hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
アルコールの腸管吸収に関する実験的研究

犬の腸管にループを作製してループ内に17%エタノールを注入し,門脈,肝動脈,下大静脈及び大動脈から経時的に採血し血中エタノールとアセトアルデヒド濃度を測定した。また150分後にループ内から溶液を回収し,エタノール濃度と回収液量を測定した。エタノール単独とアルコール脱水素酵素阻害剤で前処理した群では,エタノール投与で門脈血中のエタノールは急激に上昇し,後者では高濃度で推移した。回収液は減少し,液中のエタノールはいずれもほとんど吸収されていた。一方,アルデヒド脱水素酵素阻害剤であるシアナマイドで前処理した群では,エタノール注入後門脈血中のエタノールは徐々に上昇し,150分後にもまだ吸収期を示し,肝静脈中のアセトアルデヒド濃度は著明に高濃度を示した。またループ内から投与量の約130%の溶液が回収され,明らかな腸液の分泌がみられ,エタノールの吸収は70%程度であった。これらのことから血中にエタノールが高濃度となっても腸管からの吸収は影響されないが,アセトアルデヒドが高濃度となると明らかにエタノールの吸収が抑制されることが判明した。この吸収抑制はアセトアルデヒド自身によるものか,これを介して何かの機構が関与しているものと考えられる。そこで今回,門脈の血流の影響について検討したところ,門脈血中エタノールが上昇すると血流はわずかに低下するが,特に肝静脈中でアセドアルデヒドが高濃度となると門脈血流が著明に減少することが判明した。このことは肝内に門脈血流を支配する何らかの機構が存在することが示唆され,今後,このことについて研究する予定である。犬の小腸に全長30cmのル-プを形成し,ル-プ内に17%エタノ-ル約30mlを注入した後,門脈,肝静脈,大動脈及び下大静脈血中のエタノ-ル並びにアセトアルデヒド濃度を経時的に測定した。アセトアルデヒド脱水素酵素阻害剤であるジサルフィラムもしくはシアナマイドで前処理した後,エタノ-ルを投与して血液中のアセトアルデヒド濃度を増加させると門脈血中のエタノ-ル濃度は低濃度となり吸収速度が明らかに低下し,またル-プ内からの回収液量が増加した。この結果はアセトアルデヒドが直接的乃至間接的に腸管からのエタノ-ル吸収を抑制していることを示唆している。吸収抑制因子は種々考えられるが、今回は門脈血流の変化をみる目的として,門脈に血流測定用のプロ-ベを装着し,トランジットタイム血流計で測定し,平成3年度科学研究費補助金で購入したサ-マルアイレコ-ダで記録した。エタノ-ル単独投与では門脈血流に変化はみられなかったが,アルコ-ル脱水素酵素阻害剤であるピラゾ-ルで前処理して血液中にエタノ-ルが増加した状態では約20%の血流減少がみられた。一方アセトアルデヒド阻害剤で前処理して血中にアセトアルデヒドを増加させると門脈血流は徐々に減少し,投与150分後には約50%の減少がみられた。現在はアセトアルデヒドによる門脈血流の減少がアセトアルデヒド自身によるものか、神経系等を介して行われているのかを各種薬剤を使用して検討している。なお今回の研究の成果は第2回病態生理学会で発表し,第76次日本法医学会総会で発表する予定である。アルデヒド脱水素酵素阻害剤であるシアナマイドで前処理した犬の腸管ループ内に17%エタノールを注入したところ、血中アセトアルデヒド濃度の増加により、腸管からのエタノールの吸収が抑制されることが判明した。この原因は種々考えられるが、今回は門脈血流の影響について検討を行なった。まずシアナマイド及びアルコール脱水素酵素阻害剤であるピラゾールを各々単独で静脈内に注入したところ、門脈血流には経時的に変化はいずれもみられなかった。またエタノールをループ内に投与した群では門脈血流は経時的に変化しなかった。

ピラゾールで前処理した犬にエタノールを投与し、血液中にエタノールを上昇させた群では、エタノールが高濃度となる60と90分後に門脈血流は20%前後減少した。一方シアナマイドで前処理するとエタノール投与後、血中アセトアルデヒド濃度の増加に伴ない門脈血流は徐々に減少し、150分後には投与前の50%以下まで減少した。なおピラゾールとシアナマイドで同時に前処理を行ないエタノールを投与した群では血中エタノールは著明に上昇したが、門脈血流にはほとんど変化はみられなかった。以上の結果から、血中にアセトアルデヒドが増加することにより、腸管からのエタノールの吸収抑制は門脈血流の減少がひとつの因子と示唆された。アセトアルデヒドはカチュールアミンを遊離することはよく知られており、門脈血流の減少が、これによるものか、交感神経を介するものかを検討する目的で、レセルピン、ヨヒンビンなどを使用したが、いずれも血中にアセトアルデヒドが増加すると死亡するなど、使用動物に問題があり、現在実験を行なうにあたってラットを使用して検討を行ってる。
低温還元熱処理による高保磁力の3d遷移金属規則合金微粒子の創製

ポリオールと呼ばれる多価アルコールを用いた液相法において、反応条件の調整により、1090 at%程度の広い範囲の任意のFe濃度のFe-Ni水酸化物微粒子の合成に成功した。その微粒子に400°Cで還元熱処理を施すことにより、還元前の微粒子と同程度のFe濃度を有したfcc構造のFeNi合金粒子が得られることを突き止めた。さらに、Fe濃度を51 at%に制御して合成したFe-Ni水酸化物微粒子に、300°Cの比較的低温で還元熱処理を施すことにより得たFe-Ni合金微粒子においてL10型相の形成を強く示唆する結果を得た。ポリオールを用いた液相法でFe濃度を制御してFeNi水酸化物微粒子を合成した後、それに水素ガス雰囲気下で還元熱処理を施すことにより任意の組成のFeNi合金微粒子が得られる。還元熱処理前のFeNi水酸化物微粒子のサイズは数十nm程度であるが、還元熱処理において粒子が焼結するために、還元熱処理後のFeNi合金微粒子のサイズは数百nm程度に粗大化する。そこで、本年度は、FeNi水酸化物微粒子にポーラスシリカを被覆することにより、還元熱処理による粒子の粗大化の抑制に取り組んだ。具体的には、逆ミセル法により粒子の表面でオルトケイ酸テトラエチルの加水分解を引き起こしてFeNi水酸化物微粒子をポーラスシリカで被覆した。X線回折測定により、ポーラスシリカで被覆した後でも、水素ガス雰囲気下で熱処理を施すことによりFeNi水酸化物をFeNi合金に還元できることが明らかになった。また、TEM観察により、還元熱処理後におけるFeNi合金微粒子のサイズは数nmで、それぞれの粒子はシリカで被覆されていることが確認された。さらに、磁化測定を行った結果、ポーラスシリカで被覆して作製したFeNi合金微粒子は室温において超常磁性を示すが、ブロッキング温度以下の低温では被覆せずに作製したFeNi合金微粒子よりも遥かに大きな保磁力を示すことが明らかになった。つまり、還元熱処理による粒子の焼結を抑制してFeNi合金微粒子を作製することにより、保磁力を大幅に増大させることに成功した。ポリオールを用いた液相法で組成を制御してFeNi水酸化物微粒子を合成した後、それに水素ガス雰囲気下で還元熱処理を施すことにより任意の組成のFeNi合金粒子が得られる。本年度は、高保磁力の合金粒子の開発に向けて、上述のプロセスを用いてNiの一部をCoで部分置換したFeNiCo合金粒子の作製に取り組んだ。その結果、エチレングリコールを用いてFe濃度が50 at%でNiとCoの濃度比が異なるFeNiCo水酸化物微粒子を合成することに成功した。また、Co濃度が比較的低いFeNiCo水酸化物微粒子に水素雰囲気下で還元熱処理を施して得た粒子は、fcc単相のX線回折パターンを示した。その格子定数は、同程度のFe濃度のfcc FeNi合金よりも大きい。また、FeNiCo水酸化物微粒子のCo濃度が高いほど、それに還元熱処理を施して得た粒子は大きな飽和磁化を示した。Co K、Fe KおよびNi K吸収端のX線吸収分光測定より、FeNiCo水酸化物微粒子においてCo、FeおよびNiは全て同様の局所構造を有することが明らかになった。また、それに還元熱処理を施して得た粒子ではCoはFeやNiと同様にfccの局所構造を有することを確認した。すなわち、FeNiCo水酸化物微粒子においてNiの一部はCoに部分置換されており、それに還元熱処理を施すことによりNiの一部をCoで部分置換したfcc構造のFeNiCo合金粒子の作製に成功した。上述のプロセスを利用した高保磁力の合金粒子の開発に向けて、本年度は、FeNi水酸化物微粒子におけるFeとNiの化学状態と局所構造をX線吸収分光により調べた。その結果、FeNi水酸化物微粒子は主に3価のFeと2価のNiで構成されたカチオン層とアニオン層が交互に積み重なった層状構造を有していることが明らかになった。このようなFeNi水酸化物微粒子は、原料として3価のFe塩を用いた場合には生成せず、2価のFe塩を用いた場合に生成することを突き止めた。また、合成手順などの調整により、層状構造を構成するカチオン層のFeが主に2価のFeNi水酸化物微粒子を得ることにも成功した。さらに、FeNi合金微粒子のFeのCo部分置換に向けたCoを含むFeNi層状複水酸化物の合成の研究過程において興味あることを見出した。それは、ポリビニルピロリドンおよび酢酸イオンを含むポリオール中でコバルト塩を特定の条件で液相還元すると、セメンタイト構造のCo3C微粒子が単相で生成することである。合成したCo3C微粒子は、室温において比較的大きな保磁力を示す。また、Coの一部をNiで部分置換することにも成功した。永久磁石用の素材として高いポテンシャルを有していることを示した。FeNi水酸化物微粒子の化学状態と結晶構造を明らかにするだけでなく、合成手順などの調整によりFeの化学状態を変化させることに成功した。さらに、FeNi合金微粒子のFeのCo部分置換の研究過程において、大きな保磁力のCo3C微粒子の単相の合成に成功した。今後の展開が期待できる成果が得られた。

ポリオールを用いた液相法で組成を制御してFeNi水酸化物微粒子を合成した後、それに水素ガス雰囲気下で還元熱処理を施すことにより任意の組成のFeNi合金粒子が得られる。本年度は、その反応過程を理解する上で重要となる不活性ガス雰囲気下での熱処理による変態過程を調べた。FeNi水酸化物微粒子の熱重量分析において、室温からの昇温に伴い大きく分けて3段階の重量減少が観測された。そこで、第一重量減少直後の温度で熱処理を施した試料のX線回折測定を行った結果、FeNi水酸化物微粒子の結晶構造はほぼ保持されることが確認された。また、第一重量減少が生じた温度近傍において発生ガスの質量分析により水が検出された。従って、第一重量減少は主に表面に吸着した水の脱着に起因する。一方、第二重量減少直後では結晶構造が異なる酸化物の微細な混合物に変態し、第三重量減少直後ではfcc構造の金属およびスピネル構造の酸化物に変態することが明らかになった。さらに、X線吸収分光測定の結果、第三重量減少直後ではNiはほぼ金属状態であり、Feは金属と酸化物の混合状態であることが示唆された。このことは、第二重量減少直後で生成した酸化物が還元されたことを意味する。第三重量減少が生じた温度近傍において発生ガスの質量分析により二酸化炭素が検出された。合成に用いたエチレングリコールや金属塩に含まれている酢酸イオンなどの有機成分の熱分解により生じた炭素や一酸化炭素により酸化物が還元されたことを強く示唆する結果を得た。ポリオールと呼ばれる多価アルコールを用いた液相法において、反応条件の調整により、1090 at%程度の広い範囲の任意のFe濃度のFe-Ni水酸化物微粒子の合成に成功した。その微粒子に400°Cで還元熱処理を施すことにより、還元前の微粒子と同程度のFe濃度を有したfcc構造のFeNi合金粒子が得られることを突き止めた。さらに、Fe濃度を51 at%に制御して合成したFe-Ni水酸化物微粒子に、300°Cの比較的低温で還元熱処理を施すことにより得たFe-Ni合金微粒子においてL10型相の形成を強く示唆する結果を得た。組成制御してFeNi合金粒子を得るために独自に開発したプロセスを、3元系のFeNiCo合金粒子に展開することに成功した。今後の展開が期待できる重要な成果を得た。X線の異常散乱項が各元素の吸収端近傍で急激に大きくなることを利用したX線異常散乱法により、異なる条件で作製したFeNi基合金微粒子における超格子反射の測定を試みる。それらの結果に基づいて、ボンド磁石への応用に適したFeNi基合金粒子の作製条件を検討する。28年度が最終年度であるため、記入しない。材料物性fcc構造のFeNi合金におけるNiのCo部分置換により、飽和磁化は増加する。また、計算によるとL10型規則構造のFeCo合金はFeNi合金よりも大きな磁気異方を示す。従って、L10型FeNiCo合金微粒子が得られれば、優れた磁気特性が期待される。そこで、本年度で得た成果を活用し、今後はL10型FeNiCo合金微粒子の作製を試みる。ポリオールを用いた液相法でFe濃度を制御してFeNi水酸化物微粒子を合成し、それに逆ミセル法でポーラスシリカを被覆した後、水素ガス雰囲気下で還元熱処理を施すことにより、焼結による粒子の粗大化を抑制して任意の組成のFeNi合金微粒子が得られる新規プロセスを開発することに成功した。今後の展開が期待できる成果が得られた。
微細構造制御された機能性超微粒子の調製と利用に関する研究

1.逆ミセル系での超微粒子/複合超微粒子の調製と生成機構逆ミセルは合一・再分散を繰り返しており、ミリ秒スケールで内部の物質を交換している。この逆ミセルの動的挙動を考慮した粒子生成機構の解析を、CdS、ZnSなどの金属硫化物半導体およびその複合超微粒子、ハロゲン化銀超微粒子などを対象に検討したほか、気体注入法による金属硫化物超微粒子の調製についても検討し、反応物の溶解、化学反応、核発生、粒子成長、粒子凝集の各過程よりなるモデルで粒子生成過程をよく表現できることを明らかにした。2.逆ミセル系で調製した超微粒子を用いる光触媒反応逆ミセル中で調製した半導体超微粒子をそのまま用い、内水相中の水の光還元による水素発生、および逆ミセル系の有機溶媒の光酸化が可能であることを示した。3.逆ミセル系で調製した超微粒子の表面修飾・回収・再分散逆ミセル系で調製したCdS超微粒子にチオールを結合させて表面修飾して回収し、非ミセル溶媒中に再分散できることを示し、回収率を決定する要因などについての定量的検討を行った。4.逆ミセル系で調製した超微粒子のポリチオウレタンへの固定化による複合材料の創製チオール修飾で回収したCdS超微粒子の存在下でチオールをモノマーとして重合を行い、ナノCdS固定化ポリチオウレタンを調製した。この複合粒子は光照射に対して安定であり、超微粒子光触媒や光機能材料への応用が期待される。5.エマルション反応場を用いる微粒子材料の調製W/O/W型エマルション(乳化液膜)系で外水相に金属イオンを抽出-逆抽出を経て内水相の輸送させ、内水相を物理的に制御された反応場としてサブミクロンサイズの微粒子を調製した。有機液膜中の金属イオンの透過モデルを基本としたモデルにより、粒子生成過程における金属イオンの移動過程をよくシミュレートできることを明らかにした。1.逆ミセル系におけるナノサイズ超微粒子の生成機構の解析と、生成した超微粒子の利用異なる反応物質を可溶化した逆ミセル溶液を混合して超微粒子を調製する二液混合法で金属硫化物やハロゲン化銀の超微粒子を調製する場合には、核発生、粒子成長および初期の粒子凝集はミセル内容物の交換に支配されるが、粒子がある程度の粒径まで成長すると凝集速度は複数の粒子を含むミセルの濃度に支配される、という反応機構が統一的に適用できた。金属イオンを可溶化した逆ミセル溶液に硫化水素ガスを吹き込んで反応させる気体注入法を用いた場合には、反応性ガスの有機相への溶解過程が核発生と粒子成長の速度を支配した。ガスの溶解速度、核発生速度、成長速度および凝集速度を考慮したモデルによって粒子生成過程をよくシミュレートできることを明らかにした。さらに、Cd-Zn-S複合超微粒子が気体注入法で簡便に調製でき、高い光触媒活性を示すことを見出した。また、調製したTiO_2超微粒子をそのまま用いて有機相を光触媒酸化する反応が可能であり、逆ミセル系の反応場としての有効性を示した。2.有機分子を被覆した硫化カドミウム超微粒子の調製逆ミセル中で調製したCdSにチオールを加えて逆ミセルを破壊し、チオールで表面被覆されたCdS超微粒子を調製する手法について検討し、CdとSのモル比や分散媒の種類が粒子の再分散性に及ぼす影響などを明らかにした。W/O/Wエマルションの外水相から液膜を通して銅イオンを輸送させ、内水相でしゅう酸塩として沈殿させるプロセスについて検討した。

W/Oエマルション中のO/A比(水相に対する有機相の体積比)が大きい場合、外水相中におけるエマルションの分散性が向上して銅イオンが分配される内水相の数が大きくなり、これによって内水相ひとつ当たりに生成する一次粒子の数が減少し、より小さい微粒子が生成した。有機液膜中の銅イオンの透過モデルを基本としたモデルにより、粒子生成過程における銅イオンの移動過程をよくシミュレートできることを明らかにした。1.逆ミセル系で調製した超微粒子の表面修飾・回収・再分散逆ミセル系で調製したCdS超微粒子にチオールを結合させて表面修飾して回収し、非ミセル溶媒中に再分散できることを示した。回収率を決定する要因などについての定量的検討を行い,チオールの表面濃度により回収率が決定されるというモデルにより実験結果をよく説明できることを示した。2.逆ミセル系で調製した超微粒子のポリチオウレタンへの固定化による複合材料の創製チオール修飾で回収したCdS超微粒子の存在下でチオールをモノマーとして重合を行い、ナノCdS固定化ポリチオウレタンを調製した。この複合粒子は単にチオール被覆した超微粒子に比較して光照射に対して安定であり、2-プロパノール水溶液からの水素発生に対する光触媒として使用できることを示した。ポリマーに取り込まれた超微粒子のうち、化学反応に関与できると考えられるものの割合を露出率と定義し、この値を用いて超微粒子の光触媒活性の比較が可能になることを明らかにした。このようなナノサイズ超微粒子-ポリマー複合材料は、超微粒子の持つ機能を活かした新規な光触媒や光機能材料への応用が期待される。3.エマルション反応場を用いる微粒子材料の調製W/O/W型エマルション(乳化液膜)系で外水相の金属イオンを抽出-逆抽出を経て内水相に輸送させ、内水相を物理的に制御された反応場としてサブミクロンサイズの微粒子を調製した。輸送された銅イオンとしゅう酸の反応によるサブミクロンしゅう酸銅微粒子の調製を行い、エマルション中の液膜相と内水相の体積比二よって粒径の制御が可能であることを明らかにした。また、輸送されたカルシウムイオンを炭酸イオンと反応させ、炭酸カルシウム微粒子を調製できることを示した。
BEDT-TTF系電荷移動錯体の合成とフィリング制御

われわれは、アクセプター性分子とBEDT-TTFとの組み合わせによって有機電荷移動錯体特有の物性発現を目的として、物質開発研究を行った。非常に多くのドナー、アクセプター分子を組み合わせて化合物を作製したが、本報告書では、カラム間コンタクトを作りやすいBEDT-TTFが、有機2成分の電荷移動錯体の構造、物性に顕著な影響を与えた新物質について報告する。1次元的な構造を有する従来型の有機2成分の電荷移動錯体は、低温で格子変形を起こしてパイエルス相に落ち込む。これは、分離積層(金属)、交互積層型(絶縁体)によらず、一次元系に非常に一般的に見られる傾向である。ところが、BEDT-TTFをドナーとする電荷移動錯体には、この一般的傾向からはずれた物質が数多く現れることが明らかになった。以下は従来の傾向からはずれる典型物質である。これらの、物質では帯磁率は低温に向かって上昇するか、ほとんど温度に依存しないパウリ常磁性を示す。特に、1.2.の絶縁体ではBEDT-TTF分子の横方向のつながりによって、かえってアクセプター分子が孤立した構造となり、その結果アクセプター分子上のスピンは低温までキュリー則に従う。このようにJの弱い局在スピンは1次元的構造をとりやすいドナーを選んだ場合にはほとんど見られない。以上述べたとおり、BEDT-TTF分子のカラム間結合を作りやすい性質は、伝導性物質だけでなく、絶縁性物質にも、反強磁性相を安定化させるような形で顕著に現れることが明らかになった。
日本の大都市における居住地帯分化の変遷に対する戦災および災害の影響に関する研究

本研究では、日本の六大都市における小地域人口統計に関する歴史GISデータベースを構築したうえで、居住地帯分化の長期的な変遷に対する、戦災・災害の影響について検討した。戦災被害が甚大であった東京と、比較的軽微であった京都を対象に戦前から高度成長期後までの居住地帯分化の変遷を検討した結果から、戦災による影響は高度成長期までの一時的なものに過ぎず、むしろその後の社会的・経済的情勢の変化のほうが、居住地帯分化に大きな影響を与えた可能性が指摘された。本研究は、近代以降の小地域単位の人口統計資料を用いて、日本の大都市における居住地帯分化の変遷に対する、第2次世界大戦時の戦災や大規模災害による影響を解明することを目的としている。既往研究の多くは、個々の時点における居住地帯分化の解析に重点を置いており、小地域単位の人口統計の資料的な制約や利用の困難さから、長期的な観点からの分析は行なわれてこなかった。本研究は、小地域単位の人口統計資料のデジタルデータ化と対応する地図データの作成によって、地理情報システム(GIS)を利用した大規模な時空間データの分析を可能とするものである。本研究によって、日本の大都市における居住地帯分化の連続的な変遷の地図化が初めてなされるとともに、研究の過程で作成される小地域単位の人口統計資料に関するデータベースの公開によって、他の研究への波及効果も期待できる。平成22年度は、分析の対象とする6都市(東京、横浜、名古屋、京都、大阪、神戸)に関する、近代以降の小地域単位の人口統計資料の収集・デジタル化と、関連する地図資料の収集・デジタル化を行ない、資料の特徴などに関する基礎的な分析を行なう計画であった。人口統計資料および地図資料の収集は、平成22年度中に完了し、デジタル化についても大半の資料について完了させた。また、地理情報システム学会および人文地理学会においては、収集した資料の特徴やそのデジタル化作業の詳細について発表し、デジタル化した小地域単位の人口統計データは、2011年3月に刊行された『京都の歴史GIS』や立命館地理学に掲載された論文において利用した。現在のところ、当初の研究実施計画は順調に達成されている。本研究は、近代以降の小地域単位の人口統計資料を用いて、日本の大都市における居住地帯分化の変遷に対する第2次世界大戦時の戦災や大規模災害による影響を解明することを目的としている。平成23年度は、これまでに作成してきた6都市(東京・横浜・名古屋・京都・大阪・神戸)に関する近代以降の小地域単位の人口統計データベースのうち、東京および京都に関するデータを利用して、長期的な居住地帯分化に関する時空間分析を実施し、居住地帯分化の変遷に対する戦災および大規模災害の影響に関する研究を進めた。このうち、関東大震災および東京大空襲による被害を受けた東京に関して特に詳細に検討し、国内学会に加え米国ニューヨークで開かれた国際学会などで成果を発表した。加えて、震災および戦災を経験した東京と、同時代におけるそれらの被害が比較的軽微な京都との比較分析も行ない、戦災や大規模災害による居住地帯分化の長期的な変遷に対する影響の一端を明らかにし、国内学会で発表するとともに関連する論文を執筆、公表した。また、作成したデータベースの利用可能性についても検討を進め、学会での口頭発表や論文としての発表を行なった。
食品成分を用いた癌の「遺伝子調節化学予防法」の開発に向けての基礎的研究

食物繊維の代謝産物である酪酸やトリコスタチンAは、ヒストン脱アセチル化(HDAC)阻害剤として知られているが、p16ファミリーのp18、p19遺伝子を活性化することにより細胞増殖(癌化)の抑制を起こすことを明らかにした。また、p53下流遺伝子のDR5の発現を誘導することを見い出した。DR5のリガンドであるTRAILと酪酸の併用は相乗的に癌細胞にアポトーシスを誘導した。しかしながら、この併用は正常血球細胞に対してはほとんどアポトーシスを誘導せず、癌細胞特異的に殺細胞効果を持つ可能性を示した。HDAC阻害剤は、骨髄細胞の増殖を抑制することなく、癌細胞に特異的に作用することが示され、現在、安全な「癌の化学予防剤」としても注目されている。また、ブロッコリーやカリフラワーなどのアブラナ科の野菜に含まれる成分であるインドール-3-カービノールが、p15遺伝子をプロモーターを介して活性化することを見い出した。ブロッコリーやカリフラワーなどの野菜の摂取は、疫学的研究によって、多くの癌のリスクを下げることが明らかとなっている。我々の結果は、これらの野菜のがん予防効果にp15の活性化が関与している可能性を示唆している。さらに、環境発癌因子であり、代表的な発癌プロモーターであるTPAがp18遺伝子の発現を抑制し、ヒト癌細胞の増殖を促進することを明らかにした。このTPAの作用は、プロテインキナーゼCの活性化を介する。さらに興味深いことに、抗発癌プロモーター物質で、食品中に含まれるクルタミンやゲニステインによって、そのTPAによる作用が阻害されることが判明した。この結果は、TPAを始めとする発癌プロモーターを用いた動物発癌実験系が、ヒト発癌において中心的役割を果たすRB遺伝子の失活に至る経路と関連があることを示唆している。ヒト発癌抑制機構として最も重要な役割を果たしているp53-RB経路に着目した我々は、その経路に関与する遺伝子の発現を活性化させることが癌予防の戦略として効果的であると考え(遺伝子調節化学予防法)、p53-RB経路に関与する種々の遺伝子発現に対する食物由来成分の効果を検討した。食物繊維の代謝産物であり大腸内に存在する酪酸は、以前の我々の報告によりp21/WAF1遺伝子プロモーターを活性化させることで細胞増殖抑制、すなわち癌予防に働いていることが明らかとなった。しかしながら酪酸によって誘導される様々な現象はp21/WAF1遺伝子の活性化だけでは説明しえない為、我々は他の酪酸によって誘導される遺伝子の検索を実施した。その結果、G2/M期停止やアポトーシスに関与する遺伝子であるgadd45遺伝子の誘導を見出し、その詳細な機構を検討した(現在、投稿中)。また、p21/WAF1遺伝子と同様にG1期停止に関与する遺伝子であるp19遺伝子の誘導も見出した。p19遺伝子に関しては、まずプロモーター領域のクローニングと解析を実施し(FEBS Letters, Matsuzaki, Y., Sakai, T.et al. )、その酪酸による活性化機構も検討を行った(現在、投稿中)。またgadd45遺伝子に対しては、植物性食品由来成分フラボノイドであるゲニステインやケルセチンが発現量を増加せせることを見出しており、現在その詳細な機構を検討中である。食物繊維の代謝産物である酪酸がp19遺伝子の発現を活性化することを報告していたが、その活性化機構をより詳細に検討した。p19の活性化にはプロモーターのSp1結合部位が関係し、転写抑制因子HDAC2がプロモーターから離れることが活性化の要因であると考えられた(Oncogene, Yokota, T.et al.)。

また酪酸はp15の誘導も誘導することを明らかにし、この誘導もプロモーター領域を介しておこることを示した(FEBS Letters, Hitomi, T.et al.)。発癌プロモーターとして知られているTPAがp18遺伝子の発現を減弱させることを見い出した。この効果はpKC依存的であることをpKC阻害剤を用いて明らかにした。また、この発現抑制効果はp18遺伝子のプロモーター領域を介していることを明らかにした。これらの結果は発癌機構においてp18の量的減少が関与していることを示唆している(Oncogene, Matsuzaki, Y.et al.)。酪酸がp53下流遺伝子の一つDR5の発現を誘導することを見い出した。DR5のリガンドであるTRAILと酪酸の併用は相乗的に癌細胞にアポトーシスを誘導した。しかしながら、この併用は正常血球細胞に対してはほとんどアポトーシスを誘導せず、癌特異的に殺細胞効果を持つ可能性を示した(現在、投稿中)。食物フラボノイドの一つであるルテオリンがgadd45の発現を誘導することを見い出し、この効果はプロモーター領域を介していることを明らかにした。食物繊維の代謝産物である酪酸やトリコスタチンAは、ヒストン脱アセチル化(HDAC)阻害剤として知られているが、p16ファミリーのp18、p19遺伝子を活性化することにより細胞増殖(癌化)の抑制を起こすことを明らかにした。また、p53下流遺伝子のDR5の発現を誘導することを見い出した。しかしながら、この併用は正常血球細胞に対してはほとんどアポトーシスを誘導せず、癌細胞特異的に殺細胞効果を持つ可能性を示した。HDAC阻害剤は、骨髄細胞の増殖を抑制することなく、癌細胞に特異的に作用することが示され、現在、安全な「癌の化学予防剤」としても注目されている。また、ブロッコリーやカリフラワーなどのアブラナ科の野菜に含まれる成分であるインドール-3-カービノールが、p15遺伝子をプロモーターを介して活性化することを見い出した。ブロッコリーやカリフラワーなどの野菜の摂取は、疫学的研究によって、多くの癌のリスクを下げることが明らかとなっている。我々の結果は、これらの野菜のがん予防効果にp15の活性化が関与している可能性を示唆している。さらに、環境発癌因子であり、代表的な発癌プロモーターであるTPAがp18遺伝子の発現を抑制し、ヒト癌細胞の増殖を促進することを明らかにした。このTPAの作用は、プロテインキナーゼCの活性化を介する。さらに興味深いことに、抗発癌プロモーター物質で、食品中に含まれるグルタミンやゲニステインによって、そのTPAによる作用が阻害されることが判明した。この結果は、TPAを始めとする発癌プロモーターを用いた動物発癌実験系が、ヒト発癌において中心的役割を果たすRB遺伝子の失活に至る経路と関連があることを示唆している。
意識を可視化する～周術期安静時pharmacological fMRIによる研究

手術を受ける患者40名(セボフルラン群20名、プロポフォール群20名)で術前・術後覚醒時のfMRI撮影を行い、脳内ネットワークの解析や術後せん妄との相関解析を行う。またこのうち主に脳外科手術中の患者(セボフルラン群10名、プロポフォール群10名)については全身麻酔下での術中fMRIも行い、術前術後覚醒時との比較も行う。撮像はSiemens Skyra 3T MRIを用いる。seed-based analysisを用いて、セボフルラン群とプロポフォール群、術後せん妄群と非せん妄群の脳機能的結合を比較する。術中fMRIについては覚醒時のfMRI画像と比較し、脳機能的結合を解析する。
宇宙環境における根の発育・環境制御法に関する研究

本研究では、宇宙における植物栽培を可能にするために必要な養水分供給システム、それに対応した根の生長制御法を開発することを目的に、根の水分屈性の発現機構とその作物栽培への応用に関する基礎的研究を行った。重力反応を欠損したエンドウの突然変異体を用いて宇宙環境下での根の生長を模擬した条件下で、根の水分屈性発現のための水分勾配刺激受に要する時間と刺激感受部位から反応部位に刺激が伝達されるのに要する時間を検討した結果、根冠による刺激感受に要する最小時間は2分以内であるが、その刺激が根冠から屈曲反応部位の伸長帯に移動するのに要する時間は90分以上であることがわかった。また、水分屈性の発現には根冠における細胞外カルシウムとその細胞内への動員が重要であることがわかった。一方、重力屈性を失った突然変異体では、根の初期伸長域がカルシウムに対して不感受性であり、それが重力反応異常の原因であることが示された。しかし、この突然変異体の根は顕著な水分屈性を示す。したがって、これらの結果は、根の重力屈性と水分屈性のシグナル伝達に異なるメカニズムの存在することを示している。さらに、根の水分屈性は伸長帯の細胞壁の伸展性の偏差的な差異によって生じることが明かになり、その細胞壁伸展性を制御すると考えられるエンド壁キシログルカン転移酵素遺伝子をエンドウの根から単離することに製鋼し、その遺伝子発現と水分屈性の関係を明らかにした。このように、宇宙環境下で根の生長を制御するためには、根の重力に対する反応を利用することはできないが、重力屈性とは発現機構を異にする水分屈性の性質を利用することが可能である。本研究は,宇宙の微小重力環境における作物の根の発育制御法を確立するために,宇宙環境に応用可能な養水分供給システム,それに対応した根の成長制御法の開発研究を行うことを目的として行っている。そのため,エアロポニック方式によって作物を育成すること,その方式に対応できる根の成長制御法として水分屈性を利用すること,また,宇宙環境における根の発育を模擬するために重力非感受性の突然変異体を利用することを研究手段としている。今年度行った研究は以下の通りである。1)エアロポニック方式による作物育成装置を開発し,現在その装置の性能試験を行っている。そのためのプラスチック材・送液ポンプ等を購入した。2)本方式に適した水分屈性高感受性の作物種を選定するために,根に的確な水分勾配を与える方法を見いだし,それによって各種の作物の水分屈性能力を比較解析中である。3)宇宙環境における根の発育を模擬するために,重力非感受性のエンドウ突然変異体を用いているが,最近,トウモロコシの同様な突然変異体を入手し,二作物種によって比較検討している。今回入手したトウモロコシ変異体の根は,水分勾配センサー部である根端に形態的異常が認められ,その組織学的解析のための装置も購入した。また,本実験と関連して,エンドウ突然変異体が重力屈性を欠損する原因を,カルシウムに対する組織感受性から明らかにした(本研究の副産物として,根の屈性のメカニズム解明の上で大変貴重な発見である)。次年度はこれらの変異体と1)の装置の組み合わせ実験によって,本研究の目標を概ね達成することが可能であると考えている。

重力反応を欠損したエンドウの突然変異体を用いて宇宙環境下での根の生長を模擬した条件下で、根の水分屈性発現のための水分勾配刺激感受に要する時間と刺激感受部位から反応部位に刺激が伝達されるのに要する時間を検討した結果、根冠による刺激感受に要する最小時間は2分以内であるが、その刺激が根冠から屈曲反応部位の伸長帯に移動するのに要する時間は90分以上であることがわかった。また、水分屈性の発現には根冠における細胞外カルシウムとその細胞内への動員が重要であることがわかった。一方、重力屈性を失った突然変異体では、根の初期伸長域がカルシウムに対して不感受性であり、それが重力反応異常の原因であることが示された。しかし、この突然変異体の根は顕著な水分屈性を示す。したがって、これらの結果は、根の重力屈性と水分屈性のシグナル伝達に異なるメカニズムの存在することを示している。さらに、根の水分屈性は伸長帯の細胞壁の伸展性の偏差的な差異によって生じることが明らかになり、その細胞壁伸展性を制御すると考えられるエンド型キシログルカン転移酵素遺伝子をエンドウの根から単離することに成功し、その遺伝子発現と水分屈性の関係を明らかにした。このように、宇宙環境下で根の生長を制御するためには、根の重力に対する反応を利用することはできないが、重力屈性とは発現機構を異にする水分屈性の性質を利用することが可能である。
児童の語彙指導を通して文章読解力を育成するための実証的研究

《研究目的》児童期の中で、中学年は日常的な生活語彙から抽象的な語彙に移行する時期である。この時期に豊富な語彙を身につけることが、その後の読解力にどのような影響を与えるのかを明らかにすることが本研究の目的である。それと並行して、語彙力を高めるために必要な指導の体系化を試み、年間を通じた指導を行って、その効果について検証を行った。《研究内容》研究対象は4年生児童とした。教科書の言語単元と開発した単元を組み合わせたカリキュラムを構成し、「言葉の達人をめざそう」とテーマを掲げ、一年間継続的な指導を続けた。また国語の授業の冒頭5分間を「ことばトレーニングの時間」とし、言葉集めなどゲーム感覚で学べる活動を継続的に実施した。家庭学習でも熟語・短文作りを日常的に行うよう指導した。更にことわざ・慣用句・四字熟語などについての児童用図書を約30冊教室に置くなど、言語環境の整備にも気を配った。そして、言葉に興味を持ち始めた児童が達成感をもてるよう自分が見つけた新しい言葉や身につけた言い回しを書き込んでいくオリジナルの言葉辞典を作成させた。このような指導を行った児童に対し、指導前と後に「教研式読書力診断検査」を行って、指導を行っていない児童群との比較分析を行った。《研究結果》分析の結果、読字力・語彙力・文法力・読解力の総合である読書力において、特別に語彙指導を施した学級は、そうでない学級と比較して統計的に有意な伸びを記録した。また、語彙力のみの結果においても、有意傾向にある仲び率の差が見られた。一方、読解力に関しては、有意な伸びは見られなかった。しかし、この1年間に児童が文学的教材を学習した際、学習前と後に書いた感想文を比較すると、学習前に一読した後の感想文で既に文章中の言葉に着目した文章を長く書けるようになったという傾向が見られ、語彙指導が語彙力だけでなく文章を注意して読む力につながった可能性が伺える。
選択領域有機金属気相成長反応モデルに基づく多波長集積光デバイスの展開

本研究は本年度が最終年度であり,これまで培った選択領域有機金属気相成長の反応速度論による知見を活かし,目的である(A1)InGaN系のモノリシック集積多波長発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)の作製を試みた.まず昨年度までの成果である2元系GaN,InNの気相拡散のパラメータの挙動を踏まえつつ,実際に可視領域のLEDに用いられるInGaNの気相-固層の組成関係や,選択成長におけるマスク周辺での膜厚・発光波長分布を調べた.その結果,特にGaNの気相における横方向拡散長が10mm程度と特徴的に小さく,GaN製膜種の面内濃度分布がInGaN選択成長に大きな影響を与えていることがわかった.またInGaN選択成長を行う際に,面内の発光波長集積幅を広げるために,最大240mmという広幅な選択成長を行おうとすると,選択成長マスク上へのGaN核形成が問題となることがわかった.この問題に対し,昨年度の本研究の成果であるInNの選択成長の選択性に対する知見を活かし,エッチング効果をもつH2を(In)GaN成長中に添加する手法を提案した.H2添加を行うことで,選択性の優れたInGaNの広幅選択成長に成功した.最終的に気相拡散の知見を併せ,選択成長マスク・電極パターンを設計しLED構造を作製したところ,当初の目的であった,選択成長を用い,可視領域において連続的に発光波長を変化させた,モノリシック集積多波長発光素子を世界で始めて作成することに成功した.本研究の成果は近年照明用途に広く用いられつつある(A1)InGaN系のLEDに対し,発光スペクトラムを制御するために新しい自由度を与えるものであり,安価でありながら省エネルギー・環境負荷の観点から優れた新照明デバイスとしての応用が期待できるものである.本研究の目的は,半導体発光素子・光制御素子に対してMOVPE(有機金属気相成長)選択成長というアプローチで,モノリシック集積する手法を提供することである.そのために,MOVPE選択成長の反応速度論的解析を行い,メカニズムを定性的・定量的に解明することを行っている.本年度は初年度であり,本研究の根幹となるMOVPB選択成長モデルの構築に主眼を置き,1.InGaAsP表面拡散モデルの構築を行った.その一方で応用的展開として2.気相拡散モデルによる選択成長マスクの最適化を行った.以下具体的に述べる.1.InGaAsP系選択成長の表面拡散モデルの構築InP, InGaAsPの表面拡散現象を調べた.InPと比較してInGaAsPの場合,端面での突起状の成長がほとんど起こらず,時間に依存した成長レート変化が小さいことがわかった.これはGaの表面拡散長がInと比較して非常に大きいことを示すものである.更に議論を進め,結晶表面上をマイグレーションしている吸着原子の固層への取り込み過程に角度(面方位)依存性を取り込んだモデルが,これまでの実験結果を矛盾なく説明できるという見解を得た.表面拡散モデルにより今後ファセットを用いたナノ構造や横方向成長等を設計する手法へと発展することが期待できる.2.気相拡散モデルによる選択成長マスクの最適化MOVPE選択成長を用いて能動素子と受動素子を集積する際,数百μmの発光波長の遷移領域があり,高集積化を阻害する要因となっている.気相拡散モデルを用いてマスク形状を最適化したところ,従来の矩形マスクの端にテーパ状のマスクを内側に付加することで遷移長が短くなることが示唆され,実際に作成したところ遷移長を360μmから160μmへと短縮することに成功した.これにより高集積化や,比較的短い素子を用いた多波長集積素子への応用が期待できる.本研究は今年度で2年度目であり,これまで培ったInGaAsP系での有機金属気相成長(MOVPE)反応モデルの(1)デバイス応用としてTMモード利得素子の能動/受動素子の集積化と(2)材料的な展開として窒化物半導体の選択成長における気相拡散の効果を調べた.以下具体的に述べる.(1)従来のMOVPE選択成長を用いた能動/受動素子の集積化では,能動素子の利得はTEモードに限られていた.気相拡散モデルを用い,量子井戸を構成するバリア・井戸層の両者が臨界膜厚を超えないように,歪み・膜厚を設計した.その結果,1460-1620nmの範囲において面内で発振する素子を作製することができ,また1550nm付近でTMモードでの発振を得られた.これによりTEモードTMモード両者の利得の制御が可能となり,偏波に依存しない利得を持つモノリシック集積光デバイスを作製可能にするものである.(2)対象とする材料系を窒化物半導体に移し,材料起因のデバイス向上を試みた.窒化物半導体一即ちAlN,InN,GaNの選択成長を行い,選択成長マスク付近での膜厚分布を調べた.その結果,GaN及びInNの選択成長によるマスク周辺部の膜厚分布は,気相拡散モデルにおいてパラメータD/k_s=50μm,215μmによって精度良く再現できるという知見を得た.これはGaNの選択成長においても気相拡散が膜厚分布を支配していることを指し示すものである.今後(Al)InGaN混晶に展開することで,可視領域での多波長モノリシック集積素子への展開が期待できる.本研究は本年度が最終年度であり,これまで培った選択領域有機金属気相成長の反応速度論による知見を活かし,目的である(A1)

InGaN系のモノリシック集積多波長発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)の作製を試みた.まず昨年度までの成果である2元系GaN,InNの気相拡散のパラメータの挙動を踏まえつつ,実際に可視領域のLEDに用いられるInGaNの気相-固層の組成関係や,選択成長におけるマスク周辺での膜厚・発光波長分布を調べた.その結果,特にGaNの気相における横方向拡散長が10mm程度と特徴的に小さく,GaN製膜種の面内濃度分布がInGaN選択成長に大きな影響を与えていることがわかった.またInGaN選択成長を行う際に,面内の発光波長集積幅を広げるために,最大240mmという広幅な選択成長を行おうとすると,選択成長マスク上へのGaN核形成が問題となることがわかった.この問題に対し,昨年度の本研究の成果であるInNの選択成長の選択性に対する知見を活かし,エッチング効果をもつH2を(In)GaN成長中に添加する手法を提案した.H2添加を行うことで,選択性の優れたInGaNの広幅選択成長に成功した.最終的に気相拡散の知見を併せ,選択成長マスク・電極パターンを設計しLED構造を作製したところ,当初の目的であった,選択成長を用い,可視領域において連続的に発光波長を変化させた,モノリシック集積多波長発光素子を世界で始めて作成することに成功した.本研究の成果は近年照明用途に広く用いられつつある(A1)InGaN系のLEDに対し,発光スペクトラムを制御するために新しい自由度を与えるものであり,安価でありながら省エネルギー・環境負荷の観点から優れた新照明デバイスとしての応用が期待できるものである.
体内グルコース燃料電池をエネルギー源とした心臓ペースメーカーの開発

直接メタノール形燃料電池セル(電極面積16cm^2,スタック数10セル)を用い、515mmol/Lのグルコース水溶液を5ml/minで還流し、グルコースをエネルギー源とする燃料電池による発電を試みた。グルコース濃度5mmol/L,10mmol/Lおよび15mmol/Lのとき、それぞれ0.6μW/cm^2,1.6μW/cm^2,2.2μW/cm^2の最大電力密度の電力が得られた。また、開放起電力は、それぞれ、300mV,650mV,750mVであった。これらの値は、ペースメーカーを作動させる為に必要な電力である電源電圧2.8V,電力密度4μW/cm^2よりも小さな値であり、直接メタノール形燃料電池をグルコースを燃料として流用する方法では、比較的大きな電池セルを用いてもペースメーカーを駆動するのは、困難であることが判った。そこで、本研究では、以下に示す新規なグルコース燃料電池を開発した。直径1mmの孔を1mm間隔で設けた金電極板上に、真空蒸着法によって金(111)面を作成し、その表面にアンダーポテンシャル析出法(UPD法)によって、銀分子を単分子層以下で析出させ、グルコース酸化触媒アノード電極とした。カソード電極には、通常の白金-炭素触媒電極を使用し、電解質として、Nafion117膜を用い、ホットプレス処理によって、新規なグルコース酸化触媒燃料電池セル(有効電極面積20cm^2を作成した。515mmol/Lのグルコース水溶液を5ml/minで還流し、グルコースによる発電を試みた。開放起電力はグルコース濃度に依存せず、約600mVであった。グルコース濃度5mmol/L,10mmol/Lおよび15mmol/Lのときの最大電力密度は、それぞれ、1.6μW/cm^2,3.6μW/cm^2,7.1μW/cm^2であった。また、ラット血液から分離した血漿を、試作したグルコース酸化触媒燃料電池セルに供給した処、起電力約600mV、最大電力密度2.6μW/cm^2が得られた。すなわち、本研究によって開発したグルコース酸化触媒燃料電池セルを10セル程度スタックとする方法、あるいは平面内に配列させたセルを電気的に直列接続することによって、ペースメーカーを駆動できる程度の電力密度4μW/cm^2,駆動電圧2.8Vを得ることのできる可能性を見出した。
ナノ粒子(酸化チタンおよび酸化亜鉛)のTh1/Th2/Th3免疫応答に与える影響

酸化亜鉛ナノ粒子のアジュバント作用について検討した。抗原である卵白アルブミンとともに酸化亜鉛ナノ粒子を単回腹腔内投与されたマウスでは、抗原投与21日後の血清中の抗卵白アルブミンIgG量が、卵白アルブミンのみを投与されたマウスの血清中のIgG量と比較して多いことが明らかになった。このような酸化亜鉛ナノ粒子のアジュバント作用は、脾臓細胞の卵白アルブミン依存性増殖反応、Th1反応の指標となるIgG2a、Th2反応の指標となるIgG1およびIgEの産生に対しても認められた。また、酸化亜鉛ナノ粒子のアジュバント作用は、マイクロメートル級の半径を持つ酸化亜鉛粒子のアジュバント作用よりも強いことを明らかにした。このように同じ物質でも粒子径により、そのアジュバント作用が異なることから、ナノ粒子のように新しい技術で創生された大きさの物質については、改めてその毒性などの性質を調査する必要があることが示唆された。Th1サイトカインであるIFN-gamma、Th2サイトカインであるIL-5、Th3サイトカインであるTGF-betaの産生に与える影響についても解析してきたが、評価できる結果は得られておらず、今後さらに詳しく解析していく予定である。また、Th1/Th2/Th3免疫反応と関係が深い肥満細胞の活性化に対する酸化亜鉛ナノ粒子の作用についても昨年度に引き続き検討を行ったところ、酸化亜鉛ナノ粒子はIgE架橋刺激による脱顆粒反応やロイコトリエン産生を、細胞内情報伝達分子に影響を及ぼすことにより抑制することを明らかにした。抗原である卵白アルブミンを、酸化亜鉛ナノ粒子とともに腹腔内投与されたマウスの血清中の抗卵白アルブミンIgG量は、卵白アルブミンのみを投与されたマウスと比較して増加していた。このような酸化亜鉛ナノ粒子のアジュバント作用は、脾臓細胞の卵白アルブミン依存性増殖反応、また、Th1反応の指標となる抗卵白アルブミンIgG2a、Th2反応の指標となるIgG1およびIgEの産生に対しても認められた。さらにこの酸化亜鉛ナノ粒子のアジュバント作用は、マイクロメートル級の半径を持つ酸化亜鉛粒子のアジュバント作用よりも強く、同じ物質でも粒子径により、そのアジュバント作用の強さが異なることが示唆された。今後は、脾臓細胞のサイトカイン産生に対する酸化亜鉛ナノ粒子のアジュバント作用について解析する予定である。また、Th1/Th2/Th3免疫反応と関係が深い肥満細胞の活性化に対する酸化亜鉛ナノ粒子の作用についても検討した。その結果、酸化亜鉛ナノ粒子は、IgEと抗原に依存した肥満細胞株の脱顆粒反応を抑制した。また、酸化亜鉛ナノ粒子は、細胞内カルシウム濃度の上昇および細胞内情報伝達分子であるPI3Kの活性化には影響を及ぼさずに、脱顆粒反応を抑制していることが示唆された。今後は、酸化亜鉛ナノ粒子の脱顆粒抑制作用機序についてさらに詳しく解析する予定である。
一般廃棄物焼却灰の水熱処理による含有重金属安定化と資源化

都市ごみ焼却残渣を水熱処理し熱水性二次鉱物を生成することにより、含有重金属を安定化することを試みた。この処理により焼却残渣を土木資材等として再資源化することにより循環型社会の形成に寄与することを目的とする。都市ごみ焼却残渣は自然界の熱水性二次鉱物と化学組成が異なるため、不足成分を他の廃棄物を混合することにより補う点に特徴を有する。また、土木資材等として長期にわたり雨水に曝された場合、酸性雨の影響により間隙水のpHが低下し、焼却残渣中の重金属が溶出する恐れがあるが、中性-酸性で安定な粘土鉱物を水熱処理により生成させ、重金属を鉱物内部に予め取り込むことにより溶出を防止することができる。本年度は昨年度の結果を踏まえ,珪素とマグネシウムを補った系を中心とした実験を行なった。反応系の液固比は5、温度は200°C、圧力は自生圧とし、反応時間は24240時間とした。反応溶液にはイオン交換水を用いた。水熱処理の結果、化学組成を調整しない試料ではtobermorite、analcime、katoite、corundumが生成されていたのに対し,Mg(OH)_2とSiO_2を添加した試料ではcorundumの他に反応時間により異なる鉱物が生成していた。Z-phase mineralが24と48時間の処理で生成し、kaolinite/smectite混合層粘土鉱物とtobermoriteが72、120、240時間の処理で生成していた。120と240時間の処理ではさらにanalcimeとchrysotileが検出された。このときの反応後溶液中の重金属濃度はCr、Cu、Zn、Pbともに0.06mg/L以下の濃度で推移しており、特に72時間処理後以降では0.02mg/L以下の濃度となっている。この濃度は未処理試料の環告46号試験の結果(Cr:0.11mg/L、Zn:1.23mg/L、Pb:1.43mg/L)と比較すると著しく低い値であり、水熱処理により重金属が封じ込められていることが分かった。本年度は基礎的知見を得るため、成分調整には廃ガラスや廃土、石炭灰等の廃棄物のほか試薬を用いた。反応系の液固比は5、温度は200°C、圧力は自生圧とし、反応時間は120時間とした。その結果、珪素とマグネシウムを補った系において重金属吸着能に優れた粘土鉱物であるモンモリロナイトが生成された。また、焼却残渣のみの試料でハロイサイトが、アルミニウムのみを加えた試料でサポナイトがそれぞれ確認された。さらに、殆どの実験系において重金属の取込み作用が知られるトバモライトと方解石が確認された。反応後の溶液には重金属は殆ど含まれておらず、熱水性二次鉱物中に効果的に固定化されたことを示している。この様に本年度は水熱処理による粘土鉱物等の生成を達成し、重金属安定化を示す結果を得た。また、これらの成果を廃棄物学会や国際ワークショップ等にて報告した。次年度は反応温度、時間、液固比の最適化を図るとともに、溶出試験等により熱水性二次鉱物中への重金属の固定化作用を確認することで、新たな都市ごみ焼却残渣の安定化技術を確立したい。また、研究成果を国際学会や学術誌において報告する予定である。

水熱処理の結果、化学組成を調整しない試料ではtobermorite、analcime、katoite、corundumが生成されていたのに対し,Mg(OH)_2とSiO_2を添加した試料ではcorundumの他に反応時間により異なる鉱物が生成していた。Z-phase mineralが24と48時間の処理で生成し、kaolinite/smectite混合層粘土鉱物とtobermoriteが72、120、240時間の処理で生成していた。120と240時間の処理ではさらにanalcimeとchrysotileが検出された。このときの反応後溶液中の重金属濃度はCr、Cu、Zn、Pbともに0.06mg/L以下の濃度で推移しており、特に72時間処理後以降では0.02mg/L以下の濃度となっている。この濃度は未処理試料の環告46号試験の結果(Cr:0.11mg/L、Zn:1.23mg/L、Pb:1.43mg/L)と比較すると著しく低い値であり、水熱処理により重金属が封じ込められていることが分かった。