hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マイクロバブル混合スラリーの特異的固液分離挙動の解明と固液分離の高効率化

固液分離操作に対するマイクロバブル(MB)の添加効果を調査した。加圧溶解式MB発生機の吐き出し圧力が高いほど気泡のメジアン径は小さくなった。臨界直径以下の気泡は収縮し,臨界直径以上の気泡は膨張する。臨界直径以下の気泡に付着した懸濁粒子はMBの収縮に伴い,互いに接近し凝集する。しかしながら,この気泡の収縮過程は,粒子が付着していない気泡に比べ,かなり遅い過程であることが分かった。珪藻土を用いたプリコート濾過におけるプリコート層の調製時にMB含有水を用いると,プリコート層の寿命が飛躍的に伸びることを確認した。本研究では,固液分離操作(凝集,沈降,濾過,圧搾脱水,遠心脱水,電場下の圧密沈降,電気浸透脱水)に対するマイクロバブル(MB)の添加効果を広範に調査する。平成27年度は気泡せん断型MB発生機によりMB含有水を調製し,MBの安定性と溶液環境の影響を調査した。すなわち,購入した粒子計測器のガラスセル内にMB含有水を導入し,1分間静置し,レーザー光照射下で浮上する光点を識別した。次いで,1分間電場を印加し正極に向かって移動した光点を識別した。次の1分間,電場の印加を停止すると,光点は再び上昇を開始し,次いで電場を印加するとこれらの点は正極に向かって泳動する。この様な運動をする光点をMBとして認識し,観察対象とした。水道水を気泡せん断型MB発生機で30分間循環し発生させたMB含有水の採取後10分経過時の,MBの浮上速度は5μm/s程度であった。その後,300秒で1μm/s前後まで浮上速度が低下し,続く300秒間はほぼ一定の浮上速度を保った。この変化を気泡径に換算すると,採取後10分経過時におよそ2.5μm前後のMBが,300秒後に1μmまで縮小し,その後,1μmでほぼ一定の大きさになることに相当する。MB水にエタノールを添加すると,MBの上昇速度が増加し,一方,PEG水溶液を添加すると,あるPEG濃度以上では,時間の経過とともに浮上速度が低下し,やがて沈降を始めた。上記の全ての条件でMB含有水の溶存酸素濃度は,飽和状態を保っていた。本年度の目標である溶液環境の違いによるマイクロバブルの安定性の違いをとらえることができた。平成28年度は加圧溶解式MB発生機によりMB含有水を調製し,MBの挙動を調査した。すなわち,MB含有水5mLを購入した精密粒度分布測定装置(コールターカウンタ)の電解質溶液100mLと混合し,サンプリングから30s後の気泡の個数分布を測定したところ,2μm60μmの気泡が検出されたが,中でも30μm40μmのものが最多となった。この系に界面活性剤であるSDSを臨界ミセル濃度以上添加した場合,個数濃度がおよそ50%増加した。血球計算板にMB含有水を採取し,顕微鏡下で気泡径の経時変化を測定した。臨界直径より大きな気泡は時間とともに気泡径が増加し,臨界直径より小さな気泡は時間とともに収縮していき,やがて光学顕微鏡で視認できなくなった。この臨界直径は,加圧溶解式MB発生機の吐き出し圧力と強い相関関係が見られ,圧力が高いほど臨界直径は減少した。MB含有水とPMMA懸濁液を混合した場合, MBの収縮・膨張速度は,粒子の無い系に比べ遅くなった。また,気泡の収縮に伴い懸濁粒子同士が引き寄せられ凝集する現象が観察できた。MBの収縮・膨張挙動を記述するため,拡散方程式とヤング・ラプラス式を組み合わせ,MBの直径の経時変化を与える式を得た。フィッティングパラメタである見かけの拡散係数により,懸濁粒子の影響を評価することができた。本年度の目標である気泡の個数濃度の経時変化,および溶液環境の影響を明らかにすることができた。また,マイクロバブルの収縮・膨張挙動と,微粒子の凝集作用を観察することができた。本研究は,固液分離操作に対するマイクロバブルの添加効果を調査することを目的としている。前年度に引き続き,加圧溶解式マイクロバブル発生機によりマイクロバブル含有水を調製し,マイクロバブルの挙動を調査した。発生機より放出されたマイクロバブル含有水は,水槽に貯められ,再び発生器のポンプに吸い込まれ循環する発生方式である。マイクロバブル含有水を石英セルや血球計算板などの容器壁と接触させ,容器の表面に付着した気泡を対象として,気泡径の分布の経時変化ならびに個々の気泡の大きさの経時変化を詳細に調査した。加圧溶解式マイクロバブル発生機の吐き出し圧力が高いほど石英セルに付着した気泡のメジアン径は小さくなった。臨界直径以下の気泡は収縮し,臨界直径以上の気泡は膨張するが,その収縮・膨張挙動は,マイクロバブル含有水の自由界面と気泡との距離にも依存することが明らかとなった。溶存空気濃度の経時変化ならびにそれと連動した気泡径の経時変化を記述できる理論式を導出し,実測結果と良好に一致することを示した。マイクロバブル含有水をポリメチルメタクリレート粒子懸濁液と混合すると,臨界直径以下の気泡に付着した粒子はマイクロバブルの収縮に伴い,互いに接近し凝集する。

しかしながら,この気泡の収縮過程は,粒子が付着していない気泡に比べ,かなり遅い過程であることが分かった。したがって,マイクロバブルによる凝集効果を期待する場合には,十分な処理時間をとる必要がある。珪藻土を用いたプリコート濾過におけるプリコート層の調製時に,マイクロバブル含有水を用いると,プリコート層の寿命が飛躍的に伸びることを確認した。プリコート条件を整えることにより,有効濾過面積が劇的に増加し,このことがプリコート層の寿命の延長ならびに濾過対象物の抑留能力の増加につながることを示した。固液分離操作に対するマイクロバブル(MB)の添加効果を調査した。加圧溶解式MB発生機の吐き出し圧力が高いほど気泡のメジアン径は小さくなった。臨界直径以下の気泡は収縮し,臨界直径以上の気泡は膨張する。臨界直径以下の気泡に付着した懸濁粒子はMBの収縮に伴い,互いに接近し凝集する。珪藻土を用いたプリコート濾過におけるプリコート層の調製時にMB含有水を用いると,プリコート層の寿命が飛躍的に伸びることを確認した。順調に成果が得られているので,当初の計画に従って研究を進める。29年度が最終年度であるため、記入しない。工学29年度が最終年度であるため、記入しない。
朝鮮前期士大夫の民族文化観形成ー対外・対内経験との関わりから

1.朝鮮士大夫のアイデンティ確立を道統、つまり朱子学的世界における師弟関係の成立過程に見出せる。そこで、朴世采の『東儒師記録』など代表的な道統書における人物の取捨選択の様相を分析し、その成果をまとめて「朝鮮道統形成の一側面ー『東儒師記録』を中心に」として発表した。2.朝鮮風水思想の変容を風水師の活動に焦点をあてて各時代別に考察し、それが現代韓国にまで及んでいることを分析し、その成果を韓国道教学会主催の国際シンポジウムで発表した。1.<研究上の交流、資料取集など>8月に国立公文書館において、林羅山の著作について調査・撮影を行った。9月に渡韓し、延世大学国語国文学科において韓国古典文学の訳注について、文化的な障害をいかに克服すべきか、について討論を行った。12月、李胤錫教授(延世大学)を招き、「朝鮮古典小説の諸問題」の演題で講演会開催し、参加者とともに研究上の諸問題について討議した。3月、再び渡韓し、ソウル大学や高麗大学などで資料収集活動を行った。2.研究成果の発表1「風水マスターを通じてみる韓国風水の特質」(『術の思想』所収297ー324頁2013年9月風響社)2「15世紀朝鮮の<儒>の位相」(『大阪市大頭脳循環プロジェクトシンポジウム論集』所収198ー212頁)3.研究活動・成果の意義と重要性論文1は高麗・朝鮮前期に形成された朝鮮風水思想がその後も大きな影響力を保ち、近代はおろか現代韓国に至るまで民族地理観を規定していることを通史的に論じたもの。論文2は、成俔の随筆集『慵斎叢話』を手がかりに、<儒>なるものがどのように受容されていったかを論じたもの。そこに見られる「実践的儒学」と「観念的儒学」の対立は朝鮮末期に至るまで激しい論争と政争を繰り返すことになる。また、成俔が提示した朝鮮民族文化への言及はその後の民族文化観の基礎をなすものであり、極めて重要である。資料収集および韓国研究者との交流は研究推進の必要不可欠である。研究テーマ「朝鮮前期士大夫の民族文化観形成ー対外・対内経験との関わりから」を推進するため、次の二つの面からアプローチを進めた。1『朝鮮儒賢淵源録』『道学淵源録』『東国名賢言行録』『朝鮮儒教淵源』『東儒淵源』など開化期や近現代には多くの朝鮮儒統に関する書籍が刊行されているが、それらの原型をなしたのは、17世紀後半に成立した『東儒師友録』である。新羅・高麗から朝鮮中期に至る朝鮮儒統の系統をはじめて体系的に整理した本書は、膨大な文献を駆使して朝鮮士大夫間の師弟関係や学問的系譜を明らかにしたものだが、そこに引用された諸文献を可能な限り原典にあたって検討し、当時の士大夫たちの自己認識を追体験するよう試みた結果、時には中国の影が色濃く投影されていたことを見出した。その一例として、1567年に朝鮮を訪れた天使(中国皇帝の使者)である許國・魏時亮があげられる。この時、両使は「東方亦た能く孔孟の心学を知る者あらんや」と問うたので、礼曹と李退渓らが検討した結果、新羅の薛聡や崔致遠ら十六人を朝鮮儒統の冒頭に据えたのである。このことは儒統のような朝鮮士大夫の核心的アイデンテティの確立におおいても対内的な要素のみならず、「外圧」のような対外的なファクターに大きく左右されていたことを論証した。2士大夫社会における儒統の形成を表、もしくは「顕教」とすれば、裏もしくは「密教」としての民俗宗教がある。なかでも風水とシャーマニズムは二大要素といっても過言ではないが、その両者を介在するものとしての仏教や道教の役割にも大きなものがあり、その関連様相は現代にもまで影響を及ぼしていることを考察した。3韓中比較文化やソウル都市史研究者を招聘し、研究交流を図った。研究課題である「朝鮮前期士大夫の民族文化観形成ー対外・対内経験との関わりから」に則り、まず朝鮮士大夫のアイデンテティ確立に最も大きな影響を及ぼした儒統の形成過程について研究した。張志淵(18641921年)の『朝鮮儒教淵源録』をはじめ、時代の激動期には多くの儒統書が編纂されているが、それらは朝鮮士大夫のアイデンテティ確認への希求の反映ともいえよう。なかでも、朴世采(163195年)の『東儒師友録』は朝鮮儒統の確立に決定的な影響を及ぼしたが、それにはいくつかの理由がある。先ず、117世紀後半の朝鮮宮中ではいわゆる党争が激化、主流派・反主流派の覇権争いが膠着状態に陥っていた。2その打開策としてた蕩平策(派閥に拘らず人材登用の機会を与える政策が採られた。3朴世采は己が所属する派閥から比較的自由な立場をとり、対立するグループに対しても客観的で公平な評価を下すことができた。以上の3点である。12は時代的な与件によるものだが、特筆すべきは3の視点を貫くために朴世采が膨大な文献資料を可能なかぎり主観を交えず引用したことである。この手法により、朝鮮儒統の記述は初めて可能になったといえ、それ以後の儒統書に大きな影響を与えることとなった。

その一方、具体的な人選作業においては天使(中国皇帝の使者)の要求に応じて人物批評家の検討を繰り返す試行錯誤があったことを『朝鮮王朝実録』や同時代の士大夫文集からつきとめ、国内のみならず国外からのプレッシャーの中で朝鮮の儒統が形成されていったことを明らかにし、論考「朝鮮道統形成の一側面ー『東儒師友録』」としてまとめた。次に、朝鮮風水思想の時代的な変遷について考察し、韓国道教学会の招待公演で発表したが、これについてはいずれ単行本として刊行する予定である。また、韓国史に対する歴史認識を研究ノート「記憶の作法」としてまとめ、学会誌に投稿し掲載された。1.朝鮮士大夫のアイデンティ確立を道統、つまり朱子学的世界における師弟関係の成立過程に見出せる。そこで、朴世采の『東儒師記録』など代表的な道統書における人物の取捨選択の様相を分析し、その成果をまとめて「朝鮮道統形成の一側面ー『東儒師記録』を中心に」として発表した。2.朝鮮風水思想の変容を風水師の活動に焦点をあてて各時代別に考察し、それが現代韓国にまで及んでいることを分析し、その成果を韓国道教学会主催の国際シンポジウムで発表した。研究実績の概要で述べた1朝鮮士大夫の儒統の形成について、『朝鮮儒教淵源』や『東儒師友録』などを中心に、儒統形成過程を分析した論考を執筆した(刊行は2015年度の予定)2の民俗宗教に関しては、中世から現代に至る朝鮮風水思想の特性を考察した論考を執筆するとともに、その成果を韓国道教文化学会主催の国際学術大会において招請発表するする予定である。朝鮮伝統文化論・古典文学朝鮮儒統の形成過程については先行研究が乏しいこともあって取り組むべき課題が少なくないので、基礎資料の収集や精読のみならず、関連資料の検討も鋭意進めていく。民俗宗教についてはフィールド調査の実施にも取り組む予定である。まず、研究交流については当初の予定通り実施できた。研究成果の公表は論文二点とシンポジウム発表一件で、これも目標はクリアできたといえよう。資料収集の面では一定の成果はあったものの、やや物足りなかったので、次年度にはもう少し時間をさきたい。物品の購入費に若干の見込み違いがあったため。今年度は交流よりも資料収集や7研究成果の発表に重点をおき、「発信型」をめざす。具体的には現在手掛けている著述を完成させることに集中するとともに、それに必要な資料収集に力を注ぐ。文房具の購入などに用いる予定である。
新しい固体冷凍技術「電池冷凍」の開発

冷凍材料の作業物質となるLixVS2の物性調査において、大きな発見があった。放射光粉末X線回折法と高エネルギーX線回折法によるPDF解析を組み合わせて、平均構造と局所構造を調査したところ、母体となるLiVS2において、314 K以下の低温相では三量体のクラスターが出現し、高温では平均構造は正三角格子に変化するものの、局所的にはジグザグ鎖が短距離秩序として現れることを突き止めた。このジグザグ鎖の短距離秩序は温度上昇に伴って相関長を短くしていくという特徴があり、動的な性質を持つことが期待される。実際に、電子線回折実験を行った結果、このジグザグ鎖短距離秩序は秒のオーダーで時間的に揺らいだ液体状態を生じていることが明らかになった。本成果は、日本物理学会をはじめとした幾つかの研究会で報告し、物性物理学分野において大きな注目を集めるホットトピックスとなっている。昨年度の研究で報告した、Li0.33VS2において3中心2電子結合の量体化クラスターの発見に引き続き、LixVS2が多彩なクラスターの物理が生じる非常に興味深い研究の舞台であることを示している。昨年度報告したLi0.33VS2の3中心2電子結合と巨大エントロピー変化に関しては、代表者が主著者として論文報告したことに加えて、熱量変化材料としての特許申請を行った。この多彩なクラスタリングが生み出す大きな熱量変化を、上手く電池機能と結びつける点において難しさがあり、最終年度における改善に向けて努力している。冷凍評価のための周辺アクセサリの改善が思うように進んでおらず、電池反応に伴う冷凍能力を正しく評価できていない点が引き続き大きな問題として残っている。大学内の工作室との連携を強化するなど、最終年度に改善すべく努力したい。一方で、作業物質の物性評価については、昨年度発見したLi0.33VS2の巨大熱量変化に関して、論文一報が受理され、特許一件を申請するなどの成果が得られている。加えて、本年度に発見した、母体LiVS2の高温常磁性相で現れる液体的格子状態は、物性物理学分野に大きなインパクトを与える成果となっており、こちらの点では当初の目標を大きく超える進展が得られた。以上のバランスを考慮して、(2)おおむね順調に進展している。と評価した。舞台開発という観点からは、LiVS2において見出した液体的格子状態が電池材料の正極材として用いる際にどのような影響が現れるか、という点を念頭に研究を進めていきたい。液体的格子状態の担い手が、高温相で現れるジグザグ鎖の短距離秩序であることから、繰り返し相転移に伴う劣化を、放射光粉末X線回折実験による平均構造とDSC測定による熱量変化の両面から調べるだけではなく、高エネルギーX線回折によるPDF解析法やEXAFSを用いて局所構造から調べる。また、冷凍評価のための周辺アクセサリについては、アクセサリの素材となる材料の選択に問題がある点は判明している。改善に向けた幾つかの案があり、大学内の工作室と設計・試作を行い改善を目指したい。と評価した。最終目標である、電池冷凍技術の実現に向けた舞台開発として、層状LixVS2系の物性探索に注力した。

Li0.33VS2の構造・物性研究の結果、約375 Kで6.6J/mol Kもの巨大なエントロピー変化を伴う一次相転移を生じることを突き止めた。低温相においては、3中心2電子結合でつながれた直線型のバナジウム三量体化を含むクラスター形成が生じていることを中性子・X線構造解析により明らかにした。3中心2電子結合は従来型の結合状態である2中心2電子結合よりも弱い結合であり、結合形成に伴うバンドギャップが小さいという特徴を持つ。結果として、従来型のクラスター化合物の大半が低温で絶縁化を示すのに対して、Li0.33VS2では低温相で金属的な電気伝導を保ち続けた。大きなエントロピー変化と金属的電気伝導の両立は、電池冷凍に用いる電極として有用な特性であるのみならず、高熱応答性の潜熱蓄熱材料などへのアプリケーションも期待できる。現在、特許取得に向けて準備を進めている。また、母体となるLiVS2についても構造解析を行い、314K以下で三角形型のバナジウム三量体が出現していることを明らかにした。これは、1963年にJ.B. Goodenoughによって予言された三角格子上での三量体形成を実験的に明らかにした初めての研究成果と位置付けることができる。電池冷凍材料という観点においては、相転移に伴うエントロピー変化が重要となるが、純良結晶の合成法を初年度に確立した結果、8 J/molKもの巨大なエントロピー変化が生じることが明らかになった。これは既報の値である6.4 J/molKを大きく凌ぐ値であり、冷凍能力の見積もりを大きく改善する。初年度で舞台となる物質系の開発に大きな進展があった。Li0.33VS2において実用応用の期待できる性能を見出すことに成功し、潜熱蓄熱材料の特許申請に至った点が非常に大きいと考えている。電池冷凍技術という観点においては、LiVS2の低温三量体-高温金属相の相移線を利用した冷凍の実現を目指していたが、Li0.33VS2の低温三量体相-高温相の相転移線も利用可能であることを示したことになる。LixVS2を正極材とした電池化については、県内の産業技術センターと協力して研究を進めており、充放電曲線を得ることに成功している。ただし、歩留まりが悪く性能の向上が今後の課題である。冷凍評価のための周辺アクセサリの作成については、大学内の工作室と協力して作成を進めており、試作品のテストを行っている段階である。舞台開発という観点からは、LiVS2において見出した液体的格子状態が電池材料の正極材として用いる際にどのような影響が現れるか、という点を念頭に研究を進めていきたい。液体的格子状態の担い手が、高温相で現れるジグザグ鎖の短距離秩序であることから、繰り返し相転移に伴う劣化を、放射光粉末X線回折実験による平均構造とDSC測定による熱量変化の両面から調べるだけではなく、高エネルギーX線回折によるPDF解析法やEXAFSを用いて局所構造から調べる。また、冷凍評価のための周辺アクセサリについては、アクセサリの素材となる材料の選択に問題がある点は判明している。改善に向けた幾つかの案があり、大学内の工作室と設計・試作を行い改善を目指したい。舞台開発という観点からは、残された未知電子相であるLi0.5VS2の低温相の構造・物性開拓を進めたい。
高齢者の継続意欲と免疫機能の向上を目指した運動プログラムの開発と有効性の検証

本研究では,高齢者を対象とした運動プログラムが,メタボリック症候群をはじめとする心身の健康におよぼす効果を,生理・心理学的指標を用いて検証した.平成19年度には,運動プログラムと運動用パンフレット等の作成と評価を行い,運動プログラムの有効性と安全性を確認した.平成20年度には,作成した運動プログラムを3つの高齢者集団に6ヶ月間実施し,免疫および運動機能の維持・向上を確認した.本研究では,高齢者を対象とした運動プログラムが,メタボリック症候群をはじめとする心身の健康におよぼす効果を,生理・心理学的指標を用いて検証した.平成19年度には,運動プログラムと運動用パンフレット等の作成と評価を行い,運動プログラムの有効性と安全性を確認した.平成20年度には,作成した運動プログラムを3つの高齢者集団に6ヶ月間実施し,免疫および運動機能の維持・向上を確認した.本研究の目的は,高齢者を対象とした運動プログラムがメタボリック症候群,運動機能,免疫機能,認知機能を含む精神機能におよぼす効果を,生理学的・心理学的指標を用いて継時的に検証すると共に,娯楽的要素を取り入れた運動プログラムが継続意欲と免疫機能におよぼす効果を,血液中のβエンドルフィン濃度と継続意欲,免疫細胞数(リンパ球サブセット数)および免疫機能(NK細胞活性)との関連から検証することである。そのため,平成19年度は運動介入前の準備として,運動プログラムの開発を完成し,高齢者および運動指導者が利用しやすいように映像化した。また,研究環境の整備として,対象となる高齢者集団を決定し,調査内容の説明の上,同意を得ると共に,運動介入を行うための施設利用許可を得た。さらに,運動指導者として,対象となる高齢者が住む地域で活動中の自主運動グループの協力を得て体力指標測定技術指導を行った。測定系の確立として,免疫機能測定系を確立した上で,プレテストとして高齢者の小集団に対し運動プログラム介入の効果を検討し,国際学会および国内学会にて2回発表報告した。以上,平成20年度に実施予定の運動介入調査の事前準備がほぼ整った。本研究の目的は,高齢者を対象とした運動プログラムが,メタボリック症候群,運動機能,免疫機能,精神機能におよぼす効果を,生理・心理学的指標を用いて検証することである.平成19年度には,研究環境の整備および運動プログラムの作成と評価を行った.本研究の最終年度である平成20年度には,作成した運動プログラムを3つの高齢者集団に6ヶ月間実施し,その効果を生理・心理学的指標により評価した.具体的には,運動介入前に,運動プログラムのパンフレット,ビデオテープ,運動記録用紙,運動用音楽テープを参加者に配布・説明し,参加者が在住する地域で活動している若手運動自主グループにより運動講習を6ヶ月間定期的に行った.生理・心理学的評価は,介入前,介入後3か月毎に実施し,その結果を参加者一人一人にコメントを付加して返却し,運動継続意欲を高めた.運動介入の効果は以下の通りであった.運動能力指標である椅子座り立ち時間の向上,免疫能の指標である血中ナチュラル・キラー細胞の増加,血中HDLコレステロールの基準値への移行,運動継続意識の増加,日常生活における運動回数の増加.運動能力指標である5m歩行時間の変化および運動に対する自己効力感の有意な変化は認められなかったが,平均年齢76歳以上の参加者のそれらの指標が,低下せず全国平均以上の値に維持されたことは,定期的な運動による効果と評価できる.以上の研究成果を,国際学会および国内学会にて4回報告した.また,ノースウエスタン大学で開催されたCultural and Affective Neuroscience Workshopにおいて,本研究成果を報告した.
遺伝子多型選抜と生殖細胞機能賦活化を併用する優良家畜生産手法の構築

200字生産性に関わる遺伝子として、ウシBRCA1遺伝子について解析したところ、BRCA1遺伝子エクソン11の塩基配列およびアミノ酸配列はウシの品種間で保存性が高いことが明らかになった。Brca1タンパク質はマウス着床能力獲得胚の栄養外胚葉で発現していた。一方、体外受精で得られた胚盤胞におけるBrca1タンパク質は低い発現レベルを示した。この低発現は、4-ヒドロキシエストラジオールとプロラクチンによって改善することが可能であった。生産性に関わる遺伝子の解析ヒトBRCA1は、家族性乳ガンに関与していることが知られている。そこで我々は、BRCA1がウシの乳房性疾患に関与している、と仮説をたてた。ウシBRCA1遺伝子については、肉用牛であるヘレフォード種のクローニングが報告されているのみである。ヘレフォード種では、エクソン11において111塩基の挿入の有無が、BRCA1遺伝子の転写を制御するリン酸化に関わっていることが報告されている。乳房性疾患は乳用牛の生産において重要な問題であることから、代表的な乳用牛であるホルスタイン種におけるBRCA1遺伝子の塩基配列解析を行った。その結果、ホルスタイン種BRCA1遺伝子のエクソン11は、ヘレフォード種と同一の配列であった。一方で、111bp挿入は認められなかった。これらの結果、ウシにおけるBRCA1遺伝子の塩基配列は保存性が高い一方で、乳用牛特異的な配列をもつ可能性が示唆された。発生と着床能力獲得に関する分子機構マウスにおけるBrca1の発現解析を中心に行った。Brca1タンパク質は、胚盤胞において子宮内膜に着床する部位である栄養外胚葉に発現していた。この発現は、着床を誘起された胚で上昇していた。一方で、体外受精で得られた胚におけるBrca1タンパク質は栄養外胚葉に発現しており、局在性は体内で発生した胚盤胞と差が認められないものの、低い発現レベルを示した。このことから、体外受精胚の低い着床率に、Brca1タンパク質の発現動態が関与している可能性が示唆された。また、4-ヒドロキシエストラジオールとプロラクチンによってBrca1の発現を賦活化することが可能であった。培養細胞において、Brca1は細胞周期チェックポイント、DNA修復、ユビキチン化によるタンパク質分解など多岐にわたって機能する。胚盤胞におけるBrca1の役割は、ユビキチン化に関するものではなく、細胞周期チェックポイントやDNA修復などに機能することで、着床前後における胚発生を支持している可能性が示唆された。黒毛和種およびホルスタイン種において得られたBRCA1遺伝子エキソン11の塩基配列およびアミノ酸配列を既報のヘレフォード種と比較したところ、総塩基数および総アミノ酸数は一致していた。また、確認されたアミノ酸置換は同義置換であったことから、ウシBRCA1エキソン11のアミノ酸配列は、3品種間で高く保存されており、重要な機能を有していることが示唆された。ホルスタイン種リピートブリーダー4頭におけるBRCA1遺伝子エキソン11の塩基置換は、経産雌ウシと比較して遺伝子型に特徴は見られなかった。さらに、エキソン11における核局在化シグナルおよび疾患関連性変異の部位での塩基置換は認められなかった。発生と着床能力獲得に関する分子機構マウス胚におけるBrca1とその関連因子の発現解析を中心に行った。この着床周辺期胚におけるBrca1は、着床前胚盤胞の着床能力の獲得においてエストロゲンの作用後に発現が上方制御され、Bard1とは独立して着床期胚および2倍体栄養外胚葉の細胞増殖および分化抑制に機能するとともに、着床後の栄養膜巨細胞への分化に間接的に関与していることが示唆された。着床周辺期胚におけるERαは、着床能力の獲得において発現が上昇するが、その後ユビキチン化によるタンパク質分解によって速やかに分解されることで、過剰なエストロゲンの作用を回避していることが考えられた。生産性に関わる遺伝子の解析黒毛和種およびホルスタイン種においてBRCA1遺伝子のエキソン9 11前半部位の塩基配列が得られた。塩基配列比較解析の結果、黒毛和種とホルスタイン種ではすべて一致し、既報のヘレフォード種の配列とも同一であった。ニホンジカのBRCA1遺伝子についてウシと比較したところ、相同性は96.9%であり、そのうち12bpにおいて塩基置換が認められた。得られた塩基配列をアミノ酸配列に翻訳した結果では、129個のアミノ酸のうち8個のアミノ酸において非同義置換が認められた。また、アミノ酸置換をエキソンごとにみると、エキソン10で3個、エキソン11前半部位で5個存在していた。

さらに、ヒト( U14680.1 )、マウス( NM_009764.3 )、ブタ( XM_003358029.1 )の配列と比較したところ、ニホンジカとウシとの間で最も相同性が高く、反芻亜目において共通する塩基配列が認められ、作成した系統樹ではニホンジカおよびウシは同じクラスター内に存在していた。発生と着床能力獲得に関する分子機構Brca1タンパク質は、胚盤胞において子宮内膜に着床する部位である栄養外胚葉に発現していた。この発現は、着床を誘起された胚で上昇していた。ユビキチン化によるタンパク質分解であるプロテアソームの阻害剤によりERαを発現している胚を子宮に移植したところ、無処理区よりも低い着床率を示した。プロテアソーム阻害剤とERα拮抗剤で処理した胚のERα発現は、プロテアソーム阻害剤単独処理区に比べ低下する傾向がみられた。プロテアソーム阻害剤とERα拮抗剤で処理した胚を移植した結果、プロテアソーム阻害剤単独処理区よりも高い着床率を示した。これらの結果から、マウス胚においてUPPを介したERα分解が着床の成立に必要であることが示唆された。またこの経路はBrca1非依存的であると考えられた。遺伝子解析については、黒毛和種およびホルスタイン種におけるBRCA1遺伝子エキソン11の塩基配列を決定することができた。また、ホルスタイン種のリピートブリーダーと比較し、経済形質との関連を探るところまで達した。胚の着床能力解析においては、マウス胚におけるBrca1とその関連因子の作用機序の一端を明らかにするに至った。24年度が最終年度であるため、記入しない。遺伝子解析の結果、ウシにおけるBRCA1遺伝子エキソン11の塩基配列は保存性が高いことが明らかになってきた。そこで今後は、ヱキソン11以外の解析を行い、BRCA1遺伝子の全塩基配列の決定を行なう方針である。また、ホルスタインと黒毛和種の優良家系とBRCA1遺伝子多型が関与しているかを解析する。マウス胚における着床能力獲得機構の解析の結果、Brca1はエストロゲンによって発現が上方制御され、栄養外胚葉の細胞増殖および分化抑制に機能する一方で、ERα分解によって過剰なエストロゲン作用を回避していることが考えられた。体外受精で得られた胚盤胞におけるこの作用機序を解析し、着床能力の改善に研究を展開する予定である。
血流量評価による鍼灸治療作用機序解明の基礎研究

古代から使われている鍼灸や漢方薬は、客観的な評価の指標が乏しいために、エビデンスを構築することが困難である。われわれは、普及している超音波診断装置のカラードップラーエコー法を用いて、鍼灸治療や漢方薬内服の前後に内臓各所の血行動態を計測した。昔から消化器の症状を治すと言われる経穴への鍼刺激や灸治療が腸の血流量を増やし、手の冷え症を治すと言われる経穴への鍼刺激が上肢の血流量を増やすことが明らかになった。この方法は、伝統医学治療の機序や効果を評価する指標となり得ると考えられる。研究1.健常人における鍼刺激時の肘動脈血流量および心拍出量の検討11名の健常者を仰臥位にし、両側の太衝穴(足背部)に鍼刺激を行った。鍼刺激は回転角90度以内の用手捻転とした。鍼は直径0.16mmのディスポーザブルステンレス鍼灸針を用いた。血圧と心拍数を刺激前と刺激後180秒後に測定。心係数は、インピーダンス心拍出量計を用いて、測定した。橈骨動脈及び肘動脈の血行動態を、安静時、鍼刺激中、鍼刺激後30、60,180秒後に超音波診断装置を用いて測定した。血流量は超音波診断装置のエコートラッキングシステムを用いて測定した鍼刺激中の橈骨動脈および肘動脈の血流量は、有意に刺激前に比して減少し、その後刺激前の値に戻って、更に刺激前よりも次第に増加してゆき、鍼刺激180秒後には鍼刺激前に比べて共に有意に増加した。心係数は、鍼刺激の前後で有意な変化を示さなかった。全身血管抵抗は鍼刺激後に減少する傾向が認められた。研究2.開放隅角緑内障患者における鍼刺激時の眼動脈および網膜血流量の検討3ヶ月以上にわたって典型的な薬物療法を受けている開放隅角緑内障患者12名22眼を対象とした。患者を仰臥位安静にした後、左右の攅竹、四白、太陽、足三里、三陰交、太衝、太谿、肝兪、腎兪、風池に、直径0.16mmのディスポーザブルステンレス鍼灸針を垂直に刺して15分間置針したのち抜針した。鍼には置針中なんらの刺激も加えなかった。超音波診断装置のカラードップラーを用いて、鍼刺激前後に眼球後部の血行動態を測定した、網膜中心動脈および短後毛様体動脈において、鍼治療前に比して鍼治療後にresistive indexが有意に減少し、拡張期血流速度が有意に増加した。さらに、鍼治療後には眼圧が有意に低下した。漢方薬と灸治療の上腸間膜動脈血行動態に与える影響の検討28名の健常男性をランダムにA、Bの2群に分けた。A群は、ヘソを中心に直径10cmの範囲を温灸機で40度の温度で20分間温めた。B群は、50mlの蒸留水に溶いた大建中湯(ツムラ;TJ-100;5.0g)を内服した。さらに健常男性14名を対照群(C群)とした。C群は、50mlの蒸留水を内服した。超音波診断装置(アロカ社;prosound α10)を用いて、上腸間膜動脈の血行動態を測定した。測定は、温熱刺激ないしは内服の直前、温熱刺激ないしは内服の10、20、30、40、50分後に行った。上腸間膜動脈の血流量は、A群において、温熱刺激後10から40分後において温熱刺激前に比して有意に(p<0.05)増加した。B群においては、大建中湯の内服後10から50分後において、内服前に比して有意に(p<0.01)血流量が増加した。A群およびB群の間に上腸間膜動脈の血流量の有意な差は認められなかった。C群においては、上腸間膜動脈の血流量に有意な変化は認められなかった。当該研究において、温熱刺激も、漢方薬の内服も、ほぼ同じ時間経過で、上腸間膜動脈の血流量に対して同様の変化を惹起することが明らかとなった。伝統医学で腹部を温めるとされている治療方法は、消化管への血流量を増やしている可能性が示唆された。これは、鍼灸治療や漢方薬治療の生体への効果を示す、あたらしい視座を提供すると考えられる。健常人における太衝穴への鍼刺激時の上腸間膜動脈血流量および心拍出量の検討我々はすでに、太衝穴への鍼刺激により、橈骨動脈及び上腕動脈の血流量が鍼刺激中に有意に減少した後に、鍼刺激3分後には鍼刺激前に比べて共に有意に増加することを報告した。太衝穴は四肢の冷え性を改善することが知られており、その機序の解明に結びつくと思われる。

今年度は、空調の整った部屋の室温を25-26度に保ち、20名の健常者を10分間安静仰臥位にしたのち、同じく両側の太衝穴(足背部)に鍼刺激を行い、上腸間膜動脈の血行動態を検討した。実験前10時間のアルコールやカフェインの摂取を避け、絶食とし、実験は午前中に行った。鍼刺激は回転角90度以内の用手捻転とした。鍼は直径0.16mmの鍼灸針(単回使用毫針)を用いた。捻転刺激後15分に抜鍼した。鍼刺入前、捻転刺激後3分、10分、20分、30分、60分に超音波診断装置(アロカ社;prosound α10)を用いて測定した。心係数は、インピーダンス心拍出量計を用いて測定した。血圧、心拍数、全末梢血管抵抗係数および上腸間膜動脈の血流量は、有意な変化を示さなかった。捻転刺激後3分に心係数は鍼刺入前と比較して、有意に増加した(P<0.05)。同じ太衝穴への刺激が、以前の実験では上肢の血流量を増加させることが明らかになった一方、今回の実験では、腸への血流量には大きな変化を与えないことが示された。このことは、伝統的に知られてきた経穴の特異性を生理学的に裏付けるとともに、血流量の評価が伝統医学の臨床効果の客観的指標となりうることを示唆する。背景腎動脈の血行動態は高血圧、糖尿病、腎移植などの治療および評価において大変重要である。腎動脈狭窄はは、全身の動脈硬化と関連する事が知られている。したがって、動脈硬化が関連する脳梗塞や心筋梗塞患者の重要なデータとなる。しかしながら、健常人の安静時の腎動脈の血行動態の正常値はよく知られていない。今年度は、昨年と同様の環境において、健常人を対象に、腎動脈起始部の血行動態をカラードップラーエコー装置を用いて検討した。方法対象は、男性14名、女性8名の平均年齢24歳(20-40歳)の健常人。空調の整った部屋の室温を25-26度に保ち、被験者を10分間安静仰臥位にしたのち、腎動脈の血行動態を検討する。実験前10時間のアルコールやカフェインの摂取を避け、絶食とし、実験は午前中に行う。超音波診断装置を用いて測定する。末梢血管抵抗の指標として使われる拍動指数を3回測定し、その平均値を値として採用する。拍動指数は同一被検者に対して日にちを変えて、6回計測する。結果被験者の身長は167±8.1cm、体重は60.9±13.1kg。全被験者の拍動指数の平均値は1.831±0.430であった。被験者個人では、6回の計測の最大値と最小値の差は、最も小さい者で0.111、最も大きい者で1.142。標準偏差は、最も小さい者で0.056、最も大きい者で0.395であった。1人の被験者であっても日によって計測値に差があることが分かった。考察超音波診断装置はより高精度になり、広く用いられるようになっているが、正常人の基準値は十分に知られているわけではない。今後、各年代の健常者の、各部位の基準値の検討が必要である。東日本大震災により被検者が死亡したため24年度が最終年度であるため、記入しない。今年度は東日本大震災により当初の計画の変更を余儀なくされ、また学会発表および論文発表も滞ってしまった。来年度は、その遅れを挽回する予定である。24年度が最終年度であるため、記入しない。
アルツハイマー病の神経変性過程に対する小胞体ストレス応答の関与

1)AβによるERストレスについてマウス神経初代培養細胞およびヒト神経芽細胞SK-N-SH細胞に25μMのAβ25-35、Aβ1-40、Aβ35-25をmediumに加え、LDHアッセイを用いて細胞死を検討した。その結果、Aβ25-35、Aβ1-40処理細胞は無処理細胞及びAβ35-25処理細胞より、細胞死を早期に来すことが確認され、これらペプチドはeIF2α及びPERKのリン酸化、GRP78誘導即ちERストレスを早期に惹起することが示された。更に、Aβ負荷後のカスペース12とカスペース4の活性化についてウエスタン法にて検討した。また、カスペース12とカスペース4のdsRNAを合成し、それらを前処理してAβを負荷して、細胞死が抑制できるかを検討した。これらの検討より、Aβ25-35、Aβ1-40による細胞死には、ERストレスにより活性化するカスペース12(ネズミ由来細胞)またはカスペース4(ヒト由来細胞)を介する系が関与することが示された。2)UPR障害細胞におけるAβ産生についてIre1のキナーゼ部分を欠失したコンストラクト(ΔIre)を作成し、N2A細胞に遺伝子導入してstable cell lineを確立した。また、PERKのノックアウト線維芽細胞をDavid Ron氏より供与を受けた。無血清培地に転換24時間後の培地を回収し、ELISA法(武田薬品工業から供与)にてAβ40及び42量について計測した。ΔIre発現細胞は、野生型に比し、有意に培地に放出されるAβ40及びAβ42が共に上昇していた。PERKノックアウト細胞では培地に放出されるAβ40及びAβ42が共に上昇していて、Aβ42優位な上昇パターンを示した。ERストレス応答は、IrelやPERKといったERストレス検知分子が小胞体内に蓄積したunfolded proteinを認識し自らがリン酸化することで始まる。そこで野生型IrelcDNA及び野生型PERKcDNAを入手し、それぞれのドミナントネガティブ分子を発現するcDNAを作成し、それらを導入したストレス応答に脆弱な細胞を作成した。Irelは酵素処理により活性部位であるkinase domain及びRNase domainをとばしたΔirelを作成した。PERKはQuikChange Site-Directed Mutagenesis Kitを用いてリン酸化部位である618番のリシンをアラニンに置き換えたKA-PERKを作成した。スウェーデン型変異APPを発現する(pcDNA3.1で導入されている)SK-N-SH神経芽細胞株にpcDNA3.1zeoベクターを利用して野生型Ire1、Δirel、野生型PERK、KA-PERKをダブルトランスフェクトし、stable細胞株を作成した。ドミナントネガティブ分子を発現した細胞の培地中で、野生型の細胞に比し、Aβの増加を見たが、現在解析中である。砂ネズミに5分間に短期脳虚血を負荷し、0-30分間再灌流を行った後、eIF2αのリン酸化やGRP78/Bipの誘導を検討した。その結果、脳虚血後の再灌流で、ERストレス反応が見られることを確認した。しかし、老齢砂ネズミ(24ヶ月齢)に脳虚血を負荷し、30分再灌流を検討したところ、ERストレス反応の低下が認められた。(1)アミロイドペプチド(Aβ)のunfolded protein response(UPR;小胞体ストレス反応)に対する影響Aβ25-35、Aβ1-42、Aβ1-40を添加したマウス神経初代培養細胞やヒト神経芽細胞腫細胞は無処理細胞及びAβ35-25処理細胞より、細胞死を早期に来すことが確認された。

また、Aβ25-35、Aβ1-42、Aβ1-40はeIF2α及びPERKのリン酸化、GRP78誘導即ちERストレスを早期に惹起することが示された。更に、Aβ25-35、Aβ1-42、Aβ1-40による細胞死には、小胞体(ER)ストレスにより活性化するカスペース12(ネズミ由来細胞)またはカスペース4(ヒト由来細胞)を介する系が関与することが示された。従って、AβはERストレスを惹起し、それに伴うアポトーシスによって神経細胞死がもたらされることが示唆された。(2)UPRのAβ産生への関与ERストレスセンサーのドミナントネガティブフォームであるΔIRE1細胞及びERストレスセンサーPERKノックアウト細胞では野生型細胞に比し、Aβ産生が上昇し、Aβ42有意な常勝が認められた。ERストレスは、ER・ゴルジ間の逆行性輸送を活性化するとされ、上記細胞では持続するストレスによりAβ産生の場が本来のゴルジからERへ移動したために異常なAβが産生されたと考えられる。(1)・(2)を総合すると、何らかの原因(プレセニリンの変異、加齢など)で、ERストレスが持続するような状況下では、Aβ産生機構に変化を来しAβ42有意な上昇が発現する。産生されたAβ自身はERストレスを更に惹起し、更なるAβ産生の増加を来す。このようにERストレスとAβ産生は悪循環を形成し、神経組織変性が進行すると考えられる。
第3のガスメッセンジャー硫化水素の誘導性産生機序とその役割の解明

本研究課題の目的は、第3のガス性メッセンジャーである硫化水素(H_2S)の産生酵素cystathionine-γ-lyase(CSE)の誘導機序とH_2Sの担う細胞機能との関係を、糖尿病に関わりの深い膵B細胞と腎組織を用いて解析し、E_2S産生制御の意義を究明することである。平成23年度の研究では、膵B細胞におけるグルコースによるCa^<2+>依存性CSE発現誘導機序、糖尿病モデルマウス腎組織におけるCSE発現減少とH_2Sによる腎機能保護が明らかになった。阻害薬を用いた薬理学的実験、siRNAを用いた遺伝子ノックダウン実験、ルシフェラーゼレポーターシステムを用いたプロモーターアッセイから、膵B細胞のCSE発現誘導には、Ca^<2+>/calmodulin依存性プロテインキナーゼ(CaMK)II、MAPキナーゼカスケード(MEK-ERK)、ERKによりリン酸化される転写因子Sp1、Elk1が必要であることがわかった。重症糖尿病モデルマウスの腎尿細管では、CSEの発現が減少していること、また、このモデルマウスにH_2SドナーNaHSを投与すると、腎機能が改善する(毛細血管拡張、腎血流量増加)ことがわかった。本年度および昨年度までの成果より、膵B細胞では、糖尿病状態での血糖上昇に応じて、細胞内Ca^<2+>濃度の上昇、プロテインキナーゼ(CaMKII、MEK、ERK)の活性化、さらに、Sp1、Elk1のリン酸化が起こり、CSEの発現が誘導され、その結果産生されたH_2Sが、抗酸化作用を介して膵B細胞の糖毒性を回避する役割を果たすことが明らかになった。腎臓においては、CSEを介したH_2S産生が腎機能の維持に重要であり、また、H_2Sが糖尿病性腎症の治療に有用であることも明らかになった。これらの成果は、私たちの提唱する、H_2Sの内因性ブレーキ(intrinsic brake)説を強く支持すると考えられる。本研究課題では、第3のガス性メッセンジャーである硫化水素(H_2S)の産生酵素であるCSEとCBSの誘導機序と、H_2Sの担う細胞機能との関連を解析し、H_2S産生制御の意義を究明することを目的として、糖尿病に関わりの深い膵B細胞と腎組織を対象として行った。平成21年度の研究では、CSEおよびCBSの発現調節に影響する様々な条件、H_2Sによる細胞死への影響と、これらの酵素の分布および発現調節の種・組織間の違い、さらに糖尿病状態における差異を検討した。マウス膵島におけるH_2S産生酵素発現調節に関しては、インスリン分泌の中心的セカンドメッセンジャーである細胞内Ca^<2+>の上昇によってCSEが誘導されるのに対し、CBSの発現は一定していることがわかった。また、CSEは比較的ターンオーバーの長いタンパク質であることが明らかになった。マウス膵島および培養膵B細胞株を用いた細胞死に対する検討では、H_2Sが、高グルコースの他にも脂肪酸であるパルミチン酸による細胞死に対して保護的に働くことがわかり、H_2S産生酵素の基質であるL-システインによる長期処置によってインスリン分泌が改善することも証明された。H_2S産生酵素分布の種差の検討では、マウスとラットの膵島間でグルコースによるCSEの発現誘導パターンが異なることが明らかになった。ヒト検体の免疫染色は、私たちの作製したCSE抗体ではうまく染まらなかったので、用いる抗体を再検討することにした。マウス腎での検討では、CSEとCBSの特徴的な発現パターンが明らかになり、尿細管で機能していることが示唆された。糖尿病モデルの腎臓においては、CSEの発現が減弱していることが明らかになった。これらの成果から、本年度の研究計画はほぼ達成されたといえる。本研究課題の目的は、第3のガス性メッセンジャーである硫化水素(H_2S)の産生酵素であるCystathionineγ-lyase (CSE)の誘導機序と、H_2Sの担う細胞機能との関連を膵B細胞と腎組織を用いて解析し、H_2S産生制御の意義を究明することである。平成22年度の研究で、膵B細胞における硫化水素の細胞保護作用が明らかになった。すなわち、硫化水素ドナーNaHSは酸化ストレスを軽減することにより、膵B細胞の細胞死を抑制することが明らかになった。一方、糖尿病状態における膵B細胞障害の一因とされる小胞体ストレスに対しては、NaHSは無効であった。マウス膵島におけるグルコースによる硫化水素産生酵素cystathionine-γ-lyase (CSE)の発現増加および、培養膵B細胞株MIN6細胞における小胞体Ca^<2+>ポンプ阻害薬thapsigarginによる顕著な発現誘導には、細胞内のCa^<2+>濃度の上昇が重要であることが、薬理学的実験からわかった。さらに細胞内Ca^<2+>上昇の下流には、Ca^<2+>/calmodulin依存性プロテインキナーゼおよびMAPキナーゼなどによるタンパク質のリン酸化が重要であることが明らかになった。また、、グルコースによりMIN6細胞の硫化水素含量の上昇が確認された。これらの結果から硫化水素は、膵B細胞においてグルコースにより誘導性に産生され、インスリン分泌を抑制するとともに、この細胞を酸化ストレスから守るものと考えられる。すなわち生体内では、糖尿病状態での血糖上昇に反応してCSEの誘導が起きて、その結果産生された硫化水素が、抗酸化作用を介して膵B細胞の糖毒性を回避する役割を果たすことが明らかになった。

この結果は、私たちの提唱する、硫化水素の内因性ブレーキ(intrinsic brake)説を強く支持すると考えられる。さらに、腎臓でも硫化水素産生酵素の分布と、糖尿病状態における変化が明らかにされている。これらの結果から、本申請研究における本年度の研究計画はほぼ達成されたといえる。本研究課題の目的は、第3のガス性メッセンジャーである硫化水素(H_2S)の産生酵素cystathionine-γ-lyase(CSE)の誘導機序とH_2Sの担う細胞機能との関係を、糖尿病に関わりの深い膵B細胞と腎組織を用いて解析し、E_2S産生制御の意義を究明することである。平成23年度の研究では、膵B細胞におけるグルコースによるCa^<2+>依存性CSE発現誘導機序、糖尿病モデルマウス腎組織におけるCSE発現減少とH_2Sによる腎機能保護が明らかになった。阻害薬を用いた薬理学的実験、siRNAを用いた遺伝子ノックダウン実験、ルシフェラーゼレポーターシステムを用いたプロモーターアッセイから、膵B細胞のCSE発現誘導には、Ca^<2+>/calmodulin依存性プロテインキナーゼ(CaMK)II、MAPキナーゼカスケード(MEK-ERK)、ERKによりリン酸化される転写因子Sp1、Elk1が必要であることがわかった。重症糖尿病モデルマウスの腎尿細管では、CSEの発現が減少していること、また、このモデルマウスにH_2SドナーNaHSを投与すると、腎機能が改善する(毛細血管拡張、腎血流量増加)ことがわかった。本年度および昨年度までの成果より、膵B細胞では、糖尿病状態での血糖上昇に応じて、細胞内Ca^<2+>濃度の上昇、プロテインキナーゼ(CaMKII、MEK、ERK)の活性化、さらに、Sp1、Elk1のリン酸化が起こり、CSEの発現が誘導され、その結果産生されたH_2Sが、抗酸化作用を介して膵B細胞の糖毒性を回避する役割を果たすことが明らかになった。腎臓においては、CSEを介したH_2S産生が腎機能の維持に重要であり、また、H_2Sが糖尿病性腎症の治療に有用であることも明らかになった。これらの成果は、私たちの提唱する、H_2Sの内因性ブレーキ(intrinsic brake)説を強く支持すると考えられる。
無重力ガスアークの特性と高性能単層炭素ナノチューブ合成への応用に関する研究

アーク発光の重力効果を調べた。無重力状態で発光強度が強まり、アーク炎の形状が大体積でより球状になる傾向となった。さらに、アークスポットが安定化した。空間分解スペクトル測定により、アーク中心部の温度が無重力で上昇する。2)流体シュミレーション実験装置と同じ境界条件で、温度分布とガス流速ベクトルの時間変化を計算した。無重力条件では、ガス温度分は球対称となる。時間とともにその高温球がゆっくりと膨張していく。径方向の温度勾配は小さくなるので、クラスター合成に有利な条件である。一方、通常重力の計算では、1秒以内で約1m/sの定常的な熱対流が発生する。これらの計算は、実験と良く対応する。3)無重力ナノチューブ合成実験無重力アークによる単層ナノチューブ合成の効果について。(1)ナノチューブ含有すすの合成効率が大きく上昇する。アークスポットの安定化が陽極の局所的加熱効率を高める。(2)ナノチューブの含有率が2倍程度上昇する。ナノチューブのバンドルの太さが太くなる。(3)長さについて。10-100μmの長さがある。観察が難しい。(4)ラマン散乱測定より、無重力条件では、太さが太い方へ揃う傾向にある。4)ナノチューブの精製実験ナノチューブ含有すすから、純粋なナノチューブを精製するため、酸素プラズマを用いたすすの酸化を蒸発を行った。ギャップに電圧を印加し、ギャップの絶縁破壊を利用して導電性炭素の除去を試みた。5)ナノチューブ固体の作成と物性測定高圧プレス法によるナノチューブペレットを合成することができた。圧縮強度は十分に高い。しかし、引っ張り強度はかなり小さい。6)展示発表これらの成果の一部は2004年9月に東京国際フォーラムで行われたイノベーションジャパン2004展示会で展示発表された。(3)長さについて。観察が難しい。1)ジェット機用小型ガスアーク実験装置を開発した。ジェット機の20秒間(繰り返し10-20回)の無重力状態での実験と地上での通常重力状態の実験を行ない、両者の差を比較した。2)熱電対アレイを装置内に設置し、ガス温度分布の時間変化を測定した。すると、無重力条件で高温部分は球対称になり、0.1cm/s程度の非常にゆっくりした早さで膨張した。20秒の無重力時間では温度は定常化しなかった。1分程度の定常無重力時間ではじめて、温度分布は定常化し、球対称で、温度勾配の小さい温度分布ができると予想される。一方、通常重力条件では1秒以内の時定数で、安定した熱対流を形成し、上方のみが高温の定常温度分布を形成した。この場合、熱エネルギーは定常的に上方に運ばれる。3)SMAC法を用いた流体計算を行った。無重力、通常重力条件で、実験を支持する結果が得られた。無重力条件では熱エネルギーが蓄積される傾向に有る。4)発光強度(熱スペクトル)の重力依存性を測定すると、やはり、無重力状態で中心部が高温になることが分かった。5)微粒子コレクターでナノチューブ成長の場所分布を測定した。無重力では、より外側で合成が進むことが分かった。6)ミー散乱法で炭素微粒子の発生場所や微粒子の流れを観測した。すると、アーク中心から1cmの所ですでに微粒子が発生している。無重力条件では、この微粒子が等方的にゆっくり拡散している。一方、通常重力条件では、上方に1m/s程度の速さで素早く微粒子が流れていく様子が観測された。

そして、流束は上方のかなり狭い範囲に局在した。7)長いナノチューブの合成法の探索やナノチューブとアモルファス状炭素、金属触媒微粒子を分離精製する方法を探索している。薬品法と電気炉法が有効と考えられる。1)無重力・無対流状態のガスアークで合成される炭素クラスター(単層炭素ナノチューブ)の発生過程および拡散過程について、受動的ミー散乱法を用いて時間記録した。これまでに無い実験と見ている。無重力状態では発生微粒子は等方的に非常にゆっくり拡散する。ランダムな動きや渦の様な動きもみられ、その動きは5mm/s以下に見えた。この条件はクラスターの効率合成に有利と思う。一方、通常重力下では直ちに定常対流が形成され、発生微粒子はその流れに乗っている。流れの速さは約0.5m/s程度であった。2)直径約500nmの微粒子は、アークプラズマ炎の外側約1cmの所ですでに発生している。ここでは温度が1万°Cから1000°Cまで急激に下がる領域である。つまり、予想通り温度が1000°Cに下がる部分でクラスターが合成され、その外側でのクラスター反応は起きないと言える。通常のアーク合成においても、クラスター合成が行われているのはアーク炎周囲の狭い領域のみであると明言できる。3)合成すすからナノチューブを精製する方法として高電圧印加のスリットを落下させる実験を行った。その結果、不定形炭素を加熱除去できる結果を得た。何%まで除去できるか実験を行っている。通常直径1nm、長さ0.01-0.1mmのナノチューブが30w%程度の含有率で合成される。熱酸化処理、酸反応処理によって精製ができる。この高電圧加熱処理も有望と思う。4)粉状ナノチューブ試料を加工し、ペレット形状にすることができた。この試料をプラズマ処理することができた。また、物理的安定性を得ることができた。圧縮強度は得られたが引っ張り強度は劣っていた。5)ナノチューブのガスアーク放電において超音波を印可し合成過程に乱れを与えた。超音波印可においても良質のナノチューブが合成でき、収量が上昇する結果を得た。