hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
在宅精神疾患患者の睡眠週間に関するセルフケア力を高める援助プログラムの開発

本研究の目的は、地域で生活する精神疾患をもつ人の睡眠改善を促す援助の必要性と方法の検討である。対象は精神科デイケア利用者9名。調査内容は、睡眠状態、睡眠問題、眠気、睡眠習慣、睡眠感である。方法は、質問紙、睡眠日誌の記入、アクチグラフによる測定である。本調査で用いた睡眠指標のすべてで援助が必要と考えられる対象者があり、また1人で複数の睡眠問題をかかえていることが明らかとなった。以上のことから、精神疾患をもつ人には、多様な睡眠問題があり、改善のための援助が必要であること、プログラム作成にあたっては、様々な視点からのアセスメントを必要とし、多様な問題に対応できるテーラーメイドなプログラムの検討が必要であることが示唆された。本研究は、在宅精神疾患患者の睡眠習慣に関するセルフケアカを高める援助により、生活リズム改善を図るプログラムを開発しようとするものである。精神疾患患者が在宅生活を維持していくためには、精神疾患のコントロールとともに、睡眠をはじめとする生活リズムを整えるセルフケアが非常に重要である。睡眠に関する基本的な知識と生体リズムの同調機能強化に有効な方法を体験学習することによって、精神疾患患者自らが生活リズムを整えるセルフケア能力を獲得すれば、地域での生活の自立・就労の促進、QOLの向上など大きな効果が期待できる。初年度は、プログラム開発の基礎データとして、在宅精神疾患患者の睡眠習慣等生活リズムの実態把握を行った。対象は20歳以上の精神科デイケア利用者9名。睡眠日誌から起床・就床時刻等を把握し、アクチウォッチ(腕時計型の活動量計)により就床中及び起床後(日中)の睡眠・覚醒を判定した。また、質問紙により、睡眠健康(睡眠健康危険度尺度)、起床時睡眠感(OSA睡眠調査票MA版)、眠気(Epworth眠気尺度)を把握した。就床・起床時刻は概ね規則正しい者が多く、土曜・日曜のみ就床時刻の延長が見られるなど、デイケア利用が睡眠・活動リズムを整える効果をもたらしている様子がうかがえた。対象者全てに何らかの睡眠障害の疑いがあることや、睡眠リズムや昼間の眠気、睡眠感の低さ等の様々な問題があることも明らかとなり、睡眠改善に関する援助の必要性が示唆された。今後さらにデータ収集・分析を進め、援助プログラムの検討を行っていく予定である。精神疾患患者が在宅生活を維持していくためには、精神疾患のコントロールとともに、睡眠をはじめとする生活リズムを整えるセルフケアがとても重要である。睡眠に関する基本的な知識と改善方法を学習することによって、精神疾患患者自らが生活リズムを整えるセルフケア能力を獲得すれば、地域での生活の自立・就労の促進、QOLの向上など大きな効果が期待できる。まず、プログラム開発の基礎データとして、在宅精神疾患患者の睡眠習慣等生活リズムの実態把握を行った。睡眠日誌から起床・就床時刻等を把握し、アクティウォッチ(腕時計型の活動量計)により就床中及び起床後(日中)の睡眠・覚醒を判定した。就床・起床時刻は概ね規則正しい者が多かったが、短時間睡眠を不規則に繰り返す深刻な睡眠障害の者もみられた。睡眠健康では、対象者全てに何らかの睡眠障害が疑われ、種別では、入眠困難、早朝覚醒等睡眠維持に関するものが多かった。また、睡眠リズムや昼間の眠気、睡眠感の低さ等、様々な問題があることが明らかとなり、睡眠改善に関する援助の必要性が示唆された。プログラム検討のため、年齢、活動量(光暴露量を含む)、睡眠指標との関連について分析を行った。昼間の活動量と睡眠効率あるいは寝つきとの間に相関関係はみられなかったが、眠気尺度点と睡眠感、活動量と昼間の光暴露量の間に、有意な相関がみられた。地域で生活する精神疾患をもつ人の睡眠改善を促す援助の必要性と方法検討の示唆を得ることを目的として、各種睡眠指標及びアクチグラフ(活動量計)を用いた睡眠状態の把握を行った。対象は精神科デイケア利用者で、疾患は統合失調症、気分障害、神経症性障害とした。調査内容は、睡眠状態(睡眠時間、睡眠効率)、睡眠問題(睡眠健康危険度、入眠に要する時間等)、眠気、睡眠習慣、睡眠感で、調査期間は2009年9月12月である。

研究協力の得られた12名のうち途中辞退と夜間アクチグラフを装着していなかった者が3名あり、アクチグラフ、睡眠日誌、自記式質問紙によるデータ収集を完了し分析対象となった者は9名(男性3名、女性6名、平均年齢52.4±16.5歳)であった。睡眠時間の平均値は453(7時間33分)±80分で、6時間未満が1名、9時間超が1名あった。睡眠効率は「年齢別平均値-SD」以下の者が2名あった。睡眠健康危険度総得点(SHRI)の平均値は4.1±1.8点と高く、下位因子では入眠障害関連、睡眠維持障害関連、睡眠時無呼吸関連の順にリスク得点が高かった。眠気尺度得点(JESS)の平均は7.7±3.3点で、基準値を超えて過剰な眠気がある者は2名、起床時刻や就床時刻の規則性はいずれの項目も不規則な者が過半数を占めた。本調査で用いた睡眠指標のすべてで援助が必要と考えられる対象者があり、また1人で複数の睡眠問題をかかえていることが明らかとなった。また、アクチグラフの使用については、対象者の理解に合わせた丁寧な説明が必要であるが過度の負担をかけることなく客観的な測定が行える有効なツールとなり得ることが確認できた。
幹細胞を用いた周産期脳障害の新規治療法開発

組織学的検討ではアポトーシス、酸化ストレス、活性化マクロファージを抑制しM2ミクログリアを誘導した。また運動、歩行機能、能動回避に改善を認めた。またSHED培養液は神経細胞保護作用を示した。SHEDはHIEの治療になりうる可能性が示唆された。今年度は低酸素虚血脳症(HIE)モデルラットに対する乳歯歯髄幹細胞(SHED)による幹細胞療法の急性期評価に加え、慢性期の行動評価を行った。HIEモデルラットについては日齢7で左頸動脈を結紮し、8%の低酸素環境に1時間暴露した後、その後4時間後に頭部MRIを撮影し重症度分類を行った。受傷後24時間後に右外頸静脈からヒトSHE(S群)、またはリン酸緩衝生理食塩水(V群)を投与した。投与24時間後に免疫組織学的に急性期傷害マーカーの検討を行い、細胞死抑制、抗炎症、神経新生、血管新生に及ぼす影響について生化学的・免疫学的に検討評価した。免疫組織学的検討では、海馬、皮質におけるactive caspase3では(アポトーシス細胞に存在する活性型カスパーゼ3を特異的に認識)総陽性細胞数がS群でV群に比べ有意に低く(海馬;2958±1154vs.19640±3001個;p<0.001、皮質;18894±3475vs.43452±3807個;p=0.001)、アポトーシスの抑制効果を認めた。また、ED-1陽性細胞でも同様に、海馬にて77%(p<0.01)、皮質にて51%(p<0.05)減少し、活性ミクログリアの抑制効果を認めた。行動実験においても、rotarod試験では、S群の持久時間がV群より有意に長く(136.6±7.7vs.85.8±8.9秒;p<0.01)、運動障害の改善を認めた。またCat Walkでは右後足の接地幅について、S群が有意に広く(0.73vs.0.60cm2;p<0.05)、患側麻痺の改善を認めた。SHED細胞の静脈内投与は有意に細胞死抑制、抗炎症作用を示し、また行動異常についても改善を認めた。リサーチカンファレンスを行い、研究遂行上での問題点を議論して解決するように努力した結果、慢性期の行動評価について解析を終了することができた。今年度は低酸素虚血脳症(HIE)モデルラットに対する乳歯歯髄幹細胞(SHED)による幹細胞療法のメカニズムの解明を中心に実験を行った。投与24時間後にサイトカインの測定を行い、免疫組織学的に急性期傷害マーカーの検討について実験を行い、細胞死抑制、抗炎症、神経新生、血管新生に及ぼす影響について生化学的・免疫学的に検討評価した。またSHED培養液を使用した神経細胞死抑制の効果を検討した。免疫組織学的検討では、皮質におけるIba-1において(マクロファージ、ミクログリアの認識抗体)総陽性細胞数がS群でV群に比べ有意に高い結果となった(皮質;1,718,742±146,693 vs.1,191,510±150,140 cells, p<0.05)。我々は前年度に活性化マクロファージのED-1が海馬、皮質ともに有意にSHED投与群で低下していることを示したが、皮質におけるIba-1はSHED投与群で有意に上昇し、神経細胞保護効果のあるM2マクロファージの誘導が起こった可能性が示唆された。またサイトカイン測定ではSHED投与群でIL-1a,IL-18,IP-10,MIP-1aがSHED投与群で有意に上昇していることを明らかにし、これらサイトカインが神経保護効果を有していることが報告されていることから、SHED投与が神経保護作用として働いていることが示唆された。そして低酸素無糖条件下での神経細胞に対してSHED培養液を投与したところcontrolと比較して有意に細胞障害が抑制される結果となった。今年度は低酸素性虚血脳症(HIE)モデルに対する乳歯歯髄幹細胞(SHED)による幹細胞療法の急性期評価に続き、慢性期評価を行った。HIEモデルラット作成については日齢7で左頸動脈を結紮し、8%の低酸素環境に1時間暴露した後、その4時間後に頭部MRIを撮影し重症度分類を行った。急性期評価については、低酸素暴露後24時間後に、右頸静脈よりPBSを投与した群、SHEDを投与した2群に分けて細胞死抑制、抗炎症、神経新生、血管新生に及ぼす影響について生化学的・免疫組織学的に検討・評価した。

アポトーシス細胞に存在する活性型カスパーゼ-3を特異的に認識させたActive caspase3については、SHED投与群92.0×106個/mm2、対照群781.8×106個/mm2であり、有意にSHED投与群が少ない結果となり(p=0.008)、酸化ストレスマーカーである4HNEではSHED投与群1102.6×106個/mm2、対照群2087.7×106個/mm2で、有意にSHED投与群が少ない結果を示し(p=0.036)、また活性化ミクログリア、単球、およびマクロファージの特異的な細胞マーカーED-1についてもSHED投与群126.2×106個/mm2、対照群26.7×106個/mm2で有意にSHED投与群が少ない結果となった(p=0.008)。以上からHIEモデルに対するSHED細胞の静脈内投与は有意に細胞死抑制、抗炎症作用を示すことが明らかとなった。リサーチカンファレンスを行い、研究遂行上での問題点などを議論して解決するよう努力した結果、急性期の抗炎症作用について解析を終了することができた。組織学的検討ではアポトーシス、酸化ストレス、活性化マクロファージを抑制しM2ミクログリアを誘導した。また運動、歩行機能、能動回避に改善を認めた。またSHED培養液は神経細胞保護作用を示した。SHEDはHIEの治療になりうる可能性が示唆された。今後も継続してリサーチカンファレンスを行い、研究遂行上での問題点を議論して解決するよう努力し、神経新生、血管新生等のメカニズムの解明を行っていく予定である。今後も継続してリサーチカンファレンスを行い、研究遂行上での問題点などを議論して解決するよう努力し、慢性期の行動実験について評価、解析を行っていく予定である。新生児研究助手の勤務が予定より少なくすみ人件費が削減できた。旅費が予定より節約できたこと、そして消耗品が以前に購入したものを使用したため、研究費を節約できたため使用しなかった研究費は各種抗体などの消耗品購入にあてる
さらなる脅威、ブラジルチドメグサとナガエツルノゲイトウの拡大シナリオの解明と対策

江津湖にはヒラモ、キタミソウなどの希少植物等が生育し日本の重要湿地500にも選定されている。しかしブラジルチドメグサ、ナガエツルノゲイトウ、ティラピア等の外来生物の拡大が著しく、多くの希少種が姿を消しつつあり、2015年には「江津湖地域における特定外来生物等による生態系等に係る被害の防止に関する条例」が施行され、外来種対策が行われいるが、拡大に対する抜本的な対策が必要とされる。本年度は江津湖を対象に前述3種の外来種の分布状況と分布拡大に寄与する要因を評価した。その結果、ナガエツルノゲイトウは水際線の約33%を占め、ブラジルチドメグサやボタンウキクサを含めると60%に及んだ。また、特にナガエツルノゲイトウが生育する標高は貴重種が生育する標高を含む約2.86.0mに及び、さらなる分布拡大が危惧された。最大標高は出水時の水位とほぼ一致しており、江津湖が加勢川の河川膨張湖であるため、出水時の水位上昇が生じやすいことがより高い場所への分布拡大を可能にしたものと考えられた。また、ティラピアに関しては、湖内13地点で採水した試料について環境DNA分析した結果、これまで熊本市により確認されていたナイルティラピア、ジルティラピアに加え、ナイルティラピアとモザンビークティラピアの交雑種であるレッドティラピア(Oreochromis sp. Red tilapia)のDNAが検出された。さらにジルティラピアに着目し江津湖下流の加瀬川及び加勢川に流入する秋津川、木山川、矢形川を含めた25地点の採水試料について環境DNA分析を行った結果、分布が広範囲に及ぶことが明らかになった。特に環境DNA濃度が高かった地点(河川)の水温は12月においても江津湖と同程度の水温を示したエリアにあり、地下水の流入が大きく生息に関与していることが示された。計画どおり順調に進展している。これまでに得られた結果を統合し、想定される拡大シナリオ、在来種への影響シナリオから分布拡大の負の影響を生じさせる要因を特定する。また、これまでの調査により、外来水草により水温上昇が生じることでティラピアに正の影響が生じていることが推定されたことから、これを定量的に明らかにするための調査及び検証実験を行い、環境要因のみでなく、種間関係にも踏み込んだ外来種の拡大実態を明らかにする。これらの得られた結果に基づき主に治水のための高水敷掘削や氾濫原依存種保全のためのワンド・たまりにおける外来種侵入しにくい設計手法を提示する。また、分布拡大予測地を特定し、優先的駆除対策を行う地点を提示する。特定外来生物ブラジルチドメグサ及びナガエツルノゲイトウの予防的対策・早期駆除に資する知見を得るため、菊地川を対象にそれらの分布特性を人為的改変や物理場との関連を含め解明するとともに、これらが生物多様性に与える影響を評価した。その結果以下を明らかにした。1菊池川における水際の植物相をTWINSPAN分析で分類した結果、セグメントごとに区分され、ブラジルチドメグサはセグメント1に、ナガエツルノゲイトウはセグメント2-1に特徴的に分布していることが明らかになった。2ブラジルチドメグサの分布に関しては群落数と堰の数には関係性がみられ、堰による湛水域が供給原となっている可能性が示唆された。さらに,河道においては砂州尻の水際域に分布している頻度が高いことから、駆除を考える際に優先的に駆除すべき場所であることが示された。3ナガエツルノゲイトウの生育要因について現地調査で得たデータを用いて一般化線形モデル(GLM)により生育モデルを構築した結果、要因として摩擦速度、土砂含水率、河岸勾配が選択され、摩擦速度が小さく河岸勾配が緩い水際でナガエツルノゲイトウが生育しやすいことが示された。4生物多様性への影響を評価した結果、ナガエツルノゲイトウは、在来種だけでなくブラジルチドメグサやミズヒマワリなど特定外来生物との競合にも優位に立ち,生物多様性を脅かす非常に危険な種であることが定量的に示唆された.以上のように概ねこれら2種の拡大シナリオと在来種への影響シナリオを得ることができた。次年度以降は魚類(外来種)との関係性を含め評価していく予定である。

また、ティラピアに関しては、湖内13地点で採水した試料について環境DNA分析した結果、これまで熊本市により確認されていたナイルティラピア、ジルティラピアに加え、ナイルティラピアとモザンビークティラピアの交雑種であるレッドティラピア(Oreochromis sp. Red tilapia)のDNAが検出された。さらにジルティラピアに着目し江津湖下流の加瀬川及び加勢川に流入する秋津川、木山川、矢形川を含めた25地点の採水試料について環境DNA分析を行った結果、分布が広範囲に及ぶことが明らかになった。特に環境DNA濃度が高かった地点(河川)の水温は12月においても江津湖と同程度の水温を示したエリアにあり、地下水の流入が大きく生息に関与していることが示された。計画どおり順調に進展している。1H29に得られた拡大シナリオと在来種への影響シナリオを構築するための分布拡大モデルについて、H29で抽出された課題を解明するための補足的調査を実施する。また、シナリオを検証するための実験を実施する。実験は外来植生ー水温、溶存酸素などの水域環境要因ー外来魚ー在来魚との相互関係に関する内容を想定している。2これまでに得られた結果を統合し、想定される拡大シナリオ、在来種への影響シナリオについて、生物分布モデルと水理シミュレーションを組み合わせ構築された分布拡大予測モデルを用い感度分析等を行うことにより、分布拡大の負の影響を生じさせる要因を特定する。これをともに、在来種への影響についても定量的に評価する。ただし、H29冬期の寒波の影響により、例年にはみられない対象植物の枯死が確認されていることから、実験材料の入手が一部困難になる、もしくは実験が遅延することが予想されるが、適切に対処していきたいと考えている。これまでに得られた結果を統合し、想定される拡大シナリオ、在来種への影響シナリオから分布拡大の負の影響を生じさせる要因を特定する。また、これまでの調査により、外来水草により水温上昇が生じることでティラピアに正の影響が生じていることが推定されたことから、これを定量的に明らかにするための調査及び検証実験を行い、環境要因のみでなく、種間関係にも踏み込んだ外来種の拡大実態を明らかにする。これらの得られた結果に基づき主に治水のための高水敷掘削や氾濫原依存種保全のためのワンド・たまりにおける外来種侵入しにくい設計手法を提示する。また、分布拡大予測地を特定し、優先的駆除対策を行う地点を提示する。ティラピア3種の環境DNA調査に用いるプライマー作成を予定していたが、交雑が判明したためこれを検討するために時間を要した。最終的には方針を変更しH30年度において別の方法で対象するための予算として執行する予定である。ティラピア、ブラジルチドメグサ・ナガエツルノゲイトウ及び水温との関係性を明らかにするため、用水路における水温ロガーの設置及び現地調査を行う予定であったが、調査地の選定に時間を要したため、H31年度にこれらを実施することとした。そのため次年度使用額に変更が生じたものである。
銅系化合物薄膜太陽電池吸収層の再生利用

一般的な太陽電池の劣化は配線部分が多く、半導体部分は再利用可能なことが多い。そこで、銅系化合物薄膜太陽電池用光吸収層であるCuInSe2系材料のリサイクル方法の確立を目的とし、その再利用が可能であるかどうか検証した。その結果、基板から機械的に剥離した粉末を用いて吸収層として再度蒸着すると光学特性や構造特性が変化し、太陽電池としての利用は難しいが、セレン雰囲気下で処理することにより、再利用が可能であることがわかった。一般的な太陽電池の場合、経年劣化による破損の中で最も多いのは、電極および配線部分の劣化である。近年市場に投入されたCuInSe2(CIS)系太陽電池は、単元素であるシリコンとは異なり、化合物特有のハードルが多数存在する。本研究では、CIS系材料にGaを添加したCu(InGa)Se2(CIGS)系薄膜をもちい、そのリサイクル方法として、基板からCIGS薄膜を剥離する方法の模索とその粉末を用いて、再度太陽電池用光吸収層に利用可能であるかを検討した。はじめに変換効率約15%程度のものの表面電極および窓層である酸化亜鉛を希塩酸で除去し、その後、機械的に裏面電極であるモリブデンからCIGS薄膜を除去した。比較のために、遊星ボールミル法で作製したCIGS粉末を出発原料としたCIGS薄膜の蒸着も同時に行った。剥離前のCIGS薄膜は粒径約1.5 μmと典型的な大きさであったが、再蒸着することによって、粒径が約200 nm程度にまで減少した。また、表面に異相が存在することが確認され、Cu-Se系化合物(In及びGa組成が低いもの)であった。遊星ボールミル法で作製したCIGS粉末を原料として用いた場合の方が、異相が多く存在し、表面に存在する欠陥の多寡が異相生成に関係あることが示唆された。ラマンスペクトルから、蒸着時のSeの分圧が光学特性に非常に大きな影響を与えていることが確認された。これは、Seの蒸発が起っていること、及び粒同士の融着にSeが関与している可能性が示唆された点で、非常に興味深い。同様の観点から、Cu2ZnSnS4(CZTS)の実験も行い、類似の結果を得た。ただし、CZTS薄膜の場合、スプレー法で作製したため初期の結晶性が悪く、また、組成のずれもあり、さらなる研究が必要である。これらの結果から、再蒸着させても結晶性が劣化せず、化合物のまま再利用できることがわかった。本研究の目的は、近年、本格的に市場に導入されたCuInSe2(以下CIS)系化合物系太陽電池パネルの光吸収層を化合物状態のまま再利用することである。試料の作製には2種類の原料を用意した。1つは、三段階法と呼ばれるCIS系太陽電池で高効率を有するものを、モリブデン基板から機械的にスクライブしたものである。もう1つは、機械的手法(メカノケミカルプロセス)を用いて作製したCIS粉末である。これら2つの原料を蒸着源として、青い多ガラス基板状に蒸着し、それぞれの原料粉末からどのような薄膜が作製されるかを、XRDやRamanスペクトルを用いて評価した。原料にメカノケミカルプロセスを用いて作製した粉末を用いた場合、粉末をそのままガラス基板に蒸着させると、主にCIS材料が作製されるが、セレンがCIS材料から気化し、薄膜の組成はセレン欠乏状態になることが分かった。元来、CIS系材料を製膜する際、セレン等の16族元素過剰雰囲気で行われる。なぜならば、セレン等の16族元素は蒸気圧がその他の銅やインジウムよりも高く、気化しやすいためである。化合物になった場合、蒸気圧の現象があると報告されているが、完全に気化を抑えられないことが分かった。そのため、メカノケミカルプロセスで作製した粉末を原料として用いた場合、蒸着時にセレン過剰にしてやる必要がある。一方、太陽電池セルから機械的に削りだしたCIS粉末を原料として用いた場合、蒸着源の温度や基板温度が同じ実験条件なのにも関わらず、セレンの欠乏が抑えられていることが分かった。XRD測定の結果から、両者は半値幅が大きく異なり、原料粉末の結晶性の良否が、蒸着後の薄膜のセレン欠乏に関係する可能性が示唆された。本研究の目的は、(1)基板からの剥離方法の検討と残留不純物の関係の解明、(2)粉末を出発原料として作製した薄膜の物性解明、(3)再生薄膜の光起電力の評価の3つである。現在、粉末原料から薄膜の作製には成功しているので、(2)及び(3)は順調に推移していると考えている。しかし、(1)には問題があるため、その問題点とともに以下に詳細を示す。(1)剥離方法の選定がやっかいである。現在、希塩酸を用いて窓層である酸化亜鉛薄膜を除去し、メカニカルに基板から剥離している。

しかし希塩酸を用いると、基板から吸収層であるCIS薄膜も剥離することがあり、本方法では回収率が非常に悪いことが判明した。そのため、現在、他の方法での剥離方法を検討中である。(2)番の薄膜の作製には成功したので、今後は作製条件(基板温度や蒸着源温度、膜厚、セレン分圧等)を調整し、光学的、電気的特性を評価することで、蒸着時にどのような反応が起きるかを研究する。(3)番は、薄膜の作製に成功しているので、比較的簡便に測定することが可能であると考えられる。太陽電池セルとしてリサイクルさせるためには、太陽光スペクトルを照射させた際の光起電力を取得する必要がある。その際、評価装置は本学には存在しないので、東京工業大学の小長井研究室にて測定する予定である。また、その際、アドバイスをいただく予定である。先ほど記述したように、本研究の目的から考えると、(1)番の基板からの剥離方法の検討と残留不純物の関係の解明を重点的に行う必要がある。ITO等に代表される透明導電膜は、酸性溶液を用いることが多い。しかし、酸化亜鉛は両性酸化物であるため、酸及びアルカリの両方に容易に反応するという性質を持っている。塩酸以外にもシュウ酸とポリスルホン化合物との混合溶液や、塩化アンモニウム等が研究されてきたが、エッチングの残渣が多かったり難容性の化合物が析出したりと問題が多かった。そのため、この溶液での除去は難しいと考えている。また、本年度用いた塩酸は非常にエッチング速度が速く、残渣や析出物はほとんどない。しかし、エッチング速度が速いため、CIS系薄膜までエッチングが急激に進み、制御が難しいという欠点があった。また、本研究の最終目標が、CIS系太陽電池のリサイクル手法の確立ということを考えれば、酸化亜鉛の除去が必要以上に環境負荷が高くなってしまうのは望ましくない。そこで、酸化亜鉛除去後にスプレー法やCVD法等の原料として用いることが可能な溶液でのエッチングを目指す。そこで、候補として考えられるのが、アセチルアセトンである。アセチルアセトンは酸化亜鉛単膜では実績があるが、CIS系薄膜には、どのような影響があるか分かっていない。しかし、酸化亜鉛はアセチルアセトンに溶解すると、亜鉛アセチルアセトナートとなり、溶液回収後にスプレー法やCVD法の原料として、そのまま用いることが可能である。本年度は、CIS系粉末材料の蒸着方法の最適化及び酸化亜鉛窓層の除去方法の最適化を行った。粉末材料の蒸着方法の確立には成功したが、酸化亜鉛除去の方法には、改善の余地があることが分かった。そのため、粉末化したCIS系材料の回収率等の実験にまでこぎ着けることは難しかった。そのため、当初購入予定であった、精密天秤等の購入は行っていない。次年度は、剥離方法、特に酸化亜鉛窓層の除去方法の検討が非常に重要である。そのため、エッチング溶液として考えられる薬品の購入を行う。また、試薬やビーカー等のガラス器具の購入を行う。蒸発源で用いている坩堝の温度調節をさらに細かく行うために、精度の高い温度調節器の購入も予定している。次年度は2回の国際会議、3回の国内会議に発表予定である。
III-V族化合物半導体MOSFETの量子補正シミュレーション

量子補正モンテカルロシミュレーションを用いて,各種III-V族化合物半導体をチャネルとするプレーナおよびダブルゲート構造のMOSFETの特性を解析した。InGaAsは電子有効質量m*が小さいために注入速度vinjが大きいが,合金散乱とドレイン領域からの再注入により平均速度vsが減少し,かつゲート容量Cgが小さいために電子濃度nbが低い。GaAsはΓ-L谷間のエネルギー差が小さいためにL谷内の伝導が起こり,nbは高いがvinjが減少する。InPはm *が大きいためにvinjは小さいがドレイン領域からの再注入が起こり難く,逆にCgが大きいためにnbが高い。結果として,InPで最も大きいIdsが得られることを示した。III-V族化合物半導体チャネルの高速性の指標として,各種チャネル材料のHEMTの遮断周波数fTを見積もった。本研究はCMOSロードマップの更なる延長を目指して,量子補正モンテカルロ(MC)シミュレーションにより(1)ドレイン電流の増加,(2)リーク電流の低減,(3)チャネル制御性の向上,(4)特性ばらつきの抑制の4つの観点からナローバンドギャップおよびワイドバンドギャップIII-V族化合物半導体のロジックデバイスへの適合性を理論的に検討し,ポストSiデバイスとして真に有望なチャネル材料および構造を明らかにすることを目的とする。初年度の平成22年度は,課題(1)についての検討と量子補正MCシミュレーションの高度化を並行して行い,以下の成果を得た。1. InGaAsは状態密度が小さいためにボトルネックが縮退しやすく,高エネルギーの電子がボトルネックからチャネルに注入される。そのため電子がチャネルをバリスティックに伝導しても,ドレインからチャネルへの電子の跳ね返りが生じて実効的にボトルネックでの電子平均速度が低下し,ドレイン電流が理論的な期待値よりも減少することを明らかにした。2. InGaAsの歪バンド構造からバンドパラメータと衝突電離スレショルドエネルギーを算出し,これらを用いて引っ張りおよび圧縮歪がInGaAsデバイスの特性に与える影響を調べた,その結果,引っ張り歪を印加するとドレイン電流が増加するが衝突電離も著しく起こり,一方圧縮歪を印加すると逆の現象が起こることを明らかにした。3.歪バンド構造を擬ポテンシャル法で計算して電子輸送特性を計算する量子補正MCシミュレータの開発を行った。本研究はCM0Sロードマップの更なる延長を目指して,量子補正モンテカルロ(MC)シミュレーションにより(1)ドレイン電流の増加,(2)リーク電流の低減(3)チャネル制御性の向上,(4)特性ばらつきの抑制の観点から,ナローおよびワイドバンドギャップIII-V族化合物半導体のロジックデバイスへの適合性を理論的に検討し,ポストSiデバイスとして真に有望なチャネル材料および構造を明らかにすることを目的とする。初年度は,代表的なIII-V族化合物半導体でありデバイスの試作も行われているInGaAsについて詳細な検討を行い,プレーナ型MOSFET構造に適用した場合の問題点を明らかにすると共に,デバイス内のキャリア輸送モデルを提案した。2年目の平成23年度は有効質量,谷間エネルギー,バンドギャップエネルギー等の異なる種々の材料(InGaAs,GaAs,InP)についての検討を行い,以下の成果を得た。1.各種チャネル材料の検討InGaAsは有効質量が小さいために注入速度が大きいが,ドレイン領域からの跳ね返りによりボトルネック速度が減少し,かつゲート容量が小さいために電子濃度が低い。GaAsはΓ-L谷間のエネルギーが小さいためにL谷内の伝導が起こり,かつドレイン領域からの跳ね返りも促進される。InPは有効質量が大きいために注入速度は小さいがドレイン領域からの跳ね返りが起こり難く,逆にゲート容量が大きいために電子濃度が高い。結果として,InPでより大きいドレイン電流が得られることを示した。またそれぞれについてデバイス内のキャリア輸送モデルを提案した。2.量子補正モンテカルロ(MC)シミュレータの高度化歪みバンド構造から抽出したバンドパラメータを用いて計算を行う量子補正MCシミュレータを開発し,研究に用いた。しかし歪みバンド構造をそのまま輸送計算に用いるフルバンドMCエンジンは計算時間・精度にまだ問題が見られた。本研究はCMOSロードマップの更なる延長を目指して,量子補正モンテカルロ(MC)シミュレーションにより(1)ドレイン電流の増加,(2)リーク電流の低減,(3)チャネル制御性の向上,(4)特性ばらつきの抑制の観点から,ナローおよびワイドバンドギャップIII-V族化合物半導体のロジックデバイスへの適合性を理論的に検討し,ポストSiデバイスとして真に有望なチャネル材料および構造を明らかにすることを目的とする。最終年度である平成24年度はこれまでのチャネル材料の検討結果を非プレーナ型MOSFET構造に展開し,課題

(1),(2),(3)の観点から総合的な検討を行い,どの材料および構造が真に有望であるかを明らかにすることを目標とした。課題(4)は材料および構造の選択とは概ね別課題であるため,研究資源を課題(1),(2),(3)に集中させた。量子補正モンテカルロ(MC)シミュレータの高度化は本研究後の展開を見据え継続して行った。チャネル材料と構造を変えてDG-MOSFETの特性を解析した。InGaAsは有効質量が小さいために注入速度が大きいが,ドレイン領域からの跳ね返りによりボトルネック速度が減少し,かつゲート容量が小さいために電子濃度が低い。GaAsはΓ-L谷間のエネルギーが小さいためにL谷内の伝導が起こり,かつドレイン領域からの跳ね返りも促進される。InPは有効質量が大きいために注入速度は小さいがドレイン領域からの跳ね返りが起こり難く,逆にゲート容量が大きいために電子濃度が高い。結果として,InPでより大きいドレイン電流が得られることを明らかにした。またそれぞれのチャネル材料についてキャリア輸送モデルを提案した。一方ドレイン領域からの跳ね返りは,ドレイン拡張領域を短くするほど,高エネルギー電子がドレイン領域に拡散するために,減少することを明らかにした。各種のIII-V族化合物半導体をチャンネル材料に用いたプレーナ型MOSFETの特性を比較・検討し,その優劣を議論すると共に,それぞれについてデバイス内のキャリア輸送モデルを提案した。フルバンドMCエンジンは計算時間・精度にまだ問題があり,本格的な利用には至っていないが,本研究課題を遂行する上では現在の近似的バンドを用いたMCエンジンでも大きな問題はない。24年度が最終年度であるため、記入しない。最終年度である平成24年度はこれまでのチャネル材料の検討結果を非プレーナ型MOSFET構造に展開し,課題(1),(2),(3)の観点から総合的な検討を行い,どの材料および構造がポストSiMOSFETとして真に有望であるかを明らかにする。課題(4)は材料および構造の選択とは概ね別課題であるため,研究資源を課題(1),(2),(3)に集中させる。量子補正モンテカルロ(MC)シミュレータの高度化は本研究後の展開を見据え継続して行う。
加圧流動床反応器を用いるメタノールと一酸化炭素からの酢酸の気相合成

活性炭に担持したニッケルが530気圧、200300゚Cの温和な条件下においてメタノールの気相カルボニル化反応による酢酸の合成に高い活性および選択性を示すことを見いだした。触媒はヨウ化メチルプロモーターの存在下、メタノールに対して45倍の一酸化炭素を過剰に用いることによりメタノール転化率100%、酢酸収率97%の実績が得られた。反応の経路は下式に沿うことが明らかにされ、各単位反応の速度式によるシュミレーション結果と良い一致を示した。活性炭担持ニッケル触媒は反応中安定であり、通常の反応条件下において50日の連続反応でその活性は1/2程度劣化したにすぎない。活性劣化の原因はニッケルの揮散によるためではなく、高沸点物質の炭素担体上への沈着によるものと考えられた。高圧でガス循環が可能な高圧流動床反応装置を組み立て、合成反応を実施した。カルボニル化生成物収量訳1kg/kg-触媒・時間の条件下においても温度分布はほとんど均一であった。また反応成績は固定床反応器のそれと同程度あるいはそれ以上であった。その成績は工業化するに十分な値と推測された。本ニッケル触媒はまた一酸化炭素中に通常含有される水素によって選択性を変えることなく活性が著しく向上することを見出した。水素は前式で示した各単位反応中の特定の反応ではなく全反応を促進することが明らかとなった。しかし反応物中には気相水素はほとんど取込まれず、その影響は間接的なものである。現在の反応成績をもとに本方法のフィージビリティスタディを実施した結果、現在プロセスと十分競争し得る可能性をもつことが明らかになった。従来の含浸法による触媒調製にかわり気相蒸着法(CVD)を用いてニッケル/活性炭触媒を調製し、反応に用いた結果、従来法に比較して酢酸選択率の向上が見られた。また本法によれば表面積の極めて小さな炭素担体にも金属の効率的担持が可能である事が判明した。高圧自動連続反応装置を用いておよそ1000時間の連続運転を行なった。担体の活性炭の性状により触媒寿命に若干の差が観測されたが、いずれもある程度の活性低下が見られた。劣化の原因についても若干の知見が得られた。上に述べたCVD法を応用し、反応継続下での触媒再生が可能になった。流動床反応装置のコールドモデルを用い触媒粒径と流動化開始ガス線速度等について検討した。その結果をもとに高圧流動床反応装置を作製し、酢酸合成試験を行なった。当初担体として用いた活性炭が反応中に一部微粉末化し反応器出口の閉塞を起こしたが、物理的強度の大きい活性炭を探索すると共にフィルターシステムを開発し、連続運転が可能となった。反応成績は固定床で得られた結果とほぼ一致しており、流動状態にある触媒と原料ガスの接触が十分であることが示された。また本反応は発熱反応であり多量の触媒を用いた場合、固定床では熱の除去が困難で、触媒層に熱点が形成されたが、流動床においては反応管外壁温度に比べ触媒層温度が約40°Cも高いにもかかわらず、その温度分布は±3°C以内で一様であり円滑な運転が可能であった。以上のように流動床反応装置が多々の利点を有することが明らかとなったが多量の反応ガスを使用するため、リサイクルシステムが必須であると考えられる。従って、本反応系の工業化を前提としたスケールアップには循環式流動床反応装置が最適であると考えられる。
樹木穿孔性昆虫の食性分化とその生態的・進化的意義

本研究における成果の概要は、以下のようにまとめられる。1.カエデ類などの広葉樹を餌木として、各種穿孔性昆虫を採集し、脱出消長、生存期間、穿孔様式などの基本生態を継続調査した。その結果を、5地域(岩手、福井、愛知、三重、島根)の個体群で比較した。2.クビナガキバチ類の一種において、体内に菌類と粘質物質が貯蔵されていること、その貯蔵器官が新しいタイプのものであることを発見した(Kajimura 2000)。この共生菌の分離・培養試験も実施した。3.アベマキおよびコナラの堅果に穿孔する昆虫の種構成と生態特性を調査した。とくに、種構成と堅果の落下パターン(Fukumoto and Kajimura 1999)や主要種の羽化脱出パターンの違いを明らかにした(福本・梶村1999)。また、昆虫類が堅果に穿孔する時期を野外操作実験によって解明し、その種間あるいは種内競争について考察した(Fukumoto and Kajimura 2001)。落下堅果の数を内部状態別にカウントし、これまでの結果と合わせて、堅果の生産量に対する昆虫類の反応を検討した(福本・梶村2000)。また、逆に、昆虫類による堅果食害の影響を種子発芽実験によって確かめた(Fukumoto and Kajimura 2000)。4.養菌性キクイムシ類の数種について、各穿孔樹種に形成された坑道および胞子貯蔵器官から共生菌の分離を行った。また、温度や湿度などの諸要因を調整した共生菌の培養実験を行った。その結果を参考にして人工飼料の開発に成功し、養菌性キクイムシの生育期間を推定した(水野・梶村2000)。この生育期間推定法を用いて、キクイムシの温度反応を調査した。検出されたキクイムシ共生菌に対する各キクイムシ種の依存度を、人工飼育による生存率、繁殖成功度などの違いとして評価した。とくに、他種キクイムシの共生菌を利用できることを見出した。この成果は、第6回ヨーロッパ国際昆虫学会で発表した(Kajimura 1998)。また、この際に世界のキクイムシ研究者から受けた最新のレビューを基に、総説を発表した(梶村1998)。本研究の成果と展望を総括した(梶村2000))。平成10年度の研究によって得られた新たな知見・成果は、以下のとおりである。1.カエデ類などの広葉樹を餌木として、各種穿孔性昆虫を採集し、その成虫脱出消長・生存期間などの基本生態を調査した。この調査は次年度以降も継続する。また、養菌性キクイムシ類の数種については、各樹種に穿孔・形成した坑道および胞子貯蔵器官から共生菌の分離を行った。さらに、クビナガキバチ類の一種において、体内に菌類が貯蔵されていること、その貯蔵器官が新しいタイプのものであることを発見した(論文投稿中)。アベマキ・コナラの堅果に穿孔する昆虫の種構成と生態特性を調査した。とくに、主要種の羽化脱出パターンの違いを明らかにした(論文印刷中)。

2. 1.で検出されたキクイムシ共生菌に対する各キクイムシ種の依存度を、人工飼育による生存率、繁殖成功度などの違いとして評価した。とくに、他種キクイムシの共生菌を利用できることを見出した。この成果は、第6回ヨーロッパ国際昆虫学会(進化・分類セクション:キクイムシ科およびナガキクイムシ科の分類に関するワークショップ、開催国:チェコ共和国)で発表した(論文掲載)。また、この際に世界のキクイムシ研究者から受けた最新のレビューを基に、総説を発表した(論文掲載)。生息場所の温度・湿度などの環境条件の分析・測定、これらの諸要因を調整した昆虫の飼育あるいは共生菌の培養実験は、次年度に行う予定である。3. 1.の養菌性キクイムシ類やクビナガキバチ類に関する調査・実験を、5地域(岩手、福井、愛知、三重、島根の個体群で比較した。この同種地域個体群の比較調査は、次年度以降も継続する。平成11年度の研究によって得られた知見・成果は、以下のとおりである。1.平成10年度に続き、カエデ類などの広葉樹を寄生木とする各種穿孔性昆虫の基本生態を調査した。また、その結果を5地域(岩手、福井、愛知、三重、島根)の個体群で比較した。この調査は次年度も継続する。その中で、クビナガキバチ類の一種において、体内に菌類と粘質物質が貯蔵されていることを発見し、この共生菌の分離・培養試験も実施した。(論文掲載)。次年度は、この粘質物質の役割について検討する予定である。2.養菌性キクイムシ類の数種について、各穿孔樹種に形成された坑道および胞子貯蔵器官から生生菌の分離を行った。また、温度・湿度などの諸要因を調整した共生菌の培養実験を行った。この結果を参考にして人工飼育の開発に成功し、養菌性キクイムシの生育期間を推定した(論文印刷中)。この際に、本年度に購入した恒温恒湿器を活用した。次年度は、この人工飼育法を用いて、キクイムシと共生菌の生理・生態を詳細に調査する予定である。3.アベマキおよびコナラの堅果に穿孔する昆虫の種構成と堅果の落下パターンを明らかにした(論文掲載)・生態特性も調査し、主要種の羽化脱出パターンの違いを明らかにした(論文掲載)。また落下堅果の数を内部状態別にカウントし、これまでの結果と合わせて、堅果の生産量に対する昆虫類の反応を検討した(論文印刷中)。次年度は、昆虫類が堅果に穿孔する時期を解明し、その種間あるいは種内競争について検討する予定である。平成12年度の研究によって得られた知見・成果は、以下のとおりである。1.平成11年度に続き、カエデ類などの広葉樹を寄生木とする各種穿孔性昆虫の基本生態を調査した(平成12年10月学会発表)。また、昨年度にクビナガキバチ類の一種において発見した、粘質物質の役割について検討した。2.養菌性キクイムシ類の数種について、各穿孔樹種に形成された坑道および胞子貯蔵器官から共生菌の分離を行った。また、昨年度に開発した人工飼育による生育期間推定法を用いて、キクイムシ種間の比較を行い(平成12年3月学会発表)、有効積算温度と発育零点の算出にも成功した(平成13年4月学会発表予定)。3.アベマキおよびコナラの堅果に穿孔する昆虫類の加害時期を野外操作実験によって解明し、その種間あるいは種内競争について群集生態学的に検討した(論文掲載)。
食拒性テントウの食草変換過程に関する進化生物学的研究

本研究では、オオニジュウヤホシテントウ種群とその食草を研究対象として、6科におよぶ多様な食草のうちのどれが祖先種テントウの食草で、いつ頃どの方向へ食草の変換が生じたかを、テントウの分子系統学的解析と植物の化学物質の比較の両面から検討し、その中でも特に「アザミ類とそれを食草とするテントウ」の系を取り上げ、両者の相互関係の詳細な分析を行うことを目的とした。1.オオニジュウ群を構成するメンバーの分子系統学的解析から、この種群では、ナス科食からアザミやルイヨウボタンなどの様々な食草への変換が短時間で進行した事が明らかになった。また、同種集団間の遺伝的分化は主に距離による隔離の結果生じたと考えられる。さらに、DNAおよびアロザイム分析の結果は、食性の違いが同所的ペアの完全な生殖隔離をもたらしているという仮説を支持した。2.北海道南部に生育するアザミ類の分子系統解析から、形態や生態が多様に分化したこれらのアザミ類は極めて近縁であることが明らかになった。アザミにはテントウに好まれるものと忌避されるものがあるが、この区分とアザミの系統関係との関係はほとんど認められない。また、アザミ類の分類学的研究をすすめ、新種の記載を含む様々な新知見を得た。3.カガノアザミに含まれるヤマトアザミテントウの摂食を阻害する物質はフラボノイドの1種のペクトリナリンであることが明らかになった。しかし、エゾアザミテントウはペクトリナリンを忌避せず、アザミに含まれるテントウの摂食阻害物質は、種によって異なる可能性が示唆された。4.異なった食草利用パターンを持つオオニジュウヤホシテントウの2集団を用いて、食草利用がどのような遺伝的背景を持つかを量的遺伝学の手法で解析した。5.以上の結果から、オオニジュウ群においては、食草の変換は局所的な食草環境への適応として極めて短期間に達成された可能性が高いと考えられる。本研究では、オオニジュウヤホシテントウ種群とその食草を研究対象として、両者の相互関係の詳細な分析を行うことを目的としている。研究初年度である1997年には以下の成果を得た。1)様々な種類の食草に依存するオオニジュウ群地方集団の系統樹上の位置をmtDNAの解析によって決定し、集団間の系図を描くともに、食草変換がどの系統で、どの方向へ、いつ生じたかを検討した。オオニジュウ群はオオニジュウヤホシテントウとそれ以外のメンバーの2群に分かれたが、後者のメンバー間の遺伝的差異は軽微で、分化の道筋は特定することが困難であった。オオニジュウ群全体としてはナス科植物が祖先的な食草であり、ウリ類、アザミ、ルイヨウボタンなどは、本種群の分化に応じて逐次獲得された新しい食草と思われるが、これらの植物のうち、どれがより子孫的かはテントウの系統解析からは明らかにすることは出来なかった。2)北海道南部と北陸地方では、複数存在するアザミのうちの限られた種類のみをテントウが加害していることが明らかになった。実験室内においても、野外でほとんど利用されていないアザミにたいするテントウの選好性は低く、幼虫はこれらのアザミでは著しく生育が阻害される。

3)テントウの選好性や生育に関して、アザミには上記の種間の違いに加えて、極めて大きな集団内変異(個体変異)および集団間変異が存在し、少なくともその一部は遺伝的であることが明らかになった。4)道南地域に優占するアザミの系統解析をDNAを用いて開始した。アザミには遺伝子レベルでも大きな個体変異が存在するために系統解析には至っていない。5)ヤマトアザミテントウの摂食が阻害されるカガノアザミに的を絞り、テントウの摂食阻害因子の特定を行っている。葉抽出物の分液操作により、主要因子が沈殿部に局在することが明らかになったので、今後、この物質の化学的解析を進める。1998年には以下の成果を得た。1)東北地方の2カ所(岩手県田老町、宮城県作並)から同所的なルイヨウマダラテントウとヤマトアザミテントウを採集し、形態、食性、およびアロザイム分析を行った。その結果、地域によって食性の違いによってもたらされる生殖隔離の程度が異なり、田老町のルイヨウマダラとヤマトの間には遺伝子流動が生じていることが強く示唆された。2)カガノアザミに含まれるヤマトアザミテントウの摂食を阻害する化学物質はフラボノイドであることがほぼ確実になった。現在最終的な構造決定を行っている。さらに、同一あるいは極めて類似した物質がマルバヒレアザミにも含まれており、エゾアザミテントウ、ヤマトアザミテントウの摂食阻害物質となっていることもほぼ確実になった。3)テントウの寄生特異性の遺伝的背景を、異なった食草を利用するオオニジュウヤホシテントウを用いて検討した。テントウの食草利用能力は量的遺伝形質であることが明らかになった。4)北海道南部に優占するチシマアザミ、マルバヒレアザミ、ミネアザミの形態的、分子系統学的解析をおこなった。これらのアザミは形態上は明瞭に区別され、開花時期も異なり、マルバヒレアザミのみがテントウによる加害を受けない。しかし、葉緑体のITS領域および核のtrnLスペーサー領域の塩基配列を決定し比較したところ、これらのアザミは遺伝的には極めて近縁であり、同所的な種間では相当程度の遺伝子浸透が生じていることが示唆された。一方、石川県から京都にいたるヤマトアザミテントウ6集団の遺伝的分化をmtDNAによって調査したが、テントウ集団間の遺伝的分化は食草としているアザミの種類の違いとは対応していなかった。5)日本列島南部のマダラテントウ類の生態調査の過程で、日本未記録のEpilachna pusillanimaの発生を石垣島において確認し、食性、分布について調査を行った。最終年度である1999年には以下の成果を得、3年間の成果をまとめて研究成果報告書を作成した。1)北海道南部のアザミ類(チシマアザミ、エゾノサワアザミ、サワアザミ、エゾヤマアザミ、オオノアザミ、マルバヒレアザミ、ミネアザミ)の分子系統学的関係を再検討した。この地域のアザミ類は、形態や生態が多様化しているが、遺伝的には極めてよく似ていることが再確認された。テントウによる加害の状況とアザミの系統上の位置は対応しない。2)北陸のカガノアザミに含まれるヤマトアザミテントウの摂食を阻害する物質はペクトリナリンと同定された。この物質は北海道においてアザミ食テントウに忌避されているマルバヒレアザミにも高濃度で含まれていた。しかし、予備的な行動試験の結果では、ペクトリナリンはエゾアザミテントウの摂食を阻害しなかった。このことは、テントウの摂食阻害を引き起こす要因が多様かつ複雑であることを示唆している。3)ミトコンドリアDNA解析により、北陸地域のヤマトアザミテントウ集団は距離による隔離を受けていると考えられた。
熱能動素子の創成

電子デバイスにおけるトランジスタやダイオードのような能動素子を熱においても実現することを目的として研究を行った。最も基礎的な能動素子である熱のダイオードの設計、試作、評価を行った。本研究においてはカップスタック型の三次元構造体を設計した。この構造を採択した理由は、低温時と高温時の構造の変化による熱伝導の変化が期待出来る上、異方的な熱の流れが観察されると予見されたためである。得られた設計を元にナノレベル三次元プリンタで三次元構造体を合成した。得られた材料に対して、熱拡散率を測定した。最も基礎的な能動素子である熱のダイオードの設計、試作、特性評価を行った。先ず、材料の熱伝導率を有限要素法解析により行い、材料構造設計を行った。ここで、本研究においてはカップスタック型の三次元構造体を設計した。この構造では低温時にはカップが収縮して接点が少なく、高温時にはカップが膨張して接点が増えることから熱伝導に差異が現れることが期待される。材料構造設計においては3D-CAD(Solidworks)により製図を行った。更に、この図面を三次元プリンタでメッシュを切ることが出来る様にSTL形式に変換した上で、三次元構造製造へと供した。設計された三次元構造体は多光子励起法による三次元構造形成手法(ナノレベル3Dプリンター)により材料創製を行った。ここで、用いたレジストはナノスクライブ社のIP-G 780を用いた。構造体の最小線幅としては100nm程度であり、一つの三次元構造体の大きさは約50μm程度の構造体を合成した。こうして得られた三次元構造体に対して、熱伝導度をアイフェイズ・モバイル・システムにより測定した。結果としては、明確な熱流の異方性は得ることが出来なかった。その理由としては、構造体の面積的には比較的大きな構造体を形成できたが、現在の多光子励起システムにおいては高さ方向を十分に形成することが出来なかったためであると考えられる。今後は自己組織的な手法を加えることにより十分に厚みのあるサンプルを形成することが出来れば、熱の能動素子の実証が可能になると考えている。無機材料科学
君主制原理の現代的意義

本研究は君主制原理、つまり国家の全統治権限は本来的に君主に帰属するが、その具体的行使にあたっては、君主自身の定めた憲法に従うという法原理の思想的淵源を探るとともに、その現代的意義を検討するものである。君主制原理は、フランス1814年シャルトにおいて定式化され、バイエルン、バーデン、プロイセン等のドイツ諸邦を経て、大日本帝国憲法へと継受された。その影響は旧憲法下の諸制度、諸学説にとどまらず、国民主権原理に立脚する現憲法の下でも広く及んでいる。いまだ広くは認識されていない君主制原理の現代諸国家での意義と機能を明らかにされるものと考えている。
エクソソーム内マイクロRNAおよびRNA結合蛋白を介した癌進展メカニズムの解明

次世代シークエンサーを用い膵癌・IPMNの血清で過剰発現するExmiRを同定した.またIPMNの悪性度,膵癌の予後や治療効果と相関するExmiRを同定した.ExmiRとExosome外のmicroRNAおよび既存の腫瘍マーカーを比較し,ExmiRはIPMNや早期がんの診断において優れていることを明らかにした。複数のRNA結合蛋白をKnock downすることで膵癌の増殖を抑制するRNA結合蛋白を同定し、それにより細胞中microRNAおよびExmiRが変化することを確認した。膵癌に加え,膵管内乳頭粘液性腫瘍(IPMN)症例の血清よりエクソソームを回収し,コントロール群と差があるエクソソームmicroRNAを同定した.膵癌症例およびIPMN症例における悪性度や治療効果とエクソソームmicroRNAの相関を確認した.膵癌やIPMNで過剰発現したエクソソームmicroRNAを細胞株で確認した.ヌードマウスへの脾移植に成功し,細胞株ごとでの転移形成の差を確認した.臨床検体における結果を論文化し投稿中である.細胞株ごとのエクソソームmicroRNA発現と浸潤能・転移能を確認中である.膵癌,IPMN症例の血清よりエクソソームを回収し,コントロール群と比較した.エクソソーム量は各群に差がないことを確認した.膵癌・IPMNで有意に過剰発現するエクソソームmicroRNAを次世代シークエンサーにて同定した.同定したmicroRNAを多数例の血清を用いてRT-PCRを行い,IPMNの悪性度,膵癌の予後や治療効果と相関するExosome microRNAを同定した.Exosome外のmicroRNAとExosome microRNAの比較を行い,後者で有意に診断能が優れていることを,PCRの結果およびROC曲線より確認した.既存の腫瘍マーカーとExosome microRNAの診断能を比較し,後者でIPMNや早期がんの診断が優れている可能性を確認した.上記の一部を2016年American pancreatic associationにて発表し,現在論文投稿中である.細胞株においても膵癌細胞やIPMN細胞で上記microRNAが過剰発現することを確認した.膵癌細胞のExosomeを血管内皮細胞に処置することで遊走脳が変化することを確認した.またRNA結合蛋白を複数Knock downすることで膵癌の増殖を抑制するRNA結合蛋白を同定し,Knock downにてExosome microRNAが変化することも確認した.次世代シークエンサーを用い膵癌・IPMNの血清で過剰発現するExmiRを同定した.またIPMNの悪性度,膵癌の予後や治療効果と相関するExmiRを同定した.ExmiRとExosome外のmicroRNAおよび既存の腫瘍マーカーを比較し,ExmiRはIPMNや早期がんの診断において優れていることを明らかにした。microRNAやエクソソームで差を呈した細胞株において,エクソソーム内または表面の蛋白を確認し,RNA結合蛋白との関連確認へ移行する.上記も用いたヌードマウスでの転移形成への影響確認へ移行する.消化器癌当初より次年度にかけての研究計画である.癌関連miRやRNA結合蛋白の作用を明らかにする目的でmiR発現調節細胞を作製する際,遺伝子導入試薬を用いる.コントロールマウスおよびマウス癌移植モデルを使用するため,癌移植の試薬や飼育の必要経費とする.