hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
中国・ヒマラヤ地域産ツリフネソウ属植物の種属誌的研究

ツリフネソウ属植物は全世界的に分布するが、中国西南部およびヒマラヤ地域で特に多様化したグループがあり、種数も多く、複雑な花型をもち、将来的には送粉者との共生進化の研究に発展し得る興味深い植物である。中国・ヒマラヤ地域のツリフネソウ属の類縁関係を明らかにするために、以下の研究を行った。1.観察した花部各器官の形態から、種の形態的な区別点を明らかにすることを目的として種内の変異性を調べ、さらに相互に比較を行い異同を明らかにした。2.標本の検討を行い、また比較のため、日本産種の調査を行った。3.根端細胞を用いて、押しつぶし法により体細胞染色体の観察を光学顕微鏡を用いて行なった。4.形態的多様性および細胞遺伝学的多様性を考察し、種の認識を行った。5.中国・ヒマラヤ地域に産するツリフネソウ属の種について、花序形態を明らかにし、花序形態によるグループ分けを行い、グループ間の比較を行った。なお、ツリフネソウ属の中でも特に中国・ヒマラヤ地域での多様性が高く、種の認識が困難と考えられるImpatiens drepanophoraとその近縁種について、種間の差異を明らかにし、類縁関係を推定し、地理的および垂直分布を明らかにし、モノグラフをまとめることを目的とした解析では、ミャンマー・中国などから当初の予定以上に資料が入手でき、解析に時間がかかり、モノグラフを完成することができなかった。本年度に行った研究はツリフネソウ属の中でも特に中国セマラヤ地域での多様性が高く、種の認識が困難と考えられるImpatiens drepanophoraとその近縁種について種間の差異を明らかにし、類縁関係を推定し、地理的および垂直分布を明らかにし、モノグラフをまとめることを目的とした解析を行った。具体的には、1中国ヒマラヤ地域に産するImpatiens drepanophoraとその近縁種と推定される種について描画装置および写真撮影装置つき双眼実体顕微鏡を用い、液浸標本および押し葉標本から、つぼみの段階から開花にいたる段階の花を解剖し、花部の各器官の形態を詳細に観察し、図化した。2観察した花部各器官の形態から、種の形態的な区別点を明らかにすることを目的として種内の変異性を調べ、さらに相互に比較を行い異同を明らかにした。3観察を行った植物とこれまでに記載されている種との比較検討を行い、適切な学名について検討を行った。ただし、解剖ならびに比較と各種の異同を明らかにするための考察に予想以上の時間を要したため、本年度に計画した体細胞染色体の観察は本年度中に実施するに至らなかったので、これは明年度内に着手し、類縁関係の解析の結果と合わせて、Impatiens drepanophoraとその近縁種群のモノグラフを専門誌に投稿したい。本年度に行った研究はツリフネソウ属の中でも特に中国・ヒマラヤ地域での多様性が高く、種の認識が困難と考えられるImpatiens drepanophoraとその近縁種について、中国雲南省産の種に重点をおき、種間の差異を明らかにし、類縁関係を推定し、地理的および垂直分布を明らかにし、モノグラフをまとめることを目的とした解析を前年度に引き続き行った。具体的には、以下のとおりである。1.中国・ヒマラヤ地域に産するImpatiens drepanophoraとその近縁種と推定される種について、描画装置および写真撮影装置つき双眼実体顕微鏡を用い、液浸標本および押し葉標本から、つぼみの段階から開花にいたる段階の花を解剖し、花部の各器官の形態を詳細に観察し、図化した。

2.観察した花部各器官の形態から、種の形態的な区別点を明らかにすることを目的として種内の変異性を調べ、さらに相互に比較を行い異同を明らかにした。3.根端細胞を用いて、押しつぶし法により体細胞染色体の観察を光学顕微鏡を用いて行なった。4.国内の研究機関を訪問して標本の検討を行い、また比較のため、日本産種の調査を行った。5.形態的多様性および細胞遺伝学的多様性を考察し、種の認識を行った。ツリフネソウ属植物は全世界的に分布するが、中国西南部およびヒマラヤ地域で特に多様化したグループがあり、種数も多く、複雑な花型をもち、将来的には送粉者との共生進化の研究に発展し得る興味深い植物である。中国・ヒマラヤ地域のツリフネソウ属の類縁関係を明らかにするために、以下の研究を行った。1.観察した花部各器官の形態から、種の形態的な区別点を明らかにすることを目的として種内の変異性を調べ、さらに相互に比較を行い異同を明らかにした。2.標本の検討を行い、また比較のため、日本産種の調査を行った。4.形態的多様性および細胞遺伝学的多様性を考察し、種の認識を行った。5.中国・ヒマラヤ地域に産するツリフネソウ属の種について、花序形態を明らかにし、花序形態によるグループ分けを行い、グループ間の比較を行った。なお、ツリフネソウ属の中でも特に中国・ヒマラヤ地域での多様性が高く、種の認識が困難と考えられるImpatiens drepanophoraとその近縁種について、種間の差異を明らかにし、類縁関係を推定し、地理的および垂直分布を明らかにし、モノグラフをまとめることを目的とした解析では、ミャンマー・中国などから当初の予定以上に資料が入手でき、解析に時間がかかり、モノグラフを完成することができなかった。
MRIによる頭蓋内局所弾性測定法の開発と臨床応用

物質固有の振動の伝播特性によって生じるMR信号の位相差から物質の弾性特性(固さ,弾力性)を測定して画像化することが可能である(MR elastograph : MRE).生体で非侵襲的に測定することはほとんど不可能であった頭蓋内の局所的な(部位別の)弾性特性(固さ,弾力性)をMREを用いて測定し,臨床応用へつなげるのが本研究の目的である.本年度はそのための基礎実験を中心に行った.ヒト頭蓋骨を用いたMRI用ファントムは以下のように作成した.頭蓋骨表面にプラスチックコーティングして隙間をなくし,頭頂部に径2cmの穿頭を行った.大後頭孔より1%アガロースを頭蓋内に充満させ,中に水で満たしたバルーンを入れた.アガロースが固化した後,バルーンを除去し,同欠損部に3%アガロースを注入した.すなわち頭蓋内には弾性の異なったアガロースが連続的に存在する状態である.穿頭部に振動子を取り付け.これにMRI騒音振動を伝導させてMREを施行した.MRIの騒音を震動源として使用することにより,撮像シークエンスを含め測定システム全体をを簡略化できた.この結果MRE画像は得ることができたが,得られた画像解析から,1%アガロースは弾性係数が大きすぎて振動しにくく伝搬距離も短いことが明らかとなった.現在,より低濃度のアガロースを用いたファントムを作成中である.アガロース各濃度における弾性率をボアソン比として別に測定しており,MRE画像上で弾性率の定量化を行う予定である.さらにできればヒトでの撮像を行って,種々の頭蓋内疾患の脳および病変部の弾性特性を測定する予定である.物質固有の振動の伝播特性によって生じるMR信号の位相差から物質の弾性特性(固さ,弾力性)を測定して画像化することが可能である(MR elastograph : MRE).生体で非侵襲的に測定することはほとんど不可能であった頭蓋内の局所的な(部位別の)弾性特性(固さ,弾力性)をMREを用いて測定し,臨床応用へつなげるのが本研究の目的である.本年度はそのための基礎実験を中心に行った.ヒト頭蓋骨を用いたMRI用ファントムは以下のように作成した.頭蓋骨表面にプラスチックコーティングして隙間をなくし,頭頂部に径2cmの穿頭を行った.大後頭孔より1%アガロースを頭蓋内に充満させ,中に水で満たしたバルーンを入れた.アガロースが固化した後,バルーンを除去し,同欠損部に3%アガロースを注入した.すなわち頭蓋内には弾性の異なったアガロースが連続的に存在する状態である.穿頭部に振動子を取り付け.これにMRI騒音振動を伝導させてMREを施行した.MRIの騒音を震動源として使用することにより,撮像シークエンスを含め測定システム全体をを簡略化できた.この結果MRE画像は得ることができたが,得られた画像解析から,1%アガロースは弾性係数が大きすぎて振動しにくく伝搬距離も短いことが明らかとなった.現在,より低濃度のアガロースを用いたファントムを作成中である.アガロース各濃度における弾性率をボアソン比として別に測定しており,MRE画像上で弾性率の定量化を行う予定である.さらにできればヒトでの撮像を行って,種々の頭蓋内疾患の脳および病変部の弾性特性を測定する予定である.
咀嚼・嚥下ならびに咀嚼・嚥下の運動想起による大脳皮質活動の賦活に関する脳電位解析

健常者ならびに顎機能障害者を対象として、咀嚼・嚥下ならびにそれらの想起による脳電位周波数マップの変化をもとに,顎口腔系機能と脳波活動とのかかわりを検討した。咀嚼による皮質活動への影響においては、脳波の周波数トポマップ上に精神心理的安静かつ覚醒が示唆された。一方、食品の口腔内取り込みは、咀嚼の準備に対する精神的集中を示唆する脳波パターンを表出した。咀嚼時間による皮質活動への影響については、咀嚼時間と脳波トポマップ上に表出されるthetaあるいはdelta成分とのかかわりが示唆された。食品固さによる皮質活動への影響については、alpha, betaの出現、delta, thetaの消失とかかわりが示唆された。すなわち、食品の固さの増加に応じて皮質活動領域は拡大し、覚醒傾向が示された。咀嚼の想起によって、リラックスした脳活動様相が示された。一方、嚥下によっては、beta成分の出現により精神的集中が示唆された。また、想起によっては安静が示唆された。顎機能障害者における咀嚼の皮質活動への影響では、健常者の前頭部で示されるalphaとbetaの上昇、およびthetaの減少は示されず、これらの顎機能異常とのかかわりが推察された。以上のことから、咀嚼・嚥下ならびにそれらの想起によって賦活される脳の精神心理的活動性は、咀嚼時間、食品性状、さらには顎口腔系機能の健常性とかかわるものと考えられた。安静時ならびに咀嚼運動前後における脳電位マップの比較検討被験者には健常有歯顎者(歯科学生6名)を選定し,被験食品には通常の硬さのチューインガムを用いた。咀嚼リズムは,2/3Hz,1Hz,2Hzならびに自発性のリズムを用いた。さらに,2/3Hz,1Hz,2Hz咀嚼ではそれらのリズムをメトロノームにて規定した。また,メトロノームを聞かせるのみと安静時をコントロールとして,2/3Hz,1Hz,2Hzならびに自発性の各リズムの咀嚼前と比較し,さらには咀嚼前と咀嚼後の比較を行った。このとき,咬筋筋電図を同時記録して脳電位と咀嚼筋活動との関連性も検討課題とした。被験者の脳電位計測には脳波マッピング装置(サイナフィット-2500,日本GEマルケットメヂカルシステム社製)を用い,19チャンネルの脳電位周波数解析を行い,δ,θ,α-1,α-2,β-1,β-2の各波成分における電圧(μV)ならびに含有率(%)マップ表示後,データの統計処理を行った。被験者を脳波用椅子に座らせ,アルコールで頭皮を清拭後,10/20法にて電極(エレクトロキャップ)を頭皮上に装着し,一定時間安静を保ち,脳電位ならびに顎筋活動に関する計測を開始した。結果:1.自発性のリズム咀嚼による脳電位への影響について1)安静時と咀嚼前の周波数%マップの比較において,側頭部から後頭部の領域にかけて広範囲なβ-1とβ-2成分の上昇傾向が示された。2)咀嚼前と咀嚼後の周波数%マップの比較においては,安静時と咀嚼前との比較ほど広範な変化は生じないが,後頭部に限局してβ-2成分の上昇傾向が示された。以上にことから,咀嚼運動ばかりか,食品を口腔内に保持した咀嚼前においても,脳電位含有率(%)に変化は生じるものと考えられた。これら本研究結果は,今後の本課題研究の遂行をもって確認される。

健常者ならびに顎機能障害者を対象として、咀嚼・嚥下ならびにそれらの想起による脳電位周波数マップをもとに,顎口腔系感覚運動機能と皮質活動とのかかわりを検討した。1.咀嚼による皮質活動への影響:咀嚼前ならびに咀嚼後と安静時との比較において、咀嚼前の皮質活動により影響が示された。2.咀嚼時間による皮質活動への影響:咀嚼時間の延長によって皮質活動領域は拡大した。また、脳電位周波数成分に咀嚼時間の影響が示された。3.食品固さによる皮質活動への影響:食品の固さの増加に応じて皮質活動領域は拡大し、覚醒傾向が示された。4.嚥下による皮質活動への影響:嚥下により,皮質活動は賦活され、覚醒傾向を示した。5.咀嚼ならびに嚥下の想起による皮質活動への影響:咀嚼の想起によって皮質賦活は広域に示されたが、一方嚥下の想起では中心部の賦活は示されなかった。6.顎機能障害者における咀嚼の皮質活動への影響:健常者と比べ、顎機能障害者の皮質賦活領域は狭く、覚醒傾向も明確でなかった。以上のことから、咀嚼・嚥下ならびにそれらの想起によって賦活される皮質活動性は、咀嚼時間、食品性状など、いわゆる末梢性の感覚と運動の入出力様相に影響され、さらには顎口腔系機能の健常性とのかかわりも示唆された。
クルクミン系化合物を利用したアルツハイマー病の血液診断法の開発

我々はAβ凝集体が存在するとケト型からエノール型になり老人斑に結合するクルクミン誘導体(Shiga-Y5)を開発した。本研究ではShiga-Y5の性質を利用することで老人斑の量を測定する血清診断法の開発を行った。その結果、遺伝子組換えマウスの血液中にShiga-Y5を注射すると脳に入って老人斑と結合し、血清への排泄が遅延すること、Shiga-Y5とFACSを組み合わせ、液中のAβ凝集体量を測定できることを示した。アルツハイマー病では、ベータアミロイド(Aβ)凝集体である老人斑の形成が最も早期におこる病理変化であることから、アルツハイマー病の早期診断には老人斑の検出が最も有効な手段と考えられる。この観点から、PETによるアミロイドイメージングの研究が行われているが、PETは高価であり放射線障害の可能性も完全には否定できない。そこで、もっと簡便・安価で侵襲が少ない診断法の開発が期待されている。我々は、ある種のクルクミン化合物が血液中ではケト型で存在するが、Aβ凝集体が存在するとケト型からエノール型になり、老人斑に結合することを見出した。本研究の目的は、このケト・エノール互変異性を利用することで老人斑の量を測定する血清診断法を開発することである。1)磁気ビーズにAβ抗体を結合させ、血清や髄液中のAβおよびAβ凝集体と反応させた。ついで、クルクミン系化合物を加えるとAβ単体とは反応せず、凝集体のみと反応して、ケト型からエノール型に変化して強い蛍光を発し、液中のAβ凝集体の量を定量できることを示した。関連する特許を1件出願(特願2012-099685)するとともに、論文を作成中である。2)血中に投与したクルクミン化合物は、脳内に入って老人斑に結合することから、排泄が遅延することが予想される。そこで、遺伝子改変モデルマウスおよびワイルドマウスの血中にクルクミン化合物を投与後、排泄時間を比較検討した。しかし、現在までに有意な差は見つかっていない。現在、クルクミン化合物の種類を変えて、検討中である。3)アルツハイマー病の遺伝子組換えモデルマウスで検討したところ、脳内のアミロイド沈着量は血清のAβ量とは反比例するが、鼻に沈着したAβ量とは正比例することを見いだし、論文発表した。成果の一部は、特許出願をするとともに国際アルツハイマー病会議で報告した。現在日本には約200万人の認知症患者が存在し、その約半数がアルツハイマー病とされている。しかし、いまだに有効な診断方法がない。現在、脳内アミロイドβペプチド(Abeta)に選択的に結合するポジトロン断層撮影法(PET)による画像診断法の研究が進められている。しかし、PETは放射性核種を用いるため放射線障害による副作用が懸念されるとともに試薬が高価になる。そこで、我々は、ある種のクルクミン化合物が血液中ではケト型で存在するが、Abeta凝集体が存在するとケト型からエノール型になり、老人斑に結合することを見出した。対象動物としては、アルツハイマー病の遺伝子改変モデルマウスと正常マウスを用いた。HPLCによりマウス血清のクルクミン濃度を20 pg/ul測定する系を立ち上げた。正常マウスに体重あたり10 mg/kgあるいは30 mg/kgのクルクミンを尾静脈から投与し、5、10、15、30、60、120分後に50 ulづつ採血して血漿中のクルクミン濃度をHPLCで測定した。その結果、10 mg/kgでは30分後、30 mg/kgでは60分後に感度以下となった。次に15ヶ月齢の正常およびADモデルマウスに30 mg/kgのクルクミンを尾静脈から投与し、5、10、15、30、60、120分後に採血をして測定したが、両者に差は認められなかった。一方、フッ素をつけたクルクミン誘導体を尾静脈から投与して、フッ素NMR信号を測定したところ、2時間後以降に正常マウスとADモデルマウスとの差がみられたので、より高感度の測定系が必要と考えられた。そこで、溶媒や送液および測定システムの改良を行い、1pg/ulまで感度を上昇させることに成功した。今後、この系を用いて検討していく予定である。アルツハイマー病の遺伝子組換えマウスの血液中のクルクミン量を高感度に測定するシステムを確立した。この系では、経口摂取したクルクミンの血液内濃度の測定も可能であることを確認した。

また、フッ素を結合させたクルクミン誘導体を用いて、尾静脈から投与したクルクミンの体内動態をフッ素MR画像法を用いて測定し、正常マウスとADモデルマウスとの差を見いだしたこと(国際学術誌に報告、Yanagisawa et al. Neuroscience 184:120-127, 2011)、アルツハイマー病のモデルマウスで脳の老人斑の形成度合いと血中ベータアミロイドペプチドの量、髄液中、尿中のベータアミロイドペプチドの量がどのように変化しているかという基礎データを得た(Kameshima et al. Neuroscience Lett 513: 166-169, 2012)など、1年目に成果を上げた。このことから、おおむね順調に進展していると判断した。一方遅れている点としては、アルツハイマー病のモデルマウス(APP/PS1ダブルトランスジェニックマウス)は、生後1年以上たかないと老人斑が出来てこないため、トランスジェニックマウスを用いたin vivo実験がやや遅れている。トランスジェニックマウスを用いたin vivo実験は、2年目に集中して行う予定である。1年目にアルツハイマー病の遺伝子組換えマウスの血液中のクルクミン量を高感度に測定するシステムを確立できたので、2年目にはこの測定システムを用いて、マウス尾静脈へのクルクミン投与により老人斑の量を判定できるか、マウスを用いて検討する。具体的には、アルツハイマー病のモデルマウスおよび正常マウス尾静脈からクルクミンおよびクルクミン誘導体を投与し、経時的に血液中の濃度を測定する。その後、、マウスを安楽死させて脳を取り出し、半分は凍結した後、ELISA法で脳内Aß42とAß40の量を測定する。半分は固定後に切片を作製し、Aßモノクローナル抗体を用いた免疫組織化学法で染色して老人斑の量を定量する。以上の実験を繰り返して、アルツハイマー病モデルマウス脳内の老人斑の量を定量する血液診断法を開発する。候補薬は、6種類を予定している。次に経口摂取による脳内老人斑の定量が可能か検討する。麻酔下にAPPマウスおよび正常マウスの胃にカテーテルを挿入し、バッファーに溶解した化合物を一定量注入する。その後、平成23年度と同様に、「フッ素MR画像法による体内分布の追跡」、「高速液体クロマトグラフィーによる測定」、「脳内老人斑の定量」を行い、経口摂取による脳内老人斑の定量が可能か検討する。昨年度に繁殖させたアルツハイマー病モデルマウスが、老人斑を形成し始めるため、本年度はアルツハイマー病モデルマウスを用いた実験を集中して行う。そのため、研究費は主に動物飼育費を含めた物品費に使用する。一部を遺伝子組換えマウスの飼育管理等をする研究補助員の謝金にあてる。なお、アルツハイマー病モデルマウスの繁殖にやや時間がかかったため、研究費の一部は、1年次に使わずに2年目に使用するように繰り越しを行った。
選択的Nav1.3阻害薬の開発を目指した、電位依存性Naチャネルの抑制機序解析

神経障害性疼痛に対する新たな鎮痛薬としてのNav1.3選択的阻害薬の開発に貢献するため、神経障害性疼痛に対する治療薬として使用されている抗うつ薬と、新たな治療薬として期待されるニューロステロイド、アロプレグナノロンの代謝物、アロプレグナノロン硫酸塩の電位依存性ナトリウムチャネルαサブユニット、Nav1.3に対する影響を電気生理学的に調べた。その結果、これらの薬剤が、濃度依存性にNav1.3機能を抑制することを発見した。さらにこれらの抑制効果は、β3サブユニットとの供発現によって増強されることを発見した。これらの結果は、Nav1.3機能抑制機序を解明するのに役立つと考えられる。神経障害性疼痛は、難治性の慢性疼痛を形成する病態の一つであり、新たな鎮痛薬の開発が強く望まれている。我々は、Nav1.3の選択的阻害薬の開発が神経障害性疼痛に対する有効な鎮痛薬開発につながる可能性が高いと考え、Nav1.3に関する疼痛抑制機序を分子レベルで解明することを目的として研究計画を立てた。1電気生理学的手法(アフリカツメガエル卵母細胞発現系と分子生物学的手法を用いたNav1.3, Nav1.7阻害薬のNav1.3に対する作用部位の同定)、2同手法を用いた同阻害薬のNav1.7に対する作用部位の同定、3同手法を用いたNav1.3のみを選択的に阻害するための作用部位の同定、4遺伝子変異マウスと神経障害性疼痛モデルマウスによる鎮痛効果の検討、である。我々はこれまでに、種々の抗うつ薬が、Nav1.2、Nav1.6、Nav1.7、Nav1.8機能を抑制することを報告してきたが、特にNav1.7に対するアミトリプチリンの抑制効果が最も強い効果であった。そこで、これまでに行っていなかったNav1.3に対する抗うつ薬の影響を調べたところ、Nav1.7と同等の抑制効果が認められた。さらに、αサブユニットと結合する4種のβサブユニット(β1-4)のうち、神経障害性疼痛モデルにおいて、β3サブユニットの発現量が増加することが報告されているが、β1と共に発現させたNav1.3と、β3と共に発現させたNav1.3に対する抗うつ薬の影響を比較したところ、β3と共に発現させたNav1.3に対する効果の方が、有意に強い効果であることが確認された。これらの結果は、Nav1.3の抑制作用が、神経障害性疼痛時におけるアミトリプチリンの鎮痛機序の一つである可能性を示唆している。今後、分子生物学的手法を用いることにより、アミトリプチリンのNav1.3に対する作用部位の同定を行っていく予定である。1電気生理学的手法(アフリカツメガエル卵母細胞発現系)と分子生物学的手法を用いたNav1.3, Nav1.7阻害薬のNav1.3に対する作用部位の同定、2同手法を用いた同阻害薬のNav1.7に対する作用部位の同定、3同手法を用いたNav1.3のみを選択的に阻害するための作用部位の同定、4遺伝子変異マウスと神経障害性疼痛モデルマウスによる鎮痛効果の検討、である。抗うつ薬は、難治性疼痛に対して用いられる代表的な薬物であるが、種々の抗うつ薬がNav1.2、Nav1.3、Nav1.6、Nav1.7、Nav1.8機能を抑制することを発見した。さらに、αサブユニットと結合する4種のβサブユニット(β1-4)のうち、β3サブユニットが神経障害性疼痛の発現に重要であることが示唆されているが、Nav1.3をβ3と共に発現させた場合、抗うつ薬の効果が有意に増強することを発見した。一方、アロプレグナノロン(AP)は、ニューロステロイドの中で最も強い鎮痛作用を持ち、新たな鎮痛薬としての可能性を持つ薬物である。我々はこれまでに、代謝物であるアロプレグナノロン硫酸塩(APS)が、Nav1.2、Nav1.6、Nav1.7、Nav1.8機能を抑制することを学術論文として報告しているが、さらに、Nav1.3に対するAPSの抑制効果を確認し、β3と共に発現させることにより、その作用が増強することを発見した。これらの結果は、Nav1.3及びβ3サブユニットが鎮痛薬の作用部位として重要であることを示唆している。麻酔科学抗うつ薬、アミトリプチリンが、ナトリウムチャネルサブユニット、Nav1.3とNav1.7機能を同等に抑制することが確認できた。得られた結果を元に、アミトリプチリンのNav1.3に対する作用部位の同定を行っていく予定である。
転写因子制御からみた鼻副鼻腔炎における好酸球浸潤機構の解析

本研究で我々は副鼻腔粘膜における1)好酸球の集簇メカニズムと難治化因子の解析、2)培養上皮細胞モデルを用いた炎症性サイトカイン刺激による細胞内転写因子の活性化応答の変化、さらには薬剤による制御・抑制効果の可能性、について検討を加えた。これら一連の研究成果として、1-i)ヒト副鼻腔粘膜を用いた解析では、組織学的に好酸球浸潤が高密度の群でIFN-γmRNAの低下とGM-CSF、IL-5、eotaxin mRNA発現の亢進が観察された。この所見は非アレルギー症例でかつ好酸球浸潤が低密度である群に比較して、有意な所見であった。さらにTh1/Th2バランスの指標となるCD4陽性細胞subsetの解析でも、前群ではCCR4(Th2)陽性細胞数の増加と、CXCR3(Th1)細胞/CCR4細胞比の低下が有意差をもって認められた。1-ii)転写因子であるNF-κB p5O subunitの局在と活性化を検討したところ、その発現は主として粘膜上皮に最も強く観察された。さらにその活性化率と局所のIL-8、IL-16、eotaxin mRNAの発現レベルとの間で有意な正の相関、GM-CSF mRNAとの間に弱い正の相関が認められ、好酸球浸潤機構における本転写因子の関与の重要性が示された。2)副鼻腔粘膜上皮を用いた培養細胞モデルではTNF-α刺激により、早期に細胞内NF-κBの活性化が形態学的に観察され、定量試験でも約2.3倍に及ぶ上昇が確認された。このことは非アレルギー症例における好酸球浸潤メカニズムを説明する上での、IgE産生を介さないpathwayとして有力な仮説となりうるものである。さらにこのNF-κBの活性化現象は合成ステロイド、CysLT受容体拮抗剤の前投与により有意に抑制されることが明らかとなり、これらの薬剤による病態制御の可能性が示された。近年、疫学的な鼻アレルギー患者の急増現象に呼応したように副鼻腔炎においても著明な好酸球浸潤を認め、臨床的にも難治である症例が増加しつつある。そこで副鼻腔粘膜における1)好酸球の集簇機構、2)好酸球浸潤とアトピー素因の関連性、3)好酸球性障害を介した難治化への過程、などの点の解明を目的として、転写因子の活性化と局所サイトカイン・ネットワークの面から検討を加えた。1)ヒト慢性副鼻腔炎症例の粘膜局所における好酸球関連サイトカイン(IL-5、GM-CSF、IL-16、eotaxinなど)の発現をRT-PCR法にて検討したところ、非アレルギー例でかつ好酸球密度が低値の群でIFN-γmRNAの高値が有意であった。一方、他の群においてはGM-CSF、IL-5、eotaxin mRNAが高値である傾向が観察された。さらに代表的な炎症性転写因子であるNF-κB p50 subunitの局在と活性化を同一試料を用いて、蛍光免疫組織学的に検討したところ、同転写因子の発現は主として粘膜上皮に最も強く観察された。さらに、NF-κB活性化率と局所のIL-8、IL-16、eotaxin mRNAの発現程度との間で有意な正の相関、GM-CSF mRNAとの間に弱い正の相関が認められたが、IL-5 mRNAとの間には特に相関が認められなかった。このことは副鼻腔粘膜における好酸球の浸潤機構において、上皮細胞における本転写因子の活性化が重要な役割を果たしていることを意味している。2)培養副鼻腔

粘膜細胞を用いてin vitro下に検討したところ、アレルギーを有する群ではIL-6、IL-8、GM-CSFの発現増強と同様に、NF-κB p50とp65 mRNAの発現も亢進してることが確認された。今後引き続き症例数を増やすとともに、種々の臨床薬物、antisense法、あるいは転写因子の特異的阻害剤による抑制実験をおこない、効果的な治療法の可能性について追求する予定である。近年、疫学的な鼻アレルギー患者の急増現象に対応したかのように副鼻腔炎においても好酸球浸潤が高度であり、臨床的にも種々の治療に抵抗する症例が増加しつつある。そこで本研究で我々は、副鼻腔粘膜における1)好酸球の集簇メカニズムと難治化因子の解析、2)臨床背景、特に術前画像所見とアトピー素因との関連性、3)培養上皮細胞モデルを用いた、炎症性サイトカイン刺激による細胞内転写因子の活性化応答の変化、さらには薬剤による制御・抑制効果の可能性、について検討を加えた。1-ii)炎症性の転写因子であるNF-κB p50 subunitの局在と活性化を検討したところ、その発現は主として粘膜上皮に最も強く観察された。さらにその活性化率と局所のIL-8、IL-16、eotaxin mRNAの発現レベルとの間で有意な正の相関、GM-CSF mRNAとの間に弱い正の相関が認められ、好酸球浸潤機構における本転写因子の関与の重要性が示された。2)臨床的に鼻アレルギー合併の副鼻腔炎症例では、OMCを中心とした領域のみならず、副鼻腔各洞全体に及ぶ粘膜病変を呈しやすく、かつ好酸球浸潤と深い関係が存在すること、が判明した。3)培養細胞モデルではTNF-α刺激により、早期に細胞内NF-κBの活性化が形態学的に観察され、Trans-AMassayによる定量でも、約2.3倍に及ぶ上昇が確認された。さらにこの現象は合成ステロイド、CysLT受容体拮抗剤の前投与により有意に抑制されることが明らかとなり、これらの薬剤による病態制御の可能性が示された。
酸化物プロトン導電体を用いた水素濃淡電池による溶融金属中の水素濃度の測定

まず、水素濃淡電池型センサーに使用するCaZrO_3系プロトン導電体についてその水素溶解度、全電気電導度、電子電導度の測定を行い、プロトン電導領域を明かにした。その結果CaZrO_3(+In_2O_3)は従来のSrCeO_3(+Yb_2O_3)と比べて、高温までかなり広いプロトン電導領域を持つことを確認した。ついで、溶融アルミニウム用の水素センサーを試作し、その能力を検討した。その結果溶融アルミニウムと平衡するガス相の水素分圧を測定する型のセンサーで、アルミニウム中の水素ポテンシャルを正確に検知することが可能であることを確認した。次に、溶融銅用の水素センサーの開発を試みた。溶融銅の場合には直接溶融銅に浸漬する型のセンサーで測定が可能であるが、温度の高いことから、正孔電導が生じて、プロトン輸率が小さくなり、正しい水素ポテンシャルを測定するためには、酸素ポテンシャルの同時測定が必要となることが解った。さらに、溶融亜鉛のような融点の低い金属についても同じような形のセンサーで溶融水素のセンシングが可能であることを確認した。また、センサーで得られた水素ポテンシャルから水素濃度を知るためには、溶融金属中の水素の活量係数が必要になるが、そのために、同じようなセンサーを用いて簡単に活量係数を評価する方法(改良型ジーベルツ法)を開発した。以上の結果、当初に予定していた計画の全てを成功裡に完了させることができた。現在、さらに、広い温度範囲について、このような測定を可能とし、測定精度を高めるために、CaZrO_3(+In_2O_3)系プロトン導電体の電導に関するパラメータの正確な値の再測定を実施している。まず、使用する固体電解質(CaZrO_3(+In_20_3)のプロトン伝導領域を明確にするため、水素の溶解度、全電気伝導度の同位体効果、および、直流分極法による電子伝導度の測定を行った。この結果CaZrO_3(+In_2O_3)は、SrCeO_3(+Yb_2O_3)と比べて、高温までかなり広いプロトン伝導領域をもつことがわかった。この電解質を用い、溶融アルミニウムと平衡するガス中の水素分圧を測定できる形のセンサーを試作し、溶融金属に浸漬して、その能力について調べた。溶融アルミニウムに対して行った測定では、正しく濃度を測定するためには、溶融金属と電解質界面に伝って侵入するガスをブロックすることが極めて重要であることがわかった。これにはガラス性の低融点物質を用いることにより阻止が可能であることがわかった。この様に改良したセンサーでは、アルミニウム中の水素量は非常に高い精度で測定できることが明らかとなった。また、このセンサーを用いることにより、アルゴン吹き込みによる脱ガス処理は大きな効果を持つことが確認できた。また、大気中の水蒸気の変化に対応して溶融中の水素量も大きく変化することも認められた。ついで同じ方法により、溶融銅中の水蒸気量を測定した。1200°Cの高温では標準極に白金多孔質電極と1%H_2ガスを用いる方法では安定した起電力を得ることができなかった。しかし、標準極にも少量の溶融銅を用い、これに1%H_2ガスを平衡させたところ、安定な起電力が得られAlの場合と同様に溶湯中の水素ポテンシャルの測定が可能であることがわかった。溶融銅についても当初の目的のセンサーが得られたと考えられる。次年度はAl、Cuに比べて温度が低いZn、および融点の高いFeについても同様な形のセンサーを用いて試験を行う予定である。

アルミニウム用水素センサーに関しては、センサー自体は昨年度の研究で殆ど完成し、本年度はこれを用いて、アルミニウム熔湯への水素の溶解機構、溶存水素の挙動を調べた。また、アルミニウムを始めとする金属中の水素の活量係数を決定するために、閉じた系に一定量の水素を注入し、気相に分配した水素の分圧をプロトン導電性固体電解質を利用した水素濃淡電池で測定するタイプの改良型のジーベルツ法を考案し、装置を試作してその性能について調べた。その結果、固体パラジウムに関してはこのような方法で、精度良く活量係数を決定できることが確認された。しかし、アルミニウムに関しては、その水素溶解量が少ないことから、電解質自体に溶解する水素がノイズとなって正確な活量係数を決定することが因難であることが認められ、さらに工夫が必要であることが明かにされた。次に、溶融銅用水素センサーに関しては、昨年度に引続き、実験室規模で濃淡電池の起電力の測定を行い、酸素ポテンシャルが起電力に与える影響について詳細に調べた。その結果、得られる起電力には酸素ポテンシャル差に依存する電圧が含まれており、これを補正する必要のあることが明らかになった。このために標準極側で水素ポテンシャルと同時に酸素ポテンシャルも固定し、また、別に安定化ジルコニアのような酸素イオン導電性固体電解質を用いた酸素濃淡電池により熔湯中の酸素ポテンシャルも同時に測定し、電導機構に基づいた適正な補正を行うことにより一義的に熔湯内の水素ポテンシャルを決定する方法を明かにした。さらに、溶融亜鉛用水素センサーについては、電池構造、界面漏れ遮断方法を工夫することにより、450度Cで使用可能な水素センサーの開発に成功し、実験室的実験および実際操業条件でその性能試験を行い、実用的に充分な性能を有することを確認した。以上の結果、当初予定した計画の全てを成功裡に完了させることができた。
集光機能の改良に基づく無機栄養ストレス耐性作物の創出

鉄は葉緑体の電子伝達系の構成因子であり、安定した光合成を可能にする。仮に鉄が長期的に欠乏すると、葉緑体の電子伝達が異常となり、最終的に光酸化ストレスによって細胞死が起こる。本研究では、鉄欠乏オオムギの光合成機能の最適化を担う必須因子HvLhcb1.12に着目した。HvLhcb1.12は集光性アンテナタンパク質の一種であるが、そのN末端側には多数のリン酸化部位が存在する。本遺伝子をイネに導入した結果、過剰光条件下での収量が野生型のイネより約25%増加し、光酸化ストレスの回避に貢献することが示された。植物の要素障害は最終的に光合成系の破たんを誘導する。これに対して、オオムギは長期の鉄欠乏条件下で、光阻害を回避でき、炭素同化能も維持できる。我々は、長期鉄欠乏オオムギの地上部の転写産物の中から発現量の増加した遺伝子の一つとして光化学系II集光性アンテナHvLhcb1.12を同定した。今回、鉄欠乏オオムギのLhcb1タンパク質の挙動を調べた結果、このタンパク質が鉄欠乏下では高度にリン酸化されて、グラナからストロマラメラへ劇的に局在性を変化させることが明らかとなった。興味深いことに、鉄欠乏オオムギのLhcb1リン酸化様式は一般的な光環境適応機構(ステート遷移)でみられる制御とは関連がなく、光条件よりも鉄欠乏条件に特異的に誘導されるものと考えられた。また、このことからオオムギには未知のLhcb1リン酸化因子が存在する可能性が強く示唆される。一方、オオムギには17個のHvLhcb1遺伝子が存在することを突き止めた。これは現在知られている高等植物のLhcb1のホモログ数では最大である。そこで、オオムギの全HvLhcb1タンパク質をIEF/SDS-PAGE二次元電気泳動で分離し、nano-LC-MS/MS解析によって個々にアイソフォームの定量を試みた。この結果、主要なHvLhcb1アイソフォームの同定に成功し、鉄欠乏条件でHvLhcb1.12タンパク質が顕著に増加することを確認した。これにより、オオムギが無機栄養環境に合わせ、異なるHvLhcb1アイソフォームを使い分けているという仮説が立証された。以上のような生化学的解析に加え、鉄欠乏応答性HvLhcb1の役割を検証するために、イネにオオムギのHvLhcb1.12遺伝子を導入し解析を行った。その結果、強光下で栽培を行った場合には、ベクターコントロール区に比べ分げつ数と穂数が有意に増加し、収量も25%増加した。これらの結果から、少なくとも強光ストレス条件下で本遺伝子が生育向上に貢献することが明らかになった。我々は、長期鉄欠乏オオムギの地上部の転写産物の中から発現量の増加した遺伝子の一つとして光化学系II集光性アンテナLchb1のホモログ遺伝子(HvLhcb1.12)を同定し、このタンパク質が光エネルギーを熱として放散することで、鉄欠乏下の光酸化ストレスを回避することを突き止めた。今回、我々はLhcb1タンパク質全体の挙動を解明するために、単離したチラコイド膜上でLhcb1の偏在性を解析した。この結果、鉄欠乏下のオオムギにおいて、Lhcb1タンパク質がグラナからストロマラメラへと劇的に局在性を変化させることを明らかにした。この局在変化を支配する制御機構を明らかにするために、Lhcb1のタンパク質修飾に着目した。この結果、鉄欠乏のオオムギではLhcb1タンパク質が高度にリン酸化されていることを明らかにした。このLhcb1リン酸化を特異的に阻害する薬剤処理を行った結果、オオムギの鉄欠乏に対する光感受性が増大し、光化学系II(系II)反応中心の代謝回転にも異常が見られた。これらの結果から、リン酸化したLhcb1が系II反応中心の多いグラナから脱離し、ストロマラメラ側で過剰光を熱として放散するというモデルが明らかになり、これが光化学系の鉄欠乏適応に必須な役割を担うことが示された。さらに、鉄欠乏誘導型HvLhcb1.12遺伝子導入イネの光保護作用を検証した。強光下で栽培を行った結果、形質転換イネの分げつ数と穂数が有意に増加した。栄養成長期の有効分げつ数の増加により、収量も25%増加した。これらの結果を踏まえ、今後は集光性アンテナHvLhcb1.12ファミリーの特徴的な分子制御機構の解明と、無機栄養ストレス耐性植物の作出につなげていく。

本研究計画では、鉄欠乏オオムギの光化学系の環境適応機構の解明を端緒に、農業上有用となる無機栄養ストレス耐性作物の創出を目指す。この目標を達するために、1HvLhcb1ホモログ遺伝子の転写制御機構の解明、2Lhcb1タンパク質の高次構造の解析、3OsLhcb1欠損イネにHvLhcb1遺伝子を導入したアッセイ系の構築を進めていく。このうち、1の転写制御については、概ね主要な実験は達成できた。特に、昨年度までに多数あるHvLhcb1ホモログ遺伝子のプロモーター配列の取得が完了している点は大きい。さらに、この間に国際ゲノムプロジェクトによって、オオムギ数品種の全ゲノム情報が昨年度後半に公開された。これにより、品種間の遺伝子配列を比較することが可能になった。ホモログごとに特徴的なシス配列の候補も見つかりつつある。また、HvLhcb1のホモログ遺伝子が当初想定していた14種類ではなく、実際には17種類におよぶという新たな知見を得た。これはイネ科のみならず他の高等植物と比べても圧倒的に多いLhcb1遺伝子コピー数であり、オオムギの進化の中でLhcb1の重複が重要な意味を持つことが改めて示唆された。2のLhcb1高次構造についても概ね計画通りに進展した。鉄欠乏オオムギではLhcb1のN末端が高度にリン酸化されていること、このリン酸化が環境適応に必須であることを明らかにした。また、鉄欠乏誘導性HvLhcb1のN末端配列上に多数のリン酸化残基が存在することも示唆された。一方、N末端側のリジン残基はアセチル化されることが分かったが、鉄欠乏によるLhcb1アセチル化量の変動は見られず、今後の解析からは除外することにした。3のイネアッセイ系については現在進行中であるが、作成済みのHvLhcb1.12導入イネ系統で収量が有意に増加した。これについては、今年度も引き続き検証していく。まずは、前年度までにまだ達成していない部分を進展させる。上述の通り、HvLhcb1が17種類のホモログ遺伝子から構成されているという新知見を得たため、未解析のHvLhcb1ホモログ遺伝子の発現制御についても解析する。さらに、個々のHvLhcb1アイソフォームの性質を決定することが必要である。これらの解析により、鉄欠乏ストレスや強光ストレスにおいて、HvLhcb1遺伝子の重複がもたらす生物的意義を解明する。(1)HvLhcb1ホモログ遺伝子の発現制御解析前年度までに得られたプロモーター配列情報をもとに、光酸化ストレスに応答するシス配列を決定する。当初の計画通り、プロモーター領域を改変したコンストラクトを作成し、イネに導入し、発現制御や機能を解析する。(2)HvLhcb1アイソフォームの比較解析IEF/SDS二次元電気泳動法で分離したHvLhcb1アイソフォームの配列をLC-MS/MSで同定する。すでに、二次元電気泳動とウエスタン解析によって、Lhcb1アイソフォームを8スポットまで分離することに成功している。これらのアイソフォームの蓄積量やリン酸化状態の比較から、鉄欠乏や光酸化ストレスを受けた際に、どのLhcb1アイソフォームが中心的な機能を有するのかを明らかにする。上記の点に加えて、個々のHvLhcb1ホモログの機能評価を行うために、Lhcb1欠損イネを利用したアッセイ系を確立する。
大学資源を活かした地域への学生ボランティア派遣システムの構築

本研究は,地域の学校における学生ボランティアへのニーズと学生ボランティアが抱える課題を明らかにし、地域の学校のニーズに応えられる学生派遣システムを考案することを目的とした。その結果、教育現場は、学生ボランティアに対し通常学級での学習活動への支援だけでなく、特別な支援が必要な児童生徒への対応も求めていることが分かった。一方、学生ボランティア達は支援の必要な児童生徒への気づきはあるものの、具体的にどのように関わったら良いか分からずにいることが明らかになった。そこで、教育現場へボランティアとして出かける際に参考となる「学校ボランティアハンドブック」を作成した。このハンドブックの効果を検証することに基づいて、学生が学校にでかける際の不安・課題の解消と関わり方に関する知識・技能の向上のための派遣システムのポイントを検討した。本研究は,1)地域の学校等へ学生ボランティアとして参加している大学生の実態を明らかにすることによって、2)地域の学校等における学生ボランティアへのニーズ、3)学生ボランティアが抱える課題を検討し、4)大学資源としての学生ボランティアを地域のニーズに応えられる形で派遣できるシステムを構築することを目的としている。初年度の2010年度は、主に次の3点について検討を行った。1)教育現場から大学側への学生ボランティア派遣依頼文書に基づく「教育現場のニーズ」分析:首都圏にあるA大学(教員養成学部がある大学)へ教育現場等から来た学生ボランティア派遣依頼状の2年分(240通)を分析対象とした。その結果、ボランティアの対象となる幼児児童生徒の割合のうち、特別な支援・個別的支援が必要な児童生徒も28%であり、そのうち65.5%が通常学級に在籍する発達障害児へのボランティア依頼であった。このことより地域の学校が大学生ボランティアに求めていることとしては、通常学級の学習活動への支援だけでなく、特別な支援・個別支援が必要な児童生徒への対応も求めていることが分かった。2)大学と自治体・学校が連携した学生支援員による支援の検討:大学の専門家によって助言を受けた学生が学生支援員として通常学級に入り実施されたボランティア活動における支援体制を検討した。結果、担任教員との連携・役割分担の明確化、支援方法を複数、段階制を持って設定することが重要であると考察された。3)発達障害の児童生徒への支援方法の検討:「ボランティア対応マニュアル作成」に向けて、発達障害への支援実践を通じて、発達障害児の理解、環境設定、ボランティアの心得等の内容についての検討を行った。本研究は,1)地域の学校等へ学生ボランティアとして参加している大学生の実態を明らかにすることによって、2)地域の学校等における学生ボランティアへのニーズ、3)学生ボランティアが抱える課題を検討し、4)大学資源としての学生ボランティアを地域のニーズに応えられる形で派遣できるシステムを考案することを目的としている。二年目の2011年度は、主に次の2点について検討を行った。1)小中学校へ派遣された大学生ボランティアが抱える困難さの検討:学生ボランティアが地域の学校へ派遣された際に抱える困難さを分析することを目的とした。方法としては、学生ボランティアによって記録された派遣先での活動記録表を基に、(1)学生の「支援の必要な児童生徒」へのとらえ方、82)学生ボランティアが「支援の必要な児童生徒」に対応する際の困難さを明らかにした。分析の対象の活動記録数は2,358であり、そのなかから学生が児童生徒との関わりで困難と感じた記載内容の1,011記載を抽出し分析した。その結果、学生ボランティア達は支援の必要な児童生徒への気づきはあるものの、具体的にどのような指導や関わったら良いか分からずにいることが明らかになった。また、支援の必要な児童生徒に限らず、子どもへの指示・説明の仕方、注意の仕方、ほめ方、叱り方等についても不安を感じていることが明らかになった。2)「学校ボランティアハンドブック」作成:教育現場へボランティアとして出かけた学生が抱えた困難さの分析に基づき、ボランティアにでかけた際に、学校や子どもと関わるための「学校ボランティアハンドブック」を作成した。ハンドブックの項目としては、ボランティアの心得、学習支援、指示等の出し方、子どもの気持ちへの支援、子どもの行動への支援等であった。また、このハンドブックを用いてのボランティアへ参加する者への研修会を試行した。今後、このハンドブックの効果検証をすることが課題となった。最終年度の平成24年は主に以下の2点について検討した。1)学校ボランティアハンドブックの効果検証:平成23年度の研究において作成された学校ボランティアハンドブックが、ボランティアに出かける際の学生にとって、どのようにボランティア活動の知識・技能につながるかを検証した。その結果、学生はまずは子どもへの基本的なかかわりそのものに関する情報を必要としていることがわかった。また、教育現場にでかける経験が少ない学生にとっては、ボランティアの心得的な情報も重要であることが確認された。

さらには、教育現場にでかける経験を積み重ねても基本的な関わり方に関する情報を必要としながら、個別ケースに対応できる情報が必要であることが分かった。2)学校ボランティア派遣システムの考案学生ボランティアを円滑に継続的に実施していくためには、学生の学校現場にでかける際の不安・課題の解消と関わり方に関する知識・技能の向上が重要になると考えられた。そのために以下のような派遣システムが必要であると考えられた。1大学側の学生ボランティア派遣体制の整備:大学の「学生支援課」などが、地域の学校から「ボランティア派遣依頼」を引き受ける窓口になり、また、学校現場でのボランティアを希望する学生を登録させることによって、学校現場のボランティア依頼内容とボランティア学生の意向をマッチングさせることが必要である。2ボランティア活動参加に向けた情報提供:教育現場にでかける経験が少ない学生にとっては、ボランティアの心得的な情報や児童生徒との基本的な関わり方についての情報を提供していくことが必要である。3ボランティア活動継続のための支援体制:学生がボランティア活動を実施していく中で抱えた課題をボランティア活動記録などによって把握し、その課題への助言を行う体制が重要であると考えられた。22年度で計画していた「学生が抱える困難さ」の分析とその分析結果に基づいた「学校ボランティアハンドブック」の作成ができたため。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後の研究計画としては、(1)学校ボランティアハンドブックの効果検証:作成された学校ボランティアハンドブックがボランティアに出かける際にボランティア活動やボランティアの不安解消につながるかどうかを検証する。(2)学校ボランティア派遣システムの考案:3年間の研究を踏まえ、大学生が地域の学校へボランティアとして出かける際の大学側の派遣システムについて考案することが予定されており、おおかた当初の計画通りに研究を進めることができると考えている。
非定常・不均一媒質中のプラズマ・メーザー効果

プラズマ・メーザー効果について下記の新しい知見が得られた.1)メカニズムプラズマ・メーザーはバーテクス補正に対応する事が示された.軌道補正と並んでバーテクス補正は重要な効果を与えている.2)非定常媒質中のプラズマ・メーザー効果低周波乱流のスペクトラムと電子分布関数が時間的にゆっくり変化している場合の高周波テスト波の伝播が調べられた.3)不均一媒質の異常抵抗の理論不均一プラズマ中のイオン波乱流に伴う異常抵抗の理論が定式化された.非線形散逸力と不均一効果による非線形力の評価がなされた.4)γf安定化の理論低周波ユニバーサル・ドリフト波にTGモードを作用させ,プラズマ・メーザー効果によりドリフト波を安定化させる方法が提案された.5)低周波モードの減衰率の評価外磁場中でイオン波乱流からラングミュアー波へのエネルギー移行に伴う,イオン波乱流の減衰率が求められた.6)開方系と孤立系の違いについて電子分布関数が準線形効果で変形する.開方系の場合は電子分布は,時間的に一定に保たれるが,孤立系に対してはプラトーを形成する.両者の場合について成長率の評価がなされた.7)総合報告の作成約10年間にわたるプラズマ・メーザー効果の仕事に関する総合報告が作成された.プラズマ・メーザー効果について下記の新しい知見が得られた.1)メカニズムプラズマ・メーザーはバーテクス補正に対応する事が示された.軌道補正と並んでバーテクス補正は重要な効果を与えている.2)非定常媒質中のプラズマ・メーザー効果低周波乱流のスペクトラムと電子分布関数が時間的にゆっくり変化している場合の高周波テスト波の伝播が調べられた.3)不均一媒質の異常抵抗の理論不均一プラズマ中のイオン波乱流に伴う異常抵抗の理論が定式化された.非線形散逸力と不均一効果による非線形力の評価がなされた.4)γf安定化の理論低周波ユニバーサル・ドリフト波にTGモードを作用させ,プラズマ・メーザー効果によりドリフト波を安定化させる方法が提案された.5)低周波モードの減衰率の評価外磁場中でイオン波乱流からラングミュアー波へのエネルギー移行に伴う,イオン波乱流の減衰率が求められた.6)開方系と孤立系の違いについて電子分布関数が準線形効果で変形する.開方系の場合は電子分布は,時間的に一定に保たれるが,孤立系に対してはプラトーを形成する.両者の場合について成長率の評価がなされた.7)総合報告の作成約10年間にわたるプラズマ・メーザー効果の仕事に関する総合報告が作成された.
光-熱ハイブリット活性型水分解性セラミックの開発

本研究は従来の反応性セラミックによる1500°C付近における2段階水分解熱化学サイクル,の反応系に、紫外-可視光応答性のある光半導体を導入して反応温度を低温化させる新しい「光-熱ハイブリット活性型反応性セラミック」を開発することを目的とする。本年度は下記の成果を得た。1.反応試験用試料として反応性セラミックをディスク状のセラミック発泡体に担持した反応デバイスの作製を行った。光半導体で高温安定なSiCとZrO_2の発泡体を作製し、これにNiFe_2O_4/ZrO_2微粉体の反応性セラミックを担持した。石英窓付き反応器に設置し、模擬太陽集光を直接照射して1400°Cに加熱し、光-熱ハイブリットによる活性化を試みた。この反応デバイスによる反応器は大型化も可能な設計であり、従来にない独特な方式と評価できる。2.反応デバイスの構造変化を追跡し、ZrO_2発泡体のデバイスでは1400°Cの活性化によりNiFe_2O_4を活性相のNi_<1/3>Fe_<2/3>Oへ還元できることを確認した。1000°Cで水分解反応を行うと、水素を発生してNi_<1/3>Fe_<2/3>OがNiFe_2O_4へ再酸化され、サイクル反応が可能であることが見出された。3.熱でのみ活性化を行った場合の反応効率を上回る結果は見られなかったが、これは、模擬太陽光照射下ではデバイスの温度分布が大きいため熱活性を十分に引き出せず、また光照射面積が十分でないことから光活性も十分に発現されてないことが要因と推察した。4.今後は、本研究の成果を踏まえ、光照射が反応性セラミック粒子全体にいき渡る粉体流動層系で、光-熱ハイブリット活性化を検討することとし、試験用の石英窓を備えた流動層反応器を作製した。本研究は従来の反応性セラミックによる1500°C付近における2段階水分解熱化学サイクル,M_xO_y=M_xO_<y-δ>+δ/2O_2(高温酸素放出反応)M_xO_<y-δ>+δH_2O=M_xO_y+δH_2(低温水分解反応)の反応系に,紫外-可視光応答性のある光半導体を導入して反応温度を低温化させる新しい「光-熱ハイブリット活性型の反応性セラミック」を開発することを目的とする。すなわち,研究代表者が新たに見出したフェライト担持体の水熱分解性セラミックの系に光半導体セラミックを導入する。1.フェライト/ZrO_2体(反応性セラミック粒子)において,ZrO_2担体を光半導体であるTiO_2,SrTiO_3に変える検討を行ったが,鉄酸化物が担体成分であるチタンと反応し,安定な化合物を生成するため,低温水分解に不活性になることが分かった。2.フェライト以外の反応体としてWO_3系の酸化還元系を考案した。W_3はそれ自身も光半導体である。WO_3/ZrO_2体を合成し,これをメタンを還元剤として活性化して水分解試験を行った。還元相はWO_2_/ZrO_2_体であり,予測通り1000°Cで水分解が可能で,またサイクル反応性も良好であった。'熱力学的にはフェライト系と比較して酸素放出反応が不利となるが,光活性が補えば水分解反応性セラミックとして1500°C以下でも機能する可能性がある。3.模擬太陽集光発生装置を設計・作製するとともに,石英窓を有する模擬反応装置の設計・作製を行った。反応装置の設計では粉末の固定層に光照射する方式を考えていたが,この方式が大型化に対しては実用的でないことから,反応性セラミック微粉体をセラミック発泡体に担持した反応デバイスで模擬反応試験を行うこととした。そのため来年度は,この反応デバイスの作成についても検討する必要がある。

3.熱でのみ活性化を行った場合の反応効率を上回る結果は見られなかったが、これは、模擬太陽光照射下ではデバイスの温度分布が大きいため熱活性を十分に引き出せず、また光照射面積が十分でないことから光活性も十分に発現されてないことが要因と推察した。4.今後は、本研究の成果を踏まえ、光照射が反応性セラミック粒子全体にいき渡る粉体流動層系で、光-熱ハイブリット活性化を検討することとし、試験用の石英窓を備えた流動層反応器を作製した。