hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
Gタンパク質共役型オーファン受容体の脂質リガンド探索と機能解析

LPA_4の生体内での機能、とくに、他の3種類のリゾホスファチジン酸受容体LPA_1,LPA_2,LPA_3との機能分担を解明するために、下記の研究を行った。なお、本年度の研究のうち、「1.LPA_4の発現分布」については、米国スクリプス研究所分子生物学講座のJerold Chun博士のもとで行った。1.LPA_4の発現分布初年度の研究では、LPA_4mRNAの発現がマウス胎児脳(E12)で特に高く、その発現量は神経発生の進行に伴い急激に減少することを、ノザンブロットと定量的PCRによって示した。そこで本年度は、さらに詳細な発現分布を知るために、マウス胎児脳のin situハイブリダイゼーションを試みた。しかし、数種類のLPA_4プローブを用意して様々な実験条件を試したものの、胎児脳にLPA_4は検出されなかった。2.LPA_4遺伝子欠損マウスの作製昨年度は、C57BL/6由来の特殊なES細胞(新潟大学脳研究所で樹立)を使ってLPA_4遺伝子組換えES細胞を樹立し、その細胞株を使ってキメラマウスを作製した。本年度は、体外受精により、C57BL/6純系のLPA_4遺伝子欠損マウスを作製した。LPA_4遺伝子はX染色体上にあるので、雌のヘテロ欠損・ホモ欠損、雄の欠損マウスが得られた。いずれのマウスにおいても、現在のところ、発生や外観、行動、生殖能力などに明らかな異常は観察されていない。
Ｓｉｍｏｎｓ　Ａｒｒａｙ実験の広視野超高感度ＣＭＢ偏光観測によるＢモード探索

本研究の目的はSimons Array実験で広視野かつ超高感度の宇宙マイクロ波背景放射(CMB)偏光観測を行い、ニュートリノ質量和やインフレーションのテンソル・スカラー比rを高い精度で測定することである。本年度はSimons Array実験の望遠鏡の1台目をチリ、アタカマ高地の観測所に建設し、試運転を経て、定常観測を開始する計画であった。しかし、日本で行われた受信機の統合試験が難航したため、チリへの輸送が10月、試運転の開始が12月となり、定常観測は開始できなかった。一方、Simons Array実験の1世代前の実験であるPOLARBEAR実験のデータを解析し、観測中に発生する偏光ノイズの原因が雲であることを明らかにした。雲は大きさ100μm程度の水滴や氷の粒からできており、それらが地面からの熱放射を散乱することで偏光ノイズを生む。本研究では、マイクロ波の偏光信号と監視カメラの画像とを比較することで、偏光ノイズの発生と雲の出現が関係していることを示した。雲が宇宙観測の邪魔になることは一見当たり前だが、これまでのCMB観測実験では見落とされていたため、学術論文として発表した。雲はSimons Arrayを含む全ての地上CMB実験にとって重大な問題となる。その対策の一つは雲を監視し、雲を見ているデータを除外する方法である。そこで、本研究では遠赤外線カメラを用いた雲監視システムを開発し、チリの観測所に設置、試験運用を開始した。また、Simons Array実験の設計段階に行った、半波長板による望遠鏡の交差偏波特性悪化に関する研究について国際学会で発表した。申請時の計画では本年度はじめにはSimons Array望遠鏡の1台目を、その半年後には2台目をチリの観測所に建設し、観測を開始する予定だった。しかし、日本で行われていた統合試験において、受信機のビーム特性の測定が難航し、その結果、1台目のチリへの輸送が半年遅れてしまった。一方、雲の偏光に関する研究がうまく進み、学術論文として発表することができた。その結果を踏まえた雲監視システムの開発も順調に進んでいる。Simons Array望遠鏡を完成させ、定常観測開始を目指す。特に、試運転の観測データの解析を即座に行い、望遠鏡に問題がないこと、あるいは詳細な解析により問題が解決できることを確認する。
膵広範切除の残膵の再生促進に関する研究

本年度は,昨年度までの研究の成果をまとめあげるため,関係各種学術集会に出席し,本研究課題の情報交換,および資料を採集した.その結果,膵広範切除の残膵の再生促進について,多大の研究成果をうることができた.なお今回, 62年9月1日付で,山口大学に転任することとなり,今後この研究課題については,残余の研究に従事し,研究成果をまとめあげることとする.膵がんをはじめ種々の膵疾患に膵広範切除が広く施行されるにつれ,術後の機能障害に対する対策が急務となっている.そのために切除後残膵の機能的,器質的再生を企て,もって術後障害を是正する必要がある.実験的にナリプシンインヒビター(以下TI)の経口投与をつづけると,フィードバック機構を介してCCKなどの消化管ホルモンが放出され,それにより正常膵は栄養効果をうけて再生肥大することが知られている.そこで,ラットを開いて85%膵切除を施行し, TI0.5mgを1mlの飲料水に混じ数週に亘り経口投与したところ,この広範切除された残膵においても膵栄養効果は発現し,膵外分泌機能もインスリン分泌機能もともに有意に是正されるのを確認した.ついで癌手術の際の神経郭清のモデルとして,上記効果が神経郭清操作によって神経支配の遮断された切除残存膵においても発現するか否かを検討した.上記85%膵切除に,単独TI投与群,迷切神経切断プラスTI投群,交感神経切除プラスTI投与群,切除以外の一切処置を加えなかった対照群の4群に細分し,術後6週目に虐殺して比較検討した.その結果上記神経遮断は膵再生促進効果になんら障害を及ぼさないことが判明した.膵がんに対し膵頭十二指腸切除をうけた患者を再建別に大別して,残脾再生を促進するとされるCCKの血中放出の状況を検討した.その結果,ビルロートI法方式再建群ではビルロートII法方式再建群よりも有意に良好なるCCK放出が行われていることが確かめられた.すなわち,再建法に工夫を加えることにより,ヒト膵切除後の残膵の再生促進が叶えられる可能性が示された.本年度は,昨年度までの研究の成果をまとめあげるため,関係各種学術集会に出席し,本研究課題の情報交換,および資料を採集した.その結果,膵広範切除の残膵の再生促進について,多大の研究成果をうることができた.なお今回, 62年9月1日付で,山口大学に転任することとなり,今後この研究課題については,残余の研究に従事し,研究成果をまとめあげることとする.膵癌をはじめ種々の膵疾患に膵広範切除が広く施行されるにつれ、術後の機能障害に対する対策が急務となっている。そのために、切除後残存膵の機能的、器質的再生を企て、もって術後障害を是正する必要がある。実験的にトリプシンインヒビター(以下T【I】)の経口投与をつづけると、ネガティヴフィードバック機構を介してCCKなどの消化管ホルモンが放出し、それにより正常膵は栄養効果を受けて再生肥大することが知られている。そこで、昨年度来ラットを用いて85%膵切除を施行し、T【I】0.5mgを1mlの飲料水に混ぜ数週に亘り経口投与したところ、この広範切除されたあとの残膵においても膵栄養効果は発現し、膵外分泌機能もインスリン分泌機能もともに有意に是正されるのを確認した。さらに癌手術の際の神経郭清のモデルとして、上記効果が郭清操作によって神経支配の遮断された種々の膵臓においても発現するか否かを檢討した。Wister系雄性ラットを用い正常膵群と85%膵切除群に2分別し、それぞれを、無処置群、単独T【I】投与群、迷走神経切断プラスT【I】投与群,交感神経切除プラスT【I】投与群の4群に細分、術後6週目に膵重量,膵DNA,RNA量,膵内蛋白量を測定し比較した。その結果、正常膵に対するT【I】の栄養効果は、迷走神経切断、交感神経切除により影響をうけないことが判明した。さらに大量膵切除後の残存膵の再生促進にも、これら神経切離は障害作用を及ぼすことはなく、逆に効果助長作用がみられるものもあった。来年度はこの神経郭清の膵再生促進作用につきさらに詳細に檢討していく予定である。
椎間板ヘルニア治療のための可溶性コラーゲンを用いた人工髄核の開発

コラーゲンを可溶化させたゼラチンを用いて人工髄核開発のための基礎的研究を行った。ゼラチン溶液は体温付近では液体状態であるので、髄核としてのゲル強度はない。我々は架橋剤(カリ明礬)をゼラチン溶液に添加してゲル化させ、髄核に近い物性を持たせること研究した。硬化したゼラチンゲルを40°Cで保存した。その40°Cにおけるゲル強度を測定した。保存期間が長くなるとゲル強度が減少し、ゲルが分解することがわかった。分解を防ぐために防腐剤を用いた。防腐剤を加えるとゲル強度の減少速度は遅くなったが、ゲル強度の減少は防げなかった。そこで他の架橋剤を用いて実験を行った。架橋剤A又はB又はCを添加するとゲル強度はカリ明礬を添加したときよりも高くなり、ゲル強度の減少に要する期間は長くなった。しかしゲルを40°Cで長期間保存するとゲル強度は減少した。以上の結果より、ゲルを40°Cで保存するとゲルが分解し、生体条件でのゲル保存は難しいことが判った。この研究を遂行する過程において、我々はゼラチンの分子量分布を制御する新しい方法を開発した。我々はゼラチン溶液を加圧して高速で噴射し、ゼラチン中の高分子量成分を開裂させα成分およびβ成分に富むゼラチンを調製する方法を開発した。今後は、生体中に近い条件を種々工夫し、分子量分布を制御したゼラチンを用いて、人工髄核の開発の研究を継続する。コラーゲンを可溶化させたゼラチンを用いて人工髄核を調製するための基礎的研究を行った。ゼラチンの分子量分布の調製、およびゼラチンに架橋剤(硬膜剤)を作用させてゲル化させ髄核に近い物性を持たせることが出来るかを検討した。ゼラチンの分子量分布を調製する新しい方法を開発した。ゼラチン溶液を加圧し高速で噴射し、その分子量分布をHPLCで測定し、ゼラチン中の高分子量成分が分解しα成分、β成分に富むゼラチンに改質する事が出来ることを見いだした。この方法では限外濾過法よりも容易に多量のα成分、β成分に富むゼラチンを調製するする事が出来る。ゼラチン溶液は体温付近(3540°C)では高濃度でも液体状態であるので髄核としての強度は得られない。架橋剤(硬膜剤)を高濃度ゼラチンに添加し、架橋させてゲル化させ40°Cにおけるゲル強度を測定した。架橋剤としては種々の物質があるがアルデヒド系の架橋剤は架橋作用は強いが生体中に用いることには適切でないと考え、無機物質のクロム明礬を用いることにした。カリ明礬はゼラチン溶液との反応時のpHによりその架橋作用が異なることを見いだした。アルカリ処理ゼラチンと酸処理ゼラチンでは架橋剤によるゲル強度の程度が違うことを見いだした。以上の基礎的研究を基に、可溶性コラーゲンとしてのゼラチンを用いた人工髄核の開発の研究を進めている。コラーゲンを可溶化させたゼラチンを用いて人工髄核を調製するための基礎的研究を継続して行っている。昨年度には、比較的高分子量成分の多いゼラチンと架橋剤としてカリ明礬を用い、ゼラチン溶液のpHにより、硬化の程度が異なることを見いだした。今年度は硬化させたゼラチンゲルを体温よりやや高めの40°Cで長期間保して、物性の変化が起こるかを調べた。保存期間が長くなるとゲル強度が減少しゲルの分解が起こることがわかった。ゼラチンを40°Cで保存することは、空気中の細菌による分解ではないかと考え、防腐剤を用いた。防腐剤を加えることによりゲル強度の減少の程度は幾分押さえられたが、減少することは防げなかった。これは硬膜剤が作用するpHが酸性であり、ゼラチン自身が酸によって分解することも合わせ起こっていると考えた。

そこで他の架橋剤を用いて、検討を行った。架橋剤Aの場合も同様であった。架橋剤Bではゲル強度がカリ明礬より高くなり、ゲル強度の減少に要する期間が長くなるが、防腐剤を加えない場合には、やはりゼラチンの分解が起こった。架橋剤Bを空気酸化させてから添加すると、保存期間が長くなるに従いゲル強度が増加する傾向を見いだした。架橋剤Cではゲル強度が非常に高くなることを見いだした。来年度は更に種々の架橋剤と種々の分子量分布を持ったゼラチンを用いて種々の条件で実験を継続する。生体中の条件を大気中で行うことは難しいが、生体中に近い条件を設定して、可溶性コラーゲンとしてのゼラチンを用いた人工髄核の開発の研究を進める。コラーゲンを可溶化させたゼラチンを用いて人工髄核開発のための基礎的研究を行った。ゼラチン溶液は体温付近では液体状態であるので、髄核としてのゲル強度はない。我々は架橋剤(カリ明礬)をゼラチン溶液に添加してゲル化させ、髄核に近い物性を持たせること研究した。硬化したゼラチンゲルを40°Cで保存した。その40°Cにおけるゲル強度を測定した。保存期間が長くなるとゲル強度が減少し、ゲルが分解することがわかった。分解を防ぐために防腐剤を用いた。防腐剤を加えるとゲル強度の減少速度は遅くなったが、ゲル強度の減少は防げなかった。そこで他の架橋剤を用いて実験を行った。架橋剤A又はB又はCを添加するとゲル強度はカリ明礬を添加したときよりも高くなり、ゲル強度の減少に要する期間は長くなった。しかしゲルを40°Cで長期間保存するとゲル強度は減少した。以上の結果より、ゲルを40°Cで保存するとゲルが分解し、生体条件でのゲル保存は難しいことが判った。この研究を遂行する過程において、我々はゼラチンの分子量分布を制御する新しい方法を開発した。我々はゼラチン溶液を加圧して高速で噴射し、ゼラチン中の高分子量成分を開裂させα成分およびβ成分に富むゼラチンを調製する方法を開発した。今後は、生体中に近い条件を種々工夫し、分子量分布を制御したゼラチンを用いて、人工髄核の開発の研究を継続する。
2次元磁性フォトニック結晶を用いた平面型光サーキュレータの形成とその特性

本研究では,2次元磁性フォトニック結晶を用いた平面導波路型光サーキュレータの実験実証を行うことを目的として,有限要素法による計算機シミュレーションを用いた構造設計と,シリコンフォトニクス技術を用いたプロトタイプ作製および微小光デバイスの偏光分光測定によるデバイス特性評価を目指している.計算機シミュレーションによる構造設計においては,2次元モデル計算により網羅的に構造を変化させ,より低損失・高アイソレーションの構造探索を行った.3次元モデル計算では,これまでメモリ容量などの問題から計算を進めづらい状況があったが,計算環境の改善によりある程度大きなモデルでも計算を進められるようになった.これにより,2次元モデル計算での知見を生かし,3次元モデルを用いて系統的に構造を変化させながら構造変化に対する特性変化の計算を進めた.これまで,作製プロセスの容易さなどからSOI(Silicon On Insulator)基板上にデバイスを形成することを想定し,デバイス下に二酸化シリコン層が存在する計算モデルによってシミュレーションを行ってきた.しかし,この構造では下方向への光リークが大きく,また非対称の構造となることからフォトニックバンド構造の乱れが大きくなった.これにより光局在特性が低下しサーキュレータの挿入損失が大きくアイソレーションが非常に小さくなることがわかった.そこで作製プロセスは複雑となるがMEMSデバイスで用いられるメンブレン構造を想定し,デバイスの上下を空気(真空)層とした構造について計算したところ,フォトニックバンド構造が2次元モデル計算の場合に近づくことがわかった.このように,SOI構造では光サーキュレータデバイスの実現が難しく,メンブレン構造をとる必要があると考えられる.本研究では,2次元磁性フォトニック結晶を用いた平面導波路型光サーキュレータの実験実証を行うことを目的として,今年度は有限要素法による計算機シミュレーションを用いた構造設計とシリコンフォトニクス技術を用いたプロトタイプ作製および微小光デバイスの偏光分光測定を目指した.計算機シミュレーションによる構造設計においては,計算機資源が少なくてすむ2次元計算を利用して,空孔の直径変化などフォトニック結晶の構造を僅かに変化させることによ,アイソレーション30dB,挿入損失0.5dBの実用可能なレベルの特性を示す構造が実現できることを見出し,国際学会(MORIS2015)にて発表した.磁性体による複雑な構造を形成することなく,シリコン薄膜導波路ベースの構造であるため,平面導波路型光サーキュレータの実現可能性が高まった.この構造を基に3次元モデル計算を行い,シリコン加工プロセスで加工可能な数百nmのデバイス厚で動作させるための構造設計に移行している.3次元モデルの計算は想定以上に計算量が多く,3次元設計については途上であるためデバイスプロトタイプ作製については保留している.微小光デバイスの偏光分光測定については光源にスーパーコンティニュアム(SC)レーザー,検出系に光スペクトラムアナライザを用い,レンズド光ファイバにより試料に照射する測定システムを構築している.SCレーザーを用いることにより,波長可変レーザーよりもさらに広帯域となる全ての光通信波長域についてデバイス特性を測定することが可能であり,形成誤差などによる波長シフトにも対応可能なシステムとなっている.この測定システムについては今後測定精度の確認等を行う.デバイス構造の最適化において,3次元モデルを用いた計算が想定よりも計算量が多く最適な構造パラメータを見出すには至っていない.そのため構造が定まらないことからプロトタイプ作製についても形成を見送っている状況である.2次元モデル設計および微小光デバイス測定システムについてはほぼ予定通りの進捗となっているため,このような進捗評価とした.本研究では,2次元磁性フォトニック結晶を用いた平面導波路型光サーキュレータの実験実証を行うことを目的として,有限要素法による計算機シミュレーションを用いた構造設計と,シリコンフォトニクス技術を用いたプロトタイプ作製とポーラスアルミナを用いた低コストなデバイス形成および微小光デバイスの偏光分光測定によるデバイス特性評価を目指している.計算機シミュレーションによる構造設計においては,昨年度見出した低損失サーキュレータ構造をベースに2次元モデル計算でさらに低損失・高アイソレーションの構造を設計することと,計算機資源を大量に必要とする3次元モデル計算を進めるための手法について検討してきた.2次元モデル計算においては,シリコンによるフォトニック結晶領域を増やすことで,漏れが低減すること,光局在が強くなることから,特性改善できることが分かった.3次元モデル計算においては,サーキュレータの構造は対称性があるが,サーキュレーション動作は非対称であるため,対称性を利用した一般的な手法が適用できず,シミュレーションが難航している.微小光デバイス偏光分光測定システムについては,光源や光スペクトラムアナライザ等それぞれの装置を接続し,分光測定ができていることを確認した.導波路デバイスで必要となる入射光の偏光の制御および出射光の偏光測定を組み込み,既存試料の磁気光学ファラデー効果を測定することで測定精度などを確認する.3次元モデル計算が遅れていることで光サーキュレータプロトタイプの作製に至っていないこと,またポーラスアルミナを用いたデバイス形成に着手できていないことから,このような進捗評価とした.本研究では,2次元磁性フォトニック結晶を用いた平面導波路型光サーキュレータの実験実証を行うことを目的として,有限要素法による計算機シミュレーションを用いた構造設計と,シリコンフォトニクス技術を用いたプロトタイプ作製および微小光デバイスの偏光分光測定によるデバイス特性評価を目指している.計算機シミュレーションによる構造設計においては,2次元モデル計算により網羅的に構造を変化させ,より低損失・高アイソレーションの構造探索を行った.3次元モデル計算では,これまでメモリ容量などの問題から計算を進めづらい状況があったが,計算環境の改善によりある程度大きなモデルでも計算を進められるようになった.これにより,2次元モデル計算での知見を生かし,3次元モデルを用いて系統的に構造を変化させながら構造変化に対する特性変化の計算を進めた.

この結果の一部は国際学会(Magnetics and Optics Research International Symposium, MORIS2018)において発表した.3次元モデルでは,光導波デバイス部分以外に基板および表面部の空気(真空)を含めたモデルとなっている.デバイス厚と導波波長との関係から伝搬モードが限定されること,また穴径や磁性体径などの構造寸法とデバイス厚との関係で,光伝搬が2次元モデル計算の結果とは異なり光サーキュレータとして十分に動作しない場合があることがわかった.デバイス厚が厚くなるとアスペクト比が大きくなりデバイス加工が困難となるため,必要最小限の厚さとなるよう計算を進めている.これまで計算困難であった3次元モデル計算が進捗するようになったが,当初の計画より遅れており光サーキュレータプロトタイプ作製に至っていないことから,このような進捗評価とした.本研究では,2次元磁性フォトニック結晶を用いた平面導波路型光サーキュレータの実験実証を行うことを目的として,有限要素法による計算機シミュレーションを用いた構造設計と,シリコンフォトニクス技術を用いたプロトタイプ作製および微小光デバイスの偏光分光測定によるデバイス特性評価を目指している.計算機シミュレーションによる構造設計においては,2次元モデル計算により網羅的に構造を変化させ,より低損失・高アイソレーションの構造探索を行った.3次元モデル計算では,これまでメモリ容量などの問題から計算を進めづらい状況があったが,計算環境の改善によりある程度大きなモデルでも計算を進められるようになった.これにより,2次元モデル計算での知見を生かし,3次元モデルを用いて系統的に構造を変化させながら構造変化に対する特性変化の計算を進めた.これまで,作製プロセスの容易さなどからSOI(Silicon On Insulator)基板上にデバイスを形成することを想定し,デバイス下に二酸化シリコン層が存在する計算モデルによってシミュレーションを行ってきた.しかし,この構造では下方向への光リークが大きく,また非対称の構造となることからフォトニックバンド構造の乱れが大きくなった.これにより光局在特性が低下しサーキュレータの挿入損失が大きくアイソレーションが非常に小さくなることがわかった.そこで作製プロセスは複雑となるがMEMSデバイスで用いられるメンブレン構造を想定し,デバイスの上下を空気(真空)層とした構造について計算したところ,フォトニックバンド構造が2次元モデル計算の場合に近づくことがわかった.このように,SOI構造では光サーキュレータデバイスの実現が難しく,メンブレン構造をとる必要があると考えられる.
センサネットワークを用いた地震被災情報収集システムの構築

本研究では,オープンソースハードウェア,加速度センサ,角速度センサ及び無線通信デバイスを組み合わせて地震被災情報収集システムを構築し,地震の揺れに関する情報,建物の被害に関する情報を収集するシステムの構築を目指して以下の研究を行った。1無線通信デバイス(XBee)を用いた建物内外での通信実験では,センサノードの通信能力に関して,情報の精度や通信距離に関する知見を得た。23層の実大鉄骨建物を対象として,振動実験による破壊試験を行い,各種センサを用いた建物被害状況の推定及び,情報収集に関する実験を行った。平成25年度は,簡便かつローコストなセンサノードを構築するために,マイクロコントローラシステムとしてArduinoという製品を導入し,また,これに無線通信機能を付加するために,XBeeという無線デバイスを接続することにより,プログラミングでカスタマイズ可能な無線通信環境をローコスト(センサノード1つ当たり2万円程度)で構築した。また,センサノードに接続するセンサとしては,加速度センサ及び角速度センサを接続し,地震力を受ける建物の変形性状を計測すると共に,計測値を無線で情報伝達するシステムを構築した。本年度は,実物大の3層鉄骨構造物を,世界最大規模の振動台を持つEーディフェンスで加振実験する共同研究に参加する機会があったので,製作したセンサノードを実物大鉄骨構造物に設置し,部材の変形を計測すると共に,計測値の最大値を無線で送信する実験を行った。センサの計測対象としては,各階床面に設置した加速度センサにより応答加速度を計測すると共に,センサノードに付加したSDカードに計測加速度の履歴を記録した。また,梁端回転角を計測するため,治具を介して角速度センサを設置し,角速度を計測するとと共に計測角速度の履歴をSDカードに記録した。実験では,加速度及び角速度の計測情報を基にしてトリガーを設定し,閾値以上の変化を計測すればSDカードへの記録を開始し,揺れが収まったと判断すれば,SDカードへの記録を終了し,加振中に記録した最大加速度及び最大角速度を無線で送信するシステムを構築した。実験では,30m程度離れた位置から,無線により発信された情報を受信することで,情報伝達の正確性を検証すると共に,SDカードに記録されたデータを処理することで,構造物に生じた損傷を検出する取り組みを行った。簡便かつローコストなセンサノードを構築するため,オープンソースハードウェア(Arduino)と無線通信デバイス(XBee)を用いて構築したシステムをにより以下の検討を行った。1.ArduinoとXBeeを用いた通信性能実験:地震被災情報を提供するシステムの実用化に向けて検討すべき課題として,XBeeを用いたセンサノードの無線通信性能に関して,以下に示す1)4)の基礎的実験を行い,各環境での通信性能に関する知見を得た。1)屋外での通信実験:見通しの良い公園でセンサノードを固定し,受信装置を持った観測者がセンサノードから徐々に離れていきながら,通信データの正確性を検証した。実験結果より,通信可能な距離の上限は100mであった。データ送信間隔については,35msec以下では通信が不安定であったが,36msec以上では,ほぼ100%の通信成功率となった。2)住宅地での通信実験:実験場所は住宅地であり,低層住宅が通信成功率に及ぼす影響を検証した。L字型の道路の一辺にセンサノードを配置し,角を曲がった位置から徐々に離れていきながら,通信実験を行った。結果より,角からの距離が離れるに従って通信成功率が徐々に低下する傾向があった。3)住宅内外の通信実験:木造軸組工法2階建て住宅の屋内中心付近にセンサノードを設置し,住宅外部への通信能力を検証した。結果より,通信成功率が90%以上となる範囲は非常に少なく,木造住宅であっても建物の壁越しにデータをやり取りすることの難しさを示す結果が得られた。4)建物内部での通信実験:大学の研究棟内部で通信実験を行った。結果より,直線状の廊下では70%以上の通信成功率があったとしても,直角に曲がると(間仕切りのないオープンスペース)通信成功率が0%になる現象が観測された。簡便かつローコストなセンサノードを構築するため,オープンソースハードウェア(OSHW)と無線通信デバイスを用いて構築したシステムを用いて以下の検討を行った。1.構造物ヘルスモニタリングシステムの構築を目指して,各種OSHWを用いた構造物の損傷推定に関する検討を行った。使用するセンサも様々な種類のものを比較検討したが,加速度センサの適用性が高いことがわかった。また,A/D変換の分解能,コストパフォーマンス,入出力端子の準備状況,省電力性などの観点から各OSHWの性能比較を行った。2.実大3層鉄骨構造物計測実験における角速度センサ計測結果の補正方法の検討を行った。構造物の変形挙動モニタリングのために,角速度センサの値を積分することで得られる角度の時刻歴波形を利用する際には,ドリフト補正を行う必要がある。本検討では,バタワースフィルタを用いて基線ずれを自動修正するアルゴリズムを構築し,パラメータスタディにより適切な遮断周波数を提案した。3.OSHWを用いた住環境モニタリングシステムの構築を行った。地震,津波などの大規模災害を対象としたシステムは,再現期間の長い事象を対象とするものであるため,構造モニタリングシステムを非常時だけでなく日常時にも利用することで,動作確認及びメンテナンスを行うことができる。そのため,日常的な利用シーンの創出として,温度・湿度・CO2濃度などの室内環境計測や使用電力量の計測を行い,省エネルギー化に向けた取り組みへとつなげる検討を行った。

本研究では,オープンソースハードウェア,加速度センサ,角速度センサ及び無線通信デバイスを組み合わせて地震被災情報収集システムを構築し,地震の揺れに関する情報,建物の被害に関する情報を収集するシステムの構築を目指して以下の研究を行った。1無線通信デバイス(XBee)を用いた建物内外での通信実験では,センサノードの通信能力に関して,情報の精度や通信距離に関する知見を得た。23層の実大鉄骨建物を対象として,振動実験による破壊試験を行い,各種センサを用いた建物被害状況の推定及び,情報収集に関する実験を行った。当初の予定通り,基礎的なセンサノードの仕様を決定し,単純なセンサネットワークとして,基地局無線モジュールを接続したコンピュータ(サーバ)1台とセンサノード1機を配置したシステムを構築して,サーバとセンサノードとの通信実験を行った。これにより,1センサノードの設置位置,2センサノードとサーバ間の情報送受信の正確性に関して基礎的知見を得た。また,情報発信のため,建物の地震被災情報を所有者に伝える緊急情報メール送信に関する基礎的検討も行っている。建築構造・情報学計測対象に応じて必要とされるセンサの精度,記録データ等が変化することが想定されるため,引き続きセンサノードの仕様の検討を行う予定である。具体的には,1センサノードの設置位置,2センサノードへの電源供給方法,3センサノードの耐久性(メンテナンス性),4センサノードとサーバ間の情報送受信の正確性の検討などである。また,情報収集のロバスト性向上のため,アドホックな無線センサネットワーク構築に向けて,多数のセンサノードを用いた実験的検討を行う予定である。当初の予定通り,ローコストなオープンソースハードウェアとセンサ及び無線通信デバイスを用いることにより,複数のセンサノードを製作し,センサネットワークのプロトタイプを構築した。また,当初の計画にはなかったが,実物大建築構造物の振動実験実験に参加する機会を得て,センサノードの性能実験を行うことができたため,大いに研究は進展したといえる。海外渡航の費用が想定より安価だったため。計測対象に応じて必要とされるセンサの精度,記録データ等が変化することが想定されるため,引き続きセンサノードの仕様の検討を行う予定である。具体的には,1センサノードの設置位置,2センサノードへの電源供給方法,3センサノードの耐久性,メンテナンス,4センサノードとサーバ間の情報送受信の正確性などである。また,無線センサネットワーク構築に向けて,機器の選定,通信距離,通信範囲などを実験を通して詳細に検討する予定である。センサノード作成に使用する。無線センサネットワークを構成するセンサノード数が,実験の都合上,想定より少なくて済んだため。大規模なセンサネットワーク構築実験を行うため,多数のセンサノードを製作する。
ナノ光ファイバニードルによる超高感度ラマン散乱検出と一細胞機能計測

本研究は幹細胞の分化やがん化などに繋がる細胞の動態をリアルタイムで安定的かつ超高感度にプローブ可能な、ナノ光ファイバニードル型超高感度ラマン散乱計測技術を開発する事を目的とする。先鋭化した光ファイバ先端からラマン散乱を観測する光ファイバ検出法は開発されてきたが、検出効率は顕微鏡ラマン測定より大幅に低く、実用的ではなかった。本研究では、申請者らが独自に開発したナノデバイスであるナノ光ファイバを、ニードル形状に加工して利用し、従来型ファイバラマン検出を凌駕する感度の実現を目指す。また、これを幹細胞に挿入し、細胞内でのラマン信号や、それ以外にも蛍光検出においても超高感度検出を目指す。本提案は、臓器内の単一細胞診断などの革新的バイオ医療分析手法につながるセンシング手法を目指すものである。今年度は可動型酸水素バーナーによるナノ光ファイバの作製パラメータに関して最適化を行った。多くの試行錯誤を繰り返した結果、加熱領域の幅や温度、延伸速度の複合的なパラメータを最適化する事に成功し、直径700 nm程度を有し、透過率が90%以上を上回るナノ光ファイバを、本事業によって構築してきた可動型酸水素バーナーシステムによって実現した。また、片端化に関しては、上述の高透過率ナノ光ファイバでの片端化には至っていないものの、マルチモードファイバによる片端化を行い、試作を行った。片端ファイバからの出射光パターンを見ると想定通りの形状プロファイルである事が推定できている。また、分担者と行っている細胞実験に関して、蛍光ナノダイヤモンドを細胞に導入し、蛍光スピン共鳴検出する実験に関して、成果を取りまとめ論文を投稿した。現在、査読中である。また、関連技術の特許出願を行った。本研究は幹細胞の分化やがん化などに繋がる細胞の動態をリアルタイムで安定的かつ超高感度にプローブ可能な、ナノ光ファイバニードル型超高感度ラマン散乱計測技術を開発する。本研究では、申請者らが独自に開発したナノデバイスであるナノ光ファイバを、ニードル形状に加工して利用し、従来型ファイバラマン検出を凌駕する感度を実現する。これを幹細胞に挿入し、細胞内でのラマン信号を超高感度に検出する。本提案は、臓器内の単一細胞診断などの革新的バイオ医療分析手法につながるセンシング手法である。今年度は、1細胞挿入に必要な剛性と透過率を有するナノ光ファイバ実現のために、数値解析によるデバイス設計と試作を行った。2細胞への蛍光性ナノダイヤモンドの導入について試験的な取り組みを行った。1に関しては、細胞挿入に必要な剛性を実現するために可動型酸水素バーナーの導入を行った。このために、バーナー関連装置の購入を行った。また、バーナー形状に関して論文資料・技術資料の調査、および設計を行った。バーナーシステムの構築は現在進行中であるが、バーナー部の設計は安全面も含めて慎重に設計する必要があり、時間を若干要している。また、年度途中に異動した事により、実験室の高圧ガス規定環境が変化したため水素ガスボンベではなく、ガスクロ用の水素発生器を応用して試行中である。2に関しては、細胞内のラマン散乱計測以外にも、細胞内(将来的には生体組織)への蛍光プローブ導入を行い、その蛍光計測を行う応用手法も有望との結論に達し、試行的に蛍光性ナノダイヤモンドを細胞に導入させる試みを行った。その結果、細胞内に蛍光性ナノダイヤモンドを入れる事に成功した。本年度の目標であった、可動型酸水素バーナーの導入に関しては、70%程度の達成を行ったと考えている。100%とならなかった理由として、代表者の研究機関異動に伴うガスバーナー使用環境の変化があり、酸水素バーナーの稼働が遅れ気味な点があげられる。一方で、細胞内への蛍光性ダイヤモンドナノ粒子への導入に関しては代表者と分担者の頻繁な議論の結果生れたアイデアであり、実際に細胞内への導入を実現したところは予期せぬ進展であった。この目的のために、今年度は1細胞挿入に適したナノ光ファイバ作成のためのファイバ作製装置、および、作製条件の決定を行った。また、ラマン散乱以外にも蛍光センシングプローブとしての優位性を検討するために、2細胞への蛍光性ナノダイヤモンドの導入について取り組んだ。1に関しては、細胞挿入に必要な剛性を実現するために可動型酸水素バーナーの導入を行い、光ファイバ延伸中にもバーナーによる加熱領域を自在に制御可能なモーションシステムの構築を行った。昨年度の異動によって水素ガスボンベの使用が難しくなり、ガスクロ用の水素発生器を使用する方法を試みた結果、これまでと同様の安定した水素火炎が実現できることを確認した。

この可動式ガスバーナーを用いて光ファイバの延伸にも成功した。現在、最適形状プロファイルの実現に向けて引き続き延伸パラメータの最適化を行っている。2に関しては、マウス脂肪由来の幹細胞内に蛍光性ナノダイヤモンドを安定的に導入する手法を確立し、細胞内で蛍光ナノダイヤが示す光検出スピン共鳴の観測に世界で初めて成功した。年度当初の計画通り、ナノ光ファイバの作製が可能なファイバ延伸システムを実現した。細胞への挿入実験は未達であり、次年度の達成目標となる。一方、幹細胞への蛍光ナノダイヤモンドの導入に成功し、光検出スピン共鳴の観測に世界で初めて成功するなどの大きな進展が見られた。本研究は幹細胞の分化やがん化などに繋がる細胞の動態をリアルタイムで安定的かつ超高感度にプローブ可能な、ナノ光ファイバニードル型超高感度ラマン散乱計測技術を開発する事を目的とする。先鋭化した光ファイバ先端からラマン散乱を観測する光ファイバ検出法は開発されてきたが、検出効率は顕微鏡ラマン測定より大幅に低く、実用的ではなかった。本研究では、申請者らが独自に開発したナノデバイスであるナノ光ファイバを、ニードル形状に加工して利用し、従来型ファイバラマン検出を凌駕する感度の実現を目指す。また、これを幹細胞に挿入し、細胞内でのラマン信号や、それ以外にも蛍光検出においても超高感度検出を目指す。本提案は、臓器内の単一細胞診断などの革新的バイオ医療分析手法につながるセンシング手法を目指すものである。今年度は可動型酸水素バーナーによるナノ光ファイバの作製パラメータに関して最適化を行った。多くの試行錯誤を繰り返した結果、加熱領域の幅や温度、延伸速度の複合的なパラメータを最適化する事に成功し、直径700 nm程度を有し、透過率が90%以上を上回るナノ光ファイバを、本事業によって構築してきた可動型酸水素バーナーシステムによって実現した。また、片端化に関しては、上述の高透過率ナノ光ファイバでの片端化には至っていないものの、マルチモードファイバによる片端化を行い、試作を行った。片端ファイバからの出射光パターンを見ると想定通りの形状プロファイルである事が推定できている。また、分担者と行っている細胞実験に関して、蛍光ナノダイヤモンドを細胞に導入し、蛍光スピン共鳴検出する実験に関して、成果を取りまとめ論文を投稿した。現在、査読中である。また、関連技術の特許出願を行った。次年度は、細胞挿入に必要な剛性と透過率を有するナノ光ファイバを実現するべくナノ光ファイバ作製装置の構築完了と条件出しを行う。既に必要な装置は準備され、システム構築も現在進行中である。条件出しを行って、剛性の強い片端ナノ光ファイバを実現した後に、細胞への挿入を行う。細胞への挿入は既存設備の3軸ピエゾステージを使って自作のマイクロマニピュレータを準備して行う。マイクロマニピュレータに関してはこれまでにも自作してナノ粒子のマニピュレーションを実現しており、まったく問題ない。細胞培養に関しては、研究分担者の方で担い、簡易型の細胞容器で運んだ後、挿入実験を行う予定である。ラマン散乱測定に関しては、既存設備の1040nm近傍の外部共振器型半導体レーザーを利用する。
視覚障害者の自立のための遠隔教育支援システム構築

視覚障害者向け訓練施設が全国に70か所あるが,その分布は大都市圏に集中している.県によっては施設が一か所もないなど全国的に地域格差が激しいため地方の視覚障害者が施設へ通うには移動手段や費用,時間的な負担が大きい.一方,クラウド技術の発展で利用者の位置に依らないサービス提供が可能となった.各サービスではファイル共有やネットミーティングを実現している.そこで我々はクラウドサービスを利用して「就労支援訓練」に含まれるパソコン操作について,視覚障害を持つ学習者が自宅でも訓練を実施し,支援員からサポートを受けられる「学習支援システム」を構築した.視覚障害者は全国に約30万人おり、その多くはマッサージ業務、または事務的業務に就労している。事務的業務で就職するためには、Officeツールの利用など、ITスキル獲得が必須となっている。ITスキル習得のためには、障害者職業訓練校や就労移行支援事業所を利用することが多い。生活訓練機関は全国で70か所あるが、視覚障害者向けの職業訓練校や就労支援事業所は大都市圏を中心に数カ所しかなく、全国的に見て地域格差が激しい。そのため地方に住む視覚障害者は訓練校に通えず、スキルを習得が難しいといった問題がある。近年、クラウド技術の発展により、オンラインでのファイル共有や共同編集が容易に行えるようになった。例えばOffice Onlineのようなオンラインでのファイル編集ツールが登場し、単一ファイルを複数人で同時に編集することも可能である。クラウド技術を利用することで、遠隔地でも就職活動に向けた学習を円滑に支援できると考えた。そこで、Microsoftが提供するオンラインのOfficeツールであるOffice365を採用した。これによりオンラインファイル共有やコンピュータへの自動同期、単一ファイルの複数人同時編集が実現できる。現状、視覚に障害を持つ利用者が行う訓練としては、タッチタイピング、スクリーンリーダによる画面読み上げ、Word、Excelなどのオフィスツールの利用、電子メールの利用、Webページの閲覧などが挙げられる。本研究では主にオフィスツールの利用、電子メールの利用、Webページの閲覧訓練について取り組んだ結果、評価実験結果より遠隔支援が可能であるとの見通しを得た。学習支援システムは、Office365の「サイト」機能を用いて構築する。Office365では、サイト上で共有した課題ファイルへのフィードバックが投稿できる。投稿内容は、電子メールにより訓練者へ通知される。これにより、支援員によるオンラインでの就労訓練課題の出題と評価を実現する。今回構築した学習支援システムでは、この流れを大きく変えることなく、課題をこなすことが出来るように配慮した。本稿における「課題」とは、東京都視覚障害者生活支援センターにおいて利用されているWord、Excelなどによるファイル作成を指す。本システムでは、支援員が学習ファイルをアップロードする「Office365上の課題フォルダ」と支援者のパソコン内の「課題フォルダ」を同期させ、課題の共有を行う。支援員が新しい課題を追加すると、訓練者は特別な操作をすることなく、課題ファイルを閲覧・編集することが可能となる。訓練者は同期フォルダから課題を選び、Microsoft Officeで課題ファイルを編集することで就労訓練を行う。また、支援員は訓練者が編集した課題ファイルを学習支援サイトで閲覧することで、各訓練者の課題実施状況を把握することができる。支援員はサイト上で訓練者の各課題ファイルにフィードバックを付けることができ、フィードバックが書き込まれると、その内容は自動で支援員のメールに送られる。メールはOutlookで閲覧し、フィードバックを確認できる。評価実験として我々は1サイト上でのファイル編集、2ライブラリ同期によるファイル編集にかかる手数(ステップ数と時間)に関して比較実験を行った結果、ライブラリ同期を用いればこれまでの一般的なOfficeツールの修得を行っていくだけで、修得状況が支援員に伝わり、適切なアドバイスができることが確認できた。本研究で構築する学習支援システムでは,Office365を利用して構築する「学習支援サイト」によって視覚障害を持つ学習者がITスキルをオンラインで習得だけではなく,ネットミーティング機能を利用して支援者が学習の支援を行う仕組みも合わせて構築した.これにより学習者は遠方から通わずしてリアルタイムな支援が得られ,好きな時間に学習を進められる.また支援員は遠方への移動時間がなくなり学習者一人当たりの指導時間を増やすことが可能となる.学習支援サイトは支援員によるオンラインでの課題出題や管理を実現するWEBサイトである.学習支援サイトでは支援員がファイルをアップロードできる.サイト上のライブラリに就労訓練に必要なファイルをアップし,学習者のPCとライブラリ同期を行うことで課題を配布,訓練の進行具合を確認する.ただし,基本的には学習者が直接このサイトにアクセスすることはなく,支援者が学習者への課題配布や訓練状況の確認に用いる.試用を通じて被験者から質問・要望をIMと通話で聞き,その場で操作方法を解説するか遠隔操作で改修を行っている.被験者来所日には毎朝1回予定を確認し,また毎週1回,通話で被験者へのヒアリングを行って,「PC動作は重くないか」「不明な操作はないか」等を確認している.これまで学習者から20件の質問があり,内18件がIMで,2件はヒアリングの通話中に聞かれた.質問内容は12件がSkype for Businessの機能や操作方法についてだった.これにはIMで解説し,設定変更の要望なら遠隔操作で対応した.よく使う操作についてはExcelで操作説明書を作成した.今回構築した仕組みで,遠隔からの学習支援が可能かの検証を行った.被験者と遠隔での課題実施と支援を行い,支援にかかった時間と,質問のためのIMおよびメールでのやり取りの数を記録した.TILSでの訓練方法に準拠し実施した.

予備実験として,研究に携わる学生2名を支援員,1921歳の晴眼者男女4名を被験者とし,遠隔支援を実施した.検証期間中は支援員役と学習者役は各々別の場所で待機し,実験開始時刻は定めず,学習者の好きなタイミングで事前に指示された課題を行い,支援員に質問した.支援員2名は質問されたときに手が空いていた方が対応した.なお学習者はキーボード操作のみで課題を行った.予備実験では,学習者から必ず質問が出るように課題ファイルの一部に質問の指示を赤字で記載した.本来課題にはWordやExcelの操作方法が書かれているが,その一部を切り取り,代わりに「この操作の解説は支援員が行うのでメッセージで連絡してください」と記述する等してある.全ての遠隔支援方法(IM・通話・画面共有・遠隔操作)を必ず1人1回行うこととし,指示した質問への支援方法は予め決めておいた.それ以外の質問には臨機応変に対応した.2016年12月,TILSの支援員と学習者に学習支援システムの利用方法についてデモンストレーションを行なった.その後デモを受けた学習者と研究学生の間で訓練内容に沿って遠隔支援機能を検証している.現在被験者は1名で,TILS(東京)にて課題を実施し,研究学生が三重県から本システムを用いて支援を行なっている.課題はTILSの支援員が準備し適宜アップロードしている.課題実施の通知は施設の支援員にも届く.課題内容に関する被験者の支援は支援員が施設内で行っている.内閣府の平成23年度身体障害者の全国推計数によると,現在,施設に入居していない就労可能な視覚障害者数は約6万1千人である.就労可能の基準は,労働基準法における「年少者」と定年下限の60歳以上の者を除いた,1859歳の男女としている.そして平成25年に改正された「視覚障害者雇用促進法」により,対象労働者数56人以上の規模を持つ民間企業は社員数の1.8%の障害者を雇う義務がある.よって障害者雇用の需要は高まっていると言える.加えてPCでの操作および表示内容を音声で読上げる「音声読上げソフト」の登場により,視覚障害者が事務的業務に就労するケースが増えた.この職種ではOfficeツールでの文書作成等のITスキル習得が必須であり,就労希望者は施設で訓練することが望ましい.視覚障害者向け就労訓練施設は全国に70か所あるが,その分布は大都市圏に集中している.県によっては施設が一か所もないなど全国的に地域格差が激しいため地方の視覚障害者が施設へ通うには移動費が高く,移動時間もかかり学習時間が短くなってしまう.そこで支援施設の職員(以下支援員)は視覚障害を持つ学習者の自宅を訪問して指導を行っているが,移動時間がかかり一人当たりの学習時間は限られる.
小売商圏の変容に対する地理情報システム・アプロ-チ

1989年に岡崎市で,1990年9月に盛岡市で行った消費者買物行動調査によるデ-タに基づき,ス-パ-マ-ケットの利用状況を分析した。ス-パ-マ-ケットの利用状況を3次元表現するためには,まず,3地点移行平均法によって,世帯デ-タを平滑化した.また,不規則に分布している調査世帯を格子デ-タに変換するために,一般化インバ-ス理論に基づく平滑化を利用した。さらに,De Boorの双3次スプライン補間法を応用して,100m間隔と密度の高い格子デ-タへと補間した。このように,ス-パ-マ-ケットの利用率を移動平均法と双3次スプライン法を組み合わせて処理することによって,商圏の3次元表現が行われた。小売商圏の変容を分析する地理情報システム・アプロ-チでは,商圏の3次元表現が,次に示すように分析の基本的テクニックとして利用される。小売商圏の分析の第1は,利用率の3次元表現である。この分析によって,個々のス-パ-は,その周囲からどのような需要密度で顧客を集めているかを知ることができる。第2の分析は,利用率に人口を乗じた利用人口の3次元表現である。この立体図より,周囲からどんな需要量で集客しているかを見ることができ,さらに,個々のス-パ-の総売上高もかなりの精度で予測することが可能となる。第3は,地域の商圏構造の立体図化である。これは,地域内のス-パ-の商圏を重ね合わせることによって行われ,ス-パ-の住み分けを分析できる。最後は,商圏の変容の分析である。ここでは,各商圏に空間的相互作用モデルを当てはめ,パラメ-タを推定するとともに,そのパラメ-タの変化によって商圏の変容が記述される。
粘土化合物層間で調製した二次元炭素の高度利用

新しい炭素材料の中でも最近注目を浴びているものに、低次元炭素がある。我々は粘土化合物を鋳型とした炭素製造法の研究を行い、2次元状炭素を合成するのに成功している。本研究ではこの特異な構造をもつ2次元炭素を出発原料として種々の物質を調製し、高機能炭素材料の開発を試みることが目的である。平成元年度では、この炭素にカリウム原子を挿入させた2次元状の黒鉛層間化合物の合成を試みた。平成2年度では、合成した2次元状黒鉛層間化合物の2次電池としての応用を検討するとともに、種々の粘土を用いて新規2次元炭素の合成を試みた。また、2次元状炭素の電気的諸物性も測定し、以下の結果を得た。1. 2次元状黒鉛を用いたカリウム層間化合物の合成を行い、一般の黒鉛と異なり、ゲストの挿入、脱離に伴う結晶破壊が少ないという特徴を見いだした。2. 2次元状黒鉛ーカリウム層間化合物を用いて、リチウム2次電池としての性能を検討したところ、サイクル安定性、充電濃度などに優れた性質をもっていることが分かった。3.テニオライトという粘土を用い、ポリフルフリルアルコ-ルの鋳型炭素化を行った。この粘土は結晶性・耐熱性がよいという特徴をもっているが、層間で生成した炭素前駆体は粘土の性質を強く反映しており、結晶性・配向性に非常に優れた黒鉛前駆体が得られた。4.結晶性のよくないサポナイトを用いて調製した炭素は予想通り結晶性が悪いが、この炭素は有機物を大量に取り込み、膨潤現象さえ示す特異な性質をもっており、特殊吸着剤などへの応用が期待できる。5. 2次元炭素の磁気抵抗を測定したところ、炭素の厚みが薄く、電子波が黒鉛表面において散乱されるため、結晶性から予想されるより異常に小さい値が得られ、この炭素が2次元状である証左を与えた。新しい炭素材料の中でも最近注目を浴びているものに、1次元あるいは2次元炭素などの低次元材料がある。我々は粘土化合物の層間という2次元場を利用して2次元状の炭素を初めて合成した。そこで、平成元年度では、この炭素に種々の機能を賦与するため異種原子を挿入させた2次元状の黒鉛層間化合物の合成を行った。その結果、次のようなことが明らかとなった。(1)2次元炭素でも一般の炭素と同様にカリウム黒鉛層間化合物の合成が可能であり、生成した層間化合物の色やX線パタ-ンは一般のものと同じであった。(2)しかし、2次元炭素から合成した層間化合物は一般の炭素からのものと比べてゲストの挿入、脱離にともなう黒鉛結晶の破壊の程度も少なく、ゲストは容易に脱離できる。これは2次元炭素が極めて薄いためであり、いわゆるサイズ効果が出現したものと思われる。このように2次元状のカリウムー黒鉛層間化合物の合成は成功し、その性状も検討することができたので、当初の予定はほぼ達成されたと考えている。さらに、このような特殊な構造の炭素では層間へのカリウムの挿入、脱離の具体的過程が一般の炭素からのものとどのように異なるかという点にも興味が持たれるが、その点については現在の段階でも不明の点が多く、今後の課題である。また、平成2年度は2次元炭素の電気物性の測定と炭素超薄膜の調製を行なう予定である。

我々は粘土化合物の層間という2次元場を利用して2次元状の炭素を初めて合成した。本研究ではこの特異な構造をもつ2次元炭素を出発原料として種々の物質を調製し、高機能炭素材料の開発を試みることが目的である。平成元年度では、この炭素に異種原子を挿入させた2次元状の黒鉛層間化合物の合成を試み、それに成功した。平成2年度では、2次元状炭素の電気的諸物性を測定するとともに、合成した2次元状黒鉛層間化合物の2次電池としての応用を検討した。また、種々の粘土を用いて新しい物性をもつ2次元炭素の合成も試みた。その結果、次のようなことが明らかとなった。1.2次元炭素の磁気抵抗を測定したところ、2次元炭素の厚みが非常に薄く、電子波が黒鉛表面において散乱されるため、結晶性から予想されるより異常に小さい値となり、この炭素が2次元状である一つの証左を与えた。2.前年度に合成した2次元状黒鉛ーカリウム層間化合物を用いて、リチウム2次電池としての性能を検討したところ、サイクル安定性、充電濃度などに優れた性質をもっていることが分かった。3.テニオライトという粘土を用い、ポリフルフリルアルコ-ルの鋳型炭素化を行った。これは結晶性・耐熱性がよいという特徴をもっているが、層間で生成した炭素前駆体は粘土の性質を強く反映しており、結晶性・配向性に非常に優れた黒鉛前駆体が得られた。4.結晶性・耐熱性ともよくないサポナイトを用いて調製した炭素は予想通り結晶性が悪い。興味深いことに、この炭素は有機物を大量に取り込み、膨潤現象さえ示す特異な性質をもっている。特殊吸着剤などへの種々の応用を期待している。