hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
不正咬合者の咀嚼筋と口腔周囲軟組織の活動のタイミングについて

顎顔面および歯列咬合形態の異常が咀嚼運動に及ぼす影響と、口腔周囲軟組織の機能異常が咀嚼運動に与える影響を検討した.平成14年度では、表面筋電計,およびナソヘキサグラムを用いて骨格性下顎前突者と正常咬合者の顎運動および咀嚼筋活動との協調性,すなわち咀嚼のリズム,タイミングの関係から治療変化の評価に用いるべき項目を検討した.その結果、骨格性下顎前突者では顎の運動範囲と運動軌跡、および咀嚼筋活動の開始と終末に差が見られ、このような項目について治療前後の比較によって治療の効果を評価できる可能性があることが分かった.また、平成15年度では(1)口唇の離開と咀嚼運動(2)口唇の閉鎖機能と咀嚼運動の関係を検討した.(1)37名の被験者について,ホルター型筋電計を用いシールドルーム内にて安静時と睡眠時,およびガム咀嚼時の左右咬筋と下口唇の筋活動を計測した.その結果、無力性口唇を有する被験者では咀嚼時の下口唇の筋活動が増加し,下唇の緊張を伴う口唇閉鎖により咬筋の筋活動のリズムに影響を及ぼしていることが示唆された.(2)上顎切歯唇面にdummy置いてoverjetを増加し閉鎖機能を検討した.その結果、下唇が口唇閉鎖に重要な役割を果たし、無力性口唇を有さない被験者においてもoverjetの増加と下唇の口唇閉鎖時の筋活動との間に有意な正の相関関係が認められた.口唇の閉鎖機能を障害する形態的要因に負のoverbite,過大な顔面高,下顎骨の時計回転など垂直的な不調和などが考えられているが、様々な要因で口唇の閉鎖が困難であり、口唇を離開して咀嚼すると咀嚼運動に乱れが生じることが分かった.口唇の閉鎖機能を回復することの意義を示すものであり、今度、さらに歯列咬合の垂直的変化と口唇閉鎖に与える影響を下顎骨の時計回転による咬合高径の増加などの垂直的変化と口唇の閉鎖機能を検討する方法論を確立した.顎顔面および歯列咬合形態の異常が咀嚼運動に及ぼす影響と、口腔周囲軟組織の機能異常が咀嚼運動に与える影響を検討した.平成14年度では、表面筋電計,およびナソヘキサグラムを用いて骨格性下顎前突者と正常咬合者の顎運動および咀嚼筋活動との協調性,すなわち咀嚼のリズム,タイミングの関係から治療変化の評価に用いるべき項目を検討した.その結果、骨格性下顎前突者では顎の運動範囲と運動軌跡、および咀嚼筋活動の開始と終末に差が見られ、このような項目について治療前後の比較によって治療の効果を評価できる可能性があることが分かった.また、平成15年度では(1)口唇の離開と咀嚼運動(2)口唇の閉鎖機能と咀嚼運動の関係を検討した.(1)37名の被験者について,ホルター型筋電計を用いシールドルーム内にて安静時と睡眠時,およびガム咀嚼時の左右咬筋と下口唇の筋活動を計測した.その結果、無力性口唇を有する被験者では咀嚼時の下口唇の筋活動が増加し,下唇の緊張を伴う口唇閉鎖により咬筋の筋活動のリズムに影響を及ぼしていることが示唆された.(2)上顎切歯唇面にdummy置いてoverjetを増加し閉鎖機能を検討した.その結果、下唇が口唇閉鎖に重要な役割を果たし、無力性口唇を有さない被験者においてもoverjetの増加と下唇の口唇閉鎖時の筋活動との間に有意な正の相関関係が認められた.口唇の閉鎖機能を障害する形態的要因に負のoverbite,過大な顔面高,下顎骨の時計回転など垂直的な不調和などが考えられているが、様々な要因で口唇の閉鎖が困難であり、口唇を離開して咀嚼すると咀嚼運動に乱れが生じることが分かった.口唇の閉鎖機能を回復することの意義を示すものであり、今度、さらに歯列咬合の垂直的変化と口唇閉鎖に与える影響を下顎骨の時計回転による咬合高径の増加などの垂直的変化と口唇の閉鎖機能を検討する方法論を確立した.不正咬合者の顎運動と咀嚼筋活動のタイミングとの関係,また,安静時に口唇の過活動を示すいわゆる無力性口唇を有する患者の咀嚼時の口唇や咀嚼筋の活動などの顎口腔機能に及ぼす影響を検討した.通常,口唇を軽く閉鎖して咀嚼を行うが,無力性口唇を有する対象では安静時のみならず咀嚼時にも口唇を離開する可能性がある.口唇を閉鎖,あるいは離開して咀嚼を行った時の口腔周囲軟組織と咀嚼筋の筋活動および顎運動を終日記録筋電計,および通常の表面筋電計,ナソヘキサグラム,およびビデオグラムを利用して記録し,口唇の閉鎖機能がこれらの筋活動に及ぼす影響を口唇と顎運動および咀嚼筋活動との協調性,すなわち咀嚼のリズム,タイミングの関係を検討した.平成14年度は口腔周囲軟組織の機能不全を有する患者の治療前について行った.被験者

37名(平均年齢21.8±6.7歳)において,ホルター型筋電計を用いシールドルーム内にて安静時,唾眠時の左右咬筋,下口唇の筋活動を計測した.また,口唇を閉鎖した状態と離開した状態でガムの自由咀嚼を行い15ストロークを解析した.さらに,安静時の口唇閉鎖時と離開時の筋活動をもとに被験者をincompetent lip群(以下IL群:20名)とcompetent lip群(以下CL群:17名)に分類し,下口唇の平均活動電位,咬筋の活動持続時間,顎顔面形態を2群間でt検定にて比較した.さらに口唇閉鎖時と離開時,咬筋収縮時と弛緩時のオトガイ筋の平均活動電位をt検定にて比較した.その結果,無力性口唇を有する被験者では,安静時に限らず,咀嚼時の下口唇の筋活動を上昇させ,下口唇の緊張を伴う口唇閉鎖により咬筋の筋活動のリズムに影響を及ぼしていることが示唆された.また,無力性口唇には骨格と軟組織の不調和が関与しており,咀嚼に伴う顎位の変化に軟組織が順応しにくいためにオトガイ筋の緊張を伴って咀嚼を行うことが示唆された.顎顔面および歯列咬合形態の異常が咀嚼運動に及ぼす影響と、口腔周囲軟組織の機能異常が咀嚼運動に与える影響を検討した.平成15年度では(1)口唇の離開と咀嚼運動(2)口唇の閉鎖機能と咀嚼運動の関係を検討した.以下に結果と今後の展望を記す.(1)37名の被験者について,ホルター型筋電計を用いシールドルーム内にて安静時と睡眠時,およびガム咀嚼時の左右咬筋と下口唇の筋活動を計測した.その結果、無力性口唇を有する被験者では咀嚼時の下口唇の筋活動が増加し,下唇の緊張を伴う口唇閉鎖により咬筋の筋活動のリズムに影響を及ぼしていることが示唆された.(2)上顎切歯唇面にdummy置いてoverjetを増加し閉鎖機能を検討した.その結果、下唇が口唇閉鎖に重要な役割を果たし、無力性口唇を有さない被験者においてもoverjetの増加と下唇の口唇閉鎖時の筋活動との間に有意な正の相関関係が認められた.口唇の閉鎖機能を障害する形態的要因に負のoverbite,過大な顔面高,下顎骨の時計回転など垂直的な不調和などが考えられているが、様々な要因で口唇の閉鎖が困難であり、口唇を離開して咀嚼すると咀嚼運動に乱れが生じることが分かった.口唇の閉鎖機能を回復することの意義を示すものであり、今度、さらに歯列咬合の垂直的変化と口唇閉鎖に与える影響を下顎骨の時計回転による咬合高径の増加などの垂直的変化と口唇の閉鎖機能を検討する方法論を確立した.
独自に作成したミエリン肥厚化マウスを用い、脱ミエリン病の治療標的分子を解明する

末梢神経の神経軸索の電気伝導効率を増加させ、外的な物理的刺激などから神経軸索を保護する役割をもつ髄鞘(ミエリン)は複層構造を有し、特殊分化したシュワン細胞膜である。シュワン細胞は末梢神経に存在する唯一のグリア細胞であるが、このシュワン細胞に病変をもつ病気は多く知られ、なかでも遺伝性の脱ミエリン病であるシャルコーマリーツース病が有名である。本疾患には特異的治療標的分子や治療薬は知られておらず、その解明は急務であった。本研究において、当該研究者らが以前独自に遺伝子単離した「Dock7とよばれる低分子量GTP結合蛋白質の活性化因子が本疾患の治療標的分子である」可能性を明らかにした。研究計画次年度以降は、ミエリン形成が促進され肥厚したミエリンをもつDock7ノックダウンマウスを用い、数種類のCMT病モデルマウスと交配実験を行うことによって、マウスの脱ミエリン現象が改善されるかを検討する。また、研究計画初年度で同定された、新しい治療標的分子に対する遺伝子改変マウスを作成し、in vivoでの脱ミエリン現象の改善効果も併せて検討する。[研究の方法]Dock7ノックダウンマウスの作製方法は、導入遺伝子配列以外は通常のトランスジェニック(TG)マウス作製要領と同じである。すなわち、Dock7を標的としたRNA干渉(ノックダウン)配列をコードし、緑色蛍光蛋白質を発現する配列を有したDNA断片を受精卵にインジェクションするのである(オリジナルの作成方法の文献:PengらProc.Natl.Acad.Sci.USA 2006,103,2252-2256)。応募者らは、インジェクションするRNA干渉配列のプロモーター付近と転写終了直後の配列に改良を加え、in vivoでのノックダウン効率を上昇させることに成功している。この方法の利点は、マウスの作成期間が短く、かつ比較的安価に作製でき、in vitroで成功した標的配列等の実験内容を、ほぼ同じようにin vivoに応用できる点にある。[研究の成果]実際、Dock7をin vivoでノックダウンさせると、同腹のノントランスジェニック(NTG)と比べ、座骨神経のミエリン形成が促進され、ミエリンが肥厚していることが分かった。今後、この遺伝子改変マウスを脱ミエリン病モデルマウスと交配することにより、Dock7が脱ミエリン病の創薬標的として適当かどうか判断する。既存の治療薬は、標的分子の分子機能を阻害することで、その効果を示している例が多い。そのため、まず、インビボで、標的候補分子の機能阻害が病態改善に有効かどうかを判断する必要が多いと考えられる。線状型ノックダウン配列(shRNA)をもつ遺伝子断片をマイクロRNA(miRNA)骨格のなかにいれ、それを対象組織特異的に転写させるというものである。標的に対するshRNA配列を、miRNA配列のなかのノックダウン配列領域と置換することで、全体としてのRNAの配列を長くし、それらを一般的な組織特異的プロモーターで制御できるようにしたものである。これを通常のトランスジェニックマウス作製と同様に、マウス受精卵にインジェクションして、目的とするマウスを作成する。そして作製された遺伝子改変マウスをCMT病態モデルマウスと交配し、CMT病態が改善されれば、その標的分子の評価ができるはずである。そこで、治療標的候補分子と考えられた交換因子であるDock7および3型ニューレグリン受容体のノックダウンマウスを作成した。ニューレグリン受容体は増殖因子ニューレグリンの受容体であるが、それは3型に結合し2型には結合しないため、3型をノックダウンすることでニューレグリン受容体活性のほとんどを抑制できる。2型は3型からのシグナルを受け活性化される受容体である。これらノックダウンマウスとCMT病態モデルマウスと交配した結果、CMT病態モデルマウスの病態改善が組織学的に明らかになった。今後、さらに運動機能等の実際の神経機能も調べ、インビボレベルでこれらの治療標的候補分子が有効か否かを評価する予定である。研究計画初年度は、in vitroでの脱ミエリン現象を抑制する実験を中心に行っている。[脱ミエリン現象を再現する共培養]胎生15日目のラットの後根神経節(DRG)を単離し、トリプシンで細胞を分散させ、それをコラーゲンコートしたシャーレにまく。その後3週間の間にNGFを含む培養液とNGFとフルオロウリジンを含む培養液で交互に培養することによって、線維芽細胞とシュワン細胞前駆細胞を除去し、精製DRG神経細胞を得た。一方、新生児ラットの座骨神経からコラーゲン/トリプシン混合液を用いて細胞を分散し、シャーレにまき、AraC処理を行い、線維芽細胞を除去し、精製シュワン細胞を得る。

このシュワン細胞をトリプシン溶液ではがし、先に精製したDRG神経細胞上にまき、ミエリンを形成させた。共培養後、右図のCMT病変異をもった原因遺伝子をコードした少量のレトロウイルスをシャーレに添加する。このとき、増殖性のシュワン細胞にしかレトロウイルスは感染できないため、病態遺伝子はシュワン細胞でしか発現しない。その後、共培養を継続すると、一か月後から脱ミエリン現象が起こる。これは応募者が独自に開発した培養系である。ミエリンの有無はマーカー蛋白質の染色で判断される。[脱ミエリン現象の改善効果の検討]この条件下で、IA型CMT病の変異遺伝子をコードしたレトロウイルスの感染時に、「Dock7」を標的としたRNA干渉配列をコードしたウイルスを共感染させたところ、脱ミエリン現象の改善が見られ、その経路に関与する分子群を単離することに成功しており、この分子群に関しても現在解析中である。ShRNAトランスジェニック(TG)マウスの作製に成功した。繰り返しになるが、この手法は通常のトランスジェニック(TG)マウス作製要領とほぼ同じである。したがって、遺伝子改変マウスの作成期間が短く、かつ比較的安価に作製できる。勿論、ノックアウトマウス作製が、目的とする遺伝子の生体内での機能を明らかにすることに最も適していることは確かであるが、ShRNA TGマウス作製法は、創薬標的の生体レベルで機能を明らかにする第一次スクリーニングに適していると考えられる。ミエリン変性を再現する培養系の作成にも成功し、これを用い、脱ミエリン現象を改善する分子の同定に成功しているため、おおむね順調に研究は進展していると考えられる。今後はさらに、これら治療標的分子群の同定を進めることが重要である。今後、Dock7 ShRNAトランスジェニック(TG)マウスを脱ミエリン病モデルマウスと交配することにより、Dock7が脱ミエリン病の創薬標的として適当かどうか判断する。IA型CMT病の変異遺伝子をコードしたレトロウイルスの感染時に、Dock7を標的としたRNA干渉配列をコードしたウイルスを共感染させたところ、脱ミエリン現象の改善が見られた。Dock7経路の分子群をノックダウンするための配列をコードしたレトロウイルスと脱ミエリンが主要な病態を示すCMT病変異をもつ他の遺伝子(上の表を参照)をコードするウイルスとの共感染を行い、多様な原因遺伝子に起因した脱ミエリン現象もDock7経路上の分子のノックダウンで改善されるかを検討する。ShRNAトランスジェニック(TG)マウスの作製方法は、導入遺伝子配列以外は通常のトランスジェニック(TG)マウス作製要領と同じである。すなわち、標的のRNA干渉(ノックダウン)配列をコードし、緑色蛍光蛋白質を発現する配列を有したDNA断片を受精卵にインジェクションするのである(オリジナルの作成方法の文献:PengらProc.Natl.Acad.Sci.USA 2006,103,2252-2256)。応募者らは、インジェクションするRNA干渉配列のプロモーター付近と転写終了直後の配列に改良を加え、in vivoでのノックダウン効率を上昇させることに成功している。
酸化ストレス応答性lncRNAを介した薬物動態制御タンパク質の発現調節機構の解明

Long non-coding RNA(lncRNA)は、さまざまな生命現象への関与が明らかとなり、新たな制御因子として注目され、酸化ストレス時にその発現が変動することが知られている。近年、薬物代謝酵素・薬物トランスポーターの発現調節におけるlncRNAの関与が指摘されており、lncRNAの発現変動が薬物体内動態の個体内・個体間変動の一因となる可能性が考えられる。本研究では、酸化ストレス応答性lncRNAを介した薬物代謝酵素・薬物トランスポータの発現調節機構と薬物体内動態変動におけるlncRNAの役割について検討を行った。昨年度までに、酸化ストレス曝露後に薬物トランスポータの1種であるP-糖タンパク質(P-gp)の発現量が上昇することを明らかにした。本年度では、酸化ストレスを介したP-gp(MDR1)の発現量及び機能変動に及ぼすlncRNAの役割について検討を行った。In vitro及びin silico解析の結果より、MDR1の発現調節に関与しうるlncRNAを同定した。同定したlncRNAは、microRNAspongeと呼ばれるmicroRNAとの相互作用によって、MDR1のmRNA発現量を間接的に制御する可能性を見出した。現在、ヒト結腸由来の培養腸上皮細胞Caco-2細胞を用い、同定したlncRNAによるMDR1の発現制御に関する詳細なメカニズムについて検討を進めている。MDR1の発現制御に関わるlncRNAが多数存在し、標的lncRNAを同定するのに時間を要したことにより、研究にやや遅れが生じた。培養細胞に酸化ストレスを暴露させ、同定した標的lncRNAとの関連性について検討する。また、ヒト結腸由来の培養腸上皮細胞Caco-2細胞を使用し、siRNAを用いて同定した標的lncRNAを特異的にノックダウンさせ、細胞からTotal RNA及びタンパク質を抽出し、RT-PCR及びWestern Blot解析によりMDR1のmRNA及びタンパク発現量を測定する。さらに、標的lncRNAをノックダウンさせた細胞を使用し、結合配列を持つmicroRNAmimicを用い、MDR1のmRNA発現量をRT-PCRにより測定する。さらにRNA免疫沈降法により、lncRNAとmicroRNAの相互作用を明らかにする。Long non-coding RNA(lncRNA)は、様々な生命現象への関与が明らかとなり、新たな制御因子として注目され、酸化ストレス時にその発現が変動することが知られている。近年、薬物代謝酵素・薬物トランスポータの発現調節におけるlncRNAの関与が指摘されており、lncRNAの発現変動が薬物体内動態の個体内・個体間変動の一因となる可能性が考えられる。本研究では、酸化ストレス応答性lncRNAを介した薬物代謝酵素・薬物トランスポータの発現調節機構と薬物体内動態変動における役割について検討を行った。ヒト結腸由来の培養腸上皮細胞Caco-2細胞に酸化ストレス発生物質である過酸化水素(0, 20, 50, 100, 200 uM)を24時間曝露し、タンパク質及びTotal RNAを抽出後、RT-PCR及びWestern Blot解析によりP-gpのmRNA及びタンパク質発現量について検討を行った。その結果、過酸化水素の濃度依存的にMDR1 mRNA発現量及びP-gp発現量の顕著な増加が認められた。さらに、P-gpの基質薬物であるRhodamine123を用いた取り込み実験を実施したところ、過酸化水素の濃度依存的に細胞内Rhodamine123蓄積量が低下し、P-gpの輸送活性の亢進が認められた。以上より、P-gpの発現・機能変動に酸化ストレスが重要な役割を果たしていることが示唆された。現在、酸化ストレスを介したP-gpの発現量・機能に及ぼすlncRNAの役割について検討を進めている。平成29度の研究計画では、P-gpの発現調節機構に関わる酸化ストレス応答性lncRNAの同定までを予定していた。次年度に実施予定であったプロテオミクス解析を先行実施したが、解析に使用する分析機器の故障により、研究に遅れが生じ、lncRNAの同定に至らなかった。培養細胞に酸化ストレスを曝露させ、マイクロアレイによりlncRNA発現プロファイルを解析し、P-gpの発現調節に関与する酸化ストレス応答性lncRNAを同定する。

さらに、Caco-2細胞、LS180細胞及びHepG2細胞を使用し、siRNAを用い標的lncRNAを特異的にノックダウンさせ、細胞から粗膜画分及びTotal RNAを抽出し、RT-PCR及びWestern Blot解析によりP-gpのmRNA及びタンパク質発現量を測定する。さらに、標的lncRNAをノックダウンさせた細胞を用い、TOF-MS/MSによるプロテオミクス解析を実施し、lncRNAによるP-gpの発現調節機構の詳細を明らかにする。さらに、酸化ストレス起因性の虚血再灌流障害モデルラットを用い、薬物体内動態における酸化ストレス応答性lncRNAの役割に関する検討を行う。培養細胞に酸化ストレスを暴露させ、同定した標的lncRNAとの関連性について検討する。また、ヒト結腸由来の培養腸上皮細胞Caco-2細胞を使用し、siRNAを用いて同定した標的lncRNAを特異的にノックダウンさせ、細胞からTotal RNA及びタンパク質を抽出し、RT-PCR及びWestern Blot解析によりMDR1のmRNA及びタンパク発現量を測定する。さらに、標的lncRNAをノックダウンさせた細胞を使用し、結合配列を持つmicroRNAmimicを用い、MDR1のmRNA発現量をRT-PCRにより測定する。さらにRNA免疫沈降法により、lncRNAとmicroRNAの相互作用を明らかにする。平成29度の研究計画では、マイクロアレイ解析による酸化ストレス応答性lncRNAの同定を予定していたが、分析機器の故障により、研究に遅れが生じ、マイクロアレイを実施することができなかったため、未使用額が生じた。そのため、マイクロアレイ解析は次年度に行うこととし、未使用額はその経費に充てることとした。マイクロアレイ解析によるMDR1の発現制御に関わるlncRNAの同定を予定していたが、in silico解析を先行させ、標的lncRNAの同定を行ったため、未使用額が生じた。このため、同定したlncRNAによるMDR1の発現制御に関する詳細なメカニズム解明を目的としたin vitro実験に必要な試薬等にその経費を充てることとする。
細胞膜の内外各層でドメインを形成する脂質分子のレプリカ免疫電顕法による対応解析

細胞膜を構成する脂質二重層の外層と内層におけるリン脂質の分布については、これまで主に赤血球膜を材料にして調べられている。近年、スフィンゴミエリンとコレステロールによって細胞膜上に作られる集積(脂質ラフト)が、細胞がその機能を発揮する上で、特に細胞膜を介した情報や物質の伝達の制御に重要な役割を果たしていると考えられてきたが、その実体はいまだ議論の的となっている。これは、細胞膜構成脂質の2次元における分布について、全く明らかになっていないことによるものと考えられる。そこで本研究では、SDS処理凍結割断レプリカ標識(SDS-FRL)法を用いて細胞膜を構成する主要な脂質の分布を明らかにすること、およびクラスターの内外層における対応関係についての解析に挑むことで、脂質ラフトの実体を明らかにする事を目的としている。本年度は、ホスファチジルコリンおよびホスファチジルイノシトール-4,5-2リン酸の検出に成功し、これまで得られた結果と併せて細胞膜を構成する主要な脂質のすべてを検出することに成功した。これにより、ヒト赤血球において、細胞膜内外層における構成脂質の種類によるクラスターの有無や、統計解析によって見積もられたクラスターの大きさに違いがあることが明らかとなった。赤血球膜において、コレステロールのみが内外層ともにクラスターを形成していること、またその大きさがほぼ同じであることから、これらは対応している可能性があるものと考えられる。以上の研究の一部は国際会議(豊中、大阪、2008、およびアスコーナ、スイス、2008)で発表した。細胞膜を構成する脂質二重層の外層と内層におけるリン脂質の分布について、これまで赤血球膜において詳細に調べられている。しかし、その2次元における分布については全く明らかになっていない。近年、スフィンゴミエリンとコレステロールによって細胞膜上に作られる集積(脂質ラフト)が、細胞がその機能を発揮するため、特に細胞膜を介した情報や物質の伝達の制御に重要な役割を果たしていると考えられてきたが、その実体はいまだ議論の的となっている。そこで本研究では、SDS処理凍結割断レプリカ標識(SDS-FRL)法を用いて細胞膜を構成する主要な脂質を検出することで、脂質ラフトの実体を明らかにする事を目的としている。本年度は、高いコレステロール濃度を持った膜上の微小領域にのみ結合する事が明らかとなってきたタンパク質性のプローブを用いて、ヒト赤血球細胞膜において脂質ラフトの構成成分であるコレステロールの検出に成功した。また、フォスファチジルセリンに特異的に結合する抗体やフォスファチジルエタノールアミンに特異的に結合するタンパク質性のプローブを用いて、それぞれの脂質の検出に成功した。これにより、ヒト赤血球においては、コレステロールとフォスファチジルエタノールアミンのみが細胞膜の脂質2重層の内外層の両方で検出できたのに対して、スフィンゴミエリンとフォスファチジルセリンは片一方の層でのみ検出された。以上の研究の一部は国際会議(ルッカ、イタリア、2008)で発表した。
ECAP法による結晶粒の微細化と超塑性特性の発見

ECAP法とは金型中で交差する同じ径の二つの溝孔(Channel)を通して材料を押し出し,溝孔の交差面上で材料に集中的にせん断変形を与えるというきわめて単純なものであり,加工前後で材料の径は変わらないから,原理的にプレス回数,すなわち与えられるひずみ量には制約がなく,バルク状態のままできわめて大きな加工ひずみを蓄積することができるので結晶粒を超微細化することができる.どのような粒径がどのような歪量で達成されるかは金型の設計だけではなく,温度,ひずみ速度にも依存する.また,繰り返しプレス過程で材料を挿入するとき方向を変えることによりいろいろなせん断変形を組み合わせ組織制御することができる.純Alを用いたモデル実験によれば,同一面上での繰り返しせん断を三次元的に組み合わせると最も少ないプレス数で結晶粒が微細粒化されることがわかり,平均1.2μmの超微細粒が得られた.合金元素を添加すると得られる結晶粒径は小さくなり,3%Mg添加で平均粒径は0.2μmに達する.一方,プレス温度の上昇と共に結晶粒径は大きくなるが組織の熱的安定性は高くなる.超塑性特性発現のためには微細組織の熱的安定性の付与が必要であり,微細粒子の分散あるいは2相化が有効である.Al-6%Cu-0.4%Zr合金(Supral 100A)をECAP加工すると平均粒径が約0.5μmとなり,従来超塑性特性の発現が報告されているより低温かつ高ひずみ速度の573K,1x10^<-2>s^<-1>で約970%の超塑性伸びが観測された.Al-5.5%Mg-2.2%Li-0.12%Zr合金(1420合金)でも従来の加工熱処理材と比較して低温で著しい高ひずみ速度超塑性を発現することができた.モデル合金のAl-Mg-Sc合金でもECAPプロアセスの最適化により,すべてのひずみ速度領域で従来報告されている特性より大幅に改善できた.ECAP法とは金型中で交差する同じ径の二つの溝孔(Channel)を通して材料を押し出し,溝孔の交差面上で材料に集中的にせん断変形を与えるというきわめて単純なものであり,加工前後で材料の径は変わらないから,原理的にプレス回数,すなわち与えられるひずみ量には制約がなく,バルク状態のままできわめて大きな加工ひずみを蓄積することができるので結晶粒を超微細化することができる.どのような粒径がどのような歪量で達成されるかは金型の設計だけではなく,温度,ひずみ速度にも依存する.また,繰り返しプレス過程で材料を挿入するとき方向を変えることによりいろいろなせん断変形を組み合わせ組織制御することができる.純Alを用いたモデル実験によれば,同一面上での繰り返しせん断を三次元的に組み合わせると最も少ないプレス数で結晶粒が微細粒化されることがわかり,平均1.2μmの超微細粒が得られた.合金元素を添加すると得られる結晶粒径は小さくなり,3%Mg添加で平均粒径は0.2μmに達する.一方,プレス温度の上昇と共に結晶粒径は大きくなるが組織の熱的安定性は高くなる.超塑性特性発現のためには微細組織の熱的安定性の付与が必要であり,微細粒子の分散あるいは2相化が有効である.Al-6%Cu-0.4%Zr合金(Supral 100A)をECAP加工すると平均粒径が約0.5μmとなり,従来超塑性特性の発現が報告されているより低温かつ高ひずみ速度の573K,1x10^<-2>s^<-1>で約970%の超塑性伸びが観測された.Al-5.5%Mg-2.2%Li-0.12%Zr合金(1420合金)でも従来の加工熱処理材と比較して低温で著しい高ひずみ速度超塑性を発現することができた.モデル合金のAl-Mg-Sc合金でもECAPプロアセスの最適化により,すべてのひずみ速度領域で従来報告されている特性より大幅に改善できた.
深層学習による自動車事故時の歩行者画像を用いた傷害予測手法の確立

本研究の目的は,深層学習手法を用いたAIを活用することで歩行者衝突画像から歩行者の傷害レベルを傷害部位別かつ高精度に予測することである.そこで本研究では,車載カメラを模擬した歩行者衝突画像とその傷害レベルを基に深層学習を実施し,衝突画像と傷害の関係を学習したAIによる世界初の傷害予測アルゴリズムの構築を試みる.さらに歩行者に生じた様々な傷害部位における傷害レベルを学習することで,従来手法では不可能であった傷害部位単位での傷害レベル予測を実現し,「傷害予測精度の飛躍的な向上」と「救急医療機関への各負傷者に応じた適切な傷害情報の提供」を目指す.本研究の目的は,深層学習手法を用いたAIを活用することで歩行者衝突画像から歩行者の傷害レベルを傷害部位別かつ高精度に予測することである.そこで本研究では,車載カメラを模擬した歩行者衝突画像とその傷害レベルを基に深層学習を実施し,衝突画像と傷害の関係を学習したAIによる世界初の傷害予測アルゴリズムの構築を試みる.さらに歩行者に生じた様々な傷害部位における傷害レベルを学習することで,従来手法では不可能であった傷害部位単位での傷害レベル予測を実現し,「傷害予測精度の飛躍的な向上」と「救急医療機関への各負傷者に応じた適切な傷害情報の提供」を目指す.
なぜ水口のイネは放射性セシウム濃度が高いのか?

浜通り地方の3地区に合計13の試験水田を設け,田面水,土壌,イネに含まれるCsの水田内空間分布を把握し,水口側のイネの放射性セシウムの移行係数が高くなる現象の発生機構を観測および数値モデルによって検証した.研究の結果,水口近傍において特異的にイネの放射性セシウム濃度が高くなる理由として,溶存態の放射性セシウムではなく,生物学的利用能の比較的高い懸濁態の画分の蓄積よって発生することが示唆された.このことから,水口近傍におけるイネ密植によってCsの吸収をこの範囲にとどめる対策を提案し,試験を行ったものの,効果は確認できなかった.平成26年度は,主に南相馬市の研究対象地において用水経由のCsのイネへの移行に関わる以下の仮説を立証するための実験を実施した.(1)イネが用水中の溶存態Csを流下過程で吸収するため,水口からの距離に応じて溶存態Csは減少する(2)水田流入後に流速が低下し,有機物結合態Csを含む懸濁物質が沈降することから,水口からの距離に応じて懸濁態Csが減少する.実験は,南相馬市中太田地区の試験水田に,取水口から20mの区間を畦畔に平行に波板を設置し,一次元的に用水を流下させた.取水口からの距離毎に田面水,土壌,イネを採取し,そのCs濃度を測定した.田面水中の溶存態137Csは,取水口付近から20mまでは平均0.2Bq/Lで変化はないが,水尻付近は0.08Bq/Lと低下した.懸濁態137Csは,取水口付近で0.33Bq/L,10mで0.15Bq/L,20mで0.06Bq/L,水尻で0.02Bq/Lと距離に応じて低下した.また,収穫時の土壌中137Cs濃度は8201,200 Bq/kgであり,取水口からの距離とは無関係であった.玄米中137Cs濃度は,取水口から1, 2およびび3 m地点でそれぞれ8.2、6.4及び8.0 Bq/kgと,521 m地点での3.04.8 Bq/kgよりも高く,稲わらも同じ傾向を示した.玄米への移行係数(TF)は17 m地点の順で0.00550.0096と1121 m地点の0.00360.0039より高い値を示した.これらの結果から,取水口からの距離がイネのCs濃度に影響を与えていると考えられ,イネのCs吸収への農業用水の影響が確認された.土壌の粒度分布を求めたところ,いずれの水田でも土壌採取地点の粘土含量もしくは粘土+シルト含量と,土壌ー稲わらの移行係数の間に相関関係は認められなかった.平成27年度は,南相馬市の試験水田において用水経由で流入するCsのイネへの移行のメカニズムを解明するため,平成26年度と同様の実験を実施するとともに,懸濁態Csの水口付近への蓄積を再現するモデルを構築した.実験は,取水口から主流方向に対し平行に波板を設けることで,水流の拡散を抑制し,水田内に一次元的な流れを創出した.流入点からの距離に応じて,田面水・土壌を採取し,水試料の懸濁態・溶存態Cs濃度およびSS濃度,土壌試料のCs濃度をそれぞれ測定した結果,田面水の溶存態Cs濃度は1 m地点が最も高く,水尻にかけて線形的に5486 %低下することが明らかとなった.また,土壌のCs濃度は流入点近傍の1 m地点が最も高く(21 m地点の1.6倍),流入点からの距離に応じた非線形的な低下傾向があった.田面水1Lあたりの懸濁態Cs放射能については水尻で低下する傾向があった.懸濁態Csの動態を検証するため,試験水田の耕区を対象として,系外から灌漑水に伴い水田へ流入する浮遊物質の動態(浮上・沈降・輸送)を表現する二次元モデルを構築した.計算の結果,水田土壌のCs濃度変動の計算値と実測値は,その程度・傾向ともにおおむね一致した.試験水田と同様の灌漑期間を対象としたシミュレーション結果では,流入点を中心とした2 m程度の範囲に懸濁物質の沈降に伴う水田土壌のCs濃度上昇がみられ,最も変動幅が大きかった地点では1150Bq/kgの濃度上昇があった.こうした結果から,水口付近における水田土壌のCs濃度の上昇は,用水経由で流入する懸濁物質の蓄積が要因であることが考察された.申請時に予定していた研究内容は全て実施できたことから,順調に進展している.平成27年は,平成26年の調査結果の妥当性を裏付けるための再調査を実施した上で,当初の予定通り数値モデルを構築し,計算によってほ場内の土壌およびイネのCs濃度の空間的な偏りを再現できた.当初予定していた二本松市東和地区のほ場は水管理方法が実験に適さなかったことから,代替ほ場として南相馬市小高地区のほ場を用いた.こうした対応により,2箇所の試験田を対象とした調査が可能となった.

本研究では,(1)水口側の移行係数が高くなる現象の発生機構を解明し,(2)ほ場内の移行係数の空間分布を予測するモデルを構築するとともに,(3)より安全性の高いコメの生産に向けた対策を提案することを目的とした.(1)については,浜通り地方のN地区(2014ー2016年),M地区(2016年),S地区(2016年)において,以下の実験系を設定し,放射性セシウム(以下,Cs)の水田内の挙動を観測した.水口から主流方向に対し平行に波板を設置し,水田内に流入した灌漑水を一次元的に流下させ,流入点からの距離毎に田面水,土壌,およびイネを採取し,放射能濃度を測定した.分析の結果,全ての試験地区で各種試料の放射能濃度が水口から水尻にかけて流下方向に低下する傾向が確認された.また,溶存態Csがイネに吸収されることがCs濃度低下の原因という仮説を設け,S地区においてイネを栽植しない試験区と栽植する試験区を設け,比較検討した.その結果,田面水中の溶存態Cs濃度の低下傾向に差はなく,仮説は棄却された.溶存態Cs濃度の低下は,イネによる吸収ではなく,土壌への吸着・固定が原因であることが示唆された.一方,懸濁態Cs濃度は水口近傍の5mで高く,これはイネ体のCs濃度の傾向と類似していた.イネへのCsの移行は可給態の懸濁物質が影響する可能性が示唆された.こうした結果を踏まえて(2)に関して,水田内の懸濁物質の挙動を再現する数値モデルを構築し,水口近傍の土壌中のCs濃度の上昇の原因を検証した.その結果,懸濁物質の集積は水口近傍3mの範囲であることが明らかとなった.(3)の安全性の高いコメ生産に対する対策については,水口近傍における密植によってこの範囲でCs吸収を促進し,それ以外のイネの吸収を抑制する対策をS地区において試みたが,対照区との差はなかった.今後も調査を継続し,対策を検討する予定である.浜通り地方の3地区に合計13の試験水田を設け,田面水,土壌,イネに含まれるCsの水田内空間分布を把握し,水口側のイネの放射性セシウムの移行係数が高くなる現象の発生機構を観測および数値モデルによって検証した.研究の結果,水口近傍において特異的にイネの放射性セシウム濃度が高くなる理由として,溶存態の放射性セシウムではなく,生物学的利用能の比較的高い懸濁態の画分の蓄積よって発生することが示唆された.このことから,水口近傍におけるイネ密植によってCsの吸収をこの範囲にとどめる対策を提案し,試験を行ったものの,効果は確認できなかった.平成26年度に計画した調査・実験は後述の一部の試験水田における調査・実験を除いて全て実施しており,順調に進展している.研究代表者(吉川)は,「農業用水サンプリングと用水量の把握」「逐次抽出法による存在形態別Cs負荷量の定量」「仮説検証のための現地水田を用いた用水流下実験」を担当し,一部試験水田を除き予定通りに実施した.研究分担者(原田)も,「試験水田土壌およびイネサンプリング」,「イネのCs濃度と逐次抽出法による存在形態別土壌Cs蓄積量の定量」,「仮説検証のための水田土壌の物性・化学性の分析」を全て実施した.ただし,計画では二本松東和地区における実験を予定していたが,原田が担当するイネおよび土壌の調査は実施したものの,吉川が担当する用水については農家の水管理が当方が想定していたものと合致せず,調査を見合わせた.平成27年度に改めて他の試験水田を設け,当初予定の調査を実施することとした.平成28年度は最終年となるため,研究目的である水口付近の土壌及びイネのCs濃度の上昇のメカニズムを明らかにし,研究を総括する予定である.これまで同様の調査・実験を継続するほか,懸濁態Csのみならず溶存態Csのほ場内動態を再現するモデルを構築する.また,こうした結果に基づき,市場で流通する米の安全性を高めることを目的に,生産・出荷に向けた対策案を提案することを最終的な目標とする.農業土木学上記の通り,「仮説検証のための実験」については,一部試験水田の水管理の事情から実施できない項目があったため,改めて平成27年度に新たな試験水田を他地区に設けて実施する予定である.既に試験を予定している水田の所有者の合意は得ている.
身体活動増加のための社会環境改善に資する科学的根拠を確立するための包括的疫学研究

本研究の目的は、身体活動量にどのような環境要因が影響を及ぼしているかを明らかにすることである。最初に、空間疫学手法を用いて都道府県別の身体活動量を可視化した地図を作成し、人口が多い都道府県の歩数が多いことを確認した。次に、地域相関研究によって社会・自然環境と歩数の関係を調査した。歩数との間に有意な関係を観察したのは、都市公園数、自家用車数、年間積雪日数、年間平均気温、自家用車の増加率であった。さらに、コホート研究において、身体活動に関連する労働環境と糖尿病、腰痛、腎結石なのどの非感染性疾患罹患率の間に関連があることを明らかにした。(1)国民健康・栄養調査研究各地域における気象条件が国民健康・栄養調査における身体活動量にどのくらい影響を及ぼしているのかを解析するとともに、空間疫学研究手法を用いて空間可視化した理解しやすくインパクトのある地図を作成した。1995年から2011年までの17年分の国民健康・栄養調査データを2次利用申請の手続きを行って入手し、各都道府県において20歳以上を対象に歩数計で測定した1日の平均歩数を抽出した。気象データについては気象庁のホームページから降雪に関するデータを抽出した。最初に、都道府県別にみた歩数の地図を作成した。その後、都道府県別に各年度における歩数の箱ひげ図を作成し、降雪と歩数の関係を評価した。この結果、歩数測定時期における降雪の有無が1日の歩数測定に及ぼす影響が少ないことを確認した。本研究結果は第18回日本運動疫学会において発表した。(2)労働者コホート研究社会環境として勤務形態に着目し、勤務形態と尿路結石症罹患の関係を調査した。2001年度および2007年度に人間ドックを受診した日本人成人27,098人のうち、2001年度時点で尿路結石症に罹患していなかった労働者23,599人を対象にした。ロジスティック回帰モデルを使用し、「座作業時間の第1三分位群」を基準にして、潜在的交絡因子と考えられる年齢、性別、BMI、飲酒習慣、喫煙習慣を調整したうえで、他の群のオッズ比(95%信頼区間)を算出した。6年間の追跡期間中に169人が尿路結石症に罹患した。「座作業時間の第1三分位群」を基準にした他の群のオッズ比は、1.40(0.95-2.07)および1.43(0.97-2.23)であった(トレンド検定=0.081)。本研究の結果は身体不活動が日本人成人の尿路結石症罹患の危険因子である可能性を示唆した。本研究結果は第26回日本疫学会で発表した。当初は初年度は研究環境およびデータ整備の予定であったが、順調に研究環境の整備やデータ整備が進んだことから、身体活動と自然環境および社会環境に関する解析を実施するとともにその結果を学会において発表することができた。(1)国民健康・栄養調査研究各地域における身体活動量と各地域の身体活動量に関連があると推測される社会・自然環境要因の関係を都道府県別に比較した。身体活動量の指標として、国民健康・栄養調査における都道府県別の歩数を使用した。社会環境データは、総務省統計局のデータから都道府県別の第3次産業就業者比率・都市公園数・自家用乗用車数等を、自然環境データは、年平均気温・年間降水日数・年間降雪日数を用いた。ロジスティック回帰モデルを使用し、歩数(二値)を従属変数、各環境要因を独立変数としてモデルに投入した。BMI、喫煙率、野菜摂取量、食塩摂取量を調整したオッズ比は、第3次産業就業者比率:1.19、都市公園数:1.02、第1次産業就業者比率:0.68、実労働時間数:0.74、社会体育施設数:0.99、自家用乗用車数:0.99・年平均気温:1.67、年間降水日数:0.97、年間雪日数:0.97であった。本研究結果は第19回日本運動疫学会において発表した。(2)労働者コホート研究勤務形態と過去7年間における全身持久力レベルの関係を1986年時点における職域健康診断のデータ用いて調査した。解析対象者は7,169人の男性労働者であった。健康診断時に把握したデスクワークの有無で解析対象者を2群に分類した。さらに、対象者の過去7年間における全身持久力測定の結果を用いて7年間のAUC (area under the cure)を算出した。AUCで研究参加者を四分位に分類し、それぞれの分位における非デスクワーク勤務者の割合を算出した。第1四分位から第4四分位までのそれぞれの割合は28.9%、29.0%、28.6%、27.2%であった。AUCが最も広い第4四分位群において非デスクワーク勤務者の割合が低い傾向にあったが、過去7年間における全身持久力レベルとデスクワーク勤務の間に明確な関係は認められなかった。本研究結果は第63回アメリカスポーツ医学会で発表した。昨年に引き続き、国民健康・栄養調査研究と労働者コホート研究を実施し、それぞれの成果を学会において発表することができた。(1)国民健康・栄養調査研究地域相関研究によって、社会環境の変化(自家用自動車数の変化)と身体活動量の間に関係があるか評価した。

身体活動量の指標には国民健康・栄養調査の2006年2010年の歩数を、社会環境は総務省統計局のデータから2005年度2015年度の自家用自動車数を用いた。社会環境の変化は2015年度と2005年度の自家用自動車数の差と変化割合を用いた。そして、歩数と2005年度の自家用自動車数、2015年度の自家用自動車数、自家用自動車数の差、自家用自動車数の変化割合について順位相関係数を算出した。男性における歩数と2005年度の自家用自動車数、自家用自動車数、自家用自動車数の差、自家用自動車数の変化割合の順位相関係数は、-0.12・-0.16・-0.43・-0.50、女性は、-0.01・-0.08・-0.37・-0.42だった。単年度の歩数と自家用自動車数の相関係数と比較して、自家用自動車数の差や自家用自動車数の変化割合と歩数の間にはより強い相関係数が観察された。(2)労働者コホート研究身体活動量および全身持久力と腰痛および2型糖尿病罹患の関係を労働者ヒストリカルコホート研究の一環として調査した。身体活動量と腰痛有病の関係を調査した横断研究では、身体活動量が多いほど腰痛の有病率が低いことを確認した。全身持久力が長期間の2型糖尿病罹患に及ぼす影響を調査したコホート研究は、高い全身持久力を保持することは長期にわたって2型糖尿病の発症を予防する可能性があることを示唆していた。さらに、全身持久力の維持と2型糖尿病罹患の関係を調査したコホート研究は、8年間にわたって高い全身持久力を維持していた群の2型糖尿病罹患率が明らかに低い値を示していることを観察し、高い全身持久力を長期間にわたって維持することが将来の2型糖尿病罹患を予防するために重要であることを示唆していた。本研究の目的は、身体活動量にどのような環境要因が影響を及ぼしているかを明らかにすることである。最初に、空間疫学手法を用いて都道府県別の身体活動量を可視化した地図を作成し、人口が多い都道府県の歩数が多いことを確認した。次に、地域相関研究によって社会・自然環境と歩数の関係を調査した。歩数との間に有意な関係を観察したのは、都市公園数、自家用車数、年間積雪日数、年間平均気温、自家用車の増加率であった。さらに、コホート研究において、身体活動に関連する労働環境と糖尿病、腰痛、腎結石なのどの非感染性疾患罹患率の間に関連があることを明らかにした。本年度にいくつかの解析を実施することができたため、その結果を受けて、更に質の高い研究に取り組んでいく。(1)国民健康・栄養調査自然環境および社会環境と身体活動量についてロジスティック回帰モデルを使用して地域相関研究を実施する。さらに、その結果を用いて、本年度に購入した地理情報システム(GIS)を利用した空間疫学研究を実施する。(2)労働者コホート研究糖尿病や高血圧といったアウトカムについて勤務形態との関係を調査する。また、環境要因と身体活動量や体力の低下とどのように関係しているか調査する。2017年度は本研究の最終年度であり、これまでの研究成果を踏まえて空間可視化したインパクトのある地図を作成して研究所(医薬基盤・健康・栄養研究所)のホームページ上に公開する。スポーツ・健康科学必要となる謝金支払いが当初の予定より少なくなったため。謝金支払いが当初の予定より少なくて済んだため。謝金支払いが予定よりオーバーした場合に使用。謝金支払いが予定よりオーバーした場合に使用する。
ケミカル・ルーピングで発生したサステイナブル活性水素による触媒反応プロセスの創製

近年,化学産業において,持続可能な炭素資源としてバイオマスが注目され,水素化などの反応による燃料や化学品への変換が精力的に検討されている.そこで本研究では,金属/金属酸化物の酸化還元サイクル(ケミカル・ルーピング)を利用して,水を水素源とした水素化反応プロセス創製を目指した.バイオマス由来のグルコースおよびラウリン酸メチルの水素化(分解)等に適応し,水と金属鉄との反応により発生した水素で水素化反応が進行すること,用いた鉄は酸化鉄として触媒作用を発揮して反応経路に関与していることを明らかにした.また,酸化鉄はバイオマスとの加熱処理によって金属鉄へと再生し,繰り返し反応に利用できることも確認した.化学産業において,化石資源に代わる炭素資源としてバイオマス資源が注目され水素化反応などによる化成品への変換が検討されている.化石燃料に強く依存する工業的な水素の利用には,立地的な制約に加えて高額な水素の貯蔵・運搬設備が必要など経済性にも障壁がある.従って,新規な水素化反応プロセスの開発が求められている.平成26年度は,水と金属/金属酸化物の反応を利用して水素を発生させながら,同時に水素化反応を行うことを重点的に検討した.(1)水素生成および水素化(分解)を同時に行うことができる触媒・反応系の開発反応系中において水と金属を反応させながら同時に水素化反応を行う本反応系の基質適応性について検討した.特に,多価アルコールの水素化(グリセロール→プロピレングリコール),エステルの水素化(ラウリン酸メチル→ラウリルアルコール),カルボン酸の水素化(ラウリン酸→ラウリルアルコール),芳香族の核水素化(フェノール→シクロヘキサノール)について詳細に検討した.水素生成のための金属として鉄を使用した.いずれの基質においても,選択的水素化反応に対して本法が適応可能であることが明らかになった.中でも,グリセロールとラウリン酸メチルの水素化反応では従来の加圧水素を利用する反応系よりも顕著に高い収率で目的生成物が得られ,本反応系の特異性が見出された.種々の反応条件の結果から,水と鉄の反応により生成した酸化鉄がグリセロールでは助触媒として,ラウリン酸メチルでは反応経路を変える触媒として機能していることが明らかになった.(2)リサイクル利用できる金属/金属酸化物の酸化還元系の開発水素化反応における水素生成剤である金属の再利用について検討した.水素生成剤として鉄を使用したとき水素還元処理によりフレッシュな鉄と同等の水素生成量を示し,繰り返し利用できることを確認した.化学産業において,化石資源に代わる炭素資源としてバイオマスが注目され水素化反応などによる化成品への変換が精力的に検討されている.化石資源に強く依存する工業的な水素の利用には,水素の貯蔵・運搬のために高額な設備が必要とされる.また,バイオマスは広く薄く賦存しているため,回収・運搬を考慮すると,変換設備はバイオマス生産立地が有利とされる.従って,反応場で水素を発生させて利用する新規な水素化反応プロセスの開発が求められている.平成26年度は,水と金属/金属酸化物の反応を利用して水素を発生させながら,同時に反応を行うことで様々な基質に対して水素化反応が進行することを見出した.そこで平成27年度は,バイオマスのモデル基質としてグルコースに着目し,以下のような詳細な検討を行った.(1)鉄と水との反応による水素を用いたグルコースからプロピレングリコールへの変換反応:金属鉄微粒子と水との反応で発生したin-situ水素を利用して,パラジウム触媒共存下,反応系外から水素を添加することなく,グルコースからプロピレングリコールへの変換反応が選択的に進行することを確認した.また,反応経路の詳細検討により,金属鉄が水素発生剤としてだけでなく,反応触媒として,グルコースから三単糖への分解を促進すること,ヒドロキシアセトンの水素化を協奏的に促進することを明らかにした.さらに,基質として,デンプンやイヌリンなどの多糖類,セロビオースやスクロース,マルトースなどの二糖類に対しても適応できることを確認した.(2)グルコース変換反応における鉄/酸化鉄のケミカル・ルーピング技術の開発:グルコースからプロピレングリコールへの変換反応において,水素生成剤である金属鉄の再利用について検討した.反応に使用した鉄は酸化されてマグネタイトとなったが,水素還元処理により再生した鉄は,繰り返し反応に利用できることを確認した.平成27年度は,(1)鉄と水との反応による水素を用いたグルコースからプロピレングリコールへの変換反応,(2)上記グルコース変換反応における鉄/酸化鉄のケミカル・ルーピング技術の開発の二点について検討した.(1)では,本法がバイオマスの主要成分であるグルコースの変換反応によって,有用化学品であるプロピレングリコールを効率的に合成できること,更には系中に存在する鉄種がプロピレングルコール合成経路において触媒/助触媒として機能することを見出した.(2)では,水素生成剤として鉄を使用したとき水素を使った還元処理により,繰り返し反応に利用できることを確認した.以上の結果は,革新的な水素化反応プロセスの開発において基礎的な知見となり,実バイオマスを資源化する技術の開発指針を提供するものと期待される.平成27年度はこれら研究成果を,1件の国際会議で発表し,学術誌へも投稿中である.以上のことから平成27年度の研究の達成度はおおむね計画通りであったと判断する.

近年,化学産業において,持続可能な炭素資源としてバイオマスが注目され,水素化などの反応による燃料や化学品への変換が精力的に検討されている.しかし,水素の利用は化石資源に大きく依存するだけでなく,貯蔵・運搬等のために高額な設備が必要とされるという問題点がある.また,バイオマスの回収・運搬を考慮すると,変換設備はバイオマス生産立地が有利とされる.従って,本研究が目指す,反応場で水素を発生させて利用するプロセスは,脱化石資源のサステイナブルケミストリー産業化の道を拓く重要な基盤技術となる.平成26年度は,水と金属/金属酸化物の反応を利用して水素を発生させながら,同時に反応を行うことで様々な基質に対して水素化反応が進行することを見出した.平成27年度は,モデル基質としてグルコースに着目し,パラジウム触媒共存下,発生水素によるプロピレングリコールへの変換反応が進行することを確認した.さらに,鉄/酸化鉄の触媒作用により,グルコースから三単糖への分解,中間体であるヒドロキシアセトンの水素化が促進されることを明らかにした.反応後,鉄は酸化鉄(マグネタイト)となったが,水素還元処理により再生することで繰り返し利用できることも確認した.前年度までの成果を踏まえて,平成28年度は,以下の検討を行った.(I)鉄と水との反応による水素を用いた微細藻類の分解反応へ適用し,得られた水溶性化合物はゼオライトを用いたクラッキング反応によって,軽質オレフィンや芳香族類に変換できることを見出した.また,(II)酸化鉄と木質バイオマスを混合し,窒素気流中1000°Cで加熱することでバイオマスより発生した還元性ガスによって金属鉄に還元され,繰り返し反応に供することができることを確認した.上記成果に関する研究発表として,雑誌論文2件,学会発表4件(うち国際学会2件),特許出願1件を補助事業期間に実施した.近年,化学産業において,持続可能な炭素資源としてバイオマスが注目され,水素化などの反応による燃料や化学品への変換が精力的に検討されている.そこで本研究では,金属/金属酸化物の酸化還元サイクル(ケミカル・ルーピング)を利用して,水を水素源とした水素化反応プロセス創製を目指した.バイオマス由来のグルコースおよびラウリン酸メチルの水素化(分解)等に適応し,水と金属鉄との反応により発生した水素で水素化反応が進行すること,用いた鉄は酸化鉄として触媒作用を発揮して反応経路に関与していることを明らかにした.また,酸化鉄はバイオマスとの加熱処理によって金属鉄へと再生し,繰り返し反応に利用できることも確認した.平成26年度は,(1)反応系中において水と金属を反応させながら同時に水素化反応を行う本反応系の基質適応性,(2)水素化反応における水素生成剤である金属の再利用の二点について検討した.(1)では,本法がカルボン酸,エステル,アルコール,芳香族など種々の有機基質の選択的水素化に対して適応可能であること,更には水との反応により生成する金属酸化物種が特定の水素化反応において触媒/助触媒として機能することを見出した.(2)では,水素生成剤として鉄を使用したとき水素を使った還元処理により,繰り返し水素が生成することを確認した.以上の結果は,水素の新しい利用法,革新的な水素化反応プロセスの開発,さらには高性能な水素化触媒の開発において基礎的な指針を提供するものと期待される.平成26年度はこれら研究成果を,1件の国内学会で発表し,1件の特許を出願した.