hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ガスストリッパーにおける大強度イオンビームのエネルギー散逸と熱負荷抑制法の研究

本年度の研究ではHeストリッパーと真空紫外分光器を繋ぐ差動排気系の増強・コンパクト化のための、新手法として、ガスジェットカーテン法の開発と最適化を進め、手法を確立させた。また、得られた実験データの解析と発表準備を進めた。新しい手法を用いることで、漏れやすく排気の難しいHeガスをカーテン状の窒素ガスジェットで封じると共に、漏れにくく、排気の容易な窒素ガスへと短距離でのガス置換を行うことが可能となる。オフラインでの差動排気系テストベンチシステムが構築され、計算機を用いた流体計算と併せて最適化を進めた。これまでに行われた最適化でこのガスジェットカーテン法を用いて、Heガスの封止能力を10倍に上げる事に成功している。ガスジェットカーテン法を実際に、Heストリッパーの動作圧力である7kPaから、真空紫外光検出器の動作可能な真空領域(10-4 Pa)の接続において適用する事で、差動排気系の大幅なコンパクト化、大口径化を実現することができている。これにより真空紫外光検出器(Csコーティングチャネルトロン)をビーム領域により近付けることが可能となり、シグナル検出効率を30倍程度改善することが可能となる。昨年度までに得られた、Heガスストリッパーにウランビームを通過させて得られた真空紫外光の測定結果、及び相補的に電子放電による真空紫外光の測定の測定を行っておりその解析を進めている。結果の一部は2018年度に行われる国際会議IPAC18で発表する予定である。ストリッパーによるビームの荷電変換は、多くの大強度イオン加速器計画において必須過程で、その到達強度を決める重要な鍵である。近年理研RIビームファクトリーで実現されたHeガスストリッパーは、加速可能強度を上げる突破口となったが、ビームの巨大なエネルギー損失によるガスの昇温と密度減少の効果が更なる大強度化の原理的問題であった。本研究ではウランビーム通過時のHeガスの温度上昇を様々な条件下で観測し、計算との比較からその低い熱効率を示した。また、差動排気系を有する真空紫外光の分光装置の開発を行い、新しいエネルギーパスを探るためにウランビームの発光過程の観測を試みた。新しい差動排気技術も創成された。本年度の目標であった真空紫外光の分光システムの構築が順調に達成された。ウランビーム起因のバックグラウンドは深刻でない事が分かったため、検出器をより標的に近付けて、検出効率の増強を図る。そのために、差動排気系の増強、ガイスラー管発光を用いた入念なオフライン試験を行い、再度ビーム照射試験を行う。結果を論文としてまとめる。テストベンチの移設を完了させ、差動排気系の最適化と開発を進め、秋に実際にウランビームを照射した実験を行う。加速器物理真空紫外分光システムの真空差動排気系の試験と最適化を行い、更にガイスラー管にヘリウムガスを封入し放電させ、その発光を利用して真空紫外分光のオフライン試験を行う。実際にウランビームをヘリウムガスストリッパーに通過させ、真空紫外光の分光及び計数測定を行う。ビーム照射試験の結果、差動排気系の更なる最適化が必要である事が分かり、予定していたヘリウムガス純化系・電場印加用電極の製作行わなかったため。テストベンチ移設に伴い計画に遅れが生じたため。別で購入していた分光器を使用することができたため。
岩石破壊力学の構築とその体系化のための総合的研究

本研究は、全国規模の異なる分野の専門家が一同に会し、共同研究を実施することにより岩石破壊力学の構築とその体系化を行うことを目的としてた総合研究である。破壊靱性試験法の開発に焦点を当てた討論、共同研究により以下の知見を得た。国際岩の力学会(ISRM)の推奨案に準拠したボーリングコア試験による破壊靱性試験法に関する検討を行った。本試験片の応力拡大係数の数値解析を行い、ついで破壊靱性値の試験片寸法効果に着目した検討を実施した。現在のISRM法で評価される破壊靱性値には多種の岩石について寸法効果が現われることを示し、この寸法効果はき裂端のマイクロクラックからなる破壊プロセスゾーン形成に起因しき裂進展抵抗が増大することによるものであることを見い出した。この結果を踏まえ、き裂進展抵抗曲線に基づく有効な破壊靱性の評価法を新しく提案した。また、破壊プロセスゾーン形成を記述する破壊力学的モデルとして引張軟化則を採用しこの適用性に関する検討を行った。異なる寸法の破壊靱性試験片で測定された引張軟化曲線の比較、ならびにこれに基づく数値シミュレーションにより岩石の破壊挙動の評価に引張軟化則を適用することが可能であることを示した。以上の知見を背景に、破壊靱性試験法の標準化を目的として、ウェスタリー花崗岩及び人工岩石としてのコンクリートを対象とした共同実験の実施を、AE法、レーザスペックル法による破壊プロセスゾーンの解析ならびに破壊靱性値に及ぼす組織、構造の影響に関する調査と併せて検討を開始し、既に一部の結果については国際集会等において発表している。現在も実験結果の解析を進めており、本共同研究の成果は、プロセスゾーンモデルに立脚した岩石、コンクリート、セラミック等に共通して用いることのできる新しい破壊靱性試験法として近く提案する予定である。岩石破壊力学は新しい学問である.近年,高温岩体からの熱エネルギー採取,石油,天然ガス,廃棄物の地下備蓄,超電導エネルギーの地下貯蔵など引張応力の場をもつ岩体内の空間の利用が計画されるようになり,その基礎である岩石の破壊力学的研究が急増してきた.岩石は脆性材料であるにも拘らず非線形の破壊挙動を示すなど,岩石特有の性質があり,機械・鋼構造を対象にした従来の破壊力学とは異なった体系を構築しなければならない.岩石ないし人工岩石への破壊力学の適用について,機械工学,資源工学,土木工学,建築学,地震学の各分野から,考え方,問題点ならびに発展の可能性の解説と討論が行われた.このような異種学問分野の第一線の研究者が同じ工俵で,新しい学問の構築について議論できたことは画期的である.とくに,岩石の破壊靭性試験法(ISRM法)と人工岩石(コンクリート)の破壊靭性試験法(RILEM法)の概要と問題点を中心に,マイクロクラックの取扱いと材料試験法のあり方について討論が進められ,これらの成果をふまえながら共同実験の実施計画が立案されている.具体的には,ウエスタリ花崗岩大型ブロックおよびコンクリートブロックを用意し,標準試験片によるラウンドロビン試験を実施し,上記ISRM法とRILEM法の相互比較を行うべく準備が進められている.また, ISRM法に関連して,三次元シェブロンノッチ応力拡大係数の計算プログラムの開発を行った.シェブロンベンドおよびショートロッドの二種類の試験片について境界要素法を応用したプログラムを完成し,従来のISRM法の問題点と改良方法を呈示した.以上は2年継続の初年度の研究実績である.次年度は共同実験を行い,数値シミュレーションと合わせて岩石破壊靭性試験の標準化,さらに岩石破壊力学の具体像をまとめる.本総合研究は、全国規模の異なる分野の専門家が一同に会し、共同研究を実施することにより岩石破壊力学の構築とその体系化を行うことを目的としている。予定通り(63年度2回)会合を開催し、破壊靱性試験法の開発に焦点を当てた討論、共同研究により以下の知見を得た。

国際岩の力学会(ISRM)の推奨案に準拠したボーリングコア試験法による破壊靱性試験法に関する検討を行った。本試験片の応力拡大係数の数値解析を行い、ついで破壊靱性値の試験片寸法効果に着目した検討を実施した。現在のISRM法で評価される破壊靱性値には多種の岩石について寸法効果が現われることを示し、この寸法効果はき裂端のマイクロクラックからなる破壊プロセスゾーン形成に起因しき裂進展抵抗が増大することによるものであることを見い出した。この結果を踏まえ、き裂進展抵抗曲線に基づく有効な破壊靱性の評価法を新しく提案した。また、破壊プロセスゾーン形成を記述する破壊力学的モデルとして引張軟化則を採用しこの適用性に関する検討を行った。異なる寸法の破壊靱性試験片で測定された引張軟化曲線の比較、ならひにこれに基づく数値シミュレーションにより岩石の破壊挙動の評価に引張軟化則を適用することが可能であることを示した。以上の知見を背景に、破壊靱性試験法の標準化を目的とし、ウェスタリー花崗岩及び人工岩石としてのコンクリートを対象とした共同実験の実施を、AE法、レーザスペックル法による破壊プロセスゾーンの解析ならびに破壊靱性値に及ぼす組織、構造の影響に関する調査と併せて検討を開始し、既に一部の結果については国際集会等において発表している。現在も実験結果の解析を進めており、本共同研究の成果は、プロセスゾーンモデルに立脚した岩石、コンクリート、セラミック等に共通して用いることのできる新しい破壊靱性試験法として近く提案し、アドバンストコースの報告書を作成する予定である。
薬剤アレルギー発症からみた免疫における反応系-抑制系の存在と意義

薬剤過敏性症候群(DIHS)の患者3名における経時的な末梢血のフェノタイフの検討から,病初期にはCD25陽性CD4陽性細胞が増加し,その後急速に減少することを見出した。また,この増加のピークと本患者におけるヘルペスウィルスの再活性化の時期はほぼ一致することから,この細胞は薬疹の発症に関与する他に,免疫抑制状態を誘導して潜伏しているヘルペスウィルスの活性化にもかかわっている可能性がある。カルパマゼピンによるDIHS患者2名およびトリベノシドによるDIHS患者1名の末梢血を採取し,薬剤の添加培養および希釈法を用いて,各々8,10,10の計28個の細胞株を樹立した。樹立した細胞株は,しかしながら極めて薬剤刺激による増殖反応が乏しく,刺激指数で1.5-4程度であった。DIHSの患者1名では,浸潤皮膚から大量のリンパ球を採取し得た。皮疹の軽快した約1ヶ月後に患者がら単核細胞を採取し,皮膚由来のリンパ球をCrラベルして標的細胞とし,末梢単核細胞の皮膚浸潤リンパ球に対する細胞障害性を検討した。すると,対照患者であるアトピー性皮膚炎患者,乾癬患者においてはみられぬ皮膚浸潤細胞に対する細胞障害活性を認めた。患者皮膚由来のリンパ球のDNAを抽出して,ヘルペスウィルス群のゲノムの有無をnested PCR法にて検索したが,すべて陰性であった。以上の結果から,通常の薬疹と比べ,DIHSは異なった免疫反応が介在していることが示唆された。カルバマゼピンによるDIHS患者2名およびトリベノシドによるDIHS患者1名の末梢血を採取し,薬剤の添加培養および希釈法を用いて,各々8,10,10の計28個の細胞株を樹立した。他の臨床型の薬疹患者において樹立した薬剤反応性T細胞の薬剤刺激による増殖反応は,5-20程度と高値を示すことから,本症に関与するT細胞は,最初から薬剤刺激に低反応性であることが示唆される。これは,通常の薬疹と比べ,内服開始から発症までの時間経過が長いというDIHSの臨床的特徴を反映している可能性がある。今後,これらの薬剤反応性T細胞の特徴について解析する予定である。DIHSにおけるヘルペスウィルス活性化機構の解明DIHSではヘルペスウィルスの再活性化が生じ,その病態に関与している。Alloの末梢血単核細胞を共培養すると,単球内に潜伏するヘルペスウィルスが再活性化することが知られている。我々は,ある薬剤は,MHCに強固に結合してあたかもalloのMHCと同様に振る舞うために,骨髄移植患者と同様な機序によって単球内に潜伏するヘルペスウィルスを活性化させているのではないかと仮説し,DIHS患者の末梢血単核細胞から多数の単球を調整し,患者またはalloのリンパ球とともに,薬剤添加および無添加で,単球の形態が変化するかどうかを検討した。その結果,患者単球と患者のリンパ球と共に薬剤を添加した場合に,alloで共培養したと同様に単球にcytopathic effectを認めた。薬剤を添加しない場合には,組織球様に分化した。より精度の高い分子生物学的な検討を今後行なう予定である。薬剤を抗原として認識するT細胞の特徴の検討1.金による膿疱性薬疹患者1名およびカルバマゼピンによる薬剤過敏症候群の3名の末梢血から、各薬剤特異性T細胞クローンまたはラインを樹立し、そのフェノタイプ、ケモカインレセプターの発現、産生サイトカンを調べた。2.樹立したT細胞クローン・ラインに発現しているケモカインレセプターは機能的かどうかを確かめるため、TAXSCANによって実際、細胞がケモカインによって反応するのかを確認した。薬疹の患者における抑制機能をもつ細胞群についての検討

1.特に薬剤過敏性症候群の患者3名における経時的な末梢血のフェノタイプの検討から,病初期にはCD25陽性CD4陽性細胞が増加し,その後急速に減少することを見出した。また,この増加のピークと本患者におけるヘルペスウィルスの再活性化の時期はほぼ一致することから,この細胞は薬疹の発症に関与する他に,免疫抑制状態を誘導して潜伏しているヘルペスウィルスの活性化にもかかわっている可能性がある。2.薬剤過敏性症候群の患者1名では,浸潤皮膚から大量のリンパ球を採取し得た。皮疹の軽快した約1ヶ月後に患者から単核細胞を採取し,皮膚由来のリンパ球をCrラベルして標的細胞とし,末梢単核細胞の皮膚浸潤リンパ球に対する細胞障害性を検討した。すると,対照患者であるアトピー性皮膚炎患者,乾癬患者においてはみられぬ皮膚浸潤細胞に対する細胞障害活性を認めた。皮膚浸潤リンパ球に対する細胞障害活性は再活性化したヘルペスウィルスが皮膚浸潤リンパ球に感染しているためである可能性があるため,このリンパ球のDNAを抽出して,ヘルペスウィルス群のゲノムの有無をnested PCR法にて検索したが,すべて陰性であった。この結果より,本患者では,薬疹の発症後に,自己反応性の細胞障害性T細胞が誘導されている可能性が示唆された。
天然放射能を用いた原子力教育用教材の開発

従来より、放射能温泉の温泉水や園芸用の肥料からラドンの娘核種を放射化学的手法を用いて分離し、それを安価な放射線検出器で測定することで、法的規制を受けずに通常の実験室で放射化学をテーマとした学生実験ができることを示してきたが、エネルギー分解能の高い検出器を利用できる機会が限られていたため、十分に定量性・再現性の高い実験方法を確立することは困難であった。しかし、本研究で半導体式検出器を導入したことに伴い、従来開発してきた実験方法の妥当性を定量的に確認することができただけではなく、恵那鉱泉や池田鉱泉の泉水の教材化や、他の天然放射能の教材化についても検討することができた。前者については、注目核種の放射化学的収率こそ低いものの、従来通りの方法で同様の実験が可能であることを示し、後者に関しては、食品中に含まれるカリウム40を用いれば、「放射性同位体を用いた元素の定量」をテーマとした生徒・学生実験が短時間に容易にできることを明らかにした。平成15年度の指導要領の改訂で、高等学校の「化学I」に放射性同位体が登場することを考えると、短時間で完了するこの種の実験は有益であり、今後、高等学校や大学において実践的研究に取りかかれるものと期待される。また、一連の研究に付随して、微分方程式について未習の学習者が放射平衡を理解するための一方法として、表集計ソフト(Microsoft,Excel)を用いた解析方法についても簡単な検討・報告を行った。なお、本研究に関連して8本の論文を発表した。1.ガンマー線測定用半導体検出器の機種選定と発注を行った3.実際の生徒・学生実験で使用する放射線測定器として従来はGM式測定器(秋月電子通商製)を使用してきたが、放射線計測協会より新しく貸し出しが行われている「はるかくんII」を用いることで、どの程度精度の高い実験が可能であるのかを放射能温泉の泉水や湯ノ花を利用した実験を通して確認した。その結果、^<214>Biのようなベータ線を放出する核種を対象とした実験では、「はかるくんII」を用いることで、検出効率は5倍から10倍程度上昇することがわかった。1.昨年度末に納品されたGe半導体式検出器の設置・調整を完了し、これを用いて増富温泉の泉水や三朝温泉の泉水に含まれる放射性核種の同定とそれらの濃度測定を行った。また、放射能温泉以外の実験素材についても探索を続け、その結果、園芸用の肥料(過燐酸石灰)や陶芸用の粘土・釉薬の他にも、園芸用の飾り砂として市販されているものの中に花崗岩等が含まれており、これらを用いることで温泉水などを利用した生徒・学生実験とほぼ同様のものができそうなことがわかった。2.放射能温泉の泉水を空気と共にポリビンに封入し、これを激しく振ることで泉水に溶けていたラドンガスを気相に放出させることができる。このようにして気体になったラドンガスを活性炭に吸着させて集め、活性炭上で生まれたラドンの娘核種から放出されるβ線を、科技庁が無料で貸し出しているβ/γ線検出器「はかるくんII」で測定する実験法を開発するとともに、その最適条件を明らかにした。この実験法では、硝酸や水酸化ナトリウムのような劇薬類を一切使用しないため、対象を実験操作に慣れた高校生や大学生だけではなく、小学生や広く一般にまで広げることができたり、また温泉の湧き出しているフィールドで容易に実験することができる。本年度は、8月に鳥取県の科学の祭典で「三朝温泉の放射能を測定しよう」というテーマで同実験を小学生や一般の人に試行してもらった。1.三朝温泉や増富温泉の泉水を空気とともにポリ製洗瓶に封入し、これを激しく振ることで泉水に溶けていたラドン222を気相中に放出させることができる。

このようにして放出されたラドンガスを活性炭で集め、そこで生まれた娘核種(鉛214、ビスマス214)から放出されるβ線を、β/γ線検出器「はかるくんII」で測定する教育用実験の最適条件を実験に基づいて確認した。得られた最適条件については「化学と教育」誌に投稿した。2.上記の実験や共沈法を用いた既報の実験で、時間の経過とともに注目核種の放射能がどのように変化するかについては、13元の連立常微分方程式を解けば容易に計算することができるが、微分方程式を未学習の非理科系の大学生や一般市民、あるいは高校生のために、微分方程式を使う代わりに表集計ソフトであるMicrosoft Excelを用いる方法を試用・検証し、同方法の有効性を「放射線教育」誌に報告した。3.放射能温泉に含まれる天然放射能以外の放射能として、塩化カリウムやカリウムみょうばんのような身近な試薬や食品中に含まれるカリウム40に着目し、これを利用した教育用実験を開発した。その結果、「はかるくんII」を検出器に用いれば、乾燥昆布や干し椎茸に含まれるカリウムを短時間に、しかも非破壊で精度よく測定できることがわかった。得られた成果については「化学と教育」誌に投稿した。4.3年間の成果のまとめ(成果報告書の作製)を行った。
定量化されたラジカルによるモデル細胞の反応シグナルパス解析

本研究では、大気中または溶液中に存在する胞子、細菌、細胞に対して酸素ラジカルまたは酸化窒素ラジカルを照射し、どれくらいの照射量で、細胞等が活性化、抑制、不活性化するかを定量的に明らかとした。また、胞子や細菌内部の構造変化、ラジカルが照射された溶液中で生成した過酸化水素、次亜塩素酸、亜硝酸・硝酸イオン等の濃度について各種分光法を駆使して定量的に解析することで、細胞等の活性化、不活性化のメカニズムをほぼ解明できた。さらに、培養細胞に関しては、メラノーマ細胞とマウス線維芽細胞を用いて酵素活性を評価することで、選択不活性化されるシグナルパスをほぼ解明できた。従来のように超高真空用チャンバを用いなくてもラジカル源の出口直前での原子状活性種の密度を定量できる活性種照射システムを構築した。構築したシステムにより、今までの我々の研究成果から活性酸素種(ROS)の中で最も殺菌や活性化に関係すると考えられる酸素原子O(3Pj)密度を定量した。このデータに基づき定量化されたラジカル源を用いて、液相中での出芽酵母の活性化や大腸菌の不活性化の効果を検証した。液相中のOHなどの活性種密度をDEMPOなどのトラップ剤を用いて電子スピン共鳴(ESR)装置による測定を試みた。その結果OHが存在し、ラジカル照射時間が長くなるほどESR信号強度が大きくなり、飽和の傾向を持つことが明きらかとなった。一方、OH同士の反応から生成するH2O2の濃度はAmplexRedという試薬を用いて、各種pHの溶液において検量線を立てて定量した。その結果、どのpHの溶液(3ml)においても10分の酸素ラジカル照射(溶液へのO(3Pj)ドーズ量2.4×1018個/cm3)によって生成したH2O2の濃度は1030μMとなることが分かった。またこのH2O2濃度より少し高い50μMの濃度のH2O2水溶液で大腸菌の殺菌実験を行った。ラジカル照射時と同じ10分間処理してもほとんど大腸菌は殺菌されなかった。これらの結果から、H2O2は殺菌の主要因子ではなく、それ以外のOHかHOOなどのラジカルが殺菌に寄与していることが示唆された。昨年度構築した原子状活性種の密度を定量できる活性種照射システムを用いて、定量化された基底状態の酸素原子O(3Pj)をリン酸緩衝生理食塩水(PBS)中の出芽酵母と大腸菌に照射した。その結果、昨年度の滅菌水とは異なり、PBS中では1分間の照射で2桁から6桁以上の殺菌が観察され、大腸菌の殺菌効率が高いことが分かった。O(3Pj)をPBSに照射した溶液の残留塩素を定量したところ、1分間の処理で2.5ppm程度となることが分かった。これは大腸菌を次亜塩素酸で十分殺菌できる濃度であり、O(3Pj)照射したPBS中の大腸菌殺菌においては、次亜塩素酸か塩素酸イオンが主要な殺菌因子であることが明らかとなった。一方、PBS中の出芽酵母においては、30秒程度の照射では、殺菌ではなく10%程度の増殖促進効果があることが確認され、1分間の処理で1桁程度の殺菌効果が観察された。これより、出芽酵母は大腸菌より高い残留塩素耐性があることが確認された。さらに今年度は、窒素と酸素を導入し、NOx系の活性種を発生させ、出芽酵母の増殖促進・殺菌効果を検証した。NOの密度は紫外分光法により定量し、NOが多い条件では5×10^17cm-3程度の密度となることが確認された。このNOが多い条件下で5分間PBS中の出芽酵母に活性種を照射しても、出芽酵母は全く殺菌されないことが分かった。一方、このNOが多い条件下で、活性種を15秒間照射することで、O(3Pj)照射したときと同等またはそれ以上の増殖促進効果があることも確認された。また、出芽酵母以外の培養細胞として胎児マウスの線維芽細胞を用いて同様な実験を行った。その結果、出芽酵母と同様に増殖促進の可能性が示唆された。平成27年度に予定した研究課題はすべて完了したため。本研究では、リン酸緩衝生理食塩水(PBS)と脱イオン蒸留水(DDW)に対して定量化された酸素ラジカルを照射し、各溶液に生成された過酸化水素、次亜塩素酸、亜硝酸・硝酸イオン濃度などを定量し、液中での反応メカニズムを解明した。その結果、酸素ラジカルにより生成されたOHラジカルがPBS中の塩素イオンと反応し、次亜塩素酸を生成されることが判明した。1分間の酸素ラジカル照射で生成された次亜塩素酸により大腸菌は滅菌されるが、酵母は1桁程度の不活性化にとどまり次亜塩素酸に対する耐性が高いことが分かった。さらに30秒程度(酸素原子のドーズ量1×1017cm-3)の短時間照射の場合、酵母は殺菌ではなく20%程度増殖が促進されることが分かった。また、酸化窒素ラジカルを選択的に照射した実験ではNOのドーズ量が1×1019cm-3の時20%程度の増殖促進が見られ、酸素ラジカル照射とは異なりPBS溶液中だけでなくDDW中でも同様な増殖促進が見られることが分かった。これらの結果から増殖促進には次亜塩素酸ではなく他の活性種が寄与している可能性が明らかとなった。

さらに培養細胞である胎児マウスの線維芽細胞に対しても20%以上の増殖促進が見られることが判明し、皮膚細胞の増殖時間を短縮できる可能性を得ることに成功した。また、酸素ラジカル照射した培養液をメラノーマ細胞に作用させ不活性化されるシグナルパスを検証した結果、酸化ストレスによりミトコンドリアの膜電位が下がり、カスパーゼ9と3が活性化されることでアポトーシスが誘導され不活性化されているということが明らかとなった。本研究では、大気中または溶液中に存在する胞子、細菌、細胞に対して酸素ラジカルまたは酸化窒素ラジカルを照射し、どれくらいの照射量で、細胞等が活性化、抑制、不活性化するかを定量的に明らかとした。また、胞子や細菌内部の構造変化、ラジカルが照射された溶液中で生成した過酸化水素、次亜塩素酸、亜硝酸・硝酸イオン等の濃度について各種分光法を駆使して定量的に解析することで、細胞等の活性化、不活性化のメカニズムをほぼ解明できた。さらに、培養細胞に関しては、メラノーマ細胞とマウス線維芽細胞を用いて酵素活性を評価することで、選択不活性化されるシグナルパスをほぼ解明できた。次年度(平成27年度)に予定していた細胞の活性化・不活性化等のROS系ラジカルフラックス・ドーズ量依存性の評価に関して、既に出芽酵母細胞については完了しているため。今後は、昨年度までに定量評価したデータを基に、酸素系ラジカル(ROS)と酸化窒素系ラジカル(RNS)の相乗効果、これらラジカルとUV・VUV光との相乗効果について評価する。放射光との相乗効果については、大気圧プラズマ源と真空紫外窓により真空紫外光源を作成し、ラジカル源と合わせて使用することで相乗効果を評価する。この光源の強度が十分に得られない場合は、UV光源などを合わせて利用することも考えて、実施する。28年度が最終年度であるため、記入しない。プラズマバイオサイエンス今後これら液中でのラジカルの密度をESRなどで定量する手法を確立して液中殺菌での主要因となるラジカルの同定を行い、細胞の活性化・不活性化のシグナルパスの解析とメカニズムの解明を行う。また出芽細胞以外の培養細胞としてiPS細胞を予定していたが、もっと基礎的な評価を行うため、iPS細胞の基の細胞としても使われる線維芽細胞を培養細胞を用いて同様な実験をおこなう。またROS系のラジカルだけでなくRNS系、H系のラジカルについても効果を検証する。急な値引き等により、わずかな差額が生じた。予定していた消耗品の値段が高くなり、予定していた額では購入できなくなったため来年度経費に組み込み執行を予定している。次年度に繰り越し、次年度予算と合算して、予定していた消耗品の購入に使用する計画である。
ドイツにおける教育課程論の史的展開

本研究はドイツの教育課程論史について検討する。ドイツでは、1960年代に西ドイツで起きたカリキュラム運動以来、州や学校において「カリキュラム開発」が盛んに行われた。この流れは現代にわたるまで続いており、親子、学校、経済、国家などの関係者によって州の学習指導要領であるレーアプランや、それに基づいて作成される各学校の学校カリキュラムが比較的自由に開発されてきた。本研究では60年代以後、関係者間の力関係が変転してきたドイツの教育課程研究を検討する。それによって各学校のカリキュラム編成に関して注目が集まり、カリキュラムマネジメントに関して盛んに論じられている日本のカリキュラム研究に示唆を与える。
HIV-1 Rev蛋白によるウイルスmRNAの核外輸送と翻訳調節

HIV-1 Rev蛋白の作用機作として、RREを有する構造遺伝子mRNA(RRE RNA)の核外輸送並びに同mRNAの翻訳を調節する効果を想定し検討した。1.核外輸送調節:(1)Rev活性ドメインに結合する細胞因子がRevによるmRNA核外輸送に果たす役割を知る目的で、これらを吸着・除去するHTLV-1 Rexのミュータントを用いて解析した所、Rev-mRNA複合体が形成されている場合でもこれらの細胞因子が除かれればRRE RNAの核外輸送は生じない事、又この抑制はRev活性化ドメイン結合蛋白と考えられるeIF5Aを補うことによって部分回復をすることを証明した。(2)RRE RNA-Rev-細胞因子複合体の核膜孔通過がRan/GTPaseサイクルにより調節される可能性を検討する目的で、Ranに対するGDP/GTP交換因子であるRCC1の温度感受性変異細胞を用いウイルスmRNAの核外輸送に対する影響を検討した。その結果、Rev依存性mRNAの核膜孔通過にはRan-GTPの存在が必須である事が判明した。以上から、RRE RNAの核外輸送にはRevとの複合体形成に引き続き同蛋白に対するeIF5Aの結合が少なくとも必要であり、又核膜孔通過に当たってはRan/GTPaseサイクルによる調節を受ける事が明らかとなった。2.翻訳調節効果:従来から、Rev(-)細胞細胞質に蛋白発現を伴わぬRRE RNAの存在を認めてきた。このmRNAの存在様式をRev(+)細胞と比較したところ、同RNAの核外輸送初期に一致してRev存在下にのみ核周囲にmRNA凝集塊形成が観察された。この凝集塊には、アクチン、eIF4E並びに対応するウイルス構造蛋白が共存するのに対し、Rev(-)細胞に認められる凝集塊非形成性の細胞質mRNAにはアクチンとの共存は認められなかった。この結果から、RevはRRE RNAを核外に輸送後、細胞骨格上に構成されるsupramolecular complexとしての翻訳機構へこれを誘導する調節効果を有すると考えた。
一酸化窒素合成酵素系の臓器連関における役割に関する基盤的研究

私達は、生体内における一酸化窒素合成酵素(NOSs)系の役割を検討するために、3つのNOSs遺伝子(nNOS, iNOS, eNOS)をすべて欠損させたNOSs系完全欠損マウス(triple n/i/eNOSs-KOマウス)を作製した。本研究では、このマウスを用いて臓器連関の機序を検討し、骨髄由来血管平滑筋前駆細胞に発現するNOSs系が頸動脈結紮後の血管病変形成に抑制的に作用していること、および腎心連関の機序にNOSs系が関与していることを明らかにした。従来、動脈硬化は、血管壁細胞が異常増殖して引き起こされると考えられてきた。しかし、最近、骨髄細胞が血管前駆細胞に分化し動脈硬化を惹起することが示された。骨髄にはすべてのNOSsが発現しているが、「骨髄ー血管連関」におけるNOSs系の役割は不明である。本研究では、この点を、骨髄移植実験および頸動脈結紮モデルにおいて検討した。野生型マウスの骨髄を移植した野生型マウスに比し、NOSs系完全欠損マウスの骨髄を移植した野生型マウスでは、頸動脈結紮後の血管病変形成が著明に増悪した。逆に、NOSs系完全欠損マウスの骨髄を移植したNOSs系完全欠損マウスに比し、野生型マウスの骨髄を移植したNOSs系完全欠損マウスでは、頸動脈結紮後の血管病変形成が著明に軽減した。以上より、骨髄由来血管前駆細胞に発現するNOSs系が血管病変形成において抑制的に作用することが初めて示唆された。創薬に有用な自然発症急性心筋梗塞(AMI)モデルは存在しない。NOSs系完全欠損マウスはAMIを発症するが、残念ながら、発症には約1年と長期間を要し、且つ、死亡したマウスの40%にしかAMIは認められず、創薬研究に有用なモデルでは無い。本研究では、NOSs系完全欠損マウスにおける腎臓亜全摘の効果を検討した。野生型マウスでは、2/3腎臓摘出術(NX)は偽手術(sham-ope)と比較して生存率に影響を与えなかった。しかし、NOSs系完全欠損マウスでは、2/3NXはsham-opeに比して生存率を著明に悪化させ、ほぼすべてのマウスが術後4ヶ月以内に突然死した。死因の病理学的検索では、84.6%のマウスがAMIで死亡していた。この2/3NX NOSs系完全欠損マウスは、創薬に有用な世界初の自然発症AMIモデルである。本研究は、「心腎連関」の機序におけるNOSs系の役割を初めて明らかにした点においても学術的な意義がある。急性心筋梗塞は日本人の主要な死因の一つである。急性心筋梗塞による死亡のほとんどは患者が病院に辿り着く前に生じることから、当該疾患の征圧には発症予防が極めて重要である。しかし、実験に有用な自然発症急性心筋梗塞モデルが全く無いために、その予防薬の研究開発は大きく立ち後れている。我々は、過去に、NO合成酵素(NOSs)完全欠損(triple n/i/eNOSs-/-)マウスが急性心筋梗塞を自然発症することを報告した。しかし、このマウスの急性心筋梗塞の発症には1年もの長期間を要し、創薬研究に有用ではなかった。慢性腎臓病患者は早期に急性心筋梗塞を合併し、基礎研究では腎臓亜全摘動物が慢性腎臓病モデルとして使用されている。これらの背景を踏まえて、本研究では、創薬に有用な自然発症急性心筋梗塞モデルを開発するために、triple NOSs-/-マウスにおける腎臓亜全摘の効果を検討した。野生型マウスおよびtriple NOSs-/-マウスを実験に使用し、2/3腎臓摘出術あるいは偽手術を施行した。野生型マウスでは、2/3腎摘は生存率に影響を与えなかった。しかし、triple NOSs-/-マウスでは、2/3腎摘は生存率を著明に低下させ、ほぼすべてのマウスが術後4ヶ月以内に死亡した。剖検では、84.6%の2/3腎摘triple NOSs-/-マウスが心筋梗塞で死亡していた。責任冠動脈には、血栓、内膜肥厚、外膜線維化などヒト急性心筋梗塞患者の冠動脈に酷似した動脈硬化の所見が認められた。冠危険因子の検索では、血圧値、血漿総コレステロール値、及び空腹時血糖値が有意に増加していた。更に、血中骨髄由来血管平滑筋前駆細胞(動脈硬化促進因子)の有意な増加が認められた。2/3腎摘triple NOSs-/-マウスは、創薬に資する世界初の自然発症急性心筋梗塞モデルである。一酸化窒素合成酵素(NOS)には、神経型(nNOS)・誘導型(iNOS)・内皮型(eNOS)の3種類の異なったNOSアイソフォームが存在する。申請者は、すべてのNOSs遺伝子を欠損させたNOSs完全欠損マウスを創出した。

本研究では、このマウスを用いて、生体の恒常性維持機構におけるNOSs系の役割を、特に臓器連関の観点から解明することを目的とした。骨髄由来血管前駆細胞が、血液中を循環し、血管壁に付着して、血管細胞に分化増殖し、動脈硬化を惹起することが明らかにされている。本研究では、骨髄由来血管前駆細胞の一酸化窒素合成酵素(NOSs)が動脈硬化の成因に重要な役割を果たしているという仮説を検証した。野生型マウスおよびNOSs完全欠損マウスを使用した。骨髄移植1ヶ月後に左側頚動脈を結紮し、2週間後の血管病変形成の程度を評価した。頸動脈結紮後の血管病変形成は、野生型マウスの骨髄を移植した野生型マウスと比較して、NOSs完全欠損マウスの骨髄を移植した野生型マウスで、著明に増悪していた。さらに、結紮頸動脈のNOSs活性も、野生型マウス骨髄移植後の野生型マウスに比して、NOSs完全欠損マウス骨髄移植後の野生型マウスで、著明に低下していた。本研究において、骨髄NOSs欠損が血管病変形成を増悪させることを初めて明らかにした。以上より、骨髄由来血管前駆細胞のNOSsが重要な血管保護的役割を果たしていることが示唆された。血管骨髄連関におけるNOSs系の役割の解明については、骨髄移植実験を施行し、骨髄NOSs欠損が血管病変形成を増悪させることを明らかにした。この結果から、骨髄由来血管前駆細胞のNOSsが重要な血管保護的役割を果たしていることが示唆された。この研究成果は、論文化して、2011年にNitric Oxide誌に発表した。一方、血管骨髄連関におけるNOSs系の役割の解明については、慢性腎臓病モデル(2/3腎臓摘出)の生存率に対する影響を検討したところ、野生型マウスの生存率は、偽手術群と2/3腎摘群で差はなかったが、NOSs完全欠損マウスの生存率は、偽手術群に比して2/3腎摘群で著明な低下を認めた。重要なことに、偽手術群の死因は心筋梗塞が40%であったが、2/3腎摘群の死因は心筋梗塞が84.6%と高率に認められた。これらの結果は、NOSs系が慢性腎臓病の成因に重要な役割を果たしていることを示唆する世界初の知見である。現在、既存の薬物の評価系の確立を目指して研究を行っている。これまでの研究成果は、今年3月の日本循環器学会学術集会において発表した。この研究成果は、論文化して、昨年Nitric Oxide誌に発表した。一方、血管骨髄連関におけるNOSs系の役割の解明については、慢性腎臓病モデル(4/6腎臓摘出)の生存率に対する影響を検討したところ、野生型マウスの生存率は、偽手術群と4/6腎摘群で差はなかったが、NOSs完全欠損マウスの生存率は、偽手術群に比して4/6腎摘群で著明な低下を認めた。重要なことに、偽手術群の死因は心筋梗塞が40%であったが、4/6腎摘群の死因は心筋梗塞が75%と高率に認められた。現在、「心腎連関の機序に、循環血液中の血管前駆細胞が関与している」という我々の仮説を、フローサイトメトリーにおけるSca-1+/c-Kit-/Lin-細胞を解析して検討中である。これまでの研究において、2/3腎摘NOSs完全欠損マウスが世界初の自然発症急性心筋梗塞モデルであることを明らかにした。
ＨＩＶ－１感染症の病態形成におけるマクロファージの意義の解明

マクロファージはエイズの病原体であるHIV-1に感染するが、感染したマクロファージは体内でどのくらい生存するか知られていない。我々はSHIVエイズサルモデルに多剤併用療法を適用して感染マクロファージの半減期を求めた所、半減期の異なる、少なくとも3つの集団が存在することを明らかにした。更に強力な治療によっても抑制できないウイルスは組織中のM2型マクロファージに由来する証拠を得た。この細胞を特異的に傷害できれば本疾患の治癒に貢献できると考えられる。高病原性SHIV KS661感染アカゲザルに接種8週後より抗HIV-1薬を経口投与した。投与により血中ウイルス量は急速な第1相及びそれに続く緩やかな第2相の減衰を示した後、約1000コピー/mlで安定化(第3相)した。末梢血CD4陽性T細胞数は典型的な高病原性SHIV感染サルで見られるのと同様、急性期に圧倒的な減少を呈し、非治療個体では回復しないが、薬剤投与に伴って漸増した。経時的に肺胞洗浄を行い、肺胞マクロファージを調製、階段希釈の後、感受性細胞と共培養しウイルス産生細胞の割合を算定した所、感染後ウイルス産生細胞率は急激に上昇し、治療開始時には約1割の細胞が感染性ウイルスを産生可能であったが、治療開始後ウイルス産生細胞率は急激に減少し、1/1000000細胞以下になった。肺胞洗浄液中のウイルスRNA量は抗ウイルス剤投与により一端検出限界以下に減少したものの、再び上昇し、血中ウイルス量または肺胞マクロファージウイルス産生細胞率の動態とは異なった動態を示した。接種20週後(治療開始12週後)に投薬を中断すると、血中ウイルスRNA量は初感染時のピークと同等のレベルまで上昇した。治療期間中漸減したCD4陽性T細胞は血中ウイルスRNAのリバウンドと同調して急激に減少した。従来、本ウイルスは高い再現性で典型的な高病原性SHIV病態を誘導していたが、本年度実施した感染実験では1/3の動物でのみ期待した病態を作り出す事が出来た。統計学的検定を行うために更に実験を実施する必要がある。24年度に計画したSIV/アカゲザル感染系を用いた実験は依頼した博士研究員が実施せず、行う事が出来なかったが、23年度にSHIV/アカゲザル感染系で観察された予想外の結果を追試した。以前の研究でSIV感染サルに適用したのと同一の抗ウイルス剤を接種8週後からSHIV感染サルに適用した所、SIV感染サルの血中ウイルスRNA量は2相性に減衰し検出限界以下になったが、SHIV感染サルの血中ウイルスRNA量は3相性に減衰し1000コピー/mlのウイルス量で安定化した(23年度)。このウイルスRNA量の安定化は再現性があるか、3頭のサルで検証した所、2頭のサルでは典型的な高病原性SHIV感染を呈さなかったため解析出来なかったが、1頭のサルは典型的な高病原性SHIV感染を起こした。このサルに抗ウイルス剤を適用した所、23年度に観察したのと同じ血中ウイルス減衰を示した、すなわち、3相性の減衰の後、約1000コピー/mlのウイルス量で安定化した。このウイルス量減衰の違いはそもそも高病原性SHIVが適用した抗ウイルス剤に抵抗性であるため起こったのか検証するため、3頭のSHIV感染サルに急性期(接種9及び10日後)から抗ウイルス剤を適用した所、ウイルスRNA量は2相性に減衰し、検出限界以下に抑制された。従って、SHIVはこれら抗ウイルス剤に感受性である事が明らかとなった。高病原性SHIV感染8週後には体内のリンパ球はほぼ完全に枯渇しており、ウイルス感染細胞はマクロファージである事が、以前の研究から予想される。この結果はマクロファージには現行の抗ウイルス剤は効果が無い事を示している可能性があり、基礎生物学的な興味の他にエイズ治療においても重要な知見と考えられる。今年度は5頭のアカゲザルにSHIV KS661株を接種し、マクロファージが主要感染細胞となる感染後期に多剤併用療法を適用し、前年度までに観察された血中ウイルス量の3相性減衰の再現を目指した。3頭の動物ではウイルス感染により血中のリンパ球が枯渇しなかったため、継時的に生検したリンパ節を組織化学的検索したところ、主要感染細胞はリンパ球であり、マクロファージに移行しなかった。残り2頭は血中リンパ球が急性感染期に枯渇し、マクロファージが主要感染細胞となった。うち1頭は急速に病態が進行し、投薬中にエイズ様症状(食欲廃絶と下痢)を起こし安楽殺した。残る1頭で3相性減衰が再現された。

非治療個体および治療開始前(治療介入なし)、治療開始直後及び治療終了時の各動物の組織を組織化学的に解析したところ、治療介入のない状態ではMAC387抗原陽性M1タイプマクロファージおよびCD163抗原陽性M2タイプマクロファージの両方がウイルス感染したが、治療により血中ウイルス量が1000コピー/mlまで減少した第3相ではM2タイプマクロファージのみでウイルスが維持されていた。さらに、治療介入のない感染では細胞周期が静止している細胞に加え、回転しているマクロファージでもウイルス感染が検出されたが、治療後に観察された第三相減衰では細胞周期が静止したマクロファージのみがウイルス感染していた。現在、これらの細胞の特徴に関してさらに組織化学的解析を進めている。26年度が最終年度であるため、記入しない。ウイルス学26年度が最終年度であるため、記入しない。過去のSHIV KS661接種試験の成績から当該ウイルスを本研究計画に用いる事とし、同様に過去の成績に基づいてウイルス接種量も決定したが、実際に接種すると、典型的な高病原性SHIV感染病態を再現した動物が1/3であったため。本年度は確実に高病原性SHIV感染病態を再現するため、接種ウイルス量の増量及び接種サルの選抜を行ったが、やはり1/3のサルでのみ期待した病態が再現された。現在まで、高病原性SHIV病態を再現したサルは2頭作り出す事が出来たが、統計学的検定に必要な最低3頭には未だ足りない。予想していなかった高病原性SHIV病態再現の困難さが遅れの理由である。また、本来計画していたSIV実験は担当者が実験を実施しないと言う事態になった。実験担当者のwork ethicsを事前に正しく評価しなかった点が計画変更の理由となった。次年度は本年度で作り出す事の出来なかった高病原性SHIV病態を更に2頭作り出し、今年度観察された事象が再現性があるか検討する。そのために、1.ウイルス接種量を今年度採用した1×10^4TCID50から1×10^6TCID50に増量する、2.候補サルから採血し、調製したリンパ球に試験管内でウイルスを接種、複製能の良好な個体を接種試験に供する。SIV実験は時間的に実施が難しくなったが、一方で、SHIV実験から予想外の結果が出つつあり、この知見は基礎ウイルスならびに生物学的興味だけでなく、エイズ治療においても意味のあるものと考えられるため、計画を変更し、SHIV感染実験に絞って、確実な結果を出す。具体的には接種サルの選抜をより厳格に行い、リンパ球のウイルス感受性が特別高い個体を実験に供する事とし、確実に望みの病態のサルを作り出せる様にする。また、これらのサルの組織学的検索を通して、各組織のウイルス量、ウイルス感染細胞の詳細な同定を行う。
免疫電子顕微鏡を用いたカマボコの火戻りと構成タンパク質の変化及び物性に関する研究

かまぼこの火戻りの発現機構を解明するために,マダイ及びマエソで作成したで作成した常法かまぼこ(加熱条件:40°C120分→90°C30分の二段加熱)と火戻りかまぼこ(マダイ:60°C20時間→90°C30分の二段加熱,マエソ:60°C120分→90°C30分の二段加熱)を作成した。その物生低下に伴う微細構造を普通電子顕微鏡観察による比較,検討を行うとともに,火戻りに伴うかまぼこ組織における主要構成タンパク質の挙動を検討するために,抗ミオシン,アクチン,α-アクチニン血清を用いた金コロイド法による免疫電子顕微鏡観察を行った。また常法,火戻り両かまぼこのSDS-PAGEとイムノブロッティングも行った。物性値は,常法かまぼこと比較して火戻りかまぼこが,マダイでは押し込み試験で約1/2,引っ張り試験で約1/4,マエソでは押し込み引っ張り両試験において約1/3に低下していた。普通電子顕微鏡観察では,両魚種ともに常法かまぼこは組織が細かく均質な網状構造を呈したが,火戻りは組織構造が不均質で低電子密度の部分が多数認められた。免疫電子顕微鏡観察では,両魚種ともに,常法かまぼこタンパク質の局在を示す金コロイド粒子が雲状構造全体に多数認められたが,火戻りは金粒子の数が減少し,その分布は偏っていた。この傾向は特にミオシンで強く見られた。SDS-PAGEを用いたイムノブロッティングでは,火戻りはミオシンバンドの消失が顕著であったかまぼこの火戻りの発現機構を解明するために,マダイ及びマエソで作成したで作成した常法かまぼこ(加熱条件:40°C120分→90°C30分の二段加熱)と火戻りかまぼこ(マダイ:60°C20時間→90°C30分の二段加熱,マエソ:60°C120分→90°C30分の二段加熱)を作成した。SDS-PAGEを用いたイムノブロッティングでは,火戻りはミオシンバンドの消失が顕著であった免疫電子顕微鏡を用いてカマボコの火戻りと構成タンパク質の変化および物性都の関係を明らかにするために,以下の点から検討を行った。1.カマボコの火戻りを発生させるための条件設定を行い,火戻りモデルを作成し,物性値との関係を検討するために,即殺養殖マダイを用いて火戻りカマボコを作成の条件を検討した。その結果,マダイでは極めて火戻りが起こり難かったが,約60°C,20時間程度の加熱で物性値の低下を認め,通常のカマボコの約50%程度の硬さのカマボコを作成できる条件設定が可能であった。2.即殺養殖マダイからアクチン,ミオシンα-アクチニンなどの各種筋原線維タンパク質の精製と純度の検討を行った。その結果,電気泳動的に単一な各タンパク質を単離できた。3.上記マダイ筋原線維タンパク質をラットに免役して抗体を作成し,その特異性をイムノブロット法で検討した。その結果,作成した抗体は各筋原線維タンパク質と特異的に反応した。4.以上記1で作成した火戻りと通常の両カマボコの光学顕微鏡と電子顕微鏡による微細構造の観察を行った。その結果,光学顕微鏡観察では火戻りカマボコと通常カマボコに明確な形態的違いを認めなかったが,電子顕微鏡による微細構造の観察では,火戻りカマボコは通常のカマボコに比較して電子密度の極めて低い白く抜けた構造が増えていた。免疫電子顕微鏡を用いてカマボコの火戻りと構成タンパク質の変化および物性との関係を明らかにするために,以下の点から検討を行った。1.カマボコの火戻りを発生させるための条件設定を行い,火戻りモデルを作成し,物性値との関係を検討するために,マエソを用いて火戻りカマボコを作成の条件を検討した。その結果,昨年度のマダイでは極めて火戻りが起こり難かったが,マエソでは約60°C,2時間程度の加熱で物性値の低下を認め,通常カマボコの約30%程度の硬さのカマボコを作成できる条件設定が可能であった。2.即殺養殖マダイからアクチン,ミオシン,α-アクチニンなどの各種筋原線維タンパク質に対する特異抗体とマエソ筋原線維構成タンパク質との交差性を検討したところ交差性を示した。3.上記マダイ筋原線維タンパク質に対する各抗体を用いて,マエソ火戻り

カマボコのSDSPAGEとイムノブロットでタンパク質の崩壊を検討したところ,ミオシン,アクチン,α-アクチニンの分解の様相が確認できた。4.以上記1で作成した火戻りと通常の両カマボコの光学顕微鏡と電子顕微鏡による微細構造の観察を行った。その結果,光学顕微鏡観察では火戻りカマボコと通常カマボコに明確な形態的違いを認めなかったが,電子顕微鏡による微細構造の観察では,火戻りカマボコは通常のカマボコに比較して電子密度の極めて低い白く抜けた構造が増えていた。かまぼこの火戻りの発現機構を解明するために,マエソで作成した常法かまぼこ(加熱条件:40°C120分→90°C30分の二段加熱,破断応力約1400g/)と火戻りかまぼこ(加熱条件:60°C120分→90°C30分の二段加熱,破断応力410g/)を作成した。その物性低下に伴う微細構造を普通電子顕微鏡観察による比較,検討を行うとともに,火戻りに伴うかまぼこ組織における主要構成タンパク質の挙動を検討するために,抗ミオシン,アクチン,α-アクチニン血清を用いた金コロイド法による免疫電子顕微鏡観察を行った。また常法,火戻り両かまぼこのSDS-PAGEとイノムブロッティングも行った。物性値は,常法かまぼこと比較して火戻りかまぼこが,押し込み引っ張り両試験において約1/3に低下していた。普通電子顕微鏡観察では,常法かまぼこは組織が細かく均質な網状構造を呈したが,火戻りは組織構造が不均質で低電子密度の部分が多数認められた。免疫電子顕微鏡観察では,常法かまぼこタンパク質の局在を示す金コロイド粒子が雲状構造全体に多数認められたが,火戻りは金粒子の数が減少し,その分布は偏っていた。この傾向は特にミオシンで強く見られた。SDS-PAGEを用いたイムノブロッティングでは,火戻りはミオシンバンドの消失が顕著であった。
フルオロフィリック効果に依拠した反応場構築と活用型反応群の開発

反応場空間の適切な設計は,有機合成化学において各種選択性(立体選択性・位置選択性・官能基選択性等)を制御し向上させる為の重要な手段である。本研究課題では,分子内及び分子間フルオロフィリック効果を分子設計指針とする「反応場の新規空間形成」に取り組み,以下の合成基盤技術開発を行う。課題1フルオラス-スタッキング配座固定による不斉疎水場空間形成と活用型触媒開発課題2フルオラス逆ミセル空間での濃度圧縮効果に基づく反応加速化技術の開発研究期間の最終段階では,両課題の成果を組み合わせた触媒反応系の技術成立性について総括する。
プラズマ還元技術によるGTCC火力発電所のCO2ゼロエミッション化の基礎研究

平成30年度は引き続き前年度の研究を継続し,吸着部と放電部の整合性を確認するなど,不足点の検討を重点的に行った。なお実験は,模擬排ガス(ボンベ標準ガスを混合して作成)で原理と性能を確認した。非熱プラズマを用いたCO2の燃料化技術は,地球温暖化対策の有力な方法であり,RITE(公益財団法人地球環境産業技術研究機構)作成のロードマップにも報告されているが,必要とするプラズマ電力が大きく,実用化のためには革新的なエネルギー効率向上(一桁向上)を要する。本システムの吸着・プラズマ脱着・濃縮・還元のアイデアによりこれをクリアする。本挑戦的研究で最終的に検討する,プラズマクリーンテクノロジによるGTCC発電所のCO2ゼロエミッションシステムの完成形について検討した。システムは1700°CクラスGTCC火力発電所,H2供給源,2個の触媒併用プラズマリアクタ,脱硝SCR触媒,CO2還元人工光合成光触媒,CO2吸収濃縮装置を備えている。発電所で発電したエネルギーの一部でプラズマリアクタを駆動し,排ガスボイラからの排ガス中のCO2をプラズマ還元し,燃料化してガスタービンの燃料とする。一方,水素供給装置と大気中の窒素から,もう一つのプラズマリアクタBによりルテニウム触媒等を併用してアンモニア(NH3)を形成し,脱硝SCR(選択触媒還元法)の上流に吹き込むことにより,燃焼排ガス中のNOxを還元して無害化する。以上により,煙突から大気に放出される排ガスは,CO2,NOxが極限まで低減されたスーパークリーンな排ガスとなる。実験室での要素実験により本システムの成立可能性を検討することができた。実験項目は,(1)システム設計試作,(2)プラズマ部設計試作と最適化,(3)実験実施(吸着・脱着と還元),(4)結果の解析とまとめ(GTCC火力発電所のCO2ゼロエミッション化検討),の4つであるが,(1)(4)は今年度はひととおりの試験,解析を実施することができた。不足分を来年度も十分に行っていき,成果の公表にもさらに力を入れる。(3)の実験に関しては,装置の改良に時間がかかったが,2018年度中に繰り返し実験を実施することができた。実験を継続し,装置の改良を実施し,来年度にさらに高い性能が実証でき,実験を完遂できるような研究計画を作成していく。当該システムにより,脱着時のガスに希ガスを混合してシステムの性能向上を図る実験を完了する。またCO2をプラズマにより原子状Cに還元できたかどうかについては,結果の十分な検証を行う。すなわち,研究目的をより精緻に達成するための更なる実験を行う。CO2還元で形成される微粒子,副生成物の計測を十分に行い,反応機構の解明を引き続き行いたい。また論文投稿,学会参加発表も推進する方策である。平成29年度は以下の内容と計画で研究を実施した。本システムは,一旦CO2を吸着させ,プラズマ脱着させながら低流量でプラズマ処理すれば,低濃度CO2をプラズマリアクタで直接処理する場合よりも,遙かに高い処理効率およびエネルギー効率が得られるという化学の基礎原理に基づいている。本研究はチャレンジ性に富む意義深い挑戦的研究であることを確認した。システム設計試作:試作するシステムは吸着塔とプラズマリアクタから構成される,初めに設定したCO2流量,濃度に対して,CO2をほぼ100%吸収できる,吸着流路の寸法(長さ,直径,吸着層の高さ)を,従来の実験結果と新規実験で決定した。プラズマ部設計試作:その後,プラズマをガスを循環させながら印加する場合にCO2を100%還元できる,リアクタの仕様(放電領域の高さ,循環時間,電圧,電力など)を同様に決定した。実験実施:実験段階で特に問題となるのは,100%近いCO2が吸着できるかという点と,CO2循環により高効率のCO(あるいは原子状C)への還元が可能かという点である。本研究により,この二点を検証した。結果として,100%近いCO2を吸着できること,並びにCO2をCOに高効率還元できることは確認したが,原子状Cに還元できたかどうかは未確認に終わった。結果の解析とまとめ:米国ミシガン大学のSpencerらの研究では,希薄アルゴンプラズマで排ガスの循環をしない場合に90%近いCO2のCOへの変換が確認されている。また処理エネルギー効率は3%が最高であったが,我々の実験では14%を記録した。今後は,大気圧空気プラズマでCO2ゼロエミッションの目標に向けて,システム全体としての連続運転を繰り返し行い,吸着部と放電部の整合性を確認することとする。なお研究の進捗チェックとして,ほぼ毎週の打ち合わせ,1ヶ月に一回の進捗確認会議を開催した。研究項目は,(1)システム設計試作,(2)プラズマ部設計試作と最適化,(3)実験実施(吸着・脱着と還元),(4)結果の解析とまとめ(GTCC火力発電所のCO2ゼロエミッション化検討),の4つであるが,(1)(4)は今年度はひととおりの試験,解析を実施することができた。当初の計画通り,不足分を来年度も十分に行っていき,成果の公表にもさらに力を入れる。(3)の実験に関しては,装置の改良に時間がかかったが,今年度中に一通りの実験を実施し終えた段階である。実験を継続し,装置の改良を実施し,来年度にさらに高い性能が実証でき,実験を完遂できるような研究計画を作成中していく。