hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
果樹根の細胞構造ならびに貯蔵デンプン蓄積機構の解析

多くの果樹類の根を用いて,新根の発生当初から齢の進行に対応した細胞構造を検討した.また土壌の乾,湿潤状態による根の伸長と内皮,外皮のカスパリー線とスベリン化に及ぼす影響も観察した.特に,バラ科果樹のphi肥厚やヤマモモ,グミについての皮層細胞,表皮,下皮細胞のリグニン蓄積を確認した.熱帯性果樹のフトモモ科(フェイジョア、レンブなど)では,内鞘由来の内皮様細胞や肥厚細胞の発生が新規に確認され,その発達様式を提案した.多くの果樹類の根を用いて,新根の発生当初から齢の進行に対応した細胞構造を検討した.また土壌の乾,湿潤状態による根の伸長と内皮,外皮のカスパリー線とスベリン化に及ぼす影響も観察した.特に,バラ科果樹のphi肥厚やヤマモモ,グミについての皮層細胞,表皮,下皮細胞のリグニン蓄積を確認した.熱帯性果樹のフトモモ科(フェイジョア、レンブなど)では,内鞘由来の内皮様細胞や肥厚細胞の発生が新規に確認され,その発達様式を提案した.以下の項目を中心に検討した。1.カラタチ、ブドウ、ビワ等の多くの果樹類の根を用いて細胞構造、特に内皮、外皮のスベリン様物質の蓄積とカスパリー線の発達との関係を調査した。カスパリー線は内皮に発生するが,多くの果樹類では表皮側の外皮にもスベリン様物質の蓄積がみられた。内皮のカスパリー線の出現と外皮のスベリン様物質の蓄積は,蛍光顕微鏡により青白い励起光を発することから観察できる.この外皮の励起光の調査は,果樹根ではいまだ研究例が少ない.2.ブドウは土壌の乾燥にも湿潤にも両面に強いことが知られているが,その違いを細胞構造から検討した。湿潤条件下では、内皮のカスパリー線の発達が乾燥条件下より早く進んだが、外皮における比較では、処理による影響は見られなかった。また、外皮のスベリン化は内皮のスベリン化より顕著に早いことが確認できた。これらのことはブドウが乾燥、湿潤の両面に強いことと関係すると思われる。3.根を中心とした樹体各部のデンプン蓄積の消長を、ブドウとウンシュウミカン樹を用いて組織観察ならびに生理化学的に追及した。4.本年度は、グミやヤマモモなどの根粒を形成する根にも焦点を当てて検討した。両者の根の切片のDAPI染色から根粒菌の存在を確認した。5.多くの果樹類を用いて,根の加齢に伴う細胞構造の変化を調査した.根は齢が進むにつれて表皮,皮層細胞が剥離し,脱落する.さらに齢が進むと内皮,続いて内しょうの一部が次々に離脱し,最外層は周皮を形成するようになる.このような過程の種間差異を検討した。以下の項目を中心に検討した。1.ブドウの発根ならびに根の成長に伴う細胞構造の変化をカスパリー線の発達と関連づけて検討した。スベリン化した休止状態の根の先端から新根が発生する時の頂端分裂組織において細胞核の動態を観察した。根の横断面における維管束の原基当たりの道管数を基準にして、齢に伴うカスパリー線の発達程度を調査した。この研究において土壌環境の相違が根に及ぼす影響を比較する場合、道管数を基準にすることが有効な指標になることを発表した。2.グミやヤマモモ根には根粒菌が着生するが、DAPI染色法によって根粒形成を鮮明に確認することが可能であった。3.永年性植物の果樹にとっては、木化は特有な構造である。果樹が環境適応にどのように順応するかを検討しているが、根の木化や細胞壁の肥厚は乾燥土壌に有効な構造体であることを確認した。特にバラ科果樹には、内皮側の皮層細胞の細胞壁が肥厚するphi-肥厚が発生することを再認識し,土壌環境の相違によるその発現を検討しているが、ヤマモモでは皮層細胞に三日月状の肥厚が発生することを新たに確認した。この三日月状の肥厚は乾燥状態で栽培すると特に顕著に発生した。4.シベリアアンズは乾燥に非常に強い。この果樹の根の構造を検討し、乾燥によってphi-肥厚が著しく発達した。5.乾燥地における果樹栽培の可能性を検討するために、種々の果樹を育成し、特に根についてはその細胞構造の面から検討している。特に砂ナツメは興味深い材料である。目下多くの材料を育成している。現在のところは乾燥によっても根の成長が旺盛であることを確認している段階である。6.根のデンプン蓄積については、本年度は顕微鏡観察から検討している段階であり、次年度の大きな課題である。7.カスパリー線の発生を、これまでの染色法を改良し、3重染色からより鮮明に観察できるようになった。1.フェイジョア根の内鞘から2種の細胞が形成されることを確認した。カスパリー線が発達する内皮様細胞と内皮および内皮様細胞の間に発達する厚壁細胞である。まず内鞘細胞の中央部で接線方向に2つの細胞壁が出現し、3つの細胞に並層分裂した。3つの細胞のうち、内皮に隣接している外側の細胞では内側の半周の細胞壁が肥厚してリグニンが蓄積した厚壁細胞に変化した。中央の細胞では内側の接線壁以外の細胞壁がスベリン化し、カスパリー線も発達した。

この細胞が内皮様細胞である。最も内側の細胞は分裂前の内鞘の形質を維持していると推定した。この細胞は根の齢が進むと、再度、並層分裂し、上述と同様に新たな内皮様細胞と厚壁細胞を形成した。従って根の齢が進むにつれて、カスパリー線を有する内皮様細胞層と厚壁細胞層が増加した。このような細胞構造の発達はフトモモ科に共通する細胞であることを確認した。これらの細胞形成はこれまでに多層真皮として報告されている細胞形成と類似点があるが、厚膜細胞の発生と、その中心柱側にリグニンの蓄積が見られることは、新知見であると思われる。しかもその厚膜形成が、土壌乾燥によって強く発現することは、果樹の環境適応力を解析する上で重要な知見である。2.グミの挿し木樹を用いて土壌の水分状態を変化させ、根の細胞構造に及ぼす影響を検討した。その結果、皮層に厚膜化した細胞の発達が見られたが、その発生は乾燥区が多いことを確認し、厚膜細胞の細胞壁に蓄積するリグニンは土壌の乾燥に対する適応と考えられた。同様なことをヤマモモでも確認した。
金属酸化物の複合化における半導体界面物性の解明と高効率光電変換デバイス応用

[研究目的]増感型太陽電池内における複合型金属酸化物(酸化亜鉛,酸化チタン,酸化マグネシウム)の半導体物性を解明する。[研究意義および重要性]本研究は、酸化亜鉛(ZnO)や酸化チタン(TiO_2)、酸化マグネシウム(MgO)を簡易な化学処理によって複合化し、その半導体特性を評価するものである。さらに、ハライド化鉛ペロブスカイト化合物で増感させた複合型金属酸化物半導体材料は、発光デバイスや透明導電性材料、太陽電池などに応用されている。半導体材料は、複合化させることで更にデバイス性能を向上できるものが多数あり、本研究のように半導体の複合化および特性評価をすることはデバイス応用の際には特に重要であり、半導体物性を解明することで他種の酸化物半導体への化学処理技術の応用も考えられる。その結果、より高出力なLEDやレーザー、低コスト透明導電性材料などへの技術応用が期待できる。[研究内容および成果]酸化亜鉛および酸化チタン複合半導体の半導体物性ZnOに対してTiCl_4処理をすることでTiO2被覆ZnO半導体を作製した。この複合化半導体の特性として、電解質溶液中に含まれる電子受容体への逆方向電子移動を抑制していることが明らかとなった。また、半導体中の電子伝導帯の下端準位もTio2で被覆することでZnO単体と比較し、より高いエネルギー位置へとシフトしていることも示唆された。この二つの特性を同時に有することは非常にまれであり、優れた半導体材料であることが証明された。酸化マグネシウムの効果ZnO/TiO_2に絶縁体である金属酸化物MgOを被覆させ半導体特性を変化させた。これを色素増感太陽電池に応用し田結果、出力電圧値の向上に成功した。また、TiO_2にMgOを被覆させ形態変化を伴う界面構造の改善も発見することができた。このTiO_2/MgOは他の太陽電池やデバイスの電荷再結合抑制層として応用できる可能性がある。当初の研究計画の目的は達成し、酸化チタン被覆酸化亜鉛多孔質半導体の電解液中および固体電解液界面での電荷輸送特性を評価することに成功した。さらに、太陽電池の高効率化として、ハライド化鉛ペロブスカイト化合物と複合型金属酸化物を組み合わせて太陽電池を作製し、複合型金属酸化物を用いた太陽電池として世界最高レベルの変換効率8%を達成した。次世代の光電変換デバイスである有機無機ハイブリット型太陽電池には、透明導電性電極と光吸収材料および正孔輸送材料界面に緻密な半導体層が必須である。この緻密な半導体層を優れた半導体特性を示した酸化チタン/酸化亜鉛半導体で作製することで、セルの整流性を向上させることで高効率光電変換デバイスについて検討を行う。ただし、緻密層における酸化チタンと酸化亜鉛との複合化の方法に関しては更なる検討が必要である。[研究目的]色素増感型太陽電池をデバイスモデルとして複合型金属酸化物(酸化亜鉛,酸化チタン,酸化マグネシウム)の半導体物性を解明する。[研究意義および重要性]本研究は、酸化亜鉛(ZnO)や酸化チタン(TiO2)、酸化マグネシウム(MgO)を簡易な化学処理によって複合化し、その半導体特性を評価するものである。半導体材料は、発光デバイスや透明導電性材料、太陽電池などに応用されており、半導体産業が我々の生活をより利便性を向上させている。半導体材料の用途では、複合化させることで更にデバイス性能を向上できるものが多数あり、本研究のように半導体の複合化および特性評価をすることはデバイス応用の際には特に重要であり、半導体物性を解明することで他種の酸化物半導体への化学処理技術の応用も考えられる。[研究内容および成果]酸化亜鉛および酸化チタン複合半導体の半導体物性ZnOに対してTiCl_1処理をすることでTiO2被覆ZnO半導体を作製した。また、半導体中の電子伝導帯の下端準位もTiO2で被覆することでZnO単体と比較し、より高いエネルギー位置へとシフトしていることも示唆された。

半導体材料は、複合化させることで更にデバイス性能を向上できるものが多数あり、本研究のように半導体の複合化および特性評価をすることはデバイス応用の際には特に重要であり、半導体物性を解明することで他種の酸化物半導体への化学処理技術の応用も考えられる。その結果、より高出力なLEDやレーザー、低コスト透明導電性材料などへの技術応用が期待できる。[研究内容および成果]酸化亜鉛および酸化チタン複合半導体の半導体物性ZnOに対してTiCl_4処理をすることでTiO2被覆ZnO半導体を作製した。この複合化半導体の特性として、電解質溶液中に含まれる電子受容体への逆方向電子移動を抑制していることが明らかとなった。また、半導体中の電子伝導帯の下端準位もTio2で被覆することでZnO単体と比較し、より高いエネルギー位置へとシフトしていることも示唆された。この二つの特性を同時に有することは非常にまれであり、優れた半導体材料であることが証明された。酸化マグネシウムの効果ZnO/TiO_2に絶縁体である金属酸化物MgOを被覆させ半導体特性を変化させた。これを色素増感太陽電池に応用し田結果、出力電圧値の向上に成功した。また、TiO_2にMgOを被覆させ形態変化を伴う界面構造の改善も発見することができた。このTiO_2/MgOは他の太陽電池やデバイスの電荷再結合抑制層として応用できる可能性がある。電解質溶液中における酸化亜鉛および酸化チタン、酸化亜鉛/酸化チタン接合の半導体特性を評価比較することで、酸化亜鉛上における酸化チタンの役割を解明した。また、この内容はアメリカ化学会の学会誌であるJournal o fphysical chemistry Cに受理され、現在発行待ちである。さらに、全固体型色素増感太陽電池の性能が顕著に向上する酸化チタン/酸化マグネシウム複合酸化物を発見し、その特性に関しては現在調査中である。当初の研究計画の目的は達成し、酸化チタン被覆酸化亜鉛多孔質半導体の電解液中および固体電解液界面での電荷輸送特性を評価することに成功した。さらに、太陽電池の高効率化として、ハライド化鉛ペロブスカイト化合物と複合型金属酸化物を組み合わせて太陽電池を作製し、複合型金属酸化物を用いた太陽電池として世界最高レベルの変換効率8%を達成した。p型半導体特性を示す有機化合物と酸化亜鉛および酸化チタン、酸化マグネシウムを組み合わせた全固体型色素増感太陽電池をデバイスモデルとしてデバイス性能向上を伴う新規複合層を作製し、半導体特性および複合化の際の形態変化について調査する。加えて、昨年度よりいくつかの研究報告がなされた半導体特性を示す顔料であるハロゲン系ペロブスカイト無機増感剤を光吸収層としたデバイスを作製し複合化された半導体材料との相互作用を調査する。次世代の光電変換デバイスである有機無機ハイブリット型太陽電池には、透明導電性電極と光吸収材料および正孔輸送材料界面に緻密な半導体層が必須である。この緻密な半導体層を優れた半導体特性を示した酸化チタン/酸化亜鉛半導体で作製することで、セルの整流性を向上させることで高効率光電変換デバイスについて検討を行う。ただし、緻密層における酸化チタンと酸化亜鉛との複合化の方法に関しては更なる検討が必要である。
子どもの意味産出行為の分析による芸術教育のカリキュラム開発に関する研究

本研究課題は、芸術教育活動における子どもの活動を記録・分析することによって、子どもの意味産出の行為を実現するカリキュラム開発の視点を明らかにするものである。実際に子どもの活動を記録・分析することにより、意味産出の行為を実現する子どもの活動は、子どもの行為と行為、他の子どもや教師の行為、材料や用具、活動する場などとの複雑な意味関連かたちづくることが明らかにされた。したがって、題材開発の際には、子どもが主体的に活動でき、活動を複雑に展開できるようにする視点が求められる。本研究課題は、芸術教育活動における子どもの意味産出の行為を論理的にとらえることによって、いわゆる潜在的カリキュラムを顕在化し、カリキュラム開発の視点を構築するものである。平成18年度は、主に子どもの行為を分析するための授業記録の収集・整理を行った。記録する子どもの実践活動は、小学校・中学校の図画工作、美術を中心とした芸術教育にかかわる授業におけるものである。実際に記録・収集した子どもの実践事例は、41事例(小学校4校14事例、中学校7校27事例)であった。このうち図画工作、美術の授業以外の事例は2事例(音楽の授業)である。記録は基本的に特定の子どもの活動について、授業の最初から最後まで追跡、VTRに記録するという方法で行った。また、事例によって異なるが、状況に応じて授業後に教師及び子どもに簡単なインタビューを行った。また、ワークシートや作品なども記録した。これらの事例のうちのいくつかの事例にっいては、映像データを文章化して分析の為の準備を進めている。また、子どもや教師のプライバシーに配慮し、分析に必要な画像について、あらためて描画することによって記録しなおす作業を進めている。また、分析に先立ち、意味産出の行為について理論的な側面から研究をまとめた。具体的には、同研究代表者による平成1517年度の科学研究費補助金若手研究(B)による研究「芸術にかかわる教科等のカリキュラム開発に関する基礎的研究」をまとめなおし、論文を執筆した(「意味生成としての学びに関する一試論」美術教育学,第28号,pp.293-305に掲載)。本研究課題は,芸術教育活動における子どもの意味産出の行為を論理的にとらえることによって,いわゆる潜在的カリキュラムを顕在化し,カリキュラム開発の視点を構築するものである。今年度は,昨年度に引き続き,主に子どもの行為を分析するための授業記録の収集・整理を行うと同時に子どもの活動の分析を進めるため,授業記録を文章化し,整理する作業を進めているところである。記録は基本的に特定の子どもの活動について,授業の最初から最後まで追跡,VTRに記録するという方法で行った。また,必要に応じて教師及び子どもに簡単なインタビューを行った。また,ワークシートや作品なども記録・整理した。そして,これを分析するために,VTRに記録した映像及び音声から子どもの行為,及び発話を文章化した。その際には,特に子どもの視線の動き,わずかな身体の動きなどにも留意した。微細な動作が子どもの活動の展開においてそのきっかけの指標となる場合があるためである。また,現在,子どもの活動の展開を図式化するための分析作業を進めているところである。なお,上記の実践分析の研究と並行して,意味産出の行為について理論的な側面から研究をまとめた。具体的には,同研究代表者による平成1517年度の科学研究費補助金若手研究(B)による研究「芸術にかかわる教科等のカリキュラム開発に関する基礎的研究」(本研究課題と対をなすものとして位置づけている)をさらに展開させ,論文を執筆した(「図画工作,美術教育における意味生成としての学びの論理」美術教育学,第29号,pp.395-408に掲載)。本研究課題は、芸術教育活動における子どもの意味産出の行為を論理的にとらえることによって、いわゆる潜在的カリキュラムを顕在化し、子どもの意味産出の行為を実現するカリキュラム開発の視点を構築するものである。平成20年度は、主に子どもの行為を分析するための授業記録の収集・整理を行うととともに子どもの活動の分析と考察を行った。また、必要に応じて教師及び子どもに簡単なインタビューを行った。また、ワークシートや作品なども記録・整理した。そして、これらの整理したVTR等の記録を分析し、子どもの活動の展開を図式化して表した。このことによって、子どもの表現行為め意味をその活動の展開の構造からとらえた。これらの構造が明らかにされたことで子どもの行為と行為のあいだの意味関連をとらえることができた。さらには、行為する子どもとともに活動する他の子ども、または教師の行為との意味関連、材料や用具、または、活動する場との関連もとらえることができた。いずれにせよ、複雑な意味関連のあいだで子どもの表現行為は展開していることが明らかにされた。逆に、その意味関連が相対的に単純な子どもの表現活動も観察されたが、この場合、おおよそは授業で取り上げられる題材に課題があった。

それは、子どもが主体的に活動できるよう設定されていないということである。これらのことからは、少なくとも子どもの意味産出の行為を実現するためには、子どもが主体的に感じ考え、試みることのできる題材開発が必要であることが明らかにされた。
テトラナフチル骨格を備えた機能性キラルオニウム塩の創製と実用的不斉合成

本研究では、非結合性相互作用を介して基質を認識し、しかも求核剤となる対イオンの位置を規制できる三次元構造としてテトラナフチル骨格を備えた機能性キラルアンモニウム塩を設計・合成し、これを相間移動触媒として用いることで、安価で取扱いやすいシアン化カリウム(KCN)水溶液とトルエンという単純な二相系での各種N-メシチレンスルホニルアルジミン類のシアノ化反応が円滑に進行し、相当するα-アミノニトリル誘導体が高エナンチオ選択的に得られることを明らかにした。また、本法の問題点として、水が存在する系内でのイミン類の加水分解による収率の低下、および触媒が関与することなく反応が進行することによるラセミ体の生成が考えられたが、N-アリールスルホニルーα-アミドスルホンを基質としたイミンの系内発生法により解決できることを見出した。これにより、エノール化しやすいものも含めた様々なα-無置換及び一置換のアルデヒド由来のα-アミドスルホンに対して、シアノ化反応が速やかに、かつほぼ定量的に進行し、相当するアルジミンを基質とする場合よりも一貫して高いエナンチオ選択性が得られることを示すことができた。一方で、キラルアンモニウム塩を均一系の有機分子触媒として活用する新たなアプローチとしてテトラナフチル型キラルアンモニウムベタインの創製を進めてきた結果、新たな分子設計の戦略と、触媒機能の一端を明らかにすることができつつあり、今後の大きな課題と言える。研究初年度である19年度は、プロキラリティーを持たない小さな陰イオン種のプロキラルな親電子剤への求核付加反応において、反応性及び立体化学の制御を相間移動条件下で実現するための機能性キラルアンモニウム塩の創製に焦点を絞って研究を遂行した。[1]相間移動触媒作用を利用する二相系でのシアノ化反応そのものが知られていなかったため、まず代表的アキラルアンモニウム塩としてテトラブチルアンモニウムプロミドを用い、その触媒作用の発現に理想的な反応系を構築したと具体的にはアルジミンを基質とし、1)水相となるKCN水溶液の濃度、2)有機溶媒の選定及び水相に対する体積比、3)イミン窒素上の置換基が反応性・選択性に与える影響等について精査し、2M KCN水溶液-トルエンからなる液一液二相系、0°Cという極めて穏和な条件下で速やかに反応が完結し、76%の収率で付加体を与える条件を見出した。さらに得られた条件下、新規構造概念に基づくキラルアンモニウム塩の設計による反応の不斉化に取り組んだ。すなわち、ビナフチル骨格の3,3'-位に、オルト位にアリール置換基を持つフェニル基を導入したキラルユニットを有するアミンを、水相からのシアン化物イオンの抽出効率を考慮したジメチルアンモニウム塩として利用し、最高98%eeの選択性を獲得することに成功した。本分子設計の鍵はオルト位のアリール置換基の存在にあるが、設計段階では3,3'-位のビアリール軸まわりの自由回転の阻害による三種類のジアステレオマーが考えられた。しかし実際に最適化した合成条件下において、ビアリール置換基が中心窒素陽イオンまわりにビナフチル骨格とは直交した形で対称に張り出す構造を持つジアステレオマーが優先して得られ、シアン化物イオンの位置を定めるとともに、プロキラルなアルジミンの認識ポケットを効果的に形成する触媒の創製に成功した。初年度に開発したキラルアンモニウム塩を触媒とし、シアン化カリウム(KCN)水溶液をシアノ源として用いたアルジミン類の二相系での不斉ストレッカー反応は、α位に第三級アルキル置換基を有するアミノ酸類の不斉合成に有効だが、それに比べて第一級あるいは第二級置換基を持つアルジミンとの反応では、化学収率、エナンチオ選択性ともに改善の余地を残していた。この原因として、スルホニルイミンの反応性が高いため、1)水が存在する系内での加水分解による収率の低下、2)触媒が関与することなく反応が進行することによるラセミ体の生成が考えられた。

これらの克服には、反応条件下でイミンを発生させると同時にシアン化物イオンで捕捉できるような系の構築が理想的であるとの考えに至り、N-アリールスルホニルーα-アミドスルホンを基質として検討を行った。まず、シクロヘキサンカルボキシアルデヒドから誘導したN-メシチレンスルホニル-α-アミドスルホンを、アルジミンの場合と同様の条件で反応させたところ、望ましいα-アミノニトリル誘導体が定量的に、97%のエナンチオマー過剰率で得られた。さらに、用いるKCNを1.05当量まで減らしても、反応性、選択性に全く影響を与えないことがわかった。この方法により、非常にエノール化しやすいものも含めた様々なα-無置換及び一置換のアルデヒドから導かれるα-アミドスルホンに対して、シアノ化反応が速やかに、かつほぼ定量的に進行する。しかも、相当するアルジミンを基質とする場合よりも一貫して高いエナンチオ選択性が得られることを示し、本法の実用性を明らかにした。
酸化チタン複合ナノファイバーを用いた光機能材料系の構築

本研究では実用性に富んだ高効率環境浄化材料の開発を目指すために、エレクトロスピニング法によるTiO_2系複合ナノファイバーの合成を行うことを目的とする。具体的に下記の成果をあげた。(1)TiO2-PDMS系複合ファイバーの合成、(2)TiO2-Al2O3系複合ファイバーの合成、(3)TiO2-WO3系複合ファイバーの合成、(4)TiO2-導電性ポリマー複合ファイバーの合成、(5)TiO2-Ag系複合ファイバーの合成、(6)ステンレスメッシュへのナノファイバーのコーティング、(7)得られた試料の光触媒特性評価、(8)得られた試料の耐久性評価、(9)既存の光触媒材料との比較本研究では実用性に富んだ高効率環境浄化材料の開発を目指すために、エレクトロスピニング法によるTiO_2系複合ナノファイバーの合成を行うことを目的とする。(1)TiO2-PDMS系複合ファイバーの合成、(2)TiO2-Al2O3系複合ファイバーの合成、(3)TiO2-WO3系複合ファイバーの合成、(4)TiO2-導電性ポリマー複合ファイバーの合成、(5)TiO2-Ag系複合ファイバーの合成、(6)ステンレスメッシュへのナノファイバーのコーティング、(7)得られた試料の光触媒特性評価、(8)得られた試料の耐久性評価、(9)既存の光触媒材料との比較本研究では実用性に富んだ高効率環境浄化材料の開発を目指すために、エレクトロスピニング法によるTiO2系複合ナノファイバーの合成を行うことを目的とする。本年度は次の4項目、(1)TiO2-PDMS系複合ファイバーの合成、(2)TiO2-Al2O3系複合ファイバーの合成、(3)TiO2-WO3系複合ファイバーの合成、(4)TiO2-導電性ポリマー複合ファイバーの合成、について行った。(1)については、燃焼することでアモルファスSiO2を生成するPDMSを複合したTiO2系ファイバーを作製した。環境浄化材料として性質を調べるために得られたファイバーの水の接触角を調べた。その結果、超撥水性を示すことがわかった。また興味深いことに、短時間(1秒)のプラズマ照射により超親水性をしめした。通常時は汚れのつきにくい超撥水性を示し、必要時に汚れを落とす超親水性へと短時間で変化する環境浄化材料へと適用できる可能性があることがわかった。(2)については、Al2O3を複合したところ、TiO2の欠点である高温での安定性を改善することができる結果を得た。また、光触媒性能があることを確認した。(3)は、WO3を複合したところ、紫外光に対する応答感度が向上し、かつ可視光にも応答する新規可視光応答型光触媒ファイバーを作製することに成功した。(4)については、TiO2ファイバーと導電性ファイバーを複合した結果、(3)と同様に、紫外光に対する光触媒活性が向上し、かつ可視光にも応答する結果が得られた。すべての成果に対して論文を投稿する予定である。本研究では実用性に富んだ高効率環境浄化材料の開発を目指すために、エレクトロスピニング法によるTiO2系複合ナノファイバーの合成を行うことを目的とする。本年度は(1)TiO2-Al2O3系複合ファイバーの合成、(2)TiO2-Ag系複合ファイバーの合成について行った。(1)については、Al2O3を複合したTiO2ファイバーを作製した結果、TiO2の欠点である高温での安定性を改善することができる結果を得た。さらに、FE-SEMにて構造の詳細を調べると、TiO2に由来する比較的サイズの大きなルチルナノ結晶とサイズの小さいα-Al_2O_3ナノ結晶の混合物が複合し、ファイバーを構成していることが分かった。また、紫外光照射下でのアセトアルデヒドの分解実験から、複合ファイバーは光触媒性能があることを確認した。成果は論文にて報告した(J.Ceram.Soc.Japan, 117, 1203(2009))。(2)については、Agナノ粒子を温和な条件下で還元し、TiO2上に析出させたナノファイバーを作製した。TEMからAgナノ粒子がTiO2ファイバー上に担持されていることを確認した。またAg/TiO2複合ファイバーをXRDにて調べた結果、TiO2はアナターゼ型であった。紫外光照射下でのメチルオレンジの分解性能について調べた結果、Agの添加量の増加に伴って、光触媒による分解効率も向上した。しかし、一定量を超えると分解効率は減少した。この成果は論文として投稿済みである。本年度は(1)ステンレスメッシュへのナノファイバーのコーティング、(2)得られた試料の光触媒特性評価、(3)得られた試料の耐久性評価、(4)既存の光触媒材料との比較、について行った。本年度はステンレスメッシュへのナノファイバーのコーティングを行った。さらにその光触媒としての特性ついて評価したが、あまり高効率ではなかった。そこで新しい展開として、酸化チタンに1)Ag微粒子および2)共役ポリマーを複合することを検討した。その結果、1)についてはAg微粒子を酸化チタンファイバーに担持させることで光触媒活性が向上した。本研究で用いた方法は、穏やかな化学的な反応を用いたものであり、従来法に比べてAg微粒子のサイズや担持量を制御することができる。

この成果は論文として受理された(J.Nanosci.Nanotech)。2)については共役ポリマーを酸化チタンに担持させたファイバーを作製した。酸化チタンに担持される物質は一般的に無機化合物に限られている。しかし本研究では共役ポリマーを担持させることに成功し、かつ長期間の光照射でも共役ポリマーが安定であることを見出した。さらに酸化チタン-共役ポリマー複合体は可視光に応答し、その光照射下で光触媒活性を示すことが明らかになった
超好熱始原菌を用いた新しい水素生産系の構築

本年度は、本研究課題の実験対象である超好熱始原菌Thermococcus kodakaraensisKOD1株の遺伝子工学的育種を中心に研究を進めた。まず本菌に存在する2種類のヒドロゲナーゼ(細胞質型および膜型)の内、細胞質型ヒドロゲナーゼの遺伝子破壊株を作成した。ピルビン酸添加培地を用いた連続培養安定時の水素発生速度を測定した結果、破壊株は元株と比較して数%高い値を記録した。ピルビン酸を水素発生基質として用いた場合は、その代謝により水素と二酸化炭素がそれぞれ一分子ずつ発生すると考えられている。細胞質型ヒドロゲナーゼ破壊株の二酸化炭素に対する水素の発生割合は0.96であり、一元株と比較して0.08上昇していることが確認されたことから、本菌の細胞質型ヒドロゲナーゼは水素の再吸収に関与していることが示唆された。次に、ヒドロゲナーゼ以外の代謝反応が律速となっている可能性を考え、本菌の水素発生に関与する膜型ヒドロゲナーゼに還元力(還元型フェレドキシン)を供給する、ピルビン酸フェレドキシン酸化還元酵素(POR)の大量発現株の作成を行った。組換え株の水素発生速度について測定を行った結果、元株と比べてほぼ同等の値となった。そこで組換え株におけるPORの発現量を活性測定法により確認したところ、1.22倍の活性の上昇が観察された。これらのことから、PORが関わる反応は菌体内での水素発生に関わる代謝反応において律速ではないことが示唆された。最後に、T.kodakaraensisの水素生産に関する第一報がJournal of Biotechnology誌に受理され、出版された。本年度はまず、研究対象としている超好熱始原菌Thermococcus kodakaraensisKOD1株の水素生産能力に関する基本評価を行った。培養は人工海水塩、酵母エキス、トリプトンを含む基本培地にピルビン酸を加えた培地を用いた。これまでの培養槽(容積310L)を用いた連続培養実験では、生育安定時の菌体密度や代謝産物の定量結果に関して培養ごとのばらつきが大きく、再現性を欠く結果を得ることが多かった。しかしながら今回、導入した小スケール(容積1L)の培養槽により、培養ごとの測定値の誤差範囲がおおむね5%以内に収まることが判明し、安定した連続培養実験を行うことが可能となった。また基本培地にデンプンを加えた培養においても、連続培養の供給側において高分子基質であるデンプンが沈殿してしまう問題があった。デンプンの固化を防ぐために培地を保温すると、今度は培地の劣化による菌体密度の低下が観察された。そこで酵素処理により低分子化を行ったマルトデキストリンを基質に使用することで、沈殿の生成を抑制し、かつ菌体の生育に影響を与えることなく、安定した連続培養を行うことが可能となった。同時に、遺伝子組換え系を利用した水素大量生産株の分子育種にも着手している。既に遺伝子工学的に細胞質局在型ヒドロゲナーゼ遺伝子を増強した株の作成を終了している。またT.kodakaraensisは培養液中にアラニンを生成することが判明しているが、発生した水素の一部は、アラニン生成のための還元力として利用されている可能性が示唆されていた。そこで本菌株のアラニン生成反応に関与するアラニンアミノトランスフェラーゼ遺伝子の破壊株を作成した。これらの破壊株についての基本特性や水素生産量の測定を現在行っている。最後に、T.kodakaraensisの水素生産に関する第一報を現在投稿中である。
疲労回復における微量栄養素の効果

本研究では、実験動物としてヒトと同様にビタミンC生合成能を有しないモルモットを用い、肉体的疲労負荷時におけるビタミンCの効果を調べることを目的とした。1)疲労モデルの検討:疲労誘発のため、a)金網中での拘束、b)高温多湿環境下での飼育を行った。金網中の拘束後は自発的運動量は低下するが、拘束時間は1日2時間が限度であった。また、初期応答時において副腎中ビタミンCは低下するが繰返しによる体重低下等の疲労継続の効果は顕著にみられなかった。一方、高温多湿環境(37°C、75%RH/30°C、70%RH12時間昼夜サイクル)においては飼料摂取量が減少し、4日2週間の飼育期間中の体重は正常群の約60%に抑制され、運動量も減少した。この結果から、上記高温多湿環境を疲労モデルとして選択した。2)ビタミンC投与の効果に関する検討:モルモットをビタミンC欠乏飼料で2週間飼育した後、高温多湿条件を負荷した。この際、欠乏群、正常群、大量投与群に分け、ビタミンCをそれぞれ0,5,50mg/日投与して4日間投与した。この結果、ビタミンCの大量投与群では体重の上昇に効果があり、栄養状態の改善が認められ、また、ビタミンC投与群での筋肉中のカルニチンレベルの増加がみられた。このことから、ビタミンC投与によりカルニチン生合成が増加し、カルニチンが筋肉に動員され、脂肪酸酸化の促進を促すことで、疲労モデルにおける摂食量の減少を補うことが示唆された。
揮発性有機化合物除去用高分子膜の創製と膜特性との関係の解析に関する研究

浸透気化法や気化浸透法などに用いる水中に溶存している芳香族炭化水素やハロゲン化炭化水素を選択的に透過除去する高分子膜材料として,アルキルメタクリレートとジメチルシロキサンマクロモノマー(DMS)との3種のグラフト共重合体を合成した。これらの共重合体膜の中で,メチルメタクリレート(MMA)とDMSから得たPMMA-g-PDMS膜でDMS含有率が65mol%のものが,高いベンゼン選択性を示すことが明らかになった。さらに高いベンゼン選択性を得るため,フッ素含有高分子添加剤としてパーフルオロアルキレートとDMSとの共重合体であるPFA-g-PDMSを合成し,DMS含有率が65mol%であるPMMA-g-PDMS膜調製用のキャスト液にPFA-g-PDMSを添加成膜したPFA-g-PDMS/PMMA-g-PDMS膜のベンゼン選択除去性能について検討した。結果,適量のPFAの添加で膜表面の撥水化が行われ,無添加膜より高いベンゼン選択透過性を示した。また,さらに高いベンゼン選択透過性膜を目指して,上記のキャスト液にベンゼンに対して高い親和性を有するtert-ブチル[4]カリックスアレン(CA)を添加したCA/PMMA-g-PDMS膜の膜性能を検討した。ベンゼン選択透過性はCA添加量の増加に伴い著しく増し,さらに透過速度も増大した。CA添加に伴う膜性能の向上を明らかにするため,透過型電子顕微鏡やDSC測定の結果,CAがPMMA-g-PDMS膜のミクロ相分離構造中のPDMS連続相中に存在することがベンゼン選択透過性と透過速度を大きくする要因であることが明らかになった。浸透気化法や気化浸透法などに用いる水中に溶存している芳香族炭化水素やハロゲン化炭化水素を選択的に透過除去する高分子膜材料として,アルキルメタクリレートとジメチルシロキサンマクロモノマー(DMS)とのグラフト共重合体を合成した。メチルメタクリレートやエチルメタクリレートから得たPMMA-g-PDMSとPEMA-g-PDMSのグラフト共重合体は,DSC分析の結果,ミクロ相分離構造を示す2つのガラス転移点を有していたが,ブチルメタクリレートからのPBMA-g-PDMSでは,ミクロ相分離構造は観察されなかった。これらの3種のグラフト共重合体膜を用い,希薄ベンゼン水溶液と希薄四塩化炭素水溶液の透過分離特性をDMS含有率を変え測定した結果,PMMA-g-PDMS膜とPEMA-g-PDMS膜では,ベンゼンや四塩化炭素の選択透過性を示し,これらの選択透過性はDMS含有率の特定量のところで著しく向上した。一方,PBMA-g-PDMS膜もベンゼンや四塩化炭素を選択的に透過するが,これらの選択性はDMS含有量の増加と共に単調に増加していた。明らかにPMMA-g-PDMS膜やPEMA-g-PDMS膜とPBMA-g-PDMS膜との選択透過性の機構が異なることが暗示され,その相違を明らかにするため,膜の表面性質,膜内組成,膜の膨潤性,膜密度,膜内部構造などを測定した結果,炭化水素類の膜内への溶解と膜中での拡散の両因子が選択透過性に深く関係しており,特にグラフト共重合体膜のミクロ相分離構造のモルフォロジーが重要に関与していることが明らかになりつつある。平成12年度には,浸透気化法に用いる水中に溶在している揮発性有機化合物であるベンゼンやクロロホルムを選択的に除去する高分子膜として,アルキルメタクリレートとジメチルシロキサンマクロモノマー(DMS)とからのグラフト共重合膜を調製し,これらの膜性能を調べた結果,メチルメタクリレート(MMA)とDMSから得たPMMA-g-PDMS

膜でDMS含有率が65mol%のものが,高いベンゼン選択性を示すことを明らかにしてきた。そこで,本年度はさらに高いベンゼン選択透過性を得るため,次のような概念で選択透過性の改善を試みた。すなわち,水中に微量に溶在するベンゼンをより選択的に透過させる考え方において,水の選択透過を低下させることによってベンゼンの相対的な選択透過性をより向上させるため,フッ素含有高分子添加剤としてパーフルオロアルキレートとDMSとの共重合体であるPFA-g-PDMSを合成し,DMS含有率が65mol%であるPMMA-g-PDMS膜調製用のキャスト液にPFA-g-PDMSを添加成膜したPFA-g-PDMS/PMMA-g-PDMS膜のベンゼン選択除去性能について検討した。PFA-g-PDMSの添加量が約1%まではベンゼン選択透過性および透過速度は増加したが,それ以上の添加量では選択性ならびに透過速度は共に減少した。しかし,PFA-g-PDMSの無添加膜よりは高い膜性能を示した。PFA-g-PDMS添加量変化に伴うベンゼン選択透過性を明らかにするため,これらの膜の表面の接触角測定やXPS測定を行い,さらに膜の透過型電子顕微鏡観察を行った。これらの結果から,膜表面と膜内部の構造がPFA-g-PDMS添加量によって著しく異なっていた。すなわち,PFA-g-PDMSの少量添加では膜表面が幾分かは撥水化されるが十分でなく,適量の添加で膜表面の撥水化が行われていた。また,多量の添加は膜内部のPMMAとPDMSのミクロ相分離構造が連続相でなくなるためベンゼンの選択透過性が低下されることが明らかになった。平成12年度には,浸透気化法に用いる水中に溶在している揮発性有機化合物であるベンゼンやクロロホルムを選択的に除去する高分子膜として,アルキルメタクリレートとジメチルシロキサンマクロモノマー(DMS)とからのグラフト共重合体膜を調製し,これらの膜性能を調べた結果,メチルメタクリレート(MMA)とDMSから得たPMMA-g-PDMS膜でDMS含有率が65mol%のものが,高いベンゼン選択性を示すことを明らかにしてきた。平成13年度はさらに高いベンゼン選択透過性を得るため,フッ素含有高分子添加剤としてパーフルオロアルキレートとDMSとの共重合体であるPFA-g-PDMSを合成し,DMS含有率が65mol%であるPMMA-g-PDMS膜調製用のキャスト液にPFA-g-PDMSを添加成膜したPFA-g-PDMS/PMMA-g-PDMS膜のベンゼン選択除去性能について検討した。結果,適量のPFAの添加で膜表面の撥水化が行われ,無添加膜より高いベンゼン選択透過性を示した。そこで,本年度はさらに高いベンゼン選択透過性膜を目指して,上記のキャスト液にベンゼンに対して高い親和性を有するtert-ブチル[4]カリックスアレン(CA)を添加したCA/PMMA-g-PDMS膜の膜性能を検討した。ベンゼン選択透過性はCA添加量の増加に伴い著しく増し,さらに透過速度も増大した。CA添加に伴う膜性能の向上を明らかにするため,透過型電子顕微鏡やDSC測定の結果,CAがPMMA-g-PDMS膜のミクロ層分離構造中のPDMS連続相中に存在することがベンゼン選択透過性と透過速度を大きくする要因であることが明らかになった。
ナイーブT細胞の分化制御因子の解析とアレルギー性疾患の発症予測の試み

ナイーブT細胞のTh1/Th2細胞への分化能とアレルギー性疾患発症との関係を解析するため、臍帯血よりCD4陽性T細胞を分離し抗原提示細胞非依存性刺激として抗CD3抗体とB7により刺激を行いサイトカイン産生能を測定した。臍帯血CD4陽性T細胞によるIL-13とIFN-γの産生は刺激後にエフェクター細胞へと分化して獲得されるTh2サイトカインであるIL-4とTh1サイトカインであるIFN-γの産生能とそれぞれ相関し、Th2/Th1細胞への分化能の指標となると考えられた。この指標により臍帯血T細胞の分化能を解析すると、従来考えられていたようなTh2寄りの分化を示すものだけでなく、Th1への分化傾向を示すものも存在することが明かとなった。臍帯血ドナーの新生児の臨床症状を1年間追跡して気管支喘息、アトピー性皮膚炎、食物アレルギーなどのアレルギー性疾患発症の有無を確認し、臍帯血CD4陽性T細胞のサイトカイン産生能との関係を解析した。その結果、Th2サイトカインであるIL-13の産生がアトピー性疾患を発症した乳児群で発症しなかった群より高値を示し、Th1細胞を誘導するIL-12存在下でのIL-13産生もアトピー性疾患発症群で高値をとる傾向がみられた。一方、Th1サイトカインであるIFN-γの産生はアトピー性疾患発症群と非発症群との間に有意の差は認めらなかっった。また、両親のアトピー性疾患家族歴の有無とサイトカイン産生能の間にも差はみられなかった。多変量解析の結果、アトピー性疾患の発症危険因子としては、IL-12非存在下のIL-13産生能と両親のアトピー性疾患家族歴が同定された。,以上のことより、臍帯血CD4陽性T細胞によるIL-13産生能は、アトピー性疾患発症の危険性をもつ新生児を同定する上で有用であり、アトピー性疾患発症の病態に関与する因子として重要と考えられた。ナイーブT細胞のTh1/Th2細胞への分化能とアレルギー性疾患発症との関係を解析するため、臍帯血よりCD4陽性T細胞を分離し抗CD3抗体とB7で刺激する方法の有用性を検討した。臍帯血より高純度のCD4陽性細胞を短時間で効率良く分離する方法を確立し、Th1タイプのサイトカインとしてIFN-γを、Th2タイプのサイトカインとしてIL-13をELISAにより測定可能であることを確認した。この方法で初回刺激時に産生されるIFN-γ、IL-13濃度は、刺激後IL-2で増殖させた後に再刺激を行った場合のIFN-γ、IL-4産生能とそれぞれ相関が見られたことよりTh1/Th2細胞への分化傾向の指標として利用できることが判明した。これらの予備実験の結果をふまえ正常満期で出生した106名の新生児の臍帯血からCD4陽性T細胞を分解して刺激を加えた。その結果、臍帯血によってIFN-γの産生が優位なもの、IL-13の産生が優位なものが存在し、Th1、Th2への分化傾向が臍帯血によりことなることが明らかとなった。さらに、Th1細胞への分化に重要なIL-12を刺激時に加えるとIL-

13産生は抑制され、IFN-γ産生は増強されるが臍帯血によってはIL-12への反応が弱く、IL-12存在下においても大量のIL-13を産生するものが存在することが明らかになった。現在、臍帯血にみられたサイトカイン産生パターンの違いとIL-12への反応性の差とが、臍帯血ドナーである新生児のアレルギー性疾患家族歴と関連するか否かの解析を開始している。今後、1年後を一つの目安としてアトピー性皮膚炎や食物アレルギーの発症との関連性の追跡調査を行う予定である。また、臍帯血より分離した血清を用いIgEを測定し胎内感作との関係も解析する計画である。ナイーブT細胞のTh1/Th2細胞への分化能とアレルギー性疾患発症との関係を解析するため、臍帯血よりCD4陽性T細胞を分離し抗原提示細胞非依存性刺激として抗CD3抗体とB7により刺激を行いサイトカイン産生能を測定した。さらに、臍帯血ドナーの新生児の臨床症状を1年間追跡しアトピー性皮膚炎、気管支喘息、食物アレルギーの発症の有無を確認した。その結果、臍帯血CD4陽性T細胞によるサイトカイン産生パターンは従来の報告と異なり、必ずしもTh2細胞に片寄ったサイトカン産生パターンを示すのではなく、Th1タイプのサイトカインを産生しやすいものも存在した。アトピー性疾患の発症との関係では、Th2サイトカインであるIL-13の産生がアトピー性疾患を発症した乳児群で発症しなかった群より高値を示した。さらに、Th1細胞を誘導するIL-12存在下でのIL-13産生もアトピー性疾患発症群で高値をとる傾向がみられた。一方、Th1サイトカインであるIFN-γの産生はアトピー性疾患発症群と非発症群との間に有意の差は認めらなかっった。また、両親のアトピー性疾患家族歴の有無とサイトカイン産生能の間にも差はみられなかった。乳児期に湿疹病変は、アトピー性皮膚炎以外にも好発するが、IL-13産生能は湿疹性病変の持続期間とも関連し、アトピー性皮膚炎のように湿疹が2ヶ月以上持続した群では、2ヶ月未満の短期間で治癒した群にくらべ高値をしめした。多変量解析の結果、アトピー性疾患の発症危険因子としては、IL-12非存在下のIL-13産生能と両親のアトピー性疾患家族歴が同定された。,以上のことより、臍帯血CD4陽性T細胞によるIL-13産生能は、アトピー性疾患発症の危険性をもつ新生児を同定する上で有用であり、アトピー性疾患、特にアトピー性皮膚炎の病態に関与する因子として重要と考えられた。
炭素安定同位体を用いた畜産廃棄物由来病原ウイルスの微生物燃料電池における挙動解析

本年度では,微生物燃料電池などの下水処理プロセスユニットに適用可能なウイルス除去効率の新規評価手法を構築し,国内下水処理場から得られた実データを用いてウイルス除去効率を評価した。下水再生水の利用に関するWHOガイドラインでは,下水再生水の用途に応じてウイルス除去率の目標値が設定されている。このウイルス除去効率の目標値を達成するように下水処理プロセスユニットを組み合わせる際,各ユニットの病原体除去効率が予め把握されている必要がある。しかしながら,水中のウイルス濃度は頻繁に検出下限値以下となり,不検出データを含むウイルス濃度データセット(左側打ち切りデータ)を用いて,除去効率を算出することは困難である。以上のような背景のもと,本研究では微生物燃料電池におけるウイルス除去効率を推定するための新規評価手法を構築し,国内下水処理場から得られた腸管系ウイルスの定量データを用いてウイルス濃度分布およびウイルス除去効率分布の推定を試みた。本研究では,ベイズ推定モデルを用いて,腸管系ウイルス濃度を確率分布として推定した。本研究で用いるベイズ推定モデルは,不検出データに検出限界値やゼロなどの特定の値を代入することなく,検出・不検出すべてのデータが対数正規分布に従うことを仮定し,ウイルス濃度分布を推定する手法である。本研究では,構築したモデルのテスト運用として,先行研究において国内の下水処理場の下水サンプル(未処理下水および二次処理水)から得られたアデノウイルス,ノロウイルスGIおよびノロウイルスGIIの定量PCRの結果を用いて,当該下水処理場の二次処理槽におけるウイルス除去効率を推定した。本年度では,ウイルス除去効率の新規評価手法を構築したとして,国際学会2件,国内学会2件および査読付き論文1編の形で研究成果を発表した。27年度が最終年度であるため、記入しない。腸管系ウイルスは,人体内で増殖し感染者の糞便中に排出されることから,それら糞便を含む下水を経由した河川や海域の汚染が主要な汚染経路であると考えられている。下水を介した腸管系ウイルスによる水系感染症のリスクを評価するためには,下水処理プロセスにおける腸管系ウイルスの除去効率を正確に把握する必要がある。本研究では,既報のベイズ推定モデルを用いて,下水処理施設における流入下水および下水処理水の腸管系ウイルスの実測値から水中ウイルス濃度分布およびそれらの濃度比分布を正確に推定することを目的とした。下水中には複数種の腸管系ウイルスが存在することから,それらのウイルスを迅速に定量するために,本研究ではマイクロ流体工学に基づく定量PCR法(Microfluidic quantitative PCR: MF-qPCR)を用いて実験を行った。また本研究では,実験工程を管理するための内在性コントロールとして,既知濃度のウイルスとプラスミドDNAを用いた。結果として,本研究において用いたコントロールウイルスおよびプラスミドDNAの定量結果から,実験工程は問題なく行われたことが確認された。下水サンプル中に存在するウイルスに関しては,流入下水のサンプルから5種類の腸管系ウイルスが検出・定量されたものの,下水処理水サンプルにおいては今回定量を行った腸管系ウイルスすべてにおいて,陽性率が0%であった。本年度において得られた成果としては,内在性コントロールを使用することにより,定量PCR法において観測値が得られなかった場合においても,実験が適切に実行されたことを証明する手段として有用であることを示した。この知見は,不要な再実験による時間的ならびに経済的な損失防止に寄与するものであり,工学的に非常に有用な情報であるといえる。

本研究では,当初創エネルギー型の新規水処理技術である微生物燃料電池の下水サンプルを対象として研究を遂行していたものの,既存の水処理技術に対して微生物燃料電池のウイルス除去効率が著しく低いことから,高いウイルス除去効率が見込まれる膜分離活性汚泥法(Membrane Bioreactor: MBR)の流入下水と下水処理水のサンプルを対象とし,MBRリアクター内の腸管系ウイルスの挙動解析を試みた。また,MBRリアクターにおけるウイルス粒子の挙動解析を行うにあたり,安定同位体元素のウイルス粒子への標識が困難であったことから,分析手法を水中のウイルスを高感度に検出することができる定量PCR法に基づいた手法に切り替え実験を行った。実験手法こそ当初予定していた計画とは異なるものの,複数種のウイルス遺伝子を同時的かつ特異的に検出・定量することができる新規技術を取り入れることにより,本研究の第一目標である「水中に存在する腸管系ウイルスの挙動解析」に必要な定量データの蓄積に成功した。27年度が最終年度であるため、記入しない。本年度の研究において,流入下水サンプルから検出・定量された5種類の腸管系ウイルスは,ベイズ推定モデルによる正確な水中ウイルス濃度分布の推定に必要な陽性率を満たしていたものの,下水処理水サンプルに関しては,今回定量を行った腸管系ウイルスすべてにおいて,陽性率が0%であった。下水処理場におけるウイルス除去効率を評価するためには,流入下水および下水処理水両方のサンプルにおいて,水中ウイルス濃度分布が正確に推定される必要がある。そこで本研究では,下水サンプルから得られた陽性サンプル数に基づいてベイズ推定モデルで実行される計算過程が変化する,すなわち陽性サンプル数に対し最適な濃度分布推定が行われる推定モデルの作製を現在検討している。
表皮水疱症患者表皮細胞の理想的な培養条件の設定ならびに培養表皮シートの作成

これまでに慶應義塾大学病院皮膚科外来を通じて集積した非Herlitz致死接合部型および劣性栄養障害型表皮水疱症患者の表皮細胞を用いて、それぞれの表皮細胞におけるよりよい培養条件の設定を試みている。具体的には、培地の種類、継代培養の時期や回数、培養液中のカルシウム濃度などの条件ををそれぞれ数種類設定し、これらを組み合わせて設定した培養条件下での患者表皮細胞の増殖を観察し、正常ヒト表皮細胞と比較検討した。これまでのところ、一般的な正常ヒト表皮細胞の培養システムの条件と比して、患者表皮細胞の増殖速度を有意に高める培養条件は見いだされていない。また、細胞の状態に関しても、有意差を認める培養条件は得られていない。重層化に関しても同様な各患者表皮細胞を用いた検討を行っているが、重層化を有意に促進する、あるいはより強固にするような条件の設定には至っていない。個々の患者における培養条件の設定に関しては、非Herlitz致死接合部型と劣性栄養障害型の間ではその患者表皮細胞の増殖態度に多少の差があることがわかった。しかし、同じ病型の各患者表皮細胞の増殖態度に関してはこれまでのところ有意な差は得られていない。今後、培養条件をより細かく設定する、あるいは設定範囲を広げることにより患者表皮細胞の増殖および重層化をより促進する条件をみいだし、各患者における理想的な表皮細胞の培養ならびに培養表皮シートの作成条件の確立をめざす。慶應義塾大学病院皮膚科外来を通じて非Herlitz致死接合部型及び劣性栄養障害型表皮水疱症患者を集積した.集積した各患者から皮膚生検を施行し,ならびに採取した血液からDNAの分離を行った.生検検体を用いて,電子顕微鏡による微細構造の観察,ならびにモノクローナル抗体を用いた免疫組織学的検索を行い,皮膚基底膜関連蛋白抗原の発現状態を検討した.また,各患者において遺伝子解析を行い,複数の患者では変異遺伝子を確定した.これらをまとめ,各患者における病態の違いを正確に把握することができた.一方,各患者の表皮細胞を皮膚生検検体から分離,採取した.最初に,一般的な正常ヒト表皮細胞の培養システムの条件下にて患者から採取した表皮細胞の培養を行った.その結果,患者表皮細胞は正常表皮細胞に比して増殖の速度が遅い傾向にあることが確認された.しかし,それ以外に大きな問題は生じず,正常細胞の培養結果とほぼ同様の結果が得られたことから,培養に用いた基本的なシステムの大幅な変更の必要はないと判断した.現在,培地の変更,継代培養の時期や回数の調整,培養液中のカルシウム濃度の変更など各種条件を組み合わせ,増殖速度や細胞の状態を比較検討している.更に,培養表皮シート作成の際の大きなポイントである重層化に関しても,既に患者表皮細胞を用いて同様の検討を開始している.理想的な培養条件は個々の患者において異なることが予想され,これまでに得られたて結果に,個々の患者の病態の違いから考えられる表皮細胞の増殖態度の差違を加味して,各患者における理想的な表皮細胞の培養ならびに培養表皮シートの作成条件の確立をみざしている.これまでに慶應義塾大学病院皮膚科外来を通じて集積した非Herlitz致死接合部型および劣性栄養障害型表皮水疱症患者の表皮細胞を用いて、それぞれの表皮細胞におけるよりよい培養条件の設定を試みている。