hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ウラン・レドックスフロー電池の優れた活物質・隔膜の分子設計による創製

劣化ウランは全世界で120万トンを超える膨大な保管量があり、その有効利用法の開発は重要な課題である。ウランはIII価とIV価、V価とVI価の組み合わせにおいて電極反応が可逆であることは、アクチナイド固有の化学的性質である。このことを利用すれば、実用化しているバナジウム電池を超えるエネルギー効率を持つレドックスフロー電池の構築が期待できる。バナジウム電池では、正極反応VO2++e→VO2+は酸素の脱着を伴う遅い内圏反応であるため、電流密度70mA/cm2での充放電サイクルにおいてエネルギーの16%が活性化過電圧により失われる。これに対してアクチナイドでは両極反応は高速であり、活性化過電圧によるエネルギー損失はネプツニウムの場合2%にとどまる。このようにエネルギー効率の高いウラン電池の構築により、風力発電等の再生可能エネルギーの出力平滑化に資することを目指している。平成16年度には、ウラン電池セルを実際に構築し、U(V)を正極液、U(IV)を負極液とするウラン電池の動作を確認し、展示用モーターの回転に十分な電圧・電流を得られることが確認できた。その一方で、放電状態におけるウラン(V)錯体、充電状態におけるウラン(III)錯体の濃度は数時間程度の半減期で自然に減少し、ウラン錯体の安定性が十分とは言えないことも明らかとなった。そこで、平成17年度には、ウラン(V)およびウラン(III)錯体の検討を進め、半年を超す半減期をもつウラン(V)錯体溶液を調製することに成功した。また、ジアミドを配位子として有するウラン(III)錯体の調製と磁気的性質、分光的性質の検討に成功し、溶液中のIII価状態の半減期が11時間と短いことが判明した。しかしこの時間内に、U(IV)/U(III)の電極反応の検討を行うことに成功した。ウラン・レドックスフロー電池とは、ウランが二組の可逆の酸化還元対を持つことに着目して我々が提案した、自然エネルギーの出力平滑化のための電力貯蔵用電池である。ウランのIII価からVI価の4つの酸化状態が安定であるためには非プロトン性溶媒を用いる必要があり、高いエネルギー効率のためには高い溶解度と高速で可逆の電極反応が必要である。この条件を満たす優れたウラン電池活物質として、すでにウラン・テトラケトン錯体を創製した。今年度は、ウラン錯体を用いて非プロトン件溶媒で動作するレドックスフロー電池の開発をめざして検討を進めてきた。ウラン電池は放電状態、すなわち充電前の状態において、正負極がそれぞれU(V)およびU(IV)であることから、この放電状態の溶液を調製することを試みた。U(IV)錯体を直接調製できることから、U(IV)溶液は錯体の溶媒への溶解により容易に調製できる。一方U(V)錯体は直接調製できず、また溶液中で長時間安定であるとの報告例はない。そこで、調製したU(VI)錯体をバルク電解還元によりU(V)溶液の調製を試み、この溶液の電位測定、可視紫外吸収スペクトル測定、酸化滴定によりU(VI)錯体が溶液中で安定であることを確認することができた。これは非プロトン性溶媒中でU(V)が安定であることを示すもので、ウラン化学の常識を覆す大きな成果であり、またウラン電池の開発にとって最初の難問をクリアしたことを示す。さらに、ウラン電池に用いる隔膜であるイオン交換膜が非プロトン性溶媒中で使用可能であるか否かについて検討を行った。様々な非プロトン性溶媒中でのイオン交換基の解離度と、様々な陽イオン、陰イオンの輸率とを決定したところ、非プロトン性溶媒中でもイオン交換基の解離度は低くなるものの、イオン交換膜として機能していることが明らかになった。ウラン・レドックスフロー電池とは、非プロトン性溶媒においてウランの2つの酸化還元対が高速反応であることを利用して我々が提案したものであり、自然再生エネルギー出力平滑化のための二次電池として研究を進めている。昨年度、ウラン電池の充放電実験を行い電池作動を確認したものの、両極での電極反応のエネルギー効率の低下が生じていることが明らかとなった。電池全体のエネルギー効率は両極のエネルギー効率の集成であるが、バルク量のウラン(V)およびウラン(III)の生成の電極反応のエネルギー効率はこれまで検討されたことがない。そこで、本年度は、特に正極反応の詳細な検討を行った。ウラン(VI)錯体溶液のバルク電解還元を行うと、1512nmに新たな強い吸収帯が生じることが明らかとなり、また電解調製した溶液のFcPF_6による滴定では明瞭な当量点が観察され、電解により生成した化学種がウラン(V)と同定できる。テトラケトン錯体溶液では、FcPF_6滴下量に対するU(V)減少量の傾斜が0.99であることこの錯体の反応が単純である一方、アセチルアセトン錯体では-1.56と副反応の存在を示唆する。このU(V)溶液の安定性の検討では、ウラニル(V)テトラケトン錯体陰イオンの半減期は、3.7-6.6と、ウラン(V)アセチルアセトン錯体陰イオンの1.5-3.6時間より安定であることが確認できた。ウラニル(VI)テトラケトン錯体のバルク電解還元により調製されたU(V)溶液は単純な反応を示し、比較的安定であることが判明した。今後、さらなる安定性の追求と、ウラン(III)溶液の安定性の検討を進める。

劣化ウランは全世界で120万トンを超える膨大な保管量があり、その有効利用法の開発は重要な課題である。ウランはIII価とIV価、V価とVI価の組み合わせにおいて電極反応が可逆であることは、アクチナイド固有の化学的性質である。このことを利用すれば、実用化しているバナジウム電池を超えるエネルギー効率を持つレドックスフロー電池の構築が期待できる。バナジウム電池では、正極反応VO2++e→VO2+は酸素の脱着を伴う遅い内圏反応であるため、電流密度70mA/cm2での充放電サイクルにおいてエネルギーの16%が活性化過電圧により失われる。これに対してアクチナイドでは両極反応は高速であり、活性化過電圧によるエネルギー損失はネプツニウムの場合2%にとどまる。このようにエネルギー効率の高いウラン電池の構築により、風力発電等の再生可能エネルギーの出力平滑化に資することを目指している。平成16年度には、ウラン電池セルを実際に構築し、U(V)を正極液、U(IV)を負極液とするウラン電池の動作を確認し、展示用モーターの回転に十分な電圧・電流を得られることが確認できた。その一方で、放電状態におけるウラン(V)錯体、充電状態におけるウラン(III)錯体の濃度は数時間程度の半減期で自然に減少し、ウラン錯体の安定性が十分とは言えないことも明らかとなった。そこで、平成17年度には、ウラン(V)およびウラン(III)錯体の検討を進め、半年を超す半減期をもつウラン(V)錯体溶液を調製することに成功した。また、ジアミドを配位子として有するウラン(III)錯体の調製と磁気的性質、分光的性質の検討に成功し、溶液中のIII価状態の半減期が11時間と短いことが判明した。しかしこの時間内に、U(IV)/U(III)の電極反応の検討を行うことに成功した。
正弦電圧ゲート動作型シリコン雪崩フォトダイオードによる光検出に関する研究

本研究では、実用的であるシリコン雪崩フォトダイオード(Si-APD)を用いた超高効率単一光子検出器の実現を狙ったものである。開発した開放終端ゲート動作型受動クエンチング回路(OT-GPQC)によって、高い量子効率を有するSi-APDは過剰電圧37 V以上のゲートモードで動作された。ここで、ゲート幅はSi-APDの応答速度程度の4 nsとした。そのような高電圧ゲート動作によって、これまで不完全であった雪崩降伏確率は99%まで改善され、雑音の著しい増加も避けられた。その結果、波長780nmにおいて試験Si-APDの量子効率にほぼ等しい85.2%の単一光子検出効率を達成した。本研究では、シリコン(Si)なだれフォトダイオード(APD)を用いた光検出器の超高性能化を達成することを目標としている。26年度においては、Siの単一光子検出用APD(Si-SPAD)を高振幅交流電圧信号によってゲート動作させることによって超高効率単一光子検出が可能かどうかを調べた。研究開始時においては、これまで実績からゲート動作手法へは「正弦電圧ゲート」動作を採用し、そのゲート電圧振幅を高めることによって高効率化の実現を図った。しかし、試験に用いたSi-SPADの応答速度が3 ns以上と想定よりやや遅く、ゲート幅は通常サブナノ秒となってしまう正弦電圧ゲート動作を使用することは困難であることが判明した。そこで、任意のゲート幅が得やすい「矩形電圧ゲート」手法を用い、先行研究では10V程度までしか実現していなかった矩形ゲート電圧振幅を40V程度まで高めることに挑戦した。自作回路によってパルス幅4ns、電圧振幅>37V、繰り返し周波数500 kHzを実現した。その矩形パルス電圧を用いて波長780nmにおける量子効率85.6%を有するSi-SPADをゲート動作させ、単一光子検出性能を評価した。その結果、正味の単一光子検出効率85.2%、ゲートあたりの暗計数確率7×10-6を達成した。得られた光子検出効率は量子効率とほぼ等しく、光子吸収によって生成されたキャリアがほぼ完全な効率で検出可能ななだれ信号へ成長し、かつそれを検出できたことを意味する。また、85%を超える単一光子検出効率は、研究代表者が知る限り、現在のところ世界最高である(半導体を用いた光子検出器に限る)。本研究では、実用的なシリコン雪崩フォトダイオード(Si-APD)を用いた超高効率単一光子検出や過剰雑音抑制ホモダイン検出の実現を狙うものである。平成26年度においては、高い量子効率を有するSi-APDの採用と、高矩形振幅ゲート動作により波長780nmにおける85%の単一光子検出を達成した。H27年度は、先ず、Si-APD駆動回路の改良を行い、それによる更なる単一光子検出効率の向上を狙った。改良されたSi-APD駆動回路は過剰電圧43V、幅2ns、繰り返し周波数500kHzの矩形ゲート動作を実現した。この駆動回路を用いて実験を行ったところ、過剰電圧上昇に依らず単一光子検出効率が定値となる飽和を初めて観測した。この飽和値はSi-APDの量子効率ほぼ同等であり、単一光子検出効率が量子効率とほぼ等しくできることを示せた。これまでの研究において、量子効率や飽和単一光子検出効率の実測値はおよそ85%であるが、その正確さの拠り所は市販のパワーメーターによる光強度計測結果である。使用してたパワーメータの不確かさは±5%程度であり、85%にものぼる効率を評価するには精度が不足している。よって、時間相関光子対を用いた完全光子検出効率計測系の構築を行った。波長780nmの時間相関光子対は、無反射コートされたBBO結晶を波長390nmのフェムト秒レーザーによって励起することで発生させる。既設フェムト秒レーザーの不調により相関光子対の発生まで実施できていないが、これは次年度の課題としたい。今回開発した高効率単一光子検出器を通信波長帯用波長変換単一光子検出器へ応用した。波長1550nmにおけるシステム単一光子検出効率45.6%を達成した。その効率は同様のシステムによるものでは最高値であり、また、単一光子検出器の効率(評価値)がほぼ正確である可能性を応用展開を通して確認できたという意味でも有意義である。平成27年度は、時間相関光子対による完全光子検出効率測定系を構築し、それによる単一光子検出効率の評価を目標の一つとしていたが、既設フェムト秒モードロックレーザーの不調により実施できなかった。モードロックレーザー用の励起レーザーの修理(冷却水循環系)および実験室空調環境整備、モードロッカーの防塵対策見直しを行い、現在、フェムト秒レーザーパルスの発振が可能となった。したがって、次年度の早い段階で、前記実験を完了したい。シリコン雪崩フォトダイオード(Si-APD)を高振幅ゲート動作させ、極めて高い単一光子検出効率を実現することを目標としてきた。矩形電圧パルス発生回路の開発および改良により、最終的に、ゲート幅は5ナノ秒まで拡大され、40V以上の電圧パルス振幅を達成している(繰り返し周波数:500kHz)。そのような電圧パルスを用いて近赤外(波長780nm)における単一光子検出実験を行ったところ、85%の単一光子検出効率(PDE)を実現している。

しかし、その値は±5%程度の不確定さを有する一般的な光パワーメータを光強度基準として用いていたため、真に85%を達成したかを議論できていなかった。本年度は、Si-APDのPDE評価をより高精度に行えるような実験系の構築を行った。先ず、2次非線形光学結晶BBOから発生する波長780 nmの時間相関光子対を利用した評価方法を検討した。ツインビーム型の光子対発生系を構築し、それによる効率評価を試みた。しかし、発生光子対のビームクオリティがやや悪く、Si-APDの有効径への集光入射が正確に行えなかったため、高精度にPDEを評価することができなかった。ここで、光子検出が高効率(85%)に実現するSi-APD有効径はそのSi-APDが持つ受光径よりも極めて小さく、また、集光時の開口数にも大きく依存してしまうことを発見している。一方、光計測標準で較正された光強度測定系と、計測システムの自動化によって高精度評価系の構築を試みた。その結果、不確かさ±1%程度のPDE評価系を構築することに成功した。今後、本系を用いることによって、高振幅矩形パルスゲート動作されたSi-APDのPDE再評価を行いたい。また、ゲート用電圧パルス発生回路も50V以上の過剰電圧実現を目指した改良を現在も進めている。以上の改良点を合わせ、当初の目標である単一光子検出効率90%を実現したい。本研究では、実用的であるシリコン雪崩フォトダイオード(Si-APD)を用いた超高効率単一光子検出器の実現を狙ったものである。開発した開放終端ゲート動作型受動クエンチング回路(OT-GPQC)によって、高い量子効率を有するSi-APDは過剰電圧37 V以上のゲートモードで動作された。ここで、ゲート幅はSi-APDの応答速度程度の4 nsとした。そのような高電圧ゲート動作によって、これまで不完全であった雪崩降伏確率は99%まで改善され、雑音の著しい増加も避けられた。その結果、波長780nmにおいて試験Si-APDの量子効率にほぼ等しい85.2%の単一光子検出効率を達成した。新規購入したSi-SPAD素子自体の光応答性能により、当初予定していた「正弦電圧ゲート動作」手法ではなく「矩形ゲート動作」手法を用いるという計画変更があった。しかし、それによって得られた結果は当初の数値目標を90%以上達成できたといえる。残念ながら、購入したSi-SPADの量子効率自体が予想スペックを満たしていなかったため、当初の目標である単一光子検出効率90%以上の実現は未達である。しかし、この点はSPAD素子を交換するほかないため、次年度における課題としたい。最終年度である平成28年度は、研究成果発表および、研究に遅れが出た場合の予備期間と位置づけていた。H28年度は、前年度までに実施できなかった時間相関光子対による完全光子検出効率測定を先ず実施し、次にSi-APDの過剰雑音に関する研究を実施したい。量子光学調書の研究計画通り、時間相関光子対による光子検出効率のより精密な測定を行う。これにより26年度に得られた単一光子検出効率85%が確かであるかを精査する。また、単一光子検出効率90%以上の実現に向けた取り組みも継続する。例えば、26年度に試験したものと同じSi-SPADを使用するものの、他の波長(780 nm以外)における評価を行う(量子効率等は波長に強く依存する)。さらには、他の素子も使用する。
アトマイズ粉末法による粒子分散強化型耐熱・耐摩耗性材料の創製と特性評価に関する研究

本年度はアトマイズ粉末冶金法によるAlーFe合金について、その実用化のために欠かすことのできない固相接合特性の調査と評価を重点的に行った。方法と主な結果は以下のごとく要約される。【方法】供試材は、純度99.99%のAlと99.9%のFeを原料とし、以下の工程を経て作成されたAlー7.9%Fe合金(Si:0.35%、0:0.0012%、組成はすべてmass%)の押出しまま材である;高周波溶解(Ar中)→Heガスアトマイズ→分級(≦149μm)→金型圧縮(約70%)→真空脱気(673K、≦10AA-3BBTorr)→真空封入(A1缶)→ホットプレス(673K)→外削→熱間押出し(673K、押出し比=11.2、直径20mm)。試料端面を脱脂洗浄後、制動式摩擦圧接機により、大気中で接合させた。接合条件は以下の通り:回展数=毎分3500(一定)、摩擦圧力=50100MPa、摩擦時間=27s、アプセフト圧力=100および150MPa、アプセフト時間=5s(一定)。得られた継手について、組織観察、硬さ測定、引張試験、衝撃試験脩行った。引張試験片のゲ-ジ部寸法は、直径7mm、長さ30mmである。【結果】[1]摩擦圧力(CCp1DD)、アプセフト圧力(CCp2DD)、アプセフト時間(CCt2DD)が一定のとき、全寄りしろは摩擦時間(CCt1DD)とともに単調増加した。例えばCCp1DD=80MPa、CCp2DD=100MPa、CCt1DD=3s、CCt2DD=5sのとき、全寄りしろ=10mmであつた。[2]継手の接合部に厚さ約2mmの接合属が形成され、この領域でわずかに硬さが低下した。[3]図1の継手の引張強さ、伸びと摩擦時間との関係を示す。引張強さは248264MPa(母材強度の9095%)に及び、しかも接合条件にあまり依存しない。破断伸びはCCt1DD=25sで3.94.5%、CCt1DD=6sで2.9%となり、母材値(27%)よりずっと小さい。本研究は、新規の合金製造技法である「急冷凝固粉末治金法」をアルミニウム合金に適用し、(1)極微細で熱的に安定な硬質の第2相粒子を母相中に均一分散させた材料を創製すること、(2)その材料の高温環境下での力学挙動(特に耐熱性と耐摩耗性)を実験的に明らかにすることを目的として行われた。具体的には、Al-10%Fe合金アトマイズ粉末を5段階に分級し固化成形した試料(合金AE)について調べ、以下の成果を得た。

1.各合金とも、粒子の体積分率はほぼ同一(約18%)であった。合金Eから合金Aへと分散粒子の間隔が狭まるにつれて、また亜結晶粒径が減少するにつれて、降伏応力は大きく上昇した。第2相粒子(主にFeAl_3相)が母相内に均一微細に分散したが、一部にやや粗大な領域が残った。この組織は673K以下では熱的に安定であった。2.各合金について、定常クリ-プ速度ε^^・_sと応力σの間に、ε^^・_s≧10^<-6>s^<-1>の範囲で次の関係が成立した。ε^^・_s=Aσ^nexp(ーQ_<app>/RT)。ここに、Aは定数、Rは気体定数、Tは絶対温度である。応力指数nは合金の種類によらずほぼ13となり、分散強化作用が明白に現われた。他方、ε^^・_s≦10^<-6>s^<-1>の範囲では、酸化物分散強化合金などでしばしば報告されているいわゆる「しきい応力」は現れず、応力依存性はかえって減少した。3.クリ-プの見かけの活性化エネルギ-Q_<app>は約220kJmol^<-1>となり、弾性率の温度依存を考慮しても(約220kJmol^<-1>)、アルミニウムの格子自己拡散の活性化エネルギ-(Q_<SD>=142kJmol^<-1>)をはるかに上回った。4.高応力、高温ほど延性が増す傾向がある。高温または高応力では、高延性に対応して無数の小さなディンプルが生成されるが、低温または低応力では、脆性破壊を示す微細な粒界ファセットが支配的となる。5.粒子と転位との相互作用が吸引型と仮定し、ボイド強化反応力σ_vを仮想的なクリ-プしきい応力と見なせば、各合金の速度式はε^^・_s=B{(σ-σ_v)/G}^6 exp(ー143kJmol^<-1>/RT)により統一的に記述できる。本年度はアトマイズ粉末冶金法によるAlーFe合金について、その実用化のために欠かすことのできない固相接合特性の調査と評価を重点的に行った。方法と主な結果は以下のごとく要約される。【方法】供試材は、純度99.99%のAlと99.9%のFeを原料とし、以下の工程を経て作成されたAlー7.9%Fe合金(Si:0.35%、0:0.0012%、組成はすべてmass%)の押出しまま材である;高周波溶解(Ar中)→Heガスアトマイズ→分級(≦149μm)→金型圧縮(約70%)→真空脱気(673K、≦10^<ー3>Torr)→真空封入(Al缶)→ホットプレス(673K)→外削→熱間押出し(673K、押出し比=11.2、直径20mm)。試料端面を脱脂洗浄後、制動式摩擦圧接機により、大気中で接合させた。接合条件は以下の通り:回転数=毎分3500(一定)、摩擦圧力=50100MPa、摩擦時間=27s、アプセット圧力=100および150MPa、アプセット時間=5s(一定)。得られた継手について、組織観察、硬さ測定、引張試験、衝撃試験を行つた。引張試験片のゲ-ジ部寸法は、直径7mm、長さ30mmである。【結果】[1]摩擦圧力(p_1)、アプセット圧力(p_2)、アプセット時間(t_2)が一定のとき、全寄りしろは摩擦時間(t_1)とともに単調増加した。例えばp_1=80MPa、p_2=100MPa、t_1=3s、t_2=5sのとき、全寄りしろ=10mmであつた。[2]継手の接合部に厚さ約2mmの接合層が形成され、この領域でわずかに硬さが低下した。[3]図1に継手の引張強さ、伸びと摩擦時間との関係を示す。引張強さは248264MPa(母材強度の9095%)に及び、しかも接合条件にあまり依存しない。破断伸びはt_1=25sで3.94.5%、t_1=6sで2.9%となり、母材値(27%)よりずつと小さい。
腸管上皮バリアの回復に焦点をあてた新規炎症性腸疾患治療法の開発

本研究においてtight junction (TJ)バリアを制御可能なclaudin (CLDN) modulatorとしてdaunorubicinとrebeccamycinを同定した。DaunorubicinとrebeccamycinはDNA damageのセンサー分子であるATM/ATR kinaseを活性化した後、下流分子であるChk1が活性化される。Chk1は何らかの作用によりバリア機能強化分子であるCLDN-5の発現を誘導し、CLDN-5がTJへ移行することでバリア機能を上昇させた。また、CLDN2レポーターシステムを構築して新規CLDN2 modulatorの取得に成功した。難治性炎症性腸疾患は、「腸管上皮バリアの破綻」を主徴とし、腸管内から腸粘膜へ抗原物質が非特異的に流入することにより、粘膜免疫を常時活性化させてしまう未だ原因不明の難病である。本申請課題では、腸管上皮のバリア機能を担うclaudin(CL)、およびバリア機能制御に関わるMyosin light-chain kinase (MLCK)に着目し、これらの分子を制御する「CLバリア強化分子」および「MLCK活性抑制分子」を開発することで、「腸管上皮バリアの機能回復」というこれまでにない治療法を検証することにより、新たな難治性炎症性腸疾患治療戦略の構築を試みる。既存のCLバリア評価系は、ヒト腸管モデル細胞系を用いたロースループット評価系しか存在しない。そこで我々は、腸管上皮バリア機能を担うCL-4のプロモーター領域を利用したレポーターアッセイ系により、ハイスループットCL-4発現モニタリングツール(アッセイに12日、最大384穴プレートを使用可能)を開発した。H26年度は本ツールを腸管細胞におけるCL-4 modulatorスクリーニングツールとなるよう改良した。また、炎症性腸疾患において発現変動が認められるCL-2, CL-5においても発現モニタリングツールを作製した。さらに、MLCK活性制御分子が炎症性サイトカインによるバリア機能低下を回復させる作用があることを明らかにし、その作用機序としてtight junction (TJ) assemblyの促進作用があることを見出した。本申請課題では、腸管上皮のバリア機能を担うclaudin(CLDN)、およびバリア機能制御に関わるMyosin light-chain kinase (MLCK)に着目し、これらの分子を制御する「CLDNバリア強化分子」および「MLCK活性抑制分子」を開発することで、「腸管上皮バリアの機能回復」というこれまでにない治療法を検証することにより、新たな難治性炎症性腸疾患治療戦略の構築を試みる。腸管上皮細胞が形成するtight junction (TJ)バリアを制御可能なCLDN modulatorを取得するため、独自に開発したCLDN-4レポーターシステムにより新たなCLDN modulatorとしてdaunorubicinとrebeccamycinを同定した。本研究では、daunorubicinとrebeccamycinが以下のメカニズムにより腸管上皮細胞のTJバリア機能を強化することを明らかにした。このChk1は何らかの作用によりバリア機能強化分子であるCLDN-5の発現を誘導し、このCLDN-5がTJへ移行することでバリア機能が上昇したのではないかと考えられる。また、rebeccamycinはMLCK活性を抑制することで、炎症性サイトカインによるTJバリア減弱作用を抑えることも明らかにした。さらに、CLDN-2のレポーターシステムを構築し、化合物ライブラリーからCLDN-2 modulatorのスクリーニングを行った結果、複数の新規CLDN-2 modulatorの同定に成功した。今後は、CLDN-2, CLDN-4, CLDN-5 modulatorによる複合的なCLDNバリア制御により難治性炎症性腸疾患による「腸管上皮バリアの破綻」を緩和できるかどうか検討していく予定である。本研究は、独自の腸管バリア制御研究基盤を有効活用することで、破綻した腸管バリア(CLバリアおよびMLCKが制御するTJバリア)の正常化を目的とした新たな炎症性腸疾患治療戦略の検証を試みるものであり、当該申請課題遂行のためH26年度は、(1)腸管上皮細胞におけるCL-4 modulatorスクリーニングシステムの構築、(2) CL-2, -5 modulatorスクリーニングシステムの構築、(3) MLCK活性制御分子によるバリア機能回復作用の解析を行い、以下のようにおおむね順調に計画が遂行できた。(1)これまでに構築したCL-4レポーターシステムは乳腺上皮細胞において構築したシステムであり、腸管バリア制御物質をスクリーニングするシステムとしては適していなかった。そこで、当該システムを腸管上皮細胞に応用するため、ヒト腸管上皮細胞を用いたアッセイ系へと構築し直し、腸管バリア制御活性が期待できるCL-4 modulator検索のためのシステムへと改良した。

(2)腸管上皮バリア機能担うCLファミリー分子であるCL-2, -5の機能制御因子をスクリーニングするため、CL-2, -5のレポーターシステムを構築した。(3)独自に同定したMLCK活性制御分子によるバリア機能制御活性を調べた結果、炎症性サイトカインが誘導するバリア低下を回復させる作用、TJ assembly促進作用があることを見出した。以上の結果から、当初の計画が遂行できていると考えている。分子細胞生物学H26年度は、計画していたCL-2, -4, -5レポーターシステムの構築、MLCKのバリア機能回復作用を明らかにした。H27年度は構築したレポーターシステムを用い、各種CL modulatorのスクリーニングおよびMLCK制御分子の作用機序の解明を行う。(1)作製したCL-2, -4, -5レポーターシステムを利用し、各種CL modulatorのスクリーングを行う。その後、ヒト腸管上皮細胞層モデルとして汎用されているCaco-2細胞単層膜培養系を利用し、同定したCL-2, -4, -5 modulator候補分子による腸管上皮バリア制御活性およびTJ関連タンパク質の発現変動確認を行うことでCL-2, -4, -5 modulatorを同定する。さらに、ヒト腸管上皮細胞層にバリア機能の低下を誘導する炎症性サイトカイン(TNF-α、IFN-γ、IL-1β、IL-6等)を単独もしくは併用して作用させたin vitro炎症性腸疾患モデルを利用し、CL-2, -4, -5 modulatorおよびMLCK活性抑制分子を単独もしくは併用利用した際の腸管上皮バリア回復作用を検証する。(2)デキストラン硫酸ナトリウム、2,4,6-トリニトロベンゼンスルホン酸、オキサゾロン等を用いて作製した炎症性腸疾患モデルマウスを用い、(1)の検討において腸管上皮バリア機能を効果的に回復させた分子を単独もしくは併用投与した際の炎症性腸疾患治療効果および予防効果を検証する。(3) H26年度に引き続きMLCK活性制御分子の作用機序を解析することにより、効果的かつ特異性の高いMLCK活性抑制分子の開発に繋げる予定である。
頭頚部血管形成術後再狭窄に対するナノ粒子を用いた診断・治療についての基礎的研究

本研究の目的は、血管形成術後再狭窄部で発現するE-selectin蛋白に親和性を持つ糖鎖sialyl Lewis X(SLX)を標識したナノ粒子を用いた再狭窄の診断・治療法を考案することである。今回、MRIによる再狭窄出現部位のイメージングをテーマとした。SLX標識リポソーム内にガドリニウムを封入し、再狭窄出現部位に選択的にガドリニウムを誘導して、MRIでイメージングを行うシステムを想定して実験を開始した。ラットを用いた頸動脈内膜損傷モデルにおいて、再狭窄の起点となるE-selectin発現部位にリポソームが取り込まれることが確認された。MRIを用いた再狭窄部イメージングの可能性が示唆された。本年度は研究1年目であり、実験モデルの安定した作成とガドリニウム封入リポソームの体内動態の測定など実験の基本となる部分に時間を費やした。頚動脈拡張損傷モデル作成法の検討:実験を開始するにあたり、以前から行って来たラット頚動脈拡張損傷モデルの作成法について、より安定した新生内膜増殖が得られるように、血管操作やバルーン拡張手技について再検討を行った。内膜増殖の部位による不均一は、バルーンによる拡張力が血管壁に対し一定でないこと、シングルルーメンの小型バルーンのため、拡張圧の測定ができないことなどが考えられた。今後さらに安定したモデル作成が可能となるよう検討を行っていきたいと考えている。ラット頚動脈モデルへのガドリニウム封入リポソーム取り込み試験:ガドリニウム封入リポソームを作成し、頚動脈拡張損傷モデルへ投与後、各臓器でのGd濃度測定をICP法を用いて行った。Gd濃度は頚動脈、頸静脈、肝臓、脾臓、皮膚、肺で高い傾向を示した。頚動脈へのとりこみについては、内膜損傷側と健常側との差は明らかでなかった。この原因として、ラット頚動脈検体は体積として小さいことの影響などを考え検討している。さらに実験を重ねて検証を進める方針である。ラット固定器の作成:MRI撮影のためのラット固定は、わずかな動きも画像に影響するため工夫が必要である。現在検討中であるが、作成には至っていない。MRI撮影プロトコールの作成:至適撮影シーケンス、撮影時間、麻酔と固定について現在検討中である。造影剤Gd封入リポソームの動態評価:リポソーム封入造影剤として、造影能と汎用性の観点からGdを用いることとした。ラット頸動脈拡張損傷モデルを用いて、Gd封入リポソーム投与後に頸動脈、その他主要臓器のGd濃度の測定を行った。ICPでの濃度測定を行ったが、ラット頸動脈では血管体積が非常に小さいため、Gd濃度のばらつきが大きく、また対側コントロールとの濃度差も明らかにはならなかった。しかしながら蛍光抗体での観察では、Gdが血管壁内に取り込まれていることが確認された。MRIを用いたE-selectin発現イメージングの評価:撮影に用いるラット固定器については、アクリル板製のロケット型のカプセル形状とし、吸入麻酔イソフルレンの持続還流が可能なシステムを試作した。MRI撮影については、MRI装置所有施設とのスケジュールの調整が合わず今回の実験期間では実施できなかった。総括:GdのE-selectin発現部位への取り込みは認められ、Gd封入リポソームによる頸動脈狭窄病変のイメージングの可能性は示されたが、MRIによるイメージングについては、未だ実施できていない。今後引き続き実験を継続していく。また病変部位へのGdの取り込み量や、MRIによる解像度を考慮すると、より太い頸動脈を用いた方が、描出能が高いと考えられるため、今後rabbit model(頸動脈拡張損傷モデルは完成済み)への変更も検討する必要があると考えられた。脳血管障害ラット頚動脈拡張損傷モデルがまだ安定していない。ラーンニングカーブを越えれば安定する見込み。Gd封入リポソームを用いる試験については、現時点では使用可能なリポソームが少ない。今後改善が必要。次年度は現在遅れているGd封入リポソームの頚動脈内膜損傷部への取り込みの経時的変化、Gd封入リポソームの至適投与量等についての検討、またラット固定器、MRI撮影プロトコールについて重点的に進めていく方針である。ラット頸動脈モデルの作成が今年度は予定ほど進まなかった。ドキソルビシン封入リポソームを用いた実験に到達していない。ラット頸動脈モデル作成のためのラット、バルーンカテーテル購入に使用予定である。またドキソルビシン封入リポソームの実験を計画する。
分散性及び電気泳動測定用標準微粒子の作製

アニオン性および両性ラテックスを共通試料に用い, 9ヶ所の研究機関によるゼーター(〓)電位測定と4ヶ所の研究機関による臨界凝集濃度(c.f.c.)の同時測定を行い次のような結論を得た.本電位の測定には現在市販されている主な電気泳動測定装置の総べてが含まれているので,各測定装置の特徴と性能を比較する上でも興味がもたれたがいずれの装置も両試料に対しほゞ満足すべき結果を与え,各装置間のデーターのバラツキは比較的小さいものであった.ただ一般の顕微鏡電気泳動法に比べ約10倍高い印加電圧下で測定を行うLager Doppler法やPEN KEM-3000を用いた場合の値は,等電位点近傍で他の装置によるものとは異なった傾向を呈することが解った.また,電気泳動速度の分布についてはMalvernZetasiger-Fに比べPEN KEM-3000の方が條件に応じて鋭敏に応答することが解った.c.f.c.-値は主に静置法による共同測定の値が比較されたが,ほゞ満足すべき結果が得られた.静置法の値を凝集速度法及び光散乱法による値と比較すると, c.f.c.-値は凝集速度法>光散乱法>静置法の順に大きくなることが解った.凝集速度法が凝集開始の初期状態を取扱っているのに対し,静置法は電解質添加-昼夜後の物性を比較していることを考えるにここで得られたc.f.c.-値の順位は妥当なものと言えよう.また,静置法においては測度の際の分散粒子の濃度によってもc.f.c.値は大きく影響されることが解った.以上のように本研究に使用した二種類のラテックス試料は,今の所共通試料としての大きな欠陥は見当らず,標準コロイド試料としての條件を充分備えていることが結論された.アニオン性および両性ラテックスを共通試料に用い, 9ヶ所の研究機関によるゼーター(〓)電位測定と4ヶ所の研究機関による臨界凝集濃度(c.f.c.)の同時測定を行い次のような結論を得た.本電位の測定には現在市販されている主な電気泳動測定装置の総べてが含まれているので,各測定装置の特徴と性能を比較する上でも興味がもたれたがいずれの装置も両試料に対しほゞ満足すべき結果を与え,各装置間のデーターのバラツキは比較的小さいものであった.ただ一般の顕微鏡電気泳動法に比べ約10倍高い印加電圧下で測定を行うLager Doppler法やPEN KEM-3000を用いた場合の値は,等電位点近傍で他の装置によるものとは異なった傾向を呈することが解った.また,電気泳動速度の分布についてはMalvernZetasiger-Fに比べPEN KEM-3000の方が條件に応じて鋭敏に応答することが解った.c.f.c.-値は主に静置法による共同測定の値が比較されたが,ほゞ満足すべき結果が得られた.静置法の値を凝集速度法及び光散乱法による値と比較すると, c.f.c.-値は凝集速度法>光散乱法>静置法の順に大きくなることが解った.凝集速度法が凝集開始の初期状態を取扱っているのに対し,静置法は電解質添加-昼夜後の物性を比較していることを考えるにここで得られたc.f.c.-値の順位は妥当なものと言えよう.また,静置法においては測度の際の分散粒子の濃度によってもc.f.c.値は大きく影響されることが解った.以上のように本研究に使用した二種類のラテックス試料は,今の所共通試料としての大きな欠陥は見当らず,標準コロイド試料としての條件を充分備えていることが結論された.1.標準試料の調製微粒子系の電気泳動速度及び分散・凝集性測定用標準試料として、次の二種類の合成ラテックスを調製し、研究分担者3名の他、3ヶ所の国内民間研究所、1ヶ所の外国公立研究所に配布して共同測定を行った。Sample-B(2a=2300Å,【δ_0】=203μc/【cm^2】);KPSを触媒に使用し、スチレンにディエチル・アミノエチル・メタアクリレートを乳化剤フリーの系で共重合した両性ラテックス。2.電気泳動測定【10^(-3)】M KCl溶液中、KOHとHCl水溶液を用いてpHを変化させ、pH311の範囲で電気泳動測定を行い、電気泳動速度とpHの関係をプロットした。その結果Sample AはpHによるゼーター電位の変化は少なく-4045mV(3例),-4550mV(4例),-5060mV(2例)の一完値を与えた。また、Sample BはpH68に等電位点(全測定例)を有し、酸性域で+40±10mV,アルカリ域で-30±10mVを有することが解った。3.臨界凝集濃度(Ccfc)の測定試料Aについて、pH58の範囲で静置法及び凝集速度法(光学密度法)によりMg【cl_2】,Ccfcを求める共同測定を行った。その結果、静置法では4mM,5.7mM,10mM,10.5mM,13.5mM.とバラツキが大きく、実験條件をさらに明確に規定する必要があることが解った。

また、凝集速度法では今の所1例であるが50mMという大きな値が得られた。今後さらに測定例を増やして、静置法との相関性を明確にして行きたい。二種類の標準試料A(スチレンに少量のNassを共重合させたアニオン性ラテックス),B(スチレンにDEAMを共重合させた両性ラテックス)に対する電気泳動測定及び無機電解質に対する試料Aの臨界凝集濃度の共同測定を数度に渡り行ない、それらの結果を第39回コロイド及び界面化学討論会(1961年10月68日、於筑波大学)で発表した。測定結果の概要は次の通り。ゼーター電位の共同測定;研究分担者を含めた計八名によって試料A,Bについて二回の共同測定を行った。その結果通常の顕微鏡泳動法ではいずれも±10mVの実験誤差範囲で一致した値となり、ほぽ満足のいく結果が得られた。一方レーザードップラー法や回転グレーテイング法などの高い印加電圧下で測定する方法では大きなゼーター電位の値が観察された。また、臨界凝集点でのゼーター電位を求めるために電解質濃度の関数としてゼーター電位を測定すると、ある濃度で極大が現れる異常現象が観察された。これはラテックスの表面は一般無機コロイドと異なり、電荷を帯びたhairy layersでおおわれていることを示すものと思われる。臨界凝集濃度の共同測定;標準試Aについて三種類の電解質、KN【O_3】,Mg【(NO_3)_2】,La【(NO_3)_3】,を用いて凝集速度法及び準平衡論的方法(準静的方法)で臨界凝集濃度(c.f.c)の共同測定を行った。その結果いずれの方法でもc.f.c-値は陽イオン価の増加と共に滅少し、Sckultze-Hardy型の凝集を取ることが解った。一般に準平衡論的方法でc.f.c値を求めると、凝集速度法に比べて低い値が得られるが、試料濃度を希釈した系で測定すると、c.f.c値は大きな値となり、今後の測定では実験に際し試料濃度を厳密に規定しなければならないことが解った。
骨粗鬆症患者におけるインプラント骨結合強度の改善：腸内細菌叢からのアプローチ

骨粗鬆症は、骨密度や骨質が低下する疾患であり、歯科インプラント治療のリスクファクターと考えられている。本研究では、骨粗鬆症患者における歯科用インプラントの骨結合強度改善を目的とし、ブドウ種子由来のプロアントシアニジンの経口投与による骨代謝能改善療法の基盤技術を確立する。これまでに、プロアントシアニジンを経口投与することで、腸内細菌叢が変化することを示唆する予備データを得ている。また、腸内細菌叢は骨代謝を含む生体の代謝機能に影響を及ぼすことが知られている。そこで、腸内細菌叢と骨代謝の関連性を分析し、骨粗鬆症患者の歯科インプラント治療の改善に寄与する。
認知症介護者の介護負担感と介護うつに対する介護者教育の効果に関する研究

目的:介護者教育が、介護者の介護負担感・QOL・介護うつに及ぼす効果、さらに認知症患者のBPSDに及ぼす効果を検討した。方法:介護者教室では、認知症の理解を深め、BPSDへの対応の仕方を学び、介護保険サービス案内などの介護者教育を1回90分2か月連続で行った。介護者教室に参加した介護者47名と参加しない介護者36名に対し、開始時、3ヵ月後、1年後に介護状況調査、CES-Dによる抑うつ評価、Zarit介護負担尺度日本語版(J-ZBI)、EQ-5Dによる介護者のQOL評価を行った。認知症患者に対しては、MMSE、Neuropsychiatric Inventory (NPI)によるBPSD評価、EQ-5Dによる患者のQOL評価を行った。結果:介護者教室に参加した介護者では、参加前にCES-Dで抑うつを示した介護者は36%で、受講3か月後には17%と半減したが、1年後には45%と増加した。介護者教室受講前(47名)のCES-D(14.5)、J-ZBI(31.7)は、受講3か月後(36名)は、CES-D(12.1)、J-ZBI(27.7)と有意に改善した。しかし、受講1年後(20名)には、CES-D(13.1)、J-ZBI(28.5)と有意差はみられなかった。一方、介護者教室に参加しない介護者における開始時(36名)のCES-D(12.4)、J-ZBI(24.9)は、3か月後(22名)にCES-D(16.0)、J-ZBI(35.6)と有意に悪化し、受講1年後(11名)においてもCES-D(19.6)、J-ZBI(36.1)は開始時からの有意な悪化が認められた。結論:介護者教育は受講後3か月後において介護者の抑うつと介護負担感の改善に効果があったが、1年後は開始時に並ぶ抑うつ感と介護負担が認められた。介護者教育を受けていない介護者は3か月後、1年後に抑うつ感と介護負担が増加した。以上より、定期的な介護者教育が望まれる。介護者教育に参加した介護者と参加しない介護者の登録,開始時,3ヵ月後に加えて,1年後のデータ収集と解析が順調に行われた.国内学会、国際学会での発表、論文作成を予定している.目的:介護者教育が、介護者の介護負担感・QOL・介護うつに及ぼす効果、さらに認知症患者のBPSDに及ぼす効果を検討した。介護者教室に参加した介護者47名と参加しない介護者36名に対し、開始時と3ヵ月後に介護状況調査、CES-Dによる抑うつ評価、Zarit介護負担尺度日本語版(J-ZBI)、EQ-5Dによる介護者のQOL評価を行った。結果:介護者教室に参加した介護者では、参加前にCES-Dで抑うつを示した介護者は36%であったが、受講3か月後には17%と半減した。介護者教室受講前(47名)のCES-D(14.5)、J-ZBI(31.7)、NPI(6.7)は、受講3か月後(36名)は、CES-D(12.1)、J-ZBI(27.7)と有意に改善し、認知症患者のNPI(5.5)も改善傾向が認められた。一方、介護者教室に参加しない介護者における開始時(36名)のCES-D(12.4)、J-ZBI(24.9)、NPI(6.3)は、3か月後(22名)にCES-D(16.0)、J-ZBI(35.6)と有意に悪化し、認知症患者のNPI(5.8)も有意な変化がなかった。結論:介護者教育は、介護者の抑うつと介護負担感の改善に効果があった。介護者教室に参加した介護者と参加しない介護者の登録、開始時と3ヵ月後のデータ収集と解析が順調に行われた。

介護者教室受講前(47名)のCES-D(14.5)、J-ZBI(31.7)は、受講3か月後(36名)は、CES-D(12.1)、J-ZBI(27.7)と有意に改善した。しかし、受講1年後(20名)には、CES-D(13.1)、J-ZBI(28.5)と有意差はみられなかった。一方、介護者教室に参加しない介護者における開始時(36名)のCES-D(12.4)、J-ZBI(24.9)は、3か月後(22名)にCES-D(16.0)、J-ZBI(35.6)と有意に悪化し、受講1年後(11名)においてもCES-D(19.6)、J-ZBI(36.1)は開始時からの有意な悪化が認められた。結論:介護者教育は受講後3か月後において介護者の抑うつと介護負担感の改善に効果があったが、1年後は開始時に並ぶ抑うつ感と介護負担が認められた。介護者教育を受けていない介護者は3か月後、1年後に抑うつ感と介護負担が増加した。以上より、定期的な介護者教育が望まれる。介護者教育に参加した介護者と参加しない介護者の登録,開始時,3ヵ月後に加えて,1年後のデータ収集と解析が順調に行われた.開始時と3ヵ月後のデータ収集に加えて、1年後のデータ収集と解析を行う予定である。さらに、国内学会や海外での国際学会での発表を予定している。国内学会、国際学会での発表、論文作成を予定している.症例登録や解析に使用した金額が予想より少なかった。次年度は1年後の追加解析に加えて、国内の学会発表と海外での国際学会での発表を予定している。症例登録や解析に使用した金額が予想より少なかった.次年度は,国内の学会発表と海外の国際学会での発表,論文作成を予定している.
スリット付き砂防ダムの土砂調整機能の改善とその評価法

スリット付き砂防ダムは,土砂調節機能ならびに渓流生態環境回復の両面から好ましいダム形態であるが,ダム上流に形成される渦構造が水と土砂の流出を阻害している。すなわち,スリット付き砂防ダムの機能改善の要点は,上述の渦構造の破壊あるいは影響の軽減にある。このような観点より,水平・傾斜リブ工あるいはベーン工と称する鉛直導流板などの機能を検討した結果,リブは渦の位置を変化させるのみで,機能改善工法の基本はベーン工にあることが確認された。ベーンの適正な設置基準を得るべく,幾何諸元を系統的に変化させた多数のケースの実験を実施した。まず,ベーン工を1対設置することを前提に,抜水状態で,長さを種々に変化させた実験により,実用性も考慮した適正長として,スリット幅の11.5倍を得た。ついで,高さに関する実験の結果,越流水の水面より僅かに下げるのが好ましいことが分かった。次に,上流側に1対追加して,2対とする場合を考え,その縦断方向間隔を検討した結果,2対の間隔をベーン長さと同程度にすることが望ましいことが明らかにされたが,2対目の追加により目覚ましい効果の向上を得ることはできなかった,その他,べ一ンに翼状の構造物を付加するなど,種々の改良案を試みたが,現在までのところ抜本的な対策案は見出されていない。スリットダム上流の堆砂層形状を固定床で成形し,流れの3次元流況を計測し,スリットダムの機能不全の原因を水理学的な観点より考察した。渦構造は,水の流出の有効断面積を現象させて,接近流を堰上げるとともに,とくに堆砂肩直下流の掃流力を削減することを通して,機能不全を引き起こしていることが確認された。さらに,ベーン工を設置した場合には,渦構造が明らかに減衰あるいは破壊されることが実証された。満砂後に数回の中小洪水の流下がある状況を想定して,ベーンの有無による土砂調節の相違を調ベた。その結果,ベーンを設置すれば,流量によく対応した円滑な排砂がなされることが分った。本年度においては、次の3課題(担当者)に関する研究を行った。課題1.常・射流が混在する条件下における侵食流路の数値計算法(岡部)課題2.スリットダム上流面沿いに形成される渦構造の特性把握(中野)課題3.スリットダム上流面沿いに形成される渦構造の破壊・軽減法(湯城)◎課題1:一様粒径の堆砂層の侵食流路を対象に数値計算モデルを作った。流れは非定常な1次元漸変流とみなし、MacCormackの差分法で解いたのち、水深に比例するとの仮定により局所掃流力分布を求める。ついで、2次元流砂量を求め、側岸の崩落も考慮しつつ、一般座標系について記述された河床位方程式を差分解析する。本モデルの適合性は、水路実験の結果への適用を通して検証された。◎課題2:一定勾配を持つ堆砂層モデルの下流端にスリットダム模型を設置して、スリット開口部のみから排水する条件での定常流量通水実験を行い、ダム模型の直上流に形成される「すり鉢」状の河床形状を計測した。ついで、これを簡略化した固定床模型を作成し、スリットを通過する流れの3次元流速分布構造を詳細に計測した。渦軸の形状、渦断面のスケール、循環の特性などについて有用な知見が得られた。◎課題

3:課題2の移動床実験で形成された「すり鉢」状の河床形状を2次元的なものに簡略化した固定床モデルを用いて、ベーン型付加構造物の渦構造の破壊・軽減効果を検討した。付加構造物をダム上流面に水平または斜めの桟として取り付けるだけでは効果がないが、鉛直に立て、スリット開口部に吸い込まれるラセン流を分断する形で設置するとき、とくにスリット直上流領域の渦をほぼ完全に破壊できることが明らかにされた。本年度の研究では,従来型のスリット付き砂防ダムの機能改善工法の基本としてベーンと称する直立型整流板に着目し,まず,移動床実験によって,その適正な大きさと配置様式を検討した。ついで,この結果と実用上の都合を勘案して選択された幾つかの工法案について,固定床模型による3次元流速計測実験を実施し,移動床実験結果をもたらした水理機構を検証した。移動床実験では,まず,ベーンを設置しない状態で,堆砂面上の流れが移動限界をやや下回る掃流力しか持たない流量を通水して,ダム直上流の洗掘孔の形状と土砂の挙動を観察した。ついで,ベーンの設置法として,1対のベーンの場合と2対のベーンの場合を考え,それぞれ,長さや設置間隔を数種に変化させた実験において,洗掘孔の集中度や上流堆砂面における浸食流路の発達状況,排出土砂量の時間変化などを計測した。実験結果として,ベーンを1対設置する場合,徒にその長さを大きくしてもそれに応じた好結果が生じることは期待できす,概ねスリット幅の12倍程度に止めることが,実用上の観点からも望ましいことが明らかにされた。一方,ベーンを2対とする場合には,上流側・下流側のベーンを並行にし,両者を接近流方向に投影した面が2050%程度重なり,また,両者の間隔をベーン長さとほぼ同程度となるようにする場合に良好な排砂効果が期待できることが確認された。なお,ベーンを1対とすべきか2対とすべきかについては,さらなる検討が必要である。固定床実験では,移動床実験で好結果を得たベーン設置方法を1対,2対の場合から各々2組選択し,3次元流況を調べた。その結果,排砂効率の大小は,流掘孔に流入直後に生じる底面流速の減少をいかに小さくするかに依存していることが分かり,今後におけるさらなる改善の見通しが得られた。
低酸素性肺血管収縮反応の機序解明-新しい観点からの挑戦-

揮発性吸入麻酔薬は低酸素性肺血管収縮(以下HPV)反応を抑制し,全身麻酔中の低酸素血症の一因となるが,その抑制機序は不明である.そこで,HPV反応の発現機序およびハロタンのHPV反応抑制作用と電位依存性カルシウムチャネルの関与について検討した.<方法>肺動脈送血,左房脱血,定流量再灌流方式の家兎in situ肺灌流モデルを作製した.HPV反応は吸入酸素濃度を21%から3%に切り替え誘発し,平均肺動脈圧の上昇分(△mean PA)をHPV反応の大きさの指標とした.実験は以下の6群で行った.実験1;低酸素刺激反復群,実験2;カルシウムチャネル開口薬のBAY K 86440.05μM前処置群,実験3;カルシウムチャネル遮断薬のニフェジピン10μM前処置群,実験4;ハロタン(0,0.5,1,2,3 MAC)吸入群,実験5;BAY K 8644前処置,ハロタン吸入群,実験6;ニフェジピン前処置,ハロタン吸入群.<結果および考察>実験1;低酸素刺激を反復して加えてもほぼ一定のHPV反応が得られた.このことから本モデルにおいては,反復や時間経過によるHPV反応への影響はないと考えられた.実験2,3;BAY K 8644はHPV反応を40%増強し,ニフェジピンは70%抑制した.このことから,HPV反応の発現機序に血管平滑筋の細胞内カルシウムイオン濃度が関与し,その濃度の調節にカルシウムチャネルが介在していることが判明した.実験4;ハロタンはHPV反応を0.5MACから濃度依存性に抑制した.実験5,6;BAY K 8644処置において,ハロタンのHPV反応抑制作用が拮抗された.またニフェジピン処置において,高濃度ハロタン吸入によりHPV反応が抑制された.これらのことからハロタンのHPV反応抑制機序にはカルシウムチャネルが強く関与することが明確となったが,それ以外の経路も存在することが示唆された.揮発性吸入麻酔薬は低酸素性肺血管収縮(以下HPV)反応を抑制し,全身麻酔中の低酸素血症の一因となるが,その抑制機序は不明である.そこで,HPV反応の発現機序およびハロタンのHPV反応抑制作用と電位依存性カルシウムチャネルの関与について検討した.<方法>肺動脈送血,左房脱血,定流量再灌流方式の家兎in situ肺灌流モデルを作製した.HPV反応は吸入酸素濃度を21%から3%に切り替え誘発し,平均肺動脈圧の上昇分(△mean PA)をHPV反応の大きさの指標とした.実験は以下の6群で行った.実験1;低酸素刺激反復群,実験2;カルシウムチャネル開口薬のBAY K 86440.05μM前処置群,実験3;カルシウムチャネル遮断薬のニフェジピン10μM前処置群,実験4;ハロタン(0,0.5,1,2,3 MAC)吸入群,実験5;BAY K 8644前処置,ハロタン吸入群,実験6;ニフェジピン前処置,ハロタン吸入群.<結果および考察>実験1;低酸素刺激を反復して加えてもほぼ一定のHPV反応が得られた.このことから本モデルにおいては,反復や時間経過によるHPV反応への影響はないと考えられた.実験2,3;BAY K 8644はHPV反応を40%増強し,ニフェジピンは70%抑制した.このことから,HPV反応の発現機序に血管平滑筋の細胞内カルシウムイオン濃度が関与し,その濃度の調節にカルシウムチャネルが介在していることが判明した.実験4;ハロタンはHPV反応を0.5MACから濃度依存性に抑制した.実験5,6;BAY K 8644処置において,ハロタンのHPV反応抑制作用が拮抗された.またニフェジピン処置において,高濃度ハロタン吸入によりHPV反応が抑制された.これらのことからハロタンのHPV反応抑制機序にはカルシウムチャネルが強く関与することが明確となったが,それ以外の経路も存在することが示唆された.肺胞低酸素により引き起こされる低酸素性肺血管収縮(以下HPV)反応の吸入麻酔薬による抑制作用の機序は未だ明らかでない.われわれは,ハロセンによるHPV反応抑制作用に対しCaチャンネルが関与しているか否かをCaチャンネルアゴニストであるBAYK8644(以下BK)を用いて検討した.<方法>雄性家兎を全身麻酔下に気管切開した.開胸後肺動脈に送血管を,左心房に脱血管を挿入し,肺灌流は定流量再灌流方式で行った.灌流液には自家血をPSS液(アルブミン3%含有)で希釈し,Ht値を焼く10%に調整したものを用いた.HPV反応は,吸入酸素濃度を21%から3%に変化させることによって誘発し,灌流圧の変化(ΔPAmean:mmHg)を評価の指標とした.家兎を6羽ずつ無処置群,処置群(BK:5×10^<-8>M)の2群に分け,0.5,1,2,3MACのハロセンを順不同に吸入させ,HPV反応を観察した.<結果>(1)無処置群では,ハロセン吸入により濃度依存性にΔPAmeanが減少し,HPV反応が抑制された.(2)BKの処置によりΔPAmeanは有意に増強した.