hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ロータス形状ポーラス金属の応用開発

4.従来は水素を用いて金属をポーラス化する方法がとられていたが,我々は爆発性のない安全な窒素雰囲気でポーラス鉄およびニッケルを作製することに世界で初めて成功した.できたポーラス鉄は窒素による固溶強化により優れた強度を有することを見出した.本研究では,25気圧までの水素,窒素あるいはそれらとアルゴンとの混合ガス雰囲気下で金属を溶解しそれを一方向凝固させることによって気泡(ポア)に直接的な方向性をもたせたロータス(レンコン)型ポーラス金属を作製した.これまでに作製した主なものは,銅,銅-アルミニウム合金,黄銅,鉄,鉄-クロム合金,ステンレス鋼,ニッケル,ニッケル基超合金,マグネシウム,アルミニウム,アルミニウム合金,チタンなどである.このうち平成13年度の研究でポーラス化に成功した金属は黄銅,鉄-クロム合金,ステンレス鋼,ニッケル基超合金,マグネシウム,チタンである.さらに,これらのロータス材料のポアサイズは溶融金属の凝固速度に大きく依存すること,ポロシティは水素あるいは窒素のガス圧力ばかりではなく,不活性ガスであるアルゴンの影響も大きいことを明らかにした.また,デンドライト組織はポアの成長に大きく影響しポア形状を変化させることを明らかにした.水素を用いて作製したポーラスマグネシウムは比重が1以下の水に浮く超軽量材料として注目される.ポーラスチタンを作製することにも成功した.作製された金属合金の引張り,圧縮,曲げ,疲労などの強度試験を行ない,それらの性質はポアの方向に強く依存することを初めて明らかにした.また,有限要素法を用いて強度特性のシミュレーションも行った.さらに、内部摩擦,弾性定数,熱膨張係数,熱伝導度,電気伝導度,ヤング率を測定しデータベースを充実させた.これらの材料を用いて,フィルター,静圧軸受けの試作品を作製し,性能試験を行なった結果,ポーラス金属を用いることの有用性が確認できた.熱交換器の基礎実験を行ない,従来製品よりはるかに優れた性能を有することを実証し,製品化の実現性が高くなった.ポーラスインプラントを動物に埋入し,動物実験を行なった結果,ポア内に骨細胞および繊維芽細胞の侵入が認められた.つまり,ポーラスチタン,ステンレス鋼が人工歯根,人工骨に使用できる見通しを付けることができた.さらに,平成14年4月ロータス形状ポーラス銅を用いたゴルフパター製品が株式会社リョービから発売されることになった.以上のように,最終年度で,当初の応用開発の目的を達成でき,一部は当初の目標になかった製品化をも実現した.
葉層構造をめぐる大域解析の研究

主要な研究テーマとして取り上げているのは多様体の幾何学的構造のうち葉層構造,シンプレクティック構造,接触構造,スピン構造,ツゥイスター空間およびそれらに付随する不変量の研究である。研究代表者は従来続けてきた葉層構造の特性類の研究の成果として,これらの特性類が多様体の微分同相群のリーマン計量の空間あるいは接続の空間への作用と密接にかかわりあっていることを認識して投稿中の論文(Characteristic classes of foliatrions and the group cocycles of Diff F)においてそれをまとめた.その結果,多様体の微分同相群の抽象群としてのコホモロジーを表すコサイクルが,かなり具体的に記述されることとなった.これらは古典的なサーストンやボットの結果の拡張でもあるが,上に述べたようにそれらが無限次元の空間への群の作用という幾何学的な内容と結びついているところに特徴がある.一方,研究分担者は掲載予定の論文(Spin^q structures)において概四元数多様体に適したスピン構造の変形物,Spin^q構造(q=quaternionic)を導入した.よく知られたSpin^cがSpin群をU(1)でねじったものであるのに対して,Spin^qはSpin群をSp(1)でねじったものである.Spin^q群の表現,概四元数構造の導く標準的Spin^q構造,Spin^qベクトル束,Dirac作用素,その指数,等,を論じている.さらに,投稿中の論文(Spin^q,twistor and Spin^c)では,Spin^q構造の導くツゥイスター空間を導入し,その空間が自然なSpin^c構造を持つことが示されている.さらにDirac作用素たちの指数の関係,エータ不変量の断熱極限,等を論じている.本課題の遂行にあたり,代表者と分担者は機会をもうけて共通のテーマに関して議論し意見の交換を行った.主要な研究テーマとして取り上げているのは多様体の幾何学的構造のうち葉層構造,シンプレクティック構造,接触構造,スピン構造,ツゥイスター空間およびそれらに付随する不変量の研究である。研究代表者は従来続けてきた葉層構造の特性類の研究の成果として,これらの特性類が多様体の微分同相群のリーマン計量の空間あるいは接続の空間への作用と密接にかかわりあっていることを認識して投稿中の論文(Characteristic classes of foliatrions and the group cocycles of Diff F)においてそれをまとめた.その結果,多様体の微分同相群の抽象群としてのコホモロジーを表すコサイクルが,かなり具体的に記述されることとなった.これらは古典的なサーストンやボットの結果の拡張でもあるが,上に述べたようにそれらが無限次元の空間への群の作用という幾何学的な内容と結びついているところに特徴がある.一方,研究分担者は掲載予定の論文(Spin^q structures)において概四元数多様体に適したスピン構造の変形物,Spin^q構造(q=quaternionic)を導入した.よく知られたSpin^cがSpin群をU(1)でねじったものであるのに対して,Spin^qはSpin群をSp(1)でねじったものである.Spin^q群の表現,概四元数構造の導く標準的Spin^q構造,Spin^qベクトル束,Dirac作用素,その指数,等,を論じている.さらに,投稿中の論文(Spin^q,twistor and Spin^c)では,Spin^q構造の導くツゥイスター空間を導入し,その空間が自然なSpin^c構造を持つことが示されている.さらにDirac作用素たちの指数の関係,エータ不変量の断熱極限,等を論じている.本課題の遂行にあたり,代表者と分担者は機会をもうけて共通のテーマに関して議論し意見の交換を行った.
超高速レーザー開発ならびに、それを用いた光の高次高調波発生とアト秒分光への応用

昨年度までの研究により開発した、CEP制御TW級OPCPAシステム(7fs、2mJ、1kHz)の出力光を希ガス(Ar)セルに集光することで、出力スペクトルの更なる広帯域化を実現した。スペクトル拡がりが主に短波長側で起きていることから、イオン化に伴う自由電子の生成による自己位相変調効果が主に寄与していると推測できる。また、希ガスセルのスループットが、希ガスのありなしで変化しなかったことから、自己収束効果やプラズマ生成によるビームの発散効果は小さく、スペクトル拡がりのみが実現されていることが分かった。このスペクトルブロードニング法は、従来のホローコアファイバーを用いた方法と比較して、エネルギースケーラビリティがある点、そして希薄な希ガスを用いているのでその後の再圧縮が容易な点等、これまでにない特性を備えている。第二高調波自己参照法(SHG-FROG)によりパルスを評価し、チャープ鏡、ウェッジガラス対を用いてパルスの最適化を行うことで、3.8fsのパルス幅を得た。開発したOPCPAを用いたレーザーシステム(CEP安定化、1kHz、2.7mJ、5.5fs、750nm)を用いて水の窓領域の高次高調波発生の実験ならびに世界最短波長での高調波のCEP依存性の観測を行った。X線分光器並びに各種フィルターにより、水の窓の入り口である280eVにおいて、高調波が発生していることを確認した。高調波は少なくとも300eV程度までスペクトル成分が存在することが分かった。ただしCEPの効果はこのスペクトル領域では観測することは難しく、高調波強度の強い軟X線領域(180eV,7nm近傍)でのCEP観測を行った。この領域であっても、現在CEP依存性が検証されている極端紫外域(13nm近傍)よりはるかに高エネルギー側であり、高調波のCEP依存性が確認することが出来る世界最短波長となる。高調波はCEP依存を示しており、CEPを保存、並びにコントロールしながら、高調波発生の実験を行うことが出来ることを確かめた。これと、改良した4fsレーザーにより、この波長域での孤立アト秒パルス発生が可能となる。高次高調波発生ならびにアト秒分光へのキーポイントとなるOPCPAの開発に携わり、かつ分光に必要な装置の設計ならびに立ち上げを行った。パラメトリック増幅器の開発については、去年度の6.4フェムト秒、1.7mJから、励起レーザーの改良を行い、新たにパルス幅5.5フェムト秒、パルスエネルギー2.5mJ、繰返し周期1kHzを達成するにいたっている。これはアト秒分光のために必要なスペックを満たしておりレーザー開発は完成した。また既存のチタンサファイアレーザーを用いて、軟x線領域の非線形光学ならびに2色電場の水の窓領域の高次高調波の発生実験を行った。これはOPCPA開発終了時の水の窓領域での高次高調波発生並びに、実用的な光源を得るために必要となるものであり、そのための準備研究である。2色電場の実験は20フェムト秒800nmの光と、30フェムト秒、400nmの光を位相ロックして、高次高調波の実験を行った。現在のところまで世界で最短波長である2色電場下の6.5nmでの増大効果を観測した。並びに、位相ロックした2波長電場を用いることによって、現在のところ理論的には予測されていた高次高調波のカットオフの延長(Upper Branchからの高次高調波への寄与)を観測するにいたっている。この結果を踏まえて、Physical ReviewAに投稿予定である。今年度のアト秒分光のための水の窓領域での高調波発生系、高調波の反射系、並びに測定系を設計し、既存のチタンサファイアレーザーにてテスト中であり、今年度中に行う予定であるOPCPAを用いたアト秒分光に使用予定である。今年度は目標である、パルス幅5fs台で出力2.5Wを達成した。これは励起光の波長を900nmにすることによって可能になった。これはOPCPAシステムを用いた世界最短パルスであり、かつkHzの繰り返しでは世界最高平均出力である。また産総研グループとの共同研究により、システム全体のCarrier-envelope phase(CEP)の制御を行った。上記のパラメトリック増幅されたレーザーパルスを使った2色励起による高調波発生のための準備研究を既存のチタンサファイアレーザーを用いて行った。水の窓といわれる領域までの観測を可能にするための測定装置を使って実証実験をした。高強度超高速赤外レーザーパルスとその2倍波をとることによって、2色レーザーパルス発生に応用することが可能である。これにより、2倍波による効率の良いイオン化と、イオン化した電子を波長の長い赤外光で加速し、より効率の良い、より高い次数までの高次高調波発生が可能になると思われる。最終的には水の窓領域のx線発生並びにアト秒パルス発生を目指すためである。既存のチタンサファイアレーザーを用いて、軟x線領域の2色電場の水の窓領域の高次高調波の発生実験を行い、後述の論文の結果となった。これにより、数サイクルより少し長いパルスにおいても孤立アト秒パルス発生が見込まれる。

現在はOPCPAを用いた高次高調波発生によって水の窓領域のコヒーレント光発生ならびにそのCEP依存性などの観測を行うと同時に、より短パルスの高強度レーザー発生のために、希ガスによるスペクトル広帯域化ならびに圧縮化を行っている。昨年度までの研究により開発した、CEP制御TW級OPCPAシステム(7fs、2mJ、1kHz)の出力光を希ガス(Ar)セルに集光することで、出力スペクトルの更なる広帯域化を実現した。スペクトル拡がりが主に短波長側で起きていることから、イオン化に伴う自由電子の生成による自己位相変調効果が主に寄与していると推測できる。また、希ガスセルのスループットが、希ガスのありなしで変化しなかったことから、自己収束効果やプラズマ生成によるビームの発散効果は小さく、スペクトル拡がりのみが実現されていることが分かった。このスペクトルブロードニング法は、従来のホローコアファイバーを用いた方法と比較して、エネルギースケーラビリティがある点、そして希薄な希ガスを用いているのでその後の再圧縮が容易な点等、これまでにない特性を備えている。第二高調波自己参照法(SHG-FROG)によりパルスを評価し、チャープ鏡、ウェッジガラス対を用いてパルスの最適化を行うことで、3.8fsのパルス幅を得た。開発したOPCPAを用いたレーザーシステム(CEP安定化、1kHz、2.7mJ、5.5fs、750nm)を用いて水の窓領域の高次高調波発生の実験ならびに世界最短波長での高調波のCEP依存性の観測を行った。X線分光器並びに各種フィルターにより、水の窓の入り口である280eVにおいて、高調波が発生していることを確認した。高調波は少なくとも300eV程度までスペクトル成分が存在することが分かった。ただしCEPの効果はこのスペクトル領域では観測することは難しく、高調波強度の強い軟X線領域(180eV,7nm近傍)でのCEP観測を行った。この領域であっても、現在CEP依存性が検証されている極端紫外域(13nm近傍)よりはるかに高エネルギー側であり、高調波のCEP依存性が確認することが出来る世界最短波長となる。高調波はCEP依存を示しており、CEPを保存、並びにコントロールしながら、高調波発生の実験を行うことが出来ることを確かめた。これと、改良した4fsレーザーにより、この波長域での孤立アト秒パルス発生が可能となる。
CD44を標的とした尿路上皮癌に対する新規治療戦略の確立

上部尿路上皮癌に対し手術が行われた症例の検体を対象としCD44vの免疫染色を行った結果、CD44v陽性が独立した術後の予後因子であった。CD44vの発現を有する尿路上皮癌細胞株T24は糖尿病治療薬メトホルミン投与に伴うcell viabilityの有意な減少を認めた。メトホルミンとCDDPの併用によるT24に対する殺細胞効果は単剤と比較し、有意に大きかった。フローサイトメトリーにおいてCD44v陽性細胞の割合がメトホルミン併用に伴い低下した。T24皮下腫瘍モデルを用いてメトホルミン、CDDPとそれらの併用による抗腫瘍効果を確認した結果、腫瘍径が併用群では有意な腫瘍増大の抑制を認めた。ヒト膀胱癌細胞株T24とHT1376における癌幹細胞細胞表面マーカーCD44のStandard form(CD44s), Variant form(CD44v)について発現をWestern Blot法およびフローサイトメトリーにより確認。T24においてCD44s、CD44vの発現し、HT1376において発現がないことを確認した。Metformin投与によりCD44v陽性膀胱癌細胞株T24においてDose dependな殺細胞効果を認めたのに対し、CD44v陰性膀胱癌細胞株HT1376においては優位な殺細胞効果を認めなかった。Metformin投与によりCD44v陽性細胞の減少をWestern Blot法およびフローサイトメトリーにより確認。さらにCDDP投与にてCD44v発現細胞の増加、Metforminの併用にてCD44v発現細胞の増加の減弱を認めた。尿路上皮癌における化学療法はシスプラチン(CDDP)を中心としたとした多剤併用療法が施行さるが、その効果は一時的であり、その後CDDP抵抗性となり進行する症例が多い。今回、我々は治療抵抗性の獲得に関与する新たな癌幹細胞マーカーとして報告があるCD44のバリアントアイソソーム(CD44v)に着目し、尿路上皮癌に対する治療戦略について研究を行った。浸潤性膀胱癌および筋層浸潤性上部尿路上皮癌に対し手術治療が行われた182例を対象としCD44vの免疫染色を行い、予後との関連について検討した。123例の症例でCD44vの発現を認め、多変量解析の結果、浸潤性尿路上皮癌患者においてリンパ節転移およびCD44v陽性が独立した術後の予後因子であった。CD44v機能解析をヒト尿路上皮癌細胞株T24および当教室で樹立したCDDP耐性株(T24PR)を用いて行った結果、CDDP耐性株であるT24PRでCD44v発現の亢進が認めた。また近年、尿路上皮癌も含めた様々な癌種において糖尿病治療薬メトホルミンの予後改善効果について報告がなされ、乳癌においては癌幹細胞(CD44+/CD24-)に対し、メトホルミンがより強い抗腫瘍効果を示すことが報告された。CD44vを発現する尿路上皮癌細胞を標的とした治療戦略を計画する上で、メトホルミンを用いて、その抗腫瘍効果について検討を行った。CD44vの発現を有するT24はメトホルミン投与に伴うcell viabilityの有意な減少を認めた一方、CD44vの発現を有さないHT1376では有意な殺細胞効果は認めなかった。メトホルミンとCDDPの併用によるT24に対する殺細胞効果はメトホルミンおよびCDDP単剤と比較し、有意に大きかった。フローサイトメトリーにおいてシスプラチン投与に伴い上昇したCD44v陽性細胞の割合がメトホルミン併用に伴い低下した。T24皮下腫瘍モデルを用いてメトホルミン、CDDPとそれらの併用による抗腫瘍効果を確認した結果、day30での腫瘍径が併用群では有意な腫瘍増大の抑制を認めた。尿路上皮癌皮下腫瘍モデルを用いたMetforminの抗腫瘍効果の確認できておらず、論文作成には至っていない。ヒト膀胱癌細胞株T24を用いてMetforminの抗腫瘍効果を確認。皮下腫瘍モデルを下記の通り4群に分ける。1)コントロール、2) Metformin投与群、3) CDDP投与群、4) Metformin+CDDP併用投与群。4群間での腫瘍増大速度を比較し、Metforminの抗腫瘍効果、CDDP併用時の相乗効果について評価する。皮下腫瘍を摘出し、パラフィン包理し4μmの切片を作成し、免疫染色およびWesttern Blot法にてCD44v変化について確認する。
銅蛋白質フォールディング過程における配位子および分子シャペロンの役割

本研究は,蛋白質工学の手法を用いて、典型的なタイプI銅蛋白質であるプラストシアニンのアッセンブリー過程における銅イオンの活性部位への取り込みに関する知見を得ようとするものである。本年度の研究により、1)プレカーサープラストシアニンのシグナルペプチドの一部を切断した中間サイズのプラストシアニンを大腸菌で発現させたところ、ペリプラズム空間に輸送され成熟型プラストシアニンにプロセスされた。2)培養液中に銅イオンが存在すると銅イオンが結合し、正しくアッセンブリーしたホロ蛋白質が生じた。3)銅イオンが欠乏した培養液中では、アポ蛋白質としてフォールディングした。4)プラストシアニンの銅配位子NetをCln等に改変したmutantを発現させたところ、銅イオン存在下においても銅イオンが取り込まれず、アポ蛋白質としてフォールディングすることが明かになった。一方,分子シャペロン(DnaK)遺伝子を耐塩性ラン藻から初めて単離した。プレカーサープラストシアニンと分子シャペロン(DnaK)を大腸菌で共発現させたところ、プレカーサー蛋白質が可溶化されることが明かになった。現在、尿素で変性したプラストシアニンのフォールディング過程における金属イオンの取り込みに対する配位子、分子シャペロン、シグナルペプチドの役割について検討を進めている。
唐辛子カプサイシンの口腔感覚受容機構の解明

感覚器としての口腔組織に着目し、口腔粘膜において、唐辛子の主成分で脂溶性の刺激物質であるカプサイシンが、口腔内でどのように受容されているかを明らかにすることを目的として、カプサイシン受容体として単離されたVanilloid receptor 1 (VR1,)の口腔内での発現をmRNAレベルおよびタンパクレベルで検索した。実験には68週齢の雄性ラットを用い、VR1特異的抗体を用いて免疫組織化学あるいは免疫細胞化学的に染色を施した。その結果、VR1陽性の神経線維が舌乳頭に密に認められた。神経ペプチドのcalcitonin gene-related peptideやsubstance Pとの二重染色によりVR1神経の一部がこれらのペプチドを含有していた。電子顕微鏡での観察で、これらの神経線維はAδ線維あるいはC線維であることから、侵害受容に関わる神経であることが示された。免疫反応産物は細胞膜上や細胞膜に近接した小胞内に局在していた。VR1陽性の神経が、舌味蕾周囲あるいは味蕾内を味孔へむかって進入していたことから、VR1陽性神経あるいは上皮細胞が口腔内の環境を感受するに適した位置にあることが明らかとなった。このことはVR1が口蓋や歯肉において局在していることからも支持された。さらに、この受容体が細胞膜上に発現していたことから、機能的な受容体として発現していることが考えられる。感覚器としての口腔組織に着目し、口腔粘膜において、唐辛子の主成分で脂溶性の刺激物質であるカプサイシンが、口腔内でどのように受容されているかを明らかにすることを目的として、カプサイシン受容体として単離されたVanilloid receptor 1(VR1)の口腔内での発現をmRNAレベルおよびタンパクレベルで検索している。実験には68週齢の雄性ラツトを用い、VR1特異的抗体を用いて免疫組織化学あるいは免疫細胞化学的に染色を施した。神経軸索に免疫反応産物がみとめられ、軸索膜、小胞に局在していた。さらに、舌背や口蓋の口腔粘膜上皮細胞にも陽性反応が認められた。カプサイシン特異的受容体VR1は侵害受容に関わっているとともに、唐辛子を食べた時にとひりひりと感じる、辛味に関与している可能性も示唆される。今後さらに、カプサイシン刺激によるシグナル伝達の変化についても検索していく予定である。唐辛子の主成分で脂溶性の刺激物質であるカプサイシンは食べるとひりひりした熱感、唾液の分泌や発汗などを引き起こすことは良く知られている。1997年に単離されたカプサイシンの受容体は非特異的イオンチャネルで、カプサイシン、熱、酸でチャネルが開き、ニューロンを活性化させることが知られてきた。そこでカプサイシンが、口腔内でどのように受容されているかを明らかにすることを目的として、侵害受容ニューロンにおいて、痛み伝達にかかわるシグナル伝達分子として注目されている、MAPキナーゼの活性化がカプサイシン刺激により、変化するのかを調べた。実験には68週齢の雄性ラットを用い、カプサイシンの刺激を行った。その後VR1特異的抗体あるいはリン酸化特異的MAPキナーゼの抗体を用いて免疫組織化学あるいは免疫細胞化学的に染色を施した。

その結果カプサイシンの刺激をした動物では、溶媒で刺激した動物に比べて、リン酸化MAPキナーゼ陽性の神経が増えていた。特に舌の味蕾あるいは味蕾上皮下の神経叢において密に分布していることがわかった。さらに、二重あるいは三重染色により、一部は神経ペプチドとの共存あるいはレクチンIB4との共存が認められた。カプサイシンによる刺激により侵害受容ニューロンの一部が関与していること、さらにそれに加えて、味覚に関与していると考えられる味神経にもMAPキナーゼの活性化が認められた。このことから、唐辛子を食べた時にひりひりと感じる、辛味には三叉神経あるいはそれ以外の神経成分の関与している可能性も推察される。
アルコール依存症とその関連脳症における活性化ミクログリアの画像化

アルコール依存症の患者群、およびアルコール関連脳症であり栄養障害から持続的な記憶障害を引き起こすウェルニッケ・コルサコフ症候群の患者群、正常群において、脳における炎症の指標となる活性化ミクログリアの増殖について陽電子断層像(PET)を用いて画像化を行い、比較・分析した。WKS患者では正常群よりも有意に活性化ミクログリアの増加がみられ、その範囲は知られている病理学的変化の部位よりも広範であり、断酒後も持続的な神経炎症が起きていると考えられた。本研究の目的は,活性型ミクログリアの画像化を通じて,アルコールの神経毒性とチアミン欠乏による中枢神経への影響を区別し明らかにし,臨床診断,治療等への応用を検討している。平成19年度は,ウェルニッケ・コルサコフ症(以下WKS)患者,アルコール依存症(以下ア症)患者,正常対照者各5名を研究の被験者として撮像を行った。PETリガンド[^<11>C](R)-PK11195およびFDGを用いて,それぞれ脳内活性化ミクログリアと糖代謝の画像化を行った。得られた画像につき,各群間で統計解析を行い,各群の活性化ミクログリアおよび糖代謝変化の局所分布の差異を検討した。WKS群では,チアミン欠乏に対し特に脆弱性を有する部位(中脳・視床など脳室周囲)を中心にミクログリアの活性化が観察されると予想し,実際に正常対照群との比較で有意なミクログリアの活性化を認めたが,範囲に関しては中脳,間脳の脳室周囲に限定されず,白質を中心に広く分布していた。ただし,ア症群との比較では統計処理後の有意差は全脳でみられなかった。ア症群と正常対照群の比較では,ア症群で頭頂葉内側の一部で有意なミクログリアの活性化がみられた。糖代謝に関してはWKS群では,前頭葉,後部帯状回,頭頂葉内側で正常群に比し有意な低下がみられた。これらの部位は記憶や遂行機能に関係しており,過去の報告や臨床知見と矛盾しない。ア症群との比較では,後部帯状回においての低下が有意であったため,この部位に関しては,アルコール摂取よりもチアミン欠乏に対して脆弱性が高い可能性がある。ア症群と正常群の比較では,ア症群で頭頂葉での糖代謝の有意な低下を認めた。今後引き続き症例を蓄積していき,検討を継続していく予定である。本研究の目的は、活性型ミクログリアの画像化を通じて、アルコールの神経毒性とチアミン欠乏による中枢神経への影響を区別し明らかにし、臨床診断、治療等への応用を検討している。平成20年度は、平成19年度に引き続きウェルニッケ・コルサコフ症(以下WKS)患者、アルコール依存症(以下ア症)患者、正常対照者合計6名を研究の被験者として撮像を行った。PETリガンド[^<11>C](R)-PK11195およびFDGを用いて、それぞれ脳内活性化ミクログリアと糖代謝の画像化を行った。得られた画像につき、各群間で統計解析を行い、各群の活性化ミクログリアおよび糖代謝変化の局所分布の差異を検討した。WKS群では、チアミン欠乏に対し特に脆弱性を有する部位(中脳・視床など脳室周囲)を中心にミクログリアの活性化が観察されると予測し、実際に正常対照群との比較で有意なミクログリアの活性化を認めたが、範囲に関しては中脳、間脳の脳室周囲に限定されず、白質を中心に広く分布していた。ただし、ア症群との比較では統計処理後の有意差は全脳でみられなかった。ア症群と正常対照群の比較では、ア症群で頭頂葉内側の一部で有意なミクログリアの活性化がみられた。糖代謝に関してはWKS群では、前頭葉、後部帯状回、頭頂葉内側で正常群に比し有意な低下がみられた。これらの部位は記憶や遂行機能に関係しており、過去の報告や臨床知見と矛盾しない。ア症群との比較では、後部帯状回においての低下が有意であったため、この部位に関しては、アルコール摂取よりもチアミン欠乏に対して脆弱性が高い可能性がある。ア症群と正常群の比較では、ア症群で頭頂葉での糖代謝の有意な低下を認めた。今後論文にまとめ、学術雑誌に発表していく予定。
「地域の風景」を題材に、イメージ・リーディングを応用した世界遺産教育の実践研究

1.研究目的:世界遺産学習についての現在の実践的課題のひとつに「過去の遺産を知る・学ぶ」から、子どもたち自身の生活感覚や現代感覚と結びついた学習をどう組むかということがある。今回この課題に対して、「目で見る→考察する→議論する」という方法(「イメージ・リーディング」)を導入することで、世界遺産学習を活性化できるという仮説のもとに研究を行った。2.研究方法:(1)古都奈良の文化財についての歴史研究(書籍・実地調査)や、世界遺産学習の先行実践についての文献研究や地域訪問(気仙沼等)を行ったうえで、(1)中学1年対象の世界遺産学習(「探究・奈良1」)において、「イメージ・リーディング」という手法を導入し、「『未来へ残したい奈良の風景』をカメラにとり、それにナレーションを付けて発表し、相互批評しあう」という手法を導入した、(2)中学2年における世界遺産学習(「探究・奈良II」)においては、奈良周辺の「過去の風景」(『昭和の奈良大和路入江泰吉の原風景』など活用)をもとに、その場所の「現在の風景」をデジタル・カメラにおさめ、そこからわかったことや疑問に思ったことを発表し、相互批評しあうという手法を導入した。(3)研究成果をアンケートを通じて数量的に分析し、その成果を国際理解教育学会、日本社会科教育学会で報告し、批判をいただいた。3.研究成果:上記(1)の実践を生徒の自己評価を経年比較した結果、学習に対して観察、表現、協同などの項目で自己評価(調べた内容への満足度)が上昇し、活動全般に対して生徒の主体性が向上し、当初の仮説が立証された。ただ一方で、「思考・考察」の自己評価は若干低下し、「調べる」という面では課題を残した。この結果を踏まえ、中学1,2年生における「総合的な学習」においては、主体的に物事を認識することを重視し、「思考・考察」力の育成は、むしろ学問的な体系を背景に持つ「各教科学習(社会科)」において展開することが大きな教育的効果を生むということが明らかになった。
日常会話の韻律モデル構築に向けた話者混在音声の分析基盤

「日本語日常会話コーパス」の構築は,定量的・包括的な会話の韻律研究を実現する画期的な取り組みであるが,日常場面での収録のため各話者の音声が分離されていない。このため,韻律研究上重要な音声特徴であるF0(基本周波数)が正しく推定できず,このコーパスを利用した韻律研究を推進する上で障害となっている。本研究は,日常的な生活環境で収録した話者混在音声からF0情報を話者ごとに分離することで,これまで不可能であった韻律の定量的分析を可能とする基盤技術を確立することを目的とする。本研究では,ニューラル音声合成におけるF0パターン生成の考え方をF0推定に応用するアイデアによりこの問題の解決を目指す。
microRNA導入によるiPS細胞樹立の試み

ヒト、マウス合計20ライン近いiPSからライブラリーを作成し、バイオインフォマティクスを用いて、高発現miRNAを抽出し、これらについて発現ベクターを作成した。これをMEF,未分化iPS、embryoidbodyにそれぞれ発現させ、iPS樹立効率、未分化性維持、分化効率について検討を加えた。複数のmiRNAで、これらの効率に影響をあたえるものが見いだされたが、過剰発現の効率、安定性に問題があり、ベクターを改変し、スポンジタイプのベクターを評価したところ安定した過剰発現が得られた。本研究では当初の計画としてはmiRNAのiPSにおける発現パターンをmRAP法をもちいて作成したライブラリーを用いて解析したものを使っていたが、qPCRをもちいて個々のmiRNAについて発現チェックをしていくうちに、このライブラリーの質に問題があることが明らかになり、qPCRアレイを用いて、新たにmiRNAの発現チェックをおこなった。これをMEF,未分化、embryoid bodyにそれぞれ発現させ、iPS樹立効率、未分化性維持、分化効率について検討をくわえた。複数のmiRNAで、これらの効率に影響をあたえるものが見いだされたが、過剰発現の効率、安定性に問題があり、ベクターを改変し、スポンジタイプのベクターを評価したところ安定した過剰発現が得られたので、このシステムに変更し、MEFからのiPS樹立に集中して、検討を続けている。iPSのmiRNAによる樹立は、本研究期間にも論文などで報告があったが、追試に問題があったり、効率が低いなど決め手となる技術開発にはいたっていない。本研究で確立した発現情報はきわめて質が高く、これをもちいて、単一のmiRNAではなく、複数のmiRNAを組み合わせて発現させることにより、安定したmiRNAによるiPSの樹立にいたることが期待される。計画に従ってまずmiRNAの過剰発現のためのベクターの構築をおこなった。レトロウイルスを骨格として、いくつかのベクターを構築し、細部に変更をくわえ第3世代まで作成し、安定して勘定発現が行えるようになった。またmiRNAの機能抑制についてもベクターを構築し、標的配列を3回繰り返して発現させることで効率よく発現抑制が可能になった。次にiPS作成のソースとなる細胞を選択するため、マウス尻尾の繊維芽細胞、MEFについて標的miRNAの発現をみたところ、いずれもほとんど発現していなかったため、両細胞を平行して使用していくこととした。これらの細胞で標的とするmiRNAの過剰発現が構築したベクターで充分量実現可能であることを確認した。両細胞について、計画に従って、4因子導入によるiPS樹立効率とタイムコースの検討を行った。これは安定した結果を期待していたが、実験ごとに不安定であったため、3因子をひとつのベクターにのせて導入する系に変更することとし、ベクターの構築、効率の検討をおこなっている。しかしベクターサイズが大きいため、ウイルスの効率が悪く、さらなるベクターの改変をくわえる必要があることがわかった。一方で、バックグランドとなる4因子のみによるiPS樹立効率が不安定である、という条件下で予備的にmiRNAの効果をみるために、4因子とmiRNAの組み合わせをMEFに導入し、iPS樹立効率、タイムコースについて現在検討を加えている。研究計画に従い順調に実験が進行している。研究計画に従って推進する。計画に従って研究費は消耗品(試薬、培養用プラスチック製品など)として使用する。
レーザ干渉法によるエンジン排気ガス温度の高応答計測

コンパクトな干渉光学系を設計,試作した.エアドライアによって測定部の温度を変化させ,室温状態から急に高温状態に変化させた.干渉縞の移動をラインセンサカメラによって捉え,解析することにより,熱電対よりも応答よく温度を計測することができた.同光学系を試験用単気筒機関のシリンダブロックと排気管の間に取り付けて,1サイクル中の干渉縞変化を計測した.低負荷で燃焼が遅れる場合,排気弁が開いたのち,一旦温度が低下し,その後,温度上昇が見られるなどの結果を得た.コンパクトな干渉光学系を設計,試作した.エアドライアによって測定部の温度を変化させ,室温状態から急に高温状態に変化させた.干渉縞の移動をラインセンサカメラによって捉え,解析することにより,熱電対よりも応答よく温度を計測することができた.同光学系を試験用単気筒機関のシリンダブロックと排気管の間に取り付けて,1サイクル中の干渉縞変化を計測した.低負荷で燃焼が遅れる場合,排気弁が開いたのち,一旦温度が低下し,その後,温度上昇が見られるなどの結果を得た.実際のエンジンの排気ガス温度を,時系列的に応答良く測定する方法は,今までになかった.排気弁が開いた直後の排気ガスは高い温度になっているので,例えばそのようなガスのみ分離すれば触媒活性化や熱電発電など,熱を有効に利用することが可能となる.本研究では,レーザ干渉法によってエンジンからの非定常な排気ガス温度を高応答で測定することのできるセンサを試作し,1サイクル中の時系列な温度変化を計測することを目的とする.平成25年度は,まず,エンジン排気ガス温度の高応答計測を実施するための光学系の詳細設計を行い,試作した.次に,パイプ内にドライヤーによって温度変化を与え,変化する空気温度を測定した.熱電対によって得られる温度と比較して検証する.温度変化が急激な場合には,熱電対では応答性が悪く,計測できなくなるが,本手法では応答良く計測することができたと考えられる.ただし,他に検証する方法はない.平成25年度には,まず高速度カメラによって干渉縞の動きを毎秒20,000駒で撮影することによって,温度分解能を向上させることを試みた.今までは,干渉縞の動きの半波長の動きしか読み取ることができなかったが,256ピクセル中に3波長の干渉縞を入れることによって,原理的には約1/80波長の動きまで計測することが可能となり,温度分解能は格段に向上した.現在は,ラインセンサカメラを使用して,毎秒210,000駒まで対応することができるようなシステムを構築中である.実際のエンジンの排気ガス温度を,時系列的に応答良く測定する方法は,今までにない.排気弁が開いた直後の排気ガスは高い温度になっているので,例えばそのようなガスのみ分離すれば触媒活性化や熱電発電など,熱を有効に利用することが可能となる.本研究では,レーザ干渉法によってエンジンからの非定常な排気ガス温度を高応答で測定することのできるセンサを試作し,1サイクル中の時系列な温度変化を計測することを目的とする.光計測であるので,応答性はマイクロ秒程度を確保することができる.まず,排気部に設置可能なコンパクトな光学系を設計および製作した.DPSSレーザから出力される光は,偏波面保存型ファイバによって光学系まで導かれる.光を2つに分けて,一方は測定部を通過させ,もう一方の光と合わせて干渉させる.その光をシリンドリカルレンズによって拡大して,1次元センサによって干渉縞の動きを捉える.次に,エアドライアによって測定部の温度を変化させて室温状態から急に高温状態に変化する様子を解析することにより,熱電対よりも応用良く温度を計測することができることを確認した.その後,同光学系を試験用単気筒機関のシリンダブロックと排気管の間に取り付けて,1サイクル中の干渉縞変化を計測した.測定部に取り付けられた排気管圧力も同時に計測し,密度変化を示す干渉縞移動量から,温度変化に換算した.その結果,低負荷で燃焼が遅れる場合,排気弁が開いたのち,一旦温度が低下し,その後,温度上昇が見られるなどの結果を得た.今後,このセンサシステムの測定精度に及ぼす諸因子の影響についても検討する.将来,本研究で開発するセンサが,さらに小型化,汎用化できるようになれば,応用用途はさらに広がると期待される.機械工学,熱工学平成25年度は,まず,エンジン排気ガス温度の高応答計測を実施するための光学系の詳細設計を行い,試作した.次に,パイプ内にドライヤーによって温度変化を与え,変化する空気温度を測定した.熱電対によって得られる温度と比較して検証する.温度変化が急激な場合には,熱電対では応答性が悪く,計測できなくなるが,本手法では応答良く計測することができたと考えられる.計画通りである.平成26年度は,まず,エンジン排気ガス測定用光学系を試作する.平成25年度に実施したパイプ内の空気温度変化測定結果から,エンジン排気ガス測定に最適な光学系を試作する.エンジンに取り付けた場合には,振動,水蒸気,すすなど,外乱の影響をできるたけ低減させることが必要になる.場合によっては,何度か,試作を繰り返す必要があると思われる.次に,実際にエンジンの排気ガス温度変化の時系列計測を行う.エンジンは,現在,研究室内に設置されているが,正常な運転をするためのメンテナンスが必要であるので少し時間がかかる.エンジンのシリンダヘッドと排気管の間に,上記で試作した光学系を設置する.

運転条件としては,まず,比較的低速回転において,何通りかの負荷一定条件で,温度変化を計測する.本手法は,温度変化のみを計測する手法であるので,基準温度が必要になる.熱電対を排気管内に設置して,それによって得られる温度を基準温度とする.ガス温度決定のためには,排気ガスのGladstone-Dale定数が必要になるので,排気ガス組成を知る必要がある.排気ガス組成は排気ガス分析器によって,CO2, O2, HC, COの量を計測する.水蒸気の量はC, H, Oのバランスを考えて見積る.温度変化のデータは,基本的に1サイクルずつ取得することができるので,サイクル変動に関しても議論することができる.シリンダ内燃焼を表す圧力変化,その圧力変化から得られる熱発生率との関連についても非常に興味のあるところである.可干渉性に優れた半導体レーザの購入を考えたが,その金額を見て,平成25年度分の予算を平成26年度に繰り越すことにした.半導体レーザを購入することによって,現有設備の半導体レーザと組み合わせて2波長を使うことが可能になる.
成体哺乳類心臓に内在する2倍体心筋細胞の特性と生物学的意義の解明

心臓は、心筋細胞、血管細胞(血管内皮細胞や血管平滑筋細胞等)、線維芽細胞など様々な細胞からなっていることはよく知られているが、成体(Adult)心臓を構成する心筋細胞mも均一な細胞集団ではないと考えられる。哺乳類の心筋細胞は、生直後は2倍体の単核細胞であるが、その後、急速に4倍体細胞(ヒトの場合は単核、マウスの場合は2核)が出現し、成体の心臓においては、心筋細胞の約90%が4倍体細胞で、2倍体細胞は約10%前後とされている。非常に興味深いことに、マウスにおいては、2倍体単核心筋細胞を多く含む心臓は、心筋が傷害を受けた後の回復力が高いという報告があるが、2倍体心筋細胞と4倍体心筋細胞の性質の違いは明らかにはされていない。本研究では、成体マウス心臓における2倍体心筋細胞と4倍体心筋細胞との性質の違いを分子レベルで明らかにすることを目的としている。これまで得られた本研究の実績としては、以下の2点;(1)マウス心臓から心筋細胞を単離し、1細胞操作装置により単核心筋細胞と2核心筋細胞を調整し、RNA seqを行った結果、単核心筋細胞で有意に発現が多い遺伝子として、心筋細胞の幼若性を示す遺伝子を4遺伝子同定した。しかしながら、これらの遺伝子は、すべての単核心筋細胞に発現しているわけではなかった。(2) 1細胞RNAseq解析により、単核心筋細胞と2核心筋細胞とで発現している遺伝子群を比較解析し、単核心筋細胞は多核心筋細胞よりも、疑似時間において幼若な性質を示す細胞が多いことが明らかになった。心筋細胞は他の細胞と比較してサイズが多いことから1細胞解析が可能かどうか、また、細胞分注後、単核心筋細胞か2核心筋細胞かを見分けることができるかどうかが、研究企画時からの最大の懸念事項であったが、システムを適切に選択することにより実施できた。疑似時間上、幼若な心筋細胞に特徴的な遺伝子群、成熟した細胞に特徴的な遺伝子群を抽出している。これらの遺伝子の機能を解明することにより、単核心筋細胞の特徴を明らかにする。
コミュニティ情報流通プラットフォームの構築

(1)コミュニティ知識共有支援システム・個人知識端末:連想表現を用いた情報ベースCoMeMoを発展させて,ペン入力機能をもつ個人知識端末CoMeMo-Palmを市販の携帯型PC(WorkPad)上に実装した.CoMeMo-Palmでは,連想表現のグラフィックな表示と操作を手もとの端末上で行い,種々の通信手段を通して,パーソナルサーバー上の個人記憶ベースとデータの交換ができる.また,ユーザの興味や背景知識に基づいて状況依存の情報を提供する着用コンピューティングシステムの基本的な設計を行った.・コミュニティ知識ベース:分身エージェントという考え方に基づいて,個人が開示した記憶を統合して,メンバー間の知識の相互関係を動的に表示するシステムCoMeMo-Communityを実現した.個人知識端末からの情報統合を可能にするために,個人知識ベース間でデータを交換するための共通フォーマットを設計し,実装した.以上に基づき,CoMeMo-Communityを用いた評価実験を行い,ユーザの自己開示の内容とプロセスに関する知見を得た.(2)コミュニティ情報流通プロトコル・グローバルネットワーク上のコミュニティの分析:グローバルネットワークにおける代表的な情報流通手段であるWeb,メーリングリスト,デスクトップ会合システムについて,その上のコミュニティ内での社会的インタラクションの分析を行った.・情報財と情報市場戦略に関する検討:個々のコミュニティにとって有益な情報の生成をいかに動機付け,全体としての価値を高めていくかを探るため,流通財としての情報の特質と,情報生産者の市場戦略に関する調査および検討を行った.・情報流通基盤システムの開発:上述のような分析・検討に基づき,社会的インタラクションを支援する社会的エージェント,学会における学術情報流通を支援するマルチエージェントシステム等の開発を行った.(1)コミュニティ知識共有支援システム・個人知識端末:連想表現を用いた情報ベースCoMeMoを発展させて,ペン入力機能をもつ個人知識端末CoMeMo-Palmを市販の携帯型PC(WorkPad)上に実装した.CoMeMo-Palmでは,連想表現のグラフィックな表示と操作を手もとの端末上で行い,種々の通信手段を通して,パーソナルサーバー上の個人記憶ベースとデータの交換ができる.また,ユーザの興味や背景知識に基づいて状況依存の情報を提供する着用コンピューティングシステムの基本的な設計を行った.・コミュニティ知識ベース:分身エージェントという考え方に基づいて,個人が開示した記憶を統合して,メンバー間の知識の相互関係を動的に表示するシステムCoMeMo-Communityを実現した.個人知識端末からの情報統合を可能にするために,個人知識ベース間でデータを交換するための共通フォーマットを設計し,実装した.以上に基づき,CoMeMo-Communityを用いた評価実験を行い,ユーザの自己開示の内容とプロセスに関する知見を得た.(2)コミュニティ情報流通プロトコル・グローバルネットワーク上のコミュニティの分析:グローバルネットワークにおける代表的な情報流通手段であるWeb,メーリングリスト,デスクトップ会合システムについて,その上のコミュニティ内での社会的インタラクションの分析を行った.・情報財と情報市場戦略に関する検討:個々のコミュニティにとって有益な情報の生成をいかに動機付け,全体としての価値を高めていくかを探るため,流通財としての情報の特質と,情報生産者の市場戦略に関する調査および検討を行った.・情報流通基盤システムの開発:上述のような分析・検討に基づき,社会的インタラクションを支援する社会的エージェント,学会における学術情報流通を支援するマルチエージェントシステム等の開発を行った.(1)コミュニティ知識共有支援システム・個人知識端末:従来研究で西田らが試作し,拡張を重ねてきた連想表現を用いた情報ベースCoMeMoを発展させて,ペン入力機能をもつ個人知識端末CoMeMo-Palmを市販の携帯型PC(WorkPad)上に実装した。CoMeMo-Palmでは,連想表現のグラフィックな表示と操作を手もとの端末上で行い,種々の通信手段を通して,パーソナルサーバー上の個人記憶ベースとデータの交換ができる。また,ユーザの興味や背景知識に基づいて状況依存の情報を提供する着用コンピューティングシステムの基本的な設計を行った。・コミュニティ知識ベース:分身エージェントという考え方に基づいて,個人が開示した記憶を統合して,メンバー間の知識の相互関係を動的に表示するシステムCoMeMo-Communityを実現した。個人知識端末からの情報統合を可能にするために,個人知識ベース間でデータを交換するための共通フォーマットを設計し,実装した。以上に基づき,CoMeMo-Communityを用いた評価実験を行い,ユーザの自己開示の内容とプロセスに関する知見を得た。(2)コミュニティ情報流通プロトコル・要素技術の研究:コミュニティにおける情報流通を,マルチエージェントシステムにおける社会的インタラクションとして捉えて研究を行った。社会的インタラクションを支援するシステムを開発し,その評価を行った。また,様々な研究領域で行われていた情報流通の数理的解析に関する研究を,構造解析,動態解析の観点から体系化した。・プロトコルの抽出・モデル化:学術コミュニティにおける情報流通の例として,本年度は国際ワークショップPRIMAの運営支援を行った。論文投稿者,査読者,プログラム委員の間で交わされたメールやWEBへのアクセスを解析し,エージェント間プロトコルを拡張有限状態機械でモデル化し記述した。このプロトコルの処理系をAgenTalkの設計をもとにXML言語とJavaを用いて開発した。(1)コミュニティ知識共有支援システム(東京大学)個人知識端末と,コミュニティ知識ベースについて,プロトタイプ試作と評価による研究を行った.個人知識端末については,従来から試作・改良を重ねてきた連想表現を用いた情報ベースCoMeMoを発展させて,音声・ペン入力機能をもつ個人知識端末を研究開発した.この個人知識端末を市販の携帯型PC上に実装して,個人知識収集支援の評価実験を行った.また,着用型コンピュータ上に知識を用いた交渉支援システムを試作し,いつでもどこでも情報の発信と利用ができる環境の試作と評価を行った.

コミュニティ知識ベースについては,個人知識端末から発信される情報を統合して,メンバー間の知識の相互関係を動的に表示する機能を分身エージェントという枠組みを用いて実現し,評価を行った.(2)コミュニティ情報流通プロトコル(京都大学)情報流通エージェント:コミュニティネットワークにおける情報流通をモデル化するシミュレータをプロダクションシステムをベースにして開発した.国際会議PRIMAにおける情報流通の観測データをもとに学術コミュニティ内における論文情報の流通プロトコルを記述し,その分析結果をもとに新しいエージェント間インタラクション記述言語の仕様を設計した.コミュニティ情報流通の解析:従来提案されていたHITSアルゴリズムに基づいてWebのリンク構造を解析し可視化するツールを開発した.ツールを様々なドメインに適用することで,従来手法をコミュニティ発見に用いる際に生じる問題点を解析した.その解析結果を元に,新しいリンク解析アルゴリズムの開発を行った.(1)コミュニティ知識共有支援システム(東京大学)連想表現を用いた情報ベースCoMeMoを発展させて,ペン入力機能をもつ個人知識端末CoMeMo-Mobileを実装した.CoMeMo-Mobileでは,連想表現のグラフィックな表示と操作を手もとの端末上で行い,種々の通信手段を通して,パーソナルサーバー上の個人記憶ベースとデータの交換ができる.また,ユーザの興味や背景知識に基づいて状況依存の情報を提供する着用コンピューティングシステムを試作した.(2)コミュニティ情報流通プロトコル(京都大学)情報財と情報市場戦略:情報をグローバルネットワーク上で流通する一種の財として捉え,経済学的な分析を通じて,情報財の流通促進のためにどのような制度的対応が必要なのかを検討した.ヘルパーエージェントによるコミュニケーション支援:3次元仮想空間を用いたコミュニケーション環境の中に3次元の実体を持ったエージェントを埋め込む.エージェントは異なる文化的背景を持つ者同士が話を始め易いように,共通の世間話的話題を提供する.これまでに日米で学生を対象にアンケートを実施し,それぞれの文化における世間話的な話題を収集した.
水中の硝酸イオン除去のための新規触媒の開発

硝酸イオンを含む水を乳幼児が飲むと硝酸イオンが胃中で亜硝酸イオンに還元され、これがヘモグロビンと結合して酸素運搬能力を失わせるため(メトヘモグロビン血症)、場合により死に至ることが知られている。そこで水中に存在する硝酸イオンを水素により還元する新しい触媒系を見出すことを目的に研究した。昨年度の研究では、グリコサーマル法で調製したチタニアやシリカ修飾チタニアに担持したPd-Cu触媒が高い硝酸イオン還元活性を持つことを見出したが、反応によりアンモニアが副生するため反応の進行とともに系のpHが上昇し、反応速度定数が正確に求められないという問題に直面した。このため本年度は、反応中のpH一定に保つようpHスタット装置を導入し、酸を滴下しながら反応を行った。pHを比較的低く保つことにより、亜硝酸イオンの還元活性が大幅に上昇し、亜硝酸イオンへの選択性が大きく低下した。この結果は、亜硝酸イオンの還元には硝酸イオンの還元に比べてpHの影響が大きいことが示唆された。また、pHを保つために滴下する酸の対イオンも反応に影響を及ぼし、塩化物イオンは硝酸イオンの還元速度を低下させることを見出した。さらに、触媒金属のクラスター状態が反応に影響を及ぼし、高温で担体を焼成することにより担体表面積を低下させると、Pd-Cu触媒の硝酸イオン還元活性がむしろ向上することを見出した。硝酸イオンを含む水を乳幼児が飲むと硝酸イオンが胃中で亜硝酸イオンに還元され、これがヘモグロビンと結合して酸素運搬能力を失わせるため、場合により死に到る(メトヘモグロビン血症)ことが知られている。そこで、水中に存在する硝酸イオンを水素で窒素にまで還元できる新しい触媒系を見出すことを目的に研究した。種々の複合酸化物のナノ粒子をグリコサーマル法で調製し、この触媒担体に貴金属を含浸法で担持して触媒を調製し、硝酸イオンを含む溶液に触媒を分散させ、水素をバブリングすることにより触媒性能を比較した。検討した触媒の中ではチタニアやシリカ修飾チタニアに担持したPd-Cu触媒が高い硝酸イオン還元活性を持つことを見出した。この反応では、触媒表面への水素の拡散が反応を支配しており、担体の細孔構造や分散性が触媒性能に影響を与えることを見出した。貴金属触媒を担持する段階で、水溶液を乾燥させており、この乾燥段階で水の表面張力により担体のナノ粒子が強く凝集しており、水以外の溶媒を用いることにより担体粒子の凝集を緩くすることにより、触媒活性が向上することが示唆された。また、反応によりアンモニアが副生、試料溶液のpHが上昇し、このため、反応速度の解析が困難になるが、反応では、窒素やアンモニアとともに亜硝酸イオンや一酸化二窒素が副生し、シリカ修飾チタニアに担持したPd-Cu触媒では、硝酸イオンが完全に除去された後、亜硝酸イオンの還元反応が開始するという極めて特異な挙動を取ることを見出した。