hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
G-CSF受容体を介する好中球分化誘導のシグナル伝達機構の解析

G-CSF受容体にランダムに変異を導入し、好中球分化誘導能が欠損した(増殖停止欠損、G-CSF存下増殖し続ける)新たな受容体変異を同定した。この変異型受容体の解析の結果、好中球分化形質のうち、増殖停止、核の分葉化誘導に受容体は、C末端22アミノ酸残基の領域が関与し、受容体C末端領域の欠失により、Stat5の活性化が継続し、分化誘導が阻害されると考えられた。C末端欠失受容体発現細胞での、このStat5の活性化維持は、これまで報告があった、受容体の細胞内取り込み不能によるものではない事が確認された。一方で、受容体C末端22アミノ酸残基の領域内の極性アミノ酸残基が他のシグナル伝達因子と相互作用する可能性が高いので、この領域内の2ヶ所の酸性アミノ酸に富む領域の酸性残基をそれぞれアラニンに置換した受容体を構築し、G-CSF刺激依存の応答を解析した。その結果、受容体C末端に存在するグルタミン酸残基の置換変異により、G-CSF刺激依存のStat5の活性化が阻害された。よって、受容体C末端領域が直接または間接的にStat5の活性化を制御していると考えられた。一方、好中球分化誘導マーカーであるMPO遺伝子の発現は、受容体C末端36アミノ酸残基の欠損で失われた。したがって、この領域内にStat5の活性化とは異なりMPO遺伝子の発現に関与するシグナル伝達経路も存在することが示唆された。好中球前駆細胞をG-CSF存在下で培養すると、G-CSFがG-CSF受容体を介して好中球の増殖と分化のシグナルが伝達される。これにより細胞は数日間増殖した後増殖を停止し、核の分葉が誘導され、成熟好中球へと分化する。そこで、受容体において分化誘導に必須の部位を特定する目的で、G-CSF受容体遺伝子にランダムに変異を入れ、好中球前駆細胞に導入し、G-CSFに応答して増殖はするが分化は誘導されない細胞株を樹立した。この細胞株の染色体DNAよりG-CSF受容体遺伝子をクローン化しそれぞれのクローンについて安定発現株のG-CSF依存の増殖応答と受容体の遺伝子塩基配列の決定をおこなった結果、G-CSF刺激により分化を誘導できず細胞が増殖し続けるG-CSF受容体は4番目のTyrを含むC末端59アミノ酸残基が欠損していることが明らかになった。この変異型G-CSF受容体発現株は12日間G-CSF存在下培養後も好中球特有の核の分葉化は見られなかった。そこで、受容体C末端の種々の欠失変異受容体発現細胞株を樹立しそのG-CSFに対する応答を検討した。C末端22残基内に、増殖抑制と核の分葉化に関与する好中球分化誘導に必須な領域が存在する事が明かとなった。C末端22残基欠失受容体発現細胞では、G-CSF依存のCDK阻害タンパク質p19の発現の低下と、Stat5の活性化維持の低下が見られ、これらが、G-CSF依存好中球分化誘導過程での増殖停止が起こらない原因と考えられた。

一方で、受容体C末端22アミノ酸残基の領域内の極性アミノ酸残基が他のシグナル伝達因子と相互作用する可能性が高いので、この領域内の2ヶ所の酸性アミノ酸に富む領域の酸性残基をそれぞれアラニンに置換した受容体を構築し、G-CSF刺激依存の応答を解析した。その結果、受容体C末端に存在するグルタミン酸残基の置換変異により、G-CSF刺激依存のStat5の活性化が阻害された。よって、受容体C末端領域が直接または間接的にStat5の活性化を制御していると考えられた。一方、好中球分化誘導マーカーであるMPO遺伝子の発現は、受容体C末端36アミノ酸残基の欠損で失われた。したがって、この領域内にStat5の活性化とは異なりMPO遺伝子の発現に関与するシグナル伝達経路も存在することが示唆された。
認知行動を取捨選択制御する前頭前野神経回路機構の研究

「何かに気持ちを奪われ、意図することが十分できない/不適切なことをしてしまう」様な認知行動に不具合の生じる仕組みを、脳神経回路機能レベルから明らかにし、対処法を提唱することを本研究の目的とし、東日本大震災の影響を乗り越えて研究実施した。臨床では作業記憶が負の感情で阻害される報告が増えており、ラットでは各々を海馬-前頭前野路と前頭前野-扁桃体路が調節し、共にドーパミン伝達を要する。この直列回路を電気生理・神経化学的に解析し、主として、ラット早期母仔分離モデルが示す不安行動と前頭前野-扁桃体路の伝達機能不全の仕組みを報告した。遅延交代反応トレーニング:ラットの飼育・繁殖・課題のトレーニングは研究代表者と雇用した研究補助1名(15時間/週)が担当した。中央に給水ノズルがあり左右に2ランプ2レバーのあるオペラント箱で1.5秒と3秒の遅延交代課題を訓練した。オリジナル(参照:Izaki et al.2008)は4秒と16秒だが、それぞれ異なる日に試験している。本法は同一日に1.5秒と3秒を交互に試験可能なことが確認できた。高架式十字迷路:迷路を自作し、計測装置を導入した。週齢・ハンドリング数・照度・迷路に入るときの方向、に応じて開路と閉路へ行く比率が大きく左右されることが判明した。更に、週毎3回、同じ動物群をテストした結果、最終的に閉路に留まることも判明した。つまり、これまでの解釈だと「不安増大」となる。本装置は「探索行動」と「不安」の比率を計測すると仮定すると「探索行動>不安」か「探索行動<不安」なので、既知環境で探索行動が生じないとき、不安の程度に因らず閉路に留まると理解できる。現在、電気生理実験よりも、両行動計測の関係を解析することを急務としている。2部位の自発神経活動の関係から神経回路機能の解析:聖マリアンナ医科大学で購入したワークステーションで解析方法を確立した。中間海馬、腹側海馬、前頭前野の3部位で同時記録し、その間の情報伝達方向を検出できた(論文投稿中)。早期母仔分離モデルのおける解析:昨年度、前頭前野-扁桃体路のパルス状の神経伝達効率について、早期分離群は探索行動と正相関、通常分離群は負相関することが判っている。この理由にドーパミンが強く寄与することが予想されている。また、2部位の自発神経活動の関係から神経回路機能の解析を行う際、扁桃体だけでなく前頭前野のドーパミンの寄与率が大きいことも想像されるため、幼弱時手綱核破壊モデルを利用したドーパミンの解析も始めている。【遅延交代反応】ラットの飼育・繁殖・課題のトレーニングは研究代表者と雇用した研究補助1名(15時間/週)が担当した。中央に給水ノズルがあり左右に2ランプ2レバーのあるオペラント箱で、両手を乗せて片手ずつ交互にレバーリリースする1.5秒と3秒の遅延交代課題を訓練した:1.5秒左右と3秒左右の繰り返し。オリジナル課題は4秒と16秒、異なる日の試験(参照:Izaki et al. 2008)。正答率は約9割の個体が1.5秒の方で高かったが、残りは3秒の方が高かったので、異なるストラテジーが用いられている可能性があった。【高架式十字迷路】安定した結果が得られるようになった。遅延交代課題との相関解析を行い、作業記憶能と不安指標の間には相関が無いことを見つけた。今後、トレーニング効果を確認する必要が生まれた。しかし、遅延交代課題で1.5秒や3秒が待てずにレバーリリースしてしまうプレマチュア反応との間には相関があり、Izakiら(2008)の結果を情動という観点から再解釈する機会を得た。【2部位の自発神経活動の関係から神経回路機能の解析】聖マリアンナ医科大学で昨年確立した解析方法を用い、中間海馬、腹側海馬、前頭前野の3部位で同時記録し、解剖学上の回路があっても情報伝達がない状況を見つけた。つまり、その回路をON/OFFさせるスイッチの仕組みを理解することが神経回路網に基づく脳機能理解に重要であることが示唆された。【早期母仔分離モデルのおける解析】一昨年度、前頭前野-扁桃体路のパルス状の神経伝達効率について、早期分離群は探索行動と正相関、通常分離群は負相関することが判っている。この理由に扁桃体ドーパミンが強く寄与することが予想され、ドーパミンの解析を行いphasicな反応が鋭敏なことtonicな反応ではdecayしやすいことが判った(学会発表予定)。「作業記憶と不安行動の海馬ー前頭前野ー扁桃体の神経回路内相互作用について」遅延交代反応トレーニング:ラットの飼育・繁殖・遅延交代課題のトレーニングは研究代表者と雇用する研究補助

1名(15時間/週)が担当した。実験期間中、明期/暗期は7時を基準として12時間サイクルとし、遅延交代課題に用いる被験体は自由摂食下の制限給水し飼育している。ホワイトノイズが流れる防音箱内に設置した、中央に給水ノズルがあり左右に2ランプ2レバーのあるオペラント箱で4秒と16秒の遅延交代課題を訓練中である(参照:Izaki et al. 2008)。震災の影響により当初の以下の計画は次年度に行う:遅延交替課題の正答率が4秒90%で16秒75%の学習基準に達した動物の中間海馬、内側前頭前野、扁桃体基底外側核前部へ手術を行う。中間海馬ー前頭前野路を対象とする場合、海馬側を電気刺激し前頭前野側で誘発電位を計測し、最大反応の起きる両部位の位置を同定する。電極はデンタルセメントで固定する。前頭前野ー扁桃体路についても同様の手順で手術を行う。作業記憶と不安行動と誘発電位の神経伝達効率の関係を求めるため、術後回復後、遅延交替課題と高架式十字迷路の前後最中で誘発電位の変化を計測する。実験終了後、チオニン染色と標本作製を行い、電極位置を確認する。2部位の自発神経活動の関係から神経回路機能の解析:計算量が膨大なので聖マリアンナ医科大学で購入するワークステーションで解析し、並行して解析方法の高度化も進める準備が整った(担当:聖マリアンナ医科大学)。早期母仔分離モデルのおける解析:前頭前野-扁桃体路のパルス状の神経伝達効率について、早期分離群は探索行動と正相関、通常分離群は負相関することが判った。震災の影響により当初の以下の計画は次年度に行う:上の1)と2)の内容は、母仔早期分離群と通常分離群で比較する。【遅延交代反応】ラットの飼育・繁殖・課題トレーニングは研究代表者と雇用した研究補助1名(15時間/週)が担当した。中央に給水ノズル、左右に2ランプ2レバー、のオペラント箱で、両前肢を乗せ1.5秒と3秒の遅延交代でレバーリリースさせる訓練をした(1.5秒左右3秒左右の循環連続)。オリジナル課題は日毎4秒と16秒の試験(Izaki他2008)。1.5秒で高正答率の個体は約9割で、1割は3秒で高かった。ストラテジーの異なる可能性はあったが、ホームケージでの給水タイミング調節で1.5秒で正答率が高まる可能性を認めた。【高架式十字迷路】得た不安指標と、上記の作業記憶能の間に相関がない事を発見した(当該研究の一実績)。再試を兼ね、作業記憶課題トレーニングフェーズとの関係を確認中である。一方、遅延期中レバーリリースするプレマチュア反応と、不安指標の間に相関があり、Izakiら(2008)の結果を情動という観点から再解釈し、他報告との比較から、作業記憶の時間要因に『移動距離の遠近』という要因が含まれる可能性に気づいた(次期科研費の主題)。【自発神経活動に基づく2部位間の神経回路機能解析】聖マリアンナ医科大学で確立した解析方法を用い、中間海馬、腹側海馬、前頭前野の3部位で同時記録し、解剖学上の回路があっても情報伝達がない状況を見つけ報告している(Takitaら2003)。その回路をON/OFFさせるスイッチ機構の理解が、神経回路網に基づく脳機能解明に重要なことが示唆されたが、例えば、時間や距離で作業記憶回路が切り替る可能性も考察している。【早期母仔分離モデルのおける解析】
現代フランスにおける教育改革に関する総合的研究

現代フランスにおいて,全面的かつ恒常的に教育改革が行われている.これらの改革のうち小学校の「三区分教授法」,中学校の「観察課程」と「進路指導」,学際・自治・参加の高等教育改革,有給教育休暇をふくむ生涯職業教育制度など,既にわが国にも紹介され,注目されているものもある.しかし,わが国における研究は断片的なものにとどまっている.本研究は, 68年のいわゆる「5月革命」以降の教育改革を全面性と継続性においてとらえるべく, 1.現在に至る時系列に即して, 2.政策や社会変動や21世紀社会観と結びつけ, 3.各教育段階・領域の相互連関を把握し, 4.諸改革を支える教育理論を考察し, 5.諸改革の実態を実証的に精査することを目的とした.本研究によって,フランス教育改革の特徴とともに,わが国にも共通する現代的課題へのフランスの具体的取り組みをも明らかにすることができた.報告書においては,第1編「総論」で序説につづき,教育理論,教育改革と社会理論,科学技術の発展と教育改革などを取り上げた.第2編は「学校教育の改革」と題し,就学前教育,初等教育,中等教育,大学入試,グラン・ゼコール,大学図書館の各領域を分析した.第3編は「教育内容・方法の改革」と題し,自然認識の教育,環境教育,障害児教育,女子教育,性教育の各領域を取り上げた.第4編「教育行財政・経営の課題」では,教育行政の分権化改革,総視学官の役割,教育政策と教育審議会,教育財政の制度と改革,私立学校の諸問題を分析した.第5編「社会教育・文化政策」では,継続職業教育,青年・成人教育,文化政策の発展と課題を明らかにした.現代フランスにおいて,全面的かつ恒常的に教育改革が行われている.これらの改革のうち小学校の「三区分教授法」,中学校の「観察課程」と「進路指導」,学際・自治・参加の高等教育改革,有給教育休暇をふくむ生涯職業教育制度など,既にわが国にも紹介され,注目されているものもある.しかし,わが国における研究は断片的なものにとどまっている.本研究は, 68年のいわゆる「5月革命」以降の教育改革を全面性と継続性においてとらえるべく, 1.現在に至る時系列に即して, 2.政策や社会変動や21世紀社会観と結びつけ, 3.各教育段階・領域の相互連関を把握し, 4.諸改革を支える教育理論を考察し, 5.諸改革の実態を実証的に精査することを目的とした.本研究によって,フランス教育改革の特徴とともに,わが国にも共通する現代的課題へのフランスの具体的取り組みをも明らかにすることができた.報告書においては,第1編「総論」で序説につづき,教育理論,教育改革と社会理論,科学技術の発展と教育改革などを取り上げた.第2編は「学校教育の改革」と題し,就学前教育,初等教育,中等教育,大学入試,グラン・ゼコール,大学図書館の各領域を分析した.第3編は「教育内容・方法の改革」と題し,自然認識の教育,環境教育,障害児教育,女子教育,性教育の各領域を取り上げた.第4編「教育行財政・経営の課題」では,教育行政の分権化改革,総視学官の役割,教育政策と教育審議会,教育財政の制度と改革,私立学校の諸問題を分析した.第5編「社会教育・文化政策」では,継続職業教育,青年・成人教育,文化政策の発展と課題を明らかにした.1大学改革問題でフランスの文教政策の転機をもたらした1968年から現在に至る教育改革の分析に必要な文献を購入した。2就学前教育・初等教育・前期中等教育・後期中等教育・高等教育・教員制度・継続職業教育・社会文化活動・教育行財政・教育政策・社会理論・教育理論・発達心理学的理論の各領域ごとに最新の資料にもとづき検討を進めた。3日本の教育課題と類似した課題もあるが、また日本にない独特な試みもみられる。たとえば、「教育優先地域」の設定,水曜日を休みとする学校五日制,学校内の生徒指導の専門家としての「教育主任教員」の組織化、などである。4 1986年の国民議会選挙でいわゆる保守派が勝利し、ミッテラン大統領の指導下の5年前からの教育改革の方向が修正されつつあるので、その動向を的確に探るべく努めている。
前近代インドにおけるイスラーム諸国家制度の動態的研究

ムガル朝時代の国制史を考える上で重要な叙述史料Ahwal-i Asad Bigの批判テキスト作成の指針については2004年度の研究成果によって示してあったが、その指針にもとついた校合テキストが一応の完成をみた。報告書に掲載した校合テキストは、研究助成によって得られたこの著作についての知見の全貌を示すことを目的として、校合・批判の処置を全面的に開示したものである。すなわちこのテキストは、諸写本の校合を集積すべくほとんどあらゆる種類の異読を採録すると同時に、編者による本文批判の結果も併せて開示してある。またムガル朝政府の行政構造についての重要な史料であるdastur al-'amal(「業務要領」と訳しうる)文献については、できるだけ数多くの文献を参照すべく、かなり難解な書体で書かれた手写本を解読した上で、その構成や内容について分析を進めた。その結果dastur al-'amal文献は全般的に、暦年の記法、数字の特殊な表記法(siyaqと呼ばれる)、公文書の様式集など書記官僚のためのマニュアル的な情報を含むこと、ムガル朝各州の租税統計などさらに広範な行政上の情報までをも含む場合があること、さらにひとくちにdastur al-'amalといっても、個別の文献に含まれる情報はかなりのヴァリエイションを有することが明らかになった。この文献群については単独の論考を提出すべく、さらなる精査を進めているところである。またムガル朝時代の重要な制度史、統計史料である『アーイーニ・アクバリー』に関しては、良写本にもとづく本文研究の結果、すでに公刊されている活字版のテキストと相違する部分がかなりあることが明らかになった。とりわけ統計的情報に関してはテキストの相違はきわめて重大な問題であるので、信頼できるテキストを再建できるよう、その一部の内容を電子化した。本年度は、アーンドラ・プラデーシュ州文書館(インド・ハイデラーバード)で、ムガル帝国時代の古文書コレクションを調査した(国内旅費・外国旅費)。これによって同文書館のペルシア語古文書コレクションの概要を把握することができた。その上で、研究課題の一部をなすマンサブ制度に関連する個別の古文書の現物およそ三百点を閲覧・解読した。その過程で、同文書館における古文書の整理が、必ずしも古文書の出所原則と原秩序維持の原則に従っていないという、遺憾な事実を発見した。したがって同文書館所蔵の古文書の研究は基本的に、これらの原則の復元から出発するという迂遠な方法をとらねばならぬ事が確認された。なお閲覧した古文書のうち、研究課題に関連してもっとも重要と思われるものおよそ二十点について複写の提供を受けた。現在、これらの解読の結果を電算機に入力・整理し、研究に役立てているところである。また本邦では知られていない同文書館の刊行物(継続中のムガル帝国時代古文書カタログの続編を含む)を入手できた。さらに現地の研究者複数と会見し、研究課題についてのレビューを受け、関連する諸問題について情報交換を果たせたのも、予期せぬ収穫であった。また国外の研究動向をフォローするために、研究代表者の所属機関に所蔵されていない文献を多数収集した(消耗品費)。この中には研究課題に関連する稀覯書のマイクロフィッシュも含まれる。このようなマイクロフィッシュ、及びこれまでに研究代表者が収集したマイクロフィルムの資料を効率よく整理するため、その一部を電子的な画像データに焼き付けた(その他)。これらを研究に役立てるべく、整理・解読の作業を進めているところである。本年度は、昨年度と同様、ペルシア語古文書および古写本の調査を行うため、マドラス大学図書館(チェンナイ・インド)へ出張する予定であったが、インド洋津波の影響で、急遽パンジャーブ大学図書館(ラホール・パキスタン)に調査先を変更した。

同図書館ではカタログとして未だ出版されていないものも含め、研究課題に関連するいくつかの重要な写本について、部分的な写真撮影を行った。また現地で得た情報に基づき、パンジャーブ公共図書館でも写本調査を行った。その結果、研究課題に関連する重要な写本複数の存在を知り、これの写真撮影を行った。とりわけムガル帝国の王子がペルシア語で記した回想録Waqi'at-i Azfariの学会未知の写本を発見した意味は大きい。同館館長の特別の許可を得て全冊の撮影を行うことができたので、現在その内容を整理中である。さらにダヤール・スィング・トラスト図書館にも赴き、同館の写本カタログを入手できた。またパンジャーブ大学(ガヴァメント・カレッジ)ペルシア語学科長ムハンマド・ラフィーク教授と研究交流を行い、同国での研究動向について最新の情報を得ることができた。さらに研究課題に関連する、本邦では入手の難しいパキスタン出版の書籍を多数購入した(外国旅費)。今回の調査については、冒頭の通りの事情で準備が不足しており、かつ滞在時間も短かったが、携帯した電算機とデジタルカメラが、収集した情報を効率的に整理するために絶大な威力を発揮した(物品費)。その他、研究課題に関係する一次文献、および国内外の研究文献を多数購入した(物品費)。また前年度までに入手してあるマイクロフィルム、マイクロフィッシュ等のデジタルスキャンを行った。現在その内容を整理・検討しているところである(その他)。本年度は、ペルシア語・アラビア語・ウルドゥー語・テュルク語の古文書・古写本を調査するため、タミルナードゥ州政府東洋写本図書館(インド共和国)へ出張した(旅費)。同館には上記諸言語による写本がおよそ二千点所蔵されているが、カタログが本邦の公的機関にはほとんど将来されていないため、その全容は不明であった。今回の調査においては、カタログを精査することによってコレクションの概略を知るとともに、これまでに知られていたものの他にも、いくつかの重要な写本が存在することを確認できた。なかでもムガル帝国末期の王族の回想録、南インドにおいてペルシア語で編纂されたテュルク語文法書、海事関係のマニュアルや語彙解説集などの著作の写本は本研究に密接な関係を持つものであるものと判断されたので、同館司書の許可を得て写真撮影を行った。目下それらの写本の内容を精査しているところである。また本邦ではほとんど見ることができない、同館の出版物(写本カタログや一次文献の翻刻)も多数購入することができた。なかには南インドのムスリム藩王国に関する歴史書の翻刻など、これまで学界に知られていなかった貴重な出版物も含まれている。また研究課題に関連する資料のマイクロフィルム・マイクロフィッシュを、デジタルスキャンによって電子的な画像データに変換した(その他・謝金)。これらのデータを扱うため、電算機のハードウェア、ソフトウェアの環境を改良した(物品費)。また国内外の研究の動向をフォローするために研究文献を多数購入する一方、一次史料の校訂本も購入して、研究資料の整備に努めた(物品費)。
鉄筋のマクロセル腐食を考慮した亜硝酸リチウム圧入工法の開発

本研究課題では,まず亜硝酸イオンの作用メカニズムについて検討を行った.その結果,亜硝酸イオンはアノード反応を抑制し,腐食電位を貴化させることにより腐食抑制効果を発揮することが明らかになった.そのため,同一鉄筋上で亜硝酸イオンの濃度差が生じるとマクロセル腐食につながる可能性が考えられたため,亜硝酸イオンの濃度差がマクロセル腐食に与える影響についての検討を行った.その結果,コンクリートの溶液抵抗が高いため,ほとんどマクロセル腐食のリスクはないことが明らかになった.コンクリート中の鉄筋が腐食すると,腐食生成物の体積が元の鉄筋体積よりも大きいため,見た目上膨張し,かぶりコンクリートにひび割れが生じる.このひび割れが進展すると,かぶりの剥落に伴う第三者被害や構造耐荷力の低下につながる危険性があるため,コンクリート中の鉄筋の腐食抑制技術の発展が望まれている.そのような中で,近年,亜硝酸リチウムが用いられているようになってきている.これは,亜硝酸リチウム中のリチウムイオンにはアルカリ骨材反応の抑制効果があり,亜硝酸イオンに腐食抑制効果があるためである.しかし,亜硝酸イオンが作用すると鋼材の電位が変化するため,マクロセル腐食を引き起こす危険性も考えられるが,亜硝酸イオンの効果のメカニズムは明確にはなっておらず,効果的な使用方法が確立されていないのが現状である.本研究課題では,亜硝酸イオンの作用メカニズムを明らかにし,その適用条件を明確にすることを目的としていた.その結果,亜硝酸イオンは塩化物イオンなどに対して競合陰イオンとして働き,鋼材のアノード反応を抑制する効果があることを明らかにした.また,従来は塩化物イオンに対してモル比1.0以上の濃度の亜硝酸イオンが必要であるとされていたが,コンクリート表面に塗布した場合にも短期間である程度の腐食抑制効果があることが示された.この原因は,コンクリート表面から内部に移動する水分とともに亜硝酸イオンがコンクリート内部に浸透し,水が蒸発する際にイオンだけが残り,濃縮したためと考えられる.一方で,亜硝酸イオン濃度が異なる場合には,マクロセル腐食が生じる可能性は示されたが,コンクリートの電気抵抗が高いため,実施工ではほとんど問題がないことが分かった.本研究課題では,まず亜硝酸イオンの作用メカニズムについて検討を行った.その結果,亜硝酸イオンはアノード反応を抑制し,腐食電位を貴化させることにより腐食抑制効果を発揮することが明らかになった.そのため,同一鉄筋上で亜硝酸イオンの濃度差が生じるとマクロセル腐食につながる可能性が考えられたため,亜硝酸イオンの濃度差がマクロセル腐食に与える影響についての検討を行った.その結果,コンクリートの溶液抵抗が高いため,ほとんどマクロセル腐食のリスクはないことが明らかになった.近年,アルカリ骨材反応(ASR)の抑制対策として亜硝酸リチウム圧入工法が用いられるようになってきている.これは,亜硝酸リチウム中のリチウムイオンにASR抑制効果があるためであるが,一方で亜硝酸イオンには鋼材腐食を抑制する効果があることが知られており,亜硝酸リチウムの使用により腐食抑制効果も期待されている.しかし,亜硝酸イオンは鋼材の電位を貴にすることにより鋼材を不動態化し,腐食抑制効果を発揮すると考えられているが,亜硝酸リチウム圧入工法を行った場合には,場所によっては亜硝酸イオンの濃度差が生じ,鋼材上に電位差が生じる可能性があると考えられる.鋼材上で電位差が生じる場合には,マクロセル腐食が生じる可能性があるため,亜硝酸リチウム圧入工法を行った際に生じる亜硝酸イオンの濃度分布およびこれに起因するマクロセル腐食の可能性を把握することは非常に重要であると考えられる.また,亜硝酸イオンの作用機構についても不明確な点があるため,昨年度はまずは亜硝酸イオンの作用機構に関する検討を行い,続いて亜硝酸イオン圧入工法を適用したコンクリート中の亜硝酸イオンの濃度分布に関する検討,濃度分布が鋼材のマクロセル腐食に与える影響に関する検討を行った.その結果,亜硝酸イオンは鋼材のアノード分極特性に作用し,不動態化させることや,水溶液中よりもコンクリート中の方が亜硝酸イオンの腐食抑制効果が顕著に表れることが分かった.また,亜硝酸イオン圧入工法を行った際の亜硝酸イオン濃度分布の推定式を提案することができ,推定された亜硝酸イオンの濃度勾配と生じるマクロセル電流量の間には線形関係があることが分かった.亜硝酸イオンの濃度勾配がマクロセル腐食に与える影響については,コンクリート構造物の補修,補強,アップグレード論文集に既に掲載されている.本研究課題の目的は,亜硝酸イオンの濃度勾配がマクロセル腐食に与える影響を明らかにし,最適な亜硝酸リチウム圧入工法を提案することであるが,このうち亜硝酸イオン濃度勾配がマクロセル腐食に与える影響についての基礎的な知見は得ることができたと考えられる.しかし,これは亜硝酸リチウム圧入工法を適用した直後の検討であり,圧入後に時間が経過すると亜硝酸イオンの拡散が進行し,マクロセル電流は小さくなっていくと考えられる.したがって,圧入直後の亜硝酸に温の濃度勾配だけでなく,その後の拡散も含めて検討する必要があると考えられる.また,生じるマクロセル電流密度はコンクリートの電気抵抗に大きく左右される可能性があり,コンクリートの電気抵抗の影響についても考慮する必要があると考えられる.現在は,コンクリート抵抗の影響についても実験を開始している.

また,実際に使用されることが多いのはASRによるひび割れが生じたコンクリートであると考えられるため,ASRによるひび割れが発生しているコンクリートにおける亜硝酸イオンの濃度分布についても検討している.以上のことから,まだ検討課題は残っているものの,初年度に予定していた成果は得られていると考えられ,残された検討課題についてもある程度方針が立っているため,研究の達成度は,「おおむね順調に進んでいる」と評価した.昨年度の成果を踏まえ,今年度は次の項目について検討することとする.(1)亜硝酸イオンの圧入後の拡散に対する検討;亜硝酸イオン圧入工法を行った直後の亜硝酸イオンの濃度分布に加えて,圧入後一定期間経過後(3,6,9か月後)の亜硝酸イオンの濃度分布を検討し,圧入後の濃度勾配に加え,圧入後の拡散も含めてマクロセル腐食の可能性を検討することとする.亜硝酸イオンの濃度は,鉄筋位置に相当する箇所(かぶり表面から深さ方向に20mmの位置)から採取したコンクリートを粉砕し,温水抽出後にイオンクロマトグラフにより分析することとする.(2)ASRコンクリートに関する検討;これまではひび割れのないコンクリートについて検討してきたが,亜硝酸リチウム圧入工法はASR劣化コンクリート構造物に適用されることが多いため,ASR劣化供試体に対して亜硝酸リチウム圧入工法を行い,圧入後の濃度分布や一定期間経過後(3,6,9か月後)の亜硝酸イオンの濃度分布を検討し,圧入後の濃度勾配に加え,圧入後の拡散も含めてマクロセル腐食の可能性を検討することとする.実験要因はASRの劣化段階とし,ASRの劣化段階はひび割れ幅やひび割れ密度などから3段階に設定する.ASR劣化供試体はすでに作製,促進劣化を終えており,実験の準備はすでに整っている.(3)コンクリートの電気抵抗の影響;生じるマクロセル電流に与えるコンクリートの電気抵抗の影響は大きいと推察され,コンクリートの電気抵抗を実験要因として,亜硝酸リチウム圧入工法を行い,電気抵抗がマクロセル腐食に与える影響について検討することとする.コンクリートの電気抵抗は,コンクリートのW/Cを40,50,60%とすることにより調整する.また併せて電気抵抗の異なるPCMについても検討することを考えている.以上の検討を元に,効果的な亜硝酸リチウム圧入工法の提案を試みる.実験供試体の作製に必要なコンクリートおよび鉄筋資材,データの収集に必要なひずみゲージなどを消耗品費として使用する予定である.また,促進腐食試験において,促進養生後に供試体を解体し,亜硝酸イオン濃度の測定を行うため,解体機材部品を消耗品費として使用する予定である.さらに,マクロセル電流を測定するために必要な無抵抗電流計も消耗品として購入する予定である.これは,腐食雰囲気で使い続けるため,1年以内に寿命を迎えるためである.当研究室ではイオンクロマトグラフ装置を保有していないため,亜硝酸イオンの分析を外部機関に委託する費用をその他の経費として使用する予定である.研究内容に関する資料収集あるいは成果発表のために,講演会,シンポジウムへの出席のための調査・研究旅費(交通費,日当,宿泊費)を使用する予定にしている.また,コンクリート供試体の作製に当たり,延べ約20日×5名の大学院生の実験補助を依頼することから,謝金として使用するとともに,成果論文の投稿料をその他の経費として使用する予定である.
アジア地域における地域経済統合と制度間調整のあり方〜補助金規制を中心として〜

アジアにおける地域統合の流れは予想を上回るペースで加速化しており、現時点では、EUにおける国家補助規制のような形態の、各国の補助金政策ないしは産業政策に対して、域内市場の一層の自由化をめざした競争政策的な規制の導入は実現していない。逆に、域内コンソーシアム型の共同プロジェクトは、これまでも実施されており、これからもあり得る(例:ASEAN車)。従来の状況に対して、新たに注目されるプレーヤーとして、中国と日本が登場した。これらの国に主導される形で、東・南東アジア地域における自由貿易圏構想がにわかに現実的なものとなりつつあり、今後の動向が注視されるが、これら地域統合においても、現段階では主に関税撤廃を中心としたモノ貿易の自由化および資本やヒトの移動をともなうサービス貿易自由化が主たる関心対象であり、各国の補助金政策に対する直接の地域内規律は俎上にのぼっていない。また、我が国ODA等の国際援助も。他方、WTOによる多国間自由貿易体制は、その創設から10年が経過し、いくつかの潜在的問題をはらみながらも、おおむね順調に推移している。補助金規律の分野においても、SCM協定やTRIMs協定による各国の産業政策の規律は、ガットからWTOへの「法化」パラダイム転換を受けて、法律上も実際上も、従来より厳格な国際規律の下に置かれている。こうした国際規律は、開発途上国にも等しく及んでおり、これはインドの自動車事件、インドネシアの国民車事件、カナダ=ブラジル間の小型航空機に対する補助金を巡る紛争などの紛争解決事例に実証的にあらわれている。このように当面、アジア地域における補助金の国際規律は、WTO主導で進むものと予想されるが、現在加速の度を高めているアジア地域の市場統合が急速に進展する場合には、域内の補助金規律が、域内市場自由化および統合という観点から当然問題となり得よう。今年度実施する筈であったアジア各国の補助金制度の実態調査は、サーズ、テロ懸念その他の理由によって出張を見合わせたため次年度に延期することとなった。その代わり、理論的な観点からアジア地域における補助金政策および規律と極めて密接な関連性を有する重要な法概念として「競争」を取り上げ、3つの具体的視点から研究を行った。1.競争法の整備:アジア地域において「競争」の価値はかなりの程度共有されていると評価でき、現在、かつて様々な法規制の対象とされてきた領域に競争を導入する法改正の動きや、包括的な競争法を制定する動きが急ピッチに進められている。ただし、「競争」概念はそれ自体多義的であり、競争法の整備およびそのエンフォースメントにおいては各国の経済発展段階や社会制度その他の諸事情によってさまざまな様相を見せている。2.国内規制改革:上記とも関連するが、各国の国内規制改革は広義の競争政策の一部としで進められつつある。ただし、個別セクターにおける補助金政策その他の産業政策は、経済発展を市場メカニズムの機能に委ねる競争政策とは少なくとも短期的には緊張関係をはらむ場合がある。公共選択論的な理解からは単なる既得権益の保護に陥るリスクはかなり大きく、経済合理性(動態的な意味も含む)が担保される形で産業政策が実施されることが必要となる。3.市場アクセス(通商政策):ガット・WTOの下で貿易自由化が進み、国家規制による貿易障壁は相当程度低減されたが、私企業による障壁(反競争行為)や国家規制産業または国営企業による市場アクセス阻害は、近年大きな問題として注目される。現在、貿易と競争という観点からOECDやWTOで多国間競争条約の可能性について議論が進められており、二国間協力協定、地域統合協定中の競争条項と並んで、競争政策のグローバル化への動きが活発化している。
新しい膵消化管神経内分泌腫瘍分類法の確立とそれに基づいた個別化治療の開発

膵神経内分泌腫瘍の生物学的特徴を加味した分類の確立を目的とした。神経芽細胞の維持に必要なSox2の発現は46例中、6例で陽性で、5例が神経内分泌癌であり、陰性例に比し腫瘍径が大きく、リンパ節、遠隔転移が高率だった。全例が15ヶ月以内に死亡したが、陰性例の5年生存率は96%と良好であった。細胞株の実験ではSox2の発現抑制によりc-myc, Oct4の発現が低下した。一方、内分泌細胞の分化に必要なPdx1の陽性例は陰性例に比し予後良好であった。Sox2陽性例は幹細胞に近い細胞、Pdx1陽性例は分化した細胞を起源とすることが示唆され、今後、それぞれの発現にあわせた治療の開発を目指す。膵・消化管神経内分泌腫瘍はほぼ悪性化しない腫瘍から、悪性度が極めて強く予後が非常に不良である腫瘍まで、幅広く、その生物学的特徴がさまざまである。本研究の目的は、これまで、単に細胞増殖能にのみ基づいて分類されていた神経内分泌腫瘍をその生物学的な特徴を加味した分類法を開発し、それぞれに適した治療法の選択や、また、新しい治療標的を発見し、新規治療法を開発することにある。その目的のため、神経内分泌細胞の分化に関わる転写因子の発現に注目した。我々の施設において膵神経内分泌腫瘍に対し切除術を施行された46例を対象とした。まず、WHO分類を再検討したところ、NET-G1:22例、G2:17例、NEC/MANEC:7例で有り、これらの予後をみると、G1, G2症例は全例生存していたが、NEC/MANEC症例は4ヶ月生存の1例を除き、他は全例18ヶ月以内に死亡しており、極めて予後が不良である事が確認できた。そこで、原腸細胞から膵芽細胞に分化し、また、その後、内分泌細胞への分化維持に必要とされるPdx-1と、神経のごく初期段階に発現するSox2の発現を免役染色法により検討した。Pdx-1の発現は25例に高発現、21例に低発現しており、その予後を検討すると高発現群は低発現群に比較して有意に予後が良好であった。また、臨床病理学的検討では高発現群は全例、G1またはG2であり、有意に低発現群と比較してNEC/MANEC症例が少なかった。また、腫瘍径との相関も認めた。一方、Sox2の発現は6例にのみ高発現を認めた。NEC/MANECの7例中、5例にその発現を認め、また、全例が非機能性腫瘍であった。その予後をみるとSox2陽性症例は15ヶ月以内に全例が死亡しており、極めて予後不良であった。以上から、膵・消化管神経内分泌腫瘍の中で、Sox2発現細胞は未分化な腫瘍で有り、極めて予後不良である事が示された。現在、in vitroの実験により膵神経内分泌腫瘍細胞株を用い、Sox2, Pdx1の細胞増殖、浸潤能に対する効果を検討しようとしている。その目的のため、Sox2高発現細胞を探索したところ、QGP1が該当することがわかった。しかし、その発現抑制をsiRNAを用いて行おうと考えているが、幾つかの条件変更したにもかかわらず、発現の抑制が認められず、その機能の検討もできていない。今後、CASPRなど、他の方法での発現抑制を試みる予定である。膵消化管神経内分泌腫瘍において生物学的な特性を加味した新しい分類法を検討し、将来はその分類に基づく最適な治療法を開発することが本研究の目的である。これまで、本疾患の分類はWHOによる腫瘍内の増殖細胞の割合により行われてきた。本分類は疾患の予後を反映し、有用である事は疑いないものの、単に増殖能による分類であり、その生物学的な特徴を示すものでは無い。そこで、腫瘍の発生起源を検討する為、特に膵神経内分泌腫瘍に注目し、膵内分泌細胞の分化、発生に関わる因子の発現を検討した。これまで、神経への分化に重要で、多分化能を保持している細胞に発現するSox2と膵原器から分化した内分泌細胞、特にインスリン発現細胞に分化する際に発現するPdx-1について、当院で切除を行った46例の神経内分泌腫瘍の切除標本における発現を検討した。するとSox2の発現は6例にのみ認め、また、発現例においては全例が15ヶ月以内に死亡しており、非常に予後不良であった。特に構造職能を有するG3腫瘍の7例中5例にその発現を認め、悪性度の高さを示すものであった。一方、Pdx-1については内部コントロールとしてラ氏島の発言よりもつよく腫瘍細胞に発現しているものを高発現群としたところ、25例が高発現であり、高発現群が有意に予後良好であった。加えて、Pdx1と同様に膵発生において分化した内分泌細胞に発現が認められるNeuroDについてその発現を陽性細胞数で高発現、低発現に分類したところ、低発現症例は7例のみで、その予後も高発現群に比較して有意に予後不良であった。このような検討からSox2発現腫瘍は未分化な神経細胞がその期限になっている可能性があり、一方、Pdx1やNeuroD陽性腫瘍はある程度分化した細胞がその期限になっている可能性が示唆された。そのため、特に未分化なSox2陽性腫瘍は極めて予後が不良であると考えられた。Sox2やPdx1の神経内分泌腫瘍細胞における癌化の役割を検討する目的で、細胞株を用い、その発現をノックダウンもしくはノックアウトすることでの変化を検討しようとしている。

しかし、多くの方法を用いたものの、これまで、その発現抑制が十分に出来ておらず、その機能の検討が進んでいない。一方で、特に予後不良である神経内分泌癌におけるこれらの因子の発現の検討をより深く進めている。残念ながらこのような腫瘍は症例数が極めて少なく、当施設での経験症例のみでは十分な検討が出来ない。そこで、京都大学、愛知県がんセンターなど、本疾患の診療で著明な施設との共同研究を進め、これらの施設の経験症例を含めることで、多くの症例の検討を行おうと考えている。現在、40症例超の標本が収集できる予定であり、今後、その免疫染色を通してSox2やPdx1の発現を検討し、臨床病理学的因子との比較により、その特徴を探っていく予定である。膵消化管神経内分泌腫瘍において生物学的な特性を加味した新しい分類法を検討し、将来はその分類に基づく最適な治療法を開発することが本研究の目的である。これまで、本疾患の分類は腫瘍内の増殖細胞の割合により行われてきた。本分類ではある程度の治療反応性を予測できるものの、各腫瘍の生物学的特性を反映していないためこれにあわせた治療法の選択には結びつかない。そこで、われわれは神経内分泌細胞の発生段階で発現する転写因子に注目し、その発現に各種用の特性を判別できないかを検討した。膵原器の初期にその発現が認められ、また、最終的にインスリン分泌細胞に発現が強く認められるPdx-1と神経細胞の分化初期に発現を認め、その多分化能を制御すると考えられるSox2の発現を本疾患の外科切除例46例における免疫染色にて検討したところ、Sox2発現症例は極めて予後不良で6例中5例が切除後1年以内に死亡しているが、Pdx-1陽性例では25例全例が生存していた。また、これらの因子の発現はホルモン発現、分化度と関連があり、Sox2発現腫瘍は未分化で神経内分泌細胞の発生でごく初期の多分化能を持った細胞が腫瘍化しているもので有り、一方、Pdx-1はある程度分化した細胞から発生しているものと考えられた。また、全国調査への協力を通し、WHO分類で特に腫瘍増殖能が高いとされるneuroendocrine cancer 70例の腫瘍悪性化に関連するKRAS変異およびRb遺伝子欠損を検討したところ、このような変異を持つ腫瘍は全身化学療法としてプラチナ系薬剤治療での奏功率が高いことを認めた。このようなことから、これらの転写因子の発現は、腫瘍の生物学的特徴を示していると考えられ、その発現状況による治療効果予測が今後、可能になると考えられる。膵神経内分泌腫瘍の生物学的特徴を加味した分類の確立を目的とした。神経芽細胞の維持に必要なSox2の発現は46例中、6例で陽性で、5例が神経内分泌癌であり、陰性例に比し腫瘍径が大きく、リンパ節、遠隔転移が高率だった。全例が15ヶ月以内に死亡したが、陰性例の5年生存率は96%と良好であった。細胞株の実験ではSox2の発現抑制によりc-myc, Oct4の発現が低下した。一方、内分泌細胞の分化に必要なPdx1の陽性例は陰性例に比し予後良好であった。Sox2陽性例は幹細胞に近い細胞、Pdx1陽性例は分化した細胞を起源とすることが示唆され、今後、それぞれの発現にあわせた治療の開発を目指す。まずは、in vitroの実験によるPdx1, Sox2の膵神経内分泌腫瘍における役割を解明する。前述の様に、現状ではこれらの因子の発現抑制を試みているものの、これがうまくできていない事が問題である。
3次元微細構造による細胞のマニピュレーション

心筋組織内の細胞配列と心筋組織の拍動のリズムの関係を造形する足場構造設計に取り入れ、作製する心筋組織の構造の最適化を目指すため、複数の培養心筋細胞からなる細胞ネットワークの形態とその拍動リズムとの関係を数理的に調べた。Hodgkin-Huxley方程式を基にした単一心筋細胞の膜電位を示すNobleモデルに細胞間電流を示す項を加え、細胞ネットワークの拍動を示す膜電位モデルを作製した。作製したモデルを用いて、細胞ネットワーク内の各細胞の膜電位とその時間変化を計算し、膜電位変化の周期を求めた。膜電位変化の周期は、拍動のリズムと一致するとして、それを拍動の周期とした。等しい拍動周期をもつ細胞から構成される細胞ネットワークにおいて、細胞数や細胞配列、細胞間抵抗値を変化させながら、細胞ネットワーク内の各細胞の拍動の位相が一致するために要する時間と各パラメーターとの関係を求めた。その結果、細胞ネットワークを構成する細胞数、または細胞間抵抗値が大きくなると、細胞ネットワーク内の各細胞の拍動の位相が一致するために要する時間は長くなり、その時間は細胞数または細胞間抵抗値に比例した。また、細胞ネットワーク内で細胞間結合の数が増えると、指数的に同期に要する時問が短くなった。さらに、拍動周期の異なる2個の心筋細胞において、各細胞の拍動の周期が一致するために要する時間、及び拍動の同期に至る拍動ダイナミクスの過程を求めた。細胞間抵抗値を変化させると、細胞間抵抗値が小さいときは各細胞の拍動周期の一致が見られたが、細胞間抵抗値が大きくなると、各細胞の拍動周期は互いに近づいたり離れたりと周期的に変動し、拍動周期の一致は見られなかった。この挙動の分岐となる細胞間抵抗値は、2個の細胞の膜電位容量の差が大きいほど小さくなった。生体組織の骨組みとなる立体構造の作製を目的とし、光造形装置の設計・試作を行い、材料の選定を行った。1.光造形装置の設計・試作2.光硬化性材料の選定及びその基礎特性の把握立体構造の作製のために、光硬化性ゼラチンを選定した(九州大学医学部松田研究室より提供を受けた)。光硬化性ゼラチンは、細胞が接着可能でかつ無害な生分解性材料である。試作した装置を用いて、光硬化性ゼラチンの硬化に必要な露光量(レーザー強度、波長、露光時間))の把握を行った。波長780nmを用いた場合、硬化に必要なレーザー強度は、19mW、露光時間は0,22msであった。また、光硬化性ゼラチン上で心筋細胞の培養を行い、ガラス基板上で培養した細胞と比較して、細胞の状態が変わらないことを確認した。二光子光造形により作製した立体微細構造上でラット心筋細胞を培養し、細胞形態の様子の観察を行った。構造の材料には光硬化性ゼラチンを用い、細胞培養には縞状に硬化させたゼラチンを用いた。作製した構造上でラット心筋細胞を培養した結果、構造の長軸方向に長く伸展する細胞が多く確認された。構造が無い場合は、細胞の伸展方向がランダムになるため、微細構造の存在が細胞形態に影響を与えることが分かった。また、この場合の心筋細胞の収縮の方向も構造の長軸方向と同じであった。縞状構造の幅およびその間隔を5μmから20μmまで実験を行った結果、どの構造上においても60%以上の細胞が同じ方向に伸展した。細胞の大きさよりも小さな構造においても配向の制御が可能であり、細胞より大きな構造でもそのエッジ部が細胞の配向に影響をもつことから、表面形状の大きな変化が細胞形態に重要な影響をもたらすことが分かった。また、大面積の微細造形を行える光干渉造形法を用いて微細周期構造を作製し、ラット心筋細胞の培養を行った。材料には、生体適合性の高い光硬化性材料である、末端をアクリレート化したトリメチレンカーボネート系プレポリマー(TTMP)を用いた。Nd:YVO_4レーザーの第3次高調波(波長355nm)を2光束にし、厚さ約1μmのTTMP薄膜上に干渉させ、露光した。1、2、4、8μmの間隔の縞状構造上でラット心筋細胞の培養をおこなった結果、それぞれ約75、65、50、40%の細胞が構造の長軸方向に伸展し配向した。また、アクチンを蛍光染色し、レーザー顕微鏡で観察した結果、構造に沿った細胞骨格が形成されていることを確認した。

その結果、細胞ネットワークを構成する細胞数、または細胞間抵抗値が大きくなると、細胞ネットワーク内の各細胞の拍動の位相が一致するために要する時間は長くなり、その時間は細胞数または細胞間抵抗値に比例した。また、細胞ネットワーク内で細胞間結合の数が増えると、指数的に同期に要する時問が短くなった。さらに、拍動周期の異なる2個の心筋細胞において、各細胞の拍動の周期が一致するために要する時間、及び拍動の同期に至る拍動ダイナミクスの過程を求めた。細胞間抵抗値を変化させると、細胞間抵抗値が小さいときは各細胞の拍動周期の一致が見られたが、細胞間抵抗値が大きくなると、各細胞の拍動周期は互いに近づいたり離れたりと周期的に変動し、拍動周期の一致は見られなかった。この挙動の分岐となる細胞間抵抗値は、2個の細胞の膜電位容量の差が大きいほど小さくなった。
紫外発光ダイオードを用いた水処理装置の開発

無水銀光源として注目される紫外線発光ダイオード(UV-LED)を備えた小型浄水消毒装置を試作し、その性能を微生物不活化実験により評価した。実験の結果、UV-LEDは水中微生物(大腸菌、大腸菌ファージ)の不活化に有効であること、特に発光ピーク波長265nmおよび280nmのUV-LED素子が消毒光源として有望であること、UV-LED素子の自己発熱が発光効率を低下させるため装置設計において放熱性に配慮を要すること、流水式装置では水の流動条件が不活化効果に著しく影響すること、などが明らかとなった。本研究により、UV-LEDを用いた水消毒装置の有効性と将来の研究・開発へ向けた課題が明らかとなった。水銀フリーの次世代光源として注目される紫外発光ダイオード(UV-LED)を用いて浄水消毒装置を設計し、その微生物不活化効果を実験的に明らかにした。装置設計では、H24年度に有効性を確認した発光ピーク波長280nmのUV-LED素子を採用した。小型でレイアウトの自由度が高いLEDの特性を生かすため、リング状基盤の内壁面にUV-LEDを貼り付け、内部を照射する小型装置を作成した。実験では、当該のリング型装置を石英管外側に装着し、管路内を流れる試験水にシングルパスで紫外線を照射してその不活化効果を評価した。供試微生物として、大腸菌K12および大腸菌ファージQβを用い、細菌とウイルスの応答の違いを調べた。流量を変化させた不活化実験、数値流体力学ソフトウェアによる流動シミュレーション、およびメチレンブルーをトレーサーとする流れ観察を行い、石英管路内の流動条件と不活化効果の関連を調べた。成果の要点を以下に記す。(1)UV-LED装置の石英管への取り付け位置により、不活化効果が異なった。特に、管路内流れが層流となる位置にUV-LED装置を設置すると、不活化効果が高くなった。(2)流量600mL/minで層流状態の試験水に紫外線を照射した場合、シングルパスで大腸菌6log不活化を安定して達成した。一方、同条件における大腸菌ファージQβの不活化率はおよそ0.9logであり、水銀紫外線ランプを用いた既存研究における大腸菌と大腸菌ファージの紫外線感受性の差と同等であった。上記成果のうち、(1)はUV-LED浄水装置の形状決定に有用な知見であり、(2)はUV-LED浄水装置が細菌の制御に有効と期待される半面、今後の装置開発ではウイルスの制御が重要な課題であることを示唆している。本研究により、UV-LEDを用いた浄水装置の開発に資する有用な知見、および、今後の研究展開の方向性が示された。紫外発光ダイオード(UV-LED)を用いて水を飲用直前に消毒するPoint-of-Use型浄水装置のプロトタイプを作成した。小型、簡易操作、水銀フリーといったUV-LEDの特性を生かすよう装置設計を工夫し、発光ピーク波長が265nm、280nm、310nmの三種のUV-LEDを用いて、回分式と通水式の二種のモジュールを作成した。回分式実験では、10mm×10mmの正方形基盤上にUV-LED素子を3列×3個で配置し、シャーレ内試料に紫外線を照射した。通水式実験では、12mm×135mmの長方形基盤にUV-LED素子を1列×10個配列したものを三波長それぞれに作成し、それらを三角柱状に組み合わせて円筒管内に設置し、円筒内に試料を通水して紫外線を照射した。微生物として、大腸菌IFO3301および大腸菌ファージQβを用いた。回分式実験の結果、不活化速度定数は大腸菌、Qβとも280nm、265nm、310nmの順に大きかった。遺伝子の吸光スペクトルは265nm、280nmの順に高いが、本研究で用いたUV-LEDの出力は280nm、265nmの順に大きく、そのため280nmの不活化速度が最大になったと考えられた。すなわち、浄水装置にUV-LEDを利用するに当たっては、波長よりも出力が制約因子になることが示唆された。また、本研究で用いた実験条件下では大腸菌の光回復は無視できるレベルであることを確認した。通水式実験では、回分式に比べて不活化効率が低下した。また、回分式実験では生残率が対数直線的に減少したが、通水式実験では3log不活化付近でテーリング現象を生じた。装置内の水理条件を模擬した数理モデルを作成しシミュレーションを行った結果、通水式実験で観察されたテーリングの原因は装置内に滞留部分を生じたためと推定され、流動条件が装置設計上重要であることが示された。当初の研究計画通り、紫外発光ダイオード(UV-LED)を用いた小型浄水装置のプロトタイプを作成し、その不活化効果を実験的に明らかにすることができた。

UV-LEDの選定にあたり、発光ピーク波長が265nm、280nm、310nmの三種を比較し、研究の独自性を高めることができた。現在市販されているUV-LED素子では、波長による不活化機構の違いよりもLED出力の大小が不活化効果を決定する最大の因子であることを明らかにし、今後の装置設計に有用な知見を得た。また、回分式と通水式の二種のモジュールを作成し、それらの不活化効率を比較することで、実用化が望まれる通水式装置の特徴と課題を明らかにすることができた。さらに、反応装置内の水の流れを数理モデルでシミュレートし、通水式装置では流動条件が不活化効率に大きく影響することを示し、今後の装置設計に資する基礎的知見を得ることができた。研究成果を「深紫外発光ダイオード(UV-LED)を利用した水消毒装置の検討」(喜多諒,小熊久美子,酒井宏治,村上道夫,滝沢智)と題して日本水環境学会年会(大阪工業大学、2013年3月)で発表し、関連分野の研究者と最新の知見を交換することができた。なお、当該の発表は優秀学生ポスター発表賞(ライオン賞)を受賞した。日進月歩のUV-LED技術について、引き続き精力的に文献調査・市場調査を行う。特に、国内外の学会等において紫外線水処理技術の最新の知見を随時収集し、研究計画に反映する。H24年度の研究成果を発展させ、H25年度は、3種の波長を組み合わせて照射した場合の消毒効果への影響について、詳細に検討する。多波長光の生体影響については生物学・医学分野での知見が多いため、分野横断的な文献・知見の調査を通じて波長組み合わせの効果を論じる。また、H24年度の通水式実験において、装置内の流動条件が不活化効率に大きく影響することが判明したことから、装置の形状や通水方法の改良を行う。小型でレイアウトの自由度が高いというUV-LEDの特性を生かし、既存の水銀灯では対応できない実用化を見据えた装置設計を目指す。設計方針として、まず装置内の紫外線照射量分布を表現する数値モデルを開発し、流動条件を考慮したシミュレーションを通じて、装置形状の最適化を試みる。シミュレーション結果を踏まえて装置を大幅に改良し、あるいは新規に作成し、H24年度に作成した初代装置と不活化効率を比較する。研究成果について、国内外の学会発表および学術誌への論文投稿を行う。学会発表の場として、国際紫外線協会世界大会(2013年9月、米国ラスベガス)と日本水環境学会年会(2014年3月、東北大学)を想定している。H24年度の研究成果を踏まえて新装置を設計する。新装置では、より「小型」で「高効率」であることを追求する。新装置は初代装置を改良するか新規に作成するものとし、必要に応じてUV-LED素子を追加購入する。新装置作成に要する費用として、60万円を想定している。また、微生物実験に必要な消耗品類(ガラス・プラスチック器具類、培地、試薬など)として20万円を想定している。関連研究者との知見交換と情報収集のため、土木学会環境フォーラム(2013年11月、札幌市、北海道大学)への出張旅費を計上する。また、成果発表として、国際紫外線協会世界大会(2013年9月、米国ラスベガス)と日本水環境学会年会(2014年3月、仙台市、東北大学)への出張旅費を計上する。これらの出張旅費として40万円を想定している。