hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
肝臓細胞におけるオーファン核内受容体SXRの新規転写共役因子複合体の同定と解析

核内受容体はリガンド依存的に特定の遺伝子の転写を調節する転写因子である。このリガンド依存的な転写調節能には、転写共役因子が重要な役割を果たしている。近年、転写共役因子は複数のタンパク質を含む複合体として存在し、組織特異的な転写制御や染色体の構造調節といった局面で機能していることが明らかになってきた。オーファン核内受容体SXR(Sterid and Xenobiotic Receptor)は薬物の代謝・排泄や生体外異物の解毒を調節する因子であり、肝臓、腸管、肺、乳癌細胞などで発現している。また、ノックアウトマウスの解析からも薬物代謝のみならず、肝臓の再生にも重要である。SXRは抗生物質リファンピシン、骨粗鬆症治療薬タモキシフェン、そして胆汁酸の一種であるLCA(Lithocolic Acid)などをリガンドとして、薬物代謝酵素CYP(Cytochrome P450)3A4やP-糖タンパク質MDR1などの遺伝子発現を転写レベルで誘導する。しかしながら、SXRによる組織特異的な転写調節機構については不明なままである。そこで、本研究では肝臓に由来する培養細胞から、SXRと相互作用する転写共役因子群を生化学的に精製することにより、SXRに特異的な新規の転写共役因子複合体を同定し、SXRを介した肝臓における薬物代謝の誘導機構の解明を試みる。本研究により得られた知見は、薬物代謝の制御を目的とした創薬においてターゲット分子の候補を提供するものであり、医療面でも非常に重要であるSXRと相互作用する因子として、ポリコーム様因子Sfmbt1(Scm-like with Four MBT domains 1),F-box型E3ユビキチンリガーゼFBXW7(F-box with WD 7)を同定した。これらは、ともにユビキタスに発現している。Sfmbt1については、SXRリガンド依存的に誘導されること、および、SXR依存的な転写の活性化に対して抑制的に作用することが判明した。今年度は、肝臓細胞におけるオーファン核内受容体SXRの新規転写共役因子の同定を試みた。まず、大腸菌内発現系を用いてGST融合タンパク質としてSXRの機能ドメインであるD/E/F領域を精製する系を構築した。また、肝臓癌由来のHepG2細胞株を大量培養して、核抽出液を取得する系を確立した。次に、得られたGST融合SXR(D/E/F)をベイトとして核抽出液にコンタクトし、SXRとの相互作用因子を精製・単離した。そして、得られた相互作用因子について、MALDI-TOF質量分析計を用いたペプチドマスフィンガープリント法により同定を行った。その結果、新規転写共役因子の候補として、ポリコーム様因子Sfmbt1(Scm-like four MBT domains 1)が同定された。Sfmbt1は、タンパク質相互作用に関わるSAM(Sterile-alpha Motif)ドメインとヒストンのメチル化リジンの認識モジュールであるMBT(Malignant Brain Tumor)ドメインを有する。そこで、Sfmbt1がSXRによる転写活性化機構に対してどのように機能するかをSfmbt1をノックダウンした条件下でのレポーターアッセイによって検討したところ、転写抑制因子として機能することが分かった。また、Sfmbt1のSAMドメインをクローニングして、SXRと相互作用することを免疫沈降法によって確かめた。今後、Sfmbt1を含む新規転写共役因子複合体の精製を目指したい。
交互積層膜を用いた海水中からのリチウムの高選択的分離システムの開発

本研究では、海水中からのリチウムの効率的な選択的分離回収を目的として、1.リチウム/ナトリウム選択性の極めて高い新規のλ型2酸化マンガン系吸着剤の開発、2.この吸着剤の性能評価、3.この吸着剤を用いて交互積層膜の調製、および、4.交互積層膜を用いた膜透過モジュールによる海水中からリチウムを分離回収するシステムの構築を行った。この研究の結果、以下のような成果が得られた。1.リチウム/ナトリウム選択性の極めて高い新規のλ型2酸化マンガン系吸着剤の開発4酸化3マンガンと水酸化リチウムを原料として、空気雰囲気下高温の電気炉で焼成を行うことによってスピネル型酸素過剰マンガン酸リチウムを製造した。この中間体から、塩酸水溶液または硝酸水溶液を用いてリチウムを溶離することによって、リチウムイオンを高選択的に認識するλ型2酸化マンガン系吸着剤を開発した。本成果は平成14年2月22日に特許出願を行った(特願2002-46288)。2.新規の2酸化マンガン系リチウム吸着剤の性能評価以上で合成した吸着剤のリチウム/ナトリウム選択性を測定した結果、バッチ法では800倍以上の選択性、カラム法では2300倍の選択性が得られた。この選択性は現在知るところでは世界一の性能である。3.交互積層膜の調製λ型2酸化マンガン懸濁水溶液のアルギン酸膜への浸漬、アルギン酸ナトリウム水溶液への浸漬を交互に行うことによって交互積層膜を合成した。また、回数ごとの交互積層膜表面の観察は、走査型電子顕微鏡を用いて行ったところ、交互積層化は行われていることが分かった。4.模擬海水からのリチウムの選択的膜透過実験交互積層膜を用いて、模擬海水でのリチウムの膜透過速度に対する実験条件の影響について詳細に調べた。研究の結果、積層回数が増加すると、リチウム/ナトリウム選択性が大きく向上することが分かった。しかしながら、カラム分離の場合のような高選択的分離は達成することができなかった。本研究では、高濃度にナトリウムが存在する海水中から極低濃度(0.10.2ppm)のリチウムを選択的に分離回収することを目的として、新規のλ型二酸化マンガン系吸着剤の開発を行った。次に、交互積層膜による膜透過モジュールおよび吸着剤を充填したカラムモジュールを用いて、リチウムを分離回収する基礎的実験を行った。(1)新規のλ型二酸化マンガン系吸着剤の合成と評価吸着剤原料であるスピネル型マンガン酸リチウム(一般的組成:LiMn_2O_4)は、酸化マンガンとリチウム塩の混合物を電気炉中で、混合割合、焼成温度または時間などを変える事により様々な組成のものを合成した。λ型マンガン酸化物系吸着剤の製造は、得られたスピネル型マンガン酸リチウムと1M塩酸をリチウム/酸モル比、1:40で混合しリチウムの脱着を5回繰り返し行って合成した。得られた物質はX線回折により確認を行ったところ、この酸処理条件下であればスピネル構造を保持したままリチウムのみを効果的に除去することができることを確認した。(2)交互積層膜の合成と評価上記で合成したλ型2酸化マンガン懸濁水溶液

ヘアルギン酸膜を30分浸漬し、室温にて風乾させた後、アルギン酸ナトリウム水溶液へ30分浸漬して膜表面へのポリマーの積層化を行った。この膜を塩酸水溶液へ浸漬してアルギン酸の不溶化を行い、水で洗浄後、風乾させた。この操作を数回繰り返して交互積層膜を合成した。また、回数ごとの交互積層膜表面の観察は、走査型電子顕微鏡を用いて行い、積層化の過程を確認した。(3)模擬海水からのリチウムの選択的分離実験ガラス製の膜透過および吸着かラムモジュールと送液ポンプなどと組み合わせて、リチウムの選択的分離システムを製作した。これを用いて、模擬海水でのリチウムの吸着分離および膜透過分離を行い、リチウムと他の共存金属イオン(特にナトリウム)の選択分離特性や分離速度に対する影響を明らかにしている。本研究では、海水中からのリチウムの効率的な選択的分離回収を目的として、1.リチウム/ナトリウム選択性の極めて高い新規のλ型2酸化マンガン系吸着剤の開発、2.この吸着剤の性能評価、3.この吸着剤を用いて交互積層膜の調製、および、4.交互積層膜を用いた膜透過モジュールによる海水中からリチウムを分離回収するシステムの構築を行った。この研究の結果、以下のような成果が得られた。1.リチウム/ナトリウム選択性の極めて高い新規のλ型2酸化マンガン系吸着剤の開発4酸化3マンガンと水酸化リチウムを原料として、空気雰囲気下高温の電気炉で焼成を行うことによってスピネル型酸素過剰マンガン酸リチウムを製造した。この中間体から、塩酸水溶液または硝酸水溶液を用いてリチウムを溶離することによって、リチウムイオンを高選択的に認識するλ型2酸化マンガン系吸着剤を開発した。本成果は平成14年2月22日に特許出願を行った(特願2002-46288)。2.新規の2酸化マンガン系リチウム吸着剤の性能評価以上で合成した吸着剤のリチウム/ナトリウム選択性を測定した結果、バッチ法では800倍以上の選択性、カラム法では2300倍の選択性が得られた。この選択性は現在知るところでは世界一の性能である。3.交互積層膜の調製λ型2酸化マンガン懸濁水溶液のアルギン酸膜への浸漬、アルギン酸ナトリウム水溶液への浸漬を交互に行うことによって交互積層膜を合成した。また、回数ごとの交互積層膜表面の観察は、走査型電子顕微鏡を用いて行ったところ、交互積層化は行われていることが分かった。4.模擬海水からのリチウムの選択的膜透過実験交互積層膜を用いて、模擬海水でのリチウムの膜透過速度に対する実験条件の影響について詳細に調べた。研究の結果、積層回数が増加すると、リチウム/ナトリウム選択性が大きく向上することが分かった。しかしながら、カラム分離の場合のような高選択的分離は達成することができなかった。
フィルム状非接触人感センサにおける特異な複素空間形状の解明と脈波計測への応用

見守りセンサの実現に向け、印刷で作る静電容量型フィルム状非接触人感センサの開発を進めている。ただ、現状は感度不足で微弱な脈波を捉えるには至っていない。これには、センサの名称でもある静電容量、つまりインピーダンスの虚部のみの計測に終始していたことに一因があった。実は、共振構造とした上で実部も含めた複素平面にデータを展開すると、ダイナミックで複雑で応答性の高い渦状の特徴的形状が現れる。本研究にてこの難解な現象を解明してセンサの高感度化・脈波検出に繋げ、他者の追随を許さない我が国発の超高性能な見守り技術を構築する。
脱社会主義化・市場経済化政策下にあるモンゴル牧畜民の都市化動因と都市適応過程

本研究の目的は改革開放政策以後の都市化動因と過程を明らかにすることである。中国政府は地方都市を小都市として発展させ、農牧民の人口流出による大中都市の人口増を小都市で吸収させようとしてきた。その都市化をさらに推し進めているのが「砂漠化」と環境政策「生態移民」である。本研究により、都市化動因の背景に1980年代より実施されている土地分配政策があることが明らかになった。都市化を促進する要素には干ばつなど牧畜生産にマイナスダメージを与える気候変化、土地政策、生態移民政策に加え、職業政策、高学歴化、資源開発があげられる。なかでも生態移民は牧畜民の都市化過程において単純賃金労働者化を推し進めるものである。本研究の目的は、中国内モンゴル牧畜民の都市化の動因とその過程を自然環境災害「砂漠化」と国家環境政策「生態移民」に着目して明らかにすることである。そのために、昨年度に続き、以下3項目の研究計画を実施した。資料収集:中国内モンゴルだけでなく、モンゴル国の統計、文献収集およびその分析をおこなった。海外調査:中国内モンゴル自治区オルドス市で実地調査、オーラル・ヒストリーの聞き取りを実施した。北京で資料収集をおこなった。「過放牧」対策として生態移民など環境政策が実施されてきたが、「過放牧」は発生していないこと、農業実践が大きく変容していることが明らかになった。都市移住を決断する背景の一つは、干ばつによる家畜数の減少とそれによる収入の減少である。若者の都市への流出も顕著である。ただし、沿岸都市への出稼ぎの事例はまれで、地元での公務員採用の事例が多く観察された。生態移民政策により都市への移住を選択した家族の理由の一つに、地元小都市に就職した、就職を希望する子供の住居提供があった。他方で、移住を選択しない家族も多い。また、牧畜と農業をおこないつつ、世帯の一部のみを移民対象とし、都市に住居の分配を受けるなど、制度を巧みに利用する家族も少なくない。研究成果の発信:国内外あわせて4回の報告をおこなった。最終年度である平成25年度にはこれまでの調査研究を受けて資源開発に焦点を当て、中国内モンゴルでフィールド調査を2回に分けて実施した。都市化要因として、1980年代から実施された土地分配が大きく作用していることが明らかになった。さらに、近年の新しい兆候として、資源開発などによるインフラ整備の結果、草原の郊外化が進んでいることが明らかになった。これら成果を踏まえ、モンゴル牧畜民の都市化及び都市経済への適応とその諸問題をテーマにした蒙古文化与環境座談会(ワークショップ)を内モンゴル師範大学(中国フフホト市)で開催した。さらに、都市化だけでなく、モンゴルの教育と言語、内モンゴルの現状と課題をテーマにした研究会を主催した。ほか、日本文化人類学会第47回研究大会、第6回ウランバートル日モ国際シンポジウム「モンゴルにおける鉱山開発の歴史、現状と課題」(2013年9月6日@モンゴル国ウランバートル)、「第28回北方民族文化シンポジウム環境変化と先住民の生業文化ー家畜飼育・牧畜における適応ー」(2013年10月5日@北海道立北方民族博物館)など国内外の計9つの研究集会でこれまでの研究成果を報告した。また、著書2本、論文4本にまとめた。そのうちアフロ・ユーラシア内陸乾燥地文明叢書10として刊行した『極乾内モンゴル・ゴビ砂漠、黒河オアシスに生きる男たち23人の人生』は23人の牧畜民のオーラルヒストリーをモンゴル語と日本語で刊行したもので、都市化および環境変化、生活変容を知るうえでも貴重な一次資料である。そのために、以下3項目の研究計画を実施した。(1)資料収集:都市化、移民、災害、中国政策に関する統計・文献資料を収集した。国際会議への参加を通じて、最新の研究動向などの情報収集が可能となった。(2)海外調査:中国内モンゴル自治区オルドス市とアラシャー盟にて、実地調査を実施した。オーラル・ヒストリーによって、人民公社化、その解体を経て現在に至るまでの都市化過程とその動因について明らかにすることが可能となった。また、中国内モンゴル自治区シリンゴル盟で開催された国際会議への参加・報告に際し、シリンゴル盟における生態移民の現状について調査をおこない、新たな知見を得、調査対象地の相対化が可能となった。(3)研究成果の発信:中国内モンゴルにおける生態移民および砂漠化問題、それによる牧畜民の都市化について、国内外合わせて6回報告をおこない、研究成果の発信につとめた。

奥田進一准教授(拓殖大学)の科研プロジェクトとの合同国際シンポジウム「近代的所有権によるコミュニティの変質体制移行と近代的法整備による中国・モンゴル社会の方向性」を開催した。それにあわせて、内蒙古社会科学院民族研究所副所白蘭教授を招聘した。内モンゴルのトナカイ牧畜民エベンキ族の環境政策と都市化過程について講演していただくとともに、内モンゴルの都市化問題について意見交換をおこなった。牧畜民の都市化がモンゴル牧畜民だけでなく、他の少数民族でも進行していること、国家環境政策が都市化の動因となっていることが明らかになった。分野を超えた学術交流という点でも大変意義があるものであった。その重要性を改めて認識する機会となった。資料収集、海外調査、論文および研究報告による研究成果の発信に関して、その目的を達成することができた。文献資料の収集では、モンゴル語および中国語、英語文献など貴重かつ重要な資料を収集・分析した。海外調査においても、充実した実地調査となった。研究成果の発信についても国内外4回で報告したが、当初予定したモンゴル国とロシア連邦での報告は現地調査および資料分析を優先した。資料収集、海外調査、論文および研究報告による研究成果の発信に関して、十分その目的を達成することができた。文献資料の収集では、モンゴル語および中国語、英語文献など貴重かつ重要な資料を収集することができた。海外調査においても、来年度につながる課題の発見もふくめて充実した実地調査となった。国際シンポジウムをはじめとする国際会議への参加・報告は6回を数えた。うち海外における報告が5回、招聘講演が2回である。国内外の、かつ、異なる分野の研究者との学術交流は研究成果の発信だけでなく、資料収集、新たな共同研究の展開という点でも大いに有意義であった。引き続き、資料収集、海外調査、国内外での学術発表をおこなう。詳細は下記のとおりである。1資料収集:日本語だけでなく、英語、中国語、モンゴル語の関連する文献資料を国内外で収集するとともに資料の分析を進める。2海外調査:中国内モンゴル自治区で補足調査をおこなう。3国内外での学会、国際会議:8月に内モンゴル大学と内モンゴル師範大学との共催で研究集会を開催する予定である。その旅費と開催にかかる費用を計上する。具体的には下記のとおりである。(1)都市化、災害、移民に関する統計・文献資料を国内外で収集する。とりわけ、サステナビィティに関する資料収集をおこなう。(2)中国内モンゴル自治区オルドス市とアラシャー盟でフィールド調査を実施する。昨年度の調査で、現在だけでなく、人民公社化とその解体以後の社会変動も含めて考察すること、完全に都市へ移住する家族はむしろ少数派で、草原にとどまる家族、家族の一部のみの都市への移住など、都市化のプロセスとその動因は地域でも、世帯でも大きく異なることが明らかになった。その背景には、砂漠化や政策だけでなく、家族構成、親族関係などさまざまな要因がある。実地調査とオーラルヒストリーによって、多様な都市化過程とその詳細な動因の解明に焦点をあてる。
先史日本列島の糞石および歯石のメタゲノム解析

【研究目的】先史時代の日本列島に住んでいた人々は23千年ほど前に劇的な“食"の変化を経験した。すなわち狩猟採集が中心であった縄文時代から大規模農耕が始まった弥生時代にかけての食性の変化である。この変化が先史日本列島に与えた生物学的インパクトは大きかったと予想される。本研究では先史時代遺跡で見つかる糞石や歯石のメタゲノム解析をおこない、“食"の対象となっていた動植物の特定を実現する。【実施した計画の概要】長崎大学医歯(薬)学総合研究科・弦本敏行教授(連携研究者)が管理する弥生時代遺跡出土人骨から採取を行った歯石から、琉球大学・澤藤りかい(研究協力者)がDNA抽出を行った。また、福井県立若狭歴史博物館・主任(文化財調査員)鯵本眞友美(研究協力者)、若狭三方縄文博物館・小島秀彰主査、および茨城県・ひたちなか市埋蔵文化センター・稲田健一主査(研究協力者)が管理する縄文時代遺跡出土の糞石から、北里大学・若林賢(研究協力者)がDNA抽出を行った。それぞれの遺跡から10検体、1検体、1検体の合計12検体からDNA抽出をおこない、うち9試料から検出限界以上のDNA濃度が検出された。葉緑体DNAプライマーをもちいて、2検体3試料でPCR増幅が確認でき、これらについてPCRアンプリコンシークエンスをおこない植物性食物の解析をおこなった。吹上貝塚遺跡出土糞石からはヒトが食する植物のDNAがヒットした。一方、鳥浜貝塚遺跡出土糞石からは環境DNAと思われるDNAがヒットした。また、前者からはヒトのDNAだけでなくイヌのDNAも検出された。このことから、この糞石がヒトのものかイヌのものか、区別を付ける必要が生じ、現在、さらなる分析をし、検討中である。申請段階の計画では、2018年度中に糞石および歯石から得られたDNAのアンプリコン・シークエンスおよびターゲット・キャプチャー・シークエンスをおこなうことが盛り込まれていたが、アンプリコン・シークエンスまでは既に達成された。さらに、現代人の糞便試料のDNA解析が進展し、興味深い結果が得られてきており、特筆すべきは、この現代人の糞便ゲノム解析の実験および解析のフローが確立したことにより、糞石および歯石から得られたDNAの解析を加速することができると期待できる。このため「おおむね順調に進展している」と自己評価している。糞石12検体中、2検体3試料のアンプリコン・シークエンスを行った。2019年度は、残りの10検体についてアンプリコン・シークエンスをおこなう。加えて、歯石から得られたDNAのアンプリコン・シークエンスを進める。また、現在開発中のターゲット・キャプチャー・プローブを完成させ、ターゲット・キャプチャー・シークエンスを実施する。さらにこれらメタゲノム情報から当時の口腔内および腸内細菌叢を推定し、現代日本列島人のそれらと比較する。こうして得られたデータから先史日本列島の食性を総合的に理解することを本研究の目的とする。【実施した計画の概要】糞石および歯石の収集をおこなった。糞石の採取は、鳥浜貝塚遺跡の歯石の採取は、福井県立若狭歴史博物館・主任(文化財調査員)鯵本眞友美(研究協力者)の協力のもと継続的に資料の選定作業を進めている。歯石の採取は、長崎大学医歯(薬)学総合研究科・弦本敏行教授(連携研究者)が管理する弥生時代遺跡出土人骨から行った。歯石からのDNA抽出は、琉球大学・澤藤りかい(研究協力者)が行った。糞石からDNA抽出に関しては、技術・方法の確立を目的とし、糞石からのDNA抽出に先立ち、現代人の糞便からDNA抽出をおこなう実験をおこなった。東京大学医学系研究科・梅崎昌裕教授が収集したパプアニューギニア人の糞便試料を分与してもらい、北里大学・若林賢(研究協力者)がDNA抽出をおこなった。このDNAをもちいて、DNAバーコーディング法による糞便中に含まれる植物DNAの科、属、種を同定する実験をおこなった。また、H29年度中に2回、班会議を行った。班会議では、技術的な問題点が話し合われ、また現代パプアニューギニア人で得られたNGSのデータの解析に関する問題点やその解決方法について話し合われた。初年度は、資料収集と技術的な開発をおこない、おおむね予定通りに計画は進んでいる。【実施した計画の概要】

長崎大学医歯(薬)学総合研究科・弦本敏行教授(連携研究者)が管理する弥生時代遺跡出土人骨から採取を行った歯石から、琉球大学・澤藤りかい(研究協力者)がDNA抽出を行った。また、福井県立若狭歴史博物館・主任(文化財調査員)鯵本眞友美(研究協力者)、若狭三方縄文博物館・小島秀彰主査、および茨城県・ひたちなか市埋蔵文化センター・稲田健一主査(研究協力者)が管理する縄文時代遺跡出土の糞石から、北里大学・若林賢(研究協力者)がDNA抽出を行った。それぞれの遺跡から10検体、1検体、1検体の合計12検体からDNA抽出をおこない、うち9試料から検出限界以上のDNA濃度が検出された。葉緑体DNAプライマーをもちいて、2検体3試料でPCR増幅が確認でき、これらについてPCRアンプリコンシークエンスをおこない植物性食物の解析をおこなった。吹上貝塚遺跡出土糞石からはヒトが食する植物のDNAがヒットした。一方、鳥浜貝塚遺跡出土糞石からは環境DNAと思われるDNAがヒットした。また、前者からはヒトのDNAだけでなくイヌのDNAも検出された。このことから、この糞石がヒトのものかイヌのものか、区別を付ける必要が生じ、現在、さらなる分析をし、検討中である。申請段階の計画では、2018年度中に糞石および歯石から得られたDNAのアンプリコン・シークエンスおよびターゲット・キャプチャー・シークエンスをおこなうことが盛り込まれていたが、アンプリコン・シークエンスまでは既に達成された。さらに、現代人の糞便試料のDNA解析が進展し、興味深い結果が得られてきており、特筆すべきは、この現代人の糞便ゲノム解析の実験および解析のフローが確立したことにより、糞石および歯石から得られたDNAの解析を加速することができると期待できる。このため「おおむね順調に進展している」と自己評価している。今年度は、弥生時代人の歯石DNAをPCRで増幅し、2-step PCRでライブラリー化し、NGSでデータを収集する。縄文時代人の糞石については、DNA抽出を既におこなったものについては、PCR増幅を試みる。糞石12検体中、2検体3試料のアンプリコン・シークエンスを行った。2019年度は、残りの10検体についてアンプリコン・シークエンスをおこなう。加えて、歯石から得られたDNAのアンプリコン・シークエンスを進める。また、現在開発中のターゲット・キャプチャー・プローブを完成させ、ターゲット・キャプチャー・シークエンスを実施する。
芳香族炭化水素を対象とした動的モンテカルロ法による速度モデル構築法の提案

平成28年度には、(1)反応速度定数の算出、(2)速度モデルの構築および(3)ケーススタディの実施を行う予定であった。このうち、(1)反応速度定数の算出については平成27年度中に前倒しで実施したため、本年度は(2)速度モデルの構築および(3)ケーススタディの実施を行った。動的モンテカルロ(KMC)シミュレーションの結果、アセチレンあるいはエチニルラジカルの付加反応が最も支配的な反応であることが明らかになった。これらの反応は、すでに既存の速度モデルに十分組み込まれているため、新たに反応を追加する必要はない。ベンゼンあるいはフェニルラジカルの付加反応は、アセチレンあるいはエチニルラジカルの付加反応程は重要ではないが高温では重要な反応であることも明らかになった。これらの反応は、既存の速度モデルではごく一部しか考慮されてない。そこで、フェニルラジカルの反応を香束らの詳細化学反応機構から採用し、追加することで、これらの反応を考慮できるようにした。ケーススタディを行った結果、原料にベンゼンを用いた場合と比較して、トルエンあるいはエチルベンゼンなどの側鎖のついた芳香族炭化水素を用いた場合の方が多環芳香族炭化水素(PAH)の生成量が大きくなった。この原因について、側鎖が分解することでメチルラジカルが生成し、反応を促進したのではと考え、原料にメタンを添加してケーススタディを行ったが、メタンを添加すると多環芳香族炭化水素の生成量はむしろ低下した。以上のことから、側鎖を有する芳香族炭化水素を原料とした場合にPAHの生成量が増加し、メタンの存在量が多いときに、PAHの生成量が低下する可能性が示唆された。加えて、詳細化学反応機構を流体計算と連成させた際の高速化および詳細化学反応機構の簡略化手法の精度向上にも取り組みいずれも既存の手法と比較して、大きく効率が向上した。28年度が最終年度であるため、記入しない。H27年度は,(1)動的モンテカルロ(KMC)シミュレーションの計算コードの開発,(2)量子化学計算による反応速度定数の算出,(3)支配的な反応を明らかにするための反応動力学計算による感度解析を実施した.はじめに,(1)メチル基の付加による多環芳香族炭化水素(PAH)の成長では,側鎖の存在が重要となるため,KMCシミュレーションにおいても側鎖を考慮する必要がある.しかしながら,既往のKMCシミュレーションにおいては計算負荷低減のために,Jump processを考慮することで側鎖が無視されることが多かった.そこで,KMCシミュレーションによって,側鎖がある場合のPAHの成長を考慮するための新規手法を提案し,計算コードを開発した.また,(2)量子化学計算によってHydrogen-AbstractionーCarbon-Addition (HACA)機構の素反応,Phenyl Addition Cyclization (PAC)機構の素反応の反応速度定数を算出した.(3)以上をもとに構築した詳細化学反応機構を使って,メチル基の付加,アセチレンの付加,フェニル基の付加のいずれがPAHの成長に影響を及ぼすのかを明らかにするための感度解析を実施した.その結果,検討を行った1100&#8211;1500 Kのいずれの温度においても,アセチレンの付加が最もPAHsの成長に影響を及ぼすことが明らかとなり,フェニル基の付加は温度の上昇に伴って影響が大きくなることが分かった.一方,既往の実験等で指摘されていた,メチル基の付加によるPAHsの成長は,きわめて影響が小さいことが示唆された.このことは,メタン・メチルラジカルの存在下でPAHsの生成量が増加するのは,C1のメタン・メチルラジカルが一度,C2のアセチレンなどに変化したのち,PAHsに付加するためだと示唆している.H27年度は,反応速度定数の算出(1量子化学計算による活性化エネルギーの算出,213Cを用いた熱分解実験による頻度因子の算出),3KMCシミュレーションの解析コードの開発を実施する予定であった.213Cを用いた熱分解実験による頻度因子の算出について,予算の充足率が予想を下回り,高価な13Cのメタンガスを購入できなかったため,量子化学計算による頻度因子の算出に変更した.量子化学計算によって頻度因子を算出する場合には,1活性化エネルギーの算出と比較して,計算コストが大きいため,購入するワークステーションを増やして対応した.反応速度定数の算出(1および2)については,H27年度およびH28年度を通じて行う予定であったが,想定していた全反応に対して反応速度定数の算出が完了し,全体として前倒しして進んだといえる.3KMCシミュレーションにおいては,従来の手法では,想定していた側鎖を考慮した解析ができないという問題に直面したが,新規アルゴリズムを提案することで,解決した.結果的に従来法と比較して,効率の良い手法を開発することができ,計算コードが完成した.平成28年度には、(1)反応速度定数の算出、(2)速度モデルの構築および(3)ケーススタディの実施を行う予定であった。

ベンゼンあるいはフェニルラジカルの付加反応は、アセチレンあるいはエチニルラジカルの付加反応程は重要ではないが高温では重要な反応であることも明らかになった。これらの反応は、既存の速度モデルではごく一部しか考慮されてない。そこで、フェニルラジカルの反応を香束らの詳細化学反応機構から採用し、追加することで、これらの反応を考慮できるようにした。ケーススタディを行った結果、原料にベンゼンを用いた場合と比較して、トルエンあるいはエチルベンゼンなどの側鎖のついた芳香族炭化水素を用いた場合の方が多環芳香族炭化水素(PAH)の生成量が大きくなった。この原因について、側鎖が分解することでメチルラジカルが生成し、反応を促進したのではと考え、原料にメタンを添加してケーススタディを行ったが、メタンを添加すると多環芳香族炭化水素の生成量はむしろ低下した。以上のことから、側鎖を有する芳香族炭化水素を原料とした場合にPAHの生成量が増加し、メタンの存在量が多いときに、PAHの生成量が低下する可能性が示唆された。加えて、詳細化学反応機構を流体計算と連成させた際の高速化および詳細化学反応機構の簡略化手法の精度向上にも取り組みいずれも既存の手法と比較して、大きく効率が向上した。H28年度には,1反応速度定数の算出,2速度モデルの構築,および3ケーススタディを行う予定であった.1反応速度定数の算出については,H27年度に前倒しして完結したため,今後,計算が必要な反応が発見されない限りは,実施することはない.そこでまず,KMCシミュレーションによって2速度モデルの構築を行う.KMCシミュレーションによって速度モデルに追加する反応を抽出し,速度モデルを構築する.速度モデルを用いた数値解析により化学種の濃度を予測し,実験と比較することで速度モデルの妥当性を検証する.妥当な速度モデルが得られたのちに,3ケーススタディによって脂肪族側鎖を持つ芳香族炭化水素およびPAHsの生成量を増減させる条件を見出す.28年度が最終年度であるため、記入しない。28年度が最終年度であるため、記入しない。
骨組織細胞における機械的刺激の受容応答機構およびその調節因子の解明

機械的刺激によって惹起される骨芽細胞の分化および骨形成の促進における局所因子の変化を解明する目的で、昨年までに、マウス頭頂骨矢状縫合部に張力を加えると、骨芽細胞の分化促進因子の一つであるBMP-4の発現量が増加することを明らかにした。今年度には、どの細胞においてBMP-4発現が変化しているのかを調べるために、in situ hybridization法を導入し、そのほかの骨芽細胞分化マーカーとともにその発現局在を検討している。また、伸展刺激によって発現変化する遺伝子をさらに広く検索するために、RAP法をもちいて、3時間という比較的初期に見られる、対照群と伸展刺激群での遺伝子発現量の違いを検討した。その結果、これまでに、明らかに遺伝子発現量に違いがあるものとして、ある種の細胞接着因子や骨組織の石灰化と関係のある基質と考えられる因子が検出されている。現在、これらと機械的刺激による骨芽細胞分化促進との関係を検討中である。そのほかにも新規遺伝子らしきものが検出されつつあり、その中のいつかについて塩基配列を決定し、クローニングする準備をすすめている。機械的刺激によって惹起される骨芽細胞の分化および骨形成の促進における局所因子の変化を解明する目的で、マウス頭頂骨矢状縫合部に張力を加え、骨芽細胞のマーカー遺伝子および骨芽細胞の分化、増殖に特異性の高い局所因子の遺伝子発現について検討した。マウス頭頂骨培養系の矢状縫合部に、矯正用ワイヤーで作製したバネによって持続的張力刺激を加えた状態(実験群)、あるいは加えない状態(対照群)で0、1、6、24、48時間器官培養を行った。対照群では骨芽細胞のマーカーであるALPase活性は、骨基質表面に接する骨芽細胞、および数層の前骨芽細胞様細胞に検出され、縫合部中央の紡錐形の細胞にはほとんど検出されなかった。一方、張力刺激を加えた群では、経時的に縫合部は伸展され縫合部細胞は扁平化し、6時間、24時間では縫合部の伸展にともない、ALPase活性陽性細胞層が帯状に増加し縫合部中央のごく一部を残すところまで伸張した。48時間ではこれらの細胞間に石灰化骨基質が形成された。また縫合部組織を切り出して総RNAを抽出し、RT-PCR法により遺伝子発現について検討したことろ、張力刺激を加えた6、24、48時間群で、骨芽細胞の分化促進因子の一つであるBMP-4のPCR産物量が対照群に比べて増加している傾向が見られた(1.2^2.3倍)。ALPase、I型コラーゲン、ネステオカルシンについては、3回繰り返した同様な実験の中で対照群と実験群の間に一定した明らかな差は見られなかった。以上の結果から、機械的刺激による骨芽細胞の分化促進過程には、BMP-4の遺伝子発現の増強が関与している可能性が示唆された。
放射性核種を活用した流域-湖沼系における水文地形システムの解明

本研究では,主として観測時代を含む数百年における気候変動やそれが関わる水文環境の変動と崩壊・土石流等に見られる地表の物理的応答,いわば水文地形システムを,放射性核種等のトレーサーを利用し,いくつかの湖沼-流域系において,明らかにすることを試みた.対象地域は観測時代の資料が整備されており豪雨の記録が残されている地域(金沢・滝谷池),崩壊多発地域(六甲山系)あるいは歴史的な史料が存在し比較的解像度の良い試・資料が期待できる流域(琵琶湖)である.ここでは,池・湖沼堆積物試料や流域の水文・地形・地質資料等の解析から推定するそれぞれの湖沼-流域系の比較検討を行い,水文地形システムの解明とともに観測時代から歴史時代につながる環境変動の時系列の解明を試みた.本研究から明らかになったことは以下の通りである:1.対象湖沼における底泥堆積物の放射性核種の分析(Cs-137,Pb-210)からいずれの湖沼でも過去数十年の編年が可能であることを明らかにした.2.水文・気象特性が湖沼堆積物に記録されていることが近畿・北陸のいずれの地域でも明らかになった.3.神戸・六甲山系の湖沼堆積物には1995年1月阪神淡路地震の影響も記録されていることが明らかになった。4.水文地形システムを表現する流域特性(集水性、傾斜)と表層土壌の侵食特性に密接な関係があることが表層土壌に含まれるCs-137濃度の分布特性から明らかになった。本研究は金沢・滝谷池,滋賀県・余呉湖,六甲山系獺池の湖沼-流域系を対象として以下の点を中心にして遂行される;(A)過去数百年の気候変動に対応した水文環境の変動そして侵食過程を通じて地表部はどのような物理的な反応を示したかを明らかにするために,それらの記録が記されている可能性が高い湖沼堆積物に放射性核種による年代(Cs-137, Pb-210そしてC-14)を導入し,その堆積構造や物理特性の変遷の解析を行う.(B)対象湖沼-流域系の構造を明らかにするためにそれらの流域の衛星資料,空中写真,地形・地質情報等を用いて地形特性の解析を行う.(C)過去数十年における流域の侵食過程を明らかにするためにCs-137やBe-7等の放射性核種を利用して侵食域の分布特性,侵食速度を推定する.(D)堆積物の物理・化学特性と流域特性から土砂の供給源を推定し,湖沼-流域系における土砂収支の推定とともに系の水文地形システムの定量的な構造を明らかにする.以上の考え方から平成13年度は以下の研究を行った。1.試験湖沼-流域の設定および資料の収集;金沢・滝谷池,余呉湖,六甲山系・獺池に調査対象地を設定し,衛星資料,空中写真資料,地形資料,水文資料等を収集し現地調査を行った.2.流域地形特性の解析;衛星資料,空中写真資料,地形資料等を基礎に,リモートセンシング法を用いて流域の地形環境の特性の解析を進めた.3.流域の土層構造・侵食特性の解析;流域内でコア試料を採取しCs-137, Be-7等の放射性核種の測定を行った.4.湖沼堆積物の採取・分析;対象湖沼で底泥堆積物の採取を行い,粒度分析等の物理分析および化学分析・年代測定(Cs-137, Pb-210, C-14)等を行った.

本研究では,主として観測時代を含む数百年における気候変動やそれが関わる水文環境の変動と崩壊・土石流等に見られる地表の物理的応答,いわば水文地形システムを,放射性核種等のトレーサーを利用し,いくつかの湖沼-流域系において,明らかにすることを試みる.対象地域は観測時代の資料が整備されており豪雨の記録が残されている地域(金沢・滝谷池>,崩壊多発地域(六甲山系)あるいは歴史的な史料が存在し比較的解像度の良い試・資料が期待できる流域(琵琶湖)であり,池・湖沼堆積物試料や流域の水文・地形・地質資料等の解析から推定するそれぞれの湖沼-流域系の比較検討を行い,観測時代から歴史時代につながる水文地形システムのモデルの構築を試みることである.本年度は金沢・滝谷池,六甲・獺池,琵琶湖を対象として以下の研究を進めた。平成14年度1.水文・気象試料の解析(近畿・北陸地域);収集した資料の解析.2.GIS法を用いて流域の地形環境の特性の解析.3.流域の土層構造・侵食特性の解析;放射性核種の測定・解析.土層構造の解析.4.湖沼堆積物の採取・分析・解析;底泥堆積物の採取.物理分析・化学分析,放射性核種の分析(Cs-137,Pb-210)および解析.本研究では,主として観測時代を含む数百年における気候変動やそれが関わる水文環境の変動と崩壊・土石流等に見られる地表の物理的応答,いわば水文地形システムを,放射性核種等のトレーサーを利用し,いくつかの湖沼-流域系において,明らかにすることを試みる.対象地域は観測時代の資料が整備されており豪雨の記録が残されている地域(金沢・滝谷池),崩壊多発地域(六甲山系)あるいは歴史的な史料が存在し比較的解像度の良い試・資料が期待できる流域(琵琶湖)であり,池・湖沼堆積物試料や流域の水文・地形・地質資料等の解析から推定するそれぞれの湖沼-流域系の比較検討を行い,観測時代から歴史時代につながる水文地形システムのモデルの構築を試みることである.本年度は以下の研究とまとめを行った。1.湖沼堆積物分析の継続および水文環境の変動特性および地表の変動特性との検討.2.地形調査と地形特性および水文特性の検討.以上の分析・解析結果をまとめ,3.堆積物の物理・化学特性および流域構造から土砂供給源・移動経路の推定を試みる.4.湖沼-流域系における土砂収支と,系の水文地形システムの定量的構造を検討する.
新規セラミックス人工骨補填材の創製と骨伝導性発現機序の追究

現在、臨床使用されている人工骨補填材は限られており、例えばハイドロキシアパタイトとβTCPの中間的な性質を有する骨補填材は存在していない。また、HApとβTCPは経験的に臨床応用されてきた側面が大きく、その骨伝導性の機序は明らかにされていないのが現状である。そこで,本研究では、我々が発見した新規リン酸カルシウム化合物について人工骨補填材としての有用性を明らかにするとともに、現在臨床応用されているハイドロキシアパタイトとの化学的・物理的・力学的・生物学的性質の差を明らかにしながら、骨伝導性発現に寄与する材料学的要素を検討するものである。本研究で取り扱うリン酸カルシウム化合物は石膏硬化体を前駆体として、リン酸ナトリウムを浸漬溶液として用いた溶解ー再析出反応に基づく組成変換により得られることが分かっている。この処理条件を基本とし、石膏硬化体を処理するリン酸ナトリウム溶液のpH、温度、処理時間を変化させて組成変換を試みた。その結果、目的とするリン酸カルシウム化合物が生成する条件として,一定のpH領域,処理温度帯,処理時間があることが明らかになった.作製したリン酸カルシウム化合物において,X線回折装置による結晶構造解析,トリス緩衝溶液中での試料の重量変化による溶解性評価,トリス緩衝溶液のpH変化を測定した.これらの評価についてはハイドロキシアパタイトも同様に実施し,比較対象とした.その結果,リン酸カルシウム化合物はハイドロキシアパタイトとは違う結晶構造,溶解特性を示すことが分かった.予備実験結果から,生成条件等を有効に検討することができた.また,材料作製に時間を要するため,事前に実験計画を立て,評価,分析に関してもスムーズに行うことができた.現在まではおおむね計画通りに進んでいる.今後は,作製した材料の力学特性は構造観察など,材料評価をさらに進めていきたい.しかし,今年度,研究機関の異動に伴い,最終実験の動物実験に関しては,異動後の研究機関では実施困難であるため,研究計画にあらかじめ記載していた細胞培養によるIn Vitro評価で代用し,生体適合性などに関して評価・検討を実施していきたい.現在、臨床使用されている人工骨補填材は限られており、例えばハイドロキシアパタイトとβTCPの中間的な性質を有する骨補填材は存在していない。その結果、目的とするリン酸カルシウム化合物が生成する条件として,一定のpH領域,処理温度帯,処理時間があることが明らかになった.作製したリン酸カルシウム化合物において,X線回折装置による結晶構造解析,トリス緩衝溶液中での試料の重量変化による溶解性評価,トリス緩衝溶液のpH変化を測定した.これらの評価についてはハイドロキシアパタイトも同様に実施し,比較対象とした.その結果,リン酸カルシウム化合物はハイドロキシアパタイトとは違う結晶構造,溶解特性を示すことが分かった.予備実験結果から,生成条件等を有効に検討することができた.また,材料作製に時間を要するため,事前に実験計画を立て,評価,分析に関してもスムーズに行うことができた.現在まではおおむね計画通りに進んでいる.今後は,作製した材料の力学特性は構造観察など,材料評価をさらに進めていきたい.しかし,今年度,研究機関の異動に伴い,最終実験の動物実験に関しては,異動後の研究機関では実施困難であるため,研究計画にあらかじめ記載していた細胞培養によるIn Vitro評価で代用し,生体適合性などに関して評価・検討を実施していきたい.次年度使用額が生じた理由は,研究機関の異動に伴い,研究実施機関での研究環境整備のためである.実施計画の代用として細胞実験を実施するにあたり,細胞培養実験を実施するための消耗品や機器の購入に充てたいと考えている.
エクセルギー再生ガス化とインテグレーションした超高効率SOFC発電システムの開発

マイクロチューブ型SOFCとバイオマス流動層ガス化炉を組み合わせたエクセルギー再生高効率発電システムの開発を行った。多段ディップコーテイング法を用いて、イナートおよびカソード支持のSOFCを製作し、ポアフォーマー、焼結助剤の添加、材料粒子の粒径などによりマイクロ構造を制御し、高性能化できることがわかった。また、タールのモデル物質としてトルエンを用いて、熱分解および水蒸気改質の反応機構について調べた。その結果、改質触媒存在下で水蒸気を導入した場合は、ほとんど改質できることがわかった。また、移動層熱分解炉、気泡流動層ガス化炉及びライザーからなる内部循環流動層ガス化炉を設計し製作した。マイクロチューブ型SOFCと流動層ガス化炉及び改質炉を組み合わせたエクセルギー再生高効率発電システム開発のための基礎的研究を行うことを目的としている。平成27年度には計画通りに以下に述べる研究を行ってきた。(1)低温ガス化技術の開発従来型のIGFCのガス化法は、12001500°Cの高温でガス化する部分酸化ガス化であるが、エクセルギー再生ガス化にするために、800900°Cの低温で吸熱的にガス化する水蒸気ガス化が必要である。本研究では石炭ガス化を三塔式循環流動層に適用し、ガス化に必要な熱量及びガス化速度の計算を行った。また、これらを実測値を求めてるために実験装置の設計・制作を行った。(2)燃料電池の高出力化従来のSOFCは体積あたりの出力密度が小さく、これにより大規模発電では大きな温度勾配ができ、材料の耐久性にも悪影響を与える。本研究ではSOFCの高出力および高耐久性のためには新規のマイクロチューブ型のSOFC開発を行った。直径約3mmの炭素棒の表面に電極及びセパレータのスラリーを順次にコーティング・焼成を繰り返すことによってセルを作製した。また、ガス拡散を容易にするためPMMA(polymethyl methacrylate)を用いてマイクロポーラスな構造を作った。その結果、作動温度700850°Cで高出力を持つことが確認でき、さらにレッドクスサイクル特性も向上させることができた。さらに、イオン電導度を上げるために、従来の電解質の材料であるYttria-stabilized zirconia (YSZ)を代替してscandia-stabilized zirconia (ScSZ)を導入して同じくマイクロチューブ型のSOFCセルを作製して評価を行った。その結果、セルのイオン電導度の向上し、作動温度が既存より100°C低くても、同等の性能を有することが確認できた。特に大きな問題もなく、予定通りに実験も進んでいる。マイクロチューブ型SOFCと流動層ガス化炉及び改質炉を組み合わせたエクセルギー再生高効率発電システム開発のための基礎的研究を行うことを目的としている平成28年度は計画通り以下に述べる研究を行なってきた。(1)低温ガス化技術の開発従来型のIGFCのガス化法は、12001500°Cの高温でガス化する部分酸化ガス化であるが、エクセルギー再生ガス化にするためには、800900°Cの低温で吸熱的にガス化する水蒸気ガス化が必要である。本研究では、従来検討してきたライザー・ダウナー・気泡流動層から構成される三塔式循環流動層ガス化炉に替えて、新たに移動層熱分解炉、気泡流動層チャーガス化炉及びライザーからなる内部循環流動層ガス化炉を設計し製作した。(2)燃料電池の高出力化本研究ではSOFCの高出力および高耐久性のために新規のマイクロチューブ型のSOFC開発を行なってきた。平成28年度は、カソード支持のSOFCを設計し、LSM粒子の粒径を小さくすること、及び焼結助剤の添加により共焼成温度を低減できることがわかった。またFe2O3が焼結助剤としてより有効であることを見出した。また、多様な燃料に対応するためにイナート支持のSOFCに関してメタン直接燃料電池の実験を行なった。その結果、イナート支持層が炭素析出を防ぐ拡散バリヤーとして機能するため、性能低下がなく安定な起電力が得られることを見出した。エクセルギー再生として石炭ガス化のみならず、バイオマスもガス化及びメタン改質も検討することにした。大きな問題もなく着実に研究は進んでいる。マイクロチューブ型SOFCと流動層ガス化炉及び改質炉を組み合わせたエクセルギー再生高効率発電システム開発のための基礎的研究を行うことを目的として以下に述べる研究を行った。(1)低温ガス化技術の開発:従来型のIGFCのガス化法は、12001500°Cの高温でガス化する部分酸化ガス化であるが、エクセルギー再生ガス化にするためには、800900°Cの低温で吸熱的にガス化する水蒸気ガス化が必要である。(2)タール改質に関する研究:またガス化におけるタール分解が重要となる。そこで、トルエンをモデル物質として、熱分解および水蒸気改質の実験を行い、触媒活性、温度の影響などを調べた。その結果、Ni改質触媒で、水蒸気改質が可能なことを確認した。(3)燃料電池の高出力化:本研究ではSOFCの高出力および高耐久性のために新規のマイクロチューブ型のSOFC開発を行なってきた。

カソード支持のSOFCを設計し、LSM粒子の粒径を小さくすること、及び焼結助剤の添加により共焼成温度を低減できることを明らかにした。またFe2O3が焼結助剤としてより有効であることを見出した。また、多様な燃料に対応するためにイナート支持のSOFCに関してメタン直接燃料電池の実験を行なった。その結果、イナート支持層が炭素析出を防ぐ拡散バリヤーとして機能するため、性能低下がなく安定な起電力が得られることを見出した。マイクロチューブ型SOFCとバイオマス流動層ガス化炉を組み合わせたエクセルギー再生高効率発電システムの開発を行った。多段ディップコーテイング法を用いて、イナートおよびカソード支持のSOFCを製作し、ポアフォーマー、焼結助剤の添加、材料粒子の粒径などによりマイクロ構造を制御し、高性能化できることがわかった。また、タールのモデル物質としてトルエンを用いて、熱分解および水蒸気改質の反応機構について調べた。その結果、改質触媒存在下で水蒸気を導入した場合は、ほとんど改質できることがわかった。また、移動層熱分解炉、気泡流動層ガス化炉及びライザーからなる内部循環流動層ガス化炉を設計し製作した。今後の研究は計画通りに、マイクロチューブ型SOFC単セルをバンドルして炭素鋼円管に挿入した構造のスタックを考え、このSOFCスタックを流動層吸熱反応器に挿入したエクセルギーを再生させるシステムを構築する。さらに低温ガス化技術の開発においても石炭のガス化反応機構を明らかにする研究を行う。マイクロチューブ型SOFC単セルの製作レシピを完成させるとともに、量産してくれるメーカーを探す。実際のガス化炉に実装してパイロット試験を行うことを検討する。29年度が最終年度であるため、記入しない。エネルギー工学29年度が最終年度であるため、記入しない。
高分子系の非平衡レオロジー特性を利用した機能性マイクロカプセルの作製

本研究は、インクジェット装置を用いて高分子を含むマイクロメートルサイズの液滴を生成し、空中でゲル化させることによって高速かつ安定的にマイクロカプセルを作製することを目標としている。液滴射出用のノズルを2本設置し、マイクロステージで位置の微調整を行うと、液滴同士を空中で衝突させることができる。これを利用し、高分子を含む主剤と架橋反応を起こす硬化剤とを空中衝突させ、飛翔中に液滴をゲル化させることでマイクロカプセルを生成する。試料にはアルギン酸ナトリウム水溶液(主剤)と塩化カルシウム溶液(硬化剤)を用いた。主剤と硬化剤を先端径8ミクロンのノズルから射出し空中衝突させた後、シャーレに受け止めて回収し顕微鏡で観察すると直径10ミクロン程度の球状ゲルが形成されていることが確認できた。また、着弾点に球状ゲルが堆積し自然に立体構造が形成されることも確認できた。現時点では球の表面だけがゲル化しているのか、球の内部までゲル化しているのかは判別できず、この点の確認に関しては今後の課題である。また、本手法の実用化に向けてインクジェット装置で射出した液滴の安定化に関する研究も行った。インクジェット装置から射出された液滴の位置は、飛翔しているうちに不安定化し、液滴同士を衝突させ目的の位置に着弾させるといった操作が難しくなる。この不安定化の原因と考えられるのが、液滴と周囲にある気体との摩擦や気体の不規則な流動などである。本研究では周囲の気体の粘性に注目し、気体の粘度を簡便かつ高精度に測定可能な粘度計の開発を行った。気体のような低粘性流体の粘度は、レオメータなどの高性能粘弾性測定装置であっても機械摩擦等の影響が大きく測定が困難である。そこで本研究では、黒鉛(グラファイト)の反磁性磁気浮上効果を利用し、機械摩擦を回避することで気体の粘度を精度よく測定できる装置を開発した。26年度が最終年度であるため、記入しない。ガラスノズルから微小な液滴を吐出するインクジェット装置を作製した。作製したインクジェット装置は、液柱をPlateau-Rayleigh不安定性を利用して分裂させるコンティニュアス型と、ガラスノズルに与えた衝撃を利用して液滴を吐出させるオンデマンド型の二種類である。前者は毎秒数十万個の液滴を高速に生成し比較的安定に液滴を吐出することが可能であるが、個々の液滴を操作することは難しい。一方、後者は一定時間に生成できる液滴の個数は少ないが、任意のタイミングで一個の液滴を生成することが可能であり、個々の液滴の飛翔速度などを制御することは比較的容易にできる。今回作成したインクジェット装置では、用途に合わせてこの二つの方式を簡単に切り替えられるようにした。本研究ではインクジェット装置によって生成した液滴を空中で加熱することによって、液滴に含有される溶媒分子の蒸発を促進させ、溶液を濃縮させることを目指している。この加熱時間を長く取れるほど液滴から蒸発する溶媒の量が増加するため加熱後の溶質濃度が高くなるが、この加熱時間を制限しているのは飛翔する液滴が減速することによる不安定化である。ノズルから吐出されて飛翔している液滴は、周囲の気体の抵抗を受け、数ミリ秒程度の時間で減速し安定性を失ってしまう。通常は空気中で実験を行うが、空気よりも粘性の低い気体の中で実験を行うことによって、液滴が安定して飛翔する時間を延ばすことができると期待される。そこで周囲の気体の粘性が液滴の飛翔の安定性に及ぼす影響を調べるため、気体の粘性を簡便かつ精度よく測定できる装置を開発し、液滴の吐出に適した気体(種類や混合割合)の選定を独自に行える環境を整えた。

そこで本研究では、黒鉛(グラファイト)の反磁性磁気浮上効果を利用し、機械摩擦を回避することで気体の粘度を精度よく測定できる装置を開発した。26年度が最終年度であるため、記入しない。コンティニュアス型・オンデマンド型のインクジェット装置を作製し、実験を行える環境はほぼ整った。しかし色素を混合した水をレーザーで加熱する方式では液滴径の変化がカメラでは確認できていない。これは加熱時間が短すぎるためと考えられ、加熱時間を延ばすためには周囲の気体の抵抗による減速・不安定化を抑える工夫が必要と考えられる。カメラの映像では加熱による液滴径の縮小が確認されていない点は、加熱時間の不足が原因として考えられる。加熱時間を延ばすためには周囲の気体の抵抗による減速を抑え、液滴が安定に飛翔できる時間を延ばすことが必要と考えられる。そこでインクジェット装置から吐出された液滴をより安定に飛翔させ、液滴の加熱時間を延ばすのに有効な力学特性を持つ気体を選定する。また周囲の気体の温度を上げる、細いノズルを使い初期の液滴径を小さくするなど溶媒の蒸発を促進させる工夫を行う。