的に調べた.作動流体として気相に窒素ガス,液相にエタノール水溶液を用いた.そして,エタノール水溶液の重量濃度を変えることにより,液体の表面張力と粘度を変えた.流路には溶融シリカ製の円形マイクロチャンネルを使用し,その内径を50-530μmとした.主な結果は次のとおりである.圧力損失について・液単相流の管摩擦係数の実験値は,液体と管内径によらず層流の理論値に一致した.また,層流から乱流への早期遷移は観察されなかった.・二相流の摩擦圧力損失は液相の体積流束と液粘度の増加,管内径の減少とともに大きくなった.・二相粘度にDuklerらの式を用いる均質流モデルは二相摩擦圧力損失の本実験値を良く予測できた.大口径管のデータに基づくGarciaらの均質流モデルも同様に良い予測結果を与えた.・Lockhart & Martinelliモデルは,そのモデルに必要な二相摩擦乗数に適切な値を用いれば,本実験値を良く予測できた.ボイド率について・ボイド率と気体体積流量比βの関係を調べた結果,50μmから管径が大きくなるにつれて,実験値は100μm管のデータに基づくKawaharaらの式に近い値から,通常口径管に関するArmandの式による値に近づいた.251μm管ではArmandの式とほぼ一致した.・β>0.7の領域における高粘度の液体のボイド率は他の供試液体のそれに比べ低くなった.・すべての管径の本実験値に適用できる既存の予測式は見当たらなかった.・提案の予測式による計算値は,50-530μmの実験値と良く一致した.通常口径の流路内の二相流れに比べると,マイクロチャンネル内の流れは,重力よりも表面張力,液粘性による影響が支配的となり,管径の影響による寸法効果が大きくなると考えられる.マイクロチャンネルに関する既存の実験の多くは供試液体に水のみを用いているため,液物性値の流動特性に及ぼす影響は明らかではない.さらに,管内径を系統的に変えた実験もないので,流路サイズの影響も明らかではない.そこで,本研究では液物性値と管内径を変えて,マイクロチャンネル内の単相流と二相流の圧力損失とボイド率に及ぼす影響を実験的に調べた.作動流体として気相に窒素ガス,液相にエタノール水溶液を用いた.そして,エタノール水溶液の重量濃度を変えることにより,供試液体の表面張力および粘度を変えた.流路には溶融シリカ製の円形マイクロチャンネルを使用し,その内径を75,100,176,251μmに変えた.液単相流の実験から,本実験範囲内では,マイクロチャンネル内の単相流でときおり報告されている層流から乱流への早期遷移は供試液体の種類によらず観察されず,また管摩擦係数は通常口径管の理論値とほぼ一致した.二相流の流動様相を観察したところ,液の種類によらず流動様相は互いに類似していた.また,二相流の摩擦圧力損失は適切な二相摩擦乗数を用いればLockhart-Martinelli法により予測可能であることが分かった.なお,マイクロチャンネルの二相摩擦乗数は通常口経管のそれよりかなり低い値となることが分かった.さらにDuklerらの均質二相粘度を用いた均質流モデルも本実験値を予測可能であった.次に,ボイド率の実験値に関し,気体体積流量比に対する変化の特性が管内径によって大きく異なり,管径の影響が大きいことが分かった.ボイド率の予測に関しては,すべての管径に適用できる既存の予測式は見当らなかったので,本実験値に適合し得る式を検討中である.通常口径の流路内の二相流れに比べるとマイクロチャンネル内の流れでは,重力よりも表面張力,液粘性による影響が支配的となり,管径の影響(寸法効果)が大きくなると考えられる.そこで,本研究では液物性値と管内径を変えて,マイクロチャンネル内の単相流と二相流の圧力損失とボイド率に及ぼす影響を実験的に調べた.作動流体として気相に窒素ガス,液相にエタノール水溶液を用いた.そして,エタノール水溶液の重量濃度を変えることにより,液体の表面張力と粘度を変えた.流路には溶融シリカ製の円形マイクロチャンネルを使用し,その内径を50-530μmとした.主な結果は次のとおりである.圧力損失について・液単相流の管摩擦係数の実験値は,液体と管内径によらず層流の理論値に一致した.また,層流から乱流への早期遷移は観察されなかった.・二相流の摩擦圧力損失は液相の体積流束と液粘度の増加,管内径の減少とともに大きくなった.・二相粘度にDuklerらの式を用いる均質流モデルは二相摩擦圧力損失の本実験値を良く予測できた.大口径管のデータに基づくGarciaらの均質流モデルも同様に良い予測結果を与えた.・Lockhart & Martinelliモデルは,そのモデルに必要な二相摩擦乗数に適切な値を用いれば,本実験値を良く予測できた.

ボイド率について・ボイド率と気体体積流量比βの関係を調べた結果,50μmから管径が大きくなるにつれて,実験値は100μm管のデータに基づくKawaharaらの式に近い値から,通常口径管に関するArmandの式による値に近づいた.251μm管ではArmandの式とほぼ一致した.・β>0.7の領域における高粘度の液体のボイド率は他の供試液体のそれに比べ低くなった.・すべての管径の本実験値に適用できる既存の予測式は見当たらなかった.・提案の予測式による計算値は,50-530μmの実験値と良く一致した.
デング熱・出血熱における次世代ワクチン開発戦略

デングウイルス(DV)の新規DNAワクチン開発を目指して、DNA-based感染性cDNAクローンを構築し、培養細胞に導入した結果、導入24時間後で高力価のウイルス産生が認められた。さらに、DNA-based感染性cDNAクローンをもとに構造蛋白質領域をレポーター遺伝子に置換したレプリコンを作製した。より効率の高いリバースジェネティクス(RG)系の開発を目的に宿主相同組換え機構を利用したDV-1型の新規RG系の開発を行った。さらに、この系を応用し、DV-2型の構造蛋白質領域を含むキメラウイルスの作製にも成功した。これらの系の確立は新規DNAワクチン開発において、極めて有用なツールと考えられる。本研究はデングウイルス(DV)における新規DNAワクチンの開発を目的としている。平成24年度は、以下の研究成果が得られた。1) DVにおけるDNA-basedリバースジェネティクス系を応用したレプリコンシステムの開発新規DNAワクチン開発の基盤技術として、細胞内にウイルスcDNAを直接導入することにより、効率の高い組換えウイルスの作出が可能なDNA-basedリバースジェネティクス系を用いたSingle-round感染性ウイルス粒子産生系の開発は必須である。本年度は、構造蛋白質領域(C、prM、E)をレポーター遺伝子(ルシフェラーゼ)に置換したDNA-based DVレプリコンシステムの開発を行った。レプリコンを導入した培養細胞では安定したルシフェラーゼ発現が認められ、抗DV薬剤スクリーニングにおいても有用であることが確認された。2) DVにおける宿主相同組換え機構を利用した新規リバースジェネティクス系の開発先行研究で開発に成功したダニ媒介性脳炎ウイルスの宿主相同組換え機構を利用した新規リバースジェネティクス系をDVに応用した。DV DNA-based感染性cDNAクローンを鋳型に全長をカバーするように両末端に各々隣接する領域に対して重複領域を含む断片のフラグメントを増幅した。増幅したフラグメントを培養細胞にコトランスフェクションした結果、24時間後に感染性ウイルスが得られた。本年度、開発に成功した基盤技術は本研究課題を遂行する上で非常に有用と考えられる。1) DVにおけるDNA-basedの感染性cDNAクローンを応用したレプリコンの開発新規DNAワクチン開発の基盤技術として、細胞内にウイルスcDNAを直接導入することにより、効率の高い組換えウイルスの作出が可能なDNA-basedの感染性cDNAクローンを用いたSingle-round感染性ウイルス粒子産生系の開発は必須である。本年度は、昨年度開発に成功したDNA-based DVレプリコンシステムの改良を行った。構造蛋白質領域(C、prM、E)にIRES配列を付加したレポーター遺伝子(ルシフェラーゼ)に置換したレプリコンを作製した。このレプリコンは、前年度、作製したレポーター遺伝子にFMDV 2A配列を付加したレプリコンと比較して、培養細胞内でより安定したルシフェラーゼ発現が認められた。リバビリン(DV複製阻害剤)処理により新規DVレポーターレプリコン細胞のレポーター活性は濃度依存的に減少した。以上の結果、新規DVレポーターレプリコンは抗DV薬剤スクリーニングにおいて有用であると考えられる。2) DVにおける宿主相同組換え機構を利用した新規リバースジェネティクス系の応用昨年度、開発に成功したDV 1型の宿主相同組換え機構を利用した新規リバースジェネティクス系を用いてDV 2型の構造蛋白質を持つキメラウイルスの作製を試みた。DV 1型DNA-based感染性cDNAクローンおよびDV 2型構造蛋白質領域を鋳型に目的とするキメラウイルスの全長をカバーするように両末端に各々隣接する領域に対して重複領域を含む断片のフラグメントを増幅した。増幅したフラグメントを培養細胞にコトランスフェクションした結果、感染性ウイルスが得られた。本システムはDNA-basedの感染性cDNAクローンを用いたDV多価ワクチン開発において、非常に有用であると考えられる。本研究はデングウイルス(DV)における新規DNAワクチンを開発することを目的としている。平成23年度は、以下の研究成果が得られた。1) DVにおけるDNA-basedリバースジェネティクス系の開発DVのリバースジェネティクス系では、in vitroで合成したウイルスRNAを細胞内に導入することにより組換えウイルスの作出を行う系(RNA-based system)が広く使われている。新規DNAワクチン開発に必須の基盤技術として、細胞内にウイルスcDNAを直接導入することにより、効率の高い組換えウイルスの作出が可能なDNA-basedリバースジェネティクス系の開発を行った。サイトメガロウイルス由来プロモーターおよびD型肝炎ウイルス由来リボザイム配列の間にDV1型全長cDNAを配置したコンストラクトを作製した。作製したコンストラクトを培養細胞にトランスフェクションした結果、24時間後に組換えウイルスの産生が認められた。2)フラビウイルスにおける宿主相同組換え機構を利用した新規リバースジェネティクス系の開発先行研究で開発に成功したダニ媒介性脳炎ウイルス(TBEV)のDNA-based感染性cDNAクローンを用いて、宿主の相同組換え機構を応用した新規のリバースジェネティクス系の確立を試みた。

TBEV DNA-based感染性cDNAクローンを鋳型に全長をカバーするように両末端に各々隣接する領域に対して重複領域を含む3断片のフラグメントを増幅した。増幅したフラグメントを培養細胞にコトランスフェクションした結果、24時間後に1000 PFU/mlのウイルス価が得られた。デングウイルスについてもこのシステムの開発に成功し、現在、組換えウイルス作出効率の向上に取り組んでいる。本年度、開発に成功した新規リバースジェネティクス系は本研究課題を遂行する上で非常に有用と考えられる。本年度は、DV1型におけるDNA-basedレプリコンの構築、宿主の相同組換え機構を利用したリバースジェネティクス系の開発に成功した。現在、DV1型レプリコン導入細胞に構造蛋白質をトランスに供給することでSingle-round感染性ウイルス粒子の産生を試みている。さらに、他の型におけるレプリコンシステムの構築ならびにSingle-round感染性ウイルス粒子産生システムの開発にも着手していることから、研究目的を達成する上で本年度の研究計画はおおむね順調に進展していると思われる。本研究目的は4価Single-round感染性DNAワクチンの開発を行うことである。DNAワクチン候補となるSingle-round感染性ウイルス粒子産生システムの開発のため、標的細胞内で組換えウイルスを効率的に産生できるDNA-basedリバースジェネティクス系の確立を行うことは必須の研究項目である。本年度は、この基盤技術の開発に成功し、DV1型におけるSingle-round感染性ウイルス粒子を産生するDNA-basedレプリコンの構築にも着手した。さらに、組換えウイルスを簡便で迅速に作出できる系として、宿主の相同組換え機構を利用したリバースジェネティクス系の開発にも成功したことから、研究目的を達成する上で本年度の研究計画はおおむね順調に進展していると思われる。今後の研究の推進方策として以下の研究項目を推進する。1) 4価Single-round感染性組換えウイルス粒子産生系の開発構築に成功したDV1型レプリコンcDNAおよび14型の構造蛋白質発現プラスミドを標的細胞に導入することで4価Single-round感染性組換えウイルス粒子を作出する系の開発を行う。2) DVカプシド(C)蛋白質欠損DNA-basedレプリコンの作製既に開発に成功しているDNA-based DV1型感染性cDNAクローンを用いてCタンパク質領域を欠損させたDV1型レプリコンcDNAを構築する。
自発運動が体温調節及び視索前野/前視床下部の脳内神経伝達物質に及ぼす影響

体温調節機構においては視床下部の視索前野/前視床下部(PO/AH)が特に重要な部位であり,セロトニン(5-HT)が熱放散機構,そしてドーパミン(DA),ノルエピネフリン(NE)が熱産生機構に関与していることが示されている.本研究では,自発運動によるPO/AHの脳内神経伝達物質の変動及び体温調節に及ぼす影響を解明することを目的とした.自発運動群は非運動群に比べて,安静時の心拍数が低いという結果が得られた.また,深部体温に関しても,昼夜の高低の変動がハッキリしており,メリハリがあることが明らかであった.更に自発運動群のPO/AHのDAとNEが非運動群と比べて有意に高い結果であった.本研究では,自発運動による視索前野/前視床下部の脳内神経伝達物質の変動及び体温調節に及ぼす影響を解明することを目的とした.実験には6週齢の雄Wistarラットを使用した.深部体温,心拍数,活動量を測定するために,無線式小型体温計を腹腔内へ埋め込む手術を行い,手術後1週間の回復期間をとり,その後12h:12hの明暗サイクル,環境温23°Cで運動群と非運動群に分けて,1ヶ月間飼育した.飼育中の水,餌の摂取は自由とし,1週間ごとに体重測定を行った.1ヶ月間連続して深部体温,心拍数,活動量を観察し,その後寒冷暴露(環境温5度)および暑熱暴露(環境温32度)実験を行った.脳内神経伝達物質(セロトニン,ドーパミン,ノルエピネフリン)の測定には,別の6週齢の雄Wistarラットを使用した.運動群と非運動群に分けたあと,12h:12hの明暗サイクル,環境温23°Cで1ヶ月間飼育した.飼育中の水,餌の摂取は自由とした.1ヶ月後に素早く脳を取り出し,マイクロスライサーにて300μmの切片を作成し,1mm四方の大きさで脳内の各部位を取り出し,ホモジナイザーにて磨り潰しを行った.部位は視索前野/前視床下部の他,大脳皮質,線条体,視床下部室房核,視床下部腹内側核,視床下部背側核,後視床下部,海馬,扁桃体,腹側被蓋野,黒質,正中縫線核,背側縫線核,青班核を取り出した.脳内神経伝達物質は高速液体クロマトグラフィーを用いて分析した.結果として,運動群は非運動群に比べて体重の増加が低く,深部体温,心拍数,活動量の日内変動は全体的に高く,暑熱または寒冷に対する耐性が高いことが観察された.そして脳内神経伝達物質は運動群の方が非運動群よりも全体的に高い傾向を示していた.今のところ研究計画通りに問題無く実施することが出来ており,この後詳細な分析を進めていく予定である.本研究では,体温調節機構において重要な部位である視床下部の視策前野/前視床下部(PO/AH)に注目し,自発運動によるPO/AHの脳内神経伝達物質(セロトニン:5-HT,ドーパミン:DA,ノルアドレナリン:NA)の変動及び体温調節に及ぼす影響を解明することを目的とした.2年目である今年度は,マイクロダイアリシス法を用いて体温調節が活発になる暑熱暴露時(35°C)及び寒冷暴露時(5°C)の体温調節反応および5-HT,DA,NA放出量の経時的変化を運動群と非運動群において測定し,短期的な温熱刺激に対する運動の効果を検討した.実験動物,無線式小型体温計手術は基本的に平成26年度と同じ条件で行った.ソムノペンチル麻酔のもと,ガイドカニューラ(AG-8, Eicom, Japan)をPO/AHへ挿入する手術を実験の少なくとも3日前に行った.麻酔と傷口の回復,及び動物を実験環境下に慣れさせる為に,動物に23日間の安静期間を与えた.実験当日にイソフルラン麻酔(1.54.0%, 0.8 L/min,武田薬品工業(株), Japan)の下,マイクロダイアリシスプローブ(A-I-8-01, Eicom, Japan)を挿入した.プローブ先端の透析膜はカットオフ分子量6,000のセルロース製で,膜長1.0mm,外形0.22mmの形状のものを使用した.結果として,非運動群に比べて運動群は,暑熱暴露中は深部体温の上昇が大きいものの,生理指標の変動は少なく,逆に寒冷曝露中は生理指標が安定していた.脳内神経伝達物質の変動は運動群において全体的に高い傾向を示していた.これらの結果は,運動による暑熱または寒冷耐性の向上を示唆している.今のところ研究計画通りに問題なく実施することが出来ており,今後も詳細な分析を進めていく予定である.今のところ研究計画通りに問題なく実施することが出来ているため.平成28年度は「自発運動群と非運動群の長期間温熱暴露に対する体温調節反応とセロトニン,ドーパミン,ノルアドレナリン放出量の比較」を行う予定であった.しかし,平成28年度に研究休暇(長期海外研究)を取得し,留学先の米国(University of Colorado Denver)にて本研究を進める予定であったが,実験機器の違いや先方で行われている研究内容の実施を優先せざるを得ず,本研究を計画通りに進めることができなかった.その為,日本に戻る平成29年4月以降に平成28年度分の本研究を行い,平成29年度中に目的を達成する予定である.

平成28年度に研究休暇(長期海外研究)を取得し,留学先の米国(Universoty of Colorado Denver)にて本研究を進める予定であったが,実験機器の違いや先方で行われている研究内容の実施を優先せざるを得ず,本研究を計画通りに進めることができなかった.本研究では,体温調節機構において重要な部位である視床下部の視索前野/前視床下部(PO/AH)に注目し,自発運動によるPO/AHの脳内神経伝達物質(セロトニン:5-HT,ドーパミン:DA,ノルエピネフリン:NE)の変動及び体温調節に及ぼす影響を解明することを目的とした.3年目である2017年度(*研究休暇を挟んだため実質は4年目)は運動群と非運動群に対して1か月間の温熱暴露(32°C)を行い,ホモジネート法とマイクロダイアリシス法を組み合わせ,長期的な温熱刺激に対する運動の効果を体温調節反応と5-HT,DA,NE放出量から検討を行った.実験には雄Wistarラットを使用した.6週齢で購入し,その後運動群と非運動群に分けて1ヶ月間飼育した.飼育環境は12h:12hの明暗サイクル(7:00-19:00明期),実験中以外の時間は,水,餌の摂取を自由とした.なお本研究は,立教大学ライフサイエンスに係る研究・実験の倫理および安全委員会の審査・承認を得た上で行った.無線式小型体温計の手術,ホモジネート法,マイクロダイアリシス法は前年度までの方法と同様で行った.暑熱暴露に対する反応については,運動群の方が非運動群と比べてベースの体温が高く,過度の体温上昇が起きる可能性が考えられたが,暑熱暴露中の体温上昇の差異は特に無かったため,運動群において体温調節機能が向上した可能性が考えられた.また,今までのところそれに関わる神経伝達物質はDAが特に関与することが示唆されている.今後,更に詳細な分析を進め,自発運動による生体に及ぼす影響を詳細に検討していきたい.体温調節機構においては視床下部の視索前野/前視床下部(PO/AH)が特に重要な部位であり,セロトニン(5-HT)が熱放散機構,そしてドーパミン(DA),ノルエピネフリン(NE)が熱産生機構に関与していることが示されている.本研究では,自発運動によるPO/AHの脳内神経伝達物質の変動及び体温調節に及ぼす影響を解明することを目的とした.自発運動群は非運動群に比べて,安静時の心拍数が低いという結果が得られた.また,深部体温に関しても,昼夜の高低の変動がハッキリしており,メリハリがあることが明らかであった.更に自発運動群のPO/AHのDAとNEが非運動群と比べて有意に高い結果であった.今のところ研究計画通りに問題無く実施することが出来ているため.研究計画通り3年目となる次年度は,運動群と非運動群に対して1か月間の温熱暴露(5°Cまたは35°C)を行い,ホモジネート法とマイクロダイアリシス法を組み合わせ,長期的な温熱刺激に対する運動の効果を体温調節反応と5-HT,DA,NA放出量から検討する.最終的に,自発運動が体温調節及びPO/AHの5-HT,DA,NAに及ぼす影響を明確にする.日本に戻る平成29年4月以降に平成28年度に行う予定であった,「自発運動群と非運動群の長期間温熱暴露に対する体温調節反応とセロトニン,ドーパミン,ノルアドレナリン放出量の比較」を基本的に平成27年度と同じ条件で実験を行う.運動群と非運動群のラットに対して,1か月間の温熱暴露(5°Cまたは35°C)を行い,ホモジネート法とマイクロダイアリシス法を組み合わせ,長期的な温熱刺激に対する運動の効果を体温調節反応とセロトニン,ドーパミン,ノルアドレナリン放出量から検討する.
高次光超音波生体イメージングのための符号化パルス変調法に関する研究

研究実施計画の第一の課題として光超音波に最適な符号の検討を行った。光超音波の特性上、光は正のパルスのみ送信可能であるため、従来のM系列関連符号を始めとする正負によって構成される符号では、正と負と二度に分けて送信し、差分を取ることで本来の符号を再現している。また、符号生成の制約により、周期的符号送信ができず、不安定な符号化アーティファクト(サイドローブ、クロストーク)が発生する。以上の問題を克服するため、周期的単極M系列符号を考案した。通常M系列符号は双極符号であるが、周期的単極M系列符号はM系列符号の正の符号のみより構成され、周期的に送信でき、復号化の際にはM系列符号が用いられる。特徴として、単波長送信においてサイドローブを発生させず、二波長同時送信におけるクロストークの大きさは、符号長に応じて一定値を示す。通常超音波は送信受信系が同一であるため、周期的送信は用いられないが、光超音波の場合はわかれているため、周期的送信を効率的に行うことができる。シミュレーション及び実験検討を通じて、本符号の有用性が確認された。また、本提案手法の実用化においては、組織の非線形性や超音波受信機の周波数特性による影響が想定される。そのため、擬似生体ファントムを用いて、提案手法のこれらの懸念点に対する影響を検討した。従来の実験検討では黒色を中心としたラバーワイヤーを水中に設置し、レーザー照射を行い、発生する光音響信号を計測していたが、今回、ラバーワイヤーをアガーゲル中に埋め込み、より生体に近い環境でのイメージング計測を行った。結果として、光の減衰により、符号化を行わない場合ではほとんど信号を取得できないのに対し、符号化パルス変調法を適用することでノイズに対する信号の強さを増強することを確認できた。さらに、光超音波イメージングを拡張させた光超音波速度計測に対して符号化パルス変調法を適用することで、高速度血流や微少変化の計測を可能にする超高時間分解能での速度計測の可能性が示唆された。本研究の目的である、符号化パルス変調法光超音波イメージングの機能向上を達成した。単波長での使用で符号化アーティファクトを発生させず、複数波長同時送信が可能な周期的単極M系列を提案し、アガーゲルファントムを用いた実験検討を行った。また、光超音波イメージングを拡張させた光超音波速度計測に対して符号化パルス変調法を適用し、超高時問分解能の情報を取得する方法を考案した。今後の研究課題として、実用化に向けた更なる実験的検討の必要性が挙げられる。具体的には、符号化パルス変調法は受信信号の線形性を前提条件として必要としており、医動物を用いたイメージングを通じた組織から発する光超音波信号の非線形性が符号化パルス変調法に与える影響を考察する必要がある。また、提案手法の有用性をより主張するために、より高速なレーザーを用いた検討を行う必要がある。通常光超音波では高価でパルス送信間隔の長い固体レーザーが用いられるが、安価で高速なダイオードレーザーは符号化パルス変調法との相性の良さが期待される。安価で手軽な装置の開発は、光超音波イメージング法の普及における大きな一助となることが示唆される。

また、光超音波イメージングを拡張させた光超音波速度計測に対して符号化パルス変調法を適用し、超高時問分解能の情報を取得する方法を考案した。今後の研究課題として、実用化に向けた更なる実験的検討の必要性が挙げられる。具体的には、符号化パルス変調法は受信信号の線形性を前提条件として必要としており、医動物を用いたイメージングを通じた組織から発する光超音波信号の非線形性が符号化パルス変調法に与える影響を考察する必要がある。また、提案手法の有用性をより主張するために、より高速なレーザーを用いた検討を行う必要がある。通常光超音波では高価でパルス送信間隔の長い固体レーザーが用いられるが、安価で高速なダイオードレーザーは符号化パルス変調法との相性の良さが期待される。安価で手軽な装置の開発は、光超音波イメージング法の普及における大きな一助となることが示唆される。
高強度レーザーを用いたクラスター分子のクーロン爆発ダイナミックスに関する研究

クラスターを高強度短パルスレーザーの高強光子場で完全にあるいは高い価数の状態にイオン化し、そのクラスターイオン自身のクーロン反発力によりクラスターを爆発させ、高エネルギーイオンを発生することができる。イオンは比較的に等方的に発生し、最大エネルギーあたりにピークをもつエネルギー分布を有していると考えられ、周辺クラスターから発生したイオンとの衝突により、核反応を標的クラスター郡の中で起こすなどの応用も期待できる。概念的には、より大きなクラスターをより強度の高いレーザーにより電子を剥ぎ取れば、大きなエネルギーのイオンを発生することができるが、このイオン化と爆発過程の詳細はまだ明らかになっていない。本研究の目的はこれらを明らかにし、将来の応用への指針を示すことである。本年度は、下記の3項目について成果をあげた。(1)水素クラスタークーロン爆発により発生するプロトンエネルギーのイオン分布水素イオンクラスターを高強度フェムト秒によりクーロン爆発させて発生するプロトンのエネルギー分布と最大エネルギーのクラスターサイズ、レーザー強度比例則を明らかにした。(2)アルゴンクラスターのクーロン爆発ダイナミックスアルゴンクラスターを高強度フェムト秒によりクーロン爆発させて発生するイオンの価数、エネルギー分布のレーザー偏光依存性を実験的に調べ、爆発ダイナミックスを考察した。(3)低密度フォーム中でのクーロン爆発クラスターガス中でのクーロン爆発により発するイオン量の効率を改善する手法として低密度フォームターゲットの利用を提案し、その基礎実験を行った。
Segment-based molecular surface remeshing by pattern analysis

本研究では、メッシュを構成する三角形パッチの頂点の最小角および最大角を改善し、低品質の要素を除去することで、分子表面メッシュの品質を向上させる再メッシュ法について提案する。この方法では、分子表面形状のパターン解析を行い、その結果に基づいてメッシュを分割し、各分割された領域ごとに再メッシュ化を行う。また、分割された領域ごとの計算をCPUのマルチスレッド処理やGPUを用いて並列化することで、計算効率を効率化する。さらに、ユーザビリティを向上させるために、エンドユーザー向けに使いやすいインタフェースやソフトウェアツールを提供する。
マクロファージ様株化細胞J774・1が産生する腫瘍傷害性蛋白の研究

センチニクバエレクチンは、センチニクバエ幼虫の体表に傷をつけた時に体液中に産生されるガラクトース結合性のレクチンで、1980年に研究代表者らにより発見され精製された。このレクチンをマウスマクロファージに作用させると、マクロファージは強い細胞傷害活性を持つ蛋白を産生し初めることを見出した。研究代表者らは、1984年にマウスマクロファージ様株化細胞J774.1がこのレクチン存在下に産生する細胞傷害性蛋白を部分精製し、その活性、腫瘍特異性、制癌効果等を検討した結果、この蛋白は腫瘍特異的な細胞傷害活性を有し、マウス移植癌に対して有意な治療効果を示すことを報告した。本研究では、この腫瘍傷害性蛋白(Tumor Killing Factor,TKFと略す)を精製し、蛋白化学的な性質を明らかにすることを目的とした。1.J774.1培養上清からのTKFの精製:マウスマクロファージ様株化細胞J774.1を無血清培地中で、510μg/mlのセンチニクバエレクチン存在下に培養すると、培地中にTKFが放出される。この培養上清から、DEAEセファロース、セファクリルS=200、MonoQFPLC、の三段階の精製により単一な蛋白を得た。このようにして精製したTKFは電気泳動的に均一で、分子量は未変性状態で48000、SDSポリアクリルアミドゲル電気泳動で15000と決定された。従って、活性蛋白は15000のサブユニットの三量体と考えられる。この蛋白はマウス移植癌に対して、有意な治療効果を示した。2.センチニクバエレクチンによる、マウス血清中へのTKFの誘導:センチニクバエレクチン単独でも有意な制癌効果が認められ、メスA、ザルコーマ180等のマウス固型腫瘍が治瘉した。この治瘉効果にTKFの関与が考えられたので検討したとこめ、担癌マウスにザルコファガレクチンを投与すると、血清中にTKFの誘導が認められた。正常マウスではこのようなTKFの出現は認められなかった。
胎児発育不全の改善に果たすタダラフィルの作用機序の解明

原発性肺高血圧合併妊婦の経験から、胎盤形成不全による低酸素のため、胎児の発育が抑制される胎児発育不全(FGR)に対してもタダラフィルの効果がある可能性を見出し、タダラフィルを投与したFGRモデルマウスの実験系においても胎仔体重が著しく改善されることを明らかにした。本研究では、種々のFGRモデルマウスにタダラフィルを投与し、FGRに対するタダラフィルの胎児マウスにおける効果について分子レベルで解析する。具体的に、タダラフィルの胎児発育促進に、アミノ酸輸送や代謝への影響について中心的に解析する。本研究の目的は、タダラフィルのFGRへの有効性を分子レベルで解明することである。
突発的地滑りを検知する地盤センシング杭システムの研究

日本国内でも,突発的な局地的集中豪雨により,土石の濁流が人命を奪う痛ましい被害が多数報告されている.国土の7割が山間部である日本において広域なエリアをカバーし,地滑りをいち早く検知のインフラを構築するのはコスト面と技術面で困難である.申請者らは,地滑り検知のため公的施設や一般家庭も含めて自ら設置や運用を可能とする高精度かつ低運用コストを兼ね備えた地盤センシング杭の無線センサネットワークシステムを研究し実用化につなげる研究を行った.特に気象データや斜面の特性を加味したセンサネットワークを構築し自然エネルギを活用して長期間運用する手法を構築した.日本国内でも,突発的な局地的集中豪雨により,土石の濁流が人命を奪う痛ましい被害が多数報告されている.国土の7割が山間部である日本において広域なエリアをカバーし,地滑りをいち早く検知のインフラを構築するのはコスト面と技術面で困難である.申請者らは,地滑り検知のため公的施設や一般家庭も含めて自ら設置や運用を可能とする高精度かつ低運用コストを兼ね備えた地盤センシング杭の無線センサネットワークシステムを研究し実用化につなげる研究を行った.特に気象データや斜面の特性を加味したセンサネットワークを構築し自然エネルギを活用して長期間運用する手法を構築した.近年地球規模で亜熱帯化する気候変動の影響もあり,日本国内でも,突発的な局地的集中豪雨により,土石の濁流が人命を奪う痛ましい被害が多数報告されている.一般民家の居住地だけでなく安全性を重視し建設されている老人介護施設や避難所となる市町村施設においても人命が危険にさらされる可能性があることが明るみになった.一方国土の7割が山間部である日本において広域なエリアをカバーし,地滑りをいち早く検知のインフラを構築するのはコスト面と技術面で困難である.本研究では,地滑り検知のため公的施設や一般家庭も含めて自ら設置や運用を可能とする高精度かつ低運用コストを兼ね備えた地盤センシング杭システムを研究し実用化につなげることを目標とした。滑り検知が技術的に不可能である現状は,山間部で生活する人々にとっては急務の問題であり、また地震に伴う土砂災害が多いのも日本には必要な技術と考える.地震災害時には,事故やインフラ崩壊が同時多発的に発生し,通信が麻痺し,電源供給できない状況が長時間続く.高速道路の破壊でも問題になったように主要道路は地震後に崩落の危険性から寸断され状況の把握や救護が大幅に遅れる可能性がある.大規模な交通網のインフラ麻痺状態や2次災害の危険により,救助や補修工事の足止めになり,災害救助の絶対といわれている72時間以内の救助対応は不可能になる.崩落の危険が地盤を特定し豪雨や地震の災害前後もモニタリングし続けることは安全な復旧においても重要なことである.既存研究は,長時間の無電源,警報の正確性と無線等の警報の迅速性を兼ね備えていない欠点がある.提案する手法とは異なり,多くの既存の地盤モニタリングの計器は非常に巨大でありコストが高い欠点がある.本研究の目的は,大規模な通信インフラ崩壊時にも災害情報を検知・把握可能にするため,道路や山間部の地盤状況の変化を低コストで高精度に分析する手法を確立すべく、本年度危機の調査および、実際に実験で用いるセンサ杭を作成し12個の無線センサを斜面に検知実験を行った。実験には防災科研の大型降雨実験施設を活用して行い検知し崩落前の加速度の特性の把握に成功した。またエネルギの有効活用に関する調査研究も開始した。近年地球規模で亜熱帯化する気候変動の影響もあり,日本国内でも,突発的な局地的集中豪雨により,土石の濁流が人命を奪う痛ましい被害が多数報告されている。さらに東日本大震災を始めとする大規模地震の影響によい地盤を緩み崩落しやすい状態にあるエリアも少なくない.一般民家の居住地だけでなく安全性を重視し建設されている老人介護施設や避難所となる市町村施設においても人命が危険にさらされる可能性があることが明るみになった.一方国土の7割が山間部である日本において広域なエリアをカバーし,地滑りをいち早く検知のインフラを構築するのはコスト面と技術面で困難である.本研究では,地滑り検知のため公的施設や一般家庭も含めて自ら設置や運用を可能とする高精度かつ低運用コストを兼ね備えた地盤センシング杭システムを研究し実用化につなげることを目標とした。滑り検知が技術的に不可能である現状は,山間部で生活する人々にとっては急務の問題であり、また地震に伴う土砂災害が多いのも日本には必要な技術と考える.地震災害時には,事故やインフラ崩壊が同時多発的に発生し,通信が麻痺し,電源供給できない状況が長時間続く.高速道路の破壊でも問題になったように主要道路は地震後に崩落の危険性から寸断され状況の把握や救護が大幅に遅れる可能性がある。大規模な交通網のインフラ麻痺状態や2次災害の危険により,救助や補修工事の足止めになり,災害救助の絶対といわれている72時間以内の救助対応は不可能になる,崩落の危険が地盤を特定し豪雨や地震の災害前後もモニタリングし続けることは安全な復旧においても重要なことである.既存研究は,長時間の無電源,警報の正確性と無線等の警報の迅速性を兼ね備えていない欠点がある.提案する手法とは異なり,多くの既存の地盤モニタリングの計器は非常に巨大でありコストが高い欠点がある.

本研究の目的は,大規模な通信インフラ崩壊時にも災害情報を検知・把握可能にするため,道路や山間部の地盤状況の変化を低コストで高精度に分析する手法を確立すべく、本年度危機の調査および、実際に実験で用いるセンサ杭を作成し12個の無線センサを斜面に検知実験を行った。実験には昨年に続き,防災科研の大型降雨実験施設を活用して行い検知し崩落前の加速度の特性の把握に成功した。またエネルギの有効活用やリスクシュミレータに関する調査研究を行い発表を行った.またH22、H23年度茨城県つくば市の防災科学技術研究所と合同で行った降雨実験施設で行った実験の解析により各種センサのついたセンサノードが100mmの降雨時にセンサデータを安定的に取得および崩落予測が行えることが分かった。土砂災害の発生を予測するために大規模にWSNを用いてモニタリングする手法が検討されている。広域エリアを柔軟にカバーできるWSNは災害探知のモニターリングに適している一方でセンサノードのバッテリの容量制限のため限らた日程での運用を行うことを強いられてきた。しかしより広域長期運用するため,ソーラーパネル・風力などのEnergy Harvesting技術でより効率的にエネルギを利用するセンサノードの導入が可能であるが経済的に高コストな点が普及を妨げている。そこで全体のライフタイムを伸ばすため,Harvested Energy予測モデルを改良し,より現実に近いシミュレーションを行う環境を構築した。気象現象を加味した上でエネルギ予測モデルを確立しルーティングプロトコルを改良した.天候や地形情報などの情報を導入したシミュレータでWSNの広域・長期運用手法を検証させ、要件に見合う最低限の自然エネルギーセンサノード数や配置の特定が容易になった。「無線センサネットワークを利用した斜面崩壊検知システムおよびシミュレータ」として論文発表を行い自然エネルギ活用を含めた広域センサネットワークの基礎を構築した。またプライバシを考慮したセンサネットワークやネットワークコーディングを用いたセンサネットワークに関する研究論文も認められ学術論文および研究発表している。今後は,土木関係の企業と連携し,被災地を含めた山間部や森林伐採で宅地造成工事を行なっている地点でのシステムの実運用を行う予定である。降雨実験施設でのセンサネットワークを持ちいた2回にわたる実験を成功させ完了し、現在はデータの解析やシュミレーションの研究に取り掛かっている。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後は主に計測データの解析やシュミレータの開発を行い、広く研究者を集めて統合シュミレータの開発にとりかかる予定である。またエネルギハーベスティングの研究やモバイルセンサノードの研究を追加し、リスクを考慮した省電力センサネットワークを構築する。
電磁界の幾何光学的解法における等価端部電磁流法の確立

等価端部電磁流法(MEC)は、散乱体稜線に沿って仮想的な線電磁流を線積分することで電磁界を表現する方法で、高周波光線理論である幾何光学的回折理論(GTD)の見通しの良さを極力保ちつつ、適用範囲や精度を飛躍的に高める。本研究の課題は、等価端部電磁流(EEC)として、高精度の表現を与えることである。申請者はすでに、EECの全ての成分(物理光学成分および摂動フリンジ成分)の非物理発散を、統一的に解消する方法として「最適積分路法」を、さらに物理光学成分に対しフェルマーの原理をより拡張した「修正エッジ法」を提唱している。本研究では、以下の成果を得た。(1)「修正エッジ法」を「最適積分路法」と比較し、EECの物理光学成分の任意性を数値的に裏づけた。さらにEECを立体(楔)へ拡張し、既存の中で最も高精度な一様回折理論(UTD)と同様の精度を得ることができた。(2)物理光学成分に対する「修正エッジ法」に続き、摂動フリンジ成分に対する近似的な「修正エッジ法」を提案した。特殊関数を使うことなく精度の良い等価波源を構成し、精度を確認した。(3)時間領域における回折波の測定を試みたが電波暗室の反射減衰量が不足していることが判明し、暗室の改良を継続している。(4)物理光学法の「疑似透過光」による誤差を初めて見いだした。曲面に対する物理光学法の誤差についての定量的検討を行った。(5)等価端部電磁流をホイヘンスの波源とみなし、停留点を視覚的に理解できるよう画像表現ソフトウェアを開発した。電磁界理論とコンピュータグラフィクスにおける視覚の対応を明らかにした。(6)アンテナ工学で広く用いられている物理光学法、開口面法など、従来の各種高周波数値解法に対する等価端部電磁流の一様表現を導出しそれぞれの誤差特性(特に偏波特性)や等価性を評価した。等価端部電磁流法(MEC)は、散乱体稜線に沿って仮想的な線電磁流を線積分することで電磁界を表現する方法で、高周波光線理論である幾何学的回折理論(GTD)の見通しの良さを極力保ちつつ、適用範囲や精度を飛躍的に高める。本研究の課題は、非物理的発散を伴う等の点で未完成な既存の等価端部電磁流(EEC)に対し、振る舞いの良い高精度の表現を与えることである。本研究では、この2つの概念を組み合わせ具体的には以下の項目について検討を行った。(1)2つの異なる概念の関係を比較し、EECの物理光学成分の任意性を定量的にも明らかにした。「修正エッジ法」の概念をEECの形式に陽表現し、「最適積分路法」と比較し、この事実を数値的に裏づけた。(2)上記で導出した平板用のEECを立体(楔)へ拡張した。2つの面の法線を用いてEECを表現し、既存の中で最も高精度な一様回折理論(UTD)と比較して遜色ない精度を得ることができた。しかし一般的な凸多面体の散乱を扱うためのアルゴリズム、さらに汎用ソフトウェアの提供は今後の課題として残された。(3)MECの考えを基に、従来よりアンテナ工学で広く用いられている物理光学法、開口面法、そして吸収体近似などの積分解法の近似原理・誤差特性の解明に初めて成功し、精度向上への指針を与えた。さらに表面インピーダンス近似への拡張を開始した。(4)時間領域における散乱波の切り分けを併用した、高精度な散乱断面積の測定は、機器購入時期の関係もあり次年度へ繰り越した。

(5)等価端部電磁流をホイヘンスの波源とみなし、停留点を視覚的に理解できるよう画像表現ソフトウェアを開発した。電磁界理論とコンピュータグラフィクスにおける視覚の対応を明らかにした。(6)アンテナ工学で広く用いられている物理光学法、開口面法など、従来の各種高周波数値解法に対する等価端部電磁流の一様表現を導出しそれぞれの誤差特性(特に偏波特性)や等価性を評価した。等価端部電磁流法(MEC)は、電磁界解析において散乱体稜線に沿った等価端部電磁流の線積分により回折界を表現する方法であり、高周波光線理論である幾何光学的回折理論(GTD)の見通しの良さを保ちつつ、その適用範囲や精度を飛躍的に高める計算法である。本研究はMECの確立を目的とし、振る舞いの良い高精度の等価端部電磁流の導出を行ったものである。具体的には以下の成果が得られた。1.物理光学成分に対する「修正エッジ法」に続き、摂動フリンジ成分に対する近似的な「修正エッジ法」を提案した。その結果、修正エッジと真のエッジとのなす角度を用いて、特殊な関数を使うことなく精度の良い等価波源を構成することができた。円板や矩形板などの代表的な散乱体について精度を確認した。2.提案した等価端部電磁流の精度比較を、時間領域の電磁界測定によりおこなった。しかし回折波の測定には電波暗室の反射減衰量が不足していることが判明し、暗室の改良を継続している。3.物理光学法の「疑似透過光」による誤差を詳細に数値実験により検証した。曲面に対する物理光学法の誤差についての定量的検討を行い、物理光学法の誤差を初めて解析的に陽表現できた。4.等価端部電磁流をホイヘンスの波源とみなし、停留点を視覚的に理解できるよう画像表現ソフトウェアを開発した。電磁界理論における視覚と、良く知られるコンピュータグラフィクスにおける視覚の対応を明らかにした。一例として、物理光学法の「疑似透過波」による誤差を視覚化した。5.物理光学法、開口面法など、従来の各種高周波数値解法に対する等価端部電磁流の一様表現を導出した。これらを用いたMECにより、上記各種数値解法の誤差特性(特に偏波特性)や等価性を評価した。
木質系バイオマスを出発物質とした高CO2吸蔵機能を持つ炭素材料の開発

CO2は、温室効果ガスの中で、地球温暖化に最も大きな影響を与えるため、地球温暖化防止の観点から、CO2を吸蔵する材料の開発は世界的な課題となっている。本研究は、大気圧下でCO2を吸蔵・回収することによって、地球温暖化問題の解決に資する木質系炭素材料を開発することを目的とする。そのため、KOHとK2CO3の混合比率を変えフェノール樹脂の賦活処理により活性炭を作成した。CO2吸着測定と透過電子顕微鏡(TEM)観察結果からその微細空隙構造を解析し、CO2吸着量に対する影響を調べた。さらにセルロースナノファイバー(CNF)とフェノール樹脂という異なるミクロ空隙の組み合わせにより得られた炭素化物のCO2吸着量を調べ合成法の最適化を試みた。フェノール樹脂・CNF複合炭素前駆体中に水酸化カリウム、あるいはCNFを添加し、KOH水溶液、およびK2CO3溶液を種々の重量比で混合し、賦活処理を行った。こうして得られた複合炭素材料についてガス吸着による空孔径分布の解析とTEMを用いた観察、および空隙構造の解析を行った。いずれのサンプルも4.5-5mmol/gという比較的高いCO2吸着量を示した。K2CO3が多くても少なくてもCO2吸着量が低下したことから、K2CO3の添加量に最適値が存在することがわかった。CNF:KOH:K2CO3を10:7:3の比率で混合して得られた活性炭の炭素六角網面の間隔の強度分布を調べた。炭素六角網面の間隔は0.4-1nmの範囲にあり、CO2吸着等温線のDFT解析結果で得られた空孔径分布のピークと比較して若干大きいものの、両者は類似の傾向を示した。TEMによる画像解析では炭素結晶の格子面と空隙の濃淡差で分布を示すため、このような差となったと考えられる。解析の結果、CO2を効率的に吸着するためにウルトラミクロ孔への移動経路を確保することが重要であることがわかった。本研究は、大気圧下で二酸化炭素を吸蔵・回収することによって、二酸化炭素排出削減を通して地球温暖化問題の解決に資する木質系炭素材料を開発することを目的とする。H28年度は、木質系多孔質炭素のCO2吸蔵能に対する炭素構造の影響を調べ、効率的にCO2を吸蔵する多孔質炭素を合成する条件を検討した。炭素前駆体の樹種、金属錯体、あるいは酸性官能基の種類を変え多孔質炭素を調製し、得られた多孔質炭素のCO2吸着量に対する炭素の空隙構造が及ぼす影響を、小角X線散乱と透過電子顕微鏡を用いて調べた。酸性官能基を導入した炭素前駆体を作製するために300°C処理で得られた木質熱処理物に、Na、Fe2+、あるいはFe3+を木質炭素中に分散させた。次にパルス通電加熱法により、20°C/minの昇温速度、真空雰囲気下において600°Cで炭素前駆体の熱処理を行った。熱処理によって得られた多孔質炭素のCO2吸着量を測定し、小角X線散乱を用いて多孔質炭素の空隙構造を調べるとともに、その組織構造を透過電子顕微鏡により観察した。CO2吸着測定で得られたデータをHorvath-Kawazoe法(HK法)によって解析したところ、化学処理方法に関わらず空隙直径のピークは約0.65nmであった。HRTEMを用いて観察したところ、アルカリ処理以外のサンプルにおいてタマネギ状炭素粒体が観察され、Fe2+とFe3+錯体から得られたサンプルのタマネギ状炭素粒体は大きさがそろっていた。Fe2+錯体を炭化したトドマツにおいて、最も高いCO2吸着量(100kPa5おいて5.6mmol/g)を得た。以下、CO2吸着量が大きい順に、Fe3+錯体を炭化したトドマツ、化学処理なしのトドマツ炭化物、の順となった。上記の結果になったのは、炭素前駆体中の錯体金属や化学処理の違いにより多孔質炭素の空隙構造が変化したためと考えられる。本研究で目的としている、ナノシェル炭素構造を内部に持つ二酸化炭素吸着剤の開発に成功したため。また、バイオマスとフェノールとの複合化技術開発のために必要な、空隙構造を解析するための下記の三つの手法を確立し、これらの三つの解析結果から、空隙構造を多面的に調べ、多孔質炭素の空隙構造の制御方法を開発することが可能となったため:1多孔質炭素のCO2吸着量を測定によって得られた吸着等温線に対し、Horvath-Kawazoe法(HK法)を用いて空孔径分布の解析方法2小角X線散乱を用いて得られた散乱光強度の分布極性に対し、モデルフリーの解析方法を適用することによる空孔径分布の定量化法3多孔質炭素の空隙構造のHRTEMによって得られたイメージ図から空孔径のピークスペクトルを得るための画像解析手法本研究は、大気圧下で二酸化炭素を吸蔵・回収することによって、二酸化炭素排出削減を通して地球温暖化問題の解決に資する木質系炭素材料を開発することを目的とする。今年度は、フェノール樹脂・セルロースナノファイバー(CNF)複合炭素前駆体中に水酸化カリウムを添加して賦活処理をした。このように炭素化と賦活処理を同時に行って得られた空孔径分布を調べた。あわせて、得られた複合炭素材料について透過型電子顕微鏡を用いて観察を行い、空隙構造の解析を行った。フェノール、パラホルムアルデヒド、およびヘキサメチレンテトラミンをそれぞれ所定量測り、反応容器に仕込んだ。

撹拌しながら内温85°Cに昇温し、1時間反応させた。減圧しながら脱液した後、フェノール樹脂を得た。次に、セルロースナノファイバー(CNF)と50%KOH水溶液を混合し、フェノール樹脂に加え、KOHを含んだフェノール樹脂・CNF複合材の炭素前駆体を得た。得られた炭素前駆体を還元雰囲気下、昇温速度10°C/分、熱処理温度800°Cで1時間保持することにより、フェノール樹脂・CNF複合炭素化物を得て、TEMを用いてその微細構造を観察した。フェノール樹脂では、メソ孔に相当する比較的大きな細孔が発達した。一方、CNFでは、主としてミクロ孔からなる空隙が存在した。これらの空隙は、フェノール樹脂領域における空隙と比較して、より小さな細孔が発達ししたと推定される。この結果より、同じ賦活剤を用いてもフェノール樹脂の領域とCNFの領域とでは発達する細孔径分布が異なるため、材料のガス吸着性能に影響を与えたと思われた。このように、TEM観察からフェノール樹脂・CNF複合炭素化物中に、ウルトラミクロ孔に相当する微細空隙が生じていることがわかった。N2およびCO2吸着測定を行ったところ、フェノール樹脂・CNF複合炭素化物において、文献値に匹敵する高いCO2吸着量が得られた。本研究で目的にしているナノ炭素構造を内部に持つ二酸化炭素吸着剤の開発に成功した、昨年度よりもCO2吸着量が増加した、さらに、フェノール樹脂とCNFとの加熱処理により、ミクロ孔の制御と比表面積の増大が実現したため、上記の通り判断した。CO2は、温室効果ガスの中で、地球温暖化に最も大きな影響を与えるため、地球温暖化防止の観点から、CO2を吸蔵する材料の開発は世界的な課題となっている。本研究は、大気圧下でCO2を吸蔵・回収することによって、地球温暖化問題の解決に資する木質系炭素材料を開発することを目的とする。そのため、KOHとK2CO3の混合比率を変えフェノール樹脂の賦活処理により活性炭を作成した。CO2吸着測定と透過電子顕微鏡(TEM)観察結果からその微細空隙構造を解析し、CO2吸着量に対する影響を調べた。さらにセルロースナノファイバー(CNF)とフェノール樹脂という異なるミクロ空隙の組み合わせにより得られた炭素化物のCO2吸着量を調べ合成法の最適化を試みた。フェノール樹脂・CNF複合炭素前駆体中に水酸化カリウム、あるいはCNFを添加し、KOH水溶液、およびK2CO3溶液を種々の重量比で混合し、賦活処理を行った。こうして得られた複合炭素材料についてガス吸着による空孔径分布の解析とTEMを用いた観察、および空隙構造の解析を行った。いずれのサンプルも4.5-5mmol/gという比較的高いCO2吸着量を示した。K2CO3が多くても少なくてもCO2吸着量が低下したことから、K2CO3の添加量に最適値が存在することがわかった。CNF:KOH:K2CO3を10:7:3の比率で混合して得られた活性炭の炭素六角網面の間隔の強度分布を調べた。炭素六角網面の間隔は0.4-1nmの範囲にあり、CO2吸着等温線のDFT解析結果で得られた空孔径分布のピークと比較して若干大きいものの、両者は類似の傾向を示した。TEMによる画像解析では炭素結晶の格子面と空隙の濃淡差で分布を示すため、このような差となったと考えられる。解析の結果、CO2を効率的に吸着するためにウルトラミクロ孔への移動経路を確保することが重要であることがわかった。