hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
税・社会保障に関する数量的シミュレーション分析

平成19年度の主な研究対象は社会保障と税制の関係である。政府も「税と社会保障の一体改革」を標榜しているように、社会保障と税制の双方を一体的に分析することは、今後の制度改革の指針において重要である。平成19年度には、税制との関連を重視しつつ、社会保障制度として特に公的年金、児童手当、生活保護について研究をおこなった。児童手当については、子どもの数が異質な家計を想定した世代重複の一般均衡モデルを利用し、シミュレーション分析を行った。出生率が内生化されたモデルにおいては、賦課方式の公的年金の存在が少子化を生み出す。研究では、児童手当の最適水準を導出した。また、家計のタイプによって最適な児童手当の水準が異なることも示した。一方、生活保護制度については、所得税住民税制との関係において、生活保護基準と課税最低限を比較し、それらが労働供給に与える影響を限界税率という形で抽出した。現在の制度においては、生活保護基準が課税最低限を超えており、ボーダーライン層の労働供給に対して負の誘因をもたらしている可能性を示唆した。また、別の論文では、近年のわが国では計測されていない負の所得税の導入費用を、独自のマイクロ・シミュレーション・モデルによって推計した。さらに、税制と公的年金がもたらす世代間の受益と負担を計測した。1960年生まれ以前の世代は生涯の負担が受益よりも低く、逆に1960年生まれ以降の世代は負担が受益を超えている。税制よりもむしろ社会保障に世代間の不公平が横たわっていることを示した上で、社会保障財源を捻出するための税制改革としては、所得課税よりも消費課税が優れていることを、ライフサイクルからみた限界税率などの指標によって示した。以上の研究は、今後の「税と社会保障の一体改革」を考える上で、重要な示唆を与えてくれていると考えられる。平成17年度の研究実績としては、3本の学術論文が成果となった。第一に、「公的年金と私的年金の役割分担:人口変動リスクと資産運用リスク」では、ライフサイクル一般均衡モデルに対して人口変動リスクと資産変動リスクを取り入れた分析を行った。人口変動リスクに弱い公的年金と、資産運用リスクに弱い私的年金を同じ分析の土俵にのせることで、両者の役割分担について考察した。第二に、「家計の間接税負担と消費税の今後:物品税時代から消費税時代の実効税率の推移」では、1950年以降の家計への間接税実効税率を個々の消費項目ごとに計測した。さらに、食料品の消費税率の引き上げが公平性にほとんど寄与しないことを示した。また、政策分析ネットワークの第7回政策メッセのシンポジウム「財政政策(財政再建)」(3月12日)においてパネリストを務めた。平成18年度に向けて、学会報告のための準備に入っており、すでに6月10日・11日に開催される生活経済学会において報告が決まっている。秋に行われる日本経済学会や日本財政学会でも報告を行うつもりで研究を行っている。平成18年度においては、5回の学会報告(国際協同研究フォーラムを含む)、4本の学術論文、1冊の共編著の出版が研究実績となった。学会報告は、(1)生活経済学会(4月:小樽商科大学)において「これまでの年金改革が家計の消費貯蓄行動に与えた影響」、(2)日本財政学会(10月:近畿大学)において「厚生年金と公務員共済年金の一元化に関するライフサイクル分析」、(3)日本経済学会(10月:大阪市立大学)において"Heterogeneous Households, Child Allowance and Social Security : An Overlapping Generations Model with Endogenous Fertility"、(4)国際公共経済学会(12月:大東文化大学)において「人口減少時代の社会経済システム:国際的視点を念頭に」のパネリスト、(5)内閣府主催の国際共同研究「少子高齢化の下での持続的成長と財政再建」において討論者と報告、が実績である。学術論文については、(1)「1973年から2004年までの年金改革が家計の消費貯蓄計画に与えた影響」がレフェリー論文誌である『生活経済学研究』に、(2)「世代間公平からみた公的年金改革の厚生分析」が府川哲夫・加藤和久編著『年金改革の経済分析:数量モデルによる評価』に所収され、(3)「厚生年金と公務員共済年金の一元化に関するライフサイクル分析」を『会計検査研究』、(4)「道路整備特別会計における地域別の受益と負担」を『現代社会研究』に掲載した。書籍については、共編著『「小泉改革」とは何だったのか』を出版した。

現在の制度においては、生活保護基準が課税最低限を超えており、ボーダーライン層の労働供給に対して負の誘因をもたらしている可能性を示唆した。また、別の論文では、近年のわが国では計測されていない負の所得税の導入費用を、独自のマイクロ・シミュレーション・モデルによって推計した。さらに、税制と公的年金がもたらす世代間の受益と負担を計測した。1960年生まれ以前の世代は生涯の負担が受益よりも低く、逆に1960年生まれ以降の世代は負担が受益を超えている。税制よりもむしろ社会保障に世代間の不公平が横たわっていることを示した上で、社会保障財源を捻出するための税制改革としては、所得課税よりも消費課税が優れていることを、ライフサイクルからみた限界税率などの指標によって示した。以上の研究は、今後の「税と社会保障の一体改革」を考える上で、重要な示唆を与えてくれていると考えられる。
大質量連星系中の超新星爆発が引き起こす様々な現象

今年度は以下の2種類の研究を行った。(1)昨年度はiPTF13bvnという超新星の親星の形成シナリオとして伴星がブラックホールであったという新たな説を提唱した。そして伴星として十分な質量のブラックホールが適切な距離に存在していた場合に主星がiPTF13bvnの観測的特徴を全て満たすような星に進化するということを示した。しかし、このシナリオはそもそも適切な質量で適切な距離にブラックホールが存在していたという大きな仮定に基づいている。今年度はこのブラックホールが形成される前段階の進化経路を調べる研究を行った。その結果、70太陽質量以上の星が15太陽質量程度の星と連星を組み、共通外層状態を経ることでiPTF13bvnの親星を作る条件を満たすような連星に進化する可能性があることがわかった。このことはiPTF13bvnの親星が非常に特殊な進化経路を経て進化したことを示唆しており、Ib型超新星で親星が発見された例が他にないことと矛盾しない。(2)今年度後半は研究計画の通り、大質量連星系内における超新星爆発が伴星に及ぼす影響の系統的調査を行った。昨年度開発した新たな流体シミュレーションコードを用いて様々な質量、半径、構造を持った星を様々な連星軌道に置き、超新星爆風が伴星に衝突するシミュレーションを行った。そして、爆風が伴星に与えた運動量、剥ぎ取れた質量、伴星表面に降着する伴星由来の物質の量などを見積もり、そのパラメータ依存性を探った。先行研究では連星軌道や星の質量に対する依存性は調べられていたが、星の構造が結果に大きく影響すると予想されていた。本研究で星の構造に対する依存性を探ったことで具体的な運動量輸送や質量剥ぎ取りの物理的理解が深まった。29年度が最終年度であるため、記入しない。今年度は質的に異なる以下の2種類の研究成果が得られた。(1)1つ目は、自己重力流体数値計算を高速化するスキームを開発したことである。通常、流体シミュレーションに自己重力を含める場合はポアッソン方程式を解くことになるが、これは楕円型の偏微分方程式であるため数値コストが非常に高いことが知られている。今回、申請者とカリフォルニア工科大学の長倉洋樹氏らを中心としてポアッソン方程式を近似的に解く手法を開発し、テスト計算として恒星同士の正面衝突をシミュレーションしたところ、計算時間がおよそ100分の1にまで削減できることがわかった。この成果はPhysical Review Dに論文として掲載された。その後、本手法がポアッソン方程式以外の一般の方程式にも適用可能な汎用性の高いものであることが明らかになった。(2)2つ目は、iPTF13bvnという超新星の親星形成シナリオを再構築したことである。申請者のこれまでの研究でiPTF13bvnの親星伴星に関する予言をしていたが、追観測によってそれが間違いであることが昨年指摘された。それを受けもう一度親星の形成シナリオを考察し、伴星として巨大なブラックホールが存在する可能性が高いことを示した。この新シナリオはこれまでの全ての観測事実と矛盾がなく、もし正しければ今頃は超新星残骸中に中性子星とブラックホールの連星系が残されているはずである。これは、コンパクト連星の起源を探るという本研究課題の目的を達成する上で非常に重要な成果である。本研究は計画段階では予定していなかった部分で大きく進展した。以下では順に進行度を述べる。本研究課題は大規模な数値シミュレーションを行う必要があるが、系統的な調査を行うためには当初の想定よりもさらに数値計算コストを下げる必要があった。今年度の前半で開発した自己重力計算の新しい数値スキームは今後の研究計画を実施していく上で非常に強力な道具となる。今年度の途中で、超新星iPTF13bvnの後期観測の結果が発表された。それにより、本研究課題の1つである、超新星爆風による伴星加熱モデルが否定されたように思われた。本課題を継続して実施する意義を探るためにも、iPTF13bvnの親星形成シナリオを再考する必要が生じた。今年度後半は、それまで提唱されていたいくつかのiPTF13bvnの親星形成シナリオを定量的に評価し否定した上で新たなシナリオを提唱するという成果を上げることができた。これによって超新星爆風による伴星加熱モデルは否定されないことがわかり、研究計画を予定通り実施していく意義が確認できた。それだけでなく、コンパクト連星形成に至る新たな道筋を発見した可能性もあり、本研究目的を達成する上で重要な成果となった。

このことはiPTF13bvnの親星が非常に特殊な進化経路を経て進化したことを示唆しており、Ib型超新星で親星が発見された例が他にないことと矛盾しない。(2)今年度後半は研究計画の通り、大質量連星系内における超新星爆発が伴星に及ぼす影響の系統的調査を行った。昨年度開発した新たな流体シミュレーションコードを用いて様々な質量、半径、構造を持った星を様々な連星軌道に置き、超新星爆風が伴星に衝突するシミュレーションを行った。そして、爆風が伴星に与えた運動量、剥ぎ取れた質量、伴星表面に降着する伴星由来の物質の量などを見積もり、そのパラメータ依存性を探った。先行研究では連星軌道や星の質量に対する依存性は調べられていたが、星の構造が結果に大きく影響すると予想されていた。本研究で星の構造に対する依存性を探ったことで具体的な運動量輸送や質量剥ぎ取りの物理的理解が深まった。当初の研究計画通り、超新星爆風による伴星加熱に関するシミュレーションを行う。今年度新たに開発した自己重力数値計算スキームを用いることで、大規模なシミュレーションを系統的に行うことが可能になった。来年度は星に超新星爆風が衝突する様子のシミュレーションに着手する。爆風によって伴星がどれほど加熱されるかを定量的に評価し、その結果として伴星から剥ぎ取られる質量や与えられる運動量、熱によって膨張する最大の半径などを調べる。また、伴星の構造や超新星親星との距離などを変えたシミュレーションを多数行い、パラメータ依存性も調べる。以上を調べた上で、膨張した伴星が主星を飲み込むための条件を明らかにし、大質量連星の中でどれほどの割合がそういう状況になりうるかを評価する。29年度が最終年度であるため、記入しない。
過渡的複合体に着目したヘムリレー輸送の分子機構の解明

本研究では、グラム陽性高GC細菌のヘム取り込み系Hta-Hmuシステムに注目して、ヘムリレー輸送の分子機構の解明を目指している。本システムを構成するタンパク質HtaAとHtaB、HmuTが過渡的な複合体を形成することによって、細胞外における高速なヘム輸送が行われると考えられる。過渡的複合体の結晶構造を捉えるために、ヘムの受け手となる非結合状態のタンパク質が必要であると考え、初年度はヘム結合能が低下した変異タンパク質の作成と結晶化を行った。HtaAのC末端ドメインの変異型タンパク質(以下、H434A変異体)では、ドメインスワップ二量体を形成していた。この二量体は我々が想定するヘムリレー輸送の過渡的複合体をミミックするような構造であった。本年度は、得られたH434Aのドメインスワップ二量体結晶にヘムをソーキングすることで、ヘム輸送複合体を模したヘム結合型二量体の調製を試みたが、ヘムの挿入は見られなかった。さらに、ヘム輸送複合体構造を得るべく、Holo型タンパク質(HtaAのN末端ドメインとC末端ドメイン)とApo型タンパク質(HtaB)を等量ずつ混ぜて、結晶化条件のスクリーニングを行った。しかし、いずれの場合も結晶を得ることはできなかった。ヘモグロビンからHtaAへのヘム輸送実験を行った。ヘモグロビンとHtaAでは、ヘム鉄の軸配位子となるアミノ酸が互いに異なるため、ソーレ帯の吸収を追跡することでヘムの輸送を捉えることができる。ヘモグロビンからHtaAへのヘム輸送反応を経時的に測定したが、系中のHtaAの多くがヘムを結合していないにも関わらず、反応は頭打ちした。溶液条件を変えても、この傾向に違いはなく、今後の課題としたい。本研究では、ヘムリレー輸送の分子機構を解明するために、ヘム取り込み系を構成するタンパク質の過渡的複合体の結晶構造解析を目指している。グラム陽性高GC細菌のヘム取り込み系タンパク質HtaAとHtaBは組換え発現系で調製するとヘム結合型として得られる。輸送経路の解明のためには、ヘムを結合していないアポ型タンパク質が必要である。そこで、ヘムに軸配位子を提供するTyrと水素結合を形成するHisに着目した。HisをAlaに置換した変異タンパク質を調製したところ、組換え大腸菌体内でヘムを結合することなくアポ型のHtaA/HtaBを調製することができた。これら変異タンパク質にヘム滴定を行ったところ、1:1でヘムを結合することがわかった。野生型と同様にヘムはTyrを軸配位子とすることから、ヘムの結合ポケットは保持されていると考えられる。これら変異型タンパク質の結晶化スクリーニングを行ったところ、HtaAのC末端ドメインにおいてヘム結合型とアポ型のそれぞれの結晶を得ることに成功した。構造解析の結果、ヘム結合型His変異タンパク質は変異箇所を除けば野生型と非常によく一致した。一方、アポ型His変異タンパク質はN末端がドメインスワップすることによって二量体を形成していた。この二量体はヘム結合ポケットを大きく開き、向かい合わせに配置していたことから、ヘムリレー輸送の過渡的複合体をミミックしていると考えた。そこで、二量体の一方をヘム結合型タンパク質に置き換えてヘムドナー・ヘムアクセプター複合体モデルを作成した。このモデルでは、ヘムアクセプター側のヘム認識に関わるヘリックスα1がヘムドナーのヘム結合ポケットに近接しており、ヘム輸送においてドメインスワップのような大きな構造変化を伴う可能性を指摘できた。グラム陽性高GC細菌のヘム取り込み系の研究は順調に進んでいる。ヘムリレー輸送複合体の輸送反応の解析にはアポ型タンパク質が必要であり、変異導入によって効率的にアポ型タンパク質を得ることができた。本系で機能するタンパク質は一般的なヘム結合タンパク質と異なりヘム結合部位が溶媒領域に露出しており、長いループ構造をとっているために、アポ型タンパク質は構造が不安定であると予想された。実際に、ヘム結合型タンパク質に比較して、アポ型タンパク質では良質な結晶は得られなかった。今回、本系を構成する全てのタンパク質についてアポ型変異タンパク質を調製して、その一つから構造を得ることに成功した。前項で述べた通り、その構造が過渡的複合体をミミックするようなドメインスワップ二量体を形成していた。真菌のヘムリレー輸送についても研究を進めている。研究計画では、カンジダ由来のPga7とRbt5間のヘムリレー輸送に着目すると共に、初年度は構造未知であるこれらCFEMファミリータンパク質の構造解析を目指した。しかし、昨年度にCFEMファミリーに属するCsa2の結晶構造が報告され、Csa2がPga7やRbt5とヘム輸送を行うことも併せて報告された(Nasser et al., NatureMicrob., 2016)。Csa2の結晶構造では、よく保存された8つのCysがジスルフィド結合を作ることでコンパクトな立体構造を維持していた。CFEMファミリータンパク質の組換え大腸菌による発現が困難であったが、ジスルフィド結合がその原因である可能性は高い。

HtaAのC末端ドメインの変異型タンパク質(以下、H434A変異体)では、ドメインスワップ二量体を形成していた。この二量体は我々が想定するヘムリレー輸送の過渡的複合体をミミックするような構造であった。本年度は、得られたH434Aのドメインスワップ二量体結晶にヘムをソーキングすることで、ヘム輸送複合体を模したヘム結合型二量体の調製を試みたが、ヘムの挿入は見られなかった。さらに、ヘム輸送複合体構造を得るべく、Holo型タンパク質(HtaAのN末端ドメインとC末端ドメイン)とApo型タンパク質(HtaB)を等量ずつ混ぜて、結晶化条件のスクリーニングを行った。しかし、いずれの場合も結晶を得ることはできなかった。ヘモグロビンからHtaAへのヘム輸送実験を行った。ヘモグロビンとHtaAでは、ヘム鉄の軸配位子となるアミノ酸が互いに異なるため、ソーレ帯の吸収を追跡することでヘムの輸送を捉えることができる。ヘモグロビンからHtaAへのヘム輸送反応を経時的に測定したが、系中のHtaAの多くがヘムを結合していないにも関わらず、反応は頭打ちした。溶液条件を変えても、この傾向に違いはなく、今後の課題としたい。今年度の研究によって、コリネバクテリアのHtaAのドメインスワップ二量体構造を決定することができた。この二量体構造はヘムリレー輸送におけるヘム輸送タンパク質の過渡的複合体のモデルになりうると考えた。ドメインスワップを介したヘム輸送は考えにくいが、N末端領域の構造の柔軟性が過渡的複合体をもたらしていると指摘できる。そこで、当初の研究計画に従い、ヘム結合型とアポ型のタンパク質を混ぜて結晶化することで、ヘムを含む二者複合体の結晶構造解析を目指す。真菌のヘムリレー輸送系の研究は、海外のグループによるCsa2の構造研究が先行しており、従来とは異なるヘムリレー輸送経路が提唱された。現在、これらを追試すべくCFEMファミリータンパク質の組換え発現系の構築と安定な調製法の確立を目指している。また、真菌はCFEMファミリー以外にも様々なヘム輸送タンパク質を有しており、それらを対象とした構造研究も進めていきたいと考えている。結晶化条件スクリーニング試薬の消耗が予定よりも少なかった点が挙げられる。精製に使用する樹脂も同様に新規に購入することがなかった。これらはいずれも消耗品であるため、試薬の使用頻度やクロマトグラフィ用樹脂の劣化状況から次年度に購入すべきであると考え、次年度使用するに至った。
イオン吸着型鉱床におけるレアアース吸着鉱物についての研究

本研究課題において研究対象としているイオン吸着型鉱床においてレアアースは粘土鉱物に吸着されていると推定されているが、鉱床においては1402000 ppm程度と濃度が比較的低いこともあり、それが実際にはどのような鉱物であるのかよくわかっていない。そこで本研究では、実際の中国のイオン吸着型鉱床についてレアアースを含有している鉱物を特定することを目的とし解析を行った。このイオン吸着型鉱床における風化花崗岩の土壌試料を縮分して粉末XRDを測定し、土壌に含まれている鉱物組成についておよその情報を得た。そしてこの試料を樹脂包埋して研磨片を作製し、光学顕微鏡および走査型電子顕微鏡(SEM)によって試料について観察・分析を行うとともにレーザーアブレーションICP質量分析(LA-ICP-MS)法によって、各鉱物粒子についてレアアースの濃度を測定した。その結果、カオリナイト質および雲母質の粒子でレアアースの濃度が他の鉱物粒子より高いことが明らかとなった。次に集束イオンビーム(FIB)を用いてこれらの鉱物粒子から微小な切片を作成しさらに詳細に解析を行った。透過型電子顕微鏡(TEM)において電子回折パターンを測定することやエネルギー分散型X線分析(EDS)によって、各粒子がどのような鉱物によって構成されているのか調べた。そして高解像度高感度二次イオン質量分析(Nano-SIMS)によってレアアースについての元素マッピングを測定し、レアアースを含有している鉱物について明らかにした。本研究課題では、実際のイオン吸着型鉱床について解析することおよび室内実験においてレアアースの吸脱着実験を行うことを予定している。研究初年度のこれまでの研究において、イオン吸着型鉱床についての解析を種々の実験装置を用いて行い、レアアースを含有している鉱物を特定することができた。ここまでの研究結果をもとに地球惑星連合大会2018年大会や鉱物科学会といった学会において研究発表を行ってきている。また論文についても投稿準備中である。そしてレアアースの吸脱着実験についても必要な物品は既に取り揃えており、実験に取り掛かり始めているところである。以上のことから計3か年で行う本研究はおおむね順調に遂行されていると考えられる。これまでの研究において実イオン吸着鉱においてレアアースを含有している鉱物を特定することができた。今後さらに放射光施設におけるX線吸収微細構造(XAFS)法を用いることでこの鉱物中におけるレアアースの存在状態について明らかにしていくことを考えている。またレアアースの吸脱着実験においては、実イオン吸着鉱において特定されたレアアース含有鉱物を用いて実験を進めていく。まず吸着実験を、YCl3およびLaCl3を使用して溶液を作成し、また溶液の濃度は110-8 mol/l程度まで変化させ行う。吸着時間は1時間から1週間程度までとして、またどの時点で吸着平衡に達しているのかについても確認する。次に脱離実験をそれぞれの試料について行う。レアアースが硫酸アンモニウム等のイオン交換によってどの程度脱離するかということを確認していき、レアアースを抽出するために最適な条件を探し出す。溶媒の種類を変えることやpHを下げることあるいは加温することなどの影響についても調べる。

またレアアースの吸脱着実験においては、実イオン吸着鉱において特定されたレアアース含有鉱物を用いて実験を進めていく。まず吸着実験を、YCl3およびLaCl3を使用して溶液を作成し、また溶液の濃度は110-8 mol/l程度まで変化させ行う。吸着時間は1時間から1週間程度までとして、またどの時点で吸着平衡に達しているのかについても確認する。次に脱離実験をそれぞれの試料について行う。レアアースが硫酸アンモニウム等のイオン交換によってどの程度脱離するかということを確認していき、レアアースを抽出するために最適な条件を探し出す。溶媒の種類を変えることやpHを下げることあるいは加温することなどの影響についても調べる。多額ではないが年度末に出張があったため上手く2018年度の予定額を使い切ることができなかった。余った予算は2019年度に消耗品費などとして使用する予定である。
計算科学手法による安全性・経済性に優れた革新的原子炉の開発研究

本研究課題は、長寿命・高燃焼度を達成しつつ、想定外の事故が発生しても自動的に炉心出力が低レベルで整定し、冷却材の自然循環による除熱が可能となる自己制御性を有する高速炉炉心および受動安全性に優れた中小型軽水炉の実現に資する技術開発である。まず、精緻な大渦シミュレーションと、非定常乱流モデル汎用解析コードによるシミュレーションに基づく仮想デザイン工房を構築し、原子炉機器の健全性に関わる並行噴流の不安定性を解析するとともに、プラントの配管系に多く見られるTジャンクションにおける流体混合メカニズムの解明を行った。安全性とともに経済性に優れた原子炉炉心において共通するのは、冷却材流路が狭い稠密格子配列の燃料集合体の採用である。定常時、事故時のいかなる条件を想定しても、整定出力状態での冷却が確保できる炉心燃料形状と冷却材流路の最適化を数値シミュレーションで実施して、より平坦な流速分布および温度分布が得られることを示し、その結果炉心設計における安全祐度の増大が達成されることを明らかにした。これらの計算結果の信頼性を保証するために、集合体流路形状に類似な偏心二重円環流路など、単純流路内の乱流ベンチマーク計算を多数実施し、乱流構造の非等方性に起因する流れの不安定性などの機構を同定するとともに、統計的な手法を活用した、より客観的・定量的な検証のあり方を提案した。また、熱泳動モデルによってナノ流体による冷却性能の飛躍的改善が説明できる可能性を示すとともに、ナノ流体を媒体とするサーモサイフォンを原子炉の非常時冷却系へ応用することが提案された。革新的な原子炉を設計する場合、数値シミュレーション技術を大幅に取り入れた設計手法を採用することが不可避である。そのシミュレーションによる設計は、原子炉設計に要求される極めて高い信頼性と安全性を担保する必要があり、シミュレーションそのものの信頼性の向上と検証のあり方が問われる。本研究成果はこうした課題を解決する方策を与えるものである。平成20年度においては、精緻な大渦シミュレーションと、非定常乱流モデル汎用解析コードに基づく仮想デザイン工房を構築し、工房内で実施する高速炉炉心システム熱流動の数値シミュレーションを開始した。平成21年度に実施する本格的な作業に先立ち、評価の対象として、過去に核設計を実施して得られている受動安全性に優れた長寿命で高燃焼度を達成でき高速炉炉心を選定し、その熱流動設計の方針を策定した。すなわち、定常時、事故時のいかなる条件を想定しても、整定出力状態での冷却が確保できる炉心燃料形状と冷却材流路の最適化を数値シミュレーションで実施して、より平坦な流速分布および温度分布が得られることを示し、その結果炉心設計における安全祐度の増大が達成されることを明らかにした。また、受動安全性向上の一つとして、仮想的な原子炉事故に対しナノ流体による伝熱促進現象を活用したシステムの検討を行った。世界市場を念頭に、国民により受け入れられ易い、高い安全性と経済性が共存できる革新的原子炉の概念創出を行うには、数値デザイン工房の中で実施することが唯一効率的であり、同原子炉を設計する場合、数値シミュレーション技術を大幅に取り入れた設計手法を採用することが不可避である。
高歪み化合物テトラヘドランを用いた新規σ－π共役系分子の創成

ケイ素置換テトラヘドランの4つのトリメチルシリル基の内1つを別の官能基に変換するための重要な鍵化合物としてLi置換体であるテトラヘドラニルリチウムが挙げられる。テトラヘドランの新たな有機金属試薬の開発を目的として一連のホウ素置換テトラヘドラン(ピナコールボリル基、カテコールボリル基及びジメシチルボリル基を有するテトラヘドラン)を合成した。ホウ素置換基はホウ素上に空のp軌道を有するため、アリール基とは別種のπ系置換基と考えられる。NMR及びX線結晶構造解析から、ジメシチルボリルテトラヘドランには高歪み炭素骨格からホウ素の空のp軌道への超共役が発現していることが示唆された。一連のホウ素置換テトラヘドランの熱反応を行った結果、テトラヘドラン骨格からホウ素の空のp軌道への超共役の強さと熱異性化反応の反応温度に相関があり、超共役効果が最も大きいジメシチルボリルテトラヘドランが最も低い温度で異性化が進行した。異性化生成物は、ピナコールボリル基、カテコールボリル基を有するテトラヘドランの熱反応生成物が主にアセチレンであるのに対して、ジメシチルボリル基を有するテトラヘドランの主生成物はメチレンシクロプロペン、副生成物はアセチレンであった。テトラヘドランを経由してメチレンシクロプロペンを得た例はこれまでに例が無く、テトラヘドランの異性化反応に関する新たな知見である。テトラヘドランからアセチレン及びメチレンシクロプロペンへの中間体として提唱されているのが、シクロプロペニルカルベンである。通常はアセチレンへの分解反応の活性化障壁の方が低いため、アセチレンが得られる例が多いのに対して、空のp軌道を有するジメシチルボリル基はシクロプロピルカルベンからメチレンシクロプロペンへの置換基の転位反応の遷移状態を安定化し、活性化障壁を低下させる効果があると考えられる。以上、本年度はテトラヘドランの新たな有機金属試薬であるホウ素置換テトラヘドランを合成し、熱異性化反応に及ぼす置換基の効果を明らかとした。有機分子の骨格は炭素σ結合によって形成され、電子物性はその構造に基づいた共役π電子系の設計によって決まる。テトラヘドランは高度に歪んだσ結合を有しており、光や熱といった外部刺激によりシクロブタジエンへの原子価異性化反応が誘起されることが知られている。この異性化において、高歪みσ結合とπ共役系との相互変換が起こっており、この仕組みを理解することは化合物の物性を理解する上で非常に重要である。本研究では様々なπ共役系置換基をテトラヘドランに導入し、それらの化合物の光反応、熱反応、酸化還元反応を行い原子価異性化反応のメカニズムを解明することである。本年度は、パーフルオロアリール基を導入したテトラヘドランの光反応、9,10-ジシアンアントラセン(DCA)を用いた光誘起電子移動反応を行い、生成したシクロブタジエン誘導体について構造解析、電子スペクトル測定、量子化学計算による考察を行った。ペンタフルオロフェニルテトラヘドラン及びパーフルオロベンゼンのパラ位に2つのテトラヘドラニル基を導入した化合物に300nm以上の光を照射すると対応するシクロブタジエン誘導体へ定量的に異性化することを明らかとした。また、DCAを用いた光誘起電子移動反応を行った結果、異性化反応の進行が観測されたことから酸化反応もまた異性化に重要な外部刺激であることが示唆された。ペンタフルオロフェニルシクロブタジエンの構造をX線結晶構造解析により決定し、シクロブタジエンの4員環は長方形構造であることを明らかとした。電子スペクトル測定の結果、分子内に2つのシクロブタジエン部位を有する化合物は、2つのシクロブタジエン部位間に相互作用が存在することが示唆され、量子化学計算もこの結果を支持している。これらの結果はテトラヘドランからシクロブタジエンへの異性化機構に関する重要な知見を与えたことに加え、反芳香族分子シクロブタジエンについて新たな知見を与えた。シクロブタジエンがDiels-Alder反応活性であるのに対し、ベンゼンはその共鳴安定化効果によりDiels-Alder反応への活性は極めて低く、その報告例は限られている。ベンゼンのDiels-Alder反応は、遷移金属錯体の配位又は置換基により歪みを導入して非芳香属化するか、強力なジエン又はジエノフィルを用い高温・高圧・長時間という極めて過酷な条件で可能となる。シクロブタジエンにシリル基を導入すると、シクロブタジエンのπ^*軌道と置換基のSi-Cσ^*軌道の相互作用であるπ^*-σ^*共役の寄与によりLUMO準位が低下する。今回合成したペンタフルオロフェニルシクロブタジエンはπ^*-σ^*共役の寄与に加え、電子吸引的なペンタフルオロフェニル基の電子的効果により極めて低いLUMOを有する。従って、ペンタフルオロフェニルシクロブタジエンは非常に強力なジエンと考えられ、ベンゼンとのDiels-Alder反応を検討した結果、120°C以上という比較的低い温度で収率良く反応が進行することが明らかとなった。また、反応性の比較としてベンゼンの部分構造と見なせるシンプルなジエノフィルであるアセチレンとエチレンの反応を行った結果、室温で即座に反応が進行しDiels-Alder付加体が得られた。

ベンゼンとの反応生成物は、形式的にベンゼンがC_2H_2及びC_4H_4ユニットにフラグメンテーションし、ペンタフルオロフェニルシクロブタジエンに挿入、環拡大した化合物及びベンゼンとペンタフルオロフェニルシクロブタジエンが環化付加した後分子内で再び環化付加が進行した化合物である。つまり、ペンタフルオロフェニルシクロブタジエンは、通常は反応性の低いアセチレンやエチレンと容易に反応することに加え、共鳴安定化効果を有するベンゼンとさえ環化付加反応を起こした。本研究は、シクロブタジエンの反芳香属性を反応性という観点から評価したと同時に、有機分子の設計により通常は不可能と考えられる様な芳香族C-C結合の開裂反応も達成し得ることを示したという点で非常に示唆に富む重要な知見を与えたと言える。ケイ素置換テトラヘドランの4つのトリメチルシリル基の内1つを別の官能基に変換するための重要な鍵化合物としてLi置換体であるテトラヘドラニルリチウムが挙げられる。テトラヘドランの新たな有機金属試薬の開発を目的として一連のホウ素置換テトラヘドラン(ピナコールボリル基、カテコールボリル基及びジメシチルボリル基を有するテトラヘドラン)を合成した。ホウ素置換基はホウ素上に空のp軌道を有するため、アリール基とは別種のπ系置換基と考えられる。NMR及びX線結晶構造解析から、ジメシチルボリルテトラヘドランには高歪み炭素骨格からホウ素の空のp軌道への超共役が発現していることが示唆された。一連のホウ素置換テトラヘドランの熱反応を行った結果、テトラヘドラン骨格からホウ素の空のp軌道への超共役の強さと熱異性化反応の反応温度に相関があり、超共役効果が最も大きいジメシチルボリルテトラヘドランが最も低い温度で異性化が進行した。異性化生成物は、ピナコールボリル基、カテコールボリル基を有するテトラヘドランの熱反応生成物が主にアセチレンであるのに対して、ジメシチルボリル基を有するテトラヘドランの主生成物はメチレンシクロプロペン、副生成物はアセチレンであった。テトラヘドランを経由してメチレンシクロプロペンを得た例はこれまでに例が無く、テトラヘドランの異性化反応に関する新たな知見である。テトラヘドランからアセチレン及びメチレンシクロプロペンへの中間体として提唱されているのが、シクロプロペニルカルベンである。通常はアセチレンへの分解反応の活性化障壁の方が低いため、アセチレンが得られる例が多いのに対して、空のp軌道を有するジメシチルボリル基はシクロプロピルカルベンからメチレンシクロプロペンへの置換基の転位反応の遷移状態を安定化し、活性化障壁を低下させる効果があると考えられる。以上、本年度はテトラヘドランの新たな有機金属試薬であるホウ素置換テトラヘドランを合成し、熱異性化反応に及ぼす置換基の効果を明らかとした。本研究では様々なπ共役系置換基をテトラヘドランに導入し、それらの化合物の光反応、熱反応、酸化還元反応を行い原子価異性化反応のメカニズムを解明することである。パーフルオロアリール置換テトラヘドランの異性化反応のメカニズムに関しては、光及び酸化反応が異性化に重要な外部刺激であることを明らかにしている。本年度は、光誘起原子価異性化反応により合成したシクロブタジエンの反応性について検討を行った結果、反芳香族分子シクロブタジエンについて新たな知見が得られた。この研究成果は、多くの学会において発表を行っており、国内外から非常に高い評価を受けている。したがって、研究の目的の達成度は期待通り進展したものと判断できる。
新版K式発達検査の拡張と精密化の研究

1.新版K式発達検査を、1ケ月から2歳まで縦断的に実施した。延べ307ケ-スの資料を分析して、以下のような成果を得た。(1)得点変化や発達指数の変化についての具体的資料が得られた。(2)生後3ケ月以下の乳児むきの諸項目について、新たに50%通過年齢を明らかにできた。(3)生後3ケ月以下についての得点ー発達年齢換算表の試算を試みた。(4)潜在クラス分析を試みた。結果は従来の所見と大差なく、6ケ月前後に発達の節目があることを確認した。2.新版K式発達検査に新しく23項目を追加し、1ケ月児を中心に79人に検査を実施した。その統計的分析から、3ケ月児以下にふさわしい検査項目として、1ケ月未満児むき項目3個、1ケ月児むき項目2個、2ケ月児むき項目4個、3ケ月児むき項目3個を提案した。また、子どもの姿勢によって反応の出方が異なることを指摘した。3.未熟児15人について、6ケ月以上2歳までの発達推移を示し、今後の参考に供した。4.未熟児新生児51人について、その上肢・下肢・頭部・手掌の、出生から8週までの姿勢運動発達について分析し、早産児は正期産児の姿勢状態に近づく方向に変化するがまったく同一にはならず、早産児独自の発達の方向をもっていることが示された。5.新版K式発達検査の「財布探し」「了解」の2項目に対する反応について、横断的資料による発達的分析を行った。データの収集(新版K式発達検査の実施及びVTR収録)・追加項目選定の検討を続行中であり、現時点では限られた知見しか得られていない。例えば、未熟児における特徴的な姿勢発達について、未熟児を生下時体重別に3群に分けて比較してみると、(1)生下時体重の低下とともに、四肢の屈曲姿勢や両手掌の把握姿勢の頻度は少なくなり、逆に、両上肢伸展姿勢や両下肢伸展姿勢および両手掌とも開いている姿勢の頻度が少なくなる、(2)下肢伸展挙上運動は、生下時体重の低下とともに、運動の頻度が多くなり可動域も大きくなる、(3)頚部回施運動は、生下時体重の低下とともに頻度が少なくなる。(4)両上肢伸展姿勢・両下肢伸展姿勢・両手掌とも開いている姿勢は、経日的に頻度が減少し、成熟新生児と同様に、四肢屈曲姿勢や両手掌把握姿勢が優位に認められるようになるが、生下時体重の低い未熟児ほど、未熟児特有の姿勢が遅くまで残存する、(5)下肢伸展挙上運動に関しても、経日的に運動の頻度が減少し可動域も小さくなってくるが、生下時体重の低い未熟児ほど、遅くまで運動が残存する、(6)頚部回施運動に関しては、経日的に運動の頻度は多くなるが、生下時体重の低い未熟児、特に超未熟児は大きく遅れをとる、という傾向がうかがえる。しかしながら、データ数が少ないため、現時点では、明確な結論づけは行えない。来年度以降、データ数をふやして、あらためて検討を加える予定である。新生児(成熟児・未熟児)のVTR併用観察および追跡検査を続行中である.従来のK式発達検査の項目の他,新たに,観察場面の導入とそれに併う項目の追加や,観察場面「自発遊び」等での項目の追加を行い,観察の実施順序や項目内容の適否の検討を行なっている.新たに導入した観察場面は, (1)ガラガラ(音出し)の追視, (2)検査者の顔(無声・無表情)の追視, (3)検査者の顔(有声)の追視, (4)鏡の追視の4つである.また,「自発遊び」では, (1)手を口のそばへ,

(2)こぶしを吸う, (3)手を口に入れるの3項目を追加した.同時に,検査時の被検児の覚醒状態のチェックも試みている.その他,従来項目の細かい表現等の手直しも行なっている.平行して,録画資料に基づき,さらに検査項目の見直しをすすめている.なお,現時点では,検査場の制約や被検児の急病等によるデータ欠落などのために,データ収集の進度は遅く,特に成果といえるものは得られていない.1418歳向き予備的尺度の作成に関しては,現在のところ,新生児向き追加項目の検討を重点的に行なっていることもあって,未着手である.また,昨年度の実積報告書で触れた未熟児の姿勢発達の分析についても,データの収集は完了したものの,分析にまでいたっていないのが現状である.新生児(成熟児・未熟児)のVTR併用観察および追跡検査を続行中であり、新たに追加した検査項目の実施順序・内容の適否の検討と従来項目の見直しをすすめている。また、これまでに得られた成熟児についての追跡検査データのうち、1988年9月までの延べ184ケース分の分析を行い、その結果を中間報告として「人文研究(大阪市立大学文学部紀要)」に発表した。その概要は以下の通りである。(1)得点変化や発達指数の変化についての具体的資料が得られた。(2)項目別通過率を新版K式発達検査の標準化資料のそれと比較したが、大差はなかった。(3)潜在クラス分析を試みた。結果は、従来の所見と大差なく、6ヶ月前後に発達の節目があることを確認した。(4)今後さらに例数をふやす予定である。また、反復検査の結果を分析するための統計モデルについて検討をすすめ、統計的分析をすすめたい。1.K式発達検査の追跡検査を継続し、全体で延べ307ケ-スの成熟児についてのデ-タを得た。その分析を行い、以下のような成果を得た。(2)生後3ケ月以下の乳児むきの項目について、新たに50%通過年齢を明らかにできた。(3)生後3ケ月以下についての得点ー発達年齢換算表の試算を試みた。(4)潜在クラス分析を試みた。結果は従来の所見と大差なく、6ケ月前後に発達の節目があることを確認した。2.新版K式発達検査に新しく23項目を追加し、1ケ月児を中心に79人分の資料を得た。それを統計的に分析し、3ケ月児以下むきの検査項目を提案した。3.未熟児15人について、6ケ月以上2歳までの発達推移を示し、今後の参考に供した。4.未熟児新生児51人について、その上肢・下肢・頭部・手掌の、出生から8週までの姿勢運動発達について分析し、早産児は正期産児の姿勢状態に近づく方向に変化するが、正期産児とまったく同一にはならず、早産児独自の発達の方向をもっていることが示された。それゆえ、未熟児新生児に特有な発達過程についての調査研究が必要であると考えられる。5.以上の結果を中心に、新版K式発達検査の「財布探し」「了解」の2項目に対する反応についての発達的分析をも加えて、4年間にわたる研究成果を報告書としてまとめた。
天体におけるヘリウム・フラッシュの研究

従来、天体におけるヘリウム・フラッシュは3α反応によって起ると考えられてきたが、我我は密度が十分高い縮退ヘリウム領域においては、【_(14)N】【(e^_,γ)^(14)】C【(α,γ)^(18)】O反応(以下NCO反応という)が3α反応より優勢になり得ることを提唱してきた。その顯著な事例として、先づ降着白色矮星のヘリウム・フラッシュを研究した。初めの質量が0.3【M_(○!・)】である白色矮星が近接連星系をなす相手の星から、年間【10^(-8)】【M_(○!・)】3×【10^(-10)】【M_(○!・)】の物質降着を受ける場合を調べた。【10^(-8)】【M_(○!・)】【yr^(-1)】の場合には【^(14)Ν】【(e^-,γ)^(14)】C反応の直後に【^(14)C】【(α,γ)^(18)】O反応が起り、その結果怱ち温度が急上昇し遂には3α反応に点火してフラッシュ現象に到る。その時の密度は約【10^6】【gcm^(-3)】であり、NCO反応を考えない場合の10分に1の密度で早くもフラッシュに到る。【10^(-9)】【M_(○!・)】【yr^(-1)】以下の小さい降着率の場合には【^(14)Ν】から転化した【^(14)C】がまだ低温のため直ぐにはαを捕獲できず、【^(14)N】が全部【^(14)C】に転換したまま温度密度の上昇を続ける。しばらくして【^(14)C】【(α,γ)^(18)】O反応に到り、ヘリウム・フラッシュへと発展する。この場合でさえフラッシュの起る密度はNCO反応を考えない場合の数分の一で済み、NCO反応がヘリウム・フラッシュを著しく容易にひき起し得ることを示している。このように、比較的低い密度でフラッシュが起ると、星の内部での爆燃波や爆轟波の発生に影響してくる。また、このように早い段階でフラッシュが起ると合成される元素は鉄属ではなくSiやCaなどの中間の質量をもつ元素となる。これは【I】型超新星のスペクトルに見られる元素とよく一致する。次に、この反応を赤色巨星の縮退ヘリウム核に適用してみた。巨星の進化につれて、その中心部が高密度低温の領域を通る場合には、やはりNCO反応が重要な役割を果すことが示された。
低貴金属電極触媒を用いた高効率な高分子形水電解セルの基盤研究

1.電極触媒の合成および物性評価合成したIrOx/連珠状M-SnO2(M=Nb, Ta, Sb)酸素発生触媒のXPSにより、Ir(IV)とIr(0)の割合を明らかにできた。また、見かけの伝導率がM=Nb<Ta<<Sbの順であることを明らかにした。水素発生触媒として、PtFe合金ナノ粒子表面に12原子層の安定化Ptスキンを付けたPtxALーPtFe/Cを合成できた。2.触媒の電気化学活性評価と作用機構解析2.1チャンネルフロー電極セル法で電解液中で測定したIrOx/M-SnO2触媒の80°Cでの酸素発生反応(OER)活性は、触媒の伝導率の序列とは関係しなかった。他方、Nafion電解質膜を用いた単セルでは、触媒の伝導率が大きいほど性能が向上し、IrOx/Sb-SnO2触媒を用いると、従来型セルの1/10の貴金属量で1 A cmー2, 1.61 Vで電解できた。この性能は92%の電圧効率に相当し、目標を達成できた。単セルで触媒伝導率の効果が大きかったのは、約10 μmの触媒層厚さがCFDEの場合の100倍であったためで、オーム損の低減と触媒有効率向上という性能向上指針を明確にできた。2.2 PtxALーPtFe/Cが電解液中、単セル中ともに水素発生触媒として極めて高い質量活性を示すことを初めて明らかにできた。この触媒は、酸素ガスの混入した場合のH2O2生成を抑制し、電解質膜の劣化抑制可能なことを初めて示した。3.小型MEAの作製と電解特性評価PtxALーPtFe/Cカソードと従来の(IrO2+Pt)触媒を用いた小型MEAを調製し、単セルに組み込んで1000時間の連続運転に成功した。開発したPtxALーPtFe/Cカソードはほとんど劣化せず、高い耐久性を実証できた。1. IrOx/Sb-SnO2触媒を用いると、従来型セルの1/10の貴金属量で1 A cmー2, 1.61 Vで電解できた。IrOx/M-SnO2触媒の伝導率が高いほど、単セルでの酸素発生活性が向上することを初めて見出した。触媒層のオーム損の低減と触媒有効率向上という性能向上指針を明確にできた。これらの成果をOpen Access論文に発表できた。2. PtxALーPtFe/Cが電解液中、単セル中ともに水素発生触媒として極めて高い質量活性を示すことを初めて明らかにできた。高いHER活性とH2O2生成抑制はPtスキン/Pt合金で水素原子の吸着エネルギーが減少するためであることをDFT計算で明らかにできた.これらの成果をRoyal SocietyのPhys. Chem. Chem. Phys誌の速報としてOpen Access発表できた。また、特許出願を行った。1.電極触媒の合成および物性評価Nb, Ta, Sb等をドープした連珠状SnO2ならびにTiO2などを火炎法により合成し、物性と微細構造を明確にする。酸素発生用触媒としてIrOxをこれらの酸化物担体にコロイド法により高分散する。その後、MEA触媒層用インク作製時や作動条件での安定向上を目的に種々の条件で熱処理し、触媒粒子の結晶構造、粒径、分散状態を調べる。また、本研究で高い水素発生比活性を示すことを見出したPt-M(M=Fe, Co)合金/C触媒の研究をさらに発展させる。種々の熱処理を行ったPt-M/C触媒ならびに、耐久性を向上させるための数原子層のPtスキン層を制御析出した安定化PtスキンーPt-M/C触媒を合成する。結晶構造、結晶子径、組成と粒径分布を評価する。2.触媒の電気化学的活性評価と作用機構解析2.1強酸性環境での電極触媒のHER固有活性を評価するため、0.1 M HClO4電解液中で水素発生活性を評価する。触媒への水素吸着エネルギーをDFT計算し、活性向上機構を検討する。また、起動停止を模擬した電位変動試験により耐久性を調べる。2.2種々の触媒で水素発生反応中のO2混入によるH2O2生成速度を測定する。そして水素発生活性が高く、H2O2生成率が低い触媒を見出し、その作用機構をDFT計算で解析する。3.小型MEAの作製と電解特性評価高分子電解質膜として在来のナフィオン膜または炭化水素膜を用い、開発した水素発生触媒、酸素発生触媒を用いたMEAを作製する。これまでに整備した計測システムを用いて、水電解の電流ー電位特性と電気化学インピーダンスを測定する。さらに、耐久性試験を行ってH2O2生成抑制の効果を実証する。

2.触媒の電気化学活性評価と作用機構解析2.1チャンネルフロー電極セル法で電解液中で測定したIrOx/M-SnO2触媒の80°Cでの酸素発生反応(OER)活性は、触媒の伝導率の序列とは関係しなかった。他方、Nafion電解質膜を用いた単セルでは、触媒の伝導率が大きいほど性能が向上し、IrOx/Sb-SnO2触媒を用いると、従来型セルの1/10の貴金属量で1 A cmー2, 1.61 Vで電解できた。この性能は92%の電圧効率に相当し、目標を達成できた。単セルで触媒伝導率の効果が大きかったのは、約10 μmの触媒層厚さがCFDEの場合の100倍であったためで、オーム損の低減と触媒有効率向上という性能向上指針を明確にできた。2.2 PtxALーPtFe/Cが電解液中、単セル中ともに水素発生触媒として極めて高い質量活性を示すことを初めて明らかにできた。この触媒は、酸素ガスの混入した場合のH2O2生成を抑制し、電解質膜の劣化抑制可能なことを初めて示した。3.小型MEAの作製と電解特性評価PtxALーPtFe/Cカソードと従来の(IrO2+Pt)触媒を用いた小型MEAを調製し、単セルに組み込んで1000時間の連続運転に成功した。開発したPtxALーPtFe/Cカソードはほとんど劣化せず、高い耐久性を実証できた。1. IrOx/Sb-SnO2触媒を用いると、従来型セルの1/10の貴金属量で1 A cmー2, 1.61 Vで電解できた。IrOx/M-SnO2触媒の伝導率が高いほど、単セルでの酸素発生活性が向上することを初めて見出した。触媒層のオーム損の低減と触媒有効率向上という性能向上指針を明確にできた。これらの成果をOpen Access論文に発表できた。2. PtxALーPtFe/Cが電解液中、単セル中ともに水素発生触媒として極めて高い質量活性を示すことを初めて明らかにできた。高いHER活性とH2O2生成抑制はPtスキン/Pt合金で水素原子の吸着エネルギーが減少するためであることをDFT計算で明らかにできた.これらの成果をRoyal SocietyのPhys. Chem. Chem. Phys誌の速報としてOpen Access発表できた。また、特許出願を行った。1.電極触媒の合成および物性評価連珠状M-SnO2(M=Nb, Ta, Sb)を火炎熱分解法で合成し、コロイド法により粒径約2 nmのIrOxを高分散した酸素発生触媒を合成できた。水素発生触媒として、ナノカプセル法により、粒径23 nmのPtCo合金ナノ粒子をカーボンブラック担体に高分散できた。組成と粒径分布が均一に制御できていることを確認できた。2.触媒の電気化学活性評価と作用機構解析2-1.電極触媒が全て電解質と接触でき、発生気泡の影響を最小化できるように0.1 M HClO4水溶液を層流で流したチャンネルフロー電極(CFE)セルを用い、80°Cで酸素発生反応(OER)活性を測定した。IrOx/Ta-SnO2触媒が1.5 V vs. RHEの電位で15 A mgー1の極めて高いOER質量活性を示すことを見出した。この活性は従来の(IrO2+Pt)微粒子触媒の32倍高い値であり、貴金属量0.1 mg cmー2で1.5 V, 1 A cmー2の性能が達成可能なことを示すことができた。
ミトコンドリア呼吸鎖超複合体による代謝と活性酸素を介する疾患・寿命制御機構の解明

近年、食の欧米化、身体活動量の低下によるエネルギー収支バランスが崩れ、内分泌作用の破綻が原因となり、肥満、糖尿病、脂質異常、動脈硬化などの生活習慣病が増加している。生活習慣病は加齢とともに増加する特徴を有し、骨粗鬆症、サルコペニアなどの加齢性疾患とも密接に関与し、細胞内小器官のミトコンドリアの関わりが注目されているが、これら疾患の病態に生ずる代謝性変化の全貌は明確になっていない。申請者らが同定・単離したCOX7RPは、哺乳類においてミトコンドリアの電子伝達系の超複合体形成促進因子として機能することが判明していることからもメカニズムを明らかにし、寿命・疾患との関係を解明し、臨床応用を目指す。
遺伝子多型解析にもとづく生活習慣要因と大腸がんに関する疫学研究

本研究の目的は、大腸がんの症例対照研究において収集された調査資料とDNA試料を用いて、機能が知られている遺伝子多型の解析をおこない、大腸発がんにおける喫煙、飲酒、肥満、食物栄養などの生活習慣要因の役割を明らかにすることである。大腸がん患者685名と一般住民対照778名を対象として、ニトロソ化合物の代謝活性化酵素であるCYP2E1の機能的遺伝子多型と飲酒、肥満、赤身肉(牛豚肉、ハム・ソーセージ)との相互作用を検討した。解析した遺伝子多型はプロモーター領域のRsaI多型(C-1054T)と96-bp挿入多型である。RsaIの変異型c2アレル(-1054T)では酵素活性が低下しており、一方96-bp挿入アレルは高い酵素活性と関連していることが指摘されている。RsaI c2アレルと関連した直腸がんリスクの高まり並びに96-bp挿入アレルと関連した直腸がんリスクの高まりが観察された。また、96-bp挿入ホモ接合体では結腸がんリスクの2倍の高まりが見られた。2つの多型の組み合わせの検討では、Rsal c2アレルよりも96-bp挿入アレルの影響が重要であることを示す結果が得られた。しかし、飲酒及び赤身肉と関連した大腸がんリスクの高まりは変異型アレルの特定の組み合わせでのみ観察された。飲酒と大腸がんリスクとの関連は、いずれの変異型アレルも持たない者でのみ観察され(傾向性P=0.002)、赤身肉と関連した大腸リスクの高まりはRsaIc2アレルと96-bp挿入アレルを有する者でのみ観察された(傾向性P=0.06)。これらの多型と肥満との交互作用は見られなかった。飲酒、赤身肉の大腸がんリスクの高まりはCYP2E 1を介した機序が考えられる。DNA試料が保管されている大腸がん患者685名と一般住民対照778名を対象として、アルコール脱水素酵素ADH2のArg47His多型およびADH3のIle349Val多型ならびにアルデヒド脱水素酵素ALDH2のGlu487Lys多型について大腸がんリスクとの関連および飲酒との相互作用を検討した。ADH3変異アレルは欧米人では頻度が高いが、アジア人では少ない。一方、ADH2とALDH2の変異アレルはアジア人には多く、これらの遺伝子多型の影響を見る上で本研究はきわめて好都合である。飲酒の影響はいずれの遺伝子多型とも相互作用を示さず、日本酒換算で一日2合以上の飲酒は大腸がんリスクの中等度の高まりと関連していた。ADH2については低活性のArgアレルを有する者で大腸がんリスクの高まりが見られた。この知見は解釈が難しいが、わが国で昨年報告された結果を支持するもので興味深い。ADH3については明らかな関連は見られなかった。ALDH2ホモ変異型(アルデヒド代謝活性欠損型)で統計学的に優位な大腸がんリスクの低下が見られた。これらの結果はアルコールによる大腸発がんには腸内細菌によるアセトアルデヒド産生の関与が大きいと考えられる。さらに、遺伝子多型との相互作用を検討することを念頭において、肥満、運動、食物・栄養要因と大腸がんとの関連を検討した。肥満、運動不足が特に遠位結腸がんおよび直腸がんと強く関連していること、n-3系脂肪酸ならびにカルシウムの高摂取が大腸がんに予防的であることを示す結果が得られた。