hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ソフト界面吸着膜におけるドメイン構造とその形成原理を明らかにする研究

この研究の大きな目的は、イオン性界面活性剤水溶液の表面吸着膜中で存在が予想されているドメイン構造、またその様な吸着膜構造とそれを構成する化学種間の相互作用の関係を明らかにすることであった。これに関して世界でも数グループのみ可能な新規の全反射XAFS法と当研究室独自の表面張力の精密な相図解析を駆使することで電気二重層の対イオン分布の観点から不均一構造および吸着膜構造に及ぼすイオンの特異効果の解明に関して以下に報告する世界初の成果を上げた。対イオンにBrを含む界面活性剤吸着膜において、全反射XAFSより水溶液中と同様に6水和したBr (free-Br)と、一部脱水和して活性剤イオンとイオン対を形成したBr (bound-Br)の2種が観測され、bound-Brの存在比(バウンド比)による対イオン分布の評価から吸着膜内での不均一な凝集構造の形成が示唆され、それらは親水基間イミダゾリウム環が生じるパッキングや疎水鎖長の違いが引き起こす親水基のスタッガード配列に起因することが示された。対イオンニ種類が共存する混合系ではバウンド比と界面熱力学量を併せた考察よりイミダゾリウム環とBF_4の水素結合や水和自由エネルギーの小さな対イオンが優先的に頭部近傍を占めるエンタルピーの減少、サイズの異なる対イオンが制限された電気二重層内のスペースを効果的に共有するエントロピーの増加などが対イオン分布すなわち吸着膜構造を大きく変えることが明らかとなった。上に示した二つの手法を駆使し、通常Stern層や拡散層などを用いて表される電気二重層モデルを介さず、実験から対イオン分布を定量評価できたことの意義は大きい。これにより一部明らかとなった不均一構造、イオン特異効果に重要な対イオンの性質を用いることで、既存の電気二重層モデルの検証や新たなモデルの提案、界面熱力学量の分子論的な解釈など、界面電気現象に関する物理化学が益々進展することが期待される。(抄録なし)今回の研究の目的はイオン性界面活性剤水溶液の表面吸着膜中で存在が予想されているドメイン構造を明らかにすることである。昨年度は交付申請書の計画に記載した界面活性剤C_6MBrImIを変更し、対イオンSO_4^<2->と活性剤イオン間の強い静電相互作用によるドメインの形成が予想される硫酸ビスドデシルトリメチルアンモニウム(DTA_2SO_4)を用いることとし、一価のBr^-イオンをもつDTABrとの混合系により二価のSO_4^<2->の吸着膜構造への効果を調べた。表面張力測定、全反射XAFS測定から以下のことを明らかとした。(1)吸着量対濃度曲線から低い溶液濃度ではDTA_2SO_4の方がDTABrより吸着量が高く飽和吸着量はDTABrの方がDTA_2SO_4より高いことが示され、Stern層で一部脱水和を伴うBr-とは対照的にSO_4^<2->は吸着膜中でDTA^+と強く静電相互作用するものの、Stern層においても水和を堅持することが示唆された。(2)溶液組成と表面組成の関係からBr^-とSO_4^<2->は吸着膜中で互いによく混和すること、また低い溶液濃度ではSO_4^<2->はBr^-に比べ界面領域に吸着しやすい傾向があり高い溶液濃度では界面に存在するBr^-の比率が高くなることも示された。(3)水和構造解析から吸着膜中でのBr^-の活性剤イオンへのイオン結合度はDTABr純成分系より混合系で高くなることが示された。今回の研究から対イオンと活性剤イオン間の静電相互作用は疎水鎖間分散力や水和の効果などに比べ長距離的であることからDTA_2SO_4では界面密度の低いところでもドメインが存在する可能性が高いことが示された。自身の以前の研究も含めることで、対イオンの異なるイオン性界面活性剤に関して電荷、水和、水素結合といった対イオンの特異効果の観点から吸着膜ドメインの研究を進展させるための実験系の基盤が整ったことの意義は大きい。

上に示した二つの手法を駆使し、通常Stern層や拡散層などを用いて表される電気二重層モデルを介さず、実験から対イオン分布を定量評価できたことの意義は大きい。これにより一部明らかとなった不均一構造、イオン特異効果に重要な対イオンの性質を用いることで、既存の電気二重層モデルの検証や新たなモデルの提案、界面熱力学量の分子論的な解釈など、界面電気現象に関する物理化学が益々進展することが期待される。当初予定していたC_6MBrImIこそ用いていないが、より単純系で考察のしやすいDTA_2SO_4を用いることでその吸着膜の凝集状態に関して表面張力と全反射XAFSから明らかにし、対イオンの異なるイオン性界面活性剤に関して電荷、水和、水素結から生じる対イオンの特異効果(ホフマイスター効果)の観点から吸着膜ドメインの研究をさらに進展させるための実験系の準備を整えたことから。スウェーデンにあるRoyal Instituteに留学し、自身の持つ実験系DTA_2SO_4、DTAC1、DTABr、DTABF4などの実験系に和周波分光法を適用し、界面活性剤に覆われていないフリー表面の残存率の定量、親水基の水和状態等を調べ、表面張力、全反射XAFSの結果と加えることで、ドメイン構造を明らかにする。得られた描像を元にRoyal InstituteのEriksson教授らと共にドメイン構造を取り入れた吸着理論式の提案を行う。(抄録なし)
原虫抗原/hsp70融合蛋白を用いたマラリアワクチン防御免疫の分子機構

hsp70にマラリア原虫CS蛋白のCTLエピトープを結合させた融合蛋白をマウスに免疫することにより、CS特異的CTLの誘導と部分的防御免疫得られることを我々はこれまで明らかにしてきたが、本研究の目的は抗原特異的CTLの誘導機序を明らかにすることである。1.バキュロウイルスによるリコンビナント蛋白の作製上記で用いた融合蛋白は大腸菌で発現させた融合蛋白であるため、大腸菌由来のLPSなどの僅かな混入により樹状細胞の抗原提示能が影響される可能性がある。そこで、大腸菌由来物質の混入を回避するため、バキュロウイルスによるリコンビナント蛋白の作製を行なった。2.抗原特異的CTLの誘導機序を明らかにするためのモデルシステムの確立H2-K^b拘束性に卵白アルブミンペブチドOVA_<257-264>を認識するCD8^+T細胞のT細胞レセプターのトランスジェニックマウス(OT-1)のリンパ節より精製したCD8^+T細胞と、モデル抗原としてのOVA_<257-264>を結合させたマウスhsc70(hsc70-OVA)の融合蛋白をパルスした抗原提示細胞(APC)を培養する。APCがhsp70-OVAを取り込みOVA_<257-264>の提示を行なったか否かは、OT-1由来CD8^+T細胞からのIFN-γ産生を指標に行なった。その結果、樹状細胞はhsc70-OVAを取り込み、OVA_<257-264>をOT-1T細胞に提示出来ることが明らかとなった。3.抗原特異的CTLの誘導機序の解析樹状細胞をブレフェルデインA、クロロキンなどの抗原提示経路の阻害剤で前処置することにより、抗原特異的CTLの誘導機序を解析した。その結果、外来性抗原として取り込まれたhsc70-OVAの提示には樹状細胞内のTAP分子は必ずしも必要ないこと、エンドソームでCTLエピトープとMHCクラスI分子が会合する経路が存在することを明らかにした。熱ショック蛋白70(hsp70)にサーカムスポロゾイト(CS)蛋白のCTLエピトープを結合させた融合蛋白をマウスに免疫することにより、CS特異的CTLの誘導と部分的防御免疫得られることを我々はこれまで明らかにしてきたが、本研究の目的は抗原特異的CTLの誘導機序を明らかにすることである。本年度は以下の研究を行なった。(1)抗原特異的CTLの誘導機序を明らかにするためのモデルシステムを確立した。H2-K^6拘束性に卵白アルブミンペプチドOVA257-264を認識するCD8陽性T細胞のT細胞レセプターのトランスジェニックマウス(OT-1)のリンパ節より精製したCD8陽性T細胞と、OVA237-264を結合させたマウスhsp70(hsp70-OVA)の融合蛋白をパルスした抗原提示細胞(APC)を培養する。APCがhsp70-OVAを取り込みOVA257-264の提示を行なったか否かは、OT-1由来CD8陽性T細胞からのIFN-γ産生を指標に行なった。その結果、樹状細胞はhsp70-OVAを取り込み、OVA257264をOT-1T細胞に提示出来ることが明かとなった。(2)バキュロウイルスによるりコンビナント蛋白、hsp70-OVAの作製(1)で用いたhsp70-OVAは大腸菌で発現させた融合蛋白であるため、僅かな大腸菌由来Lpsなどの混入により樹状細胞の抗原提示能が影響される可能性がある。

そこで、大腸菌由来物質の混入を回避するため、パキュロウイルスによるりコンビナント蛋白、hsp70-OVAの作製を行なった。(3)抗原特異的CTLの誘導機序の解析樹状細胞をブレフェルデインA、クロロキンなどの抗原提示経路の阻害剤で前処置することにより、抗原特異的CTLの誘導機序を解析した。その結果、外来性抗原として取り込まれたhsp70-OVAの提示には樹状細胞内のTAP分子を介する経路と介さない経路が共に存在すること、エンドソームでCTLエピトープとMHCクラス1分子が会合する経路が存在することを明らかにした。熱ショック蛋白70(hsp70)にサーカムスポロゾイト(CS)蛋白のCTLエピトープを結合させた融合蛋白をマウスに免疫することにより、CS特異的CTLの誘導と部分的防御免疫が得られることを我々はこれまで明らかにしてきたが、本研究の目的はこの様にして得られる抗原特異的CTLの誘導機序を明らかにすることである。本年度は以下の研究を行った。(1)平成13年に確立したモデルシステムを用いて融合蛋白の細胞内への取込み様式を解析した。Alexa488標識hsc70の細胞表面への結合に対する未標識hsc70の影響を解析したところ、骨髄由来樹状細胞においてはhsc70存在下ではAlexa488標識hsc70の細胞表面への結合が抑制された。一方、腫瘍細胞RMAでは抑制効果は認められなかった。(2)(2)hsc70存在下にてAPCにhsc-OVAを取り込ませた後、H-2_b拘束性OVA_<257-264>特異的TCR-Tgマウス(OT-1)のCD8陽性T細胞(OT-1 T細胞)からのIFN-γ産生、ならびにRMA上のK_b+OVA_<257-264>複合体を認識する抗体(25-D1.16)を用いて抗原の取込みを解析した。hsc70存在下にて樹状細胞にhsc70-OVAを取り込ませた場合、OT-1 T細胞からのIFN_<-γ>産生はhsc70の濃度依存性に著明に抑制された。しかし、RMAにおいてはhsc70存在下でもhsc70-OVAのクロスプレゼンテーションは全く抑制されなかった。以上のことから、hsc70はレセプターを介する取り込みと液相での取り込みの両者が存在すること、その取込み様式は細胞によって異なっていることを明らかにした。
化学教育ソフトウェアの国際交流に関する研究

化学教育にはCAIソフトウェアが必要であるが,日本にはその多くの種類のものはなく,学術レベルで検討が始められたところである。そして文部省主導型ではなく,研究者主導型でソフトウェアの開発がすすめられている。故に、本研究を萌芽的なものと認定され研究費の補助金を交付されたことで、ソフトウェアの開発と流通に大きく貢献できたと思われる。本研究の成果として,かねてから学術交流のあったアメリカ化学会プロジェクトSERAPHIM(アメリカを中心に英語圏において化学教育に関するソフトウェアを開発し流通させている学術団体)の管理しているソフトウェア77種について配布委託を受け,日本で無償利用ソフトウェアとして配布している。補助金で購入したパソコンIBMAT機とMacintosh桟はSERAPHIMソフトウェアの管理に使用しているこの他に,化学教育ソフトウェアの国際交流に関する研究発表を3回行なった。タイで開催された第12回国際化学教育会議(1992年12月),大阪で開催された日本化学会第63春季年会(1992年3月),新潟で開催された日本化学会第64秋季年会(1992年10月)で国際交流の重要化について報告した。国際交流の実は,英国を中心にヨーロッパにおいて同じような活動を行なっているCTI Centrefr Chemistry (Dr.Walker)のほか,カナダ,タイ,スロベーニアなどの研究者と,この分野で国際交流を進め,情報文換を実施している。
リキッドバイオプシーによる進行性腎細胞癌新規分子標的治療アルゴリズムの確立

2019年4月現在、日本国内で転移性腎細胞癌に承認されている分子標的薬は8剤存在するが、いずれの分子標的薬も適応は「根治切除」不能又は転移性の腎細胞癌」とされており、個々の症例に対して担当医が治療薬を決定しているのが現状である。高額な新規薬剤が保険診療で使用されていることもあり、良好な治療反応が期待できる症例の選別に有効なバイオマーカーなどの同定は喫緊の課題である。本研究では転移性腎細胞癌に対する新規薬物療法アルゴリズムの確立を目的とした基礎研究を行う。平成30年度は、血清遊離DNA、RNAを用いたリアルタイムPCR解析の最終条件設定とパイロットスタディを行うことを目標として研究を行った。PD-L1、VHLを発現している腎癌細胞株であるS-TFEを陽性コントロールとして使用して、まずはリアルタイムPCRアッセイの最終条件を設定した。この設定時の研究によって腎癌細胞株に対するサイトカイン刺激によってPD-L1の発現が更進することが明らかとなった。すなわち炎症性サイトカインとPD-L1の発現に相関がある可能性が示唆された。また、同時に臨床データベースの構築を進めた。臨床データベースの解析により、本コホートにおけるファーストラインの予後予測因子としてベースラインの血清中C反応性蛋白高値が明らかとなった。この臨床データベースと血清遊離DNA、RNAマーカーを組み合わせた解析を最終年度に予定している。平成30年度に予定していた血清遊離DNA、RNAを用いたリアルタイムPCR解析は陽性コントロールの設定などは予定通りには完了できた。パイロットスタディとして血清サンプルを使用したアッセイを行うことを予定していたが、まずは組織検体での確認を追加したため時間を要した。組織での確認は終了したので、2ヶ月程度で予定通りの進捗に到達する。平成30年度はVHL/VEGFおよびPD-L1経路スコアを組み入れた薬剤別治療効果の検討と新規治療アルゴリズムの確立を目標としており、炎症性サイトカインとPD-L1の発現に相関があることが示唆された。炎症性サイトカインを組み込んだリスク分類を検証し、論文発表している。平成31年度は臨床データと組み合わせた更なる予後解析を行うことを目標としている。臨床情報データベースとリキッドバイオプシーのスコアを組み合わせた解析を行う。現状ではリキッドバイオプシー用検体が投与前のベースラインのみの収集となっているので、最大治療効果時の検体なども追加して、解析のクオリティを上げるのを目標とする。平成29年度は血清遊離DNA、RNAを用いたリアルタイムPCR解析を行うことを目標として各種条件設定を行った。具体的にはまず収集した検体に対応する手術摘出検体のHE染色切片を再評価して組織が腎細胞癌組織であることを確認した。さらにはキットを用いてコントロール血清からDNAとRNAの抽出を行った。プロテインキナーゼKの作用時間をやや長めに設定することでRNAではA 260/280値が2.0以上、DNAではA260/280値が1.8以上の、十分に純度が高い核酸が抽出できることを確認した。さらに、RNAを逆転写してハウスキーピングジーンのPCRで増幅可能であることを確認した。DNAに対しても反復配列(ALU)を増幅させるプライマーを用いてPCRを行い、今後のvalidation study等にも使用できるクオリティであることを確認した。また、VEGF、PD-L1、VHLの発現している腎癌細胞株を陽性コントロールとして使用して細胞株間の遺伝子発現状況の違いを検討した。この解析によって腎癌細胞株におけるVHLの発現とPD-L1の発現に相関がある可能性が示唆された。また、同時に臨床データベースの構築を行った。臨床データベースの解析により本コホートにおけるファーストライン開始から病勢進行までの中央値が12ヶ月、全生存期間中央値が40ヶ月程度であることが明らかとなった。この臨床データベースと血清遊離DNA、RNAマーカーを組み合わせた解析を今後予定している。平成29年度に予定していた血清遊離DNA、RNAを用いたリアルタイムPCR解析は予定通りには完了できなかった。これは血清から抽出したDNA、RNAが断片化されていることから、通常のプライマーを使用したPCRでは検出が困難であったためである。これを解決するためにPCR産物を120bp程度に設定したアッセイを行うこととした。断片化されているサンプルでも使用できるようにプライマーデザインをしなおしたため時間を要したが、すでにこの問題は解決されており、2ヶ月程度で予定通りの進捗に到達する。

臨床データベースの解析により、本コホートにおけるファーストラインの予後予測因子としてベースラインの血清中C反応性蛋白高値が明らかとなった。この臨床データベースと血清遊離DNA、RNAマーカーを組み合わせた解析を最終年度に予定している。平成30年度に予定していた血清遊離DNA、RNAを用いたリアルタイムPCR解析は陽性コントロールの設定などは予定通りには完了できた。パイロットスタディとして血清サンプルを使用したアッセイを行うことを予定していたが、まずは組織検体での確認を追加したため時間を要した。組織での確認は終了したので、2ヶ月程度で予定通りの進捗に到達する。平成30年度はVHL/VEGFおよびPD-L1経路スコアを組み入れた薬剤別治療効果の検討と新規治療アルゴリズムの確立を目標としており、炎症性サイトカインとPD-L1の発現に相関があることが示唆された。炎症性サイトカインを組み込んだリスク分類を検証し、論文発表している。平成30年度はVHL/VEGFおよびPD-L1経路スコアを組み入れた薬剤別治療効果の検討と新規治療アルゴリズムの確立を目標としている。このアルゴリズムには臨床的リスク分類の使用を前提としているが、臨床情報データベースとリキッドバイオプシーのスコアを組み合わせた解析を行う。現状ではベースラインのヘモグロビン値、乳酸デヒドロゲナーゼ値、補正カルシウム値、チロシンキナーゼ阻害剤投与開始までの期間、パフォーマンスステータスが独立した病勢進行までの期間を予測する因子として用いられているのでこれらを利用する。平成31年度は臨床データと組み合わせた更なる予後解析を行うことを目標としている。臨床情報データベースとリキッドバイオプシーのスコアを組み合わせた解析を行う。現状ではリキッドバイオプシー用検体が投与前のベースラインのみの収集となっているので、最大治療効果時の検体なども追加して、解析のクオリティを上げるのを目標とする。使用予定だった試薬の値段が下がったので差額が生じた。翌年度の試薬購入に使用することとする。
不確実・低成長時代の次世代都市時空間構成に関する数理的研究

第一に,正方格子状および放射環状道路網都市において交差の少ない経路誘導方策への示唆を得るとともに,都市圏・国土レベルでの交通網を時系列的に速達性,冗長性,環境性の面から評価し,また自前型・出向き型・出迎え型の交通システムの有利となる条件を明らかにした.第二に,ポリゴン形式の土地利用データから土地利用混合を隣接性,近接性,集積性の3つの観点による計測方法を開発し,東京都区部の地区分類へ応用した.第三に,人口の変動と施設の耐用年数に合致した適切な配置,建替,廃止のタイミングが存在することを示し,数理計画法に基づくモデル化と解法の適用により,現実的な問題に対する最適解を示すことを可能にした.持続可能な都市形成の将来像として,集約型都市構造の概念が提示され,コンパクトな市街地形成を究極的な目標とした都市計画を中央政府や地方自治体が掲げるようになってきた.しかし一方で,地域や文化によってそのあるべき姿は異なるという指摘や,都市は生き物の如く,社会経済の変動にしたがって絶え間なく変化しているという指摘もある.時間軸も考慮した都市の空間構成は,予測困難な将来に対して頑健性と柔軟性を併せ持つと同時に,一定の効率性も満たすものでなくてはならない.そこで本研究では,将来の不確実性と低成長時代の特徴を考慮した次世代都市時空間構造について,数理的アプローチによる都市構成要素のモデルモジュールの開発を行い,未来都市の時空間構成のあり方を探ることを目的とする.1)施設の配置密度とネットワーク構造のパターンに関する研究,2)土地利用の最適パターンと立体土地利用に関する研究のサブテーマについて理論的基礎の検討と評価基準の明確化を行った.(1)施設(点オブジェクト)の配置密度とネットワーク構造(線オブジェクト)のパターンについては,(1a)移動経路を規定するネットワークパターンと距離の関係を明確化した上で,それを用いて(1b)格子状グリッドや放射環状等の典型的な街路網パターンに対して施設の最適な配置や密度を求めることにより,ネットワークパターンが点オブジェクトの最適パターンに与える影響を明確化した.(2)純化と混合のバランスから定まる土地利用(面オブジェクト)の最適パターンと立体土地利用については,(2a)土地利用の純化と混合の程度を表す指標を,その持つべき性質を明らかにした上で,GIS上での空間データを記述する上で基本とされるポリゴンデータを用いて定義し,その指標を用いて,(2b)土地利用区分方法と類似度に着目しながら純化と混合のバランスから決まる土地利用の最適パターンを解明した.持続可能な都市形成の将来像として,集約型都市構造の概念が提示され,コンパクトな市街地形成を究極的な目標とした都市計画を中央政府や地方自治体が掲げるようになってきた.しかし一方で,地域や文化によってそのあるべき姿は異なるという指摘や,都市は生き物の如く,社会経済の変動にしたがって絶え間なく変化しているという指摘もある.こうした時間軸も考慮した都市の空間構成は,予測困難な将来に対して頑健性と柔軟性を併せ持つと同時に,一定の効率性も満たすものでなくてはならないと考えられる.そこで本研究では,将来の不確実性と低成長時代の特徴を考慮した次世代都市時空間構造について,数理的アプローチによる都市構成要素のモデルモジュールの開発を行い,未来都市の時空間構成のあり方を探ることを目的とする.27年度は,(1)施設の配置密度とネットワーク構造のパターンについて,(1c)ネットワークのパターン・密度と交差点密度の関係を明示的に求め,交差によるロスからネットワークの最適密度を導き,(1d)ネットワーク上の輸送システムとして,自家用車や徒歩・自転車などの自前型,鉄道やバス・カーシェアリングなどの出向き型,タクシーやデマンド型交通などの出迎え型の3者を比較した.(2)純化と混合のバランスから定まる土地利用の最適パターンと立体土地利用について,(2c)空中・地下空間などの立体的土地利用とそれによる多層化の最適土地利用の実現への寄与について検討を行うとともに,(2d)大規模敷地の都市内配置が交通移動効率に及ぼす影響を定量化し,大規模施設の最適配置パターンを明らかにした.さらに,(3)不確実性と低成長を前提とした最適時空間配置構成のモデル分析について,(3a)時間軸を導入した施設・ネットワーク最適配置モデルを構築し,人口成長・衰退や周期変動と施設の最適な設置・廃止場所とタイミングとの関係を明らかにした.ネットワークのパターン・密度と交差点密度の関係を明示的に求め,交差によるロスからネットワークの最適密度を導いた.

また,純化と混合のバランスから定まる土地利用(面オブジェクト)の最適パターンを評価する方法がほぼ確立した.大規模敷地の都市内配置が交通移動効率に及ぼす影響を定量化し,大規模敷地を伴う施設の最適配置パターンが明らかにされた.さらに,時間軸を導入した施設・ネットワーク最適配置モデルが完成し,人口成長・衰退や周期変動と施設の最適な設置・廃止場所とタイミングとの関係が具体的な都市における施設配置過程との整合性の検討まで進んだ.28年度は,不確実性と低成長を前提とした最適時空間配置構成(4D)のモデル分析について,時間軸を明示的に導入することによってもたらされる空間利用の非一様性といった観点を取り入れて,成長・衰退,周期変動,寿命,スクラップ・アンド・ビルドとメンテナンス・更新をキーワードとしながら,動的な配置・パターンのサイクルを定量的に求めることを目的として最適時空間配置の分析を進めるとともに,3つのサブテーマを総合化し,将来の不確実性と低成長時代の特徴を考慮した次世代都市空間構造の具体像を明らかにすることを目的として研究を進めた.不確実性と低成長を前提とした最適時空間配置構成(4D)のモデル分析については,(3b)施設やネットワークの寿命を明示的に導入し,スクラップ・アンド・ビルドとメンテナンス・更新の比較とタイミングの最適化モデルを作成するとともに,これを用いて,(3c)費用構造と適正なライフサイクルを明確にすることにより,成熟社会における都市の盛衰に合わせた都市更新と時空間的変動サイクルを解明した.そして,これまでの3つのサブテーマ毎の成果を総合化し,将来の不確実性と低成長時代の特徴を考慮した次世代都市空間構造と未来都市の時空間構成のあり方について考察を行い,本研究課題の成果を整理した.本研究課題の成果に基づいて,オブジェクト間の相互影響を考え,理想像を同時に考えるとともに,時間とともに住民も都市インフラも歳を重ね,世代交代や維持更新の必要性が生じることも考え合わせながら,一般論として普遍性のあるモデル構築を行うことが可能となった.この成果を基礎に,将来の時空間構造の姿として,地域や時代に対応した今後の理想都市計画の理念の最も基礎的な考え方を理論的に提供することが期待できる.第一に,正方格子状および放射環状道路網都市において交差の少ない経路誘導方策への示唆を得るとともに,都市圏・国土レベルでの交通網を時系列的に速達性,冗長性,環境性の面から評価し,また自前型・出向き型・出迎え型の交通システムの有利となる条件を明らかにした.第二に,ポリゴン形式の土地利用データから土地利用混合を隣接性,近接性,集積性の3つの観点による計測方法を開発し,東京都区部の地区分類へ応用した.第三に,人口の変動と施設の耐用年数に合致した適切な配置,建替,廃止のタイミングが存在することを示し,数理計画法に基づくモデル化と解法の適用により,現実的な問題に対する最適解を示すことを可能にした.施設配置については,転用を考慮した地域公共施設再編の数理モデルの構築に成功し,市街地の道路延長密度や交差点密度などから見た特徴との関連性について成果を進めている.また,大規模施設立地のモデル化や土地利用混合の評価方法の開発の研究も進んだ.さらに,周期的人口変動下での動的施設配置とコンパクト化の有効性についても一定の成果を上げている.28年度は,(3)不確実性と低成長を前提とした最適時空間配置構成(4D)のモデル分析については,(3b)施設やネットワークの寿命を明示的に導入し,スクラップ・アンド・ビルドとメンテナンス・更新の比較とタイミングの最適化モデルを作成するとともに,これを用いて,(3c)費用構造と適正なライフサイクルを明確にすることにより,成熟社会における都市の盛衰に合わせた都市更新と時空間的変動サイクルを解明する.さらに,3つのサブテーマを総合化し,将来の不確実性と低成長時代の特徴を考慮した次世代都市空間構造の具体像を明らかにする.都市計画・都市解析27年度は2つのサブテーマに関する最適配置・パターンの分析を進めるとともに,3つめのサブテーマについて,理論的基礎の検討に取りかかる.(1)施設(点オブジェクト)の配置密度とネットワーク構造(線オブジェクト)のパターンについては,(1c)ネットワークのパターン・密度と交差点密度の関係を明示的に求め,交差によるロスからネットワークの最適密度を導くとともに,(1d)ネットワーク上の輸送システムとして,自家用車や徒歩・自転車などの自前型,鉄道やバス・カーシェアリングなどの出向き型,タクシーやデマンド型交通などの出迎え型の3者を比較し,条件によるそれらの優劣を明らかにする.
細菌べん毛タンパク質輸送の交通整理のしくみの解明

本研究では、べん毛タンパク質輸送の交通整理のしくみを原子レベルで解明するため、最も本質的な部分を担うFliKc, FlhBc, FlhAcに焦点を合わせ、遺伝学・生化学的解析、X線結晶構造解析、高速AFM計測による動態解析を実施します。具体的には1)過渡的に形成されるフックシグナリング複合体の相互作用ネットワークの解析、2)フックの完成に伴うFlhACリング複合体の機能変化の解析、3)高速AFMによるFlhAcリング複合体を中心とした動的相互作用ネットワークの可視化を実施します。
組織変革における阻害・促進要因の実証的解明

組織変革における阻害・促進要因を、戦略の実行プロセスに着目して実証的研究を行った。研究方法として、組織変革にかかわる分析フレームワークを提示し、事例研究として、キヤノン、花王、東レ、ダイキン工業、パナソニック、ソニー、シャープから考察した。分析の結果、組織変革の阻害要因として経営者の意思決定の内容・範囲・タイミング、協働システムの設計、職務間のボトルネックを解消するクロスファンクショナル体制に課題があった。一方、促進要因として創発的戦略を生み出す組織形態、イノベーションを生み出すオープンな組織文化、ダイナミックな組織学習などであることが分かった。研究目的は、組織変革における阻害・促進要因を、戦略の実行プロセスに着目して実証的に解明することである。最初に、本研究の分析フレームワークを提示するため、組織変革に関わる理論的系譜を最近の文献を収集し調査した。平成27年度投稿論文で提示した分析フレームワークをもとに、事例企業(東レ、花王、パナソニック、シャープ、ダイキン工業、キヤノン、ソニー)の組織変革を調査した。研究方法は、最初に、組織変革の阻害・促進要因の間接的4要因として、組織変革の断行、組織形態の変化、意思決定の明確化、組織学習の促進を提示した。次に、事例企業を十数年間の文献調査、公表資料、新聞記事などから分析した。その作業を進めるにあたって、構築されたシステム・制度、活動として定着した組織ルーティンに的を絞って考察を進めた。そのうえで、組織変革の阻害・促進要因を、外部環境適応の戦略を中心にしたマクロ組織の視点と、組織と人間との関係を対象としたミクロ組織の視点の両面から、さらに、計画的変革と創発的変革の二面性の視点から検討した。平成26年度は、組織と人間との関係について、働く人の尊厳を、労働、仕事、活動の視点から考察し、経営哲学学会第31回全国大会の統一論題で報告した。本研究の意義は、組織変革の理論と実証の統合を図りそのメカニズムを解明することで、多くの企業や社会に認識され再現可能な理論として実践されることが期待できる。次年度の計画であるが、第1段階の理論的整理と第2段階の事例企業の実証研究の接合作業を続け、分析フレームワークによる実証的解明を進める。これらの作業と分析の成果を、引き続き学会発表と投稿論文で報告する。組織変革の阻害要因を、階層と職能における機能不全に焦点を絞って考察を続ける。一方、組織変革の促進要因は、組織能力、組織学習、組織関係、組織文化との関係から考察を続ける。最初に、本研究の分析フレームワークを提示するため、組織変革に関わる理論的系譜を最近の文献を収集し調査することで体系的に整理し直した。そこでは、主にダイナミック・ケイパビリティの形成プロセスに着目すると同時に、新たに事例企業を加えて既に提示した仮説モデルの修正を行った。平成27年度、組織変革における二面性を戦略シフトについて、パナソニック、ソニー、シャープを調査分析し、日本経営学会第89回全国大会の自由論題で報告した。同時に、研究論文を3件発表した。第一は、「組織変革メカニズム解明に向けた分析フレームワーク」『経営情報研究』(摂南大学経営学部)、第二は、「組織変革の促進要因ー組織能力、組織学習、組織間関係、組織文化からのアプローチー」『経営情報研究』(摂南大学経営学部)、「組織変革の二面性ー戦略シフトの考察を通して」『日本経営学会論集第86集』である。さらに、平成26年度と平成27年度の研究成果を、単著『企業の持続性と組織変革』文眞堂で平成28年3月に出版した。これまでに、組織変革を促進する4要因として、組織能力・組織学習・組織間関係・組織文化との関係から研究を進めた結果、次の要因が明らかになった。第1は、機能別組織能力からグループ全体のダイナミック・ケイパビリティ形成、第2は、創発的戦略を促進させるクロスファンクショナルでフラクタルな組織形態による組織学習、第3は、M&A後の組織間関係を促進させるリエゾン・マネジメントの機能向上、第4は、イノベーションを創出するオープンな組織文化の形成および変革であった。平成27年度の学会活動においても、日本経営学会・経営哲学学会合同北海道部会(於:釧路公立大学;7月18日)において、「稲盛経営哲学と中国儒教」という報告者テーマのコメンテータを務め、組織変革における経営者哲学と経営システムとの関係について研究を深めた。日本経営学会第89回全国大会(於:熊本学園大学;9月4日)において、自由論題報告「組織変革における二面性ー戦略シフトの考察を通してー」というテーマで、平成26年度と平成27年度前半までの成果を報告した。同時に、平成26年度成果物である、「組織変革における阻害・促進要因の実証的解明ー組織ルーティンの研究を通してー」(平成27年3月発行の本研究に関わる2009年2014年の8論文集)を参考資料として提示した。また、経営哲学学会第32回全国大会(於:慶應義塾大学:9月8日)において、「台湾系EMS企業の成長過程」という報告者テーマのコメンテータを務め、組織変革における企業家機能について考察を深めた。また、2016年度組織学会年次大会(於:大阪大学;12月5日)において、シャープの組織変革について情報収集し、平成27年度に提出した論文を精緻化した。経営戦略学会第16回発表大会で、「ペンローズの企業成長論」という報告者テーマのコメンテータを務め、M&A(合併・買収)を中心とした、組織変革と組織間関係について考察を深めた。日本経営学会・経営哲学学会合

同北海道部会(於:ロワジール函館ホテル;3月26日)において、「組織文化と異文化のインターセクション」という報告者テーマのコメンテータを務め、組織変革と組織文化ないし異文化経営との関係から研究を深めた。研究目的は、組織変革における阻害・促進要因を、戦略の実行プロセスに着目して実証的に解明することであった。研究方法は、分析フレームワークを提示し、組織変革に関わる理論的系譜を最近の文献を収集・調査し体系的に整理した。主にダイナミック・ケイパビリティの形成プロセスに着目すると同時に、新たに事例企業を加えて既に提示した仮説モデルの修正を行った。次に、組織変革における阻害・促進要因を、戦略の実行プロセスに着目して実証的に解明を行った。組織変革を成功させる競争優位の源泉となる要因について、経営理念の機能に照準を合わせた。しかしその解明には、本質的に内生性の問題を考慮しなければならない。そのため、別の要因によって左右されるモデレーティング効果の影響を分析し、その事実から検討する必要があった。そこで、間接的な4要因を仮説として提示した。その4要因とは、(1)組織変革の断行、(2)組織形態の変化、(3)意思決定の明確化、(4)組織学習の促進である。4つの仮説をもとに、7社(キヤノン、東レ、花王、ダイキン工業、パナソニック、ソニー、シャープ)の事例分析を行い、組織変革の阻害・促進要因を、組織と人間との関係、組織と外部環境との関係の二方向から検討した。本研究の結果から、組織変革の阻害要因として、経営者の意思決定の内容・範囲・タイミング、協働システムの設計、職務間のボトルネックを解消するクロスファンクショナル体制に課題があった。一方、促進要因として、創発的戦略を生み出す組織形態、イノベーションを生み出すオープンな組織文化、ダイナミックな組織学習などであることが分かった。組織変革における阻害・促進要因を、戦略の実行プロセスに着目して実証的研究を行った。研究方法として、組織変革にかかわる分析フレームワークを提示し、事例研究として、キヤノン、花王、東レ、ダイキン工業、パナソニック、ソニー、シャープから考察した。分析の結果、組織変革の阻害要因として経営者の意思決定の内容・範囲・タイミング、協働システムの設計、職務間のボトルネックを解消するクロスファンクショナル体制に課題があった。一方、促進要因として創発的戦略を生み出す組織形態、イノベーションを生み出すオープンな組織文化、ダイナミックな組織学習などであることが分かった。平成26年度は、文献収集に重点を置き、事例企業の1次文献の実証研究に重点を置いた。理論研究の文献調査は、組織変革、グローバル経営、組織ルーティン、ダイナミック・ケイパビリティを中心に行った。持続的成長企業として、東レ、花王、ダイキン工業、キヤノンを取り上げで、組織変革の阻害・促進要因を考察すると同時に、組織変革が求められる日本の電機産業のなかから、パナソニック、ソニー、シャープを比較研究した。事例企業の考察のため、理論研究を体系的に把握したうえで分析フレームワークを提示した。これらの成果は投稿論文として平成27年に掲載される予定である。
顎顔面補綴材料として軟質ポリフルオロエチレンの開発研究

1.含フッ素高分子の諸性質フッ素化合物の化学安定性や撥水撥油性に着目して、各種のメタクリル系のフッ素化合物を合成し、重合させて補綴材料としての基礎的な性質を検討した。その結果、高分子をフッ素化することにより、比重は大きくなり、屈折率、かたさ、吸水量は低下する傾向を示した。フッ素化により硬化補綴物の吸水による機械的強度の低下が抑制され、また各種の蛋白質の吸着量が低下することから、耐汚染性が向上すると考えられた。2.軟質ポリフルオロエチレンの調製フッ素化した軟質高分子として、フッ化ビニリデン、三フッ化塩化エチレン、四フッ化エチレンの三元共重合体であるポリフルオロエチレンを合成した。この高分子は各種の溶媒に可溶であり、また機械的強度も優れているので、シート状あるいはコーティング材としての使用が試みられた。また分子量の低いポリフルオロエチレンに重合性のメタクリル基を導入したモノマーを新たに合成し、化学重合型や光重合型の開始剤を用いてこのモノマーを重合させると容易に成型体が得られることが明らかになった。3.軟質ポリフルオロエチレンの応用試作軟質ポリフルオロエチレンの生物学的な安全性を調べる目的で、シリコーンゴムを対照とした溶血性試験や細胞培養試験、およびラットを用いた皮下埋入実験を行なった。その結果、この高分子が生体内で長期間に亘って安定であり、組織為害性も少ないことが確認された。さらに、この高分子を臨床の場において、義歯床の軟質裏装材や粘膜調整材用のコーティング剤、上顎悪性腫瘍治療後の欠損腔の栓塞体などに応用したところ、良好な結果が得られ、顎顔面における軟組織の補綴材料として有望な素材であると結論された。
ダウン症候群原因遺伝子の同定とその発症機構のゲノム科学的研究

(目的)我々は21番染色体のトリソミーが原因で神経遅滞、成長障害、先天性心臓病などの多彩な症状を示すダウン症候群の原因解明を目指して研究を行っている。とくに部分トリソミーをもつダウン症患者に共通して存在する約1.8Mbの領域はダウン症必須領域(DSCR)と呼ばれており、我々は本領域の配列を世界に先駆けて決定するとともに、4個の新規遺伝子を単離・同定した。しかしながら、全ての遺伝子を同定したかどうかは明らかではない。そこで本領域に存在する全遺伝子を同定するために、「ゲノム中の機能的に重要な領域は進化的に保存されている」という原理に基づいて、他生物ゲノムとの比較構造解析を行うことが有効な手段であると考えた。本研究では同定される新規遺伝子および制御領域ついてもその機能解析を進め、ダウン症の発症機序の解明を行う。(結果)ヒトDSCRとシンテニーな領域をカバーするマウスPACコンティングを作製し、約1.4Mbの高精度な配列を決定した。決定したマウス配列から10種の既知遺伝子構造を同定し、これらの位置および転写方向がヒトとマウスにおいて高度に保存されていることを明らかにした。しかしDSCR4とDSCR8遺伝子については、マウスゲノム配列上に相同な領域が見られず種特異的な遺伝子の可能性が示唆された。またGC含量はヒトとマウスでそれぞれ45.4%と42.4%であり、反復配列を除いた塩基数はほぼ同程度である(長さの違いは反復配列数の差による)ことが明らかとなった。次に比較ゲノム解析から、既知エクソン以外にも144カ所(塩基レベルで80%以上の相同性かつ100bp以上)の保存領域が認められ、新規遺伝子(エクソン)あるいは発現制御領域である可能性が示唆された。現在、これら新規に同定した保存領域についてはその機能解析を進めている。
四肢の律動的協調運動における体幹筋群の機能的役割

本研究課題の目的は、ヒトにおける上肢と下肢による律動的な協調運動時における体幹筋群の機能的ならびに生理学的な役割を明らかにすることである。本研究により、異なる負荷と回転数による上・下肢による同時ペダリング運動時の体幹筋群活動を分析し、脊柱起立筋群(ES)と腹筋群(AB)の活動は、ペダリング負荷と回転数に依存して非直線的に増大することが明らかとなった。また、ESとABの中潜時皮膚反射は座位状態に比して下肢ペダリングのパワー位相で強い促通を受けることが明らかになった。最後に、上・下肢ペダリング時の上肢-下肢相互作用は、1から4週間の反復的なトレーニングによって漸減することが明らかになった。平成22年度の研究目標は、律動運動中の体幹筋群の活動はCPGによる制御を受けているのかについて明らかにすることであった。神経学的疾患のない健康な成人男性7名を対象として、独立した固定式自転車エルゴメーター(クランク長15cm)を用いてペダリング運動を遂行させた。ペダリング運動の回転速度は60rpmであった。被験者がペダリング運動を遂行中に左足首外果レベルで腓腹神経を電気刺激することにより両側の腹筋下部(ABL)と腰部起立筋部(ES)より筋電図活動を導出した。電気刺激を与える位置は,ペダルが1-2周する間に、下肢のクランク位置が時計盤の12,3,6,9時に相当する位置のいずれか1つにあるときとした。運動課題遂行時における皮膚反射は,潜時80-120msに顕著に表れた.運動課題として,ペダリング課題と静的な筋収縮課題を比較すると,静的な筋収縮課題に比してペダリング課題中の方が反射振幅が有意に大きかった(p<0.05).また,電気刺激をクランク位置12,3,6,9時の各位相で与え、皮膚反射の運動位相依存性について検討したが、ESおよびABLともに有意差はみられなかった。静的な筋収縮課題中及びペダリング課題中における皮膚反射の振幅と背景EMG量の間には、同側ABLと対側ABLにおいて、有意な相関関係が認められた。これらの結果は、体幹筋群を支配する運動ニューロンも下肢のパターン発信に関わる神経機構の影響下にあることを示唆する。さらに、下肢の律動運動は下肢皮膚神経由来の体幹筋群皮膚反射のオフセットを上昇させていることを示唆する。体幹筋群の皮膚反射がCPGによる制御を受けているか否かを検討するため,健常成人7名を対象として下肢ペダリング運動遂行中に腓腹神経に電気刺激を与え,皮膚反射を誘発した.ペダリング課題と静的な筋収縮課題ともに、体幹筋群の皮膚反射は,潜時80-120msに顕著に表れた.皮膚反射の振幅は最大筋電図量で正規化し,その変化量をペダリング課題と静的な筋収縮課題を比較したところ,静的な筋収縮課題に比してペダリング課題中の方が反射振幅の方が有意に大きかった(左右脊柱起立筋(ES)および外腹斜筋(ABL),p<0.05).また,電気刺激をクランク位置12,3,6,9時の各位相で与え、皮膚反射の運動位相依存性について検討したが,有意な変化は観察できなかった.また、ペダリング速度や負荷の変化による皮膚反射の修飾も観察されなかった.一方,静的な筋収縮課題中及びペダリング課題中における皮膚反射の振幅と背景EMG量の相関分析を行ったところ,同側ABLと対側ABLにおいて有意な相関関係が認められた.本研究では、背景筋電図量が同一でも静的筋収縮時に比してペダリング運動時に皮膚反射の振幅は前者で有意に増大することを確認した。この結果は,体幹筋群を支配する運動ニューロンも下肢のCPGの制御下にあることが示唆された。これまでに,多くの四肢筋群ではペダリング運動や歩行運動の位相に応じて皮膚反射の振幅が変化することが報告されている.しかし,本研究結果は、下肢の低域値皮膚感覚受容器の活動によって引き起こされる体幹筋群の皮膚反射は,運動位相依存性を示さず、歩行周期全体でオフセットを上昇させるように制御されていることを示唆する。歩行や走運動のような律動的な移動運動時における上・下肢の活動パターンの制御には脊髄にあるパターン発信器(CPG)が重要な役割を果たしていることが明らかにされている。近年、このCPGはヒトにおいても存在し、上・下肢による律動運動の制御に重要な役割を果たしていると考えられる。しかし、上・下肢のCPG間の相互作用については不明な点が多い。

平成24年度の研究目的は、上肢と下肢の律動運動の制御を担うCPG間の干渉作用がトレーニングによってどのように修飾を受けるか明らかにすることである。被験者は神経学的疾患のない健康な成人男性10名であった。被験者は、約4週間にわたり週4回程度の頻度で上・下肢ペダリング運動の干渉効果に関するトレーニングを行った。上・下肢ペダリング運動の干渉効果とは、最初に上肢ペダリング運動を定常的に行わせ、次いで下肢のペダリング運動を開始させると、上肢のペダリング回転速度が急速に低下する現象である。被験者に、この運動課題を4週間にわたって行わせ、上・下肢緩衝効果がトレーニング前後でどのように変化したかについて分析を行った。その結果、トレーニング前では、上肢ペダリングの定常運動は下肢ペダリング運動によって影響を受け、その開始に伴ってペダリング速度が有意に低下した。しかしながら、この効果は1週間程度のトレーニングによって修飾を受け、速度低下は有意に漸減した。また、このトレーニング効果は、継続的に筋力トレーニングを行っている鍛錬者と非鍛錬者間で相違は見られなかった。これらの結果は、上・下肢に独立して存在すると考えられるCPG間の連結が、トレーニング効果を受けて低減した可能性が考えられる。一方、この結果は脊髄より上位の中枢神経系による学習効果の可能性であることも否定できない。平成23年度は、ペダリング運動遂行中の体幹筋群の皮膚反射を詳細に調べることができるなど、交付申請書に記載した研究計画をほぼ実施することができた。24年度が最終年度であるため、記入しない。研究計画はほぼ順調に進行しているが、被験者の数は十分とは言えないため、今後も継続して被験者数を増やしながら実験を進めて行くことが必要である。.24年度が最終年度であるため、記入しない。
大気中アルゴン濃度測定システムの開発と海洋・陸上生物圏のCO2吸収量定量評価

本研究では、海洋貯熱量の変化にのみ起因して変動するAr濃度変動を利用して、大気中O2・CO2濃度変動に基づく海洋と陸上生物圏のCO2吸収量の推定精度を向上させるために、大気中Ar濃度の計測システムを構築し、標準偏差1sigmaで21 per megの精度での測定を可能にした。さらに、南極昭和基地で観測したO2、CO2濃度の長期変動を解析することにより、2000-2016年の平均として、海洋と陸上生物圏のCO2吸収量はそれぞれ2.4±0.8、1.6±0.7 GtC/yr(1 GtCは炭素換算で10の12乗kg)と推定した。199年代以降、大気中O2・CO2濃度変動観測に基づく海洋と陸上生物圏によるCO2吸収量の定量評価が行なわれているが、海洋の貯熱量変化に伴う海洋からのO2放出量の補正が難しく、それがCO2吸収量推定の大きな誤差要因となっている。本研究では、海洋の貯熱量変化、およびそれに起因する海洋からのO2放出量を評価し、大気中CO2・O2濃度観測に基づくCO2吸収量推定の高精度化に貢献することを目的として、海洋の貯熱量の変化にのみ起因して変動する大気中Ar濃度の計測システムを新たに開発に取り組んでいる。これを用いて、これまで採取・保管されてきた南極の大気試料を分析することで、これまでに報告例のない長期間の大気中Ar濃度変動の実態を明らかにし、海洋の貯熱量変化、およびそれに伴う海洋からのO2放出量の評価が可能になることが期待される。平成27年度においては、以下の2点を実施した。1. Isoprime Ltd.製質量分析計Isoprime100を検出器として、大気中Ar濃度計測法を確立するため、装置の試料導入部を改造し、分析試験を開始した。その際、先行研究を参考にし、一定流量で定常的に流している大気試料の一部を、内径25μmの細管を通じて分析計に導入する構成とした。さらに、その細管周辺のわずかな温度変化で分析計の出力が不安定になることが見出されたため、細管の保温のため、細管を一本のデカボンチューブで保護するとともに、そのデカボンチューブを断熱材で覆った。現在、テスト試料を用いて最適な分析条件を決定するため、試験中である。2.将来的に、本システムを用いた現場での連続観測実施も想定している。大気試料は分析計導入前に除湿する必要があるため、スターリング冷却機を利用した大気除湿システムを構築した。大気試料の適切な分析条件が整い次第、このシステムを用いた連続観測試験を開始する。システムの試料導入部改造の過程で、分析装置内で分析試料をイオン化するための電子を発生させるフィラメントが破断した。このフィラメントの交換作業時、フィラメントの取り付け位置の微調整のために取り外す必要のある一部の部品が破損していることが判明し、フィラメントを適切な位置に取り付け調整することが不可能であった。質量分析において、フィラメントが適切な位置に取り付けられなければ適切な分析を行うことはできない。この件について当該質量分析計を購入した代理店の技術者に相談した結果、破損した部品を含めた複数のパーツを交換する必要があることが判明したが、必要な部品をすぐに入手できる状態ではなかったため、現時点では応急的な対処を施して、当面の使用には差し支えない状態になっている。しかし、この不具合の発見と対応に時間を要し、その間のシステム開発・試験作業が中断された。このため、当初はすでに試験がほぼ完了し、実際の試料分析を開始しているはずであったが、現時点でまだ実試料を分析できる状態になく、作業はやや遅れている。今後は、交換が必要な部品の調達を急ぐと同時に、現状で可能な試験を実施し、実試料分析開始に向けて作業を進める。また、交換部品が調達され次第交換し、実試料の分析を開始する。1990年代以降、大気中酸素(O2)および二酸化炭素(CO2)濃度変動に基づく海洋と陸上生物圏によるCO2吸収量の定量評価が行なわれている。しかし、海洋の貯熱量変化に伴う海洋からのO2放出量補正の困難さのため、CO2吸収量推定には大きな誤差が残されている。本研究では、海洋の貯熱量変化、およびそれに起因する海洋からのO2放出量を評価し、大気中O2・CO2濃度観測に基づくCO2吸収量推定の高精度化に貢献することを目的として、海洋の貯熱量の変化のみに起因して変動する大気中アルゴン(Ar)濃度の計測システムの開発に取り組んでいる。これを用いて、従来から採取・保管されてきた南極の大気試料を分析することで、過去に報告例のない長期間の大気中Ar濃度変動の実態を明らかにし、海洋の貯熱量変化、それに伴う海洋からのO2放出量の評価が可能になることが期待される。平成28年度においては、Isoprime Ltd.製質量分析計Isoripme100を検出器とした大気中Ar濃度計測システムを確立するため、テスト試料を用いた分析試験を実施した。装置周辺の温度変化に同期した出力変動を最小限に抑えるため、温度変化に敏感な箇所を断熱材で覆うことで保温し、分析する試料の流量、圧力変化に伴う出力変化への応答を確認して、分析に最適な条件を探索した。また、南極・昭和基地で採取された大気試料のO2濃度を測定し、過去15年間のO2濃度変動を明らかにした。昭和基地のO2濃度変動と現地で観測されているCO2濃度データと組み合わせて、CO2収支定量推定の解析に着手した。

前年度、質量分析計の検出器部分の一部に破損が確認され、当該部品を含む複数の部品交換が必要であったため、テスト試料を用いた分析試験を中断していた。当該部品の調達、交換を検討していたが、実際の調達に時間を要し、実質的な分析試験作業が滞ってしまった。このため、当初はすでに試験作業を終えて実際の大気試料を分析しているはずであったが、現時点ではまだ実試料が分析できる状態になく、作業はやや遅れている。1990年代から、大気中酸素(O2)および二酸化炭素(CO2)濃度の長期変動に基づく海洋と陸上生物圏によるCO2吸収量の定量評価が行われてきた。この手法でCO2収支を推定する際には、海洋貯熱量の変化に伴って生じる海洋から大気へのO2放出の影響を補正することが必要であるが、その困難さの為、CO2吸収量の推定には大きな誤差が残されている。本研究では、海洋貯熱量の変化のみに起因して変動する大気中アルゴン(Ar)濃度の計測システムを開発して、従来から採取・保管されてきた南極の大気試料を分析して大気中Ar濃度の変動を検出することにより、海洋貯熱量の変化、およびそれに伴うO2放出量を評価し、大気中O2・CO2濃度変動に基づくより正確なCO2収支を推定することを目指した。大気中Ar濃度計測システムには、質量分析計Isorprime100を検出器として採用した。温度変化に同期した出力変動が確認されたため、装置周辺の温度変化に敏感な箇所を断熱材で覆い、分析する試料の流量を調整することにより、測定精度は標準偏差1sigmaで21 per megと評価した。しかし、この精度は海洋貯熱量変動から期待される大気中Ar濃度変動を検出するためにはまだ不十分であり、今後システムのさらなる測定精度向上が課題として残された。また、南極・昭和基地で採取された大気試料のO2濃度を測定し、従来から蓄積してきたデータと統合して過去16年間のO2濃度変動を明らかにした。現地で観測されているCO2濃度と組み合わせて解析することにより、2000-2016年の平均として、海洋と陸上生物圏のCO2吸収量はそれぞれ2.4±0.8、1.6±0.7 GtC/yr(1 GtCは炭素換算で10の12乗kg)と推定された。本研究では、海洋貯熱量の変化にのみ起因して変動するAr濃度変動を利用して、大気中O2・CO2濃度変動に基づく海洋と陸上生物圏のCO2吸収量の推定精度を向上させるために、大気中Ar濃度の計測システムを構築し、標準偏差1sigmaで21 per megの精度での測定を可能にした。さらに、南極昭和基地で観測したO2、CO2濃度の長期変動を解析することにより、2000-2016年の平均として、海洋と陸上生物圏のCO2吸収量はそれぞれ2.4±0.8、1.6±0.7 GtC/yr(1 GtCは炭素換算で10の12乗kg)と推定した。交換の必要が生じた分析計の部品を至急調達し、交換するとともに、テスト試料を用いて大気中Ar濃度計測システムの動作試験・測定精度確認を継続し、試料の流量・導入圧、分析計の校正頻度などの最適条件を決定する。すべての確認試験が完了した後に、1995年以降から南極で採取され、国立極地研究所に保管されている過去約20年分の大気試料のAr濃度分析に着手し、平成28年度中盤終盤の全試料分析完了を目指す。得られた分析データは、南極で観測しているCO2およびO2濃度とともにデータベース化し、物理法則に基づいた海洋貯熱量変動の推定、およびそれに伴う海洋からのO2放出量評価に向けた解析に着手する。