hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
家族用分散型電熱源のエネルギー利用効率向上と省エネライフスタイル

本研究では、家庭用エネルギーの総合利用効率の向上を目的として、家庭用分散型電熱源機器の排熱利用と居住者のライフスタイルの影響に着目して検討を進めた。まず、家庭用固体高分子形燃料電池CGS、家庭用固体酸化物形燃料電池CGS、家庭用ガスエンジンμCGSの3つのコージェネレーションシステムと家庭用自然冷媒(CO_2)HP給湯器について実運転状況を再現できる計算モデルを構築し、それを用いて個別分散型電熱源機器の地域別導入効果を算出した。検討の結果、給湯負荷が大きいほどCGSのエネルギー効率が高くなる傾向が見られた。そこで排熱の有効利用のため、排熱利用機器と個別分散型電熱源機器とのコンビネーションシステムについて検討を進めた。ここでは夏季の排熱を利用するデシカント換気システムと冬季の排熱を利用する温水式床暖房とを対象とし、家庭用固体高分子形燃料電池CGSとを組み合わせた際の省エネルギー効果等について明らかにした。次に、さらなる総合エネルギー利用効率の向上、省エネルギーの実現のため、電力需要や給湯需要と密接な関わりのあるライフスタイルについて検討を進めた。まず、ライフスタイル調査を実施し、既往のライフスタイル調査の結果も活用して、複数世帯で1台の燃料電池CGSを共有する使い方を提案し、その導入効果を明らかにした。さらに、分散型電熱源機器が福岡市全体に普及した場合の系統電力の負荷平準化効果についても明らかにした。最後に、多様な単身世帯のライフスタイルについての実態調査を行い、その生活パターンとエネルギー消費行動との関わりについて詳細に分析の上、分類・整理した。さらにライフスタイルからエネルギー消費量を推定する計算モデルを構築し、それを用いてライフスタイルに応じた有効な省エネルギー対策について検討した。最後に、これらの結果から、省エネライフスタイルへ誘導するためのフローチャートを作成した。家庭に於ける総合エネルギー効率を高める切り札として、また将来的には脱化石燃料のコア技術として、開発と導入が進められている家庭用固体高分子形燃料電池CGS(以下、PEFC-CGS)の導入効果について、数値シミュレーションモデルの構築を行い、その検討を行った。本年度は、PEFC-CGS単体の検討(生活パターン別・共有戸数別)に加え、PEFC-CGSと温水式床暖房システム、デシカント換気システム、キャパシタ蓄電システムとの併用効果について検討を行った。生活パターン別では、給湯負荷が大きい電力・給湯多消費モデルで9.0%、給湯多消費モデルで10.4%の年間1次エネルギー消費量が削減され、給湯負荷が大きいほどPEFC-CGS導入効果が高くなることが分かった。また、熱電比が大きいほど、PEFC-CGS導入効果が高くなる。また、複数世帯で共有した場合、一世帯あたりの年間1次エネルギー及びCO_2排出量の削減率は、単一世帯に導入した場合よりも高く、3世帯共有とした場合が最大となった。温水式床暖房との併用システムでは、排熱利用促進によりPEFC-CGSの運転時間が増加することから、PEFC-CGSのガスの1次エネルギー消費量が増加するが、床暖房効果によるエアコン負荷の削減とPEFC-CGSからの発電量の増加により、買電量の1次エネルギー消費量が大幅に削減される。従来システムとの比較では、最大12%の一次エネルギー消費量の削減が可能となった。デシカント換気システムとの併用では、冷房負荷の減少は見られるものの、排熱が有効に利用されることからPEFC-CGSの運転時間が延び、直接的には一次エネルギー消費量削減には繋がらない。しかし、冷房負荷の処理がエアコン(電気)からデシカント(ガス)に移行するため、CO_2排出量は削減されるという結果になった。また、キャパシタ蓄電システムでは、PEFC-CGSならびに発電効率がさらに高い固体酸化物形燃料電池CGS(SOFC-CGS)との併用効果を検討した。より自立性の高い電熱源システムの可能性が示されたが、蓄電容量の設定など課題も残る結果となった。

本年度は、対象とする個別分散型電熱源機器の拡張、分散型電熱源が系統電力の負荷平準化に及ぼす影響の把握、総合エネルギー利用効率を高める省エネライフスタイルの検討を行った。これまで検討してきたPEFC-CGSの導入効果の検討に加え、新たにSOFC-CGS、家庭用ガスエンジンCGS及び家庭用自然冷媒ヒートポンプ給湯器の導入効果を算出するプログラムを構築し、導入効果を比較検討した。その結果、SOFC-CGSが最も導入効果が高く、戸建住宅(福岡市、4人家族)で年間約16%の1次エネルギーが削減される結果を得た。一方、集合住宅においては、複数戸でCGSを共有することで、排熱が有効に利用され、さらに高い導入効果が得られること、CGSを集合住宅複数戸(4戸)で共有する場合の適した1戸あたりの定格発電出力はいずれの機器においても1kW以下であること、などを明らかにした。また、福岡市を対象にすべての住宅にPEFC-CGSが導入された場合の電力負荷平準化効果を算出したところ、従来の最大電力約167万kWに対して導入後は約163万kWとなり、最大負荷が約4万kW低減される結果となった。省エネライフスタイルの検討では、今後増加すると予測される単身世帯のライフスタイルを調査(有効回答858世帯)し、単身世帯のライフスタイルの変更による省エネルギー効果について検証した。調査結果を、生活行動時間パターン4分類と保有家電機器タイプ4分類の組み合わせである16通りに分類し、省エネルギー対策メニューのケーススタディを行った結果、ライフスタイルの変更によるエネルギー削減率は30%程度であり、住宅内エネルギー消費量に大きな影響を及ぼすことがわかった。また、現状のライフスタイルに応じて目指すべき省エネライフスタイルが異なることを具体的に明らかにした。
疾患の有無による肩関節運動への影響について-体幹装具による介入効果の検証-

本研究は若年健常者と肩関節疾患者に対し,良姿勢の構築と腹横筋などのコアマッスルも強化できる抗力を具備した継ぎ手を有する体幹訓練機器Trunk Solution(以下TS)の使用の有無で,その効果を評価し,肩関節への治療だけでなく機能・構造不全の予防などの臨床応用を目指すものである.2016年度2017年度までに評価システムの構築および健常者を対象とした計測を実施したが,研究代表者の勤務地の変更などによって,研究が遅れ,より質の高い研究成果を報告するために2018年度まで研究実施期間を延長した.肩峰下接触動態の計測には超音波診断装置を使用し,また肩甲骨の三次元的な動きの計測には三次元動作解析装置VICONを用いた.2018年度中に9名9肩の若年健常者と7名7肩の肩関節疾患者をTSの使用の有無による肩関節外転運動における肩峰下接触動態の変化や肩甲骨の三次元的な動きへの影響を検証するため,データの統計学的な解析を行うことができた.結果として若年健常者ではTSの使用の有無に関わらず肩甲骨の三次元的な動きに有意な差はみられなかったが,肩関節疾患者ではTSを使用することで肩甲骨の上方回旋角度が有意に大きくなり,さらには肩峰下接触動態も若年健常者のパターンに類似する結果となった.これらの結果は,肩関節疾患者においてTSを使用することで肩関節の運動が健常者に近づき,機能・構造不全を予防することに有用であることを示唆している.本研究の目的は、肩峰下接触動態と肩甲骨の三次元動態変化の基準値を作成することで理学療法分野における疾病予防の一助となること。肩甲骨は肩甲上腕関節の土台であるという考えからも肩甲骨の動きの異常やアライメントの崩れなどが注目されている.姿勢が肩甲骨の動きやアライメントに影響を及ぼすことは良く知られている.そこで姿勢の改善を目的とした体幹装具Trunk Solution(以下,TS)を高齢者や肩関関節疾患者に使用させ,その効果を三次元動作分析装置と超音波診断装置から得られる上腕骨頭間距離と肩甲骨の三次元的な動きを指標として評価し,その実用化を目指すものである。本研究では若年者と高齢者、肩関節疾患者の肩甲骨の三次元的な動きや肩甲上腕関節内部の動態など多角的に調査し、各年代間や疾患の有無による相違点を検討している。現在まで3名の若年健常被験者の測定を完了した。その結果、TSを用いて姿勢を改善することで肩甲骨の三次元的な動きが大きくなる傾向がみられた。全被験者分の測定は行えていないが10月までにに完了する予定である。現在までの結果より姿勢改善目的として装具(TS)を用いることで肩甲骨の動きへ影響を与える可能性が考えられた。今後は、加齢による影響や疾患の有無による影響を検証していく。今回得られる結果は肩関節疾患者や高齢者において、肩甲骨の三次元的な動きの低下が加齢よるものなのか、それとも疾患によるものなのかと、障害と関係性を理解する上で有益な情報となる。また、各年代の特性を把握することで、肩関節疾患予防のための指標となり、理学療法分野だけでなく疾病予防のリハビリテーションでのアプローチの重要な知見となると考えられる。高齢者および肩関節疾患者の募集に難航しているため。平成29年度は募集範囲を拡大して対応していく予定である。本研究の目的は、肩峰下接触動態と肩甲骨の三次元的な動きの基準値を作成することで理学療法分野における疾病予防の一助になることである。肩甲骨の三次元的な動きの異常や姿勢アライメントの不良に伴う、肩こりなどの頸部痛は、Years lived with disability;YLDs(生活に支障をきたす年数)でも常に上位に位置し、労働損失にも影響を来している。そこで、姿勢を改善する体幹訓練機器Trunk Solution(以下;TS)を高齢者や肩関節痛を有するもの、肩関節疾患者に装着し、その効果を超音波診断装置や三次元動作分析装置から得られる肩峰下接触動態と肩甲骨の三次元的な動きを指標として評価し、TSの実用化を目指すものである。本研究では、若年者と高齢者、肩関節痛などを有するもの、肩関節疾患者の肩甲上腕関節内部の動態や、肩甲骨の三次元的な動きを多角的に評価し、各年代間や肩関節痛の有無、肩関節疾患の有無などによる相違点を比較検討している。現在までに、4名8肩(過去に肩関節痛の既往があり、計測前にNeerとHawkinsによるンピンジメント試験によりいずれに陽性であった若年男性)の測定を終了した。その結果、TSを装着することで、肩峰下接触動態(肩関節挙上運動における肩峰骨頭間距離を指標としている)に影響を及ぼすこと傾向が認められた。今回得られる結果は、頸部痛や肩関節疾患などの予防につながり、理学療法分野だけでなく社会的にも有益な知見となると考えられる。研究代表者の勤務地の移動や、勤務地の変更などによって、計画を変更し研究を継続することにした。このため、平成30年度に、学会発表および論文投稿を行うこととし、未使用額はその経費に充てることとしたい。

本研究は若年健常者と肩関節疾患者に対し,良姿勢の構築と腹横筋などのコアマッスルも強化できる抗力を具備した継ぎ手を有する体幹訓練機器Trunk Solution(以下TS)の使用の有無で,その効果を評価し,肩関節への治療だけでなく機能・構造不全の予防などの臨床応用を目指すものである.2016年度2017年度までに評価システムの構築および健常者を対象とした計測を実施したが,研究代表者の勤務地の変更などによって,研究が遅れ,より質の高い研究成果を報告するために2018年度まで研究実施期間を延長した.肩峰下接触動態の計測には超音波診断装置を使用し,また肩甲骨の三次元的な動きの計測には三次元動作解析装置VICONを用いた.2018年度中に9名9肩の若年健常者と7名7肩の肩関節疾患者をTSの使用の有無による肩関節外転運動における肩峰下接触動態の変化や肩甲骨の三次元的な動きへの影響を検証するため,データの統計学的な解析を行うことができた.結果として若年健常者ではTSの使用の有無に関わらず肩甲骨の三次元的な動きに有意な差はみられなかったが,肩関節疾患者ではTSを使用することで肩甲骨の上方回旋角度が有意に大きくなり,さらには肩峰下接触動態も若年健常者のパターンに類似する結果となった.これらの結果は,肩関節疾患者においてTSを使用することで肩関節の運動が健常者に近づき,機能・構造不全を予防することに有用であることを示唆している.現在研究の達成度がやや遅れているため、被験者の募集範囲の拡大等の対応を実施する。また得られたデータは早急に解析を行い、学会発表、論文投稿等の情報発信を行っていく。現在、研究の達成度が遅れているため、新たに被験者の募集を開始するなど、対応を実施する。また、得られたデータは早急に解析を行い、学会発表、論文投稿等の情報発信を行っていく。肩関節疾患者や高齢者の計測が遅れているため人件費や謝金が生じていない。それに伴い、論文の投稿料や学会発表に伴う旅費が生じていないため。(理由)研究代表者の勤務地の変更等により研究が遅れているため人件費や謝金が生じていない。それに伴い、論文の投稿料や学会発表に伴う旅費が乗じていないため。(使用計画)計測に伴う、謝金や人件費。論文投稿料や旅費等。計測に伴う、謝金や人件費。論文投稿料など。
全光学的に生成したアルカリ原子のボース凝縮体における量子渦ダイナミクス

本研究では一昨年度までに、CO2レーザーを用いた全光学的手法によるスピン自由度を持ったRb原子のボース・アインシュタイン凝縮(BEC)の生成に成功している。本研究の目的は、こうして生成したBECのスピン自由度を生かした実験として、ラゲールガウスビームというドーナッツ形のレーザーを用いた誘導ラマン遷移を行うことによってBECのスピンを操作し、量子渦を生成しその研究を行うことであった。そのための光源を昨年度までに作成し、実際に誘導ラマン遷移によるBECのスピンの操作にも成功している。しかし、その後の詳細な実験結果から、誘導ラマン遷移を効率よく行うためには誘導ラマン遷移に用いるビームの強度分布が一定である必要があると判明した。このためラゲールガウスビームのような中心付近の光強度の不均一が非常大きいビームでは、効率よくラマン遷移を行うことができないことがわかった。そのため、BECのスピン自由度を生かしたもう一つの実験として、準静電場を用いた新しいスピン操作方法の提案と実験を行った。CO2レーザーはRb原子の共鳴周波数に比べ非常に周波数が小さいため、準静電場と呼ばれている。これまでの研究ではこのような低周波数領域の電場と原子のスピンとの相互作用については、その大きさが非常に小さいということもあり、あまり研究されてこなかった。本研究で用いている高出力のCO2レーザーを強く集光することにより得られる非常に強い光電場を利用することによって、はじめて観測が可能となったのである。本研究ではこの相互作用の大きさの理論的な見積もりを行うと共に、実験においてもCO2レーザーの光強度を変調することで実際にスピンの操作を行い、この相互作用の大きさの精度の良い評価に成功した。また、この研究の成果を日本物理学会および投稿論文において報告した。本研究では、まずCO_2レーザーを使った全光学的レーザー冷却法という新しい手法により、ルビジウム原子のボース凝縮体(BEC)の生成に成功した。通常行われているBEC生成法では磁気トラップ中で原子の蒸発冷却を行うが、全光学的手法では磁気トラップを用いずに、CO_2レーザーを使った光トラップ中で蒸発冷却を行う。このためこの手法には、蒸発冷却が短い時間で行える、BECにスピン自由度を持たすことができるという二つの大きな特徴がある。また、蒸発冷却の実験を注意深く行うことにより、蒸発冷却時に光トラップ用の光であるCO_2レーザーの入射位置がずれてしまうことがわかった。これは蒸発冷却の効率を非常に悪くしていた。蒸発冷却時に光を弱める必要があるため、ビームを音響光学変調機(AOM)に通しているが、ここをビームが通るときにビームが揺らいでしまうのが原因であった。この揺らぎを抑えるために、ビームをAOMに2回通すことで揺らぎをキャンセルする手法を新たに考案し、この揺らぎを完全に抑えることに成功した。これによりBECを安定して生成することができるようになった。CO_2レーザーを用いた光トラップは、原子のスピンに依存せずにトラップしているため、すべてのスピン成分をトラップできる。生成したBECのスピンの分布を観測するため、BECを光トラップから解放し、不均一磁場を加えてスピンに依存した力を加え、スピン成分ごとに分裂させる実験を行った。スピンはm_F=+1,0,-1の3成分を持ちうるが、そのうちのm_F=+1にほとんどの原子が集まっていることがわかった。今後、ラゲールガウスビームを用いたラマン遷移を行いスピンを反転させて、ラゲールガウスビームの軌道角運動量をBECに与えることで量子渦を生成する。現在このための準備を進めている。また、これらの研究成果を日本物理学会において発表した。本研究は大きく分けて3つの段階からなる。まず第1段階はCO2レーザーを使った全光学的レーザー冷却法により、ルビジウム原子のボース凝縮体(BEC)を生成することである。第2段階としては生成したBECにラゲールガウスビームを用いて誘導ラマン遷移をさせることによってBECに角運動量を与え、量子渦を生成することである。そして第3段階としてBECをCO_2レーザーの光格子中に導入しそこに量子渦を生成することである。ここでの量子渦のダイナミクスを観測することにより量子コンピューターへの応用の可能性を追求する。昨年度までに、CO_2レーザーを使った全光学的手法により、BECを生成することに成功している。今年度はまず、CO_2レーザーを1台から2台に増やすことでパワーを2倍にするなどの実験装置の改良を行い、昨年度以上にBECを安定して生成できるようにした。次に、第2段階の誘導ラマン遷移を行なう実験を行った。その方法は原子の超微細構造エネルギーにより分裂した状態間に、このエネルギー分の周波数差をつけた2本のレーザー光を入射して、誘導ラマン遷移させるという方法である。このラマン遷移用の光源として、2台の半導体レーザーと電気光学素子(EOM)を用いたインジェクションロックシステムを構築した。またこれを使い実際にBECをラマン遷移させることに成功した。今後は、ラゲールガウスビームを用いてラマン遷移をさせることによって量子渦を生成する。さらに、第3段階で必要となるCO_2レーザーの光格子へBECを導入する実験を行い成功している。また、全光学的に生成したBECの特徴であるスピン自由度を生かした実験として、2光子光会合による冷却分子の生成を行った。これによりこれまでにない物理系であるスピン自由度を持った冷却分子を生成した。また、これらの成果を日本物理学会等において発表した。

本研究では一昨年度までに、CO2レーザーを用いた全光学的手法によるスピン自由度を持ったRb原子のボース・アインシュタイン凝縮(BEC)の生成に成功している。本研究の目的は、こうして生成したBECのスピン自由度を生かした実験として、ラゲールガウスビームというドーナッツ形のレーザーを用いた誘導ラマン遷移を行うことによってBECのスピンを操作し、量子渦を生成しその研究を行うことであった。そのための光源を昨年度までに作成し、実際に誘導ラマン遷移によるBECのスピンの操作にも成功している。しかし、その後の詳細な実験結果から、誘導ラマン遷移を効率よく行うためには誘導ラマン遷移に用いるビームの強度分布が一定である必要があると判明した。このためラゲールガウスビームのような中心付近の光強度の不均一が非常大きいビームでは、効率よくラマン遷移を行うことができないことがわかった。そのため、BECのスピン自由度を生かしたもう一つの実験として、準静電場を用いた新しいスピン操作方法の提案と実験を行った。CO2レーザーはRb原子の共鳴周波数に比べ非常に周波数が小さいため、準静電場と呼ばれている。これまでの研究ではこのような低周波数領域の電場と原子のスピンとの相互作用については、その大きさが非常に小さいということもあり、あまり研究されてこなかった。本研究で用いている高出力のCO2レーザーを強く集光することにより得られる非常に強い光電場を利用することによって、はじめて観測が可能となったのである。本研究ではこの相互作用の大きさの理論的な見積もりを行うと共に、実験においてもCO2レーザーの光強度を変調することで実際にスピンの操作を行い、この相互作用の大きさの精度の良い評価に成功した。また、この研究の成果を日本物理学会および投稿論文において報告した。
炎症発癌を標的とした阻害性低分子化合物の探索

ヒト発癌要因の約30%は炎症・感染が占めている.この炎症や感染症を背景とした発癌を炎症発癌と呼ぶ.ヘリコバクター・ピロリ菌感染による胃発癌や,肝炎ウイルス感染による肝細胞発癌など炎症発癌の典型例にあるように,いずれも遷延した炎症反応が決定的な原因となる.報告者は,炎症発癌の動物モデルを作製し,好中球浸出とこれ由来の活性酸素が必須であることを証明してきた.これらの成果を鑑み,炎症細胞の局所浸出を制御する化合物を見いだすことができれば,炎症発癌そのものを阻止し得るという着想に至った.本研究は,炎症細胞の血管内皮細胞への接着と浸出をin vitroで評価できる解析系を構築し,これまでにがん特定領域・統合がん化学療法基盤情報支援班より提供を受けた約三百種にのぼる標準阻害化合物の中から,二十数種に炎症細胞の接着・浸出を阻害する化合物を見いだした.これらの間に炎症細胞浸出を共通に阻害する骨格構造を見いだすことはできなかった.そこで阻害活性の高い化合物から炎症発癌モデルを用いた発癌抑制作用を評価した結果,阻害効果が最大であった化合物Aの投与は炎症発癌を抑制した.この機構として,炎症局所への炎症細胞浸出が顕著に抑制されていることを確認した.化合物Aの投与の有無により発現の変動する遺伝子を包括的に把握するために,炎症局所および骨髄組織を用いたDNAマイクロアレイ解析を行った.その結果,炎症性サイトカインやケモカイン発現に変動を認めた.炎症はヒト発癌要因のひとつである.全発癌要因に占める炎症の割合は,国により525%と異なるが,一般的に先進国ほど減少する.残念ながら我が国では, 20%にのぼると推計されている.こういった炎症を背景とした発癌を炎症発癌と呼ぶが,ヘリコバクター・ピロリ菌感染による胃発癌や,肝炎ウイルス感染による肝細胞発癌などの例にあるように,いずれも遷延した炎症や感染を基盤とする.これまでに報告者は,炎症発癌の動物モデルを作製し, β2インテグリンを介した好中球浸出が必須であること,さらに浸出好中球に由来する活性酸素が発癌の原因となることを証明してきた.これらの成績より,炎症発癌の局所浸出を制御することができれば,炎症発癌そのものを阻止し得るという着想に至った.そこで,本研究では,炎症細胞の血管内皮細胞への接着と浸出を評価できるin vitro解析系を構築し,種々の化合物を添加して接着・浸出を阻害する薬剤を探索した.用いた化合物は,がん特定領域・統合がん化学療法基盤情報支援班より提供を受けた約三百種にのぼる標準阻害剤を使用した.その結果、24種類に接着抑制効果を,また約10種類に促進効果を見いだした.浸出抑制性化合物の対象分子は,カルシウム拮抗剤,ペルオキシソーム増殖剤応答性受容体阻害剤, EGFシグナル阻害剤, MAPキナーゼ阻害剤, Akt阻害剤,細胞周期制御シグナル阻害剤であった.これまでの文献報告を検索したところ, EGFシグナルは炎症細胞の浸出に関わることが既に報告されており,本評価系が信頼できる解析系であることが検証された.これらの研究成果をもとに,次いでマウス個体を用いた炎症細胞の浸出阻害効果を評価し,この抑制順位の高い化合物より炎症発癌モデルを用いた発癌抑制作用の判定に移行する.ヒト発癌要因の約30%は炎症・感染が占めている.この炎症や感染症を背景とした発癌を炎症発癌と呼ぶ.ヘリコバクター・ピロリ菌感染による胃発癌や,肝炎ウイルス感染による肝細胞発癌など炎症発癌の典型例にあるように,いずれも遷延した炎症反応が決定的な原因となる.報告者は,炎症発癌の動物モデルを作製し,好中球浸出とこれ由来の活性酸素が必須であることを証明してきた.これらの成果を鑑み,炎症細胞の局所浸出を制御する化合物を見いだすことができれば,炎症発癌そのものを阻止し得るという着想に至った.本研究は,炎症細胞の血管内皮細胞への接着と浸出をin vitroで評価できる解析系を構築し,これまでにがん特定領域・統合がん化学療法基盤情報支援班より提供を受けた約三百種にのぼる標準阻害化合物の中から,二十数種に炎症細胞の接着・浸出を阻害する化合物を見いだした.これらの間に炎症細胞浸出を共通に阻害する骨格構造を見いだすことはできなかった.そこで阻害活性の高い化合物から炎症発癌モデルを用いた発癌抑制作用を評価した結果,阻害効果が最大であった化合物Aの投与は炎症発癌を抑制した.この機構として,炎症局所への炎症細胞浸出が顕著に抑制されていることを確認した.化合物Aの投与の有無により発現の変動する遺伝子を包括的に把握するために,炎症局所および骨髄組織を用いたDNAマイクロアレイ解析を行った.その結果,炎症性サイトカインやケモカイン発現に変動を認めた.
電気二重層ゲートFETによる有機物質への1個/分子キャリアドーピング

本研究では、静電的に物質表面に電荷を蓄えることにより、その物質の電気的性質を変化させることを目的とした。そのための方法として、従来の電界効果トランジスタを改良し、物質と電解液の界面に形成される電気二重層とよばれるキャパシタを利用した電気二重層トランジスタを確立した。その結果、有機トランジスタの超低電圧駆動、酸化物半導体の絶縁体から金属への電子相転移を実現した。これは、今後様々な物質で新電子相の探索を可能にするものである。本研究は、電解質と半導体の界面に形成される電気二重層をゲートキャパシタとして用いた電界効果トランジスタ(電気二重層トランジスタ)により、半導体表面にキャリアを高濃度に蓄積し、新奇電気物性の発現を目指している。本年度は、電解質に過塩素酸カリウムポリエチレンオキシド溶液、半導体に酸化亜鉛単結晶薄膜を用いたホール効果測定により、電気二重層トランジスタが7.4μF/cmという巨大なゲート静電容量を持ち、最大で4.2×10^<13>cm^<-2>ものキャリアの蓄積できることがわかった。このキャリア濃度は有機電界効果トランジスタでよく用いられるSiO_2絶縁層で蓄積される最大の濃度の倍以上になり、キャリアの高濃度蓄積に対するこの手法の有用性が示された。さらに、この高濃度のキャリア蓄積により、もともと半導体の酸化亜鉛が温度の低下とともに抵抗が減少する金属的な振舞いを見せるようになった。これは、電界効果を用いた酸化亜鉛の初めての絶縁体-金属転移であり、電気二重層トランジスタがキャリア蓄積による電子相転移の研究に有効であることを示した。また、有機分子(ルブレン)の単結晶を半導体として用いた電気二重層トランジスタを作成し、自身のものを含め、これまでに報告された電気二重層トランジスタよりもはるかに高いパフォーマンス(トランスコンダクタンス)を得ることに成功した。これは、電解質の改良によるものであり、電解質の選択が有機電気二重層トランジスタの性能に重大な影響を及ぼすことを明らかにした。また、同時にルブレン単結晶の抵抗の4端子測定を行うことにより、トランジスタのOFF状態では電圧端子は電解質の影響のため半導体の電位を測定できないこと、高ゲート電圧印加時にはソース・ドレイン電極とルブレン単結晶との間の接触抵抗が増加することを示した。半導体試料にソーヌ・ドレインと電極となる金属を蒸着して電解液に浸し、同じく電解液に浸したゲート電極(白金線)からゲート電圧を印加した。このとき、ソース・ドレイン電極間の面抵抗を4端子法で測定し、また、ホール効果により半導体表面に誘起されたキャリアの面密度を測定した。さらに、これらの海度依存性を測定した。試料として酸化亜鉛単結晶薄膜、電解液として高分子電解質(過塩素酸カリウムポリエチレンオキシド溶液)を用いたところ、キャリアの最大面密度は4.2×10^<13>cm^<-2>と、SiO_2を絶縁層とする従来のFETの限界よりも2倍以上の高密度を達成することができた。その結果、電界効果によって抵抗の温度依存性を絶縁体的なふるまいから金属的な振舞いに変化させることができた。さらにキャリア密度を向上させるために電解質としてイオン液体を用いた。その結果、図4のように300Kにおいて、高分子電解質を用いた場合よりも1桁大きい4×10^<14>cm^<-2>ものキャリアを蓄積することができた。さらに、220Kでは印加できる最大のゲート電圧を制限する電気化学反応が抑制されるため、より大きなゲート電圧を印加することができた。このとき、最大のキャリアの面密度は8×10^<14>cm^<-2>まで達した。この研究で得与れたキャリア度は13A^2当り1個になり、分子性結晶に当てはめた場合、本研究の目的である、1分子当たり1個のキャリアドーピングを達成することができた。これは、電界効果トランジスタで蓄積できるキャリア密度のこれまでの最大値を大きく上回るものである。
ノロウイルスの変異率と流行に関する研究

ノロウイルスの長期にわたるシステマティックな疫学研究により、ノロウイルスに対する免疫は集団レベル、個体レベルともに遺伝子型特異的であり、その持続期間は23年であることを示した。また、繰返される感染によって免疫は増強されることが推察された。多様な遺伝子型の存在下で、年齢や感染歴を背景にダイナミックにヒトの中で流行している。これらはノロウイルスワクチンの基礎的知見となる。ノロウイルスの流行における変異と遺伝子型の変化について基礎調査として、過去10年間にわたる大阪府における流行について解析した。その結果、小児における集団胃腸炎では遺伝子型が流行シーズンごとに替わることが明らかとなった。また、同一遺伝子型GII.4の再感染例はvariant株への再感染であった。世界的にGII.4の流行が繰返されることは、同一個体における再感染にみられたように遺伝子変異が大きく関与していることが示された(投稿中)。そこで、ノロウイルス変異がどのように出現しているのか解析するため、ノロウイルス全長のクローニングとクローン由来RNA依存性RNAポリメラーゼ(RdRp)による遺伝子変異の出現率を測定することとした。全長のクローニングは現在、GII.4株の5'末端側2,431bpと2,1855,380bpおよび3'末端側約2,800bpの全長をカバーする断片を作製した段階である。また、実際の流行における個体レベルでの変異の出現について、調理人を発端とした(同一汚染)食中毒事例における患者便を用いた。バックグラウンドとして塩基配列の読み取りエラーの基礎的な出現について300p程度をクローニングしたクローンのPCR合成産物の解析を実施した。全ての変異が次世代シーケンサーのエラー範囲であり、これらの数値を実検体の解析に用いることが可能と考えられた。RT-PCRにて合成した3'末端2,600bpについて変異の出現解析を実施中である。GII.4以外の複数の遺伝子型由来事例について順次合成を実施している。これらの合成については、RNA抽出法を土壌用RNA回収キットに変更したことで可能となった。ノロウイルスの流行要因として抗原変異を伴うと予測される遺伝子変異が重要であることを疫学データより述べた。数年間隔であらたな変異株が出現することで、2006年以降GII.4は胃腸炎の主要な遺伝子型となっているが、30以上にのぼる遺伝子型の中で変異率がどの程度異なるのかは科学的に示されていない。そこで、GII.4およびGII.6の全長を合成し、それぞれのRNA依存性RNAポリメラーゼによって得られたRNAの変異の違いについて検討することを目的とし、全長の合成に取組んだ。また個体内における変異がどのように発生するのかについてGII.4とGII.6が検出された便における変異をdeep sequenceにより求めた。同一汚染によると思われる食中毒患者便3件ずつよりVP1、VP2領域をカバーする約2600bpを低サイクル数(30サイクル)で合成した。2600bp程度の長鎖を用いたdeep sequence解析の結果、生体内における変異の出現に遺伝子型間の差は現段階では見いだせなかった。個体によって変異を有するリードの出現が大きく異なることがわかった。2000bp長のdeep sequenceデータはこれまでになく、本来のウイルスゲノムをより反映している方法であるため、今後も長鎖配列で解析できるよう取組む。今後、全長を用いたRNA転写における変異率と流行における変異率について解析したい。さらに、個体内における変異の出現には個体差があり、次の流行につながる変異株の存在を見いだせなかったため、長期サンプリングによる個体内の変異株検出を実施する計画である。ノロウイルス(NV)の変異率に関する研究として、全年齢層を対象とした大規模な長期間の観察を実施してきたが、最終年度は、個体レベルに標準を定めてNV遺伝子型およびその変異について解析を実施した。具体的には1)個体における同一遺伝子型の再感染におけるNVの変異について、2)排泄期間中のNV変異について解析した。1)個体における同一遺伝子型の再感染解析では、小児AでNV GII.2, GII.3とGII.4による再感染を認めた。再感染の間隔は順に23、46、23ヶ月であった。NV N/S領域の一致率は順に96.7%(アミノ酸97.9%)、96.8%(アミノ酸97.8%)、96.4%(アミノ酸98.9%)であった。これら3遺伝子型の6回の感染に対して、嘔吐・下痢を発症したのはGII.3の2回目の感染時であり、GII.2およびGII.4の計4回の感染は不顕性であった。2)排泄期間中のNV変異解析では、小児BにおけるGII.3不顕性感染事例について12日間7検体を採取した。VP1およびVP2領域をRT-PCRにて増幅しdeep sequenceを実施したところ、得られたコンセンサスシーケンス2483bpにおいて塩基配列の相違は認めなかった。本解析で対象となった小児は生来健康で、NVに不顕性、顕性感染のいずれも示している。再感染の解析からは過去にかかった遺伝子型に対する防御免疫は約2年維持されるが、発症を阻止できるが感染を阻止できない免疫の存在が示唆された。変異解析では、不顕性感染を許容する免疫によるプレッシャーが変異株の出現を抑制できることが示唆された。変異株の出現には免疫回避が要因するとの報告があるが、ウイルス複製を許容する状況がなければ変異株の出現を説明できない。

総じて、NV感染における発症病理について、感染を防御しないが、発症を防御する免疫応答が存在することが示唆された。ノロウイルスの長期にわたるシステマティックな疫学研究により、ノロウイルスに対する免疫は集団レベル、個体レベルともに遺伝子型特異的であり、その持続期間は23年であることを示した。また、繰返される感染によって免疫は増強されることが推察された。多様な遺伝子型の存在下で、年齢や感染歴を背景にダイナミックにヒトの中で流行している。これらはノロウイルスワクチンの基礎的知見となる。ノロウイルスの全長クローニングが困難であったため。また、個体内変異と次世代シーケンサーによるエラーの違いを明確に示せなかったことから、本来の変異かどうかの区分が難しかったため。ウイルス学ノロウイルスの変異率はHIV同様に高いと言われているが、個体内における変異がどのように発生しており次の流行につながっているのかは分かっていない。通常300bp程度の短い配列によるdeep sequenceデータが多い中、2000bpを超える配列を決定できることが可能となったので、今後は継続採取検体における変異を観察し、生体内における変異率を算出したい。また、全長クローンより試験管内で合成されるRNAの変異率を算出する。これらを総合的に解析することで、免疫、遺伝子型等による変異への関連性を見いだし、流行株の予測にいかしたい。ノロウイルスは患者便中に1億個程度のコピー数が算出されているため、全長クローニングおよび個体内変異のための長鎖合成は比較的容易であると想定した。しかし、便由来である検体からはうまく合成出来なかった。そこで、合成の前処理の検討に時間を要した。次世代シーケンス(MiSeq)解析に関する試薬に対する支出が予定よりも少なかったため。個体レベルにおける遺伝子変異の検出について、長鎖合成では検体の差もあった。実際の事例において30%程度の検体で合成が可能であったので、GI, GII.2, GII.3,GII.4, GII.6の5遺伝子型を原因とした事例について3検体を解析出来るよう、合成および解析を実施する。全長については本年度作製した断片を用いてGII.4全長を作製し、クローニングを行う。同様にGII.4以外の遺伝子型の全長作製を実施する。長期採取検体の解析および流行期に得られる検体の解析数を増やし、個体内及び流行株における変異解析を強化する。全長クローニングが完成しなかったため、その必要経費が繰り越された。2種類の遺伝子型の全長合成を行い、クローニングを実施する。また、クローンによって作製されるRNA依存性RNAポリメラーゼの転写活性および変異率について算出する。
核廃棄物処理のための大出力サイクロトロン用超伝導コイルシステムの設計研究

本研究の最終目標は、高レベル放射性廃棄物の処理を可能とする「30MW級超伝導陽子加速器の開発」である。本提案課題では、REBCO高温超伝導線材と、筆者らが多くの実績を積み重ねてきた超伝導コイル化技術を活用することを前提に、筆者らが先行研究で提案した新しいサイクロトロン方式を採用した30MW級超伝導陽子加速器の主要素である超伝導コイルシステムの実規模設計を試みた。そしてその結果に基づき、現状技術の到達点評価を行うとともに、さらなる開発の必要性の高い高機械強度化に焦点を絞り、数値構造解析に基づき、2GPa以上の励磁時のフープ応力に耐え得る構造について検討を行った。原子力分野の最重要課題の1つである放射性廃棄物の処理を可能とする技術の一つとして「加速器駆動システム」がある。研究代表者らは、これを実現する30MW級(1GeV×30mA)の出力、30%以上の加速効率の大出力・高効率陽子加速器「次世代超伝導サイクロトロン:Next Generation Superconducting Cyclotron (以下、「NSC」と略記)」の開発を目指すこととした。2014年度は、主に研究代表者らが提案した新しいサイクロトロン方式を採用した超伝導陽子加速器の主要素である超伝導コイルシステムの実規模設計を試みた。以下、その主な成果をまとめる。1)実規模システムの基本設計:NSC用高温超伝導コイルシステムは、空心の円形スプリットコイル(等時性磁場発生)と非円形スパイラルセクターコイル(ビーム集束用AVF: Azimuthally Varying Field発生)、および入射・引出用コイルなどから構成される。まず、目標出力30MWを達成するための等時性磁場とAVFを求めた。今回は、6T(引出半径0.94m)と10T(引出半径0.564m)として算出した。この要求仕様のもと、コイル形状と運転電流を設計変数とし、線材(Y系線材とBi2223補強線材の使用を想定)の超伝導特性および機械強度を制約条件として、使用線材量を最少化する設計(シミュレーテッドアニーリング法を適用)を試みた。ここで高機械強度・小型化のため、研究代表者らが提案した“Yoroi-coil"構造の採用を想定した。2)入射・引出用コイルの基本設計:大電流化に伴う空間電荷効果を考慮の上、入射ビームが加速平面内のビーム軌道に整合するように、ビームの入射位置・角度、入射機器の最適化を進めた。また、ビーム加速軌道の安定性評価と加速位相制御法、およびビーム引出方式の最適化と引出機器の設計を順次進めた。これを実現する30MW級(1GeV×30mA)の出力、30%以上の加速効率の大出力・高効率陽子加速器「次世代超伝導サイクロトロン:Next Generation Superconducting Cyclotron(以下、「NSC」と略記)の開発を最終目標とし、本研究課題ではその実現可能性と開発課題の抽出・今後の開発指針を示すことを目的として工学的設計研究を進めてきた。まず2014年度(初年度)は、主としてNSC用実規模超伝導コイルシステムの基本設計を行った。すなわち、超伝導線材の特性、機械強度を制約条件として、使用線材量を最少とする設計最適化を行い、必要となるコイルシステムを提示するとともに、それを実現するための課題を抽出した。これを受けて、2015年度(最終年度)は、最も重要な開発課題の一つとして高機械強度化を採り上げ検討を行った。その中で新しい補強構造(Super_YOROI構造)を考案し、三次元数値構造解析によりその効果の検証を行い良好な結果を得た。また、NSC用実規模m級コイルにこの補強構造を適用することを想定し、補強構造の寸法をパラメータとして上下側板の厚みや内外枠の厚みの違いが補強効果にどのような影響を及ぼすのかを検討した。その結果、Super_YOROI構造は研究代表者らが先行研究として提案したYOROI構造を大きく上回る補強強度・効果を有していることが確認された。また、これにより電流密度を向上させることが可能となり、コイル全体を小型化・低コスト化することが可能であることが示された。以上の成果は、NSC用だけでなく、m級大口径の超伝導コイルシステムの開発に向けて重要な知見を与えるものとして意義ある成果と考える。成果発表は2016年度に行う予定である。計画通りほぼ順調に研究が進んでいるが、2014年度(初年度)は、本研究課題の主題である30MW級サイクロトロン用コイルシステムの設計研究の成果の発信は行わなかった。本研究の目標は、現存する加速器の最大出力より1桁以上大きい30

MW級の巨大加速器を、高温超伝導技術を活用して実現しようとすることであり、極めてチャレンジングな目標であると考えている。そして本研究課題は、現状の超伝導技術レベルを前提とした30MW級サイクロトロン用超伝導コイルシステムの設計研究であり、ビームの入射・加速・引出すべてを行うことのできるコイルシステムの設計可能性を検証していくことを目的としている。従って、成果概要に記したように、計画通り順調に設計研究を進めているが、まだ、論文としてまとまった成果を発信する段階に至っていない。次年度(最終年度)末までには、成果をまとめ、発信していきたいと考える。なお、研究代表者らは、本研究の対象である加速器用の高温超伝導コイル開発のための基盤技術(特に大型化に伴うコイルの高機械強度化)に関する研究を進めており、それらの成果については学会発表を行った。本研究課題の主題である大出力加速器の設計研究にそれらの成果・知見(現状の技術レベル)を順次取り入れていくことになる。超伝導工学1)高機械強度設計(応力・変形解析):Yoroi-coil構造を有効活用して、強大な電磁応力に打ち勝つ高機械強度コイルシステムおよび支持構造設計を行う。必要に応じて、コイル設計最適化にフィードバックする。2)熱設計(通電・伝熱特性解析):冷凍機伝導冷却方式を想定し、通電・伝熱特性解析(自作計算機プログラムを活用)に基づいて大型超伝導コイルシステムの熱設計を行い、成立性の検証を行う。3)実現性の検証・開発指針の提示:全コイルが組み合わされた時のコイル間電磁応力評価やビーム入射・引出系の設計結果を制約条件にフィードバックする。この際、当初の計画になかった遮蔽電流磁場低減を考慮したコイルシステムの設計やコイル励磁法も出来得る限りフィードバックできるようにする。そして最終的に実現可能な超伝導コイルシステムの設計を目指しながら、現状技術の到達点評価を行うとともに、今後の研究開発課題解決の指針を明らかにしていく。研究補助が予定より効率的に行えたため、謝金が予定額を下回った。また分担者との打ち合わせが予定より少なくて済んだため、旅費に残額が発生した。研究分担者(北海道大学および大阪大学)との打ち合わせをより密に行うために使用する予定である。
高リスクハロゲン化多環芳香族炭化水素類の新規合成法と生物蓄積性に関する研究

多環芳香族炭化水素類(PAHs)の一部は発がん性や変異原性があることから注目されているが、ハロゲン化PAHs(XPAHs)はPAHsに、塩素または臭素が置換した物質群であり、有害性や残留性が増加する場合があることが報告されている。XPAHsは環境中に遍在し、ヒトや動物へ曝露していることが報告された。しかし、これらの物質群は膨大な種類があり、標準物質が限られているため、環境中に存在している可能性が高い高リスクの異性体の毒性、生物蓄積性や環境残留性などに関する研究が展開できない。本研究では、環境中の高リスクと推定される異性体の標準試薬を合成し、海洋生物や底質などを調査対象としてこれらの汚染物質群の生物蓄積性や環境残留性などに関する研究を行う。今年度は、どのような異性体を優先的に合成することを明らかにするため、高分解能の質量分析計を用い、環境中の未知XPAHsの定性分析法を開発した。この分析法により、研究室に保有している底質などの環境サンプルのスクリーニング分析を行い、高リスク因子になり得る候補物質をリストアップした。リストアップされた物質のうち、高塩素化のピレン(tri-,tetra-chloropyrene)を合成し、東京湾底質サンプルを分析してこれらの物質が海洋底質中に存在していることを明らかにした。また、XPAHsは生体内で代謝されることを考慮し、環境中の存在量が多い異性体であるchlorophenanthreneに対して、そのヒドロキシ誘導体の標準物質の合成を開始した。さらに、環境中のXPAHsヒドロキシ誘導体の分析方法開発についても検討を開始している。環境中未知XPAHsのスクリーニング分析法を開発し、高リスク因子になり得る候補物質のリストアップを行った。また、標準試薬の合成が順調に進捗していることから、当初の予定通りである。XPAHsとそのヒドロキシ誘導体を合成し、同時にこれらの物質の分析方法を開発する。また、魚を調査対象として、XPAHsとその誘導体の汚染実態を調査する。
改変型ホスホリパーゼDによるホスファチジルイノシトールの位置異性体選択的合成

ホスファチジルイノシトール合成型ホスホリパーゼDのを高機能化を試みた.本酵素の1-PI選択性を高めるため基質結合部位に変異を導入したところ,選択性を向上させることに成功した.次に本酵素の耐熱化のため揺らぎの大きな残基ランダム化したライブラリーからスクリーニングを行い,耐熱性が向上した変異体を獲得した.不安定性ループを除去した変異体を作製したところ,耐熱性はさらに向上した。本研究では、機能性リン脂質としての利用が期待されているホスファチジルイノシトール(PI)の位置異性体選択的な精密酵素合成を行う。これまで代表者はPIの酵素合成法の開発を目的として、本来同活性を持たない微生物由来のホスホリパーゼD(PLD)を蛋白工学的に改変し、同活性を付与した改変型PLDの創製に世界で初めて成功した。得られた改変PLDによって得られるPIには6種の位置異性体が考えられるが、実用的な合成のためには、PI位置異性体のうち1-PIを選択的に合成する事が必須である。そこで、現有する改変PLDのうち最も1-PI選択性の高い187H/191Y/385Rなる変異PLDとイノシトールとの立体構造モデルを構築した。そのモデルから、本酵素の基質結合部位周辺に存在し、イノシトールの結合と配向を規定すると考えられるアミノ酸残基としてL88,D190,V198を見いだした。次にこの3アミノ酸残基が他の19アミノ酸に変化するようにランダム変異を導入したライブラリーを作製した。得られたライブラリーから1-PI合成を対する選択性が向上したものをPI-PLCの選択的分解法を利用する事でスクリーニングを行った。その結果、L88Xライブラリーから178個、D190Xライブラリーから212個、V198Xライブラリーから115個の優良変異体候補を獲得する事ができた。現在、これらの候補を詳細に解析し、優良変異体を絞り込みを行っている。得られたライブラリーから1-PI合成を対する選択性が向上したものをPI-PLCの選択的分解法を利用する事でスクリーニングを行い優良変異体候補を獲得した。得られた優良変異体候補から、目的とする性質に合致する変異体を絞り込み、そのDNAシーケンスを確認したところ、ほとんどの変異体は変異の導入されていない親酵素であることが判明した。この原因として1)そもそもこれらの残基への変異導入は特異性を低下させるもしくは活性そのものを低下させる。2)ランダム変異ライブラリーからのスクリーニングでは選択に限界があると判断された。本研究では、機能性リン脂質として期待されているホスファチジルイノシトール(PI)の位置異性体選択的な酵素合成を行うべく、現有するPI合成型PLDの位置特異性ならびに耐熱性の向上を試みた。現有する改変PLDのうち1-PI選択性の高いNYR型変異PLDのイノシトールの結合ポケットの「壁」を形成しているループ、すなわちG186,K188, D188及びD190を他の19種のアミノ酸に置換した変異酵素を部位特異的変異導入により一つずつ作製し、大腸菌で発現後、PI合成反応を行い、生成したPIの異性体組成を分析することで、酵素の特異性を評価した。その結果、G186とD188への変異が有効であり、特にG186のより嵩高い残基への置換により1-PI特異性を改善することに成功した。また、DYR型変異PLDに対し、B-ファクターの大きな残基にランダム変異を導入し、大腸菌で発現後、熱処理後の残存活性を指標にハイスループットスクリーニングを行ったところ、耐熱性の向上した変異PLDを獲得することに成功した。単離した多くの優良変異体候補のDNA配列を解析すると、それらのほとんどは変異が導入されていない親酵素であり、当初の目的の変異酵素の獲得には至っていないため。24年度が最終年度であるため、記入しない。24年度は23年度まで行ってきたランダム変異導入とスクリーニングという方法から、戦略を変更する。

位置特異性に大きく関与すると思われるD190およびその周辺ループにターゲットに絞り、その部位を置換した変異遺伝子を一つずつ作製し、それらを発現して、位置特異性の変化を解析する。24年度が最終年度であるため、記入しない。
沖縄トラフ海域における熱水性堆積物および柱状底質試料の地球化学的研究

沖縄トラフ海域における熱水活動の調査は1984年のDELP沖縄航海以来、ゾンネ号、淡青丸、白鳳丸およびしんかい「2000」などによって活発に行なわれてきた。本研究では主にゾンネ号やDELP航海およびしんかい「2000」の調査による熱水性鉱物試料を中心に、その鉱物組成や化学組成、および放射年代学的考察をとうして、熱水活動の時間的要素や生成鉱物の地球化学的検討をおこなった。沖縄トラフ海域の一部である伊平屋海域で採取されたDELP'88OKPCHFー6の柱状試料のPbー210法による体積速度は約1.0mm/y前後であり、底質表面におけるPbー210濃度は100dpm/gに達し、沖縄トラフの他の海域での値の約10倍になる。同海域ではその他、Mnや安定Pbの値も底質表面で高く、近傍における最近の熱水活動の影響を多少受けているものと考えられる。また、同じ沖縄トラフ海域の伊是名海穴から採取された熱水鉱床にはBa(126%)、Zn(011%)、Sb(02%)およびAs(03%)を含有し、Ag(00.5%)、Hg(4430ppm)およびAu(08ppm)を含むことが特徴的である。さらに、ウラン系列やトリウム系列核種を含んだ試料もあり、これらの試料はさらにラジウム(Raー228、Raー226)やPbー210が高く、方鉛鉱の形成に伴ってこれらの核種が濃縮されたものと考えられる。Thー228/Raー228やPbー210/Raー226の放射能比が平衡値よりかなり小さく、熱水活動がごく最近(数年数十年)活発化してきたことが推察される。チムニ-を形成する鉱物は主に重晶石、閃亜鉛鉱、方鉛鉱からなっているが、一部白色鉱物は炭酸塩からなり、炭素同位体比(δ^<13>:ー6.6ー4.60/00)から海水起源の寄与は少ないことが推定される。
活性化ミクログリアにおけるProtease発現と二次性脳損傷の検討

in vitroにおいて活性化したミクログリアが発現するproteinaseを測定した結果、MMP-9・uPAR・iNOS・COX-2の発現の増加を認めた。低温下(33°C以下)では常温下(37°C)と比べMMP-9、iNOS、COX-2の発現は抑制された。高血圧自照発症ラット(SHR)脳塞栓症モデルにおけるMMP-9活性の経時的変化と、虚血6時間後にtPAを静脈内投与した場合のtPAの影響を観察した結果、pro-MMP-9、cleaved-MMP-9活性は虚血後経時的な上昇を認め、tPA投与後6時間におけるpro-MMP-9、cleaved-MMP-9活性は、tPA非投与群に比べそれぞれ有意に高値を示した。マウス2時間中大脳動脈閉塞モデルにおける24時間後でのMMP-9発現がワイルドタイプに比べtPAノックアウトマウスで有意に減少し、またtPAノックアウトマウスで再潅流時のtPA投与により、MMP-9発現はワイルドタイプのレベルまで上昇した。MMP-9は血管基底膜を構成する細胞外マトリックスの1つであるcollagen type IVを分解するproteinaseであり、脳損傷時に出現する活性化ミクログリアではMMP-9活性の増大することが判明したことより、活性化ミクログリアは二次性脳損傷に関与することが判明した。同様にiNOS・COX-2を発現し、脳損傷病態の悪化に関与する可能性があると考えられる。脳損傷時の低体温療法は二次性脳損傷の軽減により脳損傷病態の悪化抑制に有効な方法の1つであると考えられる。脳虚血病態下ではtPA投与によるMMP-9発現の上昇が誘導されることが明かとなった。tPA投与により出血性合併症併発の危険性上昇が指摘されており、この病態にMMP-9が関与することが示唆され、MMP抑制が出血合併を軽減できるものと考える。TNFα、IL1-β、MCSF、TGF-β1の各刺激にて活性化されたミクログリアからはMMP9、MMP2mRNAの発現増加は認めなかった。astrogliaでは、LPS/IFN-γ刺激におりmicroglia同様のMMP9mRNAの発現増加は認めなかった。血管基底膜を構成する細胞外マトリックスの1つであるcollagen type IVを破壊するproteinaseとしてはMMP-9が有力であり、活性化ミクログリアではMMP-9活性の増大、uPAR活性の増大することが判明したことにより、活性化ミクログリアは二次性脳浮腫に関与することが判明した。iNOS由来のNOは虚血性脳損傷,外傷性脳損傷をさらに拡大させうることが明らかになっており、COX-2は虚血性脳損傷や興奮性アミノ酸による神経細胞障害に関与していると考えられている。すなわち脳損傷時に出現する活性化ミクログリアもiNOS・COX-2を発現し、脳損傷病態の悪化に関与する可能性があると考えられる。MMP-2、MMP-9は血管基底膜を構成する細胞外マトリックスの1つであるcollagen typeIVを分解するproteinaseであり、活性化ミクログリアではMMP-9活性の増大することが判明したことより、活性化ミクログリアは二次性脳浮腫に関与することが判明した。脳損傷時に出現する活性化ミクログリアもiNOS・COX-2を発現し、脳損傷病態の悪化に関与する可能性があると考えられる。tPA投与により出血性合併症併発の危険性上昇が指摘されており、このtPA投与後の出血性合併症にMMP-9が関与することが示唆された。