hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
チベット高原における高エネルギー粒子線天体物理の展開

この装置は、特定領域研究経費及び東京大学宇宙線研究所特別事業経費などにより建設されたもので、2003年秋に完成した。入射エネルギーが数TeV以上の宇宙線を高精度で観測するため、総数789台のシンチレーション検出器が7.5m間隔の碁盤目状に配置され、そのカバーする面積は約37000平方メートルと世界最大の規模を有している。これにより、高エネルギーガンマ線点源の探索、一次宇宙線のスペクトルと組成、銀河磁場及び太陽磁場による宇宙線変動について新たな知見を得ることができる。観測データは磁気テープにコピーされて宇宙線研究所に定期的に郵送され、計算機に保存されている。各大学から計算機に直接アクセスでしてデータの解析が行なわれている。昨年9月から11月にかけて、観測装置の各検出器からの信号レスポンスの較正、全システムの調整と破損部分の修理と交換作業を行なった。特に、夏から故障のために停止していたUPSの交換作業を行ない、システムの全面的復帰を行なった。さらに、将来の水チェレンコフ装置建設のための準備作業、すなわち、テストプールの設計、中国の建設業者との打ち合わせ等を行なった。これらの作業のために、研究者の中国への派遣及び中国人研究者の日本への招聘を行なった。観測データの解析は順調に進行し、宇宙線の全粒子スペクトル、太陽の影、宇宙線の大規模異方性の観測結果を各種の国際ワークショップで発表し、また学術宇雑誌への投稿も行なった。特に、米国の雑誌、SCIENCEへの論文掲載は高い評価を受けた。また、水チェレンコフ・ミューオン検出器建設の将来計画については研究会等で大きな期待が寄せられた。現在、チベットのヤンパーチン(標高4300m)で空気シャワー観測装置が順調に稼働している。装置は789台のシンチレーション検出器を7.5m間隔の碁盤目状に配置したもので、総面積は37000平方メートルである。本装置で得られたデータを解析し、まず10^<14>-10^<17>evの3桁に亘る広いエネルギー領域での一次宇宙線の全粒子スペクトルを求めた。同じ装置でこのような広範囲のスペクトルの観測を行ったのは世界で初めてである。この観測により、一次宇宙線のkneeの位置が約4x10^<15>eVであることが実験的に確定された。これは宇宙線の加速モデルの構築に強い制限を与えることになる。この結果は学術雑誌ApJに掲載された。さらに、この装置では銀河宇宙線がつくる月の影を精密に観測することができる。一次宇宙線は正電荷をもっているため、地磁気により月の影は西側にずれて観測される。このずれのエネルギー依存性からシャワーをつくる一次宇宙線のエネルギー推定の絶対誤差の評価を世界で初めて行った。また、月の影の形と位置からTeV領域の一次宇宙線中の反陽子のフラックスの上限値を求めた。この結果は学術雑誌に掲載された。これまでに得られた一連の結果は昨年7月メキシコ・メリダで開催された第30回宇宙線国際会議や国際ワークショップ等で発表された。昨年の秋には近い将来建設予定のミューオン検出器のテストプールの設置を行い、現在その性能評価を行っている。プールは地下2mの位置に設置され、面積は100平方メートルである。ミューオンが水中で発生するチェレンコフ光を20インチPMT2個で検出する。ミューオン信号は確実に検出されていることが確認され、シミュレーション計算との詳しい比較が行われた。
電子構造計算による各種フラーレンの物性理解と物質設計

3種あるとされる、C60を高温・高圧処理して得られるポリマー相の電子構造と安定性を、密度汎関数法を用いて解明した。その結果、通常の固体C60相と比較してこれらポリマー相は全てエネルギー的に同程度、あるいはさらに安定な、新たな炭素結晶相であることが判明した。電子構造も、ギャップの小さい半導体となることが予想される結果となり、新素材としても興味深い系であることが分かった。これら、既に存在が報告されている1次元・2次元ポリマーに加え、まだその存在が同定されていない3次元ポリマー相の探索も行なった。そして、2次元ポリマーに1軸性圧力を加えることにより、金属的特性を持つ3次元ポリマーができる可能性があることを見出した。固体C60超伝導体として、Baをドープした体心格子を組むfulleride系が幾つか報告されている。しかし、その電子構造は、アルカリドープ面心立方格子系超伝導体と異なり、その研究がほとんど進んでいなかった。そこで、密度汎関数法を用いた電子構造計算により、体心立方格子を持つK3Ba3C60、Rb3Ba3C60超伝導体の電子構造を求めた。その結果、BaとC60、さらには、面心格子と異なり、アルカリ金属とC60においても、電子状態間にかなりの混成が存在することが判明した。また、初の非立方晶C60超伝導体であるBa4C60では、フェルミ面などに非常に大きな異方性があることも判明した。ナノチューブでは、アルカリドープした系、さらには、C60をドープした系の電子構造と安定性を研究し、それらのフェルミレベル付近の電子状態に、自由電子的状態が大きく寄与するという、非常に興味深い結果を得た。研究期間初年度に当る本年度は、フラーレン・ナノチューブ系の物質構築単位としての側面に着目し、主にその固体相の物性解明と新物質探索とを行なった。第一の成果としては、BaドープC_<60>超伝導体であるK_3Ba_3C_<60>、Rb_3Ba_3C_<60>、さらには、Ba_4C_<60>の電子構造を解明した事があげられる。K_3Ba_3C_<60>とRb_3Ba_3C_<60>では、格子定数の違いにもかかわらず、両者の伝導バンドが定量的に非常に良く似ている事を発見した。これは、アルカリドープC_<60>超伝導体とはまったく異なる新しい知見であり、BaとC_<60>の電子状態の混成、及びbcc格子の特性によるものと理解される。さらに本年度の成果として、3次元C_<60>ポリマーの安定構造とその物性の予言がある。これは、2次元C_<60>ポリマーに20Gpa程度の一軸性応力を加える事により得られると予測される相で、伝導特性に興味が持たれる物質である。またC_<74>ポリマーの安定性の予見、KドープカーボンナノチューブK_2C_<80>における、Kからチューブへの電子移動の存在の解明も成しとげる事ができた。密度汎関数法に基づく電子構造研究により,新炭素結晶として注目されるC_<60>ポリマー相のバンド構造,さらには,その安定性を解明した。そして,さらに圧力を加えた場合に生成が期待される,C_<60>3次元ポリマー相の存在を指摘した。この相は,新たな金属炭素結晶としてその研究が待たれる,大変興味深いものである。また,これまで存在が確認されていながら単離が進んでいないC_<74>フラーレンに,ポリマー化するフラ相がある可能性を発見した。これは,その異常に狭いバントギャップのために自発的にポリマーレンであることを示しており,単離の難しさの原因とも考えられる。

さらに,C_<78>でも一次元ポリマーが非常に安定であることが判明した。このフラーレンも,単離はなされているものの非常に反応性が高いことが知られており,ポリマー相の実在が期待される結果である。他方,C_<60>超伝導体の研究では,アルカリ土類金属をドープしたBa_4C_<60>及びK_3Ba_3C_<60>,Rb_3Ba_3C_<60>の電子構造の解明を達成した。Ba_4C_<60>は,異方性の大きなフェルミ面を持つ,これまでにないC_<60>超伝導体であることがその重要ポイントである。今後のC_<60>超伝導体の物質開発において,大きな意議を持つ系である。また,K_3Ba_3C_<60>では,アルカリ金属であるKと,C_<60>との電子状態の混成が確認された。K_3C_<60>などのfcc型超伝導体では見られなかったもので,bcc構造を取ることが原因と考える。これら成果に加え,C_<60>列を内包したカーボンナノチューブ系の電子構造と安定性の解明も行なった。
立体保護を活用した新規含硫黄高反応性化学種の合成

硫黄を含む高反応性化学種であるハロゲン化チオアシルおよびカルベン的性質をもつアニオン種(RS)(LiS)C:の研究を行った。2,4,6-トリ-t-ブチルチオベンズアルデヒド(Mes^*CHS ; Mes^*=2,4,6-トリ-t-ブチルフェニル)にN-クロロコハク酸イミド(NCS)またはN-プロモコハク酸イミド(NBS)を作用させると、対応する塩化(または臭化)チオアロイルMes^*C=S)X(X=Cl,Br)が生成した。塩化チオアロイルMes^*C(=S)Clの構造はX線結晶解析により決定した。Mes^*C(=S)Brについて種々の求核試剤との反応を行った。アルコ-ル、フェノ-ルとは対応するチオエステルが、チオール、チオフェノールとは対応するジチオエステルが良好な収率で得られた。アミンおよびアニリン誘導体からはチオアミドが生成した。これらの反応はいずれもNBSとの反応で生成したMes^*C(=S)Brを単離することなく、one pot反応として行うことができる。Mes^*C(=S)Cl(あるいはBr)の生成はチオアシリウムイオンMes^*-C≡S^+を経て進行していると考えられる。かさ高いボウル型置換基であるBmt基(4-t-ブチル-2,6-ビス[(2,2",6,6"-テトラメチル-m-テルフェニル-2'-イル)メチル]フェニル基)をもつリチウム試剤BmtLiを二硫化炭素を反応させるとカルベン的性質をもつアニオン種(BmtS)(LiS)C:が反応中間体として生成することを見出した。このアニオン種はその二量体にあたるジアニオン種(BmtS)(LiS)C=C(SLi)(SBmt)と平衡にあり、反応を停止する際に用いるハロゲン化アルキルRx(X=Cl,Br)のアルキル基のかさ高さに応じ(BmtS)(RS)C=C(SR)(SBmt),RC(=S)(SBmt),BmtSRなどのさまざまな生成物を与えることが明らかとなった。また、(BmtS)(LiS)C:はメタンジチオン酸エステルHC(=S)(SBmt)とリチウムテトラメチルピペリジドとの反応でも定量的に生成した。(BmtS)(LiS)C:は不安定であり、-78°Cでは安定であるが、約-50°Cで分解が始まり、-30°Cでは完全に分解して、一硫化炭素C=Sを放出し、さまざまな硫黄化合物の合成ブロックとなるC=Sの簡便かつ新しい発生法であることが明らかとなった。

以前我々が合成した立体保護により安定化された初めてのチオアルデヒドである2,4,6-トリ-t-ブチルチオベンズアルデヒド(Mes^*CHS ; Mes^*=2,4,6-トリ-t-ブチルフェニル)を活用し、新規硫黄高反応性化学種の研究を行った。チオアルデヒドMes^*CHSにN-クロロコハク酸イミド(NCS)またはN-ブロモコハク酸イミド(NBS)を作用させると、対応する塩化(または臭化)チオアロイルMes^*C(=S)X(X=Cl, Br)が生成した。この反応はNBSを用いた場合の方がNCSを用いた場合よりかなり速やかに進行した。塩化チオアロイルMes^*C(=S)Clの構造はX線結晶解析により決定した。これはハロゲン化チオアシルおよびチオアロイル化合物のX線結晶解析の最初の例である。Mes^*C(=S)Brについて種々の求核試剤との反応を行った。アルコール、フェノールとは対応するチオエステルが、チオール、チオフェノールとは対応するジチオエステルが良好な収率で得られた。アミンおよびアニリン誘導体からはチオアミドが生成した。異なる置換基をもつ第二級アミンを用いた場合には、生成したチオアミドにはN-C(=S)に関するs-cis, s-transの二種の異性体が存在した。これらの反応はいずれもNBSとの反応で生成したMes^*C(=S)Brを単離することなく、one pot反応として行うことができる。Mes^*C(=S)Cl(あるいはBr)の生成はチオアシリウムイオンMes^*-C≡S^+を経て進行していると考えられる。ここで見出した反応は我々の知るかぎりチオアシリウムイオンの生成の最初の例である。Mes^*C(=S)Brと炭素求核試剤(Grignard試剤、有機リチウム試剤、エノラート)との反応も行い、炭素求核試剤のチオフィリック反応に始まる機構で説明できる興味深い生成物を得た。カルボニル化合物と求核試剤との反応がもっぱら炭素上で起こる(カーボフィリック反応)のに対し、チオカルボニル化合物との反応では炭素上のみでなく、硫黄上でも起こる(チオフィリック反応)ことが知られている。本年度の研究では、特異な形のチオカルボニル化合物である二硫化炭素とかさ高いボウル型置換基であるBmt基(4-t-ブチル-2,6-ビス[(2,2",6,6"-テトラメチル-m-テルフェニル-2'-イル)メチル]フェニル基)をもつリチウム試剤BmtLiとの反応を検討した。その結果、BmtLiが選択的にCS_2の硫黄上を攻撃した生成物が得られることが明らかとなった。反応は-98°Cでも速やかに進行した。反応をMeIを加えて停止すると、アルケン(Bmts)(MeS)C=C(SMe)(SBmt)(1)とエステルBmtSC(=S)Meが生成した。しかし、よりかさ高いハロゲン化物である臭化メシチルメチルMesCH_2Brを用いるとBmtSC(=S)CH_2Mesが得られた。一方、BmtLiとCS_2の反応を-98°Cで行い、-50°Cに昇温後MeIで反応を停止するとアルケン1とスルフィドBmtSMe(2)が生成した。これらのことから、BmtLiとCS_2から反応中間体BmtSC(=S)Li(3)が生成すること、それが二量体(BmtS)(LiS)C=(SLi)(SBmt)と平衡にあること、3は-50°Cでも不安定で一硫化炭素C=Sを放出して分解することが示された。-30°Cでは2のみが得られた。反応中間体3はHC(=S)(SBmt)のリチウム2,2,6,6-テトラメチルピペリジドとの反応でも定量的に生成することが示された。
脳内血糖センサーの局在と血糖センシングメカニズム

低栄養による性腺機能の低下、さらにはそれに伴う繁殖率の低下は畜産業の中で大きな問題の一つである。特に高泌乳牛に多発する分娩後の排卵遅延、あるいは発展途上国における性成熟の遅延などは、もっとも大きな要素として低栄養が考えられてきた。申請者らのグループはこれまで絶食ラットを低栄養による生殖機能抑制のモデルとして、その神経内分泌メカニズムを明らかにする過程で、血糖利用性の低下が生殖機能を抑制する上でもっとも大きな因子であるとの考えに至った。申請者らは2-deoxyglucose(2DG)を用いた薬理学的血糖利用阻害により、血糖利用性の低下は、特異的なセンサーと神経経路により、性腺機能を抑制しているものと考えるにいたった。申請者は、β細胞における血糖センシングの中核をなすと考えられているGLUT2とglucokinaseが上衣細胞とセロトニンニューロンに局在することを明らかにした。本年度はこれらの細胞のグルコース感知能力の有無を調べるため、細胞内カルシウムを指標としたin vitroの実験を行った。血糖感知細胞を直接同定するため、成熟ラットから切り出した脳室上衣細胞およびA1/C1領域の細胞を酵素によりバラバラにした後、数時間の短期間培養を行い、高グルコースあるいは低グルコース条件下における細胞内カルシウムの変動を画像解析により検討した。その結果、glucokinase陽性細胞のほとんどが高あるいは低グルコース刺激に反応することを見出し、これらの細胞が血糖センサーとして機能していることを示した。さらにグルコキナーゼ活性を阻害する薬剤、アロキサンを投与すると、グルコキナーゼ陽性の細胞ではカルシウムの上昇が抑制されたのに対し、同酵素陰性の細胞ではカルシウム上昇は阻害されなかった。このことから、高あるいは低グルコース刺激に反応する細胞内カルシウム上昇を示す細胞には2種類有り、グルコキナーゼ依存性の上昇を示す細胞が何らかの生理的な意味を持つものと考えられた。低血糖は、繁殖機能低下や摂食行動を引き起こす因子である。これらの生理学的変化を引き起こす血糖値センサーは末梢器官ではなく、脳に存在することが解糖系の阻害剤である2-deoxyglucose(2DG)の末梢あるいは脳内投与により明らかにされている。申請者らはこの中枢のセンサーが膵臓や肝臓などに存在するとされるセンサーと同様のメカニズムを有するとの仮説のもとに一連の実験を行った。膵臓における血糖センシングのコンポーネントであるグルコーストランスポーターの2型(GLUT2)、およびグルコキナーゼ(GK)に対する抗体を用いて脳のさまざまな領域の免疫染色を行った。その結果、GK陽性細胞は側脳室、第3脳室、第4脳室及び中心管などの脳室壁を構成する上衣細胞に局在していた。しかもこれらの上衣細胞のうち、繊毛を有する細胞の繊毛にGLUT2が局在していた。さらにこれらのGKはグルコース負荷によって脳室側へと移行することが明らかとなった。ストレプトゾトシンにより作出された糖尿病ラットにおいてもこの移行が観察されたことから、血糖値そのものがこの現象に関係していることが強く示唆された。また、中脳や延髄に散在する縫線核のセロトニン陽性神経細胞や脳内の血管内皮細胞にもGK陽性細胞が観察された。以上の結果から摂食行動や生殖機能の調節には、脳内の上衣細胞、セロトニン神経細胞、血管内皮細胞などに存在するグルコース感知メカニズムが重要な働きを担っている可能性が示唆される。絶食時などの血糖利用低下時には、繁殖機能が抑制され、一方摂食行動が誘起されることが知られている。これらの生理学的変化を誘起する血糖値センサーは膵臓などの末梢器官だけではなく、脳内にも存在することがこれまでの研究より示唆されている。

本研究では、膵臓における血糖センシングに関わるとされるコンポーネントとして、グルコーストランスポーター2(GLUT2)および膵臓型グルコキナーゼ(pGK)に注目し、これらの蛋白に対する抗体を用いて脳の様々な領域の免疫組織化学を行った。その結果、側脳室、第3脳室、第4脳室および中心管などの脳室壁を構成する上衣細胞の細胞質にpGK免疫陽性反応が見られた。また、これら上衣細胞の繊毛にはGLUT2の局在が見られた。さらに、セロトニン作働性神経の細胞体が多数分布する縫線核にもpGK免疫陽性細胞が観察され、これらの細胞はセロトニン作働性神経の細胞体と一致した。また、一部の血管内皮細胞の近傍にもpGK免疫陽性が観察された。一方、肝臓型のGK(hGK)に対する抗体を用いて同様に実験を行った場合は、脳内にその免疫陽性部位は認められなかった。これらの結果より、血糖利用性の変化は、上衣細胞あるいはセロトニン作働性神経によりセンシングされること、またそのセンシングメカニズムは膵臓のインスリン分泌を制御す際のメカニズムと一致する可能性が示唆された。これらのセンシング機構により、血糖利用性の低下感知され、黄体形成ホルモン(LH)のパルス状分泌および摂食行動を調節するものと考えられる。低栄養による性腺機能の低下、さらにはそれに伴う繁殖率の低下は畜産業の中で大きな問題の一つである。特に高泌乳牛に多発する分娩後の排卵遅延、あるいは発展途上国における性成熟の遅延などは、もっとも大きな要素として低栄養が考えられてきた。申請者らのグループはこれまで絶食ラットを低栄養による生殖機能抑制のモデルとして、その神経内分泌メカニズムを明らかにする過程で、血糖利用性の低下が生殖機能を抑制する上でもっとも大きな因子であるとの考えに至った。申請者らは2-deoxyglucose(2DG)を用いた薬理学的血糖利用阻害により、血糖利用性の低下は、特異的なセンサーと神経経路により、性腺機能を抑制しているものと考えるにいたった。申請者は、β細胞における血糖センシングの中核をなすと考えられているGLUT2とglucokinaseが上衣細胞とセロトニンニューロンに局在することを明らかにした。本年度はこれらの細胞のグルコース感知能力の有無を調べるため、細胞内カルシウムを指標としたin vitroの実験を行った。血糖感知細胞を直接同定するため、成熟ラットから切り出した脳室上衣細胞およびA1/C1領域の細胞を酵素によりバラバラにした後、数時間の短期間培養を行い、高グルコースあるいは低グルコース条件下における細胞内カルシウムの変動を画像解析により検討した。その結果、glucokinase陽性細胞のほとんどが低グルコース刺激に反応することを見出し、これらの細胞が血糖センサーとして機能していることを示した。
ヒトゲノム解読から発見した注目すべき8個の新規遺伝子の機能解析と医療への応用

1:DGCR8は1つのWWドメインと2つのDSRBドメインを併せ持った極めて稀な構造を持つタンパク質を産生する。マウス胎児を用いた解析で、DiGeorge/CAFS症候群の発症組織に一致する発現を認めた。2:LLN12(RUTBC2)は特に脳で強い発現を示しており機能が注目される。RUTBCの全長クローニング、発現系の構築を行った。3:ZNF295はBTB/POZドメインとZincフィンガードメインを持つ。ドーパミントランスポーター(DAT)遺伝子の転写を促進することが知られているZFP161タンパクと結合して転写を抑制することを発見した。4:C8orfK23(FER1L5)は新規遺伝子であり巨大タンパク質をつくることが判明した。ホモローグ検索の結果、非症候群性難聴DFNB9の原因遺伝子OTOFにもっとも類似していた。5:CSMD3は連鎖解析により良性の家族性てんかんの原因候補遺伝子と考えられる。CSMDファミリーは脳で強く発現しているが、8番染色体の解析の結果CSMD1は多様性が極めて高いことが判明した。6:PKHD1L1は多発性嚢胞腎(ARPKD)の原因遺伝子であるPKHD1のファミリー遺伝子である。モデル生物としてメダカを選択し、RT-PCRにより67エキソンの配列決定を行うことができた。7:DSCR4はヒト組織の中では胎盤にのみ検出されるが、マウス胎盤には検出されないという極めてまれなタンパク質である。転写開始点を含む一連の欠失体を作製し、活性を測定したところnt-800付近の領域で著しい活性の上昇が見られた。
インピーダンス制御を導入した先進運転支援システムのドライバ受容性向上に関する研究

本研究はドライバ受容性の高い自動車の介入支援システムの実現を目的としている。本年度は各種の運転支援用HMIデバイスを構築しドライビングシミュレータに搭載する改修作業を実施する。そして、搭載した各種HMIデバイスに対して、提示情報量という新しい評価指標を導入し、適切な支援情報を提示しつつドライバ受容性向上に効果があるHMIの検討を行った。まず、支援開始1秒前に効果音により支援予告を行う音声提示HMIデバイスにより実験を行った。その結果、受容性が最大となる減衰比が変化することはなかったが、導入前と同様の減衰比においてドライバ受容性の向上が確認できた。この予備実験より、支援開始前に支援予告を行うことはドライバの受容性向上に寄与することが確認できた。次に、支援予告のため提示する情報として、アイコン表示、文字表示、音声発声の三つの情報提示手段を全て同時に提示することにより、介入支援時にドライバがどの提示情報を重視するかの検証実験を行った。提示情報量として、文字は一度に表示する文字数を、音声は発声時間を提示情報量として定義した。また、提示される情報について、システムがこれから支援を行うことを表示するか、ドライバが支援に従って行うべき操作を表示するかどちらの情報がドライバにとって望ましいかの確認も実験項目に盛り込んだ。実験の結果、三種類の提示情報で重視される情報は被験者毎に異なる結果となり、個人毎に好む提示情報に差異があることが確認された。また、提示される支援情報はドライバが行うべき操作を提示する方が良いという結果が得られた。さらに、提示情報量について検討した結果、文字表示であれば文字提示量は8文字程度、音声発声であれば発声時間は1秒程度かつ1秒あたりの発生文字数は6.5文字程度となり、さらに簡潔な二つの単語で構成される、意味が明快な情報提示が求められるという結果が得られた。本年の研究計画では、各種の情報提示手法をドライビングシミュレータにて再現するため、ドライビングシミュレータへ視覚・聴覚支援用のHMIデバイスの搭載を行う改修作業を実施し、さらに、それらHMIデバイスを用いた支援情報提示の有効性についてドライビングシミュレータを使用した走行実験により検証し、提案する介入支援手法との組み合わせを検討することを目的としていた。ドライビングシミュレータには液晶タブレットなどを使用しての視覚支援装置を搭載すると共に、聴覚支援装置として新たなスピーカなどを搭載し予定通り改修作業は完了した。当初の改修作業が完了したドライビングシミュレータを用いて、支援タイミングに関する実験を行い、HMIデバイスを用いた事前予告によりドライバ受容性が改善することを確認した。また、文字表示と音声提示に対する提示情報量について定義を行い、実験によりどの程度の提示情報量が妥当であるかの指標を得た。このように、次年度に提案支援デバイスと各種情報提示HMIの統合実験を行うための準備がほぼ完了した。しかし、アイコン、文字、音声の三種類の情報提示のうち、どの情報提示手法がドライバ受容性を向上させるかについては、評価がばらついたため結論を出すことができなった。しかし、これは次年度の総合実験でも引き続き評価を実施していく予定であったので問題にはならない。こうしたことから、本年度の研究は、当初予定していた事項についてほぼ完了しており、おおむね順調に進展していると評価した。本年度の研究の結果、情報提示HMIデバイスの追加の必要性を感じたので、引き続きドライビングシミュレータの改修作業を実施し、最終年度となる次年度の総合実験で使用できるようにする。また、昨年度に確立したインピーダンス制御を用いた運転支援システムと本年度に実施した情報提示HMIデバイスの両者の研究成果を活用し、これからを統合したドライバ受容性向上を達成できる介入支援システムを構築する。そして、当初の予定通りに総合的な評価検証実験を行い、本年度の研究で結論が出なかった、ドライバにとって最適な情報提示HMIデバイスを模索する。最終的に決定されたHMIデバイスの組み合わせを用いて最終的な受容性評価実験を行い、研究目的であるドライバ受容性の向上する介入支援システムを確立させる予定である。本研究ではドライバの受容性の高い介入支援システムの実現を目的としている。本年度は提案するインピーダンス制御に基づく運転支援システムのドライバ受容性を高めるインピーダンスパラメータ設計のため、減衰比を用いた評価指標を提案しその有効性について検討を行った。提案する運転支援手法は、介入支援時に、ステアリングに対して粘性係数とばね定数に基づき導出されるトルクを印加することでインピーダンス制御を実現し、自動車のステアリングのインピーダンスを変化させることで介入支援を実現している。自動車のステアリング系に対してトルクを印加するため、二つのパラメータのドライバの受容性を高める最適値は容易に導出できない。ばね定数は操舵介入時のドライバへのアシストトルクに依存するパラメータとなり、粘性係数が受容性改善に関係する係数となり、この最適値を導出する必要がある。しかし、このままではアシスト強度毎、車両毎、走行状況毎に実験により導出する必要があるため手間がかかる。そこで、車両のステアリングダイナミクスと導入した二つのインピーダンスパラメータが一つの式にまとまる減衰比を評価指標とすることを提案した。これにより、介入支援時に受容性の高まる減衰比が定まっていれば必要な印加粘性係数が導出できる。提案する減衰比がパラメータ設定に有効な評価指標になるか実験により検証した。本提案手法を実装した停車車両に対して回避支援を行う運転支援システムを対象とし、ドライビングシミュレータにて受容性評価実験を行った。その結果、アシスト力に依存するばね定数値が変化しても、受容性が最大となる減衰比の値は同一となった。

ドライバ受容性が高い減衰比を事前に決定しておけば、粘性係数の最適値を導出する実験は以後は必要なく、受容性が高いインピーダンスパラメータを決定できることが確認でき、提案する運転支援システムと評価指標の有効性を示した。本年の研究計画では、本研究を遂行するのに必要な実験装置であるドライビングシミュレータの改修と、それを用いて、提案するインピーダンス制御に基づく運転支援システムに対して、ドライバの受容性を高めるインピーダンスパラメータ設計のため、減衰比を用いた評価指標を提案しその有効性について検討を行うことを予定していた。実験装置であるドライビングシミュレータは、当初の予定通り各種のHUDを実現するため、追加の支援情報表示モニタを追加するなど必要な改修作業を実施し、さらにインピーダンス制御を導入した運転支援システムを実装した。このように当初の研究計画の予定通りに改修が完了したドライビングシミュレータを用いて、パラメータ設定のための評価指標として提案した減衰比の有効性を検証するため実験を行った。そして、提案するインピーダンス制御を導入した運転支援システムが従来型運転支援よりドライバ受容性が高いこと、減衰比を用いた評価指標がインピーダンスパラメータ設定やドライバの受容性評価に有効性であることを示した。さらに、平成30年度に研究を実施予定であるHMIデバイスについて、その一部を先行でドライビングシミュレータに実装し、提案する運転支援システムにHMIを導入することでドライバ受容性がどのように変化するかの予備実験も実施した。こうしたことから、本年度の研究は、一部は当初の予定以上に進捗し、当初の予定していた事項については全て完了していることから、おおむね順調に進展していると評価した。本研究はドライバ受容性の高い自動車の介入支援システムの実現を目的としている。本年度は各種の運転支援用HMIデバイスを構築しドライビングシミュレータに搭載する改修作業を実施する。そして、搭載した各種HMIデバイスに対して、提示情報量という新しい評価指標を導入し、適切な支援情報を提示しつつドライバ受容性向上に効果があるHMIの検討を行った。まず、支援開始1秒前に効果音により支援予告を行う音声提示HMIデバイスにより実験を行った。その結果、受容性が最大となる減衰比が変化することはなかったが、導入前と同様の減衰比においてドライバ受容性の向上が確認できた。この予備実験より、支援開始前に支援予告を行うことはドライバの受容性向上に寄与することが確認できた。次に、支援予告のため提示する情報として、アイコン表示、文字表示、音声発声の三つの情報提示手段を全て同時に提示することにより、介入支援時にドライバがどの提示情報を重視するかの検証実験を行った。提示情報量として、文字は一度に表示する文字数を、音声は発声時間を提示情報量として定義した。
超音波遺伝子治療:超音波照射による臓器特異的遺伝子導入法の開発

本研究においては、(1)培養細胞を対象に超音波造影剤を併用した超音波遺伝子導入法に関し種々の照射条件について検討を行った。その結果、投与する遺伝子量・使用する超音波造影剤が発生する微小気泡量・超音波照射反復回数・音響出力に比例して導入効率は増加するが同時に細胞死も増加することが判明した。(2)かかる結果が生体内においても同様に成立するかにつき、ラットを用いてビボの検討を行った。サイトメガロウイルスエンハンサー/プロモーター領域を有するプラスミド(pALTER-MAX, Promega)に組み込んだレポーター遺伝子(luciferase)を超音波造影剤とともに、麻酔下にラット左心室内に挿入したカテーテル先端より注入し、ラット前胸部より超音波照射を行った。最大音圧にてわずかな発現を左心室前壁に認めたのみであった。luciferase発現量としては培養血管内皮細胞にて発現したレベルを越えなかった。また超音波照射の届きにくい側壁・後壁における発現は皆無であった。以上より生体内カテーテル注入法による心筋特異的遺伝子発現は可能であるものの現状では低レベルである。(3)末梢静脈からの遺伝子製剤静注+超音波照射による心臓特異的遺伝子導入法の検討を行ったが、心臓側壁・後壁はもちろん前壁においても遺伝子発現は皆無であった。わずかに肝臓の左葉にluciferase発現量が確認された。遺伝子のほとんどが肝臓などの網内系にトラップされてしまい、臨床反用可能な安全域内の周波数と音圧では高速で血流が通り抜ける心くう中においてキャビテーションによる心筋への遺伝子導入は期待できなかった。(4)次の研究ステージにおいては、1)目的導入細胞に遺伝子をターゲッティングする手法、具体的にはプロモーター領域の改良、2)血管内皮を越えて背後にある心筋に到達するだけの浸透力を有する遺伝子導入用の超音波造影剤の開発が必要であることが示唆された。本研究では心筋細胞のみならず、遺伝子導入の際のバリアとなる血管内皮細胞についても培養細胞を対象に遺伝子導入を試み、各種超音波照射条件、超音波造影剤の種類の間で導入条件を比較検討した。ラット新生仔培養心筋細胞及びヒト培養静脈内皮細胞を対象として、サイトメガロウィルスエンハンサー/プロモーター領域を有するプラスミド(pALTER-MAX, Promega)に組み込んだレポーター遺伝子(luciferase)の導入を、複数種のマイクロバブルの併用・非併用下で、超音波周波数、照射エネルギー、照射時間、照射回数を変えて導入効率が最大となる条件を検討した。超音波照射条件は臨床で頻用する13MHzを用いてパルス波・連続波超音波を使用し、音響出力も臨床の規制範囲内である0.11.0W/cm^2で検討した。マイクロバブルとしては、アルブミンシェルに生体内での気泡の安定性が確立している8フッ化プロパンガス(C_3F_8)を注入した微小気泡剤を自作したものと、米国で市販されているアルブミンシェルマイクロバブル、ならびに本邦ですでに超音波造影剤として使用されているガラクトース製剤を使用した。培養心筋細胞では、パルス波超音波に比し連続波が、ガラクトース製剤に比しアルブミン製剤が、照射エネルギーの高い方が標識遺伝子導入効率が高かった。照射時間と回数は影響しなかった。培養血管内皮ではパルス波に比し連続波が、アルブミン製剤に比しガラクトース製剤が、照射エネルギーの高い方が導入率が高かった。予備的に閉胸麻酔ラットの心臓にカテーテル注入にて超音波遺伝子導入を試みると蛋白発現レベルは血管内皮と同程度であった。

In vivoでの超音波遺伝子導入では血管内皮での発現レベルが全体への導入効率を決定すると予想された。昨年度までの本研究においては、培養細胞を対象に超音波造影剤を併用した超音波遺伝子導入法に関し種々の照射条件について検討を行った。その結果、対象となる細胞種によって有効な超音波造影剤の種類が異なる事、音響出力に比例して導入効率は増加するが同時に細胞死も増加することが判明した。かかる結果が生体内においても同様に成立するかにつき、本年度の検討を行った。サイトメガロウイルスエンハンサー/プロモーター領域を有するプラスミド(pALTER-MAX,Promega)に組み込んだレポーター遺伝子(luciferase)を超音波造影剤とともに、麻酔下にラット左心室内に挿入したカテーテル先端より注入し、ラット前胸部より超音波照射を行った。照射周波数は培養細胞にて高発現を認めた1MHzとした。パルス波超音波・連続波超音波、アルブミン製剤造影剤・ガラクトース製剤造影剤のいずれもが最大音圧にてわずかな発現を左心室前壁に認めたのみであった。luciferase発現量としては培養血管内皮細胞にて発現したレベルを越えなかった。また超音波照射の届きにくい側壁・後壁における発現は皆無であった。以上より生体内カテーテル注入による心筋特異的遺伝子発現は可能だが低レベルであって、心筋細胞内に治療目的遺伝子を到達させるには、1)目的導入部位に遺伝子をターゲッティングする手法の改良、2)血管内皮を越えて背後にある心筋に到達させうる遺伝子導入用の超音波造影剤の開発が必要であることが示唆された。
園芸廃棄物を原料とする機能性物質の製造と利用

カンキツ類及びニホンナシにおいては生食用果実の品質を高めるために多量の幼果が摘果され、廃棄されている。本研究ではこれらの摘果幼果のバイオマスとしての有効利用を目的として、幼果よりの酵素の製造とその分析用酵素剤としての利用及び幼果抽出液の抗酸化活性について追究した。まず、カンキツ類におけるアスコルビン酸酸化酵素(AAO)の分布について調べた結果、供試したすべての果実にAAO活性が存在すること、その活性は幼果の方が成熟果より5-20倍強いことを認めた。そこで、ウンシュウミカンの幼果を用いてAAOの製造を試み、そのアスコルビン酸(AsA)分析用の試薬としての適性を検討した。その結果、AsA分析試薬としては、これまで使用してきたキュウリ酵素と同程度の分析精度を示すことを明らかにした。更に、ミカン酵素はキュウリ酵素よりの酸性側でのpH作用域が広いことから、食品分析における対象食品の範囲が広がるものと思われた。つぎに、ニホンナシ幼果に含まれるポリフェノール化合物(PP)の機能性についても追究した。その結果、幼果には品種によってやや差はあるものの、PPとして大量のクロロゲン酸類とカテキン類が存在することを明らかにした。さらにこれらPPを主成分とする摘果幼果の抽出液は油脂(リノール酸)の酸化に対して、これまで使用されているBHT等の合成酸化防止剤と同等の抗酸化活性を示すことを認めた。また、幼果抽出液はほぼ2カ月にわたって抗酸化活性を維持することが認められた。したがってニホンナシ幼果抽出液は天然物由来の抗酸化剤として利用できることが示唆された。本研究ではこれらの摘果幼果のバイオマスとしての有効利用を目的として、本年度は幼果よりの酵素の製造とその利用について検討した。また、AAO活性はアルベド、フラベド、パルプの順に高かった。その結果、AsA分析試薬としては、アセトンパウダーの抽出液で十分使用可能であり、これまで使用してきたキュウリ酵素と同程度の分析精度を示すことを明らかにした。同時に、ニホンナシ幼果に含まれるポリフェノール化合物(PP)の種類と、それらの機能性についても追究した。その結果、幼果には品種によってやや差はあるものの、PPとして大量のクロロゲン酸類とカテキン類が存在し、それらの酵素的褐変の基質となっていることを明らかにした。さらにこれらPPを主成分とする摘果幼果の抽出液は油脂(リノール酸)の酸化に対して、これまで使用されているBHT等の酸化防止剤より高い抗酸化活性を示すことを認めた。今後はこれらPPの更なる機能性の検討と食品添加物としての利用等について検討の予定である。カンキツ類及びニホンナシにおいては生食用果実の品質を高めるために多量の幼効果が摘果され、廃棄されている。本研究ではこれらの摘果幼果のバイオマスとしての有効利用を目的として、前年度は幼果よりの分析用酵素剤の酵素の製造を行い、そのアスコルビン酸(AsA)分析用の試薬としての適性を検討した。

更に、ミカン酵素はキュウリ酵素よりの酸性側でのpH作用域が広いことから、食品分析における対象食品の範囲が広がることを明らかにした。これに引き続き本年度はニホンナシ摘果幼果に含まれる機能性物質について追求した。その結果、摘果幼果の抽出液は油脂(リノール酸)の酸化に対して、これまで使用されているBHT等の合成酸化防止剤と同等の抗酸化活性を示すことを認めた。この抽出液にはクロロゲン酸やカテキン等のポリフェノール(PP)類が多量に含まれ、これらPPもリノール酸の酸化を阻害することから、幼果の抗酸化物質の本体は一種のPPであろうと考えられた。同様の抗酸化物質はウンシュウミカン幼果にも存在することを認めたが、その抗酸化活性はナシ抽出液よりも低かった。さらに、ナシ抽出液は約2カ月という長期にわたって、リノール酸の酸化をほぼ完全に阻害した。したがって、この物質は天然物起源の油糧食品用の抗酸化剤の素材としてきわめて有望であり、今後はその実用化に向けて研究を行う予定である。
ソマトスタチンによるアミロイドβ分解酵素ネプリライシンの活性制御機構の解明

アルツハイマー病(AD)の予防・治療法の確立は、本邦における重要な課題の一つである。ADの発症は、脳内のアミロイドβペプチド(Aβ)の蓄積に起因すると考えられており、脳内においていかにAβを制御できるかが重要な手がかりとなる。ネプリライシンは、Aβ分解の主要プロテアーゼであり、この活性・発現制御機構の解明が、脳内Aβ量の減少によるADの予防・治療法の確立のために大きく貢献すると考えられる。昨年度の成果において、我々は、神経ペプチドの一つソマトスタチン(SST)が、脳内ネプリライシンの活性・発現を制御している因子として同定した。SSTは、ソマトスタチン受容体(SSTR)を介して様々な生理作用を発揮することが知られており、これまでに5種類が同定されている。もし、どのSSTRがネプリライシンの活性・発現を制御しているのかが明らかになれば、その特異的なアゴニストにより、ネプリライシンの活性を高め、効率的にAβ量を減少させることができ、かっ副作用も小さいと予想される。本申請課題では、SSTR3とSSTR4欠損マウスを用いて、これらの脳内におけるネプリライシンの活性・発現及びAβ量の定量を行った。その結果SSTR4欠損マウスでは、野生型と比較してネプリライシンの活性・発現、Aβ代謝に関する他の因子の活性等に差が認められないものの、脳内でのAβ42/Aβ40比が有意に増加していることが明らかとなった。また、さらなる解析の結果、SSTR4欠損マウスにおいて、ネプリライシンのプレシナプスへの局在が低下していることも明らかとなった。ネプリライシンはプレシナプスでのみ毒性の高いAβ42を分解できることが知られており、SSTR4特異的なアゴニストは、ネプリライシンのプレシナプスヘの局在を高め、Aβ42の分解に寄与する可能性が高いことが示された。現在、これらの成果の投稿準備中である。アルツハイマー病(AD)は、脳内のアミロイドβ(Aβ)の過剰な蓄積に起因すると考えられており、この蓄積したAβ量を減少させることがADの治療・予防に有効な手段であると考えられ様々な研究が進行している。我々が標的にしているネプリライシンは、脳内におけるAβ分解の主要プロテアーゼであり、この活性・発現制御機構の解明が、脳内Aβ量の減少によるADの治療・予防法の確立へ大きく貢献すると考えられる。平成15,16年度に採択された科研費(若手B)において、我々は、神経ペプチドの1つであるソマトスタチン(SST)が、脳内ネプリライシン活性を制御する因子として見出すに至った。そこで本研究課題では、先の報告に基づき、どのソマトスタチン受容体(SSTR)がネプリライシンの活性・発現を制御しているのかを明らかにすることを目的として解析を進めた。共同研究により導入したSSTR3およびSSTR4欠損マウスを用いて、これらの脳内におけるネプリライシンの活性や発現、Aβ量について測定を行った。その結果、SSTR3欠損マウスでは野生型と比較して有意な差は認められなかった。しかしながら、SSTR4欠損マウスの脳内では、ネプリライシンの活性・発現、およびAβ代謝に関するその他の因子の活性等には有意な差は認められないものの、Aβ42レベルの増加傾向が認められ、Aβ42/Aβ40の比において有意な増加が認められた。先の報告と合わせて考察すると、Aβ42/Aβ40の比の増加はネプリライシンの局在の変化が影響したものと考えられる。この結果を踏まえ今後は、免疫組織化学を中心としたネプリライシンの局在の変化について解析を進める予定である。さらに、各SSTRに選択的な拮抗薬を用いたin vitroでの解析も並行して進めて行く予定である。

ネプリライシンはプレシナプスでのみ毒性の高いAβ42を分解できることが知られており、SSTR4特異的なアゴニストは、ネプリライシンのプレシナプスヘの局在を高め、Aβ42の分解に寄与する可能性が高いことが示された。現在、これらの成果の投稿準備中である。
ポリアミンによる蛋白質合成開始調節機序

1.大腸菌のオリゴペプチド結合蛋白質(OppA)の合成は、ポリアミンにより翻訳レベルで強い促進を受ける。このOppA mRNAの構造をZuckerの方法によりコンピュータで解析すると、Shine-Dalgarno(SD)配列が部分的にstem構造を形成し、その上流にGC stemが存在する。この構造を一本鎖RNAのGを切断するRNase T_1と二本鎖RNAを切断するRNase V_1を用いて証明した。さらに、ポリアミンを添加するとOppA mRNAの構造が変わり、SD配列が露出することを上記RNasesを用いて証明した。2.大腸菌のribosomemodulation factor(RMF)の合成は、スペルミジンにより翻訳レベルで阻害を受ける。RMF mRNAはSD配列が2ヵ所(mRNAの5'-側よりSD1及びSD2と命名)存在し、SD1がより強く蛋白質合成開始に関与していた。しかし、スペルミジンによるRMF合成阻害にはSD2が関与しており、SD2の塩基配列をsite-directed mutagenesis法により変換すると、RMF合成のスペルミジンによる阻害が解消された。目下、RNaseを用いてスペルミジンによるRMF mRNAの構造変化を解析中である。3.動物細胞の蛋白質合成開始は、eIF4F(eIF4A、eIF4E、eIF4Gの複合体)によるmRNAの5'-末端cap(m^7G)構造から開始コドンAUGまでのスキャニングが律速とされている。カナダのSonenbergのグループは、eIF4Eの過剰産生株で蛋白質合成が促進され、細胞がトランスフォームされることを報告した。申請者らはeIF4Gの過剰産生株が細胞をトランスフォームする事を見出した。現在、両過剰産生株を用い、蛋白質合成開始におけるポリアミンの役割を解析中である。
縦配置薄膜ビームスプリッターによる軟X線適用可能な新型コモンパス干渉計の開発

低コヒーレンスな軟X線光源に適用可能な新型コモンパス干渉計を提案した.大きな特徴は斜入射ビームスプリッターを縦配置し,等倍共心光学系と組み合わせているため干渉縞生成が非常に容易になることである.シミュレーションより0.1mmと大きな光源でも縞生成が可能で,実験室光源への適用を示した.光学素子の移動精度も10nm程度で縞生成可能である.また,可視光干渉計において干渉縞を生成し収差測定した.低コヒーレンスな軟X線光源に適用可能な新型コモンパス干渉計を提案した.大きな特徴は斜入射ビームスプリッターを縦配置し,等倍共心光学系と組み合わせているため干渉縞生成が非常に容易になることである.シミュレーションより0.1mmと大きな光源でも縞生成が可能で,実験室光源への適用を示した.光学素子の移動精度も10nm程度で縞生成可能である.また,可視光干渉計において干渉縞を生成し収差測定した.縦配置薄膜ビームスプリッターによる新型コモンパス干渉計の基本原理を確認した.具体的には以下に記す。1.光線追跡法による干渉縞シミュレーションソフトを開発し,干渉縞生成要件を検討した.干渉縞はビームスプリッター面と検査鏡球心位置関係にのみ依存することが明らかになった.ビームスプリッターは2次元平面であるため,検査鏡中心位置が面方向にずれるデフォーカス条件は干渉縞には影響を与えない.また光源位置にも依存しない.2.光源に超高圧水銀灯を用いた新型干渉計のプロトタイプを製作した.市販のAlミラーを検査鏡に用い,ビームスプリッターにはカバーガラスを用いて干渉縞を実際に生成した.検査鏡を光軸方向(デフォーカス方向)に移動させても,干渉縞本数には影響がなく,シミュレーションとの一致を確認できた.ビームスプリッターに窒化シリコン薄膜を利用した場合,照明系の収差が大きかったため厚さ0.2mmのフレームによってフーコー縞が生成した.3.Photon Factoryにて厚さ30nm窒化シリコン薄膜ビームスプリッターの斜入射透過率と反射率を評価した.波長13.5nmの軟X線での斜入射角5度15度の領域において,スループット(2×透過率×反射率)で2%以上が得られることが明らかになった.縦配置薄膜ビームスプリッターを用いた新型コモンパス干渉計(RS干渉計)の可視光学系と干渉縞シミュレーションにおいて軟X線への適応要件を明らかにし,検査鏡位相の解析法を開発した.具体的には以下に示す.1.前年度開発したRS干渉計での縞シミュレーションソフトにおいて空間コヒーレンスの検証を行った.結果,波長13.5nmにおいても100μm程度と大きな光源でも実用的な干渉縞を生成可能であり,軟X線実験室光源へ適用できることを明らかにした.また,検査鏡形状で一番重要な低次収差項の非点収差は,縞解析に必要なXキャリアと直交するYキャリアとして解析可能と分かった.2.可視光RS干渉計においては光源に面発光LEDを新たに採用し,低コヒーレンス条件においても干渉縞生成が容易であることを確認できた.前年度問題となったビームスプリッター上への集光系の収差に関しては,より収差の少ない非球面レンズを用い,干渉縞生成領域をビームスプリッターの透過率で制限される全域に拡張できた.また,光源サイズを100μmから200μmと変えた場合でも干渉縞コントラストの変化はなく,空間コヒーレンスの影響は見られなかった.3.生成した干渉縞をCCDで記録し,フーリエ変換法による縞解析によって位相情報を得た.RS干渉計の測定に使用した検査鏡をZYGO干渉計で形状計測したところ面精度はλ/2で非点収差が主であった.この非点収差測定のためRS干渉計において検査鏡を45°ずつ回転させながら干渉縞を記録した,検査鏡回転角によるYキャリア変化はZYGOで測定した非点収差の方向と一致しており,解析可能であることを実験的にも示せた.
電子装置の応用のための超臨界二酸化炭素を用いた無電解めっきによる絹の複合材料

[1.研究の目的]次世代のコミュニケーションツール・エナジーハーベスタとして期待されるウェアラブルデバイスは、近年盛んに研究開発が進んでいる。現在実用化されているウェアラブルデバイスの大半は柔軟性に欠ける構造や、生体適合性のない材料などの点で課題があった。本研究では、超臨界二酸化炭素を用いた電気化学方法により、フレキシブル構造であり、かつ生体組織や器官と親和性がある材料を開発した。また、酸化物の修飾により、機能性のあるウェアラブルデバイス(自浄式の材料や発電材料など)を研究し、次世代の多機能性ウェアラブルデバイスへの応用を検討した。[2.具体的な内容]本研究では、超臨界二酸化炭素プロセスにより触媒を柔軟性のあるシルクの中に埋め込んでおき、シルクを活性化した。さらに、超臨界二酸化炭素を用いた無電解メッキにより、活性化されたシルクを金属の薄膜を被覆し、本来は導電性のないシルクに導電性を与え、ウェアラブルデバイスの基層材料として使用した。また、陰極析出方法や共沈着方法などを用いて、金属被覆したシルクを酸化物で修飾し、多機能性のウェアラブルデバイス材料を実現した。[3.研究の意義、重要性]本研究では、超臨界二酸化炭素を用いた活性化プロセスにより、活性化プロセスに必要であった化学薬品の使用量を大幅に減少し、環境に優しい工程を実現した。また、酸化物の修飾により、多機能性ウェアラブルデバイス材料を実現した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。1.信頼性:材料の特性を高めるために、様々な基板の上に金属を被覆することは、広く利用されている。しかしながら、基板に金属を緊密に被覆させることは非常に困難である。金属の被覆を起こすために用いる触媒は、基板と金属被覆層との密着性を高める超臨界二酸化炭素を用いた活性化によって基板に埋め込まれた。金属被覆層を基板に確実にコーティングし、密着性を大幅に向上させ、信頼性も大幅に高めることに成功した。2.生体適合性:アレルギー問題を解決するために、ウェアラブルデバイスに向けた生体適合性のある複合材が緊急に求められている。生体適合性のある絹と白金の組み合わせは、超臨界二酸化炭素を用いた無電解メッキにより、確実に結合することに成功した。3.光触媒活性:ウェアラブルデバイスは、太陽電池や光触媒デバイスなどの次世代技術に対応して、さまざまな機能を搭載する必要がある。フレキシブルかつ光触媒性の複合材料である絹/金/酸化亜鉛が、超臨界二酸化炭素を用いた無電解メッキにより、次世代技術の要求を満たすために実践している。新しい研究を開始する前に最も時間がかかることは、実験を行うための適切なパラメータを見つけることである。時間のかかるプロセスを避けるために、多くの文献を調査し、適切なパラメータを見つけ、試行プロセスの削減に成功した。また、博士後期一年の時に無電解メッキをした経験があるので、問題が生じた時に正しい判断をすることができる。パラメータは反応物質を変えても適切に調整した。以前の経験と文献調査によって、進捗が予想されたスケジュールより速く進めることができた一番目の理由である。二番目の理由は、私のアドバイザーが常に私が実行したい実験をサポートしたことである。新しいアイデアがあるとき、または、共通機器を使いたいときは、アドバイザーはいつも私のアイデアをサポートしてくださった。機器や資金の不足を心配する必要はなく、スムーズに実験をすることができた。一方、研究の問題があった時に、常に研究室の助教とディスカッションし、解決の方法を共に発見した。先生方によって支えられ、このことがスムーズに実験を行うことができる理由である。海外の学会に出席する機会が多いのは3番目の理由である。科学と工学について言えば、それは個人的な研究ではなく、グループワークでなければならないと考える。いつも国際学会にインスピレーションされた。国際学会の議論を通じて、問題の解決法を見つけることができる、あるいは、実験に新しいアイデアを発見することができる。聴衆からのコメントを通して、プレゼンテーションの能力と実験を改善することもできる。いつも国際学会からたくさんのことを学ぶことができた。この研究は研究室だけに限られているのではなく、世界規模の学問分野に関連している。[3.研究の意義、重要性]

本研究では、超臨界二酸化炭素を用いた活性化プロセスにより、活性化プロセスに必要であった化学薬品の使用量を大幅に減少し、環境に優しい工程を実現した。また、酸化物の修飾により、多機能性ウェアラブルデバイス材料を実現した。<1.>超臨界二酸化炭素を用いた繊維の触媒化処理>シルク繊維、撹拌棒及びパラジウム触媒を50mlのステンレス反応セル中に置いてから、反応セルを閉める。次いで、二酸化炭素をセルに15MPaの圧力まで導入し、反応セルの温度を80度に設定する。適当な量のパラジウム触媒を使用して、2時間の触媒化プロセスが終わるまで飽和点の濃度を維持する。<2.>金属および酸化物を共沈着>金属被覆は触媒化されたシルクを70度の無電解メッキ液に浸して実施する。金属化層の特性を調べるために種々の金属化時間を実施する、後処理を行わないで次の試料分析を行う。<3.>基本試料の観察>光学顕微鏡(OM)、走査型電子顕微鏡(SEM)及びエネルギー分散型X線分光法(EDX)により、表面形態、断面及び組成を分析する。白金層の厚さは、SEMを用いて沈着物ーシルク複合材料の断面を観察することによって評価し、撮った画像をImage-Jにより処理して厚さを計算する。X線回折計(XRD)により、結晶構造を観察する。<4.>試料信頼度の評価>沈着物ーシルク複合材料の電気抵抗は、四点プローブによって測定する。試料表面に3Mテープを貼り付け、繰り返し剥がすことにより、密着性試験を行う。密着性試験の前後で電気抵抗を測定し、沈着物の耐久性及び信頼度を評価する。複合材料の耐食性は、3.5 wt.%塩化ナトリウム及びR型模擬体液溶液における電気化学的分極によって測定する。3.5 wt.%塩化ナトリウムを用いて汗を模擬する、電位差分極曲線は、ポテンシオスタット/ガルバノスタットによって行う。<5.>生体適合性の評価>溶液中の金属イオン放出速度は、浸漬試験によって評価する。放出された金属イオン濃度は、誘導結合プラズマ発光分光分析。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。