hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
セルロース資源からのバイオリファイナリー構築のための酵素基盤研究

組換え耐熱性酵母を使用し、同時糖化発酵回収システムを構築した。この酵母株に耐熱性カビのβ-グルコシダーゼ遺伝子を導入し、菌体外発現組換え株による同時糖化発酵を行い、高率で発酵エタノールを回収した。当該酵素にランダム変異を導入し、耐熱性の向上した変異酵素を取得、アミノ酸置換と耐熱性の関係を解明、その最適化、集積を行い、Tmが野生型より約10°C上昇した変異酵素を得た。本最適化酵素を耐熱性酵母において発現させ、添加セルラーゼ存在下、膨潤セルロースの糖化同時発酵を行い、野生型の場合の1.3倍のエタノール生産を得た。最適化変異酵素のX線結晶構造解析を行い、2.7Åの解像度で構造解析に成功した。セルロースは、地球上に最も多く存在するリニューワブルな資源である。しかしながら人類はまだこの資源を石油に代わるエネルギー源あるいは化学合成原料として有効に利用できるシステムを手に入れていない。本研究では、セルロースを原料とし、経済性のある資源循環型システム(バイオリファイナリーシステム)を実現するための基盤研究として、耐熱性セルラーゼに着目し、その高活性化、高安定化およびその大量生産システムの構築を目的とする。平成24年度において、真菌由来のb-グルコシダーゼにランダム変異を導入することで耐熱性の上昇した変異体を取得することに成功した。そこで25年度においては、それらのアミノ酸置換を最適化および蓄積することで更なる耐熱性の向上を試みた。その結果、Tmが70度(野生型酵素よりも約10度上昇)にまで上昇した変異型b-グルコシダーゼを取得することに成功した。また、得られた変異体は野生型と同等の比活性を有していた。現在、野生型酵素と変異型酵素のX線結晶構造解析を進めている。セルロースは,地球上に最も多く存在する未利用で再生可能な資源である.しかしながら人類はまだこの資源を石油に代わるエネルギー源あるいは化学合成原料として有効に利用できるシステムを手に入れていない.本研究では,セルロースを原料とし,経済性のある資源循環型システム(バイオリファイナリーシステム)を実現するための基盤研究として,耐熱性セルラーゼに着目し,その高活性化・高安定化およびその大量生産システムを構築することを目的としている.平成24年度においては,耐熱性酵母Kluyveromuces marxianusを使用した糖化同時発酵システムを作製することを試みた.まず,Kluyveromuces marxianusゲノム上に耐熱性カビ由来のβ-グルコシダーゼ遺伝子を導入し,本酵素を菌体外に大量分泌させることに成功した.次に,組換え菌株を用いてセロビオース(セルロースをセルラーゼで処理した際に産出される主反応物であるが,同時にセルラーゼの阻害剤ともなるために,速やかに分解させることが望まれている)からのエタノール発酵を試みた.また,発酵槽からのエタノール回収も試みた.その結果,発酵槽に空気を通気することで,理論収率の約20%の効率でセロビオースから純粋なエタノールを回収することに成功した.本研究以前に、耐熱性カビのエンドβ-グルカナーゼ、セロビオヒドロラーゼ、β-グルコシダーゼ等の遺伝子を単離し、宿主ベクター系を耐熱性酵母で構築、上記3種のセルラーゼを発現させ、膨潤セルロースを基質として、糖化・発酵・蒸留をワンバッチで行う連続発酵に成功している(特許成立)。本研究では、耐熱性セルラーゼに着目し、その高活性化・高安定化および大量生産システムの構築を目的とした。その結果、耐熱性カビ由来のβ-グルコシダーゼに5箇所のアミノ酸置換を導入することで、その耐熱性を大幅に上昇させることに成功した。すなわち、60°Cにおける半減期が野生型酵素では1分程度にあるのに対し、変異型酵素では200分近くまで増加した。また熱変性プロセスにおける変性中点(Tm)は、野生型酵素が60°Cであるのに対し変異型酵素では70°Cにまで上昇した。変異型酵素と野生型酵素では、天然基質、セロオリゴ糖に対する作用や比活性が同等であり、応用面において優れた耐熱性酵素を創出できた。なお、本変異型酵素については実用的評価を企業に依頼しており、特許出願準備をしている。そのため、学会発表や論文発表を控えている。また、本変型異酵素の遺伝子を耐熱性酵母において発現し、この形質転換酵母を用いて、添加エンドグルカナーゼ存在下、膨潤セルロースの糖化・エタノール同時発酵を行ったところ、野生型酵素遺伝子の発現株に比べ1.3倍のエタノール生産性を確認できた。さらに、変異酵素のX線結晶構造解析に取り組み、2.7Åの解像度での構造解析に成功している。すでに明らかにしている野生型酵素の構造との比較により、変異による耐熱性向上のメカニズムを構造上から解析できる可能性がある。応用微

生物学酵素によるセルロースの分解を目指す上で、耐熱性は最も重要な因子の一つである。本課題では、カビ由来のb-グルコシダーゼに様々なアミノ酸置換を蓄積することで、野生型酵素よりも10度以上も高い耐熱性を有する変異型酵素を創出することに成功した。そのTmは70度以上であり、また基質に対する速度論的パラメーターも野生型と全く変わらないものであった(通常、耐熱性が上昇すると比活性が低下する場合が多い)。申請者の知る限り、本変異型酵素はその耐熱性と比活性において、これまで知られてるb-グルコシダーゼの中で最も優れていると言え、本研究分野において大きなブレークスルーとなると考えている。異種セルラーゼを発現させた酵母を利用した同時糖化発酵(Consolidated bioprocess)は,セルロースからのバイオエタノール生産を行う上で近年最も注目を集めている手法である.しかしながら,現在までの手法においては,発現させるセルラーゼの耐熱性が高くなく,また, Saccharomyces serevisiaeを使用していたため,発酵槽を30度付近に調整せねばならず,このことがコスト面で大きな問題となっていた.本研究課題では,耐熱性酵母Kluyveromuces marxianusおよび耐熱性β-グルコシダーゼを利用することで,45度において糖化同時発酵が可能なことを示すと共に,発酵槽のpHを5付近に維持すれば,空気を通気するだけで,純粋なエタノールが得られることが明らかとなった(他の有機酸などは,pH5付近では脱プロトン化している).以上の成果は,国際誌Journal of Bioscience and Bioengineeringに掲載されるとともに, Renewable Energy Global InnovationsにFeatured articleとして紹介された.また,これとは別に,耐熱性β-グルコシダーゼの更なる耐熱化に取り組んだ.エラープローンPCRの結果,5カ所のアミノ酸置換で耐熱性の向上が認められた.野生型酵素と変異型酵素のX線結晶構造解析を行う。また、現在は大腸菌で発現させた酵素を使用して機能解析を行っているが、元々はカビ由来の分泌型酵素であるため、酵母等を用いた分泌発現システムの開発を行う。糖鎖の付加により、耐熱性の更なる上昇が期待できる。なお、特許性が認められるため、当面の間、学会発表や論文発表は行わないこととする。上記の耐熱性β-グルコシダーゼを組み込んだKluyveromycesmarxianusゲノムに,耐熱性セロビオヒドロラーゼおよび耐熱性β-グルカナーゼを導入し,菌体外に大量発現させる手法を開発する.さらに,作製した組み換え株を使用して,セルロースからの糖化同時発酵を試みる.β-グルコシダーゼの耐熱性変異体については,現在までに,5カ所のアミノ酸置換を確認している.この5カ所において飽和変異(すべてのアミノ酸残基に置換する手法)を導入し,どのアミノ酸置換が良いかを決定し,また,それらの変異を組み合わせることで,最終的に本酵素の耐熱性を10度上昇させることを試みる.
災害時におけるインターネットを利用した情報支援活動についての調査研究

平成13年度において、三宅島噴火災害の避難者(約1800世帯3800人)に対して支援活動を行う行政機関、被災者、専門家、災害ボランティアが利用しているメーリングリストやホームページにアクセスして、「『島魂』三宅島ネット」や「三宅島と多摩をむすぶ会」等の活動実態を把握した。平成14年度においては、主に、三宅島の避難者が平成14年4月に結成した住民組織である「三宅島島民連絡会」を調査対象として参与観察を行った。平成15年度においては、「三宅島島民連絡会」とそれを支援する「火山地域の市民団体相互支援ネットワーク」(略称「火山市民ネット」)等の被災者支援組織を調査対象として参与観察を行った。平成16年度においては、平成13・14・15年度に引き続き、「三宅島島民連絡会」と「火山市民ネット」)等の被災者支援組織を調査対象として参与観察を行った。さらに、三宅島住民の一時帰島に同行し、三宅島住民の生活実態と島内の状況を把握した。それに加えて、新潟県中越地震におけるデジタル・ネットワーキングの実態をとらえるために、長岡市災害ボランティアセンターを中心に現地実態調査を行った。これによって、三宅島噴火災害と新潟県中越地震における被災者、住民、自治体、政府、支援者、専門家、情報ボランティアの間で被災者の生活支援と被災地の復興という共通の目的をめぐって展開される、デジタル・ネットワーキングの実態と課題を経験的・理論的に明らかにし、それを研究成果報告書にまとめた。平成13年度において、三宅島噴火災害の避難者(約1800世帯3800人)に対して支援活動を行う行政機関、被災者、専門家、災害ボランテイアが利用しているメーリングリストやホームページにアクセスして、それらの活動実態を把握した。それによって明らかになったのは、以下のことである。まず、東京都と三宅村、また、内閣府や消防庁、気象庁等は、三宅島民向けに様々な情報をホームページで発信している。その一方で、三宅島民有志が結成した「『島魂』三宅島ネット」は、被災者の視点からホームページを活用して情報発信をしている。また、火山学者などの専門家も三宅島の噴火活動に関するデータや三宅島内の様子をホームページを通じて発信している。しかしながら、これらの情報が発信主体からホームページを通じて伝えられる情報は、インターネットを利用できない三宅島の避難者、特に高齢者には利用不可能である。そこで、多摩ニュータウン地区おいては、約300世帯700人の三宅島民に対して、ボランティア・グループ「三宅島と多摩をむすぶ会」が、避難者に役立つインターネット上の情報を情報紙「アカコッコ-三宅・多摩だより-」に印刷して集約し、配布し同時にホームページに掲載している。また、「三宅島災害・東京ボランティア支援センター」は、独自に収集した情報を生活情報誌「みやけの風」に集約しFAXとホームページを通じて三宅島民に伝えている。このように、三宅島の避難者の支援に関わる諸主体は、それぞれ三宅島民に対してインターネットや紙メディア、FAXなどを活用して情報支援活動を展開している。また、今後発生が予想される南海・東海地震でも、インターネットを活用した情報支援活動が展開される可能性があり、その予備調査として岐阜県中津川市の防災情報システムの現地調査と、神戸市で開催された「第6回震災対策技術展」でのシンポジウムの聴取を行った。平成14年度においては、「三宅島噴火災害」でのデジタル・ネットワーキングに関する実態調査を中心におこなった。具体的な調査方法としては、三宅島の避難者に対して支援活動を行う情報ボランティア、専門家、災害救援NPO、行政機関などが利用しているメーリングリストやホームページにアクセスして、また、それと並行して、三宅島避難者の住民組織である「三宅島島民連絡会」を調査対象として参与観察を行った。その結果、三宅島住民、三宅村、東京都、政府、支援者、専門家、情報ボランティアの間で避難生活中の生活支援と帰島後の復興という共通の目的をめぐって展開される、デジタル・ネットワーキングにおいては、インターネットが活用されているが、しかし、それらの主体間での連携は不十分であり、効果的な被災者支援へと結びついてはいないことが把握できた。

これらの実態調査を行う際に、デジタル・ビデオ・カメラ、高性能ノートパソコン、カラー・レーザー・プリンターを利用して大量のデータを収集・記録・整理・保存した。さらに、次年度以降の調査研究の準備作業として、長崎水害の事例を教訓とした政府と自治体のITを活用した防災対策の現状について、各地自治体の防災を視野に入れたITを活用した地域づくりの先進的取り組みについて、東海地震に備えて静岡県を中心に行われている産官学民共同のITを活用した災害情報支援システムづくりについて実態調査を行った。平成15年度において、平成13・14年度に引き続き、平成12年6月末に発生し同年9月上旬に住民全員が島外に分散避難した、「三宅島噴火災害」でのデジタル・ネットワーキングに関する実態調査を実施した。そこで、まず、三宅島の避難者に対して支援活動を行う情報ボランティア、専門家、災害救援NPO、行政機関などが利用しているメーリングリストやホームページにアクセスして、それぞれの活動に関する情報を収集し、分析し、それらの活動の実態を把握した。その一方で、三宅島の避難者が平成14年4月に結成した住民組織である「三宅島島民連絡会」と、それを支援する「火山地域の市民団体相互支援ネットワーク」(略称「火山市民ネット」)等の被災者支援組織を調査対象として参与観察を行った。その結果、三宅島住民、三宅村、東京都、政府、支援者、専門家、情報ボランティアの間で避難生活中の生活支援と帰島後の復興という共通の目的をめぐって展開される、デジタル・ネットワーキングにおいて、住民と行政の間で、また、政府と東京都、三宅村との間で帰島の方法や時期についての考え方や利害の違いがあるために合意形成が行えず、そのため専門家や支援者、情報ボランティアが有効な支援策を提示・実践できないという問題点が明らかになった。なお、これらの実態調査の記録と分析を行う際に、デジタル・ビデオ・カメラで撮影されたデジタル映像データをハードディスク内蔵DVDビデオデッキを用いて処理・加工・編集・保存した。平成16年度においては、平成13・14・15年度に引き続き、平成12年6月末に発生し同年9,月上旬に住民全員が島外に分散避難した「三宅島噴火災害」及び、平成16年10月23日に発生した「新潟県中越地震」におけるデジタル・ネットワーキング(インターネット等のデジタル・メディアを利用して展開される市民活動)に関する実態調査を行った。そのために、まず、三宅島の避難者に対して支援活動を行う情報ボランティア、専門家、災害救援NPO、行政機関などが利用しているメーリングリストやホームページにアクセスして、それぞれの活動に関する情報を収集し、分析し、それらの活動の実態を把握した。さらに、三宅島庄民の一時帰島に同行し、三宅島住民の生活実態と島内の状況を把握した。それに加えて、新潟県中越地震におけるデジタル・ネットワーキングの実態をとらえるために、長岡市災害ボランティアセンターを中心に現地実態調査を行った。
免疫性神経疾患における脂質２分子の複合体に対する自己抗体の解析と病因的意義の解明

近年われわれは、単独の糖脂質ではなく二種類の糖脂質の混合抗原を特異的に認識する抗体をギラン・バレー症候群(GBS)患者血中に見出し糖脂質複合体抗体と名付けた。この抗体は異なる糖鎖が相互作用して形成するエピトープを認識すると考えられる。本研究では、糖脂質のみでなく糖脂質とリン脂質やコレステロールの混合抗原に特異的な自己抗体を、リピッドアレイ法を用いて網羅的に検討し、一方で人工的に合成した糖脂質のhomodimerに対する免疫性神経疾患患者血中抗体の反応性も検討する。今年度は、Miller Fisher症候群(MFS)、眼球運動麻痺を伴うGBS(GBS-OP)、Bickerstaff脳幹脳炎(BBE)について、GQ1bを含む複合体に対する抗体が高率に陽性であることを確認した。またGBS-OPでは、GD1bを含む複合体に対する抗体活性も同時に検出されることが多く、そのような症例は重症例が多いことを発表した。さらにBBEに焦点を当てて検討したところ、GQ1bを含む複合体に対する抗体陽性例は、抗体陰性例と比較して、呼吸器感染が先行することが多く、感覚障害を伴う頻度が高く、脳脊髄液の細胞数や蛋白レベルが低値であり、頭部MRI等での異常を認める頻度が低く、意識障害の改善が早いという特徴を有し、比較的均一な病態であることが示唆された。一方、GD1bに対するIgG抗体陽性血清を用いて、GD1b dimerに対する抗体活性を検討したところ、症例によりGD1b dimerに対してGD1bそのものに対するよりも抗体活性が増強する例と減弱する例があることがわかった。また、リン脂質やコレステロールも含めたリピッドアレイ法による検討では、従来法で抗体活性が検出されなかった慢性炎症性脱髄性多発ニューロパチーや多発性硬化症で抗体活性が検出される例があり、さらに検討をすすめている。脂質複合体に対する抗体測定、および糖脂質のhomodimerに対する抗体活性の検討は、いずれも順調にすすんでおり、標的抗原の候補が見出されている。今後、見出された新たな抗体について陽性例の臨床的特徴を解析して、病因的意義の解明につなげる予定である。また標的抗原を用いた動物モデル作成も計画している。
多面体較正法による放電加工機上での三次元形状評価システムの開発

放電加工におけるμmオーダの高精度加工を実現するためには、電極および工作物形状の時間的推移を正確に把握する必要がある。本研究では、これらを加工機から取り外すことなく、放電加工機上で自動的に三次元形状計測できる装置を開発するとともに、それを用いた三次元形状評価システムを開発することを目的とする。そのための計測法には、多面体を較正基準に用いた方式を用いた(この方式を多面体較正法と呼ぶことにする)。本年度は以下のことを行った。1.計測プローブ保持用アームの試作計測プロセスを自動化するためには、プローブの姿勢を設計データに基づき制御する必要がある。そのため、自身の姿勢を検知可能なプローブ保持用アームを製作した。関節をボールジョイントとしたため、小型で3自由度を持つアームが試作できた。駆動源をアーム内に持たせず、NCテーブルの動きによりアームの姿勢を変更することにした。アームの姿勢は、関節内に配置したフォトトランジスタの出力より測定した。フォトトランジスタによる姿勢の測定誤差は4度以内であった。本アームにプローブを取り付けて測定した結果、形状測定の結果の誤差は数μmであった。これより、本アームが多面体較正法に適用可能であることが明らかになった。2.計測点群を用いた形状評価システムの開発形状評価を行うための手順を以下に示す。(1)計測点群に対してデロニ-分割を行い、評価対象となる形状を三角形要素を持つサーフェスモデルで表現する。(2)基準形状と評価対象形状は任意の座標系に置かれている。そこで、これらの相互相関を計算することで、座標系を一致させる。(3)対応する三角形要素を探索し、それらの面間距離を求める。実際の放電加工プロセスに適用した結果、10μmオーダの分解能で電極と工作物の相対位置と形状誤差を得ることができた。
グラフェン閉殻構造ナノ粒子の超精密ポリシング機能に関する基礎研究

グラフェン閉殻構造ナノ粒子であるカーボンオニオンの超精密ポリシング作用を検証することを目的に,単結晶SiCおよび石英ガラスを工作物としたポリシング実験を行った.その結果,スクラッチフリーの最大高さ1nm以下の平滑面が生成されることが確認され,カーボンオニオン粒子が超精密ポリシング作用を有するとともに,単結晶SiCに匹敵する機械的強度を有することが示唆された.また,ダイヤモンド製圧子を取り付けたプローブ顕微鏡複合型ナノインデンテーション装置により,独立ナノ粒子の圧縮破壊試験の可能性を示したグラフェン閉殻構造ナノ粒子の超精密ポリシング作用を検証することを目的に以下の実験,観察等を行った.グラフェン閉殻構造ナノ粒子としてカーボンオニオンを選択し,カーボンブラックを不活性雰囲気下で加熱してカーボンオニオンを生成した.そして,カーボンオニオンのほか,結晶構造の異なるカーボンナノ粒子であるナノダイヤモンドおよびカーボンブラックをそれぞれ純粋中に超音波加振により分散させた三種類のスラリーを作製した.単結晶SiCと合成石英ガラスを対象材料とし,不織布パッドにスラリーを滴下して申請者所有の自公転平行平板型超精密研磨盤によりポリシング実験を行い,工作物表面の除去性能を評価した.その結果,以下のことが分かった.(1)単結晶SiCに対してナノダイヤモンドは到達表面あらさ,表面除去速度ともに優れたポリシング性能を示したが,凝集体による微小なスクラッチが生成された.このスクラッチ痕はカーボンオニオンによって除去できることが確認され,カーボンオニオン粒子が超精密ポリシング作用を有するとともに,単結晶SiCに匹敵する機械的強度を有することが示唆された.一方,カーボンブラックは工作物表面に強固に付着し,洗浄による除去が困難であった.(2)合成石英ガラスに対しても,微小領域ではどのスラリーでも同程度の平滑面を生成したが,ナノダイヤモンドでは他の砥粒では確認されないスクラッチが多数発生した.一方,カーボンブラックやカーボンオニオンではスクラッチの発生が抑えられたが,表面除去速度の小さいことが課題となった.グラフェン閉殻構造ナノ粒子の機械的特性を評価するため.コニカル圧子を取り付けたプローブ顕微鏡複合型ナノインデンテーション装置により,圧縮破壊試験を行った.そして,粒子の配置状態や材質による圧縮時の挙動を評価した.粒子を配置する基板と圧子には高い剛性と硬度を持つダイヤモンドを選択した.最初に,ナノ粒子を液相中に分散させるため,過酸化水素水を用いて分散処理を行い,動的光散乱法を用いて分散効果を確認した.また,ナノ粒子を確実に圧縮するため,ナノダイヤモンド砥粒とガラス板を用いて基板を平滑に研磨した.そして,紫外線を用いて基板の親水化処理を行い,ナノ粒子懸濁液を滴下・風乾させることでナノ粒子を基板上に配置した.その結果,数μmの凝集体が多数存在し,一次粒径約百nmでは独立粒子の存在が確認されたものの,一次粒径数十nmの粒子では一次粒子は存在せず凝集体のみが存在することが観察された.次に,ナノインデンテーション装置を用いてシリカの圧縮破壊試験を行った.その結果,独立粒子と凝集粒子で異なる圧縮挙動が得られ,それらの分類を行った.そして,凝集粒子では圧子であらかじめ押し込むことで独立粒子の圧縮挙動を得た.これらの評価から,グラフェン閉殻構造ナノ粒子は粒径が小さいほど圧縮変形率が高く,圧縮強度に優れる可能性があることがわかった.さらに,グラフェン閉殻構造ナノ粒子の純水中での分散性がポリシング作用に与える影響について調べるため,超音波加振および過酸化水素水による表面処理を行ったが,到達表面あらさに大きな違いは見られなかった.また,スラリーの濃度の上昇によりポリシング速度が向上すること,硬脆材料であるSiC単結晶にも優れたポリシング機能を発揮することを明らかにした.グラフェン閉殻構造ナノ粒子であるカーボンオニオンの超精密ポリシング作用を検証することを目的に,単結晶SiCおよび石英ガラスを工作物として,自公転平行平板型超精密研磨盤とカーボンオニオンスラリーを用いたポリシング実験を行った.その結果,スクラッチフリーの最大高さ1nm以下の平滑面が生成されることが確認され,カーボンオニオン粒子が超精密ポリシング作用を有するとともに,単結晶SiCに匹敵する機械的強度を有することが示唆された.また,グラフェン閉殻構造ナノ粒子の機械的特性を評価するため,ダイヤモンド製圧子を取り付けたプローブ顕微鏡複合型ナノインデンテーション装置により,独立粒子の圧縮破壊試験を試みた.平滑に研磨したダイヤモンド基板上に配置したカーボンオニオン粒子の位置を圧子の走査により特定し,圧縮した.その結果,独立粒子の圧縮挙動とみられる荷重ー変位曲線が取得できた.この荷重と圧子の変位との関係から,カーボンオニオンナノ粒子は粒径が小さいほど圧縮変形率が高く,圧縮強度に優れる可能性があることが明らかになった.さらに,カーボンオニオンの超精密ポリシング作用の基礎的特性を検討するため,カーボンオニオン粒子の純水中での分散性がポリシング作用に与える影響について調べた.超音波加振および過酸化水素水による表面処理を行ったが,分散性の違いによる到達表面あらさに大きな違いは見られなかった.

また,スラリーの濃度の上昇がポリシング速度を増加させることがわかった.以上の結果と,グラファイト粒子では単結晶SiCの表面除去はなされないことから,カーボンオニオンの超精密ポリシングメカニズムとして,表面除去は物理的作用であり,グラフェンシートが球殻状に閉じた構造となることでカーボンオニオンは粒子としての強度を増し,その擦過作用によりポリシング機能を発揮することが示唆された.グラフェン閉殻構造ナノ粒子であるカーボンオニオンの超精密ポリシング作用を検証することを目的に,単結晶SiCおよび石英ガラスを工作物としたポリシング実験を行った.その結果,スクラッチフリーの最大高さ1nm以下の平滑面が生成されることが確認され,カーボンオニオン粒子が超精密ポリシング作用を有するとともに,単結晶SiCに匹敵する機械的強度を有することが示唆された.また,ダイヤモンド製圧子を取り付けたプローブ顕微鏡複合型ナノインデンテーション装置により,独立ナノ粒子の圧縮破壊試験の可能性を示した平成25年度の研究実施計画の「グラフェン閉殻構造ナノ粒子の超精密ポリシング作用の検証」および「プローブ顕微鏡法によるグラフェン閉殻構造ナノ粒子の機械的特性評価」を終えた.また,平成26年度の計画である「超音波加振式ポリシング装置の設計および製作」に関連して,スラリー中へのナノ粒子分散に対する超音波の作用について,装置設計および製作の指針となる成果を得た.また,「グラフェン閉殻構造ナノ粒子の超精密ポリシング作用の基礎的特性の検討」では,スラリー濃度の影響,単結晶SiCに対するポリシング作用について検討を終えた.機械工学「グラフェン閉殻構造ナノ粒子の超精密ポリシング作用の基礎的特性の検討」の課題として,著音波振動を加えたポリシング実験を行い,グラフェン閉殻構造ナノ粒子のポリシング機能に与える影響を調べる.また,ポリシング面の特性を詳細に検討するため,幾何学的形状,加工変質層,結晶性,化学的構造,電気的特性などを課題とし,原子間力顕微鏡による幾何学的形状観察のほか,加工変質層や結晶性の物理的構造,化学的構造,電気的特性の変化を電子線回折法や透過型電子顕微鏡法,光てこ方式プローブ型顕微鏡によって調べる.そして総括として,閉殻構造カーボンナノ粒子の超精密ポリシングのメカニズムについて検討する.平成25年度は,グラフェン閉殻構造ナノ粒子の基礎的な超精密ポリシング作用を実験的に明らかにすることを主な研究計画とし,ほぼ予定通りに遂行している.プローブ顕微鏡によるナノ粒子の機械的特性および挙動の評価については装置の準備を終えている.今後も当初の計画通りに研究を進める.平成26年度には,超音波加振によりグラフェン閉殻構造ナノ粒子を微細運動させるポリシング装置を設計・製作する.ポリシング時のグラフェン閉殻構造ナノ粒子のスラリー中での分散および被加工材料表面除去作用の促進を目的とする.超音波発信器および振動子は申請経費により購入する.平成27年度には,ポリシング面の特性の詳細な検討をするため,幾何学的形状,加工変質層,結晶性,化学的構造,電気的特性などについて,原子間力顕微鏡による幾何学的形状観察のほか,加工変質層や結晶性の物理的構造,化学的構造,電気的特性の変化を電子線回折法や透過型電子顕微鏡法,光てこ方式プローブ型顕微鏡によって調べる.さらに,以上の結果から,閉殻構造カーボンナノ粒子の超精密ポリシングのメカニズムについて検討する.
新規の有機性蛍光粒子を用いたセンチネルリンパ節の迅速3次元診断法の開発

本研究では新規の有機性蛍光ナノ粒子および3次元蛍光画像解析装置を用いた病理組織診断法を利用し、がん治療において高精度な微小がん転移診断を可能とするセンチネルリンパ節診断法の開発を目的とした。本研究において、新規蛍光ナノ粒子の開発を行い、新たに作製した担癌モデルマウスでセンチネルリンパ節の診断・解析を行った。その結果、これら新規蛍光ナノ粒子がセンチネルリンパ節の検出およびリンパ節内での転移がん細胞集積部位の同定に有用であることが予備的なデータから示された。現在、がん細胞検出の感度増強および定量性強化について検討を行なっている。センチネルリンパ節診断法を革新的に発展させるためには、「体内のあらゆる場所のセンチネルリンパ節を高感度検出する手法の開発」および「がん転移危険部位を高粘度で特定する手法の開発」が必須である。申請者はこれまでに蛍光ナノ粒子をトレーサーとし、リンパ節転移危険部位である輸入リンパ管流入部を高粘度で可視化した(国際出願PCT/JP2010/54083)。この成果を臨床応用へ発展させるため、今年度は「(1)生体適合性の高い蛍光ナノ粒子の開発」、「(2)3次元蛍光画像解析を用いた高空間分解能の迅速病理診断手法の関発」を行った。(1)蛍光性ナノ粒子の課題は粒子の安全性である。今年度、共同研究企業であるコニカミノルタ社とともに、生体適合性の高い新規有機系蛍光ナノ粒子の開発をすすめ、量子ドットの100倍以上の蛍光輝度を持つナノ粒子合成に成功した。この粒子をトレーサーとして、既存の蛍光計測系によりセンチネルリンパ節の検出能の評価、粒子径の違いによるリンパ系への移行能力・センチネルリンパ節の検出感度・検出時間・滞留性の評価、共焦点蛍光計測システムおよび電子顕微鏡を用いたセンチネルリンパ節組織内の蛍光分布についての検討を行った。結果、新規蛍光粒子では量子ドットに匹敵する診断粘度が得られた。(2)がん手術においては、センチネルリンパ節を摘出してその内部のがん細胞の有無を迅速診断し、手術方針を決定する。蛍光診断にin vivoイメージングシステム(IVIS(R))を導入し、これまで2次元的であった伝移危険部位同定手法を3次元的・摘出直後に行うよう改良を加えた。結果、がん転移危険部位診断の精度向上・迅速性が獲得された。本年度は「平成22年度に我々が研究開発した生体適合性に優れた新規蛍光ナノ粒子」と「1粒子蛍光画像解析装置」を用い、がん治療におけるセンチネルリンパ節診断への応用を視野に入れた研究開発を行った。ヒトがん細胞を免疫不全マウスに移植して担がんモデルマウスを作製し、量子ドットや新規蛍光ナノ粒子をがん部位近傍に注入した。蛍光トレーサーで標識されたリンパ節を摘出し、蛍光分布評価も含めた病理組織診断を施行した。その結果、リンパ節トレーサーとして生体投与した新規蛍光ナノ粒子は、これまで我々が示してきたように量子ドットとほぼ同様のリンパ節検出率を有することが示された。また、2光子顕微鏡を用い、摘出リンパ節の3次元的蛍光分布評価を行った。その結果、リンパ節内の量子ドットおよび新規蛍光ナノ粒子の分布を蛍光強度を指標として、3次元的に解析することに成功した。本研究で用いた新規蛍光ナノ粒子は既製の量子ドットに比べ、材質の面から安全性が高く、生体適合性に優れていると考えている。したがって、本研究により、蛍光粒子を使ったセンチネルリンパ節診断が、実用化へ向け前進していると考えられる。今後は、「新規蛍光ナノ粒子の組織内分布」と「リンパ節内のがん細胞の存在部位」の相関性を検討するとともに、新規蛍光ナノ粒子の排出経路の解析を進め、近未来における臨床試験の可能性を探る予定である。
e-learningにおける学力対応型学習プログラムの開発に関する実証的研究

大学卒業までに「仕事に使える英語力」の習得を目標に、まず基礎学力の育成のためリメディアル教育用のe-learning教材(英検5級から準2級までの各10回分の練習問題を利用したCD版e-learning教材)を制作し,学力別の学習プログラムに添った学習を行う検証実験を実施した。その結果,学習プログラムに添って一定以上の時間を学習にかけた学生群は明らかな学力向上が認められた。その際,最初から学習者を課外や自宅学習でe-learningに向かわせるのではなく,初めは授業時間にサポート付での学習を行うなどの十分な支援体制を用意した上で,自ら学力向上を実感できる場も用意することなどの大学側の協力が,確実な成果をあげるために重要であることがわかった。全体の流れとして(1)国内でできる基礎学習は国内で、(2)コンピュータが役立つことはe-learningで、(3)コミュニケーション学習は海外の大学における(短期)留学で行うことで、大学卒業までに「仕事に使える英語力」の習得が可能であるのではないかと考えた。そこで、大学入学時に英検3級以下の学生を対象に、作成したe-learning教材を主に利用した学習によって年末までに英検2級レベルに達した大学生16人をカナダの大学に派遣し集中コミュニケーション学習を実施した。カナダの2大学(リジャイナ大学,カルガリー大学)における1ヶ月間の研修の成果は,カナダでの生活体験や生きた英語のやりとりを通して英語学習への意欲を高め、自分の英語力を認識し、今後の学習方法がわかったことである。帰国後、カナダの大学からのメールによる定期的サポートを受け、専門科目の英語学習を通じ専門英語語彙を増やしており、このまま、自律した学習者として地道な学習を続ければ、大学卒業までに「仕事に使える英語力」の習得が可能であると予想される。まず、大学生の基礎学力評価の研究実績について述べる。平成16年に日本語(約7100人)、英語(約5400人)、数学(約660人)のプレースメントテストを実施し、大学生の基礎学力構造の分析を行った。その結果から、少子化による最近の入学者選抜競争緩和は、日本語力の低下をもたらし、中・高におけるコミュニケーション中心の英語学習は、基礎英語力の大幅な低下をもたらしていることがわかった。また、学習後の学力向上の評価等に利用するコンピュータテストの開発を進めており、プレースメントテスト実施時には、受験生の学力評価には利用しない新問題も含ませ、この回答行動の分析から個別問題の困難度と識別率を求めて、妥当な問題を問題プールに追加した。さらに、大学生の英語力の2極化に伴い、国立大学と私立大学の英文科学生のクラス分け等に利用するため、難易度の高い問題を300問程度作成し、プリテストの後、17年度のプレースメントテストに利用している。次に、英語力の低い学生への対応策の実施について述べる。リメディアル学習に対応する基礎英語学習用のCD教材及びネットワーク教材の改良を行った。さらに、この英語CD教材とネットワーク教材を組み合わせた学力別学習プログラムを試作し、3大学で検証実験を行った。その際、学習時間と学力の伸びの関係を調べたところ、教員、メンターのサポートのもとで学習時間を確保すれば、基礎英語力が大幅に向上することがわかった。平成17年度に実施予定の海外コミュニケーション集中学習と組み合わせると、大学入学時に英検3級以下の英語力の低い学生でも、大学でリメディアル教育から始め、仕事に使える英語力の基本(英検2級とコミュニケーション力)の習得が可能であることがわかり、大学における完結した英語教育理論の構築が期待できる。平成17年度は10大学において英語リメディアル教育の検証実験を実施した。

その方法は、大学入学時に英語能力が低くてもe-learningを用いた集中学習によって基礎英語力を習得し、その後、英語圏の大学の集中コミュニケーション学習(ESL)プログラムを通じてコミュニケーション能力を習得させる、国内と海外での集中学習を組み合わせた独特のプログラムである。対象学生は大学入学時に英検3級レベル以下の学生とした。大学では、できる限り授業時間内にプレースメントテストの結果に対応した学習プログラムによってe-learningの個別学習を実施し、年末までに英検2級マイナスA不合格(準2級の上位者)以上に学力が向上した学生をカナダの大学の実施するESLプログラムに派遣することとした。検証実験には帯広畜産大、群馬県立女子大、千葉商科大、名古屋学芸大短大、立命館大、香川大、福岡女学院短大、筑紫女学園大、佐賀大、琉球大の10大学が参加したが、学内のコンピューター室の確保、学内LANへの配信問題、単位化した授業でのe-learningの実施などについてそれぞれの大学には特有な事情があり、最後まで学習を継続できた大学は7大学であった。良好な結果が得られた学生50名の中から科研費でカナダの大学へ派遣できた学生は8名であった。また、学習開始時に英語力が高く、本研究の対象者ではないが、このESLプログラムに自費参加した学生が6名いた。平成18年2月から3月における各1ヶ月間をカナダのカルガリー大学及びリジャイナ大学において集中コミュニケーション学習を実施した。二つのESLプログラムを比較すると、(1)派遣した学生専用のプログラムかどうか、(2)カンバセーションパートナーがいたか、(3)ホストファミリーの学生への対応やコミュニケーションギャップ、などによって学生の一日の会話量には大きな差ができることが分かった。そのため効果的なコミュニケーション能力の向上には基礎学力があることは当然であるが、現地の学習プログラムについて引き受け校のESL担当者と綿密な連絡を取り、日本側の要望を説明し独立した学習プログラムを作成することが重要であることがわかった。本研究における検証結果として(1)日本でできることは日本で、(2)コンピューターが役立つことはコンピューターを利用した学力別e-learningで、(3)最後のコミュニケーション学習は英語圏の大学におけるESLプログラムで目標が達成可能であることがわかった。学生は現地で語彙力のなさを自覚しており、事前学習用の語彙学習教材の開発が望まれていることがわかった。平成18年度には学生の国内における学習経過及び海外における学習前後の英検テスト結果等を分析し、大学入学時に英語力が低くても初年次に「仕事に使える英語力」を習得するための効果的な学習プログラムを提案したい。大学卒業までに「仕事に使える英語力」の習得を目標に、まず基礎学力の育成のためリメディアル教育用のe-learning教材(英検5級から準2級までの各10回分の練習問題を利用したCD版e-learning教材)を制作し,学力別の学習プログラムに添った学習を行う検証実験を実施した。その結果,学習プログラムに添って一定以上の時間を学習にかけた学生群は明らかな学力向上が認められた。
局在フォトン相互作用と酸化チタンナノ光触媒を利用したマイクロ三次元金属構造の創製

本研究では,酸化チタン半導体の光触媒作用に着目し,金属イオン溶液に分散させた酸化チタンナノ粒子に局在制御された光エネルギーを適用する金属マイクロ三次元機能構造創製法を提案し,その確立を目指した.硝酸銀水溶液とブルッカイト型酸化チタンナノ粒子を用いた実験により,金属銀と酸化チタンで構成されたマイクロ三次元構造が創製できることを示し,インプロセス観察実験を通して,その創製メカニズムを解明した.本研究では,酸化チタン半導体の光触媒作用に着目し,金属イオン溶液に分散させた酸化チタンナノ粒子に局在制御された光エネルギーを適用する金属マイクロ三次元機能構造創製法を提案し,その確立を目指した.硝酸銀水溶液とブルッカイト型酸化チタンナノ粒子を用いた実験により,金属銀と酸化チタンで構成されたマイクロ三次元構造が創製できることを示し,インプロセス観察実験を通して,その創製メカニズムを解明した.本申請研究は,局在フォトン生成制御技術と光触媒の金属イオン還元作用を融合し,金属からなるマイクロ三次元機能構造を創製可能な,全く新しいマイクロ光造形法の開発を全体構想としている,平成20年度は,提案手法の基本創製メカニズム探求の基礎構築を主要目的として,以下の具体的な成果を得た.1.CWレーザを用いたマイクロ三次元金属構造創製基本実験装置の構築(高増潔・高橋哲担当)波長405nmの連続発振レーザを光源として採用したマイクロ三次元金属構造創製基本実験装置を設計・開発した.本実験装置においては,高NA対物レンズを用いることで,光触媒ナノ粒子と金属イオン溶液を保持する加工セル内に,三次元的な局在フォトン場を生成し,そのフォトン場を制御することで,任意位置での金属構造析出を行う.2.超長作動距離顕微ユニットを利用した横方向インプロセス観察システムの開発(高増潔担当)加工セルに横方向観察窓を設けるとともに,超長作動距離顕微ユニットを設計・構築し,(20-1)で開発を行ったマイクロ三次元金属;構造基本実験装置に組み込んだ.本システムの顕微ユニットは,加工セルに上方から近接している加工用局在フォトン制御対物レンズとの位置的干渉を避けるために,長作動距離化を行った.3.局在フォトン制御用全反射界面位置の実時間フィードバック機構の開発(高橋哲)エバネッセント光を局在露光エネルギーとしても適用する場合は,その界面位置の微小変化が構造物の創製精度を支配する.そのため,ここでは,露光波長と異なった波長632.8nmのHe-Neレーザを用いた共焦点光学系を組込,全反射界面位置をインプロセス中でモニタ可能な実時間フィードバック機構の開発を行った.さらに,定在エバネッセント波を全反射界面上に発生させることで,創製微細構造体を高分解能観察できる可能性があることを示した.平成21年度は,前年度に構築した実験装置をベースにして,局在フォトン場として,液相下高NA集光ビームに焦点を絞り,提案手法加工メカニズムの解析を進め,以下の具体的な成果を得た.1.加工ビーム水平指向型実験装置および4π局在場生成光学系の構築具体的には,重力による加工特性への影響を考慮するために,従来の加工ビーム垂直指向型実験装置に加え,加工ビーム水平指向型実験装置を開発するとともに,集光局在場の空間サイズの影響解析を主目的として,高NA集光ビームを,干渉性を維持させつつ対向させ,集光立体角を倍増させる加工ビーム4π光学システムを開発した.これらに,前年度で開発した長作動距離顕微ユニットによるインプロセス観察機能を組み込んだ.2.インプロセス観察に基づいた三次元微細構造創製メカニズムの推定上記開発装置を用いて,創製メカニズム解明実験を実施した.ここでは,波長405nm,出力100mWの半導体レーザを用い,硝酸銀水溶液に光触媒ナノ粒子(粒径10μm,ブルッカイト型酸化チタン)を分散(15wt%)させた加工溶媒を用いた.結果,提案手法の三次元微細構造創製メカニズムは,1)液相空間内に三次元局在された光エネルギー場内に存在する酸化チタンナノ粒子の光触媒作用による銀イオン還元プロセス,2)還元析出銀原子の光吸収による熱生成プロセス,3)生成熱による酸化チタンナノ粒子分散雰囲気の局所的な破壊,4)局所的分散雰囲気破壊による酸化チタンナノ粒子の還元析出銀への局所的凝集,5)局所的凝集酸化チタンナノ粒子の光触媒作用による銀イオン還元プロセス(以降,繰り返し)といった光エネルギー局在場を起点とした複数の物理プロセスによって説明できることを明らかにした.平成22年度は,液相内で創製される三次元微細加工物を,機能的微細構造材として適用展開するために不可欠な気相環境下への取り出し方法を試み,創製物の詳細物性評価を実現するともに,構造特性向上に関して実験的検討を実施した.1.超臨界乾燥法に基づいた気相環境下への取り出し方法の実現提案創製技術は,液相環境下創製法であるため,そのスケール効果により表面張力が支配的に寄与し,気相環境下への相変化に伴う創製物損壊の問題が生じた.二酸化炭素を溶媒とした超臨界乾燥法(14MPa,313K)の適用を試みた結果,従来困難であったマイクロ三次元創製物の気相下への非破壊取り出しを実現し,気相下での機能性デバイス実現可能性を示した.2.マイクロ三次元創製物の気相下物性観察および詳細プロファイル観察前項で有効性を確認した超臨界乾燥法により気相環境下へ取り出したマイクロ三次元創製物のSEM-EDX分析,XRD解析を実施した.

その結果,創製物は,前年度のインプロセス観察実験で推定されたように,酸化チタンナノ粒子と金属銀の複合構造であることが分かった.次に原子間力顕微鏡を用いて,表面プロファイルの詳細観察を試みた.結果,表面は,銀と想定される壁開状構造に酸化チタンと思われるナノ粒子が融合している様子が観察された.この形状を構成している詳細な物性評価は今後の課題である.3.気相下可観察を利用した構造特性の向上検討実験気相下での可観察性を利用して,構造特性向上を目指した実験検討を行った.ここでは,構造創製後に同一軌跡で再度,加工ビームを照射する二重走査露光法を提案し,実験により影響調査を試みた.実験は,集光点走査速度,照射エネルギーを,それぞれ,1μm/s,8mWとして実施した.結果,気相環境下取り出しの歩留まり向上(67%→80%)ならびに,マイクロ三次元創製物表面の均質化が実現されることが分かった.
反応性窒素の測定法開発と全国の沈着量評価

本研究は、アンモニウム塩とアンモニアのより精度の高い分別方法を開発し、先行研究の成果と合わせて反応性窒素成分濃度の測定法を確立すること、また地方自治体の協力を得て、開発した調査方法を全国調査に普及し、同じく先行研究で開発した沈着速度推計モデルを用いて、全国の反応性窒素成分沈着量評価を行うことを目的としている。平成30年度は、平成2729年度に行った測定法開発として、1インパクタを用いることで、アンモニウム塩とアンモニアガスの分別効果が高くなること、2インパクタを用い粗大粒子と微小粒子が混在する硝酸塩を粒径別に濃度測定することで沈着量評価の精度が高くなること、さらにパッシブサンプラーによるアンモニアガス濃度測定法を併用することで、精度が高いが高価な機材を用いる拡散デニューダ法と遜色のない測定結果が得られることを大気環境学会において報告した。本研究成果で確立された調査方法は、全国の地方自治体の環境研究所で実施されている第6次全国酸性雨調査(全国環境研協議会の酸性雨・広域大気汚染調査研究部会が主催)で用いられるなど、既に活用されている。また本研究成果で得られた大気中反応性窒素成分の調査結果を用い、大気中アンモニウム塩濃度について検討した結果、近年の大気中アンモニウム塩の挙動として、硫酸水素アンモニウムの割合の低下、硫酸アンモニウム塩の割合の増加が検出され、原因として中国における二酸化硫黄排出量の減少に伴い、相対的にアンモニアの量が増えたためであることを示し、大気環境学会誌に論文を投稿した。本研究は,アンモニウム塩とアンモニアのより精度の高い分別方法を開発し,先行研究の成果と合わせて反応性窒素成分濃度の測定法を確立すること、また地方自治体の協力を得て,開発した調査方法を全国調査に普及し,同じく先行研究で開発した沈着速度推計モデルを用いて,全国の反応性窒素成分沈着量評価を行うことを目的としている。平成27年度は,研究項目1測定法開発、研究項目2反応性窒素濃度の全国調査、研究項目3反応性窒素沈着量の評価を実施した。これらの具体的実施状況は以下の7項目の通りである。(1)研究分担者および研究協力者とともに会合を開き,大気中反応性窒素成分に関する既存の情報について情報交換を行い,これまでの研究成果から大気中反応性窒素成分濃度および沈着量評価に関する課題について検討を行った。(2)前述の会合と同時に開催された大気環境学会にて反応性窒素成分についての情報収集を行うとともに,本研究に関する発表を行った。(3)大気中反応性窒素成分の調査においては,当初予定の全国の地方自治体の環境研究所(北海道立総合研究機構,埼玉県環境科学国際センター,富山県環境科学センター,愛知県環境調査センター,新潟県保健環境科学研究所,兵庫県環境研究センター,和歌山県環境衛生研究センターおよび沖縄県衛生環境研究所)により,全国9地点(利尻,札幌,埼玉加須,富山,豊橋,新潟,神戸,海南および辺戸岬)で,通年の連続調査を実施した。(4)このうち、利尻,札幌,埼玉加須,富山,新潟,海南および辺戸岬で,インパクタを用いた並行試験も実施した。(5)国際学会にて反応性窒素成分についての情報収集を行うとともに,本研究に関する発表を行った。(6)大気環境学会以外にも国内の学術集会などにおいて本研究に関する発表を行った。(7)年度内成果について打ち合わせを行い、学会における成果発表を計画した。本研究は,大気中反応性窒素成分である酸化態窒素および還元態窒素成分の精度の高い測定法を開発するとともに、これら成分の大気中の組成および挙動を明らかにし,その沈着量評価を行うことを目的としている。平成27年度は,当初の予定通り次の研究を遂行した。(1)大気中反応性窒素成分の挙動に関し,最新の研究成果と課題について情報収集を行い,当初予定の全国8地点で,通年の連続調査を実施した。(2)前述の調査地点の内、6地点でインパクタを用いた並行試験を実施した。(3)沈着量評価に必要な気象データの収集を合わせて行い,沈着量評価を進めた。このように,当初予定通りに調査を遂行できたことから,自己点検結果として「2おおむね順調に進展している。」と判断した。平成28年度は、平成27年度に引き続き、研究項目1測定法開発、研究項目2反応性窒素濃度の全国調査、研究項目3反応性窒素沈着量の評価を実施した。(1)研究分担者および研究協力者とともに会合を開き、大気中反応性窒素成分に関する既存の情報について情報交換を行い、研究の進捗状況および今後の課題について討議した。(2)前述の会合と同時に開催された大気環境学会にて反応性窒素成分についての情報収集を行うとともに、本研究に関する発表を行った。(3)大気中反応性窒素成分の調査においては、当初予定の全国の地方自治体の環境研究所(北海道立総合研究機構、埼玉県環境科学国際センター、富山県環境科学センター、愛知県環境調査センター、新潟県保健環境科学研究所、兵庫県環境研究センター、和歌山県環境衛生研究センターおよび沖縄県衛生環境研究所)により、全国10地点(利尻、母子里、札幌、埼玉加須、富山、豊橋、新潟、神戸、海南および辺戸岬)で、通年の連続調査を実施した。

(4)このうち、利尻、札幌、埼玉加須、富山、新潟、海南、神戸および辺戸岬で、インパクタを用いた並行試験を実施した。(5)静岡県、福井県、鹿児島県および大分県に調査方法の技術指導を行い、インパクタを用いた調査の開始に協力した。これらの結果は将来的に同様の評価が行えるものである。本研究は、大気中反応性窒素成分である酸化態窒素および還元態窒素成分の精度の高い測定法を開発するとともに、これら成分の大気中の組成および挙動を明らかにし、その沈着量評価を行うことを目的としている。平成28年度は、平成27年度に引き続き、当初の予定通り次の研究を遂行した。(1)大気中反応性窒素成分の挙動に関し、最新の研究成果と課題について情報収集を行い、当初予定の全国10地点で、通年の連続調査を実施した。(2)前述の調査地点の内、8地点でインパクタを用いた並行試験を実施した。(3)沈着量評価に必要な気象データの収集を合わせて行い、沈着量評価を進めた。このように、当初予定通りに調査を遂行できたことから、自己点検結果として「2おおむね順調に進展している。」と判断した。本研究は、アンモニウム塩とアンモニアのより精度の高い分別方法を開発し、先行研究の成果と合わせて反応性窒素成分濃度の測定法を確立すること、また地方自治体の協力を得て、開発した調査方法を全国調査に普及し、同じく先行研究で開発した沈着速度推計モデルを用いて、全国の反応性窒素成分沈着量評価を行うことを目的としている。平成29年度は、平成27および28年度に行った研究項目1測定法開発について取りまとめを行った。また平成27および28年度に引き続き、研究項目2反応性窒素濃度の全国調査、研究項目3反応性窒素沈着量の評価を実施した。これらの具体的実施状況は以下の7項目の通りである。(1)研究分担者および研究協力者とともに会合を開き、大気中反応性窒素成分に関する既存の情報について情報交換を行い、研究の進捗状況および今後の課題について討議した。(2)前述の会合と同時に開催された大気環境学会にて反応性窒素成分についての情報収集を行うとともに、本研究に関する発表を行った。(3)大気中反応性窒素成分の調査においては、全国の地方自治体の環境研究所(北海道立総合研究機構、埼玉県環境科学国際センター、富山県環境科学センター、愛知県環境調査センター、新潟県保健環境科学研究所、兵庫県環境研究センター、和歌山県環境衛生研究センターおよび沖縄県衛生環境研究所)により、全国10地点(利尻、母子里、札幌、埼玉加須、富山、豊橋、新潟、神戸、海南および辺戸岬)で、通年の連続調査を実施した。(4)また全国環境研協議会の酸性雨・広域大気汚染調査研究部会においては、本方法を採用し、第6次全国酸性雨調査を開始した。これにより、全国的に本方法が用いられることとなった。平成29年度は、当初の予定通り次の研究を遂行した。
覚せい剤の血中動態と精神依存発現機序の関係に関する研究

生後7週令のSD系オスラット4匹の頚静脈内に留置カテーテルを植え込みケージに係留した。翌日より動物がケージ内のレバースイッチを押すとその都度、薬液が注入される方法により、動物に薬物を摂取させた。薬液の注入速度は常に1ml/100secとした。最初にレバ-押しによる薬物摂取の訓練のために、0.025%濃度のコカイン水溶液を1回当りの注入用量(単位用量)を0.25mg/kg(10sec/100gBW)として1日1時間ずつ自由に摂取させた。3ないし4日のうちにいずれの動物もコカインの摂取を開始し、1時間の摂取回数は比較的安定した値を示した。翌日より2匹の動物(A群)には0.1%(高濃度液)の、また、他の2匹の動物(B群)には0.05%(低濃度)のメタンフェタミン水溶液を、いずれも単位用量を0.5mg/kg(A群は5sec/100g,B群は10sec/100g)として1日1時間ずつ自由に摂取させた。その結果、いずれの群にも摂取がみられたが、1時間の摂取回数はコカインの場合より少なく、また、A群の摂取頻度のほうがB群より高い傾向にあった。次に薬液の濃度をA群とB群とで交差させて摂取させた。最後にABいずれの群にも高濃度液を単位用量0.25mg/kg(2.5sec/100g)として摂取させた。これらの成績と上記の条件で動物にメタンフェタミンを単回投与したときの血中濃度から、メタンフェタミンをラットに自己投与させた場合の薬物の強化効果の強さに及ぼす薬液の注入速度の影響を薬物の体内動態の面から考察した。覚せい剤の加熱吸引法による乱用では静脈内注射法と比べ血中濃度の上昇速度が緩やかであるが,一方,より高い血中濃度が維持される可能性が推察される。この点を検討するための第一段階として,血中濃度を急速に上昇させる条件と徐々に上昇させる条件におけるコカインおよびメタンフェタミンの自己投与(摂取)回数を観察した。ラットの頸静脈にカテーテルを留置し,薬物自己投与実験用ケージに係留した。始めに,薬液を急速に注入できるWeeks型ポンプ(0.25ml/kgの薬液を0.3秒以内に注入)を用いてメタンフェタミン0.063mg/kg/infusionを摂取させた結果,高頻度の摂取が持続するまでに時間を要した。これは,メタンフェタミンの効果持続時間が長いことによると考えられた。そこで,このあと,コカイン0.5mg/kg/infusionの自己投与を観察した。薬液注入にはWeeks型ポンプおよびそれより注入速度の遅いポンプの2種類を用い,また,いずれの場合も1日の摂取回数を50回に制限した。その結果,Weeks型ポンプ(1秒当たりの注入速度は約1.67mg/kg)では3匹全例で生理食塩液より高頻度の摂取がみられ,うち1匹は過剰摂取により死亡した。一方,注入速度の遅いポンプ(1秒当たりの注入速度が0.013mg/kgでWeeks型の約130分の1)では6匹中4匹でのみ生理食塩液より高頻度の摂取がみられ,これらの動物では死亡例はなかった。以上のことから,コカインの同一用量では血中濃度を急速に上昇させる条件下において強化効果がより明らかに発現することが示唆された。今後はメタンフェタミンについて同様の確認を行い,次いで,血中濃度の上昇速度が緩やかな条件でも最高到達血中濃度をより高くすることで血中濃度を急速に上昇させる条件下と同様の強さの強化効果が発現する可能性について観察する予定である。