hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ミトコンドリア機能障害を標的とするHIBCH欠損症の治療戦略

HIBCH欠損症では、ミトコンドリアにバリン代謝の中間産物であるmethacrylyl-CoAが蓄積する。これがグルタチオンやミトコンドリアの電子伝達系のタンパク質と結合することで、ミトコンドリアのATP産生機能に障害が生じ、病気が発症する。患者由来リンパ芽球を低グルコース培地で培養すると、継時的に生存率が低下する。本研究では、この培地に治療候補薬剤を添加して培養し、リンパ芽球の生存率が維持されることを治療効果として、HIBCH欠損症に対する治療候補薬剤の評価を行った。その結果、細胞内のグルタチオン量を増やす薬剤が、最も患者リンパ芽球の生存率を回復することが明らかとなった。HIBCH欠損症では、バリン代謝が亢進するとミトコンドリアにバリン代謝の中間産物であるmethacrylyl-CoAが蓄積し、チオール(SH)化合物やタンパク質のSH基と結合することで、細胞に重篤な機能障害が生じる。本研究では、methacrylyl-CoAがSH基と結合するという化学的性質に注目し、ミトコンドリアで減少するSH化合物を増加させる化合物と脳神経のエネルギー産生を亢進させる化合物に関する研究を行い、本欠損症の治療法の開発を目指す。今年度は、1)治療効果を評価するためのHIBCH欠損症モデルの構築を目指した。Hibchexon4に特異的crRNAを作製後、本欠損症のモデルとなるHibch欠損マウスの作製を山形大学遺伝子実験センターに委託した。2)免疫学的測定法によりmethacrylyl-CoAがSH基と結合してできた化合物を検出(定量)するための、抗体作成を試みた。抗原としてグルタチオンSトランスフェラーゼとmethacrylyl-CoAを反応させた生成物を用いたが、免疫学的測定法に用いることができる抗体は得られていない。3)HIBCH欠損症では、発熱後に急性増悪が見られる。この病因を明らかにする目的で以下の計画を立て、研究を行った。発熱時には解糖系のみではなくバリンを含むアミノ酸の異化経路からもエネルギーを産生するため、HIBCH欠損症では発熱時にmethacrylyl-CoAが過剰に蓄積して症状が増悪すると考えられる。バリン代謝経路の律速酵素は、分枝鎖ケト酸脱水素酵素であり、その活性を制御する因子(E1α)の293番目のSerが脱リン酸化されると分枝鎖ケト酸脱水素酵素の活性が上昇する。そこで、分枝鎖ケト酸脱水素酵素の活性を免疫学的測定法で評価するために、293番目のSerがリン酸化したE1αに対する抗pS293-E1α抗体の作製を行った。1)治療効果を評価するためのHIBCH欠損症モデルの構築:Hibch欠損マウスの作製を試み、Hibch exon4に塩基欠失が導入されたマウスを3頭(45頭中)得ることができた。現在この3頭を野生型マウスと交配し、欠失を受け継いだ仔獣の取得を行っている。2)症例のリンパ芽球を用いた細胞内のmethacrylyl-CoAによる細胞障害の評価:低グルコースや、高温(>38°C)で培養する条件下におけるバリンの代謝の亢進を確認するために、指標となる293番目のSerがリン酸化された分枝鎖ケト酸脱水素酵素制御因子(E1α)のpS293-E1α抗体を作製した。3)NACの治療効果の評価系の構築:予備実験として、本症と同じくバリン代謝異常症であるECHS1欠損症患者の皮膚繊維芽細胞を用いて、NACの効果を解析した。ECHS1患者の皮膚繊維芽細胞をバリン(+)、グルコース(-)培地で培養すると細胞が凝集した。しかしNACを同時に加えると、その細胞凝集が抑制された。HIBCH欠損症では、バリン代謝が亢進するとミトコンドリアにバリン代謝の中間産物であるmethacrylyl-CoAが蓄積し、これがチオール(SH)化合物やミトコンドリアの電子伝達系のタンパク質のSH基と結合することで、ミトコンドリアのATP産生機能に障害が生じる。今年度は、治療効果を評価するためのHIBCH欠損症モデルの構築を目指した。1)山形大学遺伝子実験センターに委託し、Hibch exon4に微細欠失を持つ機能喪失型変異マウスを作製した。2)患者リンパ芽球をアミノ酸、脂肪酸を含まない飢餓培地で培養すると、健常人のリンパ芽球に比較して生細胞数の減少が速いことを明らかにした。3)健常人のリンパ芽球では、上記の飢餓培地にバリンを加えて培養すると生細胞数の減少を抑制したが、患者リンパ芽球では抑制できなかった。4)グルコースの含有量を減らした低グルコース培地を用いて健常人のリンパ芽球を培養すると、正常培地での培養と同様に増殖するが、患者リンパ芽球では増殖が見られず、3日程度で生存率が低下した。5)患者では、発熱時に症状が悪化することから、高温条件下でリンパ芽球を培養したが、患者と健常人では、差は見られなかった。

2ー4の結果より、患者リンパ芽球では、エネルギー(ATP)産生が主に解糖系に依存しており、ミトコンドリアの機能低下が強く示唆された。上記の飢餓培地や低グルコース培地を用いた培養系は、薬剤の治療効果を評価するための実験系として用いることができると考えられた。治療効果を評価するためのHIBCH欠損症モデルの構築1)山形大学遺伝子実験センターに委託し、Hibch exon4に2, 8, 14bpの欠失を持つ3種類の機能喪失型変異マウスを作製した。ヘテロ接合性変異マウスは、顕著な異常は認められていない。患者と同じホモ接合性変異マウスの仔獣を得るため、ヘテロ接合性変異マウスの雄雌の交配を行っている。現在までに、6腹より約30匹の仔獣を得たが、ホモ接合性変異マウスは得られていない。2)患者リンパ芽球をアミノ酸、脂肪酸を含まない飢餓培地や、グルコースの含有量を減らした低グルコース培地を用いて培養を行ったところ、患者リンパ芽球では、健常人のリンパ芽球に比較して生細胞数の低下が速いことが明らかとなった。すなわち、患者リンパ芽球では、エネルギー(ATP)産生が主に解糖系に依存しており、ミトコンドリアの機能低下が強く示唆された。3)患者と健常人のリンパ芽球を通常培地、高温(40°C)条件下で培養を行った。両細胞とも経時的に生存率が低下した。しかし生存率の低下に顕著な差は認められず、高温(40°C)条件は、治療効果の評価には適さないことが明らかとなった。4)予備実験として、患者リンパ芽球を上記の低グルコース培地に、細胞内のSH化合物を増加させるN-アセチルシステイン(NAC)を加えて培養したところ、NAC濃度依存的に生存率の回復が見られた。HIBCH欠損症では、バリン代謝が亢進するとミトコンドリアにバリン代謝の中間産物であるmethacrylyl-CoAが蓄積し、これがチオール(SH)化合物やミトコンドリアの電子伝達系のタンパク質のSH基と結合することで、ミトコンドリアのATP産生機能に障害が生じる。本研究では、ミトコンドリアの機能低下を防ぐ薬剤による治療法の開発を目指す。本年度は、患者リンパ芽球を用いて、薬剤の治療効果を評価する実験系を構築した。すなわち、低グルコース培地を用いて患者リンパ芽球を培養すると、経時的に生存率が低下する。同培地に様々な薬剤を添加して培養し、リンパ芽球の生存率を測定した。無添加条件と比較して、生存率が維持されることを治療効果とした。治療候補薬剤は、1)細胞内のグルタチオン量を増やす薬剤、2)ミトコンドリア呼吸鎖を活性化するアミノレブリン酸、3)ミトコンドリア呼吸鎖の異常により、副次的に発生する活性酸素を減らすアスコルビン酸を用いた。解析の結果、細胞内のグルタチオン量を増やす薬剤が、患者リンパ芽球の生存率を回復することが明らかとなった。methacrylyl-CoAは、細胞内においてグルタチオンと不可逆的に結合し、肝臓における薬物代謝機構の一つであるグルタチオン抱合ー代謝経路により無毒化され、尿中に排泄される。低グルコース条件下では、患者リンパ芽球内で、グルタチオンが消費されていると考えられる。今回得られた結果は、細胞内のグルタチオンを増やすことで、急性期におけるmethacrylyl-CoAの増加に対応できる可能性を示すものである。また、本症のモデルマウスであるHibchノックアウトマウスを作製した。ホモ接合体は胎生14日頃までに致死となることが明らかとなった。現在までに報告されているヒトのHIBCH欠損症は、全てHIBCH酵素活性が低下している変異である。
ロヴァンジュール文庫所蔵のバルザック『人間喜劇』生成資料の悉皆調査と目録の作成

フランス学士院ロヴァンジュール文庫所蔵のバルザック『人間喜劇』作品生成資料(草稿、校正刷り、その他の断片)の悉皆調査を行ない、作品ごとに資料の保存状況と物質的特徴について記述した目録をフランス語で作成し、ウェブ上で公開した。これによって当該の93作品の作品制作資料の総合的な整理と見直しを行ない、既存のカタログや記述の内容を改訂し、バルザックの基礎資料に関する情報の大幅な更新を行なうことができた。1.バルザック『人間喜劇』およびこれと緊密な関係を持つ同時期の作品群について利用可能な版本、関連書籍、資料を広く参照し、テクストの成立と刊行全般について情報の整理を行った。また、最新のバルザック研究、とりわけ生成論的アプローチによる研究の進展状況を参照し、国内およびフランスの研究会やセミナーなどの場で第一線の研究者たちと意見交換を行った。2.フランス学士院図書館ロヴァンジュール文庫に保存されているバルザック関係の資料の目録を調査し、『人間喜劇』に関する資料群の保存状況を精査した上で、原資料調査のための目録の原型を作成した。3.上記の準備作業に基づき、ロヴァンジュール文庫で原資料の調査を行い、90件ほどの対象文献のうち、70件の第一次調査を終えた。これによって、当該資料体の形態的要素と内容を精査し、全体の構成、機能別分類(プラン、手稿、校正刷り、校正の際の挿入紙片など)、制作年代、枚数、特記事項などの記述を行い、目録の作成を進めた。これに伴い、既存の記述(プレイヤード版などの版本やジョルジュ・ヴィケールによる目録)の誤記や不正確な箇所を明らかにし、補足・修正した。4.これらの成果に基づき、バルザックの1840年代の作品群や人物再登場のシステムの適用について再考を進め、論文「『そうとは知らない喜劇役者』ー再発見の旅(1)」を発表し、また二件の口頭発表("Genese des personnages reparaissants",「『ゴーディサール二世』と人物再登場」)を行った。ロヴァンジュール文庫の『人間喜劇』関連の原資料の調査および目録の記述の作成が計画通り順調に進み、各資料体の構成や諸特徴の記述を行い、またこれに基づいていくつかの個別作品の再解釈へと論考を進めることができた。2.フランス学士院図書館ロヴァンジュール文庫に保存されているバルザック関係の資料の目録を調査し、『人間喜劇』に関する資料群の保存状況を精査した上で、原資料調査のための目録の作成を継続した。3.上記の準備作業に基づき、ロヴァンジュール文庫で原資料の調査を行い、90件ほどの対象文献のうち、20件の第一次調査を終えた。前年度の70件と合わせて、第一次調査が完結した。ロヴァンジュール文庫の『人間喜劇』関連の原資料の調査および目録の記述の作成が計画通り順調に進み、第一次調査を予定通り終了し、各資料体の構成や諸特徴の記述を行い、またこれに基づいていくつかの個別作品の再解釈へと論考を進めることができた。1.バルザック『人間喜劇』およびこれと緊密な関係を持つ同時期の作品群について利用可能な版本、関連書籍、資料を広く参照し、テクストの成立と刊行全般について情報の整理を行なった。また、最新のバルザック研究、とりわけ生成論的アプローチによる研究の進展状況を参照し、国内およびフランスの研究会やセミナーなどの場で第一線の研究者たちと意見交換を行なった。2.フランス学士院図書館ロヴァンジュール文庫に保存されているバルザック関係の資料の目録を調査し、『人間喜劇』に関する資料群の保存状況を精査した上で、既に終えている第一次調査の結果を見直し、原資料調査のためのメモを作成した。3.上記の準備作業に基づき、ロヴァンジュール文庫で原資料の調査を行ない、資料体の詳しい構成や内容について未詳のところが残っていた15件に関して追加調査を行ない、制作年代、保存状況、特記事項などについて新たな知見を獲得した。これにより、目録内容が確定したので、フランス語による最終版の作成を進めた。5.作成した目録の全体を見直して校閲し、書式を整えてインターネット上に公開したフランス学士院ロヴァンジュール文庫所蔵のバルザック『人間喜劇』作品生成資料(草稿、校正刷り、その他の断片)の悉皆調査を行ない、作品ごとに資料の保存状況と物質的特徴について記述した目録をフランス語で作成し、ウェブ上で公開した。悉皆調査の完遂に向け、残りの資料体の調査を順次進めていく。

これと並行して、これまでに進めてきた記述を見直し、先行研究などの関係資料を適宜参照し、必要な箇所に補足を行う。対象とする資料体の一次調査を終えた後は、特に構成が複雑な資料群をピックアップし、これらに対してさらに詳細な二次調査を行う。これらの特に重要な資料については、内容の構成や物質的特徴のほか、当該作品の進展(内容的側面)をより詳しく分析し、特記事項の整理を行う予定である。悉皆調査の完遂に向け、第一次調査において不明であった箇所を解明するための第二次調査を進めていく。目録の加筆・修正を継続的に行い、最終版を作成し、公開を準備する。フランス文学2015年12月12日に行った口頭発表の紹介ページ。
咀嚼運動が及ぼす脳内遺伝子発現の変化

本研究は咀嚼運動の脳機能に及ぼす影響を脳内で発現している神経関連遺伝子の量的変化として捉えることを目的とし、これに合う実験系の確立を行ってきた。アイソトープでラベルしたc-fos,cRNA.プローブを用いてのin situ hybridization法により刺激に応答する脳内領域のマッピングの系を確立してきた。今回、Northern Blotting法及びRNaseプロテクションアッセイ法により神経関連遺伝子の発現レベルの精密な比較定量を行った。これまでにラットの三叉神経を電気刺激し、それに応答する脳内領域のマッピングを行ない、三叉神経の中枢入力経路に符合してc-fos遺伝子の発現が起こることを解析してきた。しかしながらこの系では三叉神経脊髄路核、中脳路核等の非常に微小な領域に限って発現しており、その領域からRNAを抽出し比較定量することは大変困難である。一方、餌を与え咀嚼運動を起こさせたラットでは、摂食開始1時間後において海馬や大脳皮質の一部の領域でc-fos遺伝子の発現の上昇がin situ hybridization法により観察された。海馬は摘出が容易であるので、今回ここからmRNAを調整しNorthrn Blotting及びRNaseプロテクションアッセイによりNGF,BDNF,NT-3等の神経関連遺伝子の発現レベルの比較定量を行った。しかしながらどの遺伝子の発現レベルにも摂食の前後で有意な差は見られなかった。さらにはc-fos遺伝子の発現レベルにおいても差が見られなくなっており、大きな領域での比較では差が検出できなくなる可能性が示された。このことから、非常に限られた微小な領域での遺伝子の発現の定量はin situhybridization法に頼らざるを得なく、この手法の定量性をさらに向上させることが重要であると考えられた。アイソトープでラベルしたcRNAプローブを用いてのin situ hybridizationとバイオイメージアナライザーBAS3000(富士フィルム社製)を用いての解析を組み合わせた実験系において、アイソトープの核種の変更、及びc-RNAフローブの長さを全長に変える事により感度を向上を図った。これまでにモデル実験として、ラットを麻酔下で下顎骨に電極を埋め込んで三叉神経を電気刺激し、それに応答する脳内の領域のマッピングを行ない、三叉神経の中枢入力経路に符合してc-fos遺伝子の発現が起こることを解析してきた。しかしながらこの系では、麻酔及び、手術の影響が大きいことが考えられた。そこでこれらの影響を極力排除するために、オトガイ神経に慢性電極を固定し、術後一週間を置いた後、無麻酔下で電気刺激を加えた。電気刺激を30分間加えた後、0分、30分、60分後に脳を摘出しc-fosプローブを用いてのin-situ hybridizationを行った。その結果、三叉神経脊髄路核においては、刺激直後ではc-fos遺伝子は非常に強く発現しているのに対して、30分、60分後には急速に低下していた。また三叉神経中脳路核においても同様な結果が得られた。このことから慢性電極を埋め込んだラットでは麻酔及び手術の影響を排除する事が可能であり、刺激に対する経時変化を追うことも可能となったと考えられる。そこでこの実験系に於いて、神経関連遺伝子、とりわけ神経栄養因子の発現を検索するために、NGF,BDNF,NT-3等のcDNAをRT-PCR法によりクローニングして得ており、今後これらの遺伝子の発現レベルを比較検討していく予定である。
β-カロテンによる脂質フリーラジカル捕捉反応

カロテノイドは脂質過酸化反応に対して抗酸化作用を有し、その作用機序はカロテノイドが脂質フリーラジカルを捕捉してフリーラジカル連鎖反応を停止させることによると考えられている。本研究はβ-カロテンと脂質フリーラジカルの反応生成物を検討することによって、カロテノイドのフリーラジカル捕捉反応機構を明らかにすることを目的とした。まず、β-カロテンとフリーラジカル反応開始剤(AMVN)より生じさせたアルキルペルオキシラジカルのベンゼン溶液中での反応生成物として、新規化合物6種を含む7化合物の構造を12-formyl-11-nor-β,β-carotene(1),15'-formyl-15-nor-β,β-carotene(2),19-oxomethyl-10-nor-β,β-carotene(3),5,6-epoxy-5,6-dihydro-β,β-carotene(4),13,15'-epoxyvinyleno-13,15'-dihydro-β,β-carotene(5),15',13-epoxyvinyleno-13,15'-dihydro-β,β-carotene(6),11,15'-cyclo-12,15-epoxy-11,12,15,15'-tetrahydro-β,β-carotene(7)と決定した。次いで、β-カロテンとリノール酸メチルペルオキシラジカルの反応生成物をHPLC分析したところ、化合物1-7に加えてβ-カロテンよりも遅く溶出される位置に新たな化合物8が認められた。化合物8はHPLCで分離してその構造を検討したところ、β-カロテンに少なくとも2分子のリノール酸メチルが酸素原子を介して結合した構造であった。リノール酸メチルの過酸化反応時において、化合物1-8はβ-カロテンの減少にともない生成し、特に化合物8は反応系に多量に蓄積した。以上の研究結果より、β-カロテンは脂質ペルオキシラジカルを直接捕捉することによって脂質過酸化反応を抑制していることが明らかとなった。カロテノイドは動植物界に広く存在し、その機能の一つに抗酸化作用がある。カロテノイドによる抗酸化作用は、カロチノイドが脂質フリーラジカルを捕捉してフリーラジカル連鎖反応を停止させることによると考えられるが、その詳細は不明である。本研究では、β-カロテンと脂質フリーラジカルの反応生成物を検討することによって、カロテノイドによるフリーラジカル捕捉反応機構を明らかにすることを目的とした。カロテノイドは脂質過酸化反応に対して抗酸化作用を有し、その作用機序はカロチノイドが脂質フリーラジカルを捕捉してフリーラジカル連鎖反応を停止させることによると考えられている。本研究はβ-カロテンと脂質フリーラジカルの反応生成物を検討することによってカロテノイドのフリーラジカル捕捉反応機構を明らかにすることを目的とした。昨年度はβ-カロテンとフリーラジカル反応開始剤(AMVN)より生じさせたアルキルペルオキシラジカルの反応生成物として新規化合物6種を含む7化合物の構造を明かにした。そこで、今年度はβ-カロテンと脂質ペルオキシラジカルの反応生成物について検討した。リノール酸メチルにβ-カロテンを加え、AMVNによって反応を開始させた。この場合、AMVNより生ずるペルオキシラジカルはまず反応系に多量に存在するリノール酸メチルと反応しリノール酸メチルペルオキシラジカルを生じさせ、次いでこれが反応系に微量に存在するβ-カロテンと反応するものである。

反応生成物をHPLC分析したところ、すでに昨年度明らかにした化合物17に加えてβ-カロテンよりも遅く溶出される位置に新たな化合物8が認められた。化合物8はHPLCで分離してその構造を検討したところ、β-カロテンに少なくとも2分子のリノール酸メチルが酸素原子を介して結合した構造であった。しかし、化合物8の構造はβ-カロテンとリノール酸メチルの結合位置などについて詳細に決定することはできなかった。これらβ-カロテン反応生成物のリノール酸メチル中における生成と消失の挙動はHPLCを用いて調べたところ、β-カロテンの減少にともない化合物18が生成しそのうち化合物8は他の化合物に比べて反応系に多量に蓄積した。以上の研究結果より、β-カロテンは脂質ペルオキシラジカルを直接捕捉して非ラジカル生成物を形成することによって脂質過酸化反応を抑制していることが明らかとなった。
メソ空間における水の臨界結晶化サイズとガラス状態に関する研究

一般的に細孔内の物質の凝固点、融解点は、細孔の大きさが小さくなるほど低くなる。この現象は古典的なGibbs-Thomsonの関係(GT則)で説明されてきた。本研究では、メソ多孔体MCM-41、SBA-15を用いて細孔内凍結水の融解エンタルピー、融解温度をDSC測定で精密に測定してGT則の限界を示した。また融解に伴う界面自由エネルギー変化が細孔径の減少とともに小さくなり、細孔径が3.6nm辺り(融点相当230K)で不連続なhumpを与えることを見いだした。これは、理論的に予測されているが、バルク水では実験的に検証できていない過冷却水の液一液転移(fragile-strong転移)が起こっていることを示唆している。また、細孔径が2.4nmより小さくなると、水が凍結結晶化しない過冷却水(ガラス状態)となることを見いだした。細孔径2.1nmの細孔内で過冷却された水の並進運動のダイナミクスを中性子スピンエコーによって調べた。その結果、200Kにおいても水は運動性をもっていることが示された。緩和時間一温度の関係の解析から、229K辺りに水の状態の転移を示すモードの変化が観察された。この温度以上では、その関係は、Vogel-Fulcher-Tamman関数で最適化可能であり、それ以下の温度ではArrhenius型になることが分かった。すなわちこの系で、ガラス状態にある水の液一液転移が起こっていることを示している。従って、本研究ではバルク水では実現できない過冷却相(no man's land)を微小細孔内に出現できることを立証することができた。氷の臨界結晶化サイズが、2.2nm近くであることが、細孔に閉じこめたアセトニトリルー水混合溶液中の凍結氷の融点測定から推定された。微小な空間に閉じこめられた水は、バルク状で存在するときと異なる性質をもつ。本研究では、よく制御された細孔径をもつ(1)MCM-41のメソ細孔内での水の固相・液相変化を細孔径の関数として熱力学的、分光学的に調べた。ここでの現象に主として関係するのは水の水素結合の状態であるが、これと関連して、(2)アセトニトリル、およびその水との混合系を用いて細孔内における水の挙動を調べた。1.DSC測定によって細孔内(MCM-41、SBA-15)で凍結させた水の凝固・融解現象を観察した。水は、細孔径が小さくなるほど、凝固点、融解点は低くなり、2.4nmより小さくなると凍結結晶化しなくなる。融解点については細孔の大きい領域では古典的な熱力学的関係式(Gibbs-Thomson式)に従うが、2.8nm以下になると外れる。融解熱は細孔径が6nm以下になると急激に減少する。これらの新しい事実の発見は、Gibbs-Thomson式適用の妥当性に疑問を生じさせた。Clausius-Clapeyronの関係に立ち返って今回の熱力学データを元にこれらの系の熱力学量を解析した結果、細孔内の相変化相と細孔壁との間の界面自由エネルギーにも細孔径依存性が存在することを見つけた。2.中性子散乱(スピンエコー)測定によるガラス状態水の並進運動の解析から、細孔内過冷却水のfragile状態の存在を確認できた。論文を投稿中である。

3.2.と関連して、メソ孔から更に小さいミクロ孔内の水の挙動の解明が制限空間内水の総合的理解に不可欠であることが分かってきた。これまで殆ど合成例のない、C8(d=1.6nm)の合成に成功した。これを最終年度の研究対象の一つとする。一般的に細孔内の物質の凝固点、融解点は、細孔の大きさが小さくなるほど低くなる。この現象は古典的なGibbs-Thomsonの関係(GT則)で説明されてきた。本研究では、メソ多孔体MCM-41、SBA-15を用いて細孔内凍結水の融解エンタルピー、融解温度をDSC測定で精密に測定してGT則の限界を示した。また融解に伴う界面自由エネルギー変化が細孔径の減少とともに小さくなり、細孔径が3.6nm辺り(融点相当230K)で不連続なhumpを与えることを見いだした。これは、理論的に予測されているが、バルク水では実験的に検証できていない過冷却水の液-液転移(fragile-strong転移)が起こっていることを示唆している。また、細孔径が2.4nmより小さくなると、水が凍結結晶化しない過冷却水(ガラス状態)となることを見いだした。細孔径2.1nmの細孔内で過冷却された水の並進運動のダイナミクスを中性子スピンエコーによって調べた。その結果、200Kにおいても水は運動性をもっていることが示された。緩和時間-温度の関係の解析から、229K辺りに水の状態の転移を示すモードの変化が観察された。この温度以上では、その関係は、Vogel-Fulcher-Tamman関数で最適化可能であり、それ以下の温度ではArrhenius型になることが分かった。すなわちこの系で、ガラス状態にある水の液-液転移が起こっていることを示している。従って、本研究ではバルク水では実現できない過冷却相(no man's land)を微小細孔内に出現できることを立証することができた。氷の臨界結晶化サイズが、2.2nm近くであることが、細孔に閉じこめたアセトニトリル-水混合溶液中の凍結氷の融点測定から推定された。
破折を起こしにくい次代の歯内療法へのレーザー応用の有用性の検討

本研究では,逆根管充填窩洞形成にEr:YAGレーザーまたは超音波を用いた際の垂直性歯根破折の発生の有無,ならび破折抵抗性に及ぼす影響について検討した。単根抜去歯を根管形成および根管充填後,根尖部3mmを切断し,逆根管充填窩洞形成をEr:YAGレーザー照射(ERW)群,注水下超音波(USW)群,非注水下超音波(US)群にて行った。その後万能試験機で破折荷重を測定した。またCCDカメラおよびマイクロCTにて形成前後、破折試験後の破折線の有無、状態を確認した。形成後の破折線数は,USW群(14本)およびUS群(39本)がERW,CNT群(0本)に比較して統計学的に有意に多かった。破折荷重の比較において,ERW群,USW群,CNT群の間には有意差が認められなかった。以前ほど、う蝕や歯周疾患への患者の意識が高まりつつある昨今、従来の術者にとっての術式の効率化よりも患者にとって術後に歯根破折の原因とならない、予知性のある安全性の高い治療を提供することが求められ始めている。レーザーの処置はその作用機序から機械的切削に比較して歯質に歪を与えない可能性を有している。近年、外科的歯内療法においても超音波を用いた逆根管窩洞形成中の微小亀裂が懸念されている。今回外科的歯内療法あるいは意図的再植術における逆根管窩洞形成をEr:YAGレーザー、超音波、非注水下超音波を用いてその象牙質の歪を測定した。根表面の破折線を実態顕微鏡を用いて、根内部の破折線をマイクロCTを用いて実験前後の比較を行った。また根管壁の形態をSEMを用いて観察を行った。さらに万能試験機(Instron 1123,Instron,USA)を用いてクロスヘッドスピード1.0mm/minで0.9mmCo-Cr合金線を根管上部から根尖側へ歯軸方向に加圧し、破折荷重を測定した。その結果、根管内へのレーザー照射において、破折荷重においては有意差はなかったものの、Er:YAGレーザーは超音波と比較して,逆根管充填窩洞形成中に生じる象牙質の歪および応力が小さい可能性が示唆された.また破折線数の比較においてEr:YAGレーザーは超音波と比較して有意に破折線を生じさせなかった。今後の研究においては、根管形成中のマクロ歪の測定、原子間力顕微鏡解析で分子間の歪等の物理量計測し、ミクロレベルでレーザー照射時および、超音波や回転切削器具のマイクロクラックの発生、起始について観察、解析する。また近年、外科的歯内療法においても超音波を用いた逆根管窩洞形成中の微小亀裂が懸念されている。その結果、根管内へのレーザー照射において、破折荷重においては有意差はなかったものの、Er:YAGレーザーは超音波と比較して,逆根管充填窩洞形成中に生じる象牙質の歪および応力が小さい可能性が示唆された。また破折線数の比較においてEr:YAGレーザーは超音波と比較して有意に破折線を生じさせなかった。今後の研究においては、根管形成中のマクロ歪の測定、また超音波による従来の形成後の窩洞内の清掃においてレーザー照射の影響および、超音波や回転切削器具のマイクロクラックの発生、起始について観察、解析する。

レーザーの処置はその作用機序から機械的切削に比較して歯質に歪を与えない可能性を有している。また近年、外科的歯内療法においても超音波を用いた逆根管窩洞形成中の微小亀裂が懸念されている。今回外科的歯内療法あるいは意図的再植術における逆根管窩洞形成をEr:YAGレーザー、超音波、非注水下超音波を用いてその象牙質の歪を測定した。根表面の破折線を実態顕微鏡を用いて、根内部の破折線をマイクロCTを用いて実験前後の比較を行った。また根管壁の形態をSEMを用いて観察を行った。さらに万能試験機(Instron 1123, Instron , USA)を用いてクロスヘッドスピード1.0 mm/minで0.9 mmCo-Cr合金線を根管上部から根尖側へ歯軸方向に加圧し、破折荷重を測定した。その結果、根管内へのレーザー照射において、破折荷重においては有意差はなかったものの、Er:YAGレーザーは超音波と比較して,逆根管充填窩洞形成中に生じる象牙質の歪および応力が小さい可能性が示唆された.また破折線数の比較においてEr:YAGレーザーは超音波と比較して有意に破折線を生じさせなかった。今後の研究においては、さらにレーザーの圧力を圧力センサー(AP-12S, Keyence, Japan)を用いてレーザーのパルスによって直接的な象牙質への影響を検討していく予定である。すでに1回の国内発表および海外における1回の学会発表に後に論文を作成し、3本の英文誌の原著論文および1本の国内誌の原著論文が完成、発行されている。実験結果は再現性が高く、クリアーである。この基礎的な結果は臨床応用にあたって、従来の治療法に比較して良好な結果を得られる可能性を有している。従って、当初の計画以上に進展しているといえる。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題ではin vitroの実験を行って成果を上げてきた。しかしながら、この結果を臨床応用につなげるためにはin vivoでの実験が必要となる。従って、今後、in vivoにおける病理組織学的検討・形態学的計測を行う予定である。また、臨床においてもEr:YAGレーザーは硬組織切削として認可を受けている。従って、根尖切除術へのEr:YAGレーザーを行い、根管の破折の予防および清掃に関する検討を行いたいと考えている。
非同期サービス指向アーキテクチャの統一的設計・検証方法に関する研究

ソフトウェアの機能をサービスとして遠隔に利用し,Webを基盤とする情報システムを開発する技術であるサービス指向アーキテクチャ(SOA)を拡張する.従来,サービス利用は主として同期的であったが,ワークフローなどの非同期なサービス利用を同期サービスと統合して実現する非同期サービス指向アーキテクチャUniSOAを提案した.プロトタイプを開発し,提案技術の妥当性を検証した.さらに,クラウドコンピューティング,自動車テレマティクスサービスへ応用し,有効性を評価した.ソフトウェアの機能をサービスとして遠隔に利用し,Webを基盤とする情報システムを開発する技術であるサービス指向アーキテクチャ(SOA)を拡張する.従来,サービス利用は主として同期的であったが,ワークフローなどの非同期なサービス利用を同期サービスと統合して実現する非同期サービス指向アーキテクチャUniSOAを提案した.プロトタイプを開発し,提案技術の妥当性を検証した.さらに,クラウドコンピューティング,自動車テレマティクスサービスへ応用し,有効性を評価した.本研究は,サービス指向アーキテクチャ(SOA)に基づくアプリケーション開発技術として,特に,サービスの提供者と利用者の間で非同期にメッセージ交換を行いながらサービスを提供する非同期サービス指向アーキテクチャの開発技術を確立することにある.2008年度は,同期/非同期メッセージ交換を包含するSOAのメタモデルの開発とそれに基づく設計方法の開発を主眼とした.まず,これまでのSOAの関連技術の整理,体系化を行い,論文誌ACM Transactions on Software Engineering and Methodology,ならびに,情報処理学会ソフトウェアエンジニアリングシンポジウムの論文としてまとめた.この整理に基づき,同期/非同期メッセージ交換を包含するSOAとしてユニバーサルサービス指向アーキテクチャ(UniSOA:Universal SOA)の概念を提唱し,メタモデルとパターンに基づく設計方法Unified Design Methodを提案した.これは,SOA設計技術におけるオリジナルな成果であり,これをまとめた論文はSOAに関する最大の国際会議であるIEEE ICWS(International Conference on Web Services)で採択された.さらに,提案設計方法の妥当性を確認するために,ホームネットワークシステム,自動車テレマティックサービスへ適用を試み,国際会議,シンポジウムの論文としてまとめ,採択された.ホームネットワークシステムでは,移動するユーザに対する連続的サービスに着目し,モデルに基づくサービス設計方法を提案した.自動車テレマティックサービスでは,実際のテレマティクスサービスを想定した適用可能性を検討した.以上の成果をまとめると,2008年度は当初の研究計画の目標を達成したと言える.本研究は,ネットワークを介してソフトウェアが連携するためのサービス指向アーキテクチャ(SOA)に基づくソフトウェア開発技術として,特に,サービスの提供者と利用者の間で非同期にメッセージ交換を行いながらサービスを提供/利用する非同期サービス指向アーキテクチャの開発技術を確立することにある.2009年度は,サービス指向アーキテクチャ(SOA)の同期/非同期メッセージの統一的設計方法,ならびに,検証方法を主眼とした.設計方法については,前年度に提案したユニバーサルサービス指向アーキテクチャ(UnisOA : Universal SOA)の概念に基づき,メッセージ交換パターンに基づく設計方法を提案し,国際会議で採択された.さらに,自動車ソフトウェアへの適用を考慮し,時間制約を満たすためのリアルタイム性を保証する設計,ならびに,外部からの信号を処理するためのイベント処理を可能とするSOAの拡張アーキテクチャを提案した.これらの成果は,論文誌,シンポジウム論文,研究会論文としてまとめて刊行し,あわせて,学会で発表した.さらに,提案方法を自動車ソフトウェアなどの実行時間が重要な要求となるソフトウェアへ適用するために,実行時間を評価,検証する方法を提案し,自動的に検証を行うためのソフトウェアツールのプロトタイプを開発した.提案方法を自動車テレマティックサービスへ適用し,提案方法の妥当性と有効性を評価した.これらの研究成果は情報処理学会などで発表を行っている.以上の成果をまとめると,2009年度は当初の研究計画の目標を達成したと言える.本研究は,Wbbを介してソフトウェアが連携するためのサービス指向アーキテクチャ(SOA)に基づくソフトウェア開発技術として,特に,サービスの提供者と利用者の間で同期,並びに,非同期にメッセージ交換を行いながらサービスを提供/利用する非同期サービス指向アーキテクチャの開発技術を確立することにある.2010年度は,サービス指向アーキテクチャ(SOA)に基づく同期/非同期メッセージに加えイベントを介した統一的設計方法の確立,ならびに,これらの技術の適用による有効性の確認を主眼とした.設計方法については,これまでに提案した,SOAに基づき同期/非同期型メッセージ交換を用いた設計方法に加え,イベントを用いたパブリシュ/サブスクライブ型アーキテクチャによる開発方法を提案し,国内会議,ならびに,国際会議の論文として採択された.リアルタイム分散制御を必要とする自動車ソフトウェアへ適用し,時間制約を満たすためのリアルタイム性を保証する設計,ならびに,自動車の外部からのイベントを統一的に処理するためのSOAのイベント拡張アーキテクチャを提案した.さらに,複数の処理システム間の協調制御アーキテクチャの設計へ問題を拡張し,プロパティによる設計方法を提案し,国内会議で論文として発表した.これらの提案方法を自動車ソフトウェアの設計,自動車ソフトウェアとクラウドコンピューティングとの連携,クラウド間の連携,ソーシャルネットワークサービスの設計へ適用し,その有効性を評価した.これらの研究成果は情報処理学会などで発表を行っている.以上の成果をまとめると,2010年度は当初の研究計画の目標を達成したと言える.
微生物感染症における炎症と免疫反応のケモカインによる分子制御

P. acnes投与により肝内を遊走後肝リンパ節傍皮質部に移行したDCはT細胞とクラスターを形成するが、このクラスター内で徐々にTh1細胞が増加してくる事、その過程にDC由来のケモカインCXCL10/IP-10が関わることが明らかになった。さらに抗IP-10中和抗体の実験から、最終的な肉芽形成に関わるTh1細胞は、肝リンパ節で活性化されたメモリーT細胞が全身再循環により肉芽局所に選択的に遊走してきた細胞であり、しかもこれらのTh1細胞は肉芽内でさらなる増殖・IFN-γ産生能を示す事が判明した。1)所属リンパ節から輸出リンパ管へのメモリーTh1細胞の移行がIP-10により調節されていること(Th1 retentionという新しい概念の提案)、そして2)最終的にはメモリーTh1細胞の肝類洞へのホーミングにより肉芽部位のTh1細胞の増殖が起こり(局所における樹状細胞とのクラスター再形成によるTh1 polarizationの完了)肉芽が完成する、という慢性炎症のサルコイドーシスの原因とされるP. acnesによる肉芽形成メカニスムの全貌が、ケモカインと樹状細胞の視点からかなり観えてきたのではないかと思われる。これらの結果はまた、エフェクターTh1樹立の場はリンパ節のみならず炎症局所であり、しかもいずれもDC群と形成されるクラスター内でケモカインにより巧妙に調節されていることを示唆している。すなわち肉芽腫は必ずしも慢性炎症の終末像ではなく、免疫応答がダイナミックに展開されている像であると考えられた。
家庭科におけるESDのあり方に関する実証的研究-韓国の家庭科との比較を通して-

本研究では、日本と韓国における家庭科のESDの授業実践を比較分析することを通して、互いの学びの違いから、今後の家庭科のESDのあり方を提案することを目的としている。そこで、日本と韓国における家庭科のESDの要素を、教育課程及び教科書分析を通して明らかにした上で、授業実践を行うことにした。平成30年度は、研究計画通りに教育課程及び教科書分析を行った。先行研究と聞き取り調査により、韓国の家庭科は社会・経済・環境の観点からESDの実現可能性は高いが、これまでの消費生活・環境領域を中心にしたESDから脱却し、社会・経済及び文化等の文脈から検討する必要であることが示唆された。この知見を踏まえ、まず、韓国の家庭科の全領域におけるESDの要素を確認し、次に、日韓の家庭科の家族・家庭生活領域に着目して比較分析を行った。具体的には以下の通りである。1韓国の家庭科の教育課程における教科目標及び学習内容を対象に、ESDの要素を分析した。2日本の小学校学習指導要領家庭編及び小学校家庭科の教科書、韓国の実科(技術・家政)教育課程及び初等学校実科の教科書を対象に、家族・家庭生活領域の内容比較分析を行った。3日本の中学校技術・家庭(家庭分野)の教科書を対象に、ジェンダーの視点で内容分析を行った。以上により、韓国の家庭科(実科)は、家族・家庭生活領域を含む全領域でESDの要素が確認された。日韓の小学校家庭科の教育課程及び教科書分析からは、家族・家庭生活領域における共通点及び相違点を明らかにすることができた。日本の中学校家庭科の教科書分析からは、ジェンダーに関するESDの課題を明らかにすることができた。平成30年度は、先行研究の検討及び聞き取り調査の実施とともに、研究計画通りに日韓の家庭科の教育課程及び教科書におけるESDの内容分析を実施することができた。2については韓国実科教育学会誌に投稿した。1と3については、次年度に、それぞれARAHE、日本家庭科教育学会でポスター発表をする予定である。教育課程及び教科書研究を継続して行うこととし、小学校家庭科の教科書比較分析に続いて、中学校家庭科の教科書比較分析を行うことで、両国の家庭科のESDの要素を比較検討する。また、日本の中学校においてESDを取り入れた授業開発・実践を行うとともに、比較対象とする韓国での授業実践の準備をする。なお、研究に必要な情報収集に関しては、引き続き聞き取り調査及び図書館の利用、インターネットによる収集、学会出席等を行う。本研究の遂行に当たっては、韓国における情報収集が不可欠である。平成30年度における教育課程及び教科書分析では、必要な資料をオープンアクセスによりインターネット上で入手することができ、使用額が抑えられたと考えられる。その分、次年度はオープンアクセスで得られなかった資料を入手するための韓国旅費、入手した資料のデータ整理、国際学会旅費等に使用する。
腸内細菌による野生大型類人猿の消化能力

自分自身を変えずに異なる食物を消化する能力の基盤を解明するため、野生大型類人猿3種の糞を用いた試験管内発酵試験と腸内細菌の遺伝子解析を行い、食物の質の低い東南アジア(ボルネオ)のオランウータンでは、アフリカ(ガボン)のゴリラ・チンパンジーよりも、腸内細菌による高繊維食物の発酵能力が高いこと、同所的チンパンジーに比べ、葉食傾向の強いゴリラが、腸内細菌による高繊維食物の発酵能力が高いかを検証する。
移植前にGVHD関連T細胞を推定するヒト急性GVHDにおけるT細胞応答の解析

本研究では、ヒト急性移植片対宿主病(GVHD)組織浸潤T細胞や末梢血中T細胞のT細胞受容体(TCR)塩基配列を次世代シークエンサーにより網羅的に決定し、TCRレパトアの偏りやアロ反応性T細胞クローンの頻度などを推定する。そしてそれらとGVHD臨床経過との相関を解析する。また、患者とドナーの単核球混合培養(MLR)や患者皮膚・ドナー単核球共培養などを利用してアロ反応性T細胞クローンの推定が可能か否かを明らかにする。さらに血漿中可溶性PD-L1濃度、PD-1陽性T細胞割合、制御性T細胞(Treg)割合などを解析し、GVHDの消退にT細胞の疲弊やTregの増減が与える影響も明らかにする。平成30年度は、12例の移植後患者からGVHD皮膚9検体、GVHD腸4検体の提供を受け、組織浸潤T細胞のTCR塩基配列を網羅的に決定した。それらのシンプソン多様性指数(1/Ds)は、皮膚が中央値14.77、腸が中央値2.68といずれも同時期の末梢血(それぞれ185.9と182.6)と比べて小さく、すなわち末梢血と比べGVHD組織におけるTCRレパトアの偏りが強いことが確認された。血縁者間移植2例でドナーと患者の両者から末梢血の提供を受け、MLRを行い分裂ドナーT細胞(アロ反応性ドナーT細胞)のTCR塩基配列を決定した。うち1例では、GVHD組織で高頻度を示したT細胞クローンがMLRで推定したアロ反応性ドナーT細胞に含まれていた。現在は、GVHD組織検体やMLRの解析例数を蓄積するとともに、患者から提供された移植前皮膚とドナー単核球との共培養を開始している。患者からのGVHD組織(皮膚、腸)の検体収集およびレパトア解析は順調に進んでいる。またドナーからの末梢血も順調に得られており、MLRを用いたアロ反応性T細胞の推定も解析症例が蓄積されつつある。今後は、患者からの移植前皮膚の提供が増加すれば本研究はさらに加速すると考えられる。GVHD組織浸潤T細胞の網羅的TCR解析やMLRにおける分裂ドナーT細胞分画の網羅的TCR塩基配列決定については、確実に実験系は機能しており特に問題はない。今後は、移植患者およびドナーに対して本研究の意義等について丁寧に説明し、1例でも多くの検体(特に移植前皮膚生検検体)の提供について理解を得るよう努力する。理由:購入予定だった試薬が当該年度内に納品できず、その支払いを翌年度に繰り越したため。使用計画:上述の通り、試薬代(物品費)として使用する。
増殖因子が惹起する細胞致死作用におけるシクロオキシゲナーゼの機能

生理活性脂質であるプロスタグランジン(PG)は多様な生理活性を持つことが知られている。PGは細胞増殖の制御に関しても重要な機能を持ち、細胞増殖の促進・抑制の正負両方向に作用しうることが報告されている。上皮増殖因子(EGF)や腫瘍壊死因子(TNF)は、ヒト正常繊維芽細胞FS-4に対して強い細胞増殖促進作用をあらわすが、PGの前駆体であるアラキドン酸を過剰に共存させておくと、EGFとTNFは逆に細胞致死を起こす。この時、EGFやTNFはPGE2産生を亢進させ、かつPG合成阻害剤であるインドメタシンがこの細胞死を抑制することを見い出している。本研究では、このように細胞致死にかかわると考えられるPGが、いかなる制御を受けて発現されるかについて、プロスタグランジンエンドペルオキシド合成酵素(シクロオキシゲナーゼ:COX)のアイソザイムの解析を中心として研究を行った。COXにはCOX-1とCOX-2の二つのアイソザイムが存在する。このうちCOX-2が種々の刺激により産生誘導されることが報告されており炎症などにおける役割が注目されている。近年、これらのアイソザイムに特異的な阻害剤が開発されており、これらを用いて増殖因子刺激による細胞死に対する阻害能を調べた。しかし、数種の特異的阻害剤を用いて調べた結果、どの特異的阻害剤もかなり高濃度の阻害剤を用いないと細胞死が抑制されないことが判明し、両アイソザイムともが細胞死に関わる可能性が現れた。そこで、イムノブロッティングによりCOX-1とCOX-2の発現誘導を調べたところ、刺激によりCOX-2の発現のみが顕著に増加していた。COX-1の発現は刺激の有無に関わらずCOX-2より高い発現を示した。最近、外因性のアラキドン酸はCOX-1選択的にPGに代謝されることが報告されたが、COX-2が発現している時にのみ細胞死が起こることから増殖因子とアラキドン酸の共存による細胞死にはCOX-1とCOX-2の両者の発現が必要であることが示唆された。プロスタグランジン(PG)は、多様な生理作用を持っている生理活性脂質である。PGは細胞増殖の制御に関しても重要な機能を持ち、細胞増殖の促進・抑制の正PGの前駆体であるアラキドン酸を過剰に共存させておくと、EGFとTNFは逆に細胞致死を起こす。この時、EGFやTNFは、PGE2産生を亢進しており、かつPG合成阻害剤であるインドメタシンがこの細胞致死を抑制することも見い出した。このように細胞致死にかかわると考えられるPGが、いかなる制御を受けて、どのような経路で発現されるかについて、プロスタグランジンエンドペルオキシド合成酵素(シクロオキシゲナーゼ:COX)のアイソザイムの解析を中心として実験を進めている。本年度は、まず、NS-398(COX-2アイソザイム特異的阻害剤)などを用いて、増殖因子が誘発する細胞致死作用に対する影響を調べた。種々の特異的阻害剤の効果を検討したが、COX-1とCOX-2それぞれの特異的阻害剤を用いても、一方のアイソザイムのみの関与を示す明確な結果は得られなかった。そこで、これらの増殖因子の刺激による、COX-1とCOX-2の発現の変化を調べるため、ウエスタンブロッティングおよびノザンブロッティングにより、それぞれのmRNAとタンパクレベルの解析を行った。COX-2タンパクレベルに、大きな変動は観察されず、COX-1の関与を示唆する結果が得られたが、COX-1のmRNAおよびタンパクレベルの変動に関する明確な結果は得られず、来年度以降、詳細な検討を続けることとした。

最近、外因性のアラキドン酸はCOX-1選択的にPGに代謝されることが報告されたが、COX-2が発現している時にのみ細胞死が起こることから増殖因子とアラキドン酸の共存による細胞死にはCOX-1とCOX-2の両者の発現が必要であることが示唆された。
新型電極及び材料開発によるリン酸型燃料電池の長寿命・高性能化実証実験

リン酸型燃料電池の実用化の最大の課題は、電極触媒層のリン酸電解液の濡れによる特性低下を抑制し、長寿命化を実現することである。昨年度、触媒層のガスネットワーク材料として、カーボンブラック(CB)の全表面に、10nm厚のポリエチレン(PE)を被覆したPE/CBを作り、これをフッ素化してTefron (PTFE)と同様の分子構造、強撥水性を有する新規材料(FPE/CB)を開発し、これをやはり新規提案の「機能分離型電極触媒層」に適用した。そして、触媒層組成と電極の初期諸特性を評価してきた。本年度は、加速寿命評価法の確立と、それを適用した触媒層組成の異なる電極の寿命特性を、通常の電極との比較において評価し、以下の成果を得た。(1)CB担持合金触媒(Pt/CB)/ガスネットワーク材料(FPE/CB)/バインダー材(PTFE)の混合比を変えた場合、PTFE比を固定すると、それぞれに最大特性を示す一定の(Pt/CB)/(FPE/CB)のあることを見出した。(2)最適組成での新構想電極では、触媒利用率が通常電極の3割以上高く、かつ電極初期特性が高いことが分かった。。(3)加速寿命評価のための自動実験装置を作成し、併せてその手法を確立した。(4)上記最適組成の新構想電極は、初期的には通常電極より優れた性能を示すものの、数千時間相当の試験サイクルで関係が逆転する。しかし、(FPE/CB)の割合を、この最適組成より増加させることで、通常電極よりも電極特性も高く、寿命特性も優れる電極の作成が可能なことを明らかにできた。。リン酸型燃料電池の実用化の最大の課題は、電極触媒層のリン酸電解液の濡れによる特性低下を抑制し、今以上の長寿命化を実現することにある。本研究は、触媒層のガスネットワーク材料として、カーボンブラック(CB)の全表面に、10nm厚のポリエチレン(PE)を被覆したPE/CBを作り、これを直接フッ素化してTeflon(PTFE)と同様の分子構造、強撥水性を有するフッ素化ポリエチレン被覆カーボンブラック(FPE/CB)を新規に作成し、これをやはり新規提案の「機能分離型電極触媒層」に適用した電極が、従来型の電極に比較し寿命特性に於いて優れることを実証することを目的としている。本年度に以下の成果を得た。1,PE/CBのフッ素化反応条件を決定のため、水晶振動子マイクロバランス(QCM)上で、PEのフッ素化反応速度を解析し、以下に示すFPE/CBの製造条件の決定に必要な速度論データを測定した(研究発表成果1)。2,ロータリーキルン型反応装置を設計、製作し、前項で測定した速度論データを基に、実際のFPE/CB製造の最適条件を決定した。3,前項で製作したFPE/CBの物理的、化学的性質、すなわち被覆状態(比表面積、SEM)、凝集状態(粒度分布)、細孔構造(細孔分布)、熱安定性(TG/DTA)、化合状態(XPS)、撥水性(接触角、電解液細孔占有率)等を評価し、期待通りの物性を有する新撥水性材料が製造できることを明らかにした(研究発表成果2、3)。4,このFPE/CBを触媒担持カーボンブラック(CBPt)と共に用いて、前記の機能分離型触媒層を形成し、混合比、製造条件の最適化を行った。その結果、触媒利用率、ガス拡散性共に理論的に最も優れた電極を作成できた(研究発表成果2、3)。5,次年度以降、加速条件下で寿命評価する方法について検討し、ほぼその方法を確立した(研究発表成果4、5)。

昨年度、触媒層のガスネットワーク材料として、カーボンブラック(CB)の全表面に、10nm厚のポリエチレン(PE)を被覆したPE/CBを作り、これをフッ素化してTefron(PTFE)と同様の分子構造、強撥水性を有する新規材料(FPE/CB)を開発し、これをやはり新規提案の「機能分離型電極触媒層」に適用した。そして、触媒層組成と電極の初期諸特性を評価してきた。本年度は、加速寿命評価法の確立と、それを適用した触媒層組成の異なる電極の寿命特性を、通常の電極との比較において評価し、以下の成果を得た。(1)CB担持合金触媒(Pt/CB)/ガスネットワーク材料(FPE/CB)/バインダー材(PTFE)の混合比を変えた場合、PTFE比を固定すると、それぞれに最大特性を示す一定の(Pt/CB)/(FPE/CB)のあることを見出した。(2)最適組成での新構想電極では、触媒利用率が通常電極の3割以上高く、かつ電極初期特性が高いことが分かった。。(3)加速寿命評価のための自動実験装置を作成し、併せてその手法を確立した。(4)上記最適組成の新構想電極は、初期的には通常電極より優れた性能を示すものの、数千時間相当の試験サイクルで関係が逆転する。しかし、(FPE/CB)の割合を、この最適組成より増加させることで、通常電極よりも電極特性も高く、寿命特性も優れる電極の作成が可能なことを明らかにできた。