hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ポリペプチドハイブリッド体からなる医用高分子材料の設計開発のための基礎的研究

1)アミノ酸配列とコンホーメションの対応関係に関する知見の集積のため、天然由来の周期性タンパク質のコラーゲン等におけるプロリン含有の反復アミノ酸配列をモデル化した周期性ポリペプチド、Poly(Gly-Pro-Xaa)Poly(Xaa-Pro)、Poly(Xaa-Pro-Pro)、Poly(Xaa-Pro-Pro-Pro)の合成を液相法により試み、目的とする化合物を得た。円二色性測定の結果、既知のヘリックス構造とは異なるスペクトルを得た。得られたスペクトルパターンは分子力学計算により予測しているコンホーメションの可能性を強く支持している。また、立体構造安定化因子としてのセリン残基の役割を検討するため、セリン残基を含むオリゴペプチドを合成し、円二色性測定、NMR測定による構造解析を試み、側鎖ヒドロキシル基の役割に関する有用な知見を得た。2)天然由来の周期性タンパク質を越えた新しい種々の反復アミノ酸配列設計を行い、分子力学計算に基づく構造最適化によるコンホメーション解析を通じてアミノ酸配列と安定な基本骨格構造の対応関係についての有用な知見を得た。3)タンパク質分子における重要な立体構造形成因子である静電相互作用とジスルフィド結合に着目し、その役割について理論的解析を試みた。安定化様式に関わる重要な定量的知見を得た。4)縮合法によるアミノ酸共重合体の合成を試み、成分アミノ酸の疎水性に依存して大きく熱的物性の変化する種々のアミノ酸共重合体を得た。5)ハイブリッド体合成の新しい手法に関わる基礎的知見を得るため、γ-線照射による架橋についてポリアミノ酸系での検討を行い、架橋反応進行に関わる重要な知見を得た。また、ポリ(アクリル酸)-リジン系の熱架橋反応を試み、ハイブリッド型ハイドロゲルの生成を確認した。6)架橋部分の疎水性とハイドロゲル膜の力学物性との関連について、医用高分子材料としての展開に関する有用な知見を得た。
筋ジストロフィー患者の予後改善を目的とした新規治療方針の開発

デュシェンヌ型筋ジストロフィー(DMD)患者は経過中、高率に心筋症を発症する。現在、在宅呼吸器を含めた医療技術の進歩により呼吸不全による死亡数が激減し、長期生存が可能となった現在において予後に最も影響する原因は心筋症からくる心不全である。我々は、DMD患者の心筋症発症メカニズムを解明のために、iPS細胞を作成、心筋分化を行った。DMD患者iPS由来心筋細胞内のカルシウム濃度が明らかに高く、常にカルシウム過負荷の状態であることが判明した。また、心筋伸展刺激で明らかに細胞内カルシウム濃度上昇率が高く、負荷刺激においても心筋ダメージが起こりやすいことが判明した。臨床的にジストロフィン遺伝子エクソン44の欠失を確認されたDuchenne型筋ジストロフィー(DMD)患者と欠失を認めない両親から皮膚線維芽細胞から作成したiPS細胞を用いてDirect Differentiation法(Jianhua Zhang(Circ Res, 2011)らが開発)によって心で心筋分化を行った。その心筋をFluoro8を用いた細胞内カルシウム代謝を定性的に測定したところ、コントロールiPS由来心筋細胞に比べて明らかに静止状態の心筋でDMD-iPS由来心筋細胞で細胞内カルシウム濃度が高く、収縮時の細胞内カルシウム濃度上昇も高かった。indo-1を用いて定量的に細胞内カルシウム濃度を測定すると、同様の結果が得られた。DMD-iPS由来心筋細胞が常に高い細胞内カルシウムにさらされているため、心筋負荷時は更に細胞内高濃度カルシウムによって心筋ダメージを受ける可能性があると考え、DMD-iPS由来心筋細胞に120%の伸展負荷をかけた。その結果、明らかにDMD-iPS由来心筋で細胞内カルシウム濃度が上昇した。逆に、コントロールiPS由来心筋細胞では細胞内カルシウム濃度の上昇は軽度であった。以上より、DMD-iPS由来心筋細胞は明らかに定常状態、負荷状態ともに細胞内カルシウム負荷がかかっており、心不全に至りやすいと考えられた。次にDMDモデルマウスであるmdxマウス心筋にも同様の現象が起きている報告をもとに、心エコーで左心室の機能測定を行った。結果、mdxマウスはコントロールマウスに比べて左心サイズ、左心機能に明らかな差はなかったが、麻酔投与による負荷をかけたところ、有為に左室拡張末期径が拡大し、左室駆出率が低下した。カルシウム代謝をターゲットにした薬剤でこれらを抑制できるか現在検討中である。臨床的にジストロフィン遺伝子エクソン44の欠失を確認されたDuchenne型筋ジストロフィー(DMD)患者と欠失を認めない両親から皮膚線維芽細胞を培養増殖し、レトロウイルスでOct4, Sox2, Klf4, c-Mycの山中4因子を導入しiPS細胞を作成した。エクソン44の欠失の有無については、皮膚線維芽細胞と作成したiPS細胞においてもPCR法によって確認した。作成したiPS細胞クローンから、免疫染色上未分化マーカーを発現しているもの、正常ヒト染色体を有するもの、導入遺伝子のサイレンシングがされ、多分化能マーカーがqPCR上、胚性幹細胞(ES細胞)レベル程度まで発現しているもの、免疫不全マウス(NOGマウス)精巣内でテラトーマを形成するものを選択した。その結果、DMD iPS細胞2クローン、正常ヒトiPS細胞2クローン(父親由来1クローン、母親由来1クローン)を実験に用いることにした。次にこれらiPS細胞をJianhua Zhang(Circ Res, 2011)らが開発した心筋分化培養法によって心筋培養した。心筋は効率良く分化し、Cardiac Toroponin I抗体を用いたFACS解析で60-80%の効率で心筋分化していることが判明した。この心筋細胞を酵素的に剥離し、MED64システムを用いて細胞外活動電位を測定し、蛍光付加カルシウムキレート試薬を用いたカルシウムイメージングにより細胞内カルシウム変化を評価した。DMD iPS細胞由来心筋細胞は、コントロールiPS細胞由来心筋細胞と比べて心筋刺激剤負荷前では活動電位に有意差は認めなかったが、β1受容体刺激後に活動電位を比べると、明らかにDMD iPS細胞由来心筋細胞で活動電位の低下を認めた。また薬剤負荷無しの状態で、細胞内カルシウム濃度はDMD iPS細胞由来心筋細胞で有意に高いという結果が得られた。研究実績の概要で述べた様に、現在までの実験結果は、DMD iPS細胞由来心筋細胞のin vitroでの機能評価を開始し、DMD iPS細胞由来心筋細胞がコントロールiPS細胞由来心筋細胞と比べて薬剤負荷前は電気生理学的に有意差がなく、薬剤負荷による心筋刺激を行なった後にのみ心筋の脆弱性(活動電位の有意な低下)を認めた。また定常状態においてDMD iPS細胞由来心筋細胞内のカルシウム濃度がコントロールiPS細胞由来心筋細胞に比べて有意に高かったことが示されたところまでである。

昨年度の予定としては、心筋保護作用を有するβブロッカーやアンジオテンシン変換酵素阻害剤などが有効かどうか、また細胞内カルシウム濃度を抑制するカルシウムブロッカーが有効かどうかを判定する予定であった。また、これら薬剤の添加タイミングによって心筋細胞の障害の受け方が変わるか検討予定であった。この部分については現在実験を開始しはじめたところである。本来の予定より開始が遅れた理由としては、分化培養した心筋細胞を同じレベルの濃度でコロニー集団でなく、単細胞に単離した状態で培養しなおすプロトコールの開発に時間がかかったからである。分化した心筋細胞集団の一部に線維芽細胞が含まれており、普通に酵素的に剥離、単離して新しい培養皿に培養しなおすと多くの場合が線維芽細胞の増殖優位性により心筋細胞の単離培養が困難であった。この線維芽細胞の増殖を抑制するために再培養時の培養液の組成の変更、培養細胞密度の検討、Sortingによる心筋細胞純化など試行錯誤を繰り返し、ある程度安定した細胞培養法を確立しつつある。今後更なるプロトコールの改善が必要であるが、計画した実験をすすめながら行っていく予定である。平成25年度は前述した様に、DMD iPS細胞由来心筋細胞、コントロールiPS細胞由来心筋細胞を用いたin vitroの系で電気生理学的、細胞内カルシウム代謝的に心筋障害予防作用が最も認められる薬剤を選択する。その選択された薬剤をDMDモデルマウスに投与することで、心不全発症予防効果があるか検討する。評価方法は、心エコーでの左室拡張末期径、左室収縮率、左心室壁厚、心臓カテーテル検査での左室収縮速度(dP/dt)、左室拡張速度(-dP/dt)、左室拡張末期圧、組織学的にHE染色、Masson-Trichrome染色での、心筋繊維配列様式,心筋の線維化、細胞浸潤などである。更に、有効薬剤の開始タイミング(心筋障害前か障害が起こってからか)を検討し、最も心筋ダメージを抑制する時期を判定する。以上より、DMD患者の心不全発症予防プロトコールを確立する。治療法が確立されれば、DMD患者さんの生命予後が著しく改善することが期待される。まず、iPS細胞を未分化培養維持する培養液、試薬、分化培養する培養液やサイトカインを含めた試薬は引き続き必要となる。MED64システムを用いた細胞外電位測定とその試薬、カルシウムイメージングに用いる試薬が必要となる。心筋細胞を酵素的に単離し、再培養するためにSortingをする場合は、その抗体や試薬、機器使用量が必要となる。in vitroでのDMD iPS細胞由来心筋細胞の障害を抑制する薬剤が選択できれば、DMDモデルマウスを用いてin vivoの実験を行なう。マウス購入費、飼育費に加えて、投与薬剤が必要となる。マウス解析のためのエコーや心臓カテーテル検査機器は既に配備されているが、麻酔薬など購入の必要がある。最終的にマウス心臓を取り出し、心筋の組織学的検討を行うが、光学顕微鏡、蛍光顕微鏡は既に配備されているが、染色試薬などは購入予定である。また必要に応じて電子顕微鏡を使用する予定であるが、その場合は使用料が必要となる。
意欲減退学生の精神生理学的研究

狭義の精神疾患によらず、修学経過中に学業領域を中心として意欲減退をきたした学生(所謂学生のapathy)につき、UPIとエゴグラムを用いてその行動・心理学的検討を行なうと共に、その精神生理学的背景についてポリグラフによる検索を行なった。UPIでは、意欲減退学生(N=61)は、明るさや活動性を示すライスケール項目の平均得点が健常対照群(N=16,868)に比べて低いのに比し、自覚症状項目の得点が有意に高値で、内容的には、気力・知的能力・身体機能の減退感や抑うつ傾向、自己不確実感や不安、離人症様症状、感情の不安定などに及んだが、陽性回答率の差の最も大きかったのは「他人に相手にされない」、「つきあいが嫌いである」を最上位とする対人関係の困難を示す8項目についてであった。エゴグラムでは心的エネルギーの水準が低く、平均エゴグラムパターンはAC(Adapted Child)の優勢な依存者タイプを示した。これらの結果をもとに、意欲減退学生の精神構造と行動上の機制を力動的観点から考察した。ポリグラフでは脳波、眼球運動、顔面筋電図などを生理学的指標とし、指示暗算、自己暗算及び閃光刺激等の負荷による変化を検討した。暗算負荷に際して、閉眼時の低振幅急速眼球運動(r)の出現頻度は、意欲減退群(N=13)では健常群(N=16)に比し増加率が大きく、精神作業負荷後の減少(回復)が少ない傾向が認められた。シュウ眉筋筋電図の平均振幅は、指示及び自己暗算負荷に伴って増加し、ほぼ健常群と同様の変化のパターンを示したが、安静時及び各種負荷時を通じて、振幅の水準は健常群に比べてかなり低値であった。頤筋においても、安静時および暗算負荷時の振幅の水準が意欲減退群では低く、負荷終了後に減少を示し難い傾向がみられた。これらの結果より、意欲減退群では心的緊張の水準の低下及び精神作業負荷により反応性に過緊張を来し易く、その回復にも問題があることが示唆された。これらの生理学的知見と行動・心理学的側面との関連性を考察した。1.精神生理学的デ-タの収集:脳波、眼球運動、顔面表情筋筋電図などから成るポリグラフ測定を、現在までに健常学生16名、Waltersや笠原の記載する特徴的心性を有する意欲減退学生10名に施行し、指示暗算、自己暗算および閃光刺激負荷前後の各種指標を両群で比較した。閉瞼状態における低振幅急速眼球運動(r)の出現頻度は、群間平均値の比較では、暗算負荷に際して、意欲減退群では健常群に比し増加率が大であったが、刺激負荷後の減少(回復)率が少ない傾向が認められた。しかし、一部の症例では、安静時のrの出現回数は少なく、負荷に対する反応の極めて小さい者も存在した。顔面筋電図では、シュウ眉筋筋電図の平均振幅は意欲減退群では負荷によりほぼ健常群と同様の変化パタ-ンを示したが、各種負荷前後を通じてその水準が健常群よりも低値であった。頤筋では、安静時および暗算負荷時の振幅の水準が意欲減退群で低く、負荷終了後に減少を示し難い傾向がみられた。

これらの結果より、意欲減退群では心的緊張の水準の低下および精神作業負荷による反応性緊張からの回復に問題があることが示唆された。2.意欲減退行動の背景に関する検討:意欲減退学生51名について、UPI(University Personality Inventory)の成績を一般学生(16,943名)のものと比較検討した。意欲減退学生では、一般学生に比し、明るさや活動性を示すライスケ-ル項目の平均得点が低く、逆に自覚症状項目の得点が有意に高値であり、内容的には、気力・知的能力・身体機能の減退感や抑うつ傾向、自己不確実感や不安、離人症様症状、感情の不安定などに及んだが、陽性回答率の差の最も大きかったのは「他人に相手にされない」、「つきあいが嫌いである」を最上位とする対人関係の困難を示す7項目について認められた。我々はこれを他者からの基本的"被受容感"の形成不全として捉え、従来から指摘されていた選択的退却の機制との関連性につき考察した。1.意欲減退行動の背景に関する心理学的側面:前年度に引続いて新規に来談した症例を加え、また検討項目に一部の症例でエゴグラムを追加した。UPIでは、意欲減退学生61名につき、健常対照群(16,868名)と比較した。意欲減退群では、明るさや活動性を示すライスケール項目の平均得点が低いのに比し、自覚症状項目の得点が有意に高値で、内容的には、気力・知的能力・身体機能の減退感や抑うつ傾向、自己不確実感や不安、離人症様症状、感情の不安定などに及んだが、陽性回答率の差の最も大きかったのは「他人に相手にされない」、「つきあいが嫌いである」を最上位とする対人関係の困難を示す8項目について認められた。エゴグラムでは心的エネルギーの水準が低く、平均エゴグラムパターンはAC(Adapted Child)の優勢な依存者タイプを示した。これらの結果をもとに、意欲減退学生の精神構造と行動上の機制を力動的観点から考察した。2.精神生理学的検討:脳波、眼球運動、顔面筋電図などから成るポリグラフを、新規症例を含め13例に施行し、指示暗算、自己暗算および閃光刺激負荷前後の各種指標を対照群(16名)と比較した。暗算負荷に際して、閉瞼状態における低振幅急速眼球運動(r)の出現頻度は、意欲減退群では健常群に比し増加率が大であったが、精神作業負荷後の減少(回復)率が少ない傾向が認められた。しかし一部の症例では安静時のrの出現回数が少なく、負荷に対する反応の極めて小さい者も存在した。顔面筋電図では、シュウ眉筋筋電図の平均振幅は、指示暗算、さらに自己暗算負荷に伴って増加し、ほぼ健常群と同様の変化のパターンを示したが、安静時及び各種負荷時を通じて、振幅の水準は健常群に比べてかなり低値であった。頤筋においても、安静時および暗算負荷時の振幅の水準が意欲減退群では低く、負荷終了後に減少を示し難い傾向がみられた。これらの結果より、意欲減退群では心的緊張の水準の低下及び精神作業負荷による反応性緊張からの回復に問題があることが示唆された。
側鎖にアルコキシ基を有するポリメタロシロキサンの合成に関する基礎研究

側鎖にアルコキシ基を有するポリメタロシロキサンの合成に関する基礎研究の一環として,ジフェニルシランジオールとシクロペンタジエニルチタン誘導体の反応により,シクロペンタジエニル環状チタノシロキサンを合成した。また,そのスチレン重合触媒としての機能を検討した結果,ポリスチレンが良好な収率で生成し,重合活性はチタンの官能基に依存することがわかった。シクロペンタジエニル環状チタノシロキサンは,ジフェニルシランジオールとシクロペンタジエニルチタン誘導体をトリエチルアミン存在下で反応させ,副生する塩をろ過してから再結晶することにより白黄色粉末として単離した。これらはケイ素-酸素-チタン-酸素結合を主鎖とする環状8員環であり,ケイ素上に2つのフェニル基,チタン上にシクロペンタジエニル基およびエトキシ基,イソプロポキシ基,t-ブトキシ基,、クロロ基,シクロペンタジエニル基の官能基を有する。これらは,核磁気共鳴,赤外吸収スペクトル,質量分析などにより同定した。次に,スチレンとシクロペンタジエニル環状チタノシロキサンを混合し,50°Cで穏やかに加熱することによりスチレンを重合した。系内にメタノールを添加することにより重合反応を停止して析出する白色粉末をろ過・乾燥することによりポリスチレンとして単離した。対照実験として,シクロペンタジエニル環状チタノシロキサンが無添加のときは重合しないことから,その重合活性を確認した。ポリスチレンの重量平均分子量は250,00043,000であり,収率はチタン上の官能基によりシクロペンタジエニル基>クロロ基>t-ブトキシ基の順に低下した。また,これらの重合反応はシクロペンタジエニル基とチタン原子の間にスチレンが挿入する機構により進行すると示唆された。ゾルーゲル法により合成したポリメタロシロキサンと,有機合成化学的な手法により合成したミクロ構造が高度に制御されたポリメタロシロキサンの性質を比較するために,側鎖にアルコキシ基を有するポリメタロシロキサンを合成した。t-ブトキシビニルジイソシアナトシランおよびt-ブトキシイソプロポキシジイソシアナトシランの加水分解により,1,3-ジ-t-ブトキシ-1,3-ジビニルまたはジイソプロポキシ-1,3-ジシロキサンジオールを合成した。これらとビス(2,4-ペンタンジオナト)チタンまたはジルコニウムジイソプロポキシドを1:1のモル比をで反応すると,褐色の高粘性が得られ,その再沈殿により黄白色の沈殿を単離した。この黄白色の沈殿を焼成するとシリカ-チタニアまたはシリカ-ジルコニア系の酸化物が得られ,高温ではチタニアおよびジルコニアが結晶化した分相したセラミックスになった。メチルトリイソシアナトシランを加水分解するとジメチルテトライソシアナトジシロキサンが生成した。液相中での加水分解ではジシロキサンの他にオリゴシロキサンが副生したが,気相中で加水分解することにより高選択的,高収率でジシロキサンが生成した。ジシロキサンをさらに気相中で加水分解すると,テトラシロキサンが生成した。これらのオリゴシロキサンをイソプロピルアルコールと反応させると,側鎖にイソプロポキシ基とメチル基を有するポリシロキサンが得られた。また,テトラエトキシシランとチタンまたはジルコニウムアルコキシドの混合物を塩酸存在下で穏やかに加水分解してポリチタノシロキサンまたはポリジルコノシロキサンを合成した。これらは直ちに縮合してゲルを生成するので,アセチルアセトンと反応させて,アセチルアセトナト誘導体として単離した。
mos蛋白の機能解析ー癌化とマクロファ-ジ分化における役割ー

発ガン遺伝子mosは、NIH3T3で癌化を引き起こす一方、単球細胞の中での発現によりマクロファ-ジ分化を誘導する。これら2つの反応経路の中で、mosの担う機能を解明する目的で研究を進めた。(1)まず、vーmosのintact typeではマクロファ-ジ分化の誘導とNIH3T3の癌化が引き起こされるのに対し、mutant type(kinase domain mutation)では、マクロファ-ジ分化誘導能が欠落すると同時に、NIH3T3癌化能は10倍以上の上昇を示す。intact,mutant両者の反応差の原因を調べるため、細胞に導入後のvーmos自身の酸化能を測定した。この結果mutant mosはintactの5ー6倍の自己リン酸化活性を示し、癌化能の上昇がmosリン酸化活性の上昇と呼応していた。マクロファ-ジ分化誘導活性の変化は、mutationによるリン酸化エフェクタ-の変化のためか、過リン酸化で分化のnegative制御が強くなるためか不明である。(2)よって、マクロファ-ジ分化においてmosシグナルの受け手となる転写制御因子の存在を検索した。mosで誘導されるマクロファ-ジ分化時に特異的に発現する複数の遺伝子(TNFα、IL1β、FcrIIR)発現を共通に制御するcisーelementとtransーacting factorを同定した。この核内因子は、11bpのconsensus clementにmonomerで結合する約100KDの蛋白であった。また骨随球には存在せず、単球でごく微量マクロファ-ジ分化誘導後に多量の発現がみられた。
特殊元によるp-進ガロア表現に対する岩澤加群の研究

本研究の目的は、特殊元を用いてp進ガロア表現に対する岩澤加群の性質を具体的に調査することである。古典的な岩澤理論はランクが1の場合に当たり、イデアル類群やp分岐アーベルp拡大等が調査対象となる。特に円分体に限ると、円単数、Gauss和、p進L関数といった扱いやすい特殊元が存在し、これらを効果的に調査することができる。イデアル類群に関する主要な未解決予想として、p円分体のVandiver予想や総実代数体のGreenberg予想が挙げられる。いずれも実代数体においてイデアル類群のp部分が大きくないことを予想している。今年度はこれらの予想に関連して、有理数体を二次体に置き換えた類似の実験を判別式が200以下の範囲の二次体、20万以下の範囲の素数に対して実行した。その結果、以前の考察と同様にWashingtonによる期待値の予想を裏付ける結果を得た。また、新たに10万20万の範囲の大きな素数に対して、イデアル類群のp部分が非自明となる実例をいくつか見出すことができた。もし計算プログラムに誤りがある場合はこのような例は見つけることはできないと考えられるため、計算プログラムの信頼性は高められたと言える。本研究の目的は、代数体のガロア群に関する岩澤加群を、特殊元を用いて具体的に調査することである。円分体の場合は、円単数やGauss和を用いて、イデアル類群や不分岐アーベル拡大、あるいはS-分岐アーベル拡大のp-部分を調べることに相当する。この古典的な場合に、いまだに大きな問題として残っている予想に、p-円分体のVandiver予想やGreenberg予想が挙げられる。いずれも実代数体においてイデアル類群は大きくないことを意味しているが、Vandiver予想に関しては期待値の面から必ずしも信頼に足るような計算結果は得られていない。そのため前年度までは、有理数体を実2次体に置き換えて、10,000以下の素数と判別式が200以下の実2次体の範囲で、類似の問題について調査してきた。今年度は、プログラムに大幅な改良を加えることによって、計算機によるより大規模な調査を行った。その結果、100,000以下の素数の範囲まで調査をすることが可能となり、Washingtonによる期待値の予想をさらに裏付ける結果となった。一方、2,000,000以下の素数で有理数体と同様な現象を示す実2次体を得ることもできた。また、CMを持つ楕円曲線に対するこの種の問題を、古典的な場合と同様の方法で調査できることを確認した。しかしながら、実際の計算のためには計算量の問題を適切に処理するために、よりよいアルゴリズムを得る必要性があり、いくつかの方法を検討した。本研究の目的は、代数体のガロア群に関する岩澤加群を、いくつかの具体的な特殊元を用いてその性質を調査することである。古典的な円分体の場合は、特殊元とは円単数やGauss和やp-進L関数であり、岩澤加群としてのイデアル類群や不分岐アーベル拡大のp-部分が調査の対象である。これらの対象に関する未解決の予想として、p-円分体のVandiver予想や総実代数体のGreenberg予想が挙げられる。いずれも実代数体においてイデアル類群は大きくないことを予想している。しかしながら、Vandiver予想に関しては期待値の面からは必ずしも信頼に足る予想であるとはいえないと考えている。そこで前年度に引き続き、有理数体を二次体に置き換えて、判別式が200以下の二次体の範囲、素数は100000以下の範囲で、類似の問題について計算機によって調査した。その結果、Washingtonによる期待値の予想をさらに裏付ける結果となった。また、実円分体のイデアル類群のp-部分を高速に計算する手法に発展させ、ランクが2となる興味深い実例を与えた。また、特殊元のひとつであるp-進L関数に関連して、部分群Stickelberger元の計算を行った。この元を用いて各円分体のtameなp-次巡回拡大におけるp-整数環の正規基底が存在するかどうかを判定することができる。多くの円分体と素数について、そのような基底が存在しないことを示すことができた。
可逆凝集・吸着性微粒子によるバイオプロダクツの新分離法

バイオプロダクツの効率的分離法の開発を目指して,目的物質を吸着する前は,水相によく分散し,吸着後は自己凝集によって水相から分離される可逆凝集性微粒子吸着剤を調製し,その特性を解析した。代表的なバイオ生産物であるアミノ酸の分離工程で使用されているイオン交換樹脂は,その多孔性によって吸着速度が非常に遅いという欠点をもっている。この欠点は微粒子化によって改善できるが,一方で吸着操作後の吸着剤の分離が困難になるという新たな問題点が生じる。本研究では,チタン酸微粒子(TA)を吸着素材とすることによって吸着に関する問題点を解決し,その表面を卵白アルブミンコーティングすることにより,吸着後の固液分離操作性を向上させた新吸着剤(TOA)を調製し,ヒスチジン(His)をモデル吸着質とした吸着・凝集実験によって,その性能を評価した。調製したTA(TOA)はその85%が直径1μm以下のサブミクロン微粒子であった。沈降速度実験によって,等電点が中性域にあるTA粒子は分散安定性が低いため,静置後,時間経過とともに濁度が急激に低下したが,TOAは濁度が時間によってほとんど変化せず,分散安定性が大きく改善されたことを示した。さらに,His吸着速度実験の結果,TOAとTAはほぼ同等のHis吸着量と吸着速度を有し,TOA表面のアルブミン層はHis吸着に対しては,量と速度の両面にほとんど影響を与えていないことがわかった。本研究が開発した微粒子吸着剤は,吸着前は水中で安定に分散するため吸着速度が非常に速く,目的物質の吸・脱着により可逆的に凝集・分散するタイプの吸着剤であることが明らかとなった。バイオプロダクツを効率的に分離する吸着剤の開発を目指して,卵白アルブミンをホルミル化処理によって不溶化し,さらに残存するカルボキシル基をメチルエステル化することにより,新しい吸着剤を調製した。この吸着剤(MeOAと略)の等電点はアルブミンに比べてアルカリ域(約pH11)に大きくシフトしており,通常のpH領域では強いカチオン性を有する。MeOAの基本的な吸着特性を調べた結果,既往の吸着剤では除去が困難なアニオン態有害重金属(六価クロム,ヒ酸など)に対して高い吸着能力を有すること,さらに,これらのアニオン性イオンを吸着することにより,電荷の中和と表面の疎水化が起こり,自己凝集性をもつ新しい機能性素材であることを確認した。卵白アルブミンには元々正電荷を有するアミノ基が存在し,これがアニオン態金属に対する吸着サイトとして機能するはずであるが,未処理の卵白アルブミンにはアニオン態金属はまったく吸着せず,エステル化処理を行うことによって,はじめて吸着能力が発現することを認めた。また,アニオン態金属に対するMeOAの吸着容量は,エステル化率の上昇に伴って増加した。さらに,ゲル状のMeOA-Gおよび乾燥後に粉砕した粉末状のMeOA-Pを調製し,以下のような興味深い知見を得た。MeOA-GはpHおよび金属イオン感受性を示し,pHの変化によって膨潤・収縮すること,また,アニオン態金属が吸着することによっても収縮することを確認した。一方,エステル化処理によってMeOA-Pはの疎水性が向上し,さらに吸着が行われることによって,分散したMeOA-Pは自己凝集を開始し,水相から分離された。MeOA-Pの自己凝集特性とアニオン態金属による被覆率の関係,およびMeOA-GのpHおよびアニオン態金属の吸着による膨潤・収縮の可逆性等については,次年度において検討する予定である。

代表的なバイオ生産物であるアミノ酸の分離工程においては,イオン交換樹脂の使用が主流であるが,この方法はその多孔性によって吸着速度が非常に遅いという欠点と,タンパク質のような巨大分子の分離には使用できないという欠点をもっている。この欠点は微粒子化によって改善できるが,一方で吸着操作後の吸着剤の分離が困難になるという新たな問題点が生じる。本研究では,チタン酸微粒子(TA)を吸着素材とすることによって吸着に関する問題点を解決し,その表面を卵白アルブミンコーティングすることにより,吸着後の固液分離操作性を向上させた新吸着剤(TOA)を調製し,ヒスチジン(His)をモデル吸着質とした吸着・凝集実験によって,その性能を評価した。調製したTA(TOA)はその85%が直径1μm以下のサブミクロン微粒子であった。沈降速度実験によって,等電点が中性域にあるTA粒子は分散安定性が低いため,静置後,時間経過とともに濁度が急激に低下したが,TOAは濁度が時間によってほとんど変化せず,分散安定性が大きく改善されたことを示した。さらに,His吸着速度実験の結果,TOAとTAはほぼ同等のHis吸着量と吸着速度を有し,TOA表面のアルブミン層はHis吸着に対しては,量と速度の両面にほとんど影響を与えていないことがわかった。本研究が開発した微粒子吸着剤は,吸着前は水中で安定に分散するため吸着速度が非常に速く,目的物質の吸・脱着により可逆的に凝集・分散する新しいタイプの吸着剤であることが明らかとなった。
大量調理におけるフライ食品の品質劣化の新しい評価について

食の社会化が進み、これまでの家庭内調理では生じなかった「食が健康」へ与える影響を改めて考え直さなければならない。特に油は酸化されやすいため、大量調理では、大量の食材を揚げるフライ油およびフライ後の食品の劣化が問題である。従来の油の劣化測定法はマクロ的であり、生体傷害との関連での測定法ではない。本研究では油の劣化で生成する反応性の高い、生体成分と結合し易い低分子α,β不飽和アルデヒド類(C10以下)に着目し、その分別定量法を検討した。低分子α,β-不飽和アルデヒド類は不安定なため,カルボニル試薬の2,4-DNPHでヒドラゾン化し、HPLCにより定量した(Develosil ODS-7, acetonitorile/Water/THF 70:29:1, Detect:UV350nm, Flowrate:0.8ml/min)。最も不安定な5-ヒドロキシノネナ-ル(HNE)を用い、ヒドラドン化の条件および抽出溶媒を検討した結果、抽出溶媒では、酢酸エチル>メタノール>クロロホルム>イソオクタンの順であったので、酢酸エチルを用い、ミキサ-でのヒドラジンとの混合は1分、反応時間は30>15>60分の順であり、30分とした。この条件下で、内部標準のヘプタナ-ルは他の不飽和アルデヒド類とRTが重ならなかった。オリーブ油にHNEを添加し、同様の操作を行った場合の添加回収率は99.38%であり、この方法で、目的とするアルデヒド類が精度良く微量定量できることが確認された。標品として9種のα,β-不飽和アルデヒドをヒドラゾン化し、HPLCの分別定量条件を検討した結果、直線的濃度勾配法(acetonitorile/Water/THF 60:39:1→90:9:1/30min)で、各ヒドラゾンのRTが分かれ、分別定量が可能であることが明らかになった。この方法を用いて市販食用油8種をブロックバスで200°C、5時間加熱し、目的とするアルデヒド類を測定した結果、アルデヒドの総量として、コーン、サフラワー油が約1200μg/mlと多く、シソ、焙煎ゴマ油は600μg/ml以下で少なかった。この方法により油の加熱で生じる反応性の高い低分子のアルデヒド類を正確に分別し、測定できることが判明した。食用としている油は不飽和脂肪酸を含むものが多く、酸化され易い。特に、フライ油は高温で使われるために、熱酸化を受け、様々な酸化生成物を生ずる。油の酸化生成物の中には生体に障害をもたらす成分も生ずるが、これまでの油の酸化の定量法はマクロ的に遊離脂肪酸や過酸化物、カルボニル類などを定量するもので、毒性成分そのものを定量していない。

我々は生体毒性を持つ酸化生成物が実生活の中でどの程度生成し、健康に関与しているかを明らかにする目的で、その定量法を確立するため研究を行っているが、本年度は酸化生成物の中で反応性が高く、毒性が問題視される短鎖(C10程度の)α,β-不飽和アルデヒドをカルボニル試薬でヒドラゾンとし、逆相HLPCを用いて定量する方法および最も毒性の強いHNE(4hydroxynonenal)のみを定量する免疫化学的定量法を検討した。前者ではC3C10までのα,β-不飽和アルデヒドの定量条件の検討を行った。まず、C3C10の10種のアルデヒド2,4-DNPと結合させ、各ヒドラゾンの結晶をとり、標品とした。各ヒドラゾンの定量にはHPLCを用いた。展開溶媒はアセトニトリル:水:THF、90:9:1から60:39:1を30minにわたるグラジエントで通液し、検出は(UV at350nm)で行った。その結果、10種の標品ともシャープなピークとして分別され定量できることを確認した。そして、これら10種の不飽和アルデヒド類量の合計を油脂劣化の指標とする計算式を作成した。この方法で180C,10hr、加熱の油中のHNE量は最大で(530nmol/ml oil)であった。次年度はこの定量法を用いて実際のフライ油やフライ食品中の矩鎖不飽和アルデヒドの生成量を明らかにしておく。一方、後者のHNEの免疫化学的法については名古屋大学農学部の内田浩二助手らの確立したモノクロナール抗体を用いるELISAによる方法で油中のHNEを定量できることを確認し、予備的に市販の様々な油や劣化を促進したリノール酸を用いてHNEの生成量を把握している。次年度は静岡大にマイクロプレートリーダーを購入し、食品中のHNEの定量を行い、前者の定量法との比較ならびに健康に及ぼす影響についても研究を進める予定である。平成6年4月に他大学から静岡大学への転入により装置グラジュエントHPLCの装置の設置が遅れ、又、共同研究者の学園に装置がなく、研究は若干遅れた。H7年度はC2C10のαβ-不飽和アルデヒド類(10種)の標品を入手し、2,4-DNPでヒドラゾンとし、グラジュエント逆相HPLCを用いて分別定量条件を検討した。アセトニトリル:水:THF、60:39:1/90:9:1を30min.で送液すると各標品のRTが分離し、分別定量が可能となった。8種の市販油を加熱(180°C)し、経時的に取り出し、2,4-DNPと反応させ測定した結果、標品のみに比べ、分離はするが、RTがシフトする傾向が見られた。油加熱時のアルデヒド類の合計生成量(TA)は1hr.加熱で、約0.10.5mg/mlと油の種類で差を生じ、時間との相関やTBAとの相関は認められなかった。αβ-不飽和アルデヒド類のうち、生体にとって毒性の高い4ヒドロキシノネナ-ル(HNE)のELISAによる定量法を用いて加熱油(6種)のHNEの生成量を調べた。未加熱油では検出されず、180°C,5hrで、平均400nml/ml生成していたが、HPLC法では紅花油で224nml/mlであり、ELISA法の約1/2であった。HPLC法は測定までの操作が複雑なため低い値となったと推定される。市販フライ食品中のHNEは現在実験中であるが、フライ油やフライ食品劣化の一つの指標として、今回検討した短鎖アルデヒド類の分別定量は生体内で反応しやすいアルデヒド類を測定する方法としては有効であるが、HNEのELISA法はさらに特定のアルデヒドを正確に迅速に定量できる方法である。次に、実生活での市販フライ食品の問題点を明らかにするため、市販フライ食品による"胸やけ"(生理的不快感)についての調査を短大生(635名)を対象に行った。その結果、回答者の33.1%が胸やけの経験を持つことがわかり、その要因の科学的解明が必要であることが示唆された。
常時活用・非常時残存負荷自動分担機能付きマイクログリッド用変換器の開発

災害時には最低限度の機能を維持して、常時には高品質の電力を供給することが可能な「常時活用・非常時残存」機能を有したマイクログリッドの開発を行った。マイクログリッドの実現に当たっては、分散電源との親和性が良い直流配電を採用した。本研究でコンセプトを実現するために、負荷自動分担機能の実現について需給バランスが厳しくなると優先度の低い負荷から自動的に解列し、供給量が回復した場合に復旧する方法を提案した。太陽光発電や蓄電池用電力変換器として太陽光発電用最大電力点追従制御を適用した上で4種類の新しい高昇圧比コンバータ、3種類の直流交流変換器を提案して、それぞれ特徴に応じた選択を可能とした。研究計画に記載の通り、基本的な系統連系用変換器と蓄電用変換器について方式の検討と設計を行った。以下、各部について説明する。(1)太陽光発電部太陽光発電用直流連系装置としては、スイッチトインダクタ昇圧チョッパの検討を行った。直流連系部の電圧を380V程度と設定して、30V程度の電圧の太陽電池の出力を380V程度まで昇圧して用いることを想定してスイッチトインダクタ昇圧チョッパを設計した。また、太陽電池の最大電力点追従制御については、モデル予測制御を適用してスイッチトインダクタ昇圧チョッパのデューティ比決定を行った。実験を行った結果、30V入力時において、最大電圧558Vまで昇圧可能(昇圧比18)であり、150W出力時の効率は80%となった。通常の昇圧チョッパでは昇圧比が5倍程度までしか同様な効率下では運転することができなかった。(2)制御装置制御装置については各変換器を統合して一台の制御装置で制御することを検討した。研究計画に記載の通り、マイウエイプラス社のパワーエレクトロニクス用ディジタル制御装置PE-ExpertIVを選定して発注を行い、納品された。(3)系統連系部系統連系部については、ディジタルヒステリシス制御をベースにするとしたが、新しく5スイッチインバータを考案して検討している。両者の比較を進めていく。(4)連系droop制御負荷遮断を含めたdroop制御について、シミュレーションをベースに検討を進めている。現時点では遮断閾値の検討を進めており、次年度に成果を出したい。(5)最大発電点追従制部太陽光発電部でも述べたとおり、モデル予測制御を用いた最大発電点追従制御を検討している、他の方法(山登り法、増分コンダクタンス法)との比較も進めている。今年度は、実験に向けた設計と製作準備が大きな課題であった。制御装置の選定・購入が完了しており、順調に進展している。実験装置については、昨年度から製作している実験装置による実験が進んでおり成果が出ている。研究計画に記載した新しいスイッチトインダクタ昇圧チョッパについては、シミュレーションによる動作解析と、理論検討による効率計算が進んでおり、概ね順調に進展している。研究計画に沿って研究を進め、以下の様な成果が得られた。(1)太陽光発電・蓄電用高昇圧比コンバータ昨年度提案したスイッチトインダクタ昇圧チョッパ(SIC)をさらに改良して、SIQBC(Switched Inductor Quadratic Boost Converter)を提案した。SICと比較して、同効率で3倍以上の昇圧比を得ることができた。また、Cockcorft-Walton Voltage Multiplierをベースとした高昇圧比コンバータを3種類提案した。その内に1種類は条件によってはSIQBCよりも有利であることを明らかにした。(2)太陽光発電の最大電力点追従制御太陽光発電の運転効率を上昇させるため、モデル予測制御を適用した最大電力点追従制御を提案した。実験検証の結果、日射量変化時の応答において、従来法が100ms程度要していたのに対して提案法は20msと応答性の良い制御を実現できた。(3)交流連系変換器交流系統と連系させるためのインバータについて、昨年度提案したとおり商用周波数でスイッチングするインバータと全波整流波形を出力するチョッパを組み合わせた5スイッチインバータ、およびその派生の3スイッチインバータを提案して、実験により動作検証を行った。高速スイッチングを行う素子が少ないため、高効率であることが期待される。(4)系統droop制御および負荷遮断制御系統droop制御については、理論系統及びシミュレーションによる設計を進めた。負荷遮断については、複数の負荷装置を作成して閾値を調整可能な遮断動作を確認した。太陽光発電と蓄電の直流連系変換器および交流連系変換器については、予定した以上の種類の変換器を検討し、予想以上に進捗している。負荷自動分担については、負荷装置の実験検証が完了しており、予定通りに進捗している。直流連系の実験検証は実施していないが、シミュレーションベースでの検討は進んでおり、平成29年度には実施の予定である。以上のことから、概ね順調に推移している。(1)太陽光発電・蓄電用高昇圧比コンバータ昨年度から取り組んでいる提案回路について検討を進めた。特にCockcroft-Walton Voltage Multiplier (CWVM)と昇圧コンバータの組み合わせについて3種類の組み合わせを検討して得失を比較した。第一にスイッチトインダクタコンバータとの組み合わせであるSwitched Inductor with CW Voltage Multiplier (SIVM)、第二にスイッチトインダクタの変形コンバータとの組み合わせであるHigh Gain converter with CW Voltage Multiplier (HGVM)、第三にZソースコンバータとの組み合わせであるZ Source

with Voltage Multiplier (ZSVM)を検討した。理論検討と実験検証のその結果、効率面ではHGVMが有利であるが、ZSVMは入力電流リプルが小さい、という特長が見いだされた。(2)太陽光発電の最大電力点追従制御昨年度までに概ね予定していた成果が得られたので、成果をまとめることに注力した。(3)交流連系変換器昨年度から取り組んでいる高昇圧比コンバータと3スイッチインバータおよび5スイッチインバータについて特性を詳細に検討して論文として発表した。(4)系統droop制御および負荷遮断制御負荷遮断制御について、その閾値決定法を理論的に検討してシミュレーションで確認した。直流連系を実現すべく、太陽光発電連系変換器、蓄電用変換器、負荷装置を同じ基板で実現可能な共通基板を設計して各装置を製作した。災害時には最低限度の機能を維持して、常時には高品質の電力を供給することが可能な「常時活用・非常時残存」機能を有したマイクログリッドの開発を行った。マイクログリッドの実現に当たっては、分散電源との親和性が良い直流配電を採用した。本研究でコンセプトを実現するために、負荷自動分担機能の実現について需給バランスが厳しくなると優先度の低い負荷から自動的に解列し、供給量が回復した場合に復旧する方法を提案した。太陽光発電や蓄電池用電力変換器として太陽光発電用最大電力点追従制御を適用した上で4種類の新しい高昇圧比コンバータ、3種類の直流交流変換器を提案して、それぞれ特徴に応じた選択を可能とした。概ね計画通りに進展する予定である。今年度は、蓄電装置の製作とdroop制御の実装が最も大きな課題となる。負荷については、負荷遮断の実装に向けて遮断閾値の適切な決定方法を検討する。系統連系部分については、引き続きディジタルヒステリシスと5スイッチインバータを中心に両者の得失を検討する。今年度中には、直流の基本部分が動作可能となる予定である。成果の発表としては、夏にECCE-Europで昨年度の成果を発表して、秋から冬にかけての電気学会研究会または電気学会全国大会で今年度の成果の速報を行う予定である。平成28年度に着手できなかった直流連系実験を行うことが最大の課題となる。直流連系実験については、要素技術である直流連系変換器の検討はほぼ完了しているので、droop制御の実装について注力していく。研究成果については、電気学会論文誌に投稿しており、査読対応を行っていく。新しく出た成果については、電気学会産業応用部門大会、電気学会半導体電力変換研究会、IEEE主催の国際会議にて発表を行い、電気学会論文誌またはIEEE Transactionsに投稿する予定である。パワーエレクトロニクスディジタル制御装置が想定よりも安価で購入できたので実使用額との差が生じた。
OsRac1 GEFを分子基盤とした植物の自然免疫の解析

植物の生存戦略に自然免疫は重要である。申請者らはこれまでに、低分子量G蛋白質イネOsRac1の下流分子であるエフェクターの解析を通じて、OsRac1が植物自然免疫のシグナル伝達に重要な役割をはたすことを明らかにしてきた。しかしながら、OsRac1の上流シグナルは不明である。したがって本研究では、OsRac1の上流シグナルの解析を行う足がかりとして、現在不明であるOsRac1 GDP-GTP交換因子(GEF)の同定を試みる。同定したOsRac1 GEFを分子基盤として植物の自然免疫におけるOsRac1の上流シグナルの解析を行う。本研究では、植物の自然免疫のレセプターからOsRac1に至るシグナル伝達の解明を試みる。本研究で申請者は、OsRac1 GEFを同定し、同定したGEFがin vitroとin vivoで実際にOsRac1に対するGEF活性を有することを確認した。OsRac1 GEFは、病原体に対するレセプターであるキチンレセプターと結合し、その活性が調整されることを明らかにした。したがって、キチンレセプター-OsRac1GEFという経路を介してOsRac1は活性化され、耐病性が誘導されることが明らかになった。申請者らはこれまでに、低分子量G蛋白質イネOsRaclの下流分子であるエフェクターの解析を通じて、OsRaclが植物自然免疫のシグナル伝達に重要な役割をはたすことを明らかにしてきた。しかしながら、OsRaclの上流シグナルは不明である。したがって本研究では、OsRaclの上流シグナルの解析を行う足がかりとして、現在不明であるOsRacl GDP-GTP交換因子(GEF)の同定を試みる。同定したOsRacl GEFを分子基盤として植物の自然免疫におけるOsRaclの上流シグナルの解析を行う。本研究では、植物の自然免疫のレセプターからOsRaclに至るシグナル伝達の解明を試みる。
電気自動車・電動航空機への適用を目的とした大容量直流-直流変換器に関する研究

本研究は、近い将来に電気自動車・電動航空機など移動体への適用が期待される100 kW級の大容量半導体電力変換技術に着目し、小型・軽量化と低損失化(大容量化)を同時に実現可能な直流-直流変換器の提案を行い、その有効性・妥当性に関してミニモデルを用いた実験、およびコンピュータシミュレーションの両面から検証し、電気自動車・電動航空機の普及拡大、地球環境改善、および21世紀型省エネ社会実現に寄与することを主目的とする。
電場を利用した微小液滴型マイクロリアクター内における二液急速混合の試み

微小流路内において異なる成分の二つの微小液滴を合体させ,合一液滴内において二成分(二液)の化学反応を行わせると言う形のマイクロリアクターが提案・検討されている。本研究においては,合一滴内二成分(二液)の急速混合を目的として「一台のカメラにより液滴内の混合挙動を多方向から観察する方法の開発」および「交番電場付与に起因する液滴の周期的変形運動を用いた液滴内急速混合方法の開発」を実施した。微小流路内において異なる成分の2つの微小液滴を合体させ,合一液滴内において2成分の反応を行わせると言う型式のマイクロリアクターが提案・検討されている.該装置は,使用する試料の量が少ない等の利点を持つ一方,液滴内部の急速混合が難しいという欠点を持つ.本研究においては「液滴内混合挙動の把握方法の確立」および「液滴内に誘起するTaylor循環流(電気対流)の循環方向の制御による液滴内2成分の混合」を目的とした検討を行った.1.液滴内混合挙動の把握方法の確立(1)定性的把握:液滴内における混合挙動の定性的な把握のためには「直行する2方向からの観察」を要することを明らかにすると共に「混合挙動を1台のカメラにより直交する2方向から同時観察する方法」を考案した.(2)定量的把握:混合挙動の定量的把握方法を検討すると共に,該方法の適用に必要となるデータ取得を目的として「混合挙動を1台のカメラにより直交する3方向から同時観察する方法」を試みた.しかしながら,撮影された液滴の画像内に陰が生じてしまい,定量的な評価には至らなかった.2.Taylor循環流の循環方向の制御による液滴内2成分の混合(1)Taylor循環流の循環方向の制御による液滴内2成分の混合:平行平板電極間を通過する微小液滴に電場を付与するという検討を行った.その結果,付与する電場強さに関わらずTaylor循環流は誘起せず,液滴はクーロン力に起因する連続的な極板間往復運動を呈するようになった.(2)極板間往復運動による液滴内2成分の混合:上記の極板間往復運動の「液滴内2成分の混合」への適用可能性を検討した.その結果,液滴内部に「液滴と極板との接触の度に循環方向が変わる強い循環流」が誘起することを確認す共に,該循環流の利用により液滴急速混合が達成できるであろうことを明らかにした.微小流路内において異なる成分の二つの微小液滴を合体させ,合一液滴内において二成分の反応を行わせると言う型式のマイクロリアクターが提案・検討されている.該装置は,使用する試料の量が少ない等の利点を持つ一方,合一液滴内部の急速混合が難しいという欠点を持つ.平成22年度は「液滴内混合挙動の把握方法の確立」および「電気流体力学的効果による液滴内二成分の混合」を目的とした検討を行った.1.液滴内混合挙動の把握方法の確立液滴内混合挙動の定量的評価を目的とし,液滴の挙動を直交する二方向もしくは三方向から一台のカメラにより観察する方法の検討を行った.その結果,本研究の方法は,液滴内混合挙動の定量的評価には十分ではないものの,その定性的評価には十分に使用可能なことを明らかにした.本検討内容は,平成22年度末日現在,液滴挙動観察法として原稿をまとめ終わり,学術雑誌に投稿準備中(英文添削中)である.2.電気流体力学的効果による液滴内二成分の混合当初は,異なる符号の電荷を持つ二つの液滴を衝突させることにより液滴内混合を達成する予定であった.しかしながら,検討の結果,液滴に電荷を付与することを目的として液滴と電極板とを接触させた際,液滴の一部が極板表面上に残り,後続する液滴を汚染する可能性があることが明らかになった.この検討結果を受け,液滴間汚染を回避しつつ液滴内撹拌を達成する方法として「液滴に周期的な交番電場を付与することにより液滴に周期的な変形運動を誘起し,その変形運動により液滴内を混合する」と言う方法を考案するに至った.平成22年度は任意の周期・強さの交番電場を付与するために必要となる電源および実験装置の設計・製作を行った.誘電性液体甲の正味の電荷を持たない水滴に一様な強さの定常電場を付与した場合,水滴は電場方向に対し扁長な回転楕円体形状に変形する.水滴に周期的な交番電場を付与することを考える.この場合,断続的な電場が付与されるため,水滴に「球形(電場未付与時)から楕円体形(付与時)へ,楕円体形から球形への周期的な変形運動(周期的変形運動と呼ぶ)」を誘起することが可能となると考えられる。本研究においては周期的変形運動を利用した水滴内急速撹絆法の確立を目的として以下の検討を行った.

1.液滴の並進運動抑制方法の検討平行平板電極間の水滴に交番電場を付与した場合,「水滴の扁長変形時に電極間を短絡する場合があること」および「水滴の電場方向への並進運動により水滴が電極板と接触すること」を明らかにした.これらを防ぐため「平行平板電極間にPTFE製細径管を設置すると共に該管内に水滴を通過させる」という配置を考案した.2.液滴の周期的変形運動の検討内径0.96mmのPTFE製細径管内を通過する水滴(滴径0.4mm.周囲流体:シリコーン油)に管外より交番電場を付与した際の周期的変形運動の観察を行い,(2-1)水滴の縦横比が約2.4となる大きな変形を140Hzの速度で水滴に誘起可能(付与する交番電場の周波数が70Hzの場合)(2-2)管壁の影響により水滴の崩壊が抑制される傾向にある(2-3)周囲流体が十分な広さを持っている場合,水滴の崩壊は「水滴の端がコーン状に変形し,その先端から小さな液滴が噴出する」という形で生じることが知られている.しかしながら,PTFE管内のような限られた空間内では,扁長変形した水滴の中央部でneckingが生じ,水滴が2つに分割されるような崩壊を生じる等を明らかにした.特に(2-1)の結果から推測するに,本研究の方法により急速な水滴内撹拝が達成されるものと期待される。
湿式精錬プロセスにおける物質フローの解析とゼロエミッション化の検討

酸化鉱と硫化鉱との同時浸出は、個別のプロセスに比較すると酸化剤や還元剤の使用量を低減できるためにゼロエミッション型のプロセスに向いている。同時浸出を多くの系に適用し、プロセスの設計を行うためには、それぞれの鉱石を単独で浸出した場合の速度などの基礎データに基づいた同時浸出系での結果の予測や最適な条件の検討を可能とする必要がある。本年度の研究の目的は酸化マンガン/硫化亜鉛の系において鉄酸化細菌の作用を含む反応モデルを作成し、定量的な検討を行うことであった。同時浸出は多くの反応を含むため、それぞれの反応速度式および速度パラメータを単純な系における実験により求めた。使用した鉄酸化細菌は同和鉱業柵原鉱山の地下水から分離したThiobacillus ferrooxidansである。鉄イオンを含まない場合の単独の浸出においては酸化マンガンも硫化亜鉛もほとんど溶解しないが、同時浸出においては浸出速度は非常に大きくなる。同時浸出において鉄イオンが存在すると、鉄イオンを媒体とした酸化還元反応も生じ、酸化マンガン、硫化亜鉛、それぞれの溶解が促進された。鉄酸化細菌を添加すると特に硫化亜鉛の浸出が促進されることもわかった。以上の実験結果と個別の反応から求めた速度パラメータを組み合わせたモデルによる計算結果との比較を行った。その結果、酸化マンガンと硫化亜鉛の比率を変えた場合についても反応モデルにより推算できることがわかった。モデルにおいては第一鉄イオンを基質とした場合と硫化亜鉛を基質とした場合のバクテリアの増殖に関するパラメータも考慮しており、鉄酸化細菌の添加による浸出率の向上も実験データとほぼ合致した。以上の解析から、それぞれの独立した浸出速度の基礎データがあれば、鉄酸化細菌を含む同時浸出の系での浸出率の推算は可能であることがわかった。