hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
CO_2固定と石油生成に関する微生物学的アプローチ

【1】アルカン/アルケン生合成経路の解明まず、生物学的にCO_2からアルカン/アルケンを合成する経路のなかで最も研究が遅れており、実際反応律速になっている可能性が高いと思われる脂肪酸からアルカン/アルケンへの変換反応について検討した。緑藻類などを用いた研究結果からは脂肪酸から直接アルカン/アルケンを合成しているのではなく、脂肪酸からアルデヒドになった後アルカン/アルケンに変換される可能性が示唆されている。そこでHD-1株が最も多く蓄積していたヘキサデカン(C16)の前駆物質であると予想されるパルミチン酸あるいはヘキサデカナ-ルを使ってアルカン/アルケンの生成が実際に起こるかを調べた。^<14>C-パルミチン酸は市販のものを利用した。^<14>C-ヘキサデカナ-ルは入手不可能であったため^<14>C-パルミチン酸から化学合成した。アルカン/アルケンの生成反応は以下のようにして行った。基質である^<14>C-パルミチン酸あるいは^<14>C-ヘキサデカナ-ルを含むリン酸緩衝液(pH7.0)/1% Triton X-100をナスフラスコ内でArガス通気により脱酸素処理する。同様に脱酸素処理した細胞抽出液を嫌気性ボックス内で添加後密栓する。これを遮光した湯溶中で37°C24時間保温した。反応産物を含む疎水性画分をクロロホルム抽出し、気質のみで保温したコントロールと共にシリカゲル60TLC(ヘキサンおよびヘキサン,ジエチルエーテル,ギ酸)で展開し、脂肪酸あるいはアルデヒド画分(Rf=0.5-0.7)とアルカン/アルケン画分(Rf=0.9以上)を厳密に分けて回収した。液体シンチレーションカウンターによりそれぞれの放射活性を測定した。この結果から、微量ではあるが細胞抽出液を加えた場合にのみアルカン/アルケンの生成が確認できた。さらに脂肪酸にくらべてアルデヒドの方がアルカン/アルケンの生成率が良いことか、細菌においても脂肪酸はアルデヒドを経由してアルカン/アルケンに変換されることが強く示唆された。現在細胞抽出液をカラムクロマトグラフィーなどにより分画して、本酵素活性(アルデヒドデカルボニラーゼ)の精製を目指している。【2】アルカン/アルケン合成能力の向上本プロジェクトが実際に地球環境レベルで貢献できるにはHD-1株の生育速度を高めると共にアルカン/アルケンの蓄積量を飛躍的に増大する必要がある。そこで、人為的突然変異処理を繰り返してこの目的に合った変異株を効率良く選別する方法を検討した。突然変異処理法は細菌において最も強力で汎用的なニトロソグアニジン処理を採用した。処理条件は生存率10%50%を設定(100mg/1,37°C,30分間)した。アルカン/アルケンの合成能力の高くなった株はプレート上では元株と容易には区別できない。そこで比重の違いを利用した。すなわちアルカン/アルケンを含む疎水性成分の細胞内含量が高いものは他にくらべて軽くなっていると予想した。比重の違いで生体物質を分画するのに最も簡便な方法のひとつが密度勾配遠心分離法である。そこで細胞を分画するための無菌的密度勾配遠心分離の最適条件検討を策定した。遠心分離後、上層から注意深く溶液を10区画(No.1No.10)に分けて回収した。これをプレートに広げて単一細胞を単離して最も比重の軽い細胞(No.5)、中程度の細胞(No.7)、最も重い細胞(No.10)を選んでそれぞれの大量培養後、疎水性成分含量を比較した。取得したNo.5は変異剤未処理の約3倍の疎水性物質を蓄積していた。現在ガスクロマトグラフィーにより疎水性成分(アルカン/アルケン含量など)を分析中である。以上の結果から、突然変異処理(ニトロソグアニジンおよび紫外線照射)と密度勾配遠心分離による選別により、アルカン/アルケンの高生産性突然変異株の取得が可能であることが確認できた。今後、この操作を繰り返すことによってHD-1株のアルカン/アルケン生成能力を可能な限り増強させる予定である。

同様に脱酸素処理した細胞抽出液を嫌気性ボックス内で添加後密栓する。これを遮光した湯溶中で37°C24時間保温した。反応産物を含む疎水性画分をクロロホルム抽出し、気質のみで保温したコントロールと共にシリカゲル60TLC(ヘキサンおよびヘキサン,ジエチルエーテル,ギ酸)で展開し、脂肪酸あるいはアルデヒド画分(Rf=0.5-0.7)とアルカン/アルケン画分(Rf=0.9以上)を厳密に分けて回収した。液体シンチレーションカウンターによりそれぞれの放射活性を測定した。この結果から、微量ではあるが細胞抽出液を加えた場合にのみアルカン/アルケンの生成が確認できた。さらに脂肪酸にくらべてアルデヒドの方がアルカン/アルケンの生成率が良いことか、細菌においても脂肪酸はアルデヒドを経由してアルカン/アルケンに変換されることが強く示唆された。現在細胞抽出液をカラムクロマトグラフィーなどにより分画して、本酵素活性(アルデヒドデカルボニラーゼ)の精製を目指している。【2】アルカン/アルケン合成能力の向上本プロジェクトが実際に地球環境レベルで貢献できるにはHD-1株の生育速度を高めると共にアルカン/アルケンの蓄積量を飛躍的に増大する必要がある。そこで、人為的突然変異処理を繰り返してこの目的に合った変異株を効率良く選別する方法を検討した。突然変異処理法は細菌において最も強力で汎用的なニトロソグアニジン処理を採用した。処理条件は生存率10%50%を設定(100mg/1,37°C,30分間)した。アルカン/アルケンの合成能力の高くなった株はプレート上では元株と容易には区別できない。そこで比重の違いを利用した。すなわちアルカン/アルケンを含む疎水性成分の細胞内含量が高いものは他にくらべて軽くなっていると予想した。比重の違いで生体物質を分画するのに最も簡便な方法のひとつが密度勾配遠心分離法である。そこで細胞を分画するための無菌的密度勾配遠心分離の最適条件検討を策定した。遠心分離後、上層から注意深く溶液を10区画(No.1No.10)に分けて回収した。これをプレートに広げて単一細胞を単離して最も比重の軽い細胞(No.5)、中程度の細胞(No.7)、最も重い細胞(No.10)を選んでそれぞれの大量培養後、疎水性成分含量を比較した。取得したNo.5は変異剤未処理の約3倍の疎水性物質を蓄積していた。現在ガスクロマトグラフィーにより疎水性成分(アルカン/アルケン含量など)を分析中である。以上の結果から、突然変異処理(ニトロソグアニジンおよび紫外線照射)と密度勾配遠心分離による選別により、アルカン/アルケンの高生産性突然変異株の取得が可能であることが確認できた。今後、この操作を繰り返すことによってHD-1株のアルカン/アルケン生成能力を可能な限り増強させる予定である。
溶液中の回転異性化反応に対する溶媒効果

本研究の目的は回転異性化反応の反応速度定数の粘度依存性を調べ、その実験結果と反応速度についてのKramersの理論やGroteとHynes理論との比較・検討を行ない反応速度定数に対する溶媒効果を明らかにしようとするものである。混合溶媒中のsec-臭化ブチルの回転異性反応をラマン散乱法を中心に調べた。溶媒としては、低粘性溶媒としてn-ヘキサン、高粘性溶媒としてフタル酸ジイソブチルを用いた。回転異性体の振動モードに対応するラマン線の温度・圧力依存性の解析から回転異性化反応に伴うエンタルピー変化(ΔH)及び体積変化(ΔV)の粘度依存性を明らかにした。純成分のΔHは4kJ/molであり低粘度溶媒の添加とともに増加し、また高粘度溶媒の添加とともに減少した。昨年度報告したように活性化エンタルピーの溶媒粘度依存はすくなく、回転異性化にともなうポテンシャルの高さは粘度に依存しその原因はΔHにあることが明らかとなった。また、ΔVも粘度に依存し大きく変化することが明らかとなった。低粘性溶媒中では、5cm^3/molであったΔVは高粘性溶媒では1cm^3/molまでに減少した。ΔVの変化は回転異性体の局所構造が低粘度溶媒と高粘度溶媒では大きく異なることを意味している。これは異性体と溶媒との相互作用を反映するΔHの結果からも予想される。これに対しsec-臭化ブチルの回転異性反応の速度定数の粘度依存性がKramersの理論からのずれが観測されたが、この原因は活性化エンタルピーよりも溶質・溶媒間の相互作用が大きく変化したためであると結論される。今後は、以上の点を考慮した速度定数の粘度依存性の理論を展開する計画である。本研究の目的は回転異性化反応の反応速度定数の粘度依存性を調べ、実験結果と反応速度についてのKramersの理論やGroteとHynes理論との比較・検討を行ない反応速度定数に対する溶媒効果を明らかにしようとするものである。今年度は、これまでsec-臭化ブチルの回転異性反応による超音波緩和スペクトルの粘度依存性を、1MHzから7MHzを共鳴法、10MHzから300MHzをパルス法、200MHzから500MHzを高分解能ブラッグ反射法を用い測定した。今回,購入したパルス法測定装置はパルス領域の測定に使用した。測定粘度範囲は4200x10^<-4>pa・sであった。超音波緩和スペクトルの解析から緩和周波数、緩和強度を求めた結果、何れも粘度依存性を示した。さらに、緩和周波数より回転異性化反応による反応速度定数を計算した。Kramersの理論やGroteとHynesの理論から求めた反応速度の粘度依存性は、低粘度域で実験結果を再現したが、高粘度領域では実験値から大きくずれることが明かとなった。また、緩和周波数の温度依存性より各溶媒組成での回転異性化反応に対する活性化エネルギーを決定したところ、活性化エネルギーは粘度が低下するにつれ19kJ/molから17kJ/molとなり、わずかに粘度依存性が観測された。高粘度側での理論からのずれは、この活性化エネルギーの粘度依存性を考慮しても説明することはできず、回転異性化反応に伴うエンタルピー変化を含めたポテンシャルの形が溶媒との相互作用により変化していると考えられる。このことは、回転異性化反応に伴うエンタルピー変化や体積変化の情報を含む緩和強度が粘度に依存すると言う結果と矛盾しない。次年度は、Raman散乱法を用いさらに詳細に検討する計画である。

本研究の目的は回転異性化反応の反応速度定数の粘度依存性を調べ、その実験結果と反応速度についてのKramersの理論やGroteとHynes理論との比較・検討を行ない反応速度定数に対する溶媒効果を明らかにしようとするものである。今年度は、ラマン散乱法を中心に混合溶媒中のsec-臭化ブチルの回転異性反応を調べた。溶媒としては、低粘性溶媒としてn-ヘキサン、高粘性溶媒としてフタル酸ジイソブチルを用いた。回転異性体の振動モードに対応するラマン線の温度・圧力依存性の解析から回転異性化反応に伴うエンタルピー変化(ΔH)及び体積変化(ΔV)の粘度依存性を明らかにした。純成分のΔHは4kJ/molであり低粘度溶媒の添加とともに増加し、また高粘度溶媒の添加とともに減少した。昨年度報告したように活性化エンタルピーの溶媒粘度依存はすくなく、回転異性化にともなうポテンシャルの高さは粘度に依存しその原因はΔHにあることが明らかになった。また、ΔVも粘度に依存し大きく変化することが明らかとなった。低粘性溶媒中では、5cm^3/molであったΔVは高粘性溶媒では1cm^3/molまでに減少した。ΔVの変化は回転異性体の局所構造が低粘度溶媒と高粘度溶媒では大きく異なることを意味している。これは異性体と溶媒との相互作用を反映するΔHの結果からも予想される。昨年度報告したsec-臭化ブチルの回転異性反応の速度定数の粘度依存性がKramersの理論からずれる原因は活性化エンタルピーよりも溶質・溶媒間の相互作用が大きく変化したためであると結論される。今度は、以上の点を考慮した速度定数の粘度依存性の理論を展開する計画である。
しきい値の変分を利用したハイブリッドシステムにおける周期解の設計とその応用

状態空間をしきい値で区切り,各区間でパラメータ2つを固定した微分方程式を定義し,部分軌道候補を得る.それらをつないで所望の形状を実現するしきい値を求解した.しきい値を複数個用意し個々の区分空間におけるリミットサイクルを作成,変分方程式およびヤコビ行列の生成,特性乗数の算出,および2パラメータ平面におけるリミットサイクルの分岐図を求解する枠組みを完成させた.また,所望の軌道や安定性を実現する制御方法として,安定極を指定するしきい値設定開ループ制御系を提案した.さらに有限オートマトンとしてハイブリッドシステムを捉え,簡易な区分線形システムにおいて発振や同期を設計する方法論を検討した.本研究はしきい値の変分に関する微分や周期解の安定性の検討がキーポイントであり,研究チーム内での議論によって,区分非線形系の分岐問題を解析するフレームワークの完成をみれば,当初計画の3次元区分非線形系の提案・解析は応用として解決できるという見通しがついてきた.したがって,本年度はしきい値に関する変分のより詳細な研究,および制御問題を中心に据えとして進めることとした.前者は適用モデルの選定や具体的な解析,後者については簡素な自律系区分非線形系に関する論文投稿を目標とした.特に後者のしきい値制御に関しては,数値計算とシミュレーションでは妥当性が十分検討できた.また,カオス制御系としてハードウェアの構成および制御実験を行い,結果をまとめ,論文として現在投稿しているところである.また,まだ未解決なハイブリッドシステムの分岐問題について取り組むこととした.その問題の一つとして,二次元非自律系+区分非線形系の分岐問題を取り扱った.状態にジャンプを有する非自律系はこれまで,周期外力の周期にあわせてポアンカレ写像を取る方法では,ヤコビアンの正則性の問題が生じ,分岐パラメータ値が計算できないことが多かった.このため,われわれは非自律系の自律系化を行い,ジャンプ条件でポアンカレ断面を取る方法を考案した.これによって分岐問題が円滑に計算できるようになり,現在,幾つかの力学系の例題について計算を進めている.本年度は,まず所望のリミットサイクルの形状を,位相的な関係を記述した概形データ(例えばハートマークなど)として与え,複数の非線形力学系をしきい値で貼り合わせてその軌道を実現するフレームワーク作成を行った.その実験的な取組として,まず具体的には個々の2次元力学系に見られる半解軌道の集合を,標準基底と並行に幾何学的に貼り合わせ,閉軌道を構成する.そのときにしきい値(ポアンカレ切断面)が決定される.次にその軌道に関する安定性を検討する.ポアンカレ写像を評価し,そのヤコビアンを求め,特性乗数を求める.最後に閉軌道の分岐問題(パラメータ摂動に関する分岐の発生)を数値的に解く.例題としてvan der Pol発振器を用い,4つのポアンカレ切断面をもつ軌道を考え,その分岐問題を検討した.リミットサイクルの安定性,分岐問題,ともに精度よく求まることを確認した.ハイブリッドシステムにおいて,所望の軌道や安定性を実現する制御方法として,しきい値の変分を求め安定極を指定するしきい値設定開ループ制御系を提案した.しきい値の変分は,先行研究にて変分方程式の数値積分値が利用できることがわかっていたが,本研究では,逆に軌道形状や軌道の安定性を先に指定し,それを実現するしきい値を求めることに新規性がある.NCSP2016にて論文を投稿,発表を行った.また,前年度課題であった,コンパレータを用いたハイブリッドシステムとしての発振器を開発し,区分線形系として解析を進めた.コンパレータ(オペアンプ)を二つ用い,フリップフロップのようにたすき掛け構造にすることによって矩形波発振器を構成する.従来のRC型矩形発振器に比して,過渡応答が改善され,また,周波数を決定するしきい値に大きいマージンを導入することができている.この発振器の結合系について解析を進める.また,離散時間ハイブリッドシステムの結合系について,その解析方法の開発を行い,応用として南雲佐藤ニューロンの結合系における分岐問題を解いた.その他,あらゆるタイプのハイブリッドシステムを想定し,その分岐問題について数値計算が行える基礎フレームワークを完成させた.状態空間をしきい値で区切り,各区間でパラメータ2つを固定した微分方程式を定義し,部分軌道候補を得る.それらをつないで所望の形状を実現するしきい値を求解した.しきい値を複数個用意し個々の区分空間におけるリミットサイクルを作成,変分方程式およびヤコビ行列の生成,特性乗数の算出,および2パラメータ平面におけるリミットサイクルの分岐図を求解する枠組みを完成させた.また,所望の軌道や安定性を実現する制御方法として,安定極を指定するしきい値設定開ループ制御系を提案した.さらに有限オートマトンとしてハイブリッドシステムを捉え,簡易な区分線形システムにおいて発振や同期を設計する方法論を検討した.モデリングならびにシミュレータ,分岐計算ツールなどの数値計算ツールは順調に揃ってきている.また,並列して関連する業績も発表・出版できている.回路実装は関連研究による実績があがりつつも,本研究における計画通りの取組はまだ遅れている.特に軌道生成における自動パラメータ調整のための最適化問題に関する仕組みはまだ考慮されてない状況にある.非線形工学,分岐理論最終年度は,回路実装に関し尽力する.

ヒステリシスコンパレータやアナログスイッチを用いて,簡単な区分線形回路からスタートさせ,当初の目的を果たしたい.また,所望閉軌道のデザイナーの製作ならびに力学系の当てはめに関する最適化問題を検討し,研究を完成させたい.当初計画していた1)三次元区分非線形系の解析,2)その分岐構造,3)周期解の位相的分類・回路実現の検討,5)しきい値制御は,二次元自律系について,2)5)が完成した.1)については手法についての理論的な検討は終えることができたが,まだ具体的な例については翌年度へ持ち越しとなった.しかしながら,本年度実績にかかる研究内容を背景に,その解析ツールなどの開発については目処がついている.関連業績の国際会議発表や論文への投稿も概ね予定通り進捗している.年度内に執行が行えなかった物品がある.実際,平成27年度当初に納入された消耗品等があった.また,未発売の製品を待ったため,全額を執行できなかった.まず,既存の三次元非線形系を適当なセグメントに分割し,パラメータ値をそれぞれ異なる値に選ぶことにより区分非線形系を構成する.その後,指定の安定性を示すアトラクタにするためのパラメータ集合を解くアルゴリズムについて,具体的にニュートン法の適用を念頭に,境界値問題解法として記述することを検討する.ローレンツ方程式,レスラー方程式を選び,2名の学生が担当し,アルゴリズムの検証し,数値計算例を示すことによって妥当性を検討する.そののち,具体的な回路実装などの実現のある系について,ハイブリッドシステムを構成する例をとりあげ,周期解設計問題を定式化する検討を行う.少額であるため,その他の経費とし,回路部品等の消耗品の購入に充てる予定である.予算策定時に想定した設備備品のオシロスコープについて,同程度の性能を示す機器が極めて安価に導入できたため,また,旅費等についても校費等で賄うことができたため,差額が生じた.平成26年度中に開催される国際会議発表(スイス)に,予算策定時より追加で2名の参加を予定しており,繰り越し相当額が充当される.
肝臓低栄養・病態におけるオートファジーに関する研究

ヒト肝臓のミクロチューブ関連タンパク軽鎖3(LC3)免疫染色を行ったところ、LC3は、正常肝臓の門脈域よりも中心静脈周囲に強く、顆粒状に染まり、脂肪化に伴って、染色性が低下した。Autophagy (自食)は、飢餓・stressで誘導され、二重膜で細胞質・小器官・蛋白質凝集塊を隔離しlysosomeと癒合し、分解を促し、生存を促す。従来、Microtubule-associated protein (MAP) light chain 3 (LC3)は蛍光蛋白標識の上、強制発現しなければ、組織学的検討ができないと考えられてきた。しかし、私達は、ヒト肝臓の通常の免疫組織化学法によって、全ての肝臓にLC3陽性顆粒を認め、その発現パターンが多様であること、脂肪化と(逆)相関していることを発見した。死後2日程度以内の試料では、LC3染色は全例可能であった。LC3染色は、門脈域より、中心静脈域に強く、肝細胞内の脂肪滴と一致して顆粒状に染まった。脂肪滴形成に寄与するadlpophilinと蛍光二重染色すると、少なくとも小脂肪滴の一部では共存することから、autophagyが脂肪滴形成に寄与することが示唆された。しかし、脂肪肝が進行すると、LC3染色は低下していた。脂質過酸化の指標である4-hydroxynonenal (HNE)とLC3を連続切片で染色し比較すると、局在が一致するものが多いことから、LC3の寄与する脂肪滴形成に活性酸素種が寄与することが示唆された。ヒト症例で、栄養状態の指標であるBody Mass IndexとLC3染色性の間に相関は認めなかった。Autophagyは、飢餓、その他のストレスに対応して、細胞構成成分をautophagosome二重膜で囲い込みlysosomeと癒合後、分解し、エネルギーを補い、アミノ酸などを再利用する現象である。最近、autophagyが細胞内の脂肪滴代謝に寄与する可能性が注目されている。脂肪滴形成は、肥満・高脂血症の他、飢餓でも促されることが知られている。LC3は正常肝の門脈域より中心静脈周囲に強く、顆粒状に染まり、脂肪化に伴って染色性が低下した。LC3-ADRP二重染色によって、小脂肪滴の一部でLC3-ADRPが共存していたが、中等度以上の脂肪肝ではLC3蛍光は軽微で、LC3陽性面積とADRP陽性面積には逆相関を認めた。栄養状態の指標としてBody Mass Index(BMI)を用いて調べると、LC3染色との関連性を認めなかった。これまで、癌組織において、LC3免疫染色陽性像を示した論文が少数ある。本研究によって、正常肝のLC3免疫染色ができ、脂肪化指標との比較より、はautophagyが脂肪代謝に寄与していること、あるいはautophagyの障害が脂肪化を促していることがヒトにおいて示された。オートファジーは、飢餓、その他のストレスに対応して、細胞構成成分をオートファゴソームの二重膜で囲い込みライソゾームと融合し、分解してエネルギーを補い、アミノ酸などを再利用するシステムである。近年、オートファジーが脂肪滴代謝に寄与する可能性が注目されている。脂肪滴形成は、肥満、高脂血症、飢餓などでも促進することが報告されている。その結果、LC3は正常肝臓の門脈域より中心静脈周囲に、強く顆粒状に染まり、脂肪化に伴って染色性が低下した。LC3とADRPの二重染色によって、小脂肪滴ではLC3とADRPは共存していたが、中等度以上の脂肪肝ではLC3は軽微で、LC3陽性面積とADRP陽性面積には逆相関が認められた。栄養状態の指標であるBody Mass Index (BMI)を用いて、LC3との関連性を調べたところ、相関は認められなかった。本研究によって、正常肝細胞のLC3免疫染色が可能となり、脂肪化指標のADRPとの比較により、オートファジーの障害が肝臓の脂肪化を促進していることが示唆された。法医学おおむね順調に進行している。現在までの達成度本研究において、ヒト解剖事例の肝臓において、通常のLC3免疫組織法・蛍光抗体法が使用できることを確立した。この方法を用いて、LC3が中心静脈周囲に顆粒状に発現すること、加齢により生じるリポフスチン顆粒と明確に区別できること、脂肪化の進展とともにLC3染色性が低下すること、死後48時間以内程度の事例の大部分に適用可能であることを見出した。これらの結果から、オートファジーの障害が脂肪肝の原因の一つであることが確認できた。また、小脂肪滴の一部とオートファジーの関連性をADRPとLC3の二重蛍光抗体法による共局在によって確認したことは、脂肪滴形成にオートファジーが関与している可能性を指摘した報告と矛盾しない。一方、栄養状態の指標であるBody Mass IndexとLC3染色性には相関を認めなかったことから、当初、期待した対象者の栄養状態の客観的な指標としての使用は難しいことがわかった。これらの結果は、Hepatology Reserchに投稿され、現在、改訂作業中であり、受理される見込みである。これまで、肺癌、脳腫瘍等のガン組織について、LC3免疫染色法に関する報告が少数あったが、正常組織に関する体系的な検討は本研究が最初である。

今後、肝疾患、加齢、中毒等との関連性に関する客観的な証拠を解剖体から得る重要な手段となる可能性がある。以上、ヒト肝臓にLC3免疫組織を使用できるかを検討するという第1の目的は完全に達成され、脂肪肝との関連性も、ほぼ確認できた。しかし、高脂肪食(High Fat Diet)やMDMA等、脂肪肝を惹起する動物モデルにおける検討はされておらず、今後の課題である。高脂肪食負荷は、動物に脂肪肝を誘導し、3,4-methylenedioxymethamphetamine (MDMA)中毒の剖検例に脂肪肝を認めることが多い。そこで、ラットに高脂肪食負荷、またはMDMA投与した後、肝臓を採取して、LC3免疫染色を実施しする。今後の推進方針ラットに高脂肪食を負荷する、あるいは3,4-methyledioxymethyl-amphetamine(MDMA)投与する等、脂肪肝を惹起する動物モデルを確立する。そして、その肝臓の脂肪滴形成におけるオートファジーの役割を検討する。既に、高脂肪食ラットの脂肪肝を確認している。脂肪負荷後、経時的に採取した肝臓について、LC3染色、及びADRP染色を試み、染色法の至滴条件を検討する。その上で、LC3-ADRP二重蛍光法を確立して、脂肪肝の進行とLC3染色の関連性を、領域性、脂肪滴の大きさ、脂肪肝の程度等の視点から検討する。一方、肝臓のWestern blot解析によって、オートファジー活性化の指標である、LC3II/LC3I比を算出し、脂肪化の指標であるADRP発現量との関連性を、経時的に検討する。そして、オートファジー阻害剤であるクロロキン等を投与したとき、LC3II/LC3I比、ADRP量に及ぼす影響、LC3-ADRP二重免疫蛍光の共存在度、ADRP蛍光強度、ADRP陽性面積を調べ、オートファジーが脂肪滴形成に寄与するか否かを検討する。当教室においては、睡眠時無呼吸(Sleep Apnea Syndrome, SAS)のモデルであるIntermittent Hypoxia (IH)を飼育箱の中のラットに持続的に暴露できる装置を開発した。これを用いて、高脂肪食負荷したラットをIH暴露して、オートファジーと脂肪形成の関連性を検討する。また、エコー等を用いて、心機能を評価する。これによって、脂肪肝を有するSAS患者の心機能低下の可能性、SASが脂肪肝や肝障害に及ぼす影響を検討する。研究費300,000円動物購入費、100,000円組織検査用試薬、100,000円抗体購入費、100,000円
職域集団でのマルチプルリスクファクター症候群についての疫学的研究

本研究は第1に、労働者での体重増加と肥満の実態、意義、労働要因、対策についての文献調査、第2に少量飲酒が代謝性症候群(metabolic syndrome)の発症を抑制するという説、第3に飲酒による高血圧発症がインスリン抵抗性増大に関連するとの説についての検証とからなる。第1に肥満は、最近では低所得者などの低い社会階層に多い。人生や仕事への不満足、不健康な生活習慣がその原因となる。長時間労働、残業、交代性勤務が体重増加やウェスト周囲長の増加に関連する。過重な労働負担に対する過食、静的な余暇、過量飲酒、喫煙のためと考えられる。肥満対策を立てる上でウェスト周囲長の測定が重要で、標準化された測定法を早急に確立する必要がある。第2の研究は中年労働者男女約4千人で行われた。男性は4分の3、女性は1割が飲酒習慣をもつ。高血圧、耐糖能異常、高中性脂肪血症、低HDL-コレステロール血症の出現頻度を非飲酒者、少量飲酒者、過量飲酒者の3群間で比較したが、男の高血圧と低HDL-コレステロール血症以外に有意差はなかった。少量飲酒は代謝性症候群の発症を抑制しない。一方、血清gamma-glutamyl transferase(GGT)上昇を示す者は、男で高血圧、耐糖能異常、高中性脂肪血症、女で高中性脂肪血症が有意(P<0.05)に高かった。少量飲酒でも、血清GGT上昇を示す者では、代謝性症候群の発症リスクを高める。第3の対象は中年健常男性で、飲酒量の増加にともない空腹時インスリンが低下した。血糖は1日60ml以上の飲酒者で高値を示した。その結果、飲酒者のHOMA-IRとHOMA-BCがともに低値を示した。一方、飲酒者においてもHOMA-IRが高いほど血圧が高く、血清GGTの中等度上昇がHOMA-IR上昇と、高度の血清GGT上昇はHOMA-BC低下と強く関連した。飲酒者で見られる血清GGTと血圧の関連は、脂肪肝の進展にともなうインスリン、糖代謝の変化とインスリン抵抗性の増大を反映している可能性がある。本年度は解析に必要なデータの収集を行った。具体的には、1)性、年齢、職務、作業での身体的負荷(立位、座位、歩行、筋労作、それらの時間と程度)、作業での精神的負荷(性格、強度)、労働時間、交替性勤務の有無、余暇の過ごし方、運動習慣(強度、時間、回数)、食習慣(規則性、間食、夜食、まとめ食い)、喫煙と飲酒に関するアンケート調査用紙を立案、作成した。2)肥満とその評価方法に関する文献の調査と評価を行った。3)肥満とその合併症の発現に関連する職業的要因についての文献の調査と評価を行った。上記の文献調査と合わせて、職場における肥満とその合併症の予防に関する総説として発表を予定している。4)定期健康診断を利用して、上記のアンケート調査、および血液サンプルの採取とウェスト、ヒップ周囲長の測定を行った。以上の集積されたデータについて次年度に集計と統計解析を行う。本年度は以下のような活動を行った。1)肥満とその評価法、肥満とその合併症の発現に関わる職業的要因についての文献を調査、評価した結果を総説として公表した。

2)定期健康診断を利用して得られた血液サンプルを用いて、homeostasis model assessmentによるインスリン抵抗性指標(HOMA-IR)と膵ベータ細胞のインスリン分泌能指標(HOMA-BC)をもとめ、それと飲酒による高血圧との関連性について解析した結果を医学雑誌に投稿した。
血管内皮細胞におけるサイトカインとエンドトキシンの作用の相互関連性についての研究

主としてヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)を用い実験した。1.ILー1_α,ILー1_β(10U/ml),IFNーα(1000U/ml),TNFα(1000U/ml)あるいはLPS(1μg/ml)を含む培養液にてHUVECを24時間培養することにより,その後のトロンビン刺激によるHUVECのPGI_2産生を有意に促進した。またヒト末梢血より単球を分離し,LPSを添加する群としない群とに分け,フラスコにて培養後,そのpostculture mediumを採取し,monocyteーconditioned medium(MoーCM),LPSーmonocyteーconditioned medium(LPSーMoーCM)とした。MoーCMやLPSーMoーCMでHUVECを24時間培養後,同様にトロンビン刺激すると,ILー1,IFNーαやTNFなどでHUVECを培養した後よりもはるかに多量のPGI_2が産生された。2.MoーCMを作る際の単球の培養時間が長い程,そのMoーCMでHUVECを培養後のPGI_2産生が高まることが確認された。またMoーCM中のILー1_βをELISAにて定量すると,単球の培養時間が長い程,そのMoーCM中に含まれるILー1_βが多いことが確認された。3.単球を24時間培養して作成したMoーCMにTNFαやILー1_αなどの抗体を過剰に加えHUVECを培養した。その後のトロンビン刺激によるPGI_2産生は抑制されるが,ILー1やTNFを含む培養液でHUVECを培養した場合や,無処置のHUVECの場合よりもかなり多量のPGI_2が依然として産生されていた。すなわち単球からILー1やTNFなどのさまざまなサイトカインが放出され,それによりHUVECのPGI_2産生を刺激していると考えられるが,従来考えられているILー1やTNF以外のサイトカインもHUVECのPGI_2産生に大きく関与している可能性がある。4.MoーCMやLPSーMoーCMでHUVECを培養する際,その後のHUVEC培養液中のILー1濃度に大きな変動はなかった。すなわちILー1によるHUVECのILー1産生促進効果は明らかではなかった。1.現在まで主としてブタ肺動脈,大動脈の血管内皮細胞を分離培養している。同時に大量の材料(約20頭分の肺動脈,大動脈)を処理し、Primary cultureのうちpureな内皮細胞から成るdishのみmixしてpassage1として実験に供している。これにより若い細胞を大量に得られ,かつ個体差をなくすというメリットを得ている。肺血管に関しては,輸送血管ではなく,真の代謝,ガス交換の場を反映する末梢血管肺毛細血管内皮細胞の培養は困難がある。血管の部位差の検討に関しては主として大動脈と肺動脈に関して行うこととした。2.同種動物血管における部位差について。ブタ肺動脈内皮細胞のACE活性はブタ大動脈内皮細胞の約2.5倍になることを確認した。PGI_2産生能においては両者は大差ないことを確認した。3.エンドトキシンと同様に血管透過性亢進性肺水腫と考えられるパラコ-トを血管内皮細胞に作用させた際も同様に内皮細胞のPGI_2産生が促進することが確認された。

このことより透過性亢進性肺水腫の病態を考える際PGI_2以外の他のcyclooxygenase系,あるいはlipoxygenase系代謝産物も深いかかわりを有すると思われ,その解析を更に進める必要がある。平成元年度は分離培養の最も適当な方法は何かということを重点的に検討した。すなわち従来より行われている消化酵素による分離は繁雑であり大量の材料を処理できない。よってSurgical bladeで内皮細胞を機械的に剥離する方法を用いることにしたが,それも一頭のみではなく,約20頭分の材料を一度に処理し,個体差を減じ,かつ若い細胞にて実験できることになった。平成2年度は主としてヒト臍帯静脈内皮細胞を用い実験した。1.ILー1_α,ILー1_β10v/ml,1FNーγ1000v/ml,TNF100v/mlはヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)と24時間インキュベ-トすることにより,トロンビン刺激によるHUVECのPGI_2産生を有意に促進した。一方LPSも同様にトロンビン刺激によるPGI_2産生を高め,何れの場合もHUVECの形態が紡〓形に変化した。2.HUVECをLPSとインキュベ-トする際,ILー1抗体,TNF抗体を同時に加えても,その後のPGI_2産生に変化はなかった。このことより,LPSによるHUVECのPGI_2産生刺激はサイトカイン(少くともILー1やTNF)を介するものではない。3.ヒト末梢血より単球を分離し,単球を24時間培養後,そのPost culture medium(PCM)にてHUVECを更に24時間培養すると,トロンビン刺激によるHUVECのPGI_2産生は有意に促進し,LPS(1ug/ml)にてHUVECをインキュベ-トした後のPGI_2よりもはるかに多量のPGI_2が産生された。一方LPSと単球を同時に培養し,24時間後のPCMにて内皮細胞を更に24時間培養したが,その後のトロンビン刺激によるPGI_2の産生は単球単独のPCMで培養した場合に比して大きな差異はなかった。すなわちLPSによる相乗或いは相加作用は認められなかった。4.単球のPCMによるHUVECのPGI_2産生刺激はtime dependentである。すなわち3,8,16,24時間単球を培養後のPCMにて内皮細胞を培養すると,単球のincubation timeが長い程,HUVECのPGI_2産生が高まる結果がえられた。5.今後この単球のPCMによるHUVECのPGI_2産生刺激がサイトカインを介するものであるのかどうか等検討をすすめる。平成3年度はヒト〓帯静脈内皮細胞(HUVEC)を用い実験した。1.ヒト未梢血より単球を分離し,単球を24時間培養後,そのPostーculturemediumを採取した(MoーCM)。MoーCMにてHUVECを24時間培養後HUVECをトロンビン刺激すると,LPSやILー1aやTNFなどのサイトカインを含む培養液で培養した場合よりも,はるかに多量のPGI_2がHUVECから産生されることを確認した。(前年度報告済)3.単球を24時間培養して作成したMoーCMにTNFaや1Lー1aなどの抗体を過剰にMoーCMに加え,HUVECを培養した。
魚肉軟化現象の解明-トランスジェニックマダイを用いた解析

マダイから自己消化の原因酵素MMPとその内因性インヒビターTIMP、及び3種類のαアクチン遺伝子をクローニングすることに成功した.αアクチン遺伝子については、2種類は骨格筋アクチン(骨格筋1型と2型)を,1種類は心筋アクチン遺伝子(心筋型)であると推測された.いずれの遺伝子も8個のエクソンから構成されており,上流域にE BoxとCArGBoxを有していたが,これらのモチーフの分布パターンに大きな違いが認められた.これら3種類のαアクチン遺伝子の発現調節領域を利用したマダイ専用の発現ベクターを構築した.これらのベクターは,エクソンIIからVIIの領域をGFPと入れ換えたものであり,これらの調節領域のGFP発現誘導活性を比較することで調節領域の発現誘導活性を比較することが可能となった.また、マダイ受精卵へのマイクロマダイ受精卵への導入2日後の生残率は,骨格筋1型が35.7%,骨格筋2型が16.6%,心筋型が30.8%であった.孵化後1日と10日後の仔魚ならびに4ヵ月後の稚魚及び成魚の骨格筋と心筋における発現を調べた結果,いずれの遺伝子も仔魚期から発現していることが明らかとなった.しかし,骨格筋1型が稚魚と成魚のいずれにおいても骨格筋と心筋の両方において強く発現されていたのに対し,骨格筋2型は稚魚と成魚では骨格筋においてのみ発現が確認された.興味深いことに心筋型は稚魚期には心筋でのみ発現が認められたが,成魚では心筋と骨格筋のいずれにおいても発現が確認された.上記の発現ベクターを導入したF_0を用いてGFPの発現を視覚的に検討した結果,いずれのベクターも筋肉細胞特異的な発現誘導活性を有することが示されたが,心筋型遺伝子を用いたベクターではGFPが特に限定的な部位で発現していることが認められた。これらの結果を元に、発現ベクターを構築し、現在、マダイTIMP遺伝子を導入したF0を200尾飼育している。これらの個体は来年には成熟することから、今後、交配によりTIMPを過剰発現させたトランスジェニックマダイの系統を作出する予定である。マダイの筋肉結合組織の軟化に関わる酵素についてはまったく不明であったことから、今年度はそのクローニングを行なった。その結果、マダイ胚由来の初代培養細胞株RSEからPCR法とRACE法によりマダイ筋肉軟化の原因酵素と予想されるマトリックスメタロプロテアーゼ(MMP)とその内因性インヒビター(TIMP)のcDNAを得た。MMPはその分子量から判断して、MMP-2と考えられた。大腸菌を用いて組換え体を作製しその性質を検討した結果、コラーゲン分解活性を有すこと及び金属キレーターにより活性阻害を受けることが明らかとなった。TIMPはTIMP-2に属すると考えられ、その組換え体はMMPに対して阻害活性を示したことから、クローニングした遺伝子は機能的なタンパク質をコードしていることが明らかとなった。一方、養殖産業上重要な海水魚においてはこれまでのところトランスジェニック技術に関する研究はほとんど行われていなかった。そこで本研究では,まず海水魚の遺伝子導入用発現ベクターの開発を行った。

EGFPの上流および下流に,マダイβ-アクチンゲノムDNAの翻訳開始点より上流約2.3kbおよび終止コドンの下流約0.7kbをそれぞれ連結した発現ベクターを構築し,マダイの受精卵にマイクロインジェクションした結果,EGFPの明瞭な発現が観察された。次に,肉質改善のための遺伝子導入用発現ベクターの開発として,マダイの骨格筋で発現するα-アクチンゲノムDNAのクローニングを完了し,現在上記と同じような発現ベクターを構築中である。今年度はMMPの阻害剤である1,10-フェナントロリンを生きたマダイに注射し,死後の筋肉物性に与える影響を調べた.その結果,MMP活性を阻害することで有意に死後の軟化が抑制されたことから,筋肉の軟化現象にMMP関与が示唆された.この結果を受け,マダイTIMPを過剰に強制発現させた遺伝子組換えマダイの作出に着手した.発現ベクターを構築するに当たり,遺伝子組換え魚の社会的な受容を考慮して,マダイTIMP-2のcDNAとマダイ筋肉アクチンプロモーターを結合し、マダイ以外の遺伝子を一切含まないマダイ専用の筋肉特異的発現ベクターを構築した.TIMP-2の代わりに,レポーター遺伝子として緑色蛍光タンパク質GFPを導入したマダイにおいて,筋肉組織に特異的なGFPの発現が確認されたことから,本ベクターは筋肉特異的誘導活性を有することが示された.筋肉アクチンプロモーターについては,上流域については1285bpと3053bpの2種類について,ポリA付加シグナルを含む下流域については153bpと1154bpのものに加え,SV-40由来のものについても検討した.しかし,GFPの発現活性や致死率,孵化率において各コンストラクト間に有意な違いは認められなかった.もっとも長い筋肉アクチンの上流,下流を含むベクターをジーガンによりマダイ受精卵(1細胞期)に導入し,その発現をF0魚で検討したが,GFPの発現は確認されなかったことから,マダイにおいてジーンガンは適切な遺伝子導入ではないと判断された.そこで,従来どおり,マイクロインジェクションによりTIMP遺伝子導入を行うこととした.マダイから3種類のαアクチン遺伝子をクローニングすることに成功した.コード領域の相同性検索の結果,このうち2種類は骨格筋アクチン(骨格筋1型と2型)を,1種類は心筋アクチン遺伝子(心筋型)であることが推測された.いずれの遺伝子も8個のエクソンから構成されており,上流域にE BoxとCArGBoxを有していたが,これらのモチーフの分布パターンに大きな違いが認められた.これら3種類のαアクチン遺伝子の発現調節領域を利用したマダイ専用の発現ベクターを構築した.これらのベクターは,エクソンIIからVIIの領域をGFPと入れ換えたものであり,これらの調節領域のGFP発現誘導活性を比較することで調節領域の発現誘導活性を比較することが可能である.マダイ受精卵への導入2日後の生残率は,骨格筋1型が35.7%,骨格筋2型が16.6%,心筋型が30.8%であった.孵化後1日と10日後の仔魚ならびに4ヵ月後の稚魚及び成魚の骨格筋と心筋における発現を調べた結果,いずれの遺伝子も仔魚期から発現していることが明らかとなった.しかし,骨格筋1型が稚魚と成魚のいずれにおいても骨格筋と心筋の両方において強く発現されていたのに対し,骨格筋2型は稚魚と成魚では骨格筋においてのみ発現が確認された.
リン脂質二分子膜中の内分泌撹乱物質の輸送解析

本研究では、これまでに研究例のないリン脂質二分子膜中に取り込まれた内分泌撹乱物質(環境ホルモン)の輸送過程について、NMRにより分子レベルで解析した。内分泌撹乱物質として、ビスフェノールAと4-オクチルフェノールを取り上げ、飽和水溶液中における両者の自己拡散係数を、パルス磁場勾配NMR法により直接決定した。これにより、濃度サブミリモル以下の希薄溶液においても、NMRによる信頼性の高い動態解析が可能であることを示した。次に、両者をリン脂質リポソームに取り込ませ、取り込まれた撹乱物質の輸送過程をパルス磁場勾配NMR法により明らかにした。そのときの膜側の動きを同時観測することにも成功した。この成果は、「リン脂質二分子膜」という特殊な環境の中において、分子の揺らぎや動きをそのままの状態で高感度かつ高分解能で観測するために開発された、世界最大級の磁場勾配の発生をともなう拡散測定用NMRプローブを600MHz NMR装置に組み合わせることによって、初めて達成されたものである。本研究により、内分泌撹乱物質が二分子膜の表面に強く結合し、膜分子の揺らぎに同期して輸送されるという動態の特性が明らかにされた。膜の粒子径が大きくなるほど膜表面の曲率が小さくなり、膜の揺らぎにもとづく分子の動きは抑制される。しかし、本研究の結果はこれに反しており、リポソーム粒子径を100nm以上に大きくしても膜の中の分子の動きはほとんど抑制を受けないことが分かった。従って、細胞膜のように十分に大きな系においても、リポソームと同様に本研究の解析法がそのまま適用できると考えられる。本研究の解析法ならびに得られた成果が、大きさ10μm以上といわれる実際の細胞の中で撹乱物質がどのように輸送されるかを分子レベルで理解するために非常に有効であると結論される。本研究では、これまでに研究例のない、リン脂質二分子膜中に取り込まれた内分泌撹乱物質の輸送過程を、NMRを通して明らかにした。内分泌撹乱物質として、ビスフェノールAと4-オクチルフェノールを取り上げ、まず、両者の飽和水溶液中における自己拡散係数を、パルス磁場勾配NMR法により直接決定した。濃度はビスフェノールAで数百μM、オクチルフェノールで数十μMであり、サブミリモル以下の希薄溶液においても、NMRによる信頼性の高い動態の解析が可能であることを示した。さらに、そのときの膜側の動きを同時に観測することにも成功した。この成果は、「リン脂質二分子膜」という特殊な環境の中において、分子の揺らぎや動きをそのままの状態で高感度かつ高分解能で観測するために開発された、世界最大級の磁場勾配の発生をともなう拡散測定用NMRプローブを600MHzNMR装置に組み合わせることによって、初めて達成されたものである。ビスフェノールA、オクチルフェノールを、生体膜に最も近いモデルといわれている粒子径100nmのリン脂質一枚膜リポソームに取り込ませた。すると、これらの物質の移動は、いずれも水中に比べて約1/50に制限された。しかも、輸送の速さは、媒質である膜の揺らぎと正確に同期していた。また、NMR化学シフトから撹乱物質の膜内分布を求めたところ、いずれも二分子膜の表面に近い部位に選択的に分布する特徴を有することが明らかになった。これに対して、ベンゼンのように、膜の表面から疎水性内部まで幅広く取り込まれる分子の場合には、上で述べたような膜の揺らぎに支配された輸送は観測されなかった。

以上より、内分泌撹乱物質は二分子膜の表面に強く結合し、膜分子の揺らぎに同期して輸送されるという動態の特性が明らかにされた。本研究では、これまでに研究例のないリン脂質二分子膜中に取り込まれた内分泌撹乱物質(環境ホルモン)の輸送過程について、NMRを通して分子レベルで解析した。平成15年度は、リン脂質リポソームやミセルなどの粒子径を制御して膜表面の曲率を変化させたときに、撹乱物質の輸送がどのような影響を受けるかを、パルス磁場勾配NMR法を用いて系統的に考察した。内分泌撹乱物質であるビスフェノールAの膜内における輸送速度は、粒子径3nmのミセル、粒子径30nmのリポソーム(いわゆるSUV)、粒子径100nmのリポソーム(いわゆるLUV)の順に、粒子径が大きくなるにつれて小さくなった。ところが、粒子径を100nm以上に大きくしても、膜内における輸送速度はほとんど変わらなかった。膜の媒質であるリン脂質分子の動きについても同時に計測したところ、ビスフェノールAの動きと対応して、ミセル、SUV、LUVと粒子径が大きくなるにつれて制限を受けるが、粒子径を100nm以上に大きくしてもほとんど変わらなくなることを見出した。ビスフェノールAが膜分子の揺らぎとほぼ同期して膜中を移動する動態の特性は、粒子径にかかわらず、いずれも保持されていた。一般に、膜の粒子径が大きくなるほど膜表面の曲率が小さくなり、膜の揺らぎにもとづく分子の動きは抑制される。しかしながら、粒子径を100nm以上にしても膜の中の分子の動きがほとんど変わらなかったことから、たとえば細胞膜のような十分に大きな系においても、膜中で分子は依然としてかなりの流動性を保づていると予想される。このように、本研究の解析法ならびに得られた成果は、大きさ10μm以上といわれる生物の細胞の中で、撹乱物質がどのように輸送されるかを分子レベルで理解するために非常に有効であると結論される。
超臨界/凍結乾燥を用いたメソポーラスカーボンゲルの創出

レゾルシノールとホルムアルデヒドのゾル-ゲル重合および炭酸ガスを用いた超臨界乾燥によってRFエアロゲルが作製できる.このRFエアロゲルを不活性雰囲気で熱分解すれば,高比表面積メソ細孔性カーボン(カーボンエアロゲル)が得られる.しかし,エアロゲルは超臨界乾燥を用いるために製造コストが高くなる.そこで本研究では,カーボンエアロゲルの細孔制御,凍結乾燥によって安価で高性能なエアロゲル状カーボンの作製に検討を加えた.得られた知見は以下のように纏められる.(1)ゾル-ゲル重合においてレゾルシノール,炭酸ナトリウム(触媒),水(希釈剤)の組成比を変化させれば,RFエアロゲルのメソ細孔半径を2.59.2nmの範囲で任意に制御できる.熱分解によって若干収縮が生じるもののRFゲルの紐孔構造が保持でき,カーボンエアロゲルのメソ細孔半径を2.06.1nmの範囲で制御できる.(2)凍結乾燥時にゲル収縮が生じるものの,RFクライオゲルは0.58cm^3/g以上のメソ細孔容積をもつ多孔体である.クライオゲルを熱分解すれば,800m^2/g以上の比表面積,0.55cm^3/g以上のメソ細孔容積をもつエアロゲル状カーボンを作製できる.(3)ゾル-ゲル重合においてレゾルシノール,炭酸ナトリウム(触媒),水(希釈剤)の組成比を変化させれば,RFクライオゲルおよびカーボンクライオゲルのメソ細孔半径を1.67.0nmの範囲で任意に制御できる.ゾル-ゲル重合,超臨界乾燥あるいは凍結乾燥,熱分解によるメソ細孔性カーボンの作製と細孔特性の制御に関して研究を実施してきた.カーボンゲルはメソ細孔性に富んだ興味深い材料である.今後はその特性を生かした用途開発が期待される.レゾルシノールとホルムアルデヒドのゾル-ゲル重合および炭酸ガスを用いた超臨界乾燥によってRFエアロゲルが作製できる.このRFエアロゲルを不活性雰囲気で熱分解すれば,高比表面積メソ細孔性カーボン(カーボンエアロゲル)が得られる.しかし,エアロゲルは超臨界乾燥を用いるために製造コストが高くなる.そこで本研究では,カーボンエアロゲルの細孔制御,凍結乾燥によって安価で高性能なエアロゲル状カーボンの作製に検討を加えた.得られた知見は以下のように纏められる.(1)ゾル-ゲル重合においてレゾルシノール,炭酸ナトリウム(触媒),水(希釈剤)の組成比を変化させれば,RFエアロゲルのメソ細孔半径を2.59.2nmの範囲で任意に制御できる.熱分解によって若干収縮が生じるもののRFゲルの紐孔構造が保持でき,カーボンエアロゲルのメソ細孔半径を2.06.1nmの範囲で制御できる.(2)凍結乾燥時にゲル収縮が生じるものの,RFクライオゲルは0.58cm^3/g以上のメソ細孔容積をもつ多孔体である.クライオゲルを熱分解すれば,800m^2/g以上の比表面積,0.55cm^3/g以上のメソ細孔容積をもつエアロゲル状カーボンを作製できる.(3)ゾル-ゲル重合においてレゾルシノール,炭酸ナトリウム(触媒),水(希釈剤)の組成比を変化させれば,RFクライオゲルおよびカーボンクライオゲルのメソ細孔半径を1.67.0nmの範囲で任意に制御できる.ゾル-ゲル重合,超臨界乾燥あるいは凍結乾燥,熱分解によるメソ細孔性カーボンの作製と細孔特性の制御に関して研究を実施してきた.カーボンゲルはメソ細孔性に富んだ興味深い材料である.今後はその特性を生かした用途開発が期待される.