hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
早期発症側弯症に対する低侵襲矯正固定術のための固定範囲決定手法

本年度は、早期発症側弯症に対する脊椎後方矯正固定術を模擬した実験に用いる脊椎模型の製作に注力した。この模型は、椎間板を模した鋼球およびラバーバンドによって5つの椎骨要素を接続することによって構成される。この3自由度の変形が可能な椎間板要素の存在により、側弯した脊椎模型をスクリューとロッドによって後弯状態へと矯正固定することを可能としている。また、各椎骨要素には流体圧により駆動するピストンとシリンダが備えられており、矯正固定した状態でも全長を延伸することが可能である。文献値に基づき、各椎骨は流体駆動により当初の135%の大きさにまで成長できるよう設計した。この模型を用いて矯正固定術後に脊椎が成長することによる変形挙動について実験を行った。まず、凹側だけを固定した状態で脊椎の成長を模したところ、脊椎の弯曲および回旋の増悪を観察することができた。これは、本研究が注目するクランクシャフト現象を再現していると考えられる。一方、本研究で提案する凸側だけを固定するCVSSF法を適用したところ、脊椎の回旋が改善することが確認された。これらの実験結果は、予備実験で行った計算機シミュレーションの結果を裏付けており、提案手法の有用性の確認に至った。さらに、本実験を通じて側弯の凹側固定だけでなく矯正不足もクランクシャフト現象が生じる重要な因子であることが明らかとなり、今後の臨床に対して重要な示唆を得ることができた。当初計画では研究2年目(平成31年度)に模型実験を実施する予定だったが、研究アイデアの発端となる計算機シミュレーションの妥当性を確認することが先決であると考え、これを前倒して検討した。その結果、上述の通り提案手法の有用性を確認できたため、今後の検討の礎を強化することができた。また、側弯症患者データの他施設からのデータ収集も順調に進められている。一方で、当初1年目(平成30年度)に計画していた患者別解析モデルの構築には至っていない。このため「当初の計画以上に進展している」とは言えず、「おおむね順調に進展している」と評価した。本年度開発した脊椎模型は、その駆動力が小さく、実際の矯正固定術のように両側固定した場合には成長させることができなかった。製作精度を高めることにより大きい駆動力が得られると期待されるが、異なる駆動方式もあわせて検討したい。そのうえで、当初予定通り患者別解析モデルを用いた計算機シミュレーションの実施およびその妥当性検証実験と進めたい。(次年度使用額が生じた理由)当初計画では2年目に実施する予定の実験を1年目に実施した。このとき、模型製作には研究者所属機関が保有する3Dプリンタを無償で利用できたため、費用を大幅に削減することができた。(使用計画)当初1年目に計画していた解析モデル構築ソフトウェアの制作に使用する。また、前述の通り模型の製作精度を高める必要があり、機械メーカーに発注する計画である。
質量分析による環境中ネプツニウム同位体測定法開発とその応用

表層環境の物質循環や、被ばく線量評価に関わる環境中のアクチノイド研究において、高レベル放射性廃棄物の長寿命重要核種でありながら、その濃度・存在量すら広域的に定量評価が行われていなかったネプツニウム(Np)同位体に着目し、質量分析のためのNp-236スパイク製造、高マトリクス試料からの簡便なNp分離濃縮法の開発を行い、長半減期Np-237の超高感度定量法を確立する。これにより、環境中Np-237を定量的に評価するとともに、環境挙動を明らかにし、最終的にはNp-237を“一般的な環境中アクチノイド"の一つに加え、新たな知見からの地球化学的研究ツールとして構築する。このような最終目的の元、30年度の計画に沿った実験を試みた。今年度得られた結果ならびに実績を以下に示す。1照射試料の化学分離法:これまでに発表されているような方法では、ミリグラムオーダーの大量のウラン(U)から目的核種である極微量のNpを化学分離するのは本研究の測定精度に対して十分でないことが明らかとなり、新たに本研究の測定精度に耐えうる分析法について種々の検討を行った。実際に、Npは分離できるが回収率が芳しくない事さらには実験操作や購入試薬のコンタミネーションの問題が解決されておらず、次年度の最大課題として繰り越す。2ビームタイムの確保:来年度に向けたビームタイム申請を行い、課題が採択された。3海水からのNp分離:環境試料中からAGMP-1M樹脂を用いて、質量分析用にNp化学分離法を開発した。現在、国際論文誌への投稿準備中である。現在は、船の上で簡易的に海水の前処理を行うべく新規に検討を行っており、大量の海水を陸に持ち帰らずとも可能な方法を目指す。研究の実績および成果は、環境中アクチノイド測定・挙動に関する結果として、国際誌3報にまとめすでに発表した。国内外の学会発表(招待講演含む)も9件行っている。30年度は主として、照射実験に使用するアクチノイドスパイクの再選定と純度再調査を行った。これまで使用していた核種スパイクが、その製造方法や処理方法により、我々の研究における妨害となりうる質量数の核種を含んでいる事が明らかになった。そのため、Np, Pu, Uスパイク核種溶液におけるカウントの再調査を行い、実験に耐えうる純度か否かの検討ならびに模索を行っている状況である。現在明らかになっている状況では、ミルキングして得られるNpスパイクが非常に汚染していることや環境バックグラウンドが高いために製造Npの妨害となり得るため、更なる検討が必要である。環境アクチノイドに関する分離法確立とその応用としては、順調に進められている。全体としての業績は、30年度一年間で国内外発表が9件、査読付き国際誌には3件投稿、受理されており平均すると研究は順調に進んでいると判断される。1232Th(7Li, 3n)236m/gNp、238U(p, 3n)236m/gNpの核反応断面積測定とスパイク製造前述したように、ターゲットとする大量のUから極微量のNpを本研究の測定精度に耐えうるような精製分離が出来ておらず、精度良い質量分析が困難となっている。また、スパイクに関しても妨害核種の存在から本研究に耐えうるデータの精度が得られていない。そのため、まずは化学分離についてこれまでに報告のある方法や確立した方法とは別に新たに方法を検討する。スパイクについては引き続き対処法を検討し、精度に耐えうるデータを出すことを目指す。実際に実験により得られた断面積より、236/237Np比が最も大きくかつ製造量が多い条件を確定し、スパイク製造を試みる。また、ThからのNp分離に関しては、精製法は適応できる目途が立ったのでアクチノイドスパイクに関してのみの検討のみで良いと判断できる。2海水試料からのNp濃縮・精製30年度に環境試料からのNp分離について検討を行い、十分な回収率で分離精製できることが明らかになっている(論文投稿準備中)。また大量の海水中からNpを濃集する方法について既に検討済であるが、共沈するウランの妨害について検討しきれておらず、その補正が必要となる。また、大量の海水試料を持ち帰らずとも船上で簡便にNpを回収する方法についても検討を進める予定である。このような最終目的の元、29年度の計画に沿った実験を行い、大量のウラン(U)やトリウム(Th)から目的核種である極微量のNpの化学分離法を検討し、測定精度に耐えうる方法を選定・確立した。それらの方法を用いて、実際に“現在までの進歩状況"に詳しく示したUやThの照射実験によりNp-236の製造を行い、測定することでNp-236mの製造が確認されている。

これは、Np-236g製造の証拠ともなっているため、現在引き続き行われている精製・測定の結果が期待される。また、Uからの分離についてはさらに改良を重ねているため、今後はさらに精度良い測定が期待できる状況である。海水からの効率よい安定した濃縮法の検討も行っており、大量海水からのNp濃集に関してはほぼ確定している。研究の実績および成果は、環境中アクチノイド測定・挙動に関する結果として、国際誌2報にまとめすでに発表した。国内外の学会発表(招待講演含む)も5件以上行っている。今年度はウラン(U)照射実験のみならずトリウム(Th)照射実験も取り組むことができた。それにより、U照射実験ではNp-236mの反応断面積が過去に一件だけ報告されている値と矛盾しない値が得られ、実験の精度について確認できた。また、Th照射実験では世界で初めてNp-236mの反応断面積を得ることができた。現在Np-236gの測定を結合誘導プラズマ質量分析および加速器質量分析にて試みている最中である。さらに、これら核反応断面積を得るため、照射試料からのNp分離法の確立を試みた。Th分離に関してはほぼ確立しており、今後の実験においても使用可能な方法であると確信している。またU分離においては、放射線計測においては測定可能な程度の純度を達成できたが、質量分析に耐えうる純度が得られていないため、今後の課題とする。また、大量の海水からのNp高収率回収方法についても検討を行い、90%以上の収率が得られる方法を確認できた。環境中アクチノイド測定並びに挙動に関するこれら業績は、国際誌2報、学会発表(国内外)において5件以上行っており当初の想定以上に進んでいると言える。表層環境の物質循環や、被ばく線量評価に関わる環境中のアクチノイド研究において、高レベル放射性廃棄物の長寿命重要核種でありながら、その濃度・存在量すら広域的に定量評価が行われていなかったネプツニウム(Np)同位体に着目し、質量分析のためのNp-236スパイク製造、高マトリクス試料からの簡便なNp分離濃縮法の開発を行い、長半減期Np-237の超高感度定量法を確立する。これにより、環境中Np-237を定量的に評価するとともに、環境挙動を明らかにし、最終的にはNp-237を“一般的な環境中アクチノイド"の一つに加え、新たな知見からの地球化学的研究ツールとして構築する。このような最終目的の元、30年度の計画に沿った実験を試みた。今年度得られた結果ならびに実績を以下に示す。1照射試料の化学分離法:これまでに発表されているような方法では、ミリグラムオーダーの大量のウラン(U)から目的核種である極微量のNpを化学分離するのは本研究の測定精度に対して十分でないことが明らかとなり、新たに本研究の測定精度に耐えうる分析法について種々の検討を行った。実際に、Npは分離できるが回収率が芳しくない事さらには実験操作や購入試薬のコンタミネーションの問題が解決されておらず、次年度の最大課題として繰り越す。2ビームタイムの確保:来年度に向けたビームタイム申請を行い、課題が採択された。3海水からのNp分離:環境試料中からAGMP-1M樹脂を用いて、質量分析用にNp化学分離法を開発した。現在、国際論文誌への投稿準備中である。現在は、船の上で簡易的に海水の前処理を行うべく新規に検討を行っており、大量の海水を陸に持ち帰らずとも可能な方法を目指す。
脳におけるビタミンK生合成機構と脳神経変性疾患との関連性の解明

血液凝固や骨形成に重要な役割を担うビタミンKは、これまで栄養素として摂取したものが生体で作用していると考えられていた。しかし、申請者は摂取したビタミンKが生体内でビタミンK_2(メナキノン-4)に変換されることを明らかにし、それを担う酵素「メナキノン-4生合成酵素」を見いだすことに世界で初めて成功した(Nature2010)。本研究では、生体内でメナキノン-4が生合成される生理的意義を解明し、特に脳神経変性疾患との関連性を調べ、「メナキノン-4生合成酵素」およびそれにより生成するメナキノン-4が、脳神経細胞の生存性や機能に重要な役割を担うことがわかった。しかし、申請者は摂取したビタミンKが生体内でビタミンK2(メナキノン-4)に変換されることを明らかにし、それを担う酵素「メナキノン-4生合成酵素」を見いだすことに世界で初めて成功した(Nature 2010)。本研究では、生体内でメナキノン-4が生合成される生理的意義を解明し、特に脳神経変性疾患との関連性を調べ、脳におけるメナキノン-4の役割を解明し、脳神経変性疾患治療へのビタミンKの有用性を見いだすことを目的とする。本年度は、ヒト脳における「メナキノン-4生合成酵素」の発現およびメナキノン-4濃度に関するアルツハイマー認知症との関連性を解析するため、ヒト脳検体を東京都健康長寿医療センター高齢者ブレインバンクより提供いただき、健常高齢者とアルツハイマー型認知症高齢者の脳検体におけるビタミンK濃度の定量を行った。その結果、アルツハイマー型認知症高齢者の脳では健常者に比べ、メナキノン-4濃度が有意に低下していることがわかった。また、「メナキノン-4生合成酵素」mRNA発現量を定量した結果、その発現量も有意に低いことがわかった。また、脳神経細胞における「メナキノン-4生合成酵素」の機能を解析し、神経細胞の分化を制御する作用があることがわかった。さらに、「メナキノン-4生合成酵素」が認識する基質リガンドの特性の解析を行い、メナキノン-4への変換効率の高いリガンドおよび阻害効果を持つリガンドを見いだした。本研究により、「メナキノン-4生合成酵素」およびそれにより生成するメナキノン-4が、脳神経細胞の生存性や機能に重要な役割を担うことを見いだした。本年度は、「メナキノン-4生合成酵素」の組織特異的な発現制御を明らかにする目的で、「メナキノン-4生合成酵素」遺伝子のプロモーター解析を行った。また、「メナキノン-4生合成酵素」は、申請者らが初めて機能を明らかにした酵素であることから、その酵素の活性ドメインや基質認識領域などは未だ不明である。そこで、本酵素の構造的特徴および酵素活性中心を解明するため、本酵素のpoint mutantおよびdeletion mutantを作製し、酵素としての構造的特徴の解明を行った。さらに、脳を構成する細胞は、胎生期において神経幹細胞から分化して形成されることから、脳神経細胞の形成過程でメナキノン-4が何らかの作用を担っている可能性が高いと考えられる。したがって、未分化神経幹細胞の神経細胞分化に対する影響を調べ、神経細胞形成に関与しているかを明らかにする。これに加え、神経細胞は酸化ストレスに脆弱であることを考えると抗酸化効果のあるメナキノン-4は、神経細胞を細胞死から保護する役割を担っている可能性は十分にあると推察されることから、酸化ストレスに対する神経細胞保護作用についても検討を行った。「メナキノン-4生合成酵素」の組織特異的な発現制御を明らかにするため、本酵素のプロモーター領域をクローニングし、ルシフェラーゼレポーターベクターを構築した。これを用いて「メナキノン-4生合成酵素」遺伝子のプロモーター解析を行った。また、プロモーター配列上に予測されるエンハンサー領域に結合する転写因子について、発現ベクターを構築し、プロモーター活性を促進する因子であることを見いだした。

「メナキノン-4生合成酵素」の酵素の活性ドメインや基質認識領域など、本酵素の構造的特徴および酵素活性中心を解明するため、本酵素のpointmutantおよびdeletion mutantを作製し、酵素としての構造的特徴の解明を行った。これまでに本酵素についてSNPが報告されているアミノ酸をターゲットにpoint mutationを行い、バキュロウイルス発現系ベクターに導入したのち、Sf9細胞にインフェクションしてこの細胞におけるメナキノン-4生合成活性を評価した。その結果、数種のmutantにおいて、活性が上昇するものと逆に活性が消失するものが見いだされた。脳神経細胞の形成過程におけるメナキノン-4の作用について、未分化神経幹細胞の神経細胞分化に対する影響を調べた結果、メナキノン-4をはじめとして、数種のビタミンK同族体に神経幹細胞をニューロンへ分化誘導する作用があることが明らかとなった。また、酸化ストレスに対する神経細胞保護作用についても検討した結果、メナキノン-4存在下では細胞の生存率が向上することがわかった。今後は、ヒト脳における「メナキノン-4生合成酵素」の発現およびメナキノン-4濃度に関するアルツハイマー認知症との関連性解析として、ヒト脳組織を用いビタミンK関連遺伝子の発現解析およびビタミンK濃度の測定を行う。ヒト脳検体は、東京都健康長寿医療センター高齢者ブレインバンクより提供いただけることが確定しており、申請者は同施設の協力研究員としての登録を行っている。ヒト脳検体を取り扱う上では、患者背景が重要となるが、この点については、国立健康長寿医療センター部長細井孝之博士の協力を得て、カルテおよび症例確認を行い、健常高齢者とアルツハイマー型認知症高齢者の検体選択を行う。ヒト脳検体からビタミンKおよびRNAを抽出する場合、P2レベルの対応が必要となるため、高齢者ブレインバンク内の実験施設にて無毒化レベルまでの処理を行い、その後の解析を申請者の研究室で実施する。ビタミンK濃度の測定は、申請者の研究室で確立したLC-APCI-MS/MSによる定量法を用い、あらゆるすべてのビタミンK同族体を一斉分析する。また、遺伝子発現については、「メナキノン-4生合成酵素」およびビタミンKの生理作用に関与する因子を網羅的に解析する。健常高齢者とアルツハイマー型認知症患者ともに、脳の測定部位としては、アルツハイマー病変が見られる前頭葉に加え、後頭葉、側頭葉、小脳についても分析を行う。アルツハイマー型認知症モデルマウスを用いた脳内メナキノン-4生合成活性の評価とビタミンK投与による治療効果の解析としては、モデルマウスにおけるメナキノン-4生合成活性を調べ、また行動解析などによりビタミンK投与効果を解析する。投与化合物としては、天然に存在するビタミンK同族体のナフトキノン環の水素原子をすべて重水素に置換した重水素標識体を用い、LC-APCI-MS/MS解析により高精度な分析を行う。平成23年度の研究内容を一部継続するとともに、平成24年度計画の内容を実施する。研究費は主に、遺伝子発現やタンパクの分析、ビタミンK濃度の定量などに必要な試薬等の消耗品の購入にあてる。
ＩＤの法的研究－共通番号、国民ＩＤ及び民間ＩＤのプライバシー・個人情報保護

特定個人の識別情報(PII)該当性は、情報プライバシー規制で最も中心概念の1つである。個人データ保護法の範囲はPIIに該当するかどうかによって決定される。さらに情報科学は多くの状況では、非PIIであっても特定個人を識別し得ることがあることを示す。PIIは特定個人の識別情報と特定個人の識別可能情報に区分できるが、その区分の有用性を再検討し、新たにPIIを再構成していかなければならない。この理論を検討する一つの素材としてIDに着目し、PIIの従前の考え方が新たな問題にどう対応できるか、立法的検討を行い提案した。研究会やSkypeを活用してオンラインでの打合せを通じて、公的個人番号としてのマイナンバーについて、それから民間個人番号としてのTポイントカードの番号、ケータイやスマートフォンのデバイスの識別子、それからそれらのユースケースの一つである行動ターゲティング広告モデルについて詳細な検討を行った。法規制を要する識別子の性質として、一般に(1)悉皆性、(2)唯一無二性が指摘されるが、それがどのように本人(個人)の人格的権利利益(プライバシー権)に影響を与えるのかを分析すること。個人データの第三者提供における特定個人の識別性判断の主体が論点になるところを示し、提供事業者基準説と受領者基準説の比較検討を行い、提供事業者基準説が基本となるべきところを明らかにすることなどを明らかにして、論文等で公表した。民間ID(識別子)は、現行個人情報保護法上どのような義務に服するか、JR東日本が利用者の事前の同意なくSuicaデータを日立へ提供した事案を題材に検討した。まさにSuicaのIDは4000万人が利用する民間IDであり、その提供データが「個人情報」(個人情報保護法2条1項)に該当し、かつ「個人データ」(同法2条4項)に該当するか、さらには当該データの日立への無断提供は、同法23条に定める「第三者提供の制限」に違反するかは、大きな論点であり、社会的にも大きく注目された。Suicaデータには定期などの記名式のデータと無記名式のデータがあった。現行個人情報保護法上問題になるのは前者についてである。Suicaデータには、過去1ヶ月分の乗降履歴(利用者各人が乗車及び降車した駅名・改札口・改札ゲート番号・年月日時分秒)が記録されていた。JR東日本は、日立への提供に際して、氏名等の本人確認情報を削除し、Suica IDは不可逆的な方法(ハッシュ関数)によって別番号を生成し、当該関数(対応表)は提供前に削除していた。しかし、IDを付していたのは、前月分データと今月分のデータを日立側で紐付ける必要があるからで、その目的のためには毎回同一IDが生成されなければならない。かかる提供データをして、JR東日本は完全匿名化措置を行い、個人情報に該当しない単なるデータとなったと説明し、個人情報保護法の適用はないとした。本研究では単なる仮名化データにすぎず個人情報に該当するとの検討を行い、JR東日本の違法性を指摘し、あわせて個人情報保護法改正に向けた提言を行った。社会保障・税番号(マイナンバー)等の公的個人番号(識別子)とケータイID等の民間個人番号(識別子)を対象として、初年度は以下の研究を行った。国民に番号(識別子)を付することになぜ法律の根拠が必要なのか。国家が付する番号(識別子)は、全て人権侵害(プライバシー侵害)リスクが高いのか。例えば車のナンバー等社会に存在する多様な番号とマイナンバーとはどこが違うのか。国家の公的個人番号だけに人権侵害リスクがあるのか。ケータイIDやグーグルアカウントなど民間個人番号には人権侵害リスクは存在しないのか。要するに、法的規制を検討すべき番号(識別子)の法的性質について、マイナンバー法案の起草作業及び医療個人情報保護法案の起草過程に関与し、またケータイID関連の事件の検証作業を通じて次の結論を得て論文、学会発表等を通じて公表した。要するに、番号が識別子として機能する条件として、(1)悉皆性と(2)唯一無二性が求められること。番号(識別子)利用の利便性と脅威が発現する条件として、(1)その悉皆性の対象となる母集団の大きさと(2)利用期間の長期性(時間的問題、記録の集積性、(3)利用範囲の広範性(空間的問題、取扱主体及び分野の横断性、記録の多様性)の程度が分析されなければならないことがわかった。こうした番号(識別子)の性質を研究し、番号制度による便益を最大化し、そのプライバシー侵害等の脅威を最小化する方策を提言し今日の立法政策に反映させる必要があるほか、ケータイID、スマートフォンに関わるプライバシー侵害への対策を提案し、ビジネスを過度に萎縮させない法規制のあり方を提言していく必要がある。

研究途上であるが、論文にとりまとめ、すでに5本以上報告しており、また、本件についてのセミナーの依頼に応じ、公式、非公式にマイナンバー法案や個人情報保護、医療個人情報について、行政に提言する機会をいただくなど、一定の成果につながっている。マイナンバー(公的個人番号)及びケータイID(民間個人番号)など識別子に関する研究成果は、法律雑誌の論文にまとめ、書籍(共著)の一部にも反映し、法律雑誌のインタビューとしても公表したほか、学会、シンポジウム等でも両名で10回ほど発表した。また、ネットの動画配信(にこにこ生放送)やブログ(自宅の日記)、新聞、雑誌等の取材に応えるかたちで広く社会に発信した。さらに民主党のマイナンバー法案に関するヒアリングに応じて本研究成果を踏まえた提言を行った。また、厚生労働省社会保障サブワーキンググループ構成員として、医療個人情報保護法案に向けた提言を行うなど立法政策にも関与している。アベノミクスの登場により、イノベーション促進の機運が高まり、個人情報保護法における「個人情報」の定義(「特定個人の識別」の意義や「照合」の意義)を「個人情報の保護に関する法律についての経済産業分野ガイドライン」(告示)の解釈変更を通じて、(連結可能)匿名化措置を施したデータを規制対象から外し、規制緩和によるビジネス支援を行う施策が動き出しつつある。まさに本研究テーマである「識別子」の性質についての十分な理解がないまま、さらには国際的な規制動向とも乖離するところにわが国の行政の第一次的解釈が流れつつある。また、ポイント制度や行動ターゲティング広告など現に氏名などを用いずに主に識別子を介して、本人を同定しながら行うビジネスも具体的にいくつも立ち上がってきており、本研究における問題意識をより早くより広く共有してもらうべく提言していく必要がある。具体的には、個人情報に識別子が含まれる場合と含まれない場合において、現行法においてどのように解釈していくべきか、また解釈論上の限界も示し、今後議論されるであろう個人情報保護法改正や医療等個人情報保護法の議論につながる成果を立法論的な提言を行う予定である。なお、法律雑誌ではすでに何本か論文を公表していることから、オンラインでの動画配信などを通じてよりわかりやすく研究成果を公表できるようコンテンツ制作にも力をいれたい。また、最終年度となることから報告書をとりまとめ、その報告会を開催する。平成24年通常国会にマイナンバー法案が提出され、平成25年通常国会には医療個人情報保護法案(仮)を提出すべく厚労省を中心に起草の準備が進められている。前者の法案については民主党から鈴木・高木ともに参考人としてヒアリングに応じ、後者の法案について鈴木が厚生労働省社会保障分野SWG構成員として関与していることから引き続き本研究成果を六法政策的な提言につなげていきたい。また、ケータイ及びスマートフォンのID、グーグルアカウント(ID)など民間個人番号(識別子)に関する新たな法的問題も顕在化してきており、社会的関心も日々高まっていることから、具体的な事件等を題材に、本研究をすすめていきたい。さらには、こうした新たな動向を踏まえて、それらの技術的特徴や機能に着目しながら公的個人番号と民間個人番号に通底する法的問題を探り、研究を推進していくこととしたい。
Fibrocyte浸潤による腸管線維化機序の解明と新規治療標的の探索

我々はこの1年間でクローン病患者末梢血中にfibrocyteが増加していることを見出した。現在、患者背景因子と末梢血fibrocyteの相関を解析し線維化リスク因子の割り出しに着手している。さらにfibrocyteを標的とした線維化予防治療の開発のため腸管線維化モデルの開発に着手した。また末梢血fibrocyteのダイナミクスをより詳細に解析するためcollagen-GFPマウスをすでに手に入れており、今後DSS腸炎での末梢血fibrocyteの可視化を試みるとともに、isolationしてその機能解析に取り組む予定である。またよりクローン病に近いモデルとしてTNFΔAREマウスをギリシアから入手しており、同マウスにおいてcollagen産生fibrocyteの動態が他のモデルとどう異なっているのかを解析している。クローン病は徐々に腸管障害が蓄積する進行性疾患であり、腸管の線維化に伴う狭窄が手術理由の多くを占める。腸管線維化のよる狭窄への進展メカニズムは解明されておらず、適切な薬物治療や進行予防策は見出されていない。我々は末梢血fibrocyteに着目した。Fibrocyteは骨髄から供給される未分化細胞の一つで末梢血中ではCD34陽性細胞集団の一部として存在する。Fibrocyteは末梢血中からケモカインのシステムなどにより障害組織や炎症局所に浸潤し、その過程でfibroblastなどの局所に定着したコラーゲン産生細胞へと分化していく。すでに慢性DSS誘発性腸炎において末梢血中にfibrocyteが出現し、その後腸管線維化が始まるという事実をつかんでいる。末梢血fibrocyteのダイナミクスをより詳細に解析するためcollagen-GFPマウスをすでに手に入れており、今後DSS腸炎での末梢血fibrocyteの可視化を試みるとともに、isolationしてその機能解析に取り組む予定である。またよりクローン病に近いモデルとしてTNF αAREマウスをギリシアから入手しており、同マウスにおいてcollagen産生fibrocyteの動態が他のモデルとどう異なっているのかを解析している。さらにfibrocyteのホーミング機能やcollagen産生性成熟細胞への分化メカニズムの研究成果をもとにそれらを抑制する低分子化合物のスクリーニングを開始すべく準備を始めている。
低電圧CTにおけるX線被ばくのDNA損傷に対する影響の検討

2018年度は予定していたすべての実験サンプル(CT撮像した血液標本のリンパ球中のγ-H2AX foci)の測定を実施し、研究を終了した。研究の概略は下記の通りである。目的:CTにおけるX線被爆によるDNA損傷が、撮像管電圧により変化するか否かを検討する。方法:5人の健常ボランティア(中央値30歳)から静脈血採血を行い、それらを10本の試験管に5mLずつ分注した。このうち、5本には造影剤を0.17mL加えた。CT撮像用のファントムとしてアクリルレジン製楕円形容器を制作し、内部にはゼラチンを封入した。ファントム中心部には直径1.5cm、長さ10cmの孔を設け、前述の試験管を封入した。撮像は320列CTを用いて、いずれの管電圧(80、100、120、135 kVp)においても吸収線量が約40mGyとなるように電流を調整して、血液サンプルを撮像した。撮像後の血液についてLymphoprep法でγ-H2AX fociの測定を行った。結果と考察:放射線を照射していない血液サンプル内のγ-H2AX fociの中央値は0.61、照射した血液サンプルでは0.56であり、両者に統計学的有意差はなかった(p=0.63)。血液に造影剤を加えなかった場合、電圧が80、100、120、135 kVp時のγ-H2AX fociの増分の中央値は、それぞれ0.38、0.10、0.27、0.39 foci/cellであった。血液に造影剤を加えた場合、は、それぞれ0.33、0.37、0.67、0.62 foci/cellであった。造影剤を加えるか否かにかかわらず、γ-H2AX fociの増分は、電圧間で統計学的有意差を認めなかった。以上より、吸収線量を一定となるように設定した場合、CTの撮像管電圧は、γ-H2AX fociの増加に影響を及ぼさないと考えられた。平成28年度は、人の体幹部を模倣したファントムを使用してin vitroの検討を行った。4人の正常ボランティアより各人、血液を5ml×10サンプル(計50ml)採取して造影剤群と非造影剤群に分けて、それぞれ5サンプルずつ作成した。造影剤としてはヨード含量300mgI/mLのIomeprol0.17mlを、血液5 mLに対して混入した。これらのサンプルをシリンジに封入した後に、人体を模倣したファントムに挿入してCTの撮影条件を変化させCT撮影を行った。ファントムは楕円柱のファントム(ヒトの体幹部を模倣、長径25cm、短径20cm)を制作した。なお、ファントムの外壁はアクリル(厚さ2 mm)を用いた。ファントム内は5.0%のゼラチンを満たし(CT値約40HU)、中央部に前述の血液を封入したシリンジを挿入した。ファントムのCT撮影は、広島大学病院に設置済みの320列CT(Aquilion One, Toshiba Medical Systems)を使用した。CTの撮像条件は標準電圧(120 kVp)、低電圧(80、100kVp)、高電圧(135 kVp)と4段階変化させ撮影した。なお、管電流はファントムの中央部に線量計を置いて線量を測定し、吸収線量が等しくなるように設定した。撮影後はサンプルのリンパ球中の染色体異常やγ-H2AXを測定して、DNA損傷を定量化した。2サンプル(造影剤あり、及び、なし)はcontrolとしてCT撮影は行わず、染色体異常、γ-H2AXを測定した。現在結果については解析中である。ファントム実験の方法はほぼ確立しており、予定していた第一段階の実験は実施した。しかしながら、染色体異常の計測は手作業のため予想以上に時間がかかっており、実験に使用した被検者全員の血液の解析が終了していない。また、第一段階の実験より放射線量を増加させて、同様の実験を行う予定であるが、上記のように血液の染色体異常の解析に遅れを生じているために、第二段階の実験に進めていない。そのため(3)とした。目的:CTにおけるX線被爆によるDNA損傷が、撮影管電圧により変化するか検討した。CT撮影用のファントムとしてアクリルレジン製楕円形容器を制作し(サイズ35 x 21 x 10 cm)、内部にはゼラチンを封入した。撮影は320列CTを用いて、管電圧80, 100、120、135 kVpの撮影において吸収線量が約40mGyとなるように電流を調整した。次にファントムの中心に、前記の血液を封入して管電圧80、100、120、135 kVpで撮影した。撮影後の血液についてLymphoprep法でγ-H2AX fociの測定を行ったが、γ-H2AX fociの測定は時間がかかるため、2017年度はコントロール、80、120kVpの条件で撮影した血液サンプルを優先して測定を行った。

処理すべき血液サンプル数が多く、一つのサンプルにおけるγ-H2AX fociの測定に時間がかかるために、検体の全体の測定スケジュールがやや遅れている。しかしながら、CT撮影自体は終了しサンプル自体は収集してあり、順次、80、135 kVp撮影のサンプルも処理した結果、現時点(2018年5月)の時点ではほぼ終了している。2018年度は予定していたすべての実験サンプル(CT撮像した血液標本のリンパ球中のγ-H2AX foci)の測定を実施し、研究を終了した。研究の概略は下記の通りである。目的:CTにおけるX線被爆によるDNA損傷が、撮像管電圧により変化するか否かを検討する。方法:5人の健常ボランティア(中央値30歳)から静脈血採血を行い、それらを10本の試験管に5mLずつ分注した。このうち、5本には造影剤を0.17mL加えた。CT撮像用のファントムとしてアクリルレジン製楕円形容器を制作し、内部にはゼラチンを封入した。ファントム中心部には直径1.5cm、長さ10cmの孔を設け、前述の試験管を封入した。撮像は320列CTを用いて、いずれの管電圧(80、100、120、135 kVp)においても吸収線量が約40mGyとなるように電流を調整して、血液サンプルを撮像した。撮像後の血液についてLymphoprep法でγ-H2AX fociの測定を行った。結果と考察:放射線を照射していない血液サンプル内のγ-H2AX fociの中央値は0.61、照射した血液サンプルでは0.56であり、両者に統計学的有意差はなかった(p=0.63)。血液に造影剤を加えなかった場合、電圧が80、100、120、135 kVp時のγ-H2AX fociの増分の中央値は、それぞれ0.38、0.10、0.27、0.39 foci/cellであった。血液に造影剤を加えた場合、は、それぞれ0.33、0.37、0.67、0.62 foci/cellであった。造影剤を加えるか否かにかかわらず、γ-H2AX fociの増分は、電圧間で統計学的有意差を認めなかった。以上より、吸収線量を一定となるように設定した場合、CTの撮像管電圧は、γ-H2AX fociの増加に影響を及ぼさないと考えられた。染色体異常の計測については測定する人員を増やし対応する予定である。今後は当初の計画通り、肺腫瘍の患者を対象としてCT撮影時の電圧の違いによるDNA損傷の違いについて研究を進める方針である。上述のように、血液検体の解析処理は2018年5月の時点でほぼ終了した。今後は、データについて統計解析を行って英文論文を本年度前半で執筆し、英文雑誌に投稿する予定である。前述したように、染色体異常の計測は手作業のため予想以上に時間がかかっており、実験に使用した被検者全員の血液の解析が終了していなために、予定していた第二段階の実験に進めていないため、これに使用する予定の経費が残った。当初、実験用ファントムの制作は外注を行う予定であったが、研究室で購入した3Dプリンターでファントムの制作が可能となったため、材料費のみでファントムが制作できたため、経費に余剰ができた。平成30年度は、前半でデータ解析および英語論文の執筆を行い投稿の上、後半では北米放射線学会、ヨーロッパ放射線学会等で成果を発表する予定である。第二段階では、ファントムにかける放射線量を増加させて、被検者の血液に照射を行い、リンパ球内の染色体異常の解析を行う予定であり、これに残存した経費を使用する予定である。
高温超伝導体を含むイオン結晶の電子状態

目的イオン篭に埋め込まれた比較的大きなクラスターモデルを用いて1)高温超伝導物質の一つであるYBa2Cu3O7-d系では、CuO鎖の酸素欠陥にCuO_2面にあるO2pに空孔がもたらされることを確定し、2)その内殻励起状態を研究し、3)LiFを含イオン化合物(固体)の電子状態の研究、特に格子欠陥の影響について研究することにある。結果1)に関しては、a)完全格子を仮定したモデル、b)CuO鎖に酸素欠陥を1個だけ導入した不完全結晶モデル、c)CuO鎖に酸素欠陥を2個組み入れた不完全結晶モデルを、考慮した。a)、b)、c)とCuO鎖の酸素欠陥が増えるにつれて、CuO_2面のO2pに空孔が存在する状態が安定化し、c)CuO鎖に2個組み入れた不完全結晶モデルでは、2個の空孔がCuO_2面のO2pに存在する状態が最も安定な状態となった。CuO_2面の酸素原子に局在在化している空孔が超伝導を担う現実と良く対応している。CuO_2面に空孔がもたらされる機構をかなり明解させたのではないかと自負している。(文献5)。2)に関しては継続中。3)イオン化の閾値が格子欠陥を考慮することにより大幅に実験の閾値に近づく事を見い出した。(文献4)。完全結晶によるイオン化閾値格子欠を含むモデルによるイオン化閾値実験の閾値イオン化状態を研究するには格子欠陥が重要と結論した。また計算で得られた他の物理量(バン幅、バンドギャップ、表面励起子、個体中のバルク励起子)も実験値に良く一致する。(文献4)目的イオン篭に埋め込まれた比較的大きなクラスターモデルを用いて1)高温超伝導物質の一つであるYBa2Cu3O7-d系では、CuO鎖の酸素欠陥にCuO_2面にあるO2pに空孔がもたらされることを確定し、2)その内殻励起状態を研究し、3)LiFを含イオン化合物(固体)の電子状態の研究、特に格子欠陥の影響について研究することにある。(文献5)。(文献4)。(文献4)
副腎ホルモン分泌調節modulatorの研究

前年度に引続き副腎皮質及び髄質ホルモン分泌madulatorについて研究を進め以下の成績をえた。(3)次にPhを高血圧持続型に比べ発作型ないし無症状型ではProenk.A,B由来opioid peptideの含量を圧倒的に高値で、また髄質細胞におけるカチュラミン合成分泌におけるopioid peptideによるautoregulationの存在を示した。(4)Dex添加の副腎髄質細胞におけるorhithine decarboxylase活性の中昇に引続きカチュラミン及びMet-Enkの産生増加を認め次いでPreproenk.AのcDNAprobe(沼教授提供)を用いるNorthern blotanalysisでDex添加髄質細胞、Ph細胞にProenk.AのinRNAの有意増加を証明した。以上の成績は副腎の皮質・髄質細胞の機能的相関を解明した興味ある成績と考える。(4)副腎皮質ホルモン生合成【P_(450)】とくに【P_(450)】-21-OHlaseのSouthern,Northern blot解析でとくに副腎癌(Cushing症候群)でその異常を証明した。
成長ホルモン分泌の情報伝達に関与するカルシウムチャネルの研究

下垂体前葉からの成長ホルモン(GH)分泌にはcAMP、IP3、c-kinase、Ca^<2+>等の細胞内セカンドメッセンジャーが重要な役割を果たしている。これらのセカンドメッセンジャーの中でも細胞内Ca^<2+>がGH分泌に密接に関わっていることは良く知られた事実である。下垂体前葉は神経細胞と同様に活動電位を発生する。細胞内Ca^<2+>濃度はこの活動電位発生の際、電位依存性Ca^<2+>チャネルを通るインフラックスや細胞内Ca^<2+>プールからの動員によって調節されている。特に持続的なホルモン分泌には細胞外からのCa^<2+>インフラックスが重要であるが、このインフラックスの調節には活動電位の発射頻度と電位依存性Ca^<2+>チャネル電流の大きさの2つが関与している。分泌刺激ホルモンである成長ホルモン刺激ホルモン(GHRH)は、細胞膜のNa^+イオンの透過性を亢進させて脱分極反応を起こすことが報告されているが、私達はGHRHによって開口するイオンチャネルが非選択性カチオンチャネルであることを明らかにしている。しかしながらこれらのGHRHの電位依存性Ca^<2+>チャネルに対する直接の作用機構の詳細については十分解明されていない。本研究ではヒトGH産生細胞を用い、GHRHの電位依存性Ca^<2+>チャネルに対する直接作用を電気生理学的手法を用いて検索した。さらにこの反応に関与する細胞内セカンドメッセンジャーの役割についても検討した。GHRH反応型ヒトGH産生下垂体細胞にはT型,L型のCa^<2+>チャネルが存在した。GHRHはこれら2つのCa^<2+>チャネル電流を増大させた。細胞内cAMPを増加させる8Br-cAMPやフォルスコリン投与によってもCa^<2+>チャネル電流は増大した。またこの状態でGHRHを同時追加投与してもさらなる電流量の増大は認められなかった。A-kinaseを抑制するRpcAMPS、H89、PKI(5-24)を投与するとGHRH、8Br-cAMPによるCa^<2+>チャネル電流増大作用を抑制された。以上よりヒトGH産生下垂体腺腫細胞において、GHRHはcAMP・A-kinase系を介してCa^<2+>チャネル電流を増大させると結論された。
最適ゲイン特性を有する零位相差追従コントローラの適応制御化とその応用

ロボットアームなどのサーボ問題では、目標値と制御量との位相差を全周波数域で零に補償し、かつゲイン特性を最適に補償できる補償器が優れた追従性を与えるものとして注目されている。これは最適ゲイン特性を有する零位相差追従コントローラと呼ばれている。しかしこの補償器は制御対象の特性変動に対して追従性が大きく劣化しやすいという問題点をもっていた。そこで本研究の目的は、この補償器を制御対象の特性変動に対して良好な追従性を維持できるように改良し、特性変動に対する制御系の安定性および追従性の不変性を確認し、実機での有効性を検証することです。本研究の成果は以下のとおりです。1.追従性の劣化を防ぐため、補償器を各時刻ごとに制御対象のパラメータを推定する適応制御形式に改良した。2.特性変動に対する制御系の安定性および追従性の不変性を理論的に解析し、シミュレーションにより確認した。3.本制御法をダイレクトドライブロボットおよびXYテーブルの駆動モータ制御系に適用した。その結果、特性変動に対しても優れた追従性が得られることを検証した。さらに従来法との比較を行い、本制御法の有効性を確認した。
異種心移植におけるドナー特異的免疫寛容の誘導

【目的】現在心臓移植を取り巻く問題として慢性的な臓器不足,各種免疫抑制剤の投与により発生する重症感染症等が存在する.免疫抑制剤を一切使用せずドナー特異的な免疫寛容状態を異種間移植で誘導する事が移植医療の理想である.ラット,ハムスター間異種心移植モデルを用い,胎児期にドナー特異的な免疫寛容を誘導する事を目的とした.【方法】ドナーにゴールデンハムスター,レシピエントにのLewisラットを用いた.全身麻酔下Ono-Lindsey法に従い腹腔内異所性心移植を施行した(n=8).妊娠9,16日目のLewisラットを同様に麻酔し開腹.ドナーより採取した骨髄細胞を胎盤より胎児側の子宮内へそれぞれ0.05ml(骨髄細胞数15×10^6)ずつ注入し閉腹.妊娠を継続させ出産.胎児出生後これをレシピエントとし,同様に腹腔内異所性心移植を施行(妊娠9日群:n=8,妊娠16日群:n=5).移植心生着期間の観察は移植心拍動の触診にて行なった.【結果】移植心生着期間はコントロール群2.5【+-】0.5,妊娠9日群7.4【+-】4.1,妊娠16日群2.8【+-】0.8日であった.コントロール群と妊娠9日群間では統計学的有意差を認めた(p<0.008)が,妊娠16日群では認められなかった.また,妊娠9日群のレシピエントの骨髄幹細胞の染色体を検索した結果,Lewisラット以外にゴールデンハムスターの染色体が認められキメリズムが証明された.【結語】1.ラット,ハムスター間異種心移植モデルを用い,ドナー骨髄細胞のレシピエント妊娠前期投与群では移植心生着期間の有意な延長が認められたが,妊娠後期投与群では延長は認められなかった.2.ドナー骨髄細胞をレシピエントの子宮内に直接投与する事によりキメリズムが証明された.3.ドナー特異的免疫寛容を誘導する事により異種間心臓移植の可能性が示唆された.【目的】現在心臓移植を取り巻く問題として慢性的な臓器不足,各種免疫抑制剤の投与により発生する重症感染症等が存在する.免疫抑制剤を一切使用せずドナー特異的な免疫寛容状態を異種間移植で誘導する事が移植医療の理想である.ラット,ハムスター間異種心移植モデルを用い,胎児期にドナー特異的な免疫寛容を誘導する事を目的とした.【方法】ドナーにゴールデンハムスター,レシピエントにのLewisラットを用いた.全身麻酔下Ono-Lindsey法に従い腹腔内異所性心移植を施行した(n=8).妊娠9,16日目のLewisラットを同様に麻酔し開腹.ドナーより採取した骨髄細胞を胎盤より胎児側の子宮内へそれぞれ0.05ml(骨髄細胞数15×10^6)ずつ注入し閉腹.妊娠を継続させ出産.胎児出生後これをレシピエントとし,同様に腹腔内異所性心移植を施行(妊娠9日群:n=8,妊娠16日群:n=5).移植心生着期間の観察は移植心拍動の触診にて行なった.【結果】移植心生着期間はコントロール群2.5【+-】0.5,妊娠9日群7.4【+-】4.1,妊娠16日群2.8【+-】0.8日であった.コントロール群と妊娠9日群間では統計学的有意差を認めた(p<0.008)が,妊娠16日群では認められなかった.また,妊娠9日群のレシピエントの骨髄幹細胞の染色体を検索した結果,Lewisラット以外にゴールデンハムスターの染色体が認められキメリズムが証明された.【結語】1.ラット,ハムスター間異種心移植モデルを用い,ドナー骨髄細胞のレシピエント妊娠前期投与群では移植心生着期間の有意な延長が認められたが,妊娠後期投与群では延長は認められなかった.2.ドナー骨髄細胞をレシピエントの子宮内に直接投与する事によりキメリズムが証明された.3.ドナー特異的免疫寛容を誘導する事により異種間心臓移植の可能性が示唆された.
三種の新奇反応の開発とそれを鍵反応とした全合成

セレンディピティーで見出した三種類の二量化型の新しい連続反応の反応機構を解明した。さらに、基質一般性、反応条件の検討を行い汎用性を確認した。またこれらの新奇反応を鍵反応とし、セイロンマツリから単離されたzeylanoneを短工程で合成を達成し、その相対および絶対立体配置を決定した。セレンディピティーで見出した三種類の新奇反応の反応機構の解明と、これらの反応を鍵反応とした天然物の合成を目標としている。昨年度に臭化ナフトキノンを出発物とした異常二量化反応のうち、一種類については、反応機構を明らかとし、論文発表を行った。今年度は臭化ナフトキノンを出発物質としたもう一つの異常反応である、連続マイケル反応を鍵反応とした天然物ゼイラノンの全合成を達成した。ゼイラノンの相対立体配置を類縁体のx線構造解析により明らかとした。さらにテトラフェニルポルフィリン導入体を用いた励起子キラリティー法により、ゼイラノンの絶対立体構造を決定した。これらの内容については、論文発表を行った。またビアリール骨格からスピロ骨格への芳香環の崩壊を伴う転位反応を鍵とするデンドロクリサネンとブレスピロールの全合成についても研究が進展した。デンドロクリサネンについては、二ヶ所のメトキシ基が欠けた類縁体の合成に成功した。メトキシ基を導入した化合物では転位反応がうまく進行せず、別ルートでの合成を目指している。ブレスピロールの全合成では、転位前駆体(フェナントレンーナフタレン中間体)までは合成することが出来た。この基質を転位反応に付すと、目的物とは異なり、フェナントレン環側が崩壊し、転位したスピロ化合物が得られてきた。現在は芳香環上の置換基を変換し、電子密度を制御する事で、転位の方向を制御する検討を行っている。セレンディピティーで見出した三種類の新奇カスケード反応の反応機構の解明と、これらの新奇反応を鍵反応とした天然物合成を達成する事を目標に研究を進めた。このうち(1)異常転位反応を利用したDendrochrysaneneの全合成研究は、ビアリール骨格からスピロ骨格へと芳香環の崩壊を伴いながら転位反応がおこる事を緒としている。この転位反応を利用しDendrochrysaneneの全合成に挑んでいる。全合成達成までには、1新規フェナントレン環の構築、2フェナントレン二量体の生成、3転位反応の三つの山場が想定されるが、1のフェナントレン環の構築を達成する事が出来た。現在はこのフェナントレン環の物量の確保を行っている。続く二量化と転位反応の検討を進める予定である。(2)臭化ナフトキノン類を出発原料とした二種類の異常二量化反応では、そのメカニズムの解明と転位反応の適用限界を精査を行った。一つ目はダブルマイケル反応を含むオキセピン環構築反応であり、そして二つ目は、マイケル反応-ダルツェンス反応のカスケード型の反応を含むエポキシド構築反応ある。いずれも妥当は反応メカニズムを提唱する事が出来た。これら二つの異常連続反応については、反応条件を精査しその収率を大きく向上させることに成功した。また論文の形にまとめる事が出来た。三つの異常反応の推定反応メカニズムを明らかにした。さらにその最適反応条件の設定も行う事ができた。また反応検討の最中にさらに異常反応を見出すことができ、この方面にも研究を展開している。即ち、順調に計画通りに研究が進捗しており、その新たな展開も具現化しつつある。よって概ね順調に進展していると判断している。ビアリールからスピロへの骨格転位をもちいたdendrochrysanene合成では残る二量化、と転位反応を完成させ、天然物合成を達成する。さらに類似の骨格を有するblespirolの全合成にも取り組みたい。臭化ナフトキノン類を出発原料とする異常反応の開発では、既に二つの異常反応については、その反応機構を明らかにする事が出来た。この際、新たに見出した新奇反応についても、反応条件の精査、反応メカニズムの提唱など、その詳細を明らかにすべく研究を推進する。研究費は反応用の試薬の購入、溶媒の購入等の消耗品に充て、有意義に使用されていただく。
回路シミュレータ用Liイオン電池物理モデルの開発とマルチドメインシミュレーション

本年度は,昨年度に構築した『1粒子近似に基づくLIB物理モデルの支配方程式』の回路シミュレータ上での計算方法を検討した。活物質粒子中のLiイオン濃度を計算する球座標系拡散方程式,セパレータ部電解液中におけるLiイオン濃度を計算する直交座標系拡散方程式,バトラー・ボルマーの式およびネルンストの式等の回路シミュレータ上での計算手法を確立するとともに,これらの支配方程式と回路方程式の連成計算アルゴリズムの開発に成功した。以上により,回路シミュレータ上で動作するLIB物理モデルの構築が概ね完了した。開発モデルによる18650型LIBの充放電シミュレーションにおいて,一部のパラメータにチューニングが必要ではあるものの,開発モデルは実測値を高精度に再現し得ることが分かった。さらに,開発モデルでは,充放電時に時々刻々変化する活物質粒子中のLiイオン濃度等のLIB内部状態も計算可能であり,LIBの電気化学的状態推定にも展開出来る可能性が示唆された。以上のような回路シミュレータ上で動作するLIB物理モデルは,筆者の知る限り他に類を見ない。本成果は企業からの関心を引き,産学連携に繋がりつつある。また,3極式セルによるLIBの電気化学性能の実験的解析に関しては,セル構造設計が概ね完了し,LIB充放電時の正極および負極電位の分離測定,また単電極の電気化学インピーダンス測定等が可能となった。これらの結果の一部をモデル開発側に展開しており,理論と実験を両輪として本研究を進めた。回路シミュレータ上で動作するLIB物理モデルは概ね完成し,計算精度も良好である。開発モデルは,LIBの定電流充放電特性に加えて電位ステップ時の過渡電流も計算可能であるとともに,活物質粒子中のLiイオン濃度変化等のLIB内部状態も回路シミュレータ上で推算出来る。したがって,開発モデルは概ね当初構想通りとなっている言える。以上のように,モデル開発が順調に進んだため,最終年度に実施予定である回路シミュレータ上での複合電気システムシミュレーションを試行的に実施した。具体的には開発モデルからなるLIBモジュールモデル,インバータ等の電力変換器モデル,モータモデルを回路シミュレータ上で接続し,システムレベルでのLIB動作シミュレーションを実施した。開発モデルは,このようなシステムシミュレーションにおいても概ね問題なく計算可能であることを確認することが出来た。また,3極式セルによるLIBの電気化学性能の実験的解析も大きな問題もなく進んでいる。ただし,一部測定データの再現性が悪いことがあり,これはセルの作成精度に起因していると推測している。今後は,セルの作製精度向上に向けたセル作製工程の見直しを実施する予定である。以上より,本研究は概ね順調に進展していると判断した。今後は,特に,開発モデルを応用した複合電気システムシミュレーション技術の確立に注力する。具体的には,1システムを構成するコンポーネントモデルの整備及び2シミュレーション結果解析技術の深化を目指す。1に関しては,電気自動車(EV)のような実システムに即したシミュレーションモデルとするため,LIBモジュールモデルの容量や出力を実システムを参考に構築するとともに,電力変換器モデル,制御器モデル,モータモデル等の構成やスペックの検討を行う。また,実システムの運転パターンを反映したシミュレーションも必要となる。2に関しては,システム動作時におけるLIBの充放電挙動のみならず,コンポーネント間のエネルギーフローや損失の解析技術を構築する。さらには,システム運転パターンとLIB内部の電気化学的状態との相関,例えばモータ加減速に起因する頻繁な充放電の切り替わりに伴う活物質粒子表面におけるLiイオンの偏析等をより深く解析する。これにより,開発モデルのシステム設計や運転制御への有用性を示すとともに,システム中におけるLIBの安全性,信頼性を検討する。また,3極式セルによる実験的解析において,セル作製のための冶具検討を実施し,セルの作製精度向上を図る。なお,次年度が研究最終年度であるため,研究総括を行うとともに,学会発表や論文発表を積極的に実施し,研究成果を広く発信する。本年度は,リチウムイオン電池(LIB)の電極構造の近似手法,モデルの支配方程式の構築に取り組んだ。容量2.2Ahの18650型LIBをモデル開発用電池に選定した。まず,同LIBの充放電特性を測定した。次に,同LIBの電気化学インピーダンスをSOC(充電レベル)を変数に測定し,等価回路によるフィッティング解析を実施した。これにより,電解液イオン伝導抵抗,正極と負極の電荷移動抵抗および電気二重層容量のSOC依存性を定量化した(以下,これらを電池反応パラメータという)。また,同LIBのSOCと開回路電圧(OCV)との関係(以下,OCV曲線という)を実測から決定した。以上の電池反応パラメータとOCV曲線をモデルに適用するため,以下のモデリング方法を開発した。LIBのモデリングでは,多孔質電極における電池反応の表現が重要である。しかし,開発を目指すモデルは回路シミュレータ上での動作を目標とするため,同シミュレータの計算能力で多孔質電極の電池反応を詳細に再現することは,難易度が高い。そこで,第一ステップとして,正極,負極を活物質粒子1個ずつで代表させる1粒子近似モデルの支配方程式を構築した。本モデルでは,電解液イオン伝導抵抗等による抵抗過電圧,正極および負極における活性化過電圧,電解液中のLi+および活物質中のLiの濃度勾配による濃度過電圧が独立で加成性が成立すると仮定し,これに対応した計算方法を検討した。具体的には,抵抗過電圧はオームの法則,活性化過電圧はButler-Volmerの式を採用し,これらの式には上記の電解液イオン伝導抵抗,正極および負極の電荷移動抵抗の実測値を取り込んだ。また,濃度過電圧は拡散方程式と相に対応させたNernstの式を組み合わせた計算方法を確立した。