hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
角膜における細胞外ドメインシェディングを介した病態生理機構の解明

細胞表面での膜型タンパク質の切断と細胞外への放出は、細胞外ドメインシェディングと呼ばれ、基質の活性化もしくは不活性化にかかわる重要なプロセスである。角膜における細胞外ドメインシェディングは、角膜上皮において主に行われ、TACEなどのメタロプロテアーゼによって可溶性TNFR1や可溶性IL-6Rなどを産生することが明らかとなった。角膜の創傷治癒や炎症制御において、細胞外ドメインシェディングが重要な役割を果たしていることが示唆された。研究成果:平成20年度研究では、(1)角膜上皮における細胞外ドメインシェディング(以下シェディング)については、SV40導入不死化培養角膜上皮細胞または培養結膜上皮細胞において、TACE(TNF-αconverting enzymeまたはADAM17)促進剤(phorbol myristate acetate、peptidoglycan)やTACE阻害剤(TIMP-3、TAPI-1)を用いてTNFレセプター1(TNFR1)のTACE依存性シェディングを証明し、現在海外雑誌に投稿中である。(2)角膜潰瘍におけるシェディング(上皮・実質相互作用の面から)については、培養角膜上皮細胞におけるTACE依存性のIL-6レセプター(IL-6R)シェディングを確認し、現在追加実験中である。ただしリコンビナントのIL-6/IL-6Rを培養線維芽細胞に投与しIL-6/IL-6Rのトランスシグナリングを検討した実験は不成功であった。(3)角膜潰瘍におけるシェディング(浸潤細胞・実質細胞の面から)については、マウス角膜アルカリ外傷を免疫組織化学的に検討し、アルカリ外傷早期以降に角膜実質中にTACEとTNFR1が発現し、それらを発現しているのが実質中に存在する線維芽細胞と実質に浸潤してくるマクロファージであること、培養線維芽細胞/マクロファージからTACE依存性にTNFR1がシェディングされることをin vitroで証明した(Sakimoto T et al. Jpn J Ophthalm1 2008)。また、角膜移植に用いたあとのドナー角膜から線維芽細胞の初代培養を確立することに成功した。また、円錐角膜という角膜実質が菲薄化する疾患など、臨床検体におけるADAM発現についても予備的に検討している。意義と重要性: TACEに代表されるADAMファミリー(メタロプロテアーゼファミリーの1種)が、角膜においてシェディングを行っていることを検討した報告はこれまでにはなく、角膜における炎症機転においてシェディングが亢進していることを証明した6今後、角膜を舞台にした生体防御や炎症制御におけるシェディングの重要性をさらに検討する予定である。意義と重要性:角膜における炎症制御に可溶性TNFR1や可溶性IL-6Rが重要な役割を果たし、そのコントロールにTACEなどのメタロプロテアーゼによる細胞外ドメインシェディングがキープレイヤーである可能性が証明されつつある。今後、各種角膜疾患におけるTACEなどのADAMファミリーの発現や細胞外ドメインシェディングによって放出される他の可溶性レセプターの検討を行う予定である。研究の成果:平成22年度研究では、(1)角膜上皮における細胞外ドメインシェディングについては、SV40導入不死化培養角膜上皮細胞において、TACE(TNF-αconverting enzyme、ADAM17)特異的なsiRNA(RNA干渉)によってTNFレセプター1(TNFR1)の細胞外への放出が減少することを証明し、平成21年度研究までの結果とあわせ、TNFR1の細胞外ドメインシェディングがTACE依存性であることを確認した。(2)培養角膜線維芽(実質)細胞においては、IL-6レセプター(IL-6R)の細胞外ドメインシェディングは起こらないことを確認した。平成21年度研究までの結果をふまえ、角膜実質では、角膜上皮から産生された可溶性のIL-6RとIL-6の複合体(IL-6トランスシグナリング)の標的となり、IL-6トランスシグナリングの炎症性シグナルを伝達している可能性が考えられた。(印刷中、Jpn J Ophthalmol)(3)マウスのアルカリ角膜外傷モデルを作製し、角膜実質中においてIL-6トランスシグナリング特異的な細胞内シグナル伝達物質であるSTAT3のリン酸化が生じることを証明した。意義と重要性:角膜における細胞外ドメインシェディングは、角膜上皮において主に行われ、TACEなどのメタロプロテアーゼがキープレイヤーとなり可溶性TNFR1や可溶性IL-6Rなどを産生することが明らかとなった。角膜の創傷治癒や角膜炎症における角膜上皮-実質相互作用において、細胞外ドメインシェディングが重要な役割を果たしていることが明らかとなりつつある。
肝細胞癌の多段階発癌と血管新生因子の発現-生体顕微鏡所見と組織所見の対比-

マウス実験肝癌について、肝癌の発育による多段階的な血行動態および腫瘍血管新生の変化を蛍光生体顕微鏡と免疫組織化学的検討で解析した。colon-26癌細胞の脾臓内注入でマウスに転移性肝癌を作製し蛍光生体顕微鏡観察と免疫組織化学染色で検討した。免疫組織化学染色としてはCD34, ICAM-1 and α-SMAを検討した。これらをもとに転移性肝癌における血管新生の解析と微小循環の変化を検討した。蛍光生体顕微鏡による腫瘍血管形態・周辺類洞との関連・微小循環は以下の4型に分類できた。すなわち、転移性肝癌では、180μm前後までは明らかな腫瘍血管新生はみられず、周辺よりの拡散で栄養を受けるものと考えられた。その後290μmまでは腫瘍内に取り込まれた(残存した)肝類洞から類洞血流と同様の門脈血行を受けることが明らかとなった。その後、次第に腫瘍血管形成が生じ、当初はこの腫瘍血管と周辺肝類洞の結合を通じて門脈血流が主に腫瘍に流入するが、次第に新生動脈が増加し、動脈血行が増加し、最終的に、腫瘍は動脈血流で栄養され、腫瘍内血洞から周辺肝類洞へと還流することが明らかとなった。この研究により転移性肝癌では腫瘍血管新生とともに血行支配は多段階的に変化することが明らかとなりこれまでの報告の差異の原因を明らかにする結果と考えられた。また転移性肝癌に対する診断・治療の改善に有用な知見と考えられた。ラットに3'metDABで肝細胞癌・前癌病変を作製し同様の研究を行い、腫瘍内血洞と微小血行動態の多段階的な変化を認めている。現在実験をほぼ終了し資料を解析中である。これらの実験的検討と並行して、臨床例における肝細胞癌の多段階発癌の血行支配の多段階的変化が磁気共鳴診断法による結節の信号強度変化と相関することを明らかとした。Colon-26腫瘍細胞をBALB/cマウスの脾臓に注入し転移性肝癌を作成した。また、Rat肝に3'metDAB投与による肝癌および種々の悪性度を有する過形成性結節(境界病変に相当すると考えられる)を作成した。これらの肝細胞性結節性病変内およびその周辺肝の血管および血行動態を蛍光色素投与下に蛍光生体顕微鏡で観察・分析した。さらに蛍光粒子を門脈内注入あるいは静注し門脈支配や動脈支配を検討した。その後同部を組織学的に検索し免疫染色法で新生血管数と血管新生因子の有無・多寡を検索し、in vivoで観察された血行動態と比較した。一部には血管鋳型を作成し上記の結果と比較した.現在得られている結果は以下に要約される。転移性肝癌では、腫瘍内血洞は既存の類洞が変化し形成される機序が推察された.また転移性肝癌の発生初期にはこれらの類洞を介する腫瘍栄養が存在するものと考えられたが,腫瘍の成長に伴い発達する腫瘍内血洞の血行支配については門脈の明らかな関与を証明できなかった.現在、経動脈性蛍光粒子注入による解析を検討している。類洞が変形・拡大し腫瘍内血洞が形成される過程のなかでこれらの血洞は流出系として変化していくことが推察された。現在、免疫粗織学的検討で腫瘍内血洞が肝類洞由来であることを実証中である。肝細胞癌・境界病変モデルでも同様の肝類洞の変形・拡大による肝細胞癌の腫瘍内血洞が観察された。

上記と同様の方法で境界病変から肝細胞癌での結構支配の変化を検討し、境界病変では結節内に肝類洞の存在と順行性の血行が観察されるのに対し、肝細胞癌では類洞は見られず、動脈からの蛍光粒子が多数観察されること、腫瘍内血洞が流出系脈管と考えられる所見を得ている。現在これらの発癌初期の血行動態・腫瘍内血洞の由来について引き続き検討中である。まず実験的転移性肝癌について検討した。マウス実験肝癌について、肝癌の発育による多段階的な血行動態および腫瘍血管新生の変化を蛍光生体顕微鏡と免疫組織化学的検討で解析した。colon-26癌細胞の脾臓内注入でマウスに転移性肝癌を作製し蛍光生体顕微鏡観察と免疫組織化学染色で検討した。免疫組織化学染色としてはCD34,ICAM-1 and α-SMAを検討した。これらをもとに転移性肝癌における血管新生の解析と微小循環の変化を検討した。蛍光生体顕微鏡による腫瘍血管形態・周辺類洞との関連・微小循環は以下の4型に分類できた。すなわち、転移性肝癌では、180μm前後までは明らかな腫瘍血管新生はみられず、周辺よりの拡散で栄養を受けるものと考えられた。その後290μmまでは腫瘍内に取り込まれた(残存した)肝類洞から類洞血流と同様の門脈血行を受けることが明らかとなった。その後、次第に腫瘍血管形成が生じ、当初はこの腫瘍血管と周辺肝類洞の結合を通じて門脈血流が主に腫瘍に流入するが、次第に新生動脈が増加し、動脈血行が増加し、最終的に、腫瘍は動脈血流で栄養され、腫瘍内血洞から周辺肝類洞へと還流することが明らかとなった。この研究により転移性肝癌では腫瘍血管新生とともに血行支配は多段階的に変化することが明らかとなりこれまでの報告の差異の原因を明らかにする結果と考えられた。また転移性肝癌に対する診断・治療の改善に有用な知見と考えられた。ラットに3'metDABで肝細胞癌・前癌病変を作製し同様の研究を行い、腫瘍内血洞と微小血行動態の多段階的な変化を認めている。現在実験をほぼ終了し資料を解析中である。
耳石系遠心性及び求心性ニューロンの形態と機能

リスザルの前庭神経節でcytochromeoxidaseを指標にして細胞代謝を観察し、大型細胞の代謝が低く、小型細胞の代謝が高い事が分かった。これらより、大型細胞がphasicな、そして小型細胞がtonicな機能を分担しているものと推測された。モルモットの卵形嚢神経ではstriola周辺のI型有毛細胞に接続するものと、卵形嚢斑全体のI及びII型有毛細胞に分枝して接続するものが見られた。前者は感度の高い不規則発火型神経に、後者は感度の低い規則発火型神経に対応し、形態と機能の相関が示された。同側傾斜で発火の増加する神経は反対側傾斜型より多く、この傾向は規則発火型神経にのみ見られた。チンチラにおいて、神経標識物質としてbiocytinを使用し、前庭感覚上皮を局部的に損傷すると該当部分を支配する前庭神経の遠心路神経と求心路神経が同時に標識された。この方法で球形嚢と水平半規管を支配する神経を観察すると一次求心神経の投射だけでなく遠心神経の細胞体も脳幹内で固有の分布を呈し、それぞれ個別の機能を有する可能性が示唆された。耳石支配の前庭一次神経の温度刺激に対する反応をモルモットで観察すると耳石系の86%の神経が温度刺激に反応し、このうち不規則発火神経の方がより鋭敏に温度刺激にも反応する傾向が見られた。また同側傾斜で発火が増加する神経は温刺激で発火が増加、対側刺激で増加する神経は冷刺激で増加する傾向があった。今回の実験により温度刺激検査は半規管だけでなく耳石機能も反映する事が明らかになった。前庭機能異常に対し前庭神経切断術を行うと蝸牛への遠心路も切断される。今回の研究ではヒトにおいて蝸牛の能動的機能を反映するDP-OAEが反対側の音刺激で抑圧される事、この抑圧が前庭神経の切断によって消失する事を示し、ヒト内耳の能動機能が遠心線維によって抑圧されることを明らかにした。耳石系は平衡機能に極めて重要な役割を果たしているが、その機能の詳細については未だ不明の点が多い。本研究では、1)求心性及び遠心性耳石系ニューロンの内耳と脳幹部での詳細な局在を明らかにする。2)これに基づいて耳石系神経路の前庭神経活動に及ぼす影響を電気生理学的に評価する。さらに3)cytochromeoxidase染色を用いた組織化学的方法により遠心性及び求心性ニューロン相互の影響を神経細胞の代謝と形態的側面から分析する事を企図している。以上の計画に基づいて研究をすすめ、平成5年度には以下の実績が得られた。(1)遠心性及び求心性耳石系ニューロンの内耳と脳幹部での局在を分析した。チンチラの平衡斑感覚上皮を浅く損傷し、biocytin液を内耳に注入し一定の生存期間の後に動物を灌流固定し、内耳道内前庭神経と脳幹の凍結切片を作成してDAB法で発色させた。また、対照として半規管系についても同様の標識実験を行なった。この研究により求心性耳石系ニューロンの内耳と脳幹部での詳細な局在が明らかになり、耳石系遠心性ニューロンの分布と形態の多様性が確認された。(2)前庭神経節のcytochromeoxidaseを指標にした神経細胞の代謝の観察を行い、大型細胞が代謝が低く、小型細胞が代謝が高い事が分かった。

これらより、大型細胞がphasicな、そして小型細胞がtonicな機能を分担しているものと推測された。当初の計画はほぼ達成され、次年度に予定していたcytochromeoxidase染色を用いた神経細胞の代謝の研究も一部行うことができた。この際、遠心路の形態的研究は神経標識物質(biocytin)の生体内での動態が必ずしも一定しておらず、より信頼性の高い結果を得るためには、さらに追加研究が望ましいと考えられた。感覚上皮の損傷を全体にするか、phasicな成分の多い中心部分、或はtonicな成分の多い辺縁部分にするかによって各々に対応する求心性及び遠心性ニューロンを個別にラベルする研究についてはラベルの選択性に問題があり、引続き検討を要する。本年度も引続き耳石系の形態と機能につき基礎研究を動物を用いて行った。また、この研究の臨床応用への発展につなげるべく耳石系神経の温度刺激への反応と、遠心路切断の内耳機能への影響も検討した。チンチラを用いた形態学的研究において神経標識物質としてbiocytinを使用し、前庭感覚上皮を局部的に損傷すると該当部分を支配する前庭神経の遠心路神経と求心路神経が同時に標識される事が明らかになった。この方法で耳石(球形嚢)と半規管(外側半規管)を各々支配する前庭神経を観察すると、一次求心神経の投射だけでなく遠心神経の細胞体も脳幹内で固有の分布を呈しておりそれぞれ個別の機能を有する可能性が示唆された。モルモットを用いた耳石系一次求心神経機能に関する研究では、卵形嚢を支配する神経について詳細な検討を行った。その結果、モルモット卵形嚢神経はstriola周辺のI型有毛細胞に接続するものと、卵形嚢班全体のI及びII型有毛細胞に分枝して接続するものが見られた。前者は感度の高い不規則発火型神経に、後者は感度の低い規則発火型神経に対応し、形態の異なる神経が機能分担する事が示唆された。同側傾斜で発火の増加する神経は反対側傾斜型より多く。この傾向は規則発火型神経にのみ見られた。規則発火型神経機能のこの様な偏りは前庭機能障害時の姿勢偏倚にも一定の役割を果しているものと考えられた。耳石支配の前庭一次神経の温度刺激に対する反応をモルモットで観察すると耳石系の86%の神経が温度刺激に反応し、このうち不規則発火型神経の方がより鋭敏に温度刺激にも反応する傾向が見られた。また同側傾斜で発火が増加する神経は温刺激で発火が増加、対側刺激で増加する神経は冷刺激で増加する傾向があった。今回の実験により温度刺激検査は半規管だけでなく耳石機能も反映している事が明らかになった。前庭機能異常に対して前庭神経切断術を行うと蝸牛への遠心路も切断される。今回の研究ではヒトにおいて蝸牛の能動的機能を反映するDP-OAEが反対側の音刺激で抑圧される事、この抑圧が前庭神経の切断によって消失する事を示し、ヒト内耳の能動機能が遠心線維によって抑圧されることを明らかにした。
マイクロ波解凍・加熱調理シミュレータの開発

現在,冷凍食品が飛躍的に増加しているが,その多くは電子レンジ(マイクロ波)で解凍するものが多く,解凍の際の加熱むらが問題となっている.また,電子レンジを使って加熱調理する揚合にも,食品の塩分濃度などによって加熱性が異なるため,加熱むらが発生する.本研究においては、この加熱むら発生の抑制を目的として、食品をマイクロ波加熱したときの温度分布を予測するためのシミュレータを開発する。平成15年度においては、任意の誘電特性を持つモデル食品の開発、および四角形や円筒形など特定形状以外の不定形状でも内部温度分布が求められるように、数学モデルを開発した。平成16年度においては、15年度の結果をふまえて以下のことを行った。まず、15年度に開発した数学モデルは、0°C以上の加熱・調理を想定したもので、解凍過程は考慮されていない。加熱と解凍の大きな違いは、凍結点近傍において比熱や熱伝導率の物性値が大きく変化することと、融解時に潜熱を発生することである。本研究においては、見かけ比熱モデルを用いて数学モデルの開発を行った。見かけ比熱モデルは、凍結層と融解層を考慮する必要がなく、一般的な熱伝導方程式を用いることができる。また、温度依存性を持つ物性値の推定にはHayakawaらの推算式を用いた。次に、この数学モデルを用いてシミュレータの開発を行った。シミュレータはパソコン画面上で、(1)形状(円形、半円形、長方形、擬楕円形)、(2)メッシュを作成するための座標データ、(3)解凍過程有無の情報、(4)各要素毎の誘電特性、(5)熱物性値を指定することにより、計算に必要なデータファイルを作成し、そのデータファイルを用いて温度分布を計算するものである。このシミュレータによる計算結果と模擬食品を解凍したときの実測地を比較したところ、良好に一致したことから本シミュレータが有効であることを確認した。現在,冷凍食品が飛躍的に増加しているが,その多くは電子レンジ(マイクロ波)で解凍するものが多く,解凍の際の加熱むらが問題となっている.また,電子レンジを使って加熱調理する場合にも,食品の塩分濃度などによって加熱性が異なるため,加熱むらが発生する.本研究においては、この加熱むら発生の抑制を目的として、食品をマイクロ波加熱したときの温度分布を予測するためのシミュレータを開発する。開発に当たって、マイクロ波加熱実験が必要となるが、実験試料として、一般の食材を用いた場合、季節や個体差によって食品の加熱されやすさ(誘電特性)が変化するので、マイクロ波加熱用模擬食品が開発できれば、極めて有用である。そこで、任煮の誘電特性を持つモデル食品の開発についてまず検討を行った。モデル食品としては、1%寒天をベースに庶糖およびNaClを添加することにより誘電特性を変化させることを試みた。その結果、庶糖の添加は主に誘電率を、NaClの添加は主に誘電損率を変化させることがわかった。このことを利用して、庶糖濃度とNaCl濃度を適宜に組み合わせることにより任意の誘電特性を持つ模擬食品を作ることができることを示した。この内容については、J.Food Eng.に投稿中である。次に、シミュレータの基礎となる数学モデルについて検討を行った。従来の数学モデルにおいては、四角形や円筒形など特定の形状に限定されたものであったが、実際の食品は種々の形をとる。そこで、不定形状でも内部温度分布が求められるように、数学モデルを開発した。例として、板付きかまぼこを想定した半円形の試料について、内部温度分布の測定と数値計算を行った。

その結果、両者は良好に一致し、本数学モデルにより、不定形な食品についても温度分布の予測が可能であることを示した。この内容については、現在、投稿準備中である。現在,冷凍食品が飛躍的に増加しているが,その多くは電子レンジ(マイクロ波)で解凍するものが多く,解凍の際の加熱むらが問題となっている.また,電子レンジを使って加熱調理する場合にも,食品の塩分濃度などによって加熱性が異なるため,加熱むらが発生する.本研究においては、この加熱むら発生の抑制を目的として、食品をマイクロ波加熱したときの温度分布を予測するためのシミュレータを開発する。平成15年度においては、任煮の誘電特性を持つモデル食品の開発、および四角形や円筒形など特定形状以外の不定形状でも内部温度分布が求められるように、数学モデルを開発した。平成16年度においては、15年度の結果をふまえて以下のことを行った。まず、15年度に開発した数学モデルは、0°C以上の加熱・調理を想定したもので、解凍過程は考慮されていない。加熱と解凍の大きな違いは、凍結点近傍において比熱や熱伝導率の物性値が大きく変化することと、融解持に潜熱を発生することである。本研究においては、見かけ比熱モデルを用いて数学モデルの開発を行った。見かけ比熱モデルは、凍結層と融解層を考慮する必要がなく、一般的な熱伝導方程式を用いることができる。また、温度依存性を持つ物性値の推定にはHayakawaらの推算式を用いた。次に、この数学モデルを用いてシミュレータの開発を行った。シミュレータはパソコン画面上で、(1)形状(円形、半円形、長方形、擬楕円形)、(2)メッシュを作成するための座標データ、(3)解凍過程有無の情報、(4)各要素毎の誘電特性、(5)熱物性値を指定することにより、計算に必要なデータファイルを作成し、そのデータファイルを用いて温度分布を計算するものである。このシミュレータによる計算結果と模擬食品を解凍したときの実測値を比較したところ、良好に一致したことから本シミュレータが有効であることを確認した。
分子内電荷移動型化合物の励起状態における動的挙重の解明

p-(N,N-ジメチルアミノ)ベンゾニトリル(I)など,いくつかの化合物は,極性溶媒中で光を吸収すると,ねじれた分子内電荷移動状態(TICT状態)を発現し,蛍光スペクトルには,通常の蛍光の他に,低波数側に新たな蛍光が現れる.我々の研究室では,長らく典型的な分子内電荷移動型化合物の合成と電子状態の研究を行ってきた.そこでまず,これまでに合成した物質の中に, Iと同じように, 2重の蛍光を発するものがあるかどうかを調べた.しかしながら,一連の2,2-ジシアノビニル置換芳香族化合物, 2-ニトロビニル置換芳香族化合物, 2-(アリールメチレン)-1, 3-インダンジオン類など,典型的な分子内電荷移動化合物の中には, TICT状態を発現し, 2重の蛍光を発するものは見られなかった.次に, N-(p-シアノフェニル)アザー15-クラウンー5(II)およびN-(p-ホルミルフェニル)アザー15-クラウンー5(III)の合成を行い,蛍光スペクトルを調べたところ,いずれも大きなクラウン環を持っているにもかかわらず, TICT状態を発現し, 2重の蛍光を発することがわかった.これらのクラウン化合物は,電子供与基側で金属イオンに配位するので,その配位は分子内電荷移動状態を不安定にすることが予想される. II, IIIとも,金属イオンに配位するのが困難で,大過剰の塩を加えないと,大部分の分子を配位させることはできなかった.金属イオンに配位した分子は,一般に蛍光の量子収率が減少したが,意外なことに, TICT状態の発現を阻止することはなかった.クラウン環を持たないIに大過剰の金属塩を加えると,吸収スペクトルはほとんど変化しないにもかかわらず,全体的な蛍光の量子収率は減少した.チオシアン酸塩には,あきらかに消光効果がある.この消光の原因については,現在求明中である.p-(N,N-ジメチルアミノ)ベンゾニトリル(I)など,いくつかの化合物は,極性溶媒中で光を吸収すると,ねじれた分子内電荷移動状態(TICT状態)を発現し,蛍光スペクトルには,通常の蛍光の他に,低波数側に新たな蛍光が現れる.我々の研究室では,長らく典型的な分子内電荷移動型化合物の合成と電子状態の研究を行ってきた.そこでまず,これまでに合成した物質の中に, Iと同じように, 2重の蛍光を発するものがあるかどうかを調べた.しかしながら,一連の2,2-ジシアノビニル置換芳香族化合物, 2-ニトロビニル置換芳香族化合物, 2-(アリールメチレン)-1, 3-インダンジオン類など,典型的な分子内電荷移動化合物の中には, TICT状態を発現し, 2重の蛍光を発するものは見られなかった.次に, N-(p-シアノフェニル)アザー15-クラウンー5(II)およびN-(p-ホルミルフェニル)アザー15-クラウンー5(III)の合成を行い,蛍光スペクトルを調べたところ,いずれも大きなクラウン環を持っているにもかかわらず, TICT状態を発現し, 2重の蛍光を発することがわかった.これらのクラウン化合物は,電子供与基側で金属イオンに配位するので,その配位は分子内電荷移動状態を不安定にすることが予想される. II, IIIとも,金属イオンに配位するのが困難で,大過剰の塩を加えないと,大部分の分子を配位させることはできなかった.金属イオンに配位した分子は,一般に蛍光の量子収率が減少したが,意外なことに, TICT状態の発現を阻止することはなかった.クラウン環を持たないIに大過剰の金属塩を加えると,吸収スペクトルはほとんど変化しないにもかかわらず,全体的な蛍光の量子収率は減少した.チオシアン酸塩には,あきらかに消光効果がある.この消光の原因については,現在求明中である.
多様化する血管内治療デバイスに対応した磁気共鳴画像による塞栓脳動脈瘤破裂徴候検出

脳動脈瘤の塞栓術の術後には再破裂の危険がクリッピング術より高い。経過観察にMRIは不可欠である。デバイスは日々進化しており、デバイスに対応したMRIの撮像方法の確立が急がれている。デバイスごとに造影剤を用いたMRI画像の違いを検出することで、最適な撮像法の確立を試みた。直近の3年間で本邦に導入された新たなデバイスはエンタープライズに加えてニューロフォームであった。期待したパイプラインステントの導入を待っての検討が今後は期待されるところであるが、瘤壁と動脈瘤内腔とコイル塊の間の増強効果を検出基準とした再発予知はp=0.043と統計学的に有意な差を示すマーカーであった。塞栓脳動脈瘤に12ヶ月以上の期間にわたる造影剤投与前後のMRAでの経過観察例の検討を行った。動脈瘤の内腔にコイルが充填された状態の増強効果履歴をプラス、マイナスで分類し、時間的推移をマイナス-マイナス、プラス-マイナス、プラス-プラス(減弱傾向)、プラス-プラス(不変)、マイナス-プラス、プラス-プラス(増悪傾向)と6カテゴリーに細分化した。動脈瘤の臨床的帰結も完全塞栓例、残存頸部もしくは残存瘤だが不変例、残存頸部拡大例、残存瘤拡大例、残存瘤拡大再破裂の5グレードに分類し、不変までを予後良好、それ以降を予後不良と分類した。年齢、性別、動脈瘤の存在部位、多発性、発症がくも膜下出血かどうか、動脈瘤の最大径、動脈瘤の頸部のサイズ、塞栓術の完璧性などを検討した。動脈瘤内に装填されたプラチナコイル塊はMRI信号上、低信号に描出される。この低信号の周囲に造影剤にて増強効果を示しリム状に描出されることがあるが、この増強効果を様々な因子ごとに統計学的検討をした。リム状の増強効果は年齢、性別、存在部位、動脈瘤の多発性、発症がくも膜下出血かにおいては差異を認めなかった(p>0.05)。動脈瘤の最大径のみが多変量解析上、壁増強群への有意に関与し、オッズ比(OR)は1mmあたり1.33であった(p<0.05)。帰結には動脈瘤の最大径(OR=1.25/1mmあたり)と瘤壁の増強効果(OR=6.10)の2つの因子が有意に関与していた(p<0.05)。瘤壁増強のカテゴリーと帰結のグレードのSpearmanの相関係数は0.53(p<0.05)であった。動脈瘤拡大傾向を示すにもかかわらずリム状のコイル周囲の増強効果を示さない例は動脈瘤の頸部増大例であった。リム状のコイル周囲の増強効果の増悪は塞栓脳動脈瘤の破裂徴候と考えられた。コイルによる瘤内塞栓術の行われた脳動脈瘤のうち12ヶ月以上の期間にわたる造影剤投与前後のMRAでの経過観察例の検討を行った。瘤壁の増強効果履歴をあり(プラス)、なし(マイナス)で分類し、さらに時間的推移をマイナス-マイナス、プラス-マイナス、プラス-プラス(減弱傾向)、プラス-プラス(不変)、マイナス-プラス、プラス-プラス(増悪傾向)と6カテゴリーに細分化した。年齢、性別、動脈瘤の存在部位、多発性、発症がくも膜下出血かどうか、動脈瘤の最大径(mm単位)、動脈瘤の頸部のサイズ(mm単位)、塞栓術の完璧性などを検討した。瘤壁の増強効果は年齢、性別、存在部位、動脈瘤の多発性、発症がくも膜下出血かどうかおいては差異を認めなかった(p>0.05)。動脈瘤の最大径のみが多変量解析上、壁増強群への有意な関与が認められ、オッズ比(OR)は1mmあたり1.17であった(p<0.05)。帰結には動脈瘤の最大径(OR=1.37/1mmあたり)と瘤壁の増強効果(OR=5.10)の2つの因子が有意に関与していた(p<0.05)。瘤壁増強のカテゴリーと帰結のグレードのSpearmanの相関係数は0.5514(p<0.05)であった。動脈瘤拡大傾向を示すにもかかわらず瘤壁の増強効果を示さない例は動脈瘤の頸部増大例であった。瘤壁の増強効果の増悪は塞栓脳動脈瘤の破裂徴候と考えられた。動脈瘤内へのコイル充填率を上げるためのコイル安定化のために使用されるステントや充填するコイルなど様々なデバイスが形状、材質を変えて開発、使用されている脳動脈瘤の血管内塞栓治療後の予後・安定化の正確な評価法の確立を研究した。

塞栓術の行われた臨床例を発症様式や動脈瘤のサイズ・部位、またくも膜下出血発症か、画像診断による発見かの群に分け、それぞれに行われた塞栓療法の際に使用されたデバイスごとに、年齢、性別や使用したMRI装置や画像での動脈瘤壁の状態(造影剤増強効果)やその経時的推移と再破裂徴候の出現を各種パラメータ(ここではMRI撮像の際の使用シークエンスや臨床的背景因子)ごとに解析し、複数のパラメータが入り組んで作用すると考えられる因子に関してはロジスティク多変量解析を行った。塞栓術を行った症例数は300を超えたが、統計検討対象例には様々な除外事項が存在したため、論文などの検討対象例は百数十例となった。結果は、統計学的に塞栓術後に追跡した動脈瘤壁の増強効果の経時的悪化と初期治療時における塞栓術完璧性の2点で有意差を持って再破裂および再増大によるmass effectの増悪等の臨床的危険徴候の出現を認めた。すなわちコイル周囲増強効果に関して、多変量解析でも有意に再発兆候を示していた(P=0.043).ただし過去の報告に見られる塞栓術の不十分例の再発危険率に関しては統計学的有意差の統計的パワーははP=0.002であり、統計学的パワーを考慮すると瘤壁及び瘤周囲の増強効果はきわめて高いとまでは言えないものであった。これらの結果と治験は塞栓脳動脈瘤の破裂徴候検出にMRIはきわめて有効な手段であり、今後の臨床応用にきわめて重要な役割を持つと考えられた。磁気共鳴医学エンタープライズステントアシスト下の脳動脈瘤塞栓術症例は4例の追加が得られた。ニューロフォームのMRI臨床試用は経験的に慣れているエンタープライズステントを血管内手術時に採用することが外科的見地から選択されているため、本施設ではまだ行われていないが平成26年度には開始できる見込みである。またパイプラインステントは我が国への臨床使用が未だ開始できていない状況であり、脳動脈瘤のステントをパイプラインステントとプラチナコイルとの併用下による治療後のMRA画像評価に関しては多種類のデバイスによる比較検討には至っていない。ただし、こちらも平成26年度中には開始できると思われる。したがって、これらのデバイスを併用したプラチナコイル使用下の脳動脈瘤の破裂徴候検出に関しては当初の予定よりは若干遅れている。ニューロフォームやパイプラインステントの使用は未だできていない状況であり、多種類のデバイスによる比較検討には至っていない。ただしエンタープライズステントアシスト下の脳動脈瘤塞栓術症例は2例の追加が得られ、bare platinumコイル塞栓症例はさらに10例の追加が得られているため、研究全体としてはおおむね順調に進行していると判断する。ハイドロコイルの使用例の検討を行い、プラチナコイルにも金属組成の違いがあることを考慮してコイルデバイスの違いによるリム状のコイル周囲の増強効果の推移の検討を充実させる。平成25年度に本邦への臨床導入が遅れており、平成26年度に導入が延期になっているパイプラインステント併用の塞栓術後のMRAによる本研究は本邦への導入後直ちに我々の施設でも臨床応用を行うことで可能と判断している。ハイドロコイルの使用例の検討を行い、コイルデバイスの違いによる動脈瘤壁の増強効果の推移の検討を充実させる。平成25年度に予定していたパイプラインステントによる臨床研究が、パイプラインステントの本邦への導入が遅れているため若干延期することとなった。ただし平成26年度には我が国への臨床適用が開始される予定であることから、我々の施設でも本研究は進行すると考えられる。未使用経費は繰り越しとし、ニューロフォームによる臨床検討とともに次年度に行うこととした。
リアルタイムソフトウェアシステムの予防保全に関する理論的研究

本年度は,オペレーティングシステムに対する予防保全スケジュールの生成問題について調査した.Software Rejuvenationを実施することが最も効果的なリアルタイムシステムはオペレーティングシステムであると考えられるため,オペレーティングシステムにおけるエージング現象をモデル化し,オペレーティングシステム上で動作している多くのアプリケーションソフトウェアに対する非同期的挙動を数理的に表現することが本質的に重要な問題となる.これは,外部環境からのアクセスに対する確率的性質に大きく依存するサーバシステムとは異なり,非同期性,分散性,協調性を伴う離散事象システムとして捉える必要がある.オペレーティングシステムの動作特性を記述するためには様々な方法が考えられるが,本研究では確率ペトリネットによるアプローチを採用した.最も単純な指数発火を伴う確率ペトリネットを解析するためには,その可達木が連続状態マルコフ連鎖に帰着されることから,初年度に構築したSHARP2000に基づいたアルゴリズムを直接用いればよい.しかしながら,オペレーティングシステムにおけるエージング特性は無記憶性を有することが稀であるのが通常であり,より一般的なMarkov Regenerative確率ペトリネットのクラスに属する確率過程によって記述される.現在までにMarkov Regenerative確率ペトリネットの専用解析ツールはデューク大学電気計算機工学科において開発された"SPNP2000"だけであり,さらにソフトウェアディペンダビリティ尺度を算出したり予防保全アルゴリズムを決定するために,SPNP2000のカーネル部分の改良を行った.また,ここではSPNP2000上でオペレーティングシステムの動作特性を表現し,さらに予防保全スケジュールとディペンダビリティ尺度を計算するためのアルゴリズムの開発ならびにシステムの実装を行った.購入したデスクトップ型パーソナルコンピュータは,SPNP2000の専用ハードウェアとして,また大学研究室に設置している全ての端末からオペレーティングシステムの動作情報を逐次記録するためのデータベースとしても利用した.初年度購入したノート型パーソナルコンピュータとの互換性は,データやアルゴリズムの共同利用を行うためには不可欠であったため,Windowsマシンの中でも特にコンパチブルなタイプを選定した.最終的に,Nバージョンプログラミングやリカバリブロック等の典型的な耐故障計算技術とのパフォーマンスを比較し,高信頼性リアルタイムシステムに対するRejuvenation Scheduleの有効性を調べた.ソフトウェアエージング現象を統計的に説明するために、(株)SUN Microsystemsによって公表されているソフトウェアシステムの故障データの解析を行った。現在、日本のいくつかのソフトウェアハウスにも故障データの公開を打診している最中であり、もし実現すれば他のリアルタイムシステムに対する故障データも解析する予定である。さらに、ソフトウェアシステムの内部劣化現象を描写するための確率モデルを提案し、実データへの適合性を検証した。さらに、具体的なリアルタイムソフトウェアシステムの予防保全問題について考察した。具体的には、トランザクション処理に基づいたサーバシステムに対する予防保全スケジュールの生成問題に着目し、サーバシステムの動作特性を記述するための待ち行列モデルを構築し、数値的に予防保全スケジュールを決定するためのアルゴリズムを開発した。本年度は,オペレーティングシステムに対する予防保全スケジュールの生成問題について調査した.Software Rejuvenationを実施することが最も効果的なリアルタイムシステムはオペレーティングシステムであると考えられるため,オペレーティングシステムにおけるエージング現象をモデル化し,オペレーティングシステム上で動作している多くのアプリケーションソフトウェアに対する非同期的挙動を数理的に表現することが本質的に重要な問題となる.これは,外部環境からのアクセスに対する確率的性質に大きく依存するサーバシステムとは異なり,非同期性,分散性,協調性を伴う離散事象システムとして捉える必要がある.オペレーティングシステムの動作特性を記述するためには様々な方法が考えられるが,本研究では確率ペトリネットによるアプローチを採用した.最も単純な指数発火を伴う確率ペトリネットを解析するためには,その可達木が連続状態マルコフ連鎖に帰着されることから,初年度に構築したSHARP2000に基づいたアルゴリズムを直接用いればよい.しかしながら,オペレーティングシステムにおけるエージング特性は無記憶性を有することが稀であるのが通常であり,より一般的なMarkov Regenerative確率ペトリネットのクラスに属する確率過程によって記述される.現在までにMarkov Regenerative確率ペトリネットの専用解析ツールはデューク大学電気計算機工学科において開発された"SPNP2000"だけであり,さらにソフトウェアディペンダビリティ尺度を算出したり予防保全アルゴリズムを決定するために,SPNP2000のカーネル部分の改良を行った.また,ここではSPNP2000上でオペレーティングシステムの動作特性を表現し,さらに予防保全スケジュールとディペンダビリティ尺度を計算するためのアルゴリズムの開発ならびにシステムの実装を行った.購入したデスクトップ型パーソナルコンピュータは,SPNP2000の専用ハードウェアとして,また大学研究室に設置している全ての端末からオペレーティングシステムの動作情報を逐次記録するためのデータベースとしても利用した.初年度購入したノート型パーソナルコンピュータとの互換性は,データやアルゴリズムの共同利用を行うためには不可欠であったため,Windowsマシンの中でも特にコンパチブルなタイプを選定した.最終的に,Nバージョンプログラミングやリカバリブロック等の典型的な耐故障計算技術とのパフォーマンスを比較し,高信頼性リアルタイムシステムに対するRejuvenation Scheduleの有効性を調べた.
１分子ペプチドシークエンシング法の開発

π電子系アミノ酸分子、σ電子系アミノ酸分子、およびリン酸化チロシンをトンネル電流で識別し、全20種類のアミノ酸分子と1種類のリン酸化アミノ酸分子の1分子電気伝導度の決定と電気伝導機構の解明を行うことを目的として、DNAとmiRNAの塩基配列決定を行ってきた機械的破断接合によるナノギャップ電極を用いて、溶液中で1分子電気伝導度計測を行った。π電子系、σ電子系アミノ酸分子、およびリン酸化チロシンの計測では、スパイク状の電流シグナルが得られ、ベース電流より大きな電流が得られた。得られた1分子コンダクタンスをもとに、コンダクタンスヒストグラムを作成したところ、それぞれの分子に対応して1つのピークコンダクタンスが得られた。π電子系アミノ酸分子の1分子コンダクタンスは、σ電子系アミノ酸分子の1分子コンダクタンスより大きい値となったが、σ電子系アミノ酸分子では、統計的に有意な1分子コンダクタンスが得られないものがあった。これは、σ電子系アミノ酸分子は、長い側鎖のため、非常に弱い電極ー分子間の電子的カップリングを持ち、また電流を流しにくい電子構造を持つ最高占有分子軌道(HOMO)と最低非占有分子軌道(LUMO)が、電極のフェルミ準位から深い位置に存在するためと考えられる。20種類のアミノ酸分子の分子軌道計算を行い、HOMOとLUMOのエネルギー準位を調べたところ、電極のフェルミ準位から深いHOMO・LUMOを持つアミノ酸分子は、1分子コンダクタンスが得られないアミノ酸分子と対応していた。さらに、アミノ酸分子のHOMOとLUMOのエネルギー準位のpH依存性を量子化学計算により評価したところ、pHの増加に伴い、HOMOとLUMOのエネルギー準位が高くなり、pHの大きさにより、HOMOとLUMOのエネルギー準位の順番が入れ替わることが示唆された。26年度が最終年度であるため、記入しない。
酵母ユビキチンライゲースによる細胞増殖制御

出芽酵母Rsp5は増殖に必須な、また、Tom1は高温増殖に必須なユビキチンライゲースである。Rsp5と複合体を形成しているBul1とそのホモログであるBul2を欠損すると、1MNaCl,37°C,グリセロール培地など、所謂、ストレス条件下での増殖が不能となる。また、bul1 bul2 2重破壊株の温度感受性を抑圧するマルチコピーサプレッサーとしてSTRE-を介する遺伝子発現に関与する転写因子をコードするMSN2が同定された。そこで、ストレス応答遺伝子発現について調べたところ、rsp5やbul1/bul2株では、高温シフト後のHSEを介する遺伝子発現の誘導に欠損が見られた。また、高温シフト後のSTRE-を介する遺伝子発現にRsp5やTom1ユビキチンライゲースが関与することが分かった。さらに、rsp5温度感受性のマルチコピーサプレッサーであるWHI2の欠失株では、高温ばかりでなく、塩ストレスなどによる様々なストレスに呼応する遺伝子発現の誘導に欠損があった。Msn2は非ストレス下では、細胞質に存在するが、ストレス後、核へと移行することが知られている。rsp5やwhi2変異株では、この核移行には異常がなかった。これらの株では、野生型に比べ、Msn2転写因子がリン酸化され、不活化していることが示唆された。
「聞くこと」を取り入れた多読指導の効果についての実証的研究 2

○研究目的文字によるインプットの絶対量不足,生徒の長文読解の苦手意識,「読み」の能力育成の重要性が増している現状に対応する方策がない,という問題を解決するために,個々の生徒のレベルに対応した「多読」指導を行い,中学校において効果のある「多読」指導の方法を明らかにする。○研究方法「多読」を進めるために必要と言われている「速読」の力を伸ばすための「速読」練習と,「多聴」を取り入れた「多読」の授業を実施して,その効果を測定した。「速読」の指導に関しては,「速読」テストを実施し,読むスピードと理解度でその効果を測った。「多聴」を取り入れた「多読」の指導に関しては,読語数・読み方・読むレベルの変容についての調査でその効果を測った。○研究成果「速読」練習及び「多聴」を取り入れた「多読」指導を受けた生徒は,平成19年度は、年間で平均75,253語読み,平成18年度の通年平均68,763語を約7,000語上回った。また、最少読語数は33,283語で,最も読んだ参加者は267,416語読破した。読むスピードの平均は1分間に読めた語数で計った。学習開始時の読むスピードの平均は74.6wpmだったが、授業終了直前の読むスピードの平均は113.0wpmであった。平成17年度の研究から得られた「中学3年生の天井効果は150wpmあたり」という学習の伸び悩みを,平成18年度は大きく打ち破ったが,平成19年度はそこまでは至っていない。しかしながら,公立中学校の現状から照らし合わせると,平均38.2wpmという伸びは,学習効果としては小さくないといえる。理解度は、テストの本文を返り読みしないで内容理解問題を解くという方法で行った。学習開始時は42%の正解率であったが、授業終了直前は72%の正答率で、理解度が伴った「速読」力がついたといえる。「多聴」を取り入れた「多読」を学習した生徒の意識の変容については,情意アンケートを用いた。全体平均は68%の生徒が満足しており、学習者は達成感を得たことがわかる。
ポジトロンCT(PET)を用いた咀嚼時の筋機能および脳機能に関する研究

昨年度は、健常な正常有歯顎者を、任意側咀嚼群、右側咀嚼群、対照群の三群に分け、各群にはそれぞれ、咀嚼側を限定しない30分間のガムの咀嚼、咀嚼側を右側に限定した30分のガム咀嚼、30分間の安静をタスクとして与え、^<18>F-Fluorodeoxy-D-glucose(FDG)を56±8MBq(1.51±0.22mCi)を用いてPET画像を収集し分析した。咀嚼筋、舌筋の局所糖代謝量と相関して局所脳糖代謝量が増加した領域を検索した結果、任意側咀嚼時では、各筋と脳の局所糖代謝量との間に相関は認められなかったが、右側咀嚼時には各筋と脳の特定の領域の局所糖代謝量との間に正の相関が認められた。今年度は、脳の各活動領域と相関を示す筋群をさらに詳細に分析したところ、橋の局所糖代謝と相関を示す筋(両側咬筋、両側側頭筋)、小脳の局所糖代謝と相関を示す筋(左側内側翼突筋、左側外舌筋、オトガイ舌骨筋)、線状体の局所糖代謝と相関を示す筋(左側外側翼突筋)、これらの領域のいくつかに相関を示す筋(両側外側翼突筋、右側外舌筋、内舌筋)に大きく分類することができた。橋は皮質咀嚼野から対側の閉口筋への興奮を伝達する経路であり、相関を示した領域には三叉神経運動核が存在することから、咬筋、側頭筋と相関して活動したものと考えられる。小脳は運動と筋の緊張のコントロールを行う役割を果たしていることから、内側翼突筋や舌筋群は下顎運動の安定および口腔内でのガムの保持に関与していることが示唆された。また、線状体は運動の中枢プログラム作成など複雑な運動の制御に関連していると考えられてることから、外側翼突筋は対側の咀嚼運動における運動の調節を担っているものと推察される。全身的に健常な正常有歯顎者(成人男性27名)を,任意側咀嚼群(9名),右側咀嚼唱群(7名),対照群(11名)の三群に分けた.任意側咀嚼群の被検者には30分間ガムを任意に咀嚼させ,右側咀嚼群の被検者には咀嚼側を右側に限定して30分間の咀嚼を行わせた.対照群の被検者には,30分間の安静を指示した.標識薬剤には,^<18>F-Fluorodeoxy-D-glucose(FDG)を56±8MBq(1.51±0.22mCi)用いた.PETは三次元データ収集型PET装置(島津製作所製HEADTOME V SET2400W)を三次元データ収集モードにて用いた.各筋の局所糖代謝量と相関して局所脳糖代謝量が増加した領域を明らかにするため,脳画像解析用ソフトSPM96を用いて任意側咀嚼,右側咀嚼の際の各筋のそれぞれの平均PETカウントと全脳各ボクセルについて共分散分析を行い,さらにFisher-Z変換を行った.この際,多重比較無補正の危険率が0.1%以下(Z≧3.23)のものを相関を示した領域とし,連続補正後の危険率が5%以下のもの(Z≧4.43)を有意に相関した領域とした.その結果,任意側咀嚼時では各筋と脳の局所糖代謝量との間に相関は認められなかった.一方,右側咀嚼時には各筋と脳の特定の領域の局所糖代謝量との間に正の相関が認められた.右側咬筋,右側側頭筋,右側外側翼突筋,右側外舌筋,内舌筋と脳の特定の領域の活動との間には有意な相関(Z≧4.43)が観察され,また,左側咬筋,左側側頭筋,左側内側翼突筋,左側外側翼突筋,左側外舌筋,オトガイ舌骨筋では,脳の特定の領域の活動と相関を示す傾向(Z≧3.23)が観察された.右側内側翼突筋と相関を示す領域は認められなかった.昨年度は、健常な正常有歯顎者を、任意側咀嚼群、右側咀嚼群、対照群の三群に分け、各群にはそれぞれ、咀嚼側を限定しない30分間のガムの咀嚼、咀嚼側を右側に限定した30分のガム咀嚼、30分間の安静をタスクとして与え、^<18>F-Fluorodeoxy-D-glucose(FDG)を56±8MBq(1.51±0.22mCi)を用いてPET画像を収集し分析した。

今年度は、脳の各活動領域と相関を示す筋群をさらに詳細に分析したところ、橋の局所糖代謝と相関を示す筋(両側咬筋、両側側頭筋)、小脳の局所糖代謝と相関を示す筋(左側内側翼突筋、左側外舌筋、オトガイ舌骨筋)、線状体の局所糖代謝と相関を示す筋(左側外側翼突筋)、これらの領域のいくつかに相関を示す筋(両側外側翼突筋、右側外舌筋、内舌筋)に大きく分類することができた。橋は皮質咀嚼野から対側の閉口筋への興奮を伝達する経路であり、相関を示した領域には三叉神経運動核が存在することから、咬筋、側頭筋と相関して活動したものと考えられる。小脳は運動と筋の緊張のコントロールを行う役割を果たしていることから、内側翼突筋や舌筋群は下顎運動の安定および口腔内でのガムの保持に関与していることが示唆された。また、線状体は運動の中枢プログラム作成など複雑な運動の制御に関連していると考えられてることから、外側翼突筋は対側の咀嚼運動における運動の調節を担っているものと推察される。
排水中からの有機汚染物質除去を目的としたプラズマグラフトフィリング重合膜の設計

本研究の目的は、溶媒処理、特に排水処理において高い性能を有するフィリング重合膜を用いて、それぞれの排水系に適した重合膜を設計することにある。設計のためには膜中での溶媒の溶解性・拡散性をそれぞれ予測し、フィリング重合膜の基材による膨潤抑制カと併せて分離性能を計算だけから予測する必要がある。様々な基材・充填ポリマーを設定し、分離膜が示すであろう分離性能を予測することにより、それぞれの排水処理に適した充項責ポリマーおよび基材強度を選ぶ。選択された素材および基材を用いて重合膜を作製することが本研究で行う設計・開発である。ゴム状ポリマー、ガラス状ポリマー、極性溶媒、非極性溶媒系のいずれにおいても、分子構造だけから実験値を予測する手法を開発した。アクリレートポリマーおよびメタクリレートポリマーを対象としてポリマー溶解性試験、拡散性試験、膜透過性試験を行い、高分手物性および膜性能を評価した。溶解性の推算には、非極性溶媒系に対してはUnifac-FM法、GCLF-EOS法を、極性溶媒系に対しては水素結合を考慮したLF-EOS-HB法を用いた。細孔中に充填されたポリマーの膨潤抑制挙動に関して、新たにモデルを構築した。細孔充填ポリマー中の拡散性に関しては自由体積理輪を適用した。ゴム状ポリマーだけでなく、ガラス状ポリマーヘも拡張できる理論を新たに提案した。これらを総合し、膜透過性の予測を行った。予測した溶解性、拡散性、膜透過性は、いずれにおいても実験値を良好に再現した。つまり、膜および溶剤の化学構造が分かれば、膜の透過性能を予測するモデル群を構築し、コンピュータ上でのスクリーニング試験を可能とする設計法をほぼ確立した。設計のためには膜中での溶媒の溶解性・拡散性をそれぞれ予測し、フィリング重合膜の基材による膨潤抑制力と併せて分離性能を計算だけから予測する必要がある。様々な基材・充填ポリマーを設定し、分離膜が示すであろう分離性能を予測することにより、それぞれの排水処理に適した充填ポリマーおよび基材強度を選ぶ。本年度においてポリマーの溶解性・拡散性の評価および推算法を検討した。ポリマーの溶解性測定は石英スプリングによる収着実験装置を用いた。溶媒としてベンゼン、水、アルコール類、ポリマーとして各種アクリレート類を用いた。溶解性においては従来用いてきたUnifac-FV法だけでなく、水素結合力も考慮した格子理論を用いて評価した。水を含む系においては水素結合の影響は無視できず、Unifac-FV法よりも格子理論の方がより高い推算精度を与えた。自己拡散係数の測定はパルス磁場勾配式NMR法を用いた。溶媒としてベンゼン、ポリマーとして各種アクリレート類を用いた。拡散性の予測は自由体積理論を用いて行った。現在までにポリマーの自由体積パラメーターの2つを除き、必要なパラメーターは全て溶媒またはポリマーユニットの分子構造より求められる。しかしながら、設計を行うためには全てのパラメーターを分子構造だけから求めることが必要である。これら2つのパラメーターを物理的意味のあるガラス転移温度Tg以上または以下での熱膨張係数の差【.upper filled triangle.】αおよびTgにおけるホール自由体積fgに変換し、それぞれの推算を試みた。その結果、【.upper filled triangle.】αについては分子構造から予測できる可能性を示せたが,fgについては現在のところアクリレートまたはメタクリレートなどの各種ポリマー群について側鎖の長さをパラメーターとして整理できるだけで、分子構造からの推算までには至っていない。今後の課題である。

また、分子動力学計算より、Tgにおけるホール自由体積を求めたが、この値は分子自身が持つフアンデルワールス体積の1割以下であることも確認した。これらの推算結果を基にして、膜計算を行う予定である。本研究の目的は、溶媒処理、特に排水処理において高い性能を有するフィリング重合膜を用いて、それぞれの排水系に適した重合膜を設計することにある。設計のためには膜中での溶媒の溶解性・拡散性をそれぞれ予測し、フィリング重合膜の基材による膨潤抑制力と併せて分離性能を計算だけから予測する必要がある。様々な基材・充填ポリマーを設定し、分離膜が示すであろう分離性能を予測することにより、それぞれの排水処理に適した充填ポリマーおよび基材強度を選ぶ。選択された素材および基材を用いて重合膜を作製することが本研究で行う設計・開発である。本年度において多孔性基材の開発、水素結合が介在するポリマーと溶媒間の溶解性・拡散性および膜としたときの透過性の評価および推算法を検討した。機械的強度の異なる多孔性高密度ポリエチレン基材を開発した。ポリマーの溶解性測定は石英スプリングによる収着実験装置を用いた。溶媒として近年、半導体工場周辺での地下水汚染が問題となっている塩素系有機洗浄剤であるクロロホルム、ジクロロメタンを、ポリマーとして各種アクリレート類を用いた。溶解性においては従来用いてきたUnifac-FV法だけでなく、水素結合力も考慮した格子理論(LF-EOS-HBモデル)を用いて評価した。クロロホルムやジクロロメタンのC-H結合とアクリレートポリマーの-COO-基は水素結合していることをFT-IR測定より確認した。また、その水素結合可能なCOO基の割り合いはポリマーの重合度によって異なるが、分子量が数万以上と大きなフィリング重合膜の場合は分子量依存性は無く、一定と仮定できることを見い出した。これにより、分子量の影響の無い水素結合を含んだ格子モデルによりこれら塩素系有機物とポリマーの溶解性を推算することに成功した。相互拡散係数の測量はステップアップ蒸気透過法を用いた。溶媒として同様にクロロホルムおよびジクロロメタン、ポリマーとして各種アクリレート類を用いた。拡散性の予測は自由体積理論を用いて行ったが、通常の自由体積理論による推算結果は実験結果と一致しなかった。明らかに水素結合による分子運動性の束縛の影響があり、拡散性の低下は上記格子モデルにおける水素結合量とリニアーな関係があることを明らかにした。水素結合による束縛の影響をモデルに反映させる必要がある。これらの結果を用いて膜透過性を予測した結果、実験結果をよく再現した。本研究の目的は、溶媒処理、特に排水処理において高い性能を有するフィリング重合膜を用いて、それぞれの配水系に適した重合膜を設計することにある。