hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
圏域レベルの熱エネルギー効率を改善するための都市機能施設の最適化立地モデルの開発

1.未利用エネルギー活用システムの体系化とその導入効果の推定;地域の環境負荷低減に寄与しうる地域冷暖房システムの熱源として,火力発電所,清掃工場,下水処理場等を体系化して,賦存熱源立地を考慮した将来的環境負荷提言効果についての推定を行った.2.地理情報システム(GIS)を活用した空間データベースの構築:土地利用構造・熱需要構造等の情報を空間レイヤデータ化し,必要に応じてセグメント化して解析できるプロセスを開発した.さらに,出力の地図化・グラフィック化など解析結果表示の高度化を図り,また,エネルギーの需要供給バランスや,将来的な施設立地予測,最適な立地構造モデルについてGIS上で操作するシステムを構築した.3.地域熱需要算定サブシステムの構築:細密数値情報,自治体発行の地域メッシュデータ等の空間情報を用いて,建物施設毎,街区毎の熱需要を推定するサブモデルを構築した.4.地域冷暖房整備条件の体系化;地域冷暖房事業のエネルギー収支構造,熱供給容量変数,エネルギー利用効率係数,熱搬送の距離減衰係数等,基盤システムに関わるパラメータと経済的にフィージブルな将来的稼働規模,稼働効率等を実証的にあきらかにした.5.大阪市域のケーススタディを通じての政策変数の感度分析;土地利用コントロール施策等を操作変数として,高効率熱供給事業の整備推進と地域単位での環境負荷低減への影響を評価した.1.未利用エネルギー活用システムの体系化とその導入効果の推定;地域の環境負荷低減に寄与しうる地域冷暖房システムの熱源として,火力発電所,清掃工場,下水処理場等を体系化して,賦存熱源立地を考慮した将来的環境負荷提言効果についての推定を行った.2.地理情報システム(GIS)を活用した空間データベースの構築:土地利用構造・熱需要構造等の情報を空間レイヤデータ化し,必要に応じてセグメント化して解析できるプロセスを開発した.さらに,出力の地図化・グラフィック化など解析結果表示の高度化を図り,また,エネルギーの需要供給バランスや,将来的な施設立地予測,最適な立地構造モデルについてGIS上で操作するシステムを構築した.3.地域熱需要算定サブシステムの構築:細密数値情報,自治体発行の地域メッシュデータ等の空間情報を用いて,建物施設毎,街区毎の熱需要を推定するサブモデルを構築した.4.地域冷暖房整備条件の体系化;地域冷暖房事業のエネルギー収支構造,熱供給容量変数,エネルギー利用効率係数,熱搬送の距離減衰係数等,基盤システムに関わるパラメータと経済的にフィージブルな将来的稼働規模,稼働効率等を実証的にあきらかにした.5.大阪市域のケーススタディを通じての政策変数の感度分析;土地利用コントロール施策等を操作変数として,高効率熱供給事業の整備推進と地域単位での環境負荷低減への影響を評価した.本年度研究で得られた主な知見は次の通りである.1.エネルギー高効率利用型都市代謝基盤システムの確立:エネルギー高効率利用のための火力発電所抽気蒸気利用システム,ゴミ処理場廃熱利用システム,下水処理場賦存熱利用システムの3つの都市代謝基礎システムについて,技術水準の将来動向,既存施設調査分布をふまえて,システム毎のエネルギー収支構造,熱供給容量変数,供給規模にともなうエネルギー利用効率係数の変化,熱搬送にともなう距離減衰係数等の基盤システムに関わるパラメーターと経済的にフィージブルな将来的稼働規模,稼働効率等を実証的にあきらかにした.2.エネルギー需要立地分布分析:国土地理院監修の細密数値情報(宅地利用動向調査)の関西圏に関わる土地利用,土地利用規制等に関わる10m,100mメッシュ単位情報(集約ファイルI,V),大阪市の建築物床面積メッシュデータ(500mメッシュ)を経済統計,社会統計データと合わせて非集計型のモデルで分析することによって,エネルギー需要の現時点の空間構造を明らかにすることができた.3.未利用エネルギー立地分布の分析:関西圏における都市代謝基盤システム毎の未利用エネルギー源の立地分布をメッシュ化して,エネルギー源からの熱利用効率減衰距離,需要施設立地集約度等の空間的制約条件をふまえた,基盤システム導入可能エリアを空間情報として構築した.4.都市施設立地最適化モデルにむけての予備分析:現状の熱需要分布とエネルギー利用効率化のための都市環境基盤システム導入可能エリアをオーバーレイすることで,現在の土地利用構造でのエネルギー効率改善ポテンシャルを評価して,地理情報として分析することができた.5.お大阪市内の再開発地区をケーススタディとしてとりあげ,都市環境代謝基盤を含む都市の総合的な基盤整備システムの方針を構築した。1.地域熱需要算定サブシステムの構築:細密数値情報,自治体発行の地域メッシュデータ等の空間情報を用いて,建物施設毎,街区毎の熱需要を推定するサブモデルを構築した.2.地理情報システム(GIS)を活用した空間データベースの構築:土地利用構造・熱需要構造等の情報を空間レイヤデータ化し,必要に応じてセグメント化して解析できるプロセスを開発した.さらに,出力の地図化・グラフィック化など解析結果表示の高度化を図り,また,エネルギーの需要供給バランスや,将来的な施設立地予測,最適な立地構造モデルについてもGIS上で操作するシステムを構築した.3.地域冷暖房整備条件の体系化;地域冷暖房事業のエネルギー収支構造,熱供給容量変数,エネルギー利用効率係数,熱搬送の距離減衰係数等,基盤システムに関わるパラメータと経済的にフィージブルな将来的稼働規模,稼働効率等を実証的にあきらかにした.4.都市再開発の可能性評価サブシステムモデル;空間情報を異なる基準を用いて判定することによって,地区毎の再開発可能性を定量的に評価する.判定基準については異なる社会経済条件予測や都市計画方針,環境計画方針に応じて柔軟に変更できるシステムとした.5.大阪市域のケーススタディを通じての政策変数の感度分析;

未利用エネルギー利用の積極的利用を含む地域環地境改善施策や,地区毎の成長管理・土地利用コントロール施策等を操作変数として,高効率熱供給事業の整備推進と地域単位での環境負荷低減への影響を評価する.
ニシゴリラのコミュニティ構造：単独オスと群れの音声コミュニケーションと遊動の解析

ゴリラのオスは基本的に、性成熟に達するころに出自群を移出して、メスを獲得するまでのあいだ単独生活を送る。追跡の難しい単独オスについて、群れや他の単独オスとどのような社会関係を築いているのか、これまでほとんど明らかにされてこなかった。本研究を通して、ニシローランドゴリラの単独オスと群れの社会関係を描き出し、マウンテンゴリラの社会との種間変異を探るのが最終的な目的である。平成27年度は、長期現地調査を中心とした研究活動に取り組んだ。平成27年7月から平成28年2月までの約7ヶ月間に渡り、ガボン共和国ムカラバ・ドゥドゥ国立公園に滞在して、ニシローランドゴリラの行動観察を行った。本国立公園には、2003年から人付けが開始されて調査が継続されてきたニシローランドゴリラの単雄複雌群(G群)が生息している。本年度はG群の行動観察に重点を置くことで、「群れの個体からみた他群や単独オスとの社会関係」を明らかにしようと試みた。具体的には、G群を追跡してGPSを用いてその遊動情報を記録するとともに、単独オスや他の群れとのエンカウンターに際した社会交渉や遊動の変化を調べた。また、群れを移出して単独オスとなる過程において遊動や社会関係がどのように変化するのか明らかにすることを目的として、G群に属する若いオスを観察し、群れ内外の他個体との社会交渉や個体間距離が年齢に応じてどのように異なるか調査した。若いオスのうち1個体は、群れと重複した遊動域で数ヶ月間に渡って単独で遊動したが、その後いったん群れに戻ってきて誇示行動などの社会交渉をしめした。この観察により、ニシローランドゴリラのオスの移出過程では、群れ内外の社会関係や遊動が段階的に変化することが示唆された。今後、これらの行動データについて詳細な分析を進めて、マウンテンゴリラとニシローランドゴリラにおける社会関係の違いとの関連を考察する。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、野生ニシローランドゴリラ(Gorilla gorila gorilla)の単独オスと群れがどのようなコミュニティを形成しているのか、遊動と音声という2つの観点を関連づけて検証する。長年の研究が蓄積されてきたマウンテンゴリラ(Gorilla beringei beringei)と比較して、ニシローランドゴリラの社会に関する知見は限られている。特に追跡の難しい単独オスについて、群れや他の単独オスとどのような社会関係を築いているのか、これまでほとんど明らかにされてこなかった。そこで本研究では、ニシローランドゴリラの単独オスと群れが、重複した遊動域に生息する他の群れや単独オスの音声を聴いた際にどのような遊動パターンを示すのか検証する。平成25年度には、主に現地調査を中心とした研究活動を実施した。平成25年8月下旬から平成26年2月中旬までの約半年間に渡りガボン共和国に渡航して、ムカラバ・ドゥドゥ国立公園においてニシローランドゴリラの行動観察を実施した。具体的には、単独オス1頭と2群の単雄複雌群を追跡し、GPSを使用して遊動情報を記録した。ドラミングなどの長距離音声を聴いて他個体の位置を把握した際に遊動パターンがいかに変化するのか、あるいは他の群れや単独オスと遭遇した際にどのような社会交渉を示すのかという点に着目して、ビデオカメラと野帳を用いて行動を記録した。これらのデータの詳細な分析は、平成26年度以降に実施する予定である。帰国後の平成26年3月には、生態人類学会第19回研究大会において、単独オスが他のゴリラと遭遇または音声を聴いた際に示した社会行動と遊動の変化について発表した。また、単独オスの遊動に関する基礎的な情報として、日遊動距離と採食生態の関連性に関する論文を英文学術誌に投稿する準備を進めた。本研究では、野生ニシローランドゴリラ(Gorilla gorilla gorilla)の単独オスと群れがどのような社会関係を築いてコミュニティを形成しているのか、遊動と音声という2つの観点を関連づけて検証する。調査地は、ガボン共和国のムカラバ・ドゥドゥ国立公園である。平成26年度は、単独オスの採食物の内容と採食場所の利用方法、および日遊動距離の季節変化について、前年度までに得られた観察データを解析した。その結果、ニシローランドゴリラの単独オスにおいては、果実食が多い時期と少ない時期の採食場所の利用方法の変化が、ニシローランドゴリラの群れやヒガシローランドゴリラ(G. beringei graueri)の単独オスとは異なるパターンをしめすことが示唆された。これには、ニシローランドゴリラが他種のゴリラと比較して高い果実食性を示すことや、単独オスには群内の採食競合が働かないことなどが影響していると考えられる。ゴリラの遊動に生態学的要因が与える影響について、新たな知見が得られた。また、オス間の社会関係を明らかにするために、群れと単独オスの出会いの事例を分析した。これまでほとんど報告のなかった、単独の若いオスが出自ではない群れの個体と遊動をともにするという行動や、若いオスどうしの親和性など、マウンテンゴリラとは異なる特徴がニシローランドゴリラのコミュニティにみられることが判明した。この研究成果を、7月に大阪で開かれた日本霊長類学会や、8月にベトナムで開催された国際霊長類学会にて口頭で発表した。

ゴリラのオスは基本的に、性成熟に達するころに出自群を移出して、メスを獲得するまでのあいだ単独生活を送る。追跡の難しい単独オスについて、群れや他の単独オスとどのような社会関係を築いているのか、これまでほとんど明らかにされてこなかった。本研究を通して、ニシローランドゴリラの単独オスと群れの社会関係を描き出し、マウンテンゴリラの社会との種間変異を探るのが最終的な目的である。平成27年度は、長期現地調査を中心とした研究活動に取り組んだ。平成27年7月から平成28年2月までの約7ヶ月間に渡り、ガボン共和国ムカラバ・ドゥドゥ国立公園に滞在して、ニシローランドゴリラの行動観察を行った。本国立公園には、2003年から人付けが開始されて調査が継続されてきたニシローランドゴリラの単雄複雌群(G群)が生息している。本年度はG群の行動観察に重点を置くことで、「群れの個体からみた他群や単独オスとの社会関係」を明らかにしようと試みた。具体的には、G群を追跡してGPSを用いてその遊動情報を記録するとともに、単独オスや他の群れとのエンカウンターに際した社会交渉や遊動の変化を調べた。また、群れを移出して単独オスとなる過程において遊動や社会関係がどのように変化するのか明らかにすることを目的として、G群に属する若いオスを観察し、群れ内外の他個体との社会交渉や個体間距離が年齢に応じてどのように異なるか調査した。若いオスのうち1個体は、群れと重複した遊動域で数ヶ月間に渡って単独で遊動したが、その後いったん群れに戻ってきて誇示行動などの社会交渉をしめした。この観察により、ニシローランドゴリラのオスの移出過程では、群れ内外の社会関係や遊動が段階的に変化することが示唆された。今後、これらの行動データについて詳細な分析を進めて、マウンテンゴリラとニシローランドゴリラにおける社会関係の違いとの関連を考察する。平成26年度は研究計画を変更して、前年度までに得られたデータを解析して成果を発表することに重点を置いた。そのため、当初計画していた長期野外調査を実施できず、行動観察のデータが不足している。それに伴い、野外でのゴリラの音声使用についても追加の資料収集が行えず、音響分析にも遅れが生じている。また、当初予定していた野外プレイバック実験については、音響分析の遅れにより、実施が困難であると考えられる。27年度が最終年度であるため、記入しない。平成27年度は当初の研究計画を変更し、平成26年度に実施できなかった長期の野外調査をガボン共和国ムカラバ・ドゥドゥ国立公園にて行い、行動観察のデータを追加収集する予定である。主な調査項目は、群れ内外の社会交渉、特に音声コミュニケーションである。当初の研究計画に記載していた野外プレイバック実験については、音響解析が遅れているため実施が見込めない。自然状態における行動観察を重点的に行うことで、他のゴリラの音声が聴こえた際の反応について観察事例を増やして対応する。また、平成26年度までに解析された、単独オスの採食と遊動、およびオス間の社会関係に関する知見については、国際誌に投稿する予定である。ガボン共和国ムカラバ・ドゥドゥ国立公園に滞在中は、電気の供給も無くインターネットへの接続も不可能であったため、論文執筆が困難であった。
ＣＯＰＤ肺における組織リモデリング病態の解明

慢性閉塞性肺疾患(COPD)の肺では、肺気腫の程度には肺胞領域のB細胞とCD4陽性T細胞の増加が関連し、また細気管支壁の肥厚には炎症細胞浸潤よりも総コラーゲンの減少、I型コラーゲンの増加が有意に関連した。また、多光子励起顕微鏡を用いた第二次高調波発生(SHG)の前方・後方直進成分を定量することでコラーゲン亜型の定量的検出が可能となることを明らかにし、網羅的遺伝子解析により肥厚した細気管支壁ではTGF-βsignaling pathwayに関わる遺伝子発現が低下していることを明らかにした。肺移植目的に手術により摘出された慢性閉塞性肺疾患(COPD)肺4例と対照ドナー肺4例より、1例につき肺組織を58ヶ所より採取し、それらより凍結切片を作成して、マクロファージ、好中球、好酸球、CD4陽性T細胞、CD8陽性T細胞、B細胞、NK細胞、I型コラーゲン、III型コラーゲン、総コラーゲンについて免疫組織化学染色ならびに化学的染色を施行し、肺胞領域ならびに細気管支壁の両者で定量した。多変量解析による検討を行ったところ、肺気腫の程度(肺胞表面積の減少)には肺胞領域のB細胞とCD4陽性T細胞の増加が有意に関連し、また細気管支壁の肥厚には炎症細胞の浸潤よりもむしろ細気管支壁内の総コラーゲンの減少、I型コラーゲンの増加が有意に関連することを見出した。さらに、細気管支と肺胞組織をlaser capture microdissection法を用いて選択的に採取し、その各組織における網羅的遺伝子発現をマイクロアレイにて解析した。その結果、肥厚した細気管支壁ではTGF-βsignaling pathwayに関わる遺伝子発現の低下を認めた。以上より、COPD肺の組織リモデリングにおける慢性炎症と細胞外基質の変化、さらには網羅的遺伝子発現の変化との関わりについての重要な知見を得られた。これらの結果はCOPD肺の組織リモデリングにおける慢性炎症と細胞外基質の変化との関わりについての重要な知見であり、また多光子励起顕微鏡を用いたSHGシグナルの評価は肺組織のリモデリングを評価する新たな手法となり得ることを示した。上記の通り、免疫組織化学染色を用いた定量組織学的分析は順調に進行しており、また多光子励起顕微鏡を用いた第二次高調波発生のデータも集積しつつある。今後は細気管支と肺胞組織をlaser capture microdissection法を用いて選択的に採取し、その各組織における網羅的遺伝子発現をマイクロアレイにて解析することで、COPD肺における組織リモデリングの病態をより明らかにしていく。該当なし
美味しさを感じる神経機構に対する成長ホルモンの影響

個体の成長や脂質、糖質代謝に主要な働きを担う成長ホルモンが人の味覚嗜好に関与することが臨床的に示唆されている。本研究では運動や成長ホルモン自体の投与により体内の成長ホルモン環境を変化させた場合味覚嗜好に変化が見られるかどうかを、実験動物を用いて検討し、成長ホルモンの作用を仲介する分子である成長ホルモン受容体の脳内分布や発現調節に係る知見を得るとともに、成長ホルモン作用の変化がラットの甘味嗜好に与える影響を示唆する結果を得た。本研究では、運動負荷による生理的な脳内成長ホルモン(GH)系の変化が味覚刺激に対する脳の神経活動や味覚嗜好にどのような影響を与えるかを調べることを目的として本年度は以下の実験を行った。1)脳内GHおよびGH受容体mRNA発現を定量的に調べ、GHは視床下部、海馬に多くの発現を認めたが、GH受容体は特に海馬に多いものの、前頭皮質、視床下部、小脳、脳幹、脊髄にも発現が認められた。発現しているGHmRNAについて分子生物学的検討を加えた結果、脳内のGHmRNAは下垂体で産生されるものと同一であったが、GH受容体はこれまで知られている4種類の第一エクソン変異mRNA(V1-V4)のうち脳ではVIがほとんどであり、海馬でのみV1に加えてV4の発現がみられた。GH受容体は細胞膜受容体(long form)と、細胞内領域を欠き血中に放出されるGH結合タンパク(short form)の2種類のmRNAが単一の遺伝子から作られるが、これら2種類のmRNAは調べた脳内の全ての領域に検出された。2)ラットを非運動群、自発運動群、負荷運動群に分け、各々異なる強度の運動を4週間行った。運動終了24時間後に動物を断頭屠殺し下垂体前葉、海馬、扁桃体、視床下部、前頭皮質、脳幹、脊髄の諸領域を切り出し、定量的PCR法によりGH,GH受容体mRNAレベルを測定した。その結果、海馬で運動強度の上昇に伴う発現の低下、前頭皮質では対照的に増加が見られた。GHmRNAも同様に運動に伴い、前頭皮質での増加、海馬での減少が認められた。今後同様の実験を行い今回得られた結果の再現性を確認すると共に、このような運動とGH系の変化が味覚の嗜好に与える影響を検討する。本研究では、脳内成長ホルモン、およびその受容体の発現に運動何がどのような栄養を与えるか、また運動負荷による生理的な脳内成長ホルモン(GH)系の変化が味覚刺激に対する脳の神経活動や味覚嗜好にどのような影響を与えるかを調べることを目的としている。本年度は以下の実験を行った。1)前年度に引き続き脳内GHおよびGH受容体mRNA発現を定量的に調べた。GH受容体は海馬、前頭皮質、視床下部に多く小脳、脳幹、脊髄にも低レベルの発現が認められた。下垂体では海馬や皮質に相当するレベルの発現が見られた。発情間期の雌との比較では発現量に性差はなかった。脳および下垂体で発現しているGH-受容体mRNAはこれまで知られている4種類の第一エクソン変異mRNA(V1-V4)のうち脳ではVIがほとんどであり、V4とV3の極めて低レベルの発現が見られたが、肝で多く発現するV2は検出されなかった。また、脳内に発現するGH-受容体mRNAは細胞内領域の長いいわゆるlong formがほとんどであった。また、GH-受容体の発現は個体の発達に関連して変化することが分かった。脳内では一般に胎生期の発現は低いが、下垂体では胎生期に特異的な発現亢進が見られた。これは下垂体機能の発達への成長ホルモンの関与を示唆する結果である。2)ラットを非運動群、自発運動群、負荷運動群に分け、各々異なる強度の運動を2週間あるいは4週間行った。運動終了24時間後に動物を断頭屠殺し定量的PCR法によりGH,GH受容体mRNAレベルを測定した。その結果、海馬および前頭皮質では有意な変動が見られなかった。4週の運動期間中に5%ショ糖溶液を用いて甘味に対する味覚嗜好への運動の関摩を調べた。運動群は対照群に比較して多くのショ糖液を飲んだが、統計的に有意な結果ではなかった。本年度は21年度に引き続き脳内および下垂体成長ホルモン(GH)受容体mRNA発現について定量的な検討を加えた。また、GH受容体mRNAのV1,V4の第1エクソンバリアント、およびlong form mRNAとshort form mRNAの発現比率を定量し、これらの結果を昨年度までに得られたデータとともに発表した(NogamiらGrowth Hormone and IGF Research,2010)。また、個体の発達過程で最も顕著なGH受容体発現がみられたのが胎生期の下垂体であったことから、胎生期の下垂体細胞の発達においてGHが何らかの働きを担っている可能性が考えられた。

そこで、GH受容体を発現する幼弱GH細胞の実験モデルと考えられるMtT/E細胞を用いてGH受容体遺伝子発現の制御機構、およびGH遺伝子発現に対するGHの作用などについて検討を加えた。本年度はまた、成長ホルモン投与がラットの甘味嗜好にどのような影響を与えるかについて以下のような実験を行った。Sprague-Dawley系オスラット8週令を2グループに分け、体重測定と飲水量の測定を1週間行った。この間1日のみ2%ショ糖液を飲水として与え、飲量を測定した。2週目に1グループを実験群とし0.2mg/kg体重のヒツジGHを他方を対照群としその溶媒のみを1日1回腹腔内投与した。1週間投与を続け体重と飲水量を測定した。また、この間1日のみ2%ショ糖液を飲水として与え甘味嗜好に対するGHの影響を検討した。両群の体重増加率はGH投与実験以前は差がなかったが、GH投与期間中の体重増加は対照群で43.4±2.3gであるのに対し、実験群では51.1±3.0gと優位に増加した。ショ糖液の飲量は対照群294±62ml/体重/日に対して実験群400±65ml/体重/日と増加したが、これは統計的に有意な差ではなく、GHの甘味嗜好に対する影響評価のためには今後個体数を増やして実験を追加する必要があると思われる。
電子線誘起蒸着法による酸化物ナノ構造の作製とその物性評価

目的の金属元素を含む有機金属化合物ガスを基板上に極少量流し、そこへ細く収束した電子ビームを照射することで、ガスを分解し、局所的に蒸着を行う方法は電子線誘起蒸着(EBID)法と呼ばれ、目的の場所へサイズや形状を制御してナノ構造を作製できる有望な方法である。本研究ではこの方法を利用して、酸化物や金ナノ構造を作製する方法を確立し、特にモリブデン酸化物ナノ構造については光伝導特性について検討した。目的の金属元素を含む有機金属化合物ガスを基板上に極少量流し、そこへ細く収束した電子ビームを照射することで、ガスを分解し、局所的に蒸着を行う方法は電子線誘起蒸着(EBID)法と呼ばれ、目的の場所へサイズや形状を制御してナノ構造を作製できる方法として有望である。申請者らは、この方法を用いて、金属や酸化物ナノ構造を作製してきたが、その中で最近、酸化モリブデン・ナノワイヤーにおいて、半導体特性があり光センサーやガスセンサーとして使用できることを見出した。また、このようなセンサーとして利用できる性質は、他のナノ構造でも作製できる可能性がある。そこで本研究では、このナノ構造の作製方法を制御し特性を最適化するとともに、他の元素のナノ構造を作製して、ナノセンサー作製技術の確立をめざす。本年度は、電子ビームのスキャン回路を購入し、EBID装置の一部改良を行った。それを制御するソフトウエアも自主開発した。この装置を金ナノ粒子試料に対して用い、金ナノ粒子の光センサーとしての特性を検討した。また、ナノワイヤーの温度や環境を制御しながら電流一電圧特性を測定する装置一式(環境セル、電源、微小電流計、真空ポンプ、ヒーター等)を開発し、微小電流測定に対するノイズ対策を行い、炭素ナノワイヤーにおいて電流一電圧特性が測定できることを確認した。今後は、これを用いてセンサーに使えるナノワイヤーの特性を測定していく予定である。申請者らは、この方法を用いて、金属や酸化物ナノ構造を作製してきたが、その中で、酸化モリブデン・ナノワイヤーにおいて、半導体特性があり光センサーやガスセンサーとして使用できることを見出した。また、このようなセンサーとして利用できる性質は、他の材料を用いたナノ構造でも得られる可能性がある。そこで本研究では、このナノ構造の作製方法を制御し特性を最適化するとともに、EBID法を用いてナノ構造を作製し、ナノセンサー作製技術の確立をめざす。昨年度は、電子ビームのスキャン回路を購入し、EBID装置の一部改良を行った。また、ナノワイヤーの温度や環境を制御しながら電流-電圧特性を測定する装置一式(環境セル、電源、微小電流計、真空ポンプ、ヒーター等)を開発し、微小電流測定に対するノイズ対策を行い、炭素ナノワイヤーにおいて電流一電圧特性が測定できることを確認した。本年度は、EBID法で酸化モリブデン・ナノワイヤーを作製し、その光伝導特性を測定した。その結果、光照射によって電気抵抗率が減少する特性が見いだされた。その中で、これまではナノワイヤーを結晶化するための熱処理が必要だと考えられていたが、非晶質の状態でも光伝導性があることが分かった。目的の元素を含む有機金属化合物ガスを基板上に極少量流し、そこへ細く収束した電子ビームを照射することで、ガスを分解し、目的の元素を局所的に蒸着する方法は電子線誘起蒸着法(EBID)と呼ばれ、目的の場所へサイズや形状を制御してナノ構造を作製できる手法として有望である。本研究では、このEBID法を用いて、炭素や金属酸化物を蒸着して、ナノセンサーの作製技術に貢献することを目的とした。今年度は、酸化モリブデンナノワイヤーを作製して光センサーへの応用を目指す研究と、炭素を局所的に蒸着することでナノ接着剤として利用する2つの研究を行った。まず、EBIDで酸化モリブデンナノワイヤーを作製するときの条件について検討した。その結果、モリブデンカルボニルを原料とした場合には、作製されたナノワイヤーは金属的な電気伝導特性を示したが、モリブデンカルボニルに酸素を混合したものを原料とした場合には、その比率が1:1から1:3の範囲で、すべて半導体的な電気伝導特性を示し、また光照射によってその電気伝導率が変化する特性があった。よって、ガスの混合比による大きな影響はなく、ナノサイズの光センサーとして利用可能であることが明らかとなった。つぎに、フェナントレンを原料として炭素を蒸着する研究を行った。EBIDで蒸着した炭素試料についてマイクロラマン分光により結合状態を調べた結果、この炭素はダイヤモンドライクカーボンであることが明らかとなった。

また、市販のナノ粒子を基板上に分散し、その中の1つを覆うようにEBIDで炭素の極薄い膜を作製し、その後、他のナノ粒子を洗い流す方法で、目的の粒子だけを基板上に残す技術を確立した。これにより、金ナノ粒子を用いた光プラズモンセンサーの作製に貢献できると考えている。昨年度にナノワイヤーを作製する装置の改良を行い、ナノワイヤーを作製できるようになった。しかし、昨年末の大地震で装置のターボ分子ポンプが損傷し、半年ほど実験が進まなかった時期があった。現在は、修理が完了し、実験が行えるようになっている。このように、やや遅れはあったが、ナノワイヤーを作製し光伝導特性を測定でき、研究が進展している。24年度が最終年度であるため、記入しない。酸化モリブデン・ナノワイヤーで光伝導性が出るようになったので、これに関してより定量性を出すために、光源や照度計などを準備し、計測していく予定である。また、酸化物ではないが、EBID法を用いて金ナノ粒子を基板上に配置・固定することで、プラズモン共鳴を利用したセンサーに応用できる可能性があると考えるに至った。可能であれば、この研究も一部進めていく。有機物ではあるが、ポリジアセチレン・ナノ構造も電子線を制御することで作製可能になった。将来的にこの特性についても検討したいと考えている。
SiCウィスカ強化アルミニウム複合材料の耐摩耗性に及ぼす環境効果

2024Al合金にSiCウィスカを体積含有率で22%混合させたAl基複合材料(FRM)と比較のためベース材料のディスク試験片に、S45C鋼のピン試験片(HV=320)を組合せて、温度と湿度を制御した大気中とアルゴンガス中でピン・ディスク摩耗試験を行い、次の点が明らかになった。1.2024Alは初期にシビヤ摩耗があらわれ、相対湿度の増加とともに初期摩耗距離は徐々に減少するが、FRM材はいずれの相対湿度でも試験開始直後はマイルド摩耗を生じる。2.摩耗面と摩耗粉のX線回折、XPSなどの観察から、初期のシビヤ摩耗から定常域のマイルド摩耗への遷移は、摩耗面と摩耗粉が酸化されるためで、これには環境中の水分の方が酸素よりも影響する。3.マイルド摩耗率は、2024Alでは相対湿度にともなって増加し、環境中の水分量が摩耗に著しく影響している。FRMの摩耗率は相対湿度70%以上でわずかに増加するが、相対湿度による影響は2024Alと比較すると非常に小さい。4.アルゴンガス中では、母材、FRM材ともに摩耗率は大気中より小さくなる。5.摩耗係数は、大気中、アルゴンガス中とも相対湿度によらずほぼ一定で、いずれの場合もFRMのほうが大きい。6.2024Alでは水分の吸着によって摩擦表面の強度が低下し、そのため摩耗粉径が大きくなって摩耗率は大きくなる。FRMはマトリックスは水分の作用によって破壊しやすくなるが、ウイスカの拘束によって大きな摩耗粉に成長しないで細かい摩耗粉が数多く脱落するようになるため、定常域での摩耗率にマトリックス材料の2024Alのような大きな違いを生じない。以上の結果、環境中の水分によってAl合金の摩耗は急増するが、Al基複合材料への影響は小さいことが明らかになった。2024Al合金に直径0.30.6μm,長さ515μmのSiCウィスカを体積含有率で22%混合させたアルミニウム基複合材料(FRM)と比較のためベース材料の2024Alのディスク試験片に,S45C鋼のピン試験片(ビッカース硬さHV=320)を組合わせて,温度と湿度を制御した大気中でピン・ディスク摩耗試験を行った.2024Alは初期にシビヤ摩耗があらわれ,相対湿度の増加とともに初期摩耗距離は徐々に減少する.FRMは相対湿度0%でのみ初期にシビヤ摩耗を生じ,その距離は2024Alの約1/2である.一方,定常域のマイルド摩耗率は,2024A1では相対湿度にともなって増加し,環境中の水分量が摩耗に著しく影響している.FRMの摩耗率は相対湿度70%以上でわずかに増加するが,相対湿度による影響は2024A1と比較すると非常に小さい.摩擦係数は相対湿度のよらずいずれの場合もFRMのほうが大きい.このような影響を摩耗面のSEM観察と硬さの測定および摩耗粉径の分布の測定から考察した.2024A1では水分の吸着によって摩擦表面の強度が低下し,そのため摩耗粉径が大きくなって摩耗粉率は大きくなる.FRMはマトリックスは水分の作用によって破壊しやすくなるが,ウイスカの拘束によって大きな摩耗粉に成長しないが,細かい摩耗粉が数多く脱落するようになるため,定常域での摩耗率にベース材料のような大きな違いを生じなかったものと考えられる.結局,FRMは環境中の水分量の増加にともなって摩耗量には大きな変化はあらわれないが,摩耗機構に違いが生じることが明らかになった.2024

Al合金にSiCウィスカを体積含有率で22%混合させたアルミニウム基複合材料(FRM)と比較のためベース材料のディスク試験片に、S45C鋼のピン試験片(HV=320)を組合せて、大気中および環境中の酸素の影響を調べるためアルゴンガス中で温度と湿度を制御してピン・ディスク摩耗試験を行った.1.アルゴンガス中でも大気中と同様、母材はシビヤ摩耗からマイルド摩耗へ移行し、FRM材は試験開始後からマイルド摩耗を生じた。摩耗率は母材、FRM材とも大気中より小さくなり、相対湿度の上昇にともなって徐々に増加する傾向を示した。2.マイルド摩耗面と摩耗粉をX線回折、XPSなどで詳細に観察して、シビヤ摩耗からマイルド摩耗への遷移は、摩耗面と摩耗粉が酸化されるためで、これには環境中の水分の方が酸素よりも影響する。3.マイルド摩耗面のスクラッチ試験を行うと、相対湿度による摩耗面の強度の違いが明瞭にみられた。この結果とSEM観察、摩耗面の硬さの測定結果を総合して、FRMの摩耗形態は相対湿度にともなって、ぜい性的な破壊から塑性変形を伴う破壊に変化することがわかった。以上の結果、環境中の水分によってAl合金の摩耗は急増するが、Al基複合材料への影響は小さいことが明らかになった。したがって、FRM材は高湿度環境中で用いるとトライボロマテリアルと非常に有用であることがわかった。
医工連携による転倒しても寝たきりにならない住まいの提案

[東大病院における大腿骨骨折による入院患者調査]転倒により大腿骨を骨折・緊急入院した高齢者を対象として入院中にインタビュー調査を実施し、どこで、どのように転倒したかを明らかにすることを目的としている。本年度は11例の病院調査事例が得られた。2016年度からの事例を合わせた43例のうち、転倒場所は自宅内が18例で最も多く、次いで自宅敷地外の15例、施設内の9例、自宅敷地内の1例となっていた。34例が女性で、12例がトイレ往復時の転倒であった。特に自宅での転倒の場合、18件中9件がトイレとの移動動作で起きていた。その結果、調査した中で自宅の住戸内の転倒が最も多いこと、自宅内ではトイレへの往復時に半数が転倒していることが判明した。転倒の仕方ではふらつきが43件中17件を占めた。また、全ての転倒の仕方にトイレ関連の転倒が含まれていた。[東大病院退院患者の退院後の追加調査]自宅訪問調査の同意が得られた患者の内、15例に対し、転倒場所の確認やその後の住環境の変化に関する追跡調査を行なった。本調査では、上記病院調査でインタビュー調査を行なった高齢者が、退院した後にどのような生活変化があったか、住宅改修を実施したか等の状況を調査した。15例の内、11例が自宅訪問調査、4例が病院におけるインタビューであった。その結果、転倒後に自宅改修を行なっていた事例が7例得られたとともに、全事例で転倒・大腿骨骨折後の生活変化等を把握することができた。[大牟田市における転倒調査]大牟田市消防本部の協力を得て、救急活動記録表のデータから転倒事例の抽出を行ない、その詳細な解析を行なった。その結果、東京都とのデータの比較から超高齢社会の日本で今後さらに高齢者が増えていく中で、自宅での転倒予防が求められていることが確認された。さらに、年齢別の転倒状況や怪我の重症度、転倒や骨折の危険度が高い場所等が明らかとなった。医学・工学が分野横断的な研究チームを組み、住み慣れた自宅で転倒しても寝たきりにならないための物的環境要因と身体的要因を明らかにし、自宅で生活し続けられる住まいの提案を行うことを目的とし、今年度の計画としては以下の2つを予定していた。まず「転倒アンケートデータ分析」については、文京区・横浜市青葉区・柏市における在宅高齢者で転倒負傷経験のある方につてのアンケートによって収集したデータを、医学メンバーを中心に分析し、医工で分析の手法や視点について議論し、研究成果を転倒予防学会等で発表した。次に、同アンケート対象者のうち自宅訪問の許可を得た高齢者に対する「自宅への訪問調査からみる転倒時の環境把握」を行った。ここでは、工学系メンバーを中心に医学メンバーと共にインタビュー調査を行い、医工で事例の検討を重ね、研究成果を学会で発表した。また2年目の2017年度に実施を予定していた、東京大学附属病院に転倒骨折で入院した患者を対象とした調査に関しては、医学メンバーが病院側と調整を行い、医工連携で転倒時の状況把握を今年度から開始することができた。そのため2017年度は、患者の退院後の自宅訪問調査を実施する予定である。さらに、本研究チームが所属する東京大学高齢社会総合研究機構と、福岡県大牟田市が2017年2月に締結した、超高齢化社会に対応した研究推進についての包括協定をもとに、大牟田市がこれまで蓄積している各種情報(消防部署における、これまでの転倒事故に関わる詳細報告に関わる情報等)を利用した、転倒メカニズムに関わる分析と、転倒場所、転倒状況に関わる分析を通した、今後の、地域社会における転倒予防のための間協定案のための基礎的な情報収集を進めつつある。本年度予定していたアンケート分析と自宅訪問調査を実施し、その結果を学会で発表したばかりでなく、東大病院における調査の前倒し実施や大牟田市における調査といった、発展的な研究の準備にも着手することができたため。大腿骨骨折を骨折し、東大整形外科から紹介があった34人の中、24人の調査で、高齢者がどこで、どのように転んでいるのかを明らかにした。その結果、調査した半分近くが自宅の住戸内で転倒していること、トイレへの往復時に転倒していることが判明した。転び方に特徴は見られなかったが、ふらつきによる転倒が多く見られている。退院後の自宅訪問調査も、2017年9月に2例、11月に3例,12月に2例で合わせて7例(8転倒例)では、高齢者の大腿骨骨折という、生活に大きな変化を及ぼす怪我をした転倒の場所と発生状況を把握している。両者の調査結果によって、今まで不明瞭であった実生活中の転倒の実態が明らかになっており、身体的な要因に加えて建築等の環境要因と転倒との関係性がわかりつつある。さらに大牟田市消防本部の協力を得て、2016年度に出動した救急車に関する約4,800件のデータから、1/3が転倒による搬送であることが分かった。さらに、年齢ごとの転倒件数、転倒場所、地域ごとの転倒事例の件数等を明らかにした。この結果から、高齢者に限らず人々が地域でどのように転倒しているかという実態が分かった。その他、転倒しても寝たきりにならない住まいに関する調査として、住宅改修に着目し、骨折を経験しても安全に住める住宅のあり方を検討する。

東大病院に大腿骨骨折で入院している患者を対象に、転倒の身体的要因と物的要因を把握することが本年度の目的であり、それを実施している。さらに、調査対象を拡大し、大牟田市の消防と連携し、転倒の実態把握を行っているため、当初の計画以上に進展していると言える。[東大病院における大腿骨骨折による入院患者調査]転倒により大腿骨を骨折・緊急入院した高齢者を対象として入院中にインタビュー調査を実施し、どこで、どのように転倒したかを明らかにすることを目的としている。本年度は11例の病院調査事例が得られた。2016年度からの事例を合わせた43例のうち、転倒場所は自宅内が18例で最も多く、次いで自宅敷地外の15例、施設内の9例、自宅敷地内の1例となっていた。34例が女性で、12例がトイレ往復時の転倒であった。特に自宅での転倒の場合、18件中9件がトイレとの移動動作で起きていた。その結果、調査した中で自宅の住戸内の転倒が最も多いこと、自宅内ではトイレへの往復時に半数が転倒していることが判明した。転倒の仕方ではふらつきが43件中17件を占めた。また、全ての転倒の仕方にトイレ関連の転倒が含まれていた。[東大病院退院患者の退院後の追加調査]自宅訪問調査の同意が得られた患者の内、15例に対し、転倒場所の確認やその後の住環境の変化に関する追跡調査を行なった。本調査では、上記病院調査でインタビュー調査を行なった高齢者が、退院した後にどのような生活変化があったか、住宅改修を実施したか等の状況を調査した。15例の内、11例が自宅訪問調査、4例が病院におけるインタビューであった。その結果、転倒後に自宅改修を行なっていた事例が7例得られたとともに、全事例で転倒・大腿骨骨折後の生活変化等を把握することができた。[大牟田市における転倒調査]大牟田市消防本部の協力を得て、救急活動記録表のデータから転倒事例の抽出を行ない、その詳細な解析を行なった。その結果、東京都とのデータの比較から超高齢社会の日本で今後さらに高齢者が増えていく中で、自宅での転倒予防が求められていることが確認された。さらに、年齢別の転倒状況や怪我の重症度、転倒や骨折の危険度が高い場所等が明らかとなった。平成29年度は、転倒による大腿骨骨折入院経験高齢者の実態把握することを目的とし、転倒・骨折で入院した経験のある高齢者を対象にインタビューを行い、身体的要因と環境的要因を明らかにする。対象地は、東京大学病院を対象とし、大腿骨を骨折し入院した患者を対象としており、2017年4月2018年3月に実施する予定であったが、すでに平成28年度に予備的調査として一部実施を開始している。また、大牟田市においても同様な調査を追加的に実施し、異なる地域における情報を入手する見込みである。さらに、大牟田市においては消防署が記録している高齢者の転倒状況報告書のデータをもとに、日常生活における転倒の実態を把握したい。平成30年度前期は、転倒の物的要因と身体的要因分析を目的とし、仮説を検証するため、1年目と2年目で得られた結果を比較分析し、転倒・寝たきりにつながる身体的要因と物的要因を明らかにする予定である。平成30年度後期は、転倒しても寝たきりにならない住まいの提案に向け、研究成果を基に、身体能力に応じた住宅計画(住戸内空間のあり方)と転倒しても寝たきりにならないインテリア(照明、床材など)や転倒したことが外部に連絡できるシステムを住戸内に配置する提案を行う。
不愉快による入力促進システム実現に向けた研究

インターネット上での会議日程の調整や書類の提出といった期日までの入力・提出を求めるシステムにおいて、ユーザが入力・提出を終えないために会議の日程調整や書類の整理が遅れるといった事態が生じる。これらは、メール確認を行わない、入力・提出が必要とされていたことを忘れる、また、無視するといったユーザの怠惰・悪意が原因となることが多い。そこで、怠惰なユーザに対して、入力・提出期日が迫るほど、そのユーザにとって不愉快な動作を行うための通知を出すことで入力・提出期限を守るように促すシステムを開発した。入力を行わない怠惰なユーザのみに不愉快を与えることでユーザの入力を促す仕組みを研究する。しかし、不愉快を与えるとそのユーザの利便性が低下するため、すべてのユーザに不愉快を与えることは好ましくない。そこで、ユーザの状況に応じて徐々に不愉快を課す仕組みを実現する。このことを実現するためには、1)ユーザの状況推測、2)状況に応じた不愉快な動作の実施、3)不愉快な動作の段階的な変更について検討する必要がある。また、不愉快な通知システムを様々なアプリケーションへ応用することを目指し、4)エージェントベースの開発基盤を研究開発する。平成26年度は提案システムを実現するための予備実験を実施した。具体的には予備実験を行うにあたり、ユーザの入力を促すためにはユーザに動機づけを持たせることが必要で、動機づけの観点からどのような仕組が効果的であるか検討した。検討結果をもとに、画像を表示する機能を利用し、画像の大きさや色,画像が移動するのか停止しているのかなど、様々なパターンでどういった効果が得られるのかを実験した。その結果、不愉快な通知への気付きという面ではどの表示パターンでも一定の効果は得られたが、画像が小さくなるほど邪魔にならずそれほど不愉快に感じないといった意見が得られ、入力を先送りにするユーザが存在した。しかし、赤色の画像を用いれば画像が小さくても目に付きやすく、不愉快に感じるといった効果が得られた。また、画像が小さい場合、移動していたほうが不愉快が大きいのに対し画像が大きくなると停止していたほうが不愉快が大きいという結果が得られた。不愉快な入力促進システムの実現に向けて、ユーザの状況推測、状況に応じた不愉快な動作の実施、不愉快な動作の段階的な変更、エージェントベース開発基盤の研究開発を行う。平成27年度は前年度の予備実験結果を参考に、会議日程の調整を対象としたシステムのプロトタイプ実装を行うと共に、ユーザの入力までの状況としてどのようなものが存在するか検討すると共に推測方法について検討した。プロトタイプ実装では、入力要求者や入力対象者、システム管理者のそれぞれに必要となるウェブベースのユーザインタフェースを検討した。入力要求者には要求入力項目や入力対象者等を設定するためのインタフェースを、入力対象者には要求された入力項目を入力するための入力フォームを、システム管理者にはシステムの稼働状況を表示するためウェブインタフェースをプロトタイプ実装した。ユーザの状況推測としてはユーザが入力を完了するまでのステップの分析を行い、それぞれの状況とそれに至った理由について整理すると共に、ユーザが今どの状況(入力完了、通知確認、通知無視、入力保留等)にいるのかを推測するための仕組みを検討した。状況推測には、不愉快な通知への反応(通知を消すなど)、入力フォーム画面へのアクセス、時間経過を組み合わせることによって行った。また、これらの推測結果を入力要求者のウェブベースインタフェースに表示するための準備を整えると共に、利用する不愉快をより効果的なものに変更することについて検討した。平成27年度の計画としては、平成26年度の予備実験結果を受けて会議日程の調整を対象としたシステムの具体化を行うと共にエージェントベースの開発基盤実現の準備を整えること、また、収集した操作情報からユーザの状況推測を行う仕組みを実現することを挙げていた。研究実績の概要で述べたように、システムのプロトタイプ実装、およびユーザの状況推測の仕組みを考案しており、概ね順調に進展している。また、本プロトタイプ実装では、ユーザエージェント、管理エージェント等により実現しており、エージェントベースの開発基盤実現のための準備も整っている。入力を行わない怠惰なユーザのみに不愉快を与えることでユーザの入力を促す仕組みを研究する.このような不愉快な入力促進システムの実現に向けて,ユーザの状況を推測する機能,状況に応じた不愉快な動作の実施機能,不愉快な動作の段階的な変更機能,システムの開発基盤の研究開発を行った.初年度(平成26年度)は簡単なシステムの実装を行い予備実験を行った.平成27年度は入力要求者や入力対象者,システム管理者のそれぞれに必要となるウェブベースのユーザインタフェースを検討した.ユーザの状況推測機能としてはユーザが入力を完了するまでのステップの分析を行い,それぞれの状況とそれに至った理由について整理した.最終年度(平成28年度)はシステムの開発基盤の実現を行った.具体的には,前年度までにパソコン向けに実装していたプロトタイプシステムを,Androidなどの様々な端末に対応可能な柔軟な実装が可能なシステムを構築した.システムはサーバ機能とクライアント機能から構成される.サーバ機能は,ユーザに対して入力要求と通知する機能や,入力を受け付ける機能などから構成され,これらはクライアント端末に依存しない共通機能とした.クライアント機能は,通信機能,センサによる状況推測機能,通知実施機能などからなり,これらの機能のインタフェース,および,多くのクライアント端末に共通機能を検討の上,具体的な実装を行った.パソコンやAndroidといった端末によって使える機能が異なる部分の実装は,別個に行えるように実装した.これにより,本システムの様々な端末に向けた実装が可能になった.インターネット上での会議日程の調整や書類の提出といった期日までの入力・提出を求めるシステムにおいて、ユーザが入力・提出を終えないために会議の日程調整や書類の整理が遅れるといった事態が生じる。

これらは、メール確認を行わない、入力・提出が必要とされていたことを忘れる、また、無視するといったユーザの怠惰・悪意が原因となることが多い。そこで、怠惰なユーザに対して、入力・提出期日が迫るほど、そのユーザにとって不愉快な動作を行うための通知を出すことで入力・提出期限を守るように促すシステムを開発した。平成26年度計画として提案システムを実現するための予備実験をあげていた。これらの調査の結果を基に通知を受けたユーザの行動を分析した。その結果、普通の通知であればユーザの利害によって入力を行う判断が行われるのに対し、不愉快な通知であればユーザに不愉快から逃れたいかという判断によって入力を行わせることが可能であった。しかし、どちらの場合でも通知を受けていることに気付かなければ入力は行われない。そこで、ユーザが通知に気付きやすくなるような,ディスプレイを画像で隠す機能,入力完了状況通知機能を提案し,これを実装した.また,実験結果より、どのような通知が効果的か調査した。上記のように予備実験が完了しており、本研究はおおむね順調に進展している。平成28年度は実証実験に向けたシステムの開発を行い、本システムを評価すると共に、実験結果をフィードバックすることでシステムの完成度を高める。実証実験は研究代表者が所属する研究室の学生30名程を対象に行う。また、会議日程調整システム以外への適用を検討し、そのためのエージェントベース開発基盤を実現する。ただし、当初計画で想定していたサポートベクタマシンや相関分析等の技術をユーザの状況推測に利用することについては、現時点ではこれらの技術を使うほど複雑な推測が必要と見込まれないことから、これらの利用については検討しない。分散システム平成27年度に会議日程の調整を対象としたシステムの具体化を行うと共にエージェントベースの開発基盤実現の準備を整える。平成28年度はシステムの評価を行うと共にエージェントベース開発基盤を実現する。平成27年度は、平成26年度の実験結果をもとに不愉快な動作を組み込んだシステムを実現する。応用先としては、各ユーザのPCに本システムを強制的にインストール可能な環境、例えば研究室や会社等といった閉じた範囲内での利用を想定している。平成28年度、実証実験によるシステムの評価を行い、実験結果をフィードバックすることでシステムの完成度を高める。実証実験は、まず研究代表者が所属する学生30名程を対象に行い、可能であれば学科の全教員と研究室所属学生を対象とした実験を行う。
機能化マイクロカプセルを用いたｉＰＳ細胞大量培養・分化システムの構築

前年度のマウスiPS細胞を用いたアルギン酸カルシウムカプセル固定化培養の知見に基づき,ヒトiPS細胞において,アルギン酸カルシウムゲルのみで構成されたNaked型,アルギン酸/ポリLリジンで構成される複合膜で被覆したCoated型,さらにEDTAで内部のアルギン酸カルシウムゲルを分解してアルギン酸/ポリLリジン複合膜のみで構成されたHollow型の3種類でカプセル固定化を行い,ヒトiPS細胞の形態,栄養基質であるグルコース消費量や培養後のDNA量評価による増殖評価,免疫染色などによる遺伝子発現の評価を行った.ヒトiPS細胞では,マウスiPS細胞のカプセル固定化培養で見られたような強力な分化抑制は見られなかったが,Hollow型カプセルに固定化されたヒトiPS細胞は,他のカプセル系に比べて良好に増殖し,未分化維持に効果があることが明らかとなった.このことから,ヒトiPS細胞はマウスiPS細胞に比べて剪断応力やゲルへの接触などといった物理的刺激に敏感であり,細胞死や自己分化が引き起こされることが予測された.この知見は,ヒトiPS細胞の医療応用に不可欠な細胞を大量に得る技術の確立に多いに寄与すると考えられる.ヒトiPS細胞の大量培養では,液流に伴う剪断応力による物理刺激などの制御が課題となり,本研究実績で得られた物理的刺激に敏感であるという知見は有効に活用できるものと考えられる.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。マウスips細胞を3種類の異なる形式のアルギン酸カルシウムカプセル中に固定化して培養することで,最適なカプセル形式を選択するとともに,未分化維持のメカニズムの解明を行った.カプセル形式として, 1)アルギン酸カルシウムゲル単体で構成されるNAKED型, 2)NAKED型カプセル表面にポリ-L-リジン(PLL)によって被膜を形成させたCOATED型, 3)アルギン酸/PLL膜の被覆処理後にEDTA処理によってアルギン酸カルシウムゲルを構成するカルシウムイオンを取り除き,カプセル内部を流動化させたHOLLOW型を用いた.結果, ips細胞のカプセル固定化にはアルギン酸/PLL膜の形成および破砕が必要であり,大量培養への応用は困難であることが明らかとなった。そのため,当初の目標であった微小空間での増殖因子・分泌因子を保持しつつ,栄養基質および老廃物の交換を実現する代替手段として,透析膜を備えたカルチャーインサートの作製をおこなった.作製した透析膜付きカルチャーインサートの性能を評価するため, FITCおよびFITC修飾デキストランの透過実験を行った.FITCまたはFITC修飾デキストラン溶液をカルチャーインサートの内側に, PBS(-)を外側に加え,静置および撹拌を行い,カルチャーインサート内部のFITCおよびFITC修飾デキストランの量の経時変化を蛍光プレートリーダーで測定した.結果として, FITC(分子量389)は培養開始5時間で50%以上が透析膜を透過していたのに対し, FITC修飾デキストラン(分子量10kDa, 20kDa, 70kDa)はほとんど透過しないことが示された.また,撹拌の有無での比較では, FITC修飾デキストランの透過には影響がなかったが, FITCの透過は撹拌があると加速することが明らかとなった.前年度のマウスiPS細胞を用いたアルギン酸カルシウムカプセル固定化培養の知見に基づき,ヒトiPS細胞において,アルギン酸カルシウムゲルのみで構成されたNaked型,アルギン酸/ポリLリジンで構成される複合膜で被覆したCoated型,さらにEDTAで内部のアルギン酸カルシウムゲルを分解してアルギン酸/ポリLリジン複合膜のみで構成されたHollow型の3種類でカプセル固定化を行い,ヒトiPS細胞の形態,栄養基質であるグルコース消費量や培養後のDNA量評価による増殖評価,免疫染色などによる遺伝子発現の評価を行った.ヒトiPS細胞では,マウスiPS細胞のカプセル固定化培養で見られたような強力な分化抑制は見られなかったが,Hollow型カプセルに固定化されたヒトiPS細胞は,他のカプセル系に比べて良好に増殖し,未分化維持に効果があることが明らかとなった.このことから,ヒトiPS細胞はマウスiPS細胞に比べて剪断応力やゲルへの接触などといった物理的刺激に敏感であり,細胞死や自己分化が引き起こされることが予測された.この知見は,ヒトiPS細胞の医療応用に不可欠な細胞を大量に得る技術の確立に多いに寄与すると考えられる.ヒトiPS細胞の大量培養では,液流に伴う剪断応力による物理刺激などの制御が課題となり,本研究実績で得られた物理的刺激に敏感であるという知見は有効に活用できるものと考えられる.26年度が最終年度であるため、記入しない。カプセル固定化培養に関する評価は論文化し,一通り完成させた点は評価できると考える.一方でカプセル固定化,培養の大量培養への応用はアルギン酸/PLL膜の破砕および細胞の回収という困難な課題に直面した.しかし,代替法として透析を導入することで,当初の目標であった培養空間中での増殖因子・分泌因子の保持および増殖因子の投与量削減を実現させ,目標達成への道筋を立てることができた.以上のことから,研究目的の達成はおおむね順調に進展していると考えられる。前述の通り,カプセル固定化を用いた大量培養システムの設計は,カプセルの破砕および細胞の回収という観点から困難であることが明らかとなった.