hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
生体リズムの分子機構と睡眠覚醒障害

1.ヒトBMAL1 BACクローンの塩基配列を解析し、17のエクソンからなること、複数のBMAL1のパリアントはスプライシングの違いから生成されることを明らかにした。2.マウスBMAL1BACクローンの翻訳領域全塩基配列を解析し、17のエクソンからなること,翻訳領域はBMAL1ゲノムの約30kbにわたっていることを明らかにした。3.マウスBMAL1発現に関わる領域を検討するため、翻訳領域上流の約50kbの塩基配列を決定した。その中からBMAL1遺伝子発現に関わる領域を同定した。4.ブライマーエクステンション法およびRNAプロテクションアッセイにより、マウスBMAL1転写開始点を同定した。5.睡眠覚醒リズム障害患者におけるBMAL1遺伝子変異を検索するためSSCPによって約70名の疾患群および正常群で、BMAL1遺伝子翻訳領域で変異の有無を解析した。変異の認められたエクソンに関して、さらにPCR産物を直接シークエンスして変異部位を同定した。6.時計遺伝子変異体の機能を解析する目的で、相互作用を検討するためTwo-hybrid Systemによる実験系を確立した。7.時計遺伝子変異体の機能を解析する目的で、per遺伝子転写活性化能を検出するルシフェラーゼアッセイ系を確立した。8.時計遺伝子変異体の機能を解析する目的で、時計遺伝子産物融合蛋白を作成した。9.新規時計関連遺伝子をクローニングするためスクリーニングを行い、BMAL1に相同性の高い新規遺伝子BMAL2の単離に成功した。10.新規遺伝子BMAL2の発現、ヒト遺伝子座、細胞内局在などを解析した。1)マウスBMAL1 cDNAのクローニングとスプライスバリアントの解析BMAL1 cDNAをマウス脳cDNAよりPCRによりクローニングし、4つのクローンを得た.塩基配列を解析した結果、2個のクローンは625アミノ酸をコードするヒトBMAL1bに相当する配列であったが、他の2種はそれぞれN末近傍に7アミノ酸の挿入とPAS-AドメインのN末側のエクソンが欠落した異なるcDNAであることが明らかになった。これらの配列は、それぞれBMAL1b'及びBMAL1gと命名した。組織におけるこれらバリアントの発現を検討するため、バリアント特異的なプライマーを作成し、RT-PCRにより解析した。BMAL1bは、大脳、小脳、視交叉上核、骨格筋、精巣で強い発現がみられた。BMAL1b'もBMAL1bとほぼ同様の発現パターンと発現量を示した。それに対してBMAL1gはBMAL1bで強い発現がみられた組織で弱い発現がみられたが、他の検討した組織では発現がほとんど観察されなかった。ラットBMAL1、Clock cDNAをクローニングし、in situハイブリダイゼーションを行った。BMAL1、Clock mRNAは視交叉上核で強く発現し、小脳、海馬にも発現がみられた。BMAL1とClockの発現を経時的に観察したところ、BMAL1は暗期に、Clockは明期にピークがある、サーカディアンリズムを示すことが明らかになった。マウス及びヒトBMAL1ゲノムをクローニングし、塩基配列の解析をした。マウスBMAL1ゲノムは少なくとも17のエクソンで構成されることが判明した。1)マウスBMAL1のゲノム構造マウスBMAL1ゲノミックDNABACクローンを単離し、塩基配列を決定した。塩基配列は特異的プライマーによるジーンウオーキングにより、DNAシークエンサーによって行った。マウスBMAL1の翻訳領域は約32kbにわたり、17のエクソンから構成されていた。マウスBMAL1は数種のスプライスバリアントがあることを私達は見い出しているが、ドミナントなフォームであるBMAL1はエクソン2を含まない16のエクソンからなることが今回の解析で明かになった。非翻訳領域は少なくとも4個のエクソンからなり、イントロンには複数の転写因子結合領域が見い出された。

2)時計遺伝子BMAL1の細胞内局在BMAL1の細胞内局在をEGFP融合蛋白としてBMAL1を細胞内に発現させることによって解析した。BMAL1にはBMAL1a,BMAL1bなどのスプライスバリアントのあることを以前我々は報告しているが、両者をそれぞれPC12細胞に強制発現させるとBMAL1aは細胞全体に、またBMAL1bは主に核に発現することが分かった。またBMAL1aのPASドメインよりC末を欠損させたコンストラクトは、核内には発現されず細胞質特異的な発現が見られた。これらの現象はBMAL1蛋白に細胞内局在を決定する配列があり、細胞内にある因子との相互作用などに関与している可能性が示唆された。3)BMAL1の発現解析視交叉上核以外の脳領域におけるBMAL1発現を解析した。網膜、松果体、小脳、嗅球、海馬などに発現し、視交叉上核と逆位相のリズムが見られた。1.ヒトBMAL1 BACクローンの塩基配列を解析し、17のエクソンからなること、複数のBMAL1のバリアントはスプライシングの違いから生成されることを明らかにした。2.マウスBMAL1 BACクローンの翻訳領域全塩基配列を解析し、17のエクソンからなること,翻訳領域はBMAL1ゲノムの約30kbにわたっていることを明らかにした。3.マウスBMAL1発現に関わる領域を検討するため、翻訳領域上流の約50kbの塩基配列を決定した。その中からBMAL1遺伝子発現に関わる領域を同定した。4.プライマーエクステンション法およびRNAプロテクションアッセイにより、マウスBMAL1転写開始点を同定した。5.睡眠覚醒リズム障害患者におけるBMAL1遺伝子変異を検索するためSSCPによって約70名の疾患群および正常群で、BMAL1遺伝子翻訳領域で変異の有無を解析した。変異の認められたエクソンに関して、さらにPCR産物を直接シークエンスして変異部位を同定した。6.時計遺伝子変異体の機能を解析する目的で、相互作用を検討するためTwo-hybrid Systemによる実験系を確立した。7.時計遺伝子変異体の機能を解析する目的で、per遺伝子転写活性化能を検出するルシフェラーゼアッセイ系を確立した。8.時計遺伝子変異体の機能を解析する目的で、時計遺伝子産物融合蛋白を作成した。9.新規時計関連遺伝子をクローニングするためスクリーニングを行い、BMAL1に相同性の高い新規遺伝子BMAL2の単離に成功した。10.新規遺伝子BMAL2の発現、ヒト遺伝子座、細胞内局在などを解析した。
介護老人保健施設の日常ケア実践における倫理的意思決定を支援する看護管理介入

高齢者長期ケア施設での日常ケア実践において倫理的ケア提供を支援した129の看護管理実践行動が抽出された。それらの管理実践行動を、エキスパートパネルとデルファイ法で洗練した。看護管理実践として効果に合意が得られたのは、62個の管理実践行動で、それらは管理実践の目的別に16に分類できた。看護管理実践は、管理者自身の醸成した倫理観に基づいて自施設の日常倫理的問題を発見し、日常倫理に基づくケアの阻害要因を考え、管理的介入をして評価するというものであった。24年度は、高齢者長期ケア施設において、施設スタッフが日常倫理に基づいたケア方法を検討し決定することを支援する看護管理実践を明らかにするために、23年度の収集した看護管理者のインタビューデータの分析を実施した。看護管理者10名のインタビューから、自施設で日常生活の援助に倫理的問題があると看護管理者が判断し、看護管理者が介入することで改善をした事柄として35場面が抽出された。看護管理実践としては、82の直接介入、54の組織内のしくみの改善が抽出できた。日常ケア実践において倫理的意思決定を行うこと、そしてそれを継続的にケアを提供できる要因としては、ケアスタッフ個人の要因、ケアチームの要因、組織全体に関わる要因があると思われた。看護管理実践としては、スタッフ個人へは、個人の力量に差が大きい介護スタッフへのOJTを中心とした直接介入、ケアチームへは、チームリーダーを育成しチームの成長を促す介入、介護専門職としてスタッフが誇りをもてるような介入、チームでケア方法が検討でき、結果を評価できるような介入を行っていた。組織全体に関わる管理実践としては、施設の経営部門と高齢者の尊厳を尊重するという施設理念を具現化するための具体的アクションプランを共有する、ケアニーズに合わせたケア供給ができるような人員配置などを行っていた。以上、本年度は、データを丹念に読み返すことで事実に忠実に、看護管理者が高齢者長期ケア施設のケア実践で倫理的問題があると認識した場面、その要因を看護管理者はどの様に考え、どのような看護管理実践を行い、結果がどうであったかを抽出した。その過程で信頼度を上げるために複数の研究者にスーパーバイズを受け分析までを終了した。介護老人保健施設の日常ケア実践における倫理的意思決定を支援する看護管理者の管理実践行動を明らかにした23年度、24年度の研究結果から、高齢者長期ケア施設において日常倫理に基づくケアを確立する看護管理実践モデルの開発を行った。看護管理実践モデルの開発は、24年度に抽出した看護管理実践行動の洗練、看護管理者の管理実践行動を起こすまでの判断過程、実践、実践の評価を23年度、24年度に収集したデータを分析し作成した。看護管理実践行動の洗練は、効果があった看護管理実践行動をエキスパートパネルにて経験的妥当性で洗練した。洗練をした看護管理実践行動を内容の類似性で統合し看護管理実践を日常倫理に基づくケアを確立する看護管理実践行動とした。さらに、管理実践行動を職能団体から推薦された高齢者長期ケア施設の現役の看護管理者を参加者としてデルファイ法で合意形成を行った。結果、62の看護管理実践行動に合意が得られた。23年度のインタビューデータを分析した結果、長期ケア施設で倫理的な日常ケアを提供するために看護管理者が行う管理的介入は、看護管理者の醸成された倫理観によって日常ケアにおける倫理的問題を発見し、日常倫理に基づくケア提供を阻害している要因を探索、その結果に基づいて管理的介入方法を決定していることが明らかになった。また管理実践の効果は、職員への効果と施設入所者への効果の2側面で評価していた。介護老人保健施設の日常ケア実践における倫理的意思決定を支援する看護管理実践は、<看護管理者の倫理観の醸成><日常倫理的問題の発見><日常倫理に基づくケアの阻害要因の探索><管理実践行動><看護管理実践の評価>の5つの要素で構成され、看護管理実践行動は、16の目的別に分類された。結果は、入所者の尊厳を保持したケア提供を確立するために看護管理者が倫理的問題に気づき改善するための管理実践に活用できると考えられた。介護老人保健施設の日常倫理に関する研究結果から(22年度末)、日常倫理を組織に確立していくための看護管理実践は、介護老人保健施設、特別養護老人ホーム、介護療養型医療施設において共通している部分が多いということが推測できた。そこで、23年度は、看護管理者が日常倫理に基づく日常生活援助を確立するために行ってきた看護管理実践を可視化するために介護保険適用の上記3施設において国内で一定の成果を出している看護管理者、合計10人にインタビューを実施し、それらのデータから看護管理実践を抽出した。

結果、看護管理者は、スタッフを採用するところからかかわり、日々のケア内容が倫理的なケアを提供するという組織の理念にそったものであるか、自ら入所者の生活援助に関わり、また、入所前の生活歴を収集することで、入所者の尊厳に関する考察を行い、ケアスタッフに倫理的ケア、非倫理的ケアに関して考えること、振り返りを促すことで、スタッフ個々の倫理的感受性を高め、組織の中でそれらが共有されるような仕組みをつくっていた。さらに、介護老人保健施設1箇所、特別養護老人ホーム1箇所で研究者が介護職に同行し、どのような職場環境でどのような知識、技術を使い、相互関係のなかで、どのような日常倫理に基づいた、または非倫理的な日常ケアが出現しているかを明らかにするために参与観察を行った。介護職は、利用者の笑顔や自分たちのケアの結果による利用者の変化に対し、やりがいを感じており、そのような利用者の反応に意義を持てるように介護職のリーダーは、メンバーに関わっていた。看護管理者は、提供するケア内容が変化するまでに年単位の取り組みで成果をあげており、これらの看護管理実践をモデル化することは、組織の日常ケア提供に倫理的問題を感じている看護管理者に示唆を与え、組織に適用することでケアの質向上につながることが期待できると思われる。24年度は、23年度に収集した看護管理実践者のインタビューデータから、高齢者長期ケア施設で、日常ケア実践における倫理的意思決定ができるように管理者として介入し、成果が得られた看護管理者の実践を抽出し、概念分析、理論モデルまでを作成する予定であった。データ分析の過程で、語りの内容をより忠実に読み取るために、複数の研究者にスーパーバイズを受け、スーパーバイズを受けた結果をもとに、修正を繰り返し、語りの内容を抽出することに時間をかけた。その結果、当初の計画より遅れが生じている。しかし、理論モデルを作成する上で、質的なデータ分析は妥協ができない部分であり、最終的に看護管理介入を明確にするうえで、時間的な支障は生じないと思われる。しかし、インタビューデータの分析から、看護管理者は、概ね5年から6年にわたり継続的な介入を行った結果として、日常ケア実践が、高齢者の尊厳を尊重するものへと変化するという成果を出していることがわかった。3年間の研究の到達目標を、組織に応用し、実現の可能性、有用性、効果を評価することは、現実的に難しいことがわかった。24年度の結果をふまえて、看護管理実践モデルの有用性の評価を、高齢者施設での看護管理実践経験者による専門家会議と、国内広域の現役の高齢者長期ケア施設の現役の看護管理者を参加者にした、デルファイ法にて看護管理実践モデルの妥当性の検討を行うまでが、本研究の限界であると思われる。22年度末にまとめた介護老人保健施設の看護職・介護職がケアの決定方法に困った体験と日常倫理に関する研究結果と文献検討から、倫理的意思決定を支援する看護管理者の管理実践は他の高齢者長期ケア施設でも共通ではないかという推測ができた。そのため、23年度の計画では、介護老人保健施設の看護管理者が日常ケア実践における倫理的な問題にどのように介入しているのか、看護管理実践の可視化であったが、研究対象者に特別養護老人ホーム、介護療養型医療施設の看護管理者を加え、より多くの看護管理実践の可視化を試みた。また、看護管理者の語りの収集からの看護管理実践とケアスタッフの日常倫理に基づいた生活援助との関係の妥当性を強化するため、介護老人保健施設と特別養護老人ホーム各1箇所で研究者が介護職に同行し、一緒に利用者の援助を行う参与観察によりデータ収集を行った。
生物発光を利用したATP分泌の可視化解析

硫化水素は腐卵臭を有する毒ガスとして広く知られているが、生体内では酵素反応により産生され様々な生理作用を示すことが近年明らかになりつつある。具体的には、血管の拡張作用や細菌の抗生物質耐性への関与等が報告されており、硫化水素の産生を調節する化合物は狭心症治療薬や抗菌薬等の医薬品、また研究用試薬の開発につながると期待されている。しかしながら、これらの化合物の探索研究において重要な「生体内に存在する硫化水素を簡便にとらえる技術」は確立されておらず、研究の進展の妨げとなっていた。そこで、昨年度は阻害剤等の探索研究に適した、硫化水素を選択的かつ簡便に検出する手法である蛍光プローブの開発を行った。哺乳類の生体内でのH_2S産生酵素としては、cystathionine β-synthase (CBS)やcystathionine γ-lyase (CSE)、3-mercaptopyruvate sulfurtransferase (3MST)が報告されている。また、CBSの選択的阻害剤としてaminooxyacetic acid (AOAA)が、CSEの選択的阻害剤としてpropargylglycine (PAG)が報告されている。一方、3MSTの選択的阻害剤はこれまで報告されていない。そのため、3MSTの選択的阻害剤の開発は、3MSTの生理機能の解明に大きく貢献出来ると考えた。そして、本年度は開発した蛍光プローブの持つH_2Sに対する感度と選択性、水溶性の高さに着目して、3MSTの阻害剤開発を目指して大規模ハイスループットスクリーニングを行った。その結果、3MST選択的阻害剤の開発に成功し、これらの研究成果は多数の学会で講演賞を受賞している。また一方で、特許申請も行われ、商業目的の使用が期待されている。交付申請書に記載した「研究目的」は、細菌の薬剤排出ポンプの阻害剤探索であったが、それと同様に注目されている細菌が産生する硫化水素の阻害剤探索に注力をした。そして、昨年度までに硫化水素を選択的かつ高感度に検出可能な蛍光プローブを開発しており、本年度は阻害剤開発に成功したので、「(1)当初の計画以上に進展している」と言える。今後は、細胞内で産生される硫化水素を開発した蛍光プローブと阻害剤を用いた可視化、また、腸内細菌や口腔内細菌が産生する硫化水素の可視化を行う。さらに、他の硫化水素産生酵素を特異的に阻害する化合物をスクリーニングする系も検討中である。細胞外に存在するATPは、細胞間における情報伝達物質として重要な役割を担っている。一般的に知られているATPを検出する手法としては、fireflyのluciferin-luciferase反応を利用したものが挙げられる。しかしながら、顕微鏡下で細胞から分泌される微量のATPを可視化するためには、依然として検出感度の面で向上させる必要があり、その研究アプローチとしては、「luciferinの設計・開発」、「luciferaseを細胞膜上に集合させる技術の確立」、「光学系の改良」などがある。申請者は本研究において、1細胞からのATP分泌を可視化することを目的とし、aminoluciferin(AL)誘導体とluciferaseとの組み合わせの最適化という研究アプローチから新たなATP分泌可視化系の構築を試みた。その結果、HEAL(2-hydroxyethylAL)とLuc2(derived from Photinus pyraris)という新たなluciferin及びluciferaseの組み合せを見い出した。また、分泌時のATP濃度は数十から200μM程度と報告されており、その濃度範囲において、HEALはD-luciferinと同等もしくはそれ以上の発光強度を有することが示された。そして、PC12細胞からのATP分泌を顕微鏡下において捉えることに成功した。さらに、申請者は生物発光の発光強度だけではなく、発光波長変化について着目した論文(Takakura et.al Chemistry-An Asian Journal)にも寄与するなど大きな成果を発表した。本年度は、ATPと同様にシグナル伝達に関与すると報告されている硫化水素に対する高選択的なプローブ開発について取り組み大きな進展を遂げた。具体的には、血管の拡張作用や細菌の抗生物質耐性への関与等が報告されており、硫化水素の産生を調節する化合物は狭心症治療薬や抗菌薬等の医薬品、また研究用試薬の開発につながると非常に期待されている。しかしながら、これらの化合物の探索研究において重要となる「生体内に存在する硫化水素を簡便にとらえる技術」は確立されておらず、研究の進展の妨げとなっていた。そこで、阻害剤等の探索研究に適した、硫化水素を選択的かつ簡便に検出する手法の開発を行った。私は硫化水素検出手法として蛍光法に着目し、硫化水素と反応することで無蛍光から蛍光性へと変化する色素である蛍光プローブの開発に着手した。そして、硫化水素検出部位として、環状ポリアミンと銅イオン錯体を用いた。本プローブは、生理的な硫化水素に応答し、それ以外の爽雑物に応答しないことが示され、本プロープをHSip-1(Hydrogen Sulfide imaging probe-1)と命名した。本研究成果は、米国化学会誌(JACS)で採択され、多数の学会で講演賞を受賞している。

硫化水素は腐卵臭を有する毒ガスとして広く知られているが、生体内では酵素反応により産生され様々な生理作用を示すことが近年明らかになりつつある。具体的には、血管の拡張作用や細菌の抗生物質耐性への関与等が報告されており、硫化水素の産生を調節する化合物は狭心症治療薬や抗菌薬等の医薬品、また研究用試薬の開発につながると期待されている。しかしながら、これらの化合物の探索研究において重要な「生体内に存在する硫化水素を簡便にとらえる技術」は確立されておらず、研究の進展の妨げとなっていた。そこで、昨年度は阻害剤等の探索研究に適した、硫化水素を選択的かつ簡便に検出する手法である蛍光プローブの開発を行った。哺乳類の生体内でのH_2S産生酵素としては、cystathionine β-synthase (CBS)やcystathionine γ-lyase (CSE)、3-mercaptopyruvate sulfurtransferase (3MST)が報告されている。また、CBSの選択的阻害剤としてaminooxyacetic acid (AOAA)が、CSEの選択的阻害剤としてpropargylglycine (PAG)が報告されている。一方、3MSTの選択的阻害剤はこれまで報告されていない。そのため、3MSTの選択的阻害剤の開発は、3MSTの生理機能の解明に大きく貢献出来ると考えた。そして、本年度は開発した蛍光プローブの持つH_2Sに対する感度と選択性、水溶性の高さに着目して、3MSTの阻害剤開発を目指して大規模ハイスループットスクリーニングを行った。その結果、3MST選択的阻害剤の開発に成功し、これらの研究成果は多数の学会で講演賞を受賞している。また一方で、特許申請も行われ、商業目的の使用が期待されている。交付申請書に記載した「研究目的」は、細菌の薬剤排出ポンプの阻害剤探索であったが、現在はそれと同様に注目されている細菌が産生する硫化水素の阻害剤探索に注力をしている。そして、現在までに硫化水素を選択的かつ高感度に検出可能な蛍光プローブを開発しており、阻害剤探索系の構築も整ったので、「(1)当初の計画以上に進展している」と言える。交付申請書に記載した「研究目的」は、細菌の薬剤排出ポンプの阻害剤探索であったが、それと同様に注目されている細菌が産生する硫化水素の阻害剤探索に注力をした。そして、昨年度までに硫化水素を選択的かつ高感度に検出可能な蛍光プローブを開発しており、本年度は阻害剤開発に成功したので、「(1)当初の計画以上に進展している」と言える。今後は、細胞内で産生される硫化水素を可視化すること、また、腸内細菌や口腔内細菌が産生する硫化水素を可視化すること行う。さらに、硫化水素産生を特異的に阻害する化合物をスクリーニングする系も検討中である。今後は、細胞内で産生される硫化水素を開発した蛍光プローブと阻害剤を用いた可視化、また、腸内細菌や口腔内細菌が産生する硫化水素の可視化を行う。さらに、他の硫化水素産生酵素を特異的に阻害する化合物をスクリーニングする系も検討中である。
高度なメゾ構造制御を可能にする剛体微粒子シミュレーターの開発

本研究は,微粒子が集合して形成する構造を様々な形状の微粒子について研究する目的で作られた汎用剛体微粒子シミュレーターの開発プロジェクトである.プロジェクトは,1.汎用剛体微粒子シミュレーターの開発,2.微粒子分散系のメゾ構造制御、3.シミュレーターを学術的な課題に適用する,という大きく3つのテーマに分けて実施された.以下に,この3つのテーマそれぞれの研究成果について記述する.1.開発したシミュレーターには,ESCARGOT(Equilibrium StruCture of hARd General 0bjecTs)と命名した.このシミュレーターは,微粒子同士がお互い反発しあう効果を基盤として微粒子の集合構造を研究するための計算機プログラムである.プログラムについて,モンテカルロシミュレーションを行う汎用性の高い基本部分と,個別の特殊な問題に対応するための拡張機能を分離できるように工夫した.プログラムのバージョン(Ver.)は5まで進み,Ver.5のファイル形式を将来的に維持することとした.2.微粒子分散系のメゾ構造制御のテーマでは,有機化クレイを強誘電性高分子PVDF中に分散させた系の研究を中心に行った.有機クレイを強誘電性高分子PVDF中に分散させることが,PVDFの結晶化に影響を与えること,および,そうして得られた試料が,未延伸でも強誘電性に特有なD-Eヒステリシスを示すことが分かった.クレイ粒子の表面構造とPVDFとの相互作用と,クレイ粒子がナノメーターサイズという点から,僅かな添加量にもかかわらず著しい変化がみられ,PVDF/クレイ微粒子複合材料のさまざまな応用性が示された.3.キラル分子が形成する液晶構造や,樹脂が硬化する際の体積変化の問題などにシミュレーターを適用し,シミュレーターの有用性を確認した.本研究は,微粒子が集合して形成する構造を様々な形状の微粒子について研究する目的で作られた汎用剛体微粒子シミュレーターの開発プロジェクトである.プロジェクトは,1.汎用剛体微粒子シミュレーターの開発,2.微粒子分散系のメゾ構造制御、3.シミュレーターを学術的な課題に適用する,という大きく3つのテーマに分けて実施された.以下に,この3つのテーマそれぞれの研究成果について記述する.1.開発したシミュレーターには,ESCARGOT(Equilibrium StruCture of hARd General 0bjecTs)と命名した.このシミュレーターは,微粒子同士がお互い反発しあう効果を基盤として微粒子の集合構造を研究するための計算機プログラムである.プログラムについて,モンテカルロシミュレーションを行う汎用性の高い基本部分と,個別の特殊な問題に対応するための拡張機能を分離できるように工夫した.プログラムのバージョン(Ver.)は5まで進み,Ver.5のファイル形式を将来的に維持することとした.2.微粒子分散系のメゾ構造制御のテーマでは,有機化クレイを強誘電性高分子PVDF中に分散させた系の研究を中心に行った.有機クレイを強誘電性高分子PVDF中に分散させることが,PVDFの結晶化に影響を与えること,および,そうして得られた試料が,未延伸でも強誘電性に特有なD-Eヒステリシスを示すことが分かった.クレイ粒子の表面構造とPVDFとの相互作用と,クレイ粒子がナノメーターサイズという点から,僅かな添加量にもかかわらず著しい変化がみられ,PVDF/クレイ微粒子複合材料のさまざまな応用性が示された.3.キラル分子が形成する液晶構造や,樹脂が硬化する際の体積変化の問題などにシミュレーターを適用し,シミュレーターの有用性を確認した.本計画において開発中のシミュレーターは,三角分割で近似可能な物体,球,冠球円柱,冠球円盤の組み合わせで形状が形成される剛体微粒子に対応するものである.シミュレーターの開発は,平衡状態における静的な構造を焦点としたモンテカルロシミュレーションと,微粒子の衝突によって駆動される分子動力学に対応する予定である.平成17年度で,モンテカルロシミュレーションに対応する部分の大枠が完成し,デバッグと公開のための準備段階に入ることができた.公開のためのマニュアル作りに着手した.シミュレーターの機能試験を兼ねて,シミュレーターを2つの課題に適用した.一つは「キラル液晶分子が形成する螺旋構造の分子的起源について」である.また,もう一つは,「剛直な単量体が会合して二量体になる際の密度変化について」である.「キラル液晶分子が形成する螺旋構造の分子的起源について」は,キラルな液晶分子の斥力相互作用が,液晶の螺旋構造に与える影響を調べるためのものである.シミュレーターを用いて,冠球円柱と三角形の組み合わせでネジ状の剛体分子をモデリングし,この分子からなる系の構造を調べた.結果自身は,最精査すべき点も含んでいるが,右ネジと左ネジでは,コレステリック液晶における,配向ベクトルの捩れの向きが逆になるということを示唆する結果を得た.本計画は,熟練したプログラミングのノウハウと,専門知識を必要としなくても,容易に材料開発で利用することが可能なシミュレーターの開発を目指している.シミュレーターから得られる結果をものづくりに反映させる目的で,微粒子分散系の実験的研究も視野に入っている.平成17年度は,有機クレイを強誘電性高分子PVDF中に分散させることが,PVDFの結晶化に影響を与えること,および,そうして得られた試料が,未延伸でも強誘電性に特有なD-Eヒステリシスを示すことが分かった.

「汎用剛体微粒子シミュレータープログラムの開発」,「微粒子分散系のメゾ構造制御」,「シミュレーターを学術的な課題に適用する」の3テーマに分けて,研究計画を実施している.「汎用剛体微粒子シミュレータープログラムの開発」において,開発中のシミュレーターESCARGOT(Equilibrium StruCture of hARd General ObjecTs)について,平成17年度で完成した基本部分をベースにして,様々な問題に対応するための拡張の仕方を検討した.その結果,基本部分のデータ(基本データ)と,拡張に伴うデータを納めるファイルを別にすることにした.これは,基本データの構造を拡張が必要な度に変更することを避けるためである.別々のファイルに収納されているデータに高速にアクセスするために,データ間のリンク情報を収納するファイルを設けることにした.「微粒子分散系のメゾ構造制御」については,PVDF[poly(vinylidene fluoride)]にナノメーターサイズのクレイ微粒子を添加することでの結晶構造,電気特性,レオロジー特性への影響を調べた.クレイ粒子の表面構造とPVDFとの相互作用と,クレイ粒子がナノメーターサイズという点から,非常に僅かな添加量にもかかわらず著しい変化がみられ,PVDF/クレイ微粒子複合材料のさまざまな応用性が示された.また,クレイ微粒子を従来よりもPVDF中に分散させる方法を考え試みた.よりクレイ微粒子をPVDF中に分散させることに成功し,物性向上への可能性が示された.「シミュレーターを学術的な課題に適用する」というテーマにおいては,分子シミュレーションを行う際の計算機資源の節約のために,どれくらい小数の分子で物性値の予測が可能かというテーマを展開するための準備を始めた.フルアトムシミュレーションでは,8個の分子の系で液晶の配向秩序を予測する可能性が示唆できる結果を得ているが,その示唆の妥当性を検証するため,ESCARGOTによる予備シミュレーションを開始した.研究計画を「汎用剛体微粒子シミュレータープログラムの開発」,「微粒子分散系のメゾ構造制御」,「シミュレーターを学術的な課題に適用する」の3つのサブテーマに分けて遂行してきた.「汎用剛体微粒子シミュレータープログラムの開発」においては,これまで報告されていない,スメクチック相における層内チルト構造が現れる点について検証した.その結果,これが平衡状態へ達する過渡的な構造として出現する,初期状態の秩序に依存して現れる構造であることが分かった.なお,シミュレーターのバージョンは5まで進んだ.このバージョンを最終バージョンとする事に決定した.企業との共同研究において,シミュレーターの拡張機能を用いて,液晶の界面現象の問題が検証できる事も示した.「微粒子分散系のメゾ構造制御」については,ナノクレイをポリフッ化ビニリデン(PVDF)にブレンドしたときに現れるPVDFの結晶化挙動とその強誘電性について調べた.その結果,クレイの表面にPVDFが強誘電性を示す結晶構造に結晶化することが確認された.この知見とクレイがナノメーターサイズであることを考慮し,この系が強誘電性を発現するのに最適と考えられるクレイのブレンド量および結晶化条件を検討した.その結果,PVDF/clay系ではpure PVDFよりも大きな強誘電性が観測された.
森林集水域における水・炭素循環統合解析による森林管理最適化システムの構築

平成30年度の研究実績として、これまでの観測データを整理するとともに、流出モデルの構築と解析を行ってきた。複数のスケールを対象とした観測に加え、岩盤地下水のモニタリングにより、流出プロセスの岩盤地下水の寄与についてまとめた。これらの成果は、間伐による水流出量変化の評価を短期水収支法で解析する際に、岩盤地下水の応答と寄与を考慮する上で重要となる。また、森林管理後の林分状態の評価では、強度列状間伐後に林床植生の成長が著しく、林床植生が水循環に影響を及ぼしていると考えられ、それらの評価のために森林斜面スケールの蒸散の詳細観測を進めた。とくに、間伐後に林床にササが繁茂する場合があり、ササの蒸散量を茎熱収支法により測定した結果、上層林分に対して、おおよそ半分程度の蒸散量があることを特定できた。これらの観測に加えて、単木やタワーフラックス観測も継続した。斜面の浸透や炭素循環については、放射性同位体を用いたトレーシングにより、落葉から土壌への分解過程、渓流での分解過程を評価するとともに、土壌侵食による炭素流出への影響評価を行った。以上のような水と炭素動態二冠する多面的観測から、間伐などの施業を実施した林分での水・炭素循環の変化の実測データの蓄積、水および炭素循環の定量化を進めることができた。また、小流域を対象とし、航空機レーザー測量による森林環境センシングの技術について、林分の樹木を抽出する手法について確立するとともに、林床植生状況をセンシングできる手法として、ドローンや林内に架線を張り巡らせ、架線上にカメラを取り付けて林内や渓流をセンシングする新たな方法を確立した。斜面から河川、さらには流域スケールでの多様なデータの蓄積により水と炭素循環に関するプロセスの解明と分布型流出モデルによる解析を進めることができた。東京農工大学FM唐沢山を中心とし、大学演習林での流出データの解析、森林状態による蒸散量の評価に関する解析を行った。これまでの観測から、新たに林床植生が水循環に及ぼす影響の評価が重要であることが指摘でき、林床植生の遮断や樹幹流、さらには蒸散量など多様な観測を進めることができた。特に、林床植生の機能評価では、土壌水分の観測および水の安定同位対比のサンプル採取を実施し、土壌中における水が植物の水利用により変化する量的・質的解析を実施することができた。また、林床植生を除去した場合と、林床植生がある場合についての比較検討を行った。これらの成果の一部は、国内外の学会に発表することができた。従来、スギやヒノキなどの人工林がを主体として継続してきか観測を、広葉樹林流域を対象として発展することもできた。近年、里山の管理放棄などが問題となっており、里山整備の重要性が指摘されているものの、里山の水循環に関する実証的なデータの蓄積はほとんど無かった。そこで、コナラやクリを主体とした林分における施業を実施し、水流出の観測を開始することができた。さらには、施業による水流出と炭素循環の影響評価について、渓流内の水温変動も重要であり、新たに施業後の水温変化の評価を行うことができた。水温変動の予測を行えるモデルの構築を進めるための、観測も開始した。神奈川県の観測施設では、2か所の流域において、流出量や炭素・窒素の流出についての研究を進めることができた。土壌侵食が顕著な流域においては、侵食量の定量評価にむけた斜面プロットの土砂移動量とともに、落葉などの炭素動態としての有機物流出量の評価を行った。広域スケールでは、航空機レーザーデータを用いた林分評価を行い、森林管理による水文過程の変化、水流出量変化、土壌侵食のデータなど既往データの整備を行い、分布型水流出モデルによる解析をおこない論文として受理された。これまでに構築したデータベースおよび観測データをもとに、水・炭素循環評価指標の構築を進める。データベースおよびArcGISにより作成した森林管理空間分布図などの解析も行う。これまで、スギやヒノキ林などの人工林を対象としたFM唐沢山を中心に研究を行ってきたが、森林管理上重要となる広葉樹林の観測もすすめ、広葉樹林の施業効果の検証を行う予定である。それにより、人工林から広葉樹林までの多様な林分での森林管理と水循環モデルを統合したシステムを構築する。とくに、これまでの研究では林床植生の重要性が解明されてきたことから、森林施業後に林床植生の成長などを考慮する管理シナリオなども検討する。そのためには、林床植生の蒸散量の評価が重要であることから、茎熱収支法などによる林床植生の上山稜評価を行う。これにより、多様な林分構造をもつ森林管理への応用展開とともに、水循環や炭素循環における林分、林床、土壌の相互作用を解明し、流域スケールでの水・炭素循環の解明を進める。海外との連携による解析などを充実するとともに、コロラド州立大学、ベトナム林業大学との国際共同研究による論文の執筆を進める。今後のデータ解析と論文作成など実質的な共同研究を進める。とくに、森林管理と水循環や炭素循環を網羅的にまとめる総説も重要であり、それらの準備を行っていく。森林の機能評価とともに、適切な森林管理の在り方について、都道府県の森林担当者などとの意見交換から研究のアウトプットや社会実装を検討する。森林状態の変化、気象条件の変化などを考慮した将来予測なども検討していく。森林の多面的機能の評価として、水と炭素の循環は、水資源管理および地球温暖化対策としての「要」である。

近年の「水循環基本法」に示されるように、森林における安全な水供給は、地域の持続的資源管理や防災対策を進める上で重要となる。一方、間伐などの森林管理は、材積量の変化、林内環境や樹木活性の変化により、水文プロセスとともに炭素循環にも変化をもたらす。本研究は、水と炭素のトレーシング技術と航空機と地上レーザー計測による森林センシング技術を、森林斜面から林班を構成する集水域やより広域へ適用することによって、森林の水源涵養機能と炭素吸収固定機能を定量化する。また、水・炭素循環における集水域のストックとフローを最適化する森林管理システムの構築を目指すものである。本研究では、複数のスケールを対象として研究を行ってきた。森林斜面スケールの、単木とタワーフラックス観測、蒸発量と呼吸量、斜面の浸透能評価などによる水トレーシングなど観測体制を確立し、森林間伐などの施業を実施した林分での水・炭素循環の変化についての定量化を進めてきた。また、小流域を対象とし、レーザー測量による森林環境センシング技術を確立し、林分状態と管理指標(蓄積量、収量比数等)などを検討してきた。さらには、立木密度や林床植生被覆量を広域スケールで捉え、林班毎の森林整備と将来シナリオに基づいた水・炭素循環評価についての準備を行った。とくに、管理放棄林分の抽出と、施業タイプに基づいた水・炭素循環の変化による、施業面積による評価のみではなく、変化する水・炭素循環に基づいた施業の実施と、施業によるコストおよび搬出材の利用などを考慮した水資源や炭素吸収量の経済評価などを検討した。これまでに、東京農工大学FM唐沢山を中心として、大学演習林での流出データの解析、森林状態による蒸散量の評価に関する解析をすすめた。とくに、プロットの観測においては、森林、林床植生、土壌などの水循環に重要となる水文プロセスについて、新規の観測機器を設置し、観測体制を確立した。また、神奈川県の観測施設では、2か所の流域において、流出量や炭素・窒素の流出についての研究を進めた。土壌侵食が顕著な流域においては、侵食量の定量評価にむけた斜面プロットの土砂移動量ととともに、落葉などの炭素動態としての有機物流出量の評価を行った。継続的な調査とともに、これまでのサンプルを分析することで長期的な土砂移動評価を行った。広域スケールでは、航空機レーザー計測データを用いた林分評価を行い、森林管理による水文過程の変化、水流出量変化、土壌侵食のデータなど既往データの整備を行った。とくに、列状間伐を行ったFM唐沢山では、間伐前後の林内の光条件の変化をレーザー計測結果から推定するとともに、これらの結果を林床植生量、さらには土壌浸透能と関連させることで、分布型流出モデルの構築を検討した。これらのデータをもとに、学際的な研究論文の執筆および執筆準備を進めるとともに、データベースを構築した。海外の研究者との連携を強化するために、定期的なインターネット会議などを開催し、意見交換およびサイト間比較などの検討を進めた。森林の多面的機能の評価として、水・炭素の循環は重要である。とくに、流域スケールでの森林斜面から渓流域への移動移動は、水・炭素循環の「要」である。近年、水に関する課題は、国内的には「水循環基本法」に示されるように、森林における安全な水供給は、地域の持続的資源管理や防災対策を進める上で重要となる。
ノックアウトマウスを用いた痛みの発症機構の解明

痛みは生体にとって警告反応どなる生理的な痛みだけでなく、炎症や手術後の痛み、癌末期の疼痛、神経の損傷による神経因性疼痛(ニューロパシックペイン)と様々な原因で起こり、自発痛、侵害性刺激による痛覚過敏反応、本来痛みを誘発しない非侵害性刺激による痛み(アロディニア)とさまざまな病態をとる。末梢組織で活性化された侵害受容器のシグナルは一次求心性線維を介して脊髄後角に伝えられる。我々は、脊髄髄腔内にプロスタグランジン(PG)E_2あるいはPGF_<2α>を投与するとアロディニアを生じ、PGD_2がアロディニアの発症を修飾すること、これらのアロディニアの発症はカプサイシン感受性と非感受性の異なる2つの伝達経路を介すること、脊髄での中枢性感作には、PG→グルタミン酸→NMDA受容体→一酸化窒素合成酵素(NOS)の活性化という生化学的カスケードを介することを明らかにしてきた。今年度は、アロディニアの発症機構におけるこれらの生体因子の役割をノックアウトマウスで明らかにするために、まずマウスの坐骨神経結紮モデルを確立し、検討した。1)アロディニアは坐骨神経結紮後、1週間で生じたが、COX-2のノックアウトマウスは、アロディニアの発生には関与しなかった。2)坐骨神経結紮モデルの痛覚反応はCOX-1の選択的阻害薬で抑制されたが、COX-2の選択的阻害薬では影響されなかった。3)誘導型NOSのノックアウトマウスでもアロディニア反応は抑制されなかった。4)NMDA受容体ノックアウトマウスではアロディニア反応の出現が抑制された。これらの結果は、アロディニアの発症にグルタミン酸による興奮性神経伝達が重要な役割をしていることを示唆するものである。今後、我々が進めてきた髄腔内PG投与によるアロディニアモデルと比較検討してアロディニアの発症機構を解明したいと考えている。我々はプロスタグランジン(PG)をはじめとする生理活性物質の髄腔内投与による痛みのの動物モデルを確立している。これまでのオピオイドペプチドと反対に、新規オピオイドペプチド・ノシセプチン・オーファニンFQ(Noc/OFQ)が痛覚過敏反応とアロディニア(触覚刺激による痛み)を誘発すること、さらに、Noc/OFQ前駆体蛋白質上にNoc/OFQの痛覚過敏反応とアロディニアを抑制する17個のアミノ酸からなる新規生理活性ペプチドが存在することを見いだし、ノシスタチンと名づけた。今年度はノックアウトマウスを用いた痛みの発症機構を検討し、以下の知見を得た。1)PGD合成酵素のノックアウトマウスでは、PGF_<2α>のアロディニアは出現したが、PGE_2のアロディニアは出現しなくなった。2)fgオーダーのPGD_2を同時投与することにより、アロディニアが出現することから、PGD_2はアロディニアの誘導と抑制の両方に関与していることが判明した。3)グルタミン酸NMDA受容体ノックアウトマウスを用いて、PGとNoc/OFQのアロディニアにグルタミン酸が関与することとそのサブタイプの同定を行った。4)幼児期のカプサイシン処理でC線維を除去したマウスでは、PGF_<2α>のアロディニアは出現したが、PGE_2とNoc/OFQのアロディニアが出現しなくなった。アロディニアは触覚刺激がAβ線維を介することから、これまでアロディニアもAβ線維を介すると考えられてきたが、本研究でPGE_2とNoc/OFQのアロディニアがAβ線維ではなく、カプサイシン感受性の一次求心性線維を介することが初めて証明された。今年度ノックアウトマウスやカプサイシン処理などの発生工学的手法で痛みの発症機構が解明されたが、来年度はPG合成酵素や受容体のノックアウトマウスを用いて発症機構を進めている予定である。

4)NMDA受容体ノックアウトマウスではアロディニア反応の出現が抑制された。これらの結果は、アロディニアの発症にグルタミン酸による興奮性神経伝達が重要な役割をしていることを示唆するものである。今後、我々が進めてきた髄腔内PG投与によるアロディニアモデルと比較検討してアロディニアの発症機構を解明したいと考えている。痛みは生体にとって警告反応となる生理的な痛みだけでなく、炎症や手術後の痛み、癌末期の疼痛、神経の損傷による神経因性疼痛(ニューロパシックペイン)と様々な原因で起こり、自発痛、侵害性刺激による痛覚過敏反応、本来痛みを誘発しない非侵害性刺激による痛み(アロディニア)とさまざまな病態をとる。末梢組織で活性化された侵害受容器のシグナルは一次求心性線維を介して脊髄後角に伝えられる。我々は、脊髄髄腔内にプロスタグランジン(PG)E_2あるいはPGF_<2α>を投与するとアロディニアを生じ、PGD_2がアロディニアの発症を修飾すること、これらのアロディニアの発症はカプサイシン感受性と非感受性の異なる2つの伝達経路を介すること、脊髄での中枢性感作には、PG→グルタミン酸→NMDA受容体→一酸化窒素合成酵素(NOS)の活性化という生化学的カスケードを介することを明らかにしてきた。今年度は、アロディニアの発症機構におけるこれらの生体因子の役割をノックアウトマウスで明らかにするために、まずマウスの坐骨神経結紮モデルを確立し、検討した。1)アロディニアは坐骨神経結紮後、1週間で生じたが、COX-2のノックアウトマウスは、アロディニアの発生には関与しなかった。2)坐骨神経結紮モデルの痛覚反応はCOX-1の選択的阻害薬で抑制されたが、COX-2の選択的阻害薬では影響されなかった。3)誘導型NOSのノックアウトマウスでもアロディニア反応は抑制されなかった。
真空紫外領域における多電子励起状態を含む分子超励起状態の解明

分子超励起状態、特に多電子励起状態は、Born-Oppenheimer近似と一電子平均場近似の2つが同時に成り立ちにくくなるという点で、非常に興味深いが、これまで実験によりこの電子状態からの反応を調べた例はほとんどない。本研究課題の可視・紫外蛍光放出断面積測定は、イオン化反応によって埋もれて見えなりやすい超励起状態経由の反応を捉える上で有利な方法である。本年度は、メタン分子について、これまでの測定法をさらに改良することにより、解離断片からの蛍光の放出断面積を相対値で無く絶対値として得ることを可能とした。これにより、超励起状態の電子状態による解離過程の違いについて、定量的に議論することが可能になった。すなわち超励起状態からの中性解離において、低励起エネルギー側に現れた1電子励起状態に比べて、より高い励起エネルギーで見られた2電子励起状態からの解離過程が、多電子励起状態の生成断面積から考えていた以上の寄与を示すことを、Balmer-β蛍光の放出断面積スペクトルのエネルギー依存性から示した。この成果は、J.Phys.B誌に投稿した。このような多電子励起状態の寄与が他の分子においても見られるか興味深い。本年度はさらに、メタンと同じ10電子系列分子としてアンモニアおよび水について、超励起状態経由の中性解離過程を、蛍光断面積測定法により測定した。それぞれの分子の個性を反映して、メタンと全く同じ傾向ではないが、いずれの分子でも多電子励起の寄与が見出された。アンモニアでは、励起エネルギー20-40eVにおいて測定したBalmer-β蛍光の放出断面積スペクトル中に、2つの2電子励起状態由来のピークを観測した。これらの結果は、国内および国際学会において発表された。
プラズマグラフト重合を用いるハイブリッド促進輸送液膜の開発と高選択的分離への応用

プラズマグラフト重合法により,ポリエチレン多孔質膜,テフロン多孔質膜,ポリ[1-(メチルシリル)-1-プロピン]均質膜にアクリル酸をグラフト重合してイオン交換膜を作製し,これにCO_2のキャリヤ-として各種モノプロトン化アミンを静電相互作用により含浸保持した膜によるCO_2の促進輸送実験を行った.原料ガス中のCO_2分圧が0.047atmのとき,N_2に対するCO_2の選択性は4,700,CO_2透過速度は1×10^<-4>cm^3/(cm^2・s・cmHg)という高い値が得られた.この高透過選択性は,既往の高分子膜よりも優れており,また各種イオン交換膜にエチレンジアミンを含浸させた促進輸送膜による文献値よりも優れていた.この原因として,本研究で開発した膜の含水率,イオン交換容量が高いことが考えられた.開発した膜は,原料ガス,スイ-プガスを水蒸気で飽和させて透過セルに導けば長期間安定であった.多孔質ポリエチレン中空支膜にアクリル酸をプラズマグラフト重合し,これにエチレンジアミンを含浸した膜も,CO_2の高透過性,選択性を示した.中空支膜は膜比表面積が大きいので,実用的な膜形態として重要である.同様な手法で第3アミノ基を有する2-(N,N-ジメチル)アミノエチルメタクリレートをグラフト重合し,アミノ基を有する膜を作製した.膜が乾燥しているときはアミノ基はCO_2の固定キャリヤ-膜として機能し,含水膜ではアミノ基は固定反応サイトとして機能し,いずれの場合もCO_2分圧の低下とともに透過係数が増加するという促進輸送膜の挙動を示した.また,アクリルアミドグラフト重合膜も,CO_2の固定キャリヤ-膜の挙動を示した.プラズマグラフト重合法により,ポリエチレン多孔質膜,テフロン多孔質膜,ポリ[1-(メチルシリル)-1-プロピン]均質膜にアクリル酸をグラフト重合してイオン交換膜を作製し,これにCO_2のキャリヤ-として各種モノプロトン化アミンを静電相互作用により含浸保持した膜によるCO_2の促進輸送実験を行った.原料ガス中のCO_2分圧が0.047atmのとき,N_2に対するCO_2の選択性は4,700,CO_2透過速度は1×10^<-4>cm^3/(cm^2・s・cmHg)という高い値が得られた.この高透過選択性は,既往の高分子膜よりも優れており,また各種イオン交換膜にエチレンジアミンを含浸させた促進輸送膜による文献値よりも優れていた.この原因として,本研究で開発した膜の含水率,イオン交換容量が高いことが考えられた.開発した膜は,原料ガス,スイ-プガスを水蒸気で飽和させて透過セルに導けば長期間安定であった.多孔質ポリエチレン中空支膜にアクリル酸をプラズマグラフト重合し,これにエチレンジアミンを含浸した膜も,CO_2の高透過性,選択性を示した.中空支膜は膜比表面積が大きいので,実用的な膜形態として重要である.同様な手法で第3アミノ基を有する2-(N,N-ジメチル)アミノエチルメタクリレートをグラフト重合し,アミノ基を有する膜を作製した.膜が乾燥しているときはアミノ基はCO_2の固定キャリヤ-膜として機能し,含水膜ではアミノ基は固定反応サイトとして機能し,いずれの場合もCO_2分圧の低下とともに透過係数が増加するという促進輸送膜の挙動を示した.また,アクリルアミドグラフト重合膜も,CO_2の固定キャリヤ-膜の挙動を示した.アクリル酸プラズマグラフト重合膜によるCO_2の促進輸送ポリエチレン微多孔質膜(孔径0.03μm,膜厚13μm,気孔率60%)の孔内にアクリル酸をプラズマグラフト重合することにより,新規なイオン交換ゲル膜を得た。得られた膜のイオン交換容量は13meq/g,含水率は80%であることがわかり、本膜は非常に膨潤し易く,イオン交換容量も市販の膜の3-10倍という高機能膜であることが明らかとなった。得られた膜中にエチレンジアミン(EDA,CO_2の担体)をイオン結合により固定したハイブリッド促進輸送膜について,CO_2/N_2の透過分離実験を行った。原料側CO_2分圧が0.047atmの場合,CO_2/N_2の選択性は4700にも達した。また,その場合のCO_2透過速度も1x10^<-4>cm^3/(cm^2scmHg)と,本促進輸送膜は高選択性と高透過性を合わせ持つことが明らかとなった。ボイラー排ガス中のCO_2の膜分離において,有効な一段での操作を行うためには,CO2/N2の選択性が200以上必要と報告されているが,市販の高分子膜では選択性は40程度,研究段階のものでも通常の高分子膜では選択性が100を越えるものはない。本研究で得られた膜は選択性が,要求されている値のさらに1桁以上大きく,実用化に対して大いに期待が持てる。通常のろ紙にEDAを含浸させた場合には,30分程度で選択性が失われてしまったが,本膜は安定性においても良好な結果を示した。これは,静電相互作用による担体の安定化と,アクリル酸の高吸水性に基づく膜溶液の安定化によるものと思われる。固定キャリヤ-膜によるCO_2の促進輸送メタクリル酸-

N,N-ジメチルアミノエチル(DAMA)をポリエチレン多孔質膜にプラズマグラフトした膜を作製した。DAMAはCO_2と親和性のあるアミノ基を有するため,EDAのような担体を膜中に導入することなく,固定キャリヤ-膜として機能することが期待できる。DAMAグラフト膜は湿潤状態でCO_2/N_2の選択性が130という値を示したが,これは液膜以外の膜の選択性としては,これまでの報告値の最高値と思われる。(1)中空支促進輸送膜の開発昨年度は促進輸送平膜の作製と性能評価を行い,透過性,選択性ともに優れた促進輸送膜を開発することができた.本年度は,工業的な分離に適した膜比表面積の大きい促進輸送膜の開発を目的として,多孔性ポリエチレン中空支膜にアクリル酸をプラズマグラフト重合し,中空糸多孔性イオン交換膜を作製した.これを用いて小型の中空支促進輸送膜モジュールを作製し,CO_2のキャリヤ-としてエチレンジアミンを用いてCO_2の促進輸送実験を行った.本膜は昨年度に開発した平膜と同様のCO_2の高透過性,選択性を示すことを確認した.(2)エチレンジアミンをキャリヤ-とするCO_2の促進輸送機構の解明ポリエチレン多孔質平膜にアクリル酸をプラズマグラフト重合した膜にエチレンジアミンを含浸させた膜におけるCO2の促進輸送機構を解明することを目的として,上述の膜を用いてエチエンジアミンの膜透析実験を行い,膜内のエチレンジアミンの有効拡散係数を求めた.この有効拡散係数を用いて筆者らが提案した促進輸送理論に基づいて求めたCO_2透過速度の計算値は実測値とほぼ一致し,よってプラズマグラフト重合膜を支持体とするCO_2の促進輸送機構が明かとなった.(3)アクリルアミドのグラフト重合によるキャリヤ-固定膜の開発プラズマグラフト重合法により多孔性ポリエチレン平膜にアクリルアミドをグラフト重合して親水性多孔質膜を得た.この膜はCO_2のキャリヤ-としてエチレンジアミンを含浸しなくても,CO_2の分圧が低下するとともに透過係数が増すという促進輸送膜の特性を示すことを見出した.アミド基がCO_2の固定キャリヤ-サイトとして機能するものと推論した.