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光合成による光エネルギー変換・利用の分子機構に関する研究

本海外学術研究は,太陽エネルギーを変換固定する光合成の分子機構解明のための研究領域でのヨーロッパEC諸国の研究グループと我国の研究グループの共同研究を推進するために計画・実施された.このため,第一年次及び第二年次前半には,共同研究の実施と並行して,この研究領域での効果的な共同研究体制のあり方の調査を,我国の研究者をEC諸国へ派遺して行った.本計画での共同研究の対象領域は,植物が営む光合成の分子機構の解析とし,研究計画の立案は,対象領域についての国内研究者からの提案を,9名からなる計画委員会で検討,選択して行った.従って,本研究の中心的分担者以外に,各年度毎に異なった多くの分担者の参加をえて進められた.第二年次及び第三年次においては,国内研究者の派遺による共同研究と共に,EC圏の研究者を招へいして,国内での共同研究も実施された.第一年次は,4件の共同研究がフランス,西独のグループと行われ,第二年次には,派遺による共同研究5件,招へいによるもの3件,合計8件がフランス,西独のグループと行われた.第三年次は,派遺件,招へい3件が,フランス,西独に英国のグループを加え実施された.共同研究の内容は大きく三つの方向に区分される.第一は光エネルギーの捕獲・変換の分子機構であり,光エネルギー捕獲に関しては,基生研と西独マールブルグ大学,ミュンヘン大学のグループとの間でラン藻光捕獲分子系の構造解析及び分子内エネルギー移動の解析が行われ,新知見をえつつある(第二,三年次).光エネルギー変換分子系については,岡山大学とフランスCEAグループが光化学系IIたん白複合体について共同研究を行い,初発光化学反応である電荷の分離がおこる場を形成しているたん白分子の同定に世界ではじめて成功した.これは,日本側のたん白精製技術とフランス側の反応測定技術の協調がもたらしたもので,本海外学術研究の重要性を成果で示した代表例である.又,光化学反応中心Iたん白複合体についても,帝京大学のたん白精製技術とCEAの反応解析技術の協調による初発反応をめぐる機応因子の同定に成功したのも,もう一つの例である.この他,酸素発生機構の解析もフランスのグループと行われ,更に,西独,英国のグループとも生化学的な共同研究が4件行われた.第二は炭酸固定をるぐる方向である,主として西独のグループとの共同研究が合計件行われた.この場合にも,日本側の得意とする手法,又日本で見出された問題点と,西独のそれぞれのグループのつつ利点とが協調して,炭酸固定代謝とエネルギー変換系の共役機構,炭素代謝中間物質の移動機構,又,炭酸固定と光呼吸の関連に多くの新知見をえた.そして,その多くは,情報交換のもとに共同研究作業が両者において進められている.第三には,光合成が営まれている葉緑体の形成にかかわる方向で,フランスのグループと,名古屋大学,基生研,東京大学の各グループがそれぞれ,原色素体からの分化にかかわる分子生物学的研究,葉緑体チラコイド脂質成分の合成酵素,脂質輸送たん白の生化学的究を共同で行った.この内2件は,国内で行われた.それぞれ新知見をえると同時に,他の場合と同様,今後の永続的な協力体制の基礎作りが行われた.過去3ケ年の共同研究は,すでに29編の原著論文を生み出し,編の論文が公表へ向けて作製されつつある.昭和61年度,62年度に行われた共同研究の多くはなお研究進行中にあり,今後論文として公表される成果は更に増加することはうたがいもない.本海外学術研究は,太陽エネルギーを変換固定する光合成の分子機構解明のための研究領域でのヨーロッパEC諸国の研究グループと我国の研究グループの共同研究を推進するために計画・実施された.このため,第一年次及び第二年次前半には,共同研究の実施と並行して,この研究領域での効果的な共同研究体制のあり方の調査を,我国の研究者をEC諸国へ派遺して行った.本計画での共同研究の対象領域は,植物が営む光合成の分子機構の解析とし,研究計画の立案は,対象領域についての国内研究者からの提案を,9名からなる計画委員会で検討,選択して行った.従って,本研究の中心的分担者以外に,各年度毎に異なった多くの分担者の参加をえて進められた.第二年次及び第三年次においては,国内研究者の派遺による共同研究と共に,EC圏の研究者を招へいして,国内での共同研究も実施された.第一年次は,4件の共同研究がフランス,西独のグループと行われ,第二年次には,派遺による共同研究5件,招へいによるもの3件,合計8件がフランス,西独のグループと行われた.第三年次は,派遺件,招へい3件が,フランス,西独に英国のグループを加え実施された.共同研究の内容は大きく三つの方向に区分される.第一は光エネルギーの捕獲・変換の分子機構であり,光エネルギー捕獲に関しては,基生研と西独マールブルグ大学,ミュンヘン大学のグループとの間でラン藻光捕獲分子系の構造解析及び分子内エネルギー移動の解析が行われ,新知見をえつつある(第二,三年次).光エネルギー変換分子系については,岡山大学とフランスCEAグループが光化学系IIたん白複合体について共同研究を行い,初発光化学反応である電荷の分離がおこる場を形成しているたん白分子の同定に世界ではじめて成功した.

これは,日本側のたん白精製技術とフランス側の反応測定技術の協調がもたらしたもので,本海外学術研究の重要性を成果で示した代表例である.又,光化学反応中心Iたん白複合体についても,帝京大学のたん白精製技術とCEAの反応解析技術の協調による初発反応をめぐる機応因子の同定に成功したのも,もう一つの例である.この他,酸素発生機構の解析もフランスのグループと行われ,更に,西独,英国のグループとも生化学的な共同研究が4件行われた.第二は炭酸固定をるぐる方向である,主として西独のグループとの共同研究が合計件行われた.この場合にも,日本側の得意とする手法,又日本で見出された問題点と,西独のそれぞれのグループのつつ利点とが協調して,炭酸固定代謝とエネルギー変換系の共役機構,炭素代謝中間物質の移動機構,又,炭酸固定と光呼吸の関連に多くの新知見をえた.そして,その多くは,情報交換のもとに共同研究作業が両者において進められている.第三には,光合成が営まれている葉緑体の形成にかかわる方向で,フランスのグループと,名古屋大学,基生研,東京大学の各グループがそれぞれ,原色素体からの分化にかかわる分子生物学的研究,葉緑体チラコイド脂質成分の合成酵素,脂質輸送たん白の生化学的究を共同で行った.この内2件は,国内で行われた.それぞれ新知見をえると同時に,他の場合と同様,今後の永続的な協力体制の基礎作りが行われた.過去3ケ年の共同研究は,すでに29編の原著論文を生み出し,編の論文が公表へ向けて作製されつつある.昭和61年度,62年度に行われた共同研究の多くはなお研究進行中にあり,今後論文として公表される成果は更に増加することはうたがいもない.
ヒマラヤ西部地域の隠花植物の調査研究

1990年から1992年にかけて.ヒマラヤ西域のパキスタンにて.隠花植物(シダ植物.コケ植物.菌類.地衣類.藻類)の調査を行った。この調査の目的は.日本と関係の深いヒマラヤ地域の隠花植物相を明らかにし.日本の隠花植物相と比較することにより.両地域の隠花想物相の関係や成立の要因を明らかにすることである。パキスタンでの協同研究の相手は.パキスタン自然史博物館で.調査は中池敏之を研究代表者とし.日本側15名.パキスタン側5名で実施した。調査地域は主にイスラマバード周辺.スワート谷(カラム.マチルタン.アトロール).マリーヒル.カガン谷(ナラン.ショグラン.シャラン).ナンガパルバットの北麓と南麓.ギルギッド.フンザ.スカルドー.デオサイ.ベシャム.ディール.ロワリー峠.チトラル.カラシュ谷.ペシャワール.クエタ周辺.カラチ。現地調査では.多くの資料を採集し.日本に持ち帰った。標本の第一セットはそれぞれの研究者の標本庫に.また.第二セットはパキスタン自然史博物館に保管されれいる。それら標本はこれまでに畜積された標本をも加えて.今.それぞれの.専門分野でパキスタン側の研究者と連絡を取りながら.取りまとめを行っているが.今日までに出来上がった分は「Cryptogamic Flora of Pakistan,vol.1」(1992).「Biologia (Lahore),vol.37」(1992).「Hikobia,vol.11」(1991).「日本蘇苔類学会報vol.5(9)」(1991)に以下のようなタイトルで発表されている。(藻類)LEGHARI&SULTANA:パキスタン.チイラダムの藍藻。田中・SHAMEEL:パキスタンのマングローブ林の大型藻類。SHAMEEL・田中:パキスタンの海産藻類のチェックリスト。LEGHARI & SULTAN:パキスタン.ケンジャール湖の藍藻。LEGHARI & SULTANA・坂東:カガーン.マルカパルバットの珪藻類。(菌類)萩原:パキスタンの細胞性粘菌1.森林.農耕地.高山の放牧地での分布と生育。萩原:ナンガパルバット南麓における細胞性粘菌の標高差の分布状態。山本・萩原・SULUTANA:パキスタン北部の変形菌三川:パキスタンのMucrraceous(1)。青島:パキスタンの菌類リスト.1.サルノコシカケ科。柴田:パキスタンの高等担子菌類。吉見:パキスタンの腹菌類。岡根・柿嶌・小野:パキスタン.マリーヒル菌で採集されたサビ菌類。小野・柿嶌:パキスタン.スワート谷のサビ菌類。小野:パキスタン.カガン谷のサビ菌類。SULUTANA・萩原:パキスタン変形菌相への幾つかの追加。(コケ植物)樋口:ヒマラヤ産のゴラニア属。山田:クビレケビラゴケの花被について。井上・樋口:パキスタン産ハイゴケの仲間の染色体数。樋口:国立科学博物館の植物調査隊によって採集されたパキスタンのコケ植物。(シダ植物)中池:1990年パキスタンで採集したシダ植物のリスト。上記の論文の他.この調査の標本をもとに書かれた8編の論文が現在.中池の手元に集ってきており.これらの論文にさらに数点の論文を加えて.1993年度中に「Cryptogamic Flora of Pakistan,vol.2」の中で発表の予定である。調査の概要や様子は.萩原.中池によって国立科学博物館ニュース(1992年.1993年)にて.「パキスタン北部の植物調査」.「パキスタンでの隠花植物調査」.「パキスタンの山奥にて」.「ヒマラヤ隠花植物展」の題名のもとに記されている。また.標本の一部は平成3年3月2日から4月4日まで国立科学博物館で開催されたヒマラヤ隠花植物展にて.展示.解説された。それら標本はこれまでに畜積された標本をも加えて.今.それぞれの.専門分野でパキスタン側の研究者と連絡を取りながら.取りまとめを行っているが.

今日までに出来上がった分は「Cryptogamic Flora of Pakistan,vol.1」(1992).「Biologia (Lahore),vol.37」(1992).「Hikobia,vol.11」(1991).「日本蘇苔類学会報vol.5(9)」(1991)に以下のようなタイトルで発表されている。(藻類)LEGHARI&SULTANA:パキスタン.チイラダムの藍藻。田中・SHAMEEL:パキスタンのマングローブ林の大型藻類。SHAMEEL・田中:パキスタンの海産藻類のチェックリスト。LEGHARI & SULTAN:パキスタン.ケンジャール湖の藍藻。LEGHARI & SULTANA・坂東:カガーン.マルカパルバットの珪藻類。(菌類)萩原:パキスタンの細胞性粘菌1.森林.農耕地.高山の放牧地での分布と生育。萩原:ナンガパルバット南麓における細胞性粘菌の標高差の分布状態。山本・萩原・SULUTANA:パキスタン北部の変形菌三川:パキスタンのMucrraceous(1)。青島:パキスタンの菌類リスト.1.サルノコシカケ科。柴田:パキスタンの高等担子菌類。吉見:パキスタンの腹菌類。岡根・柿嶌・小野:パキスタン.マリーヒル菌で採集されたサビ菌類。小野・柿嶌:パキスタン.スワート谷のサビ菌類。小野:パキスタン.カガン谷のサビ菌類。SULUTANA・萩原:パキスタン変形菌相への幾つかの追加。(コケ植物)樋口:ヒマラヤ産のゴラニア属。山田:クビレケビラゴケの花被について。井上・樋口:パキスタン産ハイゴケの仲間の染色体数。樋口:国立科学博物館の植物調査隊によって採集されたパキスタンのコケ植物。(シダ植物)中池:1990年パキスタンで採集したシダ植物のリスト。上記の論文の他.この調査の標本をもとに書かれた8編の論文が現在.中池の手元に集ってきており.これらの論文にさらに数点の論文を加えて.1993年度中に「Cryptogamic Flora of Pakistan,vol.2」の中で発表の予定である。調査の概要や様子は.萩原.中池によって国立科学博物館ニュース(1992年.1993年)にて.「パキスタン北部の植物調査」.「パキスタンでの隠花植物調査」.「パキスタンの山奥にて」.「ヒマラヤ隠花植物展」の題名のもとに記されている。また.標本の一部は平成3年3月2日から4月4日まで国立科学博物館で開催されたヒマラヤ隠花植物展にて.展示.解説された。パキスタン国立科学博物館および上部機関であるPakistan ScienceFoundationの協力により、ナンガ・パルパット南面、スワ-ト谷上部、カガ-ン渓谷にて、極めて能率的に野外調査を実施することができた。シダ植物ではフィ-ルド番号で570番、標本数で約1200点の資料を得た。その内、オシダ属、イノデ属では新分類群や新産地が見つかった。
フィリピン大規模自然災害のRS-GIS解析と最適復興援助方法に関する総合調査

3年間にわたる本調査・研究の実施状況並びに成果を,以下に年度ごとに記述する.1.初年度(平成5年度)(1)日本側研究者4人がフィリピンを訪問(平成5年8月)し,共同研究の相手となる3研究機関(フィリピン気象地質宇宙局:PAGASA,フィリピン大学国立水理研究センター:NAMRIA,国立地図・資源情報局:NAMRIA)の研究者と,共同調査・研究の可能性を確認し,各機関が持つ研究施設及びデータを調査した.(2)上記の訪比の際に,試験流域として3つの候補地点を選定し,それぞれに対して,流域の大きさやデータ入手の可能性,物理的モデル構築の難易さなどを,両国の研究者で十分検討した後,フィリピン側研究者4人が訪日(平成5年10月)し,慎重な検討の結果,マニラ市北方100200キロに広がるアグノ川を試験流域に決定した.(3)上記アグノ川流域に対して,洪水予測に必要なデータを検討し,リモートセンシングデータのデジタル化等,必要な作業の分担や日程を決定し,日本側でモデル作成の基本作業に着手した.(4)平成6年1月に日本側研究者5人がまず試験流域の実地調査のためフィリピンを訪問し,データに関してつっこんだ意見交換を行った.さらに2月に日本側研究者1名が訪比し,その補足を行った.(5)平成6年3月,フィリピン側研究者4人を日本に迎え,日本における洪水対策の現状説明と施設見学,さらに初年度の調査・研究の総括をした.2.2年度(平成6年度)(1)日比両国からの2回ずつ調査訪問(訪比:平成6年10月と7年2月,訪日:平成6年11月と7年2月)を通じて,データ収集とモデル構築の具体的な作業を行った.まず洪水災害軽減に効果的に活用できる汎用型洪水予測モデルの作成のために,ARC/INFO,ERDAS,ORACLEによるデータの互換性をとる変換プログラムを作成し,これらのデータを用いた災害情報システムを構築した.次にこの災害情報システムを用いて,アグノ川流域を対象として収集された,気象・水文・地形・土地利用などの情報をデータベース化し,汎用型の洪水予測モデルを構築した.(2)平成6年度の研究を通して,以下のような問題点が浮び上がった.様々な観測データや計測データが整っているとの理由から選定したアグノ川流域であるが,収集した気象・水文・地形・土地利用などのデータの一部は,必ずしも十分な精度を有していないことが判明した.データの精度が低いと,災害情報システムを用いた洪水予測モデルの精度や有用性が議論できない.そこで,精度の保証されたデータを用いた洪水予測モデルのキャリブレーションを行い,キャリブレーションされた洪水予測モデルを用いてアグノ川流域のデータの見直しを行って精度の向上をはかることにした.3.3年度(平成7年度)(1)日本側研究者を2度にわたってフィリピンに派遣し,昨年度までの研究で精度が十分でないと判明したデータを精度の保証されたデータと交換して,洪水予測モデルのキャリブレーションを行った.1回目(平成7年8月)は,このための精度の保証されたデータの確認と収集依頼とを目的としたものである.またこの派遣では,試験流域であるアグノ川流域の数カ所において土壌パラメータを補足するための現地試験を実施した.2回目の派遣(平成8年2月)では,本プロジェクトの最終年度として,共同調査・研究の相手国であるフィリピンに研究成果を還元するためのワークショップを開催し,研究成果を報告した.ワークショップには,フィリピン側の3研究機関(PAGASA,NHRC,NAMRIA)の関係者が多数参加し,活発な討論が行われた.さらに日本側研究者が2名残って,フィリピン側の研究者と本調査・研究成果を現地の洪水災害軽減に効果的に反映するための方法論を検討した.(2)平成7年度のフィリピン側研究者の日本招聘(平成7年11月)の目的は,洪水予測モデルの予測精度向上のための高精度データの収集と整理である.この高精度データを用いて,洪水予測モデルのキャリブレーションを行い,次にこの洪水予測モデルをアグノ川流域に適用することによってデータの見直しと予測精度の向上をはかった.3年間にわたる本調査・研究の実施状況並びに成果を,以下に年度ごとに記述する.1.初年度(平成5年度)(1)日本側研究者4人がフィリピンを訪問(平成5年8月)し,共同研究の相手となる3研究機関(フィリピン気象地質宇宙局:PAGASA,フィリピン大学国立水理研究センター:NAMRIA,国立地図・資源情報局:NAMRIA)の研究者と,共同調査・研究の可能性を確認し,各機関が持つ研究施設及びデータを調査した.(2)上記の訪比の際に,試験流域として3つの候補地点を選定し,それぞれに対して,流域の大きさやデータ入手の可能性,物理的モデル構築の難易さなどを,両国の研究者で十分検討した後,フィリピン側研究者4人が訪日(平成5年10月)し,慎重な検討の結果,マニラ市北方100200キロに広がるアグノ川を試験流域に決定した.(3)上記アグノ川流域に対して,洪水予測に必要なデータを検討し,リモートセンシングデータのデジタル化等,必要な作業の分担や日程を決定し,日本側でモデル作成の基本作業に着手した.(4)平成6年1月に日本側研究者5人がまず試験流域の実地調査のためフィリピンを訪問し,データに関してつっこんだ意見交換を行った.さらに2月に日本側研究者1名が訪比し,その補足を行った.

(5)平成6年3月,フィリピン側研究者4人を日本に迎え,日本における洪水対策の現状説明と施設見学,さらに初年度の調査・研究の総括をした.2.2年度(平成6年度)(1)日比両国からの2回ずつ調査訪問(訪比:平成6年10月と7年2月,訪日:平成6年11月と7年2月)を通じて,データ収集とモデル構築の具体的な作業を行った.まず洪水災害軽減に効果的に活用できる汎用型洪水予測モデルの作成のために,ARC/INFO,ERDAS,ORACLEによるデータの互換性をとる変換プログラムを作成し,これらのデータを用いた災害情報システムを構築した.次にこの災害情報システムを用いて,アグノ川流域を対象として収集された,気象・水文・地形・土地利用などの情報をデータベース化し,汎用型の洪水予測モデルを構築した.(2)平成6年度の研究を通して,以下のような問題点が浮び上がった.様々な観測データや計測データが整っているとの理由から選定したアグノ川流域であるが,収集した気象・水文・地形・土地利用などのデータの一部は,必ずしも十分な精度を有していないことが判明した.データの精度が低いと,災害情報システムを用いた洪水予測モデルの精度や有用性が議論できない.そこで,精度の保証されたデータを用いた洪水予測モデルのキャリブレーションを行い,キャリブレーションされた洪水予測モデルを用いてアグノ川流域のデータの見直しを行って精度の向上をはかることにした.3.3年度(平成7年度)(1)日本側研究者を2度にわたってフィリピンに派遣し,昨年度までの研究で精度が十分でないと判明したデータを精度の保証されたデータと交換して,洪水予測モデルのキャリブレーションを行った.1回目(平成7年8月)は,このための精度の保証されたデータの確認と収集依頼とを目的としたものである.またこの派遣では,試験流域であるアグノ川流域の数カ所において土壌パラメータを補足するための現地試験を実施した.2回目の派遣(平成8年2月)では,本プロジェクトの最終年度として,共同調査・研究の相手国であるフィリピンに研究成果を還元するためのワークショップを開催し,研究成果を報告した.ワークショップには,フィリピン側の3研究機関(PAGASA,NHRC,NAMRIA)の関係者が多数参加し,活発な討論が行われた.さらに日本側研究者が2名残って,フィリピン側の研究者と本調査・研究成果を現地の洪水災害軽減に効果的に反映するための方法論を検討した.(2)平成7年度のフィリピン側研究者の日本招聘(平成7年11月)の目的は,洪水予測モデルの予測精度向上のための高精度データの収集と整理である.この高精度データを用いて,洪水予測モデルのキャリブレーションを行い,次にこの洪水予測モデルをアグノ川流域に適用することによってデータの見直しと予測精度の向上をはかった.平成5年度は3年間にわたる本研究の第1年目である。今年度は主として以下の点を中心とした調査・研究を実施した。(1)日本側研究者4人がフィリピンを訪問し、共同研究の相手となる3つの機関の研究者と、共同調査・研究の可能性を確認し、それぞれの機関がどのような研究施設及びデータを持っているかを調査した(片山及びプラマニクが1993年8月15日から17日の3日間、ヘ-ラト及び目黒が同8月15日から19日の5日間)。訪問機関は、フィリピン気象地質宇宙局(PAGASA)、フィリピン大学(UP、国立水理研究センター及び土木工学科)及び国立地図・資源情報局(NAMRIA)の3つである。
関節炎モデルマウスにおける乾燥皮膚発現メカニズムに関する研究

皮膚は、外界の環境に適応しながら生体内の水分蒸散を防いでいるため、皮膚バリア機能の低下は乾燥を引き起こす。申請者は、医療現場において消化器系疾患患者が乾燥皮膚の訴えが多いことを経験してきたが、これら臓器連関についての科学的解明は進んでいない。そのため、我々は、炎症性のマウスを用いて、乾燥皮膚発現メカニズムについて研究を行い、その成果は国際雑誌に発表してきた。1)皮膚生理機能に対するインドメタシン誘導小腸炎への影響2)皮膚生理機能に対するDSS (dextran sodium sulfate)誘導潰瘍性大腸炎への影響3)皮膚生理機能に対するAOM (azoxymethane)+DSS誘導大腸癌への影響今回の研究は、医療の発展に伴う高齢化の進行により、増加し続けている関節リウマチ(関節炎)に着目することとした。関節炎患者が乾燥皮膚を呈するという論文は、未だ症例報告が散見される程度であり、メカニズム解明を目的とした基礎研究を行うことは極めて意義深いと考えた。関節炎の皮膚病変は、関節炎の病態に基づく血管炎の皮膚症状や循環障害性の皮膚症状が多く、自己免疫疾患との合併で発症する皮膚症状も特徴的である。本研究は、関節部位で誘発される因子が遠隔の皮膚に作用し、皮膚構造を乱し乾燥皮膚発現メカニズムを探索する研究である。したがって本研究は、二次的な疾病の予防に繋がるだけでなく、臓器炎症に由来するという新たな概念が生み出される可能性がある。それは、従来からの臨床薬学の常識に科学的根拠を与え、臓器間におけるクロストークの重要性が明らかとなり、医薬品開発にも期待が持てると考える。本研究は、関節炎モデルマウスを用い、関節炎が皮膚におよぼす影響について、血中の炎症マーカーや皮膚組織の変化を分析し、乾燥皮膚に対する効果的な予防・治療法を確立することが最終的な目的である。今回の研究は、代表的炎症性疾患である関節炎に着目した。臨床現場において、関節炎患者が掻痒を訴えることはしばしばあるが、それら発現メカニズムを目的とした研究は未だない。まず、関節炎モデルマウスにおける皮膚生理への影響では、I型およびIV型コラーゲンの減少を認め、TEWLの増加および角層水分量の減少が見られた。血中では、ヒスタミンや活性酸素の増加を認め、皮膚組織中ではマスト細胞および好中球の増加を認めた。一方で、マスト細胞の増殖に関わる遺伝子c-kitの抗体の投与で、TEWLの上昇および角層水分量の低下が有意に抑制されたため、乾燥皮膚発現にはマスト細胞が関わっていることが示唆された。しかし、マスト細胞の抑制だけで乾燥皮膚発現を完全に抑えることは出来ないことから、その上流因子をフォーカスし、Thymic stromal lymphopoietin (TSLP)、好中球、活性酸素およびグルココルチコイドの影響を確認した。TSLP中和抗体、好中球中和抗体、活性酸素除去剤、グルココルチコイド受容体遮断薬の各々を関節炎モデルマウスに投与したところ、乾燥皮膚の発現を抑え、マスト細胞の増加も抑制した。TSLPはアレルギーのマスタースイッチであり、TSLPによって活性化され、DCから分化するTh2細胞およびTh17細胞より放出するIL-6やTNF-α、IL-17などが乾燥皮膚に影響を及ぼす可能性がある。TSLPにより刺激を受けるDCと、その下流にてDCの刺激によりナイーブT細胞から分化するTh2細胞およびTh17細胞の乾燥皮膚への影響について、各種阻害剤の投与により確認した。その結果、Th2細胞およびTh17細胞のいずれにおいても乾燥皮膚の発現メカニズムが異なることが明らかとなった。また我々は、乾燥皮膚の悪化にグルココルチコイドが重要であることを見出し、関節炎の痛みによるストレスおよび社会的ストレスも乾燥皮膚を引き起こす原因ではないかと推察している。関節炎患者は、痛みを軽減する目的として非ステロイド性抗炎薬(NSAIDs)を服用している現状がある。従来の研究から、NSAIDsであるインドメタシン誘導小腸炎マウスでは、乾燥皮膚の発現が明らかとなっている。インドメタシンは、COX-1選択性の高いNSAIDsであり、炎症作用が強いため、小腸炎モデル作製の薬剤として使用した。一方で、関節炎治療薬として代表的なNSAIDsはセレコキシブであり、COX-2選択性が高く、小腸炎などの副作用は生じにくいとされている。また、ロキソプロフェンナトリウムは、臨床現場において医療用および一般用医薬品として存在する最も使用頻度の高い薬剤であり、COX-1とCOX-2の選択性が中間の位置にあるNSAIDsである。NSAIDsの投与によって、関節の炎症が抑えられ、痛みによるストレスの軽減も予想されるため、乾燥皮膚発現への影響は検討しておく必要性が高いと考えられる。今回は、今まで検討していないロキソプロフェンナトリウムおよびセレコキシブを投与し、乾燥皮膚の発現に差が生じるのかについて検討する。ロキソプロフェンナトリウムおよびセレコキシブ投与後、関節炎モデルマウスに対して、TEWLや角層水分量の測定を行い、皮膚バリア機能を評価する。また、血中炎症マーカーや、皮膚組織のマスト細胞数、コラーゲンなどの皮膚タンパク発現量を測定し、NSAIDsのCOX選択性による皮膚免疫機構および皮膚バリア機能への影響についてを明らかにしていく予定である。

そのため、我々は、炎症性のマウスを用いて、乾燥皮膚発現メカニズムについて研究を行い、その成果は国際雑誌に発表してきた。今回の研究は、医療の発展に伴う高齢化の進行により、増加し続けている関節リウマチ(関節炎)に着目することとした。関節炎患者が乾燥皮膚を呈するという論文は、未だ症例報告が散見される程度であり、メカニズム解明を目的とした基礎研究を行うことは極めて意義深いと考えた。関節炎の皮膚病変は、関節炎の病態に基づく血管炎の皮膚症状や循環障害性の皮膚症状が多く、自己免疫疾患との合併で発症する皮膚症状も特徴的である。本研究は、関節部位で誘発される因子が遠隔の皮膚に作用し、皮膚構造を乱し乾燥皮膚発現メカニズムを探索する研究である。したがって本研究は、二次的な疾病の予防に繋がるだけでなく、臓器炎症に由来するという新たな概念が生み出される可能性がある。それは、従来からの臨床薬学の常識に科学的根拠を与え、臓器間におけるクロストークの重要性が明らかとなり、医薬品開発にも期待が持てると考える。本研究は、関節炎モデルマウスを用い、関節炎が皮膚におよぼす影響について、血中の炎症マーカーや皮膚組織の変化を分析し、乾燥皮膚に対する効果的な予防・治療法を確立することが最終的な目的である。今回の研究は、代表的炎症性疾患である関節炎に着目した。臨床現場において、関節炎患者が掻痒を訴えることはしばしばあるが、それら発現メカニズムを目的とした研究は未だない。まず、関節炎モデルマウスにおける皮膚生理への影響では、I型およびIV型コラーゲンの減少を認め、TEWLの増加および角層水分量の減少が見られた。血中では、ヒスタミンや活性酸素の増加を認め、皮膚組織中ではマスト細胞および好中球の増加を認めた。一方で、マスト細胞の増殖に関わる遺伝子c-kitの抗体の投与で、TEWLの上昇および角層水分量の低下が有意に抑制されたため、乾燥皮膚発現にはマスト細胞が関わっていることが示唆された。しかし、マスト細胞の抑制だけで乾燥皮膚発現を完全に抑えることは出来ないことから、その上流因子をフォーカスし、Thymic stromal lymphopoietin (TSLP)、好中球、活性酸素およびグルココルチコイドの影響を確認した。TSLP中和抗体、好中球中和抗体、活性酸素除去剤、グルココルチコイド受容体遮断薬の各々を関節炎モデルマウスに投与したところ、乾燥皮膚の発現を抑え、マスト細胞の増加も抑制した。TSLPはアレルギーのマスタースイッチであり、TSLPによって活性化され、DCから分化するTh2細胞およびTh17細胞より放出するIL-6やTNF-α、IL-17などが乾燥皮膚に影響を及ぼす可能性がある。TSLPにより刺激を受けるDCと、その下流にてDCの刺激によりナイーブT細胞から分化するTh2細胞およびTh17細胞の乾燥皮膚への影響について、各種阻害剤の投与により確認した。その結果、Th2細胞およびTh17細胞のいずれにおいても乾燥皮膚の発現メカニズムが異なることが明らかとなった。
高度情報化に対応した既存大学研究室のスペース・機材の有効利用に関する研究-ユーザー満足度評価を踏まえた大学研究室のフリーアドレス化の実現-

99年度から、福井大学工学部・松下研究室の執務スペースを研究対象とし、既存のスペースの実態調査(実測、使われ方観察調査、在室率調査、ユーザー満足度調査)を行った。その結果、コンピュータ作業を中心とする個人席と端末機の配置方法に問題があることが明らかとなった。これらの問題点を解決するため、ユーザーの手作り木製家具(間仕切りを兼ねた資料棚と机等)を用いたフリーアドレスを段階的に実現した。フリーアドレス化の各段階では事前調査(使われ方観察調査、在室率調査、ユーザー満足度評価)と事後調査(ユーザー満足度)を実施し、問題点を観察してきている。99年度時点では、個人スペースと端末機の配置に関する問題点はほぼ解決されているが、フリーアドレスに対応したノートパソコンの台数に限りがあり、スペースの有効活用が必ずしも十分ではない。また、フリーアドレスという新しい使い方に即したスペース使用ルールが未整備であることから生じる問題点も明らかとなってきており、ノートパソコンの充実と具体的な使用ルールの試行・確立をはかった。一方、フリーアドレス化によるスペースの有効活用をはかる上で、主要な分析手法であるユーザー満足度評価の方法に関わる問題も明らかにした。すなわち、事前と事後の満足度評価を行う場合、「事前と事後を個別に評価して分析者が比較する方法」と「事後にユーザーが事前と比較評価する方法」を試み、両者を比較分析した結果、それぞれの評価法の特徴を明らかにした。さらに、スペースと使い方が改修結果によって変化する場合、新たなスペースに対する事前と事後の比較評価をどのように行うかという評価項目そのものに関わる問題も明らかになっており、ファシリティマジメントにおける評価法にかかわる新たな知見と研究課題が得られた。また、研究室蒸すペースの有効利用の研究に留まらず、研究対象を千葉工業大学・工業デザイン学科の施設へも拡大し、福井大学での研究成果を応用することができた。福井大学工学部・松下研究室の執務スペースを研究対象とし、既存スペースの実態調査(実測、使われ方観察調査、在室率調査、ユーザー満足度調査)を行った。その結果、コンピュータ作業を中心とする個人席と端末機の配置方法に問題がある事が明らかとなった。これらの問題点を解決をするため、ユーザーの手作り木製家具(机と間仕切りを兼ねた資料棚)を用いたフリーアドレスを実現し、事後の実態調査を実施しつつある。現段階では個人スペースと端末機の配置に関する問題点はほぼ解決されているが、フリーアドレスに対応したノートパソコンの台数に限りがあり、スペースの有効活用が必ずしも十分ではない。また、フリーアドレスという新しい使い方に即したスペース使用ルールが未整備であることから生じる問題点も明らかとなってきており、ノートパソコンの充実と具体的な使用ルールの試行・確立が次年度の研究課題である。一方、フリーアドレス化によるスペースの有効活用をはかる上で、主要な分析手法であるユーザー満足度評価の方法にかかわる問題も明らかになってきている。すなわち、事前と事後の満足度評価を行う場合、「事前と事後を個別に評価して分析者が比較する方法」と「事後にユーザーが事前と比較評価する方法」を試み、両者を比較分析した結果、それぞれの評価法の特徴が分析できつつある。さらに、スペースと使い方が改修結果によって変化する場合、新たなスペースに対する事前と事後の比較評価をどのように行うかという、評価項目そのものの関わる問題も明らかになりつつあり、ファシリティマジメントにおける評価法にかかわる新たな知見と研究課題が得られてきている。したがって、次年度は研究執務スペースの有効利用の研究に留まらず、評価方法についても研究を進めるとともに、研究対象を千葉工業大学・工業デザイン学科の施設へも拡大し、福井大学での研究成果を応用する予定である。

福井大学工学部・松下研究室の執務スペースを研究対象とし、既存スペースの実態調査(実測、使われ方観察調査、在室率調査、ユーザー満足度調査)を行った。その結果、コンピュータ作業を中心とする個人席と端末機の配置方法に問題があることが明らかとなった。これらの問題点を解決するため、ユーザーの手作り木製家具(間仕切りを兼ねた資料棚と机等)を用いたフリーアドレスを段階的に実現した。フリーアドレス化の各段階では事前調査(使われ方観察調査、在室率調査、ユーザー満足度評価)と事後調査(ユーザー満足度評価)を実施し、問題点を解決してきている。99年度時点では、個人スペースと端末機の配置に関する問題点はほぼ解決されているが、フリーアドレスに対応したノートパソコンの台数に限りがあり、スペースの有効活用が必ずしも十分ではない。また、フリーアドレスという新しい使い方に即したスペース使用ルールが未整備であることから生じる問題点も明らかとなってきており、ノートパソコンの充実と具体的な使用ルールの試行・確立をはかった。一方、フリーアドレス化によるスペースの有効活用をはかる上で、主要な分析手法であるユーザー満足度評価の方法にかかわる問題も明らかにした。すなわち、事前と事後の満足度評価を行う場合、「事前と事後を個別に評価して分析者が比較する方法」と「事後にユーザーが事前と比較評価する方法」を試み、両者を比較分析した結果、それぞれの評価法の特徴を明らかにした。さらに、スペースと使い方が改修結果によって変化する場合、新たなスペースに対する事前と事後の比較評価をどのように行うかという、評価項目そのものの関わる問題も明らかになっており、ファシリティマジメントにおける評価法にかかわる新たな知見と研究課題が得られた。また、研究執務スペースの有効利用の研究に留まらず、研究対象を千葉工業大学・工業デザイン学科の施設へも拡大し、福井大学での研究成果を応用することができた。
ガングリオシドの介在する細胞間あるいは細胞内への情報伝達機構の解析

ガングリオシドが活性調節に関与するタンパクリン酸化酵素系の解析を行った。その概要を以下にまとめる。1.ガングリオシド依存生タンパクリン酸化酵素の精製と構造・機能の解析:ヒト由来神経芽腫瘍細胞(GOTO)の形質膜画分に存在する本酵素活性を解析した。(a)本酵素活性はNP-40が安定かつ高収率で可溶化でき、(b)可溶化された本酵素活性はPhenyl-5PWによる疎水性クロマトグラフィーを行なうことにより、比活性で見る限り、2050倍精製された。これにより活性はCa^<2+>依存型と非依存型二つに分離された。今後、両活性をそれぞれられに精製し、酵素の構造と機能を解明するとともに相互の関連を明らかにしなければならない。また、(c)本酵素のラット脳からの抽出精製法を検討し、上記Ca^<2+>非依存型と同等と考えられる酵素に関して検討したが、まだ満足すべき所まで到達してはいない。さらに検討を加える必要がある。2.ecto-型のガングリオシド依存性タンパクリン酸化酵素活性の解析:GOTO細胞のecto-型タンパクリン酸化酵素活性の中で、少なくとも三種のタンパク質のリン酸化がGQ_<1b>に特異的に促進された。GQ_<1b>の至適濃度は5-10nMであった。また、GQ_<1b>の糖鎖部分により阻害される傾向があだん。ガングリオシドの特異性とその至適濃度並びに糖鎖部分による阻害傾向は、この細胞株に対するガングリオシドによる神経突起伸展作用のそれと極めてよく似ていた。さらに、このリン酸化を阻害する化合物は何れもGQ_<1b>による神経突起伸展作用をも阻害することから、それぞれいずれかの因果関係があるものと考えられる。このecto-型の酵素分子が同細胞株の形質膜画分に見られたCa^<2+>依存型あるいは非依存型の活性を示す酵素分子と同じものなのか否かも今後検討しなければならない。本年度はこの研究課題に関して以下の二つの研究を行なった.1.ガングリオシド依存性タンパクリン酸化酵素の精製と構造と機能の解析神経芽腫瘍細胞(GOTO)の形質膜画分に存在するガングリオシド依存性タンパクリン酸化酵素活性をNP-40で安定かつ高収率で可溶化出来ることが明らかとなった.可溶化された酵素活性をHPLC-Phenyl-5PWを用いて疎水性クロマトグラフィーを行なうことにより,その活性はCa^<2+>依存性のものと非依存性のものとが存在することが明らかとなった.さらに,ラット脳の膜画分にもNP-40で可溶化される同酵素活性が存在することを明らかにした.この酵素活性の中で,神経芽腫瘍細胞(GOTO)の形質膜画分に認められるCa^<2+>非依存性と同等と考えられる酵素を精製する条件を種々検討したが,さらに詳細な検討を加える必要がある.2.ecto-型のガングリオシド依存性タンパクリン酸化酵素活性の解析神経芽腫瘍細胞(GOTO)の細胞表層に局在するecto-型のガングリオシドにより活性化されるタンパクリン酸化酵素活性の存在を明らかにした.ガングリオシドGQ_<1b>が特異的に活性化をし,リン酸化される膜タンパク質は少なくとも二種存在しその分子量はSDS-PAGEで見る限り64, 60KDaであった.また,そのリン酸化されるアミノ

酸残基はSer, Thrであった.ガングリオシドが活性化を示すためには少なくとも数時間ガングリオシドと細胞とをあらかじめ温置することが必要であった.これは,おそらくガングリオシドが細胞膜に取り込まれることが必要なためと考えられる.また, GQ_<1b>の糖鎖部分がGQ_<1b>の作用を阻害することから糖鎖部分を認識する何等かの機構が関与しているものと考えられる.今後この酵素の実体を明らかにするとともに,上記1の酵素との関連を調べ,ガングリオシドの関与する細胞間シグナル伝達機構を解明する予定である.本年度はこの研究課題に関して、次の研究を行った。(1)昨年開発したecto-型のタンパクリン酸化酵素活性測定法が本当にecto-型のリン酸化を観察しているかどうかの検討を詳細に行った。さらに、(2)昨年度はヒト由来の神経芽腫瘍細胞GOTOについて検討したが、本年度は複数の細胞株を用いて比較検討した。(1)活性測定法の再検討:昨年開発した活性測定法がendo-型の活性をも測り込んでいることはないか、もしあるとすれば、どの程度か検討した。市販の各種endo-型のタンパクリン酸化酵素の阻害剤、並びに、最近開発された膜不透過型の阻害剤K-252bを用いて調べた結果、SDS-PAGEで見る限り、ほとんどのリン酸化が各種阻害剤で阻害されるが、K-252bで阻害がかかるのはその中のおよそ50%であった。従って、昨年度開発した方法だと、少なくともその活性の半分はecto-型ではなく、endo-型と考えられることが明らかになった。そこで、今後ecto-型の活性を測定する時は、K-252bでリン酸化の阻害が掛るか否かを一つの判断基準としなければならないことが明らかとなった。(2)複数の細胞株を用いての比較検討:神経芽腫瘍細胞株とその近縁株(GOTO、NB-1、Neuro2a、NIE115、NS20Y、PC12、PC12h)は、SDS-PAGEで見る限り、極めて良く似たリン酸化パターンを示した。一方、グリオーマ系とその近縁の細胞株(C-6、GA-1、354A、RCR-1、G-26)はお互いに良く似てはいるものの神経芽腫瘍細胞株のそれとは全く異なっており、活性も神経芽腫瘍細胞株のそれと比べて極めて低かった。従って、ecto-型のタンパクリン酸化酵素活性は神経細胞系の機能と何等かの関連があるものと考えられる。今後、各細胞において本酵素活性とガングリオシドとの関連をも含めてその詳細を明らかにしなければならないと考えられる。
癌腫の肉腫様変化におけるSWI/SNF型クロマチン再構成因子の関与と治療戦略

腎細胞癌では肉腫様あるいはラブドイド様変化と呼ばれる高悪性度変化をきたしうる。それらは各々0.7-13.2%と1.4-4.7%と少数である。今年度は腎細胞癌の肉腫様変化症例41例およびラブドイド様変化症例31例、また、対照として高悪性度変化をきたしていない通常型の腎細胞癌62例に対し、SWI/SNFクロマチンリモデリング因子の発現を検討した。SMARCA4染色は、明細胞腎癌の場合、明細胞成分及びそれに付随した高悪性度変化成分双方とも発現異常をきたしたものが、35/40例(88%)であった。また、非明細胞腎癌の場合は1/7例(14%)であった。対照とした高悪性度変化を伴っていない腫瘍では明細胞腎癌の29/43例(67%)、非明細胞腎癌の1/7例(14%)で発現異常を認めた。一方、SMARCC1およびSMARCA2は、非明細胞腎癌症例で非高悪性度変化成分及びそれに付随する高悪性度変化成分双方とも発現異常をきたすものが各々1/14例、1/13例ずつ認められた。また、高悪性度変化を伴っていない明細胞腎癌では、SMARCA2の発現異常を2/49例で認めた。以上の結果から、腎細胞癌が高悪性度変化をきたす要因として、SWI/SNFクロマチンリモデリング因子が有意には関与しないことが示唆された。しかしながら、明細胞腎癌では、高率にSMARCA4発現異常を伴っている。高悪性度変化を伴った腎細胞癌では、元の組織型が不明であることも少なくない。今回の検討から、SMARCA4染色が明細胞腎癌と非明細胞腎癌との鑑別や、高悪性度変化を伴った腎癌における元の組織型診断の鑑別の一助になる可能性が示唆された。過去の文献上、癌腫の肉腫様変化やラブドイド様変化には、SWI/SNFクロマチンリモデリング因子複合体の関与が示唆されている。しかしながら、腎細胞癌に関しては、それとは異なる結果であった。特に明細胞腎癌では、SWI/SNFクロマチンリモデリング因子複合体の中のSMARCA4に異常が多く認められ、腫瘍発生そのものに関連している可能性も考えられる。以上より、明細胞腎癌の診断ツールになる可能性や、SMARCA4と関連して作用するSMARCA2を阻害することによる抗腫瘍効果の可能性なども示唆され、意義を見出すことができたと考える。高悪性度変化には今回調べえた蛋白以外のクロマチンリモデリング因子が関与している可能性も考えられるため、引き続きさらなる検討を行いたい。様々な癌腫で肉腫様変化/ラブドイド様変化が認められており、それらについてもSWI/SNFクロマチンリモデリング因子複合体の関与を検討してゆく。仮に、文献上言われている高悪性度変化との関連がなくとも、腫瘍発生との関連性や予後因子となりうるかなどについて、引き続き検討を行う予定である。今年度は様々な癌腫について組織学的検討を行い、肉腫様変化/ラブドイド様変化をきたしている癌腫を抽出していった。その中で今年度は、膀胱原発尿路上皮癌についての解析を実施した。SWI/SNFクロマチンリモデリング因子複合体を構成する蛋白群の異常は、真の肉腫のみならず、大腸癌や腎細胞癌などの癌腫における肉腫様変化やラブドイド様変化でも報告がなされており、尿路上皮癌でも同様の結果を得ることができた。また、SWI/SNFクロマチンリモデリング因子複合体異常を認めなかった5例に関しても、その他の構成蛋白の異常などを介し、変化をきたしている可能性が考えられる。尚、肉腫様変化/ラブドイド様変化に付随している従来型の尿路上皮癌成分ではSWI/SNFクロマチンリモデリング因子複合体関連蛋白は保持されており、形態変化にこれら蛋白発現異常が関与していることが示唆される。過去の文献上、癌腫の肉腫様変化、ラブドイド様変化に関して、SWI/SNFクロマチンリモデリング因子複合体の関与が示唆されている。今回の検討で膀胱がんについて、肉腫様変化/ラブドイド様変化という現象について、関与が示唆された。今回の結果は、過去の文献の考察および本研究の仮説を補強するものであり、おおむね順調に進展していると考える。

一方、SMARCC1およびSMARCA2は、非明細胞腎癌症例で非高悪性度変化成分及びそれに付随する高悪性度変化成分双方とも発現異常をきたすものが各々1/14例、1/13例ずつ認められた。また、高悪性度変化を伴っていない明細胞腎癌では、SMARCA2の発現異常を2/49例で認めた。以上の結果から、腎細胞癌が高悪性度変化をきたす要因として、SWI/SNFクロマチンリモデリング因子が有意には関与しないことが示唆された。しかしながら、明細胞腎癌では、高率にSMARCA4発現異常を伴っている。高悪性度変化を伴った腎細胞癌では、元の組織型が不明であることも少なくない。今回の検討から、SMARCA4染色が明細胞腎癌と非明細胞腎癌との鑑別や、高悪性度変化を伴った腎癌における元の組織型診断の鑑別の一助になる可能性が示唆された。過去の文献上、癌腫の肉腫様変化やラブドイド様変化には、SWI/SNFクロマチンリモデリング因子複合体の関与が示唆されている。しかしながら、腎細胞癌に関しては、それとは異なる結果であった。特に明細胞腎癌では、SWI/SNFクロマチンリモデリング因子複合体の中のSMARCA4に異常が多く認められ、腫瘍発生そのものに関連している可能性も考えられる。以上より、明細胞腎癌の診断ツールになる可能性や、SMARCA4と関連して作用するSMARCA2を阻害することによる抗腫瘍効果の可能性なども示唆され、意義を見出すことができたと考える。高悪性度変化には今回調べえた蛋白以外のクロマチンリモデリング因子が関与している可能性も考えられるため、引き続きさらなる検討を行いたい。様々な癌腫で肉腫様変化/ラブドイド様変化が認められている。それらについてもSWI/SNFクロマチンリモデリング因子複合体の関与が示唆され、来年度以降に検討予定である。概ね関与が示唆されることが判明したのちには臨床病理学的因子との対比を行う予定である。様々な癌腫で肉腫様変化/ラブドイド様変化が認められており、それらについてもSWI/SNFクロマチンリモデリング因子複合体の関与を検討してゆく。仮に、文献上言われている高悪性度変化との関連がなくとも、腫瘍発生との関連性や予後因子となりうるかなどについて、引き続き検討を行う予定である。
固体高分子形燃料電池の新型触媒における性能の評価を目的とした数値解析

固体高分子形燃料電池の新型触媒として従来のカーボン担体(触媒支持体)を使用しない酸化物系担体を使用した場合の効果を,表面特性など電気化学的性能以外も注目して,主に数値解析によりその性能特性を評価した.低加湿条件での運転で,酸化スズ担体など表面が親水性である材料を使用した触媒層をアノード極側に使用することにより,生成水の分布を管理することができ,アノードの乾燥とカソードでの水あふれを同時に抑制する効果が確認できた固体高分子形燃料電池(PEFC)の性能改善に向けた本研究の平成24年度の成果として,前年度の研究成果で酸化物系の触媒担体を用いた酸化物電極触媒担体を利用することで,性能が改善することが明らかとなった.その結果の裏付けとして,実際に調製を行った触媒の構造物性値データを反映させた詳細な電池全体の性能と水管理特性の連成計算を行い,低加湿条件で運転が可能になることが確認された.その要因として,水管理において重要となる空気極側での生成水が電流量の増加に比例して増える点を利用し,アノード側にその生成水の輸送を促進するためのパスを構築したことが原因として考えられる.現在,実験でその材料の耐久性を向上させることが検討課題の一つであり,材料を変更する,もしくは新たに材料を調製することで耐久性の向上を目指したが,この耐久性の向上は,今年度達成することはできなかった.格子ボルツマン法を用いた数値解析であるが,従来の有限要素法ソルバを利用した熱・流体・電気化学反応を考慮した電極反応の数値解析結果と比較し,計算を行った結果が,従来手法と同等の計算結果を得ることができた.しかし,初期の段階でそれ以上の優位性が本研究では確認できないという知見が得られたため,上記の計算も有限要素法をベースに計算を行っている.また,現在,PEFCのMEAを冷却ホルダで支持してFIB-SEMデュアルビーム観察装置を用いて3次元で構造を観察し,CADデータとして計算に応用することについては,現在サンプルの加工とデータ取得を進行中であり,反映でき次第,発表予定である.固体高分子形燃料電池の新型触媒として従来のカーボン担体(触媒支持体)を使用しない酸化物系担体を使用した場合の効果を,表面特性など電気化学的性能以外も注目して,主に数値解析によりその性能特性を評価した.低加湿条件での運転で,酸化スズ担体など表面が親水性である材料を使用した触媒層をアノード極側に使用することにより,生成水の分布を管理することができ,アノードの乾燥とカソードでの水あふれを同時に抑制する効果が確認できた固体高分子形燃料電池の性能向上に向けて,耐久性の向上が非常に重要であり触媒の構造や物性の制御により,性能と耐久性に優れた触媒を主に数値解析の立場から研究を進めている.燃料電池の数値解析モデルを構築し,酸化スズ触媒担体などのセルで実測した物性値による計算を行った結果,特にアノード側の触媒に白金を担持した酸化物系触媒担体を使用することが高分子膜を含めた水保持特性の向上に有効であると判明した.昨年度の関連学会における情報収集において2015年の燃料電池自動車実用化に向けて耐久性向上が最も重要であり,その中でも高分子膜の水分量の変化による膨潤/乾燥が耐久性低下に大きく影響するとされていることからも,本研究で明らかにしたような高分子膜の水分保持特性を向上させる研究の意義は大きいと考えられる.またカソード触媒に関しても酸化スズ触媒担体と酸化チタン触媒担体に関して表面特性と電気化学特性について計測値を得ることができたが,カーボンナノチューブ担体などの特殊な構造を有する触媒担体に関しては実験ができなかったため,特性の情報収集のみを行った.カーボン系触媒担体に関しては酸素(OH基中のOも含む)との反応により構造変化が避けられない可能性が高いことが以前の学会でも指摘されており,最近の情報収集においてもカーボン系触媒担体の変形が高性能電子顕微鏡で捉えられるなど変形挙動が明らかになったことから,酸化物系触媒担体の重要性と開発意義が更に高まったと考えられる.固体高分子形燃料電池の性能改善に向けた研究の平成23年度の進捗について数値解析による触媒評価と実際の触媒調製による性能改善に向けた試験のそれぞれについて達成度を検証した場合に数値解析側の評価では耐久性向上に向けて空隙率などの構造特性値を調整したアノード側触媒担体に酸化スズを使用するPt/SnO2触媒を用いることが良好な性能を導くことが示唆されるなど順調な進展をしていると考えられる.新規高性能触媒の調製に関しては実際に酸化物系触媒担体(Pt/SnO2)を調製し,性能の評価を行っていることや,触媒の改善に向けて実験を順調に進めている.しかし研究目的の達成に向けたカーボンナノチューブなどの炭素系触媒担体や窒化物系の触媒担体の調製に関して,カーボンの耐腐食性に関する問題や窒化物の調製が困難となった関係から当初の予定とは異なり,それらに関して触媒調製は進めないこととした.そのため実験からのアプローチの種類は当初より減ることとなったが,当初より酸化物系の実験・計測に対し比重を置いて研究を進めることが可能となった.今後の研究として数値解析側では調製を行った酸化物系触媒の構造をCADデータとして変換し,それらの構造・表面などの各種パラメータを反映させて計算を行う.特に複雑形状中の流体解析に有効な格子ボルツマン法で熱・流体・電気化学反応を数値解析により計算し,その結果を触媒調製に反映させることで内部現象の可視化と現象の把握により,より構造的に優れた触媒開発に向けて研究を推進する.

触媒調製による実験・計測では当初予定していたスズ酸化物とチタン酸化物の触媒担体の高分解能電子顕微鏡により観察し,より優れた触媒の構造を検証すると共に,数値解析側で得られたアノード低加湿雰囲気における酸化物系触媒担体の性能評価を継続して行うことで実験と計算の合致点・相違点の知見を収集し,改善に向けて実験・計算の両面からアプローチを進める.これらのアプローチにより,反応性に優れた高性能触媒の開発に向けた学術的知見の収集を行う.次年度の研究費使用計画として,1)計画変更箇所,2)次年度に使用する予定の研究費がある場合に関する説明,3)それらを考慮した使用計画の順で述べる.まず計画変更箇所であるが,当初予定していた計算機利用費(九州大学高性能大型電子計算機)の利用を,無償で他の高性能計算機を使用することが可能となったため計上しないこととした.また次年度の8-9月に短期的な海外研修を行うこととなったため10月の国際学会(アメリカ)を7月に開催される国際学会(ブラジル)へ変更した.次に次年度に繰り越した研究費についてであるが,印刷費について次年度4月の英文論文寄稿・審査費用として利用予定である.大型電子計算機利用費が変更となった件は前述の通り,無償の計算機を利用することとなったためである.また当初予定していた旅費が使用されていない件は予定していた国内外の学会が他経費の業務として執行,計上されたためである.最後に次年度の研究費使用計画であるが,当初予定していた計算機利用費と未使用分について,計算機利用費分を触媒材料費・計測装置費用および印刷費として加算すると共に,旅費未使用分を,参加する国際学会の変更に伴う旅費の増額分補填,当初の計画で計上していなかった国内学会の参加費・旅費として計上する.