hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マングローブ生態系の有機物蓄積過程と海水準変動

平成4年来実施してきた国際学術研究で、地球温暖化に伴う急激な海面上昇の際にマングローブハビタットとその生態系は如何なる応答を行うかを、生物地形学的観点から解明した。この結果、海面上昇の速度5mm/yr.閾値として、それ以下では、森林構造は激変するがハビタット自体は規模を維持し、寧ろマングローブ泥炭が蓄積するCO2シンクとして作用すること。それ以上では潮差の小さな地域を中心として森が消滅し、堆積物としてのマングローブ有機物は拡散して海洋の炭素循環系に組み込まれることを予想するに至った。これを踏まえて、本研究では、立地特性を異にする数カ所のマングローブハビタット(タイ王国;サトン、クラビ、カノム、ベトナム国;カンザ、カマウ)を対象に、植生・地形・堆積物などの詳細な分析を行い、潮間帯中上部における土地と森林の形成過におけるマンフローブ起源有機物、外来無機物などの蓄積・分解・拡散過程を解明し、最終的には、海面上昇時におけるマングローブ生態系の有機物蓄総量を見積もることを目指した。この結果、1)海面上昇時における有機物の蓄積は、Rhizophora、Ceriopsの林内で卓越し、その大半は地下部、即ち根の蓄積による。2)地上部/地下部バイオマスの量比(T/Rratio)は、0.61.0にも達し、地下部のバイオマス生産力が極めて旺盛である。地上部は種数は少ないものの菌類の活動が活発で分解が迅速に進む。3)過去1,000年来の地下部の炭素蓄積量は、マングローブ泥炭形成域で5001,000t/ha、泥炭の形成が無い林床で250500t/haと見積もられた。マングローブ生態系は人為による破壊が進む一方、タイでは伐採禁止と植林の奨励、ベトナムでも積極的な植林が実施され、植林によるバイオマスの蓄積効果が注目された。
胎児早産児の脳白質損傷がその後の髄鞘化に与える影響の解析

ヒツジ胎仔の脳白質損傷モデルを用いて,深部白質に誘導された壊死性病変の組織学的特徴とMRI異常信号の関連性について解析した.先ず,巣状脳白質損傷はいずれもその病変部に一致してT1高信号かつT2低信号として明瞭に検出できた.次いで,受傷後2-5日の亜急性期であれば,びまん性脳白質損傷はびまん性のT2高信号として検出できる可能性が指摘された.さらに,免疫染色と同様に電子顕微鏡によって,びまん性脳白質損傷における髄鞘化の過成熟を把握できる可能性を指摘できた.本研究では,胎生期の脳白質損傷では皮質下白質の希突起膠細胞(OL)系細胞に過成熟が誘導されるため「OL系前駆細胞が減少すると同時に成熟OL細胞が一過性に増加する」という仮説を検証する.従来の仮説ではOL系の前駆細胞と成熟細胞のいずれもが減少するために髄鞘化が大幅に遅れるとされているからである.本研究ではこれを免疫組織染色,MR画像解析,原子顕微鏡写真の3方向から解析する.H25年度はヒツジ胎仔の慢性実験系で脳白質損傷を誘導した後,脳MRI撮影,脳組織の電顕撮影と免疫染色する実験を8回予定した.しかし,一昨年に引き続き昨夏も記録的な猛暑となったため牧場のヒツジに交配失敗や流産が続出したため,MRI撮影まで進めた症例は7例に留まった.また,限られたヒツジ胎仔数で効率よく実験したため,MRI撮影中の2例はいずれも「炎症+低酸素」負荷ではなく,「人工胎盤+低血圧」負荷を用いて脳白質損傷を誘導した.なお,脳MRI撮影後の灌流固定では電顕観察条件が悪くなるため双胎妊娠を用いることとしたが,上記理由によって双胎妊娠に恵まれなかったため,今年度は電顕観察はできなかった.その冠状断割面の肉眼的所見とMR画像所見に基づいて7例中1例に巣状の脳白質損傷(PVL)を誘導できたと予想しているが,現在,帯広畜産大学家畜病理学教室における組織学的診断ならびに免疫組織染色の結果を待っているところである.これを踏まえて脳白質病変とMR画像の関連性について検討する予定である.ヒツジ胎仔の脳白質損傷モデルを用いて,深部白質に誘導された壊死性病変の組織学的特徴とMRI異常信号の関連性について解析した.先ず,巣状脳白質損傷はいずれもその病変部に一致してT1高信号かつT2低信号として明瞭に検出できた.次いで,受傷後2-5日の亜急性期であれば,びまん性脳白質損傷はびまん性のT2高信号として検出できる可能性が指摘された.さらに,免疫染色と同様に電子顕微鏡によって,びまん性脳白質損傷における髄鞘化の過成熟を把握できる可能性を指摘できた.本研究では,胎生期脳白質損傷では皮質下白質に希突起膠細胞(OL)系に過成熟が誘導されるため,そのprogenitorやprecursorは減少するが成熟OLは逆に一過性に増加する,という仮説を検証する.従来の仮説では成熟OLは増加せず髄鞘化が大幅に遅れるとされているからである.H24年度はヒツジ胎仔の慢性実験系で脳白質損傷を誘導した後,脳MRI撮影,脳組織の電顕撮影と免疫染色する実験を8回予定した.しかし,昨夏の記録的な猛暑によって牧場のヒツジに交配失敗や流産が続出したため,得られたデータはMRI撮影4例と電顕観察2例に留まった.また,限られたヒツジ胎仔数で効率よく実験したため,MRI撮影の4例ではいずれも「炎症+低酸素」負荷ではなく,「人工胎盤+低血圧」負荷で脳白質損傷を誘導した.なお,脳MRI撮影後の灌流固定では電顕観察条件が悪くなるため,来期からは双胎妊娠を用いることとなった.MRI撮影できた4例中1例に脳白質損傷はなく,残る3例すべてに組織学的に巣状脳白質損傷(PVL)が両側性多発性に深部白質に認められた.3例中1例では脳実質内出血を合併した.MRI画像にて,組織学的に脳白質損傷が認められなかった1例では側脳室周囲深部白質に「巣状T1高T2低信号」が観察された.組織学的にPVLが認められた3例ではPVL病変に一致して「T1高T2低信号」が,脳実質内出血では「T1高T2低信号」でその周囲には逆コントラストが認められた.電顕撮影に供した2例ではいずれも多巣性PVLに加えて両側多発小出血壊死が誘導され,現在鳥取大で観察し写真撮影中である.免疫染色は標準的な冠状4断面で行い,巣状およびびまん性脳白質損傷の3次元マップを作成する.これらに基づいて脳白質損傷で髄鞘化が一過性に促進するかどうかを解析する.本研究では,胎生期の脳白質損傷では病巣周囲にオリゴデンドログリア系に前駆細胞の枯渇と成熟細胞への過成熟が誘導されるという仮説を検証するために,ヒツジ胎仔の脳白質損傷モデルを用いて免疫組織染色によるオリゴデンドログリア系の発達段階別の分布密度解析,電子顕微鏡による髄鞘化の分布と巻数解析,およびMRI異常信号の分布解析を行う.平成26年度は妊娠91-97日のヒツジ胎仔を用いて慢性実験系を作成し(炎症群4例,sham群5例),炎症群の3例とsham群の3例に「人工胎盤+低血圧負荷」による脳白質損傷を誘導させ,MRI画像ならびに組織切片を採取することができた.

しかし,いずれも単胎妊娠であったため今年度も電子顕微鏡撮影はできなかった(電子顕微鏡用の組織固定とMRI撮影を同時には行えないため).巣状脳白質損傷はいずれもMRIにてT1強調画像でhigh intensity,T2強調画像でlow intensityに描出され,病巣周囲はT2強調画像でときにhigh intensityを示した.この周辺病変がびまん性脳白質損傷の特徴的異常信号を推察された.この部位が「オリゴデンドログリア系に前駆細胞の枯渇と成熟細胞への過成熟」像を示すかどうかを引き続き免疫染色で確認しする.現時点では解析に必要とされる組織切片,MRI画像,電子顕微鏡画像はすでに得られているが,免疫染色,MRI,電顕それぞれの画像を数値化する処理が終了していない.今春中にこれらを済ませて上記仮説の検証を行う予定である.医歯薬学内科系臨床医学胎児・新生児医学胎児医学昨夏の猛暑によって妊娠ヒツジの交配が順調に進まなかったため,双胎妊娠に恵まれず,電子顕微鏡撮影データが予定どおり得られていない.(1)昨夏の記録的な猛暑によって牧場のヒツジに交配失敗や流産が続出したため(2)帝王切開後に胎仔脳MRIを撮影してからでは,時間が経ちすぎて灌流固定が悪くなり,電顕観察条件が悪くなるため昨年同様,一回の実験に対して複数の妊娠ヒツジを準備させ,妊娠ヒツジが納品される前に牧場で妊娠鑑定を済ませる.双胎妊娠を用いて一方をMRI撮影に,他方を電子顕微鏡撮影に供する.(1)ヒツジ納品の2ヶ月前に牧場でヒツジの妊娠鑑定を行い,納品時には再度の胎仔超音波検査を行って,子宮内で胎仔が順調に発育していることを事前に確認する.また,牧場に対しては,1実験に対して妊娠ヒツジを2頭準備させて体調の良い方のヒツジを実験に供する.(2)実験には双胎ヒツジを用いて両方の胎仔に同じ負荷を加え,一方を脳MRI撮影に供し,他方を電子顕微鏡撮影に供する.H24年度は牧場のヒツジに交配失敗や流産が続出したためヒツジ購入代金が余った.この余った研究費はH25年度の実験のヒツジ購入代金に上乗せし,実験回数を予定の8回から12回に増やす.
ファジイ測度視覚表示システムに関する研究

本研究では,入力されたファジィ測度をVenn図的に表示するシステムを,パーソナルコンピュータ上に構築した.Venn図表示はディスプレイ上だけでなく,プリンタにも出力できる.このシステムでは,各部分集合のファジィ測度値は長方形の領域で表され,次の描画基準に従って配置される.この描画基準によって部分集合間の相互作用が視覚的に読みとれるようになった.1.部分集合AとBの関係で独立で相互作用がなければ,Aのファジィ測度値を表す領域とBのファジィ測度値を表す領域は離して重なりなく表示する。2.2つの部分集合の関係が代替的であれば,2つの領域は重なりを持って表示する.3.2つの部分集合の関係が補完的であれば,2つの領域と同時にそれらを含む大きな領域を表示する.本システムへの入力は,X={1,2,...,n}(2【less than or equal】n【less than or equal】10)上のファジィ測度である.n=2,3の場合,すべての部分集合のファジィ測度値が上の描画基準に従ってVenn図表示される.n【greater than or equal】4の場合,すべての部分集合間の相互作用を1つの図には描けないので,相互作用を図示しない2または3個の部分集合をユーザが指定すれば,その相互作用だけが上の描画基準に従って表示される.また,領域ごとにその輪郭線の太さと色を変えて表示されるが,本システムの理論的枠組には,研究代表者による以前の研究成果「ファジィ測度の測度表現」が用いられている.また,描く領域とその面積の決定には線形計画法,領域位置の決定には2次計画法が使われている.本研究では,入力されたファジィ測度をVenn図的に表示するシステムを,パーソナルコンピュータ上に構築した.Venn図表示はディスプレイ上だけでなく,プリンタにも出力できる.このシステムでは,各部分集合のファジィ測度値は長方形の領域で表され,次の描画基準に従って配置される.この描画基準によって部分集合間の相互作用が視覚的に読みとれるようになった.1.部分集合AとBの関係で独立で相互作用がなければ,Aのファジィ測度値を表す領域とBのファジィ測度値を表す領域は離して重なりなく表示する。2.2つの部分集合の関係が代替的であれば,2つの領域は重なりを持って表示する.3.2つの部分集合の関係が補完的であれば,2つの領域と同時にそれらを含む大きな領域を表示する.本システムへの入力は,X={1,2,...,n}(2【less than or equal】n【less than or equal】10)上のファジィ測度である.n=2,3の場合,すべての部分集合のファジィ測度値が上の描画基準に従ってVenn図表示される.n【greater than or equal】4の場合,すべての部分集合間の相互作用を1つの図には描けないので,相互作用を図示しない2または3個の部分集合をユーザが指定すれば,その相互作用だけが上の描画基準に従って表示される.また,領域ごとにその輪郭線の太さと色を変えて表示されるが,本システムの理論的枠組には,研究代表者による以前の研究成果「ファジィ測度の測度表現」が用いられている.また,描く領域とその面積の決定には線形計画法,領域位置の決定には2次計画法が使われている.
植物細胞の膜興奮-原形質流動停止連関におけるカルシウムイオンの動向

まずカルモジュリン(CaM)の阻害剤トリフルオロペラジン、フルフエナジン、W-7はいづれも【Ca^(2+)】による流動停止は阻害せず、一旦停止した流動の回復を完全に阻害した。またATPの類似体でフォスファターゼで脱リン酸化されないATP-γ-Sもやはり流動の回復を阻害した。これらの事実からわれわれは、流動に関与するタンパク質、恐らくはミオシンが脱リン酸化状態で力を発生し流動をひきおこすが、【Ca^(2+)】によるプロティンキナーゼの活性化によりリン酸化を受けると流動は阻害される、しかしCaM-Caの作用によりプロティンフォスファターゼが活性化され脱リン酸化されるとふたたび流動するという仮設を提唱した(Tominaga et al.1985)。この仮設を検証するため、まず液胞膜除去モデル内に【Ca^(2+)】と同時にプロティンフォスファターゼ1を導入したところ、【Ca^(2+)】存在下でも流動がおこり、これにフォスファターゼの阻害剤(天然の)を与えると停止した。また人工的な阻害剤のα-ナフチルフォスフェイトを脱原形質膜モデルでは外から、液胞膜除去モデルには内側から与えると何れの場合にも【Ca^(2+)】なしで流動は停止した。これらの事実は上記のリン酸化-脱リン酸化仮設を支持するものである。
生体膜リン脂質非対称性の変化が制御する細胞機能の解析

細胞は様々な膜系から成り立っており、脂質はその必須な構成要素である。膜脂質の分布や輸送の異常は種々の病態を引き起こすが、その詳細には不明な点が多い。本研究では、生体膜の脂質二重層において脂質の非対称性を制御するリン脂質フリッパーゼの機能について解析を行い、脂質非対称性の変化がタンパク質輸送や輸送小胞の形成を制御することを明らかにした。また、脂質非対称形成に関与する新規遺伝子についても検索を行った。真核細胞の細胞膜ではリン脂質の分布が細胞外と細胞内で異なること(リン脂質の非対称性)が知られているが、その生理機能はほとんど解明されていない。本研究では、リン脂質非対称性を形成するリン脂質トランスロケース(フリッペース:Cdc50-Drs2複合体)の細胞機能を中心に、脂質非対称性の変化が細胞内小胞輸送や細胞極性形成に果たす役割の解明を目指している。本年度はフリッペースによるエンドソームからの小胞形成機構について以下の研究成果を得るにとができた。私達は、Cdc50-Drs2が初期エンドソームからの小胞形成過程に必要であることを明らかにしている。他のグループによるin vitroの解析から、Cdc50-Drs2の基質としてフォスファチジルセリン(PS)が有力視されている。事実、フリッペース変異株の増殖欠損を高発現状態で抑圧する遺伝子を検索したところ、PS合成酵素であるCho1が単離された。しかし、PSを特異的に認識するLact-C2をプローブに用いた解析により、フリッペース変異株においてもPSはエンドソーム上で露出していることが明らかとなった。また、PSを合成できないcho1変異株においても、エンドソームからの小胞形成は起こっていることも明らかとなった。これらの結果は、Cdc50-Drs2が小胞形成を促進する際に輸送する基質として、PSに加えて他のリン脂質も重要であることを示唆している。脂質の輸送による小胞形成メカニズムとして、(1)輸送された脂質が特異的に小胞形成関連タンパク質をリクルートする可能性と、(2)脂質の輸送が物理的に膜の変形を誘導して小胞形成を促進している可能性が提唱されている。私達の結果は(2)を支持し、フリッペースによる輸送小胞形成の一端を解明することができた。以上の結果より、本年度の研究において着実な成果をあげることができた。本年度はフリッペースによる小胞形成機構について以下の研究成果を得ることができた。私達はこれまでに、F-boxタンパク質Rcy1が、Cdc50-Drs2と共免疫沈降されることを明らかにしている。本年度の研究では、この複合体形成の生理的意義を明らかにすることを試みた。まず、two-hybrid法および生化学的方法を用いて、Rcy1がDrs2(フリッペース触媒サブユニット)の細胞質側C末端領域に結合することを明らかにした。次に、Drs2のこの領域に多数の単一アミノ酸置換を導入し、Rcy1結合能を失った変異体と維持している変異体を得た。興味深い事に、Rcy1との結合能を失ったDrs2変異体は小胞輸送機能を失っており、この結合の重要性が示唆された。更に、Rcy1と結合するタンパク質を検索していたところ、分裂酵母において、Rcy1のホモログであるPof6が出芽酵母Laa1のホモログと結合することが報告されていた。そこで、Rcy1とLaa1の結合を検討し、Rcy1が実際にLaa1と共免疫沈降されることを確認した。Laa1はclathrin adaptorであるAP-1と結合することが示されている。従って、Cdc50-Drs2はRcy1、Laa1を介してAP-1をrecruitし、clathrin-coated vesicleの形成に働いていることが示唆された。本研究では、リン脂質非対称性を形成するリン脂質トランスロケース(フリッペース:Cdc50-Drs2複合体およびLem3-Dnf1/Dnf2複合体)の細胞機能を中心に解析を行っており、小胞形成機構及び膜タンパク質の選別輸送機構について以下の研究成果を得た。Arf1 small GTPaseのGAP (GTPase activating protein)であるGcs1は膜のcurvatureを認識するALPS motifを有する。今回、このALPS変異体がCdc50変異と組み合わさると、エンドソームからの小胞形成が阻害されることを見出した。

Gcs1がフリッペースによって形成された小胞をALPSを介して認識し、小胞形成を制御している可能性が示唆された。Drs2に結合するRcy1が、Laa1を介してAP-1クラスリンアダプターにリンクしていることを明らかにしている。今回、Rcy1変異株において、AP-1がエンドソームへ過剰に蓄積していることを見出した。この結果は、リン脂質のフリップによるAP-1局在化機構の解明に繋がるものである。Lem3変異株においては、トリプトファン輸送体であるTat2が高度なユビキチン化を受けて液胞へ誤輸送される。今回、Tat2のアミノ末端領域がフリッペースの基質であるPS(フォスファチジルセリン)特異的にリポソームに結合することを見出した。PSを含む脂質非対称性の異常が、Tat2のアミノ末端領域を介してTat2の高度なユビキチン化に繋がっていることが示唆された。以上のように、生体膜の普遍的な性質である脂質非対称性の機能と制御機構について、新しい知見を得ることができた。真核細胞の生体膜では、リン脂質の分布が脂質二重膜の細胞質側層とその反対側の層で大きく異なること(リン脂質の非対称性)が知られている。しかし、その生理機能については多くが不明である。本研究では、出芽酵母をモデル系に用いて、リン脂質非対称性を制御するタンパク質の機能と制御機構について解析し、以下の成果を得た。(1) Cdc50-Drs2フリッペースによる輸送小胞形成機構の解析Cdc50-Drs2フリッペースは脂質を細胞質側層へ輸送することにより小胞形成を促進すると考えられている。F-boxタンパク質Rcy1は、触媒サブユニットDrs2のC末端領域に結合し、この結合はDrs2の機能発現に重要であることが示唆されている。今回、Drs2のC末端領域の点突然変異体を新たに取得し、Drs2とRcy1との結合がCdc50-Drs2による輸送小胞の形成に必須であることを明らかにした。(2)細胞膜における脂質非対称性の形成機構の解析フォスファチジルセリン(PS)特異的に結合するGFP-Lact-C2を用いた解析から、細胞膜では細胞質側層にPSが局在しているが、ゴルジ体やER膜の細胞質側層にはPSが存在しないことが明らかになっている。今回、PSはゴルジ体での分泌小胞形成の際に内腔側層から細胞質側層へ輸送されること、また、この輸送には既知のフリッペースは関与しないことが示唆された。一方、酵母の全遺伝子を網羅的に破壊した変異株シリーズにGFP-Lact-C2を発現させ、その局在異常を示す株を検索した。その結果、エンドサイトーシスを経て初期および後期エンドソームから後期ゴルジ体へ向かう小胞輸送経路の変異株では、PSは内膜系の細胞質側に露出されることが明らかとなった。PSは、これらの小胞輸送経路で細胞膜へとリサイクルされることにより、その細胞膜特異的な局在が維持されるものと考えられた。本研究では、Cdc50-Drs2フリッペース複合体と小胞形成に働く因子群との機能的関係を明らかにすることを目的としている。今回、フリッペースとArf1 GAPであるGcs1との機能的関係の一端を解明し、また、フリッペースによるAP-1クラスリンアダプター局在化機構の解明に繋がる発見をすることができた。
Peroxynitrite(ONOO^-)による細胞障害-NOとスーパーオキサイドによる相乗的障害作用-

1.0.2mMONOO^-添加により、培養心筋細胞の自動拍動は5分以内に停止した。一方、1mM H_2O_2では拍動の停止はみられなかった。10mM H_2O_2では添加5分以内に拍動を停止させた。2.拍動が停止した添加5分後で、細胞内Ca^<2+>は、0.2mM ONOO^-でのみ収縮期レベルへの上昇がみられ、10mM H_2O_2では弛緩期レベルであった。ONOO^-添加による細胞内Ca^<2+>の上昇は、無Ca外液ではみられず、細胞膜の障害によると考えられた。3.しかし、ONOO^-添加5分後では、細胞膜流動性および過酸化脂質量が変化しない。このことから、細胞膜障害は、脂質部分ではなく、膜の機能蛋白部分と考えられた。4.また、ONOO^-による細胞内Ca^<2+>の上昇は、拘縮を生じなかった。さらに、ONOO^-添加15分後では、サポニン処理によるCa過剰流入でも拘縮を生じなかった。細胞内ATPの著しい枯渇やアシドーシスなしに、細胞内Ca^<2+>の増加に伴う収縮を示さないことは、ONOO^-添加による収縮蛋白の障害が考えられた。5.以上より、(1)ONOO^-は、H_2O_2にくらべ高い細胞障害性を示した。(2)ONOO^-の障害性は、細胞内Ca^<2+>、細胞膜流動性および細胞内ATP量の変化へのONOO^-とH_2O_2の障害性の違いからONOO^-の直接作用と示唆された。(3)ONOO^-による細胞障害は、細胞膜脂質が関与しない細胞膜のCa透過性亢進や収縮蛋白のCa^<2+>感受性の低下がみられたことから、機能蛋白へのONOO^-の直接的障害が示唆された。6.血管内皮細胞における、ONOO^-の生成量や低濃度での障害を今後検討する必要がある。
長寿遺伝子Sirt1の血管老化、血管障害における役割

血管老化あるいは血管障害が全身老化の一表現であるという観点から、抗老化作用を有するNAD依存性脱アセチル化酵素Sir2の哺乳類ホモログSirt1が血管老化、血管障害に果たす役割を検討することを本研究の目的とした。まず培養ヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)を用いて、Sirt1阻害による血管内皮細胞の老化形質への影響を検討した。Sirt1阻害薬sirtinolおよびSirt 1 siRNAの処理により、10日目には、老化関連beta-galactosidase (SA-beta-gal)活性の増加、増殖の停止、大型化といった老化形質の発現を認めた。同時に、PAI-1発現の増加、内皮型NO合成酵素(eNOS)の活性低下がみられた。sirtinolおよびSirt 1 siRNAはHUVECにおけるp53のタンパク発現に影響することなくアセチル化を促進した。Sirt1阻害で老化形質を示したHUVECは、増殖因子刺激による細胞内シグナルも減弱していた。これらと逆に、遺伝子導入によりSirt1を過剰発現させると、過酸化水素刺激で誘導したHUVECの早期老化形質はすべて抑制された。次に、Sirt1発現・活性を保持し、内皮細胞老化を抑制する薬剤を探索した。その結果、フォスフォジエステラーゼ3阻害薬のシロスタゾールが、eNOS活性とSirt1発現の保持を介して、過酸化水素刺激で誘導されるHUVECの早期老化形質を抑制することがわかった。これらの結果から、Sirt1は血管内皮細胞の老化を防ぎ、NO産生など内皮細胞機能の維持に作用すると考えられた。老化制御遺伝子Sirt1が血管老化さらには血管障害に寄与するかどうかを検討することが本研究の目的である。今年度は、培養ヒト臍帯静脈由来内皮細胞を用いて、早期老化の過程におけるSirt1の役割について検討した。特異的阻害薬sirtino1を用いたSirt1の活性阻害およびsiRNAを用いたSirt1のノックダウンにより、細胞は早期老化形質を示した。具体的に、Sirt1阻害10日目には、senescence-associated(SA)-βgal活性の増加、細胞増殖能の低下と細胞の扁平大型化といった老化形質が誘導された。さらに、Sirt1阻害によって、PAI-1発現の増加、内皮型一酸化窒素合成酵素の発現と活性低下といった内皮細胞機能低下が認められた。また、Sirt1阻害はp53のタンパク発現レベルを変えることなくそのアセチル化を増強した。細胞増殖能の低下は、EGF刺激に対するMAPキナーゼ活性化の減弱を伴ったものであった。逆に、Sirt1遺伝子の過剰発現により、過酸化水素誘導性のSA-βgal活性増加、細胞増殖能低下と細胞の扁平大型化といった早期老化形質およびPAI-1発現増加とeNOS発現低下といった機能障害をすべて回復することができた。以上の結果から、Sirt1はおそらくp53の脱アセチル化を介して血管内皮細胞の早期老化防止および機能維持に作用することが考えられた。次年度は、動脈硬化など血管障害を含めたin vivoにおけるSirt1の役割およびSirt1の発現・活性制御による血管病の治療への応用を目指して研究を進める予定である。前年度に引き続き、ヒト臍帯静脈由来血管内皮細胞の早期老化に対するSirt1抑制と活性化の影響を検討した。Sirt1阻害薬sirtino1およびSirt1 siRNAの処理により、10日目には、老化関連beta-galactosidase(SA-beta-gal)活性の増加、増殖の停止、大型化といった老化形質の発現を認めた。sirtino1およびSirt1 siRNAはHUVECにおけるp53のタンパク発現に影響することなくアセチル化を促進した。

これらと逆に、遺伝子導入によりSirt1を過剰発現させると、過酸化水素刺激で誘導したHUVECの早期老化形質はすべて抑制された。次に、Sirt1発現・活性を保持し、内皮細胞老化を抑制する薬剤を探索した。その結果、フォスフォジエステラーゼ3阻害薬のシロスタゾールが、eNOS活性とSirt1発現の保持を介して、過酸化水素刺激で誘導されるHUVECの早期老化形質を抑制することがわかった。これらの結果から、Sirt1は血管内皮細胞の老化を防ぎ、NO産生など内皮細胞機能の維持に作用すると考えられた。
固相担持型Mn(III)反応剤を用いる酸化的ラジカル環化反応の開発とその応用

1.固相担持型Mn(III)反応剤の調製まず、Mn(III)反応剤としてMn(OAc)_3・2H_2Oを、固相担体としてCOOH基を交換基とするイオン交換樹脂であるAmberlite IRP-64 [100-400 mesh,10 meq/g(dry)]を用い、固相担持型Mn(III)反応剤の調製を試みた。すなわち、窒素雰囲気下、Mn(OAc)_3・2H_2O(1.07g,4mmol)のエタノール溶液にAmberliteIRP-64(1.0g)を加え、室温にて42時間撹拌した後、吸引ろ取した。次に、ろ取した樹脂をエタノール、つづいてヘキサンで洗浄した後、真空乾燥して赤褐色の樹脂を得た。原料として用いたMn(OAc)_3・2H_2Oはエタノールに溶解するが、この手法で処理した後の樹脂はエタノール中で撹拌してもMn(III)特有の赤色が全く溶出してくることがなかったことから、用いたMn(OAc)_3・2H_2Oは、ほぼ定量的にAmberlite IRP-64に担持されたものと推測された。2.固相担持型Mn(III)反応剤を用いた酸化的ラジカル環化反応の検討上記の方法で調製した樹脂を用い、実際にラジカル環化反応を試みた。研究実施計画に基づき、分子内にアルキン部を有しβ位にメチル基が1つ置換された鎖状β-ケトエステルを基質として用い、エタノール中、調製した樹脂とともに撹拌したところ、予想に反してラジカル環化はほとんど進行せず、5-exo環化体と6-endo環化体が合わせてもわずか6%の収率でしか得られず、その代わりに主生成物として基質の活性メチンがヒドロキシル化されたアルコール体が29%の収率で得られた。触媒量のMn(OAc)_2・4H_2Oを用い酸素雰囲気下で環状β-ケトエステルを反応させると同様の反応が起こることが既に知られているが、鎖状β-ケトエステルではうまくいかなかったと報告されていることから、本研究で得られた結果は興味深い。さらに、触媒量の樹脂を用い酸素雰囲気下で反応を行った場合にもこのヒドロキシル化反応は進行し、また反応後の後処理は、1)樹脂のろ去、2)ろ液の濃縮、3)カラム精製のみであることもこの樹脂を用いる大きな利点である。一方、本来の目的であった酸化的ラジカル環化反応に関しては、わずかながらではあるが環化反応が進行したことから、反応条件の更なる検討、用いる固相担体の修飾などによって改善される可能性が示唆された。(固相担持型Mn(III)反応剤の調製)まず、Mn(III)反応剤としてMn(OAc)_3-2H_2Oを、固相担体としてCOOH基を交換基とするイオン交換樹脂であるAmberlite IRP-64[100-400 mesh,10 meq/g (dry)]を用い、固相担持型Mn(III)反応剤の調製を試みた。すなわち、窒素雰囲気下、Mn(OAc)_3・2H_2O(1.07g,4 mmol)のエタノール溶液にAmberlite IRP-64(1.0g)を加え、室温にて42時間撹拝した後、吸引ろ取した。原料として用いたMn(OAc)_3・2H_2Oはエタノールに溶解するが、この手法で処理した後の樹脂はエタノール中で撹拌してもMn(III)特有の赤色が全く溶出してくることがなかったことから、用いたMn(OAc)_3・2H_2Oは、ほぼ定量的にAmberlite IRP-64に担持されたものと推測される。現在、Mn(III)の担持量を正確に分析すべく準備を進めているところである。(固相担持型Mn(III)反応剤を用いた酸化的ラジカル環化反応の検討)上記の方法で調製した樹脂を用い、実際にラジカル環化反応を試みた。用いる基質は研究実施計画に基づき、分子内にアルキン部を有しβ位にメチル基が1つ置換された既知のβ-ケトエステルとした。まず、コントロール実験として、Mn(OAc)_3・2H_2Oを用いてエタノール中、室温で反応を行ったところ、5-exo環化体が30%、6-endo環化体が9%の収率でそれぞれ得られた。次に、調製した樹脂を用いて同様の条件下反応を行ったところ、予想に反してラジカル環化はほとんど進行せず、5-exo環化体と6-endo環化体が合わせてもわずか6%の収率でしか得られず、その代わりに主生成物として基質の活性メチンがヒドロキシル化されたアルコール体が29%の収率で得られた。Mn(OAc)_3・2H_2Oで処理していないAmberlite IRP-64を用いてもこのような反応が全く起こらないことから、この酸化反応がMn(III)反応剤あるいは固相担持型Mn(III)反応剤に由来するものであると考えられる。現在、反応機構についての考察も含めさらに詳細な検討を加えているところである。1.固相担持型Mn(III)反応剤の調製

まず、Mn(III)反応剤としてMn(OAc)_3・2H_2Oを、固相担体としてCOOH基を交換基とするイオン交換樹脂であるAmberlite IRP-64 [100-400 mesh,10 meq/g(dry)]を用い、固相担持型Mn(III)反応剤の調製を試みた。すなわち、窒素雰囲気下、Mn(OAc)_3・2H_2O(1.07g,4mmol)のエタノール溶液にAmberliteIRP-64(1.0g)を加え、室温にて42時間撹拌した後、吸引ろ取した。次に、ろ取した樹脂をエタノール、つづいてヘキサンで洗浄した後、真空乾燥して赤褐色の樹脂を得た。原料として用いたMn(OAc)_3・2H_2Oはエタノールに溶解するが、この手法で処理した後の樹脂はエタノール中で撹拌してもMn(III)特有の赤色が全く溶出してくることがなかったことから、用いたMn(OAc)_3・2H_2Oは、ほぼ定量的にAmberlite IRP-64に担持されたものと推測された。2.固相担持型Mn(III)反応剤を用いた酸化的ラジカル環化反応の検討上記の方法で調製した樹脂を用い、実際にラジカル環化反応を試みた。研究実施計画に基づき、分子内にアルキン部を有しβ位にメチル基が1つ置換された鎖状β-ケトエステルを基質として用い、エタノール中、調製した樹脂とともに撹拌したところ、予想に反してラジカル環化はほとんど進行せず、5-exo環化体と6-endo環化体が合わせてもわずか6%の収率でしか得られず、その代わりに主生成物として基質の活性メチンがヒドロキシル化されたアルコール体が29%の収率で得られた。触媒量のMn(OAc)_2・4H_2Oを用い酸素雰囲気下で環状β-ケトエステルを反応させると同様の反応が起こることが既に知られているが、鎖状β-ケトエステルではうまくいかなかったと報告されていることから、本研究で得られた結果は興味深い。さらに、触媒量の樹脂を用い酸素雰囲気下で反応を行った場合にもこのヒドロキシル化反応は進行し、また反応後の後処理は、1)樹脂のろ去、2)ろ液の濃縮、3)カラム精製のみであることもこの樹脂を用いる大きな利点である。一方、本来の目的であった酸化的ラジカル環化反応に関しては、わずかながらではあるが環化反応が進行したことから、反応条件の更なる検討、用いる固相担体の修飾などによって改善される可能性が示唆された。
ウイルス感染細胞に誘導されるアポトーシスについてのウイルス学的研究

動物ウイルスの感染にともなうアポトーシスについて、主としてその生物学的意義に的を絞り解析した。ウイルス感染細胞にアポトーシスが誘導されるとウイルス増殖は中断され、アポトーシスは非特異的な感染防御機構として働くと考えられていた。しかし、インフルエンザウイルス感染細胞におけるアポトーシス誘導とウイルス増殖とのカイネティックスを定量的に比較したところ、アポトーシス誘導より早く増殖を完了することよりインフルエンザウイルスがアポトーシスによる増殖中断を克服していることを見出した。一方、ソルビトール処理により強いアポトーシスが細胞に迅速に誘導されることを見出し、この系を用いて(1)動物ウイルスでは、昆虫ウイルスの場合と異なり、感染細胞にアポトーシスが誘導されてもウイルスはかなり増殖できること(2)単純ヘルペスウイルス1型(HSV-1)や2型(HSV-2)など遺伝情報量の多いDNAウイルスでは複数のアポトーシス抑制遺伝子を獲得することによりアポトーシスによるウイルス増殖中断を克服していること、(3)このアポトーシスの抑制にはHSVのUS3遺伝子が関与していることを明らかにした。これらの結果から、動物ウイルスの感染におけるアポトーシスの役割は、昆虫ウイルスを用いる解析から報告されたような感染細胞死による増殖中断ではないこと、むしろ感染細胞をマクロファージの標的と変えることによりウイルス感染防御機構として働く点にあると考え報告した。ウイルス感染にともなうアポトーシスについて、主としてその生物学的意義に的を絞り解析した。ウイルス感染細胞にアポトーシスが誘導されるとウイルス増殖は中断すると考えられていた(非特異的な感染防御機構)。しかし、(1)水疱性口内炎ウイルス(VSV)やインフルエンザウイルス感染細胞でのアポトーシス誘導とウイルス増殖とのカイネティックスを定量的に比較した結果、これらのウイルスではアポトーシスの誘導より早く増殖を完了することにより、ウイルス増殖中断を克服していること、しかし、(2)炎症性サイトカインである腫瘍壊死因子(TNF)は感染細胞でのアポトーシス誘導時間を短縮することによりウイルス増殖を抑制すること(抗ウイルス作用)を見出した。一方で、我々の開発したソルビトールによるアポトーシス誘導系を用いて、(1)動物ウイルスでは、昆虫ウイルスの場合とは異なり、感染細胞にアポトーシスが誘導されてもウイルスはかなり増殖できること、(2)HSV-1やHSV-2など遺伝情報量の多いDNAウイルスでは、複数のアポトーシス抑制遺伝子を獲得することによりアポトーシスによるウイルス増殖中断を克服していること、を明らかにした。HSVの場合、このアポトーシスの誘導にはウイルスのUS3遺伝子が関与している。これらの結果から、動物ウイルスの感染におけるアポトーシスの役割は、感染細胞死による増殖中断だけではなく、感染細胞をマクロファージの標的と変えることによりウイルス感染防御機構として働く点にあると考えている。しかし、解析の結果、動物ウイルスの感染におけるアポトーシスの役割は、昆虫ウイルスで見られたような感染細胞死による増殖中断ではないこと、むしろ感染細胞をマクロファージの標的と変えることによりウイルス感染防御機構として働く点にあることを報告した。一方、ウイルス側としては、アポトーシスを逃れる為にこれまでに報告した(1)アポトーシス抑制遺伝子の獲得、(2)アポトーシス誘導以前の急速な増殖の二つに加え、(3)隠密な感染による細胞の感染監視システムからの逃避がありうることを推論した。この可能性を検討するため、感染細胞を必ずしも殺さず持続感染をすることが知られているセンダイウイルスを用いて調べたところ、このウイルスはアポトーシス抑制遺伝子を持たぬにも関わらずアポトーシスを誘導せず、細胞の監視系からの逃避があることが証明された(投稿中)。また、これまでアポトーシス抑制遺伝子は大型のDNAウイルスでのみ見出され、通常のRNAウイルスでは知られたなかったが、+鎖RNAウイルスであるポリオウイルスがアポトーシス抑制遺伝子を持つことを我々の開発したソルビトール系を用いて明らかにした(投稿中)。これらの結果をふまえ、ウイルス感染とアポトーシスについての全体像を解明しつつある。
細胞癌における蛋白質リン酸化

1)MAPキナーゼキナーゼの精製・cDNAクローニングに成功し、MAPキナーゼキナーゼ/MAPキナーゼカスケードが酵母からヒトまで保存されたシグナル伝達システムであることを明らかにした。さらにMAPキナーゼキナーゼが存在することを示した。また、ras p21の下流でMAPキナーゼキナーゼ/MAPキナーゼが活性化することを示した。2)β-カテニンがチロシンキナーゼの基質となり、この蛋白質がリン酸化されると細胞接着能が低下することを見出した。また、スキラスタイプの胃癌では、高率(2/3以上)でαカテニンの発現が見られないことを明らかにした。3)Src型チロシンキナーゼFynからの情報がT細胞においてIL-2プロモーター及びc-fosプロモーターを活性化することを明かにした。この情報伝達にFyn蛋白質構造の中のSH2領域が重要であること、CSKの存在により活性が負に調節されていることを明らかにした。4)ヒトCRK遺伝子のクローニングを行ない、そのmRNAが2種類あること、その産物はp28CRK-Iとp40/p42CRK-IIであることを明らかにした。CRK遺伝子産物をmicroinjectするとPC12細胞の分化を誘導することが明らかになった。5)癌抑制遺伝子Rbの産物(RB蛋白質)のリン酸化に細胞周期のG1→Sの移行を制御するキナーゼcdk2が関与していることが示唆された。6)分裂酵母の温度感受性細胞周期変異株のうちcdc2.cdc10.cdc13を宿主とした用い、それらの変異を機能相補するcDNAを多数単離した。各々の変異遺伝子のホモログ以外にResl.Resl/Cdc10.Reml.RNA結合蛋白質などが単離された。7)膀胱癌の予後因子の多変量解析の結果、ErbB2過剰発現は独立した重要な予後因子であることが判明した。
薄いガラスセルを用いた超高感度磁気センサの開発

原子の共鳴周波数は原子に加わる磁場によって変化するため、その周波数変化を精密に測定すれば高感度な磁場計測が可能である。磁気センサの感度は、信号強度に比例し、信号線幅に反比例するため、信号増大技術が不可欠である。磁気信号検出部品として、レーザーの進行方向の厚みが直交方向よりも薄い形状のガラスセル(厚さ0.110mm)を製作し、セシウム(Cs)原子を封入した。また、地球磁場の影響を排除するための磁気シールド装置を設計・制作し、磁気変化DC100Hzでシールド率60dB以下を達成した。磁気検出には、二つのレーザー光成分と原子とのコヒーレント相互作用によって生じるCPT(Coherent Population Trapping)共鳴信号を用いた。しかしながら、薄いガラスセルを用いると信号に寄与する原子数が減少するため、磁気検出感度が低下する。この欠点を改善するため、以下の3つの方法を試みた。(a)多重光反射(マルチパス吸収)による信号増大...二台の外部共振器型半導体レーザー光源を用い、CPT信号の観測を行った。二つのレーザー光の偏光を制御し、一方のレーザー光強度変化を抽出することでCPT信号を取り出し、二回の光反射、すなわち光路長を3倍にした場合に、約3倍の強度増大に成功した。(b)重畳Λ型遷移を用いた信号増大...速度分布を持った原子集団のドップラー拡がりに着目し、信号に寄与していなかった速度成分を持つ原子による信号を検出した。信号幅が同一の条件で比較すると、50倍以上の非常に大きな信号増大効果が得られた。(c)二波長光ポンピングによる信号増大...Cs原子のD2吸収帯を用いたCPT信号光学系にD1吸収帯に同調したレーザー光を重畳したところ、D1光の波長を変化させ、吸収波長に近づけるに従って信号強度が徐々に小さくなり、共鳴周波数がシフト、線幅も広がっていくことがわかった。磁気検出部品として、セシウム(Cs)原子を封入した薄いガラスセルの製作を行った。ガラスセルはパイレックスガラス製の円筒型で、直径より円筒の長さ(セルの厚さ)が短い。直径35mm、セルの厚さは0.1mm 0.2mm 0.5mm 1.0mm 2.0mm 5mm 10mmの7つを製作した。薄いガラスセルによる速度選択性を生かすため緩衝ガスは入れず、室温でCs原子の飽和蒸気圧以上になるように真空封入した。また、地球磁場の影響を排除するための磁気シールド装置を設計・製作した。磁気シールドは、パーマロイPC厚さ:1mm3層、内層:301mm角、中層:341mm角、外層:381mmである。DC100Hzでシールド率60dB(1000分の1、仕様値)以下を、60Hzでは103.0dBを達成した。次に、製作した薄いガラスセル中のCs原子の吸収スペクトルを半導体レーザー光源で観測した。セルの厚さが薄くなるほど吸収スペクトルが狭くなる、速度選択的光ポンピングの観測に成功した。次に、薄いセルにレーザー光を一度透過させるシングルパスと二枚の鏡によって光を複数回セル内に導入するマルチパスの吸収量を比較した。実験では2回の光反射で吸収スペクトルを観測し、約2倍の吸収量増大に成功した。また、光ポンピング用半導体レーザー光源の波長安定化のために、汎用樹脂ブロックを用いた光源安定化システムを開発した。外部共振器に回折格子を用い、その角度をブロック部品(サーボモータ、光センサ及びマイクロプロセッサ)によって制御した。簡単なシステムによってレーザーの周波数ドリフトを抑えることに成功した。当初ガラスセルの真空封入等は内製化する予定であったが、真空装置のトラブルもあり、十分な真空度が得られなかったため。前年度製作したセシウム原子を封入した薄いガラスセルを用いてCPT(Coherent Population Trapping)共鳴信号の観測を行った。信号観測には二つのレーザー光成分が必要であり、今回は二つの方法((a)一台のレーザー光源を用いる方法、及び(b)二台のレーザー光源を用いる方法)を用い、その結果を比較した。(a)の方法では光源にDFBレーザーを用い、位相変調器により発生させた二つのサイドバンド光によるCPT信号の観測を行い、静磁場を印加した際の共鳴周波数のずれから、印加磁場強度を1mG以下の精度で測定することに成功した。厚さ1mmの薄いガラスセルを用いて多重光反射による信号強度増大効果を検証したが、顕著な増大効果は得られなかった。(b)の方法では二台の外部共振器型半導体レーザー光源を用い、CPT信号の観測を行った。二つのレーザー光の偏光を制御し、一方のレーザー光強度変化を抽出することでCPT信号を取り出し、多重光反射による信号強度増大効果を検証した。観測の結果、二回の光反射、すなわち光路長を3倍にした場合に、約3倍の強度増大に成功した。また、実験室の磁場環境計測のために3軸磁気計測システムを作成し、磁気シールド内外の磁場計測を行った。実験室における地磁気の大きさを測定分解能0.73mGで評価することができた。また、研究棟1階から実験室のある5階までのエレベータ移動によって、2.76mGの磁場変化を生じることも確認できた。

さらに、磁気シールド内の残留磁場をキャンセルする3軸ヘルムホルツコイルを3Dプリンタにて製作し、生体磁場計測に十分な静磁場環境を整備することができた。マルチパス(多重反射)光による信号増大効果の検証に手間取ったため。当初計画していた実験系において光源及び光学系を変更し、増大効果の検証に成功した。重畳Λ型遷移による信号増大効果の検証、及び異なる二つのセシウム吸収波長(D1,D2線)用の光源による実験を予定していたが、若干実験計画に遅れを生じた。原子の共鳴周波数は原子に加わる磁場によって変化するため、その周波数変化を精密に測定すれば高感度な磁場計測が可能である。磁気センサの感度は、信号強度に比例し、信号線幅に反比例するため、信号増大技術が不可欠である。磁気信号検出部品として、レーザーの進行方向の厚みが直交方向よりも薄い形状のガラスセル(厚さ0.110mm)を製作し、セシウム(Cs)原子を封入した。また、地球磁場の影響を排除するための磁気シールド装置を設計・制作し、磁気変化DC100Hzでシールド率60dB以下を達成した。磁気検出には、二つのレーザー光成分と原子とのコヒーレント相互作用によって生じるCPT(Coherent Population Trapping)共鳴信号を用いた。しかしながら、薄いガラスセルを用いると信号に寄与する原子数が減少するため、磁気検出感度が低下する。この欠点を改善するため、以下の3つの方法を試みた。(a)多重光反射(マルチパス吸収)による信号増大...二台の外部共振器型半導体レーザー光源を用い、CPT信号の観測を行った。二つのレーザー光の偏光を制御し、一方のレーザー光強度変化を抽出することでCPT信号を取り出し、二回の光反射、すなわち光路長を3倍にした場合に、約3倍の強度増大に成功した。(b)重畳Λ型遷移を用いた信号増大...速度分布を持った原子集団のドップラー拡がりに着目し、信号に寄与していなかった速度成分を持つ原子による信号を検出した。信号幅が同一の条件で比較すると、50倍以上の非常に大きな信号増大効果が得られた。(c)二波長光ポンピングによる信号増大...Cs原子のD2吸収帯を用いたCPT信号光学系にD1吸収帯に同調したレーザー光を重畳したところ、D1光の波長を変化させ、吸収波長に近づけるに従って信号強度が徐々に小さくなり、共鳴周波数がシフト、線幅も広がっていくことがわかった。薄いガラスセルの製作に戸惑ったが、原子吸収スペクトルを確認したため、今後は予定通りの順序で実験を進める。今年度前半でCPT信号の観測を行い、マルチパス及び重畳Λ型遷移による信号増大効果を検証する。また、二波長励起用のCs原子D1吸収線用レーザー光源の手配を進めるとともに、磁気シールド装置内の残留磁場キャンセレーションの準備も進め、年度後半にはその実験を実施する。セシウム原子のD1吸収線観測用の光源は平成29年度末に導入済みで、この光源を用いて原子吸収スペクトルを確認している。また、重畳Λ型遷移による信号増大効果の検証についても平成29年度末から進めており、レーザー光源の電流変調による周波数ドリフトの影響等の課題を把握している。
高精度走査熱量計を用いた新規セメント系材料空隙構造解析方法の開発

セメント・コンクリートの新規空隙構造解析方法としてサーモポロメトリーに着目して検討を行った。多孔質シリカを用いてサーモポロメトリーで空隙構造解析を行った結果、水とシクロヘキサンでそれぞれ測定が困難な細孔半径があり単体での解析は難しいことが明らかとなった。また、それぞれが適した領域での測定結果を組み合わせることで,セメント硬化体のように幅広い細孔径分布を有する多孔体を測定できることを明らかとした。現在、数nm20μmまでの多孔体の空隙構造解析には主に水銀圧入法が、それ以下の細かい空隙はガス吸着法が利用されている。このうちセメント・コンクリートの測定に利用されている水銀圧入法に使用する水銀は劇毒物であり、取り扱いには細心の注意が要求される。今後、このような有害物質を使用した分析手法が将来にわたり利用できる可能性は低く、水銀圧入法に代わる空隙径分布の測定方法の確立が期待されている。また、劣化したコンクリート等の脆弱化な硬化体では、水銀圧入法の測定中の高い負荷により硬化体組織が破壊され、空隙構造を正しく解析できていない可能性がある。近年、新たな空隙構造解析手法として、サーモポロメトリーが注目されている。多孔性材料の空隙中の液体の凝固点及び融点が空隙径によって異なり、示差熱量測定(DSC)による測定から細孔径分布が得られる。しかし、これらの報告は均質な空隙構造を有するシリカゲルや多孔質ガラスを用いており、不均質な空隙構造を有するセメント・コンクリートへの適用に関する検討は少ない。本研究では、基礎的な多孔質材料としてセラミックス多孔体のサーモポロメトリーによる解析を行い、水銀圧入法と比較して検討を加えた。その結果、サーモポロメトリーは氷の融解速度および発熱量を考慮する必要があるが、温度変化速度を低減させ、サンプルの量を小さくすることでその影響を抑制することができ、サーモポロメトリーによって空隙構造を解析できる可能性を見出した。本年度は、基礎的な多孔質材料としてセラミックス多孔体を用い、サーモポロメトリーによる解析を行い水銀圧入法と比較して検討を加えた。その結果、サーモポロメトリーは溶媒の融解速度および発熱量を考慮する必要があるが、温度変化速度を低減させ、サンプルの量を小さくすることでその影響を抑制することができること、15nm未満の細孔半径の測定には溶媒として水が、それ以上の測定にはシクロヘキサンが適していることを明らかとした。以上の結果からサーモポロメトリーによって空隙構造を解析できる可能性を見出した。セメント硬化体の測定には広範に水銀圧入法(Mercury Intrusion Porosimetry,以下MIP)が用いられている。しかし,MIPは測定の際に高圧力を加えるため,劣化したコンクリート等の脆弱な硬化体では微細組織が崩壊し,細孔径分布を正しく測定できていないことが指摘されている。また,水銀は毒劇物であるため,測定装置を設置ために専用の独立した分析室を準備する必要があり,また実験に利用し水銀の付着した試料・ろ紙・試薬等の廃棄および器具を維持管理するに際しても特別な処理が必要されるなど,その取扱いにおいては細心の注意が要求される。今後,このような有害物質を利用した分析手法が恒久的に利用できる可能性は作業環境の安全確保および自然環境への負荷の観点から見ても低いことが予想され,代替の方法が必要である。本年度は前年度までに確立した手法を用いてセメント系材料を用いて測定を行い,高精度走査熱量計(DSC)による空隙径分布の測定結果と,硬化体の相組成モデルや組織形成モデルから推定される空隙構造との関連を整理し,高精度走査熱量計(DSC)による空隙径分布の測定手法(サーモポロメトリー)の妥当性を検討した。

その結果,異なる細孔を有する多孔質シリカを用いた検討により,15nm未満の細孔半径の測定には溶媒として水が,それ以上の細孔半径にはシクロヘキサンが適していることを見出し,セメント硬化体の空隙構造を測定する方法として双方の測定結果を組み合わせる方法によりセメント硬化体の空隙の解析が可能であることを明らかとした。以上の結果から水銀圧入法に代わる空隙構造の測定方法として,サーモポロメトリーが有用であることを見出した。また,硫酸の侵食により脆弱化した硬化体の細孔の測定例を示した。初年度、次年度の研究成果により、走査型熱量計によるセメント系材料の空隙構造解析手法が整ってきており、最終年度の研究も遅滞なく遂行が可能である。24年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は前年度までの研究成果をもとに、劣化を生じたコンクリートの空隙構造について水銀圧入法、サーモポロメトリーの比較を行い、空隙構造解析の妥当性を検証する。