hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
大脳皮質ニューロンにおける感覚運動相互作用の神経動態

円滑な運動の実行には、自身の運動出力をもとに返ってくる感覚フィードバックを予測し、それを実際の感覚入力と比較する過程が重要となる。本研究では、レバー操作によって自身に体性感覚刺激を与える課題を用い、その間の大脳皮質体性感覚野の神経細胞活動を検討した。その結果、体性感覚ニューロンは、みずからの運動に起因した予測可能な感覚入力に対しては、外的に刺激された場合よりも弱くしか応答しないことが明らかになった。随意運動には、その運動によって生じる感覚フィードバックの予測が伴う。この感覚運動処理の過程はコンパレータモデルによって定式化されているが、その詳細な神経科学的基盤は明らかになっていない。本研究は、レバー操作による体性感覚自己刺激課題を用い、感覚フィードバックの予測誤差を操作しつつ、課題遂行中のサル大脳皮質から電気生理学的記録を行なうことで、大脳皮質における感覚運動相互作用の神経動態を細胞レベルで明らかにすることを目的としたものである。本年度は、1頭のサルに課題を行なわせ、課題遂行中の大脳皮質体性感覚野より単一ニューロン活動記録を行なった。これにより研究計画時点において予想した通り、一部の体性感覚野ニューロンでは単一細胞活動のレベルにおいて、感覚フィードバックの予測誤差を反映するような活動飾がみられることが明らかになった。すなわち体性感覚野ニューロンは、自身の随意的運動によって体性感覚フィードバックが予測できている場合には、外的に刺激されたときよりも弱くしか応答しない性質を有していた。こうした神経細胞レベルの感覚フィードバック処理の過程は、本年度の第94回日本生理学会大会等で発表し、他の研究者と議論を行なった。また本年度は申請した研究計画に則り、2頭目のサルの馴化と行動訓練を行なった。サルを実験者および実験室環境に馴致させたのち、左手に体性感覚刺激を与えながら、右手でレバー操作を行なわせる課題を訓練した。これにより2頭目の個体においても、神経活動記録実験の実施に十分な課題遂行時間および課題パフォーマンスを達成した。本研究課題では、申請した研究年次計画に則り、本年度1頭目のサルにおける単一神経細胞活動記録を実施し、すでに当該個体からの記録を終了した。これは当初の研究計画よりも早い実施状況であり、本課題が順調に進展していることを示すものである。また2頭目の個体においてもすでに行動訓練を終え、神経活動記録を開始できる状態にある。構造MR撮像による脳解剖構造の記録の必要の関係上、2頭目の個体については本年度中に神経活動記録を開始することができなかったが、平成29年度初頭において神経活動記録を開始できる見込みである。一方本課題では、初年度中に多点リニア電極による多ニューロン活動同時記録を開始する予定であったが、研究経費の関係上、本年度中に必要な機器すべてを購入することはできなかった。しかし研究計画にて予定したとおり、多チャンネルアナログ信号記録装置は本年度中に導入し、使用可能な状態にまで準備した。これにより、新年度予算によって必要な電極類を購入すれば、計画した多チャンネルでのニューロン活動・局所電位同時記録の実現が可能である。これらのことから、本研究課題は本年度、当初の研究計画において想定した範囲内でおおむね順調に進展したものと考えられる。随意運動の円滑な実行には、運動によって生じる感覚フィードバックの予測が不可欠である。この感覚運動処理の過程はコンパレータモデルによって説明されてきた。しかしながら、その詳細な神経基盤は明らかになっていない。本研究では、レバー操作による体性感覚自己刺激課題を用い、感覚フィードバックの予測誤差に実験的な外乱を加えて、それに対するサル大脳皮質体性感覚野の神経細胞活動を記録した。これにより、大脳皮質における感覚運動相互作用の神経動態を細胞レベルで明らかにした。本年度は2個体目のサルにおいて電気生理学的記録のプリパレーションを行ない、課題遂行中の神経細胞活動の記録を開始した。その結果、体性感覚刺激に対する大脳皮質体性感覚野の神経細胞応答は、サル自身が運動して感覚フィードバックが与えられた場合、同じ感覚刺激を外的に与えられた場合よりも弱くしか生じないことが明らかになった。すなわち大脳皮質においては、感覚入力の情報処理の初期段階において、外界からの入力をそのまま反映するだけでなく、外入力とそれに対する自身の予測との予測誤差を表現するような細胞活動がみられることがわかった。こうした結果は1個体目のデータと一貫しており、2個体分の結果をもとに、個体差による影響を排除して、大脳皮質ニューロンにおける感覚運動情報処理の重要な性質を明らかにした。また本年度は、研究実施計画に則り、神経細胞活動記録を行なったのと反対側の半球に皮質脳波記録電極の設置を行ない、課題遂行中の大脳皮質感覚運動野における自身の運動情報の流れを検討した。これにより本行動課題遂行中において、運動肢対側の一次体性感覚野にも、自身の運動に関する運動情報が伝搬されていることが示唆された。前述の通り本研究課題では、平成28年度、予定した多チャンネルアナログ信号記録用の装置類を導入し、神経活動記録のための環境を整えた。

よって次年度は生体信号活動記録のための多チャンネル電極を購入し、課題遂行中のサル大脳皮質から多ニューロン活動記録や多チャンネル局所電位記録を行なうことで、自身の運動に伴う感覚フィードバック処理の神経メカニズムの解明を目指す。これまでの実験により、課題遂行中のサル体性感覚野ニューロンが、感覚フィードバックの誤差を反映するような活動修飾を受けることが明らかになった。よって研究計画時点において想定した神経活動記録の関心領域の変更などは行なわず、これまで記録してきた大脳皮質体性感覚領域から引き続き神経活動記録を行なっていく予定である。一方、予算面では、次年度の研究予算も応募時に申請した研究経費には満たないため、電極の消耗状況などによっては、多点リニア電極を用いた記録を2個体のサルにおいて継続することが困難になる可能性がある。このような場合には、申請時の研究年次計画において想定していたとおり、代替として通常のタングステン電極を用いることで対応し、必要とされる神経活動記録を遂行する。29年度が最終年度であるため、記入しない。神経科学29年度が最終年度であるため、記入しない。
地域持続発展教育プログラムの普及に向けた取り組み

銚子半島の地質学的、地形学的な特徴は、日本一の春キャベツの生産を可能にし、日本一の漁獲高を誇る漁業基地となり、さらには次世代の再生可能エネルギーの主役と考えられる風力発電が多数建設されるなど、多くの恵みをもたらしている。今回の研究では、このような銚子の自然環境を積極的に活用すると同時に、後世への遺産として確実に保全する枠組みとして、日本ジオパークネットワーク(JGN)の正会員への認定実現を目指して活動してきた。申請者は、この活動の一環として、未来を担う地元の児童・生徒に対して、地元の地質を利用した体験的な理科学習プログラムの開発を行ってきた。これらの活動では、地元の児童・生徒に、確かな地質情報を提供しながら、地元の"生の"地質にふれて、その自然環境の特徴を知り、自然と人間の関わりに気づく機会を提供し、地元に対する誇りや愛着を育むことを目的として活動してきた。そこで、我々は、地域環境を3つの段階に分割する概念、つまり「過去の土地の成り立ち」、「現在の土地利用」、「未来の保全」、これを地域の「ライフサイクル思考」と名付け、この考え方をつかった持続発展教育(ESD)を行い、その効果を確認した。同時に、ESD実践者、補助員、コーディネータの養成の一環として、銚子ジオパーク基礎講座やマスター講座を実施した。以上の活動の結果、2012年9月12日、銚子ジオパークが誕生し、地域の環境保全に役立つことができた。H.23年3月末段階での具体的成果:1)地域ESDプログラムの具体策として、千葉科学大学、銚子市と連携して「銚子ジオパーク構想」を展開し、実施組織として「銚子ジオパーク推進市民の会」を設立した(2011年2月14日)。2)地域ESDプログラムの具体的な活動として、地元の小学生、中学生に対するジオツアーを実施した。具体的には、2010年6月に飯沼小学校6年生、2010年8月に銚子市立第二中学3年生、2011年2月銚子市立第三中学1年生を対象として、ジオツアーを行った。3)ESD実践者、補助員、コーディネータの養成の一環として、一般の方を対象としたジオツアーを実施した。具体的には、2011年1月に、銚子市内で実施した。4)新たな地域EDSプログラム教材として、「千葉県東総産の米」の環境影響に関するLCA評価を行った。童義:2005年2014年:わが国が推進する"「持続発展教育:ESD」の10年"である。しかし、地域においては適当な教材開発と、実施体制が確立されていないため、ESDの普及に至っていない。そこで、銚子市の地域環境の特徴(地域地質や地域特産物など)をいかした地域ESDプログラムの開発を行い、実施体制を確立し、ESD実践者、補助員、コーディネータ等を養成することは、きわめて意義のあることである。重要性:平成23年の研究では、地元の中学校(銚子市立第三中学校)と連携して、クラス全員が受講でき、年間指導計画への組み込みを行った持続的な地域ESDプログラムを開発することを目的として研究を進めている。これにより、地元の中学生全員が継続的に受講できる体制の構築を目指している。子供達が、地元の自然(地質)環境を理解し、地域への愛着を増進させ、大切な地域環境の保全意識から、ゴミ拾いなどの具体的な環境配慮行動を発現させる地域ESDプログラムの開発は、極めて重要であると考えている。H.24年3月末段階での具体的成果:1)地域ESDプログラムの具体策として、「銚子ジオパーク構想」を展開し、実施組織として「銚子ジオパーク推進市民の会」を設立し、1周年総会、記念講演会を実施した(2012年4月14日)。H.24年3月末での会員数は310名。具体的には、2011年11月12月にかけて、3校の小学校と2校の中学校で、ジオツアーと教室での授業を実施した。

この時、銚子ジオパーク推進市民の会のジオマスターがジオツアーと教室での授業のサポートに入ってくれた。3)ESD実践者、補助員、コーディネータの養成の一環として、2011年5月7月に銚子ジオパーク基礎講座、9月11月にマスター講座を実施した。これにより、具体的なESD実践者、補助員、コーディネータとして、「ジオマスター」が誕生した。4)新たな地域EDSプログラム教材として、「家庭紙」の環境影響に関するLCA評価を行った。意義:2005年2014年:わが国が推進する"「持続発展教育:ESD」の10年"である。しかし、地域として、未だ効果的な教材開発と、実施体制が確立されていないため、ESDの普及に至っていない。そこで、銚子市の地域環境の特徴(地域地質や地域特産物など)をいかした地域ESDプログラムとして、銚子ジオパーク構想を想定し、銚子ジオパーク推進市民の会と千葉科学大学が協力して、基礎講座やマスター講座を行った。これらの活動は、地域ESDプログラムの実践を行う場合に、きわめて意義のあることである。重要性:平成24年の研究では、これまでの成果として、銚子ジオパークのジオパークネットワークへの登録を行い、地元の小学校、中学校で、地域ESDプログラムの実施体制を確立することを目指して、研究を行っている。子供達が、地元の自然(地質)環境を理解し、地域への愛着を増進させ、大切な地域環境の保全意識から、ゴミ拾いなどの具体的な環境配慮行動を発現させる地域ESDプログラムの開発は、極めて重要であると考えている。具体的成果:(1)地域ESDプログラムの具体策として平成24年9月24日、日本ジオパークネットワーク(JGN)の正会員として認定された。この間、「銚子ジオパーク推進市民の会」を設立し、市内外への普及・教育活動を展開している。H.25年3月末での会員数は380名。(2)地域ESDプログラムの具体的な活動として、地元の小学生、中学生に対するジオツアーを実施した。具体的には、5校の小学校と2校の中学校で、ジオツアーと教室での授業を実施した。(3)ESD実践者、補助員、コーディネータの養成の一環として、2012年4月6月に銚子ジオパーク基礎講座(10回)、9月2013年3月にマスター講座(6回)を実施した。これにより、ESD実践者、補助員、コーディネータとして、「ジオマスター」が誕生した。(4)平成12年度に引き続いて、具体的な土地利用例として、銚子産トマトのカーボンフットプリント(CFP)の試算、さらには「家庭紙」についてもCFPの試算を行った。意義:地域の自然的な特徴を活かしたESDの取り組みとして銚子ジオパークのジオサイトを利用した小学校や中学校で地層分野の理科教育と、ライフサイクル思考とESDを組み合わせた新しい環境教育の実践を行い、郷土愛の増進という具体的な成果が得られた。重要性:平成25年の研究では、銚子ジオパークを利用して環境、理科教育実践により地域の子供達が、地元の自然(地質)環境を理解し、地域への愛着を増進させる効果が確認できた。本教育プログラムにより、大切な地域環境に対する保全意識を醸成することができ、具体的な環境配慮行動を発現させることができたことは、極めて重要な成果と言える。
生体膜直視用走査型トンネル顕微鏡(STM)の開発

我々は始めに,マウス膀胱膜及びリポソ-ム膜に対する透過型電子顕微鏡(TEM)用フリ-ズ・フラクチャ-・レプリカを作製し、そのSTM像をTEM像と比較することによって、「生体膜直視用STM」の開発の戦略を検討した。マウス膀胱膜はTEM像で見る限り膜面上に規則性のより構造が確認されているので、この膜構造をSTMで観察できるのではないかという期待があった。しかしながら、我々が最初に用いた固体物性用STMでは、走査範囲の小ささ(100nm×100nm)並びに観察部位決定の困難さから、TEM像と比較できるようなSTM像を得ることが出来なかった。そこで、マウス膀胱膜上の規則構造に比べてはるかに大きいリポソ-ムに対するレプリカを作製し、これを広範囲(10μm×10μm)に走査して、しかも光学顕微鏡(OM)によって観察部位を決定することを試みた。その結果、リポソ-ム膜レプリカについてはTEM像と比較可能なSTM像を得た。このように、「生体膜直視用STM」は広範囲な走査ができ、かつOMとの組み合せによる位置確認が必要不可欠であることが明らかにされた。次に、この条件を満たす「生体膜直視用STM」の開発を試みた。このSTMは走査範囲が最大20μm×20μmまで設定でき、かつ反射型OMとCCDカメラとを兼備することにより、STM観察部位の位置合わせが1μmの誤差の範囲で行えるものにした。そこでいよいよ我々は、グラファイト(HOPG)上に細胞を培養し、その細胞の細胞膜を生きている状態でSTM観察することを試みた。T24及びCHO細胞がHOPG上で培養可能であることが確認できたので、これらの細胞を用いた。また生かしておくために、常に培養液を供給して乾かすことがないように工夫し、STM観察を行った。その結果、世界で初めて生細胞膜の観察に成功し、膜表面上の凹凸を捕らえることが出来るようになった。本年度は、マウスの膀胱膜及びリポソーム膜に対する透過型電子顕微鏡(TEM)用フリーズ・フラマチャー・レプリカを作製し、それらを走査型トンネル顕微鏡(STM)で観察した。そして、そのSTM像をTEM像と比較することにより、「生体膜直視用STM」の開発の戦略を検討した。試料としてマウスの膀胱膜を選んだ理由は、TEM像で見る限り、膜面上に規則性の良い構造があるため、STMにとって良いリファレンスになると思われたからであった。そこでまず我々は、固体物性用に開発されたSTMを用いて、このマウスの膀胱膜のレプリカを観察した。このSTMは、半導体や金属などの表面を観察するために開発されて来たため、鏡面状の物質のごく限られた範囲(数百〓平方程度)のみが観察可能であり、かつ測定部の位置合わせが全く考慮されていないものであった。従って、いくらマウスの膀胱膜面上に規則性の良い構造があったとしても、金属表面と比較できる程の規則性は保証されず、かつレプリカの測定部位を局限出来ないことを考慮すると、我々が得たSTM像をTEM像と直接比較することは困難であることが分った。このような欠点を克服するため、広範囲(10μm)に走査可能なSTMを用いて、リポソーム膜のレプリカを観察した。

この広範囲STMの特長は、走査範囲が生体膜直視用に適しているだけでなく、測定部の位置合わせが光学顕微鏡システムとの組み合わせにより1μm程度に行なえることである。リポソームはその直径が数μm程度であることが知られているため、うまく位置合わせさえ出来れば、リポソーム1個分のSTM像が得られる訳である。実際に、我々はリポソームと思われるSTM像を得ることが出来、これとTEM像との比較も可能な程度になった。今後は、レプリカを含めた試料について、検討・開発する必要がある。本年度の主要研究項目は(1)大領域走査型トンネル顕微鏡の設計・試作を行うこと(2)ATP分子やイオンチャネル分子の直接観察を行うこと(3)イオンコンダクタンス顕微鏡の検討を行うこと以上3項目であった。このうち(1)は完了し、(2)(3)は未完であって、最終年度に持ち越されることとなった。先ず(1)については、光学顕微鏡とSTMとを如何にして組み合わせるかということが一番の問題であった。当初光学顕微鏡のリボルバ-方式にしてみたが、位置合わせがうまく行かず、結局平行移動方式にすることで落ち着いた。この方式の特徴は、先ず観察したい材料の局所を光学顕微鏡(対物×10)で設定し、その後×40、×100というように順次観察部位を追い込み、最終段でSTMに切換える方式を取り入れた所である。これまで生体試料を観察するためにはSTMの倍率が高すぎ、どこを観察しているかよく分からないという欠点があった。この欠点を克服するために、我々は光学顕微鏡と組み合わせるというアイデアを思い付いた。このアイデアは、セイコ-電子工業の新型STM(半導体表面観察用)のアイデアと偶然に一致したため、予想よりははるかに早く完成にこぎつけた。しかしこの試作品第一号機は平成元年12月中旬に当研究室に納入されたため、目的(2)、(3)は研究途中である。しかしこれまでと異なりマシンタイムをふるにとれるため結果を得るのにそれ程の時間を要しないと思われる。昨年度完成した『生体膜直視用走査型トンネル顕微鏡(STM)』は,光顕(OM)との組合せによりSTMでの観察部位を同定することが出来,かつ走査範囲が最大20μmx20μmまで設定出来るものであった.本年度はこのSTMーOMシステムを用い,生細胞膜の観察に世界で初めて成功した.膀胱ガンの細胞T24及びネズミの卵巣線維芽細胞CHOを炭素基盤HOPGに培養し,細胞が常に培養液で覆われている状態を保ちながら,STM観察を行なった.この時のバイアス電圧は8.0Vと通常より高めに,またトンネル電流は0.2nAと通常より少な目に設定する必要であった.得られたSTM像はOM観察された生細胞の輪郭を正確に再現していた.またSTMは本来,立体構造の情報を入手することが出来るものであるが,実際に本研究では,生細胞膜表面の凹凸及び基盤における細胞の付着状態を数十nmの分解能で観察することが出来た.ところで,細胞膜のような導電性の低い試料は,STM観光に必要なトンネル電流を期待することが出来ない.そのため,何故STMによって細胞膜が観光され得たのかは未だ不明である.しかし,細胞表面を覆っている培養液(電解質)の量によってSTM観察の成否が決まるようであった.
次世代チップT-ISAACを用いたジカ熱、エイズペプチドワクチンの開発

【1】平成29年度に確立したT-ISAAC法を用いてEBVペプチド特異的T細胞を検出し、TCRの特異性と機能評価を行った。具体的には、HLA-A24拘束性のEBウイルス由来BRLF-1、EBNA3A、及びHLA-A02拘束性のEBウイルス由来BMLF-1に対して特異的なTCRの存在を確認しているボランティアより末梢血リンパ球を単離し、CD8+Tリンパ球に濃縮し、リンパ球チップに播種してペプチドと46時間共培養し、分泌されたインターフェロン-γを検出した。刺激時間、ペプチド濃度などを検討し、検出のための至適条件を決定した。さらに、これら検出した細胞が確かにペプチドに応答しているかを検証するために、検出できた細胞を1つずつ回収し、得られたTCR遺伝子の機能評価を行った。HLA-A24及びA02陽性の健常人ボランティアより各1名以上、抗原として合計3種類以上で行った。【2】TCRの機能評価として種々の細胞株を用いた方法が考えられるが、MHC/ペプチドテトラマーによるFACS解析が最も簡易的である。しかしながら、MHC/ペプチドテトラマーは従来法では大腸菌で作製しているため、研究室レベルでは困難であった。そこで、我々が以前までに哺乳類細胞株にて作製に成功した膜型の1本鎖MHC/ペプチド(SCT: single chain trimer)を可溶化型として発現させ、更にテトラマー化する方法を開発した。モデルとして、EBウイルスの抗原BRLF1ペプチドのSCTを作製してテトラマー化し、既に我々がクローニングしたBRLF1特異的TCRを発現させたT細胞と結合するかどうかを実証した。研究室レベルで、1週間程度で安価(10万円程度)で大量(10 mg以上)のMHC/ペプチドテトラマーを作成できる方法を確立した。平成29年度および平成30年度の研究期間に、以下の研究成果を得ている。研究成果は各年度の研究計画に鑑み、「おおむね順調に進展している」と自己評価した。【1】MHC/ペプチド特異的なTリンパ球をリンパ球チップで検出するために、チップ内のTリンパ球をMHC/ペプチドで刺激し、刺激されたTリンパ球が産生するサイトカインを検出する新システム(T-ISAAC)を開発した。具体的には、H-2Kb MHC class IとOVAペプチド特異的TCRおよびH-2Db MHCクラスIとH-Y抗原特異的TCRを用いて実験を行った。【2】これまでは、α鎖とβ鎖の両方が増幅できる効率は、回収した単一T細胞の60%程度だったが、RT及びPCRの条件、用いるプライマー等を見直し、90%以上の単一T細胞より、α鎖とβ鎖の両方が増幅できる条件を確立した。【3】T-ISAACの開発に際し、単離したTCRの機能解析を簡素化するために、TAP法を応用した機能解析の改良を行った。本改良により、TCRの機能解析を10日間から4日間に短縮することが可能となった。【4】T-ISAACを用いて、HLA-A24拘束性のEBウイルス由来ペプチド及びHLA-A02拘束性のEBウイルス由来ペプチドに対して特異的なTCRを有するボランティアの末梢血CD8+Tリンパ球を、リンパ球チップに播種してペプチドで刺激し、分泌されたインターフェロン-γを検出し、細胞を1つずつ回収し、得られたTCR遺伝子の機能評価を行った。【5】TCRの機能評価では、MHC/ペプチドテトラマーによるFACS解析が最も簡易的である。今回、哺乳類細胞株を用いて、膜型の1本鎖MHC/ペプチド(SCT)を可溶化型として発現させ、更にテトラマー化する方法を開発した。研究室レベルで、1週間程度で安価で大量のMHC/ペプチドテトラマーを作成できる方法を確立した。最終年度は以下の研究を推進する。【1】T-ISAAC法の最適化:我々は、T-ISAAC法の開発過程において、リンパ球チップ上でのペプチド刺激後の特異的T細胞の検出にIFN-γを用いていた。しかしながら、低頻度のペプチド特異的T細胞をより高感度に検出するために、シグナル/ノイズ比がより高く、低頻度の抗原特異的T細胞を効率よく検出できるサイトカイン等を検索する必要が生じてきた。そこで、平成31年度研究計画では、IFN-γ以外のサイトカイン(IL-2、TNF-α等)を産生する抗原特異的T細胞の検出およびそれらTCRのクローニングを行い、検出効率およびTCR親和性をIFN-γを指標に取得したTCRと比較評価する。モデル抗原としてEBウイルス抗原に反応するT細胞を持つ健常人末梢血単核球(PBMC)を用いてT-ISAAC法の最適化を行う。【2】in vitro刺激でのペプチド濃度の最適化:通常、がん抗原特異的T細胞は非常に低頻度であるため、未刺激の状態ではペプチド刺激のみでは検出することはできない。このためペプチドでin vitro刺激を行い、ペプチド特異的T細胞を増殖させる必要がある。これまでペプチド濃度は10 μg/mlを用いてきたが、刺激ペプチド濃度が高いと高親和性のT細胞はActivation-induced Cell death(AICD)により細胞死が誘導される可能性が指摘されている。高親和性のTCRを増殖させる至適ペプチド濃度は、TCRそれ自体の親和性に影響される可能性が考えられる。

そこで、モデル抗原としてEBウイルス抗原に反応する健常人PBMCを種々のペプチド濃度で刺激し、TCR遺伝子のクローニングを行い、誘導効率および取得したTCRの親和性を評価する。近年、ジカ熱、エボラ出血熱、エイズ等の新興・再興感染症、輸入感染症が人類の新たな脅威となってきている。人的交流のグローバル化、高齢化、地球温暖化等の様々な要因により、感染症は今後ますます深刻化することが懸念される。本研究は、我々が独自に開発した「リンパ球チップ」という革新的なリンパ球単離技術を基盤として、病原菌特異的ヒトTリンパ球を効率良く同定し、単一のTリンパ球からT細胞受容体(TCR)cDNAを迅速に単離する方法「T-ISAAC」を開発し、個人のウイルスペプチド特異的T細胞の同定および機能評価を行い、「ジカ熱、エイズの個のペプチドワクチン開発の基盤技術を確立」することを目的とする。平成29年度は、MHC/ペプチド特異的なTリンパ球をリンパ球チップで検出(T-ISAAC)するために、チップ内のTリンパ球をMHC/ペプチドで刺激し、刺激されたTリンパ球が産生するサイトカインを検出する新しいシステムを開発した。具体的には、リンパ球チップにOT1特異的T細胞を播種し、マイクロウエルにOT1ペプチドを添加したところ、Tリンパ球がOT1ペプチドに反応してサイトカインを産生した。この結果は、従来の通説であったTリンパ球活性化メカニズムtrans-activationと異なる新しい活性化メカニズムcis-activationを初めて明らかにしたものであり、学術的貢献度は高い。次に、T-ISAACのTCR遺伝子の効率的な増幅条件を詳細に検討し、従来TCRのα鎖とβ鎖の両方が増幅できる効率は、回収した単一T細胞の60%程度であったものを、RT及びPCRの条件、用いるプライマー等を見直すことで、90%以上の単一T細胞より、α鎖とβ鎖の両方が増幅できる条件を決定した。この結果は、T-ISSACによるTCR遺伝子の網羅的取得に大きく寄与する。現在の進捗状況は、平成29年度の研究計画のうち、1)ペプチド特異的T細胞の検出法(T-ISAAC)を確立、2)TCR遺伝子の増幅条件の検討については終了し、3)T-ISAACの機能評価の迅速化については、現在、最終段階にある。1)ペプチド特異的T細胞の検出法(T-ISAAC)の確立については、MHC/ペプチド特異的なTリンパ球をリンパ球チップで検出(T-ISAAC)するために、チップ内のTリンパ球をMHC/ペプチドで刺激し、刺激されたTリンパ球が産生するサイトカインを検出する新しいシステムを開発した。まず、直径10μmのマイクロウェルに、1個ずつTリンパ球を播種し、チップ上で細胞をPMA/イオノマイシンで刺激することにより、100万個のTリンパ球のサイトカイン産生を単一細胞レベルで検出できる方法を確立した。次に、リンパ球チップにOT1特異的T細胞を播種し、マイクロウエルにOT1ペプチドを添加したところ、Tリンパ球がOT1ペプチドに反応してサイトカインを産生することを確認した。コントロールペプチドの添加ではサイトカイン産生は見られなかった。2)TCR遺伝子の増幅条件の検討については、T-ISAACのTCR遺伝子の効率的な増幅条件を詳細に検討した。
自由確率論における不等式と変分原理の研究

本研究では,自由確率論,量子確率論,作用素・行列解析の3つの路線から研究を行い,多方面にわたって成果を得た.自由確率論においては,自由エントロピーと自由フィッシャー情報量に関連する研究を行った.量子確率・量子情報の分野では,量子相対エントロピー,量子仮説検定,単調リーマン計量について研究した.また,行列解析の分野では,作用素単調・凸関数,行列のトレースおよびノルム関数,作用素平均と対称(反)ノルムなどに関連して種々の研究を行った.本研究では,自由確率論,量子確率論,作用素・行列解析の3つの路線から研究を行い,多方面にわたって成果を得た.自由確率論においては,自由エントロピーと自由フィッシャー情報量に関連する研究を行った.量子確率・量子情報の分野では,量子相対エントロピー,量子仮説検定,単調リーマン計量について研究した.また,行列解析の分野では,作用素単調・凸関数,行列のトレースおよびノルム関数,作用素平均と対称(反)ノルムなどに関連して種々の研究を行った.ランダム行列と自由エントロピーを基に自由確率論の研究を行うとともに,関連して,行列解析,作用素論,量子情報理論について研究した.平成21年度の成果は以下の通りである.1.日合・植田は,2つの射影作用素の場合に,相互自由フィッシャー情報量と自由エントロピーの間に対数ソボレフ不等式が成立することを示した.ユニタリ軌道アプローチを用いて,一般の多変数の非可換確率変数に対する軌道的自由エントロピー(次元)を定義し,通常の自由エントロピー(次元)と軌道的自由エントロピー(次元)の間に自然な関係式が成立することを示した.この研究をさらに発展させて,普遍n変数C*-環の自己共役ポテンシャルに対する軌道的自由圧力と呼ぶべき量が導入し,自由圧力と軌道的自由圧力の間に,自由エントロピーと軌道的自由エントロピーの間と同様な関係式を導いた.2.量子確率論や量子情報理論の研究では,基礎となる行列の空間における微分幾何的な考え方と手法が有用である.日合・Petzは,正定値行列のなす多様体上に行列の種々の平均と関連して定義されるリーマン計量の測地最短距離や測地最短曲線を研究し,ユークリッド計量の引き戻しになるリーマン計量の特徴付けを与えた.3.日合・Mosonyi・小川・林は,近年発展が著しい量子仮説検定を研究し,量子スピン系上の相関がある並進不変な状態に対しても,Stein型,Chernoff型,Hoeffding型の3つのタイプの漸近エラー限界を相対エントロピー的な量で記述できることが明らかにした.4.作用素・行列不等式で有用な概念である作用素単調関数と作用素凸関数は,量子情報の分野でもよく利用される.安藤・日合は,量子情報の問題から派生して,作用素凸関数の変形版である作用素対数凸関数について,作用素平均と関連する研究を行った.ランダム行列と自由エントロピーを基礎に自由確率論の研究を行うとともに,関連して,行列解析,作用素論,量子情報理論について研究した.平成22年度の成果は以下の通りである.1.日合・宮本は,自由エントロピーの手法を応用して,連続と離散の両方の複合系上のポテンシャル関数に対して,置換の成す離散マイクロ状態を使った相互圧力関数の新しい概念を導入し,通常の圧力関数と相互情報量との関係を示した.2.安藤・日合は,(0,∞)上の作用素対数凸関数の概念を導入し,それが作用素単調減少関数と同値であることを示し,さらに,それと同値な作用素平均と関連するいくつかの性質を与えた.作用素対数凹関数についても同様に考察した.3.Mosonyi・日合は,量子α-相対エントロピーが一般化されたカットオフ・レイトで表されることを示し,量子α-相対エントロピーの直接的な操作的解釈を与えた.α-相対エントロピーによって定義されるHolevo容量のいくつかの一般化が一致することを示し,これらの容量を用いて古典-量子通信路の1ショットε-容量の上界を与えた.4.日合・佐野は,(0,∞)上の関数に対する行列凸性と行列単調性をLoewner行列の条件付き負定値性と条件付き正定値性により特徴付けた.有限区間(a,b)上の行列単調関数についても同様な特徴づけを与えた.5.Bourin・日合は,半正定値行列の(ユニタリ不変)対称ノルムに関するいくつかの劣加法性を示すとともに,反ノルムの概念を用いて,Minkowskiの行列式不等式の拡張である優加法性を示した.自由エントロピーを基礎に自由確率論の研究を行うとともに,関連して,行列解析,作用素論,量子情報理論について研究した.平成23年度の成果は以下の通りである.1.安藤・日合は,(0,∞)上の作用素対数凸関数の概念を導入し,それが作用素単調減少関数と同値であることを示し,さらにそれと同値な作用素平均と関連するいくつかの性質を与えた.作用素対数凹関数についても同様に考察した.2.Mosonyi・日合は,量子α-相対エントロピーが一般化されたカットオフ・レイトで表されることを示し,量子α-相対エントロピーの直接的な操作的解釈を与えた.さらにα-相対エントロピーによって定義されるHolevo容量のいくつかの一般化について考察した.3.Bourin・日合は,半正定値行列の(ユニタリ不変)対称ノルムに関するいくつかの劣加法性を示すとともに,反ノルムの概念を用いて,Minkowskiの行列式不等式の拡張である優加法性を示した.4.日合・Mosonyi・Petz-B

'enyは,量子相対エントロピーやR'enyi相対エントロピーを含む量子f-ダイバージェンスの劣確率写像の下での単調性とその等号条件について研究した.そのために,(0,∞)上の作用素対数凸関数に対する新しくて有用な積分表示を見つけた.5.日合・Petzは,正定値行列のなす多様体の上に,平均関数のベキで与えられる核関数によって定義されるリーマン計量について研究した.これらリーマン計量の等距離構造を調べ,測地距離と測地最短線の収束性を考察した.6.日合・佐野は,(0,∞)上の関数に対する行列凸性と行列単調性をLoewner行列の条件付き負定値性と条件付き正定値性により特徴付けた.有限区間(a,b)上の行列単調関数についても同様な特徴づけを与えた.7.日合・Petzは,量子情報理論で重要なf-ダイバージェンス,単調計量,量子共分散,χ^2-ダイバージェンスなどの性質が,擬エントロピーを用いて統一的に導かれることを示した.本科研費の最終年度においては,量子確率論の数学的基礎である作用素・行列解析に固有な問題を追求し,以下の研究成果を得た.1.日合・佐野(山形大)は,実数区間上の関数に対する行列凸性と行列単調性をLoewner行列の条件付き負定値性と条件付き正定値性により特徴付けた.2.日合・Petz(ハンガリー)は,正定値行列のなす多様体の上に平均関数のベキで与えられる核関数によって定義されるリーマン計量について研究した.3.日合・Petzは,量子情報理論で重要な単調計量,量子共分散,ダイバージェンスなどの性質が擬エントロピーを用いて統一的に導かれることを示した.4. Franz(仏),Ricard(仏)との共同研究により,作用素・行列解析で有用な作用素単調・作用素凸関数の理論を高階の場合へ拡張し,関数カリキュラスのk階微分の正値性と関連するk-調関数に対するいくつかの特徴付けを与えた.5. Wigner-Yanase-Dyson歪情報量の凸性問題に端を発したLieb-安藤の凹凸性が最終的にどんな形まで拡張されるかを考察した.関連して,Audenaertとの共同研究により,行列のベキ平均の間の不等式が成立するため必要十分条件を決定した.6.幸崎(九州大),Petz,Ruskai(米)との共同研究により,量子情報幾何で基本的な単調計量と関係して半直線上の作用素凸関数に対して定義される線形写像の完全正値性について,正定値関数の概念とフーリエ変換の技法を用いて研究した.自由確率論,量子確率論,作用素・行列解析の3つの観点から研究してきた.当初の目的であった自由確率論に現れる不等式の変分原理の研究は必ずしも十分とはいえないが,関連して研究した作用素・行列解析とその量子情報への応用に関して,多方面で多くの成果を上げることができた.24年度が最終年度であるため、記入しない。本科研費の最終年度においては,量子情報理論・量子確率論の数学的基礎である作用素・行列解析に固有な問題を追求し,これまでの成果をさらに発展させることを主な目標とする.24年度が最終年度であるため、記入しない。
貿易・援助・環境:新しい国際協調関係の総合的研究

本研究は、商品貿易、資本移動、経済援助など、国際的なモノ、ヒト、カネの移動と環境資源をはじめとする希少な資源の公正かつ効率的な利用との関係を解明し、世界経済の「持続可能な発展」のための国際新秩序のあり方を模索しようとするものである。具体的には、(i)貿易自由化と環境問題、(ii)資本移動と環境問題、(iii)経済援助と環境問題という3つのサブ・テーマに分けて、従来の研究を整理・展望し、新しい理論モデルを構築し、さらに(iv)これらの問題を包括的に考察し得る「南北貿易」、「国際経済発展」の分析枠組みを作り、その中で新しい国際経済協調のあり方を考えることを目標として出発した。2年間にわたる共同研究を通じて、次のような研究成果が得られた。第1に、自由貿易や自由な資本移動それ自体は環境資源を含む経済資源の効率的な利用に資するものであり、GATTが標榜し、WTOに継承された自由貿易の原則を修正すべきではない。グローバルな環境問題に関してはすべての諸国に共通の環境基準を適用し、汚染者支払の原則にしたがって対処するとともに、国際的な所得再分配を通じて環境コストの公正な負担を実現することが望ましい。(大山、細田に関連論文がある。)第2に、使途を特定しない経済援助は被援助国の経済厚生を高めるとは限らないし、環境問題を改善する必然性もない。(矢野、吉岡)しかし、経済援助を環境改善や経済発展に資するようにデザインすることは可能である。(吉岡、出井)第3に、環境資源を広い意味の社会資本としてとらえ、その保全が生産性に及ぼす長期的効果の理論的、実証的分析を試みた。(高橋)第4に、途上国の累積債務、国際金融協調などの動学モデルを構築し、国際資本移動の研究を進めた。しかし、時間の制約によって環境問題への応用は今後の課題として残された。(新村・大山、大山、塩沢。)本研究は、商品貿易、資本移動、経済援助など、国際的なモノ、ヒト、カネの移動と環境資源をはじめとする希少な資源の公正かつ効率的な利用との関係を解明し、世界経済の「持続可能な発展」のための国際新秩序のあり方を模索しようとするものである。)本研究は環境問題を軸に(i)貿易自由化、(ii)資本移動、そして(iii)経済援助といったモノとカネの国際移動が資源配分と経済厚生に及ぼす影響を研究し、国際経済の「持続可能な発展」(sustainable development)のための新秩序のあり方を構想しようとするものである。2年間にわたる研究の初年度に当たる本年は、参加者の分担を確認すると共に、それぞれの課題にかかわる文献をサーベイし、情報を交換し、基礎理論を整備することにあてられた。1994年7月に第1回の会合をもって以来、11月、12月、1月、2月、3月と夏休みの8月を除き、毎月1回ずつ打ち合わせ会ないし研究会を行った。このうち、第1回(7月)と第3回(12月)の会合では本研究組織外の研究者(M.C.Kemp、N.V.Long及び寺崎克志)を招き、貿易利益、経済動学、さらには国際公共財などの関連研究について専門家としての見解を聴取した。他の会合では本研究組織のメンバーによる中間的な研究報告と討論が行われた。本年度の活動を通じて次のような問題が検討され、部分的に解明された。第1に、国際貿易や資本移動は環境問題にいかなる影響を及ぼしているか、また及ぼす可能性があるか(大山、西村、細田、塩澤)。第2に、環境問題を克服するために自由な国際貿易や資本移動を制限することが必要(あるいは)妥当であろうか(大山、出井、矢野、細田)。第3に、経済援助は環境問題にいかなる影響を及ぼしているか、また及ぼす可能性があるか(矢野、吉岡)。

第4に、環境問題に対処するために経済援助の使途を操作することが必要(あるいは)妥当であろうか(大山、吉岡)。本研究は、商品貿易、資本移動、経済援助など、国際的なモノ、ヒト、カネの移動と環境資源をはじめとする希少な資源の公正かつ効率的な利用との関係を解明し、世界経済の「持続可能な発展」のための国際新秩序のあり方を模索しようとするものである。2年間にわたる共同研究の最終年に当たり、参加者は各自の分担課題についての研究を深め、相互の交流をはかりながらその完成につとめた。まず、8月に慶応義塾大学三田キャンパスで開かれたエコノメトリック・ソサエティ(国際計量経済学会)の第7回世界大会に全員が参加し、それぞれの課題にかかわる研究報告を聴取するかたわら、初回の会合を持った。その後、9月、11月、12月、1月、2月とほぼ毎月1回のペースで研究会を開いた。本年度の活動を通じて、次のような研究成果が得られた。第1に、自由貿易それ自体は環境資源を含む経済資源の効率的な利用に資するものであり、GATTが標榜し、WTOに継承された自由貿易の原則を修正すべきではない。グローバルな環境問題に関しては、すべての諸国に共通の環境基準を適用し、汚染者支払の原則にしたがって対処するとともに、国際的な所得再分配を通じて環境コストの公正な負担を実現することが望ましい。(大山、矢野、細田に関連研究がある。)第2に、使途を特定しない経済援助が環境問題を悪化させる必然性はない。しかし、経済援助を環境改善や経済発展に資するようにデザインすることは可能である。(吉岡、出井)第3に、環境資源を広い意味の社会資本としてとらえ、その保全が生産性に及ぼす長期的効果の理論的、実証的分析を試みた。(高橋)第4に、途上国の累積債務、国際金融協調などの動学モデルを構築し、国際資本移動の研究を進めた。しかし、時間の制約によって環境問題への応用は今後の課題として残された。(西村、矢野、大山、塩沢)
多理論統合モデルを用いたストレスマネジメント介入のランダム化比較試験

本研究では,多理論統合モデル(TTM)をストレスマネジメント行動(1日20分以上健康的な活動を行う)の変容に適用して,大学生集団を対象とする介入を行うことを目的とした。TTMをストレスマネジメント行動に適用するために,まず日本語版TTM尺度を開発した。次いで,ワークブックとエキスパート・システム(アセスメントに応じてストレスマネジメント行動を獲得維持するためのアドバイスを与える)を開発して,その効果をランダム化比較試験により比較検討したところ,個別最適化アプローチによりストレスの自覚が緩和し,ストレスマネジメント行動の実行者の割合が増加することが示された。多理論統合モデルは健康行動の変容を説明する代表的な行動科学的理論である。多理論統合モデルは、健康行動の変容を変容に対する準備性と実践の程度が異なる5つの変容ステージ間の移動と捉えている。また、人があるステージから次のステージへと移動するためには、異なる認知的・行動的な活動(変容プロセス)が有効であることを説いている。これに基づいて,ストレスマネジメント行動を獲得・維持するための介入プログラムを作成し,その効果をランダム化比較試験により検討することを目的とする。Prochaskaの多理論統合モデル(Transtheoretical Model, TTM)を構成する概念が本邦においても適応可能かを検討するため、本研究では、1)大学生のストレスマネジメント行動の変容ステージの状況の検証、2)ストレスマネジメント行動に対するセルフエフィカシーによる行動変容ステージの差異、3)変容ステージにより実際に行われるストレッサーに対するコーピングへの差異、4)変容ステージが進むことによる、実際のストレスマネジメント行動の差異を検討するとともに、日本版TTM尺度の信頼性と妥当性を検証した。その結果、1)については、前熟考期の割合が最も多く、ストレスマネジメント行動を変容させる意思の乏しい大学生が多いことが明らかとなった。2)については、セルフエフィカシーは行動変容ステージが上がるほど高くなり、維持期がもっとも高かった。また、高い行動変容ステージにある個人ほど、自己効力感が高いという今回の知見は、米国の大学生の先行結果と一致し、TTMの適応の有効性が示唆された。3)については、実行期と維持期など高い変容のステージにある個人は、効果的なコーピング行動を実際に行っており、不健康的な行動では低い変容のステージに属する個人と違いがなかった。とくに、「計画」という建設的なコーピングは、準備期までの低い行動変容のステージではほとんど用いられていないのに対して、実行期以上のステージで高い割合で採用されており、隣り合う準備期と実行期の間に明確な差が存在した。4)については、望ましくない行動の減少と行動変容のステージとの間に関連はなかったが、より高い行動変容ステージでは、効果的なストレスマネジメント行動が実際に数多く試みられること、また行動変容ステージの進行は、不健康な行動の減少よりも、建設的なストレスマネジメントの増加と関連していることが分かった。以上の結果より、信頼性と妥当性のある日本版TTM尺度が完成され、介入効果のツールとして活用が可能になった。Prochakaの多理論統合モデル(Transtheoretical model;TTM)に基づくストレスマネジメント行動介入を行う為に必要となる,理論を構成する4つの仮説的構成概念,1)行動変容ステージ,2)セルフエフィカシー,3)意思決定バランス,4)変容プロセスを測定する尺度を作成し,概念間の関連を検討した。各概念間の関連は特に,セルフエフィカシー,および意思決定バランスと変容ステージとの関運を検討した。また,ストレスマネジメント行動変容マニュアルを作成することを試みた。その結果,1)ストレスマネジメント行動の変容ステージを測定する1項目の変容ステージ、アルゴリズムが作成された。2)ストレスマネジメント行動を行うことに対するセルフエフィカシーを測定する7項目の尺度が作成された。3)ストレスマネジメント行動を行うことに対する意思決定のバランスを測定する8項目の尺度を作成された。4)10の変容プロセスを測定する30項目の尺度が作成された。変容ステージとセルフエフィカシーとの関連については,後期のステージに属する者ほど,セルフエフィカシー得点が高かった。また,変容ステージと意思決定バランスとの関連については,前熟考期ではストレスマネジメント行動に対するprosの自覚がconsより低く,それ以降のステージではその逆の傾向が認められた。これらの関連は,理論から予想される関連の仕方であり,TTMをストレスマネジメント行動に適用できる可能性を支持しているものと推察される。さらに,ストレスマネジメント行動介入を行う為に必要となる,ストレスマネジメント行動変容マニュアルを作成した。変容ステージ毎に異なる変容プロセスが経験できるように工夫した。1.エキスパートシステム構築前年度に引き続き、介入比較試験に利用するエキスパートシステムの充実を図った。今年度のシステム開発により、被験者は場所や時間の制約なくアセスメントを実施できるようになった。従来と比較して、より無作為で広範囲の被験者へ本研究への参加の協力を依頼することが可能となった。また、郵送と手作業での実施を予定していた作業をエキスパートシステムにより自動化した。

具体的には、参加者の募集やアセスメントによるストレスマネジメント行動の対象者選定(前熟考期・熟考期・準備期・実行期・維持期・対象外)、各ステージの被験者のグループ割り付け(ストレスマネジメント行動変容群と対照群)などである。これにより、無作為なサンプル抽出と均等なグループ割り付けが可能となった。2.TTMに基づくストレスマネジメント行動変容のランダム化比較試験TTMに基づくストレスマネジメント行動変容のランダム化比較試験の実施は、開始より0ヶ月後、3ヶ月後、6ヶ月後、12ヶ月後の合計4回を予定している。2009年1月より、初回(0ヶ月目)のアセスメントを実施した。ストレスマネジメント行動変容群へはアセスメントの結果を介入レポートとしてインターネット上での提示とメールでの送付を行った。対照群には、結果のフィーとバックを介入終了まで行わなかった。その後、すべての被験者にストレスマネジメント行動変容マニュアルを配布し、今後のストレスマネジメント行動についての取り組みと3ヶ月後の追加アセスメント実施について案内した。次回のアセスメント実施は4月を予定している。多理論統合モデルに従って開発した、ストレスマネジメント行動(1日20分間ストレスをコントロールするための健康的な活動を行うこと)を開始・定着させるためのエキスパート・システム(アセスメントに応じて処方箋を作成・送信するオンライン・システム)とワークブックを利用して、ストレスマネジメント行動変容介入を平成20年度から継続して行った。参加者をワークブックのみ受け取る対照群とさらにエキスパート・システムによる処方箋フィードバックを受け取る介入群に無作為に振り分けた。介入群はワークブックと処方箋フィードバック、対照群はワークブックを利用してセルフヘルプに取り組んだ。介入期間とフォローアップ期間は各々6ヶ月であった。この期間中、参加者は介入前、3ヶ月後、6ヶ月後、そして12ヶ月後にアセスメントを受けた。介入群の参加者には、介入前、3ヶ月後、そして6ヶ月後に処方箋フィードバックを送付された。ストレスマネジメント行動を実施している者の割合は、両群ともに、介入に伴い増加し、ストレスの自覚は緩和する傾向があった。しかしながら、フォローアップ後、ストレスマネジメント行動を実施する者の割合は維持されたものの、ストレスの自覚は介入前と同程度まで戻る傾向があった。これらの結果から、ワークブックを利用したストレスマネジメント行動変容の効果が示唆された。しかし、フォローアップによりその効果が維持されていないことから、フォローアップ後のセルフヘルプ学習の定着が課題として残された。また、処方箋フィードバックの有効性は明確には認められなかった。
ゾルーゲル法と凍結乾燥を利用したメソ構造制御超多孔体カーボンの創製

本研究は,ゾルーゲル法と凍結乾燥を用いてレゾルシノールとホルムアルデヒドから特異なメソ細孔特性を有する種々のカーボンクライオゲルを作製するとともに,その細孔制御法を提示したものである。得られた主な成果は次のとおりである。1.レゾルシノール・ホルムアルデヒド(RF)水溶液のゲル化過程を光散乱実験およびポピュレーションバランスに基づいた計算機実験によって検討し,RF水溶液の触媒濃度がゲル化過程における構造形成を支配する主要因子であることを見出した。2.凍結乾燥を利用して,超臨界乾燥を用いて作製されるカーボンエアロゲルに匹敵する優れたメソ細孔特性を有するカーボンクライオゲルの作製に成功した。3.原料溶液の組成がカーボンクライオゲルのメソ細孔特性に及ぼす影響を検討し,RF水溶液の触媒濃度とカーボンクライオゲルのメソ細孔特性との高い相関性を見出した。その結果,触媒濃度を変えることによるカーボンクライオゲルのメソ細孔特性の制御に成功した。4.逆相乳化重合を用いてRF湿潤ゲル微粒子を合成し,それを凍結乾燥,さらに炭化することでカーボンクライオゲル微粒子の創製に成功した。得られた微粒子はメソポーラスな内部構造と緻密な表面層から形成される二重構造を有することを見出し,乳化重合の温度や炭化温度を変えることで表面層の細孔径が制御可能であることを実証した。また、メソポーラスなカーボンクライオゲル微粒子をHPLC用カラム充填剤として利用できる可能性を示した。レゾルシノールとホルムアルデヒドのゾルーゲル重合、超臨界乾燥、熱分解によってカーボンエアロゲルが作製されている。カーボンエアロゲルは高比表面積、高空隙率の超多孔体カーボンであるが、超臨界乾燥を用いるために製造コストがきわめて高く、実用化されていない。ゾルーゲル法で合成した湿潤ゲルを凍結乾燥すれば、エアロゲルと遜色のないメソ構造を有するクライオゲルを作製できるとの着想により、カーボンエアロゲルと同等の細孔特性をもつ安価な高比表面積メソ構造制御炭素の創出を目的として本研究を実施した。これまで凍結乾燥ゲルは超臨界乾燥ゲルと比較して構造収縮が著しいと考えられていた。t-ブタノールは凍結時に密度変化が水の1/200ときわめて小さく、また蒸気圧も水の14倍と大きい。そこで、レゾルシノールとホルムアルデヒドのゾルーゲル重合で得られた湿潤ゲルに保持されている水をt-ブタノールと置換して、凍結乾燥を行った結果、乾燥時の収縮が抑制され、高い乾燥速度でエアロゲルと遜色のないメソ構造を有するクライオゲルを作製することに成功した。また得られたクライオゲルを不活性雰囲気中で炭化しても、そのメソ構造が保持されることを確認した。メソ細孔性炭素を得るための湿潤ゲルの合成条件について検討した結果、メソ孔を保持するためには触媒濃度に上限があることが確認された。また、合成条件を変えることにより細孔半径分布のピーク値が1.47.0nm、BET表面積は400750m^2/g、メソ細孔容積は0.11.3ml/gで制御可能であることが分かった。さらに、凍結乾燥とマイクロ波乾燥、熱風乾燥の比較を行った結果、メソ孔性炭素を得るためには凍結乾燥が有用であることが確認された。

その結果,触媒濃度を変えることによるカーボンクライオゲルのメソ細孔特性の制御に成功した。4.逆相乳化重合を用いてRF湿潤ゲル微粒子を合成し,それを凍結乾燥,さらに炭化することでカーボンクライオゲル微粒子の創製に成功した。得られた微粒子はメソポーラスな内部構造と緻密な表面層から形成される二重構造を有することを見出し,乳化重合の温度や炭化温度を変えることで表面層の細孔径が制御可能であることを実証した。また、メソポーラスなカーボンクライオゲル微粒子をHPLC用カラム充填剤として利用できる可能性を示した。