hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
集落の限界化と「むらおさめ」に関する人文地理学的研究

本研究は集落が極端に小規模・高齢化し,コミュニティの維持・存続が不可能となる限界化過程の実態を明らかにした。また,最終的に集落の居住者が不在となる無住化のメカニズムも解明した。しかし,集落の居住者が皆無であっても,土地の所有権は残るため,農地を活用し,家屋等も継続して使用される例が多く見られた。以上のことから,集落機能が消滅する前後において,集落の終末を見据え,土地所有や土地利用のあり方等を検討する「むらおさめ」の必要性があるとの結論に至った。(1)限界集落の分布と属性を明確にした農林水産省の委託を受けて農村開発企画委員会が行った全国における限界集落調査のデータを入手し,地形図や道路地図などを用いてその位置を特定し,GISを用いて限界集落の分布を地図化した。あわせて,農業集落カードを用いて集落名が合致するものについてのみ,集落の属性を整理した。限界集落の実態は政府が行ったわずかな調査においてその名称が把握されているに過ぎず,全国における分布を把握したのは,本研究が初めてだと思われる。また,中国地方中山間地域研究協議会が所有している集落データのうち,公表が許された島根県を対象に,全集落と農業集落との突合を行った。その結果,限界集落や危機的集落の分布とともに,その属性がある程度明らかになった。従来の研究においては,大半が農業集落のみを取り扱った研究であるが,農林業センサスでは非農家世帯の高齢者数が把握できないため,いわゆる限界集落の把握ができなかった。本研究において,島根県というメソスケールで両者を突合することにより,従来明らかにできなかった限界集落の立地特性が明確になった。(2)集落の限界化過程について明らかにした消滅集落や限界集落の発生とそのプロセスを解明した。本研究では(1)で構築した集落データベースを用いて,集落の人口,世帯の動態を類型化するとともに,フィールドワークを行って,限界化過程を考察した。その結果,集落の限界化は無住化へのプロセスであること,限界集落と認識されていない集落においても,集落世帯員の年齢構成から検討すると限界集落予備軍の集落が多数存在していること,集落が無住化しても元集落住民を中心に土地が利用されていること,などが明らかになった。以上の結果から,本研究が追究している「むらおさめ」以外に,無住化後の集落をどのように捉えるのかといった社会的課題が浮き彫りになった。本研究では集落機能の維持・向上及び国土資源管理的な視点を基軸として,集落の限界化過程を明らかにした上で,最終的に集落が消滅していくメカニズムを解明することを目的にしている。同時に,限界集落化がもたらす影響として地域管理手法の変化に注目し,集落機能が消滅した際に集落の終末を見据えた「むらおめ」のあり方について検討することを最終的な目標と定めている。平成22年度は集落が管理する農地・森林の管理実態を調査し,集落の消滅や限界化がもたらす国土管理上の影響評価を行うとともに,農地・森林等を地域内外の人・組織が協働管理することの可能性とそのプロセスを明らかにした。また,関連して限界集落化が水資源涵養機能や洪水防止機能等に与える影響評価と対策を明らかにした。具体的には,平成21年度において「集落の限界化過程」における類型ごとに,複数の集落を事例対象とし,現地踏査と聞き取り調査を実施した。それにより,限界集落における農地・森林管理実態を把握し,所有・管理形態等を指標として分類し,問題を整理し抽出した。この結果に基づき,地域住民が共同で管理することの重要性と地域内の住民が地域外からの協力者と協働することの必要性・可能性及びその実現のための条件を明らかにした。さらに,消滅が危惧される集落や,消滅した集落においても地域管理のあり方について理論的な検討も行った。その結果,集落が消滅した後も,元居住者の通いによる耕作の実態があることが明らかになった。また,元居住者に限らず,当該集落に農地や山林を所有している住民が通ってきて管理している実態が認められた。そのため,集落の居住者は不在であっても,集落は存続し続けているという実態が確認され,今後のインフラ維持や集落の再編成等を行う際に,これら無住化集落の存在が無視できないことが明らかになった。本研究では集落機能の維持・向上及び国土資源管理的な視点を基軸として,集落の限界化過程を明らかにした上で,最終的に集落が消滅していくメカニズムを解明することを目的としてきた。同時に,集落機能が消滅した際に集落の終末を見据えた「むらおめ」のあり方について検討することを目的としてきた。とりわけ,本年度は島根県を対象に実際に消滅した集落を把握した。また,無住化集落(消滅集落)を訪問し,通勤耕作者等に対して集落の消滅過程や現在の耕作状況についてヒアリング調査を行った。これにより,集落の消滅過程が把握できるとともに,無住化集落の社会的役割について評価できた。

平成時代における集落の無住化は「自然消滅」タイプが多く,昭和の過疎で代表的な「挙家離村」型はほとんどみられないことが明らかになった。一方で,無住化集落へも通勤耕作者は一定数存在し,集落に居住者がいなくなったとしても,集落がなくなったとは言えないことが明らかになった。さらに,今後消滅が危惧される集落については,現在どのような生活が営まれ,資源管理が継続されているのかを調査した。そして,集落の最期を迎えるにあたり,何が必要で,周辺地域からどのような支援が必要なのか,フィールドワークを中心としてその実態を把握した。一方,消滅集落に対する社会的援助と文化・歴史等のアーカイブ機能を含めた「むらおさめ」の理論化について検討はしたものの,その概念等を整理し,一般化するには至っていない。また,「昭和の過疎」など,過去における集落の消滅に関しても,その復元は十分に行われていない。今後は,本研究で得られた「むらおさめ」の実態が集落の歴史を踏まえてどのように位置づけられるのかについて検討することにより,集落の限界化と無住化を動態的に捉える必要がある。
表皮バリア構築におけるケラチノサイト分化関連蛋白質(Kdap)の動態に関する研究

ケラチノサイト分化関連蛋白質Kdapの表皮角質層構築における役割を検討するため、生体外において表皮構築を再現した三次元培養システムが必要と考えた。犬株化ケラチノサイトCPEKを半気相状態にて培養した結果、形態学的に極めて表皮に類似した角質層を形成することに成功した。免疫組織化学染色において発現蛋白質を検討したところ、角化関連蛋白質であるロリクリンの発現が生体の表皮と同様に角質層の直下に認められた。さらに、Kdapの発現も同様に検討した結果、角質層の直下の表皮と同様の位置に認められた。これらのことから、CPEKを用いた三次元培養システムは極めて表皮に類似した角質層を形成していると考えられ、Kdapの角質層構築へ影響を評価する上で有用と考えられた。そこで、この培養システムを用い、CPEKのKdap発現をmicro RNAによりノックダウンしたときの角質層構築への影響を評価した。その結果、KdapをノックダウンしたCPEKの角化層は対象のものと比較して明らかな肥厚が認められた。角質層の肥厚はケラチノサイトの剥離が抑制されたときに起こると考えられ、本研究における角化層の肥厚においても、直接的あるいは間接的に剥離が抑制された結果ではないかと考えられた。本研究の結果から、Kdapは角化ケラチノサイトの剥離を促進し、角質層構築維持機構に密接に関与する分子であると考えられた。1.Kdapのレセプター検索ケラチノサイト表面にKdapに対するレセプターが存在するのではないかと考え、ケラチノサイトとKdapの結合性を検討した。まず、KdapとイムノグロブリンFc領域のキメラ蛋白(Kdap-Fc)を作成し、犬ケラチノサイト株化細胞に反応させたところ、一部の細胞に結合した。このことから、Kdapはケラチノサイトの分化段階、あるいは細胞周期に依存した結合性を示すことが考えられた。そこで、株化細胞を分化誘導し、Kdap-Fcとの結合性を検討した。しかしながら、ケラチノサイト分化とKdapの結合性には明らかな相関は認められなかった。一方、細胞周期をG1期に統一した細胞に対し、Kdap-Fcは効率的に結合することが示唆された。このことから、KdapはG1期のケラチノサイトに特異的に発現する分子と結合し、ケラチノサイトの分化に関与するのではないかと考えた。今後、Kdapの結合分子を免疫沈降により分離し質量解析により同定する。2.Kdapのケラチノサイト分化との関連の検討2種類の分化傾向の異なる犬ケラチノサイト株化細胞の分化マーカーおよびKdapmRNAの発現を比較した。その結果、Kdap mRNAは形態的に角化傾向を示す株化細胞に発現し、またその発現は角化関連蛋白質であるEnvoplakinの発現増加の時期と一致することが明らかとなった。これらのことから、Kdapは表皮分化に密接に関与する分子であることが示唆された。そこで、Kdapの動態をより深く検討するため犬Kdapに対するモノクローナル抗体を作成した。作成した抗体を用いた犬正常皮膚の免疫染色により、Kdapは基底層には分布せず有棘層以上に限局することが明らか:となった。このようなKdapの特異的な発現パターンおよび分布から、Kdapはケラチノサイトの最終分化に関連する分子ではないかと考えられた。1,肥厚表皮でのKdap発現の変化の検討Kdapは表皮に特異的な低分子蛋百質であり、これまでの研究から表皮の最終分化に関連する分子であることが示唆されている。そこで、表皮でのKdapの役割を検討するため、様々な原因に起因した犬の肥厚表皮でのKdap発現を正常表皮と比較した。その結果、Kdapは正常表皮では顆粒層に発現するが、生理的肥厚を伴うパット皮膚では有棘層から早期に発現することが明らかとなった。さらに、炎症およびアレルギー性皮膚炎により肥厚した表皮でも同様の発現変化を示した。表皮の肥厚は、ターンオーバーが正常に行われていないことが原因であり、中でも最終的な剥離の異常が要因として挙げられる。以上の結果から、Kdapは表皮の剥離に密接に関与する分子であることが考えられた。Kdapを発現する犬表皮培養細胞を、二重皿培養法により3次元に培養することが出来た。この培養表皮は、vivoの基底層から角質層までを再現しており、今後のKdapのvitro実験に非常に有用と考えられた。

角質層の肥厚はケラチノサイトの剥離が抑制されたときに起こると考えられ、本研究における角化層の肥厚においても、直接的あるいは間接的に剥離が抑制された結果ではないかと考えられた。本研究の結果から、Kdapは角化ケラチノサイトの剥離を促進し、角質層構築維持機構に密接に関与する分子であると考えられた。
ビデオ視聴と自他レポート吟味により学習に関する内省を支援する教授設計の研究

大学生が,自らの学習過程を振り返りメタ認知や学習方略を意識的に活用することを支援する教授設計と実践を行った.学習者は,登場人物の学習過程を扱ったドキュメンタリーを視聴し,自身の経験や学習理論と対比して解釈・分析する.これをレポートとして提出し,さらに他学習者のレポートと比較・吟味し,これによって学習経験と学術的知識とを結びつけて内省・概念化する.複数年にわたって授業実践を行い,(1)自己効力感,自己調整などの質問紙調査と授業評価に正の相関があること,(2)授業後に,自身の学習の工夫について自己調整的な記述をした学習者は,学びに関する考え方の変化にメタ認知的な傾向があること,などがわかった.本研究は,大学生レベルの学習者が自らの学習や熟達化の過程を振り返り,メタ認知や学習方略の活用をより意識的に行えるようになることを支援するための教授設計に関するものである.学習・熟達化過程のケースを観察させ,このケースを自己の経験ならびにメタ認知や熟達化に関する学術的な知識と対比して分析させる.ケースには登場人物の失敗や成長の過程を扱ったドキュメンタリービデオを用いる.分析結果はレポートとして提出させ,さらに他学習者のレポートとの比較・吟味を行わせる.このような過程を通じて,自らの学習・熟達化経験と学術的・体系的知識とを結びつけて内省・概念化する機会を与え,以降の活動におけるメタ認知や学習方略の意識的な活用を促進させようとするものである.今年度は,学習主題の詳細化と使用するドキュメンタリービデオの選定・分析を進め,小規模な実験を行った.「学習主題の詳細化」については,学習におけるメタ認知,自己調整学習や熟達化の分野での知見から,自己モニタリング・自己コントロール,方略に関するメタ認知的知識,自己効力感などが考えられ,次のドキュメンタリービデオの選定・分析と並行して検討を進めた.「ドキュメンタリービデオの選定・分析」では,今年度は,NHKの「目撃日本列島」というドキュメンタリーシリーズの「負けて強くなれ愛媛・将棋道場の日々」という番組を用い,上記の学習主題に沿って登場人物の行動や言動を解釈・分析した.この番組の登場人物は,将棋道場の指導者とそこに通う中学生の少年である.このドキュメンタリーにおける少年の言動を自己調整学習の観点から解釈した.これによって,自己内省段階における防衛的なマイナスの感情,予見段階に向けての適応的決定の欠如,遂行段階における方略や過程に関するセルフ・モニタリングの欠如などを抽出した.この結果をもとに大学院生9名を対象とするビデオ視聴の予備実験を行った.本研究は,大学生レベルの学習者が自らの学習や熟達化の過程を振り返り,メタ認知や学習方略の活用をより意識的に行えるようになることを支援するための教授設計に関するものである.学習・熟達化過程のケースを観察させ,このケースを自己の経験ならびにメタ認知や熟達化に関する学術的な知識と対比して分析させる.ケースには登場人物の失敗や成長の過程を扱ったドキュメンタリービデオを用いる.分析結果はレポートとして提出させ,さらに他学習者のレポートとの比較・吟味を行わせる.このような過程を通じて,自らの学習・熟達化経験と学術的・体系的知識とを結びつけて内省・概念化する機会を与え,以降の活動におけるメタ認知や学習方略の意識的な活用を促進させようとするものである.今年度は,昨年度の予備実験の結果をもとに,約160名を対象とする授業を実践した.「学習主題の詳細化」については,学習におけるメタ認知や自己調整学習の知見から,自己モニタリング・自己コントロール,方略に関するメタ認知的知識,自己効力感などを想定し,ドキュメンタリービデオの選定・分析と並行して検討を進めた.「ドキュメンタリービデオの選定・分析」では,初年度の番組のほか,NHKの「あしたをつかめーしごともくらしも」というドキュメンタリーシリーズの「#033塾講師」を用い,学習主題に沿って登場人物の行動や言動を解釈・分析した.これによって,自己内省段階における防衛的なマイナスの感情,予見段階に向けての適応的決定の欠如や結果の能力帰属による動機の低下,指導者の自律性支援的教授行動などを抽出した.これに基づいて,「自己調整学習に関する学術知識の説明」,「学習主題の観点でのビデオ視聴とレポート提出」.「他学習者閲読とビデオ再視聴・レポート提出」という授業設計に基づき,授業の実施・結果の分析・次回実践への改良項目の抽出を行った.予定通り2年目で授業実践を行うことができたため.本研究は,大学生レベルの学習者が自らの学習や熟達化の過程を振り返り,メタ認知や学習方略の活用をより意識的に行えるようになることを支援するための教授設計に関するものである.学習・熟達化過程のケースを観察させ,このケースを自己の経験ならびにメタ認知や熟達化などに関する学術的な知識と対比して解釈・分析させる.ケースには登場人物の失敗や成長の過程を扱ったドキュメンタリービデオを用いる.分析結果はレポートとして提出させ,さらに他学習者のレポートとの比較・吟味を行わせる.このような過程を通じて,自らの学習・熟達化経験と学術的・体系的知識とを結びつけて内省・概念化する機会を与えることで,以降の活動におけるメタ認知や学習方略の意識的な活用を促進させようとするものである.平成28年度は,平成27年度に引き続いて約160名を対象とする授業を実践した.実践内容を分析し以下のような結果を得た.(1)授業前後に,自身の学習に関するこれまでの工夫について記述させたところ,学習動機や学習方略に対して能動的に関与する自己調整的な内容を記述した学習者は約30%から約50%に増加した.これは,授業によって,学習者が自身の学習経験を振り返って言語化・概念化できたことを示していると考えられる.

(2)授業後に,学習に関する意識がどのように変化したかを記述させたところ,自身の考えや行動に関するメタ認知的モニタリング・コントロール的な内容を記述した学習者は約60%であった.さらに,このような内容を記述した学習者と記述しなかった学習者の授業評価を比較したところ,全般的に記述した学習者の方が評価が高く,特に「内容は役に立った」,「内容に納得した」,「今後の学習の参考になった」などの項目で有意に評価が高かった.学習に関してメタ認知的な意識を持った学習者が,授業内容に納得し今後の学習に良い影響があったと捉えていることがわかる.平成28年度中に国際会議で発表予定であったが,返戻となったため計画を1年延長した.授業実践は予定通り進めることができた.本研究は,大学生レベルの学習者が自らの学習や熟達化の過程を振り返り,メタ認知や学習方略の活用をより意識的に行えるようになることを支援するための教授設計に関するものである.学習・熟達化過程のケースを観察させ,このケースを自己の経験ならびにメタ認知や熟達化などに関する学術的な知識と対比して解釈・分析させる.ケースには登場人物の失敗や成長の過程を扱ったドキュメンタリービデオを用いる.分析結果はレポートとして提出させ,さらに他学習者のレポートとの比較・吟味を行わせる.このような過程を通じて,自らの学習・熟達化経験と学術的・体系的知識とを結びつけて内省・概念化する機会を与えることで,以降の活動におけるメタ認知や学習方略の意識的な活用を促進させようとするものである.平成29年度は,平成28年度に引き続いて授業実践を行うとともに,国際学会での発表および雑誌論文への投稿を行った.授業実践では以下のような結果が得られた.(1)授業前に自己調整学習に関する質問紙調査(MSLQ: Motivated Strategies for Learning Questionnaire)を行い,授業後の授業アンケート結果との相関を調べた.MSLQの「自己効力感」,「自己調整」などの項目と,「授業内容に納得した」,「学び方に関する考え方が深まった」,「自分の経験と結びついた」などの項目と相関が見られた.また,「ビデオを視聴する観点を指示されたのでより理解を深めることができた」,「他の人のレポートを読んで,様々なものの見方が重要だと感じた」との間にも相関があった.(2)授業前後に自身の学び方の工夫を3つ記述させ,授業後に「学び方に関する考えの変化」を記述させた.この結果,授業後に自己調整的な学び方の工夫を記述した学習者は,考えの変化にメタ認知的な内容を記述する傾向が高いことがわかった.大学生が,自らの学習過程を振り返りメタ認知や学習方略を意識的に活用することを支援する教授設計と実践を行った.学習者は,登場人物の学習過程を扱ったドキュメンタリーを視聴し,自身の経験や学習理論と対比して解釈・分析する.これをレポートとして提出し,さらに他学習者のレポートと比較・吟味し,これによって学習経験と学術的知識とを結びつけて内省・概念化する.複数年にわたって授業実践を行い,(1)自己効力感,自己調整などの質問紙調査と授業評価に正の相関があること,
認知症高齢者グループホームにおける入居者の排便状況の実態と排便ケアのあり方の検討

本研究では、以下の3点について成果が得られた。1)認知症高齢者グループホームの職員は排便ケアに関する学習ニーズを強く持っていた。実施している排便ケアは排便リズムの把握、水分・食事に関するケアの実践が多く、腸蠕動を促す援助は少なかった。2)食事・水分量の確保、活動量の増加といった基本的な生活を整えるケアが可能な事例では、便の性状にばらつきがあるものの排便状況が改善した。3)体力の減退・認知力の低下から基本的な生活を整えるケアの実施が困難であった事例では、排便状況の改善は難しかった。しかし、わずかな変化ではあったが、排便頻度の増加、下剤使用量減少が見られたことから実践したケアは有効であるといえる。初年度は、基礎的データの収集、介入施設の選定、職員への研修、対象者の選定を行い、介入を開始した。今年度は、職員が主体となり対象者の排便状況を把握し、アセスメントを行い、ケアプランの立案、評価・修正を研究者とともにカンファレンスを通して行った。また、新たに対象を選定し、介入を開始した。ケアプランの評価・修正のカンファレンスの中で職員は、基本的なケアの重要性を再認識していたが、対象者が認知症を有することもあり、水分の補給や活動性をあげることなど基本的なケアを適切に提供することのむつかしさを感じていた。しかし、ケアの実施や詳細な観察により、対象者の排便状況がよいと精神的な安定へつながり、また、逆に精神的な安定が良い排便状況へと繋がることも自らの評価として発言していた。そこから、職員も一律的なケアを行うのではなく、いかにその人に合ったケアが提供できるか、その方法を模索するしていた。さらに、カンファレンスにおいて自らのケアを具現化することで、グループホームの小規模の特性を生かしたケアについて意識するようになったと考えられる。この介入中から、対象者のみではなく、他の入居者に対しても基本的なケアを意識するようになったとの発言も聞かれた。さらに、基礎的データから認知症高齢者グループホームにおける排便ケアの実践状況の一部を日本老年看護学会第17回学術集会においてポスター発表を行った。認知症高齢者グループホームにおける排便ケアの実践状況を明らかにした。その結果、どのケア項目もほとんどが重要とされており、ケアの重要性は認識されていると思われた。特に水分・食事についてのケアは実践度が高く、腸蠕動を促す援助の実践度が低いことがわかった。本年度は、昨年度から引き続きで、職員が主体となり対象者の排便状況を把握し、アセスメントを行い、ケアプランの立案・実践・評価・修正を行っていった。さらに、研究者とのカンファレンスを通して評価し、ケアプランの修正を行っていった。今年度は、2事例について介入を行った。1事例は(約半年の介入)、日常生活動作は自立している方であったが、排便時、トイレに長く入っている、いきむ声が聞こえることなどから非常に苦労して排便を行っているのではないかと介入を決定した。水分、食事、活動、など生活を整える中で自立し排泄行為を行っているためなかなか排便の確認が取れずにいた。しかし、職員の細やかな観察により便が出ていない時は食事の進みが遅かったりするということや「苦痛ないきみ」でなく排便のきっかけであること、飲水が1日1000ccを超えると本人からの便が出ないという訴えの頻度は減った。さらにもう1事例は、排便状況の変化がなかなか現れず、約1年半の介入を続けた。重度の認知症を有しており、さらに身体状況も車椅子での移動が援助によって可能だが、意志の疎通が難しく、水分量を増やす、活動量を上げる、食物繊維の摂取といった基本的なケアを整えることが難しかった。そのため、下剤の頻度も変化なく、排便状況の改善にまでは至らなかった。しかし、対象者の生活を整えることの重要性は職員の認識として高まったのではないか。また、今後課題となっていくが、認知症を有し、虚弱な高齢者の便通を整え、体調管理していくには職員のきめ細やかな観察と忍耐強く対応するケア力が求められることがわかった。初年度の研究計画は、基礎的データの収集である。まず、介入施設の選定を行い、現在は2施設を対象とし、研究を開始している。職員全員に対して、職種や経験年数・現在の排便ケアの実際・排便ケアへの意識(思い)・排便ケアについての学習経験の有無・排便ケアに必要な具体的項目に対しての知識の有無などについて質問紙調査を行った。その結果、水分・食事に関するアセスメント・ケア内容に関して約9割以上がほぼ毎日実践していた。また、腸蠕動を促す援助に関してアセスメント・ケア内容は、時々実践が半数以上を占めており、実践意欲が感じられた。

また、排便動作の自立は把握しているが、把握した内容を生かしたケアを時々でも実践しているものは6割程度であるという結果が得られた。さらに、職員の排便ケアに関しての学習ニーズは非常に高く、その内容は、食事の姿勢や口腔ケアなど生活援助の内容から腹部マッサージや便秘時の対策など排便を促す援助、さらには、排便に影響を及ぼす疾患や異常の早期発見などリスク管理にまで及んでいた。これらの状況から、職員の学習ニーズの高いことやその後の入居者の排便状況の調査に有効であると考え、本来は次年度に行う予定であった学習会を本年度に行った。学習会の中で再度、排便状況の調査について説明を行い、共通認識を図った上で、入居者全員を対象に現在の排便状況を把握するための調査を行った。その結果を踏まえ、職員、研究者との協議により、介入研究に向けた対象の選定を行った。各グループホームに1名を選定し、本人および家族に研究説明を行い、同意を得、介入を開始した。選定した対象に対して職員とともに、介入対象者の排便状況をアセスメントし、ケアプランを立案し、約12週間毎に職員、研究者によるカンファレンスを開催し、対象者の排便状況や対象者の様子などを把握し、ケアプランの検討、修正などを現在行っている段階である。研究計画の段階では、3施設での介入を検討していた。しかし、認知症高齢者グループホームは小規模であることや設置母体が様々であることなどから研究介入の承諾を得られるのが非常にむつかしい状況である。そのため、現在は、2施設での介入を主流と考えており、現時点では3例目の介入中である。さらに4例目の介入を開始しようとしており、進度としては、概ね妥当と考える。しかし、介入の期間を6ヶ月としていたが、排便状況を考慮し、介入期間を決定していく。また、他の認知症高齢者グループホームの施設に対しても、研究依頼や研修会などの打診を行い、今後のことも視野にいれ関わりを持っていく予定である。現在、2施設に対し、全職員への質問紙調査、それを踏まえた研修会の開催、全入居者への排便状況の確認、介入対象の選定、各施設1名の介入については当初の予定以上に進展している状況である。しかし、あと1施設の介入対象施設の選定が遅れている状況である。継続して、施設選定へむけて、研究依頼ををおこなっていく。また、現在介入の施設はそれぞれ複数ユニットを有しているため、現在介入していないユニットへの研究依頼も視野に入れ、検討を行う予定である。現在、介入中の対象者へのカンファレンスを通してケア検討は引き続き行っていく。当初は、6ヶ月という介入期間であったが状況に応じて、延長することも視野に入れる。特に、認知症を有することで基本的なケアの提供自体が難しいこともあり、排便状況の改善が見られない状況も考えられる。そのため、職員のモチベーションが維持できるようにカンファレンスでも助言していく。さらに今年度は、近隣で(福岡市内)で「日本認知症ケア学会」が開催されるため、職員にも参加を促し、視野を広げる一助とする。また、他施設の研究依頼も継続して行い、今後につなげていきたい。現在、介入中の対象者へのケア検討は引き続き行っていく。6カ月という期間と排便状況の安定を目安に更にもう1名の介入対象者の選定を行っていく。
メリンジョ由来レスベラトロールを用いた歯周組織治癒のメカニズムの解明

レスベラトロールは高い抗酸化/抗炎症作用が認められ、動物モデルで歯周炎の治癒を促進すると報告されている。一方で、酸化ストレスや炎症の防御に中心的な役割を果たす転写因子Nuclear Factor Erythroid 2-Related Factor 2(Nrf2)は、歯周炎患者において有意に減少していることが明らかになっている。レスベラトロールにはNrf2を活性化する働きがあることから、レスベラトロールの歯周炎に対しての効果にNrf2が関連するのではないかと考えた。本研究ではNrf2の抗酸化経路の制御・抗炎症遺伝子群の活性化に対するレスベラトロール二量体の作用機序を解明する。歯周炎モデルマウスを用いたレスベラトロール類の効果の比較検討を行なった。C57BL/6Jワイルドタイプマウスの上顎第二臼歯に9-0絹糸を結紮・留置することで作製された歯周炎モデルマウスを用いて、レスベラトロール(RSV)単量体と二量体の歯周炎に対する効果を比較した。RSV二量体は単量体に比べ安定性が高く、血中に長く留まることができるため、歯周炎に対してもより良い歯周炎改善効果を示すと期待して実験を行なった。麻酔下で結紮糸を留置したのちに15日間歯周炎を誘発して炎症が慢性化したことを確認してから、10mg/kgのRSV単量体またはRSV二量体を腹腔内に投与した。その後、17日目、21日目、23日目でμCTを撮影して歯槽骨吸収の治癒過程を観察した。RSV二量体投与群では炎症因子を除去していないにも関わらず顕著な骨吸収量の減少が確認できた。歯周炎の骨吸収に対してRSV二量体はRSV単量体よりも、より強い治癒効果を持つ可能性が示唆された。また、RSV二量体が歯周炎などの炎症性疾患に効果をもたらすメカニズムには、抗酸化経路を司る転写因子Nuclear Factor Erythroid 2-Related Factor 2(Nrf2)が関与してると考えられるため、Nrf2遺伝子をノックダウンしたLPS刺激マクロファージへのRSV二量体の効果の検討を行うこととした。Nrf2遺伝子をノックダウンさせるために、マクロファージにNrf2 siRNAを加え遺伝子発現がノックダウンしていることをPCR法で確認した。当初の予定通り、平成30年度にin vivoでRSV二量体がRSV単量体よりも歯周炎の骨吸収の治癒効果が高いことを示すことができた。さらに、そのメカニズムを検討するためのin vitroでのNrf2遺伝子のノックダウンを行うプロトコールも確立することができた。次年度にRSV二量体が歯周組織治癒に働くメカニズムを検討するための体制が整ったことを踏まえて、概ね順調に進展していると判断した。次に、歯周炎誘発Nrf2ノックアウト(KO)マウスに対するRSV二量体の効果の検討を行う。上顎臼歯に結紮糸を留置し歯周炎を誘発し、RSV二量体溶液もしくはプラセボ溶液腹腔内に投与する。μCTで治癒過程を確認したのちに、マウスを安楽死させ、結紮糸周囲歯肉、上顎骨、歯周組織を採取する。結紮糸周囲の歯肉組織からはメッセンジャーRNAを抽出し炎症性サイトカインレベル(IL-1β, IL-6, TNF-α)をqPCR法で測定する。組織学的解析として、HE染色、8-OHdG抗体での免疫染色を行い、酸化ストレスレベルを観察する。

また、RSV二量体が歯周炎などの炎症性疾患に効果をもたらすメカニズムには、抗酸化経路を司る転写因子Nuclear Factor Erythroid 2-Related Factor 2(Nrf2)が関与してると考えられるため、Nrf2遺伝子をノックダウンしたLPS刺激マクロファージへのRSV二量体の効果の検討を行うこととした。Nrf2遺伝子をノックダウンさせるために、マクロファージにNrf2 siRNAを加え遺伝子発現がノックダウンしていることをPCR法で確認した。当初の予定通り、平成30年度にin vivoでRSV二量体がRSV単量体よりも歯周炎の骨吸収の治癒効果が高いことを示すことができた。さらに、そのメカニズムを検討するためのin vitroでのNrf2遺伝子のノックダウンを行うプロトコールも確立することができた。次年度にRSV二量体が歯周組織治癒に働くメカニズムを検討するための体制が整ったことを踏まえて、概ね順調に進展していると判断した。次に、歯周炎誘発Nrf2ノックアウト(KO)マウスに対するRSV二量体の効果の検討を行う。上顎臼歯に結紮糸を留置し歯周炎を誘発し、RSV二量体溶液もしくはプラセボ溶液腹腔内に投与する。μCTで治癒過程を確認したのちに、マウスを安楽死させ、結紮糸周囲歯肉、上顎骨、歯周組織を採取する。結紮糸周囲の歯肉組織からはメッセンジャーRNAを抽出し炎症性サイトカインレベル(IL-1β, IL-6, TNF-α)をqPCR法で測定する。組織学的解析として、HE染色、8-OHdG抗体での免疫染色を行い、酸化ストレスレベルを観察する。
前鰓類のインポセックス誘導機構の解明

1.イボニシのインポセックスは、まず右触角後部の表皮が隆起してペニスの分化が始まり、ほぼ同時期に表皮が陥入・結合して精管を形成する。次いで複数箇所から表皮が陥入して輸精管を形成し、ペニス様隆起の発達に伴ってペニス基部の輸精管が進入する。輸精管上皮細胞と周辺筋層の発達によりペニスが成長する。陰門付近で輸精管周辺組織が過形成すると陰門が閉塞し、交尾・産卵不能となり、卵嚢腺内に変質卵嚢塊が観察される。2.9-cisレチノイン酸により濃度依存的にイボニシにインポセックスが誘導され、雌に形成されたペニスと輸精管が雄のものと組織学的に同等であることを認めた。免疫染色により、RXRタンパクのペニスや輸精管、頭部神経節の細泡への分布を認めた。3.イボニシの雌雄とインポセックス症状の重篤な雌を用いてreal time RT-PCR法により組織別RXR遺伝子発現量を測定した結果、雄及びインポセックスの雌ではペニスでの発現量が他の組織より有意に高く(それぞれ、p<0.05及びp<0.01)、雌ではペニス形成部位の発現量に有意差がなかった。4.トリフェニルスズに3日間曝露された正常な雌イボニシのペニス形成部位を用いてDifferential Display法により有機スズ応答遺伝子を解析した結果、有機スズによる誘導バンド8種と抑制バンド12種が検出された。ホモロジー検索の結果、これらと既知遺伝子との相同性は見出せなかった。5.RXRと結合するDNA断片、調節領域をプローブにした標的遺伝子(一部)及び標的遺伝子の一部をプローブにした標的遺伝子全長のクローニングにより、12種のRXR結合性DNA断片が得られた。シークエンス解析の結果、4種に脊椎動物のRXR認識配列が見つかった。RXR認識配列が認められなかったクローンにもダイレクトリピートのハーフサイトであるAGGTCAが存在していた。1)インポセックスにおける生殖輸管の形成及び発達過程イボニシにおいては、ヨーロッパチヂミボラと異なり、最初に右触角後部にペニスへと分化・成長する細胞塊が生じて表皮を隆起させ、これとほぼ同時期に表皮が陥入・結合して輸精管を形成する。次いで卵嚢腺側及びペニスと卵嚢腺を結ぶ線上の表皮が陥入して輸精管を形成し、ペニス様隆起の形成・発達に伴ってペニス基部の輸精管が進入する。ペニスの成長は、ペニス筋層の発達と輸精管上皮細胞及びそれを取り巻く筋層の発達による。卵嚢腺側で輸精管周辺組織の過形成が伴う場合には陰門が閉塞し、交尾・産卵不能となり、卵嚢腺内に変質卵嚢塊が観察されることがある。なお、卵嚢腺内に摂護腺組織が発達する事例は、現在まで、観察されていない。以上をイボニシのインポセックスにおける輸精管順位指数(VDS Index)として示した。2)RXRとインポセックス発症との関係9-cisレチノイン酸(9-cis RA)を用いた筋肉注射試験により、濃度依存的にイボニシにインポセックスが誘導され、雌に形成されたペニスと輸精管が組織学的に雄のそれらと同等であることが明らかとなった。また、イボニシRXRタンパクとの交叉性がウェスタンブロッティングによって確認された抗RXR抗体を用いた免疫染色により、RXRタンパクがペニスや輸精管の細胞、頭部神経節などに分布していることが明らかとなった。

3)RXR遺伝子発現部位の特定イボニシの雌雄とインポセックス症状の重篤な雌を用いて、real time RT-PCR法によりイボニシの組織別RXR遺伝子発現量を測定した結果、雄ではペニスでの発現量が他の組織よりも有意に高く(p<0.05)、雌ではペニス形成部位における発現量に有意差がなかった。一方、インポセックスを発症した雌イボニシのペニスでも他の組織よりも有意に高いRXR遺伝子の発現が観察された(p<0.01)。1.有機スズ化合物に応答する遺伝子の検索有機スズ汚染レベルが軽微な茨城県ひたちなか市平磯で採集されたイボニシを国立環境研究所の実験室で1ヵ月以上人工海水を用いて馴化し、雌雄を選別した後、雌イボニシに対して500ng/Lの塩化トリフェニルスズを用いて止水式曝露を行った。曝露開始3日後、供試個体を取り上げ、ペニス形成部位を摘出して氷上でホモゲナイズし、Total RNA抽出した。Differential Displayにより雌ペニス形成部位における有機スズ応答遺伝子のクローニングを行なった。40種類のArbitary ACPを用いた解析により、有機スズによって誘導される8種類のバンドと抑制される12種類のバンドが検出された。これらのクローニングと塩基配列の決定、さらにホモロジー検索を行った結果、既知の遺伝子との相同性は見出せなかった。2.RXRと結合する遺伝子配列のクローニングによるRXRの標的遺伝子の検索RXRと結合するDNA断片(標的遺伝子の調節領域)のクローニング、調節領城をプローブにしたゲノムライブラリーからの標的遺伝子(一部)のクローニング及び標的遺伝子の一部をプローブにしたcDNAライブラリーからの標的遺伝子全長のクローニングという3段階の実験により、RXRの標的遺伝子のクローニングを行なった。その結果、12種類のRXR結合性DNA断片が得られた。得られたDNA断片のシークエンス解析を行った結果、そのうちの4種類に脊椎動物でRXRが認識する配列として報告されているRXR response elementが見つかった。また、クローニングしたDNA断片のうち、RXR response elementが認められなかったクローンにおいてもダイレクトリピートのハーフサイトであるAGGTCAが存在していた。
並列および分散アルゴリズムの設計と効率改善に関する研究

本科学研究補助金により,並列および分散処理システムの基本操作の1つである計算機ネットワ-ク上のブロ-ドキャストについて種々の結果を得ることができた。まず,並列計算機のア-キテクチャとして広く採用されている超立方体ネットワ-クにおけるブロ-ドキャストの方式を提案し,その耐放障性についての研究を行った。ネットワ-ク上のプロセッサの数をNとし,故障しているプロセッサの断線個数の和をfとした時,情報源のプロセッサが故障していなくて,f<log_2Nであれば,Log_2N+f+1ラウンドでブロ-ドキャストが完了することを示した。さらに,バイナリジャンピングネットワ-ク上のブロ-ドキャストについても同様の研究を行い類似の結果を得た。このネットワ-クの連結度は従来正確に分っていなかったが,我々の研究により,「log_2N」であることが示された。このことにより,バイナリジャンピングネットワ-クでは故障の数が「log_2N」ー1以下であれば,ブロ-ドキャストが可能であることが分った。また,故障の数が「log_2N」ー2以下の時はブロ-ドキャストに必要かつ十分なラウンド数は「log_2N」+f+2であることも示した。本科学研究費で購入したワ-クステ-ションSー4/1によって,各種計算機ネットワ-ク上でのブロ-ドキャストの効率と耐故障性に関するシミュレ-ション実験を行った。この実験により,我々の導いた理論的結果の正当性を確認し,未解決な問題に対する予想をたてることができた。本年度に得られた成果は,電子情報通信学会のコンピュテ-ション研究会,フォ-ルトトレランス研究会,情報処理学会のアルゴリズム研究会等で発表し,電子情報通信学会の論文誌に掲載になった。また,3月末に,第8回英国理論計算機科学の会議で発表することになっている。
脊椎動物光受容器官の進化と松果体の分化全能性

松果体は眼と同様に間脳から発生し、間脳の背側正中部に位置する不対器官である。下等な動物の松果体は眼と同様に光受容能をもち、視細胞が分化するが、脊椎動物の進化とともに光受容能は失われ、内分泌器官となる。これと平行して、組織形態上も神経組織から内分泌組織へと変化する。本研究では、これまでほとんど研究のおこなわれていない松果体の発生メカニズムを研究することによって、眼の発生との共通性を探り、両器官の分化多様性が生じるメカニズムを明らかにする。平成18年度には以下の研究を実施した。1.昨年度実施した、トリ胚松果体細胞の旋回培養を継続しておこなった。この方法により、松果体細胞の集合体を形成させることができる。ここに層構造が見られることを昨年度明らかにしたが、今年度は、網膜神経細胞に特異的な種々の抗体マーカーを用いて、層構造をさらに解析した。その結果、網膜神経節細胞、視細胞などが層構築を形成していることが明らかになり、胚の松果体細胞が網膜細胞分化能を持つとともに、高次層構築能をもつことがわかった。この成果は、現在論文としてまとめ、投稿準備中である。2.トリ初期胚眼胞の前腹4分の1領域だけにしても(残りの4分の3を切除した場合に)完全な眼に発生することを明らかにした。次に、この前腹1/4領域を、前背1/4を切除した別の個体に移植すると(Double Anterior-Ventral Optic vesicleをつくる)、完全な過剰眼が形成されることを発見した。そこで、3日胚の松果体原基を、前背1/4を切除したホスト胚の切除部に移植することを新たに試みた。この方法では、従来試みていた眼胞を完全に切除して松果体を植え継ぐよりも、移植組織がより安定に保持されることがわかった。現在まだ、十分な例数の結果が得られていないが、表皮や結合組織を除去した松果体神経上皮部を移植することを行っている。細胞分化に関して、網膜マーカーによって、検討を加えている。これにより、胚の松果体原基がどの程度、眼発生能を保持しているかが明らかにできると考えている。3.IGF1、FGF1がトリ胚松果体細胞の神経細胞と視細胞の分化に差次的な効果を持つことを明らかにし、論文投稿した。さらに追加実験を加え、論文は受理された(印刷中)。本年度の研究では、ニワトリおよびウズラ胚の松果体を実験モデルに、松果体組織の器官培養、胚移植法によって、神経組織発生能、眼組織発生能を調査するとともに、そのような分化能が個体の発生では抑制されているメカニズムについて調査研究した。すでに、胚の松果体細胞を培養下に移すと桿状体視細胞、錐状体視細胞、多様な神経細胞が分化することを明らかにしており、網膜細胞分化能をよく維持していることを明らかにしている。本年は、これらの細胞が網膜様の層状構造を形成するかどうかを旋回培養法で調査した。ニワトリ8日胚の松果体を分離、コラゲナーゼで表皮と周囲結合組織を除去後、松果体原基だけを分離して、トリプシンで解離した。種々の分離、解離条件を検討した。次に解離した松果体細胞を旋回培養して細胞凝集塊を作らせて、その構造を形態学的に調べた。できるだけ大型の凝集塊を作る条件を種々検討した。以上の結果、ほぼ安定して凝集塊を作ることが可能となり、今後層構築ファクターについて網膜と比較検討することが可能となった。今回の検討では、三層構造が確認され、視細胞マーカー陽性の細胞が最外層に分布、また、Pax6陽性の細胞が網膜の場合と同様に中間層に検出された。これは、基本的には網膜層構築とよく一致していると言える。次年度では、さらに多様な網膜マーカーによって、松果体凝集塊の層構造を網膜と比較する必要がある。次に、初期ニワトリ胚の松果体細胞と周囲結合組織の相互作用を眼内移植によって調べたところ、周囲結合組織が松果体濾胞構造の形成に必要であることが明らかになった。以上のことから、松果体の発生と分化能の発現に周囲結合組織が重要な役割をもつことが強く示唆されたので、次年度以降、この二つの実験系でこの問題を詳細に検討する。下等な動物の松果体は眼と同様に光受容能をもち、視細胞が分化する。脊椎動物の進化とともに光受容能は失われ、内分泌器官となる。本研究では、松果体の発生メカニズムを研究することによって眼の発生との共通性を探り、両器官の分化多様性が何によって生じるのかを明らかにする。本年度は、トリ胚の松果体を材料にして、松果体細胞が網膜組織に分化しうるかどうかを検討した。トリ松果体は、小さな濾胞構造の集合体であり、その間隙を結合組織性の細胞が埋めている。濾胞構造内には視細胞があるが、神経細胞はほとんどなく、網膜や脳組織に見られるような整然とした多重層の構造はつくらない。中枢神経組織に特徴的なこの多層構造を松果体細胞が形成可能かどうかを旋回培養の手法を用いて解析した。胚の松果体組織をコラゲナーゼ処理後トリプシンによって解離し、旋回培養により、再凝集させる。

コラゲナーゼ処理を省くと結合組織細胞が残る。また、培養液に網膜細胞の培養上清を添加してその効果を調べた。結合組織細胞がなく、網膜培養上清を添加して培養すると大きな再凝集塊が形成された。切片を作製して構造を調べると、視細胞の他に神経細胞が多数分化し、これらの細胞は層構造を形成した。一方、結合組織性の細胞があると小型の再凝集塊が形成され、神経細胞の分化はみられず、生体の濾胞構造に類似したものが形成された。これらの結果から、松果体の細胞には脳や網膜と同様に大きな層状構造の形成能があるが、松果体内の結合組織性の細胞によってこの能力が抑制されていることが考えられる。この結合組織精細胞は神経堤に由来するものであり、松果体の発生運命を決める上で重要な役割をもつと言える。以上のことから、松果体の発生に神経堤が関与することが示唆され、これが進化的にどのような意味を持つかを今後より詳細に調べる必要がある。松果体は眼と同様に間脳から発生し、間脳の背側正中部に位置する不対器官である。下等な動物の松果体は眼と同様に光受容能をもち、視細胞が分化するが、脊椎動物の進化とともに光受容能は失われ、内分泌器官となる。これと平行して、組織形態上も神経組織から内分泌組織へと変化する。本研究では、これまでほとんど研究のおこなわれていない松果体の発生メカニズムを研究することによって、眼の発生との共通性を探り、両器官の分化多様性が生じるメカニズムを明らかにする。平成18年度には以下の研究を実施した。1.昨年度実施した、トリ胚松果体細胞の旋回培養を継続しておこなった。この方法により、松果体細胞の集合体を形成させることができる。ここに層構造が見られることを昨年度明らかにしたが、今年度は、網膜神経細胞に特異的な種々の抗体マーカーを用いて、層構造をさらに解析した。その結果、網膜神経節細胞、視細胞などが層構築を形成していることが明らかになり、胚の松果体細胞が網膜細胞分化能を持つとともに、高次層構築能をもつことがわかった。この成果は、現在論文としてまとめ、投稿準備中である。2.トリ初期胚眼胞の前腹4分の1領域だけにしても(残りの4分の3を切除した場合に)完全な眼に発生することを明らかにした。次に、この前腹1/4領域を、前背1/4を切除した別の個体に移植すると(Double Anterior-Ventral Optic vesicleをつくる)、完全な過剰眼が形成されることを発見した。そこで、3日胚の松果体原基を、前背1/4を切除したホスト胚の切除部に移植することを新たに試みた。この方法では、従来試みていた眼胞を完全に切除して松果体を植え継ぐよりも、移植組織がより安定に保持されることがわかった。現在まだ、十分な例数の結果が得られていないが、表皮や結合組織を除去した松果体神経上皮部を移植することを行っている。細胞分化に関して、網膜マーカーによって、検討を加えている。これにより、胚の松果体原基がどの程度、眼発生能を保持しているかが明らかにできると考えている。3.IGF1、FGF1がトリ胚松果体細胞の神経細胞と視細胞の分化に差次的な効果を持つことを明らかにし、論文投稿した。さらに追加実験を加え、論文は受理された(印刷中)。
亜硫酸ガスをアノード反応に利用した水電気分解による電力半減水素製造法

水の電気分解による水素製造にかかる電力の削減を目的とした基礎的な研究において、水の電気分解時のアノード側(酸素発生極)で、酸素発生の代わりにヨウ化物イオン(I-)の酸化反応を進行させることにより、水素製造時に必要な電圧を約1 V低下できることを示した。また、I-の酸化反応によって生じたI3-を、亜硫酸イオン(SO32-)を用いて還元することによってプロセス内で循環利用できることを示した。SO32-は、現在非鉄金属製錬工程で多量に副製され有効な利用法がないSO2ガスを水へ溶解することによって得られるため、廃棄物を利用した省エネルギーかつ環境適合性の高い水素製造法の構築が期待できる。非鉄金属精錬の主要な副産物である二酸化硫黄ガス(S02)の還元力はこれまで有効に利用されていない。本研究では、これを有効活用することによって、水を原料としながらも、従来の半分の電力で水素を電気分解によって製造する方法を着想した。まず、最初の試みとして、亜硫酸イオンを酸化するアノード反応によって、分解電圧の低下を確認する実験を行った。水溶液中にNa2SO3が含まれない場合、100 mA /cm2の電流が流れる電位を還元反応または酸化反応の開始電位とすると、Ag/AgCl参照電極に対して、H2発生電位は- 0.2 V、O2発生電位は1.4 Vであった。したがって、H2Oの理論分解電圧1.2 Vに対して、DSE電極上での水の電気分解には最低でも1.6 V程度の電圧が必要であると考えられる。水溶液中にNa2SO3が含まれる場合、酸化反応の開始電位は+ 0.9 Vに低下した。したがって、酸素発生の場合に比べて約0.5 Vセル電圧を低減できると予想できる。しかし、これはSO32-/SO42-の標準酸化還元電位+ 0.15 Vと比較して0.75 V程度貴な値をとることから、SO32-のアノードにおける酸化反応の過電圧が大きいと考えられることが判明した。また、このとき対極(カソード)上では白色の析出物が観察され、SO32-の還元によるSの生成反応が進行したものと考えられる。プロトン交換膜を隔膜に用いた2室型の電解も実験したが、クロスオーバーによりSO32-が水素イオン選択透過膜を透過し、カソード側の電解槽でSが生じた。よって次年度以降、過電圧の低減とSの生成の抑制を最重点に取り組まなければいけないことが明瞭となった。非鉄金属製錬の副産物である亜硫酸ガス(SO2)は還元性のガスであるが、積極的にこの還元性を有効利用しているとは言いがたい。本研究ではこれを水溶液に溶解させ、水の電気分解の際のアノード反応として利用することを着想した。国内だけを考えても銅は150万トン生産されており、単純には、11.4億m3(室温1気圧)の水素発生(カソード)反応に相当する量のアノード反応となりうるSO2が発生している。これらは、前述したように、特に有効利用されているわけではなく、酸素により酸化し硫酸(H2SO4)として販売され、今回のように活用することには意義があると考えている。しかし、亜硫酸ガスもしくは、亜硫酸イオンの直接酸化を行う場合には、これらの物質がアノード近傍だけに留まらずに、カソードで還元され、硫黄を生成しセル電圧の上昇を招くことが判明した。そこで、ヨウ素のレドックスカップル(I3-/I-)を用いて、この問題の解決を試みた。結果、水の電気分解時のアノード側(酸素発生極)で、酸素発生の代わりにヨウ化物イオン(I-)の酸化反応を進行させることにより、水素製造時に必要な電圧を約1 V低下できることを示した。今後は、セル構造の最適化、電極の開発などを継続し、省エネルギー水素製造法の構築を目指したい。一室型、二室型の電解槽で順調に実験を開始した。電極反応速度の検討は、100mA/cm2で行った。これは、銅製錬における銅の電解精製(同じく2電子反応)における電流密度の3倍である。さらなる電流密度の向上の余地もあり、産業的には、銅製錬におけるS02排出速度に見合った速度で亜硫酸イオンの酸化反応を進行させることができると期待できる。今後は、より電力量の低減のために過電圧の抑制の研究を重点的に行う。また、本年度の検討による、概要に記したような本アイデアに関する課題も明瞭となった。材料工学国内においては電力供給が逼迫しているが、一方で、より安価な電力の供給のためには電力需要の平準化が求められている。

さらには、太陽光などの自然エネルギーによる発電量も大幅に増加しており、電力供給過多となったときの電力貯蔵の問題が現実味を帯びてきている。よって、高効率な電力貯蔵法を早急に検討しなければならず、水素を利用したスマートグリッドの構築が有力案として考えられる。このような状況の中で、非鉄金属精錬の主要な副産物である二酸化硫黄ガス(S02)の還元力はこれまで有効に利用されていない。本研究では、これを有効活用し、水を原料としながらも、従来の半分の電力で水素を電気分解によって製造する方法のラボレベルでの達成を目指す。本年度の結果を受けて、今後は、亜硫酸の酸化反応の過電圧の低減とカソードにおける単体Sの生成の抑制を最重点に取り組む。過電圧の低減のためには、電極材料の探索などに取り組んでいく。現在は、イリジウム酸化物をアノードに用いているが、イリジウムは高価であるため、その観点でもイリジウム酸化物に代わる電極を見いだす必要がある。電極材料の検討では、ポテンショスタット等を用いて、交換電流密度の測定を行い、定量的な評価を行っていく。単体Sの生成の抑制には、二室型の電解槽を用いた実験で各種プロトン交換膜を用いたクロスオーバーの低減などが考えられるが、隔膜にとらわれず、種々のアイデアに取り組んでいく。上記の課題に加えて、SO2の水への吸収速度の実験的検討や、非鉄製錬の副産物のSO2だけでなく、石油産業で排出されるSを還元剤として利用する案にも取り組む予定である。H27年の研究体制は、材料工学専攻の修士課程の学生1名と、連携研究員である畑田助教とともに取り組む予定である。