hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
赤外光に対応した次世代太陽電池用透明電極の開発

赤外光対応太陽電池電極応用においても、透明電極のテクスチャ構造は重要である。今回、全く新しいテクスチャ構造作製方法を開発した。この手法はボトムアップで工業的なスケールアップの可能性を持つ。本手法ではまず前駆体Sn薄膜を作製し、還元雰囲気アニールによってSnナノ粒子に自己組織化させた後に酸化アニールによってSnO2ナノ粒子とする。最後に、その上に透明導電性の層を形成する。このようにして作製したTaドープSnO2薄膜は太陽電池応用に好ましい低いシート抵抗と高いヘイズ率を示した。本年度は赤外まで透明な透明導電性酸化物としてNb:TiO2に着目し、その導電性制御にいついて詳細に調べた。本系は過剰酸素によるキャリア補償がおき、酸素過剰雰囲気での成膜やポストアニールによって導電性が失われる事が知られている。但し、エピタキシャル薄膜では還元アニールによって完全に導電性が復活するが、多結晶薄膜においては、導電性の回復は不完全である事が知られていた。しかしながら、導電性の未回復が、ポストアニールに伴うドーパントの析出や、不純物相の形成等、回避する事が不可能な物か否か等は明らかではなかった。そこで今回、高導電性の多結晶薄膜を酸素アニールによって意図的に絶縁性の薄膜を作製し、還元雰囲気でのポストアニールを詳細に調べることで、導電性の完全な回復が可能か否かを検討した。その結果、エピタキシャル薄膜に比べて更に強い還元条件が必要であったものの、初期の導電性と同じレベルの導電性が得ることが可能である事がわかった。エピタキシャル薄膜より強い還元性が必要な事は過剰酸素が粒界の欠陥と強く結びついている事を示している。また酸素過剰の多結晶薄膜をアニールした際に導電性が劣る事も過剰酸素の除去以外の可能性である事が示唆された。これらの結果は高品質なNb:TiO2薄膜を作製する為に重要な知見である。本研究課題においては高移動度による赤外透明性が達成できる酸化スズ透明導電膜が主ターゲットであったが、高屈折率によって赤外透明性が得られる酸化チタン透明導電膜において、太陽電池作製の申し込みがあったため、こちらを優先する事になった。必然的に酸化スズは後回しになった為、当初計画よりは遅れる事になっている。本研究の大きな課題の一つとして、透明導電膜のテクスチャ構造の作製があった。テクスチャ構造は光閉じ込め効果により、低吸収な活性層を持つ太陽電池の変換効率を直接的に左右する。これまでシード層側のエッチングや、プロセス圧力の高圧化などによる方法を試行してきたがいずれも大きなヘイズ率は得られず、またプロセスの実用化、すなわち産業への適合という意味でも大きな課題があり、現実的な手法ではなかった。今回、金属スズのガラス基板上での凝集作用を利用することで、テクスチャ構造付酸化スズ薄膜の作製に成功した。すなわち、金属スズはガラス基板と濡れ性が悪い事から、酸化を防ぎつつ、融点(230度)以上まで昇温すると、スズナノ粒子が形成される。このスズナノ粒子を酸化する事で、酸化スズナノ粒子付きガラス基板を作製し、その上に透明導電性の酸化スズを形成する。本手法を用いることで従来ではヘイズ率はほぼ0%であった、PVD法で高いヘイズ率を得ることに成功した。本手法は、金属ターゲットを用いた反応性スパッタ法に容易に組み込む事が可能である。すなわち、最初に金属膜を堆積すれば、その後の基板加熱やプロセスガス導入によって、スズおよび酸化スズナノ粒子が形成される。さらに初期のスズ膜の膜厚によりスズナノ粒子の粒形を制御でき、その結果酸化スズ膜のヘイズ率およびその波長依存性も制御できると期待できる。本手法は全く新しいテクスチャ構造の作製方法であり、特にダブルテクスチャ構造の作製に有効ではないかと考えている。スパッタ酸化スズ薄膜自体の研究に関してはスパッタ装置のトラブル等もあり、完全に進捗が止まっている。トラブルの一例としては冷却水配管からの水漏れ、スパッタカソードの磁石の腐食である。磁石の腐食に関しては、冷却水埋没型から冷却水磁石分離型への改造を予定しているが、本申請研究内では、時間、予算的な都合から構造の変更は行わず、磁石のみを交換する事とした。その一方、成果に述べたように、簡易スパッタとPLDを組み合わせて、テクスチャ構造作製技術の開発に成功した。これは10年以上にわたって申請者の大きな課題であり、しかも当初の計画にはない、実用化プロセスへの適合性を持つ。それゆえ、プラスマイナスゼロで順調通りの進展と自己評価したい。昨年度、太陽電池応用に重要なテクスチャ構造の作製技術の作製方法(自己組織化Snナノ粒子法)を考案・実証した。この手法を赤外領域対応させる為にはSnナノ粒子の粒径を13ミクロン程度に制御する必要がある。スパッタ法でSnナノ粒子作製用の前駆体薄膜の作製条件を詳細に調べた。その結果、(1)前駆体薄膜は凝集や再結晶による表面粗さの粗大化が起きやすい事、(2)そのような荒い表面はSnナノ粒子の粒径分布の不均一化をもたらす事、(3)これらの問題を回避する為には、高堆積速度の成膜によって凝集・再結晶化を抑制すれば良いことが分かった。以上の最適化によって粒径分布の均一性に優れた13ミクロンのSnナノ粒子の作製に成功した。以上の結果に加えてドーパントについて再検討を行った。

第一原理計算からSb,F,Ta,Pは全て同等のポテンシャル、即ち100%の活性化率を示す。その一方、実験的にはドーパント種や成膜方法の違いによって、活性化率および移動度の値は大きく異なる。特にPに関しては信頼性のおける実験報告がこれまでほとんど存在しなかった。本研究ではPLD法を用いて、PドープSnO2の輸送特性の作製条件依存性を詳細に調べた。その結果、比較的高いキャリア濃度と活性化率が得られ、第一原理計算を裏付ける事が出来た。しかしながら、他の典型的なドーパントであるTaやSbと違い、高成膜温度において移動度が大きく抑制され、また希薄ドープ域においても活性化率は100%ではなく50%程度の値に留まった。この特異な振る舞いは、表面下のPが表面まで拡散・蒸発しSn欠損を誘起するモデルで説明できる。Pは実用的なドーパントで無いが、Sn欠損の理解・制御に重要な系であると考えられる。赤外光対応太陽電池電極応用においても、透明電極のテクスチャ構造は重要である。今回、全く新しいテクスチャ構造作製方法を開発した。この手法はボトムアップで工業的なスケールアップの可能性を持つ。本手法ではまず前駆体Sn薄膜を作製し、還元雰囲気アニールによってSnナノ粒子に自己組織化させた後に酸化アニールによってSnO2ナノ粒子とする。最後に、その上に透明導電性の層を形成する。このようにして作製したTaドープSnO2薄膜は太陽電池応用に好ましい低いシート抵抗と高いヘイズ率を示した。昨年度は諸般の事情で酸化チタン系透明導電膜に注力する必要があったが、その理由は概ね解消し、酸化スズ透明導電膜に注力出来る環境が整った。その為、おおもとの研究計画にそって酸化スズ透明導電膜のPLD成膜による更なる高移動度化およびスパッタ成膜による移動度の抑制の解消に取り組む。昨年度は装置トラブルが続出したが、概ね解消し、酸化スズ透明導電膜に注力出来る環境が整いつつある。その為、おおもとの研究計画にそって酸化スズ透明導電膜のスパッタ成膜による移動度の抑制の解消に取り組む。薄膜
有機分子性金属の構築と超伝導化へのアプローチ

有機伝導体の開発するうえで重要とされている二次元性を導入したπ電子骨格として、二分子のテトラチアフルバレン(TTF)が融合したBDT-TTP、およびその類縁体(DTEDT、CPDT-TTF)を用いた有機合成金属の開発を行った。得られた成果は以下のとおりである。(1)シクロヘキサン環が縮環したBDT-TTP誘導体(CH-TTP)を用いた電荷移動錯体とカチオンラジカル塩の伝導性について検討したところ、幾つかの塩が金属的な伝導性を示した。それらのうち、ヘリウム温度まで金属的なI_3塩のX線結晶構造解析に成功し、ドナー分子が二次元的なκ型配列をとることを明らかにした。この塩の電子状態をバンド計算により検討したところ、他のκ塩と類似したに次元的なフェルミ面を持つことが示唆された。(2)DTEDTのセレン類縁体(DTEDS)の合成に成功し、それを用いた電荷移動錯体とカチオンラジカル塩の作製と伝導性について検討した。得られた塩のうち、幾つかは金属的な伝導性を示し、特にAu(CN)_2塩とReO_4塩は1.2Kまで金属状態を保持していることを見い出した。(3)CPDT-TTFのエチレンジチオ体、CPDTETを用いたカチオンラジカル塩の単結晶作製に成功し、それらの多くが金属的な伝導性を示すことを見いだした。それらのうち、AsF_6塩とSbF_6塩のX線結晶構造解析を行ったところ、ドナー分子がに次元的なκ型配列をとることを明らかにした。これらの塩のバンド計算の結果も(CH-TTP)(I_3)_<0.27>と同様の二次元的なフェルミ面をもつことを示唆している。
建築用ガラスの安全性検証法の確立のための基礎的研究

ガラス材料は構造部材としての指定建築材料に告示で明記されておらず、建築基準法上は非構造部材として扱われ、設計用許容応力度(F値)が設定されていない。また唯一の告示式は、辺長比が考慮されてないことや約50年以上前の実験のため、試験体の板ガラスが、現在主流であるフロート板ガラスでなく、普通板ガラスを用いた実験である、安全率の考え方が不明な式である、現在使われているディテールを反映されていない等の問題がある。以上を踏まえ、フロート板ガラスを用い風荷重時の板ガラスの破壊荷重及び破壊性状の把握を目的として辺長比をパラメータとした耐風圧試験を行った。本年度は、当初予定した研究計画に沿って、まず(1)ガラスに関する技術的、社会的な事例調査や事故事例を通した現状把握、及び(2)建物におけるガラスの実際の使用方法と想定される荷重に関する分析、整理について研究を進めた。具体的にはガラスの事例調査を行った。これは、その後のガラスの破壊実験のための試験体サイズについて検討、絞り込みを行うための基礎データの収集として実施したものである。実施内容は、実在する建物で使われている建築用板ガラスについて、その辺長比(縦と横の長さの比率、アスペクト比)に関して統計的に調査を行った。なお、辺長比(アスペクト比)の違いは風荷重などの外力が加わった際の力の伝達方法に大きく関連する項目である。調査対象として、建築用板ガラスの支持方法が異なる3種類(点支持構法2種類、及び最も一般的に使用されている4辺支持構法)を設定した。統計調査に用いたデータ数は、4辺支持構法に関しては、調査対象地域を都内とし、ビル建築に限定し100データ、点支持構法に関しては、都内では対象となる物件数が少ないため、全国より50データずつ、全200データとし、実地調査及び文献等による調査を行った。統計調査の結果、それぞれの支持方法において、建築用板ガラスの使用事例が多い辺長比を具体的に絞り込むためのデータを得ることができた。その結果を踏まえて、ガラスの材料試験に関して、具体的な試験項目・方法について計画の立案を行い、サンプル試験体の設計と試作、及び実験準備まで進めることができた。また、建築用板ガラスの事例調査において、ガラスがダブルスキンで使用されている事例が近年増加傾向にあることが把握されたため、当初の研究計画に加えて、ダブルスキンファサードにおいて、2枚のガラスに加わる荷重の評価方法について検討を行うため、風洞実験を実施し、その基本的な性状把握も行った。建築用板ガラスは、非構造部材(仕上材)として扱われ、設計基準強度が設定されていない。このため板ガラスの設計は、四辺支持された板ガラスのみ板厚を決定できる告示式が存在する以外、明確な設計手法が存在していない。また唯一の告示式は、ガラスのアスペクト比(長辺と短辺の長さの比)が考慮されていない等、多くの課題を有する。さらに、ガラス材料はばらつきが大きく、降伏後の歪み硬化がない脆性材料であるなどの特殊性がある。以上を踏まえ、ガラスの破損に関する安全性検証法や設計方法の確率が必要と考えられ、設計用許容応力度のなどの客観的な資料データの整備を目的とし、研究を行った。本年度は、板ガラスのアスペクト比を検討項目とし、風荷重時のガラスの設計手法の確立を目的とし実験的に検討を行った。実験パラメータは、短辺を540mm(支持間隔500mm)で一定とし、長辺の長さをパラメータとして、540mm(アスペクト比1:1)、790mm(アスペクト比1:1.5)、1040mm(アスペクト比1:2)の3種類とし、それぞれ板厚3mmのガラスを用いて、各100枚ずつ計300枚の破壊実験を行った。以上より、得られた成果は(1)板ガラスの破壊確率はワイブル分布により良好に評価できる可能性が示唆された。(2)ガラスの耐風設計に通常用いられている破壊確率(1/1000)を満足するためには、現状の告示で提示されている値は、1040%の範囲で危険側となる可能性が示唆された。(3)板ガラスの破壊の起点は、破壊荷重が大きいほど、板ガラスの外周近傍に分布し、破壊荷重が小さいほど板ガラスの中央部に分布する傾向が把握された。(4)応力の最大値は、板ガラスの四隅に生じ、その点の最大主応力は引張方向に値が出ることから、起点が生じやすいことを確認した。などが挙げられる。今後、さらに板厚及び境界条件等パラメータを追加しデータのさらなる蓄積を行いたい。平成26年度に計画していた6つの研究項目について、(1)(5)については概ね進めることができた。また、当初計画していた項目に追加しての風洞実験等を実施した。

ただし、6番目の研究項目「平板としての利用を想定した板ガラスに対する面外載荷(曲げ)試験の実施」については、試験対象の絞り込み及び実験計画に想定よりも時間を要したため実施に至らなかった。このため研究進捗状況については、やや遅れていると自己評価している。建築構造H26年度の研究成果と進捗状況を踏まえて、サンプル試験体による実験方法の確認行う。その後、本試験を随時実施し、実施設計で利用可能な設計データの蓄積を行う予定である。また当初の計画において、H27年度に実施を計画している面内せん断試験については、事例調査の結果を踏まえ、その有効性や必要性について改めて検討の上、実施について判断したいと考えている。さらに、事例調査結果を踏まえるとガラスの優れた圧縮特性を利用した使用事例も海外等では増えており、国内においての今後の普及等も勘案して、有用性の高いモデルの設定が可能な場合には模型実験などの実施も考えている。H26年度に計画していた板ガラスに対する面外載荷(曲げ)試験を実施できなかったことにより、その試験体製作費用等が未使用のため次年度使用額が生じた。試験実施のための計画は進んでおり、H27年度に試験を実施するための試験体製作費用等として使用する計画である。
ケニア中央部エンブ社会における女性の地位の変容に関する文化人類学的研究

本研究は、エンブ社会構造をシングルマザー、婚姻、土地相続、親族組織、慣習法、相互扶助組織、貧困地区「ゲサギ」、マウマウ戦争といった観点から多角的に捉えるものである。特に本年度はそれまでの基礎的研究をふまえて、いかにエンブ社会が変容していったのか、1950年代に起こったマウマウ戦争以降の社会動態を追究することを課題とした。具体的には、マウマウ戦争に関連する証言をさらに詳細にとり、これまでマウマウ研究において偏見や推測によって行われていた議論を大幅に修正するだけの情報を収集した。さらに「ゲサギ」の成立過程を調査し、シングルマザーがどのように増加し、「ゲサギ」に吸収されていったのか、ゲサギ居住者の証言によって明らかにした。また、マウマウ戦争以来、婚資支払いの延長もしくは不払いが広く見られるようになり、その結果、婚資の意味自体もそれにともなって変化しているが、このような婚姻制度の変化はエンブ社会の家族のあり方を劇的に変えている。シングルマザーの増加に対しても、従来の慣習法では十分に対応できず、このような婚姻の不安定性は、子どもの立場にも影響を与えている。エンブ社会は基本的に父系社会であるが、子供の存在を無視する男性が多くなっている現在、母系的な側面が強くなっており、子供は母親をとおして系譜がたどられる傾向にある。全体的に子供の立場の不安定性はエンブ社会における女性の地位の不安定性に対応しており、エンブ社会構造の揺らぎの根本を示していることを今回明らかにした。平成18年度の本研究はケニア共和国エンブ社会のシングルマザーに着目し、なぜ現在当社会ではシングルマザーが非常に多くなっているのかを明らかにすることを目的とした。当年度前半は10月からのケニア長期調査に備え、理論的枠組みの整備に努め、特に1950年代に起こったマウマウ戦争に関する文献を収集、整理した。これまでマウマウ戦争はケニアの特殊な政治事情ゆえに、多くの事実が歪曲され、研究されてきた経緯がある。戦争の勃発から約半世紀が経った現在、ようやくさまざまなことが明らかにされつつあるが、しかし、多くのマウマウの研究対象はキクユ社会であり、同じく戦地となったエンブ社会はいまだほとんど研究されていない。そのため、当年度研究の後半はケニアに渡航し、現地調査にあたった。その際、歴史人類学の手法でもって、エンブ社会に住む人々のマウマウの記憶の断片を拾い集め、1950年代に実際何が起こったのかを明らかにすることに努めた。さらにあらゆる年代層のエンブ女性に婚姻に関する調査を行い、現在の婚姻形態の実態を明らかにするとともに、いつからどのようにそれが変化していったのか時系列に追った。エンブ社会の婚姻形態は現在、非常に複雑になっており、何をもって婚姻とみなすのか一定していない。そのため、シングルマザーや女性世帯が非常に多くなっており、婚姻と関連する土地相続問題にも影響を与えている。エンブ社会でシングルマザーは1960年代以降、徐々に増加していったが、それは1950年代のマウマウ戦争が転換期となったと考えられる。なぜならば、マウマウ戦争を境として、結婚の成立条件の必要不可欠であった婚資の授受がほとんど遂行できなくなったからである。当年度はそれを実証する多くのデータを蓄積することができた。本研究は、ケニア・エンブ県に居住するさまざまな立場にある女性(既婚者、未婚者、シングルマザー、寡婦など)をエンブ社会構造を理解する一つの指標として着目し、近代エンブ社会の動態を追究するものだが、平成19年度は特にケニア・エンブ社会が激変し、あらゆるエシブの人々の生活を変えたと推測される1950年代に起きたマウマウ戦争に着目した。これまでのマウマウ戦争にかんする研究はもっぱら植民地政府対キクユ民族という対立構造で描かれることが多く、エンブ民族がマウマウ戦争に深く関わっていたことはほとんど論じられていない。そのため、本年度はマウマウ戦争時、エンブ社会で実際何が起きたのかを突き止め、さらに従来のマウマウ戦争研究にエンブ民族からみた視点を提供するため、旧宗主国であるイギリスにて資料収集を行った。当時、植民地政府はキクユ、エンブ、メルの3民族を中心に対マウマウ措置を実施し、これら各地に「緊急収容村」を設置した。政府は一般の人々を強制的にそこへ隔離し、強制労働を強い、リハビリテーションという教育を実施し、エンブの人々がそれまで保持していた慣習の実施を一切認めなかった。「緊急収容村」内は植民地政府によって厳しく管理され、このような数年間に及んだ措置がエンプ民族のその後を大きく左右したといえるだろう。現在、エンブにシングルマザーが他民族よりも多く出現するのも、この時点でエンブが元来保持していた慣習や文化が大きく崩壊したことに起因すると考えられる。マウマウ戦争を視野にいれた通時的な研究は現在のエンブ社会構造を理解するうえで非常に重要である。

さらに「ゲサギ」の成立過程を調査し、シングルマザーがどのように増加し、「ゲサギ」に吸収されていったのか、ゲサギ居住者の証言によって明らかにした。また、マウマウ戦争以来、婚資支払いの延長もしくは不払いが広く見られるようになり、その結果、婚資の意味自体もそれにともなって変化しているが、このような婚姻制度の変化はエンブ社会の家族のあり方を劇的に変えている。シングルマザーの増加に対しても、従来の慣習法では十分に対応できず、このような婚姻の不安定性は、子どもの立場にも影響を与えている。エンブ社会は基本的に父系社会であるが、子供の存在を無視する男性が多くなっている現在、母系的な側面が強くなっており、子供は母親をとおして系譜がたどられる傾向にある。全体的に子供の立場の不安定性はエンブ社会における女性の地位の不安定性に対応しており、エンブ社会構造の揺らぎの根本を示していることを今回明らかにした。
PET検査の超低被ばくを実現する要素技術研究

感度と解像度を共に向上しPET検査の超低被ばくに貢献する検出器として、検出素子配列を3次元的に光学結合するX'tal cube検出器を提案し、その実現可能性を実証した。検出素子間に充填する接着剤の屈折率の最適化により、性能向上の図れることを実証した。さらに検出器の層ごとにエネルギーウィンドウを設定して、被検者散乱を低減する手法と時間性能を向上させる手法を提案した。また、体軸方向に2分割した検出器リングを離して配置し、物理的に開放された視野領域を有するOpenPET方式を新規に提案し、その実現可能性を示した。全身用PET装置へ応用できるような低価格な検出器の開発を試みた。ライトガイドを用いず結晶配列内で光の広がりを作ることを考えるが、その際に、結晶間の反射材を取り除くだけでなく、底の一部にも反射材を挿入する手法を新規に考案し、低価格で汎用の光電子増倍管を用いる基礎研究を行った。新しい手法により位置弁別型光電子増倍管が不要な低価格な検出器の実現可能性を示すことができた。Depth-of-interaction(DOI)検出器は、シンチレータを積層することによって検出深さの情報を得ることができる。散乱線は検出器に到達する前に511keVのエネルギーの一部を損失していることから検出深さが深いほど散乱線の影響を受けにくいと考えられる。DOI検出器の層ごとにエネルギーウィンドウを最適化することで散乱線を低減しつつ、装置のS/Nを改善する手法を提案した。全身用DOI-PET装置を模擬したシミュレーションにより、被検者散乱を低減しつつ検出器散乱を取得するためにエネルギーウィンドウをDOI検出器の層ごとに拡張する本手法の有用性を示すことができた。体軸方向に2分割した検出器リングを離して配置し、物理的に開放された視野領域を有するOpenPETについて、画像再構成手法を開発し、HR+(検出器リング直径D=827.0mm、体軸視野W=153.6mm)を2台配置したOpenPETをシミュレーションし、OpenPETの実現可能性を示した。また、OpenPETにおける体軸分解能劣化の主原因は、検出器の欠損ではなく、結晶厚みによる視差であることが明らかになった。結晶を薄くすると感度が低下してしまうことから、検出器の深さ位置(DOI)情報を計測可能な検出器を用いて、結晶厚みを維持しつつ視差を抑制することが重要である。PET装置の解像度と感度をともに向上するDOI検出器の性能向上は重要である。DOI検出器を構成する結晶素子間に充填する接着剤の屈折率によりDOI特性は変化する。そのため実験により、素子に使用する結晶の条件により最適な屈折率を持つ結晶間物質を選ぶことで、検出器の結晶識別性能が向上することを明らかにした。また、DOI検出器において、層ごとにシンチレータの種類を変えることにより散乱成分の軽減が可能となり画質が向上できることを、シミュレーションで立証しか。また、四角柱型結晶を三角柱型に変えることで、全身PET用検出器としてサンプリング間隔の大きな位置弁別型の受光素子を用いる場合に結晶配列内の光の広がり方が変わり、結晶識別を向上できる可能性があることを示した。さらに、受光素子として光電子増倍管の代わりにガイガーモードAPDを用いた4層DOI検出器を試作し、そのDOI特性が良好であることを実験により示した。感度を向上するためのTOF-PET装置用の検出器では、時間特性の向上が望まれる。そのための検出器を設計する場合、結晶ブロックの視野に近い側に受光素子を光学結合した方が、時間特性を向上でいることから、画質向上を期待できることを基礎実験で示した。さらに、PETの次世代高速・高感度・高解像力検出器として、シンチレータ素子配列に対して受光素子配列を3次元的に光学結合するX'tal cube検出器を新規に提案した。実用的なX'tal cube検出器を実現する第一歩として、一面に受光素子を配列した検出器を試作し、位置弁別を最適化する受光素子配列法を見いだした。一方、測定対象部位の両側にリング状に検出器を配置するOpen PET方式に関しては、画像最構成が可能な検出器の配列の条件を導出し、体軸視野を拡張するための検出器配列法を考案した。
プラスチック転換絶縁液体中に混入した微粒子の静電除去法の研究

本研究では、プラスチックゴミを熱分解により元の石油に転換する過程で混入する固形異物を静電的に除去する方法の確立を目的としている。ゴミから転換された石油を絶縁性液体のシリコーン油で模擬し、不純物にはカーボンを想定して直径12mmのカーボンおよびガラス質のグラッシーカーボン粒子、スチール粒子を用いて、平行平板電極間の粒子の電界による帯電及び運動を比較した。印加電圧は直流電圧とし、粒子運動は長焦点顕微鏡ビデオカメラで追跡した。下部電極上の粒子は電界で誘導帯電し、静電気力が重力に打ち勝つと上部電極に向かって運動を始める。この時の電圧を静的臨界電圧と呼ぶ。静的臨界電圧は多孔性のカーボンを除いて理論値と一致した。カーボンにおいても、シリコーン油中に置いたまま減圧して微孔内の空気をシリコーン油で置き換えると理論値と一致する。上部電極に向かって運動を始めた粒子は、上部電極に達すると持っていた電荷を放電し、さらに上部電極と同極性の電荷を得て再び下部電極に向かう。静的臨界電圧を超えると粒子は往復運動を行うが、上昇運動、上部停止、下降運動、下部停止の4つの過程があることがわかった。電極上で停止している時間にはばらつきがあるが、粒子と電極間の電荷交換の緩和時間の長さが理由と考えられる。密度の低いカーボンとグラッシーカーボン粒子では上昇速度と下降速度がほぼ一致するのに対し、スチール粒子では低い電圧では下降速度が上昇速度に比べ速く、印加電圧を上げると差が小さくなり、上部・下部停止期間も短くなる。粒子が電極に達した時に流れる電流パルス波形は、電極に粒子が接した瞬間に立上り、徐々に減衰する形を示している。これは、電極粒子の電荷交換時に流れる電流であり、これを積分して求めた粒子の電荷量は印加電圧とともに増加する。通常、粒子は平行平板電極中で往復運動をするが、電極端部では電極外で弧を描く往復運動が観察された。これにより、粒子の運動を電界分布により制御する可能性が指摘され、本研究で実験的に得られた粒子運動の関する基礎的な知見を基に、今後、様々な電界分布で粒子の電界運動および帯電量を明らかにする必要があることが示された。本研究では、プラスチックゴミを熱分解により元の石油に転換する過程で混入した、金属や無機物の固形異物を静電的に除去する方法の確立を目的としている。今年度は、ゴミから転換された石油を絶縁性液体であるシリコーン油で模擬し、不純物にはカーボンを想定し、直径12mmのカーボンおよびガラス質のグラッシーカーボン粒子、比較のためにスチール及び銅粒子を用い、平行平板電極間で、粒子の電界による帯電及び運動を比較した。下部電極上に置かれた粒子は電界により誘導帯電し、粒子に働く静電力が重力に打ち勝つと上部電極に向かって運動を始める。上部電極に達した粒子は持っていた電荷を放電し、さらに上部電極と同極性の電荷を得て再び下部電極に向かう。下部電極で電荷交換した粒子は再び上部電極に向い、電極間を往復する。電極と接した瞬間の電荷交換により、外部回路にパルス電流が流れる。本実験では、このパルス電流に鋭いものとなだらかに変化するものとが見られた。パルス電流を積分して得た粒子の電荷量は、パルスの形状に関わらず電界が等しければほぼ等しかった。また、粒子の運動は、比重の軽いグラッシーカーボンでは、上昇、下降運動に要する時間がほぼ等しいのに対し、比重の重いスチール粒子では上昇、下降で時間が大きく異なる。粒子が電極に接している時間は、上部電極、下部電極ともばらつきが大きい。なだらかな電流波形が観測される時には、特に電極との接触時間に大きなばらつきがみられ、絶縁液体中に混入した他の絶縁性微粒子が導電性粒子と電極間に挟まると、電荷交換がこの微粒子を介して行われ、なだらかな波形となるものと考えられる。このような状態は、本研究の目的であるプラスチック転換絶縁性液体中でも容易に起こり得、不純物粒子の運動制御の際に検討されるべき項目の一つに挙げられる。

密度の低いカーボンとグラッシーカーボン粒子では上昇速度と下降速度がほぼ一致するのに対し、スチール粒子では低い電圧では下降速度が上昇速度に比べ速く、印加電圧を上げると差が小さくなり、上部・下部停止期間も短くなる。粒子が電極に達した時に流れる電流パルス波形は、電極に粒子が接した瞬間に立上り、徐々に減衰する形を示している。これは、電極粒子の電荷交換時に流れる電流であり、これを積分して求めた粒子の電荷量は印加電圧とともに増加する。通常、粒子は平行平板電極中で往復運動をするが、電極端部では電極外で弧を描く往復運動が観察された。これにより、粒子の運動を電界分布により制御する可能性が指摘され、本研究で実験的に得られた粒子運動の関する基礎的な知見を基に、今後、様々な電界分布で粒子の電界運動および帯電量を明らかにする必要があることが示された。本研究では、プラスチックゴミを熱分解により元の石油に転換する過程で混入した、金属や無機物の固形異物を静電滴に除去する方法の確立を目的としている。ゴミから転換された石油を絶縁性液体のシリコーン油で模擬し、不純物にはカーボンを想定して直径12mmのカーボンおよびガラス質のグラッシーカーボン粒子、スチール粒子を用いて、平行平板電極間の粒子の電界による帯電及び運動を比較した。印加電圧は直流電圧とし、粒子運動は長焦点顕微鏡ビデオカメラで追跡した。下部電極上の粒子は電界で誘導帯電し、静電気力が重力に打ち勝つと上部電極に向かって運動を始める。この時の電圧を静的臨界電圧と呼ぶ。上部電極に達した粒子は持っていた電荷を放電し、さらに上部電極と同極性の電荷を得て再び下部電極に向かう。静的臨界電圧を超えると粒子は往復運動を行うが、上昇運動、上部停止、下降運動、下部停止の4つの過程があることがわかった。電極上で停止している時間にはばらつきがあるが、粒子と電極間の電荷交換の緩和時間の長さが理由と考えられる。密度の低いカーボンとグラッシーカーボン粒子では上昇速度と下降速度がほぼ一致するのに対し、スチール粒子では低い電圧では下降速度が上昇速度に比べ速く、印加電圧を上げると差が小さくなり、上部・下部停止時間も短くなる。また、粒子が電極に達した時に流れる電流パルス波形を積分して求めた粒子の電荷量は印加電圧とともに増加する。粒子速度から求めた電荷量および静的臨界電圧の理論式から求めた値はほぼ一致したのに対し、電流パルスから波形から求めた値は非常に小さく、さらに詳しい検討が必要である。電圧を上げると運動は大きく弧を描き、上昇運動の方がより大きな円弧を描く。電圧を下げると粒子は再び電極間に入るが、電極の中央までは入らなかった。電極端部を模擬した電極を設計・試作し、実験を行った結果から、粒子の運動を電界分布により制御する可能性が指摘された。本研究で実験的に把握された、粒子運動の静電気力による制御に必要な基礎的な知見を基に、今後さらに、電極形状を変えて様々な電界分布で粒子の電界運動および帯電量を明らかにする必要がある。
静電的相互作用によるペプチドの組織細胞膜透過に関する研究

我々は数年前よりペプチドの血液脳関門透過研究に取り組み、従来極めて困難とされていたペプチドの脳輸送を可能とする一つの道を拓くことができた。平成9年度には、これまでに合成したペプチドのなかで、最も優れた透過性を示したMeTyr-Arg-MeArg-D-Leu-NH-(CH_2)_8NH_2(001-C8)に、NBDを導入した化合物001-C8-NBDを調製した。共焦点レーザー顕微鏡の使用により、このペプチドが細胞膜表面上の負電荷部分との静電的相互作用に基づく吸着介在型透過機構(AMT)により血液脳関門を透過する機構をはっきりと視覚的に解明することが出来た。さらに、この誘導体が001-C8よりもはるかに高い血液脳関門透過性を示したことから、ペプチド鎖にオクタンジアミン(C8)とNBDを結合させると分子の塩基性と脂溶性のバランスがとれ、血液脳関門透過性が良くなるのではないかと推定するに至った。この結果に基づき、平成10年度には生理活性ペプチドとして重要ではあるが、血液脳関門を全く透過しない甲状腺刺激ホルモン放出ホルモン(TRH)と鎮痛ペプチドキョートルフィン(KYO)に、それぞれC8とNBDを結合させたペプチドを合成した。これら2種のペプチドの血液脳関門透過性試験の結果、前者はAMT機構ではなく分子の脂溶性に基づく受動拡散により血液脳関門を透過し、一方、後者は予想に反して全く透過性を示さないということがわかった。以上の結果、我々が当初考えていた血液脳関門透過性ペプチドのデザインに関して、新たな見直しを迫られることとなった。しかし、TRHの類縁体が透過機構は異なるけれども血液脳関門を透過したことは十分評価されるものと考えている。このように、血液脳関門透過性ペプチドに関しては、一応の成果を上げられたものの、今後の新たな展開を目指して検討すべき時期に来たと考えている。続いて、脳腫瘍などの中性子捕捉療法を目指したホウ素含有アミノ酸P-ボロノフェニルアラニンと3種の親水性アミノ酸とのジペプチドの合成に成功した。現在、これらの水に対する溶解度を調べているところである。来年度には、合成ペプチドを用いた腫瘍の治療に関する研究を京都大学原子炉実験所で実施したいと考えている。我々は数年前よりペプチドの血液脳関門(Blood-brain barrier;BBB)透過研究に取り組み、従来極めて困難とされていたペプチドの脳輸送を可能とする一つの道を拓くことができた。本年度はさらにこの研究を発展させるために、これまでに合成したペプチドのなかで、最も優れた透過性を示したMeTyr-Arg-MeArg-D-Leu-NG-(CH_2)_8NH_2(001-C8)に、もう少し脂溶性を付加した下記化合物2種を合成した。しかしながら、これらの化合物はいずれも001-C8よりBBB透過性が低下し、化合物の3次構造が脂質膜との相互作用に関与するという新しい知見を得ることができた。(MeTyr:メチルチロシン;Arg:アルギニン;MeArg:メチルアルギニン;Leu:ロイシン)

また、脳腫瘍の中性子捕捉療法を目指した基礎研究として、ホウ素含有アミノ酸p-ボロノフェニルセリンと親水性アミノ酸の一種セリンとのジペプチド合成にようやく成功した。このペプチドを用いた腫瘍の治療に関する研究を京都大学原子炉実験所で進める予定である。一方、腸管を介したペプチドの吸収もドラッグデリバリーの観点から非常に重要な課題である。また、アミノ酸の一種カルニチンの腸管吸収も近年注目を浴びつつある。このような状況に鑑み、カルニチンとフェニルアラニンからなるペプチドの合成を行い、現在その腸管吸収に関する検討が金沢大学薬学部辻研究室で進められている。我々は数年前よりペプチドの血液脳関門透過研究に取り組み、従来極めて困難とされていたペプチドの脳輸送を可能とする一つの道を拓くことができた。昨年度、これまでに合成したペプチドのなかで、最も優れた透過性を示したMeTyr-Arg-MeArg-D-Leu-NH-(CH_2)_8NH_2(001-C8)に、NBDを導入した化合物001-C8-NBDを調製した。共焦点レーザー顕微鏡の使用により、このペプチドが細胞膜表面上の負電荷部分との静電的相互作用により血液脳関門を透過する機構をはっきりと視覚的に解明することが出来た。さらに、この誘導体が001-C8よりもはるかに高い血液脳関門透過性を示したことから、ペプチド鎖にオクタンジアミン(C8)とNBDを結合させると分子の塩基性と脂溶性のバランスがとれて、血液脳関門透過性が良くなるのではないかと推定された。この結果に基づき、生理活性ペプチドとして重要ではあるが、血液脳関門を全く透過しない甲状腺刺激ホルモン放出ホルモン(TRH)と鎮痛ペプチドキョートルフィン(KYO)に、それぞれC8とNBDを結合させたペプチドを合成した。これら2種のペプチドの血液脳関門透過性試験の結果、前者は分子の脂溶性に基づく受動拡散により透過し、一方、後者は予想に反して全く透過性を示さないということがわかった。以上の結果、我々が当初考えていた血液脳関門透過性ペプチドのデザインに関して、新たな見直しを迫られることとなった。しかし、TRHの類縁体が透過機構は異なるけれども血液脳関門を透過したことは十分評価すべきと考えている。このように、血液脳関門透過性ペプチドに関しては、一応の成果を上げられたものの、今後の新たな展開を目指して検討すべき時期に来たと考えている。その他、脳腫瘍の中性子捕捉療法を目指したホウ素含有アミノ酸p-ボロノフェニルアラニンと3種の親水性アミノ酸とのジペプチド合成ができた。現在、これらの水に対する溶解度を調べているところである。さらに、これらのペプチドを用いた腫瘍の治療に関する研究を、いよいよ来年度には京都大学原子炉実験所で実施したいと考えている。
代数的符号理論を軸とした組合せ論・量子情報理論への多面的展開

研究代表者の代数的符号理論におけるこれまでの主な研究内容である符号の存在問題および構成問題を軸として、マトロイド理論・組合せデザイン理論・量子情報理論のそれぞれの分野における同種の問題を統一的に考察した。主な結果として、整数環上の符号による量子信号系の通信路行列の解析解の導出や有限環上の符号によるマトロイドの構成法の提案などを行うことができた。研究代表者の代数的符号理論におけるこれまでの主な研究として,与えられたパラメータや性質をもつ符号の存在問題の考察および構成法の提案がある.本研究においては,これらの研究を軸として,工学的応用も視野に入れた組合せ論および量子情報理論における同種の問題を新たな視点から研究し,異なる分野間における統一的構造の理解をより深めることを目的として研究を行った.本年度においては,当該研究期間の昨年度までの研究結果の一般化およびそれらの応用研究を目的として,広い意味での符号と量子情報理論の相互間研究および有限体上の符号とマトロイドの相互間研究に主に取り組んだ.具体的な研究成果は以下の通りである.1.群共変的量子信号系の通信路行列の解析解の導出:量子情報理論において,測定過程としてSquare-root measurement (SRM)を用いることによ様々な成果が示されている.そこで本研究では,従来の狭義の群共変的信号の定義を拡張した信号を新たに定義し,その必要十分条件および具体例を示した.さらに,その信号に対するグラム行列の固有値と固有ベクトルの解析解を示し,この信号に対する通信路行列公式を与えた.2.マトロイドの臨界問題の符号理論的考察:ベクトル空間の概念を有限集合へ拡張した構造を持つマトロイドが,有限体上の符号から構成されることはよく知られている.そこで,本研究ではマトロイドにおける臨界問題を符号に関する問題へ対応させ,符号理論の手法を用いて新たな限界式を導出した.研究代表者の代数的符号理論におけるこれまでの主な研究として,与えられたパラメータや性質をもつ符号の存在問題の考察および構成法の提案がある.本研究においては,これらの研究を軸として,工学的応用も視野に入れた組合せ論および量子情報理論における同種の問題を新たな視点から研究し,異なる分野間における統一的構造の理解をより深めることを目的として研究を行った.本年度においては,当該研究期間の昨年度までの研究結果の一般化およびそれらの応用研究を目的として,広い意味での線形符号と量子情報理論の相互間研究および有限体上の符号と表現マトロイド(=行列)の相互間研究に主に取り組んだ.具体的な研究成果は以下の通りである.1.拡張群共変的量子信号系の通信路行列の解析解の導出:量子情報理論において,測定過程としてSquare-root measurement (SRM)を用いることによ様々な成果が示されている.そこで本研究では,従来の狭義の群共変的信号の定義を対応する群の指標に基づいて拡張した信号を新たに定義し,解空間の必要十分条件を示した.さらに,その信号に対するグラム行列の固有値と固有ベクトルの解析解を示し,この拡張信号に対する通信路行列公式を与えた.2.ブロックマトロイドの構成:ベクトル空間の概念を有限集合へ拡張した構造を持つマトロイドが,有限体上の符号から構成されることはよく知られている.そこで,本研究では,有限体上の符号と体上の行列に対応したブロックマトロイドとの関係について考察した。特に,符号の生成行列から特徴的なベクトルを抽出して直接的にブロックマトロイドを構成する手法を提案した.研究代表者の代数的符号理論におけるこれまでの主な研究内容である符号の存在問題および構成問題を軸として、マトロイド理論・組合せデザイン理論・量子情報理論のそれぞれの分野における同種の問題を統一的に考察した。研究代表者の代数的符号理論におけるこれまでの主な研究として,与えられたパラメータや性質をもつ符号の存在問題の考察および構成法の提案がある.本研究においては,これらの研究を軸として,工学的応用も視野に入れた組合せ論および量子情報理論における同種の問題を新たな視点から研究し,異なる分野間における統一的構造の理解をより深めることを目的として研究を行った.本年度においては,当該研究期間の初年度における研究結果の一般化および更なる研究の基盤づくりを目的として,符号と量子情報理論の相互間研究および有限環上の符号とマトロイドの相互間研究に主に取り組んだ.具体的な研究成果は以下の通りである.1.整数環上の符号による量子信号系の通信路行列の解析解の導出:量子情報理論において,測定過程としてSquare-root measurement (SRM)を用いることによ様々な成果が示されている.本研究では,整数環上の符号が群共変的であることを確認し,SRMを用いた整数環上の符号に対する量子信号系の通信路行列の解析解を示した.さらにその有用性を確認するため,整数環上と拡大体上の符号による量子信号系の相互情報量及び平均誤り率の比較を行った.2.整数環上の符号によるマトロイドの構成:ベクトル空間の概念を有限集合へ拡張した構造を持つマトロイドが,有限体上の符号から構成されることはよく知られている.そこで,本研究ではマトロイドをさらに一般化した離散構造が有限環上の符号から構成されることを示し,フロベニウス環上の符号に対するマックウィリアムズ恒等式の別証明を与えた.

代数的符号理論およびマトロイド理論前年度から引き続き,本研究の目的としているマトロイドの表現問題及び量子情報理論におけるSIC Setに対する符号理論的考察を行うための関連研究に取り組み,当初の予想に近い結果を得ることができたのでおおむね計画通りに進んでいると判断した.マトロイドの表現問題及び量子情報理論におけるSIC Setに対する符号理論的考察を行うための関連研究に取り組み,予想に近い結果を得ることができたので,本研究に関してはおおむね計画通りに進んでいると判断した.研究目的としていた問題が,符号理論における新たな問題と関連することが研究を進めて行くうちに判明した.従ってより広範囲の問題を解決するために,新たな研究データの収集および解析や有限幾何をはじめとした他の組合せ論における手法を取り入れる必要が生じてきた.今年度は,当初予定していた計算データの採取及び解析については,それほど大がかりな計算をすることなく理論的考察の糸口がつかめたため,理論的な研究に中心に取り組んだ.ただし,未だに糸口が見つからない対象物も多くあることから,次年度以降は徐々に計算データの解析に関する研究の比重を大きくする予定である.研究の進捗状況と研究機器のスペック向上に対応して,今年度購入した計算サーバーのバージョンアップを次年度に行うこととした.また,今年度得られた研究結果の発表及び他研究者との情報交換のため,12月にパース(オーストラリア)で行われる組合せ論の国際会議に出張する予定である.研究の進捗状況と研究機器のバージョンアップに対応して,今年度予定していた計算サーバーの購入を次年度に行うこととした.また,今年度得られた研究結果の発表及び他研究者との情報交換のため,12月にシドニーで行われる国際会議に出張する予定である.
I型コラーゲンプロモーター・トランスジェニックマウスを用いた毛乳頭細胞の機能解析

毛乳頭細胞は毛の発生・成長を制御している特殊な間葉系細胞で、毛の原基である毛母細胞とは基底膜を介して接しており、これらの細胞は様々な情報シグナルの交換を行っていると考えられているが、その特性については未だ不明な点が多い。今回、I型コラーゲンのプロモーター領域およびその下流にホタル・ルシフェラーゼ或いはβ-ガラクトシダーゼをレポーター遺伝子として別々に組み込んだコンストラクトを同時に遺伝子導入したトランスジェニックマウスを用いて毛の成長と毛乳頭細胞の動態との関連について検討してきた過程で、X-galを用いた組織化学染色により、成長期における毛乳頭細胞がβ-ガラクトシダーゼの発現を示すことを見いだしたので報告する。I型コラーゲン遺伝子プロモーター・トランスジェニックマウスから経時的に背部皮膚および口唇部(ヒゲ)を採取し、Xgalによるブロック染色を施した後、パラフィン包埋、薄切切片を作製した。また、試料採取と同時に各々のマウス尻尾よりシフェラーゼを抽出し、その酵素活性を測定した。毛乳頭細胞は生後一週目で既にX-gal陽性を示した。毛周期の休止期に移行した毛乳頭細胞ではX-gal陰性であったが、成長期において毛根部が真皮深部へ侵入していく過程において、再び毛乳頭細胞はX-gal陽性所見を示した。この結果より、毛周期が成長期にある場合、毛乳頭細胞においてI型コラーゲン遺伝子・プロモーターの活性化が起こっていることが判明した。I型コラーゲン以外の他の細胞外マトリックス蛋白質遺伝子も活性化している可能性があるため、現在、いくつかの細胞外マトリックス蛋白質についてin situ hybridizationを行い、さらに、このトランスジェニックマウスのヒゲより毛乳頭細胞を単離、細胞培養系の確立を試みている。
ガス惑星内部構造の推定に向けた磁気流体波動の理論的研究

昨年度までに、非弾性近似下の回転磁気流体波における軸対称モード(ねじれアルフヴェン)の定式化とその数値シミュレーションの大部分を終えた。今年度は、これらの結果を精査することと、木星における検出可能性を評価することを目指した。後者には、木星探査機Junoの磁場観測による最新の知見を用い、木星ダイナモシミュレーションの数値データを解釈した。その結果、木星金属水素層の最上部・赤道域における磁場強度が30 G程度である場合、木星ねじれアルフヴェン波は(a)数年以上の時間スケールで、(b)木星半径比0.96程度における東西帯状流に最大10 %の時間変動や(c)木星自転速度に0.01秒程度の時間変動を起こしうること、がわかった。このような長時間スケールの変動は、地上観測網などによるデータから過去に指摘されてきたが、現状では、明確な時空間構造を認めるのは難しい。さらなる時系列データの蓄積が必要である。これらの成果は、国際誌における速報論文、および、国内外の関連学会にて発表した。くわえて、非軸対称モードへと解析を進めた。特に、磁気ロスビー波に注目し、その定式化と数値シミュレーションを試みた。円柱座標系における定式化により、非弾性近似下の磁気ロスビー波は圧縮性ベータ効果または地形性ベータ効果のどちらかに由来することを確認し、その存在条件や二次元的伝播特性を検討した。その線形論を基に木星ダイナモシミュレーションを解析したところ、経度方向の時間変動に、速い磁気ロスビー波と同スケールの変動を確認した。一方で、その変動は多波長・多周期成分から成りスペクトル構造が不明瞭であること、半径方向の伝播特性を十分に説明できないこと、などがわかった。今後、スペクトル推定法の改良や線形論の再検討が必要だろうことが示唆された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。高速自転する球殻の中にある電気伝導性流体の線形波動を解析した。従来は非圧縮性の流体が想定され、地球液体コアでの励起や地磁気変動への寄与が議論されてきた。本研究では、これを圧縮性(または密度成層)を考慮した理論へ改良し、木星などを始めとするガス惑星の深部ダイナミクスへ応用することを目指している。本年度は、軸対称モードの一つであるねじれアルフヴェン波に注目し、その定式化と数値計算を行った。定式化により、(a)ガス惑星におけるねじれアルフヴェン波は、自転軸方向に平均した密度と磁場強度とに依存して、円柱座標系の半径方向に伝播するだろうこと、(b)分子金属層と金属水素層とが、ねじれアルフヴェン波を介した角運動量交換により、力学的または電磁気的に相互作用するだろうこと、が示唆された。このような磁気流体波が木星で実際に励起されうるか評価するため、分子・金属水素層とその間の遷移層とを考慮した非線形ダイナモシミュレーションを行い、その時間変動データを精査した。その結果、上述の理論から期待された速度で伝播するねじれアルフヴェン波、および、分子・金属水素層の間の角運動量交換を、確認することができた。さらに、分子水素から金属水素への遷移によって、ねじれアルフヴェン波が部分的に反射し定常波が形成されうることが、新たにわかった。木星におけるねじれアルフヴェン波の典型的時間スケールは数年程度と見積もられ、分子水素層上部における東西帯状流の緯度・時間変化や自転速度の時間変動を起こしうることが示唆された。平成29年度研究計画の主要課題であった軸対称モード(ねじれアルフヴェン波)に関する初期結果が概ねまとまり、現在、国際誌への投稿を準備中である。

今後、スペクトル推定法の改良や線形論の再検討が必要だろうことが示唆された。非軸対称モードの主モードである磁気ロスビー波へ解析を拡張する。現在木星軌道上にある探査機Junoにより、木星磁場の空間構造とその数年スケールの時間変動が明らかにされる予定である。これを見据え、数年よりも短い時間スケールの磁場変動をおこす可能性がある、速い磁気ロスビー波モードに特に注目していく。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
選択的ラジカル応用によるインプラント周囲炎に対する包括的リカバリーシステムの構築

歯科インプラントは予知性の高い治療法として広く普及しているが、一方で、術後感染やインプラント周囲炎による歯槽骨吸収により、インプラント体の撤去を余儀なくされたり、インプラント体の露出による機能的、審美的な障害が問題となっている。しかしながら、現在のところ、インプラント周囲炎に対する根本的な解決方法はなく、臨床現場では喫緊の課題となっている。そこで本研究では、最新の工学技術により、部位や時期を選択してラジカルを応用することで、インプラント周囲炎に対する全く新しい包括的インプラントリカバリーシステムを構築することを目的とした。当該年度の研究実績として、in vitro系、in vivo系での炎症環境モデルによる殺菌・不良組織除去効果の評価・検討、および、in vitro系、in vivo系での再活性化による組織再生の評価・検討を行った。具体的には、酸化チタン円板上に上皮系細胞としてラット由来Rat-1線維芽細胞株を播種し、さらにRAW264マクロファージ細胞株を非接触共培養することで、in vitro系での炎症環境モデルを製作し、再活性化処理による殺菌・不良組織除去効果評価を評価した。さらに、再活性化処理条件の最適化のために、各種再処理条件における骨形成能について、前骨芽細胞株(MC3T3-E1)を使用し、細胞生物学的および分子生物学的手法により評価により評価を行った。評価項目として、1細胞増殖、2細胞代謝活性、3骨芽細胞分化評価について評価し、in vitro系での再活性化による細胞活性評価を行った。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。そこで本研究では、そこで本研究では、最新の工学技術により、部位や時期を選択してラジカルを応用することで、インプラント周囲炎に対する全く新しい包括的インプラントリカバリーシステムを構築することを目的とした。当該年度の研究実績として、可視光応答型酸化チタンおよび低温プラズマジェット照射装置の開発を行った。具体的には、可視光応答型酸化チタンの開発において、再活性化処理を前提としたアルカリー加熱処理に関し、NaOH濃度、加熱温度、アンモニア雰囲気加熱について、ラジカル生成能や骨結合能等を比較した上で最適な条件を明らかにした。また、低温プラズマジェット照射装置の開発においては、電圧5-20kV、周波数10-20kHzの低周波高電圧を印加することで、大気圧低温(40°C程度)プラズマを生成可能な装置を製作した。さらに、生体安全性に関する検討を行うため、細胞実験およびモデル動物を用いた実験に先立ち、可視光応答型酸化チタンおよび低温プラズマジェット装置から生成したラジカル量を電子スピン共鳴(ESR: Electron Spin Resonance)法により測定した。平成28年度では、(1)可視光応答型酸化チタンの開発、(2)低温プラズマジェット照射装置の開発、(3)生体安全性に関する検討を当初計画としていた。当該年度に、これら3項目の研究を全て実施しており、当初研究計画の通りに、順調に進展していると判断した。当該年度の研究実績としては、in vitro、in vivoにおけるインプラント周囲炎モデルを作製し、「殺菌、不良組織除去」に関し、前年度に開発された低温(40°C程度)プラズマジェット照射装置を用いて、最適な再活性化条件の検討を行った。in vitro系での炎症環境モデルにおける再活性化に関する実験では、ラット上皮系細胞株をマクロファージ系細胞と共培養し、LPS(Lipopolysaccharide)を加えることにより炎症環境を再現することに成功した。さらに、再活性化処理による滅菌・不良組織除去効果の評価を行い、再活性化処理の最適条件を明らかにした。また、in vivo系での炎症環境モデルにおける再活性化に関する実験では、ラット頸骨に埋入したインプラント頚部に、LPS含有綿糸を結びつけることで、炎症に伴う骨吸収モデルを作製し、再活性化処理の最適条件に関する検討を行った。平成29年度には、(1)in vitro系での炎症環境モデルにおける再活性化、および(2)in vivo系での炎症環境モデルにおける再活性化を当初研究計画としていた。当該年度に、これら2項目の研究を全て実施していることから、当初研究計画の通りに順調に進展していると判断した。