hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
超小型ロケット打上げに向けたエネルギー組成物の相転移メカニズムの解明とその応用

本年度は研究目標とする「超小型ロケット打上げに向けたエネルギー組成物の相転移メカニズムの解明とその応用」に関して、特にエネルギーイオン液体系組成物の融点降下メカニズムとゲル化に関する成果を得た。今後の宇宙産業は、超小型衛星および超小型打上げシステムの開発が求められている。また民間企業の参入によって多彩なミッションに対応したロケットの打ち上げが予測される。小型ロケットの打上げには推進薬の役割が重要となる。推進薬では、エネルギー物質の利用で推進薬の高性能化により、全体の薬量を減らし小型化することが期待されている。本研究では、次世代の低環境負荷、高性能推進剤の原料となるエネルギー物質であるアンモニウムジニトラミド(ADN)に着目した。ADNにアミド化合物や硝酸塩を共融させイオン液体としたエネルギー組成物は、液体推進剤として期待される。このエネルギーイオン液体推進剤は、他のエネルギーイオン液体と比較して調製が容易であることや、高安定性といった特長を有する。その一方で組成や混合比は経験的に決定していることが多い。そこで、本研究では高エネルギーイオン液体推進剤の相転移メカニズムを明らかにするために分子構造の解析を行い、分子構造が融点降下度に及ぼす影響を把握しADN系イオン液体推進剤の研究開発指針に資する知見を得た。分子構造は量子化学計算および分光分析から、融点降下度は熱分析から得た。その結果、ADNの融点降下メカニズムはcomplex構造の形成やイオン交換を生じることでADNの結晶化が阻害されるためであると考えられた。さらに、complex形成の仕方によって、融点降下度に違いがでることが明らかになった。ゲル化においては、セルロース系の増粘剤を混合してもADN系イオン液体の液体構造が保持されていることが明らかになった。29年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は研究目標とする「超小型ロケット打上げに向けたエネルギー組成物の相転移メカニズムの解明とその応用」に関して、特にエネルギー組成物の液相構造と熱特性に関する成果を得た。次世代の低環境負荷、高性能推進剤の原料となるエネルギー物質であるアンモニウムジニトラミド(ADN)に着目した。ADNにアミド化合物や硝酸塩を混合し共融液体としたエネルギー組成物は、液体推進剤として期待される。この液体はエネルギーイオン液体であり、他のエネルギーイオン液体と比較して調製が容易であることや、高安定性といった特長を有する。その一方で、組成物とした際の共融機構を代表とする熱特性の変化に関する報告例は少ない。共融機構の理解は、エネルギー組成物を用いた新規推進剤の開発において必要な情報となる。そこで、ADNの共融液体の構造を把握するため、実験的、計算的に検討した。実験的な検討として、ADNとアミド化合物、硝酸塩を混合した二成分系に対して、融点の測定および分光分析を行った。計算的検討として量子化学計算をもとにした最適化構造の探索を行った。その結果、ADN組成物の錯体形成が組成物の融点降下に寄与していることが考えられた。申請者は、平成28年度の目標をエネルギー組成物の熱特性に影響を及ぼす構造解析として、エネルギー組成物の構造と熱特性の把握を行った。具体的には、水素結合を形成しやすいと報告されるアミド化合物およびADNと同様なイオン性分子である硝酸塩を混合した試料に対して計算的、実験的解析を行った。量子化学計算から混合系は錯体(complex)構造を形成していることが示唆された。またADN組成物のcomplex構造は単体のエネルギーより低下しており、安定化していることが分かった。次に、分光分析を用いた実験的解析から、計算結果から予想されたcomplex形成の妥当性を検証した。硝酸塩混合系ではcomplex形成以外にADNとイオン交換を生じていることが分かった。また熱特性として、ADNにアミド化合物および硝酸塩を混合したADN組成物に対して融解挙動の測定を行った。構造解析においてcomplex構造を有することが明らかとなったアセトアミドとの等モル組成物はADNの融点が92°Cから10°Cに低下した。complex構造を有することで、ADNの融点が低下すると考えられる。イオン交換が生じたADN/硝酸塩混合系では、complex形成以外にイオン交換が融点を低下させる原因となることが明らかとなった。ADNの熱特性変化の要因としてcomplex形成が挙げられることが本検討から示された。これらの成果は投稿論文や国際会議発表:3件,国内学会発表:10件等にて公表した。以上の理由から予定を超える成果が得られ、公表し、順調に進展していると考えられる。

本研究では、次世代の低環境負荷、高性能推進剤の原料となるエネルギー物質であるアンモニウムジニトラミド(ADN)に着目した。ADNにアミド化合物や硝酸塩を共融させイオン液体としたエネルギー組成物は、液体推進剤として期待される。このエネルギーイオン液体推進剤は、他のエネルギーイオン液体と比較して調製が容易であることや、高安定性といった特長を有する。その一方で組成や混合比は経験的に決定していることが多い。そこで、本研究では高エネルギーイオン液体推進剤の相転移メカニズムを明らかにするために分子構造の解析を行い、分子構造が融点降下度に及ぼす影響を把握しADN系イオン液体推進剤の研究開発指針に資する知見を得た。分子構造は量子化学計算および分光分析から、融点降下度は熱分析から得た。その結果、ADNの融点降下メカニズムはcomplex構造の形成やイオン交換を生じることでADNの結晶化が阻害されるためであると考えられた。さらに、complex形成の仕方によって、融点降下度に違いがでることが明らかになった。ゲル化においては、セルロース系の増粘剤を混合してもADN系イオン液体の液体構造が保持されていることが明らかになった。平成29年度の研究方針は2点ある。1つ目は、現在行っているADN組成物に対して共融現象以外の熱特性として、蒸発特性と熱分解特性解析を行う。それぞれの解析結果に対して、平成28年度の成果として得られたcomplex構造が及ぼす影響について明らかにする。2つ目として、平成28年度の成果を、ADN以外のエネルギー物質に適応可能か検証を行い、現象の一般化を図る。具体的には、ADNのジニトラミドイオンが硝酸イオンとなった硝酸アンモニウムを用いてADNと同様の検討を行い、complex構造の熱特性への影響について更なる知見を得る。以上の成果は、エネルギー組成物の推進剤のみならず、混合系で用いられる液体燃料等の開発、利用に資する知見となる。29年度が最終年度であるため、記入しない。
爆発膨張する金属円筒の分裂形態とその制御法に関する研究

(1)低炭素鋼、ステンレス鋼製の円筒(D_0-t-L:34-3-100mm)内に設置したPETN爆薬の中心軸を銅線爆発起爆させることで円筒を軸方向一様に周方向ひずみ10^4s^<-1>のオーダーで膨張・破壊させることができた。これらの変形速度は円筒剛性を無視したGurney式による予測値の0.55-0.93%であった。(2)超高速膨張変形と破壊の発生挙動について高速度カメラ観察と、Autodyn 2Dとで検討した。数値解析結果は観測結果を良好にシミュレートしており、両方の結果が乖離する時点での半径は破壊発生観測時の半径と対応していた。またステンレス円筒は応力基準が炭素鋼円筒はひずみ基準の破壊則が適すると考えられた。なお補足の容器モデルでは一様膨張円筒より膨張速度が少し遅く、端板溶接部の破壊までの変形量は若干大きい。(3)回収した爆発円筒の破片寸法データを統計的に調査した結果、肉厚効果(1.65,3,6mm)は顕著であり薄く変形速度が速いほど微細な短冊状破片になることが分かった。さらに円筒肉厚に関する修正項をGradyモデルに付加すれば統一的に破片寸法を予測することが可能であった。(4)切欠き(スリット・溝付き)円筒では爆轟ガスが最初から噴出するが平均的な膨張速度は平滑円筒のそれとほとんど同じである。また平滑円筒と切欠き円筒の破片形状には大きな差異は無かったが後者においては切欠きを含む破片は、他の部分より長かった。切欠きを軸対称2箇所に設けた追加円筒の場合においても上述の結果は同様であり、これらは高速膨張・破壊の特徴と考えられる。なお周方向溝を2箇所に設置した円筒の補足爆発実験では、破片の平均値は軸方向長さが小さくなった。(5)SPH法の粒子数を変えることで強度確率性を表すこととし分裂挙動のシミュレーションを試みた。例えば14028粒子分割したスリット付き円筒の破片幅は実験値に近い。本年度の研究では、円柱状爆薬の軸心起爆技術を用いて平滑な3種の金属円筒を超高速膨張させ、変形挙動を計測するとともに破片回収を行った。すなわち金属円筒(0.14%炭素鋼、SUS304ステンレス鋼、S55C炭素鋼: Do×t×L/34×3×100mm)の内部にPETN爆薬を同軸円柱状(完全充填または空気層設置)に装填し、中心軸に設置した銅細線をコンデンサーからの衝撃電流で一斉爆発・起爆させて円筒状発散爆轟波を生成した。変形計測実験では、高速度カメラIMACON468の流し写真とコマ撮り写真から円筒は軸対称、軸方向一様に高速膨張(円筒壁速度:3-7×10^2m・S^<-1>)し、周方向の平均ひずみ速度は10^4s^<-1>に達すること、SUS304鋼における早期の分裂破壊挙動などが分かった。また線爆発を光源とした表面観測により、円筒の分裂開始とガス噴出にいたる挙動を計測することができた。エネルギーの釣合いのみに基づく簡易変形速度推定は実測値の33-44%であった。

変形観測結果はAutodyn2Dなどの流体解析コードによる数値解析結果と比較し、高速域での構成式や破壊則(限界応力・ひずみ)について考察し、各試験円筒における破壊発生時期を大略推定することができた。さらに円筒の破壊挙動や破断ひずみについて検討するために緩衝材を充填した鋼鉄チャンバーを開発・製作してピット内に設置し、その中心部で同様の爆発実験を行った。その結果84-99%の回収率で破片回収ができ、各条件下における金属円筒の分裂形態(短冊状破片)について把握することができた。また各破片形状を計測した結果を統計処理し、周方向破断間隔を表すGradyの分裂モデルに基づく検討を行った結果、本モデルによって大まかな破壊形態の推定には利用できることが分かった。前年度の研究で、円柱状爆薬の軸心起爆技術を用いて平滑な3種(0.14%炭素鋼、SUS304ステンレス鋼、S55C炭素鋼)の金属円筒(D_0-t-L:34-3-100mm)を超高速膨張させ、変形挙動を計測するとともに破片回収を行い、Gradyの分裂モデルに基づく検討を行った結果、大まかな破壊形態の推定に利用できることが分かった。本年度は、引続き円筒壁の形状効果(肉厚変化、スリット・溝加工)、軸方向移動起爆法との比較、分裂の数値解析について研究し、以下の結論を得た。(1)切欠き円筒では爆轟ガスの噴出が最初から(スリット)または早期から(溝)であるが平均的な膨張速度は平滑円筒のそれとほとんど同じである。また平滑円筒と切欠き円筒の破片形状には大きな差異は無かったが後者においては切欠きを含む破片は、早期亀裂進展の応力緩和効果により、他の部分より大きかった。そしてこれら軸方向切欠きを軸対称2箇所に設けた追加円筒の場合においても上述の結果は同様であり、これらの挙動は高速膨張・破壊の特徴と考えられる。なお補足実験として行った周方向溝を2箇所に設置した円筒の爆発実験では溝加工は破片形成に影響を与えており、破片の平均的は軸方向長さが小さくなった。これらの結果は破壊形態の制御に対して有効に利用できる。(2)SPH法の粒子数を変えることで強度確率性を表すこととし分裂挙動のシミュレーションを試みた。例えば14028粒子分割したスリット付き円筒の破片幅5.35mmは実験値5.67mmと近い。今後さらに検討を続ける予定であり、破片解析から爆発状況推定する手法の確立を図りたい。
幼・小・中の連携で導く科学教育カリキュラム構築のための授業実践研究

幼稚園の保育、小・中学校の生活および理科授業を分析した結果、理科カリキュラムの連続性を保障するための授業要素として、(1)自然体験活動などにおける体験の言語化、(2)観察・実験などに関する体験の共有化、(3)学習者の活動や発言に対する教師の応答、(4)観察実験などのスキル、(5)用語と表現方法を抽出した。また、それぞれの要素について、カリキュラム構想、教材研究、授業構想の観点から考察し、教師の具体的な活動に反映させるための方法を提案した幼稚園の保育、小・中学校の生活および理科授業を分析した結果、理科カリキュラムの連続性を保障するための授業要素として、(1)自然体験活動などにおける体験の言語化、(2)観察・実験などに関する体験の共有化、(3)学習者の活動や発言に対する教師の応答、(4)観察実験などのスキル、(5)用語と表現方法を抽出した。また、それぞれの要素について、カリキュラム構想、教材研究、授業構想の観点から考察し、教師の具体的な活動に反映させるための方法を提案した本年度は、研究代表者の所属する愛媛大学教育学部の附属幼稚園・小学校・中学校を授業分析の対象として、自然体験的な活動(幼稚園・小学校生活)、エネルギーに関連した授業(小・中学校理科)、水溶液(粒子)に関連した学習などの授業をビデオで記録し、専門領域の異なる研究分担者で授業分析を試みた。その結果、自然体験的な活動においては、言語レベルは異なるが活動内容としては幼稚園と生活科で大きな違いがないこと、個人レベルの体験をクラスで共有化する段階が幼・小・中の科学教育カリキユラムを授業レベルでみるときの鍵の一つになること、などを見出すことができた。自然体験的な活動については、教員養成課程の大学生に対してアンケート調査を行った結果、「泥団子づくり」が約98%の学生の印象に残っていたり、自然体験のエピソードの回答に小学校の校庭での活動がよく取り上げられたりするなど、学校で実施する自然体験活動が原体験として記憶に残り続けることが示唆された。いくつかの事例において授業分析を行った結果、次年度以降の授業分析の観点および科学的な学びのつながりを導く保育・授業のポイントとして、(1)学びの場の設定(学習環境)、(2)活動や観察実験前の教師の導き、(3)活動や観察実験中の教材を介した学習者間の関わり合い、(4)活動や観察実験後の学習者間の表現活動と教師の支援などを抽出することができた。(1)(4)は1時間あるいは1単元を対象にした保育・授業研究ではなく、カリキュラムを対象にした保育・授業研究の視点であり、次年度以降の研究でその妥当性と具体的な授業研究の方法を検証する。2年目の本年度は,1年目に引き続き保育・授業記録の収集と分析を行い,専門領域の異なる概究者と幼・小・中学校の教員で協議を行った結果,(1)表現活動と用語,(2)学習者間あるいは教師と学習者の関わり合いの内容,(3)発表の場の設定と方法,(4)教師の気づく(見取る)力,(5)学習者の関わり合いへの教師の関与などが,科学教育カリキュラムの連続性を保障する授業の要素として抽出された。このうち「用語」については,中学校3年「力と運動」の授業分析より,「力がはたらき続ける」と言う学習課題の提示が,教師にとっても生徒にとっても解釈しにくいものであり,実験データの解釈や学習者間の交流において戸惑った場面が見られた。小学校4年「もののかさと力」や5年「てこのはたらき」では,「空気の押しかえす力」「おもりが棒をかたむけるはたらき」などの表現がなされており,「力」が主語になる表現はなく,力学的な概念形成において用語と表現が鍵になることがわかった。また,本年度は,授業の導入場面に注目し,教師の発問と応答を分析した。その結果,学習者に提示する具体物(教材)のカリキュラム上の位置づけを教師がどのように把握し,それを学習者に提示する方法に反映させるのかという点や,学習者の予想や発言をこれまでの学びに結び付けようとする教師の応答が科学教育カリキュラムの連続性に影響することが導かれた。このような分析によって,授業モデルや単元モデルの要素を具体化することができたが,観察実験中の活動や実験結果のまとめの場面に関する分析が不十分であり,最終年度はさらに授業事例の分析を行うともに,抽出された要素を分類して授業・学習スタンダードを作成し,その一部を実践することを試みる。3年目の本年度は,1,2年目に引き続き保育,理科授業記録の収集と分析を行い,昨年度までの研究で明らかにした理科カリキュラムの連続性に影響を及ぼす授業要素について検証した。カリキュラムの実効性に関連する5つの授業要素について,カリキュラム研究,教材研究,授業構想等の観点から考察し,教師の具体的な活動に反映させる方法について検討した結果,言語化の段階を意識した授業展開,体験の共有化における教師の役割と教具の利用,教師の応答力を向上させるための教員養成・教員研修の方策,各教育内容で用いられている用語と表現の整理の必要性を見出すことができた。言語化については,学習者の発達に合わせた「自発的な言語化」→「多様な言語化」→「適切な言語化」という段階に対して,理科学習における言語・表現の種類を対応させ,さらに教師の支援・指導のあり方を図で示した。教師の応答力の向上については,単元構想などの実習を教員養成や教員研修に取り入れ,学習内容問の関連と,関連づけるための要素を図示するような方法が,カリキュラムの連続性を見越した教師の応答力の育成に活用できることを提唱した。

また,教科書等に見られる用語・表現が学習内容の系統性に沿って整理されていない現状を指摘し,教科書中の用語・表現と教師と学習者が用いる用語・表現を学習内容ごとに調査する必要があることを示した。さらに本年度は,5つの授業要素の観点を幼稚園の保育にフィードバックし,保育の活動と科学教育の関連及び小学校における学習との違いと関連について考察を行った。当初の目的にあった授業・学習スタンダードの作成まで到達することはできなかったが,理科カリキュラムの連続性を保障するための授業の視点と方法を抽出することができた。これらの観点は,これからの理科授業研究における授業構想や授業分析に応用可能である。
耳下腺開口分泌における分泌顆粒のプライミングと融合;cAMPとCa_<2+>の役割

耳下腺アミラーゼの分泌において細胞内情報伝達体とされるcyclic AMP(cAMP)とCa^<2+>の役割、および両者の相互作用を正常細胞を用いて潅流系で解析した。耳下腺におけるアミラーゼ分泌は開口分泌で行われ、その過程はprimingと細胞膜と分泌顆粒と融合(fusion/exocytosis)という二つからなる。したがって問題はcAMPやCa^<2+>が開口分泌のこれらの過程の調節にいかに関与するか、および両者の相互作用を明らかにすることである。我々の成績はcAMPはA kinaseの活性化により主にprimingを直接に促進し、一方Carbachol(Cch)などCa^<2+>系はcalmodulinを介しprimingと融合の両過程、特に後者に顕著な促進効果を及ぼす。このprimingに及ぼすcAMPの作用はゆっくりと効果を発現するのに反し、Ca^<2+>のそれはrapidに生じるという点で大きく異なる。cAMPはprimingと融合に及ぼすCa^<2+>の作用を共に顕著に増強する。Protein kinase Cの活性化剤PDBuもprimingを促進し、その効果はゆっくり発現する。これらの種々のアゴニストのPrimingに及ぼす作用が異なるが、この差がいかなる細胞内mechanismの違いに起因するのかはまだ明らかではなく、今後の重要な研究課題である。cAMPはまたfusionに及ぼすCa^<2+>の作用を最大効果とaffinityともに顕著に増強する。Carbacholのdose-responseがinitial peakとplateauで異なる。またこのことはprimin少量のCchでprimingがすでに最大に促進されていると考えられる条件下でも多量のCarbacholはfusionを明らかに促進する。このことはCa^<2+>系でみられるprimingとfusionに及ぼすCch(Ca^<2+>)の二つの効果がそれぞれ独立に調節されていることを示唆する。我々は耳下腺遊離細胞をBio-Gelとmixし小さなcolumnでperfusionする系を確立し、種々のアゴニストのアミラーゼ分泌の時間変化を解析した。その結果isoproterenol(Isop)など。cyclicAMPを介するものとcarbachol(Cch)などCa^<2+>系を介するアゴニストのアミラーゼ分泌に及ぼす作用が異なることを見い出した。すなわち前者は主に顆粒のprimingを促進し、一方後者はおそらく細胞内Ca^<2+>濃度の増加を介して顆粒と細胞膜との間の融合(fusion)によりアミラーゼ分泌を刺激することを示唆した。Cchには顆粒のprimingの促進作用もあるが、Cchでprimeされた顆粒(partially primed ganules、PPG)の性質はIsopでprimeされた顆粒(completely primed granules,CPG)とは明らかに異なる。すなわちIsopにより活性化された顆粒がfusionするときのCa^<2+>に対するaffinityは約20倍に増加する。従ってIsopはCa^<2+>の増加がなくても顆粒のfusionを促進しアミラーゼ分泌を促進する。我々はprimingには二つのステップからなり、CchによるprimingはPPGのみの形成、一方IsopによるprimingはPPG→CPGの形成という二つの連続したステップで起るというmodelを考えている。このmodelからIsop単独の刺激でCPGが形成され、細胞内Ca^<2+>濃度の増加がなくてもfusionのprobabilityを増加しアミラーゼ分泌が促進する。Isop存在下でのCch刺激で増加したCa^<2+>によるfusionの促進はprimeされたすべてのgranules(PPGとCPGの両方という意味)のfusionを促進する。このモデルはIsopとCch刺激後

アミラーゼ分泌がIsop単独の効果より一過性に減少することをも説明する。我々は耳下腺遊離細胞をBio-Gelとmixし小さなcolumnでperfusionする系を確立し、種々のアゴニストのアミラーゼ分泌の時間変化を解析した。その結果isoproterenol(Isop)などcyclic AMPを介するものとcarbachol(Cch)などCa^<2+>系を介するアゴニストのアミラーゼ分泌に及ぼすパターンがが異なることを見い出した。すなわちIsopの作用はゆっくり発現し大きなplateauを形成する、単相性の変化を示す。一方Cchは二相性すなわちrapidなpeakとそれに続くplateauからなる。ところで開口分泌は一般に二つのステップ、すなわち分泌顆粒のprimingと最後のfusion/exocytosisからなる。我々が耳下腺のアミラーゼ分泌で見い出した成績は耳下腺のアミラーゼ分泌においても類似のメカニズムが働くことを示唆する。IsopはcAMPの増加を介し、主にprimingを促進する。その結果primeされた顆粒の数が増加する。したがってfusionの確率が増し、アミラーゼ分泌が促進する。一方Cchは細胞内Ca^<2+>濃度の増加を介して顆粒のprimingとfusionの二つの過程を同時に促進、すなわち分泌顆粒のfluxの促進によりアミラーゼ分泌を増加する。この場合Cchのinitialpealは主にfusionの促進で起り、一方sustained phaseは二つの過程を同時に促進することによるsteady stateを示している。ところでIsopとCchの同時添加はアミラーゼ分泌を顕著に増強する。この増強はIsopがCch(Ca^<2+>)作用(Ca^<2+>のprimingおよびfusion作用)のsensitivityとefficacyの増加により発現する。IsopによるCchのaffinityの約増加はほぼ50倍であり、このことはIsopの効果のが外液のCa^<2+>を除去しても変化しないことを説明する。なをIsopとCch同時刺激時、Cchの作用をblockするとアミラーゼ分泌がIsop単独の効果より一過性に減少した。このことはIsopとCch同時刺激時顆粒のfluxは顕著に増加するが、primeされた顆粒の量は大きく減少することを示す。耳下腺アミラゼーの開口分泌において種々のアゴニストの細胞内情報伝達体といわれるcyclic AMP(cAMP)とCa^<2+>の
新規カゴ状希土類ホウ化物の超高圧合成と極限条件物性

本研究の目的は、これまで多彩な強相関電子系の舞台として多くの研究がなされてきた希土類(R)六ホウ化物RB6および十二ホウ化物RB12で、未だ作成されていない空白の化合物を、超高圧合成の手法により創り出し、新規の強相関物性を見出すことである。特に注目されるのは、重い電子系、価数揺動、多極子秩序、近藤半導体、超伝導であり、近年ではトポロジカル物性等も期待される。具体的にはCeB12、PrB12、TmB6が開発目標である。また常圧下で作成されているトポロジカル近藤半導体であるYbB12に、Ca2価イオン置換が可能であるか、その物性はどのようなものかを明らかにする。RB12はこれまでRが3価もしくは4価のものしか見出されておらず、いずれも金属的性質を示す。2価のCaB12が存在すれば電気伝導的には絶縁体と予想される。置換系ではキャリア伝導を担うキャリアが減っていくので近藤半導体状態がどのような影響を受けるかは極めて興味深いテーマである。このため、当該研究では茨城大学に設置したドイツ製の最大1000トン荷重可能な高圧発生装置を駆使して物質開発に取り組んだ。3年間で最高発生圧力を当初の14GPaから30年度では20GPaまで更新に成功した。それにより(1)SmB12の創成条件確立、(2)近藤半導体Yb1-xCaxB12作製(最大x=0.3)、(3)Tm1-xCaxB6(最大x=0.4)作製に成功した。これらの成果は物理学会、国際シンポジウム、論文で発表した。(4)Y1-xCexB12やY1-xPrxB12の作製(最大x=0.1)成功でCeB12、PrB12作製には3040GPaの圧力が必要ということがわかった。圧力の上昇はアンビルサイズの適正縮小化により達成可能で、現在25GPaまで発生可能となった。この技術開発によりCeB12,PrB12を開発に目途が立った。当研究の目的は、これまで多彩な強相関電子系の舞台となって来た希土類(R)六ホウ化物RB6及び十二ホウ化物RB12で、未だ作成されていない空白化合物を、高圧合成の手法により創成する事である。常圧下では未だ作製できてないが、CeB12は近藤格子で重い電子系と期待され、多極子秩序、近藤半導体、超伝導、トポロジカル物性の出現も予想される。PrB12にも多極子秩序と超伝導が絡んで発現する期待がもたれ、TmB6は価数揺動や非フェルミ液体,量子臨界現象も想定される。このため、申請者はドイツ製1000トン荷重型の高圧合成装置を導入し、学内プロジェクトチームも作りながら、その立ち上げを進めて来た。初年度の28年度には、最大17GPa、温度2000度の環境を作り出すことに成功し、この環境で、(1)多段磁化を示す純良TbB12の作成、(2)SmB12の創成条件確立、(3)近藤半導体YbB12の2価置換合金の合成に初めて成功等の成果をあげることができた。自前の高圧装置の立ち上げは順調に推移していると言える。このノウハウの延長に、当初に目的物質としてあげたCeB12, PrB12, TmB6の合成につなげていく。TmB6に関しては20-25GPaの高圧条件を達成できる、愛媛大の装置(3000トンプレス)を使用して(Ca,Sr)TmB6の合成に取組んだが、RB6相の収率は上がっているものの、まだ温度と圧力の関係が不明であり、引き続き単相化条件を探る必要がある。CeB12, PrB12は30-40GPaの超高圧条件が必要であり、その環境実現を策定している。当方の高圧合成装置の独自のノウハウは着実に確立して来ており、学内プロジェクトを通じて更なる高圧合成を手広く広げてきた。年度末には各地の高圧合成の情報を交換する研究会も開催し、今後の計画推進に役立てることができた。高圧装置の立ち上げは、高圧合成の専門家からは順調に進んでいるという評価を得られている。よって条件確立は順調な進度で進んでいると言える。消耗品が、結構ハイコストになっているのは予想外であったが、学内予算等の補助により、しのげている。更には高圧合成、高圧下測定、量子ビーム研究者などの合同研究会も開催でき、情報交換やコミュニティの形成という副産物が発生したことで、今後も多くの進展が期待される。最終目標物質の取り組みは、20GPa以上の高圧を必要としていることもわかって来たので、置換合金化の手段により、それらの物質の合成を新たに計画として取り入れて行くべきと明確な展開像が上げられた。当研究の目的は、これまで多彩な強相関電子系の舞台となって来た希土類(R)六ホウ化物RB6および十二ホウ化物RB12で、未だ作成されていない空白の化合物を、超高圧合成の手法により創り出し、その物性を明らかにすることである。その中でも特に注目しているのは、近藤格子で重い電子系と期待されるだけでなく、場合によっては価数揺動、多極子秩序、近藤半導体、超伝導、トポロジカル物性等も期待されるCeB12やPrB12、TmB6である。

また常圧下で作成されているトポロジカル近藤半導体であるYbB12に、CaやSrなどの2価イオン置換も可能であるか、その物性はどのようなものかを明らかにする。なぜなら、RB12はこれまでRが3価もしくは4価のものしか実現しておらず、それらはいずれも金属である。しかし、YbB12は3価であるにも関らず半導体的振る舞いを示す例外であり、これを2価置換することは電気伝導的には絶縁体の強化となると予想され、その場合の近藤効果がどのような影響を受けるかは極めて興味深いテーマである。このため、当該研究では茨城大学に設置したドイツ製の最大1000トン荷重可能な高圧発生装置を駆使して、これらの物質創造のテーマに取組んでいる。初年度の28年度はこの装置の技術開発を進め、1417GPaの高圧発生の条件を見いだし、H29年度までには(1)SmB12の創成条件確立、(2)近藤半導体YbB12のCa置換(最大20%)とSr置換(最大10%)に成功した。またTmB6系の実現の為、(3)Ca1-xTmxB6の作製にも挑み、40%までのTm置換にも成功した。これらの成果は物理学会や、国際シンポジウムで発表している。また、更なる高圧の上限引き上げにはアンビルサイズの適正な縮小化も大事であることがわかって来た。H30年度は高圧合成条件向上の為の技術開発を更に進めていく。2段目アンビルサイズをこれまでの26mm辺の長さから25mm、ないしは24.5mmにすると、安定した高圧上限更新が期待できる事がわかった。これにより、17GPaであった圧力上限を20-25GPaまで上げられる見込みが出て来た。また各種高圧部品の精度の良い作製にも慣れて来ており、今後の研究の飛躍的進捗が期待できる。実際、近藤半導体YbB12の2価置換が進み始めたのはこの技術革新が大きく関係している。消耗品が高価な為、多くの部品を自作に切り替えていったが、試行錯誤の末その作製精度も上がり、実験のペースが上がって来ている。H30年度も更なる進展に励む。本研究の目的は、これまで多彩な強相関電子系の舞台として多くの研究がなされてきた希土類(R)六ホウ化物RB6および十二ホウ化物RB12で、未だ作成されていない空白の化合物を、超高圧合成の手法により創り出し、新規の強相関物性を見出すことである。特に注目されるのは、重い電子系、価数揺動、多極子秩序、近藤半導体、超伝導であり、近年ではトポロジカル物性等も期待される。具体的にはCeB12、PrB12、TmB6が開発目標である。また常圧下で作成されているトポロジカル近藤半導体であるYbB12に、Ca2価イオン置換が可能であるか、その物性はどのようなものかを明らかにする。RB12はこれまでRが3価もしくは4価のものしか見出されておらず、いずれも金属的性質を示す。2価のCaB12が存在すれば電気伝導的には絶縁体と予想される。置換系ではキャリア伝導を担うキャリアが減っていくので近藤半導体状態がどのような影響を受けるかは極めて興味深いテーマである。このため、当該研究では茨城大学に設置したドイツ製の最大1000トン荷重可能な高圧発生装置を駆使して物質開発に取り組んだ。3年間で最高発生圧力を当初の14GPaから30年度では20GPaまで更新に成功した。それにより(1)SmB12の創成条件確立、(2)近藤半導体Yb1-xCaxB12作製(最大x=0.3)、(3)Tm1-xCaxB6(最大x=0.4)作製に成功した。これらの成果は物理学会、国際シンポジウム、論文で発表した。(4)Y1-xCexB12やY1-xPrxB12の作製(最大x=0.1)成功でCeB12、PrB12作製には3040GPaの圧力が必要ということがわかった。圧力の上昇はアンビルサイズの適正縮小化により達成可能で、現在25GPaまで発生可能となった。
不妊治療中の夫婦が健康な子どもを得るためのグループ健康教育プログラムの開発

不妊治療中の夫婦のための次世代養育健康教育プログラムの開発を目的とし、特に女性に焦点を当てた。子どもを望んでいる女性の次世代養育意識:generativityの影響因子は横断的仮説因子探索研究の結果、「女性の生き方の考え」「栄養と食品の選択」「不妊治療の意義」「子育ての社会的責任」「性に関する教育」など19因子が抽出された。それらの因子を含む次世代養育プログラム手法をRCT検証の結果、不妊症女性の次世代育成能力の向上をはかり心身の健康に寄与する新プログラムはグループワーク中心の参加型教育とし、特に「女性の生き方」「不妊治療に対する考え方」「日常生活に関する意識」を含む11因子を含む構成が有効であった。本研究は、ヘルスプロモーションモデルであるPRECEDE-PROCEED Modelによる不妊治療中の女性のための生殖性(Generativity)に焦点を当てたグループ健康教育である新しい次代世代養育プログラムを開発することにある。Generativityとは、成人期の発達課題である「健康な子どもの出産」を含む次世代養育への関わりである。当初の研究成果の一つである臨床データは、患者数の減少、治療方針の変更から採取不能であった。また、男性への意識調査は、分析可能なデータ数までの同意が得られなかったため、女性に焦点をあてた分析とした。その結果、次代養育プログラム介入による対象者の意識変化をRCT研究デザインにより検証し、新しい次世代養育プログラムを開発した。子どもを望んでいる女性のための参加型グループ健康教室(次世代を育てるための健康教育:Generativity・Health Program)のプログラム作成のためには、不妊治療中の女性のQOL向上の影響要因である「生殖性」と「ライフスタイル:生活習慣」関する調査が必要である。本年度当初計画に基づき介入前実態調査の準備を行った。また、それらは教室開催の基礎データのためにも必要である。そのため、4つの研究仮説に基づき、下記の各要因がどの程度関連要因となり、生殖性の実現に説明予測能力をもっかを検証するための質問紙作成、また参加型グループ健康教室(次世代を育てるための健康教育:Generativity・Heahh Program)のプログラム準備を実施している。事前調査対象は、子どもを望んでいる不妊治療中の女性および妊娠中の経産婦、各200名を対象とする、質問票による横断研究の予定である。研究仮説は、1:子ども希求のバランスとラィフスタイルの調整がとれていることが、不妊治療中のQOLを高める。仮説2:過去の養育経験や教育が生殖性の意識と次世代への思いに関連する仮説3:不妊治療中の女性群と既に子どもを育てている女性群間の考え方や行動の差は、生殖性の意識の違いに相関する。仮説4:不妊治療中の女性のQOLを高め生殖性の実現は、グループ健康教育での介入が有効である。それらに基づき、「子ども希求の潜在的意識と直接の動機」、「子どもを育てる上でのリスク意識」「子どもがいないことの肯定的な意識」、「生活習慣、行動、生殖性への意識」、「今までの経験からの養育意識」「過去に受けた教育」、「次世代継承観による意識」、「身体状況など関連要因について」調査する。分析方法は、不妊女性群のどのような子どもに対する意識要因が、日常生活行動に影響を与えているのか、従属変数と独立変数の複数要因の関連を多変量解析の手法を用いて分析する。分析用のソフトはSPSS14Jを使用し、実施施設の倫理審査承認後に調査の予定である。本研究は、不妊症女性のためのRECEDE-PROCEED Modelを基盤とした「生殖性:generativity」の実現(拡大)を目的とする新しい次世代養育教育プログラムの開発を目的とする。第一段階のRECEDEは、不妊女性のQOLの向上の影響要因と関連要因を明らかにし、第二段階のPROCEEDは、次世代を育てるための「参加型健康教室:Generativity-Health Program」と講義型教室によるRCT介入研究を行い、生殖性:generativity実現とQOL向上の効果を検討する。方法:第一段階研究(横断的仮説因子探索研究):不妊治療中の女性および既にこどもを養育している女性の2群間の「生殖性」と「生活習慣」意識、関連要因を、研究仮説に基づきMann-Whitney検定、重回帰分析法で分析した。調査対象者は、8施設から不妊群400名、経産婦群300名とし、調査期間はH20年6月10月であった。第二段階研究(介入アプローチによるRCT縦断研究):第一段階結果によりGenerativity-Health Programを作成し、参加型教室参加群を対象群、講義型教室参加者をコントロール群として、H20年8月H21年8月を実施予定期間とし、登録予定数は各30名ずつとした。効果検討は、教室参加前、実施3ヶ月クロスオーバー後の2回目質問票での意識・行動変化評価、身体健康状態データ分析、カルテ情報から、二元配置分散分析、多変量解析分析をする。

また、参加型教室プログラムでのグループダイナミックス過程は、帰納的質的分析を実施する。倫理審査は、共に平成20年5月にA大学医学部および看護学部倫理委員会で承認された。結果:不妊群の回収数:342回収率(85.6%)有効回収数:313、コントロール群の経産婦群は回収数:272(87%)、有効回答数:256であった。不妊治療中の女性群の平均年齢:35.99歳(SD4.6)、平均不妊月数は42.86月(SD33.1)であり、経産婦群の平均年齢:32.50歳(SD4.5)、平均妊娠週数は妊娠27.41週、妊娠までの平均月数は11.96月(SD14.8)であった。日常生活意識、生殖性の下位3因子「日常生活意識」「予防行動」「生殖性の意識」に関する2群間の平均値比較分析では、「生殖性の意識拡大」は不妊群が高く、有意差(p<0.05)があった。生殖性の意識に影響を与えている因子は、「女性の生き方」「予防行動」「夫婦関係のQOL」「性の教育」に関する意識が説明要因であった。不妊原因別、不妊治療段階別、不妊期間と治療中のQOLには有意差(P<0.05)はなかった。第2段階研究では、現在まで各3回ずつ計6回、各教室を実施し延べ20名の参加者を得た。本研究は、不妊治療中の女性のための生殖性(generativity)に焦点を当てた新しい次代養育プログラムを開発することにあるが、その効果を今年度明らかにした。しかし、医学的調査データは、治療方針から採取できない状況となった。そのため対象者の意識をデータとする次代養育プログラム介入によるRCT研究デザインに変更し実施した。【方法】1.不妊女性400名および経産婦300名を対象とした次世代養育意識調査を行い、次世代養育意識に関連する因子を抽出し、重回帰分析による相関がある因子を基に、仮の健康教育プログラムを作成した。2. 2市の74名の不妊治療中の女性から参加の同意が得られ、参加型健康教育プログラムと情報提供型健康教育プログラムを実施する。さらにA病院で不妊治療中の22名の不妊女性も参加に同意し、22名の不妊女性は無作為に2グループに分け、同様な2方法のプログラムを実施した。3.健康教育プログラム前後の各因子間の平均得点を二元配置分散分析し、各群間における介入の有用性を検討し、新しい次世代養育プログラム内容を提示した。【結果】1.不妊女性群は育児経験のある経産婦群に比較し、generativity意識は有意に高い値を示した(p<0.01)。2.次世代養育意識の因子は19因子が抽出され、「女性の生き方に関する考え」「栄養と食品の選択」「不妊治療の意義」「子育ての社会的責任」「社会的責任」「性の教育」の意識がgenerativityと有意な相関を示し(R2=0.33p<0.01)、それら因子を含む仮のプログラムで介入研究を実施した3.不妊女性のgenerativityは、2市の前後比較研究とA病院の無作為割付けのいずれの介入研究においても、参加型プログラムで有意に上昇し(p<0.01)、「不妊治療の意義」は無作為割付けの参加型プログラムのみが有意に上昇した(p<0.01)。
確率解析を用いた無限次元空間上の微分作用素の多角的研究

無限次元空間上のある微分作用素の一意性問題および対応する確率過程の構成問題の研究を中心に行った。特に、場の量子論に現れるGibbs測度を可逆測度としてもつDirichlet作用素の一意性および対応する拡散過程の確率偏微分方程式を用いた特徴付けに関する研究の一部は海外専門学術誌に出版された。また振動型汎関数積分の漸近挙動の精密化をRough Path理論とマリアヴァン解析を組み合わせて研究し、海外研究集会での招待講演において成果発表を行った。またこの研究に刺激を受け、三角格子上の非対称ランダムウォークの長時間漸近挙動に関する研究も行い、研究成果は国内学術誌に掲載されることになった。今年度はまず、昨年度から行っている石渡氏、照屋氏との三角格子上の非対称ランダウォークの長時間漸近挙動と標準埋め込みに関した研究をプレプリントの形でまとめた。この論文は現在、国内の査読付き雑誌に投稿中である。また本研究費によるドイツ出張を3月に行い、Albeverio氏と、(cut-offが入った)exp(\phi)_{2}量子場を不変測度にもつ確率力学系のDirichlet形式を用いた構成および対応するDirichlet作用素の一意性問題の共同研究を進展させた。本年度は、前年度に投稿した石渡氏・照屋氏との三角格子上の非対称ランダムウォークの長時間漸近挙動に関する論文の改訂作業を行い、国内学術誌への掲載が決まった。またSergio Albeverio, Michael Roeckner両氏と、(cut-offが入った)exp(\phi)_{2}量子場を不変測度にもつ確率力学系の構成および生成作用素の一意性問題に関した共同研究を継続し、部分的な成果を9月の日独国際研究集会(Leipzig)での招待講演で口頭発表した。現在論文を作成中であり、次年度も継続して行う。さらに、Rough path理論を用いた汎関数振動積分の漸近挙動の研究も稲浜譲氏と継続して行っており、これまでの成果を1月にUCLAで行われたRough Path理論の国際研究集会での招待講演で口頭発表した。その際の稲浜氏と議論で、Gaussian rough pathが駆動する微分方程式の場合へもこの成果が拡張可能であることが分かりこの研究の最終形が見えてきた。次年度に現在作成中の論文を完成させる予定である。今年度は第35回SPAにおいて,稲浜氏との共同研究に関する内容の招待講演を行った。さらにS. Albeverio, M. Roeckner両氏との共同研究に関する招待講演を2つの国際学会にて行った。この研究の論文改訂作業に少々時間を要したが,最終的に海外の専門誌に出版された。またBanach空間上の拡散過程に対する汎関数振動積分の漸近挙動をRough Path理論を用いて考察しているが,この研究も論文の完成に向けて推進した.更に,石渡氏,照屋氏と三角格子上の非対称ランダムウォークの長時間漸近挙動に関する研究を行い,離散モデル特有の新たな現象を発見した。次年度に論文作成にとりかかる予定である。無限次元空間上の微分作用素の研究も、物理として本来扱わなければならない時空2次元の場合の一意性問題に取り組み始めるなど、健全な問題意識で進展中だと感じる。また汎関数振動積分の漸近挙動の研究も進度は遅いかもしれないが、着実に進展しているため。一意性定理に関する研究論文が出版され一区切りついた事は大きい。またBanach空間上の拡散過程に対する汎関数振動積分の漸近挙動の研究も解決への方針が,すでに見えているため。次年度が本研究費の最終年度となる。国内外の様々な研究者との研究打ち合わせを更に行い、本年度までに得られた研究成果を出来るだけ早く論文の形で公表したい。本年度は,採択内定が遅れたこともあり,研究費執行計画に若干のずれが生じてしまったが,次年度の使用計画は明確であり,特に問題にはならないと思われる。国内外の様々な研究者との研究打ち合わせを通して,本年度に得られた成果をまとめた論文の完成に向けて一歩でも研究を進めたい。次年度は、8月末にBerkeleyのMSRIで行われる最適輸送問題の研究集会に参加し、無限次元空間上のGradient flowの最近の研究の情報収集を通して、一意性問題の研究に役立てたい。またこの知見とそれまでの研究の進展を元に、3月にドイツに2週間ほどの出張を行い、S. Albeverio氏との共同研究を完成させる予定である。また「岡山解析・確率セミナー」の活動を引き続き行い、岡山大学を訪問する研究者への専門知識提供費にも本研究費を使用する予定である。次年度は, 11月にドイツを1カ月訪問し, Bonn大学のAlbeverio氏, Berlin工科大学のFriz氏の所で汎関数振動積分の漸近挙動に関する研究打ち合わせを行う。

特にAlbeverio氏との議論を通して,物理モデルへの具体的な応用を探る。また3月にイギリスを3週間訪問し, Oxford大学のQian氏とも上記の問題を討議する予定である。また「岡山解析・確率セミナー」の活動を引き続き行い,岡山大学を訪問する研究者への専門知識提供費にも本研究費を使用する。
ガラス面上に形成したシナプス前膜および後膜における一分子動態解析

神経細胞間で情報伝達を行うシナプスの細胞膜をガラス面上に形成させ、そこでの受容体分子動態を全反射蛍光顕微鏡により高分解能で観察することに成功した。そして、記憶の基盤現象である神経活動依存性のシナプス伝達効率増強が起こる際のグルタミン酸受容体動態を記録・解析して、異なるサブタイプの受容体が別の経路でシナプスの情報受容部位に集積することを明らかにした。本研究では、シナプス近傍でのタンパク質の挙動を明らかにするために、ガラス面直上にシナプスの膜構造を形成させて、受容体等の振る舞いを、全反射顕微鏡を用いて一分子レベルでリアルタイム記録することをめざしている。ビオチン化牛血清アルブミンとストレプトアビジン等を用いて、ニューレキシンでコートしたガラスを用意した。そして、その上で海馬神経細胞を培養することによって、ガラス面に対してグルタミン酸作動性興奮性シナプス後部構造を形成させることを試みた。AMPA型グルタミン酸受容体に蛍光タンパク質フルオリンを融合したタンパク質、およびシナプス後膜に局在する足場タンパク質PSD95に蛍光タンパク質RFPを融合したタンパク質を作成し、神経細胞で発現させた。その神経細胞をニューレキシンコートしたガラス面上で培養したところ、ガラス面直上にPSD95の蛍光シグナルが認められ、シナプス後部構造が形成されたと考えられた。そうした神経細胞部位周辺のフルオリンの蛍光シグナルを全反射顕微鏡を用いてリアルタイム記録したところ、AMPA型グルタミン酸受容体一分子に由来すると推定されるシグナルを検出できた。そのシグナルはPSD95が存在しない部位では動き回っていたが、PSD95が存在するシナプス後膜部では静止する傾向が認められた。以上から平成21年度の研究で、シナプス後部構造をガラス面上に形成させ、そこでのグルタミン酸受容体の挙動を一分子レベルで観察することができるようになったと考えている。そして、その上で海馬神経細胞を培養することによって、ガラス面に対してグルタミン酸作動性興奮性シナプス後部様構造を形成させることができた。AMPA型グルタミン酸受容体に蛍光タンパク質フルオリンを融合したタンパク質、およびシナプス後膜に局在する足場タンパク質PSD95に蛍光タンパク質RFPを融合したタンパク質を作成して神経細胞で発現させ、ニューレキシンコートしたガラス面上で培養した。ガラス面直上にPSD95の集積が認められ、シナプス後部様構造の形成が確認できた。その周辺のフルオリンの蛍光シグナルを全反射顕微鏡を用いてリアルタイム記録したところ、AMPA型グルタミン酸受容体分子に由来するシグナルを検出できた。培養神経細胞に長期増強と呼ばれるシナプス可塑性を引き起こす電場刺激を加えて、AMPA受容体各サブユニットの変化を調べたところ、GluA1サブユニットとGluA2サブユニットが刺激後に異なる変化を示した。GluA1は刺激後すぐにシナプス後部様構造周辺で増加したが、GluA2は数分後に増加した。また、GluA1は刺激後にシナプス後部様構造周辺でキソサイトーシスされることも分かった。このGluA1のシナプス後部様構造近傍での増加は、長期増強に関連した現象と考えられる。シナプス伝達における受容部であるシナプス後膜近傍での受容体タンパク質の挙動を明らかにするために、ガラス面上に直接シナプス後膜構造を形成させて、蛍光標識した受容体等の振る舞いを全反射蛍光顕微鏡を用いて、高シグナル・ノイズ比でリアルタイム記録することをめざした。ビオチン化牛血清アルブミンとストレプトアビジン等を用いて、ニューレキシンでコートしたガラスを用意し、その上で海馬神経細胞を培養することによって、ガラス面に対してグルタミン酸作動性興奮性シナプス後部様構造を形成させることができ、またAMPA型グルタミン酸受容体に蛍光タンパク質フルオリンを融合したタンパク質を神経細胞で発現させることにより、シナプス後膜内外での受容体の増減・動態を観察できた。次に、長期増強と呼ばれるシナプス可塑性を引き起こす電場刺激を培養神経細胞に加えた際の、AMPA受容体各サブユニットの変化を調べる実験を行った。その結果、各サブタイプのAMPA受容体が長期増強の発現に際して、異なるタイミングで別の経路を通ってシナプス後膜で増加することが分かった。GluA1サブユニット4個によって形成されるAMPA受容体が、長期増強発現に際して最初にシナプス後膜近傍にエキソサイトーシスされた。その後、GluA1とGluA2サブユニット2個ずつからなるAMPA受容体がシナプス後膜外にエキソサイトーシスされて、引き続く細胞膜上での側方移動によりシナプス後膜へ到達した。さらにその後、GluA2とGluA3サブユニット2個ずつからなるAMPA受容体が、シナプス後膜外へのエキソサイトーシスと側方移動によりシナプス後膜で増加した。
嫌気性芽胞菌の毒素遺伝子および生化学的性状による分類とより高度な指標としての利用

嫌気性芽胞菌(ウェルシュ菌)は保存性の高い糞便汚染指標および原虫の汚染指標として使用されている。本研究では、ヒトの糞便汚染をソーストラッキングする指標としての有効性を評価した。下水および牛、豚の糞便試料から嫌気性芽胞菌を分離して、ウェルシュ菌毒素遺伝子をマルチプルPCR法で検索した。すべての試料で、検出された嫌気性芽胞菌のほとんどがA型のウェルシュ菌であった。A型ウェルシュ菌のうち、エンテロトキシン(cpe)遺伝子陽性株はヒト排水では約30%の割合で分離されるのに対して、牛豚の試料からは1株(牛)のみであった。このcpe陽性ウェルシュ菌はヒトのソーストラッキング指標として有効と考えられる。今年度は、昨年度の調査に追加して、牛関連廃水および糞便の調査、人由来排水として新たな下水処理場を対象に、嫌気性芽胞菌および大腸菌の濃度、嫌気性芽胞菌の保有する毒素遺伝子(α、β、β2、ι、εおよびエンテロトキシン)の検索を行った。累計で人由来排水分離株(3か所の下水処理場の流入水)230株、放流水136株、豚由来排水155株および牛由来129株について検索を行った。人由来、牛由来の排水分離株では分離したうちの90%以上がα毒素遺伝子保有株であり、ウェルシュ菌であると同定されたが、豚由来株では76%とα毒素保有株の割合が比較的小さかった。β、ιおよびε毒素遺伝子保有株についてはどの試料からもほとんど検出されなかった。それぞれのソースによって検出率が著しく異なった毒素遺伝子は、人の食中毒の起因菌となるエンテロトキシン遺伝子保有株であった。エンテロトキシン遺伝子保有株は人由来排水では2040%の頻度、全体では人由来排水(流入水および放流水合計)306株中104株34%の割合で検出されたのに対して、豚では136株中0株、牛では129株中1株のみ検出された。このように、本年度の研究では、エンテロトキシン保有嫌気性芽胞菌が人由来の排水に特異的に分布していることが示された。これらは当初目指していた、嫌気性芽胞菌をソーストラッキング指標として使用するための極めて重要な基礎的データとなる。すなわち、エンテロトキシン遺伝子を保有した嫌気性芽胞菌の存在が、人由来の糞便汚染の関与を示す重要なデータであると考えられる。下水および放流水(3か所の下水処理場)、牛、ブタの糞便より分離した嫌気性芽胞菌について、ウェルシュ菌の有する毒素遺伝子である6つの遺伝子の保有状況を調査した。調査はハンドフォード改良寒天培地にて分離・定量した嫌気性芽胞菌から一部をランダムに釣菌し、増菌培養したのち、対象となる6つの毒素遺伝子のプライマーを含むマルチプレックスPCR法により行った。調査した6つの遺伝子のうちcpe(ウェルシュ菌エンテロトキシン)遺伝子の保有状況は、ヒト由来の下水放流水から分離した株と牛あるいは豚由来の株で大きく異なり、ヒト由来株ではおおよそ30%がcpe遺伝子を保有していたのに対して、牛豚分離株では牛由来株のうち1株(0.4%)のみ保有が確認された。さらに、すべてのウェルシュ菌が有するcpa遺伝子については、ヒト由来および牛豚由来のいずれについても90%以上の保有率が確認され、本法の汚染源におけるウェルシュ菌分離率の高さが示された。さらに、今回用いたプライマーの増幅範囲について、シーケンスをおこない、得られた塩基配列を基に系統解析を行ったところ、3つのグル-プに大別することができた。このうち、1つのグループについては、ヒト由来の下水での分離率が優位に高いことが明らかになった。これらの研究の成果として、従来、環境での生残性の高さから、水道水源の原虫の汚染の恐れを判断する指標として用いられてきた嫌気性芽胞菌について、濃度レベルの調査に、今回示したcpe遺伝子の保有状況あるいはcpa遺伝子のシーケンス情報を用いることで、ヒトのソーストラッキング指標としての意味を付加する事の可能性が示された。嫌気性芽胞菌は水域の原虫汚染の指標として用いられている。その検出方法から、ポリミキシンBなどに耐性を有し、嫌気性、亜硫酸還元性の芽胞菌から構成されるグループで、保存性の高い糞便汚染の指標とされるウェルシュ菌を含むと考えられている。一方で、各水域や汚染源ごとの構成菌種については明らかになっていない。本研究では家畜排水、人由来の排水および河川水などから嫌気性芽胞菌を分離して、毒素遺伝子の保有状況からウェルシュ菌の存在率と汚染源ごとの構成菌種の違いを評価して、嫌気性芽胞菌の有用性を評価することを目的として調査を実施した。