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明治維新期における藩祖神格化の研究

18世紀中期19世紀初頭は、武家に限らずさまざまな個人や集団が祖先への崇敬を具体的に形に表した時期である。本研究では、薩摩藩島津家と長州藩毛利家を事例として、明治維新期の藩祖神格化の特徴を考察した。その結果、西欧文明やキリシタンへの脅威に対抗するかたちで、明治維新期における藩祖の神格化を進行することが明らかになった。さらに、そこには神仏分離過程および戦没者追悼儀礼など明治政権の宗教政策全体を見渡す視点が関係することも指摘した。本年度は、薩長両藩の関係資料調査のため、山口県下関市図書館、山口県文書館で調査、一方熊本県域の南朝顕彰に関わる史跡や熊本藩関連のものも収集するため熊本県立図書館や関連史跡を調査した。また、高野山奥院の大名家供養塔などの調査を実施し、全藩的な崇敬をもつ高野信仰の位置づけについても考察した。これらの調査で藩祖神格化と神仏祭祀両方の動きが確認できた。薩摩藩の調査については、『鹿児島県史料』を取り寄せて調査を実施しているところで、原文書調査は来年度に延期したがおおむね順調に進行している。薩摩藩は、島津忠久だけでなく、幕末期には照国神社(島津斉彬)や他の藩主も神格化をとげているため、その点も考察の対象に含めなくてはならず、工夫が求められる。方法論的な方向性としてはフランスの非キリスト教化運動の研究や神仏分離をめぐる研究整理を実施中である。ようやく著書は読み終えたが、論点整理など時間を要するため、来年度にその成果をまとめていくつもりである。諸藩の藩祖研究の成果として本年度は、「研究余録池田家の歴史と地域社会」(『日本歴史』773、2012年10月)pp95ー104を作成した。ここでは、藩祖の事績をどのように認識していたのかを、地方のレベルでの動向に注目した。藩の祖先をめぐる顕彰は、決して武士層だけの問題ではなく、地域におけるネットワークへの視点も重要であることを論証した。昨年度に引き続き、鳥取地域ならではの祖先顕彰の視点もできる限り明らかにし、薩長両藩との比較対象として蓄積していくつもりである。本年度は、薩摩関連資料の収集は、膨大にある文献資料を中心に行なった。そのため、『鹿児島県史料集』(刊行分第53集まで)・『鹿児島県史料』(刊行分76冊まで)のなかから、相互貸借の制度を利用して本学に取り寄せ必要な箇所を閲覧していく地道な作業が続いている。とくに、伊地知季安の著作や藩士の日記類には、祖先顕彰や宗教に関わる重要な史料が散見されることがわかってきた。また、調査は、薩長以外の事例を同時代として押さえておく必要性から、広範囲に行なった。おもな調査は、畿内と北陸諸藩の関係である。まず、宮津藩、福井藩、大野藩、金沢藩、茨木藩、亀山藩、膳所藩、淀藩に関わる史跡調査や文献調査である。史跡調査は二度にわけて実施した。一つは北陸諸藩の調査で、藩祖の神格化と藩主の墓所関連の調査を行った。二つ目には、京阪地域の小藩クラスの史跡調査で、文献調査は京都府総合資料館を中心に各自治体図書館・博物館の調査を通じて実施していった。また、幕末維新期の追悼調査関係では、山口県内の招魂場(田布施町惣田山招魂場・峨眉山招魂場)の調査を実施することができ、現状を認識することができた。本年度は、明治維新期の薩長両藩の神仏分離を考察するにあたって、キリシタンの影響に重点を置く調査と、国内の事例調査を行った。まず、8月イギリスに調査に行き、幕末の長州藩士・薩摩藩士・岩倉使節団とキリスト教に関わる接点や墓地などの実地調査を行い、国立公文書館、大英図書館などで関係資料を収集した。その結果、キリスト教との邂逅が、近代日本の神仏分離・神道国教化において重要な意義を持ったことを確認した。とくに薩摩藩のキリシタンへの傾斜は今後深めていくべき課題で、実際に鹿児島での調査が必要である。また、国内調査として、土佐藩主と徳島藩主の墓地調査とその関係文献の調査を行った。調査箇所は、高知市の山内神社、山内家墓所、徳島市の蜂須賀家墓所(興源寺、万年山)、国瑞彦神社、文書は、高知県立図書館、徳島県立図書館、徳島県公文書館である。山内神社は現在実地や文献の調査をされている学芸員から直接説明を受けることができた。これについては今後継続調査の必要がある。日常的には、方法論を深める作業として、フランス革命期の非キリスト教化運動や市民宗教の著書の講読を実施し、専門家と意見を交換した。著書は、Suzanne DesanItheaca"Reclaiming the sacred"である。本年度の成果としては、津和野藩祖亀井茲矩の顕彰と神格化・年回忌について雑誌に掲載した(「旧領主の由緒と年忌」、『歴史評論』743)。これは、近世後期から幕末維新期にかけて国学者などで注目されてる津和野藩と、その藩祖墓所を有する鳥取藩、さらにそれを引き受ける地域社会との関係を論じたものである。これは年回忌という仏教儀礼に基づくものであるが、それだけではなく、神格化の動向も併せ持つ興味深い事例である。こうした領域を異にする事例も視野に入れていく必要性を提起したものであった。当該年度の調査は、北海道東北、浜松周辺、鹿児島、宇和島・中津の方面への史料調査を行った。

まず、今年度は、昨年度の『鹿児島県史料』の文献調査のめどをつけ、実際に鹿児島県の出水市などの島津家墓所や藩祖を祀った神社、宮之城歴史資料センター(さつま市)・吹上歴史民俗資料館(日置市)等の史料調査などを行った。薩長両藩の薩摩側は十分な調査ができていなかったこともあり、今年度ようやく本格的な調査ができたことは収穫であった。次に、北海道大学附属図書館および北海道立文書館・函館市立中央図書館で、戊辰戦争の招魂場関連資料調査を行い、福島県歴史資料館でも戊辰戦争の墓所関係史料を調査した。戊辰戦争の招魂祭関連は、戊辰戦争戦地と江戸・京都、そして地元との三地点を調査しないとその実態を解明することはできない。その意味では非常に有益な情報を収集することができたと言える。福島では明治期の墓所保存に関わる地域史料も収拾することで、近代への見通しを得ることができた。浜松では、大村益次郎が東京招魂社を設立する際、その神職として任命にした人物の史料調査および、井伊谷宮と龍潭寺の調査を行った。さらに、本年度は、宇和島伊達家、中津奥平家の墓所や神社も調査し、中津市立図書館でも市関連史料を収拾した。【最終年度の報告と実績】最終年度は、長州藩関係の確認調査を中心に行い、ある程度の成果を発表・執筆することができた。まず二度にわたり山口県文書館における浦上キリシタン関係史料やそれに脅威を抱く武士階級等の史料を集め、なぜ藩祖を神格化していくのかという幕末維新期ならではの歴史的背景を比較的著名な武士や藩庁文書のなかからまとめた。報告講演としては、「明治維新と宗教ー転換期長州藩にみる寺社と祭祀ー」( 2015年10月10日)の山口県史講演会などに反映させている。幕末維新期にかけての藩祖神格化の大きな流れをキリシタンという問題を視野に再構成したものである。なお、この報告は後日『山口県史研究』24号(2016年3月)掲載した。続いて薩摩藩に関わる点は科研期間を通じて史料収集に努め、ある程度の見通しをつけることができたが、本格的な成果公表には若干時間を有すると思われる。とりあえず、「近世薩摩藩祖廟と島津重豪」(『アジア遊学』190、特集:島津重豪と薩摩の学問・文化、2015年10月、勉誠出版)は薩摩藩の神格化と神仏分離関係を追求してきた一つの成果である。鎌倉に墓地を創出した島津重豪の歴史意識とその実現化に焦点をあてて科研での調査を盛り込んだ。今回の科研では薩摩藩の動向も意識しつつ、幕末維新期の長州藩や諸藩の動向を成果として発表してきた。薩長以外では、「津和野のお殿様の神社参りー「百景図」に見る藩祖祭祀」(日本遺産認定記念特別講演会、2016年3月21日津和野町)として、幕末維新期の神道国教化を担う津和野藩の動向にも注目して発表講演も行った。こうした成果は、今後著書や論文等に随時発表していく予定である。18世紀中期19世紀初頭は、武家に限らずさまざまな個人や集団が祖先への崇敬を具体的に形に表した時期である。本研究では、薩摩藩島津家と長州藩毛利家を事例として、明治維新期の藩祖神格化の特徴を考察した。その結果、西欧文明やキリシタンへの脅威に対抗するかたちで、明治維新期における藩祖の神格化を進行することが明らかになった。さらに、そこには神仏分離過程および戦没者追悼儀礼など明治政権の宗教政策全体を見渡す視点が関係することも指摘した。昨年度の『鹿児島県史料』文献調査に時間をかけたため、全体として作業が後ろにずれこんでいるが、鹿児島県の調査は充実したものとなっており、決して無駄なことにはなっていない。
未利用熱の有効利用へ－熱音響システム高効率化に向けた断面積スケーリング－

熱音響現象を応用すると,廃熱である,未利用熱エネルギーを有効に利用することが可能となる.熱音響システムを応用するとこれまでにない冷却システムを作ることが可能となる.また,その廃熱をエンジンや発電機の入力エネルギーとすることが出来る可能性を持っている.我々のチームは,熱音響システムの基本原理,設計用数値計算や構成部品などについて多くの知見の集積がある.また,低温度廃熱の利用を目指した熱音響システムの低温度駆動や,音と熱のエネルギー変換の高効率化について多くの知見を蓄積している.これらのアドバンテージを生かして,未だ取り組まれていない,断面積スケーリングを明らかにし,廃熱を代表する,未利用熱エネルギーの有効利用を目指している.これまでに直管形状の熱音響システムについて検討を行っている.直管形状の熱音響システムでは強制駆動タイプと自励振動タイプについての検討を行っている.強制駆動は簡便に実験条件を設定でき,直管形状は両端閉端であるため,境界条件の強固である.まず,強制駆動で音エネルギーを入力し,システム内でのエネルギー変換についての検討を進めている.また,熱エネルギーを入力し,自励振動を発生させ,システム内でエネルギー変換を実施する熱音響プライムムーバーについての検討も実施している.熱音響システムの断面積を3パターン変更したシステムを構成した.システム内の音場分布,音圧分布,粒子速度分布,位相分布ならびに音響インテンシティ分布について,詳細な計測を継続した.その結果,音エネルギー並びに熱エネルギーについても,事前の予想通り,断面積に比例していないことが確認されている.また,その要因についても検討を進めており,入力熱エネルギーの漏れや音エネルギーの漏れが大きく影響している可能性が示唆された.その熱漏れやエネルギーのロスについての検討を進めている.直管形状の熱音響システムを中心に検討を進めてきた.直線形上は両端が固定の音場となるため,システム内の音場分布において境界条件が強いという利点があることから,はじめに取り組んでいる.また,エネルギーの入力が比較的簡便で,実験条件を設定できる強制駆動タイプをはじめに取り組んでいる.また,熱エネルギーを入力し,自励振動を発生させ,システム内でエネルギー変換を実施する熱音響プライムムーバーについての検討も実施している.実験において,断面積を3パターンのシステムを構成した.システム内の音場分布,音圧分布,粒子速度分布,位相分布ならびに音響インテンシティ分布について,詳細な計測を実施した.その結果,音エネルギー並びに熱エネルギーについても,事前の予想通り,断面積にしていないことが確認された.また,その要因についても検討にむけて,システムから外への音の漏れ,熱漏れについても測定を実施した.しかしながら,熱漏れについては既存のシステム形状の問題点から,継続が必要かと考えられる.システム内の音場や音の漏れ,熱漏れの測定と平行して,数値計算についても開始しており,実験状態の再現に向けて検討を継続している.直管形状の熱音響システムでの検討を進めいる.熱から音への変換である熱音響プライムムーバーならびに音から熱の変換である熱音響ヒートポンプについても検討を行った.直管形状でない,音を周回させるループ管形状の熱音響システムに取り組んでいく.また,直管形状の測定等で得られた熱漏れ等へ検討を続けていく.直管式とループ管式では,システムないに発生する音波の位相が大きく変わると予想されることから,それに伴う,熱の漏れ,音の漏れなども検討に入れて進める予定である.これまでの実験で得られたシステム形状による測定の問題について検討を継続していく.この問題点と平行して,ループ管形状の大面積部品についての設計を進める.熱音響現象を応用すると,廃熱である,未利用熱エネルギーを有効利用して,冷却システム,エンジンや発電システムを構築することが可能となる.これまでに熱音響システムの基本原理,設計用数値計算や構成部品などについて多くの知見の集積がある.また,低温度廃熱の利用を目指した熱音響システムの低温度駆動や,音と熱のエネルギー変換の高効率化について多くの知見を蓄積している.これらのアドバンテージを生かして,未だ取り組まれていない,断面積スケーリングを明らかにし,未利用熱エネルギーの有効利用を目指している.強制駆動は簡便に実験条件を設定でき,直管形状は両端閉端であるため,境界条件の強固であることから,H29年度は強制駆動から直管形状のシステムで検討を進めた.熱から音への変換である熱音響プライムムーバーならびに音から熱の変換である熱音響ヒートポンプについても検討を進めた.熱音響システムの断面積を3パターン変更したシステムを構成した.システム内の音場分布,音圧分布,粒子速度分布,位相分布ならびに音響インテンシティ分布について,詳細な計測を実施した.その結果,音エネルギー並びに熱エネルギーについても,事前の予想通り,断面積に比例していないことが確認された.また,その要因についても検討を進めており,入力熱エネルギーの漏れや音エネルギーの漏れが大きく影響している可能性が示唆された.今後,このあたりにも,検討を進める予定である.強制駆動は簡便に実験条件を設定でき,直管形状は両端閉端であるため,境界条件の強固であることから,H29年度は強制駆動で直管形状のシステムから検討を進めた.熱から音への変換である熱音響プライムムーバーならびに音から熱の変換である熱音響ヒートポンプについても検討を行った.実験において,断面積を3パターンのシステムを構成した.システム内の音場分布,音圧分布,粒子速度分布,位相分布ならびに音響インテンシティ分布について,詳細な計測を実施した.その結果,音エネルギー並びに熱エネルギーについても,事前の予想通り,断面積にしていないことが確認された.

また,その要因についても検討を進めた.熱音響プライムムーバーにおける熱入力部分において,大きな熱漏れがあることが確認された.また,熱音響ヒートポンプにおいても,周囲の熱の影響を大きく受けていることが確認された.また,入力熱エネルギーの漏れだけでなく,音エネルギーの漏れが大きく影響している可能性が示唆された.今後,このあたりにも,検討を進める予定である.熱音響現象を応用すると,廃熱である,未利用熱エネルギーを有効に利用することが可能となる.熱音響システムを応用するとこれまでにない冷却システムを作ることが可能となる.また,その廃熱をエンジンや発電機の入力エネルギーとすることが出来る可能性を持っている.我々のチームは,熱音響システムの基本原理,設計用数値計算や構成部品などについて多くの知見の集積がある.また,低温度廃熱の利用を目指した熱音響システムの低温度駆動や,音と熱のエネルギー変換の高効率化について多くの知見を蓄積している.これらのアドバンテージを生かして,未だ取り組まれていない,断面積スケーリングを明らかにし,廃熱を代表する,未利用熱エネルギーの有効利用を目指している.これまでに直管形状の熱音響システムについて検討を行っている.直管形状の熱音響システムでは強制駆動タイプと自励振動タイプについての検討を行っている.強制駆動は簡便に実験条件を設定でき,直管形状は両端閉端であるため,境界条件の強固である.まず,強制駆動で音エネルギーを入力し,システム内でのエネルギー変換についての検討を進めている.また,熱エネルギーを入力し,自励振動を発生させ,システム内でエネルギー変換を実施する熱音響プライムムーバーについての検討も実施している.熱音響システムの断面積を3パターン変更したシステムを構成した.システム内の音場分布,音圧分布,粒子速度分布,位相分布ならびに音響インテンシティ分布について,詳細な計測を継続した.その結果,音エネルギー並びに熱エネルギーについても,事前の予想通り,断面積に比例していないことが確認されている.また,その要因についても検討を進めており,入力熱エネルギーの漏れや音エネルギーの漏れが大きく影響している可能性が示唆された.その熱漏れやエネルギーのロスについての検討を進めている.直管形状の熱音響システムを中心に検討を進めてきた.直線形上は両端が固定の音場となるため,システム内の音場分布において境界条件が強いという利点があることから,はじめに取り組んでいる.また,エネルギーの入力が比較的簡便で,実験条件を設定できる強制駆動タイプをはじめに取り組んでいる.また,熱エネルギーを入力し,自励振動を発生させ,システム内でエネルギー変換を実施する熱音響プライムムーバーについての検討も実施している.実験において,断面積を3パターンのシステムを構成した.システム内の音場分布,音圧分布,粒子速度分布,位相分布ならびに音響インテンシティ分布について,詳細な計測を実施した.その結果,音エネルギー並びに熱エネルギーについても,事前の予想通り,断面積にしていないことが確認された.
多動性のメカニズム解明とアミノ酸栄養による軽減

ジャンガリアンハムスター(以下、ジャンガリアン)とロボロフスキーハムスター(以下、ロボロフスキー)は同じヒメキヌゲネズミ属であり、ジャンガリアンは大人しいという特徴を示す一方で、ロボロフスキーは多動性を示す。本研究では、同属である2種類のハムスターを用いて多動性のメカニズムの解明を目指し、栄養学的アプローチにより緩和されるか否かについて検討を行った。これまでの研究により、ロボロフスキーの脳内でL-セリン含量が低かったことから、これが行動量の差異を生じさせているのではないかと仮説を立てた。L-セリンはセリンラセマーゼと呼ばれる酵素によりD-セリンへと変換される。この酵素の発現の違いについて検討を行うために、in situ hybridization法を用いてセリンラセマーゼの脳内遺伝子発現量および発現分布について分析を行った。その結果、両ハムスターのセリンラセマーゼ遺伝子発現量および脳内分布については有意な差は認められなかった。つまり、ロボロフスキーにおけるL-セリン含量の低さは、セリンラセマーゼの働きによる差ではなく基質が低いことが原因であることが判明した。また、両ハムスターのエネルギー代謝の差異に関する試験の呼吸商の結果から、ロボロフスキーにおいては暗期開始数時間前からエネルギーの基質を脂質に切り替えることが判明した。このことからも、L-セリンの基質であるグルコースが低下していることが考えられた。さらに、妊娠期および授乳期にセリンを給与する群、授乳期からセリン給与に切り替える群、妊娠期にセリン給与し授乳期で通常食に切り替える群および妊娠期授乳期ともに給与しない群に分け、仔の多動性が改善されるか否かについて検討を行った。その結果、セリンを給与した母親の仔において多動性を抑制するまでには至らなかったものの、常同行動の一つである旋回行動を抑える効果があることが明らかとなった。29年度が最終年度であるため、記入しない。ジャンガリアンハムスター(以下、ジャンガリアン)とロボロフスキーハムスター(以下、ロボロフスキー)は同じヒメキヌゲネズミ属であり、ジャンガリアンは大人しく、ロボロフスキーは多動性を示す。対照的な行動を示す詳細なメカニズムについては未解明なままである。本研究では、行動量の差異に関するメカニズムの解明を目指し、最終的に栄養学的アプローチによる多動性の緩和を目指し研究を行っている。これにより子供特有の精神疾患である注意欠陥・多動性障害への栄養学的治療法への応用も期待される。これまでの研究により、両ハムスターの脳内L-セリンならびにD-セリン含量に差異がみられ鎮静作用を有するL-セリンが両ハムスターの行動量の差異を生じさせているのではないかと仮説を立て、当該年度は主にセリン代謝関連酵素に着目し、検討を行った。両ハムスターのL-ならびにD-セリン含量の差異が、この酵素によるものか否かについて検討を行うために、in situ hybridization法を用いてセリンラセマーゼの発現量および発現分布について分析を行った。分析の為の技術の習得および条件検討を行い、本試験を行った。現在は得られた結果の解析を進めている。並行して、両ハムスターの行動およびエネルギー代謝の差異に関する検討も行った。ロボロフスキーは活動期である暗期において有意に高い酸素消費量が認められ、その消費にはリズムが存在することや、暗期開始数時間前からエネルギーの基質を脂質に切り替えることが判明した。また、ジャンガリアンは飢餓状態に陥った際に睡眠に、ロボロフスキーでは移動に時間を費やすという種特異的な性質を示した。これらの新たな知見は、ロボロフスキーの多動性のメカニズム解明の手がかりとなることが期待される。両ハムスターのL-ならびにD-セリン含量の差異が、セリンラセマーゼの発現の違いにより引き起こされているのか否かについて検討を行うために、in situ hybridization法を用いてセリンラセマーゼの発現量および発現分布について分析を行った。現在得られた結果について解析中である。当該年度は技術習得および条件検討に集中したため、当該年度中に行う予定であった他のセリン代謝関連酵素であるPhgdhの分析については次年度に予定している。さらに、並行して行った両ハムスターの行動量およびエネルギー代謝の差異に関する試験により、両ハムスターそれぞれの性質やエネルギー利用の基質についての詳細に関して新たな知見を得られた。これらの知見は、ロボロフスキーの多動性のメカニズム解明の手がかりとなることが期待される上、この成果を発表した日本畜産学会第122回大会において優秀発表賞を受賞するに至った。上述の試験とは別に、両ハムスターの行動量および学習能力を脳内アミノ酸ならびにモノアミン含量で検討した研究成果をまとめた投稿論文がAnimal Science Journalに採用初年度の4月に受理され、2017年3月に掲載された。両ハムスターのストレス感受性および行動量の差異との関連性についての試験に関して、採用初年度中の7月にペット栄養学会第18回大会にて口頭発表を行った。さらに8月に開催された17th AAAP Animal Science Congressにおいても口頭発表を行った。この成果を学術論文としてまとめJournal of Pet Animal Nutritionの2017年4月号に掲載された。以上より、新たな知見を得られたとともに、得られた成果をまとめ発信していくことに関しても順調に進んでいることから、おおむね順調に進展しているとの考えに至った。

本研究では、同属である2種類のハムスターを用いて多動性のメカニズムの解明を目指し、栄養学的アプローチにより緩和されるか否かについて検討を行った。これまでの研究により、ロボロフスキーの脳内でL-セリン含量が低かったことから、これが行動量の差異を生じさせているのではないかと仮説を立てた。L-セリンはセリンラセマーゼと呼ばれる酵素によりD-セリンへと変換される。この酵素の発現の違いについて検討を行うために、in situ hybridization法を用いてセリンラセマーゼの脳内遺伝子発現量および発現分布について分析を行った。その結果、両ハムスターのセリンラセマーゼ遺伝子発現量および脳内分布については有意な差は認められなかった。つまり、ロボロフスキーにおけるL-セリン含量の低さは、セリンラセマーゼの働きによる差ではなく基質が低いことが原因であることが判明した。また、両ハムスターのエネルギー代謝の差異に関する試験の呼吸商の結果から、ロボロフスキーにおいては暗期開始数時間前からエネルギーの基質を脂質に切り替えることが判明した。このことからも、L-セリンの基質であるグルコースが低下していることが考えられた。さらに、妊娠期および授乳期にセリンを給与する群、授乳期からセリン給与に切り替える群、妊娠期にセリン給与し授乳期で通常食に切り替える群および妊娠期授乳期ともに給与しない群に分け、仔の多動性が改善されるか否かについて検討を行った。その結果、セリンを給与した母親の仔において多動性を抑制するまでには至らなかったものの、常同行動の一つである旋回行動を抑える効果があることが明らかとなった。今後は、セリン代謝に関連する他の酵素であるPhgdhの発現量ならびに脳内分布をin situ hybridization法を用いて分析するとともに、血漿中グルコース濃度についても検討を行う予定である。さらに、ロボロフスキーにおいて繁殖を行い、妊娠期および授乳期にセリンを投与する群、授乳期からセリン投与に切り替える群、妊娠期にセリン投与し授乳期で通常食に切り替える群および妊娠期授乳期ともに投与しない群に分け、仔の多動性が改善されるか否かについて検討を行う。現在ロボロフスキーを交配可能な期間まで馴化を続けており、本試験を4月下旬から開始する予定である。29年度が最終年度であるため、記入しない。
腸管の幹細胞と腫瘍形成の根幹を制御する転写ネットワークの解明とその大腸癌治療応用

研究代表者らは、転写因子KLF5が腸上皮幹細胞からの腫瘍形成に必須であることを明らかにしていた。これは、KLF5が大腸癌を癌幹細胞から抑制する治療標的であることを示す。研究代表者は、この研究成果に基づき、KLF5の癌を促進する病的機能のみ選択的に阻害することにより、正常細胞をできるだけ傷害せず大腸癌細胞のみ選択的に抑制することができると考えた。現在この研究を進めており、Preliminaryではあるが、既に良い結果を得ている。今後この研究を発展させて行く予定である。大腸癌は、罹患頻度が非常に高く重要な癌である。進行すると有効な治療法に乏しく日本のがん臓器別死亡率の男女合計3位、女性1位を占め、その数は年々増加傾向にあり、克服が課題となっている。腸の腫瘍は、幹細胞から生まれる。そのため、大腸癌撲滅という観点からも、腸管粘膜上皮の幹細胞制御と幹細胞からの発癌の分子ネットワークの解明は極めて大きな意味を持つ。KLF5は、ES/iPS細胞の未分化能維持・誘導の根幹を担う。iPS誘導4因子(山中因子)の一つであるKLF4のかわりにKLF5を強制発現させてもiPS細胞が誘導される。KLF5は、正常腸管粘膜上皮においては、腸管幹細胞の存在する陰窩底部に強く発現し、分化が進むに従いその発現は弱くなる。申請者は、ヒト大腸癌においてKLF5遺伝子座のゲノム領域の増幅とKLF5の発現増加、そして、KLF5が上記のように正常幹細胞を制御することも見出した。これらの結果から、KLF5が腸管幹細胞からの腫瘍形成を制御すると推察された。Wnt/b-catenin経路活性化はヒト大腸癌で最も高頻度にゲノム異常を認める(92-97%)分子経路である。実際、Lgr5+腸管幹細胞において変異活性化型b-cateninを誘導性に発現させると、急速な腺腫・癌の増大によりマウスは死亡した。しかし、申請者は、この変異活性化型&#61538;b-Catenin誘導と同時に幹細胞でKLF5を欠損させると腫瘍形成が完全に抑制されることを見出した。この結果はKLF5が腸管幹細胞からの腫瘍形成のmaster switchとして機能することを示している。以上の研究成果を、Cancer Research誌にて発表した。その後、腸管の幹細胞と腫瘍形成の根幹を制御する転写ネットワークの解明とその大腸癌治療応用のため、引き続きKLF5による腸腫瘍形成制御の研究を進めている。研究代表者は、この研究成果に基づき、KLF5の癌を促進する病的機能のみ選択的に阻害することにより、正常細胞を傷害せず大腸癌細胞のみ選択的に抑制することができると考えた。現在この研究を進めており、Preliminaryではあるが、期待のできる結果を得ている。このことにより、副作用が少なく癌のみを選択的に抑制できる新しい治療法の開発を目指す。マウスの作成など予定通り進んでいる。病理学今後は、マウスを用いてさらに解析を進めていく予定である。今後、蛋白質量分析など経費のかかる実験が控えており、それに対して支出をするために残金を残した。蛋白質量分析など経費のかかる実験に支出する予定である。
歯周病原菌が産生するブチル酸による免疫担当細胞のアポトーシスのメカニズム

本研究の目的は、免疫細胞における酪酸の病原性を明らかにすることである。申請者は歯周病の慢性疾患化の一因は、歯周病原菌が産生する酪酸が歯肉溝や歯肉組織内の免疫細胞にアポトーシスを引き起こすことであると考えている。申請者は本研究においてJurkat T細胞を用いて以下のことを明らかにした。(1)炎症性サイトカイン存在時における酪酸誘導アポトーシス歯周病変部位における炎症性サイトカイン、IL-1βやTNF-αの濃度は非常に高いことが知られている。これらの炎症性サイトカイン存在時におけるT細胞の酪産によるアポトーシスの誘導機序を調べた。IL-1βやTNF-αのみではT細胞にアポトーシスを誘導しなかった。IL-1βには効果がなかったが、TNF-αは酪産のアポトーシス誘導を促進する効果があった。cFLIP過剰発現株において、TNF-αのアポトーシス促進効果は抑制された。このことは、酪産によってcFLIP発現が抑制されたためにTNF-αがアポトーシスを促進することを明らかにした。(2)カスパーゼ阻害剤、Bcl-XL、Bcl-2過剰発現株における酪産誘導アポトーシスの抑制効果カスパーゼ阻害剤をもちいて酪産誘導抑制効果を調べた結果、パンカスパーゼ阻害剤とcaspase-10阻害剤の抑制効果がもっとも強く、caspase-3、caspase-8、caspase-9阻害剤の抑制効果は限定的であった。このことは酪産によるカスパーゼの活性化機序はcapase-10を活性化することによって始まることを示す。また、Bcl-2、Bcl-XL過剰発現株における酪産誘導アポトーシスの抑制効果も限定的であった。また、これらの過剰発現株におけるカスパーゼ阻害剤による酪産誘導アポトーシスの抑制効果は限定的であり、「中間的」にアポトーシスが誘導されている画分が現れた。(1)酪酸誘導アポトーシス時におけるカスパーゼの活性化酪酸誘導アポトーシス時におけるカスパーゼの活性化を、カスパーゼのプロセッシングを調べることによって明らかにした。酪酸濃度依存的にカスパーゼ3、カスパーゼ8、カスパーゼ9のプロセッシングがおこり、同様に実行カスパーゼの基質であるPARPのプロセッシングも起きた。また、カスパーゼ10もプロセッシングされた。このことは酪酸誘導アポトーシスにおいてカスパーゼ10の活性化が起こることを示す。(2)アポトーシス誘導シグナル経路のドミナントネガティブ株における酪酸誘導アポトーシス本研究においてデスレセプターと会合してシグナルをカスパーゼに伝達するFADDのドミナントネガティブ株や、会合を阻害するcFLIPタンパク質の過剰発現株を作成して酪酸のアポトーシス誘導能をしらべた。その結果、これらの株においてもアポトーシスは誘導されており、カスパーゼやPARPのプロセッシングも同様に起こっていることがわかった。このことは酪酸誘導アポトーシスにおいて、デスシグナル経路は関与していないことを示唆する。
その場透過電子顕微鏡による強誘電体薄膜の劣化ダイナミクスに関する研究

透過電子顕微鏡(Transmission Electron Microscopy : TEM)によるその場観察は、物質の構造変移のダイナミクスを捉える方法として、極めて有力な手段である。本研究においては、近年、電子デバイスを取り巻く産業界で問題となっている、強誘電体薄膜(Pb(Zr_xTi_<1-x>)O_3:PZT)デバイスにおける繰り返し電圧印加に伴う分極特性劣化現象に着目し、電界ストレス下で駆動状態にあるPZT薄膜の構造変化を原子スケールで検出するためのその場TEM観察法の確立を目指した。その結果、第一に、電界ストレス下におかれた物質のTEM観察を可能とする、専用試料ホルダーを新規に開発した。本試料ホルダーは、以下に示すTEM観察用に微細加工された試料に対して、外部から電圧を印加することを可能とするものである。第二に、観察試料の作製にあたって必要となる、フォトリソグラフィー法および集束イオンビーム法(HB)を併用した特殊加工プロセスを確立した。第三に、実際に開発した試料ホルダーおよび加工処理されたPZTキャパシタのTEM観察と分極測定を試みた結果、膜の微細構造の観察および分極特性の測定が可能であることを確認した。また、この際、PZT表面に形成される微細なダメージ相が、膜全体の分極特性に影響することが明らかになった。本研究によって、これまで、静的な情報としてしか得られなかった、劣化現象をダイナミックな視点から捉える研究手法が確立された。本研究の目的は、電圧ストレス下で駆動状態にある強誘電体薄膜の構造変化および局所的な化学組成変化を透過電子顕微鏡(TEM)を用いてその場観察し、強誘電体薄膜の分極特性劣化のダイナミクスを原子スケールで明らかにすることにある。これに対し平成12年度は、その場TEM観察のための新規装置開発に注力した。1.TEM観察用断面試料の構造および作製方法を考案した。試料の断面方向からの観察は、研究対象であるPZT薄膜と金属電極間の反応機構を明らかにするうえで重要である。今回、レーザーアブレーション法と電子ビーム蒸着法によって、Si基板上のSiO_2膜表面にCu電極/pt上部電極/PZT薄膜/Pt下部電極の積層構造を形成した。その後、Si基板およびSiO_2膜を選択化学エッチングで除去しPt下部電極下にCu電極を形成した。本サンプルを断面に切り出し、PZT薄膜/Pt電極の一部を収束イオンビームによって薄片化しTEM観察用試料を作製した。2.上記の断面TEM観察用試料に対して電圧ストレスを印加できる、その場観察用TEM試料ホルダーを開発した。本ホルダーは、TEM試料および電圧導入端子部と周囲が電気的に完全に絶縁された構造を有するため、試料に対して外部より任意の電圧を印可することができる。また、TEM側に設置された超高分解能ポールピース(許容スペース1mmのギャップ)に挿入できるように試料支持部の構造を極力微細にした。それによって、設計水準で最大±20°の2軸傾斜が可能となり、高分解能観察にも対応できるようになった。また、サービス端子として4つの電圧端子を設け、今後の実験に対する拡張性を持たせた。以下に平成13年度に得られた結果を列記する。1.前年度までに、その場観察用電極付試料ホルダーの設計・開発を行ってきた。これは、既存の高分解能TEM装置に装着が可能で、かつ超高分解能用ポールピースにも対応できる仕様を有している。本年度は、その仕様・設計に基づいてホルダーの試作を行い、試作機の性能チェックの段階で浮かび上がってきた幾つかの問題点に対して検討し、再設計、再試作によってホルダーを完成させた。特に改良にあたっては、試料中心と傾斜中心を500μmずらすことによって、ホルダー自体の耐震性と強度を向上させた。

また、両中心のズレから生ずる、試料傾斜時の観察視野の移動は、TEM試料サイズの小型化によって回避できることが実際の観察で明らかになった。さらに、試料支持部に厚さ10μmのフッ素樹脂系コーティングを施すことによって、試料と電極以外の部分との絶縁性を大幅に向上させることができた。本ホルダーを用いて絶縁膜試料をTEM観察したところ、チャージアップ等の問題は起こらないことを確認した。2.通常PZT薄膜の成長にはSi基板が用いられるが、今回、試料ホルダーの電極部との薄膜の電極部との接触面積を確保するために、Cu板を基板としてその表面にPt上部電極層/PZT薄膜/Pt下部電極層の積層構造を形成した。本構造を有するサンプルを今後の観察対象とした。本研究の目的は、透過電子顕微鏡(TEM)内で電圧ストレスを与え、実際に駆動状態にある強誘電体薄膜の局所的構造変化をその場観察する技術を確立し、強誘電体の分極特性劣化のダイナミクスを原子スケールで明らかにすることにある。本年度は、Pt上部電極/ペロブスカイトPZT薄膜/Pt下部電極/SiO_2/Si(001)基板構造に着目し、前年度までに開発した高分解能その場観察用電極付試料ホルダーを用いたTEM観察を試みた。本試料ではSi基板が用いられているのでTEM試料として下部電極が結線しにくく、非常に難易度の高い実験となることが予測されたが、今回、フォトリソグラフィー及び選択エッチング法を用いることで、上部Pt電極及びPZT薄膜を局所的に残した状態で下部Pt電極を露出させることに成功した。試料中の上部電極と下部電極を上記TEM試料ホルダーに結線することによって、150μm×400μm×2mmサイズのTEM試料において、強誘電体特性であるヒステリシスを確認した。さらに、本試料に対して集束イオンビーム(FIB)を用いた局所薄片化を行い、上部Pt電極/PZT薄膜/下部Pt電極の一部を、Gaイオンによって、断面観察が可能な0.1μm×1μm×20μmサイズの領域に加工した。試料ホルダーをTEMに設置し観察を行ったところ、設計どおりの積層構造が確認された。一方、試料ホルダーの電極端子をTEM外部の分極反転回路に繋ぎ、電圧に対する自発分極を測定したところ、FIB加工前に比べてヒステリシスが減少していることが確認された。詳細なTEM観察によれば、電子線回折図形上にはハローパターンが観察され、それは、PZT薄膜のFIB加工表面に存在するアモルファス相に起因していることがわかった。回折図形の解析から、これらはPbO_xであり、試料表面に形成されたダメージ相がヒステリシス特性の劣化に起因していることが明らかとなった。
計算代数統計による統計と関連数学領域の革新

平成29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では多くの重要な成果が得られた.特にマルコフ基底の複雑性に関する成果,及び多変量解析の分布論の無線通信分野への応用である.マルコフ基底の複雑性に関しては,まず斉時マルコフ連鎖モデルに関するマルコフ基底に関する結果がある.このモデルの一般的な解析は非常に困難であるが,状態数が少ない時は解析が可能である.特に状態数が3の場合にはマルコフ基底の複雑性に関する重要な指標であるマルコフ次元,すなわちマルコフ基底の要素の最大次数,に関する結果を導出することに成功した.この場合にはマルコフ基底を定める配置行列が生成する多面錐の構造を明示的に決定し,それを用いてマルコフ次元が6以下であることを示した.次にバーコフモデルというランキングの統計モデルに関する結果がある.このモデルのマルコフ基底については,10年程前からマルコフ次元が3であるという予想がたてられていたが,長い間未解決問題であった.この問題に関して,ラテン方格に関する既存の結果を応用することで,マルコフ次元が3であるという予想を肯定的に解決することに成功した.他の重要な成果として無線通信分野の理論的研究がある.無線通信分野では複素多変量正規分布や複素ウィシャート分布に基づいて通信方式の性能評価がおこなわれているが,統計研究者と無線通信研究者の間の連絡があまりない状況が続いていた.本研究では無線通信分野の研究者であるSiriteanu氏と共同で,無線通信における"zero forcing detection"とよばれる通信方式の統計的な性能を研究し成果を得た.その成果は非心複素ウィシャート分布の逆行列の分布関数に関係するもので,複素ウィシャート分布の代数的な性質を用いて統計的な性能を超幾何関数を含む明示的な式により表した.その他,多腕バンディット問題に関するトムソンサンプリング方式の最適性に関する成果を得た.ホロノミック勾配法に関する具体的な研究成果としては、まず正規分布のもとでの標本分布論への応用があげられる。ホロノミック勾配法により、球体確率及び象限確率の計算において既存の方法を上回る精度と速度が得られた。また標本歪度に対応する標準正規変量の3乗和の密度関数の満たす微分方程式系が導かれ、有限標本での密度関数の高精度の数値計算が可能となった。また、統計学以外への応用としては、無線通信分野における多入力多出力系(MIMO, Multiple Input Multiple Output)の復号方式の性能評価へのホロノミック勾配法の応用があげられる。無線通信分野の統計的性能評価では、複素多変量正規分布や複素ウィシャート分布が用いられるが、ホロノミック勾配法によってこれらの分布のもとでのSN比の分布の数値的評価が可能となった。本研究の中心課題であるホロノミック勾配法に関しては、研究実績の概要や刊行論文リストに見るように、研究が極めて順調に進展している。この方法の有用性は広く認識されるところとなり、竹村はこの業績により日本数学会2015年度解析学賞を受賞した。従って、研究は当初の計画以上に進展している。本研究の中心課題であるホロノミック勾配法に関しては、研究実績の概要に見るように研究が順調に進展している。この方法の有用性は広く認識されるところとなり、竹村はホロノミック勾配に関する業績により日本数学会2015年度解析学賞を受賞した。また分担社の高山信毅を中心とするホロノミック勾配法のRのパッケージ化の作業も進んでおり、すでに公開されている。本研究の中心課題であるホロノミック勾配法に関しては、研究実績の概要に見たように研究が順調に進展している。その後もさまざまな研究者によってホロノミック勾配法の研究が進展している。また分担者の高山信毅を中心とするホロノミック勾配法のRのパッケージ化の作業も進んでおり、すでにRのパッケージの公開レポジトリにおいて公開されている。計算代数統計の二つの重要なトピックであるマルコフ基底およびホロノミック勾配法の両面において新たな成果を得つつあり,研究は順調に進展している.マルコフ基底に関しては,ファイバーの族が定義するマルコフ基底の族に関する研究が進展中である.またホロノミック勾配法に関しては,指数分布を拡張した分布族に対するホロノミック勾配法や,正規分布のもとでの歪度の統計量の分布に関するホロノミック勾配法に関する研究成果をすでに得ている.ホロノミック勾配法の研究においては、多変量正規分布のもとでの標本分布論とてしは古典的な重要性を持つ行列変数の超幾何関数の数値計算の研究を進める。A-分布の計算の高速化にも取り組む。また無線通信分野への応用をさらに進め、さまざまな復号方式の性能解析にホロノミック勾配法を適用する。マルコフ基底の研究においては、実験計画法に現れる配置行列の研究をさらに進める。時系列解析においては、有理関数モデルであるARMAモデルをホロノミック関数の観点から拡張したモデルを研究する。ホロノミック勾配法の研究においては、多変量正規分布のもとでの標本分布論として古典的な重要性を持つ行列変数の超幾何関数の数値計算の研究をさらに進める。無線通信分野への応用については、これまで研究を進めてきたZF(zero-forcing)復号方式に加えて、beamformingとよばれる復号方式を含め、さまざまな複合方式の性能解析にホロノミック勾配法を適用する。

さらにARMAモデルなどの時系列解析の手法について計算代数的観点から考察し、有理関数モデルであるARMAモデルをホロノミック関数の観点から拡張したモデルについて、自己相関関数や偏自己相関関数の挙動を研究する。ホロノミック勾配法の研究においては、多変量正規分布のもとでの標本分布論として古典的な重要性を持つ行列変数の超幾何関数の数値計算の研究をさらに進める。無線通信分野への応用については、これまで研究を進めてきたZF(zero-forcing)復号方式に加えて、beamformingとよばれる復号方式の研究もはじめているが、まだ完全に一般の結果は得られていない状況であり、一般的な結果を得るための研究を進める。平成29年度が最終年度であるため、記入しない。無線通信分野への多変量解析の理論の応用,特にホロノミック勾配法の応用は,無線通信分野という実用上の観点からも理論的な成果の応用が期待できるため,今後この方向への展開を推進していく.また古典的な多変量解析の難問である行列変数の超幾何関数に対するホロノミック勾配法については既に2013年に結果を得ているが,これをより複雑な問題に拡張していく.計算代数統計による統計と関連数学領域の革新平成29年度が最終年度であるため、記入しない。
自己と他者を分離・結合する計算論的脳モデルとその精神病理学的個人差

背景:近年,「自己意識の科学」が積極的に進められている。その応用的な検討課題として,統合失調症症状や脳損傷患者の主観体験のメカニズム解明が挙げられる。幻覚や妄想などの陽性症状は,身体運動制御の計算論モデルの中でも,予測系の問題と想定される。そこで運動フィードバックの自他帰属課題を用いることで,自他帰属の弁別力やフィードバックコントロールの精度の個人差を特定する。また,これらのパフォーマンス低下は,脳の特定の領域の機能不全が原因であることを考えると,TMSやtDCSといった方法による非侵襲的な脳機能の一時的な阻害により,健常者であっても類似した現象を再現できる可能性がある。研究1「自己感の複数指標の個人差」:今まで開発してきたペンタブレットを用いた運動課題や,主観的な自己感を評価する質問紙尺度を実施することで,その指標に影響しうる個人差を検討することが可能である。その結果,妥当な視覚フィードバック課題の開発や,尺度による脳損傷患者の回復過程の評価を行った。研究2「脳活動の非侵襲的な阻害の効果」:研究1で検討した個人差は,脳の特定の領域の機能不全である可能性が高い。そのため,右の側頭頭頂連合野をターゲットとしたTMSおよびtDCSによる機能阻害を導入したところ,自他帰属のレーティングが不正確になるという結果が明らかとなった。重要性:これらの研究によって自己の身体・運動表象のメカニズムが脳の機能と結びつく形で解明されれば,私たちがどのように自己と他者を区別し,また同時に自己と他者をつないで認識しているのか,私たちの社会的機能の基盤および精神病理学的な個人差についての理解が深まると考えられる。ここでは,私たちが「自己」という表象を獲得するためには,まず自己身体が存在し,それが自己運動を可能にすることが重要であると考えられる。また,身体ある他者とのインタラクションの影響についても検討する必要がある。しかしながら,どのように統合された自己表象が運動表象へアクセス可能なのか,また,どのように他者の運動が影響してしまうのかは不明であった。研究1:「自己運動の精度へのメタ認知」自己運動のモニタリング時には,その予測誤差の精度を何らかの形で計算可能であるはずである。そこで,自己運動の検出課題をペンタブレット上で行い,その検出までの反応潜時と検出精度の関連を検討した。その結果,有意な正の相関関係が確認され,予測誤差へのメタアクセスの証拠と解釈された。また精神病理学的な個人差が同様に確認された。研究2:「自己と他者の運動共鳴」他者の運動の観察に,自己運動が引き込まれることを検討するために,ペンタブレットを対面で2台設置し,2名の参加者が同時に運動課題を行う実験を行った。このとき,相手の運動(カーソル)が自分の画面上に呈示された場合に,強くその他者運動の影響を受け,お互いに同期した運動位相に近づくことが分かった。重要性:これらの研究によって自己の身体・運動表象のメカニズムが解明されれば,私たちがどのように自己と他者を区別し,また同時に自己と他者をつないで認識しているのか,私たちの社会的機能の基盤および精神病理学的な個人差についての理解が深まると考えられる。今後も計画通りの行動実験の実施を進める。加えて,共同研究として,脳刺激法による行動変容実験を検討している。当該年度に被験者謝金への支出を予定していたが,ボランティアでの協力となり,支出せずとも実施計画がスムーズに終わった。そのため,次年度に新たな実験計画を追加する(脳刺激法による行動変容実験)ことにしたため,その実験へ予算を繰り越すことにした。新たな実験計画は,研究協力を得るために高知工科大で行うため,そのための旅費や実験装置の購入に使用する。
低エネルギーで真に実用可能な結晶セルロースの加水分解法の検討

特異な非晶セルロースの加水分解性の検討前年度までに、市販の微結晶セルロースや木材パルプ、再生紙由来のセルロースをエチレンジアミンとチオシアン酸ナトリウムの混合物に溶解し、それらの溶液に非水系の有機溶媒を添加することで、水中でも安定な非結晶のセルロースが調製できることを示してきた。当該年度は、このようにして調製した非晶セルロースの加水分解性を、従来法で得た非晶セルロースや天然セルロースと比較することを検討した。天然セルロースの加水分解については膨大な数の報告例があるが、加水分解性は結晶化度や分子量、粒径などに大きく依存するので、文献の結果と本研究の試料では直接の比較ができない。そこで、前年度用いた3種類の天然セルロース、およびそこから得られる非晶セルロース(本手法および他の手法で調製したもの)について分解性を比較した。各々のセルロースをグラインダーで粒径を揃え、希硫酸、濃硫酸(72%)、酵素セルラーゼを用いて加水分解を行った。温度・時間を変えながら系統的に実施し、各セルロースの分解性を比べた。酵素を用いた分解については、その種類や量を変えた検討も行った。比較の方法は、反応液の一部を一定時間毎に取り出し、水溶部についてはグルコースとそのオリゴマーをHPLCで定量した。不溶部については、粘度法で分子量の変化を分解前と比較し、X線回折で結晶化度の変化を追跡した。以上の検討から、本手法で得た非晶セルロースは、天然の結晶セルロースよりも加水分解性が著しく高く、さらに従来法で得られる非晶セルロースよりも高いことが明らかとなった。当該年度は、特異な非晶セルロースの加水分解性を検討し、当初の計画通り進行している。3種類の由来の異なる天然セルロースをエチレンジアミンとチオシアン酸ナトリウムの混合溶液に溶解し、それらの溶液に非水系の有機溶媒を添加して調製した水中でも安定な非結セルロースの加水分解性を、従来法で得た非晶セルロースおよび天然セルロースと比較した。計画通り、3種類の天然セルロース、およびそこから得られる非晶セルロース(本手法および他の手法で調製したもの)について、グラインダーで粒径を揃え、希硫酸、濃硫酸(72%)、酵素セルラーゼを用いて加水分解を行った。また酵素を用いた加水分解については、その種類や量を変えた検討を行った。以上の検討から、本手法で得た非晶セルロースは、天然の結晶セルロースよりも加水分解性が著しく高く、さらに従来法で得られる非晶セルロースよりも高いことが明らかにできた。以上の結果は、その一部を第12回SPSJ国際高分子会議(IPC2018)にて発表した。非晶セルロースの高次構造と加水分解性の関係を解明本研究の特異な非晶セルロースが加水分解を受け易いならば、それは水素結合の状態が他のセルロースと異なるために違いない。これを証明する。非晶セルロースを重水(D2O)に浸し、乾燥後、赤外吸収スペクトルを測定する。水素結合していない水酸基、あるいは軽水(H2O)と結合している水酸基は、水素が重水素に交換されるため、ピークシフトが必ず起こる。これを天然セルロースや一般的な非晶セルロースと比較する。また、近年、固体NMRにおいて、1Hの縦緩和時間を成分ごとに分離できる二次元NMRの一手法で固体物質の非晶部の構造が調べられている。申請者らも以前に、この手法でポリスチレンの非晶部を観察した。セルロースの非晶部と結晶部では、化学シフトは近接しているが、運動性に起因する緩和時間は異なる筈である。ROSYと呼ばれるこの測定法で、非晶部と結晶部の運動性の違いを比較する。運動性は加水分解性と密接に関係する筈であり、加水分解の受け易さの理由が解明できる。成果は、国内および米国化学会セルロース部会で口頭発表し、国際学術誌へ公表する。特異な非晶セルロースの調製と水中での安定性評価1)特異な非晶セルロースの調製市販の微結晶セルロース、木材パルプ(サルファイト蒸解法)、再生紙由来のセルロースをTAPPI標準法で分子量を測定し、それぞれDP216、716、550の結果を得た。これらの結晶化度をX線回折で調べると、それぞれ0.89、0.80、0.70であった。エチレンジアミンとNaSCNを種々の割合で混合し、これに微結晶セルロースを溶解して最大溶解度を調べた。エチレンジアミン/NaSCNの割合が55/45でセルロースの溶解度は最大16wt%に達した。木材パルプ、再製紙についてもそれぞれ溶解し、濃度10%の3種類のセルロース溶液を得た。各セルロースは1g使用したが、微結晶セルロースについては、20gにスケールアップすることも検討した。溶解の進行とともに粘度が上昇するため小規模の場合よりも撹拌が困難であったが、回転羽を用いた新規な溶解方法を確立させた。このようにして得られた各セルロース溶液にエタノールを加え、固体のセルロースを沈殿させた。得られた固体セルロースを乾燥してIRスペクトルを測定すると、溶媒由来のNaSCNを微量含んでいることが分かったが、メタノールで繰り返し洗浄することにより完全に除去された。

X線回折で結晶性を調べると、いずれのセルロースも非晶であった。2)非晶セルロースの水中での安定性評価1)で調製した非晶セルロースの結晶化挙動を調べた。50°Cの温水中で12時間、1日、3日、1週間後に一部を取り出し、乾燥した後、X線回折および固体NMRを測定したところ、初めの12時間でわずかに結晶化が進行し、一部がII型となったが、その後は結晶化が全く進行せず、ほぼ無定形を保っていることが分かった。この結果はセルロースの分子量や種類によらず、他の方法で調製した非晶セルロースには見られない新規な性質である。初年度は、特異な非晶セルロースの調製とその水中での安定性を評価し、当初の計画通り進行している。1)特異な非晶セルロースの調製については、1微結晶セルロース、2木材パルプ(サルファイト蒸解法)、3再生紙由来のセルロースについて検討を行い、計画していたバクテリアセルロースについては、試料の供給困難のため実施できていないが、代わりに再生紙を用いて由来の異なる3種類のセルロースについて実施した。TAPPI標準法で分子量を測定し、X線回折により結晶化度を調べて結果を得ている。これらをエチレンジアミン/NaSCNの割合が55/45の溶液に溶解し、3種類のセルロース溶液を得た。微結晶セルロース溶液については、スケールアップも検討し、実施可能であることを見出した。各セルロース溶液にエタノールを加えて沈殿した固体セルロースを、濾過・乾燥した後、X線回折で結晶性を調べ、いずれも非晶であることを確認した。2)非晶セルロースの水中での安定性を評価した。1)で調製した非晶セルロースの温水50°Cでの結晶化挙動を調べた。12時間、1日、3日、1週間後に一部を取り出し、乾燥した後、X線回折および固体NMRを測定したところ、初めの12時間でわずかに結晶化が進行し、一部がII型となったが、その後、結晶化は全く進行せず、ほぼ無定形を保っていることが分かった。この結果はセルロースの種類によらず、他の方法で調製した非晶セルロースには見られない新規な性質である。以上の成果の一部を、第66回高分子学会年次大会にて発表した。特異な非晶セルロースの加水分解性の検討前年度までに、市販の微結晶セルロースや木材パルプ、再生紙由来のセルロースをエチレンジアミンとチオシアン酸ナトリウムの混合物に溶解し、それらの溶液に非水系の有機溶媒を添加することで、水中でも安定な非結晶のセルロースが調製できることを示してきた。当該年度は、このようにして調製した非晶セルロースの加水分解性を、従来法で得た非晶セルロースや天然セルロースと比較することを検討した。天然セルロースの加水分解については膨大な数の報告例があるが、加水分解性は結晶化度や分子量、粒径などに大きく依存するので、文献の結果と本研究の試料では直接の比較ができない。そこで、前年度用いた3種類の天然セルロース、およびそこから得られる非晶セルロース(本手法および他の手法で調製したもの)について分解性を比較した。各々のセルロースをグラインダーで粒径を揃え、希硫酸、濃硫酸(72%)、酵素セルラーゼを用いて加水分解を行った。温度・時間を変えながら系統的に実施し、各セルロースの分解性を比べた。酵素を用いた分解については、その種類や量を変えた検討も行った。