hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
アオダモ個体間の性表現の決定機構とこれが成長や生残に及ぼす影響に関する研究

今年度は、苫小牧演習林及び森林総合研究所実験林に合計5ヶ所、4.8ヘクタールの調査区を設け、毎木の胸高直径の測定とアオダモ全開花個体の性表現を調査した。また一部の個体について花数のカウントと袋がけによる自家受粉処理、他家受粉処理等を実験的に行い、結実率の比較を行った。なおアオダモの開花はそのほとんどが樹冠上部で起こるために、これらの実験・観察は登はん用具を用いて樹冠部に直接アクセスすることによって行った。これらの調査実験の結果、アオダモは雄性両全性異株であることが確認され、しかも双方向的な性転換を行うことが示された。花序当たりの花数は雄のほうが多く、両性花の約3倍であった。袋がけ実験の結果、自家和合性があるが、他家受粉に比べ自家受粉の結実率は有意に低かった。また網かけ実験との比較とポリネータの観察から、アオダモは風媒と虫媒の両方を行うが相対的に風媒への依存性が強いことが示された。昨年度までの結果と合わせると成熟林分での性転換率は2.2%/年で、両性から雄への転換は新たに形成されたギャップに隣接した個体で起こっていた。また性比は林分の発達にともなって雄バイアスから両性バイアスに傾き、雄比が林分の胸高断面積合計と負の相関関係にあった。一方アオダモの平均結実率は林分の発達にともなって上昇していた。これらの結果から、亜高木であるアオダモは林分の発達にともなって樹冠を他樹種に覆われてくるため花粉の送粉効率が急激に低下すると考えられる。上方空間の空いている遷移初期には雄の繁殖成功度が高く、後期には両性の繁殖成功度が高いことから、このような戦略が選択されてきたものと考えられる。
低エネルギー電子線照射が医療機関における滅菌処理の効率化、環境浄化に貢献する

低エネルギー電子線は,照射された材料の発熱が小さく,材料の損傷を抑制できるなどの特徴を有する.本研究では,一回のLEB照射滅菌が純チタン表面におよぼす影響について,オートクレーブ滅菌および低温ガスプラズマ滅菌と比較検討した.反射電子像観察の結果,LEB照射滅菌と低温ガスプラズマ滅菌した試料では表面形態に変化は見られなかったのに対し,オートクレーブ滅菌した試料では表面あれが観察された.元素マッピングからは,いずれの滅菌処理においても試料表面における各元素濃度の変化は見られなかった.以上から,一回のLEB照射による滅菌操作は,純チタンに表面あれを引き起こさず,オートクレーブと対照的であった.電子線滅菌は運動エネルギーをもった電子が作用して微生物を殺滅する手法である。近年になって開発された低エネルギー電子線照射装置は低出力であるために小型化が可能となり、従来から認められている樹脂の重合改質効果とともに、細胞の直接障害や細胞内水分子の活性化による殺菌効果もある。特殊で多様な器材を使用する歯科治療では、材料や器具の劣化を抑えるために無発熱、高速処理、エネルギー効率の良さが望まれている。平成25年度に予定した研究内容は、純チタン平板試料表面に対するダメージのより小さい滅菌方法を具現化するために、電子線照射処理、照射チャンバー内部の酸素濃度、電子線の管電圧、管電流、照射距離と時間についての適正な条件を明らかにすることであった。歯科用インプラント治療において、生体に埋入されるチタンには滅菌処理が必要である。当然のことながら、この処理によるチタンへのダメージは小さいことが望まれる。そこで、高圧蒸気滅菌と低エネルギー電子線照射滅菌を行い、純チタン平板試料表面に対するダメージのより小さい滅菌方法を明らかにするために、電子線照射オペレータとの連携と、今まで行ってきた電子線照射条件を参考にしながら、試料表面における電子線照射線条件を検討した。また、純チタン平板試料の表面研磨の最適条件についても種々の論文検索から調べた。電子線殺菌は運動エネルギーをもった電子が作用して微生物を殺滅する手法である。そこで、特殊で多様な器材を使用する歯科治療では、材料や器具の劣化を抑えるために無発熱、高速処理、エネルギー効率の良さが望まれている。研究期間初年度は、歯科用インプラント治療において、生体に埋入されるチタンには滅菌処理が必要である。そこで、高圧蒸気滅菌と低エネルギー電子線照射滅菌を行い、純チタン平板試料表面に対するダメージのより小さい滅菌方法を明らかにするために、電子線照射オペレータとの連携と、今まで行ってきた電子線照射条件を参考にしながら、試料表面における電子線照射条件を検討した。平成26年度は、純チタン表面に対するダメージの小さい滅菌方法としての有効性を調べた。すなわち、低エネルギー電子線照射滅菌の歯科用チタン表面へのダメージを、過酸化水素低温ガスプラズマ滅菌、オートクレーブ滅菌との比較により検討した。チタン表面のダメージについては、電子線マイクロアナライザー(EPMA)を使用して分析した。しかし、隣接する校舎の耐震工事が平成26年7月から再開し、安定した環境下で実験を行う期間は2ヶ月間に限られたので、各滅菌法による歯科用チタン表面へのダメージの差がより明確になる結果は得られなかった。そこで、次年度に向けた実験計画を年度内に練り直した。平成27年度は,低エネルギー電子線の1回照射による滅菌が純チタン表面におよぼす影響について,オートクレーブ滅菌および低温ガスプラズマ滅菌と比較検討した.実験方法は,明倫短期大学と浜松ホトニクス株式会社が歯科専用に開発した低エネルギー電子線照射装置(EES-S-MJC01,HAMAMATSU PHOTONICS K.K. & MEIRIN COLLEGE)を用いて,円盤状純チタンの片面に照射して滅菌した.比較として、オートクレーブ(VSCH-G,サクラ精機)および低温ガスプラズマ装置(ステラッド100S,ジョンソン・エンド・ジョンソン)を用いた.反射電子像観察の結果,LEB照射滅菌と低温ガスプラズマ滅菌した試料では表面形態に変化は見られなかったのに対し,オートクレーブ滅菌した試料では表面あれが観察された.一方,元素マッピングからは,いずれの滅菌処理においても試料表面における各元素濃度の変化は見られなかった.検出されたSiは研磨材由来と思われた.以上から,一回のLEB照射による滅菌操作は,純チタンに表面あれを引き起こさず,オートクレーブと対照的であった.また,本実験では一回のLEB照射滅菌と低温ガスプラズマ滅菌が純チタン表面に及ぼす影響の違いは観察されなかった.これらの研究成果は,平成28年4月に開催される日本歯科理工学会第67回学術大会にて報告する.

臨床においては,純チタンミニプレート等が複数回に渡って滅菌されることがあるので,今後は各滅菌方法に対して,複数回の滅菌処理後の純チタン表面性状を観察していくことが肝要と思われる.低エネルギー電子線は,照射された材料の発熱が小さく,材料の損傷を抑制できるなどの特徴を有する.本研究では,一回のLEB照射滅菌が純チタン表面におよぼす影響について,オートクレーブ滅菌および低温ガスプラズマ滅菌と比較検討した.反射電子像観察の結果,LEB照射滅菌と低温ガスプラズマ滅菌した試料では表面形態に変化は見られなかったのに対し,オートクレーブ滅菌した試料では表面あれが観察された.元素マッピングからは,いずれの滅菌処理においても試料表面における各元素濃度の変化は見られなかった.以上から,一回のLEB照射による滅菌操作は,純チタンに表面あれを引き起こさず,オートクレーブと対照的であった.本装置を設置していた歯科理工学実験室の建物は平成25年10月から耐震工事(一期)が行われ、平成26年3月末に完了し、修理を終えた本装置が4月末に本学内へ再設置された。しかし、実験室の外壁にかかる非常階段を含む隣接校舎の耐震工事(二期)が平成26年7月から再開したために、安定した電源供給環境下で実験を行う期間は2ヶ月間に限られた。歯科補綴学電子線照射サンプルを増やし、低エネルギー電子線照射滅菌、過酸化水素低温ガスプラズマ滅菌、オートクレーブ滅菌との比較により、各滅菌法による歯科用チタン表面へのダメージの差がより明確になるよう、実験を遂行する。当該年度内に、現有装置の定期点検を行ったところ、以下の不具合が確認された。電子線チャンバー内酸素濃度調整用マスフローコントローラの動作不良および、装置内部の冷却/換気用ファンの故障であり、マスフローコントローラの新品交換と、装置内部の部材を新品に交換した。さらに、本装置を設置していた歯科理工学実験室の建物は平成25年10月から耐震工事が行われ、平成26年3月末に完了した。そのために、大学から本装置を搬出し、装置の開発を行った企業において、修理が行われ、新年度に入ってから、本学に搬入されて、電子線照射が可能となった。従って、本研究テーマに関する電子線照射実験は計画通りに進めることができなかった。研究計画を進める上で、大学校舎の耐震工事のために、3ヶ月間の研究期間では不足であった。修理を完了した本装置の校正と、耐震工事後の実験環境の整備を早急に行い、初年度に行う予定であった高圧蒸気滅菌法と低エネルギー電子線照射による滅菌方法を比較し、純チタン平板試料表面に対するダメージの観察を行うことにより、最良の滅菌方法を具現化する。次年度の計画に最優先で実験材料を購入し、電子線照射装置のキャリブレーションを行った上で、実験を進める。研究計画を進める上で、必ず使用しなければならない電子線照射装置の修理と、大学校舎の耐震工事のために、5ヶ月間研究を進めることができなかった。次年度の計画に最優先で追加する。
ブドウ球菌適応変化における膜脂質組成変動の生物学的および物性論的研究

ブドウ球菌の自己融解にともなうオ-トプラストや、壁を有しないで安定に増殖し得るブドウ球菌L型菌では、膜脂質中にカルジオリピン(CL)が大量に合成され増加する適応変化のあることを報告してきた。これら裸膜化にともなう脂質変動は、一つには膜硬化への寄与を大きく示唆するものである。今まで機能リン脂質として注目されているカルジオリピンにその作用のあるか否かは極めて興味があるので、ここに焦点をしぼってカルジオリピンの物性を追求した。ブドウ球菌細胞膜の主要リン脂質はフォスファチジルグリセロ-ル(PG)であるので、PGとCLのモデル膜(リポソ-ム)で物性検討した。昨年本補助金で購入した示差走査熱量計による相転移温度の測定を主体にしたが、構成脂肪酸一定のCLは入手貞きないのでPGよりホスホリパ-ゼDによる酵素的合成法を確立した。同一脂肪酸のCLの相転移温度はPGのそれより22°Cも高く、両者の各種混合比のものは両者の中間にあり、CL含量が上がるに従って高くなった。なお2価カチオンの相転移に及ぼす影響は、Ca^<2+>添加によってPGは5°Cの上昇であるに比しCLは15°Cの上昇であった。Mg^<2+>添加はCa^<2+>程大きくはなかった。混合物に対する2価カチオンの影響はPG,CLそれぞれへの影響をよく反映した価となった。菌体抽出リピドの物性を低張に対する抵抗性で検討する方法を考案した。リポソ-ムにトラップさせたカルボキシフルオレスチンのリ-ク量を測定する方法でみると、L型菌リピドのリポソ-ムは親株のものより低張に対する対抗が大であった。再構成実験ではCLが増量されると又コレステロ-ル添加すると抵抗性が増すことが判った。各種リン脂質で作ったリポソ-ムの表面荷電を、コロイド滴定法と細胞電気泳動法とで解析した。リン酸基・アミノ基・カルボキシル基などをよく反映する結果を両法で得た。
近世スペインの移民と共同体

本研究課題は、移動する人々のソシアビリテを研究する。本研究課題により得られた研究成果は、史料収集の成功がまずあげられる。これらの史料から以下の点を明らかにすることができた。まず、史料に出てくる貧民の種類を分類した。16世紀スペインのエリート層が貧民の再定義や分類を繰り返し行うことにより、救貧対象を限定する福祉活動が誕生したことは、既に先行研究によって明らかにされているが、研究代表者は、収集した史料の読解分析を行うことにより、貧民の新たな分類を行った。次に、貧民の成り方を史料の中で検討した。これらの調査結果からは、これまでの先行研究が提示してきた救貧や貧民増と異なる指摘ができる。本研究は、低所得者層の間で地理的移動がよくあった16世紀スペイン社会の人々の共同性を明らかにしようとするものである。従来、16世紀スペインの民衆の共同性は、人々が定住することを前提としてギルドやアソシエーション、村落共同体、そして結婚等の固定的なソシアビリテが明らかにされてきた。これに対して本研究では、平成1618年度科学研究費(特別研究員奨励費)を受けて出した成果(大多数の低所得者が人生を通して地理的移動を繰り返していたという点)を考慮にいれた上で、人々の共同性を明らかにしようとする。2012年度は、二回に亘る渡西を中心に調査活動及び、執筆活動を行った。調査活動は、16世紀エリート層の著作と、それらに関する先行研究を国立図書館にて調査し、国立歴史文書館にて、裁判文書の一次史料の調査を行った。本研究の目的は、16世紀スペイン社会における貧民の共同性を明らかにすることである。本研究二年目になる平成25年度の研究活動は、史料調査を中心に行った。海外調査では、スペイン各地の文書館にて、手稿文書の収集を行った。そして日本の研究実施機関では、収集した史料の読解と分析を行った。史料収集は、これまで研究代表者が扱うことがなかった部門においても史料探しを行ったため、平成25年夏の渡西では当初調査は難航したが、平成26年春にスペインで行った調査で突破口が見つかり、今後の調査に期待が生まれた。これらの史料調査を通して、以下の点を明らかにしようとした。まず、史料に出てくる貧民の分類を行った。16世紀スペインでは、エリート層が貧民の再定義や分類を繰り返し行うことにより、それまでは主に慈善活動として無差別に行っていた救貧の対象者を限定しようとしたことは既に先行研究によって明らかにされているが、研究代表者は、様々な史料の分析を行うことにより、貧民や貧民予備軍の人々の証言に基づく貧民の分類を行った。次に貧民のなり方を史料の中で検討した。これらの調査結果からは、これまでの先行研究が提示してきた救貧や貧民像と異なる指摘ができる。一方で、これらのアプローチだけでは、移動する貧民のソシアビリテに関して研究代表者が提示した当初の仮説を実証することはまだできなかった。今後とも引き続き史料調査を続けることにより、移動する貧民のソシアビリテを検討する予定である。課題採用内定が夏期休暇終了後であることから、海外調査の日程をくむことが困難であった。しかし、冬期休暇および後期授業期間終了後に出張を入れることが可能になったために、無事研究活動の執行が可能になった。25年度が最終年度であるため、記入しない。引き続き、スペインでの調査活動を中心に研究活動を進めたい。2013年度は4月の段階で一年の調査活動の予定をたてることが可能なため、昨年度より体力的に無理を強いることがない計画的な研究プランをたてることができる。スペインでは、現地の文書館および図書館にて史料収集を実施し、日本では、収集した史料の整理、分析を実施し、執筆活動を行う。
密度成層乱流における非線形効果と逆勾配拡散現象に関する研究

熱力学の第2法則によれば,熱は何もしなければ,高温の物体から低温の物体に伝えられる.この法則に従えば,乱流中での運動量フラックス,熱フラックスは,乱流中に重畳した平均速度勾配や温度勾配を減らす方向に働く(順勾配拡散).ただし,これは平均を取らない瞬間,瞬間の乱流現象には当てはまらない.すなわち乱流場において局所的には運動量,熱フラックスが平均速度勾配,平均温度勾配を増大させる方向に働く場合がある(逆勾配拡散).特に,密度成層乱流にはこの逆勾配拡散現象が顕著に表われ,空間平均した統計量にも長時間に渡って生じるため,乱流モデルを用いた流れの予測を困難にしている.せん断乱流中では,縦渦構造が乱流応力,熱流束の順勾配拡散に強く寄与しており,浮力の影響が弱ければ,生じた逆勾配拡散を容易にキャンセルする.したがって,乱流中で順勾配拡散に比べて逆勾配拡散がいかに卓越するかは,浮力が縦渦に及ぼす影響を明らかにすることが必要である.本研究では,安定密度成層下において浮力項と対流の相互作用により,縦渦の上下に発生する逆勾配の領域が増大し,縦渦の左右の順勾配拡散の領域が減少することが明らかにし,Int.J.Heat and Mass Transfer誌に掲載した.また,512x512x512の計算も行い,レイノルズ数の増大が順勾配拡散と逆勾配拡散に及ぼす影響について明らかにした.さらに本年度は,プラントル数の変化(低プラントル数効果)が密度成層下のせん断乱流に及ぼす影響を調べた.この結果,低プラントル数下においても,浮力による乱流の抑制効果が見られる一方で,空気流で見られた逆勾配拡散の増大は見られないことがわかった.熱力学の第2法則によれば,熱は何もしなければ,高温の物体から低温の物体に伝えられる.この法則に従えば,乱流中での運動量フラックス,熱フラックスは,乱流中に重畳した平均速度勾配や温度勾配を減らす方向に働く(順勾配拡散).ただし,これは平均を取らない瞬間,瞬間の乱流現象には当てはまらない.すなわち乱流場において局所的には運動量,熱フラックスが平均速度勾配,平均温度勾配を増大させる方向に働く場合がある(逆勾配拡散).特に,密度成層乱流にはこの逆勾配拡散現象が顕著に表われ,空間平均した統計量にも長時間に渡って生じるため,乱流モデルを用いた流れの予測を困難にしている.せん断乱流中では,縦渦構造が乱流応力,熱流束の順勾配拡散に強く寄与しており,浮力の影響が弱ければ,生じた逆勾配拡散を容易にキャンセルする.したがって,乱流中で順勾配拡散に比べて逆勾配拡散がいかに卓越するかは,浮力が縦渦に及ぼす影響を明らかにすることが必要である.本研究では,安定密度成層下にある一様せん断乱流の直接数値シミュレーション(DNS)を行いリチャードソン数が運動量及び熱輸送機構さらに渦構造に及ぼす影響について検討した.まず,128x128x128の格子点数のDNSを行い,同じ計算条件でMPI並列による256x256x256のDNSを行い計算結果に差が生じないことを確認した.次に,一様せん断乱流において,縦渦を抽出しレイノルズ数効果,リチャードソン数効果について調べた.特に,リチャードソン数の増大によりスパン方向への縦渦の傾きがなくなることや,縦渦の左右に生じる順勾配拡散が減少し,縦渦の上下で逆勾配拡散が増大することがわかった.以上に関連してスパン方向へ縦渦が傾くメカニズムについてもスパン方向に剛体回転を課した一様せん断乱流のDNSを行い検討した.熱力学の第2法則によれば,熱は何もしなければ,高温の物体から低温の物体に伝えられる.この法則に従えば,乱流中での運動量フラックス,熱フラックスは,乱流中に重畳した平均速度勾配や温度勾配を減らす方向に働く(順勾配拡散).ただし,これは平均を取らない瞬間,瞬間の乱流現象には当てはまらない.すなわち乱流場において局所的には運動量,熱フラックスが平均速度勾配,平均温度勾配を増大させる方向に働く場合がある(逆勾配拡散).特に,密度成層乱流にはこの逆勾配拡散現象が顕著に表われ,空間平均した統計量にも長時間に渡って生じるため,乱流モデルを用いた流れの予測を困難にしている.せん断乱流中では,縦渦構造が乱流応力,熱流束の順勾配拡散に強く寄与しており,浮力の影響が弱ければ,生じた逆勾配拡散を容易にキャンセルする.したがって,乱流中で順勾配拡散に比べて逆勾配拡散がいかに卓越するかは,浮力が縦渦に及ぼす影響を明らかにすることが必要である.本研究では,安定密度成層下にある一様せん断乱流の直接数値シミュレーション(DNS)を行いリチャードソン数が運動量及び熱輸送機構さらに渦構造に及ぼす影響について検討した.まず,4台のパソコンを並列化し,256x256x256のDNSを行った。さらに,縦渦を抽出して乱流応力,熱流束,それらの素過程の分布について調べた.その結果,生成項と乱流拡散項の分布の相違により逆勾配拡散が生じることがわかった.

また,安定密度成層下では浮力項と対流の相互作用により,縦渦の上下に発生する逆勾配の領域が増大し,縦渦の左右の順勾配拡散の領域が減少することがわかった.さらに,512x512x512の計算も行い,レイノルズ数の増大が順勾配拡散と逆勾配拡散に及ぼす影響について明らかにした.熱力学の第2法則によれば,熱は何もしなければ,高温の物体から低温の物体に伝えられる.この法則に従えば,乱流中での運動量フラックス,熱フラックスは,乱流中に重畳した平均速度勾配や温度勾配を減らす方向に働く(順勾配拡散).ただし,これは平均を取らない瞬間,瞬間の乱流現象には当てはまらない.すなわち乱流場において局所的には運動量,熱フラックスが平均速度勾配,平均温度勾配を増大させる方向に働く場合がある(逆勾配拡散).特に,密度成層乱流にはこの逆勾配拡散現象が顕著に表われ,空間平均した統計量にも長時間に渡って生じるため,乱流モデルを用いた流れの予測を困難にしている.せん断乱流中では,縦渦構造が乱流応力,熱流束の順勾配拡散に強く寄与しており,浮力の影響が弱ければ,生じた逆勾配拡散を容易にキャンセルする.したがって,乱流中で順勾配拡散に比べて逆勾配拡散がいかに卓越するかは,浮力が縦渦に及ぼす影響を明らかにすることが必要である.本研究では,安定密度成層下において浮力項と対流の相互作用により,縦渦の上下に発生する逆勾配の領域が増大し,縦渦の左右の順勾配拡散の領域が減少することが明らかにし,Int.J.Heat and Mass Transfer誌に掲載した.また,512x512x512の計算も行い,レイノルズ数の増大が順勾配拡散と逆勾配拡散に及ぼす影響について明らかにした.さらに本年度は,プラントル数の変化(低プラントル数効果)が密度成層下のせん断乱流に及ぼす影響を調べた.この結果,低プラントル数下においても,浮力による乱流の抑制効果が見られる一方で,空気流で見られた逆勾配拡散の増大は見られないことがわかった.
遷移金属触媒による不斉転位を用いた5員環化合物の不斉合成

最近,遷移金属触媒を用いた有機合成反応は画期的な進歩を遂げ,広く有機合成化学に用いられるようになってきた。効率の良い不斉合成法を開発するために,キラルπ-アリルパラジウム錯体を経由する不斉反応について検討した。α-Olefinic cyclopropane誘導体にパラジウムを作用すると中間体としてπ-アリルパラジウム錯体を形成し、つづいて1,3-転位をおこし,cyclopentane体を生成する。Dimethey1 2-(1,3-butadienyl)-1,1-cyclopropanedicarboxylateに遷移金属触媒を作用すると、π-アリル遷移金属錯体を経由する分子内求核置換反応をおこし,cyclopentene誘導体を生成する。本反応をキラルホスフィン配位子の存在下で行うと,不斉vinylcyclopropane-cyclopentene転位をおこし,光学活性のcyclopentene体を与える。キラルホスフィン配位子としては(+)-MOD-DIOPおよび(-)-BINAPが不斉誘起の発現に最も効果的であった。また,本反応のエナンチオ選択性は溶媒による影響を顕著に受ける。THF,DME,DMF,benzeneを溶媒とする場合には,反応の不斉収率は非常に低いが,DMSO,CH3CNを溶媒として用いると不斉収率は極度に上昇する。生成物の絶対配置は,(R)-3-ethylcyclohexanoneと化学相関することにより決定された。さらに,キラルスルフィニル基を環上に有するシクロプロパン系で行うと,キラルα-スルフィニル-π-アリルパラジウム錯体を経由する不斉転位反応をおこすことになる。キラルvinyl sulfoxideにdimethyl bromonalonateのカルバニオンを作用して得られる光学活性のcyclopropane化合物dimethly (Ss,R)-2-(1-propenylおよび1-butenyl)-2-(p-toluenesulfinyl)-1,1-cyclopropanedicarboxylateをパラジウム触媒反応に付すと,高立体選択的に不斉1,3-転位し,光学活性のcyclopentene体を得ることができる。新たに生じた不斉炭素の絶対配置は(R)-2-methyl及びethylcyclohexanoneと化学相関することにより決定され,これを基にしてその転位機構を明らかにした。
持久性運動時の生体防御を担う中枢疲労形成の神経機構：脳グリコーゲン由来乳酸の役割

運動時の疲労はアスリートにとって克服すべき憎いものであるが、過活動を防ぐ生体防御機構でもある。しかしながら、持久性運動時の中枢(脳)疲労の神経機構については不明な点が多い。本研究は、最新のスポーツ神経生物学的手法を用いて、持久性運動時の中枢疲労を形成しうる脳内貯蔵糖質「グリコーゲン」の役割解明を目指す研究である。
AOPによる環境毒性学発展のための基盤形成研究

本研究課題では,環境毒性学にAdverse Outcome Pathway(AOP)の概念によるリスク評価・管理システムを導入するためのモデル生物による環境毒性AOPの基盤構築を行うことを目的とした.本年度は,以下の研究成果を得た.環境化学物質の有害影響と初期応答のキーイベントを直接つなぐ経路を整備・構築するため,PPARsに注目し,モデル化合物の選別を分子シミレーションソフトによるインシリコ解析にて行った.ヒトPPARaの結晶構造を基にメダカPPARaの立体構造を予測した.得られたモデルはRMSD値が0.78 Aと算出され,良好なモデルが構築できた.そこで,PPARa作動性の環境化学物質として有機フッ素化合物(PFCs)に着目し,PFCs17種についてドッキングシミュレーションを実施し,相互作用および親和性について検討したところ,炭素鎖長が長いPFODA,PFOSはメダカPPARaに対して既知の哺乳動物PPARαへの結合と同様に安定した強い相互作用を示し,炭素鎖長が短いPFBA,PFBSは弱いことが分かった.これら結合には,ヒトPPARaの重要残基であるTyr314,His440に対応するHis327,His453がメダカPPARaでは関与していることを見出した.これらことから,メダカにおける結果は哺乳動物における影響評価に外挿できる可能性が高いことが考えられた.AOPモデル構築における最初のターゲットとなる分子レベルのキーイベントについての情報が得られた.また,結合性の高いフルアゴニストおよびパーシャルアゴニストの選定を行った.さらに,PPARsレポーターアッセイを立ち上げ,アゴニスト活性の比較をはじめた.メダカ卵への取り込み暴露試験については,発生影響評価およびトランスクリプトーム解析を開始した.本年度は,メダカをモデル生物とする優位性を確認するうえで最も重要としていたインシリコ解析が計画通りに行え,メダカと哺乳類のPPARαのPFCsに対する相互作用に共通性が高いことも確認できた.また,暴露実験を行うための物質の選定も予定通りに進行した.In vitro系であるレセプターアッセイおよび表現型による発生影響試験,トランスクリプトーム解析については準備が整い,徐々に開始した状況であることから,おおむね順調に進展していると判断した.本研究課題は,環境毒性学にAdverse Outcome Pathways(AOP)の概念によるリスク評価・管理システムを導入するためのモデル生物による環境毒性AOPの基盤構築を行うことを目的とする.研究計画が順調に進捗していることから,今後は,PFCsをリガンドとしてレセプターアッセイを進め,インシリコ解析との相関性を取っていく.また,高電界パルス法によるPFCsのメダカへの導入を行い発生影響およびトランスクリプトーム解析を進め,表現型に現れる影響とシグナル伝達経路の関連性を見出すべくパスウエイ解析等を利用して,各キーイベントのつながりを明らかにする.また,一般的な毒性とPFCs特異的な影響を区別することを試み,環境AOPの構築について検討する.本研究課題では,環境毒性学にAdverse Outcome Pathway(AOP)の概念によるリスク評価・管理システムを導入するためのモデル生物による環境毒性AOPの基盤構築を行うことを目的とした.本年度は,以下の研究成果を得た.環境化学物質の有害影響と初期応答のキーイベントを直接つなぐ経路を整備・構築するため,PPARsに注目し,モデル化合物の選別を分子シミレーションソフトによるインシリコ解析にて行った.ヒトPPARaの結晶構造を基にメダカPPARaの立体構造を予測した.得られたモデルはRMSD値が0.78 Aと算出され,良好なモデルが構築できた.そこで,PPARa作動性の環境化学物質として有機フッ素化合物(PFCs)に着目し,PFCs17種についてドッキングシミュレーションを実施し,相互作用および親和性について検討したところ,炭素鎖長が長いPFODA,PFOSはメダカPPARaに対して既知の哺乳動物PPARαへの結合と同様に安定した強い相互作用を示し,炭素鎖長が短いPFBA,PFBSは弱いことが分かった.これら結合には,ヒトPPARaの重要残基であるTyr314,His440に対応するHis327,His453がメダカPPARaでは関与していることを見出した.これらことから,メダカにおける結果は哺乳動物における影響評価に外挿できる可能性が高いことが考えられた.AOPモデル構築における最初のターゲットとなる分子レベルのキーイベントについての情報が得られた.また,結合性の高いフルアゴニストおよびパーシャルアゴニストの選定を行った.さらに,PPARsレポーターアッセイを立ち上げ,アゴニスト活性の比較をはじめた.メダカ卵への取り込み暴露試験については,発生影響評価およびトランスクリプトーム解析を開始した.本年度は,メダカをモデル生物とする優位性を確認するうえで最も重要としていたインシリコ解析が計画通りに行え,メダカと哺乳類のPPARαのPFCsに対する相互作用に共通性が高いことも確認できた.また,暴露実験を行うための物質の選定も予定通りに進行した.In vitro系であるレセプターアッセイおよび表現型による発生影響試験,トランスクリプトーム解析については準備が整い,徐々に開始した状況であることから,おおむね順調に進展していると判断した.

本研究課題は,環境毒性学にAdverse Outcome Pathways(AOP)の概念によるリスク評価・管理システムを導入するためのモデル生物による環境毒性AOPの基盤構築を行うことを目的とする.研究計画が順調に進捗していることから,今後は,PFCsをリガンドとしてレセプターアッセイを進め,インシリコ解析との相関性を取っていく.また,高電界パルス法によるPFCsのメダカへの導入を行い発生影響およびトランスクリプトーム解析を進め,表現型に現れる影響とシグナル伝達経路の関連性を見出すべくパスウエイ解析等を利用して,各キーイベントのつながりを明らかにする.また,一般的な毒性とPFCs特異的な影響を区別することを試み,環境AOPの構築について検討する.計画に従って研究を行ってきたが,トランスクリプトーム解析の確認作業およびin vitroレセプターアッセイの本格的な開始に少し遅れが生じたため,必要試薬等の発注が遅れた.次年度に繰り越し,早々に執行する予定である.
酵母細胞壁形成におけるα-1,3-グルカンの役割

本研究は、分裂酵母の細胞壁の形成におけるα-グルカンの役割を解析するために、β-1,3グルカン合成酵素Bgslpの挙動およびβ-1,6グルカン合成に関わる遺伝子破壊株Δrot1の細胞形態を検討し、α-グルカンと比較した。また精製α-グルカンとその精製途中に見られる微細構造を解析し、さらに、F-アクチンの方向性を調べる手段の開発を行い、以下の結果を得た。1)Bgslpは、α-1,3-グルカン合成酵素Moklpと異なり、核分裂の完了前に隔壁形成の予定域の細胞膜直下に、電子密度の高い領域として観察された。この結果は、β-1,3-グルカンが隔壁形成の開始に寄与する可能性を強く示唆し、α-1,3-グルカンが、一次隔壁ではなく、二次隔壁の形成に働くとする我々の仮設を支持した。2)αおよびβ-1,3-グルカンは、グルカン形成の初期から細胞膜上およびネットワークに存在した。一方、β-1,6-グルカンは再生初期には認められなかった。以上の結果から、グルカンネットワーク形成に及ぼす各グルカンの役割がそれぞれ異なると示唆された。3)精製したα-1,3-グルカンは直径10-20nmの組織構造で、細かい網目構造を形成する物質であると判明した。またアルカリ処理によりガラクトマンナンを除去し、3種のグルカンのみが残存する試料の細胞表面は編目構造で覆われ、円筒形の細胞形態を保持したが、α-グルカンのみになった試料では、円筒形を保てず、扁平化していた。以上の結果から、α-グルカンがβグルカンと共にグルカンネットワークを構成することによって、分裂酵母の円筒形の保持に機能することが示唆された。4)Δrot1細胞は短い円筒形や膨潤して丸みを帯びた形態など、様々な形態を呈することが判明し、細胞形態の維持にβ-1,6-グルカンが関与することが示唆された、細胞表面は、ガラクトマンナン粒子に覆われているが、グルカンネットワークは埋め尽くされておらず、繊維構造が表面の凸凹として認められた。細胞内に細胞壁成分が異常に蓄積されていた。以上の結果から、β-1,6-グルカンが細胞壁の構築に機能し、ガラクトマンナンの蓄積とも関連する可能性が示唆された。5)Δrotl細胞の隔壁形成において、先行する一次隔壁の形成は正常であるが、1細胞に2つの隔壁が形成され、しかも交差して「X」型に見られる異常な隔壁になることが判明した。以上の結果から、β-1,6-グルカンは、隔壁形成において他の二次隔壁形成に働くα-1,3-グルカンとも違った機能を有し、隔壁形成の制御に関わる可能性が示唆された。6)F-アクチンの成長の方向性を検討するために、ミオシンS1修飾し、電子顕微鏡を用いて「やじり構造」の可視化を試み、酵母細胞で初めてそれに成功した。この手段により、細胞壁構成物質の細胞内輸送の解明が可能となった。

5)Δrotl細胞の隔壁形成において、先行する一次隔壁の形成は正常であるが、1細胞に2つの隔壁が形成され、しかも交差して「X」型に見られる異常な隔壁になることが判明した。以上の結果から、β-1,6-グルカンは、隔壁形成において他の二次隔壁形成に働くα-1,3-グルカンとも違った機能を有し、隔壁形成の制御に関わる可能性が示唆された。6)F-アクチンの成長の方向性を検討するために、ミオシンS1修飾し、電子顕微鏡を用いて「やじり構造」の可視化を試み、酵母細胞で初めてそれに成功した。この手段により、細胞壁構成物質の細胞内輸送の解明が可能となった。本研究は、β-1,3-、β-1,6-およびα-1,3-グルカンとα-ガラクトマンナンから構成される分裂酵母の細胞壁の形成におけるα-1,3-グルカンの役割を解析するために、種々の細胞壁成分合成酵素の変異株を用いて比較検討し、以下の結果を得た。1)ガラクトマンナン合成に関わるUDP-galactose transporter欠損株,Δgms 1は、細胞壁の最外層の毛状構造が短く、細胞壁の表層構築に異常を示したのに対して、β-1,3-グルカン合成酵素変異株cps1-12とα-1,3-グルカン合成酵素変異株mok1-664は、いずれも球形で、厚いルーズな細胞壁を有し、mok1-664株では、最外層の毛状構造が欠損して、グルカンネットワークが細胞表層に露出した。したがって、完全な細胞表層構築には、α-ガラクトマンナンの合成が必須であり、正常な細胞壁と細胞形態の構築には、骨格となるグルカンが、重要な役割を果すことが明かとなった。2)隔壁形成過程において、cps1-12株では、一次隔壁形成時から異常が確認されたのに対して、mok1-664株では二次隔壁が厚く異常を示し、一次隔壁の形成にはβ-1,3-グルカンが重要であることが示唆された。β-1,3-グルカン合成酵素サブユニットが温度感受性を相補するts 606株では、細胞成長期の細胞はナス型で、細胞壁のold end側の最外層は正常であるが、主としてグルカンからなる中央部が肥厚し、細胞壁は層状を示すが、ルーズな構造であった。また、隔壁形成の細胞では、細胞膜の陥入による一次隔壁形成が起こらないか、あるいは一次隔壁の形成が遅延し、二次隔壁成分が異常に蓄積した細胞が確認された。3)細胞壁グルカンの局在に関する免疫電子顕微鏡学的解析から、一次隔壁にのみ存在する直鎖β-1,3-グルカンと隔壁形成の完了時(細胞質分裂が完了)まで存在するα-1,3-グルカンとは、隔壁形成過程における役割が異なることが示唆された。4)β-1,3-グルカン合成酵素の1種Bgs1pの挙動をGFP-bgs1株を用いて解析した結果、Bgs1pは隔壁形成の開始直前から完了時まで隔壁の内側の細胞膜に局在し、同様に隔壁形成部置に局在するα-1,3-グルカン合成酵素Mok1pが、陥入した細胞膜の基部にも局在したのに対して、Bgs1pは陥入の先端部に特に局在した。これらの結果は、β-1,3-グルカンが一次隔壁形成を先導する役割を担うとする我々が主張する説を強く支持し、α-1,3-グルカンは、β-1,3-グルカンと共に、二次隔壁の強固なパッキングに必要であることが示唆された。5)グルカンネットワーク形成における役割を低分子量α-1,3-グルカンおよび直鎖β-1,3-グルカンに対する抗体を用いて蛍光顕微鏡法により解析した結果、両者ともグルカンネットワーク形成の初期段階から発現し、ネットワークの中に存在することが確認され、それらがグルカンネットワーク形成に必要であることが確認された。さらにα-1,3-グルカンが細胞膜近隣に多く存在したのに対して、直鎖β-1,3-グルカンは網目状に発達したグルカン繊維上に認められた。
浸透圧応答性転写因子NFATに着目した膠芽腫の壊死周囲微小環境の病態解析

今年度はまず、ヒト膠芽腫由来細胞株を高浸透圧の培養液に曝露した時のNFAT分子のタンパク量の変化を、Western blot法により検討した。NFAT5は400500mOsm/lの高浸透圧で24時間処理すると、タンパク量が増加していた。高浸透圧以外の細胞へのストレス因子として、無血清培地、グルコース低減培地、低pH培地(pH 6)、低酸素条件(1%酸素)で細胞培養を行ったところ、グルコース欠乏、低pH、低酸素においてもNFAT5タンパクの増加が観察され、NFAT5が様々なストレス因子に対して反応している可能性が示唆された。NFATc4については、無血清培地での培養によりタンパク量の増加を認め、Western blot上では分子量がやや低下しているようなバンドパターンを示していた。蛍光免疫染色での検討によって、無血清培地での培養により、核内のNFATc4が増加していることが示唆された。死細胞から放出される物質の生細胞に与える影響を調べるためのモデルとして、培養細胞を培地に懸濁した液を凍結・融解し細胞死を起こしたのち、遠心により得た上清を「死細胞上清」、遠心により得た細胞ペレットを培地中で超音波破砕処理し液状にしたものを「死細胞ライセート」と呼ぶことにした。浸透圧計測を行ったところ、この方法によって得た死細胞上清では浸透圧は通常の培地とほぼ同様であったが、死細胞ライセートでは浸透圧は400500mOsm/lに上昇していた。生細胞に死細胞ライセートを添加して培養した場合にはNFAT5タンパクの発現量の変化は少なかったが、死細胞上清を添加して培養した場合にはNFAT5タンパク量の増加が見られた。ヒト膠芽腫細胞株におけるストレス因子に対するNFAT発現の変化のタンパクレベルでのデータを得ることができた。また死細胞から放出される物質の生細胞に与える影響を調べるためのモデルの開発に着手できた。高浸透圧およびその他のストレス因子に対し反応するNFAT分子の、腫瘍細胞における役割を細胞生物学的に検討する。今年度はまず、ヒト膠芽腫由来細胞株T98G, U87等を用いて、細胞を高浸透圧(500 mOsm/l)の培養液に曝露した時のNFATファミリー分子群(NFATc1, NFATc2, NFATc3, NFATc4, NFAT5)の発現量(mRNAレベル)の変化をリアルタイムRT-PCR法で検討した。T98G, U87では、曝露後3時間でNFAT5発現量が上昇し始め、以後48時間まで上昇していた。U87ではNFATc1発現量の上昇も見られた。他のNFATsには大きな変動は認めず、NFAT5、場合によってはNFATc1が高浸透圧応答性NFATであると考えられた。他のグリオーマ細胞株(U251MG, YKG-1)およびHeLaにおいても、高浸透圧に応答してNFAT5発現量の増加を認めた。次に、高浸透圧以外の細胞へのストレス因子として、血清欠乏、低酸素、低pHをとりあげ、これらに対するNFAT発現変化をT98G, U87を用いて検討した。無血清培地で培養するとNFATc4とNFATc2の発現が上昇し、1%酸素環境下で培養するとNFATc4の発現が上昇した。また、培地をpH 6とした場合には、U87ではNFATc4の上昇を認めた。これらの結果から、ストレス因子の種類により応答するNFAT分子種が異なり、主としてNFAT5が高浸透圧、NFATc4がそれ以外のストレスに応答している可能性が示唆された。ヒト膠芽腫細胞株におけるNFATファミリー分子群の高浸透圧への反応性について、mRNAレベルのデータを順調に得ることができた。また、高浸透圧以外のストレス因子への反応性についても興味深いデータが得られた。

ヒト膠芽腫細胞株におけるストレス因子に対するNFAT発現の変化のタンパクレベルでのデータを得ることができた。また死細胞から放出される物質の生細胞に与える影響を調べるためのモデルの開発に着手できた。NFATファミリー分子群の高浸透圧およびそれ以外のストレス因子への反応性について、タンパク質レベルの検討を行う。膠芽腫細胞株を用い、死細胞から放出される物質の生細胞に与える影響を検討するためのin vitro壊死周囲微小環境モデルを開発し、NFATの応答を調べる。高浸透圧およびその他のストレス因子に対し反応するNFAT分子の、腫瘍細胞における役割を細胞生物学的に検討する。NFATファミリー分子群のタンパク質レベルでの解析が次年度にずれこんだため。次年度にタンパク質レベルでの解析を行う予定なので、それに使用する。NFAT分子の機能に関する解析への着手が次年度にずれこんだため。次年度に細胞生物学的機能解析を行う計画である。
充填式生物脱臭担体上における脱窒菌群の存在様態の可視化

生物脱臭担体の微生物特性に関する知見を得ることを目的として、走査型電子顕微鏡とin situ hybridizationを融合させたSEM-ISH法の脱臭担体への応用を試みた。また、水循環式生物脱臭装置のアンモニア分解を担う微生物群の解析を行った。SEM-ISH法を脱臭担体に適用するには、微生物識別のためのさらなる検討が必要である。微生物叢解析の結果では、軽石凝灰岩の一種である大谷石とロックウールについて比較したところ、窒素蓄積量の少ない大谷石で脱窒菌の割合が増えたことが示唆された。用いる担体によって生物脱臭装置内のアンモニアおよび窒素除去メカニズムが異なる可能性が示唆された。堆肥化施設からのアンモニア除去に利用される充填式生物脱臭装置では、脱臭槽内で硝化と脱窒のバランスを考えた場合、脱窒反応が不十分で窒素が蓄積することが問題であり、脱臭装置の高度化に向けて、脱臭槽内での脱窒活性の制御に必要な知見を得る必要がある。そこで、脱臭担体の微生物的特性を明らかにするために、走査型電子顕微鏡-in situ hybridization法を用いて脱窒菌群を可視化し、脱窒反応の足場である担体上での存在様態を明確化することを目的とする。今年度は、nirK遺伝子をターゲットにした手法の確立を試みた。また脱臭担体への応用に向け、水循環式生物脱臭装置での担体上の硝化および脱窒を担う微生物群の遺伝情報を取得した。nirK遺伝子をターゲットとした脱窒菌群の可視化に向けた検討においては、まずランダムプライム法により、Alcaligenes faecalisとPseudomonas aureofaciensのnirK遺伝子のDIG標識プローブを作成した。高感度FISH法であるTSA-FISH法でTSAによる検出を2回繰り返し、細胞膜透過処理法などの検討を加え、nirK遺伝子を特異的に検出できることを確認したが、検出率が低く、nirK非保有の大腸菌を用いた比較実験では、プローブの非特異的な吸着によると考えられるシグナルとの差が少なかったため、環境サンプルへの適用には尚検討が必要であった。走査型電子顕微鏡とのカップリングでは、チャージアップなどにより担体上の微生物種の識別は困難であると考えられた。脱臭担体上の硝化および脱窒を担う微生物群集の解析では、循環水量によらず担体と循環水で群集を構成する微生物種が異なることと、特徴的な微生物種を明らかにした。次年度は、現段階での手法の課題を整理し、脱臭素材による微生物的特性の違いを明らかにできる可視化手法を確立するための礎とする。充填式生物脱臭装置は、家畜ふんの堆肥化施設からのアンモニア臭気除去に広く利用されているが、脱臭槽内では、脱窒反応が不十分なために、窒素が蓄積することが問題となっている。脱臭担体の微生物的特性は、処理性能に大きく影響すると考えられるが、脱臭担体上での脱窒菌の存在様態は明らかとなっていない。近年、脱窒菌の機能遺伝子である亜硝酸還元酵素遺伝子nirKをターゲットにした蛍光in situ hybridization(FISH)により、脱窒菌の特異的な検出が可能であるとの報告がなされている。一方、走査型電子顕微鏡(SEM)とin situ hybridizationを融合させたSEM-ISH法が開発され、担体表面の微生物の分布などの情報に微生物種の情報を付加することが可能となっている。そこで、本研究ではこれらの既往研究の知見を活用し、脱窒菌の機能遺伝子をターゲットとしたSEM-ISH法を試みる。今年度は、SEM-ISH法による脱窒菌のnirK遺伝子を検出するのに必要となる手法の開発を行った。これまでに真正細菌のユニバーサルプローブを用いたFISH法ならびに走査型電子顕微鏡による観察法を習得し、nirK遺伝子の保有・非保有菌株を用いて、脱窒菌の機能遺伝子をターゲットとした高感度FISH法と、真正細菌のユニバーサルプローブを使ったSEM-ISH法へと実験を進めている。あわせて、次年度以降脱臭担体として使用する素材の探索を行った。堆肥化施設からのアンモニアを主体とした臭気除去に利用される生物脱臭装置内において、現状では脱窒反応が不十分なため窒素が蓄積することが問題となっている。そこで、本研究では走査型電子顕微鏡-in situ hybridization法を用いて特定の微生物群を可視化し、「脱窒機能を強化した脱臭装置」の開発に向けて、脱臭担体の微生物的特性に関する知見を得ることを目的とした。今年度は脱臭担体への応用に向け、水循環式生物脱臭装置での担体上の微生物群の遺伝情報を取得するとともに、走査型電子顕微鏡とin situ hybridization法とのカップリングによる微生物の存在様態の可視化を試みた。脱臭担体としてロックウール充填物と軽石凝灰岩について調査した。

ロックウール充填物では、脱窒菌のnosZ遺伝子をターゲットにした解析で、水循環条件下で主要な脱窒菌群が明らかとなった。また、16S rRNA遺伝子を網羅的に解析した結果、ロックウールと軽石凝灰岩で微生物種の存在割合および主要な微生物種が異なることが明らかとなった。ロックウールと軽石凝灰岩は、形状、物理化学性(陽イオン交換容量、保水性)のみならず微生物性も異なり、同等のアンモニア除去性能を示していても異なるメカニズムでアンモニアおよび窒素除去が行われていることが示唆された。本研究により、脱臭槽内での微生物群集を決定する要因である脱臭担体の影響の重要性が再確認された。走査型電子顕微鏡-in situ hybridization法による特定微生物種の可視化については、完全な識別は困難であるものの、脱臭担体の評価手法の一つとして活用できると考えられたので、今後は、脱臭担体上の微生物の存在様態の情報を用い、脱臭担体の違いにより異なる微生物群集が形成されるメカニズムの解明を進めていきたい。農学脱窒菌の機能遺伝子をターゲットにした高感度FISH法によりnirK遺伝子の検出は可能であることが確認でき、また、脱臭担体への応用に向けて、水循環方式生物脱臭装置での脱臭担体上の硝化および脱窒を担う微生物群の遺伝情報を取得しつつあるが、in situ hybridizationと走査型電子顕微鏡とのカップリングに至っておらず、当初の目的である、脱窒菌群の可視化が可能であるかの確認ができていないため。現在、nirKをターゲットとしたSEM-ISH法を遂行するために必要不可欠な種々のプロトコールを確立している段階で、当初の計画である既知の脱窒菌を用いての、脱窒の亜硝酸還元酵素遺伝子を標的としたSEM-ISH法が可能であるかの確認まで到達していないため。(1)走査型電子顕微鏡解析のためのサンプル前処理方法、in situ hybridizationの条件検討を引き続き行う。(2)走査型電子顕微鏡-in situ hybridization法の脱臭担体への適用に向けて、脱臭担体の微生物群集の遺伝情報の取得および脱窒性能評価に関わる担体の物性・水質分析を行う。(3)in situ hybridization法と走査型電子顕微鏡のカップリングにより、脱臭担体上の特定微生物群の識別がどこまで可能となるかを明確にする。これまでに、SEM-ISH法により脱窒菌のnirK遺伝子を検出するのに必要となる手法の開発を行っており、引き続き、脱窒菌の機能遺伝子をターゲットとした高感度FISH法、真正細菌のユニバーサルプローブを使ったSEM-ISH法と実験を進める。また、脱臭担体への応用に向けて、PCR-DGGE,クローニングなどの手法により脱臭担体の脱窒菌群集の遺伝情報の取得をあわせて行う。走査型電子顕微鏡分析については、当初依頼分析を予定していたが、農林交流センターのワークショップを受講し、国際農林水産業研究センターの共同利用施設において使用可能であったため、依頼分析手数料が不要となった。(1)走査型電子顕微鏡分析のためのサンプル前処理方法、in situ hybridizationの条件検討のために必要な消耗品費として使用する。
希土類化合物の化学結合のエネルギー表現と水素貯蔵材料設計への応用

希土類化合物は、強磁性、超伝導など変化に富む物性を示す。例えば、超強力磁石や鉄系超伝導化合物などがあり、これらに含まれている非金属元素(例: B,F,Oなど)は、新しい機能発現の鍵を握っている。本研究では、多様な化学結合をもつ希土類化合物(酸化物、ホウ化物など)の電子構造を計算し、原子化エネルギーを用いて化学結合を表現すことを目指した。ただし、原子化エネルギーとは、化合物中の構成原子を気体のようなバラバラな中性孤立原子にするのに要するエネルギーのことである。原子化エネルギーを通して、「構成原子の顔」が見え、材料設計に有用である。しかし、希土類化合物では、3d遷移金属化合物などとは違い、一電子近似が必ずしも成り立たず、電子間の相関が強く働くため、現在、その詳細な解析を試みている。また、これまでに得られている金属化合物の原子化エネルギーの考え方を、水素貯蔵材料の探索に初めて応用し、非金属元素を含む新規な3成分マグネシウム化合物を設計した。そして、ボールミリング法や高圧ねじり加工法を用いて、希土類元素(Gd)を含む3成分マグネシウム合金を実際に作製し、水素吸蔵実験、X線回折実験、電子顕微鏡観察などを行った。その結果、希土類金属のガドリニウム(Gd)を含むMg-Gd-Si系合金において、その水素化時にマグネシウム水素化物(MgH2)とガドリニウム水素化物(GdH2)に分相しないマグネシウム化合物があることを見出した。非金属元素のSiの添加は、マグネシウム化合物の水素化の際に問題となる分相の防止に極めて有効であることを明らかにした。このように、電子レベルからの考え方に基づいて、将来の水素利用社会の実現にとって有用な水素貯蔵材料の開発のための設計指針を導出した。本研究では、多様な化学結合をもつ各種希土類化合物(ホウ化物、酸化物ほか)の化学結合を、「原子化エネルギー」を用いて統一的に表現し、希土類元素との化学結合から見た「各種非金属元素の個性」を抽出する。その計算結果を基に、「非金属元素からの量子材料設計の基盤」を初めて構築し、非金属元素側に立った新しい材料設計の道を拓く。さらに、それを現在の懸案課題である「自動車用水素貯蔵化合物」の開発に応用する。既存の金属系水素貯蔵材料には使われていない非金属元素を利用して、「非金属元素を含む3成分マグネシウム化合物」を探索することを目指している。初年度である平成28年度においては、以下の結果を得た。各種希土類化合物の電子構造の計算と原子化エネルギーの決定の研究に着手した。種々の希土類化合物の中でも特に酸化物に注目し、その結晶構造を最適化した後、原子化エネルギーの計算を系統的に行った。希土類金属と酸化物イオンの原子化エネルギーが化合物の種類によって大きく変化することが分かり、本解析法の有効性を確認した。さらに、非金属元素を含む3成分マグネシウム化合物の作製と組織解析を行った。構成金属元素および非金属元素の融点が大きく異なるため、作製が難しい3成分マグネシウム化合物を、ボールミル法や高圧ねじり加工法を用いて初めて作製した。それら試料の特性を、水素吸蔵実験、X線回折実験、電子顕微鏡観察などを用いて調べ、新規な水素貯蔵化合物の探索のために有用な知見を得た。希土類化合物の化学結合の成り立ちを、非金属元素側(特に酸化物イオン側)から初めて調べることができた。これは従来の全エネルギー計算のみの解析からでは分からない新しい情報である。また、二つの非金属元素を含む希土類ーマグネシウム系の水素貯蔵化合物の開発の可能性を探求するための実験を行い、X線や透過型電子顕微鏡を用いて化合物の生成傾向を調べるとともに、その水素吸蔵特性を調べた。今後、これらのデータを基に、水素貯蔵化合物の探索範囲を一歩ずつ狭めていく予定である。このように、おおむね順調に進展している。本研究では、多様な化学結合をもつ各種希土類化合物(酸化物、ホウ化物ほか)の化学結合を、「原子化エネルギー」を用いて統一的に表現し、希土類元素と化学結合する各種非金属元素の個性を抽出する。その計算結果を基に、「非金属元素からの量子材料設計の基盤」を初めて構築し、非金属元素側から見た新しい材料設計の道を拓く。平成29年度において、以下の結果を得た。種々の希土類化合物の中でも特に酸化物に注目して、希土類酸化物の電子構造および原子化エネルギーの計算を行った。そして希土類酸化物の計算結果と遷移金属酸化物のそれとを比較し、希土類元素特有の新しい化学結合の成り立ちについて考察した。すなわち、構成金属元素および非金属元素の融点が大きく異なるため、作製が難しい3成分マグネシウム化合物を、ボールミル法や高圧ねじり加工法を用いて作製した。そして、X線回折、電子顕微鏡観察、水素吸蔵実験などを系統的に行い、新規な水素貯蔵化合物の探索のために重要な組織・構造解析を系統的に行った。特に、マグネシウム水素化物の形成に及ぼす酸素不純物の影響について検討した。