hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
森林生態系における窒素動態-無機態窒素と有機態窒素の樹木の窒素吸収への寄与

札幌市都市環境林白旗山の5つの小流域において、窒素循環をモニタリングによって測定した。A層の土壌溶液の溶存無機態窒素濃度は最高3.11ppm、最低0.02ppm、平均0.78ppmで推移した。降水量から河川流量の差引した結果、生育期間に5流域の平均で約300mm程度の蒸発散があり、この間にマスフローで運ばれた溶存無機態窒素(NO3+NH4)は2.4kgNha-1yr-1となった。これは1年間の窒素吸収量41.8kgNha-1yr-1のわずか5.7%程度であった。この結果は、マスフローによる窒素吸収の寄与が極めて小さい事を意味する。窒素吸収量の94%は拡散による吸収という結果であるが、それが陽イオン交換基に保持されたNH4か?、有機態窒素であるか?は本研究のデータからは判別できないが、有機態窒素の寄与が十分にあり得ると推察した。0層からA層への窒素フラックスが年間で3.5kgNha-1yr-1しかなく、DON(溶存有機態窒素)とDIN(溶存無機態窒素)の寄与がほぼ半々であった。こうした結果は、0層からの直接的な窒素吸収がない限り説明できない。0層からの吸収が主体であればNH4での吸収の可能性がかなり低くなるからである。モニタリング機器の設置を5月に行い、6月より観測を始めた。観測地点は、こまめなサンプリングが必要なことから札幌市都市環境林の白旗山に限定した。これは、以下に列挙する予想外の障害が多かったことが理由である。なお、白旗山は、土壌が淡色黒ボク土で植生は50-60年生のカラマツが主体である。開始早々に大きな問題が持ち上がった。当初の予定では根切りプロットをモニタリングの主体に据える予定であったが、数反復程度ではCVが100%をはるかに上回ることがデータが蓄積する過程で明らかとなってきた。そこで、土壌溶液の定期的な採取を行い、このデータと水収支の積分を使って養分吸収量を計算するように軌道修正を余儀なくされた。水収支の測定は、ペンマン法により蒸発散量を見積もる方法と河川への流出率から見積もる方法の2つを同時平行で進めている。さらに、この手法を使う場合には、全体としての窒素収支を押さえる事が必須となるため、林内雨と河川NO3濃度を測定している。その過程で林内雨の窒素フラックスの空間分布に今までの常識的なアイディアと全く相容れない規則性があることが明らかとなった(結果は投稿中)。来年度の6月後半には窒素吸収量を見積もるための、1年分のデータが揃う予定である。また、1993年度に包括的な毎木調査を行っているため、来年度に同様の調査を行い、地上部現存量と10年間の樹木の生長量を求め、さらに精確な吸収量の見積もりを行う予定である。
脳組織への新規薬物送達法の開発

1.エンケファリン誘導体の鼻腔から脳脊髄液への移行性モデル薬物として、[D-Ala^2]メチオニンエンケファリナミド(ENK)を用いた。まず、ENKを静脈内投与し、投与15分後における脳脊髄液中濃度を測定したところ、定量限界以下であることが明らかとなった。次に、ENKを点鼻投与したところ、血液中濃度は静脈内投与時と同程度であったにもかかわらず、脳脊髄液中への出現が認められ、ENKのようなペプチドでも鼻腔から直接脳脊髄液に移行することが明らかとなった。さらに膜透過促進剤あるいは蛋白分解酵素阻害剤を併用したところ、蛋白分解酵素阻害剤併用時には血液中濃度、脳脊髄液中濃度ともに単独投与の場合と比較して増大したが、膜透過促進剤併用時には脳脊髄液中濃度が予想に反して減少した。これは、膜透過促進剤併用時においては、血液中への吸収が顕著なために、鼻腔内ENK濃度が非併用時に比べて急速に減少したためと考えられた。2.経鼻投与された薬物の脳組織への移行性モデル薬物として、血液脳関門の透過性が乏しい5-fluorouracil(5FU)を用いた。5FUを点鼻投与、点滴静注し、血液中薬物濃度および脳組織内濃度を測定して血液からの移行クリアランスを求め、比較検討した。鼻腔から直接移行した薬物が周囲のCSFに高濃度で分布すると考えられる嗅球および大脳皮質前頭葉の濃度は点滴静注時と比較して大きく、薬物を経鼻投与することにより、脳へ薬物を送達しうることが示唆された。しかし移行、クリアランスの差は投与後10分で最も顕著であり、その後は縮小する傾向にあった。これは、薬物の血液中への吸収に基づく鼻腔内薬物濃度の減少が主要因と考えられた。
誤り耐性を有するマルチビュー映像ストリーミングに関する研究

26年度が最終年度であるため、記入しない。マルチビュービデオは、フリービューポイントテレビ、没入型ビデオ会議などの次世代視覚通信を実現するためのコア技術であり、ネットワークに損失が存在する場合におけるマルチビュービデオの有効な伝送方法が重要である。この研究では、誤り耐性を有するマルチビュービデオの有効なストリーミング方式を提案することが目的である。インタラクティブなマルチビューストリーミングとTexture plus Depthフォーマットを利用したDepth Image Based Rendering(DIBR)技術の有効な適用方法について焦点を当てる。平成24年度では、研究計画に従い、ビデオストリーミングのおける既存研究に関する論文調査を行った。それに基づき、視点切換えとエラー回復機能を同時にサポートする新しい符号化技術として、uniform-distributed source coding(uDsc)と呼ばれるフレーム方式を提案した。また、無線および有線のネットワークシナリオにおけるレートの最大化と歪みの最小化を同時に図るパケット伝送方式について検討した。さらに、無線ネットワークにおけるパケット損失は通常連続して発生することに考慮し、複数の通信経路間で発生するパケット損失の独立性と、隣のビュー間の強い相関性を利用し、多重記述符号化による品質の高いビデオ伝送の方法を開発した。この方法では、それぞれの記述を別々な通信経路で選択的に伝送し、ネットワーク伝送における損失を有効に回復することがその特徴である。マルチビュービデオは、フリービューポイントテレビ、没入型ビデオ会議などの次世代視覚通信を実現するためのコア技術であり、ネットワークに損失が存在する場合におけるマルチビュービデオの有効な伝送方法について考えることが大変重要である。平成25年度では、無線ネットワークにおけるパケット損失は通常連続して発生することに考慮し、複数の通信経路間で発生するパケット損失の独立性と、隣のビュー間の強い相関性を利用し、複数(今回は2つ)の記述による符号化を使い、それぞれの記述を別々な通信経路で選択的に伝送する方法についてその実現方法と有効性について検討した。シミュレーションで評価を行った結果、提案方式は既存のものよりも高いビデオ品質を提供できることが明らかになった。モバイルデバイスの高性能、高機能化に伴い、バッテリー技術の発展は常に遅れを取っている。したがって、ストリーミング法を考えるとき、エネルギーの消費も考慮に入れなければならない問題である。一方、マルチビュービデオのストーミングはシングルビュービデオよりも大きな帯域を必要とし、ネットワークの帯域が限られた場合の伝送帯域の削減が必要である。伝送帯域を削減しても品質が落ちないようにするには、より複雑な計算を必要とし、エネルギーの消費も上がる。われわれは、ビデオソースの符号化レートの削減とエネルギー消費とのトレードオフでビデオの伝送品質を最大化するためのアルゴリズムについて提案した。論文サーベイとH.264JMに基づくDodecの開発を完成し、さらに新しい方式を提案した。その成果として、ジャーナル論文1篇と、査読付き国際会議論文3篇(うち2篇は発表済み)の採択があった。これは当初の計画を上回る進展である。当初計画されていたビデオ品質を高めるためのマルチビュービデオストリーミングプロトコルの提案以外に、エネルギー消費にも考慮したストリーミング方法についても検討を行い、計画以上の進展があった。多重記述符号化を用いたマルチビュービデオの伝送の有効性をある程度明らかにしたが、より高い伝送品質を追求することが次の焦点となる。また、モバイルユーザがバッテリーを使っているため、消費電力と伝送品質のトレードオフについても考えていく予定である。マルチパスによるマルチビュービデオストリーミングの方法について検討するとともに、利用者のビデオ品質要求とビデオの特性に考慮しながら、異種無線ネットワーク(HetNet)におけるセル間の干渉をどのように調整するかについて検討していきたい。
DNA損傷初期応答因子によるDNA修復経路選択の制御

DNA損傷応答因子の中で、NBS1タンパク質やATMキナーゼは初期のステップで働く因子である。NBS1の分子機能解析から、NBS1が持つ新たな機能として、ATMシグナル経路の一部だけに関わると同時にDNA二重鎖切断(DSB)修復の一部の経路だけを促進する特殊な機能を有していることを示す実験結果が得られた。この結果から、NBS1がATMの特定の役割をピンポイントに調節することでDSB修復を調節しているという可能性が示唆された。DNA損傷初期応答タンパク質であるNBS1タンパク質は、DNA二重鎖切断修復経路の主な二つの修復経路である相同組換えと非相同末端結合の両方の経路に関与している。当該年度の研究では、近年急速に発展してきたゲノム編集技術を用いて、最近我々が発見した非相同末端結合だけに必要な領域を欠失させたNBS1変異細胞の作製を行った。作製した変異細胞のゲノムは確かに狙い通りに編集されていることを確認した。この変異細胞はもとの親細胞と同様の増殖能を示し、欠失させた領域が通常の増殖に必須ではないことが示された。ゲノム編集された変異型NBS1タンパク質の細胞内発現量を調べた結果、親細胞のNBS1発現量とほぼ同程度であることが明らかとなり、この欠失変異がNBS1タンパク質の安定性に影響を及ぼさないことが明らかとなった。NBS1は細胞内でMRE11およびRAD50と安定なタンパク質複合体を形成して存在しているため、この複合体形成についても解析を行ったが、導入した変異によりこの複合体形成に影響はないことが明らかとなった。以上の結果は、導入した欠失変異がNBS1の他の領域の機能に影響を与えていないことを示しており、作製した変異細胞の解析により目的の領域の機能だけを解析できることを示している。すなわち、NBS1の非相同末端結合での機能だけを他の機能と分離して詳細に解析することが可能となった。このような細胞は研究解析材料として極めて有用であり、DNA二重鎖切断がどのような場合にどちらの経路でどういったメカニズムで修復されるのかを解明することに大きく貢献できると思われる。当該年度は次年度以降の解析に使用する変異細胞を作製し、目的の変異が導入されていること及びその細胞が解析に使用できるかどうか基本事項を確認することを計画していたが、その計画は予定通り達成され、次年度以降の実験準備が整ったため。NBS1タンパク質は、電離放射線によるDNA二重鎖切断発生後に素早くDNA損傷部位に集積する(この現象をNBS1フォーカス形成と呼ぶ)。このフォーカス形成はタンパク質リン酸化酵素ATMキナーゼの活性に依存しており、ATM阻害剤処理によりフォーカス形成は完全に見られなくなる。昨年度までに我々が作製したNBS1ノックイン細胞では、放射線によるNBS1フォーカス形成は正常に観察された。この結果は、ATMキナーゼがこの細胞で機能していることを示唆している。NBS1は、放射線照射に応答してATMを活性化させる働きを持っているが、このノックイン細胞ではNBS1によるATM活性化機構に異常はないものと思われる。活性化されたATMは細胞内で様々なタンパク質をリン酸化する。これらのリン酸化はDNA修復にも必要であると考えられている。ATMの基質の一つであるChk2タンパク質のリン酸化について調べたところ、NBS1ノックイン細胞では放射線によるChk2のリン酸化が低下していた。この結果はATMによる基質のリン酸化過程に異常があることを示唆している。ATMが活性化した後に基質をリン酸化するまでの間に、NBS1が何らかの形で重要な役割を果たしている可能性が考えられる。ATMの活性化とATMによる基質のリン酸化はしばしば同じ意味で扱われるが、本研究課題の解析結果を足がかりに、活性化過程と基質のリン酸化過程、また基質ごとのリン酸化の有無を丁寧に細かく分析していくことで、これまでに見落とされていたDNA修復の分子メカニズムについての新たな発見がもたらされると期待される。当該年度の計画は、前年度までに作製した細胞株の表現型解析であったが、おおむねそれが達成されたので本研究において遺伝子編集技術によって作製されたNBS1変異細胞は、DNA損傷初期応答の特徴の一つであるγH2AX、MDC1、NBS1等の核内フォーカスの形成を行うことができた。これらのフォーカス形成は、もう一つの初期応答の特徴であるATM(タンパク質リン酸化酵素)の活性化に依存している。すなわち、この遺伝子編集細胞では少なくともこれらの損傷初期応答機構が正常に働いていると推測される。しかしながら、ATMによってリン酸化されることが知られている複数のタンパク質のリン酸化を調べると、DNA損傷によるリン酸化の程度が低下していることが認められた。さらに、この編集細胞は放射線高感受性を示し、非相同末端結合によるDNA二重鎖切断(DSB)修復能も低下していることが明らかとなった。ATMは放射線抵抗性に必要であり、非相同末端結合にも必要であるという報告があり、本研究の編集細胞が示す表現型とよく一致する。これらの結果は、この編集細胞ではATMの機能が十分に発揮されていないという可能性を示している。一方で、この変異細胞ではもう一つのDSB修復経路である相同組換え修復が正常に機能しているという結果が得られた。ATMは相同組換え修復にも必要であるということが報告されており、この結果は興味深い。

以上の結果から、本研究でのNBS1の遺伝子編集によって、1DNA損傷によるATMの活性化は正常に起こる、2非相同末端結合に必要なATM機能は損なわれる、3相同組換えに必要なATM機能に影響は及ばない、と推測される。これらの特徴から、NBS1は活性化したATMのシグナルを下流に流す際の調整役を担っており、この調節がそれぞれのDNA修復経路の活性調節にも繋がっているのではないかと考えられる。DNA損傷応答因子の中で、NBS1タンパク質やATMキナーゼは初期のステップで働く因子である。NBS1の分子機能解析から、NBS1が持つ新たな機能として、ATMシグナル経路の一部だけに関わると同時にDNA二重鎖切断(DSB)修復の一部の経路だけを促進する特殊な機能を有していることを示す実験結果が得られた。この結果から、NBS1がATMの特定の役割をピンポイントに調節することでDSB修復を調節しているという可能性が示唆された。当初の計画通りに進める。当初計画通りに進める。年度末から年度明けにかけ研究代表者所属研究機関を変更することとなり、年度末に予定していた国際学会での成果発表を取りやめたため旅費が予定よりも少なくなったことと、キャンペーンを利用して消耗品を安く購入できたため。消耗品キャンペーンの積極的利用と、高額消耗品の節約利用により、物品費の支出が抑えられたため国際学会発表を次年度に行う。また、次年度での実験を強力に推進するための費用にあてる。データの精度向上のための追加実験に使用する
サイコパシーによって失われる道徳観の脳神経メカニズムとその価値の解明

サイコパシーというパーソナリティ特性については、ヒトの道徳性の基盤となる脳神経メカニズムにおける機能低下が推測される。特に共感性は他者との円滑なコミュニケーションに不可欠であり、道徳的行動をもたらす重要な機能の一つであると考えられ、また、前頭前野がその機能にとって重要な脳領域であるとかんがえられることから、本研究では他者感情への共感という視点から道徳性に関する前頭前野における情報処理について、サイコパシーによる個人差を検討することとした。実験では,被験者が他者の今後の処遇を決め、その決定に応じて他者の悲しみ表情の顔もしくは笑顔が提示されるという課題を用い、自らの意思決定による他者の顔表情の変化と、自らの意思決定とは無関係に表出される顔表情に対する情報処理に関して,時間分解能に優れた事象関連脳電位を検討した。その結果、サイコパシー傾向の低群では、自らの行動と関連するか否かに関わらず悲しみの表情に対して350ms後に正中前頭部の陰性電位(N300)が惹起され、この電位が他者の悲しみに特異的な処理を反映する成分であることが明らかとなった。しかし、サイコパシー傾向の高群では、自らの行為によって他者の悲しみ表情が現れる場合には低群と同様にN300が惹起されるが、悲しみの表情が自らの行動と関係ないときには小さいことが明らかとなった。すなわち、本研究の結果から、サイコパシーの非共感的な側面として、無差別に他者の悲しみを処理するということができるわけではないということが示唆された。そのような情報処理の特異性により、サイコパシーでは他者への共感が適切に機能せず、悲しみを表出する他者に対する援助や救済の行動が動機づけられにくいということが予想される。(抄録なし)これまでの研究により,サイコパシーは他者の恐怖や悲しみなどの感情を正しく捉えることができないということが示されており,そのような共感機能の低下が道徳を犯すことにつながっていることが予想される。そこで,サイコパシーの共感機能の低下が社会的行動の際の神経活動に影響を及ぼすことを示すため,自己の意志決定によって他者の感情の変化が伴う場面における神経活動を測定した。また,同時に心臓活動を測定し,自律神経系反応との関連も検討した。その結果,被験者のサイコパシー傾向が高いほど,意思決定の際の腹内側前頭前野の活動が低下することを明らかにした。サイコパシーと腹内側前頭前野損傷患者は心理的特徴や行動の特徴について多くの共通点が報告されている。すなわち,本研究の結果はこれと整合しており,サイコパシーの腹内側前頭前野機能不全説を支持するものであった。また,腹内側前頭前野は感情的意思決定に強く関連するということだけではなく,心の理論などの共感システムの一部であると考えられている脳部位である。したがって,本研究により,社会的意思決定の神経メカニズムの中でも,特に共感機能に関わる処理がサイコパシーによって低下することが示唆された。心臓活動もその解釈を支持した。すなわち,他者の否定的な感情を引き起こすような意思決定の際,心拍の拍動間隔の一過性の延長が引き起こされたが,サイコパシー傾向が高い被験者はこの反応が小さいことが明らかとなった。拍動間隔の延長は情報の取り込みに由来すると考えられており,この場合,他者感情という付加情報が引き金になっていると推測される。したがって,サイコパシー傾向が高い者は他者感情を考慮しないということを表象している可能性が考えられる。以上の結果から,サイコパシーの非道徳的行動に共感機能の低下が関わっていることが示唆された。サイコパシーというパーソナリティ特性については,ヒトの道徳性の基盤となる脳神経メカニズムにおける機能低下が推測される。本研究では他者感情への共感という視点から道徳性に関する脳神経メカニズムについてサイコパシーによる個人差を検討することとした。実験では,被験者が他者の今後の処遇を決め,その決定に応じて他者の悲しみ表情の顔もしくは笑顔が提示されるという課題を用い,自らの意思決定による他者の顔表情の変化に対する情報処理に関して,時間分解能に優れた事象関連脳電位を検討した。その結果,サイコパシー傾向が高いほど他者を悲しませる選択が多いことが示され,そのような選択の結果として提示された顔表情に関しては,サイコパシー傾向高群では,笑顔にさせたときよりも悲しい表情にさせたときに右側頭後部における潜時250ミリ秒前後のearly posterior negativity(EPN)と呼ばれる事象関連電位成分が小さいことが明らかになった。一方,サイコパシー傾向低群ではこのような差は見られなかった。EPNは情動刺激に対する注意と知覚的処理を反映し,比較的早い段階における情動刺激の影響と関係していると考えられている。したがって,サイコパシーにおいては他者からの否定的な信号に対する初期注意過程に機能低下があることが示唆された。そして,その機能低下は表情の変化が自己の行動と関連する場合のみに生じることから,この情報処理成分が罪悪感などの自己意識的感情と関連すると考えられる。総じて,サイコパシーにおいては罪悪感のような自己の行為の結果に関する感情的評価が行われないということが示唆され,このような情報処理の機能低下により,自己の行動の修正が適切に行われず,他者を悲しませる非道徳的行動を助長することに繋がると予想される。

特に共感性は他者との円滑なコミュニケーションに不可欠であり、道徳的行動をもたらす重要な機能の一つであると考えられ、また、前頭前野がその機能にとって重要な脳領域であるとかんがえられることから、本研究では他者感情への共感という視点から道徳性に関する前頭前野における情報処理について、サイコパシーによる個人差を検討することとした。実験では,被験者が他者の今後の処遇を決め、その決定に応じて他者の悲しみ表情の顔もしくは笑顔が提示されるという課題を用い、自らの意思決定による他者の顔表情の変化と、自らの意思決定とは無関係に表出される顔表情に対する情報処理に関して,時間分解能に優れた事象関連脳電位を検討した。その結果、サイコパシー傾向の低群では、自らの行動と関連するか否かに関わらず悲しみの表情に対して350ms後に正中前頭部の陰性電位(N300)が惹起され、この電位が他者の悲しみに特異的な処理を反映する成分であることが明らかとなった。しかし、サイコパシー傾向の高群では、自らの行為によって他者の悲しみ表情が現れる場合には低群と同様にN300が惹起されるが、悲しみの表情が自らの行動と関係ないときには小さいことが明らかとなった。すなわち、本研究の結果から、サイコパシーの非共感的な側面として、無差別に他者の悲しみを処理するということができるわけではないということが示唆された。そのような情報処理の特異性により、サイコパシーでは他者への共感が適切に機能せず、悲しみを表出する他者に対する援助や救済の行動が動機づけられにくいということが予想される。本年度は実験課題の確立を神経活動の基礎的データを得ることを目的としていたが,その目的が達成され,想定の範囲内の結果が得られたため,順調な進展であると言える。実験参加者の確保が期待通りにならず,脳損傷患者との直接的な比較が行えなかったが,計画としては想定の範囲であり,前年度の成果をベースとしてサイコパシーによる道徳性の低下とその神経基盤に関する仮説に大きな修正はなかった。また,新たな実験では,その仮説を支持する発展的な成果を上げることができた。サイコパシーによる道徳性の低下に関して,如何なる脳領域の機能低下が如何なる認知活動の低下を引き起こしているのか,ということを明らかにすることを目的として実験を行う予定である。そのため,今後の研究では,道徳性が関わる実験課題を用い,サイコパシー傾向の高い被験者グループと,脳損傷患者グループの課題成績を比較すること。サイコパシーによる道徳性の低下に関する神経科学的仮説を検討するため,脳損傷患者との比較を行う予定である。それと同時に,患者の実験参加者の確保が期待通りとならないことも想定し,その他の神経科学的手法を用いた実験デザインを考案し,道徳性の低下に関する神経基盤を解明するという研究の大きな目的を果たせるように取り組んでいくこととする。(抄録なし)
金属化硫黄の１次元結晶によるカーボンナノチューブの超伝導化機構の解明

硫黄が余剰資源であることに着目し、その有効活用法の開拓をめざし研究を進めた。具体的には、カーボンナノチューブを鋳型とすることで、硫黄原子が鎖状に連なった一次元伝導体の合成に成功した。また、新奇な超伝導材料の開発をめざし、金属型カーボンナノチューブと金属化した硫黄からなる一次元ハイブリッド伝導体を合成することに成功した。超伝導化の実証までは至らなかったが、分光学的にその端緒をつかむことができた。カーボンナノチューブの内部空間を鋳型として利用することで、ジグザグあるいは直線状に硫黄原子が配列した硫黄の一次元結晶の合成に成功するとともに、硫黄の一次元結晶が常温・常圧で金属になることを見出した(T. Fujimori et al. Nature Commun. 4:2162 (2013).)。さらに本研究課題を推進するため、一次元硫黄結晶の結晶子サイズの最適化を目的として、1)硫黄ガスの吸着時間、2)ガス化温度、3)加熱後の冷却時間を主要パラメータとして合成方法を見直した。改良法を用いることで、従来法と比較して約2倍の結晶子サイズを有する硫黄の一次元結晶を得ることに成功した。改良法により合成した硫黄内包カーボンナノチューブは、未内包カーボンナノチューブよりも約10倍程度電気伝導性が向上することを見出した。一次元硫黄結晶は耐熱性が高く、バルク硫黄の沸点を凌駕する高温域においても、その一次元性を保持することがわかった。また、鋳型カーボンナノチューブの直径が小さいほど、硫黄-硫黄原子間距離が圧縮され、カーボンナノチューブの内部空間は疑似的な高圧空間としての作用があることを世界で初めて実証した。金属型カーボンナノチューブを用いた一次元硫黄結晶の合成実験は少量バッチで進めている。半導体型リッチ・カーボンナノチューブを用いた一次元硫黄結晶の合成には成功しており、電気伝導測定など各種キャラクタリゼーションを進めている。本研究の目的は、カーボンナノチューブを鋳型として一次元金属化硫黄の合成を行い、その電子物性・電気輸送特性を評価することである。特に、一次元電子系で予測されている超伝導機構の端緒を見出すことに注力して研究を進めた。これにより、余剰資源である硫黄を機能性導電材料として有効活用する新しい手法の確立をめざす。最終年度では、ホストであるカーボンナノチューブの直径やカイラリティーの異なる半金分離カーボンナノチューブ(単層及び二層)を用いた合成にフォーカスして研究を進め、金属化硫黄とカーボンナノチューブの特異な相互作用を調べた。金属型カーボンナノチューブに内包された金属化硫黄は、2つの特徴的なラマンバンドを示すことを見出した。これらのラマンバンドは、半導体型カーボンナノチューブを鋳型として合成した金属化硫黄ではみられない。さらに、そのラマンスペクトルはバルク硫黄とは全く異なることがわかった(一次元硫黄とバルク硫黄の電子状態が異なることは、放射光を活用したX線吸収分光法やX線光電子分光法でも確認済みである)。このことは、半金分離カーボンナノチューブを用いることにより初めて明らかとなった現象であり、一次元系超伝導モデルが予測する不整合電荷密度波の前駆状態が発現した結果であると考えている。本研究により、一次元硫黄系と金属型カーボンナノチューブとの特異な相互作用が新奇な一次元ハイブリッド電子系を形成すること、理論が予測する一次元超伝導機構の兆候を見出すことができた。低次元ナノ材料当初の予想よりもはやく、一次元硫黄結晶の結晶サイズ向上が達成することができた。これにより、平成26年度に実施予定である、異なる凝集状態の硫黄内包カーボンナノチューブの電気伝導実験を進めることにつながった。少量バッチではあるが、金属型あるいは半導体型カーボンナノチューブを鋳型とした一次元硫黄結晶の合成にも成功している。以上、本研究課題は当初の計画以上に進展していると考えている。(1)金属化硫黄-金属型(or半導体型)カーボンナノチューブの合成:これまでよりも合成量を増加することで、各種キャラクタリゼーションを進める。(2)硫黄内包カーボンナノチューブのバルク電気特性評価:従来通り、硫黄内包カーボンナノチューブのシート状凝集体を用いて電気伝導測定を進めるとともに、繊維状の導線を作製することで配向性をそろえ、超伝導を発現可能な凝集条件を探索する。(3)硫黄内包カーボンナノチューブのナノ電気特性評価:平成25年度に引き続き、多探針プローブ法を活用してナノスケールの電気伝導特性を調べていく。(4)一次元硫黄結晶のみの電子物性評価:単一の硫黄内包カーボンナノチューブに電荷を注入して、光吸収/発光分光分析を行い、一次元硫黄結晶の電子状態を明らかにする。平成25年度の本研究課題が、当初予定していたよりも安価な試薬費で進展することができたため、次年度使用額が生じた。平成26年度は、金属化硫黄-金属型カーボンナノチューブおよび金属型硫黄-半導体型カーボンナノチューブの大量合成をめざす。

そのため、平成25年度に生じた次年度使用額は、合成のスケール・アップに必須となる消耗品類の購入費として使用する。具体的な消耗品費の明細を以下に示す。1.合成用試薬(カーボンナノチューブ、硫黄など)2.電気炉用消耗品やガラス器具類などの大量合成に必要な器具類
繰り返し感染あるいは再燃患者における脳マラリア抵抗性機序のマウスモデルによる解析

準免疫状態あるいは再燃マラリア患者における脳マラリア(CM)の発症は稀であるものの、流行域ではしばしば問題となる。流行域における成人はマラリアに対して部分的な免疫を獲得しているため、子供に比べてCMに対して抵抗性を持つ。しかし、CMから宿主を守るのに十分な免疫を獲得するために何回の感染が必要なのかは未だに不明である。本研究で2系統のマウス(B6、Balb/c)に02回の事前感染と治療のサイクルを繰り返した後、104個のPlasmodium berghei ANKAに感染させ、以下を明らかにした。(1)2回の事前感染により感受性B6マウスをCMから保護できる、(2)非感染および1サイクル事前感染マウスにおいてCMの病態に違いは見られない、(3)CD8 T細胞、血液脳関門レギュレーター・アンジオポエチン-1(ANG-1)とアンジオポエチン-2(ANG-2)および遊離ヘムがCMの病態に関係する。脳マラリアの発症機構を解明し、その治療法を開発することを目的とした。まず、種々のマウス系統を用いて非免疫マウス、再燃マウス(感染マウスに抗マラリア薬を投与し、回復したマウス)、準免疫マウス(多少の免疫を獲得したマウス)を作製した。さらに、B6系統およびCBA系統の再燃マウスはマラリア感染後2126日で死亡することが分かった。赤血球寄生率(パラシテミア)は低く、貧血症状も見られなかったことから、それらの死亡原因は脳マラリアであると考えられた。そのことは、組織学的な検死と血液脳関門の破綻によって確認した。一方、Balb/c系統の再燃マウスはマラリア感染後、34日目で死亡した。これらは、高いパラシテミアと重症貧血(ヘモグロビン濃度<5g/dL)を示したことから、重症貧血が原因で死亡したと考えられる。同様の結果は、準免疫状態のマウスでも見られた。これらは、薬剤投与によって作製した再燃マウスおよび準免疫マウスにおいて、脳マラリアが発症することを示唆している。脳マラリアに対して耐性であることが知られているBalb/cマウスにマラリア原虫を感染させ、さらにヘムを投与した場合、それらは2週間以内にほぼ全滅することが分かった。また、抗酸化剤であり、かつヘムを分解することが知られている還元型グルタチオン(GSH)の合成阻害剤であるブチオニンスルホキシミンを投与したBalb/c系統もマラリア感染後、2週間以内に全滅した。これらの結果は、抗酸化剤および抗炎症剤が脳マラリアに対する治療に応用できることを示しているが、今後、治療効率や安全性などを解明する必要がある。脳マラリアを発症したマウスでは、脳マラリアを発症していないマウスに比べ、有意に遊離ヘム濃度が高いことが明らかになった。先の結果と合わせて、脳マラリア発症におけるヘムの関与が考えられる。今後、その詳細を解析する予定である。準免疫状態(多少の免疫を獲得している状態)あるいは再燃マラリア患者における脳マラリア(CM)の発症は稀であるものの、流行域ではしばしば問題となる。本研究で、われわれはCMを理解し、治療方法を開発するために、準免疫状態および再燃マラリアのマウスを用いたCMモデルを開発した。準免疫マウスにおけるCMを評価するため、2系統のマウス(B6、Balb/c)に02回の事前感染と治療のサイクルを繰り返した後、10^4個のPlasmodium berghei ANKAに感染させ、以下を明らかにした。(1)非免疫および準免疫B6マウスはCMになるが、再燃マウスはならない、(2)事前感染は耐性Balb/cマウスのCMに対する感受性に影響しない、(3)2回の事前感染により感受性B6マウスをCMから保護できる、(4)非感染および1サイクル事前感染マウスにおいてCMの病態に違いは見られない、(5)αβCD8 T細胞、血液脳関門レギュレーター・アンジオポエチン-1(ANG-1)とアンジオポエチン-2(ANG-2)および遊離ヘムがCMの病態に関係する、(6)抗酸化剤およびヘムキレーターはCMの治療法として有効である。
禁酒運動と近現代日本の地域・職域社会―日本禁酒同盟資料館史料を通して

禁酒運動の地域社会への拡がりについて、2018年5月12日の社会事業史学会第46回大会(於東洋大学)で、研究報告「禁酒運動と農村対策ー1930年代後半の東北地方への運動と背景」を行い、その内容は、同年9月、論文「日本国民禁酒同盟と農村対策ー御大典禁酒村から時局匡救、東北救済へ」として『社会事業史研究』54号(2018年9月)に掲載された。同報告、同論文は、日本国民禁酒同盟(1920年創立)の「一市町村一禁酒会」の構想に基づいた農村における禁酒村設置の構想と実践を扱った。同同盟は1928年の昭和天皇の即位御大典以来、各市町村に禁酒会を必ず設ける構想を有し、この時期に禁酒村が多数設けられた。昭和恐慌や1934年の東北地方冷害に際しても御大典時と同様の構想が保持された。そのことを通して禁酒村と国家間の間で活躍した同盟の独自性の重要性を指摘した。職域社会への拡大について、炭鉱禁酒会の動向は本年も多角的な分析を続けた。2018年5月26日、日本科学史学会第65回年会(於東京理科大学)で、研究報告「アルコール医学と地域産業社会ー九州帝大医学部教授、大平得三の禁酒運動から」を行った。同報告は、九州帝大医学部教授の大平得三の禁酒啓蒙と研究を論じた。特に福岡の炭鉱地帯に代表される地域産業社会と医学者の啓蒙活動の関わり方などを考察した。さらに、2018年12月22日は、福博企業家史研究会(於九州産業大学)で口頭発表「深川正夫の労務管理思想と実践ー三池争議後の対応から産業報国会参加へ」を行ったほか、現在、論文“The Temperance Movement and Labor Management in Coalmining Areas in the 1920-40s Japan"を執筆中である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。日本禁酒同盟と前身団体の研究について。2015年5月に社会事業史学会大会で報告した「禁酒運動からみた優生学運動ー昭和戦前期の日本国民禁酒同盟の動向から」をもとに、論文の第1稿の執筆を終え、現在は改稿中である。旧日本禁酒同盟資料館所蔵(現在、武蔵野大学所蔵)史料のうち、『禁酒新聞』、『禁酒之日本』の目次データベースの作成は順調である。日本国民禁酒同盟の関係史料の収集も着実に進んでいる。2016年5月30日は国立国会図書館、東京都立図書館で禁酒運動関係の史料を収集した。31日は東京大学明治文庫で、6月1日は防衛省研究所資料閲覧室で禁酒運動関係の史料を閲覧し、前者は写真撮影を、後者は複写の手続きをとった。加えて、日本国民禁酒同盟の前身団体である、日本禁酒同盟の関係史料の調査も実施した。具体的には、2016年8月1日から3日は、青山学院大学資料センターで、同センターの所蔵が最も豊富である、禁酒雑誌『国の光』の目次や記事の複写を行った。それ以外でも関連史料や文献の読解と収集は、継続して行っている。申請研究の基礎的研究、周辺研究について。中央公論新社の依頼を受け、解題「日記風回想録としての『木佐木日記』:新出史料から読む刊行の背景と意図」(『木佐木日記(下)』、2016年)を新出史料を踏まえ執筆した。2016年7月30日、日本科学史学会生物学史分科会の生物学史研究会が、拙著『日本が優生社会になるまで』(勁草書房、2015年)合評会を開催した。横山は著者として質疑に応答した。4人の評者の書評と併せ、2017年内に『生物学史研究』96号に掲載される。日本科学史学会の『科学史研究』編集委員会から依頼され、由井秀樹『人工授精の近代』(青弓社、2015年3月)の書評を執筆し、2017年4月に『科学史研究』281号に拙著書評とともに掲載された。日本禁酒同盟と前身団体の研究について、戦時中を中心とした禁酒運動と優生学の関連性を論じた論文`Eugenics seen from Temperance Movement in Prewar JapanーFocused on the movement of the National Temperance League of Japan'があり、年内には投稿できると思われる。さらに、九州の三井田川炭鉱を中心とした禁酒運動、大平得三など医師を中心とした禁酒運動についても、過去の学会発表を踏まえ、論文化の作業を進めているため、論文執筆作業については、一応順調と思われる。旧日本禁酒同盟資料館所蔵(現在、武蔵野大学所蔵)史料のうち、『禁酒新聞』、『禁酒之日本』の目次データベースの作成も情報量は膨大であるものの、着実に作業を進めている。すでに、旧日本禁酒同盟資料館所蔵の史料の多くは写真撮影を済ませており、今後の論文執筆や学会発表の基盤となることは間違いない。この点も研究進捗が順調とする理由になろう。また、前身団体の関連史料の収集が想定以上に進んだことも収穫であった。「日記風回想録としての『木佐木日記』ー新出史料から読む刊行の背景と意図」

(『木佐木日記(下)』、中央公論新社、2016年)や拙著『日本が優生社会になるまで』の合評会原稿、書評など、申請研究の基盤・周辺に関する事項について、形になる成果が出せたことは、上記の成果に想定以上の良好な結果が加わったと評価してよいものと思われる。2018年3月に、“On Eugenic Policy and the Movement of the National Temperance League in Prewar Japan" (Historia Scientiarum Vol.28 No.3)を発表した。日本禁酒同盟資料館史料から、昭和戦前期の日本国民禁酒同盟と優生学運動の関わりを論じた。同同盟媒体、婦人部や医師禁酒会、地方禁酒会への優生学の影響、同同盟の厚生省への禁酒政策への提言、国民優生法審議における禁酒同盟の影響、その後の禁酒同盟と優生政策担当者の関係の深まりを明らかにした。これら同同盟の禁酒啓蒙や教育のあり方から、アルコール問題の厚生行政や社会福祉への包摂、今日の酒害の宣伝への影響を見通した。「山本作兵衛と日鉄二瀬禁酒聯盟」(『エネルギー史研究』33号、2018年3月)では、福岡県出身の炭坑労働者、炭鉱記録画家、山本作兵衛と彼が1934年2月から所属した日鉄二瀬禁酒聯盟(33年10月発足)の関係を論じた。福岡県では20年代から30年代にかけて多くの炭坑禁酒会が組織され、禁酒宣伝、講演会、禁酒貯金、採炭能率向上などを訴え、多くの会員を獲得した。日鉄二瀬禁酒聯盟は三井田川に次ぐ規模の炭坑禁酒会として敗戦期まで活動した。その実態を、日本禁酒同盟資料館史料を駆使して解明した。一方、山本作兵衛の日記を通して彼の入会、禁酒活動も解明した。ただし作兵衛は二年程度で会から遠ざかるなど模範的な禁酒会員ではなく、それらを通して炭鉱禁酒会の流動的性格を示唆した。これら以外には、研究会報告として、福博企業家史研究会で「福岡県の炭鉱禁酒会ー三井田川禁酒会を中心に」という口頭発表も2017年10月に行った。上記の報告には、進行中の『禁酒運動』、『禁酒之日本』の目次データベースの情報が極めて有用であった。来年度以降の準備作業も順調に進んでいる。2018年3月に東京の三井文庫で史料調査を実施した。炭鉱禁酒会の背景にある三井鉱業の労務管理のあり方を調べるためである。来年度以降の論文、研究発表につなげられるだろう。また、禁酒運動と優生学、産業と双方の接点を有するものとして、産業衛生と禁酒の関係についても研究を進めている。現在、2018年5月に「アルコール医学と地域産業社会ー九州帝大医学部教授、大平得三の禁酒運動から」を日本科学史学会総会で報告する準備を進めている。また、昨年度は、農村における禁酒運動の展開を解明する作業にも取り組み始めた。2018年5月は社会事業史学会大会で「禁酒運動と農村対策ー1930年代後半の東北地方への運動と背景」という研究報告を行う予定であり、その準備のため、2018年2月の京都で史料調査を同志社大学などで実施した。今年度の業績に加え、来年度以降の業績発表の準備も進んでいることから、おおむね順調に進展していると評価できる。禁酒運動の地域社会への拡がりについて、2018年5月12日の社会事業史学会第46回大会(於東洋大学)で、研究報告「禁酒運動と農村対策ー1930年代後半の東北地方への運動と背景」を行い、その内容は、同年9月、論文「日本国民禁酒同盟と農村対策ー御大典禁酒村から時局匡救、東北救済へ」として『社会事業史研究』54号(2018年9月)に掲載された。
温度応答性ナノ相分離表面の創製と細胞の接脱着制御に関する基礎研究

温度応答性ブロック共重合体を基板表面に被覆することで、細胞の接着・脱着制御することが可能な温度応答性表面の作製について検討した。コーティング層の高分子量、膜厚および温度応答性高分子の鎖長は細胞の接着・脱着制御に重要な因子であることが明らかとなった。これらの因子を最適化することで、培養皿一面に培養した細胞を温度応答性高分子の相転移温度以下の温度で低温処理することで、シート状の組織として回収することに成功した。RAFT重合により分子量制御した疎水性高分子鎖であるPBMAを合成した。得られたPBMAをマクロRAFT剤としてPIPAAmを連結したブロックコポリマーを調製した。有機溶媒に溶解したブロックポリマーをポリスチレン基材表面にスピンコートし、乾燥することで高分子被覆基板を作製した。この際、ポリマー濃度や回転数が及ぼす基板表面の特性の違いについて、全反射型フーリエ変換赤外分光(ATR/FT-IR)法等により評価した。また、ウシ血管内皮細胞を用いて温度変化(20°Cおよび37°C)にともなう高分子修飾基板への単一細胞の接着・脱着挙動について検討した。ATR/FT-IR法により基板上に存在するPPAAm量を測定し、ブロックポリマーを基板上に簡便かつ安定に被覆できることがわかった。一方、PIPAAm鎖のLCST以上である37°Cで作製した基板上に細胞が接着することが確認された。さらに細胞が接着した基板に20°Cの低温処理を施すことで、基板表面からの細胞の脱着が観察された。以上より、本手法により細胞の接着・脱着を温度変化で制御できるインテリジェント表面を構築できることが明らかとなった。今後、表面に導入する高分子の化学組成や分子量が及ぼす表面上への細胞の接着・増殖挙動を検討する。本研究では温度応答性高分子であるpoly (N-isopropylacrylamide) (PIPAAm)と疎水性高分子であるpoly (n-butyl methacrylate) (PBMA)を連結したブロック共重合体を調製し、基板表面に薄膜状態で被覆することで、PIPAAmの下限臨界溶液温度(LCST)を境とした温度変化で細胞の接着・脱着の制御を実現する簡便な温度応答性表面の作製技術について検討した。分子量制御したPBMA-b-PIPAAm(分子量25000,BMA/IPAAm:79/120)を有機溶媒に溶解し、市販の細胞培養用ポリスチレン表面にスピンコートすることで高分子被覆基板を作製した。ポリマー濃度を変化することで、表面PIPAAm量および高分子層の膜厚を制御することが可能であった。IPAAmホモポリマーと異なり、PBMAを連結することで基板表面に修飾した高分子層の水中安定性を劇的に向上させることに成功した。また、ウシ血管内皮細胞を用いて温度変化(20°Cおよび37°C)にともなう高分子修飾基板への細胞の接着・脱着挙動について検討した。37°Cにおける細胞の表面接着性は、PIPAAm量および膜厚の増加にともない減少した。これに対して、20°Cの低温処理における細胞の自発的な剥離挙動は、PIPAAm量および膜厚の増加にともない促進した。PIPAAm量および膜厚を最適化することで、コンフルエント状態まで培養した細胞をシート状の組織として回収することが可能となった。以上の結果より、温度応答性ブロック共重合体を表面にナノスケールの膜厚でコーティングすることで、温度変化による細胞シート回収が可能な温度応答性細胞培養基材を作製できることが明らかとなった。
受容体型チロシンホスファターゼによる新たな標的認識機構の解明

神経細胞は、軸索側枝を形成することで、標的である複数の神経細胞へ同時に投射することができる。軸索側枝は様々な領域の神経回路で見られるが、その形成過程の分子機構については報告が少なく、未だ不明な点が多い。申請者らは、これまでに、皮質脊髄路が橋核に伸ばす軸索側枝の形成に、受容体型チロシンフォスファターゼが関与していることを見出している。本研究では、受容体型チロシンフォスファターゼを介した軸索側枝形成の分子機構を明らかにすることを目的としている。今年度は、以下の結果を得た。(1)前年度に同定した相互作用分子に関して、受容体型チロシンフォスファターゼとの結合様式を詳細に解析した。いくつかの分子は糖鎖修飾を受けることが知られているので、糖鎖修飾を受けない変異体を作製し、受容体型チロシンフォスファターゼとの結合を検討したところ、結合が見られなくなった。このことから、糖鎖がこれらの分子と受容体型チロシンフォスファターゼとの結合に必要であることが明らかとなった。受容体型チロシンフォスファターゼには細胞外領域に4種類のスプライスバリアントが存在し、バリアントごとに結合する分子が異なることが知られている。同定された分子との結合にバリアント選択性があるかどうかをpull-down法を用いて検討したところ、これらの分子は受容体型チロシンフォスファターゼの特定のバリアントと強く結合することが明らかとなった。(2)相互作用分子のいくつかについて、RT-PCR法でmRNAの発現を確認したところ、側枝形成時期に皮質脊髄路起始細胞に発現しているものがあった。子宮内電気穿孔法を用いて、これらの遺伝子をノックダウンしたところ、橋核に伸ばす側枝の数や長さに影響をおよぼすものがいくつか見つかった。このことから、受容体型チロシンフォスファターゼがこれらの分子と結合することで、側枝形成が誘導される可能性が出てきた。このことにより、神経活動の協調的活動が可能となる。軸索側枝は脳内の様々な領域の神経回路で見られる現象であるが、軸索側枝形成の分子機構については未だ不明な点が多い。申請者らは、これまでの研究から、皮質脊髄路(錐体路)から橋核への軸索側枝形成に、受容体型チロシンフォスファターゼのLARが関与している可能性があることを見出している。本研究は、LARを介した軸索側枝形成の分子機構を明らかにすることを目的としている。1)側枝形成時期に優位に発現するLARのスプライスバリアントの解析:LARの細胞外領域には4種類のスプライスバリアントが存在し、バリアントごとに結合する分子が異なることが知られている。側枝形成時期の皮質脊髄路起始細胞で発現しているLARのバリアントを、定量RT-PCRで検討した。その結果、4種類存在するスプライスバリアントのうち、2種類が優位に発現していることが明らかとなった。2)LARの相互作用分子の同定:側枝形成時期に優位に発現しているバリアントのLARを用いて、相互作用分子の探索を行った。LARの細胞外領域にFcを融合させたタンパク質を精製し、アフィニティカラムを用いて、脳全体もしくは橋核の抽出物からLARと結合する候補分子を同定した。これらの分子のうち、膜タンパク質と分泌タンパク質に関して、LARとの結合をPull-downを用いて検討したところ、数種類の分子がLARと直接結合することが明らかとなった。当初の計画通り、側枝形成時期に優位に発現しているLARのスプライスバリアントを決定することができ、さらに、LARを介した側枝形成に関与する可能性がある候補分子をいくつか得ることができたため。

(2)相互作用分子のいくつかについて、RT-PCR法でmRNAの発現を確認したところ、側枝形成時期に皮質脊髄路起始細胞に発現しているものがあった。子宮内電気穿孔法を用いて、これらの遺伝子をノックダウンしたところ、橋核に伸ばす側枝の数や長さに影響をおよぼすものがいくつか見つかった。このことから、受容体型チロシンフォスファターゼがこれらの分子と結合することで、側枝形成が誘導される可能性が出てきた。今後は以下の解析を進めていく。1)リガンド候補分子との相互作用の、より詳細な解析:直接結合することが確認できたリガンド候補分子について、LARとの結合様式(transまたはcis結合)や、LARと結合する領域を同定する。2)リガンド候補分子の側枝形成への関与の検討:培養神経細胞でリガンド候補分子を過剰発現もしくはノックダウンした時に、側枝形成にどのような影響を及ぼすかを検討する。3)リガンド候補分子の生体脳での側枝形成への関与の検討:皮質脊髄路起始細胞や橋核へ遺伝子を導入し、これまでの実験で得られたリガンド候補分子の側枝形成への関与を、実際の脳内で検証する。4)LARの活性が軸索内細胞骨格に与える影響の検討:軸索側枝の出芽はアクチン繊維の集積に始まり、フィロポディアができた後、メインの軸索内の微小管プラス端が進入することで終結する。LARとリガンド候補分子を相互作用させた時に、これらの細胞骨格の動態に影響を及ぼすかを検討する。
新規マクロポーラス脱硫剤の製造とその高温脱硫特性

ガス化複合発電、トッピングサイクル発電などの高効率発電の効率向上に不可欠なH_2S、SO_2などの硫黄化合物の高度脱硫を達成するには、石炭の事前脱硫と高温脱硫を組み合わせたシステムが必要であるという観点から、大別して以下の2項目に重点をおいて研究を実施した。(1)マクロポーラスCaO粒子の新規調製法の開発とそのH2S除去特性(2)石炭の熱分解・燃焼に伴う硫黄発生挙動と事前処理法の検討その結果、(1)に関しては、石灰石を10μm程度に微粉砕し、水蒸気中で900°Cまで昇温・シンタリングする方法、CaOあるいはCa(OH)_2-水スラリーを加熱焼成する方法によって、800mm程度のマクロ孔を有する1mm程度のCaO粒子を調製することに成功した。次に、調製した脱硫剤の脱硫性能を検討するため、H_2SあるいはSO_2の除去速度及び脱硫剤利用率を測定した。その結果、これまで使用されてきた1mmの石灰石を焼成して得られた既存の脱硫剤と比較して、数十倍のH_2S脱硫速度を示すとともに利用率が1に達することを見いだし、本法で調製したマクロポーラス脱硫剤が非常に高性能であることを確認した。一方、(2)に関しては、褐炭などの低品位炭の前処理法としては、H_2O_2による液相酸化処理とCaあるいはFeのイオン交換担持処理とを組み合わせた方法が有効であることを明らかにした。提案した前処理法によって、褐炭中の各種含有形態の硫黄化合物はスルフォキシド、スルフォン、スルフォン酸などのように低温から分解しやすい形態に変化する。同時に、H_2O_2処理によって生成したカルボキシル基がCaの担持サイトとなりCa担持量が増加する。これらの効果が相重なって、熱分解持に低温で発生する硫黄をCaOの形で捕捉し、硫黄の発生を大きく抑制できることが示された。今後、事前処理-高温脱硫の最適な組み合わせについて詳細に検討していく予定である。現在、鋭意開発中のガス化複合発電、トッピングサイクル発電などの高効率発電において、高温(800°C以上)乾式脱硫技術の確立は必要不可欠である。しかしながら、現在想定されている1mmの石灰石あるいは生石灰では、脱硫反応、酸化反応時の体積変化により粒子表面付近で閉塞し、脱硫・酸化反応が進行しないという大きな問題点を有しており、高性能の高温脱硫剤の開発が望まれている。本研究では、これらの開発に対しマクロ孔を多量に有するCaOを調製できれば迅速に高温脱硫しかつ100%Caを利用できるのではないかという着想に基づいて各種方法によってマクロポーラスなCaO粒子の調製に関する研究を実施した。本年度は、マクロポーラス脱硫剤の製造法として1)石灰石を10μm程度の微粉砕し水蒸気中で900°Cまで昇温・シンタリング、2)CaCl_2を少量添加して加熱によるシンタリング、3)有機カルシウム塩を加熱分解、4)CaOあるいCa(OH)_2-水スラリーを加熱焼成の計4種類の方法を提案した。いずれの方法も800μm程度のマクロ孔を有する1mm程度のCaO粒子を調製することに成功した。

その結果、これまで使用されてきた1mmの石灰石を焼成して得られた既存の脱硫剤と比較して、数十倍のH_2S脱硫速度を示すとともに利用率が1に達することを見いだし、本法で調製したマクロポーラス脱硫剤が非常に高性能であることを確認した。今後、脱硫剤の強度等を含めた検討を実施していく予定である。ガス化複合発電、トッピングサイクル発電などの高効率発電の効率向上に不可欠なH_2S,SO_2などの硫黄化合物の高度脱流を達成するには、石炭の事前脱流と高温脱硫を組み合わせたシステムが必要であるとの観点から、大別して以下の2項目に重点をおいて研究を実施した。(1)マクロポーラスCaO粒子の新規調製法の開発とそのH_2S除去特性(2)石炭の熱分解・燃焼に伴う硫黄発生挙動と事前処理方の検討その結果、(1)に関しては、石炭石を10μm程度の微粉砕し水蒸気中で900°Cまで昇温・シンタリングする方法、CaOあるいはCa(OH)_2-水スラリーを加熱焼成する方法によって、800mμ程度のマクロ孔を有する1mm程度のCaO粒子を調製することに成功した。次に、調製した脱硫剤の脱硫性能を検討するため、H_2SあるいはSO_2の除去速度及び脱硫剤利用率を測定した。その結果、これまで使用されたきた1mmの石灰石を焼成して得られた既存の脱硫剤と比較して、数十倍のH_2S脱硫速度を示すとともに利用率が1に達することを見いだし、本法で調製したマクロポーラス脱硫剤が非常に高性能であることを確認した。一方、(2)に関しては、褐炭などの低品位炭の前処理法としては、H_2O_2による液相酸化処理とCaあるいはFeのイオン交換担当処理とを組み合わせた方法が有効であることを明らかにした。提案した前処理によって、褐炭中の各種含有形態の硫黄化合物はスルフォキシド、スルホン、スルホン酸などのように低温から分解しやすい形態に変化する。同時に、H_2O_2処理によって生成したカルボキシル基がCaの担持サイトとなりCa担持量が増加する。これらの効果が相俟って、熱分解時に低温で発生する硫黄をCaSの形で捕捉し、硫黄の発生を大きく抑制できることが示された。今後、事前処理-高温脱流の最適な組み合わせについて詳細に検討していく予定である。