hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
北西太平洋域におけるジオイドと重力場変動の衛星重力観測を用いた高精度決定手法開発

GRACE観測データから日本周辺の地域的重力場を推定する手法の開発と、昨年度に引き続き、全球重力場の復元において大気・海洋の質量再配分に伴う重力場の短周期変動によるエイリアシング効果を低減する手法の改良に取り組んだ。地域的重力場の推定では、全球重力場の推定において事前調整された観測データから日本周辺に地上軌跡をとるものだけを抽出し、当該地域内において経・緯度4°幅のセルの平均重力異常分布を求める手法を用いる。その場合、解析方程式系が不安定であるため、セル中心間の距離と観測日の時間差のそれぞれを変数とし、指数関数的に減衰する相関モデルを仮定し、陸・海分布を考慮した拘束条件を用いた正則化を導入する。この手法を2003年の10ヶ月間のGRACE観測データに適用すると大きな残差が含まれる場合がみられ、パラメータ検定に基づく不良データの除去、正則化による拘束条件の最適化などが必要であることが分かった。エイリアシング低減手法について、(1)参照重力場モデルにGRACEデータから推定された長波長重力場の年周変動モデルの追加、(2)海洋のbaroclinic応答を仮定した短周期質量変動の同化モデルの導入、(3)全球重力場の最大復元次数を90次から120次へ拡張、による改良を図った。GRACEデータに適用して月平均重力場を推定して評価すると、(1)年周モデルの導入はエイリアシング低減効果を有意に改善、(2)海洋のIB応答を仮定したモデルに比べてやや改善、(3)異なる次数による重力場較差にエイリアシング誤差に対応する系統差が約半分の振幅でみられ、最大次数に120次を用いるべき、ということが明らかになった。従って、有意に改善された低減手法が開発された。なお、研究成果は2006年開催のAGU秋季大会などで発表した。重力衛星GRACEからの重力場復元について手法開発の最終化を行い、2005年の観測データから月平均重力場を推定し、年平均モデルを作成した。得られた全球平均モデルを基盤に、北西太平洋域における陸・海上重力測淀データ、人工衛星アルチメトリーによる海域重力場モデルを最適統合する手法を開発し、得られた地域的な精密重力場モデルから当該域のジオイド、モデルを構築した。GRACE観測からの重力場復元では、軌道制御や搭載加速度計の検定処理による品質情報などに基づくデータ選別を加え、改良されたエイリアシング対策を用いた手法を作成した。これを適用して求めた2005年の全球月平均重力場は、広域の重力時間変動を示す、安定した情報を提供することが分かった。一方、地域的重力異常場推定手法は解の安定性が不十分であり、日本周辺海域の海洋質量変動のエイリアシング対策のさらなる改良が必要である。つぎに、多種重力情報からの地域的精密モデル化では、二次元ウェーブレット解析・復元手法を用いた空間波長別の統合手法を開発した。それは、全球年平均場を基盤に、アルチメトリー・モデルを約1.25度から4度のバンドパス、陸・海上重力場モデルは約1.25度をカットオフとするバイパス処理をしたものを統合する処理に相当する。これらの設定は各データの品質に基づいて決定された。得られたジオイド・モデルをGPS/水準法によるジオイド高データと比較し、離島等の験潮場における平均海面位とジオイド・モデルとの較差が、日本海、南西諸島や伊豆諸島域の海面力学高の違いを良く反映していることが明らかとなった。
大腸癌のレーザー誘発内在性蛍光特性に関する研究

背景:我々は、蛍光内視鏡(次世代の内視鏡)を開発するための基礎データを収集してきた。正常大腸粘膜では中心波長460nmの釣り鐘型の分光分布を有する蛍光が励気された。大腸腺腫・癌では正常粘膜に比較して蛍光強度が低いこと(60%)が分かった。しかしながら、蛍光の起源は未だ不明である。目的:大腸の蛍光起源を特定する。方法:大腸粘膜を粘膜筋板を含めて粘膜下層から機械的に剥離し粘膜標本を作成した。粘膜下層を筋層から剥離し、粘膜下層標本を作成した。それぞれの標本を無蛍光ガラスにマウントし、波長325nm,出力16mWのHe-Cdレーザーを200ms照射した。励気蛍光の分光分布をスペクトルアナライザーを用いて測定した。粘膜標本に関しては、粘膜面と粘膜筋板面のそれぞれにレーザーを照射して励気蛍光を分析した。結果:粘膜標本の粘膜面にレーザーを照射すると、全層標本と同様に中心波長460nmの蛍光が励気された。一方、粘膜筋板面にレーザーを照射すると、380nmと440nmにピークを有する2峰性の蛍光が励気された。粘膜下層標本でも同様に380nmと440nmにピークを有する2峰性の蛍光が励気された。従って、粘膜・粘膜下層から励気される蛍光には3つの要素のあることが分かった。そこで、3つの蛍光要素の時間減衰特性を調べた。460nmにピークを有する蛍光は時間によらず一定であった。それに対して380nmにピークを有する蛍光は時間とともに減衰し、2秒後には50%となった。440nmにピークを有する蛍光も時間とともに減衰したが、2秒後の振幅は70%であった。しかも、中心波長も時間とともに変位して2秒後には450nmとなった。結論:中心波長460nmの蛍光は粘膜起源、中心波長380nmと440nmの蛍光は粘膜下層起源であることが分かった。蛍光内視鏡(次世代の内視鏡)を開発するための基礎データを収集すべく、1)正常大腸粘膜の蛍光基本特性、2)大腸病変粘膜の蛍光スペクトル、3)培養癌細胞の蛍光スペクトルを測定した。1)正常大腸粘膜の蛍光基本特性:正常大腸(手術標本)の粘膜面に、レーザー(波長325nm,出力16mW)を照射し、励気蛍光の分光特性をスペクトルアナライザーを用いて測定した。励気蛍光は中心波長460nmの釣り鐘型の分布を示した。レーザーの出力を16,8,4,2mWと変えると、強度は、出力4mWで10%に減衰し、出力2mWで測定不能となった。しかしながら、励気光の中心波長に変化はみられなかった。このことから、測定に適したレーザーの最小出力は8mWと考えられた。一方、蛍光スペクトルを100ms毎に測定することによって、蛍光減衰を調べた。蛍光強度は時間とともに指数関数的に減衰し、2s後にほぼ一定の値(初期値の70%)を示した。また、中心波長も460nmから470nmに推移した。このことから、励気蛍光を測定する場合、時間的な1点測定ではなくその減衰経過を測定する必要があると考えられた。2)大腸病変粘膜の蛍光スペクトル:大腸の手術標本あるいはポリペクトミ-標本を用いて過形成ポリ-プ・腺腫・癌の蛍光スペクトルを測定した。その結果、大腸の隆起性病変では正常大腸粘膜に比較して蛍光強度が低いこと(60%)が判明した。更に、過形成ポリ-プでは400nmにもう1つの波長ピークが出現することが分かった。しかしながら、腺腫・癌においては新たな波長ピークの出現はみられなかった。3)培養癌細胞の蛍光スペクトル:大腸癌の培養セルライン(Caco2,HT-29,SW480,SW1222,LCC-C1)では、測定可能な蛍光は誘発されなかった。

それに対して380nmにピークを有する蛍光は時間とともに減衰し、2秒後には50%となった。440nmにピークを有する蛍光も時間とともに減衰したが、2秒後の振幅は70%であった。しかも、中心波長も時間とともに変位して2秒後には450nmとなった。結論:中心波長460nmの蛍光は粘膜起源、中心波長380nmと440nmの蛍光は粘膜下層起源であることが分かった。背景:我々は、蛍光内視鏡(次世代の内視鏡)を開発するための基礎データを取集してきた。正常大腸粘膜では中心波長460nmの釣り鐘型の分光分布を有する蛍光が励気された。大腸腺腫・癌では正常粘膜に比較して蛍光強度が低いこと(60%)が分かった。しがしながら、蛍光の起源は未だ不明である。目的:大腸の蛍光起源を特定する。方法:大腸粘膜を粘膜筋板を含めて粘膜下層から機械的に剥離し粘膜標本を作成した。粘膜下層を筋層から剥離し、粘膜下層標本を作成した。それぞれの標本を無蛍光ガラスにマウントし、波長325nm,出力16mWのHe-Cdレーザーを200ms照射した。励気蛍光の分光分布をスペクトルアナライザーを用いて測定した。粘膜標本に関しては、粘膜面と粘膜筋板面のそれぞれにレーザーを照射して励気蛍光を分析した。結果:粘膜標本の粘膜面にレーザーを照射すると、全層標本と同様に中心波長460nmの蛍光が励気された。一方、粘膜筋板面にレーザーを照射すると、380nmと440nmにピークを有する2峰性の蛍光が励気された。粘膜下層標本でも同様に380nmと440nmにピークを有する2峰性の蛍光が励気された。従って、粘膜・粘膜下層から励気される蛍光には3つの要素のあることが分かった。そこで、3つの蛍光要素の時間減衰特性を調べた。460nmにピークを有する蛍光は時間によらず一定であった。
早期英語教育指導者育成のためのヒューリスティックス診断システムの開発

2011年度に行った「ヒューリスティックスCan-Doリストの項目の選定」に続き、今年度はその妥当性の研究に着手した。具体的には日本の中学校、高等学校における3つの授業を観察、ビデオによって記録し、これまでと同じようにCOLT observation schemeにて分析を行った。更に、言語選択についてのインタビューを授業実施者に行い、英語・日本語を使用している理由やコードスイッチなどについてを尋ねた。結果としては、1「大学受験などへのプレッシャーが少ない授業であればあるほど英語使用の割合が多くなること」、2「Tian & Macaro(2012)のような先行研究で言われるように、日本語使用に関する指導者の判断の基準に『コミュニケーション重視の授業なのか、文法訳読的な授業であるのか』ということが特にはっきりと区別されているわけではないだろうということ」、3「教師の日本語使用に関しては、生徒の不安を和らげる役割があり、そのため日本語を使用することで学習者の英語使用を促進させる効果があること」などを明らかにした。今後の課題などは残るものの、本事業が停止となるため、科研費研究としては中途で終了してしまうことが残念なプロジェクトであると思う。本年度は2010年度にパイロットスタディとして作成し、シンガポールで行われた国際学会CLaSIC 2010において発表した「早期英語教育指導者のCan-doリスト」の再検討から研究を開始した。この先行研究では、国内外の複数の早期英語教育の指導者プログラムやディプロマにおける評価項目を収集、再編成し、日本における小学校英語教育のために必要とされる指導者の様々な能力を選別したリストであった。この項目を精査した結果、小学校で本格的に始動した英語活動に大学等における教員養成カリキュラムがまだまだ追従できていない点やさらなる文部科学省の制度作りの必要性を強く主張した。そして、小学校外国語活動における現実と理想の乖離が如実に表された提言を行った。このCan-doリストに列挙された項目を多く網羅した教員を採用することが求められるという前提であるならば、現段階での各都道府県の小学校教員の採用における受験者(教員候補者)の英語活動の指導能力やクラス運営能力、英語運用能力をどのように測定、判断しているのかという現状把握の必要性と編集したCan-doリストの妥当性検証から、「近年の各都道府県の小学校教員採用試験」を筆記、面接ともに可能な限り収集し、前述の観点から分析した。その結果、一部クラスルームイングリッシュについての設問なども散見されたが、受験者の英語運用能力はほとんどの都道府県において「一般教養」の英語として問われているというこれまでの形式との差異が認められなかった。また面接において、英語活動への言及のあるものもあったが指導方法というよりもクラス運営や態度的な質問が目立っていた。最も多かったものは、小学校学習指導要領における外国語活動の目標などの記述を問うものであった。目標の確認自体は重要であるものの、依然として外国語活動が採用の段階で重要視されていない現状を確認した。本研究課題は、「早期英語教育に関わる指導者育成プログラム開発」のプロジェクトにおける一研究課題であり「Can-doリストを利用した自己診断システムを開発」することである。3年間で遂行する3つの課題の内、「課題1:ヒューリスティックスCan-Doリストの項目の選定」はほぼ最終段階であり、「課題2:ヒューリスティックスCan-Doリストの妥当性に関する研究」にも計画とは視点が異なるものの既に着手しているため。今後は、can-doリストをより精選されたものとするために個々の項目を詳しく分析していく。具体的には母語と目標言語の使用量などに着目してそのヒューリスティックスの分析をまず行う予定である。また、さらなる妥当性の検証と自己診断システムの開発に取り組んでいく。一部機器の購入と研究発表のための海外旅費(シンガポール1件、ハワイ1件を予定)などが主なものとなる。
単クロ-ン抗体法を利用した蠕虫症の診断に関する基礎的研究

寄生虫症の診断は基本的には虫卵もしくは虫体を見付けることであるが、特殊の感染状態を示す寄生虫では困難なことが多い。このような理由から免疫血清学的診断が実施されているが、粗抗原による診断では交差反応があり、確定診断は容易ではない。そこで粗抗原を精製する目的で種に特異的な単クロ-ン抗体(MoAbs)の作製を行った。作製開始当初は感染マウスから得られるMoAbs(感染系)が診断結果をより反映するのではないかとの考えで試みたが、一般にはこの免疫方法では種特異的なMoAbsを得ることが極めて困難であることを知った。そこで以後は各寄生虫の粗抗原を免疫したマウス(免疫系)を用いてMoAbsを作製した。今回作製されたMoAbsは日本住血吸虫の感染系4クロ-ン(GAO3,74D11,84133、10)と免疫系1クロ-ン(SJA111)、有棘顎口虫の免疫系3クロ-ン(Fsー3D11、SSー5H5、SSー6C4)、旋毛虫の感染系1クロ-ン(TSYー2)免疫系2クロ-ン(TY10、TY64)およびクル-ズトリパノソ-マの感染系1クロ-ン(TSLO)であった。このうち種持異的MoAbsはSJA111、FSー3b11、SSー5H5、SSー6C4、TY10およびTY64の7クロ-ンであった。これらの種持異的MoAbを用いて交差反応のない抗原の精製に取り組んでいるが、最終的にはワクチンの開発にも務めたいと考えている。なお感染系から得たMoAbsのうち、84B3は寄生虫抗原とは反応しないが、ヒツジ、キ、マウス、ヒトの神経組織と胃、およびヒツジとヤギの赤血球と反応する“heterーophile MoAb"であり、GAD3、1D、TSY2およびTSLOは種々の寄生虫のみならず正常マウスの組織とも反応する“polyspecific MoAbs"であった。これらのMoAbsは寄生虫症の診断には使用できないが、hostーparasite relationshipのmechanismを解明する上で良き手段になることが予想され、現在その方面からも検討している。寄生虫症の血清学的診断や宿主・寄生虫関係を免疫学的に解明する目的で、寄生虫に対するモノクロ-ナル抗体(MoAb)の作製を試みている。抗体産生脾細胞は一般には免疫によって得られているが、私たちは寄生虫の特殊性を考えて感染によって抗原刺激を与えて得た抗体産生脾細胞から主にハイブリド-マ(Hyb)を作製し、現在までに感染系11クロ-ンと免疫系5クロ-ンを得た。まず感染系クロ-ンについて述べると、日本住血吸虫の虫卵に対するMoAbは1クロ-ンを得、IgMであった。このMoAbは極めて特異性が高く、ミラシジウムの線細胞と孵化膜を選択的に染めた。本種幼虫に対しては4クロ-ンを確立し、いずれも1gMであった。Western blot法(WB)では4クロ-ン共、殆ど同様のpatternを示したが、数種寄生虫(線虫・条虫・吸虫・原虫)とは1496kDの広い範囲で交叉反応が認められた。

その他、本種感染マウス脾細胞からheterophilのMoAb1クロ-ン・1gG_1を得た。これは本種をはじめ数種寄生虫には反応しなかったが、免疫組織学的にはヒツジ、ウマ、マウス、ヒトなどの神経細胞や胃の線細胞に反応した。旋毛虫感染マウス脾細胞からは5クロ-ンのHybを確立したが、WBによって1496kDと43kDに反応する2つのMoAbに大別された。1496kD反応MoAbはIgG_11クロ-ン(TSY2)と1gM4クロ-ン(TSY1、3、4、5)が含まれていた。これらは種特異性はないが、線虫類特に蛔虫雌抗原によく反応した。TSY2は数種寄生虫に、交叉反応がみられた。免疫系については旋毛虫抗原で試み、5クロ-ンを得た。そのうちTY10、60、64は旋毛虫特異のMoAbで、すべてIgG_1であった。WBで比較するとTY64は32kDのみ、他は1496kDに反応した。残りのTY20はIgMでTSY1などと同じ性状、TY28はIgG_1で43kDに反応を認めたが、交叉反応は検討中である。以上のように感染系から特異性の高いMoAbを得ることは免疫系のそれに比べて困難なようで、原虫類でもその傾向を認めている。前年度は寄生虫の特殊性を考えて感染によって抗原刺激を与えて得た抗体産生脾細胞からハイブリド-マ(Hyb)の作製を試みたが、特異性の高い單クロ-ン抗体(MoAb)を得ることが困難であった。そこで今年度は日本住血吸虫と有棘顎口虫に対するHybの作製を兔疫で得た抗体産生脾細胞で行った。日本住血吸虫は成虫抗原で免疫した脾細胞を用い5クロ-ンのHyb得た。これらのうち1クロ-ンはIgG1,他はIgmであった。IgG1クロ-ンはGAO5(別名SJA111)と命名し,8種の他寄生虫抗原とELISA法で交又反応を調べたところ,すべての抗原で陰性となり,日本住血吸虫に特異的なMoAbと判明した。このGAO5を更にWestern blotで観察した結果23kDに太く強く染まる1本の特異的なバンドが認められた。また過沃素酸やトリプシンで処理した抗原と本MoAbを用いてELISA法を行い,トリプシンにOD値の低下がみられたことから蛋白を認識するMoAbであると判断した。有棘顎口虫はマウスへ感染34週後の第3期幼虫抗原を用いて免疫しHybを作製した。得られた20クロ-ンを11種の他寄生虫抗原とELISA法で交又反応を試み,6クロ-ンが有棘顎口虫とのみ反応した。そのうちIgG1を示す3クロ-ンについて更に詳細に検討したので以下に述べる.クロ-ン名FSー3D11とSSー5H5は糖蛋白,SKー6C4は蛋白を認識し,Western blotting法ではそれぞれ30170,22170,16170kDといずれも極めて広範囲に反応域があり,バンドの本数も多かった。今後,得られた特異MoAbについて兎疫組織化学的酸素抗体法や特異抗原の精製に務めたい。なお前年度から作製を続けてきた施毛虫は3クロ-ンの特異MoAbを樹立した。このうちの1クロ-ンTY10は兔疫組織化学的酸素抗体法で,施毛虫に特有な食道周囲の組識ステコソ-ムと表皮表面を選択的に染めた。現在,交又反応のない施毛虫用診断抗原を作製するために,このクロ-ンのマウス腹水を得,抗原の精製を行っている。
細胞工学的手法を用いた活性高分子物質の細胞内導入による疾病細胞の治療の基礎的研究

DNA等の巨大高分子物質の細胞への効率良い注入法の開発を行った.裸のリポソームに10kb以上のDNAを包む事は容易であるが,細胞と融合せず細胞内へ注入する事が出来ない.そこでこのリポソームとHVTを保温して細胞に加えると約10%の細胞にDNAの一時的発現がみられた.さらにリポソームの構成分の1つとしてガングリオシドを用い,これにHVJを加えて細胞に添加すると,全細胞にDNAの一時的発現がみられた.赤血球膜とDNAを混合し非イオン性界面活性剤を添加後希釈すると,赤血球膜にDNAやIgMを包む事ができる.しかしこの赤血球膜は受容細胞との融合率が低くわずか約10%の細胞にDNAの一時的発現がみられるだけである.そこでガングリオシドを持ったリポソームをこの赤血球膜に加えHVJと共に細胞に添加すると,全ての細胞にDNAの一時的発現がみられた.以上の事から,赤血球膜に蛋白質を,リポソームにDNAを包みHVJで融合させ細胞に加えて,同じ細胞にDNAと蛋白質を同時に注入する事も可能になった.これ等の方法はDNAを細胞質に送り込む方法であり, DNA発現の場は核であることから, DNAの核への運搬を考えねばならない. HMG1のモノクローナル抗体はHMG1によって核へ運搬される事を明らかにした.この事から,核蛋白質は核への運搬ドメインとDNAとの結合ドメインの2つを持っている事が明らかになった.ここでDNAを核へ効率良く運搬させる可能性が生まれた.ジフテリア毒素フラグメントAを裸のリポソームに入れておくと,このリポソームはSSPEやHIVウイルスの感染した融合細胞に選択的に融合して,これ等疾病細胞のみを選択的に殺す事ができた.フラグメントAの基質であるペプチド伸長因子2(EF2)やその毒素耐性変異EF2のCDNAをクローニングした.この事からEF2の構造と機能が明らかになり細胞生物学研究への応用への道も拓く事が出来た.DNA等の巨大高分子物質の細胞への効率良い注入法の開発を行った.裸のリポソームに10kb以上のDNAを包む事は容易であるが,細胞と融合せず細胞内へ注入する事が出来ない.そこでこのリポソームとHVTを保温して細胞に加えると約10%の細胞にDNAの一時的発現がみられた.さらにリポソームの構成分の1つとしてガングリオシドを用い,これにHVJを加えて細胞に添加すると,全細胞にDNAの一時的発現がみられた.赤血球膜とDNAを混合し非イオン性界面活性剤を添加後希釈すると,赤血球膜にDNAやIgMを包む事ができる.しかしこの赤血球膜は受容細胞との融合率が低くわずか約10%の細胞にDNAの一時的発現がみられるだけである.そこでガングリオシドを持ったリポソームをこの赤血球膜に加えHVJと共に細胞に添加すると,全ての細胞にDNAの一時的発現がみられた.以上の事から,赤血球膜に蛋白質を,リポソームにDNAを包みHVJで融合させ細胞に加えて,同じ細胞にDNAと蛋白質を同時に注入する事も可能になった.これ等の方法はDNAを細胞質に送り込む方法であり, DNA発現の場は核であることから, DNAの核への運搬を考えねばならない. HMG1のモノクローナル抗体はHMG1によって核へ運搬される事を明らかにした.この事から,核蛋白質は核への運搬ドメインとDNAとの結合ドメインの2つを持っている事が明らかになった.ここでDNAを核へ効率良く運搬させる可能性が生まれた.ジフテリア毒素フラグメントAを裸のリポソームに入れておくと,このリポソームはSSPEやHIVウイルスの感染した融合細胞に選択的に融合して,これ等疾病細胞のみを選択的に殺す事ができた.フラグメントAの基質であるペプチド伸長因子2(EF2)やその毒素耐性変異EF2のCDNAをクローニングした.この事からEF2の構造と機能が明らかになり細胞生物学研究への応用への道も拓く事が出来た.細胞工学的手法の開発とその応用を行った本年度の研究は予定通り進行している。【◯!1】高分子物質の細胞内導入法として現在迄の方法はDNAにのみ有効な方法又は蛋白にのみ応用出来る方法であり、他に幾つかの欠点があった。まずその改良の為に分子量100万の巨大な蛋白質やRNAが細胞内へ導入可能な手法、さらに特定の細胞にのみDNAなどを導入出来る基礎となる方法などが開発された。赤血球膜と巨大高分子物質を混合し非電解質性界面活性剤を加えて赤血球膜内に巨大高分子物質を入れた後に希釈して遠心して得た沈査の膜はその物質を包んでいる。この赤血球膜を受容細胞と融合させるとその物質は細胞内へ導入されることになる。この方法は15kbpのDNAにも適用できるとともに、現在迄不可能であった分子量約100万の蛋白質やRNAにも適用できる。この目的の為にHVJとリポソームを併用する方法も開発された。DNAを包んだリポソームとHVJを混合して受容細胞に加え培養するとチミヂンキナーゼや毒素耐性のEF-2遺伝子が受容細胞の100個のうち1個という高率で発現した。これはリポソームにHVJが混合した段階で抗体を利用して特定の細胞に選択的に高率に高分子物質を注入出来る可能性を示している。【◯!2】

核内へ効率良く移行する核蛋白質であるヌクレオプラスミンに核内へ移行しないIgGを結合させて赤血球ゴースト法で細胞内へ注入すると核内へ効率良く移行した。【◯!3】遺伝病である色素性乾皮症の欠損因子に関しては相補性群のAとCそれぞれに特異的な画分に迄精製できた。A群は細胞内での活性の半減期は14時間でありC群は極めて安定で3日後においてもその活性は殆んど低下しない。【◯!4】変異ハシカウイルスにより発症する難治の亜急性硬化性脳炎はリポソームによる培養細胞レベルでの治療に成功しているので現段階での研究でハムスターを用いた実験によりその有効性が明らかになりつつある。細胞レベルでの疾病細胞の治療をより効果的に行うために、細胞の大部分の酵素が存在しすべての細胞内小器管と接触できる細胞質液や遺伝子の場である核へ高分子物質を効率良く導入する方法が開発された。リポソームや赤血球膜にDNAや900K以上ある蛋白質を包み込むことができるようになり、この巨大高分子を包んだ小胞膜にHVJを加えて保温して細胞に加えると、すべての細胞にDNAの一時的発現や導入された蛋白質が観察された。さらに細胞質から核へ蛋白質を入れるために、アミノ酸11個からなるCys-Pro-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-Glu-Asp-Proを合成して任意の蛋白質に結合させたところ効率良く核内への移行がみられた。こうして生きている細胞内の細胞質又は核へ自由に高分子物質を導入することが可能になった。又核たんぱく質の核内移行をレクチンの1つであるWGAを注入することで阻害することも明らかになった。ジフテリア毒素耐性細胞より毒素の標的分子であるペプチド伸長因子2(EF-2)の毒素耐性EF2遺伝子が分離された。この変異部位も明らかになり、さらにこの遺伝子を細胞へ導入すると毒素耐性を獲得した。これは任意の遺伝子の細胞への導入に際してシャープな選択マーカーとしても利用できる。遺伝病の1つであり、紫外線照射によるDNA損害を修復できない色素性乾皮症A群細胞の欠損蛋白因子を、高分子物質の細胞内導入法を用いて正常組織から2000倍以上精製された。細胞外から細胞内へ蛋白質によって毒性ペプチドを送り込むために、ジフテリア毒素のC末端側約20Kについてさまざまな5ヶ所について20-25個のアミノ酸からなるペプチドを合成し毒素作用の阻害をみたところ、C末端S-S結合を含むペプチドが毒素作用を阻害した。このことから毒素の細胞内への侵入部位が明らかになると共に、融合遺伝子を作る際にどの部位迄毒素を利用するのが良いか明らかになった。以上当初の予定通り順調に研究は進展している。
鋼管に木材とグラウトを充填した合成構造耐震補強材の開発に関する研究

離島,山間部,発展途上国など重機が使用できない地域に対して,従来の補強工法より施工が簡易なCFT-SS補強工法が開発されている.代表者は本工法に用いる圧縮ブレースの軽量化を目指して,性能実験と数値解析を行っている.本研究では,木材とグラウトを充填した鋼管(WGFT)を提案し,WGFTの基本性能確認実験,ならびに代表者が開発した数値解析プログラムを利用してWGFTで補強した構造物の耐震性能を検証するための地震応答解析を行う.本研究の成果により,新しい耐震補強部材と技術の確立,ならびに資源と機材が限られている地域での耐震補強が簡易になることが期待できる.離島,山間部,発展途上国など重機が使用できない地域に対して,従来の補強工法より施工が簡易なCFT-SS補強工法が開発されている.代表者は本工法に用いる圧縮ブレースの軽量化を目指して,性能実験と数値解析を行っている.本研究では,木材とグラウトを充填した鋼管(WGFT)を提案し,WGFTの基本性能確認実験,ならびに代表者が開発した数値解析プログラムを利用してWGFTで補強した構造物の耐震性能を検証するための地震応答解析を行う.本研究の成果により,新しい耐震補強部材と技術の確立,ならびに資源と機材が限られている地域での耐震補強が簡易になることが期待できる.
簡易的岩盤モニタリング手法の開発に関する研究

本研究は,遠方からの簡易的岩盤監視法として,写真画像解析と光波測距による手法の構築とこれらを現場に応用した結果をとりまとめたものである。道路近傍の自然の岩盤斜面はその対象箇所が非常に多ため,1)分解能はmm単位であるが,遠方からある領域を長期間監視する,2)数多くの観測を実施した箇所のうち変状の兆候の認められる箇所について,より高分解能(例えば1/100mm程度)の変位計などを設置して改めて監視を行う,という2段階を経るのが合理的であろう。本研究は上記の1)を目指したものである。ある国道のトンネル坑口から約200m上方,観測点から斜距離で約430m離れた岩盤斜面(高さ15m,幅20m,平均斜度63゚)にフールドを設置した。この斜面は非常にゆるんだ流紋岩質凝灰岩よりなり,中央部に対策工としてロックボルト,全体にロックネットとモルタル吹き付け処理が行われた。この岩盤中央に,45枚の標識板(100×100mm)と全体に光波測距用反射プリズム19個を設置した。この斜面を前述のように430m離れた定点より3カ年間,望遠写真撮影(最終的に焦点距離4500mm)と光波測距を行い,それぞれ解析を行って比較した。構築した写真画像システムの分解能は約3mm,2次元鉛直面内の変位測定の精度は約3mmであった。焦点距離4500mmの1年間の画像解析の結果,対象岩盤は冬季春季にかけて数mm全体にゆるむこと,2)夏季冬季にかけて同程度収縮するという結果が得られた。一方,光波測距においては,対象距離と測角精度の観点から,変位評価法として斜距離差による方法を提案,データー整理を行った。この方法によって,光波測距の結果は,3)冬季から春季にかけて岩盤は谷側方向へ数mm変位し,夏季から冬季に山側に戻るという可逆的変化を,3か年間繰り返している,と言う結果が得られた。この3)の結果は上記1)と2)の結果と調和的でありこの種の遠方監視としてある程度有効であることが確かめられた。本研究は,岩盤斜面の写真画像解析により変位測定に関する簡易的手法の確立を目的としている。一般に高精度なシステムは高価であり,一方,自然界のゆるんだ岩盤の場合はこれらが不安定になるまでには数mm以上の変位が生じる場合が多いと考えられるので,精度は数mm程度と押さえる替わりに安価なシステムを構築して,その分測点あるいは測定個所を増やすことにより,より多くのデーターを収集する事で防災等に寄与するを目的としている。すでに,ある現場において光波測距儀により約400m遠方より観測を実施した結果,数mmの変位が観測された。ここにおいて,合成焦点2000mmの望遠レンズによる画像を解析したが精度が10数mmと不十分であることが判明した。そこで,合成焦点3600mmの光学系を新たに構築してまず地上実験を実施し,分解能と変位の測定精度を検討した。その結果,分解能は約3mm,標識プレートを鉛直面内で2次元的に変位させた模擬実験では測定可能最小変位量が約3mmというある程度満足する結果を得た。

現場で実際に計測する場合には,これらより精度が低下することが考えられるので,現時点ではさらに約4000mmの光学系を数十万円で構築ずみであり,今後分解能と測定精度のさらなる向上が期待される。なお,申請経費で購入したデーターロガーや自記雨量計では,2度の集中豪雨を記録しており,これらの影響で岩盤変位速度の加速や変位方向が変化する等の結果が得られている。本研究は,岩盤斜面の変位測定に関する簡易的手法の確立を目的とし,次の二つの簡易的システムの構築を目指している。1.写真画像による遠方監視システムの構築:合成焦点3600mmから本年度は最終的に約5000mmの光学系を構築した。これによって,国道のトンネル坑口上方,観測点より約430m遠方の斜面上の鉛直面内の変位の,計算上の分解能を約0.8mm/画素の精度まで高めた。この斜面にはおよそ1m間隔で、標識プレートが45枚あらかじめ設置されている。平成11年7月と同年11月撮影の写真画像の解析を行った。その結果、137の標識プレート間距離のうち、変化の見られないもの71%、収縮を示すもの約23%、伸びを示すもの約6%であり、その最大量は23mmであった。一方、光波測距儀による結果では当該岩盤は春季夏季に谷側方向に23mm変位して冬季に山側にもどる傾向が得られている。すなわち、この挙動は岩盤の温度膨張であり、先の画像解析の結果は光波観測の結果と調和的であった。短期間の観測であるが、本システムの有用性が示されたものと考えられる。2.レーザー距離計および簡易AEによる変位計測システムの構築:ノンプリズム方式のレーザー距離計を用いて簡便に標点間を1mmの精度で直接測定する方法を工夫し、亀裂の発達した岩盤に適用している。岩盤の変位は小さいので現時点では成果が得られていないが、地すべりにより変状の生じているトンネルの内空変位を約2週間間隔で6か月間測定した。この間で約9mmの段階的な変位状況が観測された。離散的な観測であるため、変位の急増する日時の特定のためにイベントのみを30分間隔でパソコンに記録する簡易AEシステムを現場に併設した。これによって、降雨と地すべりによる変位とが密接に関連していることがAEのイベントより明らかとなった。本研究は,遠方からの簡易的岩盤監視法として,写真画像解析と光波測距による手法の構築とこれらを現場に応用した結果をとりまとめたものである。道路近傍の自然の岩盤斜面はその対象箇所が非常に多ため,1)分解能はmm単位であるが,遠方からある領域を長期間監視する,2)数多くの観測を実施した箇所のうち変状の兆候の認められる箇所について,より高分解能(例えば1/100mm程度)の変位計などを設置して改めて監視を行う,という2段階を経るのが合理的であろう。本研究は上記の1)を目指したものである。ある国道のトンネル坑口から約200m上方,観測点から斜距離で約430m離れた岩盤斜面(高さ15m,幅20m,平均斜度63゚)にフールドを設置した。この斜面は非常にゆるんだ流紋岩質凝灰岩よりなり,中央部に対策工としてロックボルト,全体にロックネットとモルタル吹き付け処理が行われた。この岩盤中央に,45枚の標識板(100×100mm)と全体に光波測距用反射プリズム19個を設置した。この斜面を前述のように430m離れた定点より3カ年間,望遠写真撮影(最終的に焦点距離4500mm)と光波測距を行い,それぞれ解析を行って比較した。構築した写真画像システムの分解能は約3mm,2次元鉛直面内の変位測定の精度は約3mmであった。
アメリカ、中国、日本における日系自動車部品メーカーのグローバル経営構造比較

競争が増す自動車産業の中で日系部品メーカーのグローバル生産のケースを取り上げ、経営・雇用・生産の問題と困難を明らかにし、アメリカで日系自動車部品メーカーにて収集したデータ分析を遂行した。アメリカ製造業における歴史、経営、社会学及び労働文献のレビューを行い、さらに、日本とアメリカのハイブリッド経営の成否、日本経営慣行の問題、具体的には、スキル移転と生産性低下の問題、現地従業員と米日マネジメントの関係、経営状態と改善への取り組みという点からデータの分析を行った。さらには品質管理、不良品への対応、生産経営慣行の問題についてジェンダー及び企業犯罪等の視点も取り入れた。当初は1990年代以降アメリカで導入の進んだリーン生産方式関連の経営労働問題点を中心に、日本とアメリカのハイブリッド経営及び雇用の実情と問題点等についてデータを整理した。そして、調査対象である日系グローバル企業A社のハイブリッド経営の問題として、アメリカの現地社員や従業員に対して、A社が、日本的経営慣行の適用を試みたが、現地社員の抵抗、生産性の低下、経営状態の悪化に直面しているというケースを労働社会学視点から分析した。その結果として、米国において日系ハイブリッド経営が直面している困難と原因を論じた英語論文を作成した。以下の論文はアメリカ社会学会に投稿し査読を経て2015年シカゴにて発表することが決定している(Adaptation and Competition: Worker/Management Dynamics ina Japanese Auto Parts Company in the United States)。全体の進展については、研究の日米の自動車産業の比較についての膨大な歴史の整理、日系アメリカ自動車関連企業の経営の歴史,そして、社会学・労働の分野におけるアメリカ製造業の衰退と労働者をめぐる文献のレビューに時間がかってしまい、論文の作成に予定より長い時間を費やす結果となった。現在は日系部品企業A社の経営の悪化の要因を、(1)アメリカ人従業員とアメリカ人マネジメント、(2)アメリカ人従業員と日本人マネジメント、(3)アメリカ人マネジメントと日本人マネジメントの3層の対立という視点から分析を進めている。特にエンジニアとメインテナンスの対立、不良品の処理課程の問題、リーン生産方式のアメリカ工場における機能不全の現象に焦点をあてている。そして、従来日本にもアメリカの研究にも見られなかったジェンダーを視点から自動車部品企業の現地経営の困難を分析している。今年はアメリカ製造業、リーン生産、グローバル自動車産業の先行研究のレビューを終了させ、アメリカにおいて既に収集済みである日系自動車部品企業の参与観察データの整理と分析を完了させた。大手自動車メーカーのリコールの増加や不正の露呈にみられるように、自動車業界全体の熾烈な収益・生き残り競争が激化している。収集データにおいても生産スタッフと経営側が収益と生産性維持のプレッシャーに追われ、組織内でのスタッフの対立、生産性維持の困難、品質管理の困難が日常化していたが、現在はこうした現場の問題を、さらに経営と品質管理の安全性、労働、社会学、ジェンダーの視点から統合的に分析を進め、熾烈な国際競争下にある日系自動車部品メーカーのグローバル経営の問題として、(1)経営慣行と生産慣行、及び品質管理の問題を新たにジェンダーマネジメントの視点、さらに(2)日系企業のアメリカにおける生産と収益向上の経営問題という視点から論文を執筆中である。1.アメリカにおける製造業、航空宇宙産業、石油産業、炭坑等の分野にて、威圧的経営実態、エンジニアと経営側の対立、ずさんな品質管理が社員と品質の安全性と品質に大きな問題を引き起こしてきたという指摘があり、この要因として男性中心の組織文化と経営問題に起因しているという指摘がなされてきた。現在はこの視点をデータ分析に応用して論文を執筆している。アメリカ社会学会で口頭発表に基づいて、アメリカ社会学のジャーナルに投稿する準備を進めている。2.データ収集を行ったアメリカの日系企業では、古典的な日本の終身雇用とアメリカの経営雇用とをハイブリッドさせた慣行が見られたが、生産性の点や生産スタッフの高齢化の問題、生産スタッフやエンジニアのスキルの充実につながっておらず今後増々競争が激化した場合の将来のハイブリッド経営モデルの確立をどうするのかという点から論文を執筆している。当初は、1年目においては社会学、労働学、経営学における多様分野におけるデータ分析を終了させ、英語査読論文を少なくとも2本、社会学のジャーナルに投稿する目標を掲げていたが、現在まだデータ分析とジェンダーと人種の分野からさらに先行研究をレビューしており、学術雑誌への論文の投稿がなされていない状態にある。この遅れは、アメリカ製造業とくに自動車産業について社会学、労働研究の先行研究の量が膨大であることから専攻研究のレビューに予定よりかなりの時間を費やさざるを得ないという状況によるものである。しかし今までなかったジェンダーの重要で斬新な視点を取り入れた社会学の論文を作成しており査読ジャーナル投稿へ向けて論文を執筆中である。27年度が最終年度であるため、記入しない。社会学今後、自動車製造業における日米の国境を超えたハイブリッド経営の問題点をジェンダーの視点と日米の労働市場の差異、経営制度の差異から分析した論文を英文ジャーナルに投稿する計画である。その後、さらに日本と中国の経営と雇用の実証データの収集に取りかかる予定である。
心筋及び時間息異的p38α改変マウスによる心肥大から心不全への適応破綻機序の解明

Creリコンビナーゼ発現マウス(αMHC-Cre-MntEst)は心筋特異的プロモーターαMHCの下流にCreリコンビナーゼcDNAと変異エストロゲンホルモン受容体cDNAを結合させたもので、エストロゲン様化合物、タモキシフェンを負荷するときのみ核に移行し、Creリコンビナーゼが発現する。つまり、タモキシフェンを負荷したときのみ時間特異的に遺伝子改変ができる。αMHC-Cre-MutEstとリポーターマウスを掛け合わせ、タモキシフェン負荷時の影響、有用性を評価した。αMHC-Cre-MutEstは心筋及び時間特異的遺伝子改変に有用であることを確認した。p38αのゲノムのATP結合部位を含むエクソンを挟むように1oxPを挿入したマウスを作成した。3)心筋特異的p38αノックアウトマウスの作成ならびにその評価胎生期から心筋にのみCreリコンビナーゼが発現するαMHC-Creマウスとfloxed p38αマウスとの掛け合わせ、心筋特異的p38αノックアウトマウスを作成した。心筋特異的p38αノックアウトマウスは胎生致死ではないこと、ならびに10週齢において、野生型と比して心機能に差がないことを確認した。現在、そのマウスを用い、前年度に確立した大動脈縮窄術による圧負荷にて、心臓でのストレス応答に対するp38αの役割を検討している。4)心筋及び時間特異的p38α改変マウスの作成ならびにその評価αMHC-Cre-MutEstと両アレルにfloxed p38αを持つマウスを獲得するための掛け合わせはほぼ完了した。タモキシフェン負荷後のp38α発現を評価する予定である。さらにこのマウスを用いて、3)と同様にストレス応答を評価する予定である。1.心筋及び時間特異的p38α改変マウスの作成1)Creリコンビナーゼ発現マウス(αMHC-Cre-MutEst):Creリコンビナーゼ発現マウス(αMHC-Cre-MutEst)は心筋特異的プロモーターαMHCの下流にCreリコンビナーゼcDNAと変異エストロゲンホルモン受容体cDNAを結合させたもので、エストロゲン様化合物を負荷するときのみ核に移行し、Creリコンビナーゼが発現する。エストロゲン化合物を負荷したときのみ時間特異的に遺伝子改変ができる。現在LacZレポーターマウスと掛合わせ、αMHC-Cre-MutEstの有用性を評価している。Creリコンビナーゼのリークがないことを確認し、エストロゲン様化合物投与後のLacZ発現状態を検討している。2)p38αloxP改変(floxed p38α)マウス:p38αのゲノムのATP結合部位を含むエクソンを挟むようにloxPを挿入したマウスを作成した。このp38αloxP改変マウスからCreリコンビナーゼを用いて獲得したコンベンショナルノックアウトマウスでp38αは発現せず、これまでの報告と同じ発生時期で胎生致死であることを確認した。3)心筋及び時間特異的p38α改変マウスの作成:最終的にαMHC-Cre-MutEstと両アレルにfIoxed p38αを持つマウスを獲得するため、現在p38αloxP改変マウスとdMHC-Cre-MutEstを掛け合わせ中である。2.マウス圧負荷モデルの作成および評価大動脈縮窄圧負荷モデルによるp38αのストレス応答の評価を予定している。まず野生型マウスにおける圧負荷1週間の心肥大・心機能を評価した。心エコーによる壁厚、左室径、収縮性の測定やチップカテーテルによる心内圧の測定を行い、基礎データを獲得した。
脊髄性筋萎縮症の早期診断法の確立に関する研究

脊髄性筋萎縮症(Spinal muscular atrophy:以下SMA)は脊髄前角細胞の変性によって、進行性に筋萎縮、筋力低下を呈する疾患である。I型が最も重症で頻度が高く、生後半年までに発症しほぼ寝たきりとなる。SMAの責任遺伝子はSMN1遺伝子であり、SMN1の両アレルの欠失あるいは変異により発症する。SMAは従来根本的な治療法のない疾患であったが、2017年より本邦において核酸医薬品が発売され、有効性が確認されている。予後改善のためには早期診断・治療が重要なため、濾紙血を用いSMN1コピー数を測定するSMA診断法を確立し、新生児マススクリーニングを行うことを目的とする。
新奇な生分解性高分子架橋剤の開発

不飽和基を有するαヒドロキシ酸を一成分とするポリエステルを合成し、光硬化性やラジカル反応性を有する新しい生分解性高分子の開発を試みた。前年度に引き続き、4-ヒドロキシ桂皮酸(4HCA)と乳酸との共重合によって種々の組成のポリエステルを合成した。HCAの導入量は溶解性と機能性を合わせ持つ20%以下のものを中心に合成した。液状の低分子単量体と混合し、ラジカル共重合することで、生分解性の硬化性樹脂が得られることが分かった。これは適当な無機フィラーを混合することで、骨接合セメントとしての応用が可能であると思われた。硬化性(ラジカル反応性)を制御するためには、桂皮酸含有量を高める必要がある。そこで4-ヒドロキシ桂皮酸の異性体である3-ヒドロキシ桂皮酸(3HCA)、2-ヒドロキシ桂皮酸(2HCA)を用い、またそれらと共重合するαヒドロキシ酸としてグリコール酸を用いて、新しい共重合体の合成を試みた。組み合わせが多数あるため、すべてのバリエーションを合成できていないが、おおむねすべての場合において共重合体が得られ、光反応性を有していることが予備検討において明らかになった。用いる桂皮酸によって種々の物性の共重合体が得られる。一部のものはペースト状で得られ、低分子量単量体や有機溶媒への高い溶解性が得られている。しかしながら、桂皮酸の種類によって物性や光反応性が大幅に変化するため、それぞれの共重合体において組成を変化させたものシリーズで合成し、総合的な評価を行っている。不飽和結合を有するポリエステルの合成について検討した。不飽和基を有するαヒドロキシ酸を含有するポリエステルの合成を試みた。これまでの研究からこのような単量体のホモポリマーは成形性に乏しいことが考えられるため、乳酸や他のヒドロキシ酸と共重合を行う。得られた高分子の特性解析、表面物性、ラジカル反応性、生分解性、細胞との相互作用などについて検討し、本研究ではTissue Engineering分野に応用可能な物性を有する不飽和生分解性ポリマーを得ることを試みた。不飽和ポリエステルとして桂皮酸誘導体を検討した。具体的には4-ヒドロキシ桂皮酸(HCA)と乳酸との共重合によって種々の組成のポリエステルを合成した。HCAの導入量、分子量変化による物性の変化(物理的性状、溶解性、熱的性質、バルク物性)および生分解性(PH依存性、分子量変化、重量変化)を検討した。その結果、HCAと乳酸の共重合には無水酢酸を溶媒として用いると、HCAの変性が起こりにくいことが分かった。HCAの導入量を増加すると成形性および溶媒可溶性が低下した。このため、本来の目的に合致する組成を探索したところ、HCA導入率の最高値は20%程度であることが分かった。同程度の分子量のポリ乳酸と比較して、分解は遅かった。これはHCA部分が疎水性であるためと考えられる。HCAは光反応によってホモ二量化および解離反応する特性を有している。共重合体のHCA成分の光反応性について検討を行った。紫外光照射によりHCA部分に由来する吸収ピークが減少し、ポリマー内に導入されたHCAも光反応性を有していることが明らかとなった。引き続き、ラジカル重合性活性および生理活性物質固定化の検討を行う。
自己組織化電析を利用した色素増感型太陽電池の作製

0.1MZnNO_3水溶液または酸素ガスをバブリングした0.1MKCl+5mMZnCl_2水溶液中に1050μMの水溶性色素を添加した浴中におけるカソード電解によって、それらの色素を担持したメソポーラスZnOの作製に成功した。特にエオシンY色素を添加した浴から得られた薄膜はナノメーターオーダーの粒子とボイドを有するスポンジ状単結晶であり、しかも色素分子がすべて酸化亜鉛表面上に化学吸着し、電解液のアクセスを可能にする構造を有するという極めて特徴的な微細構造を有するものであることを明らかにした。この系について、物質輸送を制御するために回転ディスク電極を用いて薄膜成長のキネティクスの解析を行ない、エオシンYが電解還元されて生成するアニオンラジカルとZn^<2+>イオン及び溶存酸素が関与することによって自己組織的に色素担持ZnO薄膜が成長することを明らかにした。希アルカリ溶液中にこの膜を浸してエオシンYを脱着させることによってできるナノポーラス酸化亜鉛をテンプレートとして他の色素を再吸着させたところ、エオシンY、クマリン343色素担持膜については90%に及ぶ光電流量子効率を示した。実際にこれを用いて太陽電池を構成したところ、太陽光照射下でモーターを駆動することを確認し、カラフル太陽電池への可能性を実証した。ITOコートPETフィルム上への製膜も同様に可能であり、本法により太陽電池のフィルム化が可能であることを確認した。酸化チタン微粒子P25を四塩化チタン水溶液、オキシ硫酸チタン水溶液あるいはチタン酸イソプロピルのエタノール溶液と混ぜてコロイドを調製し、それを導電性ガラスあるいはPETフィルムにコートして得た膜を100°Cで水熱処理することにより、P25粒子同士が新たに形成された酸化チタン層によって強固に糊付けされたメソポーラス酸化チタン厚膜を得ることができた。これにルテニウム錯体色素を担持した膜を光電極として太陽電池を構成し、白色光照射下で3.3%というオールプラスチック太陽電池としては世界最高レベルの変換効率を得た。Zn^<2+>イオンと色素分子を含む水溶液中における硝酸イオンまたは溶存酸素の電解還元反応を利用して色素担持酸化亜鉛薄膜を得ることができるという以前の我々の知見に基づき、特にエオシンYを主対象とするキサンテン系色素を用いて重点的に検討した。その結果、色素が電解還元を受ける電位での電解により得られる色素担持酸化亜鉛薄膜は、ナノメーターオーダーのボイドを有するナノポーラス構造を有し、しかも色素分子がすべて酸化亜鉛表面上に化学吸着し、電解液のアクセスを可能にする構造であることがわかった。この特異な構造形成に関する詳細な実験的検討を行った結果、還元された色素が求核的にZn^<2+>イオンに配位し、これが電解還元されて酸化亜鉛が結晶成長すること、色素が吸着したサイトはそれ以上の結晶成長が妨げられ、吸着していないサイトからさらにホモエピタキシャル的に結晶成長してゆくことなどが明らかになった。こうして得られる薄膜は、高い透過率、高い担持色素濃度などを有することもわかった。その結果、狭い波長領域にしか吸収域を有しないにもかかわらず、20mW/cm^2の白色光照射下で、エネルギー変換効率として0.8%が得られた。このことは、この膜が有望であることを示すものであろう。この手法によれば、熱処理も一切不要であるため、プラスチックスフィルム上に形成される太陽電池の作製への展望を開くものでる。

なお、本補助金にて購入した定光量照射装置は、得られた膜の特性評価に極めて大きな威力を発揮している。これらの研究成果は、現在複数の特許として出願手続きを進めており、またいくつかの論文誌にも投稿中及び投稿準備中である。また、本年度のもう一つの大きな成果は、透明導電性基板上に市販の酸化チタンコロイドをコートして得た酸化チタンコロイド膜を、チタン塩水溶液を用いて100°Cで水熱処理することにより、アナターゼあるいはルチル酸化チタンにより良好にネッキングされたポーラス酸化チタン厚膜を得ることに成功したことである。この膜を用いて色素増感太陽電池を試作したところ、AM1.5の白色光照射下で4.2%のエネルギー変換効率が得られた。これも高温処理を不要とするプロセッシングであり、その意義はきわめて大きいものと考えている。これについても、現在、特許出願準備中であり、さらにそれに引き続いて論文として投稿準備中である。Zn^<2+>イオンと色素分子を含む水溶液中における溶存酸素の電解還元反応を利用して色素担持酸化亜鉛薄膜を得ることができるが、今年度は特にエオシンYをテンプレート剤として用い、様々な色素を担持した薄膜の作製を試みた。その結果、エオシンYが電解還元を受ける電位での電解により得られる色素担持酸化亜鉛薄膜は、ナノメーターオーダーのボイドを有するナノポーラス構造を有し、しかも色素分子がすべて酸化亜鉛表面上に化学吸着し、電解液のアクセスを可能にする構造であるため、色素の脱着も可能であり、それを利用して様々な色素を再吸着させることにより、カラフル酸化亜鉛薄膜を得ることができた。マゼンタ用にエオシンY,イエロー用にクマリン343色素を用いた酸化亜鉛/色素薄膜では90%に及ぶ光電流量子効率という高い値を示した。実際にこれを用いて太陽電池を構成したところ、太陽光照射下でモーターを駆動することを確認し、カラフル太陽電池への可能性を実証した。ITOコートPETフィルム上への製膜も同様に可能であり、本法により太陽電池のフィルム化が可能であることを確認した。酸化チタン微粒子をチタン塩水溶液と混ぜてコロイドを調製し、それをITOコートPETフィルム上にコートして得た膜を100°Cで水熱処理することにより、アナターゼあるいはルチル酸化チタンを得た。N3色素を担持した膜を光電極として太陽電池を構成し、白色光照射下で3.3%というオールプラスチック太陽電池としては世界最高レベルの変換効率を得た。透明導電性ガラスを基板として、同様な膜を得、450°Cで焼成後、色素担持を行なって得られた膜を用いる太陽電池においては、白色光照射下でその変換効率は10%に達することが分かった。