hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
光学活性な脱離基を用いた不斉アシル化反応の開発と生理活性物質合成への応用

本研究は、光学活性な脱離基による不斉アシル化反応という新しいタイプの不斉反応を開発することを主目的としている。まず、マンデル酸より誘導した光学活性なベンズイミダゾール誘導体を光学活性な脱離基とするアミドエノラートの不斉アシル化が立体選択的に進行することを見い出し、最高6.5%の鏡像体過剰率のアシル化生成物を単離することに成功した。次に本反応を用いて、β-ラクタム抗生物質の鍵合成中間体の合成を検討した。即ち、β-ラクタムの3位不斉アシル化を検討した。その結果、生成物の3-アシル-β-ラクタムは通常の二置換3-オキソアミドとは異なり、室温で容易にラセミ化することが判明した。このことはBinap-Ru錯体などによるdl-3-アシル-β-ラクタムの不斉還元による二不斉中心の同時立体制御の可能性を示している。次に、アリル金属のアシル化を種々検討した結果、アリル銅化合物が有用であることが判明したが不斉反応への展開はまだ行っていない。一方、光学活性な保護基を用いる2-(1-ヒドロキシアルキル)イミダゾールの新合成を開発した。得られた光学活性なイミダゾール誘導体を不斉配位子として用いる触媒的不斉反応では、伊津野、Coreyらによって開発されたオキサボロリジンを用いるケトンの不斉還元の反応機構についてまず考察を行い、従来不可能と考えられていたオキサボロリジンの酸素原子に結合したボランによる不斉還元に成功した。続いてイミダゾール誘導体を用いた触媒的不斉アルキル化を検討したところ、アントラセン骨格を有するイミダゾールを不斉配位子として用いて場合7.3%という比較的高い不斉誘起が観測された。以上示したように本研究では、光学活性な脱離基を用いた不斉アシル化反応の開発に成功するとともに不斉反応の研究に有用な新知見を見出すことができた。今後も引き続き研究を進め、発展させたい。本年度は、光学活性な脱離基を用いた不斉アシル化反応の有用性を検討する目的で、重要な合成素子である光学活性なbeta-ケトカルボン酸誘導体の不斉アシル化による合成を検討した。不斉脱離基としては、不斉要素を導入し易いこと、脱離した後脱離基が強い塩基性を示さないことなどを考慮にいれて、2位に不斉要素を持つベンゾイミダゾールを利用することにした。実際には容易に入手し得る(R)-マンデル酸より6段階で合成した2-[1-(rho-chlorobenzyloxy)-1-cyclohexylmethyl)benzimidazoleを用いてアシル化を検討した。次いでこれをアシル誘導体に導いて種々のエノラートとの不斉アシル化を検討した。その結果、エノラートとしてアミドエノラートを用いた場合に、収率良くbeta-ケトアミドが得られることが分かった。また、不斉収率は基質によって異なるものの、最高65%eeと比較的良好な結果を得ることができた。さらに脱離した光学活性なベンゾイミダゾールは単にアシル化するのみで、再度不斉アシル化に用いることができることなど、本方法論の有効性を示すことができた。ただ不斉誘起はアシル基上の置換基に依存するばかりでなく、アミドエラノートの窒素原子上の置換基にも依存することが分かった。一般的には窒素原子上の置換基が小さいほど不斉誘起が大きくなる。

これまでのところ詳細な不斉誘起機構は不明であるが、今後さらに多くの基質を検討して不斉誘起機構を明かにし、それらを基により不斉誘起能の高い脱離基を設計する予定である。本研究は、光学活性な脱離基による不斉アシル化反応という新しいタイプの不斉反応を開発することを主目的として開始した。本年度はまず、光学活性なイミダゾール誘導体の一般的合成法の開発を検討し、光学活性なテトラヒドロピラニル保護基の導入による2-(1-ヒドロキシアルキル)イミダゾールの合成を達成した。さらに、β-ラクタム系抗生物質の鍵合成中間体の新合成法としてβ-ラクタムの3位不斉アシル化反応を検討した結果、生成物の3-アセチル-β-ラクタムは室温で容易にラセミ化することが判明した。このことはBinap-Ru錯体などによるdl-3-アセチル-β-ラクタムの不斉還元による二不斉中心の同時立体制御の可能性を示している。次に、アリル金属のアシル化を種々検討した結果、アリル銅化合物が有用であることが判明した。一方、2-(1-ヒドロキシアルキル)イミダゾール誘導体を不斉配位子として用いる触媒的不斉反応も検討した。まず、伊津野、Coreyらによって開発されたオキサボロリジンを用いるケトンの不斉ボラン還元の反応機構について考察を行ったところ、従来不可能と考えられていたオキサボロリジンの酸素原子に結合したボランによる不斉還元に成功した(印刷中)。これらの結果も考慮してイミダゾール誘導体を用いた触媒的不斉反応を検討した結果、アントラセン骨格を有する2-(1-ヒドロキシアルキル)イミダゾールを不斉配位子として用いる不斉アルキル化反応で比較的高い不斉誘起が観測された(未発表)。以上示したように本年度は、光学活性なイミダゾール誘導体の新合成法の開発に成功し、3-アセチル-β-ラクタムの物性、アリル金属のアシル化反応、不斉ボラン還元の反応機構、不斉アルキル化反応などにおいて多くの新知見を見出すことができた。
細胞系列決定に必須な転写因子GATA3とFACT複合体、RNAポリメラーゼの関係

寄生虫感染に対する生体防御やアレルギー疾患に関与するTh2細胞の分化について、マスターレギュレーターGATA3の作用機序を解析した。GATA3は転写を担うRNAポリメラーゼIIおよびFACT複合体を染色体へ運ぶ機能を持つことが示唆された。またサイトカイン遺伝子の発現制御にはDNA脱メチル化が重要で、T細胞の分化過程においてその活性が変化する事、DNA複製非依存的であること、メチルシトシン結合タンパク質が関与する事などを明らかにした。FACT複合体を構成するSPT16およびSSRP1を、GATA3とともに293細胞などに過剰発現することにより、免疫沈降法を用いて共沈殿することが示された。さらに過剰発現したGATA3に内在性SPT16およびSSRP1が結合することも確認した。GATA3に結合する分子として、FACT複合体の構成分子としてはSSRP1のみを同定していたが、SPT16ともGATA3が結合することが可能であることを示せた。今後siRNAを用いた発現抑制により、GATA3の作用に対するFACT複合体の関与を検計する。Th2サイトカイン領域のDNAメチル化状態の制御については、Th2サイトカイン遺伝子IL-4とIL-13の遺伝子間領域に存在し、サイトカイン遺伝子の発現量を増大させる制御領域CNS-1が、脱メチル化の程度を制御することを、CNS-1を欠失したTh2細胞と比較することにより見いだした。さらに、胸腺で成熟したT細胞は、末梢のT細胞より、サイトカイン産生量が高く、これはTh2サイトカイン領域の脱メチル化の程度が、胸腺T細胞の方がより強い為であることを見いだした。Th2サイトカイン1に限らず、Th1サイトカインであるIFNγの産生も増大し、分化を誘導した際、本来産生が抑制されるサイトカインもある程度発現しでしまうことが見いだされた。これは胸腺で成熟したT細胞が、さらに末梢へ移行する際の成熟過程として、活性化刺激に対する脱メチル化誘導活性が減弱することも、T細胞サブセット特異的サイトカイン産生能を規定する分子機構であることを示唆する。GATA3/t-betなどサブセット分化を誘導する転写因子と、DNAメチルトランスフェラーゼがどのような相互作用を持つのか検討する。FACT複合体を構成するSPT16およびSSRP1に関して、293細胞などの培養細胞に単独で強制発現させることはできず、両者を発現させることが必要であった。強制発現させたFACT複合体の多くは、核より細胞質に多く局在した。興味深い点は、GATA3を同時に発現させると、GATA3はFACT複合体と結合し、3者は核に多く局在した。このことから、GATA3がFACT複合体を核に移行させる機能を持つことが示唆された。さらに染色体上のGATA3が結合する領域にFACT複合体をリクルートしているのか、クロマチン免疫沈降法を用いて検討中である。T細胞活性化とTh2分化誘導にともない、RNAポリメラーゼが、染色体上にリクルートされるが、GATA3結合領域近傍に強く結合していることを示唆する結果を得た。FACT複合体とRNAポリメラーゼを染色体上にリクルートし、non-coding RNAの転写を誘導することに、GATA3が関与する可能性が考えられた。T細胞活性化とTh2分化誘導にともない、Th2サイトカイン遣伝子をコードする領域の脱メチル化が誘導される。末梢T細胞に比べて、胸腺で成熟し、まだ末梢に移動していない時点のT細胞では、脱メチル化がより早く、より強く誘導されることを見出した。この結果として、胸腺由来T細胞のサイトカイン産生量は末梢T細胞に比べて高いこと、また本来、産生が抑制されるサイトカイン、たとえばTh2細胞のIFNgの産生が亢進し、サイトカイン産生パターンの特異性が損なわれることを見出した。このような胸腺由来T細胞の特徴は、新生児T細胞の特徴と類似しており、成獣においては、T細胞が胸腺から末梢へ移行する際の分化過程として、サイトカイン遺伝子発現能の抑制があることを明らかにした。胸腺由来T細胞の脱メチル化は、刺激後急速に誘導される。細胞分裂をおこす前の細胞群を分離し、脱メチル化の状態を解析したところ、すでに誘導されており、DNA複製に依存しない脱メチル化の誘導であることが示された。胸腺由来T細胞では、Th2サイトカイン遺伝子領域に、メチルシトシン結合タンパク質MBD2の結合が見られ、脱メチル化の誘導において、MBD2が関与する可能性が示唆された。
ハドロン物理における軸性U(1)対称性の破れの研究

QCD有効理論を用いて,カイラル対称性の自発的な破れのハドロンスペクトルへの現れ方,及び高温度・密度での対称性の回復に伴うハドロンの性質の変化を研究した.まず軸性U(1)対称性を破る相互作用を加えた拡張されたNJL模型を用いて,擬スカラーメソンなどの定量的な解析を行い,メソンとバリオンの質量,崩壊の性質が大きな軸性U(1)対称性の破れを支持することを指摘した.さらに,QCDの改良ラダー近似によるベーテ・サルピータ方程式の方法を用いて,擬スカラー中間子の性質を解析した.クォーク質量を有限とし質量の繰り込みを行い,また,有効模型における修正された軸性カレントを導入することにより,軸性ワード高橋恒等式などが正しく得られることを示した.数値計算では,中間子の質量及び崩壊定数,修正された崩壊定数,クォーク凝縮の値などを求め,それらの観測値をよく再現できることを示した.クォーク質量をパラメータとして,これらの物理量を計算し,改良された崩壊定数を使うとクォーク質量が100MeV程度でもGMOR関係式が良く成立する事を示した.その他,QCD和則の方法をSU(3)8重項と1重項のバリオンに適用し,基底状態と励起状態の質量差の原因がカイラル対称性の破れによることを解析的に示し,SU(3)8重項の負パリティ状態はほぼ縮退していること,SU(3)1重項のラムダ励起では,負のパリティ状態が基底状態となることを導いた.さらに,同じ方法でバリオンとメソンとの結合を解析した.さらに,正負パリティのバリオン対のカイラル群による分類を行い,2種類の変換性をもつ場合があることに注目し,それぞれに対応する線形シグマ模型を用いて,その現象論的相違について詳しくしらべた.核子の励起状態のカイラル電荷の符号によって,カイラル対称性が回復した世界での核子の質量の有無やパイオンとの結合の強さが決まることが解った.QCD有効理論を用いて,カイラル対称性の自発的な破れのハドロンスペクトルへの現れ方,及び高温度・密度での対称性の回復に伴うハドロンの性質の変化を研究した.まず軸性U(1)対称性を破る相互作用を加えた拡張されたNJL模型を用いて,擬スカラーメソンなどの定量的な解析を行い,メソンとバリオンの質量,崩壊の性質が大きな軸性U(1)対称性の破れを支持することを指摘した.さらに,QCDの改良ラダー近似によるベーテ・サルピータ方程式の方法を用いて,擬スカラー中間子の性質を解析した.クォーク質量を有限とし質量の繰り込みを行い,また,有効模型における修正された軸性カレントを導入することにより,軸性ワード高橋恒等式などが正しく得られることを示した.数値計算では,中間子の質量及び崩壊定数,修正された崩壊定数,クォーク凝縮の値などを求め,それらの観測値をよく再現できることを示した.クォーク質量をパラメータとして,これらの物理量を計算し,改良された崩壊定数を使うとクォーク質量が100MeV程度でもGMOR関係式が良く成立する事を示した.その他,QCD和則の方法をSU(3)8重項と1重項のバリオンに適用し,基底状態と励起状態の質量差の原因がカイラル対称性の破れによることを解析的に示し,SU(3)8重項の負パリティ状態はほぼ縮退していること,SU(3)1重項のラムダ励起では,負のパリティ状態が基底状態となることを導いた.さらに,同じ方法でバリオンとメソンとの結合を解析した.さらに,正負パリティのバリオン対のカイラル群による分類を行い,2種類の変換性をもつ場合があることに注目し,それぞれに対応する線形シグマ模型を用いて,その現象論的相違について詳しくしらべた.核子の励起状態のカイラル電荷の符号によって,カイラル対称性が回復した世界での核子の質量の有無やパイオンとの結合の強さが決まることが解った.低エネルギーQCDの特徴である,カイラル対称性の自発破れと,軸性U(1)対称性の破れの関連を統一的に理解するために,主に,エータ中間子の性質をクォーク模型を用いて研究した.軸性U(1)対称性の破れは,クォーク質量によるSU(3)対称性の破れと競合して,エータにおけるSU(3)1重項と8重項の混合角を決める.今年度は,エータの質量や電磁崩壊モードである,エータ→2光子,→2光子+パイ0,→2光子+レプトン対,の確率,分布などの混合角依存性を調べることによって,軸性U(1)対称性の破れの大きさを評価した.従来の2光子崩壊の解析は重いエータプライム中間子をエータと同様に扱っていて不十分であることを指摘した.具体的にはカイラル対称性を動的に破る南部-Jona-Lasinio有効模型を用いて,エータをベ-テ・サルピーター方程式の解として求めた.エータの電磁崩壊は結合定数に関する摂動論を用いて計算した.その結果従来言われているより3-5倍程度大きい軸性U(1)対称性の破れが必要である事が解かり,エータはほぼフレーヴァーSU(3)の8重項で表わされ,1重項の混ざりが小さいことを指摘した.

この結果を踏まえて,従来の解析を再解析した.例えば,2光子崩壊過程に関するこれまでの解析は,エータ,エータ'の質量が小さいという仮定の下でしか成り立たない関係式を基礎にしていて不適当である事など,従来の解析にはそれぞれ問題があることを指摘した.年度後半には,さらにQCD和則の手法を用いて,軸性U(1)の破れを研究する準備として,カイラル対称性を考慮したバリオンとバリオン励起状態を解析した.2種類の低エネルギー有効模型を用いて,QCDの軸性U(1)対称性の破れがメソンやバリオンのスペクトルや構造に及ぼす効果を定量的に調べた.まず,SU(3)×SU(3)の南部-Jona-Lasinio模型ではクォーク-反クォーク対の束縛状態がベ-テ・サルピーター方程式の解として得られるが,南部ゴールドストン解の性質と軸性U(1)対称性の破れとの関係を調べてきた.特にエータの質量と,電磁崩壊幅の計算から,軸性U(1)対称性が強く破れて,エータにおけるSU(3)1重項と8重項の混合が消える可能性を強く示唆した.バリオン状態でも,この強い破れとフレーバー混合の観測値が矛盾しないことを示した.次にQCDの非アーベリアン結合を取り入れたグル-オン交換によってクォーク間の相互作用が表される改良ラダー近似に,軸性U(1)対称性を破る6点クォーク相互作用を取り入れた拡張ラダー模型を用いた.シュビンガーダイソン方程式と,ベ-テサルピーター方程式を矛盾なく解くと,カイラル対称性に基づく低エネルギー定理がクォークが有限で小さい質量を持つ場合でも成立つことを示し,エータとパイの質量差が軸性U(1)対称性の破れに比例して大きくなることを指摘した.さらに,パイとエータの崩壊定数,電磁崩壊についても軸性U(1)対称性の破れとの関係を定量的に調べている.ベ-テサルピーター方程式をユークリッド領域で数値的に近似なしで解き,その解を,カイラル対称性から導かれる条件などを用いて,ミンコフスキー領域に有効に外挿する方法を開発した.拡張された南部・ヨナラシニオ(NJL)模型などを用いた軸性U(1)対称性の破れの定量的な解析によると,擬スカラー中間子,バリオン共に,非常に大きな軸性U(1)対称性の破れを示唆している.これを受けて,QCDの改良ラダー近似によるシュウィンガー・ダイソン方程式,及び,ベーテ・サルピータ方程式の方法を用いて,擬スカラー中間子の性質を解析した.本年は,3-フレーヴァーで軸性U(1)対称性の破れを6点クォーク相互作用として採り入れた模型を用いて数値計算を行い,カイラル対称性が動的に破れて,パイとエータが南部ゴールドストン粒子となることを示した。さらにパイ,エータ,エータプライムの質量、崩壊定数などを計算し,実験値を再現するようなパラメータを与えた.このようにして,カイラル対称性と軸性U(1)対称性の破れの関係をクォーク質量が有限の場合の改良ラダー近似QCDによって初めて説明することに成功した意義のある研究である.次に,正負パリティのバリオン対のカイラル対称性による分類と有限温度,密度における性質の変化をQCD和則および線形シグマ模型を用いて研究した.本年度は正負パリティのバリオン対のカイラル群による分類には2つの方法が可能であることを示し、それぞれに対応する線形シグマ模型を現実的なものに拡張して,その現象論的相違について詳しく調べた。その結果,核子の励起状態のカイラル電荷の符号と核物質中での核子の励起状態の崩壊率の変化に2つの分類の違いが顕著に現れることを指摘した。
新たな水・電解質代謝調節ホルモングアニリンファミリーの機能解析と分子生物学的研究

(1)ヒトとラツトのguanylinとuroguanylinに対する特異抗体と高感度測定法を開発し、両ペプチドの体内分布と細胞局在を明らかにした。guanylinは主として下部腸管の上皮細胞に存在し、一方uroguanylinは胃と上部小腸の内分泌細胞に存在していた。ヒト,ラツト,マウスのuroguanylin cDNAのクローニングを行い、塩基配列を世界に先駆けて決定した。またguanylinとuroguanylinの産生細胞を同定した。(2)GC-Cのノックアウトマウスを開発し、消化管におけるguanylin famIlyの水・NaCl代謝調節作用を解析した。両ペプチドは経口NaCl負荷により、消化管での生合成と分泌が増加した。(3)ヒトguanylinとuroguanylin遺伝子の全塩基配列を決定した。FlSH法により、両遺伝子が第1染色体短腕に連結して存在することを報告した。(4)ヒトとラットの消化管よりguanylinとuroguanylinの分子種を単離し、全一次構造を決定した。前駆体蛋白から成熟ペプチドヘのprocessing過程を明確にした。さらに哺乳動物細胞を用いて、リコンビナントによるguanylin前駆体蛋白の合成系を確立した。(5)guanylinとuroguanylinの血漿濃度と尿中排泄量は、NaCl摂取量に相関して増加した。uroguanylinの血漿濃度は、Zollinger Ellison症候群やカルチノイドで増加していた。(6)guanylin familyは、大腸癌由来培養細胞に対し、10^<-8>Mから濃度依存性に増殖抑制効果を示した。uroguanylinとその受容体は胃のECL細胞に存在し、uroguanylinはECL細胞からのヒスタミン分泌を濃度依存性に促進した。(1)ヒトとラットのguanylinとuroguanylinに対する特異抗体と高感度測定法を開発し、両ペプチドの体内分布と細胞局在を明らかにした。ヒト,ラット,マウスのuroguanylin cDNAのクローニングを行い、塩基配列を世界に先駆けて決定した。(2)GC-Cのノックアウトマウスを開発し、消化管におけるguanylin familyの水・NaCl代謝調節作用を解析した。(2)ヒトguanylinとuroguanylin遺伝子の全塩基配列を決定した。FISH法により、両遺伝子が第1染色体短腕に連結して存在することを報告した。前駆体蛋白から成熟ペプチドへのprocessing過程を明確にした。
延性二相合金におけるブリッジング現象の発現とクリープ強度への寄与

二相合金の母相と強化相が共に延性をもち,各々が全く異なるクリープ特性をもつとき,この種の合金のクリープ挙動は純金属や単相合金の場合に比べてたいへん複雑になる.二相合金のクリープ理論は未だ十分に整備されていない状況にある.実用高温材料の開発期間を短縮するために,延性二相合金のクリープ機構を解明するための技法を確立することが求められている.本研究では,LPSO相を含む延性二相Mg合金(以後,二相合金)のクリープ律速機構を明らかにし,この合金全体のクリープ強度に及ぼすLPSO相の貢献度を定量的に示すための理論式を導き,押込みクリープ試験を実施し,FEシミュレーションを行った.検討結果は次の通りである.(1)高温クリープ中,α-Mg母相では格子拡散支配による粒界すべりが生じることによってc軸方向の歪み成分が補完され,LPSO相との界面における連続性が適度に維持される.LPSO相では主に底面〈a〉すべり系が活動する.(2)二相合金全体のクリープ特性値は,α-Mg母相およびLPSO相の当該値を各相の実効体積分率で重み付けした平均で与えられる.この値から二相合金のクリープ強度に及ぼすLPSO相の貢献度を知ることができる.(3)二相合金のクリープ特性値は変形速度によって変化し,べき乗則クリープ域では各相の中間の値になる.変形速度が遅いときほどLPSO相が荷重を多く担うようになるため,LPSO相のクリープ特性値に近い値をとるようになる.(4)二相合金における強化効率は高い値を維持する.FE解析結果によれば,べき乗則クリープ域ではLPSO相同士が連結しているように見えるブリッジングが発現している可能性が指摘される.(5)この二相合金ではLPSO相がα-Mg母相を高い強化効率で複合強化し,クリープ強度が実現される.これを更に向上させるにはLPSO相の強靱化が重要となる.各相が延性を備え,クリープ中にべき乗則,複合則,等歪み速度条件が成り立つとした二相合金の変形モデルを用いて,ブリッジング(強化相の狭間にある母相が強化相のように変形し,強化相が架橋されたように見える現象)の発現の強弱を表すパラメーターκを組み入れたクリープ特性値(応力指数nと活性化エネルギーQ)の理論式を導出した.これにより,延性二相合金のnやQ値は,構成相のクリープ特性値の中間となり,クリープ速度によって変化することを見出した.延性二相合金の引張クリープのFEシュミレーションを実施した.ここでは,実際の合金組織(α-Mg相+LPSO相)を模倣して,母相中に二個の直方体状の強化相を,狭い間隔で,大部分が隣り合うように配置した.クリープ速度がε=10-5/sの場合,母相の相当塑性歪み速度の平均値はε1≒εであるが,複合則の強化効率はκ<1であり,強化相の相当塑性歪み速度の平均値はε2<εとなるため,等歪み速度条件は成立しない.また,ブリッジングも起こらない.ε=10-410-3/sの場合,強化相の狭間にある母相の応力が高まり,強化相同士が連結したように変形するブリッジングが発現する.この場合はκ≒1であり,等歪み速度条件が成り立つ.シミュレーション結果が示すように,転位クリープ域ではブリッジングが生じ,κが高い値をとり,強化相が有効に働くことが期待される.実際の二相合金においても,α-Mg相中に筋状のLPSO相が狭い間隔で捻れるように並列しているため,ブリッジ効果が発現して高いκ値が得られると期待される.次年度は,押込みクリープ試験を主に実施し,α-Mg合金,LPSO合金及びそれらを含む二相合金について実験結果を得て,今年度導出した理論式の妥当性とブリッジングの発現可能性を調べる所存である.延性二相合金のクリープ特性値(nやQ値)について,ブリッジング効果の強弱を組み入れた理論式を導出した.その結果,この二相合金のクリープ特性値は,各相の体積率やクリープ特性値だけでなく,各相の荷重分担率(クリープ速度で変化する)と強化相の分布状態に依存する強化効率κ(これもクリープ速度で変化する)に影響されることが分かった.FEシミュレーションに必要な副プログラムを海外共同研究者の助言を得ながら作成した.強化相をある形態で配置したときのFEシミュレーションが実施され,ある変形条件の下でブリッジングが起こることを確認した.このときはκ≒1が成り立ち,理論式の前提条件がすべて揃うことを見出した.κ≒1と言うことは,母相の強化相により有効に強化されることを意味する.今後は強化相の配置条件を変えて,ブリッジングの発現条件を詳細に調べていく必要がある.実験準備は概ね順調に進められた.α-Mg合金,LPSO合金,これらから成る二相合金を入手し,焼鈍条件,研磨条件,試験条件などについて検討した.SEM観察,EBSD法による組織解析を行った.予備試験として,微小硬さ試験機に油槽を取りつけ,各試料の高温硬さを測定した.各温度において硬さ値について複合則が成り立つことを確認し,変形速度が極めて遅い場合のκ値を求めた.

このときのκ値は温度に殆ど依存しないことを確認した.二相合金の各相が延性をもち,全く異なる高温特性を有するとき,その合金のクリープ挙動は単相合金と比べてたいへん複雑になる.延性二相合金のクリープ理論は,未だに整備されているとは言えない状況にある.今後のMg合金開発の進展を期するとき,この種の合金の高温クリープ機構を調べる筋道を付けておくことは極めて重要と言える.本研究では長周期積層構造(Long-Period Stacking Ordered, LPSO)相を含む延性二相Mg合金(以後,二相合金)の高温クリープ機構を調べるために,理論的な検討,押込みクリープ試験,計算機シミュレーションを行った.これまでに得られた主な結果は,次の通りである.(1)α-Mg相では格子拡散支配による粒界すべりが生じることでc軸方向の歪み成分が補完され,他相との界面における連続性が適度に維持される.LPSO相が定常状態変形するとき,主に底面すべり系が活動する.(2)二相合金のクリープ特性値は,α-Mg単相およびLPSO単相の当該値を各々の実効体積分率で重み付けした相乗平均又は相加平均で表せる.故に,この値からクリープ強度に及ぼすLPSO相の寄与を推定できる.(3)二相合金のクリープ特性値は変形速度によって変化し,べき乗則クリープ域では構成相の当該値の中間となる.この場合,変形速度が遅いときほどLPSO相のクリープ特性値に近い値となる.(4)二相合金では変形速度が遅いときほどα-Mg相が粒界すべりにより弱化し,LPSO相が全体の強度に寄与する割合が増大する.よって,二相合金では大部分の荷重を担うLPSO相のクリープ特性値に近い値が現れる.(5)二相合金では,べき乗則クリープ域においてLPSO相がα-Mg相を複合強化し,高いクリープ強度を実現する.これを向上させるには,キンクバンド導入などによるLPSO相の更なる強化が重要となる.本年度は,FEシミュレーションを用いて実験結果を解釈することに努め,所期の成果を得た.二相合金(α-Mg相+LPSO相)ではα-Mg相をLPSO相が複合強化し,高いクリープ強度を実現する.このとき得られた強化効率はκ≒0.82であり,LPSO相が強化相として有効に機能することを示唆する.しかし,高いκ値が得られる理由は不明であった.これを明らかにするために,二相合金組織を模したFEモデルが六面体1次低減積分要素(要素数:48,000個)によって作成された.各要素は弾性変形とべき乗則クリープが生じるとし,各相の力学特性は単相合金の実験値に近い値が設定された.クリープ速度と強化相の配置を何通りか変えて,相当応力,相当塑性歪み,相当塑性歪み速度の等高線パターンの時間変化などが調べられた.クリープ速度がある値になると,外力が母相と強化相に適度に分配されて,クリープ速度と各相の変形速度が同等になる状態が発現することが明らかにされた.このとき二つの強化相の狭間にある母相の変形は著しく抑制され,強化相同士が連結しているように見えるブリッジングが発現する.このときFE結果はκ≒1である.ブリッジングが生じるクリープ速度範囲は各相の力学特性に依存して変わるが,強化相の配置には余り影響されないようだ.クリープ速度を更に高めると,ブリッジングは消失する.このときκ<1となる.強化相の形状に不連続性を低減するような効果があると,クリープ速度の広い範囲でブリッジングが発現し,高いκ値が得られることになるであろう.これらの知見は,実用的な延性二相合金のクリープ挙動を理解する上で有用であると思われる.上記のように,クリープ理論の構築,押込みクリープ試験,FEシミュレーションはほぼ順調に進展した.
標的遺伝子組み換えによる神経筋疾患動物モデルの作成

ヒトと同一の分子機構で発症するDuchenne型筋ジストロフィー症(以下DMDと略)モデルマウスをEmbryonic stem cellを用いた相同遺伝子組み換え法によって作成し、発病に至る病態解析を行うことを目的として本研究を進めた。DMD遺伝子はプロモーターが異なる4つのアイソフォームが知られ、そのうち筋型、脳型それぞれのエクソン1領域を標的としてジストロフィン(以下Dyと略)の発現を阻止してDy欠損マウスを作成し、それぞれの機能解析をめざした。[方法]1.ES細胞のゲノムDNAライブラリーを製作した。2.DYのエクソン1部分をプローブにしてプロモーターおよびエクソン1を含むゲノムDNAをとった。3.筋型、脳型ターゲッティングベクターの製作はPNS法を採用しneo,DTA遺伝子を使用した。4.筋型、脳型ターゲッティングベクターをES細胞に導入しpositive cloneのみをとって細胞を増やした。[結果]1.筋型は相同組み換え率が低く、相同組み換え体は残念ながらまだとれていない。2.相同組み換え体がとれた脳型cloneを、レシピエントマウスから採取した胞盤胚に注入し仮親マウスの子宮に戻してキメラマウスを作成中であり、現在、生まれてきて死亡したマウスのDNAの解析を進めている。[今後の方針]1.positive cloneの見落としを防ぐためジェノミックサザン法でスクリーニングすること。2.筋型、脳型のキメラマウス作成。3.交配用マウスと交配させ目的とした筋型、脳型Dy欠損マウスを獲得する。4.発病に至る病態解析を行う。ヒトと同一の分子機構で発症するDuchenne型筋ジストロフィ-症(以下DMDと略)モデルマウスを、Embryonic stem cellを用いた相同遺伝子組み換え法によって作成し、発病に至る病態解析を行うことを目的として本研究を行なうことと計画した。平成3年度は、DMDモデルマウス(トランスジェニックマウス)を作成するために、我々は胚幹細胞(ES cell)にあらかじめ遺伝子を導入しておき、これをレシピエントである他の胞胚に注入し、キメラを作製する方法を実施した。現在その準備段階として、マウスからプロモ-タ-部位を含むジストロフィン遺伝子をとり出す全てのテクニックを確立する途中にあり、おそらく標的変異導入ベクタ-を作成できれば、これによってジストロフィン遺伝子のプロモ-タ-部分をノックアウトできるのではないかと考えている。本研究はこのように遺伝子断片を改変する基礎研究の段階であるが、今後クリア-すべき多くの問題点が残されている。(1)ES細胞に遺伝子導入すること(2)選択クロ-ニング(3)キメラマウスの作製(4)ヘテロ接合体の選択(5)ホモ個体の獲得が特に重要なものであり、今後平成4年度に上記の問題を解決し、DMDモデルマウスの作成を確立したいと考えている。ヒトと同一の分子機構で発症するDuchenne型筋ジストロフィー症(以下DMDと略)モデルマウスを、Embryonic stem cellを用いた相遺伝子組み換え法によって作成し、発病に至る病態解析を行うことを目的として本研究を行うことと計画した。DMDモデルマウス(トランスジェニックマウス)を作成するために、胚幹細胞(ES cell)にあらかじめ遺伝子を導入しておき、これをレシピエントである他の胞胚に注入してキメラを作製することをめざして研究遂行中である。平成4年度には、マウスからプロモーター部位を含むジストロフィン遺伝子をとり出すことに成功した。DMDcDNAのエクソン1にネオマイシンを組み込み、これを標的変異導入ベクターとして用い、DMD遺伝子のプロモーター部分をノックアウトするための作業を行なっている。ES細胞に標的変異導入ベクターを含むDNA注入し、選択クローニングの過程が成功すればキメラマウスの作製への道が開かれると思われるが、この選択クローニングの作業が本研究の中で最も労力を要するところである。すなわち、今後クリアーすべき問題点として1.選択

クローニング2.キメラマウスの作製3.ヘテロ接合体の選択4.ホモ個体の獲得が特に重要である。平成5年度の早期にこれらの問題を解決しDMDモデルマウスの作成を確立したいと考えている。ヒトと同一の分子機構で発症するDuchenne型筋ジストロフィー症(以下DMDと略)モデルマウスをEmbryonic stem cellを用いた相同遺伝子組み換え法によって作成し、発病に至る病態解析を行うことを目的として本研究を進めた。DMD遺伝子はプロモーターが異なる4つのアイソフォームが知られ、そのうち筋型、脳型それぞれのエクソン1領域を標的としてジストロフィン(以下Dyと略)の発現を阻止してDy欠損マウスを作成し、それぞれの機能解析をめざした。[方法]1.ES細胞のゲノムDNAライブラリーを製作した。2.Dyのエクソン1部分をプローブにしてプロモーターおよびエクソン1を含むゲノムDNAをとった。3.筋型、脳型ターゲッティングベクターの製作はPNS法を採用しneo,DTA遺伝子を使用した。4.筋型、脳型ターゲッティングベクターをES細胞に導入しpositive cloneのみをとって細胞を増やした。[結果]1.筋型は相同組み換え率が低く、相同組み換え体は残念ながらまだとれていない。2.相同組み換え体がとれた脳型cloneを、レシピエントマウスから採取した胞盤胚に注入し仮親マウスの子宮に戻してキメラマウスを作成中であり、現在、生まれてきて死亡したマウスのDNAの解析を進めている。[今後の方針]1.positive cloneの見落としを防ぐためジェノミックサザン法でスクリーニングすること。2.筋型、脳型のキメラマウス作成。3.交配用マウスと交配させ目的とした筋型、脳型Dy欠損マウスを獲得する。4.発病に至る病態解析を行う。
軟骨変性疾患のVivoでのNADPHオキシダーゼに依存したヒアルロン酸分解の解明

関節リウマチ、変形性関節症や顎関節症は、代表的な軟骨変性疾患である。我々は、これらの疾患で産生が高まる炎症性サイトカインの一つであるインターロイキン-1βの軟骨細胞への直接的な作用を研究してきた。ひとつはインターロイキン-1βによる細胞死の誘導であり、もうひとつは細胞外マトリクスの合成低下ならびに分解の促進である。これらの中で、インターロイキン-1βによる軟骨細胞の細胞死誘導と細胞外マトリクスの分解促進に、食細胞型NADPHオキシダーゼ由来の活性酸素種の関与を明らかにしている。これまでの我々は、好気的な条件下で上記の研究を行ってきたが、関節軟骨を含め、軟骨組織は嫌気的な条件下に存在する。そこで本年度は、好気的条件下および嫌気的条件下に培養したマウス軟骨細胞様ATDC5細胞をインターロイキン-1βで刺激し、細胞死を観察した。その結果、好気的条件下のATDC5細胞に比べ、嫌気的条件下で培養したATDC5細胞では細胞死が起こりにくいことが分かった。我々は、インタロイキン-1β刺激後数時間以内に発現が始まる誘導型一酸化窒素合成酵素および36から48時間に発現する食細胞型NADPHオキシダーゼの両者が必要であることを報告している。そこで、好気的条件下および嫌気的条件下にATDC5細胞をインターロイキン-1βで刺激し、両酵素遺伝子の発現を調べた。インターロイキン-1β刺激24時間後の誘導型一酸化窒素合成酵素mRNAの発現は、好気的条件下、嫌気的条件下で大きな違いが見られなかったが、食細胞型NADPHオキシダーゼmRNAの発現は嫌気的条件下で抑制されていた。食細胞型NADPHオキシダーゼの発現には酸素呼吸が重要な役割を果たしていることが示唆された。関節軟骨の表層と深層の酸素分圧の違いによる軟骨変性について酸素分圧による軟骨細胞における食細胞型NAPPHオキシダーゼの発現の違いの重要性が示唆される結果を得ている。これはこれまでに報告されていない新しい概念である。当初、軟骨の細胞外マトリクスの分解についても解析を進める予定であったが、軟骨細胞の細胞死が酸素分圧の影響を受けるという興味深い知見が得られたので、その機序について解析したいと考えてる。
河川氾濫による微地形変化と河畔林の破壊・再生プロセスとの相互関連

河畔林は豪雨にともなう洪水流・土石流により河川地形変化・土砂流送等の撹乱をうけ、成立・破壊・再生を繰り返している。1992年8月に北海道胆振地方東部・日高地方で発生した1/40年確立の豪雨に伴う河川氾濫により,沙流川流域では河川微地形と河畔林に変化がみられた。調査区間29kmにおいて,ヤナギ類を主とした河畔林総面積は約130haあり,河畔林変化タイプを流出,傾倒,無変化の3つに分けると各々36%,9%,55%,であった。次に河畔林成立面の最低河床からの比高別に河畔林の変化状況を見てみると,流出と傾倒による変化率は低比高地(比高1.2m以下)の河畔林で約60%と最も高く,逆に高比高地(比高3.7m)では7%と極めて低い。つまり低比高地に成立する河畔林は,より高位に位置するもの比べ,撹乱の影響が大きいことがわかった。また,河畔林の再生様式については,傾倒個体からの萌芽再生や,砂礫堆に漂着した枝条や樹幹からの萌芽発生など,河畔域特有のものが確認された。一方,より高齢のトドマツを主とした扇状地林における河川撹乱と樹木年輪に残る撹乱痕跡については,北海道利尻島東部のオチウシナイ河扇状地を研究対象とした。河川横断測線に沿って扇状地林を最低河床からの比高と流路からの距離等の地形的要因や林分構造からいくつかのグループに分割し,エゾマツとトドマツから成長錐でコアサンプルを採取した。サンプルの年輪幅変動から気象要因を除去する操作をした上で樹木年代学的解析をしてみると,流路に近く低比高地であるほど各個体の年輪幅変動にバラツキのみられる期間がみられ,この相関の悪さが河川撹乱の影響を示すものと考えられる。すなわち,河川撹乱の影響域では隣り合う林分であっても,その立地環境によりより年輪幅変動パターンが異なっており,それは撹乱形態の違いを表すものと考えられた。
制御ループに人間が入ったSystemsの安定化と高度化

携帯電話を用いたインターネットシステムにより、遠隔で調査研究を行うための基礎である遠隔データ取得システム、および、これを用いて遠隔操作コンピュータやインターネット通信可能な携帯端末から遠隔制御するための遠隔操作システムとシステムの動的特性を考慮した制御方法を開発した。その応用として、インターネットを通じて携帯端末から車輪型移動ロボットを遠隔操作することを実現した。開発した遠隔操作システムの組み込みコントローラは、Linuxを基づいている。Linuxのソフト-実タイム(Soft-Realtime)というソフトウェアを用いて、十分な速さで動力学と運動学の複雑な微分方程式を含める実タイム制御の制御則を計算でき、遠隔カメラの画像を携帯電話とインターネットで転送され、操作者に示し、遠隔操作コンピュータ或いはWEBを基づく携帯電話において操作者により遠隔操作するための制御ユーザインターフェースを提供することができる。携帯電話を用いるいろいろな可能な通信方法を調べた。それらの性能を比べた。開発したWEBを基づくグラフィックユーザインターフェースは、簡単に修正できるので、いろいろな制御ユーザインターフェースの有効性の確認や人間工学の実験に使える。車輪型移動ロボットのために開発された遠隔操作システムを用いて、ロボットアームなどいろいろな機械装置を遠隔制御でき、教育や研究や商用などに応用可能である。特に開発した携帯端末での遠隔操作機能は安全・環境監視や厚生施設や救援など多くの場合に役立つと見込める。
有機EL素子のためのアモルファス性有機電子輸送材料の開発

有機エレクトロルミネッセンス(EL)素子は次世代のフラットディスプレーとして注目されているが、これを構成する電子輸送材料は選択の余地がないほどに少ない。このため我々は全フッ素置換された2つのフッ化フェニレンデンドリマーC60F42(分子量:1518)およびC132F90(分子量:3295)を設計し、臭素化反応とクロスカップリングの繰返しにより合成した。構造と性質の関係を知るために、p-terphenylとp-quaterpheylを含む二つのC60F42異性体の合成も同時に行った。これらの化合物は無色の固体で、トルエンやクロロフォルム等に溶解する。3つのC60F42はガラス転移を125-135度で示した。ITO基板上にTPTEをホール輸送層、Alq3を発光層、フッ化フェニレンを電子輸送層、LiFを電子注入層、アルミニウムを陰極として真空蒸着し、有機EL素子を作成した。最高輝度は、24.4Vで2860cd/m2であった。還元電位の測定によると、フッ化フェニレンの電子親和度が増加するほど素子としての性能が向上することがわかった。これに従い、直線状のオリゴマーであるperfluoro-p-quinquephenylからoctiphenyl(PF-5P,6P,7P,8P)の合成を行った。これらを電子輸送層として使用した素子は、デンドリマーのものに比べはるかに優れた性能を示した。PF-6Pの誘導体では、最高輝度が10Vで19970cd/m^2に達した。PF-7PおよびPF-8Pの輝度-電圧、電流-電圧曲線はPF-6Pのそれとほとんど同じであった。これは電子注入よりも電子移動が律速になっているためであると考えている。PF-6Pから-8Pの性能は現在最もよく使用されているAlq3にほぼ匹敵し、今後これらの実用化の可能性を探りたい。平成11年度において、目標としていたフッ素化フェニレンデンドリマーの合成に成功し、素子としての初期評価を完了することができた。2つのフッ化フェニレンデンドリマーC60F42(分子量:1518)およびC132F90(分子量:3295)は臭素化反応とクロスカップリングの繰返しにより合成された。デンドリマーC132F90は426度で融解し、ガラス転移は示さなかった。有機EL素子を高真空下、ITO基板上にTPTEをホール輸送層、Alq3を発光層、フッ化フェニレンを電子輸送層、LiFを電子注入層、アルミニウムを陰極として蒸着した。従来このような相関は認められておらず、分子設計の上で大きな指針となる。これに従い、最近6個のベンゼン環がパラ共役したperfIuoro-p-sexyphenylを合成し素子の評価を行った。最高輝度は13.7Vで12200cd/m2に達し、その性能が劇的に向上することがわかった。

現在最もよく使用されているAlq3にほぼ匹敵し、今後これを超える誘導体が出てくる可能性が高い。有機エレクトロルミネッセンス(EL)素子は次世代のフラットディスプレーとして注目されているが、これを構成する電子輸送材料は選択の余地がないほどに少ない。このため我々は全フッ素置換されたフェニレンデンドリマーを設計し、昨年度、C_<60>F_<42>およびC_<132>F_<90>を有機銅を使ったクロスカップリングにより合成した。今年度は、直線状のオリゴマーであるperfluoro-p-quinquephenylからoctiphenyl(PF-5P,6P,7P,8P)の合成と評価を行った。これらの化合物は無色の固体で、有機溶媒に不溶である。DSCの測定ではガラス転移は観測されなかった。ITO基板上にTPTEをホール輸送層、Alq3を発光層、フッ化フェニレンを電子輸送層、LiFを電子注入層、アルミニウムを陰極として真空蒸着し、有機EL素子を作成した。これらの直線状のオリゴマーは、デンドリマーに比べはるかに優れた性能を示した。PF-6Pの誘導体では、最高輝度が10Vで19970cd/m^2に達した。PF-7PおよびPF-8Pの輝度-電圧、電流-電圧曲線はPF-6Pのそれとほとんど同じであった。これは電子注入よりも電子移動が律速になっているためであると考えている。PF-6Pから-8Pの性能は現在最もよく使用されているAlq3にほぼ匹敵し、今後これらの実用化の可能性を探りたい。
微生物代謝を利用したコンクリートのひび割れ等の補修方法の実用化に関する研究

本研究はひび割れ補修に加えて経路が不明な漏水箇所の補修に注目し、微生物の代謝による炭酸ガスとカルシウム源との反応により析出する炭酸カルシウムを充填材(以下、バイオグラウト)とする補修方法の実用化に向けて、炭酸カルシウムの生成効率が良いバイオグラウトの条件を見出すことおよびひび割れや漏水個所への充填方法について検討することを目的としている。平成30年度は昨年度に引き続き、ひび割れを模擬したコンクリート版で形成される隙間(幅0.2-0.6mm)にバイオグラウトを流し続けることで隙間を充填できるかを検討した。隙間の幅全域からバイオグラウトを流すと数日で漏水しなくなるが、入り口付近のみにしか炭酸カルシウムが析出していないことが分かった。そこで、バイオグラウトの流入口を2つに分け、漏水し無くなれば別の流入口からバイオグラウトを流入させることを繰り返すことにより供試体間の隙間全域に炭酸カルシウムが析出し、隙間の漏水補修をすることができた。バイオグラウトにより隙間を完全に充填することは難しいが漏水を止めることが可能であることを確認した。またUSGS(United States Geological Survey,アメリカ地質調査所)により開発された地球化学コードであるPHREEQCを用いて、バイオグラウトにおける炭酸カルシウムの析出解析モデルの構築を行い、バイオグラウトのpH変化と炭酸カルシウムの結晶別の析出の追跡を行った。その結果、解析ではカルサイトのみの析出であり、アラゴナイトの析出は見られず、実験と同じ傾向となった。炭酸カルシウムの析出量は、解析した7ケースのうち6ケースでは実験値と解析値は概ね一致した。さらに、Hepesという緩衝材をトリスの代わりに使用すると従来の7倍程度のカルサイトが析出することが分かったが、緩衝材の違いの効果は解析で明らかにできなかった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究はひび割れ補修に加えて経路が不明な漏水箇所の補修にも着目し、微生物の代謝による炭酸ガスとカルシウム源との反応により析出する炭酸カルシウムを充填材(以下、バイオグラウト)とする補修方法の実用化に向けて、炭酸カルシウムの生成効率が良いバイオグラウトの条件(微生物の種類、配合、温度など)を見出すことおよびひび割れや漏水個所への充填方法について検討することを目的としている。平成28年度はイースト菌を用いたバイオグラウトの析出量に及ぼす温度の影響および析出時間の制御、イースト菌以外の酵母菌を用いたバイオグラウトの検討および間隙区間の閉塞までの透水性状の経時変化をシミュレーションについて検討した。バイオグラウトの析出量は温度に依存し、温度が高くなると析出量が多くなった。また、温度が異なる場合でも溶液中のpHの変化から推定した析出量は温度が一定の場合と同様に比較的良い精度で実測された析出量と一致した。このことから一般の環境においてもpHの変化から析出量が推定できるものと考えられ、次年度以降に実環境での実験を実施する。析出時間の制御に関して、温度が高くなると析出時間が早くなることが分かり、次年度以降は温度も考慮して析出時間を制御する方法を検討する予定である。イースト菌以外の酵母菌を用いたバイオグラウトに関しては納豆菌を用いて検討した。納豆菌もイースト菌と同様に炭酸カルシウムの析出が確認されたが、イースト菌ほどの析出量は得られなかった。他の酵母菌の検討はイースト菌が当初の計画通り進まなかった場合のためでもあり、現状ではイースト菌による実験が予定通り行えていることから、イースト菌を中心に研究を実施する。間隙空間の透水性状の数値解析は解析モデルの構築はできた。次年度において漏水閉塞実験を実施して、実験結果と比較検討してその妥当性を検討する予定である。研究実績の概要で説明したように、バイオグラウトの析出に及ぼす温度の影響については予定通りの進捗状況であり、温度変化しても析出量の推定が可能であることを示唆する結果が得られており、この点は予定より進んでいる。他の酵母菌による検討においてもイースト菌を上回る析出ではなかったが、納豆菌を用いて炭酸カルシウムが析出することが確認された。しかしながら、間隙空間の数値解析においては補修箇所を充填するために必要な炭酸カルシウムの析出量の解析値や粘性に関する条件を明らかにすることができなかった。この点については次年度において対応することで最終的な成果には影響を及ぼさないと考えている。平成28年度は微生物代謝を利用した補修材料の実構造物への適用性を検討するために,温度及びコンクリート表層のイオン移動が炭酸カルシウムの析出に与える影響について検討した。結果をまとめると以下のとおりである。温度によって炭酸カルシウムの析出量及び析出時間が異なることが明らかとなった.特に,10°Cの環境では20°Cの環境の結果と比較して炭酸カルシウムの析出時間が遅延することが確認された.一方,30°Cの環境では微生物の代謝が活性化され析出過程の早い段階から炭酸カルシウムが析出することが確認された.10°Cの試験環境においてTris緩衝溶液の濃度を20°Cの試験結果よりも低くすることで,析出率は減少するものの炭酸カルシウムの析出は可能であることが確認された.また,30°Cの環境では析出過程の早い段階から炭酸カルシウムが析出することにより炭酸カルシウムの析出量が増加することが確認された.モルタル供試体表面からのイオン移動によってグラウト中のカルシウムイオン量及びpHが増加することが明らかとなった.

特に,Tris緩衝溶液を使用していない配合はTris緩衝溶液を使用している配合と比較してモルタル供試体の表面から移動するカルシウムイオン量及びpHが増加することが確認された.また,モルタル供試体を用いた炭酸カルシウムの析出試験の結果より,バイオ補修材を用いて析出された炭酸カルシウムがモルタル表面に付着していないことが確認された.試験管析出試験で最も炭酸カルシウムの析出量が確認された配合において,モルタル供試体の表面に炭酸カルシウムの付着が確認されないことが明らかとなった.コンクリート供試体を用いた補修効果の検討結果より,イースト菌の代謝により炭酸イオンが生成され間隙部において炭酸カルシウムが析出したが、0.5mmと幅の大きい間隙としたため明確な透水量の低減効果は確認されなかった.研究当初懸念課題であった析出量は多いがゲル状(バテライト)の炭酸カルシウムを生成するバイオグラウトについての検討に関して、少量のバテライトの析出が確認される場合があるが、これまでの検討結果から確実にほとんどがカルサイトであるバイオグラウトの配合を見出したため、この懸念課題に関する検討を行う必要がなくなった。従って、予定通り研究が進捗していると考えている。本研究はひび割れ補修に加えて経路が不明な漏水箇所の補修に着目し、微生物の代謝による炭酸ガスとカルシウム源との反応により析出する炭酸カルシウムを充填材(以下、バイオグラウト)とする補修方法の実用化に向けて、炭酸カルシウムの生成効率が良いバイオグラウトの条件(微生物の種類、配合、温度など)を見出すことおよびひび割れや漏水個所への充填方法について検討することを目的としている。平成29年度に得られた成果・実績は以下のとおりです。ひび割れを模擬したコンクリート版で形成される隙間(幅0.2-0.6mm)をバイオグラウトで充填する実験を行った。供試体間の隙間にバイオグラウトを充填しただけでは隙間を埋めるだけの炭酸カルシウムが析出しないことから、バイオグラウトを隙間に流し続けることで隙間を充填できるかを検討した。隙間の幅全域からバイオグラウトを流すと数日で漏水しなくなるが、入り口付近のみにしか炭酸カルシウムが析出していないことが分かった。そこで、バイオグラウトの流入口を2つに分け、漏水し無くなれば別の流入口からバイオグラウトを流入させることを繰り返すことにより供試体間の隙間全域に炭酸カルシウムが析出し、隙間の漏水補修をすることができた。また、USGS(United States Geological Survey,アメリカ地質調査所)により開発された地球化学コードであるPHREEQCを用いて、バイオグラウトにおける炭酸カルシウムの析出解析モデルの構築を行い、バイオグラウトのpH変化と炭酸カルシウムの結晶別の析出の追跡を行った。その結果、解析ではカルサイトのみの析出であり,アラゴナイトの析出は見られず,実験と同じ傾向となった。炭酸カルシウムの析出量は,解析した7ケースのうち6ケースでは実験値と解析値は概ね一致した.当初懸念していたバテライトの析出も見られず、この懸念課題に対する検討がないこともあり、予定通り研究が進捗していると考えている。