hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
肝虚血再潅流障害に対する分子細胞標的治療法の開発

Rhoキナーゼ阻害剤を肝星細胞に効率よく運搬する新たなDrug Delivery Systemを作製し、肝虚血再灌流障害の分子・細胞標的治療法を開発する研究を行った。まず、GFPを内包化したビタミンAリポソーム体の全身投与では、肝類洞壁にGFPの集積を認めた。Rho阻害剤を内包化したビタミンAリポソーム体は、Rho阻害剤単身の投与に比較し、約100分の1の投与量でラット虚血再潅流障害を改善させることが判明し、低血圧などの副作用も軽減することができたRhoキナーゼ阻害剤を肝星細胞に効率よく運搬する新たなDrug Delivery Systemを作製し、肝虚血再灌流障害の分子・細胞標的治療法を開発する研究を行った。Rho阻害剤を内包化したビタミンAリポソーム体は、Rho阻害剤単身の投与に比較し、約100分の1の投与量でラット虚血再潅流障害を改善させることが判明し、低血圧などの副作用も軽減することができた本研究の目的は、肝虚血再潅流障害の要因の一つと考えられる肝星細胞を標的に新たな治療法を開発することである。われわれはまず、肝虚血再潅流障害に関わると考えられている肝星細胞の収縮を制御するため、分離培養したラット肝星細胞に対してRhoキナーゼ阻害剤を単独で投与するin vitroまたはin vivoの実験系を行い、肝虚血再潅流障害が軽減されることを確認した。Rhoキナーゼ阻害剤は標的とする分子への選択性は極めて高いものの、全身投与では低血圧をはじめとする数多くの副作用の懸念がある。その解決のために、肝星細胞に特異的にRhoキナーゼ阻害剤を運搬させるためのDrug Delivery Systemとして、ビタミンAを含むリポソーム体を利用した、新たな分子細胞標的治療法を開発中である。具体的には、複数の中空リポソーム製剤を用いた際の、Rhoキナーゼ阻害剤の内包率の定量を液体クロマトグラフィーを用いて計測し、もっとも効率よく安定して薬剤を細胞に供給するできることを確認中である。また、リポソームにリガンドとしてのビタミンAを含めた場合と、含めない場合の肝星細胞への薬剤の取り込み率を調査中である。今後は最も肝星細胞への取り込みの良いDrug Delivery Systemの組み合わせを決めたうえで、薬剤単独での投与との容量・効果の違いをin vitroまたはin vivoの実験系を行い検討する予定である。本研究では、肝星細胞を標的に、肝虚血再潅流障害の新たな治療法を開発する。星細胞は肝類洞内皮細胞を裏打ちする細胞で、細胞内シグナルであるRhoシグナルの制御下にエンドセリンやNitric oxide(NO)に反応し、その収縮活動と緊張状態により類洞血流を調節している。それに対し、Rhoキナーゼ阻害剤を用い虚血再潅流障害が軽減されることが報告されている。一方で、Rhoシグナルは、体細胞における運動、接着、分裂や、がん細胞における浸潤・転移などに中心的な役割を果たすシグナル伝達系である。そのため、Rhoキナーゼ阻害剤の全身投与は低血圧などの副作用が報告され、より選択的なDrug Delivey Systemが求められる。われわれは星細胞に特異性が高いビタミンAをリガンドとして含むリポソーム体を利用し、Rhoキナーゼ阻害剤を星細胞に効率よく運搬する新たなDrug Delivery Systemを考案し、肝虚血再潅流障害の新たな分子・細胞標的治療法とすることを目的とした。まず、ビタミンAを含むリポソーム体の内包化率を液体クロマトグラフィーにより測定し、至適な配合比率を決定した。次に、ラット肝において同リポソーム体が星細胞に特異的に取り込まれることを観察した。また、培養されたラット肝星細胞に同リポソームが作用を発現するのに要する濃度、時間を測定した。今後は引き続き、同リポソーム体による、星細胞の収縮抑制をcollagen gel-contractionassayを用いて、またミオシン軽鎖のリン酸化の評価をWestern blot analysisで行う予定である。Rhoキナーゼ阻害剤を肝星細胞に効率よく運搬する新たなDrug Delivery Systemを作製し、肝虚血再潅流障害の分子・細胞標的治療法を開発することを目的に研究を行い以下の実験結果が得られた。1.肝星細胞に親和性の高いビタミンAをリガンドとしてRhoキナーゼ阻害剤を内包化したリポソーム体を作製し、その内包化率を液体クロマトグラフィーにより測定し、至適配合比率を決定した。2.同リポソーム体の肝星細胞への取り込みを確認するため、Rhoキナーゼ阻害剤の代わりにGFPを内包化させ、ラットに同リポソーム体を静注した。肝への取り込みは心・肺・腎などの他臓器に比較し有意に高かった。また、肝星細胞への特異性を確認するため、デスミンによる二重染色で類洞壁に高い特異性を持ってGFPが取り込まれていることを確認した。3.分離したラット肝星細胞への同リポソーム体の作用を確認するため、collagen gel-contractionassayを用いて検討した。Rho阻害剤単身とリポソーム体で比較すると、同リポソーム体は約100分の1の濃度で非リポソーム体と同程に肝星細胞の収縮を抑制した。4.ラット

虚血再潅流障害モデル(全肝45分阻血)を作製し、同リポソーム体とRho阻害剤単身の効果を比較すると・上記collagengel-cohtractionassayの結果と同様に、同リポソーム体はRho阻害剤単身の約100分の1の投与量で術後3時間のGOT値を同程度に抑制した。5.ラット虚血再潅流障害モデル(全肝70分阻血)での実験では、未治療群はラットの1週間生存率では0%であったが、Rho阻害剤単身では10mg/kgで100%生存を得られた。一方、同リポソーム体では0.1mg/kgで100%生存が得られた。つぎに同リポソーム体によるRho阻害剤の副作用(低血圧)抑制効果を確認した。Rho阻害剤単身の投与では1mg/kgで体血圧は平均90mmHgから約40mmHgへ低下するも、同リポソーム体ではラット虚血再潅流障害モデルにおける抑制効果が得られた0.1mg/kgでは体血圧は平均90mmHgから約70mmHgへの低下にとどまった。以上の結果から、Rho阻害剤を内包化したビタミンAリポソーム体は、Rho阻害剤単身の投与に比較し、約100分の1の投与量でラット虚血再潅流障害を改善させることが判明し、さらにRho阻害剤の投与量が少ないことで低血圧などの副作用も軽減することができた。
英語教育における母語話者規範の批判的研究

本研究課題の中心は、研究者がこれまでに行った英語で授業を行う大学教育に参加する日本人学生に関する研究を通じて示唆してきた事柄を、新たなデータを取得・分析した上で経験的に精査することであった。本課題は大きく2段階に分けて行う計画で、第1段階として、上記の研究成果を教育社会学・言語社会学における諸概念を援用しつつまとめ直す過程を平成27年度に予定していた。これにあたり、まず必要な文献の収集を行った。「日常的実践」「正統的話者」「言語とパワー」「英語の国際的拡散に関する批判的研究」等に関する文献研究を通して以下の仮説を理論的根拠を伴いながら構築するに至った。●「母語話者規範」を「隠れたカリキュラム」として内包する日本国内の英語科教育は、母語話者と非母語話者という2つの概念の間に正統・周縁という権力関係を生じさせるよう機能している.●いわゆる一般的な学校教育の中で英語学習を経験してきた日本人が非母語話者として英語を用いてコミュニケーションに参加する際に、上述の権力関係が教育を通じて内化されているため、自らを母語話者(“正統的話者")に対して、周縁者・弱者として位置づける傾向がある.研究は平成27年度7月まで行った。この後、この視点で研究者の過去の研究を整理し、学会で発表する予定にしていたが、研究者の米国転居および身分変更に伴う科学研究費応募資格の喪失のため、本課題の廃止を申請した。今後もこの研究は続けていく予定である。
魚類の温度適応分子機構の解明と利用

コイの筋肉は温度馴化に伴い、低温型および高温型のミオシン・アイソフォームを可逆的に発現する。このような変化はミオシンに限らず、筋小胞体などの細胞小器官や、種々の酵素タンパク質にもみられる。このように、魚類は温度適応する際に、その生体成分を包括的かつダイナミックに変化させる。一方、温度情報が生体調節に至るまでには、種々のホルモンが働き、多くの遺伝子が関与していると考えられるが、その詳細は不明である。本研究は、このような魚類の温度適応の分子機構の解明を目的とした。まず、コイ速筋の低温型および高温型ミオシン重鎖遺伝子につき、その転写領域の構造を決定し、約-1kbに存在するMEF2結合配列が転写活性に必要であることを示した。さらに、メダカについても、ミオシン重鎖遺伝子の温度依存的な発現には5'上流調節領域が重要であることを明らかにした。次に、低温飼育下で発現量が増加するコイ筋肉の水溶性タンパク質55kDa成分がミトコンドリアATP合成酵素のβ-サブユニットであることを明らかにし、その発現量が30°C馴化コイに比べて10°C馴化魚で約2倍高いことを示した。さらに、このタンパク質の発現は転写レベルで制御されていることを明かにした。また、霞ヶ浦から周年コイなどの種々の魚類を採取し速筋筋原線維Mg^<2+>-ATPase活性を測定したところ、11月に最高値を、その後徐々に低下し67月に最低値を示した。一方、血漿中のチロキシン濃度は夏に高く、冬に低い値となり、水温および筋原線維Mg^<2+>-ATPase活性と相関関係を示した。また、電位感受性プローブによる蛍光イメージングを用いてATP生成の源である魚類培養細胞ミトコンドリア膜電位測定法を確立した.さらに本法を用いて,温度適応に応じてミトコンドリア膜電位ポテンシャルエネルギーの変化を評価した。コイの筋肉は温度馴化に伴い、低音型および高温型のミオシン・アイソフォームを可逆的に発現する。このような変化はミオシンに限らず、筋小胞体などの細胞小器官や、種々の酵素および血清中のタンパク質にもみられる。そこで本研究は、このような魚類の温度適応の分子機構の解明を目的とした。まず、コイ速筋の低音型高温型ミオシン重鎖遺伝子につき、その転写領域の構造を決定するため、コイ・ゲノムライブラリーを構築し、ミオシン重鎖遺伝子のクローニングを行った。その結果、29種類のクローンが存在することが明らかになった。さらに、全てのクローンが骨格筋型ミオシン重鎖をコードすることが示唆され、コイ骨格筋ミオシン重鎖は多重遺伝子族によってコードされていることが示された。また、その配列類似性から、遺伝子の不等交換が行われた可能性が示された。さらに分子進化を検討したところ、コイ普通筋ミオシン重鎖遺伝子の多重性は、コイの祖先魚におけるゲノム倍加現象に起因している可能性が示された。次に、低温飼育下で発現量が増加するコイ筋肉の水溶性タンパク質55kDa成分につき、cDNAクローニングを行い、ミトコンドリアATP合成酵素のβ-サブユニットであることを明らかにした。電気泳動分析の結果、本β-サブユニットの発現量は30°C馴化コイに比べて10°C馴化魚で約2倍高いことが示された。

次に、ノーザンブロット解析でβ-サブユニットの転写産物量を調べたところ、10°C馴化コイでは30°C馴魚の約2倍と、先のタンパク質の発現量の変化は転写レベルで制御されていることが明らかとなった。魚類は変温動物で、その体温は水温の変化に応じて大きく変化するが、その生体成分を包括的かつダイナミックに変化させて体内の恒常性を保ち、生命活動を維持する。このような環境水温の変化に伴う魚類の生体の変化は、魚類の成長や漁獲後の死後変化などに大きな影響を及ぼすことが想定されるが、その詳細は不明のままである。そこで本研究は、温度情報がホルモンを介してどのような機構で遺伝子およびその発現調節まで至り、細胞小器官まで含めた魚類の代謝調節に結びつくのかを総合的に調べることを目的とした。まず、霞ヶ浦から周年コイを採取し速筋筋原線維Mg^<2+>-ATPase活性を測定したところ、11月に最高値を、その後徐々に低下し67月に最低値を示した。一方、血漿中のチロキシン濃度は夏に高く、冬に低い値となり、水温および筋原線維Mg^<2+>-ATPase活性と相関関係を示した。さらに、コイのゲノムライブラリーから高温誘導型ミオシン重鎖遺伝子MyHC30を単離し5'上流域につき機能解析を行ったところ、約-1kbに存在するMEF2結合配列が転写活性に必要であることが示された。次に、既報のコイ低温誘導型ミオシン重鎖遺伝子MyHC10の5'上流域につき機能解析を行ったところ、転写活性には5'上流824-921bが重要であった。次に、高温処理で選抜したニジマスを対照の非選抜区とともに16および24°Cで飼育し血清を採取して2次元電気泳動で分析したところ、24°C飼育した非選抜ニジマス群で、58、46、44、38および36kDa成分の増大が示された。また、電位感受性プローブによる蛍光イメージングを用いてATP生成の源である魚類培養細胞ミトコンドリア膜電位測定法を確立した.本法を用いることにより,温度適応に応じてミトコンドリア膜電位ポテンシャルエネルギーが変化するかどうかを評価することができるものと思われた.魚類は変温動物で、その体温は水温の変化に応じて大きく変化するが、その生体成分を包括的かつダイナミックに変化させて体内の恒常性を保ち、生命活動を維持する。本研究は、温度情報がホルモンを介してどのような機構で遺伝子およびその発現調節まで至り、細胞小器官まで含めた魚類の代謝調節に結びつくのかを総合的に調べることを目的とした。まず、霞ヶ浦産のコイ科魚ワタカ、ニゴイ、ゲンゴロウブナ、ハクレン、コイ科以外のオオクチバスおよぴブルーギル(サンフィッシュ科)につき、冬季の低水温時に普通筋筋原線維Mg^<2+>-ATPase活性は高く、夏季の高水温時に低いことを示した。しかしボラ(ボラ科)では、夏季と冬季に明瞭なATPase活性の差違はみられなかった。次に、コイ、タイ、ニジマスを対象に、JC-1試薬で蛍光強度とミトコンドリアの膜電位の相関を、K^+に選択的な中性イオノフォアのvalinomycinを用いて調べたところ、細胞外K^+濃度を上昇させるにつれ、ミトコンドリアの膜電位は減弱した。この結果を、Nernstの式を用いて較正をしたところ、両者には一次関数的な関係がみられ、抽出を必要としない、経時的な変化を追うことのできる代謝活性評価法が確立された。
新規シリルピンサー型遷移金属錯体を触媒とする還元的アルキル化反応の開発

新規触媒としてPSiPピンサー型パラジウム錯体を設計・合成し、これを触媒とする不飽和炭化水素のヒドロカルボキシル化(二酸化炭素の還元的アルキル化)の開発に成功した。1気圧の二酸化炭素雰囲気下、種々のアレン、あるいは原料としてより入手容易な1, 3-ジエン類に対し触媒量の本錯体をAlEt3又はZnEt2存在下作用させると、酸処理後β,γ-不飽和カルボン酸が高収率で得られる。二酸化炭素への求核付加は多置換炭素上で進行し、α位に4級炭素を持つβ,γ-不飽和カルボン酸を高選択的に与える。本反応は、効率、基質一般性からも非常に有用性の高い二酸化炭素固定化反応である。アルケン類を原料とする還元的アルキル化反応の開発を目指し、錯体触媒の新規設計に基づく反応開発を行った。すでに申請者は、ビス(ο-ジフェニルホスフィノフェニル)メチルシランに対し等モル量のPd(PPh_3)_4を室温で作用させると、上記ホスフィンとトリフェニルホスフィン1つが配位したシラン配位錯体を空気中で安定な淡黄色固体として得られることを見いだしている。この構造は、各種NMRならびにX線構造解析によって決定した。そこでこれがシリルピンサー型ヒドリドパラジウム錯体の等価体として機能することを期待し、触媒としての利用を検討した結果、1気圧の二酸化炭素雰囲気下、種々のアレンに対し触媒量の本錯体をAIEt_3又はZnEt_2存在下作用させると、酸処理後β, γ-不飽和カルボン酸が高収率で得られることを見いだした。本反応ではまず、系中で平衡的に生じるシリルピンサー型ヒドリド錯体とアレンとのヒドロメタル化によりο-アリルパラジウム錯体が生成し、これが二酸化炭素へ求核付加することでパラジウムカルボキシラート錯体となる。続いて、AIEt_3又はZnEt_2とのトランスメタル化ならびにβ-水素脱離を起こすことで、触媒活性極であるヒドリド錯体が再生するとともに、β, γ-不飽和カルボン酸塩を与えたものと考えられる。二酸化炭素への求核付加は多置換炭素上で進行し、1, 1-二置換アレンとの反応によりα位に4級炭素を持つβ, γ-不飽和カルボン酸を高選択的に与える。本反応は、室温下わずか1 mol%の触媒でも進行する高効率的二酸化炭素固定化反応である。前年度までに、PSiPピンサー型パラジウム錯体を触媒とすることで、1気圧の二酸化炭素雰囲気下、アレンのヒドロカルボキシル化反応が進行することを見いだした。そこで本年度はより汎用性の高い還元的アルキル化反応の開発を目指し、原料としてより入手容易な1,3-ジェン類を用いる実用的かつ高効率的なヒドロカルボキシル化反応の実現を目指し検討を行った。その結果、イソプレンに対し、THF中、1気圧の二酸化炭素雰囲気下、触媒量のパラジウム錯体をトリエチルアルミニウムとともに作用させると、ヒドロカルボキシル化反応が進行し、2,3-ジメチル-3-ブテン酸がほぼ単一の生成物として高収率で得られることを見出した。このときカルボキシル化における位置異性体は全く生成せず、なおかつ触媒回転数(TON)は274にまで達することが明らかとなった。本反応は鍵活性種として生じるピンサー型ヒドリドパラジウム錯体のジェンとの位置選択的なヒドロメタル化、ならびに生じるσ-アリルパラジウム錯体の多置換炭素上での位置選択的求核付加によって進行しているものと考えている。さらに本反応は、1,3-ブタジェンにも適用可能であり、2重結合の異性化を起こした(E)-2-メチル-2-ブテン酸が主生成物となるものの、カルボキシル化体をTON 524で得ることができた。以上のように、PSiPピンサー型パラジウム錯体を触媒とする、より反応性の高い高効率的な二酸化炭素の還元的アルキル化反応の開発に成功した。
植物培養細胞の増殖と二次代謝産物集積との連関機構

植物培養細胞における二次代謝産物の集積と細胞増殖との連関を明らかにするために、ブドウ培養細胞とヨウシュヤマゴボウ培養細胞を用いて、以下の研究を行った。ブドウ培養細胞におけるアントシアニンの集積と細胞増殖との連関については、増殖の停止に伴うフェニルアラニン内生量の増大が、アントシアニン生合成系の鍵酵素であるフェニルアラニンアンモニアリア-ゼ(PAL)やカルコンシンタ-ゼ(CHS)の遺伝手発現を誘導し、アントンアニンの生成と集積が起きるという仮説を提唱している。この仮説を検証するため、本年度は、フェニルアラニン投与のPALおよびCHS遺伝子発現に対する影響を調べた。その結果、CHSのmRNAの増大がフェニルアラニン投与の1時間後には既に検出されたことから、フェニルアラニンがかなり直接的に(増殖への影響を介さずに)CHS遺伝子発現を誘導し得ることがわかった。これは先の仮説を支持する。なお、PALについては現在まだ明確な結果が得られていない。ヨウシュヤマゴボウ培養細胞では、in vivoでのトレ-サ-実験の結果から、増殖と連関したチロシン水酸化活性の変動がベタシアニン生成と集積の重要な制御因子であることが示されていた。そこでチロシン水酸化酵素について検討し、カテコ-ル類のモリブデン試薬による発色を利用した活性測定法により、チロシン水酸化酵素と思われる活性の増殖に伴う変動を検出した。しかしその後、本法で検出された活性がチロシンの水酸化とは異なる未知の反応を反映したものであることが判明し、現在再検討中である。
界面光機能を用いる太陽エネルギーの化学的変換・貯蔵

1.半導体電極を用いる光エネルギー変換〔分担者坪村宏(阪大・基礎工)、坂田忠良(分子研)、川合知二(阪大・産研)、羽田宏(京大・工)、本多健一(京大・工)、相澤益男(筑波大・物質工)、藤平正道(東工大・工)〕半導体電極による太陽エネルギー化学変換の実用化へ向けてシリコン結晶の表面を白金、タングステン、モリブデンなどの金属超薄膜で覆った電極によるヨウ化水素の光分解についてさらに安定性の向上、およびスケールアップの効果について研究を進め、また光リングラフ法を用いてニッケルを格子状につけた電極によって水の光電分解(電圧印可)を行いうることを明らかにした。硫化カドミウム、硫化セレンの二層薄膜から成る半導体電極を製作し、その電極特性が単一の層の場合よりすぐれていることを見出した。無機半導体に対する金ポルフィリンやシアニン色素による色素増感効果についても研究した。新しい試みとしてポリチオフェン電極やラングミュアー・ブロジェット法で作製した複合有機累積膜電極の光電気化学特性の研究を行った。2.半導体光触媒による光エネルギー変換〔分担者米山宏(阪大・工)、坪村宏、坂田忠良、川合知二〕硫化カドミウム、酸化チタンなどの半導体粉末を用いる光エネルギ-変換法の一つとしてアミノ酸合成、その他の有機合成反応をさらにくわしく研究し、いくつかの新合成を行った。シリコン粉末による光触媒反応を始めてとりあげ、カルボン酸からの水素発生の機構を検討した。大きな工業的問題である亜硫酸ガス廃棄物の処理の一法としての硫化カドミウム白金触媒による水素発生反応をさらに深くしらべ、効率の向上と触媒の安定化に成功した。自然太陽光下において8.4l【m^(-2)】【h^(-1)】の水素発生を観測した。
海馬神経スパインを介した空間記憶の概日制御メカニズムの解明

本研究では、概日時計がどのようにして空間記憶のリズムを制御しているのかを神経スパインという視点から明らかにする。そのために1点目として、「概日時計がどのように海馬神経のスパイン密度のリズムを制御してるのか」を明らかにする。また、2点目として、「スパイン密度のリズムが空間記憶のリズムを生み出しているのか」を解明する。これら2点から、概日時計による空間記憶の制御を一連の流れとして理解する。
血液・脳関門モデル系の確立とその応用-神経賦活剤による先天性および二次性脳障害治療の試み-

1、当初の計画したBBBモデルの設定方法1に従い、アストロサイトおよびウシ大動脈内皮細胞は、それぞれ単独に培養細胞を調製できた。しかし方法2のBBBモデルの設定段階で、内皮細胞は問題なく内側チャンバ-の膜面で単相に培養できたが、アストロサイトは培養が難しいことがわかり、ゼラチン、フィブロネクチン、コラ-ゲン、および他の細胞外マトリックスを用いて膜面接着性を検討した結果、タイプ1コラ-ゲンがアストロサイトの膜面接着に一番適していることが分かった。2、方法3の物質透過性実験にあたり、2つのBBBモデルを作成することにした。すなわち、(a)当初の計画どおり内側チャンバ-のバイオポア膜をはさんで2種の細胞を上下に培養するサンドイッチモデルと、(b)膜面の片側(内側)にアストロサイトと内皮細胞をマクラ状に培養したモザイクモデルを調製することができた。また、実際のダブルチャンバ-を用いた自動潅流実験系の予備実験結果より、内外二つのチャンバ-を水平に設置した開放系より、内側チャンバ-を垂直に置いて左右別の閉鎖チャンバ-をそれぞれ同期に自動潅流するシステムが、定量的解析を行うには一番適していることが分かった。次年度はこの系を用いて、各種薬剤の選択的透過性実験を行う予定である。3、アストロサイト由来のグリア細胞増殖抑制因子(グリオスタチン)が、アストロサイトの増殖抑制作用だけではなく、ニュ-ロンに対して生存維持と神経突起伸展作用を示し、さらに血管内皮細胞の増殖を修飾することを見いだした。現在、この因子の化学構造を解析中である。次年度は、この因子を含めて、アストロサイトが産生する各種の因子で内皮細胞をプライムし物質の選択的特異性発現に与える効果を検討する計画である。
神経細胞の分化を制御するマイクロ流体システムの構築

本研究では,マイクロマシン技術を利用して,細胞培養チャンバ,マイクロ流路,マイクロバルブ,ナノホール・アレイなどから構成されるマイクロ流体システムを製作した.マイクロバルブはマイクロ流路内に構築され,可動部がなく,流路表面の親水性・疎水性を利用して空気圧により開閉する.神経成長因子を放出するナノホール・アレイは集束イオンビームによるエッチングを利用して培養チャンバ直下に形成され,ナノホールの内径は500nmであり神経軸索末端の径より小さい.これらの構成要素を極近傍にシステム化したので,ナノホールから培養チャンバに放出される神経成長因子の量をマイクロバルブの開閉により精密に制御することが可能になった.実際に,蛍光色素を用いた実験により,マイクロバルブの開閉によりナノホールからの薬剤放出量を制御できることを実証した.特に,放出薬剤の濃度が所望の値に達するまでマイクロバルブを開状態にした後に,その濃度に応じて最適のDuty比(開閉周期に占める開時間の割合)を選択しマイクロバルブを1Hzで連続開閉することにより,濃度を一定に保つことが可能であることが分かった.次に、製作したデバイス上に、神経細胞様に分化するPC12細胞(ラット副腎髄質褐色細胞種)を培養し,バルブ開閉によりナノホールからの神経成長因子の放出量を制御することにより,細胞の分化誘導を行うことに成功した.これらの実験を通じて,細胞の分化がマイクロバルブの開閉周期やDuty比に大きく影響を受けることが分かった.以上のような神経細胞分化の動的制御は,損傷した神経細胞を修復する再生医療やバイオニック医療への応用が期待できる.今後は,最終年度前年度応募により採択された基盤研究(B)「神経幹細胞の分化誘導のための微量薬剤放出制御デバイスの構築」(課題番号19300161)により引き続いて研究を展開して行く予定である.本研究では,マイクロマシン技術を利用して,細胞培養チャンバ,マイクロ流路,マイクロバルブ,ナノホール・アレイなどから構成されるマイクロ流体システムを製作した.マイクロバルブはマイクロ流路内に構築され,可動部がなく,流路表面の親水性・疎水性を利用して空気圧により開閉する.神経成長因子を放出するナノホール・アレイは集束イオンビームによるエッチングを利用して培養チャンバ直下に形成され,ナノホールの内径は500nmであり神経軸索末端の径より小さい.これらの構成要素を極近傍にシステム化したので,ナノホールから培養チャンバに放出される神経成長因子の量をマイクロバルブの開閉により精密に制御することが可能になった.実際に,蛍光色素を用いた実験により,マイクロバルブの開閉によりナノホールからの薬剤放出量を制御できることを実証した.特に,放出薬剤の濃度が所望の値に達するまでマイクロバルブを開状態にした後に,その濃度に応じて最適のDuty比(開閉周期に占める開時間の割合)を選択しマイクロバルブを1Hzで連続開閉することにより,濃度を一定に保つことが可能であることが分かった.次に、製作したデバイス上に、神経細胞様に分化するPC12細胞(ラット副腎髄質褐色細胞種)を培養し,バルブ開閉によりナノホールからの神経成長因子の放出量を制御することにより,細胞の分化誘導を行うことに成功した.これらの実験を通じて,細胞の分化がマイクロバルブの開閉周期やDuty比に大きく影響を受けることが分かった.以上のような神経細胞分化の動的制御は,損傷した神経細胞を修復する再生医療やバイオニック医療への応用が期待できる.今後は,最終年度前年度応募により採択された基盤研究(B)「神経幹細胞の分化誘導のための微量薬剤放出制御デバイスの構築」(課題番号19300161)により引き続いて研究を展開して行く予定である.半導体加工技術を利用して、SOI(Silicon on Insulator)基板を両面からマイクロ加工することにより、神経成長因子を放出するナノホール・アレイとその放出量を制御するマイクロバルブを極近傍にシステム化することに成功した。製作したデバイスは、細胞を培養するためのチャンバと、幅60μm、深さ8μmのT字型マイクロ流路、チャンバとマイクロ流路を接続するナノホール100個、マイクロ流路を覆うシリコーン樹脂などから構成される。ナノホールの内径は約500nm程度であり、神経細胞の細胞体から伸びる直径約1μmの軸索よりも細いので、培養チャンバ側の神経軸索がナノホールを通り抜けてマイクロ流路側に達してしまうことはない。マイクロバルブの開閉によるナノホールからの薬物放出を確認し、その制御法を導出するために、蛍光色素をナノホールから放出させる実験を行った。バルブ開閉の周期を20sec、40sec、60secと3種類に違えた場合の、ナノホール・アレイの中心から20μm離れた場所の蛍光強度の変化を測定した。どの周期で開閉した場合でも、バルブの開閉に同期して蛍光強度に大きな変化が見られた。また、バルブ開閉周期が長いほど蛍光強度の変化が大きくなった。次に、放出する薬物の濃度を制御するために、バルブ開閉周期を短くし濃度変化を測定する試行錯誤を繰り返した。その結果、所望の濃度に達するまでバルブを開いた後に約2Hzでバルブ開閉を繰り返すことにより、その濃度を一定に保つことができることが分かった。細胞培養チャンバ、神経成長因子放出用ナノホール・アレイ、及びマイクロバルブを極近傍にシステム化したマイクロ流体デバイスに関して、構造の改良と製作法の改善を行った。

まず、流路表面を疎水化するアモルファスフッ素樹脂のパターニングは再現性と安定性が悪くデバイス製作の歩留まりの低下をもたらす主原因であったため、流路中に金薄膜を形成後この金薄膜面上に疎水性の自己組織化単分子膜である1-オクタデカンチオール膜を形成することとした。次に、バルブの開閉の際に液体がエアベント用流路内に流入し残留することによりバルブの連続開閉が不安定になる問題点があったため、エアベント用流路を幅10μm程度の細い2本の流路から成る形状に変更することによりこれを解決した。これらの改善により、培地を用いた場合のバルブの連続開閉が可能となった。次に、培地を用いてバルブを連続開閉した場合の特性を評価した。まず、バルブの開閉周波数とバルブを開く際に必要な印加圧力との関係を明らかにし、より速い周波数でバルブを開閉するにはより大きな圧力が必要であることが分かった。次に、周波数1Hzで連続開閉した場合のバルブの耐久性を調べたところ、12時間程度(開閉4万回以上)までは問題なく動作することを確認したが、バルブの開閉に必要な圧力が時間とともに増加することが分かった。さらに、製作したデバイス上にPC12細胞(ラット副腎髄質褐色細胞種)を培養し、バルブ開閉によりナノホールからの神経成長因子の放出量を変えながら、分化誘導実験を行った。15分毎あるいは30分毎にバルブ開閉を繰り返し、細胞の面積変化を観察した。15分毎でバルブ開閉を繰り返した場合には4.5時間後から細胞の分化が見られたが、30分毎でのバルブ開閉では細胞分化が見られなかった。この結果から、バルブ開閉による神経成長因子放出制御が細胞の分化に影響を与えうることが分かった。シリコン基板上に細胞培養チャンバ、神経成長因子放出用ナノホール・アレイ、マイクロバルブなどを極近傍にシステム化したマイクロ流体デバイスを用いて、マイクロバルブの開閉によるナノホールを通じた化学物質放出の制御性を評価するために、蛍光色素をナノホールから放出制御し、ナノホール・アレイの中心から20μm離れた20μm角の領域の蛍光強度の変化を計測した。その結果、放出物質の濃度が所望の値に達するまでバルブを開状態にした後に、その濃度に応じて最適のDuty比(バルブ開閉周期におけるバルブ開時間の割合)を選択しバルブを1Hzで連続開閉することにより、濃度を一定に保つことができることが分かった。また、このようなバルブ開閉制御を行うことにより、ナノホール周辺に時間的に変化しない濃度勾配を形成し得ることを確認した。次に、デバイス上に神経細胞様に分化するPC12細胞(ラット副腎髄質褐色細胞種)を培養し、バルブ開閉制御によりナノホールからの神経成長因子の放出量を変えながら、分化誘導実験を行った。バルブの開閉周期を1Hzに固定し、開閉Duty比を様々な値に変更することにより、細胞分化への影響を調べた。その結果、ナノホール・アレイから120μm離れた場所に配置した細胞に対しては、Duty比を0.6とすると約2時間後には細胞が扁平・肥大化し分化を始め軸索を伸長させるが、Duty比を0.5とすると分化が起こらないことが分かった。また、ナノホール・アレイからの細胞の位置によっても、細胞分化の様子が大きな影響を受けることを確認した。
18世紀中期イギリスにおける巡回式庭園の成立と受容に関する研究

18世紀中期イギリスで成立したサーキット・ガーデン(巡回式庭園)の間には何らかの相互連関が想定されるが、こうした庭園の間には単純な模倣関係が存在するわけではない。各庭園には規模・形態・目的に応じ異なる造園・鑑賞方法が存在するばかりでなく、庭園間には文学的・芸術的交友関係を通じた交流や接点が存在する可能性が高い。こうした相互連関は従来のイギリス庭園史や英文学史研究の文脈では見過ごされがちなものである。本年度はイギリスでの現地調査により、地図や歴史的文献資料からは判断することの難しい庭園の地形・地勢・植生等の現況把握を行った。加えてイル・ド・フランス地方で18世紀後半に観賞用農園やイギリス風景式庭園からの強い影響下で成立した庭園の残存部分を視察し、巡回式庭園の歴史的受容の一例として参照した。現地では庭園管理者からの聞き取り調査や撮影を行うことで庭園や周辺地域の状況を立体的に把握して文献・視覚資料の読解に資すると共に、国内で入手・閲覧が不可能な資料や出版物の入手・調査を行った。シェフィールド大学提出博士論文および手稿資料の一部は渡航前に複写データを入手し、渡航中にその他の手稿資料を参照した。調査対象とするバーミンガム市周辺およびイングランド中西部の巡回式庭園については現地調査に加え文献資料調査を行った。特にサリー州歴史センターでは主にペインズヒル庭園に関する所蔵資料の調査を行った。また、非公開の庭園については現地のアーキヴィストに依頼して地図や文献資料などの入手を行った。ベルリン自由大学提出の博士論文については翻訳・読解作業を部分的に行った。一連の調査の過程で、リーソウズ庭園から何らかの影響を受けたと思われる例が複数判明した。碑文などの文学的モチーフを巡回式庭園の構成要素として用いた例は散見されるものの、それぞれ異なる発想の下で用いられており、類似よりもむしろ相違の方が顕著であることが判明した。調査対象地域を中心にほぼ同時代に成立した巡回式庭園の間には何らかの相互影響関係が存在することは確かだが、単純に他庭園の特色を取り入れて成立したものとは考え難く、庭園の規模・形態や目的に応じた造園・鑑賞方法が求められたと推測される。アメリカ合衆国での主な調査先は、ウィリアム・シェンストンの手稿を多数所蔵するエール大学図書館(The Beinecke Rare Book and Manuscript Library)とした。事前調査により、既存の手稿資料リスト(Index of English Literary Manuscripts, Vol.III, 1992)に未記載の資料が多数存在することが判明したため、直接現地を訪れて司書の協力のもと資料の閲覧と複写を行った。合衆国内のその他の手稿資料の所蔵機関(The Huntington Library, Shakespeare Library, Wellesley College Library)については資料の複写が可能であることが判明したため、依頼を行い資料の分析を行った。今回の一連の資料調査により、特にシェンストンの知人(Joseph Spence, Thomas Hull)や同時代の訪問者(Thomas Parnell)による庭園の訪問記録の原本にあたることで既刊の二次資料における記述との対照作業を行うことができた他、書簡集等による出版のなされていない未刊の一次資料に存在する空白を埋める作業を行うことができた。また、前年度に現地調査を行ったイギリスのサーキット・ガーデン(ストアヘッド庭園、プライオリー・パーク、ペインズヒル庭園)についても引き続き文献調査を行うことで、リーソウズ庭園と各サーキット・ガーデンの間にシェンストンの文学的・芸術的交友ネットワークを通じた交流や接点が存在した可能性が高まった。こうした交友関係は、既存の庭園史・文学史研究の文脈では見落とされがちなものである。今回の調査により明らかとなった新たなつながりや接点の存在をもとに、研究対象とする複数のサーキット・ガーデンの間に存在する様々な相違点・相似点の比較・考察に資することが期待される。
古代都市史研究のための考古学的遺構情報の GIS データベース構築

本研究では、平城京および長岡京の考古学的遺構のGISデータベースが構築された。これのGISデータベースは、効率的に遺構情報を検索し、表示するための機能を持っている。そのGISデータベースの地理情報を利用することによって、両都市の都市構造や古環境を可視化することができた。本年度は、平城京を研究対象地域に設定し、奈良市教育委員会・奈良市埋蔵文化財センターが発行している過去20年分の発掘調査報告書『奈良市埋蔵文化財調査概要報告書』に掲載された遺構図ののGISデータベースを構築した。具板的には、(1)発掘調査報告書の収集、(2)遺構図のスキャニング、(3)遺構図のジオリファレンス、(4)遺構図のデジタイジング、(6)属性情報の抽出と入力の作業を行った。なお、(4)遺構図のデジタイジングの作業においては、調査区のほか、建物、井戸、塀、溝の遺構について形状の抽出作業(トレース)を行った。また、(6)属性情報の抽出においては、(5)でデジタイジングしたそれぞれの遺構の構造、規模に関する定性的・定量的な属性情報を入力した。その結果、本研究では、平城京の京域を対象とした遺構情報の保存・表示・検索を可能にするシステムを構築することができた。このデータベースによって、遺構情報の迅速な検索やマルチスケールで遺構情報の表示が可能となり、さらに広域での遺構の分布状況や遺構の隣接関係を視覚的に把握することもできるようになった。また、各遺構データの重ね合わせも可能となり、遺構間の関係性を視覚的に把握できるようになった。各遺構に対して属性情報を付与したことによって、これまで表現することのできなかった都市構造に関する主題図を多く作成することができた。例えば、建物の規模を示す属性情報として、建物遺構の面積、柱穴の直径、柱間の距離をGISソフトで計測することによって、建物規模の分布状況を視覚的に表現する主題図を作成できた。この他、平城京内に施工された条坊制の街区(坪)単位で、各遺構の個数や存在の有無を集計することによって、街区単位の土地利用図を作成することもできた。遺構図のGISデータベースの構築は、古代都市史研究の効率化に寄与し、古代都市の都市構造の把握などにおいて新しい展開を可能とするものであることが一定実証することができた。2012年度は、平成23年度は、日本古代都市のうち長岡京を主要な研究対象地域としてデータベースの構築を行った。主に、向日市埋蔵文化財センターが発行する過去20年分の発掘調査報告書を活用し、遺構図に記載される建物や井戸、塀、溝などの地理情報をGISのソフトウェアを用い抽出した。本年度は向日市埋蔵文化財センターの協力によって過去すべての向日市埋蔵文化財センターおよび向日市教育委員会発行の発掘調査報告書を収集することができた。これらの発掘調査報告書に掲載された遺構図のスキャニングおよび遺構図のジオリファレンスはすでに完了している。遺構図のデジタイジングに関しては,それぞれの発掘調査単位で実施し,調査区、建物、井戸、塀、溝について、デジタイジングの作業を行った。本年度は,調査区の形状の入力作業についてはほぼ完了することができた。遺構図のジオリファレンスおよび調査区形状のGISデータ化によって,長岡京全体における発掘調査地点の分布を把握することができ,それぞれの発掘調査区の遺構図をGISソフトウェアにおいて閲覧することが可能になった。これまで向日市埋蔵文化財センターの発掘調査報告書のGISデータ化は実施されていない。遺構図がGISソフトウェア上で閲覧可能になることによって,隣接する発掘調査区の関係を正確に把握することができるようになった。とりわけ,条坊制に関連する道路側溝遺構の連続性を把握する上で活用できるデータを構築することができた。本年度は,昨年度に引き続き古代都市長岡京を主要な研究対象地域として,GISを活用した遺構データベースの構築を実施した。長岡京域には,向日市,長岡京市,京都市,大山崎町が含まれる。そのうち,向日市埋蔵文化財センターおよび向日市教育委員会から発掘調査を発掘調査報告書の提供を受けることができた。本年度は,これらの提供された報告書を活用して,前年度までに構築することができなかった年度の発掘調査報告書のデータベース構築を実施することができた。データベースの構築には,従来通り次の方法が適用された。1遺構図のスキャニング,2遺構図のジオリファレンス,3遺構図のデジタイジング,4属性情報の抽出と入力。遺構図からの遺構の抽出は,調査区,建物,井戸,塀,溝の四つの項目について実施した。現状では,発掘調査区のポリゴン数は約1100,建物のポリゴン数は約270,井戸のポイント約100を数える。建物および井戸については,それぞれの遺構の規模や時代に関する属性情報が与えられている。その結果,大規模な建物の分布状況や井戸の深さの地理的分布を把握することができ,都市構造および都市の古環境を地図化して空間的に推測する手がかりを獲得することができた。平城京においても,構築したGISデータベースの建物の規模,塀の構造,井戸の深さの情報から,都市構造や古環境を地図化して空間的に推測することができることを確認した。

例えば,建物の面積や塀の構造(築地塀・板塀)など,各データのレイヤを重ね合わせて表示することによって,一坪単位の街区の土地利用の特色を可視化することが可能となった。なお,以上の研究成果については,奈良女子大学古代学学術研究センターやパリ大学で開催された研究会およびワークショップで報告した。平成23年度には,長岡京の遺構図GISデータベースの構築を目的した。過去20年分の向日市埋蔵文化財センターの刊行した発掘調査報告書のジオリファレンスや調査範囲のデジタイジングは完了した。しかし,その他,建物,井戸,塀,溝の情報は,非常に大量の情報から構成されたため,一部のデジタイジングの作業を平成24年度に引き続き実施することとなった。24年度が最終年度であるため、記入しない。GISデータベースを構築するための膨大な作業が残されているが,おおむね研究順調に進行しており,これまでの研究方法を用い,研究を実施していく。予定より作業量が多く,データ入力作業を次年度に持ち越すこととなったが,大勢に影響はない。
硝化作用をモデルとした複合微生物解析と高機能化デザイン

有機質肥料活用型養液栽培は、微生物源として水中に土壌を少量添加し、有機物の硝化を行う工程と、作物を栽培する工程で構成される。本研究では、微生物源として培養土のスクリーニングを行い、硝化工程を短縮できるバーク堆肥(微生物源)を選抜し、硝化終了後の微生物群を用いることで、簡便に有機溶液栽培が実現できる微生物剤の開発を行った。また、DGGE解析法を活用し、硝化工程の環境動態と菌相の遷移の可視化に成功し、土壌栽培時の硝化作用のモデルとして活用できることを明らかにした。有機質肥料活用型養液栽培は、微生物源として水中に土壌を少量添加し、有機物の硝化反応を促す硝化工程と、構築した微生物生態系を維持しながら作物を栽培する工程で構成される。まず、微生物源として約50種類の肥料や、培養土のスクリーニングを行い、硝化工程を従来の1ヶ月から、2週間に短縮できるバーク堆肥(微生物源)を選抜した。また、硝化終了後の培養液から回収した微生物群を用いることで、再現性よく迅速な硝化を行えたことから、微生物剤(種菌)としての可能性を示せた。加えて、様々な有機物に対しても、硝化が可能であったことから柔軟性を有していることを明らかにした。さらに硝化工程を繰り返し10世代行い、それぞれの世代の細菌相をDGGE解析により確認した。硝化完了後の細菌相のパターンは硝化を繰り返しても一定の菌相に収斂することを明らかにした。種菌を用いて作物栽培を検討した結果、土壌を微生物源として用いた際と同様の実績を示した。さらに、菌体の大量調製と、硝化特性を維持した状態で種菌の乾燥化に成功し、その実用性、汎用性を高めた。以上、細菌相の再現生と安定性、硝化の柔軟性、栽培実績が確認できたことにより、本微生物剤が有機肥料活用型栽培における種菌として利用できると同時に、土壌栽培時の硝化作用のモデルとして活用できることを明らかにした。続いて、硝化作用の経時的な変化の解析系のモデル化の構築を検討し、経時的に菌体を分取することで環境動態と硝化反応の菌相推移をDGGE解析により明らかにした。有機質肥料活用型栽培に有用な種菌の調製に成功したことは、資源循環型作物栽培を推し進める成果であると同時に、微生物と植物の相互作用のモデルを提示できたと考えている。一方で、現在種菌として、約1万種の菌が含まれるが、難培養性の菌も多数含まれる。今後、品質管理の面からもハンドリング可能な最小限の微生物のデザインが求められる。市販の肥料や、培養土、約50種類を微生物源としてスクリーニングを行い、微生物源として有機物の無機化の工程を従来の1ヶ月から、1週間に短縮できるバーク堆肥を選抜した。また、1 g/lの濃度で複合微生物と炭酸カルシウムを添加し、0.5 g/lの濃度で5日間、有機物を添加、25°C下、通気を行い、約2週間で有機物の硝酸態窒素への無機化が完了することを明らかにした。炭酸カルシウムを添加することで硝化特性(硝酸化成効率)が改善されることを見いだした。また、有機廃棄物を完全硝化した後、回収した微生物を用い再度硝化を行った結果、安定した硝化再現性を示すことがわかった。さらに、作成した種菌を用い、種々の有機物に対して硝化の柔軟性を検討したところ、多様なN源に対して安定した硝化反応を示したので、有機物の分解に充分な柔軟性を有していることが明らかになった。続いて、硝化完了を1世代とし、10世代硝化を繰り返し、種菌の細菌相の推移をDGGE解析により確認した。硝化完了後の細菌相のパターンは高度に保存されており、硝化を繰り返しても一定の菌相のパターンに収斂することが明らかになった。実際に調製した複合微生物を種菌として作物栽培を行ったところ、土壌を微生物源として用いた際と同様であった。以上、細菌相の再現生と安定性、硝化の柔軟性、栽培実績が確認できたことにより、硝化作用の複合微生物系モデルとして本種菌が利用できることを明らかにした。続いて、硝化作用の経時的な変化の解析系のモデル化の構築を検討し、試験管レベルでの硝化反応が可能であり、実際に経時的に菌体を分取することで経時的な硝化反応の菌相推移をDGGE解析により明らかにすることができた。本解析モデルにより、硝化反応における新たな解析系を提案できたと考えている。23年度の計画通り、これまでに硝化微生物群のスクリーニングを行い、硝化効率のよい複合微生物源として、バーク堆肥を選抜した。また、選抜した硝化微生物源を用い最適な硝化条件を決定し、硝化終了後の菌体を用いることで、再度硝化できることも明らかにした。

また、硝化に関わる単一漕での微生物の遷移解析、微生物相遷移と代謝物の関連性の解析を行い、菌相レベルでの再現性も有していることを明らかにした。現状で研究の進捗度は概ね順調である。これまでに、有機物から硝酸までの完全硝化後の菌体は、有機物からの硝化作用において再現性を有している知見を得ている。23年度に選抜した土壌より訓養培養した菌体の、希釈を行い、有機物からの完全硝化を行える最小構成微生物単位までの希釈倍率を検討し、その希釈倍率下でのサンプル間の硝化作用の挙動と、硝化終了後の菌相の比較により、有機物分解と硝化に関わる最小構成微生物群のバリエーションをもったライブラリーを構築する。さらに、ライブラリーに対して、様々な外乱を導入し、硝化作用に関しての柔軟性、剛性を評価し、挙動と菌相の差違を比較する。続いて、最少化を行った複合微生物を活用し、カラムにに菌体を固定し、有機物の分解状況に合わせて、菌相を分離し、有機物から硝酸までの各機能別に有用な菌群の集積を試みる。また、同時に各環境下での培養液を用いて、菌を単離し、硝化微生物剤の機能改善に役立てる。微生物の培養には培養試薬や試験管などのガラス器具が必要となる。遺伝子操作には、扱いが簡便なプラスチックチューブやシャーレを用い、研究の進行を促進する計画である。また、培養試薬類、分析試薬類、カラム樹脂類、ガラス製品、制限酵素類、ポリメラーゼ類、リガーゼ類、プライマー作成委託、プラスミド精製キット、プラスチック製品、RNA精製キット、逆転写キット、cDNAライブラリーキット、DNAシーケンス用キットなど研究経費の中で消耗品費として活用する。また、単純化した菌相を網羅的に解析することを予定しており、次世代シークエンサーによる菌相解析を委託する予定である。
渦鞭毛藻類を細胞内共生者とする海産無脊椎動物における共生関係の発達機構

渦鞭毛藻類を細胞内共生者とする軟体動物、二枚貝類のヒメジャコガイ、リュウキュウアオイガイ、オオヒシガイ、クサビヒシガイ、後鰓類のCuthona yamasui、ムカデミノウミウシなどを平成4年度に2回にわたって採集し、その生態について観察を行うとともに(研究分担者大野)、これらの動物から、共生藻類の渦鞭毛藻類を分離培養した。(研究代表者弥益)、研究分担者の加藤、大野および白岩(新潟大学)酒井(琉球大学、熱帯海洋科学センター)と共同して、同じく2回にわたって研究代表者の研究室および上記熱海センターの施設を利用し、主としてオオヒシガイとその共生藻類についての光合成特性、炭酸濃度依存性、共生系における窒素代謝(白岩と協同)について検定と予備的実験を行った。オオヒシガイに共生する渦鞭毛藻類の光補償点が棲息場所における光量子入射量に比し著しく低いこと(加藤、大野)、およびクサビガイの棲息地における生態の解析から、ザルガイ科に見られる共生関係がこれらの二枚貝類の普遍的な生態を示すと考えられるソフトボトム内生生活型の先祖において成立したとの従来からの見解が結論された(大野)。また、培養渦鞭毛藻類のKi値が光強度によって大幅に変化すること、共生藻類は光強度に応じて光合成系の構造を調節する能力を持っており、弱光への適応を光捕捉色素分子のレベルで行っていることが明かにされた。炭酸濃度依存性に関する予備実験では、オオヒシガイ共生藻のCO_2親和性は、光合成の律速因子となっていないことを示した。オオヒシガイにNH_4を与えると、藻類の増殖とともに排泄物中に藻類消化による藻類色素成分の増加が起こることを示した(加藤)。
ディーゼル機関用バイオ燃料の燃焼詳細反応機構の解明

近年の大きな環境問題である地球温暖化の対策としてバイオマス燃料が注目されている。この燃料は従来の石油系燃料に比べNO_x排出量が多い等、従来の燃料と違った傾向がある。また、ディーゼルエンジン特有の問題であるすすの生成メカニズムに関しても、反応機構は不明な点が多い。そこで本研究では純粋に化学反応のみに注目し、すすの成長過程の測定を行い、生成メカニズムの構築に重要な知見を得た。また、バイオマス燃料に特有なメチルエステル構造をもつ物質の酸化過程の検証を行った。当研究の最終目的はバイオ燃料のディーゼルエンジンでの燃焼特性を再現できる化学詳細反応機構を作成することである。その中で1年目となる平成18年度は、通常の炭化水素燃料を用いた場合の燃焼特性を把握することである。そこで本年度はディーゼルエンジンで特徴的なすす生成に着目し、通常の燃料を用いた燃焼場でのすすの成長過程を検証した。ただし、ディーゼルエンジンでの燃焼は拡散燃焼であり、化学反応に加え拡散等の影響が複雑にからみあった現象である。そのため、すすの成長メカニズムはいまだに不明な点が多いのが現状である。そこで本研究では拡散、空間的不均一性等の事象を複雑にする原因を排除し、予混合、等温の条件を再現できる流通式反応管を用いて、純粋に化学反応のみに注目し、すすの成長過程を測定した。燃料はもっとも単純な芳香族であるベンゼンを用い、ガスクロマトグラフィー4重極型質量分析器を用いて生成物を計測した。実際に観測された生成物は、燃料であるベンゼン、2つの6員環からなるナフタレン、ビフェニル、3つの環からなるアントラセン、フェナントレン、フルオレン、また2つの炭素原子からなるアセチレン、エチレンである。すすの成長過程は温度によらす、ベンゼンから水素原子が脱離し、フェニルラジカルが生成され、2つのフェニルラジカルが結合し、ビフェニルが生成される。さらにはアセチレンの付加等によりフェナントレンが生成するルートが支配的であることが確認された。これらの成長は1080Kを超える温度で活性化することが実験より確認された。またこの実験を再現する計算によると、1400K程度以上では、すすへの成長よりも、ベンゼンからより小さい炭化水素への分解が支配的であることも確認された。その中で1年目となる平成18年度は,通常の炭化水素燃料を用いた場合の燃焼特性を把握することである。本年度はディーゼルエンジンで特徴的なすす生成に着目し,通常の燃料を用いた燃焼場でのすすの成長過程を圧力依存性を中心に検証した。すすの成長メカニズムはいまだに不明な点が多いのが現状であるため,本研究では拡散,空間的不均一性等の事象を複雑にする原因を排除し,予混合,等温の条件を再現できる流通式反応管を用いて,純粋に化学反応のみに注目し,すすの成長過程を測定した。燃料はもっとも単純な芳香族であるベンゼンを用い,ガスクロマトグラフィー4重極型質量分析器を用いて生成物を計測した。実際に観測された生成物は,燃料であるベンゼン,2つの6員環からなるナフタレン,ビフェニル,3つの環からなるアントラセン,フェナントレン,フルオレン,また2つの炭素原子からなるアセチレン,エチレンである。すすの成長過程は温度によらず,ベンゼンから水素原子が脱離し,フェニルラジカルが生成され,2つのフェニルラジカルが結合し,ビフェニルが生成される。圧力を変化させた際には,400torr程度の圧力下では多環芳香族の生成割合は減少する。ただし50torr程度のさらに減圧された圧力条件では多環芳香族の生成割合が大気圧での計測時と同等程度まで増加することが確認された。今年度は昨年度までの検討結果を踏まえ、炭素数10の直鎖メチルカルボネートの自着火に至る反応機構を作成した。去年度検討した、直鎖飽和炭化水素炭素の水素原子と酸素分子が反応し、OHラジカルとO原子が生成する経路により活性種が増殖していく高温燃焼機構(1200K以上)に、燃料分子からH原子が引き抜かれた後、酸素分子付加を2回繰り返したのち、keto-hydroperoxideを経由してOHが増殖する低温酸化機構を加えたものをベースとし、同様な反応経路をC10メチルカーボネートにも適用した。ただし作成されたものは、分子を構成する原子の多さ、対称性の無さから、反応数が7000を超えるものとなってしまったため、その反応から比較的寄与の少ない反応を削除することにより、反応数を4000程度まで削減した。この際の削減方法は、初期条件700Kおよび1200kからの断熱容積

一定での条件で自着火に至る過程を計算し、同様な条件で計算を行った反応数の削減していない反応機構での結果と比較し、全体の圧力、温度プロファイルに影響を与えない反応を削除していった。また、異性体の区別をなくす等の方法も用い、直接影響を与えないが複数存在した低温酸化過程での反応経路を1本化した。この場合も計算結果への影響がないことを確認している。これらの簡略化により、燃焼中に生成される側鎖を持つ炭化水素の生成は無視されるが、生成量が微量であるため、影響はほとんどない。このメカニズムによる計算結果の確かさは、n-デカンを流通式反応管に流通させた際の試験結果および実際のエンジンを用いた試験結果により確認を行った。