hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
農薬分解産物ニトロフェノールの副腎・生殖毒性と乳癌活性化機構に関する研究

PNP投与で雌ラットの膣開口が遅れる傾向が認められた。卵巣のステロイド合成酵素mRNA発現量が7日齢で減少していたが、14日齢では増加していた。PNP投与により初期に卵巣のエストロジェン生成が低下していると推察された。脳弓状核のkiss1が増加し、背内側核のGnIH発現が増加していた。卵巣には抑制的に作用し、性中枢には促進的に作用していることが示唆された。PNMPPは雄性ホルモン作用と抗雄性ホルモン作用の両方示すことが明らかとなった。ウシ卵細胞を用いてPNPの卵成熟に対する影響を解析した結果、PNPはCYP11A1、PTGS2の発現に影響し、卵丘細胞・卵複合体の膨潤を抑制したと推察された。1.哺乳動物の生殖機能に対する影響ヒトでは胎児期に起こる中枢の性分化が、ラットでは出生前後に見られることを利用し、出生直後24時間以内のの雌ラットに単回投与実験を行った。ディーゼル排気ガス中に存在し、エストロジェン作用を示すことが明らかになっているパラニトロフェノール(PNP)を10mg/kg皮下投与し、その影響を生殖器および中枢において解析した。その結果、PNP投与群で膣開口が遅れる傾向が認められた。また、性成熟前の30日齢で子宮重量が対照群より少ない傾向が見られたが、性成熟後は差が見られなかった。卵巣におけるステロイド合成酵素のmRNA発現量が7日齢で減少していたが、14日齢ではむしろ増加していた。PNP投与により初期には卵巣のエストロジェン生成が低下していると推察された。脳の弓状核におけるkiss1は増加し、背内側核におけるGnIHの遺伝子発現は増加していた。ディーゼル排ガス中に含まれるニトロフェノールの1つであるPNPは、卵巣に対しては抑制的に作用し、性中枢に対しては促進的に作用していることが示唆された。2.鳥類の肝機能及び副腎機能に対する影響鳥類は哺乳類にくらべ化学物質に対して敏感であり、また、鳥類は生態系の食物連鎖の上位に位置することが多く、環境の化学物質汚染の指標生物となることが期待される。ウズラを用いてPNPを長期経口投与したところ、肝に部分的に壊死とリンパ球の浸潤があり、肝臓のcytochrome P450 (CYP1A4, 1A5, 1B1)とheme oxygenase (HO-1)、aryl hydrocarbon receptor 1 (AhR1)の遺伝子発現を調べたところ、いずれのmRNA発現量も増加していた。また、血中コルチコステロン濃度の上昇が認められた。精巣を除去しテストステロンを投与した未成熟の雄ラットを用いて4-nitro-3-phenylphenol (PNMPP)の雄性ホルモン作用および抗雄性ホルモン作用を解析した。7日間皮下投与し、血液中ホルモン濃度を測定したところ、10mg/kg投与した群では卵胞刺激ホルモン(FSH),と黄体形成ホルモン(LH)濃度が有意に減少した。テストステロンとプロラクチン(PRL)は有意に増加した。一方0.001および0.01mg/kg投与した群ではFSHとPRLが増加した。PNMPPは雄性ホルモン採用と抗雄性ホルモン作用を両方示すことが明らかとなった。当初の計画に沿って胚発生や着床に対する影響に関する研究についても実施したが,明らかな影響が見られなかった。今後、さらに遺伝子発現に対する影響も含めて解析する予定である。ウズラを用いる実験により成果が得られ,継続して実験を行った。ホルモンの測定については、施設の改修が終了し、新たな測定用アイソトープ標識試薬により測定系の確立が終了した。ディーゼル排ガス中に存在し、エストロゲン活性を持つ4-nitrophenol (PNP)の内分泌撹乱作用について解析した。PNPの雌ラット新生子への暴露により膣開口が遅れたが、発情周期は90日齢まで正常であった。新生子暴露群の卵巣で、21日齢において原始卵胞及び一次卵胞の割合が増加し、胞状卵胞の比率が減少した。また、14日齢にStAR、P450scc、P450c17、P450aromなどのステロイド合成酵素の発現が、対照ラットと比較して増加した。ステロイド合成酵素の遺伝子発現に対する影響と一致して、血中エストラジオール-17βの濃度も増加した。培養下でPNP曝露された卵巣、及びPNP新生子暴露群の卵巣において、ERβの遺伝子発現を抑制した。これらの結果は、PNPが直接発育卵巣に作用してERβの遺伝子発現を抑制し、発育過程における卵巣ステロイド生成を傷害することで春機発動を遅延させたことを示唆した。ウシ卵細胞を用いてPNPの卵成熟に対する影響を解析した。EGFファミリーに属するアンフィレグリンを含む培地で22時間培養し卵丘細胞・卵複合体の膨潤、それに関連する遺伝子HAS2, TNFIPA6, StAR, CYP11A1, PTGS2の発現、プロジェステロン及びPGE2分泌に対するPNP添加の影響を解析した。その結果PNPはCYP11A1, PTGS2の発現に影響した結果、卵丘細胞・卵複合体の膨潤を抑制したと推察された。

卵巣には抑制的に作用し、性中枢には促進的に作用していることが示唆された。PNMPPは雄性ホルモン作用と抗雄性ホルモン作用の両方示すことが明らかとなった。ウシ卵細胞を用いてPNPの卵成熟に対する影響を解析した結果、PNPはCYP11A1、PTGS2の発現に影響し、卵丘細胞・卵複合体の膨潤を抑制したと推察された。理由当初の計画では種々のホルモン濃度を指標に、PNPの性腺及び副腎機能に対する影響を種々の生理的条件下で解析する予定であったが、施設や試薬の問題から計画を変更し、遺伝子の発現と形態学的観察で行える実験を行った。ウズラを用いる実験も加えて、成果が得られるようにし、現在論文にして投稿して査読を受けている。ホルモンの測定については、施設の改修が終了し、新たな測定用アイソトープ標識試薬の検討もほぼ終了している。胚発生や着床に対する影響に関する研究についても開始しており、速やかに成果が出せる状況にある。ラットを用いたin vivoの実験について、主に妊娠期と次世代に対する影響について検討する。合わせて初代培養系を用いて、下垂体細胞、性腺細胞、副腎細胞へのPNPの直接作用について解析を行う予定である。比較生殖内分泌学今後の研究の推進方策ラットを用いたin vivoの実験について、主に妊娠期と次世代に対する影響について検討する。アイソトープを使用した実験を一部次年度に移行したため。ホルモンの測定に用いるアイソトープを使用する施設の耐震改修工事が行われたため、ホルモンの測定に支障があった。また、従来使用していたアイソトープ標識試薬の購入が出来なくなり、測定方法を再検討する必要が有った。これらの理由でホルモンの測定を次年度に持ち越さなくてはいけなくなった。測定用アイソトープ標識試薬を購入する。当初の計画どおりアイソトープなどのホルモンの測定用試薬と、測定に使用する器具などの消耗品の購入に使用する。
脳および循環器系に対する環境汚染物質の障害作用とその動態についての基礎的研究(特に、重金属元素であるバナジウムとカドミウムの作用について)

本研究では、環境汚染物質であるカドミウム(Cd)とバナジウム(V)がラットの脳と循環器系に与える影響とこれらの物質の生体内動態を検討し、さらにこれらを含む重金属元素の野鳥の体内分布から環境汚染状況を検討した。(1)生物材料中の元素分析法:Cdについては原子吸光法、Vを含むその他の元素についてはプラズマ発光分光分析法を用いた。(2)Cdの注入と取り込み:ラットを麻酔してカニュレーションを行った後に、静脈よりCdCl_2を連続的に注入した。血漿中のCdレベルは注入開始後30分で一定となった(約3ppm)。2時間の注入の後に、EDTAで洗浄した結果、脳と血管のCdレベルは減少したが、肝臓を含むその他の組織では予想した洗浄効果は得られなかった。これらの成績は、in vitroでの肝臓と脳のCd取り込みとは一部一致しなかった。従って、更に検討が必要と思われる。(3)in vitroにおけるVの取り込み:組織レベルでのVの取り込みを検討した結果、低親和性と高親和性の2つの分画がV分画として存在した。細胞内V含量は約10%であり、その他は細胞外間隙に存在すると考えられた。この成績は、細胞内Vの種々のATPaseに対する抑制効果あるいは他の作用からはVの収縮現象を説明できないことを示唆している。(4)経壁神経刺激の収縮反応およびβ-escinあるいはTritonX-100処理スキンド筋のCa^<2+>反応に対するvanadate(V化合物の1つ)の影響を検討した結果、生じた収縮あるいは抑制効果に対してはVは増強作用を示した。しかし、細胞内にVが侵入した場合には収縮蛋白系を抑制する可能性があることが示唆された。これらの効果についての機序の説明にはさらに検討を要する。(5)野性のカモ類の肝臓と腎臓におけるCd含量は10歳のヒトよりも高かった。さらに長骨は扁平骨よりもCd含量が高かった。他方、約50羽の野鳥の肝臓と腎臓においてはCd-Cr-Ti-Liの相互間に、それぞれ非常に強い相関関係が得られた。これらの成績は、野鳥がこれらの物質により汚染されていることを示唆している。まず種々の速度配分の血管内減速注入法で、カドミウム(Cd)をラットの大腿静脈より速度注入(大腿静脈)し、血中のCd量が30分後に一定レベル(3ppm)に達して、その後2時間まで変化しない速度配分を決定することができた。次に2時間後に、生理食塩水、亜鉛溶液、EDTA溶液で循環系を洗浄し、脳を含む各組織のイオン含有量を、原子吸光法にて検討した。この結果、EDTA洗浄により最も大きな効果が得られ、脳、血管および脾臓では有意にCdレベルが減少した。しかし、骨、腎臓皮質・髄質および副腎では反対に増加し、肝臓では影響が認められなかった。これらの傾向はいづれの洗浄によっても認められた。他方、摘出脳と摘出肝臓切片を用いてCdの取り込みと亜鉛洗浄およびEDTA洗浄を試みた結果、肝臓ではこれらによる洗浄効果が得られたが、脳では得られなかった。

以上の成績からCd分布には臓器差があり、今回のin vivoとin vitroの実験結果からこれが各組織の細胞の性質(細胞レベルでのCd分画の差)に依存している可能性が示唆されたので、今後これらの点についてさらに検討を加えたい。また、野鳥におけるCd汚染の状況の疫学調査を、事故等で得られたカモ類、サギ類および猛禽類の各種の臓器について行い、現在のところカル類(渡りガモ類)では換算して比較した結果、10歳令の正常なヒトよりも汚染度が高い可能性が示唆されている。(特に腎臓・肝臓)。骨に関しては、偏平骨(胸骨)よりも長骨(大腿骨)で汚染度が高いことが示唆されている(1993年6月に一部発表:3rd International Symposium of Parmaceutical Science:Ankara,Turkey)。以上の重金属の測定には主として原子吸光法を用いた。同時に発光プラズマ(ICP)による分析も行っているが、ICP分析では生物試料に対する分析法が確立していないので、現在、Cdとバナジウムを含む21元素について、その基礎データを蓄積しているところである。カドミウム(Cd)については5年度からの問題点の解決を続行中であるため、ここでは6年度に行ったバナジウム(V)の結果のみを記載する。1)Vの測定は原子吸光法では困難なので、ICPでのVの測定条件を検索した結果、投与濃度と測定濃度との間に良好な直線関係が得られ、回収率は約95%となった。そこで摘出血管を用いてVの取り込みを検討した。この結果、組織のV量は時間経過に伴って有意に増加し、この増加はEDTA洗浄により約10%程度まで減少したが、この分布についての新たな疑問が生じた。そこでこれについて、同族元素であるタンタル(Ta)を用いることによってもさらに検討を進めている。Cdとの相互作用については検討中である。2)Vの作用に対する内因性物質の関与についての検討では、摘出平滑筋の電気刺激による筋収縮をVが増強する効果が認められたので、この増強機構について現在は検討中である。3)Fura2を用いた実験系では、低濃度のV(≦10^<-4>M)の存在下で細胞内Caレベルの顕著な増加を示すのに対して、高濃度域(≧10^<-4>M)のVの存在下では、急峻なCaレベルの低下が生じ、測定が不可能になる現象が生じたので、蛍光指示薬あるいは蛍光波長域を変更する等により、低濃度の場合とは別に検討を行っている。4)スキンド・ファイバーを用いた実験系ではCa収縮がVにより顕著に抑制され、以前行ったグリセリン処理筋を用いた実験の成績とは異なり、強い作用を有していることが確認された。従って、この作用が収縮蛋白系に対する直接的な作用であるのか、細胞内情報伝達系に作用した結果に基づく作用であるかについて、β-escinあるいはTriton X-100処理筋を用いて現在検討中である。5)野鳥を用いた疫学調査は昨年より続行中であるが、全国から水禽類(カモ類)を中心に約300羽(約2400サンプル)を入手している。これらから得られた成績をもとに、多変量解析を行い元素間の相関についての解析を始めており、鳥の種類によって汚染状況が異なる可能性が示唆されつつある。1)6年度に報告したようにICPによるVの測定では、組織(摘出血管切片・摘出肝臓薄片)内のV量は時間経過に伴って有意に増加し、この増加はEDTA洗浄により血管では1時間以内に約10%程度まで、肝臓では約50%程度まで減少した。
ブレーンワールドシナリオにおける宇宙論と量子効果の研究

我々の宇宙が高次元時空に埋め込まれているとするブレーン宇宙論の研究は近年爆発的に進展を見せている。本研究では、ブレーンワールドでの量子効果と、余剰次元が2以上のブレーンモデルの2点に着目して研究を進めている。ブレーン宇宙論では、ブレーンの外の空間である余剰次元が比較的大きく広がっていると考える点が新しい点であるが、2枚以上のブレーンが存在する時、互いの間隔がディラトン場的な自由度として振舞うので、現実を説明するようなモデルを考える為には、間隔の安定化のメカニズムを与える必要がある。このメカニズムの一つとしてカシミア力の研究をこれまで行ってきた。しかし、カシミア力を生じる量子効果はブレーン近傍で発散するエネルギー運動量テンソルを与える。このことは古くから知られている事実であるが、実験室で扱えるような系に於いては、自然に高エネルギー側にカットオフが入るので実際に発散が生じることはない。しかし、ブレーンワールドにおいてブレーンは理想的な境界条件を与えるものと考えられるため、この発散が無視できない問題になる。このブレーン近傍での量子効果によって生じる時空構造に対する反作用に関しての研究を進めた。また、コンシステントなモデルの構成可能性からブレーンワールドのモデルに対してどのような制限が得られるかと検討した。検討した結果を、現在、整理し発展させている段階である。
炭素系材料のプラズマ表面相互作用における水素効果

本研究は、炭素系材料とプラズマの相互作用に関して、介在する水素の効果に注目することにより、プラズマ物質相互作用の科学的理解を深めることを目的としている。本研究では、プラズマを模擬するイオンビーム・ラジカルビームを用いることにより、より正確にプラズマと物質の相互作用を定量的に決定する。具体的には、核融合炉プラズマ対向材料におけるトリチウム蓄積(トリチウムリテンション)の基礎研究(水素・重水素を用いた模擬実験)および産業用応用範囲のひろいダイヤモンド状炭素やダイヤモンド薄膜の堆積プロセスに的を絞って研究し、プラズマ条件と水素・重水素蓄積量と深さ方向プロファイルの関係やプラズマCVDの放電条件とダイヤモンド系薄膜の物性値の関係を定量的に明らかにする。本年度は、本研究プロジェクトで構築したTPD(Temperature-Programmed Desorption/TDS Thermal Desorption Spectroscopy)実験システムを用いて、シリコン基板中へ水素イオンの直接照射や、水素原子とアルゴンイオンの同時照射、水素イオンとアルゴンイオンとの同時照射など、異なる条件下により入射した際の材料中の水素蓄積量と結合状態を計測・比較した。これらの実験の一部は、プロバンス大学(フランス)との共同研究により、プロバンス大学にて行われた。その結果、水素イオンや水素原子は、単独照射より、アルゴンイオンと同時に照射するほうが蓄積量が大きいことが確認された。平成22年度前半は、当初の予定を変更して、準備に時間のかかることが予想されるTPD (Temperature-Programmed Desorption/TDS Thermal Desorption Spectroscopy)実験システムの構築を行った。TPD実験では、基板中へ水素イオンを入射した際の材料中の水素蓄積を定量的に解明することを目的とする。しかしながら、当初設計した抵抗加熱システムが予想以上に不安定であり、装置性能を確かめるために行ったSi基板の実験で、加熱システムの設計と構築に一年かかった。最終的には、抵抗加熱を行わずにヒータを採用した。現在、既知データをもとに、システムの較正を行いつつ、シリコンに対する水素イオンビーム照射実験を行っている。2011年度は、炭素系基板(アモルファスカーボン・グラファイト)に対して、H+イオン入射およびAr+イオンビームと室温の水素中性原子(ラジカル)の同時照射等を行い、水素蓄積効果の定量測定を行う。
海洋性ラン藻における人工転写調節システムの開発とイソプレノイド生産への応用

増殖が速く、細胞の高密度化が可能で、耐塩性を有する海洋性ラン藻Synechococcus 7002を基本株として、物質生産のための代謝工学ツールを開発するとともに、オミクス技術を活用して宿主生産系の評価を行い、物質生産への応用を試みた。ツールとしてはプロモーター5種類、遺伝子導入のためのニュートラルサイト7箇所、転写因子3種類を揃え、Astaxanthinの含有率12mg/g、生産11 mg/L/d(世界最高値)を達成した。動的メタボローム解析を行ったところ、中央代謝フラックスの亢進を観測し、カロテノイド代謝改変が中央代謝と密接に関係していることを初めて明らかにした。有機酸生産にも成功した。本研究では,高密度培養が可能な海洋性ラン藻Synechococcus sp. PCC7002をベースとして,物質生産のための代謝工学ツールを開発し,オミクス技術を活用したラン藻宿主生産系の評価を行い,物質生産への応用を目指している。平成27年度は、ラン藻Synechocystis sp. PCC6803由来psbA2プロモーターの下流にβ-カロテンケトラーゼ遺伝子およびβカロテンヒドロキシラーゼ遺伝子を連結し、S. 7002内生プラスミドpAQ1内のFlankAおよびFlankB配列に相同組換えにより、導入した組換えS. 7002(ZW株)を作出した。培養条件がアスタキサンチン生産に及ぼす影響を調べたところ、光強度95 micro-E、20 mM硝酸ナトリウム存在下で、3.43 mg/L/dayのアスタキサンチン生産性を示すことが分かり、従来のヘマトコッカス藻を利用したアスタキサンチン生産と同程度(0.864.23 mg/L/day)であることが明らかとなった。ZW株のアスタキサンチン生産は増殖と連動し、ヘマトコッカスのように窒素枯渇条件にする必要が無いことから、雑菌汚染のリスクが低いことが分かった。β-カロテンケトラーゼとβ-カロテンヒドロキシラーゼの組合せは、β-カロテンを出発して4段階の酸化還元反応によりアスタキサンチンを生産することから、細胞内全カロテノイド中のアスタキサンチン比率を向上させることを期待したが、面白いことに、全カロテノイド含量が向上していることが明らかとなったため、ZW株ではβ-カロテンの生合成が向上していることが示唆された。一方で、β-カロテンケトラーゼ遺伝子およびβカロテンヒドロキシラーゼ遺伝子がpAQ1内に安定的に保持されないことが明らかとなり、導入遺伝子の構築(プロモーターおよびニュートラルサイト)の見直しが必要であることが分かった。当初の予定通り、Synechococcus sp. PCC7002へ天然型プロモーターを導入し,培養環境がアスタキサンチン生産へ及ぼす影響を評価し、導入遺伝子の発現量を解析した。また、天然型転写因子遺伝子の過剰発現株を作出しつつ,人工転写因子の設計・構築を行っている。さらに、S. 7002株のメタボローム解析系を開発した。一方で、S. 7002内生のプラスミドであるpAQ1に導入した外来遺伝子(β-カロテンケトラーゼ遺伝子およびβ-カロテンヒドロキシラーゼ遺伝子)が安定に保持されないことが明らかとなり、導入遺伝子の構築の見直しが必要であることが分かった。そこで、現在、プロモーター、ニュートラルサイト、マーカー遺伝子等が導入安定性に及ぼす影響を調べているところである。本研究では、増殖速度が速く、高密度培養が可能で、高い耐塩性を有する海洋性ラン藻Synechococcus sp. PCC 7002をプラットフォーム株として、物質生産のための代謝工学ツールを開発するとともに、オミクス技術を活用してラン藻宿主生産系の評価を行い、物質生産への応用を示している。平成28年度は、プロモーター3種類(Synechocystis sp. PCC 6803由来psbA2プロモーターおよびrbcプロモーター、trcプロモーター)、ニュートラルサイト6箇所(プラスミドpAQ1内に4領域、acsA領域、glpK領域)、転写因子3種類(Synechococcus sp. PCC 7002由来SigEおよびSigC、Synechocystis sp. PCC 6803由来SigE)を用意して、それぞれプロモーター活性、遺伝子の導入安定性、グローバルレギュレーターとしての性能、の評価を進めた。β-カロテンケトラーゼ遺伝子およびβ-カロテンヒドロキシラーゼ遺伝子を導入してアスタキサンチン生産能を付与した藻株の培養条件を検討し、12mg/gのアスタキサンチン含有率、11mg/L/dのアスタキサンチン生産性、を達成した。従来用いられてきたHaematokoccus藻より高い生産性を示した。この株のメタボローム解析を実施したところ、総カロテノイド含量が3倍以上増加し、MEP経路に代謝ボトルネックが存在することを明らかにした。現在、トランスクリプトーム解析を実施している。また、アスタキサンチン生産株で、転写因子(Synechococcus sp. PCC 7002由来SigCおよびSigE、Synechocystis sp. PCC 6803由来Sig E)を同時強化した組換え株を構築し、評価を進めている。昨年度までの研究で、導入遺伝子が安定的に保持されないことが明らかとなったが、導入遺伝子構築の見直しや培養条件の検討を行うことで、この問題を解決した。また、当初の予定通り、アスタキサンチン生産株(β-カロテンケトラーゼ遺伝子/β-カロテンヒドロキシラーゼ遺伝子導入株)において各種プロモーターを導入して、増殖特性やアスタキサンチン生産能を評価した。転写因子導入株の構築も行った。

また、アスタキサンチン生産株のメタボローム解析を行うとともに、トランスクリプトーム解析に着手した。さらに、ここまでに評価したプロモーターと転写因子を組合せて操作したラン藻株を作出し、その特性の解析を進めている。また、予定を前倒しして、アスタキサンチン生産株の培養条件の検討を行い、従来の研究を大幅に上回るアスタキサンチン生産性の向上に成功した。増殖が速く、細胞の高密度化が可能で、耐塩性を有する海洋性ラン藻Synechococcus 7002を基本株として、物質生産のための代謝工学ツールを開発するとともに、オミクス技術を活用して宿主生産系の評価を行い、物質生産への応用を試みた。ツールとしてはプロモーター5種類、遺伝子導入のためのニュートラルサイト7箇所、転写因子3種類を揃え、Astaxanthinの含有率12mg/g、生産11 mg/L/d(世界最高値)を達成した。動的メタボローム解析を行ったところ、中央代謝フラックスの亢進を観測し、カロテノイド代謝改変が中央代謝と密接に関係していることを初めて明らかにした。有機酸生産にも成功した。増殖が速く、細胞を高密度化でき、耐塩性を有する海洋性ラン藻Synechococcus sp. PCC7002をプラットフォーム株として、物質生産のための代謝工学ツールを開発するとともに、オミクス技術を活用してラン藻生産系の評価を行い、物質生産への応用を試みた。ツールとしてはプロモーター5種類、遺伝子導入のためのニュートラルサイト7箇所、転写因子3種類を揃え、組合せを試す中でAstaxanthinをはじめとする有用分子の高濃度生産に取り組んだ。Brevundimonas属由来CrtZ及びCrtW遺伝子をSynechocystis由来psbA2プロモーター下流に連結し、内性プラスミドpAQ1内ニュートラルサイト導入後、ポリシストロニックに発現させたところ、培養条件の検討後にAstaxanthinの含有率12mg/g、生産性11mg/L/d(世界最高値)を達成し、既に実用化されているHaematococcus藻より高い生産性を示した。代謝工学ツールの組合せで、カロテノイド組成を改変できることも明らかにした。また、転写因子であるSynechocystis由来σ因子SigEを共発現させるとAdonirubinやCanthaxanthinを特異的に高生産できることも明らかにした。Astaxanthin高生産株ZWをマルチオミクス解析に供したところ、マイクロアレイ解析ではMEP経路上流の遺伝子が過剰発現していることが分かり、メタボローム解析では解糖系とMEP経路の中間体存在量が増大していることを明らかにした。13CO2を用いた動的メタボローム解析を行ったところ、中央代謝フラックスの亢進を観測し、カロテノイド代謝改変が中央代謝と密接に関係していることを世界で初めて明らかにした(2018年6月論文投稿予定)。本研究で整備した代謝工学ツールを用いて有機酸の高生産にも成功した(論文投稿済み)。28年度は、アスタキサンチン生産株のメタボローム解析を実施して、β-カロテンケトラーゼ遺伝子およびβ-カロテンヒドロキシラーゼ遺伝子の導入が細胞内代謝に与える影響を調べる。
海底火山体において繰り返し発生する津波地震の物理メカニズム解明

地震規模から想定されるよりも大きな津波を引き起こす火山性津波地震の発生メカニズムの解明を目的として,津波地震に伴う地殻変動を津波解析に基づき調べ,カルデラの形状を考慮した地殻変動モデリングを行い,新たな震源モデルを提案した.初めて詳細な地殻変動の空間分布を明らかにしたことに加えて,それに基づき詳細な震源断層構造を提案したことは,火山性津波地震の発生メカニズムの解明のために重要な成果である.下記に詳細な内容を記す.1.昨年度中に行った2015年鳥島近海地震に対して行なった津波解析の結果成果を,国内学会JpGUおよび国際学会AOGSにおいて発表した.本研究では,海底カルデラ壁内部に集中した1メートル以上の隆起および,それを取り囲む数十cm程度の沈降からなる地殻変動が起きていたことを明らかにした.2. 017年にニュージーランド・ケルマディック諸島近海で発生した火山性津波地震に対して,津波波形差分法計算を用いた津波波形インバージョン解析を行った.その結果,鳥島地震と同様に海底カルデラ周辺において,カルデラ壁内部の1メートル超の大きな隆起現象とカルデラ縁南壁外側に沿った明瞭な沈降現象を明らかにした.本研究成果を,国内学会JpGU・地震学会,国際学会AGUにおいて発表した.3.火山性津波地震の地殻変動を,カルデラの地下形状を考慮した地殻変動モデリング手法を用いて再現し,新たな震源モデルを提案した.環状断層すべりに伴い発生する応力場で水平クラック断層が開口するモデルを仮定して地殻変動を計算すると,カルデラ内部に広がる大きな隆起現象とカルデラ縁の外側の沈降現象が同時に再現された.本研究成果は,2018年度の国内学会JpGU・地震学会で発表予定であるほか,2,3の成果をまとめた論文を執筆中である.研究に大きな進展があり,現在論文を執筆中である.進展した内容は下記の通りである.第一に,2017年ケルマディック諸島近海で発生した火山性津波地震の津波解析を行い,地殻変動の空間分布を明らかにした.第二に,既存の手法に改良を加え,カルデラでの隆起現象を再現する地殻変動モデリング手法を開発した.第三に,開発した地殻変動モデリング手法を用いて津波解析から推定した地殻変動を説明する震源モデルを提案した.1.これまでの研究から高周波成分に富んだ津波計算には,海水の圧縮性と地球の弾性効果を考慮する必要があることがわかってきた.そこで近年に開発された位相補正という津波波形計算手法を応用・発展させ,高周波津波の高精度な伝播計算手法を開発し,海水圧縮性と地球弾性効果の津波波形への影響を定量的に評価し,実際の津波現象に適用する.2. 2017年に発生したケルマディック諸島近海地震および2015年の鳥島近海地震に対して,1の手法を用いた津波インバージョン解析を行い,地震に伴う地殻変動を推定する.深海底に設置された複数の海底水圧計および沿岸の潮位計の津波記録を用いる事で,詳細な地殻変動空間分布を推定する.3.震源の断層構造とすべり分布を推定する.カルデラ形状を考慮して地殻変動励起源(震源断層)を仮定し,三角形メッシュ化した断層構造でのすべり現象による地表での地殻変動分布を計算し,2で推定された地殻変動分布と比較する.これによって断層構造およびすべり量を推定し,運動学的震源モデルを構築する.4.米国カリフォルニア工科大学を研究訪問して金森博雄名誉教授と共同研究を行う.3で構築した運動学的震源モデルを用いた地震波シミュレーションを行い,計算結果と観測を比較する事によって,震源モデルの妥当性を検証する.日本南方沖の鳥島近海やニュージーランド北方沖のケルマディック諸島近海で繰り返し発生し,地震規模から想定されるよりも大きな津波を引き起こす「火山性津波地震」の発生物理メカニズムの解明を目的として,津波地震に伴う地殻変動を津波解析に基づき調べた.1.修士研究の成果を国内学会で発表し,結果は国際誌Pure and Applied Geophysics,国内学会JpGU2017年大会で発表した.本研究では,分散性を考慮した津波波線追跡手法を開発,既存の津波初期波高の推定手法の問題点を指摘・改良した.鳥島近海地震が海底火山付近で少なくとも50 cmの隆起現象を引き起こしたことを指摘した.2.2015年鳥島近海地震に伴う津波に対し,実際の海底地形データ上を用いた差分計算結果と海底水圧計での観測津波波形と比較し,地震に伴う地殻変動を調べた.その結果,海底カルデラ内に集中した1.0 m以上の隆起および,それを取り囲む0.1 m程度の沈降からなる地殻変動が起きていたことを明らかにした.これらの津波解析結果に基づき,地下浅部での水平クラック開口現象が,地震波をほとんど励起せずにカルデラ内に集中した大きな地殻変動を引き起こしたことを提案した.結果は,国際誌Science Advancesほか,国際学会AOGS,AGU等で発表した.3.2017年12月にケルマディック諸島近海で鳥島近海地震に類する地震が発生し,ニュージーランドの潮位計で津波が観測された.

2017年に加え,2009年2月に発生した類似の地震に伴い観測された津波を確認・収集した.差分法を用いた津波伝播計算結果と観測の比較によって,鳥島地震と同様に,海底カルデラの特徴を持つ火山体浅部において1 m程度の海水面隆起現象が発生していたことを示した.結果は2018年のJpGU大会で発表予定である.鳥島近海地震に関して,2本の論文が国際誌に掲載された.修士研究で開発した分散性の津波波線追跡手法と,既存の津波伝播の差分計算手法を用いて研究を進め,2015年5月の鳥島近海地震の際に観測された深海底水圧計の津波記録と数値計算を比較することで,地震に伴う海水面変動を推定し,観測波形の高精度の再現に成功した.これによって,地震波のみでは全貌を掴めない津波地震の理解のために欠かせない地殻変動の情報を得ることができ,地震発生の物理メカニズムが海底カルデラの火山活動に密接に関係することを示した.一方で,地震規模・地震発生機構解および津波の規模の点で,鳥島近海地震とよく類似する津波地震が,2017年12月にニュージーランドの北方沖ケルマディック諸島近海で観測され,新たに解析を始めた.過去のデータを遡ると,2009年2月にも同様の津波地震が同海域では発生していたことを発見し,これら2回の津波地震について,検潮記録および海底水圧計記録から津波記録を収集し,津波伝播の差分計算等の解析行い,鳥島近海地震と同様,この海域での津波地震が海底カルデラと関連していることを明らかにしている.この結果は,2018年5月の地球惑星連合大会で発表する予定である.地震規模から想定されるよりも大きな津波を引き起こす火山性津波地震の発生メカニズムの解明を目的として,津波地震に伴う地殻変動を津波解析に基づき調べ,カルデラの形状を考慮した地殻変動モデリングを行い,新たな震源モデルを提案した.初めて詳細な地殻変動の空間分布を明らかにしたことに加えて,それに基づき詳細な震源断層構造を提案したことは,火山性津波地震の発生メカニズムの解明のために重要な成果である.下記に詳細な内容を記す.1.昨年度中に行った2015年鳥島近海地震に対して行なった津波解析の結果成果を,国内学会JpGUおよび国際学会AOGSにおいて発表した.本研究では,海底カルデラ壁内部に集中した1メートル以上の隆起および,それを取り囲む数十cm程度の沈降からなる地殻変動が起きていたことを明らかにした.2. 017年にニュージーランド・ケルマディック諸島近海で発生した火山性津波地震に対して,津波波形差分法計算を用いた津波波形インバージョン解析を行った.その結果,鳥島地震と同様に海底カルデラ周辺において,カルデラ壁内部の1メートル超の大きな隆起現象とカルデラ縁南壁外側に沿った明瞭な沈降現象を明らかにした.本研究成果を,国内学会JpGU・地震学会,国際学会AGUにおいて発表した.3.火山性津波地震の地殻変動を,カルデラの地下形状を考慮した地殻変動モデリング手法を用いて再現し,新たな震源モデルを提案した.環状断層すべりに伴い発生する応力場で水平クラック断層が開口するモデルを仮定して地殻変動を計算すると,カルデラ内部に広がる大きな隆起現象とカルデラ縁の外側の沈降現象が同時に再現された.本研究成果は,2018年度の国内学会JpGU・地震学会で発表予定であるほか,2,3の成果をまとめた論文を執筆中である.研究に大きな進展があり,現在論文を執筆中である.進展した内容は下記の通りである.第一に,2017年ケルマディック諸島近海で発生した火山性津波地震の津波解析を行い,地殻変動の空間分布を明らかにした.第二に,既存の手法に改良を加え,カルデラでの隆起現象を再現する地殻変動モデリング手法を開発した.第三に,開発した地殻変動モデリング手法を用いて津波解析から推定した地殻変動を説明する震源モデルを提案した.
潰瘍性大腸炎術後の回腸嚢炎における内因性抗菌タンパクの病態関与と治療応用の研究

大腸全摘・回腸嚢肛門吻合術(IPAA)は潰瘍性大腸炎(UC)および家族性大腸腺腫症(FAP)に対する標準術式であるが、特にUCでは回腸嚢炎を合併することがある。本研究は「回腸嚢炎は、術後の回腸嚢の大腸化に伴うUCの再燃であり、内因性抗菌ペプチドが発症に関与している」とする仮説に基づき、UCで発現が低下する大腸上皮タンパクRELMβ/FIZZ2(resistin-like molecule beta/Found in inflammatory zone-2)の抗菌作用の検討および発現誘導因子の検討を行った。また、UCまたはFAP術後症例を対象に、回腸嚢粘膜・糞便を採取して経時的変化を観察した。RELMβ/FIZZ2が抗菌活性を示す至適条件を得ることに難渋しており、当初の計画よりやや遅れている。Resistin like molecule beta/Found in inflammatory zone 2 (RELMβ/FIZZ2)のin vitroでの抗菌活性の詳細についての検討を引き続き行った。Staphylococcus aureus、Escherichia coli、Streptococcus faecalisの3菌株を対象として、購入したRELMβ/FIZZ2リコンビナントタンパクを用いて、寒天培地法(agar spot test)および液体培地法(Liquid broth test)にてRELMβ/FIZZ2の抗菌活性の検討を行った。前年度の検討では、RELMβ/FIZZ2に明らかな抗菌活性を認めることができなかった。この原因として、RELMβ/FIZZ2は、ジスルフィド結合によって3量体が2つ結合し6量体を形成する非常に特殊な構造をしていること(Pastel et al, Science. 2004)が考えられた。すなわち、培地の条件によってRELMβ/FIZZ2の構造が変化することが、抗菌活性に大きく影響を与えていることが予測された。このため、培地を低pHの状態にすることで、RELMβ/FIZZ2の構造を6量体から単量体の状態にするなど、様々な条件を設定したもとでRELMβ/FIZZ2の抗菌活性の検討を再度行うこととした。しかしながら今回の検討でも、いずれの条件でも明らかな抗菌活性を得ることができず、抗菌活性の至適条件の設定には至らなかった。RELMβ/FIZZ2の抗菌活性を示す至適条件を得ることに難渋しており、当初の計画よりやや遅れている。Resistin like molecule beta/Found in inflammatory zone 2 (RELMβ/FIZZ2)のin vitroでの抗菌活性の詳細についての検討を中心に行った。我々が世界に先駆けて発見したRELMβ/FIZZ2の抗菌作用が本研究の最も基盤となる部分であるが、再現性に乏しく、抗菌活性の至適条件を確認することが最重要と考えられたためである。購入したRELMβ/FIZZ2リコンビナントタンパクを用いて、寒天培地法および液体培地法にて抗菌活性の検討を行った。RELMβ/FIZZ2は、ジスルフィド結合によって3量体が2つ結合し6量体を形成する非常に特殊な構造をしていること(Pastel et al, Science. 2004)が、抗菌作用に大きく影響していると考えられたため、培地を低pHの条件にする(6量体から単量体の状態にする)など、様々な条件設定のもとで抗菌活性の検討を行った。しかしながら今回の検討でも、再現性のある抗菌活性を得ることができず、抗菌活性の至適条件の設定までには至らなかった。購入したRELMβ/FIZZ2の品質の問題も考えられるため、RELMβ/FIZZ2リコンビナントタンパクを、バキュロウイルスベクターを用いて、我々で作製することとした。今後の研究の展望として、従来、我々のみがRELMβの抗菌作用について報告しており、抗菌作用の証明に研究の主眼を置いていたが、2017年にPropheterらもRELMβ/FIZZ2の抗菌作用について報告した(Proc Natl Acad Sci U S A. 2017)。抗菌活性を示す菌株のデータが我々とは若干異なるものの、RELMβ/FIZZ2が抗菌作用を有することがより確実になっており、in vitroのみの検討から、臨床検体を用いた検討へと研究を進めていく予定である。in vitroでのは、引き続きRELMβ/FIZZ2の抗菌活性の至適条件を得ることを中心におこなっていく。並行して、臨床検体を用いた検討(潰瘍性大腸炎・家族性大腸腺腫症に対する大腸全摘術後の回腸嚢粘膜・便中の内在性抗菌ペプチド、抗菌タンパクの経時的変化の検討)の準備を行っていく。RELMβ/FIZZ2が抗菌活性を有する、ということが本研究で最も根幹をなす事項であることから、RELMβ/FIZZ2に細菌選択的な抗菌活性を認めることを証明することを第一に検討をすすめていく。

今回、購入したRELMβ/FIZZ2をもちいているが、今までの結果と異なり明らかな抗菌活性を認めなくなっている。購入したRELMβ/FIZZ2の室に問題がある可能性があり、RELMβ/FIZZ2を違う会社から新たに購入することや、独自にリコンビナントタンパクを精製して、改めて抗菌実験を行うことを検討している。外科
ウェブ版薬物使用障害再発予防プログラムの開発・評価・普及に関する研究

改良版e-SMARPPと薬物使用者向け健康支援スマートフォンアプリのパイロット調査に向けた準備を行った。パイロット調査(効果評価)のアウトカムとして適した指標を先行研究を参考に検討し、アルコール・薬物問題を有する人におけるセルフスティグマ、メンタルヘルスケアに対する援助希求、アルコール・薬物問題を有する人における行動変容をそれぞれ測定する尺度について文献レビューを行った。日本国内でも使用可能と思われる英語版の尺度を尺度開発ガイドラインに従って翻訳し日本語版尺度を作成した。それらの尺度の信頼性・妥当性の検討を行う研究計画を立案し、今後研究倫理委員会に提出する予定である。また、スマートフォンアプリのパイロット調査は、小規模なランダム化比較試験のデザインで実施する方針に変更した。薬物使用経験のある人を対象に幅広くリクルートする方法として、ウェブリクルートや人手を介さないで実施するランダム割り付けの方法を研究協力者やアプリ開発を委託している企業と検討しながら開発した。これにより、医療につながっていない薬物依存症者や、薬物依存の状態には至っていない薬物使用者を対象とした支援を提供する準備が整えられた。今後は小規模ランダム化比較試験のプロトコルを作成し、信頼性・妥当性が確認された尺度を用いて効果評価を行う準備を進める予定である。さらに、海外における薬物使用者の支援について知見を広めるため、サンフランシスコにおける支援の視察を行った。日本の薬物使用者支援に適用できる点について情報収集し、海外の研究者や実践者から助言を得た。本研究に関連したテーマで原著論文を筆頭著者として2本執筆した。また、国内外の学会や共同研究者と実施した講演会にて成果発表を行った。当初の研究計画が一部変更となっているが、研究目的に沿った変更であり、研究期間内におおむね目的を達成できると考えられる。パイロット調査を実施するための尺度開発研究を優先して実施し、同時にパイロット調査のプロトコル作成を行う。パイロット調査をランダム化比較試験のデザインで実施するため、パイロット調査に費用と時間が費やされる見込みである。パイロット調査は別途実施する方向で検討する予定である。本年度は、1)全国の精神科医療施設における薬物関連精神疾患の実態調査の解析、2)薬物使用障害からの回復支援スマートフォンアプリの開発、3)ウェブ版薬物使用障害再発防止プログラムの改善点の明確化、をほぼ予定通り遂行した。1)においては、2016年度調査の結果を分析し、報告書作成に貢献した。薬物使用者の中には、主たる乱用薬物が変化していく者がおり、そのパターンで薬物使用者の特徴を分類することを予定している。研究協力者に相談しながら、二次解析に向けて研究デザインを検討中である。2)においては、当事者、アプリ開発担当者、弁護士、研究者で2016年度に計6回の企画会議を行い、アプリに盛り込む機能について検討した。開発できる部分から随時開発中であり、2017年夏ごろにはすべての機能が開発される見込みである。当初予定していたコンテンツに加え、ユーザーをサポートするような機能が多く盛り込まれることとなり、内容の検討に時間を要した。開発完了後は、試用テストを行い、不具合等の修正をしたあと、パイロット調査の準備を行う。3)ウェブ版プログラムを用いた無作為比較試験の二次解析を行い、ウェブ版プログラムがより有効であると思われる対象者を検討した。無作為比較試験と二次解析について、論文にまとめた。今後投稿予定である。また利用者からいただいたコメントを分析し、コンテンツ修正に反映させる予定である。精神保健福祉センターやHIV専門病院から問い合わせをいただき、精神科外来以外のセッティングでの運用を検討中であり、セッティングごとにコンテンツを変更する必要があるか、セッティングごとにウェブセラピストをどう配置するか検討している。ほぼ計画通り進んでおり、来年度以降も予定通り実施できると思われる。本年度は薬物使用障害からの回復支援スマートフォンアプリの開発を継続した。前年度の企画会議で議論された内容をアプリに盛り込むため、開発担当者と打ち合わせを重ねた。また、介入プログラムの内容をバージョンアップさせるため、海外でインターネットを用いた認知行動療法の研究を実施している専門家を招き、国内で同様のプログラムを開発中の研究者とともにトレーニングを受けた。さらに、今後のパイロット調査に向けて研究デザインを決定し、調査をアプリ上で実施できるような機能を盛り込んだ。また、ウェブ版薬物使用障害再発防止プログラムについては、RCTによる効果検証の研究成果を論文にまとめ国内学会・国際学会において発表した。同時に二次解析を実施し、詳細な効果を検討した。研究結果から得た知見をもとにプログラムの全面的な改良を実施中である。今後様々なセッティングで活用できるよう、インターフェイスの全面的な改良、ウェブセラピストのアカウント設定、利用者登録方法の変更、管理者権限の変更を行った。利用者が自分のペースでセッションを受けられるよう、コース設定を選べるように変更している。さらに今回のRCTでは適切なアウトカム設定が課題となったため、日本の実情に合わせたアウトカムを先行研究のレビューにより検討し、動機づけに関する新たな尺度を翻訳し、尺度開発ガイドラインに従って日本語訳を確定した。今後のパイロット調査に尺度を盛り込み、尺度の信頼性・妥当性を検討する。おおむね計画通り進行し、来年度も引き続き実施できる体制が整っている。

日本国内でも使用可能と思われる英語版の尺度を尺度開発ガイドラインに従って翻訳し日本語版尺度を作成した。それらの尺度の信頼性・妥当性の検討を行う研究計画を立案し、今後研究倫理委員会に提出する予定である。また、スマートフォンアプリのパイロット調査は、小規模なランダム化比較試験のデザインで実施する方針に変更した。薬物使用経験のある人を対象に幅広くリクルートする方法として、ウェブリクルートや人手を介さないで実施するランダム割り付けの方法を研究協力者やアプリ開発を委託している企業と検討しながら開発した。これにより、医療につながっていない薬物依存症者や、薬物依存の状態には至っていない薬物使用者を対象とした支援を提供する準備が整えられた。今後は小規模ランダム化比較試験のプロトコルを作成し、信頼性・妥当性が確認された尺度を用いて効果評価を行う準備を進める予定である。さらに、海外における薬物使用者の支援について知見を広めるため、サンフランシスコにおける支援の視察を行った。日本の薬物使用者支援に適用できる点について情報収集し、海外の研究者や実践者から助言を得た。本研究に関連したテーマで原著論文を筆頭著者として2本執筆した。また、国内外の学会や共同研究者と実施した講演会にて成果発表を行った。当初の研究計画が一部変更となっているが、研究目的に沿った変更であり、研究期間内におおむね目的を達成できると考えられる。1)全国の精神科医療施設における薬物関連精神疾患の実態調査の解析では、研究デザインを確定し二次解析を実施する。結果を論文にまとめ投稿する。2)薬物使用障害からの回復支援スマートフォンアプリの開発では、引き続きアプリの開発を進める。当事者からのフィードバックや試用テスト結果を参考にコンテンツを修正し、パイロット調査に備える。3)ウェブ版薬物使用障害再発防止プログラムの改善点の明確化では、様々な介入セッティングと交渉を進め、今後の運用方針を決める。また、無作為比較試験や二次解析の結果を投稿する。物使用障害からの回復支援スマートフォンアプリの開発を継続する。パイロット調査のフィールドを確定し、パイロット調査を実施する。パイロット調査、今後の効果検証研究の倫理審査を受ける。ウェブ版薬物使用障害再発防止プログラムの効果検証に関する論文を投稿する。引き続きプログラムの改良を行い、パイロット調査を実施するフィールドを開拓する。様々なセッティングでの利用可能性を検証するために、効果検証と同時に実施可能性評価を行う。動機づけに関する尺度の信頼性・妥当性を検証する。
チオケトンの自己修復型光増感電子移動過程の研究

ピリジンチオン等の含窒素チオケトンを電子受容体であるメチルビオロゲンジカチオン存在下で定常光照射すると、自己修復型光増感電子移動サイクルによりメチルビオロゲンラジカルカチオンを系内に蓄積する。これはわれわれが見出した犠牲試薬を必要としない新しい反応サイクルであり、光エネルギーの利用においてさまざまな応用の考えられるサイクルである。本研究では高速分光法や定常光照射実験を種々の条件下で行うことによって、メカニズム解析および反応条件の最適化を行うことを目的とした。自己修復型光増感電子移動サイクルのpH依存性を検討したところ、長寿命メチルビオロゲンラジカルカチオンの生成効率は強酸性条件で抑えられることが確認された。これは強酸性条件下ではメチルビオロゲンラジカルカチオンとチオンカチオンの逆電子移動過程が進行するためと考えられる。一方、中性およびアルカリ性では、ピリジンチオンラジカルカチオンの脱プロトン化によりチイルラジカルが生成し、さらにはジスルフィドが生成するため逆電子移動過程が抑制されラジカル種の長寿命化が起こることが推測された。実際、ジスルフィドの生成は酸素トラップ法を用いた反応物解析により確認された。さらに、水素供与性の溶媒である種々のアルコール中での定常光照射実験では生成したメチルビオロゲンラジカルカチオンが完全には減衰しないことを見出した。これは電子移動の結果生じるチイルラジカルが水素化され、一部もとのチオンに戻るためと結論付けられ、上記のメカニズムを支持する結果が得られた。この系にメチルビオロゲンジカチオンを再添加することにより、一旦飽和した反応を再活性化することも可能であった。この反応は自己修復型光増感電子移動反応による光触媒的水素引き抜き反応への応用を示すものである。これらは反応最適化の指針を与えるものである。自己修復型光増感電子移動サイクルはわれわれが発見した全く新しい反応サイクルで、犠牲試薬を用いずに基質の還元体を蓄積しうるものである。その代表例が含窒素チオケトンとメチルビオロゲンの水溶液で、メチルビオロゲンラジカルカチオンの蓄積が定常光照射により確認された。本研究では、この光エネルギーの変換に適切な反応サイクルの最適化を目的として、定常光照射事件やレーザーホトリシスによる反応解析を行うものである。該当年度においては以下の結果が得られた。定常光照射実験を種々のチオケトン類に対して行うことにより、ピリジンチオンやピリンチオンがメチルビオロゲンとの間で自己修復型光増感電子移動サイクルを形成することを見いだした。さらにpH依存性や溶媒を検討することにより反応サイクルの最適化の指針が得られた。これは、サイクル初期のチオケトンラジカルアニオンの脱プロトン化と、サイクル後半のチオレートアニオンへのプロトン化の促進が最適化に重要であることが明らかになった。ナノ秒レーザーフラッシュホトリシス装置を用いて過渡吸収を測定することによって、反応プロセスの速度論的解析を行ない、反応メカニズムを確定した。また、推定される反応中間体であるジスルフィドのアニオンラジカルを酸素トラップ法で中性ジスルフィドとして取り出すことにより確認した。この反応システムを光触媒的水素原子引き抜き反応に応用できることが判明しつつある。含窒素チオケトンを電子受容体存在下で定常光照射すると、自己修復型光増感電子移動サイクルにより電子受容体の還元体を蓄積する。これは犠牲試薬を必要としない新しい反応サイクルであり、光エネルギーの利用においてさまざまな応用の考えられるサイクルである。研究最終年度にあたる本年度では高速分光法や定常光照射実験を種々の条件下で行うことによって、メカニズム解析および反応条件の最適化を行うことを目的とした。

自己修復型光増感電子移動サイクルのpH依存性を検討したところ、チオン三重項からメチルビオロゲンへの電子移動過程はほとんど影響されないが、長寿命メチルビオロゲンラジカルカチオンの生成効率は強酸性条件で抑えられることが確認された。これは強酸性条件下ではメチルビオロゲンラジカルカチオンとチオンカチオンの逆電子移動過程が進行するためと考えられる。一方、中性およびアルカリ性では、脱プロトン化によりチイルラジカルが生成し、さらにはジスルフィドが生成するため逆電子移動過程が抑制されラジカル種の長寿命化が起こることが推測された。実際、ジスルフィドの生成は反応物解析により確認された。さらに、水素供与性の溶媒である種々のアルコール中での定常光照射実験では生成したメチルビオロゲンラジカルカチオンが完全には減衰しないことを見出した。これは電子移動の結果生じるチイルラジカルが水素化され、一部もとのチオンに戻るためと結論付けられ、上記のメカニズムを支持する結果が得られた。これらは反応最適化の指針を与えるものである。
緑化のための高吸水性ポリマー混入ポーラスコンクリートに関する研究

1.研究目的ポーラスコンクリートは緑化基盤材として使用される際、空隙や表層に土や保水材を敷き詰めている場合が多い。この空隙に高吸水性ポリマーを配置することで高い吸水性を付与し、土や保水材を用いることなく良好に植物の活着するポーラスコンクリートを目指す。緑化基盤材への適用可能性調査として、吸水性と植生性能に関して実験を行った。2.研究方法および結果(1)吸水性に関する検討セメント質量比で0%、0.4%、1.2%の高吸水性ポリマーを混入したポーラスコンクリート供試体を作製した。練混ぜは先ずポリマー以外の材料のみで行い、型枠(φ10×20cm)に打ち込む際に乾燥状態のポリマーを供試体中心部分に流し入れた。作製した供試体を室温20°C、湿度60%RHの環境で2週間気中養生を行った後、20°Cの恒温水槽に浸けて質量の経時変化を測定した。浸漬により増加した質量を吸水した水分量と見做し気中養生時の供試体質量に対する比を吸水率とした。吸水率の経時変化を測定した結果、ポリマーを混入することでポーラスコンクリートの吸水率が増加し、浸漬から24時間においては通常のポーラスコンクリートに比べ吸水率はポリマー0.4%で1.64倍、ポリマー1.2%で2.32倍となった。(2)植生に関する検討吸水試験後の円柱供試体を高さ方向中心部分を6.5cmに切り出し、断面にかいわれ大根の種をそれぞれ20個散布して日光と降雨が供給される屋外にて植生状態を観察した。2週間後の植生状態を観察すると、通常のポーラスコンクリートでは水分不足により発芽後に芽が枯れているのに対し、ポリマー1.2%供試体では膨潤したポリマーからの水分供給により発芽後も成長が続いた。3.研究成果ポーラスコンクリートに高吸水性ポリマーを混入することで供試体の吸水率増加と、ポリマーから植栽した植物への水分供給がなされることが確認できた。