hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
農耕地からの農薬流出に伴う健康影響のリスク評価とその制御に関する研究

2.凝集沈殿処理による農薬の除去特性について検討した。有機リン系のMEP、クロルピリホス、ダイアジノン、IBP、PAP、MPP、EDDP、PMP、及びその酸化処理副生成物であるクロルピリホクソン、ダイアゾクソンは凝集沈殿処理により除去されず、最も高い除去率を示したMPPあるいはPAPでもその除去率は約30%であった。特にクロルピリホスとクロルピリホクソンは原体よりもさらに除去率が低下し、オキソ体になることで親水性が強くなった影響が表れた。3.粉末活性炭による農薬の吸着特性について検討した。吸着実験の結果、農薬の活性炭への吸着等温線はFreundlich型で示すことが明らかになった。また、精製水と河川水に農薬を添加した吸着量を測定した結果、精製水の方が活性炭に吸着しやすいことがわかった。これは、河川水中に共存する溶解性物質が農薬と競合的に活性炭上に吸着し、農薬の吸着を阻害しているためと考えられた。粉末活性炭を50ppm添加したとき、暫定水質目標値を達成できる最大農薬濃度は目標濃度の5ないし60倍の濃度であった。4.オゾン処理を加えた高度処理における農薬の除去率を求めた。DEPを除く農薬については、ほぼ100%近い除去率が得られた。環境水中で検出頻度が高い有機リン系農薬を主たる研究対象として、農耕地からの農薬流出をモデル化し、水環境中での運命予測を行い、浄水処理過程での挙動を明らかにし、飲料水の摂取に伴う農薬の健康影響リスクを評価するとともに、湿地(休耕田)の利用によるリスク削減効果を評価することを目的とした。水質浄化法としての人工湿地に関するレビューを行い、水質浄化能、設計基準について検討した。人工湿地は、表面流れ方式と浸透流れ方式とに分かれる。湿地による水質浄化は、植物による栄養塩吸収による効果だけでないこと、人工湿地を用いた水質浄化システムは米国や欧州で検討され始めたが、その経験は浅く、これから数々の課題を克服していかねばならないことが示された。また、湿地による窒素及びリンの浄化機能が評価され、農薬への適用可能性が示唆された。標準的な浄水処理における農薬の挙動について、室内でカオリンを濁質とした凝集実験の結果、MEP、オキサジアゾン、CNP、IBP、などの農薬は通常の凝集沈澱処理ではほとんど除去されないことが示された。また、実際の浄水場原水と処理後の浄水中の農薬濃度から、浄水処理によって除去されない農薬と、浄水には存在しなくなる農薬とがあることが判明した。基本的には、リスクの観点から通常の浄水処理では農薬は除去されないと考えるべきである。
超小型体内留置デバイス用容量結合型デジタル情報・電力伝送システムの研究開発

我々は体内埋込型医療機器に,容量結合を用いて電力と情報を無線伝送する方法を検討している.体外から体内への容量結合型電力伝送において,模擬人体中の中心までワイヤレス電力伝送したときの最大受電電圧を実験により求めた.その結果,100Ωの負荷をつけたときの最大受電電圧は2460mVであった.また,体内深部から体外への容量結合型情報伝送において,受信回路の波形整形フィルタのカットオフ周波数fcと増幅度AVを変え,受信精度の向上を図った.その結果,fc =36 kHz, AV=1020倍のときに精度99%を得た.本年度は,容量結合で体内ー体外間通信を行うための,(1)人体組織中のデジタル通信用波形整形フィルタの設計・試作と,(2)容量結合型ワイヤレス電力伝送における周波数変化時の効率測定を行った.(1)においては,人体組織が容量成分を持つため,送信波形がきれいな矩形波であっても,受信波形は大きく歪んでしまうことが問題になっていた.このため,波形整形回路を作成し送信波形が復元できるか検討した.主に,高速コンパレータを用いた2段のローパスフィルタ,シフトアップ回路,コモンモード除去フィルタにより,波形整形回路を作成した.0.3%のNaCl水溶液を介して通信実験を行ったところ,送信波形の矩形波と同周期の正弦波に復元することに成功した.また,(2)においては,110MHzの周波数帯において,AC-AC間の伝送効率,最大受電電圧を電磁界解析・実測した.最大効率は5MHz付近において,0.058%が得られた.受電電圧は,伝送周波数4MHz,送電電流900mA(送電電極付近の電流密度,11.25 mA/cm2)において,100オーム負荷では受電電圧2.46 V,30 kオーム負荷では受電電圧3.75Vが得られた.周波数が増加するとともに,受電電圧は増加する傾向にあった.ただし,受電電圧の測定には,通常のオシロスコープ(Agilent, U1620A)と受動プローブ(Agilent, U1561A)を用いたため,4MHz帯域においてはプローブ容量やオシロスコープ内の容量により等価インピーダンスが低下し,被測定物に影響を与えている可能性が大きい可能性が考えられた.このため,この測定に関しては,低容量でかつ高インピーダンスのプローブ等を購入し,測定し直すことを検討している.これらの成果は,次年度,IEEE等の国際会議で発表する予定である.本年度は,容量結合で体内ー体外間通信を行うための,(1)デジタル通信回路の体内埋込デバイスのデモ機の試作と,(2)生体電磁安全性の確認(電極エッジ部の電流密度解析と実測),(3)容量結合型ワイヤレス電力伝送の正確な効率測定を行った.(1)においては,KOA(株)に協力していただき,デジタル通信回路の試作を行った.送信回路は,PICを用いて,32000pbsで送信を行うものを試作した.また受信回路は,ACノイズによる誤動作が問題になったため,強力なローパスフィルタを再設計した.また,電源部についてもCR2032の電池1個で駆動できるように回路を全面的に改良した.また,受信電極が逆になると,通信不通になる現象があったが,これを解決するための回路の工夫も行った.体内ー体外間の効果的な通信のデモができる準備が整った.(2)の電極エッジ効果については,まず,電磁界解析によって周波数に対するエッジ効果の影響の調査を行った.周波数を1-40MHzまで変化させたときのエッジ効果率(エッジ部の電界値/電極中央の電界値)を調べたところ,1MHzで2.33倍であった.また,エッジ効果を抑制するための検討として,生理食塩水のボーラスを電極のエッジ部の横に置いた場合にエッジ効果は1.61.7倍に抑制されることを確認した.(3)昨年度の研究課題であった,容量結合型ワイヤレス電力伝送における効率測定について,空間を介して容量的に結合して流れてしまうコモンモード電流が,効率の測定誤差を増加させていることがわかったため,コモンモードフィルタを導入し再度測定した.その結果,コモンモード電流を大きく抑制できることを確認でき,効率も導入前と異なる値となった.デモ機の試作が終わり,予定していた計画はすべて順調に進んでいるため.本年は,人体組織中を容量結合デジタル通信した場合に,送信電極の位置が動いた場合でも,常に安定した通信が実現できるように,波形整形ローパスフィルタと増幅回路の再設計を行った.ローパスフィルタのカットオフ周波数を8k800 kHzまで,また,増幅回路の増幅度も140倍まで変化させ,100文字のテキストを伝送した場合における誤り率を測定した.模擬人体はヒトの筋を模擬した直径24cmのものを用い,0.5S/mのNaCl水溶液とした.送電電極を,1水槽中央,2水槽の縁に近いところ(受信電極が近くにないところ),3水槽の縁に近いところ(受信電極近傍)に動かしたときの誤り率測定を行った.その結果,カットオフ周波数17 kHz,増幅度1020倍のときに最も誤り率が小さくなり,正しく伝送できた確率は1100%, 2100%, 399.5%であった.他の周波数で誤りが増える原因として,実験室の蛍光灯から発生している50kHz付近の放射性妨害波が大きく影響していることがわかった.

また,体表面から,胃の内部に埋め込んだ医療デバイスに,電磁誘導で電力伝送しながら,同時に,胃の内部に埋め込んだ医療デバイスから体表面に,容量結合型情報伝送を使って情報伝送することができるか電磁界解析による確認を行った.容量結合の受信電極位置(体外側)を,電磁誘導用受電コイル(体外側)の外側と内側とどちらに置くべきか,比較検討したところ,やはり双方の干渉は避けられないが,受信電極をコイルの内側においた方が電力伝送や情報伝送に及ぼす影響が小さいことが明らかとなった.さらに,体内に電力伝送した電力を一時的に蓄える方法として電気二重層キャパシタを用いた方法が考えられるが,その安全な充電方法について,特許を出願した.我々は体内埋込型医療機器に,容量結合を用いて電力と情報を無線伝送する方法を検討している.体外から体内への容量結合型電力伝送において,模擬人体中の中心までワイヤレス電力伝送したときの最大受電電圧を実験により求めた.その結果,100Ωの負荷をつけたときの最大受電電圧は2460mVであった.また,体内深部から体外への容量結合型情報伝送において,受信回路の波形整形フィルタのカットオフ周波数fcと増幅度AVを変え,受信精度の向上を図った.その結果,fc =36 kHz, AV=1020倍のときに精度99%を得た.計画していた内容はほぼ100%遂行している.次年度の内容も進めており,その内容で国際会議発表も行っており,順調に進んでいる.今後は,まず,1容量結合以外の他の方式の無線電力伝送との比較と,2液体模擬人体中の電流密度測定用センサによる電流密度の確認を行う.電流密度センサについては,電極の形よりも昨年行ったコモンモード電流を抑制することがこの測定に大変重要なことがわかってきた.コモンモード抑制の部分に力を入れる.そのため,絶縁された測定器や差動プローブや大地から測定器を浮かせるためのUPS(バッテリ)等,大地からアイソレートが可能な測定器が新たに必要になる.人体組織中のデジタル通信用波形整形ローパスフィルタと増幅回路の再設計は,初年度に設計を行ったが,水槽サイズなどが変わったりNaCl濃度が変わると,増幅度が足りなくなる現象が新たに生じた.このため,3ローパスフィルタのカットオフ周波数と,増幅回路の構成を改めて検討も追加する.さらには,具体的なデモ例として,4胃の内部ー体表面を情報伝送・電力伝送するようにするための実験装置や,5消費電力を下げるための工夫として,電極に絶縁シートを貼り送信電極の入力インピーダンスを高くすることで,ショート電流を小さくする工夫なども行う.これらの実験でインピーダンスを正確にかつ詳細に測定する必要があるため,LCRメータから連続データを取るための周辺装置類(専用のノートパソコン)なども購入予定である.また,通信や電力伝送の回路が決定してきた段階で,デモ用の小型回路の試作を行うことも考えている.さらには,6電磁界解析を用いて,4の場合の電極配置を計算する.人体モデルの臓器の構造から考えて最適な配置を求める.医用生体工学研究実績の概要にも挙げたが,1MHz以上の高周波電圧の精度の高い測定が新たな課題となっている.追加の課題として,現在進めている.研究成果は多くでているが,基礎的研究を中心に行っていたため使用するのが遅くなっているだけであり,デモ機作成など向けてこれから多く使う予定である.予定していた通信評価用機器について購入予定であったが,評価は次年度う予定であり,製品選択する時間がほしいため,来年度に延期した.測定精度の向上のための機材も追加で必要となっており,研究の優先度を十分に考え,どちらかを購入予定である.
ペア型受容体LILRおよびLAIR遺伝子群の膠原病疾患感受性への寄与の解明

ペア型受容体のleukocyte immunoglobulin (Ig)-like receptor (LILR)ファミリーや、LILRのリガンドであるHLA-Gが全身性エリテマトーデス(SLE)などの膠原病の疾患感受性に寄与するか否かを検討するために、日本人膠原病患者を対象とした疾患関連研究を施行した。LILRA3では、全身性強皮症の解析において抗トポイソメラーゼ抗体とLILRA3欠失多型との関連が検出された。HLA-Gにおいては、3'非翻訳領域の14bp挿入多型が、SLE関連HLA-DRB1アリルとは独立に若年発症SLEと関連することが見出された。平成25年度は、その中でも、隣接するLILRA4およびLAIR1遺伝子に着目して解析を行った。LILRA4、LAIR1は、ともに形質細胞様樹状細胞(pDC)に発現し、SLEの病態に重要なI型IFN産生を抑制する。われわれは、LILRA4-LAIR1領域に位置する27個のタグSNPについてSLEとの関連研究を行い有意な関連を検出した。現在、検出された関連を確認するために、replication studyを施行中である。また、IRF5遺伝子のような自己免疫疾患に共通の疾患感受性遺伝子が数多く報告されていることから、LILRA4-LAIR1領域と強皮症、血管炎の関連についても検討した。その結果、SLEと同様の関連が多発血管炎性肉芽腫症(GPA)で認められた。GPAについても、今後サンプルサイズを増やして解析を進めていく予定である。一方、強皮症との関連は検出されなかった。ペア型受容体であるLILR (Leukocyte Immunoglobulin-Like Receptor)は、活性化型、抑制型、分泌型からなり、免疫機能の調節に関わっている。LILR遺伝子群の膠原病への寄与が示唆されていることから、本研究ではLILR遺伝子と膠原病の疾患関連研究を行っている。唯一の分泌型であるLILRA3には遺伝子の大部分(6.7kb)を欠失する多型が存在し、膠原病との関連も報告されている。本年度は、LILRA3欠失多型と日本人全身性エリテマトーデス(SLE)および全身性強皮症(SSc)との関連を検討した。SLEにおいては有意な関連は検出されなかった。SScの解析では、SScで検出される自己抗体の1つである抗トポイソメラーゼ抗体の陽性患者において欠失アリルの増加が観察された。一方、SSc病型や抗セントロメア抗体との関連は認められなかった。I型IFN産生に関わるLILRA4については、tag SNPの解析で関連が検出されたLILRA4下流のSNPについて、独立のサンプルを用いてreplication studyを施行した。replication studyでは有意差には至らなかったが、2つのデータをメタアナリシスで統合すると、有意な関連が残った(P=0.003,オッズ比=1.38)。また、LILR遺伝子発現とSLEの関連を検討するために、SLE患者9例、健常対照者15例の末梢血からtotal RNAを抽出し、マイクロアレイを用いた発現解析を施行した。その結果、複数のLILR遺伝子において発現増加が観察された。今後、多数検体を用いて発現との関連を検討するとともに、関連遺伝子の発現に影響するeQTL SNPの探索、および、eQTL SNPを対象とした疾患関連研究を進める予定である。LILR(leukocyte immunoglobulin-like receptor)は、活性化型、抑制型、分泌型からなるペア型受容体で免疫機能の調節に関わっている。唯一の分泌型であるLILRA3には、遺伝子の大部分(6.7kb)を欠失する多型が存在する。平成26年度には、LILRA3の膠原病の疾患感受性への寄与を検討し、全身性強皮症(SSc)の解析において、自己抗体の一つである抗トポイソメラーゼ抗体陽性のSSc群でLILRA3欠失アリルが有意に増加していることを見出した。平成27年度は、LILRA3のリガンドの一つであるHLA-Gについて解析を行った。HLA-Gは非古典的HLA-class I抗原で免疫抑制作用を有する。LILRA3のほか、免疫抑制型受容体のLILRB1、LILRB2、KIR2DL4もHLA-Gの受容体として報告されている。HLA-Gの3'非翻訳領域(UTR)には、機能的多型が存在している。一つは14bpの挿入欠失多型で、スプライシングや発現に影響する。もう一つは、miRNA結合部位に位置するSNP (rs1063320)である。いずれも全身性エリテマトーデス(SLE)を対象とした疾患関連研究において関連が報告されている。本研究では、HLA-G多型の日本人集団におけるSLE疾患感受性への寄与を明らかにするために、日本人SLEを対象とした関連研究を施行した。14bp挿入アリルは、SLE群で有意に増加していた(優性モデル、P=0.022,オッズ比1.26)。この関連は若年発症SLE群において顕著であった(加法モデル、P=0.0067、オッズ比1.44)。

さらに、SLE関連アリルであるHLA-DRB1*15:01, 13:02アリルで調整後も関連が残ったことから、HLA-G 14bpとSLE若年発症との関連は、DRB1とは独立であることが示された。ペア型受容体のleukocyte immunoglobulin (Ig)-like receptor (LILR)ファミリーや、LILRのリガンドであるHLA-Gが全身性エリテマトーデス(SLE)などの膠原病の疾患感受性に寄与するか否かを検討するために、日本人膠原病患者を対象とした疾患関連研究を施行した。LILRA3では、全身性強皮症の解析において抗トポイソメラーゼ抗体とLILRA3欠失多型との関連が検出された。HLA-Gにおいては、3'非翻訳領域の14bp挿入多型が、SLE関連HLA-DRB1アリルとは独立に若年発症SLEと関連することが見出された。研究機関における耐震改修工事のため、2度の引越しを行った。引越し準備および引越し後のセットアップに時間を要したため、実験を行えない時期があった。ゲノム医科学、膠原病学1. tag SNPの解析によりSLEとの関連が検出されたLAIR遺伝子(LILRA4に隣接)SNPとの関連をreplication studyにより確認する。関連SNPと連鎖不平衡にあるSNPの中から機能的SNPを特定し、機能的影響の解析を行う。2.一部のLILRは、HLAクラスIをリガンドとして活性化あるいは抑制シグナルを伝達することから、LILR遺伝子とHLA遺伝子の相互作用を検討する。3.発現解析においてSLEとの関連が認められたLILR遺伝子について、データベースを用いてeQTL SNPを探索し、eQTL SNPのSLE疾患感受性への影響を検討する。膠原病には共通の疾患感受性遺伝子が多数存在することから、関節リウマチ、ANCA関連血管炎、全身性強皮症との関連も検討する。計画から少し遅れている理由としては、ファミリー遺伝子間の相同性が高いため実験条件の検討に時間を要したことがあげられる。また当初の予定よりサンプルサイズが増加したことも、理由のひとつと考えられる。研究室の引越しのため計画通りに研究が進まず、機能的SNPの特定まで至らなかったため、機能解析まで行うことが出来なかった。1.平成25年度に引き続き、LILRA4-LAIR1領域の解析を行う。Replication studyにより関連が認められた場合は、関連SNPと連鎖不平衡にあり、遺伝子の機能的変化を起こし得る原因的SNPの探索を行う。さらにSNPの機能的影響(発現、シグナル伝達など)を検討する。2.最近、中国人集団において関節リウマチ(RA)との関連が報告されたLILRA3の6.7kb欠失多型の検討を日本人RAについて検討するとともに、SLE、全身性強皮症、ANCA関連血管炎との関連も検討する。また、LILRA3には欠失のほかに機能欠損多型も存在することから、その多型についても解析を行い欠失および機能欠損の膠原病への寄与を検討する。3.そのほかのLILR遺伝子について、SLE、RA、強皮症、血管炎を対象とした疾患関連研究を順次進めていく。LILR遺伝子およびHLA遺伝子の多型タイピングに用いる試薬代、消耗品代として75万円、機能解析に用いる試薬代、消耗品代として40万円を使用する。国内外での学会発表のための出張費として40万円、論文掲載料として10万円を使用する。LILRA4-LAIR
波浪中における曳船・被曳船の連成挙動と索張力の理論計算法に関する研究

昨年度に開発した計算プログラムを拡張して,斜め規則波中におけるタグや被曳船の運動と曳航索の張力を計算する新しい計算プログラムを開発した。理論計算法の検証データを取得するため,三菱重工業長崎研究所耐航性能水槽にて水槽試験を実施した。計測にあたり,波パラメータを系統的に変化させ,波周期や波方向等の影響を把握した。開発された計算プログラムを用いて,斜め波中におけるタグと曳航バージの運動と索張力の計算を行った。計算結果は,実施した水槽試験結果と比較を行った。その結果,計算結果は,水槽試験とおおよそ一致し,実用上の精度を有することが確認された。本研究の目的は,波浪中をタグ(曳船)によって曳航される船舶(被曳船)とその間を連結する曳航索の運動・挙動ならびに索に作用する張力を時刻歴ベースにシミュレートできる新しい理論計算法を開発することである。本年度は,正面向波の問題について取り扱った。以下に実施したことを列挙する。1.基礎理論式の誘導:振れまわり運動を伴わない場合の正面向波中におけるタグや被曳船に関する運動方程式を誘導した。本計算法の特徴である曳航索については,ランプドマスモデルを用いて定式化した。タグや被曳船に作用する波浪流体力については,ストリップ法を用いて推定した。2.計算プログラムの開発:上で求めた運動方程式を数値的に解いて,正面向波中におけるタグや被曳船の運動と曳航索の張力を時刻歴ベースに求める新しい計算プログラムを開発した。3.水槽試験の実施:理論計算法の検証データを取得するため,広島大学船型試験水槽において正面向波中での模型試験を実施した。タグについては従来の計測法にならいガイドを用いた計測を行ったが,被曳船については,画像処理による新しい運動計測を行った。タグと被曳船の波浪中運動を2隻同時に計測することに成功し,上下揺れや縦揺れにおいては曳航索の影響が小さいが,前後揺れにおいて曳航索の影響が大きく出ることが分かった。4.計算法の検証:開発された計算プログラムを用いて,正面向波中におけるタグと曳航バージの波浪動揺と索張力の計算を行った。その結果,本計算法は,上下揺れや縦揺れにおいては曳航索の影響が小さいが,前後揺れにおいて曳航索の影響が大きく出るという現象や索張力の非線形な現象を捉えるができること,定量的にも実用上十分な精度を持つこと等が分かった。本研究の目的は,波浪中をタグ(曳船)によって曳航される船舶(被曳船)とその間を連結する曳航索に作用する張力を時刻歴ベースにシミュレートできる新しい理論計算法を開発することである。これは,例えば,中国から曳航バージ方式で海を渡って運搬されている大型構造物や造船ブロック等の安全運航に大きく貢献するものであり,我が国海運業ならびに造船業の発展に資するものである。以下に得られた成果をまとめる.曳航索をランプドマス法で取り扱い,正面向波中における曳船・被曳船の縦方向船体運動シミュレーション計算法を提案した.本計算法は,微小振幅波を仮定した線形理論による船体運動方程式ならびにLagrange方程式に基づく各集中マスに関する運動方程式に,各船の抵抗及び推力に関する項ならびに索張力による外力項を付加し,それらの式を数値的に解くことで,曳船・被曳船の船体運動及び索張力をシミュレートする.水槽試験による精度検証を実施した結果,本計算法は,正面向波中曳航時の曳船・被曳船の運動及び索張力の挙動を実用上の精度を持って推定できることがわかった.さらに,波浪中における曳船・被曳船の操縦運動及び6自由度波浪動揺の両方を総合的に取り扱うことのできる実用的なシミュレーション計算法を提案した.曳航索は1本のトラス要素として取り扱う。本計算法は,操縦運動を扱う低周波数の運動方程式と波浪動揺を扱う高周波数の運動方程式を完全に分離させ,それぞれを別個に解くことによって,波浪中を航行する曳船・被曳船に関する6自由度運動計算を可能としている.水槽試験による精度検証を実施した結果,本計算法は,曳航時の各船の運動振幅の水槽試験結果が示す傾向を捉えることができることが分かった.本年度は,曳船・被曳船の波浪中6自由度運動に関する実用計算法を構築することが第一の目的である。曳航時の各船の操縦運動,被曳船の振れまわり運動,各船の波浪動揺の全てを考慮した実用的な統合運動シミュレーション計算法を構築し,水槽試験結果と比較することで,同計算法の精度を検証した。曳船・被曳船運動の定式化にあたり,曳航索は1本のトラス要素として取り扱うこととした。これは,曳航索をランプドマス法で取り扱うと,解くべき運動方程式の数が非常に多くなり,演算時間が膨大となってしまうため,実用的でないと判断したためである。構築した実用計算法の概要を以下に示す。

本計算法は,操縦運動を扱う低周波数の運動方程式と波浪動揺を扱う高周波数の運動方程式を完全に分離させ,それぞれを別個に解くことによって,波浪中を航行する曳船・被曳船に関する6自由度運動計算を可能としている点に特徴がある。また,本計算法は,索張力に関する推定式を必要としないことから,理論としては一貫している。本計算法の精度を検証するため,向波,横波,斜波中曳航時の曳船・被曳船の船体運動ならびに索張力に関する水槽試験を実施した。本計算法による計算結果と水槽試験結果を比較した結果,本計算法には以下の特徴があることがわかった。a)向波,斜波中曳航時の各船の運動振幅を計算する場合,各船前後揺れが大きくなる領域を除いて,本計算法は水槽試験結果が示す傾向を定性的に捉えることができた。b)横波中曳航時の各船の運動振幅を計算する場合には,どの波浪条件においても,本計算法は水槽試験結果が示す傾向を実用上の精度を持って捉えることができた。c)横波中曳航時の各船の運動については,その位相についても,時刻歴ベースで良好に再現することが可能であった。研究は予定の通りに進捗している。研究実施計画に記載されている1.基礎理論式の誘導,2.計算プログラムの開発,3.水槽試験の実施,4.計算法の検証,を全て実施し,ほぼ予定通りの成果を得ている。論文を作成し,現在投稿中である。25年度が最終年度であるため、記入しない。予定通りに,斜め波中におけるタグや被曳船の運動と曳航索の張力を求める新しい計算プログラムを開発し,理論計算法の検証データを取得するための水槽試験を実施した。さらに,開発された計算プログラムを用いて,斜め波中におけるタグと曳航バージの波浪動揺と索張力の計算を行い,得られた計算結果は,水槽試験結果と比較を行い,理論計算法は実用上十分な精度を有することを確認した。現在まで,ほぼ予定の通りに進捗しているといって良い。ただ,今回開発した理論計算法は,曳船・被曳船の前後揺れの精度がやや劣ることが示されており,次年度では精度向上に取り組みたい。研究は予定通りに進捗している。問題は発生しておらず,所期の通りに研究を進める。今後は次のように進めて行きたい。まず,理論計算法の改良を行い,計算精度の向上を行う。次に,曳船・被曳船のサイズ,波や索に関するパラメータを種々変更させた理論計算を行い,現象やメカニズムに関する理解度を深め,曳船・被曳船のシステムの航行安全性に資する知見を得る。最後に,得られた研究成果を元に論文を作成し,外部に情報発信を行う。
嚥下時の口唇圧と咽頭圧の関係

嚥下機能は様々な器官が協調して行われている。中でも口唇は、準備期に口腔内に食物を取り込み、また十分に閉鎖されることによって口腔期に口唇から食物の溢出を防止し、嚥下圧を上昇させるための重要な役割を果たしている。しかし嚥下時の口唇に関する十分な研究はなされていない。そこで今回口唇に着目し、嚥下時の口唇閉鎖圧と咽頭圧の測定を行い、それらの関連性について検討した。その結果、口唇閉鎖圧は嚥下する食品物性に影響されにくく、咽頭圧では活動時間や圧値が食品物性に影響を受けることがわかった。平成24年度は口唇圧咽頭圧同時測定のためのシステム作りを行った。口唇閉鎖圧測定用センサーは、高感度で省電力、耐久性が高く、温度変化に対して安定している静電容量型のフィルムセンサー(Ogya社製)を用いた。口唇の閉鎖圧を測定するためにはセンサーを口唇に設置する装置が必要となる。まず口裂に挿入するセンサー設置プレートを作製。そしてその厚みが、測定用センサーに及ぼす影響について検討を行った。設置用プレートにのせたセンサーにデジタルプッシュプルゲージによる荷重を断続的に与えた結果、設置プレートの厚みを薄くしても安定した比例関係が認められたことから、静電容量型センサーでは口唇閉鎖を邪魔しない0.3mmの設置板を用いても口唇閉鎖圧が測定可能であることが示唆された。また当初は口唇の閉鎖を妨げないよう薄いプラスチック板上にセンサーを左右中央の3ヶ所に設置し上下口唇で挟んで圧力を測定していたが、嚥下の際、口唇に力がかかると、プラスチック板が前方に押し出され、嚥下を繰り返すたびに測定位置が少しずつずれていくという欠点が見受けられた。そのためセンサー設置プレートの形態に関して口裂を越え口腔前庭まで延長し、口腔前庭にストッパーが設置されるような形態へと改良し、測定を試みた。その結果大きな位置のずれを見ること無く口唇の閉鎖圧が測定可能となった。以上のシステムを用いて、健常成人を被験者とし唾液嚥下時の口唇閉鎖圧の測定を行った。さらに経鼻的に咽頭圧測定センサーを挿入し、圧力を測定。口唇圧と同期することのできるシステムを構築した。摂食・嚥下機能は、様々な器官が協調して行われるが、我々はその中でも口唇に注目した。口唇は、準備期には食物取り込みに働き、口腔期においては十分に閉鎖することで口唇からの食物の溢出を防止し、口腔内圧を亢進するという重要な役割を果たす。しかし嚥下時の口唇閉鎖圧に関する十分な研究はなされていない。そこで水や食物を嚥下した時の口腔閉鎖圧を測定することで、嚥下時の口唇のはたらきについて検討することとした。摂食嚥下機能に問題がなく、臼歯部咬合を有する健常成人を被験者とし口唇口角部と口唇正中2カ所を測定部位とし、圧力センサーを口裂に設置し口唇閉鎖圧の測定を行った。その結果最大口唇閉鎖圧ならびに嚥下時口唇閉鎖圧において口角に比べ口唇中央で大きな値が認められた。そのため口唇中央は口唇閉鎖圧の主体となっている可能性が示唆された。また、被験食品間では有意な差は認められなかった。このことから口唇圧は嚥下する食品物性に影響されにくいといえ、嚥下障害をもつ患者に対してはより安全性の高い被験食品で検討可能であると考えられる。また口唇中央における最大口唇閉鎖圧は、女性に比べて男性で有意に増加し筋力量の違いが反映されたものではないかと推察された。すなわち筋力の増強によって口唇閉鎖圧の上昇が見込めるものと予見した。すなわち口唇閉鎖圧測定により口腔機能低下を識別する可能性があり、また安全性の高い食品を用いることができることから、口腔機能評価に口唇閉鎖圧の評価が有効である可能性が示唆された。同時記録を行った咽頭圧では食品物性の違いによって活動時間の延長や圧の上昇がみられ、現時点では口唇圧との有意な関連性は認められなかった。これらの実験から今後の課題として口唇圧センサーや咽頭圧センサーを同時に設置するための装置・実験器具の改良が必要と考えられた。また同期システムについても今後改良すべき点が挙げられた。現在まで当初予定の通り、口唇圧測定用の装置を作製。測定する口唇圧、咽頭圧を同期させて記録するシステムの構築をおこなった。そして健常成人を被験者とし唾液嚥下時の口唇圧と咽頭圧の測定を行った。しかし未だ不安定な要素も多く、測定用装置や測定用システムの改良が必要であると考えられる。また今後被験者数を増加させさらに検討を重ねる。25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後さらに被験者数を増加したり、対象者を高齢者とし検討を重ねるためには、測定用装置や測定用システムの改良が必要であると考えられる。それらに適宜改良を加えながら研究を進めていく。また現在は、唾液や水嚥下時に発生する口唇圧や咽頭圧を測定しているが、口唇圧を規定し、段階的に圧を高めた時に、その際の咽頭圧の変化を測定していく予定である。25年度が最終年度であるため、記入しない。
医療的ケアを必要とする重度肢体不自由者の地域居住生活継続に資する居場所作りの研究

本研究では、重度肢体不自由者の視点に立った「快適な居場所」を目指して創意工夫している全国各地の事例調査を重ねる。医療的ケアの内容や地域特性、居場所の平面特性、支援状況別にハード・ソフトの多角的な視点から類型化し、建築学と社会福祉学の両分野の知見から細かく課題を把握する。研究成果を学会や関係団体、事業者等に報告することにより、これから新たに重度肢体不自由者向けの居場所の開設を地域の中で目指す人々に有用な情報を提供することが可能となる。それにより、重度肢体不自由者にとって、安心して生活を継続できる地域の居場所作りが促進し、ノーマライゼーションの社会の構築を一層推進させることを目指している。
脳エネルギー代謝と行動の制御における毛細血管内皮細胞PPARガンマの役割の解明

(1)PPAR-γがFAT/CD36の発現を制御する。ヒト、ラットの心臓微小血管由来の培養内皮細胞(Human and Rat Brain Microvessel enodothelial cells : HBMEC,RBMEC and MBMEC)において、FAT/CD36はPPAR-γの直接の標的因子か、炎症惹起物質で発現が抑制されるか、ピオグリタゾンでその抑制が解除されるか、その分子機序はいかなるものか、を検証した。HBMEC、RBMECはそれぞれベリタス、TOYOBOより購入した。これらの細胞を用いてmRNA発現をPCRで比較検討した。これらの細胞にアデノウィルスを用いてPPAR-γを強制発現すると、FAT/CD36は著明に誘導された。また、ピオグリタゾン単独投与(10mM)でもこれらの因子を誘導した。PPAR-γの強制発現した細胞にピオグリタゾンを添加すると、発現が相乗的に上昇した。この結果は、PPAR-γがFAT/CD36の発現を制御することを示している。FAT/CD36の発現が増加することによって、毛細血管内皮細胞の脂肪酸取り込みが増加し、臓器の代謝改善につながる可能性がある。肥満によりインスリン抵抗性が生じると、TNFαやその他の炎症サイトカインの産生が増加し内皮機能不全を生じ、FAT/CD36の発現が低下する。代謝改善薬であるPPAR-γアゴニストは、その作用に拮抗しFAT/CD36の発現を上昇することで内皮機能を改善する。インスリン抵抗性を有するうつ病の一部にこの病態が存在し、毛細血管内皮細胞の脂肪酸の取り込みを促進することで脳代謝を活性化し、うつ病が改善する可能性を示唆すると考えられる。(2)毛細血管内皮細胞に発現するPPAR-γとFAT/CD36が、肥満モデルマウスの脳代謝・脳機能に関与するか。PG-E nullマウスを用いて検討した。PG-E nullマウスに通常食((E-2)を投与し、胃ゾンデを用いてピオグリタゾン10mg/kgあるいは溶媒のみを2週間以上、毎日投与した。それぞれに対してlocomotor activity、明暗選択試験、尾懸垂試験、強制水泳試験を実施し比較検討した。しかしながら、施行したいずれの測定項目でも有意差は認められなかった。これらの結果は、高度肥満や飢餓などの食物摂取の著明な負荷がなければ、PPAR-γ経路は活性化あるいま不活性化しないためと解釈した。
多細胞化に伴う発展的形質の平行進化の比較生物学的研究

採用第1年度目のゴニウムの胚発生の解析に引き続き、テトラバエナについても光学顕微鏡タイムラプス撮影による胚発生の連続観察と間接蛍光抗体法による細胞構造の染色観察を行なった。ゴニウムの胚発生においては細胞分裂によりカップ状の細胞層が形成されたのち、細胞分裂期終了後に細胞層が広がる様子が観察されたが、テトラバエナでは細胞分裂期、細胞分裂期終了後で娘原形質体の向きの変化は観察されず、細胞分裂期終了後に斜向かいの2細胞のペアが前後にずれる様子が観察された。ゴニウム、テトラバエナの胚発生ではアストレフォメネの細胞分裂期にみられるような娘原形質体の回転や、ボルボックス科の細胞分裂期終了後にみられるような細胞の葉緑体端の突起形成が起こらなかったことより、これら球状群体形成の細胞レベルのメカニズムが、それぞれの系統での球状群体の進化に伴って新規に獲得されたものであることが示唆された。また、アストレフォメネの形質転換系の確立を進め、アストレフォメネの新規RNA-seqデータを利用したアストレフォメネの内在性プロモーター・ターミネーターによる遺伝子発現コンストラクトの作製と、パーティクルガン法によるアストレフォメネ細胞への導入実験を行なった。エレクトロポレーション法では形質転換細胞が得られなかったものの、パーティクルガン法による導入実験でGFP遺伝子をtransientに発現し緑色蛍光を発するアストレフォメネ細胞の作出に成功した。アストレフォメネの全ゲノムの解読にも着手しており、現在までにIllumina HiSeq、PacBio RSIIによるシーケンス、Falconによるアセンブリが進行している。採用第1年度目からのゴニウム、テトラバエナの胚発生の解析と球状群体系統との比較、ボディプラン進化の議論についてはすでに論文にまとめ、BMC Evolutionary Biology誌に投稿している。また、採用第1年度目では細胞内に蛍光色素を入れられるのみで遺伝子の発現がみられなかったアストレフォメネの形質転換系についても、アストレフォメネの新規RNA-seqデータを利用してアストレフォメネの内在性プロモーター・ターミネーターによる遺伝子発現コンストラクトを作製することで、transientに外来遺伝子(GFP)を発現する細胞が得られるまで進展した。加えてアストレフォメネの新規ゲノムデータの構築も進んでおり、総じて本研究課題はおおむね順調に進展していると評価できる。採用第1年度目、採用第2年度目の研究より球状群体系統でみられる細胞レベルの形態形成メカニズムが平面状群体系統ではみられず、それらの獲得が球状群体の進化に寄与したことが示唆された。しかし、その球状群体形成メカニズムの進化に関わった分子基盤は不明である。また、非生殖細胞と生殖細胞の分化に関わった分子基盤はボルボックス科ではある程度研究が進んでいるが、アストレフォメネでは全くの未知である。採用第3年度目では採用第2年度目に引き続き、アストレフォメネの形質転換系の確立と、それを用いたinsertional mutagenesisによる球状群体形成の分子基盤の探索を行なうとともに、採用第2年度目で得られたアストレフォメネの全ゲノムデータを利用し、ボルボックス科で細胞分化とその進化に寄与することが知られているregA/RLS1ホモログ等の同定と比較解析を行なう予定である。本研究課題では多細胞性の進化のモデル生物群であるボルボックス系列を用いて、この系列内のアストレフォメネとボルボックス科という2つの系統で起こった多細胞体の三次元的ボディプランである球状群体の形成や非生殖細胞と生殖細胞の分化など多細胞化に伴う発展的形質の平行進化に着目し、胚発生の分子細胞生物学レベルでの比較解析を行なうことで、多細胞性の進化における発展的形質獲得の普遍的な分子細胞生物学的基盤を探求することを目的としている。本研究員は採用第1年度目において、球状群体から平面状群体への進化における発生の変化を細胞レベルで明らかにするべく、平面状群体を形成するゴニウムの胚発生の細胞レベルの解析を実施した。ゴニウムの胚発生について光学顕微鏡タイムラプス撮影による胚発生の連続観察と間接蛍光抗体法による基底小体の染色観察を行なったところ、ゴニウムの胚発生において、細胞分裂期ではアストレフォメネでみられるような娘原形質体の回転は起こらずにカップ状の細胞層が形成され、細胞分裂後にボルボックス科の反転時にみられるような細胞の葉緑体端の突起形成が起こらずに細胞層が広がり、平面状群体が形成されることを明らかにした。以上より、アストレフォメネにおける細胞分裂期の娘原形質体の回転や、ボルボックス科における細胞分裂後の細胞の葉緑体端の突起形成といった球状群体形成の細胞レベルのメカニズムが、それぞれの系統での球状群体の進化に伴って新規に獲得されたものであることが示唆された。以上の成果について第4回国際ボルボックス会議にて口頭発表、日本植物形態学会第29回大会にてポスター発表を行なった。また、アストレフォメネにおける球状群体形成や細胞分化に関わる分子基盤の探索へ向けて、アストレフォメネの形質転換系の確立に向けた条件検討も実施しており、細胞内に外部から蛍光物質を導入することにも成功している。当初の計画では採用第1年度目において、アストレフォメネにおける球状群体形成の分子生物学的基盤を探索、解明し、採用第2年度目以降においてアストレフォメネの新規ゲノムデータを利用した細胞分化の分子基盤の探索を計画していたが、そもそもより祖先的な平面状

群体をもつ種であるゴニウムの胚発生について細胞レベルでの解析も不十分であり、進化学的議論を進める上で平面状群体と球状群体との胚発生における相違点が不明瞭であった点と、所属研究室の共同研究で進められていたアストレフォメネの全ゲノムの解読が中止となり、計画していたゲノムレベルの解析が難しくなった点を踏まえ、計画を変更し、採用第1年度目においては平面状群体を形成するゴニウムの胚発生の細胞レベルの解析と、アストレフォメネにおける球状群体形成や細胞分化に関わる分子基盤の探索へ向けた形質転換系の確立を行なうこととした。前者については平面状群体と球状群体との胚発生における細胞レベルの相違点を明らかにすることができ、後者については細胞内に外部から物質を導入することができる条件を見出し、採用第2年度目以降に実際にアストレフォメネの細胞に遺伝子を導入していく足掛かりを得られたため、本研究課題の目的の達成に向けておおむね順調に進展していると考えている。採用第1年度目のゴニウムの胚発生の解析に引き続き、テトラバエナについても光学顕微鏡タイムラプス撮影による胚発生の連続観察と間接蛍光抗体法による細胞構造の染色観察を行なった。ゴニウムの胚発生においては細胞分裂によりカップ状の細胞層が形成されたのち、細胞分裂期終了後に細胞層が広がる様子が観察されたが、テトラバエナでは細胞分裂期、細胞分裂期終了後で娘原形質体の向きの変化は観察されず、細胞分裂期終了後に斜向かいの2細胞のペアが前後にずれる様子が観察された。ゴニウム、テトラバエナの胚発生ではアストレフォメネの細胞分裂期にみられるような娘原形質体の回転や、ボルボックス科の細胞分裂期終了後にみられるような細胞の葉緑体端の突起形成が起こらなかったことより、これら球状群体形成の細胞レベルのメカニズムが、それぞれの系統での球状群体の進化に伴って新規に獲得されたものであることが示唆された。また、アストレフォメネの形質転換系の確立を進め、アストレフォメネの新規RNA-seqデータを利用したアストレフォメネの内在性プロモーター・ターミネーターによる遺伝子発現コンストラクトの作製と、パーティクルガン法によるアストレフォメネ細胞への導入実験を行なった。エレクトロポレーション法では形質転換細胞が得られなかったものの、パーティクルガン法による導入実験でGFP遺伝子をtransientに発現し緑色蛍光を発するアストレフォメネ細胞の作出に成功した。アストレフォメネの全ゲノムの解読にも着手しており、現在までにIllumina HiSeq、PacBio RSIIによるシーケンス、Falconによるアセンブリが進行している。採用第1年度目からのゴニウム、テトラバエナの胚発生の解析と球状群体系統との比較、ボディプラン進化の議論についてはすでに論文にまとめ、BMC Evolutionary Biology誌に投稿している。また、採用第1年度目では細胞内に蛍光色素を入れられるのみで遺伝子の発現がみられなかったアストレフォメネの形質転換系についても、アストレフォメネの新規RNA-seqデータを利用してアストレフォメネの内在性プロモーター・ターミネーターによる遺伝子発現コンストラクトを作製することで、transientに外来遺伝子(GFP)を発現する細胞が得られるまで進展した。加えてアストレフォメネの新規ゲノムデータの構築も進んでおり、総じて本研究課題はおおむね順調に進展していると評価できる。
bFGF遺伝子を導入したヒト脂肪前駆細胞を用いた脂肪組織の再生

bFGF遺伝子導入したVS細胞をin vitroで培養すると核から細胞質にbFGF蛋白を発現してくることが免疫組織染色で確認され、培養上清中にも放出していることがELISAにより認められた。このbFGF遺伝子導入細胞はrecombinantのbFGFを添加した遺伝子非導入のVS細胞と同等の増殖を示し、その増殖促進状態はbFGFの中和抗体により完全に抑制された。また、遺伝子導入後3日目にinsulin、dexamethazoneを含む脂肪分化培地に変更にすると、bFGF遺伝子導入VS細胞も脂肪滴を細胞質内に持つ成熟脂肪細胞へ分化することが観察された。bFGF遺伝子導入VS細胞をtype I collagenをscafoldとしてヌードマウスの背部皮下に移植し、経時的に形態の変化と組織学的な変化を観察した。bFGF遺伝子導入VS細胞を移植したものは、非導入VS細胞にbFGFを徐放化して添加したものと同じように脂肪組織の再生が認められた。以上の結果から、bFGF遺伝子導入したVS細胞は発現したbFGF蛋白がautocrineの機構で作用して増殖し、かつ成熟脂肪細胞への分化能も維持していることが明らかになった。また、その増殖分化の形質はin vivoでも保持され、脂肪組織再生の細胞源として有用である可能性が示された。倫理委員会の承認のもとに術前に患者からの承諾を得て乳癌手術標本から採取したヒト成熟脂肪組織から組織幹細胞を含むvascular-stromal細胞(VS細胞)を分離した。VS細胞はrecombinant bFGF (r-bFGF)を添加すると濃度依存性に増殖し、またアデノウイルスベクターで高率に遺伝子導入が可能であった。そこで、塩基性繊維芽細胞増殖因子(basic fibroblast growth factor : bFGF)の遺伝子を導入し、増殖、分化に与える影響について検討した。MTT assayで検討するとbFGF遺伝子導入したVS細胞はコントロールに比べて遺伝子導入後7、14日で有意に増殖しており、r-bFGFをその増殖促進効果がプラトーとなる100ng/mlの濃度で添加した場合に匹敵した。培養上清中のbFGF濃度はELISA法で計測すると14日まで漸増していた。培養液にbFGFの中和抗体を加えた増殖阻止実験ではr-bFGFを加えた場合と同様にbFGF遺伝子導入されたVS細胞の増殖も完全に抑制されていた。遺伝子導入後3日目にinsulin、dexamethazone等を含む脂肪への分化培地に変更にすると、それ以降の増殖は認められなくなり、培養上清中のbFGF濃度は漸減した。脂肪滴を持ち形態的に脂肪細胞へ分化した面積をNIH imageを用いて計測するとbFGF遺伝子導入群で有意に増加していた。以上の結果から、bFGF遺伝子導入したVS細胞は発現したbFGF蛋白がautocrine機構で作用して増殖していると考えられ、生体に移植した場合、周囲組織に対する影響が少なく、遺伝子導入されても脂肪細胞への分化能を保っており、また、脂肪への分化することで増殖が制御されるので、脂肪組織再生の細胞源として安全で有用であると考えられる。
単一微小油滴インジェクション・蛍光・電気化学法による油/水相間物質移動過程の研究

水相中の(フェロセニルメチル)トリメチルアンモニウムイオン(FcN^+)と界面活剤である直鎖アルキル硫酸イオン(C_nH_<2n+1>OSO_3^-; C_n^- ;アルキル鎖長(n):1113)が単一リン酸トリブチル(TBP)油滴に抽出される過程を単一微小油滴インジェクション-顕微蛍光-電気化学法により測定した。その結果、FcN^+-C_n^-系のイオン対抽出の挙動はnにより大きく異なり、C_<11>^-のイオン対抽出過程は個々のイオンがそのイオン移動自由エネルギーに応じて、両相の電気的中性を満たしながら水相から油相にイオン移動することにより起こる事を明らかとした。また、TBP/水系における界面張力測定の結果から、C_<12>^-,C_<13>^-ではC_n^-の界面濃度がC_<11>^-よりも高くなっていることが示され、界面吸着が抽出挙動に大きく影響していることが示唆された。そこで、界面吸着を考慮した抽出過程のデジタルシミュレーションを行った。油/水界面でイオン対生成が起こり、生成したイオン対が中性種として界面から油相へ移動するモデルを考え、界面でのイオン対生成定数と中性種の界面物質移動速度定数をパラメータとして計算を行うと、n, FcN^+濃度,C_n^-濃度に依らず同一の値で実験値を再現できた。三年間の研究成果から、界面活性能の低いイオンのイオン対抽出過程は個々のイオンの移動であり、一方、界面吸着しやすいイオンの抽出過程は界面吸着量や吸着速度に応じて界面でイオン対を生成し、中性種として油相に移動すると考えられる。さらに、競争的に油相に移動するイオンが存在する場合には、そのイオン移動自由エネルギーや分配比に応じて抽出過程が進行し、イオン交換を伴ったイオン対抽出が起こる事を明らかにした。このようにイオン対抽出過程を速度論的に議論した例はこれまで無く、本研究は油/水界面における物質移動過程を含む研究に新たな知見を与えるものと考えている。単一微小油滴/水系における物質移動過程の研究に、波長400nmの半導体レーザーを励起光源とする顕微蛍光法を新たに導入し、単一微小油滴インジェクション-蛍光-電気化学法を作製した。同法により、水相中のフェロセン誘導体カチオン(FcTMA^+)とヘキサフルオロリン酸イオン(PF^-_6)がリン酸トリブチル(TBP)油滴にイオン対抽出される過程をトリプルポテンシャルステップ法により電気化学的に測定し、速度論的解析を行なった。その結果、イオン対抽出の初速度は水相中のFcTMA^+の濃度にのみ依存し、PF^-_6および水相イオン強度には依存しなかった。さらに、バルク系のイオン移動ボルタンメトリーにより個々のイオンの標準イオン移動電位を評価し、また、導電率測定により抽出平衡時にTBP相でFcTMA^+とPF^-_6が一部解離して存在する事を確認した。これらの結果から、この系においてはイオン対抽出過程が個々のイオンのイオン移動により起こり、その律速段階がFcTMA^+の油/水界面におけるイオン移動である事を明らかにした。続いて、FcTMA^+とアニオン性界面活性剤を用いてTBP/水系でイオン対抽出過程の測定を行なった。イオン性の界面活性物質が存在する系では油水界面への吸着が起こり、上述のような電位ステップを頻繁に行なうような測定手法では安定して測定する事が困難であった。そこで、TBP油滴中に蛍光プローブであるペリレン(Pe)を溶解させておき、TBPに抽出されたFcTMA^+によりPeの蛍光が消光される事を利用してFcTMA^+のイオン対抽出速度を測定した。アニオン性界面活性剤として直鎖アルキル硫酸ナトリウム(C_nH_<2n+1>OSO^-_3Na^+;アルキル鎖長(n):1113)を用いると、n=11の系では抽出初速度は水相中のC_<11>H_<23>OSO^-_3濃度のみに依存したが、n=12およびn=13の系ではFcTMA^+, C_nH_<2n+1>OSO^-_3の両水相濃度に依存した。この結果は、アルキル鎖長によってイオン対抽出メカニズムが異なる事を示しており、TBP/水系でのC_nH_<2n+1>OSO^-_3Na^+存在下での界面張力変化やC_nH_<2n+1>OSO^-_3の標準イオン移動電位を考慮し解析を行なった。中性種の界面物質移動過程であるイオン対抽出過程を速度論的に検討するため、水相中のフェロセニルメチルトリメチルアンモニウムイオン(FcTMA^+)と直鎖アルキル硫酸イオン(C_nH_<2n+1>OSO^-_3;アルキル鎖長(n):1113)が単一リン酸トリブチル油滴に抽出される過程を単一微小油滴インジェクション-顕微蛍光-電気化学法により測定した。得られた油滴内FcTMA^+濃度-抽出時間曲線はn=11とn=12,13では異なり、n=12,13の系では抽出開始数秒程度の鋭い立ち上がりと、それに続く緩やかな増加の二成分から成っていたが、n=11では緩やかな増加のみであった。このようにnによって抽出挙動が変化した事はイオン対抽出メカニズムが異なっている事を示唆していると考えられるため、このアルキル鎖長依存性について詳細に検討した。

n=12,13の系において測定された速い成分は、抽出されたFcTMA^+が電解されることにより生じたFcTMA^<2+>がFCTMA^+に還元された事によるものと考えられるため、遅い成分をイオン対抽出による油滴内FcTMA^+濃度の増加とし、これら二成分の分離を行ない抽出の初速度υを求めた。水相中のFcTMA^+濃度を一定としてC_nH_<2n+1>OSO^-_3濃度を変化させると、υはいずれのnにおいてもC_nH_<2n+1>OSO^-_3濃度の増加と共に直線的に増加した。一方、C_nH_<2n+1>OSO^-_3濃度を一定としFcTMA^+濃度を変化させた場合には、n=12,13の系ではυがFcTMA^+濃度に依存したのに対して、n=11の系ではυはFcTMA^+濃度によらず一定であった。さらに、イオン移動ボルタンメトリー測定および界面張力測定からC_nH_<2n+1>OSO^-_3のイオン移動自由エネルギーと界面吸着を評価した。これらの結果からイオン対抽出はn=11の系では個々のイオンのイオン移動により起こり、n=12,13の系では界面に吸着したC_nH_<2n+1>OSO^-_3が油相に移動する時に電気的中性を満たすために界面近傍の水相に存在するにFcTMA^+が同時に油相に移動することにより起こると考えられる。水相中の(フェロセニルメチル)トリメチルアンモニウムイオン(FcN^+)と界面活剤である直鎖アルキル硫酸イオン(C_nH_<2n+1>OSO_3^-; C_n^- ;アルキル鎖長(n):1113)が単一リン酸トリブチル(TBP)油滴に抽出される過程を単一微小油滴インジェクション-顕微蛍光-電気化学法により測定した。その結果、FcN^+-C_n^-系のイオン対抽出の挙動はnにより大きく異なり、C_<11>^-のイオン対抽出過程は個々のイオンがそのイオン移動自由エネルギーに応じて、両相の電気的中性を満たしながら水相から油相にイオン移動することにより起こる事を明らかとした。また、TBP/水系における界面張力測定の結果から、C_<12>^-,C_<13>^-ではC_n^-の界面濃度がC_<11>^-よりも高くなっていることが示され、界面吸着が抽出挙動に大きく影響していることが示唆された。そこで、界面吸着を考慮した抽出過程のデジタルシミュレーションを行った。油/水界面でイオン対生成が起こり、生成したイオン対が中性種として界面から油相へ移動するモデルを考え、界面でのイオン対生成定数と中性種の界面物質移動速度定数をパラメータとして計算を行うと、n, FcN^+濃度,C_n^-濃度に依らず同一の値で実験値を再現できた。三年間の研究成果から、界面活性能の低いイオンのイオン対抽出過程は個々のイオンの移動であり、一方、界面吸着しやすいイオンの抽出過程は界面吸着量や吸着速度に応じて界面でイオン対を生成し、中性種として油相に移動すると考えられる。さらに、競争的に油相に移動するイオンが存在する場合には、そのイオン移動自由エネルギーや分配比に応じて抽出過程が進行し、イオン交換を伴ったイオン対抽出が起こる事を明らかにした。このようにイオン対抽出過程を速度論的に議論した例はこれまで無く、本研究は油/水界面における物質移動過程を含む研究に新たな知見を与えるものと考えている。