hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
蚕バキュロウイルス発現組換えハンタウイルス核蛋白の精製法の確立と診断法への応用

1.感染蚕ヘモリンフ中の不溶性画分を遠心洗浄することによって、組換え蛋白を部分精製、濃縮を行った。この不溶性画分は、弱アルカリ性(pH8.0)、還元条件下で、4M Guanidin Hydrochrolide, 6M Urea,あるいは1%SDS等によって可溶化された。ここから可溶化のための物質を取り除くと再び不溶性の沈殿となった。尿素存在下の陰イオン交換クロマトグラフィーを行なったところ、0.15-0.2MのNaClで核蛋白は溶出され、この画分は50mM Tris-HCl pH8.0、または水に透析後も再沈殿することはなかった。しかしながらこの時、リン酸を含む緩衝液に透析すると沈殿を生じることが分かったので、以下Tris系の緩衝液を用いることとした。この可溶化核蛋白を含む画分は室温で取り扱うと断片化が生じ、これはセリンプロテアーゼ阻害剤であるPMSFを加えて4°Cで取り扱うことによって妨げることが明かとなった。2.可溶化され、濃縮された組換え核蛋白は単クローン抗体を結合させたアフィニティーカラムを用いてさらに精製することが可能であった。この抗原をHigh-density Particleに結合させ凝集抗原の作製を試みた。しかしながら抗原を感作させるだけでParticleは凝集した。塩析では10%飽和硫安で沈殿し、しばしば不溶化した。これらの結果は、アミノ酸配列からも予想されていたとおり、この蛋白の疎水性が高いことと関連していると考えられる。良好な状態でparticleに感作させるためには何らかの工夫が必用と思われる。3.SDS存在下のゲル濾過は精製にとって有効な手段であることが明かとなった。SDSはイオン交換、抗体のカラム等に影響を与え、ELISAプレートへの抗原の吸着を阻害する。そのために診断用抗原の精製の最終段階にこのステップを導入し、電気泳動法等でできるかぎりSDSを除くことが必用であると考えられる。
ヒト腸内細菌移植マウスを用いた肥満合併重症喘息の解明

近年喘息は様々なフェノタイプが存在する疾患として考えられるようになった。その中でも肥満を伴う喘息はコントロールが困難なフェノタイプのひとつとされている。今回申請者は肥満合併喘息患者の腸内細菌叢が喘息病態に与える影響について着目し、肥満喘息患者の腸内細菌を無菌マウスに移植しその喘息反応の違いを検討することを立案した。そこでまずは野生型マウスに高脂肪食を摂取させ肥満マウスを作成し、この肥満マウスを用いて自然免疫を誘導するIL-33を点鼻し好酸球性気道炎症を惹起させ炎症の程度を評価した。その結果、通常食摂取をしたマウスと比較して高脂肪食摂取肥満マウスは好酸球性炎症が抑制され、当初予想された結果と逆の結果を示した。そこで高脂肪食を提供している会社で販売している低脂肪食を用いて同じ実験を行ったところ、同様に好酸球性炎症は抑制された。当初の計画では野生型肥満マウスで炎症が悪化した場合、その便を無菌マウスに移植して、IL-33点鼻によって誘導される好酸球性気道炎症の変化を確認し、肥満マウスの腸内細菌の関与を明らかにして行く予定であった。しかし今回の結果は高脂肪食と低脂肪食にかかわらずIL-33誘導性気道炎症が抑制されたことから、両者に共通する脂肪成分を除いた食物成分の何らかが気道炎症に抑制している可能性が示唆された。肥満が喘息に与える影響と食物さらには腸内細菌との関連を明らかにするために、今年度は高脂肪食摂取による肥満マウスを作成し自然免疫による喘息マウスモデルを用いて検討を行う予定であった。しかし結果として高脂肪食摂取は通常食摂取マウスと比較し好酸球性炎症が抑制されると言った予想と逆の結果が得られた。このため食事成分の関与を明らかにするために低脂肪食摂取マウスを用いて同様の研究を行うなど結果の解釈のための追加実験が増え研究の進捗がやや遅れてしまった。今回肥満が喘息に与える影響を検討するために、まずは高脂肪食摂取による肥満マウスを作成し、自然免疫による喘息マウスモデルを用いて検討を行った。しかし、結果として通常食摂取マウスでは好酸球性炎症が惹起されていたが、高脂肪食摂取マウスでは抑制され、さらに低脂肪食摂取モデルでも同様に炎症が抑制される結果が得られた。このことから自然免疫マウスモデルにおける炎症抑制は脂肪成分ではなく、他の因子が関与していることが示唆された。本研究の当初の課題は肥満喘息に対するついては食物腸内細菌の関与についての解明であったが、今回の研究結果からある特定の食物成分が腸内細菌を介し自然免疫抑制に影響を与える可能性について解明することをまずは検討したいと考えている。
アルミニウムダブルスキン構造を用いた衝撃エネルギー吸収機構の開発

二枚の薄板の間にリブを設けた、段ボールのような構造がアルミニウム材の押し出し加工により製造可能になり、軽量・高剛性に加え、加工性がよいことから、鉄道車両本体のみならず、鉄道車両のような大型の構造の衝突時のエネルギー吸収材としてこのダブルスキン構造を利用することが考えられている。本研究ではこの二枚の板と中間のリブの配置、その板厚の比およびこれらの分布、配線に必要な有孔部の適正化、また実際に生じる斜め衝突の効果などについて有限要素法の陽解法ソフトLS-DYNAを用いて、多くのパラメータについて数値計算を行なった。これらの解析により、それらのパラメータについてその適正化を図るデータを求めた。エネルギー吸収材としての効率を評価するためには荷重-変位曲線における最大荷重、圧壊ストローク、平均荷重、エネルギー吸収量、圧潰モードなどについて検討する必要がある。二枚の薄板の間のリブの配置と板厚またトラス型にした配置とフレーム型配置を考えながら、その性能を検討した。フレーム型の構造では、ダブルスキン構造全体の面外剛性が低下し、構造全体の変形により、好ましくない変形により、荷重・変位関係が不安定になるが、ダブルスキン構造の板厚を薄くすることにより変形モードの波長を小さくし、座屈変形を制御することにより、エネルギーの安定吸収が可能であることがわかった。押し出し成形加工では二枚の板やリブの板厚の任意の分布も製造可能であることにより、板厚の任意の分布についても検討し、座屈波長を制御することにより、圧潰モード、平均荷重、エネルギー吸収量が制御できることを明らかにした。このような座屈モードや座屈波長を複雑に変化させ、各種のパラメータについて最適化を行ってゆく見通しが得られた。さらに、配線などで利用する孔部についてもその位置や数などを変更し、最大荷重、平均荷重、エネルギー吸収量について検討し、むしろこの孔を利用して、座屈モードの発生に対するトリガーの役目をするだけでなく、座屈変形の発生順序を変更することにより、エネルギー吸収特性も改善できることなどが明らかになった。また、斜め衝突に対しては変形モードが不規則になり、斜め衝突では耐荷能力がかなり減少することがわかった。以上の解析結果と簡易化したモデル実験による変形の比較により、実際に使用できるエネルギー吸収機構の開発のめどが得られた。段ボールのような二枚の薄板の間にリブを設ける構造がアルミニウム材の押し出し加工により製造可能になった。鉄道車両のような大型の構造物の衝突時のエネルギー吸収材としてこの二枚の薄板の間にリブを設けたダブルスキン構造を利用することが考えられている。そこで本研究ではこの二枚の板と中間のリブの配置と板厚の比の最適化を図るため有限要素法の陽解法ソフトLS-DYNAを用い数値計算を行なった。この解析では、薄板の溶接されている部分については溶接部に破損ひずみを設定し、割れも考慮した。エネルギー吸収材としての効率を評価するためには荷重-変位曲線における最大荷重、圧壊ストローク、平均荷重、エネルギー吸収量、圧潰モードなどについて検討する必要があり、二枚の薄板の間のリブの配置をトラス型にしたモデルではダブルスキン構造の面外剛性が高いため規則的な変形が生じ、エネルギー吸収も高い。しかし製造が難しいことや、全体を組み立てるときの溶接部の割れについても工夫が必要である。二枚の面板とリブの配置、二枚の薄板とリブの厚さの関係や溶接箇所についても検討した。

二枚の薄板の間のリブの配置が面板に直角になるフレーム形の構造では、ダブルスキン構造全体の面外剛性が低下し、ダブルスキン構造全体が変形し、好ましくない変形が生じ、全体が樽状に膨らむことがわかった。そこで、ダブルスキン構造の変形モードの波長を小さくし、樽状に膨らむ変形を制御し、吸収材の板厚を薄くすること、あるいは変形を防止する補強をすることにより変形モードの制御が可能であり、圧潰モードを規則的な変形にすることができた。実際には四角形以外の断面のエネルギー吸収材も考えられ、今後の検討課題である。さらに適当な場所に孔をあけることにより性能を大幅に改善することができるものと考えられ、孔の位置を上端や下端で高さと径を変えて解析を行ってゆく。また実験、計測方法についても計画をたてることができた。二枚の薄板の間にリブを設けた、段ボールのような構造がアルミニウム材の押し出し加工により製造可能になり、軽量・高剛性に加え、加工性がよいことから、鉄道車両本体のみならず、鉄道車両のような大型の構造の衝突時のエネルギー吸収材としてこのダブルスキン構造を利用することが考えられている。本研究ではこの二枚の板と中間のリブの配置、その板厚の比およびこれらの分布、配線に必要な有孔部の適正化、また実際に生じる斜め衝突の効果などについて有限要素法の陽解法ソフトLS-DYNAを用いて、多くのパラメータについて数値計算を行なった。これらの解析により、それらのパラメータについてその適正化を図るデータを求めた。エネルギー吸収材としての効率を評価するためには荷重-変位曲線における最大荷重、圧壊ストローク、平均荷重、エネルギー吸収量、圧潰モードなどについて検討する必要がある。二枚の薄板の間のリブの配置と板厚またトラス型にした配置とフレーム型配置を考えながら、その性能を検討した。フレーム型の構造では、ダブルスキン構造全体の面外剛性が低下し、構造全体の変形により、好ましくない変形により、荷重・変位関係が不安定になるが、ダブルスキン構造の板厚を薄くすることにより変形モードの波長を小さくし、座屈変形を制御することにより、エネルギーの安定吸収が可能であることがわかった。押し出し成形加工では二枚の板やリブの板厚の任意の分布も製造可能であることにより、板厚の任意の分布についても検討し、座屈波長を制御することにより、圧潰モード、平均荷重、エネルギー吸収量が制御できることを明らかにした。このような座屈モードや座屈波長を複雑に変化させ、各種のパラメータについて最適化を行ってゆく見通しが得られた。さらに、配線などで利用する孔部についてもその位置や数などを変更し、最大荷重、平均荷重、エネルギー吸収量について検討し、むしろこの孔を利用して、座屈モードの発生に対するトリガーの役目をするだけでなく、座屈変形の発生順序を変更することにより、エネルギー吸収特性も改善できることなどが明らかになった。また、斜め衝突に対しては変形モードが不規則になり、斜め衝突では耐荷能力がかなり減少することがわかった。
情報量・エントロピーに基づく予測モデル評価法の研究

自然科学・社会科学の諸分野における不確実性を有する現象解明のための数理モデルの構築とその良さを測る有効なモデル評価基準の提唱を目的として研究を推進し、以下のような研究実績を上げた。1.従来その良さを評価することが難しかったベイズ型予測分布モデルを、情報量、エントロピーの観点から評価するための基準構築を目的として研究を行い、種々の事前分布の探索を可能とする手法を開発することができた。その特徴は、解析的アプローチによる導出に加え、数値的アプローチによる方法を融合している点にある。これによって、適用上柔軟な汎用性の高い手法を開発することができた。2.カテゴリーは、構成的な数学の典型であり,その構造をコード化するプログラムが言語MLで実装されている。本研究では、その機能の評価をもかねて同じアルゴリズムをオブジェクト指向型言語に移植したものを作成した。3.従来の統計的検定法の数学的論理は、「差異」を検出するために構築されており、積極的に「同等」を検証できない。本研究では、2×2分割表に集約される対比較データを対象にして同等性を検証する数学的論理としてハンディキャプ法を導入し、可能な8種類の検証法を開発してその挙動を研究した。4.最大値ノルムの意味での解の精度保証方式に関する検討を行い、有限要素解に対する高精度のL^∞a posteriori誤差評価を得る方法を見いだした。5.方程式の中に未知関数についてのフレッシェ微分が不能な項を含む場合にも、ニュートン的方法による検証が可能なことを、電磁流体の平衡系方程式を例にとって明らかにした。6.観測値の順位を対称群上の距離として捕らえることにより、不確実性を有する母集団の分布に依存しない統計量を構成することが出来る。この方法によりconvex sum distanceから導かれる統計量の漸近正規性を示した。自然科学・社会科学の諸分野における不確実性を有する現象解明のための数理モデルの構築とその良さを測る有効なモデル評価規準の提唱を目的として研究を推進し、以下のような研究実績を上げた。(1)従来その良さを評価することが難しかったベイズ型予測分布モデルを、情報量、エントロピーの観点から評価するための規準構築を目的として研究を行い、種々の事前分布の探索を可能とする手法を開発することができた。(2)カテゴリーは、構成的な数学の典型であり,その構造をコード化するプログラムが言語MLで実装されている。(3)従来の統計的検定法の数学的論理は、「差異」を検出するために構築されており、積極的に「同等」を検証できない。(4)最大値ノルムの意味での解の精度保証方式に関する検討を行い、有限要素解に対する高精度のL^∞a posteriori誤差評価を得る方法を見いだした。(5)方程式の中に未知関数についてのフレッシュ微分が不能な項を含む場合にも、ニュートン的方法による検証が可能なことを、電磁流体の平衡系方程式を例にとって明らかにした。(6)観測値の順位を対称群上の距離として捕らえることにより、不確実性を有する母集団の分布に依存しない統計量を構成することが出来る。
唾液腺腺様嚢胞癌における遺伝子発現状態の独自開発DNAチップによる検索

当教室ではすでに唾液腺疾患解析用cDNAマイクロアレイを独自に開発し、その有効性を培養細胞株、および実際の臨床サンプルで実証しており、現在、さまざまな疾患と関連した遺伝子の特定を行っている。本研究はその一環として、唾液腺腺様嚢胞癌の遺伝子発現プロファイリングを調べ、正常唾液腺組織、唾液腺癌(adenocarcinoma)、正常扁平上皮組織、扁平上皮癌における遺伝子発現状態との比較を行い、腺様嚢胞癌に共通で特異的な遺伝子を特定することを目的とする。本研究は千葉大学生命倫理委員会の承認を受け、その指導に従って遂行されている。
象牙質・歯髄複合体の形成・再生機構の解明と象牙質再生療法への展開

本研究の目的は,象牙質・歯髄複合体の形成と再生機構を明らかにし,再生療法への応用のための基礎的データを得ることである。結果は以下のとおりである。1.マウスの歯の発生過程における中間径フィラメント蛋白Nestinの発現を検索した。その結果,Nestinの発現は象牙質基質形成期前から基質形成期初期に最も顕著となり,その後分泌側に限局して観察されるようになることから,Nestinは象牙芽細胞の最終分化,特に細胞伸長に関連していることが示唆された。2.マウス切歯発生過程におけるTIMP(tissue inhibitors of metalloproteinase)-1,-2,-3の発現を検索した。その結果,それぞれ特異的な時間的・空間的発現パターンを示すことが明らかにされ,特に象牙芽細胞にTimp-1の強い発現が,またTimp-3の発現が象牙芽細胞下層の細胞に観察され,象牙芽細胞の分化との関連性が示唆された。3.萌出前のラット切歯先端部に形成される骨様象牙質における非コラーゲン性蛋白の局在を免疫組織化学的に検索した。その結果,オステオカルシン,骨シアロ蛋白ならびに象牙質シアロ蛋白の局在が観察され,象牙質との類似性を示したが,その構造は象牙質とは異なり,形成機構の相違が示唆された。4.ラット歯髄を皮下に他家移植し,形成される硬組織の特性について免疫組織化学的に観察した。その結果,移植歯髄内に象牙質シアロ蛋白陰性の骨様の硬組織形成が観察された。石灰化は壊死細胞と基質小胞から開始し,コラーゲン性石灰化へと進展することが示唆された。5.GaAlAs半導体レーザー照射に対するラット臼歯歯髄の反応を検索した。その結果,歯質の切削なしに歯髄腔内に第三象牙質形成が誘導されること,また出力の増加に伴い歯髄内に骨様組織形成が惹起されることが明らかとなった。本研究は象牙質・歯髄複合体の形成と再生機構を明らかにし,再生療法への応用のための基礎的データを得ることを目的として,歯の発生過程,歯髄組織の移植実験系,ならびに窩洞形成後の修復過程における硬組織形成と象牙芽細胞の分化誘導機構について検討を行った。1.歯の発生過程におけるNestinの発現マウスの歯の発生過程における中間径フィラメント蛋白Nestinの発現を免疫組織化学的に観察した。その結果,象牙芽細胞分化過程におけるNestinの発現は象牙質基質形成期前から基質形成期初期に最も顕著となり,その後分泌側に限局して観察されるようになることから,Nestinは象牙芽細胞の最終分化,特に細胞伸長に関連していることが示唆された。2.移植歯髄の硬組織形成ラット下顎切歯固有歯髄を同系ラットの頭部皮下に他家移植し,歯髄の硬組織誘導能と形成される硬組織の特性について免疫組織化学的に観察した。その結果,移植歯髄内に象牙質シアロ蛋白(DSP)陰性の骨様の硬組織形成が観察され,この硬組織は歯髄辺縁部から内側に向かって形成されていることから,細胞稠密層に局在する細胞が骨芽細胞様細胞に分化して形成された骨様組織である可能性が示唆された。3.窩洞形成後の修復象牙質形成ヒトの歯における窩洞形成後の象牙芽細胞,樹状細胞ならびに神経線維の動態について免疫組織化学的に検討した。

その結果,窩洞の深さ,う蝕の進行度により異なった反応を示すこと,また修復処置に対して健全歯とう蝕歯で樹状細胞の動態に相違があることが明らかになった。また象牙質・歯髄複合体の生体防御・修復過程において樹状細胞が重要な役割を演じていることが示唆された。本研究は象牙質・歯髄複合体の形成と再生機構を明らかにし,再生療法への応用のための基礎的データを得ることを目的として,マウス歯の発生過程,ラット切歯先端部の骨様象牙質形成過程,ならびにレーザー照射後のラット歯髄内硬組織形成過程における細胞分化と硬組織形成機構について検討を行った。1.歯の発生過程におけるTIMPsの発現と局在歯の形態形成と細胞分化におけるTIMP(tissue inhibitors of metalloproteinase)-1,-2,-3の役割を解明する目的で,マウス切歯発生過程におけるこれらの発現を検索した。その結果,それぞれ特異的な時間的・空間的発現パターンを示すことが明らかにされ,特に象牙芽細胞にTIMP-1の強い発現が,またTIMP-3の発現が象牙芽細胞下層の細胞に観察され,象牙芽細胞の分化との関連性が示唆された。2.骨様象牙質形成過程における非コラーゲン性タンパクの局在萌出前のラット切歯先端部に形成される骨様象牙質の特性を明らかにする目的で,非コラーゲン性タンパクの局在を免疫組織化学的に検索した。その結果,オステオカルシン,骨シアロタンパクならびに象牙質シアロタンパクの局在が観察され,象牙質との類似性を示したが,その構造は象牙質とは異なり,形成機構の相違が示唆された。3.レーザー照射に対するラット臼歯歯髄の反応レーザーの象牙質再生療法への応用のための基礎的研究の一環として,GaAlAs半導体レーザー照射に対するラット臼歯歯髄の反応を組織学的,免疫組織化学的に検索した。その結果,歯質の切削なしに歯髄腔内に第三象牙質形成が誘導されること,また出力の増加に伴い歯髄内に骨様組織形成が惹起されることが明らかとなり,レーザーの有用性が示唆された。
規制緩和・流通再編下における農協共販率低下のメカニズムに関する研究

本年度はまず、昨年度からの研究を引き継いで、宮崎県の青果物共販を対象に、共販率の低下が経済連による指定市場の集約化を起点として発生していることを明らかにした。すなわち、系統出荷団体が指定市場を絞り込むことによって流通の隙間が拡大し、そこに産地集荷業者等が販路を拡大する。こうした業者系の移出需要の増加によって産地市場の相場が上昇し、生産者の個人出荷を誘発し、共販率が低下してきているのである。続いて、こうした共販率の低下を防止する上で、経済連主体の協同社会の形態をとる直販組織が重要な役割を果していることを、鹿児島くみあい食品を事例に明らかにした。同社がスーパー・生協への直接販売に取り組む過程で産地、生産者ならびに圃場の選定を始め、細やかな指導を必要とするようになってきた。そこで、同社では、共販外もしくはその予備軍的な生産者をターゲットとして契約生産あるいは集荷活動を実施している。こうして同社は、販売先のニーズに応えると同時に共販率低下を防止することも貢献しているというものである。さらに、共販の基礎的な組織をなす品目部会について、宮崎県の南宮崎農協の日向夏部会を事例に分析した。同部会では、地場市場の相場によって共販と個人出荷を使い分ける機会主義的な行動を防ぐため、全量共販を参加の条件として部会再編を行い、部会を脱退した組合員についてもグループを進めて一定の取り組みを図るという注目すべき対応をとっていることを明らかにした。以上のように、本年度の研究はファクトファインディングの段階にとどまり、申請時に計画していた統計分析を含む部門・品目横断的な分析はできなかった。今後の課題としたい。今後の課題としたい。
自己・非自己識別システムの構造・機能・起源

ヒトやマウスがもつ精巧な自己・非自己識別システムは,長い時間をかけて行われた試行錯誤の結果,形成されたものであり,言うまでもなく「進化」の所産である.したがって,システムの全貌を総合的に理解するためには,ヒトやマウスのみを研究の対象としていたのでは不十分である.そこで,本研究では,ヒトから魚におよぶ脊椎動物を研究の対象として,自己・非自己識別システムの構造,機能,由来を探ることを目的とした.研究代表者は,プロテアソーム遺伝子群を解析することにより,ヒトの9q33-q34領域,マウスの第2染色体傍動原体領域に主要組織適合遺伝子複合体(MHC)様の遺伝領域が存在することを明らかにした.この遺伝領域とMHC,領域は抗原処理遺伝子(プロテアソームのbetaサブユニットをコードするLMP遺伝子とTAP遺伝子)の祖先遺伝子をまきこんだ染色体重複によって分岐・形成されたものと想定された.系統発生的な解析を行うことにより,この染色体重複は今から4億年以上も前に,有顎脊椎動物の共通祖先に起こったものであることが判明した.Flajnikは,ヒトやマウスではMHCクラスII遺伝子の近傍に存在するLMP,TAP遺伝子がアフリカツメガエルではクラスI遺伝子の近傍に位置していることを明らかにした.これから,アフリカツメガエルでは本来のMHCのゲノム構造が良く温存されているものと考えられた.Du Pasquierはアフリカツメガエルの胸腺皮質リンパ球に特異的に発現される免疫グロブリン超遺伝子族分子CTXをコードする遺伝子がMHC内でコードされていることを示した.KaufmanはニワトリMHCの全体をコスミド・コンティグとしてク-ロニングし物理地図を作製した.ヒトやマウスがもつ精巧な自己・非自己識別システムは,長い時間をかけて行われた試行錯誤の結果,形成されたものであり,言うまでもなく「進化」の所産である.したがって,システムの全貌を総合的に理解するためには,ヒトやマウスのみを研究の対象としていたのでは不十分である.そこで,本研究では,ヒトから魚におよぶ脊椎動物を研究の対象として,自己・非自己識別システムの構造,機能,由来を探ることを目的とした.研究代表者は,プロテアソーム遺伝子群を解析することにより,ヒトの9q33-q34領域,マウスの第2染色体傍動原体領域に主要組織適合遺伝子複合体(MHC)様の遺伝領域が存在することを明らかにした.この遺伝領域とMHC,領域は抗原処理遺伝子(プロテアソームのbetaサブユニットをコードするLMP遺伝子とTAP遺伝子)の祖先遺伝子をまきこんだ染色体重複によって分岐・形成されたものと想定された.系統発生的な解析を行うことにより,この染色体重複は今から4億年以上も前に,有顎脊椎動物の共通祖先に起こったものであることが判明した.Flajnikは,ヒトやマウスではMHCクラスII遺伝子の近傍に存在するLMP,TAP遺伝子がアフリカツメガエルではクラスI遺伝子の近傍に位置していることを明らかにした.これから,アフリカツメガエルでは本来のMHCのゲノム構造が良く温存されているものと考えられた.Du Pasquierはアフリカツメガエルの胸腺皮質リンパ球に特異的に発現される免疫グロブリン超遺伝子族分子CTXをコードする遺伝子がMHC内でコードされていることを示した.KaufmanはニワトリMHCの全体をコスミド・コンティグとしてク-ロニングし物理地図を作製した.ヒトやマウスがもつ精巧な自己・非自己識別システムは,長い時間をかけて行われた試行錯誤の結果,形成されたものであり,言うまでもなく「進化」の所産である.したがって,システムの全貌を総合的に理解するためには,ヒトやマウスのみを研究の対象としていたのでは不十分である.そこで,本研究では,ヒトから魚におよぶ脊椎動物を研究の対象として,自己・非自己識別システムの構造,機能,由来を探ることを目的とした.研究代表者は,プロテアソーム遺伝子群を解析することにより,ヒトの9q33-q34領域,マウスの第2染色体傍動原体領域に主要組織適合遺伝子複合体(MHC)様の遺伝領域が存在することを明らかにした.この遺伝領域とMHC領域は抗原処理遺伝子(プロテアソームのbetaサブユニットをコードするLMP遺伝子とTAP遺伝子)の祖先遺伝子をまきこんだ染色体重複によって分岐・形成されたものと想定された.系統発生的な解析を行うことにより,この染色体重複は今から4億年以上も前に,有顎脊椎動物の共通祖先に起こったものであることが判明した.Flajnikは,ヒトやマウスではMHCクラスII遺伝子の近傍に存在する.LMP,TAP遺伝子がアフリカツメガエルではクラスI遺伝子の近傍に位置していることを明らかにした.これから,アフリカツメガエルでは本来のMHCのゲノム構造が良く温存されているものと考えられた.Du Pasquierはアフリカツメガエルの胸腺皮質リンパ球に特異的に発現される免疫グロブリン超遺伝子族分子CTXをコードする遺伝子がMHC内でコードされていることを示した.KaufmanはニワトリMHCの全体をコスミド・コンティグとしてク-ロニングし物理地図を作製した.
ナノチューブおよびそのアルカリ金属錯体の電子構造のSTM/STSによる評価

束状になっている単層カーボンナノチューブの集合体を圧縮成形したマット状の固体試料を金の基板上に固定し、超高真空極低温対応走査型トンネル顕微鏡を用いてその電子構造を調べ以下の知見を得た。1.個々のチューブの特徴的な電子構造として、あるエネルギー領域でチューブの軸方向に非局在化した強い一次元的状態が存在することを見出した。2.我々が観察したチューブでは、一つの束の中のチューブは非常によく似た電子構造をもっている場合が比較的多いことが高い確率で見出され,束が異なると電子構造も異なっている傾向が高いことも見出された。但し、この結果はあくまでも我々の試料について、比較的高い確率で統計的に言えることであって,現時点では常に成り立つことと主張するつもりはない。3.単層ナノチューブにルビジウム金属をドープすると、フェルミ面付近の電子構造に特徴的な変化が現れ、より金属的な構造をとることが見出された。低温域ではこの変化がより顕著になるが、ギャップ的なくぼみもより深くなり一次元金属の電子状態の低温での不安定性との関連の上で興味深い結果と考えられる。本年度は、単層カーボンナノチューブの集合体(圧縮成形薄片状固体)を対象として取り上げ、その固体中での一本のチューブおよびそれらが束となったバンドルについて、トンネル顕微鏡による原子サイズ分解能でのSTM像観察および局所的STS解析を、室温および25Kで行った。STM像からは、炭素原子の結合交代に基づくものと考えられるチューブの電子構造の強い一次元性が顕著に見られること、さらにSTS解析の結果からは同一のバンドル内のチューブは同種の電子構造をもっており、異なるバンドル同志では異種になっているように思われる結果が得られた。また、低温でのSTS解析から、金属的な一次元電子構造は低温では不安定で殆どのチューブは低温では絶縁体的電子構造をもっているという結果が得られた。1.個々のチューブの特徴的な電子構造として、あるエネルギー領域でチューブの軸方向に非局在化した強い一次元的状態が存在することが見出された。2.一つの束の中のチューブは非常に良く似た電子構造を持っている場合が多いことが高い確率で見出されたが、異なる束で比較すると異なっている場合が多いことも見出された。低温域ではこの変化がより顕著になるが、ギャップ的なくぼみもより深くなり一次元金属の電子状態の不安定性との関連性の上で興味深い結果が得られた。
ファイトテルマ-タの生物群集におけるバクテリアと蚊幼虫の相互作用

(1)蛍光ビーズを用いたボウフラによる浮遊粒子の摂食効率に関する実験直径1mumの蛍光ビーズを2.1×10^8個/mlの濃度で滅菌水に入れ,ヤマダシマカの3齢幼虫20頭を20mlの蛍光ビーズを含む水の中に放し,30,60,120,240,360分後に取り出して,腸管の中に取り込まれたビーズの量を,蛍光顕微鏡に接続した画像解析装置によって測定した.結果として,幼虫はビーズを毎分20000個の速度で取り込み,腸管内のビーズは240分後に,5×10^6個でプラトーに達した.この実験より,ボウフラがデトリタスだけでなく,浮遊性のバクテリアでも効率よく摂食する可能性が示唆された.(2)シマカ各種とPseudomonas fluorescenceを用いたボウフラの発育に関する実験ボウフラが生きているバクテリアだけを餌として発育成長できるかどうかを検討するために,2つの実験を行なった.まず,バクテリアを培養し,滅菌水の中に,0,10^6,10^7,5×10^7セル/mlの濃度で拡散させ,孵化直後のネッタイシマカ,ヒトスジシマカ,リバースシマカの1齢幼虫を入れて25°Cにおいた.この実験では,どの種も2齢まで発育しなかったが,生存期間はバクテリア濃度が高いほど長かった.次に,培養したバクテリアを遠心機にかけることによって試験管の底に凝集させ,そこにヒトスジシマカの1齢を入れて発育を観察した.バクテリアのセル数は,試験管当たり4.3×10^<10>,でボウフラの個体数は10頭である.この実験では,40%の幼虫が成虫まで発育した.死亡は餌のバクテリアの枯渇によるものとみなされた.このことから,凝集した状態であれば,バクテリアはより効率よく摂食され,有効な餌となることが明かとなった.(3)自然界のボウフラ生息場所におけるバクテリア濃度についてのデータを得るために,各地で竹切り株,樹洞の水の採取をおこない,分析を継続している.(1)蛍光ビーズを用いたボウフラによる浮遊粒子の摂食効率に関する実験直径1mumの蛍光ビーズを2.1×10^8個/mlの濃度で滅菌水に入れ,ヤマダシマカの3齢幼虫20頭を20mlの蛍光ビーズを含む水の中に放し,30,60,120,240,360分後に取り出して,腸管の中に取り込まれたビーズの量を,蛍光顕微鏡に接続した画像解析装置によって測定した.結果として,幼虫はビーズを毎分20000個の速度で取り込み,腸管内のビーズは240分後に,5×10^6個でプラトーに達した.この実験より,ボウフラがデトリタスだけでなく,浮遊性のバクテリアでも効率よく摂食する可能性が示唆された.(2)シマカ各種とPseudomonas fluorescenceを用いたボウフラの発育に関する実験ボウフラが生きているバクテリアだけを餌として発育成長できるかどうかを検討するために,2つの実験を行なった.まず,バクテリアを培養し,滅菌水の中に,0,10^6,10^7,5×10^7セル/mlの濃度で拡散させ,孵化直後のネッタイシマカ,ヒトスジシマカ,リバースシマカの1齢幼虫を入れて25°Cにおいた.この実験では,どの種も2齢まで発育しなかったが,生存期間はバクテリア濃度が高いほど長かった.次に,培養したバクテリアを遠心機にかけることによって試験管の底に凝集させ,そこにヒトスジシマカの1齢を入れて発育を観察した.バクテリアのセル数は,試験管当たり4.3×10^<10>,でボウフラの個体数は10頭である.この実験では,40%の幼虫が成虫まで発育した.死亡は餌のバクテリアの枯渇によるものとみなされた.このことから,凝集した状態であれば,バクテリアはより効率よく摂食され,有効な餌となることが明かとなった.(3)自然界のボウフラ生息場所におけるバクテリア濃度についてのデータを得るために,各地で竹切り株,樹洞の水の採取をおこない,分析を継続している.
三相変調交流磁界を用いた円筒外壁均一コーティング

本研究では、プラズマプロセス(スパッタリング法)と変調磁界によるプラズマの制御を利用して、円筒形棒(管)外壁に均一・高速かつ密着性良くの機能性薄膜を形成することを目的とする。具体的には、スパッタリング用のターゲットを筒状に加工し、それをコーティング対象の周りを覆うように設置する。これを真空容器内に挿入し、コーティング対象外面に薄膜を作製した。その結果、TiやC, Wなどの薄膜の作製に成功した。成膜することで摩擦係数が減少することがわかった。また、外部磁界を加えることにより円筒形基板により均一かつ膜厚に成膜することができた。本研究では磁界によるプラズマの制御をスパッタリング法に応用し、コーティング対象である円筒形棒(管)外壁に均一・高速かつ密着性良くの機能性薄膜を形成する技術を開発する事を目的としている。反応容器外部にソレノイド型の外部コイルを設け、容器の長軸方向に磁界を発生させる。これによって生じる三相交流磁界で細管内に発生する磁界を制御し、時間空間的に均一な薄膜が作製する。最終的にはコイルに流れる電流量と周波数を制御し、それぞれの目的に最適な薄膜作製条件を見いだす。本年度の成果を示す。(1)真空容器外部に三相交流磁界発生用コイルを設けた真空装置を作製した。磁界用電流として専用の電源を作製し、周波数や電流値が制御できるようにした。(2)炭素鋼の金属円筒棒外部にタングステン薄膜の成膜実験を行い、その均一度を調べた。磁界のない場合は、50cmの円筒棒状に成膜した結果、中央部分が厚く、端部分が薄い膜厚分布であり、その不均一度は0.47と比較的大きかった。交流磁界の場合は、中央部分と端部分の差が小さくなりおおよそ0.22となり半分以下の均一度となった。(3)炭素鋼の金属円筒棒外部にタングステン、炭素、チタン、銅の成膜を行った。XPSによる分析の結果、タングステン、炭素、銅に関しては、ほぼ純粋な薄膜が作製されていたが、チタンの薄膜に関してはTiO_2の幕が形成されていた。(4)成膜した炭素棒の摩擦係数は、すべての薄膜に対して成膜後の方が成膜前に比べて0.030.2程度低くなることがわかった。磁界を加えた場合の成膜速度は、すべての場合において0.050.1nm/sであり成膜速度は比較的速いことがわかった。本研究は磁界によるプラズマの制御をスパッタリング法に応用し、コーティング対象である円筒形棒(管)外壁に均一・高速かつ密着性良くの機能性薄膜を形成する技術を開発する事を目的としている。これによって細管内に発生する磁界を制御し、時間空間的に均一な薄膜を作製する。昨年度までに、実験装置を完成させ予備的ではあるが、炭素鉄鋼の外壁へのコーティングを行った。本年度は、コーティング材料の種類などを変えてより摩擦係数を減少させた。具体的には以下の通り。1.三相交流磁界を用いて成膜実験を行い、その均一度を調べた。その結果三相交流磁界の場合は、同じ条件で作製した単相次回の場合に比べて、50cmの円筒棒状基板の中央部分がやや厚く、端部分がやや薄い膜厚分布であり、その不均一度は0.37と大きかった。この値は磁界のない場合より良いが交流磁界を用いた場合(0.22)よりも悪い数値となった。2.炭素鋼の金属円筒棒外部に成膜を行い、その膜質を調べた。また、XRDの分析結果から、室温で成膜したにもかかわらず全ての材料で結晶性が見られた。3.成膜した炭素棒の摩擦係数は、すべての薄膜に対して成膜後の方が成膜前に比べて0.030.2程度低くなり、かつ摩耗量もTiO_2の場合半分以下になることがわかった。TiO_2の薄膜の場合、親水性が20度近くにまで向上することがわかった。本研究は磁界によるプラズマの制御をスパッタリング法に応用し、コーティング対象である円筒形棒(管)外壁に均一・高速かつ密着性良く機能性薄膜を形成する技術を開発する事を目的としている。

具体的には、スパッタリング用のターゲットを筒状に加工し、それをコーティング対象の周りを覆うように設置する。反応容器外部にソレノイド型の外部コイルを設け、容器の長軸方向に磁界を発生させる。これによって細管内に発生する磁界を制御し、時間空間的に均一な薄膜を作製する。昨年度までに、2層までの実験はほぼ終了し、コーティングによる効果は実証されている。本年度は、特に三相磁界を用いたコーティングの詳細な実験と、交流や高周波(RF)放電を行ったときの実験を行いこれまでの結果と比較検討した。1、三相交流磁界を用いて様々な条件で成膜実験を行い、その均一度を調べた。その結果三相交流磁界の場合は、同じ条件で作製した単相次回の場合に比べて、50cmの円筒棒状基板の中央部分がやや厚く、端部分がやや薄い膜厚分布であり、その不均一度は最も良い条件で0.32であった。昨年よりは改善されたが、普通の交流磁界を用いた場合(0.22)よりも悪い数値となった。しかしながら、成膜速度は若干向上した。2、昨年度までは、直流放電を用いていたが、成膜速度が0.05nm/s以下であり目標値に一桁以上届かない。これを改善するために、本年度は放電形式をパルス放電やRF放電で行うことを試みた。結果、RF放電では成膜速度が一桁ほど向上したが、成膜できる条件(放電開始電圧や圧力など)が限られているため、さらに向上させるには工夫が必要であることがわかった。3、成膜した炭素棒の摩擦係数、摩耗量はコーティングの材料にかかわらず減少し、コーティング効果が明らかに現れることがわかった。TiO_2の薄膜の場合、親水性が20度近くにまで向上することがわかった。
多径数安定型確率場の理論

現在、ガウス型の確率過程が数学はもとより、物理学、工学、生物学、経済学で現れる現象を記述するモデルとしてよく使われている。所が、これらの現象の中にも、ガウス型で記述しにくいものが存在する。例えば、経済学で現われる,株価、地価等では分布の裾が長い(ガウス型は指数的に減少するが、例えば多項式の逆数に比例するというようなゆるい減少傾向を示す)ものが存在する。従来ではこれらの現象にも無理にガウス型を当てはめていた。安定型確率過程は比較的ガウス型に近い性質を持ち、また分布の裾が多項式的に減少しているので、上の様な現象を素直に記述出来る可能性が大きい。したがって、ガウス型に匹敵する安定型確率過程の理論が必要とされている。さて、実際に理論を応用するにあたって、ある決まった次元の同時分布で確率過程自体が決定されるといういわば決定性は非常に重要である。例えばガウス型H2次元分布即ち分散で完全に決定される。一般の安定過程はこのような性質を持っていないが、離散スペクトル型、ウーレンベック型という重要なクラスに属する安定型確率過程(多径数の場合は確率場と呼ばれる)が、この意味での決定性を持つ事実は、新しい発見である。これらの事実の発見の為に、周辺分野を研究している共同研究者との意見交換、討論等が理論の発展に直接、間接に大きな力となっている事を特に付記する。
石炭の総合的利用を目指した複合的変換プロセスの開発

本研究は,石炭高度利用技術の開発によって石炭利用効率を大幅に向上するとともに,クリ-ンな石炭転換プロセスを完成して,CO_2問題を始めとする環境問題解決に大きく貢献することを目的にしている。具体的には,(1)マイルドな条件下での高効率変換を可能とする熱分解,超臨界抽出法の開発,(2)溶媒,反応系の分子設計に基づく新しい石炭解重合法の開発,(3)石炭高効率ガス化法の開発,(4)石炭ガス化生成ガスの高度精製技術の開発に取り組んでおり,本年度は以下の成果が得られた。(a)気流層型装置を用いて,石炭を(1)溶剤蒸気中で熱分解,(2)溶剤膨潤炭を熱分解,(3)溶剤膨潤炭を溶剤蒸気中で熱分解,(4)低温熱処理炭を熱分解する新しい方法を提出し,これらを適宜組み合せることにより,転化率,液収率の向上,生成物分布の制御に成功した。(b)触媒粒子を流動媒体とする連続式粉・粒流動層で石炭を熱分解する方法で,軽質液状炭化水素の収率の増加と選択率の向上に成功した。(c)超臨界流体による石炭の抽出液化・抽出物の改質から成る新石炭変換プロセスの開発を目ざして,350のデ-タを整理して抽出機構の解明を試みると同時に,重質ピッチの接触水添改質の可能性を検討した。(d)次世代液化スキ-ムの開発を目ざし,高性能溶剤4水素化フルオランテン/ピレン混合溶剤を見い出した。これを鉄触媒と組み合せて,第一段低圧高速昇温短時間接触,第二段高圧反応から成る二段反応によりオイル+アスファルテン収率76%を達成した。(e)ガス化反応の高転化率領域における速度低下の現象を炭素の変質に由来する因子と鉱物質の変化に由来する因子に分離して検討し,その1つの原因が鉱物質の触媒活性低下であることを明らかにした。(f)石炭系ガスの高温脱硫剤の開発を目ざし,鉄鉱石系は400°Cで,Z_nO系は600°C付近で高脱硫活性を発現することを見い出した。また,それぞれが650,700°C付近で再生・くり返し使用可能なことを示した。
脂質修飾によるトランスグルタミナーゼの exosome 依存的な分泌機構解明

タンパク質の架橋反応を触媒するトランスグルタミナーゼ(TG)は、皮膚形成や血液凝固、細胞内シグナル伝達など細胞内外の生体防御や恒常性維持において必須の酵素である。哺乳類には8種類のTG遺伝子がゲノム中に存在しており、それぞれが異なる局在と役割を果たしている。一方で、キイロショウジョウバエでは1種類の遺伝子のみで細胞内外で複数の生理機能を果たしている。しかしながら、分泌に必要な情報(N末端分泌シグナル配列)はハエTGには存在しておらず、細胞外分泌の機構は不明であった。本研究では、TGの分泌機構を解き明かすことを目的とした。まず、TGは選択的RNAスプライシングにより2種類の産物(TG-AおよびTG-B)が産生されることを見出した。さらに、これらのうちTG-AのN末端部分には、2種類の脂質修飾(N-ミリストイル化およびS-パルミトイル化)を受けることが明らかとなった。また、TG-Aは両脂質修飾依存的に後期エンドソームと呼ばれる細胞内オルガネラへと輸送されること、加えて、細菌感染など外来の刺激に応じ、カルシウムシグナリングにより細胞外小胞であるエクソソームに内包された状態で分泌されることが判明した。さらに分泌されたTG-Aは、生体防御や細胞間コミュニケーションに関わっている可能性が示された。TG-Aのように脂質修飾された細胞内タンパク質がエクソソームを介して分泌されるという報告は皆無であり、既知の分泌シグナルによらない新たなタンパク質分泌についての研究分野発展につながると考える。ハエのトランスグルタミナーゼのうち、TG-AにはN-ミリストイル化およびS-パルミトイル化の2種類の脂質修飾が施されていることが判明した。さらに両修飾により、TG-Aは後期エンドソームと呼ばれるエクソソームの形成と分泌に必要な細胞内小胞に運ばれることを見出した。その後TG-Aは、カルシウムシグナリングによりエクソソームとして細胞外に分泌されることが明らかとなった。以上の研究成果は2017年度に達成され、The Journal of Biological Chemistry誌に掲載された。現在は研究をさらに発展させるため、ハエ個体を用いた実験系の構築やS-パルミトイル化に関与する酵素の同定、脂質修飾によるエクソソーム内包機構の解析を進めている。ハエTGは、細菌感染時の体液凝固反応や、腸管上皮の抗菌ペプチド産生経路の制御に関与している。現在はゲノム編集技術を用いて、TG-AまたはTG-Bのみを発現させたハエや培養細胞を作出し、両者の機能の違いを感染応答を元にして調べている。加えて、脂質修飾によるTG-Aのエクソソームへの輸送機構を分子レベルで行う予定である。特に脂質修飾によるタンパク質のエクソソームへの内包機構は前例がほとんどなく、その分子機構は不明のままである。2019年度は、S-パルミトイル化されたTG-Aに特異的に相互作用するタンパク質をBioIDと呼ばれるタンパク質相互作用解析法により調べる予定である。また、TG-Aに特有のアミノ酸配列を各種タンパク質に融合させると、そのタンパク質は細胞外にエクソソームとして分泌されることが判明した。今後はそのアミノ酸配列を改変し、より効率よくエクソソームの分泌が促される変異体をスクリーニングする予定である。哺乳類には8種類のTG遺伝子がゲノム中に存在しており、それぞれが異なる局在と役割を果たしている一方で、キイロショウジョウバエでは1種類の遺伝子のみで細胞内外で複数の生理機能を果たしている。まず、選択的スプライシングによって生じる2種類のTG (TG-AおよびTG-B)のうち、TG-AのN末端部分に、2種類の脂質修飾(N-ミリストイル化およびS-パルミトイル化)を受けていることが明らかとなった。また、TG-Aは両脂質修飾依存的に後期エンドソームへ輸送されること、加えて、カルシウムシグナリングにより細胞外小胞であるエクソソームに内包された状態で分泌されることが判明した。分泌されたTG-Aは、細菌への結合性を示し、さらにはハエ血球への取り込みも確認されたことから、生体防御や細胞間コミュニケーションに関わっている可能性が示された。以上の発見により全体計画における目標はおおむね達成され、本研究成果は2017年5月に米国のJournal ofBiological Chemistry誌に掲載された。また、ハエTGの生理機能と本研究で推進してきたTG-Aの分泌機構に関する総説を執筆し、2018年3月にJournal of Biochemisry誌に掲載された。

タンパク質の架橋反応を触媒するトランスグルタミナーゼ(TG)は、皮膚形成や血液凝固、細胞内シグナル伝達など細胞内外の生体防御や恒常性維持において必須の酵素である。哺乳類には8種類のTG遺伝子がゲノム中に存在しており、それぞれが異なる局在と役割を果たしている。一方で、キイロショウジョウバエでは1種類の遺伝子のみで細胞内外で複数の生理機能を果たしている。しかしながら、分泌に必要な情報(N末端分泌シグナル配列)はハエTGには存在しておらず、細胞外分泌の機構は不明であった。本研究では、TGの分泌機構を解き明かすことを目的とした。まず、TGは選択的RNAスプライシングにより2種類の産物(TG-AおよびTG-B)が産生されることを見出した。さらに、これらのうちTG-AのN末端部分には、2種類の脂質修飾(N-ミリストイル化およびS-パルミトイル化)を受けることが明らかとなった。また、TG-Aは両脂質修飾依存的に後期エンドソームと呼ばれる細胞内オルガネラへと輸送されること、加えて、細菌感染など外来の刺激に応じ、カルシウムシグナリングにより細胞外小胞であるエクソソームに内包された状態で分泌されることが判明した。さらに分泌されたTG-Aは、生体防御や細胞間コミュニケーションに関わっている可能性が示された。TG-Aのように脂質修飾された細胞内タンパク質がエクソソームを介して分泌されるという報告は皆無であり、既知の分泌シグナルによらない新たなタンパク質分泌についての研究分野発展につながると考える。ハエのトランスグルタミナーゼのうち、TG-AにはN-ミリストイル化およびS-パルミトイル化の2種類の脂質修飾が施されていることが判明した。さらに両修飾により、TG-Aは後期エンドソームと呼ばれるエクソソームの形成と分泌に必要な細胞内小胞に運ばれることを見出した。その後TG-Aは、カルシウムシグナリングによりエクソソームとして細胞外に分泌されることが明らかとなった。以上の研究成果は2017年度に達成され、The Journal of Biological Chemistry誌に掲載された。現在は研究をさらに発展させるため、ハエ個体を用いた実験系の構築やS-パルミトイル化に関与する酵素の同定、脂質修飾によるエクソソーム内包機構の解析を進めている。ハエTGは、細菌感染時の体液凝固反応や、腸管上皮の抗菌ペプチド産生経路の制御に関与している。ゲノム編集技術を用いて、TG-AまたはTG-Bのみを欠損したハエや培養細胞を作出し、両者の機能の違いを感染応答を元にして調べる予定である。加えて、脂質修飾によるTG-Aのエクソソームへの輸送機構を分子レベルで行う。特に、脂質修飾の内、S-パルミトイル化酵素については未同定である。ハエに存在する22種類の本酵素からTG-Aの分泌に関与する酵素をスクリーニングし、S-パルミトイル化と分泌の関係について迫る予定である。本年度はBioIDと呼ばれるタンパク質相互作用解析法の構築が完了したため、現在はTG-Aと相互作用するS-パルミトイル化酵素の特定を進めている。さらに、哺乳細胞を用いた実験からも、TGが脂質修飾を受け、細菌感染依存的に分泌されることが確認された。
積雪寒冷地における農業水利施設の新たな凍害検診技術と余寿命評価手法の開発

本研究課題では,積雪寒冷地において他に類を見ない特徴的な凍害が発生する農業水利施設の開水路を対象に,凍害の発生過程および発生位置を特定し,余寿命評価を定量的に行うための新たな指標を探索して定義することを目的としている。平成30年度は,積雪寒冷地の開水路側壁から採取したコアの分析および新たなコアの採取,側壁の表面部から採取した薄層の分析,並びにコンクリート表面のモルタル層(粗骨材かぶり)がスケーリング抵抗性に及ぼす影響を評価するための暴露試験の実施を行った。まず,積雪寒冷地で長期供用された開水路を対象に,凍結融解と乾湿の繰返しを受ける側壁の気中部からコアを採取し,EPMAによる元素の面分析結果からコンクリートの変質について考察を加えた。その結果,表面部では,凍結融解の繰返し作用で発生したひび割れを通して水が侵入し,ひび割れ周囲でのカルシウムの溶脱,ひび割れを介して侵入した二酸化炭素によるカルシウムの結晶化および硫黄の拡散が見られ,内部では,ひび割れ近傍の気泡内部に溶出したカルシウムが結晶化しており,閉塞した気泡が存在することを明らかにした。この結果を踏まえ,気泡およびひび割れを閉塞している結晶を特定するために,異なる開水路の側壁気中部から新たにコアの採取を行った。コアの微視的検討は,次年度に取り組む予定である。次に,積雪寒冷地で長期供用された開水路側壁の表面部から薄層を採取し,薄層の形成について考察を加えた。その結果,薄層の厚さは,粗骨材かぶりとほぼ同じであること,薄層は凍結融解の繰返し作用を主たる要因とする層状ひび割れが表面部に発生したものであることを明らかにした。また,粗骨材かぶりがスケーリング抵抗性に及ぼす影響を評価するために,粗骨材かぶりを変えた供試体を作製し,中国山地の岡山県真庭市に位置する鳥取大学農学部教育研究林において暴露試験を開始した。本研究課題では,積雪寒冷地の開水路に特徴的に発生する凍害の発生過程および発生位置を特定することが大前提となる。そのためには,これまでの非破壊試験に基づく内部変状および採取コアによる力学的性状の評価だけではなく,コンクリート組織の変質に関する評価が必要となる。平成30年度は,採取したコアを対象に,主にEPMAによる元素の面分析からコンクリート組織の変質について考察を加えた。その結果,既往の研究において,側壁の気中部では炭酸化が,水中部ではカルシウム溶脱が生じ,気中部と水中部でコンクリートの変質が異なることが明らかになっているが,本研究により,側壁気中部のコンクリートの内部においても,凍結融解の繰返し作用で発生したひび割れを通して水が侵入し,ひび割れ周囲でカルシウムが溶脱していることが新たな知見として得られた。加えて,ひび割れ近傍の気泡内部に溶出したカルシウムが結晶化しており,閉塞した気泡が存在することを明らかにできたことは,寒冷地におけるコンクリートの耐久性確保において必要になる気泡の変化を知る上で重要な知見が得られたと考えられる。そして,得られた知見を更に深めるために,異なる開水路から新たなコアの採取も実施した。一方で,粗骨材かぶりがスケーリング抵抗性に及ぼす影響を評価するために,粗骨材かぶりを変えた供試体を作製し,中国山地の岡山県真庭市において暴露試験を開始することで,自然環境下におけるコンクリートの変質を長期的に評価するための準備を当初予定どおりに整えた。このように,開水路に特徴的に発生する凍害の発生過程および発生位置を特定するための研究および暴露試験は当初予定どおりに順調に進められている。また,余寿命評価に関する研究については,指標の特定までには至っていないが,候補の選定までは進んでいることから,おおむね順調に進展していると判断される。平成30年度に実施した採取コアの分析からは,コアを採取する位置がコンクリート内部の変質を評価する上で非常に重要になることが明らかになった。当初予定では,凍害の発生過程および発生位置を特定するために,供用年数が異なり,目視調査により凍害劣化の程度が異なる開水路からコアを採取することを計画していたが,同じ側壁でも気中部と水中部ではコンクリートの変質形態が異なり,加えて,表面のひび割れにエフロレッセンスを伴う箇所と伴わない箇所で,内部のコンクリートの変質も異なることが想定されることから,平成30年度に判明した事項を踏まえて,今後のコア採取を行う。また,平成30年度は主にEPMAによる元素の面分析からコンクリート組織の変質について考察を加えたが,多角的に考察を加えるために,新たに採取するコアの分析においては,走査型電子顕微鏡(SEM)およびエネルギー分散型X線分光法(EDX),粉末X線回折法(XRD)の測定も実施する。一方で,明らかになった開水路側壁におけるコンクリートの変質の過程を継続して評価するために,新たに供試体を作製し,暴露試験を開始する。