hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
力学環境に適応する血管壁リモデリングメカニズムの工学的モデルの構築

力学環境と血管壁リモデリング機能の定量的な関係解明を目的としてせん断応力環境に対する細胞機能応答の解析を行った.その結果,生理的なせん断応力環境において内皮細胞の血管壁分解活性が抑制され,高いせん断応力環境において分解活性が増加していることが示唆された.さらにせん断応力の大きさだけでなく,空間的せん断応力勾配に対しても内皮細胞の血管壁リモデリング機能が変化することを明らかにし,病変形成に対するせん断応力勾配の影響を示唆した.力学環境と血管壁リモデリング機能の定量的な関係解明を目的としてせん断応力環境に対する細胞機能応答の解析を行った.その結果,生理的なせん断応力環境において内皮細胞の血管壁分解活性が抑制され,高いせん断応力環境において分解活性が増加していることが示唆された.さらにせん断応力の大きさだけでなく,空間的せん断応力勾配に対しても内皮細胞の血管壁リモデリング機能が変化することを明らかにし,病変形成に対するせん断応力勾配の影響を示唆した.本年度は力学環境と血管内皮細胞機能の定量的な関係解明を目的として,流れ刺激負荷実験系の構築とせん断応力に対する細胞機能応答の解析を行った.1.せん断応力に対する内皮細胞のMMP産生変化内皮細胞に流れ刺激負荷を行い細胞外基質分解酵素であるMMPと抑制因子であるTIMPの産生変化を調べた.生理的な値である2Pから7Paまでのせん断応力を内皮細胞に24時間負荷した.その後培養液中に含まれるMMPおよびTIMP量をザイモグラフィー法およびドットブロッティング法にて評価した.MMP-2,MMP-9およびMMP-1産生量,またTIMP-1産生量もせん断応力の大きさにともない有意な増加を示した.血管壁リモデリングに対するそれぞれのMMPの役割をさらに検討するため,2Paにおける値で規格化しMMPとTIMP-1の比(MMP/TIMP-1)を評価した.MMP-1/TIMP-1は静置培養および7Pa環境においても2Pa環境とほぼ等しい値を示した.MMP-9/TIMP-1はせん断応力値の増加とともに増加傾向を示した.一方,MMP-2/TIMP-1は静置培養時の方が高く,7Pa環境で低くなる傾向が得られた.せん断応力環境に応じて血管壁リモデリングのおける各MMPの働きが異なることが示唆された.2.せん断応力勾配負荷実験系の構築血管壁のリモデリングに対してせん断応力の大きさだけでなく,空間的勾配も重要な役割を持つことが近年注目され始めた.そこで空間的せん断応力勾配を変化させたせん断応力負荷実験系の構築を行った.T型の分岐部を有するフローチャンバを設計し,分岐部の形状を変化させることで様々な大きさのせん断応力勾配を内皮細胞に負荷することを可能とした.設計に基づいて作製したフローチャンバを用いて,内皮細胞にせん断応力勾配を負荷した結果,勾配のないせん断応力に対しては流れ方向には配向性を示す内皮細胞が,勾配のあるせん断応力環境下では配向性を示さなかった.内皮細胞はせん断応力の大きさだけでなく,せん断応力勾配の大きさも感知していることが明らかになった.1.せん断応力に対する内皮細胞のMMPおよびTIMP産生変化内皮細胞に流れ刺激負荷を行い細胞外基質分解酵素であるMMPと抑制因子であるTIMPの産生変化を調べた.低せん断応力環境である0.1Paから高せん断応力環境を想定した10Paまでのせん断応力を内皮細胞に24時間負荷した.その後培養液中に含まれるMMP-1,-2,-9および抑制因子TIMP-1,-2量をウェスタンブロッティング法およびドットブロッティング法にて評価した.12Paを中心にして,せんだん応力値の増加および減少に伴いに全てのMMP産生量およびTIMP-1産生量の増加が見られた.それぞれのMMP活性をさらに検討するためMMPとTIMPの比を評価した結果,12Paのせん断応力環境でMMPとTMIPの比が最も低くなった.生理的なせん断応力環境においてMMP活性が抑制されていることが示唆された.2.せん断応力勾配負荷による内皮細胞の機能変化前年度作製した空間的せん断応力勾配を内皮細胞に負荷できるT型フローチャンバを用いて,せん断応力勾配が内皮細胞機能に及ぼす影響を調べた.せん断応力負荷後,リアルタイムPCRを用い,MMP-1,-2,-9およびTIMP-1,また血管壁リモデリングに係わる炎症性サイトカインであるインターロイキン(IL)-1,腫瘍壊死因子(TNF)-・,一酸化窒産生酵素(NOS)の内皮細胞mRNA発現を調べた.勾配がない環境に比べせん断応力勾配の存在によりMMP-9,IL-1,TNF-・・発現量の増加,NOSおよびTIMPの減少が見られた.せん断応力の大きさだけでなく,せん断応力勾配の存在も内皮細胞機能に影響を与えることが明らかになり,せん断応力勾配が存在する環境では内皮細胞の血管壁リモデリング機能が変化し病変形成が引き起こされる可能性が示唆された.
1軸磁気センサによる3次元5自由度座標計測アルゴリズム

1.以前提案した3軸磁気センサによる座標計測装置を,実際に人体の3次元運動の解析の研究に投入した.対象はバイオリンの運弓で,4gのセンサによって得た楽器本体付けのセンサとの相対運動を,楽器に付随した座標系上にて観測したところ,中級者は機械的な軌跡を描き,初心者はそれにも至らず,熟達者はこれを滑らかに変形した自分用の軌跡を獲得している様が見られた.これにより,小型磁気センサによる3次元座標計測装置の研究ツールとしての実用性を示した.2.空間的に離れた位置に置いた3軸の固定磁極3個による9通りの磁場を1軸磁気センサで観測した値,すなわち磁気センサの軸の方向ベクトルと磁場ベクトルの内積から,収束計算によってセンサの座標ど方向ベクトルの算出を行うアルゴリズムを定式化した(数式は論文発表,特許申請まで公開しない).数値シミュレーションにより,このアルゴリズムが正当であることを検証した.3.数値シミュレーションにより,誤差感度の解析を行った.その結果最悪点でも相対誤差の拡大は3倍程度以内であり,本アルゴリズム及びこれに基づく装置が計測器として現実的であることが示された.4.試験用のレンジ0.75m立方のハードウェアを手作りにより実現し,本アルゴリズムによる装置が実現可能であることを示した.3軸固定磁極の直交度等不正確であるにも拘わらず,誤差は最大点でも数%に止まり,環境中の鉄製品等の影響も大きくない.5.上記の結果をもとに,固定磁極の磁場強度を相対的に1桁近く上げてS/N比を向上したレンジl.5m立方,16センサの装置を外注試作した.6.外注試作先(株式会社ツーデン)に通産省「創造技術研究開発補助金(平成11年度2次補正予算分)」を獲得せしめ,製品化を開始した.1.以前提案した3軸磁気センサによる座標計測装置を,実際に人体の3次元運動の解析の研究に投入した.対象はバイオリンの運弓で,4gのセンサによって得た楽器本体付けのセンサとの相対運動を,楽器に付随した座標系上にて観測したところ,中級者は機械的な軌跡を描き,初心者はそれにも至らず,熟達者はこれを滑らかに変形した自分用の軌跡を獲得している様が見られた.これにより,小型磁気センサによる3次元座標計測装置の研究ツールとしての実用性を示した.2.空間的に離れた位置に置いた3軸の固定磁極3個による9通りの磁場を1軸磁気センサで観測した値,すなわち磁気センサの軸の方向ベクトルと磁場ベクトルの内積から,収束計算によってセンサの座標ど方向ベクトルの算出を行うアルゴリズムを定式化した(数式は論文発表,特許申請まで公開しない).数値シミュレーションにより,このアルゴリズムが正当であることを検証した.3.数値シミュレーションにより,誤差感度の解析を行った.その結果最悪点でも相対誤差の拡大は3倍程度以内であり,本アルゴリズム及びこれに基づく装置が計測器として現実的であることが示された.4.試験用のレンジ0.75m立方のハードウェアを手作りにより実現し,本アルゴリズムによる装置が実現可能であることを示した.3軸固定磁極の直交度等不正確であるにも拘わらず,誤差は最大点でも数%に止まり,環境中の鉄製品等の影響も大きくない.5.上記の結果をもとに,固定磁極の磁場強度を相対的に1桁近く上げてS/N比を向上したレンジl.5m立方,16センサの装置を外注試作した.6.外注試作先(株式会社ツーデン)に通産省「創造技術研究開発補助金(平成11年度2次補正予算分)」を獲得せしめ,製品化を開始した.
中枢神経系における亜鉛の生理的役割の解析と神経変性疾患に対する作用

亜鉛が脳機能に必要である一方、亜鉛の脳内代謝異常と脳疾患との関係が問題となってきている。脳内亜鉛の5-10%はグルタミン酸作動性ニューロンのシナプス小胞に存在する。小胞性亜鉛が興奮性のシナプス神経伝達を調節し、脳高次機能に関与している可能性がある。そこで、亜鉛の脳内動態解析を行い、その結果に基づいて作用を解析した。海馬には亜鉛含有グルタミン酸作動性ニューロンが多い。成長したラットにおいて亜鉛摂取が不足すると、海馬が特異的に応答し、亜鉛濃度が低下することを見いだした。この知見に基づいて、低亜鉛食を摂取させたラットを用いて学習能を測定した。海馬シナプトソーム画分の亜鉛量が亜鉛摂取の低下に伴い減少し、学習能が低下したことから、学習・記憶に亜鉛含有グルタミン酸作動性ニューロンの機能が関与していることが明らかになった。亜鉛の摂取不足によって嗅覚能も減退することから、においの認知における亜鉛の役割を検討した。亜鉛は嗅覚路において興奮性の神経伝達に関与し、一次嗅覚野である扁桃体においては、小胞性亜鉛イオンがにおいの認知に必要であることをインビボマイクロダイアリシス法を利用して示した。また、マウスに低亜鉛食を与え、隔離飼育すると、攻撃行動が顕著に高まることを見いだした。てんかん患者では情動行動に変化がみられ、攻撃的な行動がしばしば観察される。遺伝的なてんかんモデルであるElマウスは放り上げ処理により痙攣発作を誘発すると、海馬亜鉛が低下し、ddY系マウスに比べて顕著に攻撃性が増大することが明らかになった。さらに、痙攣発作の発症と脳内亜鉛動態とが密接に関係することが明らかになった。すなわち、Elマウスに発作を誘発すると、脳からの亜鉛放出が促進され、その放出促進によって発作に対する感受性が増大することが示唆された。本研究より、シナプス小胞の亜鉛がグルタミン酸による興奮性神経伝達の調節に重要であることが示唆された。本研究は脳内における亜鉛動態の解析に基づき、その生理的役割及び作用の解明をめざしたものである。亜鉛はニューロンのシナプス小胞においてグルタミン酸と共存し(このニューロンを亜鉛含有ニューロンと呼ぶ)、神経調節因子として働くと考えられている。これまでに亜鉛が梨状皮質、扁桃核、海馬等の辺緑系に長く滞留し、学習や記憶に深く関与することを示唆した。そこで、本研究では辺緑系と関連する嗅覚路における亜鉛輸送を放射性トレーサーを用いたオートラジオグラフィーの手法により検討した。その結果、亜鉛はラットの嗅覚路に沿って輸送され、ニューロン内で軸索輸送された後、シナプス後ニューロンに輸送されることが示唆された。すなわち、亜鉛が嗅覚路の神経伝達に神経調節因子として働くことが考えられた。また、亜鉛含有ニューロンが存在するラットの大脳皮質と海馬では、小脳と異なり、出生後脳機能の発達に伴い亜鉛濃度が上昇し、記憶や学習能の向上に神経調節因子として働く亜鉛が必要であることが示唆された。さらに、亜鉛はこれまでグルタミン酸作動性ニューロンにおいて、その伝達効率を調節すると考えられてきたが、亜鉛のラットの大脳基底核周辺における輸送から、亜鉛が線条体-黒質系GABA作動性ニューロン等にも神経調節因子として含まれている可能性を示した。

亜鉛はニューロンのシナプス小胞においてグルタミン酸と共存し(このニューロンを亜鉛含有ニューロンと呼ぶ)、グルタミン酸受容体等に作用することから、神経調節因子として働くと考えられている。これまでに亜鉛が梨状皮質、扁桃核、海馬等の辺縁系に長く滞留し、学習や記憶に深く関与することを示唆した。また、二次嗅覚ニューロン(グルタミン酸作動性)が亜鉛含有ニューロンであることを示唆した。本研究では線条体、黒質からの亜鉛輸送を放射性トレーサーを用いたオートラジオグラフィーの手法により検討した。その結果、亜鉛は線条体-黒質系GABA作動性ニューロン等において軸索輸送によりニューロン内を移動するとともに、シナプス間隙を介して輸送されることが示された。これは、亜鉛が線条体-黒質系GABA作動性ニューロン等の伝達効率を調節している可能性を示唆するものである。一方、6-hydroxydopamineをラットの黒質に投与し、パーキンソン病モデルを作製して、亜鉛動態を検討した。亜鉛は変性したドパミンニューロンが存在する黒質に一時的に集積することが明らかになった。この集積はニューロン変性後のグリア細胞の増殖に関係するものと考えられる。本研究は脳内における亜鉛動態の解析に基づき、その作用の解明をめざしたものである。亜鉛はグルタミン酸作動性ニューロンのシナプス小胞に存在し(このニューロンを亜鉛含有ニューロンと呼ぶ)、グルタミン酸による伝達効率を調整する神経調整因子と考えられている。本研究では、亜鉛とにおいの認知ならびにてんかん発作発症との関係を検討した。これまでにグルタミン酸作動性の二次嗅覚ニューロンが亜鉛含有ニューロンであることを報告した。この結果に基づき、そのニューロン終末が存在する扁桃体において、カルシウムインパルスに依存して細胞外液中に放出される亜鉛をキレート化し、その効果を検討した。インビボマイクロダイアリシス法を利用してラットの扁桃体を亜鉛キレーターであるジエチルジチオカルバメートで灌流したところ、嫌悪臭に対する認知が一時的に低下することが明らかになった。したがって、扁桃体において、シナプス小胞の亜鉛がグルタミン酸作動性ニューロンの神経伝達に必要であることが示唆される。一方、てんかん発作の発現と脳内亜鉛代謝変化との関連が指摘されているが、てんかんモデルであるE1マウスに放り上げ刺激を与えて発作を誘発すると、脳内からの亜鉛の放出が促進されることが明らかになった。E1マウスの痙攣発作は十分な亜鉛を含む食餌を与えることによって抑制される一方、低亜鉛食を与えると促進されることから、脳内亜鉛量の低下が発作の発症に関連することが示唆される。すなわち、グルタミン酸作動性ニューロンの異常興奮によるシナプス小胞亜鉛量の低下が発作の発症と関連するものと考えられる。脳内亜鉛の5-10%はグルタミン酸作動性ニューロンのシナプス小胞に存在する。この亜鉛はカルシウムインパルスによりシナプス間隙に放出され、グルタミン酸受容体等に作用し、興奮性のシナプス神経伝達を調節すると考えられている。小胞性亜鉛の機能を検討するために、ラットに低亜鉛食を与え、脳内亜鉛量を測定したところ、海馬の亜鉛濃度が低下することが明らかになった。
心不全発症過程における成人マウス心筋から転写因子GATA4複合体の精製と解析

(1)新規p300/GATA結合蛋白の同定(2)P-TEFbによるp300/GATA経路活性化のメカニズムの解明73個の結合タンパクの中で、我々はP-TEFbに着目した。P-TEFbはCdk9とCyclin T1のタイマーからなり、RNA polymeraseIIを制御することが知られている。GST pull-downアッセイにより、Cdk9はGATA4と、さらにはp300と直接結合した。培養心筋細胞を用いた実験で、Cdk9のキナーゼ阻害薬であるDRBは、フェニレフリン刺激による肥大反応を抑制した。DRBは、フェニレフリン刺激によるp300のリン酸化およびGATA4のアセチル化の増加を抑制した。また、フェニレフリン刺激によってGATA4とCdk9の結合が増加し、Cdk9はGATA4によって肥大反応遺伝子であるANFプロモーター上にリクルートされる事を見出した。さらに、フェニレフリン刺激によるAN遺伝子のプロモーター活性をDRBが抑制する事がわかった。このことより、肥大刺激によるp300/GATA経路の活性にCdk9のキナーゼ活性が必要であることが示された。(1)心筋細胞肥大に関するGATA4複合体の精製我々は、心筋細胞肥大の核内情報経路において、心筋特異的GATA転写因子がキー蛋白の1つであることをみいだした。心筋特異的蛋白の機能的コンプレックスを精製し、心筋細胞肥大における詳細なメカニズムを解明する目的で、FLAG-HA2つのタグのついたGATA4を心筋過剰発現させたトランスジェニックマウスの作成を行っている。さらには、GATA4の最も強力なコアクチベーターであるp300に、FLAG-HA 2つのタグをつけ心筋細胞に過剰発現させたトランスジェニックマウスも作成した。(2)GATA4結合蛋白の機能解析GATA4複合体を網羅的に解析するために、FLAG-HAの二重タグの付いたマウスGATA4のcDNAをレトロウイルスを用いてHeLa細胞に発現させ、核蛋白を抽出した。その後、FLAGとHAの抗体をもちいて、GATA-4複合体のタンデム・アフィニティー精製をおこない、結合蛋白をCBB染色にて確認した。マススペクトメトリーと蛋白データーベースから、GATA4複合体を構成する蛋白を網羅的に解析し、73個の結合蛋白を同定した。現在、興味有る結合蛋白の発現量、GATA4との結合の変化、心筋細胞特異的マーカーの発現や心筋特異的転写因子(β-ミオシン重鎖、エンドセリン1、ANP(Aタイプ利尿ペプチド)など)のプロモーターの転写活性の変化をルシフェラーゼアッセイにて測定している。結合蛋白の野生型やさまざまな変異体のリコンビナント蛋白を昆虫細胞や大腸菌を用いて作成中で、その結合が直接的なものか他の因子を必要とするかを検討し、ドメインマッピングも行う予定である。P-TEFbはCdk9とCyclin T1のグイマーからなり、RNA polymeraseIIを制御することが知られている。さらに、フェニレフリン刺激によるANF遺伝子のプロモーター活性をDRBが抑制する事がわかった。
安全と安心を提供するための先進的ハイパバイザ技術

安全と安心を提供するための先進的ハイパバイザ技術を構築した.ハイパバイザがコンピュータのデスクトップ画面に災害警報などのメッセージを表示するための基盤技術を開発した.ハイパバイザ層でマルウェアの検知と無力化を行うための要素技術や,マルウェアを効率的に解析するためのハイパバイザも開発した.また,近年収集されたマルウェアを詳細に分析し,洗練されたマルウェアが解析に対抗するために実行する処理を明らかにした.さらに,マルウェアの動作ログを文脈自由文法を用いてコンパクトに保存するための技術を開発した.マルウェアの挙動のうち特にスリープ処理に関係するものについての調査と実験も行った.今年度は,安全と安心を提供するハイパバイザを構築する準備として,各種要素技術を開発した.まず,ハイパバイザがコンピュータのデスクトップ画面にメッセージを表示するための基盤技術を開発した.その技術は,ハイパバイザがゲストOSとは独立にグラフィクスハードウェアを直接操作するものや,外部サーバと直接通信するものからなる.メッセージ表示や外部サーバとの通信を行うシステムを実際に構築し,使い勝手の評価や性能の最適化を実施中である.対象ハイパバイザとしてはBitVisorを用いているが,KVMなどの他のハイパバイザにもできるだけ知見が適用できるようにすることを目指している.この技術を論文にまとめ,国際会議で発表した.マルウェアの検知と無力化についても要素技術を開発した.まず,ハイパバイザ層でマルウェアを検知し,セキュリティポリシーに基づいて様々な対策処理を適用するシステムを構築した.そのシステムについての論文は国内の会議で発表された.また,ディスクブロックやネットワークパケットをはじめとする様々なデータを収集し,OSにできるだけ依存しない形でハイパバイザがプログラムの動作を推定したり,プログラムの動作を制御したりするシステムの実装も進めている.マルウェアを効率的に解析するためのハイパバイザも開発した.このハイパバイザは,実機と見分けることが困難である仮想マシンを提供し,かつ,その仮想マシンのチェックポインティングを可能にする.近年では仮想マシンの存在を検知して解析を妨害するマルウェアが多くなっている.このハイパバイザは,そのような仮想マシン検知を困難にできるため,マルウェアの解析を支援することができる.このハイパバイザについての知見をまとめた論文は,今年度にジャーナルに掲載された.その他にも,ハイパバイザを用いて知的所有権を保護する技術を開発し,国内の会議で発表を行った.研究実績を以下にまとめる.第一に,本課題で当初から重要項目として掲げていた災害警報通知システムの開発を進めた.そのシステムは既存のハイパバイザであるBitVisorを拡張して実装された.開発を進めた結果,災害警報出力がうまく動作する状態までシステムの完成度が高まったため,国内の学会でデモを伴う口頭発表を行った.その口頭発表は高い評価を得て,その学会から奨励賞を受賞した.また,国際会議においてもデモ発表を行い,開発中のシステムと技術を,多くの参加者に,インパクトのある形で伝えることができた.第二に,ハイパバイザによって攻撃や脆弱性を検知する技術の開発を進めた.具体的には,安全性の低いSSL/TLS通信をハイパバイザ層で検出し,ユーザへの通知や通信の遮断を実行するための技術を構築した.本研究ではやはりBitVisorを拡張してシステムを実装し,実験を通じて高い有効性を示した.この技術については複数の学会で発表した.本課題では,ハイパバイザの利用によりオペレーティングシステムにほとんど依存しないセキュリティシステムが実際に構築できることを示すのを一つの研究意義としている.今回実装したシステムは,実際にWindowとLinuxの両方に対して安全性を高めることに成功しており,研究の動機に沿った成果が出ている.第三に,ハイパバイザを用いて安全と安心を実現するための新しい方法を提案した.その方法では,ハイパバイザがデスクトップ画面を画像解析し,有害なコンテンツが表示されているかどうかを判断する.表示されていると判断した場合には,ハイパバイザは有害部分を黒塗りするなどしてユーザがそのコンテンツを見ることを妨げる.この方法により,青少年が有害な画像や情報に接することを保護者や教師が防止しやすくなる.この方法をBitVisorに統合したシステムを構築し,学会においてデモを伴う成果発表を行った.災害警報やマルウェア警報のメッセージを画面に表示する機能については,順調に実装が進んでおり,実際に複数種の(ゲスト)OS上に通知が表示できるようになっている.また,攻撃や脆弱性をハイパバイザ層で検知する技術や,安全性を確保する技術についても順調に開発が進んでおり,今年度は特にSSL/TLS通信を対象として扱った研究に大きな進展が見られた.本研究課題では当初はマルウェアの検知と無力化を実現することを想定していたが,前年度から今年度にかけて,SSL/TLSの脆弱性を突く攻撃や暗号強度の弱さの問題が深刻化したため,今年度は急遽,SSL/TLSの脆弱性や攻撃に集中して研究を行った.その結果,現在の世界の状況により良く合った技術が開発できたと考えている.災害警報通知の研究に関しては,現在実用に供されている多くの災害警報提供サーバについて情報を収集し,提案システムのバックエンドとして用いる観点から各サーバの比較検討を行った.その結果,日本で稼働中の地震速報通知システムの間で,非常に大きな機能,性能,コストの差が存在することがわかった.第一に,当初から重要項目としていた災害警報通知システムに関して,学会発表とソフトウェアの公開を行った.公開したソフトウェアはBitVisorをベースとしたハイパバイザである.

そのソフトウェアは災害警報の情報を他のコンピュータからIPネットワーク経由で受け取り,デスクトップ画面に災害警報を表示する.災害警報の情報は独自のプロトコルに従って送受信される.そのプロトコルでは,災害の種類やレベル,メッセージの内容などを指定できる.第二に,ハイパバイザ上でのマルウェアの実行についてさらに研究を進め,多くの有益な知見を得た.近年の洗練されたマルウェアはハイパバイザの存在を検査し,もし存在する場合には,自身が解析環境で動作している可能性があると判断して実行を終了するなどの対策処理を実行する.本研究では,近年収集されたマルウェアが解析に対抗するために実行する処理を詳細に分析して明らかにした.その成果をまとめた論文は査読付きの英文雑誌に掲載された.関連して,マルウェアの動作ログをコンパクトに保存するための技術を開発した.具体的には,文脈自由文法を利用したログ圧縮技術を開発し,その技術によってマルウェアの動的解析ログが高圧縮率で圧縮できることを示した.この成果をまとめた論文は査読付きの英文雑誌に掲載された.第三に,マルウェアの時間に関する挙動,特にスリープ処理の挙動についての調査と実験を進めた.本課題では当初より,マルウェアと時間管理の間の関係や,時間を意識した処理によるマルウェア対策について積極的に研究を行ってきた.本研究は,自ら一定時間実行を休止するスリープ処理を近年のマルウェアがどう利用しているかを明らかにするとともに,スリープ処理の挙動を利用してマルウェアの分類や検知を行う可能性を示した.調査結果をまとめた論文は学会で既に口頭発表され,査読付きの論文とするための作業が進んでいる.安全と安心を提供するための先進的ハイパバイザ技術を構築した.ハイパバイザがコンピュータのデスクトップ画面に災害警報などのメッセージを表示するための基盤技術を開発した.ハイパバイザ層でマルウェアの検知と無力化を行うための要素技術や,マルウェアを効率的に解析するためのハイパバイザも開発した.また,近年収集されたマルウェアを詳細に分析し,洗練されたマルウェアが解析に対抗するために実行する処理を明らかにした.さらに,マルウェアの動作ログを文脈自由文法を用いてコンパクトに保存するための技術を開発した.マルウェアの挙動のうち特にスリープ処理に関係するものについての調査と実験も行った.ハイパバイザがメッセージを表示する機能やサーバと通信する機能については,順調に開発が進んでいる.また,国際会議において査読付き論文の形で成果発表することができている.マルウェア対策技術についても,ハイパバイザ層でのデータ監視やプログラム制御について,開発が順調に進んでいる.
リチウム二次電池電極材合成のためのソフトプロセス開発

高い性能をもつリチウム二次電池の正極および負極料をできるかぎり低温,できれば室温で合成するためのプロセス(ソフトプロセス)を開発することを目的とした.具体的には,1)正極材として有望視されているLiMn_2O_4,TiO_2およびMoO_3などの酸化物,さらに金属含有V_2O_5ブロンズの合成のためのソフトプロセスを開発する.そして,その構造,特に結晶性と電池性能との関係を明らかにする.2)負極材としてはボロンをドープした炭素材料の結晶構造,化学結合状態の評価を行い,電極反応および電池性能との対応を解明する.1)正極材の合成および電池性能に対する結晶性の影響:LiMn_2O_4などのリチウム含有遷移金属酸化物を,酒石酸塩を経由して比較的低温で合成することが可能であること,そして高温でのアニーリングによって広範囲の結晶性が得られることが明らかとなった.これらの酸化物正極材料の結晶性は電池容量に強い影響を持ち,結晶性が高いほど容量が大きいことが明らかとなった.これに対して,V_2O_5ブロンズ,MoO_3およびアナターゼ型TiO_2では結晶性は電池容量には大きな影響を及ぼさない。正極材としての遷移金属酸化物を正極としての電池容量に結晶性が強く影響するものと大きな影響を及ぼさないものに大別し得ることが示唆された.2)負極材としての炭素材料の調製と電池性能:炭素材料の負極材としての挙動はリチウムイオンのインターカレーション反応に支配される.そこで、アルカリ金属インターカレーション反応についての最近の研究成果をレビューした.そして,ボロンをドープした炭素材料を調製し,その電池性能を評価した結果,ボロンのド-ピングはホスト炭素材料の結晶性を向上させ,それに伴う電池容量の向上が示された。1)正極材として最も有望視されているLiMn_2O_4および新しい可能性としての金属含有V_2O_5ブロンズの合成のためのソフトプロセスについて検討した.正極材としてのLiMn_2O_4微粒子をリチウム,マンガンそれぞれのジカルボン酸(酒石酸,マロン酸,コハク酸,蓚酸)塩を用いて450°C以下の比較的低温での合成できることを明らかにした.その生成機構をジカルボン酸の役割に注目して検討した.また,生成したLiMn_2O_4の構造パラメータ(結晶性,陽イオン分布,格子定数,など)と電池性能(電池容量,クーロン効率,など)との対応関係を検討し,その結晶性が電池容量に強い影響を持つことを明らかにした.ニッケルイオンを含有したV_2O_5キセロゲルを60°Cで合成するプロセスを開発し,そのキセロゲルを400°Cで加熱処理することによってブロンズに変換した.このブロンズの正極としての容量を決定し,リチウムの挿入量を支配する構造因子を検討した.リチウムの挿入がホストV_2O_5の電荷バランスによって支配されているのではなく,ホストの結晶構造中の挿入可能な場所が決まっており,その数によって支配されることを明らかにした.2)球状フェノール樹脂から7001200°Cの比較的低温で,種々の雰囲気を用いて,炭酸化することによって作製した炭素材について,特に気孔構造を中心に評価した.炭酸ガスおよび窒素ガスの吸着および脱着等温線の詳細な測定,解析から,フェノール樹脂の炭素化と活性化(賦活)プロセスを区別して議論した.また,その電池電極としての挙動について予備的検討を行った.

1)正極材としてのLiMn_2O_4およびLi(Ni_<O.5>Co_<0.5>)O_2の合成およびそれらの電池性能に対する結晶性の影響について検討した.LiMn_2O_4およびLi (Ni_<0.5>Co_<0.5>) O_2微粒子をそれぞれの金属陽イオン酒石酸塩を用いて低温で合成したのち,高温でのアニーリングによって広い範囲の結晶性を持つ微粉末を調整した.リチウム含有遷移金属酸化物を,酒石酸塩を経由することによって比較的低温で合成することが可能であること,そしてそれらの酸化物が低結晶性であり高温でのアニーリングによって広範囲の結晶性が得られることが明らかとなった.これらの微粉末を正極として,リチウムイオン二次電池を組み,電池容量を決定した.その結果,これら酸化物正極材料の結晶性は電池容量に強い影響を持ち,結晶性が高いほど容量が大きいことが明らかとなった.これに対して,前年度でのV_2O_5ブロンズでは結晶性は電池容量には大きな影響を及ぼさないことが知られており,正極材としての遷移金属酸化物の正極としての電池容量に結晶性が強く影響するものと大きな影響を及ぼさないものに大別し得ることが示唆された.2)炭素素材の負極材としての挙動はリチウムイオン」のインターカレーション反応に支配される.そこで,アルカリ金属のインターカレーション反応についての最近の研究成果を,電気化学反応を含め,高電圧あるいは微量酸素が共存することによって大量のアルカリ金属イオンがインターカレーションし得ること,有機溶液中でのインターカレーション反応において有機溶媒がコインターカレーションして三次系化合物のみでなく有機溶媒を含まない二次元化合物が生成することなどをレビューした.1)正極材の合成と電池性能に対する結晶性の影響:LiMn_2O_4微粒子をそれぞれの金属陽イオン酒石酸塩を用いて低温で合成したのち,高温でのアニーリングによって広い範囲の結晶性を持つ微粉末を調整した.リチウム含有遷移金属酸化物を,酒石酸塩を経由することによって比較的低温で合成することが可能であること,そしてそれらの酸化物が低結晶性であり高温でのアニーリングによって広範囲の結晶性が得られることが明らかとなった.これらの微粉末を正極として,リチウムイオン二次電池を組み,電池容量を決定した.その結果,これら酸化物正極材料の結晶性は電池容量に強い影響を持ち,結晶性が高いほど容量が大きいことが明らかとなった.これに対して,MoO_3,アナターゼ型TiO_2およびV_2O_5ブロンズの結晶性の評価と電池性能との対応関係を検討した.その結果,これら酸化物正極材の場合は,その結晶性は電池容量に大きな影響を及ぼさないことが明らかとなった.2)炭素材料の負極材としての挙動:負極材として,ボロンをドープした炭素材料を調製し,その電池性能を評価した.特に,炭素材料中にドープされたボロンの化学結合状態に注目してXPS分析,EPMA分析を行うとともに,負極材としての電極性能(充・放電挙動およびその容量,クーロン効率,など)との関係を検討した.その結果,ボロンのド-ピングはホスト炭素材料の結晶性を上げ,その結果として,電池容量の向上が確認された.
音響化学療法と抗体療法を組み合わせた新しい癌治療法の研究

癌の治療を目的として、癌抗原CEAに対するヒトIgA抗体の組換え遺伝子を作製し、この遺伝子をカイコ幼虫に導入して抗癌IgA抗体をつくらせた。この抗体とヒト白血球を癌細胞に加えると癌細胞の細胞死が見られた。次に光感受性をもたない新しいポルフィリン誘導体DEG-Mn-DP-Hは超音波照射により強力な細胞傷害活性を示した。これらの結果から、超音波と音響化学物質とを用いた音響化学療法と、IgA抗体を使った抗体療法との併用が癌治療に有用である可能性が示唆された。1.抗CEA組換えヒトIgA抗体(rIgA)の作製ヒト抗CEA MAbを産生する細胞C2-45よりクローニングした抗体H鎖およびL鎖の可変部遺伝子と,ヒトミエローマ細胞よりクローニングしたヒトIgA抗体H鎖定常部遺伝子を結合させ,ヒト抗CEA IgA抗体の組換え遺伝子を作製した。この組換え遺伝子を哺乳動物分泌タンパク発現用ベクターpSecTagに組み込み,CHO細胞にトランスフェクトし,クローニング後IgA抗体の発現量を調べたが,培養液中に数十ngオーダーの分泌しか見られなかった。そこで組換えIgA遺伝子を昆虫細胞発現用ベクターに組み込み,培養昆虫細胞株BmN4に発現させ,さらにカイコ幼虫での発現を試みた。その結果カイコ体液中に約20μg/ml{度で目的のrIgAが分泌された。体液より塩析とaffinity chromatographyにより約500μgのrIgAを精製した。このrIgAはCEAとの結合性を保持していることをELISAにより確認した。2.抗CEAヒトrIgAによるin vitroでの抗体依存性細胞性細胞傷害(ADCC)の検討健常人抹消血より単離した好中球をインターフェロン-γで刺激し,細胞表面にIgAレセプター(FcaRI)を増加させた。次に標的としてCEA発現CHO細胞を^<51>Crで標識し,抗CEAヒトrIgAと上記刺激好中球を加えてin vitroの細胞傷害アッセイを行った。その結果抗CEAヒトrIgAの濃度と好中球濃度的に標的細胞が障害された。このrIgAの代わりに抗CEAヒトIgG抗体を用いた場合には好中球による細胞傷害はみられず,IgAとFcαRIの結合によるADCCが働いたことが推察された。1.音響化学療法による抗腫瘍免疫応答惹起作用の検討:in vitroで超音波感受性剤の共存下に、ヒト胃癌細胞に超音波を照射し、免疫応答の惹起に重要なHSP70の発現レベルの増加を比較することを目的とした。当初超音波感受性剤としてDCPH-P-Na(I)を使用したが、水溶性に問題があるためか、超音波共存下での安定した細胞傷害活性が見られなかった。そこで新しい水溶性ポルフィリン誘導体DEG-Mn-DP-H(以下DEG)について超音波および光感受性と抗腫瘍効果を検討した。ヒト胃癌細胞株を標的として調べた結果、DEGは光照射によってはまったく細胞傷害性を示さないことがわかった。次にDEG存在下に超音波照射を行うと、用量依存的にATX-70よりも強力な細胞傷害性を示した。この細胞傷害活性は一重項酸素のスカベンジャーであるヒスチジン共存下やN-アセチルシステイン共存下では抑制されることから、超音波により励起されたDEGがヒドロキシラジカルを発生して細胞傷害性を発揮することが示唆された。これらの結果からDEGはATX-70やDCPH-Pよりも優れた超音波感受性剤であり、本研究に有用であることが示され、以後の実験に使用する予定である。2.マウスの抗CEA rIgA組換えタンパク産生:マウスの抗CEA rIgA組換えタンパク産生のためマウス脾細胞よりIgA定常部遺伝子のクローニングを試みたが、これまで成功せず、前年度ヒトで行った抗CEA rIgA抗体と音響化学療法との併用効果の検討をマウスで行うことは今後の課題として残された。
わが国の野性げっ歯類におけるハンタウイルスの感染調査と新型ハンタウイルスの分離

1)エゾヤチネズミにおけるハンタウイルス感染の疫学調査げっ歯類におけるハンタウイルス感染の実態と伝播の機序を解析するために、札幌市近郊に設定した定点調査地で捕獲したエゾヤチネズミから諸臓器を採材した。これらについてPCR法でウイルス遺伝子の検出を行ったところ、抗体陽性例からのみウイルスが検出され、エゾヤチネズミが本ウイルスの主病原巣であることが確認された。2)ドブネズミと実験室ラットにおけるハンタウイルスの伝播機序の解析ドブネズミと実験室ラットは人に軽症型の腎症候性出血熱を引き起こすSeoul型ハンタウイルスの病原巣動物である。しかし、ネズミ集団内で本ウイルスがどのように維持されているのかは全く知られていない。そこで、我々は流行巣のドブネズミと実験感染させたラットから諸臓器、排泄物と分泌物を採材してPCR法によるウイルスの検出を行った。その結果、感染ドブネズミは感染ラットと同様に尿中にウイルスを排出し、しかもこの尿を経鼻的に接種されたラットの尿からもウイルスが検出された。従って、ネズミ集団で本ウイルスは尿を介して気道的に伝播しているものと判断された。3)簡便な抗体測定法の開発我々はプロテインGを用い、同一試薬で多種類の動物におけるハンタウイルス抗体の測定法の開発を行ってきたが、本法では反応ステップ数が多いため多数の検体の処理には時間を要していた。今回、本法をさらに改良し、蛍光色素標識プロテインGを用いることにより、間接蛍光抗体法と同一の手技で簡便に複数の野性動物種のハンタウイルス抗体を同時測定できることが明らかになった。改良法は反応ステップ数が少ないにも関わらず、感度と特異性が従来法とまったく等しいことから、今後、野性動物の疫学調査への応用が期待された。
面外拘束パラメータを考慮した照射材破壊靱性値の試験片寸法依存性補正手法構築

本研究の目的は,照射脆化材の破壊靱性値Jcの試験片寸法依存性を定量的に補正する手法を構築することにある.ASTM規格等で定められている試験片ではプロセスゾーンがリガメント寸法に比して十分小さく,この場合には力学要因(き裂先端の応力分布差)に基づく補正が可能であることに着目した.成果として,(1)Jの不完全性を確認(2)Jcの板厚に対する下限値予測手法を提案(3)修正Ritchie-Knott-Rice破壊評価基準と有限要素解析を用いた試験片間Jc補正手法を構築,した.その結果,日本で各種試験片を用いて蓄積されたJcデータを,IAEA推奨試験片相当のJcへ換算することが可能となった.本研究の目的は,照射脆化した材料(延性-脆性遷移温度域材)の破壊靱性値Jcの試験片寸法依存性を,定量的に補正する手法を構築することにある.H24年度はき裂先端開口変位(CTOD)x4の位置の開口応力成分σ22が同一値を超えたときに試験片が破壊するというクライテリオン(以下,(4CTOD,σ22c)クライテリオン)が板厚によらず適用でき,その結果Jcの板厚差を補正しうることをS55C鋼に対し示した.本年度は,1. (4CTOD,σ22c)クライテリオンが,廃却されたShoreham原子炉圧力容器鋼(ASTM A533鋼)の破壊靭性試験結果に対し適用できることを示した(2014/7ASME PVPにて発表決定).2. Jcの板厚効果がき裂先端の拘束差によることを示し,この拘束を表すパラメーターとして4CTOD位置での三軸応力度Θ=(静水圧応力)/(von Mises応力)が適切であることを示した(2014/7 ECF20にて発表決定).3. Jcの板厚効果は試験片幅の影響も受けるが,それについてもT33により影響を定量的に評価が可能であることを示した(Engineering Fracture Mechanics誌にて公表).4. T33を用いることにより,最弱リンク説では予想できなかった,Jcの板厚に対する下限値を予想できるようになった(Advances in MaterialsScience and Engineering誌にて公表).本研究の目的は,照射脆化材の破壊靱性値Jcの試験片寸法依存性を定量的に補正する手法を構築することにある.ASTM規格等で定められている試験片ではプロセスゾーンがリガメント寸法に比して十分小さく,この場合には力学要因(き裂先端の応力分布差)に基づく補正が可能であることに着目した.成果として,(1)Jの不完全性を確認(2)Jcの板厚に対する下限値予測手法を提案(3)修正Ritchie-Knott-Rice破壊評価基準と有限要素解析を用いた試験片間Jc補正手法を構築,した.その結果,日本で各種試験片を用いて蓄積されたJcデータを,IAEA推奨試験片相当のJcへ換算することが可能となった.本研究の目的は,き裂先端の面外拘束を表す力学パラメータT33-stressを考慮することにより,照射脆化した材料(延性-脆性遷移温度域材)の破壊靱性値Jcの試験片寸法依存性を定量的に補正する手法を構築することにある.本年度は,弾性有限要素解析(FEA)結果より,T-stressの変化範囲が大きい3点曲げ(3PB)試験片の破壊靱性試験と弾塑性解析をH25年度に先行して実施した.その結果,1)まず試験片板厚幅比B/Wを増やしていくと,これが1.5程度でT33が一定値に収束するとの弾性FEA結果に対応し,Jcもほぼ一定値に収束するとの実験データが得られた.これは,Jcの板厚効果をT33が適切に現しうることを裏付けたものと考えられる.2)弾塑性FEAによりJcの板厚効果を再現することができた.また,JcがB/Wに対し収束した場合であっても,当初計画通り,破壊時の荷重を形式的に応力拡大係数(K値)で表現したKcがB/Wによらずほぼ一定となるという実験結果が得られた.3)さらに,き裂先端開口変位(CTOD)x4の位置の開口応力成分σ22がある値を超えたときに試験片が破壊するというクライテリオン(以下,(4CTOD,σ22c)クライテリオン)が板厚によらず適用でき,その結果Jcの板厚効果を説明しうることを示した(投稿論文採択決定済).4)以上により,ある材料,ある試験片形状に対する破壊靱性値Jc1が得られたならば,材料強さであるσ22cが得られ,任意の試験片形状に対するJcが(4CTOD,σ22)クライテリオンにより評価できるようになった.この任意の試験片形状に対するT-stressを弾性解析により別途求めておくことによりJc = Jc1 x f(T11, T33)なる補正関数fを整備中である.本研究の目的は,き裂先端の面外拘束を表す力学パラメータT33応力を考慮することにより,照射脆化した材料(延性-脆性遷移温度域材)の破壊靱性値Jcの試験片板厚依存性を定量的に補正する手法を構築することにある.成果として,3点曲げ試験,板中央き裂試験片に対し板厚B0で得られたJc0を他の板厚で得られるJcに補正する,Jc = Jc0 x f(T33)なる補正関数fを導出した.この補正法はJcの板厚増に対する

下限界値も予測しうるという意味において,最弱リンクモデルに基づく補正式Jc∝1/√Bに比べて優位性がある.手法の適用限界として,概略M = b0*σYS/Jc > 30(b0:リガメント寸法,σYS:降伏応力)も得た.ASTME1921に従う破壊靭性試験ではM > 30を要求しており,この規格に従う実験データではほとんどの場合に上記の板厚補正法が適用できる.そのほか,弾塑性有限要素(EP-FEA)結果に適用でき,Jcの寸法依存性を説明しうる破壊評価基準として(4δt, σ22c)基準(き裂先端開口変位δtの4倍位置のき裂開口方向応力σ22が材料強さσ22cを超えたときに破壊が発生するという基準)が適切であることを示した.この基準とEP-FEAを用いることにより,上記の板厚補正のみならず,Jcの試験片種類間換算が可能になった.この手法についても適用限界は概略M >30である.以上により,所期の目的通り,照射脆化した材料のJcの試験片寸法(板厚,試験片種類を含む)依存性を定量的に補正する手法を構築できた.破壊力学弾塑性有限要素解析結果に適用でき,Jcの板厚効果を説明しうる破壊クライテリオンである,(4CTOD,σ22c)クライテリオンを提案できた結果,1)1種類の板厚の試験片に対する破壊荷重,そしてJcを実験により求めておけば,他の板厚の試験片で得られるJcを,実験することなく求めることができるようになった2)さらに,T33を用いることにより,Jcの板厚に対する下限値を予測することができるようになったこと.1)破壊靱性試験片の弾塑性FEA結果に適用でき,Jcの板厚効果を説明しうる破壊クライテリオンを提案できた結果,Jcの補正関数fをT-stressを変数として求める具体的な手順が固まったこと.2) JcがB/Wの増加に対し一定値に収束する現象は,従来Jcの板厚効果の説明に用いられた材料の最弱リンク説では説明できないものであり,かつ弾塑性FEAによりこの現象を再現できたことから,Jcの板厚効果がき裂先端の拘束の増加による力学要因が大きいことを裏付けたこと.より現実的な構造に近い板状試験片に対する弾塑性有限要素解析と破壊靭性試験を実施し,H24年度に実施したJcの補正関数導出フレームワークがいわゆる破壊靭性試験片のみならず,より実際の構造(板構造試験片)に近い場合についても適用可能であることを示していく.板試験片の試設計を行った結果,現時点で板材の候補として,S45C,SCM440を選定している.大型の試験機を有する試験機関と試験片寸法については具体的な詰めを行っているものの,その機関にて実績を有する寸法で試験を行う予定なので,破壊靱性試験は問題なく実施できると考えている.H24年度に導出したJcの補正関数導出フレームワークが,材料を変えても適用可能であることを示していく.また,試験片の種類が変わる場合への応用方法を検討していく.該当なし
致死的疾患における有効な心理的取り組み方(コーピング)の開発に関する研究

がん患者の有効なコーピングを明らかにする目的で、国立がんセンター通院中のがん患者を対象として、コーピングおよび感情状態の質問紙を用いて両者の関連を検討した。また、あわせて比較文化的な検討を行った。647名の適格症例のうち524名から同意が得られたが、69名は質問紙の完全回答が得られなかったため、残る455名を解析対象とした。対象455名の背景は、平均年齢(±SD)59(±12)歳、団53%、10年以上の教育経験を有するもの71%、雇用状況はフルタイムが29%と最も多く、85%が既婚・再婚者であった。医学的背景は、頭頚部がんが最も多く22%、次いで肺がん19%、乳がん19%と続いており、Performance statusは0(身体的機能障害なし)の患者が76%で、初診日からの平均期間(±SD)は730(±558)日であった。コーピングと感情状態との関連を検討したところ、Fighting spirit(前向き)のみが抑うつおよび不安と有意な逆相関を示した一方で、抑うつ、不安と最も高い正相関を示したのはHelplessness/Hopelessness(悲観)であった。また、確認的因子分析により、今回得られたデータを先行研究で示されている英国と米国のコーピングの因子モデルにあてはめると、米国より英国のモデルにより適合することが示された。これらの結果より、Fighting spiritが高く、Helplessness/Hopelessnessが低いコーピングが、苦痛の少ない感情状態と関連していることが示唆された。本知見は、欧米を中心とした海外での報告と一致しており、わが国のがん患者においても、欧米諸国と同様のコーピングが有効であることが示唆された。一方で、わが国のがん患者のコーピングは米国よりむしろ英国の患者に類似している可能性が示唆されたが、これは比較文化的に興味深く、今後より一層の検討が望まれると考えられた。
太陽電池を水素供与体供給源とする環境低負荷型バイオエレクトロ脱窒処理装置の開発

バイオエレクトロ法を用いた簡便かつ高効率に硝酸イオン汚染水の脱窒を行う新たな処理プロセスの開発を目的として,電極材料および処理の高速化・高効率化に関わる電極構造・配置等装置様式に重点をおいて検討を行った.また,自然エネルギーの作動エネルギーとしての利用可能性について検討を行った.1.炭素質材料を陽極として用いると,脱窒反応の進行に好ましい環境が維持できる.通電に伴い陽極からTOC成分が若干溶出するが,それは主に通電初期段階である.炭素材料の製法および形状によりその特性は大きく異なり,比較的密度の高い材料ほどその生成は少なかった.2.処理速度の高速化に関わる装置形態として陰極に回転円板を用いた回転塩案電極型処理装置を試作した.槽内液混合は,円板回転方向には影響を受けず,回転速度,電極間隔および流路断面積に大きな影響を受けた.本装置では,長期に安定した脱窒処理が可能であった.通電とともに,少量の有機物水素供与体の添加により脱窒速度は向上し,残留有機物のない高速処理が可能であった.3.槽内陰極面積増大に関わる電極材および装置形状に関し,炭素繊維マトリクス材を電極として用いた処理装置を試作した.炭素繊維マトリクス材は,通常の炭素材と同程度以上の水素生成効率を有するとともに,大きな比表面積を利用した安定した脱窒処理を行うことが可能であった.4.本反応系に対する反応モデルを構築し,総括反応速度解析を行った.計算結果は実測データにほぼ一致してモデルの妥当性が示されるとともに,高速化および最適操作に関わる影響因子を理論的に推定できた.5.現状の処理速度および装置規模であれば必要となる電力を得るための太陽電池セル面積は,処理槽と同等規模となり,充分に利用可能であるが,さらに高速化およびコンパクト化した場合には,セル面積が大きくなり必ずしも全体のコンパクト化にはならないことが示唆された.バイオエレクトロ法を用いた簡便かつ高効率に硝酸イオン汚染水の脱窒を行う新たな処理プロセスの開発を目的として,電極材料および処理の高速化・高効率化に関わる電極構造・配置等装置様式に重点をおいて検討を行った.また,自然エネルギーの作動エネルギーとしての利用可能性について検討を行った.1.炭素質材料を陽極として用いると,脱窒反応の進行に好ましい環境が維持できる.通電に伴い陽極からTOC成分が若干溶出するが,それは主に通電初期段階である.炭素材料の製法および形状によりその特性は大きく異なり,比較的密度の高い材料ほどその生成は少なかった.2.処理速度の高速化に関わる装置形態として陰極に回転円板を用いた回転塩案電極型処理装置を試作した.槽内液混合は,円板回転方向には影響を受けず,回転速度,電極間隔および流路断面積に大きな影響を受けた.本装置では,長期に安定した脱窒処理が可能であった.通電とともに,少量の有機物水素供与体の添加により脱窒速度は向上し,残留有機物のない高速処理が可能であった.3.槽内陰極面積増大に関わる電極材および装置形状に関し,炭素繊維マトリクス材を電極として用いた処理装置を試作した.炭素繊維マトリクス材は,通常の炭素材と同程度以上の水素生成効率を有するとともに,大きな比表面積を利用した安定した脱窒処理を行うことが可能であった.4.本反応系に対する反応モデルを構築し,総括反応速度解析を行った.計算結果は実測データにほぼ一致してモデルの妥当性が示されるとともに,高速化および最適操作に関わる影響因子を理論的に推定できた.5.現状の処理速度および装置規模であれば必要となる電力を得るための太陽電池セル面積は,処理槽と同等規模となり,充分に利用可能であるが,さらに高速化およびコンパクト化した場合には,セル面積が大きくなり必ずしも全体のコンパクト化にはならないことが示唆された.脱窒菌を陰極となる電極に付着固定した固定化微生物電極を用い太陽電池を利用してon-siteで簡便に硝酸イオン汚染水の脱窒を行う新しい処理プロセスの開発を目的として,本年度は,回転円盤電極型処理装置を作製し,その流動・混合特性を検討するとともに直流安定化電源を用いて脱窒処理実験を行い,脱窒速度に対する操作条件の影響を検討した.また,本法に用いる電極材料の選定に関する検討も併せて行い,以下の知見を得た.1.本法は,陰極からの電解生成水素と脱窒菌の無酸素環境化における異化代謝を利用するため,脱窒菌活性を高く維持するために陽極における酸素生成に留意する必要があるが,炭素質材料を陽極として用いると炭素の電気化学的酸化に伴う二酸化炭素生成により酸素の生成が抑えられ,本法に有効であることが示唆された.2.回転円盤型電極を陰極とし,陽極となる電極を装置側壁に固定した反応装置を製作し,トレーサのインパルス応答法により,流動・混合特性について円盤電極の回転方向,回転速度,電極数および滞留時間の影響を検討した.回転速度を3rpmから12rpmまで増大すると混合は,約2.5倍増大した.また,短い滞留時間ほど混合がよく滞留時間を長くとると混合度は低下した.実験範囲では,回転方向および電極数の影響は極めて小さかった.装置側壁に設置された電極板が存在することで固定電極がない場合に比べて液混合は低下した.3.本法では,電流値が増大するに従い,脱窒速度は増大した.また,通電と共に水素供与体となる有機物を少量添加すると脱窒反応は促進された.このとき,添加有機物と電解生成水素は,ともに電子供与体として陰極の脱窒菌生物膜内で利用されていると考えられた.

滞留時間11h,300mAの通電でほぼ100%脱窒が達成された.電圧は,2.23.0V程度で安定しており,太陽電池を用いて充分に処理を行う可能性が示唆された.低電圧,低電流で効率良く処理できる電極について,今年もさらに検討を行い,炭素繊維を利用することにし,炭素繊維をマトリックス状に編み,それをハニカム形状にした電極を作成した.ハニカム型電極を設置した処理槽を試作し,水素生成効率及び脱窒素特性を検討した.水素生成効率は理論発生量の略80%であり,単位容積当りの脱窒効率も,従前の電極に比べ高いことを明らかにした.太陽電池の利用については,生物膜反応モデル及びプロセスモデルを構築し,理論的検討を行った.太陽電池モジュールを利用する処理実験の実績値は,実験が冬期に入り理論値との比較は十分できなかった.アモ-ラスシリコンを使用する太陽電池の現在の効率では,反応の高効率化による装置のコンパクト化に基づく所用処理槽の大きさに対して,電池パネルの面積が大きく,システムとしてのコンパクト化に必ずしもならない.また,蓄電機能を持たないことによるエネルギー供給の間欠性もあり,風力等他の自然エネルギーの利用について検討することは有用である.