hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
半導体ナノワイヤを基盤とする水素発生用材料の開拓

本研究ではまずRF支援分子線エピタキシー法を用いた選択成長法により、GaNおよびInGaN系ナノ構造の形成を試みた。6角柱錐形状のGaNナノ構造の形成に成功するとともに、選択成長用のマスク材料の変更によりナノワイヤが形成される可能性を示した。続いて、GaNの基本的な電気化学的特性を明らかにするとともに、光支援電気化学エッチングを用いて作製したGaN多孔質構造において、加工前の平坦GaN基板と比較し大きな光電流が流れることを明らかにした。以上により水素発生用材料としてのGaNナノ構造の有望性を示した。平成25年度は半導体ナノワイヤをベースとした新規水素発生材料の開発のため以下の検討を行った。(1) GaNナノ構造の形成:GaN系ナノワイヤ形成を目的として、プラズマ支援分子線エピタキシー法(rf-MBE法)を用いたGaNの選択成長を行った。平成25年度は特にマスク材料としてタングステン(W)を用い、これまでに用いてきたSiO2マスクと差について検討してた。その結果、WマスクではSiO2マスクの場合と比較し、マスク部での堆積も存在するが、開口部への成長が増大していることが明らかとなった。この差は、マスク材料と原料であるGaとの親和性に起因し、W表面ではよりGaが再蒸発しにくためと考えられる。これにより、より水素発生に適したナノワイヤ形状のGaNナノ構造が形成できる見通しを得た。(2)光支援電気化学エッチングを用いて作製したGaN多孔質構造の光電極特性を明らかにするため、NaCl溶液中で光照射のもと電流-電圧特性を評価した。多孔質構造では、加工前の平坦GaN基板と比較して非常に大きな光電流が流れることが明らかとなり、このことから水を効率的に分解する水素発生用材料としてナノ構造の有望性を示した。マスク材料としてSiO2絶縁体を堆積した後、電子ビームリソグラフィおよびエッチングによってマスク開口部を設けたGaN基板に対し、rf-MBE法によりGaNの成長を行った。適切な条件下でマスク開口部のみに良好な六角錐型のGaNナノ構造が形成できることを確認した。(2) InGaN成長条件の検討:InGaNナノワイヤの形成に必要となるInGaNおよびInGaN/GaNヘテロ構造の成長条件について検討を行った。まず、In供給量一定のもと、成長温度を変化させてInGaNを成長したところ、基板温度の上昇とともに金属Inと思われる表面堆積物の密度・サイズが減少した。そしてIn供給量の変化に対応して、成長したInGaNのIn組成が変化することをX線回折およびPL測定により確認した。続いて、GaN/InGaN多層膜構造を形成し、X線回折測定によりその構造の評価し、ほぼ設計どおおりの膜構造が形成されていることを確認した。ただし、PL測定ではInGaN層からの発光のピークは観察されず、今後膜質の最適化が必要であることも判明した。(3) InGaN/GaNナノ構造の形成と評価:(1)および(2)によって見いだされた成長条件を利用してInGaN/GaNナノ構造の選択成長を行った。InGaNの膜厚が十分薄い場合には、マスク上への堆積が確認されず、良好な選択成長が可能であることがわかった。GaN系ナノワイヤ・ナノ構造の形成に関しては、InGaNに関する検討など順調に進んでいる。一方、GaN系ナノワイヤおよびナノ構造の電気化学特性の評価に関しては、実験系のセットアップに不備があり、予定どおり推進することができなかった。この点からやや遅れていると評価せざるを得ない。まずGaNナノワイヤおよびGaNナノ構造の電気化学特性の評価を最優先で進めるとともに、水素発生の確認、ならびに発生量の精密評価を進める。また前年に引き続きInGaNを含むナノワイヤ・ナノ構造の形成について検討を進めるとともに、GaP基板上へのGaNナノワイヤの形成と電気化学特性評価および水素発生について評価する。実験系セットアップの改善のための設計に時間が必要となり、未使用額が発生した。GaN系ナノワイヤおよびナノ構造の電気化学特性の評価に必要となる実験系セットアップの整備に利用する。
サルコペニアの発症・進展の分子病態の解明と新規治療法の開発

WNKキナーゼは、遺伝性高血圧疾患である偽性低アルドステロン症II型の原因遺伝子であり、腎臓での塩分出納、血管トーヌスの調節、脂肪細胞の分化制御など生体の恒常性維持に深く関わる。WNKの下流分子の一つである輸送体Na - K - 2Cl共輸送体1(NKCC1)は骨格筋形成を正に制御しており、その阻害剤ループ利尿薬は骨格筋の再生を抑制し、サルコペニア(加齢や疾病による筋肉量の低下)に関与する。本研究ではさらに、骨格筋の主要WNKアイソフォームであるWNK1に着目し、骨格筋形成とサルコペニア発症・進展における役割を解明する事が目的である。
3次元における対称性: 量子的アプローチ

p≧2を整数とし,Gを位数pの有限巡回群をする.Gが向き付けられた閉3次元多様体Mに,円周を不動点として半自由に働くときに限り,Mは周期的であると言う.この研究の目的は3次元多様体の周期性の判定方法を見つけることである.具体的には,この20年間に発見された位相不変量を使って,3次元多様体が周期的になるための必要条件を与えることである.3次元球面内の絡み目Lは,z車由の周りの位数pの標準的な回転に関して不変であるときに限りp-周期的であると言う.Lの商絡み目の各成分と回転軸の絡み数がpを法として0であるとき,絡み目Lは強p-周期的であると言う.強周期的絡み目と周期的3次元多様体の関係はPrzytyckiとSokolovによって与えられている.つまり,3次元多様体がp-周期的であるための必要十分条件は,3次元球面から強p-周期的絡み目の手術で得られることである.本研究で得られた最初の結果は,絡み目が強p-周期的となるための必要条件である.つまり,絡み目Lが素数p-に対して強p-周期的なら,乙のConway多項式の2番目の係数がp-を法として0となる.Mを,3次元球面から枠付き絡み目Lの手術で得られた3次元多様体とする.Lescopは,Casson-Walker不変量を,Lの部分絡み目のAlexander多項式,絡み数,および枠で表す公式を得た.この式を強周期的絡み目に適用することにより,周期的3次元多様体のCasson-Walker-Lescop不変量は,(p-を法として)Lの絡み行列の符号数と1次元ホモロジー群の位数にしかよらないことがわかる.Betti数が0でない周期的多様体に限れば,Casson-Walker-Lescop不変量はp-を法として0となることがわかる.その応用として,3次元トーラスはすべての素数p>3に対して周期的ではないことがわかる.p≧2を整数とし,Gを位数pの有限巡回群をする.Gが向き付けられた閉3次元多様体Mに,円周を不動点として半自由に働くときに限り,Mは周期的であると言う.この研究の目的は3次元多様体の周期性の判定方法を見つけることである.具体的には,この20年間に発見された位相不変量を使って,3次元多様体が周期的になるための必要条件を与えることである.3次元球面内の絡み目Lは,z車由の周りの位数pの標準的な回転に関して不変であるときに限りp-周期的であると言う.Lの商絡み目の各成分と回転軸の絡み数がpを法として0であるとき,絡み目Lは強p-周期的であると言う.強周期的絡み目と周期的3次元多様体の関係はPrzytyckiとSokolovによって与えられている.つまり,3次元多様体がp-周期的であるための必要十分条件は,3次元球面から強p-周期的絡み目の手術で得られることである.本研究で得られた最初の結果は,絡み目が強p-周期的となるための必要条件である.つまり,絡み目Lが素数p-に対して強p-周期的なら,乙のConway多項式の2番目の係数がp-を法として0となる.Mを,3次元球面から枠付き絡み目Lの手術で得られた3次元多様体とする.Lescopは,Casson-Walker不変量を,Lの部分絡み目のAlexander多項式,絡み数,および枠で表す公式を得た.この式を強周期的絡み目に適用することにより,周期的3次元多様体のCasson-Walker-Lescop不変量は,(p-を法として)Lの絡み行列の符号数と1次元ホモロジー群の位数にしかよらないことがわかる.Betti数が0でない周期的多様体に限れば,Casson-Walker-Lescop不変量はp-を法として0となることがわかる.その応用として,3次元トーラスはすべての素数p>3に対して周期的ではないことがわかる.
近赤外分光組織酸素計測値と骨格筋酸素運搬機構の因果関係に関する実験的検証

本研究は,近赤外分光法(NIRS)による筋組織酸素濃度測定値が組織酸素運搬機構といかなる因果関係にあるかを,実測,計算機シミュレーション,顕微分光法で明らかにし,NIRS測定値に対するヘモグロビン(Hb)とミオグロビン(Mb)の寄与率など,NIRS測定波形を解釈する上で不可欠な基礎資料を得ることを目的とした.(1)筋組織酸素濃度イメージングによる筋代謝の時空間解析:絶対値計測が可能な空間分解法を導入し,組織酸素飽和度を画像化できるイメージング装置を試作した.運動時と回復期の組織酸素飽和度は,運動負荷の様式や酸素負債を反映した特徴的な変化を示し,本法の有用性を実証できた.(2)運動時の筋酸素消費量の時間応答:高強度収縮時の筋血流遮断を利用し,筋収縮時の酸素濃度低下率から局所的筋酸素消費量を測定する新たな測定法を開発した.装置の時間分解能を約0.1sと高速化することにより,動脈阻血などを行うことなく筋収縮時の酸素消費量をほぼ瞬時に推定することが可能になった.(3)筋組織酸酸素運搬モデルによるNIRS測定値の解析:好・嫌気性代謝系,クレアチンリン酸系,および組織酸素運搬系からなる筋代謝モデルを作成し,ヒト実測結果とモデル・シミュレーションの結果を比較検討した.その結果,HbとミオグロビンMbの測定値への寄与率に関しては,HbとMbの酸素解離曲線の違いを反映し,組織の酸素化レベルにより寄与率は大きく異なった.高強度収縮ではMbの脱酸素化が顕著になり,再酸素化の過程でMbに由来して飽和度上昇の遅延が生じることが明らかになった.(4)顕微分光法による組織酸素飽和度の測定:波長500nm帯の6波長を用いて吸光度を測定し,重回帰により散乱成分を除去して酸素飽和度を求めるシステムを試作した.マウス,ラットの腸間膜,挙睾筋で実測を行い,微小血管の血液酸素飽和度を画像化できた.本研究は,近赤外分光法(NIRS)による筋組織酸素濃度測定値が組織酸素運搬機構といかなる因果関係にあるかを,実測,計算機シミュレーション,顕微分光法で明らかにし,NIRS測定値に対するヘモグロビン(Hb)とミオグロビン(Mb)の寄与率など,NIRS測定波形を解釈する上で不可欠な基礎資料を得ることを目的とした.(1)筋組織酸素濃度イメージングによる筋代謝の時空間解析:絶対値計測が可能な空間分解法を導入し,組織酸素飽和度を画像化できるイメージング装置を試作した.運動時と回復期の組織酸素飽和度は,運動負荷の様式や酸素負債を反映した特徴的な変化を示し,本法の有用性を実証できた.(2)運動時の筋酸素消費量の時間応答:高強度収縮時の筋血流遮断を利用し,筋収縮時の酸素濃度低下率から局所的筋酸素消費量を測定する新たな測定法を開発した.装置の時間分解能を約0.1sと高速化することにより,動脈阻血などを行うことなく筋収縮時の酸素消費量をほぼ瞬時に推定することが可能になった.(3)筋組織酸酸素運搬モデルによるNIRS測定値の解析:好・嫌気性代謝系,クレアチンリン酸系,および組織酸素運搬系からなる筋代謝モデルを作成し,ヒト実測結果とモデル・シミュレーションの結果を比較検討した.その結果,HbとミオグロビンMbの測定値への寄与率に関しては,HbとMbの酸素解離曲線の違いを反映し,組織の酸素化レベルにより寄与率は大きく異なった.高強度収縮ではMbの脱酸素化が顕著になり,再酸素化の過程でMbに由来して飽和度上昇の遅延が生じることが明らかになった.(4)顕微分光法による組織酸素飽和度の測定:波長500nm帯の6波長を用いて吸光度を測定し,重回帰により散乱成分を除去して酸素飽和度を求めるシステムを試作した.マウス,ラットの腸間膜,挙睾筋で実測を行い,微小血管の血液酸素飽和度を画像化できた.本研究は,近赤外分光法(NIRS)による筋組織酸素濃度測定値が組織酸素運搬機構といかなる因果関係にあるかを,顕微分光法により細胞レベルで明らかにし,NIRS測定値に対するヘモグロビンとミオグロビンの寄与率など,NIRS測定波形を解釈する上で不可欠な基礎資料を得ることを目的としている.1.ヘモグロビンとミオグロビンのNIRS測定値への寄与に関する検討細胞レベルの測定に先立ち,まず体表光プローブを用いて各種運動負荷におけるNIRS測定を行い,筋代謝との関連を検討した.測定装置の時間分解能を0.13秒と高速度に改良し,筋収縮・弛緩に伴う血液量変化から筋灌流血液の局所的酸素飽和度を,筋収縮時の酸素濃度低下率から局所的筋酸素消費量を推定する手法を考案した.被験者6名において3種の負荷で測定を行った結果,低負荷時の筋酸素消費量は運動開始から急増し,約20秒でほぼ一定値に達したが,高負荷では一旦増加した後,数秒で急速に減少し,嫌気性代謝に移行する様子を捉えることができた.

また,安静時の筋酸素消費量を動脈阻血法と本法(1回の短時間収縮)の両者で比較すると,後者では3.6倍となった.筋収縮により酸素消費が瞬時に増加した可能性も考えられるが,ヘモグロビンとミオグロビンの酸素結合率の違いに起因する可能性が高く,筋運動時のNIRS測定値にはミオグロビン酸素化状態の変化が強く反映されていることを示唆する結果を得た.2.ヘモグロビン・ミオグロビン飽和度変化に関する顕微分光測定小動物の骨格筋を対象に,顕微分光により空間的にヘモグロビンとミオグロビンを分離し,かつこれらの吸光度変化を同時測定することを目的として,購入備品により顕微分光システムを試作した.ウシ血管内皮細胞とマウス腹腔滲出性マクロファージをテスト試料としてPI染色時の蛍光観察を行い,システムの動作確認を行った.本研究は,近赤外分光法(NIRS)による筋組織酸素濃度測定値が組織酸素運搬機構といかなる因果関係にあるかを,顕微分光法により細胞レベルで明らかにし,NIRS測定値に対するヘモグロビンとミオグロビンの寄与率など,NIRS測定波形を解釈する上で不可欠な基礎資料を得ることを目的としている.1.ヘモグロビンとミオグロビンのNIRS測定値への寄与に関する検討前年度に引き続き,体表光プローブを用いて各種運動負荷におけるNIRS測定を行い,筋代謝との関連を検討した.プローブは,絶対値計測が可能な空間分解方式のプローブを新たに作成し、使用した.各種運動負荷の実験結果よ、1)安静時の筋組織酸素飽和度は約70%であること,2)運動強度・様式に依存して定常状態の酸素飽和度は大きく異なること,3)酸素飽和度が3040%で嫌気性代謝に移行すること,4)酸素供給の絶たれた阻血状態であっても酸素飽和度の最低値は約25%であることを明らかにした.また,最大収縮時の筋中血液量変化から血中ヘモグロビンと筋中ミオグロビンの割合を推定したところ,ミオグロビンのNIRS測定値への寄与率は70%以上にも及ぶことが推測され,hypoxiaにおけるNIRS測定値はミオグロビンの酸素化状態を強く反映することを示唆する結果となった.2.ヘモグロビン・ミオグロビン飽和度変化に関する顕微分光測定全血を対象に顕微分光法による飽和度測定法を検討し,体表プローブで使用する波長帯域では測定が困難であるものの,光吸収の強い500600nmの帯域で赤血球の散乱を除去し定量的に酸素飽和度を測定可能なシステムを開発した.3.筋組織酸素濃度の時間変化に関する解析システムの開発血液(ヘモグロビン),組織,ミオグロビン,クレアチンリン酸代謝系,解糖系,有酸素代謝系から成る6コンパートメントモデルを作成し,NIRS測定値と筋酸素運搬系の因果関係を解析する基本システムを開発した.今年度は,近赤外分光法(NIRS)による筋組織酸素濃度測定値が組織酸素運搬機構といかなる因果関係にあるかを,実験と計算機シミュレーションで明らかにし,NIRS測定値に対するヘモグロビン(HB)とミオグロビン(Mb)の寄与率など,NIRS測定波形を解釈する上で不可欠な基礎資料を得ることを目的とした.1.NIRSによる筋酸素飽和度の運動負荷応答に関する実験的検証前年度に引き続き,筋組織酸素飽和度の絶対値計測が可能な空間分解方式の試作プローブを用いて,運動負荷時のMRS測定を行い,筋代謝との関連を検討した.特に運動負荷強度と部位差に着目して負荷応答解析を行った.低強度収縮では負荷応答に有意な部位差は認められなかったが,負荷が増大すると,前腕に比し前脛骨筋などでは運動直後の回復期の応答が2相性となり酸素飽和度の上昇が遅延した.2.筋組織酸酸素運搬モデルによるNIRS測定値の解析上記の特徴的な応答が何に起因するかを明らかにするため,前年度開発の筋代謝モデルを用いて実験結果を解析した.
不安定な三重項カルベンとナイトレン類のX線構造解析とその反応性の比較

化学反応を理解するには、反応途中に生成する中間体を捉えて、その性質を知ることが不可欠である。従来の研究では、レーザーと組み合わせた高速分光学の進歩によって、フェムト秒でしか存在しない不安定な中間体の存在も明らかにしてきた。しかしその中間体の構造についてはほとんど知られていない。本研究では、有機化学反応にしばしば見られる三重項カルベンや三重項ナイトレンの構造を解析することを目標とした。カルベンの場合はジアゾメタンの結晶、ナイトレンの場合はアジド化合物の結晶に、80Kという低温下で紫外光を照射して、結晶内に不安定な三重項カルベンや三重項ナイトレンを生成し、この構造を解析することを試みた。従来の結晶構造解析では不可能であったが、結晶内部まで変化させるため長波長の光を利用することと、結晶格子を壊さないように80Kという低温でデータ測定することで一部成功した。しかしそれでも結晶が崩壊するか、結晶中に生起した不安定なカルベンやナイトレンがわずかで構造を捉えることが困難な場合は、反応物のジアゾメタンやアジド化合物と複合体を作るホスト分子を導入したホストーゲスト結晶を作製し、この結晶に光を照射することで不安定種をホスト分子が作る格子の中に比較的多量作ることができた。単体の結晶では10%程度の不安定種の生成量がホストーゲスト結晶では30%程度まで増加させることができ、構造解析の精度が飛躍的に向上した。これらの解析結果から得られた三重項カルベンやナイトレンについて理論計算で求めた構造と比較すると、通常の近似法では全く一致しないが、近似の精度を上げると、実験値と一致した。このことによって、これまで不安定種の場合には不明であった理論計算の精度を直接検証することができた。さらに白金錯体の励起構造を解析することも試みた。白金錯体結晶に紫外光照射しながらに構造を解析して、結晶中の白金-白金距離が短縮することを実験的に確認した。Spring-8でデータを収集することによって、その短縮値も定量的に求められた。カルベン類の反応性については、これまでの研究で50K以下で相転移を示す現象が見つかったので、まずこの変化を直接X線解析で求めることを目指した。変化の量が少なく、しかも50K以下という条件であるので、SPring-8のBL02に設置されている極低温真空カメラを使うこととした。これまで15Kの低温でしかもバックグラウンドを低くするために真空に引いた実験は初めてであるので、実験条件の検討に時間が割かれたが、最近ようやく解析可能なデータが収集されるようになった。生成する物質は微量であるのでX線解析だけでなく、赤外吸収スペクトルでも確認しておく必要があり。本課題研究で購入した赤外分光装置が大いに役立った。ナイトレイン類の構造についても、ナイトレイン生成の原料となるフェニルアジドを10種合成し、紫外光照射による変化を調べた。その結果、アジド基周辺の反応空間の大きいアジドビフェニルの結晶のみが十分な反応空間を持っていることが判明した。この結晶について紫外光を照射すると、結晶格子を保って格子定数が変化することが観測された。約5時間照射後、結晶構造を解析したところ、アジド基がナイトレインと窒素分子に変化していることが明らかとなった。しかし生成したフェニルナイトレインの量が20%程度であり、しかも原料のアジド化合物とほぼ同じ位置を占めるので、正確な構造は得られなかった。

この問題を解決するために、アジド化合物をジベンジルアミンと複合体結晶を作らせて、この複合体結晶中の照射前の結晶構造を解析すると、アジド基周辺の空間は充分大きくなっているので、十分な量のフェニルナイトレインの生成が期待できた。紫外光照射後の結晶構造を解析すると、ナイトレインと窒素分子が23.6%生成してCる。得られた構造は量子化学計算で求められたナイトレインの構造と実験誤差範囲内で一致した。化学反応を理解するには、反応途中に生成する中間体を捉えて、その性質を知ることが不可欠である。レーザーと組み合わせた高速分光学の進歩によって、フェムト秒でしか存在しない不安定な中間体の存在も知られてきた。しかしその中間体の構造についてはほとんど知られていない。本研究では、有機化学反応にしばしば見られる三重項カルベンや三重項ナイトレンの構造を解析することを目標とした。カルベンの場合はジアゾメタンの結晶、ナイトレンの場合はアジド化合物の結晶に、80Kという低温下で紫外光を照射して、結晶内に不安定な三重項カルベンやナイトレンを生成し、この構造を解析することを試みた。これまでこの種の研究を阻害してきた要因は、結晶内への光の透過力が悪く少量の不安定生成物しかできないという点と、生成した不安定生成物をデータ測定の間長持ちさせることができないという点にあった。これらは長波長の光を利用することと、80Kという低温でデータ測定することで克服した。しかし類似化合物の結晶に広範に適用しようとすると、反応が進行しないか、反応の進行が速くて容易に結晶が崩壊してしまう場合が多いという難問が生じた。この問題は反応物のジアゾメタンやアジド化合物と複合体を作るホスト分子を導入したホストーゲスト結晶を作製し、この結晶に光を照射することで不安定化合物をホスト分子が作る格子の中に比較的多量作ることができた。単体の結晶では10%程度の不安定種の生成量がホストーゲスト結晶では30%程度まで増加させることができ、構造解析の精度が飛躍的に向上した。これらの解析結果から得られた三重項カルベンやナイトレンについて理論計算で構造を求めると通常の近似法では全く一致しないが、近似の精度を上げると、実験値と一致した。このことによって、これまで不安定種の場合には不明であった理論計算の精度を直接検証することができた。さらに白金錯体の励起構造を解析することも試みた。紫外光照射によって白金錯体中の白金-白金距離が短縮することを実験的に短縮することが確認され、その短縮値も定量的に求められた。これらの実験データを得るために新たに開発された迅速X線解析装置は米国でも特許が登録された。
DNA結合能を有するキネシン様モーターKidの染色体分配における機能と制御機構

細胞分裂期の分裂装置・染色体の複雑な動きには微小管を足場とする複数のモーター分子の協調的な働きが不可欠であり、その制御機構の解明は分裂期研究における重要な課題の一つである。Kidは染色体結合領域を有するキネシン様モーター分子である。染色体腕を紡錘体に沿って運搬し、中期板に整列させる働きを担うことが示されているが、制御機構については未知であった。本研究において、昨年度はKidの制御機構の一つとして、Cdc2によるThr463のリン酸化の重要性を明らかにした。今年度は引き続きこのリン酸化制御の生理的意義を追求すると共にKidの発現抑制を行うことにより以下のことを明らかにした。1.KidにはCdc2によるリン酸化がその結合能を抑制する第2の微小管結合領域が存在するが、Kidの微小管結合能は非リン酸化状態の第2の微小管結合領域が存在することにより、モーター領域のみの場合に比較し約5倍高まる。2.モーター領域と第2の微小管結合領域が存在することにより、Kidは微小管を束化する活性を持つ。3.RNAi法によりKidの発現を抑制したHeLa細胞では分裂中期の染色体整列異常に加え、紡錘体の極間長の短縮がおこる。また後期における染色体分配にも異常が見られる。4.第2の微小管結合領域は分裂中期/後期移行時のKidの局在変化に重要である。これらの結果から、Kidは染色体整列に加え紡錘体微小管の安定化および分裂後期の染色体分配においても重要な役割を担っており、それには第2の微小管領域を介する強い微小管結合能や束化による微小管安定化能が重要であることが示唆された。また、Cre-loxPシステムを利用したコンディショナルKid遺伝子欠損細胞株を得た。今後はこの細胞株を利用しKidの制御機構をより詳細に解析することを通し、分裂期がスムーズに進行するメカニズムの一端を明らかにしたい。M期の分裂装置・染色体の複雑な動きは複数種のモーター分子が協調的に働くことで実現されており、各モーター分子の制御機構の解明がM期研究での大きな課題のひとつとなっている。Kidは、DNA結合能を有するキネシン様モータータンパク質である。これまでの研究からKidはM期には紡錘体及び染色体に局在し、+端モーターとして染色体の中期板整列に必須であることが示されている。更に、制御機構の一つとしてM期特異的なリン酸化があり、M期における局在やDNA結合能が制御されていること、中でもCdc2によるThr463のリン酸化がKidの染色体への局在に必要であることを明らかにしてきた。これらの結果をふまえ、本年度はKidのCdc2によるリン酸化が担う制御機構について更に解析を進め、以下のことを明らかにした。1.Cdc2によるリン酸化はKidのi)Kid結合配列を含むDNA断片へのin vitroでの結合能、及びii)in vivoでのM期染色体結合能には必要ではない。2.Kidはそのstalk領域中に、モーター領域とは独立な微小管結合領域を持つ。3.Kidのstalk領域内にある微小管結合領域の結合能はATP非依存性であるが、Cdc2によるThr463残基のリン酸化により抑制される。これらの結果から、KidはThr463非リン酸化状態では第2の結合領域により微小管に対して高い親和性を持っていること、及びCdc2によるリン酸化はKidの微小管結合を可逆的にし、微小管と染色体の双方に結合するために必要であることが示された。今後、この第2の結合部位の生理的意義についてさらに解析をすすめる。また、Cre-loxPシステムを利用したコンディショナルKid遺伝子欠損細胞株を樹立する研究計画も遂行中である。

これらの結果から、Kidは染色体整列に加え紡錘体微小管の安定化および分裂後期の染色体分配においても重要な役割を担っており、それには第2の微小管領域を介する強い微小管結合能や束化による微小管安定化能が重要であることが示唆された。また、Cre-loxPシステムを利用したコンディショナルKid遺伝子欠損細胞株を得た。今後はこの細胞株を利用しKidの制御機構をより詳細に解析することを通し、分裂期がスムーズに進行するメカニズムの一端を明らかにしたい。
日露戦争の錦絵と写真-1900年代における戦争の表象-

本研究は、日露戦争(1904-05年、明治37-38年)に際して作り出された様々な戦争の表象のうち、錦絵と写真という2つの印刷技術によるメディアと表現に着目して、双方の制作/製作と受容/消費の具体的な様相を調査・考察するものである。本研究の調査によって、従来未調査の部分が多く残されていた日露戦争の表象について、具体的な考察をすすめることができた。近世から生き長らえていた錦絵と、近代に力を伸ばしてゆく写真とは、双方ともに戦争に対して注がれる人びとのまなざしを反映して展開し、技術の発展とともに移り変わっている。一方で、両者が重層的な関係を結んでいる様相が明らかとなった。本研究は、日露戦争(1904-05、明治37-38)に際して作り出された様々な戦争の表象のうち、錦絵と写真に着目して、双方の制作/製作と受容/消費の具体的な様相を調査・考察するものである。この両者を対象とするのは、近世から生き長らえていた錦絵と、近代的背景のもとに力を伸ばしてゆく写真、この二つの戦争の表象が交代してゆく様をとらえるためである。初年度は以下の方針にしたがい、調査を主眼として進めた。22年度にはデータベースの構築とともに、対象の比較・考察に重点を置く予定である。(1)錦絵今日整備されている錦絵のカタログより概観を整理し、作品調査とデータベース作成を進めた。調査の過程では、錦絵を発行していた版元、またそれを店頭に掲げ、売買する店であった絵草紙屋についての資料も収集し、これらの錦絵の存在を可能にした"場"がどのように変容していったか、そこに集う人々の振る舞いの変化、また精神や趣味の変貌をうかがうことができた。22年度にむけて、錦絵には、いったい「何が・どのように」表現されていたか、それらはどのように受容されたかといった、表象のあり方とその行方を探っている。(2)写真日露戦争においては、日清戦争とは比較不可能なほどの量の写真が撮影された。それらが新聞・画報雑誌をはじめ、絵葉書や写真帖など、多くのメディアに発表され、流通していった状況を明らかにしている。展覧会の開催も確認するなど、その広がりの様々な様相もとらえつつある。今年度は大本営の発表した写真と、主要な画報雑誌に掲載されたものを中心に、可能な限り博捜し、その把握をこころみた。この作業によって、量的な広がりが立ち現れてきた。本研究は、日露戦争(1904-05年/明治37-38年)に際して作り出された様々な戦争の表象のうち、錦絵と写真に着目して、双方の制作/製作と受容/消費の具体的な様相を調査・考察するものである。この両者を対象として、近世から続く錦絵と、近代に新しく展開した写真(製版)、この二つのメディアにおいて、戦争の表象が交代してゆく経緯の把握につとめた。今年度は以下の方針にしたがい、調査の補遺およびデータベースの構築作業を継続しつつ、対象の分析・考察に重点をおいて研究を遂行した。1.錦絵昨年度から引続き、作品調査とデータベース作成を進めた。調査の過程では、錦絵を発行していた版元、またそれを店頭に掲げ、売買する店であった絵草紙屋についての資料も収集し、これらの錦絵の存在を可能にした"場"がどのように変容していったか、そこに集う人々の振る舞いの変化、また精神や趣味の変貌を明らかにするようつとめた。2.写真日露戦争における写真の生産・流通の状況について調査をすすめた。昨年度の調査の不足を補ったほか、従軍写真班の実態についてはより詳細な調査を行った。さらに、写真そのもののみならず、こうした「写真」という言葉をめぐるまなざしについても調査を及ぼした。3.分析・考察錦絵と写真には、いったい「何が・どのように」表象されていたのかという問いに答えるために、その受容をめぐる視点もふまえながら、考察をすすめた。錦絵と写真双方の比較分析のほか、他の戦争-西南戦争から第一次大戦まで-との比較、また日露戦争時の他のメディア出版状況との比較もすすめた。これらの調査結果に基づく考察は、今後学術論文として発表し、また博士論文へ反映する予定である。
第二次世界大戦下における各国の原爆開発過程の実証的な比較研究

1.史料収集:米国立公文書館等より市販されている原爆開発関係資料については、基本的に入手を終えた。主なものは、MED、ハリソン-バンディ、トップ・シークレット各ファイル、AEC関係資料、スチムリン日記などである。またブッシュ・コナント・ファイルの一部は、ゼロックス複写を得た。シカゴ治金研究所、ロスアラモス研究所関係の技術報告書の写しについても、重要資料については入手した。企業関係のものは、入手上の制約のため、デュポン社関係の一部を入手したに止まった。米国以外のものは、上記資料に含まれているものの他に、英国、日本における技術資料の一部を入手した。2.史料分析:爆弾構想の起源とその成立条件は、U、Pu爆弾についてほぼ全面的に明らかにされた。また、これと政策決定との相関についても明確となった。研究開発方式の選択・決定における軍の介入と科学者側との齟齬の問題については、その一部が明らかにされた。研究開発の諸側面については、軍事的要請が技術的変型を生んだ点がとくに注目され、平時では現実しない技術体系が、ウラン電磁分離法、プルトニウム分離における沈澱法、大型ウラン爆弾、大型インプロージョン装置などの採用と開発として、実現化したことが示された。投下目標については、政策決定者レベルでは、43年末まではドイツと日本が並列的に設定され、44年に、ドイツでの原爆開発が未完であることの察知と前後して、対日投下に一元化されたことが明らかにされた。また、投下の事前予測は相当正確になされたものの、その目的が実験と実戦使用における味方人員の安全確保におかれたため、不完全に終ったことが示された。科学者の動員、対応については、科学者がいくつかの階層構造を持つ点から分析が行われた。1.史料収集状況本年度に新たに入手した史料は、米国ルーズ・ベルト記念館所蔵の関連資料・デュポン社関係資料,ロスアラモス研究所関係資料等で、特に最後のものには、米国の研究者より入手した、同研究所内でのみ閲覧可能な、原爆の事前予測に関するものが含まれている。また、日本における研究資料の一部を入手することができた。2、史料分析(1)研究開発関係プルトニウム爆弾の起源に関する研究が、一次資料にもとづいて進められた。また爆弾製造と事前の予測に関しては、今期に一定の前進がみられた。放射能の影響に対する研究についても、一応の目処がつけられた。(2)技術史政策史関係燃料製造の後半時期に関する研究が進められた。また、投下問題を技術的側面からおさえる点で前進がみられた。英米によるドイツ原爆の察知過程について、具体的な分析がなされ、軍と科学者の間のこの問題に対する認識の差違が、科学者に対する軍の情報管理によることが示された。また、戦後政策に関する初期の議論が明らかとされ、後者との比較がなされた。全体として、参入企業の問題の解明が困難であったが、一応の研究のまとまりをつけることが出来たと思われる。
耳石器における直線加速度感受性増強のメカニズム

最近、我々は卵形嚢神経の選択的刺激に成功し外眼筋運動ニューロン及び頚筋運動ニューロンとの基本的神経回路網を明らかにした(Bolton et al.1992;Ikegami et al.1994;Uchino et al.1994;Uchino et al.1996;Sato et al.1996).また、球形嚢神経と頚筋運動ニューロンとのシナプス結合様式も明らかにした(uchino et al.in press).これらのシナプス結合は、卵形嚢・球形嚢両神経が強調し、あらゆる方向の直線加速度及び重力方向の変化を検出し頚筋の緊張を調節する事で頭頚部を安定させ、視覚情報を正確に網膜上にとらえる事が出来ることを良く説明している.下方に直線加速度が加わると球形嚢斑背側部の有毛細胞は脱分極する事で興奮性が増大し、腹側部の有毛細胞は過分極し興奮性が減少する.もし背側部から直接入力を受ける前庭核ニューロンに腹側部から抑制性シナプス結合が存在するとすれば、前者は"興奮"を、後者は"脱抑制"を単一前庭核ニューロンに発生させる事になる.この事は利得が倍増する事を意味し、直線加速度感受性増強のメカニズムが球形嚢系前庭反射弓に存在することになる.この作業仮説を実験的に証明しバラニ-学会で発表し(Uchino et al.J.Vestibular Res.6:S5 1996)、国際学術雑誌に投稿中である.半規管系にある交連抑制は回転角加速度感受性増強のメカニズムとして知られているが、耳石器.では個々の受容器に直接加速度感受性増強のメカニズムが存在し、交連抑制は存在しない.最近、我々は卵形嚢神経の選択的刺激に成功し外眼筋運動ニューロン及び頚筋運動ニューロンとの基本的神経回路網を明らかにした(Bolton et al.1992;Ikegami et al.1994;Uchino et al.1994;Uchino et al.1996;Sato et al.1996).また、球形嚢神経と頚筋運動ニューロンとのシナプス結合様式も明らかにした(uchino et al.in press).これらのシナプス結合は、卵形嚢・球形嚢両神経が強調し、あらゆる方向の直線加速度及び重力方向の変化を検出し頚筋の緊張を調節する事で頭頚部を安定させ、視覚情報を正確に網膜上にとらえる事が出来ることを良く説明している.下方に直線加速度が加わると球形嚢斑背側部の有毛細胞は脱分極する事で興奮性が増大し、腹側部の有毛細胞は過分極し興奮性が減少する.もし背側部から直接入力を受ける前庭核ニューロンに腹側部から抑制性シナプス結合が存在するとすれば、前者は"興奮"を、後者は"脱抑制"を単一前庭核ニューロンに発生させる事になる.この事は利得が倍増する事を意味し、直線加速度感受性増強のメカニズムが球形嚢系前庭反射弓に存在することになる.この作業仮説を実験的に証明しバラニ-学会で発表し(Uchino et al.J.Vestibular Res.6:S5 1996)、国際学術雑誌に投稿中である.半規管系にある交連抑制は回転角加速度感受性増強のメカニズムとして知られているが、耳石器.では個々の受容器に直接加速度感受性増強のメカニズムが存在し、交連抑制は存在しない.
知的障害のある児童生徒の内発的動機づけを重視した授業に関する研究

1.内発的動機づけを重視した授業づくりの手だて知的障害のある児童生徒の学習活動への意欲を高める手だてについて検討し,10の内発的動機づけを高める手だてと動機づけの機能,発現形式との関係を整理した。典型的な内発的動機づけには,好奇動機と認知動機とが関係が深く,授業において「新奇性のある題材,教材教具を用意すること」「既有の知識と矛盾する出来事に出会う」工夫が有効であることを整理した。2.内発的動機づけを重視した授業の実際研究協力者の実践から内発的動機づけを高める手だてを分析し,「既有の知識と矛盾する出来事に出会う」工夫として,生活単元学習での「先行経験や既有の知識を生かせる活動の用意」(「探す活動」,「準備をする活動」,「計画を考える活動」等)が実践されており,生活単元学習が,知的障害のある児童生徒の内発的動機づけを高める学習方法であることを改めて見出した。また,授業実践8事例を報告書にまとめた。3.授業研究とその改善これまでの知的障害のある児童生徒の授業研究では,(1)授業を児童生徒同士,児童生徒と教師のコミュニケーション過程としてとらえた量的ないしは質的分析をするシステム開発とその適用による分析的研究,(2)学習心理学の知見を生かした授業構成の検討,教師の授業観の検討に結びつく指導案の事前検討,授業参観や授業批評を検討し,授業改善に重点をおいた教授学的研究,があった。知的障害の児童生徒の授業研究では,指導案の事前検討の在り方,授業批評の在り方等,実際の授業研究のシステムを改良することが現実的な授業研究の方途を示すと考えられ,インシデント・プロセス法を応用した授業研究や授業のビデオを視聴による授業改善の効果を見出した。4.成果の普及研究成果報告書を作成し,各自治体の特殊教育センター等へ配布した。日本特殊教育学会第42回大会で成果を報告する予定である。7名の研究協力者による授業研究を実施し,教師の授業における動機づけ行動のとらえ,動機づけ方法の有効性,評価目録による授業評価の在り方,授業研究のシステムについて検討した。授業研究の協議での発言などから,教師は子どもの動機づけの高まりを「見通しをもった行動」,「物の操作」,「選択する場面での行動」からとらえようとしていることが明らかになった。また,動機づけ方法として,「分かりやすい活動の提示」,「過去の経験や既有の知識を生かせる活動の用意」,「子どもの発言や行動の肯定的な評価」,「子どもがイニシアティブをとれる活動の展開」,「子ども同士の人間関係を生かした活動の設定」,「生活化して自信がもてるような活動の設定」等が有効であることが明らかになった。試作した評価目録による授業評価については,評価目録の項目と評価基準の改善点を整理した。授業研究のシステムについては,日常的,継続的にでき授業研究の方法の開発が課題となり,ビデオを活用した授業研究の方法について改善点を検討した。7名の研究協力者による授業研究を実施した。授業研究を通じて,内発的動機づけを重視し学習意欲を高める授業づくりの在り方について検討した。(1)教師の内発的動機づけにより動機づけられた子どもの行動のとらえ「見通しをもった行動」,「物を操作する行動」,「選択する場面での行動」,「戸惑ったり迷ったりする行動」,「教師へ援助を求める行動」からとらえようとしていた。これは,昨年度の成果と一致した。

(2)学習意欲を高める工夫の実際「視覚的な資料の提示等による分かりやすい活動の提示」,「活動の結果のフィードバック」,「先行経験や既有の知識を生かせる活動の用意」,「子どもの発言や行動の肯定的な評価による子どものイニシアティブの促し」,「子どもがイニシアティブをとれる活動の展開」,「子ども同士の人間関係を生かした活動の設定」,「子どもにとって切実な課題,楽しい活動の設定」等が実践されていた。これらも昨年度の成果と一致した。(3)ビデオ撮影による授業研究が児童生徒の主体的な活動や教師の行動に及ぼす影響授業案の作成→授業実践(録画)→授業研究という流れではなく,ビデオ録画→授業案の作成→授業実践(録画)→授業研究という流れで授業研究をした結果,教師自身が主体的に授業改善できたという効力感を味わえることが明らかになった。また,昨年と同様に,授業をビデオで見直すことの効果として,子どもとのコミュニケーション,信頼関係づくりの重要性や子どもの活動を余裕を持って見ておれるようになった自分に気づいたことが報告された。(4)成果の普及日本特殊教育学会第40回大会で,昨年度の成果を報告した。また,年度末に授業実践集を作成し,研究成果の普及を図った。1.内発的動機づけを重視した授業づくりの手だて知的障害のある児童生徒の学習活動への意欲を高める手だてについて検討し,10の内発的動機づけを高める手だてと動機づけの機能,発現形式との関係を整理した。典型的な内発的動機づけには,好奇動機と認知動機とが関係が深く,授業において「新奇性のある題材,教材教具を用意すること」「既有の知識と矛盾する出来事に出会う」工夫が有効であることを整理した。2.内発的動機づけを重視した授業の実際研究協力者の実践かち内発的動機づけを高める手だてを分析し,「既有の知識と矛盾する出来事に出会う」工夫として,生活単元学習で「先行経験や既有の知識を生かせる活動の用意」(「探す活動」,「準備をする活動」,「計画を考える活動」等)が実践されており,生活単元学習が知的障害のある児童生徒の内発的動機づけを高める学習方法であることを改めて見出した。また,授業実践8事例を報告書にまとめた。3.授業研究とその改善これまでの知的障害のある児童生徒の授業研究では,(1)授業を児童生徒同士,児童生徒と教師のコミュニケーション過程としてとらえた量的ないしは質的分析をするシステム開発とその適用による分析的研究,(2)学習心理学の知見を生かした授業構成の検討,教師の授業観の検討に結びつく指導案の事前検討,授業参観や授業批評を検討し,授業改善に重点をおいた教授学的研究,があった。知的障害の児童生徒の授業研究では,指導案の事前検討の在り方,授業批評の在り方等,実際の授業研究のシステムを改良することが現実的な授業研究の方途を示すと考えられ,インシデント・プロセス法を応用した授業研究や授業のビデオを視聴による授業改善の効果を検討した。4.成果の普及研究成果報告書を作成し,各自治体の特殊教育センター等へ配布した。日本特殊教育学会第42回大会で成果を報告する予定である。
生体超分子システム内における分子機能・分子間協調の顕微解析

横紋筋における収縮・弛緩はトロポミオシン・トロポニン複合体(制御系)により制御されている。平成12年度の研究では、ウシ心筋の細いフィラメントをゲルゾリンで除去し、その後アクチンフィラメント(制御系なし)を再構成した筋肉のKinetic ConstantをSinusoidal Analysisによって調べることによって、この制御系が筋収縮のKinetic Constantに影響を与え、また、ミオシン・ヘッド1つあたりの張力が1.4倍になることがわかった(Fujita et al.,2002,Biophysical Journal82:915-28)。しかし、この研究では制御系をトロポミオシン・トロポニン複合体として再構成したため、上記の変化がトロポミオシンによるものか、それともトロポニンによるものかが判別できなかった。今回、トロポミオシンとトロポニンを別々に再構成する事によってそれぞれのKinetic Constantに対する効果を調べた。トロポミオシン再構成筋(トロポニン無し)ではMgATP結合定数は20.7±2.3mM^<-1>、Piの結合定数は0.13±0.05mM^<-1>であった。また、クロスブリッジ解離の平衡定数は2.32±0.48で力発生ステップの平衡定数は0.57±0.08であった。以上の値はMgATP結合定数がコントロール筋の約2倍であること以外はコントロール筋とほとんど変わりなく、トロポミオシンが主にクロスブリッジ・キネティクスを制御している事がわかった。また、トロポミオシン再構成後のミオシンヘッド1つあたりの発生張力は裸のアクチンのときの1.2倍であり、トロポミオシン、トロポニン共にミオシン・ヘッド1つあたりの張力を増大させる効果がある事がわかった。また、制御系がクロスブリッジ・キネティクスを制御している事を筋原線維レベルで確認するため、イタリア・フローレンス大学のキアラ研、ロンバルディ研と共同研究を行い、ウサギ心筋筋原線維を用いて再構成実験を行った。その結果、制御系がない場合は短縮速度が小さい事がわかった。これらの結果、制御系によるクロスブリッジ・キネティクスを制御しているという事、変化は主にトロポミオシンによる事、トロポニンはMgATP結合定数を約1/2に下げる効果がある事、トロポミオシン・トロボニン共にミオシンヘッドあたりの力を増大させる事などがわかった。これらの結果から制御系は筋収縮のカルシウム制御だけでなく、力発生にも重要な働きを持つことがわかった。
高速双ロールキャスターによる自動車アルミボディー材の革新的等品位リサイクル

不純物によるアルミニウム合金薄板の機械的性質の劣化防止を,高速双ロールキャスターを使用して試みた.不純物は高速双ロールキャスターの急冷凝固により不純物は微細化し,劣化を押さえることが可能であった.高速双ロールキャスターを用いると鋳造用アルミニウム合金から良好な深絞性を有する薄板を作製できた.不純物による鋳造用合金の劣化も高速双ロールキャスターの急冷凝固により防ぐことができた.不純物を含むAl-Mg合金においても,劣化の防止に高速双ロールキャスターは有効であった.不純物によるアルミニウム合金薄板の機械的性質の劣化防止を,高速双ロールキャスターを使用して試みた.不純物は高速双ロールキャスターの急冷凝固により不純物は微細化し,劣化を押さえることが可能であった.高速双ロールキャスターを用いると鋳造用アルミニウム合金から良好な深絞性を有する薄板を作製できた.不純物による鋳造用合金の劣化も高速双ロールキャスターの急冷凝固により防ぐことができた.不純物を含むAl-Mg合金においても,劣化の防止に高速双ロールキャスターは有効であった.平成21年度の研究実績は以下のとおりである.実用機に相当する直径1000mmのロールを装着した縦型高速双ロールキャスターを試作した.60m/mimの高速でAl-Si-Mg合金板の作製が可能であることを明らかにした.従来の高速双ロールキャスターで発生した,内部欠陥を排除することができた.Al-Si-Mg-Cu合金も同様に薄板の作製が可能であった.Cuを添加することで準固相線温度範囲が広がり,かつ靭性が低下するので鰐口割れが発生しやすくなるが,冷却区間の拡大により欠陥の発生を低減することができた.リサイクル材を想定して0.2%のFeを添加した.一般的には,自動車のボディーシート材は1回のリサイクルで0.2%増加するとされている.0.2%のFeが増加した場合も,機械的性質は顕著に低下しなかった.本研究が目指す等品位リサイクルの可能性を,初年度は明らかにすることができた.平成22年度の研究実績は以下のとおりである。平成21年度には、等品位リサイクルの可能性を示すことができた。しかし、実機サイズの双ロールキャスターには、実験サイズの双ロールキャスターには見られない欠陥が発生することが明らかになった。つまりノズルの先端にメタルが凝固するという現象である。準固相線温度範囲の広い合金は、ノズル先端で半凝固状態のメタルが付着しやすいことが明らかになった。平成22年度には、ロール周速、注湯温度、凝固距離によりこれを改善できることが分かった。また、ロール径に対して付着が発生しないロール幅が存在することも予測できることが判明した。不純物FeとSiが結合し、Mg_2Siの析出量が不足する場合、Siを添加せずに不純物として存在するCuを利用して強度低下を防ぐことができる可能性を示唆することもできた。自動車のボディーシート用のアルミニウム合金のFe量は,良好な曲げ性を得るために一般的に0.2%以下に制限されている.しかし,一般的には一回のリサイクルで不純物としてのFe量は,約0.2%増加するため,ボディーシート材のリサイクル材をボディーシート材に使用することは不可能とされていた.また,不純物Feの除去もコスト的に実用的では無いとされていた.そのため,不純物の無害化が望まれていた.本研究では通常のアルミニウム合金用双ロールキャスターより冷却速度が優れている高速双ロールキャスターを使用して不純物を微細化して靱性に対する害を小さくすること,および組織を微細化することで靱性を向上させることで,等品位リサイクルの可能性を明らかにした.6000系と5000系の合金の他にリサイクル材を使用する鋳造用合金についても板材として使用する可能性を調査した.ボディーシートに使用する展伸用アルミニウム合金のリサイクルから研究はスタートした.不純物Fe増加が原因でAISiFe系金属間化合物の晶出による機械的性質の劣化はCuによるCuAl_2などの析出効果,またはSiの増加で防げることを示した.この研究をとおして明らかになったことは,展伸用アルミニウム合金の等品位リサイクルは可能で,高速双ロールキャスターは有効であることである.高速双ロールキャスターの高冷却能を活かし,安価なボディーシート材を作製するには,安価な鋳造用アルミニウム合金を使用すべきである.ヘム加工以外であれば,AC3A合金でさえも高速双ロールキャスターで鋳造した板は深絞りが可能であることを明らかにした.これは,アップグレードリサイクルの可能性を示唆していると考えられる.
油糧バイオマスから健康機能物質とバイオ燃料の同時製造を実現する新反応・分離技術

油糧バイオマスに含まれる抗酸化活性の高いビタミンE類(トコトリエノール、トコフェロール)や血中コレステロール濃度を下げる植物ステロールなどの脂溶性健康機能物質を選択的に回収すると同時に、軽油代替燃料となる高品質脂肪酸エステルを製造する独創的な反応・分離技術を開発した。溶媒との親和性に応じて大きく膨潤・収縮するイオン交換樹脂を充填する際に有効な容量可変式反応器を考案、油分を転化率100%で脂肪酸エステルに変換したところ、溶解度の低下によってステロールが室温で結晶化し、容易に回収できることを見出した。また、トコフェロールの回収率100%達成、トコトリエノールの高収率回収に世界に先駆け成功した。本研究では、油糧バイオマスに含まれる抗酸化活性の高いビタミンE類や血中コレステロール濃度を下げる植物ステロール、摂取不足が問題となっている必須栄養素ω-脂肪酸(EPA、DHA)などの脂溶性健康機能物質を選択的に回収すると同時に、高品質脂肪酸エステル(バイオディーゼル燃料)を製造する独創的な反応・分離技術を確立することを目指す。反応分離装置には、触媒あるいは吸着剤となるイオン交換樹脂を充填したカラムを用いるが、樹脂は溶媒との親和性に応じて大きく膨潤、収縮する。そのため、カラム内にデッドスペースが生じ、反応や分離効率が低下することが問題となっている。この問題解決のため、本年度は、樹脂層の体積変化に応じて反応器体積を自由に変化させることが可能な反応器(容量可変式樹脂充填反応器)を用いたバイオディーゼル合成と樹脂再生について検討した。バイディーゼル合成においては、反応器体積を可変としてカラム上部の液相を最小化することで、カラムを満たしていたメタノールおよび生成バイオディーゼルが反応器から速やかに流出した。これより、バイオディーゼルの生産性を増大させ、かつメタノール蒸留にかかる負荷を低減できるということが明らかとなった。同様に、樹脂再生においても可変式とすることで、再生効率を増大させ、再生に必要な溶液量を削減できることが示された。上記検討と並行して、原料油中に含まれる有用物質の選択的回収を目的として、種々の陰イオン交換樹脂を用いたビタミンEの回分吸着実験を行った。そして、樹脂への物理吸着と化学吸着を考慮した回分吸着モデルを構築し、実験結果に適用することでモデル定数を推算し、ビタミンE回収に適した陰イオン交換樹脂を見い出した。また、樹脂充填カラム型反応器における流通吸着モデルを構築し、流通系でのビタミンE吸着挙動が予測可能であることを示した。反応分離装置には、触媒あるいは吸着剤となるイオン交換樹脂を充填したカラムを用いるが、樹脂は溶媒との親和性に応じで大きく膨潤、収縮する。そのため、カラム内にデットスペースが生じ、反応や分離効率が低下することが問題となっている。この問題解決のため、本年度は、まず、出口フィルター部が可動する高さ可変式装置の設計・製作に取り組んだ。反応器サイズは、内径8cm、高さ50cmとし、出口フィルター部は高さ20-50cmの範囲で可動し、その位置と移動速度を電子制御によって自在にコントロールできるものとした。この装置の有効性を証明するため、まず、米ぬか油を用いて脂肪酸エステルの連続合成実験を行い、出口フィルター部の高さ位置を固定した状態と樹脂の膨潤程度に応じて変化させた状態での反応挙動を比較・検討した。そして、高さを適切に変化させた場合に、エステル生産性がより高くなることを示した。現在、この高さ可変式装置の適切な運転条件の探索を行っている。並行して、回分系で種々の性状の樹脂を用い、原料油に含まれる植物ステロールの回収実験を行っている。本研究では、油糧バイオマスに含まれる抗酸化活性の高いビタミンE類や血中コレステロール濃度を下げる植物ステロールなどの脂溶性健康機能物質を選択的に回収すると同時に、高品質脂肪酸エステル(バイオディーゼル燃料)を製造する独創的な反応・分離技術を確立することを目指す。本年度は、実際にビタミンE類(トコフェロールとトコトリエノール)、植物ステロール、スクアレンなどの脂溶性健康機能物質を含む米ぬか由来脱臭留出物を原料として、本反応・分離技術を用いた機能物質回収と脂肪酸エステル製造の実験を行った。実原料を用いた場合、ビタミンE類の吸着工程において、原料を過剰に供給すると原料中に僅かに含まれる脂肪酸が樹脂に吸着したビタミンE類と再交換を生じてビタミンE類を溶離させ、回収率を著しく低下させるという現象に気づいた。そこで、この脂肪酸とビタミンE類の競争的な吸着メカニズムの解明に取り組み、その結果、吸着工程での原料供給量の制御によってビタミンE類吸着量を最大化できることを見出した。