hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
太陽熱利用蒸発装置の試験研究

太陽熱を利用した海水淡水化装置の高性能化を目的として,多段式熱拡散多重効用型淡水化装置の特性及び開発研究を行った.この装置は,隔壁によって仕切られた伝熱裏面に多孔質ウィックを施し,その中を海水が浸透して蒸発する.蒸発した水蒸気は,次段の隔壁上面に拡散して凝縮する.この際に発生する.水蒸気の潜熱,ただし第1段目においては入射する太陽熱によって,海水を蒸発させる多段式多重効用型である.まず,本装置の定常状態における静特性を,熱及び物質収支式からシミュレーションするモデルを立て,実験によって検証した.このモデルを用いて,気象,設計,操作条件が造水量に及ぼす影響を調べた.また,スケールを防止できる流量の条件下で全造水量を最大にする,各段への供給流量の最適計算を行い,等比級数形に近似された.第2に,非定常状態におけるシミュレーションモデルを立て,装置の動特性を調べた.このモデルは,実験室及び野外での実験によって検証された.大気温度以外の各種パラメータによる全造水量のステップ応答を求め, 1次遅れ系で近似された.全供給液流量を,日の出入りによる3つのパターンに変化させ,その最適計算を行った.さらに,金属製の集熱板の代わりにコンクリート板を用いて,畜熱効果を挙げることができた.第3に,本実験において海水は,隔壁伝熱裏面の多孔質ウィックに保持されて蒸発を行うが,ウィックの乾燥やスケール発生の問題が生じるために,供給液流方向の温度分布を考慮して,熱及び物質移動を詳細に検討した.その結果,蒸発面における総括伝熱係数の評価や熱対流効果を明確ににした.最後に,山形傾斜面における多段式多重効用型装置を試作し,装置の傾斜角,山形斜面の傾斜角,供給液流量の設計,操作条件により,斜面の多孔質ウィックを流れる流動問題を実験によって調べた.太陽熱を利用した海水淡水化装置の高性能化を目的として,多段式熱拡散多重効用型淡水化装置の特性及び開発研究を行った.この装置は,隔壁によって仕切られた伝熱裏面に多孔質ウィックを施し,その中を海水が浸透して蒸発する.蒸発した水蒸気は,次段の隔壁上面に拡散して凝縮する.この際に発生する.水蒸気の潜熱,ただし第1段目においては入射する太陽熱によって,海水を蒸発させる多段式多重効用型である.まず,本装置の定常状態における静特性を,熱及び物質収支式からシミュレーションするモデルを立て,実験によって検証した.このモデルを用いて,気象,設計,操作条件が造水量に及ぼす影響を調べた.また,スケールを防止できる流量の条件下で全造水量を最大にする,各段への供給流量の最適計算を行い,等比級数形に近似された.第2に,非定常状態におけるシミュレーションモデルを立て,装置の動特性を調べた.このモデルは,実験室及び野外での実験によって検証された.大気温度以外の各種パラメータによる全造水量のステップ応答を求め, 1次遅れ系で近似された.全供給液流量を,日の出入りによる3つのパターンに変化させ,その最適計算を行った.さらに,金属製の集熱板の代わりにコンクリート板を用いて,畜熱効果を挙げることができた.第3に,本実験において海水は,隔壁伝熱裏面の多孔質ウィックに保持されて蒸発を行うが,ウィックの乾燥やスケール発生の問題が生じるために,供給液流方向の温度分布を考慮して,熱及び物質移動を詳細に検討した.その結果,蒸発面における総括伝熱係数の評価や熱対流効果を明確ににした.最後に,山形傾斜面における多段式多重効用型装置を試作し,装置の傾斜角,山形斜面の傾斜角,供給液流量の設計,操作条件により,斜面の多孔質ウィックを流れる流動問題を実験によって調べた.太陽熱利用蒸発装置の本体は自作した。温度測定は熱電対により検出し、グラフテック(株)MH9030-01型ハイブリッド・レコーダーで記録紙上に記録すると同時に、GP-IBインターフェースを介してNEC-PC9801VM2型パーソナル・コンピューターにデータを送り、種々の演算処理を行った。これらの機器類は、すでに購入済みで順調に稼動している。現在までに行った実験は、熱流束を430W/【m^2】で一定とし、傾斜角度を10゚及び36゚の2条件で、水の供給量を1.032.88kg/h・mの範囲で変化させた。蒸発および凝縮両面の温度分布を水の流れ方向に沿って測定したところ、蒸発面の温度は水供給側より急激に上昇したが、一部では凝縮面の温度よりも低い逆転現象が新たに観察された。この傾向は傾斜面が10゚の方が顕著であり、蒸発装置内で熱ガス上昇による対流の存在が示唆された。また水供給量が小さいときは、出口側での温度低下がみられたが、これは対流によって出口側から冷たいガスが運ばれたためと思われる。このため蒸発,対流,輻射など各伝熱機構ごとの熱流束を推算したところ、実験結果をよく説明できた。これらの成果を基礎として動特性プログラムを作成して、この装置の日照に対する追随性を調べるとともに、受熱板をコンクリートとして、その蓄熱効果を検討した。さらに、屋外でのフィールドテストプラントの設計に着手した。
マカクザルTEO野高次視覚機能の検討

マカクザル下部側頭回TEO野は、破壊実験の結果から2次元形態知覚には不可欠であるが、視覚性記憶には重要ではない領域とされてきた。ところが最近、TEO野の範囲が電気生理学的に詳細に検討され、従来の破壊実験におけるTEO野摘除域との大幅なずれがわかり、上記概念の再検討が必要となった。本研究では、新しい基準によるTEO野の2次元形態知覚及び視覚性記憶機能への関与を調べることを目的とした。そのため、図形弁別課題及び視覚性記憶課題への新TEO野の摘除効果を調べ、従来型TEO野および脳回TEO野の摘除効果と比較した。得られた主要な知見は以下のとおりである。1)図形弁別術後保時テストと術後初学習での新TEO野摘除による障害は、脳回TEO野摘除によるものよりも重かったが、従来型TEO野摘除による障害よりも軽かった。2)この摘除各群の障害パターンは弁別可能な図形サイズ閾値テストでもみられた。3)視覚性認知・連合記憶課題とされる複式物体弁別課題と視覚性認知記憶課題である遅延見本合せ課題では、図形弁別課題とは逆に、新TEO野摘除による障害は、脳回TEO野はもとより、従来型TEO野摘除によるものより重かった。これらの知見は、1)形態知覚には新TEO野のみならず、隣接する上側頭溝領域を含む複数の領域が関与していること、2)新TEO野に含まれる後頭側頭溝腹内側領域からの視覚性記憶機能に重要な内側側頭葉領域への神経線維投射が記憶機能にとって重要であること、を示唆している。マカクザル下部側頭回TEO野は、破壊実験の結果から2次元形態知覚に不可欠な領域とされてきた。ところが最近、TEO野の範囲が電気生理学的、細胞構築学的に詳細に検討され、従来の破壊実験におけるTEO野摘除域との大幅なずれがわかった。新TEO野の定義によれば、従来のTEO野摘除は、新TEO野の一部(以下脳回TEO野)と隣接上側頭溝領域との同時摘除となる。我々は先に脳回TEO野の破壊効果を調べ、殆ど図形弁別課題を障害しないことを明らかにした。この知見はTEO野は2次元形態知覚に不可欠とする従来の概念に疑問を呈するもめであった。本年度は、新しい基準によるTEO野の2次元形態知覚への関与を検討した。テスト装置として、ウィスコンシン式一般テスト装置(WGTA)を用い、+対□図形弁別課題を手術前に新TEO野破壊ザルと正常ザルに学習させ、手術後の保持テスト成績を調べた。+対□図形弁別の再学習完成後、O対△図形弁別課率を術後初学習させた。その後両課題で完全な保持を達成するまで、交互に保持テストをおこなった。その結果いずれの課題でも、新TEO野破壊による障害は先の脳回TEO野破壊によるものよりは重かったが、従来のTEO野破壊によるものよりは軽度であった。これらの知見は、2次元形態知覚にはTEO野のみならず、隣接する上側頭溝領域を含む複数の領域が関与していることを示唆する。我々は昨年度、新しい基準によるTEO野の2次元形態知覚への関与を検討し、新TEO野破壊による図形弁別障害が従来のTEO野破壊によるものより有意に軽度であることを示した。本年度は、学習済みの+対□図形弁別課題につき、図形縮小課題と図形背景縮小課題を用い、TEO野破壊後の図形弁別が正常なゲシュタルト知覚に基づくものかどうかを検討した。

図形縮小課題では、背景カード寸法は基本課題と同じで、図形寸法のみ基本課題の8分の7,6,5,4,3,2,1,0.8に縮小されていた。一方図形背景縮小課題では図形だけでなく背景カードも同じ比率で縮小されていた。下降系列及び上昇系列法でこれらの課題における弁別可能閾値を調べた。その結果、新TEO野摘除ザルは図形縮小課題では正常ザルに比べ弁別閾値が高かったが、その程度は従来型TEO野摘除ザルよりも低く、図形背景縮小課題では新TEO野摘除ザルと従来型TEO野摘除ザルで弁別閾値に差がなく閾値上昇が殆どみられないことがわかった。これらの知見は新TEO野破壊によってゲシュタルト知覚の障害がおこるが、その程度は従来型TEO野破壊によるものよりも軽度であることを示唆している。昨年度の知見とあわせ、形態知覚には新TEO野のみならず、隣接する上側頭溝領域を含む複数の領域が関与していることが示唆される。マカクザル下部側頭回TEO野は、破壊実験の結果から、専ら2次元形態知覚に不可欠な領域であり、視覚性記憶には重要な役割を果たしていないとされてきた。ところが最近、TEO野の範囲が詳細に検討され、従来の破壊実験におけるTEO野摘除域との大幅なずれがわかった。新TEO野に関する我々の予備的な行動実験や解剖学的知見は、その破壊による障害パターンが従来の破壊実験によるものとは異なることを示唆している。本年度は、新TEO野摘除ザルと正常統制ザルにつき、ウィスコンシン式一般テスト装置(WGTA)を用い、視覚性認知記憶課題である遅延見本合せ課題における成績を調べた。基本課題では、見本物体1個をサルに提示し、10秒の遅延期間の後、見本物体と新奇物体を対提示し、サルが見本物体を選べば報酬を与えた。各試行毎に使用物体は替え試行間の記憶の混乱を防いだ。基本課題習得後、遅延時間を30、60、120秒、10分に延長し、また一度に憶えていなければならない見本物体数を3、5、10個に増加し、より記憶負荷を増した条件下での成績を調べた。その結果、1)新TEO野摘除で遅延見本合せ課題の術後初学習で障害がみられた。2)遅延時間の延長および見本物体数の増加により、新TEO野摘除ザルの正答率は低下した。我々は既に、脳回TEO野摘除では遅延見本合せ課題で障害はみられないことを明らかにしており、本課題における新TEO野摘除による障害は、同摘除では脳回TEO野に加え後頭側頭溝より内側部の領域も併せて摘除されていることによるものと思われる。この知見は、新TEO野に含まれる後頭側頭溝腹内側領域からは、視覚性記憶機能に重要な内側側頭葉領域への強い神経線維投射が見られるという解剖学的知見と併せ、新TEO野腹内側部経由の視覚情報が記憶機能にとって重要であることを示唆している。
嚥下時の舌背後方部および舌骨の運藤解析-超音波矢状断規格撮影法を用いた食品物性の対応

この研究の目的は、摂食・嚥下時の舌背後方部および舌骨の動きの観察である。この領域の研究では、VF(Video Fluorography)法が主流で、最近の研究では、嚥下のメカニズムについて、いくつかの報告がある。しかしながら、VF法は、X線による被爆の可能性があるため、患者に対して、高頻度でかつ長時間の撮影は難しい。VF法に変わる画像診断法のできる超音波検査法は、無侵襲性で人体に無害である。そこで、超音波検査装置を用いて、嚥下時の矢状断面における舌背後方部の動きと舌骨の動きを同一断面状に描出し、評価できる方法を開発することにある。最所の1年は、舌骨の動きを超音波検査装置を用いて観察し、その運藤解析を行った。その結果は、再現性があり、ある一定の軌道を描いて運動していることがわかった。また、後半では、舌背後方部の動きと舌骨が同時に描出できるエコーウインドと接触子の角度を検討したが、個人差が多く、舌背後方部と舌骨とを同時に描出できる接触子の角度は、個々で異なっていた。2年目は、嚥下の過程の中で基準を定めるために、個々の口腔内に圧力センサを組み込んだ口蓋床装置を装着させ、舌尖を口蓋前方部に押し付けた時の圧力を観察して、そのピーク値を基準点とした時間軸を設定した。そして、健康な成人の4名を対象として、ハニー状とゼリー状の2種類の食品を用いて、それぞれの物性の違いによる嚥下時舌背後方部の動きの変化について解析を行った。結果は、2種類の食品間で、舌圧のピーク値の前後の時間に差がある傾向が認められた。また、個人差もあった。舌圧のピーク時点を基準とした舌の動きの特徴では、ハニー状の方がゼリー状に比べて舌背後方部の前方移動量が大きくなる傾向が認められた。また、舌骨の動きについては、十分な結果が得られなかった。今後は、舌背後方部の動きの変化に舌骨の動きを関連させて、嚥下障害者に対するVF法に変わるような超音波検査装置における嚥下時の舌の移送運動の評価法を開発していく。平成10年度科学研究費報告(第1年度)超音波診断装置を用いて矢状断面での嚥下時の舌骨の挙上運動の再現性と舌背後方部の動きの解析法の検討を行った。また,舌骨の挙上運動と舌背後方部の動きを同時に描出できる方法の検討も行った。1.被験者の顎下部から矢状断面で,舌骨および舌根部が同時に描出できるエコーウインドと嚥下時に前頚筋の動きに影響を受けない探触子の角度および保持方法について検討した。研究計画で挙げたコンベックス型探触子(PVF-575MT)では、視野角が狭く十分な情報が得られ難いことが判明した。そこで嚥下時に前頚筋の動きに影響を受けない体表接触面積の小さなかつ視野角が大きい探触子に変えることで解決できた。また,探触子固定装置を使うことで安定した画像が得られた。2.舌骨の挙上運動の再現性について検討した。

被験者の側頚部から舌骨が明瞭に描出できるように探触子を固定して,5名の被験者に5ccの液体嚥下時の舌骨動態を5回記録して解析をおこなったところ運動パターンがほぼ類似しており,舌骨は,緩徐に挙上,下降しているときにくらべ,嚥下反射が誘発された急速挙上の開始時から急速下降が終わるまでの間で,ばらつきが小さく再現性が高い運動であることが示唆された。3.舌根部の動きの解析方法について矢状断面での嚥下時舌背面の描出画像から1フレームごとに舌背上縁部と後縁部を結んだ線分の交点の経時的な運動軌跡を観測することにした。これには,現有の画像解析ソフトのバージョンアップとビデオ計測装置(VS-350A)が必要なため購入した。その他に,研究を遂行するためにビデオレコーダ(SVO-9500MD),2画像同期入力装置(FOA社製CSF-101)とビデオタイマー(FOA社製VTG-33)を購入した。さらに現在は,嚥下時の舌運動のトリガーとして圧カセンサ(共和電業社製PS-2KA)を用いる方法について検討中である。第2年次は,実際に液状食品の物性の違いにおける矢状断面での嚥下時の舌骨および舌根部の動きの解析を行っていく予定である。この研究の目的は、摂食・嚥下時の舌背後方部および舌骨の動きの観察にある。この領域の研究では、VF(Video Fluorography)法が主流で、最近の研究では、嚥下のメカニズムについて、いくつかの報告がある。しかしながら、VF法は、X線による被爆の危険性があるため、患者に対して、高頻度でかつ長時間の撮影は難しい。VFに代わる画像診断のできる超音波検査装置は、無侵襲性で人体に無害である。そこで、超音波検査装置を用いて嚥下時の舌矢状断面における舌背後方部の動きと舌骨の動きを同一断面上に描出し、評価できる方法を開発することにある。最初の1年は、舌骨の動きを超音波検査装置を用いて観察し、その運動解析を行なった。その結果は、再現性があり、ある一定の軌道を描いて運動していることがわかった。また、後半では、舌の後方部の動きと舌骨が同時に描出できるエコーウインドと探触子の角度を検討したが、個人差が多く、舌背後方部と舌骨とを同時に描出できる探触子の角度は、個々で異なることが分かった。2年目は、嚥下の過程の中での基準を定めるために、個々の口腔内に圧力センサを組み込んだ口蓋床装置を装着させ、舌尖を口蓋前方部に押し付けた時の圧力を観測して、そのピーク値を基準点とした時間軸を設定した。そして、健康な成人4名を対象として、ハニー状とゼリー状の2種類の食品を用いて、それぞれの物性の違いによる嚥下時舌背後方部の動きの変化について解析を行なった。結果は、2種類の食品間で、舌圧のピーク値前後の時間に差が認められた。また、個人差もあった。舌圧のピーク時点を基準とした舌の動きの特徴は、ハニー状の方がゼリー状に比べて、舌の後方部の前方移動量が大きくなる傾向が認められた。また、舌骨の動きについては、十分な結果が得られなかった。今後は、舌背後方部の動きの変化に舌骨の動きを関連させて、嚥下障害者に対するVF法に代わるような超音波検査装置における嚥下時の舌の移送運動の評価法を開発して行く。
低蛋白血症ラットにおける褥瘡発生機序解明のための病態モデル開発

本邦の高齢者医療問題である褥瘡発生の一因に栄養低下があるが、その皮膚組織変化を明らかにした研究はない。低蛋白の栄養不良ラット(以下0%群)を用いて褥瘡発生時の所見を観察した。※金沢大学動物実験委員会の承認を得た。正常皮膚(HE染色)では、両群とも表皮の厚み、皮筋や皮下脂肪層の割合に大差なく、0%群では骨格筋の割合が減少していたことから、低栄養状態では荷重により深部の組織ダメージが大きくなることが示唆された。加圧直後24時間後いずれの部位もアポトーシス(CC3a染色)の所見はなかったが、ネクローシスを示すHMGB1染色では圧迫側境界部(Ep)が最もダメージを受けていたことが明らかになった。H24→25年度時点で、第2のResearch Questionとして設定した、「栄養状態低下動物モデルにおいて、褥瘡発生(カテゴリ/ステージI )時に、皮膚および皮下組織がどのように変化しているのか?」について、さらに経時的に観察をすすめた。しかし染色過程で組織が捲れる問題が多数の試料において発生し、パラフィン伸展後の乾燥や賦活処理条件を変更するなど、観察可能な組織標本作製に想定以上の時間を要した(そのため4872時間後の組織観察については現在継続中)。現時点までに明らかになった結果は、次のとおりである。創作製(加圧終了解除)30分後の資料について、a.圧迫部:P,b.境界部P側:Ep,c.境界部N側:En,d.正常部:Nの4箇所について組織学的観察をおこなった結果、1)免疫組織化学染色CC3aでは、どの部位においてもアポトーシスを示す顕著な所見はみられなかったが、2)免疫組織化学染色HMGB1では、b.境界部P側:Ep(97.7%)>a.圧迫部:P(96.9%)>c.境界部N側:En(81.5%)>d.正常部:N(0%)のように、部位によるダメージの違い(勾配)がみられた。このことは前年度の、創作製(加圧終了解除)直後の結果と大きく変わらなかったが、前回は詳細な観察には至らなかった非圧迫部をさらに細分化した観察により、圧迫部位に近い境界部に最も大きな侵襲が加わっていることが示唆された。平成24年度は、おもに以下2点のResearch Questionにフォーカスして研究を進めた。(倫理的配慮として、金沢大学動物実験委員会の承認(AP-101730)を得たうえで、同指針に則って実験を行った。)栄養状態低下動物モデルにおいて、1)局所皮膚に圧力が加わる時に、皮膚および皮下組織がどのように変化しているのか?2)褥瘡発生(カテゴリ/ステージI )時に、皮膚および皮下組織がどのように変化しているのか?その結果、以下のことが明らかになった。1.正常皮膚の組織学的観察所見(HE)において、0%群、control群で表皮の厚みや皮筋および皮下脂肪層の割合に大差なく、腹筋(骨格筋)の割合が大きく異なっていた。2.圧迫部および周囲の皮膚組織において、1)組織学的観察所見(免疫組織化学染色CC3a)では、アポトーシスを示す所見はみられなかったが、2)組織学的観察所見(免疫組織化学染色HMGB1)では、圧迫部と非圧迫部の「移行部(境界)」において、0%群で一部活性化されたHMGB1が細胞質に移行、細胞外へ分泌する「壊死(ネクローシス)への移行」を示す所見がみられた。25年度より第2のResearch Questionとして設定した、「栄養状態低下動物モデルにおいて、褥瘡発生(カテゴリ/ステージI )時に、皮膚および皮下組織がどのように変化しているのか?」について経時的に観察をおこなった。その結果、現時点までに明らかになった結果は、次のとおりである。創作製(加圧終了解除)30分後の資料について、a.圧迫部:P,b.境界部P側:Ep,c.境界部N側:En,d.正常部:Nの4箇所について組織学的観察より、1)免疫組織化学染色CC3aでは、どの部位においてもアポトーシスを示す顕著な所見はみられなかったが、2)免疫組織化学染色HMGB1では、b.境界部P側:Ep(97.7%)>a.圧迫部:P(96.9%)>c.境界部N側:En(81.5%)>d.正常部:N(0%)のように、部位によるダメージの違い(勾配)がみられた。

これと同様の結果は、24時間後までみられたが、4872時間後の資料では明確に認められなかった。初年度の、創作製(加圧終了解除)直後の結果と、加圧30分後24時間後の結果については大きく変わらなかったが、非圧迫部をさらに細分化した観察により、圧迫部位に近い境界部に最も大きな侵襲が加わっていることが示唆された。今後さらに4872時間後CC3a染色の経時的な変化と肉眼的治癒過程の所見とを照合して、加圧終了解除後の治癒過程が説明可能な病態モデルであるかについて検討したい。創傷看護染色過程で組織が捲れる問題が多数の試料において発生し、パラフィン伸展後の乾燥や賦活処理条件を変更するなど、観察可能な組織標本作製に想定以上の時間を要したため。おもに、2点のResearch Questionにフォーカスした、という進め方のみが変更点である。引き続き48,72時間経過時点において、免疫染色HMGB1(ネクローシス所見)およびCC3a(アポトーシス所見)の観察を行うと同時に、特に肉眼的に表皮剥離と真皮層の潰瘍化が全例に発現する48時間の時点で双方起こりかたに着目して、引き続き観察を継続し、結論を出す予定である。今回は創作製(加圧終了・解除)直後の時点までの組織変化観察が進行しているが、今後は炎症期として経過する24,48,72時間の時点において、特に肉眼的に表皮剥離と真皮層の潰瘍化が全例に発現する48時間の時点の変化に着目して、引き続き観察を継続していく予定である。H25年度に、BrdU免疫染色を行い、その観察結果を解析し創傷治癒学会において発表する予定であったが、熱傷動物モデルにおける免疫染色HMGB1およびCC3aのほうが本研究で明らかにしたい目的をより的確に観察できることに着目し、染色手法の計画を変更した。しかし、染色過程で組織が捲(めく)れる問題が多数の試料において発生し、パラフィン伸展後の乾燥や賦活処理条件を変更するなど、観察可能な組織標本作製に想定以上の時間を要した(そのため組織観察が現在進行中)。上記のため、観察結果の解析と学会での発表を次年度に行うこととし、未使用額はその経費(外注による追加組織標本作製および特殊染色にかかる需要・役務費含む)に充てることとする。引き続き、動物実験にかかる諸経費(主に消耗品)、組織採取後は外注による組織スライド作製および特殊染色にかかる需用費を計画している。また平成25年度は調査・研究旅費および資料整理に係る人件費としての使用も、予定している。
がんの予後改善に向けた新戦略：食品成分による浮遊細胞へのアノイキス誘導機序の検討

がんの予後を決める転移や再発・浸潤は,癌細胞が足場から離れると誘導される細胞死誘導(アノイキス)に対して抵抗性を獲得することが大きな要因である.つまり,がんの治療において,このような性質を持ったCSCとEMT癌細胞にどのように効果的に細胞死を誘導できるかが重要な課題となっている.そこで本研究の目的は,がんの予後に影響するCSCとEMTをおこした癌細胞の両方を併せてAnchorage-Independent Cancer Cell Group (AICCG)と呼び,食成分がAICCGに細胞死を誘導する詳細なメカニズム明らかにすること.さらに,in vitro,in vivoの両面から抗癌剤と食成分の併用による腫瘍抑制効果の検討を行うことを目的として研究を計画した.当該年度は,A549の抗癌剤処理と食成分処理における浮遊生存細胞数を定量的に解析するため,低接着シャーレに細胞を播種して浮遊培養をおこない,MTTアッセイを用いてAICCGと上皮型癌細胞における抗癌剤と食成分による細胞増殖抑制作用の差を定量的に明らかにした.具体的には,食成分の一つであるクルクミンは足場非依存性を獲得した癌細胞に対しても14-3-3蛋白質およびAktの発現を抑制することで,アポトーシスを誘導することを明らかとした.また,癌悪性化の大きな要因と考えられているCSCに対しても細胞死を誘導することを見出している.以上の二点からいくつかの食品成分は癌の原発巣に対する抑制効果のみならず,転移や浸潤を抑えている可能性も示唆される結果となっている.H30年度とH31年度前半はin vitroにおける解析を中心におこなう.A549とCaco-2の抗癌剤処理と食成分処理における浮遊生存細胞数を定量的に解析するため,細胞培養上清を遠心分離して食品成分および抗癌剤の処理時間と処理濃度を変えて,トリパンブルー染色による生存細胞数計測をおこなう.次に低接着シャーレに細胞を播種して浮遊培養をおこない,MTTアッセイを用いてAICCGと上皮型癌細胞における抗癌剤と食成分による細胞増殖抑制作用の差を定量的に明らかにする.アノイキスの原因となることが知られている活性酸素種(ROS)の産生をシグマ社のDC-FHDAを用いてFACS Caliburで測定する.また,ROSから細胞を保護するGSHの抑制が起こっているかどうかをプロメガ社のGSH-Glo Glutatione Assay kitを用いて検討する.ストレス蛋白質Hsp70は,ROS抵抗性を有することが知られているので,Hsp70のsiRNAによるノックダウンと過剰発現させることでその効果を明らかとする.加えて,我々がこれまで明らかにしてきた食成分による細胞死誘導とAICCGが同じメカニズムで起こっているかを検討する.食成分と抗癌剤による癌細胞の遊走・浸潤能抑制効果を検討する.これを定量的に測定するために,AICCGを接着型に培養して8 μm孔のポリカーボネート膜を使用したBoyden Chamber Cell Migration / Invasion AssayとWound Healing Assayにより評価すとしていた.当該年度は上記の計画に対して,後半部分の癌細胞の遊走・浸潤能抑制効果についての検討は行えていないが,食品成分の浮遊癌細胞に対する抑制効果の責任分子を同定するに至っており,これらのことを鑑みておおむね順調であると考える.今年度は前年度計画で試行することができていない以下の点について検討する.まずアノイキスの原因となることが知られている活性酸素種(ROS)の産生をシグマ社のDC-FHDAを用いてFACS Caliburで測定する.また,ROSから細胞を保護するGSHの抑制が起こっているかどうかをプロメガ社のGSH-Glo Glutatione Assay kitを用いて検討する.ストレス蛋白質Hsp70は,ROS抵抗性を有することが知られているので,Hsp70のsiRNAによるノックダウンと過剰発現させることでその効果を明らかとする.加えて,我々がこれまで明らかにしてきた食成分による細胞死誘導とAICCGが同じメカニズムで起こっているかを検討する.食成分と抗癌剤による癌細胞の遊走・浸潤能抑制効果を検討する.これを定量的に測定するために,AICCGを接着型に培養して8 μm孔のポリカーボネート膜を使用したBoyden ChamberCellMigration / Invasion AssayとWound Healing Assayにより評価する.加えてH30年度に繰り上げて行っていたCSCに対する食品成分の効果について,具体的な細胞内メカニズムを明らかにすることで,その後の動物実験への展開の基礎データ収集を行う予定である.がんの予後を決める転移や再発・浸潤は,癌細胞が足場から離れると誘導される細胞死誘導(アノイキス)に対して抵抗性を獲得することが大きな要因である.つまり,がんの治療において,このような性質を持ったCSCとEMT癌細胞にどのように効果的に細胞死を誘導できるかが重要な課題となっている.

そこで本研究の目的は,がんの予後に影響するCSCとEMTをおこした癌細胞の両方を併せてAnchorage-Independent Cancer Cell Group (AICCG)と呼び,食成分がAICCGに細胞死を誘導する詳細なメカニズム明らかにすること.さらに,in vitro,in vivoの両面から抗癌剤と食成分の併用による腫瘍抑制効果の検討を行うことを目的として研究を計画した.当該年度は,A549の抗癌剤処理と食成分処理における浮遊生存細胞数を定量的に解析するため,低接着シャーレに細胞を播種して浮遊培養をおこない,MTTアッセイを用いてAICCGと上皮型癌細胞における抗癌剤と食成分による細胞増殖抑制作用の差を定量的に明らかにした.具体的には,食成分の一つであるクルクミンは足場非依存性を獲得した癌細胞に対しても14-3-3蛋白質およびAktの発現を抑制することで,アポトーシスを誘導することを明らかとした.また,癌悪性化の大きな要因と考えられているCSCに対しても細胞死を誘導することを見出している.以上の二点からいくつかの食品成分は癌の原発巣に対する抑制効果のみならず,転移や浸潤を抑えている可能性も示唆される結果となっている.H30年度とH31年度前半はin vitroにおける解析を中心におこなう.A549とCaco-2の抗癌剤処理と食成分処理における浮遊生存細胞数を定量的に解析するため,細胞培養上清を遠心分離して食品成分および抗癌剤の処理時間と処理濃度を変えて,トリパンブルー染色による生存細胞数計測をおこなう.次に低接着シャーレに細胞を播種して浮遊培養をおこない,MTTアッセイを用いてAICCGと上皮型癌細胞における抗癌剤と食成分による細胞増殖抑制作用の差を定量的に明らかにする.アノイキスの原因となることが知られている活性酸素種(ROS)の産生をシグマ社のDC-FHDAを用いてFACS Caliburで測定する.また,ROSから細胞を保護するGSHの抑制が起こっているかどうかをプロメガ社のGSH-Glo Glutatione Assay kitを用いて検討する.ストレス蛋白質Hsp70は,ROS抵抗性を有することが知られているので,Hsp70のsiRNAによるノックダウンと過剰発現させることでその効果を明らかとする.加えて,我々がこれまで明らかにしてきた食成分による細胞死誘導とAICCGが同じメカニズムで起こっているかを検討する.食成分と抗癌剤による癌細胞の遊走・浸潤能抑制効果を検討する.これを定量的に測定するために,AICCGを接着型に培養して8 μm孔のポリカーボネート膜を使用したBoyden Chamber Cell Migration / Invasion AssayとWound Healing Assayにより評価すとしていた.当該年度は上記の計画に対して,後半部分の癌細胞の遊走・浸潤能抑制効果についての検討は行えていないが,食品成分の浮遊癌細胞に対する抑制効果の責任分子を同定するに至っており,これらのことを鑑みておおむね順調であると考える.今年度は前年度計画で試行することができていない以下の点について検討する.まずアノイキスの原因となることが知られている活性酸素種(ROS)の産生をシグマ社のDC-FHDAを用いてFACS Caliburで測定する.また,ROSから細胞を保護するGSHの抑制が起こっているかどうかをプロメガ社のGSH-Glo Glutatione Assay kitを用いて検討する.ストレス蛋白質Hsp70は,ROS抵抗性を有することが知られているので,Hsp70のsiRNAによるノックダウンと過剰発現させることでその効果を明らかとする.加えて,我々がこれまで明らかにしてきた食成分による細胞死誘導とAICCGが同じメカニズムで起こっているかを検討する.食成分と抗癌剤による癌細胞の遊走・浸潤能抑制効果を検討する.
寿命関連シグナルアダプターの役割：老化脳におけるシナプスおよび樹状突起の形態変化

本研究では(1) N-Shc遺伝子欠損マウスの脳の海馬ニューロンのスパイン形態を老若マウスで比較した。また、(2) N-ShcとRICS/GRITダブル欠損マウスでのスパイン形態を比較観察することをめざした。しかし、実質的には(1)の研究のみしか実施できなかった。教室で維持しているN-Shc遺伝子欠損マウス(雄、3ヶ月齢と24ヶ月齢)の脳海馬スライスに遺伝子銃によりDil染色を施し、錐体細胞の二次樹状突起の形態を顕微鏡下で比較観察した。若齢動物に比べ老齢動物でのスパイン密度は顕著に低下していた。対象とした野生マウス(C57BL/6J)でもスパイン密度は老齢で低下していた。しかし、老齢の野生マウスとN-Shc欠損マウスの間ではスパイン密度に有意差はなかった。以前の実験から、23ヶ月齢の若齢マウスでは明らかにN-Shc欠損マウスは野生型に比してスパイン密度は高い。しかし、老化するとその違いは明瞭ではなくなった。N-Shcの発現レベルは野生株の老若動物でほとんど違いがなかった。若齢のN-Shc欠損マウスは海馬依存性の記憶学習能がすぐれ、電気生理学的にも海馬シナプスでの可塑性が亢進している。一方、培養神経細胞にN-Shcを強制発現すると、ニューロンの樹状突起は見かけ上退縮する。したがって、N-Shcはスパイン形態/密度と逆相関する。今回の実験結果では老化動物ではN-Shcの有無にかかわらずスパイン密度には違いがほとんど観察されなかった。このことは老化動物ではN-Shc機能が極度に低下していることを意味するものと思われる。N-Shcの発現そのものは老化の影響を受けていないので、N-Shcシグナルの周辺分子で老化の影響を強く受けるものが存在する可能性を示唆している。今後は、それを特定することが、老化脳の理解につながると考えられる。
言語進化論的アプローチによる文法形成過程のモデル化

本研究は,自然言語の文法が言語使用者間のコミュニケーションによって動的に形成される過程をマルチエージェントモデルによって再現し,学習環境と構文発達の関連を示す定量的なモデルの構築を目的とする.過去の研究成果を元に,通時的および,共時的な言語変化に着目したモデルを提案した.実験により,言語獲得を行うエージェントの学習能力および,それをとりまく学習環境がコミュニティ全体の言語変化に大きく影響を及ぼすことを示した.本研究は,自然言語の文法が言語使用者間のコミュニケーションによって動的に形成される過程をマルチエージェントモデルによって再現し,学習環境と構文発達の関連を示す定量的なモデルの構築を目的とする.過去の研究成果を元に,通時的および,共時的な言語変化に着目したモデルを提案した.実験により,言語獲得を行うエージェントの学習能力および,それをとりまく学習環境がコミュニティ全体の言語変化に大きく影響を及ぼすことを示した.本研究は,自然言語の文法的特徴である語形変化が言語使用者間のコミュニケーションによって動的に形成される過程をマルチエージェントモデルによって再現し,構文発達との関連を示す定量的なモデルの構築を目的とする.語形変化とは,特に動詞の屈折や名詞の格変化等の表層に現れる単語の変化を指す.一般に,語形変化は構文を理解する上で補助となり,言語理解に役立つといわれている.本研究は,このような文法構造の発達の解明を目指す.研究計画としては,大きく2つに分けられる.(1)言語学的調査:主に既存コーパスと言語学書籍から現象分析を行い,実験用コーパスおよび文法の開発を行う.ここから,現存言語の文法要素と構文理解との関係を調査する.(2)マルチエージェントモデルの構築とその評価:エージェントが獲得した文法による発話と共通文法の学習をモデル化し,その結果を発話環境と比較することでモデルを評価する.このうち,平成20年度の計画として,おもに(1)言語学的調査に重点をおいて研究を遂行した.(1)言語学的調査に関しては,複数言語にわたって文献を調査し、文法の調査を行った.これに基づき,コーパスからの文法抽出について検討した.また,構文解析器の性能評価を行い,抽出した文法の実装に関する調査を行った.(2)エージェントモデルに関しては,実際にモデルの構築を行った.具体的には,会話を行うエージェント間をネットワークで結ぶことによって地理的要因を設定し,それによる言語変化の過程の違いを観察した.実験の結果として,言語の発達過程には同じ言語話者同士でコミュニティーを形成することが重要であり,新言語が使用されるためには早期にコミュニティーを形成することが条件となることが確認された.本研究は,自然言語の文法的特徴である語形変化が言語使用者間のコミュニケーションによって動的に形成される過程をマルチエージェントモデルによって再現し,構文発達との関連を示す定量的なモデルの構築を目的とする.本年度は研究計画にある,(1)マルチエージェントモデルの構築および,(2)数理モデルによる理論値との比較検証を重点的に行った.マルチエージェントモデルの構築にあたっては,エージェントが発話,理解,および学習を行うことで文法を獲得するという制約を設けた.したがって,複数世代にわたって文法を構築するエージェントを設計し,親子間のコミュニケーションを通じて文法が洗練されていく様子をモデル化した.このモデルにおいては,特に人間の持つ認知バイアスが構文獲得に有効に働くことを示した.また,空間上に複数のエージェントを配置し,同世代間のエージェント同士でコミュニケーションをとることで,使用言語が拡散する様子をモデル化し,言語変化に関するネットワーク構造の重要性を示した.これらの2モデルにより,言語の共時的変化と通時的変化のようすを示すことができた.本研究の目的を達成するためには,これらのモデルをいかに統合し,さらにコーパスから抽出した言語または文法構造を取り入れることが必要である.また,既存研究である数理モデルとの比較を行った.エージェント間の局所的な会話によって言語が変化するようすが観察され,数理モデルでは見られない現象が発見された.その一方で,計算時間等の問題にも言及し,これらのモデルを実装するうえでのメリット,デメリットを示した.本研究は,自然言語の文法的特徴である語形変化が言語使用者間のコミュニケーションによって動的に形成される過程をマルチエージェントモデルによって再現し,構文発達との関連を示す定量的なモデルの構築を目的とする.一般に,このような語形変化は構文を理解する上で補助となり,言語理解に役立つといわれている.本研究はこのような文法構造の発達の解明を目指す.エージェントモデルに関しては,昨年度に引き続いて認知バイアスを持ったエージェントの文法獲得と文法の通時的な変化を調査した.これにより,単語の獲得に役立つといわれているバイアスが,構文獲得にも有効に作用することを示した.大規模コーパスを用いた言語処理の応用として,新語義発見に向けた語義識別の研究を行った.多義性のある対象単語をコーパスからいくつか取り上げ,それらの語義を辞書から推定した.この研究をさらに発展させ,通時的なコーパスを利用することで,語義の変化を追跡調査することが期待される.また,文法構造の発達の応用例として,法令文を対象とした調査を行った.法令文は独特の表現や文法構造を持っており,これが構文の曖昧性を解消するのに役立っている.このような表現の多様性について日本,ベトナム,米国の法令文を比較し,各国の立法環境と文法構造に関する考察を行った.以上のように,基礎的なモデルを用いたシミュレーションだけではなく,コーパスの分析による複数言語の文法構造の比較等,現実にある言語資源を用いた実験を行った.
口腔・顔面の痛覚異常とニューロン－グリア相互作用に関する研究

本研究では末梢神経損傷後の痛覚異常に中枢投射部位のニューロンやグリア細胞がどのように関与しているのか検討した。その結果、三叉神経損傷後に脳幹の各部位によってそれぞれ異なる様式のニューロンの興奮性の変化が起こっていることが明らかとなった。また口腔内の痛みに対する行動学的指標を確立するとともに、神経損傷後の痛覚異常に中枢投射部位での収斂投射が関与していることを明らかにした。さらに後肢を支配する神経の損傷による痛覚異常と脊髄における収斂投射との関連を明らかにするとともに、中枢神経系におけるミクログリアの活性化が脊髄での収斂投射および神経障害性疼痛の発症に重要な役割を果たしていることを明らかにした。本研究では末梢神経損傷によって起こる痛覚異常に中枢神経系でのニューロンの興奮性の変化やグリア細胞の活性化がどのように関与しているのかを三叉神経系や脊髄神経系で検討している。昨年度までに、末梢神経損傷後に起こるニューロンの興奮性の変化について検討し、損傷した神経を刺激する場合と損傷した神経に近接する神経を刺激する場合でそれぞれ異なる様式の興奮性の変化が中枢2次ニューロンで起こっていることを明らかにした。本年度は、まず昨年度から引き続き行っている末梢神経損傷による中枢2次ニューロンの過剰興奮に対するアデノシンA1受容体アゴニスト2-chloro-N(6)-cyclopentyladenosine (CCPA)の末梢投与の効果の検討において、CCPAが損傷を受けた周囲の神経の異常な興奮伝達を抑制することで中枢2次ニューロンの過剰興奮が抑制される結果が得られた。この研究成果は学術雑誌International Journal of Neuroscienceに掲載された。次に、神経損傷後の中枢神経系における興奮性の変化には神経損傷によって支配領域を失った神経の中枢投射部位での収斂投射が関与していることを三叉神経系および脊髄神経系を用いた実験で明らかにした。この実験系において昨年度問題となっていた口腔内への侵害刺激の方法においてカプサイシンの口腔内塗布による行動学的指標が確立し、現在学術雑誌に投稿中である。また本年度までに得られた結果を含めて、招待講演(歯科基礎医学会学術大会)を行う機会にも恵まれた。本研究では末梢神経損傷によって起こる痛覚異常に中枢神経系でのニューロンの興奮性の変化やグリア細胞の活性化がどのように関与しているのかを検討している。その中で本年度は、末梢神経損傷後に起こるニューロンの興奮性の変化を三叉神経系と脊髄神経系で検討した。三叉神経系を用いた実験では、損傷した神経を刺激する場合と損傷した神経に近接する神経を刺激する場合でそれぞれ異なる様式の興奮性の変化が中枢2次ニューロンで起こっていることが明らかとなった。すなわち損傷した神経では低閾値電気刺激に対する過剰な興奮が吻側亜核で認められ、損傷した神経に近接する神経では高閾値電気刺激に対する過剰な興奮が尾側亜核で認められた。また、尾側亜核における興奮性の変化には神経損傷によって支配領域を失った神経の中枢投射部位での収斂投射が関与していることが明らかとなった。脊髄神経系を用いた実験では、末梢神経損傷による中枢2次ニューロンの過剰興奮に対するアデノシンA1受容体アゴニスト2-chloro-N(6)-cyclopentyladenosine (CCPA)の末梢投与の効果を検討したところ、CCPAが損傷を受けた周囲の神経の異常な興奮伝達を抑制することで中枢2次ニューロンの過剰興奮が抑制される結果が得られた。なお、これらの研究成果は第35回日本神経科学大会および日本解剖学会第67回中国・四国支部学術集会において発表するとともに学術雑誌Experimental Brain Researchに掲載された。本研究では末梢神経損傷によって起こる痛覚異常に中枢神経系でのニューロンの興奮性の変化やグリア細胞の活性化がどのように関与しているのかを三叉神経系や脊髄神経系で検討してきた。昨年度までに、末梢神経損傷後に起こる中枢2次ニューロンの興奮性の変化やカプサイシンの口腔内塗布による行動学的指標を検討してきた。最終年度である本年度は、神経損傷後の痛覚異常や中枢神経系でのニューロンの興奮性の変化に、中枢2次ニューロンにおける収斂投射が関与していることを三叉神経系と脊髄神経系で明らかにした。これは神経損傷後に、損傷を受けた神経の支配領域周囲の末梢部位に侵害刺激を与えるとともに、損傷を受けた神経に対して高閾値電気刺激を与え、それらの反応を侵害刺激伝達の指標であるc-Fosタンパクの発現とMAPキナーゼのひとつであるERKのリン酸化の2重蛍光染色で検出することで検討したものである。そして神経損傷後に末梢の神経支配を失った中枢2次ニューロンに本来の支配領域の周囲の末梢部位からの入力が増加していることが明らかとなった。

これらの研究成果は学術雑誌3編に掲載された。さらに神経損傷後の中枢投射部位におけるミクログリアの活性化が、収斂投射および2次ニューロンの興奮性の変化を引き起こし、痛覚過敏等の痛覚異常の発症に関与していることをミクログリアに抑制剤であるミノサイクリンの効果を検討することにより明らかにした。この研究成果についても学術雑誌に掲載された。また本年度までに得られた結果を含めて、総説の一部を執筆する機会にも恵まれた。医歯薬学本年度は、末梢神経損傷によって起こる中枢神経系の変化にグリア細胞の活性化が関与していることを検討する予定であったが、十分に達成できたとは言いきれない。その理由は、収斂投射に関する研究で口腔内への侵害刺激に問題があり、刺激方法を変更しこれを再度行うのに時間を要したためである。本年度は、末梢神経損傷によって起こる中枢神経系でのニューロンの興奮性の変化に加えグリア細胞の活性化の検討まで行う予定であったが、十分に達成できたとは言いきれない。その理由は、収斂投射に関する研究を学術雑誌に投稿したところ、口腔内への侵害刺激に問題があることが指摘され、これを変更し再度実験を行うのに時間を要しているためである。上記のように口腔内への侵害刺激として当初ホルマリン注射を行っていたが、その代わりにカプサイシンの口腔内塗布を行い、その方法を確立することができた。この方法を用いて収斂投射の実験を行った成果を学会で発表するとともに学術論文に投稿する予定である。さらにこれらの実験結果を踏まえ、グリア細胞の活性化がニューロンの興奮性の変化および痛覚異常にどのように関与しているのかを早急に検討する予定である。そのために、末梢神経損傷によって起こるグリア細胞の活性化と収斂投射や異常興奮が起こっているニューロンを組織学的に検出し、両者の関連を検討するとともに、ミクログリアおよびアストロサイトの抑制剤を投与することで、収斂投射や異常興奮が抑制できるのかを検討する予定である。上記のように口腔内への侵害刺激として当初ホルマリン注射を行っていたが、その代わりにカプサイシンの口腔内塗布を行い、収斂投射の実験を行っている。これらの実験結果を踏まえ、グリア細胞の活性化がニューロンの興奮性の変化および痛覚異常にどのように関与しているのかを早急に検討する予定である。該当なし
高圧力二次電池に関する基礎研究

高圧力状態において鉛蓄電池,ニッケル水素電池,リチウムイオン電池のそれぞれの二次電池の高速充放電を試み,各種電池性能に対する高圧力の影響を系統的に検討した.鉛蓄電池では電極の活物質の緻密化や微細化,良好な再結晶化によりほとんどの二次電池性能において高圧力が非常に有効であることを明らかにし,ニッケル水素電池では高圧力窒素ガスで保管することにより溶媒媒介転移で活物質の結晶形が大きく変化することにより,3MPa程度で高速充放電の性能が3倍程度まで向上することを明らかにした.リチウムイオン電池では10MPa程度までの高圧力窒素ガス下で保管すればリチウムイオン電池の寿命が向上することも明らかにした.鉛蓄電池に関して,プロトタイプの小型セルを製作し,高圧力下で充放電を行った.これまでの成果として,1)高圧力下(400MPa)で充放電できる装置を製作できたこと.2)鉛蓄電池の電極生成プロセスにおいて高圧力が生成速度向上に有効に作用すること.3)高圧力は,大気圧下の充放電に比べて数十倍の速度まで向上できることなどを明らかにしてきた.また,ニッケル水素電池に関して,市販単4型二次電池(700mAh)を高圧力容器に設置できる容器とシステムに改良し,10MPa以下の高圧力で充放電特性を検討した.この場合,圧力媒体を水から圧縮窒素に変えて行った.充放電特性は,充放電繰り返し回数と充電効率の関係を測定し,電池の寿命まで計測した.大気圧下で3000mAの電流値で充放電をしたところ200回程度で二次電池としての機能が失われたが,1-5MPaの圧力ではその1.5倍以上の回数まで伸びることがわかった.さらに,鉛蓄電池の充放電における電極状態の解析についても検討し,正極と負極のバランスが崩れることで電池の性能が劣化することを明らかにした.高圧力は,バランスを維持するために有効に作用することがわかった.鉛蓄電池の初期化成,高速充電,耐久性,電気容量向上において,高圧力が有効に作用することを明らかにしてきた.その一環として,本年度は鉛蓄電池の再生操作として高圧力の影響を検討した.これまで100MPa以上の圧力の影響を検討してきたが,実用的な10MPa程度の圧力まで下げて再生実験を試みた.鉛蓄電池の再生を試行するため,これまでの研究で使ってきたPlante型の標準鉛電極で,初期化成→高電流破壊→高圧力再生のプログラムの充放電を行い,Ah効率の変化を測定した.Ah効率は圧力変化においてあまり変化しなかったが,電極の活物質の脱離において圧力は有効に作用した.また,ニッケル水素電の耐久性における圧力の影響についても検討した結果,3MPa程度で2.5倍程度の寿命増加が達成された.鉛蓄電池の初期化成,高速充電,耐久性,電気容量の増加において,高圧力が有効に作用することは,すでに明らかにしてきた.また,高圧力の物理的な作用として,活物質の微粒化とタイトな構造形成にあることもすでに明らかにしてきた.昨年度は,劣化した鉛蓄電池の高圧力による再生操作を検討して,活物質の微粒化を示唆する結果を得ることができた.今年度の成果としては,鉛蓄電池の充放電サイクルにおける活物質の結晶粒度の変化を晶析モデルで再現できることを明らかにし,硫酸鉛の核発生速度と成長速度を求め,圧力影響を定量的に示すことができた.ニッケル水素電池では,昨年度には高圧力かで充放電サイクルの寿命大きく向上することを示した.今年度の成果として,劣化したニッケル水素電池の高圧力による再生を検討した結果,高圧力保管にのみで充放電しなくてもニッケル水素電池の再生が示唆された.鉛蓄電池に関する研究は,実験的なものはほぼ終了した.また,ニッケル水素電池に関しても高圧力の効果が明らかになった.さらに,リチウムイオン電池での高圧力実験装置も準備できるようになった.前年度までに,鉛蓄電池,ニッケル水素電池,リチウムイオン電池の性能における高圧力の効果を実験的に,また鉛蓄電池においては論理的にも明らかにしてきた.高圧力下での高速充放電はいずれの電池においても高寿命化を達成できているが,実用的な操作の問題がある.そこで,ここ2年ほど高圧力保管(高圧力下で充放電しないもの)による電池性能への影響を検討してきた.この年度は,市販ニッケル水素電池の再生を目指して,高速充放電したニッケル水素電池に対して10-50barの高圧力処理を行った.その結果,初期状態(新品)のニッケル水素電池ほど,長時間・高圧力ほど,高速充放電の繰り返し回数が増加することが分かった.また,高圧力による保管時間は,5時間以上ではおぼ変化しなくなることもわかった.このような結果は,ニッケル水素電池の劣化要因は充放電繰り返しによる電極材(Ni(OH)2/MH)形態の変性にあると考えれば,ニッケル水素電池の充放電では正極・負極ともに化学反応を起こし,高圧力をかけることにより電池内の正極・負極での活物質そのものの結晶構造をタイトな状態になり,繰り返し充放電による構造の崩れを抑えていると考えられる.または電池の構造上ガス排出弁というものが取り付けられており,過充電などによって化学反応時に水素が発生し,電池内部の圧力が増加した際にその気体を逃がすようになっているが,その水素が排出されてしまうと電池内部の水素の絶対量が減少してしまい,新品同様の正極・負極間での物質のやり取りが不可能になってしまい,効率が落ちると考えられる.高圧力保持を行うことによって,この気体の発生を抑えることができるため,高い効率を維持したまま充放電を行うことができた可能性が考えられる.

現在市販されているほぼすべての電池に対して高圧力の効果が実験的に明らかにできた.各種二次電池の革新的な性能向上が期待できる高圧力状態での各種電池性能に関する基礎研究を進めた.鉛蓄電池に関しては,100MPa程度までの静水圧の高圧力を達成できる実験装置を製作し,高圧力下で充放電させた.その時の初期化成,充放電速度,耐久性などすべての二次電池の性能において高圧力が非常に有効であることを見出した.その理由は,高圧力による系のエントロピー低減で,電極の活物質の緻密化や微細化,再結晶化などが良くなるためであった.そして,晶析操作に対応させて,電極上の活物質の核発生と成長速度もモデルで,高圧力による充放電速度を再現できるようにした.次に,ニッケル水素電池に関しては,10MPa程度までの各種高圧力ガス下で市販電池を充放電させて,3MPa程度でも高速充放電の性能が3倍程度まで向上することを明らかにした.さらに,実用的に高圧力ガスを利用するため,各種高圧力ガス中での保管,各種高圧力ガスによる再生の研究を進め,ニッケル水素電池の電極活物質は,高圧力窒素ガスで維持することにより,溶媒媒介転移で結晶形が大きく変化し,二次電池性能が向上することを明らかにした.最後に,リチウムイオン電池に関しては,10MPa程度までの高圧力窒素ガス下で市販電池を保管し,高速充放電のサイクル寿命に対する高圧力窒素ガスの影響について研究した.高圧力であるほど,保管時間が長いほど,リチウムイオン電池の高速充放電性能が向上することを明らかにした.高圧力状態において鉛蓄電池,ニッケル水素電池,リチウムイオン電池のそれぞれの二次電池の高速充放電を試み,各種電池性能に対する高圧力の影響を系統的に検討した.鉛蓄電池では電極の活物質の緻密化や微細化,良好な再結晶化によりほとんどの二次電池性能において高圧力が非常に有効であることを明らかにし,ニッケル水素電池では高圧力窒素ガスで保管することにより溶媒媒介転移で活物質の結晶形が大きく変化することにより,3MPa程度で高速充放電の性能が3倍程度まで向上することを明らかにした.リチウムイオン電池では10MPa程度までの高圧力窒素ガス下で保管すればリチウムイオン電池の寿命が向上することも明らかにした.鉛蓄電池においては,各種性能に対して,圧力が確実に有効に作用していること,ニッケル水素電池でも,耐久性に対する圧力の影響を明らかにできたことが,さらなる研究への弾みになる.今度の課題として,各種電池の電極や電解質での充放電における晶析モデルと圧力の影響について,より詳細な検討をすること,各種電池の高圧力による再生法について検討することを計画している.ニッケル水素電池の電極材への高圧力の科学的な影響を明らかにし,高圧力による電池性能の革新的向上を理論付ける.