hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
円筒コイルばねの合理的設計

コイルばねの合理的設計のためにはピッチ角と端末条件を考慮した解析が必要である.近年この解析には有限要素法の適用が試みられ,そ有効性が認められている.しかしコイルばねの有限要素解析では,解析の基礎となるバネ要素内変位表示式,すなわちばね要素の形状関数を得るためにコイルばねの静的平衡方程式を解く面倒な数式計算が必要な上,この形状関数をもとにばね要素の要素マトリックスを誘導するためには数値解析とプログラム法について熟知していなければならないため,コイルバネの設計計算に有限要素法を適用するには若干の問題がある.そこで本研究ではこの問題を解決するために,ばね要素の形状関数を求め,ばね要素マトリックスを誘導する計算過程を数式処理システムREDUCEによって行うことを試みた.数式処理システムはデータ構造上の問題点として多量のメモリーを必要とするので,結果が複雑になり易いばね要素マトリックスを求める数式積分には処理法に特別な配慮が必要である.本研究では三角関数を含む関数の積分に対するアルゴリズムを新たに開発しこの問題に対処するとともに,数式処理結果をファイルを介してマトリックス演算用の数値処理プログラムと結合してコイルばねの動特性,応力特性解析の効率化を図った.さらに本研究ではこの解析の応用としてコイルばねの横不安定性をコイルばね固有振動数の面から検討し,伸縮モードの固有振動数が曲げモード固有振動数の2倍に近い場合に横不安定性が顕著であるとの結果を得た.コイルばねの合理的設計のためにはピッチ角と端末条件を考慮した解析が必要である.近年この解析には有限要素法の適用が試みられ,そ有効性が認められている.しかしコイルばねの有限要素解析では,解析の基礎となるバネ要素内変位表示式,すなわちばね要素の形状関数を得るためにコイルばねの静的平衡方程式を解く面倒な数式計算が必要な上,この形状関数をもとにばね要素の要素マトリックスを誘導するためには数値解析とプログラム法について熟知していなければならないため,コイルバネの設計計算に有限要素法を適用するには若干の問題がある.そこで本研究ではこの問題を解決するために,ばね要素の形状関数を求め,ばね要素マトリックスを誘導する計算過程を数式処理システムREDUCEによって行うことを試みた.数式処理システムはデータ構造上の問題点として多量のメモリーを必要とするので,結果が複雑になり易いばね要素マトリックスを求める数式積分には処理法に特別な配慮が必要である.本研究では三角関数を含む関数の積分に対するアルゴリズムを新たに開発しこの問題に対処するとともに,数式処理結果をファイルを介してマトリックス演算用の数値処理プログラムと結合してコイルばねの動特性,応力特性解析の効率化を図った.さらに本研究ではこの解析の応用としてコイルばねの横不安定性をコイルばね固有振動数の面から検討し,伸縮モードの固有振動数が曲げモード固有振動数の2倍に近い場合に横不安定性が顕著であるとの結果を得た.円筒コイルばねの合理的設計に関する研究の一環として、本年度はコイルばねの動的横安定性の実験解析を主に行った。コイルばねをばね中心軸方向に正弦的に圧縮した場合、ばね中心軸に対して横方向の運動が生起される現象、すなわちコイルばねの横不安定性の生ずる振動数範囲は、棒の動的座屈からの類推により、コイルばね横方向振動を主とする固有モードに対する固有振動数の整数倍の近傍であることが予想される。しかし、コイルばね横方向振動を主とする固有モードに対する固有振動数はピッチ角や端末条件を考慮しないと正確な結果を得ることが困難である。そこで、実験解析に先だってコイルばねの固有振動数を、曲率とねじれ率を有する空間曲線形構造要素の剛性行列と質量行列を用いて有限要素法により正確に求めた。なお、この計算の際に一部数式処理システムを活用したところ、従来の計算プログラムに比較してかなり簡潔なプログラミングが可能になり、今後本研究成果を生かしたコイルばね設計用のプログラムを作成する際の大きな指針を得た。実験により得られた主な結果は以下のようである。1.コイルばねの横不安定性の生ずる振動数は、ばね中心軸横方向振動を主とする固有モードに対する固有振動数の整数倍の近傍である。2.コイルばねの横不安定性は、ばね中心軸横方向振動を主とする固有モードドに対する固有振動数だけでなく、ばね中心軸方向振動の振幅にも依存する。このため、コイル中心軸横方向振動を主とする固有モードに対する固有振動数の整数倍がサージング振動数に近い場合、横不安定現象が顕著に現れる。今後、これらの実験結果を踏まえて、コイルばねの諸元、特にピッチ角、ばね指数、有効巻数などがばねの動的横不安定性に及ぼす影響を検討する予定である。
褥瘡の進行度と感染のアセスメント基準の検討

褥瘡の進行過程における感染の影響を明らかにする事を目的とし、褥瘡のある患者の16例について、患者に承諾の上、全身状態、局所の状態、ケアの方法などについて観察・調査した。併せて、褥瘡表面の細菌培養を行った。細菌培養の結果、褥瘡表面から培養される菌はMRSAが最も多く9例で、そのうち6例は感染の兆候が少なく縮小傾向にあった。そのことからMRSAが検出されても他の褥瘡の処置と異なるような特別な処置をする必要がないのではないかと考えられた。また、緑膿菌が検出されたのは重篤な腎機能障害と糖尿病を伴う2例であったが、巨大なポケットの形成や大量の膿性の浸出液など特に重篤な感染の影響があった。易感染症となる基礎疾患を持つ患者には、特に緑膿菌感染に注意し、感染したら短期間で急速に褥瘡が拡大したり周囲に大きな膿瘍を形成する事を予測して注意深い観察とケアが必要になる事が推測された。今後、症例を増やして上記の「感染菌種による感染の褥瘡進行過程への影響の相違について」の検討してゆくとともに、この研究の過程で示唆された以下の様な研究課題について検討を続けてゆく予定である。(a)免疫反応を抑制する基礎疾患並び治療方法の褥瘡の進行過程と感染への影響(b)感染兆候としての、発赤、腫脹、浸出液、難治性など局所の肉眼所見の評価基準(c)褥瘡の進行と感染に関するリスクアセスメントスケールの作成と評価(d)褥瘡の表面並びに深部の細菌の量と繁殖の評価方法褥瘡の進行過程における感染の影響を明らかにする事を目的とし、褥瘡のある患者の16例について、患者に承諾の上、全身状態、局所の状態、ケアの方法などについて観察・調査した。(a)免疫反応を抑制する基礎疾患並び治療方法の褥瘡の進行過程と感染への影響(b)感染兆候としての、発赤、腫脹、浸出液、難治性など局所の肉眼所見の評価基準(c)褥瘡の進行と感染に関するリスクアセスメントスケールの作成と評価(d)褥瘡の表面並びに深部の細菌の量と繁殖の評価方法
上皮成長因子(EGF)レセプターの細胞内増殖シグナル伝達機構の分子生物学的解析

1.Site-directed mutagenesis法により自己リン酸化部位のチロシン残基をフェニルアラニンに、またATP結合部位(721位)のリジンをアラニンに置換した変異型EGFレセプターcDNAを作製した。野性型およびこれらの変異型EGFレセプターcDNAをCHO細胞にトランスフェクションし、野性型および変異型レセプターを発現するCHO細胞株を樹立した。^3H-thymidine取り込みを指標としてみたDNA合成能は、複数のmajorなリン酸化チロシン残基を置換した変異株とリジンを置換した変異株で低下した。2.RasGTPase活性化蛋白(GAP)およびphosphatidyl inositol3-kinase(PI3K)のsrc homology2(SH2)ドメインを含む領域をglutathione-S-transferaseとの融合蛋白として大腸菌で作製した。In vitroでは、これらの蛋白はEGFレセプターとアソシエーションした。一方、in vivoでは、EGFレセプターを免疫沈降し、SDS-PAGE後、抗GAP抗体および抗PI3K(85kDaサブユニット)抗体を用いてイムノブロットを行なっても、GAPおよびPI3K蛋白を同定できなかった。3.野性型EGFレセプターを発現するCHO細胞において、抗EGFレセプター抗体あるいは抗リン酸化チロシン抗体での免疫沈降物中のPI3K活性を測定すると、EGF刺激によりPI3K活性は2-3倍に増加したものの、わずかな増加に留まった。一方、抗p21^<ras>抗体を用いて、p21^<ras>-GTP/p21^<ras>-GDP比を測定すると、野性株ではEGF刺激によりGTP結合型p21^<ras>が増加した。したがって、以上の結果から、GAPおよびPI3KはEGFレセプターの有力なシグナル伝達物質ではないと考えられた。4.最近、EGFレセプターを介するシグナル伝達物質の候補としてASH(GRB2)およびSHCが同定され、目下、これらの蛋白について検討を行なっている。
日本伝存文献を用いた『全唐文』補訂の可能性についての研究

本研究は、日本に伝存する唐代の文学作品を収集し、『全唐文』を補訂しようとする。具体的にはに陳尚君輯『全唐文補編』を底本として校勘を行った。また日本に伝存する写本の重要性を紹介する為に、特に『王勃集』の佚文を取り上げた。鈔写時期を検討するとともに、その作品には、従来の王勃文学の見直しを迫るものがあることを論証した。『王勃集』に象徴されるように、日本に伝存する写本が、唐代の文学作品の資料として貴重であることを具体的に紹介した。昨年度に引き続き、日本に伝存する初唐の文学者王勃の作品集について集中して調査を行った。当該年は、特にその抄本の発見から影印公開・翻字の状況について調査した。その結果、正倉院蔵「王勃詩序」は、博物局と印刷局がそれぞれ所蔵調査を行い、それぞれ明治10年代に影印していたことを確認した。また、楊守敬・羅振玉の翻字作業は、楊守敬が博物局、羅振玉が印刷局の影印を利用したことを再確認した。但し羅振玉が利用した石版覆印本は、明治17年に覆印されたが、実際には大正7年に再印刷されたされたものであったことを明らかにした。このことは、従来指摘のなかったことである。また印刷局の影印年について誤解があったが、本調査によってそれを訂正し、かつ上記のような事実を報告し得た(「日・中における「正倉院蔵王勃詩序」の"発見"について」と題して原稿提出済み)。なおこの調査の過程において、印刷局・博物局が明治から大正において日本伝存古写本の影印を活発に行っていたことが明らかになった。本科研の発展的課題として、調査を行う予定である。当該年度は、「王勃集卷29・30」について調査を行い、その作品から、王勃の生涯について新たな知見を得、2件の報告を行った(第二届饒宗頤與華學曁香港大學饒宗頤學術館成立十周年慶典國際學術研討會(2013年12月9-10香港大学)及び「中国中古の学術と文献」(2014年2月1日京都大学人文科学))。当該年の調査により、日本古写本の発見、影印と翻字について、楊守敬と内藤湖南・羅振玉の果たした役割の大きさが再確認された。彼らの交友と周辺知識人の役割について調査した。また古写本の保存において興福寺の果たした役割の大きさも明らかになり、その資料を収集した。当該年度、日本に伝存する初唐の文学者王勃の作品集について、1データを収集し、2翻刻を行った。3保存と発見の経緯ついて調査を行った。以上の基礎作業ののち、王勃の作品のうち、中国に伝存するものについては校勘を行い、文集編纂当初の文字を復元することに努めた。この作業によって、日本に伝存する王勃集が、テキストとして優秀であることを確信した。そのことを証明するため、論文として考えをまとめた。それらは日本だけではなく、中国の学術雑誌にも発表した。またこのような作業・考察の進展により、同時代及びやや後の時期の日本漢詩文に対する調査が作業に加わった。奈良朝から平安初期の漢詩文作品は、個々の作品が、中国の個別の作品からどのような影響を受けているか(模倣しているか)が、従来の考察の中心であったと考えられるが、本研究は『懐風藻』の序を中心にして、日本における中国文学の受容が作品個々の受け入れたと考えるより、文化システムとして、文学創作の場全体を輸入したのではないかという仮説を得た。これについては、11月に韓国・成均館大学で開催された国際学会において報告した。次に、文字の翻刻とともに、注釈作業にも着手した。具体的には正倉院蔵「王勃詩序」の内の、佚文及び、『王勃文集』卷28・29・30と考えられる部分に採録されていた作品群をその対象としている。その際、ある種のジャンルの作品は、敦煌文書との語彙に一定の共通性があるということに気づき、それらの語彙・句作の共通・相違について検討を行なっている。また、王勃の作品の語彙が初唐の文学者の作品にも共通することが分かったので、この注釈作業は、王勃個人の作品の注釈であるとともに、初唐における文学傾向を把握することを最大の目的として、作業を継続中である。本研究は研究期間全体を通して、『王勃集』佚文に対して、羅振玉・陳尚君の翻字をもとにその校勘と注解を行った。この作業とともにこの佚文がもつ価値について検討し、2編の論文にまとめた。

その内の一編は『東方学』130輯(7月)に掲載が決定している(もう一編は掲載誌未定)。その他、日本に伝存する中国唐代の散文作品について、陳尚君『全唐文補編』の文字を校勘するという作業を行ない、『文翰詞林』については作業を終えた。より正確なテキストを提供するために、今後も作業を継続し、順次成果を公表する予定である。本研究は中国人の作品のみを調査の対象としていたが、研究の進展とともに、中国の唐代に相当する奈良から平安初期の漢詩文もまた、中国古典文学の一翼を担う者として調査する必要を感じるようになった。特に散文に対しては、これまで充分な検討がなされていないと思われたので、台湾・韓国での講演の機会に、この問題について報告を行った。この時期の漢詩文を中国古典文学作品と捉える観点は清・陸心源の『全唐文拾遺』に示されており、これをより精密にし、またその作品が中国古典世界の広がりを示すもとして紹介する必要があると考え、作業を開始した。次に日本の古写本の価値を発見した楊守敬・羅振玉の研究にたいする調査を通して、このことに日本人の研究者も貢献していることを確認した。この問題は日中の学術交流史の重要な事実であるが、まだ解明されていない事実も多い。更に古写本がどこに保存され、いつ発見されたか。そしてそれはどのように影印されたかは、古写本研究の基礎作業であるが、確認が為されていない事実が多いことに気付き、特に印刷局の影印事業について調査を行い、その結果を発表した。中国文学本年度の最大の成果は、明治時期に、日本伝存写本の影印が博物局・印刷局、特に後者で積極的に行われていたという事実を発見したことである。更に内藤湖南と羅振玉の学術的交流において、それらが利用されていたことを確認しえたことも成果として報告できる。印刷局を始めとする明治期の学術貢献と、日中の研究者の学術交流の調査は、本科研の進展の過程で発見・実感したものであり、重要な課題と考える。日本伝存写本について、所蔵など基本情報は国内外で共有されつつある。しかし、そのテキストとしての重要性については、いまだ充分ではない。当該年度、王勃の佚文では注目されることの少なかった卷30について幾つかの知見を発表・報告したことは、本研究の目的達成の一つと数えることができる。しかし、継続中の王勃佚文の注釈等は、テキストとしての重要性を発信するうえで重要な作業であるにもかかわらず、完成が遅れている。この点は計画通りに進んでおらず、反省すべき点である。当該年度は、中国人研究者との意見交換を行う機会を何度か得た。そのなかで、敦煌文書など他の写本との文字の比較、表現の類似性などの新たに必要な作業が見つかったこと、また楊守敬や羅振玉の蔵書など、新たな調査の課題が明確になった。これらについては、既に遼寧省図書館など調査を行ったが、充分ではない。以上のように、当初計画していた課題について、必要な作業を実施しているが、完結していない。また新たな課題も幾つか発見され、それらの進展状況を考え上記のような評価とした。最大の成果は、正倉院等に伝存する『王勃文集』の作品が、テキストとして優れていることについて幾つか発表できたことである。その結果として、日本伝存の『王勃文集』が王勃研究、初唐文学研究において、必ず参照しなければならないテキストであることについて、中国の学界においても基本的な理解が得られたのではないかと考える。日本の古写本がテキストとして優秀であることは広く再認識されつつあるが、本研究もその機運に寄与できたのではないだろうか。テキストの翻刻・校勘は『王勃文集』については、基本的にその作業を終えることができた。またデータベースとして公開する準備も行っており、それについても作業は進展している。また、このような作業の過程で、王勃の作品が、彼個人の文学に対する見直しを要求するものであること、また同時代文学、更には日本文学に大きな影響を与えていたことが判明した。
反射型回折格子とMCPによる高分解能分光システムの研究

高分解能のX線分光を行なうには、反射型回折格子を用いる方法が最適と考えられる。本研究課題では、その高効率化と、最適な光学系の設計を目指した。本年度の研究成果は以下の3点にまとめられる。1。真空排気系の製作反射型回折格子による回折像を検出するためのマイクロチャンネルプレート(MCP)は、10^<-6>torrよりも高い真空度で動作させねばならない。これを実現するため新規にターボ分子ポンプを購入し、真空排気系を組み上げた。このおかげで短時間に10^<-6>torrを越える清浄な超高真空が得られるようになった。2。MCPの性能特性測定昨年度入手したMCPを上記真空槽に入れ、X線を照射した。当初は、MCP自身のアウトガスによるノイズが多かったので、MCP自身をベークすることでこれを解消した。0.2mmфのX線ビームを当てたところ、ほぼこれを広げることなくその像が検出できた。移動台でX線ビームの照射位置を動かすことで、位置の直線性も確認できた。波長に対する感度については、3月中旬の軌道放射光実験で確認することを計画している。3。多層膜回折格子高エネルギーのX線でも十分な効率を持たせるために、市販の反射型回折格子に多層膜を蒸着した素子を用意した。このX線評価を、研究室の特性X線源と、軌道放射光で行なった。更に、X線望遠鏡との組み合わせで、最適と考えられる、Off-Plane Mount法を実現するため、その特性試験の準備を進めた。特に、回転台の制御を計算機で行ない、自動測定が可能なシステムを構築した。実際の測定は、近日中に計画している。1。2。3。
ナノカーボン材料を利用した太陽電池作製と評価

垂直配向単層CNT膜を温度制御した水蒸気にさらし,単層CNTがハニカムセル状に凝集しマイクロ・ハニカム構造を持つ膜自己集合した.成長した単層CNTの膜厚と水蒸気処理の条件によって様々なハニカム構造が得られる.この方法で作ったハニカム膜は,同じく炭素材料である透明伝導膜として使われているバッキペーパーより伝導性も透明度が高いことを明らかにした.セル内では単層CNTが水平にシリコン基板と良好に接触する構造が自己組織化的に形成されることが分かった.この自己組織化ハニカム単層CNT膜をn型シリコン上に転写し,ヘテロ接合太陽電池を作成した.ドーピングなどを行わずに,5%程度の光変換効率が得られた.垂直配向単層CNTを色素増感太陽電池の対極として使用し,Pt対極太陽電池との性能を比較した.得られた電流電圧曲線から短絡電流と開放電圧およびフィルファクターはPt対極太陽電池に比べて少し低い値になり,結果として発電変換効率もPt対極太陽電池に及ばなかった.また、垂直配向単層CNTの膜厚を変えて太陽電池を作成したところ,太陽電池の性能は膜厚に大きく依存していることがわかり,膜厚が厚くなると発電変換効率が高いことがわかった.対称セルのインピーダンススペクトル解析により,CNT対極は高周波数領域と中・低周波数領域の両方にインピーダンスを持つことがわかった.一方で,蒸気処理により垂直配向単層CNTの構造を変化させることで接触抵抗の低減ができた.また,CNTの新たな太陽電池への応用としてシリコン基板表面にCNT膜をコーティングしたヘテロ接合型太陽電池の開発を行った.剥離した垂直配向単層CNT膜を表面に酸化層を持つシリコン基板に乗せ,さらに水蒸気処理を行った.この水蒸気処理によって,単層CNT膜のシート電気抵抗を低下させることができ,さらに比較的高い変換効率を示す太陽電池を形成することに成功した.シリコン基板上に合成した垂直配向単層カーボンナノチューブ(CNT)膜を温度制御した水蒸気にさらし,垂直配向単層CNTがハニカムセル状に凝集しマイクロ・ハニカム構造を持つ膜自己集合した.成長した垂直配向単層CNTの膜厚と水蒸気処理の条件(温度,時間など)によって様々なハニカム構造が得られる.この方法で作ったハニカム膜は,同じく炭素材料である透明伝導膜として使われているバッキペーパーより伝導性も透明度が高いことを明らかにした.セル内では単層CNTが水平にシリコン基板と良好に接触する構造が自己組織化的に形成されることが分かった.この自己組織化ハニカム単層CNT膜をn型シリコン上に転写し,ヘテロ接合太陽電池を作成した.ドーピングなどを行わずに,5%程度の光変換効率が得られた.ハニカム膜内でのn型シリコンと単層CNTの接触面がキャリア分離界面となり,セル壁を構成する高密の垂直配向CNT間の接触面積が高いため伝導性の高いホールコレクターとして動作する.この二つの特性を有することでハニカム膜を利用したヘテロ接合太陽電池光変換効率が増加したと考えられる.垂直配向単層CNT膜を温度制御した水蒸気にさらし,単層CNTがハニカムセル状に凝集しマイクロ・ハニカム構造を持つ膜自己集合した.成長した単層CNTの膜厚と水蒸気処理の条件によって様々なハニカム構造が得られる.この方法で作ったハニカム膜は,同じく炭素材料である透明伝導膜として使われているバッキペーパーより伝導性も透明度が高いことを明らかにした.セル内では単層CNTが水平にシリコン基板と良好に接触する構造が自己組織化的に形成されることが分かった.この自己組織化ハニカム単層CNT膜をn型シリコン上に転写し,ヘテロ接合太陽電池を作成した.ドーピングなどを行わずに,5%程度の光変換効率が得られた.SWNT(single-walled carbon nanotube,単層カーボンナノチューブ)はグラファイトやフラーレンに続く炭素の同素体であり,グラフェンシート一層を円筒状に巻いた構造を持つ物質である.SWNTは高い電気伝導性,化学的安定性などを有しているという特長をもつことからデバイスなどへの応用が期待されている.色素増感型太陽電池は1991年にGratzelらによって開発された有機太陽電池で高効率,低コストに作製できる可能性をもつ太陽電池である.一方で,改善すべき課題としてPt(プラチナ)を使用するコスト面,資源的制約面の問題や電解液,アノードなど構成要素それぞれに残されており,改善に向けて研究が進められている.色素増感型太陽電池の重要な問題のひとつとして,対極に用いるPtは資源的問題あるため実用的な材料ではない.さらにPtは電解液による腐食が確認されており,化学的安定性に問題がみられる.以上のような問題点を解決するための代替材料として本研究ではSWNTを採用した.SWNTは対極電極に必要な特性である化学的安定性,及び比表面積をもつ材料であるため対極材料として利用可能であると考えられる.

そこで,本研究では化学的安定性,および比表面積が大きい構造をもつSWNT膜を色素増感型太陽電池の対極にPt電極の代替材料として用いることを目的とし,その有用性を電気化学インピーダンス(Electrochemical Impedance)法(以下EIS法)を実験的に行った.EIS法を用いてセルのインピーダンスを測定したら,対極をPtからSWNTに変えたことによる対極/電解液界面での電荷移動抵抗は両者を比較してほとんど変わらず,電解液/対極界面の電荷移動に関して十分な性能をもっていることがわかった.単層カーホンナノチューブの合成技術開発や電気化学インピーダンススペクトル解析を進めることができ,また太陽電池の計測に必要な設備や技術を得ることもできた.現状としては当初の予定通りの研究進行状況だと考える.単層カーボンナノチューブの合成技術開発を進めることができ,また太陽電池の作製および計測に必要な設備や技術を得ることもできた.現状としては当初の予定通りの研究進行状況だと考える.垂直配向単層CNT対極太陽電池はPt対極太陽電池に匹敵する代替材料としての可能性を持っていることがわかった.さらなる発電変換効率の向上のためには,単層CNTの膜厚を厚くし,かつ,露出したフッ素ドープ酸化スズ(Fluorine tin oxide, FTO)面の面積を低下させると同時に,接触性を高める必要がある.また,単層CNT対極が持つ,中・低周波数領域のインピーダンスを低減する必要もある.問題解決のために,色素増感太陽電池の対極として最適な単層CNTのモフォロジーを作成し,単層CNTメッキによるFTO面との接触性の向上させることなどが有効なのではないかと考えられる.SWNT対極がPt対極に追いつくためには以下の方法を提案する.まずSWNT膜の電解質濃度を高くする必要があると考えられることである.SWNT膜は比表面積の大きい構造をしているため,電解液が吸着しやすく拡散移動を妨げていることが考えられる.SWNT膜を用いるとき,電解質濃度を上げることで,反応速度の向上を狙える可能性があると考えられる.次に,膜の均質性を向上させる方法である.マイクロオーダーでみると不均質な膜が形成されている部分が多く見られたため,より均質な膜が作製可能な方法が必要であると考えられる.例えば,SWNTをペースト状にしてスクリーンプリント法で塗布するというような方法である.しかし,増粘のために混入した有機物を加熱によって除去する必要があるため,SWNTが破壊されるのに気を付ける必要がある.サイクリックボルタンメトリー法(CV法,Cyclic Voltammetry法)は電極の入力信号を電位走査速度の大きい繰り返し三角波として電流応答を測定する方法である.CV測定では作用電極の電圧を正や負の方向へ変化させつつ物質を電極上で酸化,還元させることでどの電圧でどのような速度の反応が起こるかを観測することができる.CV法は,実験系の酸化還元反応の基本的な性質を調べることができるため,非常に有用な方法であるため,SWNT対極の状況を調べるためにCV法を利用することは適切である.平成25年度の計画として,蒸気処理により垂直配向単層CNTの構造を変化させることで接触抵抗の低減がわかったことを踏まえ,この蒸気処理したCNT膜の電気特性の構造依存性を調べ,接触抵抗の減少を目指し色素増感太陽電池への応用を進める.また電気気伝導性自体が改善された場合はp-n接合型太陽電池への応用も検討する.平成24年度の計画として,均質なSWNT膜を作製する必要があると考えられるため,単層カーボンナノチューブの合成条件または転写の仕方を検討する.例えば,SWNTをペースト状にしてスクリーンプリント法で塗布するというような方法である.しかし,増粘のために混入した有機物を加熱によって除去する必要があるため,SWNTが破壊されるのに気を付ける必要がある.
AMPA 型グルタミン酸受容 体のヒトにおける PET 定量 イメージングの確立

本研究の目的は、ヒトにおけるAMPA受容体の特異的イメージングを確立し、精神・神経疾患の病態解明や診断、治療薬の開発に寄与することである。4名の健常被験者において、PETスキャン及び動脈血放射能測定、代謝物測定を実施し、総合的にPETリガンドの有効性評価を行なった。結果、結合能は、大脳皮質全体で正の値で算出され、特異結合の存在を示唆したが、非常に低い値であった。この新規リガンドは、ヒト脳のAMPA受容体に対して特異結合を認めるが、ダイナミックレンジが低く、放射性代謝物の脳移行も疑われるため、ヒト脳のAMPA受容体密度の測定への有用性は限られていると考えられた。健常男性ボランティアを対象とした臨床研究について、2015年7月15日に放医研の医学系研究倫理審査委員会の承認を得た。平成27年度内に2例の被験者に対しPETスキャンを完了し、定量解析を行った。PETリガンドによる明らかな副作用は認めなかった。PETリガンドを約370MBq投与後、放射能の脳移行は良好で、投与5分以内にピークを認め、ピーク時のStandardized uptake value(SUV)は2程度であった。その後、早い洗い出しを認めた。投与後0-20分の加算画像は、2例とも灰白質に高い集積を認め、脳血流を反映した画像であった。投与20-120分の後期画像は、1例目では灰白質と白質に明らかな差を認めない一様な画像となり、PETリガンドのAMPA受容体への特異結合を示唆しなかった。一方、2例目では、灰白質に比較的一様に放射能を認め、白質はやや低い放射能で、PETリガンドのAMPA受容体への特異結合を否定できなかった。PETスキャンと同時に施行した、動脈血放射能測定では、動脈血血漿中の放射能濃度は早期にピークを認め、20分以降は非常になだらかな減少を認めるのみであった。代謝物分析では、1例目において脂溶性の低い放射性代謝物を認めるのみに対し、2例目では脂溶性が高い放射性代謝物を1種類認めた。動脈血漿中の未変化体濃度を入力関数としたLogan plotでは、投与約10分後より直線化したのに対し、2例目では徐々に上昇傾向を示し、放射性代謝物の脳移行を示唆した。以上より、PETリガンドによるAMPA受容体への特異結合は、非特異結合に対し非常に少ないと考えられた。PETリガンドの血中代謝は被験者間で異なり、2例目では放射性代謝物が脳へ移行し特異結合が認められた可能性がある。2例の結果が一致しないため、さらに被験者を追加して検討する方針である。侵襲介入のある臨床研究を開始するにあたって、2014年改訂の「人を対象とする医学系研究に関する倫理指針」(文部科学省厚生労働省)に準拠した研究計画および、モニタリング・監査体制の確立に時間を要した。また、PET検査に必要な血漿中代謝物分析の条件設定に予想より時間を要した。前年度に行った2名の健常被験者において、PETスキャン及び動脈血放射能測定、代謝物測定の結果が一致しなかったため、さらに2名の健常被験者に対しPETスキャン及び動脈血放射能測定、代謝物測定を行い、総合的にPETリガンドの評価を行なった。結果、計4名の被験者において、PETリガンド投与後明らかな症状、バイタルサインの変化は認めず、明らかな副作用は認めなかった。血液分析では、放射能は急速にピークを認め、早い洗い出しの後、持続する放射能を認めた。4名中3名において、2から3種類の放射性代謝物のピークをHPLC上認めたが、未変化体より脂溶性が低かった。1名において、未変化体より脂溶性の高い放射性代謝物のピークを認めた。脳内放射能は、数分以内にピークを認め、小脳に最も高い集積を認めた。全領域において早い洗い出しを認め、集積の領域差はほとんど認めなかった。脂溶性代謝物を認めた1例では、やや脳内放射能の集積が高かった。定量解析では、全脳において2-tissue compartment modelやLogangraphical plotによる定量は不安定で、分布容積は低値であった。Logangraphical plotが時間とともに直線から逸脱するため、脳内に放射性代謝物が有意に存在することが疑われ、放射性代謝物を考慮した定量法であるdual-input graphical modelを適用したところ、安定して分布容積に相当する値が算出された。分布容積もしくは参照領域法から算出される結合能は、大脳皮質全体で正の値で算出され、特異結合の存在を示唆したが、非常に低い値であったため、ヒト脳のAMPA受容体密度の変化の測定には不十分と考えられた。侵襲介入のある臨床研究を開始するにあたって、2014年改訂の「人を対象とする医学系研究に関する倫理指針」(文部科学省厚生労働省)に準拠した研究計画および、モニタリング・監査体制の確率に時間を要した。さらに、動物実験の結果に反して、人において、十分な特異結合を示さなかったため、非侵襲的な定量法の確立が行えなかった。小動物およびサルを用いた検討において、脳内AMPA受容体イメージングとして有用性が認められた新規PETリガンドの臨床評価を行なった。

結果、計4名の被験者において、PETリガンド投与後明らかな症状、バイタルサインの変化は認めず、明らかな副作用は認めなかった。血液分析では、放射能は急速にピークを認め、早い洗い出しの後、持続する放射能を認めた。4種類の放射性代謝物のピークをHPLC上認め、3種類は未変化体より脂溶性が低く、1種類は脂溶性が高かった。脳内放射能は、数分以内にピークを認めるが、放射能の貯留を認め、脂溶性の放射性代謝物の脳移行が疑われた。定量解析では、放射性代謝物を考慮した定量法であるdual-input graphical modelを適用したところ、安定して分布容積に相当する値が算出された。分布容積もしくは参照領域法から算出される結合能は、大脳皮質全体で正の値で算出され、特異結合の存在を示唆したが、非常に低い値であった。この新規リガンドは、ヒト脳のAMPA受容体に対して特異結合を認めるが、ダイナミックレンジが低く、放射性代謝物の脳移行も疑われるため、ヒト脳のAMPA受容体密度の測定への有用性は限られていると考えられた。この知見にもとづいて、ヒト脳のAMPA受容体密度の測定により適したPETリガンドの開発を行う必要があると考えられる。本研究の目的は、ヒトにおけるAMPA受容体の特異的イメージングを確立し、精神・神経疾患の病態解明や診断、治療薬の開発に寄与することである。4名の健常被験者において、PETスキャン及び動脈血放射能測定、代謝物測定を実施し、総合的にPETリガンドの有効性評価を行なった。結果、結合能は、大脳皮質全体で正の値で算出され、特異結合の存在を示唆したが、非常に低い値であった。上述の通り、これまでPETスキャンを行った2例において、血漿中代謝物のプロファイルが異なっていたため、今後別の被験者にPETスキャンを行うことで、測定結果の再現性を評価する。また、PETリガンドのAMPA受容体への特異結合は非特異結合に比較して非常に少ないと予想されたため、一般的な定量法ではAMPA受容体密度を反映した定量値を得ることが困難であり、AMPA受容体密度を反映した定量値が得られる可能性について、さまざまなモデルを用いて評価を行う方針である。上述の通り、4例の結果において個人間のバラツキがあるのに加え、特異結合が非常に少ないことが明らかになった。脳内に放射性代謝物が存在することを仮定した定量法によって、結合能の算出は可能になったが、値は小さく、ヒト脳のAMPA受容体密度の変化の測定には不十分と考えられたため、より安定した定量法の可能性について検討する。また、これまで得られた結果についてまとめ、成果として報告する。核医学臨床研究の開始が遅れたため、今年度予定していたPET検査用品の費用や成果発表の費用が、次年度使用に計画変更となった。臨床研究の開始が遅れたため、今年度予定していた成果発表の費用が、次年度仕様に計画変更となった。PET検査用品の購入と、成果発表のための旅費、参加費に使用する。PETデータの解析および成果発表のための旅費、参加費、論文投稿に必要な経費に使用する。
紫外レーザによるセンサデバイス用サファイヤウェハのマイクロファブリケーション

次世代型の圧力センサや流量センサのセンサ部の中核には,サファイヤを微細加工した要素部品の利用が検討されている.本研究では,サファイヤの微細加工技術の一方法として,Qスイッチ短パルスNd:YAGレーザ高調波を用いた加工方法について検討した.以下に検討事項と結果について記す.(i)Qスイッチ短パルスNd:YAGレーザ第5高調波システムの構築高ピーク出力短パルスNd:YAGレーザ光より非線型光学結晶,各種光学系および温度調整器を用いて,第4高調波および第5高調波を発振させ,高出力で良好なビームモードのパルス発振が可能な光学システムを構築した.Qスイッチ短パルスNd:YAGレーザ高調波発振システムとX-Yステージをパーソナルコンピュータで制御することにより,二次元パターンの微細加工を可能とするシステムを構築した.このシステムを用いて,サファイヤ表面の精密穴加工,精密溝加工,表面除去加工のそれぞれの加工特性について評価した.なお,評価においては,レーザ照射後の加工痕の顕微鏡観察(レーザ顕微鏡,SEM,AFM)を行ない,各場合の形状精度および熱影響(溶融・ひび割れ)について比較・評価した.さらに,加工サンプルをエッチング処理(熱燐酸)した後,同様に顕微鏡観察し,各場合の熱影響深さを見積った.その結果,熱影響を局限した直径10μm程度の穴加工,および溝加工(深さ20μmx幅50μm程度,底面の粗さRy2μm程度)が可能であることが確認された.(iii)Qスイッチ短パルスNd:YAGレーザ高調波(第5高調波)による微細加工特性の評価YAGレーザ高調波を用いたサファイヤ表面の精密穴加工,精密溝加工,表面除去(研磨)加工のそれぞれの加工特性について評価した.穴加工,溝加工,表面加工のいずれの場合においても良好な加工形状が得られた.特に,表面加工においては,比較的均一なエネルギ分布をもつビームを照射することで,平均表面粗さが200nm程度の良好な表面が実現できた.(vii)PC制御X-Yステージによる3次元微細加工システムの構築Qスイッチ短パルスNd:YAGレーザ高調波発振システムとX-Yステージをパーソナルコンピュータで制御することにより,二次元パターンおよび擬似三次元形状(二次元パターンの重ね合せ)の微細加工を可能とするシステムを構築した.これにより,任意形状,すなわち直方体形状,あるいは四角推形状などの除去加工を行い,加工物については,レーザ顕微鏡により形状評価を行った.計測の結果,レーザのフルエンスが60J/cm^2程度以下の条件で,表面の熱損傷の比較的少ない除去加工が15μm/pulse程度以下(1μm/pulse)の加工精度で実現可能であることが確認された.次世代型の圧力センサや流量センサのセンサ部の中核には,サファイヤを微細加工した要素部品の利用が検討されている.本研究では,サファイヤの微細加工技術の一方法として,Qスイッチ短パルスNd:YAGレーザ高調波を用いた加工方法について検討した.以下に検討事項と結果について記す.(i)Qスイッチ短パルスNd:YAGレーザ第5高調波システムの構築高ピーク出力短パルスNd:YAGレーザ光より非線型光学結晶,各種光学系および温度調整器を用いて,第4高調波および第5高調波を発振させ,高出力で良好なビームモードのパルス発振が可能な光学システムを構築した.Qスイッチ短パルスNd:YAGレーザ高調波発振システムとX-Yステージをパーソナルコンピュータで制御することにより,二次元パターンの微細加工を可能とするシステムを構築した.このシステムを用いて,サファイヤ表面の精密穴加工,精密溝加工,表面除去加工のそれぞれの加工特性について評価した.なお,評価においては,レーザ照射後の加工痕の顕微鏡観察(レーザ顕微鏡,SEM,AFM)を行ない,各場合の形状精度および熱影響(溶融・ひび割れ)について比較・評価した.さらに,加工サンプルをエッチング処理(熱燐酸)した後,同様に顕微鏡観察し,各場合の熱影響深さを見積った.その結果,熱影響を局限した直径10μm程度の穴加工,および溝加工(深さ20μmx幅50μm程度,底面の粗さRy2μm程度)が可能であることが確認された.(iii)Qスイッチ短パルスNd:YAGレーザ高調波(第5高調波)による微細加工特性の評価YAGレーザ高調波を用いたサファイヤ表面の精密穴加工,精密溝加工,表面除去(研磨)加工のそれぞれの加工特性について評価した.穴加工,溝加工,表面加工のいずれの場合においても良好な加工形状が得られた.特に,表面加工においては,比較的均一なエネルギ分布をもつビームを照射することで,平均表面粗さが200nm程度の良好な表面が実現できた.(vii)PC制御X-Yステージによる3次元微細加工システムの構築Qスイッチ短パルスNd:YAGレーザ高調波発振システムとX-Yステージをパーソナルコンピュータで制御することにより,二次元パターンおよび擬似三次元形状(二次元パターンの重ね合せ)の微細加工を可能とするシステムを構築した.これにより,任意形状,すなわち直方体形状,あるいは四角推形状などの除去加工を行い,加工物については,レーザ顕微鏡により形状評価を行った.計測の結果,レーザのフルエンスが60J/cm^2程度以下の条件で,表面の熱損傷の比較的少ない除去加工が15μm/pulse程度以下(1μm/pulse)の加工精度で実現可能であることが確認された.

従来の加工方法としてQスイッチ短パルスNd:YAGレーザ第3高調波を用いたサファイヤの表面除去加工の特性について評価した.なお,評価においては,レーザ照射後の加工痕の顕微鏡観察(光学顕微鏡,SEM,AFM)を行ない,各場合の形状精度および熱影響(溶融・ひび割れ)について比較・評価した.さらに,加工サンプルをエッチング処理(熱燐酸あるいはイオンエッチング)した後,同様に顕微鏡観察し,各場合の熱影響深さを見積った.また,新たにNd:YAGレーザ発振器,非線型光学結晶,各種光学系および温度調整器を導入し,第五高調波を発振させ,良好なビームモードのパルス発振が可能なシステムを構築し,加工実験を行った.特に低エネルギパルスでサファイヤ基板に照射したときの照射痕ならびに加工変質層の深さ・幅について比較検討した.その結果,第5高調波を用いた場合,基本波,第3高調波と比較してデブリの少ない清浄な除去加工が可能であることが確認された.また,レーザによる除去深さが0.8μm程度(あるいは照射パルス数が5発程度)までは,除去深さ(あるいはパルス数)の増大に伴って熱影響深さが増大し,この場合の熱影響深さは除去深さの50%程度であった.除去深さが0.8μm程度(パルス数が5発程度)以上(10μm程度まで)の場合では,熱影響深さがほぼ一定値(0.5μm程度)となることが確認された.また,除去面積はレーザ照射パルス数が5発程度まではパルス数の増大に伴って増大し,それ以上のパルス数では面積の増分が緩やかになり,この場合の影響層の径方向の幅は13μm程度で,これはパルス数が5発程度まではパルス数に伴って増大し(直径の3%程度に相当),それ以上のパルス数ではほぼ一定(同710%程度)となることが確認された.次世代型の圧力センサや流量センサのセンサ部の中核には,サファイヤを微細加工した要素部品の利用が検討されている.本研究では,サファイヤの微細加工技術の一方法として,Qスイッチ短パルスNd:YAGレーザ高調波を用いた加工方法について検討している.特に,今年度は以下の点について検討した.(i)Qスイッチ短パルスNd:YAGレーザ第5高調波システムの構築高ピーク出力短パルスNd:YAGレーザ光より非線型光学結晶,各種光学系および温度調整器(いずれも昨年度導入)を用いて,第四高調波および第五高調波を発振させ,高出力で良好なビームモードのパルス発振が可能な光学システムを構築した.Qスイッチ短パルスNd:YAGレーザ高調波発振システムとX-Yステージをパーソナルコンピュータで制御することにより,二次元パターンの微細加工を可能とするシステムを構築した.このシステムを用いて,サファイヤ表面の精密穴加工,精密溝加工,表面除去加工のそれぞれの加工特性について評価した.なお,評価においては,レーザ照射後の加工痕の顕微鏡観察(光学顕微鏡,SEM,AFM)を行ない,各場合の形状精度および熱影響(溶融・ひび割れ)について比較・評価した.さらに,加工サンプルをエッチング処理(熱燐酸)した後,同様に顕微鏡観察し,各場合の熱影響深さを見積った.その結果,熱影響を局限した直径10μm程度の穴加工,および溝加工(深さ20μmx幅50μm程度,底面の粗さRy2μm程度)が可能であることが確認された.
細胞増殖・分化の新規リガンド依存性転写調節機構の解明と健康食肉生産の技術基盤

本研究では、鶏脂肪細胞分化を支配するリガンド依存性転写調節機構を解析することにより、新たな脂質シグナル経路を同定し、その制御機構を明らかにして、細胞の分化を制御することによる低脂肪食肉の生産基盤を確立することを試みた。(1)各種転写因子群のアゴニスト・アンタゴニスト添加によるPPARγmRNA発現亢進作用の解析鶏前駆脂肪細胞に200300μMの脂肪酸を添加した分化培地で培養すると、3時間後にはPPARγmRNA発現の上昇が認められた。一方、脂肪酸の代わりにPPARγのアゴニストやPPARβ/δのアゴニストを添加しても、PPARγやaP2mRNA発現が短時間で亢進する現象は認められなかった。よって、PPARγmRNA発現亢進を誘導する脂肪酸依存性転写調節領域が、鶏PPARγpromoterに存在する可能性が示唆された。PPARγのプロモーター領域の2000bpをクローニングし、脂肪酸添加・無添加でDualluciferase assayを行ったところ、-700900に抑制配列が、-10002000bpに促進配列が見出され、RSRFC4あるいはCREB,HSF-2の推定結合配列が脂肪酸感受性である可能性が示唆された。(3)脂肪細胞分化のin vivo調節による脂肪蓄積抑制手法の開発PPARγのアゴニストであるトログリタゾンを初生ヒナの腹腔内に1回投与することにより、出荷時の脂肪蓄積量が減少し、飼料効率、特に後期の飼料効率が改善した。よって、未成熟な脂肪細胞を多く含む初生ヒナのPPARγを活性化することにより、効率的な、低脂肪鶏が生産できることを明示することができた。本研究では、これまでの我々が進めてきた外因性の脂肪酸を要求する鶏前駆脂肪細胞の特異的分化機構に関する研究成果を元に、鶏脂肪細胞分化を支配するリガンド依存性転写調節機構を解析することにより、新たな脂質シグナル経路を同定し、その制御機構を明らかにすることを目的とする。本年度は、in vitro培養系とpromoter assayを駆使して、鶏脂肪細胞分化を支配するリガンド依存性転写調節機構を解明する研究の第一歩として、転写調節を担う調節領域を検索することを試みた。(1)各種転写因子群のアゴニスト・アンタゴニスト添加によるPPARγmRNA発現亢進作用の解析10日齢のブロイラー(Ross)の脂肪組織より前駆脂肪細胞を含むSV-cellを調製し、3回の経代と細胞接着性を利用し、前駆脂肪細胞を得た。まず、分化誘導ホルモン(500nM Dexamethasone,0.5mM 3-isobutyl-1-methylxanthine,20μg/ml Insulin;以下IMD)を鶏前駆脂肪細胞に添加し、7日間培養したが、PPARγmRNAや脂肪細胞分化マーカーであるap2 mRNA発現は変動せず、細胞内トリグリセリド蓄積も認められなかった。一方、IMDに200300μMの脂肪酸(オレイン酸)を添加すると、添加3時間後にはPPARγmRNA発現の上昇が認められ、12時間後にはaP2 mRNA発現の増加も観察され、細胞内トリグリセリドの蓄積も認められた。一方、脂肪酸の代わりにPPARγのアゴニストであるtroglitazoneやPPARβ/δのアゴニストであるGW501516、SREBPsのアゴニストであるPravastatinのいずれを添加しても、PPARγやaP2 mRNA発現が短時間で充進する現象は認められなかった。よって、PPARγmRNA発現充進を誘導する脂肪酸依存性転写調節領域が、鶏PPARγpromoterに存在する可能性が示唆された。鶏PPARγのプロモーター領域の2000bpをクローニングし、pGL4.10にコンストラクトした。

次に、pGL4.74とともに鶏前駆脂肪細胞にco-transfectionし、脂肪酸添加時、無添加時の転写活性をdual luciferase assayにより検討したところ、約-900-700bp付近に、もっとも強いリガンド感受性部位が見出された。現在、さらにこの部位の解析を行っている。本研究では、これまでの我々が進めてきた外因性の脂肪酸を要求する鶏前駆脂肪細胞の特異的分化機構に関する研究成果を元に、鶏脂肪細胞分化を支配するリガンド依存性転写調節機構を解析することにより、新たな脂質シグナル経路を同定し、その制御機構を明らかにして、低脂肪・低コレステロール食肉生産の技術基盤を実践することを試みた。本年度は、前年度に同定したPPARγpromoterの脂肪酸応答領域の支配遺伝子を同定するとともに、鶏脂肪細胞分化を支配する遺伝子のアゴニスト、あるいは遺伝子自身を、in vivoに投与することにより、新たな脂肪細胞制御技術の基盤技術を確立する試験を行った。1.PPARγのプロモーター領域の2000bpをクローニングし、脂肪酸添加・無添加でDual luciferase assayを行ったところ、-700900に抑制配列が、-10001200bpに促進配列が見出された。-10001200bpの配列をさらに解析したところ、MEF-2の推定結合配列と考えられる位置が、脂肪酸感受性であった。そこで、MEF-2の遺伝子発現を鶏前駆脂肪細胞の脂肪酸誘導条件下で測定したところ、脂肪酸の誘導により遺伝子発現が増加していた。すなわち、PPARγの脂肪酸感受性因子がMEF-2であると推定された。今後、配列への結合性をさらに解析する必要性があるものの、新たな脂肪酸感受性経路を提示することができた。2.PPARγのアゴニストであるトログリタゾンを初生ヒナの腹腔内に1回投与することにより、出荷時の脂肪蓄積量が減少し、飼料効率、特に後期の飼料効率が改善した。よって、未成熟な脂肪細胞を多く含む初生ヒナのPPARγを活性化することにより、効率的な、低脂肪鶏が生産できることを明示することができた。
製紙スラッジ由来セルロースナノ繊維の低コスト抽出法の開発とバイオ複合材料への応用

製紙スラッジ(PS)は製紙産業における典型的な廃棄物である.しかしPSにはミネラル分が含まれており,加えてパルプも損傷を受けているためリサイクルし難い.本研究ではこのPSに対して化学処理と機械的処理を組み合わせた抽出方法を適用してセルロースナノ繊維の抽出を行った.そして生分解性樹脂と組み合わせたグリーンコンポジットを試作しその力学的特性の評価を行った.その結果,引張強さ115MPa,ヤング率6.8GPaの引張特性を有するグリーンコンポジットが得られた.この高い強度特性はセルロースナノ繊維による補強に加えて抽出時の超音波照射によって微細化したミネラルの補強効果によってもたらされたと推察される.今年度は,廃棄セルロース源として古新聞に加えてトイレットぺーバーと2社の企業から入手した製紙スラッジを使用してセルロースナノファイバーの抽出実験を行った.使用した抽出処理方法は,昨年度と同様の化学薬品を用いたケミカル処理と超音波照射を用いた物理的処理を組み合わせた方法である.以下に示す各処理を行った後,走査型電子顕微鏡により繊維表面の形態観察を行った.まず,原料をメカニカルミキサーで粉砕した後,水酸化ナトリウムを使用してパルプ中のヘミセルロースの除去を行った.その後,亜塩素酸を用いたブリーチング処理によりリグニンの除去と脱墨(漂白)処理を同時に行う.この処理により灰色のパルプは白色に変化した.最後の化学処理として硫酸を用いてセルロースナノファイバー中のアモルファス(非晶質)部分の除去を行った.この段階ではパルプ表面近傍のみの部分的なナノ繊維化が行われている状況であった.その後の超音波分散機によるソニケーション処理により,最終的に直径10-40nmのセルロースナノファイバーになっていることを確認した.このようにセルロースナノファイバーの抽出には成功した.今年度は水洗前に中和処理を行って歩留まりの低下を防いだ.上述の処理方法により抽出したセルロースナノファイバーを用いた生分解性複合材料の試作とその力学的特性評価を行った.用いた生分解性樹脂は水溶解性を有するポリビニルアルコールである.その結果,セルロースナノファイバーを10wt%添加した複合材料を試作し,引張試験により力学的特性の評価を行った.その結果,試作した生分解性複合材料は無添加の樹脂単体材よりも高強度,高弾性であることを確認した.特に製紙スラッジ由来のセルロースナノファイバーで強化した複合材料において著しい強度特性の向上が見られた.この原因について次年度に評価を行う予定である.製紙スラッジ(PS)は製紙産業における典型的な廃棄物である.しかしPSにはミネラル分が含まれており,加えてパルプも損傷を受けているためリサイクルし難い.本研究ではこのPSに対して化学処理と機械的処理を組み合わせた抽出方法を適用してセルロースナノ繊維の抽出を行った.そして生分解性樹脂と組み合わせたグリーンコンポジットを試作しその力学的特性の評価を行った.その結果,引張強さ115MPa,ヤング率6.8GPaの引張特性を有するグリーンコンポジットが得られた.この高い強度特性はセルロースナノ繊維による補強に加えて抽出時の超音波照射によって微細化したミネラルの補強効果によってもたらされたと推察される.廃棄セルロース源として古新聞を使用してセルロースナノファイバーの抽出実験を行った.使用した抽出処理方法は,化学薬品を用いたケミカル処理と超音波照射を用いた物理的処理から成る.以下に示す各処理を行った後,走査型電子顕微鏡により繊維表面の形態観察を行った.まず,原料をメカニカルミキサーで粉砕した後,水酸化ナトリウムを使用してパルプ中のヘミセルロースの除去を行った.その後,亜塩素酸を用いたブリーチング処理によりリグニンの除去と脱墨(漂白)処理を同時に行う.この処理により灰色のパルプは白色に変化した.最後の化学処理として硫酸を用いてセルロースナノファイバー中のアモルファス(非晶質)部分の除去を行った.この段階ではパルプ表面近傍のみの部分的なナノ繊維化が行われている状況であった.その後の超音波分散機によるソニケーション処理により,最終的に直径10-40nmのセルロースナノファイバーになっていることを確認した.このようにセルロースナノファイバーの抽出には成功したが,化学処理を行う際,ならびにその後の水洗処理を行う際に,一部の原料がスクリーンの目から流出するため,歩留まりが悪くなることが分かった.次年度は適切な濾過処理を導入してこの歩留まりの向上にも取り組む予定である.上述の処理方法により抽出したセルロースナノファイバーを用いた生分解性複合材料の試作とその力学的特性評価を行った.用いた生分解性樹脂は水溶解性を有するポリビニルアルコールである.その結果,セルロースナノファイバーを10wt%添加した複合材料を試作した.引張試験の結果,この試作複合材料は無添加の樹脂単体材よりも高強度,高弾性を示しており,抽出したセルロースナノファイバーを複合材料の強化繊維として利用可能であることを明らかにした.次年度は繊維添加量を変化させて複合材料の試作を行い,さらなる特性改善に取り組む予定である.今年度は,製紙工場から採取した製紙スラッジに対して水酸化ナトリウム処理,亜塩素酸処理,硫酸処理,超音波処理等を施して微細化したセルロースナノ繊維と,グラインダー処理を行ってセルロース繊維からダイレクトに微細化したセルロースナノ繊維の2種類を作製した.そしてそれぞれをセルロースナノ繊維含有量が10wt%となるようにPVA(Polyvinyl alcohol)に添加したナノコンポジットを試作し,このナノコンポジットの力学的特性を引張試験により調査した.