hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
巨大津波の発生原因を探る～スマトラ北西沖巨大津波発生メカニズムに関する仮説の検証

特に、断層地形あるいは断層関連褶曲に伴って発生したと認定された、海底下数百mから1km程度の深さ範囲の、最上部堆積層の変形・変動構造を一つ一つ吟味し、それぞれの堆積層の変形・変動が音響地質学的時間スケールにおいて、いつ発生したと考えられるかについて、研究グループ内で繰り返し議論・検討を行った。その結果、(音響地質学的時間スケールにおいて)「最近」活動したと認定できる、最上部堆積層変形は、中央スラスト近傍にもっとも集中していることが明らかになった。したがって、第5仮説で提案したように、2004年12月にスマトラ北西沖外縁隆起帯の分岐断層「中央スラスト」が地震時に活動した可能性があることが確かめられた。計画どおり、予定していた海域調査が実施され、スマトラ北西沖外縁隆起帯において高分解能マルチチャンネル反射法探査データが取得され、海域調査データの陸上処理・解釈も、一部を除き、ほぼ終了した。24年度が最終年度であるため、記入しない。海域調査時に取得された音響地層探査(sub-bottom profiler;SBP)データついては、その記録フォーマットが特殊なため、現在もデータ処理を継続中である。音響地層探査は、高分解能マルチチャンネル反射法探査よりも、海底下の浅い部分までしか探査できないが、その探査データは高分解能マルチチャンネル反射法探査データよりも1桁細かい分解能で地層の変形などを識別できる能力を有しており、現在実施中の音響地層探査データの処理がうまく行けば、さらに細かな堆積層の変形状況や変形履歴が明らかになるかもしれない。今後は、音響地層探査データの処理結果を待って、スマトラ北西沖外縁隆起帯の最終的な変動・変形状況をまとめるとともに、観測された津波データを説明可能な津波波源モデルについて検討を行う。
完全スピン偏極強磁性体薄膜の作製と評価及びそのスピントロニクス素子への応用

本研究では、閃亜鉛鉱型ヒ化クロム(zb-CrAs:zbはzinc-blendeの略)等、完全スピン偏極強磁性体薄膜及びその多層膜構造の特性評価を行い、更に、その薄膜を用いてスピン依存磁気輸送現象を示す素子構造を開発することを最終目標とする。より具体的には、完全スピン偏極強磁性体において、そのスピン偏極度など固有物性値を決定することを第1の目標とする。第1の目標達成に向けた詳細計画としては、薄膜作製、その高品質化と構造評価、更には薄膜の低抵抗化と磁気輸送現象測定を行う。平成17年度は、まず、上記の第1目標であるzb-CrAsにおける固有物性値の決定に向けて、薄膜作製及びその高品質化と構造評価を遂行した。特に、従来から克服すべき課題となっていた当該物質の厚膜化・多層化を目指した研究を行い、MnAsとの多層膜を作製した。これらの研究成果に関しては、2005年12月8-10日に開催されたThe 2nd Asian Forum on Magnetics (Yongpyong, Korea)にて成果発表した。また、本年度は、スピントロニクス分野において希求されているシリコン(Si)との整合性が良い強磁性体薄膜の探索を上記の研究課題と並行して実施した。その研究戦略として、(1)Siベースワイドギャップ半導体への磁性元素ドーピング、(2)SiあるいはSiベースワイドギャップ半導体基板上への強磁性体薄膜の作製、を実施することにした。磁性元素がドープされたSiベースワイドギャップ半導体は完全スピン偏極強磁性体となる可能性が指摘されており、高い強磁性転移温度を示す材料の開発に成功すれば、一気に実用化へ向けた材料となる可能性があることから、当該分野に与える影響は極めて大きい。より具体的には、シリコンカーバイド(SiC)に磁性元素であるMnを導入した物質を合成し、その磁気特性の評価を行った。
グアニジド基とチオエステルを利用した水溶液中での無保護高速ペプチド合成法の開発

本研究では、どのような配列でも合成が可能な汎用性の高い新しいペプチド合成法を実現するべく、水溶液中でのペプチド合成法の開発の検討をおこなった。この結果、アミノオキシカルバメート型の新しいアミノ基の保護基を見出した。これをもつアミノ酸誘導体は、フェニルアラニンの様に疎水性の高いアミノ酸誘導体でも水溶液に可溶であった。また、この保護基は水溶液中、還元的条件下で容易に5分以内に容易に除去が可能であるとともに、30分以内で効率的な脱水縮合反応も実施可能である事を見出した。以上より新規保護基を利用した新しい水溶液中でのペプチド合成法の技術基盤を見出すことに成功した。本研究では水溶液中での高速ペプチド合成法の開発を目的としている。アミノ酸がアミド結合により鎖状に連なった分子であるペプチドを化学合成するためには、適切に保護されたアミノ酸同士の「脱水縮合反応」と、次のアミノ酸との縮合を行うための「位置選択的な保護基の除去」が鍵となる。水溶液中でのペプチド合成法開発のため、初年度は、i)チオエステルを利用したカルボキシル基の活性化と縮合反応、ii)グアニジド基からチオエステル基への変換反応を利用した、ペプチドC末端カルボキシル基の保護-活性化反応の検討、を行うとともに、iii)水溶液中で利用可能なアミノ基の新しい保護基の開発を行った。この結果以下のような結果を得た。i)ではアリールチオエステルを脱離基として、イミダゾールを含む中性付近の緩衝溶液条件下で、迅速に(数分-30分程度で)アミド結合を形成できることを見出した。ii)では、グアニジド基の類縁体として2-アミノチアゾリンおよびメチルチオウレアの、チオエステルへの変換能の検討を行った。この結果、いずれの場合にも反応完了に数時間かかるものの、チオエステルへと変換可能であることを見出した。iii)では、ヒドロキシルアミンをもつ親水性の新規カーバメート型保護基を見出し、DTT等の還元剤を含む中性の緩衝溶液条件下、1分以内に定量的に脱保護される事を見出した。i), ii)にて得られた結果はいまのところ当初期待した効率的かつ高速での反応までは到達してはいないが、本研究遂行のための基盤となる知見を見出す事ができた。さらにこれらの検討の中で、iii)のような非常にユニークな性質を有する保護基を見出した点は特筆に値し、本発見は新しい角度から本申請研究実現をさせうる結果であると期待される。平成27年度は、新規なN-置換型アミノカルバメート基(aminoxycarbamate:Aoc基)をもつモデルペプチドを新たに調製し、本研究で目指す新規ペプチド合成法に最適なAoc型保護基の模索を行った。この結果、N,N-ジメチルヒドロキシルアミンをもつカルバメート基(dimethylaminoxy carbonyl: Dmaoc基)を見出した。種々検討したところ、Dmaoc基は、中性緩衝溶液中で安定であると同時に、最適な還元剤を加えた緩衝溶液中であれば5分以内に定量的に除去可能であることが分かった。続いてこの新規保護基をもつアミノ酸誘導体を合成し、水溶液中での縮合反応の検討を行った。合成は市販のアミノ酸-tertブチルエステルを原料として、3ステップで行った。現在までのところ、Tyr, Gly, Phe, Leu誘導体の合成ができている。このうち、側鎖に疎水性官能基であるベンゼン環をもつフェニルアラニンであっても、Dmaoc誘導体(Nα-Dmaoc-Phe)は水溶液に可溶である事が確認された。このことから側鎖に疎水性の保護基を有するアミノ酸誘導体であっても、Dmaoc誘導体では水溶性が十分確保できるものと期待される。調製したNα-Dmaoc-Pheを原料に4残基のペプチド(GGFL)のN末端アミノ基に対する脱水縮合反応の検討を行った。縮合剤として、水溶液中で利用可能なEDC・HCl/HOSuを、反応溶媒としてDMFを含む水溶液を用い検討を行った。この結果、10%水/90%DMF溶媒中では、30分以内に定量的な脱水縮合反応が進行する事を見出した。以上よりDmaoc基を利用する事で、ペプチド合成に必要な、アミノ酸の脱水縮合-アミノ基保護基の除去のサイクルを水溶液中で行えることを実証した。本検討の結果、Dmaocを利用した新しいペプチド合成化学を見出すに至った。本研究申請書では保護基を用いない水溶液中での高速ペプチド合成法の開発を目的として、チオエステルとグアニジド基を利用した新規な合成法を提案していた。このなかで1年目2年目初頭の目標として、チオエステルを利用した縮合反応と、グアニジド基のチオエステル基への変換反応条件の最適化による、基盤技術の確立を目標としていた。

検討の結果、チオエステルを利用した縮合反応および、アルキルチオウレアを用いたチオエステルへの変換反応を見出す事ができた。2年目初頭での検討課題として、これらの高速化を含む高効率化が挙げられるが、一年目の検討結果としてその基盤的知見を得る事ができた。その一方で特筆すべき結果は、上記のような検討を行う中で、ヒドロキシルアミンをもつ新規なアミノ基の親水性保護基を発見した点である。本保護基はグアニジド基という特殊な含窒素性官能基の類縁体を模索する過程で発見する事ができた新規含窒素性の保護基である。このような親水性保護基をもつアミノ酸誘導体は水溶液で利用可能となることが期待されるため、有機溶媒中で行われている現行のペプチド合成法をすべて水溶液中で行える様にできる可能性がある。以上を鑑みると、当初予定していたチオエステルとグアニジド基を利用した手法の開発検討についてはほぼ予定通りであり、同時に別の角度から極めて有効な手法を発見する事ができたため、本研究の目的である保護基を用いない水溶液中での高速ペプチド合成法の開発という観点からは1年目として十分良好な結果が得られたものといえる。生体関連化学申請時の計画通りH27年度初頭は1年目の計画をふまえ、引き続き最適な基盤技術の検討を行う。当初の申請では、チオエステルとグアニジド基を中心に利用した合成手法の検討を提案していたが、この研究過程で、アミノカーバメート基というアミノ基の新しい水溶性保護基の開発に成功した。このような保護基をもつアミノ酸誘導体はすべて水溶液で利用可能となり、有機溶媒中で行われている現行のペプチド合成法をすべて水溶液中で行える様にできる可能性があることより、H27年度はまずこの保護基を利用した新規ペプチド合成手法のの開発を中心にさらなる検討を行う。すでにモデルペプチドでの検討より、アミノカーバメート基は効率よく水溶液中で脱保護可能である事を見出している。次のステップとして、この保護基を有するアミノ酸誘導体の合成を行い、縮合反応への利用を検討する。この際、1年目に見出したチオエステルを用いた縮合反応に加え、各種水溶液中で利用可能な脱水縮合剤も利用しながら、最適条件の模索を行う。これが確立されれば、ペプチド合成の一連のサイクルに必要な手法が確立される。この後、各天然型アミノ酸誘導体(最大20種)を合成し、従来法では合成困難であるような疎水性ペプチド等も含めたモデルペプチド合成を通して本新規手法の有用性を検討する予定である。
歯髄創傷治癒におけるプロスタグランジンE2の役割：輸送担体発現と受容体の機能解析

プロスタグランジン(PG)E2の機能の発現には、膜輸送担体(トランスポーター;細胞膜を介した物質輸送を司るタンパク質)による細胞外輸送、およびその後の特異的レセプターとの結合が必須の役割を演じていると考えられている。ところが、歯髄の創傷治癒過程におけるPGE2の輸送動態やレセプターの関与の実態については極めて知見に乏しい。本研究は、これらの点の解明の端緒として、1MTAで直接覆髄下ラット臼歯の創傷治癒過程におけるPGE2輸送関連トランスポーター(Multidrug Resistance associated Protein 4; MRP4, Prostaglandin transporter; PGT)とPGE2レセプター群(EP2, EP4)の遺伝子発現解析/免疫組織化学的解析、2ヒト培養歯髄組織へのPGE2レセプター(EP2, EP4)特異的作動薬添加による血管新生関連分子発現ならびに血管構築変化の解析、の2方向からアプローチを行うことで、歯髄組織修復過程におけるPGE2輸送動態、ならびにPGE2レセプターの役割に着目して検索しようとするものである。平成28年度には、PGTによって輸送されたPGE2がEP2/EP4と結合することで修復象牙質形成に関与しているだけでなく、血管新生や神経保護にもこれらの機構が関与している可能性が示唆された。平成29年度には、EP2/EP4作動薬を用いた実験では、MRP4によって輸送されたPGE2とEP2/EP4による複合体形成が血管新生の誘導に関与していることを見いだした。平成30年度には再試を繰り返し行い、1ラット臼歯歯髄組織におけるPgt-PGE2-EP2/EP4連関および2ヒト歯髄組織におけるMRP4-PGE2-EP2/EP4連関が修復象牙質形成や血管新生に関与している可能性があることが示唆された。プロスタグランジン(PG)E2の機能の発現には、膜輸送担体(トランスポーター;細胞膜を介した物質輸送を司るタンパク質)による細胞外輸送、およびその後の特異的レセプターとの結合が必須の役割を演じると考えられている。ところが歯髄の創傷治癒過程におけるPGE2の輸送動態やレセプターサブタイプの関与の実態については極めて知見に乏しい。本研究はこれらの点の解明の端緒として、1MTAで直接覆髄したラット臼歯の創傷治癒過程におけるPGE2輸送関連トランスポーター(MRP4, PGT)とPGE2レセプター群(EP2およびEP4)の遺伝子発現解析/免疫組織化学的解析、2ヒト培養歯髄組織へのPGE2レセプター(EP2およびEP4)特異的作動薬添加による血管新生関連分子発現ならびに血管構築変化の解析、の2方向からアプローチを行うことで、歯髄組織修復過程におけるPGE2輸送動態、ならびにPGE2レセプターの役割に着目して検索しようとするものである。H28年度は上記の研究目的を達成するための端緒として、MTA直接覆髄ラットを作製後、PGTおよびPGE2レセプター群に着目した遺伝子発現量についてリアルタイムPCR解析を正常時との比較解析を行った。その結果、EP2は処置後1日でmRNAレベルが著明に増加し、EP4は処置後1日から7日にかけて著明に増加したことが確認された一方で、PGTでは変化を認めなかった。また、各タンパクに対する経時的局在変化を酵素抗体法による免疫組織学的解析を行ったところ、PGTとEP2において処置後5日で象牙芽細胞様細胞の突起部分に発現していることが明らかとなったことから、象牙質修復時に関与している可能性が示唆された。ラット臼歯へのMTA直接覆髄はテクニックセンシティブによる可能性が非常に高いため、これに関する検討、すなわち再現性の確認を詳細に行った。そのため、次段階への検索がやや遅れている状況である。本研究は、これらの点の解明の端緒として、1MTAで直接覆髄下ラット臼歯の創傷治癒過程ににおけるPGE2輸送関連トランスポーター(MRP4,PGT)とPGE2レセプター群(EP2,EP4)の遺伝子発現ならびに血管構築変化の解析、の2方向からアプローチを行うことで、歯髄組織修復過程におけるPGE2輸送動態、ならびにPGE2レセプターの役割に着目して検索しようとするものである。H29年度は上記の研究目的を達成するために、ヒト培養歯髄組織へのEP2レセプターあるいはEP4レセプターアゴニストを使用したex vito解析を行った。その結果、アゴニスト添加1週間後にEP2およびEP4のmRNA発現量が著明に増加したことが確認された。さらに、血管新生時に見られるtip-cell様の血管新生様な組織変化と、血管新生に関与しているVEGF-AならびにFGF-2のmRNA発現増加も併せて確認した。以上のことからEP2/EP4レセプターは歯髄組織において血管新生に関与していることが示唆された。ヒト歯髄培養はサンプル採取が難航している。そのため、次段会への検索がやや送れている状況である。

本研究は、これらの点の解明の端緒として、1MTAで直接覆髄下ラット臼歯の創傷治癒過程におけるPGE2輸送関連トランスポーター(Multidrug Resistance associated Protein 4; MRP4, Prostaglandin transporter; PGT)とPGE2レセプター群(EP2, EP4)の遺伝子発現解析/免疫組織化学的解析、2ヒト培養歯髄組織へのPGE2レセプター(EP2, EP4)特異的作動薬添加による血管新生関連分子発現ならびに血管構築変化の解析、の2方向からアプローチを行うことで、歯髄組織修復過程におけるPGE2輸送動態、ならびにPGE2レセプターの役割に着目して検索しようとするものである。平成28年度には、PGTによって輸送されたPGE2がEP2/EP4と結合することで修復象牙質形成に関与しているだけでなく、血管新生や神経保護にもこれらの機構が関与している可能性が示唆された。平成29年度には、EP2/EP4作動薬を用いた実験では、MRP4によって輸送されたPGE2とEP2/EP4による複合体形成が血管新生の誘導に関与していることを見いだした。平成30年度には再試を繰り返し行い、1ラット臼歯歯髄組織におけるPgt-PGE2-EP2/EP4連関および2ヒト歯髄組織におけるMRP4-PGE2-EP2/EP4連関が修復象牙質形成や血管新生に関与している可能性があることが示唆された。次段階の検索としてEP2およびEP4作動薬を用いた機能解析実験を予定しており、いずれも予備的な検索結果は得られている。また、PGTおよびEP2に関しては神経保護への関与も報告されていることから、三叉神経節に対する経時的評価を実施する見込みである。以上のように、課題達成のために段階的に検索を進めていく予定である。これまで得られた結果に対して再現性実験を行い、その結果に対する信憑性を確認しながら、論文作成に取り組む。検索中のEP2およびEP4の詳細な組織学的検索に時間がかかり、機能解析が行えなかったため。ヒト歯髄培養研究に時間がかかり、追加実験が行えなかったため。本年度は、追加実験を行う環境が整っており、計画通り実験を行う予定である。EP2およびEP4の作動薬については探索済みで、今年度から機能解析をスタートの準備は整えている。
義足使用者の運動状態・運動意図推定手法の確立とそれを応用した高機能股義足の開発

義足は,下肢切断者が歩行する際には必須の道具となり,脚の機能の一部を代償することから身体の一部とも例えられる福祉用具である.本研究課題では,義足の中でも最も高度な技術が必要となる股義足を主な対象として,駆動要素を組み込んだ高機能義足の設計手法を提案し,それを用いて動力股義足を開発した.この際,義足使用者の歩行時の身体ダイナミクスデータを収集するシステムを開発し,過渡的な歩行状態の再現することのできる神経筋骨格歩行シミュレーションモデルを作成し,能動股義足を開発した.義足は,下肢切断者が歩行する際には必須の道具となり,脚の機能の一部を代償することから身体の一部とも例えられる福祉用具である.本研究課題では,義足の中でも最も高度な技術が必要となる股義足を主な対象として,駆動要素を組み込んだ高機能義足の設計手法を提案し,それを用いて動力股義足を開発した.この際,義足使用者の歩行時の身体ダイナミクスデータを収集するシステムを開発し,過渡的な歩行状態の再現することのできる神経筋骨格歩行シミュレーションモデルを作成し,能動股義足を開発した.本研究課題では,義足使用者の運動状態および運動意図の推定手法を開発し,それを応用して高機能股義足の制御系を作成することで手法の有効性を検証する.本年度は,準備段階として,実験のための機器の選定・購入と予備実験を行うとともに,神経・筋骨格シミュレーションモデルの作成とそれを用いた動力学シミュレーションを行った.具体的な内容は下記の2点でまとめられる.1.義足ソケット内の皮膚接触圧力を計測する実験を行う準備として,空気圧計測用の薄型ひずみゲージ式センサを用いることで,接触する物体である断端を模擬した弾性体の接触によって,出力が得られることを確認した.現在,このセンサを利用して,義足ソケットと断端の間の接触圧力を同時に10点計測することが可能なシステムの構築を進めており,さらに出力値と接触圧力間の校正についてはその方法を含めて検討する予定である.2.片脚股義足着用者の神経・筋骨格シミュレーションモデルを作成し,神経モデルのパラメータ探索計算を経て複数歩の歩行を生成できることを確認した.また,遊脚期において股関節屈曲補助を行う単純な制御則を導入した動力義足を着用させたモデルによって複数歩の歩行を生成させ,既存の股義足を用いた歩行と比較した.その結果,動力義足を使用した歩行において歩容の改善がみられた.特に,既存の股義足歩行で顕著であった左右非対称な運動が動力義足によって大きく軽減し,動力義足が歩容改善に有効である可能性を示唆する結果が得られた.本研究の最終目的は,義足の中でも最も高度な技術が必要となる股義足を主な対象として,駆動要素を組み込んだ実用レベルの高機能股義足を開発することである.具体的には,まず,義足使用者の運動状態と運動意図を推定するアルゴリズムを提案し,研究代表者が構築した順動力学的身体運動シミュレーションモデルに基づく義足開発支援システムを応用することで,義足使用者の運動状態・運動意図を推定するアルゴリズムと股義足の制御システム・機構システムの設計を同時に行い,それを基に能動股義足を製作し評価を行う.本年度は,義足開発支援システムを用いた股義足機能と運動状態・運動意図推定アルゴリズムの同時設計手法を提案し,能動脚(義足の一部)の機構製作,機械性能の初期検証および制御系設計を開始した.義足の設計手法として,歩行シミュレーションを応用した義足開発支援システムを用いて,股義足の制御システム・機構システムおよび義足提案した運動状態推定アルゴリズムのパラメータを同時に設計する方法を提案した.また,義足の一部分となる能動的に駆動させることができる股関節継手の機構の製作を行い,単純な駆動制御システムを組み合わせ初期評価駆動試験を行った.本年度は,能動股義足システムの構築として,前年度に製作した能動脚を股義足用のソケットに組み合わせ能動股義足の構造・駆動部を製作した.骨盤,大腿節,下腿節,足部節に加速度,角速度センサを配置し,股関節,膝関節の関節角度,足底接地を合わせて,マルチモーダルデータを取得するセンサシステムを作成した.小型コンピュータを用いて,センサ情報を統合し,駆動システムへと制御信号を出力するた制御部を構成した.また,製作した能動股義足システムに前年度設計した制御アルゴリズムを適用し,ベンチテストで実験を行い初期評価を行った.本年度は,動作意図の抽出実験として,前々年度に構築した実験システムによって,歩行開始,歩行停止,速度変更,方向転換に関する動作意図に関する生体ダイナミクスデータの抽出を行った.また,歩行シミュレーションを応用した義足開発支援システムを用いて,股義足の制御システム・機構システムおよび提案した運動状態推定アルゴリズムのパラメータを同時に設計する方法を提案した.さらに,股義足の動力股継手の試作を行った.義足設計支援ソフトウェアの作成中に、床面と足底面の間の接触現象を再現する精度に課題が見つかり,より高精度の動的接触摩擦モデルの導入が必要であることがわかった.新たに接触摩擦モデル開発を行ったために初期の計画に比べるとやや遅れている.25年度が最終年度であるため、記入しない。義足の機構制御系設計中に、アクチュエータとして受動要素の導入が必要であることがわかったため、設計支援ソフトウェアの改良を行う必要があった.前々年度に構築した実験システムによって,歩行開始,歩行停止,速度変更,方向転換に関する動作意図に関する生体ダイナミクスデータの抽出を行う.

義足ソケット内の接触圧力,断端部の筋活動データ,身体各部の加速度・速度データなどを対象とする.また,今年度開発した歩行シミュレーションを応用した義足開発支援システムを用いて,股義足の制御システム・機構システムおよび義足提案した運動状態推定アルゴリズムのパラメータを同時に設計する.股継手,膝継手,足部継手をコントロールできる機構を考慮し,受動要素と駆動要素を組み合わせ高いエネルギ効率を実現できるようにする.股義足の目標運動軌道は健常脚の定常的な運動軌道を参照して決定し,左右対称な歩行運動となるよう評価関数を設定する.25年度が最終年度であるため、記入しない。試作した股義足を用いて,能動股義足システムを構築し,制御アルゴリズムの調整・再設計を行う.最終的に能動股義足システムを評価する.
レーザピンセットを用いたプラズマ中単一微粒子の形状および作用力の解明

本研究は,プラズマCVD法やスパッタリング法,パルスレーザデポジション法等のプロセシングプラズマ中に発生する単一帯電微粒子(ドロップレット)の観測と,それに作用する力を,レーザピンセットを応用した計測法を用いてin-situ測定することを目的としている。これまでに実験とシミュレーションの両面から研究を進めている。実験の面ではパルスレーザデポジション法中のプラズマプルームの観測、及び発生した微粒子の挙動を観測した。その結果、以下のことが明らかになった。1)プルーム中に発生する微粒子のサイズや密度は、レーザパワーの増加とともに増加する。2)基板上に堆積するドロップレットのサイズや密度は、ガス圧力に依存していること。3)ドロップレットの数は、外部磁界によって制御可能であることが分かった。また、ドロップレット、およびそのもととなるターゲットから飛び出した微粒子の帯電量変化と挙動と、プラズマ中で帯電した微粒子のシース通過中の帯電量変化を軌道制限理論を用いた計算によって検討した。1)飛び出した微粒子は、そのサイズが大きいほど、壁電位がより負であるほど、シースを通過するには大きい初期運動エネルギーが必要である。これは、壁電位を浮動電位よりも負にすれば、微粒子はプラズマ中に侵入できず、微粒子の除去が可能であることを示唆している。2)プラズマ中での微粒子の帯電量を、微粒子をプラズマ外に取り出して測定する場合、準中性領域とイオンシース領域において帯電量は大きく変化する。上記の計算は、微粒子表面に形成されるシースのイオン流入等による変形や、イオンシース中での電離現象、γ効果など等を考慮に入れていないため、実際とは若干の違いがあると考えられるが、実際の計測時の指標としては十分であると考えている。本年度はシステムの構築と,実際の微粒子の観測を試みた。システムの構築はほぼ完成し,実際にパルスレーザデポジション法中のプラズマプルームの観測を行った。その結果,磁界によってプルームが変化することが明らかになった。また,この結果を利用し,ドロップレットの無い高品質薄膜の作製も試みた。作製した薄膜は,SiC,cBN,CN,SnO2など様々など多岐にわたったが,それぞれ,高品質な薄膜の作製に成功している。以上の成果は,JJAP(日)やThin Solid Films(米)等のジャーナルに報告し,従来得られなかった重要な知見を得たものとして,高い評価を得た。なお,レーザピンセットによる微粒子のトラッピングや作用力の測定については,プロセス中に発生する微粒子の速度が速く,発生位置がランダムであるため,うまく計測できなかった。今後は,まず微粒子を外部から形状や大きさ,材質の既知な微粒子を加える機構を取り付けそれに働く作用力を調べ,その後実際のプロセスプラズマの応用する予定である。また,本年度のシステムを用いて,プラズマ中の微粒子の発生・成長・挙動の様子をゲートを付けたICCDカメラにより詳細にin-situ測定し,その発生・成長機構を定量的に解明すること行う予定である。本年度は、昨年完成したシステムを利用し、実際にパルスレーザデポジション法中のプラズマプルームの観測、及び発生した微粒子の挙動を観測した。

1)プルーム中に発生する微粒子のサイズは、レーザパワーの増加とともに増加することが分かった。2)基板上に堆積するドロップレットのサイズや密度は、ガス圧力に依存していることが分かった。3)ドロップレットの数は外部磁界によって制御可能であることが分かった。また、観測に用いたパルスレーザデポジション法を利用して、下記の様な薄膜の作製を行った。1)cBN, CNなどの高硬度薄膜の作製を行った。磁界を用いた方法で、硬度の低減につながるドロップレットを減少させ、高硬度化を図った。この結果、結晶性の向上が確認され、薄膜の硬度向上がみとめられた。2)H_2やCH_4などの可燃性ガスセンサに用いられるSnO_2、薄膜の作製を試みた。この結果、高い結晶性を持つ薄膜ガスセンサの作製に成功した。以上の成果は,JJAP(日)やThin Solid Films(米)等のジャーナルに報告し,従来得られなかった重要な知見を得たものとして,高い評価を得た。なお,レーザピンセットによる微粒子のトラッピングや作用力の測定については,プロセス中に発生する微粒子の速度が速く,発生位置がランダムであるため,現在もうまく計測できていない。今後は,形状や大きさ、材質の既知な微粒子を用いて,これらを測る予定にしている。本研究は,プラズマCVD法やスパッタリング法,パルスレーザデポジション法等のプロセシングプラズマ中に発生する単一帯電微粒子(ドロップレット)の観測と,それに作用する力を,レーザピンセットを応用した計測法を用いてin-situ測定することを目的としている。これまでに実験とシミュレーションの両面から研究を進めている。実験の面ではパルスレーザデポジション法中のプラズマプルームの観測、及び発生した微粒子の挙動を観測した。その結果、以下のことが明らかになった。1)プルーム中に発生する微粒子のサイズや密度は、レーザパワーの増加とともに増加する。2)基板上に堆積するドロップレットのサイズや密度は、ガス圧力に依存していること。3)ドロップレットの数は、外部磁界によって制御可能であることが分かった。また、ドロップレット、およびそのもととなるターゲットから飛び出した微粒子の帯電量変化と挙動と、プラズマ中で帯電した微粒子のシース通過中の帯電量変化を軌道制限理論を用いた計算によって検討した。1)飛び出した微粒子は、そのサイズが大きいほど、壁電位がより負であるほど、シースを通過するには大きい初期運動エネルギーが必要である。これは、壁電位を浮動電位よりも負にすれば、微粒子はプラズマ中に侵入できず、微粒子の除去が可能であることを示唆している。2)プラズマ中での微粒子の帯電量を、微粒子をプラズマ外に取り出して測定する場合、準中性領域とイオンシース領域において帯電量は大きく変化する。
ライン検出型高速タイムドメイン光コヒーレンストモグラフィの開発と微細血管の画像化

プローブ光の走査と反射型回折格子による参照光の空間的な遅延をラインカメラで検出するライン検出型高速タイムドメイン光コヒーレンストモグラフィを開発した。画像処理として、参照光強度分布の除去、ハイパスフィルタ、ヒルベルト変換、対数変換を行う。これらの処理を並列処理が可能なGPUにより、高速に行った。ラインカメラ(500画素、47,000lines/s)を用いて測定したとき、横方向のデータ数500のOCT画像が、94フレーム/秒でリアルタイムに得られた。また検出感度は93dBと生体計測を行うのに十分な感度が得られた。高速なラインカメラを検出器とするタイムドメイン(TD)OCTの開発を目的とした。これまでTD-OCTの高速化のため、線状な光をプローブ光、回折光を参照光に用い、2次元カメラを検出器とする非走査OCTの研究を行ってきた。2次元InGaAsカメラ(320×256画素、60フレーム/秒、露光時間1ms)を用いた非走査OCTでは、擬似シングルショット法により、1回のカメラ計測で1枚のOCT画像が得られるようになった。これにより点検出TD-OCTに比べ、高速にOCT画像が得られるようになった。しかし、フレームレートは2次元カメラにより制限され、計測のDuty比(露光時間/フレーム間隔)は6%と低かった。また線状なプローブ光において、クロストークや収差の影響による分解能の劣化という新たな問題が生じていた。そこでこのような問題を解決するため、本件急に至っている。開発した光学系において、光源である1.3μm帯SLDから出射した光は、ビームスプリッタで参照側とサンプル側に分割される。参照側には、回折格子をリトロー配置に設置し、空間的な光路差を発生させる。サンプル側ではガルバノミラーでビームを走査する。参照光がレンズによりInGaAsラインカメラ(512画素、47kHz)に結像され、サンプル光と干渉することで、深さ情報が獲得できる。システム評価した結果、最小検出感度は93dB、75%の高いDUTYを実現した。また94フレーム/秒で生体計測が可能であった。昨年開発した光学系は、バルク光学素子を用いてフリースペースに構築したもので、利便性が悪く、システム全体が大きなものとなった。そこで本年度はシステムの小型化のため、光ファイバによるライン検出TD-OCTの開発を行い、安価で並列処理が可能なGPU(Graphics Processing Unit)によりOCT画像のリアルタイム表示を検討した。ファイバ出力光源である1.3μm帯SLDから出射した光は、光カップラーで参照側(30%)とサンプル側(70%)に分割される。サンプル側ではガルバノミラーでビームを走査し、サンプルから反射された光は、サーキュレータにより、干渉計へ入射する。干渉計は、透過率の高いペリクルビームスプリッタで構成され、サンプル光は透過のみを使用することでロスを少なくしている。得られた干渉画像からOCT画像を得るには、2次元フーリエ面でのフィルタリングが必要である。測定したデータをGPUへ転送し、2D-FFT、フィルタリング、2D-IFFTの計算を行い、その結果をGPUからホストコンピュータへ転送する。開発にはNvidia社から提供されているGPU向けのC言語の統合開発環境CUDAを利用した。計算時間はフレーム間隔に比べ、十分短く、OCT画像をリアルタイムに表示できた。またこのGPUによる演算技術は、他のOCT技術(フーリエドメインOCT)でも十分利用できることも確認した。
2成分金属の時空間パターンを利用した自動配列する1次元導体絶縁体縞構造の開発

銀とアンチモンを溶かした水溶液に金属電極を挿入し、この金属電極表面上に、水溶液に溶けている銀とアンチモンを電気吸着させ、銀とアンチモンの電着膜を電極表面上に形成させる。その際、その電着膜表面に白と黒からなる時空間パターンが観察できる。この時空間パターンは、10μm程度の幅の、銀リッチな白い縞とアンチモンリッチな黒い縞から形成されており、電極表面に銀とアンチモンの電気吸着が続く限り、1μm/s程度の速さで動き続ける。この時空間パターンの形成メカニズムは現在明らかにされていない。前年度は、電着膜表面に観察できる時空間パターンの白と黒の縞の導伝率を正確に測定するために、まず時空間パターン下の状態を調査した。その結果、パターン下には、表面とは全く違う元素濃度を持つ均一な電着膜相が存在することがわかった。今年度はそのパターン下に存在する相をEPMA(Electron Probe MicroAnalyzer)を用いてさらに詳しく調べたところ、その均一電着膜相には「銀」、「アンチモン」、「硫黄」が含まれることがわかった。この「硫黄」は、銀、アンチモンを溶かしている水溶液に一緒に加えておいたチオシアン酸カリウムの硫黄が、銀、アンチモンの電極吸着とともに一緒に吸着し、この相に含まれたと考えられる。数少ない文献には「銀」、「アンチモン」、「硫黄」の化合物である「硫化銀アンチモン」はイオンが固体中を伝導できる固体電解質であると記されている。パターン下に存在するの均一電着膜相はこの「硫化銀アンチモン」である可能性が高い。このことは固体電解質内のイオンの動的な性質が、銀とアンチモンの時空間パターンの動的性質に関与している可能性を示している。2成分金属(銀とアンチモン)から成る時空間パターンは銀とアンチモンを溶かした水溶液に金属電極を挿入し、この電極表面上に水溶液に溶けている銀とアンチモンを電気吸着させることにより、金属電極上に形成される。この時空間パターンは、10μm程度の銀リッチな白い縞とアンチモンリッチな黒い縞から形成されており、縞は電極表面に銀とアンチモンの電気吸着が続く限り、電極表面上を1μm/s程度の速さで動き続ける。この時空間パターンを、本科学研究費補助金で購入した高倍率ズームレンズを使用して観察したところ、パターンを構成している、銀リッチな白い縞とアンチモンリッチな黒い縞の高さが時間とともに高くなっていくことが明らかになった。さらに、縞幅の時間変化についても考察したところ、幅も時間とともに大きくなっていくことがわかった。これらのことからこの時空間パターンは金属の相分離によって形成されているということが予想される。この予想が正しい場合、このような金属電極表面に電気吸着していく2成分金属が電極表面上で自発的に相分離を起こして時空間パターンを形成するという新規現象が初めて発見されたことになる。さらにこの予想を確かにするため、相分離以外の機構で、パターン形成に大きく寄与する可能性をもつと考えられる、一般的に電極表面上に時間とともに自発的に発生する対流と時空間パターンとの関係を調べた。本研究では、これまで垂直に固定されていた電極を水平に固定することにより、全く電極表面上の対流の発生を抑え、実験をおこなった。この実験により、対流が発生しない条件下においてもやはり、この時空間パターンは形成されてゆき、対流の効果でこの時空間パターンが発生しているのではないことがわかった。つまり、この実験により上記の予想はやはり否定されなかった。この時空間パターンは、10μm程度の幅の、銀リッチな白い縞とアンチモンリッチな黒い縞から形成されており、電極表面に銀とアンチモンの電気吸着が続く限り、電着膜表面上を1μm/s程度の速さで動き続けるのが観察できる。今年度は電着膜表面に観察できる時空間パターンの白と黒の縞の導伝率を正確に測定するために、まず時空間パターンの下に存在する電着膜の状態を調査した。この系は実験中、常に銀とアンチモンが電極に電気吸着し続ける系であるため、電着膜の厚さは時間と共に厚くなってくる。そのため、その表面に観察される時空間パターンの履歴が縞模様となって電着膜内部に残っている可能性がある。電着膜内部を調査するために、FIB(Focused Ion Beam)で表面からスパッタリングし、電着膜内部に達する穴を形成した。その穴内部を光学顕微鏡、及びSEMで観察したが、時空間パターンの履歴としての縞模様は内部に観察されなかった。さらに、その穴内部に対して、EPMA(Electron Probe MicroAnalyzer)を使用して、元素分析をもおこなった。もし、時空間パターンの履歴が内部に残っているならば、内部の元素濃度は時空間パターンの元素濃度と等しくなるはずであるが、実験結果は、電着膜内部の元素濃度が時空間パターンの元素濃度とは全く違うことを明らかにした。このことから、時空間パターン下の電着膜は時空間パターンとは全く違う状態であることがわかった。

銀とアンチモンを溶かした水溶液に金属電極を挿入し、この金属電極表面上に、水溶液に溶けている銀とアンチモンを電気吸着させ、銀とアンチモンの電着膜を電極表面上に形成させる。その際、その電着膜表面に白と黒からなる時空間パターンが観察できる。この時空間パターンは、10μm程度の幅の、銀リッチな白い縞とアンチモンリッチな黒い縞から形成されており、電極表面に銀とアンチモンの電気吸着が続く限り、1μm/s程度の速さで動き続ける。この時空間パターンの形成メカニズムは現在明らかにされていない。前年度は、電着膜表面に観察できる時空間パターンの白と黒の縞の導伝率を正確に測定するために、まず時空間パターン下の状態を調査した。その結果、パターン下には、表面とは全く違う元素濃度を持つ均一な電着膜相が存在することがわかった。今年度はそのパターン下に存在する相をEPMA(Electron Probe MicroAnalyzer)を用いてさらに詳しく調べたところ、その均一電着膜相には「銀」、「アンチモン」、「硫黄」が含まれることがわかった。この「硫黄」は、銀、アンチモンを溶かしている水溶液に一緒に加えておいたチオシアン酸カリウムの硫黄が、銀、アンチモンの電極吸着とともに一緒に吸着し、この相に含まれたと考えられる。数少ない文献には「銀」、「アンチモン」、「硫黄」の化合物である「硫化銀アンチモン」はイオンが固体中を伝導できる固体電解質であると記されている。パターン下に存在するの均一電着膜相はこの「硫化銀アンチモン」である可能性が高い。このことは固体電解質内のイオンの動的な性質が、銀とアンチモンの時空間パターンの動的性質に関与している可能性を示している。
Ｘ線ミラーが生成する高強度な準単色放射光を使ったマウス冠状動脈の動体画像化

大型放射光施設SPring-8の高輝度放射光を使い、ラットの冠状動脈造影で、ヒトの造影像での解剖学的構造に迫る血管構築が画像化され、多くの前臨床研究に使われている。この次の段階として、遺伝子組換えにより各種の病態モデルが作製できるマウスの冠状動脈の画像化へ進んだ。ラットに比べて小さく心拍数が多いマウスでの冠状動脈撮影のため、X線ミラーにより高輝度な準単色X線を生成し、さらにサブミリ秒でのX線露光が可能なX線シャッターを開発して、従来装置に比べ一桁短いサブミリ秒での高速撮影を可能とした。そして、これを使った各種の病態モデルマウスでの実験により、薬効評価や病気の解明の高精度化が実現できるであろう。・研究目的マウスでの冠状動脈撮影のため、X線ミラーにより高輝度な準単色X線を生成し、さらにサブミリ秒でのX線露光が可能なX線シャッターを開発して、サブミリ秒での高速撮影を可能とする。これを使い各種の病態モデルマウスで、薬効評価や病気の解明での高精度化を実現する。・平成25年度の実績本研究の中心課題であるX線ミラーの開発を行い、高強度な準単色X線の生成を実現し、当該年度の目標をほぼ達成した。従来の結晶分光器により血管造影でのコントラストが最も高い33.2 keVの単色X線を生成した場合は、エネルギーバンド幅が1525eVであり、これは白色X線である放射光の中から、33.20033.215keV(又は33.225keV)の間の非常に狭い範囲内のエネルギー成分のみを取り出したことになる。しかし、血管造影の場合は、X線のエネルギーが33.2keV以上ならば、エネルギーバンド幅が広くても問題ない。この性質を利用して、X線ミラーと金属フィルタを使いエネルギーバンド幅が広い準単色X線を生成した。白金を石英にコーティングしたミラーを使い、ミラー表面に対して0.1度の角度で入射した場合は、40keV以上のX線はほとんど反射されないため、出射されるX線は約40keV以下のエネルギー成分のみとなる。さらに、出射されるX線に対して、金属板フィルタを透過させると、通常のX線吸収により低いエネルギー成分ほど強く吸収される。この結果、金属フィルタの厚さを調整すると、透過したX線は33keV以上のエネルギー成分のX線となる。この結果として、約33keV以上で、約40keV以下のエネルギー成分から成る準単色X線を生成することができた。これを結晶分光器でのバンド幅1525eVと比較すると100倍以上のバンド幅となり、100倍以上のX線強度の向上が期待できるようになった。(1)研究目的ラットに比べて小さく心拍数が多いマウスでの冠状動脈撮影のため、X線ミラーにより高輝度な準単色X線を生成し、さらにサブミリ秒でのX線露光が可能なX線シャッターとハイビジョン級の画像検出器を開発して、従来装置に比べ一桁短いサブミリ秒での高速撮影を可能とする。(2)平成26年度の実績本年度の目標は、湾曲ミラーによるビーム拡大と、X線シャッター及び画像検出器の開発であった。湾曲ミラーによるビーム拡大に関しては、ミラー中心部を下から持ち上げ、両端はミラーの自重を利用して垂れ下がるようにして湾曲させる方式を検討した。しかし、自重を利用した方法では十分な湾曲が得られなかった。このため、強制的な湾曲機構の製作が必要であるという結論に達したが、予算的な問題で実現には至らなかった。X線シャッター及び画像検出器の開発に関しては、予定通りに順調に進み最短で0.25msのシャッター時間での撮影が可能な装置が開発できた。X線シャッターは回転円盤型であり、厚さ15mmのステンレス板から成る円盤2枚は、4箇所にスリットを有する同一形状で同期して回転する構造であり、スリットがビームを横切るときにパルスX線が作られる。円盤2枚を回転して互いにずらすと、2枚の円盤が作るスリットの幅が変わり、X線パルス幅(照射時間)を連続的に0.0 20.0msの範囲で設定できる。画像検出器には、新たにCMOSカメラを購入した。当初は、現有の蛍光板によるX線検出方式の装置へ組み込んで使用する予定であったが、高性能化のために新たに蛍光板方式の装置を製作し、この中にカメラを組込んでX線検出器として使用した。ただし、撮影速度は最大で60画像/sであり目標の100画像/sには至らなかった。これは、購入したCMOSカメラの性能で決まった。平成27年度は、従来装置でラット冠状動脈撮影実験を行っている大学医学部のSPring-8の利用者と共同で、新たな装置をラット実験に適用してその性能評価を行った。さらに、新たな応用研究への展開を進めた。研究計画では、X線ミラーが生成する高強度準単色X線とX線シャッターを使い、新たに開発した画像検出器であるX線カメラによりマウスの血管撮影をする予定であった。しかし、SPring-8での放射光利用実験で、X線ミラー利用実験期間と動物実験の期間を合わせることができなかった。このため、X線ミラーが生成する高強度準単色X線の評価は、解像度チャートの撮影で実施した。新たに開発したX線カメラの評価は、通常の単色X線を使いラットの冠状動脈造影で実施した。

X線ミラーによる高強度準単色X線に関して解像度チャート撮影の結果から、大強度X線であるが従来の結晶分光器を使った場合と同等の解像度特性が確認できた。新たなX線カメラでのラット冠状動脈撮影では、従来のX線サチコンカメラに比べて同等な解像度であるが、新たなX線カメラはS/Nが良いため低ノイズである高画質画像が得られた。さらに、新たなX線カメラの撮影視野はX線サチコンカメラより横方向が1.5倍広いため、ラットの左冠状動脈前下行枝の全体を画像化することができた。これらの結果から装置開発に関して、それぞれの構成機器の性能は目標性能を達成することができた。今後の展開については、まず高強度準単色X線とX線シャッターを使ったマウスの血管撮影を実施して性能の最終確認を行う。さらに、本研究に関連して、高強度準単色X線を使った高速イメージングの有効性が認められ、本研究で使用したX線ミラーより高性能な多層膜ミラーの開発が始まっており、本研究で開発した装置を多層膜ミラーを使った実験にも適用する予定である。大型放射光施設SPring-8の高輝度放射光を使い、ラットの冠状動脈造影で、ヒトの造影像での解剖学的構造に迫る血管構築が画像化され、多くの前臨床研究に使われている。この次の段階として、遺伝子組換えにより各種の病態モデルが作製できるマウスの冠状動脈の画像化へ進んだ。ラットに比べて小さく心拍数が多いマウスでの冠状動脈撮影のため、X線ミラーにより高輝度な準単色X線を生成し、さらにサブミリ秒でのX線露光が可能なX線シャッターを開発して、従来装置に比べ一桁短いサブミリ秒での高速撮影を可能とした。そして、これを使った各種の病態モデルマウスでの実験により、薬効評価や病気の解明の高精度化が実現できるであろう。本年度の目標は、湾曲ミラーによるビーム拡大と、X線シャッター及び画像検出器の開発であった。湾曲ミラーによるビーム拡大に関しては、自重を利用した方法では十分な湾曲が得られなかった。このため、強制的な湾曲機構の製作が必要であるという結論に達したが、予算的な問題で実現には至らなかった。ミラーを湾曲させない場合には、ミラー表面に対してX線が0.1°の角度で入射する場合に、反射されるビームの上下方向の幅は1.7mmとなる。ここで自重を利用した方法では十分な湾曲が得られなかったが、それでも上下方向の幅は3mm程度までは拡大できると予想される。目標値は上下方向の幅が5mmであるが、3mm程度でもマウス心臓の約半分の領域をビーム内に収めることができ、左または右冠状動脈の全体を視野に収めることは可能である。撮影速度に関しては、最大で60画像/sであり目標の100画像/sには至らなかった。ただし、シャッター速度に関しては最短で0.25msでの撮影が可能であり、撮影画像の画質に関しては目標を達成し、解像度劣化のない鮮明な画像が得られている。このため、実質的な問題はないと考えられる。医用画像工学X線ミラー及び撮影装置に関しては、性能的に目標値に達していない項目もあるが、実質的な総合性能は当初計画を満足するものであり、当初の予定に従って計画を進めて行く予定である。具体的な今後の予定として平成27年度に、従来装置でラット冠状動脈撮影実験を行っている大学医学部のSPring-8の利用者と共同で、新たな装置をラットやマウスでの冠状動脈撮影実験に適用してその性能評価を行う。さらに、新たな応用研究への展開を進める。本年度は研究の中心であるX線ミラーの開発を行い、高強度な準単色X線の生成を実現したため、当該年度の目標をほぼ達成した。白金を石英にコーティングしたミラーを準備し、これを収納するヘリウムチェンバーを製作した。
リン酸形燃料電池高出力密度化の基礎研究

リン酸型燃料電池を高出力密度化することを目的とし、高出力密度で起こる性能不安定現象の原因究明を行い、高出力密度で且つ安定した運動を行うための方策を明らかにした。(1)性能不安定現象は、触媒層へのリン酸浸透が不十分な場合に起こる。撥水性の弱い触媒層では起きないが、撥水性を強めた電極を高出力密度で運転する場合に起きやすく、あらかじめ触媒層にリン酸浸透する対策が必要である。(2)リン酸浸透を促進する方法として、減圧法、超音波法、アルコール法、電位法、及び濃縮リン酸法を試みた結果、機械的な外力を利用した前の二つの方法は、リン酸浸透にあまり効果がなく、界面張力に関係する後の三つの方法でリン酸浸透を促進する効果がみられた。しかし、アルコール法は、リン酸浸透量が大きい割に電極性能が低く、電位法と濃縮リン酸法は浸透促進に効果があるだけでなく、少ないリン酸浸透量でも高出力密度での安定運転に効果があり実用性が高いことが判明した。(3)性能不安定現象は、徐々に酸素が不足して特性低下が起こる現象と特性面では同じ特徴を示す。純酸素では、性能不安定現象は起こらず、酸素濃度の低いガスほど低い出力密度でも性能不安定を起こす。安定運転中の電極が、不安定領域までどの程度余裕があるかは、酸素濃度の低いガスを用いて診断できる。(4)負荷変動や起道・停止過程におけるリン酸濃度変化を模擬した試験を実施した結果、定常運転状態に比べ電極性能の低下が大きいことが判明した。リン酸形燃料電池を高出力密度化することを目的とし、高出力密度化に伴う性能不安定現象の原因究明を行い、下記の事象を明かにした。(1)高出力密度運転での性能不安定現象に及ぼす酸素濃度、ガス流量、運転温度などの運転条件の影響を明かにした。酸素濃度の影響が最も大きく、酸素欠乏による濃度分極の増大が性能低下の原因であることが解明出来た。科研費で購入したディジタルストーレッジスコープで抵抗分極測定が可能となり、濃度分極の分離評価を行うことが出来た。(2)製作方法を変えた電極を用いて実験したところ、撥水性の強い電極ほど高出力密度運転で性能低下が起こりやすいこと、強撥水性電極にリン酸を含浸することで性能が安定化すること、リン酸の含浸にはリン酸濃度の影響が大きいことなどが判明した。以上の研究成果は、まとめて電気学会論文誌に発表した。当初計画した上記研究の過程で、予期せぬ新たな重要知見が得られた。これは、リン酸の濃度が触媒層のリン酸含浸性に強く影響を及ぼすことである。負荷が変化すると、発電に伴う生成水のためリン酸濃度も変化するので、触媒層中のリン酸含浸量も変化する可能性がある。この点については、平成6年度の研究で取り上げる。リン酸型燃料電池を高出力密度することを目的とし、高出力密度での性能安定化のため触媒層へのリン酸含浸とリン酸移動について研究した。リン酸含浸を促進する方法として、減圧含浸法、超音波含浸法、アルコール法、電位法、及び濃縮リン酸法を試みた結果、機械的な外力を利用した前の二つの方法は、リン酸含浸に殆ど効果がなく、界面張力に関係する後の三つの方法でリン酸含浸を促進する効果がみられた。しかし、アルコール法は、リン酸が含浸されたにもかかわらず電極性能が向上しない結果となった。電位法と濃縮リン酸法は含浸の促進に効果があるだけでなく、高電流密度運転での電極性能の安定化にも効果があり実用性が高いことが判明した。リン酸の含浸によって安定な運転が可能となった燃料電池が、性能不安定条件までどの程度余裕があるかを調べる方法として、空気と窒素を混合した酸素希薄ガスを用いて、性能不安定を起こす酸素濃度を測定する診断法を開発した。測定した酸素濃度が空気中の酸素濃度に近ければ、性能不安定条件に近いと判断される。

燃料電池は、負荷変動や起動・停止を繰り返すと性能低下が大きいと云われ、現在実証運転中のものは、殆ど一定負荷で運転されている。負荷変動や起動・停止の過程でリン酸の濃度が変化するため、これを模擬した実験を行ったところ、リン酸の濃度を変化させることにより電極の特性低下が大きくなることが明らかとなった。リン酸の濃度変化を抑制した燃料電池の運転方法を推奨した。
分化抑制因子Id2欠損マウスを用いたNK細胞の発生分化過程の解析

分化抑制因子Id2は細胞分化に関与するbasichelix-loop-helix(bHLH)型転写因子の機能阻害因子であり、細胞分化抑制能と細胞増殖促進作用をあわせ持つ。本研究の目的は、Id2欠損マウスにみられるNK細胞の分化障害の分子基盤を明らかにしながら、生体における分化抑制因子の役割を解明することにある.本年度の成果は以下のとおりである。NK細胞の分化にはId2が必須であるが、これがId2のどの領域に依存しているのかを明らかにするために、レトロウイルスを用いたレスキュー実験を計画した。しかし、結果的には技術的な問題により、現在も試行錯誤を続けている。まず、5FU投与したマウスの骨髄細胞にレトロウイルスを感染させることで約30%の感染効率が得られる系を確立した。しかし、この骨髄細胞をIL-15存在下に培養すると、レトロウイルスに感染していない細胞からは20-30%のNK細胞が誘導されるのに対して、感染した細胞からはほとんど誘導されなかった。そこで、種々のストローマ細胞との共培養を試みたところ、最近ようやくレトロウイルスに感染した骨髄細胞からもNK細胞が誘導されるようになった。まだ至適条件を検討する余地はあるが、今後もこの系を用いてNK細胞分化に係わるId2の責任領域を明らかにし、その領域と相互作用を示す因子の同定を経て、NK細胞の分化制御機構を明らかにしたい。またId2欠損マウスは乳汁分泌不全を示すが、妊娠に伴う乳腺上皮細胞の増殖・分化に係わるプロラクチンの細胞内情報はSTAT5に依存しており、NK細胞の分化に係わるIL-15による細胞な情報と一部共通する。Id2がSTAT5の情報伝達系に関与していないか、種々の方法を用いて検討したが、これまでのところそれを指示する結果は得られていない。