hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
パーキンソン病患者の足趾把持機能が姿勢制御に与える影響の解明～転倒予防を目的に～

本研究ではパーキンソン病(PD)患者における足趾把持力と姿勢制御能力との関連性および足趾把持力の関連要因について検討した。PD患者において足趾把持力は前方への重心移動能力と有意な正の相関がみとめられ,足趾把持力は足部柔軟性と有意な高い正の相関がみとめられた。PD患者において足趾把持力低下は随意的に前方へ重心移動する能力の低下に関与し,足趾把持力低下には足部柔軟性の低下が関与することが示唆された。交付申請書では平成21年度中に本実験を開始するところまで到達する予定にしておりましたが,本研究の実施の上で特に重要な外乱負荷発生装置の製作・修正に多くの時間を費やしたため,平成21年度中に本実験を開始できませんでした。当初,メーカー(内田電子株式会社)に外乱負荷発生装置を作成していただくにあたり,外乱負荷発生装置と重心動揺計とを同期して計測する上で両装置の接合,安全面の確保の問題や両装置を同期して測定する上での問題がありました。しかし,3度にわたる製作・修正の中で,外乱負荷発生装置と重心動揺計を接合する強固な部品をとりつけ,外乱負荷発生装置から外乱発生時に安定したトリガー信号を出せるようにしたことで,上記の問題を解決することができました。外乱負荷発生装置の仕様についてはパーキンソン病患者や高齢者の外乱負荷時の姿勢制御に関する先行研究を調べ,それに基づき外乱負荷発生装置の仕様は,外乱の振幅は前後0100mm,外乱の速度は0300mm/sで調整できるようにしました。平成21年度に完成した実験環境で,平成22年度に本実験の実施,外部への公表までをできるようにしたいと思います。本研究の目的は,パーキンソン病患者における足趾把持力と姿勢制御能力との関連性および足趾把持力の関連要因について検討することである。対象はパーキンソン病患者10名,健常高齢者10名とした。評価項目は足趾把持力,静的姿勢制御能力,外乱負荷に対する姿勢制御能力,前後方向への随意的な重心移動能力,足部柔軟性とした。静的姿勢制御能力に関しては,重心動揺計により総軌跡長,矩形面積,外周面積,前後左右方向の重心動揺分散,足長に対する足圧中心の前後方向の位置を評価した。外乱負荷は外乱負荷発生装置により,振幅9cm,加速度は2cm/sec^2にて前後にランダムに与えた。外乱負荷応答に対する姿勢制御能力は,外乱を与えた後の足圧中心の最初の位置からの移動量,足圧中心の移動が最大に達するまでの時間と外乱負荷発生後に足圧中心の移動が最大に達するまでの最大速度とした。前後方向の随意的な重心移動能力は,重心動揺計上における立位をとり,最大限前方あるいは後方に重心を移動させ,足圧中心の最初の位置から移動距離(前方,後方)を算出した。パーキンソン病患者の足趾把持力,足部柔軟性は,健常高齢者と比較して有意に低下していた。パーキンソン病患者の総軌跡長,矩形面積は健常高齢者と比較して有意に高い値を示した。パーキンソン病患者において足趾把持力は前方の安定性限界と有意な正の相関関係がみとめられたが,その他の姿勢制御の関する項目とは有意な相関関係が認められなかった。また,パーキンソン病患者においてのみ足趾把持力は,足部柔軟性と有意な高い正の相関関係がみとめられた。パーキンソン病患者において足趾把持力低下は随意的に前方へ重心移動する際の姿勢制御能力の低下に関与し,パーキンソン病患者における足趾把持力低下には足部柔軟性の低下が関与することが示唆された。
山村民俗の物質文化的研究(中部山岳地域の山村の民具による景微復元への試み)

1.日本の物質文化研究、民具研究は、渋沢敬三によって創始されたが、その端は新城市出身の早川孝太郎に招じられた渋沢の花祭見学にあった。日本の民具の系統的な収集は、早川孝太郎、渋沢敬三らによって、昭和2年ごろ北設楽から始められた。そのような意味で、アチックミューゼアムの民具コレクションにおける、北設楽地方からの収集品の占める位置づけを行なった。2.資料館、博物館所蔵の民具の図化、愛知県15館、隣接する長の県1館、岐阜県2館、愛知県の社寺等3について、主題の山村民俗に関する民具の実例図110点を作成し、基本資料とすることができた。3.明治13年の『北設楽群農具図解』所収の農具のうち、地域的特色豊かな小型唐箕の実例、調査に力を入れ、構造を究明し、南北設楽地方を中心とする分布状況を明らかにした。また、松根利用の時代の燈火具、背負い梯子について調査を行った。4.人力犁については、美濃、飛騨に分布の主体があるが、三河では稲式町で使用され分布の南限であることを確認した。5.近年静岡県下で調査が進んでいる鹿打ち神事の予祝儀礼の、東栄町の鹿打ち神事の作り物のシカ、弓、矢の調査研究を進めた。6.三河山村に残存する桶茶の習俗(ささらや桶を使って茶をたてる)について、民具の調査研究を進めた。7.三河地域に残存する火鑑習俗にうち、砥賀神社、岡崎帝鎭漏、坪崎地蔵堂の火鑑用具について調査研究を進め、民間信仰の儀礼用具についても研究を行った。8.三州荷稼ぎ、信州中馬について、民具の調査研究を進めた。
アラビドプシスのペルオキシダーゼ・アイソザイム遺伝子の発現制御

ペルオキシダーゼは植物では重要な酸化反応の多くを触媒するが、高等植物のモデルとして、近年研究の盛んなアラビドプシスにおける遺伝子の構造と発現について検討した。1)CDNAの単離:既にペルオキシダーゼ遺伝子、prx Caとprx Eaを単離、構造決定したが、エキソン、イントロンの構造がゲノム遺伝子のみでは確定できなかった。そこでゲノム遺伝子の5'と3'非コード領域をプライマーにして、PCRを行いCDNAを得た。両遺伝子とも4エキソン、3イントロンから成ることが確認された。2)プロモーター活性の品価:両遺子の5'上流、約500 6Pをβ-グルクロニダーゼ(GUS)遺伝子につなぎ、タバコプロトプラストでGUSの一過性発現を調ベた。prx Eaの上流はCaMV35Sプロモーターの約10倍の活性を示し、5'側から順次欠失させると、段階的に活性が低下した。prx Caのプロモーター活性はCaMV35Sより低かった。3)トランスジェニックタバコにおける器官特異的発現の解析:prx Eaはアラビドプシスでは根部で特異的に転写物が見られた。5'上流1GUS融合遺伝子を導入したトランスゾェニックタバコでは、5'側-58 6p-390 6p、-281 6pいずれの断片でもGUS活性は根部で持異的に見られた。つまり根部特異的発現に関するシスエレメントは-281 6pより下流にあると結論された。prx Caはアラビドプシスでは根、茎、葉いずれにおいても発現が見られたが、トランスジェニックタバコにおいても、GUSの発現は低いながらも同じパターンを示した。4)酸性アイソザイム遺伝子のクローニング:prx Caは中性、prx Eaは塩基性アイソサイム遺伝子である。西洋ワサビの酸性ペハオキシダーゼのアミノ酸配列をもとに、PCR法でクローニングするためのプローブを設計した。
細胞外基質と接する脂質二分子膜の界面構造と機能性発現との関係解明

細胞膜の表面には細胞外基質(ECM)と呼ばれる物質に覆われており,細胞膜表面の局所環境を制御し,細胞膜の機能性発現に大きな影響を及ぼすとされているが,その構造と機能性との関係について不明な点がまだ多くある.本研究は,ECMの機能性発現を界面分子構造の観点から理解するために,シクロデキストリンを含むポリロタキサン超分子や高分子電解質,カチオン性表面活性剤分子など,ECMの機能性をもつとされる生体適合性材料の界面分子構造について,和周波発生振動分光法や原子間力顕微鏡などの表面科学的手法により,分子レベルで解析し,その機能性発現の機構理解と制御を試みた.細胞膜の表面には細胞外基質(ECM)と呼ばれる物質に覆われており,細胞膜表面の局所環境を制御し,細胞膜の機能性発現に大きな影響を及ぼすとされているが,その構造と機能性との関係について不明な点がまだ多くある.本研究は,ECMの機能性発現を界面分子構造の観点から理解するために,シクロデキストリンを含むポリロタキサン超分子や高分子電解質,カチオン性表面活性剤分子など,ECMの機能性をもつとされる生体適合性材料の界面分子構造について,和周波発生振動分光法や原子間力顕微鏡などの表面科学的手法により,分子レベルで解析し,その機能性発現の機構理解と制御を試みた.細胞膜は細胞の機能性発現に極めて重要な役割を果たしているが,分子レベルでその界面構造について未だに解明されていないものがある.本研究では,界面分子構造に敏感な二次非線形振動分光法の和周波発生(SFG)や原子間力顕微鏡(AFM)を用い,細胞膜の界画構造と機能性発現との関連性について解明することを研究目的とする.本研究では,特に従来の界面研究に用いた基板や標識色素による影響をなくすため,細胞培養により近い環境下で,細胞の接着・増殖・組織化等において重要とされる細胞外基質(ECM)の表面に脂質二分子膜を構築し,その構造や配向,安定性を明らかにするとともに,酵素等の生体分子との反応に伴う細胞膜の構造変化及び反応機構を調べる.これらの研究成果に基づき,ECM表面に接着される活細胞の細胞膜の界面構造を調べ,細胞の機能性との関係解明を目指す.初年度ではPDDA等のカチオン性高分子電解質材料とPSSなどのアニオン高分子電解質材料をLbL法により,固体基板表面に交互に析出させ,基板表面を修飾する.高分子電解質水溶液の濃度や支持塩濃度,浸漬時間,乾燥時間などの作成条件を最適化し,安定な薄膜形成を試みた.SFGとAFM測定でこれらの高分子電解質薄膜表面の分子構造を評価した.このように修飾された界面に,典型的なリン脂質分子であるDPPCまたはその重水素置換体d-DPPCを用い,LB法により非対称性脂質二分子膜を構築し,膜の界面構造と分子配向に加え,膜の安定性について調べた.特にリン脂質分子のフリッフ・フロッフ速度や加水分解酵素PLA_2の触媒反応速度への影響についても検討した.さらに,疏水鎖に不飽和官能基をもつDOPCの脂質分子の単一また混合二分子膜を構築し,その膜の界面構造についても調べ.空気中での安定性を影響する因子について詳しく検討した.細胞表面にはコラーゲン,フィブロネクチン等からなる細胞外基質(ECM)に覆われており,細胞表面の局所環境を制御し,細胞の機能性に影響を及ぼすとされている.本研究は,界面敏感のSFG分光法を用い,ECMの機能性をもつとされる生体適合性超分子材料の界面構造を調べた.ポリロタキサン超分子膜の界面構造を調べた結果,そのゲスト分子のαーシクロデキストリンにメチルで終端化された場合のみ,膜表面にあるPEG主鎖が再構成され,メチルが疎水側鎖と作用し,界面集合体が形成されたことが示唆された.これに伴い,ポリロタキサン薄膜の表面形状も大きく変化した.ECMの原因タンパク質の一つとされるフィブリノーゲンの吸着構造を調べた結果,同ポリロタキサン超分子薄膜表面においてのみ,特異的な吸着構造が観測されたので,これによって血小板の付着が阻害される可能性があると推論した.また,細胞接着などにも用いられる高分子電解質(PE)膜の界面構造についても調べた.作成直後の膜界面は最後に累積されたPE分子によるもので,その界面に一定な秩序性を持つことが分かった.一方,放置時間とともに,この界面構造が徐々に変化し,膜内の分子拡散により最終的に混合構造に達することが初めて観測された.このように作製されたPE膜表面に,脂質二分子膜の構造,安定性および界面水構造を調べた結果,著しく影響されたことが分かった.さらに,生体適合性と分解性の観点から,種々の四級アンモニウム表面活性剤分子の単分子膜の界面構造についても検討した.疎水アルキル鎖にアミド基やエステル基などの官能基の導入効果や長鎖アルコール分子との混合による膜構造への影響を検討した.これらの一連の研究により,ECMのモデル物質とする生体適合性超分子材料の界面構造を分子レベルで検討し,その機能性発現機構の理解や材料設計の指針に道を開くものと考えている.本研究では,界面分子構造に敏感な二次非線形振動分光法の和周波発生(SFG)や原子間力顕微鏡(AFM)を用い,細胞膜の界面構造と機能性発現との関連性について解明することを目的とする.

特に従来の研究に用いた基板や標識色素による影響をなくすため,細胞の接着・増殖・組織化等において重要とされる細胞外基質(ECM)の表面に脂質二分子膜を構築し,その構造や配向,安定性を明らかにするとともに,酵素等の生体分子との反応に伴う細胞膜の構造変化及び反応機構を調べる.これらの研究成果に基づき,ECM表面に接着される活細胞の細胞膜の界面構造を調べ,細胞の機能性との関係解明を目指す.PDDA等のカチオン性高分子電解質材料とPSSなどのアニオン高分子電解質材料を,固体基板表面に交互に析出させ,基板表面を修飾する.高分子電解質水溶液の濃度や支持塩濃度,浸漬時間,乾燥時間などの作成条件を最適化し,安定な薄膜形成を試みた.SFGとAFM測定でこれらの高分子電解質薄膜表面の分子構造を評価した.この他に,共同研究者から細胞接着特性に優れた合成機能性高分子材料の提供も受け,ECMとして活用する可能性について検討始めている.このように修飾された界面に脂質二分子膜を構築し,膜の界面構造と分子配向に加え,その安定性についても調べた.特にリン脂質分子のフリップ・フロップ速度や加水分解酵素PLA2の触媒反応速度への影響についても検討した.さらに,疏水鎖に不飽和官能基をもつ脂質分子の単一また混合二分子膜を構築し,その膜の界面構造についても調べ.空気中での安定性を影響する因子について詳しく検討した.ほぼ計画通りに研究が進んでいる.LbLの仕事について一段落となり,実験結果をまとめている.また,高分子電解質のほかに,優れている生体高分子をECMのモデル系としての適用について検討を始めている.25年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では,細胞培養により近い環境下で,細胞の接着・増殖・組織化等において重要とされる細胞外基質(ECM)の表面に脂質二分子膜を構築し,その構造や配向,安定性を明らかにするとともに,酵素等の生体分子との反応に伴う細胞膜の構造変化及び反応機構を調べ,細胞膜の界面構造と機能性との関係解明を目指す.ECM膜の構築につきまして,(1)高分子電解質材料による積層法.PDDA等のカチオン性高分子電解質材料とPSSなどのアニオン高分子電解質を一層ずつ積層(Layer-by-Layer, LbL法)することで,固体基板の修飾を試みた.(2)種々のシクロデキストリンを含むポリロタキサン型のブロック共重合高分子材料の提供を共同研究者から受け,固体基板表面の機能性の向上を試みた.(3)様々な末端官能基をもつ自己組織化単分子膜(SAM)による修飾方法.様々な条件の検討を通じて,これらの手法で安定な膜形成が実現されており,固体基板の固有の性質を抑えると同時に,ユニークな膜の機能性が現れていたので, ECMに模倣できる構造ができており,概ねに順調に進展していると判断する.ECM表面の構造評価について,SFGやAFM分光法により積極的に行い,膜表面固有の構造の形成と機能性発現が確認できており,様々な目的に応じての応用が期待できた.モデル細胞膜として,飽和リン脂質分子であるDPPCやDPPE,不飽和リン脂質分子DOPCなどを用い,ベシクフュージョン法やフュジュンLB法により二分子膜を構築し,膜の界面構造と分子構造と安定性について詳細に調べた.二分子膜のフリップ・フロップ速度,酵素との触媒反応速度,さらに不飽和結合の影響について詳しく検討したため,概ね順調に進展していると判断する.フィブロネクチンやフィブロノーゲなどの機能性タンパク質分子をモデルECM膜との相互作用の研究に力を入れる予定.共同研究者から細胞接着特性に優れた合成機能性
フレキシブルなイオン結合を有するビオロゲン液晶化合物の創製と光応答性材料への応用

平成29年度に引き続き,三環ビオロゲンを基に系統的なビオロゲン化合物の設計およびそれらの合成をおこなった。液晶相における会合体形成は,メソゲン(共役部位)同士のπ-π相互作用が本来のdriving forceであり,カウンターアニオンの存在は会合状態を変化させる。そこで,π-π相互作用が働くビオロゲン骨格の共役長は変化させずに,ビオロゲン中に2か所存在するイオン結合部分の間隔を調節し,会合体形成に及ぼす影響を調査した。イオン結合部位の間隔を変化させた三環ビオロゲンを1種類合成し,その液晶性を調査したところ,液晶相温度範囲が著しく低下することが明らかになった。イオン結合位置が会合体形成に大きく影響することが示唆された。さらに,ビオロゲン骨格間のπ-π相互作用を強めた分子設計として,アルキル鎖長やカウンターアニオンを固定したまま共役長を拡大させたビオロゲン化合物の合成に取り組んだ。合成法を検討し,精製法を最適化しすることで,多環のビオロゲン化合物の合成法を確立することができた。今後,大量合成および得られた化合物の熱物性調査を行う。ビオロゲン骨格を統一し,カウンターアニオンの検討を継続した。これまで用いてきたカウンターアニオンにはフッ素を有するものが多く,フッ素のないカウンターアニオンについても検討を行った。フッ素を水素に変換したカウンターアニオンでは,液晶相を確認することができなかった。今後,イオン交換反応の効率向上,化合物の精製度向上を目指し,カウンターアニオンと液晶相の関連を詳細に検討する。本年度までに,アルキル鎖長およびカウンターアニオンの異なる三環ビオロゲン化合物,イオン結合部位の間隔が異なるビオロゲン化合物,共役長をさらに拡大させたビオロゲン化合物を合成し,それらの液晶相同定に取り組むことが目標のひとつであった。特に,イオン結合部位の間隔が異なるビオロゲン化合物,共役長をさらに拡大させたビオロゲン化合物は,溶解性低下等の問題があり合成および精製は困難を極めたが,合成方法を確立することができた。偏光顕微鏡や示差走査熱量測定による液晶相の調査は行い,液晶相の見当をつけることができた。合成という律速段階を越え,おおむね申請書の研究計画どおりに順調に進んでいるといえる。詳細な液晶相の同定は,X線回折測定および構造解析を行う必要があり,本研究で停滞している部分である。一方,平成31年度(令和元年)に予定していた屈折率変調度の測定に関しては,一部,すでに行った。以前に合成した三環拡張ビオロゲンを他の液晶化合物と混合させることで配向させ,光照射に伴う屈折率変化を測定した。材料にたいする課題を見つけることができた。新しく開発した拡張ビオロゲン化合物についても,屈折率変調度等の測定を行う準備は整っている。最終年度においては,まず29年度および30年度において合成した拡張ビオロゲン液晶化合物のなかで,配向能の高い化合物および良好な光応答性を示す化合物を選定する。初年度において基軸としている三環ビオロゲンを用いて配向方法を検討したが,平成30年度において低温においても液晶相を発現する拡張ビオロゲン化合物を発見した。この化合物が現在最も有力な化合物であるが,基軸とした三環ビオロゲンより低次の液晶相を示すので,配向方法を再検討する必要がある。また,ビオロゲンの光誘起還元反応が加熱により変化することが予想される。フィルム状態における光誘起屈折率変化の調査は,温度やセルとの相互作用を考慮し,検討を進める必要がある。屈折率変化の大きさは,二枚の直交した偏光板の間にサンプルを置き,ビオロゲン化合物の光反応が進行する波長の光を照射し,その光の透過率の時間変化を観測することで評価する。また,ベレックコンペンセーターを用いて屈折率を測定する。将来的にはレーザーの干渉光を使用して回折格子形成を行う予定であるが,今年度においてはフォトマスクを利用して回折格子の形成を行う。また,合成した数種の拡張ビオロゲン化合物の液晶相を同定する。熱履歴等,化合物の基礎データを蓄積したのち,外部施設においてX線回折測定を行い,そのスペクトル解析に取り掛かる。液晶性化合物中におけるイオン結合の特殊性を明らかにするため,これまでに開発した三環ビオロゲンを基にビオロゲン化合物を設計し合成をおこなった。アルキル鎖長の異なる三環ビオロゲン化合物を合成し熱物性の評価したところ,アルキル鎖長によって発現する液晶相は劇的に変化することがわかった。また,イオン結合をもたない一般的なサーモトロピック液晶において見られるアルキル鎖の奇偶効果が、イオン液晶である三環ビオロゲン化合物においても観察された。アルキル鎖長を統一し,カウンターアニオンの影響も検討した。立体障害が大きいカウンターイオンを導入するほど,液晶相ー等方相相転移温度が低下する傾向が見られた。イオン結合間距離が増大し,ビオロゲン間の相互作用が低下するためと予想している。一方,材料としての応用展開を考慮し,液晶性ビオロゲン化合物の配向制御を試みた。基板表面に塗布する配向膜の種類により,大きく配向状態が変化した。多くの配向膜を検討したが,完全に水平配向(一軸配向)したフィルムを得ることはできなかった。また,せん断応力を加え配向を試みたがほとんど配向せず、流動配向した場合において最も配向度が達成された。

イオン部位を有する液晶性化合物の分子設計指針を確立するために,ビオロゲンコアについても検討を進めている。当初の予定どおり、H29H30年度の二年間で種々の拡張ビオロゲン化合物を合成し,その熱物性評価を行う予定である。本年度の目標は,アルキル鎖長およびカウンターアニオンの異なる三環ビオロゲン化合物の合成および液晶相同定、液晶性ビオロゲン化合物の配向方法の検討であった。本年度の研究業績の報告に記載するように,ビオロゲン化合物の合成に関しては,当初の予定より進んでいる。アルキル鎖長およびカウンターアニオンの異なる三環ビオロゲン化合物は数種類合成でき、アルキル鎖およびカウンターアニオンが液晶相温度範囲に与える影響について知見を得ることができた。また、次年度に予定していた拡張ビオロゲン化合物の合成にもすでに取り掛かっている。π-π相互作用が働くビオロゲン骨格の共役長を固定し存在する二か所のイオン結合部分の間隔を変化させた化合物、およびイオン結合部分の間隔を固定し共役長が拡大した棒状化合物の合成を行っている。これら化合物は化合物中にイオン部位が存在すると精製が難しくなるために合成ルートは限定され、目的の化合物を一定の収率で得るためには綿密に合成ルートを決定しなければならず、簡単でない。そのため現在は,モデル化合物を用いて合成ルート確立を目指している。当初の研究予定より遅れている点は,液晶相の同定である。拡張ビオロゲン化合物が形成する液晶相は、単純な液晶相ではなく、偏光顕微鏡観察や一次元検出器のX線回折装置を用いたスペクトル解析では、相同定が困難である。今後、外部施設でXRD測定を行い、より詳細な検討を行う予定である。平成29年度に引き続き,三環ビオロゲンを基に系統的なビオロゲン化合物の設計およびそれらの合成をおこなった。液晶相における会合体形成は,メソゲン(共役部位)同士のπ-π相互作用が本来のdriving forceであり,カウンターアニオンの存在は会合状態を変化させる。そこで,π-π相互作用が働くビオロゲン骨格の共役長は変化させずに,ビオロゲン中に2か所存在するイオン結合部分の間隔を調節し,会合体形成に及ぼす影響を調査した。イオン結合部位の間隔を変化させた三環ビオロゲンを1種類合成し,その液晶性を調査したところ,液晶相温度範囲が著しく低下することが明らかになった。イオン結合位置が会合体形成に大きく影響することが示唆された。さらに,ビオロゲン骨格間のπ-π相互作用を強めた分子設計として,アルキル鎖長やカウンターアニオンを固定したまま共役長を拡大させたビオロゲン化合物の合成に取り組んだ。合成法を検討し,精製法を最適化しすることで,多環のビオロゲン化合物の合成法を確立することができた。今後,大量合成および得られた化合物の熱物性調査を行う。ビオロゲン骨格を統一し,カウンターアニオンの検討を継続した。これまで用いてきたカウンターアニオンにはフッ素を有するものが多く,フッ素のないカウンターアニオンについても検討を行った。フッ素を水素に変換したカウンターアニオンでは,液晶相を確認することができなかった。今後,イオン交換反応の効率向上,化合物の精製度向上を目指し,カウンターアニオンと液晶相の関連を詳細に検討する。
卵胞の選択的発育分子メカニズムの解明を可能にするFSH結合抑制因子の分離同定

FSH結合抑制因子候補の絞り込みを行ったが、得られた研究成果は次の通りである。(1)ハンギングドロップ法による卵母細胞ー卵丘細胞複合体の単培養系を確立し、さらにFSH結合抑制因子を含む化合物のスクリーニングに効果的であることを明らかにした。(2)focal adhesion kinase(FAK)に焦点を当てて解析した。マウスでの先行研究を行い、卵子・卵丘複合体(COC)におけるFAKの発現と卵成熟におけるFAKのTyr397部位におけるリン酸化の役割を解析するとともにFAKのTyr397部位におけるリン酸化抑制は受精・初期発生を促進させることを明らかにした。1)FSH結合抑制因子候補の絞り込みを行った。特に卵胞内顆粒膜細胞で発現するものの中から卵胞退行開始に伴って発現するものを選抜し、FSH受容体と結合親和性の想定されるものを選抜した。その中のいくつかの因子が、卵子成熟(GVBD)抑制能を持つことを明らかにした。2)ハンギングドロップ法による卵母細胞-卵丘細胞複合体の単培養系により、卵母細胞の体外成熟の高度化を目指して、抗酸化化学物質3種(Lカルニチン、ラクトフェリン、スルフォラファン)添加時の卵母細胞成熟率向上への寄与について検討した。その結果、ラクトフェリンに「正」の効果が認められるとともに、スルフォラファンに「負」の影響が認められた。なお、本系は、従来の複数培養に比較し、20倍ほどのスループット性向上が認められることから、FSH結合抑制因子を含む化合物のスクリーニングに効果的であると考えられた。2)ウシとブタのFSH結合抑制因子のそれぞれの標的細胞への結合活性を比較し、ウシよりもブタ由来の因子のFSH結合抑制活性が高かった。1個排卵する動物(ウシ)と多排卵(ブタ)の相違によるとも推察され、それぞれの種由来のFSH結合抑制因子の構造決定を行い、相違の由来を明らかにしようとしたが、構造決定には至っていない。3)ハンギングドロップ法による卵母細胞ー卵丘細胞複合体の単培養系により、卵母細胞の体外成熟の高度化を目指して、抗酸化化学物質3種(Lカルニチン、ラクトフェリン、スルフォラファン)添加時の卵母細胞成熟率向上へ寄与について検討した。なお、本系は、従来の複数培養と比較し、20倍ほどのスループット性向上が認められることから、FSH結合抑制因子を含む化合物のスクリーニングに効果的であると考えられた。4)高品質なウシ卵子の採取を目指して、抗酸化物質であるビタミンE(VE)を黒毛和種に投与し、投与前(0日)、投与後14日、投与後28日に、それぞれ生体卵子吸引(OPU)を行い、採取卵子の品質、体外受精後の胚発生成績をそれぞれ比較した。その結果、採取卵子のうちの高品質卵子の率および胚盤胞発生率は、VE投与前とVE投与後28日と比較し、VE投与後14日が高かったが、有意な差ではなかった。昨年に引き続き、focal adhesion kinase(FAK)に焦点を当てて解析した。マウス卵子・卵丘複合体(COC)におけるFAKの発現と卵成熟におけるFAKのTyr397部位におけるリン酸化の役割を解析した。卵成熟においてFAKのTyr397部位におけるリン酸化を抑制し、その後の受精・初期発生を観察した。Try397部位のリン酸化FAKは卵子と卵丘で発現することをウエスタンブロティイングで明らかにした。免疫組織化学では卵子と卵丘の細胞質に陽性反応が観察された。Try397部位のリン酸化FAKは相互の接着部位に蓄積した。Try397部位のリン酸化FAKの発現の程度はin vivoでは卵丘膨化前に比べ低下した。FAKインヒビター(Tyr397のリン酸化を特異的に阻害)の添加はFSH無添加培地における卵成熟及び卵丘膨化を促進した。ヒアルロン酸合成酵素2(Has2)のmRNAの発現(卵丘膨化の指標)が誘導されるのがRTPCRにより明らかになった。FAKインヒビターの処理は胚盤胞への発生率を上昇させた。FAKは卵成熟においてTyr397のリン酸化を通したヒアルロン酸合成酵素Has2の発現調節によりCOCの成熟、特に発生能力の獲得に関与していることを明らかにした。卵子の成熟について、卵成熟メカニズムの上流因子の解析を進め、プロリン異性化酵素Pin1が卵子成熟(減数分裂再開始)、初期胚及び卵子形成過程において重要な役割を果たしていることを明らかにした。ウシ胚の品質向上を目指して、抗酸化化学物質2種(アスタキサンチン、メラトニン)を添加した成熟培地でホルスタイン種および黒毛和種の卵子を体外培養し、メラトニンがホルスタイン種の胚盤胞発生率および黒毛和種胚の耐凍性に効果があることを明らかにした。

(1)ハンギングドロップ法による卵母細胞ー卵丘細胞複合体の単培養系を確立し、さらにFSH結合抑制因子を含む化合物のスクリーニングに効果的であることを明らかにした。(2)focal adhesion kinase(FAK)に焦点を当てて解析した。マウスでの先行研究を行い、卵子・卵丘複合体(COC)におけるFAKの発現と卵成熟におけるFAKのTyr397部位におけるリン酸化の役割を解析するとともにFAKのTyr397部位におけるリン酸化抑制は受精・初期発生を促進させることを明らかにした。ウシ由来とブタ由来の活性の違いから哺乳動物での分子多様性を明らかにしようとしたが分子の構造決定には至っていない。しかし、本年度の研究は計画は計画に沿っておおむね順調に進展していると自己評価している。これをふまえ、抗酸化化学物質を用いたウシからの卵子の採取技術および体外成熟培養系を考案しつつある。家畜繁殖学、畜産学ウシとブタのFSH結合抑制活性の相違が、動物の遺伝的背景(1個排卵する動物(ウシ)と多排卵(ブタ))の相違によるとも推察された。そこで、それぞれの種由来のFSH結合抑制因子の構造決定、糖による修飾の違いを明らかにしようとしている。また平成26年度の研究計画書を踏まえ、さらにそれを発展させる研究を行う予定である。これに加えて、抗酸化化学物質の供卵牛への投与あるいは体外成熟培地への添加による牛卵子の品質向上技術を体系化する。研究計画調書に沿っておおむね順調に進展している。これをふまえ、FSH及びFSH抑制因子を用いる卵子の体外成熟培養系を考案しつつある。研究計画調書に従って研究を行う。これに加えてFSH抑制因子を用いる卵子の体外成熟培養系を考案する。
抗リン脂質抗体の関与する動脈硬化の発症機序の解明

抗リン脂質抗体症候群とは、血清中に抗カルジオリピン抗体やループスアンチコアグラントなどの抗リン脂質抗体(自己抗体)が現れる難治性の自己免疫疾患であり、動・静脈血栓、習慣流産、および血小板減少などの臨床症状を呈する。最近、粥状動脈硬化発症の初期に認められるマクロファージによる酸化LDLの取り込みに、β2-グリコプロテインI(β2-GPI)および抗β2-GPI抗体が関与している可能性を示した。今回は、この自己免疫応答が関与する動脈硬化の発症の機序についてさらに解析を行い、また、β2-GPIの認識する酸化LDL粒子上のligandを同定し単離・精製した。本研究で得られた知見は以下の通りである。β2-GPIは、硫酸銅処理による化リポ蛋白に対し特異的に結合した。また、酸化リポ蛋白へのβ2-GPIの結合に伴って、本疾患由来の抗β2-GPI抗体の結合性が認められた。抗カルジオリピン抗体が変性リポ蛋白の一つであるMDA修飾リポ蛋白(MDA-LDL)を認識していることを示唆する報告があるが、β2-GPIおよび抗β2-GPI抗体のMDA-LDLへの結合は全く見られなかった。β2-GPIが結合する酸化LDL分子上のligandがBligh&Dyer extractionによる脂質画分に抽出されることが明らかとなり、それらを単離・精製した。酸化LDLのマクロファージによる取り込みはβ2-GPIの単独添加により減少したが、β2-GPIおよび抗β2-GPI抗体共存下では、逆に有意に増加した。“酸化LDL、β2-GPI、および抗β2-GPI抗体からなる免疫複合体の形成に伴い酸化LDLのマクロファージよる取り込みが増加する"ことを示すこれら一連の知見は、抗リン脂質抗体症候群において免疫異常の関与する動脈硬化の発症機序が存在することを強く示唆するものであり、自己免疫性の閉塞性血管病変の研究に新たな進展が期待される。
顎骨骨髄に由来する未分化間葉系幹細胞の骨誘導能の解析と顎裂閉鎖治療への応用

顎骨由来の間葉系幹細胞(MSC)採取と培養に関して、少量でも安定した採取と初代培養が可能となった。細胞増殖能や骨芽細胞への分化能に関しては、腸骨由来MSCと比べて遜色は認められなかった。また、口蓋裂ビーグル犬を用いたin vivoでの骨再生についての検討では、実験側である顎骨由来MSCと炭酸アパタイト担体、対照側である腸骨由来MSCと炭酸アパタイト担体との間に特別な差異は認められなかった。本年度は、口唇裂・口蓋裂における顎裂部に対して、より低侵襲に顎骨欠損部の骨再生を行う目的で、以下のとおり実施した。顎骨骨髄から、低侵襲に、かつ、安定した量の未分化間葉系幹細胞(以下MSCs)を回収するために、骨髄採取手技および、MSCs培養方法の確立を行った。腸骨に比して、形態的に薄い顎骨から採取できる骨髄液の量は非常に少なく、さらに、骨髄液中のMSCs存在率も低い。そのため、移植用細胞の初期培養成功率も低下する。そこでまず、顎骨からの骨髄採取場所、採取方法および培養手技についての徹底した検討を、ビーグル犬を用いて行う必要があった。骨髄採取に使用するツールから、培養液に至るまで、再検討を行った結果、使用するツールの素材を主に変更することで、骨髄液が効率よく確実に採取可能となった。また、細胞の初期培養時に使用する培養液の種類を変更し、従来の手技に若干の変更を加えることで、安定した細胞培養が行えるようになった。同じ骨髄由来MSCsでも、腸骨由来と顎骨由来とでは、採取時から培養に至るまで同一の手法では扱えないことが、本年度の研究遂行の妨げとなった。しかしながら、顎骨骨髄からの安定したMSCsの単離・培養手技を確立できたことは、今後の研究にとって、大きな利益となった。採取、初期培養時の細胞の取扱いに関する違いを除けば、腸骨骨髄由来MSCsと比して、その後の細胞増殖能や骨芽細胞分化能に顕著な違いは確認されなかった。また、初期培養時以外の培養では、接着性に関して、腸骨由来・顎骨由来両者の間に違いはまったく認められなかった。当初計画していた研究計画どおりの進行状況とはいかなかったが、今後の研究を円滑に実施していくためにも、本年度の研究成果は非常に大きいと言える。より低侵襲なCLP患者顎裂部の骨再生法を確立することを目指し、顎骨由来未分化間葉系幹細胞と炭酸アパタイト担体を用いることの有効性について検討を行った。in vivoでは、顎骨由来間葉系幹細胞と炭酸アパタイトを組み合わせた移植体を作製し、口蓋裂モデルビーグル犬の上顎顎裂部に移植を行った。実験側には顎骨骨髄由来未分化間葉系幹細胞と炭酸アパタイトを、対照側には従来の腸骨由来未分化間葉系幹細胞と炭酸アパタイトを移植し骨再生を誘導した。腸骨由来未分化間葉系幹細胞と炭酸アパタイトの移植は、以前より我々の研究チームで検討を行い安定した成績を収めている。実験側の顎骨由来未分化間葉系幹細胞は、対照側の腸骨由来のものと比較しても、その骨再生誘導能自体に遜色は認められなかった。再生骨部について血流量の測定を行ったところ、実験群と対照群の間に有意差は認められなかった。初年度、顎骨からの骨髄液採取および間葉系幹細胞の単離に大幅な時間を割かざるを得なかったため、安定した細胞の単離・培養手技を確立後のin vivoでの移植実験開始時期が遅延し、組織切片上での再生骨解析を研究期間内に終えることができなかった。現在も引き続き骨再生誘導を行っているが、さらに個体数を増やして検討し、免疫組織学的評価を行う。また、移植後の炭酸アパタイト担体吸収亢進とそれに伴う血管新生に間葉系幹細胞が及ぼす影響を検討するために、in vitroにて移植に用いる間葉系幹細胞に関してFACS解析を行ったところ、血管内皮細胞増殖因子の分泌機能を有するものに特徴的とされる結果を得ることはできなかった。この点に関してはさらなる手技の改善を行ったうえで引き続き検討を行っている。研究実施計画に沿ったタイムコースでスムーズに研究を進めることは難しかったが、本研究の最終的な目標であるヒトへの応用に向けて現在も研究を進めている。当初予定していた、炭酸アパタイト担体上での細胞の挙動や、破骨細胞との関連性についての検討まで、進めることができなかった。顎骨骨髄から安定した骨髄の採取と、細胞の初期培養が困難であったためと考える。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後は、炭酸アパタイト担体上への接着性や増殖能について検討を行ったうえで、大きな疑問点である、炭酸アパタイト担体の吸収機構へのMSCsの関与について検証していく。顎骨骨髄由来MSCsが造血幹細胞におよぼす影響について検討を行う。さらに、ビーグル犬口蓋裂モデルを用いて、顎骨骨髄由来MSCsの移植についてin vivoでの検討も行う。
超クリーン・真空環境用高出力静電浮上リニアモータ

本研究では,高出力静電モータが真空環境での駆動や,真空環境での電磁場利用用途への応用に適していることに着目し,モータ技術と非接触浮上技術を統合することで機械的摺動部を排除した超クリーン静電浮上リニアモータを開発することを目的とした.研究の第1段階としては,まずは非接触浮上技術を用いることなく,モータ構成を真空環境に適した構造とすることで真空環境下での位置決め制御等を可能とした静電モータステージを開発した.開発したステージは,真空環境下においても通常環境下と同等の推力を発生することが可能であった.このステージでは,ステージ位置を検出するための静電容量式位置センサを新たに開発した.開発したセンサを用いて,真空環境下での位置決め制御に成功した.第2段階として,静電浮上技術を統合した静電浮上リニアモータの開発を行った.はじめに,静電モータの特性検討を通じて浮上技術との統合手法に関する検討を行い,静電浮上リニアモータの構成および制御方法に関する基礎的手法を提案した.提案した構成に基づき試作機を製作し,提案原理の妥当性を検証した.試作機においては,原理検証を目的とするため,浮上方向1自由度,推進方向1自由度の計2自由度に動作を限定して実験を行った.その結果,移動子を固定子下200μmの位置に静電気力で浮上させ,浮上状態を維持したまま,推進方向へのモータ動作を行うことに成功した.さらに,推進方向の推力についてサーボ制御を試み,位置決め制御を行うことにも成功した.実験で得られた最大推進速度は20mm/sであり,推進時のギャップ変動は最大で20μmであった.これにより,提案した浮上モータの原理の妥当性を確認した.以上の結果より,静電浮上リニアモータの開発という当初の目的は達成されたものと考える.今後は,静電浮上リニアモータに関して,実用化へ向けた技術開発を進めていくことが必要であると考えられる.本研究では,高出力静電モータが真空環境での駆動や,真空環境での電磁場利用用途への応用に適していることに着目し,モータ技術と非接触浮上技術を統合することで機械的摺動部を排除した超クリーン静電浮上リニアモータを開発することを目的とした.研究の第1段階としては,まずは非接触浮上技術を用いることなく,モータ構成を真空環境に適した構造とすることで真空環境下での位置決め制御等を可能とした静電モータステージを開発した.開発したステージは,真空環境下においても通常環境下と同等の推力を発生することが可能であった.このステージでは,ステージ位置を検出するための静電容量式位置センサを新たに開発した.開発したセンサを用いて,真空環境下での位置決め制御に成功した.第2段階として,静電浮上技術を統合した静電浮上リニアモータの開発を行った.はじめに,静電モータの特性検討を通じて浮上技術との統合手法に関する検討を行い,静電浮上リニアモータの構成および制御方法に関する基礎的手法を提案した.提案した構成に基づき試作機を製作し,提案原理の妥当性を検証した.試作機においては,原理検証を目的とするため,浮上方向1自由度,推進方向1自由度の計2自由度に動作を限定して実験を行った.その結果,移動子を固定子下200μmの位置に静電気力で浮上させ,浮上状態を維持したまま,推進方向へのモータ動作を行うことに成功した.さらに,推進方向の推力についてサーボ制御を試み,位置決め制御を行うことにも成功した.実験で得られた最大推進速度は20mm/sであり,推進時のギャップ変動は最大で20μmであった.これにより,提案した浮上モータの原理の妥当性を確認した.以上の結果より,静電浮上リニアモータの開発という当初の目的は達成されたものと考える.今後は,静電浮上リニアモータに関して,実用化へ向けた技術開発を進めていくことが必要であると考えられる.超クリーン・真空環境用の静電浮上型リニアモータの研究として,今年度は,高出力静電モータの構成方法に関する研究と,大型基板の静電浮上技術に関する研究とを行った.高出力静電モータの構成方法に関する研究としては,セラミックス等の基板を用いてモータを作成した場合にどのような性能が得られるかを,シミュレーションと実験の両面より検証した.まず,表面電荷法を用いた数値解析を行い,誘電率等のパラメータがモータ性能に与える影響を評価し,モータの設計指針を得た.これに基づき,アルミナ基板やガラス基板を利用したモータの試作を複数行い,性能評価を行い,シミュレーション結果が妥当であること確認した.最高性能としては,ガラス基板を用いた場合に,2.8kV(0-p)の印加電圧で,1平方cm当たり約0.5Nの最大推力密度が得られた.これは,従来のフレキシブルプリント基板を用いて製作した静電モータを上回る値である.

今後は,基板の絶縁耐圧を向上することで,より高い推力性能の実現をめざす.また,移動子・固定子間に働く吸引力が,モータの機構に及ぼす影響についても評価を行い,モータの機構に関する設計指針を得た.大型基板の静電浮上技術に関する研究としては,300mmシリコンウェハおよび400mmシリコンウェハを浮上対象物として用い,大気環境下における浮上実験を行った.従来の制御方法では,浮上物の大型化に伴い,基板のたわみ等の影響によって制御が困難となることを確認した.現状では,300mmウェハは浮上可能であるが,400mmウェハについては,まだ安定な浮上を実現していない.次年度以降において,今年度得られた知見をもとに,大型浮上物の安定浮上を実現させることをめざす.超クリーン・真空環境用の静電浮上リニアモータの研究として,今年度は,高出力静電モータの真空中における性能評価,浮上駆動方式の考案,大型基板の静電浮上技術に関する研究,を行った.高出力静電モータの真空中における性能評価としては,まず真空中への導入に適したモータの構成方法に関して検討を行った.従来,通常環境下で利用していた静電モータをそのまま真空中に導入した場合には,十分な性能が発揮できなかったのに対して,本年度,真空用リニアガイド等を用いて新たに構成したモータは,真空環境下においてもある一定の印加電圧までは通常環境下と同程度の推力特性を発揮した.一方,真空中での実験により,モータの真空への本格導入には移動子の非接触浮上保持が不可欠であることも明らかとなった.本モータでは,移動子・固定子間のギャップを1020ミクロン程度の微小距離に保持しなくてはならないが,駆動電圧を印加することで移動子・固定子間にギャップを縮める向きの吸引力が強く働くため,単にリニアガイドで保持しただけでは,印加電圧の上昇に伴いギャップ保持が困難となる.そこで,このような問題点を解決する方法として,移動子を静電気力により非接触で浮上保持しつつ,同時にモータとしての駆動を行うモータ構成および制御方法を考案した.考案した方法では浮上と駆動を同一の電極で行うことができるため,簡易な構成で浮上モータを構成できる.本年度は基礎的検討やシミュレーションを行った段階であるが,次年度に実機の製作をめざす.大型基板の静電浮上技術に関する研究としては,現状で入手可能な最大径のシリコンウェハである400mmシリコンウェハの非接触浮上に成功した.従来,大型ウェハはウェハ自身のたわみのため,安定な浮上が困難であったが,本研究では,多数に分割した電極を有効に用いることで安定浮上を実現した.本年度は,前年度に開発した真空環境用静電リニアモータに関して,サーボ制御を実現するための内蔵型位置検出センサを開発した.また,前年度に考案した静電浮上リニアモータの駆動原理に基づき,試作機を製作し,高真空環境下での浮上駆動の実験に成功した.前年度において,高出力静電リニアモータを真空環境中に導入する手法について検討を行い,通常環境下と同レベルの性能を発揮可能なモータを実現した.このモータを用いて位置決め等のサーボ制御を行うためには,位置検出を行うセンサをあわせて開発することが必要であった.そこで,モータの駆動用電極にセンサ用信号を重畳して電圧印加を行うことで位置検出を行うモータ内蔵型の位置センサを開発した.このセンサに関し,詳細な原理の解析を行い,設計手法を明らかとし,さらに,試作したセンサを用いて真空環境下でモータの位置決め制御を実現した.試作したセンサは,最大で19μmの直線性誤差を有したが,出力校正曲線に基づき出力を校正することで高精度な位置決め制御も十分に可能であると考えられる.本研究の最大の目標である静電浮上リニアモータについて,前年度に考案した原理に基づき,試作機を製作した.試作機においては,原理検証を目的とするため,浮上方向1自由度,推進方向1自由度の計2自由度に動作を限定して実験を行った.その結果,移動子を固定子下200μmの位置に静電気力で浮上させ,浮上状態を維持したまま,推進方向へのモータ動作を行うことに成功した.さらに,推進方向の推力についてサーボ制御を試み,位置決め制御を行うことにも成功した.実験で得られた最大推進速度は20mm/sであり,推進時のギャップ変動は最大で20μmであった.
パルスコロナによる排ガス処理に関する研究

コンデンサと放電球ギャップを用いた急峻パルス電圧発生装置を製作し、回路に直列に接続した種々のコイルのインダクタンスによって、パルスの立ち上がり時間を40120usに制御して、線対平板および同軸円筒放電電極に印加し、パルスコロナ放電特性を調べた。得られた知見を要約すると、1線対平板電極では、正極性で、(1)電圧パルスの立ち上がりが速い場合に、電極への充電電流とストリーマコロナ放電に対応する2つの電流のピークが測定される。同一電圧の場合、電圧パルスの立ち上がりが遅くなると放電電流のピーク値は減少し、80ns以上では測定されない。充電電流のピーク値は電圧の立ち上がり時間に対してほとんど変化しない。(2)放電エネルギーは、電圧の立ち上がり時間が遅くなると急速に低下する。充電エネルギーは電極形状から算出される静電容量のエネルギーにほぼ一致する。2負極性の場合や同軸円筒電極ではいずれの極性でも、充電電流と放電電流の分離は測定されない。これらの結果から、プラズマ化学反応に有効なラジカルの効率的生成には、正極性の立ち上がりの速いパルスコロナが有利であると考えられる。コンデンサと放電球ギャップを用いた急峻パルス電圧発生装置を製作し、回路に直列に接続した種々のコイルのインダクタンスによって、パルスの立ち上がり時間を40120nsに制御て、線対平板および同軸円筒放電電極に印加し、パルスコロナ放電特性を調べた。
マラリア原虫pyknoticの解析とそれを応用したアルテミシニン耐性検査法の確立

本研究では、流行地でも利用可能な新規アルテミシニン耐性検査法(qRSA)の開発を行う。特に、熱帯熱マラリア原虫では、アルテミシニンによってpyknoticとよばれる死原虫が出現する。しかし、pyknoticが耐性判定に及ぼす影響、特にしばしば混同される熱帯熱マラリア原虫の休眠体との違いいは統一された見解がない。そこで、Pyknoticの特徴をFACSを用いて明らかにする。その後、培養株を用いたqRSAの開発を進める。FACSは流行地において実用することが困難であるため、解析法としてELISAによってマラリア生存原虫数を解析可能にする。そのため、最終的な検証をウガンダにおいて実施、有効性を確認する。
温度差不要の熱電エネルギー変換システムの構築

<研究の目的>現状の熱電変換デバイスは高温部と低温部を必要とするpn接合型である。もしpn接合がなくても整流性が生じる熱電発電システムが構築できれば、熱源さえあれば発電し、エネルギー密度の小ささをシステムの面積・体積でカバーできる、革新的な熱電発電システムの実現が期待できる。本課題では、そのような熱電発電を、色素増感型太陽電池の仕組みを応用することで作り上げることを目的とした。これまでの研究成果により、半導体の熱励起電荷により、増感型太陽電池と同様の、電解液イオンの酸化還元による発電機構が確認できた。また光励起と異なり、熱励起の場合では電解質内のイオン平衡も考慮すべきことが判明した。これらの原理の解明により、放電時間・放電電流の最大値を求める理論式を構築した。<研究実施計画>本目的を達成するために、I)現状で温度差不要の発電が確認されたβ-FeSi2/銅イオン伝導体系において、特にイオン伝導体内部でのイオンの移動を追跡し、原理検証を行い、II)低温作動や高エネルギー変換効率をめざし、この「ゼーベック効果を使わない温度差不要の熱電システム」の設計モデルのまとめ上げを試みる。そのために、1電子バンド計算とフェルミ・ディラック分布により熱下での電子エネルギー分布計算をし、理論的なバンドマッチングを行う、2選定された材料の耐熱性を吟味し、加工法・薄膜成形法を確立し、薄膜積層型の発電システムを作製する、3発電特性を測定し、1の結果にフィードバックをかけ、目的を達成する。ことを経過した。すでに、半導体の種類を検討することにより、日本で大量に排熱される200°C以下の温度でも発電を行うことができた。放電時間は放電電流の値により異なるが、数か月以上放電することも可能であった。これらの成果のうち、発表できるものに関しては学会発表・論文発表を行った。本研究費をご採択いただく前は原理確認段階であったが、現在では複数の企業からサポートを頂戴し実用化段階に入っているため。現在行っている知的財産の共同出願をなるべく早く行い、数社との共同研究をスムーズに平行して行う体制を作る。もちろん、実用化を目指し、より軽く・薄く・長寿命の電池を作製する。申請時に報告させていただいたβ-FeSi2/銅イオン伝導体(CUSICON)を利用した600°C作動系において、窒素・真空雰囲気下でも35時間以上安定に発電し、さらに長期動作後のイオン伝導体内の酸化還元反応をXPSで確認することができた。酸化還元の際に銅イオン伝導体内に生成・消失する酸素が動作性能に影響を与えることも示唆された。ただし、このβ-FeSi2/CUSICON系は酸化還元能を確認するためにCUSICON内のイオン拡散能は低く作製されたものである。また、本発電機構が第2種永久機関ではないかというご指摘に関し、国内の熱力学・電気化学の先生方とディスカッションを行った。最終的に、本系は第2種永久機関ではなく、全体が吸熱反応として作動し、かつ、セル内部に自発的に温度勾配が生じる系ではないかというご指摘をいただいた。現在、化学型ゼーベック電池との関連も含め、熱力学の議論を行っている。この議論を行う上で最も有効であったのが、「増感型太陽電池を熱しても電流が得られる」という成果であった。今後、学術的には、この「光励起」と「熱励起」の同一性・違いに切り込んでいく。また作動温度を低下すべく、80°Cで作動する系に関しても検討しており、その過程でイオンの酸化・還元速度の調整が重要であることも判明した。以上の成果をふまえ、本研究の基礎となった基礎出願番号特願2015-175037に対し、PCT/JP2016/075856として、中国、台湾を含め国際出願を行った。申請時に報告させていただいた600°C作動系において、窒素・真空雰囲気下でも安定に発電し、さらに長期動作後のイオン伝導体内の酸化還元反応をXPSで確認することができた。ただし、酸化還元の際に銅イオン伝導体内に生成・消失する酸素が動作性能に影響を与えることも示唆でき、現在論文投稿中である。また、本発電機構が第2種永久機関ではないかというご指摘に関しては、まず、増感型太陽電池を熱しても電流が得られる」ことを有機ペロブスカイトを用いた太陽電池で示し、応用物理学会で発表した。現在、本実験結果を踏まえ、本系のエネルギー効率の計算方法を提唱する論文を作成中である。また作動温度を低下すべく、80°Cで作動する系に関しても検討している。熱励起電子による還元は確認できたが、酸化が確認できておらず、イオンの酸化・還元速度の調整が重要であることが判明し、日本化学会にて発表した。

これまでの研究成果により、半導体の熱励起電荷により、増感型太陽電池と同様の、電解液イオンの酸化還元による発電機構が確認できた。また光励起と異なり、熱励起の場合では電解質内のイオン平衡も考慮すべきことが判明した。これらの原理の解明により、放電時間・放電電流の最大値を求める理論式を構築した。<研究実施計画>本目的を達成するために、I)現状で温度差不要の発電が確認されたβ-FeSi2/銅イオン伝導体系において、特にイオン伝導体内部でのイオンの移動を追跡し、原理検証を行い、II)低温作動や高エネルギー変換効率をめざし、この「ゼーベック効果を使わない温度差不要の熱電システム」の設計モデルのまとめ上げを試みる。そのために、1電子バンド計算とフェルミ・ディラック分布により熱下での電子エネルギー分布計算をし、理論的なバンドマッチングを行う、2選定された材料の耐熱性を吟味し、加工法・薄膜成形法を確立し、薄膜積層型の発電システムを作製する、3発電特性を測定し、1の結果にフィードバックをかけ、目的を達成する。ことを経過した。すでに、半導体の種類を検討することにより、日本で大量に排熱される200°C以下の温度でも発電を行うことができた。放電時間は放電電流の値により異なるが、数か月以上放電することも可能であった。これらの成果のうち、発表できるものに関しては学会発表・論文発表を行った。本研究費をご採択いただく前は原理確認段階であったが、現在では複数の企業からサポートを頂戴し実用化段階に入っているため。この一年間で学術論文約4報分の結果が出ている。次の一年では、特に熱力学第2法則との関係に肉薄しながら、これら結果を論文として発表し、光励起と熱励起の学術の構築を行っていく。また、80°Cで長期作動する実験系も構築し、産業への早い還元を意識する。現在行っている知的財産の共同出願をなるべく早く行い、数社との共同研究をスムーズに平行して行う体制を作る。もちろん、実用化を目指し、より軽く・薄く・長寿命の電池を作製する。昨年度はNEDO新エネルギーベンチャー技術支援事業に一年間のみご採択いただき、追加研究費が500万円あったため、次年度へ予算を回させていただきました。企業から2017年度中に使用すべき共同研究費を頂戴したため。本次年度使用額は金属ターゲットなどの消耗品に充てる予定。今年度に回させていただいた40万円弱は物品費および旅費に回させていただきます。