hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
大気重力波の自発的な放射過程の解明

大気重力波の自発的な放射過程について、理論的および数値的に研究を行い、一定の成果を得た。f平面浅水系においては、様々な渦的流れを用いて、重力波の定量的調査を行い、高低気圧の非対称な重力波放射を世界で初めて報告した。また、3次元系では、新たな自発的放射理論の構築と、数値実験による自発的放射の反作用の定量化に成功した。これまでのこの研究領域の成果により、「地球流体における渦からの自発的な重力波放射の研究」として、日本流体力学会の2016年度学会賞(竜門賞)を受賞した。1.f平面浅水系における回転渦糸対からの重力波放射の理論的研究および数値実験本研究では,まずf平面浅水系において,回転渦糸対からの自発的な重力波放射を調べた.まず数値実験では,無限領域の高速スペクトル法(ISPACK)を用い,重力波の定量的調査を可能にした.この手法は,円盤座標の浅水方程式系を球面に射影し,球面のスペクトル展開を用いるもので,中心の渦領域にグリッドを密に配置し,遠方の重力波伝播領域で効率的に重力波を散逸させ,境界の影響を取り去ることができる.理論的研究では,グリーン関数を用いた数理解析手法により,自発的な重力波放射の遠方場を解析的に導出した.このため,解析解と数値モデルの相互比較を行った後に,解析解を導出できない設定への拡張が可能になる.本年度は,解析解の導出及び数値モデル結果との比較を行い,良好な結果を得た.特に数値実験で得られた自発的重力波放射の高低気圧渦の非対称性について,渦からの音波放射理論(渦音理論)を援用した拡張を行い,解析解から説明が可能になった.得られた成果は国内外の学会で発表を行ったほか,原著論文として投稿準備中である.同時に, 3次元での自発的重力波放射について,繰り込み群を用いた理論的枠組みを構築し,数値実験による検証も行った.本結果も原著論文として投稿し,受理に向けて改訂中である.この他,金星大気についての研究も推進し, 3編の原著論文が掲載された.1.f平面浅水系における回転渦糸対からの重力波放射の理論的研究および数値実験:昨年度に引き続き, f平面浅水系における回転渦糸対からの自発的な重力波放射を調べた.理論的研究では,グリーン関数を用いた数理解析手法により,重力波の遠方場を解析的に導出し,高低気圧渦での非対称な重力波放射の結果を得た.高低気圧渦の非対称性の原因はコリオリ力に起因するソース項であり,高気圧渦では地球の回転効果が重力波放射を強める場合があることが示された.数値実験では,無限領域の高速スペクトル法(ISPACK)を用いて,遠方伝播した重力波を効率的に散逸させ,境界の影響を取り去ることで,重力波を定量的に調査した.解析解と数値実験の両方で自発的重力波放射の高低気圧渦の非対称性が得られたことは重要である.得られた成果は原著論文として受理された.2.浅水系における様々な渦的流れからの重力波放射の理論的研究および数値実験:上記の成果により,数値モデルの妥当性が示されたため,本年度は解析解を導出できない渦の併合過程などの様々な渦的流れを用いて,数値実験を行い,同軸回転,併合,章動の各過程での重力波放射を定量的に調べた.3.3次元領域モデルにおける渦的流れからの重力波放射の数値実験および理論的研究:同時に3次元での自発的重力波放射について,繰り込み群を用いた理論的枠組みを構築し,数値実験による検証も行った.本研究は2編の原著論文として掲載された.この他,金星大気についての研究も推進し, 2編の原著論文が掲載された.(1).f平面浅水系における様々な渦的流れからの重力波放射の理論的研究および数値実験昨年度に引き続き, f平面浅水系における様々な渦的流れからの自発的な重力波放射を調べた.数値実験では,無限領域の高速スペクトル法(ISPACK)を用いて,遠方伝播した重力波を効率的に散逸させ,境界の影響を取り去ることで,重力波を定量的に調査した.これまでの研究により,数値モデルの妥当性が示されているため,本年度は解析解を導出できない渦の併合過程などの様々な渦的流れを用いて,同軸回転,併合,章動の各過程での重力波放射を定量的に調べた.理論的研究では,グリーン関数を用いた数理解析手法により,キルヒホッフの楕円渦からの重力波の遠方場を解析的に導出した.その結果,高低気圧渦の非対称な重力波放射が数値実験,解析解の両方で確認された.高低気圧渦の非対称性の原因はコリオリ力に起因するソース項であり,高気圧渦では地球の回転効果が重力波放射を強める場合があることが示された.得られた成果の一部は原著論文として受理され,引き続く論文を現在投稿準備中である.(2).3次元領域モデルにおける渦的流れからの重力波放射の数値実験および理論的研究同時に3次元プリミティブ方程式系におけるダイポール渦からの自発的重力波放射について,領域モデルを用いた数値実験を行い,ダイポール渦へもたらす長期的な影響について調べた.その結果,重力波放射の強度は解像度に依存するものの,ある解像度以上の数値実験では,渦にもたらす影響については収束することがわかった.これは重力波の放射過程がある解像度以上の数値計算で収束し,渦への影響も収束していることを示唆している.

この他,金星大気についての研究も推進し, 1編の原著論文が掲載された.基本的枠組みであるf平面浅水系において,渦的流れを拡張した渦対の併合過程の数値計算の結果が原著論文として受理された.特に,高低気圧の非対称な自発的重力波放射について,ソースの解析を行った点が重要である.さらに引き続く研究を実施中で,楕円渦の解析解を導出するなど,新たな成果が得られつつある.また、3次元系への拡張も推進し,自発的重力波放射が渦へもたらす影響に着目した数値実験の結果についても,原著論文が受理された.1.f平面浅水系における様々な渦的流れからの重力波放射の理論的研究および数値実験これまでの研究を継続し, f平面浅水系における様々な渦的流れからの自発的な重力波放射を調べた.これまでに構築した数値実験設定により,様々な渦的流れを用いた重力波の定量的調査が可能である.特に非対称な渦の併合過程から生じる重力波の系統的な実験を行った.理論的研究では,キルヒホッフの楕円渦からの重力波の遠方場の解析解を導出し,数値実験による検証を行った.楕円渦の成果は原著論文として出版され,渦の併合過程については現在投稿準備中である.またこの分野の総説論文を執筆し,分担執筆の論文集の1章として出版された.さらに,これまでのこの領域の研究成果から,「地球流体における渦からの自発的な重力波放射の研究」として,日本流体力学会2016年度学会賞(竜門賞)を受賞した.2.3次元領域モデル, 3.大気大循環モデルにおける渦的流れからの重力波放射の数値実験および理論的研究3次元プリミティブ方程式系における傾圧波からの自発的重力波放射について,領域モデル(dcpam),全球モデル(AFES)を用いて調べた.ダイポールを用いたこれまでの研究により,ある解像度以上で重力波放射は解像できることが示唆されている.このため,より一般的な系へと拡張して,様々なパラメータでの数値実験を行った.現在、結果を解析中である.この他,金星大気についての波の研究も推進しており, 1編の原著論文が掲載された.基本的枠組みであるf平面浅水系において,キルヒホッフの楕円渦からの重力波の遠方場の解析解の導出と数値実験による検証の結果が原著論文として出版された.特に,渦糸対とは異なる設定のため,数値実験での設定が簡単で,数値モデルの検証に使いやすい点が重要である.さらに引き続く研究を実施中で,非対称な渦対の併合過程の数値実験を行うなど,新たな成果が得られつつある.また、3次元系へと拡張した数値実験も行い,傾圧波からの自発的な重力波放射を統計的に調べる研究でも,成果がまとまりつつある.これまでの研究を継続し, f平面浅水系における様々な渦的流れを用いた重力波の定量的調査を行った.これまで,渦的流れとして,非対称な渦の併合過程を設定し,そこから生じる重力波の系統的な調査を行ってきたが,今年度は自発的放射による反作用を見積もるため,渦のエネルギーの減衰に着目した追実験を行った.現在,この渦の併合過程についての研究成果を論文として,投稿準備中である.また,これまでのこの研究領域の成果によって,昨年度末に「地球流体における渦からの自発的な重力波放射の研究」として,日本流体力学会2016年度学会賞(竜門賞)を受賞した.今年度は受賞記念解説を執筆し,出版された.さらに, 3次元プリミティブ方程式系における傾圧波からの自発的重力波放射について,領域モデル(dcpam),全球モデル(AFES)を用いて調べた.
リチウムアミドの不斉共役付加反応を基盤とするKopsijasmineの不斉全合成

外部キラル配位子制御によるリチウムアミドの不斉共役付加反応を鍵工程としたインドールアルカロイド(-)-Kopsijasmineの全合成を目指して研究を行った。前年度は、合成研究中に予想外に起きた3-アミノカルボン酸エステルの環化-転位連続反応による5員環および7員環ラクタムの合成を報告した。本年度は、3-(インドール-3-イル)プロペン酸エステルへの不斉共役付加反応、並びにその後の全合成ルートの開拓をめざした。3-(インドール-3-イル)プロペン酸エステルへの不斉共役付加反応は、インドール1位の置換基に大きく影響を受けることが分かった。すなわち、電子供与基であるp-メトキシベンジル基を導入した場合、エステルの求電子性が下がり反応性が低下したのみならず、低い不斉収率でしか付加体が得られなかった。一方で、電子求引基であるt-ブトキシカルボニル基もしくはp-トルエンスルホニル基を導入した場合は良好な収率および不斉収率で付加体が得られた。引き続き、以前に報告している不斉共役付加-アルキル化連続反応を3-(インドール-3-イル)プロペン酸エステルにも適用できると期待して、引き続く合成ルートの開拓を行った。共役付加反応後、生成したエノラートをアルキル化すると、期待通り高いジアステレオ選択性で共役付加アルキル化体が得られた。これを環化し、夏目らにより報告されている中間体の基本骨格の合成に成功した。当研究室では外部キラル配位子制御によるリチウムアミドの不斉共役付加反応を報告している。これを鍵工程としたインドールアルカロイドである(-)-Kopsijasmineの全合成を目指して研究を行った。合成研究中、塩素-リチウム交換反応によるインドール2位の官能基化を目指して、インドール上2位に塩素を導入した3-アミノカルボン酸エステルをTHF中6当量のt-ブチルリチウムで処理した。すると、予想外に5員環ラクタムと7員環ラクタムが得られた。文献上、βラクタムを塩基処理すると、5員環、7員環ラクタムへと環拡大することが知られている。対応するβラクタムを合成し、これを、さらにt-ブチルリチウムで処理すると、3-アミノカルボン酸エステルを直接反応させたときと同様の収率で5員環、7員環ラクタムが得られた。つまり、βラクタムへの環化反応に続く[1,2]-もしくは[2,3]-転位連続反応により、5員環ラクタムと7員環ラクタムが得られたと理解ができる。外部キラル配位子制御によるリチウムアミドの不斉共役付加反応により、光学活性な3-アミノカルボン酸エステル合成、これを用いて反応を行った。一部の基質はほぼラセミ化した5員環もしくは7員環ラクタムを与えたものの、一部では非常に意外なことに部分的に不斉収率を維持したまま5員環ラクタムを与えたものもあった。さらに、カルボニルα位にメチル基を導入すると、不斉収率を維持したままジアステレオ選択的に反応は進行し、すべてシスの7員環ラクタムが55%,85% eeで得られた。
建物全体の熱・空気・湿気移動解析手法の検証と熱回収型通気断熱壁体技術への応用

本研究は,住宅のゼロエネルギー化を目指した熱回収型通気断熱壁体技術の確立を目的としている.まず壁体内移流を含む建物全体を対象とした熱・空気・湿気移動解析プログラムを開発し,妥当な精度を有することを確認した.また,熱回収型通気壁体の通気性状をとらえる測定技術について検討を行った.適切な精度をもつ温湿度センサーを用いれば,ロギング時間間隔を適正に保つことで移流性状を一定レベルで把握できることを確認した.本研究は,住宅のゼロエネルギー化を目指した熱回収型通気断熱壁体技術の確立を目的としている.まず壁体内移流を含む建物全体を対象とした熱・空気・湿気移動解析プログラムを開発し,妥当な精度を有することを確認した.また,熱回収型通気壁体の通気性状をとらえる測定技術について検討を行った.適切な精度をもつ温湿度センサーを用いれば,ロギング時間間隔を適正に保つことで移流性状を一定レベルで把握できることを確認した.本研究は、住宅のゼロエネルギー化を目指した熱回収型通気断熱壁体技術の確立を大きな目標としている。この検討には、壁体内移流を含む建物全体を対象とした熱・空気・湿気移動解析(Whole Building Heat, Air and moisture transfer)が不可欠で、実験住宅を用いて既に開発済みの「換気系と連成した多数室熱水分同時移動解析プログラム」の改良(移流項の組み込み)・検証を行うことが第一の目的である。そして、このプログラムを利用した熱回収型通気断熱壁体のシミュレーション検討および実験住宅を用いた効果検討を並行して行うことを第二の目的としている。平成22年度は、妥当性検証のために実験住宅での実験・実測調査(各空間温湿度、壁体内温湿度、通気層風速、壁面熱流、暖冷房エネルギー、機械換気量など)を行っており、そのデータ分析を随時実施した。また、研究代表者が開発している『換気系と連成した多数室温湿度解析プログラム(WB-HMプログラム)』の改良を行った。主たる改良は移流項の組み込みであるが、安定性の面で多少の問題点を残している。そのほか、前述した実験住宅での実測結果とシミュレーションとの比較により、長波長放射率の異なる建材(具体的には透湿防水シート)の違いによって壁体内の温湿度分布に生じる違いについて把握し、その結果をソフトウェアに反映させた。具体的には、通気層の放射伝熱計算部分の改良、入射日射の相互反射などである。また、海外のHAMソフトウェアについて調査した。具体的には熱水分移動を扱うもの(Heat and Moisture)と熱・空気・湿気移動を扱うもの(Heat, Air and Moisture)に二分され、そのほとんどが熱と湿気について連成しているものの、厳密な熱湿気同時移動として扱っているものは多くないことがわかった。本研究は、住宅のゼロエネルギー化を目指した熱回収型通気断熱壁体技術の確立を目標としている。この検討には、壁体内移流を含む建物全体を対象とした熱・空気・湿気移動解析(Whole Building Heat,Air and moisture transfer)が不可欠で、精度検証のため、実験住宅を用いて「換気系と連成した多数室熱水分同時移動解析プログラム」の改良(移流項の組み込み)・検証を行うことが第一の目的である。平成23年度は、通気壁体の断熱材内の空気移動性状を把握するため、実験室レベルでの通気壁体実験を行った。精密湿度発生装置を用いてアクリルボックス内の湿度を上昇させるとともに2Pa程度の加圧を行うことにより繊維系断熱材内に移流を作り出し、断熱材内の湿度分布を測定するものである。実験は、実際の使用条件に応じて夏期想定(内外温度差のない等温系)と冬期想定(内外温度差25°C想定)で行っている。その結果、等温系ではダルシー流れになることが明らかとなった。一方、非等温系(夏期想定)では、加熱面側の移流速度が速くなるとともに、断熱材内で対流が生じていることが推測された。トレーサーに湿気を用いているため、断熱材内に生じた湿度分布はGW内での熱水分同時移動も複合的にあわせた評価していることになり、別途、CFD解析等による検討を要するなど、評価方法に課題を一部残すかたちとなっている。実験住宅レベルの実測については、平成24年度も引き続き行う。本研究は、住宅のゼロエネルギー化を目指した熱回収型通気断熱壁体技術の確立を大きな目標としている。今年度は、熱回収型通気断熱壁体のシミュレーション検討および実験住宅を用いた効果検討を並行して行っている。まず、実験住宅を対象とした通気壁体実験の評価を行うため、実験住宅の北側1階外壁部分を通気壁体仕様に改造した。また、実験住宅内の換気経路を確保するため、南開口部面をダブルスキン化するとともに、2階北側面に150φの排気筒を2本設置し、自然排気経路を構築し、モニタリングを行った。実測の結果、実験住宅の規模に比べ、実際の風量が大きくなったものの、想定した空気流れを実現できることが確認できた。ただし、風量コントロールによっては、外気温度が低い時期には通気壁面温度低下を生じる恐れがあるため、適切な表面温度コントロールが必要となることが明らかとなった。さらに、実験住宅をモデルとして、換気性状および熱負荷に関するシミュレーションを実施した。実験住宅レベルでは換気ボリュームが小さいため、全体の負荷としては減ることは確認できたものの、期待したレベルではなかった。しかし、シミュレーションにより、ある程度の規模・大きさ以上の住宅で設定することができれば有効性が高まることを確認できた。

また、通気壁体の通気性能(圧力損失)とパッシブ換気システムの風量との組み合わせを十分に考慮した材料選定が必要であることが示された。現状では、断熱材料(特に、比較的ポーラスな繊維系断熱材を使用することになる)の通気特性(圧力損失特性)が整備されていないこと、また必要な熱湿気物性値として教科書的なデータしかなく(すなわち個別に測定しないと得られない材料が多い)、設計に必要な材料物性値の整備が今後の課題である。平成23年に発生した東日本大震災に伴う科学研究費の分割配分によって、実験住宅の改造の目処がつかない時期があり、そのため実験住宅での実験は開始が遅れたが、現在は順調に計測を継続しているため概ね順調といえる。24年度が最終年度であるため、記入しない。実験データをとりまとめるとともに、平成23年度で新たに生じた気流解析についても平成24年度に実施する予定であり、当初の予定通りに成果を取りまとめる予定。
イネいもち病菌由来多糖分解酵素が誘導する植物細胞壁の力学的強度変化

植物細胞壁は骨格となるセルロースミクロフィブリルにへミセルロース鎖が架橋を形成するβーグルカンの複合体である。ヘミセルロース鎖の分解はセルロースミクロフィブリル間にゆるみ(強度低下)を誘導する。単子葉植物細胞壁のヘミセルロース鎖を構成する、キシラン、1,3-1,4-β-グルカン及びキシログルカンそれぞれの分解が誘導する植物細胞壁の変化を詳細に解析するために、糸状菌類の有する基質特異的なヘミセルロース鎖分解酵素を用いて、ヘミセルロース鎖の分解による植物細胞壁のゆるみ誘導機構について力学的解析手法を用いて詳細を解析した。植物の細胞壁は骨格となるセルロースミクロフィブリルにへミセルロース鎖が水素結合により架橋を形成するβーグルカンの複合体である。ヘミセルロース鎖の分解(架橋の切断)はセルロースミクロフィブリル間にゆるみ(強度低下)を誘導する。申請者は単子葉植物細胞壁のヘミセルロース鎖を構成する、キシラン、1,3-1,4-β-グルカン及びキシログルカンそれぞれの分解が誘導する植物細胞壁の変化を詳細に解析するために、ヘミセルロース鎖分解酵素(キシラナーゼ、1,3-1,4-β-グルカナーゼ、キシログルカナーゼ)を用いて、ヘミセルロース鎖の分解及び分解による植物細胞壁のゆるみ誘導機構について、力学的解析手法を用いて詳細を解析した。上記酵素それぞれのリコンビナントタンパク質を調製し、精製した各酵素を用いて単子葉植物であるコムギの子葉鞘の酵素分解を行い、酵素処理した子葉鞘をそれぞれ、細胞壁強度測定装置を用いて植物組織の経時的ひずみを測定した。得られたデータをマックスウェルの粘弾性モデルに従い、研究協力者により開発された植物細胞壁の力学的強度解析のプログラムを用い、細胞壁強度の力学的変化を詳細に解析した。さらに解析プログラムを用いてデータを処理した後、植物組織の弾性率および粘性率を算出した。これにより特定のヘミセルロース鎖分解が及ぼす細胞壁全体の物理的変化を明らかにし、基質特異性の異なるそれぞれの酵素化学的性質と植物細胞壁の強度変化誘導の関連性を詳細に解析した。その結果、キシラン及び1,3-1,4-β-グルカン分解において粘弾性の低下、即ち、コムギ子葉鞘細胞壁の著しい強度低下が認められた。さらに、分解産物をHPLCにて解析した結果、植物細胞壁における1,3-1,4-β-グルカンの新たな構造を提唱する事に成功した。申請者は単子葉植物細胞壁のヘミセルロース鎖を構成する、キシラン、1,3-1,4-β-グルカン及びキシログルカンそれぞれの分解が誘導する植物細胞壁の変化を詳細に解析するために、基質特異的なヘミセルロース鎖分解酵素(キシラナーゼ、1,3-1,4-β-グルカナーゼ、キシログルカナーゼ)を用いて、ヘミセルロース鎖の分解及び分解による植物細胞壁のゆるみ誘導機構について、力学的解析手法を用いて詳細を解析した。精製した各酵素を用いて単子葉植物であるコムギ子葉鞘の酵素分解を行い、酵素処理した子葉鞘をそれぞれ、細胞壁強度測定装置を用いて植物組織の経時的ひずみを測定し、植物組織の弾性率及び粘性率を算出した。これにより特定のヘミセルロース鎖分解が及ぼす細胞壁全体の物理的強度変化を明らかにし、基質特異性の異なるそれぞれの酵素化学的性質と植物細胞壁の強度変化誘導の関連性を詳細に解析した。解析の結果、キシラナーゼが強力に小麦細胞壁の粘弾性を低下させ、細胞壁強度変化を強力に誘導することが明らかとなった。また、小麦子葉鞘のキシラナーゼ分解産物の解析を行った結果、キシラン分解と共に1,3-1,4-β-グルカンの遊離が認められた。この結果から植物細胞壁において、1,3-1,4-β-グルカンはキシランを架橋し、細胞壁強度及び柔軟性に深く寄与することを示唆し、新規の細胞壁構造を提示した。これらの成果は学術的にもインパクトが高く、さらに強度解析による植物細胞壁分解メカニズムの理解は今後草本系植物を資源としたバイオエタノールなどの再生可能エネルギー創出において、効率的な酵素処理などにも応用が期待できる。単子葉植物のヘミセルロースを特異的に分解する酵素として、イネいもち病菌由来のキシラナーゼ(MoCel10A)、1,3-1,4-β-グルカナーゼ(MoCel12A)、麹菌由来のキシログルカナーゼ(AoXeg12A)を用いることとした。上記多糖類分解酵素の精製標品を得るために、麹菌や枯草菌を宿主として使用し、酵素活性を有する酵素のリコンビナントタンパク質を作製した。酵素の大量調製も滞りなく進み、十分な精製酵素が得られた。

単子葉植物細胞壁のモデル植物としてはコムギの子葉鞘を用い、各精製酵素による酵素分解処理を行い、酵素処理後の子葉鞘は植物細胞壁強度解析プログラムを介し、粘性率及び弾性率を計算した。これによりそれぞれの酵素による植物組織の分解性に伴う細胞壁のゆるみ(強度低下)の誘導機構を詳細に解析した。その結果、キシラン及び1,3-1,4-β-グルカン分解において粘弾性の低下、即ち、コムギ子葉鞘細胞壁の著しい強度低下が認められた。次に、ヘミセルロース鎖であるキシランや1,3-1,4-β-グルカン、キシログルカンに対する蛍光標識した抗体を用いて、酵素処理前後のコムギ子葉鞘におけるヘミセルロース鎖の局在をそれぞれ蛍光レーザー顕微鏡により観察し、コムギ組織において分解された多糖の局在を明らかにした。これまでの結果から、当初の目的である細胞壁のゆるみを誘導する組織特異的な多糖分解の仕組みを解明することに成功した。植物組織に内在するネイティブな基質(ヘミセルロース)に対し酵素処理を行い、粘弾性を解析し植物細胞壁の強度低下を示した例はなく、新たな細胞壁の構成を示唆した事は学術的にもインパクトが高い成果と言える。さらに、植物の組成の理解と構成に応じた病原菌由来の分解酵素の適用は、今後草本系植物を資源として利用する事などにも応用が期待できる。応用微生物これまで行ったヘミセルロース分解酵素はイネいもち病菌由来のGlycoside hydrolasefamily (GH)10に属するキシラナーゼ(MoCel10A)、GH12に属する1,3-1,4-β-グルカナーゼ、Aspergillusoryzae由来のGH12に属するキシログルカナーゼを用いて行った。これらの酵素は各ヘミセルロースに対し、特異的に分解する活性を有する。一方で、キシラン分解に関与する酵素はGH10の他、GH11やGH43に属するものがある。また、1,3-1,4- β-グルカン分解に関与する酵素はGH12の他、幅広くGHファミリーに存在している。そこで、各ヘミセルロースに基質特異性の高い分解酵素を他のGHファミリーよりそれぞれ同定、及びリコンビナントタンパク質を調製し、精製酵素を用いて同様に酵素分解によるコムギ子葉鞘の力学的強度変化を測定する。次に、イネいもち病菌の感染におけるヘミセルロース分解酵素の意義を明らかにする。これまで力学的強度解析を行い、コムギ子葉鞘細胞壁のゆるみを誘導したヘミセルロース分解酵素の遺伝子をそれぞれ破壊した株(破壊株)および過剰発現させた株(過剰発現株)を作製し、イネへの感染効率を評価する。感染におけるイネいもち病菌の胞子発芽や付着器形性、菌糸の伸展効率を決定し、感染におけるヘミセルロース分解の影響を明らかにする。また、過剰発現株の作製においては、ヘミセルロース分解酵素にGFPを付与することにより、感染時における酵素の局在が明らかにできる。このような計画により、植物病原菌の選択的ヘミセルロース分解による感染の効率化に関する基礎的研究をさらに追究する。1年目の助成金使用は概ね当初の計画通りの使用となった。20万円弱の繰越額が生じたが、当初の予定であった学会出席が1回分無かった為に生じた額であると考える。物品購入や人件費などに関しては実験計画通りに遂行され、その使用に応じた結果を得ることができた。
ＩｏＴ技術を用いた超小型歯エナメル質自動前処理装置の開発とその応用

本年度は、歯エナメル質粉末のSr精製前処理デバイスの設計及び開発を実施した。研究計画当初において、プラスチックマイクロ流路を民間企業に製造委託し、装置をくみ上げる予定であったが、精製過程において微小量化を進めすぎると、必要量のSrが得られないことが判明した。このため、マイクロ流路ではなくやや大きいサイズで、片手で持てるサイズを維持した小型デバイス作成に軌道修正した。このため、デバイス設計を一から始めたために、開発計画が半年ほどずれ込んでしまった。デバイス開発は、プラスチック流路部・操作パネルに分けて実施した。精製のための流路部は、歯エナメル質を入れる微小プラスチックチップとSr精製で使用するSr Spec樹脂の封入チップを検討したところ、既存の分子生物学用プラスチックチューブを組み合わせることで、試料摂取面及び精製レーンのディスポーザル化ができるように再設計でき、実際にSr精製が可能であることを確認した。また、これらのディスポーザルチップを10試料並列してセットが可能な流速制御流路を設計し、小型ダイアフラムポンプ及び小型電磁弁を組み合わせることで、3試薬を各試料の流路へ独立して供給する小型デバイスを構築した。この小型デバイスは既存の3Dプリンターで安価に作成できるようにより汎用性が高い構造にした。操作パネル開発では、ODROIDの静電液晶パネルを採用し、Qtによる流速コントロールのGUI化を実施した。すでに流速コントロール及び精製メソッドに合わせた流路内のバルブスイッチング機能及び流速・方向スイッチング機能を実装し、精製時間5分間で10サンプルを一度に精製できるメソッドを作成した。研究計画当初で想定していたマイクロプラスチック流路の使用が、実際の開発を進めていく過程で困難であることが判明し、この過程で半年ほどの時間の遅れが生じた。しかしながら、その後の開発で独自のディスポーザル化や操作パネルの設計ができ、計画時に想定していたよりもよりユーザーの使用感がよく、製造が安価なデバイスに改善ができた。本年度で設計が完了し最終的な組み立てを残るところだが、本年度の計画である中国の遺跡出土試料に対して現地で応用することが叶わなかった。このため、進捗状況はやや遅れているとした。本研究は、新規に開発した小型IoTデバイスを用いて、海外で持ち出しが不可能な遺跡出土骨の化学分析を達成することが最終目的である。現在までに、開発のめどはついており、各デバイスパーツを組み立てたのちに、すぐ中国浙江省の遺跡で実践使用する。考古資料の調査は現地研究所との事前調整が必須のため、開発が完了する時期を前もって想定し、円滑な実践使用を促していく予定である。
数値最適化とゲーム理論に基づく非線形制御系の机上検証手法開発とその応用

本研究では非線形制御系の性能を保証できる範囲や条件を解析的に求めるための汎用的かつ実用的な検証手法を開発する.その基本的な考え方は,制御系の検証問題を利益が相反する2人のプレイヤによるゲーム問題として定式化することである.すなわち,制御系の安定性を低下させ最悪状態に陥れようとするプレイヤ1と,制御系の設計目標を達成しようとするプレイヤ2を想定し,これらのプレイヤの最適戦略を非線形最適化の数値解法によって求める.プレイヤ1がいかなる戦略を取ろうとも,最悪状態における性能を下回ることはないことが理論的に保証でき,最悪条件下における制御性能が検証できることになる.本研究では非線形制御系の性能を保証できる範囲や条件を解析的に求めるための汎用的かつ実用的な検証手法を開発する.その基本的な考え方は,制御系の検証問題を利益が相反する2人のプレイヤによるゲーム問題として定式化することである.すなわち,制御系の安定性を低下させ最悪状態に陥れようとするプレイヤ1と,制御系の設計目標を達成しようとするプレイヤ2を想定し,これらのプレイヤの最適戦略を非線形最適化の数値解法によって求める.プレイヤ1がいかなる戦略を取ろうとも,最悪状態における性能を下回ることはないことが理論的に保証でき,最悪条件下における制御性能が検証できることになる.
強電場下における２次元層状物質の新規物性の探索

金属や半導体の内部には電界が侵入できないため、電界が物性に与える効果は、磁場の効果と比べ十分に研究されているとは言えない。本研究の目的は、電界が侵入できる長さ(電界遮蔽長)よりも十分薄い二次元層状物質に対して垂直電場を加え、電子物性へ与える効果を調べることである。垂直電界を印加する方法として、層状物質の上下から絶縁体を介して正負の異なるゲート電圧を加える電界効果の方法と、層状物質の上下に電子供与性と受容性の分子を接する電荷移動の方法を用いた。垂直電場の大きさに対応した大きさのバンドギャップが開くことが知られている二層グラフェンを用いてこれらの方法による電界の生成を調べた。これまでの研究で、一様な垂直電場を生成するためには試料垂直方向だけでなく、水平方向の遮蔽長も重要な因子となることを明らかにした。つまり、電界をつくるゲート電極や分子のポテンシャルエネルギーは、水平方向の遮蔽長よりも長いスケールで一様である必要がある。この結果は、分子吸着の方法ではポテンシャルエネルギーの空間的な揺らぎを増やすため、一様な垂直電場の生成が不可能であることを示唆している。しかし、様々な分子をグラフェンに吸着しその場で電気伝導を測定した結果、ある特定の分子に対しては移動度が低下しないことがわかった。これは分子の吸着によって、グラフェンのポテンシャルエネルギーの揺らぎが減少することを意味し、分子吸着の方法の発展性を示す結果である。さらに電界効果の方法をグラフェン以外の層状物質へも適用した。不純物ドープしたトポロジカル絶縁体の移動度の電界効果に対する変化を調べ、フェルミ準位の位置を特定し、不純物原子とトポロジカル絶縁体間の電子移動の詳細を明らかにした。この結果により、この物質が示す特異な物性を明らかにする手掛かりを得ることができた。分子吸着によるキャリア移動度の低下は、帯電した分子によるクーロン散乱で説明されてきた。しかし一連のグラフェンへの分子吸着の実験において、ある電子受容性分子を吸着させた場合には、電子移動が起こるにもかかわらず移動度が低下しないことを見出した。この結果は、分子の最低空分子軌道(LUMO)準位とグラフェンのフェルミ準位が特殊な位置関係にあり、グラフェンに存在するポテンシャルエネルギーの空間的な揺らぎを減少させるように分子吸着がおこるというモデルで説明できる。これは、あらゆる分子デバイスの特性向上に利用できる意義ある結果である。本結果については、現象の再現性を確認しながら、論文を作製中である。グラフェンへの電界印加の方法としては、他に電子供与性の自己組織化単分子膜(SAMs)、イオン液体がつくる電気二重層や、Alとグラフェン間に生じる自然酸化膜Al2O3をゲート絶縁膜とする電界効果を用いて、強電界の生成を試みた。また、研究対象をグラフェン以外の二次元層状物質にも広げた。トポロジカル絶縁体Bi2Se3にAgを不純物ドープした試料で電界効果トランジスタ(FET)動作を測定し、ゲート電圧を正負に加えるときで移動度が異なることを見出した。この結果はフェルミ準位が伝導帯の底部に固定されていることを示し、不純物ドーピングの方法によるフェルミ準位の制御の可能性を示した。現在この結果について論文を作製中である。さらにこの物質については低温において電気抵抗が急激に減少する転移現象と、印加磁場の正負に対して磁気抵抗が非対称となる異常な磁気伝導を見出しており、これらの原因を温度、電場、磁場の依存性から探索している。分子吸着による方法で興味深い発展性のある結果が得られたとともに、研究対象を他の材料に応用し有用な情報が得られたという点で、本研究はおおむね順調に進展していると結論した。最終年度は、電界が二次元層状物質の物性に与える効果を以下の項目について広い視点から調べる。すべて前年度からの研究の継続であり、一定の成果が予測される課題である。(1)電子供与性の自己組織化単分子膜(SAMs)による電子移動とイオン液体の電気二重層を用いた電界効果との二つの方法を用いた強電界の印加を試みる。SAMsは基板上に一様高密度に生成されるので、垂直電界の生成に有用であると期待できるが、これまでの研究から電子移動に寄与するのはSAMsの分子のごく一部であることがわかった。電子移動量はグラフェンのフェルミ準位によって制限されていると考えられるので、イオン液体をもちいた電界効果によって、フェルミエネルギーを低下させれば電子移動量が増え、均一な大きい垂直電界を加えられると考えている。(2)分子の形状によるドープ効果の相違について議論する。これまでの研究で、様々な分子に共通する性質と、分子によって異なる性質があることがわかってきた。様々な置換基をベンゼン環にもつ分子を比較した結果、4回対称性を持つ分子よりも2回対称の分子で電子移動量が大きい傾向にある。グラフェンへの吸着状態を考察し、分子の形状や大きさに依存する効果を調べる。(3)微小なダブルゲート構造で生じる新たな現象を探索する。Al細線をもちいた微小ゲート構造によってゲート電圧に対する伝導度の振動が比較的高温で観測された。微小ゲート電極を原因とするどのような電子散乱が生じているのかについて明らかにする。(4) AgドープBi2Se3で観測された低温における伝導度の減少と、異常な磁気抵抗の原因について考察する。

トポロジカル絶縁体のようなスピン軌道相互作用が重要となる系では電界の効果が物性に大きく寄与すると考えられるので、強電界印加による物性制御を期待して研究を行う。電界が電子物性に与える効果の実験的研究は、磁界の効果と比べて十分進んでいるとは言えない。その一因は金属や半導体中には電界が遮蔽され侵入できないためである。2次元層状物質であれば、その厚さを遮蔽長よりも薄くすることで垂直電界が電子物性に与える影響を調べることができる。本研究の目的は、垂直電界による2次元層状物質の新規物性の探索である。最初の段階として、強電界を効果的に印加する方法を検討した。垂直電界を生成する方法として、層状物質を絶縁体ではさみ、その上下層から正負のゲート電圧を加える方法が広く行われている。本研究ではさらに大きな電界を加えることを目指して、層状物質の上下層からの電子移動を利用する方法を試みた。例えば、下層から電子を与え上層から電子を奪うと、下から上向きの電界が実効的に加わると期待される。用いた層状物質は2層グラフェンである。ゼロギャップ半導体である2層グラフェンは、垂直電界下でその大きさに応じたバンドギャップを開く。電気伝導度の温度依存性を測定し、バンドギャップの生成すなわち垂直電場の生成の有無を調べた。電子供与性の自己組織化単分子膜の上に2層グラフェンを置き、さらにその上に電子受容性分子を吸着させた。上層への分子吸着前後における電気伝導度の温度依存性を比較しバンドギャップの生成を定量的に評価した。その結果、バンドギャップができる試料とできない試料とが存在することを確認した。これらの試料の相違を詳細に調べ、垂直電界が有効に作られるためには2種類の分子が2層グラフェンの上下で整列する必要があることを明らかにした。2種類の分子が乱雑に配列した場合に垂直電界が生成されないのは、2層グラフェンの層内の電界遮蔽長が分子間隔よりも短いためである。本研究結果はオープンアクセス誌のSci. Rep.に出版された。当初の期待に反して、分子吸着による電子移動による方法では必ずしも電界が生成されないことを見出した。層状物質に対して一様な垂直電場を印加するためには、層に垂直方向の電界遮蔽長が層状物質の厚さよりも大きいことは当然として、層に平行な電界遮蔽長も吸着分子の間隔と比べ十分大きい必要があることがわかった。この結果は、吸着分子の位置を正確に制御することによって強電界の生成が可能であること示唆している。電子移動分子を微小ゲートとして利用する機能性デバイスの開発や分子エレクトロニクスへの展開につながることが期待されるとともに、究極的に微小なデバイスを作製する場合にその性能を制限する要因を見出した。また本研究結果は、電気伝導を担うキャリア数を変化させる2つの方法の相違を明らかにした点においても意義がある。これまで半導体や超伝導体におけるキャリア数を制御する方法として、不純物原子の置換や挿入によって価電子数を変化させるドーピングの方法と、電界効果トランジスタ構造でゲート電圧を印加する電界効果を利用する方法とが広く用いられてきた。本研究により、ドーピングによる方法では、電界遮蔽長程度のスケールで静電ポテンシャルが不均一になり、この影響を除くためには、電界効果を用いる方が有利であることが明らかになった。
ウェーブレット解析によるウルトラワイドバンドシステムの干渉除去技術に関する研究

近距離での高速無線通信技術として超広帯域(Ultra Wideband : UWB)無線通信方式が注目されている.UWB信号は3.110.6GHzの周波数帯に500MHz以上の帯域を持つ信号であるため,既存システムとの干渉が問題となっている.そこで,IEEE802.11aの無線LANとの相互干渉について検討を行った.UWB送信信号をウェーブレット解析により複数のサブキャリアに分割し,マルチキャリアテンプレートを作成した.このテンプレート波形は従来使われているシングルキャリアテンプレート波形とスペクトルが近似するように重み付けして構成した.5GHz帯無線LANの干渉波と周波数が重なるサブキャリアを3本程度削除することにより,干渉の影響を約30dB低減できることが明らかとなった.また,無線LANのスペクトルの逆特性を周波数領域で掛け合わせる,ノッチ形成テンプレート方式,および,周波数領域において相関処理を行う,周波数領域相関処理方式についても検討を行った.その結果,無線LANの干渉が存在する環境において,一定の通信品質を得るために必要なEb/NOを1dB以下に抑圧するために許容できる干渉量は,D/U比にして,マルチキャリアテンプレート方式は30dB,ノッチ形成テンプレート方式は10dB,周波数領域相関処理方式は20dBであることが分かった.さらに,UWB-IRをもとにして周波数帯域幅,伝送速度を同じ条件とした場合の陪直交符号化UWBの伝送特性について検討した.その結果,符号化利得によりBER特性の向上を図れることを示し,デュアルサイクルパルス化した送信信号を用いることでD/U比が-10dBまではほとんど通信品質を劣化させることなく伝送できることがわかった.すなわち,周波数ノッチ形成により無線LANとの干渉の影響をさらに低減できることが明らかとなった.近距離での高速無線通信技術として超広帯域(Ultra Wideband : UWB)無線通信方式が注目されている.UWB信号は3.110.6GHzの周波数帯に500MHz以上の帯域を持つ信号であるため,既存システムとの干渉が問題となっている.そこで,ウルトラワイドバンドシステムが使用目的や使用場所で共存すると考えられるIEEE802.11aの規格の無線LANシステムに与える干渉,および受ける干渉について検討を行った.与干渉については,希望波を無線LAN,干渉波をUWBシステムとしたときの希望波受信電力対干渉波受信電力比(D/U比)が-20dBにおいて,ビット誤り率10^<-3>を満たすべき無線LANの送信電力が干渉無しの場合と比較して約2dB増大することがわかった.被干渉については,D/U比が0dBにおいて,同様のビット誤り率を満たすべきUWBシステムの送信電力が干渉無しの場合より約1dB増大することがわかった.インパルス信号によるUWB-IR方式と既存システムの干渉を軽減するために様々な周波数ノッチ形成技術が提案されているが,本研究では干渉の影響を低減するために,干渉波の存在する帯域にノッチを形成するデュアルサイクルパルスを用いたUWBシステムの干渉の影響を検討した.その結果,従来方式と比較して提案方式は同じビット誤り率を満たすために必要なD/U比を15dB改善できることがわかった.また,UWB送信信号をウェーブレット解析により複数のサブキャリアに分割し,マルチキャリアテンプレートを作成した.このテンプレート波形は従来使われているシングルキャリアテンプレート波形とスペクトルが近似するように重み付けして構成した.マルチキャリアテンプレートから5GHz帯無線LANの干渉波と周波数が重なるサブキャリアを3本程度削除することにより,干渉の影響を大きく低減できることが明らかとなった.近距離での高速無線通信技術として超広帯域(Ultra Wideband : UWB)無線通信方式が注目されている.UWB信号は3.110.6GHzの周波数帯に500MHz以上の帯域を持つ信号であるため,既存システムとの干渉が問題となっている.そこで,IEEE802.11aの無線LANとの相互干渉について検討を行った.UWB送信信号をウェーブレット解析により複数のサブキャリアに分割し,マルチキャリアテンプレートを作成した.このテンプレート波形は従来使われているシングルキャリアテンプレート波形とスペクトルが近似するように重み付けして構成した.5GHz帯無線LANの干渉波と周波数が重なるサブキャリアを3本程度削除することにより,干渉の影響を約30dB低減できることが明らかとなった.また,無線LANのスペクトルの逆特性を周波数領域で掛け合わせる,ノッチ形成テンプレート方式,および,周波数領域において相関処理を行う,周波数領域相関処理方式についても検討を行った.その結果,無線LANの干渉が存在する環境において,一定の通信品質を得るために必要なEb/NOを1dB以下に抑圧するために許容できる干渉量は,D/U比にして,マルチキャリアテンプレート方式は30dB,ノッチ形成テンプレート方式は10dB,周波数領域相関処理方式は20dBであることが分かった.さらに,UWB-IRをもとにして周波数帯域幅,伝送速度を同じ条件とした場合の陪直交符号化UWBの伝送特性について検討した.その結果,符号化利得によりBER特性の向上を図れることを示し,デュアルサイクルパルス化した送信信号を用いることでD/U比が-10dBまではほとんど通信品質を劣化させることなく伝送できることがわかった.すなわち,周波数ノッチ形成により無線LANとの干渉の影響をさらに低減できることが明らかとなった.
DSPラジオモジュールを使用したラジオ教材の開発

○研究目的本学工学部技術部において、地域貢献活動の1つとして「夏休み工作教室」を毎年開催している。その中でラジオ工作は、最も人気のあるテーマで、これまでに2回実施した。しかし、小学生が工作することを考慮して、簡素な回路構成としたため、完成品の感度や安定度は、十分満足出来るものでは無かった。最近、ラジオ専用ICで、デジタル信号処理を行う「DSPラジオモジュール」が市販され、これを用いれば、少しの外付け部品の追加で、簡単に高性能なAM/FMラジオを構成することが可能となった。本研究では、この「DSPラジオモジュール」を使った高性能なラジオ教材を「夏休み工作教室」向けに、開発することを目的とする。○研究方法本研究は、下記の手順により実施した。1.工作教室で使用するDSPラジオの回路を多数試作した結果、下記の仕様に決定した。・「DSPラジオモジュール」は性能、価格、入手のし易さから「M6952」を使用した。・低周波増幅用ICに低電圧で使える「TA7368P」を用い、小型スピーカを駆動する方式とした。・同調・音量調整に使うボリウムは、別回路でユニット化し組み込む形とした。・ラジオとして完成度の高い形にするため、工作品はクリアケースへ組み込む形とした。・ジャンパー線として、取扱いがし易い様に、1/6W型0Ω抵抗を用いた。2.高周波発信器を用い、低周波発振器や音声により変調を行う形で、ミニ放送局を構築した。3.製作手順や指導方法について検討し、「製作の手引書」を作成した。4.工作のリハーサルを行い、工作の手順や手引書の不具合点を修正した。○研究成果本研究により、本教材は子供達に興味を持って工作をしてもらえるだけでなく、完成品は持ち帰って、実用的に長期間使えるもので、人に見せて自慢出来る様な、完成度の高い形のものを開発することが出来た。
カニクイザル耳介軟骨前駆細胞の特性解析と自家細胞移植による有効性評価

平成28年度はカニクイザル耳介軟骨膜中の軟骨前駆細胞の評価を試みた。具体的には、カニクイザル軟骨前駆細胞の多分化能と未分化性の維持に関して評価した。採取した軟骨前駆細胞を軟骨、骨、脂肪への分化誘導を行い、アルシアンブルー染色、アリザリンレッド染色、オイルレッドO染色で定性的に評価した。分化誘導培地はヒト軟骨前駆細胞へ用いるものと同じ組成のものを使用した。N=3で評価し、バラつきはあるもののそれぞれ個体と分化誘導において染色性を認めた。以上より、カニクイザル軟骨前駆細胞は多分化能を有することが示唆された。また、軟骨分化誘導した細胞群を重症免疫不全マウス皮下へ移植し、再構築された軟骨様組織を免疫組織学的に評価した。再構築軟骨様組織の基質は抗ヒトII型コラーゲン抗体に染色性を示した。再構築軟骨様組織周囲には軟骨膜様の組織の再構築が認められ、抗ヒトI型コラーゲン抗体に対して染色性を認めた。以上より、カニクイザル耳介軟骨膜から得られた軟骨前駆細胞の移植系において軟骨膜が再構築され、その未分化性が維持されることが間接的に示唆された。いずれの実験系においてもヒト軟骨前駆細胞に用いる試薬、抗体での評価が可能であった。そのため、その他の評価系も同様に、ヒト軟骨前駆細胞に用いるものでカニクイザル軟骨前駆細胞を評価できることが示唆され、カニクイザルはヒトへの臨床研究を想定した前臨床研究を行う動物種として妥当であることが確認された。我々は独立行政法人医薬基盤研究所霊長類医科学研究センターに本研究の実験計画を申請し、カニクイザルの検体・個体の供与を受け、周術期管理含めた総合的な管理業務を委託し実験を行っていた。しかし、カニクイザルの個体数は限られているため、同センターでは申請を受けたすべての実験計画を毎年評価・審査しており、年度によって実験施行の可否が分かれる。平成28年度においては、我々の実験計画は承認されたものの、個体の供与は得られず、検体の採取や自家細胞移植は施行できなかった。そのため、新鮮な検体および軟骨前駆細胞を採取、調製することが困難であり、予定していた実験計画を施行することが困難であった。その一方で、平成28年度施行した限りではヒト軟骨前駆細胞に用いる試薬、抗体でカニクイザル軟骨細胞の評価が可能であった。つまり、本研究の前提であるカニクイザルとヒトの相同性が確認できており、平成29年度以降は当初の計画通り推進可能と考えられる。独立行政法人医薬基盤研究所霊長類医科学研究センターにおいて、平成29年度の本研究の実験計画を再評価、審査受け、承認が得られている。そのため、検体の採取や自家細胞移植が施行可能であり、新鮮な検体および軟骨前駆細胞を採取、調製できる。しかし、平成29年度に上記の如く申請が承認されるか不確定である。そのため、平成29年度はカニクイザルへの自家細胞移植を中心とした解析を行う。具体的には、カニクイザル耳介軟骨膜から得られた軟骨前駆細胞と軟骨から得られた軟骨細胞を軟骨分化誘導し、腹部や顔面部皮下へ移植する。現在、ヒト軟骨前駆細胞を用いた臨床研究を想定した軟骨前駆細胞調整法を決定し、その標準作業手順書などの作成に取り組んでいる。本研究は、その臨床研究に至る前臨床研究との位置づけである。そのため、カニクイザル軟骨前駆細胞にかかわる調製やバリデーションすべて臨床研究における標準作業手順書に則り行うことを予定している。平成29年度はカニクイザル軟骨前駆細胞の特定解析に加え、これらに注力することで、本研究を推進的に履行可能と考える。平成29年度は、独立行政法人医薬基盤研究所霊長類医科学研究センターからカニクイザルの検体・個体の供与が得られる。そのため、カニクイザルへの自家細胞移植を中心とした解析に重きを置く。それに伴い、それらに関わる物品費が必要となる。得られたデータや組織、プレパラートも非常に多くなるため、その管理にエフォートを割かなければならないため、短期間でも実験助手などの雇用が望ましいと考えられる。得られたデーターの一部は可能であれば学会発表もしくは論文による報告を行うため、それらに伴う旅費および投稿費が必要と考えられ、現段階では次年度使用額はそれらに使用する計画としている。

いずれの実験系においてもヒト軟骨前駆細胞に用いる試薬、抗体での評価が可能であった。そのため、その他の評価系も同様に、ヒト軟骨前駆細胞に用いるものでカニクイザル軟骨前駆細胞を評価できることが示唆され、カニクイザルはヒトへの臨床研究を想定した前臨床研究を行う動物種として妥当であることが確認された。我々は独立行政法人医薬基盤研究所霊長類医科学研究センターに本研究の実験計画を申請し、カニクイザルの検体・個体の供与を受け、周術期管理含めた総合的な管理業務を委託し実験を行っていた。しかし、カニクイザルの個体数は限られているため、同センターでは申請を受けたすべての実験計画を毎年評価・審査しており、年度によって実験施行の可否が分かれる。平成28年度においては、我々の実験計画は承認されたものの、個体の供与は得られず、検体の採取や自家細胞移植は施行できなかった。そのため、新鮮な検体および軟骨前駆細胞を採取、調製することが困難であり、予定していた実験計画を施行することが困難であった。その一方で、平成28年度施行した限りではヒト軟骨前駆細胞に用いる試薬、抗体でカニクイザル軟骨細胞の評価が可能であった。つまり、本研究の前提であるカニクイザルとヒトの相同性が確認できており、平成29年度以降は当初の計画通り推進可能と考えられる。独立行政法人医薬基盤研究所霊長類医科学研究センターにおいて、平成29年度の本研究の実験計画を再評価、審査受け、承認が得られている。そのため、検体の採取や自家細胞移植が施行可能であり、新鮮な検体および軟骨前駆細胞を採取、調製できる。しかし、平成29年度に上記の如く申請が承認されるか不確定である。そのため、平成29年度はカニクイザルへの自家細胞移植を中心とした解析を行う。具体的には、カニクイザル耳介軟骨膜から得られた軟骨前駆細胞と軟骨から得られた軟骨細胞を軟骨分化誘導し、腹部や顔面部皮下へ移植する。現在、ヒト軟骨前駆細胞を用いた臨床研究を想定した軟骨前駆細胞調整法を決定し、その標準作業手順書などの作成に取り組んでいる。本研究は、その臨床研究に至る前臨床研究との位置づけである。そのため、カニクイザル軟骨前駆細胞にかかわる調製やバリデーションすべて臨床研究における標準作業手順書に則り行うことを予定している。平成29年度はカニクイザル軟骨前駆細胞の特定解析に加え、これらに注力することで、本研究を推進的に履行可能と考える。前述の通り、研究達成度は遅れている状況にある。具体的には、平成28年度においては、我々の実験計画は承認されたものの、個体の供与は得られず、検体の採取や自家細胞移植は施行できなかった。それ伴い、予定していた消耗品費は使用しなかった。加えて組織検体も限られていたので、その管理や処理業務は限定的であり、予定していた人件費は一部使用しなかった。そのほか、物品費も旅費に関しても同様であった。平成29年度は、独立行政法人医薬基盤研究所霊長類医科学研究センターからカニクイザルの検体・個体の供与が得られる。そのため、カニクイザルへの自家細胞移植を中心とした解析に重きを置く。それに伴い、それらに関わる物品費が必要となる。
水素発生機能を有するタンパク質-クロロフィル人工複合体系の研究

1.ポり(L-グルタミン酸ナトリウム塩)(poly(L-Glu・Na))に塩化白金酸と水素化ホウ素ナトリウムを添加することにより,poly(L-Glu・Na)で保護された白金コロイドを調製できた。2.まず、以下の2つのシステムについて調べた:(1)デシルアンモニウム塩化物(DeAC)とpoly(L-Glu・Na)の複合体に、代表的な光機能性分子(クロロフィルaとCo(II)テトラフェニルポルフィリン)と(蛍光消光剤である)メチルビオロゲン(MV^<2+>)を含む系,と(2)これらに加えてさらに白金コロイドを添加した系の蛍光消光度を比較した。光機能性分子からMV^<2+>への蛍光消光度(つまり電子移動度)は白金コロイドを含む系(2)の方が,含まない系(1)よりもはるかに大きかった。3.そこで,白金コロイドを含む系(2)にエチレンジアミン四酢酸ニナトリウム(EDTA)を添加し,Xeランプからの可視光(>420nm)を照射して,様々な条件下で水素ガス発生量を測定した。EDTAは光機能性分子に電子を渡し,自らは酸化される犠牲試薬として用いた。脱酸素を目的としたArガスによるバブリングを丁寧に2時間以上やることと界面活性剤DeACの濃度の増加によるα-ヘリックス構造に富む複合体の形成の増大が水素発生の増大に大きな影響を与えることがわかった。今回の研究で最も注目すべきことは,光合成類似システムを用いて可視光照射により確かに水素が発生したという事実である。4.上記の研究と密接に関連する研究として,代表的な半導体光触媒である酸化チタン等を用いた人工光合成系の構築に向けた基礎研究も併せて行い,酸化チタン粉末に、助触媒としてグラファイトシリカと呼ばれる天然鉱物の粉末やカーボンナノチューブを添加すると、水-アルコール混合溶液から多量の水素が発生することを発見した。有名な白金等の貴金属に代わる材料として、大変重要である。今年度に行った研究によって得られた新たな知見等の成果は以下の通りである。1.ポリ(L-グルタミン酸ナトリウム塩)(poly(L-Glu・Na))に塩化白金酸と水素化ホウ素ナトリウムを添加することにより,ポリペプチドpoly(L-Glu・Na)で保護された白金コロイドを調製できることがわかった。2.(1)(陽イオン界面活性剤の)デシルアンモニウム塩化物(DeAC)と(ポリペプチドの)poly(L-Glu・Na)の複合体に(光機能性分子の)クロロフィルa(Chla)と(蛍光消光剤(電子受容体)である)メチルビオロゲン(MV^<2+>)を含む系,と(2)これらに加えてさらに白金コロイドを添加した系の蛍光消光度を調べ比較した。ChlaからMV^<2+>への蛍光消光度(つまり電子移動度)は白金コロイドを含む系(2)の方が,含まない系(1)よりもはるかに(濃度等の条件によるが,50倍程度)大きかった。これは,Chla→MV^<2+>→白金コロイドやChla→白金コロイドの電子移動過程が新たに加わることにより,Chlaの蛍光が効率よく消光されたためであると考えられる。3.そこで,白金コロイドを含む系(2)にエチレンジアミン四酢酸二ナトリウム(EDTA)を添加し,Xeランプからの可視光(>420nm)を照射して,様々な条件下で水素ガス発生量を測定した。