hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
転写因子欠損による肥満細胞機能の異常と炎症性皮膚疾患への関与

申請者はこれまでに転写因子IFN regulatory factor-2(IRF-2)欠損マウスを用いてIRF-2の演繹制御機構に関して解析してきた。本研究ではIRF-2欠損マウスの皮膚炎発症における肥満細胞の関与を明らかにし、さらにIRF-2欠損マウスで認められるTh2分化亢進、特に好塩基球とT細胞の相互作用に関しても明らかにした。具体的には肥満細胞の皮膚炎発症への関与を検討するために、肥満細胞欠損マウス(KIT^<Wv/Wv>)との交配により、IRF-2 x KIT^<Wv/Wv>二重遺伝子変異マウスを作成した。組織学的に皮膚の肥満細胞はほとんど存在しないにも関らず、単核球浸潤や表皮の肥厚も確認され、二重遺伝子変異マウスも皮膚炎を発症したことから肥満細胞は皮膚炎発症に必須でないと考えられる。しかしながら二重変異マウスは、IRF-2欠損マウスで認められたTh2シフトが消失していることを見出した。本研究ではIRF-2欠損マウスの末梢の好塩基球が異常増加していることに注目し、Th2シフトと好塩基球の関連性について検討した。好塩基球とT細胞の相互作用及び分子機構を明らかにするためにT細胞受容体トランスジェニックマウスを用いin vitroのT細胞分化系を構築した。その結果、好塩基球の数に相関して、Th2分化傾向が認められた。この現象は活性化T細胞より産生されたIL-3が好塩基球に作用し、IL-4産生が増強される結果であることも証明した。興味深いことにIRF-2欠損マウス由来骨髄細胞はIL-3に対する反応が亢進していた。IRF-2 x STAT6及びIRF-2 x IRFAR1二重変異マウスの結果から、好塩基球の増殖はIRF-2欠損マウスのTh2シフトの結果ではなく、IFNシグナルに非依存的な機序によるもので、新たなIRF-2の遺伝子転写制御機構の存在を明らかにした。転写因子iinterferon regulatoryfactor-2欠損マウス(IRF2^<-/->)では、生後約8週より炎症性皮膚疾患が発症する。この炎症性疾患におけるIgE及び肥満細胞の役割を検討するために、IgEを欠損するSTAT6遺伝子欠損マウス及び皮膚の肥満細胞欠損マウスであるW^v/W^vマウスをそれぞれIRF2^<-/->マウスと交配し、二重欠損マウスを作成した。その結果、IRF2^<-/->×STAT6^<-/->マウス、IRF2^<-/->×W^v/W^vマウスは共にIRF2^<-/->マウスと同様に炎症を発症した。この結果は、IRF2^<-/->で認められる皮膚炎にIgEや肥満細胞が必須の因子ではないことを示すものである。病変組織では、肥満細胞が表皮近くに存在することが確認できるが、炎症の2次的な反応として肥満細胞が遊走してきているものと考えられる。また、興味深いことにIRF2^<-/->マウス、IRF2^<-/->×W^v/W^vマウスの皮膚において、ヒスタミン産生酵素であるヒスチジン脱炭酸酵素(HDC)が誘導されており、.これは肥満細胞によって産生されているのではなく、浸潤している活性化単球系細胞がHDCを発現しており、皮膚炎の発症に重要である可能性が示唆された。他方、病理組織で真皮深部に単球系の細胞浸潤が認められることから、皮膚炎発症における単球系細胞の役割を検討した。表皮に存在するランゲルハンス細胞(LCs)はhRF2+マウスでは減少しており、特にCD4^+LCs細胞が欠損していた。末梢のリンパ組織においてもCD4^+の樹状細胞(DCs)が減少しており、皮膚炎の発症時期及び発症の有無に相関することから、DCsの分化過程と皮膚炎の因果関係について現在検討中である。また、これまでの研究においてIRF2^<-/->マウスの皮膚炎はIFNやCD8^+細胞が、必須の因子であることをすでに報告している。IFNシグナルやリンパ球欠損マウスとIRF2の二重欠損マウスを作成し、抗原提示細胞の分化異常や皮膚組織において、炎症性の遺伝子発現に関して検討している。

好塩基球とT細胞の相互作用及び分子機構を明らかにするためにT細胞受容体トランスジェニックマウスを用いin vitroのT細胞分化系を構築した。その結果、好塩基球の数に相関して、Th2分化傾向が認められた。この現象は活性化T細胞より産生されたIL-3が好塩基球に作用し、IL-4産生が増強される結果であることも証明した。興味深いことにIRF-2欠損マウス由来骨髄細胞はIL-3に対する反応が亢進していた。IRF-2 x STAT6及びIRF-2 x IRFAR1二重変異マウスの結果から、好塩基球の増殖はIRF-2欠損マウスのTh2シフトの結果ではなく、IFNシグナルに非依存的な機序によるもので、新たなIRF-2の遺伝子転写制御機構の存在を明らかにした。
三次元平均顔画像を用いた脳血管障害患者の顔印象による神経看護アセスメント法の確立

顔印象の変化から脳血管障害患者の回復の程度を評価できれば、顔印象の変化は神経看護アセスメント指標の1つとして利用可能である。三次元平均顔画像を利用し、回復期リハビリテーションを受ける19名(女性:10名,男性:9名)の脳血管障害患者を対象に、ベースライン時点から8週間後の変化まで追跡した。顔印象の変化は、顔の輪郭が明瞭になり、ベースライン時点では浮腫様の上瞼が下がっている印象を受けるが、8週間後の時点では上瞼を上げることが観察された。さらに、下顎骨と口角拳筋の運動機能改善に伴う唇端を上げる顔印象が記述された。意識障害によって意思疎通が困難な脳卒中患者や高次脳機能障害者においても、意識障害と精神機能回復の程度が顔貌の変化の観察を通して推測できる可能性がある。顔貌の変化の観察を通して、回復期にある患者の意識障害と精神機能の改善の程度を評価する手法を基準化できれば、顔貌の変化は神経看護アセスメントの新しい指標の1つとして活用可能である。そこで、コンピュータグラフィックスの手法を用いて脳血管障害患者の三次元平均顔を合成し、意識障害の回復過程に伴う顔印象の変化を記述した。研究デザイン:前向き観察研究。研究方法:研究内容の説明を実施し、研究参加への同意が得られた方で、主治医の許可を得られた患者の回復期にある脳血管障害患者の意識レベルの回復段階に応じた三次元平均顔画像を、コンピュータグラフィックスから構成する。次に、Facial ActionCoding Systemを用いて、顔全体の形態および表情筋群の状態の変化から、意識レベルの回復段階と顔印象の変化との関連をアセスメントした。これまで、男性7名と女性2名の計9名について、1患者基本情報:年齢、性別、診断名、FIM、発症日からの日数、2意識障害の程度(Japan Coma Scaleで測定)、および3正面顔の写真撮影による顔画像のデータを取得した。各対象者は同意取得後、発症日から4週目から12週目の観察期間で正面顔画像の写真撮影を行った。まだ、女性の対象者のデータ数が少ないことから、三次元平均顔画像の合成までには至っていないが、個々の対象者の回復段階に応じた顔印象の変化を観察した結果、回復の程度に応じて変化する可能性が示唆された。今後の研究の方向として、平均顔画像データが揃い次第、医療従事者(医師・看護師・理学/作業療法士)らの協力を得て、顔画像変化に対する評価研究を実施し、その中で、客観的な評価手法の開発を目指すこととしている。研究の目的は、(1)コンピュータグラフィックスの手法を用いて回復期リハビリテーションを受けている脳血管障害患者の三次元平均顔を合成し、意識障害レベルおよび日常生活動作レベルの回復過程に伴う顔印象の変化を記述すること。(2)三次元平均顔を用いて脳血管障害による障害の改善の程度が患者の顔印象の変化から推測できるかどうか検証すること。及び、(3)顔印象の変化を用いた神経科学看護アセスメントの指標を確立することである。これまで、遷延性意識障害患者の顔印象変化のデータベースを得ているので、本研究では倫理委員会の承認後に研究参加の同意が得られた、都内のリハビリテーション病院で回復期リハビリテーションを受ける19名(女性:10名,男性:9名)の脳血管障害患者を対象に、ベースライン時点から8週間後の変化まで追跡し、各週1回、正面顔を撮影して三次元平均顔画像を構成した。アセスメントの方法には、EkmanのFacial Action Coding Systemを用いた。本研究の副次的効果として、複数の対象者から自分の顔の変化を見たいという希望があり、入院時点の顔と変化している今の顔を自分で比較することにより疾病が回復していることを実感し、リハビリテーションへの取り組みに意欲を示す様子が観察された。自分の顔の印象変化が、リハビリテーションへの取り組み意欲や生活の質の向上に良い影響を与える可能性が示唆され、新しい介入研究課題としてさらに検証したい顔印象の変化から脳血管障害患者の回復の程度を評価できれば、顔印象の変化は神経看護アセスメント指標の1つとして利用可能である。脳血管障害患者の回復過程において、顔印象の観察結果は相貌が意識障害の回復に伴って変化することを経験的に示している。顔印象の変化の観察を通して、回復期から慢性期に移行する患者の意識障害の改善の程度を客観的に評価できれば、顔印象の変化は新しい神経看護アセスメントの指標として利用可能である。平成23年度は、顔印象による神経科学看護アセスメントの新しい指標を確立するために、最初に研究者が所属する大学の倫理委員会における審査を受けた。

科学的観点と倫理的観点からその妥当性が承認された後に、(1)研究参加への同意が得られた回復期にある脳血管障害患者の意識レベルの回復段階に応じた4段階の三次元平均顔画像を、コンピュータグラフィックスから構成する。次に、(2)顔表情の記述システム(FACS)のアクションユニット(AU)を用いて、顔全体の形態および表情筋群の状態の変化から、意識レベルの回復段階と顔印象の変化との関連をアセスメントする。対象は、脳外科専門病院に入院中で、Japan Coma Scaleで意識レベルが清明と診断された回復期にある脳血管障害患者10名(男女各5名)であり、現在、データ収集中である。顔印象の神経看護アセスメントの方法は、ベースラインから3週間後までの4段階の平均顔を回復過程に沿って並べ、顔全体の形態および表情筋群の状態の変化から、平均顔の変化を研究者らがアセスメントするものである。これから得られた4段階の三次元平均顔画像は、次年度に行う看護師らによる顔印象のアセスメントに活用され、脳血管障害患者における顔印象の変化を用いた神経看護アセスメント指標の開発につなげるものである。県有対象者は脳血管障害患者でリハビリテーション中の方としている。男性患者については予定以上の参加者を得て順調にデータを習得できている。しかしながら、女性患者のデータが2名と予定数の5名を満たしていない。現在、女性のデータを取得中である。本研究課題は、以下のことから、おおむね順調に進行していると考えられる。すなわち、(1)東京女子医科大学倫理委員会による倫理的観点および科学的観点からの妥当性に関する倫理審査をすでに通過し、顔画像データの収集に入っていること。(2)データ収集施設は、本学の関連病院および実習等で関連している病院の協力を得られている。(3)研究者らは、すでに本研究課題の予備的研究を実施してきた経緯があるので、顔画像処理に関わるコンピュータグラフィックスの操作に慣れていること。(4)看護学研究者、医工学研究者・脳外科学専門医、臨床の専門看護師による研究体制がうまく組まれていること。今後の研究の推進方策として、現在進めている脳血管障害の女性患者さんのデータをあと5名分修得することである。次に、男女別に、ベースラインから12週目までの各回復段階別の三次元平均顔を合成する。そして、これらの平均顔の変化を研究者が記述する予定である。平成23年度の結果を基にして、以下の方法を用いて顔印象の変化を用いた神経看護アセスメント指標を開発する。研究への参加に同意を得られた大学病院に勤務する看護師と看護大学生の各100名を対象者として行う。(1)ランダムに並べたベースラインから3週間後までの4段階の三次元平均顔画像を、正面像・45度斜面像・側面像の3種類を用意する。次に、(2)看護師と看護学生が、意識障害の回復過程に応じた順序に各画像を再現できるかどうかを検証する。(3)その際看護師と看護学生は順序を再現するときに考慮した顔印象の内容を、意識レベルが良い場合と悪い場合に分けて記述する。(4)再現性の正答率を統計学的に解析し、顔印象の判断内容との関連性を突き合わせることで、顔印象の変化を用いた神経科学看護アセスメント指標と顔データベースを開発する。
一倍体ES細胞による始原生殖細胞の発生に必須な遺伝子の順遺伝学的スクリーニング

始原生殖細胞はすべての卵子や精子のもとであり、発生過程の初期に体細胞系列から分岐する。本研究は始原生殖細胞の分化に必須な遺伝子を同定するために、1倍体ES細胞から始原生殖細胞を分化誘導する培養系を用いて、機能的スクリーニングを行うものである。これまでに導入箇所で遺伝子の発現が阻害される機能的スクリーニング用ベクターを構築し、それらを細胞内に導入し、ES細胞ライブラリーを作製した。これらの材料を基盤として、現在機能的スクリーニングを行っている。単為発生胚由来のES細胞の樹立:Blimp1-mVenus, Stella-ECFP (BVSC)をもつレポーターマウスからの一倍体ES細胞樹立のための予備実験として、野生型のC57BL/6マウスからのES細胞の樹立を始めた。その理由として、BVSCマウスのコロニー(匹数)が十分に大きくないこと、またこのレポーターマウスはC57BL/6純系であるためにES細胞の樹立にやや困難が生じると考えられるためである。現在までに野生型のC57BL/6マウスの未受精卵を用いて一倍体のES細胞の樹立を試みているが、単為発生の効率が十分でないことや得られる胚盤胞の数が少ない問題点がある。この問題点を解決するために単為発生刺激の条件を検討している。一倍体ES細胞に組み込む変異誘導ベクターについては構築を終えている。これらについては一倍体のES細胞が樹立され次第、直ちに導入できる段階である。始原生殖細胞はすべての卵子や精子の源であり、発生の初期に体細胞系列から分岐する。本研究は始原生殖細胞の発生に必須な機能的遺伝子群を明らかにするために、一倍体ES細胞からPGCsを分化誘導する培養系を構築し、機能的な遺伝子スクリーニングを行う。研究ではまず始原生殖細胞の分化をモニターできるレポーターマウス(Blimp1-mVenus/Stella-ECFP:BVSC)から一倍体ES細胞の樹立を試みたが、部分的または完全な染色体の重複(Duplication)がおき、安定的なBVSC一倍体ES細胞の樹立は困難であった。そこでレポーター遺伝子を持たないが、すでに樹立されている一倍体ES細胞を用いて遺伝子スクリーニングを行うこととした。これらの細胞における始原生殖細胞への分化は細胞表面抗原(Itgb3およびSSEA1)によってモニターすることとした。一倍体ES細胞に導入するための遺伝子の転写を停止させる構造をもったベクター(トラップベクター)を作製した。トラップベクターはPiggyBac配列を2カ所もち、その間にスプライスアクセプターとストップ配列をもち、選択マーカーとして独立したプロモーターをもつネオマイシン耐性遺伝子を配置した。これらのトラップベクターを一倍体細胞に導入・薬剤選択後、多数のクローンを回収した。現在それぞれのクローンについて始原生殖細胞への分化誘導を行い、その分化に異常のあるクローンを同定している。発生生物学当初予定していたよりも単為発生の条件検討に時間を要している。しかしながらこれまでの結果をもとに、平成26年度の前半までにはその条件も決定できると考えられる。変異導入ベクターについては予定どおり構築を終えているため、一倍体ES細胞を樹立できれば、その後の研究は速やかに進行すると思われる。単為発生刺激の最適な条件の決定に最も大きなエフォートを費やす。同時にBVSCレポーター一倍体ES細胞の樹立が困難なことを想定して、バックアップとして一倍体のES細胞を他の研究機関から取得する。BVSCレポーター一倍体ES細胞の代わりとしてこの細胞に変異導入ベクターをトランスフェクションして、変異導入細胞ライブラリーを作製する。それらから始原生殖細胞様細胞の分化を誘導し、分化の有無をインテグリンβ3(始原生殖細胞マーカー)の発現により判定する。陰性と判定されたもの(つまり始原生殖細胞分化に異常をきたしているもの)についてはベクター導入部位を確定する。
急激な風速・風向変動を生成できる新しい方式の風洞による非定常空気力に関する研究

本研究は,制御電圧変化に正確に応答して回転数を変えることができるACサーボモータでファンを駆動する方式の風洞を用いる,という着想で,乱流の生成,急激な風速変化,さらには風向の変化までも可能にする新しい風洞システムの開発を目的としている.用いた風洞は,吹き出し口が40cm×40cmの正方形で,風速ゼロの状態から最高風速約15m/sの気流をわずか0.1秒程度の時間で発生させることができる性能を有している.この風洞2台を挟角60度で斜交するように配置し,2方向の気流を合成させることにより,水平2成分の乱流変動を有する気流,および60度の範囲で風向と風速を非定常に変化させることができるようにした.2方向の気流を合成させる方式は,2つの風洞から吹かせる定常気流の風速を種々組み合わせ,合成された気流の風速と風向を熱線流速計で測定し,合成気流の風速・風向と2台の風洞の風速との関係を表す関数を求め,この関数から,風向と風速が時間変化する気流を発生させるための制御電圧の時刻暦を作成する,というものである.この方法により,主流方向変動と主流直交方向変動がともにカルマンスペクトルに従う乱流を生成し,それを熱線流速計で計測して,目標とする時刻暦,およびスペクトルを再現する気流が生成できていることを確認した.また,瞬間的に風速がステップ状に上昇し,またステップ状に下降する種々の気流を発生させ,その気流中に置かれた正方形角柱に作用する非定常な空気力を測定した.特に風速が急激に上昇するときに,定常風の空気力係数で評価されるよりも過大な抗力と,定常揚力と逆方向に作用する揚力が発生することを見出した.また,時間とともに風向が変化する気流中の正方形角柱に作用する空気力が,風向の時間変化率が大きくなるにつれて定常空気力から予測される値との差が大きくなることを見出した.本研究は,制御電圧変化に正確に応答して回転数を変えることができるACサーボモータでファンを駆動する方式の風洞を用いる,という着想で,乱流の生成,急激な風速変化,さらには風向の変化までも可能にする新しい風洞システムの開発を目的としている.用いた風洞は,吹き出し口が40cm×40cmの正方形で,風速ゼロの状態から最高風速約15m/sの気流をわずか0.1秒程度の時間で発生させることができる性能を有している.この風洞2台を挟角60度で斜交するように配置し,2方向の気流を合成させることにより,水平2成分の乱流変動を有する気流,および60度の範囲で風向と風速を非定常に変化させることができるようにした.2方向の気流を合成させる方式は,2つの風洞から吹かせる定常気流の風速を種々組み合わせ,合成された気流の風速と風向を熱線流速計で測定し,合成気流の風速・風向と2台の風洞の風速との関係を表す関数を求め,この関数から,風向と風速が時間変化する気流を発生させるための制御電圧の時刻暦を作成する,というものである.この方法により,主流方向変動と主流直交方向変動がともにカルマンスペクトルに従う乱流を生成し,それを熱線流速計で計測して,目標とする時刻暦,およびスペクトルを再現する気流が生成できていることを確認した.また,瞬間的に風速がステップ状に上昇し,またステップ状に下降する種々の気流を発生させ,その気流中に置かれた正方形角柱に作用する非定常な空気力を測定した.特に風速が急激に上昇するときに,定常風の空気力係数で評価されるよりも過大な抗力と,定常揚力と逆方向に作用する揚力が発生することを見出した.また,時間とともに風向が変化する気流中の正方形角柱に作用する空気力が,風向の時間変化率が大きくなるにつれて定常空気力から予測される値との差が大きくなることを見出した.本研究課題に先立って昨年度に新しい風洞を製作し設置している.この風洞は4つのファンをそれぞれACサーボモータで駆動する吹き出し式の風洞で,吹き出し口は40cm×40cmの正方形である.コンピュータでACサーボモータに制御電圧変動を与えることにより急激な風速変動気流を生成できる.本研究課題の初年度に当たる本年度は,熱線流速計で気流の速度分布を効率よく測定するためのトラバース装置を製作した.このトラバース装置を利用して,この風洞が生成する気流の風速分布の基本的な特性を明らかにした.すなわち,(1)定常運転時の断面内の気流分布は,1%未満の偏差量であること,(2)制御電圧をステップ状に瞬時に変化させた場合および正弦波で変化させた場合のそれぞれについて,ほぼ目標とした気流変動が生成されていること,(3)自然風の乱流特性のモデルであるカルマンスペクトルに従う気流変動を生成し,所定のパワースペクトル特性を有する変動気流が生成できていること,である.

さらに,正方形断面角柱に本風洞で生成した急激な風速変動気流を作用させて,本年度に購入した3分力天秤で非定常空気力を測定した.風速をステップ状に上昇あるいは下降させたときに角柱に作用する抗力および揚力を測定した結果,これらの空気力は,変動風速の瞬時値の2乗に比例する成分と変動風速の時間微分に比例する成分とに分離することができることが明らかになった.非定常空気力をこの2つの成分に分離する表現は,中央値がゼロの脈動流による非定常空気力に対しては従来からモリソン公式として知られていたが,本研究によって,より一般的な風速変動においても成立することが確認できた.昨年度に40cmx40cmの正方形断面の吹き出し口を有するACサーボモータ風洞が生成する変動気流特性を測定したが,本年度は同規格の風洞を新たに製作し,2本の風洞を気流の交差角が60度になるよう斜交配置し,2方向の気流を合成させて風速だけでなく風向も変動する気流の生成を試みた.さらに風向が非定常に変化する気流によって正方形角柱に作用する空気力の測定を行い,非定常性の影響を検討した.本年度の研究の概要と成果を以下に列挙する.(1)新たに製作した風洞について,昨年度と同様に風速分布,乱れ分布等の基本的な気流特性の測定実験を行い,既設の風洞と同等の気流が生成されていることを確認した.(2)60度の交差角で斜交配置した2つの風洞から同じ風速の気流を吹かせ,合成気流の風向が対称軸と一致している状態の気流の測定を行った.この配置では,2つの風洞中心線の交点は,それぞれの吹き出し口から46.2cm離れている.合成気流の平均風速は,2つの風洞気流の平均風速より低下し,逆に乱れ強さは増加する.(3)2つの風洞気流の風速を種々組み合わせ,合成気流の風向と風速を測定した.測定点は風洞中心線の交点とした.この実験結果より,2つの風洞気流と合成気流の風向風速の関係を表す実験式を作成した.(4)前項の実験式に基づいて,主流方向変動と主流直交方向変動がともにカルマンスペクトルに従う変動気流の合成を試みた.(5)風向が連続的に変化する気流を生成して正方形角柱に作用する空気力を測定し,定常風向気流による空気力と比較して風向の時間変化率が大きくなるほど定常風向の空気力との差が大きくなる事を確認した.昨年度は,40cm×40cmの正方形断面の吹き出し口を有する2本のACサーボモータ風洞を,気流の交差角が60度になるよう斜交配置し,2方向の気流を合成させて風速だけでなく風向も変動する気流の生成を試みた.本年度は,昨年度の気流計測結果を参考に,合成気流の気流分布および乱れ強さを改善することを目的として,交差角を30度に減らし,かつ吹き出し口の先端に長さ60cmのダクトを設置してダクトの先端同士が接するように配置した.ダクトを設置したことにより,まず風洞単体による気流の風速分布の一様度が増し,乱れ強さが低減した.その結果,2方向気流の風速を同じにして合成した場合,風速分布,乱れ強さの点で,昨年度に比べて気流性状が向上した.風速分布の一様度は,風洞単体の場合にほぼ匹敵する.この改善結果を踏まえ,2方向の気流の風速比を2,3とした気流合成の実験を行った.合成された気流は,斜めの風向を有する範囲が,風洞単体の風路幅の約70%であった.また1つの風洞の制御電圧を単調に増加させる実験を行い,合成気流の風向が連続的に変化できることを確認した.空気力の測定は,前年度に引き続き辺長3cmの正方形角柱を供試体とした.ダクト設置により気流性状が改善したため,ダクト内に供試体を置いて,単体風洞により,風速が瞬間的に上昇および下降する気流を吹かせて空気力を測定した.作用させた気流は0.3秒程度で最大12m/sの風速差を有するものである.ダクト内の気流には,吹き出し口外の風速で観測された上昇後のオーバーシュートがないことが分かった.空気力は瞬間風速と空気力係数によって説明できるものであった.
生体高分子系ポリイオンコンプレックスよりなる外科手術用接着材の開発

外科手術時等の接着材としては、フィブリノーゲンとトロンビンを主成分とするいわゆる「フィブリン糊」が一般的である。さらに、止血用にはコラーゲン粉末も用いられている。しかし、前者はヒト血液由来のフィブリノーゲンを原料に使用することから、HJVウィルスや肝炎ウィルスの感染の危険性が否定できない。また、後者はコラーゲンの抗原性によるアレルギー反応の問題が残されており、より生物学的安全性に優れた組織接着材、止血材の開発が待たれている。一方、我々はキトサン等の天然ポリカチオンが出血部位に強く接着することや、逆にある種のポリアニオン類が接着防止剤として優れていること等を見出している。このような知見をもとに昨年度はキトサンーアルギン酸系のポリイオンコンプレックスによる検討を主として行ったが、本年度は紫外線照射で水不溶性にしたDNAとキトサンとの二層式フィルムを中心に検討を進めた。二層式膜のDNAサイドは紫外線照射の時間によりヌクレアーゼに対する耐性をコントロールできる事から生体内消化性を自由にコントロールできる事が示唆された。外科手術用接着材として実用化できる可能性が高いものと考えている。近年、フィブリノーゲンとトロンビンを主成分とするいわゆる「フィブリン糊」が、組織接着材、止血材として用いられている。しかし、前者はヒト血液由来のフィブリノーゲンを原料に使用することから、HIVウイルスや肝炎ウイルスの感染の危険性が否定できない。一方、我々はキトサン等の天然ポリカチオンが出血部位に強く接着することや逆にある種のポリアニオン類が接着防止剤として優れていること等を見出している。また、アルギン酸、キトサンなどの天然高分子を用いる組織接着材、止血材が非常に有望であるとの知見を得た。本研究では天然高分子系のポリアニオンとポリカチオンよりなる外科手術用接着材を開発することを目的として次の研究を行った。(1)ムコ多糖のキチンを脱アセチル化したキトサンのフィルムが、家兎腹膜に非常に強く接着することをすでに見出している。また、逆にポリアニオン性の物質は手術後内臓間の接着、すなわち癒着を防止することが知られているので、患部への接着面がキトサン、非接着面がDNAの二層式のフィルムを作製した。(2)さらに、このキトサン面に細胞接着に関係するペプチドを結合させ細胞特異性を検討した。(3)上記DNA-キトサン系フィルムと同様、ポリアニオンとしてアルギン酸を用いた、アルギン酸-DNA二層式フィルムを作製し、組織接着材としての性質を調べた。
Perfusion CTによる重症膵炎早期膵虚血と血管透過性亢進についての研究

研初年度は、各参加施設問で共通の重症急性膵炎患者登録データベースを作成した。ついで、各参加施設での倫理委員会の承認を経て多施設共同研究を開始し、UMINに登録、StudyDesignを公開した。研究期間を通して臨床データは採取し続け(膵局所血流障害の診断、血管透過性亢進の評価)は各症例にて、毎回評価しデータベースに登録を継続し、2012年12月78例の登録され、統計学的に十分なサンプル数であったため症例の集積は終了し、現在、解析中である。重症急性膵炎における全身性血流異常は多臓器不全の原因となり、これを改善するために一日6-10Lもの輸液を要すると治療ガイドラインにも指摘されている。こうした大量輸液はともすると輸液過剰になり、生命予後の悪化の一因にもなりうる。適切な輸液量を決めるために、全身性の血流異常を簡便に評価する必要があるが、有用なマーカーが存在せず積年の問題であった。一方、我々の結果では、Ang-2が全身性の血流異常の評価の指標となりうる可能性が示唆された。本年度は、各参加施設間で共通の重症急性膵炎患者登録データベースを作成した。ついで、各参加施設での倫理委員会の承認を経て、多施設共同研究を開始し、UMINに登録、Study Designを公開した。研究期間を通して、臨床データは採取し続け(膵局所血流障害の診断、血管透過性亢進の評価)は各症例にて、毎回評価しデータベースに登録を継続し、現在、約60例の登録が終了した。また、1年目の目標であった、ヒト重症急性膵炎患者における局所(膵実質)血流障害の有無と血清Angiopoietin (ANG)2値の上昇が関係するかの検討を行ったところ、中間解析結果では、両者の間に有意な差を認めず、むしろ、Perfusion CTによって診断された全身性の血流異常と有意な相関を得た。ANG1、VEGF-A,VEGF-Bは、局所(膵実質)血流異常および全身性の血流異常のどちらとも相関を認めなかった。(論文投稿中)重症急性膵炎における全身性の血流異常は多臓器不全の原因となり、これを改善するために一日6-10Lもの輸液を要すると治療ガイドラインにも指摘されている。適切な輸液量を決めるために、全身性の血流異常を簡便に評価する必要があるが、有用なマーカーが存在せず、積年の問題であった。一方、我々の中間解析結果では、Ang-2が全身性の血流異常の評価の指標となりうる可能性が示唆され、引き続き症例の蓄積を行う予定である。各参加施設間で共通の重症急性膵炎患者登録データベースを作成し、各参加施設での倫理委員会の承認を経て、多施設共同研究を開始し、UMINに登録、Study Designを公開した。研究期間を通して、臨床データは採取し続け(膵局所血流障害の診断、血管透過性亢進の評価)は各症例にて、毎回評価しデータベースに登録を継続した。現在、81例の登録があり、統計的な検討に十分耐えうる結果を得たので、UMINにて公開された予定登録期間にのっとり、2011年12月末にて本研究を終了した。現在、データの整理及び、論文作成中である。重症急性膵炎における全身性の血流異常は多臓器不全の原因となり、これを改善するために一日6-10Lもの輸液を要すると治療ガイドラインにも指摘されている。こうした多臓器不全を予測することは、大変重要であるが、良い指標が存在しなかった。一方、我々の解析結果では、Perfusion Parameterが多臓器不全発生の予測の指標となりうる可能性が示唆された。本結果は、2012年、医学雑誌(Pancreas)に掲載予定である。前向き多施設研究が終了し、論文作成の段階まで到達していること。Angiopoietin2の重症急性膵炎発症における役割について、一定の知見を得て、この結果を医学専門雑誌に2つの別論文として発表できる見通しであること。大変重要な結果を得ることが出来たので、本年は論文化のための周辺データや追加データの採取を行い、論文作成を行う。重症急性膵炎の重症化に関する血管作動性因子、特にAngiopoietin2の役割について、さらなる分子生物学的な検討が可能かどうか、検討する。
利潤推計モデルによる地価と分譲マンション市場の動的連関構造解析

1.昭和43年平成2年の期間に福岡市において供給された民間分譲マンション(1600棟)について資料収集を行い、立地属性(立地場所・用途地域・敷地面積・建蔽率・容積率)、建物属性(構造・階数・延床面積・住戸数・住戸タイプ・住戸専有面積)、経済属性(分譲価格・完売期間)に関するデータベースを構築した。また昭和59年平成2年供給分については、地価データも作成した。2.立地属性及び建物属性を指標とした因子分析を行い、次いで4軸までの因子負荷量を用いたクラスター分析により、マンションを10タイプに類型化した。この類型と用途地域・供給時期との関係を検討した結果、小規模開発ワンルーム型と郊外立地の標準世帯向け3LDK型が昭和60年以降急増しているが、一方商業地域での高密度開発3LDK型と市街地周辺での3DK型が昭和60年を境に大幅に減少している現象を明確に捉えることができた。3.利潤推計モデルを構築し、昭和59年平成2年に供給された物件を対象に分譲価格構成(土地費率・建築費率・利潤率)を算定し、その経年変動分析を行った結果、小規模開発ワンルーム型では地価高騰の影響により都心部の利潤率が低下し、逆に住居地域の利潤率のほうが高くなり立地の郊外化の要因となった事、同様に標準世帯向け3LDK型も住居系地域の利潤率のほうが高く、商業系地域での供給減少をもたらした事を検証した。4.この利潤率を規定する主要因は地価と供給住戸タイプであり、特に昭和63年以降は地価の影響が強まり、逆に都市計画上重要な役割を果たす用途地域との相関が弱まっている事を明らかにした。今後の課題として、地価データベースを拡充した上で類型毎に時系列変動要因を明らかにする事が必要である。
リガンド導入高分子型ミセルを用いた革新的な動脈硬化症治療法の開発

本研究では未踏の領域となっている循環器・血管疾患に対するドラッグデリバリーシステムについて検討した。具体的には内膜肥厚症と動脈瘤を標的として、これらの疾患に対する高分子ミセルの集積性を明らかにした。また、そこから得られた知見をもとに、薬剤を内包したDDS医薬を新たに設計し、内膜肥厚症と動脈瘤を惹起した疾患モデル動物に対する治療効果とその作用機序について明らかにしている。本研究の目的である動脈硬化症ならびに動脈硬化症に起因する疾患を標的としたドラッグデリバリーシステム(DDS)医薬の開発を遂行するためには、動脈疾患に対して安定にドラッグを運搬するキャリアの開発ならびに動脈疾患に対するナノDDSの集積メカニズムを理解することが重要である。そのため平成24年度はドラッグキャリアを構成するためのブロックポリマーの合成、キャリアの調整、蛍光ラベル化したキャリアの動脈疾患への集積メカニズムの解明について検討した。はじめに、ポリエチレングリコールとポリアミノ酸から構成されるブロック共重合体(PEG-b-Poly(Asp):12kDa-DP75)とアミノ酸の単重合体(Poly(Asp-AP):DP82)で調整し、さらにEDC架橋を施したポリイオンコンプレックス(PICsome)を合成した。このようなPICsomeは容易にサイズを調整することが可能であった。次に異なるサイズのPICsomeをエラスターゼによって誘起させたラット腹部大動脈瘤モデルに対して投与し、疾患部位に対する集積性を評価した。その結果、大動脈瘤に対するナノDDSの集積がサイズ依存的に変化することが判明した。特に100nmのPICsomeは投与後速やかに集積し、且つ、長期に滞留することが明らかとなった。このような知見は、これまでの動脈疾患に対するDDS研究では報告例がなく、動脈疾患をターゲットするキャリアの設計に役立つ重要な発見である。本研究目的を達成するためには、動脈疾患に対して安定にドラッグを運搬するキャリアの開発ならびに動脈疾患に対するナノDDSの集積メカニズムを理解することが重要である。昨年度までに動脈瘤に対するナノDDSの集積がサイズ依存的に変化することが判明しており、特に100nmのキャリアが疾患部位へ特異的に集積・滞留することが明らかとなっていた。この知見に基づき、平成25年度は粒径を100nmに制御したドラッグ内包キャリアを新たに合成し、in vitroならびにin vivoでの効果を確認した。中膜平滑筋細胞株SMCならびに正常ヒト臍帯静脈内皮細胞株HUVECを用いた毒性試験では、コントロールと比較して約100倍の活性が確認された。次にエラスターゼによって誘起させたラット腹部大動脈瘤モデルに対してこれらのミセルを投与した結果、ミセル投与群は動脈瘤の形成を有意に抑制することが確認された。本年度は動脈瘤の他にも、新たに内膜肥厚を対象としたDDSについても研究を展開した。平成24年度の検討で使用した粒径の異なるEDC架橋ポリイオンコンプレックス(PICsome)をラットの内膜肥厚モデルに投与した結果、100nm以下の小さい粒子が特異的に集積することが確認された。このことは、同じ血管疾患であっても動脈溜と内膜肥厚では集積する粒子のサイズが異なることを示している。すなわち、動脈疾患を標的としたDDSにおいては、キャリアのサイズを制御することのみで疾患選択的なデリバリーが実行可能であることを示唆している。今後は、動脈瘤への治療効果について作用機序を勘案しながら検討を継続するとともに、小さいサイズのキャリアを用いた内膜肥厚の治療効果についても検討する。本研究では、高分子型ミセルを用いた動脈硬化症ならびに動脈硬化症に起因する疾患を標的としたドラッグデリバリーシステム(DDS)について検討している。昨年度までは内動脈瘤に対する100nmのキャリアが動脈瘤に対して選択的に集積することを見出していた。この知見に基づき、新たに粒径が100nmの種々の薬剤内包キャリアを新たに合成し、これらをエラスターゼによって誘起させたラット腹部大動脈瘤モデルに対して適用したところ、シロリムス誘導体を内包したキャリアの投与群において動脈瘤の形成を有意に抑制することが確認された。同キャリアの体内動態を調べた結果、動脈瘤へのキャリアの集積は時間依存的に増加し、投与後12時間で最大値に達することが判明した。一方、内膜肥厚に対して架橋ポリイオンコンプレックス(PICsome)を用いて集積性を調べた結果、40nm以下のサイズが特異的に集積することが判明した。また、キャリアは血管の弾性板の内側に侵入し、さらに48時間以上滞留することが確認された。さらに試験的な実験として40nmのエピルビシン内包ミセルを合成し、それらを投与した動物実験を行った結果、内膜肥厚に対する一定の抑制効果が確認された。今後は、内膜肥厚ならびに動脈瘤の治療効果について作用機序を勘案しながら検討を継続する。動脈瘤に対するDDSの評価には、昨年度までの知見に基づき、シロリムス誘導体を内包し、かつ、粒径を100nmに調整した高分子型ミセルを使用した。蛍光色素(Alexa 647)でラベル化した高分子型ミセルを用いた顕微鏡観察からは、腹部大動脈瘤組織内(ラットモデル)の弾性板が破壊された中膜ならびに外膜への高い集積性を確認できた。また、動脈瘤疾患部のαSMAとCD68を蛍光免疫染色し、ミセルとの共局在を確認した結果、99%以上のミセルがCD68陽性細胞と共局在することが明らかとなった。即ち、動脈瘤へ集積した殆どのミセルがマクロファージへ取り込まれていることが判明した。

このようなミセルの大動脈瘤への集積に関しては、昨年同様に時間依存的に増加し、投与後約12時間で最大となるため、Enhancedpermeability and retention (ERP)効果に類似した集積メカニズムと大動脈壁構造の破壊と炎症による血管透過性亢進が関与していると推察されている。一方、内膜肥厚に対する治療効果と作用機序に関する検討に於いても、Alexa647で蛍光ラベル化したエピルビシン内包ミセルを用いて病変組織の蛍光顕微鏡観察を行った。その結果、粒径約40nmエピルビシン内包ミセルは内膜肥厚部に対して高い集積性を示すが、動脈瘤とは異なり、αSMAやCD68とは共局在しないことが確認された。昨年度までに明らかになった、同ミセルによる治療効果を勘案すれば、エピルビシン内包ミセルは内膜肥厚部へ集積した後に、局所で低分子のエピルビシンを叙法し細胞内へデリバリーされていると考えられる。本研究では未踏の領域となっている循環器・血管疾患に対するドラッグデリバリーシステムについて検討した。具体的には内膜肥厚症と動脈瘤を標的として、これらの疾患に対する高分子ミセルの集積性を明らかにした。また、そこから得られた知見をもとに、薬剤を内包したDDS医薬を新たに設計し、内膜肥厚症と動脈瘤を惹起した疾患モデル動物に対する治療効果とその作用機序について明らかにしている。動脈瘤と内膜肥厚に対するキャリアのサイズ依存的な集積性を見出すとともに、その効果を最大限に発揮するための新たな薬剤内包キャリアを創成し、同疾患モデルに於いて一定の治療効果を確認できるレベルに至っている。27年度が最終年度であるため、記入しない。血管外科学今後は、内膜肥厚ならびに動脈瘤の治療効果について作用機序を勘案しながら検討を継続する。当初計画では、本研究ターゲットに対するナノ粒子の集積を向上させるためにはリガンド分子の導入が必須と考えられた。しかしながら、今年度の研究に於いて粒子のサイズ依存的な集積が確認されている。このような知見は、これまで報告例がないことから、循環器疾患に対するDDSの設計として非常に重要な発見である。今後、サイズとリガンドの二つの相乗効果による発展が期待される。本研究に於いては、これまでに動脈瘤に対する粒子のサイズ依存的な集積が確認されている。今回、新たに内膜肥厚への集積についてのサイズ効果、ただし100nm以下の小さいサイズでの選択的な集積を確認できた。これは、単純なサイズコントロールによって疾患選択的なドラッグデリバリーが可能であることを示唆する興味深い発見である。ドラッグ内包キャリアを用いて、生物学的評価、すなわち安定性、毒性試験、細胞内動態に関して、in vitroで詳細に検討を行い、各機能の最適条件を探る。最終的には最適条件の各機能を兼ね備えたナノDDSキャリアを作製して評価を行う。
ブリテンにおける国家と地域との相関-ブリテン・スコットランド綿工業の分析を通じて-

ブリテン綿工業におけるスコットランドの位置づけに焦点を当てた平成13年度の研究に続いて、今年度の研究は1790年代に刊行した国勢資料を用いてスコットランド各州の人口、農・牧畜業、繊維生産に関する初歩的な統計分析を行い、18世紀末スコットランドの経済構造の実態と繊維生産の地域分布を解明しようとするものであった。5月末の第71回社会経済史学会全国大会と11月末の大阪商業大学商経学会で報告を行った結果、上述した課題に対する答えとして次の二点に要約できる。まず、亜麻、羊毛、綿生産が急速に成長しているにもかかわらず、18世紀末のスコットランドは依然として農業社会であることが確認できる。その中で商業生産としての繊維生産に関しては、基本的に王立都市で織布や漂白などの仕上げ生産、原料調達や製品販売などの流通過程が行われ、そして紡績などの前方工程が王立都市の周辺農村で営まれていたことができる。次は各州の人口規模、農業生産並びに繊維生産がほぼ正の相関にあり、農業生産であれ、繊維生産であれ、いずれもロウランド地域に集中していることが確認できる。そして、綿、亜麻、羊毛、素材ごとの繊維生産の地域集中が進行している一方、多くの産地では綿生産における機械化の動きが羊毛や亜麻生産分野にも波及していることが看取できる。ブリテン綿工業の市場構造の分析に重点を置いた平成13年度の研究活動によって,「ブリテン綿工業の市場構造-イングランド・スコットランド・アイルランド綿工業の相関をめぐって」と題する論稿ができあがったが,その内容を要約すると次のようになる。まず地域を問わず、ブリテンの綿工業は19世紀末までほぼ同じ市場構造の下で展開したことが確認できる。原料の綿花は18世紀には西インド諸島からの輸入に依存していたが、19世紀になると北アメリカが最大の輸入先になった。そして、ブリテンの輸出大宗であった綿糸と綿布の輸出先構成に関しては、各輸出国・地域の綿工業発展度合いやそれぞれの消費構造を反映して、高番手細糸や良質綿布がヨーロッパ大陸や北アメリカへ、低番手太糸や低・中級品綿布が中国、日本などのアジア地域へ輸出した。そして,19世紀後半にイギリス綿製品の最大の輸出先であったインドは低番手から高番手までの綿糸、また多くの品質や種類の綿布を吸収した。一方、綿布,特に高級綿布の国内市場も輸出市場に劣らないほどの速度で成長しつづけた。イングランドでの紡績機、力織機の改良や染色、捺染生産の技術進歩が進み、1830年代からモスリンなどの高級綿布も機械で大量に生産できるようになったことは、このような国内高級綿布市場の急成長を引き起こした技術的な要因であった。しかし、機械生産による高級綿布の生産拡大と同時に、綿工業生産の地域間関係にも変化が起きたことが注目に値する。スコットランドやアイルランド綿工業の主力製品-モスリンの販路が次第にイングランド製のそれに奪われていき、それぞれの地域が生産規模の縮小や製品品目の変更を余儀なくされた。これで、19世紀初頭まで協調かつ補完的分業関係を保ちながら、異なる製品品目をもって発展してきた三つの地或の綿工業が次第に競争関係に転じた。やがて市場力が最も強かったイングランド綿工業だけ成長しつづけ、アイルランドが1820年代後半に、スコットランドが1870年代にそれぞれの綿工業が衰退するようになったのである。
転写因子FTZ-F1およびBmFTZ-F1の機能解析

ショウジョウバエのFTZ-F1の幼虫期における発現時期について調べたところ、1齢から2齢への脱皮の時期に特異的に発現することが明らかになった。また、発現部位については、観察した限りほとんどの組織で発現が観察され、特に組織特異的な発現パターンは示さなかった。この結果は、カイコにおけるBmFTZ-F1 mRNAの発現パターンの観察と一致し、FTZ-F1が脱皮の頃に時期特異的に発現する遺伝子の発現調節に関与することを示唆した。熱ショックプロモーターにFTZ-F1遺伝子を結合した遺伝子を有するトランスジェニックフライ系統を作成し、様々なステージの幼虫に熱ショックを与えてその影響を観察した。その結果、1齢幼虫および2齢幼虫の中期あるいは前蛹期においてのみ熱ショックで生存率が減少し、FTZ-F1が時期特異的に発現することが、幼虫の正常な発生において重要であることを示唆された。さらに、2齢幼虫の中期に熱ショックを与えた幼虫では、2齢脱皮をしなくなることが観察された。一方、前蛹期のトランスジェニックフライ系統に熱ショックを与え、本来発現してない時期にFTI-F1を発現させたところ、クチクラタンパクをコードする可能性のある遺伝子のmRNAの誘導が観察された。以上のことから、FTZ-F1およびBmFTZ-F1は、時期特異的に発現し、脱皮や変態に関係する遺伝子の発現調節にかかわっていることが示唆された。FTZ-F1およびBmFTZ-F1から見いだしたFTZ-F1 boxと類似の配列を有する核内ホルモンレセプターにhumanのERR2がある。ERR2のFTZ-F1box様配列をFTZ-F1のzincfingerにつなげたキメラタンパクを作成し、DNAへの結合性を調べることにより、ERR2のFTZ-F1 box様配列もFTZ-F1 boxとしての機能を有し、ERR2はFTZ-F1同様単量体でDNAに塩基特異的に結合する因子であることを明らかにした。従って、FTZ-F1 boxは、核内ホルモンレセプタースーパーファミリーに属する因子の一部に存在するDNA結合ドメインであると考えられた。
加圧下での炭化鉄の生成反応速度式の決定と流動層反応モデルの作成

本研究は、赤鉄鉱、褐鉄鉱の0.15-0.21mmの粉を原料として、これを硫黄活量0.1-0.6のH_2-H_2S混合ガスで還元し、同一硫黄活量のCO-H_2-H_2S混合ガスで炭化して、炭化鉄を製造する研究である。研究は、(1)熱天秤により500700°C、全圧(p_T)0.10.6MPaの加圧下で還元鉄の炭化鉄生成速度を重量法で測定する研究、(2)加圧下、600°Cで流動層による赤鉄鉱からの還元鉄から炭化鉄を生成する研究、(3)塊状の鉄鉱石を還元・炭化して炭化鉄を製造し、これを粉砕して脈石を分離する研究、の3つに分けることができる。順を追って説明する。1)全圧力範囲において断面組織観察より還元鉄の気孔表面での浸炭反応律速と仮定し、炭化率f_θ元と反応時間t間の炭化率曲線に、積分一次反応速度-1n(1-f_θ)=g(p_i, T)tがよく適用でき、浸炭反応速度g(p_i, T)を求めてそのp_T、ガス組成存性を調べたその結果、硫黄活量一定で10%から90%H_2までの組成で、g(p_i, T)は600°Cではp_Tの1乗に比例して速くなり、700°Cではp_Tの1.4から1.5乗に比例することを見出した。この全圧依存性を基に、CO分子の解離吸着過程CO→[C]+O(ad)が浸炭反応の律速過程であること、高温、低H_2%の条件では、その解離吸着過程とH_2、COによる吸酸素O(ad)除去過程の混合律速となることがわかった。この反応機構に基づき、反応速度式と速度パラメータの決定を行った。これにより、シミュレーションが可能になった。2)加圧流動層による600°Cでの還元鉄からの炭化鉄生成の実験を行った。反応化率は、1015minおきに採取したサンプルをX線回折と炭素分析で分析して組成を求め、それから決定した。流動層の反応でも近似的に一次応速度式が適用できることが確認された。その解析により、浸炭速度g(p_i, T)を求めた。これから80%CO-20%(H_2+H_2S)のガス組成で全圧の1.0乗に比例することを確認した。また、排ガスの組成を赤外線・熱伝導ガス分析計、水蒸気センサーで分析し、吸着酸素を除去する2つの反応O(ad)+H_2→H_2O、O(ad)+CO→CO_2の割合を求めた。その結果、炭化鉄の生成には主に前者の反応が、副反応の炭素析出には主に後者の反応が寄与していることが分かった。これらに実験結果から、加圧することによって炭化鉄生成速度を高速で生産することができることを確認した。反応モデルとして、押し出し流れモデルと気泡成長モデルを作成し、実験結果を説明できることを示した。これにより、流動層のスケールアップに寄与できる。褐鉄鉱を大気圧下の流動層において700-1000°CでH_2で還元し、硫黄吸着後CO-H_2-H_2S混合ガスにより600800°Cで炭化する実験を行い、900°Cで還元し700°Cで炭化するのが最適条件であることを示した。(3)塊状の鉄鉱石を、還元・炭化して塊状の炭化鉄を製造し、粉砕して磁力選鉱にかけ、磁着分と非磁着分の組成を分析によって求めた。その結果、ある種の褐鉄鉱では、最大8%の脈石分が含まれていたが、炭化鉄生成物から磁力選鉱に脈石を分離できないことが分かった。これは鉱石の性状によるものと推定される。加圧流動層反応装置を製作した。また、反応ガス及びその排ガスの分析に、CO、CO2赤外ガス分析計、熱伝導H2分析計からなるシステムを購入した。これらの装置を使って、実験室規模10kgf以下の加圧流動層実験と排ガスの連続的組成分析が可能になった。現在使用している鉄鉱石は、San Ishidroヘマタイト、粒度範囲は0.150.21mmである。はじめに、装置の特性を調べるため、実験温度は873K、圧力は1atmとして、還元をH2-H2S混合ガス、炭化をCO-H2-H2S混合ガスで実験した。これまでの1atmでの実験結果とよく一致した結果が得られている。現在、圧力を3atmに上げて実験中である。反応モデルについては、大気圧下で決定されている還元鉄の炭化速度式と速度定数を使って、大気圧下流動層の炭化速度をシミュレーションできる反応モデルを、気泡成長モデル、より単純なプラグフロー流れ均一反応モデルを中心にして検討している。反応モデルは流動層の規模によって大きく影響されると考えられるので、スケールアップに備えてその点をどのようにモデルに取り込むのがベストかを、過去の溶融還元プロジェクトにおける流動層反応装置による鉄鉱石の予備還元の結果をも参考に検討中である。現在校費等で製作中の加圧熱天秤を使って、本基盤研究の目的とする加圧下炭化速度式の決定も進めていく予定である。さらに、加圧下での速度式を応用した流動層反応モデルの作成へと順次進めていく予定である。

本研究は、赤鉄鉱、褐鉄鉱の0.15-0.21mmの粉を原料として、これを硫黄活量0.1-0.6のH_2-H_2S混合ガスで還元し、同一硫黄活量のCO-H_2-H_2S混合ガスで炭化して、炭化鉄を製造する研究である。研究は、(1)熱天秤により500700°C、全圧(p_T)0.10.6MPaの加圧下で還元鉄の炭化鉄生成速度を重量法で測定する研究、(2)加圧下、600°Cで流動層による赤鉄鉱からの還元鉄から炭化鉄を生成する研究、(3)塊状の鉄鉱石を還元・炭化して炭化鉄を製造し、これを粉砕して脈石を分離する研究、の3つに分けることができる。順を追って説明する。1)全圧力範囲において断面組織観察より還元鉄の気孔表面での浸炭反応律速と仮定し、炭化率f_θ元と反応時間t間の炭化率曲線に、積分一次反応速度-1n(1-f_θ)=g(p_i, T)tがよく適用でき、浸炭反応速度g(p_i, T)を求めてそのp_T、ガス組成存性を調べたその結果、硫黄活量一定で10%から90%H_2までの組成で、g(p_i, T)は600°Cではp_Tの1乗に比例して速くなり、700°Cではp_Tの1.4から1.5乗に比例することを見出した。この全圧依存性を基に、CO分子の解離吸着過程CO→[C]+O(ad)が浸炭反応の律速過程であること、高温、低H_2%の条件では、その解離吸着過程とH_2、COによる吸酸素O(ad)除去過程の混合律速となることがわかった。この反応機構に基づき、反応速度式と速度パラメータの決定を行った。これにより、シミュレーションが可能になった。2)加圧流動層による600°Cでの還元鉄からの炭化鉄生成の実験を行った。反応化率は、1015minおきに採取したサンプルをX線回折と炭素分析で分析して組成を求め、それから決定した。流動層の反応でも近似的に一次応速度式が適用できることが確認された。その解析により、浸炭速度g(p_i, T)を求めた。これから80%CO-20%(H_2+H_2S)のガス組成で全圧の1.0乗に比例することを確認した。また、排ガスの組成を赤外線・熱伝導ガス分析計、水蒸気センサーで分析し、吸着酸素を除去する2つの反応O(ad)+H_2→H_2O、O(ad)+CO→CO_2の割合を求めた。その結果、炭化鉄の生成には主に前者の反応が、副反応の炭素析出には主に後者の反応が寄与していることが分かった。これらに実験結果から、加圧することによって炭化鉄生成速度を高速で生産することができることを確認した。反応モデルとして、押し出し流れモデルと気泡成長モデルを作成し、実験結果を説明できることを示した。これにより、流動層のスケールアップに寄与できる。褐鉄鉱を大気圧下の流動層において700-1000°CでH_2で還元し、硫黄吸着後CO-H_2-H_2S混合ガスにより600800°Cで炭化する実験を行い、900°Cで還元し700°Cで炭化するのが最適条件であることを示した。(3)塊状の鉄鉱石を、還元・炭化して塊状の炭化鉄を製造し、粉砕して磁力選鉱にかけ、磁着分と非磁着分の組成を分析によって求めた。その結果、ある種の褐鉄鉱では、最大8%の脈石分が含まれていたが、炭化鉄生成物から磁力選鉱に脈石を分離できないことが分かった。これは鉱石の性状によるものと推定される。加圧熱天秤により、全圧0.1-0.6MPaの加圧条件で、973K、Fe/FeS平衡基準硫黄活量a_s=0.5で粉状赤鉄鉱50mgを試料として、H_2-H_2S混合ガスで還元した還元鉄をCO-H_2-H_2S混合ガスで炭化し、重量法により炭化速度を精密に測定することに成功した。還元鉄の全量がFe_3C化したときを1とする炭化率f_θの時間変化を、一次反応プロットで解析して炭化速度定数g(pi,T)を求めた。