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CO_2循環石炭燃焼における極低NOx化機構と高効率炉内脱硫

CO_2循環石炭燃焼では純酸素/再循環ガスの雰囲気中で石炭を燃焼させることで、分離過程を経ることなくCO_2を直接回収できる。さらに、NOxの排出量が空気燃焼時に比べ1/41/6に大幅に低下するとともに、従来は微粉炭燃焼では不可能だった高効率炉内脱硫も可能となることが期待されている。本研究は、CO_2回収、極低NOx化、高効率炉内脱硫を同時に実現する、新しい環境保全型石炭燃焼システムの基礎を確立することにある。平成9年度は、自動極低NOx化機構に重点をおいて、実験的、理論的に詳細な検討を行い、再循環ガス中のNOxが火炎場に再流入して積極的還元を受ける機構が支配的であることを明らかにした。平成10年度は、炉内高効率脱硫機構に関して、1.燃焼炉内のCO_2濃度増加による脱硫剤粒子の反応性への影響、2.再循環ガス中に含まれるSO_2が燃焼炉内に再流入することによるSO_2高濃度化の影響を考慮した。これらが高効率炉内脱硫に及ぼす影響を分離して検討するため、循環炉を用いず、流通式反応器、固定層反応器を用いて実験を行うとともに、脱硫剤粒子の反応モデルと実験結果と組み合わせることにより脱硫剤粒子のCaSO_4への転換率を見積もり、さらにその結果をもとにCO_2循環石炭燃焼のマテリアルバランスを考慮することで、CO_2循環石炭燃焼のシステム全体の脱硫効率を算出した。その結果、CO_2循環石炭燃焼における高効率炉内脱硫の主要因は、燃焼ガスのうち約4/5が再循環し、その中に含まれるSO_2が燃焼炉内に再流入することにより燃焼炉内のSO_2濃度が空気燃焼時の3倍以上に上昇、これにより脱硫反応の反応速度が上昇し、また脱硫反応で生成したCaSO_2の高温域における分解反応が抑制され、脱硫剤粒子の利用効率が大幅に向上するためであることが判明した。これらの結果を総合し、本CO_2循環石炭燃焼では高効率CO_2回収ばかりでなく、極低NOx化と高効率炉内脱硫を同時に達成できること、およびその本質的メカニズムが明らかにされた。CO_2循環型石炭燃焼では純酸素/再循環ガスの雰囲気中で石炭を燃焼させることで、分離過程を経ることなくCO_2を直接回収できる。さらに、NOxの排出量が通常の空気燃焼時に比ベ1/41/6に大幅に低下するとともに高効率炉内脱硫も可能となることが期待されている。平成9年度は、極低NOx化のメカニズムについて、実験的・理論的に詳細な検討を行った。まず、3種のNOx低減機構、1.燃焼場内のCO_2濃度増加による石炭中N分のNOxへの転換率の低下、2.再循環ガス中に含まれるNOxが火炎帯に再流入する際の還元、3.石炭中のN分と再循環ガス中のNOxの相互作用を考慮した。これら各機構によるNOx生成・分解への影響を分離して検討するため、循環炉を用いず、予混合一次元層流流通式燃焼炉を用いて実験を行い、CO_2循環石炭燃焼のマテリアルバランスを考慮することで、流通式燃焼炉での実験結果を循環炉のそれに適用した。

その結果、空気燃焼からCO_2循環石炭燃焼へ至る最終的なNOx転換率低下に対する各機構の寄与度は1.CO_2濃度増加によるNOx排出量の低下は全体の低下の10%程度、2.Fuel-Nと再循環ガス中のNOxの相互作用による低下は全体の低下の10%50%程度、3.再循環ガス中のNOxが火炎場に再流入する際のNOxの積極的還元による低下は全体の低下の50%80%と最も大きい、という結論を得た。つまりCO_2循環石炭燃焼における大幅なNOx排出量低下の主要因は通常の排気ガスのうちの約4/5が再循環しその中に含まれるNOxが火炎帯に再流入する際に約半分近くが還元されるためであることが明かとなった。さらに、化学反応動力学解析の結果から、高CO_2雰囲気下でのNOx生成・還元に関する主要な反応パスを明らかにした。CO_2循環石炭燃焼では純酸素/再循環ガスの雰囲気中で石炭を燃焼させることで、分離過程を経ることなくCO_2を直接回収できる。さらに、NO_Xの排出量が空気燃焼時に比べ1/41/6に大幅に低下するとともに、従来は微粉炭燃焼では不可能だった高効率炉内脱硫も可能となることが期待されている。本研究は、CO_2回収、極低NO_X化、高効率炉内脱硫を同時に実現する、新しい環境保全型石炭燃焼システムの基礎を確立することにある。平成10年度は、高効率炉内脱硫に重点をおいて、実験的、理論的に詳細な検討を行い、そのメカニズムを解明した。まず、炉内高効率脱硫機構に関して、1.燃焼炉内のCO_2濃度増加による脱硫剤粒子の反応性への影響、2.再循環ガス中に含まれるSO_2が燃焼炉内に再流入することによるSO_2高濃度化の影響を考慮した。これらが高効率炉内脱硫に及ぼす影響を分離して検討するため、循環炉を用いず、流通式反応器、固定層反応器を用いて実験を行うとともに、脱硫剤粒子の反応モデルと実験結果と組み合わせることにより脱硫剤粒子のCaSO_4への転換率を見積もり、さらにその結果をもとにCO_2循環石炭燃焼のマテリアルバランスを考慮することで、CO_2循環石炭燃焼のシステム全体の脱硫効率を算出した。その結果、CO_2循環石炭燃焼における高効率炉内脱硫の主要因は、燃焼ガスのうち約4/5が再循環し、その中に含まれるSO_2が燃焼炉内に再流入することにより燃焼炉内のSO_2濃度が空気燃焼時の3倍以上に上昇、これにより脱硫反応の反応速度が上昇し、また脱硫反応で生成したCaSO_2の高温域における分解反応が抑制され、脱硫剤粒子の利用効率が大幅に向上するためであることが判明した。すなわち、この現象はSO_2が炉内に濃縮するとともに再循環による実効反応時間が増大することによってシステム脱硫効率を上昇させ、循環系システムの出口でのSO_2排出量を大幅に低減させることが明らかとなった。
彗星の木星衝突による近赤外発光の研究

平成5年3月にパロマ-山天文台で発見されたシューメーカー・レビー第9彗星(1993e)が平成6年7月に木星へ衝突した。彗星そのものは発見当初から20個ほどの核に分裂しており、それぞれの大きさは約1km以上の大型天体で、予想される衝突速度は毎秒60km、ひとつの核の衝突エネルギーは10^<29>エルグ、広島型原爆の約1億倍に相当する。このような大規模な衝突現象は惑星大気に大きな変動を与え、実際に多くの異変が観測された。国立天文台岡山天体物理観測所188cm望遠鏡では近赤外線カメラ「OASIS」により、衝突直後の発光、きのこ雲からの熱放射、それに続いて生成した塵雲からの散乱光を観測することに成功した。本研究では、衝突時に国立天文台岡山天体物理観測所188cm望遠鏡で得られた数千枚に及ぶ画像データを、本研究費により購入したパーソナルコンピューターによって画像処理を行った。画像合成により、特に、衝突地点と磁力線でつながっている北半球の共約点付近について詳しくシグナルのレベルを上げ、いままで気がつかなかったようなかすかな発光を探したが、発見できなかった。もうひとつの処理として、近赤外線で映っている極地域の発光領域をモデルによって取り除き、正確な光度変化を導いた。この解析から近赤外線での発光現象の物理過程を解明した。核Kの観測データには3つの大きな発光が観測されたが、最初のものが衝突時の爆発現象が散乱されたもの、2番目が噴出したきのこ雲からの熱輻射による発光、3番目の発光きのこ雲中での塵の凝縮生成によるものと、きのこ雲物質の落下による二酸化炭素分子からの発光であると推定した。
体液性システインプロテアーゼインヒビターの網羅的解析と歯科医療への応用と実用化

本研究課題は「体液性システインプロテアーゼインヒビターを網羅的に検索して歯科医療方面に役立たせること」を展望した。以下に研究成果を述べる。1.穀類(米、豆類、イモ類等)に含まれるシステインプロテアーゼインヒビターを検索する手法として二次元電気泳動-ゼラチンリバースザイモグラフィーを開発した。この手法により穀類には第4ファミリーのシスタチン以外の高分子量システインプロテアーゼインヒビターが検出された。一部の植物性システインプロテアーゼインヒビターは歯周病菌の増殖抑制作用を発揮する可能性がある。2.コシヒカリのカルスよりオリザシスタチンIIIを発見し、組換え蛋白質の作成にも成功した。このオリザシスタチンは最近になってイネゲノム計画から明らかにされたオリザシスタチンIIと同一であことが判明した。3.食用魚類の皮膚、筋肉、肝臓などに存在しているシステインプロテアーゼをスクリーニングするために二次元電気泳動-ゼラチン(蛍光合成基質)ザイモグラフィーの手法を開発した。この手法に阻害剤(CA-074やE-64)を導入すればプロテアーゼ活性の識別化が可能である。4.日本産ウナギの体表上皮細胞から分泌される粘液中に新型のシステインプロテアーゼインヒビター(Eel-CPI-1およびEel-CPI-2と命名)が存在することを発見したEel-CPI-1はウナギレクチンAJL2と同一である。Eel-CPI-2は分子量16kDaである。これらのインヒビターは抗菌活性を示し、生体防御に関与すると考えられる。5.組換えヒト唾液シスタチンがCD4陽性免疫細胞に対してインターフェロンγを誘導発現させることを発見した。6.ヒト唾液シスタチンSA1およびSA2のモノクローナル抗体の作成に成功した。7.枯草菌にヒト唾液シスタチンを工業的規模で生産(1リットル培養あたり約1グラム)させる手法を確立した。この研究課題では動植物などに由来するシステインプロテアーセインヒビターを網羅的に検索し、歯科医療分野において活用することを目指している。以下に得られた知見を示す。1.組換え型ヒト唾液シスタチンを作成してシスタチンのサイトカイン誘導能を検討した。その結果、シスタチンSAにはCD4陽性T細胞にインターフェロンγを誘導させる生物活性があることが明らかとなった。シスタチンはサイトカインネットワークを介して免疫応答系において重要な役割を果たすのではないかと考えられる。2.組換え型シスタチンSA2に対するモノクローナル抗体を作成して様々なシスタチンに対する交差性を検討した。その結果、極めて高い選択性を持つ抗体が得られたことが判明した。高選択性のモノクローナル抗体は歯科臨床診断に利用できるかもしれない。3.魚類の体表上皮細胞の抽出液から2種のシステインプロテアーゼインヒビター(S-16PとS-31p)を精製することができた。S-16Pは分子量16kDaの塩基性蛋白質であり、強力なシステインプロテアーゼ阻害活性を示した。S-31pは既に報告されている日本産ウナギ体表レクチンAJL-2と同一の蛋白質であると判断されるが、この蛋白質にシステインプロテアーゼ阻害活性があることを新たに発見した。これらのインヒビターは口腔微生物の増殖阻止作用を発揮することが期待される。4.新潟県産コシヒカリより新奇の低分子量シスタチン(分子量14kDa)を発見し、「オリザシスタチンIII」と命名した。既に組換え蛋白質の生産にも成功している。

シスタチンを利用して歯周病予防食品を開発することを展望している。5.組換え型ヒト唾液型シスタチンを1リットル培養当たり収量が1グラムという極めて高い生産効率のシステムを開発した。6.システインプロテアーゼインヒビターの鮮明な像を与えるリバースザイモグラフィーの手法を確立した。ヒトや動植物などの生物資源に由来するシステインプロテアーゼインヒビターを網羅的に解析して本年度得られた成果を以下に述べる。1.リバースザイモグラフィーで日本産ウナギ体表上皮抽出液試料に複数システインプロテアーゼインヒビターが存在することを確認した。そのうち、Eel-CPI-1,Eel-CPI-2と命名したインヒビターを単離した。Eel-CP-1はレクチン活性を持つ新型のシステインプロテアーゼインヒビターであることが解明された。Eel-CPI-1はウナギ名費レクチンAJL-2と同一蛋白質であることが判明した。副次的にS-16pLと命名した蛋白質(ウナギレクチンAJL-1と同一)が大量に精製されたので、う蝕原性口腔細菌や歯周病原性口腔細菌に対する生理作用をしらべた。その結果、このレクチンは複数の口腔細菌に対してバイオフィルムの形成抑制作用や増殖抑制作用などを発揮することが判明した。安全性が確認されれば口腔保健に活用できる可能性がある(平成17年2月8日付け日本歯科新聞に記事掲載)。2.枯草菌(納豆菌)でシスタチンSとSAを大量生産(1リットル培養あたり約1グラムの組換えシスタチンを生産)する技法を確立した。しかしながら完全長の組換えシスタチンを製造するために更なる改良が必要である。3.大腸菌K12JM109で生産した組換えシスタチンSA1およびSA2を活用して2種のモノクローナル抗体を作成した。最近、R&D社から発売されたヒト唾液型シスタチンモノクローナル抗体とはファミリー2のヒトシスタチン群に対する交差性において著しく異なっていた。4.米のオリザシスタチン群に対応する組換え蛋白質を作成して特性解析を行なった。その結果、我々が発見したオリザシスタチ-IIIは既知のオリザシスタチン-I,オリザシスタチン-IIとはシステインプロテアーゼ阻害特性や熱処理による特性が異なる。本研究課題は「体液性システインプロテアーゼインヒビターを網羅的に検索して歯科医療方面に役立たせること」を展望する。今年度は食用生物資源のシステインプロテアーゼインヒビターも解析した。以下に研究成果を述べる。1.穀類(米、豆類、イモ類等)に含まれるシステインプロテアーゼインヒビターを検索する手法として二次元電気泳動-ゼラチンリバースザイモグラフィーを開発した。この手法により穀類には第4ファミリーのシスタチン以外の高分子量システインプロテアーゼインヒビターが検出された。一部の植物性システインプロテアーゼインヒビターは歯周病菌の増殖抑制作用を発揮する可能性がある。2.コシヒカリのカルスよりオリザシスタチン-IIIを発見し、組換え蛋白質の作成にも成功した。このオリザシスタチンは最近になってイネゲノム計画から明らかにされたオリザシスタチン-IIと同一であことが判明した。
アルカリ熱処理生体活性化チタンおよびチタン合金の整形外科用インプラントの開発

本研究の目的は以下に示した内容である。1.アルカリ熱処理チタンまたはチタン合金が骨と結合することを成犬で確認する。2.生体活性セラミックスやポーラスなチタンと結合強度を比較する。3.臨床で使用されているチタン合金の螺子や骨置換インプラントの表面を全体活性化し、その親和性と骨結合性を、処理しないコントロールと比較する。結合強度の経時的な変化を観察する。その結果以下の点が明らかになった。1.アルカリ熱処理チタンおよびチタン合金は擬似体液中で骨類似のアパタイ形成し、その構造は傾斜材料構造となる。(文献1)2.チタンまたはチタン合金をアルカり熱処理を行うと家兎脛骨に化学的に結合する事が判明した。(発表文献文献2、3、4)3.成人大腿骨、片側骨皮質に表面平滑な円柱状の処理チタンと未処理チタンを挿入した後、push-out testを行い骨との結合を検索し、アルカリ熱処理チタンが骨と結合する事が判明した。(文献5)4.より実用的なポーラス表面として、チタンのプラズマスプレイコ-ティング材料を3.と同様にテストしてアルカリ熱処理が骨との結合性を増強せることが判明した。(文献6)。5.アルカリ熱処理したチタンおよびチタン合金では長期間湿度の高い場所に保存すると、in vitroでアパタイト形成が低下することが判明し、この対策として、処置後蒸留水で洗浄するとアパタイト形成が低下しないことがわかった。アルカリ熱処理後に蒸留水で洗浄した直径5mm・長さ25mmのサンプルを、家兎の大腿骨に挿入した材料のpush-out testを行い骨結合性が高くなることが判明した。(発表を準備中)このような所見は家兎のみでなく成人を用いても証明され、人工関節での材料と骨の結合に応用できる見通しがたち、セメントレス人工股関節の大腿骨コンポーネントで平成12年より臨床治験を始める予定である。本研究でアルカリ熱処理でチタンおよびチタン合金は骨と結合する事が判明した。(文献6)。1生体活性チタンおよびチタン合金の作成チタンおよび3種類のチタン合金製のプレート状、円柱状のサンプルを作成した。各サンプルを60°CのNaOH溶液に24時間浸沈した後、各々設定した温度で1時間加熱処理を加えた。どちらの形状のどの金属も擬似体液中で骨類似のアパタイトを形成した。2加熱処理が骨との結合に及ぼす影響未処理、アルカリ処理、アルカリ加熱処理の3種類の純チタンのプレートを家兎脛骨に埋入した。経時的に屠殺し、骨との結合強度を引き剥がし試験で測定し、また、組織学的に骨とチタンの界面を観察、比較した。アルカリ加熱処理チタンは、骨と直接結合したが、アルカリ処理のみでは、未処理と同様に骨とは結合しなかった。この結果より、アルカリ処理チタンを生体活性を有するインプラントの材料とするために、加熱処理が不可欠であることが判明した。3生体活性チタンスクリューの骨との結合現在の時点では、チタン合金のスクリューの作成、及び、挿入抜去時のトルク測定の方法の開発まで、進行している。動物実験は、平成10年度に行う予定である。4アルカリ加熱処理チタン合金の骨との結合能これまで、アルカリ加熱処理を施した、純チタンは、骨と結合することが判明している。しかしながら、実際のインプラントを作成することを考慮すると、機械的特性、易加工性の点で、純チタンよりもチタン合金が望ましいと考えられる。

(1)家兎を使用した動物実験家兎脛骨に1で作成したプレート状のチタン合金を埋入し、経時的に骨とチタン合金の結合強度を測定した。8週の時点からチタン合金も純チタンと同様にアルカリ加熱処理後は、骨と直接、結合する性質を持つようになることが明らかになった。(2)犬を使用した動物実験ビ-グル犬の大腿骨に1で作成した円柱形のインプラントを埋入し、push out testを行う研究は、現在、進行中である。1アルカリ加熱処理した純チタンおよびチタン合金のpush out testを用いた骨結合能の評価アルカリ加熱処理によりもたらされる純チタンおよびチタン合金の骨結合の増強効果を広く行われている標準的なpush out testで評価した。円柱形のインプラントを、純チタンと3種類のチタン合金で作成した。それぞれの金属の半数にアルカリ加熱処理を加えた。これらのインプラントを犬の大腿骨の外側骨皮質を貫いて埋入した。4および12週後に屠殺し、push out testを施行した。4週の時点からアルカリ加熱処理したインプラントは、各種類の未処理のインプラントに比較して、4.9から9.0倍の骨結合力の増強を認めた。12週においても2.0から6.6倍のアルカリ加熱処理による増強効果が存在した。また、4種類のアルカリ加熱処理した金属間では純チタンとTi15Mo5Zr3Alの骨結合力が他の種類に比較して強い傾向を示した。2多孔状チタンインプラントの骨結合能にアルカリ加熱処理が及ぼす影響の検討これまでの研究でアルカリ加熱処理が表面が平滑なチタンの骨結合能を向上させることは判明してきたが、表面が多孔性のチタンに関してはまだ知見が得られていない。本実験では、表面を純チタンのプラズマスプレー法により多孔性にした円柱形の純チタン製のインプラントを作成した。これらのインプラントから更なる処理を加えないコントロールとアルカリ加熱処理を加えたインプラントを作成した。1.と同様の実験系で、アルカリ加熱処理による骨結合能の増強効果を調べた。結果は、4週で約1.5倍の骨結合力の増強を認めたが、12週ではアルカリ加熱処理したものとコントロール間で骨結合力で有意な差は存在しなかった。このことから、アルカリ加熱処理は、多孔性の表面を有するチタンインプラントに対しても早期においては、骨結合能を増す効果を有すると考えられる。平成9年、10年の研究により平面のチタン、チタン合金とポーラス表面を持つチタン、チタン合金が骨と結合することがわかり、また、アルカリ熱処理で表面への骨が優位に接合していることも判明した。本年度は荷重部骨接合を見る実験と実用化に向けて保存方法を検討した。荷重下での実験として、成犬大腿骨顆部荷重部に処理と無処理のインプラントを挿入し、経時的に屠殺し、インプラントの引き抜き試験をおこなった。このテストでは処置群も、無処置群同様に良好な骨結合性を示し、優位さを示さなかった。次に実用化に向けて、保存方法を検討した。アルカリ熱処理チタンを常温で保存し、アパタイト形成能を擬似体液中で比較した。
森林浴効果と個人的背景との関連の解明と森林浴空間の設計指針等の策定

本研究では、20代前半の健全な男子学生を対象に森林浴実験をおこない、気分障害や不安障害に親和性が高い特性だと思われる神経症-不安症傾向の高低によって対象者を分類し、森林環境の印象評価、認識および感想、そして森林浴の癒し効果について調べた。その結果、神経症-不安傾向が高い人たちは、森林環境に対して、より好ましく、親しみやすく、相対的に自然性が低い環境であるとして評価しており、森林浴前から、相対的に高いストレス状態にあるが、(1)短時間の歩行活動によって、特に怒りや敵意の感情が沈静化する、(2)座観活動によって、活気が昂進し疲労が低下する可能性が示唆された。当年度(平成19年度)の研究計画の主眼は、次年度(平成20年度)から、実際の森林においておこなう予定の森林浴実験の準備と、資料の収集にあった。具体的な目的は、(1)個人的背景と空間設計、利用プログラムの策定に関係した既往研究の収集と整理、(2)保健休養利用に資する空間の設計、利用プログラムの策定に関する資料の収集と整理、(3)森林浴実験調査地の想定をおこなうことであった。(1)については、国内外の個人や集団の「個人的背景」や、特定の対象への「態度」と、空間の設計やプログラムの策定との関係を調べた知見を、東京大学雑誌検索シヌテム(FELIX)、農学情報データベース(AGSEARCH)などを用いて検索し、国会図書館などへの複写の外部委託や調査出張によって収集し、内容の整理をおこなった。(2)については、森林浴や森林レクリエーションなど、保健休養的な森林空間の設計、利用プログラムの策定に関わる行政資料を上記の検索システムによって収集し、内容の整理をおこなった。(3)については、翌年に心理実験・アンケート調査をおこなう候補地として、主に4つのタイプの林相(針葉樹人工林、針葉樹天然林、落葉広葉樹林、常緑広葉樹林)に類別して、8箇所程度の森林浴コースを想定した。H19年度の研究計画が滞りなく達成されたことで、次年度に予定している森林浴実験の具体的な準備が成されたといえる。H19年度に選定した調査候補地をさらに絞りこみ、富山県富山市の落葉広葉樹林、福岡県篠栗町の大径木の針葉樹人工林、群馬県上野村の落葉広葉樹林を実際の調査地とした。実験は、20代の男子大学生・大学院生を調査対象者として、Thompson and Bafton Scale test(各人の自然観を調査するテスト)、GSES(一般的な自己効力感を調べる尺度)、BIGV(健康な成人の人格特性の5つの主要な次元を測定するための尺度)などの調査票によりパーソナリティを把握した。また、予定通り、森林浴効果とパーソナリティの関係の分析も一部着手した。これまでの関連する成果の一部を第22回環境研究発表会で発表し、査読論文として環境情報科学論文集Vol22に掲載された。具体的には、調査対象者の「形成期」および「成人期」の生活域環境(生活域における自然環境)の多寡と、(1)自然にふれる機会、(2)自然環境に対する関心の度合い、(3)自然環境に対する価値観、(4)身近な自然に対する行動などの各パーソナリティ間の関係について数量的に調べた。生活域環境を基準に調査対象者を分類(「形成期」: 3グループ、「成人期」: 3グループ)し、(1)(4)の各指標に対して、各3グループが取る傾向を分析した。その結果、生活域環境と(1)自然にふれる機会、および(4)身近な自然に対する行動については、統計的に有意差得られ関係性の確認ができた。しかし、(2)関心度および(3)自然観については有意差がなく、特定の傾向は見られなかった。このように、本プロジェクトは着実に成果を出しつつあるといえる。研究は予定どおり進捗しており、当初の計画通りに達成されつつある。森林浴の心理的効果およびパーソナリティ(個人的背景)を調べるアンケートを実施し、統計的手法を用いて森林浴効果-パーソナリティの相互の数量的な分析をおこなうことで、パーソナリティに配慮した、癒し効果の高い森林浴空間の設計やプログラムの策定に寄与することを研究目的とした。平成21年度はプロフィールアンケート、およびThompson and Barton Scaletest、GSES、Neo-FFIなどのパーソナリティ指標とPOMSによって示された森林浴の癒し効果との関係を分析した。その結果、特に、森林浴は神経症気質が高く外向性や自信の低いタイプの人などに効果的であること、さらに、歩行および座観などの活動プログラムの違いによって、神経性傾向のある群とない群とに癒し効果に差異があることなどが明らかにされた。また、そのような神経性気質がある人たちにより、心理的な疲労感を緩和し、リラックスしてもらうためには、森林の中の座れる場所をできるだけ設けて、ゆったりと森林に浸ってもらうような森林環境の整備が有効であることが提案された。

パーソナリティによって森林浴の効果の一端が異なることを示したという意味で、本課題の功績は大きい。今後は、継続的な研究によってパーソナリティと森林浴効果の生理的効果などの関係が明らかにするなど、さらに科学的なエビデンスが蓄積することで、これまで以上に森林浴が全ての利用者に等しい効果を与えている訳ではないことが、森林の管理者および利用者の双方に理解され、多様なパーソナリティを有する利用者に対して、管理者が狙った効果が柔軟に発揮されるような散策路設計やプログラムの開発に繋がることが期待できる。
ポジショナルクローニングによる脊髄小脳変性症の発症機構の解明とモデル動物の作製

ヒトの脊髄小脳変性症において,なぜ特定の神経細胞群が変性するか,さらにその治療法を確立していく基盤を築くために,遺伝性脊髄小脳変性症の中で,我々がその原因遺伝子を発見した歯状核赤核・淡蒼球ルイ体萎縮症(dentatorubral-pallidoluysian atrophy,以下DRPLA)について,ヒトの歯状核赤核・淡蒼球ルイ体萎縮症に相当する動物モデルの作製を試みた.まずヒト,マウスについて全長のDRPLA cDNA,ヒト,マウスのDRPIAゲノムDNAのクローン化を行いその構造を明らかにした.DRPLA遺伝子が,中枢神経系だけでなく体臓器においても発現が広く認められること,また,中枢神経系では著しい体細胞モザイクが存在し,神経細胞においてCAGリピートが短いということを発見した.動物モデルの作製については,78リピートのCAGリピートを有する変異ゲノムDNAをDRPLA症例からクローン化し,胚性幹細胞に導入して単一コピーを有する胚性幹細胞を得,現在キメラマウスの作製まで完了している.germline transmissionによりヒト変異DRPLA遺伝子を1コピー有するマウスの作製が近く完了する予定である.cDNAについても78リピートのCAGリピートを有する全長の変異DRPLA cDNAを作製し,これを用いてトランスジェニックマウスの作製を行った.現在までにヒト変異DRPLA cDNAを有する複数のトランスジェニックマウスが作製が完了しており,現在その表現型を慎重に経過観察している段階にある.以上,この2年間において,変異DRPLAゲノムDNAおよび変異DRPLA cDNAを有するトランスジェニックマウスの作製はほぼ達成することができた.これらのトランスジェニックマウスを用いて,その表現型,病理学的変化,遺伝子発現の異常の詳細,タンパクレベルでの発現異常などについて詳細な解析を行う必要がある.ヒトの脊髄小脳変性症において,なぜ特定の神経細胞群が変性するか,さらにその治療法を確立していく基盤を築くために,遺伝性脊髄小脳変性症の中で,我々がその原因遺伝子を発見した歯状核赤核・淡蒼球ルイ体萎縮症(dentatorubral-pallidoluysian atrophy,以下DRPLA)について,ヒトの歯状核赤核・淡蒼球ルイ体萎縮症に相当する動物モデルの作製を試みた.まずヒト,マウスについて全長のDRPLA cDNA,ヒト,マウスのDRPIAゲノムDNAのクローン化を行いその構造を明らかにした.DRPLA遺伝子が,中枢神経系だけでなく体臓器においても発現が広く認められること,また,中枢神経系では著しい体細胞モザイクが存在し,神経細胞においてCAGリピートが短いということを発見した.動物モデルの作製については,78リピートのCAGリピートを有する変異ゲノムDNAをDRPLA症例からクローン化し,胚性幹細胞に導入して単一コピーを有する胚性幹細胞を得,現在キメラマウスの作製まで完了している.germline transmissionによりヒト変異DRPLA遺伝子を1コピー有するマウスの作製が近く完了する予定である.cDNAについても78リピートのCAGリピートを有する全長の変異DRPLA cDNAを作製し,これを用いてトランスジェニックマウスの作製を行った.現在までにヒト変異DRPLA cDNAを有する複数のトランスジェニックマウスが作製が完了しており,現在その表現型を慎重に経過観察している段階にある.以上,この2年間において,変異DRPLAゲノムDNAおよび変異DRPLA cDNAを有するトランスジェニックマウスの作製はほぼ達成することができた.これらのトランスジェニックマウスを用いて,その表現型,病理学的変化,遺伝子発現の異常の詳細,タンパクレベルでの発現異常などについて詳細な解析を行う必要がある.本研究は,ヒトの神経系を侵す変性疾患の発症機構を解明し,その動物モデルを作製することを目的にしている。本年度は,遺伝性脊髄小脳変性症に属する歯状核赤核淡蒼球ルイ体萎縮症(DRPLA)に焦点をあて,その原因遺伝子の全長のヒトDRPLAcDNA,ヒトおよびstrain129マウスのゲノムDNA,全長のcDNAのクローン化を終了した。さらに,ヒトおよびマウスの全長のcDNAについては全構造解析を終了した。その結果,ヒトおよびマウスにおいて,CAG repeatは確かにタンパクへの翻訳領域に存在し,polyglutamineをコードしていることが判明した。データベースの検索からは,その機能を示唆するようなドメイン構造は見出されておらず,現在のところ,遺伝子産物の機能は不明である。現在,CAG繰り返し配列の増大した変異cDNAの作製を行っているところであり,平成7年度には,変異cDNAを有するトランスジェニックマウスの作成が可能になる予定である。ゲノムDNAについては,ヒトおよびマウスのゲノムDNAクローンの単離を終えており,平成7年度にその構造解析と,gene targettingを行う予定である。一方,CAG repeatの増大に関しては,歯状核赤核淡蒼球ルイ体萎縮症,Machado-Joseph病について詳細な解析を行い,これらの疾患の臨床像とCAG repeatの増大の程度との間には明瞭な負の相関関係があることを明らかにした。また父親が発症者であった場合に,その子に増大したCAG repeatがより不安定になることを見出し,CAG repeatの増大が病因となっている疾患に共通の現象であることを証明した。さらに,CAG repeat病に見られる不安定性の機序を解明する目的で,現在,CAG repeatの周辺の塩基配列の解析を行っており,CAG repeatの不安定性に影響するcis elementの同定を目指している。

ヒトの脊髄小脳変性症において,なぜ特定の神経細胞群が変性するか,さらにその治療法を確立していく基盤を築くために,遺伝性脊髄小脳変性症の中で,我々がその原因遺伝子を発見した歯状核赤核・淡蒼球ルイ体萎縮症(dentatorubral-pallidoluysian atrophy,以下DRPLA)について,ヒトの歯状核赤核・淡蒼球ルイ体萎縮症に相当する動物モデルの作製を試みた.まずヒト,マウスについて全長のDRPLA cDNA,ヒト,マウスのDRPLAゲノムDNAのクローン化を行いその構造を明らかにした.DRPLA遺伝子が,中枢神経系だけでなく体臓器においても発現が広く認められること,また,中枢神経系では著しい体細胞モザイクが存在し,神経細胞においてCAGリピートが短いということを発見した.動物モデルの作製については,78リピートのCAGリピートを有する変異ゲノムDNAをDRPLA症例からクローン化し,胚性幹細胞に導入して単一コピーを有する胚性幹細胞を得,現在キメラマウスの作製まで完了している.germline transmissionによりヒト変異DRPLA遺伝子を1コピー有するマウスの作製が近く完了する予定である.cDNAについても78リピートのCAGリピートを有する全長の変異DRPLA cDNAを作製し,これを用いてトランスジェニックマウスの作製を行った.現在までにヒト変異DRPLA cDNAを有する複数のトランスジェニックマウスが作製に完了しており,現在その表現型を慎重に経過観察している段階にある.以上,この2年間において,変異DRPLAゲノムDNAおよび変異DRPLA cDNAを有するトランスジェニックマウスの作製はほぼ達成することができた,これらのトランスジェニックマウスを用いて,その表現型,病理学的変化,遺伝子発現の異常の詳細,タンパクレベルでの発現異常などについて詳細な解析を行う必要がある.
脳内ニューロン間の協調とその作用の行動学的・生理学的解析

これまでの2年間の研究結果によって、ラットの海馬・線条体の一部の神経細胞の発火は、繰り返し経験する5分の間に持続的に発火頻度を変化させていることを発見した。すなわち神経活動によって経過時間が表象されていた。本年度はさらに記録細胞数を増やして解析した。その結果、細胞ごとに最大発火頻度を示したタイミング、すなわち最も活発に活動した5分の中のタイミングは細胞ごとに異なっていた。つまり、多数の細胞がそれぞれに特有の時間に活動することで、脳内で5分間にわたる長い時間経過が表象されていることが明らかになった。次に、これらの時間表象が単に報酬を受け取ってからの時間経過に対応しているだけであるのか、それとも加えて5分後に報酬が獲得できるという課題の特徴をも反映したものであるのかを検証することにした。これを実現するために、5分間隔でエサ提示が起こることを経験したことのないラットを用いて同様の5分待ち課題に取り組ませればよいことを考えついた。そこで予め課題部屋の環境に慣れさせ、餌場からエサが提示されることだけを経験させたラットを用いて実験を行った。その結果、行動上は5分をサイクルとした行動は認められなかった。しかしながら一部の神経細胞の発火は、5分間隔のエサ提示を数回経験した後に、5分付近で自発的に発火頻度が上昇した。すなわち脳内のネットワークは、5分間隔でエサが提示されることを経験すると、徐々に5分間に及ぶ時間経過を神経発火レベルで表象し分けるようになることが示唆された。さらに別の条件を設けて、5分待ち課題を訓練したラットに対して、待ち時間を8分に変更した。すると5分の時間経過を表現していた神経細胞の一部が、条件の変更後に8分にわたる時間経過を表象するような活動に変化した。本研究によって分単位の長さの時間経過が自発な発火によって脳内で繰り返し表象されることを示す初の報告となった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。脳と心臓は密接な関係性をもって活動する(感情と心拍数の関係などに代表される)。しかし従来、脳(特に海馬)は学習・記憶との関連が、心臓は疾患との関連が、別々の分野で異なる研究者の手で調べられてきた。しかし脳と心臓がいかに互いの活動に影響を及ぼすのかについて着目した知見は乏しい。そこで私は末梢器官(心臓)が中枢(脳)の活動に与える影響の解析を目指している。具体的には個体内に流れる体感時間を脳内ニューロンが協調的に作り出すメカニズムと、心拍リズムがその速度調節にどう関与するかを解明したい。そもそも日常的にヒトは時間が一定の速度で流れていると知覚している。これには体内で一定のリズムを刻むシステムの存在が想定されるが、脳波は不定期であるし、概日リズムは1日で1サイクル回る極めて遅いシステムであり関与は考えにくい。そこで数十秒数十分の時間知覚に着目し、心臓の関与に焦点を当てた。さらに海馬は外界で連続的に起じた事象を順序立てて記憶する機能を持つ。個々の事象の持続時間や事象間の隔たりを記憶する際に心拍リズムが重要な役割を果たすのではないかと考えた。これらをラットを用いて解明するために、私はこの1年間ゼロベースから実験系を構築してきた。初めに自由行動下のラットから海馬の個々の神経活動と心電図を同時記録する技術を習得し、両者の相関を即時的に検出することを可能にした。次に記録中に心拍数を任意の頻度に制御(心拍数増加と減少をどちらにも)するシステムを独自に開発した。これにより心拍操作によって体感時間が加速・減速するかを定量的に解析する技術が整った。さらにラット自身に時間経過を計測させるシステムを考案し、行動実験装置を自ら作成した。これらによってヒトを用いずに神経活動・心拍数・行動の関連性を詳細かつ定量的に追及する土台が整った。本成果をもとに末梢器官が中枢の活動に与える影響の解析を目指す。現在までの1年間で本実験の遂行に必須な土台である電気生理記録技術習得、心拍制御技術開発、行動試験構築のすべてを完遂した。3つの進捗を詳細に報告する。1.電気生理記録。ラットに手術を施し海馬へのテトロード電極をはじめ各電極を備えた微小装置を頭頂部に埋め込んだ。これにより脳波・神経活動・心電図・筋電図・呼吸リズムの大規模同時記録を行った。本システムは自由行動下で記録可能で、出力である行動と中枢や末梢の活動の直接的関連を解析出来る極めて有用な技術である。2.心拍制御技術開発。ラットに開胸手術を施し心臓に刺激電極を埋め込み心拍を制御する技術を開発した。結果、安静時の心拍(6.5-7 Hz)を電気刺激により13-14 Hz程度に上昇させることに成功した。一方で頸部迷走神経束に刺激電極を埋め込み4 Hz程度に減少させることにも成功した。心拍数の評価は1の電極埋込手術を併せて施し自由行動下で得た心電図を自ら作成した解析プログラム(MATLAB)で処理して行った。これらの手法は薬剤投与と異なり心臓に標的を絞り任意の時間幅で可逆的に心拍操作を行う点で、電気生理学において新規性と応用性が高い。3.行動課題構築。

ラットの時間知覚を解明するため、1長い時間(分単位)の解析、2運動学習では獲得出来ないルール、3体感時間の変化を定量的に検出可能な課題を構築した。時間弁別課題と5分間隔餌提示課題を考案し、本研究室が保有する3Dプリンターを駆使して実験装置を自作した。前者ではラットは提示された持続音と基準音の長短を判断する。後者では課題用ペレットが5分おきに20-30秒間だけ提示され、ラットはそれを見つけて獲得する。提示中にラットが見つけなければペレットは装置の外に回収される。これらの記録・操作、そして課題を通してラットに内在的な時間の流れを作りださせ、それを検出し、人為的に操作することを目指す。生物が知覚する時間には様々なスケールがあり、神経科学や分子生物学など様々な切り口から研究が進められている。中でも日単位(概日リズム)やミリ秒秒単位についての知見は豊富に存在する一方で、十秒数分数時間といった「インターバル時間」に関しての知見は乏しい状況にある。そこでインターバル時間のちょうど中央のスケールにあたる「分単位」の知覚に関与する神経メカニズムを解明するためにラットを用いた行動課題を構築し、分単位で起こる行動変化を引き起こすことに成功した。従来、分単位の行動課題は動物側にとってモチベーション低下の懸念があったり、実験者側にとっても十分な試行回数が確保できない可能性があるなどし、従来避けられてきた時間長領域である。これらの問題点を克服するために、高い正答率で取り組める行動課題とし、かつ区画化する時間長を5分とすることで一定の試行数(15回以上)を確保した。この課題でラットは25cm*25cmの比較的狭い課題部屋に入れられ、5分おきに部屋の一角にある餌場から報酬(45 mgペレット)が与えられた。記憶や空間認知に関与する海馬のCA1からテトロードを用いてin vivo多細胞同時記録を行った。分単位の時間知覚課題遂行中の個々の海馬神経活動のスパイク発生タイミングや発生頻度を解析した結果、一部の神経細胞(約半数)に経過時間依存的な活動が見られた。具体的には、ペレット獲得直後に発火頻度が減少/増加するが2-3分後から徐々に増加/減少し始めて発火頻度が回復し、5分後にペレットを獲得後再び減少/増加した。このように、実験者が何の外的刺激を与えずとも5分間にわたって自発的かつ持続的な発火頻度変化を繰り返し引き起こすことが示された。従来海馬で知られているタイムセル(20s程度持続)といった活動とは時間長のスケールの異なる、新たな海馬の計時メカニズムを発見することができた。私は海馬(hippocampus)の神経活動が個体の行動や時空間(特に分単位の経過時間)の情報をどのように表象しているのかに着目して記録・解析を行っている。しかしながら時間知覚における海馬の重要性を主張するためには、従来「線条体(striatum)」において盛んにおこなわれてきた秒単位の時間知覚の研究との整合性を取りながら、それらの活動を比較しつつ記述する必要があると考えた。従来の計画(海馬からの電気生理記録)に加え、同時に線条体からも行動課題中の神経活動記録を取ることとした。しかしながらテトロード記録においてこの2領域の同時記録を行うことは容易ではなかった。なぜならテトロードは深さ方向(背腹軸)に電極位置を調整することは出来ても、前後方向(吻尾軸)に4.3 mm程度も離れている2領域から同時に記録を取るには、記録装置そのものを設計し直す必要があったからである。
Ｘｉｓｔ　ＲＮＡ作用マシナリーの調節機構

本研究では哺乳類のX染色体不活性化に中心的な役割を果たすXist RNAの作用マシナリーを理解するために,不活性X染色体に局在するタンパク質とその相互作用因子に着目し,それらがXist RNAの機能発現にどのような役割を果たすかについて解析を行った.その結果,染色体の複製プログラムの制御についてさらに検討することの重要性が見いだされた.また,作製したXist RNAの局在制御に関わるタンパク質の欠損マウスに由来する各種培養細胞を樹立したことで,今後のXist RNAマシナリーのさらなる理解へ向けた道筋をつけた.本研究では哺乳類のX染色体不活性化に中心的な役割を果たすXist RNAの作用マシナリーを理解するために,不活性X染色体に局在するタンパク質とその相互作用因子に着目し,それらがXist RNAの機能発現にどのような役割を果たすかについて解析を行った.その結果,染色体の複製プログラムの制御についてさらに検討することの重要性が見いだされた.また,作製したXist RNAの局在制御に関わるタンパク質の欠損マウスに由来する各種培養細胞を樹立したことで,今後のXist RNAマシナリーのさらなる理解へ向けた道筋をつけた.EGFPおよびRFPとSmchd1との融合蛋白質を発現するトランスジェニックマウスを作製するにあたって,いくつかのこのとなるプロモーターの制御化に融合蛋白質遺伝子をつないだコンストラクトを構築し,最初に培養細胞で発現の様子を観察した.その結果に基づき,最も適切と思われるコンストラクトを用いて,トランスジェニックマウスをそれぞれ複数ライン作製し,その発現を胚線維芽細胞と初期胚で観察した.その結果,いずれのラインにおいても融合蛋白質の蛍光強度は期待したほど高いものではなく,着床前胚におけるX染色体の活性変化をこれらの融合蛋白質の動態で可視化することは困難と思われた.しかし,Smchd1-EGFPの発現を抗GFP抗体で観察したところ,Xist RNAとの共局在が確認されたことから,Smchd1-EGFPは期待したよりは発現量が低いものの,内在性Smchd1同様不活性X染色体に局在することが分かった.この結果は,抗GFP抗体でSmchd1-EGFPと相互作用する蛋白質を免疫沈降するのには,むしろ好都合と考え,トランスジェニックマウスの胎児細胞抽出液を用いた解析の準備を進めている.これまでに行った予備実験において,抗GFP抗体で胎児細胞抽出液からSmchd1-EGFPを免疫沈降出来ることを確認した.しかしながら,共沈降する蛋白質を確認するには至っておらず,沈降物の洗浄等に関してはまだまだ詳細な条件検討が必要である.とはいえ,Smchd1と相互作用する蛋白質を免疫沈降によって同定するための準備は整った.マウス胎仔においてSmchd1と相互作用する因子を探索するため,EGFP-Smchd1の融合蛋白質を発現するトランスジェニックマウスの13.5日目胎仔のホモジェネートと抗EGFP抗体を用い,免疫沈降を行ったが,共沈してきたのは内在性のSmchd1のみであった.このことから,Smchd1はおそらく二量体を形成することが示唆されるが,これと相互作用するものはこの条件では共沈しないと考えられた.現在バッファー系を含めいくつかの異なる条件での免疫沈降を検討している.Smchd1と相互作用する新規因子のマウスホモログについては,2種類のアイソフォームのそれぞれの全長cDNAをクローニングする一方,PCRによってゲノム断片の増幅もおこなった.cDNA断片はそれぞれのアイソフォームについて,蛍光蛋白質との融合蛋白質を培養細胞で発現させるための発現コンストラクトの構築に用いた,今後,これを用いて,培養細胞において不活性X染色体に局在するかどうか調べるとともに,この融合蛋白質を発現するトランスジェニックマウスの作製も進める.また,増幅したゲノム断片を持ちいて,ターゲティングコンストラクトを構築し,ES細胞へ導入後順調に相同組換えES細胞株を複数株得た.それぞれの株についてこれまでにキメラマウスを複数匹ずつ作製し,現在改変アリルの次世代への伝達を期待して交配をつづている.免疫沈降については,多少難航していてさらなる改良が必要と思われるが,遺伝子改変マウスの作製に関してはこれまでのところ順調に進んでおり,今後機能解析の進展が期待できる.不活性X染色体に局在することが知られるSMC関連蛋白質SmcHD1に着目し,これを含む蛋白質複合体を単離,同定することを試みた.前年度までに作製した,GFP-SmcHD1融合蛋白質を発現するトランスジェニックマウスの胎仔の粗抽出液と抗GFP抗体を用いた免疫沈降の結果,SmcHD1がおそらくは二量体を形成することが示唆されたが,他に共沈するものは何も得られなかった.そこで,マウスの内在性SmcHD1に対する抗体を作製し,同様の条件で免疫沈降,および質量分析を行ったところ,SmcHD1の他に量的には少ないものの,興味深い蛋白質がいくつか得られた.これらの蛋白質が不活性X染色体に局在するかどうか,培養細胞での強制発現によって調べる一方,安定発現株も樹立しそれらの局在について確認を進めている.これまでのところ,少なくとも1つの蛋白質については不活性X染色体に局在するように思われる.我々の免疫沈降では得られなかったが,共同研究者が別の経緯でヒト培養細胞において見出したSmcHD1と相互作用するHbixのマウスホモログをタグ付き蛋白質として発現するトランスジェニックマウスを作製し,これが不活性X染色体に局在することを確認した.

また,昨年度着手したノックアウトうマウスがようやく誕生し,交配を行ったところ雌雄ともにホモ接合体が得られることがわかった.Hbix欠損胚,および線維芽細胞におけるX染色体不活性化には,これまでのところ顕著影響は認められていない.XistRNAの局在制御に関わると考えられるhnRNP U (SAFA)の条件的ノソクアウトマウスを作製するため,ジーンターゲティングを行い,キメラマウスを得た.現在生殖細胞を経て改変アリルを受け継いだ個体を得るため交配を続けている.哺乳類X染色体活性制御機構において中心的な役割を果たすXist RNAは,これを発現するX染色体全域にわたってシスに結合することで染色体ワイドの不活性化(XCI)を引き起こす.不明な点が多いXist RNAの作用機序を理解するために,本研究ではこれまで,不活性X染色体に局在することが知られるSmcHD1やhnRNP Uなどの蛋白質(複合体)に着目し,それらがXist RNAの機能発現にどのような効果をもっているか解析してきた.平成25年度は(1)従来から行っているSmcHD1相互作用因子,Hbix1の機能阻害がXCIに及ぼす影響について遺伝学的解析を行う一方,(2)ようやく作製できたhnRNP Uの機能欠損マウスの表現型についての解析に着手した.(1)B6との戻し交配を行うことで,遺伝的背景によるばらつきの影響を除くことを試みた.戻し交配を8-9代重ねたもののHbix1の機能欠損ホモ接合体には異常は見いだされなかった.Hbix欠損の遺伝的背景に,さらにSmcHD1の機能欠損も導入し,[Hbix1-/-; Smchd1+/-]の個体にどのような影響が現れるか調べているが,これまでのところ,Hbix1とSmcHD1の間の遺伝的相互作用を示すような結果は得られていない.Hbix1機能欠損マウスの解析はいずれも,これが胚発生や細胞分化過程におけるクロマチン機能制御に必須なものではないことを示していると結論せざるを得ない.相互作用因子であるSmcHD1の表現型を考えると予想外の結果と言えよう.(2)hnRNP Uの機能欠損ホモ接合体は雌雄ともに胎生致死であることがわかったが,その時期や雌雄差の有無など詳細については,まだ十分解析できていない.また,条件的にcreリコンビナーゼを発現するマウスとの交配も行い,条件的機能阻害を行うための準備を進行中である.前年度までの解析によって,Smchd1相互作用因子であるHbix1の機能欠損マウスはホモ接合体が雌雄ともに正常に誕生し,子孫も作ることがわかった.マウスの遺伝的背景によって表現型に違いがみられるか調べるために,C57Bl/6との交配を5世代繰り返したが,これまでのところ表現型に大きな変化は認められていない.hnRNPU改変マウスの誕生が年度開始当初の予想よりも遅れたが,機能欠損アリル,条件的機能欠損アリル,いずれについてもヘテロ接合体を得ることができた.しかし,hnRNP U欠損ヘテロ接合体同士の交配を開始してからまだ日が浅いため,これまでのところホモ接合体の表現型については結果が得られていない.Smchd1との相互作用因子の候補として着目するCux1については,不活性X染色体をもつ培養細胞で強制発現を試みたところ,発現ベクターの導入効率は悪かったものの一部の細胞でCux1が不活性X染色体に局在するものが認められた.
高性能固体電解質の設計指針確立を目指した高速イオン伝導性水素化物単結晶薄膜作成

本研究では、未来の電池として期待される薄膜Liイオン電池開発において、電解質として注目を集める水素化物をエピタキシャル成長することにより高品質薄膜化する技術を確立するために、最も単純な水素化物であるLiHのエピタキシャル薄膜成長に取り組んだ。その結果、融点(180°C)以上に加熱して得られる液体Liを、水素ガス雰囲気下で長時間保持することにより、MgO(100)基板上にLiHエピタキシャル薄膜が成長することが明らかになった。またシミュレーションによる成長過程の解明により、様々な水素化物に対するエピタキシャル薄膜成長の指針を得ることに成功した。本研究では、全固体薄膜Liイオン電池の実現のために、高いLiイオン伝導率を示すLiBH4をPulsed lased deposition (PLD)法を用いてエピタキシャル薄膜化することを目指した。ところがLiBH4粉末の焼結体をターゲットに用いた実験で、薄膜成長に必要な原子レベルの蒸発が得られないことが判明したため、本研究にはPLD法は不向きであると判断した。そこで残りの研究期間では、Liが低融点(180.5°C)を持つことを利用して、液体とガスの反応により薄膜を成長させるVapor-liquid-solid (VLS)法を用いることにした。ただしVLS法による水素化物の薄膜成長例がなかったため、最も単純な水素化物であるLiHのエピタキシャル薄膜成長に取り組んだ。MgO(100)単結晶基板上にLi薄膜を蒸着した後、100 - 550°Cにおいて0.5気圧の水素ガス雰囲気下で2時間水素化を行った。XRD面内φスキャンを行ったところ、Liの融点以上で水素化した試料において、MgO(100)基板と同じ回折角度に4回対称なピークが観察されたことから、LiH薄膜のエピタキシャル成長に成功したことが明らかになった。LiHエピタキシャル薄膜の成長機構を理解するため、第一原理分子動力学法を用いて結晶化のシミュレーションを行った。その結果、液体Li/MgO界面において、O原子の上にLi原子が配列し、一方でMg原子の上は空隙となる原子レベルの周期構造が、LiHのエピタキシャル成長を開始するうえで重要な役割を果たすことが明らかになった。以上の結果は、LiBH4のような融点の低いアルカリ金属を含む水素化物一般においてエピタキシャル薄膜成長の指針を与えるだけでなく、基板と薄膜の界面を利用した水素化物エレクトロニクスの創成への道を開いた点でも意義深いものである。次世代型高容量電池として期待される全固体薄膜Liイオン2次電池の実現のため、本研究では固体電解質として世界最高レベルのLiイオン伝導率を持つ錯体水素化物LiBH4の世界で初めての薄膜作成を行う。LiBH4薄膜作成においては、市販の粉末LiBH4合成に利用されている固相気相反応2LiH(固体)+ B2H6(ガス)→2LiBH4(固体)を利用する予定である。そこで平成24年度は出発原料となる高品質LiH薄膜を作成から開始した。当初は既報のLiH薄膜研究に倣ってパルスレーザー堆積(PLD)法を用いた。基板にはSi(100)、ターゲットには粉末LiHの圧粉体ペレットを使用した。成膜時の水素ガス圧力を0.1 1.0 Torrまで変化させて薄膜成長を行ったところ、いずれの水素ガス圧力でもLiH相の形成が確認されたが、再現性に乏しかった。またPLD法により高品質薄膜を得るためには原料が原子・分子レベルで基板に到達する必要があるが、マクロサイズで到達した原料に由来すると思われる島状部分が薄膜表面に多数観察された。以上の結果より本研究にPLD法は不向きであるとの結論に至った。次に蒸着法を用いたLi薄膜堆積とその水素化反応によるLiH薄膜合成に着手した。Li薄膜をモリブデン多結晶基板上に室温で堆積し、その後0.5気圧の水素ガス中で30分間200°C以上に加熱した。加熱温度200°Cおよび250°Cにおいて合成した試料は、LiH由来のラマン分光ピークを常に示しており、両温度において再現性良くLiH薄膜を合成できることが明らかになった。一方、300°C以上の加熱温度では前述のピークが認めがたく、Li薄膜が水素化しにくいことが示唆された。このことは700°Cまででは合成温度が高いほど反応が促進される粉末の場合と明確な差異を示しており、水素化物薄膜合成における温度制御の重要性を示唆している。PLD法が本研究に対して適さないことが明らかとなったため、手法の変更を余儀なくされた。また新手法採択後も、Li系水素化物薄膜作成の研究例が極めて希少であることに起因する知見不足のために、薄膜成長条件最適化に時間がかかった。