hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
D-アミノ酸発現機序と機能的役割の解明および慢性炎症病態との関連

また、好酸球性副鼻腔炎群と非好酸球性副鼻腔炎群でD-アミノ酸の発現パターンに大きな差異は認められなかったが、間質内への好酸球浸潤が多い症例では、アミノ酸が多く発現している傾向が認められた。加齢変化や慢性炎症が起きている種々の組織でD-アミノ酸が生成されていることが報告されており、非好酸球性副鼻腔炎や難治性易再発性炎症疾患である好酸球性副鼻腔炎の成因や難治性にD-アミノ酸寄与している可能性が考えられた。また、アレルギー性炎症や好酸球性炎症におけるD-アミノ酸の関与は本年度の検討では明らかにはならなかったが、好酸球浸潤のメカニズムにはD-アミノ酸発現が何らかの関連を有する可能性が考えられた。D-アミノ酸は加齢や慢性炎症との関連が報告されているため、好酸球性副鼻腔炎群および被好酸球性副鼻腔炎群ともに罹病期間とD-アミノ酸発現の有無を免疫組織化学染色にて検討した。罹病期間は各群とも数ヶ月から5年以上と幅広く存在していたが、罹病期間によらず、D-アミノ酸発現の染色パターンに変化は認めなかった。単純な時間的炎症暴露時間にはD-アミノ酸の関与は認めなかったが、炎症の程度や好酸球浸潤の程度なども検討項目に加える必要があると考えられた。昨年度にIgA腎症患者における口蓋扁桃組織のD-アミノ酸発現解析、および先天性真珠腫と後天性真珠腫とのD-アミノ酸発現の差異についての比較検討を行った。本年度は主に好酸球性副鼻腔炎症例と非好酸球性副鼻腔炎症例におけるD-アミノ酸発現の際についての詳細な検討、および罹病期間別における比較検討を行った。声帯ポリープ症例についても順次症例数も集まり、現在免疫組織化学染色によるD-アミノ酸発現解析を行っている途中である。D-アミノ酸、特に加齢・自然放射線や活性酸素などのストレスの影響により生じると考えられているD-Aspの耳鼻咽喉科領域の組織における発現、疾病との関連の報告は皆無である。昨年度までの研究では、難治性易再発性炎症疾患である好酸球性副鼻腔炎の鼻ポリープに着目し、好酸球性副鼻腔炎および非好酸球性副鼻腔炎患者の鼻ポリープ組織を用い、D-アミノ酸免疫組織化学染色を施行した。好酸球性副鼻腔炎群と非好酸球性副鼻腔炎群でD-アミノ酸の発現パターンに大きな差異は認められなかったが、間質内への好酸球浸潤が多い症例では、D-アミノ酸が多く発現している傾向を確認した。本年度は炎症の程度や好酸球浸潤の程度なども検討項目に加える必要があると考えられたため、D-アミノ酸染色とともに、好酸球マーカーであるECPやMBPなどの染色や解析も加え、現在検討中である。また、声帯ポリープなどの喉頭疾患について、D-アミノ酸発現機序との関連を明らかにするために、炎症性ポリープと声帯結節、声帯嚢胞、喉頭腫瘍(乳頭腫、癌腫)などにおけるD-Asp発現様式を比較検討した。D-Aspは細胞増殖や分化と関連している可能性があるという方向もあり、分化増殖能以上をきたしている癌腫との比較は非常に興味深いと考えられた。声帯組織における正常呼吸上皮、重層扁平上皮、癌腫(扁平上皮癌)、乳頭腫、声帯結節、声帯嚢胞、声帯ポリープなどの様々な病変におけるD-アミノ酸発現を免疫組織化学にて評価を行うため、免疫染色を現在施行中である。勤務地の人員異動が重なったため、研究者のその他の業務が多忙となり当初の計画より遅延が生じた。また、現在行っているD-アミノ酸局在解析および機能解析に用いる耳鼻咽喉科領域疾患、特に様々な種類の喉頭疾患の検体数が十分に揃わず、想定以上に免疫染色に時間を要した。声帯ポリープ症例のポリープ組織、肉芽組織を集め、D-Asp免疫組織化学にてその発現様式の検討を行う。
赤外半導体レーザーを用いた安定同位体のリアルタイム計測装置の開発

連続光キャビティリングダウン法を一酸化二窒素(N_2O)のアイソトポマー(同位体分子種)計測に初めて応用した。開発した装置を用いて、N_2Oアイソトポマーの吸収スペクトルを様々な条件下で測定し、1.5μm領域における振動回転線の圧力広がり係数、分光パラメータ、および積分吸収断面積を決定した。また、得られた分光データを用いることにより、アイソトポマーの存在比を20分程度の時間分解能でリアルタイム計測することに成功した。地球大気において、一酸化二窒素(N_2O)は、重要な温室効果気体であり地球温暖化に寄与している。各発生源の寄与を見積もるために大気中N_2Oの同位体分子種(アイソトポマー)比の計測が有効である。従来、安定同位体の分析は主に質量分析法を用いて行われてきた。しかし、装置が大きく、ガスクロマトグラフィーによる分離、CO_2やH_2Oの除去など、煩雑な前処理が必要であるため、装置を持ち運び発生源でリアルタイムに計測することは困難であった。本研究では、連続光キャビティリングダウン分光法をN_2Oの安定同位体の計測に初めて応用した。N_2Oアイソトポマーの検出には、1.5μm付近の3v_3バンドを用いた。検出光光源には、近赤外半導体レーザーを採用した。開発した装置を用いて、N_2Oの振動回転スペクトルの空気分子(N_2およびO_2)による圧力広がり定数の測定を行った。個々の振動回転線をVoigt関数でフィットし、圧力幅を測定した。様々な圧力および温度条件において、圧力幅を測定することにより、圧力広がり係数および温度係数を決定した。また、N_2O同位体分子種の高純度ガスを用いて、各アイソポマーの吸収スペクトルを測定し、分光定数および線強度の測定を行った。^<15>N^<14>N^<16>Oの3v_3バンドの分光定数および線強度の測定は、本研究が初めてである。これらのデータを用いて、アイソトポマー計測に適切な振動回転線、^<15>N^<14>N^<16>O:P(19)遷移(6497.17 cm^<-1>)および^<14>N^<15>N^<16>O:R(19)遷移(6459.49 cm^<-1>)を決定した。本研究では、分光法を用いたN_2O同位体のリアルタイム計測装置の開発に不可欠な基礎データを取得することができた。一酸化二窒素(N_2O)は、重要な温室効果気体であり地球温暖化に寄与している。N_2Oの各発生源の寄与を見積もるために大気中N_2Oの同位体分子種(アイソトポマー)比の計測が有効である。本研究では、半導体レーザーを用いた吸収分光法による温室効果気体の安定同位体のリアルタイム計測装置の開発を行うことを目的とした。平成19年度に連続光キャビティリングダウン分光法を用いたN_2Oアイソトポマーの検出に成功したことから、平成20年度は、N_2O標準ガスを用いた同位体比の計測を行った。アイソトポマー計測には振動回転線、^<15>N^<14>N^<16>O:P(19)遷移(6497.17cm^<-1>)および^<14>N^<15>N^<16>O:R(19)遷移(6459.49cm^<-1>)を用いた。各振動回転線を交互に測定し、アイソトポマー比を測定した。その結果、標準ガス中の^<15>N^<14>N^<16>O/^<14>N^<15>N^<16>O比は、1.0041±0.0051と決定された。また、繰り返し測定を行った結果、アイソトポマー比の測定精度5.1‰が得られた。本研究では、採用した振動回転線の積分吸収断面積を、室内実験により独自に決定することにより、参照ガスを用いない、アイソトポマー比の絶対測定に初めて成功した。N_2Oのアイソトポマー計測については、今後、中赤外領域のレーザー光源や、より反射率の高いミラーを適用することにより、更なる高感度か見込まれ、実大気中のN_2O同位体の計測が可能となると期待される。
放射線性難治性潰瘍に対する脂肪組織由来幹細胞の効果

放射線は検査や治療などで現在の医療において必要不可欠な物であるが、同時に難治性潰瘍や創傷治癒遅延を引き起こすことがある。放射線照射による創傷治癒遅延の根底には、未分化な細胞ほど放射線感受性が高いことから、創傷治癒に深く関わる細胞である幹細胞が局所で放射線によって障害を受けていることがあると考えられる。よって放射線照射後の創部へ、脂肪組織由来幹細胞移植を行い創傷治癒が改善されるかを調査した。現在までに、放射線照射の創傷治癒への影響を観察するため、ラット及びマウスに放射線照射を行い、放射線性難治性潰瘍モデルの作製及び脂肪組織由来間質細胞移植の効果について検討を行っている。始めラットを用いて、鉛の遮蔽板から皮膚をつまみあげて15Gy,30Gy,50Gyと照射し、潰瘍の作製を試みたが、いずれの照射量でも皮膚潰瘍は作製されるものの、潰瘍の大きさ、深さなどについて定量性にとぼしく、その後の脂肪組織由来間質細胞移植による創傷治癒効果の解析を行うことができなかった。このため、マウス背部皮膚を弁上に挙上し、皮弁以外は鉛板で遮蔽し、皮弁のみに照射し、同時にデルマパンチで穴をあけ同じ大きさの潰瘍を作製、ここに細胞を移植するという方法を試みた。しかしながらこの方法では皮弁自体が壊死することや、皮弁下にHematomaが生じるなどして、個体間での条件をそろえることが難しく、やはり解析を行うことができなかった。ただし、放射線照射のマウス皮膚への影響の基礎データを得ることができ、照射量や細胞移植時期の検討を行うことができた。また、DiIラベルした間質細胞の移植についても基礎検討を行い、組織標本で移植細胞を観察でき、また免疫組織染色にて周囲組織におけるbFGFやVEGFなどの種々のGrowth Factorの観察ができた。現在は上記モデルの欠点を補うべく、マウス大腿に20Gyの放射線照射を行い、照射後3週間で1×10^6/100μlPBSの細胞移植を行い、創収縮の観察や、免疫組織学的検討を行っている。放射線照射の創傷治癒への影響を観察するため、ラット及びマウスに放射線照射を行い、放射線性難治性潰瘍モデルの作製及び脂肪組織由来間質細胞移植の効果について検討を行った。はじめ背部皮膚を弁上に挙上し、皮弁以外は鉛板で遮蔽し、皮弁のみに照射を行い、放射線照射と同時にデルマパンチで穴をあけ同じ大きさの潰瘍を作製、ここにDilラベルした細胞を移植するという方法を試みた。しかしながらこの方法では皮弁自体が壊死することや、皮弁下にHematomaが生じるなどして、個体間での条件をそろえることが難しかった。このため、マウス両側大腿に放射線を照射し、急性期の炎症が落ち着いた後、同じ大きさの潰瘍を作成、片側のみに細胞移植を行って同一個体の左右で比較するという方法で解析を行うこととした。条件検討の結果、線量は!6Gy,移植時期は照射後1ヶ月、潰瘍の大きさは直径5mm、移植細胞数は1×10^6個とすることとした。その結果、肉眼的観察で細胞移植した側において創収縮が早く、移植後9-13日で上皮化が終了した。組織学的にも、細胞移植側において創治癒傾向が顕著であり、また創部において細胞ラベルのDiLを確認し、移植細胞の生着を確認した。また、免疫組織染色を行ったところ、細胞移植側ではコントロール側と比べ、TGFβ、VEGF、FGF2、IL-6の発現のピークが早期にあった。また、細胞移植側では、コントロール側と比べ瘢痕形成が少なかった。安全性などのさらなる検討が必要であるが、本研究により放射線照射により引き起こされる創傷治癒障害に対し、脂肪組織由来間質細胞移植の有用性が示唆された。
非破壊検査理論に基づく宇宙航空機用セラミックスのスクリーニング・システムの構築

本研究の目的は、熱衝撃損傷、材料物性温度依存性、表面および内部損傷などの現象を考慮した非破壊検査理論を開発し、それに基づいて、新たに宇宙航空機用高温セラミック材料のスクリーニング・システムを構築することである。はじめに、ロケットノズル用黒鉛材およびアルミナ/黒鉛質耐熱材料を用いて、その強度、破壊力学特性を材料試験機により、損傷の程度を弾性率内耗測定装置により調べた。モデル材料にアルミナ・黒鉛質耐熱材料を用いて、1500°Cの温度差での熱衝撃試験を行い、亀裂発生状況を観察した。過渡熱応力解析を実施し、その結果から過渡熱応力解析および破壊統計解析を行い、実験結果を説明することに成功した。また、熱衝撃前後での試料の弾性波速度の変化を、超音波弾性率内耗測定装置を用いて測定した結果、(1)引張り応力が高いほど、弾性波速度が低下する、(2)圧縮応力支配領域においても弾性波速度が低下する、という注目すべき結果を得た。これは、過渡応力により、材料が損傷したことを意味している。つぎに、これらのデータを用いて、新しい非破壊検査理論を構築した。新理論を用いて、スクリーニング領域および欠陥サイズの閥値を決定し、非破壊試験のシミュレーションを実施した。非破壊試験によりリジェクトされた試験片と、生き残った試験片の比率一残存効率の比較を行い、提案した非破壊検査システムの有効性を確認した。以上述べたように、本研究では宇宙航空機用セラミックスのスクリーニングシステムを構築するための基本となる非破壊検査理論の開発・拡張を行い、初期の目的の大半を達成することができた。本理論体系は、独り非破壊検査理論のみに限定されたものではなく、広く表面および内部を強化したセラミックス-例えば宇宙往還機の耐熱タイル-の強度設計理論に拡張することができる。本年度の研究実施計画に基づいて、以下の研究を実施した.(1)弾性率内耗測定装置の購入と整備主要設備である弾性率内耗測定装置を購入し、整備・運転を行った。その結果、購入した装置は十分な性能を発揮することを確認した.(2)等方性黒鉛試験片の作製ロケットノズル用等方性黒鉛IG12から、二軸破壊試験用薄肉円筒試験片、圧縮強度試験片、高温弾性率内耗試験片を作製した。(3)等方性黒鉛を用いた二軸破壊試験の実施作製した等方性黒鉛IG12の円筒試験片約150本を用いて内圧と軸圧縮の組み合わせにより二軸破壊試験を実施し、実用上最も重要な第4像限の破壊曲線を実験的に正確に求めることに成功した.また主要設備である弾性率内耗測定装置を用いて等方性黒鉛IG12の弾性率および内耗の常温1500°Cにおける変化をin-situに測定することに成功した.平成14年度研究実施報告書本年度の研究実施計画に基づいて、以下の研究を実施した。(1)材料表面音診システムの購入と整備主要設備である材料表面音診システムを購入し,前年度購入した弾性率内耗測定装置に組み込んで整備・運転を行った。その結果,購入した装置は十分な性能を発揮することを確認した.(2)等方性黒鉛の圧縮荷重下におけるリアルタイム損傷評価の実施購入した装置を用いて,等方性黒鉛の圧縮荷重下におけるリアルタイム損傷評価を実施した。その結果,圧縮荷重が破壊荷重の70%を超えたあたりから縦波音速が顕著に減少し、内部摩擦が増大することを見出した。また、連続鋳造用耐火物を用いた同様の実験において、底面エコーだけでなく、第一後方散乱エコー波が損傷評価に極めて敏感であることを見出した。

(3)前年度の主要研究実績である「非破壊検査理論」および「等方性黒鉛の2軸破壊曲線の実験及び直・並列リンクモデルに基づく理論解析」を、それぞれHawaiiおよび上海で開かれた国際会議において発表した。本年度は、前年度までの成果を受けて、ロケット発射時の熱衝撃によりノズル表面近傍に誘起される圧縮応力による損傷を模擬するため、材料表面音診システムおよび弾性率内耗試験機を用いて、等方性黒鉛および耐熱セラミックスの圧縮荷重下における損傷評価を詳細に実施した結果、以下のような成果を得た。1.等方性黒鉛の縦波弾性波伝播速度(音速)は、負荷過程では圧縮応力の増加と共に単調に減少し、減少率が負荷とともに増加した。除荷過程では、音速は単調に回復したが、負荷を取り除いても完全には回復しなかった。この現象は減衰率の変化とよく対応した。これらの現象は黒鉛層間亀裂モデルにより説明できた。2.耐熱複合セラミックスについて同様の実験を行なったところ,黒鉛とは対称的な結果を得た。すなわち、負荷過程においては高荷重域においてのみ音速が低下した。一方、除荷過程においては、負荷過程以上に顕著な音速低下が見られ、この傾向は荷重を完全に除荷するまで単調に続いた。この現象は、除荷過程において異相粒子界面での剥離破壊が生じ、損傷がさらに進行したためと考察した。3.熱衝撃損傷を受けた耐熱複合セラミックスについて熱衝撃前後の音速の測定結果を、発生する熱応力から計算した相当応力により整理したところ、引張り応力域と圧縮応力域とで全く異なる傾向にあることが見出された。以上の成果を踏まえ,損傷の時間発展を考慮した新たな非破壊検査理論を構築し、宇宙航空機用セラミックス材料のスクリーニング・システムの概念設計を行い、本研究を総括した。
ICP質量分析における共存元素等による干渉機構の解明と干渉除去

誘導結合プラズマ質量分析法(ICPーMS)における共存元素の影響には、スペクトル的な干渉と非スペクトル的な干渉とがある。非スペクトル的な干渉の程度には装置間による差もあり、現在その機構は必ずしも明らかではない。ICPーMSにおける非スペクトル的な干渉機構の解明や干渉除去のため、種々の共存元素による干渉ならびに操作条件などを変えた場合の干渉の変化について検討を行った。共存元素による信号抑制効果の原子量依存性が、本研究においても認められた。これはサンプラ-以降の超音速領域において、原子量の大きな共存元素との衝突により目的元素が散乱されるためであると考えられた。レンズ系の電圧設定による抑制効果の変化は、レンズ系内の空間電荷の影響によるものであると思われた。またより低いイオン化電圧の共存元素の場合により大きな抑制効果があることから、プラズマにおけるイオン化平衡のずれも無視できないことが分かった。抑制効果は、単一のメカニズムだけでなくいくつかが組合わさって起きると考えられ、抑制効果全体に対してこれらの原因の各々がどの程度関与するかは、使用している装置や操作条件に依存するものと思われる。また目的元素の感度が十分あれば、操作条件等により共存元素の影響を軽減できることが分かった。イオン化平衡のずれによる干渉は、内標準による補正も可能である。共存元素の影響は、一般に干渉元素の濃度の絶対量が問題となるため、干渉の軽減には試料溶液の希釈も有効であると考えられる。スペクトル的な干渉では、共存元素から生ずる2価や酸化物イオンの重なりも問題となる。これらのイオンはプラズマの電位と関係するため、プロ-ブにより電位を測定したところ、2価イオンが生成しやすい条件下では電位が高くなった。ト-チを静電的にシ-ルドした結果、電位が下がり2価イオンを減少させることができた。1.ICPをイオン源とする質量分析は、水溶液試料を導入することにより多くの元素についてpg/mlの桁まで測定できるという高感度さのために近年大いに注目されている。しかし、試料溶液中に多量の共存元素があると大きな干渉を示すことが知られており、その干渉のメカニズムを探り、できるだけ干渉の少なくなるような試料調整および導入方法の確立が重要な問題となっている。本年度は先ず種々の共存元素により目的元素の信号にどのような影響があるか、まらそれらの影響はイオン源であるICPの操作条件や、質量分析計のイオンレンズの電圧設定によりどのような変化があるかを調べた。2.目的元素として、Co、y、In、LaおよびAlを選び、LiからPdまでの14の共存元素それぞれについての影響を調べた。目的元素の濃度は10^<-6>M、共存元素の濃度は10^<-2>Mとした。その結果、目的元素の信号はどの元素についても共存元素の原子量が増加するにつれて信号が減少することが分かり、従来から他の装置で報告されたのと同様な結果が得られた。ただ、信号の減少のしかたは単調ではなく、原子量以外にも共存元素のイオン化電圧の効果があることも明確となった。原子量の影響はサンプリングオリフィスの後の超音速ジェットにおける干渉であり、イオン化電圧の影響はプラズマにおけるイオン化平衡の移動によるものである。さらに、原子量の影響の程度はイオンレンズ設定電圧によっても変化し、これはこの部分における空間電荷の効果が無視できないことを示すものであった。3.以上のように、共存元素効果の原因には少なくとも3種類の要因があることが明らかとなった。1.ICP質量分析法ではスペクトルが比較的単純であることから、ICP発光分光分析法に比べてスペクトル干渉の少ないことが特徴の一つとなっている。

しかしながらマトリックス元素が共存する場合には、目的元素イオンのスペクトルに、共存元素そのもの、もしくは共存元素から生ずる酸化物イオンや2価イオンなど同重体イオンのスペクトルが干渉することにより、目的元素の測定に重大な影響を及ぼすことがある。酸化物イオンや2価イオンの生成はプラズマの電位と深く関わっているため、銅製の水冷式のプロ-ブを試作し、これを試料導入インタ-フェ-スの前に置いてプラズマの電位を測定した。試作したプロ-ブは水冷しているため、長時間プラズマ中に挿入しても融けたり酸化皮膜を生成することなく、安定に電位を測定することが可能だった。測定の結果、2価イオンが生成しやすいような操作条件下では、プラズマの電位が高くなることが本実験でも確認された。2.プラズマにおける高周波電位は、プラズマと誘導コイルとの容量的な結合により生じるため、この容量的な結合を少なくするような静電的なシ-ルドを施したト-チ(シ-ルド水冷ト-チ)を試作した。このト-チを用いてプラズマの電位を測定したところ、電位が大幅に下がり、操作条件を変えても電位があまり変化しないことを確認した。このト-チにより測定した質量スペクトルでは、2価イオンはほとんど生成しなくなった。またアルゴンガスなどに起因する種々の分子イオンを含めたバックグラウンドイオンの強度も減少した。しかしながら酸化物イオンについては、その生成割合が若干上昇した。シ-ルドト-チの場合の共存元素による非スペクトル的な干渉についての検討はまだ十分には行っていないため、今後も引続き検討していく予定である。
登熟期間中のイネ葉鞘におけるデンプン分解関連酵素遺伝子の機能解析

イネ葉鞘における出穂後のデンプン分解制御機構の解明のため,α-およびβ-アミラーゼ遺伝子ファミリーを構成する各遺伝子の機能解析を進めた.多収品種タカナリでは,α-アミラーゼ遺伝子のRAmy2Aの発現が出穂後の葉鞘において急激に上昇し,それが急激なデンプン分解をもたらす要因のひとつと示唆された.β-アミラーゼ遺伝子のOsBAM2もしくはOsBAM3の過剰発現は葉鞘のデンプン含量を著しく低下させるが,それらの発現抑制は葉鞘におけるデンプン含量を有意に増加させることはなかった.また,OsBAM5の発現は夜間の葉身において著しく高く,その発現抑制は葉身にデンプンを過剰に蓄積させることがわかった.イネ穎果の登熟には,出穂期までに稈や葉鞘に蓄積されたデンプンなどの非構造性炭水化物が一部利用されるため,本研究課題では出穂期以降の葉鞘におけるデンプン分解に関わる遺伝子の機能解析を進めている.昨年度までに,β-アミラーゼをコードする遺伝子であるOsBAM2とOsBAM3のノックダウン系統を作出し,その表現型を解析してきた.その結果,OsBAM2とOsBAM3それぞれの単独のノックダウン系統では,出穂期以降の葉鞘におけるデンプン蓄積量に関して野生型と大きな差がないことが明らかになった.そこで今年度はOsBAM2とOsBAM3のダブルノックダウン系統を作出するためのベクターを構築し,それを用いてOsBAM2&3ノックダウン系統の作出を進め,両遺伝子が効果的に発現抑制された系統を得ることができた.現在はその系統を閉鎖系グロースチャンバーで栽培し,表現型の解析を進めている.また,OsBAM2とOsBAM3のプロモーター:GUS発現ベクターを導入した形質転換イネにおいて,OsBAM2とOsBAM3遺伝子発現の組織特異性を調査した,OsBAM2プロモーターの発現は葉鞘や葉身などの柔組織などで確認されたが,一方OsBAM3プロモーターは維管束鞘細胞で特に強く発現していた.インド型多収イネ品種のタカナリと日本型品種の日本晴の葉鞘において,デンプン分解関連酵素遺伝子の転写レベルを出穂期前から登熟期にかけて経時的に解析した結果,α-アミラーゼをコードするRAmy2A遺伝子の発現がタカナリの葉鞘において出穂後のデンプン含量が低下する時期に急激に増加することがわかった.そこで,RAmy2Aのノックダウン系統の作出を,日本型品種の日本晴とササニシキに加えて,タカナリなどのインド型品種においても進めている.イネ葉鞘における出穂後のデンプン分解制御機構の解明のため,α-およびβ-アミラーゼ遺伝子ファミリーを構成する各遺伝子の機能解析を進めた.多収品種タカナリでは,α-アミラーゼ遺伝子のRAmy2Aの発現が出穂後の葉鞘において急激に上昇し,それが急激なデンプン分解をもたらす要因のひとつと示唆された.β-アミラーゼ遺伝子のOsBAM2もしくはOsBAM3の過剰発現は葉鞘のデンプン含量を著しく低下させるが,それらの発現抑制は葉鞘におけるデンプン含量を有意に増加させることはなかった.また,OsBAM5の発現は夜間の葉身において著しく高く,その発現抑制は葉身にデンプンを過剰に蓄積させることがわかった.イネ茎葉部、特に出穂期以降の葉鞘におけるデンプン分解において、β-アミラーゼをコードする遺伝子であるOsBAM2とOsBAM3がどのような役割を果たしているのかを解明するため、RNAi法により作出したノックダウン系統を用いて解析を進めた。その結果、OsBAM2のノックダウン系統の葉鞘におけるデンプン含量には野生型とほとんど違いがないこと、またOsBAM3のノックダウン系統では野生型よりも出穂期のデンプン含量が多くなる傾向にあるものの有意な差は認められないことが明らかになった。一方、OsBAM2の過剰発現系統では、出穂期までに葉鞘に蓄積されるデンプン含量が著しく低下した。以上のことから、OsBAM2は葉鞘におけるデンプン分解において機能していることが強く示唆されるが、その単独の発現抑制では、おそらくOsBAM3の作用によってデンプン分解が進むために、デンプン過剰の表現型が現れないと考えられた。現在はOsBAM3の過剰発現系統の育成が完了し、さらにOsBAM2とOsBAM3の両方がノックダウンされた系統の選抜を進めている。プラスチド局在型β-アミラーゼであることがわかっているOsBAM2とOsBAM3と同様に、プラスチド移行シグナル配列を有すると予想されるOsBAM4とOsBAM5の細胞内局在性の解明を進める計画であった。しかし、これら2つの遺伝子の発現レベルは出穂期前後の葉鞘において、OsBAM2およびOsBAM3を比較して著しく低いことが明らかになった。そこで、計画を変更し、出穂後に発現レベルが上昇するα-アミラーゼ遺伝子であるRAmy2Aについての解析を先に進めることとした。RAmy2Aのノックダウン系統を作出するためのRNAiベクターを構築し、そのT1世代の種子採取までが完了した。イネ葉鞘に出穂期までに蓄積されるデンプンはイネの登熟に利用される重要な炭水化物源である。そこで本課題では、イネ葉鞘におけるデンプン分解に関わる酵素遺伝子の機能を解明するため、プラスチド局在型のβ-アミラーゼアイソフォームをコードするOsBAM2とOsBAM3の2つの遺伝子について解析を進めてきた。

昨年度までに作出したOsBAM2とOsBAM3遺伝子の2つが同時に発現抑制された(ダブルノックダウン)系統の表現型を解析した結果、ダブルノックダウン系統では、出穂後の葉鞘におけるデンプン含量が野生型系統よりも著しく増加していた。しかし、この実験では、野生型系統の葉鞘におけるデンプン蓄積量が通常よりも少なかったため、再度の評価を行う必要がある。また、葉鞘において発現が認められるOsBAM4とOsBAM5遺伝子の翻訳産物の細胞内局在性を、緑色蛍光タンパク質とのキメラタンパク質を用いて解析したところ、両遺伝子がコードするアイソフォームもまたプラスチド局在型であることが明らかになった。さらに、OsBAM5遺伝子の発現は、葉身において夜間に急激に上昇することが明らかとなり、その発現抑制系統を用いた解析から、OsBAM5遺伝子は葉身における夜間のデンプン分解に関与することが強く示唆された。インド型多収イネ品種のタカナリは、日本晴などの通常の日本型品種と比較して、出穂後の葉鞘におけるデンプン含量の低下が急激に生じ、その現象にはα-アミラーゼをコードするRAmy2A遺伝子が関係している可能性を本課題の中で示してきた。そこで、その機能解析に必要なタカナリでのRAmy2A遺伝子発現抑制系統の作出のため、アグロバクテリウム法による効率的なタカナリの形質転換手法を検討し、その確立に成功した。その手法を用いてタカナリのRAmy2A発現抑制系統を作出し、現在はその表現型解析を進めている。作物学当初の研究計画では,平成25年度までに,OsBAM2とOsBAM3のダブルノックダウン系統を用いて,両遺伝子の発現抑制がイネ葉鞘の出穂期以降のデンプン代謝に及ぼす影響を明らかにすることを目標としていた.現在までにOsBAM2とOsBAM3ダブルノックダウン系統の作出は終了しているが,まだ表現型の解析を進めているところである.よって,この点では当初の計画よりも若干遅れていることとなる.しかし,平成26年度に進める予定であったRAmy2A遺伝子のノックダウン系統の作出と,それを用いた解析を先んじて進めていることから,研究計画全体としてはおおむね順調に進んでいるといえる.また,日本型品種とインド型品種間でのデンプン分解関連酵素遺伝子の作用の違いについては当初の計画通りに進めており,本年度はインド型品種におけるノックダウン系統も利用して,解析を進めることができると考えている.OsBAM2とOsBAM3の両方が発現抑制されたノックダウン系統の選抜と育成が遅れている。その理由は、OsBAM3のノックダウンのためにOsBAM3の5'側非翻訳領域を含む配列をRNAiトリガーに用いたが、その領域では効果的なノックダウン系統が得られる確率が低いことが研究を進めて行く中でわかってきたため、RNAiトリガーに用いる配列を3'側非翻訳領域に変更したベクターを再度構築し直したからである。それらのベクターによる形質転換を進めているので、次年度には研究進捗の遅れを取り戻すことができると考えている。本研究課題最終年度の平成26年度では,OsBAM2とOsBAM3のダブルノックダウン系統を用いた解析を進めることにより,出穂期以降のイネ葉鞘におけるβ-アミラーゼ遺伝子,OsBAM2とOsBAM3の機能について明らかにする.また,OsBAM2とOsBAM3のプロモーター:GUS発現ベクターを用いた植物体において,OsBAM2とOsBAM3発現の組織特異性についてさらに詳細に解析する.また,OsBAM5ならびにOsBAM9の2つのβ-
大規模量子計算に基づく電子消滅法シミュレータの開発とナノ細孔構造解析への応用

本年度は、研究目的である陽電子消滅法シミュレータの開発について以下の成果を得た。平成21年度に開発した陽電子消滅法シミュレータについて、(1)電子密度分布の高速量子計算モジュール、(2)電子密度分布から細孔分布を可視化して容積を計算するモジュール、(3)陽電子ダイナミクスの計算モジュール、(4)陽電子寿命曲線計算および細孔径分布計算モジュール、を改良し精度の向上と操作性の向上を図った。また平成22年度の目的の一つであった実証試験として高分子分離膜系を対象としてを選択し、開発したシミュレータの適用を行った。実証試験では、膜モデルとして芳香族系ポリアミドの3量体3鎖からなる構造を、分子動力学法を用いて所定の密度になるようにアモルファス化することで作成した。この構造にシミュレータを適用し、ポジトロニウム(Ps)の寿命を算出した。シミュレータから得られた計算値は、実測値とほぼ同じオーダーであり、細孔径分布の実測値を良好に再現出来ることを確認した。また、膜密度を変化させた高分子膜も作成し、同様の寿命予測シミュレーションれを行った。その結果、膜密度の変化に伴い細孔径分布が変化し、その結果がPs寿命に反映されることを確認した。ここで開発した陽電子消滅法シミュレータを活用することで,陽電子消滅法の測定結果を詳細な構造モデルと対比させて議論することが可能となるとともに、分離膜のような微細孔をもつ材料のミクロ構造の妥当性を検証するためのモデリング技術としての利用が期待される。(1)新規な電子密度分布の高速量子計算モジュール:申請者はこれまで開発してきた高速化量子計算手法シミュレータをベースに、電子密度分布を高速に計算するモジュールを開発した。プログラムではまず、与えられた原子配置から分子軌道を計算し、その軌道情報から、三次元空間の電子密度の三次元マップを計算する。三次元マップは、0.2Å程度メッシュごとの電子密度情報を考慮し、その値を外部ファイルに出力する。(2)電子密度分布から細孔分布を可視化して容積を計算するモジュール:上記から算出される電子密度マップデータから、不定形な細孔を抽出し、細孔容積を算出できるプログラムを作成した。さらに、細孔容積を計算し、また、細孔形状を可視化できる、グラフィックツールも開発した。(3)陽電子ダイナミクスの計算モジュール:陽電子のような量子粒子の挙動を解くための経路積分モンテカルロ法プログラムを開発した。計算には陽電子と相互作用する電子密度分布が必要であるが、本シミュレータでは(1)によって"原子配置から正確に計算された"電子密度分布を利用することで、汎用性のあるシミュレータを構築した。(4)陽電子寿命曲線計算および細孔径分布計算モジュール:陽電子のpick-off減衰速度を、経路積分モンテカルロ法から求められた陽電子密度の空間分布から見積もるプログラムを作成した。さらに球形近似モデルを適用して細孔径分布を求めることができる。これにより陽電子消滅法寿命曲線が算出できるようになった。平成22年度は上記シミュレータの改良と実証試験を行う予定である。
免疫アジュバントの経口、経鼻投与による幼若個体の非特異的ウイルス感染防御能の増強

免疫機能の未成熟な幼若個体への免疫アジュバントの投与によって、免疫力の賦活化を試み、そのウイルス感染症からの回復に及ぼす効果の解析を目的とし以下の成績を得た。1.呼吸器急性感染症、消化器急性感染症および全身感染症モデルとしてそれぞれセンダイウイルス、ロタウイルス、ハンタンウイルスおよびヘルペスウイルスと主に幼若マウスの組み合わせで実験感染系を確立した。2.免疫アジュバントとしてMDP-Lys(L18)を選択し、経口、経鼻、経直腸、皮下ルートでの投与法を確立した。3.センダイウイルスと成熟BALB/cマウス8(5週齢)の組み合わせでは、MDP-Lys(L18)をウイルス接種の-1から-3日に皮下、経鼻、経口、経直腸のいずれのルートで投与しても肺組織中でのウイルス増殖が抑制され有意な生残率の上昇が認められた。特に、経直腸ルートの投与でも呼吸器感染に対する防御効果の増強が注目される。4.消化器急性感染症のモデル:ロタウイルスと哺乳マウス(BALB/c、生後10日齢)の組み合わせではMDP-Lys(L18)をウイルス接種の-1から-2日に皮下、経口、経直腸のいずれのルートで投与しても下痢の発症数の有意な低下、下痢症状の軽減およびウイルス増殖の抑制が観察された。5.ハンタンウイルス(腎症候性出血熱、Hantaan76-118株)と哺乳マウス(BALB/c、生後1日齢)の組み合わせではウイルス接種-1から+7日にMDP-Lys(L18)の皮下接種でのみにより有意の生残率上昇が観察された。6.以上の成績は、免疫アジュバントによって粘膜共通免疫系全体の賦活化の可能性を示唆するものである。今後さらに免疫機能増強の定量的評価必要であると考えられる。さらに、粘膜共通免疫系を利用してワクチン抗原に対する特異免疫増強をも同時に免疫アジュバントによってさらに増強する試みも必要となろう。1.正常ほ乳マウスから生後、1、4、8、12週目に採血し、その末梢血中のT,B細胞数ならびにCD4またはCD8陽性細胞数の推移をファックスを用いて解析し、週齢ごとの標準値を明らかにした。2.実験感染系の確立(1)インフルエンザウイルスとして近縁のセンダイウイルスと5週齢BALB/cマウスの組み合わせでウイルスを軽鼻投与し、その接種量と生残率の間に容量依存性が確認され、実験感染系が確立された。(2)ロタウイルスとしてサル由来のSA-11株を選択し、各日齢のBALB/cマウスに定量的に経口投与する技術を確立した。その後の下痢の発症が10日齢まで観察されるがそれ以上加齢が進むと発症しないことが明らかになった。すなわち、10日齢BALB/cマウスに対する経口投与後の下痢の発症を指標として実験感染系が確立されたと判断された。(3)腎症候性出血熱ウイルスとしてハンタンウイルスを選択し、生後1日以内のほ乳マウスに皮下接種することにより、致死的な全身感染系を確立した。3.免疫アジュバントとしてMDP-Lys(L18)を選択し、そのPBS溶液を用いることとし、マイクロピペット用プラスチック製チップを用い、定量的に経鼻、経口ならびに経直腸投与する方法を確立した。4.全身感染モデルとしてのハンタンウイルス感染症の場合、MDP-Lys(L18)を皮下投与した場合、その後の攻撃接種に対して生残率が有意に上昇し、幼若個体の免疫機能亢進によって防御力の増強が観察された。

免疫アジュバントとしてMDP-Lys(L18)を用い、マウスに対する防御活性増強の有無を以下の3種類のウイルスについて解析し、以下のような知見を得た。1.全身感染ウイルスの代表としての、腎症候性出血熱(Hantaan76-118株)と哺乳マウス(BALB/c、生後1日齢)の組合わせではウイルス接種-1から+7日にMDP-Lys(L18)の皮下接種により有意の生存率上昇が観察された。2.呼吸器急性感染症のモデルとして、センダイウイルスと成熟BALB/cマウス8(5週齢)の組み合わせでは、MDP-Lys(L18)をウイルス接種の-1から-3日に皮下、経鼻、経口、経直腸のいずれのルートで投与しても有意な生残率の上昇が認められた。3.消化器急性感染症のモデルとして、ロタウイルスと哺乳マウス(BALB/c、生後10日齢)の組み合わせではMDP-Lys(L18)をウイルス接種の-1から-2日に皮下、経口、経直腸のいずれのルートで投与しても下痢の発症数の有意な低下や下痢症状の軽減が観察された。4.以上の成績は、免疫アジュバントによって粘膜共通免疫系全体の賦活化の可能性を示唆するものである。しかし、いずれも現象面からのみとらえたもので、免疫機能増強の定量的評価、ウイルス感染病態の解析、特にウイルス増殖抑制の定量的測定が今後必要であると考えられる。さらに、ワクチンへの将来的な貢献からは、粘膜共通免疫系を利用してワクチン抗原に対する特異免疫増強をも同時に免疫アジュバントによってさらに増強する試みも必要となろう。免疫アジュバントの経口、経鼻または経直腸投与単独での消化器と呼吸器の双方の粘膜免疫の同時賦活化(粘膜共通免疫系)について幼若マウスを中心に検討し、以下の成績を得た。1.呼吸器急性感染症のモデル:センダイウイルスと成熟BALB/cマウス8(5週齢)の組み合わせでは、MDP-Lys(L18)をウイルス接種の-1から-3日に皮下、経鼻、経口、経直腸のいずれのルートで投与しても有意な生残率の上昇が認められた。特に、経直腸ルートの投与でも呼吸器感染に対する防御効果の増強が注目される。2.消化器急性感染症のモデル:ロタウイルスと哺乳マウス(BALB/c、生後10日齢)の組み合わせではMDP-Lys(L18)をウイルス接種の-1から-2日に皮下、経口、経直腸のいずれのルートで投与しても下痢の発症数の有意な低下や下痢症状の軽減が観察された。3.全身感染症モデル:ハンタンウイルス(腎症候性出血熱原因ウイルス、Hantaan76-118株)と哺乳マウス(BALB/c、生後1日齢)の組合わせではウイルス接種-1から+7日にMDP-Lys (L18)の皮下接種により有意の生残率上昇が観察された。経鼻投与では明らかな効果は認められなかった。4.センダイウイルスとロタウイルスの感染系においてアジュバント投与によって効果の認められたグループではそれぞれ肺組織および腸管中のウイルス量がコントロールに比べ有意に低下しており、これが感染防御や症状軽減の原因であると考えられた。5.以上の成績は、免疫アジュバントによって粘膜共通免疫系全体の賦活性の可能性を示唆するものである。今後さらに免疫機能増強の定量的評価必要であると考えられる。
膜受容体の流動性とシグナル伝達の関係性から見た揮発性麻酔薬作用機序の解明

揮発性麻酔薬は手術における全身麻酔で日常的に用いられているが、その作用機序については諸説あり、現在においても確定していない。本研究は、揮発性麻酔薬の作用機序の解明を目的とするものである。この研究では、揮発性麻酔薬が受容体タンパク質の流動性を高めることで細胞内へのシグナル伝達を修飾すると仮説を立てて実証を行う。方法論的には生きた細胞膜を用いたライブセルイメージング技術を用いて麻酔作用の可視化を計画している点が、他の研究には見られないユニークな点である。
外来ザリガニの二次侵入に伴うパーソナリティー特性の変遷とその変動要因の解明

北米原産のシグナルザリガニPacifastacus leniusculusは、捕食や競合、病気の媒介などを通じて侵入先の生態系に甚大な被害を与える侵入種である。これまでに、日本に導入されたシグナルザリガニは3つの創始集団(北海道、長野、滋賀)から構成され、うち北海道由来の集団が近年分布域を拡大するとともに、侵入年の新しい集団ほど鉗脚(ハサミ)が大型化している(Usio et al 2016)。大型の鉗脚を持つ個体は攻撃性が強いことが想定される。また北米での研究から、シグナルザリガニ侵入集団に複数の行動が相関する行動シンドロームの存在が確認されている。本研究では、室内実験を通じて、「侵入年の新しい集団ほど攻撃的で活発である」という仮説を検証した。創始集団の一つである北海道摩周湖(1930年導入)と、二次侵入集団である北海道然別湖(1993年定着)、北海道洞爺湖(2005年定着)、長野県片桐ダム湖(2010年定着)の4つのシグナルザリガニ集団を対象として行動実験を行った。最初に、各集団の攻撃性を明らかにするため、侵入集団ごとに体サイズがほぼ等しい2個体を水槽に入れ、一定期間の順化後、5秒ごと10分間の対戦行動と接近数(両者の距離が1個体長以下になった回数)を記録した(実験1)。次に各集団の活発さを明らかにするため、各個体の初めて見る餌(ニンジン)の消費量を測定した(実験2)。結果、対戦行動や、接近数、活発さといった行動形質は、4集団間の比較では差が不明瞭であったが、創始集団と二次侵入集団の比較ではいずれの行動形質も二次侵入集団で高い傾向が認められた。また、二次侵入集団では攻撃性と活発さが正の相関を示し、特にこれらの行動相関は然別湖集団で顕著であった。以上より、日本に導入されたシグナルザリガニは、二次侵入に伴い攻撃性や活発さといった行動形質が変化したと考えられる。北米原産のシグナルザリガニ(ウチダザリガニ;Pacifastacus leniusculus)は、捕食や競合、病気の媒介などを通じて侵入先の生態系に甚大な被害を与える侵入種である。これまでの研究から、日本に導入されたシグナルザリガニは3つの創始集団(北海道、長野、滋賀)から構成され、うち北海道由来の集団が近年分布域を拡大するとともに、侵入年の新しい集団ほどハサミ(鉗脚)が大型化していることが示されている。本研究では、室内実験を通じて、シグナルザリガニの侵入歴の違いに伴う攻撃性や活発さといった行動特性の変化を検証した。一般にザリガニ類のハサミの大きさは攻撃性と密接な関係があることから、「侵入年の新しいシグナルザリガニ集団は攻撃性が高く、活発に採餌する」ことを仮説とした。実験には、北海道摩周湖(1930年導入)と長野県片桐ダム湖(2010年定着確認)のシグナルザリガニのオスを用いた。シグナルザリガニのハサミ(相対鉗脚面積)は、摩周湖集団と比べ片桐ダム湖集団で有意に大きかった。各集団の攻撃性を明らかにするため、同一集団のサイズがほぼ同じ2個体を水槽に入れ、5秒ごと10分間の攻撃行動と接近数(両者の距離が1個体長以下になった回数)を記録した(実験1)。次に、各集団の活発さを明らかにするため、ザリガニ個体ごとに初めて見る餌(ジャガイモ)の消費量を測定した。実験1の結果から、摩周湖のシグナルザリガニ集団は、片桐ダム湖集団と比べ、攻撃性が高く接近数が多いことが明らかとなった。実験2の結果からは、両シグナルザリガニ集団間で活発さに明確な差は認められなかった。また、シグナルザリガニの攻撃性と活発さとの間には正の相関は認められなかった。以上より、侵入年の新しいシグナルザリガニ集団は、古い集団と比べ攻撃性が高いことが示された。しかし攻撃性の高い個体は活発であるという仮説は支持されなかった。平成28年度は北海道摩周湖と長野県片桐ダム湖のシグナルザリガニ集団を対象に室内実験を行い、侵入年の異なる二集団間で攻撃行動の強さに差異が認められた。一方で、今後活発さの実験に用いる餌は再検討の余地がある。これまでの研究から、日本に導入されたシグナルザリガニは3つの創始集団(北海道、長野、滋賀)から構成され、うち北海道由来の集団が近年分布域を拡大するとともに、侵入年の新しい集団ほどハサミ(鉗脚)が大型化していることが示されている(Usio et al 2016)。本研究では室内実験を通じてシグナルザリガニの侵入歴の違いに伴う攻撃性や活発さといった行動特性の変化を検証した。一般にザリガニ類の鉗脚の大きさは攻撃性と密接に関係していることから、「侵入年の新しいシグナルザリガニ集団は攻撃性が高く、活発に採餌を行う」ことを仮説とした。

実験は、初期に導入された摩周湖集団(1930年導入)と、近年定着が確認された長野県片桐ダム湖集団(2010年定着)に加え、両集団の中間年に定着が確認された然別湖集団(1993年定着)、洞爺湖集団(2005年定着)を対象とした。最初に各集団の攻撃特性を明らかにするため、侵入集団ごとに体サイズがほぼ等しい2個体を水槽に入れ、5秒ごと10分間の攻撃行動と接近数(両者の距離が1個体長以下になった回数)を記録した(実験1)。次に各集団の活発さを明らかにするため、各個体の初めて見る餌(ニンジン)の消費量を測定した(実験2)。結果、シグナルザリガニの侵入集団間で攻撃性が異なる傾向が認められ、特に摩周湖集団と比べ、然別湖集団間でより攻撃的であった。また然別湖集団では、体サイズや鉗脚サイズと攻撃性に正の相関が認められ、さらに個体の攻撃性と活発さが正の相関を示す行動シンドロームの存在が確認された。以上より、国内のシグナルザリガニは、侵入暦に伴い行動特性が変化していることが示された。サンプリングや行動実験は概ね当初計画通りに進んでいる。北米原産のシグナルザリガニPacifastacus leniusculusは、捕食や競合、病気の媒介などを通じて侵入先の生態系に甚大な被害を与える侵入種である。これまでに、日本に導入されたシグナルザリガニは3つの創始集団(北海道、長野、滋賀)から構成され、うち北海道由来の集団が近年分布域を拡大するとともに、侵入年の新しい集団ほど鉗脚(ハサミ)が大型化している(Usio et al 2016)。大型の鉗脚を持つ個体は攻撃性が強いことが想定される。また北米での研究から、シグナルザリガニ侵入集団に複数の行動が相関する行動シンドロームの存在が確認されている。本研究では、室内実験を通じて、「侵入年の新しい集団ほど攻撃的で活発である」という仮説を検証した。創始集団の一つである北海道摩周湖(1930年導入)と、二次侵入集団である北海道然別湖(1993年定着)、北海道洞爺湖(2005年定着)、長野県片桐ダム湖(2010年定着)の4つのシグナルザリガニ集団を対象として行動実験を行った。最初に、各集団の攻撃性を明らかにするため、侵入集団ごとに体サイズがほぼ等しい2個体を水槽に入れ、一定期間の順化後、5秒ごと10分間の対戦行動と接近数(両者の距離が1個体長以下になった回数)を記録した(実験1)。結果、対戦行動や、接近数、活発さといった行動形質は、4集団間の比較では差が不明瞭であったが、創始集団と二次侵入集団の比較ではいずれの行動形質も二次侵入集団で高い傾向が認められた。また、二次侵入集団では攻撃性と活発さが正の相関を示し、特にこれらの行動相関は然別湖集団で顕著であった。以上より、日本に導入されたシグナルザリガニは、二次侵入に伴い攻撃性や活発さといった行動形質が変化したと考えられる。今後、実験に用いるシグナルザリガニの集団数を増やすとともに、室内実験を精緻化する。また、最終年度までには、侵入集団のパーソナリティー特性に影響すると考えられる各水域の餌資源量の推定や、外来ザリガニのパーソナリティーが当該集団の栄養ニッチまたは栄養段階に及ぼす影響を明らかにしたいと考えている。平成29年度は、4つのシグナルザリガニ集団で行動実験を行った。しかし、シグナルザリガニ集団によって捕獲されやすい体サイズが異なったため、結果的に集団間で実験に用いたシグナルザリガニの体サイズ分布が完全一致しなかった。今後、対象集団を増やすとともに、これまでに実験を行った集団で不足している体サイズの個体を採集し、集団間でサイズ分布が一致することを確認する。また、侵入集団のパーソナリティー特性に影響すると考えられる各水域の餌資源量の推定も進める予定である。台風被害による増水で野外調査は危険性が高かったため、旅行日程を短縮した。
自己熱再生に基づく省エネルギーな海水淡水化プロセス実現のための基礎研究

エネルギー消費量が少なく、濃縮海水が生じない革新的な海水淡水化プロセスを実現するために、自己熱再生に基づく流動層蒸発器を利用した新たなプロセスを提案した。本プロセスでは海水は顕熱交換器で予熱されたのち、スケールが析出しない回収率(供給する海水のうち淡水として取り出す割合)まで濃縮プロセスで処理される。残渣であるブラインは流動層蒸発器を用いた乾燥プロセスで処理される。先行研究から、流動層蒸発器に海水を供給すると層内の流動状態が変化して層底部に凝集体が堆積し、非流動化が生じる可能性が高くなることが報告されている。非流動化が生じると伝熱速度、スケール抑制効果が低下し、流動層を蒸発器として利用することが困難になる。そこで、省エネルギーで濃縮海水が生じない革新的な海水淡水化プロセスを実現するために、流動層蒸発器で実験を行い、層内温度、海水供給速度が流動状態に与える影響について検討を行った。同時にこれらが流動状態に与える影響を明らかにするために流動状態のモデル化を行った。本モデルは実験結果とよく一致し、層内の流動挙動を説明できることを確認した。さらに、構築したモデルとエクセルギー解析を用いて、提案したプロセスの省エネルギー化について検討を行うとともに、プロセスシミュレーターを用いて提案したプロセス全体のエネルギー消費量を試算した。その結果、提案したプロセスのエネルギー消費量は既存の蒸発法と比べて7080%程度削減できることを明らかにした。海水淡水化プロセスでは、蒸発法だけでなく逆浸透膜法など様々な方法が提案されており、プロセスごとに製造した淡水の塩分濃度や、回収率、前処理の負荷、エネルギー消費量などが異なる。そこで、エネルギー消費量だけでなくそれ以外の特徴についても検討を行い提案したプロセスとの比較を行った。27年度が最終年度であるため、記入しない。エネルギー消費量が少なく、濃縮排水が生じない蒸発型海水淡水化プロセスを実現するために、蒸発器に流動層を利用した新たなプロセスを提案した。濃縮排水を削減するためには伝熱管表面への塩(スケール)の析出を抑制する必要がある。そこで流動層内でのスケール析出挙動について検討をおこなった。流動層型蒸発器に模擬海水を注入し、海水蒸発実験をおこなったところ、提案したプロセスは非常に大きなスケール抑制効果を有することを確認した。同時に海水中の塩類は固体架橋として流動化粒子を凝集させ、形成された凝集体が層底部に堆積することを明らかにした。凝集体が堆積すると、伝熱が阻害され流動層が機能不全(非流動化)を引き起こす可能性がある。そこで、安定した運転が可能なプロセスを設計するために、流動層内における凝集体の振舞いについて検討を行った。流動化ガス速度、層内温度、流動化粒子の直径を変化させ海水蒸発実験をおこなったところ、流動化ガスの気泡により生じる力、液架橋力、固体架橋力により、凝集挙動を説明できることを明らかにした。この結果から、層内での凝集挙動を説明できる簡易モデルを提案した。さらに、凝集体の堆積を抑制しながら蒸発器を運転するためには、固体架橋により生じた凝集体を破砕する必要があり、非常に大きな流動化ガス速度が必要となることを明らかにした。したがって、省エネルギーなプロセスを実現するためには、連続的、またはバッチ的に凝集体を回収するプロセスがエネルギー的に適していることを明らかにした。これらの結果から、プロセス全体のエネルギー消費量について検討した。プロセスシミュレーションを利用し、提案するプロセス全体でのエネルギー消費量を見積もると、従来型の蒸発型海水淡水化プロセスと比べ、大きな省エネルギー性能を有することを明らかにした。流動層内を外部から観察できるガラス製流動層で海水蒸発実験をおこない、海水を供給しても粒子の流動化、海水の蒸発が持続する条件を明らかにした。

海水と同じ成分を有する模擬海水を作製し供給液として使用した。模擬海水をオイルバスで予熱したのち流動層型蒸発器に流入し、加熱された流動化粒子と接触させることによって模擬海水を蒸発させた。流動化粒子は層内に挿入したヒーターを利用して加熱した。流動化の判断は、層内の圧力損失、温度分布の計測、さらに流動層外部からの視覚的な観察を併用し行った。流動層内の温度、流動化ガス速度、粒子の直径等を変化させ、粒子の凝集、流動化に与える影響を実験的に明らかにした。同時に、粒子間での力のバランスについて理論的な考察を行い、実験結果を説明することが可能なモデルの構築を行った。流動層型蒸発器で、ある量の模擬海水を蒸発させ、蒸発前後のヒーターの表面写真、質量変化を比較し、伝熱管表面へのスケール析出について検討した。同様に、海水にヒーターを浸し蒸発させた際の、ヒーター表面の変化、質量変化を確認した。これら二つの実験から、流動層型蒸発器が有するスケール抑制効果について検討した。さらに析出した塩類のセグリゲーション特性を解明し、塩類の回収方法を決定した。流動層内での粒子の振舞いは非常に複雑である。国内だけでなく海外の研究者とも意見交換を行い、流動現象の理論的な解明を行った。提案した、流動層を利用した自己熱再生型海水淡水化プロセスでは、ブロアー動力、コンプレッサー動力が必要である。これらのエネルギー消費量は熱交換温度差、流動化ガス速度、層内圧力損失に影響を受ける。上記の計測で得られた結果をプロセスシミュレーターに反映し、提案するプロセス全体でのエネルギー消費量を試算した。以上より、当初の予定通り研究は進んでいるので、おおむね順調に進展していると評価した。27年度が最終年度であるため、記入しない。26年度の検討では、ブロアー動力、コンプレッサー動力を考慮に入れた、エネルギー消費量の試算を行った。しかしながら運転条件が最適化されておらず、依然エネルギー消費量削減の余地がある。したがって、提案した、海水淡水化プロセスの更なるエネルギー消費量削減方法について検討する。省エネルギーの観点から考えると、ブロアー動力、圧縮機動力は小さいほどよい。しかしながら、ブロアー動力が小さいと粒子の流動は穏やかになり、凝集体の堆積が生じやすくなり、流動層が非流動化を生じる可能性が高くなる。また、圧縮機動力を小さくした場合も同様に、層内の温度が低くなるので、伝熱速度が低下し、凝集が生じやすくなると予想される。そこでエクセルギー解析を利用して、提案するプロセスでの理論的な最小エネルギー消費量を計算するとともに、提案した条件で、実際に運転を行うことが可能か実験的に検討する。そして、提案するプロセスが、安定して運転を行うことが可能であり、かつもっともエネルギー消費量が小さくなる条件の解明を行う。海水淡水化プロセスでは様々な方式が提案されており、プロセスにより製造した淡水の塩分濃度や、回収率(濃縮排水の量)、単位製品あたりのエネルギー消費量が異なる。