hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
DNAとRNA情報を利用したバイオフィルム定量法構築と医療機材の感染症評価

医療器具利用の問題のひとつに、バイオフィルム形成による感染症の発生・重篤化がある。この防止にはバイオフィルム形成を抑制する材料開発が重要であり、バイオフィルム形成の正確かつ簡便な定量は非常に必要だ。しかし現状では、形成されるバイオフィルムの種類に依らない普遍的なバイオフィルム定量法がない。そこで本研究では、バイオフィルムの構成要素である細菌と対象とし、細菌のRNA発現情報を利用した簡便で正確なバイオフィルム定量方法の構築を目指し、それを利用した医療機材の感染症評価につなげていく。本研究では、バイオフィルム形成モデル細菌としてグラム陽性菌の表皮ブドウ球菌(Staphylococcus epidermidis ATCC35984)とグラム陰性菌の大腸菌K-12株(Escherichia coli K-12)を選定した。また、医療器具では尿路カテーテルを想定し、そのモデル基板としてシリコーン基板を用いた評価系で実験を進めている。なお、バイオフィルム形成実験には、設計・作製したバイオフィルム形成加速装置を用いて行っている。大腸菌および表皮ブドウ球菌の両細胞について、バイオフィルム形成の培養条件(培養時間、培養温度、培地など)を決定したところである。さらに大腸菌については、シリコーン基板上に形成したバイオフィルムから無傷なRNAを抽出し、浮遊状態にある細胞とバイオフィルム形成中の細胞との間でマイクロアレイ解析による遺伝子発現比較を実施した。現在は、データベース(KEGG)情報とマイクロアレイ解析結果を組み合わせながら、バイオフィルム形成に関連のある遺伝子(群)の候補を選択中である。今後は、得られた遺伝子発現情報を利用したバイオフィルム定量法の構築を行い、実際の医療器具に使用する基材について「バイオフィルムの形成のしやすさ」を指標とした感染症評価につなげる。当初の計画では、平成29年度にマイクロアレイ解析が完了している予定だった。しかし、マイクロアレイ解析に使用するためのRNAが解析に必要な量と品質を下回っていたことで、RNAの品質向上と必要量の確保のために培養条件を再検討した結果、マイクロアレイ解析の開始が平成30年の4月にもつれ込み、遺伝子発現解析結果データを得られたのは平成30年の5月となった。その後、研究代表者(本人)が体調不良に伴って入院を余儀なくされ、本研究を2ヶ月近く中断せざるを得ない状況となった。そのため、データ解析に着手できたのは平成30年7月以降となった。実際にデータ解析を始めたところ、計画をはるかに超える遺伝子数(10000以上)の解析が必要であり、データ解析に計画していたよりも多くの時間を費やす結果となり、加えて平成31年の2月以降に体調不良に伴って再び本研究を3ヶ月間中断せざる得ない状況にあったため、現在も解析を続けている状況である。したがって、平成30年度に完成予定だった細菌のRNA発現情報を利用したバイオフィルム定量系が未構築となっている。本研究は、バイオフィルムの構成要素である細菌と対象とし、細菌のRNA発現情報を利用した簡便で正確なバイオフィルム定量方法の構築を目指している。さらに、その定量法を利用した医療機材の感染症評価を行うものである。そのため、細菌のターゲットを大腸菌に絞りこみ、RNA発現情報を利用したバイオフィルム定量方法の構築を行っていく。ここで重要となるのは、マイクロアレイ解析結果に基づく複数のバイオフィルム関連遺伝子(群)の選定である。現在、対象としている大腸菌K-12株に関しては、データベースKEGGにてバイオフィルム代謝経路の情報があり、加えて、マイクロアレイを利用したバイオフィルム形成関連遺伝子情報が、数報の論文で報告されている。これらを利用して本研究のマイクロアレイ解析結果のデータ解析を終了させ、それを元にして定量PCR系を構築していく。なお、定量PCRに関しては既存の装置を利用し、これまでに培った実験技術で行っていく計画である。医療器具利用の問題のひとつは、バイオフィルム形成による感染症の発生・重篤化である。この防止のためにバイオフィルム形成を抑制する材料開発は極めて重要であり、その際に、バイオフィルム形成を正確かつ簡便に定量化する必要がある。しかし現状では、形成されるバイオフィルムの種類に依らない普遍的なバイオフィルム定量化法がない。そこで本研究では、バイオフィルムの構成要素である細菌を対象として、細菌の有するDNAやRNA発現情報を利用した簡便かつ正確なバイオフィルム定量方法の構築を目指している。本研究では、バイオフィルム形成のモデル細菌として大腸菌(Escherichia coli K-12株)と表皮ブドウ球菌(Staphylococcus epidermidis ATCC35984)を選定し、細胞バンクから購入した。また、医療器具の中でも尿路カテーテルを想定し、その素材として利用されることの多いシリコーン基板をモデル素材とした。さらに、シリコーン基板上でのバイオフィルム形成を加速させる目的で、バイオフィルム形成加速装置を設計・製作しし、各細菌についてバイオフィルム形成試験を実施した。この時、バイオフィルム定量には既存のクリスタルバイオレット染色法を使用し、バイオフィルムの同定にはラマン分光分析法によるバイオフィルム成分の検出を利用した。その結果、大腸菌について、バイオフィルム形成の培養条件(時間、温度、回転速度)を決定し、シリコーン基板上に形成されたバイオフィルムから無傷なRNA抽出に成功した。今後は、得られたRNAを用いてマイクロアレイ解析を実施し、バイオフィルム形成に関連のある遺伝子(群)の候補を決定し、データベース情報とを組合わせてRNA発現情報を利用したバイオフィルム定量法に取り組む。一方、表皮ブドウ球菌については、現在、バイオフィルム形成の培養条件を設定している段階である。

当初の予定(平成29年10月完成)に比べて、バイオフィルム形成加速装置の製作に時間がかかった(平成29年11月末)ことにより、本装置を利用したバイオフィルム形成試験の実施が遅れた。さらに、大腸菌におけるマイクロアレイ解析の際、得られたRNAは、マイクロアレイ解析に必要な量と品質を下回っており解析不可能となったため、RNAの品質向上と必要量の確保のために培養条件を再検討に時間を費やす結果となった。これにより、マイクロアレイ解析の開始が平成30年の4月にもつれ込んでしまった。一方、当初は表皮ブドウ球菌によるバイオフィルム形成試験については平成30年度から開始予定であったが、前倒しし、バイオフィルム形成加速装置を用いたバイオフィルム形成試験の条件を決定することができた。医療器具利用の問題のひとつに、バイオフィルム形成による感染症の発生・重篤化がある。この防止にはバイオフィルム形成を抑制する材料開発が重要であり、バイオフィルム形成の正確かつ簡便な定量は非常に必要だ。しかし現状では、形成されるバイオフィルムの種類に依らない普遍的なバイオフィルム定量法がない。そこで本研究では、バイオフィルムの構成要素である細菌と対象とし、細菌のRNA発現情報を利用した簡便で正確なバイオフィルム定量方法の構築を目指し、それを利用した医療機材の感染症評価につなげていく。本研究では、バイオフィルム形成モデル細菌としてグラム陽性菌の表皮ブドウ球菌(Staphylococcus epidermidis ATCC35984)とグラム陰性菌の大腸菌K-12株(Escherichia coli K-12)を選定した。また、医療器具では尿路カテーテルを想定し、そのモデル基板としてシリコーン基板を用いた評価系で実験を進めている。なお、バイオフィルム形成実験には、設計・作製したバイオフィルム形成加速装置を用いて行っている。大腸菌および表皮ブドウ球菌の両細胞について、バイオフィルム形成の培養条件(培養時間、培養温度、培地など)を決定したところである。さらに大腸菌については、シリコーン基板上に形成したバイオフィルムから無傷なRNAを抽出し、浮遊状態にある細胞とバイオフィルム形成中の細胞との間でマイクロアレイ解析による遺伝子発現比較を実施した。現在は、データベース(KEGG)情報とマイクロアレイ解析結果を組み合わせながら、バイオフィルム形成に関連のある遺伝子(群)の候補を選択中である。今後は、得られた遺伝子発現情報を利用したバイオフィルム定量法の構築を行い、実際の医療器具に使用する基材について「バイオフィルムの形成のしやすさ」を指標とした感染症評価につなげる。当初の計画では、平成29年度にマイクロアレイ解析が完了している予定だった。
脊髄損傷細胞死におけるGluR2の関与について

脊髄スライスに酸素・グルコース除去の虚血モデルを適応し、脊髄虚血が脊髄前角・後角細胞に与える影響を検討した。脊髄後角細胞に比べて前角細胞は虚血耐性が低かった。さらに前角細胞で虚血下での低温保護作用を検討したところ、保護作用を認めた。次にグルタミン酸受容体拮抗薬であるCNQX(10μM)とAP-5(50μM)の存在下に、虚血負荷を行った。虚血負荷開始から緩徐な内向き電流及び急峻な内向き電流が発生するまでの平均潜時はグルタミン酸受容体拮抗薬の非存在下と比較して有意に延長した。しかしながら、CNQX(10μM)とAP-5(50μM)の存在下における虚血負荷により発生する緩徐な内向き電流及び急峻な内向き電流の傾きは、それぞれグルタミン酸受容体拮抗薬の非存在下と比較して有意差は認められなかった。脊髄前角細胞からホールセル・パッチクランプ記録を行うと、自発性の興奮性シナプス後電流が観察された。グルタミン酸受容体拮抗薬である6-cyano-7nitrquinoxaline-2,3-dione (CNQX;10μM)ならびにD(-)-2-amino-5-phosphonopentanoic acid(AP-5;50μM)の存在下において、sEPSCは完全に消失することから、sEPSCはグルタミン酸を介する興奮性シナプス応答であった。グルタミン酸受容体拮抗薬であるCNQX (10μM)とAP-5(50μM)の存在下に、36±0.5°Cにおいて虚血負荷を行った。虚血負荷開始から緩徐な内向き電流及び急峻な内向き電流が発生するまでの平均潜時は、それぞれ305.0±17.6秒(24細胞)、478.3±18.8秒(24細胞)であり、グルタミン酸受容体拮抗薬の非存在下と比較して有意に延長した。しかしながら、CNQX(10μM)とAP-5(50μM)の存在下における虚血負荷により発生する緩徐な内向き電流及び急峻な内向き電流の傾きは、それぞれ0.38±0.05pA/s(24細胞)、3.43±0.79pA/s(24細胞)で、グルタミン酸受容体拮抗薬の非存在下と比較して有意差は認められなかった。幼弱ラットから厚さ500μmの脊髄横断スライス標本を作製し、酸素負荷した人工脳脊髄液を灌流した。前角細胞および後角細胞からパッチクランプ記録を行い、膜電位を-70mVに電位固定した。記録が安定した後、酸素とグルコース除去した人工脳脊髄液を灌流し(実験的虚血負荷)、前角細胞および後角細胞が細胞死に至るまでの電気応答を記録した。全ての記録細胞において、実験的虚血負荷数分後に内向き電流(脱分極応答)が発生した。この内向き電流は、傾きが緩徐な内向き電流と引き続いて発生する急峻な内向き電流で構成されていた。虚血負荷を継続すると、記録膜電流は急峻な内向き電流の発生後まもなく不安定となり、全ての記録細胞は細胞死に至った。虚血負荷開始から急峻な内向き電流発生までの潜時を前角細胞と後角細胞で比較すると、前角細胞において潜時は有意に短かった。細胞膜の表面積をあらわす膜容量を測定すると、前角細胞の平均膜容量は後角細胞より有意に大きかった。興味深いことに、前角細胞において膜容量と虚血負荷開始から急峻な内向き電流発生までの潜時は有意な負の相関関係がみられたが、後角細胞では有意な相関関係は見られなかった。急峻な内向き電流の振幅を前角細胞と後角細胞で比較すると、前角細胞において急峻な内向き電流の振幅は有意に大きかった。さらに、虚血負荷による急峻な内向き電流の発生後に正常人工脳脊髄液を再灌流して、脊髄前角細胞と後角細胞の回復率を比較した。脊髄前角細胞は後角細胞より回復率が低い傾向を認めた。脊髄虚血とグルタミン酸の関与を脊髄前角細胞で調べた。まず、脊髄前角細胞からホールセル・パッチクランプ記録を行うと、自発性の興奮性シナプス後電流(sEPSC)が観察された。グルタミン酸受容体拮抗薬である6-cyano-7nitrquinoxaline-2, 3-dione(CNQX; 10μM)

ならびにD(-)-2-amino-5-phosphonopentanoic acid(AP-5; 50μM)の存在下において、sEPSCは完全に消失することから、sEPSCはグルタミン酸を介する興奮性シナプス応答であった。次にCNQXとAP-5の存在下に、36±0.5°Cにおいて酸素とグルコース除去した人工脳脊髄液を灌流し、実験的虚血負荷を行った。実験的虚血負荷数分後に内向き電流(脱分極応答)が発生した。この内向き電流は、傾きが緩徐な内向き電流と引き続いて発生する急峻な内向き電流で構成されていた。虚血負荷開始から緩徐な内向き電流及び急峻な内向き電流が発生するまでの平均潜時は、それぞれ305.0±17.6秒(24細胞)、478.3±18.8秒(24細胞)であり、グルタミン酸受容体拮抗薬の非存在下と比較して有意に延長した。しかしながら、CNQXとAP-5の存在下における虚血負荷により発生する緩徐な内向き電流及び急峻な内向き電流の傾きは、それぞれ0.38±0.05pA/s(24細胞)、3.43±0.79pA/s(24細胞)で、グルタミン酸受容体拮抗薬の非存在下と比較して有意差は認められなかった。次に急峻な内向き電流発生までの潜時を前角細胞と後角細胞で比較すると、前角細胞において潜時は有意に短かった。急峻な内向き電流の振幅を前角細胞と後角細胞で比較すると、前角細胞において急峻な内向き電流の振幅は有意に大きかった。さらに正常人工脳脊髄液を再灌流して、脊髄前角細胞と後角細胞の回復率を比較すると脊髄前角細胞は後角細胞より回復率が低い傾向を認めた。
日本海深海底コアの高密度な放射化分析によるアルカリ岩質テフラ降下履歴の高感度検出

地球温暖化の将来予測に有用な古環境復元の精密年代軸として注目されるクリプトテフラ(肉眼では検出不可な希薄な火山灰層)の高感度な検出法として、放射化分析法による地層の高密度な微量元素分析が有効であると実証した。十数本の日本海海底コア中の最大過去十五万年間の堆積物を走査し、5つの新しい指標となるテフラを検出し年代推定を行い、欝陵島(韓国)と白頭山(中朝国境)から飛来する降下火山灰の履歴を構築にした。火山の巨大噴火からの放出物で、離れた場所の堆積層中に挟まれた火山灰層(広域テフラ)は広い地域内での厳密な同一時間面を示す鍵層として貴重な情報である。日本の広域テフラの中で、大陸火山起源のアルカリ岩質テフラは韓国の鬱陵島付近と中国国境の白頭山からの放出物に限られる。ただし、約1万年前に降下した鬱陵隠岐テフラ(U-Oki)など以外は、これらの火山噴火の規模は小規模なため、肉眼では検出できないほど薄い未知の層が数枚以上あるとされているが、ほとんどわかっていない。豊田ら(投稿中)は初めて放射化分析を用いて、琵琶湖コアからU-Okiテフラよりさらに数百年前のアルカリ岩質テフラの降下事件を検出した。本研究では放射化分析により日本海全域における過去10万年間のアルカリ岩テフラの降下履歴と分布域を調べる事を目的としている。平成17年度は、産業総合研究所の池原博士(本研究計画の分担者)により採取された日本海南域の5地点のコア中の数千年前から1万数千年前の堆積年代層について、1cm毎に試料を分取して分析に供した。平成17年秋に、本研究費補助金でガンマ線半導体検出器システムを本研究院地下に設置させていただいたおかげで、1ヶ月に約二百試料の分析が可能になった。一つのコア(GH87-2-KT)からはU-Okiより約2千年前の上位の層に化学的な異常が検出された。この異常層から分離した火山ガラス粒をChun博士(本研究計画の協力者)が走査電顕で化学分析した結果、鬱陵島系の起源テフラであると確認された。別のコア(GH872-308)からは、U-Okiのすぐ下位の層に異常が検出され、琵琶湖コアで検出された異常層と同じテフラと推測している。この層についても走査電顕での化学分析を依頼している。また鬱陵島南方のGH-86-2コアからは異常が見いだせなかったが、あとの2本のコアからは異常の検出が期待される。離れた場所の堆積層中に挟まれた同一の火山灰層は広い地域内での厳密な同一時間面を示す鍵層として貴重な情報である。日本の広域テフラの中でも、特殊な化学成分を持つ大陸火山起源のアルカリ岩質テフラは韓国の鬱陵島と中国国境の白頭山からの放出物に限られる。さらに、約1万年前の鬱陵隠岐テフラ(U-Oki)と約千年前の白頭山苫小牧(Bm-T)以外の噴火は小規模なため、肉眼では判別できないほど薄い未知の層(クリプトテフラ)が多数枚あると想像されているにすぎない。本研究では放射化分析によりクリプトテフラを検出して、日本海全域における過去10万年間のアルカリ岩テフラの降下履歴と分布域を調べる事を目的としている。平成17年度には、琵琶湖と水月湖の堆積物コアからU-Okiよりさらに数百年前の層から化学的異常層を検出した(JQSという学術雑誌に投稿中)。平成18年度には、日本海南部の4本のコア中の、前述の湖コアで検出された層に対応すると思われる異常層の試料中から抽出したテフラ粒をEPMA測定する事で、その層の異常が確かにアルカリ岩質テフラの降下事件に由来する事を証明した。また、約8千年前の鬱陵島の噴火に対応すると考えられる異常層を検出して、EPMAでその推論の正しいことを確認した。さらに、本手法はアルカリ岩質テフラだけでなく、約7千年前に降下した非アルカリ岩質の鬼界アカホヤ(K-Ah)のクリプトテフラ検出にも有効である事を示した。これらの成果はApplied Geochemistryという学術雑誌に投稿準備中である。他にも、日本海南部コア中の過去2万年前9万年前の層からは数回の鬱陵島由来の異常層を検出した。また、日本海北東部域の5つのコアからは、約3万年前の白頭山起源と考えられるテフラを含めて数回の異常層が検出されており、次年度ではこれらの試料中からテフラ粒を抽出して詳しく検討する。遠く離れた場所の堆積層中に挟まれた同一の火山灰層は、広い地域内での厳密な同一時間面を示す鍵層として、学問上貴重な情報となる。そのため最近注目されているクリプトテフラ(肉眼では判別できないほど薄く隠れた火山灰層)の検出法として、本研究では放射化分析が有効な手段であることを提唱している。

本補助金で構築させていただいたシステムを活用して、日本海南海域で採取された堆積物コア5本の合計12m長について連続的に微量元素分析をおこない、韓国・鬱陵島起源と考えられる、完新世でのいくつかのアルカリ岩質クリプトテフラ層を検出できた。さらに放射化分析で化学的異常が検出されたそれらの層の試料からシルト粒子を分離して、顕微鏡観察とEPMA分析から細粒のアルカリ岩質テフラ粒子の希薄な混入を確認できた。0.2mm以上の大きさのテフラ粒子が2割以上含まれる層では、肉眼でもテフラ層と認識できるが、本研究で検出された層中のテフラ粒子は数十マイクロメーター以下で、テフラ成分2%の混入率の層も検出できた。これらの成果は近くG.C.A.という学術雑誌に受理される見通しである。同様な放射化分析の結果は琵琶湖コアなどでも検出されて、その内容をJ.Q.S.という学術雑誌に投稿したが、分析試料の枯渇で異常層中のテフラ粒子の混入を確認できてないことを理由に却下された。そこで昨年度に回収された琵琶湖のコア試料についても異常層の検出をおこない、その中のテフラ粒子の存在を確認した上で、再投稿する。さらに日本海南部コア中の過去2万年前9万年前の層からは数回の鬱陵島由来の異常層を、日本海北東部域の5つのコアからも、白頭山起源の異常層が検出した。これらの異常層中から抽出したテフラ粒中の火山ガラスを放射化分析して、噴火毎でのガラス中の化学組成の相違から層序の対比を行い、その結果を国際学術雑誌に投稿する予定である。遠く離れた場所の堆積層中に挟まれた同一の火山灰層は、広い地域内での厳密な同一時間面を示す鍵層として、学問上貴重な情報となる。そのため最近注目されているクリプトテフラ(肉眼では判別できないほど薄く隠れた火山灰層)の検出法として、本研究では放射化分析が有効な手段であることを提唱した。本補助金で構築させていただいたシステムを活用して、昨年度までに、日本海堆積物中の微量元素の連続垂直分布の測定が、アルカリ岩質クリプトテフラの検出に特に高感度である事を示した。本年度では、日本海南部から日本海東北部にかけての複数のコアを用いて、第四紀後期中に日本に降下したアルカリ岩質テフラ層をすべて走査して、検出したテフラ層内から抽出した火山ガラスの分析から、供給火山と噴火毎での化学組成の相違を見つけ出した上で、対比をおこない、明暗色互層の年代とも比較して、より精密なテフラ層序を確立する事を目的とした。本手法を用いて、東北地方西岸の4つの日本海コア内における39万年前の年代での層を走査したところ、U-Ymテフラを含む2層の鬱陵島系テフラ(約3.8万年前と約6.1万年前)とB-Jテフラを含む3層の白頭山系テフラ層(約5.1万年前、約6.8万年前と約8.7万年前)が、それぞれ3つのコアから検出された。検出層から抽出した火山ガラス中の主成分・微量元素の定量を行い、噴火ごとの化学成分の違いを特定しつつある。コア間での各テフラ層の対比をおこなう事で、試料コア中の不明瞭な明暗色互層の年代も一部確定する事ができた。さらに北海道西岸の2つの日本海コア内の315万年前の層について同様に走査したところ、B-VテフラやB-Jテフラを含む6層の白頭山系テフラ層が検出されており、白頭山の詳しい噴火履歴を再現できる事を明確にできた。
有機金属原料を用いたシンクロトロン放射光励起によるII-VI族化合物半導体の低温成長

実験は,分子科学研究所極端紫外光施設の専用ビームライン(BL4A,白色光)で実施し,結晶成長に対しては自作した装置(成長装置,特殊な差動排気装置,ガス導入システム,排ガス処理装置)を利用し,原料の吸着,分解状態の観察は,既存の表面分析装置を用いて行った。成長実験の場合,原料としてDEZn,DETe,DESeをキャリアガスとしてH_2をそれぞれ使用し,同時供給ガスフロー法と交互供給法の2つの供給方式でGaAs(100)面基板上へのZnTe,ZnSeの成長を実施した。その結果,励起光源としてシンクロトロン放射光(SR光)を用いると,供給法によらず室温でのエピタキシャル成長が可能となること,膜中へのC汚染は殆んど見られないこと等の特有の低温結晶成長が実現できることを実証した。各種成長条件(基板温度,原料供給量,VI/II比,窓材の有無等)と成長速度の関係,成長膜の厚さ分布と光強度分布との関係等を詳しく調べ,表面励起過程が重要であること,高い効率(量子効率0.7%以上,成長効率2804300μm/mol)が室温成長において得られること,150nm以上の波長の光は成長に寄与しないこと等を明らかにした。また,交互供給法により,マクロ的に見てもミクロ的に見ても良好な表面状態を有するエピタキシャル膜が室温で実現できること,更に原料供給量に対し成長速度がZnTe単分子層に相当する量で完全に飽和することを見いだしており,励起光源としてSR光を用いることにより室温でのALE成長の可能性を実証した。原料の吸着,分解状態の観察に関しては,今の所,GaAs(100)基板上のDEZn吸着層へのSR光照射効果をXPSで調べたに過ぎない。しかしながら,SR光照射によりDEZnは-150°Cにおいても分解されること,Cは脱離し,表面に殆んど残らないこと等のSR光の有用性がミクロ的なレベルからも少しづつ明らかとなっており,本結晶成長を理解する上で有益な知見が得られている。
電極‐電解液界面における電子移動を解析するための新規理論手法開発

(1)電極電解液界面を調べるにあたり重要である、固体電極の電子応答とその理論的取扱いについて取り組んだ。従来の方法では、電解液との相互作用によって電極の電荷分布が変わる効果を記述することは出来ていたが、その理論的裏付けが不十分であるか、酸化還元過程を調べるにあたり必須であるエネルギーの評価の仕方に問題があった。そこで本研究では、電解液との相互作用に対して応答する電極の理論を化学ポテンシャル平衡法に基づき定式化し、より優れた形で電極電解液界面を記述することを可能にした。系のエネルギーも不明な点なく求めることが出来るため、これまで困難であった界面での反応過程を扱うことを可能にしたと言える。本手法は固体電極の電子応答を半古典的に扱うため、電子を顕に扱う第一原理計算に比べて圧倒的に計算コストが低く、電解液の存在のため重要となる十分な統計サンプリングも可能である。またこの定式化は固体電極一般に適用出来る可能性があり、扱える系を大幅に拡げられる可能性がある。(2)電子移動において重要な量である電子カップリングを求めるための理論計算手法の考案に取り組んだ。電子カップリングを定量的に評価することは小さめの分子ですら難しく、大きな分子系ともなるとほぼ不可能ですらある。新たに考案した手法に基づくと、比較的容易に実行出来る量子化学計算手法を用いて、大きな分子についても電子カップリングを定量的に評価することが出来た。電極電解液界面の新規手法については、ケンブリッジ大学のM. Sprik教授とのディスカッションを通じて内容を深めていったため、予想よりも時間を要した。電子カップリングの方法考案については、当初考えていなかったアイデアが途中で出てきたため取り組みが遅くなった。まず上記の2つの方法についてまとめ論文として投稿する。その後、計画していた電極電解液界面での電子移動反応を記述するためのQM/MMベースの方法を完成させる。固体電極の電子状態に対する新たな記述の仕方を考えつつ、計画二年目以降の内容に取り組む。次年度、海外の研究室で研究を進めることにしたことで、そのための予算を確保するために使用額を出来うる範囲で絞ったので。次年度はこの予算を用いて海外の研究室に滞在して研究を進める。
現代日・韓の酒宴歌謡の比較研究

日韓の古代から現代までの酒宴文化や酒宴歌謡を音数率とそのテーマに分けて調べてきたものを日本と韓国のそれぞれの国全体の文化の特徴の観点からまとめてみた。日本文化の特徴としては特殊日本文化論、普遍日本文化論、イデオロギー日本文化論に分けて考察し、韓国文化の特徴としては儀式の文化、享楽の文化、情けの文化、儒教文化、ハン(恨み)の文化として考察を試みた。また、その中から日韓文化の相違点を日本の個別的・分析的な面と韓国の総合的・総体的な面をそのベースなる相違点として指摘してみた。それから、現代の日韓の大衆文化や大衆歌謡の特徴と傾向を現代の若者の文化の享受の仕方と歌謡の傾向などを踏まえてまとめてみた。特に、現代ポップスの中の文化的な面はイデオロギー日本文化論と関連が深いと思われる。特に、現代社会は利益などのような現実的な面と文化だけではなくて、文化の背景の政治や経済などの影響と結びついて、かなりイデオロギー的な面が重んぜられている。そして、日韓文化の特徴を東アジア文化論という視野から東アジア文化の定義や研究方向などをまとめてみた。中国文化の影響の下でそれぞれの国と文化を成し遂げて来たと言っても過言ではない。古代において東アジアの文化は一つでありながら多数だったのに比べ、現在は多数に分かれているだけであると言える。こういう東アジア文化論は歌謡を含む口承文学は巨視的な観点から把握すれば、自国文学でありながら東アジア文学であり、自国文学は自国民族文化と東アジア文明の両面性を持っているように思われる。こういった側面から日韓文化や歌謡のあり方を東アジア学問の伝統の継承や東アジア文化交流と歌謡の役割の2項目に分けて考察してみた。全体的に古代から近代までの日韓酒宴歌謡は、韓国の酒宴歌謡は日本のように主人側とお客側の歌の区分がない。また、日本の酒宴歌謡で一般的に歌われる始め歌・お客誉め歌・送り歌・立歌・鼻歌にあたるものは見られない。酒宴と歌謡を歌われる場を中心として労働と祝いの場においての性格を考察してみた。また、酒宴と歌謡との関係についても考察をしてみた。この中で、古代から現代までの歌謡と社会的な働きや酒宴儀式などの文化的な面は日韓共通的な面が見えた。古代歌謡の現代歌謡への伝承の面を現在のところで指摘すると日韓それぞれ次のようになる。◆日本代表的な近世調を現代の演歌の中から調べてみると7575調、7775調、7777調の順に見えた。また、現代演歌の特徴として、9798調、77105調、108108調、99調などのような音数率も見えた。現代日本の演歌の中には日本の近世歌謡の中の儒教的な内容の歌謡と枝は栄える葉もしげる、花のお江戸、親の意見と冷や酒は飲んだらあとからきくものさ、恋蛍などの代表的な近世歌謡の一部か近世歌謡の中によく見える言葉が見える。これからの研究ではこれらのことをもっと具体的に考察して行きたい。日本の古代酒宴歌謡のテーマを調べてみると酒自体に関するもの、肴に関するもの、酒徳や効果に関するものが、お酌取りと祝いの内容の順に見えた。◆韓国酒宴歌謡の構造として勧酒歌と謝酒歌の場合には「導入部1・2」「展開部」「終結部」に分けて考えることができ、「構造1」と「構造2」が一番多く見られた。騒ぎ歌の場合には多様な内容の歌が歌われていた。それらは「導入部」「展開部」「終結部」に分けて考えることができ、その中で目的の内容が終結部に表れている「構造1-b」がもっとも多く見られた。次に、古代歌謡の現代歌謡への伝承の面で、まず、韓国の古代歌謡と日本の演歌にあたるTrotとの関係を調べたところ古代からの伝統的な音数率である4444調はTrotの中では、4444調、3444調、4454調、4544調、4434調の順に見えた。また、特徴として古代では見られなかった133調、3232調、343調、424調などのような音数率も見えた。また、古代韓国酒宴歌謡のテーマを調べてみると享楽主義、恋に関するもの、性に関するもの、恨みの内容の順に見えた。

中国文化の影響の下でそれぞれの国と文化を成し遂げて来たと言っても過言ではない。古代において東アジアの文化は一つでありながら多数だったのに比べ、現在は多数に分かれているだけであると言える。こういう東アジア文化論は歌謡を含む口承文学は巨視的な観点から把握すれば、自国文学でありながら東アジア文学であり、自国文学は自国民族文化と東アジア文明の両面性を持っているように思われる。こういった側面から日韓文化や歌謡のあり方を東アジア学問の伝統の継承や東アジア文化交流と歌謡の役割の2項目に分けて考察してみた。
傷害察知と連携したHGF受容体シグナル変換ON/OFFを介した再生制御機構の研究

(1)LARによるチロシン脱リン酸ヒを介したHGF/c-Metスイッチ制御肝細胞の増殖は細胞間接着によって制御され、高細胞密度ではHGF刺激を加えても細胞増殖は起こらない。この現象は臓器恒常性維持のための重要な分子機構であると言える。ラット初代培養肝細胞を用いた解析から、高細胞密度下ではHGFによるc-Metのリン酸化は引き起こされるが、リン酸化状態が持続しないことを見出した。さらに、c-Metのチロシン脱リン酸化を担うフォスファターゼとしてLARを同定した。LARの発現は細胞密度依存的に高まり、HGF刺激によってc-Metと結合能を獲得する事が明らかとなった。以上の成果はJ-Biol-Chem.281:8765-8772(2006)に報告した。(2)障害モデルにおける内因性HGF/c-Met活性化機構の生理的意義総胆管結紮マウスを用い、肝炎病態における傷害組織でのc-Met活性化の生理的機能を解析した。総胆管結紮後2-4日目にはHGFの産生上昇とともに肝細胞にc-Metシグナルが伝送されることにより細胞死が抑制できることが明らかとなった。以上の成果Am-J-Physiol.292:G639-G646(2007)に報告した。(3)Juxtamembrane領域を欠失する変異c-Met(ΔJxt-Met)を発現するノックインマウスの作成c-Metの活性化制御にはJuxtamembrane領域に存在するセリン残基のリン酸化が重要であることが分かっている。また、Juxtamembrane領域を欠失する変異c-Metはスプライシングバリアントとして生体内に存在する。そこで、生体におけるJxt領域の機能を解析するためにΔJxt-Metのみを持つノックインマウスを作成した。ホモマウスは生まれてくるが、発育不全で体が小さく生後数時間以内に死亡した。現在、異常組織を明らかにするため病理学的解析を進めている。I. LARこよるチロシン脱リン酸化を介したHGF/Metスイッチ制御細胞増殖におけるcontact inhibitionの分子機構解明は癌悪性化予防のみならず生物学的基盤を構築する上で重要な意義を持つ。以上の観点から、本年度は初代培養肝細胞を用いてHGFの受容体Metのシグナル伝達制御によるcontact inhibitionの分子機構を解析した。1)低密度培養下で肝細胞をHGFで刺激すると、Metチロシンリン酸化の持続とともにDNA合成が高まった。2)一方、高密度培養ではフォスファターゼの誘導に一致してHGFによるチロシンリン酸化は減弱し、これに一致して細胞増殖は制御されていた。3)そこでこのフォスファターゼを分子量の大きさから推測したところ、LARであることを突き止めた。4)高密度培養で培養した肝細胞にLARアンチセンス遺伝子を導入したところ、Metチロシンリン酸が維持され、confluentな状態にも関わらず細胞増殖が持続する事が判明した。私達は培養細胞を用いた研究からMet-juxtamembraneドメイン(Met-JM)のある985番目セリンがMetチロシンリン酸化を制御しうる事を明らかにしていた。しかしながらMet-JM領域が生体組織にどのような生理的機能を持っているかについては不明であった。そこの本年度は個体発生に対するMet-JM領域の機能を明らかにすべく、Met-JM領域欠損マウスの作成に着手した。

1)ターゲッティングベクターを作成、ES細胞にエレクトロポレーション法により導入し、サザン解析によりMet-JM変異体ポジティブクローンを選択した。2)このES細胞をマウス受精胚にマイクロインジェクションし、胚卵管移植によりキメラマウスを得た。3)キメラよりヘテロマウスを作成、ヘテロ同士の交配よりホモ、ヘテロ、ワイルドマウスの個体を得た。肝細胞の増殖能は細胞間接着によって制御され、高細胞密度ではたとえ肝細胞増殖因子HGFをあたえても細胞増殖は起こらない。この現象は健常な肝組織の組織構造や機能を保証するための重要な分子機構であるといえる。このメカニズムについてこれまでに、高細胞密度の培養下では細胞膜貫通型チロシンホスファターゼLARがHGF受容体Metチロシンキナーゼの活性化を抑制するためであることを明らかにし、報告した。今回さらにこのLARの機能がどのようにして細胞密度依存的に発現するのか、その分子機構について詳細な解析を行った。LARは一本のポリペプチド鎖(前駆体型)として合成された後、細胞膜近傍の細胞外ドメインで切断され、生じた2本のペプチド鎖からなるヘテロダイマー(成熟型)として存在することが知られている。このLARのプロセシングは株化培養細胞においてホルボールエステルやカルシウムイオノフォアなどの効果として観察されているが、本来どのような細胞生理的なイベントによりこのプロセシングが制御され、その結果LARにどのような機能的変化を付与するかについては十分解明されていない。そこで初代培養肝細胞を用いてLARのプロセシングにたいするHGF刺激と細胞密度の関係に注目し解析をおこなった。その結果、細胞密度依存的に前駆体型LARの発現が高まり、HGF刺激により成熟型LARにプロセシングされることによってLARはMetとの結合能を獲得することがあきらかとなった。細胞密度依存的な制御は細胞間接着状態を反映していると考えられる。
バクテリオファージの産業利用を目指したファージバンクの構築

細菌に感染するウイルスはファージと呼ばれる。ファージは宿主特異性が高く、細菌叢を乱すことなく標的細菌を選択的に殺菌できる。一方、抗生物質は有用細菌までも殺してしまう上、多剤耐性菌の出現が世界規模で切実な問題となっている。そこで、近年ファージ療法の実用化を目指した研究が盛んになっている。ファージ療法の実現や細菌叢編集等、ツールとしてのファージ利用には生物資源バンクの整備が必須である。本研究では、複数の細菌とファージサンプルを同時(ハイスループット)にスクリーニングする方法を開発し、また実際にファージを単離し、ファージの産業利用を見据えた「有用ファージバンクの構築」を目指す。
不斉中心を多数有する鎖状化合物の短段階合成

本研究では、以下の2つのテーマにおいて、以下の成果を得た。(1)不斉素子を用いる反応の開発申請者が開発した不斉素子(キラルなビニルケテンN, O-アセタール)とアセタールとを同様の条件に付すと、γ-位のメチル基とδ-位のアルコキシ基がsyn体となった成績体を高立体選択的に得る新しい反応を見いだした。また、従来の不斉素子とアルデヒドとの反応で、ルイス酸の量を多くすることにより、γ-位のメチル基とδ-位の水酸基がsynの立体配置になったものが高立体選択的に得られる反応を見いだし、現在論文準備中である。これにより、同じ基質からルイス酸量を変化させるだけで、望みの立体化学を得る方法を確立した。さらに、同じ不斉素子と酸無水物を反応させることによって、立体選択的アシル化反応(1, 6-不斉誘導)が進行することを見いだした。加えて、α-位にメチル基を持たないビニルケテンN, O-アセタールにおいても遠隔不斉誘導反応が実現可能であることを見いだした。(2)中間体から多不斉ポリケチド鎖の合成申請者は上記の反応の元となる、anti選択的反応の成績体において、そのコンフォメーションを利用して、二重結合の立体選択的還元を行い、新たにメチル基の立体化学を望みの立体化学にすることに成功した。また、分子の左右に二重結合を持つ成績体に対して、そのアリルアルコールの二重結合とα,β-不飽和イミドの二重結合を区別し、それぞれ立体選択的に還元することに成功した。すなわち、遠隔不斉誘導反応からこれらの還元反応を経ることにより、短工程で多数の不斉中心をもつポリケチド鎖を構築することに成功した。代表者が見出した遠隔不斉誘導反応は、従来、選択的にアンチ付加体を与えるものであった。本年度、基質を1-ピレニルアルデヒドとした場合にシン体が優先的に得られることを見いだした。嵩高いトリメチルアセトアルデヒドでは付加体は得られず、9-アントラアルデヒドや9-フェナントレンアルデヒド、4-ビフェニルアルデヒドにおいてもアンチ体が優先して得られることから、1-ピレニルアルデヒドの様な平面的かつ奥行きにも広がりをもつ基質のみがシン体を与えることが分かった。この特異な選択性の逆転に注目し、抗腫瘍性物質ベンゾピレノマイシンの全合成に応用した。ベンゾピレノマイシンはベンゾピレン骨格を持つ初めての天然物として単離された化合物であり,これまで合成例が少ないベンゾアントロン骨格を含んでいる。本全合成研究においてはまず、ベンゾアントロン骨格をアントラキノンから簡単に合成する方法を開発した。また、不斉炭素の構築においては、代表者の遠隔不斉誘導反応を用いて高収率で構築した。さらにベンゾアントロンからラジカル環化によってベンゾピレン骨格を合成する方法も実現した。この一連の工程によって、ベンゾピレノマイシンの効率的な不斉合成経路を確立し、当初の目的であった、遠隔不斉誘導反応の新たな一面を引き出しながらのポリケチド類の短工程合成を達成した。加えて、アルデヒドの構造によらず、シン体を選択的に構築する条件も見出した。本年度は、著者が開発した遠隔不斉誘導反応の生成物に対して、二重結合の位置および立体選択的な還元を行って多数の不斉中心を有するポリプロピオネート鎖を短工程で合成することを試みた。著者の開発したL-バリン由来のオキサゾリドンを有するシリルジエノールエーテルと、2-メチル-2-ブテナールとをルイス酸存在下反応させ、(2E,4S,5S,6E)-5-ヒドロキシ-2,4,6-トリメチル-2,6-ジエニル酸のイミド体を単一異性体として合成した。

この化合物に対して、触媒としてRh(cod)(PPh3)2PF6を用いて1,2-ジクロロエタン中で水素添加を行ったところ、非共役二重結合のみ選択的に反応し、(E,4S,5R,6R)-5-ヒドロキシ-2,4,6-トリメチルオクト-2-エニル酸のイミド体を80%(ジアステレオ比12:1)で得た。また、著者のキラルなジエノールエーテルとアセトアルデヒドとの反応成績体の水酸基を都市ル化した化合物に対して、エタノール中、-10°Cにてアルミナ担持パラジウムを用いて水素添加を行ったところ、共役二重結合が反応した還元体を収率70%、ジアステレオ比6:1で得た。以上のように、著者の遠隔不斉誘導反応成績体に対して接触水素添加を用いることにより、短工程で不斉点を多数有するポリプロピオネート鎖を合成できることが示された。特に、共役二重結合と非共役二重結合を区別して還元できることは、本方法が多様な立体化学のポリプロピオネート鎖の合成に適用可能であることを示している。本研究で掲げてきた以下の2つのテーマにおいて、本年度は以下の様な成果を得た。(1)不斉素子を用いる反応の開発申請者が開発した不斉素子(キラルなビニルケテンN,0-アセタール)とアセタールとを同様の条件に付すと、γ-位のメチル基とδ-位のアルコキシ基がsyn体となった成績体を高立体選択的に得る新しい反応が様々な基質に対して進行することを実証した。また、従来の不斉素子とアルデヒドとの反応で、ルイス酸の量を多くすることにより、γ-位のメチル基とδ-位の水酸基がsynの立体配置になったものが高立体選択的に得られる反応についても基質一般性を検証し、現在論文準備中である。これにより、同じ基質からルイス酸量を変化させるだけで、望みの立体化学を得る方法を確立した。さらに、α-位にメチル基を持たないビニルケテンN,0-アセタールにおいても遠隔不斉誘導反応が実現可能であることを見いだした。(2)中間体から多不斉ポリケチド鎖の合成申請者は上記の反応の元となる、anti選択的反応の成績体において、そのコンフォメーションを利用して、二重結合の立体選択的還元を行い、新たにメチル基の立体化学を望みの立体化学にすることに成功した。また、分子の左右に二重結合を持つ成績体に対して、そのアリルアルコールの二重結合と&#61537;&#61484;&#61538;&#61485;不飽和イミドの二重結合を区別し、それぞれ立体選択的に還元することに成功した。すなわち、遠隔不斉誘導反応からこれらの還元反応を経ることにより、短工程で多数の不斉中心をもつポリケチド鎖を構築することに成功した。
仮想コンピューティング実験室によるクラウド型専門教育実習環境とその応用

本研究では,ブレードコンピュータを用いた高密度・高性能計算機群上に専門教育で必要なコンピュータベースの実習環境を仮想計算機として実現することにより,様々な専門教育現場において多数の教員・学生が低コストかつオーダーメードで利用できる「仮想コンピュータ実験室VCL基盤」の構築を目的として(1) VCL基盤の構成・運用(2)教育現場での利活用(3) VCL基盤の応用展開,の3つの軸から「クラウド型専門教育実習環境とその応用」に関する研究開発を行った.本研究では,ブレードコンピュータを用いた高密度・高性能計算機群上に専門教育で必要なコンピュータベースの実習環境を仮想計算機として実現することにより,様々な専門教育現場において多数の教員・学生が低コストかつオーダーメードで利用できる「仮想コンピュータ実験室VCL基盤」の構築を目的として(1) VCL基盤の構成・運用(2)教育現場での利活用(3) VCL基盤の応用展開,の3つの軸から「クラウド型専門教育実習環境とその応用」に関する研究開発を行った.本研究では,名古屋大学の情報サービスに関する中心組織である情報連携統括本部および仮想コンピューティング実験室VCLの構築・運用をすでに行っているNCSUとの強力な連携の下,(1)VCL基盤の構築・運用,(2)情報科学,工学,化学,生物学,数学の教育現場での利活用,(3)VCL基盤の応用展開,の3つの軸それぞれに沿って段階的に研究を推進することを目的としている本年度は,NCSUと同じ機器構成でのVCL基盤を構築することにより,システムの迅速な立ち上げを目指したが,NCSUが運用しているIBM BladeCenter用のプロビジョニングエンジンxCATでのシステム立ち上げは予想以上に困難を極めたため,新たに導入されたVMWare環境による実装に切り替えた.これにより,35台のブレードサーバを用いたVCL環境が本格的に稼働した.その間,NCSUのMladen Vouk教授を招聘し,公開でキックオフシンポジウムを開催するとともに,NCSU訪問を通じて技術交流を深めた.また,アカデミッククラウド環境に関するアーキテクチャ整理を行うとともに,クラウド環境でのソフトウェアライセンス利用を大学・企業の双方で検討するための大学ICT推進協議会の立ち上げに尽力したなお,交付申請時に予定していた各種機関システムとの連携,大規模運用のための基盤ネットワーク調査,実習計画書作成,ユーザビリティ調査等は,VCL環境の立ち上げを優先するために来年度に持ち越しとした本研究では,名古屋大学の情報サービスに関する中心組織である情報連携統括本部およびVCLの構築・運用をすでに行っているNCSUとの強力な連携の下,(1)VCL基盤の構築・運用,(2)情報科学,工学,化学,生物学,数学の教育現場での利活用,(3)VCL基盤の応用展開,の3つの軸それぞれに沿って段階的に研究を推進する.まず,昨年度構築されたVCLに盤の試験運用を行いつつ,個人用データリポジトリ,コース管理システム,大学ポータルとの連携のための認証基盤の構築を行った.その際,IMS Global Learning Consortiumが提供するLearning Tool Interoperability標準での統合を検討した.また,試験運用に合わせて,IPv6での利用や,システムやネットワークのモニタリングを行う準備が整った.教育現場での利活用に関しては,実際の教育現場での利活用の可能性を検討するとともに実習計画書を作成し,それに沿った準備を進めた.VCL基盤の応用展開に関しては,VCL基盤を用いた個人利用特殊アプリケーション利用に関するニーズ調査について,米国で行われている同様の調査であるCampus Computing Projectに関する調査を行った.3月には,研究分担者との会合を開催し,計画が遅れ気味に進んでいる状況を共有するとともに,来年度に向けた研究計画の議論を行った.なお,ボトルネックなどのシステム解析およびVCLのユーザビリティに関する調査については,VCL基盤システムの実運用まで至らなかったため,来年度に持ち越すこととした.また,基幹システムとの統合についても,研究代表者の異動に伴い,名古屋大学の基幹システムとの統合ができなくなったため,別途構築中の東海アカデミッククラウドとの統合を模索する予定である.本研究では,ブレードコンピュータを用いた高密度・高性能計算機群上に専門教育で必要なコンピュータベースの実習環境を仮想計算機として実現することにより,様々な専門教育現場において多数の教員・学生が低コストかつオーダーメードで利用できる「仮想コンピュータ実験室(Virtual Computing Laboratory, VCL)基盤」の構築を目的として,(1) VCL基盤の構成・運用,(2)情報科学,工学,化学,生物学,数学の教育現場での利活用,(3) VCL基盤の応用展開,の3つの軸から「クラウド型専門教育実習環境とその応用」に関する研究開発を行ってきた.まず,これまで段階的に進めてきた3つの軸に沿った各研究の成果をとりまとめるため,(1)計算機リソース基盤,(2) VCL基盤,(3)貸出仮想計算機,(4)アクセス手段,の4つの技術的なレイヤと(a)管理者支援,(b)利用者支援の2つの支援体制に沿ってVCLサービスの提供に必要なコンポーネントを分解したVCLサービス階層モデルを導入した.これにより,これまでのVCLサービスの変遷と課題を整理するとともに,「大学教育の情報化」の観点から今後の方向性をまとめた.また,成果を社会に発信するための公開シンポジウムを2013年3月21日に名古屋大学情報基盤センターにて開催し,九州大学におけるVCLの取り組みと対比しながらVCLによるクラウド型専門教育実習環境の今後について議論を深めた.特に,実習用仮想計算機環境を科目ごと・担当教員ごとに準備していては開発・保守コストが非常に高くなってしまうため,仮想計算機イメージのコミュニティでの共有化の必要性が認識された.

人的リソース不足のため,VCL基盤システムの運用ノウハウの蓄積が進まず,実運用のサービス提供ができる状況まで進めることができなかった.24年度が最終年度であるため、記入しない。4月に開催されるInternational IBMC loud Academy Conference出席のため,NCSUを訪問するとともにVCL関係者に会うことができるので,それをきっかけにVCL最新版での運用に関するよう情報やベストプラクティスの情報収集を進める.24年度が最終年度であるため、記入しない。
生体膜を利用した高効率・塩分濃度差直接発電に関する基礎研究

ナトリウムイオンを選択的に透過する生体膜を用いて、高効率な塩分濃度差発電を実現するための基礎研究を行うことを目的として、直接発電の実験的フィジビリティスタディならびに数値シュミレーションによる出力・効率解析を行った。実験では、直径100μmの単孔に張った脂質二重層膜にナトリウムイオンチャネルとしてグラミシジンAを分散させ、その両側に淡水と塩水を配置して、電圧ならびに電流を計測した。その結果、開放起電力は約180mVであったほか、グラミシジン濃度の二乗に比例して電流量が増加することが示され、生体膜により塩分濃度差発電を行い得ることが確認された。ただし、その電流密度は0.04A/cm2程度であり、さらに充分な電流密度とするには高いグラミシジン濃度に対して安定な膜の作成が課題であることが示された。そこで、生体膜の安定性は膜を構成するリン脂質分子の並進拡散運動の度合いから評価することができるため、単一分子検出方の一つである蛍光相関分光法の準備し、その測定を開始できる状態とした。一方、生体膜利用濃淡電池の効率ならびに出力特性について、理論解析を試みた。その結果、等価電気回路モデルの提唱と、電池性能を支配する無次元パラメータを明らかにすることができた。また、今回の解析の範囲では、出力は理論最大値の約25%、効率はギブス自由エネルギーの約5%程度を利用したに留まっており、作動条件やシステム構成をさらに最適化して、これらの向上を図ることが重要であることが明らかとなった。
釜山新港での底質浄化の実現とアジア諸国への水環境再生技術の移転基盤の確立

日韓が協力して行った「釜山新港周辺の環境汚染に大きく影響を与えている有機泥(浮遊物・堆積物)の循環に関する現地調査」結果から、釜山新港建設のための埋め立て後,強閉鎖性海域となった竜院湾奥海域を環境修復実験域とした。この海域において効率的に底質改善を行うために必要な現地実験を計画し、平成25年度に現地実験を行うための西部海域の環境再生(底質改善)プロジェクトを立ち上げた。平成24年から韓国政府(特に水産庁)にアルカリ剤造粒物を用いた水質浄化技術の安全性と効果を説明するための現地実験を25年度から開始した。本研究では日本において先行して行われている効果的な底質環境改善技術を対象海域での効果が期待できる手法に改良し、外において事業化するための方法を検討した。韓国において底質環境改善を事業化することを目指して、限られた現地調査結果を有効に活用し、概に詳細な分析が行われた瀬戸内海周辺底泥と比較することで釜山新港(竜院湾)の底質悪化の状況を明らかにした。さらに、数値計算により新港奥海域での特有な流れ場を把握し、室内実験結果と併せて、対象海域における施工場所の決定、底質環境改善技術による効果を見積もることで、竜院湾において最も成果のあがる浄化法を提案した。これまでの成果をまとめると以下のようになる。(1)竜院湾底泥を構成する有機物は燃焼特性、分解度に対する含水比より呉湾底泥と同様に一次生産起源の有機物であり、福山底泥のように生活排水の影響は小さいことが推定された。3年間の底質の調査より、底泥は汚濁傾向にあり、さらにC/N比が大きく変化していることから、堆積する有機物が動物性の有機物から一次生産に変化していることが推定された。(2)竜院湾中央部の底層では高濁度水塊が発生し、濁水塊は外海へは流出は少なく、西部海域入口の狭窄部を通過し、西部海域奥部に輸送されていることが明らかになった。(3)石炭灰造粒物層内では流速は層上の約20%に減衰し、造粒物層の濁質の捕捉割合は16.8%54.6%である。数値実験結果より西部海域入口の狭窄部に造粒物層を施工した場合、流入する濁質は16.8%54.6%捕捉できると考えられる。韓国において底質環境改善を事業化することを目指して、現地調査および室内実験結果を分析し、概に詳細な分析が行われた瀬戸内海周辺底泥と比較することで釜山新港(竜院湾)の底質悪化の状況を明らかにした。さらに、新港奥海域において現地実験を行い、室内実験結果と併せて、対象海域における底質環境改善技術による効果を確認した。(1)埋め立て後閉鎖性が強くなった竜院湾では有機物が堆積し全域で泥化が進行している。湾西部海域の堆積底泥は湾口部である湾中央部海域の堆積底泥と比べ不安定な有機物量を12%多く含んでおり、底質の酸素消費や硫化水素の発生能力が高い状態にある。(2)竜院湾西部海域には未処理下水に似た特性を持つ還元力の高い有機物が集積されている。中央海域にも同起源の有機物の流入があると考えらえるが、その成分の堆積量は少なく分解量も大きいと考えられる。(3)酸素消費実験を行うことで、ORPのみでは判断できなかった各海底堆積底泥において含まれる酸化体と還元体の濃度や有機物の分解量を推定することが可能になり、底質の還元性をより正確に評価できる。(4)竜院湾で現地実験の結果、広島湾泥と同様に石炭灰造粒物の効果が確認できた(実験継続中)。釜山新港奥部に位置する竜院湾西部海域において石炭灰造粒物を用いた底質浄化(浄化層の構築)技術と微生物燃料電池による底質浄化技術の最適な適用方法を提案し、釜山港ヘドロ浄化実証実験を成功させること、アジア諸国への技術移転を可能にすること、さらにこれらの浄化技術の実用化を実現することが本研究の目的である。釜山港での浄化実験を成功させアジアへの技術移転を進めるため、平成24年から韓国政府(特に水産庁)にアルカリ剤造粒物を用いた水質浄化技術の安全性と効果を説明するための現地実験を25年度から開始した。海域毎に異なる富栄養化の状況下で「分解層」と「ヘドロ燃料電池」の技術の効用を発揮させるための実証実験を行ない、1分解層内での浸透流れを生起する構造物を構築するための施工法の確立、2分解効果を促進する浄化層の改良(アルカリ剤の選定)、3底質浄化を促進するための電極(ヘドロ燃料電池)の開発を行なった。