hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
生体肝移植における医療費削減と治療効率向上を目的とするB型肝炎ワクチン接種の推進

原案が了承され、引き続き、同修正案が平成1年1月16日に承認された。その後、対象患者に対し、臨床試験説明書の配布を行い、同意の得られた患者から順次、試験を開始している。1990年6月から2002年10月までに、京大病院移植外科においてB型肝炎に対して生体肝移植を行った患者およびHBc抗体陽性ドナーから肝臓を提供された患者につき、現在B型肝炎発症予防目的で定期的に投与されているHBs抗体高力価グロブリン製剤の中止を目的として、B型肝炎ワクチンの接種を開始した。対象者は、(1)移植前にHBe抗原が陰性またはHBV-DNA量がプローブ法で陰性の症例、(2)肝移植後1年以上経過している症例、(3)ECOGPSが0または1の症例、(4)過去半年間に、わずかな上昇があっても肝機能が安定しており、免疫抑制療法がFK506またはサイクロスポリンA単独療法であること、(5)治療期間において京大病院に通院が可能な症例、(7)文書によるインフォームドコンセントが得られている症例とした。除外基準は、(1)過去6ヶ月間に、拒絶反応、胆道合併症、肝血管合併症、肝炎が無い症例、(2)試験開始時点で肝癌の再発がある症例、(3)重篤な急性疾患にかかっている症例、(4)B型肝炎ワクチンの成分によるアレルギーのある症例、(5)妊娠の可能性のある症例、(6)担当医師が不適当と判断した症例、とした。これまでに10人の患者が本臨床試験に登録され、110ヶ月間追跡中である。1人が、6ヶ月目に1000IU/L以上の抗体を産生するにいたり、ワクチンの効果有りと判断した。1人は、抗ウイルス剤の内服を自ら中止したためと考えられるHBs抗原陽転化を認め、試験から脱落した。1人は、開始3ヶ月目に血中HBV-DNAが陽転化したため、試験を中止し、HBs抗体高力価グロブリン製剤投与を再開した。残る7人は、現在も試験を継続中で、こららすべての症例を含めた評価について、今後の課題となった。
異種母体を利用した個体作出システムの開発

本研究では、異種母体を利用した個体作出システムの構築を目的とし、胚盤胞補完法を用いて子宮欠損ラット体内にマウス幹細胞由来子宮を作製し、そこにマウス胚を移植し、ラット母体内でのマウス胎子の発生を試みる。異種母体内で移植胚と同種の子宮を作製することができれば、異種母体を利用した個体作出システムの構築に大きく近づくと考えられる。また、本研究が進めば、産子作出に同種母体が必要なくなることから、個体の確保が困難な絶滅危惧種やすでに絶滅した種の近縁種を用いることによる“代理異種母出産"が可能となる。本年度は、子宮欠損ラットモデルの作製を目指し、マウスで子宮欠損が報告されているDach1, Dach2遺伝子変異をCrispr-Cas9システムを用いて誘導した。エレクトロポレーション法を用いてラット受精卵に遺伝子変異を誘導したところ、Dach1, 2ともに遺伝子変異が誘導され、それぞれの遺伝子について変異個体を作製した。次に、変異個体の表現型を確認したところ、Dach1,2ともに既に報告されているマウスと類似した表現型を示した。現在、これらの遺伝子変異ラットについてコロニーを拡大するとともに、それぞれの変異を持ったラットを交配することにより、両遺伝子変異を持ったラットを作製中である。以上より、今年度は二つのラット遺伝子について変異個体を作製し、その表現型を調べた。ラットではこれらの遺伝子変異について報告はされておらず、新規の知見であるので、詳細に解析し報告する予定である。本研究の進捗状況として、本研究全体を通して必要である2種類の遺伝子変異ラット個体を作製することに成功し、さらにその表現型がおよそ予想通りの結果であったことから、順調に進んでいるといえる。また、マウスでは報告されていない興味深い表現型も確認されており、これからの発展が期待できると考えられる。本研究では遺伝子変異個体を作製することが、最も時間がかかると予想されていたので、これらを含めると、当初の計画以上に進展していると考えられる。今後の研究の推進方策として、得られた遺伝子変異ラットを交配させ、Dach1,2両方の遺伝子変異を持ったラットを作製し、子宮欠損が起きるか確認するとともに、胚盤胞補完法を用いて、子宮欠損胚に挿入した幹細胞により欠損子宮の補完を試みる。今年度は、遺伝子編集ラットを作製して以降、本ラットのコロニー拡大および表現型解析を行っていた。ラットが交配し次世代が交配可能になるまえ、約3か月かかり、2,3世代にわたり遺伝子型および表現型に再現性があるか確認していたため、次年度使用額が生じた。次年度では、作製した遺伝子変異ラットを用いて子宮欠損ラットを作製し、子宮が欠損しているかの確認を組織切片にて行うとともに、ラット子宮欠損胚の採卵、マウス胚性幹細胞の培養と子宮欠損胚への挿入、子宮補完ラットの解析等を行う予定であり、高額な培養液や抗体が必要であることから、これらを次年度使用額を用いて購入する。
無限次元局外母数がセミパラメトリック推定量に与える影響

有限次元のベクトルと無限次元の関数という2種類のパラメータを持つセミパラメトリック統計モデルにおいて、無限次元のパラメータが既知の場合の方が、無限次元のパラメータが未知で推定する必要のある場合よりも有限次元パラメータベクトルの推定量の分散が小さくなるという逆説的な現象がおこることを理論的に予測し、その分散の逆転がおこる必要十分条件と一つのわかりやすい十分条件を導き出した。本研究は無限次元の局外母数があるセミパラメトリック推定量で局外母数を推定する必要がある場合のほうが局外母数が既知である場合よりも興味のあるパラメータの分散が小さくなるという逆説的な現象の解明を目的とする。本年度はセミパラメトリックに推定する前段階としてパラメトリックな統計モデルを組み立て修学行動を分析した。エジプトの小学生の修学行動に関するデータを使って、卒業するか、それとも途中でドロップアウトをするかの決定に対して学校の質が影響を与えるかどうかを統計的に検定した。モデルからの推定の結果、全国的な学力テストの結果を用い学生の学力をコントロールし、また親の所得、兄弟の数などコントロールした結果、同じ初期能力、同じ生活条件を持つ場合、卒業時により高い学力を得られる可能性のある小学校の方がドロップアウトの率低くなることが検証できた。このことは、エジプトのような発展途上国で小学校を卒業するまで続けるか、途中でやめてしまうかを経済的な合理性によって決定いることを意味する。本研究の目的は、無限次元の局外母数を推定する必要がある場合の方が、無限次元の局外母数がわかっている場合よりも興味があるパラメータの推定量の分散が小さくなるという不思議な現象を解明する。この推定量の分散の逆転現象を分析する既存の研究では、局外母数が有限次元の場合のみを対象にしていた。本研究ではそれを、無限次元の場合にまで拡張しノンパラメトリックに関数を推定する必要のあるセミパラメトリックモデルにおいても適応可能なものとする。本年度はこの現象が起きる理論的な分析を行い、この現象が発生するための必要条件とわかりやすい十分条件を導出し学術誌に発表をした。本研究は、この無限次元の局外母数を推定する必要がある場合の方が、無限次元の局外母数がわかっている場合よりも興味があるパラメータの推定量の分散が小さくなるという不思議な現象を解明する。近年、密度関数のノンパラメトリック推定量、回帰関数のノンパラメトリック推定量という無限次元の局外母数を持つセミパラメトリック推定量が数多く開発されてきた。その中で、直感とは反することであるが、無限次元の局外母数を推定した方が、局外母数がわかっている場合よりも興味のあるパラメータの推定量の分散が小さいという分散の逆転が見いだされてきた。本研究ではそれを、いままで有限次元の場合のみを考えていたものを、無限次元の場合にまで拡張しノンパラメトリックに関数を推定する必要のあるセミパラメトリックモデルにおいても適応可能なものとすることを目標とする。21年度は分散の逆転が起こる十分条件をセミパラメトリックサブモデルの局外母数のスコアで張られる接平面(tangent space)と興味のあるパラメータのinfluence functionの関係で表し、分散の逆転が発生する必要十分条件を導出した。22年度は分散の逆転が起こることが知られているセミパラメトリックモデルがすべて21年度に得た十分条件を満たしていることを示した。
食物繊維による小腸上皮細胞上グルカン受容体シグナルを介した抗炎症機構の解析

レンチナンによる抗炎症機構を明らかにすることを目的として研究を行った。レンチナン経口投与したDSS腸炎モデルにおいて、Dectin-1KOマウスでは抗炎症効果は認められなかった。さらに野生型マウス腸上皮細胞のTNFR1発現量は減少したのに対して、Dectin-1KOマウスでは減少は認められなかった。以上の結果から、レンチナンの炎症抑制効果は、Dectin-1を介して認識され、最終的にTNFR1 mRNA発現量を制御することによって抗炎症効果を誘導している可能性が示唆された。レンチナンは、シイタケ子実体に含まれるβ-1,3;1,6構造を持つβ-グルカンであり、宿主介在性による免疫賦活能によって抗腫瘍効果を持つことが報告されている。レンチナンが、in vitro腸管炎症モデル系およびin vivoデキストラン硫酸ナトリウム(DSS)誘発性腸炎マウスモデルにおいて抗炎症効果を持つことが明らかとなっている。しかしながら、腸管においてどのようにレンチナンが認識されるのかについては不明である。そこで本研究では、in vitroおよびin vivo実験を用いた腸管でのレンチナナン認識機構、およびレンチナンの抗炎症効果との関連性を検討した。先ずβグルカン受容体として知られているDectin-1およびトル様受容体2(TLR2)に着目し、抗Dectin-1あるいはTLR2抗体をin vitro腸管炎症モデル系の小腸上皮細胞側(Caco-2細胞)に前処理した後、リポポリサッカライド(LPS)による刺激を行い炎症状態下での抗炎症効果を検討したところ、Dectin-1処理区でのみ有意な抑制が認められた。一方、TLR2に関してはその効果は認められなかった。さらに、in vivoでも確認するため、Dectin-1 KOマウスを用いたDSS誘導腸炎モデルマウスを行った。その結果、Wild型ではレンチナンによる抑制が認められたのに対して、KO型ではその効果は予想通りキャンセルされた。以上の結果から、レンチナンによる抗炎症効果は、腸上皮細胞に発現しているDectin-1を介して引き起こされることが明らかとなった。免疫担当細胞である樹状細胞は、貪食能を有し初期免疫に関わるのと同時に、未分化のT細胞に抗原提示を行うことによりエフェクター細胞へと分化誘導し、獲得免疫へと繋げる重要な役割を持つ。炎症性腸疾患においては、マクロファージの他、腸管粘膜の樹状細胞でも異常な活性化を起こすことが知られている。本研究では、腸管粘膜の樹状細胞に対する食品成分の影響を評価するために、in vitro実験系の構築を試みた。マウス骨髄より前駆細胞を採取し、GM-CSFおよびIL-4存在下で培養、樹状細胞表面マーカーであるCD11cに対する抗体を用いて分離することにより樹状細胞を得た。小腸上皮様Caco-2細胞および樹状細胞をトランズウェルを用いて共培養を行い、樹状細胞側にLPSを添加した。その結果、樹状細胞よりTNF-&#61537;産生およびIL-12p40 mRNA発現の亢進がみられた。また、Caco-2細胞においては、IL-8 mRNA発現の亢進が認められた。一方、炎症性腸疾患の経口治療薬であるブデソニドを処理すると、樹状細胞およびCaco-2細胞における上記の炎症性応答は有意に抑制された。これらの結果から、樹状細胞を用いたin vitroにおける腸管炎症モデルを確立した。昨年度までの研究で、レンチナンは大腸上皮細胞のTNFR1を減少させることでDSS大腸炎を抑制していることが明らかとなっていたが、今回の実験結果ではレンチナンは大腸だけでなく小腸にも作用してDSS大腸炎を抑制していることが明らかとなった。さらにレンチナンは回腸でのTh1型の免疫応答を増強していることも明らかとなった。しかし、この回腸での変化がどのようにしてDSS大腸炎の緩和につながるのかはまだ不明であるが、DSS大腸炎はTh2型の腸炎とされていることや、レンチナンの経口摂取によって結腸でもIFN-γmRNA発現が増加傾向にあったことを考慮すると、回腸で増強されたTh1型の免疫応答が何らかの形で結腸にも伝わり、Th2型の免疫応答を抑制したことでDSS大腸炎が緩和したのではないかと考えられた。また、回腸と結腸の連動については、回腸のパイル板で誘導されたヘルパーT細胞が結腸に遊走するという報告があることから、Th1細胞の遊走が関与している可能性が考えられた。次に、レンチナンがどのようにして回腸の樹状細胞に直接作用することができるのかに関しては、レンチナンと同じようなβグルカンがパイエル板のM細胞を介して取り込まれることや、管腔側に突起を伸ばす樹状細胞によって直接補足されることが報告されていることから、レンチナンも同じような経路を介している可能性が考えられた。食品化学今年度の研究目的であったシイタケ中に含まれる機能性多糖レンチナンを認識する受容体が、小腸上皮細胞に発現しているDectin-1であることをDectin-1KO

マウスを使うことで明らかにした。平成24年度の研究目標である樹状細胞を用いた共培養系の構築を行い、その有効性についても経口治療薬であるブデソニドを処理することによって、小腸上皮細胞様株価細胞であるCaco-2細胞からのケモカインIL-8産生を抑制されることを明らかにし実証した。レンチナンによる抗炎症効果は、腸上皮細胞上に発現しているDectin-1によって認識されたレンチナンが基底膜側に発現している腫瘍壊死因子(TNF)ーα受容体1(TNFR1)量を減少させるためであるが、どうしてTNF-αを認識するTNFR1が基底膜側で減少するのかを明らかにする。また、TNFR1がどのようにして基底膜側から消失していっているのかを可視化するためにGFPとのフィージョンタンパクをCaco-2細胞中に発現させて、共焦点顕微鏡下で観察することで明らかにする。IBDを抑制できる食品因子として期待できるレンチナンを認識する受容体を明らかにすることで、小腸上皮細胞が以下にして高分子多糖類を認識するのかを明らかにし、炎症抑制機構の情報伝達経路を明らかにする。そのため、小腸上皮細胞上には受容体Toll-like receptor (TLR)110が存在しており、それぞれ特有のリガンドを認識し、自然免疫を司っている。これらの受容体のうちどの受容体を介して樹状細胞はレンチナンを認識するのかを特定するため、それぞれの受容体の抗体を中和抗体としてCaco-2細胞に処理した後レンチナンを添加し、LPS刺激下でのIL-8産生における抑制効果の打破が起こるかどうかを検討する。また、最近になってβーグルカンレセプターとして見つけられたDectin-1あるいは2についても同様に検討を行い、レンチナンを認識する小腸上皮細胞上受容体を特定する。特定できた受容体が本当に機能しているのかを確認するために、受容体をノックダウンしたCaco-2細胞を作成して、IBDプロトタイプ腸管モデルに応用し同様の実験を行う。腸管上皮細胞上に存在するレンチナン認識受容体を検討する際に、当初はTLR受容体10種類に関して検討する予定であったが、実際実験を行った結果4種類の中和抗体を用いた時点で、標的とする受容体が見つかったため、計上した金額よりも少額で研究が遂行できたため。レンチナン受容体として見つかったDectin-1をサイレンシングしたCaco-2細胞を構築して、インビボで確認された抗炎症効果をインビトロ系においてもレンチナンの抗炎症効果があるか否かを確認する予定である。具体的には、Decrin-1 shRNAを用いてDectin-1をノックダウンしたCaco-2細胞を作出し、レンチナンによる抗炎症効果がキャンセルされるかどうかを検討する。レンチナン受容体を特定するためにTLR10種類およびDectin-1の中和抗体を購入し、Caco-2細胞に処理してIL-8mRNA発現を検討する。また、IL-8mRNA発現が抑制されなかった実験からレンチナン受容体の候補としてあがったものについては、そのKOマウスを用いてDSS誘導腸炎モデルマウスを作成し、レンチナンの効果との関連性を検討し、受容体を同定する。そのために、実験動物費と今年度は計上した。
鎮静・鎮痛度指標と制御に関する検討

麻酔後回復に及ぼす区域麻酔の影響,麻酔関連薬剤投与自動制御システム開発のための制御目標としての鎮静・鎮痛度について臨床的検討を行った:大腿神経ブロック+関節周囲カクテル注入,胸部傍脊椎ブロック,腸骨筋膜下ブロック鼠径上アプローチなどの利点を明らかにした。鎮静度指標として聴覚誘発電位に基づくaepEX値,鎮痛度指標として心拍変動に基づくanalgesia/nociception indexと脈波に基づくsurgical pleth indexおよび筋電信号に基づくentropy differenceの組み合わせ,筋弛緩度指標としてTOFcuff測定値について検討し,これらの応用可能性を示した。1)麻酔後回復の検討単顆人工膝関節置換術(UKA)患者を対象に術後24時間持続大腿神経ブロックを行った患者(n=68,cFNB)と単回大腿神経ブロック+関節周囲カクテル注入法を行った患者(n=60,LIA)で術後痛,術後悪心嘔吐(PONV),関節可動域,大腿四頭筋力低下,自立歩行所用日数などを比較した。LIAはcFNBよりも,大腿四頭筋力低下が少なく,自立歩行開始が早かったが,PONV頻度は高かった。鎮痛効果,大腿四頭筋力低下には差がなかった。傍脊椎ブロックと局所浸潤麻酔を併用した全身麻酔(GA)で行った乳癌手術患者(n=29)と同併用の鎮静(MAC)で行った乳癌手術患者(n=29)の麻酔後回復および術中の低血圧発生頻度を比較した。MACの方がGAよりも麻酔後回復が早く麻酔中の低血圧発生頻度が低かった。全身麻酔下成人鼠径ヘルニア手術患者を対象に腸骨鼠径・腸骨下腹神経ブロックを超音波ガイド法(US)で行った患者(n=16)とランドマーク法(LM)で行った患者(n=17)で術後の一過性大腿神経麻痺の発症頻度を比較した。USの方がLMよりも大腿神経麻痺の頻度が低かった。2)鎮静度(痛み度)指標ならびに薬剤投与自動制御システムの検討プロポフォール全身麻酔時の鎮静度(意識消失)指標として聴覚誘発電位に基づくaepEX値を用いた場合に,実測aepEX値とプロポフォール予測効果部位濃度との間に最適な関係(麻酔中に意識消失を保証するためのaepEX値とそれに対応するプロポフォール予測効果部位濃度の感度と特異性)を与える薬物動態モデルについて検討した。プロポフォールTCIにしばしば用いられているMarchモデルやSchniderモデルよりも,Barrモデルの方が感度と特異性が高かった。1)麻酔後回復の検討病院再開発による手術室移転のため一時的にデータ取得に困難を伴った。2)鎮静度(痛み度)指標ならびに薬剤投与自動制御システムの検討病院再開発による手術室移転のため一時的にデータ取得に困難を伴った。手術室システム再構築の際,データをパソコンに落とす行程に混乱が生じ,一時的にデータが取得できなかった。aepEXモニタ電極の製造工程の不具合により,電極供給が一時的に行われなかった。既存aepEXモニタ機器が故障し,新機器購入までの間,データ取得ができなかった。1)麻酔後回復の検討超音波ガイド下胸部傍脊椎ブロックと全身麻酔またはMAC(monitored anesthesia care)とを組み合わせて手術が施行された片側乳癌手術患者を対象として,麻酔中の低血圧発症頻度と術後回復について検討した。MAC(n=29)で施行された患者では全身麻酔(n=29)で施行された患者に比べて,麻酔後回復室入室から飲水再開まで(79±34,平均±SD,vs. 99±33分)および歩行まで(77±45 vs. 109±45分)が早いこと,麻酔中の平均収縮期血圧(99±16 vs. 89±11 mmHg)が高いこと,低血圧(収縮期血圧<70 mmHg)発症エピソード(21 vs. 52%)が少なないことを明らかにした。2)鎮静度(痛み度)指標ならびに薬剤投与自動制御システムの検討心拍変動に基づくanalgesia/nociception index(ANI),脈波に基づくsurgical pleth index(SPI),筋電信号に基づくentropy difference(ED),の3つの鎮静度指標をファジィ推論により組み合わせ,新たな鎮静度指標としての可能性について検討した。整形外科手術患者9名を対象に,侵害刺激が加わっていると推定される3つの時点(ラリンジアルマスク挿入前後,術中体動時,収縮期血圧および心拍数がベースラインの>15%となる時点)を選び,それぞれの指標の感度と特異度を求め,ROC曲線下面積(AUC)を計算し比較した。3つの指標を組み合わせることにより,それぞれの指標単独よりも信頼性の高い指標が構成できる可能性が示唆された。1)麻酔後回復の検討病院再開発と手術部再開発の影響によりデータ取得が遅れているが,区域麻酔と麻酔後回復に及ぼす影響について引き続き検討を行っている。2)鎮静度(痛み度)指標ならびに薬剤投与自動制御システムの検討病院再開発と手術部再開発の影響によりデータ取得が遅れているが,鎮痛度指標(ANI,SPI,ED,心拍変動など)についてのデータを蓄積している。筋弛緩薬投与自動制御システムの開発を目指して,最近,市販された筋弛緩モニター(Tof Cuff)を用いて筋弛緩度と筋弛緩薬投与量との関係についてデータの蓄積を開始した。ICU入室予定大手術後患者を対象に持続血糖モニター(iPro2)を行い,血糖値制御の数学的モデル構築のための基礎的データを蓄積している。1)麻酔後回復の検討

単回超音波ガイド下腸骨筋膜下ブロックの従来法(鼠径部アプローチ,FIB)と新しい手技(鼠径上アプローチ, FIB-SI)で3 in 1 block(大腿神経,閉鎖神経,外側大腿皮神経の3神経とも遮断)成功率の違いについて,人工股関節/膝関節置換術患者を対象として検討した。3 in 1 block成功率はFIB-SI(n=26,73%)はFIB(n=30,37%)よりも高かった。人工股関節置換術患者を対象として,FIB-SI(n=20)とFIB(n=24)の術後痛強度と術後大腿四頭筋力回復(徒手筋力テスト)を比較した。両群間に手術当日と翌日の術後痛強度に差がなかったが,FIB-SIのほうが術中術後の鎮痛薬(フェンタニル)使用量が少なかった。手術当日では,FIB-SIのほうがFIBよりも大腿四頭筋力を低下させたが,手術翌日ではその差がなかった。支持立位所用日数にも差がなかった。2)鎮静度(痛み度)指標ならびに薬剤投与自動制御システムの検討全静脈麻酔(プロポフォール,レミフェンタニル,ロクロニウム)を受けた患者(n=11)を対象として,TOFcuff測定値(TOF数,PTC値)とロクロニウム効果部位濃度(PKモデルより計算)との関係について検討した。TOF数とPTCの変化については変化の大きさをTOF数: PTC値=1:0.38とし,PTC=0とTOF数=-0.38が等しいとした場合に最も効果部位濃度と指標変化の誤差が小さかった。推定二乗誤差は,MagorianおよびSzenohradskyモデルがWierda,AlvarezやCooperのモデルよりも小さい傾向であった。麻酔後回復に及ぼす区域麻酔の影響,麻酔関連薬剤投与自動制御システム開発のための制御目標としての鎮静・鎮痛度について臨床的検討を行った:大腿神経ブロック+関節周囲カクテル注入,胸部傍脊椎ブロック,腸骨筋膜下ブロック鼠径上アプローチなどの利点を明らかにした。鎮静度指標として聴覚誘発電位に基づくaepEX値,鎮痛度指標として心拍変動に基づくanalgesia/nociception indexと脈波に基づくsurgical pleth indexおよび筋電信号に基づくentropy differenceの組み合わせ,筋弛緩度指標としてTOFcuff測定値について検討し,これらの応用可能性を示した。1)麻酔後回復の検討麻酔後回復に及ぼす区域麻酔の術中鎮静・鎮痛度指標,麻酔後回復および術後痛やPONVなどの合併症に及ぼす影響についてのデータを蓄積する。2)鎮静度(痛み度)指標ならびに薬剤投与自動制御システムの検討鎮静度と麻酔薬投与,痛み度とレミフェンタニル投与との関連について基礎的データを蓄積する。血糖値が不安定となる大手術後患者でICUに入室する患者を対象に持続血糖モニター(iPro2)を行い,血糖値制御の数学的モデル構築のための基礎的データを蓄積する。麻酔後回復を早める可能性のある新規神経ブロック法の開発に着手する。
掘さくに伴う地圧変化の速さが岩盤等の破壊現象に及ぼす影響に関する研究

従来から行われている封圧三軸試験では、一般に、封圧(|【σ_1】|)を一定のまま軸圧(|【σ_3】|)を上げていく。したがって|【σ_3】|>|【σ_2】|=|【σ_1】|の載荷経路の条件下で試験が行われている。一方、別の載荷経路として、静水圧下から軸圧(|【σ_3】|)を下げていく、|【σ_3】|<|【σ_2】|=|【σ_1】|という載荷経路の試験法もあり、extension testと呼ばれている。前者は封圧下で一軸圧縮試験を、後者は一軸引張試験を行うことになる。しかし工学上問題となる岩石の破壊は一般に自由面を開放することに原因がある。この過程では封圧が一定で軸圧が変化する通常の封圧試験で生じる応力変化よりむしろ、封圧が減少しながら軸圧が増加する方が現実的である。このように通常の試験では【σ_3】を変化させているが、【σ_2】=【σ_1】が変化する載荷経路の方がより現実的である。岩石の変形破壊挙動はこのような載荷経路の違いにより異なってくると考えられるのでここで新たな試験法として提案したい。ひずみ速度一定のまま封圧(|【σ_2】|=|【σ_1】|)を下げていくと軸圧が変化する。この試験法をここでは減封圧試験と呼ぶことにする。本研究で新たに提案された減封圧試験による結果をまとめると以下のとおりである。1)通常の封圧試験では破壊に至らないような高い封圧下でも減封圧試験では破壊する。2)減封圧速度(-dp/dt)が低下すると最大差応力は増加し最大変形もまた増加する。3)変形に対する抵抗をエネルギー収支の観点により定義すると、減封圧試験では負のエネルギー収支、すなわち静水圧下で蓄えられた内部エネルギーで最終破壊に至ることが確認された。4)最終破壊は非常に静かで、安定なものと予測されるが、荻野凝灰岩のみの特性である可能性は残されている。
加水分解酵素を用いる新規機能性ポリエステルの合成とその応用

リパーゼ触媒を用いる脂肪族ポリエステルの合成を検討した。最初に13員環ラクトンの酵素触媒重合を詳細に調べた。酵素スクリーニングを行ったところ、Pseudomonas族のリパーゼが本重合に高活性を有していた。重合挙動は酵素種、重合温度に依存し、75°Cでの重合では分子量2万以上のポリマーが得られた。次にポリマーの末端構造制御を目的にビニルエステル存在下のラクトン類の重合を検討した。脂肪酸ビニルエステルを用いたところ、末端に脂肪酸エステル基が定量的に導入され、添加量によりポリマーの分子量を制御することができた。また、メタクリル酸ビニルの添加によりメタクリル型ポリエステルマクロモノマーが合成された。さらにセバシン酸ジビニルを添加剤に用いることにより、両末端にカルボン酸を有するポリエステルテレケリックスの合成に成功した。リパーゼ触媒によるラクトン、ジカルボン酸ジビニルエステル、グリコールの3元共重合を検討した。ラクトンには12、13、16員環ラクトン、ジビニルエステルにはアジピン酸ビニル、セバシン酸ビニル、グリコールには1、4-ブタンジオール、1、8-オクタンジオールを用いた。重合をPseudomonas族のリパーゼ存在下、イソプロピルエーテル中、60°C、3日間行ったところ、分子量5千1万2千のポリマーが得られた。NMR分析により、生成物は単独重合体の混合物ではなく、共重合体であることがわかった。
口腔癌の細胞膜脂質構造の特異性を利用したDrug Delivery System

癌化学療法において癌の組織型の違いや用いる薬剤の種類により感受性が異なることが知られている。細胞によるこれら薬剤の取込みの差は薬剤そのものの性状と細胞膜の極性によって左右させられる。そこで組織型の異なる口腔癌細胞の膜の極性を明らかにするために、初年度において、無血清培養系を用いて数種類の口腔由来扁平上皮癌細胞(SCC)、唾液線由来腺癌細胞(SAC)ならびに正常口腔粘膜上皮細胞の脂質合成能を解析するとともに細胞膜脂質組成をブライ-ダイヤー法で脂質を抽出し分析を行なった結果、SCCにおいては細胞膜脂質の80%以上はリン脂質でありその他はおもに遊離型コレステロールであることが明らかとなった。一方、SACにおいては膜脂質の大部分はトリグリセリド及び遊離脂肪酸等からなる中性脂肪であり、リン脂質は全脂質の20%以下でありSCCとSACの細胞膜脂質は大きく異なっていることが明らかとなった。したがってSCCの細胞膜の極性はSACのそれに比べて非常に高いことが明らかとなった。次年度においては、無血清培養法を用いて、BLM、PLM、CDDPならびにCDBCAなどの各種癌細胞における取り込みと抗腫瘍効果を検討した結果、極性の高いブレオマイシンやペプロマイシンはSACと比べてSCCに対して高い取り込みと抗腫瘍効果を示した。一方、極性の低いシスプラチンやパラプラチンはSCCに対するよりもSACに対して高い取り込みと抗腫瘍効果を示した。このように種々の抗癌剤の抗腫瘍効果は細胞膜の脂質組成(極性)を反映していることが明らかとなった。したがって癌細胞の膜の脂質組成と同じ組成の脂質と抗癌剤との複合リポゾームを作製することにより、感受性の低い細胞に対しても高い抗腫瘍効果を得ることが可能となり、また副作用を軽減することが出来ると考えられる。我々は、口腔由来扁平上皮癌細胞と唾液腺由来腺癌細胞の種々の抗癌剤に対する感受性に大きな差があること、さらにその差は膜の受動輸送による抗癌剤の細胞内への取り込み能の差を反映していることを明らかにしてきた。これら癌細胞における薬剤の取り込みの差は細胞膜の脂質構造の違いに基づく細胞膜の疎水性の差を反映していると考えられる。そこで脂質を含まない無血清培養系を用いて口腔由来扁平上皮癌細胞、唾液腺由来腺癌細胞、口腔粘膜由来正常上皮細胞の培養を行いその脂質組成並びに脂質合成能の検索を行い以下の結果を得た。1.扁平上皮癌細胞の全細胞画分と膜画分の脂質組成は、両画分とも全脂質の70%以上がリン脂質であった。一方、口腔粘膜由来正常上皮細胞、唾液腺由来腺癌細胞では両画分とも全脂質の50%以上がトリグリセリドと遊離コレステロールを中心とした中性脂質であった。2.扁平上皮癌細胞においては合成された脂質の75%以上はリン脂質であった。一方、唾液腺由来腺癌細胞においては、合成された脂質の50%以上は遊離コレステロールとトリグリセリド等の中性脂質であった。3.正常上皮細胞の分化にともない、中性脂質のうち特に遊離コレステロールの合成能が上昇した。これらの結果から、扁平上皮癌細胞と唾液腺由来腺癌細胞の脂質組成と脂質合成能は大きく異なり、扁平上皮癌細胞の膜の脂質組成は腺癌細胞のそれに比べて疎水性がより高いことが考えられた。したがって、親水性の制癌剤であるシスプラチンや5-FUは扁平上皮癌細胞には取り込まれにくいといういままでの研究結果をうら付けるものである。

昨年度においては細胞が本来持つ脂質合成能を検討するために、無血清培養系を用いて数種類の口腔由来扁平上皮癌細胞(SCC)、唾液線由来腺癌細胞(SAC)ならびに正常口腔粘膜上皮細胞の脂質合成能を[^<14>C-酢酸]の脂質画分への取込みを指標として解析するとともに細胞膜脂質組成をブライーダイヤー法で脂質を抽出し分析を行なった。その結果、SCCにおいては細胞膜脂質の80%以上はリン脂質でありその他はおもに遊離型コレステロールであることが明らかとなった。一方、SACにおいては膜脂質の大部分はトリグリセリド及び遊離脂肪酸等からなる中性脂肪であり、リン脂質は全脂質の20%以下でありSCCとSACの細胞膜脂質は大きく異なっていることが明らかとなった。またこれら細胞の脂質合成能も膜の脂質組成を反映していた。したがってSCCの細胞膜の極性はSACのそれに比べて非常に高いことが明らかとなった。本年度においては、無血清培養法を用いて、BLM、PLM、CDDPならびにCDBCAなどの各種癌細胞における取り込みと抗腫瘍効果を検討した。その結果、極性の高いブレオマイシンやペプロマイシンはSACと比べてSCCに対して高い取り込みと抗腫瘍効果を示した。一方、極性の低いシスプラチンやパラプラチンはSCCに対するよりもSACに対して高い取り込みと抗腫瘍効果を示した。このように種々の抗癌剤の抗腫瘍効果は細胞膜の脂質組成(極性)を反映していることが明らかとなった。したがって今後in vivoにおいて各癌細胞の膜の脂質組成と同じ組成の脂質と抗癌剤との複合リポゾームを作製することにより、感受性の低い細胞に対しても高い抗腫瘍効果を得ることが可能となり、また副作用を軽減することが出来ると考えられる。
血管内治療のためのｉｎ　ｖｉｖｏ流体構造連成解析システムの開発

腹部大動脈瘤のステント手術後のステントずり上がりに着目し,1)医用画像解析,2)構造解析・実験,3)血管内治療シミュレータ構築の3つのテーマに取り組んだ.1)は,GUIを搭載した医用画像モデリングシステムV-modelerを構築し,曲率や捩れ率等のパラメータより,形状の経時変化を評価した.2)は,実際のステントを用いて曲げ剛性の測定実験を行い,同条件下での解析と比較検討した.3)は,2)の実験結果をもとに,体内の力学条件を考慮した初期屈曲角度と脈動の繰り返し内圧負荷を模擬した条件下で血管壁とステントの動解析を行い,血管壁とステントの変形特性の違いがステントの移動に及ぼす影響を検証した.本研究は、腹部大動脈瘤のステントグラフト血管内治療を対象に、医用画像や計測データから得られた患者個別の情報をもとにin vivoな血流と血管壁およびステントの相互作用を考慮した流体構造連成解析を行うことにより、患者個別に対応した血管内治療を提案することのできるシステムの開発を目的としている。研究は大きく分けて1)医用画像解析、2)構造解析・実験、3)血管内治療シミュレータの構築、の3テーマから成り、最終的にそれらを統合することにより、血流の脈動が血管壁とステントに与える力学的な刺激を解析し、ステントのずり上がりなどを予測できるin vivoシミュレーション・システムを構築する。本年度は各テーマの基礎となる研究を進め、1-1)血管形状のパラメータ化においては、CT画像から得た脳血管網の3次元形状を細線化することにより、分岐位置や血管の長さ、径を定量的にパラメータ化することに成功した。また、複雑に入り組んだ血管網を使用者に分かりやすく見せるための3次元ビューアを開発し、さらに血流解析結果のデータを載せることで術前術後の比較なども容易に行える機能を追加した。2-1)血管壁とステントの動解析については、構造解析ソフトABACUSを用いて血管壁と挿入したステントの接触動解析を行い、ステント留置術後に起こりやすいステントのずり上がり現象の再現を試みた。現段階では文献より得られたステントの形状情報や応力-ひずみ関係を用いて解析を行っているが、実際の症例とはまだ差異が大きく、ステントの特性を実験により得る必要性が明らかとなった。3-1)腹部大動脈の血流解析においては、術前術後の血管形状に対して内製の血流解析プログラムを用いて解析を行った。全身循環を考慮した0次元-1次元モデルおよび、抹消血管モデルとの組み合わせにより、さらにin vivoな状況下での血行動態の解析を試みた。本研究は、腹部大動脈瘤のステントグラフト血管内治療を対象に、医用画像や計測データから得られた患者個別の情報をもとにin vivoな血流と血管壁およびステントの相互作用を考慮した流体構造連成解析を行うことにより、患者個別に対応した血管内治療を提案することのできるシステムの開発を目的としている。2年目の平成25年度は、脈動する血流を想定した流体構造連成解析のフレームワークのもと、研究項目1-2)血管形状変形の時間的・空間的な追跡方法の開発、2-2)ステントの動的力学特性実験、3-2)流体構連成解析の高速化・3-3)血流の血管壁とステントに与える影響を考慮した流体構造連成解析の開発を行った。1-2)血管形状変形の時間的・空間的な追跡方法の開発においては、エネルギー関数を最小化して境界面を推定するSnakesの理論を4次元(空間+時間)に拡張することで実現した。2-2)ステントの動的力学特性実験においては、解析に必要なステントの材料モデルを得るために、実際の治療に用いられているステントを用いて動的力学特性実験を行った。3-2)流体構連成解析の高速化においては、昨年度に引き続き、強連成に基づく有限要素法の流体構造連成解析プログラムの開発を行い、高速化を実現するためのコードの再編を果たしており、現在、3-3)血流の血管壁とステントに与える影響を考慮した流体構造連成解析の開発に進みつつある段階である。3年目の平成26年度は、2年目までに進めてきた研究項目1-2)血管形状変形の時間的・空間的な追跡方法の開発、2-2)ステントの動的力学特性実験、3-2)流体構連成解析の高速化・3-3)血流の血管壁とステントに与える影響を考慮した流体構造連成解析の開発に対し、より現実に近いモデルの導入やパラメータを振っての解析を主に行った。

次に、2-2)で得られたステントの動的応力ーひずみ関係から同定した材料モデルと材料定数を用いて、2-3)血管壁とステントの動解析に取り組んだ。具体的には、境界条件や接触条件を検討し、初期屈曲角度と脈動の繰り返し内圧負荷を模擬した条件下での血管壁とステントの動解析を行い、血管壁とステントの変形特性の違いがステントの移動に及ぼす影響を検証した。本研究は、腹部大動脈瘤のステントグラフト血管内治療を対象に、医用画像や計測データから得られた患者個別の情報をもとにin vivoな血流と血管壁およびステントの相互作用を考慮した流体構造連成解析を行うことにより、患者個別に対応した血管内治療を提案することのできるシステムの開発を目的としている。研究は大きく分けて1)医用画像解析、2)構造解析・実験、3)血管内治療シミュレータの構築、の3テーマから成り、最終的にそれらを統合することにより、血流の脈動が血管壁とステントに与える力学的な刺激を解析し、ステントのずり上がりなどを予測できるin vivoシミュレーション・システムを構築する。最終年度となる平成27年度は、今までに進めてきた研究項目2-2)ステントの動的力学特性実験、2-3)血管壁とステントの動解析の結果を元に、3-3)血流の血管壁とステントに与える影響を考慮した流体構造連成解析の開発を行い、最終的な評価として1-3)の臨床からの結果考察を行った。流体構造連成解析においてはステントの動解析において、ずり上がり現象の原因として脈動による繰り返し内圧負荷だけでなく、側屈による影響も新たに検討し、屈曲角度が大きくなる方向に側屈を行うことによりステントグラフトのずり上がりが生じることが示された。また、臨床からの結果考察として、1-2)で開発した血管形状変形の時間的・空間的な追跡方法を用いて、ずり上がり量の定量的計測を行うとともに、血管中心線の曲率やねじれ率などの微分値を用いて、ずり上がり現象との相関を検証した。腹部大動脈瘤のステント手術後のステントずり上がりに着目し,1)医用画像解析,2)構造解析・実験,3)血管内治療シミュレータ構築の3つのテーマに取り組んだ.1)は,GUIを搭載した医用画像モデリングシステムV-modelerを構築し,曲率や捩れ率等のパラメータより,形状の経時変化を評価した.2)は,実際のステントを用いて曲げ剛性の測定実験を行い,同条件下での解析と比較検討した.3)は,2)の実験結果をもとに,体内の力学条件を考慮した初期屈曲角度と脈動の繰り返し内圧負荷を模擬した条件下で血管壁とステントの動解析を行い,血管壁とステントの変形特性の違いがステントの移動に及ぼす影響を検証した.当初の研究計画である、1)医用解析、2)構造解析・実験、3)血管内治療シミュレータ構築の3テーマは概ね順調に計画にしたがって進んだといえる。特に、3年目終了の現時点において、1)は血管形状のパラメータ化および時系列変化を追跡する手法を開発した。医学系Journalに論文発表を行った。2)についてはステントの力学的特性を調べるための実験を行った。また、形状とずり上がりの力学的特性を精査するために簡易モデルを構築し、解析を行った。心臓による拍動の影響および体の側屈による血管変形の影響について解析を行った。3)については複数の症例に対して解析を行っている。シミュレータの構築のための症例の整理がまだ完了していない。しかし、1年延長することにより、完了する予定である。27年度が最終年度であるため、記入しない。
クロスカントリースキー滑走動作におけるパフォーマンス分析

2012年度には,クロスカントリースキー競技における最大努力中のサイクル特性,滑走動作および滑走中のポール・ローラースキー反力について明らかにした.また,滑走動作および力が疲労の影響に伴って変化することを明らかにした.2013年度には,トレッドミルにおけるローラースキー滑走中のクロスカントリースキー選手の心拍数,酸素摂取量を示した.さらに,滑走中の仕事量が負荷の増大によって増加することを明らかにした.本研究の目的は、クロスカントリースキー競技を対象とし、滑走中の動作および力がパフォーマンスに与える影響について明らかにすること、滑走中のバイオメカニクス的指標と生理学的指標の変化とパフォーマンスとの関係について明らかにすることであった。様々な走法や条件下滑走中のポールおよびスキー板反力測定と映像解析、心拍数、血中乳酸濃度および酸素摂取量を測定した。滑走中の動作および力がパフォーマンスに与える影響については、V2スケーティング走法において、推進力に対する上肢と下肢の貢献は同程度であること、滑走速度の増加に伴いポールおよびスキー反力が増加すること、スキー反力曲線は二峰性を示すが滑走速度の増加に伴って二峰性が顕著になることが明らかとなり、滑走速度を高めるためには、ポールおよびスキー反力を高め、明確な二峰性の力発揮を行う必要がある。さらに二峰性力発揮の極致ともいえるフライト局面を意図的に発生させる指導によって、選手のパフォーマンスが向上することが示唆された。ダブルポーリング走法において滑走中の疲労の影響による動作と力の変化を検討した結果、疲労の影響によって下肢の動作が制限され、推進力となるポール反力が減少することが明らかとなった。このことは、ダブルポーリング走法においても滑走速度を高めるためには下肢の動作が重要であることを示している。滑走中のバイオメカニクス的指標および生理学的指標の変化とパフォーマンスとの関係については、負荷の増加に伴い、心拍数、酸素摂取量および血中乳酸濃度が増加することが示された。また、クラシカル走法の滑走中は、負荷の増加に伴い、ポール反力が増加し、ダブルポーリング走法からキックダブルポーリング走法、さらにダイアゴナル走法へと走法が変化することが示された。ダイアゴナル走法はキックダブルポーリング走法と比較して、機械的効率が低い傾向にあることが示唆された。2012年度には,クロスカントリースキー競技における最大努力中のサイクル特性,滑走動作および滑走中のポール・ローラースキー反力について明らかにした.また,滑走動作および力が疲労の影響に伴って変化することを明らかにした.2013年度には,トレッドミルにおけるローラースキー滑走中のクロスカントリースキー選手の心拍数,酸素摂取量を示した.さらに,滑走中の仕事量が負荷の増大によって増加することを明らかにした.本研究の最終的な目的は、クロスカントリースキー滑走中の体力および技術を同時に計測することによって、競技パフォーマンスの変化を検討するものである。そのために初年度となる2011年度には、同時計測のための準備段階として2つの実験を実施した。まず、7名の男子被験者を対象に、専用トレッドミル(ベルテック社製)上においてローラースキーを用いて、3分毎に速度および傾斜のいずれか、あるいは両方を増加させる漸増負荷試験を行い、運動生理学的データを計測した。滑走中の走法は選手に最も滑走しやすい走法を選択させた。滑走中の心拍のR-R間隔は、ハートレートモニター(RS800、ポラール社製)を用いて計測した。また、滑走中の酸素摂取量は、Mijnhardt社製Oxiconを利用し、呼気ガス交換諸量のデータを出力した。さらに、血中乳酸濃度は、3分毎の各ステージ終了時に、ラクテート・プロ(アークレイ社製)を用いて測定した。その結果、負荷の増加に伴い、心拍数、酸素摂取量および血中乳酸濃度の増加が認められた。次に、2名の男子被験者を対象に、専用トレッドミル(ベルテック社製)上においてローラースキーを用いて、3分毎に速度および傾斜のいずれか、あるいは両方を増加させる漸増負荷試験を行い、運動力学的データを計測した。計測に当たり、2名のうち、1名はダイアゴナル走法を、もう1名はダブルポーリング走法を用いて実施させた。滑走中のポール反力は、キスラー社製フォーストランスデューサーを、選手のポール下部に専用の治具によって固定し、鉛直方向の反力を検出した。測定の結果、負荷の増加に伴い、ポール反力の増加が認められた。クロスカントリースキー滑走中の同時計測では、各機器がすべて正確に測定できる必要があり、それらの環境を設定するのに準備を要した。2011年度内にすべての測定機器をトレッドミル上で稼働できるよう、設定できたことによって、同時計測の準備が整った。運動生理学的データおよび運動力学的データの同時計測を実施し、体力及び技術がどのように変化してパフォーマンスに影響を及ぼすのかを明らかにする。すでに研究環境の整備が整ったため、主に被験者の謝金、消耗品等に充てる。
含意をもつファジイ代数の構造について

ファジイ部分集合のなす代数、すなわち、ファジイ代数について公理的に取り扱った研究は数多くあるが、そのほとんどが積、和、そして数少ないが、否定の演算を持つものである。含意をもつ代数についての研究は、ほとんどなされていない。含意をもつファジイ代数は、いわゆるファジイ推論には欠かせないにも関わらず、多くのファジイ推論では含意が他の演算子から定義できるときにしか考察されていない。これでは、ファジイ代数は本質的に3値であることから、もし積、和、否定のみで含意が定義されていれば、ファジイ代数3における積(あるいは和)と否定についての解釈ですべての演算に関することが決定されてしまい、ファジイ推論の有効性が損なわれる。したがって、本研究ではファジイ代数に対して他の演算子から独立であるような含意演算子について考察した。すなわち、含有演算子をある公理系を満たす演算子として定義し、最も簡単なファジイ代数3において、以下のことを示した。(1)含意の解釈が一意的に決まる;(2)他の演算子からは独立である;(3)本来のファジイ代数である1^xの中に(1)、(2)を満たす含意のモデルが存在する。
硫化ニッケル電極とコアーシェル構造光半導体電極を用いた新規色素増感太陽電池開発

クリーンで無尽蔵な太陽光の有効利用は、CO2排出量削減や持続可能な低炭素社会実現に不可欠であり、低価格で高効率な太陽電池の開発が望まれている。色素増感太陽電池は低価格、大面積でフレキシブル、カラー化が可能などの特長を有しており、次世代太陽電池として有望である。高効率化のためには、表面積が大きく、かつ電子寿命が高い光半導体電極合成と白金対極に変わる安価で高い触媒機能を有する材料の開発が課題である。2018年度は(1)水熱合成法による窒素添加グラフェン膜上Ni-Mo-S (Ni-Mo-S@NG)、窒素添加グラフェン膜上Cu-Mo-S (Cu-Mo-S@NG)、窒素添加グラフェン膜上Co-Mo-S(Co-Mo-S@NG)結晶合成と(2)形状、サイズ、構造、光吸収特性、発光特性、電子状態、触媒効果等の特性評価及び(3)色素増感太陽電池特性を調べた。Ni-Mo-S@NGは電気化学特性の酸化ピーク電圧と還元ピーク電圧の差(382 mV)が白金(450 mV)やCu-Mo-S@NG (421 mV)よりも小さく、触媒効果が高いことが示された。また、市販のニ酸化チタン(P25)を光半導体電極、N719色素を用いて、これらを対極とした色素増感太陽電池を作製し、光電変換効率を測定した結果、Ni-Mo-S@NGを用いた場合の変換効率は2.85 %、Cu-Mo-S@NGを用いた場合は2.62 %であり、白金(2.41 %)と同程度の値が得られた。さらに、エチレンジアミンを被膜剤とし、Co-Mo-S@NGフラワー構造結晶を合成し、触媒効果および光電変換効率を測定した。光電変換効率は1.12 %であり、Ni-Mo-S@NGやCu-Mo-S@NGと比べ低い値であった。これは、Co-Mo-S結晶下地のグラフェンの欠陥が高いことが要因であった。本研究は、窒素添加グラフェン膜上へそれぞれNi-Mo-S、Cu-Mo-S、Co-Mo-S結晶を合成し、白金の代替材料としての可能性を明らかにした。2016年度は、ホット注入法を用いて、還元酸化グラフェンシート(rGO)上に硫化ニッケルナノ結晶を合成した。溶媒としてオレイルアミンのみを用いた場合と混合溶媒(オレイルアミン、オレイル酸、オクタデシン)を用いた場合の比較を行った。オレイルアミンのみを用いた場合、単相の硫化ニッケルナノ結晶合成が困難であったが、混合溶媒を用いることで、単相化に成功した。有害な4-ニトロフェノール溶液にNiSのみ、rGO/NiS, rGO/Ni3S4ナノ結晶をそれぞれ混合し、有害な4-ニトロフェノールに還元する効果を調べた結果、rGO/NiSが最も反応性が高いことが示された。還元酸化グラフェンは4-ニトロフェノールを吸着するサイトが多く、またNiS粒子サイズが小さいため、表面積が高く、還元反応が促進した。また、クエン酸を皮膜材として用い、水熱合成法で大きさの揃った硫化モリブデン(MoS2)ナノシートを合成した。メチレンブルーにMoS2ナノシートを混入し、光触媒作用を調べた結果、クエン酸0.04モルの場合24分で完全に分解できることが示された。さらにPHの効果を調べた結果、PH12では2分間に96%のメチレンブルーが分解できることがわかった。テンプレートとしてチタニウムテトライソプロポオキサイド(TTIP)を用いて表面積が221.52 m2g-1のメゾポーラス酸化チタンナノ結晶の合成に成功した。これらの粉末を、アセトンとエタノールに混合し、スプレー法で半導体電極を形成し、色素増感太陽電池を作製した。N719色素で8.92 %、D205色素で9.02 %の変換効率を得た。光電変換測定とインピーダンス測定により、メゾポーラス酸化チタンナノ結晶は有効に光を吸収し、80 %以上の変換効率を示すことが示された。溶媒としてオレイルアミンのみを用いた場合と混合溶媒を用いた場合の触媒作用の比較を行った。これは2017年度の研究計画であったが、1年前倒しで達成した。色素増感太陽電池(DSSC)は低価格、大面積でフレキシブル、カラー化が可能などの特長を有しており、次世代太陽電池として有望であるが、さらなる低価格化と光電変換効率向上が課題である。課題は、白金被覆フッ化物添加酸化スズ電極の代替電極の開発と効率的な光吸収と電子移動を有する光半導体電極の作製である。本研究の目的は、DSSCの対極として利用できる新規触媒の開発である。2017年度は触媒効果を有する様々な材料の開発を行った。水熱合成法を用いて、カーボン系材料を添加したメゾポーラス二酸化チタン(TiO2)を合成した。これを光陽極とし、N719色素を用いて色素増感太陽電池を作成し、特性評価した。市販のP25(TiO2)を用いた場合の光電変換効率は2.4 %であったが、5.4 %に向上した。これは、カーボン系材料を添加により、色素吸着が大きくなり、かつ励起電子と色素との再結合が抑制され、寿命が長くなったためである。

また、有機皮膜材としてクエン酸を添加し、合成時間を5、15、25、45時間と変化させた。15時間合成した粒径14 nmのメゾポーラスTiO2を用いてDSSCを作製した結果、光電変換効率7.66 %が得られた。さらに、バンド構造が異なるTiO2/ ZnS、MoS2/ZnS及びCuS/ZnSナノ複合体合成に成功し、ナノ複合体の構造・光学的特性評価及びメチレンブルー(MB)色素を用いて光触媒効果を調べた。これらの中で、CuS/ZnSは紫外ー可視光を吸収できることや光励起した電子と正孔が分離するため、高い光触媒効果を示すことを明らかにした。カーボン系材料を添加したメゾポーラス二酸化チタンナノ結晶合成に成功し、市販のP25(TiO2)を用いた場合よりも光電変換効率の向上を確認した。変換効率向上の要因として、カーボン系材料を添加による色素吸着の増大及び励起電子と色素との再結合の抑制を明らかにした。クエン酸を有機皮膜材として用いてメゾポーラス二酸化チタンナノ結晶合成に成功し、光電変換効率7.66 %を得た。さらにTiO2/ ZnS、MoS2/ZnS及びCuS/ZnSナノ複合体合成に成功し、CuS/ZnSの組み合わせにより光触媒効果の向上が得られた。要因として吸収波長領域の拡張と電子ー正孔の分離が大きく寄与していることを明らかにした。これらは、新しい触媒の開発に関する成果である。クリーンで無尽蔵な太陽光の有効利用は、CO2排出量削減や持続可能な低炭素社会実現に不可欠であり、低価格で高効率な太陽電池の開発が望まれている。色素増感太陽電池は低価格、大面積でフレキシブル、カラー化が可能などの特長を有しており、次世代太陽電池として有望である。高効率化のためには、表面積が大きく、かつ電子寿命が高い光半導体電極合成と白金対極に変わる安価で高い触媒機能を有する材料の開発が課題である。2018年度は(1)水熱合成法による窒素添加グラフェン膜上Ni-Mo-S (Ni-Mo-S@NG)、窒素添加グラフェン膜上Cu-Mo-S (Cu-Mo-S@NG)、窒素添加グラフェン膜上Co-Mo-S(Co-Mo-S@NG)結晶合成と(2)形状、サイズ、構造、光吸収特性、発光特性、電子状態、触媒効果等の特性評価及び(3)色素増感太陽電池特性を調べた。Ni-Mo-S@NGは電気化学特性の酸化ピーク電圧と還元ピーク電圧の差(382 mV)が白金(450 mV)やCu-Mo-S@NG (421 mV)よりも小さく、触媒効果が高いことが示された。また、市販のニ酸化チタン(P25)を光半導体電極、N719色素を用いて、これらを対極とした色素増感太陽電池を作製し、光電変換効率を測定した結果、Ni-Mo-S@NGを用いた場合の変換効率は2.85 %、Cu-Mo-S@NGを用いた場合は2.62 %であり、白金(2.41 %)と同程度の値が得られた。さらに、エチレンジアミンを被膜剤とし、Co-Mo-S@NGフラワー構造結晶を合成し、触媒効果および光電変換効率を測定した。光電変換効率は1.12 %であり、Ni-Mo-S@NGやCu-Mo-S@NGと比べ低い値であった。これは、Co-Mo-S結晶下地のグラフェンの欠陥が高いことが要因であった。本研究は、窒素添加グラフェン膜上へそれぞれNi-Mo-S、Cu-Mo-S、Co-Mo-S結晶を合成し、白金の代替材料としての可能性を明らかにした。酢酸亜鉛と水酸化ナトリウムをイオン水に溶解させ、酸化亜鉛コア構造を作製する。その後、チタニウムテトライソプロポオキサイドを添加し、混合しながら数時間保持する。