hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
さくら天狗巣病菌のIAA合成遺伝子の同定と制御機構の解明

1.オ-キシン合成経路とそのIAA合成制御T.wiesneriのIAA合成にはトリプトファン(Trp)、インド-ルピルビン酸(IPA)、インド-ルアセトアルデヒド(IAAI)、インド-ル酢酸(IAA)と、インド-ルアセトニトリル(IAN)、IAAの二つの経路が存在する。TrpをIPAに転換する酵素、Trpトランザミネ-ス(TATase)は、基質による誘導を受けないが、IANをIAAに転換する酵素IANニトリレ-スは基質による誘導を受けることが判明した。また、クロフィブリン酸耐性Iaa-変異株では、IAA1からIAAが合成されず、インド-ルエタノ-ル(IEOH)が蓄積することから、IAA合成の制御はIAAIの酸化又は還元反応によって行われているものと推察された。2.TATaseの純化・精製TATaseの純化・精製を、硫安塩析、ゲル濾過クロマトグラフィ-、DEAEイオン交換クロマトグラフィ-、アフィニティ-クロマトグラフィ-を用いて実施したところ、少なくとも3つのアイソザイムが存在することが明らかとなった。3.Iaa-変異体の選抜抗オ-キシン剤、クロフィブリン酸(CFA)耐性株からIaa-変異株を選抜し、そのインド-ル生産能を調べたところ、IAAの代わりにIEOHが蓄積していた。即ち、IAAI oxidaseをコ-ドする遺伝子に変異が起きたものと推察された。またパルスフィ-ルド電気泳動法により、染色体DNAを分画したところ、染色体DNAIII(仮称)が二つに分断されていた。1.オーキシン合成酵素の純化精製(1)トリプトファン・トランザミネース(TPAse)の純化精製TPAseの純化を以下の手順で実施した結果、現在比活性で約100倍に迄純化が進んでいるT.cerasi細胞を超音波破砕機で破砕後、リン酸緩衝液に懸濁し、上清を硫安塩析(飽和度4570%)する。沈澱物を透析後、ロトフォア(Bio Rad)等電点電気泳動で分画し、活性部を更にGel Filtration Chromatography(Bio-Gel P-100)で分画、更に活性部をDEAEイオン交換クロマトグライフィーで純化した。上述の方法で粗酵素液を調整後、硫安塩析(5065%飽和度)を行なった。沈澱物を透析し,ロトフォアで分画したが、著しい活性低下がみられた。イオン交換クロマトグライフィー、電気泳動分析等により活性が著しく減少することから現在、補酵素の要求性、サブユニットの可能性について検討中である。2.IAA^-突然変異株の選択種々の突然変異誘発物質によりIAA^-突然変異株を選択したところ、クロロフィグリン酸(CFA)が最も有効であった。IAA^-変異体は細胞の大きさも著しく減少していたが、TPAseおよびIANニトリレース活性は確認されなかった。3.cDNAライブラリーの作成λgtll発現ベクターにcDNAをクローン後、ライブラリーを調整したところ10^5コロニー/μgDNAを得た。5-メチルトリプトファン耐性により選抜したが、大腸菌のIAA生産能の高い自然突然変異体も選抜されるため、現在ライブラリーからIAA合成遺伝子をスクリーニングする方法を開発中である。サクラ天狗巣病菌(Taphrina wiesneri)による増生病の腫瘍形成因子として本菌の生産する高濃度のIAA並びにサイトカイニンにより宿主植物細胞ホルモンバランスが崩れ細胞の異常増殖が引き起こされるためであると考えられる。本実験では、病原性因子のひとつと考えられるT.wiesneriのIAA合成に関連する酵素の精製純化を行うと同時に、病原性に関する遺伝子解析を目的として、Iaa-変異株を選択し、パルスフィ-ルド電気泳動解析を行った。1.トリプトファン・アミノトランスフェラ-ゼ(TATase)の純化・精製TATaseの純化・精製を、硫安塩析、ゲル濾過クロマトグラフィ-、DEAEイオン交換クロマトグラフィ-、アフィニティ-

クロマトグラフィ-を用いて実施したところ、分子量約、7万、5.5万、4.5万の少なくとも3つのアイソザイムが存在することが明らかになった。2.cDNAライブラリ-の作成。T.cerasiの全RNAをグアニジンイソシアネ-ト法により抽出し、オリゴdTセルロ-スカラムを用いてポリ(A^+)RNAを分画精製し、cDNAライブラリ-を作成した。大腸菌への形質転換には発現ベクタ-、λgt11を用い、IAA関連遺伝子のクロ-ンの同定は、トリプトファンのアナロ-グ、5-メチルトリプトファンの耐性による選抜により実施したところ、大腸菌自体の自然突然変異体のみが選抜され、本系が遺伝子同定に不適当であると判断された。現在、TATaseの抗体を準備し、遺伝子同定のプロ-ブとして役立てて行く予定である。3.Iaa-変異株の選抜抗オ-キシン剤、クロフィブリン酸(CFA)耐性株からIaa-変異株を選抜し、そのインド-ル生産能を調べたところ、IAAの代わりにインド-ルエタノ-ルが蓄積していた。即ち、IAAl oxidaseをコ-ドする遺伝子に変異株が起きたものと推察された。またパルスフィ-ルド電気泳動法により、染色体DNAを分画したところ、1,320kbの染色体DNAIII(仮称)が、900kbと400kbの二つに分断されていた。
超臨界流体中での大容量放電プラズマ形成を利用した有機物の迅速分子変換法の開発

臨界点近傍の亜臨界・超臨界流体を場として、パルスパワーによるプラズマを付与したエネルギー場を反応場として物質変換を行うための基礎的検討ならびに応用事例を研究することを目的とした。超臨界流体で生成するプラズマの現象の科学的解明をし、物質変換プロセスなどへの応用につながる技術を創生することを目指して基礎的研究を行なった。1.亜臨界・超臨界二酸化炭素中でのパルスパワーによるプラズマ生成および反応への応用気相から亜臨界・超臨界流体条件まで広範な温度・圧力下で二酸化炭素中における種々のプラズマを生成し、流体密度などの物性と放電特性の関係を明らかにした。さらに、プラズマ中での物質変換として有機物のエステル化や炭素-炭素結合の切断や接合が見られた。2.亜臨界・超臨界水中でのパルスパワーによるプラズマ生成超臨界水中でのプラズマ生成装置を用いて、亜臨界水中でのプラズマ生成実験をおこなった。また、亜臨界水プラズマ中での物質変換としてフェノールの反応を行ったところ、フェノールは亜臨界中での熱分解・加水分解あるいは常温の水中でのプラズマ分解に比べて、分解が促進されることがわかった。さらに、生成物としてフェノールの重合物が得られ、新規な反応の進行が確認された。超臨界二酸化炭素中に溶解し得る有機物を共存させパルスパワーによる大容量放電プラズマを形成することにより、有機物の分子変換反応を生起させ、その作用を明らかにすることを目的として研究を行った。1.超臨界・亜臨界流体中での放電基礎特性の把握気相から亜臨界・超臨界流体条件まで広範な温度・圧力下で二酸化炭素中におけるプラズマをパルスパワーにより生成することに成功した。アーク放電について、遅延時間は4MPaまでは圧力の上昇とともに増加し、5MPa付近で急激に低下の後に再度増加して10MPa程度で一定となった。絶縁破壊電圧は4MPa程度までは圧力とともに増加し、臨界点近傍で若干低下した後、一定となった。ストリーマー放電については積分写真により観察し、絶縁破壊電圧は3MPaから臨界点まで一定で、臨界点付近で急激に増加した後、緩やかに増加し、流体密度に依存していることが判明した。2.有機化合物の放電プラズマによる分子変換オレイン酸などの有機化合物を原料に分子変換を試み、パルス電圧の印加回数や共溶媒の反応に与える効果を調べた。オレイン酸のみでは微量の飽和化合物が観察されたのみであったが、オレイン酸とエタノールを仕込み40°C、15MPaで10000回放電したところ、テトラデカン酸、9-ヘキサデカン酸などの生成がGC-MSにより確認された。さらに、炭素10-15の飽和炭化水素の生成が観察され炭素鎖切断反応などが起こっている可能性が示された。プラズマの容積を大きくするために電極形状を工夫した。さらに、プラズマ中での物質変換としてトコフェロールのメチル化を試みたところトコフェロールのα化は見られなかったが、分子鎖の切断の可能性が示唆された。トリグリセリドのメタノールによるエステル化を試みたところ、脂肪酸メチルエステルの増加が観察され、エステル化反応の進行が示唆された。チリフェニルメタノールとアニソールのフリーデル・クラフツアルキル化の反応を試みたが、反応の進行はみられなかった。2.亜臨界・超臨界水中でのパルスパワーによるプラズマ生成超臨界水中でのプラズマ生成装置を完成させ、プラズマ生成の予備実験をおこなった。また、超臨界水プラズマ中での物質変換を実験する準備を行った。
慢性関節リウマチの疾患感受性遺伝子の解明についての研究

慢性関節リウマチ患者の膝関節の炎症性滑膜および変形性膝関節症の患者の関節滑膜、それぞれからmRNAを抽出し、cDNAを合成した後に、ランダム・プライマーを用いて、Differential Display-PCR(Polymerase Chain Reaction)以下(DD-PCR)を行った。それらの産物をアクリルアミド・ゲルで隣合わせに泳動を行い、発現の異なるPCRのbandを切り出し精製した後に、DNAの塩基配列を決定した。変形性膝関節症の滑膜ではみられず、慢性関節リウマチの滑膜においてのみ発現している遺伝子を約100個見つけ、塩基配列を決定した。そのうち約70個は未知の遺伝子であった。これらについては、後に研究の対象とすることにして、既知の遺伝子のうち細胞増殖や免疫系に関与していることが推測される以下の7個の遺伝子について解析を進めている。現在、個々の遺伝子について、本当に発現に差があるのかどうか確認するために、定量PCRを行っている現状である。1)Me491/CD63.2)Kinuclear autoantigen3)mortality factor 4(MORF4) 4)zincfinger transciptional regulator(GOS24)慢性関節リウマチ患者の膝関節の炎症性滑膜および変形性膝関節症の患者の関節滑膜、それぞれからmRNAを抽出し、cDNAを合成した後に、ランダム・プライマーを用いて、Differential Display-PCR(Polymerase Chain Reaction)以下(DD-PCR)を行った。1)Me491/CD63.2)Kinuclear autoantigen3)mortality factor 4(MORF4) 4)zincfinger transciptional regulator(GOS24)
半導体量子構造の作製と新物性に関する研究

1.基板結晶GaAs、GaPの硫黄処理による表面安定化を達成し、動的RHEEDその場観察・解析手法により、原子層レベルで制御された(Zn,Cd)(S,Se)ヘテロエピ成長を実現することができた。これらの結果を基に超格子の作製条件の最適化を行い、特にp型伝導性制御に対して新たに窒素ガスのマイクロ波励起ド-ピングを行い、これを達成した。また、この四元系の組合せによるレ-ザ構造の設計手法を確立し、光励起レ-ザ特性の実験から、バンドオフセットが高効率のレ-ザ動作にとって不可欠であることを実験的に示した。2.固体、ガス原料の組合せによるハイブリッドMBE法により、ZnSe、ZnTeの組合せによる短周期超格子のALE作製条件を確立し、ド-ピング特性に関する知見を得た。また、新たにGa_2Se_3薄膜の成長と光物性評価を行い、光学的異方性をもった新機能材料として期待され得る実験結果を得た。3.ホットウォ-ル法によりCdSーZnS、CdSーSrS、ZnSeーZnTe超格子の作製条件の確立と発光効率の向上を実現し、高輝度EL素子への応用への見通しを得た。p型ZnTe、ZnTeーZnSe超格子、p型ZnSeの作製に成功し、pn接合ダイオ-ドによる特性評価を行った。4.密度汎関数法等の第一原理からのバンド計算により、ZnS/GaP、ZnSe/GaAs等の異種族半導体超格子に対して、界面の結晶構造を全エネルギ-計算により決定した。その結果、バンドギャップエネルギ-はドナ-ボンドが連続して配置されるような界面構造において著しく減少すること、バンドギャップが小さい系ほど光学遷移強度は減少することを明らかにした。さらに、立方晶と六方晶という異結晶型超格子に対しても、系の電子状態に関する検討を行い、多くの知見を得た。
非占有担保の収益担保化がもたらす諸課題と対抗要件・公示制度の将来

債権譲渡担保法の重要課題である譲渡制限特約および将来債権譲渡の効力の問題に焦点を当て、民法改正法案の意義を理論的な観点から分析し、今後の解釈論・立法論上の問題点についていくつかの提言を行った。次に、抵当権の基礎理論に関して、抵当権の効力の及ぶ範囲および共同抵当の法律関係の問題を中心に検討を加える一方、集合動産・債権譲渡担保に共通する包括担保特有の課題として、過剰担保規制にかかる比較法研究を進め、分析視角の設定につき示唆を得た。平成25年度は、動産担保法・債権譲渡法の双方に関する立法論的な課題として、担保権者が債権担保目的との関係で過剰な分量の目的物を支配する可能性があることから、これを適切に規制する枠組みを考察した。具体的には、第一に、ドイツ法における過剰担保法理の意義と特質を明らかにし、比較法的分析を加えることにより、設定者の解放請求権を容認するという立法論的な検討の余地があることを示唆した。同論文は近くABL法制研究会のメンバーと共同執筆する論文集として刊行される予定である。次に、債権譲渡法に関する業績としては、一つには、平成25年度に公表された民法(債権関係)の改正にかかる中間試案の内容を検討し、その意義と問題点を分析する論文を学内紀要(阪大法学288号)に掲載した。さらに、債権譲渡法に関する第二の業績として、将来債権譲渡後に譲渡人が債務者との間で締結した譲渡禁止特約の効力を扱った重要判決である東京地判平成24・10・4判時2180号63頁につき評釈を加えることで、債権法改正の議論に一つの視点を加えた。不動産法との関係では、建設請負契約における請負報酬債権の担保との関係で、完成建物および出来形部分についての所有権帰属に関する判例法を網羅的に分析し、従来の議論にはみられなかった分析視角を付加した(詳細な判例評釈の形で、法学教室401号に掲載した)。同時に担保物権の通有性とされている付従性および不可分性の意義の再検討を進めており、次年度にその成果を論文にまとめることができるよう、夏期におけるドイツ出張の際、フランクフルト大学およびミュンヘン大学の図書館で資料を収集するとともに、ドイツの教授との会談を通じて最新の議論状況について情報を得た。平成24年度は、動産担保法・債権譲渡法に関する立法論的検討の素材となる比較法研究を予定していた。実際は、そのうち特に債権譲渡担保の研究にウエイトを置き、ドイツにおける将来債権譲渡と譲渡禁止特約の競合事例に関する最新の議論状況を比較法的に考察した。また民法466条2項に関する日本法の裁判例の検討として、最判昭和48・7・19民集27巻7号823頁以降、判例準則として確立している「重過失」要件の認定判断に関わる下級審裁判例を網羅的に検討し、「重過失」要件の意義と判断構造を分析した。以上の検討を踏まえて、平成25年2月末に公表されたばかりの民法(債権法)改正作業の「中間試案」の内容について詳細に検討を加え、立法論的な提言を行った。またこれと並行して、動産担保法に関しては、ドイツ法における動産譲渡担保法の基礎理論研究に必要な文献を幅広く渉猟し、動産非占有担保法(動産譲渡担保法)の立法化に向けた検討の基礎作業に着手している。さらに物権変動論の領域では、取得時効と登記の論点に関する重要判例が相次で出された。具体的には、最判平成23・1・21判時2105号9頁及び最判平成24・3・16民集66巻5号2327頁を機縁として、抵当権と所有権、抵当権の用益権との競合事例における対抗法理の在り方を探求した。その成果はさしあたり判例研究という形で公表済みである。以上のように、当初の予定を若干見直し、現在進行形で立法作業が着実に進められている債権譲渡法の領域で目に見える成果を残す方向で研究を進めた。不動産担保法の領域でも、抵当権に関する重要判例がいくつも出されていることから、急遽不動産担保法の研究にも想定以上の時間を割く結果となった。その分、動産担保法に関する研究は若干手薄とならざるをえず、資料情報収集に努めるのが精一杯という状況であり、本格的な分析と検討は次年度以降の課題とした。平成26年度は、本来平成25年度に予定していた抵当権法の基礎理論に関する研究課題のうち、次年度に持ち越したものについて研究を進め、幾つかの解釈論上の提言に結実させた。一つは、抵当権の効力の及ぶ範囲に関して、抵当不動産の従物等の付加一体物が抵当不動産から分離・搬出された場合の追及効に関する問題を検討した。工場抵当と一般抵当との相違点をふまえて、最判昭和57・3・12民集36巻3号349頁の射程を厳密に確定するとともに、抵当権設定登記の公示機能が失われた後も分離物への対抗力が存続するかどうかという物権法総論の基本問題と関連付けながら、従来の議論を再定位した。次に、共同抵当の目的不動産が債務者所有不動産と物上保証人所有不動産からなる場合の民法392条1項の適用の可否の問題を検討した。共同抵当の目的不動産の処分が詐害行為に該当する場合を扱う最判平成4・2・27民集46巻2号112頁を検討の手掛かりとして、近時392条1項の適用に関して出された見解を異にする二つの下級審裁判例(大阪地判平成22・6・30版時2092号122頁・東京地判

平成25・6・6判タ1395号351頁)の事案分析を行い、物上保証人の責任の補充性という観点からのアプローチを試論として展開した。動産・債権譲渡担保法の立法論・解釈論に関して、初年度(平成24年度)から継続的に研究を進めてきたドイツ法における過剰担保法理に関する比較法研究をまとめ、ABL法制研究会における共同研究の成果物として公刊される池田真朗=中島弘雅=森田修編『動産債権担保ー比較法のマトリクス』(商事法務、近刊)に掲載した。すでに初校を提出済みである。さいごに、債権譲渡に関しては、実務家(大阪司法書士会)の研究グループと平成27年2月に公表された契約債権法改正の要綱案に対して立法論的な検討を加え、残された問題点・今後の課題等を指摘した。平成27年度は、4年間の研究成果を総合し、債権譲渡の第三者対抗要件について、民法(債権関係)改正法案が志向する債権譲渡法制の基本構想をふまえ、かつ債権と処分権との関係、債権譲渡の対抗要件制度の法的構造に関する近時の学説における議論を咀嚼したうえで、日本法が今後目指すべき方向を提言する論文をまとめた。この論文は、法学教室で2年間にわたり、他の2名の中堅民法学者とリレー方式で連載した8本の論文と、他の追加テーマについて新たに書き下ろした1本の論文と合体させたうえで、平成28年度内をめどに有斐閣から出版する予定である。また、債権譲渡と相殺に関して、民法(債権関係)改正法案のもとで将来実務上生じうる解釈問題について検討を深めた。その成果は、大阪弁護士会主催による倒産弁護士を主要メンバーとするシンポジウム「相殺をめぐる民法改正と倒産手続」の場にパネリストとして参加し、理論的な観点からのコメントする形で、広く社会一般に発信した。シンポジウムの内容は、金融法務事情2036号に詳細に掲載されている。さらに、事業再生研究機構が主催する研究会に参加し債権譲渡法の改正(特に譲渡制限特約に関する改正)が実務に及ぼす影響につき、金融機関の法務担当者、倒産弁護士、倒産法研究者とともに継続的な検討を行った。その研究成果は平成28年5月28日に予定されているシンポジウム「債権譲渡法制に関する民法改正と事業再生」の場でパネルディスカッション形式で発信する。さいごに、債務者の無留保承諾による抗弁切断に関する最判平成27年6月1日民集69巻4号672頁の評釈を民商法雑誌に掲載することも確定している。債権譲渡担保法の重要課題である譲渡制限特約および将来債権譲渡の効力の問題に焦点を当て、民法改正法案の意義を理論的な観点から分析し、今後の解釈論・立法論上の問題点についていくつかの提言を行った。次に、抵当権の基礎理論に関して、抵当権の効力の及ぶ範囲および共同抵当の法律関係の問題を中心に検討を加える一方、集合動産・債権譲渡担保に共通する包括担保特有の課題として、過剰担保規制にかかる比較法研究を進め、分析視角の設定につき示唆を得た。過剰担保法理の研究成果の公表が遅れているのは、公表媒体が多数の共同研究者との共同執筆による論文集であり、もっぱら他の原稿の集まり具合が芳しくないことによる。平成26年度は、期せずして、本務校において大学内部の管理運営業務(ロースクールのアドミッション委員長としての業務)に相当な時間をとられることとなり、そもそも研究に割くことができる時間が当初見込みよりも大幅に制約されざるをえなかった。
内因性グレリンによるインスリン分泌制御と摂食・糖代謝恒常性維持機構の解明

1.膵島内因性グレリンによるインスリン分泌制御とβ細胞シグナル伝達グレリン、その受容体の成長ホルモン放出促進因子受容体(GHS-R)のmRNAは膵島に局在した。GHS-R拮抗薬をマウスの腹腔内に投与すると、血中インスリン濃度が増加した。ラット単離膵島にGHS-R拮抗薬、抗グレリン血清を添加すると、グルコース刺激によるインスリン分泌および細胞内Ca^<2+>濃度([Ca^<2+>]_i)上昇は増強された。反対に、グレリンの添加は、膵島インスリン分泌・[Ca^<2+>]_i上昇、単離β細胞[Ca^<2+>]_i上昇を抑制した。正常な血流を保持した灌流膵からのインスリン分泌はGHS-R拮抗薬・抗グレリン血清添加により増加し、グレリン添加により抑制された。グレリンは生理的な膵島内因性インスリン分泌制御因子であることが結論された。さらに、グレリンの作用の一部はGHS-R→遅延性K^+チャネル活性化→[Ca^<2+>]_i低下を介することも明らかになった。2.グレリンによる血漿インスリンと血糖値の制御マウスの糖負荷試験において、グルコース投与に対する血漿インスリン値の増加はグレリン投与により抑制され、血糖値の増加はグレリン投与により増強された。一方、GHS-R拮抗薬の添加は、血漿インスリン増加反応を増強し、血糖値増加反応を抑制した。in vivoにおいても、内因性グレリンはインスリン分泌を抑制し、その結果血糖値を上方制御する生理的調節因子であることが明らかになった。3.グレリンとレプチンによる摂食中枢NPYニューロンの相反性調節摂食亢進に重要な視床下部弓状核ニューロペプチドY(NPY)ニューロンの解析を、[Ca^<2+>]_i測定と抗NPY抗体を用いた免疫染色を用いて行った。NPYニューロンをグレリンは活性化し、レプチンは抑制し、両ホルモンによる相反性調節が明らかになった。(1)膵内因性グレリンによるインスリン分泌制御グレリンは、成長ホルモン放出促進因子受容体(GHS-R)のリガンドであり、胃で産生される。グレリン、GHS-RのmRNAは膵島にも局在した。マウスにグレリン受容体(GHS-R)拮抗薬を腹腔内投与すると、血中インスリン濃度が増加した。ラット単離膵島に、GHS-R拮抗薬、抗グレリン血清を添加すると、グルコース刺激によるインスリン分泌および細胞内Ca^<2+>濃度([Ca^<2+>]_i)上昇は増加した。反対に、グレリンの添加は、グルコース刺激たよる膵島インスリン分泌、膵島[Ca^<2+>]_i上昇、単離β細胞[Ca^<2+>]_i上昇を抑制した。グレリンは膵島内因性のインスリン分泌制御因子であり、β細胞[Ca^<2+>]_i低下により抑制作用を発揮する。血中グレリン濃度低下が、肥満、空腹時高インスリンと相関する報告を考慮すると、グレリン機能低下が肥満、高インスリン血症の原因となる可能性が示唆される。(2)摂食中枢におけるグレリンとレプチンの相互作用摂食亢進に重要な役割を果たしている視床下部弓状核ニューロペプチドY(NPY)ニューロンにおいて、摂食亢進物質グレリンと摂食抑制物質レプチンのシグナルが如何に統合されるのかを調べた。

成熟ラットの単離弓状核ニューロンにおいて、[Ca^<2+>]_iの測定と抗NPY抗体を用いた免疫染色を併用し、NPYニューロンに対するグレリン、レプチンの作用を調べた。グレリンはNPYニューロンの[Ca^<2+>]_iを増加し、レプチンはこれを抑制した。NPYニューロンにおけるグレリンの作用にはcAMP-PKA系が関与しているが、その活性化剤による[Ca^<2+>]_i増加もレプチンは抑制した。弓状核NPYニューロンにおいて、グレリンの活性化作用とレプチンの抑制作用が拮抗している。レプチンによるグレリン作用の拮抗の機序としてcAMP-PKA系の抑制が示唆される。(1)膵内因性インスリン分泌制御因子としてのグレリンの検証グレリンは、成長ホルモン放出促進因子受容体(GHS-R)のリガンドであり、胃で産生される。前年度の研究で、グレリンはラット膵島に発現しており、GHS-R拮抗薬・抗グレリン血清添加により分離膵島のグルコース刺激インスリン分泌・細胞内Ca^<2+>濃度([Ca^<2+>]_i)増加が促進されることから、グレリンが膵島内因性のインスリン分泌抑制因子であることを示唆した。これが生理的作用であることを検証するため、正常な血流を保持した膵灌流を用いて実験を行った。灌流膵からのグルコース誘発インスリン分泌はGHS-R拮抗薬・抗グレリン血清添加により増加し、反対にグレリン添加により抑制された。以上の結果より、グレリンは生理的な膵島内因性インスリン分泌制御因子であることが結論された。(2)グレリンによるインスリン分泌抑制のβ細胞シグナル伝達機構グレリンはβ細胞のグルコース誘発[Ca^<2+>]_i増加を抑制し、またβ細胞の遅延性K^+チャネル電流を活性化した。グレリンのインスリン膵島・[Ca^<2+>]_i・K^+チャネルに対する作用は全て、G蛋白のGi/Goサブタイプの阻害剤であるPTXの前処置により完全に阻害された。以上の結果より、グレリンの作用はGi/Go活性化→K^+チャネル活性化→[Ca^<2+>]_i低下→インスリン分泌抑制によることが示唆された。(3)摂食中枢におけるグレリンとレプチンの相互作用とシグナル干渉摂食亢進に不可欠の役割を果たす視床下部弓状核ニューロペプチドY(NPY)ニューロンにおいて、摂食亢進物質グレリンと摂食抑制物質レプチンの相互作用、シグナル統合を解析した。グレリンはcAMP-PKA系依存性にNPYニューロンの[Ca^<2+>]_Iを増加し、レプチンはPI3 kinaseを介してこれに拮抗することが明らかになった。
網羅的シングルセルゲノミクスの技術基盤構築-究極の環境微生物解析ツールを目指す-

単一細胞のゲノムDNAを解読するシングルセルゲノミクスは、微生物の系統および機能に関する情報を網羅的に得ることができるため、環境中の微生物生態を解析する上で非常に有効なツールである。しかし、微生物細胞一つに含まれるDNAは非常に微量でありそこから遺伝子解析をするために十分な量のDNAを増幅することは容易ではなく、海底下深部堆積物に生息する微生物への適用は限られいている。本研究では、新たにタンパク質分解酵素を用いた溶菌プロセス、メタルプレートを用いた遺伝子増幅反応を取り入れることで、コンタミネーションを排除するとともに効率的に海底下堆積物中の単一細胞から遺伝子を増幅する新たな方法論を確立した。本年度は、微量ゲノムDNA増幅に関わる方法論の確立に向けた検討を行った。微量のゲノムDNAを増幅するにあたって、課題となるのがソーティングの効率およびセルの溶解効率の向上、コンタミネーションの排除である。今年度は、ソーティングの際に静電気の発生によるセルのロスを抑えるためにメタルプレートを用いてシングルセルのソーティングを行いゲノムDNAの増幅を行うprotocolの確立、また従来の強アルカリ溶液を用いた方法で細胞膜を溶かせない細胞へのシングルセルゲノミクスの応用を見据えて酵素を用いた溶菌方法の適用を試みた。メタルプレートによるシングルセル増幅においては、ステンレス金属板に容量が50マイクロリットル、深さが4mmのウェルを作成し、セルソーターによる細胞の分取を行った。分取した細胞の溶菌、MDAによる微量DNAの増幅は、ミネラルオイルを重層しウェル内部で行い増幅効率の評価を行った。その結果、テンプレートとなるゲノムDNAがpgオーダーでは高効率にゲノムDNAの増幅が確認されたものの、シングルセルからの増幅効率が低く、シーケンスに供試する量の増幅産物を得ることは困難であった。今後、反応条件等に改善の余地があると思われた。従前のシングルセル増幅では、内因性のコンタミネーションDNAへの懸念から、酵素を溶菌プロセスに用いることは困難であったため、DNaseを用いて内因性のコンタミネーションDNAを除去する方法の検討を行った。数種のDNA分解酵素を用いて検討を行った結果、プロテナーゼK中に存在するDNAを効率的に分解し、その後の増幅プロセスにも悪影響を与えないDNA分解酵素の選定ならびに適切な反応条件を見出すことに成功した。メタルプレートによるシングルセルの増幅では、予想していた程度の増幅効率が得られず、今後、溶液の蒸発を防ぐ方策や、プレートの形状の刷新などさらなる改善が必要であった。そのため、当初予定したサンプリングした細胞の固定方法の検討に関しては、当初の計画通り進んでいないが、増幅のプロトコールが固まり次第、進めていく予定である。平成27年度に引き続いて単一細胞を分取する方法ならびにそこからDNAを取り出し増幅する方法の開発を行った。平成27年度までの検討に加えて、(1)レーザーマイクロダイセクションによる単一細胞分取(2)マイクロマニピュレーターによる細胞分取についても検討を行なった。レーザーマイクロダイセクションについては、乾燥した状態では蛍光が微弱になるためシングルセルを分取することが非常に困難であることがわかった。一方で、フロックやバイオフィルムなどある程度まとまった細胞群を分取する上では有用なツールとなることがわかった。将来的には、環境中の細胞クラスターなどをサンプリングしDNA解析、ビンゲノムの構築を行うストラテジーが可能である。マイクロマニピュレーションは液体中で実際にサンプルを目視しつつ分取が可能であり、ガラスキャピラリーの挿入による錯乱を最小限にすることで単一細胞を分取することが可能であった。ただし、分取のためにはかなりの時間が必要であるため、糸状性の細菌など形態をもとに細胞を分取する用途に適していることが示唆された。平成27年度から行なっているセルソーターによる細胞の分取に関しては、ハイスループットである一方、分取した細胞が実際に反応ウェルに入っているのか確認できないため分取を妨げる静電気等の影響を排除することが必要である。そのため、金属製の反応プレートを用いてきたが平底の形状に問題があり、MDS反応中に反応液が蒸発・減少してしまう問題が生じていた。平成28年度は新たに丸底のメタルプレートを作成し、さらに表面に疎水性のコーティングを施すことにより、反応溶液の蒸発を防ぐことが可能となった。また、MDA反応条件の最適化も行い実サンプルからソーティングした単一細胞から効率的にDNAを増幅することが可能となった。メタルプレートによるゲノム増幅反応のプロトコールを開発する一方、通常のプレートを用いた方法も併用することで、細胞の固定方法などの検討に関して、遅れを取り戻すべく研究を推進していく予定である。溶菌方法に関しては、本年度において一定の成果が得られているので引き続き、反応効率の向上等の検討を行っていく。環境微生物学プロトコールの確立にあたり遺伝子の増幅プロセスに関して当初の予定以上に時間を要したことで、最もコストがかかるプロセスであるシーケンシングおよびその解析にまで本年度中に行うことができなかった。

来年度においては、研究をより効率的に進めることでプロトコールの開発を加速化し本年度中に生じた遅れを取り戻すとともに、次世代シーケンサーによるゲノム解読を行うための試薬・消耗品に使用する。
神経活動の動態観察と光操作に基づく、記憶想起を担う回路基盤の解明

記憶を元に食物や天敵を察知し、初動に移る速さは生存競争において重要である。従来の記憶研究は単純に記憶が想起できたかのみを研究対象としており、記憶の想起開始から終了までに回路レベルでどのような活動制御が生じて記憶想起が実現しているか明らかにした研究はない。本申請では、海馬CA3-CA1経路が想起直後の早い想起を担う回路であるという仮説を立て、想起時のCA1領域の上流である嗅内皮質(EC)およびCA3領域の情報伝播を可視化し、さらに、光操作により想起フェーズにおける各脳領域の機能を検証し、記憶の想起を担う回路基盤の解明を目指す。平成29年度では、光操作を用いた想起におけるCA3特異的不活性化の影響の解析を解析した。CA3特異的に光依存性抑制性オプシンArchTを発現させ、光恐怖条件付け課題、および音恐怖条件付け課題の想起時に、CA3の活性を抑制したところ、両課題において、光照射群は非光照射群に比べて有意に低い恐怖反応を示し、CA3の活性が音や光で条件付けされた恐怖記憶の想起に必要であることが示唆された。平成30年度では、記憶想起時のCA3反回回路の役割をカルシウムイメージングにより解析した。その結果、コントロール群は学習後の休息時に観察された神経活動が記憶想起時に再生される割合が高かった。一方、CA3神経可塑性の障害を示すCA3特異的NMDA受容体欠損マウスはこの再生される割合が、コントロール群に比べて低下していることから、CA3神経可塑性の障害は学習後の休息時、即ち、記憶固定化のフェーズにおける記憶情報の固定化に関わることが示唆された。また、カルシウムイメージングと海馬局所脳波の同時計測系を確立した。今後は、同時記録した海馬の局所脳波と得られた神経活動の関連を調べ、記憶固定化および記憶想起に重要なCA3特有の細胞活動パターンとその出現タイミングを解析する。一方、CA3神経可塑性の障害を示すCA3特異的NMDA受容体欠損マウスはこの再生される割合が、コントロール群に比べて低下していることから、CA3神経可塑性の障害は学習後の休息時、即ち、記憶固定化のフェーズにおける記憶情報の固定化に関わることが示唆されたため。また、カルシウムイメージングと海馬局所脳波の同時計測系を確立したため。同時記録した海馬の局所脳波と得られた神経活動の関連を調べ、記憶固定化および記憶想起に重要なCA3特有の細胞活動パターンとその出現タイミングを解析する。光操作を用いた想起におけるCA3特異的不活性化の影響の解析を解析した。続いて、カルシウムイメージングにより、記憶想起時のCA3反回回路の役割を解析した。CA3神経可塑性の障害を示すCA3特異的NMDA受容体欠損マウスは、コントロール群に比べて、学習誘導性の高頻度活動が顕著に低下していることが分かった。今後は、得られたデータを数理解析し、記憶想起に必要なCA3特有の細胞活動パターンとその出現タイミングを解析し、コントロール群と変異マウス群の間で差異が認められるか解析する。現在、カルシウムイメージングと海馬局所脳波の同時計測系を開発し、解析を進めている。さらに、嗅内皮質の経路の記憶想起における役割の解析も同様に検討する。平成29年度は、記憶想起に重要なCA3およびCA1におけるセルアンサンブルと活動パターンの抽出を目的として、カルシウムイメージングを行った。想起に重要なCA1およびCA3領域のセルアンサンブル表現を検討するため、脳内でカルシウムセンサータンパク質G-CaMPを発現するThy1-G-CaMPマウスのCA3およびCA1領域に超小型内視顕微鏡nVistaを設置し、記憶想起中の各脳領域のセルアンサンブル動態を解析した。しかしながら、Thy1-G-CaMPマウスの海馬CA3におけるG-CaMPの発現量は、イメージング遂行に十分でないことが分かったため、海馬におけるG-CaMP発現方法をアデノ随伴ウイルス(AAV)ベクターに切り替えて、G-CaMPを発現するAAVをCA3およびCA1領域に導入し、イメージングを行った。その結果、CA3神経可塑性の障害を示すCA3特異的NMDA受容体欠損マウスは、コントロール群に比べて、学習誘導性の高頻度活動が顕著に低下していることが分かった。

また、記憶想起におけるCA3-CA1経路の役割を解析するため、海馬CA3領域特異的にCreを発現するKA1-CreマウスのCA3領域にCre依存的に抑制型オプシンArchTを発現するAAV (CaMKII-DIO-ArchT-EYFP)を導入した。続いて、記憶想起中に光操作によってCA3の活動抑制を行い、記憶想起に与える影響を解析した。その結果、光恐怖条件付け課題、および音恐怖条件付け課題の想起時に、CA3の活性を抑制したところ、両課題において、光照射群は非光照射群に比べて有意に低い恐怖反応を示し、CA3の活性が音や光で条件付けされた恐怖記憶の想起に必要であることが示唆された。記憶を元に食物や天敵を察知し、初動に移る速さは生存競争において重要である。従来の記憶研究は単純に記憶が想起できたかのみを研究対象としており、記憶の想起開始から終了までに回路レベルでどのような活動制御が生じて記憶想起が実現しているか明らかにした研究はない。本申請では、海馬CA3-CA1経路が想起直後の早い想起を担う回路であるという仮説を立て、想起時のCA1領域の上流である嗅内皮質(EC)およびCA3領域の情報伝播を可視化し、さらに、光操作により想起フェーズにおける各脳領域の機能を検証し、記憶の想起を担う回路基盤の解明を目指す。平成29年度では、光操作を用いた想起におけるCA3特異的不活性化の影響の解析を解析した。CA3特異的に光依存性抑制性オプシンArchTを発現させ、光恐怖条件付け課題、および音恐怖条件付け課題の想起時に、CA3の活性を抑制したところ、両課題において、光照射群は非光照射群に比べて有意に低い恐怖反応を示し、CA3の活性が音や光で条件付けされた恐怖記憶の想起に必要であることが示唆された。平成30年度では、記憶想起時のCA3反回回路の役割をカルシウムイメージングにより解析した。その結果、コントロール群は学習後の休息時に観察された神経活動が記憶想起時に再生される割合が高かった。一方、CA3神経可塑性の障害を示すCA3特異的NMDA受容体欠損マウスはこの再生される割合が、コントロール群に比べて低下していることから、CA3神経可塑性の障害は学習後の休息時、即ち、記憶固定化のフェーズにおける記憶情報の固定化に関わることが示唆された。また、カルシウムイメージングと海馬局所脳波の同時計測系を確立した。今後は、同時記録した海馬の局所脳波と得られた神経活動の関連を調べ、記憶固定化および記憶想起に重要なCA3特有の細胞活動パターンとその出現タイミングを解析する。一方、CA3神経可塑性の障害を示すCA3特異的NMDA受容体欠損マウスはこの再生される割合が、コントロール群に比べて低下していることから、CA3神経可塑性の障害は学習後の休息時、即ち、記憶固定化のフェーズにおける記憶情報の固定化に関わることが示唆されたため。また、カルシウムイメージングと海馬局所脳波の同時計測系を確立したため。平成30年度以降は、イメージングによって得られたデータを数理解析し、記憶想起に必要なCA3特有の細胞活動パターンとその出現タイミングを解析し、コントロール群と変異マウス群の間で差異が認められるか解析する。
腹直筋を用いた生物学的ポンプによる心補助効果とその臨床応用に関する研究

自己骨格筋を心補助として使用する生物学的ポンプ(骨格筋ポンプ)は感染や免疫抑制等の問題のない優れた補助循環方法である.本研究の目的は,腹直筋を用いた生物学的ポンプを作成し,その心補助効果を実験的に確認し臨床応用を計ることにある.1.腹直筋のコンディショニング腹直筋の疲労抵抗性を獲得するために慢性電気刺激にて8週間のconditioningを行った.雑種成犬に2本の電極を直接筋肉に継着し,刺激条件は単発刺激,2Hz,7.5Vとした.腹直筋のMyosin ATPase染色ではconditioning後にtypeII線維からtypeI線維(疲労抵抗性)への変換が認められた。この腹直筋の圧発生能はconditioning前と比べると約70%に減少していた.雑種成犬8頭を用いてconditioningを行っていない左側腹直筋を剥離し,これに流入する内胸動脈を剥離して有茎グラフトを作成し,これを心外膜前面を窓状に切除した後に置換した,支配神経である3本の助間神経をバンスト刺激することにより,大動脈収縮期圧,右室収縮期圧,大動脈血流はそれぞれ8.6%,53.6%,18.1%増加した.心不全を作成するとこの増加はより著名となった.以上の結果より,腹直筋を用いた心外膜形成術は心補助として利用できることが示唆された.筋肉のconditioningにより圧発生能の低下が避けられないこと,神経温存の方法が困難なことなどの克服が今後の課題である.自己骨格筋を心補助として使用する生物学的ポンプ(骨格筋ポンプ)は感染や免疫抑制等の問題のない優れた補助循環方法である.本研究の目的は,腹直筋を用いた生物学的ポンプを作成し,その心補助効果を実験的に確認し臨床応用を計ることにある.1.腹直筋のコンディショニング腹直筋の疲労抵抗性を獲得するために慢性電気刺激にて8週間のconditioningを行った.雑種成犬に2本の電極を直接筋肉に継着し,刺激条件は単発刺激,2Hz,7.5Vとした.腹直筋のMyosin ATPase染色ではconditioning後にtypeII線維からtypeI線維(疲労抵抗性)への変換が認められた。この腹直筋の圧発生能はconditioning前と比べると約70%に減少していた.雑種成犬8頭を用いてconditioningを行っていない左側腹直筋を剥離し,これに流入する内胸動脈を剥離して有茎グラフトを作成し,これを心外膜前面を窓状に切除した後に置換した,支配神経である3本の助間神経をバンスト刺激することにより,大動脈収縮期圧,右室収縮期圧,大動脈血流はそれぞれ8.6%,53.6%,18.1%増加した.心不全を作成するとこの増加はより著名となった.以上の結果より,腹直筋を用いた心外膜形成術は心補助として利用できることが示唆された.筋肉のconditioningにより圧発生能の低下が避けられないこと,神経温存の方法が困難なことなどの克服が今後の課題である.犬を用いて、6週間の電気的Conditioningを行った。4頭において、その慢性期の筋力の評価や筋肉の転換(速筋から遅筋へ)を観察した。除神経はせずに、3分節の支配神経を同時に刺激する方法を取った。その研究の結果、筋肉の転換を生化学的に証明した。また、それに伴って、筋力の約70%の低下を認めた。これはこれまで報告されている広背筋の結果とほぼ同等と見なされた。我々独自のアイデアである3分節刺激の妥当性が証明された。今後は除神経後の変化を見る必要がある。2.Pericardomyoplastyの急性実験犬の心外膜の前面を切除し、これを有茎とした腹直筋で置換して電気刺激にて収縮させた。その結果、1回心拍出量の約30%の増加を認めた。容量負荷とβ遮断剤で作成した心不全モデルにおいてはその効果はさらに強かった。また、心エコーにて血流の変化を見たが、Pericardomyoplastyによる有害なものは認めなかった。Pericardomyoplastyの効果は急性実験で見る限りにおいては、かなり満足する心補助効果が得られた。従来より臨床で試みられているdynamic cardiomyoplastyに比べると補助効果は大きいと考えられる。補助時に房室弁の逆流が一部見られたが問題となるものではなかった。今後は慢性期に癒着や筋低下などの影響がどの程度あるのかを評価する予定である。自己骨格筋を心補助として使用する生物学的ポンプ(骨格筋ポンプ)は感染や免疫抑制等の問題のない優れた補助循環方法である.本研究の目的は,腹直筋を用いた生物学的ポンプを作成し,その心補助効果を実験的に確認し臨床応用を計ることにある.1.腹直筋のコンディショニング腹直筋の疲労抵抗性を獲得するために慢性電気刺激にて8週間のconditioningを行った.雑種成犬に2本の電極を直接筋肉に縫着し,刺激条件は単発刺激,2Hz,7.5Vとした.腹直筋のMyosin ATPase染色ではconditioning後にtype II線維からtype I線維(疲労抵抗性)への変換が認められた.この腹直筋の圧発生能はconditioning前と比べると約70%に減少していた.

雑種成犬8頭を用いてconditioningを行っていない左側腹直筋を剥離し,これに流入する内胸動脈を剥離して有茎グラフトを作成し,これを心外膜前面を窓状に切除した後に置換した.支配神経である3本の肋間神経をバースト刺激することにより,大動脈収縮期圧,右室収縮期圧,大動脈血流はそれぞれ8.6%,53.6%,18.1%増加した.心不全を作成するとこの増加はより著明となった.以上の結果より,腹直筋を用いた心外膜形成術は心補助として利用できることが示唆された.筋肉のconditioningにより圧発生能の低下が避けられないこと,神経温存の方法が困難なことなどの克服が今後の課題である.
全身振動刺激を併用した体幹深部筋強化トレーニング法の構築

全身振動刺激機器(WBV)を併用した体幹筋強化トレーニングが有用な方法になりうるかを明らかにした.健常男性を無作為にWBVトレーニング群(WBV群)と,非WBVトレーニング群(非WBV群)に割り付け,3回/週で8週間の介入を実施した.WBV上で6項目のトレーニングを各30秒間実施した.介入前後のトレーニングの効果判定には,体幹の最大等尺性筋力,F/E比,跳躍高,Y-test, FMSを測定した.WBV群の介入前後の比較では体幹屈曲筋力,F/E比,Y-test後外方,FMSで有意な差を認めた.WBVを併用した体幹筋トレーニングは体幹筋力や身体パフォーマンスの向上に有効であることが示された.全身振動刺激機器(WBV)を併用した体幹筋強化トレーニングが有用な方法になりうるかを明らかにした.健常男性を無作為にWBVトレーニング群(WBV群)と,非WBVトレーニング群(非WBV群)に割り付け,3回/週で8週間の介入を実施した.WBV上で6項目のトレーニングを各30秒間実施した.介入前後のトレーニングの効果判定には,体幹の最大等尺性筋力,F/E比,跳躍高,Y-test, FMSを測定した.WBV群の介入前後の比較では体幹屈曲筋力,F/E比,Y-test後外方,FMSで有意な差を認めた.WBVを併用した体幹筋トレーニングは体幹筋力や身体パフォーマンスの向上に有効であることが示された.平成25年度の本実験において,男性アスリートにWBVを併用した体幹深部筋強化トレーニング(WBVトレーニング)の長期実施による体幹深部筋力への効果を検証するため,全身振動トレーニング装置の購入,健常若年者を対象として,体幹深部筋に特化したトレーニングを実施する際の適切な周波数を決定する予備実験の実施,関連する先行研究の検討による全身振動トレーニングのプロトコール,評価方法の検討,トレーニング介入研究を実施するための対象者の募集を実施した.本研究は,まずは男性アスリート6名にWBVの周波数の違い,今回は30Hzと50Hzで体幹深部筋の筋活動が変化するのかを確認し,体幹深層筋である内腹斜筋では30Hzの場合,50Hzに比べて筋活動が高くなることが示された.これにより,体幹深部筋に特化したトレーニングを実施する際に30Hzで実施することを決定した.全身振動刺激機器(WBV)を併用した体幹筋強化トレーニングが有用なトレーニング方法になりうるかを明らかにした.健常男性を無作為にWBVトレーニング群(WBV群,6名)と,非WBVトレーニング群(非WBV群,6名)に割り付け,3回/週で8週間の介入を実施した.トレーニング内容は,WBV上で6項目のトレーニングを各30秒間実施した.介入前後のトレーニングの効果判定には,体幹屈曲・伸展の最大等尺性筋力,体幹屈曲筋力を伸展筋力で除した値(F/E比),跳躍高,軸足支持での下肢最大リーチ距離(Y-test),Functional Movement Screen(FMS)を測定した.WBV群の介入前後の比較では体幹屈曲筋力,F/E比,Y-test後外方,FMSで有意な差を認めた( p<0.05 ).非WBV群はY-test前方のみ有意であった( p<0.05 ).WBVを併用した体幹筋トレーニングは体幹筋力や身体パフォーマンスの向上に有効であることが示された.スポーツ外傷・障害予防本研究は,WBVトレーニングの長期実施による体幹深部筋力への効果を検証するため,全身振動トレーニング装置の購入,全身振動トレーニング装置は必須である.全身振動トレーニング装置の納品が予定より遅れた.その結果,全体に多少の遅延が生じている.平成25年度は健常若年者を被検者として,WBV周波数の違いが体幹筋の筋活動に違いがあるかを予備的研究として実施した。その予備的研究の結果と本研究に関連する先行研究の結果を踏まえて,全身振動トレーニングのプロトコールを検討した.平成26年度はアスリートを対象とした体幹トレーニングをWBVなし群(10名)とWBVあり群(10名)に無作為に分けて,トレーニング介入研究を実施していく予定である.そして,介入前後で身体機能と身体パフォーマンステストを実施し,その介入効果判定を実施する.評価指標には,(Functional Movement Screen,垂直跳び,体幹筋筋力などを実施する.実験終了後にデータ分析を行い,スポーツ関連学会,雑誌での論文発表を行う予定である.計画通り研究を遂行した結果,不可避の少額の残額が生じた次年度使用額は平成26年度予算と合わせ次のように使用する.物品については,表面筋電図の電極などの消耗品,WBVトレーニングの効果判定に必要な機器,その解析に必要な解析を行う環境(ソフトウェア)の購入に使用する.旅費については,今年度の研究成果にて,本実験の成果発表を国内外の学会にて発表するための旅費として使用する.その他,論文投稿に関わる費用に使用する.
シングルサイト電極基板の創製およびPt単原子電極触媒の開発

固体高分子形燃料電池における電極触媒のPt使用量削減を目指した新しいPt単原子電極触媒の開発を行った.その結果,次の成果が得られた.(i)Pt担持量がわずか0.6wt%の低担持量電極の作製に成功した.(ii)水素酸化反応におけるオンセット電位は,本研究で作製した電極はPt板と同程度であった.本研究課題では、Pt単原子粒子の析出および析出粒子間の距離を制御する新規電極触媒材料の調製法の確立を目指して実験を行った。これは、電極触媒の未踏領域である。本手法は、Ti原子サイトを電極基板材料に組み込み、Ptの析出サイトを制御した上で、Ptめっきを行うというコンセプトに基づき実施した。Ptを単原子粒子として析出させ、かつ析出粒子間の距離を制御し、電気化学的に評価することで、原子・分子レベルで電極表面を解明することができる。これは、高活性を有する電極触媒設計のおおきな手かがりとなる。平成23年度の実績としては、電極基板上にTi原子を含有したシリカ薄膜を作製し、その上にめっきによってPt粒子を担持することに成功した。めっきする電位を変えることで、作製したPt粒子のサイズはSEM測定可能なサイズからSEMでは観察できないサイズまで、それぞれ作製することができた。また、別のアプローチとして、Ti原子含有のシリカ粒子を作製し、Pt光還元法により微少量Pt粒子の担持に成功した。このPt粒子は、高分解能TEMによりシングルナノサイズの粒子になっていることを確認した。平成24年度の実績としては、Ti原子含有のシリカ粒子上に光還元法により微少量Pt粒子の担持した触媒のPtの担持量は従来の50 wt%よりも非常に低い0.6 wt%であることがわかった。しかしながら、水素酸化反応の質量活性は、従来のPt/Cと比較すると約25倍も高い電流密度になっていた。一方、電極基板上にTi原子を含有したシリカ薄膜を用いて、Ptめっき電位やTi原子量を変化させることで、Pt粒子サイズや粒子間距離の制御を試みたが、触媒活性には大きな変化は観測されなかった。電子移動反応により、今回得られたPt粒子はナノサイズレベルのクラスターになっており、通常のPt粒子の挙動とは異なる挙動を示すことが見出された。固体高分子形燃料電池における電極触媒のPt使用量削減を目指した新しいPt単原子電極触媒の開発を行った.その結果,次の成果が得られた.(i)Pt担持量がわずか0.6wt%の低担持量電極の作製に成功した.(ii)水素酸化反応におけるオンセット電位は,本研究で作製した電極はPt板と同程度であった.本研究課題では、Pt単原子粒子の析出および析出粒子間の距離を制御する新規電極触媒材料の調製法の確立を目指している。本手法は、Ti原子サイトを電極基板材料に組み込み、Ptの析出サイトを制御した上で、Ptめっきを行う計画である。異種金属種を組み込んだ基板材料を創製し、単原子レベルで粒径および粒子間距離御を制御した電極触媒材料の報告例はない。そこで、本研究課題では活性金属元素であるPtを例にとり、Pt単原子粒子サイズおよび粒子間距離を制御した新規電極触媒の調製を目指している。今回得られた条件をもとに、Pt単原子粒子の作製を目指して、さらなる条件出しを行っていく。このPt粒子は、高分解能のTEMにおいてのみ観察することができた。H23年度の研究計画内容としては、電極触媒の調製および電極触媒の評価を挙げていた。具体的には、電極触媒の調製に関して(1)電極触媒の基板材料上へTi原子含有したシリカ薄膜を成膜する。(2)めっきによりPt粒子を調製する。電極触媒の評価に関して(1)サイクリックボルタンメトリー測定により、Pt粒子の析出を確認する。(2)酸素還元反応および水素酸化反応を用いて、Pt粒子の電気化学特性を評する。まず、電極基板上に作製したPt電極触媒についてであるが、平面な電極基板上にTi原子を含有したシリカ薄膜を作製し、その上にPt粒子をめっきすることによって作製した。薄膜の引き上げ速度およびPtめっき電位の条件を変化させて検討した。作製したPt電極触媒を用いて、電気化学測定を行った結果、Ptバルクにみられるような水素の吸脱着ピークを有する典型的なサイクリックボルタモグラムは得られなかったが、酸素還元反応は進行し、確かに還元電流が流れることが確認された。Pt粒子はSEM測定により観察できるサイズではなかったが、還元電流が流れたことから、確かにPt粒子がめっきされていると結論付けることができた。また、Ti原子含有のシリカ粒子に光還元法によりPt粒子を担持した系では、こちらもSEM測定ではPt粒子の有無を確認することはできなかった。