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広汎性発達障害の睡眠覚醒リズム異常とその改善に関する研究

本研究課題では、これまでに規則正しい生活がヒトの自律神経系に作用し主観的生活感が向上することを明らかにしてきた(Takasu & Toichi 2012 Sleep Biol Rhythms)。そこで、今年度は「規則正しい生活」が中枢神経系に作用する神経回路基盤を明らかにするため、実験動物を用いた神経科学的アプローチを行った。哺乳類では視床下部・視交叉上核に体内時計中枢が局在しており、液性及び神経性シグナルを介して、中枢神経系、心臓、筋肉、肺、血球といった全身の器官、組織、細胞で認められる生理機能リズムから遺伝子発現リズムに至るまで、各階層に概日リズムのタイミングを制御している。視交叉上核は網膜で受容された光入力を興奮性入力として受容し、体内時計時刻に依存した視神経入力は、視交叉上核概日リズムの重要な同調因子として作用する。「規則正しい生活」は生体における概日リズムの神経基盤に作用して生理機能を調節するとの作業仮説に基づいて、遺伝子改変が容易なマウスをモデル動物として用い、視交叉上核神経活動リズムを測定する実験系を確立した。(Takasu et al. 2013PLOS ONE)。この実験系の特徴は、個体行動を計測しながら視交叉上核神経活動を記録できる、すなわち日常生活における体内時計動態を把握することができる点である。さらに「不規則な生活」を実験タスクとして再現することにより、体内時計神経回路の撹乱を明らかにすることができる。これまで制約の多いヒトを対象として行ってきた実験から得られた仮説を、神経回路レベルに落とし込んで検証することが可能になった。これまでにヒトを対象とした研究から得られた作業仮説をより基礎的な側面から検証することが可能になる動物実験系を確立できた。また、ヒトのリズム障害をモデルとした「杜会的時差ボケ」の動物実験プロトコールを確立した。今後、実験動物を対象としたin vivo測定系を用い社会的時差ボケ時の視交叉上核概日リズム出力のダイナミクスを明らかにし、生理機能における概日リズム撹乱の神経回路基盤を理解する。さらに概日リズム制御系から、睡眠覚醒リズム異常の病態改善を図り、ヒトの最適な生活環境を提唱することを目標とする。近年、子どもから大人まで幅広い年齢層で社会不適応やひきこもりを示す人々が増えてきており、社会的関心が集まっている。社会不適応やひきこもりが社会に広く認知されるようになるにつれて、社会性やコミュニケーションを苦手とする広汎性発達障害を持つ人々の多くが社会不適応やひきこもりを呈している実態が明らかになってきた。広汎性発達障害の有無に関わらず、社会不適応やひきこもりを呈する人々の多くは共通して、睡眠時間帯が午前中にまで大幅にずれ込んだ超夜型生活や昼夜逆転生活が定着している。このような不規則な睡眠習慣は生体リズムを乱し、生理機能、気分・感情の制御、認知機能を悪化させ、社会不適応やひきこもりを深刻化させている可能性が考えられる。そこで、就寝・起床時刻が一定していない男子大学生を対象に、24時間以上、実験室に滞在してもらいながら、一晩の断眠実験を実施し、断眠が気分・感情に及ぼす影響について検討した。気分・感情評価にはProfile of Mood States (POMS)とState-Trait Anxiety Inventory-FOrm JYZ (STAI-JYZ)を使用した。断眠前後の気分・感情状態を比較したところ、断眠後では「緊張」、「抑うつ」、「怒り」、「活気」は有意に低下し、「疲労」は上昇する傾向が認められた。さらに、普段の就寝時刻と起床時刻の不規則度との関係を検討したところ、就寝時刻の不規則さと「活気」状態には有意な正の相関が認められ、不規則な生活をしているほど断眠の影響を受けにくいことが明らかになった。不規則な睡眠習慣を送る男子大学生に指定した就寝・起床時刻で1週間、規則正しく生活してもらい、普段の不規則な睡眠習慣の時と比べて、断眠が気分・感情に及ぼす影響に差が現れるのかを検証した。実験中は実験室にて24時間以上、寝ないで滞在してもらいながら、まず日中の状態を観察してから、その後、断眠によって変化していく様子を観察していった。その際、気分・感情はProfile of Mood States (POMS)を用いて「緊張」、「抑うつ」、「怒り」、「活気」、「疲労」、「混乱」状態を、State-Trait Anxiety Inventory-Form JYZ (STAI-JYZ)にて「状態不安」、「特性不安」を評価した。まず日中の状態であるが、規則正しい生活を送った場合、「緊張」、「抑うつ」、「怒り」、「疲労」は不規則な生活を送っている場合と比べて低下する傾向が認められた。その後、普段の就寝時間帯に突入すると(=断眠下)、不規則な生活を送っている場合では「緊張」、「抑うつ」、「怒り」、「疲労」は日中とほぼ同じ高いレベルで維持された状態で大きな変化は認められなかったものの、規則正しい生活を送った場合では不規則な生活を送っている場合と同レベルにまで上昇し、これらの状態は普段の起床時刻が到来した以降も持続する傾向が認められた。以上より、不規則な生活は断眠による影響を受けにくいものの、実際に活動する日中の状態を考慮すると規則正しい生活を送ることが望ましく、また規則正しい生活には夜更かしなど生活リズムが乱れるのを予防する上でも有効であると思われる。

不規則な睡眠習慣を送る男子大学生を対象に、睡眠習慣の規則性が日中及び夜間断眠時の心身に及ぼす影響について検証したところ、普段の睡眠習慣の乱れが大きな人ほど断眠による影響を受けづらいこと、さらに毎日、一定の時刻で寝起きし睡眠の乱れを整えると、日中の活動や夜間の休息期に適した心身の状態が得られることが分かった。これらの結果から規則正しい睡眠習慣は心身の状態を正常化させるのみならず、夜更かしや朝寝坊、徹夜が生活に定着するのを防止する上でも有効であることが示唆された。しかしながら、経験的にも知られるように眠気のリズムと就寝・起床時刻が一致しない場合、毎日、決められた時刻に寝起きするのは難しい。そこで規則正しい生活と並行して、生体リズムの調節や眠気と覚醒度を操作できる環境整備を実施することに決めた。生体リズムを調節する因子には主に光、運動、食事などが挙げられるが、中でも最も重要な因子は光である。また、光は眠気と覚醒度も操作することが出来る。単純に光と言っても効果を得るには考慮すべき要素が多々あり、例えば光の照度、照射時間、照射のタイミング、波長、光履歴などがある。また、光を生活の一部として取り入れるためには、誰でも手軽に負担なく実践できるものでなければならない。このような視点から過去の研究を参考に光照射条件の検討を行った結果、本研究では一般家庭で広く使用されている白色蛍光灯(約5000lx)を用いて昼間に実施することに決定した。今後は規則正しい生活と光照射を組み合わせ、効果の程度を検証していく予定である。本研究課題では、これまでに規則正しい生活がヒトの自律神経系に作用し主観的生活感が向上することを明らかにしてきた(Takasu & Toichi 2012 Sleep Biol Rhythms)。そこで、今年度は「規則正しい生活」が中枢神経系に作用する神経回路基盤を明らかにするため、実験動物を用いた神経科学的アプローチを行った。哺乳類では視床下部・視交叉上核に体内時計中枢が局在しており、液性及び神経性シグナルを介して、中枢神経系、心臓、筋肉、肺、血球といった全身の器官、組織、細胞で認められる生理機能リズムから遺伝子発現リズムに至るまで、各階層に概日リズムのタイミングを制御している。視交叉上核は網膜で受容された光入力を興奮性入力として受容し、体内時計時刻に依存した視神経入力は、視交叉上核概日リズムの重要な同調因子として作用する。「規則正しい生活」は生体における概日リズムの神経基盤に作用して生理機能を調節するとの作業仮説に基づいて、遺伝子改変が容易なマウスをモデル動物として用い、視交叉上核神経活動リズムを測定する実験系を確立した。(Takasu et al. 2013PLOS ONE)。この実験系の特徴は、個体行動を計測しながら視交叉上核神経活動を記録できる、すなわち日常生活における体内時計動態を把握することができる点である。さらに「不規則な生活」を実験タスクとして再現することにより、体内時計神経回路の撹乱を明らかにすることができる。これまで制約の多いヒトを対象として行ってきた実験から得られた仮説を、神経回路レベルに落とし込んで検証することが可能になった。発達障害を持つ人や不登校・ひきこもり状態にある人に共通して認められる不規則な睡眠習慣と気分・感情状態の関係について、また気分・感情状態を改善させる睡眠の介入方法についての検証実験が当初の計画通り終わったところである。
慢性骨髄性白血病の急性転化に関与する遺伝子の不安定性とその分子機構の解析

慢性骨髄性白血病(CML)は、t(9 ; 22)のPh^1染色体によりbcr-abl融合遺伝子が生じ、チロジンキナーゼの活性化が慢性期のCMLの発症に関与している。CMLは長い慢性期を経て、急性転化を起こし悪性化の転機をとるが、急性転化に進展するメカニズムやそれに関わる遺伝子異常に関して不明な点が多い。CMLの慢性期から急性転化への進展機構を、染色体や遺伝子の不安定性とDNA複製・修復障害(replication error, RER)という全く新しい観点から捕え、CML急性転化における染色体、ゲノムの不安定性とRERに関わるミスマッチ修復遺伝子群の異常,テロメアの解析を行った。1)マイクロサテライトの不安定性の解析:急性転化におけるマイクロサテライトの不安定性の解析結果は,既にBlood,生物物理化学に報告した。さらに症例数を増やし解析を加えた結果,頻度は低いと考えられた。2)ミスマッチ修復遺伝子群の解析:急性転化例のミスマッチ修復遺伝子群、hMSH2、hMLH1、hPMS1、hPMS2の解析を行ったが,現在のところ変異は検出されなかった。
新たな神経可塑性の検討と可塑性を考慮した末梢神経修復成績向上への研究

腕神経叢神経根引き抜き損傷に対し、対側C7神経根を切離しその近位端と移植神経を端端縫合して患側神経を再建する方法と、神経根を切離せずに神経根の外膜を部分的に開窓し、移植神経断端を端側縫合し、神経交叉することにより、患側神経を再建する方法がある。いずれの症例の知覚回復も求心性神経刺激が対側腕神経叢をバイパスして対側一次体制感覚野に伝導する可能性を示唆している。この仮説を立証するためにマウスに神経交叉術を施行し、大脳フラビン蛋白蛍光イメージを経頭蓋的にモニタリングし大脳皮質活動を観察した。交叉手術を行っていないマウスでは前肢に与えられた振動刺激は刺激側の対側一次体制感覚野に限局した活動性を示すが同側には殆ど活動性を示さない。神経交叉術後4週間後では患側前肢刺激で同側の体制感覚野に限局して反応が見られた。交叉術後8週間では両側体制感覚野に反応が見られた。これらの反応は移植神経を切離すると両側とも消失した。青色レーサー光を同側大脳皮質野に照射し、活動抑制をかけると同側と共に対側皮質野の活動も消失したが、このことは同側皮質反応が皮質から皮質を結ぶ経路によって反対側皮質に伝播していることを示すと考えられる。手術未施行のマウス同側皮質野の高頻度直接刺激と同側前肢刺激では両側体制感覚皮質野反応が急性現象としてみられた。中枢の可塑性に深く関与しているNMDAレセプターを脳皮質特異的にノックアウトしたヘテロのマウスを用いて、皮質からのシナプス形成をブロックし、同様の実験を行った。ノックアウトマウスではコントロール群に比べ、刺激と対側の反応強度は有意に減弱を認めた。神経回路形成と再編成に関わるプロトカドヘリンαをノックアウトしたマウスに対し、経頭蓋的に電気刺激を左の体性感覚野に与えたところ、ノックアウトマウスでは対側の体性感覚野の応答は有意に減弱していた。このことから、プロトカドヘリンノックアウトマウスは左右半球間の脳梁連絡が弱いマウスといえる。このマウスを用いて同様の実験を行った。以上のことを総合すると半球間における経験依存的可塑性が神経交差移植後の回復に重要な役割を果たしていると考えられる。平成21年度【目的】腕神経叢の引抜き全型損傷に対する対側第7頸髄神経根移行術は、患側の感覚情報が健側に繋ぎかえられるにもかかわらず、術後の機能回復は良好である。これには何らかの中枢での可塑性の関与が考えられる。そこで経頭蓋フラビン蛋白蛍光イメージングにて神経交差移植をおこなったマウスの体性感覚野の可塑的変化を検討した【方法】8週齢マウスの両側正中尺骨神経幹を切離、同種マウスより採取した坐骨神経を、左遠位断端と右近位断端の間に移植し、神経交差モデルを作成した。

8週間後に左前肢手掌に振動刺激を与え、体性感覚野の応答を経頭蓋フラビン蛋白蛍光イメージングにて観察した。更に左右の体性感覚野へ青色レーザーを照射し、神経活動をそれぞれ抑制した後に振動刺激に対する応答の変化を観察した。また経験依存的可塑性に重要な役割を果たしているNMDA受容体が皮質特異的に半減したマウスに対し、同様の実験を行った【結果】神経交差モデルマウスでは、左前肢手掌振動刺激にて両側の体性感覚野に反応を認めた。この両側性の反応は、移植神経を切断することで消失した。刺激と同側の左体性感覚野のレーザー抑制後では、両側の反応の減弱を認めた。しかし刺激と対側の右体性感覚野の抑制後では、抑制をかけた側の反応のみが減弱し、刺激と同側の左体性感覚野の反応は減弱を認めなかった。皮質特異的なNMDA受容体半減マウスでは、刺激と対側の反応が有意に減弱した(P<0.003)【考察】交差移植後の左前肢振動刺激は、移植神経を介し、対側腕神経叢より、後索内側毛帯経路を上行、刺激と同側の一次体性感覚野に到達し、脳梁を介して刺激と対側の一次体性感覚野へ伝わると推察される。体性感覚野の両側性の応答は、両側半球を繋ぐ脳梁間のシナプス連絡が経験依存的に増強されたことによると考えられる。以上のほかに"末梢神経端側吻合部における軸索再生と神経周膜開窓の意義"ついて電子顕微鏡を用いた検討を行い、染色方法等の基礎的問題を解決し、現在神経周開窓と神経端側縫合における神経再生に対する影響を検討中であり、興味ある結果を得ており、22年度において研究を広く展開する予定である。【目的】腕神経叢の引抜き全型損傷に対する対側第7頸髄神経根移行術は、患側の感覚情報が健側に繋ぎかえられるにもかかわらず、術後の機能回復は良好である。これには何らかの中枢での可塑性の関与が考えられる。そこで経頭蓋フラビン蛋白蛍光イメージングにて神経交差移植をおこなったマウスの体性感覚野の可塑的変化を検討した【実施方法】8週齢マウスの両側正中尺骨神経幹を切離、同種マウスより採取した坐骨神経を、左遠位断端と右近位断端の間に移植し、神経交差モデルを作成した。8週間後に左前肢手掌に振動刺激を与え、体性感覚野の応答を経頭蓋フラビン蛋白蛍光イメージングにて観察した(n=11)。更に左右の体性感覚野へ青色レーザーを照射し、神経活動をそれぞれ抑制した後に振動刺激に対する応答の変化を観察した(n=9)。また経験依存的可塑性に重要な役割を果たしているNMDA受容体が皮質特異的に半減したマウスに対し、同様の実験を行った(n=10)。【結果】神経交差モデルマウスでは、左前肢手掌振動刺激にて両側の体性感覚野に反応を認めた。しかし、刺激と対側の右体性感覚野の抑制後では、抑制をかけた側の反応のみが減弱し、刺激と同側の左体性感覚野の反応は減弱を認めなかった。皮質特異的なNMDA受容体半減マウスでは、刺激と対側の反応が有意に減弱した(P<0.003)【考察】交差移植後の左前肢振動刺激は、移植神経を介し、対側腕神経叢より、後索-内側毛帯経路を上行、刺激と同側の一次体性感覚野に到達し、脳梁を介して刺激と対側の一次体性感覚野へ伝わると推察される。
結晶性―結晶性2元ブロック共重合体の高次構造形成と構造制御

融点が十分離れている2種類の結晶性ブロックから成る2元ブロック共重合体、ポリ(ε-カプロラクトン)-block-ポリエチレン(PCL-b-PE)、の作る最終的な高次構造と構造形成過程を結晶化温度の関数として調べた。これらの結果より、この系におけるPCLブロックの結晶化メカニズムの詳細に着いて解明した。最終的な高次構造は小角X線散乱(SAXS)法、透過型電子顕微鏡(TEM)、および、示差走査熱量計(DSC)により調べた。構造形成過程は、シンクロトロン放射を用いたSAXS(SR-SAXS)法、DSC、および、偏光顕微鏡(POM)により追跡した。構造形成過程の追跡により、PCLブロックの結晶化メカニズムは高温(約35°C以上)と低温(35°C以下)ではまったく異なることが明らかとなった。高温ではすでに存在するPEの作るラメラくり返し構造を破壊してPCLに有利なラメラくり返し構造を作る。一方低温では、PEの作るラメラくり返し構造をテンプレートとしてその中でPCLが結晶化する。この結果、PCLの結晶化速度は2つのメカニズム間で大きく異なる。さらに最終的な高次構造をTEMにより観察すると、低温での結晶化の場合は、PEラメラ、PCLラメラ、非晶層の規則正しいくり返し構造が観察されるのに対し、高温で結晶化した場合は、PCLのラメラくり返し構造の他に不規則に散らばったPE結晶が観察された。以上の実験結果より、PEの作るラメラくり返し構造は、引き続くPCLの結晶化に対してユニークな拘束となり、これを利用して最終高次構造を制御できる可能性がある。融点が十分離れている2種類の結晶性ブロックから成る2元ブロック共重合体を溶融状態から急冷すると、ミクロ相分離構造→高融点ブロックの結晶化によるラメラくり返し構造→低融点ブロックの結晶化による最終高次構造と構造が次々と変化する。本研究では、結晶性-結晶性2元ブロック共重合体の結晶化(特に、低融点ブロックの結晶化)に伴って高次構造が変化する過程を、シンクロトロン放射を用いた時分割小角散乱(SR-SAXS)法によって追跡する。この結果より、低融点ブロックの結晶化に伴う構造周期の変化の原因を解明する。用いた系は、様々な分子特性を有するポリ(ε-カプロラクトン)(結晶性)-block-ポリエチレン(結晶性)2元ブロック共重合体(PCL-b-PE)である。様々な熱履歴を加えたPCL-b-PEの高次構造を小角X線散乱(SAXS)法で調べ、融解挙動を示差走査熱量計(DSC)により求めた。高次構造転移過程(結晶化過程)は高エネルギー加速器研究機構・放射光利用施設・BL-10CのSR-SAXS装置により追跡した。低融点ブロックの結晶化が進行すると、(高融点ブロックの結晶化によって)すでに存在しているラメラくり返し構造からの散乱ピークの強度と位置が変化していくことが分かった。時分割散乱曲線を詳細に調べると、最初の散乱ピークのごく近傍に低融点ブロックの結晶化に伴ってもうひとつの散乱ピークが現われ成長していくことが確認された。したがって、系中に形成している高次構造の代表的な周期は低融点ブロックの結晶化と共に不連続に変化し、同時に、ピーク強度は徐々に増加する。試料に与える熱履歴を変えることにより2種類の結晶化をコントロールできると考えられるので、この系の最終高次構造を制御できる可能性がある。
転写共役因子異常によるアンドロゲン不応症の疾患概念の確立と病因共役因子の構造決定

我々は臨床症状、内分泌学的成績は完全型睾丸性女性化症に一致するにもかかわらず、アンドロゲン受容体(AR)遺伝子に異常を認めない症例を見い出した。レポーター遺伝子を用いた本症例の培養皮膚線維芽細胞におけるアンドロゲン依存性の転写活性化能は正常者のものに比し、著しく低下していた。即ち、本症例は活性化共役因子coactivatorの異常によるアンドロゲン不応症であることが強く示唆された。本研究ではcoactivator病の疾患概念の確立と本症例で欠損している共役因子をクローニングすることにより、ARに特異的な共役因子の構造と特性を解明することを目的として以下の成績を得た。1.皮膚線維芽細胞を用いて、ARまたはグルココルチコイド受容体(GR)、各々の受容体のAF-1、AF-2ドメイン断片、及びAF-1とAF-2を入れ替えたキメラ受容体の転写活性化能を測定した結果、本症例ではARのAF-1から基本転写装置への転写活性化シグナルの伝達が途絶していることが判明した。このAF-1からの転写活性シグナルの伝達障害は既知の共役因子(p300,TIF2,SRC-1,SRA, ARA70)の強制発現では回復できなかった。2.陰部皮膚培養線維芽細胞を^<35>S-methionineでラベルし、その細胞抽出液をGST-AR-AF-1と反応させ、GST pull downでAR-AF-1と結合する蛋白を検索したところ、正常者に認められる分子量90kDaのバンドが患者で欠損していた。3.Yeast two hybrid systemでAR-AF-1をbaitにして、正常者の培養皮膚線維芽細胞より作成したcDNA libralyをスクリーニングし、AR-AF-1と特異的に結合するcDNAを得た。このcDNAの強制発現でARによる転写活性化が促進されることを確認した。以上の結果はARのAF-1に特異的な分子量90kDaの因子が本症例では欠損していることを示唆するもので、本研究によりcoactivator病という新しい疾患概念を確立し、ARのAF-1に特異的なcDNAを得ることができた。〈目的〉我々は本邦例のアンドロゲン不応症を多数解析した結果、臨床症状、内分泌学的成績は完全型来丸性女性化症に完全に一致するにもかかわらず、アンドロゲン受容体遺伝子に異常を認めず、また、本症患者の陰部皮膚線維芽細胞のアンドロゲン受容体へのリガンド結合活性も正常である症例を見い出した。レポーター遺伝子を用いた本症例の培養皮膚線維芽細胞におけるアンドロゲン依存性の転写活性化能は全く検出できなかった。即ち、本症例は共役因子cofactor群の異常によるアンドロゲン不応症であることが強く示唆された。本研究では(1)本症例の解析によりcofactor病の疾患概念を確立する。(2)本症例で欠損しているcofactorをクローニングすることにより、アンドロゲン受容体に特異的なcofactorの構造と特性を解明する。〈本年度の研究計画と成果〉正常の皮膚線維芽細胞および、アンドロゲン受容体遺伝子に変異を認めない睾丸性女性化症の皮膚線維

芽細胞にアンドロゲン応答配列を上流に、また下流にルシフェラーゼ遺伝子を連結したMMTVプロモーターを導入、同時にアンドロゲン受容体(AR)またはグルココルチコイド受容体(GR)発現ベクターを導入し、各々のリガンド依存性転写活性を測定することにより、以下の結果を得た。核内受容体はN末側に恒常的転写促進部位(AF1)、C末側にリガンド誘導性転写促進部位(AF2)が存在する。GRとARのAFl、AF2ドメイン、各々のフラグメント、あるいは、GRとARのAF1、AF2ドメインを入れ替えたキメラ受容体を作成し、正常と本症例で転写活性化能を比較した結果、本症例ではARのAF1ドメインからの転写活性化シグナルの基本転写装置への伝達が途絶していることが判明した。このAF1からの転写活性化シグナル伝達障害は既知のAF2特異的共役因子(p300,TIF2,SRC-1)の強制発現では回復できなかった。以上の結果はARのAF1に特異的な未知の因子が本症例では欠損していることを強く示唆するもので、本年度の研究で上記〈目的〉の(1)をほぼ達成した。<目的>我々は臨床症状、内分泌学的成績は完全型睾丸性女性化症に一致するにもかかわらず、アンドロゲン受容体遺伝子に異常を認めない症例を見い出した。レポーター遺伝子を用いた本症例の培養皮膚線維芽細胞におけるアンドロゲン依存性の転写活性化能は全く検出できなかった。即ち、本症例は共役因子cofactor群の異常によるアンドロゲン不応症であることが強く示唆された。本研究では(1)本症例の解析によりcofactor病の疾患概念を確立する。(2)本症例で欠損している共役因子をクローニングすることにより、アンドロゲン受容体に特異的な共役因子の構造と特性を解明する。<本年度の研究計画と成果>前年度までの研究により、本症例ではアンドロゲン受容体(AR)のAF-1ドメインと相互作用する因子の欠損であることが判明した。そこで、患者および正常対照者の陰部皮膚培養線維芽細胞を35S-methionineでラベルし、その細胞抽出液を、AR-AF-1とGSTとの融合蛋白と反応させ、GSTプルダウンアッセイでAR-AF-1と結合する蛋白を検索したところ、正常者に認められる分子量90kDaのバンドが患者で欠損していることが判明した。即ち、本症例ではこの90kDa蛋白の発現低下、あるいはAR-AF-1への結合力が低下していることが推測された。AR-AF-1に特異的な共役因子をクローニングするためにYeast Two Hybrid SystemにおいてAR-AF-1をbaitにして、正常者の培養皮膚線維芽細胞より作成したcDNAライブラリーをスクリーニングしたところ、false positiveの数が多く、数個の核蛋白以外の既知の蛋白が検出された。従って、今後、目的とする共役因子のクローニングには蛋白そのものの単離も必要と考えられ、目的とする共役因子の分子量が同定できたのはこの点において重要な成果と考えられる。本症例の培養皮膚線維芽細胞におけるアンドロゲン依存性の転写活性化能は全く検出できず、本症例は共役因子の異常によるアンドロゲン不応症であることが強く示唆された。
分子ノギスを用いた２層カーボンナノチューブの直径分離とグラフェンの層数分離

分子ノギスのスペーサー部分をアントラセンからピレンに換え、このを用いて、DWNTの抽出を行なったところ、DWNTの直径範囲が1.25 ー2.75 nmから1.25 - 1.75 nmへと大きく狭まった。また、抽出されたDWNTからからは、円2色性が観測された。以上のことから、この分子ノギスが、DWNTの直径と右左巻きを識別していることが明らかとなった。分子ノギスによるグラフェンの抽出では、ごく少量ながら抽出されたものの、その層数を決定することが困難であった。しかしながら、2次元ナノ材料の厚みを決める分析技術を確立するため、それらのバルク材料の液相中での剥離を行った。これまでに検討をしてきた分子ピンセットは、各種単層カーボンナノチューブ(SWNT)の分離において、優れた選択性を示してきた。しかしながら、より大きな径をもつ二層カーボンナノチューブ(DWNT)を包接する大きな空孔を有するホスト分子の合成は困難であり、これまでは、その分離を行うことができなかった。そこで本年度は、前年に合成した2枚のポルフィリンが平行に並んだホスト分子(分子ノギス)のポルフィリンの間隔をより広げることで、DWNTの分離について検討を行った。具体的には、SWNTの分離で用いたカルバゾールーアントラセンーカルバゾールのスペーサーをもつ分子ノギスのアントラセン部分をピレンに代えた分子ノギスを設計、合成した。それにより、ポルフィリン間の距離が1.4 nmから1.9 nmへと0.4 nm大きくなり、その分、より大きな径を有するDWNTの包接が可能となった。結果として、直径1.25 - 1.75 nmのDWNTの純度が、原料の20%から>80%に飛躍的に向上した。この結果は、コンピューターシュミレーションの結果とも一致した。また、分子ピンセットの光学異性体を個別に合成し、R, S体それぞれを用いて、DWNTの分離を行ったところ、得られたDWNTから対称的なCDが得られた。これにより、光学活性DWNTを得ることに成功した。平成27年度は、グラフェン、六方晶窒化ホウ素、二硫化モリブデンなどをヘキサヒドロキシトリフェニレンという平面状の分子をはく離剤として用いることによる2次元ナノシートの合成を行った。この成果に基づき、以下の論文をごく最近発表した。さらに、グラファイトをクロリンe6という平面性の光増感剤ではく離して、グラフェン上に担持し、これを細胞に混ぜ、光照射を行ったところ、ごく少量で強い抗がん作用がみられた。この成果も以下の論文で公表した。以上、平成27年度は、各種2次元ナノシートのはく離とその医療応用に関する検討を行い、一定の成果が得られた。平成26年度の二層カーボンナノチューブの分子ノギスを用いた構造分離に続き、平成27年度は、2次元ナノシートのはく離を行った。以上の検討から、本申請の最終目標である分子ノギスを用いた2次元ナノシートの層数に基づく分離を行う素地が整ったことになり、順調に進展していると考えている。平成28年度は、二硫化モリブデンと二硫化タングステンをコール酸ナトリウム存在下、ボールミリングによりはく離し、それらのナノシートを固体で得ることに成功した。また、それらナノシートは長期にわたって安定に保存可能であり、必要な時に必要量を取り出し、簡単に水に分散させ、安定なかつ高濃度の水分散液を得ることができた。水分散前の保存可能な固体を"stock solid"を命名した。この成果について、以下の論文を発表し、雑誌の表紙でも紹介された。グラフェンの層数に基づく分離に関しては、いくつかの分子ノギス(ノギス型のホスト分子)を用いて、その層数選択的な錯形成と抽出を目指して検討を行なったが、抽出後のナノシートの層数の決定を確立することができず、信頼できる結果を得ることができなかった。具体的には、ラマンスペクトルや原子間力顕微鏡(AFM)、透過型電子顕微鏡(TEM)などにより抽出された2次元ナノシートを分析したが、定性的な評価にとどまり、具体的に層数を決定するには至らなかった。26年度の研究実施計画にあるDWNTの分離について、検討を行い、予定通りの結果が得られ、それについて、論文発表を行った。順調に進展していると考えている。現在までの進捗でも述べたように、平成28年度は、本申請の最終目標である分子ノギスを用いた2次元ナノシートの層数に基づく分離を行う。28年度が最終年度であるため、記入しない。ナノ材料化学今年度は、グラフェンの層数に基づく分離について検討を行う。

まずは、合成が比較的容易で量産が可能な単層グラフェン向け分子ノギス、および、そのreceptorをポルフィリンからピレンに代えた分子ノギスを用いて、単層グラフェンを標的とした分離について検討を行う。実験は、SWNTの分離の際と同様の方法で行う。すなわち、市販のグラファイトと分子ノギスをメタノールに加え、バス型装置により超音波を照射し、グラファイトのはく離と分子ノギスとの錯形成を行う。その後、遠心により、錯形成に至らなかったグラファイト、あるいはグラフェンを分離し、グラフェンと分子ノギスとの錯体が溶解している上澄み液を得る。まず、この溶液をラマンスペクトル、吸収スペクトル、AFM、STEM等で分析し、まず、グラフェンが分離されていること、さらには、その層数を決定する。また、必要であれば、この溶液を濃縮し、得られた固体をピリジンやテトラヒドロフラン(THF)で洗浄することにより、錯体から分子ノギスを除いた後、同様の分析をすることも可能である。予想通り、単層グラフェンが選別されれば、ラマンスペクトルのG'/Gが大きくなることから、容易に判別できると考えられる。さらに、AFMにより厚みや広さを確認する。申請者らは、現在、“ヒドロキシトリフェニレン(HTP)によるグラファイトのはく離"について検討を行っており、HTP存在下、グラファイトに超音波照射することで、グラフェンが水中で安定に分散することを見出した(G. Liu, N. Komatsu, manuscript in preparation)。この実験を通して、グラファイトのはく離やグラフェンの分析に関する知識と経験を蓄積している。28年度が最終年度であるため、記入しない。京都大学への異動が決まっており、研究室の立ち上げに使用するため、次年度に繰り越しした。本基盤研究を遂行するために必要な分析機器類の移動と立ち上げ、さらには、必要な試薬、器具類の購入を行う。
異常な形態へ変化したクラミジアの特徴解析による新規治療薬の標的分子探索

クラミジア慢性感染症の原因の一つとしてaberrant body(AB)への移行が考えられる。本菌はペニシリンやIFN-γの曝露等によりABへ変化するが、これについては不明な点が多い。本研究では、ペニシリン誘導性AB感染細胞は通常のクラミジア感染細胞に比べてリソソームマーカーの発現が高いことや、IFN-γ誘導性ABや通常のクラミジアよりペニシリン誘導性ABの方が細胞内生存性が低い傾向にあることを明らかにした。また、クラミジアIII型分泌装置のエフェクター蛋白質と推定されるCT228、CT232、CT365、CT849はペニシリンによってABに変化すると発現が低下または上昇することがわかった。クラミジアはヒトの様々な器官に感染し宿主細胞内で増殖するが、クラミジア感染症は劇症化しづらく無自覚のうちに感染が慢性化していることも少なくない。本菌の慢性感染は骨盤内炎症性疾患や粥状動脈硬化症などを引き起こすことが示唆されている。慢性感染が起こる原因の一つとしてクラミジア菌体のaberrant body(以下AB)への移行が考えられる。クラミジアはペニシリン等の一部の抗菌剤投与、炎症促進性サイトカインであるIFN-γの曝露によって感染性や増殖能を失ったABへと変化し、長期間宿主細胞内で生存すると考えられる。しかし実際にABが宿主細胞内でどのような挙動を示すかについてはよくわかっていない。また、クラミジアは宿主細胞に感染後、リソソームによる消化を回避し細胞内で増殖するがABも同様にリソソーム消化を回避することができるのかについては明らかにされていない。クラミジアの慢性感染に対する新たな治療法・予防法を確立するためには細胞内におけるABの動態を理解する必要がある。そこで平成27年度はリソソームマーカーであるLAMP1を指標にペニシリンまたはIFN-γによって誘導されたABとリソソームの相互関係を調べた。蛍光免疫染色法にてクラミジアとLAMP1の二重染色を行った結果、ペニシリンによってABに移行したクラミジアが感染する細胞では通常のクラミジア感染細胞に比べてLAMP1の発現量が増加することがわかった。しかしながらIFN-γによってABに移行したクラミジアが感染する細胞ではこのような現象は見られなかった。本結果からABの誘導剤の種類によってABがリソソームによる消化を免れることができるかどうかが異なることが示唆された。平成27年度の研究実施計画の通りaberrant body(以下AB)に移行したクラミジアの細胞内局在をリソソームマーカーであるLAMP1を指標に蛍光免疫染色にて明らかにすることができた。さらにLAMP1やエンドソームマーカーであるRab5、Rab9を蛍光蛋白質Plumとの融合タンパク質としてヒト株化細胞で強発現させる実験系も確立した。以上の成果により、本研究課題の進捗状況を「おおむね順調に進展している」と判断した。クラミジアの慢性感染は不妊の原因ともなる骨盤内炎症性疾患や粥状動脈硬化症などを引き起こすことが示唆されている。慢性感染の原因の一つとして考えられるのがクラミジア菌体のaberrant body(以下AB)への移行である。クラミジアはペニシリン等の抗菌剤投与、炎症促進性サイトカインであるIFN-γの曝露によって感染性や増殖能を失ったABへと変化し長期間宿主細胞内で生存すると考えられるが、通常のクラミジアと同様にリソソームによる消化を回避するのか等、宿主細胞内でどのような挙動を示すかについてはわかっていない。本研究ではクラミジアの慢性感染に対する新たな治療法や予防法を確立するため、細胞内におけるABの動態を明らかにする。平成27年度にはペニシリン誘導性のABが感染する細胞では通常のクラミジア感染細胞に比べてリソソームマーカーであるLAMP1の発現量が増加することを蛍光免疫染色法にて明らかにした。これを受け、平成28年度にはRT-PCRでlamp1遺伝子の発現量を確認したところ、やはりペニシリン誘導性のAB感染細胞では通常のクラミジア感染細胞に比べて感染直後のlamp1遺伝子の発現量は高かった。さらに16S rRNAの発現量を指標にクラミジアの細胞内における生存性をRT-PCRで確認すると、ペニシリン存在下のクラミジアは感染96時間後の生存性がIFN-γ存在下または通常のクラミジアに比べて低い傾向にあった。これらの原因を探るべく、膜へと移行するクラミジアIII型分泌装置のエフェクター蛋白質をピックアップし、それらの遺伝子発現量をRT-PCRで解析した結果、通常のクラミジアとペニシリンまたはIFN-γによって誘導されたABでは発現パターンが大きく異なることが示唆された。以上の研究結果から、クラミジアはペニシリンやIFN-γに曝露されることでIII型分泌装置のエフェクター蛋白質の発現に変化を生じ、細胞内における生存性に影響する可能性が明らかとなった。研究計画に従い、これまでにペニシリンまたはIFN-γによるクラミジアのaberrant body(以下AB)への移行条件の検討と確立、蛍光免疫染色によるABの細胞内局在の解析、ABのIII型分泌装置エフェクター蛋白質の発現解析等を行ってきた。それらの解析により、まずABは通常のクラミジアと同様に細胞内で膜構造の中に局在するが、誘導剤の種類によって膜構造や菌体の大きさが異なることがわかった。次にペニシリン誘導性のABが感染する細胞では通常のクラミジア感染細胞に比べてリソソームマーカーであるLAMP1の発現量が増加する可能性を蛍光免疫染色法とRT-PCRで明らかにした。さらに、ペニシリン誘導性のABはIFN-γ誘導性のABまたは通常のクラミジアに比べて細胞内での生存性が低い傾向にあることを確認した。

また、クラミジアIII型分泌装置のエフェクター蛋白質の遺伝子発現をRT-PCRで解析したところ、通常のクラミジアとペニシリンまたはIFN-γによって誘導されたABでは発現パターンが大きく異なることにあることが示唆された。これらの結果から、ペニシリンやIFN-γに曝露されたクラミジアはABへ移行するとともにIII型分泌装置のエフェクター蛋白質の発現に変化を生じることで、細胞内生存性に影響する可能性が明らかとなった。以上の成果により、本研究課題の進捗状況を「おおむね順調に進展している」と判断した。クラミジアによる慢性感染症は骨盤内炎症性疾患や粥状動脈硬化症などの原因となることが示唆されている。本菌慢性感染の原因の一つと考えられるのがaberrant body(AB)への移行である。クラミジアはペニシリン等の抗菌剤投与や炎症促進性サイトカインであるIFN-γの曝露等様々な環境ストレスによって感染能と増殖能を欠失したABへと変化することが知られている。ABは長期間宿主細胞内で生存できると考えられているが、通常のクラミジアと同様にリソソームによる消化を回避できるのか等、宿主細胞内での挙動については不明な点が多い。本研究ではクラミジア慢性感染症に対する新たな治療法や予防法を確立するため、細胞内におけるABの動態を明らかにすることを目標とした。これまでにペニシリン誘導性のABが感染する細胞では通常のクラミジア感染細胞に比べてリソソームマーカーであるLAMP1の発現量が増加することや、感染96時間後の生存性はIFN-γ誘導性ABまたは通常のクラミジアに比べてペニシリン誘導性ABの方が低い傾向にあることを明らかにしてきた。これらの原因を探るべく、膜へ移行すると推定されるクラミジアIII型分泌装置のエフェクター蛋白質として35個の蛋白質をソフトウェアEffectiveT3によって選出し、それらの遺伝子発現量を解析した結果、CT228、CT232、CT365、CT849は通常のクラミジアやIFN-γ誘導性ABよりペニシリン誘導性ABで発現量が低下または上昇することがわかった。この結果から、CT228、CT232、CT365、CT849がリソソーム消化を防ぐのに何らかの役割を果たしており、ペニシリン誘導性ABではこれらの蛋白質の発現が変化するために、通常クラミジアやIFN-γ誘導性ABに比べて細胞内の生存性が低下する可能性が考えられた。クラミジア慢性感染症の原因の一つとしてaberrant body(AB)への移行が考えられる。本菌はペニシリンやIFN-γの曝露等によりABへ変化するが、これについては不明な点が多い。本研究では、ペニシリン誘導性AB感染細胞は通常のクラミジア感染細胞に比べてリソソームマーカーの発現が高いことや、IFN-γ誘導性ABや通常のクラミジアよりペニシリン誘導性ABの方が細胞内生存性が低い傾向にあることを明らかにした。
産業保健師がワークファミリーコンフリクトケアを行う上で必要な力量形成に関する研究

本研究の結果、産業保健師のワークファミリーコンフリクト(仕事と家庭の両立葛藤)に対する認識は低いが健康相談などの業務を通して実践をしている割合は高い一方で、関わり方に戸惑いを感じ知識や技術の必要性を感じていた。本研究を通して、ワークファミリーコンフリクトケアの実践能力の高さと産業保健師としての実践能力の高さが関連しており、ワークファミリーコンフリクトケアの実践力を向上させるためには産業保健師としての力量形成が不可欠であることが示唆された。H23年度に実施した調査結果を分析し、学会発表(日本産業衛生学会、近畿産業衛生学会)、論文投稿(Bulletin of Health Science Kobe journal)を実施した。本研究の結果から、ワークファミリーコンフリクト(以下、WFC)に対する認知は低いが、実践がなされているという現状が浮き彫りになった。また保健師としての実践能力の高さとWFCケアの関連も示唆される結果が得られ、保健師のWFCケアの力量形成に必要な課題を考える基礎資料とすることができた。また、WFCケアについての海外文献が得られなかった背景を考察すべく、日本と同じく少子化が社会問題となっている韓国における育児支援環境や社会システム、看護職の関わりについての現状視察(産後調理院、ワンストップ緊急ダイヤル)を行った。文化や思想における違いだけでなく、社会システムとのネットワークが支援者をサポートすることができるという示唆を得ることができた。平成25年度は、産業保健師のワークファミリーコンフリクトケアについての実態を明らかにする目的で、産業保健師を対象にしたインタビューを行った結果を分析し、論文として発表した。また、ワークファミリーコンフリクトケアについてまとめた内容をもとに、現任者教育を行い、ワークファミリーコンフリクトケアについての検証を行う予定であったが、実することはできず、場の調整のみを行った。また、研究の国際的な視座について検討するために、海外の研究者と情報交換を行った。平成23年度は、産業保健師のワークファミリーコンフリクトケアについて、文献や関連学会への参加により、情報収集を行った。また、平成23年7月に全国の産業保健師を対象に調査票によるアンケートを実施し、その結果を分析した。本研究は、産業保健師によるワークファミリーコンフリクトケアの実態について調査研究を行って実態や課題を明らかにし、得られた研究結果から産業保健師が実践するワークファミリーコンフリクトケアについての教育を検討する基礎資料とすることを目的としたものである。平成26年度は本研究の最終年度であり、これまでの研究結果を産業保健関連の学会で発表したり、産業保健師・看護師・労務担当者等を対象に、ワークファミリーコンフリクトケアをテーマにした講演を計画し実施した。本研究の結果、以下の実態が明らかになった。1.産業保健師のワークファミリーコンフリクトに対する認識は低い。2.産業保健師は健康相談などの業務を通してワークファミリーコンフリクトケアの実践をしている割合は高い。3.ワークファミリーコンフリクトのケアを実践しながらも関わり方に戸惑いを感じている。4.ワークファミリーコンフリクトケアに対する知識や技術の必要性を感じている。5.ワークファミリーコンフリクトケア実践者は、産業保健師としての他の保健指導に関する実践能力も高い。研究成果を広く公表することを目的に、これまでの研究結果や得られた意見を整理して「産業保健師が行うワークファミリーコンフリクトケア」についてまとめたハンドブックを作成して配布した。今後は、ホームページを作成してより広域に情報発信をしていく計画である。産業保健師のためのスキルアップハンドブック仕事と家庭の両立(ワークファミリーコンフリクト)に対するケア公衆衛生看護学実態についての分析を行い、WFCケアに必要な教育プログラム案を作成に進む予定であったが、1想定以上に実態の分析に時間がかかったこと、2欠員(担当する科目担当者の欠員)による業務負荷量の増加に伴い研究時間の獲得が困難であったこと、により進行が遅れている。平成26年度は、これまで実施してきたアンケート調査やインタビューデータ分析等をもとに、産業保健師が行うワークファミリーコンフリクトケアについて、まとめる予定であたが、検証を行う場の調整が困難であった。しかし、調整は行うことは平成25年度中にできたので、平成26年度に検証の場を持つこととなった。文献の収集、学会への参加による知見の収集など、調査野実施、結果の分析までは順調に進んでいる。H24年度は、H23年度に実施した実態調査の結果を分析する段階で終了したため、H25年度中に教育プログラムの開発まで研究をすすめるのは困難と考える。よって、H25年度はこれまでに得られた調査結果と追加調査をもとに、教育プログラム案づくりを目指す。平成26年度は、産業保健師が行うワークファミリーコンフリクトケアについて、まとめたものを現任教育のプログラムとして試行的に提供し、検証を行う予定である。検証の場および日程については、昨年度中に設定が出来ている。

平成23年度で得られたデータや知見をもとに、研究結果の発表、新たな調査の実施等を行い更に研究内容を深めていく。主には、「これまでに実施した調査結果を学会等で発表するための旅費及び参加費」「新たな知見を得るために学会への参加のための旅費」「論文および報告書等の作成にかかる費用」として使用する予定である。平成25年度には、産業保健師が行うワークファリーコンフリクトケアに関する検証の場を調整することが完了できず、予算の執行が計画通りできなかったため。平成26年度に、現任者を対象にワークファミリーコンフリクトケアについてまとめたものを提供し、内容の検証を行う計画である。予算は、冊子の作成、意見の収集および内容分析作業、冊子配布にかかる旅費および送料として、使用する計画である。調査にかかる旅費、調査データの入力分析に関するもの、調査協力者への謝礼、関連学会への参加費などを予定している。
ソフト化学的方法によるナノイオニクスバルク体の創製

「ソフト化学的方法によるナノイオニクスバルク体の創製」研究を発展させるべく、バルク体中に埋もれたナノ構造が、酸化物イオン伝導特性に及ぼす影響を、MxCe1-xO2-x/2(M:2価または3価カチオン、0<X<1)化合物について、系統的に検討し、かつ理論的な解析を行うことで、新しいナノイオニクス分野の発展に資する材料設計手法の確立を行うことを目的とする。本研究では、従来あまり検討されてこなかったDyドープCeO_2系固体電解質をとりあげ、ナノ粉末の合成と、得られたナノ粉末を用いた焼結体の特性及び、特性とナノ構造の相関関係について検討を行った。沈殿剤にヘキサメチレンテトラアミン(HMT)を用いた共沈法により、沈殿を作製し、得られた沈殿を100°Cの温度において2時間の水熱処理を施した後に300°Cの温度において空気中で焼成することで、粒子径が15-20nmの凝集のきわめて少ない球状ナノ粒子を合成することに成功した。このようにして得られたナノ球状粉末を用いて、焼結体の平均粒径が100nmから1ミクロンまでの緻密焼結体(相対密度:95%以上)を作製した後、導電率と平均粒径の関係を検討した。その結果、平均粒径300nm以下において直流法において測定した導電率が急激な増加を示した。この傾向を他のドープドセリアにおいても確認するべく、沈殿剤に炭酸アンモニウムを用いてGdドープCeO_2ナノ粉末を作製して同様な導電率の焼結体平均粒子径の影響を観察したところ、いずれの試料も500nm以下の粒径において導電率の向上が認められたが、その変化は、Dyドープセリア>Gdドープセリアの順になっていた。この理由を考察する為に、微細構造をTEMにより観察したところ、パイロクロア型のマイクロドメインが観察された。こうした異なるマイクロドメインの生成やその大きさの変化が、500nm以下の粒径を有する焼結体では重要になるものと考察した。中・低温領域で高い出力を生む燃料電池用薄膜固体電解質では、薄膜中の粒径がこうした領域の大きさになることから、ナノサイズの粒径、導電率及びナノ構造の関係を精査することが、今後重要になるものと考察した。来年度かちは、ドープドセリアに加えて、プロトン伝導性を示すバリウムセレート化合物についても同様な合成・評価・解析実験を行う予定である。高性能ナノイオニクスバルク固体の創製を行うためには、原子レベルにおける微細構造の詳細な解析と、イオン伝導特性を向上させるために必要な、ナノレベルにおける微細構造の創製をいかに行うかが重要な課題となる。こうした課題を達成する目的で、それまであまり検討されてこなかったジスプロシム(Dy)ドープセリア(CeO_2)系固体電解質作成用のナノ粉末合成、ナノ構造化固体電解質作成のための通電焼結法の利用、及び得られた焼結体の燃料電池用固体電解質としての可否の検討を行った。炭酸塩共沈法により、平均粒径30ナノメーターの球状ナノ粒子の合成に成功し、このナノ粒子を用いて、通電焼結法により、理論密度の95%以上の密度をもつ焼結体を作成した。通常、3価カチオンを固溶したセリアの高密度化を通電焼結法により行うことは難しいとされていた。それは、1200°C以上の温度で、通電焼結環境下において、セリアが還元され割れてしますからである。しかし、本研究のナノ球状粒子は1200°C以下の温度で高密度化することから、通電焼結法を用いることでも高密度化に成功した。また、この通電焼結を施すことで、導電率は最大で2桁向上した。なかでもDy_<0.15>Ce_<0.85>O_<1.925>の組成を持つ通電焼結体は、セリア系で最も高い導電率を有するとされるGd_<0.1>Ce_<0.9>O_<1.95>同等の導電率を示すことが確認できた。こうした焼結体の微細構造を透過型電子顕微鏡(TEM)により詳細な観察をおこなった結果、通常の常圧焼結体内に見られた10ナノメーターを越える酸素欠陥が秩序化した領域(マイクロドメインと呼ぶ)は、2ナノメーターまたはそれ以下になっていた。また、通電焼結体は10^<-20>気圧の酸素分圧まで、大気中と同じ導電率を示すことも確認した。以上の結果から、ナノレベルの組織制御により、燃料電池に利用可能な高性能固体電解質の作成が可能になった。高性能ナノイオニクスバルク固体の創製を行うために必要な、原子レベルにおける微細構造の詳細な解析と、ナノレベルにおける微細構造の最適化によるイオン伝導特性の大幅な改善を目指した前期3年間の課題のまとめとして、ドープセリア系固体

電解質中に広がるナノサイズのマイクロドメイン中の詳細な構造の解析を、Yドープセリア、Ybドープセリア、Dyドープセリアを中心に行った。マイクロドメイン中の構造解析には、高分解能TEMとTEM-EELSを用いて、マイクロドメイン内部の元素分布と酸素欠陥の秩序化度合いを詳細に検討し、また、導電率向上との因果関係を考察するべく、静的格子内点欠陥計算法(Static latticc point defect calculation)を用いて、マイクロドメイン内部からその周囲に及ぶ酸素欠陥構造の変化と空間電荷層のひろがりの変化に関する予備的計算を行った。高分解能TEM像のイメージ解析からは、マイクロドメイン内部に秩序化した酸素欠陥構造があることが確認され、TEM-EELSの元素分析からは、マイクロドメイン内部にドーパントが2から3atm%程度、ドメイン外部に比して高濃度に偏在していることが分かった。また、同じくTEM-EELSの酸素Kエッジスペクトルの解析から、導電率の高い試料はど、マイクロドメイン内部の酸素欠陥の秩序化度合いは大きいが、サイズは小さく、このことが、酸化物イオン導電特性と大きく関係していることが示唆された。この考察をより明確にするために、マイクロドメイン内部の酸素欠陥構造と空間電荷層の変化に関するシミュレーションを開始し、マイクロドメイン内部に特有の酸素欠陥構造があり、マイクロドメイン外部にも欠陥構造の秩序化の影響が広がっている可能性を見出した。以上の結果は、「ナノ構造制御によるマクロ特性の設計」が可能であることを示唆するものと考察した。「ソフト化学的方法によるナノイオニクスバルク体の創製」研究を発展させるべく、バルク体及び薄膜体中に埋もれたナノ構造が、酸化物イオン伝導、プロトン伝導及び酸素透過性能に及ぼす影響を、系統的に検討し、かつ理論的な解析を行うことで、新しいナノイオニクス分野の発展に資する材料設計手法の確立を行うことを目的とする。特に、ナノヘテロ界面の役割を明確にし、ナノ領域で起こる現象や構造の変化が、マクロ特性であるイオン伝導特性や酸素透過特性に与える影響を定量的に評価するべく、これまで同様、注意深いナノ構造と物性の相関性を検討するが、加えて、シミュレーションによる理論的解析を行い、ナノイオニクス効果の明確化を行うことを目的として実験を行った。今年度の成果として、酸化物イオン伝導体特性が、ナノ構造のわずかな変化で、まったく現れなくなり場合と、通常どおり現れる場合があることを、全体の化学組成はまったく同じでありながら、焼結体中の粒径分布の異なる試料を、焼結手法を変えることで実証した。また、ナノ構造を明確する目的で、ナノ領域のシミュレーションを実施した結果、制限視野電子回折パターン中に現れる、ナノ領域の短距離秩序構造を反映する散漫散乱のシミュレーションに成功。その結果を、固体イオニクス国際会議で発表し、最優秀ポスター発表表彰を受賞するなど、対外的にも大いに注目される成果を残した。最終年度にこうした検討結果をまとめ、3次元バルク固体の高性能化に必要な、ナノイオニクス効果とその発現手法について整理を行う。「ソフト化学的方法によるナノイオニクスバルク体の創製」研究を発展させるべく、3次元バルク固体体中に埋もれたナノ構造が、酸化物イオン伝導及び燃料電池特性に与える影響を、系統的に検討し、かつ理論的な解析を行うことで、新しいナノイオニクス分野の発展に資する材料設計手法の確立を行うことを目的に研究を行った。特に、ナノヘテロ構造の役割を明確にし、ナノ領域で起こる現象や構造の変化が、マクロ特性であるイオン伝導特性や燃料電池特性に与える影響を、定量的に評価するべく、これまで同様、注意深いナノ構造と物性の相関性を検討することに加えて、シミュレーションによる理論的解析を行い、ナノイオニクス効果の明確化を行うことを目的として実験を行った。