hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
シアル酸を介さない新しいインフルエンザウイルスの感染機構の解明と感染制御

昨年度の研究で、インフルエンザウイルスに結合出来るシアル酸を含まない糖鎖を多くの糖鎖ライブラリーから調べた結果、硫酸基を持つスルファチド、中性糖脂質であるガラクトシルセラミドがヒト、トリ、ブタ、ウマなどの動物インフルエンザウイルスと結合できることを明らかにした。本年度は、スルファチドがインフルエンザウイルスのどのスパイクタンパク質と結合しているのかさらに、スパイクタンパク質分子のどの領域に結合しているのかを検討した。インフルエンザウイルスヘマグルチニン分子のみを人工的に発現した細胞を作成した。これをスルファチド処理してスルファチド結合部位をブロックしてからニワトリ赤血球を吸着させた。その結果、未処理赤血球の吸着は阻害されないのに対して赤血球をシアリダーゼ処理後スルファチドを膜に結合させたスルファチド再構成赤血球の吸着は完全に阻害された。この結果から、先ず、スルファチドは、ウイルススパイクタンパク質であるヘマグルチニン分子と結合すること、その結合領域は本来のシアル酸結合部位とは異なることが示された。また、スルファチドとより強く結合できる変異株の分離にも成功した。反対に、スルファチドとの結合性が弱い変異ウイルス株の分離は困難であったことから、インフルエンザウイルスのスルファチドへの結合性の性質は、自然界でも保持されやすいことが示唆された。今後、スルファチドを特異的に結合するヘマグルチニン分子内領域を、X腺結晶解析により明らかにする予定である。現在、スルファチドへの結合性が増強された変異ウイルスヘマグルチニンの遺伝子解析が進行中であり、その置換アミノ酸の同定から、スルファチド結合性の機構解明が達成できることが期待される。以上、本研究は、インフルエンザウイルスヘマグルチニンが、シアル酸含有糖鎖のみならず、第2のレセプターとも考えられる硫酸化糖脂質(スルファチドなど)や中性糖脂質にも結合出来、その結合領域はシアロ糖鎖とは異なることを分子レベルで明らかにした。しかも、この性質はヒトと以外、トリ、ブタ、ウマウイルスも持っており、ウイルスの宿主間伝播を探る上で極めて重要な知見を与えた。また、これらの物質は、ウイルスシアリダーゼに抵抗性であり、これを用いる抗インフルエンザ薬開発の基盤が達成された。インフルエンザウイルスの受容体はシアル酸含有糖鎖であることは良く知られた事実である。我々は、ヒトおよび動物から分離されるインフルエンザウイルスが通常のシアル酸含有糖鎖ではなく、シアル酸を持たない糖鎖にも結合性を示すことを見いだした。初年度では、この研究をさらに発展させるべく実験を行い以下の結果を得た。1)ヒト、ウマ、ブタ、トリいずれの宿主から分離されるインフルエンザウイルスでもシアル酸を持たないスルファチド、ガラクトシルセラミド、およびアシアロGM1などの中性スフィンゴ糖脂質が結合することを確認した。構造類似のグルコシルセラミド、Gb3、ラクトシルセラミドなどには反応しないことから、上記糖脂質はウイルスと特異的に結合する事が示された。また、多様な宿主から分離されるウイルスと結合性を示すことから、宿主の種を越えた第2の受容体として機能している可能性が示唆された。2)インフルエンザウイルスと比較的強く結合するスルファチドが認識するウイルス側のタンパク質はへマグルチニン分子である可能性が明らかとなった。3)ヘマグルチニン遺伝子を導入した細胞を人工的に作成した。これを用いて、スルファチドで処理したヘマグルチニン発現細胞に対してスルファチド再構成赤血球の吸着が完全に阻害されても、未処理赤血球の吸着は全く阻害されないことから、スルファチドの結合部位はシアル酸残基の結合部位とは異なっていることが示唆された。4)以上、本研究により、ヘマグルチニン分子にはシアル酸含有糖鎖と結合できるサイトとシアル酸を持たないスルファチド等と結合するサイトが存在することが示された。

以上、本研究は、インフルエンザウイルスヘマグルチニンが、シアル酸含有糖鎖のみならず、第2のレセプターとも考えられる硫酸化糖脂質(スルファチドなど)や中性糖脂質にも結合出来、その結合領域はシアロ糖鎖とは異なることを分子レベルで明らかにした。しかも、この性質はヒトと以外、トリ、ブタ、ウマウイルスも持っており、ウイルスの宿主間伝播を探る上で極めて重要な知見を与えた。また、これらの物質は、ウイルスシアリダーゼに抵抗性であり、これを用いる抗インフルエンザ薬開発の基盤が達成された。
無電極スラスタ内のガス・プラズマ相互作用に伴う運動量輸送と制御

最終年度である平成30年度は,Momentum Vector Measurement Instrumentを用いて,壁面へ損失する運動量の空間分布計測を実施することに成功し,プラズマ密度ピークの位置によって損失分布が変化することが明らかになった.特に,外部磁場強度を増強した際に損失が抑制される点に加えて,中性粒子導入位置によって損失分布が変化することが実証された点で,大きな学術的進展があったといえる.これらの結果は,これまで提案してきたプラズマ-中性粒子相互作用と矛盾ない結果であり,スラスタの高性能化へむけた基盤となる.さらに損失分布の計測に基づいて,内径が変化するプラズマ源を設計・製作し,プラズマ運動量の壁面損失を抑制することで,推力の増強が可能であることを明らかにした.また,磁場強度をサーベイした際には,弱磁場ヘリコン波が効率よく励起され,密度ピークがスラスタ出口近傍へとシフトし,下流へ放出されるプラズマ流束の増加と付随する推力増加が起こることを明らかにした.また,フライトモデル開発へ向けた周辺機器の開発にも着手し,可変キャパシタを使用しない周波数調整型の高周波プラズマ発生技術を実現し,周辺機器の小型化に関する開発も実施した.ここでは,dc-rf変換効率が75%程度の周波数40MHz帯の高効率周波数可変アンプと電圧制御発振器および電圧可変アッテネータを組み合わせた制御を行い,比較的高速にインピーダンス整合が可能であることを示した.また永久磁石のみを用いた磁気ノズル形成に関しても数値解析を実施し,最大磁場強度400Gauss程度が可能な新たな磁石配置を考案し,今後の高性能化へ向けた開発を着実に進めた.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。初年度である平成28年度は,最大実効排気速度5000L/sの真空排気系と直径1m,長さ2mの真空容器を有するMega-HPT装置内部に,スラストバランスおよび最大5kW級の電力を投入可能なヘリコンプラズマスラスタを設置し,安定した動作を確認し,本研究の実験基盤を構築した.スラスタの上流域から動作ガスであるアルゴンを導入し高密度プラズマ生成をパルス動作にて行ったところ,生成部全体にガスが充満した状態である放電初期の時間帯にはスラスタ出口近傍に高密度領域が存在することが観測された.高密度プラズマ生成と同時にスラスタ出口近傍の中性粒子密度が急激に減少することが発光分光計測により明らかとなり,その後の密度ピークがスラスタ上流域へと遷移してく様子が観測された.このことから中性粒子枯渇によって中性粒子密度分布が変化し,その結果電離分布も変化することで,上記のようなプラズマ密度分布が形成されたと考えられる.また磁場配置を調整し,上流域で効率よくプラズマが生成される条件においても類似したプラズマ密度分布が得られ,スラスタ内壁へと損失する運動量を計測したところ,大きな損失が起こっていることが明らかになった.この計測結果の妥当性を数値的に示すために,PICシミュレーションにおいて中性粒子密度分布を人工的に設定しその効果を調べた.その結果中性粒子枯渇に相当する条件において,径方向壁面への軸方向運動量損失が顕著になることが明らかになり,実験結果と定性的な一致を示した.また,中性粒子制御の模索へ向けてガス導入を上流・下流から行いその影響を予備的に観測したところ,下流から導入した場合の方が,大きな推力が得られることが実験的に観測された.さらにはプラズマ速度場計測,運動量の局所計測へ向けた計測法の開発に関しても着手した.当初の計画通りに,最大5kWの高周波電力を投入可能なヘリコンスラスタを安定動作させ,中性粒子枯渇が起こっていることを実験的にも実証し,その際にプラズマ密度分布が劇的に変化する様子の観測に成功し,推力損失への効果に関しても議論可能な実験データの収集が順調に進んでいる.PICシミュレーションにおいても上記現象の定性的な再現が確認され,当初の計画通りに研究が着実に進展していると考えられる.平成29年度は,中性粒子との相互作用に起因する運動量輸送過程を明らかにするため,運動量ベクトル計測装置の高精度化を進め,半径方向および軸方向の運動量ベクトルを同時分解計測可能とし,約20μN程度の分解能で計測可能であることを明らかにし,次年度の運動量損失分布を実験的に同定する基盤技術の構築に成功した.合わせてPICシミュレーションにより,軸方向運動量の損失分布を解析したところ,中性粒子相互作用によるプラズマ構造形成の結果,壁面への運動量損失が増大することが示され,実験結果と定性的な一致を示した.またプラズマ源内壁近傍において生成される高温電子の空間挙動を実験的に同定し,壁面へのエネルギー損失を引き起こしている可能性を示唆し,その知見を踏まえて段付き絶縁管を用いたプラズマスラスタを設計・制作し,約15-20%程度の推力増加が可能であることを示した.中性粒子との相互作用の結果,大電力高周波投入時には放電初期の100μsec程度の時間で高密度プラズマが維持できることが分かり,その際の磁気ノズル中の磁力線の変形に関して実験を実施した.その結果,スラスタ出口近傍では推力増加につながる反磁性信号が得られ,その一方で下流域では磁力線が伸長されることが初めて観測された.この遷移が起こる条件に関して実験データを解析し,アルフェンマッハ数が0.2程度で起こることが分かり,MHD方程式によって定性的な解釈が可能であることを示した.また磁気ノズル中の電子の熱力学特性を調べ,自発的に形成される両極性およびシース電場を実験的にゼロとし磁場と電子流の相互作用を調べたところ,ポリトロープ指数が5/3に近づくことが分かり,熱力学が磁場と相互作用する無衝突電子へと拡張可能であることを明らかにした.

ガスプラズマ相互作用に関しては当初の計画通りに進展しており,磁力線からのプラズマ離脱現象につながる磁気ノズル伸長現象や,熱力学の無衝突電子への拡張等,新たな実験的知見が得られ,独創的な実験研究が実施できたため.最終年度である平成30年度は,Momentum Vector Measurement Instrumentを用いて,壁面へ損失する運動量の空間分布計測を実施することに成功し,プラズマ密度ピークの位置によって損失分布が変化することが明らかになった.特に,外部磁場強度を増強した際に損失が抑制される点に加えて,中性粒子導入位置によって損失分布が変化することが実証された点で,大きな学術的進展があったといえる.これらの結果は,これまで提案してきたプラズマ-中性粒子相互作用と矛盾ない結果であり,スラスタの高性能化へむけた基盤となる.さらに損失分布の計測に基づいて,内径が変化するプラズマ源を設計・製作し,プラズマ運動量の壁面損失を抑制することで,推力の増強が可能であることを明らかにした.また,磁場強度をサーベイした際には,弱磁場ヘリコン波が効率よく励起され,密度ピークがスラスタ出口近傍へとシフトし,下流へ放出されるプラズマ流束の増加と付随する推力増加が起こることを明らかにした.また,フライトモデル開発へ向けた周辺機器の開発にも着手し,可変キャパシタを使用しない周波数調整型の高周波プラズマ発生技術を実現し,周辺機器の小型化に関する開発も実施した.ここでは,dc-rf変換効率が75%程度の周波数40MHz帯の高効率周波数可変アンプと電圧制御発振器および電圧可変アッテネータを組み合わせた制御を行い,比較的高速にインピーダンス整合が可能であることを示した.また永久磁石のみを用いた磁気ノズル形成に関しても数値解析を実施し,最大磁場強度400Gauss程度が可能な新たな磁石配置を考案し,今後の高性能化へ向けた開発を着実に進めた.次年度以降は,プラズマ速度場や局所運動量損失の計測,中性粒子枯渇による運動量損失の抑制手法の確立に向けた実験を実施する.また中性粒子分布をシミュレート可能なDSMC法とPIC法を組み合わせたPIC-DSMCシミュレーションコードを開発し,実験結果の理解と中性粒子制御の最適化に向けた研究開発を促進する.大型実験装置Mega-HPTでの実験に加えて,計測法の開発や基礎的な実験に対しては,機動性に富んだ小型実験装置を最大限に活用して,効率の良い研究開発を推進する.最終年度である平成30年度は,今年度開発した運動量ベクトル計測器を用いた運動量損失分布の実験的同定,中性粒子枯渇に伴うプラズマ構造形成と加速特性に関してより詳細なデータ収集を行い,これまでに進めてきた二流体方程式による推力モデルやPICシミュレーションの結果と統合して,ヘリコンスラスタ中のガスプラズマ相互作用に起因する運動量輸送機構を明らかにするとともに,その制御による推進性能向上を進める.また新たな展開が期待される磁力線の伸長現象や熱力学特性に関しても継続して実験研究を実施し,学術研究としての発展を目指す.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
世界水需給アセスメントと社会科学・社会制度研究の融合

グローバルな水需給逼迫のアセスメントへの社会科学的要素の組み込みを行い、代表的な成果として一つの回答を示した。具体的には水法の分析を軸に、水市場の世界的導入可能性を検討した。世界296の水法を分析し、「3条件とも充足」「一部充足」「3条件とも満たさない」等々に区分けした。地下水取水の規制についてのグローバル分布も調査した。そしてこ市場の導入可能性を世界で初めて地図化を通じて示すことに成功した。また、こういった研究のための基礎データ開発として、主にアジア・モンスーン地域と乾燥地域において、衛星画像を用いた水危機の検出を行った。他にも世界水資源に関わる経済学的研究も推進した。1)水逼迫緩和策としてのソフト・パス成立要件の調査水取引、地下水税、地下水の許可証取引などが実施されている地域であるアメリカ合衆国、オーストラリア、チリ、タイといった国々を対象に、それらソフト・パスの内容を整理し、成立に関わる自然条件やインフラ条件、社会科学的条件を明らかにした。そして、世界水需給アセスメントへ組み込むためのGISデータベースという形でまとめた。ここではi)各国や地域が抱える水問題の背景、ii)水文・気候・地形等の条件、iii)灌漑地の分布や水インフラの整備状況、iv)様々な一般的な社会経済データを出発点に、水取引に関してはv)取引の実施期間や季節、vi)取引の主体とシステム、vii)取引の空間スケール、viii)取引による効果、地下水の有効利用についてはix)課税対象、x)税収の使い道、xi)監視および違反者に対する罰則システムといった諸項目に注目することで、世界水需給アセスメントと結合することを目的とした成立要因の分析と整理を行った。2)高次地理情報データの整備灌漑地や水インフラに関わる情報について、詳細な諸元と経年動態の把握を進め、新規性や独自性を高めるべきと考えた。研究分担者は過去数年、「世界灌漑農業アトラス」という名で、MODIS画像を用いた植生指数、地表面水指数等の全球陸面時系列データセット(250m解像度、8日間隔)の作成に取り組んできた。水取引実施地域であるオーストラリアをはじめ、トルコ、タイ、ベトナム、カンボジア、インドなど15カ国の灌漑地において、作付面積、作付、農業災害情報を構築してきた実績を持つ。このアトラスを継続発展させ、特に潜在的な水危機地域を対象に、LANDSAT8など、より高解像度の衛星画像解析も援用して、2000年来15年間にわたる灌漑面積、作付け、洪水・渇水被害情報の構築行う。H27年度は、世界水需給アセスメントへの「ソフト・パス(水取引・地下水の有効利用)」の組み込みを行うための水逼迫緩和策としてのソフト・パス成立要件の調査や灌漑と水インフラに関わる高次地理情報データの整備に注力し、順調に研究を進めた。具体的には、地下水汚染対策に資する法規定の分析を行ったほか、国際連合食糧農業機関(Food and Agriculture Organization of the United Nations)の水法データベース(WaterLex)の情報を手がかりに、世界各国の水取引ならびに地下水の有効利用に関する法律を収集した。また、高次地理データの整備に関しては、MODIS画像を用いた稲作のフェノロジー解析により、洪水による冠水と収穫のタイミングの比較による冠水被害地域特定法、Landsat画像を併用した教師無し分類による稲の収穫面積の年々変動評価法を確立した。このように、それぞれの要素については、おおむね順調に進展している。1)水逼迫緩和策としてのソフト・パス成立要件の調査:水逼迫緩和に向けたソフト・パスとして、米国および日本においてソフト・パス導入に成果を上げている政策やガバナンス体制の具体事例に注目し、文献および実地調査した。そして、世界あるいは広域水需給アセスメントと結合することを目的として、制度の構造と成立要因を法的・政治的・経済的観点から解明を試み、世界各国における各制度の適用可能性を明らかにした。2)灌漑と水インフラに関わる高次地理情報データの整備:「灌漑と水インフラの高次地理情報」構築のため、灌漑地の干ばつ時の作物状態の高時間解像度モニタリング技術開発に取り組んだ。機械学習法の導入により干ばつ評価の際の生育状態の異なる作物に対する認識問題を改善した。さらに、全球ダム・堰データGRanDや、あるいは灌漑水路網などの地域的な地理情報をGIS上でオーバーレイすることによって、ソフト・パス成立要件のための灌漑と水インフラの高次地理情報の整備を進めた。3)世界水需給アセスメントへのソフト・パスの組み込み:水逼迫緩和ソフト・パスの代表である水取引や地下水の有効利用政策が十分成立し得る地域、水インフラ整備次第では成立可能な地域、水利権や土地制度に関わる部分さえ社会的に変更すれば成立する可能性がある地域などを順次抽出した。4)ソフト・パスを考慮した将来の水逼迫緩和ポテンシャルの推計:上記の項目3)と過去から将来(たとえば2050年頃まで)にわたる水需給シミュレーションを重ね合わせ、さらに項目1)による「ソフト・パスの成立要件」についての情報を用いることによって、それぞれの地域において将来想定される水逼迫量を、どの程度までならソフト・パスによって緩和可能であるか、検討を開始した。H28年度は、世界水需給アセスメントへの「ソフト・パス(水取引・地下水の有効利用)」の組み込みを行うための社会制度・社会科学に関わる調査、また高次地理データの整備、世界水需給シミュレーションを行った。

具体的には、米国カリフォルニア州の最新の地下水管理法に関する調査を行ったほか、水取引および地下水の有効利用に資する法制度について全球規模の悉皆調査を行い、GISを用いた地図化を行った。加えて、日本国内における地下水管理制度とその運用実態を網羅的に把握するとともに、地下水ガバナンスの具体事例を政治的観点から分析し、その成立要件について知見を得た。また、高次地理データの整備に関しては、時系列画像解析により洪水に続いて干ばつの影響評価法の精度が向上した。このように、それぞれの要素については、おおむね順調に進展している。グローバルな水需給逼迫のアセスメントは、近年における水文・水資源学の顕著な進展の一つである。長らくその領域に社会科学的要素を組み込むべきという意見が提唱されてきたが、それはまだ実現していなかった。本研究における研究業績の一つはこの未解決課題に取り組み一つの回答を示したことである。具体的には水法の分析を軸に、近年世界各地で注目を集めつつある水市場の世界的導入可能性を検討した。米国カリフォルニア州・チリ・オーストラリアといった水市場の先進地ではいずれも1水利転用の合法化、2土地と水の切り離し、3緩やかな水利権没収規定を定めている。本研究ではこれらを水市場の導入に必要最低限の法規定と位置付け、世界296の水法ー国および州レベルの水法も含むーを分析し、「3条件とも充足」「一部充足」「3条件とも満たさない」等々に区分けした。地下水取水の規制についてのグローバル分布も調査した。そしてこれらの区分けを基に国別の水市場の導入可能性を世界で初めて地図化を通じて示すことに成功した。また、主にアジア・モンスーン地域と乾燥地域においてMODIS時系列画像とLandsatの併用により、灌漑地の作付け回数とピーク植生生長量から大河川流域全体を対象として水危機地域(渇水,洪水)を検出することに成功した。本技術はJICAの農村開発調査にも採用されるに至った。被雲が多く、農地区画面積の小さいアジア・モンスーン地域については、中解像度合成開口レーダ(SAR)を用いた解析法を新たに開発した。グローバルな水需給逼迫のアセスメントへの社会科学的要素の組み込みを行い、代表的な成果として一つの回答を示した。具体的には水法の分析を軸に、水市場の世界的導入可能性を検討した。世界296の水法を分析し、「3条件とも充足」「一部充足」「3条件とも満たさない」等々に区分けした。そしてこ市場の導入可能性を世界で初めて地図化を通じて示すことに成功した。また、こういった研究のための基礎データ開発として、主にアジア・モンスーン地域と乾燥地域において、衛星画像を用いた水危機の検出を行った。他にも世界水資源に関わる経済学的研究も推進した。1)水逼迫緩和策としてのソフト・パス成立要件の調査:水逼迫緩和に向けたソフト・パスとして、特に水利転用と地下水管理に注目する。米国および日本においてソフト・パス導入に成果を上げている政策やガバナンス体制の具体事例に注目し、文献調査および実地調査する。
表面グラフトによるエラストマー接着界面の時空間制御

基板表面に固定化した開始剤を起点として表面開始重合を行うことで、多様なポリマーを表面にグラフトする手法は有効な表面改質法として古くから研究されてきた。しかし、ポリイソプレンのようなエラストマーをグラフトするには技術的に困難を伴う表面開始アニオン重合を必要とするため、これまでの先行研究は極わずかしか存在していない。昨年度までの研究においてヘキサメチルシロキサン(D3)の表面開始アニオン重合を行ったところ、求核性の高いアニオン開始剤を用いても膜厚10 nm程度のポリマーブラシしか生成せず、開始剤の反応効率が低いことが明らかとなった。そこでH30年度の研究では、求核性の低いアニオン開始剤でも重合するエチレンオキシド誘導体の開環アニオン重合を試みた。tーブトキシカリウムやカリウムナフタレンを開始剤としてTHF中、グリシジルメチルエーテルの重合を試みたが、収率は10%程度にとどまり、数平均分子量も3000以下のポリエーテルしか得られなかった。モノマー濃度や重合温度、モノマーの精製法、添加ルイス酸の種類などを工夫しても収率の向上は認められなかった。現在、炭化水素系溶媒を用いて重合を検討している。エラストマーと同様にガラス転移温度(Tg)の低い長鎖アルキルメタクリレートからなるポリマーブラシをシリコン基板上に合成し、少量のトルエンとともに貼り合わせたところ室温にて0.5 MPaの強度で接着することが明らかとなった。また、ポリマーブラシのグラフト密度、分子量、分子量分布が接着に与える影響を検討するため、種々の一次構造を有するPMMAブラシを調製した。PMMAブラシを対向するように重ね合わせて貼り合わせ、熱接着させると接着強度は特定の分子量分布、グラフト密度、分子量の時に最大となることが明らかになった。接着界面における分子鎖の構造が大きな影響を与えていると考えられる。30年度の研究にて、表面開始アニオン重合によるポリエーテルの合成を試みているが、高分子量体が得られておらず、当初の予定よりも研究は遅れている。しかし、ポリマーブラシの分子量分布やグラフト密度など一次構造が接着強度に与える影響が詳細に明らかになり接着の時空間制御に必要な基礎的な知見は蓄積しつつある。また、ポリマーブラシの接着に関する相互作用について成果を論文として発表することができた。これをふまえ、今後の研究計画を修正する必要があるが、大幅な変更は不要であり、予定通り目標を達成できると見込まれる。本研究の最大の目標は十分な膜厚を有する表面グラフト化エラストマーを表面アニオン重合法により合成する点にある。開環アニオン重合によるポリエーテルの合成に着手し、その最適な条件検討を行う。また、最終年度の計画として成果を論文化するだけでなく、化学教室などのアウトリーチ活動による成果の公開を計画している。しかし、ポリイソプレンやポリジメチルシロキサン(PDMS)のようなエラストマーをグラフトするには技術的に困難を伴う表面開始アニオン重合を必要とするため、これまでの先行研究は極わずかしか存在していない。本研究ではこれを実現するために適切な表面開始剤を合成し、イソプレン(Isp)及びヘキサメチルシクロトリシロキサン(D3)の表面開始アニオン重合を試みた。活性シリル基を有するヨウ化アルキルやベンジルブロミド、ジフェニルエチレン誘導体を合成し、それぞれをシランカップリング反応によりシリコン基板に固定化した後、リチウム-ハロゲン交換反応により表面開始剤に変換した。一般的な溶液重合において、ベンジルアニオンよりもアルキルリチウムの方が反応性が高く、IspやD3の開始反応効率も高いことが知られている。しかし、本研究で実施した表面開始アニオン重合においてはアルキルリチウム型表面開始剤からは膜厚3 nm以下のポリマーブラシしか生成せず、ベンジルアニオンやジフェニルメチルアニオン型の表面開始剤固定化基板から膜厚10 nm以上のポリマーブラシが生成しやすいことが明らかとなった。特に、求核性が乏しいとされているジフェニルメチル型アニオン開始剤からD3の表面開始アニオン重合が進行し、膜厚14 nmのPDMSブラシが得られた。これらの実験結果から表面開始アニオン重合においては表面開始剤の求核性の高さだけでなく、活性カルバニオンの安定性が重要であり、開始反応効率が低くても比較的高密度ブラシが生成できることが初めて明らかになった。29年度の研究にて、表面開始アニオン重合においては表面開始剤の求核性の高さだけでなく、活性カルバニオンの安定性が重要であり、開始反応効率が低くても比較的高密度ブラシが生成できることが明らかになった。これは一般的な溶液中でのアニオン重合とは大きく異なる現象であり、当初想定していなかった事態である。昨年度までの研究においてヘキサメチルシロキサン(D3)の表面開始

アニオン重合を行ったところ、求核性の高いアニオン開始剤を用いても膜厚10 nm程度のポリマーブラシしか生成せず、開始剤の反応効率が低いことが明らかとなった。そこでH30年度の研究では、求核性の低いアニオン開始剤でも重合するエチレンオキシド誘導体の開環アニオン重合を試みた。tーブトキシカリウムやカリウムナフタレンを開始剤としてTHF中、グリシジルメチルエーテルの重合を試みたが、収率は10%程度にとどまり、数平均分子量も3000以下のポリエーテルしか得られなかった。モノマー濃度や重合温度、モノマーの精製法、添加ルイス酸の種類などを工夫しても収率の向上は認められなかった。現在、炭化水素系溶媒を用いて重合を検討している。エラストマーと同様にガラス転移温度(Tg)の低い長鎖アルキルメタクリレートからなるポリマーブラシをシリコン基板上に合成し、少量のトルエンとともに貼り合わせたところ室温にて0.5 MPaの強度で接着することが明らかとなった。また、ポリマーブラシのグラフト密度、分子量、分子量分布が接着に与える影響を検討するため、種々の一次構造を有するPMMAブラシを調製した。PMMAブラシを対向するように重ね合わせて貼り合わせ、熱接着させると接着強度は特定の分子量分布、グラフト密度、分子量の時に最大となることが明らかになった。接着界面における分子鎖の構造が大きな影響を与えていると考えられる。30年度の研究にて、表面開始アニオン重合によるポリエーテルの合成を試みているが、高分子量体が得られておらず、当初の予定よりも研究は遅れている。しかし、ポリマーブラシの分子量分布やグラフト密度など一次構造が接着強度に与える影響が詳細に明らかになり接着の時空間制御に必要な基礎的な知見は蓄積しつつある。また、ポリマーブラシの接着に関する相互作用について成果を論文として発表することができた。これをふまえ、今後の研究計画を修正する必要があるが、大幅な変更は不要であり、予定通り目標を達成できると見込まれる。本研究の最大の目標は十分な膜厚を有する表面グラフト化エラストマーを表面アニオン重合法により合成する点にある。当初、非常に反応性の高い表面開始剤が必要になると想定していたが、反応性が低くても安定な適していることが明らかになりつつある。そこで、今後の研究ではジフェニルメチルアニオンのような比較的安定なカルバニオンが生成するような表面開始剤の合成に注力し、表面開始アニオン重合に適用する方針で研究を展開する予定である。開環アニオン重合によるポリエーテルの合成に着手し、その最適な条件検討を行う。また、最終年度の計画として成果を論文化するだけでなく、化学教室などのアウトリーチ活動による成果の公開を計画している。
意図的電磁妨害による故障注入攻撃への電磁セキュリティ工学的対策の体系化

平成29年度は、(1) ICへの意図的な電磁妨害を評価するための環境構築と、(2) ICに故障を引き起こし易い妨害周波数を決定するパラメタ及び印加タイミングの抽出について、実施した。評価環境の構築では、意図的電磁妨害によるセットアップタイム違反の発生を想定し、故障を引き起こした要因を特定するため、FPGAを搭載したテストボードを用いて、遅延時間が極めて長い加算回路を評価回路としてFPGAに実装し、これを用いて故障が生じたタイミングをモニタリングすると共に、既存設備である電磁界計測装置システムを改良して用いて、低ノイズで高精度にIC内部の電気的な変化をモニタリング可能な環境を構築した。また、IEMIによる故障発生の有無は注入周波数に大きく依存することから、機器への妨害電磁波の注入効率を決定するパラメタを抽出するために、伝導及び放射雑音をカバーする連続波及びパルス波をICに注入できる装置を整備し、注入した信号の伝搬の様子を前述したモニタリング環境を用いて観測し、IC内部の妨害電磁波の強度分布と、各測定点における伝達関数を求めた。さらに、上述により得られた周波数及び時間領域の計測結果を基に妨害波の伝達効率を決定する素子配置や配線パターンを抽出すると共に、意図的な電磁妨害より生ずるIC内部の評価回路からの故障を示すデータ出力を観測することで、故障が発生しやすい妨害波の印加タイミングについて基礎的な知見を得た。平成30年度以降は、(1)故障注入により出力される誤り暗文を用いたリスク評価を行うと共に、(2)機器設計時における電磁妨害耐性を評価可能な汎用的な電磁界シミュレーション手法の開発を行い、情報システムの機能低下のメカニズムを解明に必要となる知見を蓄積する。
データストリームからの知識獲得に関する研究

本研究では,データストリームからの知識獲得を目的として,とくにニュース時系列や時事性の強いWebページ情報を対象にして,事象(事件)の検出やトピックの分析・追跡問題に適用してその有用性を解析した.全体を統一的に記述・操作するための流れ・モデル化とその操作系を論じ,いくつかのプロトタイブシステムによって検証した。具体的には,データストリームの特性に関する知識を獲得してこれらが有する全体の流れを分析するため,本研究では次の観点から様々な手法を提案した.(1)データストリームに対する情報検索技術:具体的には,プロジェクション手法を用いた情報検索の効率を解析し,特にランダムプロジェクションが次元縮小およびデータの動的変化に頑丈であることなど,ストリーム処理に極めて適していることを明らかにした.ただ,高性能処理を行うには問題が残るため,頻度分布に基づくプロジェクション(歪みプロジェクション)手法を提案し,実現可能な水準になることを示した.(2)時制に基づく意味まとまりを単位とする情報の抽出あるいは補完:ニュースストリームや時事性の強いWebページ集合を対象として,内容時間の抽出が可能なこと,これによるクラスタリング結果が事象を構成していることを確認した.時間が入手できない場合には,確率的手法を提案し,高精度に決定できることを示した.(3)トピック生成あるいは要約のためのラベル付け:基本的にはテキスト要約技術であり,本研究で提案する範囲.はヒューリスティックなものである.Webページ集合では,(通常の文章の形態とは異なる面が多いが)統計的に共起する語を抽出して,これを数多く含む文章を抽出することでクラスタの表現する主たる主張を表現することができる.Webページ集合に対する適用結果は極めて良好であった。(4)テーマに対する評価方法の確立とこれに基づいたトピック追跡:基本的には話題検出技術であり,本研究で提案する範囲はヒューリスティックなものである.Webページ集合では,頻出語を事象クラスタ間で追跡することで,事象の追跡が可能なことを論じた.(5)効率よいシステム実現のための多次元データ操作方式の確立:特にニュースストリームが多次元データ構造を必要とすることから,拡張ハッシュに基づいた多次元構造(拡張可能グリッドファイル)を提案し,超高次元データに対する次元縮小技法を適用することで,本研究で想定する数万次元を取り扱えることを示した.本研究ではさらに,記述論理を用いたUML整合性の検証問題と,コロニーネットワークにおけるトレンド伝播協調モデル構築に対する基礎技術を与えるものであることも示した。本年度は研究初年度としてデータモデル確率のための基本技術の確立を目指した。データストリームをデータベースの観点から捕らえると、型やクラスという構造情報を事前に決定できないという問題がある。このため、データ自身から記述情報を生成するという知識生成手法の内在が必須である。このための動的モデル化手法として、伝統的には"分類"と"要約"があげられるが,本年度ではそのためにデータの時間推定と高性能検索の実現を果たすことを目的とした。具体的に、本研究では大きく3つの特徴を捉えた発展を行った。(1)オンラインニュース等の時系列文書の要約や,新しい話題の検出や追跡を行う研究が盛んに行われている.

しかし,それらのほとんどでは,各記事のタイムスタンプ(発行時間)が取得可能であることを前提としており,タイムスタンプが不明な記事はこれらのタスクには貢献できない.また複数のソースを扱う場合,ソース間に速報性の差による割り当ての矛盾が生じる.本研究では,ニュース記事のタイムスタンプを少数の不完全なデータから,効果的に推定する手法を提案する.EMアルゴリズムや逐次的なクラスタリング手法を用いることにより,記事が述べている事象に基づきタイムスタンプを推定する.TDT2コーパスを用いた実験により本手法の有効性と考察を示している.(2)近年注目されているプロジェクション手法にランダムプロジェクション(RP)がある.RP手法ではランダムな要素で射影行列を構成する.そのため行列の作成が高速で,プロジェクションがデータに対して独立である.データに独立なプロジェクションは射影行列の再計算が不要で,例えばデータストリームに対しては検索効率と検索精度の両立が可能となる.しかし,そのランダム性ゆえに,特に低次元でプロジェクションの安定性が低下する問題がある.本研究では,文書データの単語分布を元に射影行列を構成するプロジェクション手法(Skewed Projection : SP)を提案している.ランダムプロジェクションによる文書検索では,特に低次元で検索の安定性が低下する.本研究では,単語の頻度分布に基づいて射影行列を構成する.このプロジェクションを用いることにより,誤差を保存しつつ,分布に特有な応用分野に属する文書集合に対して,局所的に非依存かつ効率的な文書検索が行えることを示した.(3)多次元データ構造との関連で数万次元に及ぶテキストデータにプロジェクション手法を用い、高性能な検索を行うための手法EGF(拡張可能ハッシュファイル)の提案と性能評価について実現可能性を示した。本研究ではデータストリームに対して検討された手法,とくにテーマ抽出に関する知識獲得技術の確立と,プロトタイプシステムの開発を2005年度に行った.このため本研究では次の項目について,モデル化およびその実現方式を確立した.はじめにデータストリームのトピック生成を論じた.前年度に検討したトピック生成手法について,文書の自動要約技術を拡張し,一貫性を得るという談話抽出手法を確立した.データストリームからのテーマ抽出については,事前あるいは生成されたカテゴリを文脈上のつながり(談話)で捕らえる技術を確立することを目的とした.2004年に検討したアプローチを改善し,構成文書との一貫性に矛盾を押さえるモデル化を検証した.複数データストリームからの協調的テーマ抽出に関しても考察を加えた.
π-共役系組織体の開発

π-共役系分子の新機能開発を目的に、π結合に硫黄やセレンなどのヘテロ官能基を位置と立体を精密に制御して導入する新方法論の開拓を目指した。その結果、遷移金属触媒存在下チオールのアセチレン類への付加が位置および立体選択的に進行し、各種ビニルスルフィドを高収率で合成できることを見い出し、新概念に基づくπ-共役系構築のための新手法の開発に成功した。例えば、酢酸パラジウムなどの2価Pd系触媒では配位子交換反応によりパラジウムスルフィドが生成し、位置選択的なチオパラデーションによりマルコフニコフ型付加反応が進行した。一方、Rh触媒ではチオールの酸化的付加により、ヒドリドロジウム種が生成し、続くヒドロロデーションによりanti-マルコフニコフ型付加が立体選択的に進行した。次に明らかとなった高選択的ヒドロチオレーションを用いて、立体的に制御された含硫黄π-共役系高分子の合成を検討した。生成するπ-共役系高分子が有機系溶媒に可溶なようにあらかじめアルキル鎖を導入したジアセチレン(p-^nPrC≡C-C_6H_4-C≡CPr^n)を基質に用いてジチオール(p-HS-C_6H_4-SH)との反応を行ったところ、目的生成物である含硫黄π-共役系高分子を収率良く合成することができ、^1HNMRの測定結果から、位置異性体および立体異性体の副生は極少量であり、ビニルスルフィド部位の位置と立体を制御してポリマーの合成が可能なことが明らかとなった。また、GPCによる分子量測定より、ユニットが約10個繋がっていることが明らかになった。重合度が少し低いのは、反応性が低い内部アルキンを用いたためと考えられる。そこで本手法を末端アセチレンである2,5-ジエチニルチオフェンに応用したところ、チオフェンとビニルと硫黄が位置および立体選択的に結合した含硫黄π-共役系高分子が良好な収率で生成し、分子量測定の結果、数万の分子量を有することが明らかとなった。
細胞毎の脂肪酸β酸化不均一性とその制御メカニズム解明のためのケミカルツール開発

疾病での代謝変化の解明は、疾病機構の理解や創薬に重要である。最近では特に細胞ごとの代謝不均一性を解明することが重要と指摘されているが、広く用いられている同位体標識化合物と質量分析を組み合わせた解析法では、全細胞集団の平均化された情報しか得られないという問題点がある。本研究では、標的代謝が活性化した細胞での特異的なプロテオミクスと蛍光イメージングを相補的に行う新しいケミカルツールを開発し、代謝不均一性の可視化とその制御タンパク質を解明する。標的代謝にはエネルギー生産に重要な脂肪酸β酸化を選択し、β酸化が関連する疾病での不均一性の解明を目指す。
大脳皮質-視床下核-淡蒼球路の機能を探る

大脳基底核の神経回路の中で、大脳皮質から視床下核へ直接投射する大脳皮質-視床下核-淡蒼球路(ハイパー直接路)の機能と調べ、これを考慮した大脳基底核の動的モデルを提唱した。このモデルによれば、随意運動に際して、まずハイパー直接路を介した情報によって、視床・大脳皮質の広い領城が抑制される。次に、大脳皮質-線条体-淡蒼球内節路(直接路)を介した情報が到達し、視床・大脳皮質の限られた領域が脱抑制によって興奮する。これによって必要な運動が惹起されると考えられる。最後に、大脳皮質-線条体-淡蒼球外節-視床下核-淡蒼球内節路(間接路)を介した情報により、再び視床・大脳皮質の広い領域が抑制される。直接路が必要な運動を引き起こすのに対し、ハイパー直接路や間接路は、不必要な運動を抑制し、必要な運動のみが正確なタイミングで引き起こされるのを助けていると考えられる。また、このモデルを援用することにより、パーキンソン病の際には、直接路を介した視床・大脳皮質の脱抑制が空間的・時間的に小さくなるため、無動などの症状が起こると説明できる。さらに視床下核ブロックによって、視床・大脳皮質の脱抑制が再度、広がることによりパーキンソン病の症状が改善されると考えられる。大脳基底核を巡る神経画路の中で、視床下核は大脳皮質と淡蒼球外節から入力を受け、大脳基底核の出力部である淡蒼球内節に投射している。前者は大脳皮質-視床下核-淡蒼球路の、後者は大脳皮質-線条体-淡蒼球外節-視床下核-淡蒼球内節路(間接路)の一部である。このような両者からの入力が、視床下核で、どのように統合されているのか調べることを目的として、本研究を行った。ニホンザルの大脳皮質補足運動野と一次運動野の上肢領域に、予め刺激電極を設置しておいた。視床下核より単一ニューロン活動を記録し、大脳皮質電気刺激に対する応答を、刺激後時間ヒストグラムを作成することにより調べた。大脳皮質を電気刺激すると、視床下核ニューロンは、早い興奮、遅い興奮とそれに引き続く抑制という3相性のパターンで応じた。視床下核の局所にCPP(NMDA型グルタミン酸受容体拮抗薬)を微量投与すると早い興奮は消滅したが、遅い興奮は殆ど影響されなかった。NBQX(非NMDA型グルタミン酸受容体拮抗薬)を注入した場合は、早い興奮、遅い興奮とも変化しなかった。次に、Gabazine(GABA_A受容体拮抗薬)を加えると、全体の発射頻度が増加するとともに、遅い興奮が減弱した。遅い興奮の由来を更に確認するために、ハミルトンシリンジを用い、淡蒼球外節や被殻にムシモル(GABA_A受容体作動薬)を注入してブロックすると、遅い興奮が減弱した。以上の結果は、大脳皮質を電気刺激して視床下核で得られる反応の内、早い興奮は大脳皮質からの直接投射に由来する興奮性入力によるものであり、遅い興奮は大脳皮質-線条体-淡蒼球外節路に由来する脱抑制によるものであることを示している。このように視床下核は、大脳皮質からの直接投射(ハイパー直接路)と間接路の両者から時間差のある入力を受け、大脳基底核の出力部である淡蒼球内節に投射し、この活動を制御していると考えられる。大脳皮質の広い領野に由来する情報は、大脳基底核で処理された後、大部分は視床を介して大脳皮質、とくに前頭葉に戻るというループ回路を形成している。線条体ニューロンが淡蒼球内節に単シナプス性に投射する経路(直接路)と線条体ニューロンが淡蒼球外節と視床下核を経由して多シナプス性に淡蒼球内節に至る経路(間接路)の2経路を介して、大脳基底核の入力部から出力部に情報が伝達されるとされているが、それ以外にも大脳皮質-視床下核-淡蒼球内節という経路(ハイパー直接路)も存在する。

実際、大脳皮質を電気刺激し、淡蒼球内節から神経活動を記録すると、早い興奮、抑制、遅い興奮という3相性の応答を示す。これまでの研究から、早い興奮はハイパー直接路を介したものであることがわかっているので、本年度は主に、抑制と遅い興奮の由来について検討した。あらかじめ大脳皮質運動関連領野(一次運動野、補足運動野)に刺激電極を埋め込んでおいたサルを用い、淡蒼球から記録を行った。局所にgabazine (GABA_A受容体拮抗薬)を注入すると、発射頻度が上昇すると同時に抑制が消失した。NBQX (non-NMDAグルタミン酸受容体拮抗薬)の注入では早い興奮と遅い興奮が消失した。また、これら両者を投与すると、淡蒼球ニューロンは、一定間隔で発火する傾向を示した。更に、淡蒼球内節で記録しながら、淡蒼球外節にムシモルを注入しブロックすると、遅い興奮が消失した。これらの結果は、抑制は直接路を、遅い興奮は間接路を経由していること、淡蒼球ニューロンは一定周波数で自発発射をする能力を持っていることを示している。今後は、実際の課題をサルに課し、大脳基底核を巡る各経路がどのような情報を運んでいるのか検討していきたい。大脳皮質の広い領野に由来する情報は、大脳基底核で処理された後、大部分は視床を介して大脳皮質、とくに前頭葉に戻るというループ回路を形成している。線条体ニューロンが淡蒼球内節に単シナプス性に投射する経路(直接路)と線条体ニューロンが淡蒼球外節と視床下核を経由して多シナプス性に淡蒼球内節に至る経路(間接路)の2経路を介して、大脳基底核の入力部から出力部に情報が伝達されるとされているが、それ以外にも大脳皮質-視床下核-淡蒼球内節という経路(ハイパー直接路)も存在する。実際、大脳皮質を電気刺激し、淡蒼球内節から神経活動を記録すると、早い興奮・抑制・遅い興奮という、3相性の応答を示す。これまでの研究から、早い興奮はハイパー直接路を、抑制は直接路を、遅い興奮は間接路を経由していることがわかってきた。本年は、ハイパー直接路や間接路が実際、どのように働いているか明らかにするために、視床下核にムシモル(GABA_A受容体作動薬)を注入することによりブロックし、淡蒼球ニューロンの発射活動に対する影響を調べた。(1)視床下核をブロックすると淡蒼球ニューロンの平均発射頻度が減少するとともに、バースト状発射を示した。(2)感覚刺激に対する応答が、明確でなくなった。ニューロンによっては、視床下核ブロック前後で、反対の反応を示すものもあった。(3)このような変化は、淡蒼球内節よりも淡蒼球外節で、より明確に観察された。以上の結果は、視床下核-淡蒼球投射が、淡蒼球ニューロンの自発活動や、感覚応答の形成に重要な役割を果たしていることを示している。
無機多孔質中空糸膜の特性が化学吸収液からのCO2減圧フラッシュ放散に及ぼす影響

火力発電所などの排ガスからCO2を分離し地中に隔離する技術が温暖化対策の切り札として期待されているが、その分離技術の一つであるCO2と吸収液の反応を利用した化学吸収法では、吸収したCO2を放散させ吸収液を再生するためのエネルギーの削減が実用化のためには必須である。そこで本研究では、従来の加熱法に替わる方法として、アルミナ製多孔質中空糸膜を用いた減圧放散法に着目し、膜の物理的・化学的特性がCO2放散に及ぼす影響を調査した。その結果、膜と吸収液の接触時間・面積が放散速度に大きく影響し、最適な構造があることが明らかとなった。また、膜表面に酸性官能基を導入することにより放散を促進できることを見出した。地球温暖化対策として期待されている二酸化炭素回収貯留技術に用いられるCO2分離方法として、排ガス中のCO2と吸収液との化学反応を利用した化学吸収法が実用化に最も近いと期待されているが、CO2を吸収した吸収液の再生エネルギーの削減が課題である。そこで本研究は、従来の加熱方式に替わる新奇なプロセスとして、多孔質中空糸膜を用いた減圧フラッシュ放散プロセスに着目し、膜の物理的・化学的特性がCO2放散速度に及ぼす影響を明らかにすることを目的とする。中空糸膜材料として中心粒径1.0-1.2 μmのα-Al2O3粒子(AA-1)を用い、遠心鋳造法により直径約14mmで、膜厚が1.5 mm(薄膜)と2.5 mm(厚膜)の2種類の多孔質中空糸膜を作製した。さらに、薄膜の内表面に中心粒径0.3 μmのα-Al2O3粒子(AA-03)を堆積させた膜も作製した。CO2リッチに調製したジエタノールアミン水溶液を中空糸膜内側へ供給し、膜外側を大気圧との圧力差45-95 kPaに減圧し、CO2放散実験を行った。その結果、薄膜に比べ厚膜で放散速度が高くなった。また、AA-1単独の膜に比べAA-03を堆積させた膜では放散速度が高くなった。これらのことより、膜と液との接触面積・接触時間を増大させることにより、放散が促進されることが示唆された。一方、膜材料となる金属酸化物粒子の化学性の影響を調査するために、アルミナ、ジルコニア、シリカ、チタニアの粒子を使用して減圧放散実験を行った。その結果、ジルコニアで著しく低い放散速度を示した。これはジルコニアが最もpHが高く、吸収液からのCO2の解離に不利であるためと考えられる。さらに、pHの異なるシリカ粒子を用いた放散実験では、pHが低いほど放散速度が高くなる傾向が得られ、材料粒子の化学性がCO2放散に影響を及ぼすことが明らかとなった。地球温暖化対策として二酸化炭素回収貯留(CCS)が注目されている。CCSに用いられるCO2分離方法として、排ガス中のCO2と吸収液との化学反応を利用した化学吸収法が実用化に最も近いと期待されているが、CO2を吸収した吸収液の再生エネルギーの削減が課題である。そこで本研究は、従来の加熱方式に替わる新奇なプロセスとして、多孔質中空糸膜を用いた減圧フラッシュ放散プロセスに着目し、膜の物理的・化学的特性がCO2放散速度に及ぼす影響を調査している。H27年度は、膜と吸収液の接触面積を増大するために、アルミナ製多孔質中空糸膜(市販,内径10mm,膜厚1mm)を基板とし、その構成粒子表面にアルミナのナノ粒子を析出させた。その結果、ナノ粒子を析出させた膜は析出させていない膜に比べて放散が促進されることを明らかにした。一方、膜材料となる金属酸化物粒子の化学性の影響を調査するために、平均直径0.3ミクロンの単結晶球状アルミナ粒子の表面にアミン基およびリン酸基を導入した。官能基を導入したアルミナ粒子と、導入していないアルミナ粒子をCO2リッチ吸収液に添加し、放散への影響を調査した。その結果、官能基なしのアルミナ粒子を添加してもCO2放散が促進されるが、酸性のリン酸基を導入したアルミナ粒子を添加した場合はさらに放散が促進された。一方、塩基性のアミン基を導入したアルミナ粒子を添加した場合は官能基なしのアルミナ粒子に比べて放散が抑制されることが見出された。これを踏まえ、アルミナ製多孔質中空糸膜にリン酸基を導入し減圧放散実験を行ったところ、同様に放散が促進されることを見出した。多孔質中空糸膜を用いたCO2の減圧フラッシュ放散プロセスにおいて、膜の物理的および化学的特性の両面から放散速度へ及ぼす影響を調査している。今年度は、アルミナのナノ粒子を基板となる膜の表面および細孔内に析出させ、それにより期待通り放散が促進されることを明らかにした。これより、やはり膜と液の接触が化学吸収における放散現象に大きな影響を有することが証明された。一方、化学的性質については、膜にする前のアルミナ粒子について、その表面に酸性、塩基性の官能基を導入し、CO2放散への影響を調査した。

その結果、酸性官能基を導入することにより放散が促進されることが見出された。さらに、アルミナの多孔質中空糸膜についても酸性官能基を導入し、減圧放散実験を行った結果、連続プロセスにおいても放散が促進されることが明らかとなった。これらは期待した通りの結果であり、順調に研究が進んでいると言える。ただし、効果をさらに向上するための構造や化学的性質をさらに調査する必要がある。地球温暖化対策として期待されている二酸化炭素回収貯留(CCS)において、そのCO2分離方法として排ガス中のCO2と吸収液との化学反応を利用した化学吸収法が実用化に最も近いと期待されている。実用化のためにはCO2を吸収した吸収液の再生エネルギーの削減が課題である。そこで本研究は、従来の加熱方式に替わる新奇なプロセスとして、多孔質中空糸膜を用いた減圧フラッシュ放散プロセスに着目し、膜の物理的・化学的特性がCO2放散速度に及ぼす影響を調査している。H27年度の成果として、膜材料となるアルミナ粒子の表面にリン酸基を修飾し、それを吸収液と接触させることにより、CO2の放散が促進されることを見出した。これを受けて、H28年度は異なる酸性官能基でアルミナ粒子表面を修飾し、CO2放散への影響を調査した。平均直径0.3ミクロンの単結晶球状アルミナ粒子の表面に、昨年と同様のリン酸基、および、新たにスルホン基、カルボキシル基を導入した。官能基修飾したアルミナ粒子の等電点を測定したところ、いずれの官能基導入粒子も等電点が酸性側にシフトしており、酸性官能基が導入されていることが確認された。これらの官能基導入粒子と、官能基導入していないアルミナ粒子をCO2を吸収させたジエタノールアミン吸収液に添加し、放散への影響を調査した。その結果、どの酸性官能基導入粒子の場合でもCO2放散が促進されることが見出された。酸性官能基を導入したアルミナとの接触がアミン吸収液からのCO2放散を促進する効果的な手法であることが明らかとなった。このことより、アルミナ製多孔質中空糸膜を使用したアミン吸収液からのCO2の減圧放散において、膜の細孔径、膜厚などの物理的性質とともに、表面の化学的性質を調整することにより、CO2放散を促進し、放散に要するエネルギーを削減できることが明らかとなった。火力発電所などの排ガスからCO2を分離し地中に隔離する技術が温暖化対策の切り札として期待されているが、その分離技術の一つであるCO2と吸収液の反応を利用した化学吸収法では、吸収したCO2を放散させ吸収液を再生するためのエネルギーの削減が実用化のためには必須である。そこで本研究では、従来の加熱法に替わる方法として、アルミナ製多孔質中空糸膜を用いた減圧放散法に着目し、膜の物理的・化学的特性がCO2放散に及ぼす影響を調査した。その結果、膜と吸収液の接触時間・面積が放散速度に大きく影響し、最適な構造があることが明らかとなった。また、膜表面に酸性官能基を導入することにより放散を促進できることを見出した。多孔質中空糸膜を用いたCO2の減圧フラッシュ放散プロセスにおいて、膜の物理的および化学的特性の両面から放散速度へ及ぼす影響を調査している。初年度は、膜の物理的性質として、膜厚を変更しその影響を調査した。さらに、基板となる膜の表面に小粒子を堆積し、膜の構造を変更し、放散への影響を調査した。得られた結果は概ね予想していた結果であったが、さらに放散速度を向上できる膜構造の探索が必要であることも示唆された。一方、化学的性質については、まずは膜にする前の粒子の状態で、異なる金属酸化物の種類、あるいは、pHの異なる粒子を用いて、CO2放散への影響を調査した。その結果、化学的性質が放散に何らかの影響を及ぼすことが明らかとなり、今後の研究方針の基礎データを得ることができた。
細菌金属プロテアーゼによるブラジキニン産生系の活性化の機構

1.ヒトの創傷感染症や敗血症の原因細菌であるVibriovnlnificusは金属プロテアーゼを分泌している。このプロテアーゼによって、ヒトのハーゲンマン因子-血漿カリクレイン-キニン系が活性化され,血管透過性の亢進,疼痛,降圧などの薬理作用を持つブラジキニンが産生された。2.プロテアーゼはハーゲンマン因子と血漿プレカリクレインの両方の前駆体に直接作用し,これらを限定分解して活性のある型に変換させた。その結果,血漿カリクレインが効率よく産生され,高分子型キニノーゲンからブラジキニンが切り出された。3.他のヒトの病原細菌であるV.mimicusとV.cholerae nonO1も金属プロテアーゼを分泌している。これらの細菌の金属プロテアーゼをヒト血漿に作用させた場合にもヒトのハ-ゲマン因子-血漿カリクレイン-キニン系が活性化された。4.これらの細菌由来の金属プロテアーゼは互いによく似た基質特異性をしていた。よって,ブラジキニン産生系の活性化の機構も同様であると考えられた。