hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
合金ナノ粒子の革新的合成法の開発：リン化合物から合金へ

パラジウム(Pd)とリン(P)で構成されるPd-Pナノ粒子がPd基合金ナノ粒子に変換する新奇合金化現象を発見し、本現象を活用することで、様々な粒径(3-50 nm)、結晶性(非晶質、結晶質)、形態(球、中空など)のPd-Pナノ粒子から、様々な組成のPd基合金ナノ粒子を創製に成功した。また、この反応が「元素選択的ガルバニック置換反応」という新奇現象であり、反応前後でナノ粒子の形態が保持される「仮晶反応」であることを明らかにした。加えて、本手法で得られたB2-PdInナノ粒子が可視光領域に局在表面プラズモン共鳴吸収を有することを世界に先駆けて発見し、材料創製における本手法の有用性を示した。金属ナノ粒子における金属核の合金化は、ナノ粒子の物性を制御する代表的な手法の一つに挙げられる。基金族と合金化させる金属種を任意に変えることができれば、基金族の機能や特性を調整できるだけではなく、両金属が各々に有する機能の複合化や、さらには単一金属では示さないような新規特性の発現なども期待できる。近年では、ナノサイズ化によってバルクでは存在し得ない合金相の発見も報告されており、新奇物質の創成による革新的な材料開発の観点からも、合金ナノ粒子に関する研究が今後より一層活発になることが容易に推測される。このような背景の中、我々はこれまでにPdとPが原子レベルで混合された非晶質Pd-Pナノ粒子が、粒径や単分散性を保持したまま、様々なPd基合金ナノ粒子に変換する新奇合金化現象を見出している。この現象を利用することで、単分散Pd基合金ナノ粒子の粒径および合金種を、たった一つの合成手法で極めて精密にかつ容易に制御することができる。初年度は、この新規現象のメカニズムをより詳細に検証するとともに、種粒子として用いることができるPd-Pナノ粒子の結晶性や、合成可能な合金種について特に詳しく調査した。メカニズム検証を行ったところ、Pd-Pナノ粒子中のPは原子状のPよりも酸化数が低い状態である一方、反応後に検出されたPはリン酸塩中のPのような高酸化状態であることが判明した。さらに、Pd-Pナノ粒子が比較的高いフェルミ準位を有する金属的な電子構造を有していることが明らかとなった。以上の結果は、本新奇現象が「合金ナノ粒子における元素選択的ガルバニック置換反応」であることを強く示唆しており、これまでにこのような現象の報告例はない。また、非晶質Pd-Pナノ粒子に加え、結晶性Pd3Pナノ粒子においても同様の現象が起こり得ることを確認し、新規にA1-CoPd3およびB2-PdInナノ粒子の形成にも成功した。研究計画調書に記載した本年度の計画として(1)Pd基合金ナノ粒子の展開、(2)Pd-Pナノ粒子の結晶性および組成比の検討、(3)Pd以外のリン化合物および三元系リン化合物ナノ粒子への応用の3項目が挙げられる。(1)および(2)に関しては、「研究実績の概要」に記載した通り、新たなPd基合金ナノ粒子の合成に成功し、結晶性も非晶質に限らないことを明らかにすることで、本現象の汎用性をより一層高めることに成功した。(3)に関しても、すでに検討中であり、克服すべき課題等が得られ始めている。以上に加え、研究計画調書に本年度の計画として記載はなかったものの、「研究実績の概要」の通り、合金化メカニズムを提唱する上で極めて有用な結果を得ることができた。この知見は、Pd以外のリン化合物に応用する上で極めて有用な指針となり、来年度における(3)の進捗をより加速することが期待される。以上の理由から、今年度進捗状況として、当初の計画以上に進展していると判断した。我々はPdとPが原子レベルで混合された非晶質Pd-Pナノ粒子が、粒径や単分散性を保持したまま、様々なPd基合金ナノ粒子に変換する新奇合金化現象を見出しており、この現象を利用することで、単分散Pd基合金ナノ粒子の粒径および合金種を、たった一つの合成手法で極めて精密にかつ容易に制御することが可能となる。本研究では本合成手法の1反応機構の解明、2汎用性の拡大、3新規材料創出への応用、について詳細な検討を行い、本合成手法の有用性を明示した。1反応機構の解明では、Pd-Pナノ粒子中のPdは反応前後で価数に変化はなく0価の状態であるのに対し、Pは反応前では原子状のPよりも酸化数が低い状態である一方、反応後に検出されたPはリン酸塩中のPのような高酸化状態であることが判明した。以上の結果は、本現象が「合金ナノ粒子における元素選択的ガルバニック置換反応」という新規現象であることを強く示唆している。2汎用性の拡大では、非晶質Pd-Pナノ粒子に限らず、結晶性Pd3Pナノ粒子においても同様の合金化が進行することを確認し、これまでに合成したPd基合金ナノ粒子に加え、新たにA1-CoPd3およびB2-PdInナノ粒子の合成にも成功した。また、中空状のPd-Pナノ粒子から中空状のPd基合金ナノ粒子を合成することにも成功し、本手法が粒子の形態を反応前後で保持することができる「仮晶反応」であることを示した。

3新規材料創出への応用では、B2-PdInナノ粒子が可視光域に局在表面プラズモン共鳴吸収を有することを世界に先駆けて発見し、AuやAgに匹敵する可視光プラズモン材料への応用が期待される。以上の検討を通じて、一つの手法で多種多様な合金ナノ粒子の合成が可能であることを実証し、材料創製への道筋を見出した。パラジウム(Pd)とリン(P)で構成されるPd-Pナノ粒子がPd基合金ナノ粒子に変換する新奇合金化現象を発見し、本現象を活用することで、様々な粒径(3-50 nm)、結晶性(非晶質、結晶質)、形態(球、中空など)のPd-Pナノ粒子から、様々な組成のPd基合金ナノ粒子を創製に成功した。また、この反応が「元素選択的ガルバニック置換反応」という新奇現象であり、反応前後でナノ粒子の形態が保持される「仮晶反応」であることを明らかにした。加えて、本手法で得られたB2-PdInナノ粒子が可視光領域に局在表面プラズモン共鳴吸収を有することを世界に先駆けて発見し、材料創製における本手法の有用性を示した。来年度が研最終年度となるため、本年度において検討途中である(3)Pd以外のリン化合物および三元系リン化合物ナノ粒子への応用を引き続き検討するとともに、当初の研究計画通り、合成した単分散合金ナノ粒子の(4)高性能電気触媒等の機能性材料への応用を目指す。具体的には、来年度に購入予定である電気化学アナライザーを使用し、電気化学的な分析から、比表面積や物質の吸脱着特性、特定の電気化学反応における触媒活性等を測定することで新規特性の発見を試みる。以上の検討により、我々が発見した新奇合金化現象を、多種多様な単分散合金ナノ粒子の合成を可能とする極めて汎用性の高い手法へと昇華させると当時に、実用性の観点からも高い有用性有することを証明する。無機合成化学、ナノ構造化学研究の展開と進捗に合わせて、装置に求められる性能が変化したため、物品として11月頃に予定していた電気化学アナライザーの購入時期を来年度に変更することが適切と判断した。次年度使用額については、当初の計画通り電気化学アナライザーの購入に充て、翌年度請求分の助成金の一部についても、電気化学アナライザーの性能向上のための資金とする予定である。
口腔機能低下が脳神経活動に及ぼす影響～脳機能イメージング法での検証～

近年、咀嚼機能と脳機能との関係を評価する方法として、ガム咀嚼時における脳神経活動に依存した変化を脳内の酸素化ヘモグロビンの濃度の違いから間接的に検出できるfMRIや近赤外分光法(NIRS)などの脳機能イメージング法が報告されている。一方、マンガン造影MRI(MEMRI)は、脳内神経活動の依存的な変化を直接検出できる手法であり、新たな脳機能イメージングとして大いに期待できる。本研究では、小児期や高齢期などのライフステージごとの咀嚼習慣の違いや口腔機能低下が脳機能の形成過程や衰退現象に深く関与しているとの仮説のもと、脳内神経活動をリアルタイムでイメージングできるMEMRIを用いて検証する。
ネオジウム添加フッ化ルテチウムを用いた真空紫外光源の高出力化に関する研究

ネオジウム添加フッ化ルテチウム(Nd3+:LuF3)は、真空紫外領域における数少ない高い発光効率を示す蛍光体である。電子線励起蛍光を利用した高出力真空紫外光源を実現するため、Nd3+:LuF3の電子線照射時の劣化機構を解明し、高い発光効率と高い電子線耐性を持つNd3+:LuF3薄膜化技術を確立することが本研究の目的である。この目的達成のため、今年度はパルスレーザー堆積法によって作製したフッ化物薄膜へのアニール処理による品質改善を試みた。昨年度までに、ナノ秒レーザーを用いたパルスレーザー堆積装置において、ナノ秒レーザーの照射パワー及び基板温度を制御することにより、フッ化物薄膜のフッ素欠陥の制御が可能になっている。この薄膜に対して、真空中またはCF4ガス中でのアニール処理を行った。CF4中でのアニールに関しては、酸化の影響が強く表れた。これは、CF4ガス濃度が十分でなく、酸素などの混入の可能性が考えられることに加え、基板として用いた石英中の酸素も影響したと考えられる。一方、真空中アニールは200から600度の範囲で3時間行い、処理後の薄膜に対して、結晶性、光学特性、組成に関する評価を行った。この結果、結晶性および透過端付近における透過率の改善が確認できた。本成果は候補材料が限られている固体の真空紫外蛍光体開発において極めて重要な技術となる。この目的達成のため、まずパルスレーザー堆積法を用いた高品質フッ化物薄膜作製技術の開発を行った。具体的には、フェムト秒レーザーを用いたパルスレーザー堆積装置を作製し、ナノ粒子を堆積した薄膜形成を行うとともに、ナノ秒レーザーを用いて作製した薄膜との比較を行った。ナノ粒子化においてはチャンバー内の雰囲気ガスとして用いたアルゴンガスの圧力を0.1から500 Paの範囲でコントロールし、ドロップレット等の大きな粒子の堆積を避ける為にターゲットの下方に堆積用基板を配置することで、数nm数十nmの領域での粒子径制御に成功した。粒子の形状については,どのガス圧下で作製されるものについてもそのほとんどが球状であった。これに加え、ナノ粒子化した際の電子線励起発光スペクトル計測により、量子サイズ効果による発光波長の短波長シフトを確認した。一方で、薄膜作製においてはフェムト秒レーザーで作製した薄膜はナノ秒レーザーで作製した薄膜に比べ、結晶性、組成ずれの点で優れていることを確認した。初年度の研究計画では、フェムト秒パルスレーザー装置を光源として用いたパルスレーザー堆積装置を作製し、フッ化物薄膜の作製と評価を行うとしている。我々は、この装置を作製し、これを用いてフッ化物薄膜が作製可能であることを確認した。さらに、レーザー出力の薄膜品質への影響を調査するとともに、従来型のナノ秒パルスレーザーを用いた場合との比較も行っている。また、これらの実験と並行して、フッ化物ナノ粒子作製にも着手した。よって進行状況は順調であると判断した。この目的達成のため、今年度はパルスレーザー堆積法における照射レーザーパワー及び基板温度のフッ化物薄膜への影響の調査を行った。具体的には、ナノ秒レーザーを用いたパルスレーザー堆積装置において、ナノ秒レーザーの照射パワー及び基板温度を制御し作製したフッ化物薄膜のフッ素欠陥などを調査した。パルスレーザー堆積法において、照射レーザーパワーを5から400 mWの範囲で、基板温度を室温から600度の範囲でコントロールし、薄膜堆積を行った。この薄膜に対して結晶性、光学特性、組成に関する評価を行った。この結果、薄膜の品質としてはより高レーザーパワーかつ低基板温度で薄膜を作製するとフッ素の脱離が発生することが確認できた.またこのフッ素の脱離によるフッ素欠陥によりバンド間に欠陥準位を形成し,それによる光吸収の長波長シフトが起こることを発見した。平成29年度以降の研究計画では、パルスレーザー堆積法においてフッ素欠陥を、主に薄膜作製時の照射レーザーパワーによって制御し、劣化の影響の調査を行うとしている。我々は、レーザーパワー及び基板温度制御によってフッ化物薄膜の欠陥を調整可能であることを確認した。さらに、これらの実験と並行して、次年度のに向けた酸素雰囲気中でのアニール装置の作製にも着手している。

電子線励起蛍光を利用した高出力真空紫外光源を実現するため、Nd3+:LuF3の電子線照射時の劣化機構を解明し、高い発光効率と高い電子線耐性を持つNd3+:LuF3薄膜化技術を確立することが本研究の目的である。この目的達成のため、今年度はパルスレーザー堆積法によって作製したフッ化物薄膜へのアニール処理による品質改善を試みた。昨年度までに、ナノ秒レーザーを用いたパルスレーザー堆積装置において、ナノ秒レーザーの照射パワー及び基板温度を制御することにより、フッ化物薄膜のフッ素欠陥の制御が可能になっている。この薄膜に対して、真空中またはCF4ガス中でのアニール処理を行った。CF4中でのアニールに関しては、酸化の影響が強く表れた。これは、CF4ガス濃度が十分でなく、酸素などの混入の可能性が考えられることに加え、基板として用いた石英中の酸素も影響したと考えられる。一方、真空中アニールは200から600度の範囲で3時間行い、処理後の薄膜に対して、結晶性、光学特性、組成に関する評価を行った。この結果、結晶性および透過端付近における透過率の改善が確認できた。本成果は候補材料が限られている固体の真空紫外蛍光体開発において極めて重要な技術となる。今後は、パルスレーザー堆積法によるフッ化物薄膜の高品質化を目指す。過去に申請者が作製した多くのフッ化物薄膜の中で、特に密度の低い薄膜が堆積されているため、電子線照射の際、材料内での電子との相関領域が広がりにくく、効率よく発光量を増加させることができないでいた。そこで、可能な限り高密度なターゲットや混合比を変えたものを作製する。また、フッ素欠陥は主に薄膜作製時の照射レーザーパワーによって制御可能であり、高出力レーザーパルスを照射するほどフッ素の脱離が起こりやすくなる。このフッ素欠陥は大気中で容易に酸化され、電子線照射の際、劣化の起点となる。そこで、意図的に欠陥の多い薄膜を作製し、電子線照射による劣化の状態を調査することで、劣化メカニズムの解明を行う。今後は、パルスレーザー堆積法によるフッ化物薄膜の高品質化を目指すとともに、電子線照射時のフッ化物薄膜の劣化のメカニズムを調査する。フッ素欠陥は主に薄膜作製時の照射レーザーパワーによって制御可能であり、高出力レーザーパルスを照射するほどフッ素の脱離が起こりやすくなる。また、Nd3+:LuF3薄膜を蛍光体とし、アルゴンイオンビームを照射することでグラッシーカーボン上に作製したカーボンナノファイバーを電子線源とするフィールドエミッションランプを作製する。このランプで、実際に高加速電子をNd3+:LuF3薄膜に照射し、その真空紫外発光強度と電子線耐性の評価を行う。
高校・大学英語教育における授業・授業外協調学習過程の統一評価手法の開発研究

本研究の目的は、高校及び大学での英語教育における反転授業型アクティブ・ラーニングにおいて、授業及び授業外での協調学習に焦点を当て、その協調学習の過程を定量的・定性的に評価する大学・高校に統一的な手法の開発を試みることである。平成30年度は、予備調査と位置づけ、研究協力者である滋賀県立安曇川高校と協議のうえ、反転授業型アクティブ・ラーニングの概念モデルを確定し、確定した概念モデルに沿った授業・授業外での協調学習を促進する反転授業を設計・実践した。その上で、授業においてホワイドボードに記された学習履歴を写真撮影し、OCR機能により撮影された学習履歴をテキスト化した。しかし、予定していた支援システムとホワイトボードから得られた種々の学習履歴を基に、学習履歴のラベリング作業を行った。しかし、そのラベリングした学習履歴を基にした授業・授業外での協調学習過程を定量的・定性的に評価する大学・高校英語教育に統一的な手法α版を開発することには至らなかった。そこで、統一的な評価手法の見直しを行い、最終的な学習成果までの段階的な形成的評価手法としてルーブリックを開発し、そのルーブリックを利用した学習者の自己・相互評価及び教員による評価を、第2回IMS Japan賞優秀賞を受賞した協調学習支援システムに組み込み、各学習者が最終的な学習成果までの段階的な形成的評価をタブレットやスマートフォン画面で確認できる手法α版を開発した。支援システムとホワイトボードから得られた種々の学習履歴を基に、学習履歴のラベリング作業を行い、そのラベリングした学習履歴を基にした授業・授業外での協調学習過程を定量的・定性的に評価する大学・高校英語教育に統一的な手法α版を開発することには至らなかった。統一的な評価手法の見直しを行い、最終的な学習成果までの段階的な形成的評価手法としてルーブリックを開発し、そのルーブリックを利用した学習者の自己・相互評価及び教員による評価を、第2回IMS Japan賞優秀賞を受賞した協調学習支援システムに組み込み、各学習者が最終的な学習成果までの段階的な形成的評価をタブレットやスマートフォン画面で確認できる手法α版を開発したため。最終的な学習成果までの段階的な形成的評価手法としてルーブリックを開発し、そのルーブリックを利用した学習者の自己・相互評価及び教員による評価を、第2回IMS Japan賞優秀賞を受賞した協調学習支援システムに組み込み、各学習者が最終的な学習成果までの段階的な形成的評価をタブレットやスマートフォン画面で確認できる手法α版を、検証授業を通じて改良し、β版を開発する予定である。次年度使用額が生じた主な理由は、研究分担者の一人の死去にともない、その研究分担者に配分した額が使用されなかったためである。また、この次年度使用額は、開発した手法α版の改良に当てる予定である。
手作りの測機で身近な気象を観測し新事実に挑む参加型科学プロジェクト

前年度から継続して京都市内の高密度観測を行い、春夏秋冬各季節について約二週間の連続データを2年分取得した。このデータの解析から、京都市の夜間のヒートアイランド強度は、夜間の放射冷却量にほぼ比例すること、また地表の熱慣性が都市部と郊外で数倍違うことが明らかになった。このことから、京都のヒートアイランドの主な原因は都市部のコンクリートやアスファルトが大きな熱慣性を持つことであることが明らかになった。しかしながら、この結果を熱伝導などの概念を理解していない高校生に理解させるのは、かなりの困難を伴う。そこで、都市のヒートアイランド現象の原因をわかりやすく理解させるため、サーモグラフィーを導入した。まず、サーモグラフィーで空の温度を測定することで、青空の温度が非常に低く、雲は地上よりも温度が低いものの、青空に比べれば温度が高いことを確かめさせ、放射冷却のメカニズムを理解させた。その上で、夜間の都市部と郊外のサーモグラフィー画像を提示し、コンクリートやアスファルトの温度が夜間になっても下がらないことを示すことで、熱慣性の重要性を理解させることを試みた。18年12月と19年2月に京都府立南八幡高校で講座を開き、ヒートアイランド現象に関する講義と実習を行った。この中で、上記のテーマに加えて気温と天空率を測定してデータ解析を行い、夜間の冷却には熱容量が小さいことと、広く空が見えていることが重要である事を理解させた。その結果、極めて高度な内容であるにもかかわらず、実感としてヒートアイランド現象の原因が理解できたと好評であった。以前の観測で、夜間の雲の出現に伴うものと思われる短周期の温度変動が郊外で観測されたことから、雲センサーとしての放射温度計を南北に配置し雲の出現時刻を正確に記録することにし、春夏秋冬各季節の5月、8月、10月に、京都市内の約40点に観測器を設置し2-3週間の連続観測を行った。その結果、郊外では夜間に雲が出現すると比較的短時間に1°C弱気温が上昇するのに対して、市街地中心部では雲の出現に伴う温度変化がほとんど認められないごとがわかった。これは、晴天時には大気からの赤外線放射がほとんどなく、強い放射冷却が起こるのに対して、雲が出現すると雲からの赤外線放射により地表面が暖められることによる。雲からの赤外線放射は都市中心部でも郊外でも変わらないので、気温の上昇幅の違いは地表面付近の熱慣性(地表面または建物表面から、単位時間に熱が伝わる部分の熱容量)の違いによる。すなわち、郊外では地表面が畑の植物や木造の建物など、熱容量の小さなものに覆われているのに対して、都市中心部では鉄筋コンクリートやアスファルトなど熱容量の大きなもので地表面が覆われていることによる。このことから、少なくとも京都のヒートアイランド現象の主要な原因は人口廃熱ではなく、熱慣性の違いによるものであると考えられる。このように、高校生でも自作できる測器を使って、高校生と一緒に行った観測で、社会的にも大きな関心が寄せられているヒートアイランド現象のメカニズムを解明するという学術的にも大きな意味のある結果が得られた。もちろん、最終的な結論に至る部分では高校生の手に負えない部分も多くある。しかし、自分たちが作った測器で第一線の研究ができることを目の当たりにした効果は極めて大きい。また、同じ測器で観測し、同じデータを手にしていながら、大学生との決定的な差を見せ付けられたということも、大きな刺激となっていることは間違いない。
HGFによる肝細胞分化誘導メカニズムの解明

本研究は、iPS細胞を用いて肝細胞分化におけるHGFの作用機序を詳細に解析することにより、未だ十分に解明されていない肝細胞分化誘導メカニズムを解明することを目的とした。本研究で、iPS細胞の作製方法により分化誘導した細胞の性質に違いが認められること、またミトコンドリア機能がiPS細胞の分化や細胞のリプログラミングに関わっていることを見出した本研究は、iPS細胞を用いて肝細胞分化におけるHGFの作用機序を詳細に解析することにより、未だ十分に解明されていない肝細胞分化誘導メカニズムを解明することを目的とした。本研究で、iPS細胞の作製方法により分化誘導した細胞の性質に違いが認められること、またミトコンドリア機能がiPS細胞の分化や細胞のリプログラミングに関わっていることを見出した誘導型多能性幹細胞(iPS細胞)を利用して肝細胞分化誘導メカニズムを解明することを目的に、平成21年度は、4種類のマウスiPS細胞(理研より分与)を用いて、ES細胞で行われてきたいくつかの肝細胞分化誘導法を参考にiPS細胞のHGFを用いた肝細胞分化誘導法について詳細に検討した。しかし、検討の過程で、iPS細胞は細胞株間の性質の差が大きく、特に、同じ分化誘導法を用いても胚葉体形成能や誘導される細胞の種類・形態などが大きく異なることが分かった。今後、メカニズムの解析あるいは細胞移植への応用を考える上で、このような細胞株間の性質の差を十分に理解することは極めて重要な課題であると考え、まずcDNAマイクロアレイを用いて4種類のiPS細胞の胚葉体形成により変動する遺伝子を比較した。その結果、いくつかのプロテアーゼまたはプロテアーゼインヒビター遺伝子の発現パターンが、胚葉体により大きく異なることが分かった。これまでの報告から同定した遺伝子はピストンH3のプロセシングに関与する可能性があり、このことは、iPS細胞株間での誘導細胞の性質・形態の差がエピジェネティックなものであることを示唆している。今後は、iPS細胞からより均質な肝細胞分化誘導法を確立することを目的に、肝細胞分化誘導過程におけるピストンの修飾状態や同定した遺伝子の発現を時系列的に解析し、誘導機序の解明を行う予定である。また、同様の検討をヒトiPS細胞、または由来や作製方法・導入遺伝子の異なるiPS細胞でも検討を行い、由来や作製方法などにより肝細胞(または内胚葉系譜細胞)への分化誘導パターンがどのように異なるかについても検討する予定である。誘導型多能性幹細胞(ips細胞)を利用して肝細胞分化誘導メカニズムを解明することを目的に、平成22年度は、4種類のマウスiPS細胞(20D-17、178B-5、440A-3及び492B-4)を用いて、ES細胞で行われてきたいくつかの肝細胞分化誘導法を参考にiPS細胞のHGFを用いた肝細胞分化誘導法について詳細に検討した。この検討の過程で、胚葉体形成及びbFGF+activinAにより誘導した内胚葉細胞の形態が、細胞株間で異なることがわかった。特に440A-3(プラスミドベクターにより作製されたips細胞クローン)由来の肝内胚葉は他の細胞株と異なり、HGF及びDMSO添加により大量の脂肪滴蓄積細胞を生じた。また、このような脂肪滴蓄積細胞はPAS染色陽性で且つICGの取り込みが認められることから、脂肪化した肝細胞様細胞であると考えられた。脂肪化マーカーであるC/EBPp、PPARγ2及びaP2の遺伝子発現は440A-3由来の肝細胞様細胞で有意に亢進しており、またこの脂肪滴蓄積細胞は、ALK5阻害剤であるsB431542により増加した。cDNAマイクロアレイ解析により、各iPs細胞株の遺伝子発現を比較したところ、脂肪酸代謝に関連する395遺伝子の内、長鎖脂肪酸トランスポーターのSlc27a2、同伸長酵素のElovl7及びapolipoprotein A-IIが440A-3のみで有意に発現亢進していることを明らかにした。本年度の研究で、前年度に見出したips細胞の細胞株間での性質の違いをより明確に示すことができた。またその差異の原因と思われる遺伝子も同定した。今後はこれら遺伝子の機能がiPS細胞の肝細胞誘導経路にどのように関わるかを検討する。前年度までの研究から、細胞内でのミトコンドリア機能や脂質代謝がiPS細胞の性質や分化経路に深く関わっていることが分かってきた。また近年、iPS細胞の分化や細胞のリプログラミングの過程に細胞内のエネルギー生産機構であるミトコンドリアの機能や代謝が深く関与していることを示唆する報告もなされている。そこで、本年度は種々の線維芽細胞からヒトips細胞を作製し、ミトコンドリア機能とiPS細胞の分化との関連について検討を行った。またミトコンドリア機能異常のモデル細胞として、ミトコンドリア病患者由来の線維芽細胞からiPS細胞を樹立し、リプログラミング過程あるいは三胚葉への分化経路におけるミトコンドリア機能の変化についても同時に検討した。まず健常者由来iPS細胞として201B7細胞を用い、Ethidium BromideによりミトコンドリアDNAを除去したiPS細胞(ρ0-iPS細胞)を作製を試みた。その結果、Ethidium Bromide添加によりiPS細胞でのミトコンドリアDNAは顕著に減少しρoになったと考えられたが、このiPS細胞は継代すると死滅してしまい維持培養することができなかった。従ってミトコンドリア機能を完全に抑制することで分化誘導を行うのは困難と考えられた。そこで、次にミトコンドリア病患者由来線維芽

細胞からiPSを誘導し、分化に及ぼす影響について検討した。変異部位の異なるミトコンドリア病患者由来線維芽細胞からSeVベクターを用いた方法でiPS誘導を行ったところ、一部の症例でiPSの樹立効率が健常者に比べて顕著に低下していることが分かった。このことはミトコンドリア機能の低下が細胞のリプログラミングを阻害していることを示唆しており、今後さらに詳細な検討が必要であると考えられた。
新しい超分子化学的手法に基づく不斉認識ホストの開発

本研究ではジベンゾシクロオクタテトラエン(DBCOT)の桶型の構造と室温溶液中で容易に環反転する性質に注目して、分子内にDBCOT二分子を縮環した化合物を合成した。この化合物はantiが体とsyn体の二つの配座異性体が室温溶液中で異性化し、このうちsyn体がその空孔内にゲスト分子を選択的に包接するピンセット型のホスト分子としての機能を有することを明らかにした。そしてその分子包接挙動において、分子認識部位にあたるベンゼン環に電子供与性置換基であるアルコキシル基を導入したことでDDQなどの電子欠乏性の分子を包接する機能を有することを明らかにし、ゲスト分子包接の際、アルコキシル基の寄与が大きいことを示唆する結果を与えた。また、そのアルコキシル基においてもメトキシ基からエトキシ基へとそのアルキル鎖を一つ伸長させただけで包接能の向上が見られることを確認しており、ホスト分子のアルキル鎖がゲスト分子の包接に有利に働くというホストゲスト化学の観点から非常に興味深い性質を持つホスト分子であることを見出した。さらに、分子認識には直接関係しないシクロオクタテトラエン上の置換基をニトリル基からホルミル基に変えるだけで、電子吸引性の違いによる効果から包接能の向上も見出しており、今回合成したピンセット型化合物の分子認識挙動の詳細を幅広く明らかにしている。今後の課題としてはより多くのゲスト分子を包接できるよう、その分子認識部位にあたるπ平面の拡張が望まれる。分子ピンセットとは一種のレセプター分子であり、ゲスト分子と直接相互作用する二つの末端芳香環(Pincer部位)を適当なスペーサーで連結した構造を有している。このような分子では、置換基の導入などによる非対称化によって分子がキラルになるが、これを利用した光学活性なゲスト分子の認識や識別には興味が持たれる。我々はスペーサー部分にジベンゾシクロオクタテトラエン骨格を有するキラルな分子ピンセットを設計し、この分子がコンフォメーション変化によってラセミ化することを利用して、キラルなゲスト分子との錯形成による不斉誘導を行うとともに、これを鋳型にしたキラルな分子ピンセットの合成について検討を行っている。今年度は、この基本骨格を有する化合物の合成と、ラセミ化のダイナミクスについて検討を行った。まず、8員環部分に置換基を持たない分子ピンセットについてはベンゾシクロブタジエンとピリダジノフタラジンとの反応により合成した。また、8員環部分にシアノ基を有する化合物については、相当するシアノ基のα-位での縮合反応を利用して8員環構築を行った。またシアノ基の適当な官能基変換によってホルミル基やヒドロキシメチル基を有する分子ピンセットも合成し、それぞれの8員環部分での環反転の活性化エネルギーを明らかにした。その結果、ホルミル体やヒドロキシメチル体では22kcal/mol程度の活性化エネルギーが得られ、これらの誘導体は、低温で光学分割できる程度の活性化エネルギーを持つことを明らかにした。さらに電子豊富なPincer部位を持つ分子ピンセットの電子不足の芳香環との錯形成についても調べた。現在までのところ、錯形成能が小さい点が問題点であり、これについて改善を進めているところである。
膵がん細胞の悪性度を制御するヒストン修飾経路の同定と標的治療への戦略

膵がん細胞の悪性度に関わるエピジェネテイクス関連分子を探索する目的で、膵がん細胞で様々なクロマチン修飾因子に対するshRNAの安定発現株を樹立し表現型の変化をスクリーニングした。結果としてヒストン修飾分子KDM6Bのノックダウンにより膵がん細胞の浸潤能および腫瘍形成能が増強することを見出した。さらには発現アレイの解析からKDM6Bの標的遺伝子としてCEBPAを同定した。CEBPAのノックダウンはKDM6Bとほぼ同じ表現型を呈し、その遺伝子発現調節領域へのKDM6Bの結合も確認された。以上からヒストン修飾経路の異常が膵がん細胞の悪性度に影響する分子機構の一端を明らかにした。膵がん細胞の悪性度に関わるepigenetic関連遺伝子を探索する目的でさまざまなヒストン修飾酵素群をコードする遺伝子群のshRNAパネルを作成、膵がん細胞株でその安定発現株を樹立して表現型の変化をスクリーニングしてきた。その結果、ノックダウンにて膵がん細胞の浸潤能、腫瘍形成能を増加させるヒストン修飾分子KMXを同定した。KMXノックダウン膵がん細胞ではin vitroでの遊走能や浸潤能が増加する。またin vivoの検討でも皮下移植されたノックダウン細胞はコントロールでは見られない著明な腹膜播種や血性腹水をきたし、膵への同所移植では肝・肺転移を引き起こした。複数の膵がん細胞でこの表現型は再現されたが、一方他の消化器癌である胃癌や大腸癌細胞ではKMXノックダウンの影響は必ずしも見られないことから、KMXの機能は膵がん特異的であることが明らかとなった。膵がん細胞においてKMXの下流の分子群を抽出するため、KMXノックダウン細胞とランダムコントロール細胞との間で、網羅的な遺伝子発現プロファイルを行った。その発現アレイデータを基にしたGSEA解析によると、ノックダウン細胞ではある転写因子の下流遺伝子セットが高いNESと有意差をもって誘導されていた。実際この転写因子を膵がん細胞においてノックダウンしたところKMXノックダウンと同様にin vitroでの遊走能・浸潤能の増加およびin vivoの転移能増強が認められたことから、この分子がKMXの下流で膵癌細胞の悪性度にかかわる可能性が考えられた。今後はまずこの転写因子がKMXの下流であるかどうかを確認するため、クロマチン免疫沈降などを行なう予定である。その結果、ノックダウンにて膵がん細胞の浸潤能、腫瘍形成能を増加させるヒストン修飾分子KDM6を同定した。KDM6ノックダウン膵がん細胞ではin vitroでの遊走能や浸潤能が増加する。複数の膵がん細胞でこの表現型は再現されたが、一方他の消化器癌である胃癌や大腸癌細胞ではKDM6ノックダウンの影響は必ずしも見られないことから、膵がん特異的なKDM6の作用が示唆された。膵がん細胞においてKDM6の下流の分子群を抽出するため、KDM6ノックダウン細胞とランダムコントロール細胞との間で、網羅的な遺伝子発現プロファイルを行った。その発現アレイデータを基にしたGSEA解析によると、ノックダウン細胞では転写因子C/EBPの下流遺伝子セットが高いNESと有意差をもって誘導されていた。実際C/EBPを膵がん細胞においてノックダウンしたところKDM6ノックダウンと同様にin vitroでの遊走能・浸潤能の増加およびin vivoの転移能増強が認められたことから、C/EBPがKDM6の下流で膵癌細胞の悪性度にかかわる可能性が考えられた。C/EBPがKDM6の下流であるかを確認するため、クロマチン免疫沈降などを行なったところ、そのプロモーター領域への結合が確認され、同時にヒストン修飾状態の変化も認められた。今回の研究により、ヒストン修飾異常が膵がんの生物学的特性に与える影響とその分子機序の一端を明らかにした。膵がん細胞の悪性度に関わるepigeneticな遺伝子制御異常を探索する目的でヒストン修飾酵素群のshRNAパネルを作成、膵がん細胞株でその安定発現株を樹立して表現型の変化をスクリーニングしてきた。その結果、ノックダウンにて膵がん細胞の浸潤能、腫瘍形成能を明らかに増加させるヒストン修飾分子KMXを同定した。KMXノックダウン膵がん細胞ではin vitroでの遊走能や浸潤能が増加した。さらにはコントロール細胞においては見られなかった単一細胞からのsphere形成能を獲得していた。

希釈系列の細胞群を用いたin vivo腫瘍形成能においても明らかなその増加を示していた。これらの表現型は二つの異なるノックダウン配列から樹立された細胞株に共通してみられており、KMXに特異的なものと考えられる。今後さらに複数の消化器がん細胞株においても同様のノックダウン細胞を樹立し、これらの表現型がどこまで共通に再現されるかどうかも検討する。KMXノックダウンによって獲得された形質に関与する分子群を抽出するため、これまでにKMXノックダウン細胞とランダムコントロール細胞との間で、網羅的な遺伝子発現プロファイルを行ってきた。その発現アレイデータを基にしたGSEA解析によると、ノックダウン細胞では数種類の転写因子群の下流遺伝子セットが高いNESと有意差をもって誘導されていた。KMXノックダウン細胞の表現型に関与する転写因子の同定をすすめていく。上記のとおり、順調に研究データが得られ、前年度からも進捗が得られているため。上記のとおり、順調に研究データが得られているためまずは、KMXの下流遺伝子なおかつKMXノックダウンによる表現型変化の責任遺伝子候補として抽出された、転写因子のプロモーター領域のヒストン修飾プロファイルにつき、抗ヒストン修飾抗体を用いてクロマチン免疫沈降(ChIP)assayによって検討する。また同時にKMXがそのプロモーターに結合するかどうかについても検証する。一方でKMXおよび上記の転写因子について、ヒトの膵腫瘍組織でどのような発現パターンを示すかについても、正常膵上皮および前がん病変であるPanINや膵癌組織を用いて免疫染色などで検討し、両者の発現状態の相関の有無についても調べる。網羅的発現アレイによる表現型関連転写因子の同定行う。抽出された転写因子をKMXノックダウン細胞(Puromycin選別)に、レトロウイルスで過剰発現(Hygromycin選別)した株を樹立し、KMXノックダウンでみられた表現型がその過剰発現によりレスキューされる転写因子を抽出する。次にその転写因子のノックダウン細胞を樹立し、KMXノックダウン細胞の表現型が再現されるかどうかを検討する。これらのことは複数の種類の細胞株を用いて検討し、再現性を確認する。また抽出された転写因子のプロモーター領域のヒストン修飾プロファイルについて抗ヒストン修飾抗体を用いてChIP assayによって検討する。また上記の転写因子がKMXの直接標的であるかどうかを明らかにするために、ChIP assayによってKMXがその遺伝子プロモーターに結合するかどうかを検討する。主としてクロマチン免疫沈降のための抗体やヒト膵腫瘍組織検体の染色などに用いる試薬など、消耗品の購入に充てる予定である。また引き続きマウスを用いた実験を行うため、マウス購入費などにも支出する予定である。引き続き、網羅的解析のためのマイクロアレイや、ChIPのための抗体など、消耗品の購入に充てる予定である。
磁性体・抗がん剤同時封入温度感受性血中滞留型リポソームを用いた温熱化学療法の開発

昨年度は温度感受性ステールスリポソームにDoxorubicin(DXR)封入をしたもの(DXR-TSL)を作成しまずはin vitroにおける薬物動態をした。封入されたDXRは、37°Cの生理食塩水や37°Cのラット血漿中ではほとんど放出されず、相転移温度である45°Cの血漿中でのみ速やかに放出されることを確認した。さらにこのDXR-TSLをin vivoの系で体内薬物動態をしたところ、1)細網内皮への取り込みが回避されすぐれた血滞留性をもつこと2)腫瘍局所を加温することで腫瘍組織内DXR量が非加温群より30倍集積する、という期待通りの薬物動態を示すことを確認した。本年度は昨年度に引き続きこのDXR-TSLによる抗腫瘍効果を複数の実験系により詳細に検討した。ヒト大腸がんヌードマウス皮下移植株をもちいて、(1)DXR-TSLを全身投与し直後から腫瘍局所を加温群(2)DXR-TSLを投与するが加温しない群(3)DXR単独投与群(4)薬剤投与せず局所加温のみ行なう群(5)コントロール群にわけそれぞれ治療効果を判定すべく3週間の腫瘍増殖曲線を比較した。また治療の副作用として体重減少についても計測した。するとDXR-TSLを投与し局所加温を加えた群がもっとも強い腫瘍増殖抑制効果を示すことがわかった。しかもこの群では体重減少も最も少なかった。この結果は再現性をもって証明された。ざらにこのDXL-TSLにMRI造影剤であるガドリニウムをも時封入させたリポソームを調整してみたが、した処方は残念ながらできなかった。すなわち、相転移温度まで腫瘍局所を加温することで移植された腫瘍のガドリニウムによる造影効果は残念ながら確認できなかった。今年度は、まず実験対象となる動物モデルの安定した作成を中心におこなった。9週令のヌードマウスの側腹部皮下に凍結保存していたヒト大腸がん株(CO-3)を移植し、生着・成長を確認した。そののち、この生着した皮下の固形腫瘍を摘出、他のヌードマウスにこの腫瘍の一粒移植をおこない約2-3週間で長径10mmの皮下腫瘍の生着を確認した。この腫瘍は皮下移植から順調に増殖・増大し続け、約15-20週で全身の衰弱をきたし腫瘍死をきたす。しかし移植から約5週間が過ぎると腫瘍の中心部は肉眼的に壊死性変化をきたしており、本モデルをもちいた治療実験を計画するには移植から5週間以内で評価終了できるよう実験した方が妥当であろうと思われた。つぎにこのヒト大腸がん皮下移植実験モデルが実際のMRI検査により評価可能かを確認した。すなわち本実験では評価対象となる皮下腫瘍が、最大径でも20mm未満であり非常に小さいため、MRIでの空間分解能や解析能の評価が不可欠であると考えたからである。1.5テスラのMRIをもちいたところ、画像上腫瘍の評価は十分可能であることがわかった。しかし同時に腫瘍を側腹部の皮下に移植すると、マウスの呼吸により画像にアーチファクトを引き込みやすいこともわかった。そこで呼吸の影響の受けにくいと思われるマウスの大腿部皮下に移植するようにしたところ、呼吸性移動がほとんど無視されうまくいくことがわかった。さらにマウスの尾静脈よりMRI用造影剤であるガドリニウムを全身投与したところ、皮下移植された腫瘍は主として腫瘍辺縁部に増強効果を示すことがみられた。これは腫瘍中心部が肉眼的壊死をきたしている所見に矛盾していないと考えられる。よってこの実験モデルを用いた実験系の妥当性が証明された。次年度は温度感受性ステルスリポソームに抗がん剤を封入したものを作成し、このモデルに投与していく予定である。昨年度は磁性体・抗がん剤同時封入温度感受性血中滞留型リポソームを用いた温熱化学療法実験の対象実験モデルを作成しこの実験系の妥当性が証明された。本年度は最初に温度感受性ステルスリポソームに抗がん剤を封入したものを作成し、この動物モデルへ投与し薬物動態をみた。わたしは、passive targetingを期待した血中滞留型リポソーム(ステルスリポソーム)に注目し、これにさらに温度感受性(相転移温:42°C)をもたせるべく構成脂質濃度の割合をいくつかふった処方を作成した。そしてこのリポソーム内にDoxorubicin(DXR)をpH remote loading法により封入させ調製した。in vitroでの評価により37°C、45°Cの生理食塩水や、37°Cのラット血漿中ではほとんどDXRが放出されず、45°Cの血漿中でのみ速やかに放出される処方(DXR-TSL)をまず確立した。さらにこのDXR-TSLを昨年度開発した動物実験モデル(ヒト大腸癌皮下移植ヌードマウス)に全身投与し、体内薬物動態を検討した。結果、このDXR-TSLは、1)細網内皮系への取り込みが回避されすぐれた血中滞留性を持つこと2)腫瘍局所を加温することで腫瘍組織内DXR量が非加温群より30倍集積する、という期待通りの薬物動態を示すことを確認した。次にこのDXR-TSLを担癌マウスに全身投与し腫瘍局所に温熱をかける群と加温しない群、さらにDXR単独投与群、薬剤投与せず局所加温のみ行う群、そしてコントロールとしてのみ処置群にわけそれぞれ治療効果を判定すべく3週間の腫瘍増殖曲線を比較した。

するとDXR-TSLを投与しかつ局所加温を加えた群がもっとも強い腫瘍増殖抑制効果を示すことがわかった。次年度はこのDXR-TSLにMRI造影剤であるGdを同時封入させたリポソームに進化調整させ素の有効性をみていきたい。昨年度は温度感受性ステールスリポソームにDoxorubicin(DXR)封入をしたもの(DXR-TSL)を作成しまずはin vitroにおける薬物動態をした。封入されたDXRは、37°Cの生理食塩水や37°Cのラット血漿中ではほとんど放出されず、相転移温度である45°Cの血漿中でのみ速やかに放出されることを確認した。さらにこのDXR-TSLをin vivoの系で体内薬物動態をしたところ、1)細網内皮への取り込みが回避されすぐれた血滞留性をもつこと2)腫瘍局所を加温することで腫瘍組織内DXR量が非加温群より30倍集積する、という期待通りの薬物動態を示すことを確認した。本年度は昨年度に引き続きこのDXR-TSLによる抗腫瘍効果を複数の実験系により詳細に検討した。ヒト大腸がんヌードマウス皮下移植株をもちいて、(1)DXR-TSLを全身投与し直後から腫瘍局所を加温群(2)DXR-TSLを投与するが加温しない群(3)DXR単独投与群(4)薬剤投与せず局所加温のみ行なう群(5)コントロール群にわけそれぞれ治療効果を判定すべく3週間の腫瘍増殖曲線を比較した。また治療の副作用として体重減少についても計測した。するとDXR-TSLを投与し局所加温を加えた群がもっとも強い腫瘍増殖抑制効果を示すことがわかった。しかもこの群では体重減少も最も少なかった。この結果は再現性をもって証明された。ざらにこのDXL-TSLにMRI造影剤であるガドリニウムをも時封入させたリポソームを調整してみたが、した処方は残念ながらできなかった。すなわち、相転移温度まで腫瘍局所を加温することで移植された腫瘍のガドリニウムによる造影効果は残念ながら確認できなかった。
棘皮動物幼生骨片と脊椎動物咽頭弓をモデルとした新奇形態進化の研究

咽頭嚢分節に必要な遺伝子Pax1とTbx1との制御関係を検証していく過程で、咽頭中胚葉が内胚葉に依存せずに分節することを示唆する結果を得た。このことは咽頭弓分節のための一義的な分節のリズムは内胚葉ではなく中胚葉において生み出されていることを示唆している。Pax1の機能を阻害した胚、つまり咽頭嚢形成が特異的に抑制された胚においてtcf21の発現を観察した。するとtcf21が発現している中胚葉細胞は咽頭嚢の形成が起こっていないにもかかわらず、分節的に配置されていた。このことをさらに決定付けるために、内胚葉マーカーとしてfoxA2、中胚葉マーカーとしてtcf21の発現を同時に可視化するDouble in situ hybridizationをPax1機能阻害胚を用いて行った。この結果、内胚葉の分節が起こっていないメダカ胚の咽頭領域において、中胚葉が分節することが示された。イトマキヒトデ胚において、in vitro転写によって生成したmRNAを導入することにより、alx1遺伝子の強制発現を行いた。その結果、表現型には影響がみられなかったが、何らかの遺伝的変化があるのではと考え、次世代シーケンサーを用いたRNAseqを試みた。得られた発現量を比較しalx1発現胚で有意に発現変動している遺伝子を検出したところ、24個の遺伝子が検出された。相同性検索によるアノテーションを行ったところ、ウニで骨片形成細胞に特異的に発現することが知られている、p19とp16というタンパク質と類似した配列を持つ遺伝子が、alx1強制発現胚でそれぞれ発現上昇していることがわかった。しかし、Ets1/2やfoxn2/3などといった、ウニで骨片形成に関与する転写因子のオーソログは、変化していなかった。real-time qPCR法によって、これらの遺伝子の発現量を検証したところ、同様の変化パターンが確認された。24年度が最終年度であるため、記入しない。幼生骨片を持たず、これらの発現がみられないイトマキヒトデ胚を用いて、alx1遺伝子の強制発現や、vegfシグナルの活性化を行う試みと、その影響の評価を行った。alx1を強制発現したヒトデ胚において発現の変化が起きているのかどうか、そして起きている場合それはどのような変化であるのかを調べるため、次世代シーケンサー(illumina Hiseq200)を用いて、強制発現胚およびコントロール胚(GFP強制発現胚)のRNAseqによる発現量比較解析を行った。現在はシーケンスランの完了を待っている状態で、実際の解析は次年度行う予定である。vegfシグナルの活性化はウニの幼生骨片形成に必要であり、他の棘皮動物でも骨片形成への関与が示唆されている。alx1の強制発現ではvegfシグナルの活性化はみられなかった。そこで、イトマキヒトデ胚におけるvegfシグナルの活性化を試みた。vegf受容体は5.5kbに及ぶ大きなコーディングを持っているため、強制発現のための全長クローニングが困難であった。そこで、細胞内ドメインのみの導入による活性型vegfrがウニにおいても働くかどうかを試みた。しかし、細胞内ドメインの導入ではvegfシグナルの活性化を確認することができなかった。そこで、現在、原点に立ち帰りウニvegfrの全長クローニングを試み、vegfリガンド遺伝子とともに強制発現することでの、vegfシグナルの活性化を目指している。メダカの咽頭弓形成に関して、Pax1とTbx1がどのように協調的に機能して、分節構造を形成しているか、MOによる昨日阻害実験から解析した。その結果、Tbax1の中胚葉での機能が、内胚葉の分節に必要であることを示唆する結果を得た。この知見は、体節の分節同様、分節形成のリズムは中胚葉が一義的な情報を持っていることを初めて明らかにする成果ともなり得る。次年度以降、この知見について、更に詳細にTbx1MOのメダカ胚の形態を解析して、調べていく。

相同性検索によるアノテーションを行ったところ、ウニで骨片形成細胞に特異的に発現することが知られている、p19とp16というタンパク質と類似した配列を持つ遺伝子が、alx1強制発現胚でそれぞれ発現上昇していることがわかった。しかし、Ets1/2やfoxn2/3などといった、ウニで骨片形成に関与する転写因子のオーソログは、変化していなかった。real-time qPCR法によって、これらの遺伝子の発現量を検証したところ、同様の変化パターンが確認された。24年度が最終年度であるため、記入しない。棘皮動物において、vegfの強制発現系の確率に苦慮したが、メダカの咽頭弓形成について、当初予想していなかったTbx1の中胚葉での機能について、新たな知見が得られた。VEGFシグナルの強制発現系を、vegfrの全長クローニングを試み、vegfリガンド遺伝子とともに強制発現することで、おこなう。
新しい波形合成法に基づくノイズレス三相正弦波インバ-タ

本研究は、LC共振を利用する零電流スイッチング(または零電圧スイッチング)を基礎に、研究代表者が新たに考案した波形合成法を適用することにより、発生ノイズの極めて小さい三相正弦波出力インバ-タの開発を目的とするもので、以下の研究成果が得られた。1.2つの新しい変換システムを考案出力が三相正弦波電流になる電流形と、三相正弦波電圧になる電圧形を考案した。両方式ともに、高周波部では共振を利用する零電流スイッチング、または零電圧スイッチングを行い、低周波部では零電流または零電圧で極性反転を行うだけであるから、スイッチング損失が極めて小さくなるとともに、スイッチングに伴う発生ノイズも著しく減少する。2.正弦波出力電流波形をもつ二重接続形高周波リンク三相インバ-タ電流形の場合には、2組の単位変換器の出力電流を出力低周波変圧器を用いることなく直接加え合わせることができて、絶縁用変圧器は高周波リンク部に挿入できる結果、システム全体を小形・軽量化できる大きな特長が得られる。この方式では例えば、出力周波数50Hzの場合には直流リンク部において750Hzまで合成すれば出力波形の歪み率は0.85%になり、1500Hzまでの成分を合成すれば歪み率は0.35%と非常に小さくなる。3.正弦波出力電圧波形をもつ二重接続形三相インバ-タこの方式では、従来の多重インバ-タと同様に低周波変圧器が必要になるが、さらに多重化して装置容量を増大することができる特長がある。本方式では共振形インバ-タの特長を生かした大容量システムが実現でき、しかも、変圧器一次電圧中に含まれる低次高調波の含有率が小さくなる結果、変圧器損失が従来方式より低減されることがわかった。提案した新方式インバータシステムの解析と設計及び装置の試作を今年度計画していたが、ほぼ計画通りに実施することができた。その結果提案した着想が基本的には正しいこと、さらに詳細に検討してシステムを改善することにより、低損失、低ノイズ、小形・軽量などの特長をもつ新しいインバータシステムが実現できる見通しが得られた。そこに至るまでに得られた新しい知見は下記の通りである。1.シミュレーションによる検討結果(1)スイッチング周波数正弦波合成の単位波形となる三角状波形を発生する場合、それに含まれる高調波のうち、11.5KHzまで再現できれば、十分良好な波形の50Hz出力を合成できることがわかった。比較的低周波スイッチングで間に合うために、提案方式が大容量化の可能性をもつことを意味している。(2)高周波インバータ出力のパルス幅と電流値を対応させる場合に、電流のピーク値と対応させるよりも、実効値と対応させた方が最終出力波形のひずみが小さいことがわかった。(3)パルスパターンを適切に設定することによりシミュレーションでは非常に良好な出力波形が得られることを確認した。2.実験的検討結果パワーMOSFETをパワーデバイスに用いた二重接続形高周波リンク方式三相インバータを試作した。実験では、メモリーに書き込んだパルスパターンのデータに問題があったために出力波形にひずみが生じたが、提案方式の考え方の正しさを実験的にも検証することができた。出力波形のひずみの問題は、パルスパターンの改善により十分改善できる見通しがある。3.今後の課題電流フィードバック制御系の付加による動特性の改善と出力波形の最適化を実施する予定である。前年度に行った電流形に引き続き、同様な原理で動作する電圧形インバ-タの研究を遂行し、以下の知見が得られた。1.正弦波

出力電圧波形をもつ二重接続三相インバ-タ直流リンク部に挿入する低域通過フィルタの出力波形の歪み率への影響を理論的に検討し、フィルタの遮断周波数と出力波形の歪み率の関係式を得ることができた。例えば、出力周波数50Hzの場合には1.5kHzまでの成分を合成すれば歪み率は0.4%以下になる。このことをシュミレ-ションと実験により確かめた。2.多重化システムへの拡張上述のシステムを、さらに多重化して装置容量を増大する場合、実現できるのは4重化、6重化、8重化など偶数の重数の場合に限定されること、従来方式では実現できた奇数の重数の場合は実現できないことがわかった。しかし、本方式では共振形インバ-タの特徴を生かした大容量システムが実現でき、しかも、変圧器一次電圧中に含まれる低次高調波の含有率が小さくなる結果、変圧器損失が従来方式より低減されることがわかった。以上、零電圧スイッチング、または零電流スイッチングを行う単相高周波インバ-タを構成単位とし、これに研究代表者が考案した新しい三相正弦波合成法を適用することにより、従来方式と比較して格段に発生ノイズが小さく、しかも良好な出力波形をもつ三相インバ-タが実現できることを明らかにした。