hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
労働者の健康保持増進のための森林資源を活用した職域と地域が連携した健康支援の開発

「肩こり有り」と答えた人は16名(88.9%)で,肩こりの強さはセラピー前(59.4%)と比べてセラピー後(41.3%)で有意に低下した.また「腰痛有り」の者は9名(50.0%)で,腰痛の強さはセラピー前(38.9%)と比べ,セラピー後(21.1%)で有意に低下した.FRTについては,森林セラピー実施前後で変化を認めず,バランス機能は森林セラピー実施後には悪化傾向を示した.1泊2日の森林セラピーによって,全体としては心身の健康保持増進効果が示された.また,肩こりや腰痛がある者においてはその程度を改善させたが,バランス機能については悪化する可能性が示唆された.現在は対象者を,抑うつの有無別に分けてその効果を解析中である.今年度も昨年度に引き続いて1泊2日の宿泊型の森林セラピーを実施したが,実施日数および参加者数が計画よりもやや少なくなった.2018年度は,1泊2日の滞在型の森林セラピーが労働者の心身の健康状態に与える効果について,対象者を増やして検討した対象者を増やした森林セラピーを実施し,抑うつの有無別に分けてその効果の相違を検討する予定であった.しかしながら,研究代表者が年度途中で所属機関を異動したため,他の業務等で多忙となり,研究遂行が一時的に困難となった.加えて,2018年7月に発生した広島県豪雨災害によって,研究実施予定場所が被災したために当地での研究実施が不可能となり,計画の見直しが必要となった.そのため研究実施期間を来年度に延長して,再度研究データを取得する予定とし,今年度はこれまで得られた研究結果についてまとめ,研究成果として発表を行うと同時に,新たな研究実施場所の選定を行った.研究成果の発表としては,大学院生が修士論文として,「森林環境への滞在による心理・生理および身体的効果」としてまとめ,研究成果の一部を「生産年齢層を対象とした森林環境への滞在による心理・生理的効果」として第77回日本公衆衛生学会総会にて発表を行った.また,来年度の研究実施場所としては,これまで研究を実施していた安芸太田町の森林セラピー基地の復旧状況が良好であれば再開できること,さらに新たな研究実施候補地として,山口県の錦町での研究実施が可能であることが確認できた.研究代表者が年度途中で所属機関を異動となったため,他の業務等で多忙となり,研究遂行が一時的に困難となった.加えて,2018年7月に発生した広島県豪雨災害によって,研究実施予定場所が被災したため当地での研究実施が不可能となり,計画の見直しが必要となった.今年度の研究計画では,昨年度に得られた結果を検討し,より効果的と考えられる森林セラピープログラムを開発する.開発したプログラムを用いて,昨年度に引き続き1泊2日の森林セラピーを実施し,その健康保持増進効果を検証する.また,参加した生産年齢層の労働者は,抑うつ傾向者が多いことから,抑うつの有無で層別化した解析を行い,メンタルヘルスプロモーションに繋がる森林セラピープログラムの開発を行う予定である.来年度はさらに対象者を増やした森林セラピーを実施し,抑うつの有無別に分けてその効果の相違を検討する.そうすることで働き盛りの労働者を対象とした余暇を利用した心身の健康保持増進活動として,森林資源を活用(森林セラピー)したより効果的な森林セラピープログラムの開発をめざす.来年度は可能な限り対象者を増やして森林セラピーを実施し,対象者を抑うつの有無別に分けてその効果の相違を検討する.
脳悪性リンパ腫のトランスクリプトーム解析による融合遺伝子・非コードRNAの探索

高速シークエンス技術の進歩により、がんを含めたヒトゲノムの大量解読がようやく実現可能となり、これまで明らかにされていなかった新しいがん関連遺伝子の発見やがんゲノムの詳細な理解が進んでいる。がんにおける体細胞突然変異には様々なものが知られており、点突然変異・染色体コピー数変化(遺伝子増幅や欠失)・染色体再構成(転座など)といったものがある。また最近、長鎖ノンコーデイングRNA(lncRNA)・mid-size RNA・micro RNA(miRNA)などと癌との関連が次々と明らかにされ注目されている。中枢神経原発悪性リンパ腫(PCNSL)は中枢神経系に原発する節外性非ホジキン型リンパ腫で、多くはB細胞リンパ腫である。しかし、全身性に発生する瀰漫性大細胞性B細胞リンパ腫とは遺伝学的に異なるものと考えられている。全身性リンパ腫に関しては、cyclin-D1/IgH,BCL-2/IgH,API2/MALT1,BCL-10/IgH,c-MYC/IgH,NPM/ALKなどの再構成遺伝子が報告され、リンパ腫の病型分類にも利用されている。一方で、PCNSLに対する再構成遺伝子、miRNAを含むノンコーデイングRNAに関する知見に乏しい。中枢神経原発悪性リンパ腫(PCNSL)の腫瘍組織を高速シーケンサーを用いてトランスクリプトーム解析を行い、PCNSLで特異的に発現している融合遺伝子やlncRNA・mid-sizeRNA・miRNAを含む非コードRNAなどの新規転写産物の同定および既知の転写産物の定量を進行中である。疾患特異的なマーカーを探索し、この分子を標的とする新たな診断技術・分子標的療法の開発を目指している。PCNSLに対する再構成遺伝子、miRNAを含むノンコーデイングRNAに関する知見に乏しい。これまで、国際的にもPCNSLに関する遺伝子解析研究は進んでおらず本研究は意義があるものと考えられる。PCNSLはその頻度は最近増加している。本邦では標準治療としてHigh doseMethotrexate(HDーMTX)化学療法3コース終了後、全脳放射線治療が広く行われている。しかしながら、本治療法の問題点として整理してみると、1)5年生存率は約30%と、治療成績は全身性非ホジキンリンパ腫と比べ著しく不良である。2)副作用として晩発性の神経毒性がある。3)多くは再発し治療抵抗性となり、新たな治療スケジュールの開発が待たれている。今後は、臨床試験を通じて、より有効で、副作用の少ない治療法が開発される必要がある。こうした現況からも、PCNSLの多角的な細胞生物学的研究の発展が必要である。今回の研究でPCNSLの腫瘍組織を高速シーケンサーを用いてトランスクリプトーム解析を行い、PCNSLで特異的に発現している融合遺伝子や非コードRNAなどの新規転写産物の同定および既知の転写産物の定量を目的とした。現在まで、高速シーケンサーによる解析が終了し、今後、スーパーコンピューターによる解析を行い、疾患特異的なバイオマーカーを探索する予定である。中枢神経原発悪性リンパ腫(PCNSL)30症例の組織からRNAを抽出して、高速シーケンス解析を用いたRNA seq(トランスクリプトーム)解析を進めている。今後、データ解析を進める。脳神経外科学、臨床腫瘍学データ解析から染色体再構成、lncRNAについてはHuman Body Map lincRNAs, lncrnaDBなどのデータベースを用いて解析し、既知のものはRNAの定量、また新規のRNAを探索する。さらにvalidation set100例のホルマリン固定パラフィン切片からDNA/RNAを抽出し、遺伝子再構成分子の確認をPCR法にて行う。全体の症例に対する発現頻度を算出する。融合遺伝子を蛋白発現ベクターにクローニングを行い、NIH3T3細胞に導入し、コロニー形成能、キナーゼドメインのリン酸化状態を評価する。さらに、脳リンパ腫のHKBML細胞株に融合遺伝子を導入し、SCIDマウスの皮下、脳内に移植し、その病理組織像について検討する。得られた標的から分子標的創薬を進める。高速シークエンス解析の費用が予定より少なく済んだため。翌年度の解析研究に使用予定である。
運動器検診のための腰椎分離症の簡易的な検出システムの開発

本研究は腰椎分離症を検出するための簡易的な診断補助システムの開発にある。当初は硬質ゴム製のハンマーを腰椎棘突起に叩打して得られた振動信号を解析対象としていた。研究の遂行に伴い、より被験者への侵襲の少ないActivator Instrument(ACTIVATOR METHODS INTERNATIONAL LTD)に変更し、生体に対する腰椎分離症検出のための計測手技の確立と検出感度の調査を実施した。対象は中学生サッカー男子選手のメディカルチェックに合わせて実施した。腰椎分離症の検出にはMRIを用い、第5腰椎の冠状断像から整形外科医師により判断した。腰椎棘突起の叩打は事前にActivator Instrumentによる叩打を健常者に対して行い、安全性について十分な確認を行った。対象者数は3年間でのべ423名(13.1±0.27歳)となり、全例から画像所見を採取することができた。得られた棘突起叩打時の振動信号はMATLAB(Ver R2017b)を用いて平均パワー周波数を算出した。結果はMRIにより関節突起間部あるいは椎弓部に高輝度信号の認められた腰椎分離症群と高輝度信号の認められなかった健常群において比較を行った。腰椎分離症群の平均パワー周波数は847.5±52.0 Hzであり、健常群は789.1±81.1 Hzとなり、腰椎分離症群は有意に高値を示した。一般的に長管骨に骨折が生じた際の周波数変調は低周波側へ変位するが、腰椎分離症所見においては高周波側に変位することが観察された。脊椎は長管骨に比較して特殊な構造を有しており、長管骨の骨折に比較して周波数応答の変化は異なることが考えられた。しかしながら、有意な周波数応答の変化が認められたので診断補助のための機器として有用であると考えられた。本研究の目的は腰椎分離症の簡易的な検出システムの開発である。腰椎分離症は男子では14歳ころに多く発症する腰椎関節突起間部の疲労骨折である。腰椎分離症はスポーツを受傷機転とし、多くの症例の自覚症状はスポーツ活動中のハイパフォーマンスの一瞬に限定されるため、医療機関を受診することは少ない。このため、医療機関を訪れた際には進行期や終末期に到達していることが多い。腰椎分離症は初期であれば保存療法により骨癒合が期待できるが、進行期以降は癒合の確率が低減する。癒合の得られなかった症例はリハビリテーション等の保存療法で軽快するものの、将来的に腰痛発症のリスクが高くなることが考えられる。そこで、平成18年4月より全国の小学校で運動器検診が開始されたことを鑑み、運動器検診において実施可能な簡便な腰椎分離症の検出システムが必要であると考えられた。当該年度の研究成果は、当初の腰椎棘突起への骨叩打に高密度ポリエチレンハンマーを用いていたが、侵害刺激を低くするとともに再現性のある骨叩打刺激を与えられることを基準にアクティベーター機器(アクティベーターinstrument社)を用いることとした。アクティベータ機器は全長18cm、全幅7cm、重量100g程度のハンディタイプの骨への振動刺激装置である。携帯性に優れ、使用に際して場所を選ばない利便性がある。また、最大の特徴は叩打の強度が4段階に変更することが可能で、検者を変更しても再現性を持って叩打することが可能である。しかしながら、叩打を実施する機器を変更したことにより、骨モデルを用いた腰椎分離症モデルの判別について再度検証したところ、従来の高密度ポリエチレンハンマーによる叩打と同様の結果が得られた。したがって、今後の本研究の叩打刺激にはアクティベータ機器を使用することとした。予備実験として骨モデルを用いて作成した腰椎分離症モデルによる評価を実施している。当初予定していた実験システムは人工骨モデルによる腰椎分離症モデルを有効に判別することができた。本研究では生体を対象とするため、骨に付着する軟部組織等の影響を受けることが考えられ、研究の実施とともに判別能力の検証と信号解析プログラムの改善を行う必要がある。実際に予備実験において、腰椎椎弓や上下関節突起間部に完全分離の認められない腰椎分離症では効果的な検出結果には至らなかった。そこでハンマーによる骨叩打では安定した刺激を骨に与えることが困難であるため、骨叩打刺激を与えるための機器を再度選定した。機器は複数選定されたが、極力侵害刺激を低くすることと再現性のある骨叩打刺激を与えられることを基準にアクティベータ機器(アクティベータinstrument社)を用いることとした。骨叩打を行う機器を更新したことにより、生体に適応する前に再度骨モデルによる検出能力の確認を行った。骨モデルは腰椎上下関節突起間部を不完全に分離した分離症モデル、完全に分離したモデルそして分離のない正常モデルの3種類を準備した。骨モデルによる検出結果はハンマーを用いた研究と同様に腰椎分離症モデルを検出することが可能であった。また、アクティベータ機器を用いたことにより、検者が変更されても使用方法のトレーニングを介さずに安定した骨叩打刺激を加えることが可能となった。また、本研究は本学研究倫理委員会の審査を通過済みである。2017年度は本研究の生体への適応を検討するため、実験に先立ち倫理委員会への申請を行った。本法の生体への適応は早稲田大学で実施されている中学生サッカークラブチームの協力を得るため、早稲田大学の研究倫理委員会への申請ならびに早稲田大学での研究倫理審査結果を踏まえて北里大学研究倫理審査委員会への申請を行った。

審査結果はいずれの審査委員会においても承認を得ることができた。2017年度において一部生体に適応した結果を記す。対象は某サッカークラブチームに所属する男子サッカー選手25名であった。メディカルチェックの際に第5腰椎のMRI像を撮影し、関節突起間部あるいは椎弓部根部に高輝度像の認められた15名(高輝度群)ならびに所見の認められなかった10名(コントロール群)の2群に分類した。棘突起叩打にはActivator(Activator Methods International LTD)を用い、Activator本体中央に1軸加速度センサー(AS-50B:共和電業)を取り付けた。解析方法はActivator本体側から受波した加速度信号とL4棘突起上から受波した加速度信号のそれぞれの平均パワー周波数について2群間の比較を行った。Activatorに取り付けた加速度センサーの結果は高輝度群が847.47±51.98Hz、コントロール群が789.12±81.09を示し、高輝度群が有意に高い平均パワー周波数となった。L4棘突起に取り付けた加速度センサーの結果は高輝度群が364.66±55.56Hz、コントロール群が343.99±77.6を示し、両群間において有意差を認めなかった。振動信号の解析はL5棘突起に直接叩打し得た反発振動において有意差が認められ、分離症診断のための補助ツールとしての可能性が考えられた。現在の状況として本法の生体への適応が232例終了した。しかしながらMRI撮影はメディカルチェックの際に本人から拒否される例が散見された。今後MRI撮影の実施できた例と照合して最終的な解析対象を確認する。現状において172例が確保できているため、サンプル数としては十分と考えている。本研究は腰椎分離症を検出するための簡易的な診断補助システムの開発にある。当初は硬質ゴム製のハンマーを腰椎棘突起に叩打して得られた振動信号を解析対象としていた。研究の遂行に伴い、より被験者への侵襲の少ないActivator Instrument(ACTIVATOR METHODS INTERNATIONAL LTD)に変更し、生体に対する腰椎分離症検出のための計測手技の確立と検出感度の調査を実施した。対象は中学生サッカー男子選手のメディカルチェックに合わせて実施した。腰椎分離症の検出にはMRIを用い、第5腰椎の冠状断像から整形外科医師により判断した。腰椎棘突起の叩打は事前にActivator Instrumentによる叩打を健常者に対して行い、安全性について十分な確認を行った。対象者数は3年間でのべ423名(13.1±0.27歳)となり、全例から画像所見を採取することができた。得られた棘突起叩打時の振動信号はMATLAB(Ver R2017b)を用いて平均パワー周波数を算出した。結果はMRIにより関節突起間部あるいは椎弓部に高輝度信号の認められた腰椎分離症群と高輝度信号の認められなかった健常群において比較を行った。腰椎分離症群の平均パワー周波数は847.5±52.0 Hzであり、健常群は789.1±81.1 Hzとなり、腰椎分離症群は有意に高値を示した。
鉄筋コンクリート構造物の靭性評価に関する総合的研究

1)国内の13文献中に示された実験結果より、鉄筋コンクリート部材の靭性に関するデータベースを作成した。2)現在までに提案されている靭性の定義について再評価した結果、靭性を靭性率=終局変位1降状変位で表わす、終局変位はピーク変位時の復元力が限界値を下回らない最大変位とする、復元力の限界値は最大復元力の80%とする、のが適当であることが明らかになった。3)部材の靭性を評価するための標準載荷試験方法について検討した結果、変位増大のステップは、降伏変位の整数倍とせざるを得ないこと、ある変位における載荷繰り返し回数は35回でよいことなど、基準作成のために必要となる基礎資料が得られた。4)側方鉄筋がせん断耐力に及ぼす影響に関する既往の研究成果は、何れも側方鉄筋の効果を過小評価しており、正しく評価するためには、側方鉄筋が曲げひびわれの幅を狭め骨材のかみあいにより受け持たれるせん断力を増す影響を有効高さを実際より低く見積って評価するのが、適当である。5)コンクリート強度に対する軸圧縮応力の比(軸力比)と靭性率の関係式を提案するとともに、通常の土木構造物における軸力比の範囲では、拘束鉄筋の影響は極めて小さいことを明らかにした。6)靭性に支配的影響を及ぼすせん断ひびわれ域の構成モデルを提案し、部材の靭性を解析的に求める道を拓いた。7)構造物が所定の靭性を有するために必要な部材各部の靱性を明かにする一方法を作成した。以上のように、当初の研究目的の大半を達成できたばかりでなく、材料特性と断面特性から出発して解析的に構造物の靭性を評価する方法を確立する上で手がかりを得た。鉄筋コンクリート構造物の靭性を総合的に評価するために,本年度,以下の事項について研究を行い,成果を得た.1.国内における,土木・建築両分野における既往の鉄筋コンクリート部材の靭性に関する研究をとりまとめ,その中から橋脚および柱を対象とした217体についてデータベースを作成した.データベースの内容は,部材の形状寸法,せん断スバン比,加力方式,軸力,軸方向鉄筋の量および有効高さ,多段配筋の詳細,腹鉄筋の量および間隔,コンクリート強度,鉄筋の降伏点引張強さ,せん断耐力,曲げ耐力,降伏荷重,最大荷重,降伏変位,終局変位,靭性率,破壊モード等の27項目に及ぶものである.2.データベースをもとにして,個々の要因が靭性率に及ぼす影響について統計的に処理を行った.その結果,次のことが明らかとなった.(1)軸方向鉄筋(多段配筋も含む)の量が増加するにつれて,靭性率は低減する.(2)帯鉄筋比が大きくなるとともに,靭性率は増加する.(3)せん断スバン比が小さい程,靭性率は小さくなる.(4)軸圧縮応力が高くなる程,靭性率は小さくなる.(5)ある変位における繰返し回数が多くなる程,靭性率は低下する.(6)曲げ耐力に対するせん断耐力の比が大きくなる程,靭性率は大きくなる傾向がある.以上のように,個々の要因が靭性率におよぼす影響については定性的に確かめられたが,理論的な解明までは至っていない.3.データベースを用いて,既往の靭性率算定式の精度を検討した.用いた靭性率算定式は,土木および建築で提案された6種類のものである.その結果,すべての要因について,靭性率を精度よく評価できる算定式はなく,限られた範囲について適用可能であることが確かめられた.今後は,データベースをもとにして, (1)精度よい靭性率算定式の確立, (2)靭性能の理論的解明を行う予定である.

1)現在までに提案されている靱性の定義について再評価した結果、靱性を靱性率二終局変位1降伏変位で表わす、終局変位はピーク変位時の復元力が限界値を下回らない最大変位とする、復元力の限界値は最大復元力の80%とする、のが適当であることが明らかになった。2)部材の靱性を評価するための標準載荷試験方法について検討した結果、変位増大のステップは、降伏変位の整数倍とせざるを得ないこと、ある変位における載荷繰り返し回数は35回でよいことなど、基準作成のために必要となる基礎資料が得られた。3)側方鉄筋がせん断耐力に及ぼす影響に関する既往の研究成果は、何れも側方鉄筋の効果を過小評価しており、正しく評価するためには、側方鉄筋が曲げひびわれの幅を狭め骨材のかみあいにより受け持たれるせん断力を増す影響を有効高さを実際より低く見積って評価するのが、適当である。4)コンクリート強度に対する軸圧縮応力の比(軸力比)と靱性率の関係式を提案するとともに、通常の土木構造物における軸力比の範囲では、拘束鉄筋の影響は極めて小さいことを明らかにした。5)靱性に支配的影響を及ぼすせん断ひびわれ域の構成モデルを提案し、部材の靱性を解析的に求める道を拓いた。6)構造物が所定の靱性を有するために必要な部材各部の靱性を明らかにする一方法を作成した。
生理活性ペプチドプロセシングプロテアーゼ,PACE4の生理機能解明

ヒトPACE4は,Ca^<2+>イオン依存性セリンプロテアーゼで,サチライシン様活性部位をもつSPC(subtilisin like proprotein convertase)ファミリーの酵素であり,ヒト肝臓由来のHepG2細胞よりクローニングされた.RXK/RR配列のC末を切断する活性を有しており,生理活性を有さない前駆体タンパク質からプロペプチド部分を除去して,生理活性のある成熟体タンパク質やペプチドを生成するプロセシングプロテアーゼである.本研究では,ヒトPACE4遺伝子のcDNAクローニングにより8種のアイソフォームが存在することをつきとめ,PACE4ゲノムの全長250Kb以上の全構造を決定し,上述の8種のアイソフォームが単一遺伝子の産物であるプレmRNAの選択的RNAスプライシングにより生じることを明らかにした.さらに,5'上流域の転写制御領域の解析から,本遺伝子がbHLH型転写因子により高度に制御を受けており,このことから発生途上において時期,空間特異的なPACE4遺伝子の発現制御を引き起こし,ひいては分化を制御するTGFβファミリーの活性制御につながることを明らかにした.一方,生体では肝において血清タンパク質の成熟化に関与して,生体の恒常性維持に重要な役割を担っていることを示した.ヒトPACE4は,Ca^<2+>イオン依存性セリンプロテアーゼで,サチライシン様活性部位をもつSPC(subtilisin like proprotein convertase)ファミリーの酵素であり,ヒト肝臓由来のHepG2細胞よりクローニングされた.RXK/RR配列のC末を切断する活性を有しており,生理活性を有さない前駆体タンパク質からプロペプチド部分を除去して,生理活性のある成熟体タンパク質やペプチドを生成するプロセシングプロテアーゼである.本研究では,ヒトPACE4遺伝子のcDNAクローニングにより8種のアイソフォームが存在することをつきとめ,PACE4ゲノムの全長250Kb以上の全構造を決定し,上述の8種のアイソフォームが単一遺伝子の産物であるプレmRNAの選択的RNAスプライシングにより生じることを明らかにした.さらに,5'上流域の転写制御領域の解析から,本遺伝子がbHLH型転写因子により高度に制御を受けており,このことから発生途上において時期,空間特異的なPACE4遺伝子の発現制御を引き起こし,ひいては分化を制御するTGFβファミリーの活性制御につながることを明らかにした.一方,生体では肝において血清タンパク質の成熟化に関与して,生体の恒常性維持に重要な役割を担っていることを示した.ヒトPACE4は単一の遺伝子より共通の触媒ドメインと異なるC末構造を有する7種類のアイソフォームが作られ、アイソフォーム特異的組織,細胞分布を示すことから,それぞれ異なる生理機能すなわち異なる生理活性ペプチドのプロセシングに関与していると推定される.しかしPACE4アイソフォーム以外に個々のKexin様プロテアーゼが互いに複雑な細胞分布を示すため,生理活性ペプチドとKexin様プロテアーゼの細胞分布のパラレリズムからその生理機能を推定するのは困難である.本研究では,アンチセンスRNAによるPACE4の発現制御を用いて直接PACE4と生理活性ペプチドプロセシングとの関係を解明した.全てのPACE4アイソフォームを発現阻止した場合の影響を調べるため,アンチセンスRNA5'上流域の500bpの配列を用いて,PACE4の発現が高いヒトHepG2細胞を用いて,PACE4,furin,SPC7の3種類のアンチセンスRNAを発現する細胞株を確立した.これらの細胞株で合成,分泌される血清タンパク質のプロセシングを解析した結果,アルブミン,C3などのプロセシングにこれら3種のプロテアーゼが関与していることをはじめから明らかにした.ヒトPACE4はCa^<2+>イオン依存性のセリンプロテアーゼで,前駆体タンパク質からプロペプチドを除去し,生理活性を発現させる酵素である.9年度にアンチセンスRNAを発現させたHepG2細胞株を樹立し,血清アルブミン,補体C3のプロセシングにPACE4,PC8,Furinが同等に関与していることを明らかにした.10年度は,PACE4プロモーター1.5Kbの種々の欠失変異体または点変異体を作製し,レポーター遺伝子ルシフェラーゼにつないだコントラクトを作製した.HepG2,GH4Cl等のPACE4活性の高い細胞に上記コントラクトをトランスフェクトし,レポーター遺伝子の発現量でプロモーター活性を測定したところ,HepG2,GH4Cl共に転写開始点のすぐ上流にあるSP1部位が基本的転写活性の発現に重要であること,bHLH転写因子結合部位であるE-boxのうち,HepG2特異的活性はE2に存在すること,E4-E9のクラスター部はサイレンサーであること,E10はエンハンサーであることを明らかにし,PACE4の発現がbHLH型転写因子により制御されていることを解明した.このことからPACE4が発生分化の制御因子であるTGFbファミリーの活性化を通して深く関わっていることが示唆された.
狭バンドギャップ強磁性半導体を用いたスピン機能材料とデバイス

Fe-AsおよびFe-Sb正四面体構造をもつ狭ギャップIII-V族ベース強磁性半導体とそのスピン機能ヘテロ構造材料の作製、物性機能の探索と制御、デバイス応用の研究を行った。強磁性半導体とは、非磁性半導体に磁性元素を添加した混晶半導体であり、半導体と磁性体の両方の性質を持つため、固体物理学・材料科学上の課題を豊富に与えるとともに次世代エレトロニクス・デバイスを担う材料として期待できる材料である。新しいp型およびn型のFeべース強磁性半導体(Ga,Fe)Sb, (In,Fe)Sbを作製し、そのキュリー温度が室温を超えること、量子ヘテロ構造を作製し、スピントロニクスデバイス応用の可能性を示した。Fe-AsやFe-Sbの正四面体結合(閃亜鉛鉱型)をもつ狭バンドギャップ・キャリア誘起III-V族強磁性半導体とその超薄膜・量子井戸・ヘテロ構造を作製し、物性機能の研究を行った。以下にその実績と成果を示す。1) N型強磁性半導体(In,Fe)Asを含む三層量子井戸構造をチャネルとする電界効果トランジスタを作製し、ゲート電界によって量子井戸中の電子キャリアの波動関数を動かし(In,Fe)As層との重なりを変えることによりキュリー温度(TC)を変えることに成功した(強磁性半導体ヘテロ構造による波動関数工学の実現)。さらにこれらの実験結果を、セルフコンシステントな波動関数と電子状態の理論計算で波動関数の分布を再現し、良く説明できることを示した。2)p型強磁性半導体(Ga1-x,Fex)Sb(Fe濃度xは最大20%)の作製に成功し、様々な構造評価と物性評価から真性の強磁性半導体であること、TCが230Kに達することを示した。3)n型強磁性半導体(In,Fe)As/p型InAsからなるエサキダイオードを作製し、トンネル分光により、(In,Fe)Asの伝導帯に大きなスピン分裂(30-50meV)を観測した。III-V族強磁性半導体の伝導帯に大きなスピン分裂が見出されたのは初めてで、スピンバンドエンジニアリングに適した材料であることを示す結果である。新しい狭バンドギャップ・キャリア誘起III-V族強磁性半導体の作製に成功し、強磁性半導体(Ga,Fe)Sbで室温を超える高いキュリー温度(340K)を実現、波動関数制御による磁性の制御を実証、伝導帯における大きなスピン分裂を観測、など、世界トップレベルの成果を挙げた。Fe-AsおよびFe-Sb正四面体構造をもつ狭ギャップIII-V族ベース強磁性半導体とそのスピン機能ヘテロ構造材料の作製、物性機能の探索、デバイス応用の研究を行った。強磁性半導体とは、非磁性半導体に磁性元素を添加した混晶半導体であり、半導体と磁性体の両方の性質を持つため、固体物理学・材料科学上の科学的課題を豊富に与えるとともに次世代スピントロニクス・デバイスを担う材料として期待されている。今年度は以下の研究成果を得た。1) n型強磁性半導体(In,Fe)Sbを作製し、この材料ではキュリー温度TCが335 Kに達し、室温での異常ホール効果が大きく現在最も感度の良いInSbの正常ホール効果によるセンサーよりも感度が良いセンサーデバイスが作製可能であることを示した。2) n型強磁性半導体(In,Fe)Sbをチャネルとする電界効果トランジスタ(FET)を作製し、ゲート電界によって電子濃度を変調し、電気的手法でTCを変調できることを示した。これにより、真性の電子誘起強磁性半導体であることが判明した。ただし、電子濃度に依存しない強磁性秩序の寄与もあり、これが近接Fe原子間の強磁性的超交換相互作用である可能性を示した。3)本研究によって、n型とp型の両方で室温以上のTCをもつIII-V族強磁性半導体を作製できることを示した。強磁性発現機構として、Feのd-準位とホストIII-V族半導体の価電子帯端あるいは伝導帯端のエネルギーが近い時に強磁性が発現しやすくTcも上がるという、「共鳴バンドモデル」がよく当てはまることを示した。これによって半導体における強磁性発現機構の統一的理解に大きく貢献した。上記の研究成果を基礎にして、狭バンドギャップIII-V族強磁性半導体の高品質化、強磁性発現機構の解明、磁性の制御、スピン注入と検出、トンネル磁気抵抗効果の実現、3端子デバイス(スピントランジスタ)の実現に向けた機能開発の研究に取り組む。スピントロニクス、電子材料物性、デバイス工学
膝半月板損傷に対するレーザー溶接の研究

我々は半月板損傷に対するレーザー溶接による修復を目的に実験を行い、至適組織温度を求めることを目的に以下の実験を行った。新鮮ウシの半月板を摘出し、直径8mm、幅2mmの円盤状組織片を作成し、アルミニウム製円柱の装置内に2つの組織片を重ね合わせ100gの重さで圧迫する。これを定温恒温器に入れ、55、60、65、75°Cの各温度で20分間保った後、20分間自然冷却し、引っ張り試験器(自家製)にて溶接強度を測定したところ、60°Cにおいて熱エネルギー溶接が最も高い溶接強度を示した。次に50°C、5570°C、75°Cの各温度で、それぞれ20検体ずつに同様の操作を行い溶接強度を測定した。溶接強度は63°Cで最も高く、Mean±S. Eは62.1±5.3grであり、以下、68°C(60.3±5.1gr)、70°C(57.3±5.3gr)、69°C(56.9±5.9gr)の順に高値を認めたが、50°C(30.5±5.9gr)、55°C(29.0±3.3gr)では低値であった。また、75°Cで行った検体は組織溶接を得られなかった。以上より、半月板も他のコラーゲン組織と同様に至適組織温度を有し、63°Cの熱エネルギーが最適であると思われた。今後、温熱時間や荷重を変え溶接強度への影響を調べるとともに、光学および電子顕微鏡下における組織変化を比較検討する予定である。
悪性脳腫瘍に対する形態計測的ターゲティング治療法の基礎的・臨床的研究

(目的)画像診断装置の進歩とともに脳腫瘍の形状、容積が容易に把握され、腫瘍の形状に合わせたmorphometrictargtingtherapyも可能となった。各々の治療法の特性を組み合わせて深部悪性脳腫瘍に応用すべく基礎的、臨床的研究を行った。(方法)人脳腫瘍例、実験脳腫瘍から、以下の検討を行った。(1)陽子線応用、(2)動注療法、(3)脳腫瘍の生物学的悪性度評価、(4)脳腫瘍のinvivo診断能、(5)レーザーPDTに関する研究である。研究方法は病理免疫組織、生存率、画像と組織との対応、画像解析装置等を用いて行った。(結果)(1)陽子線治療は精確な線量分布が描け、上下左右方向に伸展する腫瘍へは有効で、その際、根治には腫瘍量は10ml以下で、多分割照射で、TDF140-160が必要であった。(2)超選択的動注療法は、約40%の抗腫瘍効果を1ヶ月維持するには、ACNUで320μg/mlが必要である。実験脳腫瘍を用いてUD40やACNUの腫瘍内濃定を安定して得る研究については一定したdataは得られなかった。(3)PCNA-PC10抗体の応用や画像解析装置を利用したDNA量の測定は生物学的悪性度、治療効果判定の指標となる。また腫瘍の生物学的hetergeneityも明らかに出来1つの治療法では根治出来ないことが示唆された。(4)MR画像によるGd-DTPA増強効果や形状、201Tl-SPECTによる陽性所見は脳腫瘍のviabilityをinvivoにて診断できた。(5)レーザーPDT研究は光感受性薬剤の投与法、レーザー光の安定性、組織内透過性の問題が依然として未解決である。(今後の課題)陽子線治療をターゲティング治療の中心機器としてさらにその効果増強をさせるには既存の薬剤(ACNU,CDDP等)や開発薬剤(UD40,ATX70)を用いた投与法の研究、腫瘍周辺部の生物学的heterogeneityと有効治療機器(レーザーを含めた)の応用について今後研究する必要がある。今年度は個々のタ-ゲット療法の解析的研究を行った。陽子線照射法に於ては,DVH計算から3門照射の場合ではX線やCo^<60>のそれと比べて1/21/3に正常脳障害の発生はおさえられた。腫瘍線量はTDF140ー160でも腫瘍周辺からの再発が見られ,これは残存腫瘍量と密接な関係があると示唆された。一方悪性脳腫瘍の予后因子の分析から,その因子の1つとして残存腫瘍量10cc以下があげられた。従って今后の陽子線タ-ゲット療法は,残存腫瘍量10cc以下の場合は根治的治療を目指し多門分割照射で,TDF140ー160が必要である。超選択的動注療法はCT,DSA画像を用いて抗腫瘍量を検討した。50%前后の縮小効果を1ケ月維持するにはACNU(アルキル化抗癌剤)で300μgl腫瘍容積(ml)必要であった。しかし臨床例に於いて推定効果量動注されていたにも拘わらず短期再発例を経験した。今回はさらに抗癌剤のin vivo腫瘍内濃度測定法と抗腫瘍効果を追求する。^<201>T1ーSPECT研究でviableな悪性脳腫瘍には陽性像を示すので, ^<201>T1にACNUを結合させたACNUー^<201>TlSPECT解析によるin vivo抗腫瘍効果の臨床病理学的研究を予定している。レ-ザ-によるPDT研究はinterfaceの調整に手間どり,次年度から実施する予定である。

(5)レーザーPDT研究は光感受性薬剤の投与法、レーザー光の安定性、組織内透過性の問題が依然として未解決である。(今後の課題)陽子線治療をターゲティング治療の中心機器としてさらにその効果増強をさせるには既存の薬剤(ACNU,CDDP等)や開発薬剤(UD40,ATX70)を用いた投与法の研究、腫瘍周辺部の生物学的heterogeneityと有効治療機器(レーザーを含めた)の応用について今後研究する必要がある。今年度も引き続きターゲティング治療法の研究として(1)腫瘍の生物学的heterogeneityの研究を、ホルマリン固定標本でもG1SG2M期の解析が可能であるPCNA-PC10抗体を使ったヒト脳腫瘍Growth Fractionの解析、(2)ヒト脳腫瘍組織のFeulgen染色によるDNA量の形態計側的な分析とヒスグラムの算出(3)悪性脳腫瘍のin vivo浸潤能診断に関する研究、(4)実験脳腫瘍に対するUD40、ACNU、の動注療法の研究。(5)頭蓋底部腫瘍に対する陽子線治療の研究を行った。(結果)(1)PCNA-GF値は悪性脳腫瘍において高値(28.1%)を示し、一方良性脳腫瘍は低値(4.6%)を示し、PCNA-PC10は生物学的悪性度を表す指標となりうることを報告した。(2)DNA量の分析では悪性脳腫瘍ではDNAindex(DI)値が1.46、良性では0.98であった。ヒストグラムでは悪性はaneuploidyを示し、染色体数モードの右方移動を示した。良性は全例diploidyを示した。SG2M期の割合は悪性では17.5%、良性では7%であった。即ちPCNA-GF値では個々の腫瘍細胞の生物学的heterogeneityが明らかでなかったがDNA分析によってその程度は明らかとなった。(3)浸潤能のin vivo診断は昨年度の201TI-SPECT分析の他にGFAP染色による細胞の形状とMR画像との対比やGd-DTPAの増強効果と悪性度との関連に於いて研究し、画像で周辺の形状がヒトデ状の場合はGFAP陽性細胞も細長く、浸潤能が高い傾向にあった。またGd-DTPAで増強される場合は74%に悪性所見を呈していた。即ち画像による腫瘍形状や増強効果で浸潤能のin vivo診断が可能であることを報告した。(4)UD40やACNUの動注効果については結果が一定せず、実験条件になお検討すべき余地があった。(5)頭蓋底部腫瘍に対して、陽子線治療は精確な線量分布が描きやすく、また脊索腫のような上下方向に伸展する腫瘍へは特に有利な治療機器である。陽子線がターゲティグ治療の中心的な機器となりうることを報告した。
電話を用いた継続的支援による糖尿病患者のつらさと血糖コントロールに及ぼす影響

糖尿病の教育入院中の患者のうち、研究協力が得られた実験群(電話支援群)と対照群(通常ケア群)の患者、各々50名に対し、開始時の質問紙を送付し郵送法で回収した。また、実験群の患者には電話の日時を確認する往復はがきを出し、返送された患者に4週間に1回の割合で12ヶ月間、プロトコールに沿って、研究者と研究協力者2名によって電話支援を実施した。12回の電話が終了した患者、および退院から12ヶ月間を経過した対照群の患者に順次終了時の質問紙を送付、郵送法で回収した。両群(実験群38名、対照群39名)の開始時における年齢、性別、HbA_<lc>、病型、罹病期間、食事療法にかかわるつらさでは有意差がなかった。開始時、終了時ともに回答が得られた実験群29名、対照群30名を分析対象とした。仮説(1)の「電話による12ヶ月後の糖尿病に関連するつらさでは、実験群が対照群よりも良好である」については、実験群のつらさが有意に低く、仮説は支持された。また、開始時と終了時のつらさの比較では、実験群は有意に低下していたが、対照群では有意差が認められなかった。仮説(2)の「12ヶ月後の血糖コントロールは実験群が対照群より良好である」に関しては、有意差が認められず、仮説は支持されなかった。しかし、開始時と終了時のHbA_<lc>の比較では、対照群では有意差が認められなかったが、実験群では有意に低下していた。以上より、電話による継続的支援は、血糖コントロールに反映するほどの効果は認めなかったが、患者の心理的つらさは軽減され、支援の有効性が示唆された。平成15年度は糖尿病に関連したつらさ尺度の作成を行った。1.糖尿病に関連したつらさ尺度原案の作成外来通院している糖尿病患者12名に対し糖尿病に関連したつらさについて聞き取りを行い、11項目を抽出した。この項目と文献を参考にして質問項目を検討し22項目を尺度原案として決定した。2.予備調査の実施つらさに関する質問項目について8名の患者にプレテスト後、外来糖尿病患者200名に質問紙を配布し予備調査を実施した。回答は郵送法で回収した。回収数は136部(68%)であった。はじめに各項目の平均+標準偏差値が評定尺度の上限値以上となった項目を除外した。残った項目の相関係数はすべて正の方向を示し、項目-全体相関はすべて0.4以上、平均値を基準としたGP分析では、全項目で有意な差が認められた。そこで2項目を除外した20項目で主成分分析を実施したところ、9項目からなる一次元の尺度となった。累積寄与率は52.3%、クロンバックα係数は0.88であった。3.本調査の実施外来通院している糖尿病患者400名に質問紙を配布し、郵送法で回収した。回収数は251(62.8%)であった。信頼性の検討はα係数と再検査法によった。α係数は.836、再検査法では.801と内的整合性、安定性(再現性)ともに高い相関が得られた。また、妥当性は糖尿病看護を専門とする研究者と内的妥当性を検討した。さらに日本語版糖尿病問題領域質問表を用いて基準関連妥当性を検討し、.705と高い相関を得た。以上より、本尺度は高い信頼性・妥当性を有していると考えられた。平成16年度は、実験群に対する電話支援のためのプロトコールを作成した。その上で研究協力者への調査・介入を実施し研究を継続している。

1.電話支援のためのプロトコールの作成外来患者に対する予備調査を行い電話内容を逐語録に起こして内容を分析し、文献検討とあわせ研究者が行う電話支援の内容を検討した。その結果、研究者が行う介入内容は、(1)気持ちや状況の理解、(2)事実の確認、(3)実行可能性の確認、(4)知識・技術の提供、(5)判断の提示、(6)解釈の提示、(7)行動の提案、(8)実例の提示、(9)患者の方法を支持、(10)行動プランの確認、の10項目とした。また、研究者が電話できないときのために協力看護師2名を確保し、介入レベルを均一化するためプロトコールの確認やガイドラインとなる資料の共有化および学習・調整を行った。2.研究協力者の選定とデータ収集および電話支援研究協力病院に入院中の糖尿病患者のうち、研究対象者としての5つの基準を満たし同意の得られた100名を研究協力者として選定した。協力依頼にあたっては、口頭と文書で研究の主旨を説明し同意書に署名してもらった。協力の得られた患者100名を実験群・対照群に無作為に二分し、現在までに退院した99名に開始時の調査票(食事内容の実行程度、食事療法にかかわるつらさ、ヘモグロビンA_1cなど26項目)を郵送、74名より回答を得た。また、実験群に対しては退院1ヵ月後より電話支援を開始し現在継続中である。糖尿病の教育入院中で、退院が間近な患者のうち研究協力が得られた実験群(電話支援群)と対照群の患者各々50名に対し、開始時の質問紙を送付し郵送法で回収した。また、実験群の患者には電話の日時を確認する往復はがきを出し、返送された患者に4週間に1回の割合で12ヵ月間、プロトコールに沿って研究者と研究協力者2名によって電話支援を実施した。12回の電話が終了した患者、および退院から12ヶ月を経過した対照群の患者に順次終了時の質問紙を送付、郵送法で回収した。両群の開始時における年齢、性別、HbA_<1c>、食事療法にかかわるつらさ、自己管理行動の程度では、実験群に男性が多い以外は有意差がなかった。仮説(1)の「電話による12ヵ月後の糖尿病に関連するつらさは、実験群が対照群よりも良好である」では、わずかではあるが実験群が有意につらさが低く仮説は支持された。仮説(2)の「12ヵ月後の血糖コントロールは実験群が対照群よりも良好である」に関しては有意差が認められず、仮説は支持されなかった。また、自己管理行動では、開始時の調査で、食事の規則性と外食頻度において実験群のほうが悪い結果を示していたが、終了時には両群に差は認められなかった。具体的には、12ヵ月後では両群ともに食事の規則性、外食頻度に関する自己管理行動が低下するが、その程度は実験群に少なく、対照群では低下する割合が高かった。以上より血糖コントロールに反映するほどの効果は見られなかったが、電話支援によって患者の心理的つらさは軽減され、また自己管理行動が低下していく程度を軽減することが可能であり、支援の有効性が確認できた。
ロボットにおける弾性・慣性・位置エネルギの巧みな利用による動的運動制御法の研究

本研究の成果の概要は、(1)系の力学的エネルギの総量をできるだけ増加させ続けるようなアクチュエータ指令決定法(フィードバック励振制御)、(2)多リンク系の力学的エネルギの流れ(エネルギフロー)の解析、(3)時間反転積分法とそれに基づく制御指令列生成法、(4)弾性を有する人工筋の筋経路決定法、(5)コンプレッサ搭載型空気圧駆動全身型ロボットの開発、などである。当初実現性に確信を持てなかった課題に対し、コアとなる理論を生み出すことに成功し、さらにその理論の有効性をシミュレーションと実世界実験により確認することができた。H24年度は、(1)弾性エネルギの活用法(跳躍ロボット・棒高跳びロボット)、(2)コンプレッサ搭載型空気圧人工筋駆動システム、(3)筋骨格型ロボットにおける筋配置の最適化、(4)運動学習、(5)人間の操縦上達過程のデータ化、(6)ヒューマノイドによる動的運動の学習、等の研究を行った。力学的エネルギの観点からの研究の進捗として、複数自由度から成る直列物理弾性を有するシリアルリンクロボットにおいて、力学パラメータを知らずに力学的エネルギを拡大する制御法を提案し、学会発表や論文投稿を行った。日本機械学会における発表に関しては、部門表彰の内定の連絡を受けた。また、力学的エネルギを汎用な評価関数として利用する動的運動(前転・瓦割り)の学習(GA、NN)の研究成果も査読付国際会議等で発表した。人間の感覚運動系の解析に関しても研究を進め、人間型ロボットのセンサ情報を感じながら直観的に操縦することができるような操縦インタフェースを複数種類試作し、人間が操縦を上達する過程において感覚運動系の発達を全てデータとして記録できる環境を構築した。さらに、実際に瓦割りや回し蹴り等の動的動作を操縦により人間が上達する過程をデータ化し、人間の主観的評価関数を模倣する評価関数の機械学習による学習(ある意味メタ学習)のフレームワークの提唱まであと一歩という段階まで研究が進展した(H25年度に学会発表予定である)。また、空気圧アクチュエータの物理弾性と高い出力重量比を活用する自立型ロボットの実現へ向けて、コンプレッサ搭載型空気圧駆動筋骨格ヒューマノイドの開発や、空気圧人工筋の配置最適化手法提案を行い、査読付国際会議発表を行った。H25年度は、(1)運動方程式を時間を遡る方向に向かって解く「時間反転積分法」を提唱した。また、(2)弾性エネルギの活用法(投擲ロボット・跳躍ロボット)、(3)空気圧人工筋駆動ロボットによる実機検証・試行錯誤や、(4)人間のヒューマノイド操縦上達過程を利用した動的運動学習、(5)多関節筋を有する空気圧人工筋ロボットの制御システムの提案、等の研究を行った。日本機械学会における発表に関しては部門表彰を受賞し、日本ロボット学会での発表に関しては研究奨励賞の内定の連絡を受けている。さらに、実際に瓦割りや回し蹴り等の動的動作を操縦により人間が上達する過程をデータ化し、人間の主観的評価関数を模倣する評価関数の機械学習による学習(ある意味メタ学習)のフレームワークの提唱まであと一歩という段階まで研究が進展している。平成26年度の研究実績は以下の通りである。(1)前年度に提唱した時間反転積分法に基づき、弾性・慣性・位置エネルギの総和を常に増加させつつ、与えられた最終状態(ボールリリース姿勢・速度)に達する制御指令シークエンスを生成し、実ロボットで効果を確認した。(2)全身に弾性要素を有するヒューマノイドロボットを設計・開発し、基礎的な実験を行った。(3)空気圧人工筋により駆動されるロボットシステムにおいて、弾性エネルギを活用するための身体構成法と制御法を提示した。これらの成果は、ロボット界最高峰の国際会議であるICRA2015に採択され、雑誌論文にも投稿準備中である。その他にも、査読付国際会議、国内学術講演会、アウトリーチ活動(イベント出展やメディア取材)等を精力的に行った。日本ロボット学会及び日本機械学会からの学術表彰も受賞した。

今後の展望も色々と見えてきており、全身の弾性・慣性・重力のポテンシャルを巧みに活用するヒューマノイド制御法や、空気圧人工筋駆動ロボットにおいてON/OFFバルブの操作を一度行うだけで特定の動的動作が実現するようなハードウェアの設計法など、新規な研究を進めてゆく。26年度が最終年度であるため、記入しない。ロボティクス26年度が最終年度であるため、記入しない。計画していた各項目に関する研究に全て着手することができており、少しずつ成果も上がっている状況である。ブレークスルー的なアイディアが生まれてくるかどうかは今後の進展次第である。計画していた各項目に関する研究が全て進捗し成果も上がっている状況である。特に、H25年度の提唱した「時間反転積分法」は、ブレークスルー的なアイディアであり、現状は初期的な検証が済んだ段階であるが、H26年度に大きく進展することができると考えている。特に難問は、関節が直列に連なる系の慣性のエネルギ(運動エネルギ)がどのように連鎖してゆくかに関する一般化されたモデルを生み出すことができるかどうかである。解析的モデル計算と各種実ロボットによる多面的な実験を並行して進める。最終年度であり、集大成として、物理弾性を有するヒューマノイドを2種類(モータ駆動型と空気圧駆動型)開発し、動的動作実現法を実証的に示す。H25年度に提唱した「時間反転積分法」は、本研究の大課題である「いかにして、力学的エネルギをある特定の瞬間にある特定の要素に集中させるか」という問題に対する、一般的解決策をもたらす可能性の高い、非常に有望な手法であり、本研究の成功が見えてきている状況である。集大成的な成果を示したい。研究室の構成員10名以上が本研究に関わっており、多様な視点と議論の中から創造性を発揮すべく、計算機とものづくり環境の更なる充実を図る。具体的には、価格が急激に下がり機能が向上し続けていたため導入を先延ばししたため生じた次年度使用額も用いて、計算サーバや3Dスキャナ・プリンタ等の整備、小型ヒューマノイドの更なる導入を計画している。、本研究は、3年間のどこかでブレークスルー的なアイディアに着想することを目指し、様々なアプローチを平行に進めるという計画であった。そして、ブレークスルー的なアイディアに着想した際にそれに基づき一気に予算を使って総合的な実験が可能なロボットを開発するという見通しであった。当初の計画では、ブレークスルー的なアイディアに着想できるかどうか、着想できるとしたらいつ頃になるか、などは見通せなかったため、初年度にアイディアを着想した場合を想定した予算計画にしてあった。結果的に、3年計画の2年目である平成25年度に着想した「時間反転積分法」がこれに相当すると考えており、3年目である平成26年度には、集大成として成果を示すべくロボットの開発に予算を多く使いたいために、2年目の予算を未使用の状態にして3年目に使用することとした。物理弾性を活用した動的動作実験のための人間型ロボットを2種類開発する。モータバネ直列型と空気圧駆動型の2種類である。これらの制作部品を購入する。
ミクロポーラスカーボンを原料としたカーボン固体酸の合成とその酸触媒活性

昨年度の研究では、合成したミクロボーラスカーボン触媒がバイオディーゼル合成に有用なエステル交換反応に有効であることが分かった。そのためそのメカニズム分析として、特に分光学的手法を用い、その反応のその場観察(in-situ観察)と、そのシステムの立ち上げを行うことを本年度の目的とした。このため、同手法に長けているユトレヒト大学、Prof. B. M. Weckhuysenのグループにて研究を行った。同グループはバイオマス変換反応の構築を大規模に行っている。中でも私が担当した仕事はATR-IRという装置を使い、バイオマスの分解反応を「その場観察」により追跡するものである。当該装置にて行う実験の「モデル反応」としてはリグニンを用いた。リグニンとは地球上で最も豊富なバイオポリマーの一つであり芳香族化合物を多く含んでいるために石油代替資源として有望視されているが、その構造は大変複雑であり分解生成物も多種多様に及ぶ。この分解反応過程をATR-IRにて逐一観察することが、どのような機構で反応が進行をしているのかを解明する一つの手がかりとなる。この装置を用いることでリグニンのみならずバイオディーゼル、各種化学製品の原料物質となる5-hydroxy-methylfurfural (HMF)の変換反応などの解析に応用できることが期待されるからである。実際、この9か月の滞在で完遂できた仕事としてはモデル反応の構築のみであるがリグニンという巨大ポリマーの構造を司るある重要な結合(β-O-4結合と呼ばれる)をこの分光装置で見ることが出来き、それが分解反応の過程で減少していくことが観察された。また、リグニンでは複雑すぎ、実際の所多くのシグナルが混在しているため、観察をさらにシンプル化するために「モデル化合物」という非常に簡単な構造をした、しかしながらβ-O-4結合を有する芳香族二量体化合物の分解反応も同装置で観察を行った。やはり反応中に同結合の分解が見られ、さらに反応後に溶液中の内容物を分析したところ、出発物質は残っておらず分解生成物のみが観察されたことからもこの反応のin-situ観察はうまく機能したと言える。本来の予定ではバイオディーゼル合成における液相中の反応メカニズム観察も行う予定であったがそこまでは達成できなかった。(抄録なし)ゼオライトの鋳型合成で得られた高表面積カーボンに強酸性スルホ基を導入し,従来の低表面積型カーボン固体酸では対応できない疎水性基質の触媒反応への応用や,加水分解など親水性基質における触媒反応の活性向上を図った.得られたカーボン固体酸は,ファインケミカル,バルクケミカルのいずれにも応用できることが望ましいため,基本的な触媒作用を解明するためのテスト反応による活性評価の他に,工業的に有用な有機合成であるベックマン転移反応(ナイロンの原料の合成反応)や,糖類の加水分解反応(バイオマス利用の基礎的反応)に応用し,既存触媒との活性比較を行った.これらの反応にはカーボン固体酸の高い表面積とミクロ細孔構造が有利に働くと考えられ,得られた触媒は当グループで過去に報告されていた触媒を超える性能を示した.また,バイオマス変換を目的とし,合成した触媒をさらにエステル交換反応に用いたところ,こちらでも高い性能を示した.同反応は,植物の種子から得られる油脂をアルコールと反応させ,バイオディーゼルとして利用可能な物質(高級脂肪酸エステル)を生成する際の反応である.元来,均一系の塩基や酸触媒が用いられていた.しかし天然の植物から原料を得るということは決して純度の高い物質が得られるわけではなく,遊離の脂肪酸や水分といった不純物が塩基触媒に対する触媒毒として作用することで活性を低下させるという問題があった.もちろん硫酸も,均一系であるがために反応後の中和や分離操作でプロセスの高コスト化・高エネルギー化という問題を抱えていた.そこで本反応においても固体の酸触媒導入の重要性が非常に高く,今回の高表面積カーボン触媒を用いたものである.既報の触媒と比べ本触媒は,このエステル交換反応に対する活性や繰り返し利用性が高く,効な触媒であることが分かったが,これは油脂を触媒内に吸着させることでその反応活性の効率を高めるという作用機序が働き,高い活性につながったものだということが判明した.昨年度の研究では、合成したミクロボーラスカーボン触媒がバイオディーゼル合成に有用なエステル交換反応に有効であることが分かった。