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Ｓｍａｄ２欠損による抑制性樹状細胞の作成とその寛容誘導機構の解明

人間の腸には常に100兆個以上の腸内細菌が生息しており、免疫のバランスを制御し、健康を維持するために重要であると考えられています。クロストリジウム属細菌は腸管において誘導性制御性T(iTreg)細胞を誘導することが近年の研究により明らかとなっています。しかしクロストリジウム属細菌がどのようなメカニズムでiTreg細胞を誘導するのか明らかではありませんでした。トランスフォーミング増殖因子(TGF-β)はこのiTreg誘導に必須のサイトカインであり、我々はクロストリジウム属細菌とTGF-βに着目して研究を行いました。整腸作用のあるクロストリジウム属細菌Clostridiumbutyricum (C. butyricum)は腸管においてTGF-β依存性にiTregを増加させました。詳細な解析からC. butyricumは腸管樹状細胞上のToll like Receptor 2 (TLR2)からERK-AP1経路を活性化し初期のTGF-βの分泌を促すことが分かりました。続いてTGF-βの自己分泌作用(オートインダクション)によってTGF-βの産生が加速されること、オートインダクションにはSmad3が促進的な働きをするのに対して、Smad2は抑制に働くことを明らかにしました。Smad2欠損樹状細胞はTGF-βの発現が向上し、iTregをより強力に誘導して腸炎モデルを抑制しました。本研究によってC. butyricumによるTLR2-AP-1及びTGF-β-Smadシグナルを介したTGF-βの発現機構が明らかとなった結果、炎症性腸疾患に対する安全で効果的な予防法や治療法の開発が期待されます。27年度が最終年度であるため、記入しない。私は免疫抑制に働くtolerogenicDC (tDC)の発生機構を明らかにすることを目的とし、そのようなtDCを用いた免疫疾患モデルや移植モデルに適応して新しい治療法を模索することを目標に昨年度の研究を行った。本研究ではまず免疫抑制性に働くサイトカインであるTGF-βに着目し、樹状細胞におけるその分泌機構を明らかにすることとした。まず樹状細胞からのTGF-β分泌がグラム陽性細菌の膜主要成分であるペプチドグリカン(PGN)であることを見出し、PGNがToll様受容体2 (TLR2)のリガンドであることから、TLR2の下流でどのようなシグナルが機能しているのかを調べたところ、c-Fosの発現が見られた。さらにc-Fos及びc-JunがPGNでの刺激後にTGF-βのプロモータ領域にリクルートされてくるということを見出した。これにより、c-Fos及びc-Junから構成されるAP-1がTLR2の下流でTGF-βの分泌に働いていることが示唆された。さらに各種阻害剤を用いたスクリーニングにより、TGF-β受容体の機能を阻害した際に樹状細胞からのTGF-βの分泌が減少することが分かったため、TGF-βのオートクライン作用を調べることとした。そこでTGF-βの下流で働く転写因子であるSmad2及びSmad3を欠損させた樹状細胞の作用を解析したところ、Smad2を欠損させた際にはTGF-βの分泌量が上昇し、逆にSmad3を欠損させた際には著しくこれが減少することが分かった。Smad2及びSmad3はTGF-βによってリン酸化されて活性化した後、ともにSmad4とヘテロ三量体を形成して核内へ移行して転写活性を持つが、TGF-βのオートクライン作用においてはSmad3のみがアセチルトランスフェラーゼp300と結合してTGF-βのプロモータ領域にリクルートされることが分かった。樹状細胞が抑制性サイトカインであるTGF-βを分泌することはtDCとしての機能の最も重要な要素の1つであり、そのオートクライン機構におけるSmad2及びSmad3の異なる機能はこの恒常性において重要な働きを持つと考えられる。私は免疫抑制に働く抑制性樹状細胞: tolerogenicDC (tDC)の発生機構を明らかにすることを目的とし、tDCを用いた免疫疾患モデルや移植モデルに適応して新しい治療法を模索することを目標に昨年度の研究を行った。まず樹状細胞からのTGF-β分泌がグラム陽性細菌の膜主要成分であるペプチドグリカン(PGN)であることを見出し、PGNがToll様受容体2 (TLR2)のリガンドであることから、AP-1に着目し、c-Fos及びc-JunがPGNでの刺激後にTGF-βのプロモータ領域にリクルートされてくるということを見出した。さらに各種阻害剤を用いたスクリーニングにより、TGF-βのオートクライン作用を調べることとした。

これらの分子メカニズムはグラム陽性菌であるクロストリジウム属菌をマウスに投与したときに促進されることが分かり、それによって腸内におけるTGF-β分泌を介した免疫の恒常性が保たれていると考えられる。人間の腸には常に100兆個以上の腸内細菌が生息しており、免疫のバランスを制御し、健康を維持するために重要であると考えられています。クロストリジウム属細菌は腸管において誘導性制御性T(iTreg)細胞を誘導することが近年の研究により明らかとなっています。しかしクロストリジウム属細菌がどのようなメカニズムでiTreg細胞を誘導するのか明らかではありませんでした。トランスフォーミング増殖因子(TGF-β)はこのiTreg誘導に必須のサイトカインであり、我々はクロストリジウム属細菌とTGF-βに着目して研究を行いました。整腸作用のあるクロストリジウム属細菌Clostridiumbutyricum (C. butyricum)は腸管においてTGF-β依存性にiTregを増加させました。詳細な解析からC. butyricumは腸管樹状細胞上のToll like Receptor 2 (TLR2)からERK-AP1経路を活性化し初期のTGF-βの分泌を促すことが分かりました。続いてTGF-βの自己分泌作用(オートインダクション)によってTGF-βの産生が加速されること、オートインダクションにはSmad3が促進的な働きをするのに対して、Smad2は抑制に働くことを明らかにしました。Smad2欠損樹状細胞はTGF-βの発現が向上し、iTregをより強力に誘導して腸炎モデルを抑制しました。本研究によってC. butyricumによるTLR2-AP-1及びTGF-β-Smadシグナルを介したTGF-βの発現機構が明らかとなった結果、炎症性腸疾患に対する安全で効果的な予防法や治療法の開発が期待されます。私は腸管においてTGF-βの分泌を介した免疫恒常性のメカニズムの解明に挑んでいる。これまでにグラム陽性菌であるクロストリジウム属菌をマウスに投与することでTGF-βの分泌及び制御性T細胞の誘導が促進されることを明らかにし、樹状細胞からのTGF-β分泌がグラム陽性細菌の膜主要成分であるペプチドグリカン(PGN)で促進される分子機構を解明してきた。さらにAP-1がTLR2の下流でTGF-βの分泌に働いていること、またTGF-βのオートクライン作用でさらにTGF-βが分泌されることを明らかにした。これらの発見はこれまでほとんど理解されていなかったTGFβの産生機構の理解に大きな進歩をもたらすものであり、今後はエピジェネティックな発現機構の解明にも着手しておりさらなる発展が期待できる。27年度が最終年度であるため、記入しない。今後はTGF-βの分泌を促すクロストリジウム属の腸内細菌の同定や、及びその他のどのような細菌がこれを促して腸内における恒常性を維持しているのか、さらにエピジェネティックな制御を介したメカニズムの同定を進める予定である。申請者は樹状細胞におけるTGF-βの分泌機構を調べる上でTLR2のリガンドであるPGNの重要性を見出し・グラム陽性菌であるクロストリジウム(C. butyricum)を共同研究者より分与され、さらにその解析を進めることができた。これは腸内におけるこれらグラム陽性菌とグラム陰性菌の免疫寛容誘導機構の違いを見出すために重要な実験であるため。
周波数域光波適応制御を応用した高輝度量子もつれ合い光パルスの発生と検出

フェムト秒レーザパルスによって光ファイバにおいて誘起される非線形光学効果によって量子相関形成が起きる。本研究ではとくに周波数モード間の量子相関形成に着目して,光子数スクイージングの発生と検出の研究を行い,以下の知見を得た。(1)ガラスファイバの異常分散領域においてフェムト秒パルスを伝播させた場合,スペクトルの中央部分で負の量子相関が形成される。この負の相関形成を指標として,入力パルスの周波数位相を適応制御することで最適化が達成できることをはじめて明らかにした。さらに,2つの周波数成分間の直交位相にかんする2モードスクイージングも同様の適応制御によって形成できることをはじめて明らかにした。ただし,実験で実現するには,周波数位相を整形するデバイスにおける時空間結合の効果により特定の周波数成分のファイバ結合効率が低下してしまうことが判明し未だ実現できていない。(2)波長800nm近傍にゼロ分散を有するフォトニッククリスタルファイバに波長800nmのフェムト秒レーザパルスを伝播させると,自己位相変調に加えて誘導ラマン散乱,4波混合効果によってオクターブ近く広帯域化したスペクトルが形成できる。この場合,ストークスラマン成分は異常分散領域に当たるのでラマンシフトを繰り返しながらソリトン的伝播が可能となる。我々は,このストークス成分で今までにな高い光子数スクイージングが形成されることをはじめて発見した。また,理論解析から,この広帯域スペクトル内では複雑な量子相関が形成されており,ストークス成分のみならず反ストークス成分においても高いスクイージングが得られることを見出した。(3)ストークス成分と反ストークス成分は,ファイバにおいて同じ群速度で伝播する。これを積極的に利用すると,異なる周波数の2つのパルスが同じ群速度で伝播することで高い量子相関を形成できることをはじめて明らかにした。パルスエネルギー560pJ,パルス幅70fs,繰り返し周波数76MHzをフェムト秒レーザを1.1mの石英ファイバー中を伝播させ,周波数分散後にスペクトルの中心部,波長幅約15nmをフィルタリングし,平衡ホモダイン検波によってFano因子を計測した。その結果,正常分散波長域にもかかわらず,最大-1.9±0.3dBのスクイージングを検出できた。続いて,波長820nm近傍で零分散特性をしめすPCFを用いて上記と同じ実験を行った。今回は,零分散波長近傍の810nmにおいて実験を行った。850nmよりも長波長側あるいは750nm-850nm帯をフィルタリングすることでそれぞれ-3.5dB,-4.6dBのスクイージングが達成された。これは,スペクトルフィルタリング法においては報告されている中で過去最大のスクイージング量である。ファイバー入射側に周波数域制御による波形整形器を設け,Fano因子が最大になるようにSimulated Annealingアルゴリズムを用いて閉ループ適応制御した。その結果,2つの実験上での問題点が明らかになった.まず,ピクセル型空間光変調器による波形整形においては,変調器における回折効果によって,意図しない強度変調が起こり部分的に入射スペクトルがシャープなフィルタリングを受け,最適化アルゴリズムにおける系の収束を阻害していることが判明した。もとの光子数スクイージングレベルが高ければ最適化自体は原理的に可能であるが,PCFを用いた実験にこの制御法を用いた場合,PCFファイバーが偏波保存型ではないために,平衡ホモダイン検波自体ができなくなるという現象に遭遇した。来年度は,偏波保存型PCFを用い,また通常の石英ファイバーを1.5μm帯で使うことによって,手適応制御による量子相関制御を実現する予定である。波長1.5μmと800nmにおいて光子数スクイージング実験を行なった。1.Erファイバーレーザを光源として,スタンダードな石英ファイバーの異常分散域において,スペクトルフィルタリングによる光子数スクイージング実験を行った。

ファイバー長9m,繰り返し周波数45MHz,平均パワー2mWのパルスを伝播させ,スペクトルを部分的にフィルタリングすることで顕著な雑音低減が得られた。しかし,Erファイバーレーザは増幅器のASE成分によると思われる雑音が大きく,コヒーレント状態が劣化しているため,ショットノイズ以下への雑音低減は実現できなかった。そこで,スペクトルフィルタリング後に減光板で損失を与えることで雑音低減を劣化させ,その低減の大きさからスクイージング量を見積もる間接的な手法を考案して実験を行った。その場合,最大-3.06dBの光子数スクイージングが見積もられた。この見積もり法を用いて,ファイバー入射波形の位相特性およびスペクトル形状とスクイージング度の関係を詳細に調べ,適応制御による量子相関制御の可能性を確認した。2.Ti:サファイアレーザを光源として,偏波保存単一モード・フォトニッククリスタルファイバーの0分散近傍において,スペクトルフィルタリングによる光子数スクイージング実験を行った。ファイバー長0.1m,繰り返し周波数80MHz,平均パワー10mWのパルスを伝播させ,スペクトルを部分的にフィルタリングすることで顕著な雑音低減が得られた。ファイバー非線型性によって広帯域化したスペクトル内での複雑な量子相関特性が実測でき,最大-4.5dBの光子数スクイージングが得られた。従来,ラマン過程は量子相関形成には障害となることが示唆されていたが,本実験で,Stokes, anti-Stokes間の負の量子相関等が観測されたことから,量子シュレーディンガー方程式を数値解析して,ラマン過程が顕著な場合の量子相関形成について解析を行ない,新しい知見が得られた。既存のファイバ光通信網を用いた量子情報処理を実現するために必要な,波長1.5μm帯における量子もつれ合い光発生,ならびにファイバ伝送路をプラットホームにした量子状態操作の可能性について実験と理論モデルによる研究を行った。(1)波長1.5μmにおける真空スクイージング光の発生昨年度の研究から通常用いられている波長1.5μm光源であるErファイバ光源は光子数の過剰ノイズが顕著であり,この光源を用いた光子数スクイージングの発生は困難であることが明らかになった。そこで,本年度は,真空場直交位相スクイージングの発生実験を行った。偏光軸を90度ねじって融着したファイバ干渉計を用い,高輝度パルスと共に伝播する真空場を相互位相変調によって直交位相スクイージングし,平衡穂ホモダイン検出によって局所発振光を用いて光子数スクイージングに変換して計測した。その結果,最大-1.2dBのスクイージングが確認された。全く同じ実験系をもう1つ組むことで,2つの真空場直交位相スクイージング光から量子もつれ合い状態を発生させられることから,1.5μmパルスレーザによる真空場もつれあい状態の発生がほぼ出来たことになる。
レーザー駆動フェムト秒ガンマ線パルスを用いた中性子発生

本研究は、高出力のフェムト秒レーザーパルスによって生成されるプラズマを利用した電子加速(レーザー加速)により発生する高エネルギー電子線とフェムト秒レーザーパルスを相互作用させ、レーザーコンプトン散乱により発生するガンマ線を用いた光核反応により中性子を発生することを目的としている。具体的には、レーザー加速により200 MeVのエネルギーの揃った準単色電子線を発生し、波長400 nmのレーザーパルスとのレーザーコンプトン散乱によって光子エネルギー1.7 MeV以上のガンマ線を発生し、ベリリウムでの光核反応を用いて中性子を発生する。最終年度にあたり高エネルギー電子線発生とそれを用いた中性子発生を実証する予定であったが、実験に用いるフェムト秒チタンサファイアレーザー装置のトラブルのために十分な実験期間を取ることができなかった。そのため、レーザーコンプトン散乱によって発生するガンマ線の収量を増強のためのレーザー加速電子線の電荷量を増強する条件を、粒子シミュレーションを用いて調べた。チタンサファイアレーザー(波長800 nm)よりも長波長の波長が3300 nmの中赤外域のフェムト秒レーザーパルスを用いることにより、レーザーパワーが半分(2.5 TW)で準単色電子線のピークエネルギーを2倍(120 MeV)にし、かつ電荷量も10倍程度増強できることを示した。本研究で提案する中性子発生には、中赤外域のフェムト秒レーザーパルスの利用が有用であることを示すことができた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、高出力のフェムト秒レーザーパルスによって生成されるプラズマを利用した電子加速(レーザー加速)により発生する高エネルギー電子線とフェムト秒レーザーパルスを相互作用させ、レーザーコンプトン散乱により発生したγ線を用い、光核反応により中性子を発生することを目的としている。具体的には、レーザー加速により200 MeVのエネルギーの揃った準単色電子線を発生し、波長400 nmのフェムト秒レーザーパルスとのレーザーコンプトン散乱によって光子エネルギー1.7 MeV以上のγ線を発生し、ベリリウムでの光核反応を用いて中性子を発生する。今年度はレーザー加速による200 MeVの準単色電子線発生のため、フェムト秒レーザー装置の高出力化に取り組んだ。実験に用いるレーザー装置では、フェムト秒レーザーパルスを一旦伸張し、高エネルギー化した後に圧縮する方式が採用されている。従来よりも溝本数の多い高反射率型の回折格子をパルス圧縮に用い、高出力化を図った。しかし、パルスの伸張と圧縮に用いる回折格子の溝本数が異なることになったので、プレパルスの少ない高品質なフェムト秒レーザーパルスを得るには、パルス伸張器も同時改造する必要があった。パルス伸張器および圧縮器の設計を行い、レーザー装置全体の改造を開始した。レーザーの高性能化と並行して、γ線計測法、中性子計測器の検討を進めた。微弱光の検出が可能な光子計数デバイスを複数配置してアレイ化した中性子検出器を設計し、その製作に着手した。レーザー加速準単色電子線の高エネルギー化を図るため、フェムト秒レーザー装置の高出力化すると共に、高品質な高出力フェムト秒レーザーパルスを得るため、大幅なレーザー装置全体の改造を強いられたが、その設計を完了し、装置改造にも着手できた。しかし、レーザーの高出力化に導入が不可欠であった高反射率型回折格子の納品に想定以上に時間を要したため、レーザーの高出力化を完了できなかった。その一方で、中性子検出器の設計、試作は順調に進捗している。プラス面とマイナス面が混在しており、全体として見れば進捗がやや遅れていると判断している。今年度は実験に用いるフェムト秒チタンサファイアレーザー装置の高性能化を進めた。レーザーの高出力化を図るために採用したパルス伸張器とパルス圧縮器に異なる溝本数の回折格子を用いるシステムを構築し、目標としていたパルス幅50 fsのプレパルスの少ない高品質なフェムト秒レーザーパルスを得た。また、レーザーコンプトン散乱により高エネルギーのガンマ線を発生するため、波長変換結晶を用いたチタンサファイアレーザーの二倍高調波光(波長400 nm)発生に着手した。レーザーコンプトン散乱によって発生するガンマ線の収量を増強するには、レーザー加速電子線の電荷量を増強する必要がある。チタンサファイアレーザー(波長800 nm)よりも長波長の波長が1500 nmの中赤外域のフェムト秒レーザーパルスを用いることにより、レーザーパワーが半分程度で同じエネルギーを持つ準単色電子線の電荷量を10倍程度増強できることをシミュレーションにより示した。レーザー加速準単色電子線の高エネルギー化を図るため、チタンサファイアレーザー装置を高出力化すると共に、高品質な高出力フェムト秒レーザーパルスを得るため、大幅なレーザー装置全体の改造を強いられたが、その改造を完了できた。しかし、パルス伸張器とパルス圧縮器を同時に改造したこと、高品質のフェムト秒レーザーパルスを得るために高い精度でパルス伸張器を調整する必要があったため、想定以上に時間を要した。

一方、レーザー加速準単色電子線の電荷量増強のための条件を調べるためにシミュレーションを並行して進めてきたが、その過程で1500 nmの中赤外域のフェムト秒レーザーパルスを用いることにより飛躍的な増強ができることを示し、レーザー電子加速物理として非常に興味深い結果を得ることができた。シミュレーションでは当初想定していなかった重要な成果も得られているが、レーザー装置の改造に時間を要してレーザー電子加速実験には至っていない。プラス面とマイナス面が混在しており、全体として見れば進捗がやや遅れていると判断している。本研究は、高出力のフェムト秒レーザーパルスによって生成されるプラズマを利用した電子加速(レーザー加速)により発生する高エネルギー電子線とフェムト秒レーザーパルスを相互作用させ、レーザーコンプトン散乱により発生するガンマ線を用いた光核反応により中性子を発生することを目的としている。具体的には、レーザー加速により200 MeVのエネルギーの揃った準単色電子線を発生し、波長400 nmのレーザーパルスとのレーザーコンプトン散乱によって光子エネルギー1.7 MeV以上のガンマ線を発生し、ベリリウムでの光核反応を用いて中性子を発生する。最終年度にあたり高エネルギー電子線発生とそれを用いた中性子発生を実証する予定であったが、実験に用いるフェムト秒チタンサファイアレーザー装置のトラブルのために十分な実験期間を取ることができなかった。そのため、レーザーコンプトン散乱によって発生するガンマ線の収量を増強のためのレーザー加速電子線の電荷量を増強する条件を、粒子シミュレーションを用いて調べた。チタンサファイアレーザー(波長800 nm)よりも長波長の波長が3300 nmの中赤外域のフェムト秒レーザーパルスを用いることにより、レーザーパワーが半分(2.5 TW)で準単色電子線のピークエネルギーを2倍(120 MeV)にし、かつ電荷量も10倍程度増強できることを示した。本研究で提案する中性子発生には、中赤外域のフェムト秒レーザーパルスの利用が有用であることを示すことができた。フェムト秒レーザー装置の改造、高出力化を早急に完了し、電子加速実験を実施する。高エネルギーの準単色電子線を得るため、長さが5mm程度の長尺ガスジェットを用い200 MeVの準単色電子線発生を試みる。レーザーコンプトン散乱によってMeV γ線を発生するため、フェムト秒レーザーパルスの2倍高調波(波長400 nm)発生にも取り組む。また、レーザー駆動中性子発生を実証する実験も並行して進める。長さが1mm程度のガスジェットを用い、エネルギーは50 MeV程度であるが、高い電荷量が得られる条件で準単色電子線を発生する。この電子線を鉛ターゲットに照射し、制動放射によって発生するγ線による光核反応を用いて中性子を発生する。この中性子を用いてこれまでに開発した中性子検出器の感度等の性能試験を実施する。
風外乱を抑制する飛行船の自動航行制御システムの実用化と実機実験による検証

飛行船は安全性が高く,空中静止が可能などのユニークな特徴をもつ.近年,その特徴を生かした様々なプロジェクトなどが進められており,飛行船を希望の位置にすばやく移動させ,静止させる自動制御技術が不可欠である.本研究の目的は,実用的な飛行船の自動航行制御システムを開発し,小型の無人飛行船を用いた実験により,有効性を実証することである.本研究は,実用的な自動航行制御システムの開発に関する理論研究と実機実験による有効性の検証に関する実験研究を行った.・ロバスト安定性と風外乱抑制を保証する実用的な飛行船制御システムの設計:本研究では,まず物理パラメータ(粘性係数など)に不確かさや時間変動があり,その範囲のみが既知である場合について考え,そのような変動や不確かさが存在しても,制御システムの大域的指数安定性を保証できるロバスト安定化コントローラの設計法を導出した.つぎに,飛行船に一定であるが未知の大きさの持続的な風が外乱として加わる場合について考え,このような風外乱を受けても,任意の希望の地点にすばやくかつスムーズに移動し静止できるコントローラの設計法を導出した.最後に,ロバスト安定性と風外乱抑制を同時に保証するコントローラの設計法を導出した.有効性をシミュレーションにより検証した.・実用性向上のための制御システムの改良:さらに実用性を高めるため,低ゲイン化を達成するコントローラの設計法を導出し,有効性をシミュレーションにより検証した.・実機飛行船による屋内飛行実験と制御性能の評価・検証:実験用小型飛行船を改良し,上記の理論研究により得られた制御システムの性能評価・検証を行った.実験に際しては,風外乱も含めた屋外環境に近い状況の下で行い,実用的で信頼性の高い実験を数多く実施し,結果を検討した結果,提案法が有効性であるとの結論を得た.飛行船は安全性が高く,空中静止が可能などのユニークな特徴をもつ.近年,その特徴を生かした様々なプロジェクトなどが進められており,飛行船を希望の位置にすばやく移動させ,静止させる自動制御技術が不可欠である.本研究の目的は,実用的な飛行船の自動航行制御システムを開発し,小型の無人飛行船を用いた実験により,有効性を実証することである.本研究は,実用的な自動航行制御システムの開発に関する理論研究と実機実験による有効性の検証に関する実験研究を行った.・ロバスト安定性と風外乱抑制を保証する実用的な飛行船制御システムの設計:本研究では,まず物理パラメータ(粘性係数など)に不確かさや時間変動があり,その範囲のみが既知である場合について考え,そのような変動や不確かさが存在しても,制御システムの大域的指数安定性を保証できるロバスト安定化コントローラの設計法を導出した.つぎに,飛行船に一定であるが未知の大きさの持続的な風が外乱として加わる場合について考え,このような風外乱を受けても,任意の希望の地点にすばやくかつスムーズに移動し静止できるコントローラの設計法を導出した.最後に,ロバスト安定性と風外乱抑制を同時に保証するコントローラの設計法を導出した.有効性をシミュレーションにより検証した.・実用性向上のための制御システムの改良:さらに実用性を高めるため,低ゲイン化を達成するコントローラの設計法を導出し,有効性をシミュレーションにより検証した.・実機飛行船による屋内飛行実験と制御性能の評価・検証:実験用小型飛行船を改良し,上記の理論研究により得られた制御システムの性能評価・検証を行った.実験に際しては,風外乱も含めた屋外環境に近い状況の下で行い,実用的で信頼性の高い実験を数多く実施し,結果を検討した結果,提案法が有効性であるとの結論を得た.飛行船は安全性が高く,空中静止が可能などのユニークな特徴をもつ.近年,その特徴を生かした様々なプロジェクトなどが進められており,飛行船を希望の位置にすばやく移動させ,静止させる自動制御技術が不可欠とされている.本研究の目的は,実用的な飛行船の自動航行制御システムを開発し,小型の無人飛行船を用いた実験により,有効性を実証することである.本年度は,上記研究課題の初年度であるため,理論研究を中心に行い,以下のような実用的な飛行船の自律航行制御系の設計法を開発した.1.風外乱を抑制する飛行船制御システムの設計:実用上の問題点として,風外乱による定点滞空性能の劣化や不安定化などが指摘されている.飛行船に一定であるが未知の大きさの持続的な風が外乱として加わる場合について考え,このような風外乱を受けても,任意の希望の地点にすばやくかつスムーズに移動し静止できるコントローラの設計法を導出した.有効性をシミュレーションにより検証した.2.ロバスト安定性を保証する飛行船制御システムの設計:実用上の問題点として,速度・角速度センサーのノイズによる制御性能の劣化や空力係数なども含めた制御対象のパラメータ誤差による制御系の不安定化などが指摘されている.本研究では,飛行船の物理パラメータ(粘性係数など)に不確かさや時間変動があり,その範囲のみが既知である場合について考え,そのような変動や不確かさが存在しても,制御システムの大域的指数安定性を保証できるロバスト安定化コントローラの設計法を導出した.有効性をシミュレーションにより検証した.3.飛行船の実験システムの改良と特性解析:風外乱を抑制するため,飛行船の大きさや形状などを工夫し,実験システムの改良を行った.このシステムを用いて,飛行船のシステム同定実験を行い,動的特性を解析し,飛行船の物理パラメータのデータを蓄積した.飛行船は安全性が高く,空中静止が可能などのユニークな特徴をもつ.近年,その特徴を生かした様々なプロジェクトなどが進められており,飛行船を希望の位置にすばやく移動させ,静止させる自動制御技術が不可欠とされている.

本研究の目的は,実用的な飛行船の自動航行制御システムを開発し,小型の無人飛行船を用いた実験により,有効性を実証することである.本年度は,実用的な自動航行制御システムの開発に関する理論研究と実機実験による有効性の検証に関する実験研究を行った.まず,理論研究についての具体的な成果は以下の2点である.・ロバスト安定性と風外乱抑制を同時に証する飛行船制御システムの設計:平成17年度の研究成果を応用し,飛行船の物理パラメータ(粘性係数など)に不確かさや時間変動があり,その範囲のみが既知であり,かつ飛行船に一定であるが未知の大きさの持続的な風が外乱として加わるという実用的な場合について考え,そのような風外乱を受けても,任意の希望の地点にすばやくかつスムーズに移動し静止できるコントローラの設計法を導出した.有効性をシミュレーションにより検証した.・実用性向上のための制御システムの改良:上記の結果に加え,さらに実用性を高めるため,低ゲイン化を達成するコントローラの設計法を導出し,有効性をシミュレーションにより検証した.つぎに実験研究についての具体的な成果は以下である.・実機飛行船による屋内飛行実験と制御性能の評価・検証:平成17年度に作成した実験用小型飛行船を改良し,上記の理論研究により得られた制御システムの性能評価・検証を行った.実験に際しては,風外乱も含めた屋外環境に近い状況の下で行い,実用的で信頼性の高い実験を実施し,提案法の有効性を実機実験により実証した.
カルモデュリンによるオピオイドペプチドの分子認識

カルモデュリン(CaM)とオピオイドペプチドの相互作用を円偏光二色性(CD)及び水素核磁気共鳴法(′HNMR)を用いて調べた。ペプチドとしてまずカルモデュリンと強く結合する(解離定数【10^(-9)】M)メリチンを選び、さらに、強いアンタゴニストであるトルフルオペラジン(TFP)(解離定数【10^(-6)】M)と比較検討した。CaMの220-240nmの負のCDは【Ca^(2+)】存在下メリチンを添加すると大きく変化した。この変化はTFP添加時に認められる変化とほぼ同じであり、α-ヘリックス含量が減少すると共にβ-シート及びβ-ターン含量が増加した。【Ca^(2+)】存在下CaMの′HNMRはメリチン添加とTFP添加とでは異なっていた。即ち高磁場側において【Ca^(2+)】-CaMの0.30ppm(Ile,δ-メチル)のピークはメリチン添加で巾広くなったがTFP添加では変化しなかった。又、0.85ppmのメチル基のピークはメリチンを添加することによりほとんど変化しなかったが、TFPを添加することにより明確な二本線に分裂した。同様なNMRスペクトルの違いは低磁場側においても認められた。即ち【Ca^(2+)】-CaMの6.32ppm(Tyr-138δ)、6.54ppm(Tyr-138ε)、6.64ppm,6.79ppmのピークはメリチン添加により0.03ppm高磁場側へ移動したがTFP添加ではその様な動きは認められなかった。又、6.96ppm及び7.02ppmのピークはメリチン添加によりそれぞれ7.03ppm及び6.93ppmへ移動したがTFP添加では6.91-6.93ppmに新しいピークが出現した。このようにメリチン及びTFPは共に【Ca^(2+)】-CaMへ同じ様な結合様式で結合すると予想されたが、′HNMRを詳細に調べることにより【Ca^(2+)】-CaM上の結合部位は厳密には異なっている可能性が示唆された。ACTH、サプスタンスPにおいてもメリチンと同様な結果が得られ、ペプチド-CaM相互作用について有益な知見を得た。
交感神経系神経堤幹細胞及び神経芽腫幹細胞の分離同定と分化階層の解析

神経芽腫細胞株では、神経突起様の形態を示すN-typeと、平たく広い細胞質を示すS-typeの形態が認められ、相互に形態変化を示す現象(transconversion)が知られる。細胞株SK-N-SHで表面マーカーを検討した結果、transconversionを反映する表面マーカーの相互変化が観察された。相互変化を示す細胞集団から、変化しない固定した分画が生じるが、この分画は増殖が速く、N-typeの形態を示し、相互変化する細胞集団よりもマーカー上、分化の下位に相当するものと考えられた。神経芽腫細胞株においては、生理的な神経堤細胞の分化にみられる明らかなピラミッド型の階層は見出されなかった。1神経芽腫細胞のside populationと分化能の解析ヒトの神経芽腫の細胞株では、神経突起様の形態(N-type)と、平たく広い細胞質を示す形態(S-type)が混在し、それぞれの表面マーカーがCD24(+)CD44(-)、CD24(-)CD44(+)であることが昨年度の研究で明らかになったが、腫瘍幹細胞の表面マーカーを明らかにするために、これら表面マーカーとHoechst33342色素によるside populationの分画との関係をFACSを用いて検討した。Side populationの分画は、CD24(+/-)CD44(-)と判断される結果であった。2副腎髄質細胞のマーカーの検討マウスの副腎髄質から、交感神経系幹細胞の分画を得る第一歩として、生きた細胞の状態で副腎髄質の細胞を皮質の細胞と分離する必要がある。固定標本では、副腎皮質の細胞質内のマーカーを用いて染色し識別する方法があるが、生細胞で表面マーカーを用いた分離法の記載はない。そこで、生細胞でも固定材料でも皮質の脂肪滴を染色する色素であるNile Redを用いた。固定後の切片では、副腎皮質細胞が染色され、488nmの励起で緑色蛍光を発することが確認された。コラゲナーゼおよびトリプシン処理して単一細胞化し、488nmの励起波長で、生細胞でも副腎皮質細胞の分画が検出できることを確認した。さらに、副腎由来細胞のside population分画の検討に着手したが、今のところ分画が得られていない。1神経芽腫細胞のsphere形成能と分化能の解析神経芽腫の多くの細胞株で、神経突起様の形態を示すN-typeと平たく広い細胞質を示すS-typeが混在し、互いに形態が変化しうる現象(transconversion)が知られており、このことが腫瘍幹細胞性と分化階層を検討する上で技術的に困難な点となる。そこでまず、N-typeおよびS-typeに特徴的な表面マーカーを検討した。これまでの研究で、RT-PCRを用いてN-type、S-typeそれぞれにつき約150種の表面マーカーのmRNAの発現を調べ、その結果から絞り込んだ表面マーカー蛋白の発現を蛍光抗体法で検討すると、N-typeはCD24(+)CD44(-)、S-typeはCD24(-)CD44(+)であることが明らかとなった。SK-N-SHとSK-N-BE(2)の2種類の細胞株でCD24とCD44の発現をFACS及び蛍光抗体法で検討すると、それぞれに陽性を示す細胞分画を確認できた。SK-N-SHの単細胞クローン化した細胞株を神経堤幹細胞の培養条件で培養すると、N-typeのクローンはsphereを形成しなかったのに対し、S-typeのクローンはsphere形成がみられた。尚、単細胞クローン化の際に、N-typeとS-typeの両方の形態を示す単細胞クローンは極めて少数のみで増殖が遅く、最終的には増殖の速いN-typeの細胞で占められたため、sphere形成能の検討ができなかった。2副腎髄質交感神経細胞の表面マーカーの検討マウスの副腎髄質においては、神経堤幹細胞のマーカーと報告されているp75陽性細胞が認められた。一方、神経芽腫細胞で見られるCD24、CD44陽性細胞の存在は判然としなかった。セルソーターでp75陽性細胞を分画し神経堤幹細胞の培養条件で培養したが、単一細胞からのsphereの形成は得られなかった。神経芽腫細胞のsphere形成能と分化能の解析Low attachment 6well dishの1wellあたり、神経芽腫細胞SK-N-SH 500個を、bFGF、EGFを添加したDMEM/F12培養液からなるneural stem cellの培養条件下で培養すると、10.7±2.7個(2.14±0.054%, n=24)のsphere形成を認めるが、96well dishにFACSでsingle cellに分取した実験系ではsphere形成は得られなかった。蛍光抗体法による観察では、p75、CD24、CD44の各表面マーカーに染色される細胞を認める。

Single cellによる解析はできなかったが、セルソーターで各表面マーカーの陽性陰性で分画した計8分画を分取し、マーカーの変化を検討した。各分画でマーカーの陽性、陰性は入れ替わり、SK-N-SH細胞で知られている形態変化(transconversion)を反映しているものと思われたが、p75(-), CD24(+), CD44(-)の分画だけは、表面マーカーの性質が変化せず、他の成分が出現しなかった。このことから、この分画は分化の最下位に位置するものと考えられた。この分画は、形態的にN-typeに相当し、SK-N-SHのsubcloneであるSK-N-SY5Yもこの分画に相当する細胞である。N-typeはS-typeに比べて増殖が速く、過去の検討から、SK-N-SHをクローン化して得られる細胞のうち98%がN-typeである。適切に培養細胞を継代しないと、p75(-), CD24(+), CD44(-)のみの細胞で占められる。SK-N-SH細胞表面マーカーの検討から、神経芽細胞種においては、ある一定の分化階層を持ちながらも、分化階層の最も下位にある腫瘍性増殖に傾き、階層に乱れが生じている状態にあると考えられた。実験病理学1神経芽腫細胞のside populationと分化能の解析昨年3月末に、愛知医科大学高度研究機器部門に新型のセルソーター(BD社FACS AriaIII)が導入され、side populationの検討が可能となったが、神経芽腫細胞株を培養している途中で、現れていたside populationの分画が不明瞭になるという現象があり、実験系が安定しない。このため、side populationの分画の細胞を分取するには至っていない。2副腎髄質マーカーの検討副腎髄質の細胞を得るために、Nile Red陽性の副腎皮質の細胞を除去することが有効であることがわかったが、皮質細胞の脂肪滴の明瞭な高齢マウスに比べて、生後6週程度のマウスでは、Nile Redのシグナルが弱い。副腎髄質幹細胞および神経芽腫幹細胞を得るための新たな分画法を確立するうえで、実験系の不安定な点や、技術的な問題点により、研究が遅れている。SK-N-SHの表面マーカーの検討から、CD44陽性を示すS-typeのクローンにsphere形成能があるようだが、このクローン自体は長期に培養しても神経突起を伸長するN-typeに変化せず、形態的多様性は確認できない。腫瘍幹細胞の検討のためには、親株の細胞株からセルソーターで分画ごとに単一細胞を分取し、sphere形成能や表面マーカー分画の再構成、形態的多様性を検討する必要があるが、セルソーターの不調もあり研究が遅れた。また、愛知医科大学で継代維持されていたSK-N-SHには、他の神経芽細胞腫細胞株にない特徴として、神経堤幹細胞のマーカーとされているp75陽性分画が観察されたが、継代しているうちにp75の発現が低下した。p75を神経芽腫幹細胞のマーカー候補として注目していたため、新たに細胞バンク(European Collection of Cell Cultures: ECACC)からSK-N-SHを導入したが、p75の発現を確認できなかった。このため、p75に関する検討は困難な状況となった。
次世代SoC-LSIにおける超高バンド幅マクロ間インターコネクト技術の研究

CMOS LSIにおいては、プロセスの超微細化やチップ面積の大型化に伴う、素子性能のばらつきや素子不良の問題、設計やテストにかかるコスト増大等の問題が顕在化している。この問題を回避するために、機能毎に分割された複数のマクロブロックを2次元配列状に規則的に並べ、その間を高速通信バスで結合するという形態が、検討されている。この構成によれば、LSIを機能毎の比較的小さなマクロブロックの集合体とすることで、素子特性のばらつきの影響を狭い範囲に限定することができ、また、冗長マクロを用意することで、局所的なデバイス不良にも対応することができる。また、回路設計の規模は、マクロ毎に小さな規模に分割され、設計コストの増大を抑制できる。この構成を実現する上での最大の課題は、マクロ間を結ぶ高速通信ネットワーク網(回路)を如何に実現するかである。そのため、従来のロジックLSI設計を中心とした取り組みから、高速通信・ネットワーク用のLSIの高速アナログ回路技術、さらには、規則的なブロック構成からなり、ばらつきや回路の冗長性を考慮した設計を行うメモリLSIの設計技術の両面からの取り組みが特に重要である。本研究では、これらの技術をベースにして、マクロ結合型の次世代SoC-LSIを実現する鍵となるマクロブロック間の高速通信回路方式について検討し、LSIの試作により、その性能を実証することを目的としている。2年間の研究期間では具体的には、以下の3つの課題について検討を進めた。1)次世代高速インターフェース回路の検討、2)VDECによる実証LSI開発環境の構築、3)メモリLSIにおける素子性能ばらつき評価手法の構築。1)については、次世代の高速I/O回路の有力な候補となる多値I/O回路の検討とチップ設計・試作・評価を行い、その実用性実証を行った。また、2)については、VDECによる実証LSIの試作環境を構築し、基準クロック発生回路となるPLL回路の評価データを得ることができた。さらに3)については、不揮発メモリの評価データの解析に画像処理を適用することで、素子ばらつきの傾向を定量的に分するシステムを構築した。

本年度は具体的には、以下の3つの課題について検討を進めた。1)次世代高速インターフェース回路の検討、2)VDECによる実証LSI開発環境の構築、3)メモリLSIにおける素子性能ばらつき評価手法の構築。1)については、次世代の高速I/O回路の有力な候補となる多値I/O回路の検討と設計を行った。また、2)については、VDECによる実証LSIの試作環境を構築し、基準クロック発生回路となるPLL回路の評価データを得ることができた。さらに3)については、不揮発メモリの評価データの解析に画像処理を適用することで、素子ばらつきの傾向を定量的に分析するシステムを構築した。CMOS LSIにおいては、プロセスの超微細化やチップ面積の大型化に伴う、素子性能のばらつきや素子不良の問題、設計やテストにかかるコスト増大等の問題が顕在化している。この問題を回避するために、機能毎に分割された複数のマクロブロックを2次元配列状に規則的に並べ、その間を高速通信バスで結合するという形態が、検討されている。この構成によれば、LSIを機能毎の比較的小さなマクロブロックの集合体とすることで、素子特性のばらつきの影響を狭い範囲に限定することができ、また、冗長マクロを用意することで、局所的なデバイス不良にも対応することができる。また、回路設計の規模は、マクロ毎に小さな規模に分割され、設計コストの増大を抑制できる。この構成を実現する上での最大の課題は、マクロ間を結ぶ高速通信ネットワーク網(回路)を如何に実現するかである。そのため、従来のロジックLSI設計を中心とした取り組みから、高速通信・ネットワーク用のLSIの高速アナログ回路技術、さらには、規則的なブロック構成からなり、ばらつきや回路の冗長性を考慮した設計を行うメモリLSIの設計技術の両面からの取り組みが特に重要である。本研究では、これらの技術をベースにして、マクロ結合型の次世代SoC-LSIを実現する鍵となるマクロブロック間の高速通信回路方式について検討し、LSIの試作により、その性能を実証することを目的としている。2年間の研究期間では具体的には、以下の3つの課題について検討を進めた。1)については、次世代の高速I/O回路の有力な候補となる多値I/O回路の検討とチップ設計・試作・評価を行い、その実用性実証を行った。
構造体触媒マイクロリアクターによる気相反応の高性能化

マイクロリアクターにフィン状構造を持つ材料やエッチングを施した材料の構造体触媒を導入し気相反応の高性能化を目指した。プレート状触媒や粒状触媒と反応性の比較を行い、構造体触媒の方が反応性が高くなることを見出した。フィン状材料については対流流束の影響が拡散流束よりも大きくなる条件で反応性向上の効果が大きいことを見出した。エッチング材料については外部拡散の影響が小さくなり反応性が向上することを見出した。本申請課題の目的は、物質移動や熱移動が十分に速いマイクロリアクターにおいても、高温の気相反応等では反応が速いために移動速度が律速段階になる可能性があり、この問題をマイクロリアクターに構造体触媒を用いて解決する、というものである。研究初年度の平成26年度は、構造体触媒を用いたマイクロリアクターにおいてメタノール水蒸気改質反応をモデル反応として、新たな構造について主に実験的な検討を行った。触媒体を螺旋状構造にすることについての検討も行ったが、螺旋状構造にするよりも物質、熱移動促進効果が大きいと考えられる、表面に凹凸状構造を持ったエッチングアルミニウム基板材料について主に検討を行った。新たな材料でかつ厚さが30ミクロンと薄い材料であったため、まず表面処理、Cu/Zn系2成分触媒の担持方法の検討を行った。その後反応性向上の効果について検討を行った。効果の比較としては、外部拡散が律速段階になる可能性のある高温領域において、通常の平滑なプレート状の触媒との反応性を比較した。さらに、この構造体触媒基板について、マイクロリアクター内への積層効果について主に評価を行った。その結果、マイクロリアクターにおいても、本研究の構造体触媒を用いることにより、平滑なプレート状触媒よりも反応性が1.3倍程度向上することが明らかになった。この原因は構造体触媒による反応ガスの拡散効果によるものと考えているが今後さらに詳細な検討が必要である。積層化の影響は予想ほど大きくなかったため、その原因も含め、今後さらに詳細な検討が必要と考える。また、シミュレーションモデル作成の検討も進めるためそのパラメータ取得、モデル構築の基礎的検討なども並行して実施した。次年度は、研究計画に基づき移動促進効果の原因の解明をさらに進め、シミュレーションによる検討も実施する予定である。本申請課題の目的は、構造体触媒を用いることで高性能な気相反応マイクロリアクターの作成を目指すことである。平成27年度は前年度の結果を元に、さらに構造体触媒の反応性向上の効果について検討を進めた。前年度使用した材料においては触媒の剥離等が生じていたことがわかり、まずこの問題を解決し、剥離のない触媒を調製することが可能になった。この触媒のメタノール改質反応における活性を平滑なプレート状の触媒と比較した。前年度程大きな反応性向上結果は得られなかったが、シミュレーションモデルを構築してシミュレーションにより検討したところ、さらに凹凸の高さを大きな構造にすると流体の挙動の乱れが大きくなることがわかり、反応性向上の可能性を見出した。また、その他の構造にエッチングを施した材料、400ミクロン程度のフィン状構造を持つ材料等を用いて、平滑プレート状材料との反応性の比較を行った。フィン状構造を持つ材料については、これまで検討していたメタノール水蒸気改質反応のみではなく、発熱反応である水素燃焼反応についても検討を行った。いずれの反応についても構造体触媒を用いた方が反応性が向上し、その効果は外部拡散が影響すると考えられる高温側よりも低温側で大きいことがわかった。また、各反応において、温度域によらず活性化エネルギーはほぼ一定で、燃焼反応においても外部拡散の影響は大きくないことがわかった。これらの挙動、反応性向上の原因等についてシミュレーションモデルを作成してシミュレーションにより検討した。実験結果をほぼ再現するモデルを構築し、構造体触媒の配置の違いによる影響等をシミュレーションにより比較検討した。次年度はさらにシミュレーションによる詳細な検討を進め、活性向上の原因を明らかにするとともに構造体触媒マイクロリアクターの設計指針の提案について検討を進める予定である。いくつかの構造体触媒を用いて、平滑なプレート状触媒と活性を比較し、活性が異なる原因について実験的により詳細に検討を進めることができた。そして、吸熱反応のみではなく、燃焼反応もモデル反応として扱い、活性の比較を実験的に実施することができた。また、構造体触媒の反応に対するシミュレーションモデルを構築することができ、シミュレーションを用いて様々な条件における反応性、反応器内の流体の挙動等を検討することができるようになったため、ほぼ計画通りに進捗していると考えられる。平成28年度は前年度までの結果を元に、フィン状構造材料、エッチングを施した構造材料等について反応性向上の原因を明らかにするべく検討を行った。フィン状構造材料については、メタノール水蒸気改質反応、水素燃焼反応ともに低温側でプレート状触媒と比較して反応性が向上する原因について、実験結果に基づくシミュレーションモデルを構築して検討を行った。シミュレーションにおいては対流と拡散の流束の合計に対する対流による流束の度合いから対流の影響を評価した。その結果、低温において対流による流束の影響が相対的に大きくなることがわかった。フィン状の構造については対流の影響が大きくなると流体が構造体触媒の上下に移動し、触媒との接触の効率が向上するために反応性が向上したものと考えられる。

また、フィン状構造体触媒の反応器内への充填方法が反応性に影響を及ぼすことが実験的に確認され、この点についてもシミュレーションにより検討した結果、対流による流束の影響が最も大きくなる充填方法が、反応性が最も高いことがわかり、フィン状構造体触媒においては対流の効果を大きく引き出す構造、充填方法、操作方法等により気相反応の反応性を向上させられることがわかった。また、化学エッチングを施した構造体材料の微細孔内を触媒化してマイクロリアクターとして用い、メタノール水蒸気改質反応において粒子充填層触媒よりも高い反応性を示すことを見出した。これは孔径数ミクロンの微細孔内で反応させることにより外部拡散の影響を小さくできたためであると考えられ、この構造体触媒により気相反応を高性能化できる可能性があることが示された。マイクロリアクターにフィン状構造を持つ材料やエッチングを施した材料の構造体触媒を導入し気相反応の高性能化を目指した。プレート状触媒や粒状触媒と反応性の比較を行い、構造体触媒の方が反応性が高くなることを見出した。フィン状材料については対流流束の影響が拡散流束よりも大きくなる条件で反応性向上の効果が大きいことを見出した。エッチング材料については外部拡散の影響が小さくなり反応性が向上することを見出した。触媒体を螺旋状に組み込むことは強度の問題等もあり実施しなかったが、別の構造体触媒を提案することにより、平滑なプレート状触媒よりも反応性が向上する可能性があることを実験的に示すことができ、さらにその構造体の積層化の効果についても検討を行うことができた。構造体触媒による反応性向上の原因の解明がまだ十分にはなされていないが、シミュレーションモデル構築のための基礎的検討も実施できたため、ほぼ計画通りに進捗していると考えられる。今後は、さらにシミュレーションによる詳細な検討を進め、実験による検討結果と詳細に比較検討しながら、構造体触媒において反応性が向上する原因を流体の流動状態に注目しながらより明確化することを進める。そして、その結果に基づき、さらに反応性を向上させることができるような構造体触媒の形状を提案する。さらに、シミュレーションによる検討から、反応性向上の効果を定量的に表現することができるような評価指針や、構造体触媒マイクロリアクターの設計指針についての提案をすることを目指す。反応工学今後は、さらに気相反応において構造体触媒の効果を見出すために、これまで得られた知見から、反応性向上の原因について詳細な検討を行う。その結果に基づき、積層化における積層間隔、積層方向等の影響について詳細な検討を行う。また、同様に反応性向上の原因の検討結果に基づき、用いてきた構造体触媒よりも凹凸状構造の大きい基板や、物質、熱移動をより促進させる様な新たな構造をもった構造体触媒の提案、検討を行うことにより、気相反応において、より反応性の高い構造体触媒マイクロリアクターの開発を目指す。