hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
血液脳関門標的化バブルリポソームによる脳実質組織への超音波核酸デリバリーシステム

また、粒子径は、50 nm程度であり、ゼータ電位は、+10程度であった。このポリプレックスの受容体選択的な遺伝子導入が可能かを、Neuro2a細胞(神経芽細胞腫由来でnAChRを発現している)を用いて調べた。結果、Hela細胞(nAChRネガティブ)への遺伝子発現と比較して、Neuro2a細胞では、顕著な発現レベルの増強が認められ、ポリプレックスの細胞選択性が示された。さらにフローサイトメトリー(FACS)による解析から、アニオン性脂質であるDPPGを基本脂質としたバブルリポソーム(AnBL)への本ポリプレックスの搭載が認められた。以上より、神経細胞選択的なポリプレックスを搭載させたバブルリポソームの作製に成功したことは、HIFU照射併用によるBBB透過性亢進のみならず、神経細胞選択的な核酸・遺伝子デリバリーシステムの構築に繋がるものと期待される。本研究では、バブルリポソーム(BL)と超音波照射併用による脳標的化する核酸・遺伝子デリバリーシステムの開発を目的とした。BLと高密度集束超音波(HIFU)を併用することで標的部位のみでのBBB透過性亢進が可能となる明らかとした。本法によりアンチセンス核酸・遺伝子の脳内デリバリーが可能となることも示された。さらにポリプレックス搭載型バブルリポソームを新規開発し、これを静脈内投与後に頭蓋外からのHIFU照射を行うことで更なる照射部位選択的な遺伝子発現が可能となることを明らかとした。以上の結果は、今後の脳神経疾患治療に有用な核酸・遺伝子医薬のための新規デリバリーシステムとなりうるものと期待される。本年度の目標として、バブルリポソーム(BL)と集束超音波(HIFU)照射併用法による脳内遺伝子導入システムを確立し、更なる遺伝子導入効率の向上を目指した。種々の検討結果から、バブルリポソームとHIFUを利用することで、脳内への遺伝子導入が可能であることが示された。更に生体内で安定な脳内核酸デリバリーツールとして期待されるポリプレックス搭載AnBLの作製に成功した。以上のことから、本研究は、おおむね順調に進展していると考えられる。ドラッグデリバリーシステム本年度計画では、BBB標的指向性バブルリポソームを開発し、それを利用した核酸・遺伝子導入システムを確立し、その有用性を評価する。1)BBB標的指向性バブルリポソームの調製- BBB標的指向性バブルリポソームを作製するため、BBB構成細胞の特異的リガンドペプチドを用いて、平成26年度の検討により最適化されたバブルリポソームの表面修飾を試みる。調製したリポソームの標的指向性に関して、脳毛細血管内皮細胞や神経芽腫細胞を用いて、蛍光顕微鏡およびフローサイトメトリーにより評価する。2) BBB標的指向性バブルリポソームの脳内挙動の評価- BBB標的指向性バブルリポソームの脳内挙動を明らかにするために、蛍光ラベル化したBBB標的指向性バブルリポソームを実験動物へと静脈内投与後、BBBに集積しているか否かをin vivoイメージングシステムおよび蛍光顕微鏡にて調べる。また、診断用超音波プローブを用いて、脳内へのバブルの集積性について、評価する。結果を踏まえ、集積性の向上を図る。3)バブルリポソームとHIFU照射併用による核酸導入法の確立- BBB標的指向性バブルリポソームへのレポーター遺伝子や成長因子(GDNF等)
新たに開発した人工気管による気管上皮再生促進効果の解明

コラーゲンスポンジとポリプロピレンから成る人工材料にビトリゲルを付加した新しい人工気管を開発した。動物への移植実験を行う準備として、ウサギの気管欠損モデルの作成に取り組み、10×5ミリの欠損を安定して作ることができた。次に開発した人工気管を欠損部に移植する方法を検討した。検討の結果、上皮の再生には人工気管と気管の縫合方法はそれほど影響を受けない結果であったが、比較的密に縫合した方が、気管の変形が少なくなることが判った。1気管欠損モデルの作製と気管再建法の確立:ウサギの気管前壁に10×5mmの開窓を作成することができた。2人工気管の縫合固定方による違いを評価する目的に、縫合固定を0縫合・4点縫合・8点縫合のモデルを作成した。縫合には5-0ナイロン糸を用いた。操作の難易度としては3モデル共に特に難しくは無かった。操作の再現性は3モデル共に作成に問題は無かった。密閉性については肉眼的には0縫合と比較し8点縫合の方が密な印象であった。安定して作成可能であった。3neoBPCS移植後の気管内腔観察は、気管内腔を硬性内視鏡で直接観察した結果、0縫合モデルでは気管の変形が観察されたが、4と8縫合モデルでは変形はみられなかった。4摘出気管の病理組織学的評価は、移植後2週間と4週間目に摘出した気管標本を病理組織学的に評価した。その結果、移植後2週目では0縫合モデルでは線毛上皮は観察されなかったが、4と8縫合モデルでは線毛上皮の形成が確認できた。気管内腔は8縫合モデルが最も広く確保されていた。移植後4週目では0/4/8縫合モデル全てにおいて線毛上皮の形成が確認された。5摘出気管の免疫組織学的評価は、サイトケラチンとチューブリンとオクルジンの免疫染色を行い、機能的な上皮再生について評価した。移植後2週目ではサイトケラチンは全てのモデルで上皮層に確認され、チューブリンとオクルジンは4と8縫合モデルでのみ観察された。4週目では全てのモデルで3つ共に観察された。これらの研究結果より、現時点では気管欠損部への人工気管の固定は、8点縫合が有効であると判断される。昨年度も行った人工気管を気管欠損部位に移植する方法の評価を引き続き行った。昨年度は、上皮化の観点から8点縫合が有用であることを報告したが、本年度は移植後の気管内腔の形態を評価した。方法は、1ウサギの気管に欠損を作成する。2neoBPCSを被覆し、縫合固定を行わない0点縫合、四隅を固定する4点縫合、8カ所を固定する8点縫合のモデルを作成する。3移植後に硬性鏡を用いて気管内腔を観察する。4喉頭気管を摘出して病死組織学的に気管の形態を評価する。結果、1従来同様に作成可能であった。2各モデルの作成は可能であった。3内腔の状態は0点縫合モデルにおいて一部肉芽様組織を認めた。内腔の形状においては0点縫合でやや狭小化が確認された。4摘出標本を病理組織学的に観察したところ、0点縫合では気管は前後長が延長する形で狭小化が確認された。4点縫合では、比較的内腔は円形に保たれており、8点縫合でも同様に円形に保たれることが確認された。昨年度の上皮化促進効果と本年度の内腔の形態保持の結果を総合的に評価すると、移植した際の固定方法は8点縫合が有用であることが示唆された。動物実験の結果をふまえて、ヒトへの応用を目的とした研究として倫理委員会に申請準備を進めておるが、現在人工気管の製品化に向けた治験が行われており、申請を控えている状況。従来より用いているプロピレンメッシュとコラーゲンスポンジからなる人工材料に、コラーゲンビトリゲルを付加した新しい人工気管を作製し、それをどのように移植することが最適な気管再生に繋がるかを評価することが目的で研究を進めてきた。動物実験として用いていたシート状の人工気管を、よりヒトへの応用を視野に入れたトンネル型に改良することが出来た。移植実験の準備として、日本ウサギに気管に10×5mm程度の欠損を作製する方法を確立した。その部分にウサギ用に作製された人工気管を被覆して縫合固定する技術を確立した。移植後の気管上皮再生を評価する方法として、経口腔的に硬性内視鏡を挿入し、実際に移植された人工気管の内腔面を観察する方法を開発した。また、移植部の気管を摘出し、病理組織学的に評価する方法を確立した。最終的には、ウサギの気管欠損部に対して約1.5倍のサイズ(15×8mm)に形成したトンネル型人工気管を被覆する方法も確立した。被覆した人工気管の固定方を検討した結果、気管上皮の再生の有無には縫合方法による大きな差は認めらず全てのモデルで上皮再生は得られていたが、組織学的に評価した際、縫合しない場合は人工気管上に上皮細胞が侵入するのが遅れる結果であった。

更に、移植部分の気管の形態を評価すると、単なる被覆や粗な縫合では、気管の狭小化を認めたが、比較的密な縫合を行うと、気管の狭小化は生じないことが判明した。今後、ヒトへの応用が行われる場合は、比較的密な縫合固定方法を選択することになると考えられた。ヒトへの応用に向けた倫理申請は、準備段階にあるものの、製品化への申請の関係上行っていない。コラーゲンスポンジとポリプロピレンから成る人工材料にビトリゲルを付加した新しい人工気管を開発した。動物への移植実験を行う準備として、ウサギの気管欠損モデルの作成に取り組み、10×5ミリの欠損を安定して作ることができた。次に開発した人工気管を欠損部に移植する方法を検討した。検討の結果、上皮の再生には人工気管と気管の縫合方法はそれほど影響を受けない結果であったが、比較的密に縫合した方が、気管の変形が少なくなることが判った。H26年度研究実施計画書に記載した項目に関しては概ね達成できている。更に移植後の生理的な気管上皮再生についても免疫染色などで確認できているため。ウサギの気管欠損モデルを基に、人工気管の大きさに対してどれだけの割合で縫合固定するのが有効かを割り出す。人工気管の大きさに対する縫合箇所が決定されたら、H28年度内に院内倫理委員会に申請を行う。耳鼻咽喉科H27年度は、neoBPCSをウサギの気管欠損モデルに対して、H26年度で確認された固定方法(8点縫合)で移植実験を行う。移植後7日、14日、28日に気管の内腔の観察を行った後に、移植した気管を摘出し標本を作製する。H28年度は、摘出した標本に対して病理組織学および免疫組織学的に上皮形成過程を評価する。気管内腔の上皮を電子顕微鏡下に観察し、繊毛の再生状態を確認する。実験に必要な消耗品購入費として利用する予定であったが、年度末に実験予定が立たず行わなかったため、次年度に繰り越すことにした。年度末に関連学会があり、研究成果発表および情報収集の目的で参加する必要があったが、日程がぎりぎりまで決まらず、残高調整が難しかったため。残高に対しては、研究の進捗が予定より早く進んでいるために動物の購入を年度末に行う必要がなかったため、実験のための消耗品購入費として利用する予定。H27年度に行う予定の動物実験に用いるウサギの購入資金(物品費)として使用する予定。
エネルギー産業の融合と効率性および公益性

わが国の電力と都市ガスのエネルギー間競争の働きやすさが,気候条件や世帯人数,高齢者人口や新築住宅の割合などの地域差によって捉えられることを都道府県別データによる需要の代替の弾力性の推定結果から明らかにした。また,これらの地域差を組み込んだ中小都市ガス事業の費用関数を推定結果から,高齢者人口や新築住宅の割合が高まると,家庭部門のエネルギー間競争を通じて,費用の削減をもたらしていることを明らかにした。平成22年度は,規模の小さい都市ガス事業者が多数存在するわが国の都市ガス事業の効率化を考える上で重要な費用構造の分析を行った。具体的には,わが国の中小都市ガス事業の費用構造を費用関数でモデル化し,2005年度の中小都市ガス事業者(総費用1,000億円未満)195社を対象に,費用関数の形状に先験的な仮定を置かないノンパラメトリック回帰の手法(加法モデル)を用いた計量分析を行った。費用関数のモデルは,需要種別(業務用・工業用と家庭用)のガス販売量を産出量とする場合(モデル1)と,需要家数とガス販売量を産出量とする場合(モデル2)の2つの複数財費用関数とした(データの制約により投入要素価格は含めない)。さらに,ネットワークの広さを表わす導管延長を費用に影響を与える外生的要因として含める場合も検討した。分析の結果,モデル1の場合,業務用・工業用のガス販売量に関しては,導管延長の有無に関わらずほぼ線形であるが,家庭用のガス販売量については,ネットワークの大きさの違いを考慮してもしなくても非線形性が認められ,一定の規模までは逓減的増加関数,その後,直線的な増加関数になっていることが分かった。次に,モデル2の場合,ネットワークの大きさを考慮しなければ,ガス販売量に関しては強い非線形性が認められるものの,需要家数に関してはほぼ線形であったものの,導管延長の違いを考慮すると,ガス販売量および需要家数が費用に与える影響は,ほぼ線形関数として表されることが分かった。このように,パラメトリックな費用関数の推定では把握できない費用関数の詳細な形状を明らかにしたことで,少なくともネットワークの大きさを考慮せずに,ガス販売量と費用の関係を分析する場合には,小規模と中規模の事業者の間で費用構造が異なることを考慮する方が望ましく,推定された費用構造に基づく政策的含意も異なりうることを示すことができた。平成23年度は主に,電力とガスの需要の代替性とその決定要因に関する計量分析を行い,エネルギー間競争を評価するための指標の検討を行った。具体的には,都道府県別の家庭用の電力および都市ガスの需要のデータを用いて,代替の弾力性が相対価格に関しては一定だが地域特性に依存すると仮定した需要関数を推定し,エネルギー間競争を促す要因を明らかにした。一般家庭における電力とガスの主要な用途やオール電化住宅の普及状況に関する各種文献調査により,電力とガスの需要の代替の弾力性は,気候条件,世帯人数,高齢者人口,新築住宅の割合,世帯所得に依存するという仮説を構築した。1996年から2008年の13年間のデータを用いて,各都道府県の個別効果を考慮したパネルデータ分析を行った結果,代替の弾力性を表わすパラメータは統計的に有意で,サンプル平均では0.110.14程度となる(電力とガスの相対価格が1%変化した時に電力とガスの需要の比率が0.110.14%変化する)ことが分かった。また,暖房度日が大きい寒い地域,世帯人数が多い地域,高齢者人口が多い地域,新築住宅の割合が高い地域,世帯所得の低い地域において,代替の弾力性は大きくなることが分かった。すなわち,こうした属性が見られる地域において,家庭用の需要家のエネルギーの選択は電力とガスの相対価格により敏感に反応し,エネルギー間競争を促進しやすいと考えられる。この分析結果については,推定手法などに改善の余地も残されているが,少なくともこれまで定性的な個別事例による指摘にとどまっていたエネルギー間競争を促す要因について,それらの実際の影響を計量経済学的手法によって確認できた点で意義がある。また,日本のエネルギー間競争の状況を把握する上で,これらの要因による影響を考慮することが必要となることを示した点で,競争当局などにとっても重要なものと考えられる。平成24年度は,わが国の家庭部門の電力とガスのエネルギー間競争が,中小都市ガス事業者の費用効率性に与える影響について分析した。まず,平成23年度に実施した,電力と都市ガスの需要の代替の弾力性の推定結果から,気候条件が寒冷で,世帯人数が多く,新築住宅割合や高齢者人口の割合が高く,世帯所得が大きい地域ほど,エネルギー間競争が働きやすく,そうした地域の事業者では費用の効率化が進んでいるという仮説を検証するための費用関数のモデルを構築した。そして,中小都市ガス事業者の2007年から2009年の3年間のパネルデータを用いて,その費用関数の推定を行った。その結果,エネルギー間競争が働きやすくなる要因のうち,新築住宅割合と気候条件が実際に費用の効率化に寄与していることが分かった。すなわち,わが国では,エネルギー間競争が実際に働いて,都市ガス事業者の効率化を促したものと考えられる。

この分析結果については,推定手法などに改善の余地も残されているが,これまであまり明確に捉えることができなかったエネルギー間競争の効果を計量経済学的手法によって確認できた点で意義がある。また,東日本大震災後の電力不足や原子力停止の状況がエネルギー間競争に及ぼす影響について,大手都市ガス事業者の対応状況を踏まえた考察を行った。震災後に電力不足の問題が深刻化し,消費者のエネルギーに対する意識が変化する中で,エネルギー間競争を取り巻く状況も変化しており,近年伸び悩んでいたコージェネレーションや燃料電池の普及が進んだり,大手都市ガス事業者の収益に占める発電ビジネスの割合が高まったりしていることを確認した。十分な分析と考察には至らなかったものの,わが国のエネルギー政策の見直しや電気事業制度改革の具体的な検討においては,それらがエネルギー間競争に与える影響を考慮する必要性を示した点で意義がある。エネルギー間競争を促進する要因について,需要関数を用いた計量分析を行う当初の目的はある程度達成できた。経営の効率性に与えた影響については,データの整備などの分析の準備を整え,まだ予備的な分析結果しか得られていないが,本格的な分析は平成24年度にかけて行う計画であり,特に遅れているわけではない。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後は,これまでに明らかにしたエネルギー間競争を促進する要因を踏まえ,それらが主に中小都市ガス事業者の効率性に与えた影響について実証分析を行い,分析結果を論文にとりまとめる。エネルギー産業の融合の大手都市ガス会社への影響については,計量分析ではなく,事例調査による考察を行う。また,東日本大震災によりエネルギー産業を取り巻く環境は大きく変わったため,過去のデータを用いて得られた分析結果から今後の政策的含意を得るためには,震災後の状況を文献調査等によって把握しておく必要がある。
遺伝子を刺激する磁性ナノ粒子の創製と血管形成療法への応用

本研究は、細胞への遺伝子導入機能と磁性を併せ示すDNAー磁性酸化鉄ーリン酸カルシウム複合粒子を創製することを目的とする。研究代表者らはこれまでに、認可済みの医療用輸液を原料とする、安全性に優れたDNAーリン酸カルシウム複合層の合成技術を開発してきた。本研究では、この合成技術を利用し、磁性酸化鉄とDNAを複合担持させたリン酸カルシウム複合粒子を合成し、in vitroおよびin vivo機能評価を行った。平成28年度は、昨年度の基礎研究において獲得した合成指針を参考に、DNA(ルシフェラーゼのcDNAを含むプラスミド)および種々の濃度の磁性酸化鉄ナノ粒子(フェルカルボトラン)を添加したリン酸カルシウム過飽和溶液を用いて、DNAー磁性酸化鉄ーリン酸カルシウム複合粒子を合成した。過飽和溶液への酸化鉄添加濃度が、得られる複合粒子のサイズ、表面ゼータ電位、酸化鉄およびDNA担持量に与える影響を明らかにし、細胞への遺伝子導入機能を最大化するための複合粒子の合成条件を見出した。最適化された複合粒子はサブミクロンサイズの大きさを持ち、合成後30分以内は分散状態を維持した。また、同複合粒子は、アモルファスリン酸カルシウムよりなるマトリックス中に多数の酸化鉄ナノ粒子を内包し、磁石の作用下において細胞への遺伝子導入機能を向上させた。さらに、マウス一過性脳虚血モデルを用いた予備的な動物実験を実施し、生体内における磁気ターゲティング応用の可能性について検討した。統計的処理に十分な数のデータは得られていないものの、複合粒子のin vivo磁気ターゲティング機能を示唆する予備的な結果が認められた。得られた複合粒子は、注射による生体内投与の可能なサイズ・分散性を持ち、遺伝子導入機能だけでなく、磁気ターゲティング機能を併せ示すと考えられることから、局所遺伝子治療用導入剤としての応用が期待される。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、細胞への遺伝子導入機能と磁性を併せ示すDNAーマグネタイトーリン酸カルシウムナノコンポジット粒子を創製することを目的とする。研究代表者らはこれまでに、認可済みの医療用輸液を原料とする、安全性に優れたDNAーリン酸カルシウムナノコンポジット層の合成技術を開発し、surface-mediated gene deliveryに応用してきた。本研究では、この合成技術を利用してDNAーマグネタイトーリン酸カルシウムナノコンポジット粒子を合成し、脳虚血性疾患治療を志向したparticle-mediated gene deliveryに適用することを目指している。本年度はまず、マグネタイトを含まないDNAーリン酸カルシウムナノコンポジット粒子の合成条件とparticle-mediated gene deliveryへの適用について、基礎的検討を行った。具体的には、研究代表者らの合成技術を用い、反応液であるリン酸カルシウム過飽和溶液中のカルシウム・リン酸イオン濃度、合成温度、ならびに反応時間を系統的に変化させ、生成粒子の濃度とサイズ分布を動的光散乱法などにより評価するとともに、動物細胞への遺伝子導入機能をルシフェラーセアッセイにより調べた。これにより、ナノコンポジット粒子の遺伝子導入機能を向上させるための条件を明らかにした。また、最適化された条件で得られたナノコンポジット粒子が、市販のリン酸カルシウム系遺伝子導入剤よりも高い遺伝子導入機能を発揮することを示した。本研究では、細胞への遺伝子導入機能と磁性を併せ示すDNAーマグネタイトーリン酸カルシウムナノコンポジット粒子の創製を最終的な目標としているが、本年度はより単純なDNAーリン酸カルシウムナノコンポジット粒子を対象に、合成条件の詳細な検討を行った。その結果、ナノコンポジット粒子の遺伝子導入機能向上のための基礎的指針を明らかにするとともに、市販のリン酸カルシウム系遺伝子導入剤を上回る導入効率を達成した。得られた成果について国際ミーティング(JSPS 8th HOPE Meeting)において発表を行い、論文執筆に進んでいる。以上の状況から、現在までのところ本研究はおおむね順調に進捗していると判断される。

得られた複合粒子は、注射による生体内投与の可能なサイズ・分散性を持ち、遺伝子導入機能だけでなく、磁気ターゲティング機能を併せ示すと考えられることから、局所遺伝子治療用導入剤としての応用が期待される。H27年度の研究成果を論文としてまとめると共に、DNAーリン酸カルシウムナノコンポジット粒子に磁性を付与するための検討を進める。具体的には、H27年度の研究において見出された粒子合成指針を参考に、マグネタイトナノ粒子およびDNA(ルシフェラーゼのcDNAを含むプラスミド)を添加したリン酸カルシウム過飽和溶液を用いて、DNAーマグネタイトーリン酸カルシウムナノコンポジット粒子を合成する。この際、過飽和溶液に添加するマグネタイトナノ粒子の表面性状、濃度などの条件を変化させる。得られたナノコンポジット粒子の組成、構造、ならびに磁気特性を、動的光散乱法、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡、X線回折法、エネルギー分散型X線分析、磁石、MRIなどにより評価する。さらに、得られたナノコンポジット粒子を動物細胞に作用させ、細胞への遺伝子導入機能をルシフェラーゼアッセイにより評価する。以上のin vitro実験により、遺伝子導入機能と磁性(MRI造影機能)を併せ示すナノコンポジット粒子を作製するための基礎的条件を明らかにする。H28年度前半までに十分な遺伝子導入機能とMRI造影機能が達成された場合には、予備的な動物実験を実施することにより、血管形成療法への応用可能性を調べる。H28年度前半までに十分な機能が達成されない場合には、粒子合成条件のさらなる改良を進める。28年度が最終年度であるため、記入しない。
大気圧イオンスオーム実験によるプラズマ基礎データ決定の挑戦

近年,大気圧プラズマの医療,環境,農業をはじめとした幅広い産業分野における応用研究が進んでいる。その基礎データとして,単位電界あたりの電子やイオンの移動速度である移動度に加え,それらの拡散係数,放電化学反応のための反応速度係数などがあるが,これらの主なデータは低ガス圧力中のものが中心に整備されているものの,大気圧を含む高ガス圧力中のデータには不十分な面がみられる。本研究では,大気圧を含む高ガス圧力下において,イオンスオーム実験を行いながら,得られた実験結果をシミュレーションとフィッティングすることによって,移動度,反応速度係数などを含めた大気圧プラズマのための基礎データ決定に挑戦する。
インターフェロン誘導因子IRF-3の関与するシグナル伝達機構の構造生物学的研究

今年度は大腸菌における発現系を用いて,リン酸化IRF-3C末端側転写調節ドメイン(pIRF-3 189C)の大量発現を行った.まず目的蛋白質の発現条件の精密化,及び精製条件の最適化により大量かつ高純度に精製する方法を確立した.次にこの試料を用いて結晶化を試みた.結晶化のための初期スクリーニングには市販のGrid screen及びSparse matrixキットを適用したのだが結晶は得られなかった.そこで基本的な沈殿剤,バッファーを広い範囲で検討することで良質な結晶の作製に成功した.pIRF-3 189Cの単結晶は,放射光施設SPring8のビームラインBL41XUにおける測定で良好な回折データを示した.位相の決定には以前に我々が決定した非リン酸化体の結晶構造をモデルとして分子置換法を適用した.さらに分子モデルの構築及び構造の精密化を進め,最終的には1.7オングストロームの高分解能の立体構造を得ることができた.結晶中には非対称単位中に4分子が存在しており,その電子密度から直接リン酸基の位置まで同定することができた.分子間にはリン酸基を介した複数の相互作用が存在していたため,これまでに提唱されてきた機能発現に重要とされるリン酸基を介した相互作用機構については,より慎重な解釈が必要であると考えられる.今後はリン酸化体の結晶構造中に確認されたそれぞれの相互作用と転写活性との関連を明らかにするため,部位特異的変異の導入をはじめとした種々の機能解析を進める予定である.平成16年度はまずIRF-3のリン酸化酵素であるTBK-1やIKK-iをIRF-3と大腸菌体内で共発現する系を作成した.この系においてIRF-3は菌体内でTBK-1によりリン酸化を受けた状態として生産され,この試料をSDS-PAGEで分析したところ複数のバンドが生じていた.このリン酸化体をさらにゲルろ過によって分析したところ,二量体成分と単量体成分とに分けることができた.さらにSDS-PAGEでこれらの成分を分析したところ,二量体形成に関与するリン酸化を受けているものと,二量体形成に関与しないリン酸化を受けているものとで泳動度が異なることがわかった.現在,二量体形成能を有するリン酸化IRF-3のみをSDS-PAGEのゲル中から抽出し,これをプロテアーゼにより限定分解した結果生じたペプチド断片の中から,リン酸化部位を含むペプチドだけを同定する作業を進めている.また昆虫細胞においてもTBK-1及びIKK-i発現を試みたが,それぞれの遺伝子を含むバキュロウィルスまで作成できたものの,これらによる感染細胞において活性のあるリン酸化酵素の発現は認められなかった.前述のとおり,すでに大腸菌を用いたリン酸化IRF-3の発現系が完成していることから,今後さらに昆虫細胞を用いた発現系を用いる必要性があるかどうか再考している.なお,大腸菌で発現した二量体形成能をもつリン酸化IRF-3のみをクロマトグラフィーを用いて大量精製する方法も確立し,結晶化の検討を行えるだけの純度と濃度を有する試料を調製することができた.今年度は大腸菌における発現系を用いて,リン酸化IRF-3C末端側転写調節ドメイン(pIRF-3 189C)の大量発現を行った.まず目的蛋白質の発現条件の精密化,及び精製条件の最適化により大量かつ高純度に精製する方法を確立した.次にこの試料を用いて結晶化を試みた.結晶化のための初期スクリーニングには市販のGrid screen及びSparse matrixキットを適用したのだが結晶は得られなかった.そこで基本的な沈殿剤,バッファーを広い範囲で検討することで良質な結晶の作製に成功した.pIRF-3 189Cの単結晶は,放射光施設SPring8のビームラインBL41XUにおける測定で良好な回折データを示した.位相の決定には以前に我々が決定した非リン酸化体の結晶構造をモデルとして分子置換法を適用した.さらに分子モデルの構築及び構造の精密化を進め,最終的には1.7オングストロームの高分解能の立体構造を得ることができた.結晶中には非対称単位中に4分子が存在しており,その電子密度から直接リン酸基の位置まで同定することができた.分子間にはリン酸基を介した複数の相互作用が存在していたため,これまでに提唱されてきた機能発現に重要とされるリン酸基を介した相互作用機構については,より慎重な解釈が必要であると考えられる.今後はリン酸化体の結晶構造中に確認されたそれぞれの相互作用と転写活性との関連を明らかにするため,部位特異的変異の導入をはじめとした種々の機能解析を進める予定である.
乾癬の病態形成に関わる遺伝子異常の同定、およびその重要性の質的評価についての研究

我々は乾癬病変部表皮で異常発現し、その病態形成に関わると考えられる種々の増殖・分化関連遺伝子群において、乾癬発症に関わる個々の重要性の違いを評価するシステムの確立を試みた.本研究期間内に我々が行い得たことは以下の通りである:1)まず手掛かりとして、乾癬皮疹部において過剰発現している表皮増殖因子受容体epidermalgrowthfactor receptor(EGFR)に着目して解析を行った結果、本邦の乾癬患者におけるEGFR遺伝子のエクソン(タンパク発現領域)およびプロモーター(転写調節領域)内には、わずかな遺伝子多型を除いて明らかな変異は認められなかった.しかしながら、2)ある特定の遺伝子転写調節領域に、健常人と比較してDNAメチル化の変異が頻発していた(脱メチル化).3)この部位は転写因子AP-2の結合部位とホモロジーが高く、in vitroのDNA結合実験より、DNAメチル化依存的にAP-2の特異的な結合が阻害された.4)免疫染色法により転写因子AP-2は健常人表皮では基底層のみ、乾癬病変部表皮においては基底層から有棘層上層まで過剰発現していた.以上より、少なくともEGFRプロモーター領域におけるDNAメチル化の異常が、転写因子AP-2を介して乾癬病変部におけるEGFRの過剰発現と表皮角化細胞の増殖亢進に何らかの影響を及ぼしていることが考えられた.現在、AP-2の3つの異なるアイソフォームによる独立した遺伝子発現調節機構、およびそれらの皮膚における発現分布の違いについて、さらにDNAメチル化に及ぼす転写因子側からの影響も検討中である.我々は乾癬病変部表皮で異常発現し、その病態形成に関わると考えられる種々の増殖・分化関連遺伝子群において、乾癬発症に関わる個々の重要性の違いを評価するシステムの確立を試みた.本研究期間内に我々が行い得たことは以下の通りである:1)まず手掛かりとして、乾癬皮疹部において過剰発現している表皮増殖因子受容体epidermalgrowthfactor receptor(EGFR)に着目して解析を行った結果、本邦の乾癬患者におけるEGFR遺伝子のエクソン(タンパク発現領域)およびプロモーター(転写調節領域)内には、わずかな遺伝子多型を除いて明らかな変異は認められなかった.しかしながら、2)ある特定の遺伝子転写調節領域に、健常人と比較してDNAメチル化の変異が頻発していた(脱メチル化).3)この部位は転写因子AP-2の結合部位とホモロジーが高く、in vitroのDNA結合実験より、DNAメチル化依存的にAP-2の特異的な結合が阻害された.4)免疫染色法により転写因子AP-2は健常人表皮では基底層のみ、乾癬病変部表皮においては基底層から有棘層上層まで過剰発現していた.以上より、少なくともEGFRプロモーター領域におけるDNAメチル化の異常が、転写因子AP-2を介して乾癬病変部におけるEGFRの過剰発現と表皮角化細胞の増殖亢進に何らかの影響を及ぼしていることが考えられた.現在、AP-2の3つの異なるアイソフォームによる独立した遺伝子発現調節機構、およびそれらの皮膚における発現分布の違いについて、さらにDNAメチル化に及ぼす転写因子側からの影響も検討中である.
キラルAZADO-Cu協奏触媒の精密制御に基づく高エナンチオ選択的アルコール酸化

本研究は、研究代表者らが独自に見出し発展させてきた有用な化学選択性を発現する協奏触媒システム:配位子複合型アザアダマンタンN-オキシル(AZADO)と銅の協奏触媒系の精密構造修飾を鍵として、分子複雑系における高難度アルコール選択的不斉空気酸化反応を開発するとともに、その合成化学的有用性の実証を目的とするものである。計画研究の初年度に当たる平成30年度は、AZADO-Cu協奏触媒の不斉反応への展開を目指して、課題が山積された状況となっていた高難度反応、すなわち、脂肪族ラセミ第2級アルコールの高エナンチオ選択的速度論的光学分割を可能とする触媒システムの開発を目指した。具体的には、前年度までの採択研究において見出していた不斉配位子複合型ニトロキシルラジカルによる第2級アルコールの酸化的速度論的光学分割のエナンチオ選択性発現機構の理解と選択性の向上を目指して検討を行った。その結果、N-メチルイミダゾイル基を特徴とする三座配位型キラルAZADO/Cu系がtrans-2-フェニルシクロヘキサノール類を基質とした場合に95% eeにも達するエナンチオ選択性を発現するとともに、電子豊富な芳香環や三級アミン、スルフィド等の酸化反応条件に不安定な官能基の共存を許容することを確認した。本知見に基づき、三座配位型キラルAZADO/Cu触媒系によるOKRのエナンチオ選択性発現機構の理解を目指して、trans-2-フェニルシクロヘキサノールをモデル基質としてDFT計算による遷移状態探索を行った結果、オキサゾリン部がアピカル位を占める四角錐型錯体を経てアルコールα位の水素引き抜きく機構を見出すことができた。ラセミアルコールの速度論的光学分割反応で未到となっていた脂肪族2級アルコールの高エナンチオ選択的酸化反応を実現する独自の触媒系を確立することができた。加えて、精密修飾三座配位型キラルAZADO/Cu協奏触媒によるtrans-2-フェニルシクロヘキサノール類の空気酸化系についてDFT計算による遷移状態探索を行った結果、オキサゾリン部がアピカル位を占める四角錐型錯体を経てアルコールα位の水素引き抜きく機構を見出し、これよりAZADO/Cu協奏触媒に基づく高難度アルコール酸化の有用性展開の基盤を築くことができた。平成30年度の検討で最適化した新規キラルAZADO群を用いて、基質適用性の拡張を目指した検討を行う。AZADO/銅触媒系を用いるアルコール空気酸化反応の特長を発揮させるべく、無保護のアミノ基を含む幅広い官能基を基質に組み込み、不斉補助基や不斉合成素子への連結を図る。また、エナンチオ選択性が不十分であった基質について、触媒構造の微調整を行いエナンチオ選択性の改善を図る。また、ラセミ第2級アルコールの酸化的速度論的光学分割反応に加えて、メソジオールの酸化的非対称化反応への適用性を検証する。

また、エナンチオ選択性が不十分であった基質について、触媒構造の微調整を行いエナンチオ選択性の改善を図る。また、ラセミ第2級アルコールの酸化的速度論的光学分割反応に加えて、メソジオールの酸化的非対称化反応への適用性を検証する。
外国人留学生と地域住民の交流の実態と大学・地域特性に関する調査研究

30年度は研究打合せを2回開催した。9月の打合せでは調査の方法や計画について議論し,行動パターンや地域住民との接触に重要な影響を与える可能性のある留学生の属性を整理し,調査対象者の選定条件を設定した。その条件に基づき,在留外国人が少ない中小都市郊外に位置する金沢大学の留学生20人と,在留外国人が多い大都市中心部に位置する名古屋大学の留学生15人に調査協力を依頼し,同意を得た上で,本研究課題の調査の第一段階である2地域における質的調査を実施した。調査協力者は,11月末から12月に,地域毎に設定された1週間において,(1)自身の基本属性や地域の日本人との接触状況についての自己評価,日本での生活に関する満足度を尋ねる質問紙への回答,(2)1日24時間×7日間の活動日誌の記録を行った。加えて,各大学それぞれ15人は,(3)GPSウォッチの装着による行動の時空間的データの提供も行った。回収した調査票及びデータの集計や基本的な分析を行い,3月の第2回研究打合せで結果を報告するとともに,集計結果の解釈や,より詳細な分析の方向性についての意見交換を行った。日本人住民との付き合いが生じる場面としては,アルバイト先,子どもの学校園,言語・文化交流プログラム(国際交流イベント,ホームステイ,奨学金財団のイベントなどを含む),近所づきあいが主要なもととして確認されたほか,宗教を通じての出会いも確認された。個人的な付き合いに発展している事例は,ママ友,アルバイト先の上司や同僚,ホストファミリーとの間に認められ,特に,ホストファミリーとの間に親密で持続的な関係が認められた。この結果について詳細は,8月に開催される世界教育学会(WERA)東京大会で発表の予定である。30年度は金沢と名古屋での質的調査を実施し,全国調査の調査方法を開発する下地となる,地方と都市双方をカバーする,留学生の生活行動や地域住民との接触のパターンのデータを得ることを課題としていた。計画通り調査を実施できただけでなく,当初予定していなかったGPS端末による行動把握調査も追加することによって,より正確かつ緻密なデータを得ることに成功した。留学生の生活行動を時空間的に把握しようとした研究は少ない上,GPSを利用した研究は本研究が初めてであり、その成果は多くの学術的関心を集めるものである。31年度は,全体での研究打ち合わせを2回開催する。1回目の打ち合わせでは、30年度に実施した調査結果の分析を深め,留学生と地域住民の接触に影響を与える要素(属性や行動など)を類型化する作業を行う。また,GPSによる調査結果では,地下鉄など公共交通が発達した大都市(名古屋)と,そうでない地方(金沢)では移動方法と行動範囲に差が見られたほか,行動パターンの多様性にも傾向が見られた。それらが留学生の生活行動にどのように影響しているか分析と考察をすすめる。その成果を8月のWERA東京大会で発表する。秋以降は、それまでの分析結果や議論に基づいて、オンラインでの量的調査を効果的に実施することが可能な調査票の原案を代表者と分担者の藤生が作成し,第2回打合せで最終案を完成させる。研究代表者及び協力者が幹事を務める国立大学留学生指導研究協議会会員に協力を呼びかけることによって全国各地の多様な大学の留学生から回答を得た上で全国調査を実施し、地域や留学生それぞれの特性に起因する留学生活の傾向の把握を試みる。

留学生の生活行動を時空間的に把握しようとした研究は少ない上,GPSを利用した研究は本研究が初めてであり、その成果は多くの学術的関心を集めるものである。31年度は,全体での研究打ち合わせを2回開催する。1回目の打ち合わせでは、30年度に実施した調査結果の分析を深め,留学生と地域住民の接触に影響を与える要素(属性や行動など)を類型化する作業を行う。また,GPSによる調査結果では,地下鉄など公共交通が発達した大都市(名古屋)と,そうでない地方(金沢)では移動方法と行動範囲に差が見られたほか,行動パターンの多様性にも傾向が見られた。それらが留学生の生活行動にどのように影響しているか分析と考察をすすめる。その成果を8月のWERA東京大会で発表する。秋以降は、それまでの分析結果や議論に基づいて、オンラインでの量的調査を効果的に実施することが可能な調査票の原案を代表者と分担者の藤生が作成し,第2回打合せで最終案を完成させる。研究代表者及び協力者が幹事を務める国立大学留学生指導研究協議会会員に協力を呼びかけることによって全国各地の多様な大学の留学生から回答を得た上で全国調査を実施し、地域や留学生それぞれの特性に起因する留学生活の傾向の把握を試みる。名古屋大学で得られた調査協力者の数が計画を下回ったことから,名古屋大学に配分した分担金(謝金分)に余剰が生じた。一方,GPSデータの収集を調査内容に追加したことから,集計・分析作業に必要な謝金(藤生分担金を予定)は増加した。代表者と分担者に配分した予算の使途について全体で調整し,調査に要する消耗品等の購入にも充てたが,ごくわずかに残額が生じた。GPSデータの詳細分析は次年度まで継続することから,次年度の助成金と併せて使用する。
日本企業再生のためのコーポレート・ガバナンス、企業戦略、業績評価の総合的研究

本研究では、コーポレート・ガバナンスの中でも特に株式所有構造に注目した分析を行った。すなわち、「企業の株式所有構造が経営者の利益操作行動にどのような影響を与えるのか」という問題について、理論的研究と実証研究を行った。理論的研究では、投資家と経営者をプレーヤーとする2期間モデルのゲームを作り、企業の株式所有構造が経営者の利益操作行動に与える影響を予測することに努めた。このゲームにおいてまず、投資家は個人株主、銀行、相互持ち合い株主に分類し、そのサブゲーム完全ナッシュ均衡を求めることにより、個人株主支配企業、銀行支配企業、持ち合い会社支配企業の3分類において、経営者の利益操作行動がどのように異なるのかを予測した。その結果、最も利益操作傾向の強いのは、株式相互持ち合い会社支配企業で、次に銀行支配企業、最も弱いのは個人株主支配企業であるという予測を得た。このような結果をもたらした大きな要因は、銀行支配企業においては融資の継続を確保するため経営者が利益操作を行う必要があったこと、持ち合い会社支配企業においては業績悪化による経営者解雇の脅威が経営者に利益操作行動を行わせたことと考えられる。そして実証分析では、東証一部上場企業について利益のパネルデータを用いて、利益の度数分布を形成し、分布の形状の違いを観察することにより、理論的研究で得られた予測が妥当かどうかを検証した。その結果、経常利益の分布の形状について、個人株主支配企業、銀行支配企業、持ち合い会社支配企業間に明らかな相違が観察され、理論的研究で得られた予測は支持された。2.調査した問題とそれによって得られた知見は、次のとおりである。(1)「日本企業におけるコーポレートガバナンスの変化は、なぜ生じたのか。」デフレ不況が長く続く中で、株主が企業に対して、投資に見合ったリターンを強く要求するようになった。(2)「日本企業におけるコーポレートガバナンスと企業戦略との間には、どのような関係があるのか。」M&A戦略だけをとっても、バブル期のM&Aは事業拡張のためのM&Aという性格をもっていたが、現代のM&AはリストラのためのM&Aという性格をもっている。(3)「企業戦略と企業業績との間には、どのような関係があるのか。」事業拡張型の戦略を採用している企業については、企業の安全性を犠牲にして収益性が向上している。一方、事業縮小型の戦略を採用している企業については、企業の収益性を犠牲にして安全性が向上している。これから、次の2つのことが言える。(1)企業戦略は期待された成果を実現している。(2)収益性と安全性との間には、トレード・オフの関係がある。(要約)企業の多角化戦略の程度を測定する尺度を定義し、それを媒介として、企業の多角化戦略が企業の収益性とその変動性に及ぼした影響をモデル化し、そのモデルを実証的に検証した。その結果、多角化が進んでいる企業は、多角化が進んでいない企業に比べて、収益性が高く、その変動性が低いことが判明した。これは、証券投資におけるポートフォリオ理論と異なる分析結果であり、証券投資と事業投資とでは、deiversificationが企業業績に及ぼす影響が異なることが判明した。2.日本会計研究学会第64回大会における研究報告(共同発表)(論題)「株式所有構造と企業業績」(要約)株式所有構造と企業業績の関係についての実証分析の結果、次のことが判明した。(1)事業法人持株比率が高い企業では、売上高や売上原価の推移が安定的となる傾向がある。(2)金融機関持株比率が高い企業では、負債の規律が働いて経常赤字への転落はを回避し、かつ企業業績の急激な変動を避ける傾向がある。(3)外国人持株比率の高い企業では、株主の要求に応えて、長期的な安定成長を志向する傾向がある。3.「会計の実証研究における統計的手法の利用」についての検討(要約)実証研究で頻繁に利用される統計的手法を、会計学の領域の観点から検討した。

主たる内容は、全数調査と標本調査、推定と検定、平均値についての統計的推論、比率についての統計的推論、割合についての統計的推論、回帰分析、ノンパラメトリック統計量である。この研究成果は、(仮題)『利益操作の研究』須田一幸・山本達司・乙政正太編著、ダイヤモンド社(近刊)に所収の予定である。本年度は、コーポレート・ガバナンスの中でも特に株式所有構造に注目した分析を行った。すなわち、「企業の株式所有構造が経営者の利益操作行動にどのような影響を与えるのか」という問題について、理論的研究と実証研究を行った。理論的研究では、投資家と経営者をプレーヤーとする2期間モデルのゲームを作り、企業の株式所有構造が経営者の利益操作行動に与える影響を予測することに努めた。このゲームにおいてまず、投資家は個人株主、銀行、相互持ち合い株主に分類し、そのサブゲーム完全ナッシュ均衡を求めることにより、個人株主支配企業、銀行支配企業、持ち合い会社支配企業の3分類において、経営者の利益操作行動がどのように異なるのかを予測した。その結果、最も利益操作傾向の強いのは、,株式相互持ち合い会社支配企業で、次に銀行支配企業、最も弱いのは個人株主支配企業であるという予測を得た。このような結果をもたらした大きな要因は、銀行支配企業においては融資の継続を確保するため経営者が利益操作を行う必要があったこと、持ち合い会社支配企業においては業績悪化による経営者解雇の脅威が経営者に利益操作行動を行わせたことと考えられる。そして実証分析では、東証一部上場企業について利益のパネルデータを用いて、利益の度数分布を形成し、分布の形状の違いを観察することにより、理論的研究で得られた予測が妥当かどうかを検証した。その結果、経常利益の分布の形状について、個人株主支配企業、銀行支配企業、持ち合い会社支配企業間に明らかな相違が観察され、理論的研究で得られた予測は支持された。
常温で動作可能な位置敏感半導体検出器

今年度は、ファクシミリ用に開発されたアモルファス・シリコン・イメージセンサを用いて、X線用の一次元位置敏感半導体検出システムの開発を行った。このセンサは、従来の単結晶シリコンのものと較べ、大型でかつ暗電流が少ないと云う特長を持っている。使用したFUJIXEROXのセンサは、100μm×100μmのフォトダイオードが125μmピッチで2048個並んでおり、全長256mmである。センサには電圧検出方式の増幅器とアナログスイッチが128chごとにLSI化され配置されている。本研究では、上記検出部からの電圧信号を処理する為の増幅器,ADC,メモリ,DAC,そしてコントローラより成るシステムを製作し、パーソナルコンピュータで制御した。8KeVのX線に対する特性は次のようであった。【◯!1】出力-入射強度特性は少なくとも3桁にわたり比例性がある。【◯!2】出力-積分時間特性は少なくとも2桁にわたり比例性がある。【◯!3】位置分解能はピッチに相当する125μmが確認された。また検出感度については、測定条件を積分時間1秒×加算回数100回とした場合、ノイズレベルは0.39mVであったので約300光子/秒/chであった。センサの暗電流を積分時間を変えて測定した結果、0.18pAであり、1秒を越えると、その影響が顕著になってくることがわかった。フォトダイオードは1μmと薄い為に、8KeVのX線に対する検出効率は1%以下と低い。そこで、吸収係数が大きく、センサに合った発光スペクトルを持つ蛍光体として【Gd_2】【O_2】Sを選び、センサに密着させて検出効率の向上を図った。蛍光体はポリエステルのベース上に塗られているが、この状態で効率は8倍増大した。このシステムを放射光施設でX線回折実験に利用し、その結果を含めて、欧文誌に投稿する予定である。
部分酸化反応と嫌気処理を組み合わせた非生物分解性リグニンのメタン発酵プロセス

サトウキビバガスの水蒸気爆砕排水に含まれる高濃度・難分解性の溶解性リグニン等の有機物処理について、正浸透膜と膜蒸留を組み合わせた有機物の濃縮・分離システム(FO膜-MD膜ハイブリッドシステム)を検討した。20%濃度のショ糖を駆動液としたとき、数日間の連続運転でもFO膜のフラックスはあまり低下しなかった。また原水温度を70度、蒸留の真空室圧力を100 hPaとした条件において、MD膜の顕著なウェッティングも認められなかった。FO膜とMD膜の面積を0.006m2とした実験装置によって、7日間の連続運転によってFO膜モジュール部分で排水の約1.1 Lを濃縮分離することができた。このときの処フラックスは1.08 L/m2 hであり、海水淡水化のRO膜システムと同レベルであった。また、MD膜モジュールの部分でも約1.1 Lの蒸留水を得ることが出来た。連続運転におけるフラックスは平均して17.17 L/m2 hであり、FO膜よりも10倍以上の物質移動性能があった。一方、ショ糖の駆動液にも排水成分の一部がFO膜を通して逆拡散・希釈する現象が認められた。そのため、有機物(TOC)基準では排水を約6倍に濃縮できたが、流量基準ではベースでは約2倍に留まった。駆動液に流出した成分は主に低分子の脂肪酸と陰イオンであり、一部のリグニンも膜を通過するようであった。MD膜で蒸留・回収された処理水には約400 mg-C/LのTOC成分が含まれていた。これらの成分は低級脂肪酸とフルフラール類であった。フルフラール類はエタノール発酵において酵母の反応を阻害すると言われていることから、蒸留水を水蒸気爆砕の原料水にするにはあらかじめ簡易な生物処理でこれらを除去する必要があると思われた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。水蒸気爆砕法によってサトウキビバガスから抽出した排水を原料とし、メタン発酵の長期回分培養実験をおこなった。水蒸気爆砕排水は約25,000 mgCOD/Lの有機物が含まれ、そのおよそ50%は非生物分解性であった。当該廃液には約9,000 mg-COD/Lのリグニンが存在していた。一方の生物分解性有機物の多くは低級脂肪酸やフルフラール類であり、メタンに転換しやすい成分であった。これらの生物分解性有機物を嫌気バイオフィルムリアクタによって除去した後、50-150 mg/Lの次亜塩素酸ソーダを添加し、非生物分解性有機物のメタン転換を測定した。次亜塩素酸ソーダの添加後にメタンの急激な生成が観察され、約150日の培養で初期CODの16%がメタンに転換された。これらのメタン転換は当初の予想よりも低かったことから、生物処理に替わる物理化学処理の検討を平行して実施した。具体的には、水蒸気爆砕排水を膜蒸留法によって高濃度に濃縮し、その濃縮排水を燃料とするものである。含有のCOD成分が有する熱量によって濃縮排水の水分がちょうど蒸発する限界条件でも濃縮排水の粘度は極めて低く、一般的な膜蒸留法によって容易に水蒸気爆砕排水のリグニンを燃料化できると考えられた。一方の蒸留凝縮水には揮発性の物質が移行しており、各種の低級脂肪酸やフルフラール類が高濃度で含まれていた。これらを嫌気バイオフィルムリアクタによってメタンに分解ことを確かめるために、市販のフルフラールを用いた合成排水の連続処理実験を進めた。高負荷の条件では生物処理水にかなりの溶解性TOC成分が検出されたのでイオンクロマトで成分分析をおこなったところ、これは酢酸とわずかに異なる未知の成分であった。現在、その同定のためにGC-MSを用いた検出を進めている。当初の研究計画で設定していた酸化剤による改質プロセスよりも、膜蒸留と生物処理を組み合わせたプロセスの方が容易に難分解性成分を燃料資源に転換できることを見いだした。この処理においては、膜蒸留で凝縮水側に移行する揮発性有機物の生物処理が全体効率を左右すると考えられるため、この点に着目した検討をおこなっている。溶解性リグニンを含む当該排水の有機物は、次亜塩素酸で部分酸化することで生物分解性が向上し、嫌気性生物処理によって次第にメタンに分解することがわかった。また、メタン生成がほぼ終了した生物処理水を再び次亜塩素酸で処理することで、残存の有機物は更にメタンに生物分解することが確認された。しかしながら、これらの処理によってもメタン生成の反応速度はかなり遅く、約1-2ヶ月の反応時間においても初発有機物の20-50%程度しか分解できなかった。一方、当該排水を減圧蒸留したところ、排水に含まれる低分子成分である酢酸やフルフラール類は蒸留水とともに希散し、リグニンは濃縮液に残留することがわかった。この処理では、液の自燃領域に達する10-20倍に濃縮しても液の粘度はかなり低かったので、排水の燃料資源化・工業用水化には、今まで検討していた化学処理と生物処理の併用ではなく、物理的に水を蒸発される処理と生物処理の組み合わせが適していると考えられた。このため、本年度においては、当該排水を減圧蒸留する膜処理プロセス(膜蒸留プロセス)の検討を進めることとし、爆砕工程の水温に近い80度近辺で各種の蒸留実験をおこなうことにする。

膜蒸留プロセスにおいては細孔の「濡れ」を抑制することが高速処理に必須となることから、疎水性の精密濾過膜や細孔がほとんどない限外濾過膜や逆浸透膜の適用性を検討する。また、蒸留によって得られた凝縮水の成分分析も進め、その組成をもとに嫌気性生物処理の性能をコンピュータで計算する。反応が遅い生物処理に対して、高速で排水処理が可能な膜蒸留プロセスの適用可能性を見いだした。サトウキビバガスの水蒸気爆砕排水に含まれる高濃度・難分解性の溶解性リグニン等の有機物処理について、正浸透膜と膜蒸留を組み合わせた有機物の濃縮・分離システム(FO膜-MD膜ハイブリッドシステム)を検討した。20%濃度のショ糖を駆動液としたとき、数日間の連続運転でもFO膜のフラックスはあまり低下しなかった。また原水温度を70度、蒸留の真空室圧力を100 hPaとした条件において、MD膜の顕著なウェッティングも認められなかった。FO膜とMD膜の面積を0.006m2とした実験装置によって、7日間の連続運転によってFO膜モジュール部分で排水の約1.1 Lを濃縮分離することができた。このときの処フラックスは1.08 L/m2 hであり、海水淡水化のRO膜システムと同レベルであった。また、MD膜モジュールの部分でも約1.1 Lの蒸留水を得ることが出来た。連続運転におけるフラックスは平均して17.17 L/m2 hであり、FO膜よりも10倍以上の物質移動性能があった。一方、ショ糖の駆動液にも排水成分の一部がFO膜を通して逆拡散・希釈する現象が認められた。そのため、有機物(TOC)基準では排水を約6倍に濃縮できたが、流量基準ではベースでは約2倍に留まった。駆動液に流出した成分は主に低分子の脂肪酸と陰イオンであり、一部のリグニンも膜を通過するようであった。MD膜で蒸留・回収された処理水には約400 mg-C/LのTOC成分が含まれていた。これらの成分は低級脂肪酸とフルフラール類であった。フルフラール類はエタノール発酵において酵母の反応を阻害すると言われていることから、蒸留水を水蒸気爆砕の原料水にするにはあらかじめ簡易な生物処理でこれらを除去する必要があると思われた。サトウキビがバガス水蒸気爆砕排水に含まれるフルフラール類は、嫌気性微生物によって酢酸を中間産物としてメタンに分解すると今まで考えられていた。しかしながら、イオンクロマト分析によれば、本中間産物は酢酸と類似しているものの、異なる物質のようであった。従って、今後はこの成分の同定にも注力し、高速で生物処理が可能なリアクタの設計条件を検討していく。サトウキビバガス水蒸気爆砕排水の処理を従来の生物処理プロセスから切り替え、膜蒸留を主軸とした実験に注力する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。