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光制御によるマイコトキシン産生抑制技術の開発に向けた研究

アフラトキシン(AF)産生菌を含むカビは一般的に水分と好気的な環境を好むため、既存のAF産生菌制御技術は乾燥や脱酸素環境の構築によって実現されている。しかし、作物の栽培や輸送など複数の工程においてこれらの制御環境を実現出来ないこともあり、新たなカビの増殖制御技術が求められている。近年カビに光応答遺伝子が存在することが報告され、カビ毒の一種であるオクラトキシン産生も光条件の変化に影響を受けることが報告されている。そこで、本研究ではアフラトキシンの産生制御に活用可能な光条件が存在するかどうかを探索した。H29年度においては、H28年度に構築した単波長照射条件を用い、可視光領域(400 - 700 nm)付近の光照射条件による培養試験を実施した。AF産生菌としてA. flavus IFM55891, A. parasiticus NRRL2999, A. bombycisMAFF111712, A. nomiusMAFF111739を用い、α-シクロデキストリンと活性炭を含むポテトデキストロース寒天培地による培養の後に暗所において365nmのUVを照射しアフラトキシンに由来する蛍光を観察したところ、青色光領域の光照射環境で培養した菌株はコントロールである暗所培養の菌株と比較して蛍光強度が増強された。HPLCによるアフラトキシン産生量の測定を実施した結果、500nm前半の青緑光照射によりアフラトキシンの産生が最大化する結果を得た。その一方で、赤色光照射によるアフラトキシン産生量の顕著な増加は確認されなかった。H28年度に構築した光照射条件の中で、近紫外光照射条件は菌株の生育を顕著に抑制する結果を得たため、H29年度以降は400nm以上の可視光領域を主とする光照射環境で試験を実施している。こうして光照射条件の絞込みが行われたことにより、当該年度の試験は概ね予定通りの進捗となった。一方で、トランスクリプトーム解析においては試料の調製や解析期間の長期化等が重なり、また費用面における制約も生じたため、当初の計画に沿ったサンプル数のみの解析となった。H29年度中に実施したトランスクリプトーム解析の結果から、光照射条件に影響を受ける遺伝子の選抜を実施する。選抜した遺伝子をターゲットとした特異的なプライマーセットを作製し、詳細な光照射条件における遺伝子発現解析を実施する。発現解析の結果とアフラトキシン産生量のデータから、アフラトキシン産生能と光照射条件の関連性を考察し、光照射によるアフラトキシン産生制御の可能性を探る。アフラトキシン(AF)産生菌を含むカビ類は一般的に水分と好気的な環境を好むため、既存のAF産生菌制御技術は乾燥や脱酸素環境の構築によって実現されている。当該年度においては、はじめに1nm毎に波長を調節可能な可変波長光源を導入し、これを用いた単波長照射条件を構築した。近紫外光(400nm以下)から近赤外光(700nm以上)までの複数条件を設定して菌体培養液をスポットしたプレートの培養を実施した。AF非産生菌であるAspergillus oryzaeRIB40ならびに、AF産生菌としてA. flavus IFM55891, A. parasiticus NRRL2999を利用して各波長照射条件における菌のコロニー形成を観察したところ、青色領域側に胞子形成の誘発される波長帯が観察された。また、A. flavus IFM55891, A. parasiticus NRRL2999に加えてA. bombysis MAFF111712, A. nomiusMAFF111739のアフラトキシン産生量を光条件毎に比較したところ、波長の違いによって産生量に変化を示す菌体が観察された。一方で、アフラトキシン産生量の増減と光照射条件の顕著な相関性が確認されない菌体も確認された。年度初めにスポット型の光照射装置を導入し、単波長照射条件を構築した。これにより近紫外光(400nm以下)から近赤外光(700nm以上)までの複数条件を設定することが可能となったため、試験に有用な波長の絞込みを行った。また、この絞込み試験の結果を基に各単波長照射環境を構築する試験装置の作製を行った。試験に際して予めAF産生菌を複数有していたため、菌種間差を比較する目的で複数菌株の培養試験を実施し、当初の想定よりも多くの菌株に対して試験を行った。一方で最適な培養日数の設定と反復試験により多くの日数が必要であり、想定以上の進展には至らなかった。またAF産生量の定量に用いる培養容器の改良を行っており、一定の時間を要した。初年度のため研究環境や条件の設定に一定の時間を要したが、試験遂行に必要な環境と基礎データの取得を済ませており、研究は概ね順調に進展していると判断する。

アフラトキシン(AF)産生菌を含むカビは一般的に水分と好気的な環境を好むため、既存のAF産生菌制御技術は乾燥や脱酸素環境の構築によって実現されている。しかし、作物の栽培や輸送など複数の工程においてこれらの制御環境を実現出来ないこともあり、新たなカビの増殖制御技術が求められている。近年カビに光応答遺伝子が存在することが報告され、カビ毒の一種であるオクラトキシン産生も光条件の変化に影響を受けることが報告されている。そこで、本研究ではアフラトキシンの産生制御に活用可能な光条件が存在するかどうかを探索した。H29年度においては、H28年度に構築した単波長照射条件を用い、可視光領域(400 - 700 nm)付近の光照射条件による培養試験を実施した。AF産生菌としてA. flavus IFM55891, A. parasiticus NRRL2999, A. bombycisMAFF111712, A. nomiusMAFF111739を用い、α-シクロデキストリンと活性炭を含むポテトデキストロース寒天培地による培養の後に暗所において365nmのUVを照射しアフラトキシンに由来する蛍光を観察したところ、青色光領域の光照射環境で培養した菌株はコントロールである暗所培養の菌株と比較して蛍光強度が増強された。HPLCによるアフラトキシン産生量の測定を実施した結果、500nm前半の青緑光照射によりアフラトキシンの産生が最大化する結果を得た。その一方で、赤色光照射によるアフラトキシン産生量の顕著な増加は確認されなかった。H28年度に構築した光照射条件の中で、近紫外光照射条件は菌株の生育を顕著に抑制する結果を得たため、H29年度以降は400nm以上の可視光領域を主とする光照射環境で試験を実施している。こうして光照射条件の絞込みが行われたことにより、当該年度の試験は概ね予定通りの進捗となった。一方で、トランスクリプトーム解析においては試料の調製や解析期間の長期化等が重なり、また費用面における制約も生じたため、当初の計画に沿ったサンプル数のみの解析となった。H28に続きカビ毒産生制御条件の検討を実施する。アフラトキシン(AF)の産生に影響を与える波長帯の絞込みを行ったが、光照射強度の変化に関する試験の実施には至らなかった。植物のように光刺激が必須の生物であっても最適な光照射強度は一様では無く、これまでにAspergillus属菌で報告された光照射強度の条件も様々である。こうしたことから、本研究において改めて最適な光照射強度を探索する必要がある。そこで、H29年度には光照射強度変化のAF産生量に対する影響を調べる。これによりAF産生量の変化と相関性の確認される菌体、波長、光強度等の条件を絞り込み、de novoトランスクリプトームを用いた網羅的遺伝子発現解析に繋げる。H29年度中に実施したトランスクリプトーム解析の結果から、光照射条件に影響を受ける遺伝子の選抜を実施する。選抜した遺伝子をターゲットとした特異的なプライマーセットを作製し、詳細な光照射条件における遺伝子発現解析を実施する。発現解析の結果とアフラトキシン産生量のデータから、アフラトキシン産生能と光照射条件の関連性を考察し、光照射によるアフラトキシン産生制御の可能性を探る。研究初年度において高速液体クロマトグラフの読み取り装置購入費を計上していたが、研究実施に際して既存の装置を借り受けて購入予定の装置を代替することが可能となった。これにより、当初計上していた装置購入費相当の次年度使用額が生じた。
ホルモン様作用で強力な制がん活性を発揮する新規ＶＤＲリガンドの創製

研究期間全体を通じて、生物活性の向上と代謝抵抗性を考慮して新規ビタミンD誘導体を設計し、それら誘導体群の合成を行った。特にA環2位置換活性型ビタミンD3誘導体の合成において、ビタミンD受容体と効果的に相互作用しうる2位置換基上の官能基として、複素環窒素原子に着目した2位方向にアゾールをもつ活性型ビタミンD3誘導体と、化学的安定性で優位であり、また特徴的な生物活性を期待できるジエン構造を有する19-ノル型誘導体の両方の構造的特徴をもつ活性型ビタミンD3誘導体の合成および生物活性評価を行った。結果として2位置換基上に各種アゾールアルキル基を有する種々の新規誘導体の合成を達成した。さらに2位アルキル側鎖長についても検討した。それらの合成に用いたルートは、種々のビタミンD3誘導体合成に適用可能な汎用性の高いルートであり、合成効率が高く、多くの新規誘導体合成につなげることが可能である。具体的な方法として、CD環前駆体ヘテロアリールスルホンはビタミンD3より構築し、2α置換基上に各種アゾールアルキル基を有するA環前駆体は、(ー)-キナ酸から得られる2α-(3-ヒドロキシアルキル)基を有する合成中間体の一級水酸基をSN2反応で複素環へと置換することでN-アルキル置換アゾール位置異性体として構築した。それぞれ単離精製し、CD環前駆体とJuliaオレフィン化、脱保護することで目的の19-ノル型ビタミンD3誘導体の2位のジアステレオマーやアゾール環上窒素原子位置異性体等を合成した。得られた誘導体についてHPLC精製後、VDR結合親和性や各種生物活性評価、CYP24A1による代謝研究等を行った。また2α-[2-(テトラゾール-2-イル)エチル]-1α,25-ジヒドロキシビタミンD3について主代謝物の候補化合物を化学合成し、正確な構造を決定した。本年度は、これまでに検討してきた、A環2位置換活性型ビタミンD3誘導体の合成においてビタミンD受容体と効果的に相互作用しうる2位置換基上の官能基として複素環窒素原子に着目した2位方向にアゾール環をもつ活性型ビタミンD3誘導体と、化学的安定性で優位であり、また特徴的な生物活性を期待できるジエン構造を有する19-ノル型誘導体の両方の構造的特徴をもつ活性型ビタミンD3誘導体の合成および生物活性評価をさらに行うこととし、既に合成を達成した2位置換基上にテトラゾールプロピル基を有する誘導体の合成ルートを基に、他のアゾール環を有する誘導体の新規合成を検討した。CD環前駆体ヘテロアリールスルホンはビタミンD3より構築し、2α置換基上に各種アゾールプロピル基を有するA環前駆体は、(ー)-キナ酸から得られる2α-(3-ヒドロキシプロピル)基を有する合成中間体の一級水酸基をSN2反応で複素環へと置換することでN-アルキル置換アゾール位置異性体として構築した。それぞれ単離精製し、CD環前駆体とJuliaカップリング、脱保護することで2α-[3-(1,2,3-トリアゾール-2-イル)プロピル]-1α,25-ジヒドロキシ-19-ノルビタミンD3およびその2β体、トリアゾール環上窒素原子位置異性体等を合成した。合成では種々の誘導体合成に適用可能な汎用性の高いルートを確立するために合成効率についても探求し、立体選択性、収率などにおける反応条件の最適化を行った。ビタミンD3のA環部位を化学修飾した誘導体として、A環前駆体とCD環前駆体をそれぞれ合成しそれらを結合する収束的な合成法により、2α側鎖上に種々のヘテロ環を有する新しい19-ノル型ビタミンD3誘導体の合成を達成した。本合成で確立した合成ルートはさらに、異なるアルキル鎖長のリンカー部を有する種々の2位置換ビタミンD3誘導体合成に適用可能な汎用性の高いルートであり、合成効率が高く、多くの新規誘導体合成につなげることが可能である。また、得られた誘導体の各種生物活性評価、代謝研究を行うことができ、それら誘導体における構造と活性の関係、代謝抵抗性について考察することができた。本年度は、昨年度に引き続きビタミンD誘導体群の合成を行った。すなわちA環2位置換活性型ビタミンD3誘導体の合成において、ビタミンD受容体と効果的に相互作用しうる2位置換基上の官能基として2位方向にアゾールをもつ活性型ビタミンD3誘導体と、化学的安定性で優位であり、また特徴的な生物活性を期待できるジエン構造を有する19-ノル型誘導体の両方の構造的特徴をもつ活性型ビタミンD3誘導体の合成および生物活性評価をさらに行った。既に2位置換基上にテトラゾールプロピル基やトリアゾールプロピル基を有するいくつかの誘導体合成を達成しているが、それらの合成に用いたルートを基に、他のアゾールを有する誘導体の新規合成を検討した。CD環前駆体ヘテロアリールスルホンはビタミンD3より構築し、2α置換基上に各種アゾールアルキル基を有するA環前駆体は、(ー)-キナ酸から得られる2α-ヒドロキシアルキル基を有する合成中間体の一級水酸基をSN2反応で複素環へと置換することでN-アルキル置換アゾール位置異性体として構築した。それぞれ単離精製し、CD環前駆体とJuliaカップリング、脱保護することで2位置換基上に各種アゾールアルキル基を有する19-ノル型ビタミンD3誘導体の2位のジアステレオマーやアゾール環上窒素原子位置異性体等を合成した。

得られた誘導体についてHPLC精製後、VDR結合親和性や各種生物活性評価、CYP24A1による代謝研究等を行った。また2位置換基上にアゾールを有する誘導体である2α-[2-(テトラゾール-2-イル)エチル]-1α,25-ジヒドロキシビタミンD3について主代謝物の候補化合物を化学合成し、正確な構造決定とより詳しい代謝物の各種生物活性評価や、さらなる代謝についても検討した。ビタミンD3誘導体のA環の化学修飾として、2α側鎖上に種々のヘテロ環を有する新しい19-ノル型ビタミンD3誘導体の合成を達成した。本合成では、A環前駆体とCD環前駆体をそれぞれ合成しそれらを結合する収束的な合成法を用いており、ここで確立した合成ルートは、さらに異なるアルキル鎖長のリンカー部を有する種々のビタミンD3誘導体合成に適用可能な汎用性の高いルートであり、合成効率が高く、多くの新規誘導体合成につなげることが可能である。また、得られた誘導体の各種生物活性評価、代謝研究を行うことができ、それら誘導体における構造と活性の関係、代謝抵抗性について考察することも可能である。さらに、有用な誘導体の主代謝物の候補化合物の化学合成も行っており、生物活性の向上と代謝抵抗性を考慮した誘導体デザインが可能になりつつある。本年度は、昨年度に引き続き検討してきたビタミンD誘導体群の合成を行った。すなわちA環2位置換活性型ビタミンD3誘導体の合成において、ビタミンD受容体と効果的に相互作用しうる2位置換基上の官能基として、複素環窒素原子に着目した2位方向にアゾールをもつ活性型ビタミンD3誘導体と、化学的安定性で優位であり、また特徴的な生物活性を期待できるジエン構造を有する19-ノル型誘導体の両方の構造的特徴をもつ活性型ビタミンD3誘導体の合成および生物活性評価をさらに行った。昨年度までに既に2位置換基上にテトラゾールプロピル基やトリアゾールプロピル基を有するいくつかの誘導体合成を達成しているが、それらの合成に用いたルートを基に、他のアゾールを有する誘導体の新規合成を検討した。CD環前駆体ヘテロアリールスルホンはビタミンD3より構築し、2α置換基上に各種アゾールアルキル基を有するA環前駆体は、(ー)-キナ酸から得られる2α-(3-ヒドロキシアルキル)基を有する合成中間体の一級水酸基をSN2反応で複素環へと置換することでN-アルキル置換アゾール位置異性体として構築した。それぞれ単離精製し、CD環前駆体とJuliaオレフィン化、脱保護することで2位置換基上に各種アゾールアルキル基を有する-19-ノル型ビタミンD3誘導体の2位のジアステレオマーやアゾール環上窒素原子位置異性体等を合成した。本年度は2位側鎖長についても検討し、テトラゾールエチル基を有する誘導体合成を達成した。合成では種々の誘導体合成に適用可能な汎用性の高いルートを確立するために合成効率についても探求し、立体選択性、収率などにおける反応条件の最適化を行った。ビタミンD3誘導体A環の化学修飾として、2α側鎖上に種々のヘテロ環を有する新しい19-ノル型ビタミンD3誘導体の合成を達成した。2位側鎖長を変えた誘導体の合成法も確立した。
ガンマセクレターゼインヒビターとＡＢＴー７３７併用治療に関する検討

1)in vitroにおけるGSI,ABT-737単独または併用治療効果の検討2)単独、併用治療におけるapoptosisの検討のためにAnnexinV/PIを用いてflow cytometryをおこなったところ4つのcell lineともに単独治療に比較して併用治療においてapoptosis細胞がより多く認められた。3)Bcl2関連蛋白の検討NSCLC腫瘍組織におけるBH3-only proteins(Bim, Noxa, Puma)に関する免疫組織学検討を行うために当院で外科的切除を施行されたNSCLC135例を用いた。これらの蛋白発現と臨床学的因子、予後との関連を調べた。一次抗体は抗Bim抗体(Lab Vision, 1:300)、抗Noxa抗体(Biovision, 1:200)、抗Puma抗体(Abcam, 1:50)を使用し、過去の報告に基づき、腫瘍細胞が各抗体に50%以上陽性の場合は高発現、50%未満の発現の場合には低発現とスコアーした。その後臨床学的因子、予後との相関について統計学的に検討を行った。各種抗体の特異性を調べるために同一腫瘍組織から蛋白抽出と組織切片を作成しwestern blot法と免疫染色を行い両者の一致の有無を検討した。抗体の特異性を調べるために同一のNSCLC組織の免疫染色とwesternによる蛋白発現を検討したところ各種蛋白発現は一致した結果を認めた。Bimの発現は性別、喫煙歴、組織系、pT、pStage、分化度と関連を認め多変量解析においてBimの発現低下と扁平上皮癌との関連を強く認め、またBimの発現上昇は高分化型腫瘍との関連を認めた。さらにBimの発現低下はKi67高発現との関連があった。Noxaの発現もまた喫煙歴、組織系との関連があったが、多変量解析においては関連を認めなかった。Pumaについては臨床因子との関連はなかった。いずれの蛋白発現も夜ごとの関連は認められなかった。以上の結果からBimの発現は扁平上皮癌との関連、腫瘍増殖との関連が示された。Nothc発現非小細胞肺癌細胞(NSCLC)株(H460, H1793, HCC2429, A549)においてγセクレターゼインヒビター(GSI)とBcl-2 inhibitorであるABT-737はin vitroにおいてMTT assayでそれぞれが濃度依存性に腫瘍増殖抑制効果を示した。さらに両者の併用治療はisobologlamを用いて相乗的な併用効果を認めた。一方でNotch発現のないH1395においてはGSI単独治療ではIC50が非常に高く、GSIとAT-737の併用において相加的な併用効果は認めたものの相乗的な治療効果は認めず、併用効果はNotchの発現と相関していることが示唆された。併用治療によりアポトーシスが単独治療と比較してより強く誘導されPARPの発現もより上昇していた。さらに併用治療によってBimの発現の増強を認め、Bim siRNAを用いて併用治療によって増強したBimの発現を抑制するとアポトーシス細胞数は減少し併用効果はBim依存的であった。ヌードマウスを用いてH460,H1793を皮下注射しゼノグラフとマウスモデルを作成し、コントロール、GSI、ABT-737、併用治療群に分けて投与を行い腫瘍サイズを計測したところコントロールと比較して治療群は有意に腫瘍増殖を抑制し、さらに併用治療は単独治療と比べてさらに腫瘍サイズの縮小を認めた。治療中マウスには体重減少など認められず重篤な副作用はなかった。以上の結果においてGSIとABT-737の併用治療はNotc発現細胞に対してin vitro in vivoともに治療効果を認め今後のNSCLC治療の選択肢の一つになりえる可能性が示された。呼吸器腫瘍併用治療における治療効果の検討、apoptosisの検討は終了しまたBcl2関連蛋白の発現検討もおおむね終了しており当初の計画をほど完了している。平成24年度においては非小細胞肺癌(NSCLC)腫瘍組織におけるBH-3 only proteins(Bim,Noxa,Puma)についての免疫組織学的検討と臨床因子、予後との関連を調べる予定でありその研究は終了し論文化(BMC cancer, 2012)した。このため現時点ではほぼ順調に進展していると考えられる。Bcl2関連蛋白の発現に加えてMAP PI3K関連蛋白の発現も検討する。またこの併用治療効果についてin vivoでの検討を行う。1) in vitroにおけるGSI(ガンマセクレターゼ)、ABT-737単独または併用治療効果の検討コントロール、GSI単独、ABT-737単独、両者併用によるNotch発現NSCLC株(HCC2429、H460、A549)に対する腫瘍増殖抑制効果をMTT assayを用いて検討する。両者併用治療の際に治療スケジュール(同時併用、GSI先行またはAB7-737先行)における抗腫瘍効果をMTT assayを用いて最適な抗腫瘍効果を示す治療スケジュールを検討する。併用効果が相加効果によるのか相乗効果によるのかについてはCompuSyn Software Analysisを用いて統計解析を行う。各治療におけるapoptosis細胞の割合をAnnexin V/PI染色を行いflow cytometryを用いて解析する。研究計画はおおむね順調に継続されており次年度計画を実施するための使用である。in vivoの実験を主に行うためにヌードマウス、治療薬であるGSIとABT-737の購入を行う。該当なし
チタンイオン交換型層状粘土鉱物を触媒とするメタノールから各種含酸素化合物の合成

合成粘土鉱物の一種であるフッ素四ケイ素雲母(TSM)のTiイオン交換体を調製し,メタノール転化反応に対する触媒活性を調べた.購入したガスクロマトグラフをサンプリングバルブを介して,既存の固定床流通式反応装置に直結し,反応生成物の分析を行った.TSMそのものは触媒活性を全く示さなかったが, Ti(IV)イオン交換型のTSMは,メタノールの脱水反応を促進し,反応温度350°Cにおいてジメチルエーテルと少量のメタンを生成した.一方,新たに作成した真空系の装置を用い,アルゴン雰囲気下慎重に調製したTi(III)イオン交換型のTSMは,同じ反応温度で殆ど触媒活性を示さなかった. Ti(IV)イオン交換型のTSMに少量のZn, Clイオンを添加すると,その触媒活性は一変し,脱水反応のみならず脱水素反応をも促進するようになる.生成物としては,脱水生成物であるジメチルエーテルの外に脱水素生成物であるギ酸メチル,ジメトキシメタンなどが見られるが,特に興味深いことは,炭素-炭素結合を有する含酸素化合物が生成することである.この含酸素化合物は極めて多種に亘り,酢酸メチル,アクリル酸メチル,プロピオン酸メチル,メタクリル酸メチルなどのエステル類,アセトン,メチルビニルケトン,メチルエチルケトンなどのケトン類,イソブチルアルデヒドなどを含んでいる.これら含酸素化合物は, Ti(IV)型TSMにZn, Clの両方を含む場合にのみ生成し,その収率は触媒中のClイオン量に大きく依存する.最大収率は, ClイオンがTi(IV)イオンに対し1モル%以下の触媒で得られた.生成した含酸素化合物のうち,アクリル酸メチルは酢酸メチルの,また,メチルビニルケトンはアセトンのビニル化生成物と考えられる.そこで,酢酸メチルとメタノール,アセトンとメタノールの反応を行ったところ, Ti(IV)型TSM上でそれぞれアクリル酸メチル,メチルビニルケトンが高選択的に生成した.合成粘土鉱物の一種であるフッ素四ケイ素雲母(TSM)のTiイオン交換体を調製し,メタノール転化反応に対する触媒活性を調べた.購入したガスクロマトグラフをサンプリングバルブを介して,既存の固定床流通式反応装置に直結し,反応生成物の分析を行った.TSMそのものは触媒活性を全く示さなかったが, Ti(IV)イオン交換型のTSMは,メタノールの脱水反応を促進し,反応温度350°Cにおいてジメチルエーテルと少量のメタンを生成した.一方,新たに作成した真空系の装置を用い,アルゴン雰囲気下慎重に調製したTi(III)イオン交換型のTSMは,同じ反応温度で殆ど触媒活性を示さなかった. Ti(IV)イオン交換型のTSMに少量のZn, Clイオンを添加すると,その触媒活性は一変し,脱水反応のみならず脱水素反応をも促進するようになる.生成物としては,脱水生成物であるジメチルエーテルの外に脱水素生成物であるギ酸メチル,ジメトキシメタンなどが見られるが,特に興味深いことは,炭素-炭素結合を有する含酸素化合物が生成することである.この含酸素化合物は極めて多種に亘り,酢酸メチル,アクリル酸メチル,プロピオン酸メチル,メタクリル酸メチルなどのエステル類,アセトン,メチルビニルケトン,メチルエチルケトンなどのケトン類,イソブチルアルデヒドなどを含んでいる.これら含酸素化合物は, Ti(IV)型TSMにZn, Clの両方を含む場合にのみ生成し,その収率は触媒中のClイオン量に大きく依存する.最大収率は, ClイオンがTi(IV)イオンに対し1モル%以下の触媒で得られた.生成した含酸素化合物のうち,アクリル酸メチルは酢酸メチルの,また,メチルビニルケトンはアセトンのビニル化生成物と考えられる.そこで,酢酸メチルとメタノール,アセトンとメタノールの反応を行ったところ, Ti(IV)型TSM上でそれぞれアクリル酸メチル,メチルビニルケトンが高選択的に生成した.
MEMSガス拡散層を用いたPEFC内輸送現象基礎研究の新展開

エネファームや燃料電池自動車、携帯用電源として実用化された固体高分子形燃料電池(PEFC)の中では、燃料や酸素のガスの反応と、これらのガスや生成する水などの輸送とが複雑に相互作用しながら進行しているが、両者を理論的に検討するための新たな手法として、ガスなどの輸送を極めて簡単にモデル化できるMEMS技術を用いて作成した新たな電池部材(ガス拡散層)を提案し、その有用性を示すことに成功した。また、この新たな部材を用いたPEFC高性能化の可能性を示した。本研究の目的は、MEMS技術援用で開発した固体高分子形燃料電池(PEFC)用の新規なガス拡散層により、物質拡散抵抗起源の現象の本質的な解明を図るとともに、新規高性能ガス拡散層開発の指針提示を行い、PEFC内部熱・物質輸送の新たな基礎研究展開の方向性を示すことにある。PEFC濃度過電圧モデル確立のための基礎的な研究として、MEMS技術援用の薄膜拡散層を用い、実験的・理論的にモデル確立を図り、より高性能な新規のガス拡散層開発へと繋げることを目的とする。これまで未解明であった様々なモードを有する非定常セル起電力応答挙動の真の原因を解明し、セル内の物質拡散抵抗起源の諸現象の本質的解明を目指す。またこの成果を発展させ、新規の高性能なガス拡散層開発へとつなげる指針提示をも目指す。初年度は、交付申請書記載の計画に従い、チタン薄膜拡散層作成のプロセス条件確立と、実験系の構築を行った。ドライプロセス併用によるチタン薄膜微細加工条件を見出し、幾何形状の異なるスルーホールの政策を可能としている。また、将来的に大量のサンプルが必要となった場合に備えて、マスクパターン外注も可能としている。さらに、プロセス高速化のためのレーザ加工の条件についても、光路、加工雰囲気の影響について検討を行った。一方実験系構築にあたっては、現有のCCDを利用した可視化システムの構築を行い、可視化可能であることを確認している。さらに、現象を説明するための理論モデル構築を実施し、スルーホールの水滴による遮蔽の効果を取り込んだ。以上により、次年度以降の本格的検討の準備を完了している。当初計画に従い、初年度に構築した実験系を用い、様々な設計パラメータのチタン薄膜拡散層を用いたセル試験を行った。まず基本的な動作特性を明らかにするために、スルーホール径、ピッチ、空隙率、膜厚等を変えることで、膜厚方向の1次元輸送に基づいた過電圧モデル構築のためのパラメトリックな実験的検討を行った。この中で、穴径、空孔率、膜厚などのパラメータが及ぼす影響に付いて、定量的なデータ取得ができた。今回の実験範囲では、小さく、多く、また薄くすることで性能向上が認められる。また、サンプル大量供給のためにレーザ加工によるスルーホール大量生成のための透過媒質中の挙動について、具体的なシステムの検討を行った。温度場等の操作により、光強度を維持しつつビーム径を絞る可能性が見出された。また、1cm四方の反応領域全体を可視化しつつGDLスルーホール内を分解可能な広領域顕微CCD(現有)により、発電時の触媒層表面ならびにGDL内部における凝縮水生成挙動を時系列可視化した。このとき定電流でのセル起電力計測をシンクロし、さらに、顕微型サーモトレーサによるGDLスルーホールを通じての触媒層表面の温度場直接可視化を行い、スルーホールスケールでの液水挙動が確かにセル動作に影響を与えていることが実証できた。実験の過程で、液水の排除により高電流密度においてもセル電圧を維持できる可能性も示されている。以上の検討により、最終年度の現象解明に向けた実験的検討を順調に遂行した。交付申請書に従い、最終年度は、理論と実験結果の統合による現象の本質的解明と高性能化の指針提示を目指し研究を遂行した。昨年度から開始した実験的検討を完了し、このなかでパルスレーザ加工におけるパルス伝播や周囲環境等の影響についても検討を行った。これらの結果を利用して数値モデルの精緻化を図り、セル温度や加湿状態、利用率などの様々なセル運転条件に対してセル特性を向上させるためには、例えば擾水性や空孔率などのガス拡散層の設計パラメータがどのように選定されるべきか、という視点から、ガス拡散層の設計指針、高性能化の検討を行った。これにより、低加湿環境下でのガス流量による支配因子の変化を見いだしているが、平成21年9月にASMEでpublishされた汎用GDLでの液水挙動統合モデルによりGDL表面での挙動を無視し得ないということが新たに判明し、モデルの見直しを迫られることとなり、新規の追加検証実験を行い、とりわけ撥水性の及ぼす影響について、高加湿環境下での発電特性に関する実験結果を踏まえたモデルの再検証を行った。

以上により、当該新規ガス拡散層を用いることにより、輸送現象に起因する諸因子をフィッティングパラメータ無しのa prioriにモデル化する方向性を示し、反応・輸送連成現象の反応側の影響のみを検討し得る学術的な手法を提示した。実セルのような複雑な構造のシステムの学術的検討において、重要な成果であると考える。また、パラメータ依存性の検討から、その性能予測の考え方を示し、今後の高性能化の指針をも得た。
高分解能磁気分析器のための冷却トラップを用いた液体薄膜標的の開発

今年度はセル型に変更した冷却標的システムを用いて、主に酸素とヘリウム-3に対する重陽子ビーム誘起の反応測定を行った。酸素標的に対しては(d,α)反応を測定し、これまで困難とされていた数百MeVのエネルギー領域における重陽子ビームのテンソル成分偏極度の絶対値較正が可能である事を初めて示した。ヘリウム-3標的では重陽子波動関数の内部構造に敏感とされる(d,p)反応の測定を行ったが、同時に行われた弾性散乱の後方180度のテンソル偏極分解能も同様の性質を持つ事が理論的に示され、近々論文発表される予定である。一方、昨年度導入したVMEベースのデータ収集システムは、本年度ソフトウェアの整備が進められ、上記二つの実験に用いる事により実用性の高さが示された。性能としては、特にデータ収集速度で約10倍の向上が達成されたと共に、これまでのCAMACベースの回路資産をほとんど変更する事無く導入可能である事から旧システムに完全にとって代わる存在となった。本システムはまた、廉価なパーソナルコンピュータ上にUNIX互換オペレーティングシステムを用いて構築されており、コスト・性能比が高く、グラフィックスを用いたユーザーインターフェースの豊富さからも、今後標準的に使用されるものと期待される。本研究では、数100MeVの中間エネルギービームによる荷電交換反応の測定を、純粋気体元素標的に対して高分解能で行う為、冷却トラップを用いた液体薄膜標的の開発を第一段階の主目的としている。最終的には磁気分析器との組合せで、特に水素混合物のバックグラウンドの影響を受け易い(n,p)型荷電交換反応を測定する事を目指しているが、本年度はプロトタイプターゲットの製作を行い、テストチェンバー中で冷却トラップの動作テスト、および酸素を用いた膜厚の温度依存性の調査を行った。現在までの所、目標とする数十ミルグラム毎平方センチの厚さは達成されておらず、サポートとなるアルミニウム薄膜とのS/Nが問題となる為、今後解放型トラップと並行して密閉セル型の薄膜標的のテストも進めて行く予定である。一方、本研究の最終目的である磁気分析器を用いた測定においては、旧式化したデータ収集システムの能力の飽和が重大な支障となる事が、実験計画の見直しの結果明らかになって来た。データ収集系の改善を検討した所、最近オランダNIKEEF研究所および高エネルギー加速器研究機構で開発・発表されたドライバを使用する事により、これまでのCAMACベースのシステムをより高速なVMEベースに比較的容易に変更可能である事が判明した。現在、荷電交換反応の本測定に向けて、新データ収集系構築の準備が、冷却トラップ標的開発と並行して進められている。
転写因子Nrf1の神経細胞恒常性維持機構の解明

アルツハイマー病、パーキンソン氏病などに代表される神経変性疾患は、高齢化社会において、生活の質を脅かす疾患の一つである。そかし、その病態の発症・進行の機構は不明な点が多い。bZIP型転写因子のNrf1の欠失マウスは、異常タンパク質の蓄積を伴ったヒトの進行性神経変性疾患に極めて類似した症状を示す。本計画では、Nrf1欠失マウスの解析を通して、その破綻・異常タンパク質の蓄積に至る分子機構を理解することで、ヒトの神経変性疾患に対する新たな知見を得ることを目的とする。Nrf1欠失マウス由来の神経初代培養細胞を用いたマイクロアレイ解析を実施した。その結果、Nrf1の欠失で発現に影響を受ける遺伝子は、これまでに報告されてきたNrf2が制御する生体防御関連の標的遺伝子とは異なる事が示された。また、Nrf1欠失マウス脳組織においての遺伝子発現解析を実施し、同様の結果を得ている。したがって、Nrf1は、Nrf2とは異なる標的遺伝子の発現制御を介して、神経細胞の恒常性の維持に寄与していると考えられた。Nrf1が直接制御する標的遺伝子の同定を試みるために、Nrf1のクロマチン免疫沈降解析(ChIP)を計画した。ChIP解析に用いる抗体の検討を行ったが特異性の高い抗体は得られなかったので、申請計画に記したように、Nrf1のパートナー因子である小Maf群因子に対する抗体を用いて、ChIPシークエンス解析を実施した。その結果、小Mafの結合部位は、Ataxin-1などの神経変性と関連した遺伝子の制御領域に結合していることが明らかなり、病態発症との関連が示唆された。上記の結果の一部は、学会発表として報告し、また、誌上発表の予定である。
口腔扁平上皮癌に対するp27kipl蛋白発現の安定化を目指した分子標的療法の開発

口腔扁平上皮癌の生検・手術材料におけるJab1蛋白は,転移例(P=0.0004),進展例(P=0.0011),非奏効例(P=0.0133),経過不良好例(P=0.0095)において高発現を示し,またJab1l低発現例の5年生存率は80.6%であり,Jab1高発現例の53.0%に比較して有意(P=0.0053)に高い生存を示した。以上よりJab1は口腔扁平上皮癌の転移,病期,治療経過と緊密に関連しており,臨床上有用な予後因子となりうる可能性が示唆された。またプロテアソーム阻害剤1(PSI1)を用いてp27^<kipl>発現の安定化を図り,抗腫瘍効果への影響を検討するとともに,PSI1の抗癌剤増強効果を検討した結果,口腔扁平上皮癌細胞はPSI1 10ng-100μg/ml処理により有意に細胞増殖が抑制され,この際Caspase-3,8,9の活性化を介したアポトーシスの増強と,Beclin-1,Microtuble associated protein1 light chain 3(LC3)の発現誘導を伴うオートファジーが惹起され,さらにSKp2の発現減弱とp27^<kipl>蛋白の分解抑制が認められた。PSI1の抗癌剤増強効果は5-FU,CDDPにおいて著明であった。またヌードマウスモデルにてPSI1 0.1-1mg/kg/day投与により有意な抗腫瘍効果が見られ,残存腫瘍においてSKp2の発現減弱とp27^<kipl>蛋白の分解抑制が見られた。また抗癌剤増強効果は5-FU,TS-1,CDDPにおいて著明であった。以上よりPSI1はp27^<kipl>蛋白分解を抑制してその発現を安定化させることにより抗腫瘍効果を発現する可能性が示唆され,他の抗癌剤との併用によりp27^<kipl>蛋白発現の安定化を目指した分子標的療法の開発が可能と考えられた。当科においてTS-1(80mg/m^2)を用いた化学療法を施行した25例の口腔扁平上皮患者の治療効果はCR7例、PR5例、NC13例であり、PRとNC例(n=18)について、治療前後のホルマリン固定パラフィン包埋標本を用いて免疫組織染色にてp27^<Kip1>の発現を検索したところ、PR5例中3例(60%)とNC13例中2例(15.3%)において治療前に比較して治療後に軽度ながらその発現が増強していた。さらにPR例では、細胞の核に局在してその発現がみられたが、NC例では核ならびに細胞質にその発現が見られる傾向にあった。次に口腔扁平上皮癌細胞B88細胞をヌードマウス背部皮下に移植した後、TS-1(10mg/kg/日、週5日)の8週間連日経口投与を行ったところ、0.5%HPMC投与群(コントロール群)と比較して、2週目以降有意な(P<0.01)抗腫瘍効果が認められた。また、この際免疫組織染色法にて経時的にP27^<Kip1>発現の軽度増強が見られた。

さらに、ホルマリン固定パラフィン包埋標本から抽出したRNAを逆転写しcDNAを合成後TaqMan PCR法により定量解析する手法(Danenberg Tumor Profile)にて、p27^<Kip1>mRNA発現を検索したところ、0W(TS-1投与開始時);5.58、1W;7.72、2W;7.38、4W;7.72、6W;7.66、8W;14.30(p27^<Kip1>mRNA/β-actin mRNA)と遺伝子発現は経時的に増強された。同様にヌードマウス背部皮下B88腫瘍に対して、プロテアソーム阻害剤(Proteasome Inhibitor I, CALBIOCHEM;10mg/kg/日、週2日)とTS-1(10mg/kg/日、週5日)をそれぞれ単独および併用投与を3週間行ったところ、併用にて有意な(P<0.01)抗腫瘍効果が見られ、この際、免疫組織染色法にてp27^<Kip1>の顕著な発現の増強が見られた。以上より、TS-1はp27^<Kip1>発現の増強をきたし、プロテアソーム阻害剤との併用にてさらに顕著にその発現を増強し、著明な抗腫瘍効果発現につながる可能性が示唆された。口腔扁平上皮癌の生検・手術材料におけるJab1蛋白は,転移例(P=0.0004),進展例(P=0.0011),非奏効例(P=0.0133),経過不良好例(P=0.0095)において高発現を示し,またJab1低発現例の5年生存率は80.6%であり,Jab1高発現例の53.0%に比して有意(P=0.0053)に高い生存を示した。以上よりJab1は口腔扁平上皮癌の転移,病期,治療経過と緊密に関連しており,臨床上有用な予後因子となりうる可能性が示唆された。またプロテアソーム阻害剤1(PSI1)を用いてp27^<Kipl>発現の安定化を図り,抗腫瘍効果への影響を検討するとともに,PSI1の抗癌剤増強効果を検討した結果,口腔扁平上皮癌細胞はPSI1 10ng-100μg/ml処理により有意に細胞増殖が抑制され,この際Caspase-3,8,9の活性化を介したアポトーシスの増強と,Beclin-1, Microtuble associated protein1 light chain 3 (LC3)の発現誘導を伴うオートファジーが惹起され,さらにSKp2の発現減弱とp27^<Kipl>蛋白の分解抑制が認められた。PSI1の抗癌剤増強効果は5-FU,CDDPにおいて著明であった。またヌードマウスモデルにてPSI1 0.1-1mg/kg/day投与により有意な抗腫瘍効果が見られ,残存腫瘍においてSKp2の発現減弱とp27^<Kipl>蛋白の分解抑制が見られた。また抗癌剤増強効果は5-FU,TS-1,CDDPにおいて著明であった。以上よりPSI1はp27^<Kipl>蛋白分解を抑制してその発現を安定化させることにより抗腫瘍効果を発現する可能性が示唆され,他の抗癌剤との併用によりp27^<Kipl>蛋白発現の安定化を目指した分子標的療法の開発が可能と考えられた。
水資源開発史における「共」「公」「私」に関する研究:農業水利を事例に

本研究は、河川行政からの水資源管理に「利用」(ここでは農業水利)という視点を加えることで、水:資源開発史の再構成および新たな知見の獲得を目的としている。具体的には、「共」「公」「私」という管理主体別の三つの視点と時間軸(明治前期・後期・第一次大戦後・第二次大戦後)によるマトリックスモデル化を目指している。これまでの農業水利における知見の蓄積が「共」に偏っていたとの認識から、「私」「公」も加えた新しい水資源管理を提示する上で不可欠の研究である。本年度は、まず、農業水利を中心とした水資源開発史に関する文献レビューを行うとともに、次年度に行うとしていたオーラルヒストリーによる資料収集も前倒しして可能な範囲で行った(政治家および研究者)。聞き取り対象者が高齢であるのと、アポイントメントを取るのが予想以上に困難であるとの認識から計画を一部変更した。成果の一部は、本年度夏学期に参加した東京大学生産技術研究所御厨研究室でのオーラルヒストリー講義の成果本の一部としてまとめられた。残りの資料は未だ分析途中にあり、聞き取りの継続を予定している。また、第二次世界大戦直後の国営農業水利事業を文献調査し、その途中成果を本年度9月にコロンビア大学で発表した(最終成果は2010年に英語刊行される予定)。そこでは、紛争直後という特異な状況下において生産性の向上へ寄与した水資源管理(水利事業)がどのようなステークホルダー間のやり取りによって可能であったか、を分析発表した。海外発表としては、その他に、香川県における水利用態様を国際村落社会学会(韓国)にて発表し、専門家より有益なコメントを得た。次年度も聞き取りを含めた資料収集を継続するとともに、その分析・考察・海外への発信を行う予定である。
レーザ平面蛍光法と直接シミュレーションによる密度変動を伴う旋回乱流輸送現象の解明

速度の異なる2流体がしきり板を介して混合する混合層について,数値粘性を加えない4次精度の中心差分を用いた直接シミュレーションを行い,以下の結論を得た.(1)速度比が0.7の場合について得られるシミュレーション結果より,混合層の初期生成領域では,運動量ならびにスカラー量の輸送が抑制される.特に,運動量の場合は抑制効果が大きく,逆勾配拡散現象が観測される.これらの特異な輸送現象が生じる原因について,運動量ならびにスカラー量の輸送を表わすu′v′ならびにv′c′の輸送方程式の各項の大きさと渦運動の相互作用について考察した.その結果,混合層初期生成領域においては,渦間の間隔が狭く,渦相互の干渉する効果により,渦の間に2次流れが生成され,主流と直角方向の速度変動が大きなものになること,その効果により,勾配拡散を駆動する生成項の大きさより,逆勾配拡散を駆動する速度圧力勾配相関項の大きさが卓越し,これにより運動量ならびにスカラー量の輸送が抑制されていることが明らかになった.(2)混合層の下流領域では,渦の合体が観測される.混合層の発達には,渦の合体が大きな役目を果たしていることが従来より指摘されているが,渦の合体時にどのような運動量輸送が行われるか明確ではなかった.直接シミュレーションから得られるデータベースを用いて,その現象について考察を行った.その結果,渦の合体時には,瞬時の速度変動のu′v′の負の領域,すなわち勾配拡散を駆動する領域が合体し,大きな負の領域が形成され,これにより運動量の勾配拡散が駆動されること,また,その後,u′v′の正の領域が生成され,逆勾配拡散が生じることが明らかになった.さらにスカラー量の輸送についても考察を行い,スカラー量の輸送をあらわすu′c′は,渦合体挙動の初期には勾配拡散が駆動され,さらに合体が進むと逆勾配拡散が駆動される特徴的な輸送機構が生じていることが明確になった.速度の異なる2流体がしきり板を介して混合する混合層について,数値粘性を加えない4次精度の中心差分を用いた直接シミュレーションを行い,以下の結論を得た.(1)速度比が0.7の場合について得られるシミュレーション結果より,混合層の初期生成領域では,運動量ならびにスカラー量の輸送が抑制される.特に,運動量の場合は抑制効果が大きく,逆勾配拡散現象が観測される.これらの特異な輸送現象が生じる原因について,運動量ならびにスカラー量の輸送を表わすu′v′ならびにv′c′の輸送方程式の各項の大きさと渦運動の相互作用について考察した.その結果,混合層初期生成領域においては,渦間の間隔が狭く,渦相互の干渉する効果により,渦の間に2次流れが生成され,主流と直角方向の速度変動が大きなものになること,その効果により,勾配拡散を駆動する生成項の大きさより,逆勾配拡散を駆動する速度圧力勾配相関項の大きさが卓越し,これにより運動量ならびにスカラー量の輸送が抑制されていることが明らかになった.(2)混合層の下流領域では,渦の合体が観測される.混合層の発達には,渦の合体が大きな役目を果たしていることが従来より指摘されているが,渦の合体時にどのような運動量輸送が行われるか明確ではなかった.直接シミュレーションから得られるデータベースを用いて,その現象について考察を行った.その結果,渦の合体時には,瞬時の速度変動のu′v′の負の領域,すなわち勾配拡散を駆動する領域が合体し,大きな負の領域が形成され,これにより運動量の勾配拡散が駆動されること,また,その後,u′v′の正の領域が生成され,逆勾配拡散が生じることが明らかになった.さらにスカラー量の輸送についても考察を行い,スカラー量の輸送をあらわすu′c′は,渦合体挙動の初期には勾配拡散が駆動され,さらに合体が進むと逆勾配拡散が駆動される特徴的な輸送機構が生じていることが明確になった.
アメリカの持続可能な地域計画運動を推進する非営利団体の成立と発展に関する研究

アメリカの維持可能な地域計画運動を推進する非営利団体は、シカゴ、ニューヨークの大都市圏の企業経営者団体。サンフランシスコのような緑地保全団体。オレゴン等の諸州の環境問題に対応する地域計画組織の三つに大別される。注目すべきは第三番目の1000Friendsという州法の監視役、代弁者グループ。Envision Utahのように土地利用と交通の連携を探求するグループである。いずれも、広範な市民の環境問題への関心が基礎にある。日本の維持可能な地域計画の探求においても、法律の立法促進、監視役としての市民団体を育成することが課題である。本年度は、アメリカにおいて、持続可能な地域計画運動の顕著な展開が認められる都市圏(人口100万-300万)、ポートランド、ソルトレイク、シアトルを取り上げ、それぞれの地域において地域計画運動に取り組んでいる非営利団体の計3団体を対象に、関係者インタビュー、資料収集を行い、組織の成立の経緯、理事会・スタッフ・会員等の組織の属性、資金源、主たる活動分野、主たる実績とそれを可能とした要因を調査した。9月、3月に各都市一週間滞在し、非営利団体の関係者、創設者等かつてのメンバー、近隣の大学の研究者に対して、調査項目に基づいたインタビュー、資料収集を実施した。1000 Friendsの創設者Henry Richmond, Richard Benner, Oregon州立大学Ethan Selzer, Carl Abbott, Sy Adler教授にインタビュー。1000Friendsのオフィスで、過去約30年のニュースレター、報告書をレビューし、重要と思われるものを複写。この組織は、州の成長管理法の運用の監視役として、若い弁護士を中心に、州知事の支援により設立された。資金源は、法の運用を支援する会員の会費。強力な州の成長管理法とそれを支持する広範な市民が基盤。2.平成19年2月Envision Utah(ユタ州ソルトレイク・シティ都市圏)事務局長Alan Matheson,スタッフTed Knowlton,元スタッフのD.J.Baxter,関係するAssist.Inc.のRoger Borgenicht,ユタ大学のKeith Bartholomew助教授にインタビュー。Knowlton, BartholomewはPortlandに関与、影響が認められる。しかし、ユタ州は成長管理法はない。この組織は、監視役というよりは、地域環境の将来に関心ある市民代表を集めて、土地利用と交通計画の代替案を提示し、合意を形成するファシリテーターとして設立された。この「地域シナリオによる地域ビジョニング」は、連邦交通省に推奨され、全米に普及。資金源は財団からの補助金Futurewise事務局長Aaron Ostrom,元会長Mary McCumber、Joseph W.Tovar,ワシントン大学Donald Miller教授にインタビュー。州の成長管理法の成立を契機に、オレゴン州をモデルに設立された。会費と財団補助を資金源。しかし、オレゴン州の法律よりは、地方自治体の自由度が高いため、監視役というよりは、市民、議員を啓発し、州議会の立法、地方自治体の条例や計画等を、法の趣旨に合致するよう働きかけるロビーストの性格が強い。本年度は、アメリカにおいて持続可能な地域計画運動の顕著な展開が認められる州として、ミネソタ州、ペンシルベニア州、フロリダ州を取り上げ、それぞれの地域において地域計画運動に取り組んでいる非営利団体の計3団体を対象に、関係者インタビュー、資料収集を行い、組織の成立の経緯、理事会・スタッフ・会員等の組織の属性、資金源、主たる活動分野、主たる実績とそれを可能とした要因を調査した。更に、初年度の補足として、これら非営利団体で構成される、ワシントンDCの全国組織Smart Growth of Americaの関係者のインタビューを行った。1.平成20年7月1000Friends of Minnesota(ミネソタ州セント・ポール市)2.平成21年3月10000Friends of Pemlsylvallia(ペンシルベニア州ランカスター市)10000Frlends of Pennsylvallia, Harrisburg OfficeのEdward Wilson、Lancaster County Planning CommissionのDanny White, Frank Behlauにインタビュー。この組織は、Penn Environmental Councilから派生してLand Use Reform田を目的に、1999年に設立された。スプロールの防止が目標。Philadelphia, Harrisburg, Pittsburgの三つの事務所に7名。ペン州は人口は停滞しているが、スプロールは続いている。州の自治体は小規模で2500以上ある。2000年の州法改正で、自治体連携した計画が奨励された。10000 FOPは、これを支援している。ランカスター郡は、オレゴン州から来たRonal BaileyがUrban Growth Areaを導入。それを踏まえて、郡内の自治体にUGAを採択させることに成功している。
中空系膜分離嫌気性消化の反応機構

消化温度35°Cの膜分離生物反応槽6基を使用し,下水汚泥を基質とした膜分離嫌気性消化の連続実験を行った.汚泥の投与は1日1回である.消化状態が悪い場合の投与は不定期である.また,基質投与後の有機酸濃度とガス発生量の経時変化を追跡した.基質を酢酸とした回分実験では反応速度を1次反応で近似できるが,初期濃度が計算値より低い場合が多く合致しない場合があった.プロピオン酸では,ほぼ1次反応で近似できた.下水汚泥消化では加水分解が律速であるとし,有機酸の反応速度を1次反応であるとしたモデルを構築した.純物質投与実験で得られた反応速度定数を用い,逆解析して加水分解速度を求めたところ,1次反応で近似できた.しかし,有機酸の収率が過大になるので,槽内汚泥の自己分解反応を導入したところ,合致の程度が改善できた.消化汚泥を加熱殺菌により不活性化して投与する実験では,有機酸の発現とガスの発生が観測された.オートクレープによる高温殺菌を行った方がガス発生は良好であり,低温長時間殺菌では殺菌率が悪くガス発生量が少なかった.しかし,ガスの組成ではメタンの比率が低く炭酸ガスが多かった.殺菌した消化汚泥は再度メタン発酵に利用できることは確認できた.固形物滞留時間を長くすると消化汚泥が自己分解すると基質として利用され,さらに廃棄物の発生量を削減することが可能となる.積極的に消化汚泥を殺菌して再投与する汚泥処理法の基礎を確立した。ミキサーと温度調整装置を設けたプラスチック製反応槽に中空糸膜モジュールを組合わせ、反応槽内懸濁液を循環させた.消化温度を35°Cとし,膜透過液は1日1回所定の量をチューブポンプで吸引して得た.吸引採取後に基質として実際の下水汚泥の所定量を投与した.従来より反応槽を大きくしたので反応が安定し,物質収支の誤差も小さくなった.中空糸膜が劣化するのを防止するために,透過水を得る時のみ膜モジュール内を反応液が通るように改造した.このシステムを3組製作し,消化の状態が安定してから,各種の実験に供した.平常時では,基質投与後の揮発性有機酸(VFA)濃度は一旦増加し,酢酸の他にプロピオン酸がわずかに検出されるが,ほぼ12時間で定常状態に戻る.投与量を約1.5倍にすると,各種のVFAが検出されるようになり,平常時に戻るのに3日を要した.汚泥中の固形物のみを過剰に投与すると,数時間遅れてVFA濃度が増え,同時にガス発生速度も増加した.下水汚泥に各種の有機酸を添加して投与し,VFA濃度とガス発生量を追跡した.また,VFA単独,およびアルコール単独投与試験も行った.過剰に酢酸を投与すると,プロピオン酸以上の分子量のVFAが現れ,酢酸濃度が低下すると消減する.プロピオン酸過剰投与では,酢酸濃度が上昇し,プロピオン酸がより早く減衰する.エチルアルコールを単独で過剰投与すると,酢酸の濃度が徐々に増加し,18時間後にピークに達する.プロピオン酸の同様の傾向を示した.固形物の加水分解速度はかなり遅い.酸発酵で生成する低分子量有機物の反応経路による競合反応について一応の知見が得られた.今後は,これらの実験をより定量的に実施し,下水汚泥メタン発酵の機構を解明する.消化温度35°C、容量20Lの膜分離生物反応槽3基を使用し、下水汚泥を基質とした膜分離嫌気性消化の長期連続実験を継続した。汚泥の投与は1日1回である。投与した汚泥量とサンプリング量を考慮した物質収支より、有機物と無機物ともに消失する従来の知見を再確認した。基質投与後の有機酸濃度とガス発生量の経時変化を追跡した。基質を酢酸等の純物質とした場合の反応速度は1次反応で近似できた。