hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ポーラス炭素の精密構造制御と高効率エネルギー貯蔵の研究

本研究では、共有結合性有機構造体(Covalent-Organic Framework, COF)を鋳型・前駆体として用いて炭素化処理を行うことにより、細孔構造を精密制御したポーラス炭素材料を合成し、キャパシタ等における貯蔵と輸送の能力の大幅な向上を目的とする。溶媒熱反応を利用して、共有結合性有機構造体(COF)を合成し、シリカ前駆体((3-aminopropyl)triethoxysilane (APTES))をCOFの細孔に導入した。水蒸気などの雰囲気下でシリカ前駆体を加水分解させ、COF@SiO2複合体を合成した。合成されたポーラス共有結合性有機構造体COFやそのシリカとの複合体をアルゴン雰囲気下で、高温処理し、炭素化させ、生成物をHFで洗浄した。炭化処理の温度などの条件により、異なる細孔構造を有するポーラス炭素材料(CA-T,Tは焼成温度)を合成した。700ー1000°Cの温度では、共有結合性有機構造体COFとシリカとの複合体の炭化処理によって得られた炭素材料は高い比表面積を示した。合成されたポーラス炭素を電気二重層キャパシタの電極材料として用いて、硫酸水溶液において充放電特性評価を行った。共有結合性有機構造体・シリカ複合体前駆体の合成条件や、炭化処理条件などが、生成されるポーラス炭素材料の構造及び電気二重層キャパシタの電極材料としての特性に与える影響について詳細に検討した。これらの材料の中で、800°Cでの焼成で得られたCA-800炭素材料は電気二重層キャパシタの電極材料として最も高い性能を示すことを見出した。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。本研究では、共有結合性有機構造体(COF)等の有機系結晶性ポーラス材料を鋳型・前駆体として用いて炭素化処理を行うことにより、細孔構造を精密制御したポーラス炭素材料を合成し、キャパシタ等におけるエネルギー貯蔵特性の向上を目的とする。溶媒熱反応を利用して、共有結合性有機構造体(COF)を合成した。シリカー前駆体tetramethylorthosilicate (TMOS)やaminopropyltriethoxysilane (APTES)をCOFに導入した。水蒸気などの雰囲気下でシリカー前駆体を加水分解させ、COF@TMOS-SiO2とCOF@APTES-SiO2複合体を合成した。合成されたポーラス共有結合性有機構造体COFやその複合体COF@TMOS-SiO2とCOF@APTES-SiO2をアルゴンガスフロー下で、700, 800, 900と1000°Cで加熱炭化させ、生成物をHFで洗浄した。炭化処理の温度などの条件により、異なる細孔構造を有するポーラス炭素材料を合成した。800°CでのCOF-5とCOF-5@TMOS-SiO2の炭化処理によって得られた炭素材料は、それぞれ300 m2/gと600 m2/gの比表面積を示した。700-1000 °Cの温度でCOF-5@APTES-SiO2の炭化処理によって得られた炭素材料は、1500-1700 m2/gの高い比表面積を示した。合成されたポーラス炭素を電気二重層キャパシタの電極材料として用いて、硫酸水溶液中において充放電特性評価を行った。異なるポーラス共有結合性有機構造体前駆体の使用や、炭化処理条件などが、生成されるポーラス炭素材料の構造及び電気二重層キャパシタの電極材料としての特性に与える影響を詳細に検討した。本年度は、研究計画に沿って、有機系結晶性ポーラス材料を鋳型・前駆体として用いて、キャパシター電極材料として高い充放電性能を示す多孔質炭素を開発した。研究計画通り順調に進展している。

次年度も、研究計画に沿って実験・研究を行い、有機系結晶性ポーラス材料の構造・組成の最適化や炭化処理の反応条件の最適化を行うことにより、エネルギー貯蔵性能の更なる向上に取り組む予定である。研究計画を変更することなく、当初計画に沿った実験・研究を実施する予定である。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
放射光によるポアンカレビーム生成

本研究はポアンカレビームと呼ばれる、その2次元平面内に全偏光状態を持つ光を放射光のテクノロジーを使って実現しようというものである。本年度はUV領域の放射光で2次元的な偏光の分布を測定、解析するための方法を検討しシミュレーションによってその手法の妥当性を確認した。この方法では1/4波長板と直線偏光子を組み合わせて円偏光の強度を測定し、直線偏光子によって直線偏光の強度を測定し、そのストークスパラメータを決定する。ストークスパラメータによって偏光の状態は決定されているのではあるが、そのままでは楕円の形状や回転方向、円偏光度、直線偏光度といったパラメータが分かりづらい。そのため次にストークスパラメータから光の直線偏光度、円偏光度、楕円形状などを解析する手法を検討し、それをシミュレーションによって得た直線偏光アンジュレータや円偏光アンジュレータの一次光といった偏光状態のよくわかっている光のストークスパラメータに適用した。その結果、水平偏光、円偏光ともに想定される形状の楕円と、直線偏光度、円偏光度が得られた。この手法を2次元的なアンジュレータ放射の分布に適用してやることでその偏光状態分布を分かりやすい形で得ることができる。次に水平、垂直偏光アンジュレータの2次光同士や右と左の円偏光アンジュレータの2次光と1次光、2次光と2次光といった光の重ね合わせを使って、2次元的な偏光状態分布を得た。特に右、左に円偏光2次光同士の重ね合わせ光は以前の方法で求めた偏光の向きと直線偏光度が新しく求めたものと一致することを確認した。昨年度は研究室の准教授がいなくなり、研究室に助教一人となったことで、運営の仕事や講義といった様々な雑用に追われた。また、自身の就職活動などもする必要があったため十分な時間を割くことができなかったため。今年度は転職したことによって環境が大きく変わり、科研費の研究に割ける時間がどの程度あるか不明である。また光学系の試験等を行う場所もなく、計画を変更して対応する本研究はポアンカレビームと呼ばれる、その2次元平面内に全偏光状態を持つ光を放射光のテクノロジーを使って実現しようというものである。また光学系の試験等を行う場所もなく、計画を変更して対応する昨年度は研究室の准教授がいなくなり、研究室に助教一人となったことで、運営の仕事や講義といった様々な雑用に追われた。また、自身の就職活動などもする必要があったため十分な時間を科研費研究に割くことができなかった。今年度は転職したことによって環境が大きく変わり、仕事の量が増え、内容も変わってしまったため、科研費の研究に割ける時間がどの程度あるか不明である。また光学系の試験等を行う場所もなく、これらの計画を実施するのは困難であるため、レーザーやカメラといった物品を購入するかについては再検討が必要である。いくらかの光学素子やパソコン等の物品を購入して可能な範囲で研究を実施する予定である。
鉄筋コンクリートラーメン橋脚の耐震性能および限界状態耐震設計法の確立

阪神大震災において,多くのコンクリート構造物に甚大な被害が生じた.独立柱式橋脚の場合には,ある箇所にヒンジが発生し破壊が生じると,構造物全体の崩壊につながる.一方,ラーメン橋脚のような不静定構造物では,一般に,一部材の破壊が即構造物全体の崩壊に至ることは稀であると考えられてきた.しかし,今回の地震ではいくつかのRCラーメン橋脚が崩壊するという大被害が生じた.これまで,RCラーメン橋脚の耐震設計を行なう場合,部材の耐力と靱性をどのように考えればよいか,また,破壊順序と崩壊形式をどのようにすればよいか等に関してはほとんど明らかにされていなかった.このようなことから,今回の震災を契機として,ラーメン橋脚においても上記の問題点を早急に解明しておく必要がある.本研究は,阪神大震災で被災したRC構造物の中から,新幹線に用いられている2層ラーメン橋脚を対象にして,1)崩壊した構造物の地震応答性状,2)各部材の靱性率が構造物全体の応答性状におよぼす影響,3)崩壊形式が構造物全体の挙動におよぼす影響等を,小型RC2層ラーメン供試体を用いた仮動的実験と応答解析から明らかにしようとするものである.実験及び解析から以下のことが結論される.1)RC2層ラーメン橋脚において,柱にせん断破壊が生じないならば,残りの各構成部材の耐力および靱性率,破壊順序が構造物全体の応答性状に及ぼす影響はそれ程大きくないことが明らかになった.2)断面を約30%増加させた耐力型の供試体では,RC2層ラーメン橋脚において,曲げおよびせん断耐力を増大させた場合,地震による損傷は小さく,大地震後の供用性という観点から見れば好ましいと考えられる.3)崩壊した実構造物の応答解析結果から,構造物の崩壊は柱にせん断破壊が生じ,地震発生後数秒で崩壊に至ったと推測される.阪神大震災において,多くのコンクリート構造物に甚大な被害が生じた.独立柱式橋脚の場合には,ある箇所にヒンジが発生し破壊が生じると,構造物全体の崩壊につながる.一方,ラーメン橋脚のような不静定構造物では,一般に,一部材の破壊が即構造物全体の崩壊に至ることは稀であると考えられてきた.しかし,今回の地震ではいくつかのRCラーメン橋脚が崩壊するという大被害が生じた.これまで,RCラーメン橋脚の耐震設計を行なう場合,部材の耐力と靱性をどのように考えればよいか,また,破壊順序と崩壊形式をどのようにすればよいか等に関してはほとんど明らかにされていなかった.このようなことから,今回の震災を契機として,ラーメン橋脚においても上記の問題点を早急に解明しておく必要がある.本研究は,阪神大震災で被災したRC構造物の中から,新幹線に用いられている2層ラーメン橋脚を対象にして,1)崩壊した構造物の地震応答性状,2)各部材の靱性率が構造物全体の応答性状におよぼす影響,3)崩壊形式が構造物全体の挙動におよぼす影響等を,小型RC2層ラーメン供試体を用いた仮動的実験と応答解析から明らかにしようとするものである.実験及び解析から以下のことが結論される.1)RC2層ラーメン橋脚において,柱にせん断破壊が生じないならば,残りの各構成部材の耐力および靱性率,破壊順序が構造物全体の応答性状に及ぼす影響はそれ程大きくないことが明らかになった.2)断面を約30%増加させた耐力型の供試体では,RC2層ラーメン橋脚において,曲げおよびせん断耐力を増大させた場合,地震による損傷は小さく,大地震後の供用性という観点から見れば好ましいと考えられる.3)崩壊した実構造物の応答解析結果から,構造物の崩壊は柱にせん断破壊が生じ,地震発生後数秒で崩壊に至ったと推測される.
植物栽培用省エネLED光源による極短い明滅パルス照射法の開発と有効利用

LEDsを施設園芸生産での栽培用省エネルギーランプとして実用化することを最終的な目的として,新たな効率的照射栽培方法の開発に繋げるための植物成長生理学的に新規な基礎知見を得た。植物工場栽培の主要野菜であるリーフレタスをLEDsパルス光照射下(周期:202kHz,点灯期間/周期:0.5)で栽培し,地上部成長は連続光下に比べて最大増加率で約20%まで有意に増加した。葉形質(形態や成分含量)に影響はなく,葉の光合成(CO2取込速度および光化学反応特性)は光利用効率が上がる適応が見られた。LEDs光源を用いた新たな省エネルギーパルス光照射栽培法としての実用化が期待できることを示唆した。近未来の施設園芸生産における省エネLED光源の効率的有効利用を目的として、LED光源の特徴を活かした極短い明滅パルス照射下での葉菜類栽培を検討した。葉菜類として成長が早いリーフレタスおよびコマツナを用いた完全閉鎖型人工光植物工場栽培のモデル試験として,空調(室内温度25°C)室内および小型恒温器内で発芽後約2週間生育させた苗を口径約7cm×深さ約7cmのビニールポットにベルムライト培地を入れて定植し、養液を底面吸水して養液栽培を行った。光源LEDsは赤色波長と青色波長を4:1に直鎖状に並べて繰り返し配置した熱放射の少ない棒状LEDs管を用い、光強度と日長一定下での成育量を比較した結果、リーフレタス、コマツナ共に栽培20日間でパルス照射時の周波数(1500Hz)に対する生育反応において応答の違いが見られた。リーフレタスでは周波数が高くなるにつれて生育がより増大する傾向が見られた。すなわち、500Hz(1 ms点灯/1 ms消灯)パルス照射下で最も生育が増大した(葉重で119%,葉面積で130%)。生育促進量の誤差を考慮して有意な生育増加が認められるのは110%以上と考えると、50Hz以上が有効であると結論する。コマツナでは周波数が1.6750Hzの範囲で生育増加(116125%)が見られた。中でも50Hzでの増加が著しく、最も効果的なパルス照射間隔であると結論する。本栽培試験は育苗期から初期生育期までの栽培環境(受光量,気温、養液濃度、吸水量)を厳格に制御して行った結果であり、データの信頼性は高いと考えるが、野菜苗などの個体間の生長バラツキも当然考慮すると、連続光栽培に対して少なくとも1割以上の生育増加が明確に認められるパルス照射間隔として50500Hzが有効とし、リーフレタスおよびコマツナに共に有効性が期待できるのは50Hzと結論した。完全閉鎖型人工光野菜栽培での省エネ型発光ダイオードランプ(Light-Emitting Diodes:LEDs、赤色660nm:青色450nm=4:1)の特性を活用する新規な照射方法の開発を目的として、LEDs固有の特性である明滅応答が極めて早いことに着目して、極短明滅パルス照射法の植物成育に及ぼす影響を成長生理学的に検討した。生産栽培が約12ヶ月の栄養成長相に限られる葉菜(リーフレタス)を22°C恒温、150μmol/m2/sで養液栽培し、前年度は1500Hzの明滅パルス照射で栽培を検討したのに対して、今年度はさらに明滅パルス周期を0.12×104Hz(5s25μs点灯/5s25μs消灯、50%Duty明滅[明時間:暗時間=1:1]、対照として連続照射)に拡大して照射を行い、成長生理特性として成長速度、葉形態、葉内成分への影響を明確にし、特に栄養成長生理に直接的に関連する光合成特性(着生葉によるCO2ガス拡散法とクロロフィル蛍光)に及ぼす影響を明らかにすることに焦点を絞って測定した。成長量は50%Dutyで最も早い明滅パルス周期50μs (2×104Hz)で連続照射よりも増加し、葉形態は周期の長いパルス光で葉厚が増加した。光合成速度は弱光下(80μmol/m2/s)でパルス光周期を10s (0.1Hz)まで伸ばしても連続光と同等を維持したが、強光下(200μmol/m2/s)ではパルス光周期500ms (2Hz)以上に長くすると連続光より低下した。また,パルス光下で形態形成(展葉)した葉の光合成速度は連続光下で展葉した葉に比べて測定光がパルス光の場合に高い光合成速度を示し、機能的な適応が示唆されたことより、より詳細な光合成反応系の解析を進めることとした。植物工場栽培での新たな育成用ランプ照射方法の開発を目的として,on-offスイッチの応答性が極めて早い可視発光ダイオード(LEDs)を用いた極短周期パルス照射法(間欠照射法)による野菜栽培法における成長と光合成を生理学的に調査して,その栽培光源としての有効性を検討した.パルス光周波数0.55Hzで連続光より最大増加率で約20%まで成長が有意に促進され,低い周波数(0.2Hz)では成育が劣る傾向が見られた.

成長が連続光下と同等または促進されたパルス光下で成育した葉形質(形態,葉厚,クロロフィル含量,全可溶性タンパク質含量)にはパルス照射の影響は見られなかったが,周波数の低いパルス光下では連続暗期が長くなり,葉が陰葉化して成長は抑制されると考えられる.パルス光への光合成機能応答について,連続光下で出展葉した葉のパルス測定光下での光合成速度(光飽和下,PPFD 200μmol)は10Hz以下では低下したが,弱光下(PPFD 80μmol)では影響を受けなかった.光強度ー光合成速度曲線による解析から,弱光下での見かけの量子収量に及ぼすパルス光照射による有意な影響は見られなかったが,パルス光下で出展葉した葉の光合成速度(光飽和下,PPFD 200μmol)は有意に高くなったことより,パルス光への光合成機能的な適応機作の可能性も示唆された.光化学反応系についてクロロフィル蛍光測定から,Fv/Fm(光化学系IIの最大量子収率)に有意差は見られず,光強度200μmol,DT比(明期/周期)50%のパルス光下でも植物は光ストレスを受けずに光合成機能的には正常に発達した.本年度の成果を含めたこれまでの解析より,室内完全人工光利用型野菜工場でLEDsを用いた実用的なパルス光照射法が連続光下での成長量を上回る光照射法として生産栽培に利用が期待できることを示唆した.植物育成用光源としてのLEDsの開発は未だ発展途上であること,加えて本研究課題のオリジナリティーであるLEDs光源を用いたパルス照射制御装置も独自開発する必要があったことより,初年度から2年目にかけて栽培実験用の光源装置の開発と平行しながらの照射条件検討実験が必然的であった.従ってパルス照射条件として幅広い周波数段階やDT比の検討を踏まえ,再現性実験に3ヶ年を要した結果,実験室レベルでの小規模栽培実験におけるLEDsパルス照射法により,リーフレタスの成長を促進できる周波数条件を見出すことができ,植物栽培法に関する特許取得に向けた申請を継続中である.その実用化において,幅広い園芸葉菜類の成育特性に適正なパルス照射ができるような光強度とDT比の可変性も含めた調光システムの開発へと繋げるためには,さらに種類数を増やした栽培実験を重ねて行う必要がある過程途上で,現時点での成果は実際の野菜工場生産されている代表的なリーフレタス栽培を基本モデルとした基礎的なデータの集積にとどまっている.本研究を基盤とする最終的な目標は,早期に実用的なLEDsパルス照射栽培法の確立であり,LEDsランプの特性である長寿命・省エネルギー性を活かした経済的にも効率的な調光システム構築に向けた調光器開発をも含めた栽培システムの特許化への申請段階に達している.特にパルス照射下での成育促進の機作として,光合成の機能適応についてCO2ガス交換法,並びにクロロフィル蛍光測定により明らかにできた成果は,光合成生理学的な見地,園芸栽培学的な見地,植物栽培環境制御学的な見地に分けてそれぞれの専門学会に発表を行い,完全閉鎖型植物工場生産の実用化が世界に先がけて進んでいる我が国での先行研究成果として,2016年にアメリカミシガン州立大学で開催する第8回園芸における光国際シンポジウムで発表予定である.LEDsを施設園芸生産での栽培用省エネルギーランプとして実用化することを最終的な目的として,新たな効率的照射栽培方法の開発に繋げるための植物成長生理学的に新規な基礎知見を得た。植物工場栽培の主要野菜であるリーフレタスをLEDsパルス光照射下(周期:202kHz,点灯期間/周期:0.5)で栽培し,地上部成長は連続光下に比べて最大増加率で約20%まで有意に増加した。葉形質(形態や成分含量)に影響はなく,葉の光合成(CO2取込速度および光化学反応特性)は光利用効率が上がる適応が見られた。LEDs光源を用いた新たな省エネルギーパルス光照射栽培法としての実用化が期待できることを示唆した。LEDs光源のパルス照射実験において50%Duty明滅[明時間:暗時間=1:1]と定めてのパルス周期の成長量に及ぼす影響については、実用化の範囲を想定して周期の範囲を当初の予定より広範囲に拡大して行ったことより(0.1Hz)、明確な差異が認められる周期の範囲について詳細に提言できるところまで進捗している。
実用的な検査用ハンドヘルド触覚センサのための設計論

本研究では,現在でも人の手の触覚によって行われる各種検査作業を効率化するために,産業現場で使用できる安価で操作が簡単なハンドヘルド型の接触式センシングデバイスを開発することを目的とした.本年度では,特に布地(繊維織物)の手触り・風合いを評価する検査作業に応用するための検査装置の開発を目的とした.この目的のために,ある基準となる布地(「装置布」)でマイクロホンを覆った構造の検査装置を考案した.この装置は人が手で持って検査対象の布地(「対象布」)の上をなぞらせて使用するものであり,装置布と対象布が擦り合わされて発生する音を計測する.布地は細い繊維が絡まりあった複雑な階層構造を持っているが,布地同士の擦り合わせで発生する音は,布地の階層構造に由来する様々な情報を含んでいると考えられる.簡単な装置を試作して実験を行い,摩擦音の各周波数の信号強度について統計学的な分析を行った結果,下記の知見を得た.(1)対象布が装置布とこすり合わされて発生する摩擦音を測定し,そのいくつかの周波数における信号強度の差異を評価することにより,対象布間の表面性状の差異を数値化できる,(2)ただし,対象布間差異が信号強度に与える影響の大きさは,装置布の種類によって大きく異なる,対象布間差異以外の要因(操作者間の動作の差異など)の影響を大きく受ける装置布も存在する.(3)複数の対照的な性状の布地(たとえば硬くゴワゴワした布地と柔らかく滑らかな布地など)を装置布として用いて,それらの摩擦音を同時に計測することで,対象布の情報をより効果的に取り出すことができる.(4)少なくとも5種の装置布と10の周波数における信号強度から定義される3つの主成分によって,10種の対象布を識別することがほぼ可能である.本研究課題では,工業製品の製造現場の検査・評価工程において,作業者が手に持って(あるいは手に装着して)簡単に用いることができるようなハンドヘルド型の触覚センサ技術の開発を目標としている.平成18年度は,特に下記の2つのターゲットに重点を置いて研究を行った.(A)柔らかい物体(スポンジや布地など)の表面性状の評価と測定.(B)硬い物体(金属製品など)の表面上の不良箇所の検出.まず,上記(A)に関しては,対象物の表面をなぞらせることで,その表面の柔らかさと摩擦の大きさを計測できる触覚センサの基本構造を提案した.また,このセンサからの複数の信号を統合して必要な情報を抽出する統計学的な実時間計算手法も開発した.さらにこの基本構造をもとにして,対象物表面のより細かなテクスチャの情報も取り出すことができる,指先サイズの小型センサ装置の試作も行った.小型装置からの信号のスペクトル形状からは,対象物(布地など)の表面の凹凸の細かさと表面の柔らかさに関連付けられる特徴が認められた.上記(B)については,以前提案した対象面上の微小な凸部(塗料に混ざった塵など)を検出する技術をさらに強化する手法を提案した.従来の技術は,単一の感圧抵抗フィルムを対象面にほぼ一定の力で押し付けながらなぞらせたとき,対象面上に微小な凸部があると感圧抵抗フィルムの抵抗値が変化するという現象を利用したものであった.この技術を強化するために,感圧抵抗フィルムと対象面との間に弾性率の異なる薄い介在物を2枚はさむ方法を提案した.これによって検出性能がより強化されて,同時によりロバストになるということが分かった.さらに介在物の効果のメカニズムをより明らかにするために,有限要素解析も行った.この有限要素解析によって,より有効なセンサ構造が示唆された.本研究では,現在でも人の手の触覚によって行われる各種検査作業を効率化するために,産業現場で使用できる安価で操作が簡単なハンドヘルド型の接触式センシングデバイスを開発することを目的とした.本年度では,特に布地(繊維織物)の手触り・風合いを評価する検査作業に応用するための検査装置の開発を目的とした.この目的のために,ある基準となる布地(「装置布」)でマイクロホンを覆った構造の検査装置を考案した.この装置は人が手で持って検査対象の布地(「対象布」)の上をなぞらせて使用するものであり,装置布と対象布が擦り合わされて発生する音を計測する.布地は細い繊維が絡まりあった複雑な階層構造を持っているが,布地同士の擦り合わせで発生する音は,布地の階層構造に由来する様々な情報を含んでいると考えられる.簡単な装置を試作して実験を行い,摩擦音の各周波数の信号強度について統計学的な分析を行った結果,下記の知見を得た.(1)対象布が装置布とこすり合わされて発生する摩擦音を測定し,そのいくつかの周波数における信号強度の差異を評価することにより,対象布間の表面性状の差異を数値化できる,(2)ただし,対象布間差異が信号強度に与える影響の大きさは,装置布の種類によって大きく異なる,対象布間差異以外の要因(操作者間の動作の差異など)の影響を大きく受ける装置布も存在する.(3)複数の対照的な性状の布地(たとえば硬くゴワゴワした布地と柔らかく滑らかな布地など)を装置布として用いて,それらの摩擦音を同時に計測することで,対象布の情報をより効果的に取り出すことができる.(4)少なくとも5種の装置布と10の周波数における信号強度から定義される3つの主成分によって,10種の対象布を識別することがほぼ可能である.
国民保護行政における専門性の補完体制の比較研究

ドイツ及びイギリスにおいて、国民保護の文献調査及び文民保護組織の現地調査を実施した。また、その研究成果(海外における危機管理体制や国民保護体制の現状)について日本公共政策学会及び自治体危機管理学会でセッションを企画し報告を行った。またこれら学会報告に際しては予稿を執筆した。わが国の市町村に対し、危機管理担当部局に国民保護に精通した職員(例えば自衛隊や警察からの出向組)がどの程度在籍しているか、またどのような研修等を受けているかの郵送アンケート調査を実施した。海外との比較において、わが国では国民保護に対応した共助組織(文民保護)が存在しないこと、また国民保護行政を担う人材の教育体制が不十分であることが明らかになった。近年、わが国の地方公共団体は、国民保護をはじめとした危機管理に精通した人材不足を補う目的で、自衛隊、警察、消防からの出向やOB採用を行っているが、これら組織からの人材の国民保護に対する研修も不十分であることが本研究から明らかになった。これら文民保護組織の欠如と教育体制の不備が、わが国の国民保護体制が実効性を欠く大きな要因の一つとなっている。2019年度は、海外の調査を引き続き実施する。特に2018年度の海外調査で、ヨーロッパ諸国において文民保護体制が整備されている要因の一つにEUの存在が見えてきた。EUが各国に国民保護体制の整備や危機管理の教育機関の整備を求めているので、ヨーロッパ諸国の国民保護の整備が進んでいる側面がある。この辺りの調査もベルギーのEU本部の方に行って出来ればと考えている。(初年度に)海外調査の一部及び国内市町村に対する国民保護体制のアンケート調査を実施できた。これは、おおむね予定通りの進行状況だと考えている。また初年度から研究成果に関し、2度学会報告も行った。関係論文も2本執筆した。当初の計画よりも成果物に関しては、早いスピードで公表出来ている。総合的に見て、計画通りの進行といえると思う。引き続き、海外における国民保護行政の先行事例について明らかにすると共に、国内の先行事例の調査や防衛大学の研究者との研究会、海外の研究者との研究会等を実施し、研究を進めていきたい。2018年度は、ドイツで在外研究中であったため、予定通りの予算執行は出来なかった。2019年度は、在外研究中に出来なかった国内調査(インタビュー調査及びアンケート調査)及び、ドイツ連邦内務省の調査、過疎化が進んだ旧東ドイツ地域の危機管理体制の調査、フィンランドの危機管理体制の調査、ベルギーEU本部の危機管理体制の調査を実施したい。
ラットを用いた虚血性脊髄障害に対する肝細胞増殖因子による再生治療

2018年度は既に確立された虚血性脊髄障害モデルラットを用いて、脊髄のサンプリングを行い、ELISA法によるHGF(肝細部増殖因子)の定量を行なった。虚血性脊髄障害モデルは全身麻酔下に胸骨正中開胸にて胸部大動脈弓部(左総頸動脈・左鎖骨下動脈間)及び左鎖骨下動脈を15分間遮断し作成した。術後1,2,3,4,7,14,28日目に下肢運動を評価し、対麻痺になったラットを対象とし、脊髄および血液を採取し、脊髄中及び血清中HGFの定量を行った。HGFは脊髄をhomogenizeし、その上清を上清中の総タンパク量で調整したのちELISA法にて測定した。対照群としてはsham(何も処置をしないラット)を用いた。病理組織学的検討においては胸髄下部を中心に灰白質を中心に炎症細胞の浸潤と脱髄の所見を認めた。脊髄中及び血清中HGFはsham(n=3)、術後1日目(n=2),2日目(n=2),3日目(n=3),4日目(n=3),7日目(n=2),14日目(n=3),28日目(n=2)より採取し、それぞれ脊髄Th9-12中のHGFは84.74、138.57、147.50、148.57、153.22、119.07、123.84、139.42pg/mlで、血清中HGFはそれぞれ48.74、51.09、61.72、55.62、61.42、43.12、49.52、39.59ng/mlであった。虚血性脊髄障害において、外傷性脊髄障害と同様に脊髄中HGFが増加することが示された。術直後(術後3時間、6時間、12時間)のHGFの推移を検討する必要があると考え、既にサンプリングを行なっている。今後、解析を行なっていく。また次段階の実験として脊髄中HGFおよびC-MetをリアルタイムPCR法におり定量を行う予定としており、そちらに向けたサンプリングを開始した。予定数が終了したところで解析を行う。初年度においてHGFのELISA法による定量を行なった。さらなるサンプル数の追加が必要と考えられ、既にサンプリングを行い、予定数を終了した。また、リアルタイムPCR法によるHGFおよびその受容体であるc-Metの定量を行うべく、既にサンプリングを開始した。HGFの髄腔内投与実験の予備実験も終了しており、リアルタイムPCR法の実験が終了次第、取り掛かる予定である。本年度はリアルタイムPCR法によるHGFおよびその受容体であるc-Metの定量とHGFの髄腔内投与実験を行う予定である。
海洋シアノバクテリア由来の生体機能分子

沖縄県および鹿児島県奄美地方で採集した海洋シアノバクテリアから、ビセリングビオライドAおよびB、クラハインなど多くの新規生物活性物質を発見した。さらに、それらが腫瘍細胞に小胞体ストレスに基づくアポトーシス(プログラムされた細胞死)を誘導することを明らかにした。さらに、ビセリングビアサイド類と標的生体分子である小胞体カルシウムポンプSERCAとの複合体の結晶構造解析を行い、既存の阻害剤とは異なるユニークな結合様式を明らかにした。また、ビセリングビオライドAおよびBの化学合成を達成した。沖縄県の海岸で、干潮時に潮間帯の海洋シアノバクテリアを採集した後、有機溶媒による抽出で得た抽出エキスに対して生物活性試験を行った。活性の強い抽出物を分離・精製し、新しい活性物質を数種類得た。トムルリンは2個のチアゾール環を含むポリケチドで腫瘍細胞に対して強い増殖阻害を示す。環状ペプチドと思われる活性物質については、現在構造解析を進めている。また、ビセリングビアサイドの新しい類縁体を5種類単離し,その化学構造を決定したごこれら類縁体の生物活性を評価し,構造活性相関をある程度明らかにすることが出来た。さらに,その作用機構を解析する研究を進めたところ,ビセリングビアサイド類が細胞内のカルシウムイオン濃度を上昇させる作用をもつことが分かった。構造活性相関研究の知見に基づき,ビセリングビアサイドの蛍光標識体を合成し,本研究で導入した蛍光顕微鏡により細胞内の動態を観察した結果,ビセリングビアサイド蛍光標識体は細胞内の特定の小器官に局在することが分かった。さらなる解析が必要であるが,ビセリングビアサイド類は細胞内の小胞体に局在し,小胞体ストレスを引き起こし,アポトーシスを誘導するものと推定している。今後,小胞体マーカーを用いた共染色や小胞体ストレスマーカー遺伝子の発現に及ぼす影響を調べていく。また、ビセリングビアサイドのビオチン標識体を合成し,天然物と同様の活性を保持していることを確認した。今後,標的生体分子の探索を進める。ビセブロモアミドについては、微量の天然類縁物質の存在を確認したので,さらにスケールを上げて抽出分離を行い,化学構造を明らかにしたい。さらに,これまでに分かっている構造活性相関研究の知見に基づき、ビオチン標識体の合成に着手した。合成が完了した後,これを用いて標的生体分子を探索する。トムルリンは細胞密度依存的な増殖阻害活性を示すことが分かり,栄養飢餓状態での細胞増殖を選択的に阻害している可能性がある。現在さらに解析を進めている。また、ビセリングビアサイドの作用機構解析をさらに進めた。ビセリングビアサイドおよびその誘導体は細胞内カルシウムイオン濃度を上昇させる作用があることが分かった。さらに、ビセリングビアサイドが小胞体ストレスマーカー遺伝子の発現に及ぼす影響を調べた。その結果,BiPやCHOPなどの小胞体ストレスマーカータンパク質遺伝子の発現を時間および濃度依存的に誘導した。したがって、ビセリングビアサイドは腫瘍細胞に対して小胞体ストレスを引き起こしていることが明らかとなった。さらに小胞体膜上のカルシウムイオンポンプたんぱく質SERCAの活性を低濃度で阻害することが分かった。今後、SERCAとの共結晶化・構造解析を検討する。最近単離構造決定したクラハインも細胞内カルシウムイオン濃度上昇作用を持つことが分かった。この化合物も小胞体ストレスを誘導している可能性があるので、今後小胞体酢テレスマーカー遺伝子発現に及ぼす影響やSERCA活性に及ぼす影響を調べる予定である。蛍光誘導体も合成したので,細胞内局在を蛍光顕微鏡を用いて解析する。また、ビセブロモアミドについては、ビオチン標識体の合成を行った。今後、標識体の生物活性評価および標識体を用いた生体標的分子の探索を進めていく。沖縄県および奄美諸島で採集した海洋シアノバクテリアからmaedamide、kurahyne B、Jahanyne、mebamamide類および新しいbiselyngbyaside類縁体を単離し、その構造を明らかにした。また前年度に単離したkurahyneと今年度単離したkurahyne Bの化学合成を達成し、その絶対立体構造を確定することができた。また、maedamideについても化学合成を達成したが、NMRデータが天然物のものと一致しなかった。現在検討中であるが、構造決定に誤りがあるものと推定し、立体異性体の合成を進めている。その他、数種の新規物質を単離し平面構造を決定した。現在、これらの立体構造決定を進めている。biselyngybyaside類の化学合成について研究を行い、糖をもたないbiselyngbyolide AおよびBの合成を達成した。

現在、biselyngbyasideをはじめとする配糖体(糖結合型)の合成を目指し、種々のアルコール誘導体に対して、グリコシル化反応を検討している。biselyngbyaside類の作用機構解析を進めた結果、標的分子が小胞体カルシウムイオンポンプSERCAであることが分かった。biselyngbyaside類はSERCAに対して非常に強い親和性を示した。SERCAとbiselyngbyaside類の共結晶化を検討し、構造解析に適した結晶を得た。放射光を用いたX線結晶構造解析を行い、SERCAとの結合様式を分子構造レベルで明らかにした。その結果、既知のSERCA阻害剤とは結合様式が異なることが判明した。26年度が最終年度であるため、記入しない。天然物化学26年度が最終年度であるため、記入しない。ビセリングビアサイド類の作用機構に関する研究は当初の計画以上に進展している。また、新規生物活性物質の探索は概ね計画通り順調である。一方、ビセブロモアミドの作用機構に関する研究はやや遅れている。以上を総合的に評価すると,概ね順調に進展しているといえる。本研究の中で、ビセリンビアサイドの作用機構に関する研究は特に順調に進んでおり,当初の計画を上回る進展があった。現在までに細胞内カルシウムイオン濃度上昇作用が確認され,小胞体ストレスを引き起こすことも確認できた。ここまでは計画通りであるが,さらに小胞体膜上のカルシウムイオンポンプたんぱく質SERCAの阻害活性も確認できたので,ビセリングビアサイドの生体内標的分子が明らかとなった。さらに、ビセリングビアサイドのアグリコンに相当するビセリングビオライドAおよびBの全合成に成功した。これらはビセリングビアサイド類の中で最も強い生物活性を有するので,今後はこの全合成ルートに基づき、種々の誘導体を合成し、構造活性相関や生物活性をの研究をさらに精密に進めることが可能である。ビセブロモアミドの作用機構に関する研究は概ね当初の計画通りに進展している。現在までにビオチン標識体の合成を達成しており,生体内標的分子の探索を予備的に開始した。本研究の最終年度である2014年度中に、標的分子に関する知見が得られる見込みである。レプトリングビオライド類に関する研究はやや遅れている。結晶誘導体の調製に苦労しており,現在までに構造解析に適した結晶は得られていない。微細な結晶は得られているので,マイクロビーム放射光を用いた解析を検討する。クラハインは2013年度に新たに発見した化合物であり,当初の研究計画には含まれていない。細胞内カルシウムイオン濃度を上昇させる作用があることが分かり,生物活性を落とさずにビオチンや蛍光基を導入することができることも分かった。ビセリングビアサイド類と類似の生物活性をもつが構造的には全く異なっているので,上記の研究とは違った角度から新しい知見が得られると期待している。
イカ類の正常発生に必須な輸卵管中の卵膜膨張誘発因子の特定

イカの卵は受精後に卵塊中で発生段階を経る過程で卵径が約2倍にも膨張する。申請者らは卵塊の分泌組織である輸卵管腺に同現象の誘発活性を新たに見出し、同画分からの卵膜膨張因子(Chorionic Expansion Inducing Factor:以下CEIF))の特定を試みている。本年度は昨年度より一段階精製、段階を進め、候補因子の絞込みを行った。輸卵管腺の抽出液の分画、および独自に作成したDBから卵膜膨張因子候補がある程度までは絞り込めてきたものの、完全に特定はできていないため一年間の延長を決定した。例年通り秋に函館、冬に高知のスルメイカ個体を用いて調製画分、および人工受精卵を用いることで今年度中のCEIFの特定を目指す。イカの卵は受精後に卵塊と呼ばれる粘稠な袋内ですごし、孵化までに卵径が約2倍にも拡大する(卵膜の膨張)。この現象は正常発生に必須であり、卵塊中の主成分であるムチン様物質の作用を受けて卵内の浸透圧が変化することで引き起こされると考えられてきたが、詳細は長く不明であった。一方で申請者らは卵塊の分泌組織である輸卵管腺からこのムチン様物質を除去した画分に同現象の誘発活性を新たに見出している。そこで本研究では同画分から卵膜膨張因子(Chorionic Expansion InducingFactor:以下CEIF))を特定し、同時に正常発生卵中のオスモライト濃度を把握することを目的とする。本年度はスルメイカの輸卵管から3%のNaClで溶出させた画分、限外ろ過膜(排除分子量10万)、疎水クロマトグラフィーによって得た画分中でも同種受精卵の膨張活性を得た。また同組織からmRNAを精製し、その逆転写産物のNGS解析を行い候補因子配列を含むと考えられるデータベースを作成した。また天然のアオリイカの卵塊を実験室内で培養し、膨張の進む発生段階ごとに卵液を回収し、その浸透圧を測定した。結果、発生段階にしたがって卵液の浸透圧が上昇する傾向は得られているものの、現段階では明瞭な結果は得られていない。そこに含まれるイオン濃度については有機イオンのみ測定したが最も高い濃度のアミノ酸(タウリン)で25uM程度であり、他のアミノ酸は手持ちのシステムの検出限界以下であった。本年度は想定より1ヶ月以上早くスルメイカが獲れなくなったため予定していたCEIFの単離には及ばなかったものの分画を新たに二つ進めてもなお活性が残ることが示された。NGSの解析は予定通りデータを得ることが出来た。卵膜膨張時の卵液中の浸透圧についてはばらつきが大きく現在のところ発生段階にそった明瞭な傾向は得られていない。有機イオンについては検出限界以下、無機イオンについては測定系を模索中の段階である。そこで本研究では同画分から卵膜膨張因子(Chorionic Expansion Inducing Factor:以下CEIF))を特定し、同時に正常発生卵中のオスモライト濃度を把握することを目的とする。今年度は昨年度より進めているスルメイカの実験でいまだ未精製ながら一段階カラム分画を進めること出来たものの、SDS-PAGE解析においては今だ複数のバンドが見られるため完全精製には至っていない。さらに卵塊を分泌する輸卵管腺および抱卵腺のNGS解析によって得た配列データの機能的アノテーションを行い、分画したサンプルの質量分析データから現段階での候補因子を複数得ることができた。また天然のアオリイカの卵塊を実験室内で培養し、孵化までこの卵の生物学的パラメータ(発生段階、卵径、および、卵液内の浸透圧、有機イオン、無機イオン濃度などの物理・化学的パラメータを取得した。予備的な要素は含むもののこれらパラメータのおおむねの傾向は把握した。本年度はスルメイカが記録的な不漁で、サンプルの確保は満足に出来なかったものの函館と高知で連携して実験を行うことにより、当初の計画にほぼ沿った形で研究は進んでいる。アオリイカの実験については今後解析を行うのみの段階。今年度も同様のCEIFの分画操作を行い、完全精製を目指す。一方でアオリイカ輸卵管ではスルメイカよりも候補因子が絞り込めていることからそのホモログからのアプローチも行う。

卵液の浸透圧がばらついたのは主にその保存状態に影響があると考えられるので、サンプリングした日に測定を行う。有機イオンについてはより高感度の測定系の導入を試みる。因子が出来るまで分画を繰り返すのと同時に絞り込めつつある候補因子の組替え系の構築も狙う。例年通り秋に函館、冬に高知のスルメイカ個体を用いて調製画分、および人工受精卵を用いることで今年度中のCEIFの特定を目指す。スルメイカの採取時期が予定より1月短かった。顕微鏡を買わなかった。スルメイカ不漁のため予定よりサンプリングが出来なかったこと。CEIFの特定が完了しなかったため。顕微鏡購入、試薬など。スルメイカサンプリング費用。
スピン制御触媒の構築

高原子価状態の低スピンポルフィリン鉄(III)ラジカルカチオン錯体の電子配置の逆転に成功し、その錯体がS=0の基底状態を有し反磁性的性質があることを明らかにした。1電子酸化体の低スピン状態は従来、1)S=1の鉄(IV)種と2)S=1のポルフィリン鉄(III)ラジカルカチオン錯体が知られているが、今回の研究で第3の型に3)S=0のポルフィリン鉄(III)ラジカルカチオン錯体が示された。本研究の目的は従来にないスピン状態や電子配置を持つ高原子価金属錯体を合成し、それが従来とは異なる触媒機能を持つ「スピン制御触媒」を構築することである。ポルフィリン金属錯体におけるポルフィリン環の変型様式、配位構造及び軸配位子の特性を制御することによって、高原子価金属ポルフィリン錯体の電子状態を制御することが可能である。この性質を利用することができれば従来にない「スピン制御触媒」を構築することが可能である。本年度は実際に従来とは異なるスピン状態及び電子配置を持つ高原子価ポルフィリン金属錯体を得ることに成功した。ポルフィリン鉄(III)錯体の一電子酸化体は一般に鉄(III)ポルフィリンラジカルカチオン錯体である。低スピンポルフィリン鉄(III)錯体の一電子酸化錯体は1)(d_<xz>,d_<yz>)^3(d_<xy>)^2(a_<2u>)^1の電子配置を有するS=1のポルフィリンラジカルカチオン鉄(III)錯体と2)(d_<xz>,d_<yz>)^2(d_<xy>)^2(a_<2u>)^2の電子配置を有するS=1の鉄4価錯体が報告されている。低いπ^*を持つt-ブチルイソシアニドを2分子軸配位子に持つ1電子酸化体はほとんど反磁性の性質を示した。その理由として以下のことが考えれる。1)(d_<xz>,d_<yz>)軌道が逆供与によって安定化し、(d_<xz>,d_<yz>)軌道のエネルギー準位がd_<xy>軌道のエネルギー順位よりも低くなった。2)ポルフィリン環のラッフル変型で、d_<xy>軌道とa_<2u>軌道にある不対電子が反強磁性相互作用を示した。この結果、基底状態がS=0の錯体が生成したと考えられる。このような前例はなく新たな一電子酸化錯体の電子状態として、3)(d_<xz>,d_<yz>)^4(d_<xy>,a_<2u>)^2(S=0)型が存在することを明らかにした。本年度は従来とはスピン状態と電子配置が異なる一電子酸化低スピン高原子価ポルフィリン鉄錯体の構築に成功し、その電子状態を明らかにすることに成功した。この錯体は低スピンポルフィリン鉄(III)ラジカルカチオン錯体であるが、従来型とは異なり反強磁性相互作用の結果、基底状態がS=0であり、ほとんど反磁性的性質を有する。従来、報告されていた低スピンポルフィリン鉄錯体の一電子酸化状態は1)鉄4価:S=1(d_xz,d_yz)^2(d_xy)^2(a_2u)^2、2)鉄3価ポルフィリンカチオンラジカル:S=1(d_xz,d_yz)^3(d_xy)^2(a_2u)^1の2種類があるが、本研究で見いだした錯体はS=0(d_xz,d_yz)^4(d_xy,a_2u)^2の電子状態であり新しい型の一電子酸化体である。また、従来とは異なるスピン状態の可能性がある2電子酸化ポルフィリン鉄錯体の合成に成功した。現在、この錯体のスピン状態及び電子配置を明らかにする実験と触媒反応性の違いを検討している。また、1分子のイミダゾール系軸配位子が配位した非平面ポルフィリン鉄(III)錯体のスピン状態が室温から-100°Cまで中間スピン状態を安定するが、20Kなどの極低温では高スピン状態または低スピン状態を安定化することを明らかにした。特に、系によってはS=1/2,3/2,5/2の全てのスピン状態が共存していることを確認した。

本研究の目的は従来にないスピン状態や電子配置を持つ高原子価金属錯体を合成し、それが従来とは異なる触媒機能を持つ「スピン制御触媒」を構築することである。ポルフィリン金属錯体におけるポルフィリン環の変型様式、配位構造及び軸配位子の特性を制御することによって、高原子価金属ポルフィリン錯体の電子状態を制御することが可能である。この性質を利用することができれば従来にない「スピン制御触媒」を構築することが可能である.従来とはスピン状態と電子配置が異なる-電子酸化低スピン高原子価ポルフィリン鉄錯体の構築に成功し、その電子状態を明らかにすることに成功した。ポルフィリン環が著しくラッフル変形したポルフィリン鉄錯体の合成に成功した.この錯体は従来と異なる鉄-ポルフィリン軌道間相互作用が期待される。そのため、電子配置とスピン状態が従来型と異なる可能性が高い。スピン制御触媒を行う上で重要な錯体を得ることに成功した。この錯体は国際的に興味を持たれた化合物であるが、合成困難なことから報告例がなかった。この錯体は低収率であり、合成条件を精密化する必要がある。2電子酸化体で軸配位子の制御を試みた結果、従来とは異なるNMRスペクトルが観測された。電子配置が逆転した新しい高原子価の可能性があるが、詳細に検討する必要がある.通常、反磁性であるポルフィリンクロム(IV)オキソ錯体の軸位を制御することによって、常磁性と思われるNMRスペクトルが得られた。本年度の研究で、2電子酸化体及びクロム錯体の電子配置の逆転の可能性が示唆された。実際に、高原子価でスピン状態を変えることができる可能性を本研究で示すことができた。本目的であるスピン制御触媒の実現可能性が高まった。
味細胞における味覚情報変換の分子機構

1.ウシガエルの生体内味細胞及び単離味細胞を用い、電気生理学的方法によって、味細胞に存在するイオンチャネル・ポンプの種類及び味刺激の種類によるトランスダクション機構の相違を究明した。2.味細胞膜には、Naチャネル、Ca活性Kチャネル、遅延整流性Kチャネル、一過性Kチャネル、内向き整流性Kチャネル及びNaチャネルなどの電位依存性チャネルが存在する。3.NaClに対するトランスダクション機構には、味受容膜のカチオン及びアニオンチャネルと基底外側膜のTTX非感受性Naチャネルが関与する。4.苦味のQーHClに対するトランスダクションには、細胞内Cl^ーの味受容膜Cl^ーポンプを通っての分泌が関与する。5.甘味のガラクト-スに対するトランスダクションには、味受容膜を通っての細胞内OH^ーの流出か表面液のH^+の流入、または両作用が関与する。6.酸味のHClに対するトランスダクションには、基底外側膜に存在するチャネルやポンプは直接関与せず、味受容膜に存在するCaチャネルおよびプロトンポンプが関与する。前者の関与の程度が大きく表面液にCd^<2+>などのCaチャネルブロッカ-の添加で酸の受容器電位は大幅に減少する。7.単離味細胞の味受容膜にce11ーattached状態でパッチ電極を置きその一本の電極で電流の記録と味刺激を同時に行って、イオンチャネルの種類を検討した。NaCl刺激のトランスダクションには、受容膜に存在するカチオンに対する選択性の弱いKチャネルが関係することが明らかになった。カエル味細胞における味覚変換メカニズムの基礎を理解するために、味細胞膜に存在するイオンチャネルの種類及び塩及び酸刺激で誘発される受容器電位の発生機構を究明することを目的とした。実験にはウシガエルの舌の味細胞を用い、パッチ記録電極及び微小電極法で膜電位又は膜電流を記録した。味細胞外液及び内液は、種々の修正リンガ-液で置換したり、両液には種々薬剤を添加した。パッチ用電極でカエル単離味細胞のホ-ルセル電流を固定し、その強度及び期間を変えたが、活動電位は一発だけより発生しなかった。ホ-ルセルの電位固定を行ない、種々の電位依存性チャネルの種類とその特性を検索した。みつかったチャネルの種類は、大別するとNaチャネルとKチャネルの2種だけで、Caチャネルはみられなかった。Kチャネルには1)Ca活性Kチャネル、2)遅延整流性Kチャネル、3)一過性Kチャネル(Aチャネル)、4)内向き整流性Kチャネルが含まれる。これらのチャネルは味受容膜と基底外側膜の両方に存在すると思われるが、ホ-ルセルの電位固定のため分布密度の相違は不明である。微小電極法でカエル味細胞の酸刺激に対する受容器電位発生機構を調べた。間質液中のNa^+、K^+、Cl^-、Ca^<2+>濃度を変化させてもHClや酢酸の受容器電位は変化せず、基底外側膜の透過性は電位発生に関与しない。受容器電位は表面液のCa^<2+>の増大で増加しCd^<2+>で抑制されるので、味受容膜に存在するH^+依存性Caチャネルが酸刺激の受容器電位の発生に関与する。この他に受容膜に存在するプロトンポンプを通り酸刺激のプロトンが流入する機構も関与する。NaClの塩刺激の場合は味受容膜及び基底外側膜上のイオン濃度・組成を変えて逆転電位を測定した実験から、味受容膜のカチオンチャネル、アニオンチャネル及び基底外側膜のTTX非感受性Naチャネルを通りイオンが移動することで受容器電位が発生する。NaClなどの塩で味細胞を刺激したときに発生する受容器電位は、どのような機構で生じるのかを究明した。実験にはウシガエル舌のin vivoとin vitro味細胞を使用した。電位および電流は、微小電極法またはパッチ電極法で導出した。味細胞の基底外側膜を覆う間質液のNa^+をコリン,TMAやTEAで置換すると、0.5M MaClと0.5M KClの塩刺激に対する脱分極性受容器電位の大きさは、約50%減少した。

間質液にTTXを加えても塩応答は影響を受けなかった。これらの結果から、NaCl等の塩刺激に対する味覚変換には、基底外側膜のTTX非感受性Na^+チャネルが大きく関与することを示す。味受容膜の透過性が塩応答の発生にどのように関与しているかを検討するためには、基底外側膜のイオンの輸送をできる限り阻止しておかなければならない。そのために、受容膜を覆う表面液と間質液を10mM Na^+,2.5mM K^+を含む等張蔗糖液で置換した。そうして味細胞の受容膜を0.5M NaCl,0.2M NaCl,0.05M NaClで刺激すると、脱分極受容器電位の逆転電位の平均は、それぞれ、+28.8,6.4,-40.0mVになった。刺激液の濃度によって逆転電位の値が変化することは、NaCl溶液が刺激液及び細胞外液の両方の作用を有することを意味する。0.2M LiCl,NaCl,KClで刺激すると、逆転電位はすべて違い、味受容膜での透過性はLi^+>Na^+>K^+の順で大きい。0.2M NaClと0.2M NaSCNの刺激による応答の逆転電位は等しくなく陰イオンが受容膜を透過することを示唆した。0.5M NaClにアニオン阻害剤SITSを加えて刺激すると0.5M NaCl単独刺激の場合より逆転電位は大きくなり、受容膜での陰イオンの透過を示した。パッチ電極を用い、cell attachedパッチクランプ法で、味受容膜パッチから塩刺激依存の電流を記録することができた。結論として、塩の受容器電位は受容膜でのアニオン・カチオンの透過性と基底外側膜でのカチオンの透過性に起因する。最近、味覚のトランスダクション機構の研究は、パッチ電極によるホ-ルセル記録によって行われている。しかしこの場合、味刺激は単離味細胞全体に与えられるために、味受容膜以外の大きな面積をしめる基底外側膜も同時に刺激される。そのため、種々チャネル・ポンプの興奮・抑制が起き複雑な現象が生じ、正しい味覚トランスダクションの究明には至らない。そこで我々はそのような欠点を除くために味受容膜にcellーattachedの状態でパッチ電極を置き、その1本の電極で膜電流記録と膜味刺激を同時に行なうという試みを行った。正常リンガ-で満たした電極で、ウシガエルの単離味細胞の味受容膜にcellーattachedパッチを形成した時、著しいチャネル活動は見られない。この状態ではOmV(静止電位に相当する値)を通る直線的な電流・電圧関係を示した。電極内を0.5MNaClで潅流すると、著しいノイズを伴った内向き電流(トランスダクション電流)が生じた。この時、膜の透過性は著しく増大しており、逆転電位は約20mVの正側に変動した。再び電極内を正常リンガ-に戻すと膜透過性は低下し、逆転電位もOmV近くに戻った。0.5MNaCl刺激に10mMBaを加えると、逆転電位に著しい変化は起こらず膜透過性だけが減少する例が見られた。ここで得られた逆転電位値及びBa^<2+>によるブロックからして本チャネルはKチャネルである。