hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
教科学習に位置づけた「食に関する指導」および指導者連携プログラムの開発

教科学習における食に関する指導の要点・実践法・評価マニュアルとして, e-ラーニングシステム「先生のための食育教室」を開発した.教諭,栄養教諭らによる視聴アンケートより内容に関する興味,関連性,満足感について肯定回答を得, 76%が「食育実践に役立つ」と総合評価した.開発したWeb研修システムは学校における食育実施に有用であり,さらに改良し,学校栄養教育に寄与する研修システムとして普及していく.教科学習における食に関する指導の要点・実践法・評価マニュアルとして, e-ラーニングシステム「先生のための食育教室」を開発した.教諭,栄養教諭らによる視聴アンケートより内容に関する興味,関連性,満足感について肯定回答を得, 76%が「食育実践に役立つ」と総合評価した.開発したWeb研修システムは学校における食育実施に有用であり,さらに改良し,学校栄養教育に寄与する研修システムとして普及していく.本研究は,児童の生涯にわたる健康管理の基礎作りを目指して,生活科,社会科,保健体育科,家庭科などの教科学習のねらいと有機的に連携する「食に関する指導」を加味した学習内容を検討し,各教科および「食に関する指導」の評価の観点に準じた授業案や年間プログラムを立案,実施,評価し,普及することを目的とする.それには,教科担当の教諭と栄養教諭の相互理解を深め0検討することが欠かせない.21年度は,各教諭の「食に関する指導」の理解を深め、学校全体として「食に関する指導」に取り組み,各学年別に連携する教科学習単元を決定,検討し,授業実践し,以下の研究成果を得た。1.小学2年生活科単元"野菜を育てよう"では、1学期の夏野菜栽培活動-苗植,水やり、草抜きを経て、収穫した野菜に愛着をもち、残さずしっかり食べようとする態度を育み、家族への伝達学習へと発展した。2学期には、土中で育つじゃがいもの生長から、食べる楽しみへと応用した。2.小学4年社会科単元"私たちのくらし"では、日々の営みとごみ問題の学習から、自主的に給食残飯減量大作戦による異学年交流学習へとつなぎ、夏季の全校残飯減量を達成した。3.小学6年体育科保健領域単元"生活習慣病"において、不健康な生活習慣のセルフチェック、目標設定、セルフモニタリングと行動科学的なアプローチから生活習慣改善を図った。各学年においては、学習に用いたワークシートから学習のプロセス評価、短期結果評価、加えて教諭、栄養教諭による授業評価を得、教科学習と連携する「食に関する指導」の有効性を評価した。連携により児童の食への関心を高め、食行動の改善を果たすという学習成果を得たものの、授業時間の確保、教諭問の相互理解の不足などの課題を残した。これより、「食に関する指導」の学校全体としての取組への認識と授業力を高める教諭対象の研修システムの必要性を確認した。本研究では,児童の生涯にわたる健康管理の基礎作りの一環となる食育を有効に推進するために,平成21年度の研究成果を用いて,小学校における教科学習と連携する"食に関する指導"の方法論および実践・評価法に関するガイドをe-learning systemを用いて開発した.コンテンツは,10ステップからなる.Step13は全教科共通とし,Step1は,児童の食生活・健康実態と学校教育目標との照合を踏まえ,改善すべき食健康課題を取りあげ,Step2で全学年共通の学習目標を設定し,"食に関する指導"の全体計画作成,Step3で"食に関する指導"と連携する教科検討をする全教科共通編である.Step410は1年国語科,2年生活科,4年社会科,6年体育科(保健領域)を取りあげ,Step4で各教科の学習指導要領における学習内容・目標と"食に関する指導"の目標6項目の照合をし,Step5で"食に関する指導"の年間指導計画を作成する.Step6は,連携授業計画,指導案,ワークシートを作成し,Step7で,児童の学習成果を検討する評価計画を作成したうえで,Step8において授業を実施する.授業後のStep9において,学習評価と指導者(教諭・栄養教諭)自身の授業評価により,教科学習と連携する"食に関する指導"の評価を行い,Step10では,授業者間で各Stepの授業計画・ワークシートについて再検討し,改訂をし,次年度の担当学年に引継ぎをする.これら10ステップの進行状況,児童の学習評価,授業者の授業評価ならびに研究スタッフによる評価を踏まえ,再検討し,e-learning contentsを完成する.目下,研究協力校の教員による視聴を行い最終整備と並行し,モデル授業数を増やし,拡張している.教科学習における食に関する指導の方法論および実践・評価について学ぶeラーニングシステム「先生のための食育教室」(https://web-dtv2.media.osaka-cu.ac.jp/u/shokuiku/)のコンテンツを改良,拡張した.3学年理科編「植物のつくりとそだち」および5学年社会科編「食料生産と自給率」を追加したことにより,1学年から6学年まで各学年のモデル食育案を搭載することができた.各教育委員会を通して教諭,栄養教諭,養護教諭らによる視聴後に内容に関する評価アンケートを実施した.評価は,教材の評価に用いられているARCSモデルを用いて,興味,関連性,自信,満足感の4側面から行った.また,総合的な評価として,「教科学習における食に関する指導を実施するために役立つか」をたずねた.その結果,ARCSモデルの「本教材に興味を持った(興味)」「本教材は児童の学習に関連がある(関連性)」「本教材を参考にすると食育ができそうである(自信)」

「本教材により理解が深まった(満足感)」の4項目のうち3項目において全て肯定的な回答を得た.また75.9%の教諭は「教科学習における食に関する指導をするために役立つ」と評価した.視聴者評価から,開発したラーニングシステムは教科学習における食に関する指導についての指導者研修システムとして有用であることが示されたものの,基礎の説明部分が多いことや視聴者の視聴後における実践状況を把握できないなど改良の余地を残している.引き続き,各教育委員会,管理栄養士養成施設による研修,学修教材としての有用性について総合的に検討している.
ヘム結合性転写因子Bachlによる細胞増殖分化の制御機構

本研究計画の主題は,ヘムによる遺伝子発現制御機構とその生理的意義の理解である。そのために,ヘム結合性転写因子Bach1に注目し,酸素応答性遺伝子発現とヘムによる制御機構を解明することを目的とする。まず17年度,野性型およびBach1ノックアウトマウス由来の線維芽細胞を用いて遺伝子発現プロファイリングを行い,Bach1ノックアウトにより発現上昇する遺伝子を複数得た。この中で,酸化ストレス応答や細胞増殖に関わることが予想される遺伝子群に着目し,これら遺伝子がBach1の直接標的であるかどうか,シスエレメント解析などにより検討した。一つの増殖関連遺伝子に関しては,Bach1が直接結合して抑制することを確認できたことから,新しい標的遺伝子と確定した。並行して,ヘムによるBach1分解促進を発見し,その制御機構についても研究を進めた。まず,精製Bachl抗体を用いて,NIH3T細胞や赤白血病細胞株MEL細胞に内在するBach1が,ヘム濃度上昇に応答して迅速に分解されること,この分解はプロテアソーム阻害剤で抑えられることを確認した。HOIL-1は岩井(大阪市立大)らにより発見された新規ユビキチン化E3リガーゼであり,興味深いことにヘム結合IRP-2を特異的に認識しそのユビキチン化修飾を行う。この事実に着目し,岩井らの協力を得てHOIL-1がBach1のユビキチン化におよぼす影響を検討した。前年度に引き続き,精製蛋白質を用いた試験管内ユビキチン化の検討を行った。その結果,HOIL-1がBach1のE3リガーゼとして作用すること,この作用はヘムにより促進されることを確認した。この知見をさらに確認するために,siRNAを用いたHOIL-1のノックダウンを試みた。しかし残念なことに,現時点では有効なsiRNAをデザインできておらず,HOIL-1が生理的にも重要なE3リガーゼであることの確定には至っていない。本年度は,以下の実験を主に行った。野性型およびBach1ノックアウトマウス由来の線維芽細胞を,21%あるいは3%酸素下で培養し,RNAをそれぞれ調製した。定法に従いプローブを作成し,アフィメトリックス社のオリゴDNAマイクロアレイを用いて発現プロファイリングを行った。現在までに221%酸素下で発現に差がある遺伝子セットを見出しているので,今後は3%酸素下では発現差が解消する遺伝子を探していく。各候補遺伝子のリアルタイムRT-PCR解析の条件も確立した。並行して,ヘムによるBach1分解の制御機構についても研究を進めた。精製蛋白質を用いて試験管内ユビキチン化を行ったところ,HOIL-1がBach1のE3リガーゼとして作用することを確認した。そこで,Bach1の様々な欠失断片とHOIL-1を培養細胞で発現し,免疫沈降法を用いてHOIL-1結合部位を同定した。しかし,予想外なことにHOIL-1結合部位を欠くBach1は,全長Bach1と同様にヘム濃度上昇により分解された。

この結果から,Bach1には他にもヘム応答性分解に関わる領域があると結論された。現在,この領域を同定するとともに,この領域に作用するE3リガーゼの探索を行っている。本研究計画の主題は,ヘムによる遺伝子発現制御機構とその生理的意義の理解である。そのために,ヘム結合性転写因子Bach1に注目し,酸素応答性遺伝子発現とヘムによる制御機構を解明することを目的とする。昨年度,野性型およびBach1ノックアウトマウス由来の線維芽細胞を用いて遺伝子発現プロファイリングを行い,Bach1ノックアウトにより発現上昇する遺伝子を複数得た。この中で,酸化ストレス応答や細胞増殖に関わることが予想される遺伝子群に着目し,これら遺伝子がBach1の直接標的であるかどうか,シスエレメント解析などにより検討した。一つの増殖関連遺伝子に関しては,Bach1が直接結合して抑制することを確認できたことから,新しい標的遺伝子と確定した。並行して,ヘムによるBach1分解の制御機構についても研究を進めた。まず,精製Bach1抗体を用いて,NIH3T細胞や赤白血病細胞株MEL細胞に内在するBach1が,ヘム濃度上昇に応答して迅速に分解されること,この分解はプロテアソーム阻害剤で抑えられることを確認した。HOIL-1は岩井(大阪市立大)らにより発見された新規ユビキチン化E3リガーゼであり,興味深いことにヘム結合IRP-2を特異的に認識しそのユビキチン化修飾を行う。この事実に着目し,岩井らの協力を得てHOIL-1がBach1のユビキチン化におよぼす影響を検討した。前年度に引き続き,精製蛋白質を用いた試験管内ユビキチン化の検討を行った。その結果,HOIL-1がBach1のE3リガーゼとして作用すること,この作用はヘムにより促進されることを確認した。この知見をさらに確認するために,siRNAを用いたHOIL-1のノックダウンを試みた。しかし残念なことに,現時点では有効なsiRNAをデザインできておらず,HOIL-1が生理的にも重要なE3リガーゼであることの確定には至っていない。
分葉状子宮頸管腺過形成(LEGH)の自然史と悪性化に関わる因子の探索

1年以上の観察研究を行った分葉状頸管腺過形成(LEGH)43例中、2例が異型を伴うLEGH、1例が胃型粘液性癌(GAS)への進行を認め、悪性化の徴候として、病変の増大と細胞診所見の悪化は特に重要と考えられた。細胞間接着に関与するCTNNB1タンパク膜発現は、GASではLEGHより有意に減弱しており、GAS発生に重要な役割をもつと考えられた。胃型ムチンのαGlcNAcと、その生成に関わる糖転移酵素α4GnTの発現は、LEGHとGASに特異的に認めるが、GASではLEGHより有意に発現が減弱していた。これらの発現減弱はLEGHとGASを鑑別する診断マーカーとしても有用と考えられた。子宮頸部に多嚢胞性の病変を形成する良性疾患、分葉状頸管腺過形成(LEGH)の管理上の問題点は、極めて予後不良の悪性腫瘍である子宮頸部悪性腺腫(MDA)等の胃型腺癌との鑑別が困難であること、またこれらの悪性病変の発生母地となる可能性が指摘されている点である。我々は2011年に細胞診、MRI、胃型粘液検出を組み合わせた、これらの疾患の術前鑑別(臨床診断)法を提唱し、本研究では、それに基づき臨床診断した症例の経過観察を行っている。また、これまでに本臨床診断法がfollow-upでも有効であることを示してきたが、follow-up中の悪性化を疑う徴候は不明であった。これまでにLEGH疑いと臨床診断し、1年以上経過観察を行ってきた43例中、4例に病変増大を認め子宮摘出を行ったところ、術後病理診断では2例が異型を伴うLEGH、1例が胃型腺癌であった。この腺癌症例では頸管細胞診所見でもAGC-FNへの悪化を認めた。このことから、悪性化を疑う最初の徴候として、病変の増大と細胞診所見の悪化は特に重要と考えられた。LEGH手術例、および胃型腺癌発症症例について、新鮮凍結組織切片を作成し、laser microdissection (LM)法で病変組織のみの採取を開始した。今後、この採取した組織から微量DNAを抽出し、次世代シーケンサーによる全エクソン解析を行うなどして、病変での遺伝子変異を見出す予定である。経過観察例の解析を行う事により、臨床診断法の正確さが確認されつつあり、また悪性化の臨床的徴候についても明らかになってきている。我々は2011年に細胞診、MRI、胃型粘液検出を組み合わせた、これらの疾患の術前鑑別(臨床診断)法およびmanagement protocolを提唱した。本研究では、それに基づいて管理した症例の経過観察を行い、この管理法が有用であることを示してきた。特に、LEGH疑いと臨床診断した症例がfollow-up中に病変が増大した場合に、胃型腺癌の前癌病変として提唱されているLEGH with atypiaがみられることが判明したため、病変の増大が悪性化あるいは潜在的な悪性病変を見出す徴候である可能性が考えられた。近年、胃の幽門腺腺腫などの粘液産生性新生物においてGNAS遺伝子の活性化変異が報告され、LEGHにおいても関連が報告されている。そこで、当院で診療を行い経過が明らかな14症例(MDA2病変,LEGH with atypia5病変,LEGH10病変)で変異解析を行った。LEGH with atypiaの2症例に変異を認めた。うち1例は、LEGH疑いと臨床診断していたものの経過観察中に増大傾向があったため手術を行った症例であった。もう一方の症例ではLEGH病変領域には変異を認めなかったが,LEGH with atypiaの部分にのみ変異が認められた。これらのことから、GNAS遺伝子変異とLEGHの悪性度上昇が関連している可能性が示唆された。現在、LEGH病変および同症例の白血球から抽出したDNAの全エクソン解析を行っており、LEGHの発生に関わる遺伝子変異を同定する予定である。経過観察例の解析を行うことにより、臨床診断法の正確さが確認されつつあり、また悪性化の臨床的徴候についても明らかになってきている。我々は2011年に細胞診、MRI、胃型粘液検出を組み合わせた、これらの疾患の術前鑑別(臨床診断)法およびmanagement protocolを提唱しており、本研究の目的は、それに基づいて管理した症例の経過観察を行い、この管理法が有用であることを示すことである。昨年度の報告以降、一例のLEGHからの胃型腺癌発生例が認められたが、その際にも細胞診所見のAGC-FNへの悪化、MRIでの病変の増大および辺縁の不明瞭化を認め、これらが重要な徴候である可能性が考えられた。細胞間接着に関与するCTNNB

1タンパクの膜発現について、LEGHおよび胃型腺癌で免疫染色で検討したところ、LEGHでは全例で強発現していたが、胃型腺癌では発現が減弱しており、これが浸潤・転移に関与すると考えられた。4例の癌を伴わないLEGH病変をlaser microdissectionで採取し、次世代シーケンサーで全エクソンの変異解析を行ったが、pathogenicな変異は一つも見いだせなかった。この検討ではメチル化などのepigeneticな変化による遺伝子発現の変化は判別できないが、LEGHの発生に遺伝子変異は必須ではないと考えられた。また独自に設計した28遺伝子のパネル検査で、3例の胃型腺癌の変異解析を行ったところ、一例のみにpathogenicなKRASのmutationを認めた。PI3K経路に関わる変異はなく、胃型腺癌では遺伝子変異のパターンが他の婦人科悪性腫瘍と異なる可能性が考えられた。1年以上の観察研究を行った分葉状頸管腺過形成(LEGH)43例中、2例が異型を伴うLEGH、1例が胃型粘液性癌(GAS)への進行を認め、悪性化の徴候として、病変の増大と細胞診所見の悪化は特に重要と考えられた。細胞間接着に関与するCTNNB1タンパク膜発現は、GASではLEGHより有意に減弱しており、GAS発生に重要な役割をもつと考えられた。胃型ムチンのαGlcNAcと、その生成に関わる糖転移酵素α4GnTの発現は、LEGHとGASに特異的に認めるが、GASではLEGHより有意に発現が減弱していた。これらの発現減弱はLEGHとGASを鑑別する診断マーカーとしても有用と考えられた。基本的に当初の計画通りにすすめる。悪性化症例やLEGHの手術症例の新鮮凍結組織切片からlaser microdissection (LM)法で病変組織のみの採取し、微量DNAを抽出し、次世代シーケンサーによる全エクソン解析を行うなどして、病変での遺伝子変異を見出す。既にLM法は開始している。基本的に当初の計画通りに進める。現在、数例の症例でLEGH病変の新鮮凍結組織切片を作成し、Laser microdissection(LM)法で病変組織のみの採取を開始し、微量DNAを抽出し、次世代シーケンサーによる全エクソン解析を行っている。また同時に、同症例で白血球から抽出したDNAで全エクソン解析を行っている。生殖細胞系列のゲノム情報と比較することでLEGHの発生に関わる遺伝子変異を見出すことを目指している。産婦人科学、婦人科腫瘍学当初計画で見込んだよりも安価に研究が進んだため、次年度使用額が生じた。次年度使用額は平成29年度請求額と合わせて消耗品費として使用する予定である。
慢性疼痛の大規模疫学調査研究

本研究は、日本人中高年者14,194人を対象に慢性疼痛の有病率を明らかにすることを目的とした。自記式の調査票による調査の結果、全体の39%の者がなんらかの慢性疼痛を持ち、そのうちの1割は強い痛みであることが明らかになった。慢性疼痛の有病率は加齢とともに上昇し、男性より女性で高いことも示された。部位別では、腰・臀部、膝関節、肩関節の疼痛の有病率が高く、筋骨格系の基礎疾患の関与が示唆された。慢性疼痛(6カ月以上続く痛み)は、患者のQOLを制限する重要な要因であり、その予防対策立案が求められている。本研究は、慢性疼痛の有病率、および関連する諸要因を探索することが目的であった。調査票は自記式調査票を用い、6ヶ月以上続いている痛みのある部位およびその程度(SF-36による)を選択させた。また、疼痛が、運動・動作と関連があるかどうかを調べる9項目の動作に関連した疼痛についても尋ねた。昨年度は関川・粟島浦地区の調査票収集を完了し、村上市における調査を開始した。村上市では、原則として各地区の区長の協力を得て調査票の配付回収を行った。協力の得られなかった地区では、郵送法によった。村上市における地区ごとの最終回収数は、荒川地区1,624人、神林地区1,737人、旧村上市(村上地区、岩船地区、瀬波地区、海府地区、山辺里地区)4,801人、朝日地区2,373人、山北地区1,312人であった。関川村の2,632人および粟島浦村の108人を加えると、合計14,587人の調査票が回収できた。調査票記載の不備については、電話で聞き取りを行った。電話で聞き取りができなかった対象者には郵送により再調査を行った。データ入力はダブルエントリーの方法で行った。現時点での統計解析の結果、関川・粟島地区における慢性疼痛ありと答えた者の人数は600人(23.4%)であった。慢性疼痛の主要な部位別では腰痛が455人、膝痛が121人であった。現在村上市のデータを解析中であり、全体の結果の解析を行い成果報告する予定である。慢性疼痛(6カ月以上続く痛み)によって患者が被る苦痛は身体的および精神的に甚大であり、その公衆衛生対策立案は重要な課題である。本研究は、地域の中高年者の集団を対象に大規模横断調査を行い、慢性疼痛の有病率、部位、種類、および関連する諸要因を探索することが目的である。調査票作成、住民説明書作成、同意書作成を行い、広報活動として事前住民説明会、各種団体への協力願い・説明会を行った。調査票は、身体の図を示した上で6ヶ月以上続いている痛みのある部位およびその程度を選択させ、痛みの程度はSF-36の方法に準じて作成した。さらに、疼痛が、運動・動作と関連があるかどうかを調べるため、9項目(座位、椅子から立ち上がり、床から立ち上がり、歩行、階段昇降、就寝時、洗面、重労働作業時、着替え)の動作に関連した疼痛についても尋ねた。対象地域である村上保健所管内の対象者数は、関川・粟島浦地区3,823人、荒川地区5,144人、神林地区4,468人、旧村上地区6,842人、岩船地区2,005人、瀬波地区2,400人、海府地区658人、山辺里地区1,700人、朝日地区5,076人、山北地区3,266人で、合計35,382人あった。地区ごとの調査票の配付回収を行い、回収数は関川・粟島浦地区2,685人、荒川地区1,407人、神林地区1,541人、旧村上市(村上地区、岩船地区、瀬波地区、海府地区、山辺里地区)4,337人、朝日地区2,225人、山北地区1,197人で、合計13,392人であった。現在、得たデータのクリーニングを行っている。回収数が予定より若干少なかったが、行政の協力を得て、順調に調査票の配付回収を行うことができたため。平成24年度の前半には行政の協力を得てデータ入力を行い、後半にデータ解析を行う予定である。得られたデータの管理や解析のためにノートパソコン等購入予定である。
ヒトの動機づけ行動とバゾプレッシンV1a受容体遺伝子多型

本研究の目的は、我々がマウスであきらかにしつつある1)生理的欲求の上昇に伴う大脳皮質活動の上昇が、血圧反射を抑制し、動機づけ行動を開始させるのに必要なのではないか、2)この一連の反応にはvasopressin V1a受容体が関与するのではないか、という2つの実験仮説がヒトでも通じるか否かを検証することである。21年度は、マウス同様のパラメータをヒトで測定するための、実験環境づくり、脳波、血圧反射ゲイン測定のためのセットアップを行った。脳波は現有の生体アンプを用いて測定し、血圧は連続測定装置を用いて測定した。血圧反射ゲイン(ΔRRI/ΔSAP)は、自発性動脈圧動揺(ΔSAP)に対する心電図にR-R間隔応答(ΔRRI)の相互相関関数から求めた。この測定系の本研究に応用できるかどうかを検証する目的で、覚醒時と睡眠時の血圧反射ゲインをヒトで測定した結果、睡眠時には覚醒時に比べ、血圧反射ゲインが24%増加することが明らかとなった。すなわち、これらの結果は、覚醒時の大脳皮質活動の上昇は心臓血管中枢に働き、圧反射ゲインを抑制し、中枢性に血圧上昇に働くことを示唆する。また、並行して、V1a vasopressin受容体多型(rs1042615)のTT型を保有する男性被験者はCC型に比べ運動トレーニングの継続率が低下することを発見した。さらに、マウスにおいてV1a受容体遺伝子欠損マウスでは、大脳皮質活動に伴う圧反射ゲインの抑制反応が阻害され、運動開始時の昇圧反応が起こらないことを認めた。22年度には、これらの成果を国際学会で発表し、一部は論文にまとめ投稿中である。以上の結果は、上記の実験仮説を支持する。今後、ヒトで自発運動時の脳波、血圧反射ゲイン、運動開始時の昇圧反応を連続測定し、遺伝子多型間で比較する予定である。
目鼻口を用いた身体的引き込み動作で遠隔者とのかかわりを実感させるインタフェース

本研究は、身体的引き込み動作を用いる運動強調ディスプレイを介した遠隔コミュニケーション手法により、遠隔者とのかかわりを感じさせるコミュニケーション支援システムに関する研究である。先行研究で行った頭部動作駆動方式による運動強調ディスプレイの弱点となる無動作状態への対応のため、物理的な身体運動を直接利用することに加えて、人の生体情報(目・鼻・口)を利用することで間接的に身体動作と関連づけを行う手法を提案する。
歯髄・歯根膜再生療法を確立するためのin vitroでのエナメル芽細胞の分化誘導

本年度は、ラット切歯を形成する上皮細胞群の、幹細胞を含むことが報告されているapical budから摘出した細胞を、単培養および歯乳頭細胞との供培養を行い、未分化エナメル上皮細胞のエナメル芽細胞への分化に歯の間葉細胞がどのような役割を果たすのかを検索し、報告した(Archs Oral Biol. in press : accepted in 2004)。この研究では、apical budの細胞群は単培養では増加が認められず、またエナメル芽細胞の分化マーカーとして用いたameloblastinの発現も、培養期間が10日に達しても認められなかった。一方、歯乳頭細胞との供培養では、細胞数は減少し続けるものの、培養2日目には上皮細胞の半数が内エナメル上皮細胞の分化マーカーであるp75NGFRを発現し始め、培養4日目には上皮細胞中にameloblastinの発現を認め、さらに培養10日目ではほとんどすべての上皮細胞がameloblastinを発現した。他方、内エナメル上皮細胞群を単培養すると細胞は増殖し続け、また培養10日目までにその一部がameloblastinを発現した。歯乳頭細胞との供培養では、細胞数は2日目までは増加するものの、その後は減少した。しかしながらameloblastinを分泌する上皮細胞は増加し、ほとんどすべての上皮細胞がameloblastinを発現するようになった。以上より(1)歯乳頭細胞は未分化エナメル上皮細胞を、内エナメル上皮細胞への分化経路に誘導すること、(2)また、歯乳頭細胞は未分化エナメル上皮細胞の増殖にも必要とされること、(3)内エナメル上皮細胞はすでにそのエナメル芽細胞への分化運命が決定なされており、transit amplifying cellとしての性質を持つこと、(4)歯乳頭細胞は内エナメル上皮細胞の増殖サイクルを止め、エナメル芽細胞への分化を加速させることが示唆された。さらに、昨年度確立し、報告したラット切歯由来組織間細胞様未分化エナメル上皮細胞株HAT-7(J Dent Res. 83:129-133,2004)とラット切歯由来歯髄細胞株RPC-C2A(Kasugai S. et al. Archs Oral Biol. 33,887-891,1988)との供培養を行い、cell lineの細胞でも同様の結果が認められた(投稿準備中)。これらから、実際にin vitroでのエナメル芽細胞誘導の可能性が示され、歯髄・歯根膜再生療法を可能とするエナメル基質タンパクの生成・回収実現への基礎的な知見を得ることができた。本年度は未分化エナメル上皮細胞のエナメル芽細胞へのin vitroでの分化誘導法を確立するため、その分化機構の検索を行った。また、その分化過程である内エナメル上皮細胞の分化に関しても検索を行った。まず、以前確立した組織幹細胞様未分化エナメル上皮細胞株HAT-7の性質を調査し、これがエナメル上皮を構成している各種細胞への分化能を有することを報告した(J.Dent.Res.83:129-133,2004)。この研究により、HAT-7は各エナメル上皮細胞群の前駆細胞としての特徴を備えていることが確認された。また平行して、Apical Budより摘出した細胞群(エナメル上皮細胞前駆細胞群)およびその分化したエナメル上皮細胞である内エナメル上皮細胞、星状網細胞、中間層細胞、そして外エナメル上皮細胞を含む部位を単離し、初代単培養および歯乳頭細胞との初代共培養を行い、その分化機構を解析した。これにより内エナメル上皮細胞は、単培養においてもエナメル芽細胞様細胞へと分化しうることが確認された。さらにこれらの細胞群を歯乳頭細胞と共培養すると、単培養時と比較しエナメル芽細胞様細胞の出現が高位に認められた。一方Apical Budより摘出した細胞の単培養では、細胞は生存はするものの内エナメル上皮細胞様細胞、エナメル芽細胞様細胞ともに分化が認められなかった。しかしながら共培養では内エナメル上皮細胞様細胞、エナメル芽細胞様細胞ともに出現し、その割合は前期の細胞群を共培養したものとほぼ同様であった。以上の結果より(1)未分化エナメル上皮細胞が内エナメル上皮細胞へと分化するには歯乳頭細胞が必要とされること、(2)内エナメル上皮細胞はすでにエナメル芽細胞への分化運命が決定していること、(3)歯乳頭細胞は内エナメル上皮細胞への分化経路に入っていない細胞(星状網細胞)を、この分化過程へと誘導しうる可能性があることが示唆される。

他方、内エナメル上皮細胞群を単培養すると細胞は増殖し続け、また培養10日目までにその一部がameloblastinを発現した。歯乳頭細胞との供培養では、細胞数は2日目までは増加するものの、その後は減少した。しかしながらameloblastinを分泌する上皮細胞は増加し、ほとんどすべての上皮細胞がameloblastinを発現するようになった。以上より(1)歯乳頭細胞は未分化エナメル上皮細胞を、内エナメル上皮細胞への分化経路に誘導すること、(2)また、歯乳頭細胞は未分化エナメル上皮細胞の増殖にも必要とされること、(3)内エナメル上皮細胞はすでにそのエナメル芽細胞への分化運命が決定なされており、transit amplifying cellとしての性質を持つこと、(4)歯乳頭細胞は内エナメル上皮細胞の増殖サイクルを止め、エナメル芽細胞への分化を加速させることが示唆された。さらに、昨年度確立し、報告したラット切歯由来組織間細胞様未分化エナメル上皮細胞株HAT-7(J Dent Res. 83:129-133,2004)とラット切歯由来歯髄細胞株RPC-C2A(Kasugai S. et al. Archs Oral Biol. 33,887-891,1988)との供培養を行い、cell lineの細胞でも同様の結果が認められた(投稿準備中)。これらから、実際にin vitroでのエナメル芽細胞誘導の可能性が示され、歯髄・歯根膜再生療法を可能とするエナメル基質タンパクの生成・回収実現への基礎的な知見を得ることができた。
イネ根におけるアミノ酸の選択的な蓄積機構の解明：アブラムシ由来の新奇エリシター

オカボノアカアブラムシがイネの根に寄生すると、「何らかの刺激」により寄生部位の遺伝子発現が大きく変動し、結果としてアスパラギンやグルタミンなど一部のアミノ酸が高濃度に蓄積することを見出した。この特異に富栄養化したアミノ酸組成は、アブラムシが共生菌ブフネラからアミノ酸の供与を受けるために最適化されており、アブラムシが自己の増殖のために植物の栄養状態を改変していることが示され、その調節機構の解明が待ち望まれている。本研究ではこのアミノ酸生合成経路の遺伝子発現を活性化する「分子レベルの刺激(エリシター)」を解明し、食害者にとって利益をもたらすという全く新たなカテゴリーのエリシターの存在を証明することを目的とした。現在までに安定的なエリシターの活性評価方法の開発を達成したため、本年度はエリシターの精製を目指した。既に確立したイネ根断片に試料を塗布し48時間後に褐変程度を評価する方法で、エリシター活性を評価しながら、活性物質の精製を行った。その結果、強い活性の確認された抽出物を液液分配分画で分画すると酢酸エチル層と水層に活性が分画された。水層は活性が不安定だったため酢酸エチル層をさらにODSカラムで精製すると、活性は60%MeOH/水画分に回収された。この画分の物質量はごく微量(0.1mg以下)であったため、これ以上の精製は行わずLC-MSMSで分析を行った。その結果、未知のゼアチン類縁体の存在とともに、イソペンテニルアデニン(iP: 8.33 nM/mg fr. wt.)が検出された。そこでトランス-ゼアチン(tZ)とiPの褐変への影響を調べたところ、iPおよびtZともに褐変は促進されなかったものの、iPの処理によりセロトニンの蓄積が観察された。これらのことからアブラムシは寄生の際にiPを植物体内に移行させ、必要なアミノ酸類を蓄積させ植物を富栄養化させているものと結論できた。現在までに1000頭程度のアブラムシの懸濁液をイネ幼苗の根(傷害処理済み)に処理することでアミノ酸蓄積誘導の再現に成功している。しかし本法では傷害の程度により誘導活性が影響することや、生物試験に必要なアブラムシ量が多量であることが研究進展の妨げとなっていた。そのために本年度は安定的なエリシターの活性評価方法の開発を目指した。詳細なメタボローム解析の結果からターゲットとなるアミノ酸類の代謝関連化合物であるセロトニンが同時に蓄積することが確認され、セロトニンを指標としたエリシターの活性評価方法の開発が可能であるもの考えられた。そこでまず各種人工エリシター処理によるセロトニンの誘導蓄積の可否を検討したところ、アブシジン酸やサリチル酸の処理によるセロトニン蓄積が確認された。そこでこの処理技術の小規模化に取り組み現在までのところ2mm程度のイネ根に対するエリシター処理によるセロトニン誘導蓄積が可能と見積もられ、安定的なエリシターの活性評価方法開発に道を開いた。本研究ではアブラムシがイネ根に寄生した際に生じるアミノ酸生合成経路の遺伝子発現を活性化する「分子レベルの刺激(エリシター)」の解明を目的としており、本年度は安定的なエリシターの活性評価方法の開発を行った。ターゲットとなるアミノ酸およびその代謝関連化合物の動態をメタボローム解析により解析したところ、複数のアミノ酸とその代謝産物がアブラムシの寄生により蓄積することが判明した。とくにトリプトファンの代謝産物であるセロトニンが寄生3日後には有意に増加することを確認した。セロトニンはHPLCによる微量分析が可能であることから、これを指標としたエリシターの活性評価方法の開発が容易であると考えられた。そこでこの成果をもとにセロトニン誘導蓄積をターゲットとしたエリシター処理方法の開発を試みた。即ち、播種5日目のイネの根に各種の人工エリシター(アブシジン酸、インドール酢酸、サリチル酸、ジャスモン酸、塩化銅、キトオリゴ糖)溶液を処理し、イネ根をメタノールで抽出後にHPLCで分析することでセロトニンの蓄積量を確認したところ、アブシジン酸やサリチル酸の処理によってセロトニンの蓄積誘導が確認された。そこでこの処理技術をより小規模化するために、アブシジン酸処理におけるイネ根断片の状態(カーボランダムによる傷害、チョッピング、2分割など)についての検討を行った。その結果、傷害程度が大きいほどセロトニンの蓄積誘導が大きいことが判明したが、ばらつきも多いことが合わせて見出された。以上のようにエリシターの活性評価方法の改善に目途が立ったため本研究は概ね順調に進展していると考えられる。

この特異に富栄養化したアミノ酸組成は、アブラムシが共生菌ブフネラからアミノ酸の供与を受けるために最適化されており、アブラムシが自己の増殖のために植物の栄養状態を改変していることが示され、その調節機構の解明が待ち望まれている。本研究ではこのアミノ酸生合成経路の遺伝子発現を活性化する「分子レベルの刺激(エリシター)」を解明し、食害者にとって利益をもたらすという全く新たなカテゴリーのエリシターの存在を証明することを目的とした。現在までに安定的なエリシターの活性評価方法の開発を達成したため、本年度はエリシターの精製を目指した。。既に確立したエリシター活性評価方法で、即ち約2mmのイネ根断片にエリシターを塗布し、48時間後に褐変程度を評価する方法で、アブラムシの水懸濁液の褐変活性を評価すると、強い活性が確認された。一方で、アブラムシのメタノール抽出液は1/4程度の褐変活性しか示さず、エリシターは親水性物質であることが判明した。さらに各種Sep-Pakカラムを用いた予備試験から、活性物質は複数存在するものの、主活性物質は親水性が高く、中性物質(若しくはアニオン)であることも判明した。これの基礎情報を基に小規模の精製を行ったところ、アブラムシ水懸濁液の褐変活性は、液液分配分画にて酢酸エチルと、水画分に活性が回収され、酢酸エチル画分の活性はODSカラムで精製可能であることが明らかとなった。以上のことからエリシターの精製・単離の手法が確立できた。本研究ではアブラムシがイネ根に寄生した際に生じるアミノ酸生合成経路の遺伝子発現を活性化する「分子レベルの刺激(エリシター)」の解明を目的としており、本年度はエリシターの物性調査と精製方法の開発を行った。更にSep-Pak ODSカラムを用いると活性は水画分に、Sep-Pak NHカラム及びSep-Pak SiO2カラムではMeOH画分に活性が確認されたことから、エリシターが比較的高極性物質であることが確認できた。また、Sep-Pak CMを用いると活性は水画分に、Sep-Pak Qを用いると活性は両画分に回収されたことから、エリシターは中性物質或いはアニオン物質(あるいは両方)であると推定された。さらにエリシター物質は比較的熱に安定で、冷凍保存も可能である事が判明したことから小規模の精製を行った。即ち、アブラムシ水懸濁液の褐変活性は、液液分配分画にてヘキサン、ジエチルエーテル、酢酸エチル、ブタノール、水画分に分画すると、酢酸エチル画分と水画分に活性が回収された。このうち、酢酸エチル画分の活性はODSカラムで精製可能であることが明らかとなった。以上のようにエリシターの精製方法が確立したことから、本研究は概ね順調に進展していると考えられる。オカボノアカアブラムシがイネの根に寄生すると、「何らかの刺激」により寄生部位の遺伝子発現が大きく変動し、結果としてアスパラギンやグルタミンなど一部のアミノ酸が高濃度に蓄積することを見出した。
リラクサー強誘電体の光バルブ作用・誘電率制御と光メカトロニクス素子への展開

最近の地球環境問題温暖化等京都議定書発効に見られる様に温室効果ガス等環境負荷ゼロを目指し高効率化、省エネルギー化が益々進展していく状況にある。我々はリラクサー強誘電体の特徴((1)光バルブ機能(2)圧電機能(3)高誘電率制御機能)を活かし、1素子だけで同時に3機能を出現させ、従来の3個の素子からなるデバイスを1個の素子で済ませ、身近なところから省エネルギー化、更にヒステレシスフリーなエネルギー消費・疲労効果の少ない、高効率化による排気ガス規制量削減に貢献するものである。電気光学特性ではリラクサー強誘電体はドメインサイズが200nm以下と偏光顕微鏡のハロゲン光源の波長より短く従来の素子よりコントラスト(消光比)が良くメモリ効果を有し。電界誘起高・低誘電率転移を利用して発振・遮断周波数制御を実現でき、電子化における入・出力回路への応用が可能とわかってきた。更に圧電特性ではリラクサー強誘電体菱面体晶(001)板を用い、エンジニアドドメイン構造を利用し、電気機械結合係数が高く、負荷特性にも強い特徴を明らかにした。これらの特性にシェアーモードd15の大きな成分が重要な働きをしていることを明らかにし、圧力効果から分極束縛回転機構を解明した。またこれらの3機能をリラクサー強誘電体固溶体単結晶Pb(Mg_<1/3>Nb_<2/3>)O_3-PbTiO3を作製して1素子で同時に出現させることに成功し、これらの成果の一部は原著としてSpringer-Verlag社からFerroelectric Thin film -Basic and Device Physics-として、出版されている。論文(雑誌論文の欄参照)ばかりでなく、JSTにより採択され、PCT特許出願「リラクサー強誘電体固溶体単結晶、デバイス及びデバイスの使用方法」として国際出願(特願2005-517538(日本)/filing number:101587,543(米国)し、現在進行中である。H.17年地球環境問題温暖化等京都議定書発効に見られる様に温室効果ガス等環境負荷ゼロを目指し高効率化、省エネルギー化が益々進展していく状況にある。我々はリラクサ強誘電体の特徴(電気光学・高誘電率・圧電特性)を活かし、1素子だけで同時に3機能を出現させ、従来の3素子を1素子で済ませ、身近なところから省エネルギー化、更にヒステレシスフリーなエネルギー消費・疲労効果の少ない、高効率化による排気ガス規制量削減に貢献するものである。電気光学特性ではリラクサ強誘電体はドメインサイズが200nm以下と偏光顕微鏡のハロゲン光源の波長より短く従来の素子よりコントラスト(消光比)が良い。誘電率ではドメインサイズが小さいことから大きく、電界特性が少ない、更に圧電特性ではリラクサ強誘電体菱面体晶(001)板を用い、エンジニアドドメイン構造を利用し、電気機械結合係数が95%と高く、負荷特性にも強い特徴を明らかにした。更にこれらの3機能をリラクサ強誘電体固溶体単結晶Pb(Mg_<1/3>Nb_<2/3>)O_3-PbTiO3を作製して1素子で同時に出現させることに成功し、これらの成果の一部は原著としてSpringer-Verlag社からの出版本Ferroelectric Thin film-Basicand Device Physics-として、その中のリラクサー強誘電性の章に収められて、2005年2月末に科学研究費補助金の支援を受け発刊にいたっている。

また、論文(雑誌論文の欄参照)ばかりでなく、JSTにより採択され、PCT特許出願「リラクサー強誘電体固溶体単結晶、デバイス及びデバイスの使用方法」として国際出願(出願日2005年1月28日,国際出願番号PCT/JP2005/001275)を現在既に行なっている。H.18年度もH.17年地球環境問題温暖化等京都議定書発効に見られる様に温室効果ガス等環境負荷ゼロを目指し高効率化、省エネルギー化が益々進展していく状況にある。我々はリラクサ強誘電体の特徴(電気光学・高誘電率・圧電特性)を活かし、1素子だけで同時に3機能を出現させ、従来の3素子を1素子で済ませ、身近なところから省エネルギー化、更にヒステレシスフリーなエネルギー消費・疲労効果の少ない、高効率化による排気ガス規制量削減に貢献するものである。電気光学特性ではリラクサ強誘電体はドメインサイズが200nm以下と偏光顕微鏡のハロゲン光源の波長より短く従来の素子よりコントラスト(消光比)が良い。誘電率ではドメインサイズが小さいことから大きく、電界特性が少ない、更に圧電特性ではリラクサ強誘電体菱面体晶(001)板を用い、エンジニアドドメイン構造を利用し、電気機械結合係数が95%と高く、負荷特性にも強い特徴を明らかにした。これらの特性にシェアーモードd15の大きな成分が重要な働きをしていることが判明し、圧力効果から分極束縛回転を明らかにした。またこれらの3機能をリラクサ強誘電体固溶体単結晶Pb(Mg_<1/3>Nb_<2/3>)O_3-PbTiO3を作製して1素子で同時に出現させることに成功し、これらの成果の一部は原著としてSpringer-Verlag社からFerroelectric Thin film-Basicand Device Physics-として、出版されている。論文(雑誌論文の欄参照)ばかりでなく、JSTにより採択され、PCT特許出願「リラクサー強誘電体固溶体単結晶、デバイス及びデバイスの使用方法」として国際出願(出願日2005年1月28日,国際出願番号PCT/JP2005/001275)し、現在進行中である。平成18年度は最近の地球環境問題温暖化等京都議定書発効に見られる様に温室効果ガス等環境負荷ゼロを目指し高効率化、省エネルギー化の基礎研究を行った。我々はリラクサー強誘電体の特徴((1)光バルブ機能(2)圧電機能(3)高誘電率制御機能)を活かし、1素子だけで同時に3機能を出現させ、従来の3個の素子からなるデバイスを1個の素子で済ませ、身近なところから省エネルギー化、更にヒステレシスフリーなエネルギー消費・疲労効果の少ない、高効率化による排気ガス規制量削減に貢献するものである。電気光学特性ではリラクサー強誘電体はドメインサイズが200nm以下と偏光顕微鏡のハロゲン光源の波長より短く従来の素子よりコントラスト(消光比)が良くメモリ効果を有し。電界誘起高・低誘電率転移を利用して発振・遮断周波数制御を実現でき、電子化における入・出力回路への応用が可能とわかってきた。更に圧電特性ではリラクサー強誘電体菱面体晶(001)板を用い、エンジニアドドメイン構造を利用し、電気機械結合係数が高く、負荷特性にも強い特徴を明らかにした。これらの特性にシェアーモードd15の大きな成分が重要な働きをしていることを明らかにし、圧力効果から分極束縛回転機構を解明した。
鉄鋼業の資源・環境・エネルギー問題解決への触媒・鉄源としての低品位鉄鉱石利用

製鉄業での鉱石品位の低下に伴い、劣質ゲーサイト(FeOOH)鉱石の使用量が増大している。ゲーサイト鉱石は粉化しやすく焼結プロセスで超高温・長時間処理して高炉に投入する必要がある。一方、ゲーサイトは300°C程度の低温か焼で多孔質化し、得られた細孔中に炭素を導入した炭材内装鉱石は極めて低温で還元されることが分かっている。焼結プロセスを伴わない低温処理のみでゲーサイト鉱石からの高速製鉄が可能である。昨年度の研究では、作製した炭材内装ゲーサイト鉱石から酸素雰囲気での急速加熱によりわずか1分程度で部分的に金属鉄を得た。一方、還元率は30%程度と低いため、さらなる還元率の向上が必要であった。そこで今年度は、初めに最適な炭材内装鉱石の作製条件の検討をおこなった。数値計算ソフトウェアを用いた熱的な計算で、鉱石の完全還元および溶融が起こる条件下での炭材内装鉱石中の必要炭素量の評価を実施した。炭材内装鉱石製造条件では、鉱石が通常Fe3O4まで還元されていることも踏まえると、炭材内装ゲーサイト鉱石は27.9wt%以上の炭素を含有している必要があることがわかった。この結果は、今後の炭材内装ゲーサイト鉱石製造条件の指針となる。次に、異なるタール量および炭化処理温度で作製した炭材内装鉱石を用いた還元実験をおこなった。使用するタール量を大きくする、またはタール処理温度を低くすることで炭材内装鉱石中の炭素量および細孔充填率は増大した。還元実験での還元率は、炭素量がより大きな炭材内装鉱石で高くなった。これは鉱石表面の炭素量が増大し再酸化を防止したことに加え、鉱石内部で鉱石/炭素間の接触面積が増大したことにより還元が高速化したためである。作製条件を変えることで、還元実験での還元率が昨年度の30%から最大60%程度まで向上した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。炭材内装鉄鉱石の還元速度は、鉄鉱石と炭素の配置間隔に大きく影響を受け、配置間隔が小さいほど高速で還元される。ゲーサイト(FeOOH)鉱石は300°C程度でか焼することで結晶水が脱離しナノ多孔質化するため、細孔中に炭素を導入することで鉱石と炭素のナノ近接配置による高速還元が可能になる。本研究は、製鉄業の副生物であるコールタールを炭素源として炭材内装ゲーサイト鉱石の作製およびその還元を行った。具体的には、多孔質化したゲーサイト鉱石にコールタールとトルエンの混合溶液を含浸し加熱することで炭材内装鉱石を得た。得られた炭材内装鉱石は、外部に厚い炭素膜を有し、内部では炭素と鉱石がナノ近接配置していた。また、炭材内装鉱石中に析出した炭素量は鉄鉱石の還元に十分な量であった。得られた炭材内装鉱石は、「燃焼合成」という概念に基づき還元された。燃焼合成とは、強い発熱反応を利用して燃焼波を自己伝播させ短時間で目的生成物を得る方法である。本研究の燃焼合成反応は、炭材内装鉱石表面の炭素燃焼(発熱)が内部での還元(吸熱)を促進し、自己伝播することで生じる。炭材内装ゲーサイト鉱石を酸素雰囲気で急速加熱すると、わずか1分程度で鉱石が還元され一部金属鉄が得られた。一方、ゲーサイト鉱石ではなく高品位鉄鉱石(非多孔質)を用いた場合還元は起こらなかった。この結果から、ナノ細孔を介した鉱石と炭素の近接配置により鉱石の還元が高速化したことが明らかになった。雰囲気ガスを酸素に代えてアルゴン(不活性ガス)、水素(還元ガス)とした場合は、還元はほぼ進行せず、金属鉄は生成しなかった。炭材内装鉱石表面の炭素燃焼が内部での還元反応を促進した。平成29年度の研究計画として、実験的には、1.炭材内装鉱石の作製とその評価、2.充填層型反応器を用いた炭材内装鉱石の酸素雰囲気中での還元挙動の調査を設定していた。また、項目1および2のそれぞれの内容で学会発表および論文発表を予定していた。研究実績で記載した通り、本年度は上記項目1, 2の内容を実験的に調査したため、研究計画を満たしたと判断できる。また、項目1, 2の内容は国内学会にて発表した。一方、論文発表に関しては、項目2については現在投稿中であるが、項目1は現在準備中である。実験、学会発表に関しては予定通り進行したが、論文発表は予定通り進行しなかったため、本年度の研究進捗状況を「おおむね順調に進行している。」と自己評価した。

数値計算ソフトウェアを用いた熱的な計算で、鉱石の完全還元および溶融が起こる条件下での炭材内装鉱石中の必要炭素量の評価を実施した。炭材内装鉱石製造条件では、鉱石が通常Fe3O4まで還元されていることも踏まえると、炭材内装ゲーサイト鉱石は27.9wt%以上の炭素を含有している必要があることがわかった。この結果は、今後の炭材内装ゲーサイト鉱石製造条件の指針となる。次に、異なるタール量および炭化処理温度で作製した炭材内装鉱石を用いた還元実験をおこなった。使用するタール量を大きくする、またはタール処理温度を低くすることで炭材内装鉱石中の炭素量および細孔充填率は増大した。還元実験での還元率は、炭素量がより大きな炭材内装鉱石で高くなった。これは鉱石表面の炭素量が増大し再酸化を防止したことに加え、鉱石内部で鉱石/炭素間の接触面積が増大したことにより還元が高速化したためである。作製条件を変えることで、還元実験での還元率が昨年度の30%から最大60%程度まで向上した。平成29年度の研究は、ほぼ計画通りに進展した。平成29年度中に達成できなかった論文発表は平成30年度中の早い段階で達成する。実験的には平成29年度の内容を完了しているため、平成30年度研究については、予め設定していた研究計画どおりに進行する。具体的には、ゲーサイト(FeOOH)鉱石およびタール/トルエン溶液から作製した炭材内装鉱石を不活性雰囲気で加熱・溶融し、その溶融挙動を調査する。ゲーサイト鉱石には不純物(主に酸化物)が含まれるため、高純度の鉄を得るには溶融し金属と酸化物成分を分離する必要があるため、その溶融分離挙動を調査することは重要である。具体的には、作製した炭材内装ゲーサイト鉱石を赤外加熱炉中で加熱・溶融させ、得られた試料の化学組成および断面の観察を行う。また、これまで炭材内装鉱石の還元を充填層型反応器で実施していたが、実プロセスでの応用を考え落下型反応器を用いて炭材内装鉱石を落下させながら還元することを考える。連続的な燃焼合成製鉄の実現が可能になる。反応器の保持温度や炭材内装鉱石の滞留時間の影響を主に調査する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
チタン表面の骨形成を抑制するセラミックス膜の水熱合成

化学・水熱複合処理における水熱処理溶液としてZrOCl_2/NH_3/C_6 H_8 O_7(クエン酸)水溶液を用いることにより,純Ti表面へTiO_2-ZrO_2複合膜を合成できた。その膜上では,擬似体液中でのハイドロキシアパタイトの析出,ならびにラット脛骨における骨伝導が抑制されることが明らかとなった。合成膜/骨界面の透過型電子顕微鏡観察により,合成膜と骨は直接結合していないことが確認できた。純Tiを5M H_2O_2/0.1M HNO_3水溶液に浸漬し,表面にTiO_2ゲル膜を合成した後,100mM ZrOCl_2/5M NH_3/x mM C_6H_8O_7水溶液中で180°C-12hの水熱処理を施した。C_6H_8O_7無添加の場合(x=0),表面のゲル膜が結晶化し,アナターゼ型TiO_2膜が得られた。一方,C_6H_8O_7を添加した場合,Ti表面にはTiO_2-ZrO_2膜が合成された。C_6H_8O_7のカルボキシル基がZrと配位結合することで水熱処理中に析出したZr(OH)_4ゾルの表面が活性化され,TiO_2との結合が促進されたためと推察している。また,x=400の時,ZrO_2の体積率が最大となった。これは過剰なC_6H_8O_7の添加がTiO_2の溶解・再析出を鈍化させたことを示唆している。得られたTiO_2-ZrO_2膜(x=400)を擬似体液に浸漬すると10日後よりハイドロキシアパタイトの析出が明瞭に観察された。未処理の純Ti上では同等の析出が6日後より観察されたことから,この表面修飾によりハイドロキシアパタイトの析出が抑制されたと言える。また,同様の表面形態を有するTiO_2膜上では浸漬2日で多量のハイドロキシアパタイトの析出が観察されたことから,少量のZrO_2がその析出の抑制へ効果的に寄与したと言える。TiO_2-ZrO_2膜(x=400)試料をラット脛骨に2週間埋植したところ,皮質骨-インプラント接触率は24%であり,NH_3水溶液中で水熱処理を施し得られたTiO_2試料に比べ骨伝導が抑制された。H22年度に確立したTiO_2-ZrO_2膜の合成法を改良すると共にラットから摘出した骨/インプラント界面を観察することを目的とした。純TiにH_2O_2/HNO_3溶液を用いた化学処理を施した後,ZrOCl_2/NH_3水溶液にカルボキシル基数の異なるヒドロキシ脂肪酸(乳酸[1],酒石酸[2],クエン酸[3],[1分子中のカルボキシル基数])を添加し,180°C-12hの水熱処理を施した。いずれのヒドロキシ脂肪酸においても,ある添加量でTiO_2中に含有されるZrO_2の体積率が極大を示した。水熱処理中に生成するZrO_2ゾルをTiO_2に結合させるには,ヒドロキシ脂肪酸の添加が必要であるが,過剰に添加すると処理溶液のpHが低下するため,TiO_2の溶解・再析出が抑制され,結果としてZrO_2の体積率が減少すると推察している。100mM ZrOCl_2/5 M NH_3水溶液にクエン酸を400-1200mM添加した場合,ZrO_2含有率の高い酸化物膜が得られた。2.生体骨/インプラント界面の電子顕微鏡観察純TiにTiO_2膜,TiO_2-ZrO_2膜を成膜した試料をラットに2weeks埋入した。TiO_2膜では非常に高い骨/インプラント接触率を示したのに対し,TiO_2-ZrO_2膜では主成分がTiO_2であるにもかかわらず,接触率は顕著に低い値を示した。透過型電子顕微鏡用薄片試料は収束イオンビーム加工装置で作製した。減圧雰囲気下で作製するため,骨が収縮し,インプラント界面に大きな力が発生する。TiO_2試料では,生体骨との結合が維持された。界面が破壊された試料もあったが界面観察の結果,その破壊はTiO_2/Ti界面で生じていることがわかった。一方,TiO_2-ZrO_2試料では常にTiO_2-ZrO_2/骨界面で破壊が生じ,界面強度が非常に弱いことが示唆された。