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LNGの冷熱を利用した二酸化炭素の固化除去法の研究

地球環境の立場から二酸化炭素の排出量削減を目的として、LNGの冷熱を利用した昇華法による二酸化炭素の固化除去システムを検討し、以下の成果を得た。1.LNGの冷熱を利用した昇華法による新しい二酸化炭素の固化除去法を提案した。システムは大きく、直接システムと間接システムに分けられ、それぞれのシステムの長所および短所を示した。2.システムの基礎研究として、二酸化炭素および水蒸気ミストの付着を考慮したミスト生成場における物質伝達率を実験的および解析的に明らかにした。これにより、従来ミスト生成は物質伝達の低下を意味するものと考えられていたのに対して、ミスト生成条件によっては物質伝達はむしろ増加することを明らかにし、ミスト付着を積極的に利用することによる昇華量増大の方向性に指針を与えた。3.冷却面上に付着・成長する二酸化炭素霜と水蒸気霜の複合的な霜層成長を実験的および解析的に明らかにした。霜層の成長過程は両霜が混ざり合って成長する混合霜層成長過程と水蒸気霜が優位に成長する水蒸気霜層成長過程に大別された。これらの現象の把握により、二酸化炭素を霜として固化・除去する場合のサイクルの最適化に対し指針を与えた。4.上記の成果により、スケールアップの効果とエネルギ効率の問題が残るが、二酸化炭素のミスト化および霜付着を用いた昇華法による二酸化炭素の固化除去システムはLNGの冷熱と合わせて考えることにより有効であるといえる。LNGの冷熱を利用したCO_2の固化除去システムとして提案されたCO_2ミストにより分離回収する直接システムに加えて、熱交換器を介してCO_2霜として冷却面に付着させ分離回収する間接システムの可能性が示唆された。このため、本年度は両方のシステムに対し基礎となるLNGによる循環ガスの冷却系について主に検討が進められた。得られた成果を以下に示す。1.液体窒素を用いた混合ガスの冷却実験を行い、冷却面上に生じるのC0_2霜の成長速度をCO_2濃度および冷却面温度と関係づけて実験的に明らかにした。2.冷却面上に生じたCO_2霜の成長を結晶成長的立場と拡散による速度論的立場から検討し、CO_2霜の成長課程を理論的に解析し、実験結果との比較検討によりモデルの妥当性を示した。3.境界層内で温度とCO_2濃度が常に熱力学的平衡条件を満足するとした飽和モデルにより、ミスト生成場をともなうCO_2霜の物質伝達率を解析した。しかし、実験結果との比較において両者は大きなずれを生じることを明らかにし、ミストの拡散による霜付着という新しい概念の必要性を示した。4.二酸化炭素と水蒸気の二つの凝結性ガスが含まれる系において、熱力学的飽和モデルによるCO_2ミストとH_2Oミストの複合生成モデルを提示し、複合ミスト生成場における物質伝達率の変化を解析した。5.二酸化炭素と水蒸気の二つの凝結性ガスが含まれる系において、CO_2霜とH_2O霜の複合成長実験を行い、二酸化炭素の固化におよぼす水蒸気の影響を明らかにした。LNGの冷熱を利用したCO_2の固化除去システムとして提案されたCO_2ミストにより分離回収する直接システムに加えて、熱交換器を介してCO_2霜として冷却面に付着させ分離回収する間接システムが提案された。間接システムの基礎となるLNGによる二酸化炭素霜の生成過程として、ミスト生成をともなう物質伝達および二酸化炭素・水蒸気霜の複合成長の二つの観点から検討が進められた。1.上向き冷却面と下向き冷却面を用いたミスト生成をともなう物質伝達率の実験を行い、両者で物質伝達率が異なることを明らかにし、合わせて従来の飽和ミストモデルによる計算と実験結果とは大きなずれを生じることを示した。2.ミスト生成場での物質伝達率を議論するには、生成したミストの冷却面への付着を考慮することが重要であることが明らかにされ、熱泳動および重力沈降によるミスト移動を含めた物質伝達率の整理が示された。3.二酸化炭素と水蒸気の二つの凝結性ガスが含まれる系において、二酸化炭素霜と水蒸気霜の複合成長が実験的に明らかにされ、成長過程は両霜が混ざりあって成長する混合霜層成長過程と水蒸気霜が優位に成長する水蒸気霜成長過程に大別された。
走化性によるバイアスを受ける細菌群の挙動の数理モデル構築と実験的検証

物質を検知して好適環境に移動する走化性(化学走性)のため,自然環境における微生物の存在は一様でない.走化性を示す最も単純な生物である細菌は,ランダムに移動方向を変えて移動しながら異なる時刻における2地点の物質濃度を比較して好適環境に向かっているかを検知しており,方向を変えるまでに一定の応答遅延時間を必要とする.走化性によって偏在する細菌の存在確率の数理モデルを構築するとともに,誘引物質のまわりに集まる細菌の分布を計測し,走化性の強さと細菌分布の関係を明らかにすることを目指した.具体的には,空間の一点に細菌を引き寄せる誘引物質が存在するものとし,そのまわりに集まる細菌を例として,細菌の走性の特徴を取り入れたバイアス付きのランダムウォークの数理モデルの構築をすることにした.微生物の中でも寸法が小さく,運動機能が限られる細菌の運動は他の微生物の走性を最も単純化したものだと考えることができる.バイアス付きランダムウォークの一次元離散モデルを提案し,このモデルで表される細菌分布の解析解を得た.また,これを基に,バイアスの強さ,すなわち,走化性の強さを変えたモデルも作成し,これに対する解析解を得た.これにより,一次元の場合には,バイアスの強さと細菌の定常分布の関係を明示的に示すことができた.さらに,この一次元モデルの直接的な拡張として,二次元モデルを提案した.このモデルを用いて一点に誘引物質が存在する場合のシミュレーションを行い,細菌分布が一次元モデルの場合と同様に指数分布となることを確認した.ただし,分布の勾配は一次元の場合よりも急峻になる.二次元モデルの解析解を得るには至っていない.研究を進めるうちに,細菌の方向転換時の指向性や,個々の細菌の速度の違いが細菌分布に影響することが明らかになった.そのため,サルモネラ菌を用いて,これらの特性の計測を開始している.湖沼,海洋などの水系において,微生物は食物連鎖の底辺にあるものとして,物質の循環,移動に重要な役割を果たしている.とくに細菌は,食物連鎖中の他の生物とは位置付けが異なり,有機物の分解に関与する最終分解者としての役割を担っているものと考えられてきた.しかし,最近では,動物性プランクトンが細菌を捕食するという知見が得られてきたことから,微生物ループと呼ばれる被食者としての細菌を含んだ食物連鎖のモデルが提案されている.このような食物連鎖の中での役割を果たす微生物の存在は一様ではなく,他の大きな生物やその死骸などの表面,他の微生物と共生したバイオフィルムの中,生存に適した酸素や二酸化炭素,他の微生物や生物の老廃物といった物質濃度が生存や増殖に適した溶液条件になっている場所に集中する.すなわち,化学走性や光走性,重力走性などの結果として,微生物の生存密度には偏りが生じているのが自然である.このような偏りは,表面の存在など物理的な境界条件の変化によっても影響を受け,これまでに,境界近傍での微生物の運動が調べられてきており,運動と境界との流体力学的な干渉が,微生物を境界近傍に留まらせる一因となることが判明してきている.本研究では,走性や環境条件によって偏在する細菌の分布を明らかにする数理モデルを構築することを目指す.具体的には,空間の一点に細菌を引き寄せる誘引物質が存在し,そのまわりに集まる細菌を例にし,細菌の走性の特徴を取り入れたバイアス付きのランダムウォークの数理モデルを構築する.微生物の中でも寸法が小さく,運動機能が限られる細菌の運動は他の微生物の走性を最も単純化したものだと考えることができる.申請者が提案したバイアス付きランダムウォークの1次元離散モデルに対して細菌分布の解析解を得た.また,これを基に,バイアスの強さを変えたモデルを作成し,これに対する解析解を得た.一次元の場合に,バイアスの強さと細菌の定常分布の関係が明示的に得られた.ただし,観察結果との比較は未実施である.食物連鎖の中で微生物の存在は一様ではなく,生存や増殖に適した物質濃度や光強度になっている空間に偏在している.このような偏りは,表面の存在など,物理的な境界条件によっても影響を受けることがこれまでに明らかになってきている.本研究では,走性や環境条件によって偏在する細菌の分布を明らかにする数理モデルを構築することを目指す.具体的には,空間の一点に細菌を引き寄せる誘因物質が存在し,その周りに集まる細菌を例として,細菌の走化性の特徴を取り入れたバイアス付きランダムウォークの数理モデルを構築する.微生物の中でも寸法が小さく,運動機能が限られる細菌の運動は他の微生物の走性を最も単純化したものだと考えることができる.昨年度提案した1次元モデルの直接的な拡張として,2次元モデルを提案した.このモデルを用いて一点に誘因物質が存在する場合のシミュレーションを行い,細菌の分布が1次元モデルの場合と同様に指数分布となることを確認した.ただし,分布の勾配は,1次元の場合よりも急峻となる.2次元モデルについては解析解を得るに至っていない.当初考慮していなかった,細菌の方向転換時の指向性や,個々の細菌の速度の違いの影響をシミュレーションによって調べ,これらが細菌分布に影響することが明らかになった.そのため,サルモネラ菌について,これらの特性の調査を開始した.誘因物質を充填した毛細管の先端近傍に集まる細菌分布の計測を開始した.2次元モデルを作成し,シミュレーションを行った.モデルパラメータを決定するのに必要な計測を開始した.

物質を検知して好適環境に移動する走化性(化学走性)のため,自然環境における微生物の存在は一様でない.走化性を示す最も単純な生物である細菌は,ランダムに移動方向を変えて移動しながら異なる時刻における2地点の物質濃度を比較して好適環境に向かっているかを検知しており,方向を変えるまでに一定の応答遅延時間を必要とする.走化性によって偏在する細菌の存在確率の数理モデルを構築するとともに,誘引物質のまわりに集まる細菌の分布を計測し,走化性の強さと細菌分布の関係を明らかにすることを目指した.具体的には,空間の一点に細菌を引き寄せる誘引物質が存在するものとし,そのまわりに集まる細菌を例として,細菌の走性の特徴を取り入れたバイアス付きのランダムウォークの数理モデルの構築をすることにした.微生物の中でも寸法が小さく,運動機能が限られる細菌の運動は他の微生物の走性を最も単純化したものだと考えることができる.バイアス付きランダムウォークの一次元離散モデルを提案し,このモデルで表される細菌分布の解析解を得た.また,これを基に,バイアスの強さ,すなわち,走化性の強さを変えたモデルも作成し,これに対する解析解を得た.これにより,一次元の場合には,バイアスの強さと細菌の定常分布の関係を明示的に示すことができた.さらに,この一次元モデルの直接的な拡張として,二次元モデルを提案した.このモデルを用いて一点に誘引物質が存在する場合のシミュレーションを行い,細菌分布が一次元モデルの場合と同様に指数分布となることを確認した.ただし,分布の勾配は一次元の場合よりも急峻になる.二次元モデルの解析解を得るには至っていない.研究を進めるうちに,細菌の方向転換時の指向性や,個々の細菌の速度の違いが細菌分布に影響することが明らかになった.そのため,サルモネラ菌を用いて,これらの特性の計測を開始している.2次元の場合についての結果を数値シミュレーションを利用して得る.個々の細菌の方向転換時の特性を調べる.一次元流路において細菌の定常分布の計測を行う.個々の細菌の方向転換時の特性の調査を続行する.毛細管の周りに集まる細菌分布の計測データを蓄積する.少額であり,とくに理由はない.試薬などに使用する予定.
チタン酸バリウムストロンチウムにおける高周波誘電特性の発現メカニズムの解明

H21年度までにおいて,通常の強誘電体であるBaTiO3(BT),リラクサー強誘電体であるBaZr0.25Ti0.7503(BZT-0.25),散漫相転移型強誘電体であるBST-0.6について,新規に開発した広帯域誘電分散測定法を用いて,kHzTHzまでの広帯域複素誘電率を測定し,双極子分極、イオン分極、電子分極由来の誘電率を同時に定量化した.結果,通常の強誘電体である,BTにおいてキュリー温度(相転移温度)以上の本来常誘電領域で,双極子分極がBZT-0.25やBST0.6と同様な挙動を示すことがわかった.本年度は,より詳細にBTにおける双極子分極の挙動を解析するため,キュリー温度付近でラマン分光測定を行った.さらに測定したラマン強度を,フォノン相互作用長(Lphonon)を用いたラマン強度の理論式で最小二乗フィッティングし,Lphononの温度変化を調べた.結果,Lphononはキュリー点以上においても0とはならず,正の値を持つことが分かった.Lphononの大きさは,双極子のクラスターサイズを反映していることから,BTの常誘電相においてナノサイズ分極領域(Polar nanoregions,PNRs)が存在していることを示唆する結果となった.この結果は,前年度までに得られた広帯域誘電率測定の結果をサポートするものであり,強誘電体BTにおける常誘電相での双極子分極の起源に大きく迫ることができたといえる.チタン酸バリウムストロンチウムBa_<0.6>Sr_<0.4>TiO_3(BST-0.6)について、開発した高周波複素誘電率測定技術を用いて、数GHzまでの複素誘電率を測定した。さらに、THz領域で反射率測定を行い複素誘電率を決定した。得られたkHzTHz領域までの複素誘電率を周波数関数の理論式で最小二乗フィッティングすることで、kHz-THzまでの広帯域誘電分散スペクトルを得た。これにより、双極子分極、イオン分極、電子分極由来の誘電率(ε_<dipole>,ε_<ionic>,ε_<electronic>)を同時に定量化することが可能となった。結果BST-0.6においては、非常に大きいイオン分極(ε_<ionic>)を持ち、室温付近での双極子分極(ε_<dipole>)の寄与は非常に小さいことがわかった。一般的にイオン分極の緩和周波数は非常に高く数THzまで緩和を示さないため、これがBST-0.6の優れた高周波誘電特性の直接的な発現要因であることが明らかとなった。また、この広帯域誘電分散スペクトル法を用いて、通常の強誘電体であるBaTiO_3(BT),リラクサー強誘電体であるBaZr_<0.25>Ti_<0.75>O_3(BZT-0.25)についても分極挙動の詳細な解析を行うべく複素誘電率の測定をした。結果、強誘電体であるBTと散漫相転移型強誘電体であるBST-0.6は、相転移温度付近でε_<ionic>の温度変化に対する挙動は類似し、BST-0.6とリラクサー強誘電体であるBZT-0.25は相転移温度付近でε_<dipole>の温度変化に対する挙動は類似した結果となった。つまり、強誘電体のリラクサー化は、DPT強誘電体を経由してε_<ionic>とε_<dipole>の連続的な挙動変化で説明ができるということが明らかとなった。強誘電体のリラクサー化のメカニズムを、各分極種による誘電率の変化で定量的に説明した初めての研究例となった。H21年度までにおいて,通常の強誘電体であるBaTiO3(BT),リラクサー強誘電体であるBaZr0.25Ti0.7503(BZT-0.25),散漫相転移型強誘電体であるBST-0.6について,新規に開発した広帯域誘電分散測定法を用いて,kHzTHzまでの広帯域複素誘電率を測定し,双極子分極、イオン分極、電子分極由来の誘電率を同時に定量化した.結果,通常の強誘電体である,BTにおいてキュリー温度(相転移温度)以上の本来常誘電領域で,双極子分極がBZT-0.25やBST0.6と同様な挙動を示すことがわかった.本年度は,より詳細にBTにおける双極子分極の挙動を解析するため,キュリー温度付近でラマン分光測定を行った.さらに測定したラマン強度を,フォノン相互作用長(Lphonon)を用いたラマン強度の理論式で最小二乗フィッティングし,Lphononの温度変化を調べた.結果,Lphononはキュリー点以上においても0とはならず,正の値を持つことが分かった.Lphononの大きさは,双極子のクラスターサイズを反映していることから,BTの常誘電相においてナノサイズ分極領域(Polar nanoregions,PNRs)が存在していることを示唆する結果となった.この結果は,前年度までに得られた広帯域誘電率測定の結果をサポートするものであり,強誘電体BTにおける常誘電相での双極子分極の起源に大きく迫ることができたといえる.
口腔扁平上皮癌に対する新規癌抗原の同定と臨床応用に向けての研究

新規がん抗原同定のために自家がん細胞株とそのCTLのペアの樹立を目指し、札幌医科大学附属病院歯科口腔外科にて治療された頬部口腔扁平上皮がん患者の生検組織よりがん細胞株の樹立に成功し、樹立したがん細胞株の患者のPBLあるいはTILを分離し、rI l-2(50IU/ml)を加えたAIM-VRMediumでの培養を行い、X線照射した自家がん細胞株とPBLあるいはTILとの混合培養を繰り返し行い、CTLを誘導を行い、自家がん細胞株とそのCTLのペアの樹立に成功した。自家がん特異的細胞傷害機構の解析を行った。口腔がんに対する治療法には外科療法、化学療法、放射線療法を単独または併用する治療法が一般的である。これらの治療法においても新たな試みがおこなわれ治療成績は向上してきている。しかし、未だに一長一短がある。そこで本研究の目的はがん患者の治療成績の向上、QOL向上を目指す事にある。申請者らはQOL向上につながる可能性のある新たな治療法としてがんワクチン療法に着目し、新規がん抗原の同定により有効ながんワクチン療法の研究を進めている。新規がん抗原同定のために自家がん細胞株とそのCTLのペアの樹立を目指し、札幌医科大学附属病院歯科口腔外科にて治療された頬部口腔扁平上皮がん患者の生検組織よりがん細胞株の樹立に成功した。現在、樹立したがん細胞株の患者のPBLあるいはTILを分離し、rIl-2(50IU/ml)を加えたAIM-VRMediumでの培養を行い、X線照射した自家がん細胞株とPBLあるいはTILとの混合培養を繰り返し行い、CTLを誘導を行っている。自家がん細胞株とそのCTLのペアの樹立に成功すればCTLによる自家がん特異的破壊機構の解析を行う予定であり、誘導されたCTLの細胞表現型を各種単クローン抗体を用いて、FACS(fluorescence activated cell culture)calburにて検討を行い、自家がん特異的細胞傷害機構の解析を行う。いずれもNK活性、LAK活性は除外した条件で行う。CTLの認識する抗原ペプチドの提示分子(HLA分子)の決定を各種単クローン抗体を用いた細胞傷害活性抑制試験で行う事も予定している。新規がん抗原が同定できればがんワクチン療法の研究を進める事につながり、予防、生存率の向上、QOLの向上につながる重要な課題の一つであると考える。現在、CTLによる自家がん特異的破壊機構の解析を行う予定であり、誘導されたCTLの細胞表現型を各種単クローン抗体を用いて、FACS(fluorescence activated cell culture)calburにて検討を行い、自家がん特異的細胞傷害機構の解析を行う。新規がん抗原同定のために自家がん細胞株とそのCTLのペアの樹立を目指し、札幌医科大学附属病院歯科口腔外科にて治療された頬部口腔扁平上皮がん患者の生検組織よりがん細胞株の樹立に成功し、そのCTLのペアの樹立に時間を要したが、現在、CTLによる自家がん特異的破壊機構の解析を行うところまで進展している。申請者らはQOL向上につながる可能性のある新たな治療法としてがんワクチン療法に着目し、新規がん抗原の同定により有効ながんワクチン療法の研究を進めてきた。CTLによる自家がん特異的破壊機構の解析を行い、誘導されたCTLの細胞表現型を各種単クローン抗体を用いて、FACS(fluorescence activated cell culture)calburにて検討を行い、自家がん

特異的細胞傷害機構の解析を行った。いずれもNK活性、LAK活性は除外した条件で行った。CTLの認識する抗原ペプチドの提示分子(HLA分子)の決定を各種単クローン抗体を用いた細胞傷害活性抑制試験で行った。新規がん抗原同定のために自家がん細胞株とそのCTLのペアの樹立を目指し、札幌医科大学附属病院歯科口腔外科にて治療された頬部口腔扁平上皮がん患者の生検組織よりがん細胞株の樹立に成功し、樹立したがん細胞株の患者のPBLあるいはTILを分離し、rI l-2(50IU/ml)を加えたAIM-VRMediumでの培養を行い、X線照射した自家がん細胞株とPBLあるいはTILとの混合培養を繰り返し行い、CTLを誘導を行い、自家がん細胞株とそのCTLのペアの樹立に成功した。自家がん特異的細胞傷害機構の解析を行った。新規がん抗原同定のために自家がん細胞株とそのCTLのペアの樹立を目指し、札幌医科大学附属病院歯科口腔外科にて治療された頬部口腔扁平上皮がん患者の生検組織よりがん細胞株の樹立に成功したが、自家がん細胞株の樹立に時間を要してしまった。新規がん抗原同定のために自家がん細胞株とそのCTLのペアの樹立を目指し、、樹立したがん細胞株の患者のPBLあるいはTILを分離し、rIl-2(50IU/ml)を加えたAIM-VRMediumでの培養を行い、X線照射した自家がん細胞株とPBLあるいはTILとの混合培養を繰り返し行い、CTLを誘導を行う。自家がん細胞株とそのCTLのペアの樹立に成功したため、CTLによる自家がん特異的破壊機構の解析を行なっている。誘導されたCTLの細胞表現型を各種単クローン抗体を用いて、FACS(fluorescence activated cell culture)calburにて検討を行い、自家がん特異的細胞傷害機構の解析を行う。いずれもNK活性、LAK活性は除外した条件で行う。CTLの認識する抗原ペプチドの提示分子(HLA分子)の決定を各種単クローン抗体を用いた細胞傷害活性抑制試験で行う事も予定している。また、すでに樹立された自家がん細胞株とそのCTL cloneを用いて抗原の同定を行う。さらに、すでに樹立した自家CTL cloneに認識されないがん細胞株と自家CTL clon eに認識されるがん細胞株のDNAマイクロアレイを行い発現の違いを検討し、免疫逃避に関する遺伝子かどうか検討する。免疫逃避に関連する可能性がある遺伝子を同定し、遺伝子の発現を抑制して検討をおこなう。すでに樹立した自家CTL cloneに認識されないがん細胞株を傷害するCTL cloneを新たに樹立し解析を行い、抗原の同定を行う。新規がん抗原が同定できればがんワクチン療法の研究を進める事につながり、予防、生存率の向上、QOLの向上につながる重要な課題の一つであると考える。
タイトジャンクションが決める炎症特性とがん

炎症とがんの相関は、さまざまながんで示唆されて来た。中でも、胃がんは炎症を下地とするがんとして広く知られる。しかし常に、炎症の持続=発がん、ということではない。がんの引金としての炎症の持続に加え、どういった特性を持つ炎症が持続するか、炎症の特性が重要である可能性を示唆する。私どもで作製解析してきた胃に発現の多い、上皮細胞タイトジャンクションTJ構成蛋白質クローディン(Cldn)18のノックアウト(KO)マウスは、胃の成熟にともなって胃酸分泌が開始する新生3日後から、壁細胞・主細胞の減少をともなう偽幽門線化生性の胃炎を生じる。マウスは、その後、好中球優位の炎症を持続させ、1歳例では、腸上皮化生様の変化や良性ポリープ状の変化の出現を認める個体が出現した。一般に、急性炎症が持続すると慢性炎症へと遷移し、好中球優位の急性型の炎症は消退する。しかし、私どものCldn18KOマウスは、1歳の高齢でも、マウスが急性型を優位とする胃炎を示し、慢性活動性胃炎を示すヒトのヘリコバクタピロリ性胃炎と共通する所見である。本研究では、こうした特徴t系な所見を示すCldn18KOマウスを軸に、急性炎症が慢性炎症化することが発がんにどのような重要性と意義を持つかについて、Wnt1-Tgマウスとの2重変異マウス、Cag-Tgマウスの解析を同時に行い相互比較を行いながら、TJとの関わりからの解明を目指した。マウスは、Wntシグナル増強とポリープ形成を惹起する可能性を示唆した。26年度が最終年度であるため、記入しない。炎症とがんの相関は、さまざまながんで示唆されてきた。中でもヒトの胃がんは炎症を下地として生じるがんとして広く知られる。がんの引き金としての炎症の持続に加え、どういった特性を持つ炎症が持続するか、炎症の特性が重要である可能性を示唆する。私どもで作製解析してきた胃に発現の多い、上皮細胞タイトジャンクション(TJ)構成蛋白質クローディン(Cldn)18のノックアウト(KO)マウスは、胃の成熟にともなって胃酸分泌が開始する新生3日後から、壁細胞・主細胞の減少をともなう偽幽門腺化生性の胃炎を生じる。マウスはその後、好中球優位の炎症を持続させ、1歳齢では、腸上皮化生様の変化や良性ポリープ状の変化の出現を認める個体が出現する。しかし、私どものCldn18KOマウスは、1歳の高齢でも、マウスが急性型の胃炎を示し、マクロファージやリンパ球の浸潤を示さない。すなわち、炎症が持続するにもかかわらず、急性炎症が持続し、慢性炎症化しない可能性を示唆する。本研究では、こうした特徴的な所見を示すCldn18KOマウスを軸に、急性炎症が慢性炎症化することが発がんにどのような重要性と意義を持つかについて、Wnt1-Tgマウスとの2重変異マウス、CagA-Tgマウスの解析を同時に行い相互比較を行いながら、TJとの関わりからの解明を目指している。2重変異マウスでは、高度なマクロファージの浸潤等を認めたが、がん化への進展は認められなかった。平成25年度:急性炎症(活動性胃炎)を持続させ、慢性化しない機序の解明;クローディン

18ノックアウトマウスの胃で見られる現象の中でも、急性炎症状態が持続しても、慢性炎症に推移しにくい現象は、炎症の制御(治療)の観点からも重要な現象の1つである。いくつかの原因が推察されるが、こうした推察の正否を見極めるためには、経時的な観察と定量性を含む実験が必要である。これまでにIL-1β、COX2 mRNA、IL-6など関連が予想される遺伝子のいくつかの発現について、リアルタイムPCRや組織蛋白質レベルでの解析を行っているが、慢性炎症のマーカーの数値上昇はほぼ見られない。一方、炎症進展について、炎症担当細胞レベルでの解析が現状では不十分であるが、炎症の広がりや炎症担当/免疫細胞間のシグナルの相互作用を時間空間的に追跡することが重要である。そこで、はじめに、本胃炎の発症の直接の原因と考えられるプロトン漏出により影響を受け、現状で最も早期に発現を開始することが確認されているIL-1βの発現細胞をin situ hybridizationや免疫学的な可視化法による同定を進め、胃内腔を取り囲む上皮細胞でシグナルの亢進を予備的に確認している。また、好中球優位の活動性胃炎が続くCldn18KOおよび、高度なマクロファージ/リンパ球の浸潤をともなうCldn18KOとWnt1との2重変異マウスの追跡も行ってきた。しかし、加齢マウスでも、癌化の出現は認められていない。平成26年度:好中球優位の活動性胃炎が続くCldn18KOおよび、高度なマクロファージ/リンパ球の浸潤をともなうCldn18KOとWnt1との2重変異マウスの追跡も行ってきた。本マウスでは、マクロファージの浸潤など、胃がんを生じる炎症の下地の多くは構築されている。しかし、好中球優位の炎症が続く。そこで、DSSや高食塩による負荷により、炎症の慢性炎症化(リンパ球優位型)と発癌相関についての検討を進める。また、平成25年度で完結していない、胃炎を惹起するIL-1β発現細胞のシグナル経路についての検討をさらに進める。Cag-Tgマウスでは、上皮細胞の極性の異常が認められる可能性があり、Claudin-18ノックアウトマウスでの極性異常や、異形成出現前後の細胞分化状態や細胞の増殖状態についても詳細な検討を進める。主な対象である胃型クローディン18マウスのみではなく、炎症を惹起する他のクローディンノックアウトマウスでの炎症と発がんについての検討も進める。特に、あるクローディンノックアウトマウスでは、腸での自然発症炎症を認める。慢性炎症性腸疾患と発がんとの関係を想定した解析として、追跡する。
インドネシアにおける薬物依存症者に対する現地版認知行動療法の開発と効果検証

まず、インドネシア大学医学研究科精神医学教室と共同で、CBTプログラム案を作成する。世界で普及しているCBTを参考に、尼国の社会背景を反映し、かつ病院外来や保健センターでも提供可能なものにする。次に、パイロット試験を行い、結果をもとに改良し、プログラムを完成させる。最後に、病院、リハビリ施設、保健センター等6施設において、RCTによる効果検証を行う。薬物依存症をもつ者90名を、無作為にCBTを受ける介入群と通常診療を受ける対照群にわりつける。主要アウトカムはQoLとし、WHOQOL-BREFで測定する。治療前(T1)、直後(T2)、追跡3ヶ月時(T3)で評価する。
超短時間パルスアーク放電の材料加工への応用

本研究ではマイクロ秒オーダの超短時間パルスアーク放電を材料加工へ応用するにあたって、その電気特性と放電現象を明らかにすることを目的としている。研究実施計画に従って報告する。1.超短時間パルスアーク放電の電気特性電極として直径3mmのタングステン棒を用い、雰囲気をアルゴンガスとしてアーク放電の実験を行い、再点弧特性を調べた。具体的には50Aで15秒間アークを発生したのち消弧し、ある時間が経過してから、電極間に電圧をかけ、点弧するかどうかを調べた。その結果、消弧時間が長くなるほど、再点弧に必要な電圧は高くなり、ティグアークの場合、電極先端部の温度分布が再点弧現象を支配していることが分かった。2.超短時間パルスアーク放電現象の観察高速シャッターCCDカメラを用いて、超短時間のパルスアーク外観を観察した。点弧直後50マイクロ秒程度までは高輝度のアークプラズマが電極中心軸上に集中しており、それが時間経過とともに周辺に広がっていき、150200マイクロ秒を超えると、定常アークに近づいていくことが分かった。アークプラズマの時定数よりも十分に短いパルスアーク放電を行うと過度応答が重要となり、放電電流の流入出点となる被加工材の極点現象がクローズアップされる。本研究ではマイクロ秒オーダの超短時間パルスアーク放電特性について、電極間距離と放電電流・電圧波形が被加工材の溶融・蒸発現象におよぼす影響を明らかにすることを目的としている。1.超短時間パルス電源の設計・製作電極間放電ギャップに最大800アンペアオーダの大電流パルスを100200マイクロ秒供給できる電源を設計・製作した。電流波形の高速な立ち上がりが要求されるので、コンデンサ放電を利用し、矩形波パルスを得るため多段LCはしご回路を基本とするPFN回路を採用した。2.超短時間パルスアーク放電の電気特性電極として直径3mmのタングステン棒を用い、雰囲気をアルゴンガスとしてアーク放電の実験を行い、再点孤特性を調べた。
微量生体成分分析用超高感度マイクロチップ液体クロマトグラフィーの開発

近年、分析化学におけるダウンサイズ化として、半導体微細加工技術を利用したマイクロ化学分析システムが注目されている。本研究では、微量生体成分の高感度分離検出系を組み込んだ液体クロマトグラフィー(LC)のマイクロチップ集積化を目的とした。最初に、高感度検出を目指して、ベンゾフラザン骨格を有する水溶性の蛍光標識試薬を開発した。水溶性の試薬はマイクロチップ上での分離において問題となる基板への吸着を防ぐことができると考えられる。さらに、核酸類似骨格を有する二環性化合物を合成しその蛍光特性を検討し、デオキシシチジン誘導体が強い蛍光性を有することを明らかにした。今後この骨格を有する蛍光標識試薬を開発する予定である。また、開発した試薬とLCを用いてペプチド類、微量生体成分および薬物の分析法を開発した。これら開発した分析法はマイクロチップ上に集積化可能である。マイクロチップLCの検出系として質量分析も有力視されている。そこで、質量分析用標識試薬を開発し、生体成分の分析法に適用した。本法もマイクロチップ上に集積化可能である。また、モノリス型キャピラリーカラムおよびチップ上でのモノリスカラムの作成に取り組み、分離系の微量化を検討した。さらに、チップ上でのLC用レーザー蛍光顕微検出法の開発に取り組んだ。溶液中の蛍光検出対象物質が対物レンズから近い距離に存在すれば、蛍光を十分に集光できるため高感度に検出できる。そこで流路の厚さが5μm程度以下の部分を作成し、この部分で検出を行うことにより高感度検出を可能にした。今後、これらの方法をマイクロチップ上に集積化する予定である。これはガラスあるいは高分子などの基板上に微細な溝を作成し、この溝を反応場や分離場として利用するものである。分析の極微量化と高速化が可能となるため、マイクロ化学分析システムは、分析化学、生化学、分子生物学、環境化学、臨床診断などに大きく貢献すると考えられる。本研究では、従来の電気泳動法を分離に用いた方法よりも広い範囲の分析対象物質に適用可能と考えられているマイクロチップ液体クロマトグラフィーの開発を目指して研究を行った。平成17年は、マイクロチップ液体クロマトグラフィー開発にむけて、高感度検出のための標識試薬の開発と分離検出系の集積化に取り組んだ。まず、水溶性置換基を有するベンゾフラザン骨格を有する化合物の構造と蛍光特性の関係を検討した。その結果、半経験的分子軌道計算により算出した軌道エネルギーと蛍光特性の関係が明らかになり、水溶性置換基を有する蛍光標識試薬を容易に設計することが可能になった。また、開発した試薬と液体クロマトグラフィーを用いてペプチド類の高感度分析が可能であることが示された。さらに、ベンゾフラザン骨格を有する標識試薬を用いて生体分子のLC/MS分析を行った。ベンゾフラザン標識試薬はLC/MSでも高感度に検出されることが明らかとなり、マイクロチップ液体クロマトグラフィーの検出系として質量分析も有力であることが示された。また、現在、モノリス型キャピラリーカラムおよびチップ上でのモノリスカラムの作成に取り組み、分離系の微量化に取り組んでいる。本研究では、微量生体成分の高感度分離検出系を組み込んだ液体クロマトグラフィー(LC)のマイクロチップ集積化を目的としている。通常、LCは、試料の標識化部、試料の分離部、検出部から構成される。平成17年度は、マイクロチップ上にこれらを集積化することを目指して、キャピラリー内およびマイクロチップ内に分離カラムを作成し分離部の集積化を検討した。

平成18年度は、マイクロチップ液体クロマトグラフィー開発にむけて、高感度検出のための蛍光標識試薬、質量分析用標識試薬の開発と、検出部の開発および集積化に取り組んだ。まず、優れた蛍光標識試薬を開発するため、核酸類似骨格を有する二環性化合物を合成しその蛍光特性を検討した。その結果、デオキシシチジン誘導体が強い蛍光性を有することが明らかになり、この骨格が優れた蛍光標識試薬となりうることが示唆された。また、マイクロチップLCの検出法として質量分析法も有力視されている。そこで、質量分析用標識試薬を開発した。また、これまでに開発したベンゾフラザン骨格を有する蛍光標識試薬とLCを用いて、微量生体成分および薬物の分析法を開発した。これら開発した分析法はマイクロチップ上に集積化可能である。さらに、チップ上でのLC用レーザー蛍光顕微検出法の開発に取り組んだ。溶液中の蛍光物質が対物レンズから5μm以下の距離に存在すれば、蛍光を十分に集光できるため高感度に検出できることが明らかとなったので、流路の厚さが5μm程度以下の部分を作成し、この部分で検出を行うことにより高感度検出を可能にした。今後、これらの方法をマイクロチップ上に集積化する予定である。
ボツリヌス菌毒素の活性ドメインと機能に関する研究

ボツリヌス菌毒素は、運動神経と筋細胞との連絡部である神経終末に作用する。毒素は、神経終末からの化学伝達物質の放出を抑制し、神経刺戟の伝達を阻害する。この結果、ヒトや動物に致死性の運動麻痺が起こる。本研究は、ボツリヌス菌毒素の持つ機能を、毒素の分子構造と関連づけて解明することを目的とした。毒素は、SS結合で結ばれた2種のサブユニット(H-Chain,L-Chain)で構成されている。毒性発現には、これら2種のサブユニットが相補的に働くと考えられている。毒素を種々の蛋白分解酵素で限定分解すると、H-Chainが2分されていることから、毒素分子は、L、H-1、H-2の3種類のドメインから構成されていることを明らかにした。毒素の脳シナプトゾームへの結合は、H-Chainが関与していることがわかっている。H-Chainを認識するモノクローナル抗体を用いて、毒素の結合阻害実験を行った結果、H-2認識モノクローナル抗体が、毒素の脳シナプトゾームへの結合を完全に抑制した。さらに、H-2を単離し、同様の実験を行った結果、毒素の結合は、H-2で完全に阻害された。これらの結果から、毒素分子の脳シナプトゾームへの結合は、H-2部分に担われていることが明らかになった。一方、脳シナプトゾームをノイラミニダーゼ処理すると、毒素の結合は減少した。しかし、ガングリオシドを再封入することにより毒素のシナプトソームへの結合は回復した。蛋白分解酵素処理すると、シナプトゾーム内のシアル酸量は変化しないが、毒素は結合しなくなった。これらの結果は、神経膜上の毒素の結合物質は、ガングリオシドと未知の蛋白成分が関与していると考えられた。これらの物質の可溶化を試み、リポソームに再構成し結合実験を行った結果、シナプトゾームと同一の結合様式を持つことがわかった。現在、これらの成分の精製を行っている。ボツリヌス菌毒素は,運動神経と筋細胞との連絡部である神経終末に作用する.毒素は,神経終末からの化学伝達物質の放出を抑制し,神経刺激の伝達を阻害する.この結果,ヒトや動物に致死性の運動麻痺か起こる.本研究は,ボツリヌス菌毒素の持つ機能を,毒素の分子構造と関連づけて解析することを目的とする.毒素はH-chainとL-chainの2つのサブユニットから構成されている.毒素を蛋白分解酵素で限定分解するとH-chainが2分されることから,毒素がL, H-1, H-2の3種類のドメインから構成される分子モデルを提唱した.酵素処理毒素から, LとH-1がS-S結合したフラグメント(L・H-1)と, H-2フラグメントの精製に成功し,このモデルを立証した.毒素は脳シナプトゾーンに結合し, H-chainがこれに関与することが解っている.H-2を認識するモノクローナル抗体は,毒素のシナプトゾームへの結合を完全に抑制した. H-1認識モノクローナル抗体による結合阻害もみられたが,部分的な阻害に停った. L・H-1あるいはH-2による毒素のシナプトゾーム結合の阻害実験を行った. L・H-1による阻害は弱く,すべてのドメインを持つ毒素の約10%の阻害率を示した.H-2は毒素のシナプトゾームへの結合を阻害した.但し,毒素に比べると阻害率は低かった.

脳シナプトゾームをシアリダーゼ処理し,ガングリオシドを取り除くと,毒素はシナプトゾームに結合しなくなった.蛋白分離酵素処理した場合,毒素のシナプトゾームへの結合量は減少したが,減少の程度は,シアリンダーゼ処理シナプトゾームよりも低かった.以上の結果から,毒素の神経細胞膜への結合は,主にH-2ドメインによること,結合に関与する膜側の物質には,ガングリオシドと未知の蛋白成分が考えられることが明らかとなった.次年度では,蛋白成分の単離を試み,各ドメインとの反応性について検討する.ボツリヌス菌毒素は、神経終末部に作用し、アセチルコリンの放出を阻害する。毒素は、SS結合で結ばれた2種のサブユニット(H-chain,L-chain)で構成されている。H-chainをさらに蛋白分解酵素で限定分解すると2分されることから、毒素は、L、Hー1、Hー2の3種類のドメインから構成されることが明らかになった。毒素の神経膜への結合は、H-chainが関与することがわかっている。Hー2認識モノクローナル抗体は、毒素の結合を阻害する。L、Hー1は毒素の結合を阻害しない。これらの結果から、Hー2が神経膜への結合を担っていることが予想される。実際、毒素をパパインで限定分解し、HPLCにより高度に精製したHー2を用いて毒素の神経膜への結合阻害実験を試みた結果、Hー2は毒素と同程度の阻害を示し、Hー2が神経膜への結合を担っていることが明らかになった。神経膜上の毒素の結合部位の性状を明らかにするために以下の実験を行った。脳シナプトソームをノイラミニダーゼ処理すると、毒素はシナプトソームに結合しなかった。ガングリオシドを膜内に組み込むと、結合能は部分的に回復した。リシルエンドペプチダーゼ処理シナプトソームに、A型毒素は結合したが、B型毒素は結合しなかった。毒素結合物質を単離するために、種々の条件下で可溶化を試みた。可溶化された物質をさらにリポソームに再封入し、結合実験を行った結果、シナプトソームとの結合と同一の結合様式をとることがわかった。これらの成績から、毒素の膜への結合に、ガングリオシドと蛋白成分が関与していると考えられる。現在、蛋白成分の精製を試みている。
我が国の妊婦の睡眠障害に関する疫学研究

わが国における妊婦のむずむず足症候群(RLS)の有病率を国際むずむず足症候群研究班(IRLSSG)による診断基準に基づいて再検討し、睡眠障害ならびに生活習慣や社会経済的状態、妊娠状況などの関連要因を疫学的に明らかとすることを目的に、全国規模の調査を実施した。調査は、社団法人日本産婦人科医会の全国調査定点である940施設の産科医療機関のうち、最終的に調査協力の獲られた344施設で実施した。対象者は当該産科医療機関を受診した、妊娠が確定した再診の妊婦とし、初診の者、妊娠未確定の者および妊娠継続を望まない者は除外された。対象者には受診待ち時間に自記式調査票に回答記入してもらい、密封封筒により回収した。19,649件が回収され、そのうち19,441件が有効回答として解析された。妊婦のRLS有病率は全体で2.9%となり、30歳代を最小としてU字形を示した。RLS群の平均睡眠時間は非RLS群に比べて有意に短く、各睡眠問題とRLS有病率とには有意な関係が観察された(p<.0001)。また、第3トリメスターで有病率は有意に増加していた(p<.0001)。多重ロジスティック回帰分析では、RLSと妊娠第3トリメスター(OR1.92)、経産婦(ORO.76)、喫煙(OR1.54)、主観的睡眠評価(OR1.68)、入眠障害(OR2.44)、早朝覚醒(OR1.80)、日中の過剰な眠気(OR1.89)とに強い関連があった。IRLSSGによる診断基準に基づくと、日本における妊婦のRLS有病率は以前の報告ほど高くなく、一般日本人のそれとほぼ同じであり、西洋での有病率より低いことから遺伝的背景が大きいと考えられた。一方で、他の妊婦での報告と同様に第3トリメスターや初回妊娠での率の増加や、一般人での報告と同様に入眠障害とDMSはRLSとの強い関連といった特徴が認められ、RLSの発生機序解明と妊婦の睡眠問題解決への糸口となるものと考えられる。女性の妊娠出産などによっておこる睡眠障害の存在は一般にもよく知られている。ところが,睡眠に関する疫学的調査,研究において先進的な地歩を占める米国においても,女性の睡眠問題に関する調査研究は非常に少なく,米国睡眠障害研究委員会の報告書によれば,睡眠研究における文献の85%が男性に関して行われており,特に,月経周期・妊娠・周産期や閉経に関連する睡眠障害の訴えが高いにもかかわらず,睡眠についての知見の大部分は男性に関するものが多数を占めそいる。特に最近不眠の原因として注目され、妊婦に多いといわれているRestless LegsSyndrome:むずむず脚症候群(以下RLS)は19.9%の妊婦がこの調査においてRLSを訴え、この症状のある妊婦はない妊婦に比べ不眠症の割合が有意に高く、睡眠時間も有意に短いことが報告された。しかしながら、この調査は自記式アンケート方式でRLSに関連する質問項目もその信頼性について内外から指摘され、さらなる調査の進展が期待された。

一方、RLSは夜間睡眠中に不快な耐え難い感覚が起こり、下肢を中心に不穏な運動が見られ、貧血の症状を持つ妊婦の睡眠障害の大きな原因と他の研究からは報告され、さらなる研究が望まれている。そこで、RLSの国際的に認められたクライテリア(International Restless Legs Syndrome Study Group)を参考にしたRLSに関する日本語版面接用調査票を開発した。東京都I区に平成15年に出生した約4000人の乳児を持つ母親からランダムにサンプルした対象者1000人に対し妊娠中のRLSの症状について調査を実施し、今後解析する予定である。その結果を基にしてさらに調査を実施する予定である。女性の妊娠,出産などによっておこる睡眠障害の存在は一般にもよく知られている。ところが,睡眠に関する疫学的調査,研究において先進的な地歩を占める米国においても,女性の睡眠問題に関する調査研究は非常に少ない。米国睡眠障害研究委員会の報告書によれば,睡眠研究における文献の85%が男性に関して行われている。特に,月経周期・妊娠・周産期や閉経に関連する睡眠障害の訴えが高いにもかかわらず,睡眠についての知見の大部分は男性に関するものが多数を占めている。また、特に最近不眠の原因として注目され、妊婦に多いといわれているRestless LegsSyndrome:むずむず脚症候群(以下RLS)は19.9%の妊婦がこの調査においてRLSを訴え、この症状のある妊婦はない妊婦に比べ不眠症の割合が有意に高く、睡眠時間も有意に短いことが報告された。しかしながら、この調査は自記式アンケート方式でRLSに関連する質問項目もその信頼性について内外から指摘され、さらなる調査の進展が期待された。日本全国の産婦人科医療機関約1,000箇所に作成した調査票を送付し、300箇所の医療機関から回答があり、約20,000人の妊婦が回答した。18年度はその解析を実施する。わが国における妊婦のむずむず足症候群(RLS)の有病率を国際むずむず足症候群研究班(IRLSSG)による診断基準に基づいて再検討し、睡眠障害ならびに生活習慣や社会経済的状態、妊娠状況などの関連要因を疫学的に明らかとすることを目的に、全国規模の調査を実施した。調査は、社団法人日本産婦人科医会の全国調査定点である940施設の産科医療機関のうち、最終的に調査協力の獲られた344施設で実施した。対象者は当該産科医療機関を受診した、妊娠が確定した再診の妊婦とし、初診の者、妊娠未確定の者および妊娠継続を望まない者は除外された。対象者には受診待ち時間に自記式調査票に回答記入してもらい、密封封筒により回収した。19,649件が回収され、そのうち19,441件が有効回答として解析された。妊婦のRLS有病率は全体で2.9%となり、30歳代を最小としてU字形を示した。RLS群の平均睡眠時間は非RLS群に比べて有意に短く、各睡眠問題とRLS有病率とには有意な関係が観察された(p<.0001)。また、第3トリメスターで有病率は有意に増加していた(p<.0001)。多重ロジスティック回帰分析では、RLSと妊娠第3トリメスター(OR 1.92)、経産婦(OR 0.76)、喫煙(OR 1.54)、主観的睡眠評価(OR 1.68)、入眠障害(OR 2.44)、早朝覚醒(OR 1.80)、日中の過剰な眠気(OR 1.89)とに強い関連があった。
地震断層における熱圧化履歴の地球化学的・岩石学的評価

地震時の断層滑りを大きく拡大させる要因である熱圧化を、個々の地震断層が過去に経験したかどうかを評価するための手法として、断層の岩石の化学分析を検討した。米国のコディアック付加体中のプレート境界断層および長野県の中央構造線の活断層について、熱圧化の前提となる高温(250>350°C)の水(流体)が地震時に存在した化学的証拠を分析により示した。また、地震時の断層滑りを再現する室内実験に基づき、高温流体が断層の岩石の化学組成を変化させることを立証した。300°Cを超える温度条件では断層の岩石の化学組成変化はモデル計算による予想と概ね一致し、断層の熱圧化履歴の化学的評価法構築に向けて前進した。1.台湾チェルンプ断層(TCDP掘削コア試料)および中央構造線安康路頭で採取された断層岩・母岩の微量元素分析を行った。TCDP試料からは、地震時の高温の流体岩石相互作用により、リチウムやセシウム等、既に含有率の変化を明らかにしていた元素のみならず、ヒ素やモリブデンの含有率にも変化が生じていることが明らかとなった。ただし、より明快なデータを得るためには母岩に含まれている炭酸塩を取り除いてから再分析する必要があることも明らかとなった。2.地球深部探査船「ちきゅう」による東北地方太平洋沖地震調査掘削(JFAST)に乗船研究員として参加し、掘削コア試料と間隙水を採取した。断層岩を含む岩石試料は、本事業で新規導入した精密破砕機(マルチビーズショッカー)で粉末化し分析の準備が整った。間隙水についてはストロンチウム同位体比、ホウ素同位体比の測定を行い、複数の水起源物質の存在、およびプレート境界断層付近における流体岩石相互作用の変化を示唆する予察的なデータを得た。間隙水に関する成果については国際学会であるAGU Fall Meeting(サンフランシスコ)で発表を行った。3.断層岩の地球化学的分析に基づき地震時の断層における流体岩石相互作用についてこれまでに得られた知見を論文にまとめて学会誌に投稿し、掲載された。また、中央構造線安康路頭の断層岩の分析に基づき原岩を推定した成果を論文として投稿し、受理された。さらに、断層岩の地球化学的解析の基礎データとなる海洋地殻断面のホウ素同位体比の分布に関する成果が国際誌に論文として掲載された。1.地球深部探査船「ちきゅう」による東北地方太平洋沖地震調査掘削(IODP Exp.343,略称JFAST)で採取した間隙水試料の主成分・微量元素分析(昨年度実施)に基づき,プレート境界断層に沿った流体移動およびそれが温度分布に与える影響を評価した。これに基づき,JFAST掘削孔の温度計測においてプレート境界断層で検出された約0.3°Cの正の温度異常は地震時の摩擦熱によるものと断定し,地震時の断層の動的摩擦係数が非常に小さかった(約0.08)ことを明らかにした。地震時の熱圧化を示唆し,巨大津波発生機構の理解につながるこの成果は,サイエンス誌に掲載された。2.JFASTコア試料の微量元素・同位体分析により,プレート境界断層の岩石は希土類元素等に富む特徴的な組成を持つことが分かった。また,太平洋プレート上の掘削孔DSDP Site 436の掘削コア試料との比較から,断層岩の原岩は始新世中新世のスメクタイトに富む堆積物であることが判明した。この成果については国際学会であるAGU Fall Meeting(サンフランシスコ)で発表を行った。3.地震時の滑りによる断層物質の破壊がメカノケミカル効果により断層の滑り特性に与える影響を評価した論文が国際誌に掲載された。また,長野大鹿村の中央構造線の断層の分析により地震滑りに伴う最高250°Cに達する流体岩石相互作用の痕跡を検出したほか,南海トラフの巨大分岐断層掘削(IODP Exp.316)で得られたコア試料の分析データの解析から地震時の断層温度が150250°C程度であったことを明らかにした。これらの成果をとりまとめ論文として投稿した。4.断層における流体岩石相互作用を評価する新しいツールとなり得る岩石のホウ素同位体比をマルチコレクターICP質量分析計で測定する手法について基礎技術を確立した。1.断層岩の化学分析(主成分・微量元素分析および同位体分析)等による下記の成果が国際学術誌に論文として公表された。(1)長野県大鹿村の中央構造線の断層岩の分析に基づき、この活断層が高ナトリウム・リチウムの有馬型深部流体の存在下で、地震時に最高250°Cの流体岩石相互作用を経験し、熱圧化も生じた可能性があることを示した成果。(2)南海トラフの掘削(IODP Exp.316)で得られた巨大分岐断層コア試料の分析データについて化学平衡論、反応速度論の両方を考慮した新しい解析法を導入し、地震時の断層温度が150250°C程度であったことを示した成果。(3)アラスカのコディアック付加体中の化石断層(地震発生帯深度のプレート境界断層に相当)の分析に基づき、地震時の断層内で350°C以上の流体岩石相互作用が生じたことを明らかにした成果。(4)台湾チェルンプ断層掘削試料の微小組織や炭質物の観察に基づき、最新の滑り帯における超微細粒子の存在や温度条件を示した成果。(5)流体過程を解析するための基礎データである熱水および海洋地殻中のホウ素同位体比の変化とその成因を示した成果。2.IODP東北地方太平洋沖地震調査掘削(JFAST)試料のホウ素

同位体分析により、プレート境界断層およびその周囲が地震時に比較的低温で、高温流体との相互作用があったとすればそれは極めて限られた部分で生じたという予察的なデータを得た。この成果についてはAGU Fall Meeting(2014年12月、米国サンフランシスコ)で発表した。3.断層岩の化学分析を用いた地震時の流体岩石相互作用の評価法の現状と展望について、Goldschmidt国際会議(2014年6月、米国サクラメント)で招待講演を行った。1.断層岩等の化学分析(微量元素・同位体分析)に基づく下記の成果を論文として公表した。(1)台湾チェルンプ断層掘削で得られた断層周囲の母岩試料について、間隙水圧コントロール下で地震時の断層滑りを再現する高速摩擦実験を行い、生成された断層岩の分析を行った。その結果、断層滑りに伴う摩擦加熱で断層岩の温度が300°C以上に達した場合、高温の流体岩石相互作用により断層岩中のリチウム濃度が明瞭に低下することを、世界で初めて実験的に明らかにした。(2)陸上の露頭から採取された阿寺断層の試料について分析を行った。300°Cを超えるような化学シグナルは検出されなかったが、地震時に断層岩が酸化的な地下水と接触したことに起因する鉱物・化学組成変化を見出した。(3)統合国際深海掘削計画(IODP)Exp. 333により南海トラフ南側から採取された四国海盆堆積物(堆積年代は700万年前現在)についてストロンチウム・ネオジム・鉛同位体分析を行い、沈み込みにより将来断層帯に持ち込まれる堆積物の同位体的特徴と供給源の長期変動を明らかにした。2.上記の結果および前年度までの結果に基づき、地震時の断層帯における高温の流体岩石相互作用がもたらす組成変化について総合的な解析を行った。300°C以上の場合においては、天然の断層試料の分析結果、高速摩擦実験試料の分析結果、化学平衡を仮定したモデル計算の結果、および反応速度論的解析の結果は概ね一致し、地震時の流体岩石相互作用の判定手法として断層岩の化学分析が有効であることを明らかにすることができた。取りまとめた結果について、日本地球惑星科学連合2015年大会、国際研究集会「Symposium on subduction zone earthquakes in Nankai Trough & Japan Trench」で招待講演を行った。地震時の断層滑りを大きく拡大させる要因である熱圧化を、個々の地震断層が過去に経験したかどうかを評価するための手法として、断層の岩石の化学分析を検討した。米国のコディアック付加体中のプレート境界断層および長野県の中央構造線の活断層について、熱圧化の前提となる高温(250>350°C)の水(流体)が地震時に存在した化学的証拠を分析により示した。また、地震時の断層滑りを再現する室内実験に基づき、高温流体が断層の岩石の化学組成を変化させることを立証した。300°Cを超える温度条件では断層の岩石の化学組成変化はモデル計算による予想と概ね一致し、断層の熱圧化履歴の化学的評価法構築に向けて前進した。本課題により中央構造線とコディアック付加体の断層帯で新たに地震時の高温流体岩石相互作用の証拠が得られ、断層岩の化学分析による地震時の熱圧化評価への道が大きく拓けてきた。また、新しい地球化学的ツールであるホウ素同位体分析の導入により、当初予定していなかった東北地方太平洋沖地震の断層帯最浅部における地震時の流体岩石相互作用の実態が判明しつつある。