hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
骨格筋収縮活動レベルの違いが絶食時のオートファジー誘導に与える影響

絶食時の筋萎縮をもたらす要因として、オートファジーの誘導と筋収縮活動レベルの関連性に着目し、絶食時に筋活動を増加させるモデル(代償性過負荷)と逆に減少させるモデル(除神経)を用いて両者の関連性を検討した。その結果、(1)収縮活動を増加させることで絶食時の筋萎縮レベルが軽減する、(2)収縮活動を遮断することで絶食時の筋萎縮レベルが増加することが明らかになった。さらに、この絶食時の萎縮にはオートファジーが部分的に関連する可能性が示唆された。絶食時の筋萎縮に関する報告では,遅筋(遅筋線維が多くを占める)に比べ速筋(速筋線維が多くを占める)で萎縮の程度が顕著であることが示されている。このため,特にハイパワーを発揮するようなスポーツ種目における速筋の筋量低下は,競技力発揮の重大な障害と成り得るが,なぜ絶食時に速筋で萎縮が進行するのかは不明であった。そこで、筋タイプで異なる絶食時の筋萎縮を説明する要因として,遅筋と速筋の収縮活動レベルの違いに焦点を当て,速筋である足底筋への代償性過負荷によって活動量が増加した筋への絶食の影響をオートファジー制御という点から検討を行った。実験には、Fischer系雄ラットを、(1)コントロール群、(2)絶食群(2日間)、(3)代償性過負荷群(下腿部のヒラメ筋と腓腹筋を切除する代償性過負荷を2週間実施)、(4)絶食+代償性過負荷群、に分類した。まず、絶食時の筋萎縮の影響を検討した結果,絶食による足底筋の萎縮率が,絶食群では19%であるのに対して絶食+代償性過負荷群では10%であり,過負荷により絶食時の萎縮進行が軽減されることが明らかになった。また,オートファジーのマーカータンパク質であるLC3-IIを用いた検証でも、絶食時の誘導レベルが代償性過負荷によって軽減される傾向が認められた。さらに,タンパク質の合成経路であるmTORのリン酸化レベルは代償性過負荷を加えることによって,絶食時の低下が抑制されることが明らかになった。このような結果は、絶食に伴う速筋で顕著な筋萎縮の進行に,オートファジーの誘導レベルやタンパク質合成率の違いが深く関わる可能性を示唆するものであった。本研究の知見は,絶食時の遅筋と速筋における違いが,機械的な負荷頻度の違いのような筋特性に起因するものであることを推察させるものであった。絶食時には,遅筋に比べて速筋で優先的に筋萎縮が生じることが知られているが、その理由はこれまで明らかにされていなかった。このことから、エネルギー枯渇時に誘導されるタンパク質分解経路に焦点を当て,絶食時の筋タイプ特異的な萎縮メカニズムを明らかにすることを目的とした。本研究では、収縮活動レベルの違いが絶食時の筋萎縮の程度に影響をもたらすのではないかという仮説を立て,2011年度は筋活動レベルが減少するモデル(除神経)を用いて、絶食に伴う筋萎縮への筋活動の影響を検討した。実験にはFischer系雄ラットを用い、除神経群、絶食群(72時間)、絶食+除神経群に分類した。徐神経は、筋萎縮をもたらすとともに筋タンパク質の分解を担うオートファジーの誘導レベルを増加させた(LC3-IIの発現量の増加)。また、オートファジーの活性化に関わるFOXO3aのリン酸化レベルを増加させた。絶食を行った群では、FOXO3aの増加は有意なものではなかったものの、LC3-IIの顕著な増加が認められた。一方、絶食+除神経群では、筋萎縮の程度が最も顕著であり、LC3-IIの増加レベルも最も大きかった。このことから、絶食中の収縮活動レベルの低下は、オートファジーのようなタンパク質分解経路を介して筋萎縮をさらに高める可能性が示唆された。このような結果は、日常的な収縮活動レベルが低い速筋において絶食時の筋萎縮が顕著ある原因を部分的に説明することにつながるかもしれない。今後の研究では、神経活動とオートファジー誘導の関連性をさらに明らかにするとともに、他のタンパク質分解経路や合成経路の変化についても詳細に検討を加える必要がある。
RCTを用いた高齢女性に特化した転倒予防のためのステップ動作訓練方法の開発

高齢者数の増加に伴い、転倒予防の方策立案は喫緊の課題となっている。転倒を予防するために1つの方法として、ステップ能力の向上が挙げられる。そこで本研究はRCTを用いて、動作速度を向上させるトレーニングと動作の正確性を向上させるトレーニングのどちらがステップ動作能力を向上させるか検証することを目的とする。また、若年者との比較からステップ動作能力低下に関する知見を得ることを第二の目的とする。高齢者の被験者について、10名の応募者があった。介入前のデータとして、前方及び側方ステップ動作の測定を実施した。各方向につき、通常立位からのステップ、および傾斜姿勢からのステップを含んでいる。また、通常速度でのステップおよび最大速度でのステップを実施した。これらの組み合わせにより、どの条件がステップ動作に影響を及ぼすか、検討する予定である。その後、高齢被験者について片方はステップ速度向上のトレーニング群に、もう片方はステップ正確性向上トレーニング群にランダムに分け、それぞれ週3日6週間のトレーニングを実施しトレーニング完了後1週間以内に、再度ステップ動作の測定を実施した。現在、このデータを解析している。また、比較対象として10名の若年者のデータを収集し、こちらも同様にデータの解析を進めている。考察を進めるにあたって、文献の収集と内容把握を進めている。先行研究によると、ステップ動作の正確性に関わる要素として、全身の姿勢制御能力や下肢の協調性が要求されることが重要であることが明らかになっている。若年者および高齢者ともに20名のデータ収集を予定しており、昨年度はそれぞれ10名のデータを収集した。今年度同様のペースで実験をすることによって、サンプル数は予定通りとなる。現在までに収集したデータに関して、MATLABを用いた処理を実施する予定である。ステップ動作中の下肢の関節の動きや、踵などの特定の部位の軌跡を重ね合わせて一致度を算出する。1つの条件につき10回の試行を実施しており、10回分の軌跡を標準化して平均値を算出し、その平均値から各試行の偏差を合計することによって10回分の軌跡の一致度を定量化する。昨年度と同様、高齢者および若年者のサンプリングをして、それぞれ10名ずつ測定をする予定である。今年度の10月をめどにデータ収集が完了する予定にしており、その後は論文執筆および学会発表準備を進める。投稿先はリハビリテーションもしくはバイオメカニクス関連の英語雑誌を検討している。今年度は若年者のみの実験予定だったが、準備が早く完了したため、高齢者実験を実施できた。被験者謝金が想定以上にかかったためPC購入を見送った。そのため、今年度購入予定だったノートパソコンを来年度に購入する予定である。
血管不全における内皮イオンチャネルリモデリングの解明と治療への応用

本研究では血管不全における内皮Caハンドリング異常の分子機序を解明し、血管不全治療への応用を目指した。まず臨床的側面から、血管不全と関連のある動脈硬化、睡眠時無呼吸症、腎糸球体障害などの病態では、過剰な酸化ストレスと血管炎症が障害のトリガーとなっていることを明かにした。基礎研究では、アラキドン酸などの炎症性物質を感知するOrai1/3チャネルがヒト冠動脈内皮細胞に発現して炎症誘発性Ca流入を司ること。Orai1/3の発現量が炎症関連性内皮細胞増殖の重要な要因となること、さらに、内皮Orai1/3チャネルを介したCa流入はCREBリン酸化のシグナルを介して内皮細胞増殖に寄与することを明かにした。1.in vitroの実験。まず培養ヒト冠動脈内皮細胞におけるOrai1,2,3、TRPC1,V4、STIM1,2の発現をRTPCR,western blotにて確認した。その後、各種アゴニスト刺激を加え細胞内Ca流入を誘発し、それらイオンチャネル、あるいは修飾タンパクが、内皮細胞にて機能していることを証明した。現在、アンギオテンシンIIなどによる動脈硬化刺激を加えた条件下で、それらCaハンドリングがどう変動するかを検討中である。2.炎症と血管内皮機能の関連を調べるため、アラキドン酸によるOrai1/3複合体活性化をCa測定を使って検討しているが、現在のところ冠動脈内皮細胞では予想していたアラキドン酸誘発性細胞内Ca濃度上昇がみられていない。再度実験をくりかえしているところである3.TRPC6修飾薬であるsildenafilが、TRPC1をかいしたストア作動性Ca流入の抑制薬であること。さらに高血圧心などでみられる心肥大形成過程を抑制することを明らかにした。この内容は、当該年度中に論文として発表した(Kiso H and Watanabe H, BBRC 2013)。4.臨床的研究として、糸球体内皮障害と関連する造影剤誘発性腎障害に着目。その病態発生に、内因性のNO阻害物質であるADMAが関与していること。ADMAの減弱を目指して、remote ischemic preconditioningという手法を用い酸化ストレスを軽減させたところ、造影剤誘発性腎障害の発症防止が可能となった。これらの結果は、当該年度中に論文として発表した(Igarashi G and Watanabe H, Circ J 2013)。現在、内皮酸化ストレスセンサーとして機能すると考えられるTRPM2の発現と、remote ischemic preconditioningで発生する候補物質の関連を検索中である。1.ヒト冠動脈内皮細胞を用いたin vitro実験。昨年度明らかにしたヒト冠動脈内皮細胞におけるOrai1-3発現をさらに詳細に検討するため、それぞれの特異抗体を用いて蛍光染色し細胞内での局在を見た。その結果、Orai1、2、3は細胞膜上と細胞質内の両方に発現しており、またOrai1とOrai3は細胞膜上での共在化が示された。2.炎症と血管内皮細胞の関連を調べるため、アラキドン酸によるOrai1/3複合体チャネル活性化を細胞内Ca測定で検討した。アラキドン酸による濃度依存性の細胞内Ca上昇は、Orai1遺伝子ノックダウンした細胞やOrai3遺伝子をノックダウンした細胞では、そのCa上昇が抑制されていた。炎症によって内皮細胞のOrai1/3複合体チャネルが活性化され、細胞内にCa流入が引き起こされることが示された。3.炎症と内皮機能の関連を検討するためNO産生DAF2を用いて検討した。その結果、アラキドン酸によりNO産生が促進され、その効果はOrai1遺伝子ノックダウンした細胞やOrai3遺伝子をノックダウンした細胞では減弱していたことから、Orai1/3複合体チャネル活性化によるCa流入がNO産生すなわち内皮機能に密接に関わっていることが推測された。4.臨床的研究として、内皮機能の指標の一つといわれている尿中アルブミンが、これまで示されてきた微量アルブミンよりも低い濃度で心不全の予後規定因子となりうるという論文を発表した(Watanabe H, Circ J 2014)。またその治療の一つとして心不全患者にASV療法を施すと尿中アルブミンが減少すること、すなわち内皮機能が改善する可能性を報告した(Tamura Y & Watanabe H, J Cardiol, 2014)。本研究では、血管不全における内皮Caハンドリング異常の分子機序を解明し、内皮機能不全治療への応用を目指した。当初、細胞内CaセンサーSTIM1の機能障害と血管不全の関連について調べたが、STIM1のノックアウトマウス(STIM1+/-)を作製し血管機能を解析したところ、予想に反しその安静時の心血管機能には異常が見られず、血圧もコントロール群と比べ有意な差をみとめなかった。そのため、血管炎症と血管不全、特にOraiチャネルを中心とした内皮Caハンドリング異常の関連を解析することにした。まず、ペースメーカーリードによる血管炎症を引き金として上大静脈内に炎症性偽腫瘍が発生した例、大動脈炎後総頸動脈内に内膜と中膜の増殖によると考えられる隔壁様構造が生じた例、活動性大動脈症候群の症例を血管炎症と血管不全の関連を示唆するものとして報告した。次に、血管内皮機能を反映するとされる尿中微量アルブミン排出が、睡眠時無呼吸にともなう低酸素・血管炎症が引き金となって起こること、ASV治療で炎症を抑えることにより微量アルブミンも低下することから、血管炎症と内皮機能に密接な関連があることを報告した。

さらに動脈硬化疾患患者によくみられる身体所見Diagonal earlobe creaseが炎症や酸化ストレスマーカーと強い相関がることから、血管炎症と内膜・中膜増殖の関連性を発表した。基礎研究では、アラキドン酸など炎症性物質の細胞センサーと考えられているOrai1とOrai3チャネルが、多量体の形でヒト冠動脈内皮細胞に発現していること。その内皮Orai1/3チャネルがアラキドン酸誘発性Ca流入(non-store operated Ca entry)を司り、内皮細胞の増殖反応に重要な役割を果たすこと、上記反応はOrai1/3それぞれのノックダウンによってその効果が減弱することを発表した。また、内皮Orai1/3チャネルを介したCa流入は、CREBのシグナルを介して細胞増殖を起こしていることを明らかにした。本研究では血管不全における内皮Caハンドリング異常の分子機序を解明し、血管不全治療への応用を目指した。まず臨床的側面から、血管不全と関連のある動脈硬化、睡眠時無呼吸症、腎糸球体障害などの病態では、過剰な酸化ストレスと血管炎症が障害のトリガーとなっていることを明かにした。基礎研究では、アラキドン酸などの炎症性物質を感知するOrai1/3チャネルがヒト冠動脈内皮細胞に発現して炎症誘発性Ca流入を司ること。Orai1/3の発現量が炎症関連性内皮細胞増殖の重要な要因となること、さらに、内皮Orai1/3チャネルを介したCa流入はCREBリン酸化のシグナルを介して内皮細胞増殖に寄与することを明かにした。in vitroでの炎症と内皮細胞増殖に関する実験が予定より遅れている。preliminary実験ではそれぞれOrai 1,3ノックダウンした細胞で、血清刺激の細胞増殖が抑制されることは示されたが、アラキドン酸刺激での細胞増殖はデータのばらつきが大きく、アラキドン酸の適切な濃度設定がなされていない。そのため、スタチン、PPAR活性化薬やARBなど各種薬剤のNO産生や細胞増殖に対する効果判定も持ちこされている。今後、炎症性内皮細胞増殖の実験系の確立を急ぐ必要がある。また、STIM1 K.O.マウスを用いる実験系は、同マウスの数が足りず、研究が思ったようには進んでいない。このまま、STIM1 K.O.マウスの実験がうまくいかない場合は、かわりに、STIM1をノックダウンした培養細胞系などを用いて研究を進める必要がある。医歯薬学Dahl高血圧ラットあるいは浸透圧ポンプ下慢性AngII連続投与を行った慢性高血圧誘発ラットを作製し、同モデルでの内皮機能異常と初代培養細胞を用いた実験での内皮Ca流入異常を実証する。それら血管不全モデルを用いた実験から、TRP/STIMI/Oraiシステムの内皮発現異常が、高血圧の病態下で起こっており、内皮機能異常に連関していることを明らかにしたい。また、前述のように早期にアラキドン酸での炎症細胞モデル系を確立し、内皮機能改善作用が示唆されている既知の薬物(PPAR活性化薬、インクレチン、スタチンなど)により、内皮依存性弛緩反応やSOC,RPC,SACを介した内皮Ca流入が改善していることを確認する。その結果、内皮イオンチャネルリバースリモデリングを引き起こす薬物を同定する。
有機スズ化合物による巻き貝の雄性化発症機構に関する研究

海産の巻き貝の雌に雄性生殖器が発達するインポセックスが発症しており種の絶滅や水産業への打撃が懸念される。インポセックスは有機スズ化合物により発症し、発症機構の解明と定量的な評価手法の開発が急務とされる。これまでに、インポセックスの発症機構の解明と定量的指標を開発するために、海産の巻き貝、イボニシを採集して、臓器からのステロイドホルモン様物質の抽出・測定法の確立と、生殖腺の発達する時期に発現する遺伝子の検索を進めてきた。本年度は、海産の巻貝イボニシ(Tais clavigera)を茨城県平磯海岸で採集し下の研究を行った。1)性分化機構を明らかにするために、雌雄の神経節と消化腺、および卵巣、精巣、ペニス形成部位からRNAを抽出し性特異的に発現する遺伝子を検索し、コードするタンパク質の推定を行った。また、精巣で特異的に発現する遺伝子が生殖期において特異的に発現することを明らかにした。2)イボニシにTBTを筋肉注射して、インポセックスの発症に伴い発現する遺伝子の検索をDifferential display法により行い、精巣と卵巣においてTBT暴露により発現が変動する遺伝子断片を検出した。現在、得られた遺伝子のcDNAをprobeとしてNorthern blot分析を行いインポセックス発症過程における遺伝子発現の変化を検討している。3)雌雄の消化腺、精巣、卵巣について、GC/MS-MIFにより数種づつのステロイドホルモンが存在することを明らかにした。また、インポセックスの発症過程におけるステロイドホルモン系の変動を雌雄の消化腺および卵巣、ペニス形成部位について検討を進めている。
ミズゴケ泥炭湿地の水循環とメタン生成-生態学・地球化学総合的研究-

地球規模のメタンの動態と気候変動に関して特に重要と考えられるミズゴケ泥炭湿地である深泥池(京都市)でメタンの生成機構と植生および、水循環に関する調査を行った。メタン放出速度は植生により大きな違いがみられ、ミズゴケが優占する場所ではメタン放出量が小さく、ヨシ、ミツガシワなどの湿地植物が優占する場所では大きなメタン放出量が観測された。ミズゴケは他の植物と違い、細胞壁が極めて分解しにくい有機物からなっており、これがメタンの放出速度を小さくする大きな要因となっている。メタンの同位体比測定結果から、メタンの生成経路は季節変化し、夏は易分解性有機物から酢酸を経てメタンが生成される割合が大きくなることがわかった。また、湿地の表面水中ではメタンは酸化されているが、夏期に大気に放出されるメタンは酸化の影響をほとんど受けていないと考えられる。代表的な植物について、植物中の水と土壌中の水(鉛直プロファイル)の酸素同位体比を測定し、植物が吸収している水の深度を推定し、また、窒素同位体比から植物が利用している窒素源の推定を行った。ヨシは深い根をはり、泥炭の分解により生成する栄養塩を深部からも吸収している。一方、ミズゴケは表層の泥炭の分解により生成する無機態窒素に加え、大気由来の窒素を多く利用していると推定された。また、水の同位体比から、観測を行った深泥池浮島の水はほとんど動かず、このことがミズゴケの生育できる環境を作っているといえる。ミズゴケは貧栄養な環境でのみ生育できる植物である。それゆえ、水質の悪化や水循環の変化によりミズゴケが後退しミツガシワやヨシなど他の植物にとって替わられる可能性がある。本研究の結果は、ミズゴケが後退すれば湿地からのメタンの放出量が加速される可能性があることを示している。
関節リウマチの疾患関連遺伝子と同定されたPAD4遺伝子と関節炎の関係に関する解析

我々は全ゲノムのSNPスクリーニングにより関節リウマチ(RA)の疾患関連遺伝子として、第1染色体にpeptidil arginin deininase(PAD)4遺伝子を同定した。PADはペプチド中のアルギニンをシトルリンに変換する酵素であり、翻訳後の蛋白修飾の一つである。一方、ここ数年の間にRAにおける最も特異性の高い抗体として抗シトルリン抗体が注目されている。従来のリウマトイド因子よりも感受性が高く、特異度も95%以上にのぼる。PAD4はこのPAD遺伝子群の中の一つであり、好中球を中心に免疫担当細胞に発現している。そこで本研究では、特に抗シトルリン抗体の産生機序と抗シトルリン抗体が関節炎と関係するかを中心に、PAD4遺伝子とRAの関係を解析することを目的とした。ヒトRA滑膜由来の蛋白発現ライブラリーを作成しこれをメンブレンに展開し、リコンビナントPAD蛋白によりシトルリン化したものをRA患者血清にてスクリーニングした。この結果、eukaryotic translation initiation factor 4G1やI型コラーゲンなど複数の陽性クローンを得ることが出来、これらを用いてRA患者の自己抗体価を測定する系が樹立できた。現在までの知見を総合すると、RA患者は複数のシトルリン化自己抗原と高い特異性で反応することが判明している。その反応の多様性と特異性を規定する要因の追求が今後必要であることが示された。PAD2とPAD4酵素の活性の相量も明らかにした。シトルリン化されたアンチトロンビンは抗トロンビン活性が低下し、トロンビンの炎症惹起性を亢進させる可能性も示した。さらにこのようにして同定した蛋白をシトルリン化し、マウスに免疫することで関節炎との関係を検索中である。この結果、複数の陽性クローンを得ることが出来、これらを用いてRA患者の自己抗体価を測定する系が樹立できた。我々は全ゲノムのSNPスクリーニングにより関節リウマチ(RA)の疾患関連遺伝子として、第1染色体にpeptidil arginin deininase (PAD)4遺伝子を同定した。

PAD4はこのPAD遺伝子群の中の一つであり、好中球を中心に免疫担当細胞に発現している。そこで本研究では、特に抗シトルリン抗体の産生機序と抗シトルリン抗体が関節炎と関係するかを中心に、PAD4遺伝子とRAの関係を解析することを目的とした。ヒトRA滑膜由来の蛋白発現ライブラリーを作成しこれをメンブレンに展開し、リコンビナントPAD蛋白によりシトルリン化したものをRA患者血清にてスクリーニングした。この結果、eukaryotic translation initiation factor 4G1やI型コラーゲンなど複数の陽性クローンを得ることが出来、これらを用いてRA患者の自己抗体価を測定する系が樹立できた。現在までの知見を総合すると、RA患者は複数のシトルリン化自己抗原と高い特異性で反応することが判明している。その反応の多様性と特異性を規定する要因の追求が今後必要であることが示された。さらにこのようにして同定した蛋白をシトルリン化し、マウスに免疫することで関節炎との関係を検索中である。
防護服着用時の動作性を評価できる標準テスト方法の提案

最近、災害現場などで防護服着用は不可欠であるが、防護服着用は着用者に動作性の低下をまねくことが知られている。各種防護服の異なるデザインや重量、着用者の運動能力、労働現場の環境温度を考慮する防護服着用時の動作性標準評価テストが必要と考えられ、防護服着用時の動作性を評価できる標準テスト方法の提案を着想することに至った。本研究では、様々な防護服着用による動作性を検討し、防護服着用時の動作性を評価できる基準値を含む標準評価テスト方法を提案することを目的とした。各種防護服着用時の動作性の検討を行うため、個人装備着用時の関節可動域、作業及び運動能力、バランス能力などの測定を行った。防護服着用時の動作性に関する予備実験や防護服の着用時に生じる動きの制限など関するヒアリングを行い、動作性が評価できる標準テスト案を作成した。また、そのテスト案の有効性を評価するため、各種防護服及び防護装備を組み合わせた防護服着用条件下で作成したテスト案を用いて動作性評価を行った。その結果、防護装備、特に空気呼吸器の重さが重くなるほど着用者のバランス能力と運動能力が低下する傾向が認められたが、デザインの違いによる動作性の変化は見られなかった。また、本研究結果で防護服着用時の動作性評価のため作成したテスト案の中、運動能力とバランス能力テストが重心動揺測定法より有意な条件間の差異が認められたため、より有効な測定方法になることが示唆された。この結果をアジア防護服学会で発表し、優秀発賞の受賞もできた。現在、研究結果の英文論文執筆を行っている。防護服を着用し、作業及び活動を行う場合、個人装備着用は必須であるが、防護服より個人装備が持つ重量の方が着用者に負荷をかけることが報告されている。そうして、平成27年度には個人装備特に、空気呼吸器の重量とデザイン違いによる動作性の差を検討することにした。着用者の動作性を検討するため、テスト方法として防護服着用時の関節可動域、運動能力、バランス能力を測定した。重量とデザインに差がある4種類の防護服と空気呼吸器の組み合わせで上記のテストを行った結果、空気呼吸器の装着することで肩関節と体幹の可動域が有意に低下した。しかし、空気呼吸器の重量差とデザイン差によっては有意差が見られず、重量とデザイン違いによる関節可動域差の検証ができなかった。運動能力テストにおいては、踏み台昇降運動とくるりとまたぎ動作時にデザイン差による有意なパフォマンス低下は見られなかったが、空気呼吸器の重量によるパフォマンス低下が明らかになった。バランステストとしては、機能性バランステストと重心動揺テストを行った。バランステストの結果でも、呼吸器の重量が重くなることによるバランス能力の低下は見られたが、デザイン差による有意な変化は認められなかった。しかし、各テスト後に行った動作性と動きの快適性に関する主観評価の結果では、重量においてもデザインにおいても着用者はその違いを感じることが明らかになった。この結果は、アジア防護服学会などで成果発表を行い、現在原著論文として国際雑誌に投稿を予定している。本研究課題では、様々な防護服着用による動作性を検討し、防護服着用時の動作性を評価できる基準値を含む標準評価テスト方法を提案することを目的とする。そのため各種防護服着用時の動作性を検討し、防護服の重量やデザイン等の衣服要素の差異と被験者の運動能力水準による動作性変化を調べ、その基準を作成計画が立てられている。また、異なる作業現場の環境温度による動作性変化を測定し、環境温度が動作性に及ぼす影響の検討も予定されている。しかし、計画した人工気候室実験においては被験者募集及びスケジュール調整の件もあり、研究機関の倫理審査を通さなければならない。さらに、被験者の安全を確保しながら実験を行わなければならない。そのため、平成27年度冬季に予定した異なる作業現場の環境温度による動作性変化を測定する被験者実験がまだ行われているが、今年度の秋までの終了を目安にしている。津波や地震等の自然災害や高層ビルの火災、SARSなどの危険なウイルス、原子力発電所などの環境で働く作業者の安全を守るため、防護服着用は不可欠である。しかしながら、防護服着用は着用者に動作性の低下をまねくことが知られている。防護服に関する規格発表や研究は進んでいるが、防護服の物理特性に関する研究に集中している。したがって、各種防護服の異なるデザインや重量、着用者の運動能力、労働現場の環境温度を考慮する防護服着用時の動作性標準評価テストが必要と考えられ、防護服着用時の動作性を評価できる標準テスト方法の提案を着想することに至った。防護服を着用し、作業及び活動を行う場合、個人装備着用は必須であるが、防護服より個人装備が持つ重量のほうが着用に負荷をかけることが報告されている。そうして、次年度に続いて個人装備特に、空気呼吸器の重量とデザイン違いによる動作性を検討する作業を行行った。個人装備着用者の動作性を検討する作業では、個人装備着用時の関節可動域、作業及び運動能力、バランス能力などの測定を行った。空気呼吸気を装着する負荷により、肩関節と体幹の可動域が有意に低下することが見られた。しかし、空気呼吸器の重量とデザインの違いによっては、関節可動域には有意な差が見られなかった。作業及び運動能力結果では、空気呼吸器を装着することによる低下が見られ、空気呼吸器の重量が重くなるほどさらに低下することが明らかになった。バランステストとして行った重心動揺テストの結果でも、重量による体の揺れの増加は見られたが、呼吸器のデザインの違いによっては差が見られなかった。

この結果は、アジア防護服学会での2件発表を行い、現在国際雑誌への投稿を準備している。最近、災害現場などで防護服着用は不可欠であるが、防護服着用は着用者に動作性の低下をまねくことが知られている。各種防護服の異なるデザインや重量、着用者の運動能力、労働現場の環境温度を考慮する防護服着用時の動作性標準評価テストが必要と考えられ、防護服着用時の動作性を評価できる標準テスト方法の提案を着想することに至った。本研究では、様々な防護服着用による動作性を検討し、防護服着用時の動作性を評価できる基準値を含む標準評価テスト方法を提案することを目的とした。各種防護服着用時の動作性の検討を行うため、個人装備着用時の関節可動域、作業及び運動能力、バランス能力などの測定を行った。本研究の進行で得られた動作性テスト案の有効性検討ができた。さらに、この研究によって、高い有効性と実用性がある簡便な防護服着用時の動作性評価法の提案が可能になると考えられる。また、本研究の結果をアジア防護服学会で発表行い、優秀発賞の受賞もできたので、本研究の将来性が認められたと考えられる。異なる作業現場の環境温度による動作性変化を測定する被験者実験を終了し、環境温度が動作性に及ぼす影響を検討する。その後、平成26年と27年の実験結果をまとめ、動作性標準評価基準を提案する。たとえ、コントロースに比べ、防護服フル装備装着の重量と被験者の心拍数変化の相関関係やデザインと素材による主観評価等を総合的に考慮した評価基準を作成し規格として発表することを予定している。人間工学今後の研究推進に関しては、作成した動作性テスト案が環境条件の変化によって有効性が変わるかどうかに関して検討を行う予定である。また、評価する防護服の種類も増やしていきたいと考えている。主に、感染防護服や原子力作業現場の防護服着用時の動作性評価に当てはまるかに関する検討として被験者実験を行う予定である。被験者実験の予定が伸びたことが原因であると考えられる。現在所属している研究機関に実験用器具と備品がそろっていたため、初年度の研究実施に関して差額が生じた。今年に行う追加実験の消耗品購入と研究成果発表の英文校正および旅費として使用する。被験者実験の謝金、もしくは英文論文執筆後の英文校正に使う予定である。
アフリカの産業人材の技能評価モジュールの確立とカリキュラム分析

の実際の能力、更には産業界が労働者に期待する能力を対比することを可能にし、それに基づいて、カリキュラムや産業人材育成政策の改革に貢献することを目指している。具体的には、エチオピア、南アフリカ、ガーナの3か国で、縫製業の労働者と雇用者、TVET教員を対象に、質問票・筆記テスト・実技テストによる技能評価を実施してきた。また、対象3か国で評価モジュールの有効性を確認したうえで、研究期間中に、他国及び他産業にも適応することを目指している。2017年度には、日本において、本プロジェクトがテスト理論や産業分析などに基づいて独自に開発している技能評価モジュールの試行、修正などに多くの時間を割いた。同時に、申請時は、エチオピアでの小規模サンプルでの実施が先行していたが、2017年後半から2018年前半にかけ、3つの事例国それぞれで大規模な技能評価実施に向け、産業界の雇用者団体や労働組合、教育界のTVET調整機構、教育機関、および政府(教育省、工業省等)との連携合意を締結した。こうした準備に基づき、2018年度には、事例3ヵ国で、技能評価モジュールの現地での適応のためのサンプルテストや、技能評価実施に向けたロジスティックな手配(質問票や試験の実施場所や道具の確保、技能評価参加者のリストアップ、当日の交通手段の確保など)を行ってきた。2018年11月から2019年3月にかけて、3ヵ国で順次、それぞれ300700名の参加を得て技能評価を実施した。開始初年度である2018年度には、事例3か国での技能評価を完了させることを目指していたが、南アフリカでの作業が2019年度にずれ込んでいるものの、大幅な遅れはなく、おおむね予定通りと言ってよいと思われる。研究計画に大きな変更はない。2019年度には、3事例国からのデータを国別、または横断的に分析することに注力する。分析の結果は、それぞれの国で、政府関係者や業界団体等を対象とする政策提言シンポジウムを開催したり、国際学会で発表するなどして、普及に努める。同時に、3ヵ国での試行を基に、評価モジュールの汎用化に向けて、信頼性検定を行い、他の国々での適用を準備する。本研究費の採択が決定したのが後期に入ってからであり、実際に資金が使える状態になってから、会計年度の締めまでの時間が限られていた。そのため、資金不足から現地での準備が間に合わず、当初、2018年度中に南アフリカで行う予定だったデータ収集の一部を翌年度に回すこととなった。2018年度中に既に準備に着手しているので、2019年度前半には、当初2018年度に行う予定だった活動も完了し、本来のスケジュールに追いつくことができる見込みである。
蛍光円二色性の和周波選択的検出

キラル物質の蛍光円二色性(circular polarized luminescence,CPL)に関して、本研究ではCPLの新規検出法として、蛍光和周波検出法を応用することを試みた。まず、本研究で用いるCPLを示すキラルなペリレンジイミド2量体を新規に合成した。この試料を用いた和周波選択的なCPLの測定原理について、今後の研究展開のための基礎的な知見を得ることができ、また、これに付随して、フォトンカウンティング法を用いたCPLの新たな測定手法についても知見を得る事ができた。今回の研究成果をもとに、CPL測定について新たな視点からの研究の発展が可能となった。光学活性な化合物が吸収スペクトルに対応した円二色性(Circular dichroism, CD)を、蛍光スペクトルに対応した蛍光円二色性(circular polarized luminescence, CPL)を示すことが知られている。CDは、キラリティが本質的な生体分子の検出同定法として広く用いられているが、CPLに関しては測定手法の煩雑さ、市販されている機械が高価であるなど、その有用性に対して、広く普及しているとは言えない。しかしながら、昨今、GFPに代表されるような蛍光タンパク質など、本質的にCPLを発する生体分子が細胞内現象のマーカーとして広く使われるようになり、蛍光検出を基盤としたCPL検出法は、複雑なタンパク質間相互作用の検出とその理解に多大な貢献をするもとの考えられる。本申請では、CPLの新規検出法として、蛍光和周波検出法を応用し、それを生体機能分子検出とその理解へ応用することを試みる。平成24年度においては、本手法で用いるCPLを高効率で発生する試料としてペリレンジイミドをクロモフォアとして有する光学活性化合物を新規に合成することに成功した。合成した、キラルなペリレンジイミド2量体は、比較的良好な収率でR-,S-体両方の合成を行うことができた。今回用いたい合成手法は、比較的汎用性の高い手法であり、クロモフォアを変えることで多種多様なCPL標準試料の合成へと展開できると考えらえる。また、この試料を用いた和周波選択的なCPLの測定原理について、今後の研究展開のための基礎的なデータを得ることができたとともに、それに平行して、CPLのフォトンカウンティング法を用いた新たな測定原理の可能性について、新たな知見を得る事ができた。本申請では、CPLの新規検出法として、蛍光和周波検出法を応用し、それを生体機能分子検出とその理解へ応用することを試みた。初年度は、既存のフェムト秒レーザーシステムを活用した蛍光和周波測定システムを構築し、用いるレーザーの偏光に着目したCPL測定のための準備を行う。また、本研究で実証を試みるCPLの測定では、通常の蛍光和周波測定法と比較し、和周波の発生効率が高くないことが予想されるため、高い蛍光量子収率をもちつつCPLを原理的に発生するように設計された、光学活性分子を用いることを考慮する。また、発生効率が高くないために、とくに実証実験中は長時間の信号の積算が必須と考えられる。そのため、耐光性をも考慮に入れた、CPL発生色素を設計し、合成を試みた。平成23年度において、現有設備であるフェムト秒Ti:Sapphireレーザーを利用した、蛍光アップコンバージョン法によるCPL検出システムを構築した。また、理論的に、蛍光アップコンバージョン法で用いるゲート光を円偏光とする場合において、初期レーザー偏光面とその垂直面でのアップコンバージョンされた蛍光強度に強度変化が観測されると予測されるため、現在発生した和周波の偏光に着目した光検出器を配置する作業を続行中である。比較的順調に和周波測定法の構築は推移していると考えている。また、本手法で用いるCPLを高効率で発生する試料としてペリレンジイミドをクロモフォアとして有する光学活性化合物を新規に合成する予定であり、昨年度はその原料の合成を行った。ペリレンジイミドを2分子含み、その位置がキラルに固定された分子を構築する必要があるが、原料の合成は比較的スムーズにおこなえているものの、キラルに配置するための化学合成にやや問題がみられる。そのため、現在合成ルートの再検討を行っている。

まず、現在検討中のペリレンジイミドをクロモフォアとするCPL発生分子の合成を完結させる。H23年度では、化学合成が遅延したため、予定されていた支出が次年度へ繰り越されている。このため、今年度は、まず早い時期にCPL発生分子合成にめどを立てる。ペリレンジイミドの耐光性を考慮すると、ごく少量の試料を合成することができればよい。必要であれば、化学合成を化学メーカーに依頼することも考慮する。現在検討しているCPL発生分子は、新規化合物であるため、この段階で、適切な科学雑誌に研究内容を報告することを考えている。試料を入手後、構築済みの蛍光和周波測定によるCPL測定の実証実験をおこなう。その後、蛍光を発するタンパク質、具体的には、GFPやPYPなどの蛍光タンパク質のCPL測定をおこなうことで、研究の最終目的である生体物質のCPL測定へとつなげていく。平成24年度には、以下のように研究費を使用する。(2、470、000円)まず、CPL発生分子の化学合成のために、消耗品として、適切量の有機溶媒、化学試薬、またガラス器具を購入する(計800,000円)。この費用は、平成23年度に計画していた化学合成研究を次年度に引き継ぐことによって生じたものであり、延期した化学合成実験に必要な経費として平成24年度請求額と合わせて使用する予定である。次に、和周波発生法のために、現有設備のフェムト秒レーザーシステムを活用する必要があるが、適切な和周波発生のために、フェムト秒レーザーシステム内部のミラー等のバージョンアップするなど、光学部品購入費を計上する(計800,000円)。和周波発生実験のためには、非線形結晶を用いる必要があるが、今年度新規に購入する(計300,000円)。和周波発生効率が原理的に高くないと予想されるため、レーザーの高繰り返しを最大限利用した積算システムを検討する。そのための、測定機器を準備する(計500,000円)得られた結果を、適切な学会等で発表するために、旅費を申請する(100,000円)
cDNAアレイを用いた大腸癌術後再発危険因子評価

現在,肉眼的治癒切除後の大腸癌症例に対する補助療法は5-フルオロウラシルおよびロイコボリンを用いる化学療法が主体で適応は病期IIIの症例,すなわちリンパ節転移陽性例とするのが標準的である.しかし,この適応決定方法では,潜在性の転移が存在しない症例に対して不必要な化学療法が行われる一方,リンパ節転移がなくとも潜在性血行性転移が存在する症例に対して化学療法が行われない問題点がある.大腸癌術後再発危険因子評価を行う目的で,550種類の遺伝子の発現の解析が可能なcDNAマクロアレイを用いて,大腸癌患者における遺伝子発現を解析した.対象は,(1)治癒切除をうけ,術後5年間再発が認められなかった大腸癌症例の原発巣(2)肝転移を合併した大腸癌症例の原発巣とした.(1)と(2)を比較することにより,大腸癌の術後肝転移再発と関連した遺伝子発現の変化を見出すことができた.肝転移群で発現が増加した遺伝子が9種類,低下した遺伝子が22種類同定された.この結果より,手術時に肝転移の危険度を約80%の確率で予知することが可能であった.現在,肉眼的治癒切除後の大腸癌症例に対する補助療法は5-フルオロウラシルおよびロイコボリンを用いる化学療法が主体で適応は病期IIIの症例,すなわちリンパ節転移陽性例とするのが標準的である.しかし,この適応決定方法では,潜在性の転移が存在しない症例に対して不必要な化学療法が行われる一方,リンパ節転移がなくとも潜在性血行性転移が存在する症例に対して化学療法が行われない問題点がある.大腸癌術後再発危険因子評価を行う目的で,550種類の遺伝子の発現の解析が可能なcDNAマクロアレイを用いて,大腸癌患者における遺伝子発現を解析した.対象は,(1)治癒切除をうけ,術後5年間再発が認められなかった大腸癌症例の原発巣(2)肝転移を合併した大腸癌症例の原発巣とした.(1)と(2)を比較することにより,大腸癌の術後肝転移再発と関連した遺伝子発現の変化を見出すことができた.肝転移群で発現が増加した遺伝子が9種類,低下した遺伝子が22種類同定された.この結果より,手術時に肝転移の危険度を約80%の確率で予知することが可能であった.1.cDNAアレイを用いた大腸癌における遺伝子変異の解析簡便性およびコストの面から,約550種類の遺伝子の発現の解析を行うことができるマクロアレイを使用する方針とした.まず,培養細胞を用いた予備的検討によりマクロアレイの実験系の動作を確認した.しかし,培養細胞では問題とならなかったが,当初臨床検体ではRNAの純度の問題があり,実際に系を動かす前に検討が必要であった.いくつかの方法を検討したが,最終的に十分な純度が得られたため,現在肝転移合併症例を中心として当科に保存してある検体を用いた解析を行っている.2.倫理面の問題本研究では肝再発高危険群に対して集中的に補助療法を行うことを予定している.上記1.の検討で高危険群が明らかになるのを待って具体的な対象を選定し倫理委員会に上申する。本研究の日的は,大腸癌術後再発の危険を根治手術終了後の時点でDNAアレイを用いて解析し,再発の高危険群に対して集中的に術後補助療法を行うことにより生存率を向上させることである.術後再発部位としては,肝転移が最も多いことから,検討対象は根治手術後5年間再発が認められない病期III症例(無再発群)および同時性ないし異時性肝転移を伴う症例(肝転移群)とした.現在まで各群10例ずつの検討が終了している.クラスター解析を行った結果,無再発群と比較して肝転移群で有意に発現が低下している遺伝子が22個,有意に発現が増加している遺伝子が9個同定された.個々の症例におけるこれらの遺伝子の発現の変化を検索することにより、根治手術症例のうち肝再発高危険群を同定することができる可能性がある.実際,既に検討が終了した症例に関して線形判別分析および主成分分析を行った結果,アレイ上の全遺伝子を用いた分析と比較して,クラスター解析により選別された遺伝子のみを用いて分析した場合の方が判別性が優れていることが示された.今後は省力化およびコスト低減を考慮し,これまでの検討で有意でないと判定された遺伝子を省略した独自のアレイを作成する予定である.これを用いた判別の有用性を確立し,高危険群と判断された症例に対して肝臓を標的とした集中的な補助療法の有効性を検討する予定である.
偏心が立体骨組構造物の臨界挙動に及ぼす影響の解明

(1)立体骨組構造物は終局時には,構面外変形やねじれ変形といった3次元的変形が連成した複雑な挙動を示す。このような複雑な挙動を扱う有力な手段として有限要素法がある。3次元空間内の大たわみ挙動が扱え,せん断及びねじれに伴うそり変形を,断面の一部の塑性化による性能変化の影響も含めて精度よく取り扱える高精度3次元非線形解析法が,有限要素法に基づいてすでに単一部材に対して開発済みである。このプログラムに対して,3次元の部材回転変換則及び伝達行列法を導入することによって,立体骨組構造物に適用できるように改修を行った。(2)(1)のプログラムを基礎として,以下の項目について新たに理論展開を行い、それに基づく構面内挙動限界解析プログラムを作成した。a)状態変数を定常状態変化率量に変更。b)構成則を定常状態変化率量に関するものに変更し,剛性方程式を導出。c)剛性方程式を定常状態変化率量の構面内成分に関するものと,構面外成分に関するものに分離。(3)最も単純な立体骨組として,3次元空間内の片持梁-柱モデルを対象とし,構面内方向に繰返し両振り横変位が作用する場合を考え、まず、偏心がない場合について構面内挙動限界解析を実行し,限界振幅を予測した。次に横面外方向に軸力偏心を有する場合について偏心量をパラメターとした限界解析を実行することによって,その臨界点を理論的に予測した。その結果、偏心量の増加に対する限界振幅の減少率は敏感であり、急激に減少していくことがわかった。(4)(1)のプログラムを用いて,予測結果に対応する履歴挙動解析を実行することにより,理論予測解の妥当性を確認した。以上により、偏心が立体骨組構造物の臨界挙動に及ぼす影響を定量的に把握した。
金属粒界相制御によるZT=2を超える高性能コンポジット熱電変換材料の開発への挑戦

本研究では安価で毒性が低く軽量なMg2Siの熱電変換効率を飛躍的に向上するために、部分置換・不純物添加・ナノ構造の導入といった従来の方法ではなく、金属粒界相制御を取り上げる。今年度は、Mg、Al、Niを粒界相とするコンポジットの出力因子(PF)の増減に、母相と金属相の界面接触状態が関係しているか調査した。コンポジットのモデル構造として、Mg/Mg2Si、Al/Mg2Si、Ni/Mg2Si積層試料を作製し、ケルビンプローブフォース顕微鏡で金属/Mg2Si界面の障壁高さを実測した。Mg2Si/Mg積層試料では、電位はMg2Si相よりMg相の方が約400 meV高いことがわかった。つまり、Mg/Mg2Si界面はオーミック接合であると結論できる。一方、Al/Mg2Si積層試料では、電位はMg2Si相よりAl相の方が約120 meV低いことがわかった。これは、Al/Mg2Si界面がショットキー接合であることを示している。また、Ni/Mg2Si積層試料では、Mg2Si相よりもNi相の方が約170 meV低いことから、Ni/Mg2Si界面もショットキー接合であると結論できる。実際に、Mg粒界相の導入によって電気伝導率の増加が報告されており、Mg/Mg2Si界面がオーミック接触であることと矛盾しない。Ni/Mg2Siコンポジット材料ではPFが減少しており、ショットキー接合のNi/Mg2Si界面で電気伝導キャリアが散乱されていることが示唆される。一方、Al/Mg2Siコンポジット材料ではPFが増加すると報告されている。これは、Al/Mg2Si界面のショットキー障壁がNi/Mg2Si界面よりも低いため、室温以上の高温ではキャリア散乱が抑制されているものと考えられる。以上から、PFの増大は界面がショットキー接触でも起きるが、障壁高さに上限があることが明らかとなった。今年度の目的は、(1)Mg2Siの出力因子(PF)を増大するための金属相の選択指針の構築と(2)Al/Mg2Siコンポジット材料のPFの最大化である。(1)については、研究実績で述べたように半導体のMg2Siとオーミック接触を形成するか、ショットキー障壁であっても障壁高さが閾値以下となるような金属を選べば、金属粒界相の導入によりPFを増大できることを明らかにしており、コンポジット熱電材料開発のための重要な指針を構築することができている。一方、(2)はAl/(Mg,Al)2Siコンポジット材料を作製すれば、Al/Mg2Siコンポジット材料よりもPFが高くなると考えて、固相反応法を用いて(Mg,Al)2Siの合成を試みた。従来の報告通り、Alの固溶限は小さいことを確認しており、固相反応法では難しいことが明らかになってきた。(Mg,Al)2SiおよびAl/(Mg,Al)2Siコンポジット材料の合成には至らなかったが、ボールミルでの合成など高エネルギーを投入して合成することが必要であることが明らかになった。ボールミルでの合成は翌年度に使用する方法であり、翌年度の実施事項と合わせてPFの最大化を進めることができることから、おおむね順調に進展しているといえる。今後の目的は、Al/(Mg,Al)2Siの出力因子(PF)を最大にすると同時に、粒界相の組織制御を行って熱伝導率を低減することである。熱伝導率はレーザーフラッシュ法で測定する。粒界相のサイズを小さくすると母相-粒界相界面が増えてフォノン散乱が増大し、粒界相が金属でも熱伝導率は低下すると期待される。界面で電子キャリアも散乱されるが、一般にフォノンの平均自由行程は電子より長いことから、粒界相のサイズをフォノンの平均自由行程より小さく、電子のそれより大きくすれば、電気伝導率の減少(PFの低下)を抑えつつ、フォノンを散乱できると考えられる。具体的な方策は、(1)共晶組織の微細化(マイクロサイズ以下)と(2)ナノサイズ粒界相の析出現象の利用である。(1) Mg-Siの状態図は共晶型で、Mg/Mg2Si(Si/Mg2Si)コンポジットを溶融合成すると、Mg2SiとMg(Si)の共晶組織が現れる。Mg2Si-Alの状態図も共晶型である。溶融後の冷却速度が大きいほど共晶組織は微細(マイクロサイズ以下)になることが知られている。そこで、縦型の管状電気炉を組み立てて溶融急冷法を実施する。Mg、Si、Al粉末を石英管に真空封入し、電気炉で溶融後に管内を落下させ、管外で水や液体窒素で急冷する。(2) (1)で熱伝導率が低減しなかった場合、Mg、Si、Al粉末をボールミルで粉砕混合し、状態図にはない非化学量論組成のMg2+xSiや、Alの過飽和固溶体(Mg,Alx)2Siの粉末を合成する。非平衡状態のこれらの粉末を放電プラズマ焼結して、平衡状態のAl/Mg2Siコンポジットを作製する。非平衡状態と平衡状態の大きな自由エネルギー差を利用して、過剰に加えたAlをナノサイズで析出させる。

今年度は、Mg、Al、Niを粒界相とするコンポジットの出力因子(PF)の増減に、母相と金属相の界面接触状態が関係しているか調査した。コンポジットのモデル構造として、Mg/Mg2Si、Al/Mg2Si、Ni/Mg2Si積層試料を作製し、ケルビンプローブフォース顕微鏡で金属/Mg2Si界面の障壁高さを実測した。Mg2Si/Mg積層試料では、電位はMg2Si相よりMg相の方が約400 meV高いことがわかった。つまり、Mg/Mg2Si界面はオーミック接合であると結論できる。一方、Al/Mg2Si積層試料では、電位はMg2Si相よりAl相の方が約120 meV低いことがわかった。これは、Al/Mg2Si界面がショットキー接合であることを示している。また、Ni/Mg2Si積層試料では、Mg2Si相よりもNi相の方が約170 meV低いことから、Ni/Mg2Si界面もショットキー接合であると結論できる。実際に、Mg粒界相の導入によって電気伝導率の増加が報告されており、Mg/Mg2Si界面がオーミック接触であることと矛盾しない。Ni/Mg2Siコンポジット材料ではPFが減少しており、ショットキー接合のNi/Mg2Si界面で電気伝導キャリアが散乱されていることが示唆される。一方、Al/Mg2Siコンポジット材料ではPFが増加すると報告されている。これは、Al/Mg2Si界面のショットキー障壁がNi/Mg2Si界面よりも低いため、室温以上の高温ではキャリア散乱が抑制されているものと考えられる。以上から、PFの増大は界面がショットキー接触でも起きるが、障壁高さに上限があることが明らかとなった。今年度の目的は、(1)Mg2Siの出力因子(PF)を増大するための金属相の選択指針の構築と(2)Al/Mg2Siコンポジット材料のPFの最大化である。(1)については、研究実績で述べたように半導体のMg2Siとオーミック接触を形成するか、ショットキー障壁であっても障壁高さが閾値以下となるような金属を選べば、金属粒界相の導入によりPFを増大できることを明らかにしており、コンポジット熱電材料開発のための重要な指針を構築することができている。一方、(2)はAl/(Mg,Al)2Siコンポジット材料を作製すれば、Al/Mg2Siコンポジット材料よりもPFが高くなると考えて、固相反応法を用いて(Mg,Al)2Siの合成を試みた。従来の報告通り、Alの固溶限は小さいことを確認しており、固相反応法では難しいことが明らかになってきた。(Mg,Al)2SiおよびAl/(Mg,Al)2Siコンポジット材料の合成には至らなかったが、ボールミルでの合成など高エネルギーを投入して合成することが必要であることが明らかになった。ボールミルでの合成は翌年度に使用する方法であり、翌年度の実施事項と合わせてPFの最大化を進めることができることから、おおむね順調に進展しているといえる。今後の目的は、Al/(Mg,Al)2Siの出力因子(PF)を最大にすると同時に、粒界相の組織制御を行って熱伝導率を低減することである。熱伝導率はレーザーフラッシュ法で測定する。粒界相のサイズを小さくすると母相-粒界相界面が増えてフォノン散乱が増大し、粒界相が金属でも熱伝導率は低下すると期待される。界面で電子キャリアも散乱されるが、一般にフォノンの平均自由行程は電子より長いことから、粒界相のサイズをフォノンの平均自由行程より小さく、電子のそれより大きくすれば、電気伝導率の減少(PFの低下)を抑えつつ、フォノンを散乱できると考えられる。