hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マイクロマテリアルのナノオーダ疲労き裂伝ぱに関する研究

近年、マイクロマシンが自動車、航空機、人工衛星、生体医学など様々な分野に応用され、それらの設計寿命が10年を超えることもしばしばある.その際、マイクロマシンに使用されるマイクロマテリアルの損傷機構や強度信頼性に関する情報は極めて重要である.一方、材料の寸法がミクロン・ナノメーター迄に減少される場合、体積に比べて表面積の割合が大きく環境の影響が受けやすくなり、バルク材料と著しく違った物性や力学的性能を示すことは多くの研究によりすでに明らかにされている.また、疲労に(直接・間接)起因したマイクロマテリアルの破壊は全体の約9割を占めているため、一旦発生したき裂が従来のバルク材料における疲労限界速度、1nm/cycleで進展した場合、数千サイクルの問にマイクロデバイスが破壊されてしまう。即ち、寿命・予寿命予測可能な信頼性のあるマイクロシステムの実現にあたっては、1nm/cycle以下のき裂伝ぱ特性を把握することが極めて重要である。しかしながら、1nm/cycleより遅い速度で伝ぱする疲労き裂の伝ぱ特性を解明する際、従来の疲労試験法では長い歳月が要し現実的ではない。本研究では、超音波疲労実験法を利用して、代表的マイクロマテリアルであるアルミ合金とニッケル基超合金におけるナノオーダ疲労き裂伝ぱ特性、とくにき裂伝ぱ下限界の有無について調べた。また、本合金のナノオーダ疲労き裂伝ぱ特性に及ぼすひずみ速度の影響を疲労破壊機構の観点から検討した。さらに、実用上重要となる環境(湿度・温度)の影響を明らかにした。本研究では、0.1nmの形状精度を持つ原子間力顕微鏡(AFM)を用いて、代表的マイクロマテリアルであるシリコンとニッケル単結晶における1nm/cycle以下の速度で伝ぱするき裂の伝ぱ特性、とくにき裂伝ぱ下限界の有無について明らかにすると同時にそれに及ぼす環境(湿度・温度)の影響、さらにき裂先端の塑性変形場との相互作用について実験調査および理論解析をおこなうことを目的としている。実験はモードI平面ひずみ負荷条件下である一定の初期応力拡大係数幅ΔK_0=CΔσ√<πa>からはじまり、き裂伝ぱ速度da/dN【less than or equal】10^<-15>m/cycleとなるように段階的に・Kを切下げる。毎回の・Kの下げ幅は5%に設定する。き裂のAFMその場観察は最大負荷がかけた状態下で一定の応力繰返し間隔で実施する。き裂先端位置は開口量により判断する。き裂先端の応力場は有限要素法により計算する。負荷の制御および検出は自動追尾制御装置(超音波工業製・新規)とコンピュータ(ソニー製・新規)制御によって実現する。負荷のキャリブレーションは原子間力顕微鏡のピエゾ力センサーによりおこなう。なお、試験片表面には場所識別のパターンを微細加工中に施す。現段階では、試験片の設計および試作を終え、テスト疲労試験を行っている。初期疲労試験の結果を踏まえて試験片の最適化を図り、再度試験片の製作を行い、マイクロマテリアルのナノオーダー疲労き裂伝ぱ特性について調べる。近年、マイクロマシンが自動車、航空機、人工衛星、生体医学など様々な分野に応用され、それらの設計寿命が10年を超えることもしばしばある.その際、マイクロマシンに使用されるマイクロマテリアルの損傷機構や強度信頼性に関する情報は極めて重要である.一方、材料の寸法がミクロン・ナノメーター迄に減少される場合、体積に比べて表面積の割合が大きく環境の影響が受けやすくなり、バルク材料と著しく違った物性や力学的性能を示すことは多くの研究によりすでに明らかにされている.また、疲労に(直接・間接)起因したマイクロマテリアルの破壊は全体の約9割を占めているため、一旦発生したき裂が従来のバルク材料における疲労限界速度、1nm/cycleで進展した場合、数千サイクルの間にマイクロデバイスが破壊されてしまう。

しかしながら、1nm/cycleより遅い速度で伝ぱする疲労き裂の伝ぱ特性を解明する際、従来の疲労試験法では長い歳月が要し現実的ではない。本研究では、超音波疲労実験法を利用して、代表的マイクロマテリアルであるアルミ合金とニッケル基超合金におけるナノオーダ疲労き裂伝ぱ特性、とくにき裂伝ぱ下限界の有無について調べた。また、本合金のナノオーダ疲労き裂伝ぱ特性に及ぼすひずみ速度の影響を疲労破壊機構の観点から検討した。さらに、実用上重要となる環境(湿度・温度)の影響を明らかにした。
B-S結合をもつ有機ホウ素化合物によるα,β-不飽和カルボニルモノマーの重合

α,β-不飽和カルボニルモノマーのMichael付加型反応による重合を検討するためチオフェノールとベンゼンスルフィン酸によるアクリル酸エステルの重合についてしらべたところ比較的低温ですみやかに重合が進行することを確認した。次に有機ホウ素化合物による重合を検討するため、トリブチルホウ素による重合を検討した。アクリル酸エチル-60°Cでもすみやかに重合し、ヒドロキノンによる重合禁止作用が認められないことから、この重合においては生長末端がラジカル種ではないことがわかった。速度論的な解析においても非ラジカル機構で反応が進行することが確認され、開始反応はトリブチルホウ素のモノマーへのMichael付加型反応によることがわかった。生長反応はジブチルホウ素が生長末端を移動するグループトランスファー重合と同様な機構で進行するものと推定されるが、この生長末端は不安なために2分子停止しやすいと考えられ、リビング重合に見られるような、重合率の増加にともなう分子量の増大は認められなかった。また、9-ボラビシクロ〔3.3.1〕ノナン(9-BBN)を開始剤としたときも同様にアクリル酸エステルは重合し、N-フェニルマレイミドも重合した。次いでジブチルフェニルチオボランを合成して、これを開始剤とする重合を検討した。このホウ素化合物はα,β-不飽カルボニルモノマーとMichael付加型反応が進行することが認められ、重合を開始することがわかった。
光誘起変形する高分子膜に関する研究

高分子材料の形状を光照射により可逆的に変形させることができれば、光一力学エネルギートランスデュサーへの利用のみならず、光駆動分子バルブ等光駆動分子素子への応用・展開が期待される。本研究では、大きく光変形し、かつ速い応答速度を持つ高分子材料の作成をめざし、光イオン解離する官能基をもつ高分子ゲルを作成した。光イオン解離により、ゲル中の固定電荷数が変化し、その結果ゲル内の浸透圧が増減し、ゲルが膨潤・脱膨潤すると考えられる。トリフエニルメタンのロイコ体を14モル%含むアクリルアミドゲルを合成し、水中において膨潤平衡にしたのち、紫外光を照射すると、ロイコ体はイオン解離し、その結果ゲルは1015倍に膨潤し、またその寸法は2.02.5倍拡大した。棒状ゲルを作成し、片側のみから光照射し、屈曲速度を測定した所、先端へ変位速度は0.3mm/min程度の値が得られた。光照射を止めると、ゲルはゆっくりと(0.3mm/n)、元の形状へ回復した。このゲルを含むポソビニルアルユール膜を用いて、水透過性の光制御を実現した。光応答速度を加速することをめざして、電場効果を検討した。棒上ゲルに対して、短軸方向に10V/cmの電場を印加した状態の所へ光照射すると先端位置の変位速度は、20倍以上加速された。電場をとりのぞいたあとの回復速度は、600倍以上の加速がみられた。電場下、光照射による変形速度は印加電圧,添加塩濃度に依存し、【10^(-3)】MのNaClを添加するとゲルの先端は、3mm/secで変位することが認められた。以上、大きく変形し、かつ速い応答速度を持つ高分子材料を設計するための基礎となる知見が得られた。
大学生における運動習慣の形成が自律神経機能とメンタルヘルスへ及ぼす効果

本研究は、大学新入生を対象として運動習慣の形成が自律神経機能とメンタルヘルスへ及ぼす効果を明らかにすることを目的とした。入学前1年間に運動を習慣的に継続していた新入生は、入学後の生活環境に対する生体ストレス応答が少なく抑うつ傾向の変化は認められなかったが、運動習慣の未形成であった新入生は、生体ストレス応答の増大と抑うつ傾向の高進が認められた。新入生にとって運動習慣の形成は、生活のリズムを整えてメンタルヘルスを良好に保持し学業成績の向上にも重要であることが本研究により明らかとなった。国家的課題である運動習慣の形成による心身の健康の保持・増進は、全ての生活領域に抱合され累年的規定性を有しているため、大学教育において運動の習慣化を実現できる力量形成を意図した教育実践が急務である。子どもから大人までメンタルヘルスに問題を抱える者が増加している我が国において、高等教育における最終学歴に属し、社会人として就職・結婚・家庭など新しい生活を間近に控えている大学生を対象とする精神的健康の保持・増進に焦点を当てた実践的研究は緊急な課題と位置づけられる。平成24年度では、大学生12名を対象として運動習慣の形成の有無が身体的・心理的ストレッサー(非利き手の箸操作による豆移動課題、利き手筆記による計算課題である内田クレペリン作業課題、安静対照実験)に対する生体の応答と回復過程に及ぼす効果について、心拍変動パワースペクトル解析による自律神経活動指標、唾液アミラーゼ活性度、POMS法による気分変化とVAS法によるストレス度、ストループテスト法による認知機能(選択注意・抑制性)の評価を実施した。本年度の実験的研究の結果、運動習慣を形成している学生は、利き手筆記による計算課題である内田クレペリン作業条件においてストレスの受容過程で主観的ストレスを抑制する効果を示すことが認められた。また、運動習慣を形成している学生は、非利き手の箸操作による豆移動課題条件におけるストレス受容過程で疲労感増加の抑制効果が示すことが認められた。さらに、運動習慣を保持することでストレス増加に伴う認知機能の低下を抑制する可能性が示唆された.本年度の研究成果として、大学生における運動習慣の構築は身体的・心理的ストレッサーに対する抵抗力を高める効果があることが明らかとなった。当該研究の最終年度は、2つの課題に絞って実施した実験的研究の成果について、まとめて発表した。(1)運動の習慣化へ及ぼす音楽聴取の効果:運動の習慣化の促進要因として音楽聴取に着目した。運動中の音楽聴取が楽聴取が自律神経活動と気分プロフィールに与える効果を明らかにすることを目的として,非鍛錬大学生10名(男性5名,女性5名)を対象に30分の自転車運動中に,被験者の好みの音楽を聴取する聴取実験と音楽を聴取しない対照実験を最低1週間の間隔を空けて実施した.その結果,自律神経活動指標である心拍変動は聴取実験と対照実験の間に有意な差は認められなかった一方で,唾液アミラーゼ活性値は聴取実験において有意な増加を示し(p<0.05),また唾液コルチゾール濃度は対照実験において有意な減少を示した(p<0.05).気分プロフィール調査における,疲労と混乱のネガティブな感情が聴取実験においてのみ有意な減退を示した(p<0.05).本研究により,運動中に音楽を聴取することにより運動前のネガティブな感情が緩和される効果が示唆された.(2)運動の習慣化が及ぼす認知機能への効果:運動習慣が形成されている大学生において、学業成績の向上の基盤となりうる認知機能に着目した。持久的運動と間欠的運動を比較し,負荷の強弱変化が認知機能に及ぼす影響を明らかにすることを目的として、運動習慣の形成されている大学生8名を対象として2種類の運動負荷実験を実施した。その結果、運動の種類に関わらず,主観的な疲労感の増加に伴い認知処理速度が向上することが確認された.間欠的運動は,持続的運動と比較して、抑制機能を向上させ,その一方で注意の切り替えを散漫にさせることが示唆された.本研究は、大学新入生を対象として運動習慣の形成が自律神経機能とメンタルヘルスへ及ぼす効果を明らかにすることを目的とした。本研究は、大学生における運動習慣の形成が自律神経機能を介してメンタルヘルスへ及ぼす効果を解明して、教育プログラムの改善へ寄与することを目的としている。平成23年度における研究の成果として、1)、大学新入生の入学以前1年間の運動習慣の有無(質問法)と前期開始時と終了時における安静時の総自律神経活動量、交感神経・副交感神経バランスとメンタルヘルスとの関連を評価した。その結果、運動習慣群は、非運動習慣群と比較して、自律神経(副交感神経)活動の抑制を軽減させてメンタルヘルスを良好に保っていることが明らかとなった。2)入学前非運動習慣群における前期4か月間の歩数高値群(1日当たり平均10000歩)は、歩数低値群(平均4000歩)と比較して、安静時の副交感神経活動の低下が抑えられた一方で、両群ともメンタルヘルスへの効果は認められなっかた。

3)入学前における運動習慣群は、学業成績が優良でメンタルヘルスの良好項目が高かったのに対して、非運動習慣群は学業成績の不振学生が多く、安静時の交感神経活動の緊張が認められてメンタルヘルス不良項目の多いいことが明らかとなった。4)精神的ストレス(内田クレペリン精神検査)受容後の自律神経活動と気分変化について、3拍子と4拍子のそれぞれで構成された音楽の聴取が与える効果を評価した結果、3拍子の音楽聴取が副交感神経活動とリラックス感を促進する効果があることを明らかにした。本研究の成果により、大学新入生の入学前における運動習慣の形成は、入学後のメンタルヘルスと学業成績を良好に保つ要因であり、自律神経機能が重要な役割を果たしていることがが明らかとなった。交付申請書に記載された平成24年度に実施する研究内容に関する実験敵データ収集・分析が完了して、論文化が進行している。交付申請書に記載された平成23年度に実施する研究内容については、全て遂行されてデータ収集・分析が完了しており、論文化が進行している。また、積雪寒冷期の身体活動量の変動の影響を明らかにするために、10月から翌年3月末までの身体活動量モニター(ライフコーダー)、及び、自律神経活動の測定とメンタルヘルス調査を実施して、データ収集が完了している。最終年度(平成25年度)では、身体活動量の測定結果をベースにして、運動習慣の形成度と自律神経機能、及びメンタルヘルスとの関連の詳細な分析を行うことにより、心の健康の保持・増進にとって適切だと推定される運動頻度・強度・時間を含む運動習慣の内容と水準について解析を実施する。また、運動の習慣化のレベルの相違が身体的・精神的ストレッサーに対する抵抗力と回復力、並びに、積雪寒冷期におけるメンタルヘルスの応答へ与える影響を明らかにする。これらの研究成果を踏まえて、メンタルヘルスの保持・増進を意図した大学教育プログラムの改善に貢献するとともに、研究の問題点と今後の課題を明らかにして次期研究プロジェクトの企画に発展させる。平成24年度では、積雪寒冷期の身体活動量の変動の影響を明らかにするために前年度後半(10月から翌年3月末まで)に実施した身体活動量モニター(ライフコーダー)、及び、自律神経活動の測定とメンタルヘルス調査において収集したデータの解析を行う。また、運動習慣の形成が身体的・精神的ストレッサーに対する抵抗力と回復力へ及ぼす効果を解明するために、ランプ負荷自転車運動(身体的ストレッサー)、及び、単純計算作業(心理的ストレッサー)に対する抵抗力と回復力を自律神経機能の測定と唾液アミラーゼ活性度を用いて評価する実験的研究を実施する。最終年度(平成25年度)では、平成24年度に終了した長期(1年間)にわたる身体活動量の測定結果をベースにして、運動習慣の形成度と自律神経機能、及びメンタルヘルスとの関連の詳細な分析を行うことにより、心の健康の保持・増進にとって適切だと推定される運動頻度・強度・時間を含む運動習慣の内容と水準について解析を実施する。
サルを用いた人工視覚の行動学的解析

初年度の研究で網膜を刺激するための適切な電流値(網膜に障害を起こさない電流値)、刺激パターンを決定している。サルで電流刺激によって得られる視覚を判定するために、サルのトレーニングを行った。サルのトレーニング課題を下記に示した。モンキーチェアに補ていしたサルの前面のディスプレイに図形を表示し、その段階でサルは手元のボタンを押す。一定時間(5秒間)図形が表示された後、図形が変化する。図形が同じであればサルはボタンを押した状態を保つ。図形が変化すれば、ボタンを離す。以上のサルのトレーニングを実施した。一方、行動学的に視機能を判定するために、ウサギを用いてトンネル迷路試験を実施した。ウサギの視細胞変性を誘導するために、ヨーソ酸ナトリウムを用いた。ヨーソ酸ナトリウムの静注を1ヶ月の間隔で2回行うことで、視覚誘発電位が顕著に減少した。視細胞変性を誘導しない正常なウサギに比較して視細胞変性を誘導したウサギはトンネル迷路試験で顕著に活動性の低下が観察された。ウサギにバッテリ駆動型の刺激電極を眼内にインプラントし行動学的に視機能を評価するため、バッテリー駆動型刺激電極の眼内へのインプラント手技を検討した。その結果、バッテリー駆動型刺激電極のバッテリー部と刺激電極を結ぶケーブルの強度不足が問題となり、新たにバッテリー駆動型刺激電極を作製した。以上の研究から、サルではヒトと同様の視力検査が可能であること、またウサギを用いることで行動学的評価が行えることが明らかとなった。近年、視覚代用機器の一つとして、人工網膜チップが注目されている。しかしながら、人工網膜チップから得られる人工視覚として、どのような像が得られるかについて明らかにした研究は数少ない。本年度は網膜を電気刺激するための適切な刺激電流、パルス、および刺激パターンについて、ウサギを用いて検討した。ウサギ眼の網膜上に4X4からなる刺激電極をレチナルタックを用いて固定した。刺激電極はケーブルにより外部コンピューターと接続し、様々な電流値、パルス、パターンで網膜を電気刺激した。一次視覚野に記録用電極を埋め込み、誘発電位を記録した。50-600μV,50-16000μsの単層刺激で刺激したところ刺激電流、パルスの増加に伴い、記録される誘発電位は増加した。電位の増加はパルス幅2msでプラトーに達した。さらに刺激周波数と脳内誘発電位の関係を調べた結果、単層刺激では刺激周波数に依存せず、得られる誘発電位は一定であった。一方刺パターンを二層刺激とした場合、刺激周波数の増加に伴い誘発電位の増加が確認できた。以上の結果から、二層刺激が網膜の電気刺激に有用であることが明らかとなった。今回決定した刺激電流値、パルス、パターンを人工網膜チップの基本出力パターンとしサル眼内に人工網膜チップを移植し、視覚機能評価を行う予定である。また、ウサギは容易に全盲とすることが可能であることから、ウサギに対してもインプラントを行い、行動学的に解析する準備を進めている。
発現プロテオミクスに基づいた肝癌再発予測システムの開発

【背景と目的】HCV関連肝細胞癌(HCV-HCC)に対して二次元電気泳動(2DE)と質量分析(MALDI-TOF/MS)を用いたプロテオーム解析を行い、発癌や進行に関与する蛋白の検討および臨床的に血清学的診断マーカーとなり得る血中抗体の検討を行った。【対象】当院にて初回治療として外科的肝切除術を施行したHCV-HCC26例を対象とした。内訳は男性16人、女性10人。組織型は高分化型6例、中分化型15例、低分化型5例。血中抗体の検討にはこのうちの10例の血清を使用した。【方法】すべての標本から癌組織と非癌組織をペアで採取し、それぞれから蛋白を抽出。抽出された蛋白を2DEにて分離し、その発現パターンを癌組織と非癌組織の間で比較した後、両者で発現差のある蛋白スポットをMALDI-TOF/MSにて同定した。また、癌組織中の蛋白と患者血清を反応させ、血中に発現する自己抗体の存在を調べた。【結果】癌組織では非癌組織と比較して、増加している蛋白が11種類、減少している蛋白が8種類確認された。増加している蛋白のうち4種類はHSP70familyに属する蛋白であり、これら4つの蛋白は相関して同時に増加していた。また、同じく癌組織で増加する蛋白の中にglutamine synthetase (GS)とalpha enolase (ENOA)が認められた。GSは高分化型HCCで増加する傾向があった。一方ENOAは低分化型HCCにおいて増加しており、その発現レベルは腫瘍の大きさや脈管浸潤の有無と関連性が認められた。また、患者血清にはHSP70、peroxiredoxin、superoxide dismutaseに対する抗体が健常人血清と比較して有意に発現していた。【結語】今回同定された蛋白はHCV-HCCの発癌過程において重要な役割を担うと思われ、血中抗体は将来的に診断マーカーとして臨床応用できる可能性があると思われた。本研究に際し、平成15年度には肝癌のトランスクリプトーム解析およびデータベースを充実させた(Lancet 2003,361:923-9;Oncogene 2003,22:3007-14;FEBS Lett. 2003,555:583-90.)。これら一連のデータは我々のURL(http://surgery2.med.yamaguchi-u.ac.jp/reseatch/DNAchip/hcc-recurrence/index.html)で公開し、現在でも多くの研究者からのアクセスがあり活用されている。このトランスクリプトーム研究と平行して、本申請により得られた研究費に基づき2次元電気泳動(2-DE)によるプロテオーム解析を行った。まずC型肝炎ウイルス(HCV)に起因する肝癌で発現異常を示す複数のタンパクスポットを得た。興味深いことに、これらのスポットに対する質量分析解析を行ったところ、同定された4タンパクは全てheat shock protein 70(HSP70)ファミリーであり、Proteomics(2003,3:2487-93)に報告した。これら4タンパクはいずれもHCV関連肝癌で発現が亢進しており、この中でもHSP70.1は我々のトランスクリプトーム解析の結果(Cancer Res.2002,62:3939-44)と一致していた。また、同様に癌部で発現低下した多くのタンパクをも同定した(Proteomics in press)。現在、肝癌30例に対し、プロテオーム解析を終了している。再発予測システムを構築するために、この30例をトレーニングサンプル(20例)とブラインドサンプル(10例)に分けた。まずトレーニングサンプルのデータを用いて、非癌部肝臓と比較して発現異常を示す上記タンパクを用いて、Fisher linear classifierによる再発予測システムを構築した。このシステムのブラインドサンプルにおける予測能力を検討したが、十分な予測性能を引き出すことはできなかった。そこで、本申請で記載したように『教師あり学習理論』に基づく『特徴選択』を行い、再発に関わるタンパクスポットを複数同定し、現在、予測システムを構築中である。同時に、これらのスポットがどのようなタンパクなのか質量分析解析を用いて解明中である。

増加している蛋白のうち4種類はHSP70familyに属する蛋白であり、これら4つの蛋白は相関して同時に増加していた。また、同じく癌組織で増加する蛋白の中にglutamine synthetase (GS)とalpha enolase (ENOA)が認められた。GSは高分化型HCCで増加する傾向があった。一方ENOAは低分化型HCCにおいて増加しており、その発現レベルは腫瘍の大きさや脈管浸潤の有無と関連性が認められた。また、患者血清にはHSP70、peroxiredoxin、superoxide dismutaseに対する抗体が健常人血清と比較して有意に発現していた。【結語】今回同定された蛋白はHCV-HCCの発癌過程において重要な役割を担うと思われ、血中抗体は将来的に診断マーカーとして臨床応用できる可能性があると思われた。
森林における落葉落枝の理化学的性質が土壌表層での窒素固定生物の活動に及ぼす影響

森林における生物的窒素固定の大半は林床に還元された有機物、すなわち落葉落枝にエネルギーを依存した従属栄養生物によって行われている。本研究では都市近郊二次林を対象に構成樹種の落葉の理化学的性質を明らかにすると同時に、それらが林地表層で分解する過程で、生物的窒素固定活性がどのように変動するのかを調査研究した。その結果、調査した8樹種のなかで常緑広葉樹のナナメノキの落葉では特異的に高い窒素固定活性が認められ、その理由には落葉直後に多く含有されている熱水抽出物のうち可容性糖類の存在が大きいことが明らかにされた。さらに、ナナメノキが優占する林分では野外における窒素固定が地表面の温度に大きく支配されていることが判明した。これに対して、西日本を中心に都市近郊二次林に広く分布するコナラ、アベマキ落葉では、窒素固定に関与する微生物群が直接利用可能な炭素源の含有率が低く、これが落葉の分解過程における窒素固定活性を抑制する重要な因子となっていることが明らかになった。このため野外で分解過程にある各種落葉に易分解性炭素源を添加すると、これら樹種の落葉においても旺盛な窒素固定が認められることを示した。これらの結果から、森林生態系における生物窒素固定は、構成種の落葉の性質に大きく左右されておいることを定量的に示した。さらに、年間の窒素固定量を理論的換算率をもとに概算したところ、ナナメノキが優占する林分では約1.5kg/haであるのにたいして、コナラ、アベマキなどの落葉広葉樹が優占する林分では約0.3kg/haと大きな相違があった。森林生態系では林床に有機物が還元され、それが分解・無機化されたのち再び樹木に吸収されるという循環システムが構築されている。本年度の研究では、林床に還元された有機物をエネルギー源として利用する従属栄養性の窒素固定生物が、どの程度の窒素を土壌系に供給し、それが物質循環隣どんな影響を及ぼすのかについて落葉分解試験による検討を行った。試験はナナメノキ、クスノキの優占2樹種の落葉を用いて金網法で行った。試験地は岡山大学付属半田山教育研究林内の広葉樹二次林に設置した。その結果、ナナメノキでは分解開始後3ヶ月目に生物窒素固定活性が最も高くなった。この段階はベンゼン-エタノール可溶性物質と熱水可溶性物質が多く残存している時期であることから、乾性褐色森林土に位置する本調査地では、落葉表面に残存するロウ、ワックスが落葉の乾燥を防ぎ、窒素固定に関与する微生物群の生育に好適な環境を提供するために高い活性が認められるのであろうと考えられた。これに対して、クスノキでは更に分解が進んでから活性の増加が認められた。両樹種の窒素固定活性と分解にともなうCN比の変化は一致していないため、それ以外の因子が窒素固定活性に関与していると考えられた。この点に関しては研究2年目に検討を加える予定である。また、調査林分では当年落葉の分解にともなう生物窒素固定量がhaあたり0.521kgと見積もられたが、その大半がナナメノキの落葉において行われていることが判明した。
糖鎖のクラスター効果を応用したガン細胞増殖抑制活性リポソームの創製

糖鎖のクラスター効果によるガン細胞増殖抑制活性の向上を検討するために,糖質リガンドの効率的供給法の開発ならびに糖鎖をリガンドとしたリポソーム形成の条件検討を行った。リポソームを形成させる糖質リガンドとして,ジオスシンの糖鎖部分・カコトリオースを用いた。カコトリオース配糖体のアグリコン部として,ジオスゲニン,グリチルリチン酸,コレステロールを用いた。前年度は,カコトリオース糖供与体の効率的な合成スキームを立案・実践した。本年度は,アリルグルコサイドの3,6位選択的ピバロイル化条件の最適化により,カコトリオース糖供与体の収率を6行程,全20%から32%に向上させた。一方,カコトリオース糖供与体とアグリコン部のグリコシル化において,前年度は,反応生成物は主に非天然型のα-結合体としてしか得られなかった。本年度は,反応溶媒を塩化メチレンからアセトニトリルに変更することで,天然型のβ-結合体を主生成物として得ることが出来た。尚,α/β配糖体は,ODSカラムクロマトにより簡便に分離できる。次に,糖鎖のクラスター効果を検討する前に,ジオスゲニン,グリチルリチン酸,コレステロールのαならびにβカコトリオース配糖体6検体と別途調製したカコトリオースのガン細胞PC-12(ヒト肺ガン由来)とHCT116(ヒト大腸ガン由来)に対する増殖抑制効果を測定した。その結果,ジオスゲニンのβカコトリオース配糖体,即ち,ジオスシンのみに活性が認められた。このことから,アグリコンはステロイド骨格,糖鎖(カコトリオース)はβ結合であることが,活性発現に必須であることが示唆された。そこで,各種濃度のジオスシンのホスファチジルコリン(卵黄製)リポソームの調製を行った。今後,調製したリポソームのガン細胞PC-12,HCT116に対する増殖抑制試験を行い,糖鎖のクラスター効果を検証する予定である。糖鎖のクラスター効果によるガン細胞増殖抑制活性の向上を検討するために,糖鎖をリガンドとしたリポソーム形成の条件検討,糖質リガンドの効率的供給法の開発を行った。リポソームを形成させる糖質リガンドとして,これまで試験した化合物の中で最もガン細胞増殖抑制活性が強いカコトリオース[α-L-rhamnopyranosyl-(1,4)-[α-L-rhamnopyranosyl-(1,2)]-β-D-glucopyranose]配糖体類を用いることとした。そこで,先ず,カコトリオース配糖体の簡易合成法を確立した。D-allyl-glucosideを出発原料とし,3,6-pivaloyl-allylglucosideを1工程で調整し,2当量のα-L-rhamnosyl trichloroimidateとシュミット法を用いてグリコシル化反応を行いカコトリオース部を合成した。次に,allyl基をtrichloroimidate基に変換し,アグリコン部とシュミット法でグリコシル化を行いカコトリオース配糖体を計6工程約20%の収率で合成した。この時,アグリコン部はホスファチジルコリンと疎水相互作用してリポソームを形成させるのに適し,かつ,生理作用を有する,ジオスゲニン,グリチルリチン酸,コレステロールを用いた。引き続き,ホスファチジルコリン(卵黄製)を用いて糖鎖が膜表面に突き出したリポソームの形成を検討した。最初に糖質リガンドとホスファチジルコリンで脂質薄膜を形成させ,これにカルボキシフルオレセイン水溶液を加え,ボルテックスミキサーを用いて水和させ多重膜リポソームを調整した。次に,窒素気流下,プローブ型ソニケーターを用い,25Wで断続的に超音波処理を行い1枚膜リポソームとした。最後に,ポリカーボネートフィルター(100nm)を用いて大きさを均一化したリポソームを調整した。

その結果,ジオスゲニンのβカコトリオース配糖体,即ち,ジオスシンのみに活性が認められた。このことから,アグリコンはステロイド骨格,糖鎖(カコトリオース)はβ結合であることが,活性発現に必須であることが示唆された。そこで,各種濃度のジオスシンのホスファチジルコリン(卵黄製)リポソームの調製を行った。今後,調製したリポソームのガン細胞PC-12,HCT116に対する増殖抑制試験を行い,糖鎖のクラスター効果を検証する予定である。
部分的な糸球の除去が脳の発達に与える影響の解明

背側の嗅覚神経回路を特異的に除去した神経回路の改変マウス(背側除去マウス)を用いたこれまでの実験によって、背側の嗅覚神経回路は匂いに対する嫌悪反応や恐怖反応を先天的に制御していることが明らかになっていた。イメージング解析の結果、背側の嗅覚神経回路は、嫌悪や恐怖を引き起こす匂い分子のみではなく、様々な種類の匂い分子によって活性化されることが判明した。また、背側除去マウスの行動解析を行ったところ、背側の嗅覚神経回路は匂いに対する多種多様な反応を先天的に制御していることが明らかになった。背側除去マウスにおいては、生まれる以前に背側の嗅覚神経回路の除去が完了していることから、生後すぐから発達期間中の全ての時期において脳に正常な嗅覚情報が入力さない。マウスはヒトと異なり主に嗅覚系によって外界の情報を得ている。背側除去マウスでは、発達時期に正常な外界からの入力を受けないで生育した動物の脳がどのように発達するのかを解析するモデルになると考えられた。背側除去マウスにおける脳の機能的な発達異常を解析するために、高架式十字迷路を用いて、不安行動テストを行った。その結果、背側除去マウスでは、野生型マウスに比較して有意に不安行動が低減していることが明らかになった、更に、ストレスホルモンACTHの血中濃度を指標にして、不安の情動を計測したところ、背側除去マウスでは、野生型マウスに比較して有意に不安の情動が低下していると考えられた。これらの実験結果は、嗅覚系の情報入力が脳の不安行動を制御する神経回路の発達に影響を与えている可能性を初めて示唆するものである。
FFPE組織とがん細胞株を利用したがん幹細胞とその微小環境のプロテオミクス解析

本申請は、がん幹細胞とその微小環境のプロテオミクス解析を行うことで、固形がんにおける予後予測に利用できる候補分子を探索することを目的としている。本研究では、主にFFPE組織と細胞株を対象とした解析を行っている。この解析の結果、一部の大腸がんの細胞集団でのみ特異的に分泌している分子を同定することができた。この成果から、単一細胞解析の新たな研究の展開が見えてきた。本研究では、固形がんにおける予後予測診断システムの構築を最終目的とした、がん幹細胞様細胞とその微小環境のプロテオミクス解析を行う。はじめに、ホルマリン固定されたがん細胞株を用いて、タンパク質抽出法及びLC-MS解析の最適化を行う。その後、患者由来の大腸がんFFPE組織切片を用いてプロテオミクス解析を行う。がん幹細胞及びその周辺組織で発現変動が確認されたタンパク質を候補分子とする。次に、がん細胞株を用いて候補分子群の機能解析を行う。その後、単一細胞解析によって候補分子群によって分化/脱分化を引き起こす細胞集団の分離を試みる。最後に、がん幹細胞の分布とその周辺組織で高発現しているタンパク質または遺伝子群の分布パターンから予後不良または良好となるパターン抽出を試みる。今年度は、はじめにホルマリン固定されたがん細胞株を用いて、タンパク質抽出法及びLC-MS解析の最適化を行った。レーザーマイクロダイセクション(LMD)で切り出されたFFPEサンプルから、100細胞以上あれば、主要なタンパク質を抽出できることが示された。LC-MSを用いて安定的なプロテオミクス解析を行う場合は、10,000細胞以上を必要とすることもわかった。実際に、大腸がん患者のFFPE組織を用いた場合は、少なくとも3 x 3 mm2 (約20,000細胞)必要であることが示唆された。しかしながら、がん幹細胞をこのオーダーで回収するのは、かなり困難であると考えられるため、さらなる最適化が必要であると考えられる。LC-MS解析の委託も踏まえて検討中である。これまでに、CD133陽性の大腸癌細胞株に特異的に発現している遺伝子またはタンパク質を同定することができているため、これら候補分子に絞った解析も視野に入れる必要性が考えられる。昨年度、タンパク質抽出方法の検討を行ったところ、大腸がん患者のFFPE組織を用いたプロテオミクス解析には、少なくとも3 x 3 mm2 (約20,000細胞)必要であることが示唆された。そのため、がん幹細胞をこのオーダーで回収するのは、困難であると考えられた。そのため、FFPE組織切片から直接の候補分子の同定ではなく、細胞株からの同定を試みることとした。また、全体の遺伝子発現を確認するために、大腸腫瘍組織からのマイクロアレイ解析も同時に行うこととした。特に、分泌タンパク質に注目して遺伝子発現解析を実施した。また、公共データベースの情報も利用した解析も行った。初年度に、タンパク質抽出方法の検討を行ったところ、大腸がん患者のFFPE組織を用いたプロテオミクス解析には、少なくとも3 x 3 mm2 (約20,000細胞)必要であることが示唆された。このような経緯から昨年度は、FFPE組織切片から直接の候補分子の同定ではなく、細胞株からの同定を試みることとした。そこから、同一と考えられていた細胞集団においてタンパク質のプロファイリングが異なることを見いだした。また、単一細胞の遺伝子発現解析から、それら細胞集団の中でも個々の細胞の遺伝子発現が大きく異なることが観察された。しかしながら、目的の遺伝子発現が高い細胞だけが本当に、その目的のタンパク質を多く分泌しているのかまでは、確認することができなかった。この結果を踏まえて、新たな測定方法を提案し、基板研究(C)に採択された。これを弾みに、研究としての新たな展開を目指す。

本申請は、がん幹細胞とその微小環境のプロテオミクス解析を行うことで、固形がんにおける予後予測に利用できる候補分子を探索することを目的としている。本研究では、主にFFPE組織と細胞株を対象とした解析を行っている。この解析の結果、一部の大腸がんの細胞集団でのみ特異的に分泌している分子を同定することができた。この成果から、単一細胞解析の新たな研究の展開が見えてきた。本申請は、プロテオミクス解析を利用して、がん幹細胞様細胞とその微小環境との関わりを明らかにし、その結果を元に固形がんにおける予後予測診断システムの構築を最終目的としている。本研究は、1.サンプルの前処理、2.解析手法の確立、3.解析で得た候補分子の機能解析、4.がん幹細胞の単一細胞解析、5.微小環境のパターン解析、6.新規予後診断システムの構築からなる。昨年度、1及び2の達成度が不十分だったことと、今年度購入予定だったC1システムの納入が、大幅に遅れたことにより、研究遂行が十分とはいえなかった。そのため本研究は「遅れている(Delayed)」と考えられる。27年度が最終年度であるため、記入しない。腫瘍診断学現段階において、研究は遅れている。遅れている要因の1つは、機器納入の遅れである。その点を考慮し、申請した研究計画できる限り従い、研究を推進していく。平成27年度は、昨年度十分に達成できなかった、がん幹細胞の単一細胞解析を行っていく。当施設内で次世代シーケンサの使用も可能になったため、計画書には書かれていないが、遺伝子の機能解析等で利用できると判断した場合は、利用していく。初年度では研究計画通りに、1及び2を遂行した。しかしながら、サンプル前処理に不十分な点もあり、改良の余地があった。このようなことから、予定していた研究の若干の遅延も認められる。そのため本研究は「やや遅れている(Slightly delayed)」と考えられる。昨年度のC1システムの納入が遅れたため、その分実験が進まなかった。その進まなかった分の実験を次年度に繰り越す。現段階において、研究はやや遅れている。遅れている部分は、手法の最適化と装置の高感度化であるため、その点を検討しながら並行して申請した研究計画に従い、研究を推進していく。平成26年度は、解析で得た候補分子の機能解析、がん幹細胞の単一細胞解析を行っていく。昨年度に、する予定だった実験器具の購入。
高機能自閉症スペクトラム障害のある児童・生徒の性に関する研究

本研究は、高機能自閉症スペクトラム障害(HFASD)のある個人の性発達に関する研究の展望及び実態調査に焦点を当て、特性把握及び問題の予防・解決につながる支援手段の開発の出発点となるべく、調査・分析を行った。まず、HFASDの性に関する科学的エビデンスは寡少であり、特に英語圏において出版されている書籍は当事者エピソードや臨床的実践が中心となっている。また、本研究ではHFASD当事者に対するアンケート、インタビューを行い、HFASDの性行動は定型発達とほぼ変わらない点が多い反面、その中核特性によって外部からは分かりにくい形で思春期のつまづきが成人期までの問題に発展する可能性もあることが確認された。H25年度の主な計画は、自閉症スペクトラム障害(ASD)の性に関する特性、課題、支援に関する文献・先行研究のレビューであった。計画時に予測していた通り、国内におけるリソースは非常に限られていた。研究報告のほとんどは実態調査であり、また、対象も知的障害のあるASDであり、高機能ASDの性行動に関する実態は、現在に至るまでほとんどわかっていないことが確認された。一方、海外においても研究報告の少なさは同様であった。多くの報告が青年・成人期を対象にしていたが、その実態から導きだされる幼児・学齢期の子どもたちが必要な支援についての考察はされていなかった。この点は、本研究がテーマとしているものの一つであり、本研究の今後の実践が意義あるものであることが確認できた。また、ASDの性に関する本は海外を中心に出版されている。中高生を対象としたマニュアル形式のものが少なからずあり、当事者自身が読んで自己理解し、実践できるような配慮がされている。当事者の経験をまとめたものも存在する。しかし、エビデンスに基づいた実践ではない。これまでの調査を通して、ASDの性行動に関しての研究および実践では、国際的に見てもどこの国がすすんでいるといったことはないことが確認された。どの国においても課題となっているのは情報不足であり、また、性というテーマにおける基準設定の難しさであった。パイロット的に、ASDのある20代の青年10名に性についてのインフォーマル面接を行った。同性・異性の友人はいるが、彼氏や彼女といった存在となっているケースは1件だけであった。また、メディアを通じて見る性的な情報に対して一般的な興味や興奮をもつケースは約半数であった。さらに、異性と実際につき合うよりは、アニメなどの二次元の世界が安心できるというケースも約半数いた。さらなる実態把握が大きな課題となった。H26年度は最新の資料および情報収集を継続するとともに、教育・福祉機関関係者との意見交換およびケース協議、また当事者へのダイレクト調査を行った。ASDの性行動には社会性スキルを含む適応行動に関する特性が密接に関係していると考えられ、調査も適応行動関連の情報を多く収集することとした。当事者への調査としてまず、愛知県日間賀島における、中京地域の発達障害をもつ子供たちのための合宿において、性に関する実態、特に社会性スキルおよび日常生活スキルに焦点を当て、当事者と支援者双方に調査を行った。今回は、特に小・中学生の女子に関しての性行動の実態に関するインフォーマル調査と支援者側の課題についての情報収集および協議を行った。ASDのある人は大人になってもファンタジーを持ち続けている人が多いが、本調査対象の女子にはファンタジーを強く持っている子どもが多く、それが異性に対する価値観や行動を制限していることが示唆された。また、支援者との協議から、女性独特の衛生観念や服装、しぐさなどを経験的に学ぶことが難しいことが分かった。また、札幌地域においてASDのある成人期の方々とのフォーカスグループ・ミーティングを行った。現在の生活においての困難性のみならず、思春期の経験についても意見交換を行った。参加者全員に強い感覚過敏などの感覚特異性がみられ、このことが彼らの社会的交流に大きな影響を与えていることが分かった。また、参加者全員に思春期におけるネガティブな異性関係の経験があり、現在の性行動に自ら制限をかけている傾向が見られた。思春期にある当事者と比較して、青年期以降の当事者はより客観的に自分を語ることが可能であり、また、自身が思春期であった時には気づかなかったことが、大人になってから反省することができる人が多く、今後の実態調査及びアセスメント開発のデータソースとしてふさわしいと考察した。H27年度は、前年度からの継続として最新の資料および情報収集を行い、主に学齢期の自閉症スペクトラム障害(ASD)当時者に対するアンケート調査、さらに成人の当時者が参加したフォーカスグループ・ミーティングを実施した。ASDの性行動に関する研究報告は国際的に見ても寡少であり、特に知的障害を持たない高機能ASDに関する研究はないに等しい。支援実践者や当事者によるエピソード、またはセルフヘルプ・ガイドなどの著書は若干ではあるが増加傾向にあると思われる。前年度に引き続き、愛知県日間賀島で行われるASD当事者の合宿において、友人や恋愛対象など他者に対する認識・願望や衛生観念、現実とバーチャル双方に対する認識などに関するアンケートを行った。アンケートに回答した当事者の多くは学齢期であったが、同年代と同様な友人や恋愛に対する認識を持っているケースがある一方で、現実よりもバーチャルの世界の方が良いと思っているケースも見られた。現実的な人間関係形成に消極的であり、さらに年齢相応の自己認知ができていないと思われるケースも見られた。ASD当事者のライフステージを通した性行動に関する情報を得るために、成人期の当事者9名を含めたフォーカスグループ・ミーティングを行った。ミーティングは、はじめ男性参加者と女性参加者を分けて行い、その後全体ディスカッションを行った。

多くの高機能ASD当事者は、定型発達者と同様な性的認識や恋愛観を持っていると思われるが、具体性の低い情報を得ることが難しい、他者に合わせる傾向が低い、相手の気持ちに応じた行動を持続・継続することに関心があまり無いなど、ASD特性に関連した課題も存在すると考えられる。これまでの情報収集を包括的に分析して、次年度以降に開発する、ASDの性行動に関する尺度開発の方向性を明確化した。また、性に関する当事者支援として現在できることを模索した。本研究は、高機能自閉症スペクトラム障害(HFASD)のある個人の性発達に関する研究の展望及び実態調査に焦点を当て、特性把握及び問題の予防・解決につながる支援手段の開発の出発点となるべく、調査・分析を行った。まず、HFASDの性に関する科学的エビデンスは寡少であり、特に英語圏において出版されている書籍は当事者エピソードや臨床的実践が中心となっている。また、本研究ではHFASD当事者に対するアンケート、インタビューを行い、HFASDの性行動は定型発達とほぼ変わらない点が多い反面、その中核特性によって外部からは分かりにくい形で思春期のつまづきが成人期までの問題に発展する可能性もあることが確認された。本年度は、今後の調査及びアセスメント開発の方向性を決めるデータ収集及び考察ができた。本研究当初の調査計画に対し、当事者の実態に合わせて若干の軌道修正も行うことができた。特別支援教育より構造化した実態調査およびアセスメント開発の基盤づくりを行っていく。調査対象は、児童生徒またはその家族よりも、発達障害者支援センターなどの福祉機関での情報収集が現時点でもっとも客観的かつ包括的なデータが得られると考えられる。また、青年期以降の当事者は、現在思春期を迎えている当事者よりもより客観的に自分たちの過去について振り返ることが可能であることから、今後も彼らに対しての調査を継続していく。ASDの性行動に関する研究動向の把握という、本年度のメインとなる目標はある程度達成できたと考える。さらに、次年度につながるパイロット的調査もできた。ASDの性行動に関する実態調査の枠組みを構築する。具体的には、ASD以外の性に関する先行研究をもとに、アセスメント分野の割り出し、質問項目の作成、データ処理手段の決定などを行う。また、調査対象者の選定および募集を計画・実践する。今年度の予算執行状況把握にタイムラグが生じ、残高の明確な把握が年度内で遅れたため。次年度の事務消耗品に充てる。
天然由来粒子を用いた資源循環型濾過によるフミン酸の高度分離法の開発

炭酸カルシウム粒子からイオン解離したカルシウムイオン添加法によるフミン酸溶液のセラミックス膜濾過は、デッドエンドとクロスフローの両濾過において、フミン酸の高度分離の観点からその有効性が示された。フミン酸を用いて、超音波で撹拌しながら凍結濃縮分離実験を行った結果、未照射では濃縮分離出来ない条件においても綺麗な氷が得られて、本操作は有効であること、そして周波数が低い方が効率が良いことが判明した。フミン酸の粉末活性炭への吸着はFreundlich型に近い挙動を示した。フミン酸にカルシウムイオンを添加した場合、フミン酸の粉末活性炭への吸着量は、カルシウムイオンが存在しない時と比較して5倍程度増加した。1.炭酸カルシウム粒子を用いて、ボディーフィード濾過(BF)方式により、フミン酸溶液のデッドエンド定圧限外濾過実験を行った。粒子添加濃度CCaの増加とともにフミン酸阻止率R値は、順次増大した。ここで、R≡(1-sf/s0)、sf、s0は、濾液、原液中のフミン酸質量分率を表す。特にCCaが6000ppmの場合、R>0.95と極めて高いR値が得られた。これは、炭酸カルシウムからイオン解離したCa2+イオンがフミン酸との錯体形成による、フミン酸の凝集・不安定化に起因すると考えられる。次に、BF方式によって形成した濾過ケーク層に、新たにフミン酸溶液を定圧透過実験した(プリコート濾過(PF))。PF方式では、R ≒0.6と中程度の値が得られ、粒子の資源循環型再利用の可能性が示された(中倉、小渕)。2.光散乱光度計により、フミン酸の粒度分布を測定した。カルシウムイオン濃度CCaの増加(CCa=6.1800mM)とともに、フミン酸凝集体(見かけ粒子径dp=7285nm)が形成されることが確認された。また、レーザー・ドプラー電気泳動法による原液フミン酸のゼータ電位は、pHが311の範囲において、ー30ー55mV程度の値を示した(中倉)。BET吸着法を用いて活性炭粒子によるフミン酸吸着実験を行った。本実験系の場合、吸着等温線はラングミュア型が示唆された(小渕)。3.超音波照射を用いたヒスチジン溶液の凍結濃縮実験を行った結果、溶液を凍結する際、凍結速度が速いと溶質を取り込んだまま凍結するため濃縮分離できないことが判明した。超音波のキャビテーション作用と関係の深い溶存酸素濃度(DO)が凍結濃縮分離に与える影響について実験を行った。DOの違いによって濃縮分離効率が大きく変化し、また、超音波の周波数によってその変化の傾向が大きく異なることが示された(川崎)。本研究テーマについては、およそ十数年来にわたって基礎的研究を行って来ており、フミン酸の濾過分離に関する多くの実験データを蓄積している。特に炭酸カルシウム粒子を用いた実験は、最近5カ年間、大学院修士課程の研究テーマとして集中的に継続して研究している。したがって、炭酸カルシウム粒子を添加粒子としたフミン酸溶液のデッドエンド限外濾過については、現有設備が完備していることもあり、ほぼ当初の計画に沿って、研究はおおむね順調に進展している。ただし、フミン酸の吸着特性の測定に関しては、測定設備の不備と研究のスタートが遅れたこと(本科研費の交付通知が10月末日に届いた。)もあり、今後、積極的に推進していく予定である。1.高性能分散機を用いて炭酸カルシウム粒子からイオン解離したカルシウムイオン添加法を用いて、溶解性フミン酸溶液のクロスフローセラミックス膜濾過実験を行った。膜細孔径が0.1μmのN1セラミックス膜(非対称性構造膜)を使用し、濾過圧力150kPa、クロスフロー速度0.024m/sの条件下において、カルシウムイオン添加濃度が340ppmの場合、フミン酸阻止率Rが0.95以上の極めて高い値が得られた。また、N1膜を用いて濾液中のカルシウムイオン濃度について測定したところ、原液初濃度260ppmの場合、濾液中のカルシウムイオン濃度が50ppm以下と比較的低レベルな値を維持可能なことが明らかとなった(中倉)。2.凍結界面付近を激しく撹拌するために重要なキャビテーションの発生に密接に関係がある超音波周波数と溶液中の溶存酸素濃度に着目し、濃縮分離効率の違いを検討した。その結果、周波数200kHzよりも周波数20kHzを用いて凍結濃縮分離をする方が大幅に濃縮分離効率が良く、それぞれDOの違いによっても濃縮分離効率が変化することを明らかにした(川崎)。3.振盪型吸着実験装置を用いてフミン酸溶液の活性炭への吸着実験を行い、フミン酸の吸着特性を測定した。フミン酸の活性炭に対する吸着等温線はフロインドリッヒ型に近い傾向を示した。フミン酸にカルシウムイオンを添加した場合、活性炭へのフミン酸の吸着量はカルシウムイオンを添加しない場合と比較し、かなり促進された。これは、カルシウムイオンとフミン酸が錯体を形成ことによると推察される(小渕)。(理由)1.高性能分散機を用いて炭酸カルシウム粒子からイオン解離したカルシウムイオン添加法により、溶解性フミン酸溶液のデッドエンド膜濾過およびクロスフロー膜濾過実験を行った。両膜濾過操作とも、フミン酸の迅速かつ高度分離、並びに濾液中のカルシウムイオン濃度の低レベル化の観点から、その有効性が示された(中倉)。

2.フミン酸の濃縮分離効率に及ぼす超音波周波数の影響について検討した。その結果、周波数20kHzの場合が周波数200kHzおよび未照射の場合に比べて大幅に濃縮分離効率が向上した。この理由について、今後さらに実験・検討する予定である。(川崎)。3.フミン酸溶液の活性炭への吸着実験を行い、フミン酸の吸着特性を測定した。フミン酸の活性炭に対する吸着等温線はフロインドリッヒ型に近い傾向を示した。フミン酸にカルシウムイオンを添加した場合は、そうでない場合に比較して、吸着量がかなり大となった。これは,カルシウムイオンとフミン酸との錯体形成の有無に起因すると推察されるが、今後定量的にさらなる検討を行う予定である(小渕)。高性能分散機を用いて、炭酸カルシウムからイオン解離したカルシウムイオン添加法によりフミン酸溶液のクロスフロー膜濾過実験を行った。膜細孔径が0.1μmのN1セラミックス膜(非対称性構造)を使用して、濾過圧力150kPa、クロスフロー速度0.024m/sの条件下において、フミン酸阻止率Rは、カルシウムイオン添加濃度Ccaの増加とともに順次増大した。とくに、Cca値が900mMの場合、R値が最大0.97と極めて高い値が得られた。これは、粒度分布測定結果との比較から、カルシウムイオンとフミン酸溶質中のカルボキシル基との錯体形成によるフミン酸の凝集化に起因することが明らかとなった。天然水中の溶存有機物の大半を占める腐食物質の1つのフミン酸を用いて、超音波のキャビテーション作用から生じる衝撃波で撹拌しながら凍結濃縮分離実験を行った。未照射の場合濃縮分離出来ない条件でも周波数20、200 kHz共に超音波を照射すると綺麗な氷が得られて、本操作は有効であることが分かった。また、濃縮分離効率は20 kHz > 200 kHzであり、周波数が低い方が効率が良くなった。これは、振動数が高くなると音の半周期に行われる気泡の膨張収縮の幅が小さくなり、キャビテーション作用が起こり難くなるためと考えられる。フミン酸の粉末活性炭への吸着量の測定は、以下に従った。所定濃度に調製したフミン酸水溶液に活性炭を加え25°Cで32時間振盪させた。混合液中から活性炭粒子を分離し、濾液濃度を分光光度計により測定しフミン酸の吸着量を算出した。フミン酸の活性炭への吸着はFreundlich型に近い挙動を示した。フミン酸にカルシウムイオンを添加した場合、フミン酸の活性炭への吸着量はカルシウムイオンが存在しない場合と比較して5倍程度増加した。これは、フミン酸がカルシウムイオンと錯体を形成することに起因すると考えられる。炭酸カルシウム粒子からイオン解離したカルシウムイオン添加法によるフミン酸溶液のセラミックス膜濾過は、デッドエンドとクロスフローの両濾過において、フミン酸の高度分離の観点からその有効性が示された。フミン酸を用いて、超音波で撹拌しながら凍結濃縮分離実験を行った結果、未照射では濃縮分離出来ない条件においても綺麗な氷が得られて、本操作は有効であること、そして周波数が低い方が効率が良いことが判明した。フミン酸の粉末活性炭への吸着はFreundlich型に近い挙動を示した。フミン酸にカルシウムイオンを添加した場合、フミン酸の粉末活性炭への吸着量は、カルシウムイオンが存在しない時と比較して5倍程度増加した。1.平成27年度に得られた結果を基にして、平膜式円盤形セラミックス濾過セル(現有設備)によりフミン酸溶液のクロスフロー限外濾過実験(現有設備および新たに購入設備)を行う。