hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
機能性チーズ創製の基盤研究-チーズの抗酸化成分の検索とその構造ならびに生物活性-

酸化ストレス軽減化チーズの開発のための基盤研究として、市販チーズの抗酸化活性およびその成分について研究した。その結果、非熟成タイプを除いた熟成チーズ全てに活性が見出された。特に、ブルー、スチルトン、エポワス、ポンレベック、カマンベールおよびブリー等のチーズに比較的高く見出された。ブルーチーズから抗酸化成分を分離・精製し、その構造を明らかにしたところ、抗酸化ペプチドとホモゲンチジン酸およびホモプロカテク酸のポリフェノールが見出された。本研究は生活習慣病予防や病態の軽減に有効な機能性チーズ創製を最終目標としている研究である。本年度はチーズを材料に老化や生活習慣病に関与する活性酸素やフリーラジカル等の消去をもたらす成分に焦点をあて研究した。1.チーズの抗酸化およびラジカル消去活性各種チーズ12種類のβカロテン退色法による抗酸化活性およびDPPHラジカル消去活性について調べた。その結果、抗酸化活性はいずれのチーズでも見出されたが、特にブルーチーズが高かった。ラジカル消去活性は同チーズに高く、ゴーダ等の乳酸菌熟成チーズは低かった。2.ブルーチーズの抗酸化成分とDPPHラジカル消去成分の分離およびその構造高い活性が認められたブルーチーズから、抗酸化成分を分離した。その結果、IH、GIH、DKHY、PGPIH、DKIHPおよびFQ_PS(フォスホセリン)EEの構造を有する6種類の抗酸化ペプチドを見出した。前者5種類は全てHを含むイミダゾールペプチドで、FQ_PSEEはフォスホセリンを有するフォスホペプチドであった。次いでDPPHラジカル消去成分について調べたところ、消去成分として尿酸が明らかにされた。また、ペプチドと考えられる成分も示された。3.ブルーチーズに使用されるPenicillium roquefortiのプロテアーゼを調べたところ、本菌はメタルプロテアーゼを生産し、抗酸化ペプチドを生成した。4.以上の結果より、ブルーチーズには老化や生活習慣病に関与する活性酸素やフリーラジカル等の消去能を有するペプチドの存在が明らかにされ、また抗酸化ペプチドの生成にはPen.roquefortiのメタルプロテアーゼの関与が示唆された。従って、機能性チーズ創製の一つとして、ブルーチーズに使用されるPen.roquefortiのプロテアーゼを利用した機能性(抗酸化)チーズの開発が考えられ、貴重な知見を得ることができた。本年度は、ブルーチーズから見出したIH、GIH、DKHY、PGPIH、DKIHPおよびFQ_pS(フォスホセリン)EEの抗酸化ペプチドの抗酸化能およびこれらペプチドの生成に関与するプロテアーゼについて調べた。また、ブルーチーズからDPPHラジカル消去活性を指標に新たな活性成分を検索した。その結果、1、βカロテン退色法ではいずれのペプチドも合成抗酸化剤のBHTやカルノシンより高く、DKHY>IH>GIH>PGPIH>DKIHPであった。この結果はロダン鉄法で測定した結果も同様であった。2. DPPHラジカル消去活性およびスーパーオキシドラジカル消去活性はいずれのペプチドにおいても低かった。3.ウサギ赤血球膜ゴーストを用いた脂質過酸化抑制効果を調べた結果、IH、GIHおよびDKHYにおいて同抑制効果が認められ、IHおよびGIHの脂質過酸化抑制効果はカルノシンよりも高いことが知られた。4.抗酸化ペプチド生成に関わるプロテアーゼをPenicillium roquefortiより検索した。その結果、ブルーチーズに存在するプロテアーゼと一致する酵素をPenicillium roquefortiの酸性培養により見出した。本酵素は培地が中性では産生されず、酸性側培地のみで生成した。本酵素の至適pHは5.5、至適温度は50°Cのアスパラギン酸プロテアーゼであった。カゼインに作用させた結果、抗酸化ペプチドを生成した。5.新たな抗酸化成分をブルーチーズより検索した結果、昨年度見出した尿酸とは異なる低分子抗酸化成分を見出した。6.以上の結果、機能性チーズ創製にPen.roquefortiの酵素を利用するにはPen.roquefortiの培養条件が重要であることが知られた。本年度は、昨年度見出したブルーチーズに存在するDPPHラジカル消去成分について明らかにした。1.ブルーチーズ熟成中のDPPHラジカル消去成分ブルータイプチーズ熟成中のDPPHラジカル消去活性について調べた。熟成の異なる70%SN画分におけるEC_<50>および全活性は熟成とともに上昇し、この結果は本チーズのDPPHラジカル消去活性成分は熟成中に生成されるものであることが示唆された。各熟成チーズの70%エタノール可溶性画分をダイアイオンHP-20で分離したところ、活性は未吸着と吸着画分の両者に認められ、両画分は熟成とともに活性が上昇した。両画分をそれぞれHW-40ゲルろ過

クロマトグラフィーにより活性画分を分離したところ、熟成0ヵ月では活性画分はほとんど見出されなかったが、熟成2ヵ月では未吸着画分に1ヶ所、吸着画分に2ヶ所の活性画分が溶出した。以上の結果から、本チーズには少なくとも分子量の異なる3種類のDPPHラジカル消去活性成分が存在することが明らかとなった。2.ブルーチーズDIAIONHP-20吸着画分からの活性成分の分離精製およびその構造1で調整された熟成2ヵ月ブルーチーズの7DIAION HP-20吸着画から各種クロマトグラフィーによりDPPHラジカル消去活性成分を分離・精製し、その構造を明らかにした。その結果、ホモゲンチジン酸(HGA)およびホモプロトカテク酸(DOPAC)が見出された。市販品のHGAおよびDOPACを用いて、ラジカル消去活性を既知抗酸化成分(カテキン、Trolox、BHT)と比較した。その結果、DOPAC>カテキン>HGA>Trolox>BHTの順に活性が示された。従って、チーズ中に見出されたHGAおよびDOPACは高いラジカル消去活性化合物であることが知られた。チーズに抗酸化成分としてこれらポリフェノールが見出されたのは本研究が最初である。
色彩認知成立過程における階層性の研究

色彩認知成立過程は,いくつかのサブシステムの階層構造により構成されていると考えられている.本研究では,異なるサブシステムの反応特性を反映していると考えられているいくつかの視知覚現象を検討することにより,この階層構造を解析した.得られた結果は以下の通りである.1)色順応下での増分閾と提示時間の関係を,波長,順応光強度,刺激の大きさをパラメータとして測定した.これら刺激パラメータの増分閾への寄与は独立ではなく,相互作用がみられた.結果の解析により,錐体過程から反対色過程に至サブシステムの時間的加重き性質が明らかにされた.2)色刺激への順応による色残像は,周辺に与える刺激により負の残像から正の残像へと変化する.正の色残像を生じる時の刺激条件(色度・輝度,空間要因)を測定することにより,色残像を媒介するサブシステムの統合の性質を明らかにした.結果は,色差で構成される輪郭線を検出するサブシステムが高次レベルで存在することを示した.3)線形システムモデルと確立的加重モデルによって,視覚系のパターン認識過程を分析した.このモデルが適用できる刺激条件と適用できない刺激条件が明らかにされた.適用できない刺激条件では,視覚系の情報処理が, sustainedとtransientの2つの機構の並列構造で行なわれているためであると考えられた.4)輝度一定,色度変化パターンにより生じる主観的輪郭線への,刺激変数(色度・輝度,空間要因)の効果を測定した.結果の分析により,主観的輪郭線知覚に寄与する網膜から皮質視覚野に至る色情報処理過程の階層的構造の性質を明らかにした.色彩認知成立過程は,いくつかのサブシステムの階層構造により構成されていると考えられている.本研究では,異なるサブシステムの反応特性を反映していると考えられているいくつかの視知覚現象を検討することにより,この階層構造を解析した.得られた結果は以下の通りである.1)色順応下での増分閾と提示時間の関係を,波長,順応光強度,刺激の大きさをパラメータとして測定した.これら刺激パラメータの増分閾への寄与は独立ではなく,相互作用がみられた.結果の解析により,錐体過程から反対色過程に至サブシステムの時間的加重き性質が明らかにされた.2)色刺激への順応による色残像は,周辺に与える刺激により負の残像から正の残像へと変化する.正の色残像を生じる時の刺激条件(色度・輝度,空間要因)を測定することにより,色残像を媒介するサブシステムの統合の性質を明らかにした.結果は,色差で構成される輪郭線を検出するサブシステムが高次レベルで存在することを示した.3)線形システムモデルと確立的加重モデルによって,視覚系のパターン認識過程を分析した.このモデルが適用できる刺激条件と適用できない刺激条件が明らかにされた.適用できない刺激条件では,視覚系の情報処理が, sustainedとtransientの2つの機構の並列構造で行なわれているためであると考えられた.4)輝度一定,色度変化パターンにより生じる主観的輪郭線への,刺激変数(色度・輝度,空間要因)の効果を測定した.結果の分析により,主観的輪郭線知覚に寄与する網膜から皮質視覚野に至る色情報処理過程の階層的構造の性質を明らかにした.色彩認知過程の階層構造を実験心理学的に解明することを目的としている。このためにまず、時間的・空間的に統制された色彩画像を自由に構成できる視覚刺激提示システムを作製した。すなわち、フレームメモリを用いることにより色彩画像の数量的記憶を可能にし、これをコンピュータで制御することによって、画像の時間的・空間的要因をプログラム可変とし、更に、画像の数量的解析を可能にした。次に、本装置を用いて図-地刺激布置を持つ色彩刺激による色順応効果を色残像を指標として検討した。その結果、飽和度の異なる同一色相の刺激を図-地に布置すると、これによる色残像は補色残像とは逆の色えを生じること、及び、飽和度に依存することが明らかにされた。この種の色残像は、錐体過程,反対色過程とは異なる色処理過程の存在を示すものである。更に、明暗弁別過程の時間特性を解明するために、正弦波格子パターンに対する時間周波数感度特性とパルス刺激の時間的寄せ集め特性を、順応輝度,空間周波数をパラメータとして測定した。その結果、2つの特性は、過渡的(transient)及び持続的(sustained)な応答特性を示す2種の線形要素と視覚系内のノイズによる確率加重効果を仮定することで相互に量的に関係づけられることが示された。このほか、分光器色光刺激を用いて、網膜レベルでの時間特性を解明するために、色順応下での増分閾を刺激提示時間との関係を、空間要因・順応水準・波長をパラメータとして測定した。その結果、時間加重,空間加重,順応水準及び波長の間に相互依存関係が存在することが示された。これは、中・長波長錐体間の中心-周辺拮抗作用によるものと考えられる。
ナノ領域解析による象牙質接着のメカニズムについて

レジン接着システムの象牙質への接着メカニズムを解明することを目的として、市販されている入手可能な2ステップ、1ステップセルフエッチングシステムそしてワンボトルセルフアドヒーシブ製品に関して硬さ、接着強さ、そしてSEM観察による評価を行った。硬さ測定では、レジン-象牙質接着界面の特にボンド層の硬さに注目し、超微小超微小硬さ測定機ENT-1100aを用いたナノ領域の超微小硬さおよび硬さ分布を求めた。ボンド層の硬さは、システム間による差はあまり認められず、水やアルコールあるいはアセトンなどを溶剤として含むワンボトルセルフアドヒーシブにおいても2ステップシステムのボンドと有意差は認められなかった。接着強さに関しては、ヒト象牙質を対象とした接着強さの評価を微小引張り試験法により行った。接着強さは、2ステップシステム製品が最も高い値を示したが、ワンボトルセルフアドヒーシブにも2ステップに匹敵する高い接着強さを示すものが存在した。なお、接着強さとボンド層の硬さとの関係については今後さらに検討が必要であることが示唆された。レジン接着システムの接着界面におけるナノ領域の超微構造については、アルゴンイオンエッチング法を応用したFE-SEM観察により詳細に観察した。アルゴンイオンエッチングにより接着界面には網目状構造が観察されるが、この網目状構造について詳細に観察した後、セルフエッチングシステムの象牙質接着界面の観察を行った。セルフエッチングシステム、特にワンボトルセルフアドヒーシブの象牙質接着界面には非常に幅の狭い300-500nm程度の樹脂含浸層が観察され、これまで接着メカニズムとして考えられていた樹脂含浸層による機械的嵌合の接着とともに、接着強さを発現する他のメカニズムについても検討する必要があることが示唆された。本研究より、象牙質接着のメカニズムの解明までには至らなかったが、レジンと象牙質の接着について一部成果が得られた。臨床で用いられている接着性レジンシステムの接着メカニズムを解明することを目的として、接着界面周囲の超微小硬さ測定を行った。今回設備備品として購入した「超微小硬さ測定機用精密ステージ」と現有設備である超微小硬さ測定機ENT-1100aとを組み合わせ、象牙質接着界面のナノ領域での硬さ測定を行い、接着界面の硬さ分布を求めた。現在広く臨床で用いられているセルフエッチングシステムにおいて、接着界面における樹脂含浸層あるいはボンド層の厚みは、1-5μmと非常に薄い。現有の超微小硬さ測定機ENT4100aでは,送りピッチが1.0μmであることから,セルフエッチングシステムの接着界面の物性を評価することは不可能であった。「超微小硬さ測定機用精密ステージ」は送りピッチ0.1μmでの測定が可能となり、ENT-1100aと組み合わせることでセルフエッチングシステムの接着界面の物性をより詳細に測定できることがわかった。セルフエッチングシステムの樹脂含浸層は、1μm以下であることから測定がやや困難であるが、ボンド層中の硬さ分布からは接着強さに関連する新しい知見が得られると考えられる。特にオールインワンシステムと呼ばれる材料に関しては、ボンド層の物性が重要と考えられることから本測定装置によるナノ領域の超微小硬さ測定は、非常に有用である。現在、各種接着システムの接着界面におけるナノ領域の硬さ測定を継続中であり、象牙質接着領域の硬さ分布を評価することで、レジン-象牙質接着界面の超微構造観察と合わせ接着メカニズムの解明を行う予定である。

レジン接着システムの象牙質における接着メカニズムを解明することを目的として、象牙質接着界面のナノ領域の超微小硬さ測定を「超微小硬さ測定機用精密ステージ」と現有設備である超微小硬さ測定機ENT-1100aとを組み合わせて行った。また各種セルフエッチングシステムの接着強さをマイクロテンサイル法にて評価し、さらにレジン-象牙質接着界面の超微細構造について、アルゴンイオンエッチング法を応用したFE-SEM観察を行い詳細に検討した。レジン接着システムとして、2ステップ、1ステップセルフエッチングシステムそしてワンボトルセルフアドヒーシブの現在市販されている入手可能な製品すべてに関して評価した。接着強さは、2ステップシステムの製品が最も高い値を示したが、ワンボトルセルフアドヒーシブにも2ステップに匹敵する接着強さを示すものが存在した。またセルフエッチングシステムの接着メカニズムに影響を及ぼすと考えられるボンド層の物性に注目し、ボンド層の硬さ分布について測定を行い検討した。セルフエッチングシステムのボンド層の硬さは、システム間による差はあまり認められず、水やアルコールあるいはアセトンなどを溶剤として含むワンボトルセルフアドヒーシブにおいても2ステップシステムのボンドと有意差は認められなかった。接着強さと硬さの関係については今後さらに検討が必要である。レジン-象牙質接着界面のFE-SEM観察からは、特にワンボトルセルフアドヒーシブの象牙質接着界面において、従来観察された樹脂含浸層と比較し非常に幅の狭い300-500nm程度の樹脂含浸層が観察され、これまでの接着メカニズムとして考えられていた樹脂含浸層によるいわゆる機械的嵌合による接着のほかにさらに高い接着強さを発現するメカニズムについて再検討する必要がある。本研究より、象牙質接着のメカニズムの解明までには至らなかったが、ナノ領域におけるレジンと象牙質の接着について一部成果が得られた。
微小ホール素子を用いた磁束のダイナミクスの研究

微小ホール素子を用いた高温超伝導体の研究の初年度として、我々は微小ホール素子アレーの製作を行ない、またホール素子によりBi系単結晶に見られる異常なサイドピークの測定を行なった。1.微小ホール素子アレーの製作。イオン打ち込みをしたGaAs基板(n=2x10^<17>cm^<-3>、伝導層:約2500A)を素材とし、フォトリソグラフィーにより微小ホール素子アレーを作製した。6x6mm^2の基板上に20個の微小ホール素子(有効面積:10x10μm^2)を約1mm以内に配置した。2.Bi系単結晶のホール素子による磁気測定。我々はこの異常なサイドピークをホール素子を用いて測定した。特にホール素子の特徴を生かし、これまであまり測定の行なわれなかった短時間の磁気緩和の測定も行なった。その結果、ある特徴的磁場以下で磁気緩和が異常に早くなるためにサイドピークが生じることが明らかになった。またこれと同時に、サイドピークが現われる磁場付近で局所磁場のプロファイルに分裂が見られることも明かとなった。しかし、この分裂はサイドピークの原因ではなく、むしろ結果であると考えられる。サイピークの原因に関して磁束間の相互作用による次元交差が原因である可能性を指摘した。これは、唯一サイドピークが観測されるBi_2Sr_2CaCu_2O_<8+y>単結晶が高温超伝導体の中で最も異方性が大きいという事実に立脚する。我々のトルク測定によるこの系の異方性を理論予想の式に代入することにより、実験で観測されるサイドピークの磁場を良く再現できることが明らかになった。
土地改良事業における暗渠排水工の低コスト化に関する研究

本暗渠の間隔を従来の2倍として安価な補助暗渠を組み合わせた低コストな暗渠排水システムを考案し,その排水効果を検証した。その結果,このシステムは従来のシステムと比べ地下水位の低下はやや遅いが,作土中の過剰水を早期に排除する傾向があることが認められた。よって,このシステムは常時地下水位が低い地域や暗渠排水の再整備に有効な技術であると考えられた。また,このシステムを暗渠排水の機能が低下した圃場に整備し,その効果を検証した結果,圃場の排水性が改善することが認められた。わが国では食料自給率が低迷する一方,米の過剰基調が続いている。このような食料生産状況を改善するためには,水田輪作農業の普及により米以外の穀物増産を図ることが必要である。また,わが国には麦類や大豆をそのまま栽培することが困難な排水不良水田が多いため,地下排水機能を高める暗渠排水を整備し,水田を畑地としても利用可能にする水田の汎用化が併せて必要である。現在,暗渠排水整備のほとんどは土地改良事業で行われており,麦類や大豆の増産や作業性の向上に成果を上げている。しかし,その整備には多大な経費がかかるため,近年は低コスト化が求められている。本研究は,土地改良事業における暗渠排水工の低コスト化を目的とし,これまで国内において検討されてなかった間隔を20m以上とした本暗渠と補助暗渠を組み合わせた低コストな暗渠排水システムの地下排水能力を検証し,現場への導入が可能か評価するものである。平成18年度は宮城県新蒲地区で施工した低コストなシステムの地下排水能力を評価するために,地区内の大豆栽培圃場において8月から11月にかけて降雨後の暗渠排水量,地下水位の変動,作土の土壌水分変動などを観測した。その結果,低コストなシステムは従来のシステムと比べ,暗渠排水量は89割程度である場合が多く,地下水の低下速度が遅い傾向が認められたが,作土の過剰水は早く排除される傾向があることが確認された。したがって,この低コストなシステムの地下排水能力は,地下水位の低下が主目的とされる湿田の改良については従来のシステムに劣る可能性が高いが,常時地下水位が低く作土からの過剰水排除が必要とされる排水不良の乾田の改良に有効なシステムであると考えられた。次年度以降は,同様の調査を継続して行い,排水能力の持続年数についても評価していく必要がある。特に最近は,輸入農産物価格の急騰により国内における穀物増産の必要性が指摘されている。このようななか,水田輪作農業の普及によって米以外の穀物増産を図ることの意義はますます重要になりっっあるが,わが国の農地は麦類や大豆をそのまま栽培することが困難な排水不良水田が多く,安定した水田輪作農業を行うためには暗渠排水整備などの土地改良の実施が不可欠である。そしてこうした土地改良を経済的かつ効果的に進めるためには,低コストな技術を開発し現場に導入させていく必要がある。平成19年度は18年度に続き宮城県新蒲地区で施工した低コストなシステムの地下排水能力を評価するために,地区内の大豆栽培圃場において8月から11月にかけて降雨後の暗渠排水量,地下水位の変動,作土の土壌水分変動などを観測した。その結果,当地区における低コストなシステムは従来のシステムと比べ,降雨後土壌が過湿な期間が短く,排水口かが優れていることを確認した。よって,このシステムが土地改良事業に導入できる可能性は高い。また,本システムは経年変化によって排水機能が低下した暗渠排水の更新に有効と考えられたため,暗渠排水整備後およそ20年が経過した水田で試験施工を行った。次年度以降は,本システムの排水効果を引き続き検証していくとともに,本システムが機能の低下した暗渠排水の更新技術として有効であるか検討する。また最近は,輸入農産物価格の高騰等によって国内での穀物増産の必要性が見直されつつあり,水田輪作農業の普及によって米以外の穀物増産を図る意義はますます重要になっている。しかし,わが国には麦類や大豆をそのまま栽培することができない排水不良水田が多いため,暗渠排水整備などの土地改良が必要である。そしてこうした土地改良を経済的かつ効果的に進めていくためには,低コストな技術を開発し,現場に導入していく必要がある。

本研究は土地改良事業における暗渠排水工の低コスト化を目的とし,間隔を20m以上で設置する本暗渠と補助暗渠を組み合わせる低コストな暗渠排水システムの排水効果を明らかにし,現場への導入が可能か評価するものである。平成20年度は,この低コストなシステムが,暗渠排水の機能が低下し排水性が悪化した圃場の再整備に有効であるかどうかについて検討を行った。試験地は山形県鶴岡市内の低平地水田地帯における暗渠排水整備後23年が経過した転作田である。調査は,降雨後の暗渠排水量,地下水位の変動,作土の土壌水分変動などについて行った。調査の結果,このシステムの整備を行った水田は,未整備の圃場と比べ,暗渠排水量が大きく,地下水位の低下も早いことが認められた。また,作土の土壌水分の減少も早いことが確認された。したがって,この低コストなシステムは,暗渠排水の機能の低下によって水田輪作が困難になっている圃場の再整備にも有効な工法であると考えられた。
生徒体験型オーロラ実験に関する教材開発

本研究は、多くの人が直接見たことがないオーロラを題材として、論理的思考力、独創性を育むことを目指すことである。オーロラは北極と南極に現れるため、「磁力線」が深く関わっていることを理解してもらう。次に、「磁力線」が影響を及ぼすのは「電子やイオン」である。このことから、オーロラは宇宙で生じるプラズマ現象であることを認識してもらう。このように、オーロラは、「電気と磁気」、「磁力線の可視化」など様々な科学現象の宝庫と言える。本研究では、「オーロラ」を通して、生徒が自ら「なぜ、こうなるのだろうか」という疑問を持ち、その理由を考え、論理的思考力や創造性などを身に付ける指導方法や教材などの開発を行う。平成15年度では、以下の2種類のオーロラ装置の構築を行い、小中学生による体験評価(リフレッシュ理科教室と地域貢献事業「ユニキッズクラブ」)を実施した。(1)地球周辺のオーロラ装置:円筒ガラス容器に2枚の平行平板電極と両電極間に地球を模擬した永久磁石入りの球を挿入した構造からなる。模擬地球に見立てた永久磁石の周りに、光る気体(プラズマ)が巻きつく様子が確認でき、磁力線の可視化を実現できた。模擬地球をゆっくり動かすことで、磁石の移動に追従してプラズマが変化することが目視でき、実際のオーロラの動きを再現できた。その様子をビデオ教材として実用可能であることもわかった。(2)北極近傍のオーロラ装置:釣り鐘型のガラス容器の上部から剣山を挿入し、下部に鍋底型アルミニウム電極を凸部が上になるように設置し、その下に永久磁石を配置した構造からなる。圧力が低いときは、北極近傍で観測される広がったオーロラが目視できるが、圧力を高くしていくと、剣山から発生する筋状の発光に代わり、雷の様子を再現しているようであった。本装置により、オーロラのみならず、自然界のプラズマ現象を探求する教材として使用可能であることがわかった。平成16年度では理科教室でのアンケート結果を基に(a)地球周辺オーロラ:模擬地球の支持棒の改善。ガラス容器を大きくする。(b)北極近傍オーロラ:観測窓を大きくする。導入ガスを変える。などの改善を行った。平成16年8月5日と平成17年1月22日、23日に開催された理科教育祭典に出展し、青少年を対象に、実施評価を実施した。良好な結果を得た。導入ガスを変える。などの改善を行う予定である。

(1)地球周辺のオーロラ装置:円筒ガラス容器に2枚の平行平板電極と両電極間に地球を模擬した永久磁石入りの球を挿入した構造からなる。模擬地球に見立てた永久磁石の周りに、光る気体(プラズマ)が巻きつく様子が確認でき、磁力線の可視化を実現できた。模擬地球をゆっくり動かすことで、磁石の移動に追従してプラズマが変化することが目視でき、実際のオーロラの動きを再現できた。その様子をビデオ教材として実用可能であることもわかった。(2)北極近傍のオーロラ装置:釣り鐘型のガラス容器の上部から剣山を挿入し、下部に鍋底型アルミニウム電極を凸部が上になるように設置し、その下に永久磁石を配置した構造からなる。圧力が低いときは、北極近傍で観測される広がったオーロラが目視できるが、圧力を高くしていくと、剣山から発生する筋状の発光に代わり、雷の様子を再現しているようであった。本装置により、オーロラのみならず、自然界のプラズマ現象を探求する教材として使用可能であることがわかった。平成16年度では理科教室でのアンケート結果を基に(a)地球周辺オーロラ:模擬地球の支持棒の改善。ガラス容器を大きくする。(b)北極近傍オーロラ:観測窓を大きくする。導入ガスを変える。などの改善を行った。平成16年8月5日と平成17年1月22日、23日に開催された理科教育祭典に出展し、青少年を対象に、実施評価を実施した。良好な結果を得た。
埴輪製作工人の個性の研究

全国で出土している円筒埴輪・朝顔形埴輪で外面調整に「B種ヨコハケ」をもつもののうち、比較的残存状況の良い個体を抽出して、ハケ工具の静止痕角度・静止痕間隔の計測を行うと共に、その他の属性(凸帯の形状、スカシの形状、基底部の成形技法、内面の調整技法、ハケ工具の種類)についての写真撮影及び観察を行った。計測及び観察を行った個体は、福島県国見町八幡塚古墳、大玉村谷地古墳群、本宮町天王壇古墳、静岡県磐田市堂山古墳、城之崎丸山古墳、愛知県名古屋市一本松古墳、琵琶ケ峯古墳、岐阜県大垣市遊塚古墳、大阪府羽曳野市茶山遺跡、福岡県吉井町塚堂古墳から出土した埴輪である。計測したデータに基づいて、各個体・各段について、静止痕間隔をX軸、静止痕角度をY軸にとった折れ線グラフを作成した。その折れ線グラフを比較した結果は次のとおりである。同一個体内での各段の比較を行った結果は、いずれの埴輪も最下段と最上段の様相はそれ以外の段とは全く異なる様相になった。茶山遺跡の埴輪では、最上段と最下段以外の段での様相は細部では異なる部分が多いものの全体としては比較的似通っていた。しかし、その他の古墳の埴輪では段ごとに全く異なる様相を示すものが多かった。このことは畿内の埴輪に限定すれば工人の個性の抽出が可能であるが、その他の地域の埴輪では今回の方法で個性を抽出することは難しいことを示す。裏を返せば、埴輪生産量が少なく熟練した工人の個性でなければ抽出は難しいといえる。異なる個体間での比較を行った結果は、谷地古墳群の2個体や天王壇古墳の2個体、茶山遺跡の2個体は、ハケ工具痕が同じであることや、凸帯、スカシの形状などの属性が似通うことから、グラフの様相が似通えば同一工人の作品と決定することができるが、同一個体内での比較結果と同じく茶山遺跡以外は似通っていなかった。ただ、茶山遺跡の場合も酷似するのではなく辛うじて似る程度であり、工人個性の抽出に関しては今回の方法は改善が必要である結果となった。
インドにおける近代的集合住宅の形成とその現状に関する研究

本研究は植民地期の文献資料および住居建築の実態調査に基づき、インド各地におけるチョールの伝播・定着の実態の解明を目指した。植民地期のムンバイに発生した集合住宅形式であるチョールは、現在のコルカタにおいても相当数の存在が確認できるが、その規模・形状においては相当の差異を示す。文献には他の地域においても同様の住居類型の伝播が示唆されているが、特に重要な役割を担ったのが都市改善トラストである。トラストの活動により、チョールは当地におけるマスハウジングの雛形として、その後の集合住宅の形式に大きな影響を与えた可能性が示された。これは今後の研究的視点として重要なものと位置づけられる。本年度は研究計画に従い、現地調査を中心に研究活動を展開した。調査対象とした都市はコルカタである。ムンバイにおけるチョールは、アジアの集合住宅形成史上、特徴的な存在の貸間集合住宅形式と位置づけられるが、その全インド的な伝播とその後の存続状況を確認することが、本研究の主たるテーマの一つである。コルカタはムンバイとの比較対象として重要な位置づけにある。一連の調査によって、かつてのインド入居住地区であるブラ・バザール地区には形態的な側面でチョールと同じ構成を持つ建築物が多く分布することが確認できた。チョールに関して、ムンバイの事例との大きな差は、第一に建築の用途に現れる。コルカタでの用途は基本的に専用化しており、これまで収集した事例で支配的であった商工業用途と住居の混在は見られなかった。ただし、このうちの商業建築においては、夜間に従業員が住み込み、半ば住居として利用されている実態も確認された。形態的な側面では、コルカタの事例はムンバイと比較して大規模かつ複雑な構成を持つ傾向にある。この点に関しては、地割・街区の構成とあわせて、より詳細な調査・分析の余地がある。なお、コルカタではチョールという名称は使われていない。コモン・ビルディングという名称が一般的であり、チョールという住文化の普及過程という側面についても、これまでの事例との比較・検討の必要があることが明らかとなった。コルカタのチョールは、構成要素はムンバイの例と一致するものの、建築の全体レベルではかなりの相違点が確認できる。コルカタにおいては、上記の現地調査を展開すると共に、地元の研究者を中心に情報収集も行った。これに伴う研究交流を通じて、本研究課題に対する協力体制の構築において大きな進展があった。来年度はこの体制の利用が可能であり、チョールとの比較対象として重要な土着の都市住居についても調査展開が期待できる状況にある。文献収集においても、大きな進展があった。特に、英国・BlitishLibrary所蔵の地図資料については網羅的に閲覧し、関連するものを全てリスト化している。必要なものについては複写等を行い整理・資料化し、来年度以降利用可能な形式に整備している。研究計画の通り、本年度もコルカタを対象とした現地調査を中心に研究を展開した。本課題はムンバイにおいて成立したチョールという集合住宅形式の、インド国内外の各地域への伝播と、その後の存続状況を明らかにすることを大きな目的としている。植民地期に遡ってチョールないしはこれに類する住居形式の形成が顕著であったという意味で、コルカタはムンバイとの比較対象として重要な位置づけにある。コルカタの現地調査では、昨年度対象とした区域に加え、さらに調査範囲を広げて事例の収集に当たった。前年度の実績とあわせ、ブラ・バザール地区全域におけるチョールの分布状況が明らかとなっている。調査結果からはムンバイの事例との大きな相違点が街区レベルの空間構成にあることが示唆されている。大まかにはムンバイに比してコルカタの街区規模は大きく、内部の画地の分割が多種多様である。出現するチョールの平面形状も同じく多様であり、同じチョールの密集地でありながら、街区内部の空間構造はより複雑なものとなっている。他の地域におけるチョールの伝播・定着の構造についても調査を行った。その過程で、より注目すべき伝播の例が確認された。住居形式としてのチョールは、インドにおいて19世紀末に始まる公的ハウジング施策に取り入れられ、実際に供給された記録がある。もっとも顕著であるのはムンバイの旧BIT(Bombay Improvement Trust)の例である。行政資料の収集など、本年度はその実績の把握にも努めた。この種の公共団体の設立はコルカタを含めインド各地で行われており、その活動内容の精査によって、住居形式としてのチョールの定着に関する新たな事実が明らかになる可能性が極めて高い。これは今後の研究的展開につながる視点として重要であり、その発見は本年度の大きな成果の一つと位置づけられる。
後期メルロ=ポンティ現象学と相対主義 -存在概念と存在論的知覚論を軸にして-

今年度は、研究目的で示した後半部-メルロ=ポンティおよびフッサール現象学と認識論的相対主義をめぐる問題-の研究を遂行した。この成果は、“Husserl and Merleau-Ponty-The Conception of The World",in Analecta Hussserliana,LVIII,1998.と平成11年3月に刊行予定の『知覚とことば』(ナカニシヤ出版)の第3章第5章においてまとめられた。前者においては、フッサールとメルロ=ポンティの反相対主義的な思考を、「世界」という概念に対する両者の考え方の異同を考察しつつ明かにした。後者では、フッサール、ハンソン、クーンおよびかれらを受容している分析哲学者の研究をメルロ=ポンティと比較することにより、後者の存在論的現象学のもつ射程と限界を考察した。具体的には、フッサールとメルロ=ポンティの普遍主義的(反相対主義的)な思考のもつ意味を「目的論」と「始源論」という観点から考え、後者が「真理の起源」として定義しようとした普遍性の輪郭を申請者なりの観点から描き出した。また、人間が生を営む世界は知覚によって意味づけられるとともに言語によっても影響されている。そこで、認識をより強く左右するのは言語である(言語相対主義に繋がるものである)のか、それとも言語の影響を受けないような知覚世界(メルロ=ポンティの存在概念やフッサールの生活世界概念と重なるものである)があるのか、ということが問題となりうる。これは、相対主義の問題をとくに言語という観点から取り上げたものである。「知覚と言語が交わるところ」『メルロ=ポンティ研究』(第4号所収)は、知覚と言語の関係について、メルロ=ポンティ現象学、言語相対主義、ギブソンの生態学的実在論などをふまえたうえで論じている。同論文は、前述の二つの業績で論じられた成果にもとづいて、相対主義を言語という観点からより先鋭化させたかたちで引き継ぐことを企図した申請者の次なる研究課題への通過点となるものである。人間はじぶんが生を営んでいる世界(フッサールの用語にしたがえば、生活世界)の意味を様々な知覚器官によって認識している。それと同時に、言語もまた人間の認識活動の中心的な役割を担っている。そこで、認識をより強く左右するのは言語である(これは、サピア=ウォーフの言語相対主義的な仮説につながる)のか、それとも言語の影響を受けないような生まの知覚世界(メルロ=ポンティの存在概念やフッサールの生活世界概念と重なるものである)が存在するのか、ということが問題となる。論文「知覚と言語の共働」は、以上の問題に焦点をあてながら知覚と言語の関係という主題について、とメルロ=ポンティ現象学、言語相対主義、ソシュール言語論などを咀嚼しつつ論じている。メルロ=ポンティにかんしては、『知覚の現象学』のなかにある`語るパロール'と`語られたパロール'を取り上げた。かれの生涯を通じての中心的な関心が知覚と言語との関係(これを自然と文化の関係と言い換えることができる)を描いて見せることであったことを勘案すると、前期思想での言語をめぐるこれらの概念を考察することは後期思想を理解するための重要な鍵となるからである。本論文の結論を要約して述べると、言語が人間の知覚世界の認識に影響をあたえるという側面があると同時に、言語も知覚の認識を受け継いでいるということである。後者の見解は、観点を変えれば、言語の起源そのものが知覚器官と知覚世界あるいは両者の交渉のうちにある、ということを意味する。そして、言語の起源であるような知覚世界の存在を認識することは、メルロ=ポンティがその後期思想において描こうとしていた存在概念を言語という観点から再構築し、文化相対主義にたいするメルロ=ポンティーの後期思想の可能性を探るための基礎的な作業であった。「知覚と言語が交わるところ」

『メルロ=ポンティ研究』(第4号所収)は、知覚と言語の関係について、メルロ=ポンティ現象学、言語相対主義、ギブソンの生態学的実在論などをふまえたうえで論じている。同論文は、前述の二つの業績で論じられた成果にもとづいて、相対主義を言語という観点からより先鋭化させたかたちで引き継ぐことを企図した申請者の次なる研究課題への通過点となるものである。
社会的ジレンマを解決する罰・報酬システムの比較検討：制度と集団規模に着目して

本研究は、社会的ジレンマ(SD)の解決策として提示されてきた、罰・報酬(サンクション)システムの有効性を、集団規模と制度に着目して比較検討した。その結果、個人間サンクションでは、サブグループ化(直接サンクションを行える成員が限定される状況)が起こることで大規模集団での協力は維持されにくいことが示された。また、集権的な制度罰システムでは、2次罰(システムに支援しない成員への罰)が大集団での協力を維持させることが示された。これらにより、「SD解決には小規模集団では個人報酬システム、大規模集団では制度罰システムが有効である」が示された。具体的には、人類の発展に伴って増大した集団規模を実験的に操作し、小規模集団では個人報酬が、大規模集団では制度罰が有効であることを示すことを目的とした。これまでに、小規模集団(4人)では個人報酬によってSD協力が達成されることはわかっている。本年度は、実験室で16人集団を形成し、同様の傾向が見られるか検討した。その結果、協力の効率(1人の協力が他成員1人に与える利益)が低く、かつサンクション対象がサブグループに制限されている場合には協力は成り立たたなくなることが示された。大集団になるほど、協力の効率は低くなり、サンクション対象は限定されると考えられるため、この結果は「大集団では個人サンクションではSD協力は維持されにくい」ことを示しているといえる。さらに、制度罰(各成員が制度に支援し、ルールに基づいて集中的に罰を課す)の実験を行い、1次罰のみ(SD非協力者への罰)では協力は達成されないが、2次罰(制度に支援しない者への罰)ありの制度罰であれば、16人集団でも高い協力が達成されることも示した。これにより、大集団では制度罰が有効であることが示された。このことは、人類の発展に伴い、サンクションシステムが変化してきた可能性を示唆する。また、どのようなルールの制度罰で、より協力が達成されやすいかを検討する実験を行ったところ、1次罰と2次罰の順番が重要であることが分かった。すなわち、2次罰が先の制度罰の方が1次罰が先の制度罰よりシステムへの支援が集まりやすく、罰が実効化されやすいため、協力が達成されやすいことが示された。有効な制度罰のルールを指摘したことは、集団での協力達成を考える上で有用な知見となるだろう。平成27年度に複数の集団実験を行い、当初平成28年度までに完成させる予定であった研究成果はほぼ得られた。さらに、申請段階の計画では検討点として述べていた、「どのようなルールの制度で協力が達成されやすいのか」について、1次罰と2次罰の順番に着目し、協力率の顕著な違いを明らかにしたため、当初の計画以上に進展しているといえる。今年度は、統計的な検定に適切なサンプル数を取得するため、去年度から続く実験のデータ取得を行い、完了させたうえで、データの分析、論文執筆を行った。そのデータ分析の中で、大規模集団において、特に協力の効率(1人の協力が他成員1人に与える利益)が低く、かつサンクション対象がサブグループに制限されている場合には協力が成り立ちにくいことが示された。そしてそれは、「SD協力者への報酬、SD非協力者への罰」という連結が弱くなることと、「報酬や罰を受けても、協力する方向に改心しにくい」という個人の行動傾向が原因となっていることが明らかになった。このことは、大規模集団においては、個人間サンクションではSD協力は達成されにくいことを示している。さらに、制度罰(各成員が制度に支援し、ルールに基づいて集中的に罰を課す)の実験も、去年度から引き続き行い、1次罰のみ(SD非協力者への罰)では協力は達成されないが、2次罰(制度に支援しない者への罰)ありの制度では、大規模集団でも高い協力が達成されることが頑健に示されることを確認した。平成28年度は、データの取り足しと国際学会での発表、及び論文執筆に時間を割くことができ、一つの論文は現在投稿中であり、新たに一つの論文を現在執筆中である。そのため、順調に進展しているといえる。本研究は、社会的ジレンマ(SD)の解決策として提示されてきた、罰・報酬(サンクション)システムの有効性を、制度と集団規模に着目して比較検討した。

去年度までの成果として、1)集団の大規模化によって生じるサブグループ化が、個人間サンクションの機能を低下させ、SD協力達成を困難にすること、2)制度罰(各成員が制度に支援し、その支援を元手にして、システムがルールに戻づいて集中的に罰を課す)においては、1次罰(SD非協力者への罰)より2次罰(制度に支援しない者への罰)を優先させた方が、SD協力は達成されやすく、それが大規模集団での協力を支えること、が示されてきた。最終年度である本年度は、これらの知見を論文としてまとめることに力を注いだ。その結果、1)については分析手法の吟味に時間がかかったものの、現在枠組みは完成し、近く投稿できる見込みである。2)については、査読の上、既に英文雑誌にて出版されている。以上のように、本計画が最初に企画していた成果については十分に達成されたが、さらに新たな研究として、制度罰はいかに自生するのかを検討する実験を行った。具体的には、特定個人への資源集中とその個人による1次罰と2次罰による安定的な協力状況が、どのような条件がそろえば成り立つのかの検討をした。現状では、その条件の特定には至っていないが、制度罰の自生には「特定個人のへの信頼」が重要となることが示唆され、今後の研究の道筋を提示することとなった。本研究は、社会的ジレンマ(SD)の解決策として提示されてきた、罰・報酬(サンクション)システムの有効性を、集団規模と制度に着目して比較検討した。その結果、個人間サンクションでは、サブグループ化(直接サンクションを行える成員が限定される状況)が起こることで大規模集団での協力は維持されにくいことが示された。また、集権的な制度罰システムでは、2次罰(システムに支援しない成員への罰)が大集団での協力を維持させることが示された。これらにより、「SD解決には小規模集団では個人報酬システム、大規模集団では制度罰システムが有効である」が示された。統計的な検定に適切なサンプル数を取得するため、データ取得を継続して行う。また、集団規模の増大に伴い、機能するサンクションシステムがなぜ異なるのか、その論理的基盤を明らかにするために、コンピュータシミュレーション研究を行う。具体的には、個人サンクションについてはPanchanathan(2004)、制度サンクションについてはSigmund et al.(2010)の数理モデルを基にして、集団規模を操作して進化シミュレーションを行う。また、シミュレーション結果をもとに、「なぜ集団規模によって協力に導くサンクションが異なるか」の要因を浮き彫りにし、それを操作した実験を行い、実証的知見を得る。また、平成27年度に得られた結果を国際学会において発表し、英文論文にまとめ学術雑誌に投稿する。これまで得られた研究成果について、論文執筆をつづけ、今年度中に投稿する。また、制度罰の発生基盤として、「リーダーによる集中罰」に着目することで、集団秩序を維持する統治機構が、どのような条件が揃えば自生しうるのかを実験室実験により検討していく。社会心理学前倒し請求を行い、それにより平成27年度後期もデータ取得を行えたが、実験参加者が予想よりも集まらず、未使用額が生じた。平成28年度は、5月中旬から3月末までUniversity of California Santa Barbaraに研究滞在しており、5月以降は集団実験を行うことができず、論文執筆や成果発表に関わる使用に限定されたため、未使用額が生じた。実験データを追加して取得するために、実験施設への旅費および実験参加者への謝金に使用する。また、成果発表のために、学会出張旅費、英文論文校正費を必要とする。さらに、集団規模を操作して進化シミュレーションを行うために、20万円程度のハイスペックPCを購入する予定である。
シアリダーゼ遺伝子による細胞リモデリング

形質膜局在シアリダーゼおよびリソソーム局在シアリダーゼ遺伝子を用いて、細胞シアル酸のリモデリングを試み、シアル酸およびシアリダーゼの生理的役割の解析を進めた。形質膜局在シアリダーゼは、ガングリオシドに特異的に作用し、ガングリオシド発現の動態を制御している分子である。この遺伝子をがん細胞に導入すると、アポトーシスの抑制が認められ、がん細胞においてこの酵素が高発現する機構の一部が明らかになった。また、この酵素のトランスジェニックマウスを作成し、個体レベルで解析を行ったところ、25週以降でインスリン抵抗性の2型糖尿病の発症が認められた。形質膜局在シアリダーゼのインスリン情報伝達への関与が示唆された。神経細胞の突起伸長の促進など細胞分化に重要な役割を果たしていることも明らかとなった。単クローン抗体の作成にも成功したので、癌の診断・治療への応用性も検討している。一方、リソソーム局在シアリダーゼについては、細胞への遺伝子導入実験によって、主に糖蛋白糖鎖結合シアル酸の脱シアリル化に関わっている酵素であることが明らかになってきた。先に、培養ヒトがん細胞や大腸がん組織ではこの酵素の発現が低下していることを観察しているので、過剰発現による癌細胞の悪性度の変化を調べた。細胞増殖性や足場非依存性増殖が発現度と逆相関することがわかった。さらに細胞接着にも関与するなど、この酵素がリソソームでの単なる異化作用に与るだけでなく、重要な細胞機能を担っていることが次第に明らかになってきた。さらに、癌や神経疾患などにおけるシアリダーゼ発現異常の解析をを行い、遺伝子導入による糖鎖リモデリングによって正常化を試みるなど、その病態解明と治療法の開発をめざしたい。
がん細胞の核形態異常に関与する、クロマチンリモデリング関連タンパクの同定

がん細胞の核形態異常に関与するタンパクとして、ヘテロクロマチン形成に重要な、ヒストンH3の9番目のリジンのトリメチル化状態(H3K9me3)を認識する一次抗体と、HP1βを認識する一次抗体を用いた免疫組織化学による検討を行った。材料は、ヒトの外科手術材料で、クロマチンパターンが粗造である大細胞神経内分泌癌29例と、クロマチンパターンが繊細である小細胞癌37例を用いた。組織学的な半定量的評価により、小細胞肺癌でH3K9me3とHP1βのスコアが高いことが明らかとなり、「クロマチンパターンには、ヘテロクロマチン形成機構が関与している」ことが示唆された。小細胞肺癌から樹立された細胞株であるLu-139を用いて、siRNAによるHP1βのmRNAレベルを抑制したが、形態学的なクロマチンパターンの差異は明らかではなかった。そこで、ゲノムワイドな遺伝子発現プロファイルを変化させるべく、血清飢餓培養を行った。フラクタル解析による画像解析を併用した、共焦点レーザー顕微鏡および電子顕微鏡を用いた超微形態で評価した。通常培養群と血清飢餓群のそれぞれ20個の細胞核において、フラクタル値を算出したところ、有意差をもってフラクタル値が異なっていた。さらに、フラクタル値は、核形態と核クロマチンパターンの両要素を内包しているため、効果量分析を行ったところ、「血清飢餓培養による核形態変化は、クロマチンパターンよりも核の形態が強く影響している」ことがわかった。以上より、がん細胞の核形態異常には、クロマチンリモデリング機構の一つである、ヘテロクロマチン形成機構の異常が関与すること、培養細胞株では血清飢餓培養によりフラクタル解析で検出可能な核形態異常がもたらされることが明らかとなった。
酸化グラフェン膜を用いた金属イオン選択膜の開発

天然グラファイトの酸化・剥離により安価に作製可能な酸化グラフェン(GO)は、高い機械的強度、ガスバリア性、プロトン伝導性など優れた特性を示し、将来を担う材料である。本研究では、GOから作製した自立膜を利用し、金属イオンの分離膜の開発を目指した。結果として、GO自立膜を通した銅イオンの透過速度を制御することに成功し、透過速度を決定する重要因子が層間隔であることを突き止めた。また、銅イオンと鉛イオンの混合液から、鉛イオンのみを取り出すことに成功し、その分離メカニズムもGO自立膜の層間隔の観点から説明できることを突き止めた。これらの結果は、GOを利用した分離膜研究において非常に重要な結果である。酸化グラフェン(GO)は天然グラファイトから安価に製造でき、応用範囲も広いことから資源が乏しい日本において活発に研究すべき材料の1つである。本研究では、GO膜からイオン選択膜の作製を目指し研究を行った。本年度は、その第一歩として、GO膜を通過するイオンの透過速度を制御する研究を進めた。イオンはGO膜の層間を移動すると考えられ、層間隔をコントロールすることで、イオン透過速度を制御することが可能であると考えた。GO膜の層間隔をコントロールするために、1)熱還元、2)硫酸イオンのインターカレーションの2つの手法を試みた。熱還元は、GO膜を100、120、140、160 °Cで1時間処理することで行った。還元を行う前のGO膜の層間隔は0.81 nmであったが、還元温度に伴い層間隔は減少していき、最終的には層間隔を0.66 nmまで小さくすることができた。一方で、硫酸イオンのインターカレーションでは、硫酸の添加量に伴い層間隔が拡大していき、0.98 nmまで層間隔を広げることができた。以上の結果から、還元温度と硫酸の添加量を変化させることで、GO膜の層間隔を0.66 nmから0.98 nmまでコントロールできたと言える。これら層間隔をコントロールしたGO膜を用いて銅イオンの透過実験を行ったところ、層間隔に対して銅イオンの透過速度は直線的に増加した。結果として、銅イオンの透過速度を0-2 mol h-1 m-2の範囲で正確に制御することに成功した。また、層間隔以外のファクター(酸素量など)とイオンの透過速度との間には密接な関係性は見られなかったことから、イオンの透過速度は層間隔のみに依存することが明確に示された。これまで、イオンの透過速度をここまで正確に制御した論文は公表されておらず、本研究分野においては世界を牽引していると言える。平成28年度の研究実施計画の通り、イオン透過速度の制御および透過メカニズムの解明に成功しており、成果について現在論文を執筆中である。銅イオンのみの調査しか進んでいないことを考えると、若干遅れてはいるが、計画を大きく逸脱したものではない。そのため、おおむね順調に進展しているという評価に至った。2016年度で、酸化グラフェン(GO)膜の層間隔をコントロールすることで、銅イオンの透過速度を制御することに成功した。2017年度は、1)金属イオン種を拡張し同様の透過速度試験、2)2種類の金属イオン混合溶液の分離試験、を行った。1)の結果として、銅イオン、鉛イオン、鉄(III)イオンのGO膜を通した透過速度は、鉛イオン>銅イオン>鉄(III)イオンの順に大きいことがわかった。この透過速度の大小は、金属イオンの水和半径である鉄(III)イオン(0.475 nm)>銅イオン(0.419 nm)>鉛イオン(0.401 nm)の順序と反対の関係にあり、イオン半径も透過速度を決める重要なファクターであることが予測された。2)の結果として、銅イオンと鉛イオンの2種混合溶液の透過試験では、鉛イオンは1)の試験と同程度の速度でGO膜を透過するが、銅イオンの透過速度は1)の試験と比べて大幅に小さく140°Cで熱還元し層間隔を狭めたGO膜を通した透過速度と同程度であった。この銅イオンの透過速度は、鉛イオンと比較して1桁以上も遅く、この差を利用することで混合溶液から2つのイオン種をある程度分離することが可能である。また、この分離性能について、層間隔の観点から検討を行った。金属イオンを含有する溶液にGO膜を浸すと、水和半径に応じて層間隔が広がる。つまり、1種の金属イオン溶液に浸した場合層間隔は鉄(III)イオン>銅イオン>鉛イオンの順に大きくなる。ここで、銅イオンと鉛イオンの混合溶液に浸したGO膜の層間隔を測定したところ、鉛イオンに浸した時と同じ層間隔になっており、140°Cで熱還元したGO膜を銅イオン溶液に浸したものとほぼ一致した。以上の結果から、2種混合溶液中でのイオンの透過挙動も層間隔により説明することができ、分離性能も層間隔を制御することで自在に操作できると期待される。

これらの結果は、GOを利用した分離膜研究において非常に重要な結果である。28年度中で銅イオンの透過速度を制御することに成功し、その透過メカニズムを解明した。そこで29年度は銅イオンだけではなく、その他の金属イオンの透過速度を調査し、最終的にはGO膜からイオン選択膜の作製を目指す。具体的な実験方法は28年度と同じであるが、様々な種類の金属イオンを用いて実験を行う。一通り透過速度の調査が終わり次第、数種類のイオンを混合した溶液を用いた場合、イオン透過がどのような挙動を示すかを調査する。同時に、GO膜の層間隔や酸素含有量などの測定も行う。これらの測定結果を多角的に比較検討することで、GO膜からイオン選択膜の作製が可能であると考えている。場合によっては、錯体などを金属イオンと配位させることで、選択性を向上させる試みを行う。選択性能が高い場合、より実践的な実験として、海水や水道水を用いた透過実験も行う予定である。ナノ材料平成28年度は、熊本地震の影響で4月、5月と思うように実験が進められなかった。そのため、当初参加する予定だった学会を取りやめ、実験を進めたため、旅費の使用額が予定より大幅に少なく次年度使用額が生じるに至った。本年度から勤務先が産業技術総合研究所に変更になった。そのため、前勤務先である熊本大学が所有していた機器や試薬等を購入する必要がる。具体的には、乾燥機、吸引ろ過器、硫酸、塩酸などである。これらを購入するため、次年度使用額である約35万円を使用する。