hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ストレスセンサー分子Keap1の生理的機能解析

本研究では、ストレスセンサー分子Keap1についてマウス遺伝学を駆使して生理的機能解析を行った。その結果、Keap1の部分的抑制によって転写因子Nrf2を活性化させ異物代謝系および酸化ストレス応答系遺伝子の発現を誘導し生体防御に働くことを実証した。また、Nrf2抑制には機能的なKeap1ホモ二量体形成が必須であり、ストレス刺激はこれを破綻させNrf2を活性化すると考えられた。活性酸素種などの酸化ストレスや外来異物に対しての応答系の破綻は、様々な疾患の発症と密接に関わっている。このような疾患を未然に防ぐ目的で、細胞はストレスに対して素早い応答で対応し、転写因子Nrf2を活性化し酸化ストレス・異物代謝応答系に関わる酵素遺伝子の一群を統一的に制御していることが明らかになっている。Keap1はストレスセンサーとして働くと考えられているが、その生理的機能は十分に明らかになっていない。今年度は、Keap1の生理的機能解析を目的に、トランスジェニックマウスにおいて発現しているタグ付きKeap1を各種臓器から免疫沈降法による精製を試みた。その結果、マウス組織から純度高くKeap1タンパク質を精製することに成功した。これまでKeap1の修飾システイン残基の同定などの解析は大腸菌などを用いて大量精製されたタンパク質を用いた試験管内反応の解析であったが、今年度の成果によって生体内のKeap1分子の解析が可能になり、様々な解析が可能になると期待される。今後は、特に、マウス組織から単離したKeap1タンパク質が修飾されているシステイン残基の同定および相互作用因子の同定を試みる。また、Keap1の151番目のシステイン残基はこれまでの解析からいくつかの化合物と反応性が高いことが報告されている。このシステイン残基をセリン残基に置換したKeap1分子を発現するトランスジェックマウスの解析を行ったところ、ストレス応答に151番目のシステイン残基を必要とする化合物とそうでない化合物があることが明らかになり、Keap1のストレス感知機構においてシステイン残基の使い分けが存在することが強く示唆された。この結果を踏まえ、今後、化合物によって修飾されるKeap1のシステイン残基の違いを明らかにできると期待される。本研究ではKeap1と相互作用する因子の解析を行い、Keap1の生理的役割を明らかにすることを目的とする。昨年度は、トランスジェニックマウスにおいて発現しているタグ付きKeap1を各種臓器から免疫沈降法による精製に成功した。今年度は、この系を発展させ、Keap1に相互作用する因子の検出を試みた。その結果、Nrf2のユビキチン化に重要なCullin3とKeap1の相互作用の検出に成功した。すなわち、培養細胞を用いた過剰発現の実験系だけではなく、マウス組織においてもKeap1-Cullin3の相互作用していることを実証した。今後は、ストレス感知に重要なシステイン残基の変異体Keap1分子を発現するトランスジェックマウスや、ストレス刺激におけるKeap1-Cullin3相互作用への影響を明らかにし、これまでの研究成果の論文発表を行う。また、本研究において確立された系は、Keap1と相互作用する新規因子の同定も可能にすると考えられ、新たなKeap1相互作用因子が発見されれば新しいKeap1の生理的役割が明らかになると期待される。
火山性磁場変化の研究(雲仙火山について)

雲仙普賢岳山頂部において、1991年1月に開始したプロトン磁力計6台を用いた地磁気全磁力の観測を行うとともに、新規に流出した溶岩や新焼けおよび古焼け溶岩の磁気的性質を研究し、火山活動に伴う地磁気変化の研究を行った。新規に貫入した溶岩は1A/m程度の帯磁しか示さないが、雲仙火山の平均的な帯磁は3A/mで、デイサイト溶岩としては帯磁が大きい。この原因は、特に古焼け溶岩に見出されたイルメナイトのラメラー構造が主役であるとの知見を得た。地磁気多点観測からは、新規に貫入した溶岩および地下の古い溶岩は磁性を回復しておらず、山頂部の地下は高温状態を保っていることが判った。1993年3月までの地磁気変化は、a:第1ドーム出現前後(1991年5月)に火口の南側で一、火口の北側で十の急激な地磁気変化が観測された。b:第2ドーム出現(1991年6月)から第7ドーム出現終了の(1992年3月)までは地磁気変化の傾向はaと同じであるが、変化量は時間とともに指数関数的にゆるやかになった。C:1992年8月に第8ドームが出現し、新規に熱の貫入を推定させる磁化の減少が観測された。d:第10ドーム出現の1993年2月以降、再度、熱の貫入を推定させる磁化の減少が観測されている。この様な地磁気変化は、阿蘇火山で考察された熱磁気モデルを用いて以下のように明快に説明される。新規のドーム貫入に際して大地が引き裂かれ、僅が10日程の間に地獄跡火口直下に磁他の減少をもたらした。この時、貫入した溶岩の潜熱が大地の微少な割れ目に沿って熱水や過熱水蒸気の状態で地下に拡散し、磁化の減少をもたらした。溶岩の貫入が停止すれば速やかに磁化の増加が観測されると期待されるが、未だその兆候は観測されていない。引続き研究を継続する予定である。
トリプルネガティブ乳癌における多様性の分子機序解明と新規治療への展開

乳癌の中でもエストロゲンレセプター陰性、プロゲステロンレセプター陰性、HER2蛋白陰性のtriple negative乳癌(TNBC)は従来より生物学的悪性度が高いこと、早期再発、予後不良という特徴があり、その治療選択肢も化学療法のみと狭いことから、治療に難渋する例が多い。中でも化学療法感受性が低いsubgroupを把握し、特異的な分子標的の同定、新しい化学療法レジメンの模索が重要な課題である。実際の臨床の現場においても、急速な病気の進行を呈する非常に予後不良のTNBCだけでなく、術後補助化学療法なしでも再発せず、長期予後良好な症例も多く経験する。従って、TNBCの多様性について、その分子機序を解明し、予後不良・良好の鑑別に役立つ因子を同定し、予後不良な群に関しては、今後の治療に結びつく標的分子を解明することは非常に重要である。乳癌臨床検体においてvimentinの蛋白発現を免疫組織化学染色にて評価したところ、TNBCにおいてvimentin発現が見られる症例は有意に予後不良であった。更に多変量解析の結果、TNBCにおいてvimentin発現は独立した予後不良因子であることを報告した(Yamashita N et al, J Cancer Res Clin Oncol. 2013)。対象とした乳癌臨床検体においてE-cadherin/vimentin発現パターンを免疫組織化学染色にて評価し、予後の解析を行ったところ、E-cadherin高発現かつvimentin陽性の症例群が最も予後不良であった。更に共焦点顕微鏡でE-cadherin/vimentin発現の局在を解析したところ、一つの腫瘍細胞内にE-cadherin/vimentinが共局在することを明らかにし、報告した(Yamashita N et al, Clin Breast Cancer. 2018)。更に多変量解析の結果、TNBCにおいてvimentin発現は独立した予後不良因子であることを報告した。この結果は乳癌の浸潤転移がEMTのみでは説明できないことを示唆する。原発巣・リンパ節転移のパラフィン切片を用いてE-cadherin、vimentinの蛋白発現を共焦点顕微鏡で局在を解析したところ、一つの腫瘍細胞内にE-cadherin/vimentinが共局在することを明らかにし、報告した。今後はEMTとcollective invasionの違い、subtype別の浸潤様式の違い等に注目してさらに研究を進めていく。(1)浸潤・転移様式の多様性:EMTとcollective invasionの違い、subtype別の浸潤様式の違い等に注目してさらに研究を進めていく。E-cadherin、vimentinの評価を行った症例の中で、リンパ節転移・遠隔転移巣のパラフィン切片を用いてE-cadherin、vimentinの蛋白発現を評価する。原発巣および転移巣でのE-cadherin、vimentin発現パターンの相違、及び発現変化の臨床的意義を検証する。(2) BRCA機能不全と染色体不安定性:当科にて手術を施行した術前治療歴のない原発性浸潤性乳癌(小葉癌を除外)のうち69例のTNBCおよび161例のnon-TNBCを対象とした。BRCA1プロモーターメチル化解析をCOBRA法にて解析し、11例に認めた。メチル化症例は全例TNBCであった。メチル化症例はBRCA1mRNA、蛋白発現共に有意に低い事を報告した(Yamashita N et al, Clin Breast Cancer. 2015)。今後はBRCA2のメチル化解析、およびゲノム不安定性との関連性を検証する。(3)リンパ球浸潤と免疫チェックポイント機構:PD-L1染色の条件設定は終了した。PD-L1高発現の症例は無再発生存、全生存いずれも不良である。s-TILsの評価も進めており、治療効果、予後との関連を解析する。(4)宿主側因子と乳癌の予後:診断時(治療前)の末梢血検査よりデータ抽出を行い、Prognostic nutritional index、Controlling Nutritional Status、血小板リンパ球比、リンパ球単球比、好中球リンパ球比を算出し、臨床病理学的因子および予後との関連を解析する。肥満、腸内細菌叢についてもデータ採取を行い、宿主側因子の乳癌予後に対する影響を検証していく。

乳癌臨床検体においてvimentinの蛋白発現を免疫組織化学染色にて評価したところ、TNBCにおいてvimentin発現が見られる症例は有意に予後不良であった。更に多変量解析の結果、TNBCにおいてvimentin発現は独立した予後不良因子であることを報告した(Yamashita N et al, J Cancer Res Clin Oncol. 2013)。対象とした乳癌臨床検体においてE-cadherin/vimentin発現パターンを免疫組織化学染色にて評価し、予後の解析を行ったところ、E-cadherin高発現かつvimentin陽性の症例群が最も予後不良であった。更に共焦点顕微鏡でE-cadherin/vimentin発現の局在を解析したところ、一つの腫瘍細胞内にE-cadherin/vimentinが共局在することを明らかにし、報告した(Yamashita N et al, Clin Breast Cancer. 2018)。更に多変量解析の結果、TNBCにおいてvimentin発現は独立した予後不良因子であることを報告した。この結果は乳癌の浸潤転移がEMTのみでは説明できないことを示唆する。原発巣・リンパ節転移のパラフィン切片を用いてE-cadherin、vimentinの蛋白発現を共焦点顕微鏡で局在を解析したところ、一つの腫瘍細胞内にE-cadherin/vimentinが共局在することを明らかにし、報告した。今後はEMTとcollective invasionの違い、subtype別の浸潤様式の違い等に注目してさらに研究を進めていく。(1)浸潤・転移様式の多様性:EMTとcollective invasionの違い、subtype別の浸潤様式の違い等に注目してさらに研究を進めていく。E-cadherin、vimentinの評価を行った症例の中で、リンパ節転移・遠隔転移巣のパラフィン切片を用いてE-cadherin、vimentinの蛋白発現を評価する。原発巣および転移巣でのE-cadherin、vimentin発現パターンの相違、及び発現変化の臨床的意義を検証する。(2) BRCA機能不全と染色体不安定性:当科にて手術を施行した術前治療歴のない原発性浸潤性乳癌(小葉癌を除外)のうち69例のTNBCおよび161例のnon-TNBCを対象とした。BRCA1プロモーターメチル化解析をCOBRA法にて解析し、11例に認めた。メチル化症例は全例TNBCであった。
等温位/等密度座標に基づく大気/海洋大循環の解析

等温位面上の質量加重付帯状平均子午面循環(Z-MIM)の変動に関し、2018年の事例について気象庁モデルの再現性と予測可能性を調べた。等温位面加重付時間平均系(T-MIM)に基づき平均子午面循環の三次元構造を明らかにした(Kanno et al., 2018)。T-MIMにおける波活動度フラックスの定式化を行い、論文を作成している。また、位相依存性のないエネルギー変換項およびエネルギーフラックスを定式化した。冬半球積算の寒気質量と寒気容量について温暖化トレンドを調べた。半球積算寒気質量はしきい値の温位を下げるほどトレンドが大きくなり、極域の温暖化増幅現象の良い指標となることを明らかにした(Kanno et al., 2019)。年々変動は、ENSOに関係することを明らかにした(Abdillah et al., 2018)。太平洋域と大西洋域のブロッキングと北極域の寒気放出との間の関係について調査を進めた.寒気放出には、極東域・北米西岸・北半球大西洋中部で発生するブロッキング頻度と強い相関関係があることがわかった。総観的な観点では2016年1月に発生した記録破りの寒波について、寒気の起源と輸送過程を、特定温位をしきい値とする寒気質量解析を用いて調べた(Yamaguchi et al., 2019)。海洋混合層の発達過程と海洋内部のモード水の構造との関係を数値実験により調べた。キャベリング(海水の密度の状態方程式の非線形性)の海洋モード水形成への関与、および、風応力が海洋混合層にエネルギー注入する過程を定式化した。2004年2015年のArgoによる水温・塩分データを等密度面座標で解析を行い、北半球の亜熱帯モード水の等密度面上で塩分偏差の長期トレンドと十年規模変動を検出した。偏差の伝播速度は、大規模循環の速度の23倍と見積もられ、中規模以下の渦成分による輸送が示唆された。東部亜熱帯モード水、中央モード水の等密度面上でも塩分偏差の数年スケール変動と長期トレンドを検出した。Z-MIMについて、2018年の事例では、熱帯域の平均子午面循環の平年偏差が予測可能であることが確認できた。一方、中緯度域の平均子午面循環は、季節変化は予測されるが、平年偏差の予測は難しいことが分かった。T-MIMでは、中高緯度において傾圧不安定波動によってボーラス速度(非定常フラックス速度)が、平均子午面循環に重要であることを明らかにした。エネルギー変換項およびエネルギーフラックスを観測データの解析に用いた結果、中高緯度大気長周期変動の重要な要素の一つであるテレコネクションパターンの生成/維持のメカニズム解明に向けて大きな成果を得た。冬半球積算の寒気質量と寒気容量の過去の温暖化トレンドを再解析を用いて調べた。将来のトレンドをCMIP5を用いて調べている。ENSOはアリューシャン低気圧の消長を通じて太平洋上の寒気流出を支配し、年々変動を引き起こしている。ブロッキングの検出方法を多様化し、寒気流出とブロッキングの関係のメカニズム研究と予測可能性研究を行う。2016年1月に発生し寒波について、主要な寒気を2週間にわたりラグランジェ的に追跡した。また、再起確率を調べた結果、強い移流速度が記録破りの寒波の大きな要因であることを明らかにした。前年度までに行った海洋の密度座標系における渦エネルギーの収支式の定式化についての論文化が進んでおり、この研究と海洋のエネルギー源である混合層過程との関係が見出されたことにより、総合的に力学的な解釈に適した体系に到達しようとしている。Argoフロートデータから、等密度面に沿って海洋内部に沈み込む水温・塩分偏差(等密度面上の塩分偏差で代表させる)の時空間変動を記述し、その大気循環場、とくに寒気流出の変動との関係までを考察する計画だった。塩分偏差の時空間変動が予想以上に多様であることが分かった。引続き大気循環場変動との関係の考察を行う。等温位面上の2次元の質量加重付帯状平均(Z-MIM)の子午面循環の変動メカニズムとその予測可能性について、気候モデルを用いて調べる。等温位面上の質量加重付時間平均量(T-MIM)に基づく3次元大気大循環を解析する。特に鉛直流について、断熱項・非断熱項および定常項・非定常項をそれぞれ分離する定式化を行い、初期的な解析を実施する。北半球の大気微量成分分布について、中高緯度の大気輸送過程の定量的な記述を検討してきた。今年度は季節平均場に対する大規模循環の重要性について、等温位面上の質量加重平均量を活用して新たな物理的な解釈を与えることに取り組む。T-MIMでは基本場エネルギーの時間発展方程式に現れるエネルギー変換項について位相依存性のない表現を導き、エネルギーサイクルの定式化を完成させる。さらに、等温位面上の質量加重付時間平均場における非定常波動の位相依存性のない活動度フラックスの定式化に取り組む。特定温位をしきい値とする寒気流出解析では、地球温暖化の将来予測の解析結果を取りまとめる。顕著なブロッキング事例の形成・持続メカニズムと予測可能性について、ストームトラックと寒気流出との関係に注目し、大気大循環モデルと長期再解析データを用いて研究する。

等温位面解析の総観規模現象やメソスケール現象解析への応用を目指し、顕著な東アジアの寒波や日本の南岸低気圧の解析を試みる。海洋内部の波動によるエネルギー循環の全球分布を同定するために、エネルギーの入力源である海上風から海洋表層流へ仕事率を流線関数使ってノイズ除去するという新しい手法を開発しそれを応用した研究を行う。等密度面上で格子化した解析データを用いて、水温・塩分の時空間変動を記述し、等密度面に沿った海洋内部への熱・塩分偏差の沈み込み過程、およびその大気場変動、とくに寒気流出の変動との関係を考察する。5年間の研究計画を詳細に検討した。特に、平均流と擾乱の相互作用について、大気/海洋、対流圏/成層圏、中高緯度/低緯度など、異なるカテゴリーに属する現象を、統一的な視点で整理する方法を議論した。中心的な課題は、等圧面上の平均と等温位面(大気)/等密度面(海洋)における加重付平均の関係である。(1)再解析データJRA55を利用して、北極域の特定温位(代表的な値は280K)以下の寒気の蓄積と放出の関係について調べた。蓄積の時間スケールは20日程度であるが、放出の時間スケールは数日と短く、コールドサージの特徴を表している。(2)気象庁の再解析データJRA55について、Brewer-Dobson循環の様子を調べた。とくに、観測データを同化した場合(準2年振動(QBO)有)と、同化しない場合(QBO無、観測された海面水温を境界条件とする大気大循環モデルの単純な積分)の比較から、QBOがB-D循環を強化することを確認した。(3)等温位面上の加重付時間平均量に基づき、Eliassen-Palmフラックスを3次元化した。ただし、表現には任意性が残る。中緯度において、南北風の気候値の力学的なバランスは定常波動による気圧傾度力が支配的だが、非定常波動の影響も無視できない。(4)大気輸送のトレーサーとして利用できる一酸化炭素の大気中濃度3次元分布と地表面排出量についての再解析を行い、2005-2014年の10年間についてデータを作成しweb上で公開した。(5)Argoデータに基づく格子化海洋データセットに等密度面解析を適用して、冬季混合層から海洋内部への海水沈み込み量の2005年2012年の年々変動を明らかにした。変動の振幅は平均値の40%に及んだ。全体として計画は順調に進捗している。大気は圧縮性が大きく、海洋は密度が塩分濃度に依存する。このため、両者の数理的な表現は大きく異なる。しかし、波と平均流の相互作用という視点に立てば、共通の解釈が成り立つ。対流圏/成層圏は圏界面で隔てられているが、ハードな境界があるわけではない。安定度や風速のシアなどで特徴づけられ、数理的にも共通で連続的に扱いが容易である。中高緯度は低緯度と連続的であるものの、準地衡風近似が仮定されるため、擾乱のエネルギーの表現は低緯度とは異なる。準地衡風近似を使わなければ、平均流と擾乱の分離が難しい。統一的な理解のためにはさらに整理が必要である。(1)寒気流出解析の今後の課題は、地球温暖化の評価である。寒気質量および寒気容量の経年変化は、北半球の温暖化シグナルを明瞭に示している。今後、系統的に調べる予定である。(2)Brewer-Dobson循環の強度の経年変化傾向は、気象庁の再解析JRA55とヨーロッパ中期予報センターの再解析ERA-Interimでは異なる。
日光性弾力線維症におけるメイラード反応後期生成物の免疫電顕による局在検討

先ず、Maillard反応後期生成物(以下、AGEsと略)の人生検材料における分布を、免疫電顕法を用いて検討した。一次抗体として、抗AGEs抗体(6D12).抗elastin抗体を用い、二次抗体としでは、15-nmもよび6-nm金コロイド標識抗マウスIgG抗体を用い、二重染色を行った。生検材料は、-4°Cで固定、LR White resinに包埋した。高齢者露光部(顔面)における、elastotic degenerated fiberのamorphousおよびfibrous formでの比較では、前者においては、高電子密度(日光老化に伴って増加してくる)部分にはAGEsが、低電子密度の部分にはelastinが分布していた。後者では、両者が混在する形で分布していた。ただし、高電子密度の部分にAGEsが分布している点は共通であった。Grenzzoneでは、AGEs.elastinともに明らかな分布は認められなかったが、actinicelastosis領.域での線維芽細胞では、AGEsの散在的な分布を認めた。また、表皮レベルでもAGEsの軽度の分布を認めた。しかし、膠原線維においては、AGEsの分布はわずかしか認められなかった。動物モデルでの検討では、マウスに紫外線照射し、時間経過をおって先ず光顕レベルで観察した。しかしながら、UV-A、UV-B、UV-A+B照射群いずれにおいても明らかな日光弾性線維症を認めることができなかった。これまでは、AGEsの細胞での存在は確認されていなかったが、最近、細胞での存在の可能性も示唆されてきており、今回使用した抗体6D12以外の抗体を用いて、さらに検討する予定である。また、マウスでの日光弾性線維症モデルが確立できなかった原因は不明であるが、紫外線以外の要因が関与している可能性も考えられ、今後、紫外線と種々の因子を組み合わせて、さらに検討していく予定である。Maillard反応後期生成物(以下、AGEsと略)の人生検材料における分布を、免疫電顕法を用いて検討した。一次抗体として、抗AGEs抗体(6D12)、抗e1astin抗体を用い、二次抗体としては、15-nm金コロイド標識抗マウスIgG抗体を用いた。なお、二重染色では、二次抗体として、15-nmおよび6-nmの金コロイド標識抗体を用いた。生検材料は、一4°Cで固定、LR White resinに包埋した。これまでは、AGEsの細胞内での存在は確認されていなかったが、最近、細胞での存在の可能性も示唆されてきており、今回使用した6D12以外の抗体を用いて、さらに検討する予定である。また、現在、日光老化のモデルマウスを作成中であり、日光老化の過程を検討する予定である。
周産期脳障害に対するマグネシウムのプレコンディショニング効果に関する基礎的研究

マグネシウム(Mg)は発達期の脳に対して脳保護作用を有する。これまでその効果は主にストレス直前の投与に限って検討されてきた。近年、妊娠中の特定の期間(therapeutic window)にMgを投与することで、その後の低酸素ストレスに対するpreconditioning効果を示す可能性が臨床的に示されつつある。そこで今回、周産期脳障害モデルであるラット新生仔のLevine-Riceモデルを用い、Mgの脳保護作用の中で、preconditioning作用の有無を検討し、thrapeutic window、容量依存性の有無を明らかにする。
近代東アジアにおける「表現の自由」と文化的相互浸透に関するメディア社会学的研究

当該年度は、戦前昭和に軟派出版物を専門に扱っていた出版組織(「珍書屋」)が、検閲が強化されていく1920年代後期において東アジア圏をいかにまなざし、意味づけていたのかを検討した。具体的には雑誌『文芸市場』『カーマシャストラ』『グロテスク』といった雑誌と、その周辺資料を分析の対象として設定し言説分析を行なった。これまで戦前日本の「エログロナンセンス」という流行語は、都市中間層の享楽的で奢侈的な文化の一側面を理解するための概念として論じられてきた。しかし、近年の研究から「エログロナンセンス」が東アジア圏に広がりを見せたことや、日本と周辺諸国の文化的な相互浸透性が明らかにされつつある。本研究の意義は、こうした先進的な研究に対して地下出版という側面からその具体的な実践を探り、提示したことにある。とくに個人蒐集家所蔵の資料を提供いただいたことで、資料的な新規性も高い。以上は査読論文として「出版界の「異端児」と東アジア理想郷としての「上海」」にまとめ、論文集『日本近代における〈国家意識〉形成の諸問題とアジア』(勁草書房)として出版された。以上の研究を通じて、これまでのメディア史研究において固有の領域として検討されることの困難であった「地下出版」という領域を開拓する一助となったと考える。論文化し、共著の書籍として社会に成果物を公表することができたため。今後の研究の推進方法は、以下の通りである。上記に示した論文では、単著論文という紙幅の関係から詳細な記述を省いた部分がある。今後は周辺情報を補うとともに、社会学領域だけでなく近代日本文学の領域でも成果を発表し、批判を受けることで質的向上を目指す。次年度は台湾、中国に出張し現地で調査を行う予定である。
第一次運動野損傷後の運動機能回復と共に生じる大規模な神経回路再編成

マカクサル第一次運動野損傷後に腹側運動前野で生じる機能代償がどのような神経回路編成により制御されるのかを検証するために、解剖学的トレーサーを用いて腹側運動前野ニューロンの投射先を健常個体と損傷後機能回復個体との間で比較したところ、前者よりも後者の方が赤核や小脳核(特に室頂核)へと向かう腹側運動前野ニューロン数が有意に高かった。損傷後に腹側運動前野からの投射を受ける室頂核ニューロンは、主にaldolase C陰性領域(体性感覚情報処理への関与が示唆されている領域)であった。本研究結果は赤核や小脳核へと投射する腹側運動前野出力経路の増加が第一次運動野損傷後の運動機能回復に寄与することを示唆する。中枢神経系損傷による運動障害が、残存するシステムにより代償されるメカニズムについて、分子から行動レベルに至る統合的理解を目指す。これまでにマカクサルを用いた行動・脳領域・分子レベルの解析により、第一次運動野(M1)損傷後の運動機能回復の背景として、大脳皮質運動関連領域(特に腹側運動前野:PMv)による機能代償があることが明らかにされた。しかし、このような第一次運動野損傷後に生じる機能代償が、どのような神経回路の再編成により実現されているのかについては不明な点が多い。申請者はこれまでに、解剖学的トレーサー(BDA)を用いてPMvニューロンの投射先を健常マカクサルと運動機能回復後のM1損傷マカクサルとの間で比較することにより、M1損傷後に生じる機能代償がどのような神経回路編成により制御されているのかを検証してきた。その結果、健常・損傷マカクサル共にBDA陽性軸索は様々な中枢神経系領域において観察されたが、小脳核や赤核においては両者の間に顕著な違いが観察された。小脳核や赤核におけるPMvニューロンの差を健常マカクサルと運動機能回復後のM1損傷マカクサルとの間で定量的に比較した結果、小脳核(特に室頂核)や赤核(大細胞層)におけるBDA陽性軸索数は、健常個体よりもM1損傷後の機能回復個体の方が有意に高値であった。これらの結果はM1損傷後に生じた小脳核や赤核へと投射するPMv経路の増加がM1損傷後の運動機能回復に寄与することを示唆するものである。本研究成果とこれまでの行動・脳領域・分子レベルでの検証から得られた知見とを統合することにより、脳損傷後の可塑的な変化に対するレベル縦断的な理解につながる。このような知見はリハビリテーションにおけるエビデンスを確立するうえで重要な基礎的資料になる。さらに、本研究成果の発展により、脊髄・脳損傷後の機能回復技術の開発に繋がると期待される。平成27年度には、M1損傷後に新たなPMv投射を受ける領域が存在するのかを検証するために、大脳皮質・視床・大脳基底核を含む中枢神経系各領域におけるPMvニューロン投射の差を健常マカクサルと運動機能回復後のM1損傷マカクサルとの間で定量的に比較する研究計画を立てていた。大脳皮質・視床・大脳基底核に関しては連続切片を作成し、免疫組織学的手法を用いて解剖学的トレーサー(BDA)を可視化する段階まで完了した。また、赤核及び小脳核に関しては、BDAを可視化させ、その定量解析を完了させる段階まで到達した。後者の成果に関しては、平成28年度の国際学会において報告する予定である。当初の平成27年度研究計画の大半を達成できているため、本研究計画は『おおむね順調に進展している』と判断した。前年度までに申請者は、第一次運動野(M1)損傷後に腹側運動前野(PMv)で生じる機能代償がどのような神経回路編成により制御されているのかを検証するために、解剖学的トレーサー(BDA)を用いてPMvニューロンの投射先を健常マカクサルと運動機能回復後のM1損傷マカクサルとの間で比較したところ、前者よりも後者の方が赤核(大細胞層)や小脳核(特に室頂核)へと向かうPMvニューロン数(button数)が有意に高いことを国際学会などで報告してきた(Yamamoto et al, 2017, FENS etc.)。これらの結果は、赤核や小脳核へと投射するPMv経路の増加がM1損傷後の運動機能回復に寄与することを示唆する。本年度では、M1損傷後にPMvからの投射を受ける室頂核ニューロンの性質を検証するために、小脳及び小脳核の区分に関与するマーカー分子(aldolase C等)を用いた免疫染色実験を行った。その結果、BDA陽性軸索終末は主に室頂核の中央から尾側の領域に観察され、このような領域ではaldolase Cの発現が弱い、または認められなかった。aldolaseC陰性領域は体性感覚情報の処理に関与すると考えられており、本研究成果は、小脳核へと投射するPMv経路の増加がM1損傷後の運動機能回復に寄与するという上記仮説を支持するものである。また、昨年度には損傷同側半球のみを解析対象としていたが、本年度では損傷対側半球も対象領域に新たに加え、脳全体を対象とした網羅的な検証を行った。その結果、損傷同側半球のみならず、損傷対側半球においても健常マカクサルとM1損傷マカクサルとの間で異なるPMv投射領域が存在していた。本結果は、局所的な損傷の後にも関わらず、脳は左右半球を跨ぐ程の大規模な神経回路再編成を引き起こすことが可能であることを示唆する。

平成28年度には、M1損傷後にPMvニューロンが新たに投射するニューロンの性質を検証するために、小脳及び小脳核の区分に関与するマーカー分子(aldolase C等)とPMvに注入された解剖学的トレーサー(BDA)及びニューロンマーカー分子(Neuronal nuclear: NeuN)との蛍光三重染色実験を研究計画では予定していた。しかし、蛍光染色法では小脳核の区分が不明瞭であったため、酵素抗体法を用いた明視野観察実験に変更した。その結果、上記の通り、aldolase C陰性領域へのBDA投射を確認することが出来た。本成果は、平成29年度の国内学会(日本神経科学学会)において報告する予定である。また、健常マカクサル(n=1)とM1損傷マカクサル(n=1)の損傷対側半球切片を作製し、BDAを可視化する段階まで完了した。当初の平成28年度研究計画の大半を達成できているため、本研究計画は『おおむね順調に進展している』と判断した。前年度までに申請者は、第一次運動野(M1)損傷後に腹側運動前野(PMv)で生じる機能代償がどのような神経回路編成により制御されているのかを検証するために、解剖学的トレーサー(BDA)を用いてPMvニューロンの投射先を健常マカクサルと運動機能回復後のM1損傷マカクサルとの間で比較したところ、前者よりも後者の方が赤核(大細胞層)や小脳核(特に室頂核)へと向かうPMvニューロン数(button数)が有意に高かったことを国際学会などで報告してきた(Yamamoto et al, 2017, FENS etc.)。また、M1損傷後にPMvからの投射を受ける室頂核ニューロンの性質を検証するために、小脳及び小脳核の区分に関与するマーカー分子(aldolase C等)を用いた免疫染色実験を行ったところ、BDA陽性軸索終末は主に室頂核の中央から尾側の領域に観察され、このような領域は体性感覚情報処理に関与すると考えられているaldolaseC陰性領域であったことを国内学会などで報告してきた(Yamamoto et al, 2018,日本神経科学学会etc.)。これらの結果は、赤核や小脳核へと投射するPMv経路の増加がM1損傷後の運動機能回復に寄与することを示唆するものである。本年度は、これら研究成果の論文化を進めるために、M1損傷領域およびBDA注入領域の個体差を確認する追加実験を行った。その結果、損傷領域は全ての個体においてM1に、BDA注入領域は1個体を除いた全ての個体においてPMv領域(F4/F5領域)に限局していた。PMv領域の組織破損により1個体はBDA注入領域を確認することができなかった。これは脳摘出時における予期せぬ硬膜癒着が原因であると考えられた。本研究成果に関する論文執筆は概ね完成している。マカクサル第一次運動野損傷後に腹側運動前野で生じる機能代償がどのような神経回路編成により制御されるのかを検証するために、解剖学的トレーサーを用いて腹側運動前野ニューロンの投射先を健常個体と損傷後機能回復個体との間で比較したところ、前者よりも後者の方が赤核や小脳核(特に室頂核)へと向かう腹側運動前野ニューロン数が有意に高かった。損傷後に腹側運動前野からの投射を受ける室頂核ニューロンは、主にaldolase C陰性領域(体性感覚情報処理への関与が示唆されている領域)であった。本研究結果は赤核や小脳核へと投射する腹側運動前野出力経路の増加が第一次運動野損傷後の運動機能回復に寄与することを示唆する。これまでの研究から、M1損傷後にPMvから小脳核へと直接投射する経路が増加することを見出した。
バイオマス資化性酵素を用いた機能性オリゴ糖生産プロセス

バイオマス資源は地球上に最も多く存在する有機資源であり、再生可能で、クリーンなエネルギー資源として着目されている。その一つとして木材を原料とした生分解性発泡体の成型物の創製があげられる。この成型物は木材を原料としており、従来の石油化学物質を用いた発泡体に対し、生分解性を有する環境負荷の少ない製品が期待できる。また、バイオマス資源の利用方法として、木材中に約50%含まれているセルロースからの糖類への変換が考えられる。親水性を有する炭水化物はグリコシド結合の部分加水分解により水系媒体に溶解するので高圧熱水反応を用いることにより化学物質に依存せずにセルロースの分解が可能となる。以上の研究計画に基づき、本研究ではバイオマス資源の有効利用を目的として、未利用バイオマスからの生分解性発泡体の成型とセルロースを熱水反応により、糖類へ変換する方法にっいて実験的に検討を行い、各検討項目において以下の知見を得た。発泡体成型については、(1)本研究で用いた液化方法によりポリオールに木材を溶解し、ウレタン発泡の原理により発泡成型物を得ることができる。(2)液化に際しポリオール中に溶かすおがくずの量が多いほど圧縮応力が高い発泡成型物ができる。(3)発泡させる際の温度が高いほど圧縮応力が高い発泡成型物になる事が明らかとなった。セルロースの分解については、(1)セルロースの加水分解は170°C以上で起こる。(2)セルロース加水分解生成物である糖類は温度、時間によりグルコースの熱分解生成物であるアルデヒド等の低分子量物質に分解される。(3)セルロースの加水分解生成物であるグルコースを得るための最適な条件は240°C反応保持時間0minである。それ以上の温度や保持時間にするとグルコースの熱分解がおこりグルコースの収率が下がる。(4)触媒の添加はセルロースの加水分解だけでなくグルコースの熱分解も促進する事が明らかとなった。本研究は現在までに未利用のまま廃棄されている農作副生産物に着目し、その有用な利用方法の確立を目指している。特に稲作生産において、未利用のまま廃棄されるわら、籾殻そして米ぬかは微生物には十分な有用成分を多く含んだ有用資源である。本年度は籾殻などのセルロース資源の酵素による分解を試み、どのようなものがそこから生産されるのか解析を行った。さらに熱水処理などの物理的処理を酵素処理の前処理として行うことで酵素反応に与える効果についても検討を行った。その結果、次のことが明らかとなった。(1)種々のセルラーゼ分泌微生物(Trichoderma sp.)を大阪発酵研究所(IFO)より購入し、それぞれより発現したセルラーゼの分解活性を籾がらを基質として行った。その結果、1種の菌株より比較的高い酵素活性(籾殻分解活性)が確認できた。(2)籾殻の酵素反応の前処理として電磁波処理、紫外線処理、オートクレーブ処理等を行った結果、処理の有無により酵素反応に差異が確認できた。しかしどの処理についても効果は同程度であり、大きな変化は見られなかった。また超臨界水処理物は分解物の解析を行ったところ、その殆どがグルコース骨格以下の小分子にまで分解が進んでおり、適した処理法ではないことが明らかとなった。次年度は本年度明らかにした上記の点を考慮し、亜臨界水処理条件の検討、籾殻に適した酵素の創製を中心に研究を行っていく予定である。特にセルラーゼの分子工学的改変により、籾がらに前処理なしで分解反応を行えるような酵素の創製を目指す。

バイオマス資源は地球上に最も多く存在する有機資源であり、再生可能で、クリーンなエネルギー資源として着目されている。その一つとして木材を原料とした生分解性発泡体の成型物の創製があげられる。この成型物は木材を原料としており、従来の石油化学物質を用いた発泡体に対し、生分解性を有する環境負荷の少ない製品が期待できる。また、バイオマス資源の利用方法として、木材中に約50%含まれているセルロースからの糖類への変換が考えられる。親水性を有する炭水化物はグリコシド結合の部分加水分解により水系媒体に溶解するので高圧熱水反応を用いることにより化学物質に依存せずにセルロースの分解が可能となる。以上の研究計画に基づき、本研究ではバイオマス資源の有効利用を目的として、未利用バイオマスからの生分解性発泡体の成型とセルロースを熱水反応により、糖類へ変換する方法について実験的に検討を行い、各検討項目において以下の知見を得た。発泡体成型については、(1)本研究で用いた液化方法によりポリオールに木材を溶解し、ウレタン発泡の原理により発泡成型物を得ることができる。(2)液化に際しポリオール中に溶かすおがくずの量が多いほど圧縮応力が高い発泡成型物ができる。(3)発泡させる際の温度が高いほど圧縮応力が高い発泡成型物になる事が明らかとなった。セルロースの分解については、(1)セルロースの加水分解は170°C以上で起こる。(2)セルロース加水分解生成物である糖類は温度、時間によりグルコースの熱分解生成物であるアルデヒド等の低分子量物質に分解される。(3)セルロースの加水分解生成物であるグルコースを得るための最適な条件は240°C反応保持時間0minである。それ以上の温度や保持時間にするとグルコースの熱分解がおこりグルコースめ収率が下がる。(4)触媒の添加はセルロースの加水分解だけでなくグルコースの熱分解も促進する事が明らかとなった。
ヘテロ環縮合シロール類の設計、合成と発光素子材料への応用

ビチオフェンのβ,β'-位をケイ素架橋した構造を持つジチエノシロール(DTS)および関連する環系を持つ各種誘導体の分子設計、合成、特性評価を行なった。DTS環系はケイ素σ軌道とジエンπ軌道のσ^*-π^*相互作用に由来する低いLUMOと高い電子受容性を持ち、電界発光(EL)素子の電子輸送材料として優れていた。特に、ビス(トリメチルシリルピリジル)置換DTSが最も良い結果を示し、ITO//TPD/Alq/DTS//Mg-Agなる3層構造のEL素子で14,900cd/m^2の高輝度発光を観測した。トリシアノエテニル置換DTSは電子輸送性を示さなかったが、その蒸着膜をエタノール蒸気に晒すと膜が赤から紫に変化するという可逆的なベーパークロミズムを示した。ビス(メチルチオ)置換DTS、ジチエノチアシリン(DTT)誘導体、およびそれらのスピロ縮環化合物も合成した。それらは比較的高いHOMOを有していたので、ITO//Polymer/Alq//Mg-Agなる2層型素子のホール輸送材料として評価した。ジチエニル置換DTTを用いた素子では8Vの低電圧でも4,200cd/m^2の高輝度発光が観測され、代表的なホール輸送材料であるTPDを用いた素子より良好な結果であった。また、主鎖にDTS環系を含むポリマーも合成した。それらは相当するポリチオフェンよりも長波長にUV吸収を示し、ホール輸送材料として機能した。単層型素子でもわずかだが赤色発光する他、ITO//Polymer/Alq//Mg-Agの2層系素子ではポリマー構造の違いにより緑、赤、黄緑のいずれかで発光した。また、新しいタイプの環状ケイ素化合物合成法としてPd触媒存在下でのアラインの環状ジシランへの挿入反応を検討した。反応はスムースに進行し好収率で目的の新規含ケイ素環状化合物が得られた。これはアライン三重結合のSi-Si結合への挿入の初めての例である。これまでに、ビチオフェンのβ,β-位をケイ素で架橋した構造を持つジチエノシロール(DTS)およびジチエノジシラシクロヘキサジエンの合成と特性評価を行い、これらが低いLUMOによる高い電子受容性をもつこと、電界発光(EL)素子の電子輸送材料として有望であることを見いだしてきた。DTS(1)は2つのチオフェン環がシロール環と縮合した環系を持っているが、他のヘテロ環が縮合した環系にも興味がもたれるので比較検討することを計画した。新規シロール類として、ジ(ベンゾチエノ)シロール(2)およびジインドロシロール(3)の合成を行った。化合物2および3は対応するジリチオ化物とジフルオロシランとの反応により合成できた。これらの化合物1-3の物性を、実測の分光学的および電気化学的性質と、MO計算結果から見積もられた軌道レベルとの比較を通じて評価した。MO計算は、ケイ素上の置換基を全て水素で置き換えて簡略化したモデルを用い、HF/6-31Gレベルで行なった。その結果、ベンゾチオフェン環が縮環した2は予想通り低いLUMOを持つが、インドール環を有する3はかなり高いHOMOを有することが明らかとなった。また、ジチエノシロールにメチルチオ基を導入したビス(メチルチオ)DTSを合成し、さらに、これを順次酸化してビス(メチルスルホキシ)およびビス(メチルスルホニル)誘導体に導くことにも成功した。これらの誘導体では、側鎖のS原子の酸化状態が増すにつれて徐々に共役が短くなってくることを見出した。DTS環系の電子状態のチューニングという意味で興味深い。その他にも、各種のケイ素架橋ビチオフェン誘導体を合成することに成功している。今後、これらの、EL素子材料などとしての性能を評価して行く予定である。

単層型素子でもわずかだが赤色発光する他、ITO//Polymer/Alq//Mg-Agの2層系素子ではポリマー構造の違いにより緑、赤、黄緑のいずれかで発光した。また、新しいタイプの環状ケイ素化合物合成法としてPd触媒存在下でのアラインの環状ジシランへの挿入反応を検討した。反応はスムースに進行し好収率で目的の新規含ケイ素環状化合物が得られた。これはアライン三重結合のSi-Si結合への挿入の初めての例である。
マスキングを利用した視覚情報の時空間統合と知覚形成のメカニズムに関する研究

初期視覚系ニューロンの受容野刺激に対する応答は、容野内に提示された刺激と同じ特徴の刺激が受容野周囲にあることで強く抑制される(受容野周囲抑制)。これによって、視野中の一様なパターンの情報が落ち、周囲とは異質の情報が残ることで、物体の輪郭などの情報が効率的に抽出されると考えられている。このように、受容野周囲抑制は、網膜の段階で細かく分けて符号化された視野情報を空間的に統合して、より広い範囲の視野情報として脳内表現するための基本的な仕組みを調べるのに好都合のモデルである。本研究により、受容野周囲抑制のメカニズムは一つではなく、受容野外側の近傍と遠方とでは、異なる神経回路が関与すること、すなわち、空間的に異なる範囲の視野情報は、異なる神経メカニズムによってニューロン応答に反映されることが明らかになった。一次視覚野(V1)ニューロンは、受容野刺激に対する応答が、受容野周囲の刺激布置に依存して、主に抑制性の反応修飾(文脈依存的反応修飾)を受けることが知られている。このような応答特性の形成には、少なくとも、1)LGNとの双方向性結合、2)V1内の層間結合、3)V1内の側方結合、4)高次視覚野との双方向性結合、などV1の活動に主たる貢献をしている神経回路の複雑な機能連関の関与が指摘されているが、未だ明らかになっていない。これまでの研究において、静止グレーティング刺激を用い、ネコV1ニューロンにおける受容野外刺激による抑制性反応修飾の時空間特性について検討してきた。その結果、受容野外近傍を刺激することで起こる短潜時(40ms)かつ一過性の抑制成分(早期成分)と、受容野中心から視角8度以上の広範囲にわたり、刺激サイズに依存した抑制強度の増加および抑制潜時の短縮(90ms→45ms)を生じる持続的な抑制成分(後期成分)の2種類の抑制があることを見出した。このようなV1における反応修飾に、LGNニューロンの活動がどのように関与するのかを調べるために、麻酔・非動化したネコのLGNから単一ニューロン活動を細胞外記録し、V1での実験で用いた静止グレーティング刺激を用いて受容野周囲刺激による反応修飾の時空間特性を検討した。その結果、多くのニューロンにおいて短潜時(25-40ms)で応答の抑制が観察された。その抑制の空間加算を生じる範囲は視角6度(半径)以内と狭く、また、刺激サイズに依存した抑制潜時の短縮は観察されなかった。これは、V1ニューロンにおける早期抑制成分の性質とよく対応し、その根拠となっていると考えられた。一方、後期成分に相当する抑制はLGNニューロンにほとんど見られなかったことから、V1以降の皮質神経回路の関与が示唆された。一次視覚野(V1)や外側膝状体(LGN)などの初期視覚系に位置するニューロンは、受容野刺激に対する応答が、受容野周囲の刺激布置に依存して、主に抑制性の反応修飾(受容野周囲抑制)を受けることが知られている。しかし、その神経回路およびメカニズムは明らかになっていない。今回、LGNニューロンにおける受容野周囲抑制の神経メカニズムを明らかにするために、単一神経細胞記録法と電気泳動的薬物投与法を組み合せ、神経活動記録中のニューロンに、GABAa受容体の拮抗薬であるBicucullineを細胞外投与し、その効果を検討した。その結果、多くの細胞において受容野周囲抑制効果の約30%程度がBicucullineによって解除された。このことから、受容野周囲抑制には、LGN内でのGABAa受容体を介したメカニズムとそれ以外のメカニズムの二っから生じていることが明らかになった。そこで、それらの異なるメカニズムが、視野のどの程度の空間的範囲から生じているのかを検討するために、受容野外を様々なサイズで刺激し、それらにより生じる応答減弱に対するBicucullineの効果を検討した。その結果、受容野外側の近傍(視角1度未満)からの抑制はBicucullineによって解除されるが、さらに外側の刺激によって生じる応答減弱は解除されないことが明らかになった。受容野周囲抑制は、網膜の段階で細かく分けて符号化された視野情報を統合して、より広い範囲の視野情報として脳内表現するための機能的意義が考えられている。本研究より、そのような空間的に異なる範囲の視野情報は、異なる神経メカニズムによってニューロン応答に反映されることが明らかになった。
100万を超えるノードからなる自律分散システムの実験環境構成法

研究の目的は、100万ノードからなる自律分散システムの実験を可能とするソフトウェアプラットフォームを開発しつつ、その構成法を明らかにすることである。ベースとして用いた実験プラットフォームを詳細に調査、それを踏まえて改良し、その結果、それまで計算機1台上では30万ノードの実験が可能であったところ、60万ノードの実験が可能となった。主な調査・改良点は、並行/並列処理の基礎的な機構であるスレッドを取り扱う個所である。2009年9月からスレッドの取り扱いを調査・改良し、2009年11月には60万ノードでの実験が可能となった。その時点では、成功すべき処理(ノードによるデータ格納/読み出し処理)が失敗する場合が多く見られたが、その後も改良を続けており、成功率は向上し続けている。この成果は、実験プラットフォームの新版に実装されており、2009年12月に一般公開した。公開後、実験プラットフォームは、3月末までの間に、約2500回ダウンロードされた。
ファインバブルによる特異的な超音波分解増強効果を用いた難分解性医薬品の排水処理

超音波照射で生成する音響キャビテーションの圧壊による高温高圧場の生成において、音キャビテーション中の気体の種類は熱伝導度、気体の溶解度などが異なるため、大きく影響することが知られている。本研究において、マイクロバブル中の気体の種類を変更し、成するOHラジカルの量の比較を行った。本観察結果がマイクロバブルによる気体飽和の効と異なることを確認するため、マイクロバブルに超音波を照射するだけでなく,ガラスキャピラリーによる気体をガスシリンダーより直接導入し、気体が十分飽和したのち、超音波を照射、クマリン蛍光プローブ法によるOHラジカル生成を示す7-ヒドロキシクマリンの蛍光強度を比較した。ガラスキャピラリーによる気体飽和とその状況下での45kHz超音波照射では、45kHz超音波照射のみと大きな違いがない。一方、マイクロバブルを導入したクマリン水溶液に45kHzを照射するとHe、Arのいずれの気体においても大きく、OHラジカル生成を示す7-ヒドロキシクマリンの蛍光強度が増大した。次に、マイクロバブルの気体をHe、Ar以外に、酸素O2、窒素N2に変化させ、マイクロバブル存在下で45kHz超音波を照射し、7-ヒドロキシクマリンの蛍光強度を比較した。比較の結果、気体の種類により7ーヒドロキシクマリンの蛍光強度がAr>O2>N2>Heと含有気体により異なっており、O2がOHラジカル生成の最大でないことが分かる。Arが最大、Heが最小のOHラジカル生成量になる結果は超音波キャビテーションによるOHラジカル生成の気体の種類の違いについて検討した過去の研究の傾向と一致しており、本実験のクマリン蛍光プローブ法で検出を試みたOHラジカルはキャビテーションにより生成したことを支持する結果となった。超音波によるOHラジカルの生成が水中の溶存気体の種類により変化することが知られている。そこで、マイクロバブル中に含まれる気体の種類をKr,Ar,O2,Heの4種類で比較することで、マイクロバブル/超音波併用系で生成するOHラジカルが超音波キャビテーションに由来するものかの確認実験を行った。OHラジカルの生成量に関しては、超音波強度測定としてよく用いられる0.1 M KI水溶液からのI3-生成量の比較から行った。その結果、I3ーの生成量はKr>Ar>O2>Heの順番となり、これまでよく知られている溶存気体の違いによる超音波キャビテーション効果の序列と同じとなり、マイクロバブル/超音波併用系によるラジカル生成、有機物分解がキャビテーション効果である事を裏付ける結果となった。超音波周波数を100kHzで同様の実験を行ったが、I3-の生成は確認できず、マイクロバブル/超音波併用系によるキャビテーションが特有の周波数において起こることも確認できた。このように、マイクロバブル/超音波併用系において、KI法によるI3-の生成量にマイクロバブルに含有される気体の種類で変化することが分かった。そこで、有機物の分解速度がマイクロバブル含有気体の種類で変化するかを調べた。この実験においては、有機物のMB表面への吸着効果による影響を避けるために、本研究助成で新規に購入した全炭素計による有機炭素(TOC)量の減少による分解を評価した。その結果、TOCによる分解率の順番が、Kr>Ar>Heの順番となり、KI法の結果と対応した。超音波分解において、マイクロバブルの効果が単なる気体の溶解に基づくものなのか、超音波キャビテーションを誘起するからなのか、よくわかっていなかった。そこで、マイクロバブルに含有される気体の違いにより、生成するラジカル量が変化することを確認し、マイクロバブルによる超音波分解の左側の効果が気泡圧壊、キャビテーションに由来するものであることを明らかにすることができた。さらに、医薬品の代表として、サリチル酸を用い、この研究助成で購入した、全有機炭素計(TOC)で分解速度を測定することができた。ただ、その分解速度の再現性には問題があるが、分解の速さは、マイクロバブル中の気体の違いで変わる様子が確認でき、超音波キャビテーションと同様の傾向を示している。つまり、TOC系においても、超音波分解によるマイクロバブルの効果を明らかにすることに成功した。TOC測定に使用した薬品は医薬品処理を意識したサリチル酸である。まだ、それ以外のものは試しておらず、今後、検討が必要であると思われる。昨年度、マイクロバブル中に含まれる気体の種類をKr、Ar、O2、Heの4種類で比較することで、マイクロバブル/超音波併用系で生成するOHラジカルが超音波キャビテーションに由来するものかの確認し、OHラジカルの生成量に関してはクマリン蛍光プローブ法、超音波強度測定としてはKI法を用いて、マイクロバブル/超音波併用系によるラジカル生成、有機物分解がキャビテーション効果である事を裏付ける結果を得た。しかし、マイクロバブルが溶存気体を増加させる効果もあり、泡自体の効果でない可能性もあるということも考えられる。そこで、気泡を事前に飽和させた気体飽和水とマイクロバブルが水溶液中に存在しているときで、OHラジカルの生成量(クマリン蛍光プローブ法)、超音波強度(KI法)でどのように変わるかを調べた。その結果、気体飽和水に比べ、マイクロバブルが存在している水溶液において、OHラジカル、超音波強度ともに、強くなることが確認され、泡自体が超音波と作用して、OHラジカルを生成、超音波強度を増大させていることが確認できた。これまでの実験は中性での実験条件であったが、塩基性に変えて、テレフタル酸法を用いて、同様の比較を行った。その結果、塩基性においても、45 kHzの超音波周波数においてのみ、OHラジカル増強が確認できた。中性条件と同様の傾向となり、中性、塩基性ともに、マイクロバブル/超音波併用効果があることを示すことができた。