hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
大学連合とフランス原子力庁による次世代型軽水炉の物理に関する共同研究

本研究では、次世代型軽水炉において、(1)プルトニウム(Pu)燃料の利用に伴って重要性が増す共鳴吸収効果の計算法、(2)Pu燃料の燃焼に伴うマイナーアクチニド(MA)蓄積量の評価法、(3)実験による核データ、核計算評価法等の飛躍的な精度向上に向けた取り組みを行いつつ、(4)これらの要請に見合った炉物理実験手法の開発と高度化を目標として国際共同研究を行い、炉物理設計・解析手法の高度化をフランス原子力庁(CEA)の実験施設及び京都大学臨界集合体実験装置(KUCA)を用いた実験により検証しながら達成して、次世代型軽水炉設計の高度化に資する基盤の構築を目指すこととした。日本側としては、(1)については大阪大学のグループ、(2)については東北大学のグループ、(3)、(4)については京都大学及び名古屋大学のグループが中心となり、適宜、フランス側と電子メールなどで連絡を取り合いながら研究を進めた。なお、平成14年度から文部科学省における革新的原子力システム技術開発公募事業の枠組みの下、京都大学で5ヶ年計画の加速器駆動未臨界炉の技術開発に関するプロジェクトが開始されたことから、これに関連する実験研究の比重が高まることになった。また、KUCAにおいて蓄積された炉物理実験データの解析・評価を進め、次世代型軽水炉開発のベースとなる核データ及び核計算コードの評価に役立てるため、ベンチマークデータとして活用することを目指して研究を進めた。ちなみに、本共同研究の遂行に際しては、双方の研究成果を持ち寄って発表・討論を行う日仏セミナーを、毎年、交互に双方で開催することを基本とした。また、本研究については、平成18年度から基盤研究(A)(1)「大学連合とフランス原子力庁による次世代型軽水炉の研究開発に関する炉物理の共同研究」に引き継がれることとなった。本研究は、平成1215年度に行われることになっていた基盤研究(A)(1)の「大学連合による次世代型軽水炉の炉物理に関する研究-フランス原子力庁との共同研究-」(課題番号12308025)に替わって、年度の途中から開始したものであり、(1)共鳴緩衝効果を含む自己遮蔽計算法の開発及び検討、(2)燃焼及びドップラー反応度計算におけるリム効果及び径方向温度分布を考慮した計算法の開発と検討、(3)燃料格子の感度係数計算法の開発及び検討並びに誤差伝播の検討、(4)マイナーアクチニドのリサイクル及び超ウラン元素の炉物理の確立、(5)格子計算時の漏洩評価モデルの開発及び検討並びに検証、(6)加速器駆動未臨界炉を含む次世代炉研究に必要な炉物理実験技術の高度化をテーマとした日本の大学連合とフランス原子力庁(CEA)の共同研究である。今年度は3月初旬にCEAのパリ本部で、(1)共鳴干渉効果を含む自己遮蔽計算法、(2)ドップラー反応度効果計算法、(3)マイナーアクチニドリサイクルに関連した照射後試験ベンチマーク計算、(4)炉物理実験解析法の検討、(5)加速器駆動未臨界炉模擬実験を中心テーマとして日仏セミナーを開催し、双方の研究成果を持ち寄って発表し合うとともに、今後の研究の進め方について、共同研究成果の発表方法を含め、討議を行った。その際、大学連合とCEAの間で締結した日仏研究協力協定が平成16年度に5年の期限を迎えることになっているが、さらに研究協力協定を5年程度延長して共同研究を継続することで双方が合意に達した。なお、次回の日仏セミナーは平成16年末に日本で開催することとなった。本研究は、平成1215年度基盤研究(A)(1)「大学連合による次世代型軽水炉の炉物理に関する研究-

フランス原子力庁との共同研究-」(課題番号12308025)に替わって、平成15年度の途中から開始したものであり、基本的には、(1)共鳴緩衝効果を含む自己遮蔽計算法の開発及び検討、(2)燃焼及びドップラー反応度計算におけるリム効果及び径方向温度分布を考慮した計算法の開発と検討、(3)燃料格子の感度係数計算法の開発及び検討並びに誤差伝播の検討、(4)マイナーアクチニドのリサイクル及び超ウラン元素の炉物理の確立、(5)格子計算時の漏洩評価モデルの開発及び検討並びに検証、(6)加速器駆動未臨界炉を含む次世代炉の開発研究に必要な炉物理実験技術の高度化などをテーマとした日本の大学連合とフランス原子力庁(CEA)の共同研究である。今年度は2月初旬に京都大学原子炉実験所で、(1)ドップラー反応度係数の計算法、(2)京都大学臨界集合体実験装置(KUCA)を用いて行われている加速器駆動未臨界炉模擬実験及びその解析、(3)ミニチュア核分裂計数管を用いたスペクトルインデックスの測定、(4)動特性を含む炉物理実験解析の簡便法、(5)新しい概念に基づく計算法の開発等を中心テーマとして日仏セミナーを開催し、双方の研究成果を持ち寄って発表・討論を行うとともに、今後の研究の進め方について協議した。なお、共同研究の進展により学術誌への投稿が可能な段階に近づいているものがでてきていることから、成果の発表については共同論文の形に纏めることを双方で確認した。また、大学連合とCEAの間で締結した日仏研究協力協定が平成16年度に5年の期限を迎えるが、CEAにおける延長協定の準備が遅れていることについては、研究代表者がCEAを訪れて協定の担当者と直接に協議し、研究協力協定をさらに5年延長して共同研究を継続すること、平成17年度早々に調印を行うことで合意に達した。なお、次回の日仏セミナーは平成17年度の下半期にフランスで開催する予定となっている。本研究は、平成1215年度基盤研究(A)(1)「大学連合による次世代型軽水炉の炉物理に関する研究-フランス原子力庁との共同研究-」(課題番号12308025)に替わって、平成15年度の途中から開始したものであり、基本的には、(1)共鳴干渉効果を含む自己遮蔽計算法の開発及び検討、(2)燃焼及びドップラー反応度計算におけるリム効果及び径方向温度分布を考慮した計算法の開発と検討、(3)燃料格子の感度係数計算法の開発及び検討並びに誤差伝播の検討、(4)マイナーアクチニドのリサイクル及び超ウラン元素の炉物理の確立、(5)格子計算時の漏洩評価モデルの開発及び検討並びに検証、(6)加速器駆動未臨界炉を含む次世代炉の開発研究に必要な炉物理実験技術の高度化などをテーマとした日本の大学連合とフランス原子力庁(CEA)の共同研究である。今年度は2月にCEAのパリ本部で、上記(1)、(2)、(6)の課題を中心テーマとして日仏セミナーを開催し、双方の研究成果を持ち寄って発表・討論を行うとともに、今後の研究の進め方について協議を行った。計算手法については、新たな多群構造、ストーカー・ワイズ法の適用、核データライブラリー間の比較・検討、キャラクタリスティック法の適用など、実験手法については、温度係数測定法、ピークチェック法、中性子スペクトル測定法などに関する研究の成果が日仏双方から紹介された。その際、共同研究の進展に伴って学術誌等への投稿が可能な段階にあるものについては、共同論文の形に纏める作業を加速することで双方が合意した。
浅瀬における水上ロボットの位置・方位の自律的維持に関する研究

本研究では,水上ロボットを2台構成するとともに,水上ロボット用位置推定法として,オプティカルフローを用いた画像処理を構成した.また,力学系学習木の耐ノイズ性を向上させ,これをFAD学習と併用してロボットの加速度予測器を構成した.これらのロボットを用いた制御実験の結果,無波環境においてロボットが目標位置付近へと戻ることができること,有波環境において波の影響をキャンセルできること,有波環境においても目標位置・方位付近へと戻ることができることなどが分かった.本研究で開発した学習手法および制御手法はヒト型ロボットや自動車の制御などにも有効であることが分かった.本研究では浅瀬において位置・方位を自律的に維持できる水上ロボットの構成論を確立することを目的としている.本年度は(1)9軸センサ及び水底画像処理による定位システムを備えた水上ロボットの構成と改良,(2)力学システムの運動データを木構造により学習することで加速度予測を行う力学系学習木の構成,(3)前記定位システムおよび力学系学習木を用いた船体制御系の構成,(4)人が乗れるサイズの大型水上ロボット開発への着手を行った.また,(1)-(3)の効果について無波環境および有波環境にて試験した.試験の結果,(1)について,高い精度での位置方位の推定結果が得られた.特に水底画像処理では,大船渡海岸の海底画像データよりオプティカルフローを算出した結果,高精度な位置推定が行えることが分かった.(2)について,高い精度での加速度予測と,当該加速度予測を用いた波力の影響の予測が得られた.具体的には船体軌道と力学系学習木による予測軌道の間の誤差を調査した結果,これらの軌道がほぼ一致する結果が得られた.また,力学系学習木により推定した加速度を実際の加速度から差し引くことで船体に加わる外乱加速度の推定ができることが分かった.(3)について,当該船体制御系を用いて有波環境において水上ロボットの位置・方位の自律的な維持ができた.具体的には,水上ロボットを造波水槽内の有波環境に浮かべて位置・方位の維持に関する試験を行った結果,外乱によって位置・方位が乱された場合にも元の位置・方位へ戻ることが確認できた.この際の水上ロボットの軌道をモーションキャプチャシステムにより計測したところ,水上ロボットが推定した軌道との間で良い一致が見られた.今後は(4)に関する開発をさらに進め,その有効性を評価する予定である.本年度の計画内容を達成したことに加え,次年度の計画の一部としていた有波環境における位置・方位の維持についても達成できている.(1)について,高い精度での位置方位の推定結果が得られた.特に水底画像処理では,大船渡海岸の海底画像データよりオプティカルフローを算出した結果,高精度な位置推定が行えることが分かった.(2)について,高い精度での加速度予測と,当該加速度予測を用いた波力の影響の予測が得られた.具体的には船体軌道と力学系学習木による予測軌道の間の誤差を調査した結果,これらの軌道がほぼ一致する結果が得られた.また,力学系学習木により推定した加速度を実際の加速度から差し引くことで船体に加わる外乱加速度の推定ができることが分かった.(3)について,当該船体制御系を用いて有波環境において水上ロボットの位置・方位の自律的な維持ができた.具体的には,水上ロボットを造波水槽内の有波環境に浮かべて位置・方位の維持に関する試験を行った結果,外乱によって位置・方位が乱された場合にも元の位置・方位へ戻ることが確認できた.この際の水上ロボットの軌道をモーションキャプチャシステムにより計測したところ,水上ロボットが推定した軌道との間で良い一致が見られた.浅瀬において位置・方位を自律的に維持できる水上ロボットの構成論を確立するために,水底画像処理用カメラを備えた水上ロボットを2機構成した.水上ロボットの力学的振る舞いを学習させることにより,ロボットが辿る未来の軌道を予測するアルゴリズムとして,Dynamics Learning Tree (DLT)及びFAD学習を提案した.DLTは,対象とする力学系の振る舞いをブラックボックスモデルとして学習するアルゴリズムであり,過去のデータと同じ重みで新規データを逐次追加学習できる他,収束性も保証されている.FAD学習は,波の影響による加速度,スラスターによる加速度,無波無動力時の動力学により生じる加速度を分離して学習するアルゴリズムである.DLT及びFAD学習をモータバブリングと併用した造波水槽内での有波環境試験において,水上ロボット1は,水底画像処で得た位置情報とジャイロセンサで得た方位情報をもとに,自らが辿る平面運動軌道を予測することができた.この予測を用いた制御入力の最適化により,波の影響をキャンセルし,位置・方位を維持できた.水上ロボット2の四十四田ダム湖における実験においても同様の方式で位置・方位を維持できた.水上ロボットに意図的に変位を与えた実験では,目標位置・方位付近でのオーバーシュート等の調整が難しいPID制御と比較して,本手法では調整を行わずともオーバーシュートを起こさずに素早い制御ができた.さらに,水上ロボット2について大船渡沿岸の海にて性能評価を試みた.DLTについて岩手大学より特許を出願した.DLTは株式会社エイシングの商用人工知能パッケージに組み込み済であり,水上ロボット以外のシステムへの応用についても研究を進めている.本船体制御方式はアサヤ株式会社より販売予定の他,福島沿岸の放射線調査にも活用される見込みである.

本研究では,水上ロボットを2台構成するとともに,水上ロボット用位置推定法として,オプティカルフローを用いた画像処理を構成した.また,力学系学習木の耐ノイズ性を向上させ,これをFAD学習と併用してロボットの加速度予測器を構成した.これらのロボットを用いた制御実験の結果,無波環境においてロボットが目標位置付近へと戻ることができること,有波環境において波の影響をキャンセルできること,有波環境においても目標位置・方位付近へと戻ることができることなどが分かった.本研究で開発した学習手法および制御手法はヒト型ロボットや自動車の制御などにも有効であることが分かった.今後は(4)に関する開発をさらに進め,その有効性を評価する予定であり,3m程度の実験機を年度内に完成させ,従来の実験機で研究開発した技術をこれに適用する.また,当該実験機の試験と評価を行う.ロボティクス国際会議への成果発表等の時期が予定よりも遅れたため.2016年5月に開催されるICRAへの参加発表費用等として使用する.
顎顔面領域骨代謝性疾患におけるエピゲノム制御による新規骨リモデリング機構の解明

これまでの申請者らの予備検討でマクロファージをRANKL刺激後にAsxl1の発現が急激に上昇するというデータを得ており、破骨細胞への分化・活性化の過程でAsxl1が極めて重要な役割を果たしていることが示唆されることよりRANKLシグナルとAsxl1との関係を詳細に解析する。一方で、Asxl1の発現がどのように調節されているのか、またその調節に関与する因子の本体についてもよく判っていない。さらに、Asxl1の直接のターゲットであるBaP1、Ezh2、あるいは核内ホルモンレセプターとの結合と破骨細胞分化に関する研究も実施した。その結果、Asxl1をノックダウンしたマクロファージではRANKL刺激により破骨細胞形成能の著しい亢進がみられ、また細胞内シグナル伝達においてリン酸化Akt、MAPキナーゼの一つであるリン酸化p38、NF-κBのサブユニットであるリン酸化p65、リン酸化IκBαの亢進を認めた。一方でBaP1をノックダウンしたマクロファージでは破骨細胞形成の著しい減少がみられ、NFATc1、Integrin β3、c-Src、Cathepsin Kなどの破骨細胞分化マーカー及びRANKLによるリン酸化Akt、リン酸化IκBα、リン酸化JNKの発現が著しく減弱していることが明らかとなった。破骨細胞形成には2つのサイトカインRANKL、M-CSFが必須であることが知られているがAsxl1、BaP1をノックダウンしたマクロファージではコントロールと比較してM-CSF刺激においては細胞内シグナル伝達に差がみられなかった。これらの結果よりAsxl1はブレーキ役、BaP1はアクセルとして分子複合体を形成しミエロイド系マクロファージから破骨細胞の分化に重要な役割を果たすことが示唆された。エピゲノムによる破骨細胞の細胞内シグナル伝達への影響について詳細に解析することを当該年度の目標としていた。Asxl1をノックダウンしたマクロファージではRANKL刺激により破骨細胞形成能の著しい亢進がみられ、また細胞内シグナル伝達においてリン酸化Akt、MAPキナーゼの一つであるリン酸化p38、NF-κBのサブユニットであるリン酸化p65、リン酸化IκBαの亢進を明らかにした点でほぼ計画どおりの進捗状況であり、来年度の研究計画もすでに道筋をたてている。さらに、研究成果の学会および論文掲載の準備を進めている段階であることから、概ね順調に進展していると考えられるが、さらに詳細な検討を必要とする。これまでのエピジェネティック研究による結果はAsxl1によるNFATc1遺伝子プロモーター上のヒストン脱メチル化というエピジェネティクスな修飾が、破骨細胞分化に重要な役割を果たしている可能性を示唆している。そこでAsxl1ノックアウトマウス由来破骨細胞へのJmjd3のノックダウンによるNFATc1転写活性をルシフェラーゼアッセイ、ChIPアッセイ、DNA転写結合アッセイにより解析するとともにNFATc1の遺伝子過剰発現を行い破骨細胞形成能も併せて多角的に評価する。以上の内容の実験を遂行する上ではハード面、ソフト面ともに問題はない。これまでのエピジェネティック研究による結果はAsxl1によるNFATc

1遺伝子プロモーター上のヒストン脱メチル化というエピジェネティクスな修飾が、破骨細胞分化に重要な役割を果たしている可能性を示唆している。そこでAsxl1ノックアウトマウス由来破骨細胞へのJmjd3のノックダウンによるNFATc1転写活性をルシフェラーゼアッセイ、ChIPアッセイ、DNA転写結合アッセイにより解析するとともにNFATc1の遺伝子過剰発現を行い破骨細胞形成能も併せて多角的に評価する。以上の内容の実験を遂行する上ではハード面、ソフト面ともに問題はない。
柔軟マルチボディダイナミクスによるタイヤ/路面接触力学に関する研究

本研究では,短波長の路面凹凸によって励起されるタイヤベルトの動的変形を考慮した非線形タイヤモデルを開発した.提案したタイヤモデルの有効性を検証するためにタイヤ試験装置を開発し,タイヤの振動特性および突起乗り越し時の動的特性において実験結果と計算結果に良い一致が見られることを示した.以上から,従来厳密に取り扱うことが難しい,タイヤの接触力学特性と振動特性の動的連成を厳密に考慮した評価が可能となることを示し,マルチボディダイナミクスシミュレーションによる自動車の乗心地,耐久性評価において有効な手法であることを示した.本研究では,短波長の路面凹凸によって励起されるタイヤベルトの動的変形を考慮した非線形タイヤモデルを開発した.提案したタイヤモデルの有効性を検証するためにタイヤ試験装置を開発し,タイヤの振動特性および突起乗り越し時の動的特性において実験結果と計算結果に良い一致が見られることを示した.以上から,従来厳密に取り扱うことが難しい,タイヤの接触力学特性と振動特性の動的連成を厳密に考慮した評価が可能となることを示し,マルチボディダイナミクスシミュレーションによる自動車の乗心地,耐久性評価において有効な手法であることを示した.本年度は,タイヤベルトの動的変形を考慮した非線形弾性リングタイヤモデルを柔軟マルチボディダイナミクス理論に基づいて開発した。本モデルでは,弾性ベルトの非線形慣性力および弾性力,タイヤのサイドウォール剛性,ベルト初期張力,タイヤと路面間の動的接触を厳密に考慮した。また,タイヤの弾性ベルトには研究代表者が開発を行ったAbsoIute nodalcoordiate formulationに基づく曲がり梁要素を適用し,路面凹凸によって励起されるタイヤベルトの動的変形をモデル化した。本タイヤモデルに対するパラメータ同定を行った結果,非接地(ジャッキアップ)状態および接地状態において,タイヤの固有振動数が実験結果と良い一致を示し,本モデルにより,タイヤの振動特性を厳密にモデル化可能であることを示した。さらに,タイヤモデルを用いた動的シミュレーション結果から,短波長の路面凹凸上を走行するタイヤの動的応答が本モデルにより可能であることを示した。本モデルを用いることにより,短波長の路面不整によってタイヤへ伝達される振動を厳密に考慮することが可能であるため,自動車の耐久性,乗り心地評価をマルチボディダイナミクスによる車両運動解析により詳細に評価可能となることが期待できる。さらに,タイヤモデルの妥当性検証を目的とした小型のドラム式タイヤ試験機を設計,試作した。次年度以降,本装置を用いて,転動中のタイヤに発生する振動の評価および今回開発を行ったタイヤモデルの妥当性検証進めていく.本年度は,昨年度開発を行った非線形タイヤモデルに転動時のタイヤ動力学特性変化を厳密にモデル化することを目的とし,実験装置の開発およびタイヤ振動特性の実験的評価を行った.はじめに,昨年度製作した小型タイヤ試験機に対して,タイヤカ,タイヤ振動,車軸およびドラムの回転数を計測するシステムを実装した.タイヤカはタイヤをハブ構造によって支持することにより,車軸に貼付したひずみゲージから計測することとし,本手法により安価かつ簡便にタイヤのエンベロープ特性およびタイヤカを計測可能であることを確認した.本試験装置を用いて,転動がタイヤ振動励起および動力学特性変化に及ぼす影響について実験的に検討を行った.本目的のため,タイヤの加振実験を実施し,接地時のタイヤの振動数および振動モードを同定した.加振実験によって得られた基本振動特性に基づき,タイヤ転動時の突起乗り越し時に励起されるタイヤの弾性2次振動モードに着目したところ,転動速度に依存してタイヤの固有振動数が低下することが確認された.接地圧が高い程,固有振動数が大きく低下し,さらにゴムの減衰の影響が大きくなっていく傾向から,タイヤの粘弾性に起因した加振振幅依存性がタイヤ振動数の低下に関係していることが分かった.次年度には,本年度得られた実験結果を用いて,マルチボディダイナミクスに基づく非線形タイヤモデルの妥当性検証および改良を行い,短波長の路面凹凸上を走行するタイヤの動的応答を厳密にモデル化可能な手法の開発を行う.本年度は,平成19および20年度に開発を行ったタイヤ試験装置を用いて,本研究で開発したタイヤモデルの妥当性検証を行った.本モデルではAbsolute nodal coordinate formulation (ANCF)に基づく大変形曲がり梁要素を使用しており,転動時の弾性ベルトのせん断および断面変形を厳密に考慮可能である一方,本研究で対象とする短波長の路面凹凸に対して,これらの変形に起因した高次振動成分が励起され,多くの計算時間を要しモデルの改良が必要であることが判明した.そこで,断面保持を仮定した新たな非線形曲がり梁要素をANCFに基づいて開発し(Gradient deficient曲がり梁要素),本要素に基づく非線形弾性リングタイヤモデルを構築した.タイヤの実験モード解析を実施し,モデルのパラメータ同定を行った.その結果,接地および非接地の固有振動特性に実験結果と計算結果に良い一致が見られることを示した.また,種々の速度に対する突起乗り越し時のタイヤカおよびタイヤの加速度においてシミュレーション結果と実験結果に良い一致が見られることを示した.以上により,本研究課題にて開発したタイヤモデルが転動時のタイヤの基本的な動的特性を正しくモデル化できていることを示した.また,試験機のドラム上に種々の波長および振幅を有する石敷の短波長路面凹凸を模擬し,路面凹凸がタイヤの振動励起に及ぼす影響について検討を行った.タイヤの粘弾性特性に起因したひずみ振幅および周波数依存性により,タイヤの卓越周波数が路面凹凸によって変化していくことを示した.
好中球NADPHオキシダーゼの細胞質から膜への信号変換に関する構造生物学的研究

好中球の活性酸素発生系にて活性酸素発生を触媒するNADPHオキシダーゼは細胞質因子と膜タンパクの複合体である.その複合体形成の中心的役割を担う分子間相互作用は,細胞質因子のひとつp47phoxと膜タンパク質サブユニットp22phoxの結合である.活性酸素発生系の休止状態においては,p47phoxのふたつのSH3ドメイン領域(タンデムSH3)は,そのC末端側領域(PBR/AIR)により分子内マスクされp22phoxと結合できないが,PBR/AIR領域内セリン残基のリン酸化により,分子内マスクが解除され,p47phoxのタンデムSH3がp22phoxのプロリンに富む領域(PRR)と結合し,活性酸素発生系がオンになる.本研究課題の目的は,休止状態および活性化状態におけるp47phoxの動的構造をあきらかにすることである.(1)休止状態におけるp47phoxの動的構造p47phoxのタンデムSH3ドメイン+PBR/AIR領域およびタンデムSH3ドメイン領域単独について,X線小角散乱測定をおこない,距離分布関数を算出した.その結果,PBR/AIR領域存在時のp47phoxの分子形状は,全長60Åのコンパクトな球状であるのに対して,PBR/AIR領域非存在時では,全長80Åの延びた立体構造を形成していることがわかった.p47phoxタンデムSH3ドメインおよびp22phox由来PRRペプチドをモル比1:1にて混合し,タンパク-ペプチド複合体試料を得た.多次元NMRスペクトルを測定し,溶液中での立体構造を決定した.この立体構造では,ふたつのSH3ドメインが,リガンド認識部位を共有するように対向して,p22結合部位を形成していることがわかった.p22ペプチドはPPII型ヘリックスを形成し,さらにC末端側領域ではαヘリックスを形成していた.好中球の活性酸素発生系にて活性酸素発生を触媒するNADPHオキシダーゼは細胞質因子と膜タンパクの複合体である.その複合体形成の中心的役割を担う分子間相互作用は,細胞質因子のひとつp47phoxと膜タンパク質サブユニットp22phoxの結合である.活性酸素発生系の休止状態においては,p47phoxのふたつのSH3ドメイン領域(タンデムSH3)は,そのC末端側領域(PBR/AIR)により分子内マスクされp22phoxと結合できないが,PBR/AIR領域内セリン残基のリン酸化により,分子内マスクが解除され,p47phoxのタンデムSH3がp22phoxのプロリンに富む領域(PRR)と結合し,活性酸素発生系がオンになる.本研究課題の目的は,休止状態および活性化状態におけるp47phoxの動的構造をあきらかにすることである.(1)休止状態におけるp47phoxの動的構造p47phoxのタンデムSH3ドメイン+PBR/AIR領域およびタンデムSH3ドメイン領域単独について,X線小角散乱測定をおこない,距離分布関数を算出した.その結果,PBR/AIR領域存在時のp47phoxの分子形状は,全長60Åのコンパクトな球状であるのに対して,PBR/AIR領域非存在時では,全長80Åの延びた立体構造を形成していることがわかった.p47phoxタンデムSH3ドメインおよびp22phox由来PRRペプチドをモル比1:1にて混合し,タンパク-ペプチド複合体試料を得た.多次元NMRスペクトルを測定し,溶液中での立体構造を決定した.この立体構造では,ふたつのSH3ドメインが,リガンド認識部位を共有するように対向して,p22結合部位を形成していることがわかった.p22ペプチドはPPII型ヘリックスを形成し,さらにC末端側領域ではαヘリックスを形成していた.
季節性うつ病に関する臨床的研究 ー時間生物学的観点からー

1988年から全国17施設の参加を得て季節性感情障害の多施設共同研究を行なった。主として新聞によるリクル-トを行なった。SAD診断の基準としてRosenthalのものを用いたが、大うつ病の基準としてはDSMーIIIーRを用いた。1990年春までに新聞記事に対して約2000件の問い合わせがあった。アンケ-トを返送してきたのは510名であり、冬季うつ病の疑いは120名であった。最終的に面接してSADの診断がついたのは男女65名であった。その結果以下の特徴がみられた。i)諸外国にくらべ男性患者の比率が高い:男性31名、女性34名でありその比はほぼ1:1であった。これは諸外国からの報告に比べ、極めて男性の比率が高いことを示している。ii)緯度差が認められない:北海道で10人、九州で9人と差がなくで緯度による差が認められない。しかしながら今回の調査はリクル-ト調査であり、特定の地域の発病率を比較する疫学的調査ではないので、緯度差がないという結論を下すのは早急である。iii)行動抑制が主症状である:初診時の精神症状としては非哀感、焦燥感、不安、罪責感など気分の障害は軽度であり、それにひきかえ活動性低下、就労困難、社会的ひきこもりなど行動上の抑制症状は男女とも高率にみられた。iv)過食、炭水化物渇望は女性に特徴的である:女性に過食、炭水化物渇望、体重増加が見られたが、男性ではこれらの症状は少数しかみられなかった。v)過眠は男女共に見られる:摂食行動とは対照的に睡眠時間の延長は男女とも70%近い高率に認められている。vi)男性20名、女性12名に対して光療法を行なったが、照射前HDRSは16.9であったが、照射後7.9へ低下した。これは光療法の有効性を示唆している。1.我が国における季節性感情障害の実態と症状特性マスメデイアにより患者のリクル-トを行ない、1500名以上から問い合わせをうけ、アンケ-トに答えたものは500名以上にのぼっている。協力を依頼した全国16の共同研究施設で面接を行なった結果、平成元年度は46名の季節性感情障害が同定され、現在平成2年度の結果の集計中である。平成元年度に得られた成績は以下の通りである。(1)DSMーIIIーRでは一年のうち、特定の60日間にうつ病エピソ-ドを示すものと定義しているが、このウインド-幅では約半数が見落とされ適切ではない。(2)男性が占める割合が従来の報告に比較して高い。(3)過食、炭水化物飢餓などの季節性感情障害に特徴的といわれた症状は女性に多く認められ、男性には少ない。(4)一方、過眠は両性に高率に認められた。(5)単極性感情障害の占める率が高く、双極性感情障害は従来からの報告に比較し極めて低かった。2.光パルス療法の効果共同研究施設で合計19名の患者に対し、予備的に光療法を行なった結果、83.5%の患者に著名ないし中等度の効果が見られた。しかし、対症療法を行っていないため、光照射そのものの効果か否かの結論は得られていない。昨年度に引き続き患者のリクル-トを行ない季節性感情障害の同定を行なった。新に同定された患者は19名であった。その内容は以下の通りである。

i)男性患者の比率が高い:男性12名および、女性7名であり男女差はこれまでと逆転していた。これは我が国では男性患者の比率が高いという昨年度までの結果をさらに裏付けるものである。外国との差が何故生じるかは不明であるが、文化的背景の差が第一に考えられよう。ii)行動抑制が主症状である:これも昨年度までの所見を裏付けるものである。うつ病相極期には悲哀感、焦燥感、不安、罪責感など気分の障害も高度であるが、それは比較的早期に消退し、活動性低下、就労困難、社会的ひきこもりなど行動上の抑制症状が比較的後まで残るという特徴が認められた。iii)過食、炭水化物渇望は女性に特徴的であるが、過眠は男女ともに認められる:季節性感情障害には付随的な自律神経症状として過食、炭水化物渇望、体重増加、過眠が見られることが報告されているが、過食、炭水化物渇望、体重増加などの症状は女性に認められるが、男性には殆ど認められなかった。一方、過眠はが男女共に認められた。今後さらに例数を増やし、季節性感情障害の実態と成因を明らかにしていく必要があろう。
結核菌における特異なポリリン酸利用能の解析とその応用

ポリリン酸に関連するタンパク質として、結核菌由来機能未知遺伝子Rv2613cがコードするタンパク質を選び、その機能と構造を解析した。その結果、本タンパク質はdiadenosine polyphosphate(Ap_nA)加リン酸分解酵素であることが示された。また、本酵素は他のAp_nAを基質として利用する酵素とは異なる特徴的な4量体構造を形成しており、この4量体構造が活性の発現には必須であることを示した。結核菌は、ヒトに対して重篤な感染症である結核症を引き起こす病原菌である。結核菌に特異的な細胞壁構造や宿主との免疫応答に関する研究は古くから行われているものの、結核菌の病原性や生理機能の全容を解明するまでには至っていない。従って、新しい視点から結核菌の病原性や生理機能を明らかにする研究が求められている。そこで本研究課題では、結核菌が他の生物種とは異なるポリリン酸利用能を有していることに着目して、結核菌由来ポリリン酸関連酵素の酵素学的諸性質、立体構造、及び生体内での役割について詳細な解析を行うことにより、結核菌の病原性や生理機能に関する新しい知見を得ることを目的としている。また、本研究で得られた知見を応用して新規抗結核薬の開発につなげることも目標としている。本研究課題では、結核菌における特異なポリリン酸利用能の解析を進める目的で、ポリリン酸に関わる新規遺伝子・タンパク質の同定とその機能解析を主に行っている。本年度は、ポリリン酸に関連するタンパク質として、結核菌のゲノム上に存在する機能未知遺伝子であるRv2613c遺伝子がコードするタンパク質について、大量発現株の構築、精製、及び詳細な酵素機能の解析を行った。その結果、本タンパク質はモチーフ解析等から予想されていた加水分解活性ではなく、加リン酸分解活性をdiadenosine tetraphosphate (Ap4A)等のヌクレオチドに対して示すことが明らかとなった。従って、本タンパク質は結核菌由来の新規Ap4A加リン酸分解酵素であった。種々のdinucleoside polyphosphateを基質として利用し、リン酸の鎖長は4または5が最適であった。速度論的解析の結果、Ap4Aに対するKm値は0.10 mMであり、リン酸に対するKm値は0.94 mMであった。本酵素の活性発現には2価の金属イオンが必須であり、特にマンガン存在下で著しい活性を示した。至適pHは8.0、至適温度は30°Cであり、65°C10分の処理によってその活性は完全に失われた。これまでに報告されている酵母由来のAp4A加リン酸分解酵素と比較した場合、本酵素は至適pHや至適温度については類似していたものの、一次配列上のアミノ酸残基数が少なく、加リン酸分解反応の逆反応を触媒しない等の特徴を有していた。本酵素のさらに詳細な解析のため、X線結晶構造解析に着手した。これまでに、構造決定に適した結晶を作成し、その結晶学的諸性質を決定した。今後は本酵素の構造解析を進めるとともに、結核菌内での生理的な役割についても解析を行う予定である。本研究課題では、結核菌における特異なポリリン酸利用能の解析を進める目的で、ポリリン酸に関わる新規遺伝子・タンパク質の同定とその機能解析を行っている。昨年度までに、結核菌由来Rv2613cタンパク質の詳細な酵素学的機能の解析を行い、本タンパク質がモチーフ解析等から予想されていた加水分解活性ではなく、加リン酸分解活性をdiadenosine tetraphosphate (Ap_4A)等のヌクレオチドに対して示す、新規Ap_4A加リン酸分解酵素であること明らかにした。本年度は、本酵素のX線結晶構造解析を進め、セレノメチオニン誘導体を用いた単波長異常散乱法を利用することにより、その立体構造を決定した。その結果、本酵素はC末端側にα/βからなるドメイン構造を有しており、そのドメイン中に活性中心部位と考えられる部分が存在していることを明らかにした。本酵系の立体構造について、これまでに報告されているヌクレオチド加水分解酵系の立体構造と比較したところ、活性に重要なα/βドメイン構造は非常に良く類似しているが、活性中心部位に存在する複数のアミノ酸残基の種類が異なっていることが示された。そこで、アミノ酸残基の種類を置換した変異株を作製して活性を測定した結果、それらのアミノ酸残基は本酵素の活性発現に重要な役割を果たしていることが明らかとなった。さらに、本研究で活性に関与していることを特定したアミノ酸残基は、他の生物種由来Ap_4A加リン酸分解酵素においても高度に保存されていることから、Ap_4A加リン酸分解酵素の活性発現に重要な役割を果たしているアミノ酸残基であることが示唆された。本研究課題では、結核菌における特異なポリリン酸利用能の解析を進める目的で、ポリリン酸に関わる結核菌由来新規遺伝子・タンパク質の同定とその機能解析を行っている。昨年度までに、結核菌由来新規diadenosine tetraphosphate(Ap_4A)加リン酸分解酵素の詳細な酵素機能を明らかにするとともに、その立体構造を決定した。

本年度は、さらに詳細な構造と機能の相関解析を行い、本酵素が特異的な基質結合部位を形成していることを示した。本酵素は他のAp_4Aを基質として利用する酵素とは異なり、4量体を形成して活性を示すことをこれまでに明らかにしてきた。今回、立体構造を基に本酵素の基質結合部位を推測したところ、その特異的な4量体構造が基質結合部位の形成に必要であることが示唆された。また、変異体を用いた解析から、予測した基質結合部位に存在するTrp-160残基が活性の発現に重要な役割を果たしていることを明らかにした。さらに、活性中心部位に存在しているループ構造について、本酵素と他のAp_4Aを基質とする酵素とを比較したところ、本酵素のループ構造は1残基分長いことが示された。変異体の解析から、このループ構造の特徴が基質特異性に関与していることが示唆された。このように本酵素は、他のAp_4Aを基質として利用する酵素とは異なる、特異的な基質結合部位や活性中心部位の構造を持つことが示された。そのため、本酵素の活性を特異的に阻害する新規化合物のデザインが可能であることが予想された。これまでの報告から、本酵素は結核菌の生育能に関与していることが示唆されていることから、そのような新規阻害剤のデザインは新規抗結核薬の開発につながることが期待される。本研究課題では、結核菌が有する特異なポリリン酸利用能の解析を目的としてポリリン酸に関わる結核菌由来新規遺伝子・タンパク質の同定とその機能の解析を行うとともに、新規抗結核薬の開発を目指して本研究で得られた結果を用いた応用研究を進めている。昨年度までに、結核菌由来新規diadenosine tetraphosphate(Ap_4A)加リン酸分解酵素(Rv2613c)の詳細な酵素学的諸性質と立体構造を決定するとともに機能構造相関解析を行い、Rv2613cに特異的な4量体構造が活性の発現には必須であることを明らかにした。本年度は、Rv2613cが基質であるAp_4Aに対して加水分解活性ではなく加リン酸分解活性を示すために重要なアミノ酸残基を特定するとともに、Rv2613cの活性を特異的に阻害する化合物の候補を見いだした。アミノ酸配列と立体構造のアライメント解析より、活性中心部位近傍に位置しているアミノ酸残基がRv2613cではGly残基(Gly-146残基)であるのに対して、加水分解酵素ではGln残基であることが示された。そこで、このGly-146残基をGln残基に置換したところ、Rv2613cは基質であるAp_4Aに対して加水分解活性を示すようになった。従って、このGly-146残基はRv2613cにおける加リン酸分解反応を規定している重要なアミノ酸残基であることが明らかとなった。また、Rv2613cの立体構造情報に基づいたバーチャルスクリーニングを行い、Rv2613cの活性を特異的に阻害する化合物の候補を探索した。約50万種類の化合物データベースを用いてスクリーニング解析を行ったところ、10種類の化合物が候補として選ばれた。活性測定の結果より、これらの候補化合物はRv2613cに対して阻害活性を示すことが明らかとなった。
空間結合を基盤とする動的応答材料の創成

高分子鎖中に1つのみ輪成分を有する高分子[2]ロタキサンの動的特性を明らかにし、高分子上で輪成分の局在位置を制御する新たなロタキサンスイッチを開発した。この高分子[2]ロタキサンの輪成分にさらにポリマー鎖を導入することで動的なロタキサン構造を結合点に有する種々の空間連結型高分子を合成し、その輪成分の位置を制御することで高分子鎖のトポロジーが変化するトポロジー変換システムを構築した。すなわち、ロタキサンスイッチというナノスケールの動的挙動が高分子材料そのもののマクロな物性へと影響を与えるような動的応答材料の開発に成功した。高分子は線状・分岐状・環状などその一次構造(トポロジー)の違いによって物性が変化することが知られているが、1つの分子でこれらの構造を相互変換できるものは存在していない。本研究では、高分子鎖のトポロジー変化に由来するマクロな物性を可逆的に制御できるような材料を指向し、ロタキサンの動的特性を制御することで高分子鎖のトポロジーが変化する空間結合型高分子に関する研究を行った。その結果、(1)輪成分であるクラウンエーテルと相互作用する2級アンモニウムとウレタン結合を同一分子内に有する高分子[2]ロタキサンの効率的な合成法を確立した。さらにクラウンエーテル/2級アンモニウム相互作用をアセチル化することで切断すると、次に安定なクラウンエーテル/ウレタン結合を形成することが分かった。すなわち高分子軸上での2つの相互作用を利用することで輪成分の位置を制御できることを明らかにした。(2)ロタキサンを連結点に有する分岐ポリマーの合成法を確立し、(1)に示した2つの相互作用を利用することで輪成分の位置を制御し、線状構造へとそのトポロジーを変換した。構造変換(トポロジー変換)前後の流体力学半径の増加は分岐高分子から線状高分子への構造変換を裏付けており、トポロジー変換システムを多成分系へと展開することでマクロな物性制御が期待できる。本研究では、高分子鎖のトポロジー変化に由来するマクロな物性を可逆的に制御できるような材料の創成を指向し、ロタキサンの動的特性を制御することで高分子鎖のトポロジーが変化する空間結合型高分子に関する研究を行った。その結果、(1)腕鎖本数可変なスターポリマーの合成、(2)動的な結合点による線状ー環状トポロジー変換を達成した。(1)腕鎖本数可変なスターポリマーの合成空間結合を連結点に有するスターポリマーを合成し、グラフト鎖が連結している輪成分の位置をコア周辺から軸末端へと移動させることで6本の腕鎖から3本の腕鎖へと腕鎖の本数と長さを変換した。トポロジー変換前後で溶液物性が大きく異なること、共有結合で連結しているそれぞれのモデルポリマーとその溶液物性が類似していることからトポロジー変換を裏付けた。(2)動的な結合点による線状ー環状トポロジー変換同一分子内に輪成分と軸成分の両方を有する化合物は2分子で安定な貫通錯体を形成する。この2量体の両末端から重合を開始し、重合末端を封鎖することで線状ー環状構造変換可能な空間連結型高分子を得た。輪成分の位置を制御することで線状ー環状トポロジー変換に成功した。本研究の成果である高分子鎖のトポロジー変換は、ドメインの接合点の変換に相当するため、ミクロ相分離構造やミセル形成などの集合体形成に対してスイッチ可能な機能材料になると期待している。ロタキサン連結高分子の合成法およびその構造変換(トポロジー変換)システムを確立したため。同一成分からなるロタキサン連結高分子は、軸成分と輪成分のそれぞれのコンポーネントに水酸基を導入し、錯形成させることで超分子多官能性開始剤とし環状モノマーのリビング開環重合とその末端封鎖反応によって合成した。2成分、3成分からなるロタキサン連結ポリマーは、クリック反応可能な官能基やラジカル活性な官能基を軸成分、輪成分に導入することで行った。種々のロタキサン連結高分子の合成法の確立と同一成分からなるロタキサン連結高分子のトポロジー変換が主な研究成果と言える。27年度が最終年度であるため、記入しない。高分子合成本年度の研究成果を基に種々のロタキサン連結ブロックコポリマーを合成し、構造変換前後での特性評価を行う。特に構造変換前後で物性が大幅に変わる分子設計を行い、ミクロな構造変換とマクロな物性変換を関連づけ機能性材料へと展開する。
モデリングと最適化に基づく制御に関する共同研究

システムモデリング(同定)は現実のシステムを記述する(数学的)モデルを構築することであり、本来何らかの目的を持って行われるものである。従来システムのモデリング(同定)に関する研究はこのような目的を意識することなく、手法そのものに関する議論を中心に行なわれていたため、研究の進展については近年やや行き詰まった印象を受ける状況に至っていた。そこで本研究では制御のためのシステムモデリングをどのように行なうかについての検討を行なうことをその目的とし、以下の研究を行なった。1.複数個の局所モデルによる非線形システムモデルに基づく制御操業領域あるいは時間によって、複数個の局所モデルの中から適当なモデルを一つ取り出す、複数個の局所モデルの組み合わせによる非線形システム・時変システムモデルの構築に対し、Kullback情報量と赤池情報量(AIC)の2つの情報量規範に基づいて、領域の分割と統合を適切に行なう領域の自動選定アルゴリズムを開発した。また海外共同研究者(Foss)とこのモデルによる制御について共同研究を進めた。2.進化型計算法を用いた非線形システムの同定法に関する考察遺伝的アルゴリズム、遺伝的プログラミングや進化戦略など生物の進化を模倣することによって最適化を行う進化型計算法に基づいて、一般的な構造をもつ非線形システムの同定法を開発するための基礎的な考察を行い、HammersteinモデルやWienerモデルなど化学プロセスのモデリングにも多く用いられている非線形モデルの同定について、柔軟で使いやすいアルゴリズムを開発した。さらに鉄鋼圧延プロセスの制御を開始するときのセットアップモデルの候補を自動的に生成し、作業者の経験を組み込んだモデルの構築を可能とする支援システムの構築を行なった。システムのモデリング(同定)は現実のシステムを記述する(数学的)モデルを構築することであり、本来何らかの目的をもって行われるものである。従来システムのモデリング(同定)に関する研究はこのような目的を意識することなく、手法そのものに関する議論を中心に行われていたため、研究の進展については近年やや行き詰まった印象を受ける状況に至っていた。そこで本研究では制御のためのシステムモデリングをどのように行うかについての検討を行うこととし、本年度は下記についての考察を行った。1.複数個の局所モデルによる非線形システムモデルの同定操業領域あるいは時間によって、複数個の局所モデルの中から適当なモデルを一つ取り出す,複数個の局所モデルの組み合わせによる非線形システムモデルの構築を検討を始め、この分野で顕著な業績をあげている研究分担者(Foss教授)を訪問し、共同研究の進め方について意見交換するとともに、各局所モデルに対応する領域を如何に定めるかについてのアルゴリズムを開発した。2.進化型計算法を用いた非線形システムの同定法に対する考察遺伝的アルゴリズムや進化戦略など生物の進化を模倣することによって最適化を行う進化型計算法を用いて、一般的な構造をもつ非線形システムの同定法を開発するための基礎的な考察を行った。具体的にはパラメータの推定ならびに次数推定を含めた非線形自己回帰モデルの同定に対し、進化型計算法を適用することについての考察を開始した。システムモデリング(同定)は現実のシステムを記述する(数学的)モデルを構築することであり、本来何らかの目的をもって行われるものである。そこで本研究では制御のためのシステムモデリングどのように行うかについての検討を行なうこととし、本年度は下記についての考察を行なった。1.複数個の局所モデルによる非線型システムモデルに基づく制御操業領域あるいは時間によって、複数個の局所モデルの中から適当なモデルを一つ取り出す、複数個の局所モデルの組み合わせによる非線形システムモデルに基づくモデル予測型制御の応用について検討を進めている。研究分担者(畠中)が研究分担者(Foss教授)を訪問し、意見交換を行なった。

2.進化型計算法を用いた非線形システムの同定法に関する考察遺伝的アルゴリズムや進化戦略など生物の進化を模倣することによって最適化を行なう進化型計算法を用いて、一般的な構造をもつ非線形システムの同定法を開発を進めているが、その一つの成果として、化学プロセスのモデルとしても知られているHemmersteinモデルの同定を行ない、このアプローチの有効性を示すことができた。システムモデリング(同定)は現実のシステムを記述する(数学的)モデルを構築することであり、本来何らかの目的を持って行われるものである。従来システムのモデリング(同定)に関する研究はこのような目的を意識することなく、手法そのものに関する議論を中心に行なわれていたため、研究の進展については近年やや行き詰まった印象を受ける状況に至っていた。そこで本研究では制御のためのシステムモデリングをどのように行なうかについての検討を行なうこととし、本年度は下記についての考察を行なった。1.複数個の局所モデルによる非線型システムモデルに基づく制御操業領域あるいは時間によって、複数個の局所モデルの中から適当なモデルを一つ取り出す、複数個の局所モデルの組み合わせによる非線形システムモデル化手法について、操業領域(あるいは時間)の分割の自動化アルゴリズムを開発した。さらに海外共同研究者(Foss)と局所モデル群を用いた非線型システムモデルによる制御について討論を行なった。2.進化型計算法を用いた非線形システムの同定法に関する考察遺伝的アルゴリズムや進化戦略など生物の進化を模倣することによって最適化を行なう進化型計算法を用いて、一般的な構造をもつ非線形システムの同定法を開発を進めた。その一つの成果として、鉄鋼圧延プロセスのセットアップモデルの自動構成を行なう支援ツールを開発した。
ナノ積層法による固体高分子形燃料電池の広温低加湿化

高分子形燃料電池開発は現行の80°C加湿下発電から、加湿器が不要で高活性化が期待できる「高温・低加湿下」発電を目指した研究をおこなった。本研究ではまず、100度以上のより高温かつより低加湿でプロトン伝導を示す新規電解質の開発を行った。その結果、ポリベンズイミダゾール骨格をベースとし、酸基をグラフトするアプローチにおいて、酸基の間隔を短くすることでプロトン伝導が向上する新たな知見を見出した。酸基を近距離で繰り返せるビニル系ポリマー構造としてポリビニルスルホン酸(p Ka=-1.9)、ポリビニルアミドスルホン酸(pka=-0.48)、ポリスチレンスルホン酸(pKa=1.7)等のスルホン酸系や汎用のNafion (pK a=-6.0)と合わせてポリビニルホスホン酸(pKa=2.32.6)、ポリスチレンホスホン酸(pKa=1.7)等のホスホン酸系、アクリル酸(p Ka=4.3)のカルボン酸系をスクリーニングに用いた。さらにその開発した新規電解質を「ナノ積層法」により炭素担持体(CBとCNT)被覆作業を行い、Ptの担持し操作も行った。カーボン表面が酸基で覆われる新たな炭素担体表面構造を構築することに成功した。さらにその酸基修飾ナノカーボン表面に白金担持を行った新規電極触媒の作製を行った。さらに新規電解質を電解質膜とし、作製した各種電極触媒を導入した単セルを作製し、高温低加湿度条件を含めて発電実験を行った。その結果、今回目指した高温・低加湿発電が行えることが明らかとなった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では高分子形燃料電池開発は現行の「80°C加湿下」発電から、加湿器が不要で高活性化が期待できる「高温・低加湿下」発電を目指している。現在、リン酸含浸高分子系で「120°C・無加湿」が実現しており、申請者も高耐久化の点で世界をリードしている。しかしリン酸含浸系は低加湿100°C以下での伝導度が小さく、新たな課題として「広温化(30-120°C)」を突きつけられている。そこで、本研究では「広温」低加湿プロトン伝導を示す新規電解質を開発し、申請者独自の触媒作製技術と融合することで、次世代のその先に来るべき「広温・低湿度下発電」を実現することを目的としている。初年度においては広温・低湿度下で高いプロトン伝導を示すために、酸基を高密度に繰り返すか、相分離構造等を駆使して酸基が高密度に連続相で局在化させる必要がある。しかし、含水状態で高温まで相分離構造を安定化させるのは難しい。そこで、に挙げたような酸基を高分子中に高密度に導入する化学構造を設計・合成する。酸基を近距離で繰り返せるビニル系ポリマー構造としてポリビニルスルホン酸(pKa=-1.9)、ポリビニルアミドスルホン酸(pka=-0.48)、ポリスチレンスルホン酸(pKa=1.7)等のスルホン酸系や汎用のNafion (pKa=-6.0)と合わせてポリビニルホスホン酸(pKa=2.32.6)、ポリスチレンホスホン酸(pKa=1.7)等のホスホン酸系、アクリル酸(pKa=4.3)のカルボン酸系をスクリーニングした。各官能基をポリベンズイミダゾール側鎖として導入し、プロトン伝導度を評価する事で最適構造の探索を行った。その結果、広い温度湿度範囲において、スルホンアミド基を側鎖として有する電解質が高いプロトン伝導度を示すことを見出した。高温低加湿においてNafionに匹敵するプロトン伝導度を有する高分子膜の開発に成功しているため。グラフト法をもちいているために、従来のリン酸ドープ系と比較して、プロトン伝導度では劣るものの、酸の漏出が無いことから、安定動作が期待できる。さらに、伝導度測定として面内・膜厚方向両方において正確に測定できる手法が確立できた。高分子形燃料電池開発は現行の「80°C加湿下」発電から、加湿器が不要で高活性化が期待できる「高温・低加湿下」発電を目指している。本申請研究においては、高い酸基密度を持つ高分子膜およびアイオノマーを持つ燃料電池セルの開発を目指していた。これまで、本申請者は、高密度酸基を持つポリビニルホスホン酸をアイオノマーとする研究において、120°C無加湿でアイオノマーの漏出抑制の成功に由来する高耐久性を実現したもののの、白金被毒により酸素還元過電圧が大きくなる問題を見出していた。リン酸系でも同様の問題が指摘されていることから、高密度酸基アイオノマーでは、白金被毒は克服すべき課題であった。平成27年度においてはポリビニルスルホン酸等、様々な高密度酸ポリマーをアイオノマーとして酸素還元過電圧を最小限に抑制できるアイオノマーを探索したものの、過電圧の低減には至らなかった。そこで、着想を変えて、カーボンブラック表面を高密度に直接スルホン酸修飾する手法を検討した。