hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高齢者における転倒・骨折経験者の住環境変化に関する建築計画的研究

本年度は、主に下記の3つの調査から結果を得た。[大牟田市における転倒調査]:本調査では、大牟田市消防本部の協力を得て、2016年度に出動した救急車のデータから転倒事例の抽出を行ない、その詳細な解析を行なった。その結果、東京都とのデータの比較から超高齢社会の日本で今後ますます高齢者が増えていく中で、自宅での転倒予防が求められていることが確認された。さらに、年齢別の転倒状況や怪我の重症度、転倒や骨折の危険度が高い場所等が明らかとなった。[大牟田市自宅訪問調査]:2017年度に大牟田市で配布したアンケートをもとに、45件の自宅訪問調査を行なった結果、25例に転倒経験があった。さらにそのうち9例に複数回の転倒経験がみられた他、2件は転倒の結果骨折していた。この他、転倒を機に自宅を改修していた事例も得られた。[東大病院入院患者調査と退院後の追加調査]:2017年度までの事例と合わせ、本年度は43例の病院調査事例が得られた。転倒場所は自宅内が18例で最も多く、次いで自宅敷地外の15例、施設内の9例、自宅敷地内の1例となっていた。34例が女性で、12例がトイレ往復時の転倒であった。特に自宅での転倒の場合、18件中9件がトイレとの移動動作で起きていた。また、自宅訪問調査の同意が得られた31例中、23例(74.2%)に追加調査を行なった。19例が自宅訪問調査、4例が病院におけるインタビューであった。その結果、転倒後に自宅改修を行なっていた事例が10例得られたとともに、全事例で転倒・大腿骨骨折後の生活変化等を把握することができた。以上の調査結果より、実生活中の転倒の実態に加え、転倒・骨折後の生活変化や住環境変化等が明らかとなった。本結果は今後の高齢者の転倒予防策を進める上での基礎になるとともに、高齢者が住み慣れた自宅や地域で居住し続けられる住環境要因を構築する上で重要な知見になると考えられる。大牟田市での調査では、当初の計画通りに5年分のデータを入手することができており、解析自体は5年全て、詳細な転倒の分析は1年分が完了し、後者は建築学の分野で論文化した。また、その1年分の分析については、1部を大牟田市への共同研究報告書(大牟田市住生活基本計画)の中にまとめることができた。さらに昨年に引き続き、データの分析結果については、データの提供元である大牟田市消防本部へ報告を適宜行い、フィードバックを行なうとともに、分析結果に対する意見を頂きその都度分析に生かした。東大病院での調査では、目標件数50件に対して、事例数は43件が得られ、インタビューに加えカルテ情報の分析など予定していた詳細な調査全てを行なうことができた。さらに、自宅訪問調査の同意が得られた31件のうち、74.2%にあたる23例分の追跡調査が実施できたことで、転倒時の状況をインタビューだけでなく住環境の実測調査が可能となった他、本人以外の家族へのインタビューからより詳細かつ正確な転倒状況の把握、転倒前後の建築的な環境変化、身体状況や活動状況の変化を把握することができた。今後は、大牟田市のデータ分析と東大病院における調査研究のまとめを行なうとともに、海外事例の調査を行なう。まず大牟田市のデータでは、残る4年分のデータの詳細な分析を実施するとともに、全5年分の推移を見ることで、転倒に関する傾向を把握し論文化する。さらに、昨年度実施した自宅訪問調査の結果から、地域でのより正確な転倒状況の把握と住環境変化についてまとめる。東大病院の調査については、すでに終了した入院患者のインタビューとカルテ情報をまとめるとともに、昨年度までに実施した退院後の追跡調査をもとに、結果を分析し論文化する。また、海外事例調査については、オーストリアのウィーンを中心に、住宅改修事例等を見る予定である。本年度は、主に下記の2つの調査から結果を得た。[大牟田市における転倒調査]本調査では、大牟田市消防本部の協力を得て、2016年度に出動した救急車のデータから転倒事例の抽出を行なった。4,800件近くの搬送記録にたいして、1/3が転倒による搬送であることが分かった。さらに、年齢ごとの転倒件数、転倒場所、地域ごとの転倒事例の件数等を明らかにした。この結果から、高齢者に限らず人々が地域でどのように転倒しているかという実態が分かった。[東大病院における大腿骨骨折による入院患者調査]本研究からは、大腿骨骨折を骨折した高齢者がどこで、どのように転んでいるのかを、入院時のインタビュー調査によって明らかにした。その結果、調査した半分近くが自宅の住戸内で転倒していること、トイレへの往復時に転倒していることが判明した。転び方に特徴は見られなかったが、ふらつきによる転倒が多く見られている。さらに、退院後の自宅訪問調査も実施し、転倒場所の確認やその後の生活の変化等に関する聞き取り調査を行なっている。本調査では、高齢者の大腿骨骨折という、生活に大きな変化を及ぼす怪我をした転倒がどこでどのように発生したかを、インタビュー及び現場の調査から詳細に明らかにしたとともに、さらに病院での入院・手術を経験した高齢者が退院した後の生活の様子も分かった。

両者の調査結果によって、今まで不明瞭であった実生活中の転倒の実態が明らかになっており、身体的な要因に加えて建築等の環境要因が転倒へどのように関係しているかがわかってきている。したがって、本結果は今後の高齢者の転倒予防策を進める上で重要な知見となるとともに、高齢者が地域で居住し続けられる住環境要因を探る上での基礎情報となると考えられる。大牟田市での調査では、当初の計画通りに5年分のデータを入手することができており、場所等の個人情報に関する分析は5年全て、他の転倒の抽出は1年分の分析が完了している。また、その1年分の分析については、1部を大牟田市への共同研究報告書(平成30年度大牟田市住生活基本計画改定現況調査報告書)の中にまとめることができた。さらに、データの分析結果については、データの提供元である大牟田市消防本部へ報告を適宜行い、フィードバックを行なうとともに、分析結果に対する意見を頂きその都度分析に生かした。東大病院での調査では、目標件数50件に対して、事例数は33件であったものの、それぞれに対して予定していた詳細な調査全てを行なうことができた。さらに、自宅訪問調査も8例分実施できたことで、転倒時の状況をインタビューだけでなく実測調査が可能となった他、本人以外の家族へのインタビューからより詳細かつ正確な転倒状況の把握ができた。本年度は、主に下記の3つの調査から結果を得た。[大牟田市における転倒調査]:本調査では、大牟田市消防本部の協力を得て、2016年度に出動した救急車のデータから転倒事例の抽出を行ない、その詳細な解析を行なった。その結果、東京都とのデータの比較から超高齢社会の日本で今後ますます高齢者が増えていく中で、自宅での転倒予防が求められていることが確認された。さらに、年齢別の転倒状況や怪我の重症度、転倒や骨折の危険度が高い場所等が明らかとなった。[大牟田市自宅訪問調査]:2017年度に大牟田市で配布したアンケートをもとに、45件の自宅訪問調査を行なった結果、25例に転倒経験があった。さらにそのうち9例に複数回の転倒経験がみられた他、2件は転倒の結果骨折していた。この他、転倒を機に自宅を改修していた事例も得られた。[東大病院入院患者調査と退院後の追加調査]:2017年度までの事例と合わせ、本年度は43例の病院調査事例が得られた。転倒場所は自宅内が18例で最も多く、次いで自宅敷地外の15例、施設内の9例、自宅敷地内の1例となっていた。34例が女性で、12例がトイレ往復時の転倒であった。特に自宅での転倒の場合、18件中9件がトイレとの移動動作で起きていた。また、自宅訪問調査の同意が得られた31例中、23例(74.2%)に追加調査を行なった。19例が自宅訪問調査、4例が病院におけるインタビューであった。その結果、転倒後に自宅改修を行なっていた事例が10例得られたとともに、全事例で転倒・大腿骨骨折後の生活変化等を把握することができた。以上の調査結果より、実生活中の転倒の実態に加え、転倒・骨折後の生活変化や住環境変化等が明らかとなった。本結果は今後の高齢者の転倒予防策を進める上での基礎になるとともに、高齢者が住み慣れた自宅や地域で居住し続けられる住環境要因を構築する上で重要な知見になると考えられる。大牟田市での調査では、当初の計画通りに5年分のデータを入手することができており、解析自体は5年全て、詳細な転倒の分析は1年分が完了し、後者は建築学の分野で論文化した。また、その1年分の分析については、1部を大牟田市への共同研究報告書(大牟田市住生活基本計画)の中にまとめることができた。
超臨界二酸化炭素を用いた新しい機能高分子薄膜の合成と性質

ナノレベルで集積した緻密かつ平坦な機能高分子薄膜を作製するため、超臨界二酸化炭素環境下における電解重合を、独自に工夫した反応装置を活用し実施した。ポリ(チオフリルポルフィリン)誘導体を対象に、斬新な多重応答性センサーを目指した研究を推進した。具体的には、物質拡散が常温・常圧環境下よりも1000倍程度大きい超臨界環境下において、ポリチオフェン誘導体を量合成し、分子構造を正確に把握した。さらに、各種の薄膜物性(膜厚、表面形態、表面粗さ、電気伝導特性、レドックス特性、エレクトロクロミズム性、誘電特性など)を詳細に評価した。多重バイオセンサーを指向した新材料としての各種基礎物性を、重合物質の分子構造と相関させて正確にまとめた。超臨界二酸化炭素環境下における電解重合によって合成されたポルフィリン薄膜を用いて、活性酸素種(特にスーパーオキシドアニオンO_2^-)や一酸化窒素の同時検出用センサー材料としての性質を解明した。具体的には、側面を絶縁保護したファイバー電極(数十μm径)の底面に、超臨界環境下での電解重合により機能性薄膜を作製し、ついでファイバーの周囲を対極が取囲む形の一体型微小電極を工夫した。電極材料や絶縁被覆材料について系統的に検討し、基質の酸化電流を安定度高く取り出すことのできる構造を明らかにした。生体内でのシグナル伝達や恒常性維持に重要な役割を果たしているO_2^-やNOを検出対象として、作製したバイオセンサーを実地に生体に挿入してこれらの濃度をリアルタイムで検出を試みた。超臨界重合法による緻密で再現性の高い均質膜に複合された薄膜を対象に、検出基質の膜内拡散や電位勾配などの基礎データを踏まえ、バイオセンサーとして最適の電極構造を構築した。本研究は、物質拡散が常温・常圧環境下よりも容易な超臨界環境下において,チオフェン誘導体の電解酸化重合を行い,ナノレベルで緻密かつ平坦な高分子薄膜をナノ集積材料の一つとして合成すると共に、薄膜物性を評価し、多重応答型バイオセンサーへの応用へと繋げることを目的とする。具体的には、テトラキスチオフリルポルフィリンのようなチオフェン誘導体を配向制御して薄く均質に成型した高分子薄膜を作用電極部とする活性酸素種センサーを作製し、その特性解明について検討することを目的とする。本年度は以下の成果が得られている。1.活性部位として働く機能錯体の合成ポリチオフェン誘導体(ポリテトラキスチオフリルポルフィリン)を量合成し、分子構造を正確に把握した。チオフリル基の置換位置の違いに基く生成ポリマーの高次構造の違いにより、最終的な薄膜物性に著しい差異が予測されるため、計算シュミレーション(分子力場解析)を併用しながら分子設計を行った。ピロールとチオフェン-x-アルデヒド(x=2および3)をプロピオン酸中で環化縮合させ,対応するポルフィリン類を得た。次に、常温常圧下でこれらポルフィリン類の有機溶媒中での電解重合を行い、単量体の酸化還元電位、酸化状態の安定度、重合活性種の構造と重合機構、生成物の構造、得られる薄膜の性質やモルフォロジーを把握した。併せて酸化剤を用いた酸化重合により対応するポリマーを合成し、電気伝導度等のバルク物性を明らかにし、これらが導電性を示すことを明確にした。2.超臨界流体を用いた電解酸化重合による機能高分子薄膜の合成超臨界二酸化炭素環境下における電解酸化重合を、独自に工夫した反応装置を用いて検討した。まず簡単なチオフェンとピロールを単量体に用いて電解酸化重合を行い、基板上に重合物質が形成することを明らかにするとともに、重合条件を系統的に変化させて、薄膜作製の基礎的要件を把握した。

具体的には、単量体や支持塩などの濃度,助溶媒の有無,温度と圧力,電解条件(可逆電位掃引,定電位,定電流,定電圧)などの条件を変化させ,最適条件を明らかにした。これらの知見に基づき、合成ポルフィリン類の電解酸化重合に今後展開するための基礎知見が得られた。本研究は、ナノレベルで集積した緻密かつ平坦な機能高分子薄膜を作製するため,超臨界二酸化炭素環境下における電解重合を、独自に工夫した反応装置を活用して実施し、特に、ポリ(チオフリルポルフィリン)誘導体を対象に、斬新な多重応答性センサーを構築することを目的とする。具体的には、物質拡散が常温・常圧環境下よりも大きい超臨界環境下において,芳香族化合物およびそれらの誘導体の電解重合を行い,ナノレベルで緻密かつ平坦な高分子薄膜を、次世代ナノ集積材料の一つとして精密合成することを目的とする。さらに,薄膜物性を詳細に評価し、独自の発想による多重応答型センサーへの応用へと繋げたい。ポリチオフェン誘導体を配向制御して極めて薄く均質に成型した高分子薄膜を作用電極部とする活性酸素種センサーの特性解明とその具体化について検討する。本年度は以下の成果が得られている。1.機能錯体を活性部位として有する高分子薄膜の物性解明初年度に合成されたポルフィリンを活性部位として含む新規ポリチオフェン薄膜の各種物性評価を実施した。重合物質の分子構造、膜厚、表面形態などを明らかにし、均質性を評価した。併せて、表面粗さを定量化し,電気伝導特性を四端子法の伝導度測定より把握した。レドックス特性をサイクリックボルタンメトリー(CV)より解明し,多重バイオセンサーを指向した新材料としての各種基礎物性を、重合物質の分子構造と相関させて正確にまとめた。2.多重センサーとしての基礎物性の評価合成されたポルフィリン薄膜を用いて、活性酸素種(特にスーパーオキシドアニオンO_2^<-・>)の検出用センサー材料としての基本的性質を解明した。具体的には、酸化電位0.5V付近でのO_2^<-・>検出と、1.5V付近でのNO検出について、これらの酸化電流測定から定量性や検出感度に関する知見を集積した。併せて、静止電位の測定による電位検出法についても詳細に検討した。3.ポリマー構造の拡張チオフリルポルフィリンに替えて種々の重合性ポルフィリン類の超臨界流体環境下における電解重合について検討した。まず簡単な単量体を用いて、超臨界二酸化炭素中での酸化還元電位や電子移動速度などの基礎データを収集し、電解重合膜の性質を予備的に明らかにした。重合膜が成長する基板の種類についても検討し、センサーとしての実用に供するに足る強度や耐久性のある電極-薄膜複合体が得られる条件を正確に把握した。次いで、単量体に重合性ポルフィリン類を用いて同様に電解重合を行い、重合物質の構造と純度を把握、生成薄膜のモルフォロジーを顕微観察し、チオフェン類を主鎖骨格とする上述の高分子薄膜との違いを明らかにし、センサー材料としての性質を比較検討した。ナノレベルで集積した緻密かつ平坦な機能高分子薄膜を作製するため、超臨界二酸化炭素環境下における電解重合を、独自に工夫した反応装置を活用し実施する。ポリ(チオフリルポルフィリン)誘導体を対象に、斬新な多重応答性センサーを目指した研究を推進する。
ニオブ基合金に対する耐酸化性コーティング皮膜の形成

Nb基合金に耐酸化性を付与するため、本研究者が開発したRe基合金を拡散バリヤーとし、Ni-Al合金をAlリザバーとする複層コーティングの開発を進めている。今までに、高Re-Ni合金をNb基合金表面に均一に、薄く形成するプロセスを開発し、Cr蒸気拡散処理により、Re-Cr-Ni系拡散バリヤーの形成に成功した。続いて、Niメッキ後Al蒸気拡散処理により、NiAl被膜を形成した。この複層コーティングを施したNb基合金の耐酸化性について調査実験を進めている。その結果、1150°Cまでは優れた耐酸化性を示すのに対して、1200°C以上では酸化途中にブレークアウエー現象を示すことが明らかとなった。この原因について種々調査した結果、Re-Niめっき中のNiがNb合金側に拡散し、NbまたはHfと合金化して溶融することが推定され、EPMAで濃度分析した結果、状態図上の液相に達することが明らかとなった。ニオブ(Nb)は耐熱性と加工性に優れ、特に、比較的軽量であることから、次世代の超耐熱材料として期待されている。しかし、Nb酸化物は非保護的であることから、Nbとその合金は本質的に耐酸化性に劣るという欠点を有する。本研究では、Nb-Mo-W合金に対して、耐酸化性に優れたコーティング皮膜を形成するための要素技術の確立を目的に、基礎的研究を進めている。その成果は以下のように要約される。(1)Nb基合金へのAl and/or Cr拡散処理:AlまたはCrの単独拡散処理で形成した皮膜は1200°C以上では耐酸化性は示さないが、CrとAlの連続コーティングではAl_2O_3の形成により、耐酸化性を付与することができた。しかし、1200°Cで25時間以上酸化すると、コーティングと基材との相互拡散のため、その耐酸化性を喪失し、Al_2O_3スケールの破壊・剥離が生じた。(2)(1)の結果から、1200°C以上でより長時間に亘って耐酸化性を維持するためには、コーティングと基材の間に両者の拡散を阻止する、いわゆる拡散バリヤー層の形成が必須である。拡散バリヤーとして、本研究ではRe-Cr-Ni系σ相を選定した。このσ相の融点は2300°C以上であり、また、当研究室の以前の研究から、優れた拡散バリヤー特性が期待される。(3)Re-Cr-Ni系σ相を連続層として、Nb基合金に形成するプロセスについて、種々検討した結果、以下の成膜手順を提案した。(1)Nb合金を#150耐水研磨紙で研磨し、超音波脱脂・洗浄した。(2)Niのストライクめっき(3)Re-Ni合金めっき(Re含有量が70原子%以上で、当研究室で開発)(4)Niのストライクめっき(5)Ni-50Cr粉末+Al_2O_3粉末、真空中、1300°C、5時間の条件下でCr拡散処理(4)(3)の結果から、Nb-Mo-W合金表面に厚さが約5μmのRe-Cr-Ni系σ相を連続層として形成することに成功した。
複合的スクリーニングによるミトコンドリア品質管理の機能と制御構造の解明

ミトコンドリアの機能低下は多種の疾患の原因に繋がっている。ミトコンドリアの機能を上げるには、ミトコンドリアの量と品質を上げる2種類のメカニズムがある。我々はミトコンドリアの機能低下により活性される炎症パスウェイに着目した。まず、ミトコンドリア品質管理に関わる遺伝子が炎症反応にどのような影響を及ぼすか、遺伝子強制発現と遺伝子ノックアウトを用い検証した。また、全ゲノムレベルで炎症反応に関わる遺伝子を探索し、この中からミトコンドリアに関わるものを調べた。これらの結果は、ミトコンドリアと炎症反応の関係を明らかにするだけでなく、ミトコンドリアと炎症に関わる新たな遺伝子の発見に繋がると期待される。ミトコンドリアの機能低下は多種の疾患(2型糖尿病、パーキンソン病、心血管疾患)の原因に繋がっている。ミトコンドリアの機能を上げる方法の一つにミトコンドリアの品質管理を活性化させるメカニズムがある。しかし、ミトコンドリア品質管理には合計約30以上の遺伝子が関わり、それらがミトコンドリア機能にどのような影響を与えるか、またそれぞれがどう制御されているか明確ではない。ミトコンドリアと疾患の関係を研究するにあたって多種の細胞が候補に挙げられるが、ミトコンドリア品質管理機能が低下すると免疫細胞であるマクロファージ細胞内で自然免疫反応(NLRP3インフラマソーム活性化)が起こりやすくなり、心血管疾患やインスリン抵抗性など多種の疾患を引き起こしやすくなると報告されている。我々はマクロファージ細胞を用い、現在確認されているミトコンドリア品質管理に関わる遺伝子約30個、またそれら遺伝子と発現パターンが似ている60の遺伝子を組織別遺伝子発現データベース(BioGPS)により選択した。計90の遺伝子をマクロファージ細胞で強制発現させ、自然免疫反応が抑制されたか炎症性サイトカイン(IL-1B)分泌量をもとに確認した。89の遺伝子は自然免疫反応に影響が見られなかったが、ミトコンドリア品質管理遺伝子の転写制御に関わるCHOPの強制発現は炎症性サイトカインの分泌量を約30%下げた。しかし、CHOPはミトコンドリア以外にも小胞体ストレス応答に関わっていることからミトコンドリア特異的な影響により自然免疫反応が抑えられたか確認する必要がある。ミトコンドリアの機能を上げる方法の1つにミトコンドリアの品質管理を活性化させるメカニズムがある。ミトコンドリアと疾患の関係を研究するにあたって多種の細胞が候補に挙げられるが、ミトコンドリア品質管理機能が低下すると自然免疫細胞であるマクロファージなどで炎症反応(NLRP3インフラマソーム活性化)が起こりやすくなり、心血管疾患やインスリン抵抗性など多種の疾患を引き起こしやすくなると報告されている。我々はこのマクロファージ細胞を用い、現在確認されているミトコンドリア品質管理に関わる遺伝子など約90個を中心に遺伝子強制発現、またCRIPSR/Cas9による遺伝子ノックアウト細胞を作成し、ミトコンドリア機能と炎症反応への影響を測定した。遺伝子強制発現では、ミトコンドリア品質管理遺伝子の転写制御に関わるCHOPは炎症性サイトカインの分泌を約30%下げた。しかし、CHOPはミトコンドリア以外にも小胞体ストレス応答に関わっていることから、ミトコンドリア特異的な影響による炎症反応の抑制とは結論づけられなかった。遺伝子ノックアウトでは、複数の遺伝子で生存が保たれず、生存に影響を及ぼさない遺伝子においては、炎症反応への影響が確認されなかった。遺伝子数に限られず、網羅的にミトコンドリア機能に影響を及ぼす遺伝子探索のため、全ゲノムノックアウトスクリーニングを行った。このスクリーニングにより得られる結果は、より新たなミトコンドリア品質管理に関わる遺伝子の発見に繋がると期待される。ミトコンドリア品質管理に関わる90個の遺伝子を中心に研究を進めて来たが、唯一自然免疫反応に影響を及ぼした遺伝子の影響度はさほど大きくなかった。よって、先に絞り込まれた遺伝子候補のリストを基に研究を展開することは大きな発見に繋がらない可能性がある。よって、全ゲノムレベルで遺伝子探索を行うことが今後必要であると考えられる。ミトコンドリア生物学今回用いた強制発現スクリーニングはすでに発現されている遺伝子をさらに高く発現させただけで、ミトコンドリアに必要な品質管理遺伝子の発現量はすでに必要量を満たされていると考えられる。よって、平成27年度の研究では遺伝子強制発現ではなく遺伝子ノックアウトにより、ミトコンドリアの品質に関わる新たな遺伝子の発見、またそれらがどのように制御されているか研究を進める予定である。
近岸帯における波浪,海岸構造物と海底地盤の相互作用に関する研究

1.前野は、波浪により海底地盤内に発生する間隙水圧の発達特性と海底地盤表層の液状化特性を明らかにするために、造波水槽を用いた実験および現地観測を行った。海底地盤の液状化は底質の移動や海岸構造物の沈下に影響を及ぼすと考えられることから、(1)標砂形態との関連や(2)構造物の沈下特性を検討した。間隙水圧の発達特性が、漂砂形態の分類に用いられる無次元パラメ-タ、レイノルズ数・シ-ルズ数・水粒子軌道直径粒径比と関連しており、砂漣が発生すると間隙圧の発達の割合が減少することを既に示している。今回、新たにこれらの無次元パラメ-タと砂層内の間好水圧変動および有効応力変動とを比較することにより、砂漣の消滅限界もしくはシ-トフロ-の発生限界を求めることが可能であることを示した。これは、砂層表層付近の有効応力が減少し砂が流動化すると砂が波の運動により移動し易くなることを示している。また、海岸構造物の沈下特性を明らかにするために、造波水槽を用いた実験を行ったが、底質に原型と同じ砂を用いており起波できる波の波高にも制限があることから、沈下を確認することはできなかった。そこで、波浪を受ける海底地盤内の応力場を明らかにするため、遠心載荷模型装置を用いた実験を行った。それによれば、長周期波の砂層内における圧力伝播特性は優れており位相遅れも発生しなかった。また、比較的周期の短い水平および鉛直圧力変動が砂層表面に作用した場合には砂層中に残留間隙水圧が発生することが確認された。このことは、波浪の作用により砕波帯内などの波浪による圧力変動の激しい位地では消波ブロックなどが沈下する可能性があることを示している。また、緩傾斜護岸ブロック裏込め砂の吸い出しについて、波浪による砂層の流動化に基づいて実験を行い考察した。それによれば、波の通過後に有効応力が減少して砂が吸い出されることが明かとなった。2.前野とFodaは、従来の地震による液状化とは異なり鉛直圧力変動により砂層表層が液状化するとの考えに立って、上下方向に振動する振動台を用いて液状化を再現し理論モデルを提案した。3.酒井と間瀬は消波ブロックが設置される砕波帯では、漂砂運動が顕著である。このような砕波帯では波浪による海底摩擦が無視できないが、これまでの波浪による海底地盤応答の扱いでは、波浪による海底摩擦は考慮されていない。そこで、Mei&Fodaの境界領域近似を用いて、波浪による波圧と摩擦が同時に海底面に働く場合の海底地盤応答の近似解を導き摩擦の効果を検討した。さらに、酒井は、砕波帯内の圧力場と流れ場を理論的に明らかにすると共に、砕波帯内の海底地盤の安定性について検討した。その結果波が通過した直後地盤表面が液状化し砂が移動することが予測された。4.間瀬、酒井と前野は、Biotの圧密方程式に基づいて、混成堤のケ-ソンに作用する揚圧力および防波提周辺の海底地盤内の変動間隙水圧分布を解析し以下の結論を得た。(1)揚圧力分布に及ぼす捨て石マウンドの剛性および波の周期の影響は、マウンドの透水係数が大きい場合にはほとんど見られず、透水係数が小さい場合に若干見られる。(2)揚圧力分布に及ぼすケ-ソンのロッキングの影響は、捨て石マウンドの透水係数が大きい場合にはほとんど見られないが、透水係数が小さい場合にはその影響が現れる。(3)揚圧力に関しては、捨て石マウンドの透水性の影響が重要である。(4)ケ-ソンのロッキングは、防波堤周辺地盤内の動水勾配を大きくし、マウンド法先付近の海底地盤においては液状化発生の可能性がある。5.間瀬とKobayashiは、Kobayshiの不透水性の潜堤および斜面上の波の変形に関するモデルを透水性のものに拡張した。さらに、間瀬は、Kobayashiと海底面における波圧変動と水平圧力勾配変動を測定した。それは、砕波帯内に侵入した波浪の変形解析を行うための境界条件を明らかにするものである。6.浅野は、Kobayashiと固液混相流に対する鉛直方向運動方程式から、間隙水圧と分散圧力の関係を理論的に導いた。さらに、前野と振動流水槽内に球形プラスチック粒子を敷設してシ-トフロ-状態を形成し、底面の間隙水圧、粒子圧および主流部での水圧の同時測定を行って、底質移動による間隙水圧変化の実験的検討を行った。

これは、砂層表層付近の有効応力が減少し砂が流動化すると砂が波の運動により移動し易くなることを示している。また、海岸構造物の沈下特性を明らかにするために、造波水槽を用いた実験を行ったが、底質に原型と同じ砂を用いており起波できる波の波高にも制限があることから、沈下を確認することはできなかった。そこで、波浪を受ける海底地盤内の応力場を明らかにするため、遠心載荷模型装置を用いた実験を行った。それによれば、長周期波の砂層内における圧力伝播特性は優れており位相遅れも発生しなかった。また、比較的周期の短い水平および鉛直圧力変動が砂層表面に作用した場合には砂層中に残留間隙水圧が発生することが確認された。このことは、波浪の作用により砕波帯内などの波浪による圧力変動の激しい位地では消波ブロックなどが沈下する可能性があることを示している。また、緩傾斜護岸ブロック裏込め砂の吸い出しについて、波浪による砂層の流動化に基づいて実験を行い考察した。それによれば、波の通過後に有効応力が減少して砂が吸い出されることが明かとなった。2.前野とFodaは、従来の地震による液状化とは異なり鉛直圧力変動により砂層表層が液状化するとの考えに立って、上下方向に振動する振動台を用いて液状化を再現し理論モデルを提案した。3.酒井と間瀬は消波ブロックが設置される砕波帯では、漂砂運動が顕著である。このような砕波帯では波浪による海底摩擦が無視できないが、これまでの波浪による海底地盤応答の扱いでは、波浪による海底摩擦は考慮されていない。そこで、Mei&Fodaの境界領域近似を用いて、波浪による波圧と摩擦が同時に海底面に働く場合の海底地盤応答の近似解を導き摩擦の効果を検討した。さらに、酒井は、砕波帯内の圧力場と流れ場を理論的に明らかにすると共に、砕波帯内の海底地盤の安定性について検討した。その結果波が通過した直後地盤表面が液状化し砂が移動することが予測された。4.間瀬、酒井と前野は、Biotの圧密方程式に基づいて、混成堤のケ-ソンに作用する揚圧力および防波提周辺の海底地盤内の変動間隙水圧分布を解析し以下の結論を得た。(1)揚圧力分布に及ぼす捨て石マウンドの剛性および波の周期の影響は、マウンドの透水係数が大きい場合にはほとんど見られず、透水係数が小さい場合に若干見られる。(2)揚圧力分布に及ぼすケ-ソンのロッキングの影響は、捨て石マウンドの透水係数が大きい場合にはほとんど見られないが、透水係数が小さい場合にはその影響が現れる。(3)揚圧力に関しては、捨て石マウンドの透水性の影響が重要である。(4)ケ-ソンのロッキングは、防波堤周辺地盤内の動水勾配を大きくし、マウンド法先付近の海底地盤においては液状化発生の可能性がある。5.間瀬とKobayashiは、Kobayshiの不透水性の潜堤および斜面上の波の変形に関するモデルを透水性のものに拡張した。さらに、間瀬は、Kobayashiと海底面における波圧変動と水平圧力勾配変動を測定した。それは、砕波帯内に侵入した波浪の変形解析を行うための境界条件を明らかにするものである。6.浅野は、Kobayashiと固液混相流に対する鉛直方向運動方程式から、間隙水圧と分散圧力の関係を理論的に導いた。さらに、前野と振動流水槽内に球形プラスチック粒子を敷設してシ-トフロ-状態を形成し、底面の間隙水圧、粒子圧および主流部での水圧の同時測定を行って、底質移動による間隙水圧変化の実験的検討を行った。1.前野は、波浪を受れる海底地盤内の応力場を明らかにするため、遠心載荷模型装置を用いた実験を行った。
ウィルスベクター等を用いたスプライシング制御による筋ジストロフィー症の遺伝子治療

Duchenne型筋ジストロフィー(DMD)は致死性の遺伝性筋疾患である。その多くは遺伝子変異によりreading frameがshiftし(out of frame)その下流にstop codonを生じるため、遺伝子産物(ジストロフィン)が合成できなくなり発症する。このジストロフィン遺伝子は14kbと長大であるため遺伝子導入などの一般的遺伝子治療は困難と思われる。本研究はDMDにおいて遺伝子変異によりout of frameとなるエクソンのスプライシングをskipさせることによってin-frameとしBecker型の短いが正常に近いジストロフィンの合成を促す方法を試み、遺伝子治療として有用であることを明らかにしようとした。1.まず多数の患者の遺伝子欠失の分析を行ない、エクソン48エクソン50の欠失した症例をモデルとした。この場合もしエクソン51の転写時のスプライシングをスキップさせることができればin frameとなり短いが正常に近いジストロフィンが合成されるはずである。2.この症例に合わせてエクソン47、51、52及びその前後のイントロン領域をT7プロモーターの下流につないだコンストラクションを作成しcell freeのスプライシングシステムのsubstraitとした。3.スキップさせたいエクソン51の上流側のsplicing acceptor siteを含む24merのアンチセンスオリゴヌクレオチドを合成した。4.このアンチセンスオリゴヌクレオチドを用いてcell freeのスプライシングの分析を行なったが、現在までエクソンスキップは認められていない。今後さらに別の部位(splicing donor siteやイントロンのbrannch point)に対するアンチセンスオリゴヌクレオチドを用いた分析も必要である。1.多数のデュシャンヌ型筋ジストロフィー症(DMD)患者よりの皮膚線維芽細胞を採取培養し液体窒素に保存した。同時に各患者の欠失エクソンをPCR法にて同定した。2.MyoD遺伝子をレトロウイルスベクターに組み込んだ。このレトロウイルスベクターを感染させ正常人線維芽細胞がMyoblast(筋芽細胞)化することをジストロフィンおよびミオシンの発現で確認した。またDMD患者より採取した線維芽細胞にこのウイルスベクターを感染させてもジストロフィンの発現はみられなかった。3.スプライシングの制御をin-vitroで特にcell freesystemで分析するためDMD遺伝子のエクソンおよびその両側のイントロン領域を3つ並べてベクターに組み込みミニジストロフィン遺伝子とした。4.3.で用いたエクソン周辺のスプライシング関連配列に相補的なアンチセンスオリゴヌクレオチドを合成するとともに、組み込むためのウイルスベクターの開発を行なっている。1.引き続き多数のデュシャンヌ型筋ジストロフィー症(DMD)患者よりの皮膚線維芽細胞を採取培養し液体窒素に保存した。4.3.で用いたエクソン周辺のスプライシング関連配列に相補的なアンチセンスオリゴヌクレオチドを合成した。このアンチセンスオリゴヌクレオチドとしてまず、スキップさせたいエクソン(エクソン51)の上流側のエクソン-イントロン境界領域(splicing acceptor site)を含む24merのものを合成した。このとき、普通のDNA、RNAのオリゴヌクレオチドではRNaseの基質となることが考えられるため、αオリゴマーおよび2-0-metyl化したものの2種類を合成した。このアンチセンスオリゴヌクレオチドをくわえてin-vitroでcell freeのスプライシングシステムを行なったが明らかなスプライシングは確認されなかった。
食生活の偏りが脂肪組織による感染免疫応答に及ぼす影響と腸内細菌叢の関わりについて

食生活の偏りと生活習慣の変化が肥満の原因となっている。肥満は免疫系に変化を起こし、感染症を誘発しやすくすると考えられている一方、白色脂肪細胞は抗菌物質を産生することで感染防御能を発揮するという報告もある。そこで、マウス腹腔内感染モデルにおける菌の排除、および内臓脂肪組織による抗菌物質産生に対して高脂肪食の投与がどのような影響を与えるのかを検討した。普通食投与マウスおよび高脂肪食を4か月間与えて体重が普通食投与マウスの約1.5倍に増加した肥満マウスに大腸菌1.3 x 10^7 CFUを腹腔内投与し、2日後に腹腔内の菌数を測定したところ、高脂肪食投与マウスからは7.0 x 10^3 CFU、普通食投与マウスからは7.3 x 10^2 CFUの菌が検出され、高脂肪食投与マウスの方が9.6倍高いことが分かった。これらのマウスの内臓脂肪組織中の抗菌ペプチドCathelicidin antimicrobialpeptide(CAMP)遺伝子発現を調べたところ、普通食投与マウスの方が10倍以上高かった。腹腔内で抗炎症性に働くと考えられている大網についても検討したところ、CAMP遺伝子の発現は普通食投与マウスの方が約2.5倍高いことがわかった。さらに脂肪細胞の成熟異常が報告されているLMP7KOマウスを用いたところ、普通食投与の場合、KOマウスではコントロールマウスに比べて腹腔内の残存菌数が33.9倍多く、内臓脂肪および大網中のCAMP遺伝子発現もKOマウスで半分程度に減少していた。高脂肪食を与えた場合、KOマウスではコントロールマウスに比べて菌数が18.9倍多かったが、脂肪組織のCAMP遺伝子発現はKOマウスで増加する傾向を示した。これらの結果は高脂肪食投与による内臓脂肪由来抗菌ペプチドの産生低下が、菌の排除に悪影響を及ぼしている可能性を示唆するものであった。食生活の偏りや腸内菌叢の変化が脂肪組織による感染免疫応答能に与える影響を明らかにすることを目的としており、2018年度の研究により肥満マウスでは内臓脂肪組織による抗菌ペプチドの産生低下が起こり、これが菌排除悪化の一因になっている可能性があることを示す結果を得られたため、おおむね順調であると判断した。これまでに行った高脂肪食投与が皮下および腹腔内感染に対する脂肪組織の感染防御能に及ぼす影響を明らかにする研究に関して、他のグラム陽性・陰性菌を接種するなどして発展させるとともにCD98などの免疫関連分子を欠損したマウスについても検討を行い、高脂肪食投与による脂肪組織の免疫応答能や腸内菌層の変化とこれらの分子との関連性、機構を明らかにする。また、糖分の多い食餌やコレステロール血症を引き起こす食餌が脂肪組織の感染防御能に及ぼす影響についてもマウスモデルを用いて検討する。肥満は免疫系に変化を起こし、感染症を誘発しやすくなるとも考えられている。しかし、白色脂肪細胞は抗菌物質を産生することで感染防御能を発揮するという報告もある。そこで脂質の過剰摂取が脂肪組織の感染防御能に影響を与えるのかどうかをマウスの皮下膿瘍モデルで検討した。23週齢の雄B6マウスに高脂肪食もしくは普通食を4週間自由摂取させた。これらのマウスに黄色ブドウ球菌、A群溶血性連鎖球菌、および緑膿菌のいずれかを皮下接種し、4日後に皮下膿瘍中の菌数を測定した。その結果、黄色ブドウ球菌を接種した高脂肪食投与マウスでは膿瘍中の菌数が減少する傾向が見られたが、連鎖球菌や緑膿菌を接種した高脂肪食投与マウスでは普通食群よりも菌数が増加する傾向が見られた。皮下脂肪が産生する抗菌ペプチドCathelicidin antimicrobialpeptide(CAP)の遺伝子発現について、菌未接種の高脂肪食投与マウスと普通食投与マウスの皮膚切片で調べたが、いずれも発現量は非常に少なく、高脂肪食投与で上昇する傾向は見られなかった。各菌の接種によって形成された膿瘍部の皮膚切片中のCAPの発現は、普通食を与えた菌未接種マウスと比較して5から10倍程度上昇したが、各菌とも高脂肪食群と普通食投与群との間に顕著な差は見られなかった。また、マクロファージ遊走因子MCP-1の遺伝子発現も菌を接種した高脂肪食群と普通食投与群との間で差が見られなかった。これらの結果は肥満時に細菌が皮下感染した場合、菌種によって肥大した皮下脂肪が防御的に働く場合と促進的に働く場合があることを示し、これにはCAPやMCP-1以外の抗菌ペプチドやケモカインが関与している可能性を示唆するものであった。食生活の偏りや腸内菌叢の変化が脂肪組織による感染免疫応答能に与える影響を明らかにすることを目的としており、平成29年度の研究により菌種によって肥満マウスで見られる脂肪組織の感染免疫応答に差が表れることを示す結果を得られたため、おおむね順調であると判断した。

普通食投与マウスおよび高脂肪食を4か月間与えて体重が普通食投与マウスの約1.5倍に増加した肥満マウスに大腸菌1.3 x 10^7 CFUを腹腔内投与し、2日後に腹腔内の菌数を測定したところ、高脂肪食投与マウスからは7.0 x 10^3 CFU、普通食投与マウスからは7.3 x 10^2 CFUの菌が検出され、高脂肪食投与マウスの方が9.6倍高いことが分かった。これらのマウスの内臓脂肪組織中の抗菌ペプチドCathelicidin antimicrobialpeptide(CAMP)遺伝子発現を調べたところ、普通食投与マウスの方が10倍以上高かった。腹腔内で抗炎症性に働くと考えられている大網についても検討したところ、CAMP遺伝子の発現は普通食投与マウスの方が約2.5倍高いことがわかった。さらに脂肪細胞の成熟異常が報告されているLMP7KOマウスを用いたところ、普通食投与の場合、KOマウスではコントロールマウスに比べて腹腔内の残存菌数が33.9倍多く、内臓脂肪および大網中のCAMP遺伝子発現もKOマウスで半分程度に減少していた。高脂肪食を与えた場合、KOマウスではコントロールマウスに比べて菌数が18.9倍多かったが、脂肪組織のCAMP遺伝子発現はKOマウスで増加する傾向を示した。これらの結果は高脂肪食投与による内臓脂肪由来抗菌ペプチドの産生低下が、菌の排除に悪影響を及ぼしている可能性を示唆するものであった。食生活の偏りや腸内菌叢の変化が脂肪組織による感染免疫応答能に与える影響を明らかにすることを目的としており、2018年度の研究により肥満マウスでは内臓脂肪組織による抗菌ペプチドの産生低下が起こり、これが菌排除悪化の一因になっている可能性があることを示す結果を得られたため、おおむね順調であると判断した。平成29年度に行った高脂肪食が脂肪組織の感染防御能に与える研究について、他のグラム陽性菌、グラム陰性菌を接種するなどして継続、発展させるとともにCD98やPSMB8などの免疫関連分子を欠損したマウスにも高脂肪食を与え、脂肪組織の免疫応答能や腸内菌層の変化と、これら分子との関係および作用機序を明らかにする。また、糖分の多い食餌やコレステロール血症を引き起こす食餌についても脂肪組織の感染防御能に及ぼす影響や腸内菌叢との関わりについてマウスを用いて検討する。これまでに行った高脂肪食投与が皮下および腹腔内感染に対する脂肪組織の感染防御能に及ぼす影響を明らかにする研究に関して、他のグラム陽性・陰性菌を接種するなどして発展させるとともにCD98などの免疫関連分子を欠損したマウスについても検討を行い、高脂肪食投与による脂肪組織の免疫応答能や腸内菌層の変化とこれらの分子との関連性、機構を明らかにする。また、糖分の多い食餌やコレステロール血症を引き起こす食餌が脂肪組織の感染防御能に及ぼす影響についてもマウスモデルを用いて検討する。
格子QCDによる核力ポテンシャルの方法の理論的拡張とその応用

本研究の研究成果は格子QCDによる核力ポテンシャルの方法の拡張とその応用であり、以下のような成果を得た。(1)QCDで、N体の南部・ベーテ・サルペータ波動関数が散乱S行列の情報を持つことを示し、その具体形を明らかにした。(2)非弾性散乱の場合に、エネルギーに依存しない非局所ポテンシャルが存在することを示した。(3)上記(1),(2)で正当性が確立された方法を実際の格子QCDの計算に応用して、新粒子の候補であるH粒子の性質を明らかにし、方法の有効性を示した。(4)同様な格子QCD計算でテトラクォークの候補であるZc(3900)を研究し、実験のシグナルが非弾性散乱の閾値効果であることを示した。本研究の目的は、最近提案されて成功を収めている、格子QCDを用いて核力ポテンシャルを求める方法を理論的に考察し、その応用の可能性を探ることである。具体的には、(1)N体の南部・ベーテ・サルペータ(NBS)波動関数が散乱S行列の情報を持つこと(2)ポテンシャルの方法を非弾性散乱の場合に拡張し、その非局所ポテンシャルが系のエネルギーに依存しないこと(3)核子ポテンシャルの方法をハドロンの弱い相互作用による崩壊現象を取り扱えるように拡張すること、である。研究がさらに進んだ場合、(4)拡張された(3)の方法を用いて、K中間子が2つのπ中間子に崩壊する行列要素を格子QCDで計算することも研究の目的にしている。今年度は、まず(1)の課題に取り組み、N体系のNBS波動関数の漸近形を求めた。そもそもN体系のS行列の一般形をユニタリ性から決定する事は行われていなかったので、まず、その決定を行った。この場合、一般化された球面調和関数を使うと、2体の場合と同様に、一般化された位相差を使ってS行列の一般形が書き表せることが分かった。さらに、その表示を使うと、NBS波動関数の漸近形が決まり、そこに散乱S行列の情報が現れる事を、任意のNに対して示した。この結果は論文として発表された。(2)のポテンシャルの非弾性領域への拡張の理論的な面に関しては、この研究費の申請から採択の期間の研究で完成した。したがって、本年度をそれを使った格子QCDの計算を中心に研究を行った。ストレンジネスがー2の2つのバリオン系はH粒子と呼ばれる束縛状態を含む可能性があるが、粒子の種類が変わる散乱が起こるため、一般には非弾性散乱になる。今年度は、新しい定式化をこの系に適応し、方法がうまく機能することを確かめた。この結果は、現在、論文として準備中である。本研究の目的は,最近提案されて成功を収めている格子QCDによる核力ポテンシャルの導出法を理論的に考察し、その応用の可能性を探求することである。具体的には、以下である。(1)N体の南部・ベーテ・サルペータ(NBS)波動関数が散乱S行列の情報を持つことを示す。(2)ポテンシャルの方法を非弾性散乱の場合に拡張し、その非局所ポテンシャルがエネルギーに依存しないことを示す。(3)核子ポテンシャルの方法をハドロンの弱い相互作用による崩壊現象に拡張する。研究がさらに進んだ場合は、(4)拡張された(3)の方法を用いて、K中間子が2つのπ中間子に崩壊する行列要素を格子QCDで計算することも目的にしている。昨年度までに(1)の課題に関する研究が完成したので、今年度は(2)の課題に関する研究を進めた。(2)のポテンシャルの非弾性散乱領域への拡張の理論的な整備は昨年度までに終了していたので、その方法を具体的に格子QCD計算の応用する研究を行った。具体的には、H粒子と呼ばれる新規な束縛状態を含む可能性のあるストレンジネス(S)がー2のバリオン2体系の相互作用を計算した。この系では、粒子の種類が変わる散乱が起こるため、一般には非弾性散乱になるので、新しい定式化が必要になる。昨年度から開始した格子QCD計算を完成して、その1部の結果を論文として発表した。さらなる論文も準備中である。S=-2以外の系も非弾性散乱を含むので、その系に対する格子QCD計算も開始し、現在も研究を継続中である。また、(3)に関する理論的な考察を開始した。本研究の目的は、最近提案されて成功を収めている格子QCDによる核力ポテンシャルの導出法を理論的に考察し、その応用の可能性を探求することである。具体的には以下である。(1)N体の南部・ベーテ・サルペータ(NBS)波動関数が散乱S行列の情報を持つ事を示す。(2)ポテンシャル法を非弾性散乱の場合に拡張し、その場合、エネルギーに依存しない非局所ポテンシャルが構成できることを示す。(3)ポテンシャルの方法をハドロンの弱い相互作用による崩壊現象に拡張する。(4)拡張された方法を用いて、格子QCDによる具体的な計算を行う。昨年度までに、(1)、および(2)の課題に関する研究がほぼ終了したので、今年度は主に(4)の課題に関する研究を行った。具体的には、昨年度から引き続いてH粒子と呼ばれる新規な束縛状態が現れる可能性のあるS(ストレンジネス)=-2の2体バリオン系のポテンシャルの計算を行った。この系では、粒子の種類が変わる非弾性散乱が起こるため、本研究で開発した新しい方法が必要になる。

昨年度は比較的重いπ中間子でのゲージ配位で計算を行ったが、今年度は、ほぼ物理点のπ中間子の質量のゲージ配位を用いて、結合チャネルのポテンシャルを計算した。計算結果の解析は現在も続いているが、来年度には結果の発表が出来そうである。また、それ以外にも非弾性散乱が起こる2体系の計算も行っており、論文を作成し、学術雑誌に投稿している。研究計画では、今年度で研究を終了する予定であったが、H粒子の研究に関して予想外の進展があったため、当初予定しなかった、物理点のゲージ配位を用いた計算を行った。弱電磁相互作用を含んだ行列要素計算の定式化があまり進まなかったが、H粒子の数値計算の関しては予想外の進展があったため、「おおむね順調に進展している」と判断した。本研究の目的は、研究代表者らによって提案されて成功を収めている格子QCDによる核力ポテンシャルの導出方法を理論的に考察し、その応用の可能性を探求することである。具体的な目標は以下である。(1)N体の南部・ベーテ・サルペータ(NBS)波動関数が散乱S行列の情報を持つことを示し、その具体的な形を決める。(2)ポテンシャル法を非弾性散乱の場合に拡張し、エネルギーに依存しない非局所ポテンシャルが構成できることを示す。(3)ポテンシャルの方法をハドロンの弱い相互作用による崩壊現象に拡張する。(4)上記の拡張された方法を用いて、格子QCDによる具体的な計算を行う。昨年度までに、(1),(2)の目標に関する研究はほぼ終了した。また、昨年度は、H粒子と呼ばれる新規な束縛状態が現れる可能性のあるS(ストレンジネス)=-2の2体バリオン系のポテンシャルの計算をπ中間子の質量が実験値よりは重い場合に行い、その成果を論文として発表した。この系では、粒子の質量が変わる非弾性散乱が起こるため、本研究の方法が必要であった。今年度は、物理的なπ中間子を含めたより軽い質量でS=-2の2体バリオン系のポテンシャルを計算し、H粒子の性質について解析を行った。一部の結果は会議録などに発表しており、現在、本論文を準備中である。また、チャームクォークを含むテトラクォーク状態の候補の1つとして注目されているZc(3900)に対して、上記の拡張した方法を適用して解析を行った。その結果、実験で見つかったシグナルは、テトラクォーク状態ではなく、非弾性散乱の閾値でのカスプ効果であることを明らかにした。この研究結果は今年度に論文として発表した。本研究の研究成果は格子QCDによる核力ポテンシャルの方法の拡張とその応用であり、以下のような成果を得た。(1)QCDで、N体の南部・ベーテ・サルペータ波動関数が散乱S行列の情報を持つことを示し、その具体形を明らかにした。(2)非弾性散乱の場合に、エネルギーに依存しない非局所ポテンシャルが存在することを示した。(3)上記(1),(2)で正当性が確立された方法を実際の格子QCDの計算に応用して、新粒子の候補であるH粒子の性質を明らかにし、方法の有効性を示した。(4)同様な格子QCD計算でテトラクォークの候補であるZc(3900)を研究し、実験のシグナルが非弾性散乱の閾値効果であることを示した。研究計画では、本年度は(2)格子QCDへの数値計算への応用に関する研究と(3)核子ポテンシャルの方法をハドロンの弱い相互作用による崩壊現象に拡張する研究の2つを行う予定であった。
非水系プロトン伝導体としての酸-塩基型イオン性液体とイオンゲル

非水条件下100°C以上の温度域で安定なプロトン伝導性を与える有機材料創製の方法論を確立することは、新しい物質・材料を創出する基礎科学として極めて重要なだけでなく、次世代クリーンエネルギーシステムの創出を強力に推進する。本研究ではイオン性液体に注目し、(1)超強酸と有機アミン類との中和反応から得られるプロトン伝導性イオン性液体の諸特性を評価する。ここから(2)プロトン伝導性高分子膜を合成、特性を検討すると共に、100°C以上で動作可能な非水系燃料電池としての評価を行う。昨年度までに、様々な有機アミンと超強プロトン酸との反応により得られるイオン性液体が燃料電池用電解質として機能することを実証してきた。そこで本年度は(2)に示した研究を展開、以下に示す成果を得た。イミダゾールとトリアゾールを塩基として用いたプロトン伝導性イオン性液体中に、モノマーであるメチルメタクリラート、架橋剤および重合開始剤を加えてその場重合することにより、高分子薄膜を得ることに成功した。これは本イオン性液体のプロトン伝導性を損なうことなく固体化した、"プロトン伝導性イオンゲル"とも呼ぶべき新しい材料である。また異なるアプローチ法として、耐熱性と機械的強度に優れるポリ(フッ化ビニリデン)(PVdF)を用いたプロトン伝導性ゲル電解質を作成することを着想した。ここで、この高分子媒体を用いた固体電解質が実際に燃料電池用高分子隔膜として機能するかを予測することを目的として、市販品のPVdF製ポーラスメンブランフィルターにプロトン伝導性イオン性液体を含浸させて評価した。この固体高分子電解質薄膜を用いて燃料電池試験を行ったところ、白金電極上での水素酸化・酸素還元活性があり、100°C以上の非水条件下で作動することを見出した。以上は、燃料電池へ適用可能なプロトン伝導性高分子固体電解質の新しいコンセプトと位置付けることができる。すなわち本研究は、イオン性液体にプロトン伝導性という機能を作り込む化学の開拓と、100°C以上の温度域で動作する中温型燃料電池へ適用可能な非水系電解質材料設計の新しい指針の確立を目的としている。本年度は(1)の研究を展開し、以下に示す成果を得た。様々な有機アミンと超強プロトン酸との反応によりイオン性液体を得た。特にイミダゾールを塩基とした場合、プロトン伝導性はイミダゾリウムプロトンの拡散に加えてプロトンホッピングに起因することを見出した。これはイミダゾリウム過剰組成において、イミダゾールとプロトン化されたイミダゾリウムとの間で速いプロトン交換が起こりうることを示す結果である。また、白金電極上に水素と酸素をそれぞれフローすることで起電力が得られた。これは非水条件下においてイオン性液体を用いた燃料電池が作動した初の報告例である。さらに、イミダゾール以外の塩基を用いた系でもプロトン伝導性を示す結果が得られた。以上の結果は、プロトン伝導性イオン性液体を高分子と組み合わせることにより、プロトン伝導膜を得られることを示唆する。さらに、100°C以上の非水条件下で燃料電池を作動させる可能性を秘めているだけでなく、プロトン酸と塩基との組み合わせによってその特性をチューニングできることから、多くの化学分野に適用可能と考えられる。

この固体高分子電解質薄膜を用いて燃料電池試験を行ったところ、白金電極上での水素酸化・酸素還元活性があり、100°C以上の非水条件下で作動することを見出した。以上は、燃料電池へ適用可能なプロトン伝導性高分子固体電解質の新しいコンセプトと位置付けることができる。