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金沈着現像法による金ナノ粒子形成過程でのアスコルビン酸添加効果の解明

銀塩写真感光材料の露光部に形成される光分解銀核を触媒として,金ナノ粒子を得る金沈着現像法について,その反応機構と応用展開の両面から調べた.還元剤としてアスコルビン酸を添加すると,飛躍的な反応速度の上昇が得られ,その反応機構について温度依存性等から解析した.金沈着現像法で得られる精細写真画像を,放射線飛跡解析と金膜写真調製に応用し,飛跡のエネルギー損失の解析や,超長期画像保存についての成果を得た.銀塩写真感光材料の露光部に形成される光分解銀核を触媒として,金ナノ粒子を得る金沈着現像法について,その反応機構と応用展開の両面から調べた.還元剤としてアスコルビン酸を添加すると,飛躍的な反応速度の上昇が得られ,その反応機構について温度依存性等から解析した.金沈着現像法で得られる精細写真画像を,放射線飛跡解析と金膜写真調製に応用し,飛跡のエネルギー損失の解析や,超長期画像保存についての成果を得た.銀塩写真感光材料上の露光部で起こる、[Au(I)(SCN)_2]-錯体からの金ナノ粒子形成反応を調べた。写真感光現象の解析の手法を適用して詳細に解析し、アスコルビン酸の添加の有無による違いを比較した。アスコルビン酸添加により金ナノ粒子生成速度の大きな増大とともに、光感度の上昇、金ナノ粒子によるプラズモン吸収のブロード化、電子顕微鏡観察による金ナノ粒子のサイズ分布の広がりが見られた。アスコルビン酸無しでは[Au(I)(SCN)_2]-錯体の不均化反応、アスコルビン酸有りでは[Au(I)(SCN)_2]-錯体のアスコルビン酸による還元により、金ナノ粒子形成が進行すると考えられた。これらの反応では感光材料中のハロゲン化銀粒子上に形成された光分解銀核が触媒として働くという特徴を持つ。光感度の違いから、光分解銀核が触媒活性を示す臨界サイズが異なり、アスコルビン酸の還元ではより小さなサイズの光分解銀核でも活性を持つと考えられた(Bulletin of the Chemical Society of Japan、投稿中)。この金ナノ粒子形成システムは、光で触媒が形成されるというこれまでにない特性を持つ。光により触媒の分布や濃度などの特性を制御できるので、マイクロリアクターなどへの応用も考えられる。一方、このシステムでは露光により像が形成されるので、これまでも金膜写真などの画像形成プロセスに応用してきた。ここでの成果は、これまで応用展開として進めてきた、金膜写真・金微粒子写真作製プロセスでの、特にこれまで問題であった遅い現像速度の向上による迅速化に貢献しており、作製プロセスの改良へ結びつけることができた(日本写真学会誌、73、319(2010))。さらにこの結果を、マイクロ写真記録に適用した文書の超長期保存システムの開発(2010 International Joint Seminar on Conservation of Archives、韓国)や、転写法による簡便な金膜写真作製法(日本写真学会誌、74、12(2011))などへと展開させることができた。また、原子核乾板での放射線飛跡の精細検出、ホログラム記録などへの重要な示唆を与えた。銀塩写真感光材料を用いた金微粒子形成法について、新たに見いだされたアスコルビン酸添加による金微粒子形成過程と、これまでの1価の金イオンの不均化反応による過程とを比較して、その形成機構について探った。まずこれまでに形成速度の違いと形成された金微粒子の粒子特性の違いを調べた。アスコルビン酸の存在下での形成速度の大幅な上昇と粒子のサイズ分布の広がりが見いだされ、その結果を報告した(Bulletin of the Chemical Society of Japan、84,947-952(2011)2011年度は、温度依存性を中心に金微粒子の形成速度を調べ、それより反応機構の解析を進めた。1価の金イオンの不均化反応によるより、アスコルビン酸添加による還元反応の方が活性化エネルギーが小さく、これがアスコルビン酸添加時の金微粒子形成速度の上昇の理由の一つと考えられた。温度依存性は単純ではなく、室温以上の高温側では、活性化エネルギーが大きく低下した。温度により異なる反応過程が存在することを示唆した。この系は写真乳剤膜中に分散したハロゲン化銀上での反応という不均な系である。このとき活性化エネルギーの小さな膜中の拡散過程が関与していることが推定される。2011年度はこの方法で作製した金微粒子を用いて作られた、転写法による金膜写真の耐久性を調べた。これまでこするとはがれるなど、金膜写真の機械的強度が充分ではなかった。今回金微粒子を焼成して金膜写真とする際の焼成条件が金膜写真の強度に影響することが明らかとなり、800°C以上の高温での焼成で高い強度が得られた。これらの結果は、マイクロ写真記録を適用した文書の超長期保存システムの開発への重要な示唆を与えるものである。銀塩写真の感光性を利用した金沈着現像法における還元剤添加での金微粒子形成過程を探った。2012年度は、前年に続き温度依存性を中心に金微粒子の形成速度を調べ、それより反応機構の解析を進めた。アスコルビン酸添加による還元反応では活性化エネルギーが低下するが、同時に速度増大により反応速度が反応律速から、反応種の感光材料膜中への拡散律速へ移行することが示された(日本写真学会年次大会、千葉、2012/5/29)。

一方、このシステムでは露光部にのみ金微粒子が形成されるので、これまでも金沈着現像法として金膜写真などの画像形成プロセスに応用してきた。2012年度もこの方法で調製した金微粒子の応用に向けての展開を進めた。金沈着現像法では画像素子サイズを小さく抑えられるため高解像度が得られる。金膜写真によるマイクロ記録を試み、マイクロフィルムと同等の記録性能を有することが確かめられた(日本写真学会誌、75, 416 (2012))。同様に放射線飛跡検出に適用するとより精細な飛跡像が得られる。放射線のエネルギーロス量に応じた潜像核形成を詳細に測れるため、新たに潜像核個数線密度を求めるという、ダイナミックレンジが広く、精度の高いエネルギー損失測定法を開発した(J.Soc.Photogr.Imag.Jpn., 75, 334 (2012)、2012年度日本写真学会論文賞受賞)。またこの方法では写真感度が低下するという欠点があるが、低温赤色光後露光法という補力方法を開発して、感度低下を大きく回復することができた(日本写真学会誌、75, 408 (2012))。このように金微粒子形成過程の解明で得られた知見を、放射線飛跡検出や超長期画像保存などの分野での画像形成プロセスに適用して、金沈着現像法の特長を活かし,欠点を改良することができた。アスコルビン酸添加での金微粒子の形成過程を調べ、反応過程の違いを解明し、反応速度の増大などの添加の利得が明らかにされ、論文として投稿した。反応機構の解明について、現在温度依存性の解析が進み、活性化エネルギーの値などある程度の結果が得られている。24年度が最終年度であるため、記入しない。金微粒子形成過程の温度依存性を求めて、活性化エネルギーを算出する。活性化エネルギーから得られる情報量は多いので、反応過程の解析に有益である。これまで測定条件が一定・適切でない部分があり、活性化エネルギーの違いがどのような条件で生じるのかの解析に難をきたした。これまでの経験を元に、測定条件を適切に定め、より精密な測定による活性化エネルギーを求め、反応機構の解析を進めていく。これより膜中の不均一系での、光照射により触媒が形成されるという特殊な系での金微粒子形成過程を解析する。
靭帯再生を目指した未分化間葉系細胞の起源・機能に関する基礎的研究

本研究の目的は靭帯損傷後のリモデリング過程における未分化間葉系細胞の起源および機能を解明することで、正常靱帯特性の獲得を目的とした靭帯損傷治療のための基礎データを提供することである。そのためには、まず骨髄および靱帯細胞を靱帯修復過程においてin vivoで容易に追跡可解とするモデル(靱帯キメラ・骨髄キメラ)を新たに確立することが必要である。本年度の研究では、green fluorescent protein (GFP)ラットの膝蓋靭帯を野生株ラット膝蓋靭帯欠損部に移植することにより靭帯のみにGFPシグナルを持つ靭帯キメララットを作製した。靭帯キメララットの膝蓋靭帯に損傷を加え経時的に観察することで靭帯組織由来間葉系細胞が靭帯修復に関与することを明らかとした。以上の結果は国内外の学会で発表を行った。また、GFPラット骨髄細胞を野生株ラットへ移植することにより骨髄、血中のみにGFPシグナルを持つ骨髄キメララットを作製した。今後、同モデルの膝蓋靭帯に対しても損傷を加え、靭帯修復過程における骨髄由来間葉系細胞の動態を観察する予定である。また、骨髄キメララットモデルは靱帯のみならず、様々な間葉系組織修復過程における未分化間葉系細胞の動態解明への応用が可能である。今後、本年度に作製した靭帯・骨髄キメララットモデルに対して同時に投与しているbromodeoxyuridine (BrdU)およびコラーゲン等の靭帯基質に対する免疫組織化学染色を行うことにより靭帯修復における間葉系細胞の動態と役割を解明する予定である。
アモルファス合金ナノワイヤーを用いた磁気センサ開発

本研究は、低保磁力、高透磁率を有するCo36Fe36B19Si5Nb4アモルファス合金に対してガスアトマイズ法によりナノワイヤーを作製し、これを用いてナノスケールにおける磁気インピーダンス効果を検証するとともに、ナノサイズの磁気センサーの可能性を見出した。主な研究成果として、1)ナノワイヤーの作製の際のガスアトマイズの最適化条件、2)集束イオンビームを用いたナノワイヤーの固定法の確立、3)プロトタイプのナノ磁気インピーダンスセンサの構築、4)ナノ磁気インピーダンスセンサーを用いた外部磁場の検出ならびに強磁性共鳴の周波数依存性の検出、6)ワイヤー直径に依存するインピーダンス変化率の検出である。本年度の研究計画に基づき、低保磁力、高透磁率、広過冷却液体領域を持つCo36Fe36B19Si5Nb4母合金の作製に成功した。この母合金を用い、ガスアトマイズ法を駆使することでナノファイバー化を実現するに当たり、ガスアトマイズ工程には、ガスの種類、融解温度、溶湯粘度、合金種、ガス圧力、ノズル形状など多くのパラメータが存在する。一般的な粉体作製では、溶湯温度を液相線温度以上に加熱して溶湯粘度を極端に減少させることにより球状化を容易にするが、ナノファイバー化には、試料を融点以上へ一端加熱した後、溶湯温度を融点以下へ過冷却した状態においてガスアトマイズを行うと、高い粘性から曳糸性が増大し、球状よりもむしろ多数のナノワイヤーが作製できることを見出した。今回は主に融解温度を放射温度計で測定することにより、溶湯粘性を概算し、粘性を高めることにより、Co36Fe36B19Si5Nb4アモルファス合金ナノワイヤーの作製に成功した。作製に成功したナノワイヤーに対してFIBを用いたナノ微細加工を行い、プロトタイプの磁気インピーダンス測定素子の構築にも成功している。更には、研究分担者である東北学院大学薮上教授と研究計画に則り外部磁場を印加した際のインピーダンス測定にも成功した。来年度はこのプロトタイプ磁気インピーダンス測定素子を多数個作製することにより、更にインピーダンス測定精度を向上させることが研究の主題となる。一方、Co36Fe36B19Si5Nb4アモルファス合金ナノワイヤー表面には酸化膜が形成されていることが透過電子顕微鏡観測より判明し、この酸化膜の影響を調査するために新たに走査トンネル顕微鏡を導入して表面原子構造の調査を実施する。更に、原子間力顕微鏡を用い、励磁されたナノワイヤーの磁区構造も調査する予定である。本研究は、高い磁界検出能獲得のため、最適なアモルファス合金組成の探索を行い、このナノワイヤーを用いることで、高い空間分解能を持ち磁気マッピング機能も兼ね備えた高磁界検出能・高空間分解能磁気センサの開発を念頭におき、これらの基礎的知見を得ることを研究目的とする昨年度から引き続き、低保磁力、高透磁率、広過冷却液体領域を持つCo36Fe36B19Si5Nb4の母合金作製に成功し、これを用いてガスアトマイズ法を用いて、1003000ナノメートルの直径を持つワイヤーを作製した。また、FIB微細加工装置を駆使してプロトタイプの磁気インピーダンス素子を構築し、研究分担者である、東北学院大学、薮上信教授と共同で研究計画に則り外部磁場に依存したインピーダンス変化を求め、アモルファス合金ナノワイヤー、マイクロワイヤーが磁気センサとして活用できることを見出した。また、様々な直径を持つワイヤーについても磁気インピーダンス効果があることを見出し、さらには、周波数に依存した強磁性共鳴が起こっていることも見出した。この強磁性共鳴の詳細を調査した結果、ワイヤーの太さによって、異方性磁界の変化があることが分かり、細いワイヤーほど、異方性磁界の低いことが見出された、本研究成果は、世界的に著名なアメリカ物理協会の学術論文誌であるApplied PhysicsLetters誌に掲載された。また昨年度より課題であるナノワイヤーの酸化膜について、走査トンネル顕微鏡を用いて調査する予定である。本研究は、高い磁界検出能獲得のため、最適なアモルファス合金組成の探索を行い、このナノワイヤーを用いることで、高い空間分解能を持ち磁気マッピング機能も兼ね備えた高磁界検出能・高空間分解能磁気センサの開発を念頭におき、これらの基礎的知見を得ることを研究目的とする昨年度から引き続き、低保磁力、高透磁率、広過冷却液体領域を持つCo36Fe36B19Si5Nb4の母合金作製に対してアトマイズ法を用いることにより、100ナノメートル4マイクロメートルの直径を持つアモルファス合金ワイヤーを作製した。これらのワイヤーをFIB微細加工装置を駆使しプロトタイプの磁気インピーダンス素子を構築した。今年度はデバイスの高品位化を目指し、MEMSグループと共同でデバイスの基板となる金電極を作製し、インピーダンス測定に最適な透過法のデバイスを構築した。研究分担者である、東北学院大学、薮上信教授と共同で研究計画に則り外部磁場に依存したインピーダンス変化を求め、磁気インピーダンス効果が4マイクロメートルの直径のワイヤーについて詳細に測定を行った。ワイヤーのアモルファス構造については走査トンネル顕微鏡を立ち上げ、予備実験を終了した。軟磁性アモルファス合金ナノワイヤーの磁気インピーダンス効果の基礎的な知見は研究計画に則り順調に進んでおり、これらの知見は昨年度に学術論文として掲載され、東北大学よりプレススリリースが行われ、日経産業新聞にも取り上げられた。

また、アモルファス合金ナノワイヤーを作製する手法であるガスアトマイズ法をTiAl合金へ適用することにより、TiAlナノ結晶を作製できることを見出し、これを脱合金酸化することにより、チタン酸ナトリウムナノワイヤーを作製することに成功した。このチタン酸ナトリウムナノワイヤーは溶液中のストロンチウムに対して非常に高いイオン交換能を持つことも明らかになり、放射能汚染水に含まれるストロンチウムの吸着剤として活用できる可能性が示された。本研究は、軟磁性材料であり低保磁力、高透磁率を有するCo36Fe36B19Si5Nb4アモルファス合金に対してガスアトマイズ法によりナノワイヤー化を実施し、これを用いてナノスケールにおける磁気インピーダンス効果を検証するとともに、ナノサイズの磁気センサー開発を視野に研究を進めてきた。主な研究成果として、1)ナノワイヤーの作製の際のガスアトマイズの最適化条件、2)集束イオンビームを用いたナノワイヤーの固定法の確立、3)プロトタイプのナノ磁気インピーダンスセンサの構築、4)ナノ磁気インピーダンスセンサーを用いた外部磁場の検出、5)ナノワイヤーにおける外部磁場印加時の強磁性共鳴の周波数依存性の検出、6)ワイヤー直径に依存するインピーダンス変化の検出、7)マイクロマグネティクシミュレーション法を用いて実験で得られたインピーダンス値の検証などである。特に最終年度はMEMS歪デバイス上にナノワイヤーを固定することに成功し、ワイヤーに印加される歪とインピーダンスとの因果関係を求め、新たな歪デバイスの構築に向けた研究も推進した。また、ガスアトマイズ法の最適条件を求める際に生成物にナノワイヤーのみならず、シングルミクロの粉体が含まれることを見出している。この知見を活かしてチタンアルミ合金やセリアアルミ合金にもガスアトマイズ法を適用して微細な粉末の作製に成功している。更に、アモルファス基板に対する走査トンネル顕微鏡観測から、アモルファス状態に関する基礎的な知見も得る研究にも発展することができ、磁気センサ開発に関わる研究のみならず粉末化技術やアモルファスの基礎研究という様々な研究へと展開することができた。本研究は、低保磁力、高透磁率を有するCo36Fe36B19Si5Nb4アモルファス合金に対してガスアトマイズ法によりナノワイヤーを作製し、これを用いてナノスケールにおける磁気インピーダンス効果を検証するとともに、ナノサイズの磁気センサーの可能性を見出した。主な研究成果として、1)ナノワイヤーの作製の際のガスアトマイズの最適化条件、2)集束イオンビームを用いたナノワイヤーの固定法の確立、3)プロトタイプのナノ磁気インピーダンスセンサの構築、4)ナノ磁気インピーダンスセンサーを用いた外部磁場の検出ならびに強磁性共鳴の周波数依存性の検出、6)ワイヤー直径に依存するインピーダンス変化率の検出である。プロトタイプの磁気インピーダンス素子を構築、外部磁場に依存したインピーダンス変化の計測、アモルファス合金ナノワイヤー、マイクロワイヤーが磁気センサとしての知見、周波数に依存した強磁性共鳴、異方性磁界の変化があることが分かり、細いワイヤーほど、異方性磁界の同定など、研究はおおむね順調に進呈しており、研究成果もApplied PhysicsLetters誌に掲載された。更に様々なワイヤー直径に関する実験データの解析を進め、full paperを投稿する予定である。
欧州の国際河川条約制度における資源配分規範と環境保護規範の調整の実証的研究

本研究では、本来河岸国間の水資源利用の調整を目的としてきた非航行利用に関する国際河川条約制度において、その後発展した国際環境法規範との調整がいかに図られつつあるのか、欧州の条約制度の実行や法典化文書、学説を主な手掛かりに、論点を抽出・検討した。その結果、環境と開発の統合を求める持続可能な開発の概念の提唱のもと、資源利用を従来規律してきた衡平利用原則が環境保護の考慮を射程に含めつつあること、また越境環境影響評価といった手続的な規範が重要な役割を果たしていることを明らかにした。2010年度は大きく以下の3つの作業を実施した。第1に、国際判例や関連条約制度の展開を手掛かりとして、主たる環境法原則の1つである予防原則の機能の検討をさらに進め、以下の「研究成果」にあるような論文を公表した。これらは欧州の国際河川制度自体には直接に関わるものではないが、予防原則に関する最新の文献の検討も踏まえたものであり、また同制度における環境法原則の機能の展開を考えるうえで重要な示唆を与えると考えられる。また、以上の成果を踏まえつつ、環境法原則の機能という観点から国際河川制度に関する国際判例(ICJガブチコボ・ナシュマロスダム事件判決・パルプミル事件判決等)を検討した論考も近いうち公表する予定である。第2に、国際河川制度における資源配分規範(衡平利用原則)と環境保護規範(重大損害禁止原則、生態系保護、予防原則等)との調整に関して、20世紀以降の学説の展開の整理を進めている。本年度は英語文献を中心に検討を進めたが、残された文献や仏語・独語の文献などを中心に今後も引き続き調査を継続する予定である。第3に、欧州の個別の国際河川条約体制での環境保護規範をめぐる実践についても調査に着手した。その第一弾として、オーストリア・ウィーンにあるダニューブ河保護国際委員会事務局や世界自然保護基金事務所を訪問し、航行利益と環境保護の調整といった同河川をめぐる制度の課題と実態について、関係者のインタビューと資料収集を実施した。以上のように本年度は、次年度以降に向けての基礎的な作業に力点を置いて研究を遂行した。20刊年度は、2010年度に着手した基礎的作業を継続・発展させながら、大きく以下のような作業を遂行した。第1に、持続可能な発展、予防といった環境法原則の発展が、国際河川制度に与えているインパクトの現状を精緻に把握することを目的として、欧州の個別の河川条約体制の展開の分析、並びに、それらの個別条約と相互作用を与え合う一般条約や法典化文書(国際法委員会・国際法協会等によるもの)の分析を手掛かりに、さらに検討を進めた。この成果の一部は、以下の研究成果の欄に挙げている論文において既に公表済である。そして第2に、上記の作業の成果や国際司法裁判所のパルプミル事件判決(2011年)の検討を手掛かりに、国際河川条約の中核原則である衡平利用原則の解釈と環境保護規範との関係、河川条約上の実体的規則と手続的規則との関係、手続的規則違反の法的帰結等、国際河川法における資源配分規範と環境保護規範の相互関係を理解するうえで重要と考えられる論点の抽出・整理を行った。この点については、同判決の評釈という形で公表の準備をさらに進めている。そして第3に、上記の第2の作業で整理された論点の検討を深めるために、国際法委員会が中核的役割を果たした、「国際河川の非航行利用」、「国際法上禁止されていない行為による有害な帰結に関するライアビリティ」、「国家責任」といった主題に関する法典化作業の詳細な分析作業に着手している。またそれと同時に、最新の学説の理論状況の整理と欧州の河川条約体制の実証的分析を併せて実施することで、上述の諸論点に関する理論と実践の考察を深めている途上にある。研究期間の最終年度となる平成24年度は、前年度までの研究成果を踏まえたうえで、特に手続的義務の発展と変質という観点から、国際水路法(国際河川法)における国際環境法との交錯・調整の問題の検討をさらにすすめ、学会での公表を通じてその成果の一層の洗練と整理を行った。国際水路法においては、当初より関連国や条約機関に対する事前通告や協議といった手続的な義務が発展したが、今日の特色の1つは、そうした手続が環境保護の価値や規範を意思決定過程に組み込む機能を期待されている点にあり、国際環境法との交錯・調整という法現象の解明をテーマとする本研究にとって、それらの手続的義務の検討が極めて重要であるとの認識に至った。そこで24年度では、従来必ずしも十分に解明されてこなかった、手続的義務違反の法的帰結の問題、そしてその点との関連で手続的義務と実体的義務(衡平利用・重大損害禁止)との関係に特に焦点を当て、近年これらの問題を扱った国際司法裁判所パルプ工場事件判決(2011年)の評価を出発点に、学説・国際実行の検討を行った。

24年度の半ばには、それらの成果を、国際水路法の研究が進んでいる欧州の学会(欧州国際法学会・国際環境法研究会合)のほか、国内の国際学会(日本・韓国国際法学会共同会合)において公表するとともに、専門家との意見交換等を通じて、さらに成果を洗練させることに努めた。最終的な研究成果は近々論文の形でも発表する予定である。1年目である2010年度は、国際河川分野における資源配分規範と環境保護規範をめぐる学説の議論状況の把握と、欧州における条約体制の発展状況の把握に主に努めてきた。以上の作業を継続しつつ2011年度においては、法典化作業や国際判例の分析を進め、具体的な論点と検討の視座の整理を行い、さらにその本格的な理論的・実証的検討に着手するに至っており、最終年度に向けて作業は着実に前進している。24年度が最終年度であるため、記入しない。来年度は、上の研究実績の概要で挙げた3つ目の作業を中心に研究を進める。その際には資料・文献の収集作業は相当程度進んでいることから、その詳細な分析作業に比重を置く方針である。ただし今後は、例えば国家責任法一般やEU法に関する知見もさらに深める必要があり、その限りで文献等の収集作業もある程度見込んでいる。また現地の条約委員会等でさらに資料収集等を行う必要が生じた揚合には、当地での意見交換等により成果の洗練にも併せて努め、最大限効率性を追求する。こうした洗練化も来年度の重要な作業方針であり、中間成果は研究会・学会等でも積極的に公表し、内容を適宜改善していきたい。なお時間的な限界を考慮せざるをえない場合には、検討すべき論点に優先順位を設け、成果の範囲が多少限定されても着実な業績を目指す。
水素製造用固体酸化物形燃料電池の高酸素利用率発電の研究

独自に設計・製作した固体酸化物形燃料電池(SOFC)単セル評価ユニットとSOFC単セル評価システムを用いて、最大90%の酸素利用率でSOFC単セルの発電が可能であることを世界で始めて実証した。空気を酸化剤に用いて酸素利用率70%で発電を行うと、酸素不足によるカソードの劣化が原因と考えられるセル電圧の低下が起こる。酸素利用率を90%まで上昇させると、セル電圧の低下は増加する。カソードの劣化は、発電に使用したSOFC単セルの電子プローブマイクロアナライザー(EPMA)の分析結果からカソード材料のランタンストロンチウムコバルタイト(LSC)のストロンチウム原子の移動により起こると考えられる。平成25年度には、2cm角の市販の固体酸化物形燃料電池(SOFC)単セルを用いて空気極での酸素利用率と燃料極での水素利用率の厳密な制御が可能で高酸素利用率発電が実現できるSOFC単セル評価ユニットを設計製作するとともに、このSOFC単セル評価ユニットを組み込んでSOFC発電特性の測定が可能なSOFC単セル発電評価システムを構築しガス漏れ、SOFC単セルの割れ、抵抗損失による電圧低下等の課題を解決することによって世界で初めて酸素利用率70%でのSOFC発電が可能であることを実験により実証した。従来の実験室レベルの小型SOFC単セル発電システムにはSOFC単セルの燃料極側と空気極側にはガス流路が設けられておらず、燃料極と空気極に配管を通じて直接燃料の水素と酸化剤の空気を吹き付けて供給する方式で燃料極での水素利用率と空気極での酸素利用率を厳密に制御し、高水素利用率と高酸素利用率での発電を実現することが困難であった。今回製作したSOFC単セル評価ユニットでは、SOFC単セルの燃料極側と空気極側にガス流路をそれぞれ設けガスシールを工夫しガス漏れを防止することにより実験室レベルの小型SOFC単セルの高水素利用率と高酸素利用率の発電を可能とした。製作したSOFC単セル評価ユニットとSOFC単セル発電評価システムを用いれば、高酸素利用率発電と高水素利用率発電がSOFCの発電特性と劣化に及ぼす影響を簡易に評価することができるといえる。固体酸化物形燃料電池(SOFC)は高酸素利用率発電を行うことにより高温排熱を水素製造に有効利用することができ、SOFCを用いて高効率な電気と水素のコージェネレーションシステムの構築が可能である。そこで、SOFC単セルの簡易評価システムを構築し、酸素利用率が発電性能に及ぼす影響を測定した。また、発電性能に使用したSOFC単セルを分析することにより、高酸素利用率発電がカソードの劣化に及ぼす影響を検討した。I-V特性は、酸素利用率3070%の範囲では酸素利用率の上昇につれてわずかに低下するだけであったが、酸素利用率80%では急激に低下した。また、電流密度0.3 A/cm2での120h連続発電試験を酸素利用率30%と70%で行ったところ、酸素利用率70%で活性化分極の増加による顕著なセル電圧の低下が見られた。酸素利用率70%での120h連続発電試験後のSOFC単セルのXRD分析とEDX分析を行ったところ、La2Zr2O7とSrZrO3の生成とアノードおよび電解質へのLaおよびSrの分布が認められた。これは、高酸素利用率発電によりカソードからLaとSrが電解質およびアノードに移動し、電解質のイットリア安定化ジルコニア(YSZ)と反応したことを示唆している。2cm角のSOFC単セルの発電性能の評価が可能なサーペンタインガス流路を有するSOFC単セル評価ユニットを製作し、新規に構築したSOFC単セル評価システムを用いて高酸素利用率での650°Cでの発電性能の評価を行い、カソードガスに空気と純酸素を用いて酸素利用率30%から70%まで上昇させてもIRフリーのI-V特性は大きく変化しないことを明らかにした。酸素利用率が上昇すると酸素分圧の低下によりIRフリー電圧が上昇したがI-V特性に及ぼす影響はわずかであった。これは、SOFC単セルユニットに採用したサーペンタインガス流路が供給ガスの空気もしくは純酸素の吹き抜けを防止し、カソードで均一に反応が起こっていることを反映したものと考えられる。次に、作動温度650°C、電流密度0.3A/cm2でカソードガスに空気を用いて120時間連続発電試験を行い、酸素利用率70%、80%および90%で連続発電が可能であることを明らかにした。酸素利用率90%では時間の経過とともにIRフリー電圧は低下したが、酸素利用率70%および80%では時間によるIRフリー電圧の低下は見られなかった。これらの結果から、空気もしくは酸素をカソードに均一に流すことができれば、酸素利用率80%までは発電性能の低下は見られないと考えられる。さらに、作動温度650°C、電流密度0.3A/cm2でカソードガスに純酸素と空気を用いて酸素利用率が70%で120時間連続発電試験を行ったSOFC単セルのカソードのEPMA分析を行うと、カソードのランタンストロンチウムコバルタイトの厚さ方向のランタンの分布はカソードガスに純酸素を用いても空気を用いても変化しないが、ストロンチウムの分布はカソードガスに空気を用いると広がることを明らかにした。このストロンチウムの分布の広がりがSOFC単セルの性能低下と劣化に及ぼす影響は今後の検討課題である。

独自に設計・製作した固体酸化物形燃料電池(SOFC)単セル評価ユニットとSOFC単セル評価システムを用いて、最大90%の酸素利用率でSOFC単セルの発電が可能であることを世界で始めて実証した。空気を酸化剤に用いて酸素利用率70%で発電を行うと、酸素不足によるカソードの劣化が原因と考えられるセル電圧の低下が起こる。酸素利用率を90%まで上昇させると、セル電圧の低下は増加する。カソードの劣化は、発電に使用したSOFC単セルの電子プローブマイクロアナライザー(EPMA)の分析結果からカソード材料のランタンストロンチウムコバルタイト(LSC)のストロンチウム原子の移動により起こると考えられる。平成25年度に設計・製作した固体酸化物形燃料電池(SOFC)単セyユニットと同じく平成25年度に構築したSOFC発電評価システムを用いて市販のSOFC単セルの高酸素利用率発電を実現し、当初の予定どおり高酸素利用率発電がSOFC発電性能とカソードおよび電解質の劣化に及ぼす影響を明らかにした。電気化学,触媒化学,化学工学,反応工学発電特性評価用SOFC単セルの製造方法を確立し、カソード材料および電解質材料を変えて性能評価用固体酸化物形燃料電池(SOFC)単セルを製作し、製作したSOFC単セルの高酸素利用率発電性能をSOFC単セルユニットおよびSOFC発電評価システムにより測定・評価する。また、発電特性測定後のSOFC単セルの機器分析を行い、高酸素利用率発電によるカソードおよび電解質の劣化に及ぼす構成材料の影響を明らかにする。平成25年度は、当初の計画どおり高酸素利用率で発電可能な固体酸化物形燃料電池(SOFC)単セルユニットの詳細設計を行い、SOFC単セルユニットの製作を行った。また、製作したSOFC単セルユニットを用いてSOFC単セルの発電特性を評価するSOFC単セル発電評価システムを構築してSOFC単セルの発電試験を実施し、SOFC単セルユニットとSOFC単セル発電評価システムが正常に機能することを確認した。さらに、予備試験を行い、SOFC単セルの高酸素利用率発電が可能なことを検証した。平成26年度には、市販の電解質支持平板型固体酸化物形燃料電池(SOFC)単セルを平成25年度に製作したSOFC単セルユニットに組み込んで、平成25年度に構築したSOFC単セル評価システムで酸素利用率を変化させて発電特性を測定し、酸素利用率が発電特性に及ぼす影響を明らかにする。また、高酸素利用率がSOFC単セルのカソード(空気極)の劣化に及ぼす影響を発電特性測定後のSOFC単セルのカソードの機器分析を行うことにより明らかにする。平成27年度には、カソード材料が異なるSOFC単セルを用いて平成26年度と同様に発電特性の測定と機器分析を行い、カソード材料が高酸素利用率発電時のSOFC単セルの発電特性と劣化に及ぼす影響を明らかにする。市販のSOFC単セル20個の購入を予定していたが、見積金額が平成25年度に請求した助成金の残額を超えたためにSOFC単セル20個の購入を平成26年度に延期したため。平成26年度の助成金と合わせてSOFC単セル20個の購入に使用する。
Furovirus層植物RNAウイルスの病原性と土壌伝染性に関する研究

1.Furovirus属のタイプ種であるムギ類萎縮ウイルス(SBWMV)の日本株を用いて、野生型ウイルス感染個体内で発生する欠失変異RNA2の欠失領域を詳細に調べた。その結果、欠失領域はp19遺伝子のサプゲノムプロモーターの直上流を終止点とし、欠失がさらに3'側に進むと、RNA複製には影響しないがp19サブゲノムRNAが転写されず、ウイルスRNAの細胞間移行が阻害された。2.RNA1上のp37遺伝子、RNA2上のCP遺伝子とその下流のリードスルー(RT)遺伝子、および3'側のp19遺伝子を緑色蛍光タンパク質遺伝子と置換した変異型クローンを構築した。変異型RNAをコムギに接種し、蛍光の拡大を観察した。その結果、p37はウイルスRNA移行タンパク質であること、p19は細胞間移行を促進し長距離移行にも必要であること、CPは移行には必要ないが、全身感染に維持に必要であること、およびCP-RTタンパク質はウイルスRNAの長距離移行を促進することが明らかとなった。3.SBWMV米国株を用いて、全身感染コムギ個体を25°Cで生育させることにより、25°Cで全身感染を維持する変異型ウイルスを分離した。変異型ウイルスゲノムの全長を調べた結果、アミノ酸置換を伴う唯一の変異がp37遺伝子内に検出された。感染性全長cDNAクローンpNElACを構築し、p37遺伝子内に変異を導入し、25°C適応性を確認した。同様の実験をSBWMV日本株を用いて再試した結果、米国株と同様にp37遺伝子内に変異が見出された。4.SBWMV米国株由来の強病原性変異株Lab1のRNA2上に存在する複数の変異を全長cDNAクローンに導入し、病原性の増大に関与する変異をp19遺伝子内に特定した。5.タンパク質間相互作用の検出方法として一般的である酵母2ハイブリッド法を改良し、染色体組込み型Y2H法を開発した。(1)ムギ類植物への全身感染におけるウイルス外被タンパク質、p37推定細胞間移行タンパク質、およびp19高システイン含タンパク質の役割を明らかにした。感染性cDNAクローンを用い、SBWMVの複製酵素遺伝子以外の遺伝子をGFP遺伝子で置換し、感染性in vitro転写産物接種後の植物体内におけるGFP蛍光の拡大を蛍光顕微鏡で追跡した。また、外被タンパク質、p19およびGFP抗体を用いたウエスタンブロット解析、およびウイルスゲノムに特異的なプローブを用いたノーザンブロット解析により、ウイルス複製RNAおよびウイルスタンパク質翻訳産物を検出した。その結果、外被タンパク質は細胞間移行および長距離移行に必須ではないが有用である事、p19は隣接細胞への移行効率の向上に機能し全身感染に必須である事、またp37は細胞間移行タンパク質である事を証明した。(2)RNA2の外被タンパク質遺伝子下流のリードスルー領域の欠失変異の場所と長さを特定する要因を解析した。その結果、RNA2の3'側にコードされるp19サブゲノムRNAの転写に必要なcis配列の存在が欠失領域を決定する要因の一つである事を証明した。(3)グロースキャビネット内でのPolymyxagraminis遊走子によるSBWMV接種系を確立した。(4)感染適温を17°Cとする野生型SBWMVでは感染出来ない25°Cで全身感染する変異株を分離し、野生型ウイルスの低温要求性を理解する上での発端を築いた。(1)ムギ類植物での全身感染の維持における外被タンパク質(CP)およびそのリードスルー産物(CP-RT)の役割を調べた。

RNA2内のCP遺伝子の終止コドン(TGA)をトリプトファン・コドン(TGG)に置換し、野生型RNA1と共にコムギに接種したところ、野生型ウイルスを接種した場合よりも早く、接種後10日目頃から非接種上位葉に顕著なモザイク症状を示し始め、CP抗体を用いたウエスタンブロット法により上葉よりCP-RTのみが検出された。さらに接種後、2週間目、4週間目、6週間目及び8週間目に最上位葉からCP抗体を用いてCP関連タンパク質の検出を試みたところ、感染が進むにつれ殆どの個体でCP-RTが消失し、CPないしはCPより分子量の僅かに大きいタンパク質が検出された。上位葉よりウイルス粒子を精製し抽出RNAを用いてRT-PCR増幅し、CP遺伝子およびその下流域の塩基配列を調べた結果、RT領域の欠失による野生型CPへの復帰変異や野生型CPに2ないし3アミノ酸が付加した変異型CP遺伝子への疑似復帰変異が検出された。一方、CP-RT領域を持たずp19高システイン含タンパク質遺伝子のみを残したRNA2を野生型RNA1と共に接種した揚合には、感染初期でのウイルスRNAの非接種葉への長距離移行は確認されたが、数週間維持した個体からはウイルスは検出されなくなった。このことから、p37細胞間移行タンパク質とp19は全身感染の初期段階におけるウイルスRNAの長距離移行には機能しているが、全身感染の維持にはCPないしはCP-RTが必須であることが明らかとなった。これらの結果より、植物ウイルスの感染植物においては、長距離移行と全身感染性とを識別する必要があることが示された。(2)グロースキャビネット内でのPolymyxagraminis遊走子によるSBWMV接種系を確立した。また、オオムギの水耕栽培系を確立した。(3)野生型米国分離株より、25°Cで全身感染を維持するSBWMV変異株を分離し、p37移行タンパク質内の1アミノ酸変異が高温適応の原因であることを明らかにした。(1)前年度に引き続き、SBWMVの温度感受性決定要因の解析を継続した。SBWMV日本株および米国株を用いた温度非感受性ウイルスゲノムの解析から、p37移行タンパク質の172番目および174番目のトレオニンが温度感受性に関与する事、このトレオニン残基はリン酸化およびp37に対する安定性に影響しない事が確認された。(2)米国産強病原性Lab1変異株RNA2上のp19システインリッチタンパク質内に病原性決定アミノ酸残基を特定した。前年度の結果を合わせて、外被タンパク質/リードスルータンパク質と共にp19タンパク質が異なる機構で病原性を高めている事が示された。(3)RNA2にコードされる外被タンパク質、その下流域のリードスルー領域、および3'側にコードされるp19システインリッチタンパク質が病原性に関与する事が明らかになったため、それぞれのタンパク質と相互作用する宿主因子の探索を試みた。その過程で従来の標準的酵母ツーハイブリッド法を改良し、bait融合タンパク質遺伝子を酵母染色体に組込み、cDNAライブラリースクリーニング効率を格段に向上させた系を開発し、特許出願した。ウイルスタンパク質との特異的結合が確認された宿主因子については継続して病原性との関わりを検討中である。(4)Polymyxa伝搬性機構に関する研究は、予期せぬ実験室の移動と配置換えにより中断し、新たな成果は得られなかった。
食肉軟化に関わるコネクチンドメインの微生物発現と精製、および機能

本研究は、熟成中の食肉軟化を誘起するパラトロポミオシンとサルコメアA-I接合部のコネクチンとの結合・解離機構の解明のために、A-I接合部領域のコネクチン断片を遺伝子工学的手法で作製し、両タンパク質の結合を調べている。一方で食肉の熟成中にサルコメアZ線近傍のコネクチンが断片になり、筋漿中に遊離し増加するが、コネクチン断片増加と食肉軟化の関連性を明らかにするために、微生物中に発現させ精製した組換えコネクチン断片を抗原に、抗コネクチン断片抗体を作製している。本研究は、熟成中の食肉軟化を誘起するパラトロポミオシンが、筋細胞内Ca^<2+>濃度増加に伴いサルコメアA-I接合部のコネクチンから遊離する機構の解明を目的としている。本年度は、パラトロポミオシンが結合するサルコメアA-I接合部領域のコネクチン断片を遺伝子工学的手法で作製することを行った。その結果、以下に示すように実施計画をほぼ達成した。1.先ず鶏胸筋からTotal RNAを調製し、サルコメアA-I接合部をコードするコネクチンcDNAを合成した。cDNAを鋳型にPCR法でA-I接合部の4種類の45連続ドメインコネクチン断片をコードするI44-I47、I47-I51、I64-I67およびI64-A1DNA断片を増幅した。電気泳動法で各質量サイズの泳動位置にバンドを認めた。2.精製したDNA断片をpGEX6p vectorに挿入し、大腸菌DH5α株を形質転換後、vectorに挿入した遺伝子の塩基配列をDNAシーケンサーで確認した結果、目的のDNAであることを確認した。従って、鶏サルコメアA-I接合部を構成するコネクチンI44-I47、I47-I51、I64-I67およびI64-A1のDNAクローニングと発現プラスミドの構築に成功した。4.発現誘導後の大腸菌を超音波破砕後遠心分離し、上清にグルタチオンビーズを加えて洗浄後、SDS-PAGEに供した。その結果、精製した各GST融合組換えコネクチン断片のバンドをIPTG発現誘導時と同じ位置に確認した。本年度の研究では、前年度に得た精製組換えコネクチンドメインと鶏肉から調製したパラトロポミオシンとの相互作用を調べることで、パラトロポミオシン結合部位の特定を試みた。一方でサルコメアZ線近傍の組換えコネクチンドメインに対する抗体作製を行った。その結果、以下の知見が得られた。1.サルコメアA-I接合部のコネクチン領域を認識するT11抗タイチン抗体を、各精製組換えコネクチンドメインと反応させた結果、組換えI47-I51ドメインに結合し、他の組換えドメインには結合しなかった。T11抗タイチン抗体の抗原決定基はI48ドメイン内部に存在することが示唆された。2.C1コネクチン断片はI44-I48ドメインで構成されており、C4の43-kDaコネクチン断片を構成するI64-A1ドメインとともにパラトロポミオシンに結合する可能性が示唆された。3.各GST融合組換えコネクチンドメインとパラトロポミオシンとの結合をGST pull down assay法を用いて調べた結果、GSTとパラトロポミオシン間に非特異的結合がみられ、GSTの発色と組換えI64-I67およびI64-A1ドメインの発色に多少の差異が認められた。しかし明確ではないため条件の検討が必要である。4.鶏サルコメアZ線近傍のコネクチン領域を大腸菌に組換えコネクチン断片として発現させ、ラットに免疫後、抗血清を調製した。抗コネクチンドメイン抗血清は組換えコネクチン断片のバンドに結合し、さらに熟成鶏肉から得られた筋漿中の20-kDaに相当するバンドに特異的に結合することが、ウェスタンブロット法で明らかになった。前年度、サルコメアA-1接合部に相当するGST融合組換えコネクチン45連続ドメインとパラトロポミオシンとの結合を、GST pull down assay法で検証したが、結果は明確ではなかった。原因としてGSTの影響が考えられた。従って本年度は、GST融合組換えタンパク質として発現後、GSTを除去した各組換えコネクチン断片とパラトロポミオシンとの結合を、共沈殿法やサルコメアA-I接合部のコネクチン領域を認識するT11抗タイチン抗体を使用するウェスタンブロッティング法等の結合実験で分析した。またパラトロポミオシンと物理化学的諸性質の類似したトロポミオシンとA-I接合部のコネクチン断片との結合を、組換えタンパク質を用いて調べ、比較した。一方で結合実験に使用するパラトロポミオシンおよびコネクチン45連続ドメインに対する抗体作製を進めた。

その結果、パラトロポミオシンあるいはトロポミオシンαサブユニットと4種類の組換えコネクチン断片との結合を示すシグナルは、いずれの方法でも検出されなかった。この理由として、組換えタンパク質として発現したA-I接合部の組換えコネクチン断片の長さが、パラトロポミオシンの結合に不足していることが考えられ、今後ドメイン数の多い組換えコネクチン断片を用いる検証が必要と考えられる。一方、抗原としての組換えGST融合コネクチン断片を得るために、これまでに我々の研究室で構築した発現プラスミド(pGEX6P)で大腸菌Origami(DE3)株を形質転換して、発現を試みた。誘導後の大腸菌の破砕試料および遠心分離後の上清中にGST融合コネクチン断片の発現が認められた。今後、スケールアップした組換えGST融合コネクチン断片の発現後、遠心分離後の上清をグルタチオンセファロースで分離する手法で組換えGST融合コネクチン断片の精製を進めている。
デジタル三次元計測技術を用いた中近東・古代の石造ドーム建築に関する研究研究課題名

本研究は、ヨルダンに残る初期の球面三角形ペンデンティブ・ドームの中でも、最も古いとされる3つの遺構(ペトラの浴場、アンマン近郊のヌウェイジズ、ジェラシュの西浴場)について、詳しい現地調査を行い、ペンデンティブ・ドームの形状と建設年代を考察したものである。今回の研究によって、以下のことが確かめられた。これまで最初期の実例とされていたペトラの浴場(後1世紀)は、ペンデンティブ・ドームとしての要素を備えていないが、形状は極めて半球に近い。アンマン近郊のヌウェイジズ(後2世紀半ば)とジェラシュの西浴場(後2世紀第3四半期)は、切石の迫り石で作られており、ペンデンティブ・ドームとしての要素を全て備えている。また、これらのペンデンティブはかなり正確な球面として作られており、いわゆる球面三角形ペンデンティブである。とくに、ヌウェイジズのペンデンティブ・ドームは、全体が極めて半球に近い形をしている。本研究は、中近東・古代における石造ドーム建築に関する某礎的研究である。ローマ時代最盛期の中近東には、高度な石造技術が発達し、初期ペンデンティブの構造を見るうえで、重要な遺構が少なくない。本研究では、近年目覚ましく発達しているデジタル三次元計測技術を用いて詳しい現地調査を行い、中近東・古代における石造ドーム建築の構造的特徴と歴史的位置づけとの双方を明らかにする。調査対象の一つであるヌウェイジスは、アンマン市内に残るローマ時代の墓である。これまでの調査で、ヌウェイジスは、石造のペンデンディブ・ドームが残る遺構の中で、最も古いのの一つと考えられることが分かっている。重要な遺構であるにもかかわらず、これまで全く調査されてこなかった。そこで研究代表者は、ヨルダン考古局の許可を得て、調査開始した。ヌウェイジズは、一辺約12mの正方形平面の建物で、四隅に小さな室を設けている。トンネル・ヴォールトを十字に配置し、交差部にペンデンティブ・ドームを載せている。建物の四つの立面には、イオニア式の付け柱があり、上部はシリア・ローマによく見られる装飾が多いエンタブラチュアが載る。本年度は、二度現地調査を実施し、ノン・リフテクティブの光波測距儀を用いて、ドームを中心に計測し、平面図、断面図などの主要な図面を作成した。ヌウェイジス以外にも、類似した石造ドームの遺構があることから、来年度以降も調査を継続する予定である。本研究の対象は、中近東・古代における石造ドーム建築である。帝政ローマ時代の中近東には、高度な石造技術が発達し、初期ペンデンティブの構造を見るうえで、重要な遺構が少なくない。申請者は、過去5年間(H17H21年度)にわたって中近東を中心とした石造ドーム建築の基礎調査を行ってきた。本研究では、近年目覚ましく発達しているデジタル三次元計測技術を用いて、さらに詳しい学術調査を行い、中近東・古代における石造ドーム建築の構造的特徴と歴史的位置づけとの双方を明らかにすることを目的としている。本年度は、昨年度(H22年度)の調査に引き続き、ヨルダンにおける第二次調査を9月に実施し、アンマンのヌウェイジズ、ジェラシュの西浴場、ペトラのローマ浴場の3つの建築遺構について、実測調査を行った。実測にあたっては、測量学者と共同して、最新のデジタル三次元計測技術(レーザースキャナ)を用いて建物全体を測量した。その結果、建物全体の実測はもちろん、ペンデンティブ・ドームの詳しい三次元計測データを得ることが出来た。このデータを用いて、実測図を作成中である。また、ヨルダンのアメリカ研究所およびドイツのフライブルグ大学にて関連文献を収集し、ローマ時代のペンデンティブ・ドームに関する資料を収集した。これらの現地調査と文献資料に基づいた分析の結果、紀元後2世紀前後の中近東において、精度の高いペンデンティブ・ドームが建てられていたことが、しだいに明らかになってきている。H24年度は、さらに詳しい分析を行って、研究成果をまとめる。本研究は、中近東・古代における石造ドーム、とりわけ初期ペンデンティブ・ドームに関する建築的研究である。ペンデンティブ・ドームは、2世紀ごろに始まり6世紀初めのアギア・ソフィアで完成したとする意見が一般的であるが、詳しい発展過程は明らかになっていない。その原因の一つは、ペンデンティブ・ドームの幾何学的定義が、研究者の間で共有されていないことに一因がある。幾何学的な意味でのペンデンティブ・ドームとは、正方形平面に外接して立つ半球ドームから、球面の裾を四辺に沿って鉛直に切り落とした形を指す。

古代の遺構にもこの幾何学的定義が当てはまると仮定すると、四隅の球面三角形が中央ドームと同じ中心と直径を持つ球面であることを確かめればよい。ヨルダンにおける初期のペンデンティブ=球面三角形ペンデンティブについて幾何学的な観点から分析を行ったところ、アンマン近郊のヌウェイジズのドーム(2世紀半ば)において、最初のペンデンティブ・ドームが見られることが明らかになった。当初の計画通り、現地にて実測調査を行い、また文献資料を収集して、必要なデータを得ている。また、研究成果の一部を学会等で発表しており、今後の分析によってさらに成果が期待できる。24年度が最終年度であるため、記入しない。来年度は、昨年度の三次元デジタル測量のデータを用いて、詳しい実測図を作成する。また、必要に応じて再度現地を訪問し、追加資料を収集する。本事業での研究が最終年度となるため、研究成果を取りまとめ、関連学会で発表する。
磁気共鳴画像を用いた統合失調症発症前後における脳形態の縦断的研究

昨年度に引き続き、磁気共鳴画像(MRI)を用いて統合失調症患者、統合失調型障害患者、および健常者の脳形態の横断的比較を行った。また統合失調症発症から抗精神病薬投与開始までの期間(精神病未治療期間)と脳形態の関連を調べた。これらの結果を以下にまとめる。1.関心領域法により統合失調症患者65例、統合失調型障害患者39例、および健常者72例の中側頭回、下側頭回、海馬傍回、紡錘状回の体積を比較したところ、紡錘状回前方部の体積減少は統合失調症に特異的であったが、紡錘状回後方部の体積減少は両疾患に共通であった(Takahashiら、2006)。中側頭回、下側頭回、および海馬傍回体積は3群間で差がなかった。これらの結果から、紡錘状回前方部の変化が統合失調症症状の顕在発症に関連する可能性が示唆された。2.罹病期間の比較的短い統合失調症患者38例を対象に、精神病未治療期間と脳形態の関連を関心領域法により検討したところ、左側頭平面灰白質体積と精神病未治療期間の間に有意な負の相関を認めた(Takahashiら、印刷中)。すなわち統合失調症の発病初期、特に未治療期間における左側頭平面灰白質の進行性の病的過程が示唆された。これらの横断的比較と並行して、脳形態の縦断的比較のため2年以上に渡る統合失調型障害患者の臨床的フォローアップを行ったが、経過中に統合失調症を発症した症例は20数例中わずか1例のみであった。すなわち発症前後の脳形態比較のためには、早期診断・早期治療のための診療ネットワークを整備したうえで、より幅広く前駆状態にある対象者を集める必要があると思われた。本年度は主に、磁気共鳴画像(MRI)を用いて統合失調症患者、統合失調型障害患者、および健常者の脳形態を横断的に比較した。1.statistical parametric mappingを用いたボクセル単位解析法により統合失調型障害患者と統合失調症患者それぞれ25例を健常者50例と比較したところ、健常者群と比較して統合失調型障害群では左の下前頭回、島回、上側頭回、内側側頭葉の灰白質が減少していた。統合失調症群では、これらの領域に加えて両側の前部帯状回を含む内側前頭葉領域の灰白質減少が顕著で、右の下前頭回や内側側頭葉および左の背外側前頭葉領域にも変化が及んでいた(Kawasakiら、2004)。これらの結果から、前頭葉の侵襲が顕著な精神病症状発現と関連する可能性が示唆された。2.関心領域法により統合失調症患者58例、統合失調型障害患者26例、および健常者61例の前部帯状回吻側部体積を比較したところ、統合失調型障害患者の前部帯状回吻側部体積は健常者と統合失調症患者の中間的な値を示し、また統合失調症患者と同様に、健常者にみられる女性>男性の性差が消失していた(Takahashiら、2004a)。これらの結果から、統合失調型障害患者では統合失調症患者と一部共通の,しかし程度としては軽度の脳形態変化がみられることが示唆された。3.関心領域法により統合失調症患者58例と健常者62例の島回体積を比較したところ、統合失調症患者における両側島回の有意な体積減少、および島回体積と罹病期間の負の相関を認めた(Takahashiら、2004b)。これらの結果から、統合失調症患者における進行性の島回体積減少が示唆された。並行して縦断的比較のための症例の蓄積を行っている。以下に横断的比較に関する結果をまとめる。1.関心領域法により統合失調症患者53例、統合失調型障害患者25例、および健常者59例の内側側頭葉構造および前頭前野の体積を比較した。両側海馬および扁桃体体積は健常群と比較して統合失調型障害群および統合失調症群で減少していた。前頭前野灰白質体積は統合失調症群で健常群および統合失調型障害群と比較して両側性に減少していたが、統合失調型障害群の前頭前野灰白質体積は右半球において健常群よりも大きかった(Suzukiら、2005)。これらの結果から海馬および扁桃体体積が統合失調症の遺伝的脆弱性に関わり、これに前頭葉の侵襲が加わることで顕著な精神病症状が発現する可能性が示唆された。さらには、統合失調型障害において前頭前野が代償的に働く可能性が示唆された。2.関心領域法により統合失調症患者65例、統合失調型障害患者39例、および健常者72例の上側頭回体積を亜区域毎に分割して比較したところ、ヘッシュル横回の体積減少は統合失調症に特異的であったが、左側頭平面および両側上側頭回後方部の体積減少は両疾患に共通であった。さらに罹病期間1年以内の初発統合失調症群において、左上側頭回前方部体積と幻覚・妄想の重症度の間に負の相関がみられた(Takahashiら、2006)。さらに一部共通の対象者において島回体積を前後に分割して比較したところ、前後島回体積の減少は統合失調症群に特異的であった(Takahashiら、2005)。