hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
血清シスタチンC・微量アルブミン尿と認知症発症の前向き疫学研究

我が国は超高齢社会へ突入し、個々の健康寿命延伸において、また医療経済において、急増する認知機能障害患者への対応は最重要課題である。現在認知機能障害の診断は、心理検査及び画像検査によるもので、近年腎機能障害が高齢者の認知機能障害と関連するとの報告も注目されているが、発病を早期に診断できる血液学的検査方法の確立には至っていない。そこで申請者の属する疫学研究チームが2009年に行った福岡県久留米市田主丸町の約2,000名を対象とした大規模住民検診において、早期腎障害のマーカーであるシスタチンCや微量アルブミン尿との関連を明らかにし、将来の認知機能障害の発症や進展の予測因子であることを明らかにし、超高齢社会の先頭をいく我が国において、健康寿命の延伸や医療経済への貢献につなげることを目的とする。当初の実施計画通り平成30年5月より福岡県田主丸町において40歳以上の健康な住民2,000名を目標に10年毎の大規模住民検診を開始した。健康な地域住民を対象とした住民検診であり、久留米大学倫理委員会の承認を得、事前に対象地域の行政責任者(市長および保健福祉課の担当者)と面会・相談を重ね、検診対象者には、検診の目的や内容を説明した上、文書による承諾を得、各地区のコミュニティセンターにて行った。検診の内容としては問診、MMSE、身体計測、栄養調査、血圧測定、血液検査、尿検査、心電図検査、心エコー図検査、頸動脈エコー検査、動脈硬化指数AI (augmentation index)等である。実際の検診では対象者と十分にコミュニケーションを取りながら、看護師・検査技師などと協力し、概ね問題なく進めることができた。私は7月より留学に付き添うこととなったたが、他のメンバーが検診を継続し11月までで予定通り終了した。帰国後それらの結果を整理・解析し、我が研究を再開する予定である。2000人の対象者を集める予定であったが、各地域ともに高齢化が進みコミュニティセンターまで来るのが困難であったり、若い世代のために夕方からも検診時間を設けたりと工夫したが対象者の確保にやや困難を要した。新聞や地区放送による声掛けに加え、電話なども使用し、呼びかけた。また予定より検診期間を延長し検診を行った。集まったデータを整理・解析し、認知機能とシスタチンCや微量アルブミン尿との関連について横断的・縦断的考察を行う。今回課題であった対象者の確保については,検診内容の見直しや対象者との信頼関係構築についてさらに工夫が必要である。主人の付き添いにて2018年7月より留学となったため。次年度使用額は特殊採血代等に使用する予定である。
ストレスによる味覚異常と運動によるその改善:生体内微量金属の動態に着目して

本研究ではストレスによる味覚の変化(感受性または嗜好性)を主としてラットの行動実験からとらえることを目的としている.本年度は初年度に構築したリッキング計測,解析システム,および従来から味覚の行動実験として多用されている2瓶選択法による味覚嗜好テストを用いて実験を行った.ストレスとしては炎症性ストレスとして,細菌の内毒素で発熱物質として知られる(1)リポポリサッカライド(LPS)の腹腔内投与(20および100μg/kg体重,1週間毎2回),非炎症性ストレスとして(2)水浸ストレス(深さ1520mm,ケージ内自由行動),および(3)拘束ストレス(金属製拘束器により毎日午前10:0015:00の5時間)を各々24週間与えて味覚の嗜好に及ぼす効果を検討した.嗜好テストに用いる味溶液は,嗜好の変化をより鋭敏に検出できるように工夫して予備実験を行い,苦味を除く4基本味(甘,酸,塩,旨味)各々の溶液に0.1mMの塩酸キニーネ(苦味)を混合した溶液を用いた.LPSの投与および水浸ストレス負荷の実験においては行動実験としてリッキングの計測を主としたが,ストレス負荷前後で有意な差を認めなかった.拘束ストレス負荷においては,2瓶選択法を主として用いて嗜好を調べた結果,負荷後1週間で甘味および塩味の嗜好の上昇が見られた.これらの結果について,実験中に採血して測定した血清亜鉛,鉄,銅イオンの動態と合わせて考察した.本研究ではストレスによる味覚の変化(感受性または嗜好性)を主としてラットの行動実験からとらえることを目的としている.本年度は初年度に構築したリッキング計測,解析システム,および従来から味覚の行動実験として多用されている2瓶選択法による味覚嗜好テストを用いて実験を行った.ストレスとしては炎症性ストレスとして,細菌の内毒素で発熱物質として知られる(1)リポポリサッカライド(LPS)の腹腔内投与(20および100μg/kg体重,1週間毎2回),非炎症性ストレスとして(2)水浸ストレス(深さ1520mm,ケージ内自由行動),および(3)拘束ストレス(金属製拘束器により毎日午前10:0015:00の5時間)を各々24週間与えて味覚の嗜好に及ぼす効果を検討した.嗜好テストに用いる味溶液は,嗜好の変化をより鋭敏に検出できるように工夫して予備実験を行い,苦味を除く4基本味(甘,酸,塩,旨味)各々の溶液に0.1mMの塩酸キニーネ(苦味)を混合した溶液を用いた.LPSの投与および水浸ストレス負荷の実験においては行動実験としてリッキングの計測を主としたが,ストレス負荷前後で有意な差を認めなかった.拘束ストレス負荷においては,2瓶選択法を主として用いて嗜好を調べた結果,負荷後1週間で甘味および塩味の嗜好の上昇が見られた.これらの結果について,実験中に採血して測定した血清亜鉛,鉄,銅イオンの動態と合わせて考察した.本研究ではまず,ストレスによる味覚の変化(感受性または嗜好性)をラットの行動実験からとらえることを目的としている.行動実験は短時間に多種類の味質についてその感受性や嗜好性を評価するためにリッキングセンサーを用いるが,本年度はその計測システムの構築とそのシステムによる予備的な実験を開始した.リッキングの計測は味溶液を呈示するノズルをラットがリックする回数を,ノズルの直前に垂直に走るレーザービームをラットの舌が横切る回数として計測する.このために味溶液をラットに呈示してリッキングを計測する専用のケージを作成した.リッキングセンサーを含むリッキング回数計測装置一式はニューロサイエンス(株)に製作を依頼した.さらにリッキング計測装置の出力をカード型AD変換器を通してノート型パーソナルコンピュータに取り込んで表示・解析を行うシステムを構築した.現在までの予備的な実験では,ラットにリッキング測定用の専用ケージに慣れさせ,さらに1日30分から1時間の味覚テスト期間に確実に種々の味溶液を摂取させるためには約1週間のトレーニングが必要であることがわかった.本年度は追加採択であったため研究の開始が遅れたが,来年度に本格的な実験を開始するための準備はほぼ整った.本研究ではストレスによる味覚の変化(感受性または嗜好性)を主としてラットの行動実験からとらえることを目的としている.本年度は初年度に構築したリッキング計測,解析システム,および従来から味覚の行動実験として多用されている2瓶選択法による味覚嗜好テストを用いて実験を行った.ストレスとしては炎症性ストレスとして,細菌の内毒素で発熱物質として知られる(1)リポポリサッカライド(LPS)の腹腔内投与(20および100μg/kg体重,1週間毎2回),非炎症性ストレスとして(2)水浸ストレス(深さ1520mm,ケージ内自由行動),および(3)拘束ストレス(金属製拘束器により毎日午前10:0015:00の5時間)を各々24週間与えて味覚の嗜好に及ぼす効果を検討した.嗜好テストに用いる味溶液は,嗜好の変化をより鋭敏に検出できるように工夫して予備実験を行い,苦味を除く4基本味(甘,酸,塩,旨味)各々の溶液に0.1mMの塩酸キニーネ(苦味)を混合した溶液を用いた.LPSの投与および水浸ストレス負荷の実験においては行動実験としてリッキングの計測を主としたが,ストレス負荷前後で有意な差を認めなかった.拘束ストレス負荷においては,2瓶選択法を主として用いて嗜好を調べた結果,負荷後1週間で甘味および塩味の嗜好の上昇が見られた.これらの結果について,実験中に採血して測定した血清亜鉛,鉄,銅イオンの動態と合わせて考察している.
筋線維芽細胞を標的とした腸管狭窄薬物治療法の開発

消化管筋線維芽細胞TRPC4,C6チャネルは細胞の分化過程において重要な役割を果たし、消化管の線維化を促進する。更に我々の実験結果から、TRPC6を介するCa2+流入はSmad2,Erk1/2,そしてp38MAPKのリン酸化を調節することによってインターロイキンの産生に影響を及ぼすことも明らかになった。TRPC4やTRPC6は炎症性腸疾患における線維化・炎症制御の分子ターゲットである。本研究は腸管組織線維化調節のセンサー蛋白質と考えられる筋線維芽細胞TRPチャネルを標的として、筋線維芽細胞の増殖、遊走、炎症性サイトカイン産生、extracellular matrix制御機構の解明とともに、腸狭窄の内科的治療法を探ることを目的とする。COX-2やPGE2の生体内における様々な生理作用を考えると、腸管筋線維芽細胞TRPC1チャネルは線維化のみならず、炎症や発癌にも大きく関わる因子であることが示唆された。この実験結果は、筋線維芽細胞がもたらす腸管炎症の増悪や治癒の両方向におけるシグナル伝達経路の解明に繋がり、炎症性腸疾患IBD時の線維化治療に用いる新しい薬物のスクリーニングを行うにあたって重要な手掛りとなる。《背景》難治性疾患である炎症性腸疾患(IBD)において、腸管線維化による腸狭窄が大きな問題となっている。この線維化薬物治療法開発のターゲットである筋線維芽細胞は病変部の創傷治癒に寄与し、組織再構築の際に生じる瘢痕や歪みが狭窄へ繋がる。重要な線維化促進因子であるTGF-β1は狭窄部位で増加がみられ、細胞の分化・遊走・接着・細胞外マトリックスの構築に重要な役割を担う。《目的》本研究は腸管組織線維化調節のセンサー蛋白質と考えられる筋線維芽細胞TRPチャネルを標的として、筋線維芽細胞の線維化刺激に応答するCa^<2+>シグナル分子の潜在的な役割の探索を目的とする。《結果》1%FBS/SmBM培地中でTGF-β1(5ng/ml)で筋線維芽細胞株InMyoFibを刺激すると、αSMA、コラーゲンI,IIIなどの線維化マーカーの上昇に伴って、TRPC4,C6のmRNA、タンパク発現が著しく上昇した。この結果を踏まえて、TRPCのアイソフォームのRNA干渉実験を行った、TRPC4,C6のsiRNAはTGFβ1によるCOL1A1、インターロイキンの発現増加を更に促進した。受容体活性化型カルシウム流入阻害剤SK&F96365をTGFβ1刺激の際に加えると、COL1A1やインターロイキンの発現に対してsiRNAと同じ作用が確認された。また、TGF-β1の下流にあるSmad2、p38-MAPK、Erk1/2のリン酸化に対しても、TRPC4やTRPC6を介したCa^<2+>硫入が有意に抑制していることが分かった。《考察》TGF-β1線維化刺激に応答するTRPチャネルは、筋線維芽細胞のCa^<2+>シグナルを介してTGF-β1の下流のシグナルに対して抑制的に働き、消化管筋線維芽細胞におけるコラーゲンやサイトカイン産生や、線維化の進行を制御している可能性が示唆された。培養細胞を用いた実験と患者生検組織の解析を中心に線維化狭窄における筋線維芽細胞TRPチャネルの役割について検討を行った。培養細胞に関して、1%FBS/SmBM培地中でTGF-β1(5ng/ml)でヒト筋線維芽細胞株InMyoFibを刺激する実験を行った。TGF-β1線維化刺激に応答する筋線維芽細胞TRPC6チャネルは、Ca2+流入を介してTGF-β1の下流のリン酸化シグナル(Smad2,MAPK,Erk1/2)に対して抑制的に働き、TGFβ1の抗炎症作用に対して抑制的である。またTRPC4、TRPC6チャネルは細胞骨格αSMAや細胞接着分子Cadherinの発現維持に関与している可能性が示唆され、線維化進行に対して促進的に働く。ラット大腸から単離した筋線維芽細胞においても同様な検討を行った。これらの現象から、消化管筋線維芽細胞による新しい炎症性腸疾患の制御機構の可能性が示唆された。更に福岡大学臨床研究倫理委員会の許可を得て、患者の生検組織を採取して、炎症粘膜の狭窄部位と非狭窄部位の遺伝子・蛋白発現を比較検討した。現段階ではまだ十分な例数の実験データを採取できていない。このように継続検討中の生検組織実験を含むが、ヒトやラットの単離培養細胞における実験結果からTRPC4,C6の線維化狭窄における重要な役割は強く示唆された。消化管線維芽細胞TRPCチャネルの機能解析は腸管炎症・線維化の増悪や治癒の両方向におけるシグナル伝達経路に繋がり、線維化狭窄治療に用いる新しい薬物のスクリーニングのターゲット分子の一つである。培養細胞に関する実験データは、2012年度内に、「日本平滑筋学会総会」「西日本生理学会」「日本生理学会大会」「日本薬理学会大会」で計5つの演題として学会発表を行った。

2013年7月の国際生理学会(イギリス・バーミンガム)での発表も決まっている。現在論文執筆中である。培養細胞を用いた実験では多くのデータを得ることが出来、予想していた結論と反対な結果が得られたものもありましたが、消化管筋線維芽細胞TRPチャネルが線維化において重要な役割を果たすということを裏付ける証拠を多数得ることが出来た。24年度が最終年度であるため、記入しない。腸炎モデル動物を用いて狭窄モデルとしてin vivo実験を行う予定でしたが、狭窄モデルとしての報告がほとんどなく、実験動物の狭窄という症状の確認が非常に難しいとのことでした。計画を変更して、狭窄症手術の際に採取した組織で、狭窄部位と正常部位の比較によりin vivoの検討を進めて行こうと考えます。
「続き物語」による学びの内実の検証と、それを組み込んだ「読むこと」の単元の開発

上半期においては大学生(約100名)を調査対象者として予備調査を行い、「続き物語」を交流させる活動を通して学習者の読みにどのような変容が生じるのかについて分析した。研究代表者が信州大学教育学部において担当する「中等国語科指導法基礎」において「続き物語」を受講生たちに書かせた上で、その活動の学習促進効果や、「続き物語」に適した教材の条件などについて受講生たちと議論した。調査の具体的な方法としては、まず「続き物語」を書く→受講生同士で読み合う(人気投票をする)→「続き物語」を書き直すという活動を行った後、学生たちの作品の内容分析を行い、各作品においてどのように原典(物語教材)の解釈が表現されているのかについて観点別に分類した(「登場人物」「語り手」「アイテム・語彙」「結末の明暗」などを観点とする)。そして1回目の「続き物語」と2回目のそれの分析の結果を比較し、各観点についてどのような変化の傾向が生じるのかについて明らかにした。なお、教材としては「少年の日の思い出」を用いた。下半期においても実証研究を行い、上半期と同様、研究代表者が担当する「初等国語科指導法基礎」において大学生(約100名)を対象とした予備調査を実施した。教材としては「名前つけてよ」を用いた。また、長野県長野市立更北中学校の島田俊哉教諭と共同研究を実施し、「続き物語」の活動を採り入れた「星の花が降るころに」の実践を中学校現場で行った。本実践の成果は『信州大学教育学部研究論集』に報告書を投稿し、掲載された当初の研究計画に指名した大学での予備調査を実施できた。また、当初はH31年度に実施予定だった中学校現場での実践研究を1年早く実施することができた。中学校現場においては、教材を変えて「続き物語」の実践研究を行う。また、小学校現場でも協力を仰ぎ、「続き物語」の採り入れ方について実証的に検証していく。・「続き物語」概念の検証と定立について本研究が対象とする「物語の続きを書く」という活動・学習の独自性や新規性を検証するために、複数の先行研究にあたり、それらとの共通点と相違点を考察した。具体的には青木「第三の書く」、首藤・卯月「翻作法」、髙木グループ「書き換え」、寺井グループ「書き換え」などを調査対象とした。その結果、続き物語は、例えば髙木らが提唱する「書き換え」の実践群においては、その中の一方法論と位置づけられていることがわかった。その上で、「続き物語」には、他の文種(説明、報告、新聞作りなど)の作文とは異なる学習効果や目的が見いだしうるか否かを検証するためにナラトロジー(物語論)や解釈学の先行研究にあたった。その結果、たとえばポール・リクールによる「三重のミメーシス」理論が「書くこと」の学習における「続き物語」の独自性を保証しうるという見解に至った。・「続き物語」による学習促進効果の分析中学校現場での「続き物語」活動の実践について、長野県内の公立中学校で実施した。教材は「星の花が降るころに」(中学1年・光村図書)である。いわゆる「初発の感想」に代えて「続き物語」を生徒たちに書かせて、その後読解の授業を数時間行った後、単元の終末において「まとめの感想」に代えて「続き物語」を書かせ、その内容の傾向や、読みの変化について分析を行った。その結果、多くの中学生たちが作中において明示的に語られる「私」の視点からの「夏実との関係回復」というテーマに終始することがわかった。一方で2回目の創作においては、1回目の創作に比して、その関係回復までのプロセスがより困難に、より複雑になっていく傾向があることを見いだした。ここに「続き物語」による読みの「促進」が見られると考察した。当初計画であった「「続き物語」概念の検証と定立」については該当する先行研究にあたり、概念化についての基礎作業を済ませることができた。さらに2年目に実施予定であった中学校現場における予備調査を前倒しで実施し、中学生による作文データを収集することもできたので(1)とした。

また、長野県長野市立更北中学校の島田俊哉教諭と共同研究を実施し、「続き物語」の活動を採り入れた「星の花が降るころに」の実践を中学校現場で行った。本実践の成果は『信州大学教育学部研究論集』に報告書を投稿し、掲載された当初の研究計画に指名した大学での予備調査を実施できた。また、当初はH31年度に実施予定だった中学校現場での実践研究を1年早く実施することができた。中学校現場における予備調査(「続き物語」を採り入れた単元の実施とその分析)は、複数教材、複数学級での実施を計画している。その中から、調査対象として妥当性の高い教材および学級を検討し、本調査を行う際の具体的な教材や実施校・学級を選定する予定である。中学校現場においては、教材を変えて「続き物語」の実践研究を行う。また、小学校現場でも協力を仰ぎ、「続き物語」の採り入れ方について実証的に検証していく。年度末に「BーA」が残額として残った際に、今後予定している学会発表において使用予定の機器を購入する上で残額不足であることがわかったため、その機器は次年度に購入するよう見合わせることにした。結果的に当該の次年度使用額が発生することになった。年度末に大型書籍(古書)の購入を試みた際に、残金では購入できないことが判明したため、購入を一度断念したことにより、次年度使用額が発生した。翌年度においては、次年度使用額に平成31年度請求額を合わせ、同書籍を購入する予定である。
行政事前手続にみる日本的法文化と法システムの構造変動に関する研究

本研究の課題は、行政手続法施行以降、地方行政のレベルでその理念・準則が現にどの程度の浸透力をもち、それを阻害ないし迂回させる因子としていかなる事情や論理、法文化的特性が存在するかについて実態調査を実施し、従来は非公式の事前手続段階で処理されていた問題群が、かかる事前手続の法化によっていかなる得失を被ったかを明らかにすることにあった。具体的には、この間、福岡市および周辺自治体を対象に、一般/産業廃棄物処理場設置許可申請、建築確認申請・建築許可申請、公立保育園入所申請、生活保護申請などの具体的ケースを手掛かりにしつつ、当該事務処理をめぐる平均的・定型的手法について、行政窓口職員/専門職員/管理職員、ケースワーカー、行政書士、手続利用者等に適宜聞き取り調査を実施した。調査データからは、行政手続条例・要綱等、自治体レベルでも制度的整備が進むなか、簡易・迅速・透明・公正という法の趣旨が未だ十分に浸透していない側面がある一方、立法趣旨を理解しつつも公益性を配慮した迂回戦略がとられる場面も少なくないことが推察される。ここでいう公益性とは、純然たる形式的一手続的公正(事前)/公式ルールによる法的紛争処理(事後)という峻別に縮減しえない実質的要因を、事前/事後手続の交錯点たる申請受理の段階で総合判断する適宜性、当事者や利害関係人の協議・合意形成の条件化による事後紛争の予防効果、申請者・利害関係人の個別利益とは異質の総合的コスト感覚、官民双方に見られる事後的な不服審査・行政訴訟及び露骨な権力行使への負担感ないし忌避感、などの複合的要因からなるものであるとの感触が得られた。特に、行政指導の法化については、簡易・迅速・透明という理念に寄与する一方で、多くの問題が事後救済へと先送りされることへの抵抗感は依然根強く、事前手続段階での実質的かつ透明な交渉支援システムづくりが急務であることが窺われる。本研究は日本における法利用の傾向特性を法文化論と関連させつつ多角的・総合的に解明する中期的研究計画の一環として、各種の行政事前手続が地方行政のレベルでどのように運用され、またそれが社会の側からどのように認知・評価されているかを理論・実証の両面から検証するものである。平成9年度については、当初の「研究実施計画」に沿って、おもに以下の2点に比重を置いて研究調査を行った。1.各種意識調査・日本的法文化関連文献を収集・検討し、そこでの調査項目、具体的な設問の立て方、データ解釈の方法、そこから導かれた諸仮説等の比較整理を試みた。検討作業は継続中だが、当初の予想通り、主題となる言説のモード(例えば法学系のものとそれ以外のもの)に応じた「背後仮説」の差異をそこから読みとれそうな感触である。それが法的思考の傾向特性や日本人の法文化とどのようにリンクしているかは目下のところ不明だが、調査方法論をめぐる問題として引き続き検討を要する課題であると考える。2.福岡市において紛争が顕在化しているマンション建設・再開発反対運動をいくつかピックアップし、紛争当事者・法曹・自治体職員等への聞き取り調査および各種映像記録を収集し、目下検討中である。やはり行政事前手続の不備がひとつの引き金になって紛争の激化につながっているケースが少なくなく、関係者たちの行政手続に対するイメージや具体的な交渉のプロセスの中に、何らかのパターン化された意識や戦略的志向性を読みとれないかと考慮中である。行政や裁判といった公式制度も住民たちにとっては戦略的オプションのひとつとして認知されていることはほぼ確実だが、同時に法的プロセスのもつ固有性に対する期待も少なからずあり、こうしたアンビバレントな志向性をどのような意識構造が媒介しているのかについてなお検討を加えてゆきたい。

特に、行政指導の法化については、簡易・迅速・透明という理念に寄与する一方で、多くの問題が事後救済へと先送りされることへの抵抗感は依然根強く、事前手続段階での実質的かつ透明な交渉支援システムづくりが急務であることが窺われる。
テラヘルツ帯円偏光二色性分光法による水和状態のタンパク質および液晶の動態研究

本研究課題「テラヘルツ帯円偏光二色性分光法による水和状態のタンパク質および液晶の動態研究」では、水和状態のタンパク質のテラヘルツ帯円偏光二色性分光を行い、タンパク質のテラヘルツ(THz)帯の固有振動モードやゆらぎなどの動態研究を行うことが最終的な目標である。水和状態のタンパク質のテラヘルツ帯円偏光二色性分光を行うためには、まずそのための装置開発が必要である。そこで、本研究では円偏光二色性分光を広い周波数帯(数10GHz5THz)で行うため、偏光測定を高速・広帯域・高感度で行うためのテラヘルツ時間領域分光システム(THz-TDS)の開発に取り組んだ。まず広帯域THz波発生素子として非線形光学結晶のLiNbO3を用いた素子を開発した。また広帯域THz波検出用の素子として、金属導波路構造を利用した光伝導アンテナ素子を開発した。これらの素子とWire-Grid型THz波偏光子を組み合わせ、4THzまでの周波数帯で、偏光敏感な高感度THz-TDS装置の構築を行った。また溶液系での緩和モードを測定するため数10GHz数100GHzの低周波数帯での測定を目的としたTHz-TDSシステムの開発に取り組んだ。高出力が得られる新しいTHz波発生素子の開発のために、薄膜太陽電池の材料として知られるCu2ZnSnSe4薄膜からのTHz波発生の研究にも取り組んだ(Z.Zhao博士らとの共著論文として成果発表)。偏光敏感なTHz-TDSには従来Wire-Grid偏光子を用いた測定が行われているが、この場合、2つの偏光成分の測定のために2回測定を行う必要があり、またWire-Grid偏光子性能による制限もあった。そこでTHz波の偏光状態を測定できる多極(4極)の光伝導アンテナ素子とその偏光応答行列を用いて、Wire-Grid偏光子無しで、正確にTHz波の偏光状態を測定できる手法を開発した(論文投稿中)。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題では、水和状態のタンパク質のテラヘルツ帯円偏光二色性分光を行い、タンパク質のテラヘルツ(THz)帯の固有振動モードやゆらぎなどの動態研究を行うことが目的である。通常、水和状態、水溶液状態のタンパク質のTHz帯振動モードは水の強い吸収および大きな不均一拡がりに阻まれて、観測が困難になっている。しかし、生体分子固有の右円偏光と左円偏光の吸収差(円偏光二色性)を測定することで、水分子(円偏光二色性を示さない)に邪魔されずにタンパク質分子固有のスペクトルを観測できることが期待される。タンパク質のTHz帯円偏光二色性スペクトルからタンパク質の固有振動モードや緩和モード、さらにはタンパク質の機能に関連した動的な振る舞いについての知見を得ることができる。THz帯の円偏光二色性は弱いため、まずテラヘルツ分光装置の高感度化を図る必要がある。同時にTHz帯の高性能な偏光子あるいはわずかな偏光の違いを高感度で検出する手法を開発する必要がある。このため初年度であるH25年度は、偏光敏感な高感度テラヘルツ時間領域分光(THz-TDS)装置を構築することに注力した。偏光敏感なTHz分光には高精度のTHz波偏光子が必須である。このため高性能なWire-Grid型のTHz波偏光子を協力企業と共同開発した。一方で、広帯域THz波発生素子として非線形光学結晶のLiNbO_3,を用いた素子を開発した。また広帯域THz波検出用の素子として、金属導波路構造を利用した光伝導アンテナ素子を試作した。これらの素子とWire-Grid型THz波偏光子を組み合わせた、偏光敏感な高感度テラヘルツ時間領域分光(THz-TDS)装置の構築を行った。

偏光敏感なTHz-TDSには従来Wire-Grid偏光子を用いた測定が行われているが、この場合、2つの偏光成分の測定のために2回測定を行う必要があり、またWire-Grid偏光子性能による制限もあった。そこでTHz波の偏光状態を測定できる多極(4極)の光伝導アンテナ素子とその偏光応答行列を用いて、Wire-Grid偏光子無しで、正確にTHz波の偏光状態を測定できる手法を開発した(論文投稿中)。26年度が最終年度であるため、記入しない。計画通り,偏光敏感な高感度テラヘルツ時間領域分光(THz-TDS)装置の構築を行うことができた。一方,予定していたアミノ酸など比較的単純な生体分子の分子動力学(MD)計算は,ソフトウエ整備が遅れたため実施できなかった。偏光敏感な高感度テラヘルツ時間領域分光(THz-TDS)装置の構築を行うことができたので,その性能評価をまず実施する。モデル物質として有機分子結晶や液晶などを用いて,テラヘルツ帯円偏光二色性の測定を試みる。円偏光二色性が観測されない場合は,より多くのモデル物質を探索するとともに, Wire-Grid偏光子を多重に重ねるなどして,偏光検出感度を高める工夫をする。分子動力学(MD)シミュレーションについては,計算のためのソフトウエア(Mathematica)を当該年度予算で購入したので,プログラムを組んで,モデル物質についてのシミュレーション計算を実施する。
CEA gene family(癌胎児性抗原ファミリー)の胃癌における発現の検討

1)CEA,NCA,BGPおよびCGM2に特異的なプライマーを用いたRT-PCRによりそれらの発現を種々の胃癌細胞株について検討したところ、腺癌でCEA,NCA,BGPおよびCGM2すべての著明な発現が認められた。2)胃癌および大腸癌の摘出標本よりRNAを抽出し、RT-PCRを行い各々のmーRNAの発現を周辺正常粘膜と比較した結果、CEAおよびNCAでは胃、大腸ともに正常粘膜に比べ癌組織で有意に発現の増加を認めた。大腸ではBGPおよびCGM2は癌組織で発現が抑制されており、大腸でBGPおよびCGM2が癌抑制遺伝子として働いているというこれまでの報告を支持する結果が得られた。しかし、胃では癌組織でBGPおよびCGM2の発現が顕著に増加していることが判明した。確認として、特異的なprobeを用いた組織でのin site hybridizationにてRT-PCRと同様の結果が得られた。以上より、他臓器特に大腸癌で今まで報告されているようにBGPおよびCGM2が癌組織でその発現が抑制されているのに対し、胃癌組織ではCEAとNCA同様BGPとCGM2も発現が増加していることが示され、BGPとCGM2の機能は臓器により異なることが考えられた。今後は、さらに症例を検討し予後や癌抑制遺伝子との関係を解析していく予定である。
温熱による放射線増感機構の解明

温熱感受性の主要因は放射線と同様にDNAのDSBであることを我々は提唱してきた。DSB修復のHR欠損または変異した細胞がそれぞれの親株細胞に比べて温熱に感受性であることを見出した。また、HR欠損細胞は、NHEJ欠損細胞や親株細胞に比べてDSBが修復されにくいこと、温熱でHR修復がはたらくことを見出した。これらのことから温熱による放射線増感にDNA修復の阻害が関与していることが示唆された。従来、温熱による細胞死の主要因はタンパク質変性であると信じられてきた。最近、我々は科学的新事実に基づき、温熱による細胞死の主要因がDNAの二本鎖切断(DSB)であることを提唱してきた。このような独創的な研究アプローチからDNA損傷認識および修復機構関連遺伝子のノックアウトマウス由来の細胞を用いて、温熱による放射線感受性の増感機構の解明を目指している。特に、「DNA損傷認識」および「修復機構関連遺伝子」に注目して、これらのノックアウトマウス由来の細胞を用いて、DSBの生成量および修復量を調べ、どの遺伝子が本当に温熱による放射線増感効果に関与しているのかを明らかにすることを狙っている。ヒストンH2AXリン酸化フォーカスを指標としたDSB量の計測は高感度な手法として、多くの研究室で実施されている。しかし、その計測は手動なため、手間がかかることと、計測の精度に難点があるのも事実である。大量の実験サンプルを測定する方法としてFlow cytometryを用いた方法などもあるが、これはγH2AX量を計測できるがフォーカスの数と本当に対応しているのかどうかは疑問が残るものである。そこで、DSB量の計測において、ヒストンH2AXリン酸化フォーカスの自動計測システムの開発が待ち望まれていた。免疫組織蛍光染色法による蛍光顕微鏡観察画像(DAPI画像、ヒストンH2AXリン酸化フォーカス画像)を画像処理(白黒画像変換、二値化)し、ヒストンH2AXリン酸化フォーカス数のカウントを自動計測することのできるシステムを開発した。最近、我々は科学的新事実に基づき、温熱による細胞死の主要因がDSBであることを提唱している。この増感メカニズムにおける各種遺伝子の関与を明らかにするばかりか、(1)DSB生成過程の促進によるものなのか、(2)DSB修復過程の抑制によるものなのかが解明され、放射線生物学の学術的な理解がより深まることが期待できる。「DNA損傷認識」および「修復機構関連遺伝子」に注目して、これらのノックアウトマウス由来の細胞を用いて、DSBの生成量および修復量を調べ、どの遺伝子が本当に温熱による放射線増感効果に関与しているのかを明らかにすることを目的としている。今回、温熱の殺細胞効果における各種遺伝子の関与を明らかにするため、DNA二本鎖切断非相同末端結合修復(LIG4)、相同組換え修復(Rad54)などにかかわる遺伝子のノックアウトまたは変異細胞およびそれぞれの親株細胞を用い、各種細胞を温熱処理し、コロニー形成法で調べた。また、DNA二本鎖切断をヒストンH2AXのフォーカスを指標に温熱処理後の修復について調べた。その結果、非相同末端修復Lig4欠損しても、温熱では正常型と感受性が変わらないのに対して、組換え修復Rad54欠損すると増感することを明らかにした。このことは相同組換え修復が温熱の殺細胞効果を高める標的となることが示唆された。また、組換え修復Rad54欠損すると温熱処理後のヒストンH2AXのフォーカスが消失しないことを明らかにした。この増感メカニズムにおける各種遺伝子の関与を明らかにするばかりか、1DSB生成過程の促進によるものなのか、2DSB修復過程の抑制によるものなのかが解明され、放射線生物学の学術的な理解がより深まることが期待できる。どの遺伝子が本当に温熱による放射線増感効果に関与しているのかを明らかにすることを目的とした。各種DNA修復の遺伝子欠損MEF細胞と遺伝子変異CHO細胞およびそれらの親株細胞を用い、45.5°C温熱処理後の生存率をコロニー形成法で調べた。対照としてX線照射後の生存率を調べた。CHO細胞由来のSPD8細胞はhprt遺伝子のexon7が重複している。この細胞はHR修復されると正常型のhprt遺伝子に戻り、増殖培地に50 mM hypoxanthine, 10 mML-azaserine, 5 mM thymidineを添加したHaST培地中で選択的にコロニー形成できる。

SPD8細胞を42oC温熱3時間処理後、HaST培地と増殖培地に形成されたコロニー数を比較することで、HR修復能を調べた。これまでに調べた中で、DSB修復のHRにかかわるNBS1、BRCA1/2、BLMおよびXRCC2が欠損または変異した細胞がそれぞれの親株細胞に比べて温熱に感受性であることを見出した。また、温熱処理でHR修復能が高まることを見出した。以上のことから腫瘍特異性の高いHR修復が温熱感受性を高めるための標的になることが示唆された。温熱単独での各種遺伝子の効果についての検討に時間がかかったため、放射線との相互作用についてまで明らかにすることができなかったため。24年度が最終年度であるため、記入しない。温熱による放射線感受性の増感機構における各種遺伝子の関与を明らかにするとともに、DSB生成および修復過程における各種遺伝子の関与を明らかにする。
Hesse構造の微分幾何学と情報幾何学への応用

Hesse構造とは平坦接続DとRiemann計量gの組(D,g)からなり,Dに関するアファイン座標系によってgがHesse形式として表されるものをいう.複素多様体上で正則座標系に関してComplex-Hesse形式で表される計量がKaehler計量であるから,Hesse構造はある意味でKaehler構造のReal-版であり,Hesse構造の幾何学とKaehler幾何学の間には密接な関連がある.実際,Hesse多様体の接ベクトル束はKaehler多様体であり,Kaehler幾何学に類似する多くの結果がHesse幾何学においても成り立つことが分かった.例えば,Kaehler等式に類似の等式,アファイン不変量であるアファインChern類の概念を得,さらには平坦接続Dを用いてDolbeault複体に相当する複体を構成し,そのコホモロジーを使ってSerre双対定理や小平-中野型消滅定理に相当する結果を得た.アファイン微分幾何学との関連ではHesse構造を与えるポテンシャル関数の等位面の考察から,S.S. Chernが提起した「アファインBernstein予想」がこの場合成り立つことを証明した.Lie群との関連では,等質Hesse多様体の構造の決定,不変射影的平坦接続を持つ半単純対称空間と中心単純Jordan代数との1:1対応,定曲率Codazzi構造を持った等質空間の特徴付け等を得た.情報幾何学との関連では,正定値実対称行列全体からなる正則凸錐への線形埋め込みを用いて指数型確率分布族を構成し,そのFisher情報計量を使ってある種の消滅定理を得た.これらの諸結果は裳華房から「ヘッセ幾何学」と題する単行本として刊行され,類書のないこの分野唯一の参考図書とされている.Hesse構造とは平坦接続DとRiemann計量gの組(D,g)からなり,Dに関するアファイン座標系によってgがHesse形式として表されるものをいう.複素多様体上で正則座標系に関してComplex-Hesse形式で表される計量がKaehler計量であるから,Hesse構造はある意味でKaehler構造のReal-版であり,Hesse構造の幾何学とKaehler幾何学の間には密接な関連がある.実際,Hesse多様体の接ベクトル束はKaehler多様体であり,Kaehler幾何学に類似する多くの結果がHesse幾何学においても成り立つことが分かった.例えば,Kaehler等式に類似の等式,アファイン不変量であるアファインChern類の概念を得,さらには平坦接続Dを用いてDolbeault複体に相当する複体を構成し,そのコホモロジーを使ってSerre双対定理や小平-中野型消滅定理に相当する結果を得た.アファイン微分幾何学との関連ではHesse構造を与えるポテンシャル関数の等位面の考察から,S.S. Chernが提起した「アファインBernstein予想」がこの場合成り立つことを証明した.Lie群との関連では,等質Hesse多様体の構造の決定,不変射影的平坦接続を持つ半単純対称空間と中心単純Jordan代数との1:1対応,定曲率Codazzi構造を持った等質空間の特徴付け等を得た.情報幾何学との関連では,正定値実対称行列全体からなる正則凸錐への線形埋め込みを用いて指数型確率分布族を構成し,そのFisher情報計量を使ってある種の消滅定理を得た.これらの諸結果は裳華房から「ヘッセ幾何学」と題する単行本として刊行され,類書のないこの分野唯一の参考図書とされている.平坦接続DとRiemann計量gの組(D, g)がHesse構造であるとは,Dのアファイン座標系に関してgがある局所関数のHesse形式として表されることをいう.Hesse構造が与えられている多様体がHesse多様体であり,その接ベクトル束は自然にKaehler多様体の構造を持っている.Hesse構造の幾何学はこのようにKaehler幾何学と大変近い親戚関係にあるが,その他にもアファイン微分幾何学,等質空間論,コホモロジー論等いろいろな純粋数学の分野が交錯しているところに位置している.さらに近年飛躍的な発展をとげている情報幾何学にも深く関連している.甘利達は確率分布族がその自然な幾何学的構造としてFisher情報行列をRie-mann計量とする双対接続を備えていることを見出し,数理情報をこの双対接続の見地から研究すべきであるとして情報幾何学を提唱した.正規分布族,多項分布族など多くの重要な確率分布族が双対平坦接続,すなわちHesse構造を持つことが知られている.捩れのない接続DとRiemann計量の組(D, g)がCodazzi方程式をみたすとき,これをCodazzi構造というが,双対接続の概念はこのCodazzi構造のそれと同等であり,Hesse構造はDが平坦なCodazzi構造に他ならないことも分かる.本研究ではこれらHesse構造とCodazzi構造の微分幾何学的な基礎研究とその成果の情報幾何学への応用を図り,また情報幾何学が提起する微分幾何学的諸問題をも考察した.これらの諸結果は裳華房から「ヘッセ幾何学」と題する単行本として刊行され,類書のないこの分野唯一の参考図書とされている.Hesse構造とは平坦接続DとRiemann計量gの組(D, g)からなり,Dに関するアファイン座標系によってgがHesse形式として表されるものをいう.複素多様体上で正則座標系に関してComplex-Hesse形式で表される計量がKaehler計量であるから,Hesse構造はある意味でKaehler構造のReal-版であり,Hesse構造の幾何学とKaehler幾何学の間には密接な関連がある.実際,Hesse多様体の接ベクトル束はKaehler多様体であり,Kaehler幾何学に類似する多くの結果がHesse幾何学においても成り立つことが分かった.

例えば,Kaehler等式に類似の等式,アファイン不変量であるアファインChern類の概念を得,さらには平坦接続Dを用いてDolbeault複体に相当する複体を構成し,そのコホモロジーを使ってSerre双対定理や小平-中野型消滅定理に相当する結果を得た.アファイン微分幾何学との関連ではHesse構造を与えるポテンシャル関数の等位面の考察から,S. S. Chernが提起した「アファインBernstein予想」がこの場合成り立つことを証明した.Lie群との関連では,等質Hesse多様体の構造の決定,不変射影的平坦接続を持つ半単純対称空間と中心単純Jordan代数との1:1対応,定曲率Codazzi構造を持った等質空間の特徴付け等を得た.情報幾何学との関連では,正定値実対称行列全体からなる正則凸錐への線形埋め込みを用いて指数型確率分布族を構成し,そのFisher情報計量を使ってある種の消滅定理を得た.これらの諸結果は裳華房から「ヘッセ幾何学」と題する単行本として刊行され,類書のないこの分野唯一の参考図書とされている.
慢性チアノ-ゼ心筋における心筋保護効果の検討

(1)研究成果の概要成熟ラット単離心筋細胞からのカルシウム流出に及ぼす外因性ATPの効果【目的】心筋の拍動、収縮に細胞内カルシウムイオンは重要な役割を果たしている。心筋細胞内へのカルシウム流入機構に関しては多くの報告があるが、心筋細胞外へのカルシウム流出については細胞膜のCa2+pump(Ca2+-ATPase),Na+/Ca2+交換機構などが知られているのみで、その詳細なメカニズムは未だ明らかになっていない。今回、我々はそのカルシウム流出機能に焦点を当て、成熟ラット単離心筋細胞を用いて、外因的に投与したATP(アデノシン-3燐酸)の細胞外へのカルシウム流出に及ぼす効果について検討した。【方法】ランゲンドルフ灌流で酵素処理して単離した成熟ラット心筋細胞を用いた。45CaCl2を細胞内に取り込ませた後,細胞を灌流用のカラムにかけ細胞外の45Ca2+を洗い流し定常状態となったところでATPを添加し、経時的に細胞外へのカルシウム流出を測定した。【結果】ATPは10-5M10-3Mの濃度で,濃度依存的に心筋細胞内からのカルシウム流出を促進した。同様に、ATPアナログであるα,β-methylene ATP,ATP-γsもカルシウム流出を促進したが、AMP、adenosineにはそのような作用は認められなかった。ATPのカルシウム流出作用はP1 purinoceptor拮抗薬であるtheophilineで阻害されず,P2 purinoceptor拮抗薬のsuramineで阻害された。また、ATPによるカルシウム流出は細胞外液のNa+に依存していたが、外液Ca2+依存性は認められなかった。細胞内への22Na+の取り込みはATP添加で促進された。【総括】以上の結果より、ATPによる成熟ラット単離心筋細胞からのカルシウム流出のメカニズムは、細胞外液Na+依存性のP2 purinoceptorに共役したNa+/Ca2+交換機能を介したものと考えられた。このような心筋細胞外へのカルシウム流出機構の解明は,虚血・再灌流障害におけるカルシウム過負荷の軽減につながり、ひいては開心術での心筋保護の改善に新たな知見を加えるものと思われる。(2)今後の研究の展開さらに、未熟心筋、チアノ-ゼ心筋につき外因性ATPの効果を検討する。
酸化チタン単結晶及び薄膜表面近傍における欠陥の構造と欠陥に対する水素の挙動

2018年度においては,2017年度に引き続き,チタン及び酸化チタン試料に対する水素の吸収・放出特性の研究を行った。チタンの酸化を防止するために超高真空中で純チタン薄膜上にパラジウムの薄膜を形成した試料を作製して大気中に取り出し移動した後,解析用真空槽に入れて核反応解析法(NRA)を用いた水素の深さ分析を行い,水素の吸収・放出特性を調べた。試料を水素に曝露しながらNRA測定をおこなうことで,薄膜中の水素が,初期において曝露量に比例して増加することを確認し,水素への曝露による吸収と加熱による放出を繰り返すことで,パラジウム薄膜を通してチタン中に水素が繰り返し再現性良く吸収・放出されることを確認した。室温での曝露において,チタン薄膜中の水素は深さ方向に一様に分布していることから,室温におけるチタン薄膜中での水素の拡散速度が非常に早いことが確認された。酸化チタンと水素との相互作用については,酸化チタン(ホワイトチタニア)ナノ微粒子を水素雰囲気中で加熱する事により作製されるブラックチタニアについて,その作製法の確立とNRAによる水素の深さ分析を行った。先行研究において,ブラックチタニアは黒化前に比べてバンドギャップが小さく可視光を吸収するため,光触媒としての効率が上がるという報告があり,表面の水素化がその原因であるとされている。熱フィラメントで水素を原子状にして試料に曝露することでアナターゼ型チタニアの効率的な黒化処理方法を確立し,作製したブラックチタニアナノ粒子にどの程度の水素が吸収されているかをNRAにより測定した。焼結により粒径の増大が見られるが,水素無しでは黒化は起きないため,水素の存在は必須であるが,ナノ粒子の水素の吸収量は水素の有無で大きく変化していないことが分かった。東京大学生産技術研究所で使用している紫外線・X線光電子分光(UPS・XPS)装置において,排気用の油拡散ポンプに問題が生じて,検出器の半球型分光器に絶縁不良のトラブルが発生したため,分光器のオーバーホールをおこなった。原因の究明に時間がかかったが,半球型の電極を完全に分解して点検し,絶縁用の碍子を交換するなどの作業により,問題は解決されつつある。東京大学物性研究所の陽電子実験装置は老朽化しており,陽電子強度の減衰のため実験が難しい状況にある。陽電子源の交換には多大な費用が必要であるため,高エネルギー加速器研究機構や産業技術総合研究所等の他の研究施設の利用を検討している。また,東京大学タンデム加速器研究施設での核反応法の装置は順調に稼働しており,それを用いた研究を進めて成果が上がっているため,大きな問題とはなっていない。欠陥の評価については,陽電子を用いた方法を目指すが,走査型透過電子顕微鏡(STEM)とSTEMを用いたエネルギー分散型X線分析(EDX)法を利用することも考える必要がある。2019年度においては,2018年度におこなったチタン及び酸化チタンに対する水素の相互作用に関する研究をさらに進める。これまでチタン薄膜への水素の吸収・放出特性を核反応解析法により研究してきたが,加熱処理による影響を温度を変化させて行い,光電子分光法も用いることで,表面へのチタンの析出に対する加熱の効果を調べ、大気や酸素への曝露により表面のチタンを酸化させ,それが水素吸収・放出特性に与える影響について調べる。また,ブラックチタニアについては,2018年度の研究で水素の量自体はホワイトチタニアに比べて大きく増加していないことが確認されたが,水素の存在によって表面は明らかに変化していることから何らかの構造変化が起きていると考えられるため,光電子分光法によりその電子状態を測定し,ホワイトチタニアと比較する予定である。欠陥の評価には高エネルギー加速器研究機構もしくは産業技術総合研究所の陽電子装置を利用することを考えているが,これまでの研究で走査型透過電子顕微鏡(STEM)とSTEMを用いたエネルギー分散型X線分析(EDX)法も有効であることが分かってきたため,これらの手法も用いて評価したいと考えている。2017年度においては,物性研究所の陽電子実験装置はメンテナンスをおこなった。真空系と、陽電子源から測定系にいたる陽電子の経路の真空系および電気系統の整備がおこなわれた。陽電子を用いた実験をおこなうことはできなかったため、主に酸化チタンやチタンの試料についての基礎的な実験をおこなった。ルチル型のTiO2(110)単結晶の清浄化をおこない、液体窒素により100 K近くまで冷却した表面上に水素や二酸化炭素などの気体分子を吸着させて、その振動スペクトルの測定をおこなった。その際、TiO2(110)表面上に金のナノパターンを付与することにより,赤外線を入射させたときに励起される表面近傍での表面電場を増強する表面増強赤外吸収分光法により,金属表面に吸着した分子の振動強度を高感度に測定することを試みた。また,酸化チタン薄膜を作製するための準備として純チタン薄膜の上に作製したパラジウム薄膜が水素の吸収放出特性に及ぼす影響について核反応解析法(NRA)と光電子分光法(UPS)および走査型透過電子顕微鏡(STEM),TEMを用いたエネルギー分散型X線分析(EDX)を用いて研究した。超高真空中でステンレス基板上に最初にTiを12 nm,次にPdを7 nm蒸着し、STEMおよびTEM-EDXを用いて薄膜断面を観察して層状成長を確認した。NRAを用いて水素の深さ分析をおこなったところ、大気中を移動したにもかかわらずTi中に水素はほとんど存在しなかった。

水素を真空中に導入し、Pd層を通してTi層に水素を吸収させることができた。この水素は250°C程度の加熱による放出と再吸収を複数回繰り返すことが可能であったが、500°C程度の加熱により水素の吸収能が失われた。UPSによる測定から、加熱により薄膜表面にチタンが析出し、酸化されて酸化チタンが形成されることを示唆する結果が得られた。物性研究所の陽電子実験装置は老朽化しており、陽電子源強度の減衰、陽電子源から超高真空チェンバーへ至る経路および超高真空装置の真空系(真空ポンプやチェンバー、バルブ等)の故障や漏れ、電気系統における漏電などの問題が発生し、そのメンテナンスを行ったが、予算の問題などにより時間がかかったため、酸化チタン試料の準備の方を先に進めた。ルチルやアナターゼTiO2の試料の清浄化と薄膜の作成を、いくつかの手法を用いて行い、作成された試料の表面構造と表面電子状態の測定を低速電子回折法や光電子分光法を用いて行い、再現性のある結果が得られるようにはなってきている。また酸化チタン表面への水素や二酸化炭素の吸着を行い、その振動スペクトルの測定を赤外吸収分光法によりおこなった。さらに、酸化前のチタン薄膜について、水素の吸収・放出特性を核反応解析法により確認しており、試料を評価するための試料や測定装置の整備を進めることができた。2018年度においては,2017年度に引き続き,チタン及び酸化チタン試料に対する水素の吸収・放出特性の研究を行った。チタンの酸化を防止するために超高真空中で純チタン薄膜上にパラジウムの薄膜を形成した試料を作製して大気中に取り出し移動した後,解析用真空槽に入れて核反応解析法(NRA)を用いた水素の深さ分析を行い,水素の吸収・放出特性を調べた。試料を水素に曝露しながらNRA測定をおこなうことで,薄膜中の水素が,初期において曝露量に比例して増加することを確認し,水素への曝露による吸収と加熱による放出を繰り返すことで,パラジウム薄膜を通してチタン中に水素が繰り返し再現性良く吸収・放出されることを確認した。室温での曝露において,チタン薄膜中の水素は深さ方向に一様に分布していることから,室温におけるチタン薄膜中での水素の拡散速度が非常に早いことが確認された。酸化チタンと水素との相互作用については,酸化チタン(ホワイトチタニア)ナノ微粒子を水素雰囲気中で加熱する事により作製されるブラックチタニアについて,その作製法の確立とNRAによる水素の深さ分析を行った。先行研究において,ブラックチタニアは黒化前に比べてバンドギャップが小さく可視光を吸収するため,光触媒としての効率が上がるという報告があり,表面の水素化がその原因であるとされている。熱フィラメントで水素を原子状にして試料に曝露することでアナターゼ型チタニアの効率的な黒化処理方法を確立し,作製したブラックチタニアナノ粒子にどの程度の水素が吸収されているかをNRAにより測定した。焼結により粒径の増大が見られるが,水素無しでは黒化は起きないため,水素の存在は必須であるが,ナノ粒子の水素の吸収量は水素の有無で大きく変化していないことが分かった。東京大学生産技術研究所で使用している紫外線・X線光電子分光(UPS・XPS)装置において,排気用の油拡散ポンプに問題が生じて,検出器の半球型分光器に絶縁不良のトラブルが発生したため,分光器のオーバーホールをおこなった。
リグニンの低分子化によるバイオマス変換前処理の研究

木材・竹・イネワラの主体であるリグノセルロースを酵素で糖化・醗酵させ液体燃料へ変換するときに必要な前処理効果を明らかにし、有効な方法へ発展させることを目的とした。1.マイクロ波照射によるリグノセルロース前処理(越島哲夫):マイクロ波加熱はスチーム加熱に比べセルロースの分解が20°C低温から始まり、リグニンの低分子化も急速に進む。ニトロベンゼン酸化によりバニリンに変化するβーOー4結合グアイヤシル構造の多いリグニンを含む広葉樹は細孔生成量少く、本構造が少いものほど低分子化が進み易く細孔生成量も大であった。2.爆砕によるリグノセルロース前処理(沢田達郎):爆砕による前処理の省エネルギー化をはかるため2段爆砕装置を開発した。このとき消費エネルギーに対する糖化率の比Jを最大にする条件は蒸気圧2.0MPa、蒸煮時間2minであり、そのときJ=15×10^<ー3>kal^<ー1>に達した。3.加溶媒分解による脱リグニンとリグニンの液体燃料化(佐野嘉拓・笹谷宜志):1.41.6%硫酸を触媒とし大気圧下で90%酢酸と加熱することにより脱リグニンを行う方法でMw1300のリグニンが約20%得られる。発熱量6100、水素化分解後は8200kcal/kgであった。4.遺伝子工学的に育種された担子菌による脱リグニン(桑原正章):UV照射によりPhanerochaete chrysosporiumから得られた変異株は親株より100倍高いリグニナーゼ生産能をもつ。本酵素遺伝子DNAをプローブとして種々の担子菌をスクリーニングし、20倍強い酵素活性をもつヤケイロタケを見いだした。5.農林産資源から得たリグニンを炭素源とするアルコール発酵(松野隆一):各種リグニンモデル化合物をClostridium属細菌により資化・アルコール発酵させその条件を検討した。6.炭酸ガスレーザーを用いるリグノセルロースの液化(東順一):セルロース、デンプン、β1→3グルカンにレーザー照射した結果、1,6ーアンヒドロ糖を還元末端にもつオリゴ糖が得られた。