hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
軟骨に対する機械的ストスレとガスメディエーターの関与

変形性股関節症の発症には,機械的ストレスが重要な役割を果たす.しかしながら,軟骨細胞または軟骨組織に加わる機械的ストレスがどのような機構で軟骨変性を惹起するかについては不明であった.本研究では機械的ストレスとガスメディエーター,とりわけ活性酸素との関係を明らかにすることを第1の目的とする.また高分子ヒアルロン酸の関節内注入療法が変形性関節症に有効であるが,その作用機序についてはこれまで不明であった.本研究では,機械的ストレスによって軟骨細胞より誘導される活性酸素がヒアルロン酸の分子サイズに及ぼす影響を検討することを第2の目的とした.平成16年度には,軟骨細胞に周期的牽引負荷を加えることにより,ガスメディエーターである活性酸素が誘導されることを証明した.これは培養細胞を用いた結果であるが,平成17年度にはこの結果を軟骨片で再確認した.すなわち,軟骨片に圧迫負荷を加えることにより,活性酸素の反応産物であるパーオキシナイトライトの誘導が組織学的に明らかにされた.また,ヒアルロン酸に活性酸素を反応させることにより,その低分子化が観察された.平成18年度は周期的牽引負荷を加え,培養液中に放出されたヒアルロン酸の分子サイズを検討するとともに,活性酸素の関与の有無を検討した.この結果,機械的ストレスにより活性酸素の誘導は明らかに増加し,ヒアルロン酸の分子サイズは低下した.一方ヒアルロン酸合成酵素はmRNAレベルでの転写活性亢進を認めた.また活性酸素の中和剤であるsuperoxide dismutase(SOD)を添加し,分子サイズの変化を検討したところ,機械的ストレスによるヒアルロン酸の低分子化が回復された.以上の結果より,機械的ストレスによって誘導される活性酸素がヒアルロン酸の低分子化を引き起こすことが証明された.変形性股関節症の発症には,機械的ストレスが重要な役割を果たす.しかしながら,軟骨細胞または軟骨組織に加わる機械的ストレスがどのような機構で軟骨変性を惹起するかについては不明であった.本研究では機械的ストレスとガスメディエーター,とりわけ活性酸素との関係を明らかにすることを第1の目的とする.また高分子ヒアルロン酸の関節内注入療法が変形性関節症に有効であるが,その作用機序についてはこれまで不明であった.本研究では,機械的ストレスによって軟骨細胞より誘導される活性酸素がヒアルロン酸の分子サイズに及ぼす影響を検討することを第2の目的とした.平成16年度には,軟骨細胞に周期的牽引負荷を加えることにより,ガスメディエーターである活性酸素が誘導されることを証明した.これは培養細胞を用いた結果であるが,平成17年度にはこの結果を軟骨片で再確認した.すなわち,軟骨片に圧迫負荷を加えることにより,活性酸素の反応産物であるパーオキシナイトライトの誘導が組織学的に明らかにされた.また,ヒアルロン酸に活性酸素を反応させることにより,その低分子化が観察された.平成18年度は周期的牽引負荷を加え,培養液中に放出されたヒアルロン酸の分子サイズを検討するとともに,活性酸素の関与の有無を検討した.この結果,機械的ストレスにより活性酸素の誘導は明らかに増加し,ヒアルロン酸の分子サイズは低下した.一方ヒアルロン酸合成酵素はmRNAレベルでの転写活性亢進を認めた.また活性酸素の中和剤であるsuperoxide dismutase(SOD)を添加し,分子サイズの変化を検討したところ,機械的ストレスによるヒアルロン酸の低分子化が回復された.以上の結果より,機械的ストレスによって誘導される活性酸素がヒアルロン酸の低分子化を引き起こすことが証明された.白蓋形成不全に起因する変形性股関節症や,重度の不安定性を有する膝関節に合併する変形性膝関節症といった二次性変形性関節症の発症には,機械的ストレスが重要な役割を果たす.しかしながら,軟骨細胞または軟骨組織に加わる機械的ストレスがどのような機構で軟骨変形を惹起するかについては不明であった福田はこれまでに機械的ストレスに対する軟骨代謝の変化を細胞レベルで検討してきた.またIL-1に代表されるサイトカイン刺激による軟骨細胞の変性には,活性酸素やNOといったガスメディエーターが重要な役割を果たすことを報告した.しかしながら,機械的ストレスとガスメディエーターの関連についてはこれまでに報告がない.そこで本研究では機械的ストレスとガスメディエーター,とりわけ活性酸素との関係を明らかにすることを第1の目的とする.また高分子ヒアルロン酸の関節内注入療法が変形性関節症に有効であることが臨床的に知られている.その作用機序についてはこれまで不明であったが,福田はヒアルロン酸が軟骨細胞の産生する活性酸素を中和する作用のあることを報告した.一般に変形性関節症における関節液のヒアルロン酸の分子サイズは低下しており,この点より高分子ヒアルロン酸の軟骨保護作用が働いていることも想像される.このような背景のもと,機械的ストレスによって軟骨細胞より誘導される活性酸素がヒアルロン酸の分子サイズに及ぼす影響を検討することを本研究の第2の目的とした.平成16年度は,FX-3000を導入し,間接軟骨細胞に周期的牽引負荷をくわえた.これによる基礎的代謝の変化を検討した.軟骨細胞に対する牽引負荷により,プロテオグリカン合成能は低下し,活性酸素の産生が増加するという結果を得た.当初の目的としたヒアルロン酸の低分子化を示唆する結果も得られており,本研究は順調に進捗していると思われる.変形性関節症の発症には,機械的ストレスが重要な役割を果たす.しかし,軟骨細胞または軟骨組織に加わる機械的ストレスがどのような機構で軟骨変性を惹起するかについては不明であった.

本研究では機械的ストレスとガスメディエータ,とりわけ活性酸素との関係を明らかにすることを第1の目的とする.また高分子ヒアルロン酸の関節内注入療法が変形性関節症に有効であるが,その作用機序についてはこれまで不明であった.本研究では,機械的ストレスによって軟骨細胞より誘導される活性酸素がヒアルロン酸の分子サイズに及ぼす影響を検討することを第2の目的とした.平成16年度には,軟骨細胞に周期的牽引負荷を加えることにより,ガスメディエータである活性酸素が誘導されることを証明した.これは培養細胞を用いた結果であるが,実際の関節軟骨では細胞は多くの細胞外基質に囲まれた状況で存在する.したがって,この結果を直ちに生体に演繹することはできない.平成17年度にはこの結果を軟骨片で再確認した.すなわち,軟骨片に圧迫負荷を加えることにより,活性酸素の反応産物であるパーオキシナイトライトの誘導が組織学的に明らかにされた.また,軟骨細胞にFlexercell strain unit (FX-3000)を用いて周期的牽引負荷を加え,培養液中に放出されたヒアルロン酸の分子サイズを検討した.周期的牽引負荷により,産生されるヒアルロン酸の低分子化を示唆する実験結果を得た.以上の結果より,本研究は順調に進捗しているものと思われる.臼蓋形成不全に起因する変形性股関節症や,重度の不安定性を有する膝関節に合併する変形性膝関節症といった二次性変形性関節症の発症には,機械的ストレスが重要な役割を果たす.しかしながら,軟骨細胞または軟骨組織に加わる機械的ストレスがどのような機構で軟骨変性を惹起するかについては不明であった.本研究では機械的ストレスとガスメディエーター,とりわけ活性酸素との関係を明らかにすることを第1の目的とする.また高分子ヒアルロン酸の関節内注入療法が変形性関節症に有効であるが,その作用機序についてはこれまで不明であった.本研究では,機械的ストレスによって軟骨細胞より誘導される活性酸素がヒアルロン酸の分子サイズに及ぼす影響を検討することを第2の目的とした.平成16年度には,軟骨細胞に周期的牽引負荷を加えることにより,ガスメディエーターである活性酸素が誘導されることを証明した.これは培養細胞を用いた結果であるが,平成17年度にはこの結果を軟骨片で再確認した.すなわち,軟骨片に圧迫負荷を加えることにより,活性酸素の反応産物であるパーオキシナイトライトの誘導が組織学的に明らかにされた.平成18年度は,軟骨細胞にFlexercell strain unit(FX-3000)を用いて周期的牽引負荷を加え,培養液中に放出されたヒアルロン酸の分子サイズを検討した.周期的牽引負荷により,産生されるヒアルロン酸の低分子化が証明された.またmRNAレベルでのヒアルロン酸合成能を検討するために,RNAを抽出した後Reverse transcription-polymerase chainreaction(RTPCR)を行った.これにより,周期的牽引負荷によるヒアルロン酸の合成亢進をmRNAレベルで確認した.また活性酸素の中和剤であるsuperoxide dismutase(SOD)を添加し,分子サイズの変化を検討した.
自律型海中ロボットと海底ステーションによる海底４次元マッピングシステム

本課題では、自律型海中ロボット(Autonomous Underwater Vehicle, AUV)と海底ステーションの連携により、海底環境の長期間、広範囲かつ密なモニタリングを行う手法の研究開発を実施した。画像と音響の融合によるAUVのステーションへのドッキング手法および磁気共鳴方式による海中での非接触給電手法を開発し、既存のAUVシステムへ実装、水槽および実海域試験を通してその有効性を検証した。本手法は生物学、地質学、考古学といったサイエンス分野のほか、資源探査、漁業,港湾施設維持、捜索救助など幅広い分野への応用が期待される。第1フェーズとして、AUVのナビゲーション、ドッキング、非接触充電、データ処理手法の技術開発を行った。AUVのナビゲーションでは、申請者らが開発を進めている、音響による相対測位・通信装置の実海域での実証試験を行い、測位精度を評価するとともに、マルチパス等によるノイズの傾向を調べ、ノイズに対してロバストなハイドロフォンアレイの配置方法、運用方法について検討した。また、実海域実験に基づくシミュレーションにより、ステーションから半径数百mの範囲で安定した測位を行うためのAUVの経路計画について検討した。ドッキングに関してはLEDアレイを備えた簡単な水中ステーションを試作し、申請者らの所有するAUVTri-TONを用いた水槽実験により測位精度を調べた。ドッキング装置の形状、手順、AUVとステーションのロック機構についても試作機による水槽試験を通して検討した。また、平成24年11月にOKIシーテック(静岡県沼津市)にて、AUVTri-TONと簡易海底ステーションによる実海域試験を行った。本試験により、AUVがステーションを基準として半径100メートル程度の範囲で安定して観測できること、ステーションへ確実にアプローチできることを確認した。また、実海域における課題抽出を行った。非接触充電に関しては、最新の研究状況について文献調査を実施した。また、磁気共鳴方式による試作機を製作し、東京大学三崎臨海実験所にて試験を実施した。本試験により、実海域での性能を検証した。データ処理手法に関しては、現在までに申請者らがAUVにより取得したデータを用いて、4次元マッピングの方法について検討するとともに、必要な計算機環境を整備した。本研究では、自律型海中ロボット(Autonomous Underwater Vehicle, AUV)と海底ステーションの連携により、海底環境の長期間、広範囲かつ密なモニタリングを実現する。観測手段としては可視光による撮影や地形計測など海底至近での実施が求められる手法を念頭におき、AUVにこのような作業をさせるためのナビゲーション手法、後処理によるデータ統合手法まで含めたトータルなシステム開発を行う。本年度は第2フェーズとして、実証試験用の海底ステーションの設計・製作を行った。製作したステーションはAUVが実海域においてドッキングできるようにLEDマーカーを備えているほか、ドッキング時にAUVを安定して保持するための機構を備えている。また、非接触充電手法として、昨年度の第一フェーズにて基礎試験を行った磁気共鳴式の実証機を設計・製作し、海水中での動作を確認した。また、ドッキング手法について実海域試験を行い、ホバリング型AUV Tri-TON 2が海底ステーションにLEDマーカーを用いてドッキングできることを示した。AUVの深度方向のナビゲーションに課題が見られたものの、AUVが計測する深度、高度、LEDマーカーとの相対位置関係を組み合わせることで解決できると考えている。データ処理手法については、鹿児島湾若尊カルデラおよび駿河湾浅海域でのAUVによる撮影画像、地形データを用いて検討し、3次元画像化を実施した。本年度はAUVのナビゲーション、非接触充電装置についての研究開発を進めるとともに、システムを統合して実証試験を行った。AUVのナビゲーションについては、昨年度の課題であった深度方向の制御手法を改善するために、AUVが計測する深度、高度、LEDマーカーとの相対位置関係を組み合わせることで制御を安定させることに成功し、実海域においてドッキングできることを示した。非接触充電装置については昨年度までの実績を踏まえ、回路を小型化することでAUVへの搭載性、効率を向上させた。また、光によるフィードバッグ方式を採用することにより、200Wクラスの安定した送電ができるようになったほか、何らかの理由で送受信器間の距離が離れたり、間に異物が挟まったりした場合には安全に充電を止めることができるようになった。システムの有効性を示すための総合試験を実海域、水槽でそれぞれ実施した。実海域試験は平成26年12月に駿河湾の水深35m程度の浅海域で実施した。本試験ではAUV Tri-TON 2に提案手法を実装し、あらかじめ設置した海底ステーションへ自律的にドッキングさせることに成功した。水槽試験は平成26年3月に実施した。非接触充電装置を海底ステーションとTri-TON 2に実装し、ドッキング→充電→観測を自律的に繰りかえすことに成功した。以上により、自律型海中ロボット(Autonomous Underwater Vehicle, AUV)と海底ステーションの連携により、海底環境の長期間、広範囲かつ密なモニタリングを行う手法の技術的基盤が確立された。

26年度が最終年度であるため、記入しない。海中プラットフォームシステム学26年度が最終年度であるため、記入しない。当初第一フェーズとして予定していたAUVのナビゲーション、ドッキング、非接触充電、データ処理手法の4項目について、いずれもほぼ予定通りの進展があったため。第二フェーズとして予定していた実海域用ステーションの設計製作、非接触充電装置の海水中での検証、データ処理まではほぼ予定通り進行している。AUVのステーションへのドッキングにおいて、上下方向の位置制御に課題が残っているが、AUVが計測する深度、高度、LEDマーカーとの相対位置関係を組み合わせることで解決できる見通しが得られている。今後は実海域実験で得られた課題をフィードバッグしてナビゲーション手法、ドッキング手法を改良するとともに、非接触充電を組み込んだAUVの長期展開試験を行う。今後はAUVの高度制御方法について、AUVが計測する高度、深度、そしてステーションのLEDマーカーとの相対位置関係をもとに推定することで改善し、水槽試験において安定したドッキングができることを確認する。そして非接触充電機構を組み込み、水槽および実海域にてドッキング、充電、自律観測を組み合わせた総合試験を行い、提案手法の有効性を実証する。水中ステーションの実証機の開発に早期着手するために基金分の前倒し支払い申請を行ったが、設計に予想以上に時間を要したため、製作に至らなかった。このため平成25年度に水中ステーション実証機を製作する。海中ステーションの製作において、研究室に既存のパーツを活用することができたため今年度の必要経費を削減することができた。非接触充電機器をステーションおよびAUVに実装する際の物品費として使用する予定。
グローバルな政策決定に伴う議会制民主主義の空洞化に対する司法的統制の理論構築

ドイツにおいては、公権力によって自己の憲法上の権利を侵害された(と考える)者には、その救済を求めて憲法裁判所に出訴する途が整備されている。「憲法異議」と称されるこの訴訟形式がいわゆる「主観訴訟」に該当することは疑いを容れず、連邦憲法裁判所法のコンメンタールや憲法異議の概説書も、そうした理解を前提に執筆されている。ところが他方で、この憲法異議に(むろん主観訴訟の形式を保ちつつ)機能的には「民衆訴訟(客観訴訟)」の役割を期待しようとする向きがこのところ顕著になってきているように思われる。本年度のこれまでの研究によって、次の諸点が明確に整理できた。第一に、かかる「客観訴訟」としての機能を帯びた憲法異議において公権力による侵害対象として主張されるのは、例外なく「選挙権」である。ドイツの基本法には、ドイツ連邦議会の議員を全国民の代表とする規定が置かれているところ(38条1項)、議会権限の後退はこうした「選挙権」の侵害に他ならない、との理屈が用いられている。第二に、このような議会権限の後退は、例外なく政策決定のグローバル化の文脈において生じている。かかる「グローバル化」は近年顕著であるものの、ドイツ(あるいは欧州)においては必ずしも新しい転回ではない、すなわち「民衆訴訟」としての機能を帯びた憲法異議は、ドイツにおいては「最近の」事象というより、欧州経済共同体の展開に伴う数十年来の事象である。第三に、しかしながら議会権限の後退を「選挙権」の侵害と同視し、もって憲法異議へと結実させる手法には、批判的な評価も少なくない。ただ、その詳細に関する調査・分析は、次年度(以降)に残された課題である。理由は大きく分けて2つある。第一に、購入を検討していたドイツ語書籍の刊行が予定より遅れたこと、第二に、夏季休暇を利用したドイツへの出張予定が先方との日程調整の不調により断念せざるを得なかったことにより、本研究の進度もやや緩やかになってしまった。ただし、5年間の研究期間全体としてみれば、十分に挽回できる遅れだと考えている。政策決定のグローバル化に伴う議会権限の後退を「選挙権」の侵害と同視し、もって憲法異議の提起に結びつける論法に対して、具体的にどのような理論的批判が向けられてきたのか、その分析を本年度の課題としたい。この作業が夏までに順調に進展すれば、夏季休暇を利用してドイツへインタビュー取材に出かけたいと考えている。第一に、購入を予定していたドイツ語書籍の複数が年度内に刊行されず、次年度(以降)の刊行を待つことになった。第二に、夏季休暇中に予定していたドイツへの出張が、訪問先との日程調整の不調により次年度(以降)への延期を余儀なくされた。
ヒトからロボットへの把持運動スキルの転換

この期間において、我々はシミュレーションおよび実ロボットの両方において、ヒトがロボットの腕と手を直感的に操作し、物体を把持するための実験環境を完成させた。この成果はヒトの腕や手の位置を高速に同定し、さらにロボットの腕と手へのマッピングをリアルタイムで行う事により達成されたものである。このシステムにより、ヒトが例えばマグカップなどの物体を自然に把持する運動を詳細に観測し、データを記録することが可能となった。ヒトが自分自身の腕を動かしてロボットの把持運動に関するトレーニングを終えた後、様々な形状や傾きを持つ物体をロボットが把持する運動軌道のデータベースが構築され、効率的かつ自律的な運動学習手法の開発に役立てることが出来る。我々が得たデータによると、操作者はロボットの手首をマグカップのハンドルの向きに応じて一定の位置を保っていた。マグカップのハンドルの角度に応じて手首の位置が決まると言う仮説は非常に興味深い考察を生む。ハンドルの角度に応じて手首の初期位置が一意に決まると言う事は、手首の初期位置を決定するプロセスと初期角度を決定するプロセスがそれぞれ独立して行われている事を示唆している。この事は中枢神経システムが把持運動課題において次元の縮約を行い、問題の簡略化を行っていると考えられる。二つ目のアプローチは、ヒトによって得られたロボットの個々の把持運動機動を用いて、把持制御器を合成することである。また、開発済みの実験環境を新しいアームロボットに適応させる作業を行った。それにより、ヒトはより正確にロボットを操作できるようになり、自律運動学習のためのデータベース構築が飛躍的に進歩すると考える。我々の最初の成果はヒトの腕の冗長自由度を効率的に扱う手法の開発であり、ヒトと同程度の複雑さを持つアームロボットPA-10への実装に成功している。この研究をまとめた論文は、2010年8月にカナダで行われる国際会議・ASME/IDETCで受理され発表が決定している。2つ目の成果は、ヒトが物理シミュレーター上に存在する物体を操作できると言う仮想現実空間の構築である。この仮想現実環境を用いた実験により、ヒトの把持運動の解析を詳しく行うことができ、ロボットの制御に役立てることができる。そしてロボットが様々なタイプの物体を自律的に操作するための理論作りに役立つと期待される。PC等購入した実験機器はヒトの運動の解析や、ロボットやシミュレーターをリアルタイムで制御するために用いられている。ブライアン・ムーア研究員は大阪市立大学理学部数学科へ赴き、枡田幹也教授らが研究しているトポロジー理論が把持動作研究に応用出来るかどうかの可能性を議論した。また大阪大学のグローバルCOEによるシンポジウムにて、ヒトと機械のインタラクション技術に関する最新の研究成果を聴講し、どのように冗長自由度を持つ複雑なロボットの制御へ応用できるかを検討した。
知覚異常や疼痛が皮膚の創傷治癒におよぼす影響

糖尿病性などでは、知覚が低下するために警告が働かずに創傷が悪化してしまう。一方で長い期間発せられた痛みは神経回路を可塑的に変化させ、痛みを複雑なものにする。局所での神経因子の動態もそれによって変化し、創傷治癒に影響していると考えられる。本研究では、体表の知覚異常や慢性疼痛が皮膚の創傷治癒に及ぼす影響を、神経因子の動態を評価することで明らかにする。創傷治癒においては、患者のためには痛みを取り除くことは重要だが、創傷治癒を遷延させないことが同時に必要である。また、がんの痛みに限らず、痛みの放置はさらに痛みを招来することから早期の疼痛緩和ケアが推進されている。創傷における痛みはがんとは違ったものではあるが、早期からの痛み解放を目的とする意味では同類である。これまで知覚神経の選択的障害モデルなどを用いて、知覚異常が体表の創傷治癒に影響を及ぼすことを確認してきた。ラット脊髄後根切断による脱神経モデルを作成し、痛みと創傷治癒との関連を検討してきた。組織学的な評価を行った実験系においては痛みのない領域では皮膚の創傷治癒が遷延した。知覚障害動物モデルについてはラットのTh8-12の肋間神経の切離を行い背部に知覚障害領域を作成した。動物モデルでは安定した作成条件を得た。皮膚全層欠損の治癒経過を観察し7日目の組織のHE染色組織標本から計測を行い上皮化率、収縮率を算定した。さらにHGF、bーFGF、PDGF、VEGFなど約10種類の創傷治癒関連因子の各遺伝子の創傷部における発現変動をRealtime-PCRで評価した。HGFが知覚異常群で低値となった。糖尿病性の足病変などでは、知覚が低下するために警告が働かずに創傷が悪化してしまう。現在までのラットを用いた研究において脊髄後根切断による脱神経モデルを作成し、痛みと創傷治癒との関連を検討した。実験の内容については医学部動物実験委員会に申請し承認を得ている。これらの動物モデルの安定した作成条件を得た。創傷治癒課程を経時的に創傷部位の面積を計測、組織を採取しHE染色組織標本から計測を行い上皮化率、収縮率を算定した。Substance Pおよびその受容体であるNeurokinin-1受容体の各遺伝子の創傷部における発現変動をRealtime-PCRによる評価を行った。創傷作成時から治癒までの期間を時系列で採取した組織より、Substance Pの免疫染色をおこなった。また、VEGFR1、R2について免疫染色およびRealtime-PCRを行った。ラット脊髄後根切断による脱神経モデルを作成し、痛みと創傷治癒との関連を検討した。知覚障害動物モデルについては安定した作成条件を得ており、創傷治癒課程を経時的に評価できた。Substance PおよびNeurokinin-1受容体の各遺伝子の創傷部における発現変動を評価した。創傷作成時から治癒まで時系列で採取した組織より、Substance Pの免疫染色をおこなった。これらの条件設定にやや検討を要しているが、おおむね順調に進展してしていると判断している。創傷治癒過程においては、知覚神経活動がどのように関わっているのか?痛み-慢性痛は創傷治癒を遷延させる因子なのか?あるいは早期の創傷治癒のためには痛みを伴うことが重要なのか?この視点で行われた研究はなかった。本研究の目的は体表の知覚異常や慢性疼痛が皮膚の創傷治癒に及ぼす影響を、神経因子の動態を評価することで明らかにすることである。創傷の知覚異常が治癒課程にどのように関わるかという課題に取り組むことは、ひいては傷をいかに早くきれいに治すかという臨床の課題を解決していく点において意義があると考えている。ラット脊髄後根切断による脱神経モデルをもちいて、痛みと創傷治癒との関連を検討してきた。平成28年度は動物実験の個体を増やして解析を行った。7日目の創傷部位の組織を採取しHE染色組織標本から計測を行い上皮化率、収縮率を算定した。HGF、bーFGF、Substance-P、VEGF、CGRP、Flt,NCAM,PGP9.5など約10種類の創傷治癒関連因子の各遺伝子の創傷部における発現変動をRealtime-PCRで評価した。

ラット脊髄後根切断による脱神経モデルを作成し、痛みと創傷治癒との関連を検討してきた。(医学部動物実験委員会承認)。組織学的な評価を行った実験系においては痛みのない領域では皮膚の創傷治癒が遷延した。知覚障害動物モデルについてはラットのTh8-12の肋間神経の切離を行い背部に知覚障害領域を作成した。動物モデルでは安定した作成条件を得た。本年度は動物実験の個体を増やして解析を行った。7日目の創傷部位の組織を採取しHE染色組織標本から計測を行い上皮化率、収縮率を算定した。HGF、bーFGF、Substance-P、VEGF、CGRP、Flt,NCAM,PGP9.5など約10種類の創傷治癒関連因子の各遺伝子の創傷部における発現変動をRealtime-PCRで評価した。一部免疫染色で行えていないものがあるが、RT-PCRでの解析は項目を追加して行うことができた。順調に進展と判断している。糖尿病性などでは、知覚が低下するために警告が働かずに創傷が悪化してしまう。一方で長い期間発せられた痛みは神経回路を可塑的に変化させ、痛みを複雑なものにする。局所での神経因子の動態もそれによって変化し、創傷治癒に影響していると考えられる。本研究では、体表の知覚異常や慢性疼痛が皮膚の創傷治癒に及ぼす影響を、神経因子の動態を評価することで明らかにする。創傷治癒においては、患者のためには痛みを取り除くことは重要だが、創傷治癒を遷延させないことが同時に必要である。創傷治癒過程においては、知覚神経活動がどのように関わっているのか?痛み-慢性痛は創傷治癒を遷延させる因子なのか?あるいは早期の創傷治癒のためには痛みを伴うことが重要なのか?この視点で行われた研究はない。また、がんの痛みに限らず、痛みの放置はさらに痛みを招来することから早期の疼痛緩和ケアが推進されている。創傷における痛みはがんとは違ったものではあるが、早期からの痛み解放を目的とする意味では同類である。これまで知覚神経の選択的障害モデルなどを用いて、知覚異常が体表の創傷治癒に影響を及ぼすことを確認してきた。ラット脱神経モデルを作成し、痛みと創傷治癒との関連を検討してきた。昨年度は動物実験の個体を増やして解析を行った。さらにHGF、bーFGF、PDGF、VEGFなど約10種類の創傷治癒関連因子の各遺伝子の創傷部における発現変動をRealtime-PCRで評価したが、有意差が得られていない。そのための追加実験を行っている。
血管内皮由来弛緩因子の産生・放出の分子機構の解明とその病態的意義

1.血管内皮細胞における内皮由来血管弛緩因子(EDRF)の産生及び放出の機構ー培養ウシ大動脈内皮細胞で、イノシト-ル燐脂質代謝回転(PI代謝回転)並びに細胞内Ca^<2+>濃度を測定し、Bradykinin(0.1nMー1μM)は濃度依在性にPI代謝回転を生じ、細胞内Ca^<2+>貯蔵部位からのCa^<2+>の放出及び細胞外Ca^<2+>の細胞内への流入をひきおこすことを明らかにした。また、この情報伝達機構を介することにより、培養内皮細胞からEDRFが放出されることをbioassay法により明らかにした。現在、EDRFの本体と考えられている一酸化窒素(NO)を化学発光法にて測定することにより、上記情報伝達機構によるEDRFの産生、放出の研究を展開中である。2.EDRFの産生及び放出に対するリゾ燐脂質並びに修飾リポ蛋白の影響ー我々は、動脈硬化の一因とされる酸化LDLが、その増加したリゾホスファチジルコリン(LPC)により、受容体刺激によるEDRFを介する血管拡張反応を抑制することを見いだした。酸化LDL及びLPCはともに、培養内皮細胞において、Bradykinin刺激によるPI代謝回転並びに細胞内Ca^<2+>濃度の上昇を濃度依存性に抑制した。この受容体を介する情報伝達機構を抑制することが、酸化LDL並びにLPCによるEDRF産生抑制の機序の一つであることを明らかにした。また、酸化LDLによるEDRF産生の抑制は、高比重リポ蛋白(HDL),nativeLDLにより減弱することを見いだした。その機序として、HDL及びnativeLDLは、酸化LDL中のリゾホスファチジルコリン(LPC)の内皮細胞への移行を減少させること、さらに、移行したLPCも引き抜くことを明かにした。1.血管内皮細胞における内皮由来血管弛緩因子(EDRF)の産生及び放出の機構ーウシ大動脈内皮細胞を継代培養し、^3Hーイノシト-ルラベル法にてイノシト-ル燐脂質代謝回転(PI代謝回転)を測定し、蛍光色素furaー2を用いて細胞内Ca^<2+>濃度をモニタ-した。Bradykinin(0.1nMーlμM)は培養内皮細胞において濃度依存性にPI代謝回転を生じ、細胞内Ca^<2+>貯蔵部位からのCa^<2+>の放出及び細胞外Ca^<2+>の細胞内への流入をひきおこすことを明らかにした。2.EDRFの産生及び放出に対するリゾ燐脂質の影響ー我々は酸化LDL中や動脈硬化血管で増加するリゾホスファチジルコリン(LPC)が受容体刺激によるEDRFを介する血管拡張反応を抑制することを見いだした。また、LPCは培養内皮細胞に作用し、細胞内Ca^<2+>貯蔵部位からのCa^<2+>の放出をひきおこし、わずかにEDRFを産生することを見いだした。しかし、LPCは明らかなIP_3の産生を生じなかった。培養内皮細胞をLPCによって前処理すると、濃度依存性にBradykininによるPI代謝回転及び細胞内Ca^<2+>濃度の上昇を抑制することを見いだした。この内皮細胞における受容体を介する情報伝達機構を抑制することがLPCがEDRFの産生を抑制する機序の一つであることを明らかにした。1.血管内皮細胞における内皮

由来血管弛緩因子(EDRF)の産生及び放出の機構ー前年度は培養ウシ大動脈内皮細胞でイノシト-ル燐脂質代謝回転(PI代謝回転)と細胞内Ca^<2+>濃度を測定し、Bradykinin(0.1nMー1μM)は培養内皮細胞において濃度依存性にPI代謝回転を生じ、細胞内Ca^<2+>貯蔵部位からのCa^<2+>の放出及び細胞外Ca^<2+>の細胞内への流入をひきおこすことを明らかにした。さらに、培養内皮細胞からのEDRFの放出はこの情報伝達機構を介することをbioassay法により明らかにしたが、現在、EDRFの本体と考えられているー酸化窒素(NO)を化学発光法にて測定することにより、上記情報伝達機構の研究を展開中である。2.EDRFの産生及び放出に対する修飾リポ蛋白の影響ー我々は、修飾リポ蛋白のひとつで、動脈硬化の一因と考えられている酸化低比重リポ蛋白(酸化LDL)が、受容体刺激によるEDRFを介する血管拡張反応を抑制することを見いだした。また、酸化LDLは培養内皮細胞に作用し、細胞内Ca^<2+>貯蔵部位からのCa^<2+>の放出をひきおこしたが、明らかなIP_3の産生を生じなかった。培養内皮細胞を酸化LDLによって前処理すると、濃度依存性にBradykininによるPI代謝回転及び細胞内Ca^<2+>濃度の上昇を抑制することを見いだした。この内皮細胞における受容体を介する情報伝達機構の抑制が、酸化LDLがEDRFの産生を抑制する機序の一つであることを明らかにした。また、酸化LDLによるEDRF産生の抑制は、高比重リポ蛋白(HDL),native LDLにより減弱することを見いだした。その機序として、HDL及びnative LDLは、酸化LDL中のリゾホスファチジルコリン(LPC)の内皮細胞への移行を減少させること、さらに、移行したLPCも引き抜くことを明かにした。
ペプチド鎖伸長段階における新翻訳制御系の生理的役割

真核生物では、遺伝情報発現の転写と翻訳段階が時間的にも場所的にも異なっており、翻訳制御の重要性が増大すると考えられる。これまでペプチド鎖伸長段階での制御系は全く知られていなかったが、筆者は最近、ペプチド鎖伸長因子EFー1のリン酸化による制御系の存在を明らかにするとともにEFー1に結合し翻訳段階を制御する可能性のあるRNA(EFー1RNA)を発見した。カイコ絹糸腺EFー1はαββ'γサブユニットからなり、精製したEFー1βkinaseにより、βがリン酸化され活性型となり、EFー1βphospha taseにより脱リン酸化され不活性型となるが、本研究では、さらに活性制御の分子機構を追求した。その結果、nativeEFー1ββ'γをphosphatase処理すると、EFー1αに結合したGDPと外部のGTPとの交換反応促進活性が消失し、kinaseで再リン酸化すると同活性が完全に回復することが明かとなった。GDP/GTP交換反応が促進され,EFー1αが活性型のEFー1α・GTPとなり、アミノアシルーtRNAのリボソ-ムへの結合が促進されることが明かとなった。本年度は、EFー1RNAのcDNAクロ-ンDNAをプロ-ブとして用い、5令期カイコの絹糸腺中のEFー1RNAの変動を解析した結果、同RNAは、5令期の初期に多く、末期に減少する傾向があり、後期に増加するtRNA,rRNA,フィブロインmRNA等とは異なる変動パタ-ンを示すことが明かとなった。また、カイコ培養細胞(BmN4)を用い,in vivoにおけるEFー1のリン酸化を解析した結果、EFー1βおよびβ'に両サブユニットがリン酸化されるとともに、このリン酸化が培地中の血清の有無等により変動することを明かにした。真核生物では、遺伝情報発見の転写と翻訳段階が時間的にも場所的にも異なっており、翻訳制御の重要性が増大すると考えられる。これまでペプチド鎖伸長段階での制御系は全く知られていなかったが、筆者は最近、ペプチド鎖伸長因子EF-1のリン酸化による制御系の存在を明らかにするとともにEF-1に結合し翻訳段階を制御する可能性のあるRNA(EF-1RNA)を発見した。コムギ胚芽EF-1はαββ'γサブユニットからなり、コムギ胚芽から精製したEF-1βkinaseにより、βがリン酸化され活性型となり、EF-1βphosphataseにより脱リン酸化され不活性型となるが、本研究では、さらに活性制御の分子機構を追求した。その結果、nativeEF-1ββ'γをphosphatase処理すると、EF-1αに結合したGDPと外部のGTPとの交換反応促進活性が消失し、kinaseで再リン酸化すると同活性が完全に回復することが明らかとなった。GDP/GLTP交換反応が促進され、EF-1αが活性型のEF-1α・GTPとなり、アミノアシル-tRNAのリボソ-ムへの結合が促進されることが明らかとなった。EF-1RNAはこれまで高分子量体のEF-1から調整していたが、高速ゲル濾過カラム等を用い、細胞質より直接、多量に精製する方法を確立した。このRNAは、EF-1を高分子化するとともに、タンパク質生合成を強く阻害した。興味深いことに、βのリン酸化は、EF-1RNAにより阻害されることが明らかとなった。このRNAはkimaseに作用し、リン酸化を阻害する。kinase活性は、4種類のホモポリヌクレオチドの内poly(U)で最も強く阻害された。EF-1RNAには、poly(U)領域が存在し、kinaseに結合し、同活性を阻害すると推定している。EF-1RNAはmRNAとも結合するが、mRNAのpoly(A)部分に結合するものと推定している。
北半球中・高緯度オゾン減少の力学的・化学的メカニズムの解明

北半球中緯度において経年的な成層圏オゾンの減少が観測されている。このオゾンの減少を説明するためには、北極からの化学的に変質した空気の中緯度への輸送の効果と、中緯度特有の不均一反応の効果を、正しく評価する必要がある。本研究では北極域(スウェーデンのキルナ)および中緯度(北海道母子里観測所および陸別総合観測室)におけるフーリエ変換赤外分光法等による多成分同時観測と、観測に基づいた気象場を入れた3次元化学輸送モデルという2つの方法を組み合わせることによって、オゾン破壊のメカニズムの研究を行った。第一に、平成11年度、12年度を通じて、オゾンの減少の大きい冬から春先を中心に各観測点において高精度の赤外分光観測等を実施した。特に気象場の予測計算に基づいて、北極極渦の影響を受けたような空気塊が日本上空に到達するような場合においては重点的な観測を行い、このような空気塊の輸送に伴う化学組成の変化を捉えることに成功した。第二に観測された赤外の吸収線の形から、オゾン等の高度分布を推定するアルゴリズムを採用し、データ解析の高精度化を行った。第三に、全観測期間を通じてオゾン、塩酸(HCl)、フッ化水素(HF)、ClONO_2、硝酸(HNO_3)等の観測結果と、ケンブリッジ大学の3次元光化学輸送モデルとの比較を行った。この結果、北極極渦の影響を受けた空気塊が日本など北半球中緯度まで到達した場合には、極域の低温下において生じたと考えられる不均一反応による塩素の再分配の影響が見られることが分かった。これらの空気塊中では、活性化した塩素による破壊によりオゾンが減少していたことを、モデル計算との比較から明らかにした。観測された最近10年間のオゾン減少の大きさは、現在の最新の数値モデル計算結果の予測を大きく上回っている。この中緯度におけるオゾン減少を説明するためには、北極からの化学的に変質した空気の中緯度への輸送の効果と、中緯度特有の不均一反応の効果を、正しく評価する必要がある。このような現在の成層圏オゾン研究の現状に対し、本研究では北極域(スウェーデンのキルナ)および中緯度(北海道母子里観測所および陸別総合観測室)におけるフーリエ変換赤外分光法等による多成分同時観測と、観測に基づいた気象場を入れた3次元化学輸送モデルという2つの方法を組み合わせることによって、オゾン破壊のメカニズムの研究を行った。H11年度には、第一にオゾンの減少の大きい冬から春先を中心に各観測点において高精度の赤外分光観測等を実施した。特に北極極渦の影響を受けたような空気塊の輸送に伴う化学組成の変化を捉えることに成功した。第二にデータの取得効率をあげるために、観測の自動化をすすめた。第三にこれまでの人工衛星観測の結果を統計処理することにより、各成分の典型的な高度分布を求め、赤外分光観測のデータ解析の高精度化を行った。この結果、従来の解析に比べて信頼性の高い解析結果を得ることができた。第四に95年および96年のオゾン、塩酸(HC1),C10NO_2の観測結果についてケンブリッジ大学の3次元光化学輸送モデルとの比較を行った。この結果、北極極渦の影響を受けた空気塊についてある程度、モデルが特徴を再現していることが分かった。このような現在の成層圏オゾン研究の現状に対し、本研究では北極域(スウェーデンのキルナ)および中緯度(北海道母子里観測所および陸別総合観測室)におけるフーリエ変換赤外分光法等による多成分同時観測と、観測に基づいた気象場を入れた

3次元化学輸送モデルという2つの方法を組み合わせることによって、オゾン破壊のメカニズムの研究を行った。H12年度には、第一にオゾンの減少の大きい冬から春先を中心に各観測点において高精度の赤外分光観測等を実施した。特に北極極渦の影響を受けたような空気塊の輸送に伴う化学組成の変化を捉えることに成功した。第二に観測された赤外の吸収線の形から、オゾン等の高度分布を推定するアルゴリズムを採用し、データ解析の高精度化を行った。第三に95年および96年のオゾン、塩酸(HCl)、ClONO_2の新しい解析結果について、ケンブリッジ大学の3次元光化学輸送モデルとの比較を行った。この結果、北極極渦の影響を受けた空気塊が日本など北半球中緯度まで到達した場合には、極域の低温下において生じたと考えられる不均一反応による塩素の再分配の影響が見られることが分かった。これらの空気塊中では、活性化した塩素による破壊によりオゾンが減少していたことが、モデル計算との比較から明らかになった。
骨-筋標本による力発揮特性の検討-その1.関節角度、筋の長さと“筋力"の関係-

縫工筋を対象としたカエルの骨-筋標本による筋力測定システムを開発した。骨盤-大腿骨-脛骨を関節包を傷つけない形で股関節/膝関節を保存し、坐骨結合、脛骨部への腱付着を残した骨-筋標本を作成した。縫工筋以外の筋は全て切除した。骨盤をステンレスワイヤーにて装置に固定し、大腿骨・脛骨は、それぞれトランスデューサに接続した。筋刺激方法および電極の設置方法を、間接刺激・直接刺激の2種類について検討した。間接刺激では、標本の支配神経の分布を保存し、フック型のAg:AgCl電極により坐骨神経に電気刺激を加えた。直接刺激では、プラチナ板を水槽底面および縫工筋直上に設置した。筋を95%O_2-5%CO_2を通気したRinger液槽へ浸し、0.55.0ms幅の最大上電圧による50ppsでの矩形波を与え、等尺性強縮を誘発した。トランスデューサで検出した力信号は、ストレインアンプで増幅後、A/D変換処理を行いコンピュータに取り込んで収縮特性を解析した。さらに同標本から摘出した筋からlength-tension関係を求めた。骨-筋標本において得られた生体内筋長は、摘出筋実験によって求めた至適長の90115%(他筋切除前)、85110%(他筋除去後)の範囲内であった。股関節角度を90度に固定し筋関節角度を30度170度(180度=完全伸展位)で変化させ、各23回ずつ収縮を誘発した。同じ関節角度での連続した収縮では完全に同一な力波形が得られた。大腿骨、脛骨で記録された力波形は同期せず、前者の方が力立上がりが大きく、最大力に至るまでの時間も短かった。両者の関節角度-筋力曲線も完全には一致しなかった。関節角度によっては、後者で収縮開始の遅れも認められ、特に膝関節のゆるみによる力伝達の干渉が推察される。また、条件によって力波形のovershootも認められ、同システムにおけるより精度の高い関節角度の設定と関節の固定法をさらに検討する必要がある。
遺伝情報場へのフィードバックの同定

温度やpHなど細胞外環境の変化や、変異、転写・翻訳過程のゆらぎは、核のDNAにコードされた遺伝情報が正確に機能(蛋白質)に結びつく事を妨害する。これを防ぐにため、細胞システムには、機能から情報へのフィードバックが多数存在していると考えられる。私たちが独自に開発した、「遺伝子綱引き(gTOW)法」は、遺伝子のコピー数を上げて、細胞システムの特定の要素を過剰にドライブさせることができる。このとき、遺伝子のコピー数と蛋白質の発現量の間に相関がないとすれば、核の情報の揺らぎが蛋白質の発現量に影響を与えないようにするフィードバックが、遺伝子発現のシステムに存在している事を示している。そこで、本研究では、酵母の細胞周期関連遺伝子について、gTOWによって遺伝子のコピー数を上げた時に、蛋白質の量にどのように反映されるかを調べ、フィードバックをシステマティックに同定し、その分子機構を明らかにする。最終的には、細胞周期の遺伝子発現制御に組み込まれたフィードバック機構の全容を解明し、その情報を数理モデルへと統合する。上記の目的のためには、遺伝子のコピー数が上がった時にそれが蛋白質量にどの程度反映するかを効率よく調べる実験系が必要となる。そのため、昨年度までに、分裂酵母内で効率よく遺伝子の改変を行なうことができる実験系の開発を行ない、分裂酵母内でGap-Rpair法によって効率の良い遺伝子改変法を開発することができ、学会発表、ならびに論文発表を行なった。さらにこのGap-Repair法を用いて約30の分裂酵母の細胞周期関連遺伝子をgTOW用プラスミドにクローニングし、コピー数の上限をはかるとともに、このデータを用いた数理モデルの評価と改良を行った。この内容は現在論文投稿中である。また、これらほとんどの遺伝子について蛋白質検出用のタグを組み込んだプラスミドの構築に成功した。このプラスミドを用いて定量的なウエスタンブロッティングを行ない、コピー数が上昇した時にそれが蛋白質にどのように反映されるかを標的としている約30の遺伝子すべてで測定することができた。そのため、本年度はまず分裂酵母内で効率よく遺伝子の改変を行なうことができる実験系の開発を行なった。この結果、分裂酵母内でGap-Rpair法によって効率の良い遺伝子改変法を開発することができ、学会発表、ならびに論文発表を行なった。さらにこのGap-Repair法を用いて約30の分裂酵母の細胞周期関連遺伝子をgTOW用プラスミドにクローニングし、コピー数の上限をはかるとともに、これらほとんどの遺伝子について蛋白質検出用のタグを組み込んだプラスミドの構築に成功した。今後このプラスミドを用いて定量的なウエスタンブロッティングを行なうことで、細胞周期に見られるフィードバックの同定を進める予定である。

また、これらほとんどの遺伝子について蛋白質検出用のタグを組み込んだプラスミドの構築に成功した。このプラスミドを用いて定量的なウエスタンブロッティングを行ない、コピー数が上昇した時にそれが蛋白質にどのように反映されるかを標的としている約30の遺伝子すべてで測定することができた。
低酸素腫瘍環境で増殖する嫌気性菌を用いた固形腫瘍に対する治療法の開発

本研究では、固形腫瘍における低酸素状態に着目し、嫌気性菌が固形腫瘍に対する遺伝子治療ベクターとして臨床応用可能か検討することにあった。しかし、H15年度では、バクロイデス菌が腫瘍内で増殖することを見出したが、腫瘍のサイズは不変で、不適当であることが判明した。そこで、H16年度では市既に報告のあるクロストリジウム菌を用いて以下の実験を行った。1.クロストリジウム菌を用いた固形腫瘍に対する治療開発そこで、既に報告されている、クロストリジウム菌を入手し、マウスの静脈内に投与した。その結果、毒性が強く、マウスが死に至ることが判明した。別系統のクロストリジウムを入手し同様の実験を行ったがやはり毒性が強く、弱毒株の作成を試みたが成功しなかった。この結果を踏まえて、菌を用いるのではなく、腫瘍内で増殖可能なアデノウイルスを用いることとして以下の実験を行った。2.肺癌特異的に増殖するアデノウイルスの作成と細胞障害活性非小細胞肺癌に特異的に発現するSLPIのプロモーターを、E1B55kを欠損したp53遺伝子機能がない癌細胞でのみ制限増殖可能なアデノウイルスに組み込んで、AdSLPIE1Aを作成した。このウイルスはSLPIを発現する非小細胞肺癌でのみ増殖可能であり、細胞障害活性を持つことが明らかとなった。ヌードマウス皮下移植非小細胞肺癌腫瘍組織に直接AdSLPIE1Aを注入したところ著明な腫瘍縮小効果を認めた。また、腫瘍組織内で実際にAdSLPIE1Aが増殖していることを証明した。本研究では、固形腫瘍における低酸素状態に着目し、嫌気性菌が固形腫瘍に対する遺伝子治療ベクターとして臨床応用可能か検討することにある。つまり、副作用が少なくかつ固形腫瘍内で増殖しベクターとして遺伝子を発現可能な嫌気性菌を遺伝子改変し作成することである。具体的には、(1)種々の嫌気性菌を固形腫瘍担がんマウスに静脈内投与し、腫瘍内での増殖を確認する。(2)菌の毒性を軽減するよう嫌気性菌の遺伝子改変をする。(3)嫌気性菌で遺伝子発現可能なプラスミッドを開発することを目的とし、以下の研究成果を得た。1.固形腫瘍内で増殖する嫌気性菌の選択:既に固形腫瘍内で増殖可能であると報告されている菌(サルモネラ菌、乳酸菌、ビフィズス菌、クロストリジウム菌)ではなく、未報告の嫌気性菌であるバクテロイデス菌を用いた。バクテロイデス菌3系統を入手(毒性が異なる)し、培養しえられた培養菌をマウスの静脈内に投与し、致死量を決定した。2.固形腫瘍担がんマウスへの嫌気性菌の投与致死量を下回るバクテロイデス菌を固形腫瘍担がんマウスの尾静脈内に投与した。その後腫瘍を切除、ホモジェナイズ後に嫌気状態で培養を行ったところ腫瘍部から菌を検出した。バクテロイデス菌が固形腫瘍内で増殖可能であることを見出した。しかし、バクテロイデス菌投与によっても固形腫瘍のサイズはコントロールに比べて変わらず、バクテロイデス菌は、固形腫瘍に対する治療に用いるには不適当であることが判明した。3.クロストリジウム菌そこで、既に報告されている、クロストリジウム菌を入手し、現在同様の実験を行っている。今後、クロストリジウム菌の弱毒化およびプラスミッドの開発を予定している。
電気化学反応を利用した新奇コアシェル構造ナノシートの創製と燃料電池用触媒への応用

本研究の目的は,高比表面積かつ優れた安定性を有するRu金属ナノシート表面にPt原子層を析出した、RuコアPtシェル構造ナノシートを合成することである.前年度までに,RuコアPtシェル構造ナノシートを調製に成功した.さらなる触媒活性と耐久性の向上に向けて電極触媒調製を検討する課題が見つかった.種々の調査から活性と耐久性の向上には,平滑なPt原子層を作成することで,課題克服できる可能性を見出した.そこで本年度は,平滑なPt原子層を堆積できる条件を抽出することを目的とし,中性電解液中で平滑なPt原子層を基板上に堆積可能か検討した.銅のアンダーポテンシャル析出法(Cu-UPD法)を利用して多結晶金基板でPt原子層の堆積挙動について調査した.電解液に硫酸と硫酸ナトリウムを使用し,pH(酸性と中性)に対するPt原子層の表面ラフネスについて検討した.どちらのpH条件でもCu-UPD電位は変化ないことを確認した.また,硫酸ナトリウムではCuイオンの拡散速度が遅いことがわかった.したがって,Cu-UPD時間が硫酸より長いことを明らかにした.Cu-UPD原子層を作製した後,Ptイオンとの置換析出反応を試みた.その結果,中性電解液中でPt原子層を堆積させることで平滑なPt原子層を作成できることを見出した.酸性電解液中では,Pt多原子層を堆積させる際,Cuイオンとプロトンの両方が堆積する.これにより表面ラフネスが大きな(平滑でない)Pt原子層が堆積すると考えた.一方で中性電解液中では原理的にCuイオンしか堆積しないので,平滑なPt原子層を作成可能であると考えた.以上の結果から,本研究課題の目的実現に必要な明らかにする点をすべて明らかにできた.29年度が最終年度であるため、記入しない。29年度が最終年度であるため、記入しない。燃料電池用電極触媒の開発に向けて高活性かつ高耐久な電極触媒を調製するために、表面利用率が高い二次元形態の金属ナノシートの電極触媒への応用を検討してきた。一般的に、金属ナノシートの厚みは2-5 nmであり、ナノシート特有の表面利用率の高さを存分に発揮できていない課題がある。この課題は、金属ナノシートの合成法が確立されていないことに由来する。この課題に対して、前年度、電気化学反応を利用した合成法について検討してきた。具体的には、酸化ルテニウムナノシートを還元処理して得られる金属Ruナノシートを合成し、その表面に電気化学反応を利用してPt原子層を設けた「Ruコア@Ptシェルナノシート」を開発した。Pt原子層が3.5レイヤー相当で、高い酸素還元反応活性を示し、標準性能触媒の4倍程度高活性であった。また、触媒耐久性も標準触媒より優れていることがわかった。これらの結果から、コアシェルナノシートが酸素還元触媒として有望であることを見出した。以上の成果は、国内学会で1件、国外学会で3件、国際誌(査読あり)へ1報掲載した。しかし、コアシェルナノシートのPt利用率は低く、これが3.5原子層のPtシェルで構成されているためであることがわかった。この理由は、コアに使用しているRuが酸素還元に対してネガティブな効果を与えるためであり、Ruに替わる新たなコアナノシートの合成が必要である。これまでに、Ru金属ナノシート表面にCuのアンダーポテンシャルデポジション(Cu-UPD)できる、電極電位と印加時間、前駆体の種類と濃度を明らかにできた。とくに、Ruは空気中で酸化されやすい物性を有しており、Cu-UPD前に還元処理を実施することが重要であることを見出した。これら条件でコアシェルナノシートの作製に成功しており、RuナノシートがPt原子層で覆われていることを電子顕微鏡で確認している。得られたコアシェルナノシートは、O2還元に対して市販のPtナノ粒子比で5倍程度の活性を有している、かつ3倍以上の耐久性であることがわかった。本研究の目的は,高比表面積かつ優れた安定性を有するRu金属ナノシート表面にPt原子層を析出した、RuコアPtシェル構造ナノシートを合成することである.前年度までに,RuコアPtシェル構造ナノシートを調製に成功した.さらなる触媒活性と耐久性の向上に向けて電極触媒調製を検討する課題が見つかった.種々の調査から活性と耐久性の向上には,平滑なPt原子層を作成することで,課題克服できる可能性を見出した.そこで本年度は,平滑なPt原子層を堆積できる条件を抽出することを目的とし,中性電解液中で平滑なPt原子層を基板上に堆積可能か検討した.銅のアンダーポテンシャル析出法(Cu-UPD法)を利用して多結晶金基板でPt原子層の堆積挙動について調査した.電解液に硫酸と硫酸ナトリウムを使用し,pH(酸性と中性)に対するPt原子層の表面ラフネスについて検討した.どちらのpH条件でもCu-UPD電位は変化ないことを確認した.また,硫酸ナトリウムではCuイオンの拡散速度が遅いことがわかった.したがって,Cu-UPD時間が硫酸より長いことを明らかにした.Cu-UPD原子層を作製した後,Ptイオンとの置換析出反応を試みた.その結果,中性電解液中でPt原子層を堆積させることで平滑なPt原子層を作成できることを見出した.酸性電解液中では,Pt多原子層を堆積させる際,Cuイオンとプロトンの両方が堆積する.これにより表面ラフネスが大きな(平滑でない)Pt原子層が堆積すると考えた.

一方で中性電解液中では原理的にCuイオンしか堆積しないので,平滑なPt原子層を作成可能であると考えた.以上の結果から,本研究課題の目的実現に必要な明らかにする点をすべて明らかにできた.均一なPt原子層を作製するための堆積条件を検討する。また、他のコア金属ナノシートの合成に関しても検討する予定である。29年度が最終年度であるため、記入しない。