hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
快適な衣環境をおくるための消臭・抗菌機能染色布の開発に関する研究

一方,羽毛はSEM観察から表面積は活性炭の1/1000であったが,エチルメルカプタンに対する媒染物の消臭速度はキムコと同程度で,半減時間は510分であった.綿・羊毛媒染布より高い消臭効果は羽毛の細孔への銅の高い染着によるものと考えられる.銅の抗菌性能は既知であるが,綿媒染布に対する大腸菌,黄色ぶどう球菌,MRSAの静菌活性値はそれぞれ6.1,5.3,5.5以上であり,高い抗菌性を示すことがわかった.現在,ガスクロマトグラフィーによる消臭機構の検討を進めている.衣環境における不快臭の除去を目的に,昨年度は金属塩と直接または酸性染料で綿布,羊毛布,羽毛を染色し,消臭効果を検討した.臭い物質のエチルメルカプタンに対し,綿染色布は含金属(銅)量が羊毛染色布の10%にもかかわらず高い消臭効果を示し,また,染色羽毛は市販活性炭と同程度の消臭速度を示した.本年度は,媒染剤と布の種類を変えて調製した染色布の消臭効果と,インバースガスクロマトグラフ(lGC)法を用いた消臭機構の検討を行った.綿ブロード40番,綿メリヤス,脱脂綿を金属塩(銅,銀など)で先媒染後,数種類の含金属直接染料やインジゴで染色し,再び金属塩で後媒染し,染色物の調製した.染色物の金属量は原子吸光法で定量した.試料を2Lテドラーバッグに入れ,検知管法でエチルメルカプタンの残存率を求めた.また,綿ブロード染色布をステンレスカラムに充填後,ガスクロマトグラフに装着し,ヘリウムをキャリアガスとして,蒸留水または酢酸を注入することにより,IGC法で吸着挙動を検討した.銅または銀塩で媒染し,インジゴで染色した綿ブロードの消臭効果は,これまで得られた含銅直接染料と銅塩で媒染した綿布と同様に大きかった.水に不溶性のインジゴ(建染染料)染色布の洗濯堅ろう度が高いことは既知で,消臭効果の持続性が期待される.形態の異なる3種類の綿において,先媒染処理綿の含銅量は0=脱脂綿<ブロード<メリヤスで,後媒染処理綿の含銅量はブロード<脱脂綿≒メリヤスであった.消臭効果は必ずしも含銅量とは相関せず,銅の結合様式の違いにより消臭能が異なることがわかった.特に,単独で綿に吸着した銅の消臭能が高いと考えられた.IGC法による綿布,先媒染綿布,先・染色・後媒染綿布の水に対する吸着等温線はいずれも低相対圧領域でシグモイド型を示し,多分子層吸着が示唆された.低温度では未処理布に比べて染色処理布の吸着量がわずかに多かった.酢酸についても染色処理布の吸着量がわずかに多く,媒染による酢酸の吸着が認められた.
新規人工材料としてのゼラチン・コラーゲンスポンジを用いた培養皮膚への応用

bFGFはフィブラストスプレーとして、褥瘡、皮膚潰瘍に広く使われているが、1日1回の創面への噴霧が必要となる.数日毎の低容量のbFGFで同等以上の効果が得られる新規材料の開発を行った.研究の結果、ゼラチンコラーゲンスポンジにbFGFを含浸させることで、bFGFの作用を持続させることができた.また、ヘパリンアルギン酸スポンジにbFGFを保持させることでも作用を持続させることができた.bFGFはフィブラストスプレーとして、褥瘡、皮膚潰瘍に広く使われているが、1日1回の創面への噴霧が必要となる.数日毎の低容量のbFGFで同等以上の効果が得られる新規材料の開発を行った.研究の結果、ゼラチンコラーゲンスポンジにbFGFを含浸させることで、bFGFの作用を持続させることができた.また、ヘパリンアルギン酸スポンジにbFGFを保持させることでも作用を持続させることができた.海藻より抽出した構造多糖類であるアルギン酸は通常カルシウムで架橋されており、古くから創傷被覆材として使用されてきた。皮下埋植材料として用いる場合には大量のカルシウムイオンが細胞毒となってしまうことがわかった。そこでカルシウムによるイオン架橋をアミノ基とカルボキシル基の共有結合に変換した。これで充分な洗浄を加えることが可能となり、不純物を充分に除去することも可能となった。スポンジ状に加工することで、再生医療用のマトリクスとしての使用も可能となったと考える。このアルギン酸にヘパリンを結合させた材料を作成し、その材料にヘパリン結合性成長因子であるbFGFを結合させた。まず、この材料を水溶液につけ、経時的にbFGFの放出量を調べたところ初期バーストはあるものの4週間後も有効量のbFGFが試料に残存し放出し続けていることが判明した。水溶液中ではアルギン酸ゲルも強度を保っていた。そこで、これをラットの皮下へ埋植し経時的に組織反応を組織学的に評価した。bFGFは数週間皮下で徐放され、数多くの毛細血管の増殖が観察された。bFGFの容量が多い場合には皮下出血が起きるとの指摘があるため、材料から遊離するヘパリンの量をin vitroで測定し、副作用を少なくしてbFGFの効果を最大に引き出すことのできる材料となるよう改良中である。また、担体であるアルギン酸はガンマー線の照射量によりその生体内分解吸収性が調整でき、bFGFの徐放速度をコントロールすることができた。現在、これらの結果を元に動物の難治性潰瘍モデルで本材料の有効性を評価しているところである。b-FGF(トラフェルミン(遺伝子組換え)製剤)はフィブラスト[○!R]スプレーとして科研製薬株式会社より製造発売され、褥瘡、皮膚潰瘍(熱傷潰瘍、下腿潰瘍)に広く使われているが、フィブラスト[○!R]スプレーは1日1回の創面への噴霧が必要となる。これが数日毎の低容量のb-FGFで同等以上の効果が得られれば、患者の負担が減り、外来通院患者の場合には通院回数の軽減が期待できる。また、b-FGFの使用量も減り医療経済上も有意義である。そこで、b-FGFを徐放させる材料を用いる臨床試験を計画した。本研究の平成20年度の目的は、この材料がフィブラスト[○!R]スプレーを毎日噴霧する治療と比べて同等以上の効果があることを証明することである。具体的には、褥瘡、皮膚潰瘍(熱傷潰瘍、下腿潰瘍)の治療を目的として、生体吸収性素材であるアルギン酸ゲルスポンジにヘパリンを結合させ、ヘパリン結合性蛋白であるb-FGFを保持させた材料(b-FGF含有凍結乾燥ヘパリンアルギン酸ゲルスポンジ)の有効性と安全性を検証することである。通常、アルギン酸はイオン結合で架橋されているが、これを共有結合架橋することにより、細胞毒性が無く、炎症反応の少ない、皮膚再生に好適な生体吸収性素材にすることができる事を明らかにした。これにヘパリンを結合させ凍結乾燥させたものにb-FGFを保持させたものが、b-FGF含有凍結乾燥ヘパリンアルギン酸ゲルスポンジである。本治療法は、使用直前に凍結乾燥ヘパリンアルギン酸ゲルスポンジにb-FGFを含浸させ、褥瘡、皮膚潰瘍(熱傷潰瘍、下腿潰瘍)へ被覆するように置くだけの簡便なものである。本研究では、この医療材料の実験動物による有効性を証明し、田附興風会医学研究所北野病院の倫理委員会でヒトを対象とした臨床試験の申請を行い、承認を受けた。
慢性呼吸器疾患を持つ人の生活機能に対する評価尺度の信頼性と妥当性の検討

平成29年度に引き続き、先行研究での成果を再検討、発表したことにより、本研究が対象としている生活機能を評価することの重要性を確認したとともに、より効果的な尺度を作成するために、概念枠組みを整理し、質問肢を慎重に洗練していった.尺度の認知テストを行う前に、先行研究では得られなかった対象への追加データ収集を行う必要があると判断し、データ収集、分析を行った.生活機能尺度の構造は、WHO(2002)の国際生活機能分類:国際機能分類改定(International Classification of Functioning Disability and Health,以下ICF)の概念枠組みを前提としている.これを用いた本研究の先行研究では、ICFの生活機能分類を用い、さらに患者の生活体験と比較、整理していく中で、身体の機能とは関係なく、参加の機能が維持、向上するパターンが得られた.生活機能の視点から得られたテーマは、症状や体験、生活の不自由さだけでなく、患者の工夫や生活を患者自身が構築していく可能性に目を向けることとなり、慢性呼吸不全患者の生活の実態を説明することが示された.概念枠組みの確認および、質問肢の洗練を行うため、質問肢に関する構成要素の妥当性について追加でデータ収集を行い、患者の生活の実態を反映する尺度項目の抽出を行った.これらの結果、本研究の目的である先行研究を基盤とした慢性呼吸不全患者の生活機能を可視化する尺度の構成要素および尺度項目の抽出に関する検討を行うことができた.今後は、本研究で得られた結果をもとに、臨床で使用可能な尺度への修正に向けて調査を継続していく準備を進めており、本研究結果を国内外の専門誌や学会で発表の予定である.平成27年度は、文献検討と先行研究を基盤とした生活機能評価尺度の認知テストを行うこととし、1.文献検討と専門家との知識の確認、2.先行研究で得られた尺度の認知テスト、3.尺度の修正を行うことを計画していた.先行研究での成果を再検討し、発表したことにより、本研究が対象としている生活機能を評価することの重要性を確認したとともに、より効果的な尺度を作成するために、質問肢を丹念に洗練する必要性があると判断した.そこで、尺度の認知テストを行う前に、文献検討に加え、先行研究では得られなかった対象への追加データ収集を行っている段階である.本尺度の構造は、WHO(2002)の国際生活機能分類:国際機能分類改訂版(International Classification of Functioning Disability and Health,以下ICF)を概念枠組みの前提としている.これを用いた先行研究では、患者の生活体験と比較、整理していく中で、生活機能の視点から得られたテーマは、症状や体験、生活の不自由さだけでなく、患者の工夫や生活を患者自身が構築していく可能性に目を向けることとなり、患者の生活の実態を説明することが示された.1の段階を進めていく中で、慢性期の中でも自身で生活を工夫することを模索している、もしくはその前段階にある患者に対しても生活機能を測定できるようにするための質問項目の洗練が必要であることが分かった.そこで、追加でデータ収集を行うこととし、より多様な患者の生活の実態を反映する尺度の構築がされつつある段階である.このように、本研究の目的である先行研究を基盤とした慢性呼吸不全患者の生活機能を可視化する尺度を精錬、完成に対し、より多様な患者の生活実態を含めた質問肢の検討を行い、認知テストおよび信頼性と妥当性の確認を進めている状況である.平成27年度は、本研究の初年度であり、認知テストの実施までを予定していた.生活機能の評価にあたり、患者の療養生活環境を取り巻く課題への考慮、より効果的な評価のため、予定していた手順に加えて追加のデータ収集を行う必要があった.当初の計画より進行がやや遅れ気味であるが、対象が慢性期で整理すべき因子が多岐に渡る中で、先行研究をより詳しく検討し、多分野や同分野でもアプローチの異なる専門家の意見を聞いたことで追加のデータを得ようと判断できたことは、結果的には尺度の信頼性、妥当性を高めるためには不可欠なステップであった.今後、追加のデータ収集、分析を行うが、研究者は、本研究の前段階の研究で慢性呼吸不全患者より、複数回のべ50名よりデータを収集した実績があり、対象者の選定など専門機関の紹介のもとに実施する予定であり問題ない.よって、今後、速やかに本研究の次段階へ移行する必要があるが、尺度はより患者の生活実態に焦点を当てて構造化されてきており、患者の実態に即した看護支援を提供するための方法を見出すためのデータが得られる多様な患者の生活の実態を反映する尺度が修正されつつある段階である.平成28年度は、文献検討と先行研究を基盤とした生活機能評価尺度の認知テストを行うこととし、1.先行研究から得られたデータより尺度の認知テストを行い、その修正と本調査のデータ収集をおおむね完成させる計画であった.前年度に先行研究での成果を再検討し、発表したことにより、本研究が対象としている生活機能を評価することの重要性を確認したとともに、より効果的な尺度を作成するため、概念枠組みを整理、質問肢を丹念に洗練する必要性があるとわかった.そこで、尺度の認知テストを行う前に、文献検討に加え、先行研究では得られなかった対象への追加データ収集を行う必要があると判断し、データ収集を行い分析する段階である.生活機能尺度の構造は、WHO(2002)の国際生活機能分類:国際機能分類改訂版(International Classification of Functioning Disability and Health,以下ICF)を概念枠組みの前提としている.

これを用いた本研究の先行研究では、患者の生活体験と比較、整理していく中で、身体の機能とは関係なく、参加の機能が維持、向上するパターンが得られた.生活機能の視点から得られたテーマは、症状や体験、生活の不自由さだけでなく、患者の工夫や生活を患者自身が構築していく可能性に目を向けることとなり、慢性呼吸不全患者の生活の実態を説明することが示された.より効果的な評価のために概念枠組みの確認および、質問肢の洗練を行うため、追加でデータ収集を行い、多様な患者の生活の実態を反映する尺度を構築し、その内容を確認している段階である.本研究の目的である先行研究を基盤とした慢性呼吸不全患者の生活機能を可視化する尺度を精錬、完成に対し、より多様な患者の生活実態を含めた質問肢の検討を行い、認知テストおよび信頼性と妥当性の確認を進めている状況である.平成28年度は、本研究の中間年度であり、尺度の信頼性と妥当性の確認を行うデータ収集を予定していた.生活機能の評価にあたり、患者の療養生活環境を取り巻く課題への考慮、より効果的な評価のため、予定していた手順に加え、追加のデータ収集を行う必要があった.当初の計画より進行がやや遅れ気味であるが、対象が慢性期で整理すべき因子が多岐に渡る中で、先行研究を詳しく検討し、アプローチの異なる専門家の意見を聞いたことで追加のデータを得たことは、結果的には尺度の信頼性、妥当性を高めるためには不可欠なステップであった.今後、本調査のデータ収集、分析を行うが、研究者は、本研究の前段階の研究で慢性呼吸不全患者より、複数回のべ50名よりデータを収集した実績があり、対象者の選定など専門機関の紹介のもとに実施する予定であり問題ない.よって、今後、速やかに本研究をすすめる必要があるが、尺度はより患者の生活実態に焦点を当てて構造化されてきており、患者の実態に即した看護支援を提供するための方法を見出すため、多様な患者の生活の実態を反映する尺度が修正され、これらを確認する段階である.平成29年3月より12月まで、研究者の体調不良により入院と療養が必要であった.そのため、平成29年度で予定していたデータ収集および以降の研究プロセスを平成30年度に行うこととなった.平成28年度までに、先行研究での成果を再検討し、発表したことにより、本研究が対象としている生活機能を評価することの重要性を確認したとともに、より効果的な尺度を作成するために、概念枠組みを整理、質問肢を丹念に洗練する必要性があるとわかった.そこで、尺度の認知テストを行う前に、先行研究では得られなかった対象への追加データ収集を行う必要があると判断し、データ収集の準備を行った.生活機能尺度の構造は、WHO(2002)の国際生活機能分類:国際機能分類改訂版(International Classification of Functioning Disability and Health,以下ICF)の概念枠組みを前提としている.
マメ科作物-根粒菌の新たな感染経路構築の試み

ラッカセイ(Arachis hypogaea)、ダイズ(Glycine max)、クロタラリア(Crotalaria juncea)、レンゲ(Astrgalus sinicus)の4種類のマメ科作物を供試して、毛根病菌であるAgrobacterium rhizogenesの野生菌株A5株ならびにA13株を接種し毛状根を誘導した。何れの材料についても、8日14日齢の無菌実生の本葉ならびに子葉(レンゲ)から不定根が誘導された。菌株による誘導率の差異についてはA13株がやや高い傾向を示したものの明確な菌株間差は認められなかった。誘導された不定根を1/2濃度のMS寒天培地に移植したところ、分岐を繰り返しながら旺盛に生長し、これらの根についてオパインの分析を行ったところ、ほとんどの系統でミキモピンが検出された。また、ラッカセイ(品種:ダイチ)についてはPCRによってrol遺伝子の導入を確認した。ラッカセイならびにレンゲについて液体培養によって培地中の硝酸イオンが毛状根の生長に及ぼす影響を調査したところ高濃度区において生長促進が認められた。また、ラッカセイ実生において、根粒形成が硝酸イオンによって阻害されることが明らかとなった。ラッカセイ毛状根にはラッカセイでは本来全く形成されない根毛が毛状根の表面に密生することが再確認され、また、クロタラリアにおいても実生の根に比べて根毛の発生が著しいことが確認された。現在、これらの根毛が根粒菌の付着と感染に及ぼす影響について検討しているところである。レンゲならびにクロタラリアの毛状根を植物ホルモンを組合わせて添加した1/2濃度のMS寒天培地に移植したところ、移植後3040日目に毛状根由来のカルスの表面に不定芽が形成された。ラッカセイおよびダイズではカルスは形成されたものの、現在まで再分化個体は誘導されていない。
バイオテレメトリー情報によるアカアマダイの行動生態解明と放流技術への応用

アカアマダイ天然魚はトンネル状の巣穴を海底に形成することが明らかにされ,これは被食回避に役立つと推察されていた。また,報告者はアカアマダイ天然魚が昼間に巣穴外,夜間に巣穴内に日周的に移動することを明らかにした。平成20年度は,アカアマダイ放流種苗が天然魚に備わった行動特性を身につけているか否かと被食により減耗しやすさとの関係を検証した。アカアマダイ人工種苗を捕食者(マアナゴもしくはカサゴ)と同じ水槽に収容して定期的に観察した。人工種苗が捕食された時間帯は,捕食者をマアナゴとしてもカサゴとしても日没後であった。しかし,両者の捕食行動は異なった。マアナゴは,アカアマダイを視認して一直線に捕食しにかかることなかった。マアナゴは人工種苗が形成した巣穴に行き当たった場合,頭部から強引に侵入しようとした。人工種苗がトンネル状の巣穴を完成させていた場合は,マアナゴが侵入した側と反対側の入り口から勢いよく脱出した。この際,試験水槽から飛び出るような突進遊泳を伴ったため,ひとたびは被食を回避できるものと考えられた。捕食者にカサゴを用いると,アカアマダイを視認するや否や一直線に襲いかかり一口でのみこむ方法で捕食しにかかった。巣穴を形成しなかった人工種苗は直ちに捕食された。しかし,カサゴはマアナゴのように巣穴に強引に侵入するようなことはなく,人工種苗が巣穴内に滞在しさえすれば被食を回避できることが明らかになった。以上より,アカアマダイ人工種苗が被食による減耗を軽減する上で備えていることが望ましい特性として,速やかに身を隠し,トンネル状の巣穴を形成し,天然魚のように夜間は巣穴外に出ないことが明らかになった。これまでに行ったアカアマダイの超音波テレメトリー調査で,本種には昼間は巣穴外,夜間は巣穴内に移動するといった日周性(昼行性)があることが推察された。しかし,本種の人工種苗では日周性が逆転した個体も見られた。そこで,実際に種苗放流に用いるサイズに近い人工種苗の行動を明らかにするため,底に砂利を敷いた水槽内にアカアマダイ人工種苗(全長60-150mmサイズ)を1尾ずつ収容し,光環境を日周変動させて2日間続けてビデオ録画を行った。全サイズ段階で昼行性を示し,中でも朝方に大きく活動性が増大する傾向にあった。超音波テレメトリーで推察された日周性は支持された。また,新たに穴掘りは活動性が最も高い朝方に集中して行われること,全長75mmサイズ以上ではほぼ全個体で集穴形成行動が発現していることも確認できた。一方,全長100mmサイズ以上では日周性が乱れた個体も中には見られ,長期間の飼育により本来の行動特性が乱される可能性が示唆された。また,放流種苗の捕食者であるマアナゴの天然海域における生態を把握する目的で,天然海域における超音波テレメトリーによる放流追跡を行った。マアナゴ11尾に超音波発信機を装着して舞鶴湾中央部に放流した。追跡型受信機による探索で,7尾が放流から1-37日後に調査海域に定着しているのが確認された。これらの定着個体7尾は,昼夜で滞在した位置は大きく変わらなかった。設置型受信機による定着個体の定点モニタリング記録から,特定の地点に固執し,大部分の時間を泥や岩陰の中で過ごすこと,夜間に一時的に泥や岩陰の外部を遊泳することが示唆された。日周性が乱れたアカアマダイ人工種苗を放流すると,夜行性の肉食魚類の捕食にさらされる可能性が考えられる。しかし,補食の際の行動パターンは魚種によって異なるため,捕食行動とアカアマダイの逃避行動を詳しく観察する必要性も新たに見出された。行動特性の観点からアカアマダイ人工種苗の種苗性を向上させることに寄与しうる知見を集積することに取り組んできた。これまで飼育下で正常な日周性があらわれる個体が天然海域に放流後に付近に定着しやすい傾向が示唆された。平成19年度は本種の人工種苗にもこの傾向が当てはまるどうかを明らかにすることに取り組んだ。室内に90cm水槽を用意し,本種の巣穴に見立てたトンネルを2個設けた。室内の照明は,昼間には点灯させ,夜間には消灯させた。アカアマダイ人工種苗10尾(全長22.3±0.7cm)について,2尾ずつを水槽内に収容して一昼夜連続してビデオ撮影を行った。個体ごとに,180度以上向きを変えた行動(ターン)を計数した。また,1分おきにトンネル内部に滞在していたかどうかを観察し,内部に滞在していた割合(滞在率)を計算した。撮影後,同一個体を舞鶴湾に放流し,超音波テレメトリーによる行動追跡を行った。水槽内でのターン頻度の昼夜比から,10尾は昼行性の6尾と昼行性以外の4尾に分けられた。滞在率も昼夜で差がない個体が多く,日周性を明確にあらわす指標とはならなかった。放流追跡では,10尾中5尾は放流地点付近に留まり,昼間は巣穴外,夜間は巣穴内に移動する日周行動を示した一方,残りの5尾は放流地点を離れた。放流地点付近に留まった5尾中4尾は,水槽内でのターン頻度の昼夜比から昼行性と判断された個体であった。

放流地点を離れた5尾中3尾は,水槽内で昼行性以外と判断された個体であった。この結果は過去に行った予備的な研究結果とも一致した。飼育下で昼行性があらわれる個体が放流海域に定着し留まりやすい傾向は,アカアマダイ人工種苗にも当てはまることが示唆された。アカアマダイ天然魚はトンネル状の巣穴を海底に形成することが明らかにされ,これは被食回避に役立つと推察されていた。また,報告者はアカアマダイ天然魚が昼間に巣穴外,夜間に巣穴内に日周的に移動することを明らかにした。平成20年度は,アカアマダイ放流種苗が天然魚に備わった行動特性を身につけているか否かと被食により減耗しやすさとの関係を検証した。アカアマダイ人工種苗を捕食者(マアナゴもしくはカサゴ)と同じ水槽に収容して定期的に観察した。人工種苗が捕食された時間帯は,捕食者をマアナゴとしてもカサゴとしても日没後であった。しかし,両者の捕食行動は異なった。マアナゴは,アカアマダイを視認して一直線に捕食しにかかることなかった。マアナゴは人工種苗が形成した巣穴に行き当たった場合,頭部から強引に侵入しようとした。人工種苗がトンネル状の巣穴を完成させていた場合は,マアナゴが侵入した側と反対側の入り口から勢いよく脱出した。この際,試験水槽から飛び出るような突進遊泳を伴ったため,ひとたびは被食を回避できるものと考えられた。捕食者にカサゴを用いると,アカアマダイを視認するや否や一直線に襲いかかり一口でのみこむ方法で捕食しにかかった。巣穴を形成しなかった人工種苗は直ちに捕食された。しかし,カサゴはマアナゴのように巣穴に強引に侵入するようなことはなく,人工種苗が巣穴内に滞在しさえすれば被食を回避できることが明らかになった。以上より,アカアマダイ人工種苗が被食による減耗を軽減する上で備えていることが望ましい特性として,速やかに身を隠し,トンネル状の巣穴を形成し,天然魚のように夜間は巣穴外に出ないことが明らかになった。
エクソーム解析による原発性免疫不全症の病因の解明

高IgE症候群の新規の原因遺伝子を同定するために、高IgE症候群の臨床症状を呈しながら、これまでに報告されている高IgE症候群の原因遺伝子、STAT3, TYK2 (Tyrosine kinase 2), DOCK8(Dedicator of cytokinesis 8), PGM3(Phosphoglucomutase 3)に異常のない高IgE症候群のゲノムDNAを用いて検討を行った。患児の末梢血由来のゲノムDNAから、Agilent社のSureSelect Humanを用いてエクソン領域を濃縮し、次世代シークエンスを実施した。候補遺伝子に対して、その遺伝子の免疫系での発現、これまでに明らかにされている遺伝子機能、遺伝子変異部位に存在する機能ドメイン、遺伝子多型頻度等のデータベース情報を利用して候補遺伝子変異をフィルタリングした。原因遺伝子の探索は、遺伝形式を仮定し、それぞれの仮説と一致したホモ、ヘテロ、コンパウンドヘテロの変異を抽出したのち、それが原因遺伝子変異かどうかをバイオインフォーマティクスにより詳細に検討した。マッピングと品質管理を実施したところ、すべての症例でdepthが20以上の領域が全エクソンの95%以上だった。変異検出をGenome Analysis Toolkitで行い、1名の高IgE症候群症例当たり約15000個の遺伝子変異を見出した。その内訳はナンセンス変異が約150個、フレームシフト変異が約150個、スプライス変異が約150個、それ以外のミスセンス変異が約14550個であった。これから、遺伝子の機能、発現、遺伝子の機能ドメインの部位、遺伝子多型の頻度等を考慮に入れて、数個の有力な原因候補遺伝子変異を得た。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。まず、マッピングと次世代シークエンスの品質管理を実施したところ、すべての症例でdepthが20以上の領域が95%以上だった。原因遺伝子の探索を、遺伝形式を仮定しそれぞれの仮説と一致したホモ、ヘテロ、コンパウンドヘテロの変異を抽出した。変異検出を行なったところ1名の高IgE症候群症例当たり約15000個のnon-synonymous遺伝子変異を見出した。これから、遺伝子の機能、発現、遺伝子の機能ドメインの部位、遺伝子多型の頻度等を考慮に入れて、30個の有力な原因候補遺伝子変異を得た。次世代シークエンス、バイオインフォーマテクスが計画通り順調に進展している。高IgE症候群の新規の原因遺伝子を同定するために、高IgE症候群の臨床症状を呈しながら、これまでに報告されている高IgE症候群の原因遺伝子、STAT3, TYK2 (Tyrosine kinase 2), DOCK8(Dedicator of cytokinesis 8), PGM3(Phosphoglucomutase 3)に異常のない高IgE症候群のゲノムDNAを検討した。患児の末梢血からゲノムDNAを抽出し、Agilent社のSureSelect Humanを用いてエクソン領域を濃縮した。これを次世代シークエンサーにより解析した。候補遺伝子に対して、その遺伝子の免疫系での発現パターン、これまでに明らかにされている遺伝子機能、遺伝子変異部位に存在する機能ドメイン、遺伝子多型頻度、脊椎動物での保存状況等のデータベース情報を利用して候補遺伝子変異を優先順位を検討した。変異検出をGenome Analysis Toolkitで行い、1名の高IgE症候群症例当たり約20000個の遺伝子変異を見出した。その内訳はナンセンス変異が約200個、フレームシフト変異が約200個、スプライス変異が約200個、それ以外のミスセンス変異が約19400個であった。これから、遺伝子の機能、発現、遺伝子の機能ドメインの部位、遺伝子多型の頻度等を考慮に入れて、40個の有力な原因候補遺伝子変異を得た。高IgE症候群の新規の原因遺伝子を同定するために、既報の高IgE症候群の原因遺伝子に異常を有さない患児の検討を行った。SureSelect Humanによりエクソン領域を濃縮し、次世代シークエンサーにより解析した。候補遺伝子に対して、その遺伝子の免疫系での発現パターン、これまでに明らかにされている遺伝子機能、遺伝子変異部位に存在する機能ドメイン、遺伝子多型頻度、脊椎動物での保存状況等のデータベース情報を利用して候補遺伝子変異の優先順位を決定した。

原因遺伝子の探索は、遺伝形式を仮定し、それぞれの仮説と一致したホモ、ヘテロ、コンパウンドヘテロの変異を抽出したのち、それが原因遺伝子変異かどうかをバイオインフォーマティクスにより詳細に検討した。1名の高IgE症候群症例当たり約20000個の遺伝子変異を見出した。その内訳はナンセンス変異が約200個、フレームシフト変異が約200個、スプライス変異が約200個、それ以外のミスセンス変異が約19400個であった。これから、遺伝子の機能、発現、遺伝子の機能ドメインの部位、遺伝子多型の頻度等を考慮に入れて、40個の有力な原因候補遺伝子変異を得たことより、これまでの進捗状況はおおむね順調に進展していると評価した。高IgE症候群の新規の原因遺伝子を同定するために、高IgE症候群の臨床症状を呈しながら、これまでに報告されている高IgE症候群の原因遺伝子、STAT3, TYK2 (Tyrosine kinase 2), DOCK8(Dedicator of cytokinesis 8), PGM3(Phosphoglucomutase 3)に異常のない高IgE症候群のゲノムDNAを用いて検討を行った。患児の末梢血由来のゲノムDNAから、Agilent社のSureSelect Humanを用いてエクソン領域を濃縮し、次世代シークエンスを実施した。候補遺伝子に対して、その遺伝子の免疫系での発現、これまでに明らかにされている遺伝子機能、遺伝子変異部位に存在する機能ドメイン、遺伝子多型頻度等のデータベース情報を利用して候補遺伝子変異をフィルタリングした。マッピングと品質管理を実施したところ、すべての症例でdepthが20以上の領域が全エクソンの95%以上だった。変異検出をGenome Analysis Toolkitで行い、1名の高IgE症候群症例当たり約15000個の遺伝子変異を見出した。その内訳はナンセンス変異が約150個、フレームシフト変異が約150個、スプライス変異が約150個、それ以外のミスセンス変異が約14550個であった。これから、遺伝子の機能、発現、遺伝子の機能ドメインの部位、遺伝子多型の頻度等を考慮に入れて、数個の有力な原因候補遺伝子変異を得た。平成28年度に引き続き、全100例の全エクソンシークエンスデータを詳細に解析し、バイオインフォーマティクスにより免疫不全症の原因遺伝子候補を抽出する。
香辛料精油成分の組合せによる大腸菌O157の弱毒化の検討

大腸菌O157の高い感染力と毒性の高いベロ毒素を生産する能力は、本病原体に対する予防や感染後の治療において、高い検出感度の検査法やベロ毒素生産を活性化しない抗菌剤の開発等の困難な問題を提起している。本研究では、大腸菌O157の弱毒化条件を確立することを目的とした。大腸菌O157のベロ毒素生産性に対する種々のスパイスの影響を検討した結果、オールスパイスにベロ毒素生産に対する著しい抑制効果を見いだした。オールスパイス中の有効成分を精製して同定した結果、大腸菌O157のベロ毒素生産を抑制する物質はオイゲノールであることが判明した。大腸菌O157の増殖がほとんど抑制されないオイゲノール濃度でも、ベロ毒素VT1,VT2共に著しく生産量が抑制され、オイゲノールは大腸菌O157のベロ毒素生産に対して特異的な抑制作用を有すると推察される。これまでに大腸菌O157のベロ毒素生産を抑制する物質は見いだされていないため、本成果は極めて有用な知見と考えられる。次に、大腸菌O157の高い酸耐性を低下させる条件を検討した。ショウガ抽出液は、培養温度20度以上において増殖段階に依存した酸耐性の上昇を抑制した。このショウガ抽出液の作用は本病原体の酸耐性機構の1つであるグルタミン酸脱炭酸酵素の転写抑制にあることも判明した。続いて、香辛料精油成分の組合せにより、本病原体を弱毒化する条件を検討した。生細胞数の低下においては、β-ピネンとリモネンの組合せにより最も高い殺菌作用が見られた。ベロ毒素生産に対しては、オイゲノールとリモネンの組合せにより、高い抑制作用が見られた。オイゲノール、リモネン、β-ピネン、ショウガ抽出液を組み合せた場合、本病原体の生細胞数・ベロ毒素生産性、酸耐性のすべてを効率的に低下させることが可能であった。本研究では、大腸菌O157の弱毒化条件を確立するため、本年度はベロ毒素生産を抑制する物質を検索した。本病原体の増殖に対する影響では、オイゲノール500ppm濃度以下の場合には増殖抑制効果はきわめて低く、1000ppmで完全に増殖を抑制した。しかし、大腸菌O157の増殖がほとんど抑制されないオイゲノール濃度でも、ベロ毒素VT1,VT2共に著しく生産量が抑制された。すなわち、オイゲノール10ppmでベロ毒素生産性は半減、100ppmでは1/8にまでベロ毒素生産性が低下した。さらにオイゲノール濃度が高くなるにつれてベロ毒素生産が抑制される傾向がみられ、500ppmではVT1は検出されず、VT2も生産性は1/16にまで低下した。これまでに大腸菌O157のベロ毒素生産を抑制する物質は見いだされていないため、本研究の成果は、本病原体の毒性を低下させるためにきわめて有用な知見と考えられる。

これまでの研究成果から、香辛料精油成分の中でナツメグに多量含まれるβ-ピネンが、弱いながらも大腸菌O157に対して特異的な増殖抑制作用を有すること、および、オールスパイスに多量含まれるオイゲノールが大腸菌O157のベロ毒素生産を抑制することが明らかとなった。本年度は、これらの精油成分について、さらに詳細に大腸菌O157に対する作用を調べた。まず、増殖抑制効果がみられたβ-ピネンのベロ毒素生産に対する影響を検討したところ、β-ピネンが0.1%以下の濃度では細胞内と細胞外ベロ毒素量はVT1,VT2共に有意な増減は認められず、少なくともβ-ピネンはベロ毒素生産性を活性化することはないと考えられた。また、本病原体の増殖とベロ毒素生産性の関係を、汎用されている保存料を用いて解析したところ、使用したソルビン酸やデヒドロアスコルビン酸およびプロピオン酸ナトリウムは、すべて本菌の増殖を抑制する濃度でも、ベロ毒素生産を抑制できないことが判明した。従って、大腸菌O157の増殖抑制剤は、ベロ毒素生産を抑制できない場合が多いと考えられる。一方、大腸菌O157のベロ毒素生産性を抑制するオイゲノールについては、本病原体の増殖に対する影響を検討した。その結果、オイゲノールが本病原体のベロ毒素生産量を抑制する10-500ppmの濃度では、本菌の増殖は有意な抑制を受けないことが判明した。従って、オイゲノールは大腸菌O157のベロ毒素生産に対して特異的な抑制作用を有すると推察される。大腸菌O157の高い感染力と毒性の高いベロ毒素を生産する能力は、本病原体に対する予防や感染後の治療において、高い検出感度の検査法やベロ毒素生産を活性化しない抗菌剤の開発等の困難な問題を提起している。本研究では、大腸菌O157の弱毒化条件を確立することを目的とする。これまでの研究成果から、香辛料精油成分の中でナツメグに多量含まれるβ-ピネンが大腸菌O157に対してベロ毒素生産性を活性化することなく特異的な大腸菌O157に対する増殖抑制作用を有すること、および、オールスパイスに多量含まれるオイゲノールが大腸菌O157の増殖に影響を与えない濃度範囲でベロ毒素生産を抑制することが明らかとなった。本年度は、大腸菌O157の高い酸耐性を低下させる条件を検討した。まず、本病原体の酸耐性をいずれの増殖段階で測定するかを検討した。その結果、酸耐性は増殖段階に依存して変動し、増殖の定常期に最も高い酸耐性を示すことが判明した。しかし、増殖温度を室温以下に低下させた場合には増殖段階に依存した酸耐性の上昇はみられなかった。そこで、香辛料精油成分の酸耐性に対する影響は、各増殖温度毎に種々の増殖段階で調べる必要があると考えられた。培養温度を5、10、15、20、25、30、35度として、増殖段階を対数増殖期初期、対数増殖期中期、定常期における大腸菌O157の酸耐性を種々の香辛料抽出液存在下で調べた。その結果、ショウガ抽出液は、培養温度20度以上において増殖段階に依存した酸耐性の上昇を抑制し、また、培養温度15度以下において培養時間の経過と共に大腸菌O157の酸耐性を低下させる傾向が見られた。このショウガ抽出液の作用は本病原体の酸耐性機構の1つであるグルタミン酸脱炭酸酵素の転写抑制にあることも判明した。有効成分の同定は現在進行中である。今後は、香辛料精油成分の組合せにより、ベロ毒素生産性と酸耐性を共に低下させる弱毒化条件の検討に進む予定である。大腸菌O157は数細胞でも経口感染すると考えられ、この高い感染力は胃の酸性バリアーを容易に通過できる高い酸耐性と関連する。
エタノールによる伊東細胞におけるレケノイン酸産生阻害とIV型コラーゲン産生

我々は、レチノールからレチナールを介してレチノ酸を形成する2段階酸化経路を明らかにする目的で、レチノール、レチナール、レチノイン酸を同時に検出することを試みた。まず、Lanversらの報告したHPLC法(J Chromatogr B Biomed Appl685;233,1996)を応用した(Yokoyama H,Matsumoto M,Shiraishi H et al.Alcohol Clin Exp Res24 26S-29S)。しかし、その方法では特にレチナールの分離が不十分であることが判り、レチノール、レチノイン酸の分離を損なわず、レチナールも十分分離できるHPLC法を開発した(Miyagi M,Yokoyama H,Shiraishi H et al.J Chromatogr B Biomed Appl投稿中)。その方法を用いて、生体にレチノールからレチナールを介してレチノ酸を形成する経路があることを証明し、エタノールやアセトアルデヒドがその経路を阻害することを証明した(Shiraishi H et al.FEBSletters投稿中)。さらに、その酸化経路の2段階目、即ち、レチナールからレチノイン酸を形成する経路は、特にアセトアルデヒドによって阻害されることを示した(Shiraishi H et al.Alcohol Clin Exp Res印刷中)。エタノール、およびその酸化産物であるアセトアルデヒドが、生体のホメオスターシスを保つのに重要とされるレチノイン酸産生を阻害するという結果より、我々は、アルコール性臓器障害の新しい機序を想定することができた。本研究は、主にラットの食道粘膜で検討された。従来の目的であった伊東細胞における同系の検討は、現在進行中である。まず我々はラット伊東細胞の分離培養を行った。伊東細胞にPPAR、RXRが発現しているかどうかを検索する目的で、伊東細胞よりmRNAを分離し、RT-PCRを行った。プライマーは、以下のように設定した。なお、現在までの検討では、伊東細胞にこれらのmRNAが発現しているかどうかは不明である。我々は、同時に肝のクッパー細胞におけるこれらのmRNAの発現を検討し、クッパー細胞におけるその発現を確認することができた。その成果は第20回日本アルコール医学生物学研究会(2000年3月)、および第9回潅流研究会(2000年3月)で報告した。よってこれらのプライマーシークエンス、PCRの条件は正しいと考えられ、今後伊東細胞における検討に応用できると考えている。
自閉症スペクトラム障害者の感覚過敏に果たす脳幹のミクログリア活性化の役割

自閉症スペクトラム障害(ASD)の重要な特性として感覚刺激への反応異常がある。この特性の基盤に想定される感覚処理障害の責任脳部位として、脳幹をその候補と考え本研究を実施した。成人ASD者20名を対象に感覚処理障害をSensory Profileによって評定するとともに脳内ミクログリア活性をPETにより計測し、両者の関係について検討した。その結果、脳幹ではそうではなかったが、前部帯状回におけるミクログリア活性が高いASD者ほど感覚刺激への反応異常が重度という相関関係が認められた。本研究から、前部帯状回を中心とするネットワークの異常がASDの感覚処理障害に関与していることが示唆される。本研究の目的は、成人ASD者を対象に、脳幹の解剖学的変化をMRIで、ミクログリア活性化をポジトロン断層法(PET)でそれぞれ計測するとともに、感覚処理の異常を国際標準的評価法であるSensory Profileで調べ、これらの相互関係を明らかにすることにある。平成25年度は、前年度に引き続き成人ASD者と性・年齢を一致させた健常成人を選定し、Sensory Profileによる感覚処理異常の評価を含む臨床症状評価を行った。その後、活性型ミクログリアを標識する[11C](R)-PK11195をトレーサーとして用いPETで計測した。平成25年3月末までに成人ASD者20名、健常成人20名について臨床評価と画像検査を終了した。その結果、大脳辺縁系に属するいくつかの脳部位で、感覚処理異常の重症度とミクログリア活性との間に統計学的に有意な相関が認められた。この所見について、現在論文を作成中である。平成24年度は、成人ASD者と性・年齢を一致させた健常成人を選定し、Sensory Profileによる感覚処理異常の評価を含む臨床症状評価を行った。平成25年3月末までに成人ASD者10名、健常成人10名について臨床評価と画像検査を終了した。次年度末までにASD群と対照群、各20例ずつの撮像を終了させる予定である。対象者のリクルート、臨床評価、画像検査のいずれも順調に進んでいる。次年度末までにASD群と対照群、各20例ずつの撮像を終了させ、統計学的解析を行う予定である。次年度の研究費は、PETトレーサーの合成、時間的束縛を要請する被検者への謝礼、臨床症状評価用の質問紙の購入費にあてる予定である。
サイクロトロン周波数を制御した熱電素子

磁場中で熱電素子の性能を向上すべく、本年度は直径1100μm,長さ1mm程度のBi製ワイヤーをガラスで束ねたマイクロワイヤー素子を用いて、熱電性能(ゼーベック係数,抵抗率)の測定を行った。磁場中では素子のアスペクト比が大きいほどゼーベック係数の改善率が高く、また抵抗率の上昇率が低いことが報告されていた。しかしながら、これらの報告はバルク素子を用いての結果であり、アスペクト比が10以上を持ったマイクロワイヤー素子では、その挙動は不明であった。先に述べた電極接続技術を用いて磁場中でのゼーベック係数を測定したところ、期待通り、アスペクト比の大きな素子では同じ磁場強度でもその改善率が高く、また磁場中での抵抗率の上昇率も抑制することができることが確認された。磁場中のゼーベック係数と抵抗率で記述できるパワーファクターを用いて磁場中での性能評価を行った。アスペクト比が大きい素子であるほど、パワーファクターの改善率は高く、また最適磁場は高磁場側にシフトし、広い磁場範囲でパワーファクターの改善が見られた。抵抗率の逆数で表される伝導率とゼーベック係数の関係で、磁場中のパワーファクター上昇についての解析を行った。これによって、固体中のキャリアの移動度が大きいことに由来しゼーベック係数が無磁場で大きいほど、その改善率が顕著であることを示した。これはサンプル中の結晶方位に大きく依存すると考えられ、今後の素子作製の方針となる。また、磁場中でのゼーベック係数ならびにネルンスト係数を測定し、その温度依存性を明らかにした。Bi系熱電素子に外部磁場を印加し、熱電素子の性能を向上させる研究を推進している。これによってBi系熱電素子のゼーベック係数が1.2倍に向上するなど、熱電素子の大きな性能向上を実験的に確認している。また、ゼーベック係数の磁場依存性について、磁場中のキャリアに関するボルツマン方程式を解くことによってその磁場依存性を理論的に明らかにし、以下の事が明らかになった:1)熱電素子に外部磁場を印加することは、キャリアのサイクロトロン周波数を制御することと等価である,2)磁場中のゼーベック係数αBは、ゼーベック係数α,ネルンスト係数Nならびに磁場強度Bを用いて、αB=α+NBとかける,3)磁場中でゼーベック係数_<αB>(B)は、最適磁場B_<peak>で極値_<αB>(B_<peak>)をとる,4)ゼーベック係数の磁場依存性は、キャリアの散乱機構に大きく依存する,5)素子の形状(特にアスペクト比)によって実効的な移動度が変化する。移動度はその定義よりサイクロトロン周波数と密接な関係があり、素子の形状によって実効的な移動度とサイグロトロン周波数へ及ぼす影響を明らかにすることが求められている。実験については、マイクロワイヤーアレイ構造素子を用いた。これは直径25μm,長さ1mmのワイヤーを断面積2×2mm程度に4500本程度束ねたものである。平成16年度の初期の段階ではワイヤー素子と電極間の接触抵抗を無視することが出来なかったため、ワイヤー端部にバルク部を残し、ナノ粒子を用いた銀ペーストを使って測定を行った。その結果、ゼーベック係数は、計算から予想された磁場依存性をほぼ再現することが明らかになった。次年度、ネルンスト係数の系統的な測定を行うために、変調コイルの設置を行ったワイヤー素子形状の抵抗率を測定するときに、電極と素子間に発生する接触抵抗の影響が無視できない。平成16年度は、ワイヤー素子の端部にバルク部を残し、ナノ粒子を用いた銀ペーストで測定したが、明確な抵抗率を測定するためには、ワイヤーすべての端部が金属部と接続され、良好な電気接続が行われる必要があった。このため本年度は、ワイヤー端部の面にイオンプレーティング法によりTi(100nm)/Cu(1,000nm)の電極層を形成し、その後、銅電極と接続する方法を試みた。その結果、バルク素子で得られたものと同等の抵抗率となり、300K25Kまでの温度領域で、その温度依存性が完全に一致した。これより、ワイヤー素子の抵抗率を評価することが可能となった。磁場中で熱電素子の性能を向上すべく、本年度は直径1050μm,長さ1mm程度のBi製ワイヤーをガラスで束ねたマイクロワイヤー素子を用いて、熱電性能(ゼーベック係数,抵抗率)の測定を行った。その他、キャリアの散乱プロセスを決定するために、ネルンスト係数測定装置のセットアップを行った。はじめはホールプローブを用いて変調磁場下で、それに対応する電圧が測定できるかなどの検討を行った。

磁場中では素子のアスペクト比が大きいほどゼーベック係数の改善率が高く、また抵抗率の上昇率が低いことが報告されていた。しかしながら、これらの報告はバルク素子を用いての結果であり、アスペクト比が10以上を持ったマイクロワイヤー素子では、その挙動は不明であった。先に述べた電極接続技術を用いて磁場中でのゼーベック係数を測定したところ、期待通り、アスペクト比の大きな素子では同じ磁場強度でもその改善率が高く、また磁場中での抵抗率の上昇率も抑制することができることが確認された。磁場中のゼーベック係数と抵抗率で記述できるパワーファクターを用いて磁場中での性能評価を行った。アスペクト比が大きい素子であるほど、パワーファクターの改善率は高く、また最適磁場は高磁場側にシフトし、広い磁場範囲でパワーファクターの改善が見られた。抵抗率の逆数で表される伝導率とゼーベック係数の関係で、磁場中のパワーファクター上昇についての解析を行った。これによって、固体中のキャリアの移動度が大きいことに由来しゼーベック係数が無磁場で大きいほど、その改善率が顕著であることを示した。これはサンプル中の結晶方位に大きく依存すると考えられ、今後の素子作製の方針となる。また、磁場中でのゼーベック係数ならびにネルンスト係数を測定し、その温度依存性を明らかにした。
マイクロ粒子配列法によるメゾスコピック多層膜型ペルチェ冷却素子の研究

本提案の基礎として基礎研究を進めてきた、高精度な機能性マイクロ粒子(球形で厳密にサイズの揃った機能性粒子を10ミクロン-数100ミクロンの範囲で任意の均一粒径に制御できるプロセスを研究)をアセンブルすることにより、マイクロレベルの材料創製、組織制御を行う。高精度な機能性マイクロ粒子(球形で厳密にサイズの揃った機能性粒子)を10ミクロン数100ミクロンの範囲で任意の均一粒径に制御できるプロセスを検討、直径500ミクロンの、均質微細組織を持つ熱電材料マイクロ粒子(Bi-Sb系)の作製を試みた。500μmのオリフィスを用いた場合、Arガス雰囲気中で噴射した溶滴は凝固に至らなかったが、Heガス雰囲気週で噴射した場合、凝固し粒子を得ることができた。また、この熱電マイクロ粒子を制御配列することにより、規則的に制御された粒界構造を持つ配列体を作製し、その評価を行った。治具の上に1次元粒子配列を行い、銅線と銅版を用いて回路を組み、ハンディスポットウェルダーによって電圧をかけ焼結を行った。1次元粒子配列焼結体の熱電特性として、ゼーベック係数を測定した。ゼーベック係数評価用試料として、焼結体をアラルダイド樹脂に埋め込み表面に焼結体が現れるように研磨したものを準備した。(1×0.5×0.5の大きさ)評価のとき試料全体の熱量を計算に入れゼーベック係数を評価するため、寸法は正確にする必要がある。ゼーベック係数は温度差を加えて側定する。しかし焼結した粒子の列は非常に小さいので直接温度差ΔT加えるのは困難である。したがって温度差ΔTを加え、電圧Vhを測定し、αΔT=RIより求めた。αは、室温付近でΔT=10、20、30の3つの条件で測定しその平均値を求めた。これまでの報告では均質材のゼーベック係数は90μV/K程度であり、少し低い値となっている。ゼーベック係数に対する熱処理の効果は、ほとんど見られなかった。非熱処理試料の断面のBSE写真は、均質化してない粒子は樹枝状晶となっている事がわかった。熱処理した粒子を放電加熱焼結した試料の断面をみると、粒子内部は均質化されているが、ネック部分の組織は、放電加熱によって再び樹枝状晶になっている。放電加熱焼結前に均質化したとしても、焼結後には一部の組織が樹枝状晶に戻ってしまうので、ゼーベック係数があまり変わらなかったと思われる。焼結後に熱処理を施すという方法をとることによって、組織は均一なものとなり、熱電特性は向上すると考える。機能性微小粒子を規則的に配置することによって機能材料の創製が期待される。本研究では、熱電マイクロデバイスを取り上げ、熱電半導体の高精度な微小球形単分散粒子の作製、球形粒子の1次元配列と放電加熱焼結、および配列焼結体の熱電特性について実施したもので、3次元規則配列や傾斜構造化の研究も進んでおり、今後の展開が大いに期待される。

放電加熱焼結前に均質化したとしても、焼結後には一部の組織が樹枝状晶に戻ってしまうので、ゼーベック係数があまり変わらなかったと思われる。焼結後に熱処理を施すという方法をとることによって、組織は均一なものとなり、熱電特性は向上すると考える。機能性微小粒子を規則的に配置することによって機能材料の創製が期待される。本研究では、熱電マイクロデバイスを取り上げ、熱電半導体の高精度な微小球形単分散粒子の作製、球形粒子の1次元配列と放電加熱焼結、および配列焼結体の熱電特性について実施したもので、3次元規則配列や傾斜構造化の研究も進んでおり、今後の展開が大いに期待される。本提案の基礎として基礎研究を進めてきた、高精度な機能性マイクロ粒子(球形で厳密にサイズの揃った機能性粒子を10ミクロン-数100ミクロンの範囲で任意の均一粒径に制御できるプロセスを研究)をアセンブルすることにより、マイクロレベルの材料創製、組織制御を行う。高精度な機能性マイクロ粒子(球形で厳密にサイズの揃った機能性粒子)を10ミクロン数100ミクロンの範囲で任意の均一粒径に制御できるプロセスを検討、直径50ミクロンの、均質微細組織を持つ熱電材料マイクロ粒子(Bi-Sb系)の作製を試みる。また、この熱電マイクロ粒子を制御配列することにより、規則的に制御された粒界構造を持つ配列体を作製し、その評価を行った。メゾスコピック多層膜熱電材料の組織・組成の設計法および作製指針について理論的実験的検討を行い、その可能性について検討したが、膜厚制御の点で困難なことがあり、平成15年も引き続き検討することとした。基本的要素である直径が200500ミクロンの均質微細組織を持つBi-Sb系単分散熱電マイクロ粒子を作製した。POEMを用いて熱電単分散粒子の作製および噴射条件の最適化を行い、臨界変位直上付近でオリフィスとほぼ同径の直径203.1μmでS.D.1.63の球形単分散粒子を得ることができた。得られた粒子はほぼ球形であるが、Bi相の突起が観察された。また、表面は清浄であり、粒内組織は非常に微細なデンドライト状偏析組織であった。更に、ダイアフラムの変位量および自重・背圧を正確に制御することにより単分散粒子が作製可能であることがわかった。粒子の形成過程及び粒子形成メカニズムについて熱流体解析を用いて溶湯の流れの可視化を行うことによって明らかにすることを試みた。その結果、オリフィスおよび補給管での溶湯流れを解析することにより粒子形成過程を明らかにした。また、変位量を正確に制御することによりオリフィスと同径の200μmの粒子が形成可能であることがわかった。更に、押し出された液滴の分裂には、液滴が自由表面がなす仕事量分の運動エネルギーをもつ必要があることがわかった。このことから、臨界変位がこの限界条件をあらわしており、この変位量以下では粒子が噴射されないことがわかった。粒内の速度分布が粒子の飛行形態に重要であり変位量が増加した場合、飛行中の液滴の速度差が大きくなり、液滴は分裂し微小粒子が形成されたと考えられる。昨年に引き続き高精度な機能性マイクロ粒子(球形で厳密にサイズの揃った機能性粒子)を10ミクロン数100ミクロンの範囲で任意の均一粒径に制御できるプロセスを検討、直径500ミクロンの、均質微細組織を持つ熱電材料マイクロ粒子(Bi-Sb系)の作製を試みた。また、この熱電マイクロ粒子を制御配列することにより、規則的に制御された粒界構造を持つ配列体を作製し、その評価を行う。500μmのオリフィスを用いた場合、Arガス雰囲気中で噴射した溶滴は凝固に至らなかったが、Heガス雰囲気中で噴射した場合、凝固し粒子を得ることができた。