hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
自己炎症症候群モデル動物の樹立と治療標的の同定

アダルトオンセットの自己炎症症候群の病態を再現したモデルはなく、疾患治療標的の同定に有用なツールと考えられる。本研究課題の目標である自己炎症症候群モデル動物の樹立については、ヒトの自己炎症症候群の病態とよく似た様々な症状を模倣する、アダルトオンセットの疾患モデルの樹立にすでに成功している。RAのモデルとして知られるCIAモデルは、DBA1など関節炎発症にマウスの系統の選択性があり、遺伝子改変マウスが多くラインアップされるC57/BL6系統での発症率は低いことが知られている。しかし、今回のモデルマウスでは、C57/BL6バックグラウンドで100%の確率で関節炎や様々な症状を発症させることが可能になっている。このことは、次の課題目標である治療標的の同定において、評価系をシンプルにできるメリットがあるとともに、C57/BL6バックグラウンドで100%の確率で発症させられることから、C57/BL6バックグラウンドで樹立された様々な遺伝子改変マウスとの交配により治療標的の同定が可能になるメリットがある。事実、すでに複数の治療標的候補因子の同定に成功している。一方で、CIAモデルを用いたRAの治療標的の同定についても解析が進んでおり、すでに治療標的の同定について報告することができた(Sci Rep 2017)。以上の理由から、本研究が概ね順調に進展していると考えている。自己炎症症候群は大関節優位な関節炎や関節破壊をきたすほか、皮膚炎や内臓障害等をきたすことから、小関節優位に関節炎や関節破壊を来す関節リウマチとは独立した疾患であると考えられている。症例数もすくなく、これまで様々な症状を再現するモデルマウスもなかったことから、病態の解明や治療法の開発の点で関節リウマチに遅れていた。そこで、自己炎症症候群の症状を再現するモデルマウスを樹立し、その病態を解明し、新たな治療法を開発することとした。自己炎症症候群はサイトカインであるIL-1のシグナルが亢進していると考えられており、アダルトにおいて誘導性にIL-1を過剰発現するモデルマウスとしてIL-1コンディショナルトランスジェニックマウス(IL-1 cTg)の作出を行った。IL-1 cTgはアダルトにおいて誘導性にIL-1が発現され、小関節には関節炎を発症せず、大関節に関節炎および関節を発症する、モデルマウスの作出に成功した。関節炎は100%の確率で発症し、比較的関節炎が発症しにくいとされるC57/BL6の系統においても100%の確率で関節炎を発症した。このことは、様々な遺伝子改変マウスがC57/BL6の系統で作成されているため、これらのマウスとの交配を容易にした。また、皮膚炎や肝臓等への炎症細胞浸潤など、ヒトの自己炎症症候群、特に成人スティル病の診断クライテリアを満たすモデルマウスの新規樹立に世界で初めて成功した。IL-1 cTgでは血清IL-6, IL-17の濃度がコントロールに比べて有意に上昇しているほか、増生した関節滑膜や軟骨下骨ではStat3の活性化が確認されたことから、これらの遺伝子欠損マウスとIL-1 cTgを交配し、これらの因子の発現を抑制したところ、IL-1 cTgに認められた関節炎等の様々な所見が消失する結果を得た。自己炎症症候群は患者数が少ない希少疾患であり、その病態の解明等はまだ進んでおらず、治療法もまだ定まってはいないのが現状である。
設備の保全予防設計に関する研究

本研究では,実際の設備の不具合事例を多数収集し,その不具合を未然に防ぐために設備設計の段階で考慮しておかなければならなかった技術情報を抽出,分析することにより,保全予防を達成するための本質的な情報(保全予防のための原理)が何であるかを明確にすることを目的とし,研究活動を行った.まず,設備の停止や故障に関する不具合事例を400件ほど収集した.また,設備管理に関連する文献の調査と従来の設備管理方式のレビューを行った.不具合事例については,1件1件について因果連鎖の展開を行い,保全予防を達成するために必要な情報について考察を加えた.その結果,設備の要求品質,設計ミス,不具合モードの3項目を抽出することが有効であることが明確となった.設備の要求品質に関しては,設備を機能部位に分割し,機能部位ごとに要求品質を整理した.その結果,機能部位は9種類,要求品質は基本機能,操作性,安全性,保全性,環境性に分類することができ,これにより400件の不具合をすべて分類できることがわかった.設計ミスについては,設備設計のプロセスをモデル化し,設備設計で決定すべき項目の何についてミスを行ったかという観点で不具合の分類を行った.その結果,大きく分けて7種類のミスがあることが明確となった.また,不具合モードも同様の解析を行い,合計98個の不具合モードを抽出することができ,これらは設備の構造の状態変化に関するモード群と機能喪失に関するモード群に分類できることがわかった.今後は,これら3種類の情報の関連をまとめ,具体的な保全予防の方法論を確立することが課題となる.なお,設備の要求品質に関しては(社)日本品質管理学会に原著論文として投稿中である.本研究では,実際の設備の不具合事例を多数収集し,その不具合を未然に防ぐために設備設計の段階で考慮しておかなければならなかった技術情報を抽出,分析することにより,保全予防を達成するための本質的な情報(保全予防のための原理)が何であるかを明確にすることを目的とし,研究活動を行った.まず,設備の停止や故障に関する不具合事例を400件ほど収集した.また,設備管理に関連する文献の調査と従来の設備管理方式のレビューを行った.不具合事例については,1件1件について因果連鎖の展開を行い,保全予防を達成するために必要な情報について考察を加えた.その結果,設備の要求品質,設計ミス,不具合モードの3項目を抽出することが有効であることが明確となった.設備の要求品質に関しては,設備を機能部位に分割し,機能部位ごとに要求品質を整理した.その結果,機能部位は9種類,要求品質は基本機能,操作性,安全性,保全性,環境性に分類することができ,これにより400件の不具合をすべて分類できることがわかった.設計ミスについては,設備設計のプロセスをモデル化し,設備設計で決定すべき項目の何についてミスを行ったかという観点で不具合の分類を行った.その結果,大きく分けて7種類のミスがあることが明確となった.また,不具合モードも同様の解析を行い,合計98個の不具合モードを抽出することができ,これらは設備の構造の状態変化に関するモード群と機能喪失に関するモード群に分類できることがわかった.今後は,これら3種類の情報の関連をまとめ,具体的な保全予防の方法論を確立することが課題となる.なお,設備の要求品質に関しては(社)日本品質管理学会に原著論文として投稿中である.
内分泌機能不全に起因するDOHaD学説の実験的検証の試み

本研究では出生後早期から発育不全を呈する自然発症甲状腺機能低下症の成長遅延症マウスを用いて、内分泌不全に起因するDOHaD学説の実験的検討を試みた。ヤングアダルトから成熟期にかけて代謝系臓器および脂肪を採材し秤量した。成長遅延症マウスはヤングアダルトでは正常兄妹と比べ有意に軽量であった。体成長の遅延は徐々に改善されたが、成熟期において腎は小型のままで、脂肪重量は正常個体と比べて有意に低値を示した。妊娠期から抗甲状腺剤を投与して甲状腺機能低下を誘導して得た児についても、成熟時の脂肪量は正常個体と比較して有意に少ないままであった。今後、血中ホルモン動態や組織学的観察による検討を要する。本研究課題では、胎児期から内分泌異常の結果として、低体重児として出生することあるいは離乳期以降も成長遅延を呈し成熟期以降にcatch-up growthを示すものの、生活習慣病や生殖異常等が生じる機序解明の実験的な検証を目指している。これまで胎児期の低栄養環境における低出生体重児のcatch-up growthがもたらす成熟期以降の生活習慣病発症の研究に関する知見が集まりつつある中で、本課題では先天的な甲状腺機能低下にともなう低体重がcatch-up growth後の疾患発症のリスクに着目している。平成26年度は自然発症の甲状腺機能低下モデルマウスを用いた実験により、2および10月齢において動物を採材した。雄2月齢では変異個体は正常個体と比べて体重、尾長および体長は低値を示したが、10月齢では差がなかった。BMIは変異個体では2月齢にて低値を示したが、10月齢では差はなかった。肝臓重量および精巣上体重量は体重等とパラレルなcatch-upを示した。しかしながら腎臓、内臓脂肪および皮下脂肪の重量は変異個体では2月齢および10月齢でも低値であった。変異個体の血中glucose濃度は2月齢において高値であった。雌においては全般的に雄とほぼ同様な傾向を示したが、10月齢において変異マウスのBMIが低下していたことや血中glucose濃度に有意差はなかったなど、性差の有無については検討中である。実験的に抗甲状腺剤である0.1%MMI+0.2%KClO4を妊娠10日より授乳21日にかけてマウスに飲水投与し、甲状腺機能低下を誘発して生まれた児の成長を追って観察し、2月齢にて採材した。平成27年度は採取した血清中の臓器の組織学的観察を行い、さらに詳細な解析を進める予定である。胎児期・出生早期における発育不全が、成熟期以降にnon-communicable diseaseの発症に深く関与していることが明確になってきている。これまで胎児期の低栄養環境における低出生体重児のcatch-up growthがもたらす成熟期以降の生活習慣病発症に関する知見が集積しつつある。本研究課題では、胎児期から新生児期に開始される先天的内分泌機能低下に起因した低体重児が成熟期以降にcatch-upを示した場合の生活習慣病や生殖機能異常等が生じる機序解明を目指している。われわれは特に先天性甲状腺機能低下症に起因する新生児期の成長抑制が、成熟期を経てcatch-up後に起こりうる疾患発症のリスクに着目をし、DOHaD学説の実験的検討を試みている。本実験では表現型が安定的な出生後早期から発育不全を呈する自然発症先天性甲状腺機能低下症マウスを用いて、若齢期、成熟期および老齢期にかけて成長指標(体重、体長および尾長)を測定し、代謝系臓器(肝・腎)、脂肪(後腹膜・腎周囲・精巣上体周囲・腰部・鼠径部)および生殖系臓器(精巣・精巣上体)を採材し秤量した。若齢期の甲状腺機能低下症マウスでは成長指標および代謝系臓器のすべての項目は、正常群と比べ有意に低値であった。体重、体長および尾長の発育遅延は経齢変化にともない改善がみられたが、老齢期において腎は小型のままで、脂肪量は正常個体と比較して有意に低かった。精巣重量は若齢期に甲状腺機能低下症個体では小型であったが成熟期以降は逆に大型であった。精巣上体重量は若齢期に甲状腺機能低下症個体では小型であったが成熟期以降は正常個体とほぼ同等であった。血液中グルコース濃度は若齢期に甲状腺機能低下症個体では高値であった。以上の結果から、周産期以降の甲状腺機能不全による成長抑制は、特に腎や脂肪の発達に影響を与えると考えられた。再現性の確証を得るために各群の動物数を増やし、また成熟期以降の経齢変化に対する影響の検討も必要であると考えたことから実験群の追加を行なうこととし、マウスの確保とそれら試料採材に時間を費やしているため。胎児期・出生後早期における発育不全が、成熟期以降に非感染性疾患(non-communicable diseases;NCD)の発症に深く関与していることが明確になってきている。これまで胎児期の低栄養環境における低出生体重児の追いつき成長(catch-up growth)がもたらす成熟期以降の生活習慣病発症に関する知見を中心として、その証拠が集積しつつある。本研究課題では、胎児期から新生児期より開始される内分泌機能低下に起因した児の低体重が成熟期以降にcatch-upを示す場合の生活習慣病や生殖機能異常等が生じるリスクとその機序解明を目指している。とりわけ先天性甲状腺機能低下症に起因する周産期以降の成長抑制が、キャッチアップ後に起こりうる疾患発症のリスクに着目をしている。

本実験では表現型が安定的な出生後早期から発育抑制を呈する自然発症先天性甲状腺機能低下症のモデルマウスを用いて、若齢期および成熟期以降にかけての成長推移(体重、体長、尾長およびBMI)を測定し、代謝系臓器(肝臓、腎臓)、脂肪(後腹膜・腎周囲・精巣上体周囲・腰部・鼠径部)および生殖系臓器(精巣・精巣上体)の発達を経齢的に調べた。若齢期の甲状腺機能低下症マウスでは成長指標および代謝系臓器のすべての項目は、正常型と比べ有意に低値であった。体重、体長および尾長の発育遅延は経齢にともない改善がみられたが、老齢期においても腎臓、脂肪は正常個体と比較して小型のままであった。以上の結果から、周産期以降の甲状腺機能低下に伴う成長抑制は、腎や脂肪の発達には不可逆的な影響を与えると考えられた。現在、薬剤を用いた甲状腺機能低下モデル動物についてどのような現象が見られるかについて検索している。胎児期から生後の内分泌不全による成長抑制は、成熟時にキャッチアップしても腎の小型化等による高血圧のリスクを予期できるという予想通りの結果が得られてきている。しかし、脂肪増加がキャッチアップの原因であるという当初の予想に反して、有意に低いままであるという非常に興味深い結果を得た。得られた結果をもとに学会発表を増やすことができた。成熟期以降の経齢変化に対する更なる影響の検討も必要であると考えたことから新たな指標を追加して検索する必要があると考えられた。胎児期・出生後早期における発育不全が、成熟期以降の非感染性疾患の発症に深く関与していることが報告されている。本研究では胎児期・新生児期より開始される内分泌機能低下に起因した児の成長遅延が、成熟後にcatch-upをもたらした場合の生活習慣病や生殖機能異常等が生じるリスクを仮定し、その現象・機序解明を目的とした。特に甲状腺機能低下によって引き起こされる周産期以降の発育不全とcatch-up後にもたらせられる疾患発症の可能性に着目した。まず表現型が安定的なモデル動物として、生後2週齢頃から発育不全を呈する自然発症型の原発性甲状腺機能低下マウスを用いて、若齢期から成熟期にかけての成長推移とあわせて、代謝系の臓器(肝、腎)および脂肪(後腹膜、腎周囲、精巣上体周囲、腰部、鼠径部)の発達を調べた。若齢期の変異型では成長指標および代謝系臓器全ての項目は、正常型と比べ有意に低値を示した。成熟後、変異型の成長遅延は改善がみられcatch-upしたが、腎および脂肪は正常型と比較しても著明に小型のままであった。次に薬剤によって甲状腺機能低下を誘導したマウスを作製し、上記と同様の項目について検索した。妊娠10日から母動物に抗甲状腺剤(MMI)を飲水投与し、引き続き児動物が離乳後も同様の飲水投与をした。MMI群は若齢期、体重、代謝系臓器および脂肪全ての項目は、正常群と比較して有意に軽量であった。成熟後は尾長および体長は正常群にcatch-upしており、腎重量には差はなかった。自然発症変異個体とMMI投与群個体では表現型に幾つか違いは見られたが、甲状腺機能低下による新生児期以降の成長抑制が、代謝系臓器、脂肪の発達に不可逆的な影響をおよぼしていることが明らかとなった。本実験は、体成長のcatch-upを解明するためのモデルとして有用であると考えられ、今後さらなる機序解明が必要である。
シャドーイングが処理効率・プロソディ生成に及ぼす影響：学習者の注意を操作した効果

英語リピーティングは、学習者がチャンク毎にモデル音声を聞いた後に、その音声を再現することが求められる英語学習法である。この学習法は、モデル音声提示から発話開始まで時間的余裕があるため、その間に様々な言語的処理を行うことが可能である。これまでの先行研究からは、英語学習者におけるリピーティング遂行時の心的過程は、シャドーイング遂行時の心的過程に比べ、必ずしも明らかにされてこなかった。そこで、日本人英語学習者が、英語シャドーイング・英語リピーティングを遂行している間に、各種言語処理タスク(例:1.日本語訳妥当性判断課題、2.文法性判断課題、3.語用論判断課題)を課すことで、各種言語処理段階(例:意味・統語・語用論)に学習者の注意が向くように操作すると、シャドーイング・リピーティングにおける英語文節音の音声知覚がいかに影響を受けるのか、35名の日本人英語学習者を対象に実験を行った。研究の主な結果としては、(1)シャドーイングよりもリピーティング時の音声再生率が低いこと、(2)英語習熟度の高い学習者は、低い学習者よりもシャドーイングやリピーティング時の音声再生率・言語処理タスクの正解率が高いこと、(3)文法性判断課題の正解率が他の言語処理タスクの正解率よりも低いこと、(4)文法的な側面に注意を向けながらシャドーイングやリピーティングを行うと、他の言語的側面に注意を向けた時よりも音声再生率が下がることが明らかになった。日本人英語学習者にとって、統語処理が他の処理段階(例:意味・語用論)よりも認知負荷の高いものであり、文節音の音声知覚にも影響を与えていることが示唆された。シャドーイング(プロソディシャドーイング)が、音声知覚の自動化や構音速度の向上に寄与することが先行研究により指摘されている。科研全体のテーマとしては、シャドーイングの最中に、英語学習者の意識をシャドーイングの内容面(意味・統語・語用論)に向ける(コンテンツシャドーイング)と、(1)意味・統語・語用論側面の処理効率の向上や、(2)プロソディシャドーイング先行研究で確認されたような音声知覚の向上がみられるのか検討することにある。本年度は、その前段階として、シャドーイング遂行中に、意味・統語・語用論的側面に学習者の意識を向けると、英語音の知覚にどのような影響がみられるのか調査した。実験参加者は、日本人英語学習者35名(男性10名,女性25名,年齢:19-25歳,平均20.86歳)で、習熟度テストOxford Online Placement Testを受験した(平均59.23点)コンテンツシャドーイングは、4種類(1通常版2日本語訳判断課題版3文法判断課題版4語用論判断課題版)、各16文の英文が音声提示された。実験文に使用された単語は、親密度5.0以上で、4種類のタスク間で親密度・音節数の平均に差の無いように設定された(親密度F(3,63) = 2.318, ns.,音節F (3,63) = .31, ns.)主な結果は、4種類のシャドーイング間で、再生率に有意な差は見られなかった(F (3,139) = 2.443, ns.)。一方、シャドーイング中に行われた課題の中で、文法判断課題の正解率が有意に低かった(F (2, 104) = 106.602 (p < .01). SH2, SH4 >SH3 (p < .01) ).学習者にとって処理負荷の高い統語的側面に注意を向けてシャドーイングを実施しても、音声知覚に影響を与えないことが示唆された。シャドーイング訓練中に学習者の注意を、意味・統語・語用論的側面に向けるコンテンツシャドーイングにおいても、学習者の音声的側面(音声知覚・プロソディ生成・構音速度)が促進されるのか検討した。実験参加者は大学生60名で、習熟度が等しい4グループに分け(1)プロソディシャドーイング(2)意味シャドーイング(3)統語シャドーイング(4)語用論シャドーイング、4種類のうちいずれかのシャドーイング訓練を行った(それぞれ30文)。具体的には、(1)では、シャドーイング中モデル音声に集中するよう指示し、学習者の注意を音声側面に向けさせた。(2)では、シャドーイングをする度に日本語訳真偽性判定課題を設け、学習者の注意を意味的側面に向けさせた。(3)では、シャドーイングをする度に文法性判断課題を設け、学習者の注意を統語的側面に向けさせた。(4)では、シャドーイングをする度に語用論性判断課題を設け、学習者の注意を語用論的側面に向けさせた。またプレ・ポストテストとして、音読テスト(3文)、シャドーイングテスト(3文)を実施した。なお、全ての課題は、個別にコンピュータ上で行われた。実験の結果、シャドーイングの種類に関わらず(1)構音速度が向上し、音を聞き取る技能が向上するが、(2)プロソディ側面(ピッチ幅・インテンシティ幅)の改善は見られないことが明らかになった。コンテンツシャドーイング訓練においても、プロソディシャドーイング訓練同様、音声的側面(速度・知覚)の向上が見られた理由として、(1)コンテンツシャドーイング訓練時の言語処理タスクが学習者にとって容易であったため、シャドーイング訓練中に注意を十分に音声面に向けることが出来たこと

(2)学習者の習熟度が高く、プロソディシャドーイング訓練時においても、コンテンツの側面にも注意を向けながらシャドーイングを行っていた可能性が考えられる。英語リピーティングは、学習者がチャンク毎にモデル音声を聞いた後に、その音声を再現することが求められる英語学習法である。この学習法は、モデル音声提示から発話開始まで時間的余裕があるため、その間に様々な言語的処理を行うことが可能である。これまでの先行研究からは、英語学習者におけるリピーティング遂行時の心的過程は、シャドーイング遂行時の心的過程に比べ、必ずしも明らかにされてこなかった。そこで、日本人英語学習者が、英語シャドーイング・英語リピーティングを遂行している間に、各種言語処理タスク(例:1.日本語訳妥当性判断課題、2.文法性判断課題、3.語用論判断課題)を課すことで、各種言語処理段階(例:意味・統語・語用論)に学習者の注意が向くように操作すると、シャドーイング・リピーティングにおける英語文節音の音声知覚がいかに影響を受けるのか、35名の日本人英語学習者を対象に実験を行った。研究の主な結果としては、(1)シャドーイングよりもリピーティング時の音声再生率が低いこと、(2)英語習熟度の高い学習者は、低い学習者よりもシャドーイングやリピーティング時の音声再生率・言語処理タスクの正解率が高いこと、(3)文法性判断課題の正解率が他の言語処理タスクの正解率よりも低いこと、(4)文法的な側面に注意を向けながらシャドーイングやリピーティングを行うと、他の言語的側面に注意を向けた時よりも音声再生率が下がることが明らかになった。日本人英語学習者にとって、統語処理が他の処理段階(例:意味・語用論)よりも認知負荷の高いものであり、文節音の音声知覚にも影響を与えていることが示唆された。平成28年度のシャドーイング課題の枠組みを利用して、リピーティング課題を行う。実験の目的は、リピーティング遂行時に実験参加者の注意を、特定の言語側面(意味・統語・語用論)に向けることで、音声知覚にいかなる影響が現れるのか調査することである。リピーティング実験文として、4種類(1通常版2日本語訳判断課題版3文法判断課題版4語用論判断課題版)、各16文の英文を用意する。実験文に含まれる単語は、4種類の課題文間で親密度や音節数の平均値に有意差のないように設定する。実験参加者は、1文ずつ音声呈示される刺激文を聴き、リピーティングした後に各種課題に解答することが求められる。分析は、4種類の課題間で、各種成績(例:課題正解率・解答時間・リピーティング遂行時間)に有意差があるかどうか検討する。さらに、発話者の音声的側面(特に分節音の知覚)に関する分析を行う。具体的には、実験参加者の発話を書き起こし、発話された音節数(音声知覚成績)を4つの課題間で比較する。平成29年度実施予定のリピーティング成績を、平成28年度実施のシャドーイング成績と比較することで、それぞれの音声復唱課題(シャドーイング・リピーティング)における産出プロセスの違いを明らかにする。昨年度の研究成果を論文としてまとめ、国際誌に投稿する予定である。また、昨年度行った枠組みを利用して、シャドーイング訓練中に学習者の注意を、意味・統語・語用論的側面に向けるコンテンツシャドーイングにおいても、学習者の音声的側面(音声知覚・プロソディ生成・構音速度)が促進されるのかどうか、個人差(習熟度)による影響・シャドーイング練習回数による影響に焦点を当て調査する。
アクアポリン4の蛋白複合体とアレイ構造による機能制御に関する研究

アクアポリン4(AQP4)によるアレイ構造形成の生体内における意義を明らかにする目的で、AQP4 M1アイソフォーム特異的ノックアウトマウス(アレイ構造が通常より大きくなるマウス)、及びAQP4完全ノックアウトマウスを作製した。網羅的表現型解析の結果、アレイ構造の大きさが適切でないと、網膜の光に対する応答に異常が生じることが明らかになった。また、AQP4完全ノックアウトマウスを用いて、脳穿刺損傷モデルを作製したところ、AQP4は脳内の免疫機能に重要な役割を果たしていることが明らかになった。これら2種類のAQP4ノックアウトマウスは理研BRCに寄託され、今後他の研究者が自由に使用することができる。1.AQP4 M1アイソフォーム特異的ノックアウトマウス相同組換えクローン2ラインからそれぞれキメラマウスを作製し、C57BL/6の雌と交配し、F1世代にノックアウトアリルのヘテロ個体がいる事をサザンブロット法及びPCR法により確認した。得られたF1マウスはの一部は、C57BL/6を遺伝的背景に持つF1pリコンビナーゼ、あるいはCreリコンビナーゼのトランスジエニックマウスと交配する事でPGK-neo-pAカセット、めるいはlacZ/PGK-neo-pAカセットの除去を行った。それぞれの遺伝子型についてC57BL/6に対し戻し交配を行うとともに一部ホモ個体を作製し、AQP4タンパク質の発現をウェスタンブロット法により確認したところ、lacZ/PGK-neo-pAカセットを有したホモ個はAQP4のnullマウスである事が分かった。一方、PGK-neo-pAカセットのみを除去したマウス、lacZ/PGK-neo-pAカセットを除去したマウスのホモ個体ではAQP4M23アイソフォームのみの発現は確認できたが、総発現量は野生型より低かった。2.AQP4完全ノックアウトマウスM1特異的ノックアウトマウスと同様に、キメラマウスを作製後、C57BL/6の雌と交配し、F1世代にノックアウトアリルのヘテロ個体がいる事を確認した。得られたF1マワスの一部は、C57BL/6を遺伝的背景に持つF1pリコンビナーゼ、あるいはCreリコンビナーゼのトランスジェニックマウスと交配する事でPGK-neoカセット、あるいはEGFP/PGK-neoカセットの除去を行った。それぞれの遺伝子型についてC57BL/6に対し戻し交配を行うとともに一部ホモ個体を作製し、AQP4タンパク質の発現をウェスタンブロット法により確認したところ、いずれの遺伝子型においてもAQP4タンパク質の消失が確認できた。AQP4M1アイソフォーム特異的ノックアウトマウス、AQP4完全ノックアウトマウス両系統とも9代の戻し交配を終了した。各系統についてホモ個体を作製し、8週齢のマウス小脳におけるAQP4タンパク質の発現をウェスタンブロット法で野生型マウスと比較したところ、AQP4完全ノックアウトマウスではM1及びM23アイソフォームに相当するバンドが消失している事が確認できた。これに対し、AQP4M1アイソフォーム特異的ノックアウトマウスの小脳ではM23アイソフォームのバンドのみが検出され、M1アイソフォームが特異的にノックアウトされていた。しかしながらAQP4タンパク質の総量は野生型マウスの40%程度まで減少していた。この結果から、ゲノムの遺伝子操作に起因するmRNAの発現レベルの低下の可能性、あるいはM1アイソフォームの消失がAQP4タンパク質の安定性に影響を及ぼす可能性等が示唆される。現在この現象の分子メカニズムについて解析を行っている。また、AQP4M1アイソフォーム特異的ノックアウトマウスの小脳の凍結割断電子顕微鏡法による観察の結果、野生型と比較して遥かに巨大なアレイ構造を形成している事も明らかとなった。これら2種類のノックアウトマウスは、1年以上の長期にわたって飼育しても肉眼的には野生型マウスとの差異は認められないが、理研BRCとの共同研究により網羅的表現型解析を開始している。昨年度までの研究によりAQP4 M1アイソフォーム特異的ノックアウトマウスの小脳では野生型と比較して遥かに巨大なアレイ構造を形成していることが確認できたものの、AQP4タンパク質の総量が野生型マウスの40%程度まで減少していた。これは胎仔の大脳皮質より調製した初代培養アストロサイトでも同様であった。そこで、AQP4 M1アイソフォーム特異的ノックアウトマウスにおけるAQP4発現の低下がmRNAレベルでもおきているか否かを検証するため、8週齢のマウス小脳及び初代培養アストロサイトよりRNAを抽出し、ノーザンブロット解析を行ったところ、AQP4 M1アイソフォーム特異的ノックアウトマウスでは、8週齢の小脳においても、初代培養アストロサイトにおいてもAQP4 mRNAの発現低下が認められ、転写レベルの調節が起こっている可能性が強く示唆された。しかしながら、これはAQP4遺伝子内に外来のDNA断片を挿入したことによるアーチファクトである可能性も否定できない。

今後はこれも踏まえ、初代培養アストロサイトを用いて転写・翻訳・翻訳後のAQP4の発現調節機構の解明を行う必要がある。また、翻訳後のAQP4の発現調節機構の解明の目的で、AQP4のM1、M23をそれぞれ単独で発現するCHO細胞の安定発現株を複数樹立し、M1及びM23タンパク質の安定性について検討したところ、M1は比較的安定であるのに対し、M23を単独で発現させるとライソゾームやプロテアゾームで分解を受ける可能性を示す結果を得た。これは巨大なアレイを形成することによりAQP4タンパク質の分解が促進されることを示唆している。AQP4 M1アイソフォーム特異的ノックアウトマウス、AQP4完全ノックアウトマウスは、理研BRCとの共同研究による網羅的表現型解析が現在も進行中で、7月下旬頃までには全ての結果が出そろう見込みとなっている。
励起子絶縁体の外場応答に関する微視理論の展開

励起子絶縁体とは、半導体または半金属において、励起子が自発的に形成され量子凝縮を起こした系である。励起子絶縁体の候補物質である遷移金属カルコゲナイドTa2NiSe5に注目して、超音波吸収係数と核磁気共鳴緩和率に現れる量子干渉効果、反磁性磁化率、光学伝導度の振る舞いについて励起子凝縮の観点から明らかにした。また、コバルト酸化物Pr0.5Ca0.5CoO3の励起子相において磁気多極子秩序が形成されることを示し、そのときの低エネルギー励起構造を明らかにした。励起子相とは固体内部で励起子が自発的に量子凝縮を起こした相で、この相が実現している物質を励起子絶縁体と呼ぶ。励起子は電荷を持たないためにその検出が困難であり、現実に励起子相にある物質は見つかっていなかった。しかし近年の実験手法の充実と技術の向上により、その候補物質として層状遷移金属カルコゲナイドTa2NiSe5が注目を集めるようになった。本研究ではTa2NiSe5が励起子相にあることを実証する実験の提案のため、有効模型の構築を行った後、励起子相に特有の量子干渉効果を見ることのできる超音波吸収率と核磁気共鳴緩和率の計算を行った。その結果、超音波吸収率では励起子相への転移と見られる温度の直下で特徴的なピークが現れる一方、核磁気共鳴緩和率では転移温度直下で急激な減衰が見られることがわかった。これらは建設的あるいは破壊的な量子干渉効果のあらわれであり、実験で観測することができればTa2NiSe5の励起子相転移への有力な証拠となりうる。さらに転移温度における比熱のとびやフォノンのソフト化についても解析を行い、Ta2NiSe5の励起子相転移におけるふるまいを明らかにした。また、Ta2NiSe5では相転移に際して反磁性の増大が見られる。このことを明らかにするため励起子相を説明するもっとも簡単な模型である、伝導帯と価電子帯からなる2バンド模型を用いて、反磁性磁化率の計算を行った。この結果、伝導帯と価電子帯の電子が励起子凝縮により混成を起こすことで、励起子相では反磁性を示すことがわかった。当初の予定通り、Ta2NiSe5の有効模型の構築を行い、量子干渉に関する計算に成功した。励起子相における反磁性に関しては、簡単な模型に対する計算は実施できており、現在はTa2NiSe5を説明する模型での計算へ拡張を行っている段階である。元々混成のない伝導電子軌道と価電子軌道の間に働くクーロン相互作用のため、自発的に励起子が形成した相を励起子相と呼ぶ。励起子相にある物質の候補としてTa2NiSe5などの遷移金属カルコゲナイドやコバルト酸化物が挙げられている。Ta2NiSe5が励起子相にあることを実証するために、本年度はTa2NiSe5の磁化率および光学伝導度の理論計算と解析を行い、実験で得られているデータとの比較を行った。磁化率に関して、Ta2NiSe5の2次元模型を構築し、励起子相を仮定してスピン磁化率と軌道磁化率を計算を行った。その結果、実験で見られているような磁化率の温度依存性がよく再現できることが分かった。次に、第一原理計算にTran-Blaha modifiedBecke-Johnsonポテンシャルによって相関効果を取り入れて得られたTa2NiSe5の通常相の電子状態を元に、光学伝導度の計算と実験データとの比較を行った。スペクトルの可視光紫外領域の高エネルギー域では計算は実験をよく再現するが、赤外の低エネルギー域では一致しないことが分かった。励起子対形成を導く軌道間の強い相互作用を取り入れた有効模型を使って光学伝導度の数値計算を行うと、低エネルギー域の光学伝導度がよく再現できるようになる。この軌道間相互作用がTa2NiSe5の励起子相転移を引き起こしていると考えられる。以上の成果により、Ta2NiSe5が励起子相にあることを支持する結果が得られ、励起子相実証に向けた研究が大きく進んだ。また、励起子相の集団励起の性質を調べるため、スピン三重項励起子相にあると予想されているコバルト酸化物Pr0.5Ca0.5Co3の第一原理計算から有効模型を構築し、一般化された動的スピン感受率の解析を行った。これにより、励起子相における集団励起の振る舞いが明らかとなった。Ta2NiSe5は励起子相への転移と見られる温度で反磁性の増大が見られる。Ta2NiSe5を説明する模型に対して、反磁性磁化率の計算を行い、この起源を明らかにする。さらに、Ta2NiSe5では圧力を加えると励起子相への転移が抑制され、高圧下では超伝導が発現する。

高圧下でのTa2NiSe5の電子状態を明らかにするため、第一原理計算の手法を用いた物理量の計算、および強相関電子系に対する数値計算手法を用いた励起子揺らぎ媒介の超伝導に関する計算を行う。28年度が最終年度であるため、記入しない。物性理論28年度が最終年度であるため、記入しない。
住空間の平面計画決定要因としての家相説の展開過程に関する研究

本研究は、住空間における方位の意味づけや方位観に関する問題を、日本の家相説と東アジアの陽宅風水説の比較検討を通して考察するものである。3年目の最終年度である本年度は、昨年度に引き続き国内の資・史料を収集すると共に、東アジアの文献に関する既往研究及び資料の分類、分析を行った。また、国内江戸末期、明治期の資料については、方位観に関する記述の分析に着手した。1.昨年度までに収集した文献資料の複写、整理を進めると共に、昨年度に作成した文献リストを更新し、今後の資料整理に資するようまとめた。2.江戸時代末期と明治期以降の、家相説及び住まいの方位観に関わる文献資料の探索を昨年度に引き続き行い、購入及び複写可能なものを入手した。3.江戸時代末期の文献に関しては、既往文献との内容比較を開始し、方位観に関わる部分の分析を進めた。4.東アジアの方位観に関わる新規文献資料の探索は、既往関連研究の枠内から出ることが叶わず、国内での資料収集および分析に終始した。5.以上の成果を元に(1)江戸時代末期の住まい像にみる家相説の影響、(2)江戸時代後期の家相説の展開、(3)江戸時代末期の家事書にみる住まい像の記述と家相文献のそれとの比較検討についての報文を3本まとめる機会を得た。住空間における方位の意味づけや方位観に関する問題を、日本の家相説と東アジアの陽宅風水説の比較検討を通して行う研究であり、本年度は研究のフレーム決定とそれに基づいた資料の収集、データの整理を主に行った。1.資料収集の枠組みを決定し、文献資料のリストを作成し、資料の収集に着手した。本年度は特に、江戸時代末期の家相文献の収集に重点をおき、主に東京の書店で手に入るものを中心に調査し、収集した。2.明治時代以降の文献については、文献資料のリストを作成し、一部その収集にも着手した。3.東アジアの文献については、既往関連研究の調査、収集に着手したが、本年度はそれをまとめるには至らなかった。しかし、国内で出版された文献に関しては文献リストの作成を試み、それに基づいて文献資料の収集にも着手した。4.本年度は、既存資料の整理を通して得たものをもとに、(1)江戸時代末期の家相文献にみる吉凶判断の内容、(2)江戸時代末期の文献にみる家相説のあり方、(3)江戸時代末期の文献にみる住まいの配置計画、(4)江戸時代末期の文献にみる建築儀礼、について各々考察し、報文にまとめた。本研究は、住空間の平面計画における方位の意味づけや方位観に関する問題を、日本の家相説と東アジアの陽宅風水説の比較検討を通して明らかにするものである。2年目に当たる本年度は、主に日本の家相説の江戸末期から明治期の文献収集を行うと共に、方位観に関する記述を分析するための枠組み作りに取り組んだ。1.昨年度に決定した資料収集の枠組みに従い、本年度は引き続き資料の収集を行った。本年度は特に江戸末期から明治期、大正・昭和初期の家相関連文献の収集に重点をおき、購入可能なものを手に入れ、それ以外の文献については文献・資料の存在、所在について調査した。2.東アジアの文献については、既往関連研究の調査、収集、文献リストの作成を昨年度に引き続き行ったが、陽宅風水説関連資料以外の、広く東アジア一帯の住まいにおける方位観関連資料の調査及び収集は未だ緒に付いた段階である。3.住まいに関する方位観の記述の分析については、江戸末期の家相文献に関しては分析の枠組みを確立しつつあるが、江戸以降および東アジアのものについては、なお資料を検討しつつ引き続き考察したい。4.本年度は、既存資料の整理を通して得たものを元に、(1)江戸時代末期の家政書の住居関連部分の記述にあらわれる家相説の問題、(2)明治期の家相文献『家相新編』にみる明治期における家相説の状況、(3)同じく『家相新編』にみる江戸末期の家相流派をめぐる状況、の3点についてそれぞれ考察し、報文にまとめた。
組合せ代数的手法によるビッグデータ時代の統計的推測理論と推測アルゴリズムの研究

非巡回有向グラフが定義し、潜在変数を1つ含むような、因子分析型のガウスグラフィカルモデルの識別可能性について、先行研究で得られている十分条件を大きく改良する、有用な組合せ論的な十分条件の導出を行った。また、この一部の結果の離散のグラフィカルモデルの識別可能性への拡張を行った。また、空間疫学モデルのホットスポット検出の多重性調整p値の正確計算アルゴリズムを、グラフ理論を用いて改良し、実データを用いてその有用性を確認した。離散グラフィカルモデルは自然パラメータに線形制約を入れても、元のグラフィカルモデルと同様の条件付き条件独立関係を有する。しかし一般にはモデルが周辺化に対して閉じていないため、モデルの分解がグラフの分解と対応しない。そのため、通常のグラフィカルモデルの推測アルゴリズムの局所化手法を直接的には適用できない。本研究では、線形制約付きのグラフィカルモデルにも適用可能な推測の局所化手法の提案を行った。因子分析のモデルの観測変数間に非巡回有向グラフ(DAG)に対するガウスグラフィカルモデルを仮定したモデルはStar-graph modelと呼ばれる。このモデルは必ずしも識別可能であるとは限らない。モデルは多項式方程式で記述できるため、識別可能性は多項式の解の一意性を代数的アルゴリズムでチェックすることによって判定できることがしられているが、このアルゴリズムは計算量がNP-hardであるため次元の高いモデルに対しては適用ができない。Stanghellini and Wermuth(2004,Biometrika)ではモデルが識別可能であるための組合せ論的な十分条件を導出し、またその条件が多項式時間でチェック可能であることを示している。しかしこれらの十分条件は必ずしも強い条件とは言えないことも知られている。本研究では、Stanghellini-Wermuthの条件を改良するよりよい十分条件の導出を行った。ガウシアン因子分析モデルにおいて、観測可能な変数にグラフィカルな構造を許したモデルをスターグラフモデルという。本研究では、潜在変数が1つの場合のスターグラフモデルの識別可能性について議論を行った。古典的な因子分析モデルの場合、因子負荷ベクトルの符号の不定性を除いて識別可能であるが、スターグラフモデルの場合は識別不能にもなり得ることが知られている。本研究では、スターグラフモデルの表現が有限個であるという意味での識別可能性を有するための、組合せ論的な条件の導出を行った。また、空間疫学における、特定疾病のホットスポットを検出するために用いられるスキャン統計量のp値の計算アルゴリズムについても研究を行った。ホットスポットの候補の地理的な隣接関係のグラフ構造と、そのグラフのコーダル拡張に基づく分解を利用することにより、効率的にp値を計算するアルゴリズムを提案し、実用上有用であることを実データにより示した。古典的な因子分析モデルは、符号を除いて識別可能になることが知られている。しかしながら、観測可能な変数間にグラフィカルモデルの構造を許すと、モデルの識別可能は自明ではなくなる。本研究では、潜在変数が1つ、観測変数間にDAGモデルを仮定した場合のモデルが識別可能になるための、有用な十分条件の導出を行った。また、ポアソン生起の空間疫学モデルを用いたホットスポット検出のためのp値の正確計算を、グラフ理論を用いて効率化し、従来法に比べ計算コストの低いアルゴリズムの提案を行った。当初の目的であった、グラフィカルモデルの識別可能性や、空間疫学モデルのp値計算の効率化については、成果を論文にまとめ、前者についてはすでに出版済みである。残りの一年で、前者の問題のさらなる一般化に加え、離散選択モデルのマルコフ基底の理論的考察を加える予定である。離散の説明変数を持つロジットモデルは、代数学の用語でローレンス持ち上げといい、そのマルコフ基底の構造が複雑になることが知られている。そのため、説明変数が1つの非常に簡単なモデルを除けば、これまで理論的な成果はほとんど得られていなかった。本研究では、ある種の実用的な計画行列を持つモデルの場合には、説明変数が複数ある場合も含めて、マルコフ基底を明示的に導出できることを示した。また、その結果を用いて、正確分布に基づいた適合度検定のアルゴリズムの導出を行った。さらに、各説明変数の組に対して、1以上の標本が得られているという条件の元では、さらに簡単な構造を有するマルコフ基底の部分集合を用いれば、正確検定を実装することが可能であることを示し、実装アルゴリズムの提案を行った。離散の非巡回有向グラフが定義し、潜在変数をひとつ含む因子分析型のグラフィカルモデルは、モデルの識別可能性についての理論的な結果がこれまでほとんど得られていなかった。一方、本研究課題の前半において、潜在変数を含むガウスグラフィカルモデルが識別可能であるための十分条件を得ることに成功している(Leung, Drton and Hara(2016))。本研究では、そこでの結果を離散グラフィカルモデルに拡張することを試み、その一部の一般化に成功し、組合せ論的な十分条件を導出した。この条件は多項式時間で検証が可能なので、有用なアルゴリズムと言える。モデルの識別可能性は、代数的なアルゴリズムによって、次元が小さい場合は可能である。そこでその可能な範囲で調べると、今回のアルゴリズムで判定できる識別可能なモデルの割合は必ずしも多くはないこともわかった。この条件の改良が今後の課題と言える。

また、空間疫学モデルのホットスポット検出の多重性調整p値の正確計算アルゴリズムを、グラフ理論を用いて改良し、実データを用いてその有用性を確認した。本研究課題では、マルコフ基底とグラフィカルモデルの識別可能性の理論を計算代数的な視点から発展させることが目的であるが、識別可能性の問題については、2年をかけて一定の成果を得ている上、他の問題についても進行中である。さらにマルコフ基底については、今年度、海外研究者を日本に招聘して集中的に議論する予定であり、残りの研究期間で目標は十分に達成できるものと考えている。さらに、空間疫学のスキャン統計量のp値計算など、副産物的に得られた成果も合わせれば、現時点では、予定通りがそれ以上の進行状況であると言える。今年度は離散選択モデルのマルコフ基底の理論的考察を優先課題として行う。これはイリノイ工科大学のSonja Petrovic氏、Dane Wilburne氏と共同研究の形で行う。また、グラフィカルモデルの識別可能性の問題については、特に離散のモデルへの一般化を中心に研究を行う。これはワシントン大学のMathias Drton氏と共同研究を行う予定である。さらに、Vine Copulaの代数的構造に関する考察についても研究を行うことを計画している。これは滋賀大学の竹村彰通氏と共同で行う。数理統計学識別可能性の問題については、モデル全体の識別可能性から、特定の因果効果が識別可能であるための条件の導出や、正規分布モデルから離散の因子分析モデルへの拡張などの問題を今後議論する予定である。マルコフ基底については、離散多項ロジットモデルのような、ローレンス持ち上げの計画行列を持つモデルのマルコフ基底の生成アルゴリズムの開発を目指す予定である。このテーマは、イリノイ工科大学のSonja Petrovic氏、Despina Stasi氏、Dane Wilborne氏、ケンタッキー大学のRuriko Yoshida氏らと共同研究の形で進める予定である。2013年9月より2014年9月までの予定で米国ワシントン大学統計学科で在外研究を行っている。ここではProf. Mathias Drton, Prof. Thomas Richardsonというグラフィカルモデルの世界的権威がおり、現在はこのお二方と議論をしながら研究を進めている。現時点ではおおむね予定通り共同研究が進行していると考えている。2014年9月まではワシントン大学において、Prof. Drton、Prof. Richardson両氏と、グラフィカルモデルの識別可能性、潜在変数モデルとグラフィカルモデルの同等性、特異性、特に特異モデルのモデル選択の問題などについて共同研究を進める予定である。またイリノイ工科大学のSonja Petrovic氏を中心としてマルコフ基底の研究グループと、多項ロジットモデルのマルコフ基底と、マルコフ基底を用いた正確検定の実装アルゴリズムの開発についての共同研究も進行中である。
ES細胞の未分化状態維持に関わる因子の同定とその解析

マウス胚性幹細胞の持つ多分化能、自己増殖能がいかなる細胞内機構によって維持されているのかを解明するため、我々は未分化細胞特異的に発現する遺伝子Rex-1の制御因子、Rox-1を同定して解析を行った。ジーンターゲティング法を用いた解析により、Rox-1欠損マウスは着床前後の時期に胎性致死となることを明らかにした。また、Creタンパク質を発現させることでRox-1遺伝子を破壊できるES細胞株を用いた実験からは、ES細胞の増殖維持にとってRox-1が必須の遺伝子であることを示唆する結果を得た。また、この細胞においては内在性のRox-1の発現が役1/2に低下しており、このことを利用して、外来性のRox-1を発現させることを試みたところ、内在性のRox-1よりも数倍多い発現量が確保できることがわかった。Rox-1は、ピリミジンに富むDNA配列に結合することを明らかにした。また、未分化特異的遺伝子であるRex-1、Nanog両遺伝子の転写調節領域中にはピリミジンに富む配列が見られ、この領域がそれぞれの遺伝子のプロモーターの活性化に重要であることを示した。核抽出液中に含まれるRox-1のDNA結合活性は、ES細胞の分化に伴って減少するが、これはRox-1タンパクの量的変化によってもたらされるものではなく、Rox-1の何らかの質的変化によってもたらされることを明らかにした。ディファレンシャルハイブリダイゼーションにより得られた遺伝子のひとつ、ETnのプロモーター解析を行い、未分化細胞特異的に機能するエンハンサー領域の絞込みに成功した。また、ゲルシフトアッセイにより、この領域に特異的に見られる結合活性の同定も行い、結合因子同定のためのタンパク精製条件の設定を進めた。
空気を酸化剤とするメタンの部分酸化による窒素を含まない水素・合成ガスの製造

メタンの部分酸化による水素あるいは合成ガスの製造は発熱反応でエネルギー的に有利な反応であるが、酸化剤として純酸素を用いる必要があり、大型装置以外に適用できない。本研究では金属酸化物の格子酸素を酸化剤に用いることにより、この点を克服し、高いメタンの転化率と、水素あるいは合成ガスの選択性を得ることに成功した。金属酸化物としては、酸化ニッケルまたは酸化鉄が優れた性能を示し、いずれの金属にも酸化クロムおよび酸化マグネシウムを複合させることが適していることを明らかにした。酸化反応後に金属酸化物は酸素を失い低原子価の酸化物に還元されるが、空気を用いて酸化し、初期の状態に戻すことができ、メタンとの反応と反応後の酸化物の空気による再生を繰り返すことにより連続的に水素または合成ガスを得ることができる。メタンなどの炭化水素から、合成ガス・水素を製造する新しい方法として、エネルギー効率が高く、起動と停止が比較的容易で、純酸素製造設備などが不要な方法の基礎的な開発を行った。すなわち、固体の金属酸化物の格子酸素を酸化剤としてメタンの部分酸化を行った。高性能な金属酸化物として、鉄族の金属酸化物に着目し。酸化鉄を酸化イットリウムに担持した複合酸化物を触媒として用い、メタンとの反応を800oCで行った。主として完全酸化反応が起こりCO2とH20が生成した。この触媒に種々の金属の添加効果を検討したところ、少量のロジウムを添加することにより、メタン転化率58%、水素選択率77%、CO選択率60%を得た(1式)。このとき複合酸化物中の酸化鉄は金属鉄またはFeOへ還元されていた。酸化剤の複合酸化物を再生するために、メタンと反応後の触媒層へ空気を導入すると、還元された鉄種は酸化されて元の複合金属の原子価状態に戻った。このように再生された酸化物とメタンの反応を行ったところ、最初の複合酸化物とメタンの反応とほぼ等しいメタン転化率、水素、CO選択率で起こった。(2)式の再酸化中の出口ガスは放出し、(1)式のメタンと複合酸化物との反応における生成物から、窒素を含まない水素、COを得る。本プロセスが実用化されるためには、このように反応と再生を繰り返して行っても、酸化物の活性が低下しないことが重要である。酸化鉄20mmolを1グラムの酸化イットリウムと複合化させ、0.5mmolのRhを添加した触媒では、新たに調製した触媒に比べ、3回の反応と再生を行った後には10%程度メタン転化率の低下が生じたが、5回目以降は安定した活性を示し、繰り返し使用に耐えることが分かった。高性能な金属酸化物として昨年度の酸化鉄-酸化イットリウム複合酸化物触媒に代えニッケル酸化物を用い、メタンとの反応を700800°Cで行った。NiOを分散・複合化する酸化物につき検討したところ、MgOを複合化すると(1)式の反応が副反応の炭素析出も少なく進行した。さらに、活性を向上させるため検討を行い,Cr_2O_3を添加することにより、高い合成ガス選択性が得られることが分かった。このとき、反応温度700°Cにおいてメタン転化率92.6%、水素選択率81.6%、CO選択率66%を得た(1式)。このとき複合酸化物中のNiOは金属Niへ還元されていた。酸化剤の複合酸化物を再生するために、メタンと反応後の触媒層へ空気を導入すると、還元されたNiは酸化されて元の複合金属の原子価状態NiOに戻った。このように再生された複合酸化物とメタンの反応を行ったところ、最初の複合酸化物とメタンの反応とほぼ等しいメタン転化率、水素、CO選択率で{1}式の反応が起こった。(1)および(2)の操作を交互に繰り返し連続的に合成ガスを得ることが出来た。高効率なエネルギー変換が可能な燃料電池への期待が高まっているが、その燃料の水素は天然資源として存在しないので、変換製造しなくてはならない。水の太陽光による分解が実用的化されるまでは、メタンなどの炭化水素の変換により得る必要がある。炭化水素の水蒸気改質はすでに確立された技術であるが大規模な設備以外では効率が低い。

本研究はメタンの部分酸化を金属酸化物の格子酸素を用いてに示すように行おうとするもので、通常の部分酸化反応では酸化剤に純酸素が必要であるが、本方式によれば空気を用いて行うことが出来るため、小型の水素発生装置に用いることが出来る。CH_4+M_xO_yCO+2H_2+M_xO_<y-1>{1}。初年度において、Fe_2O_3の格子酸素がRh_2O_3と複合することによりうまく利用でき、高い格子酸素転化率と、CO,H_2への高い選択性を与えることを見いだしたが、本年度は高価なRhの使用を避けるための新たな酸化鉄への添加剤の検討を行い、Fe_2O_3-MgO-Cr_2O_3の複合酸化物がRhを含む触媒と同じ以上の活性・選択性を発揮することを見いだした。触媒の組成がFe_2O_3:MgO:Cr_2O_3=2:0.6:1のときに、反応温度800°Cにおいてメタン転化率75%,Fe_2O_3格子酸素転化率39%の最大の活性を示した。このとき触媒のFe_2O_3は(1)式に示すように3価から低原子価の酸化鉄または金属鉄にまで還元されるが、反応後空気を用いて酸化することによりのように初期の酸化状態に戻すことができ、メタンの部分酸化(1)と触媒の再酸化(2)を繰り返すことにより、純酸素を用いずに合成ガスを製造できることに成功した。