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RNA干渉を用いたインビボ神経節遺伝子発現ノックダウン法の臨床応用可能性の検証

In vivo神経節genesilencing法の方法を昨年度までに確立した。同方法を応用し、内臓由来一次求心線維の脳内終末に発現すると予想されているP2X3サブユニット分子(p2x3r)をノックダウンしたところ、導入11-15日後、孤束核におけるP2X3サブユニットタンパクの発現はsiRNA導入側特異的にほぼ半減した。ATPおよびα,β-methylene ATPの効果を定量的に評価したところ、siRNA導入によってα,β-methylene ATPの作用が約45%まで著明にかつ有意に減少した。脱感作の遅いP2X2/3ヘテロ受容体型の応答がP2X2ホモ受容体型に変化した可能性が強く支持された。本年度は、以上の成果を公表するための論文作成に必要となる追加実験を主に行った。残念ながら、本報告書の執筆時点では投稿論文受理に至っていないが、速やかに公開し、この方法を広くさまざまな分子に応用すべく、見学者を広く受け入れ、技術の公開に務めた。また、両側性の電気穿孔法も、体重の減少、行動上の異常などの問題なく行うことが可能となり、in vivoへの応用も可能であることが示された。一方、新たな問題点として、迷走神経求心路の発現分子特性の左右差が予想以上に大きいこと、一次求心神経終末発現分子と類似のしかし薬理学的性質の異なる分子が脳内に発現しており、そのノックダウンの効果が予想以上に単純ではないこと、などの新たな知見が得られたため、本技術を公開した後に新たに取り組む必要がある。すでに開発したin vivo神経節gene silencing法の応用として、今年度はまず節状神経節におけるVGLUT1分子(SLC17A7)のノックダウンを試み、小胞内へのグルタミン酸取り込みを担う分子の発現阻害によって一次求心線維から孤束核2次ニューロンへの高頻度持続的伝達が障害されるという作業仮説の検証を試みた。予想に反し、節状神経節内のVGLUT1mRNA発現量は対VGLUT1分子siRNA導入によってのみならず、PBS導入群およびランダム配列siRNA導入群によっても有意に減少した。2007年にVGLUT1発現量が細胞の軽微な損傷などよって変化するという報告があったため、この非特異的な発現量の減少は電気穿孔法もしくは神経節周囲の手術操作によって生じていた可能性がある。そこで、ノックダウンの対象をP2X3サブユニソト分子(p2x3r)とし、同様に神経節にsiRNAを導入したところ、3種のsiRNAのいずれによっても選択的(PBSおよびrandom siRNA導入の影響はほとんどなし)かつ効率的な(いずれのsiRNAでも5-10%まで低下)mRNA量減少が生じ、さらに、導入11-15日後に行った免疫組織化学標識の結果、孤束核におけるP2X3サブユニット発現はsiRNA導入側特異的にほぼ消失していた。脳スライスにおいてシナプス前P2X受容体活性化によるグルタミン酸放出促進を観察したところ、siRNA導入側においてATPに反応するがα,β-methylene ATPに反応しないニューロンが認められた。以上の結果は、in vivo神経節gene silencing法によって、mRNA量、タンパク発現量、機能的表現型のすべてが効率的に修飾され、うる事実を示している。平成20年度以降、呼吸の化学応答、あるいは圧受容器反射に及ぼす影響をin vivoで観察する。In vivo神経節gene silencing法の方法を確立した。同方法を応用し、内臓由来一次求心線維の脳内終末に発現すると予想されているP2X3サブユニット分子(p2x3r)をノックダウンした。ノックダウンの効果を(1)頚部節状神経節mRNA発現量、(2)抗P2X3分子抗体による延髄孤束核の免疫組織化学、および、(3)脳スライス孤束核2次ニューロンからの自発グルタミン酸放出促進効果解析によって評価した。(1)標的領域の異なる3種のsiRNAのいずれによっても選択的(PBSおよびrandom siRNA導入の影響はほとんどなし)かつ効率的(いずれのsiRNAでも5-10%まで低下)にmRNA量が減少した。(2)導入11-15日後、孤束核におけるP2X3サブユニットタンパクの発現はsiRNA導入側特異的にほぼ半減した。(3)興奮性シナプス後電流頻度に及ぼすATPおよびα,β-methylene ATPの効果を定量的に評価した。siRNA非導入側においてα,β-methylene ATP(0.1mM)はATP(0.3mM)の約125%の頻度上昇を引き起こしたが、導入側においては約45%まで著明にかつ有意に減少した。これらの応答は60sの投与期間中ほぼ持続するため、脱感作の遅いP2X2/3ヘテロ受容体型の応答がP2X2ホモ受容体型に変化した可能性が強く支持される。ATPに対する反応が約70%まで減少した事実も、一次求心神経終末シナプス前膜に発現しているヘテロ受容体数が減り、ホモ受容体が増えた可能性を支持している。以上、in vivo神経節genesilencing法によって、mRNA量、タンパク発現量、機能的表現型のすべてが効率的に修飾され、脳内シナプス前受容体のサブユニットが変換されうることが示された。平成21年度は呼吸の化学応答と脳内P2X作動薬刺激の効果をin vivoで観察する。In vivo神経節gene silencing法の方法を昨年度までに確立した。

同方法を応用し、内臓由来一次求心線維の脳内終末に発現すると予想されているP2X3サブユニット分子(p2x3r)をノックダウンしたところ、導入11-15日後、孤束核におけるP2X3サブユニットタンパクの発現はsiRNA導入側特異的にほぼ半減した。ATPおよびα,β-methylene ATPの効果を定量的に評価したところ、siRNA導入によってα,β-methylene ATPの作用が約45%まで著明にかつ有意に減少した。脱感作の遅いP2X2/3ヘテロ受容体型の応答がP2X2ホモ受容体型に変化した可能性が強く支持された。本年度は、以上の成果を公表するための論文作成に必要となる追加実験を主に行った。残念ながら、本報告書の執筆時点では投稿論文受理に至っていないが、速やかに公開し、この方法を広くさまざまな分子に応用すべく、見学者を広く受け入れ、技術の公開に務めた。また、両側性の電気穿孔法も、体重の減少、行動上の異常などの問題なく行うことが可能となり、in vivoへの応用も可能であることが示された。一方、新たな問題点として、迷走神経求心路の発現分子特性の左右差が予想以上に大きいこと、一次求心神経終末発現分子と類似のしかし薬理学的性質の異なる分子が脳内に発現しており、そのノックダウンの効果が予想以上に単純ではないこと、などの新たな知見が得られたため、本技術を公開した後に新たに取り組む必要がある。
安全な脳梗塞治療法の開発：スタフィロキナーゼの応用

「定量的自己血血栓を用いたラット脳塞栓モデル」を確立した。脳塞栓30分後にPBS、t-PA(600マイクロg/kg)またはSAK(200マイクロg/kg)を静脈投与し、24時間後に評価した。t-PA群2頭が呼吸器障害のために死亡した。出血性梗塞はPBS群2例、SAK群1例、t-PA群2例であった。大脳皮質梗塞体積はPBS群256mm三乗、SAK群132 mm三乗、t-PA群112 mm三乗で有意差を認めた。神経学的評価はPBS群9.2、SAK群7.7、t-PA群6.1で有意差を認めた。SAK治療は皮質梗塞体積軽減および神経機能温存について、PBSよりも有効で合併症も少なかった。ヒト心原性脳塞栓症の病態を模したラット脳塞栓症モデル(大腿動脈から採取した動脈血とトロンビンを混合し、硬い血栓を作成する。定量的血栓を内頸動脈に注入し、脳梗塞を作成する)を確立させた。本モデルについては、第28回日本脳神経血管内治療学会シンポジウム、第38回日本脳卒中学会総会一般口演にて発表した。現在、Transrational Stroke Reserch誌に投稿し、Revision中である。次に、プラスミノーゲンアクチベーター(tPA)をコントロールとしてPolyethylene glycol staphylokinase (PEG-SAK)を本モデルラットに投与し、血栓溶解能力や組織障害性の有無につき検討している。血栓溶解作用はtPAより、わずかに弱い。出血性梗塞はtPAよりもSAKで少ない傾向であった。脳浮腫は両群間で有意な差を認めなかった。24時間後の評価では、tPA治療群とSAK治療群では神経症状および脳梗塞範囲は有意差を認めない。ラットを対象とした検討では、SAKはtPAに代わりうる薬剤である可能性が示された。ヒト心原性脳塞栓症と同じ病態のラット脳塞栓症モデルを新規に確立させ、Shimamura N, etal. Transl Stroke Res 2013;4:564-70として発表した。本モデル(定量的自己血血栓を用いたラット脳塞栓モデル)を用いて、スタフィロキナーゼ(SAK)の効果について検討した。雄SDラット内頸動脈に自己動脈血血栓7.2 mm立方を挿入し、脳塞栓症モデルを作成した。30分後にPBS、t-PA(600μg/kg)またはSAK(200μg/kg)を経静脈的に投与し、24時間後に神経学的評価および脳梗塞体積を評価した。各群2頭は血管内血栓を観察するため、灌流固定を行った。Χ2検定にて統計学的検討を行った。PBS群1頭が広範な脳梗塞のため、t-PA治療群の2頭が呼吸器障害のために24時間以内に死亡した。PBS群では内頸動脈、後大脳動脈、中大脳動脈内に血栓を認めた。治療群では内頸動脈に僅かに血栓を認めるのみであった。基底核梗塞体積は3群間で有意差を認めなかった。平均の大脳皮質梗塞体積はPBS群256mm立方、SAK群132 mm立方、t-PA群112 mm立方で有意差を認めた。平均の神経学的評価はPBS群9.2、SAK群7.7、t-PA群6.1で有意差を認めた。SAKはt-PAに比べて、出血性梗塞および呼吸器障害が少なかった。SAK治療は皮質梗塞体積の軽減および神経機能温存について、コントロール群よりも有効であった。ただし、その効用は、t-PAに及ばなかった。I.ヒト心原性脳塞栓症と同じ病態のラット脳塞栓症モデルを新規に確立させた。左大腿動脈から0.15ml採血し、トロンビン10単位/50μlと混合。30分後に2分間の遠心分離を行い、血清を除去。血栓を4Fr Atom tubeに吸引採取し、ラット内頸動脈へ留置した24ゲージ留置針から注入する。これにて、ヒトにおける内頸動脈遠位端を閉塞させ、いわゆるT梗塞を作成する。本モデルはヒトにおける最重症脳塞栓症と同様の病態である。(投稿準備中)II.健常ラットに麻酔を行い、Polyethylene glycol staphylokinase (PEG-SAK) 100μg/kgを経大腿静脈的に投与した。薬剤によると思われる急性死亡はみられなかった。

麻酔覚醒後も特に神経脱落症状はみられなかった。III.前述のラット脳塞栓モデルを作成し、90分後にPEG-SAK 100μg/kgまたは200μg/kgないし組織プラスミノーゲンアクチベーター(tPA)100μg/kgを経大腿静脈的に投与した。24時間後に生存率、神経脱落症状を計測し、ラットを安楽死させた。現在までの成果であるが、(1)ラットに対しては、SAKの神経毒性は認められないようであったが、病理組織学的検討やタンパク発現などの詳細な機序については来年度に研究を進める。(2)SAKはラットの体内で血栓溶解作用を示すが、その血栓溶解作用はtPAとほぼ同様か、わずかに弱いようである。(3)血液脳関門についての検討では、脳浮腫を比較するとSAK, tPAともに同程度であったが、脳出血はtPAよりもSAKで少ない傾向であった。分子生物学的検討は来年度に研究を進める。(4)24時間後の評価では、tPA治療群とSAK治療群では神経症状および脳梗塞範囲は有意差を認めないようである。来年度以降は、採取検体を用いた病理・分子生物学的解析、薬剤の投与可能時間について検討を行う。1ヒト心原性脳塞栓症と同じ病態のラット脳塞栓症モデルを新規に確立させ、Transrational Stroke Reserch誌に投稿し、Revision中である。2ラットに対しては、SAKの神経毒性は認められない。3SAKを用いた脳梗塞治療については、SAKはラットの体内で血栓溶解作用を示すが、その血栓溶解作用はtPAと同程度ないしわずかに弱いようである。4脳浮腫はSAK、tPAともに同程度であったが、出血性梗塞はtPAよりもSAKで少ない傾向であった。524時間後の評価では、tPA治療群とSAK治療群では神経症状および脳梗塞範囲は有意差を認めない。以上から、ラットを対象とした検討では、SAKはtPAに代わりうる薬剤である可能性が示された。(1)ヒト心原性脳塞栓症と同じ病態のラット脳塞栓症モデルを新規に確立させ、投稿準備中である。(2)ラットに対しては、SAKの神経毒性は認められない。(3)SAKを用いた脳梗塞治療については、SAKはラットの体内で血栓溶解作用を示すが、その血栓溶解作用はtPAと同程度ないしわずかに弱いようである。(4)脳浮腫はSAK、tPAともに同程度であったが、脳出血はtPAよりもSAKで少ない傾向であった。(5)24時間後の評価では、tPA治療群とSAK治療群では神経症状および脳梗塞範囲は有意差を認めない。ラット脳塞栓モデルを用いて、長期生存における神経学的回復について検討する。脳虚血後10日、20日、30日の各時間においてSAK治療群とtPA治療群での神経症状、脳梗塞領域、脳出血の有無について検討する前年度の標本を元に、血液脳関門の保持、神経障害、薬剤性障害の有無につき、病理組織学的検討やタンパク発現などの詳細な機序を検討する。ラット脳塞栓モデルを用いて、脳虚血後120分、180分、240分の各時間においてSAK 200μg/kgまたはtPA 100μg/kgを経静脈的に投与する。24時間の生存期間の後、神経症状、脳梗塞領域、脳出血の有無について検討する。H25年5月20日にBrain 2013(国際脳循環代謝機能シンポジウム@上海)において、確立してモデルについての発表を行う。また、実験成果について引き続き論文発表を行っていく。実験では、ラット、薬剤(SAK、tPA)、試薬などの消耗品が主体となる。25年度前期に多くの研究費を要する見込みである。
スーパー糖鎖を用いたシアロアドヘジン依存性細胞認識の解析

シアロアドヘジンは、脾臓やリンパ節の一部のマクロファージに発現されている動物レクチンである。その糖鎖結合活性は証明されているものの、シアロアドヘジンを介してどのような細胞が結合するのか、またどのような生理機能をもつのかに関しては不明な点が多い。シアロアドヘジン陽性マクロファージの存在する脾臓やリンパ節は抗体の二次反応、すなわち効率の良い抗体産生を司る臓器である。抗体産生に関わるリンパ球をシアロアドヘジンが特異的に結合し、抗体産生の効率を上げている可能性を検討した。その結果以下の2点が明らかとなった。(1)細胞障害性T細胞や、ヘルパーT前駆細胞はシアロアドヘジンを介して接着しないこと、一方抗体産生細胞であるB細胞や、抗体産生を増強するヘルパーT・2型細胞はシアロアドヘジンを介して接着する可能性があることを示した。従って両者がシアロアドヘジンに仲介されてマクロファージ上に集積し、抗体産生の効率を上げている可能性がある。(2)シアロアドヘジンのリガンド糖鎖を140分子含むスーパー糖鎖分子を作製した。この分子を利用してリンパ球上のシアロアドヘジンの糖鎖結合能を定量的に調べることが可能になった(Hashimoto et al., J. Biochem., 123, 468-478)。種々の二次リンパ臓器からマクロファージを調節し、その糖鎖結合能を調べたところ、シアロアドヘジンを高発現するマクロファージ亜群が存在することを見いだした。またこのシアロアドヘジン高発現マクロファージは、従来の報告にないような組織分布を示した。このマクロファージ亜群はリンパ球を強固に結合することによって、抗体産生の効率化に寄与している可能性がある。
二重連結動詞構文の発達と派生についての統語的分析

本研究ではis isのようなbe動詞の連続を伴う点で特有の統語的特性を持っている二重連結動詞構文の統語的派生を明らかにした。具体的には二重連結動詞構文は擬似分裂文とは独立しており、2つ目のbe動詞は焦点標識へと文法化されていると分析した。また、Gelderen (2008)の素性の再分析を伴う文法化の枠組みに基づいて、その派生について説明を与えた。二重連結動詞構文でも2つ目のbe動詞の持つfocus素性が再分析され、その結果そのbe動詞はfocusPを占め、それに後続する節に付加していると分析した。近年の英語において観察され始めた二重連結動詞構文について統語的観点から分析を行った。この構文はis isのようにbe動詞が連続して現れるのが特徴である。先行研究ではこの構文は擬似分裂文から派生された構文と分析されていたが、本研究では2つ目のisがbe動詞から焦点標識へ文法化した結果派生されたと分析する先行研究を支持するに至った。さらに先行研究ではこの構文の統語的派生について詳細な分析はほとんど行われていなかったが、本研究ではGelderen (2008)の文法化の分析にしたがって、そのメカニズムを明らかにすることができた。Gelderen (2008)ではある語彙的要素が機能的要素へと文法化する際にはその要素が持つ意味素性が解釈不可能な形式素性、さらに解釈可能な形式素性に再分析される過程が伴うと分析されている。この分析にしたがって本研究では、2つ目のbe動詞の持つ意味素性としてのfocusが解釈不可能素な素性、さらには解釈可能な素性へと再分析され、2つ目のbe動詞は焦点標識として機能しているという分析を提示した。さらに、この素性の再分析に伴い、2つ目のbe動詞はVPの主要部を占める要素からFocusPの主要部を占める要素へと変化し、それに後続する節に付加していると分析した。このように本研究はこれまで明らかにされていなかった二重連結動詞構文の統語的派生を解明するという目的を果たすことができた。この意味で本研究は一定の成果をあげることができたと考えられる。研究計画書では平成24年度はコーパス調査を中心に行う予定であったが、統語的観点からの分析に要する時間が予定よりも必要との判断のもと文献調査を中心に行った。その結果、代表的な先行研究であるMassam (1999)の分析の問題点をまとめること、二重連結動詞構文の発達に影響を与えたのは擬似分裂文ではないということ、を明らかにすることができた。さらに、二重連結動詞構文の特徴ともいえる2つ目のbe動詞の統語的ステータスについても一定の見解を示すことができた。先行研究ではtopic markerであるという主張と、focus makerである主張とに意見が分かれていたが、擬似分裂文との関係を否定することや多言語においてbe動詞がtopic markerとして発達した事例が観察されないということから2つ目のbe動詞はfocus makerという主張を支持するに至った。また。二重連結動詞構文の派生においても、2つの方向性で説明を与える方向で研究を進めている段階である。1つ目の方向性は2つのbe動詞をreduplicative morphemeの派生と関連付けつ分析である。この分析では通常では移動のコピーは削除されるが移動の結果意味的な違いが生じる場合はコピーは削除されずに残る、つまり、2つの同じ音韻素性を持つ要素が英文中に現れるということになる。2つ目の方向性は2つ目のbe動詞はfocus makerとして文法化を通して発達したという分析である。どちらの分析がより妥当なのかを今後の課題としてさらに研究を進めていく予定である。先行研究のまとめや、新たな視点での分析など一定の成果は挙げられているが、その成果を研究発表や論文など残る形でまとめることができなかったから。二重連結動詞構文の派生について統語的分析をより具体的な形でまとめていく。年度内には1つの論文にまとめて投稿し、さらに来年度研究発表を行える形にまとめていく。研究課題に関連する図書の購入、研究課題に関する情報収集のための出張費に充てる予定である。
タンパク質立体構造予測プログラムの開発

アミノ酸配列のみからタンパク質立体構造を高精度で予測する方法を確立した。現在は比較的小さなタンパク質である4つのタンパク質(PDB code:1J4M,1LE3,1L2Y,1VII)について、高精度で立体構造予測に成功している。1J4M、1LE3は主にβ-sheet構造から、1L2Y、1VIIは主にhelix構造から成るタンパク質である。タンパク質立体構造を構成する主要な2次構造であるhelix構造とβ-sheet構造から成るタンパク質の立体構造予測に成功した事から、他の多くのタンパク質についても高精度な立体構造予測が十分可能であると考えられる。本研究によって開発された予測方法において、予測構造はMD simulation結果から導かれる。このMD simulationの結果は使用する力場パラメータに大きく依存するが、既存の力場パラメータにはアミノ酸の2次構造的安定性に大きな問題があり、helix構造を過剰に安定化してしまう事が明らかとなった。そのため、立体構造予測の精度向上には、力場パラメータの高精度化が必要不可欠であると考え、タンパク質立体構造予測プログラムの基本骨格を作る一方で、新規高精度力場パラメータの開発を行った。一般的なアミノ酸全20種類について、水の溶媒効果を取り入れた電荷パラメータを量子化学的手法により詳細に求め、力場パラメータを新たに開発した。その結果、タンパク質を構成するアミノ酸の力場パラメータの精度は飛躍的に改善し、過剰なhelix構造安定性は改善された。本研究により開発された高精度力場パラメータは、タンパク質立体構造予測だけではなく、MD simulationを用いるすべての生命科学の精度向上に大きく貢献するものと期待できる。今年度の研究計画において、タンパク質立体構造を予測するプログラムの骨格を作成すること、プログラム中に用いる分子動力学計算のパラメータを新規に作成すること、CASPと呼ばれるタンパク質立体構造予測コンテストに出場することの3つが達成目標であった。一つ目のプログラムの作成について、アミノ酸配列のみを入力ファイルとして自動的に構造予測を行った後、PDB形式の立体構造を自動的に出力させるプログラムを作成し目標を達成した。二つ目の新規パラメータの作成について、20種類のアミノ酸各々について量子化学計算を行い新規のパラメータを得た。このパラメータを用いてβ-sheet構造をもつ17残基ペプチド(PDB code:1LE3)と、α-helixとstrand構造をもつ20残基ペプチド(PDB code:1L2Y)の立体構造予測を行った。予測構造とPDBに登録されている構造を、主鎖のCαについてのRMSDによって比較したところ、1LE3では4.043Å、1L2Yでは1.635Åであった。1LE3についてはC末端側のわずか2残基が構造の違いを示しており、この末端を比較対象から切り離すとRMSDは1Å台であった。またDSSPプログラムを用いて、両構造の2次構造の類似性比較も行った。1LE3では17残基中12残基で、1L2Yでは20残基中13残基で2次構造が一致した。同様にして他のペプチドやタンパク質について立体構造予測と評価を行ったが、残基数が増加するにしたがって予測の精度が減少していった。今後は残基数の大きなものについても予測の精度が高くなる様に、パラメータの改良を行っていく予定である。最後にCASPについて、6月からのコンテストに参加し、12月にイタリアで開かれたCASPとSAC-CASPの両学会において研究成果の発表をおこなった。
金属酸化物不均一光触媒システムの表界面電子状態の理論研究とその検証

不均一金属酸化物光触媒システムに含まれる全原子分子のダイナミクスとその全電子構造を第一原理手法により解明し、光触媒システムの最適化の方法を探ることを目的として研究を行った。具体的には、主にV, Ti, W, In, Ta等を含むいくつかの酸化物の様々な表面における室温平衡にある反応分子の吸着構造や緩和表界面構造、それらに由来する電子構造や、助触媒が創出する電子構造、反応水溶液中の添加物の全電子構造への影響等の詳細を明らかにした。実験との比較から、表界面を考慮する不均一系の全電子構造に基づく理論予測は局所密度近似の範囲内においても、高い確度でシステム設計を可能にすると見込まれた。当初の研究計画の通り、反応分子の解離吸着性が強いと考えられる物質を申請者独自の視点で見つけ、量子分子動力学シミュレーションを駆使してその解離吸着性を室温程度の熱平衡状態において詳細に検討してきた。その中で、平成25年度は、Ti, W,あるいはVを含む酸化物のさまざまな表面における水分子の吸着現象について検討した。特に、可視光応答型光触媒で知られる、酸化タングステン表面の表面エネルギーの詳細な検討による安定表面の探索や、その表面における水分子やアルコール分子の吸着特性が明らかになったことは意義深い。また、電子構造(特にバンドギャップ値)の表面原子の配位構造依存度が大きいものとしてInVO4が既に見つかっていたが、平成25年度は、表面への水分子の吸着状態が全体の電子構造にどう影響するかについて検討した。その結果、水分子の吸着状態がその不均一系の電子構造を幅広く変化させることができることが理論的に明らかとなった。また、TiやWを含む酸化物については、反応液である水に炭酸塩や硝酸塩を溶解させ、その光触媒特性を調べた。一部の炭酸塩や硝酸塩で光触媒特性を大きく改善させるものが見つかった。Vを含む酸化物の中で、YVO4という物質については、平成26年度以降の計画を一部前倒しして、Pt助触媒を担持させた当該光触媒に、有機物を含有する反応液としてメタノール水溶液を接触させた系についてシミュレーションし、実験と比較した。また、ニッケル由来の助触媒を担持したものについては、水との不均一系も同様に検討した。他、Zn、Ta、あるいは、Snを含む酸化物と水との不均一系における電子構造の検討も行った。これら研究成果は、金属助触媒を伴う金属酸化物と、特に水酸基を含む液体の不均一システム全般の設計において、非常に見通しの良い、新しい画期的設計指針を与えているため、その意義は大きい。不均一金属酸化物光触媒システムの構成とその全電子構造との関連を、特にその表界面電子状態に留意して系統的・体系的に調べてきた。V, W,あるいはTiを含むいくつかの酸化物の様々な表面における分子の吸着現象や、助触媒の機能や効果、水分解の際の反応液中の電解質の役割について、それぞれのシステムの全電子構造を解明することにより、明らかにしてきた。例えば、YVO4光触媒物質に助触媒としてPtを利用した場合とNiの酸化物を利用した場合とでその機能を理論的に比較し、実験事実との一致を確認できた。白金助触媒による励起電子キャリアの分離機能や反応分子吸着の詳細が明らかとなり、水素原子還元機能が如何に増強されるかのメカニズムのイメージが明確となった。一方、ニッケルが触媒母体中表面に酸化物として取り込まれると、起こりがちな酸素欠損の悪影響を抑えることができると同時に、励起キャリアの局所的分離が可能となるため、酸素と水素の両方が生成され、その生成速度も高められることを突き止めた。また、システムの全電子構造の検討から、酸化チタンの水分解性能は反応液(水)に電解質を添加すると、酸化チタン表面へのアニオンの接触やカチオンの接近により、酸素イオンが酸化されやすい(酸素発生に繋がる)状態を作り出すはずであると推定されたが、このことは一部実験でも確認できた。さらに、WO3やInVO4光触媒と水との不均一系では、前者は表面準位の電子構造が酸素発生のために有利であるが、後者は圧倒的に不利であることが理論的に推測されたが、実験でも検証された。固体の電子構造のみを検討してもこういった予測は不可能であるが、本研究の方法は、未経験光触媒物質を使った場合でも、高い確度でシステム設計することを可能にするものと期待できる。不均一金属酸化物光触媒システム全系の電子構造とその表面における反応分子のダイナミクスを第一原理手法により解明し、光触媒システムの最適化の方法を探ってきた。主にW, V, Ta, Ti, In等を含むいくつかの酸化物の様々な表面における分子の吸着現象や、助触媒の機能や効果、水分解の際の反応液中の電解質の役割等について、システムの全電子構造を検討することで明らかにしてきた。例えば、YVO4光触媒物質に担持させたPt助触媒やNiの酸化物に由来する助触媒の機能を理論的に検討した。その結果、Pt助触媒による励起電子キャリアの分離や反応分子の吸着機能の詳細、プロトン還元機能が増強されるメカニズムのイメージが明確になったし、Niが触媒母体表面に酸化物として取り込まれると、起こりがちな酸素欠損の悪影響を抑えることができると同時に、励起キャリアの局所的分離が可能となり、酸素と水素の両方が生成されやすくなることも突き止めた。類似の検討から、TiO2の水分解性能は反応液(水)に電解質を添加すると、TiO2表面へのアニオンの接触やカチオンの接近により、酸素イオンが酸化されやすい(酸素発生に繋がる)状態を作り出すはずであると推定されたが、このことは一部実験でも確認できた。

さらに、WO3、InVO4、InTaO4光触媒と水の不均一系における、水分子の吸着のメカニズムや全電子構造の特徴からは、WO3は表面準位の電子構造が酸素発生のために有利であるが、InVO4は不利であり、InTaO4においては、水素も酸素も発生し得ることが理論的に推測されたが、実験事実とも一致した。また、可視応答性を高めるためには、特に触媒表面に露出したIn周辺の酸素原子配位構造の制御が重要であること、表面準位の悪影響を防ぐには表面に露出する酸素イオンの位置的状況の制御が重要であることが分かった。表界面を考慮する不均一系の全電子構造の理論予測は高い確度でシステム設計を可能にすると期待できる。不均一金属酸化物光触媒システムに含まれる全原子分子のダイナミクスとその全電子構造を第一原理手法により解明し、光触媒システムの最適化の方法を探ることを目的として研究を行った。具体的には、主にV, Ti, W, In, Ta等を含むいくつかの酸化物の様々な表面における室温平衡にある反応分子の吸着構造や緩和表界面構造、それらに由来する電子構造や、助触媒が創出する電子構造、反応水溶液中の添加物の全電子構造への影響等の詳細を明らかにした。実験との比較から、表界面を考慮する不均一系の全電子構造に基づく理論予測は局所密度近似の範囲内においても、高い確度でシステム設計を可能にすると見込まれた。ほぼ当初の研究計画に沿う形で研究が進行しているため概ね順調に研究は進展していると言える。金属酸化物内部あるいは表面へのドーピングの表面電子構造への影響については、YVO4に対してNiをドーピングした系で、水との不均一系を例にとり、詳細を検討した。ニッケル酸化物を担持したYVO4光触媒と水の不均一光触媒システムの室温における全原子・分子運動と全電子構造も第一原理手法で明らかにすることができた。詳細な理論検討の結果、Niが触媒母体中表面に酸化物として取り込まれると、システムをp型に保持したり、励起キャリアの局所的分離が可能となるため、酸素と水素を量論比1:2で発生する水の完全分解を可能にし、その生成速度が高められることを突き止めた。さらに、Niのドーピングは表面で有効であって、触媒母体内部では効果が薄いことも分かり、ドープ位置の最適化の足掛かりとなる知見も得られた。電子構造の類似性からすると、GdVO4と水との不均一光触媒システムにおいても同様の効果があると推測されるが、実際に同様の高い光触媒効率が観測されている。この研究成果は2014年6月19日付で、雑誌The Journal of Physical Chemistry Cに掲載された。一方、表面準位の制御を意図した金属酸化物光触媒の水分解に対する塩の効果に関しては、例えば、酸化チタンと水の不均一系に対して、反応液に炭酸ナトリウムを添加した系について検討し、この不均一系システムの全電子構造の特徴から、酸化チタン表面への炭酸塩の接触やナトリウムイオンの接近により、酸素イオンが酸化されやすい(酸素発生に繋がる)状態を作り出していることが分かった。この成果は、Science and Applications of Thin Films, Conference & Exhibitionで発表した。
東南アジア・オセアニアにおける国家と国民文化の動態

この研究は、主に人類学者の共同作業により、国家形成、国民形成といった現代的テ-マに、人類学の立場からどんな貢献が出来るかをさぐったものであり、東南アジア・オセアニアの新興諸国家の事例を比較し、さらに日本における現代の大衆文化・地方文化の問題も、比較の座標を得る為に取り上げた。これまでの人類の研究方法は、近代国民国家とか世界システムといった大きな対象を扱うのに、かならずしも向いていなかった。むしろそれは、フィ-ルドワ-クの方法を核として、国家よりも小さな言語文化集団あるいはエスニック・グル-プと呼ばれるようなものを把握するのに有効なものであった。しかし、本研究を通じて、今日の現実の地方的諸社会の人類学的研究が、近代国民国家形成の動きと密接な関係にあること、人類学のミクロで集約的な研究方法が、この相互過程の解明に有効であることが明らかになった。この研究が採用したのは、国家や国民を、その政治的・経済的中心、すなわち政府の側や、あるいは国際関係の視点からではなく、地方諸社会の側から見ていくという方法である。比較を通じて明らかになったのは、(1)国家形成の過程が、中央政府の明確で系統的な政策よりも、むしろ役所の書式や言語様式、環境美化運動、学校の制服、道路標識といった、一見些細で日常的なものを通じて、大衆の中に浸透していること。(2)マスメディアなどを通じた均質な大衆文化の形成が、国民の形成に役割を果たしていること。(3)にもかかわらず、国家の存在はむしろ国際関係に支えられる面が強く、国家と国民、そして諸地方社会の間には、断絶をふくんだとりあえずの共生という関係が、支配的なことである。本年度は研究課題のうち特に国家研究に対して、文化人類学の立場から理論および個別研究の両面に関して議論をおこなった。インドネシア、マレーシア、ポリネシア、ミクロネシアのケースを元に、国際的、地政学的な諸関係の結束点としての、法的なレベルでの国家形成と、人類学的な、日常経験に現出する「国家的なもの」との間を埋める諸装置について発表がなされた。こうした装置の具体例としては、ある国家が一つの必然的な総体をなすというイデオロギーを正当化する国家的神話-歴史、とりわけインドネシアに代表される多民族、多文化国家では、それぞれの民族の代表としての「英雄」が認定され、それらの共同作業による国家形成という物語が標準的なバージョンとして教育される事、国家的に再定義された宗教および伝統、それらを支える政府機関とその定義をめぐる長い論争などが挙げられる。しかしこうした諸装置は、比較の範囲内ではインドネシアにおいて最も自覚的に形成され、国家五原則(パンチャシラ)に代表されるように、ある特定民族集団の文化を越えた象徴を作り出す方法へ向かう。しかしマレーシアに於いてはサラワクとマレー半島、あるいはマレー系と中国系を結び付けるための装置に限界があり、さらにオセアニアの事例では、国家形成に関する地政学的な圧力の相対的な脆弱さ、小規模な社会であり、地理的に分散している事、あるいは文化的な同質性といった状況とあいまって、上記の諸装置の形成は微弱で、寧ろかなり異なる問題、即ちアメリカ等への文化的な同化、あるいは人口流出による国家基盤そのものの不安定化といった問題がより顕著である。こうした媒介諸装置についてはニューギニアやフィリピンの事例が更に検討される予定であるが、来年度は国家形成に伴う大衆文化の意味論的な分析わ加える事によって、国家的な経験そのものが人々に現出するその過程自体がより綿密な討論の対象になる。本年度は討論の題材を東南アジア・オセアニア以外に日本にまで拡大し、特に大衆芸能と国家形成の問題について様々な討議が行われた。主要な論点の一つは、文化人類学的な議論の蓄積のある伝統的な文化装置(例えば儀礼)を分析する枠組みでいわゆる芸能が分析出来るかという問題である。大衆芸能が背景とする社会は、かつての人類学が安心して寄り掛かってきたような、文化的に均一な共同体ではない。

その事は芸能の受容自身が個人単位に微分化し、必ずしも文化的な用語では明快に分析出来ないという困難をもたらす事になる。さらに芸能には、機械的形式的な行為である儀礼等と異なり、そこに観客の視線ないしは評価が存在し、その事が「芸」という、人類学的に翻案しにくいが、しかしある意味で芸能という形態の陰の支えとなっている概念に独特な重要性を与える事になる。そこでこの「芸」概念と、芸能の微分化された個人的受容の間を論理的にどう結ぶかが、重要な課題として意識されるようになった。もうひとつの重要な論点は、こうした大衆芸能と国家の問題を直接的に結びつけられるかという事である。地域レベルで既に存在している大衆芸能を、その地域を越えた範囲に昇華する場合、例えば日本のように基本的には文化的的連続性で支えられている場合と、例えばインドネシアのように、国家レベルと地方レベルで文化的に大きく異なる場合では、芸能と国家といってもその関連づけの論理に大きな差違が生じる。又国家の意図的な芸能管理の形態も、単に様々な地方芸能を政府のきも入りで紹介するのか、それとも地方言語を含めた芸能の形態を国家単位で流通する形式に積極的に変形して国家のシンボル化するかでは話しが異なるのである。そして東南アジア・オセアニアでも国家によってこの両方の側面が政策的な差異として現れてくる事が比較を通じて明らかになった。
パーオキソ金属酸化物分子を触媒とするアセチレン類の過酸化水素酸化

ヘテロポリ酸から調製した新しいタイプの酸化物分子であるパーオキリタングストリン酸塩(PCWP)を触媒として、合成上のみならずその反応機構上からも興味がもたれているアルキン類の過酸化水素酸化反応について検討した。まず、PCWPを触媒に用い種々のアルキン類の過酸化水素酸化を試みたところ、アルキンの種類ならびに反応に用いる溶媒の種類により全く異なる選択性を示すことがわかった。例えば、4-オクチンのような内部アルキンをPCWPを触媒として35%H_2O_2で酸化すると、クロロホルムを溶媒とする二相条件ではα,β-不飽和ケトンとα,β-エポキシケトンが良好に生成することが明らかとなった。反応の経時変化を測定したところ、反応初期では主としてα,β-不飽和ケトンが生成し、その後反応時間とともにα,β-エポキシケトンに変換されることがわかった。同じ反応をt-ブタノールを溶媒とする均一条件のもとで酸化すると、炭素ー炭素結合の切断が起りブタン酸が好収率で得られることがわかった。均一条件のもとでは一担生成したエポキシケトンがさらに酸化されるためブタン酸が生成することがわかった。一方、未端アルキンを酸化すると内部アルキンとは異なりクロロホルムを用いる相間移動条件においても炭素ー炭素結合の同製が主反応となり炭素鎖が1つ短い飽和脂肪酸を好収率で与えることがわかった。この反応はt-ブタノール溶媒を用いても同様に進行することがわかった。
児童・生徒を対象とする「ものづくり体験教室」用の加工が見えるCNC工作機械の開発

1研究目的最近の「理科離れ」に関する調査報告により、理科への関心の低下は小学生から始まっていることが明らかとなってきた。このことが、日本の「ものづくり」にかかわる生産現場に携わっている技術者の「技術力不足」などの遠因となりつつある。そこで本研究では、小学生からの低年齢層も対象に、最新の工作機械を使い加工する「体験型ものづくり教室」のプログラムを構築する。この教室に参加することで最新技術に触れる機会をあたえ「ものづくり」の楽しさや興味をもってもらう機会を提供することを目的とする。生産技術の分野では、モノを加工する工作機械がCNC(Computer Numerical Control)化されたことにより、自動化、高速・高精度化と技術が進歩し、今日では5軸同時制御による3次元加工もできるようになった。しかし、科学技術イベントなどで行われる「ものづくり」をテーマとしたワークショップでは、紙・はさみ・テープなど簡単な文房具を使った工作教室が行われることがほとんどで、実際の工作機械を使うことはない。その要因は、第一に安全性の問題である。やはり「ものづくり」に関わったことのない参加者は、不用意に工作機械を扱うとケガをする危険性が非常に高い。そのため、多くの人は日本の最先端技術を体験することも見ることもできないのが現状である。最先端のものづくり技術を体験し、その成果を見える形で手にすることは、児童・生徒に新鮮な感動と記憶を与えることになる。2研究方法体験学習用「3軸同時制御CNC工作機械」を以下のような仕様で製作し、「体験型ものづくり教室」を開催する。(1)「体験型ものづくり教室」に参加する人の安全を考慮し、被削材は非金属材料とする。(2)今回製作するCNC工作機械の最小移動量を0.001mmとする。(3)機械本体は小型卓上タイプで幅・奥行き・高さとも500mm以内とし、X・Y・Z軸の最大移動距離は100mm以内とする。(4)主軸及びすべての駆動部は安全カバーで覆い、加工中に手を触れることがないようにインターロックを設ける。3研究成果平成24年1月6日(金)に大型商業施設モレラ岐阜(岐阜県本巣市)内にある岐阜高専のサテライトキャンパスにおいて「CNC工作機械の体験教室」を開催した。「オリジナルはんこを作ろう」と題して、今回製作したCNC工作機械を利用し,参加者自らが描いた図案をスキャナで取り込み「はんこ」を製作する教室を行った。当日は,4歳から50歳以上まで幅広い年齢層の方が多数参加し,「自分専用のはんこができてうれしかった」,「次回も友達を誘って参加したい」等といった感想が聞かれた。
薬剤輸送システム応用に向けた層状複水酸化物の形態制御と細胞輸送機構の解明

本研究の目的は,粘土鉱物の一種である層状複水酸化物(Layered Double Hydroxide : LDH)の薬剤輸送システム応用に向け,細胞内での薬剤輸送挙動を解明することである.本年度に達成した実績は以下の通りである.新規ゲスト分子としてアニオン性蛍光色素Pyranineをゲスト分子とした複合体Pyranine/LDHを合成し,各種特性解析を行った.その結果, Pyranine/LDHは強い緑色発光強度および低い細胞毒性を示し,ゲスト分子Pyrallineの細胞輸送を促進することが明らかとなった.したがって, Pyranine/LDHの細胞内蛍光プローブとしての有用性が示されたと言える.2)LDH細胞内輸送挙動の観察:ライブセルイメージングによる細胞内動態の観察について1)で合成されたPyranine/LDHを用い,共焦点レーザー顕微鏡を用いたライブセルイメージングにより, Pyranine/LDHナノ複合体の細胞内動態の観察を行った.まず,細胞内に輸送されたPyranine/LDHが,細胞内小胞(エンドソーム)から細胞質にゲスト分子Pyranineを放出する様子がリアルタイムで観察された.さらにエンドソーム内でのLDH粒子の溶解挙動も観察されたことから, LDHの溶解に伴ってエンドソームの破裂が起きたと考えられる.したがって, LDHはエンドソームリリース機能をもつ有用な薬剤輸送担体として応用可能であると言える.また,細胞核へPyranine/LDH粒子が輸送される様子もリアルタイムで観察された.これより, LDH粒子のドラッグデリバリーシステムへの応用において,細胞核への輸送を前提とした輸送担体としてのLDHの新たな設計指針が提示されたと言える.(抄録なし)本研究の目的は,1)層状複水酸化物(以下,LDHと記述する)の形状による,エンドサイトーシス経路および各細胞内小器官へのゲスト分子輸送量へ及ぼす影響,2)発光性LDHを用いた細胞輸送の可視化による,プロトンスポンジ効果の実証および細胞核への輸送物質の解明である.本年度で得られた成果は以下の通りである.1)LDHの形態制御:ロッド状LDHについて2)LDHの機能性(蛍光特性)付与:希土類ドープ単分散LDHについて3)LDH細胞内輸送挙動の観察:ライブセルイメージングによる細胞内動態の観察についてはじめに,形態制御によりロッド状LDHの合成を試みた.結果として,細胞核へ優先的に輸送されると報告されている粒子は,LDHではなく水酸化アルミニウム(Gibbsite)であるという結論が得られた.したがって,ロッド状LDHの優位性について,粒子形状だけでなく組成についても比較検討する必要性があると結論づけられた.次に,細胞内挙動を可視化するため,蛍光特性を付与したLDHの合成を試みた.得られたLDHは蛍光特性を発現したものの,その強度は微弱であり観察には使用できなかった.しかしながら,希土類等の他元素ドープ単分散LDHの合成法について重要な知見が得られた.合成したLDHは,細胞内元素分布の可視化プローブとして有用である可能性も示された.最後に,ライブセルイメージングにより,LDH粒子の細胞内動態を捉えることに成功した.これにより,細胞内でのLDHの挙動を経時的に追うことができるようになった.本研究の目的は,粘土鉱物の一種である層状複水酸化物(Layered Double Hydroxide : LDH)の薬剤輸送システム応用に向け,細胞内での薬剤輸送挙動を解明することである.本年度に達成した実績は以下の通りである.新規ゲスト分子としてアニオン性蛍光色素Pyranineをゲスト分子とした複合体Pyranine/LDHを合成し,各種特性解析を行った.その結果, Pyranine/LDHは強い緑色発光強度および低い細胞毒性を示し,ゲスト分子Pyrallineの細胞輸送を促進することが明らかとなった.したがって, Pyranine/LDHの細胞内蛍光プローブとしての有用性が示されたと言える.2)LDH細胞内輸送挙動の観察:ライブセルイメージングによる細胞内動態の観察について1)で合成されたPyranine/LDHを用い,共焦点レーザー顕微鏡を用いたライブセルイメージングにより, Pyranine/LDHナノ複合体の細胞内動態の観察を行った.まず,細胞内に輸送されたPyranine/LDHが,細胞内小胞(エンドソーム)から細胞質にゲスト分子Pyranineを放出する様子がリアルタイムで観察された.さらにエンドソーム内でのLDH粒子の溶解挙動も観察されたことから, LDHの溶解に伴ってエンドソームの破裂が起きたと考えられる.したがって, LDHはエンドソームリリース機能をもつ有用な薬剤輸送担体として応用可能であると言える.また,細胞核へPyranine/LDH粒子が輸送される様子もリアルタイムで観察された.これより, LDH粒子のドラッグデリバリーシステムへの応用において,細胞核への輸送を前提とした輸送担体としてのLDHの新たな設計指針が提示されたと言える.LDHの形態制御および機能性の付与について,最適合成条件を決定するまでには至っていないものの,その過程で得られた知見が,他の検討事項(細胞輸送に与える影響因子や可視化手法)に対して新たな可能性を提示した.合成または観察で得られた知見を,もう一方の検討事項にフィードバックしていくことで,本研究の目的を高い次元で達成できると考えられる.ロッド状LDHについては,LDHではなくGibbsiteについて比較検討する必要があるため,1)LDHの形状によるエンドサイトーシス経路および各細胞内小器官へのゲスト分子輸送量へ及ぼす影響の検討は,本研究での優先順位を下げる。

次年度では,2)発光性LDHを用いた細胞輸送の可視化による,プロトンスポンジ効果の実証および細胞核への輸送物質の解明を目的に,pH測定プローブLDHの合成およびそれを使った細胞内pHの可視化に注力する.また,本年度で得られた他元素ドープ単分散LDHを用い,新たに細胞内元素分布の可視化についても取り組む予定である.(抄録なし)
統合型システム思考に着目した新リベラルアーツ型教員養成コアプログラムの開発

Society 5.0世代のコンピテンシーとしての「統合型システム思考」を身に付けた教員養成を行う上でのコア科目の確立を,次の点から具体的にアプローチする。2国内外における教員養成の教養教育としてのTechnology, Engineering教育の調査3プログラミング・データサイエンス等を履修する教員養成教養科目の開発・評価4「統合型システム思考」を育むPBL型教員養成科目の開発・評価Society 5.0世代のコンピテンシーとしての「統合型システム思考」を身に付けた教員養成を行う上でのコア科目の確立を,次の点から具体的にアプローチする。2国内外における教員養成の教養教育としてのTechnology, Engineering教育の調査3プログラミング・データサイエンス等を履修する教員養成教養科目の開発・評価4「統合型システム思考」を育むPBL型教員養成科目の開発・評価
配電系統における太陽光発電の分オーダ出力を考慮した地域エネルギーマネジメント手法

本研究では、太陽光発電を大量導入した配電ネットワークを想定し,配電電圧の制約逸脱を解消するため,需要家サイドに設置する電力貯蔵装置を活用する手法を開発した。すなわち,電力貯蔵装置を導入する需要家に対して初期コストの一部を補助し、その代わりにある決められた時間内において需要家の電力貯蔵装置の充放電パターンを制御できるようなマネジメント手法を提案した。数値計算例では,分オーダの日射量データに基づき経済的な実現可能性を検証した結果,ネットワーク管理者の電圧制御機器のみで対応するよりも効果的であることを明らかにした。1.日射量データに基づく太陽光発電出力データの確定太陽光発電の出力データは、全天日射量データより推定するものとし、分オーダの日射データ収集システムとして、英弘精機(株)のネット気象台を利用した。なお、全天日射計は分オーダのデータを収集するため応答速度の速い日射計を購入した。2.太陽光発電の分オーダ出力を考慮した提案マネジメント手法の評価分オーダの日射量データを用いて、提案する地域レベルのエネルギーマネジメント手法の導入効果を評価するため、本年度は導入評価モデルの基本的な部分を開発した。すなわち、配電ネットワークの各種パラメータ及び各負荷区間(母線)における需要家種別を想定し、太陽光発電の導入前の系統における配電用変電所からの送り出し電圧の決定方法を開発した。このような配電系統モデルにおいて、住宅負荷を想定した一母線において100%の住宅が太陽光発電を導入することを想定し、配電ネットワーク電圧への影響を評価した。また、二次電池が導入される業務用需要家についても、需要家の年間コスト最小化に基づく二次電池の最適導入計画モデルを開発し、妥当性の検証を行った。さらに、二次電池の導入計画モデルに基づき需要家種別毎に二次電池のインバータ部と蓄電部に分けて容量を決定し、インバータ容量に余裕を与えることによる無効電力の調整可能範囲の拡大効果を評価した。また、前述の配電ネットワークモデルに対して、二次電池を併設した業務用需要家を想定し潮流計算を行い、配電ネットワーク電圧へ与える影響を評価した。平成20年度は、二次電池からの無効電力出力を考慮した、電圧制御手法について検討し、一般電気事業者の設置する電圧制御機器(SVC)との比較検討を行う予定である。本年度は,まず前年度に開発した配電ネットワークのモデルと,需要家の電力貯蔵装置導入計画モデルを用いて,需要家が太陽光発電および電力貯蔵装置を導入した場合の配電系統の電圧変動をシミュレーションした。すなわち,分オーダの日射量データから推定された太陽光発電の出力変動を考慮した上で、エネルギーマネジャーが急峻な電圧変動を吸収するため個々の需要家における電力貯蔵装置の運転パターンを変更することによって,どの程度の大きさ・頻度の電圧変動であれば,需要家からの協力のみで制約逸脱を解消できるかを評価した。ここで,エネルギーマネジャーは、各需要家における電力負荷曲線と電力貯蔵装置の充放電パターンの情報を収集可能であるものと仮定すると、1年間を通して最適な導入容量と充放電パターンを決定する最適化問題が解くことになるが,求解アルゴリズム上の工夫を行うことにより厳密な最適解を実用的な時間で求めることが出来た。次に,上述のシミュレーションモデルに基づきエネルギーマネジャーと需要家の協調運用手法として,電力貯蔵装置の導入容量に対して経済的な補助を与えることを想定し,電力貯蔵装置を導入する需要家とネットワークを運用するエネルギーマネジャーの観点から,それぞれの経済性に与える影響を評価した。評価結果を出来るだけ一般化するため,ネットワーク内の需要家分布が異なる複数の配電ネットワークを想定し評価した結果,貯蔵装置を導入する需要家にとっては,あまり大きくはないもののある程度の経済的メリットが得られることを明らかにした。また,エネルギーマネジャーにとっての経済的メリットは,需要家の位置に応じて効果が異なり,配電線フィーダの末端付近に貯蔵装置が導入される場合には電圧制御の感度が高くなるため,協調運用の効果も高くなることを示した。二酸化炭素を始めとする温室効果ガスの削減目標を達成するためには,電力分野において太陽光発電(以下,PV)や風力発電を導入することが重要であるが,特に配電ネットワークにおいてはPVが局所的に集中して連系されると,逆潮流によって配電線に予期せぬ電圧上昇が生じることがある。本研究では,電力貯蔵装置の普及と配電線電圧の制御に向け,配電ネットワーク運用者が電力貯蔵装置を導入する業務・商業需要家に対して初期コストの一部を補助する代わりに,電圧制約逸脱が生じるような系統条件において需要家の所有する電力貯蔵装置の出力を制御し,系統電圧を制御するマネジメント手法(協調運用)の経済性を評価してきた。本年度は,提案するマネジメント手法の特性を統計的な観点から評価するため,PV出力変動の確率的なモデリング手法の検討を行い,実測された日射量変動データに対して正規分布とベータ分布を用いてカイ2乗適合度検定を行った。時刻別に分析を行ったところ,ほとんどの時間帯において正規分布よりもベータ分布の方が高い適合度を示すことを明らかにした。

また,提案するマネジメント手法を導入することにより,太陽光発電の導入量がどの程度増加するかを明らかにするため,配電ネットワークにおける電圧制約を考慮した太陽光発電の導入可能量の評価手法を開発した。本評価手法は,様々な配電ネットワークの条件下における太陽光発電の最大導入ポテンシャルを明らかにすることができ,有益な分析ツールになったと考えられる。