hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
分子シャペロンによる基底膜分子構築の操作と癌細胞の浸潤・転移機能の解析

1.細胞レベルで基底膜形成の分子機構を解析するため、すでにhsp47^<+/->、hsp47^<-/->ES細胞を樹立している。これらの細胞からembryoid bodyをつくらせ、基底膜の分子構築の動態を解析する。また、これらES細胞をレチノイン酸やcyclicAMPで分化させ、その際に誘導されるIV型コラーゲンの分子構造を調べることによって、IV型コラーゲンの分子異常がどのように基底膜形成に関与するかを明らかにする。実績:hsp47^<-/->ES細胞から作らせたembryoid bodyでは、基底膜ができないことが明らかになり、さらにIV型コラーゲンの分泌速度が遅くなっていることもわかった。2.hsp47遺伝子破壊は胎生致死となるため、マウスが成熟してからアデノウイルスによってCre遺伝子を発現させ、hsp47を破壊することによって、基底膜の構築に異常を起こさせる。このようなマウスに癌細胞を接種し、基底膜を介した遠隔転移を観察する。実際に組織中で、どのように癌細胞が基底膜を越えて浸潤・転移していくかを観察することによって、基底膜による転移の阻止能に関する情報を得る。実績:Cre遺伝子によるコンディショナルノックアウトを行うため、LoxP-hsp47遺伝子に置換したトランスジェニックマウスを樹立確立した。現在このマウスをホモにもったマウスを得る作業を行っているところであり、さらにアデノウイルスで制御されたCre遺伝子の発現系を作るところである。
光刺激によるクラゲ卵成熟誘起神経ペプチドの合成・蓄積・放出動態の解明

刺胞動物ヒドロ虫綱のClytiaクラゲは光状態の変化(暗状態から明状態)に応じて毎日、卵成熟を開始し放卵に至る。本研究では、Clytiaクラゲ卵成熟誘起ホルモン(神経ペプチド)の放出・蓄積機構を明らかにする。(1)クラゲ卵巣において神経ペプチド前駆体遺伝子から、神経ペプチドが作られること、(2)卵成熟開始前の卵巣では、卵成熟誘起ペプチドが卵巣上皮細胞に網目状に(散在神経様)に張り巡らされていること、(3)光刺激を与えると、卵成熟時にペプチド神経から放出される事が明らかになった。さらに、放卵した後の卵巣の神経ペプチドの蓄積のタイミングが明らかになった。刺胞動物ヒドロ虫綱に属すクラゲClytiahemisphaelicaは光環境の変化で(暗状態から明状態)卵成熟を開始し放卵にいたる。本研究ではClytiaクラゲを用いて卵成熟誘起ホルモンに関する研究を行った。Clytia hemisphaelicaのトランスクリプトームから神経ペプチド前駆体をBlastサーチおよびモチーフ検索を組み合わせて検索したところ、少なくとも6つの候補遺伝子が見つかった。これらが卵巣に発現しているかどうかを、qPCR法で確認したところ、2つの遺伝子が卵巣に発現している事が明らかになった。In situ解析により、この2つの遺伝子は卵巣上皮細胞に点在している事が確認された。次に、この神経ペプチド前駆体から合成されることが予想されるペプチドを6種類人工合成し、卵母細胞に投与した所、ペプチドAおよびペプチドPにおいて非常に低濃でも卵成熟を引き起こす事が明らかになった。これらのペプチドが神経ペプチドであるかどうかを確認するため、ペプチドPおよびペプチドAに対する抗体を作成し、免疫組織科学を行った結果、ペプチドAおよびペプチドPポジティブ細胞は、卵巣の外胚葉上皮細胞に散在神経細胞様に点在することが明らかとなった。また、二重染色の結果から、ペプチドAおよびPはほぼ同一神経細胞に発現している事が分かった。Clytiaクラゲにおいて、実際の卵成熟時にペプチドAおよびペプチドPが卵成熟誘起物質として働いているかどうかを明らかにするため、抗体を用いた阻害実験を行った。その結果、ペプチドPを阻害した場合のみ卵成熟が阻害される事が明らかとなり、Clytiaクラゲ卵成熟誘起物質は神経ペプチドPである事が強く示された。本研究の成果は、動物の卵成熟開始機構の「進化」や「原型」を理解する上で、大きな学術的意義を持つと考えている。クラゲなどの刺胞動物は動物界において原始的な神経系を有すると考えられている。クラゲの卵成熟誘起ホルモンは、神経伝達物質そのものであることが分かりつつあり、卵成熟誘起ホルモンおおよび神経系の「原型」や「進化」を考える上で重要である。本研究で扱う刺胞動物ヒドロ虫綱のClytiaクラゲは光状態の変化(暗状態から明状態)に応じて毎日、卵成熟を開始し放卵に至る。本年度の研究では、Clytiaクラゲ卵成熟誘起ホルモン(神経ペプチドP)の放出のタイミングおよび蓄積のタイミングを、生理実験と免疫組織化学を組み合わせて明らかにする事を目指した。まず、神経ペプチドPに対する抗体を作成したところ、非常に特異性の高い抗体を作成する事ができ、免疫組織化学に有用である事が分かった。この抗体を用いて免疫組織化学を行う事により、卵成熟開始前の卵巣では、神経ペプチドPは卵巣上皮細胞に網目状に(散在神経様)に張り巡らされている事が分かった。このシグナルは卵成熟開始刺激である光刺激を与えると、約45分後にはほぼ検出されなかった。神経ペプチドPは光刺激後にペプチドP神経から放出される事が予測され、このタイミングは卵成熟開始時と一致する事が明らかになった。次に、一度放出されたペプチドPが次回の放卵までに再度蓄積されるかどうかを調べたところ、前回の放卵から約6時間経過した卵巣では弱いシグナルが得られ、約18時間経過した卵巣は、放卵直前の卵巣のシグナルとほぼ同程度の強度のシグナルが得られた。以上の結果から、クラゲ卵成熟誘起ホルモンである神経ペプチドPは、光刺激により放出され、その後徐々にペプチドP神経に蓄積され翌日の放卵までには蓄積が完了する事が明らかになった。本研究により、毎日の放卵を可能にしているクラゲの卵成熟誘起ホルモン放出機構を解明していく上で、重要な基礎データが得られたと考えている。(1)Clytiaトランスクリプトームを用いて、Clytiaクラゲ卵巣に発現する神経ペプチド前駆体遺伝子を特定することが出来た。(2)神経ペプチド前駆体遺伝子から、卵成熟誘起ホルモン候補ペプチドを抽出する事ができた。(3)卵成熟誘起ホルモン候補ペプチドのうち、ペプチドPが生体内で実際に卵成熟誘起ホルモンとして働いていることを示す事ができた。(4)Clytiaクラゲの卵成熟誘起ホルモンは神経ペプチドである事を示す事ができた。

以上の結果から、本研究は概ね順調に進展している。生殖生物学Clytiaクラゲは光状態の変化(暗状態から明状態)に応じて、毎日(24時間周期)一度放卵を行う。この仕組みを解明するため、今後は、Clytiaクラゲ卵成熟誘起ホルモンである神経ペプチドPに着目し以下の解析を行う。(1)生理実験と免疫組織化学を組み合わせ、神経ペプチドPの放出のタイミングを特定する。(2)免疫組織化学により、神経ペプチドPの蓄積のタイミングを特定する。(3)放卵した後、いつから光刺激に応じて神経ペプチドPを放出する事ができるのか?生理実験と免疫組織化学を組み合わせ検討する。共焦点顕微鏡を利用するため、仙台への出張を3回予定していたが、実験の準備状況から、実際に行ったのは1回だったため、旅費の使用額が減った。それに伴い、謝金、物品の輸送などが減ったため、その他の使用額も減った。今年度は、当初の予定通り研究費を使用する。また、昨年度予定していた出張を遂行する。
東アジアにおけるイノベーション・モデルのアメリカ化：医療機器産業の事例研究

本研究では,東アジアにおけるシリコンバレー型イノベーション・モデルの影響力の高まりを「イノベーション・モデルのアメリカ化」現象としてとらえ,東アジアにおけるそのインパクトと,この現象の背後で働いているアクター間関係を分析する。2018年度は,以下の分析を進めた。第1に,台湾におけるシリコンバレー志向型の起業・イノベーション政策の展開とその背後で働くアクター間関係に関する論考を執筆した。この論文では,主に台湾の政府,シリコンバレーの台湾出身のハイテク移民らの役割に注目して,政策レベルでの「イノベーションのアメリカ化」を考察した。これは,2019年度中に書籍の一章として刊行できる見通しである。第2に,前年に続き,台湾におけるシリコンバレーとのリンケージを活用した医療機器イノベーション・コミュニティの創出・育成の試みに関する調査を行った。台湾のイノベーション政策関係者ら,スタートアップ関係者らへのインタビューを進めたほか,シンガポールの同セクターにも分析を広げ,シンガポールにおけるバイオデザインプログラムの導入過程と現状に関する調査を行った。第3に,シリコンバレーでの調査を行い,大学やアクセラレータといったアクターのアジア展開についての調査を行った。第4に,台湾をはじめとする東アジアにおいて,スマートフォンを活用したモバイルヘルスのスタートアップが出現しつつあることを踏まえて,派生的な研究テーマとして,スマートフォンのイノベーション・ネットワークと,同産業にみる米国ーアジア間リンケージに関する考察も行った。調査は概ね順調に進んでいる。台湾における政策レベルの「イノベーションのアメリカ化」現象の考察は,2019年度中に刊行できる見込みである。2019年度は,医療機器の事例に関する論文執筆を行う予定である。また,これまで分析を行ってきたスマートフォンについても,モバイルヘルス分野のスタートアップ登場の背景として引き続き分析を行いたい。本研究では、東アジアにおけるシリコンバレー型イノベーション・モデルの影響力の高まりを「イノベーション・モデルのアメリカ化」現象としてとらえ、東アジアの経済発展に対するそのインパクトと、この現象の背後で働いているアクター間関係を分析する。事例分析の対象として、台湾、中国の高付加価値型医療機器セクターを取り上げる。初年度にあたる2017年度は、以下の分析を進めた。第一に、文献サーベイを行い、アメリカのイノベーション・システム、シリコンバレーとアジアのハイテク・コミュニティのリンケージに関する先行研究、イノベーション・システムにおける産官学間関係に関する既存研究のサーベイを進めた。第二に、台湾における、シリコンバレーとのリンケージを活用した医療機器イノベーション・コミュニティの創出・育成の試みに関する調査を行った。具体的には、台湾の医療機器スタートアップの創業者、シリコンバレー活用型の医療機器エコシステム創出の試みであるスタンフォード・台湾バイオメディカルプログラムの関係者、台湾のイノベーション政策関係者らへのインタビューを進めた。特に、「スタンフォード・台湾バイオメディカルプログラム」の関係者らへのインタビューを通じて、台湾においてシリコンバレーと深いつながりを持つ医療機器イノベーション・コミュニティが立ち上がり、この成功を受けて同様の政策的な取り組みが他の分野にも広がりつつあることを確認できたことは、有益であった。おおむね順調に進展している。ただし、本研究の準備段階、および2017年度に行った調査から、中国の医療機器エコシステムの現状は、本研究の問題意識とはやや隔たりがあることが分かってきた。シンガポール、インド等の事例のほうが、医療機器セクターにおける「イノベーション・モデルのアメリカ化」の事例としてはふさわしい可能性がある。(1)台湾の事例を集中的に掘り下げつつ、シリコンバレーでの調査を通じてアジアとの関わりを広く分析する手法をとるか、あるいは(2)中国ではなくシンガポールを分析事例として台湾との比較を行うか、そのいずれの分析戦略をとるかを2018年度前半に決定する予定である。引き続き、研究計画に基づいて、文献サーベイを行いつつ、アメリカ、台湾、中国ないしシンガポール・インドにおいて、医療機器ベンチャーの創業者、意述べ〇ション政策担当者、ベンチャーキャピタル、ユーザーである医師等へのインタビュー調査を実施する予定である。2017年度は台湾での調査と文献サーベイを中心に研究を進めたため、米国出張は見送った。

18年度以降、米国での調査を計画している。米国,シンガポールでの出張の日程を当初の計画より短縮する必要が生じた。2019年度にこれらの調査を実施する予定である。
肌色空間の構築と肌質感認識のマッピングによる解析

肌の色とテクスチャが肌質感認識に及ぼす影響について、頬画像刺激と、肌質感を持たないパターンの刺激との間に色素斑の目立ちの違いがあるかを検討した。刺激の肌らしさの主観評価では、頬画像は肌らしく、肌質感をもたない刺激は肌らしくない刺激と評価された。さらに、単色で塗りつぶした刺激よりもパターンの刺激の方が肌らしさの評価は低かった。そして、肌らしさと目立ち度には負の相関がみられた。また、色素斑の弁別に色濃度が与える影響についても継続して検討した。色分布条件に、頬部分の色をランダムにした分布を持つ背景を追加し、色素斑の知覚にその色の濃さが与える影響を比較した。頬の肌上にある色素斑の弁別実験を行った結果、色素斑判定の正答率は、色濃度の増加とともに増加する傾向が見られた。また、肌画像より単純な背景における色素斑の判断の正答率が高いことが明らかになった。この結果は、同じ色の組み合わせの場合、肌の上にある色素斑の方が単純パターンよりも目立たないことを示唆する。肌色知覚を正確に評価するための肌色空間の構築に関しては、メラニンとヘモグロビン濃度変化に伴う肌色変化のシミュレーションを用いて、メラニン増減、ヘモグロビン増減による色変化方向における色弁別特性を調べた。メラニン増減よりもヘモグロビン増減の色変化方向に対して、より感度が高いことが示された。この特性は、均一な肌色刺激を用いた場合には得られなかったことから、肌画像特有の現象であると考えられる。さらに、肌色測定データに対して独立成分分析を行ったところ、メラニン増減、ヘモグロビン増減方向に近い軸が得られた。その2軸方向で色弁別実験を行った結果、概ねメラニン、ヘモグロビン濃度軸の結果と同様の傾向が得られたことから、これらを軸とした肌色平面を構築できる可能性が示された。29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、肌の色素沈着の分析と視感評価実験による肌の色とテクスチャが肌質感認識に及ぼす影響の定量化、肌色知覚を正確に評価するための肌色空間の構築、さらに肌質感画像の肌色空間へのマッピングを実現することを目的としている。本年度は、肌色空間構築のための基礎データを取得するため、肌色の色分布と色の識別(弁別)能力の関係を調べた。日本人女性694名の肌を測定して得られたCIELAB値に対して主成分分析を行い、第1主成分と第2主成分によって構成される肌色特有の色平面を構築した。そして、肌画像と肌色単色画像をその平面上の8方向に変調し、肌色の弁別閾値を調べた。実験の結果、肌画像は赤みが増加する方向に対して弁別閾値が小さい傾向が見られた。一方で、単色画像は赤みに対する弁別閾値が小さいという傾向は見られず、肌特有の色知覚の存在が示された。上記の色平面において、皮膚中のメラニン(日焼け等により濃度が増減)とヘモグロビン(血流により濃度が増減)の2つの肌色構成成分の濃度変化を解析した結果、これらの肌色構成成分と肌色の知覚特性との関連も示唆された。肌質感知覚に関しては、色素斑の個数や面積が、色素斑の目立ちに与える影響を調べた。色素斑の総面積や個々の面積を同様に保った状態で色素斑の個数を変化させた画像を作成し、大きい色素斑1個の画像と比較することで、色素斑の目立ちを評価する実験を行った。また、色素斑が同じ個数でも、大きい色素斑を含む条件と、全て小さい色素斑の条件の2種類を行った。その結果、色素斑の総面積が大きい場合よりも、各画像における最大色素斑の面積が大きい場合の方が目立ちの評価は高かった。また、色素斑が同じ個数でも、大きい色素斑を含む場合の方が、全て小さい色素斑の場合より目立ちの評価は高かった。このことから、色素斑の個々の面積が色素斑の目立ちに最も影響を与えると言える。平成28年度の研究実施計画に記載した検証は、ほぼ予定通り進んでいる。肌色空間構築のための基礎データとなる肌色の弁別閾値は、赤みが増加する、すなわちヘモグロビン方向に対して小さい傾向があることを明らかにできた。また、肌質感に関しては、色素斑の個数や面積が目立ちに与える影響を詳細に調べることができた。知覚的等色差の検討と肌質感の他の側面についての検討はまだ行っていないが、関連するテーマである、日本人女性の長期的な肌色の変遷や画像分析手法の検討は進んだため、全体としてはおおむね順調に進展していると言える。

また、肌画像より単純な背景における色素斑の判断の正答率が高いことが明らかになった。この結果は、同じ色の組み合わせの場合、肌の上にある色素斑の方が単純パターンよりも目立たないことを示唆する。肌色知覚を正確に評価するための肌色空間の構築に関しては、メラニンとヘモグロビン濃度変化に伴う肌色変化のシミュレーションを用いて、メラニン増減、ヘモグロビン増減による色変化方向における色弁別特性を調べた。メラニン増減よりもヘモグロビン増減の色変化方向に対して、より感度が高いことが示された。この特性は、均一な肌色刺激を用いた場合には得られなかったことから、肌画像特有の現象であると考えられる。さらに、肌色測定データに対して独立成分分析を行ったところ、メラニン増減、ヘモグロビン増減方向に近い軸が得られた。その2軸方向で色弁別実験を行った結果、概ねメラニン、ヘモグロビン濃度軸の結果と同様の傾向が得られたことから、これらを軸とした肌色平面を構築できる可能性が示された。肌色空間構築のための軸とスケーリング設定を具体化するため、モンテカルロシミュレーションにより求めたメラニン、ヘモグロビンの色変化方向での色知覚実験をさらに進める。また、肌質感の知覚に関しては、目立ちと弁別の両方の観点から検討を進める。加えて、コンピュータグラッフィクスの専門家の協力を得て、よりリアルな顔の刺激も用いて、肌の色と質感知覚を多角的に検証していく予定である。29年度が最終年度であるため、記入しない。
花崗岩体を対象とした岩盤水理モデルに関する研究

放射性廃棄物地層処分試験場として有望視されている釜石鉱山の花崗岩体を対象として,岩盤水理モデルに関する研究を実施した。本研究で得られた成果をまとめると以下のようである。(1)坑道壁面およびボ-リング孔壁面におけるき裂計測により,岩盤内の三次元き裂分布を定量化する手法を開発した。本き裂モデルは,岩盤中のき裂を円板き裂と理想化し,き裂の直径と方位に関する確率密度関数とき裂の体積密度により岩盤き裂群を表現するものである。このき裂モデルについて確率論に基づいた理論的合析を行い,上記のき裂諸量がスキャンライン計測により定量化されることを明らかにした。また,本手法を釜石鉱山花崗岩体中の調査坑道に適用し,当サイトの岩盤き裂群のモデル化を行った。(2)岩盤き裂の質的特徴を分析するために,き裂情報デ-タベ-スシステムを開発した。調査された項目は,き裂幅,充てん鉱物等30項目におよび,これらすべての情報が約1000個のき裂に対してデ-タベ-ス化されている。このデ-タベ-スを用いた解析により,き裂幅の分布,充てん鉱物の特性,変質帯分布など岩盤透水性に関与するき裂特性を明らかにした。また,これらの調査に画像処理が有効であることも確認された。(3)上記の成果をもとに岩盤水理モデルに関する理論的研究を実施し,当サイトの岩盤の透水性を予測した。その結果,当岩盤の広域的透水係数は1.6×10^<-6>cm/sとなり,これは実測値の平均値2×10^<-6>cm/sとよく一致した。また,透水テンソルの解析により透水の異方性を予測したところ,異方性主軸方位は実測値と大略の一致を示した。さらに,き裂分布のモンテカルロシミュレ-ションにより,原位置計測による透水係数のバラツキが,き裂分布(空間分布)に密接に関係することを明らかにした。
全電子MO計算によるK^+漏洩チャネル蛋白質のイオン選択と透過機構の研究

本研究課題では、K^+漏洩チャネルタンパク質(約6,000原子)のフラグメント分子軌道(FMO)法による全電子量子化学計算を行い、タンパク質とイオンの相互作用とチャネル内でのイオン間相互作用を求め、チャネルタンパク質によるイオン選択とイオン透過機構を電子状態レベルで明らかにすることを目的とする。H14年度に引き続きFMO法とプログラムの改良を行い、カリウムイオン漏洩チャネルタンパク質全系のFMO-RHF/STO-3G計算に成功した。方法論の改良としては、3体展開FMO(FMO3)法を開発して、誤差(標準のab initio MO計算の結果との差)を小さくするとともに(全エネルギーの誤差は数kcal/mol程度)、密度汎関数法のFMO法(FMO-DFT)を開発して電子相関を考慮した高精度計算を可能にした。チャネルタンパク質は97アミノ酸残基(1,477原子)からなるタンパク質の4量体で構成され、ほぼC4対称性を持つ。計算は、PDBの1BL8を元に構造モデルを作成し、チャネル内に3個のカリウムイオンと1個の水分子を配置した系で行った。全系の原子数は5,902で、標準ab initio MO法では基底関数の数は17,590となる。このような大規模系のab initioレベルの電子状態計算はこれまでに例がなく、本計算が世界最大規模となる。計算時間はPentiumIV(3GHz)のパソコン10台による並列計算で13時間12分であった。使用したプログラムは私たちが開発したFMOプログラムをGAMESSに組み込んだもので、このプログラムはH16年5月に公開した。計算結果は、チャネル内でK^+の電荷が、主にthr75とtyr78からの電荷移動により、3個のイオンそれぞれで、+0.54、+0.61、+0.54となり、これらのイオン間の静電反発が大幅に緩和されることを示している。また、チャネル内にK^+がない系との比較から、K^+による分極で、thr75とtyr78の主鎖カルボニル酸素の、それぞれ-0.09と-0.04の電荷が誘起され、K^+との安定化相互作用を増大させることが分かった。このように、電子状態計算によりK^+イオンへの電荷移動とタンパク質の分極を調べることが可能となり、カリウムイオンがチャネル内で安定化される仕組みが明らかになった。平成14年度は、次年度に実施するカリウムイオン漏洩チャネルタンパク質全系の計算に向けての準備として、FMO法とそのプログラムをつぎのとおり拡張・改良した。1.大規模系の計算を行うために、FMO計算プログラムを改良して10000原子系の計算を可能とした。

また、FMO法をより高速化するための近似(環境静電ポテンシャル計算を点電荷近似で行う)を導入し、分子間相互作用系(分子性結晶)で精度の検証を行い、この近似が十分満足できることを検証した。2.並列計算処理を高速化した。安価なPCクラスターで高効率並列計算が行えるようにプログラムを改良し、128台のPC (100baseTイーサーネット接続)で約80%の並列化効率を達成した。3.FMO法で量子/古典融合法計算を可能とした。系をいくつかの領域に分けて、各領域に異なったレベルの波動関数と基底関数を用いることができる方法を開発するとともに、この一つのレベルとして力場を採用する(量子/古典融合法)ことを可能とした。4.FMO法による分子動力学プログラムの開発を行い、テスト計算によりFMO法が分子動力学計算に適用できることを確認した。5.予備計算として、チャネルタンパク質単量体(約1500原子系)とカリウムイオンの相互作用計算(HF/STO-3Gレベル)を行った。以上、H14年度に予定していた方法論とプログラムの開発は順調に進み、残るは溶媒モデルの組み込みのみで、これが終了し次第、チャネルタンパク質の計算を実施する予定である。本研究課題は、K^+漏洩チャネルタンパク質のフラグメント分子軌道(FMO)法による全電子量子化学計算を行い、チャネルタンパク質によるイオン選択とイオン透過機構を電子状態レベルで明らかにすることを目的とする。H14年度に引き続きFMO7法とプログラムの改良を行い、本年度はカリウムイオン漏洩チャネルタンパク質全系のFMO-HF/STO-3G計算に成功した。方法論の改良としては、3体展開FMO法を開発して誤差(通常のab initio MO計算の結果との差)を小さくするとともに(全エネルギーの誤差は数kcal/mol程度)、密度汎関数法のFMO法(FMO-DFT)を開発して電子相関を考慮した高精度計算を可能にした。チャネルは97アミノ酸残基(1,477原子)からなるタンパク質の4量体で構成され、ほぼC4対称性を持つ。計算は、PDB:1BL8を元に構造モデルを作成し、タンパク質4量体とチャネル内に3個のカリウムイオンと1個の水分子を配置した系で行った。全系の原子数は5,902で、通常のab initio MO法では基底関数の数が17,590となる。このような大規模分子系のab initioクオリティの電子状態計算はこれまでに例がなく、本計算が世界最大規模となる。計算時間(CPU時間)は、Pentium4(3GHz)のパソコン10台による並列計算で、13時間12分であった。使用したプログラムは、私たちが開発したFMO法プログラムをGAMESSに組み込んだもので、このプログラムは本年5月に公開される予定である。計算結果は、チャネル内のK^+の電荷が、主にthr75とtyr78から電荷移動により、3個のイオンそれぞれで、+0.54、+0.61、+0.54となっており、これらのイオン間の静電反発が大巾に緩和されていることを示している。また、チャネル内にK^+がない系との比較から、K^+による分極で、thr75とtyr78の主鎖カルボニル酸素に、それぞれ-0.09と-0.04の電荷が誘起され、K^+との安定化相互作用を増大させることが分かった。K^+との安定化相互作用としては、イオンから6-7Åにあるアニオン性残基(glu71とasp80)の寄与が最も大きい(2060kcal/mol)が、3Å付近にあるこれらの残基(thr75とtyr78)も、大きなところでは約20kcal/molの寄与がある。
分光エネルギー分布制御型発光ダイオード擬似太陽光光源の開発

地表面における太陽光の分光エネルギー分布(光のスペクトル)に近い光を基準光として照射可能であり,かつピーク波長の異なる複数種の発光ダイオードへの印加電圧をそれぞれ調節することにより,光生物学研究において重要な波長範囲について分光エネルギー分布を任意にかつ動的に制御できるような世界初の光源システムを開発した。本光源システムは,照射面積に制限はあるものの,従来作出不可能であった多様な光環境を高い再現性を担保しながら作出できることから,光生物学研究の発展に貢献しうるものである。本研究は,地表面における太陽光(以後,単に太陽光)の分光エネルギー分布に近い光を基準光として照射可能であり,かつピーク波長の異なる発光ダイオード(以後,LED)への印加電圧(供給電流)の調節により,光生物学研究において重要な波長範囲について分光エネルギー分布を任意にかつ動的に制御できるようなシステムを開発することを目的としている。その目的達成のため,今年度の計画には,(1)照射光の光強度を快晴時の太陽光の1/2程度にまで高めるとともに,植物育成に最低限必要な照射面積を確保する,(2)LEDモジュール(32種類のピーク波長のLED群を基板に適切に配置したもの)の基板の積層プリント基板化を行う,(3)発熱による分光エネルギー分布の変動を抑制するために,LEDモジュールの基板背面からの能動的放熱のための装備を加える,の3点を挙げた。(1)の数値目標については達成できなかった。これは,LEDモジュールのハードウェア構成の決定(各ピーク波長LEDの選定,基板への各ピーク波長LEDの設置個数比およびそれらの配置の決定,LEDの着脱を可能とする部品および基板表面反射シートの選定など),および円錐型集光筒の光照射口から被照射物までの導光方法の検討に予想以上の試行錯誤を要したためである。しかしながら,種々の試行錯誤の結果,LEDモジュールについては,そのハードウェア構成をほぼ確立することができた。なお,当初導光用として採用を予定していた光ファイババンドルは,実際に設置したときの導光効率が予想以上に小さかったため,導光方法については再検討が必要となった。(2)については,(1)で時間を要したため19年度以降に先送りすることとした。(3)については,基板背面へのフアンによる送風によってLEDおよび基板の温度上昇を問題のないレベルに抑制できることを実験的に明らかにした。その目的達成のため,今年度の計画には,(1)照射光の光強度を快晴時の太陽光の1/2程度にまで高めるとともに,植物育成に最低限必要な照射面積を確保する,(2)LEDモジュール(32種類のピーク波長のLED群を基板に適切に配置したもの)の基板の積層プリント基板化を行う,(3)発熱による分光エネルギー分布の変動を抑制するために,LEDモジュールの基板背面からの能動的放熱のための装備を加える,(4)分光放射計により計測した光源照射光の分光エネルギー分布を,コンピュータ(エクセルシート)ヘオンライン入力可能なプログラムを作成する,の4点を挙げた。(1)の光強度については達成したが,照射面積については数値目標を達成できなかった。これは,LEDモジュールのハードウエア構成の決定に予想以上の試行錯誤を要したためである。また,導光方法については集光筒を利用し続けることにした。(2)については達成し,これにより,LEDモジュールについては,そのハードウエア構成を確立することができた。(3)については,積層プリント基板の採用により,より確実かつ多量の放熱が必要となったことからペルチェ冷却素子の採用を決定した。(4)については,ほぼ完了した。また,当初の計画以外に,LEDモジュールの保護回路を設計,製作して試運転を行い,設計通りに機能することを確認した。なお,(1)および(2)の成果については,2007年12月にバンコック(タイ王国)で開催された国際会議にて発表した。その目的達成のため,平成20年度の計画には,(1)照射光の光強度を快晴時の太陽光の1/2程度にまで高めるとともに,植物育成に最低限必要な照射面積を確保する,(2)LEDモジュール(32種類のピーク波長のLED群を基板に適切に配置したもの)の基板の積層プリント基板化を行う,(3)発熱による分光エネルギー分布の変動を抑制するために,LEDモジュールの基板背面からの能動的放熱のための装備を加える,

(4)分光放射計により計測した光源照射光の分光エネルギー分布を,コンピュータ(エクセルシート)ヘオンライン入力と最適印加電圧の再計算を含めたオンラインのフィードバック制御用プログラムを作成する,という4項目を挙げた。(1)については,「植物育成に最低限必要な照射面積を確保する」の部分が達成できなかった。複数のLEDモジュールからそれぞれ高い効率で導光してより大きな照射面積を達成しようと試行錯誤を繰り返したが,有効な方法が見つからなかった。(2)および(3)については,順調に達成した。(4)は,(3)を達成した結果,作出光の分光放射照度の再現性が予想以上に高まったため,実施の必要性がなくなった。また,完成した光源システムを用いて,秋の屋外における日中の太陽光の平均的分光エネルギー分布の1/3強度の時間変化を再現した光環境下と,それとは逆の時系列の光環境下におけるイチゴ葉の純光合成速度測定等を,運転試験を兼ねて行った。照射面積に制限はあるものの,本光源システムは,従来作出不可能であった多様な光環境を高い再現性を担保しながら作出できることから,光生物学研究の新たな発展に貢献しうるシステムであることが実証された。
Ｆｉｎａｎｃｉａｌ　Ｇｏｖｅｒｎａｎｃｅ　ｏｆ　ＵＮＨＣＲ

本研究のテーマは、第2次大戦後最大の人道危機であるシリア難民問題の中でその重要性を強めている。多数の難民・国内避難民の国際的保護コストをどの国がいかにして負担するか、UNHCRがどのような役割を果たし得るかという問いは、今後の国際的保護体制のあり方にとって喫緊の課題である。本研究は、難民・国内避難民を巡る国際政治と人道規範の相克を、UNHCRの財務・予算を中心とした組織的対応の観点から分析を行い、加盟国と難民申請者による国際的保護体制への「だだ乗り」が顕在化しつつあることを明らかにした。その上で、「第三国定住」と資金供与に掛かる「義務的」な責任と負担の国際的分担制度の導入を提言する。平成25年度における主要な実績は、関連書籍の検討を通しての理論枠組みの絞り込みと3つの関連論文の執筆、並びにヨルダンとレバノンにおけるUNHCRの難民人道支援の現場視察からの知見の獲得であった。理論枠組については、同年6月に発刊された日本国際連合学会の「国連研究第14号」「法の支配と国際機構」に掲載された「難民と国内避難民の保護を巡る潮流:法の支配の観点から」において使用した構成主義ならびにレジーム理論、平成26年3月に出版された墓田圭ほか編,「難民・強制移動研究のフロアンティア」所収の日本における難民第三国定住パイロット事業:難航の背景を探る」で使われた国際公共財論の経験を踏まえ、成果論文では国際公共財論に立つこととした。国際政治と人道規範の相克のなかで活動するUNHCRの姿を「財務のレンズを通して明らかにするのが本論文の狙いであるが、それを難民・国内避難民保護という国際公共財の提供における国際的負担分担問題の中に位置づけるのである。具体的方法については「今後の研究の方向」を参照。資料収集については、平成25年の春に訪問したUNHCR本部でのミーティングのほか、同年9月のUNHCRのレバノンとヨルダンにおけるシリア難民の支援事業の現場視察から多くのものが得られた。なお、公共財論理論に基づいたもう一つの関連英語論文であるJapan's resettlement pilot program: why is it facing difficulties?については、送稿は高い評価が与えられたが、所収書籍の出版を予定していた国連大学出版部が廃止されたため、同書の刊行が大幅に遅れている。場合によっては他の学術出版物に移すことも考えている。平成24年度における主要な予定は、関連書籍の検討などを通して理論枠組みの整理、仮説形成とリサーチペーパーの作成であった。この点については予定以上の進展があり、仮説形成の前提となる理論的枠組みの整理の中で、下に述べるように、三つの論文の理論枠組みに使われた。UNHCRのプログラム予算書と関連文書、UNHCRの非公式協議や常設委員会、執行委員会での討論、ニューヨークの国連行財政諮問委員会ACABQ、総会第5委員会、合同監査団JIU、外部監査の資料の他、アメリカや日本、EUなど主要加盟国、難民を受け入れている南側諸国の対UNHCR政策文書、さらにUNHCR評価部の報告書、年次UNHCR/NGO協議会の報告書などの収集と分析には遅れがある。予算書と非公式協議文書の収集と分析は実施されたが、そのほかのものについては、いまだ作業が続いている。ウエブで入手できない幹部会の議論や非公式会合における加盟国の発言は、幹部とのインタビューを利用する予定であったが、これについては2013年春のジュネーブ・ウイーン出張の中でデータの収集ができた。総じて、研究の理論枠組みの整理では予期以上の進展があったが、各種資料の分析では遅れが見られた。同論文のカバーする時期を平成25年度まで広げた邦文論文として、墓田圭ほか編、「難民・強制移動研究のフロンティア」所蔵の「難民第三国パイロット事業:難航の背景を探る」が平成26年3月に出版された。Financial Governanceの本論文は、UNHCRをPrincipal-Agency ModelのAgentと位置づけ、その果たす機能のうち、agenda-setting, transparency enhancement, agency cost reductionが、UNHCRのrelevanceを保つ上で大きな役割を占めていることを明らかにする。研究に密接に関連した活動としては、平成26年の移民政策学会の冬季大会(@大阪大学)で日本の難民政策についてのシンポジウムを組織したほか、27年2月の東大で同趣旨でのセミナーを開催し、官民学連携の場として「難民政策プラットフォーム」を立ち上げた。また27年には、地中海での難民船沈没事故や、日本の難民受入数がごく少ないことの背景について、5月9日NHK「ニュース深読み」の生放送、4月25日大阪朝日放送の「正義のミカタ」の生放送のほか、NHKやテレビ東京のニュースにも録画出演した。1)本研究の主題である「UNHCRのFinancial Governance」は、深刻な国際問題と化したシリア難民危機の中でそのrelevanceを急に増している。つまり膨大な数の難民・国内避難民の国際的保護のコストを、どの国がいかに負担分担するか、その中でUNHCRの果たす役割は何かという問いは、国連やヨーロッパ諸国にとって喫緊の課題である。2) 2015年度における本研究とその成果の社会的還元は、そのような問いを中心になされた。まず社会的還元の面では、NHK総合テレビの「ニュース深読み」(2015年5月9日)や「日曜討論」(10月4日)などいくつかのテレビ解説番組にスタジオ出演したほか、新聞では日本経済新聞「経済教室」(10月30日)や「アジアインタビュー」(9月17日)のほか、朝日、読売、毎日新聞で、国際公共財としての難民保護体制を維持するための日本の難民政策にかかる分析と提言を行った。

3)そのほかの啓発活動としては、講演やシンポジウムなどを1年間で20回ほど実施し、特に若者の間の難民問題への関心の増進に務めた。5)結果的に本研究はタイムリーなテーマを扱うことになり、難民問題についての理解の増進と、日本政府の難民政策にも少なからぬ影響を与えたと言える。本研究のテーマは、第2次大戦後最大の人道危機であるシリア難民問題の中でその重要性を強めている。多数の難民・国内避難民の国際的保護コストをどの国がいかにして負担するか、UNHCRがどのような役割を果たし得るかという問いは、今後の国際的保護体制のあり方にとって喫緊の課題である。本研究は、難民・国内避難民を巡る国際政治と人道規範の相克を、UNHCRの財務・予算を中心とした組織的対応の観点から分析を行い、加盟国と難民申請者による国際的保護体制への「だだ乗り」が顕在化しつつあることを明らかにした。その上で、「第三国定住」と資金供与に掛かる「義務的」な責任と負担の国際的分担制度の導入を提言する。関連論文の出版は順調に進行し、またメディアでの難民問題(UNHCR)についての啓発活動など社会還元活動は予想以上に進んだが、本論文については、UNHCR本部でのインタビューが一年遅れとなり、結果的に最終年度が一年ずれ込んだ。難民政策本論文の執筆を続ける他、日本関係については、平成27年5月30日の移民政策学会での冒頭の特別講演で「日本の難民政策」と題して講演し、その中でprincipalである日本政府から見たagentとしてのUNHCRに触れる。また、平成27年6月13日の開発学会でも同趣旨の発表を行うことが決定済である。関連論文の「日本の難民認定政策」は、東洋英和女学院大学大学院紀要(平成28年3月刊行)に掲載予定である。本年は最終年度であり、成果論文の作成年である。シリア難民事業緊急支援事業など、急速に変わりつつある予算・会計数字と各国の反応などの把握に思ったより時間がかかっているが、予定通り本年度内に成果論文を作成する見通しである。24年度における具体的成果としては、理論的枠組みの整理とその関連論文への適用がある。UNHCRの機能についての理解をするための理論的枠組みを整理する中で、構成主義Contructivism、国際公共財理論Public Goods Theory、レジーム理論Regime Teoryが有効であるところ、関連書籍のレビューにより、それらについての整理ができ、それぞれ本研究と並行して作成中の3つの論文の概念枠組みとして使われた。平行研究の成果物として、3つの論文にまとめられつつある。構成主義と国際公共財理論は、2010年から日本政府が開始したミャンマー難民の日本再定住計画について応用され、それぞれ成蹊大学の墓田教授編集の国際強制移動にかかる教科書、大東文化大学の小泉教授の調整による都市難民プロジェクト所収論文(2013年に国連大学から英文で出版予定)に掲載予定である。また、レジーム理論による概念枠組みは、6月に日本国際連合学会の「国連研究」
時空間反応集積化による不安定活性種の制御と有機合成反応への応用

本研究では、アニオン性ロジウム錯体による炭素ー酸素結合の切断を伴うビニルエーテル類とアリールグリニャール試薬とのクロスカップリング反応の詳細を明らかにするために、フローリアクターを用いた動力学的検討を行った。予備的検討から、本触媒系が発熱過程であるために、バッチ型反応容器では反応温度の制御が困難であることを確認していた。一方、フローリアクターを用いることにより、高い精度で反応の追跡が可能であることを明らかにした。これはフローリアクターの大きな表面積に由来する高い熱交換効率によるものであると考えられる。種々の条件により反応速度の算出を行い、反応の律速段階がビニルエーテルの金属中心への配位段階であることを明らかにした。また、反応の活性化パラメーターの算出を行った。さらに、ロジウム上の配位子を変えて同様の検討を行った結果、配位性の弱いエチレンを配位子として有するロジウム触媒を用いた場合には反応速度が飛躍的に向上することを明らかにした。このことからも、上記の律速段階の妥当性が確認出来るとともに、新たな触媒設計の指針が得られた。さらに、本研究の過程で安価な鉄触媒によりビニルエーテル類とアリールグリニャール試薬とのクロスカップリング反応が進行することを見出した。そこで、鉄触媒系に関してさらなる検討を行うため、平成26年度も継続して本課題に取り組んだ。その結果、鉄触媒系は、ロジウム触媒では反応効率の低い立体的に嵩高いアリールグリニャール試薬を用いた場合にも反応を効率よく触媒し、対応するカップリング生成物を良好な収率で与えることを見出した。反応機構に関する検討の結果、鉄触媒系においてもロジウム触媒同様アニオン性鉄錯体が鍵活性種であることを示唆する結果を得た。26年度が最終年度であるため、記入しない。ニッケル触媒存在下、ブタジエンの二量化を伴ったブタジエン、グリニャール試薬、求電子剤との多成分反応が進行し、3位に求電子剤、8位にグリニャール試薬由来の有機基が導入された1,6-オクタジエン骨格が一挙に構築出来る事を明らかにした。本反応は、グリニャール試薬による還元反応によって生じた0価ニッケル種がブタジエンとの酸化的二量化反応によって2価ビスπアリルニッケル錯体が生成し、これがグリニャール試薬と反応することによってアニオン性のニッケレート錯体が生成する。このアニオン性錯体を形成する事により、ニッケル上のアリル配位子の求核性が向上し、求電子剤との反応が効率よく進行すると考えられる。求電子剤との反応がσアリル基の内部炭素で選択的かつ円滑に進行し、最後に、ニッケル上からもう一方のアリル配位子とグリニャール試薬由来の有機基が還元的に脱離する事により生成物を与えると考えている。本触媒系では求核性に優れるニッケレート種を経由する事から、通常求電子剤として利用が難しい、フッ化アルキルやパーフルオロアレーンを求電子剤として利用する事が可能であった。また、炭素ーフッ素結合が強いため、遷移金属錯体との副反応が抑制させるために、フッ化物を用いた場合に高選択的に生成物が得られると考えられる。アリールおよびβ水素を持たないアルキルグリニャール試薬を用いた場合には、末端の8位炭素にそれら有機基が導入された生成物が得られる一方で、β水素を有するアルキルグリニャール試薬を用いた場合には、8位に水素が導入された生成物を選択的に合成する事が可能であった。当初見出したニッケル触媒によるブタジエン、フッ化アルキル、アリールグリニャール試薬の多成分反応について十分な成果が得られた。

さらに、パーフルオロアレーン、アルキルグリニャール試薬が利用可能である事を明らかにし、それらの組み合わせによって種々の1,6-オクタジエン類を合成可能である事を明らかにした。上記の如く、ブタジエンの二量化を伴った多成分反応においてフッ化アルキルおよびパーフルオロアレーンが求電子剤とし、アリール、アルキルグリニャール試薬が求核試薬としてそれぞれ1,6-オクタジエン骨格の3位および8位に導入可能である事を明らかにした。既に基礎的な知見は十分得られている事から、今後の方針として反応の基質一般性の拡張を中心に推進する。現在のところ、フッ化アルキルを求電子剤として用いる場合にはアリールグリニャール試薬との直接カップリング生成物が副生成物として生成することが問題となる。また、置換基を有するパーフルオロアレーン類を用いた場合には位置選択性に改善の余地が残されている。これらの問題の解決に向けて反応速度論を中心とする反応機構研究を行う。また、種々の添加剤について検討を行い、上記の選択性の問題の解決を目指す。また、求電子剤が導入される1,6-オクタジエンの3位炭素上に新たに不斉中心が構築される事から、光学活性な配位子を用いたエナンチオ選択的な反応への展開も今後の研究課題である。パーフルオロアレーンが導入される反応については、1,6-オクタジエン骨格の不飽和結合を足掛かりとして更なる分子変換が可能である事から、種々の含フッ素化合物群への誘導化および機能の探索を行う。
光ネットワークにおける光増幅器の自立型動的制御技術

フォトニックネットワークにおける光増幅器の自立型動的利得制御法を用いた利得検出光回路構成法の検討を行った。検討した光増幅器は、大容量のフォトニックネットワークで重要なエルビウム添加光ファイバ増幅器(EDFA)(特にL帯のEDFA)と半導体光増幅器(SOA)である。それらの光増幅器からの自然放出光受光に基づく利得検出法の原理確認と利得検出精度の明確化の検討を行った。その結果、L帯EDFAとSOAにおける基本動作確認に成功し、EDFAにおける利得検出精度特性を明らかにした。フォトニックNWにおける光増幅器の動的利得制御法として,L帯のEDFAに対して,自立型動的利得制御法の提案と原理確認,及び定性的な性能明確化の検討を行った。まず,利得検出過程に関する理論モデル構築と定式化及び数値計算を行い,具体的な実験系の設計を行った。L帯EDFAに関する検討では,同じ種類のEDFを用いて,参照EDFAとして,C帯EDFAを構築して比較検討した。フォトニックNWにおける波長多重(WDM)信号光の波長範囲及びパワー範囲を決定し,その範囲内でのL帯EDFAの動作を検証した。自然放出光を受光する大口径のInGaAsフォトダイオードとしてFermionics社製の口径5mm及び3mmのモジュールを購入した。それらの大口径フォトダイオードの良好な低暗電流特性及び高速時間応答特性を確認した。また,L帯EDFAでは,利得検出精度に,EDFの励起光波長依存性やEDF長依存性が生じる可能性があるため,励起光波長として,アンリツ社製の1440nm及び1490nmのLDモジュール2種類を用意した。さらに,EDFの種類として、住友電工社製の吸収係数などのファイバパラメータの異なるものを3種類購入した。上記の3種類のEDFそれぞれに対して、EDF長として利得が20dBとなる長さのものを用意した。利得が同じ場合,EDF長は短い方が,本提案方法において有利であることを確認した。EDFAの増幅性能に明らかな劣化が認められない範囲において,Er濃度が高く,EDF長が短くなるタイプのEDFの優位性を確認した。上記の励起光波長とEDF長の組み合わせを最適化することにより、本提案方法における利得検出精度が向上することを確認した。フォトニックネットワークにおける光増幅器の動的利得制御法に関し、提案した自立型動的利得制御法を用いた利得検出光回路構成法の検討を行った。半導体光増幅器の自然放出光(SE光)受光型利得検出に関して、小信号動作では、信号光のレイリー散乱や界面散乱に起因する雑音が無視できるが、大信号動作では、それらの雑音パワーとSE光パワーのレベルの比較が必要であることが分かった。エルビウム(Er)添加光ファイバ増幅器(EDFA)に関して、前年度(平成22年度)の検討結果を踏まえて、利得検出光回路構成法の検討を行った。具体的には、利得検出光回路実装時のEr添加光ファイバ(EDF)と大口径InGaAsフォトダイオード(PD)の空間配置が利得検出精度に与える影響を調べた。EDFのSE光サンプリングポイントの位置ずれにより、利得検出誤差が生じるが、その位置ずれが約2cm以内であれば良好な利得検出精度が得られることが分かった。利得が約15dBの場合、L帯EDFAのEDF長は、吸収係数が18.5、24.7dB/mのEDFに対してそれぞれ20.3、15.2mであった。また、利得検出精度のサンプリングポイント数依存性を調べた。C帯EDFAとL帯EDFAともに、サンプリングポイント数が6以上であれば、良好な利得検出精度が得られることが分かった。利得検出精度のEDFと大口径PD間結合比率依存性に関して、結合比率誤差が5%以内であれば良好な利得検出精度が得られることが分かった。さらに、上記のSE光受光技術の応用技術として、EDFAの自立型の雑音指数検出法の検討を行った。自立型構成を有するEDFAの利得検出光回路と雑音指数検出光回路を1か所ずつ設置することにより、利得と雑音指数が同時に検出可能であることが分かった。雑音指数検出精度に関して、C帯EDFAとL帯EDFAともに、サンプリングポイント数が2以上であれば、良好な検出精度が得られることが分かった。
三元素系複合含水酸化物を用いた地下水からの有害陰イオンの除去

三元系試料の組成比を変更するという単純な操作により,砒素吸着能力を向上することができた。吸着量(分配係数)は既存の試料と比較してヒ酸は2倍以上,亜ヒ酸は3倍以上向上した。ヒ酸と亜ヒ酸が共存した場合,SFMは亜ヒ酸を優先的に吸着したが,ヒ酸の吸着量は大幅には下がらなかった。亜ヒ酸は吸着サイトを1つ用いる単核単座錯体または単核二座錯体,ヒ酸とリン酸は吸着サイトを2つ用いる二核二座錯体を形成すると推察されたが,既報で示されているゲータイトの吸着機構とは異なった。SAMにおいて,フッ化物イオンは層間と非晶質Mg相が吸着サイトとして機能し,ホウ酸は表面が主な吸着サイトとして機能していると考えられた。地下水等に存在する低濃度の砒素,ふっ素,ほう素などの有害陰イオンを吸着除去するためには,夾雑イオンの影響を受け難い新しい吸着剤を開発する必要がある。本研究では,三元素系複合含水酸化物(三元系試料)を用いた新規有害イオン吸着剤の開発を目指し,さらなる「吸着容量の向上」と「各イオンの吸着機構」を明らかにすることを目的とした。平成27年度は,砒素吸着量を向上できるSi-Fe-Mg系試料の組成比が明らかになり,またSi-Al-Mg系試料のほう素吸着機構の一部を解明できた。詳細は下記の通りである。組成比を細かく設定したSi-Fe-Mg系試料の合成と構造特性の評価,単独陰イオンに対する吸着能力の評価を行った。その結果,ヒ酸・亜ヒ酸の吸着量向上には比表面積が大きく影響することがわかり,比表面積の増大にはSiまたはMgを含有することが重要であることが示された。しかし,Siの含有量が徐々に増加すると比表面積は増大してもヒ酸・亜ヒ酸の吸着量は減少する傾向が認められた。イオン選択性の指標となる分配係数(Kd)の算出では,実際の地下水を想定して計画より1/100低い濃度で実験を行った。亜ヒ酸の分配係数が極めて高く,ヒ酸も高い値であったが,リン酸の分配係数はヒ酸を上回ったことから,リン酸がヒ素の吸着を阻害する可能性が示された。また,Si-Al-Mg系試料のほう素吸着量向上を図るため,ふっ素との吸着特性の違いを検討した。Si-Al-Mg系試料の層間の柔軟性は小さいため,ホウ酸とフッ化物イオンを同時に吸着させた場合,イオン径の大きさにより層間へ吸着の可否が決まる。本実験により,フッ化物イオンは層間へ吸着される可能性が示されたが,ホウ酸は層間へ吸着される可能性は極めて低いと判断された。しかし,ホウ酸濃度が高い場合はこれに限らないことから,低濃度と高濃度においてホウ酸の吸着機構が異なることが示された。Si-Fe-Mg系試料の砒素吸着量の増大は,組成比の変更により達成でき,高いヒ酸・亜ヒ酸吸着能力を有する組成比を明らかにした。また,阻害イオンの候補についても選択性の検討結果から明らかになった。したがって,次年度に計画している吸着等温線による評価などを順次行うことが可能である。Si-Al-Mg系試料のほう素吸着に関しては,吸着量の増加に寄与する組成や合成方法は確立できていないが,熱処理条件におけるin situ粉末X線回折を実施し,同様に層構造を有するハイドロタルサイトとの層構造の安定性の違いなどを確認できた。さらに,次年度以降に計画していた吸着機構の解明(ゼロ電荷点(PZC)の測定など)を前倒しで行い,この知見を合成方法にフィードバックして合成方法の検討を進めた。また,吸着剤表面電位と吸着との関係を明らかにするため,前述したようにPZCの測定を開始した。PZCと溶液中のpHとの関連で吸着機構を説明できれば,次年度以降に予定しているゼータ電位の測定といった高価な機器を使用する必要がなくなるため,短期間で成果を出すことが可能である。以上のことから,(2)おおむね順調に進展していると評価する。地下水等に存在する低濃度の砒素,ふっ素,ほう素などの有害陰イオンを吸着除去するためには,夾雑イオンの影響を受けにくい新しい吸着剤を開発する必要がある。平成28年度は,ヒ酸・亜ヒ酸に対する分配係数の高いSi-Fe-Mg系試料を選定し,吸着等温線による吸着能力の評価を行った。ヒ酸・亜ヒ酸それぞれにおいて,吸着等温線はFreundlich式およびLangmuir式に該当した。これらの式より,ヒ酸・亜ヒ酸ともに吸着量には濃度依存性があるとともに,ヒ酸に比べて亜ヒ酸の方が最大吸着量が2倍以上大きいことが示された。また,ヒ酸・亜ヒ酸混在条件での吸着試験の結果,それぞれの吸着量は単独条件での吸着量を下回ったことから,吸着サイトが一部競合している可能性が示された。ほう素吸着剤として,組成比を変えて作成したSi-Al-Mg系試料の吸着特性を検討した結果,いずれの試料も初期pHが710では吸着量はほぼ一定であり,さらに積層構造も維持した。また,初期濃度を変化させた場合では特に高濃度条件で急激に吸着量が増加し,極端な濃度依存性を観測した。