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化学スペ-サによる放射性核種標識モノクロ-ナル抗体の腫瘍集積性増幅に関する研究

モノクロ-ナル抗体によるタ-ゲッティング療法の中では、抗がん剤や細胞毒結合体に比べて、放射性物質を用いるradioimmunoconjugate法が原理的には最もシンプルかつ強力である。しかし腫瘍への絶対的・相対的な集積量が低いため診断・治療共に実用化に至っていない。radioimmunoconjugateを用いたがんの核医学的診断法には、現在^<111>In(インジウム)が最も頻繁に用いられる放射性核種であるが、肝・脾への非特異的な放射能集積が高いため、これらの臓器内や近傍の腫瘍の診断の妨げになることを、我々は従来より明らかにしてきた。そこで、標識用核種と抗体の中間に化学スペ-サとしてジエステル化合物を導入し、組織代謝を利用し正常組織への放射能分布を低減する新しい標識法を開発した。抗大腸癌モノクロ-ナル抗体(A7,IgG_1)とヒト大腸癌(LSー180)移植のヌ-ドマウスを用いた実験モデルで種々の検討を行った。体外への放射能消失速度を生物学的半減期で比較すると、従来法の146時間に対して、24時間と6倍に促進された。また体内分布実験から、腫瘍への集積は投与後24時間まで両者ほぼ同等であるが、化学スペ-サ法では、血液、肝、脾等の正常組織分布が著明に減少した。これは、イメ-ジング実験の結果と良く一致し、従来法に比べて正常組織バックグラウンド放射能が低く、明瞭に腫瘍を描出した画像が得られた。今後動物実験により、従来法との詳細な比較をさらに追加する。また今年度の結果より、この化学スペ-サ法を臨床に応用すれば、微小ながん病巣の検出率向上が予想できる。したがって、基礎的な前臨床段階では、期待どおりの成果と考えられたため、『医学研究施設内で作られたRI標識モノクロ-ナル抗体の臨床利用に関する指針』(RADIOISOTOPES 39:597ー599,1990)に則て、安全性の評価および線量分布計算を行い、臨床応用を準備中である。
深海熱水噴出孔環境の硫黄酸化細菌の元素状硫黄酸化に関わるタンパク質の解明

深海熱水環境の優占微生物であるイプシロンプロテオバクテリアの硫黄代謝経路について種々の解析を行い、この菌が複数の硫黄代謝経路を同時に利用していることを明らかにした。これらの代謝の鍵酵素の基質はポリスルフィドなどの水溶性化合物であるため不溶性の元素状硫黄に直接作用するタンパク質をさらに追跡したところスルフィドキノン還元酵素(SQR)様タンパク質が精製された。水に不溶な元素状硫黄を効率的に代謝径路に取り込み、そこからエネルギーを取り出すモデルを構築できた。深海熱水噴出環境に生息する硫黄酸化細菌の硫黄酸化経路の中でも特に元素状硫黄に関わるタンパク質を解明することを目的とした。元素状硫黄代謝を明らかにすることは、硫黄酸化径路全貌の解明に繋がりそれは人類に多大な恩恵をもたらす。研究材料として深海熱水系の優先種であるイプシロンプロテオバクテリアを用いた。イプシロンプロテオバクテリアを複数の条件で培養し、その細胞数や培地中の基質や生産物の変化を計測したところ、これらの細菌が複数の硫黄代謝経路を有していることが示唆された。そこで酵素活性測定、タンパク質同定、遺伝子配列比較などを行い、イプシロンプロテオバクテリアが少なくとも水素酸化硫黄呼吸経路とソックス型チオ硫酸酸化径路を利用していることを明らかにした。水素酸化硫黄呼吸径路は水素依存的に行われポリスルフィド還元酵素(PSR)が最終電子受容体として機能することをDNA配列予測、酵素活性レベルで明らかにした。ポリスルフィドは自ら生産する硫化水素から自然発生的に作られるとも考えられるが、能動的に生産し供給している可能性も示唆された(後述)。チオ硫酸酸化では既知のソックスシステムに類似のシステムが機能していることをDNA配列予測、酵素活性、タンパク質同定により明らかにした。一方で、既知のソックスシステムとは異なりいくつかのソックスシステム特異的な膜タパク質を要求することも明らかにした。元素状硫黄結合タンパク質としてスルフィドキノン還元酵素(SQR)様タとパク質が精製され、このタンパク質が硫黄の可溶化とポリスルフィドの供給に関与することが示唆された。イプシロンプロテオバクテリアは硫黄還元と硫黄酸化を同時に行うことで効率的に不溶性元素状硫黄を代謝径路に取り込むことを可能にしている。本菌の硫黄代謝コンセプトは生態系に大きなインパクトを与えるものであり、あらゆる硫黄代謝微生物や生態系においても検証してみるべきである。深海熱水噴出環境に生息する硫黄酸化細菌の硫黄酸化径路の中でも特に元素状硫黄に関わるタンパク質を解明することを目的とした。水素酸化硫黄呼吸径路は水素依存的に行われポリスルフィド還元酵素(PSR)が最終電子受容体として機能することをDNA配列予測、酵素活性、タンパク質同定レベルで明らかにした。ポリスルフィドは自ら生産する硫化水素から自然発生的に作られるとも考えられるが、能動的にも生産し供給していた。チオ硫酸酸化では既知のソックスシステムとは異なりいくつかのソックスシステム特異的な膜タンパク質を要求することも明らかにした。走査型電子顕微鏡の映像から、イプシロンプロテオバクテリアは元素状硫黄の表面に張り付くと同時に硫黄表面を溶解させている事実が観察され、元素状硫黄結合タンパク質としてスルフィドキノン還元酵素(SQR)様タンパク質が精製された。イプシロンプロテオバクテリアは効率的に不溶性元素状硫黄を代謝径路に取り込み、その際に硫黄還元と硫黄酸化を同時に行っていた。
非線形メタマテリアルを用いた高機能回路に関する研究

本研究では,非線形メタマテリアルとしてショットキーバラクタを導入した右手左手混在線路を用いて,その基本特性把握ならびに応用を検討した。まず,逓減摂動法による非線形孤立波の定量化を進め,実測により整合性検証を行う形をとった。一次元構成では,非線形性によるソリトン的孤立波生成とその共鳴相互作用の発見に,二次元構成では自己集束現象の実証にそれぞれ成功した。また,トランジスタの分布定数的導入による損失補償など,将来的な実践性向上に資する手法を新たに考案した。CRLH線路の右手容量にバラクタを導入し、同線路上の波動伝搬特性が非線形シュレディンガー方程式によって記述されることを示した。これにより、従来、狭帯域応用に限定されていた左手系波動をパルス応用に拡大する基盤を構築することができた。また、2次元系に議論を展開し、2次元的な空間的孤立波の生成と制御法を新たに考案した。2次元線路においては、非線形性と分散性の釣合いが図られないために、厳密なソリトン解は与えられないが、ショットキー・バラクタによる非線形性は、制限されたバイアス領域でのみ有効であるため、空間的局在を有限時間保ちつつ伝搬することが予想される。以上の事実について数値的検証を行い、整合的帰結を得ることができた。一次元線路についての動作実証が目的である。数理的検討による設計指針をもとに実践的設計を開始した。一次元線路は一層PCBによる実現が可能である。搬送波周波数は>1GHz程度に設定し、非線形CRLH線路の物理的構造を設計・試作を行った。一方、PSPICE上でのモデル化を推進した。寄生効果をPSPICEに取り入れる形で検証を継続し、第二四半期末までに試作品種を確定した。評価を進め、設計と整合的な帰結を得るに至った。個別部品を用いたCRLH線路をプリントボード上に製作し評価した結果、インダクタのパッケージングに起因する寄生抵抗による信号劣化が軽視できないことが判明した。そこで新たに右手系インダクタを排除した伝送線路を考案し試作評価を推進した。原理確認のため動作周波数をMHz帯に定め、比較的安価に回路試作を進めた。考案した伝送線路では左手系でのみ波動伝搬が可能となるため、生成される孤立波は必ずこの属性を有する。なお、線路試作は1次元線路について行った。試作評価結果は数値的評価結果と整合的であり、入力されるパルス振幅が小さい場合には線路分散による波形劣化が著しく、一方振幅が大きくなるにつれ非線形性による分散補償がなされ孤立波が有限長を伝搬することを実証するものとなった。考案線路を次元拡張することによって当初計画の空間的孤立波制御を遅滞なく進めることができる。当該年度は、個別部品を用いた2次元非線形CRLH線路をプリントボード上に製作し、パルス応答評価を第一に進めた。その結果、非線形性が分散性を凌駕して生ずるパルスの自己集束をはじめて確認することができた。そして、プリント基板回路を用いた試作を完了した。当該年度はまた研究実施の最終年度にあたるため、3年間におよぶ研究実施の総括を平行してすすめた。1次元非線形CRLH線路に生ずる非線形孤立波を用いた新しい応用を考案した。孤立波同士を衝突させると波数整合が成立する場合に高調搬送波の孤立パルスが生成されることを見出した。特に対向したパルスを衝突させると第二高調波パルスの波数を小さく設計することができるため、線路を漏れ波アンテナとして動作させうる。入力キャリアの周波数を調整することによってアンテナの指向性制御が可能となる。一方、バラクタのみからなる場合線路損失によりパルスの振幅劣化が無視できない。これを補償するため、進行波型トランジスタと非線形CRLH線路の融合を試み、損失補償と分散補償にともに成功するスキームを新たに考案した。3年間の研究実施によって非線形性のCRLH線路への導入による新しい技術の芽が見出された。
Polyptychoceras属(アンモナイト類)の外殻厚変化とその力学的特性

白亜紀の異常巻きアンモナイトPolyptychocerasについて,北海道から産出した標本5個体(いずれもP. pseudogaultinum)の正中断面標本を作成し,外殻の厚み変化について観察した.その結果,直線状の部分(シャフト部)では,成長に伴って外殻は単調に厚みが増加するのに対し, 360°成長方向が変わる部分(ターン部)では,ターンが始まる部分・終わる部分でわずかに肥厚化がわずかに認められた.しかし,標本の研磨を行なった際, 1)ターン部の前後で,シャフトの正中面が完全に一致していないため,連続的な正中断面の厚さ変化の計測ができない, 2)多くの場合,タフォノミックな要因による変形が無視できない程度に生じており,正中面の不一致がより拡大する, 3)厳密な計測を行う場合,外殻の厚さに対する肋の突出量が大きく,連続的な厚さ変化の計測することができない,という問題点があることが判明した.したがって,研究実施計画では, Polyptychocerasの外殻厚さの変化を,成長方向に連続的に計測した上で,コンピュータシミュレーションによって応力分布を計算することを予定していたが,これを実施することはできなかった.今後は, 1)タフォノミックな変形がほとんどない,コンクリーション中心部に保存された化石を用いる,2)断面形態そのものをトレースした上で,そのトレース図を用いた応力分布を解析する,という手法を用いて,改めて研究を実施する必要がある.白亜紀の異常巻きアンモナイトPolyptychocerasについて,北海道から産出した標本5個体(いずれもP. pseudogaultinum)の正中断面標本を作成し,外殻の厚み変化について観察した.その結果,直線状の部分(シャフト部)では,成長に伴って外殻は単調に厚みが増加するのに対し, 360°成長方向が変わる部分(ターン部)では,ターンが始まる部分・終わる部分でわずかに肥厚化がわずかに認められた.しかし,標本の研磨を行なった際, 1)ターン部の前後で,シャフトの正中面が完全に一致していないため,連続的な正中断面の厚さ変化の計測ができない, 2)多くの場合,タフォノミックな要因による変形が無視できない程度に生じており,正中面の不一致がより拡大する, 3)厳密な計測を行う場合,外殻の厚さに対する肋の突出量が大きく,連続的な厚さ変化の計測することができない,という問題点があることが判明した.したがって,研究実施計画では, Polyptychocerasの外殻厚さの変化を,成長方向に連続的に計測した上で,コンピュータシミュレーションによって応力分布を計算することを予定していたが,これを実施することはできなかった.今後は, 1)タフォノミックな変形がほとんどない,コンクリーション中心部に保存された化石を用いる,2)断面形態そのものをトレースした上で,そのトレース図を用いた応力分布を解析する,という手法を用いて,改めて研究を実施する必要がある.
ゴシック建築成立に関わる教会堂コーパスに含まれる全支柱の詳細なカタログの作成

コーパス(根拠となる遺構の総体)をなす12世紀13世紀初期のイール・ド・フランスの教会堂165遺構のうち、58遺構の複合柱と105遺構の円柱系支柱について実測調査をおこない、詳細な断面形状を把握した。これら断面形状の比較から、複合柱のシャフトは背後に必ずルソ(直角の突出部)をもつのに対して、円柱系支柱のシャフトは背後にルソをもたない点で、線条性が格段に進展している(よりゴシック的である)ことを明らかにした。本研究の目的は、「ゴシック身廊壁面の線条化は、身廊の支柱が複合中から円柱系支柱に転換されることによって進行した」とする申請者の仮説を証明するために、これに直接関わるコーパス137棟の遺構すべての支柱(ヴォールトシャフトを含む)形態について、詳細なカタログを作成することにある。作業の中心をなすのは、シャフトを含めた支柱の実測とその図化である。平成20年度は、9月14日から9月28日までの実働12日間、現地調査をおこない、交付申請書の研究実施計画に挙げた20棟の遺構すべてを、調査することができた。調査においては、支柱の形状を目視によって確認するとともに、写真とスケッチによって記録し、かっその断面形状を正確に把握するための実測をおこなった。上記仮説の証明には、コーパス内の二つの支柱グループの形状の本質的な相違を明らかにすることが焦点となるが、既に計測済の遺構と合わせて、現在までに得られた78棟の正確な支柱形状は、この相違を明確に裏付けている。コーパス内の137棟の支柱のカタログは仮説の証明に必要不可欠であるが、さらに、カタログそれ自身がゴシック建築研究の(とくにゴシック建築形成期の)重要なデータとなることもあり、教会堂のその他の基本データを、合わせて収集し整理しておく必要がある。この作業のうち、主として文献調査による年代確定および平面・立面等の基本図の収集は、20年度までに137棟のうちの約4割について完了できた。また、既に撮影済みのフィルム写真については、20年度は約3200枚、40棟程度についてデジタル化による整理を完了した。本研究の目的は、「ゴシック身廊壁面の線条化は、身廊の支柱が複合柱から円柱系支柱に転換されることによって進行した」とする申請者の仮説を証明するために、これに直接関わるコーパス137棟の遺構すべての支柱(ヴォールトシャフトを含む)形態について、詳細なカタログを作成することにある。平成21年度は、7月26日から8月2日までと10月4日から10月18日までの実働17日間、現地調査をおこない、交付申請書の研究実施計画に挙げた30棟の遺構のうちの21棟と、実施計画にないが、コーパスに新に加えた教会堂12棟の計33棟を調査することができた。調査においては、支柱の形状を目視によって確認するとともに、写真とスケッチによって記録し、かつその断面形状を正確に把握するための実測をおこなった。上記仮説の証明には、コーパス内の二つの支柱グループの形状の本質的な相違を明らかにすることが焦点となるが、既に計測済の遺構と合わせて、現在までに得られた111棟の正確な支柱形状は、この相違を明確に裏付けている。コーパス内の149棟(新に12棟を加えて)の支柱のカタログは仮説の証明に必要不可欠であるが、さらに、カタログそれ自身がゴシック建築研究の(とくにゴシック建築形成期の)重要なデータとなることもあり、教会堂のその他の基本データを、合わせて収集し整理しておく必要がある。この作業のうち、主として文献調査による年代確定および平面・立面等の基本図の収集は、21年度までに149棟のうちの約6割について完了できた。また、既に撮影済みのフィルム写真については、21年度は約900枚、20棟程度についてデジタル化による整理を完了した。また、ゴシック建築のピアに関する既往研究の整理をおこない、本研究の独自性(まとまった研究がほとんど見当たらないこと)を確認した。本研究の目的は、「ゴシック建築の身廊壁面の線条化は、大アーケードの支柱が複合柱から円柱系支柱に転換されることによって進行した」とする仮説を証明するために、これに直接関わるコーパス(根拠となる遺構の総体)137棟すべての支柱(ヴォールトシャフトを含む)形態について、その詳細なカタログを作成することにある。平成22年度は7月24日8月1日までの9日間と、9月13日9月27日の15日間の2度にわたり現地調査を実施した。7月の調査ではノルマンディー地方の教会堂10棟とパリ周辺部の教会堂2棟について、また9月の調査ではパリ周辺部の教会堂22棟について支柱形状の実測、目視観察、写真撮影をおこなった。

この調査により、コーパスに含まれるすべての支柱形状の実測が完了した(本研究開始前に終了していた実測も含めて)。図化については、本年度は29棟分の図化をおこない、これによりコーパスに含まれる全て複合柱の図化が完了した。円柱系支柱については4割(30棟)が未了である。年譜の作成についてはほぼ完了した。本年度中に、円柱系支柱の図化を完了させ、支柱カタログ(支柱詳細断面図・全体写真・年譜・解説を含む)が作成できる見通しである。図化およびカタログは未完成であるが、本研究を通じて仮説証明のための根拠は、十分に収集しえた。コーパスの確定と実測調査に基づき仮説を実証しえた点は、その実質的成果だけにとどまらず、建築史学・美術史学の分野に新たな研究方法の可能性を提供するものと思われる。なお、成果の一部は「12世紀イール・ド・フランス複合柱の独自性と革新性」と題して日本建築学会計画系論文集に投稿済みである。
メモリーCD8T細胞恒常性維持機構の新規メカニズムの解明

メモリーCD8T細胞は外来抗原が生体内から除去された後でも免疫系に長期間生存し、高い生体防御能力を維持する。MHCクラスII(MHCII)欠損マウスにおけるメモリーCD8T細胞の恒常性維持破綻は、CD4T細胞の欠損が原因ではなく、MHCII分子を欠損した環境において常在菌非依存的にメモリーCD8T細胞の遺伝子発現パターンを変化させ、エフェクター細胞の特徴を付与していることが本研究により明らかになった。これまで、MHCクラスII(MHCII)欠損マウスを用いた実験からメモリーCD8T細胞の維持にCD4T細胞が重要であると考えられてきたが、我々は、CD4T細胞ではなく、MHCII分子の欠損自体がメモリーCD8T細胞の恒常性に影響を及ぼすことを見出した。さらに、MHCII欠損マウスに移入したメモリーT細胞は活性化したT細胞の特徴を示すことを見出し、MHCII欠損環境下ではT細胞が活性化しやすいため恒常性破綻をきたすという仮説をたてた。この仮説を検討するために以下の実験を行った。まず始めに、MHCII欠損マウスに移入したメモリーCD8T細胞の活性化状態の多角的定量化を試みた。BrdUとhoechst33342を組み合わせて詳細な細胞周期を解析し、Eomes/Tbet/STAT3の発現を解析したが、野生型マウスとMHCII欠損マウスに移入したCD8T細胞で大きな差異は観察されなかった。次にメモリーT細胞の恒常性破綻を引き起こすMHCII欠損抗原提示細胞の異常がMyd88依存的に誘導されているかを検討した。MHCIIとMyd88を欠損するマウスにおいてもMHCII欠損マウスと同様にメモリーT細胞の数が減少したことから、Myd88シグナル非依存的にMHCII欠損抗原提示細胞の異常が誘導されていることが明らかになった。次に、抗原提示細胞に発現するMHCクラスII分子の細胞外領域または細胞内領域どちらが、メモリーT細胞の恒常性を維持するのかを検討するために、細胞外領域または細胞内領域の一部を欠損させたMHCIIのベータ鎖のミュータント(mut)およびワイルド(wt)タイプを発現させるレトロウイルスベクターを作成した。現在、このベクターを用いて実験する用意を進めている段階である。我々は、MHCクラスII(MHCII)欠損マウスにおけるメモリーCD8T細胞の恒常性維持破綻が、CD4T細胞の欠損が原因ではなく、MHCII分子の欠損自体がメモリーCD8T細胞の恒常性に影響を及ぼし、活性化T細胞の特徴(CCR7の発現減少、ccna2 mRNAの発現上昇)を付与することを見出してきた。そこで、MHCII欠損環境下ではT細胞が活性化しやすいため恒常性破綻をきたすという仮説を考え、この仮説を検証するために以下の実験を行った。MHCII欠損マウスまたは野生型マウスに移入したメモリーT細胞の遺伝子発現パターンを、RNA-Seqの手法を用いて比較したところ、ccna2のみならず、S期からM期に発現する細胞周期関連分子群の発現がMHCII欠損マウスに移入したメモリーT細胞で上昇していた。さらにサイトカイン刺激により発現が上昇する遺伝子群が検出され、MHCII欠損マウスに移入したメモリーT細胞はエフェクターへの分化が誘導されているのではないかと考えられた。SPF環境下で飼育したマウスのT細胞が活性化する原因として、マウス個体内に存在する常在細菌叢が候補として挙げられる。そこで、MHCII欠損マウスに抗生物質が入った飲料水または抗生物質なしの飲料水を摂取させる群を用意し、移入したメモリーT細胞への影響を検討したところ、メモリーCD8T細胞の恒常性維持に、常在細菌の減少は影響を及ぼさなかった。またMHCIIとMyd88を欠損するマウスにおいてもMHCII欠損マウスと同様にメモリーT細胞の数が減少したことから、Myd88シグナル非依存的にMHCII欠損抗原提示細胞の異常が誘導されていると考えられた。以上の結果から、MHCII欠損マウスにおいてメモリーT細胞は常在細菌およびMyd88非依存的に活性化され、エフェクターT細胞となり、恒常性維持が破綻すると考えられた。申請書に記入し、まだ検討していない項目に関しては、平成27年度に検討可能な範囲である。免疫学細胞外領域を欠損させた、または細胞内領域の一部を欠損させたMHCII分子のベータ鎖のミュータント(mut)およびワイルド(wt)タイプを発現させるレトロウイルスベクターを用いて、抗原提示細胞に発現するMHCクラスII分子の細胞外領域または細胞内領域どちらが、メモリーCD8T細胞の恒常性を維持しうるのかを検討する。MHCII欠損マウスに移入したメモリーT細胞で発現が亢進しているcyclinA2の発現を抑制することで、メモリーT細胞の恒常性が維持されるようになるか検討する。

これらと並行して、野生型およびMHCII欠損マウスのマクロファージおよび樹状細胞とメモリーT細胞の共培養の実験系を用い、試験管内でのT細胞の活性化状態への影響を解析し、マウスの生体内で起きている現象を試験管内でも再現できるか検討する。試験管内でも再現可能だった場合、阻害剤を用いた網羅的解析により、メモリーCD8T細胞の恒常性維持機構の解明を試みる。
転写複合体に対するシャペロン作用としての転写調節

転写の分子装置は、DNA情報の読み出しとRNAへの書き出し以外に、多くの調節機構を自立的に持っている。その中で物理現象としても、生体調節機構としても興味深いのは、1分子メモリーを調節機構に用いている点である。申請者は、ここ数年、1.大腸菌RNAポリメラーゼ・プロモーター複合体が、安定な二つのコンフォーメションを持ち、一方のみが意味のあるRNAを合成し、他方はプロモーターにアレストされる。2.両者の量比や両者間の可逆性はプロモーター配列で決定され、さらに転写因子によって変化し、転写開始の調節機構となっており、3.このアレスト現象は広範囲のプロモーターで見られ、大腸菌の中で実際に働いており、4.この分子メモリーの内容には、RNAポリメラーゼとプロモーターとの位置のずれを含む、ことを証明してきた。この研究の第一の目的は、この調節機構が、長年探されてきた、バクテリアにおける転写とDNA修復とのミッシングリンクかどうかを検証することにある。15年度では、本来不活性なコンフォーメーションを形成しない、T7A1プロモーターを持つDNAに、UV光を照射してシクロブタンを形成し、そこからの転写と不活性なコンフォーメーションの形成を観測した。UV光を照射したDNAでは、転写開始の阻害がかかり、不活性なコンフォーメーションが増加していることがわかった。つまり、シクロブタン形成、転写開始阻害、不活性なコンフォーメーションの増加の間に因果関係がある可能性がしめされた。次年度は、プロモーターのどの位置のシクロブタンが不活性なコンフォーメーション形成を促進するのかを決定する予定である。
舌の運動および触力感覚の機能維持・向上を目的としたトレーニングシステムの開発

本研究の目的は、舌の機能(運動、触力感覚)を定量的に評価する機器の開発とそれを利用した舌の機能改善のためのトレーニングシステムを構築することである。機能評価機器としては、口腔内と口腔外での運動を計測できるよう2種類の機器を開発する。口腔外では、ジョイスティック型のデバイスとし、操作量に対する力制御によるフィードバック機能を持たせる。口腔内では、複数の空気圧クッションを搭載したプレート型デバイスを製作し、クッション内圧から舌の位置、運動と力の計測を行う。また、これらのデバイスを利用したゲーム性の高いアプリケーションを製作し、負荷刺激に対する運動、力の反応を基に舌の機能評価を行う。
超臨界二酸化炭素中における異種元素ドープ窒化鉄ナノ粒子の低温合成と安定性改善

Fe源にFe(acac)3、Fe(Cp)2を、N源に25%アンモニア水、ヒドラジン一水和物、N,N-ジメチルヒドラジン、70%エチルアミン水溶液、40%メチルアミン水溶液を用いた10通りで超臨界二酸化炭素中で作製した試料のうち真空乾燥後のXRD結果から、Fe(Cp)2と40%メチルアミン水溶液の組合せで、最もFe16N2が生成していた。作製した試料の主成分はFe(Cp)2、Fe2O3、Fe16N2であった。中でも、温度200°C、圧力13 MPa、反応時間1.5 hが、最もFe16N2の生成に適した条件であった。反応時間が5 hでは、より高次の酸化物及び窒化物の生成が確認できた。本年度は、反応器と原料供給系の改造を行い、2成分系の原料供給が可能になるように設定した。まず、鉄系原料の反応性を確認するために、Fe2O3薄膜の作成を行った。確認のために、主に、外熱型バッチ式反応器内に、Si(100)基板(1cm ×3cm)をセットし、原料として鉄(III)アセチルアセトナートを5.1×10-5 mol/cm3、酸化剤としてtert-ブチルヒドロペルオキシドを500 μL導入して製膜した。反応温度は300から350°Cに設定して、反応器内の圧力を1020MPaに設定して1時間製膜した。作製したサンプルの膜厚は電界放射形走査電子顕微鏡と分光エリプソメトリー、結晶性はX線回折装置(XRD)を用いて測定した。薄膜の評価では、種々の物性値が酸化鉄と異なっていることが予想されたために、酸化剤の添加効果を確認中に送液ポンプが動作不良となり、実験が滞ってしまった。今後、鉄原料の有機金属化合物、窒素原料の有機化合物を適宜変化させて、評価を加速する。製膜した試料の評価では、種々の物性値が酸化鉄と異なっていることが予想されたため、以前の実験では作成できていた酸化鉄の製膜が再現できない状況に陥ってしまった。また、送液ポンプが動作不良となり、実験が滞ってしまったことも一因である。鉄原料の有機金属化合物、窒素原料の有機化合物の用意は住んでいるし、研究環境の準備は整え、また、各種の評価も一通りは行っているので、次年度は充分に実験を進めていくことで遅れを挽回したい。Fe源にFe(acac)3、Fe(Cp)2を、N源に25%アンモニア水、ヒドラジン一水和物、N,N-ジメチルヒドラジン、70%エチルアミン水溶液、40%メチルアミン水溶液を用いて反応を行った。外熱型バッチ式反応器内のPFA容器に原料を入れ、液化CO2を反応器に導入し、所定の温度・圧力まで加熱した。設定温度に到達以後を反応時間とした。温度は180220°C、圧力は913MPaで変化させた。生成物は真空乾燥しN源を除去した。生成物の結晶構造をXRD、表面形態をFE-SEMを用いてそれぞれ評価した。2種のFe源と5種のN源による10通りの組み合わせで試料を作製した。Fe(acac)3の場合、原料と酸化物のピークが得られた。一方、Fe(Cp)2の場合、アンモニアとメチルアミンの組合せで窒化物が得られた。Fe16N2のピークを含み、原料由来のピークが少ないFe(Cp)2とメチルアミンの組合せが最もFe16N2生成に適していると考えられる。Fe(Cp)2とメチルアミンを用いて、圧力9 MPaで温度を変えて作製した。由来が明確なFe2O3とFe16N2のピーク各3本を用いて強度比をとり、「Fe16N2比」を計算したところ、Fe16N2比は200°Cで最大であり、より多くの目的物が得られたと言える。続いて、200°Cで圧力を変化させた。Fe16N2比は圧力依存は小さい。以上より、200°C、13MPaが適した条件であると考えられる。Fe(Cp)2とメチルアミンの組合せ、200°C、13 MPaで反応時間を1.55hまで変えたところ、5 hでは高次の酸化物や窒化物のピークが生じていた。反応の長時間化で酸化が進行し、酸化物ピークが強くなったと考えられる。また、準安定相のFe16N2が時間経過に伴い分解したためと推測される。リークが生じない安価な実験装置の作成に手間取ったが、原料の組み合わせのスクリーニングによって目的生成物が獲得できたのは大きな成果である。実験結果自体はやっと計画の70%くらいのところまで到達できたので、今後、暫く高純度化と粒子形態の評価に取りかかる。本年度は還元剤の添加による効果、試料の表面形態の観察組成分析を補足的に行った。Fe16N2の生成に適していると考えられる反応条件、温度200°C、圧力13 MPa。反応時間1.5 hについて、還元剤としてジメチルアミノボラン(DMAB)をFe(Cp)2と同濃度加えて試料の作成を行った。DMABの有無でXRD回折結果を比較すると、DMABを加えた試料の方が、Fe16N2の各ピーク強度は低下しており、またFe2O3の新たなピークも見られた。

反応条件200°C、13 MPa、1.5 hで作製した試料と200°C、13 MPa、5 hで作製した試料のSEM画像では、粒子は確認できなかった。超臨界二酸化炭素への溶解度(60°C、12.5 MPaで3.61 mg/L)15)を超過した量のFe(Cp)2(711.4 mg/L)を用いたために、未反応原料が多量に残存し、原料と有機物、酸化鉄、窒化鉄の凝集体であったと考えられる。Fe(Cp)2とメチルアミンの組合せで作製した試料のうち、180°C、9 MPa、1.5h, 200°C、13 MPa、1.5 h, 200°C、13 MPa、5 h, 200°C、13 MPa、1.5 h、還元剤あり、の反応条件で作製した試料について、X線電光分光法による測定を行った。C単体やエーテル、ケトンなどの有機物や、CとNの結合、またFeとOなどの結合が確認できるが、この測定結果からは物質の断言まではできないかった。また、原料由来のFeのピークはXPS測定では現れない。そのため、未反応原料が多量に残存していうために、Feのピークが他に比べて小さくなったと思われる。Fe源にFe(acac)3、Fe(Cp)2を、N源に25%アンモニア水、ヒドラジン一水和物、N,N-ジメチルヒドラジン、70%エチルアミン水溶液、40%メチルアミン水溶液を用いた10通りで超臨界二酸化炭素中で作製した試料のうち真空乾燥後のXRD結果から、Fe(Cp)2と40%メチルアミン水溶液の組合せで、最もFe16N2が生成していた。作製した試料の主成分はFe(Cp)2、Fe2O3、Fe16N2であった。中でも、温度200°C、圧力13 MPa、反応時間1.5 hが、最もFe16N2の生成に適した条件であった。反応時間が5 hでは、より高次の酸化物及び窒化物の生成が確認できた。前述のように、実験環境は整えているので、鉄原料の有機金属化合物(鉄アセチルアセトナート、フマル酸鉄、フェロセン)、窒素原料の有機化合物(ジメチルヒドラジン、メチルアミン、エチルアミン、アンモニア)を適宜変化させて、実験を加速する。計画そのものは変更していないので、Fe16N2微粒子の作成、滞留時間、反応温度によって、粒径、組成、結晶構造(透過電子顕微鏡観察(TEM)、X線光電子分光(XPS)、X線回折(XRD))がどのように変化するのか調べる。また、磁化特性評価装置(SQUID)や物理特性測定装置(Physical Property Measurement System, PPMS)を用いて、磁気特性の測定を行い、条件選定と物性の関係、反応速度論の解析を行う予定である。また、ジメチルアミンボラン、臭化ホウ素や酸化剤を超臨界相中に適宜添加することで、ホウ素と酸素を含有したFeNBO超微粒子を作成する。その後、同様な物性評価を通じて、BやO含有量と各種物性の関係について検討する。特に、安定性、強制加湿による磁性の劣化に注目して評価を行う最適化を進めたFe16N2超微粒子作成プロセスに対して、サマリウムアセチルアセトナートなどの有機Sm錯体を供給することで、なんとか遅れを取り戻し、Sm含有Fe16N2超微粒子の作成と物性評価を実施する。原料の組み合わせのスクリーニングによって目的生成物が獲得できたため、未反応原料を低減するための原料比率の変更、酸化防止のための非水系へ変更、という二つの実験を進める。また、微粒子の結晶形態の評価、構造解析、物性評価を進めていく。機能性材料の化学プロセス工学1年目の遅れを多少挽回することが出来、やっと当初計画の70%程度まで到達できたので、暫く研究を継続して、生成物の高純度化と構造解析・物性評価を進めたい。
炭酸固定酵素による各種芳香族カルボン酸の生産および新規官能基導入酵素の探索

脱炭素化社会の実現に貢献する革新的バイオプロセスの開発を目指して、可逆的脱炭酸酵素を利用した二酸化炭素の固定化による工業的に有用な芳香族カルボン酸製造技術の開発研究を推進した。合成可能な芳香族カルボン酸の多様性を拡張することを目的として、これまで報告の無い芳香族モノカルボン酸への炭酸固定による芳香族ジカルボン酸合成活性を有する可逆的脱炭酸酵素の探索を検討した。テレフタル酸のような工業的に有用な芳香族ジカルボン酸は、ジアミノ化合物またはジヒドロキシ化合物と縮合させることで汎用性のあるポリアミドまたはポリエステルを合成できるためポリマー原料としての用途も大いに期待できる。そこで、芳香族ジカルボン酸である4-ヒドロキシイソフタル酸(4HIPA)を炭素源とする培地を用いて土壌からのスクリーニングを行った。その結果、4HIPAに対する可逆的脱炭酸活性を有する酵母Cystobasidium slooffiae HTK3を取得することができた。HTK3株の無細胞抽出液に対して4HIPA脱炭酸活性を指標として多段階のカラムクロマトグラフィーによる精製を行ったところ、約36 kDaの単一のタンパク質画分を得た。当該タンパク質画分のN末端配列解析によってその15残基を明らかにした。さらに、RACE法を用いて当該活性を示す酵素(4HIDC)の遺伝子配列も明らかにした。この遺伝子配列を既知の可逆的脱炭酸酵素と比較したところ、その相同性は50%前後で、4HIDCは既知の可逆的脱炭酸酵素とは一次構造の異なる新規酵素であることを明らかにした。一方、カルボキシ基導入位置がこれまでの芳香族モノカルボン酸と異なるプロトカテク酸に対して可逆的脱炭酸活性を有する微生物を保存株より見出した。芳香族モノカルボン酸合成活性を有する可逆的脱炭酸酵素はこれまでに報告されているが、昨年度の成果である芳香族カルボン酸に炭酸を固定して芳香族ジカルボン酸に変換する酵素の発見は初めてである。具体的には、4-ヒドロキシイソフタル酸を唯一の炭素源とするスクリーニング培地を利用することで土壌より4-ヒドロキシ安息香酸から4-ヒドロキシイソフタル酸を合成する活性を有する微生物を初めて取得し、さらには当該活性を有する酵素ならびに遺伝子を同定することができたが、この結果は、本スクリーニング系の妥当性を示すものであり、当初の計画通り、可逆的脱炭酸酵素による合成可能な芳香族カルボン酸の多様性を拡張することができた。本手法ならびに今回取得した芳香族ジカルボン酸合成活性を有する微生物および当該酵素遺伝子の情報から、さらに新たな芳香族ジカルボン酸合成を可能とする新規酵素開発への道が拓かれたと考える。この結果の一部は、2019年日本農芸化学会大会において2演題の口頭発表につながった。昨年度の大きな成果として、芳香族ジカルボン酸である4-ヒドロキシイソフタル酸(4HIPA)を芳香族モノカルボン酸である4-ヒドロキシ安息香酸(4HBA)から合成可能な可逆的脱炭酸酵素(4HIDC)を初めて見出し、当該酵素ならびに遺伝子を明らかにしたことである。今後、4HIDCの基質特異性等の詳細な生化学的解析を行い、新規酵素に関する知見を整理し、新たな芳香族ジカルボン酸に対する可逆的脱炭酸酵素の探索につなげる。一方、カルボキシ基導入位置がこれまでの芳香族モノカルボン酸と異なるプロトカテク酸に対して可逆的脱炭酸活性を有する微生物を研究室保存菌の放線菌から見出したが、当該活性を有する酵素はその特性からこれまで研究室で扱ってきた酵素とは異なるUbiX/UbiDファミリーの属する可逆的脱炭酸酵素と推測している。したがって、合成可能な芳香族カルボン酸の多様性をさらに拡張するために、UbiX/UbiDファミリーの酵素探索・活性評価が可能なシステムを大腸菌で構築する。また、PETに代わるバイオ樹脂として注目されているポリエチレンフラノエートの原料となるフランジカルボン酸(FDCA)の生産を目的に、FDCAに対する脱炭酸酵素の探索を検討する。その他に、これまでに取得したArthrobacter sp. K8株由来の可逆的オルセリン酸脱炭酸酵素(OAD)やCupriavidus sp. TK株由来の6-メトキシサリチル酸脱炭酸酵素に関する基本的な酵素情報を明らかにして、論文として纏めて広報を行う。

さらに、RACE法を用いて当該活性を示す酵素(4HIDC)の遺伝子配列も明らかにした。この遺伝子配列を既知の可逆的脱炭酸酵素と比較したところ、その相同性は50%前後で、4HIDCは既知の可逆的脱炭酸酵素とは一次構造の異なる新規酵素であることを明らかにした。一方、カルボキシ基導入位置がこれまでの芳香族モノカルボン酸と異なるプロトカテク酸に対して可逆的脱炭酸活性を有する微生物を保存株より見出した。芳香族モノカルボン酸合成活性を有する可逆的脱炭酸酵素はこれまでに報告されているが、昨年度の成果である芳香族カルボン酸に炭酸を固定して芳香族ジカルボン酸に変換する酵素の発見は初めてである。具体的には、4-ヒドロキシイソフタル酸を唯一の炭素源とするスクリーニング培地を利用することで土壌より4-ヒドロキシ安息香酸から4-ヒドロキシイソフタル酸を合成する活性を有する微生物を初めて取得し、さらには当該活性を有する酵素ならびに遺伝子を同定することができたが、この結果は、本スクリーニング系の妥当性を示すものであり、当初の計画通り、可逆的脱炭酸酵素による合成可能な芳香族カルボン酸の多様性を拡張することができた。本手法ならびに今回取得した芳香族ジカルボン酸合成活性を有する微生物および当該酵素遺伝子の情報から、さらに新たな芳香族ジカルボン酸合成を可能とする新規酵素開発への道が拓かれたと考える。この結果の一部は、2019年日本農芸化学会大会において2演題の口頭発表につながった。昨年度の大きな成果として、芳香族ジカルボン酸である4-ヒドロキシイソフタル酸(4HIPA)を芳香族モノカルボン酸である4-ヒドロキシ安息香酸(4HBA)から合成可能な可逆的脱炭酸酵素(4HIDC)を初めて見出し、当該酵素ならびに遺伝子を明らかにしたことである。今後、4HIDCの基質特異性等の詳細な生化学的解析を行い、新規酵素に関する知見を整理し、新たな芳香族ジカルボン酸に対する可逆的脱炭酸酵素の探索につなげる。一方、カルボキシ基導入位置がこれまでの芳香族モノカルボン酸と異なるプロトカテク酸に対して可逆的脱炭酸活性を有する微生物を研究室保存菌の放線菌から見出したが、当該活性を有する酵素はその特性からこれまで研究室で扱ってきた酵素とは異なるUbiX/UbiDファミリーの属する可逆的脱炭酸酵素と推測している。したがって、合成可能な芳香族カルボン酸の多様性をさらに拡張するために、UbiX/UbiDファミリーの酵素探索・活性評価が可能なシステムを大腸菌で構築する。また、PETに代わるバイオ樹脂として注目されているポリエチレンフラノエートの原料となるフランジカルボン酸(FDCA)の生産を目的に、FDCAに対する脱炭酸酵素の探索を検討する。その他に、これまでに取得したArthrobacter sp. K8株由来の可逆的オルセリン酸脱炭酸酵素(OAD)やCupriavidus sp. TK株由来の6-メトキシサリチル酸脱炭酸酵素に関する基本的な酵素情報を明らかにして、論文として纏めて広報を行う。
硫黄水素化物の新奇高温超伝導相の解明を目指した超高圧核磁気共鳴実験の開拓

超高圧下の高温超伝導現象として、(1)ダイヤモンドアンビルを使ったNMR測定技術の開発および(2)鉄系や銅酸化物の高温超伝導体で興味もたれている圧力下の測定も並行して展開している。(1)に関しては、手始めにダイヤモンド間の大きな体積に重水(D2O)をつめた10GPa以下の低圧力を発生させたダイヤモンドアンビルとその周囲に巻いたNMRコイルで測定を行い、重水素2DのNMR信号の観測に成功した。現在より高圧域を目指してさらに小さな空間に試料を置き、様々な条件下およびセッティングを変えて最も信号の最大になる条件およびセッティングを探し、極微サイズの銅コイル、同等形状のタングステンコイルの方式も試した。ガスケットとして一般に使われるレニウムは、大きな電気四重極相互作用のためNMR測定には不向きであることがわかり、タングステンに変更した。(2)に関しては、インターカレートしたFeSeの圧力下での第2超伝導相の研究に向け、これまでに常圧下での試料評価と圧力下測定に向けた微小試料でのNMR測定を行っている。超高圧下での精密測定に向け、NMR測定の線幅に影響する不純物を磁石で取り除くことで共鳴線幅が大幅にシャープになることがわかり、準備が整ってきた。[1]国際会議発表2件(招待講演1件,ポスター講演2件)[2]国内会議発表8件(招待講演1件,一般口頭講演8件,ポスター講演6件)[3]学術論文(査読有り)2件(原著論文1件、査読付きproceedings 1件)以下のようにいろいろな新しい問題に直面しながらも1つずつ問題解決をし、着実に前進している。ダイヤモンドアンビルNMR法の開発は、最も強いNMR信号強度が期待される水素1H (プロトン)の低圧域での実験で複数のプロトンのNMR信号が観測できた。プロトンをできるだけ含まないプローブの素材への変更や配置の変更を行い、いくつか不純物のプロトンを特定した。重水素(2D)のNMRではそのようなことが問題とならないため、硫化重水素(D2S)の超高圧下2D-NMR実験も並行してスタートさせた。その実験でガスケットとして一般的に用いられているレニウムReは、核四重極相互作用が極端に大きく、紛らわしくも目的のD-NMR信号のところにサテライトピークをもつことがわかった。そこでガスケットをタングステンWに変更し、ダイヤモンドアンビルの中に類似物質である重水(D2O)の2D-NMR実験を行ったところ、微弱であるがきれいなNMR信号を検出することに成功した。さらに信号強度を強めるため、ダイヤ間に試料封入させるための金属板(ガスケット)の素材やNMRコイルの配置などをいろいろ変えながら測定し、試行錯誤しながら最適化の方法を検討した。より感度を上げるため、試料空間に入るマイクロコイルの設置を試みたが、通常の金属で作ったコイルは測定中に切れてしまい、圧力をかけてもガスケットとの間で丈夫な固い金属タングステンを用いると、微小空間への設置、固定が著しく難しいことがわかった。一方、FeSeのおよびインターカレートしたFeSeの圧力下での第2高温超伝導相の謎の解明に向け、これまでに常圧下での試料評価と圧力下測定に向けた微小試料でのNMR測定を行っている。NMR測定の線幅に影響する不純物を磁石で取り除くことに成功し、ピストンシリンダーでの圧力実験をステップにして超高圧下での精密測定ができる準備が整っている。鉄系高温超伝導に関しては、まずは第1超伝導相が出現している常圧下、次にそれが消失する3GPa、そして第2超伝導相が大きく成長する10GPa、と3つのステップで再出現超伝導相の電子状態に迫る。そのために、手慣れたピストンシリンダ型セルの実験を経て、新しい対抗アンビル型の圧力セルの実験へと進める。対抗アンビル型の圧力セルに関しては、扱いに慣れるための実験から開始する。また、銅酸化物で10GPaで153KまでTcが上昇するが、10GPa級で高温超伝導のTc向上因子を明らかにする。水素化物の超高圧実験は引き続きダイヤモンドアンビルとNMRコイルの相対位置を変え、現在より高圧域を目指してさらに小さな空間に試料を置き、様々な条件下およびセッティングを変えて最も信号の最大になる条件およびセッティングを割り出す。線径8ミクロン、口径30ミクロンの極微サイズの銅コイル、同等形状のタングステンコイル、レンツレンズという方式と、渦巻き状のコイルの方式も試す。現有のクライオスタットでは、マグネットのボアが小さく、セルと外部磁場のセッティングに自由度がなくて難儀したので、圧力セルが自由に回転できるワイドボアマグネットの開発も並行して行っていく。このような超高圧下におかれた超微小空間の試料に対して核磁気共鳴(NMR)測定は前例が無いため、過去にいくつか行われた例を参考にしながらプローブ、セル、コイルを含む、タンク回路などの設計、作製から始めた。最も強いNMR信号強度が期待される水素1H (プロトン)の低圧域でのNMR実験で、微弱な複数本の水素1Hの共鳴信号が観測された。

プロトンを含まない素材でプローブおよび試料室周りを構成しているが、極端に小さい試料室のため、試料室外の構成素材に混在すると思われる不純物水素からの非本質的な信号が含まれていることがわかった。プロトンを含む素材を排除や配置の変更を行う作業を繰り返して、不純物としてプロトンを含むものを洗い出し、いくつかの素材でプロトンの信号の由来を特定した。今年度の研究活動を以下に示す。(1)国際会議発表6件(招待講演3件,ポスター講演3件)(2)国内会議発表8件(招待講演1件,一般口頭講演6件,ポスター講演1件)(3)受賞1件JPSJ注目論文賞(社)日本物理学会150GPaを超える超高圧下の硫化水素が203Kもの高温で超伝導を示すことが報告された。第一原理計算から、高圧下の硫化水素には圧力に依存していくつかの安定構造相が存在し、特にbcc構造のH3Sが高温超伝導相に関連していると指摘された。その後高圧下XRD測定から硫黄原子の位置がその理論予測によく一致していることがわかった。さらに高温超伝導相には低圧側と高圧側に二つの安定構造相が存在することが示唆されているが、この二つの相の違いは水素原子の位置のみのため、XRD測定などでは特定が困難である。高温超伝導を実現する安定相での結晶構造ならびに電子状態を解明するために、水素1H(または重水素2D)の核を直接観測できるNMR実験を計画した。このような超高圧下におかれた超微小空間の試料に対して核磁気共鳴(NMR)測定は前例が無いため、過去にいくつか行われた例を参考にしながらプローブ、セル、コイルを含む、タンク回路などの設計、作製から始めた。最も強いNMR信号強度が期待される水素1H (プロトン)の低圧域でのNMR実験で、微弱な複数本の水素1Hの共鳴信号が観測された。しかし、2つのプロトンのNMR信号が由来が特定できずに残った。本質の硫化水素からのNMR信号が含まれているかもしれないが、現在それを特定するまでには至ってない。水素よりも信号強度は劣るものの、重水素(2D)のNMRでは様々な素材に含まれていると思われる不純物プロトンからの信号との区別ことが問題とならないため、硫化重水素(D2S)の超高圧下2D-NMR実験も並行してスタートさせた。液体の試料の類似物質である重水(D2O)の2D-NMR実験を行ったところ、一晩かけて積算するとようやく見えてくるくらいであるが、微弱であるがきれいなNMR信号を検出することができた。しかし硫化重水素(D2S)は少しの圧力で固体の絶縁体になるため、低温、強磁場の極限の実験条件にしても、信号検出が困難であることがわかった。ダイヤ間に試料封入させるための金属板(ガスケット)の素材やNMRコイルの配置などをいろいろ変えながら測定し、試行錯誤しながら最適化の方法を検討した。(1)国際会議発表3件(招待講演1件,ポスター講演2件)(2)国内会議発表8件(招待講演1件,一般口頭講演7件,ポスター講演1件)(3)学術論文(査読有り) 4件(原著論文2件、査読付きproceedings 2件)
琵琶湖などの湖沼堆積物を用いた近畿圏における明治以降の人為的環境変遷史の解明

琵琶湖,大阪城堀,市街地ため池,大阪湾など水圏の底質に記録された人為的環境汚染の歴史的変遷について重金属元素を汚染マーカーに用いて研究した.底質の採取には何種かの採泥器を用いたが,いずれも直径5-10cm,長さ30-80cm程度のコア試料が得られた.これを深さ方向に適当な厚さに切断し,乾燥した後に所定の方法で分析した.コア試料の堆積年代は^<210>Pb法と^<137>Cs法を併用して評価した.堆積物中の主成分,微量成分21元素はNIST(米国)の環境標準試料を標準に用いる蛍光X線分析法で同時定量した.水銀は加熱気化-原子吸光法で定量した.コア試料の時系列解析から,近畿圏における明治維新以降の重金属汚染の歴史トレンドが明らかになった.大阪城堀や市街地ため池の底質にはその周辺域の局地的な汚染状況が記録されていた.一方,大阪湾ではその集水域である京阪神地区の総体的な汚染トレンドが明らかになった.琵琶湖ではその地理的特徴から,京阪神地区から大気を通して集水域に降下した汚染物質が雨水に運ばれて琵琶湖に流入・蓄積したことが明らかになった.産業活動で人為的に環境に排出されるクロム,銅,亜鉛,水銀,鉛などの汚染がいずれの底質にも認められた.銅,亜鉛,水銀,鉛は明治維新当初から底質への汚染が始まり,日露戦争が起こる1900年代にその濃度が急増した.第二次大戦後の高度経済成長期に汚染は最も顕著になる.近畿圏におけるこれら重金属汚染のピークは1970年であり,それ以降は濃度が低下して,現在では1930年代とほぼ同程度である.一方,琵琶湖底質では水銀濃度のピークは特異的に1960年に示され,他の重金属元素とは汚染の歴史トレンドが異なっていた.底質中の水銀化学種の検討から,1960年代に琵琶湖底に堆積した水銀の起源は周辺の水田に散布されたイモチ病の特効薬である有機水銀系農薬であると推察された.琵琶湖,大阪城堀,市街地ため池,大阪湾など水圏の底質に記録された人為的環境汚染の歴史的変遷について重金属元素を汚染マーカーに用いて研究した.底質の採取には何種かの採泥器を用いたが,いずれも直径5-10cm,長さ30-80cm程度のコア試料が得られた.これを深さ方向に適当な厚さに切断し,乾燥した後に所定の方法で分析した.コア試料の堆積年代は^<210>Pb法と^<137>Cs法を併用して評価した.堆積物中の主成分,微量成分21元素はNIST(米国)の環境標準試料を標準に用いる蛍光X線分析法で同時定量した.水銀は加熱気化-原子吸光法で定量した.コア試料の時系列解析から,近畿圏における明治維新以降の重金属汚染の歴史トレンドが明らかになった.大阪城堀や市街地ため池の底質にはその周辺域の局地的な汚染状況が記録されていた.一方,大阪湾ではその集水域である京阪神地区の総体的な汚染トレンドが明らかになった.琵琶湖ではその地理的特徴から,京阪神地区から大気を通して集水域に降下した汚染物質が雨水に運ばれて琵琶湖に流入・蓄積したことが明らかになった.産業活動で人為的に環境に排出されるクロム,銅,亜鉛,水銀,鉛などの汚染がいずれの底質にも認められた.銅,亜鉛,水銀,鉛は明治維新当初から底質への汚染が始まり,日露戦争が起こる1900年代にその濃度が急増した.第二次大戦後の高度経済成長期に汚染は最も顕著になる.近畿圏におけるこれら重金属汚染のピークは1970年であり,それ以降は濃度が低下して,現在では1930年代とほぼ同程度である.一方,琵琶湖底質では水銀濃度のピークは特異的に1960年に示され,他の重金属元素とは汚染の歴史トレンドが異なっていた.底質中の水銀化学種の検討から,1960年代に琵琶湖底に堆積した水銀の起源は周辺の水田に散布されたイモチ病の特効薬である有機水銀系農薬であると推察された.わが国における人為的な環境汚染の歴史は明治維新以降の産業近代化と共に始まったと考えることができる。近畿圏では,明治3年に砲兵司(後の陸軍大阪砲兵工廠),造幣局,堺紡績の3つの近代的工場が明治政府によって建設された。以来,大阪を中心とした京阪神地域はわが国における鉱工業製品の中心的生産拠点の地位を占めてきた。本研究では,このような産業活動に伴って排出された汚染物質による環境汚染の実態を時系列に従って解析することで,人間活動と環境汚染の関係を定量的に解明することを目的とした。環境汚染の時系列の解析は琵琶湖をはじめとする近畿各地の湖沼から採取した柱状堆積物試料中の汚染物質濃度の鉛直分布を測定することで行った。堆積物の堆積年代はHPGe半導体検出器を用いるγ線スペクトロメトリーにより,^<210>Pb法,^<137>Cs法で推定した。汚染のマーカーとしては,産業活動によって環境に排出されるCr,Ni,Cu,Zn,Hg,Pb等の重金属元素を用いた。近畿圏における汚染の実態を検証するためには大阪近郊のため池,琵琶湖で,また対照地域として日本海沿岸に位置する壱岐,隠岐諸島のため池から堆積物試料を採取した。

近畿圏では第二次大戦後の高度経済成長期のみではなく,日露戦争前後の1900年代当初から高度な重金属汚染が始まっていることが明らかになった。また,その歴史トレンドからは隠岐におけるHgやPbの汚染はわが国よりも中国大陸や朝鮮半島からの影響が大きいことが推察された。本年度は採取したコア試料の堆積年代の特定と重金属元素の定量を行った.既に分析が完了している地点に加え,新たに琵琶湖北湖で採取したコア試料の解析を行った.本研究で入手したコアは従来のKK式採泥器で採取したコアに比べると大口径であるために採泥時の乱れが少なく,また時間分解能にも優れていた.琵琶湖底質の人為的汚染は,その地理的特色から京阪神地区から大気を経由して運ばれた汚染物質が集水域に降下し,それが雨水で運ばれて琵琶湖に流入,底質に沈降・蓄積すると考えられる.従って,琵琶湖底質の重金属汚染を時系列に沿って解析することで,近畿圏における人間活動と重金属汚染の関係を歴史的に検証することができる.産業活動で人為的に排出される典型的な重金属であるクロム,ニッケル,銅,亜鉛,水銀,鉛について,その汚染の歴史トレンドを調査した.その結果,水圏で陽イオンとして存在しやすく,固相を形成し難いニッケルの堆積物への汚染は認められなかったが,他の重金属については近世における明瞭な汚染が,その濃度増大として認められた.その歴史トレンドはいずれも明治維新以降に汚染が始まり,日露戦争が始まる1900年代当初からは人為汚染の濃度が急増する.特に汚染が顕著であった亜鉛と鉛は1970年にピークを示した後,亜鉛は現在までほぼ一定濃度を,鉛は濃度の減少が認められた.鉛の濃度低下は四エチル鉛の使用規制と一致した.一方,水銀については1960年にピークを示した後,現在に向かって濃度が急激に低下する.これは1950-60年代にいもち病の特効薬として琵琶湖周辺の水田でも使用された有機水銀系農薬の散布履歴と一致した.この時代の堆積層中の水銀の存在状態を溶媒抽出法で検討したところ,ベンゼンに抽出される水銀の存在が確認され,農薬として使われたフェニル水銀が現在でも残存していることが確認された.