hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
プローブ化した細胞接着基盤による細胞の増殖・分化制御とその新しい計測技術の開発

本研究の目的は足場から制御された細胞形態変化とそれに伴う細胞骨格系ネットワーク構築の変動が細胞機能に与える影響を定量的に計測する技術として、プローブ化した新しい計測用の細胞接着基盤の開発を試みることである。本研究で開発するシステムは生化学的手法にのみに頼らないハイスループットな生細胞機能計測技術になるとともに細胞形態と機能との相関メカニズムに迫ることが期待できる。そこで本研究では計測用マイクロピラー接着基盤を開発し、そのピラーを計測用プローブと細胞骨格構築の制御チップとして利用することで細胞の形態と機能の相関を定量化可能な培養システムの基礎の構築を行ってきた。そのため、光ファイバー化したゲルに用いる素材の選定を行った。検討には2-hydroxylethyl acrylateと2-hydroxyl methacrylateで行った。両者とも、その重合濃度の検討によりポスト中心部へ特定の入射角で光を入射することで水溶性ゲルでありながら全反射条件が存在することが分かり、細胞中に存在する蛍光色素の励起用の光源として用いることは十分可能であることが示唆された。本、培養基盤に繊維芽細胞を培養することが可能であり、ポストの屈曲から細胞が足場に各接着点を通して発生させる力を動的に定量化することが可能であった。但し、接着点んい局在化する各種タンパク質の動的挙動については動的に蛍光画像を取得する装置開発に至らなかった。本研究では計測用マイクロアレイ接着基盤を開発し、そのアレイ状に林立したポスト型ゲルを計測用プローブと細胞骨格構築の制御チップとして利用することで細胞の形態と機能の相関を動的に解析できる培養システムの基礎を構築することを目的とする。サブマイクロ状に光ファイバー型ポスト形状ゲルをアレイ状にパターニングした培養基盤を作製し、細胞が接着点に及ぼす力は個々のポスト形状ゲルの変形から測定し、その接着点に結合してくるタンパク質を光ファイバーとして同時観察を可能にすることを交付期間中に達成することが目標である。その経過として、1.光ファイバー化したマイクロピラー型培養基盤の作製2.マイクロピラー上への細胞培養の検討が中間目標の課題であり、まずはじめに光ファイバー化したゲルに用いる素材の選定を行った。また、これらのポスト形状ゲルを3μm以上、高さを310μmで重合することが可能であった。またゲルのヤング率は2-40kPaまでものが作製可能であった。しかし、ポストの直径は1μm以上のものを作製することが出来なかったため、細胞の力を検出するためにはさらに弾性率の高いゲルを作製する必要があることが分かった。また、これらのポスト上にフィプロネクチンを固定化し細胞を培養することが可能であることが示された。
シアン化物イオン架橋一次元鎖錯体の多重物性発現と高次集積化と素子化

近年、多様な外場に応答する多重外場応答性錯体に関する研究が盛んに行われている。それに伴い構築した錯体の実用化に向けた試みも多様化している。本研究では既報の多重外場応答性一次元鎖錯体を修飾し新たな集積構造体の形成および新規物性発現、素子化を目的としている。前期に報告したカウンターアニオンを交換することで様々な溶媒に可溶となった一次元鎖錯体の転移挙動について調べるため、温度依存磁化率測定および温度変化UV-vis吸収スペクトル測定を試みた。結果として、転移挙動の観測に至らなかった。これはカウンターアニオンの置換によりコア構造周りの環境が変化したことおよび、結晶性の低下に由来するものと考えられる。適切なカウンターアニオンの選択と結晶化方法の確立によって改善が期待される。また単糖であるD-マンノースを系中に導入し一次元鎖錯体を合成することで既報の一次元鎖と異なる転移挙動を示す新規錯体を構築した。この錯体はPXRD測定結果から既報の一次元鎖錯体と異なる結晶系を有し、元素分析およびICP発光分光法の測定結果から[CoFe(tp)((R)-pabn)(CN)_3]BF_4・2H_2O(tp=tris-(pyrazolyl)borohydride, (R)-pabn=(R)-N2, N2'-bis (pyridin-2-ylmethyl)-1, 1'-binaphtyl-2, 2'-diamine)の組成を持つと考えられる。この新規錯体の転移挙動について調べるため温度依存磁化率測定を行った。測定結果から250Kにおいて熱誘起ETCST挙動を示し、60Kの広い熱的ヒステリシスを観測した。また低温において光照射することで光誘起ETCST挙動を観測し、超常磁性相の存在を示唆した。既報の一次元鎖錯体に比べ簡易に取り扱え真空条件下で安定なことから多様な物理条件下での測定が可能であると期待できる。本研究課題は、平成26年11月30日付けで、研究を完了しているため記入しない。今回申請書に従い既知の[CoFe]一次元鎖錯体の修飾について検討した結果、以下に示す研究成果を得た。予定していた配位子による長鎖アルキルの導入は合成が困難であり、目的の新規配位子の合成は達成できなかった。その一方でカウンターアニオンへの長鎖アルキル部位の導入について検討した結果、原料のイオン交換によって新規錯体を構築した。得られた錯体は、動的光散乱測定により溶液中において一次元チューブ構造に特有な円柱状の分布を示しており、複数の一次元鎖が束になったバンドル構造を形成していると考えられる。加えて溶媒条件を変えることで、その鎖長が変化することを明らかにした。また既報の一次元鎖錯体はあらゆる溶媒に対して不溶性であり、基板表面への修飾を検討する上で溶解度の向上が課題の一つであった。今回新たに得られた錯体は多種多様な有機溶媒に対して十分な溶解性を示し、ITO基板に対してドロップキャストすることで薄膜化した錯体の構築を達成した。得られた薄膜のAFM測定により複数のチューブが一定間隔で配列した表面形状像の撮影に成功した。以上から長鎖アルキル部位をもつカウンターイオンをもちいた新規錯体は一次元鎖構造を有していると考えられ、今後は表面修飾ならびに、固体状態では困難であった単鎖での物性解明が可能であると期待される。測定結果から250Kにおいて熱誘起

ETCST挙動を示し、60Kの広い熱的ヒステリシスを観測した。また低温において光照射することで光誘起ETCST挙動を観測し、超常磁性相の存在を示唆した。既報の一次元鎖錯体に比べ簡易に取り扱え真空条件下で安定なことから多様な物理条件下での測定が可能であると期待できる。本研究課題は、平成26年11月30日付けで、研究を完了しているため記入しない。本研究において初年度の計画は、新規配位子合成の達成およびそれを基にした新規構造体構築を基軸としている。しかしながらその配位子合成が困難であったためアプローチの方向性を転換し、カウンターアニオン交換による一次元鎖間相互作用の制御を目指した。長鎖アルキル部位をもつ一次元鎖錯体の構築を達成したが、その物性測定には至らなかった。新規構築した一次元鎖錯体の物性探索を進める。また有機溶媒に可溶な一次元鎖錯体であるため櫛形電極等を用いて電場応答性について検討する。
がん組織におけるリンパ管新生の分子機構

がんの治療において、転移の制御は重要である。我々は、転移の新しいメカニズムとして、1)がん組織におけるリンパ管新生機構、2)転移巣におけるがん幹細胞の誘導、という新規概念を提唱した。リンパ管新生は、がん細胞がリンパ節へ転移することを促進するので、それを抑制する治療法が転移を阻止することを示した。また、転移の詳細な機構として、がん幹細胞自身はリンパ管新生能がないことを示した。転移巣での間質細胞との相互作用によって、がん幹細胞は誘導されることを示し、新規治療標的を提示することに繋がった。1.リンパ管内皮細胞の分化過程の解析ES細胞をOP9細胞上で培養することで、LECを分化誘導することに成功した。この系を用いて、リンパ管分化にVEGF-C, Angiopoietin-2が必須であることを明らかにした。しかし、これら分子のみでは不十分で、必須因子がOP9の培養液内に存在することがわかった。また、Notch変異ES細胞を用いて、Notchシグナルが血管前駆細胞とリンパ管の分化を決定することも示した。(in revision)2.リンパ管関連因子podoplaninのがん細胞での発現解析podoplaninに対する抗体を作成した。組織アレイを用いて、がん細胞でのpodoplaninの発現とリンパ節転移が相関することを示した。(submitted)3.リンパ管分化因子prox1のがん細胞での発現解析prox1はがん細胞で発現することを発見した。膵臓がん、肝臓がん、肺がんでprox1はがん抑制遺伝子である可能性を示した。Prox1はがん細胞の増殖・トランスフォーメーションを抑制する。また、DNAチップ解析によって、prox1が制御する遺伝子を探索した。さらに、prox1は膵臓がん、食道がんでRNA編集を受けることを発見した。この変異によって、prox1は機能を失う。ゲノム遺伝子の変異でなく、RNAの変異によってもがんの悪性度に影響を及ぼすという新しい概念を提唱した。(submitted)4.Podolanin陰性間質細胞は肝前駆細胞の未分化を維持する胎児期(E13.5)の肝臓から、肝臓前駆細胞と2つの間質細胞を分離した。Podoplanin陽性細胞は肝臓前駆細胞の分化を誘導し、podoplanin陰性細胞は肝臓前駆細胞の未分化を維持することを示した。これら間質細胞とがん細胞との関連を調べている。(submitted)1.リンパ管内皮細胞の分化過程の解析ES細胞をOP9細胞上で培養することで、LECを分化誘導することに成功した。我々が明らかにした分化系譜では、静脈リンパ管前駆細胞を想定する。リンパ管内皮細胞と静脈内皮細胞に共通する前駆細胞を見出した。2.新規がん抑制遺伝子の解析DrosophilaのProsperoは神経幹細胞の非対称分裂に必須の転写因子である。Prox1はProsperoのホモログであり、がん抑制遺伝子であることを見いだした。また、prox1はgenomeに変異がないのにもかかわらず、mRNAに変異をおこすことで機能を失う。RNAで制御を受ける新しいがん進展機構として確立した。3.癌幹細胞と肝転移癌転移に関して、「癌幹細胞が転移しないと転移巣が形成されない」というまだ証明されていない大きな仮説がある。我々は、この仮説を裏付ける結果を得て、新しい治療の可能性を示した。大腸癌細胞株HCT116はCD133を発現し、最近報告された癌幹細胞の特徴を持つが、ヌードマウスへの移植性において癌幹細胞の形質を欠いている。しかし、肝臓から分離培養した星細胞とともに移植することで、ヌードマウスへの移植性が増し、癌幹細胞の形質が誘導されることがわかった。また、この現象はケモカインSDF-1の阻害剤によって抑制できることから、星細胞から分泌されるSDF-1が大腸癌の癌幹細胞の形質を誘導することが示された。実際、この阻害剤によってCT26大腸癌株の肝転移は抑制された。我々は、がん細胞がリンパ管新生因子VEGF-Cを分泌することで腫瘍リンパ管新生を誘導し、結果リンパ節転移を促進する過程を解析し、治療に結び付けたいと考えている。一方で、「がんの転移が成立するためには『がん幹細胞』が転移する必要性がある」という仮説がある。がん幹細胞を分離し、がん幹細胞とリンパ管新生の関連を解析し、がん幹細胞とリンパ管新生いずれも標的とする、がん転移に対する新規の治療法の確立を目的とする。本年度は、以下の研究を行った。1.がん幹細胞の分離と解析大腸がんにおいて、CD133陽性細胞ががん幹細胞と考えられている。

しかしながら、CD133陽性細胞を分離しただけでは、まだがん幹細胞としての能力をもたないことがわかった。2.がん間質細胞によるリンパ管新生がん問質にはpodoplanin陽性の特殊な間質細胞が存在する。この間質細胞によるリンパ管新生作用とリンパ節転移の関与を、ヒト標本で解析した。podoplanin+問質細胞はVEGF-Cを発現し、リンパ管新生を誘導し、リンパ節転移と相関することがわかった。3.リンパ管新生の基礎研究1)その他疾患(心臓病)におけるリンパ管新生と抗リンパ管新生療法の効果をマウス実験で評価した。2)リンパ管関連因子prox1のがん抑制遺伝子としての機能をcKOマウスを作成した。I.がん幹細胞の分離・培養とリンパ管新生の評価1)大腸がんのがん幹細胞の分離・培養細胞株HCT116のうちCD133+細胞とCD133-細胞を分離・培養した。上記の細胞のがん幹細胞としての能力をヌードマウス皮下移植実験で評価したところ、CD133+細胞が癌幹細胞として評価された。また、間質細胞によって、CD133-細胞からCD133+癌幹細胞が誘導できることを示した。2)リンパ管新生の評価CD133+細胞とCD133-細胞をマイクロアレイで比較し、CD133+細胞に有意にVEGF-Cなどのリンパ管新生因子の発現が高くないことがわかった。3)ヒト大腸がんサンプルを用いた実験ヒト大腸がんサンプルでも同様のことを示した。CD133+細胞に自然リンパ節転移がみられないことがわかった。リンパ節転移株で有意に発現が高くなっている遺伝子群を同定した。ここでは示さない。III.がん幹細胞の分子標的を探索する。1) CXCR4阻害によるリンパ節転移阻止実験上記のリンパ節転移モデルで、CXCR4阻害剤AMD3100と阻害抗体の投与を行い、リンパ節転移を比較し、AMD3100が転移を阻止することを示した。2) CXCR4阻害のメカニズムの解明In vitroでがん幹細胞培養にCXCR4阻害剤を投与し、誘導型の癌幹細胞の誘導を抑制していることを示した。1.がん幹細胞の分離・培養とリンパ管新生の評価1)大腸がんのがん幹細胞の分離・培養細胞株HCT116のうちCD133+細胞とCD133-細胞を分離・培養し、CD133+細胞ががん幹細胞の能力を有することを証明した。肝臓の間質細胞によって、CD133-細胞からCD133+癌幹細胞が誘導できることを示した。一方で、その他の間質細胞では、同様の結果が得られないことがわかった。つまり、がん幹細胞は、VEGF-Cを産生するがん細胞を生み出す多様性を保証するが、リンパ管新生を誘導する細胞ではないことがわかった。II.その他のがん腫で同様のことが見られるか?
集中治療における経時的体液水分管理

集中治療における経時的体液水分管理において、今日の技術では患者の水分出納を数時間毎に計測し、また血液電解質、血液一般、尿素、クレアチニンなどに異常がないことを確認するのがルーチンワークとされている。今だカテコールアミン、アルドステロンやADHなどのホルモン分析は、検査費用が高額になるために、通常検査項目には至っていない。本研究は尿分泌量、尿中電解質、尿素およびクレアチニンを10分毎に計測するシステムを作成し、患者の腎機能の動態を尿分析から同定しようと試みた。結果であるが、上記検査項目において患者血液データは殆ど変化をもたらさず大変安定な範囲にととまっているものの、尿組成は時間尿の分泌速度に応じてダイナミックに変化していることが明らかになった。まず尿浸透圧であるが、浸透圧と時間尿との関係は反比例になる。これは、尿浸透圧が高くなれば尿分泌速度は低下し、逆に尿浸透圧が低い場合は尿分泌速度が増加することである。腎の再吸収能力には限界があり、決して蒿濃度で大量の尿分泌を行うことができないことが明らかになった。次いで、等張尿の電解質組成を見ると、尿ナトリウム濃度はおよそ110mEq/L、尿カリウム濃度は1020mEq/Lであり、血液電解質組成と近似した値を示した。成書によれば遠位尿細管での尿組成に近似した値を示し、その時の尿分泌速度はGFRの15%にも達するから、等張尿の意味は単に血液浸透圧と等張である以外に、遠位尿細管機能および集合管での水分再吸収機能が発揮しない状態と解釈すべきであり、これがナトリウム利尿の本質であることが明らかになったと同時に尿カリウム濃度は1020mEq/Lであることから、細胞外液補充液を大量に輸液すると血漿カリウム濃度が低下する原因も明らかになった。次いで、尿浸透圧が増加するに従って、尿中尿素、およびクレアチニン濃度は上昇するが、尿中ナトリウム濃度は低下し、560mOsmolで最小値60mEq/Lになり、その後は再び上昇する。また、尿中カリウム濃度は上昇し、560m08molで最高値の100mEq/Lになり、その後は再び低下する。即ち丁度血液浸透圧の2倍で最大の尿中ナトリウム吸収濃度、最大のカリウム排泄濃度を示すことが明らかになった。これらの現象は生理的な水分出納を考慮すれば当然な結果だと推定できる。即ち、ヒトでは2ml/kg/hourの水分を摂取し、1ml/kg/hourの不感蒸泄、1ml/kg/hourの尿排泄を行う。従って、電解質などの不揮発性物質を浸透圧と同じ量だけを摂取すると、尿排泄は浸透圧の2倍の濃度で排泄するのが最も効率のよい状態だと仮定できる。その状態でのナトリウム再吸収は最大であり、またカリウム分泌も最大になるのが、正常な腎機能の特性であると思量できる。また、正常腎であれば尿浸透圧が560mOsmolを境界値として脱水状態の判断を行うことが適当であることが明らかになった。

これらの現象は生理的な水分出納を考慮すれば当然な結果だと推定できる。即ち、ヒトでは2ml/kg/hourの水分を摂取し、1ml/kg/hourの不感蒸泄、1ml/kg/hourの尿排泄を行う。従って、電解質などの不揮発性物質を浸透圧と同じ量だけを摂取すると、尿排泄は浸透圧の2倍の濃度で排泄するのが最も効率のよい状態だと仮定できる。その状態でのナトリウム再吸収は最大であり、またカリウム分泌も最大になるのが、正常な腎機能の特性であると思量できる。また、正常腎であれば尿浸透圧が560mOsmolを境界値として脱水状態の判断を行うことが適当であることが明らかになった。近年手術適応が拡大し集中治療での管理技術も発展してきた。特に急性腎不全に陥っても早期に透析を行い、経過を観察すると多数の症例で可逆的に腎機能の改善が見られ、体液水分管理特に腎機能管理はもはや重要な項目ではないとの意見がだされるほどである。しかし、腎機能の悪化と透析治療がDICや多臓器不全にまで拡大することも事実であり、侵襲早期における腎機能の検知がその後の治療に大きく影響をおよぼすことは事実である。腎機能検査において、血清電解質濃度は常に非常に狭い範囲に調節を受けており,よほどの異常が無い限り,血清電解質濃度差異は生じない.一方,尿電解質濃度を測定すると,その正常値などあり得ないほど測定値の示す範囲が広い.この結果より、従来の考え方では血液には正常値が存在するが、尿分析には正常値が存在しないと言われ、今日に至っている。しかし、尿分析も経時的、連続的に行うとカリウム排泄、ナトリウム再吸収、尿素、クレアチニンその他の排泄物質はダイナミックに変動していることがわかる。これらの因子を分析することにより、患者の体液水分調節機能が経時的に掌握することが可能となる。尿分析の連続測定は血圧、脈拍などの循環因子が連続測定されるに至った道のりと同様に今後大きく発展するものと思われる。本年度において連続尿分析装置として、コンピュータバックアップインターフェース、連側尿量観測装置、電解質としてフローセルタイプのナトリウム、カリウム、塩素、マグネシウム電極を作成した。鋭意収集治療室での測定を行っているが、その結果、ナトリウムと塩素イオンの相関は大変高いがガリウムと塩素との相関が低いことをみとめた。集中治療における経時的体液水分管理において、今日の技術では患者の水分出納を数時間毎に計測し、また血液電解質、血液一般、尿素、クレアチニンなどに異常がないことを確認するのがルーチンワークとされている。今だカテコールアミン、アルドステロンやADHなどのホルモン分析は、検査費用が高額になるために、通常検査項目には至っていない。本研究は尿分泌量、尿中電解質、尿素およびクレアチニンを10分毎に計測するシステムを作成し、患者の腎機能の動態を尿分析から同定しようと試みた。結果であるが、上記検査項目において患者血液データは殆ど変化をもたらさず大変安定な範囲にととまっているものの、尿組成は時間尿の分泌速度に応じてダイナミックに変化していることが明らかになった。まず尿浸透圧であるが、浸透圧と時間尿との関係は反比例になる。これは、尿浸透圧が高くなれば尿分泌速度は低下し、逆に尿浸透圧が低い場合は尿分泌速度が増加することである。腎の再吸収能力には限界があり、決して蒿濃度で大量の尿分泌を行うことができないことが明らかになった。次いで、等張尿の電解質組成を見ると、尿ナトリウム濃度はおよそ110mEq/L、尿カリウム濃度は1020mEq/Lであり、血液電解質組成と近似した値を示した。
債権法改正が金融実務に与える影響に関する日仏比較法研究

2018年度は,日仏両国における債権法(債務法)改正の調査・分析を行うための準備段階として,まず文献の収集に注力した。次いで,債権譲渡の対抗要件および譲渡制限特約に関する分析・検討を開始した。1債権譲渡の対抗要件に関する研究成果は次のとおりである。日本の債権法改正では,民法467条の通知・承諾による対抗要件制度は,多くの問題点を指摘されながら結局維持されることになった。これに対し,日本がかつて範をとったフランスでは同様の制度が廃止され,何らの手続も要せず当然に譲渡を対抗できることとされた。フランスにおいて,譲渡の公示性と手続の煩雑さとの二律背反を衡量したうえでこのような決断がされたことは,債権法改正後の日本の制度運用や今後のさらなる法改正を考えるにあたっても大いに示唆に富むものであると思われる。2債権譲渡制限特約に関する研究成果は次のとおりである。日本では,債権法改正によって譲渡禁止特約の効力が弱められることになったが,これに対してフランスの債務法改正では,債権を譲渡不能とする合意の有効性がはじめて明文で認められるに至った。これは一見すると,両国でまったく逆方向の改正が行われたようでもある。しかし実際には,フランスでは事業者間の取引において譲渡制限特約を無効とする規定が商法典に置かれており,全体としてみればむしろ日本の改正法以上に債権譲渡を促進する規律になっている。日本でも,改正債権法施行後の運用状況次第では,フランスのように特別法によって債権譲渡をよりいっそう容易にすることも検討されてよいと思われる。1の成果については,2018年度に刊行された論文集において公表したほか,日本登記法研究会研究大会においても報告を行った。2の成果についても,2018年4月に開催された日仏の研究者によるコロークにおいて報告を行い,この内容は2019年度中にフランス語で公表する予定である。2018年度は,日仏の債権法(債務法)改正に関する文献の収集をほぼ予定どおり行うことができた。また,これまで続けてきた債権譲渡研究とうまく接合し,本課題に即した研究成果を挙げることもできたと考える。他方,2018年度は,思いがけなく所属研究機関・部局の役職を担うこととなり,後半は研究に割くことができる時間が減少した。また,同様の理由により,予定していたフランスでの現地調査を2018年度は実施することができなかった。この分の調査は2019年度以降に実施することを考えている。2019年度以降も,当初の研究計画に沿って次のとおり本課題の研究を推進していく予定である。2018年度に実施した債権譲渡の研究に加えて,2019年度以降は債務引受,弁済による代位,相殺,債権者代位権,詐害行為取消権などの諸制度についても,日仏両国の債権法(債務法)改正を比較・分析していく。2018年度に収集した資料・文献に基づいてこれを行うほか,引き続き資料・文献の収集に努める。また,フランス債務法は2016年10月に施行されており,2019年度以降は改正法のもとでの判例が増えてくることが予想される。これらの新判例も適時に分析の対象に加えていく予定である。さらに,2018年度は実施できなかったが,2019年度以降はフランスに赴いて,現地での改正法の運用状況を調査する予定である。

他方,2018年度は,思いがけなく所属研究機関・部局の役職を担うこととなり,後半は研究に割くことができる時間が減少した。また,同様の理由により,予定していたフランスでの現地調査を2018年度は実施することができなかった。この分の調査は2019年度以降に実施することを考えている。2019年度以降も,当初の研究計画に沿って次のとおり本課題の研究を推進していく予定である。2018年度に実施した債権譲渡の研究に加えて,2019年度以降は債務引受,弁済による代位,相殺,債権者代位権,詐害行為取消権などの諸制度についても,日仏両国の債権法(債務法)改正を比較・分析していく。2018年度に収集した資料・文献に基づいてこれを行うほか,引き続き資料・文献の収集に努める。また,フランス債務法は2016年10月に施行されており,2019年度以降は改正法のもとでの判例が増えてくることが予想される。これらの新判例も適時に分析の対象に加えていく予定である。さらに,2018年度は実施できなかったが,2019年度以降はフランスに赴いて,現地での改正法の運用状況を調査する予定である。「現在までの進捗状況」欄に記載のとおり,研究代表者の校務負担が増したことにより,2018年度に予定していたフランスでの現地調査を実施することができなかった。このため,旅費として予定していた金額(32万円)のうち約半額が未使用となったものである。2019年度は,当初予定していた分に加えて,2018年度に実施することができなかった現地調査をも行う計画であり,これに次年度使用額を充てることを予定している。
第二の緑の革命をめざす環境保全型超多収イネの作出

本研究課題では、まずソース能強化として、Rubisco量を増減させた組換えイネを中心に、他の光合成機能因子を強化した形質を交配導入した多重組換え体を作製。同時にシンク能強化として、秋田63号由来の大粒QTLの高収量性効果の実証を含め準同質遺伝子系統を作出。それらについて、光合成とバイオマス生産評価に行い、開放系圃場試験に供し、窒素の施肥量を変えて圃場レベルでの収量・バイオマス調査等の実証試験を行う戦略で進めている。研究の遂行は、当初の研究計画調書に従い、7つの課題に分けて進めている。課題1として、電子伝達系増強イネの作製とその評価試験。課題2にとして、Rubisco activase(RCA)増強イネの作製とその評価試験。課題3として、カルビン回路酵素増強イネの作製とその評価試験。課題4として、秋田63号由来のシンク拡大遺伝子の準同質遺伝子系統の作出と多収性の実証実験。課題5として、課題1、2および3で選抜した優良系統とRubisco量を増減組換えイネの交配種作製とその評価試験。課題6として、ソース能拡大イネへのシンク能強化遺伝子の導入を行い、課題7として、優良選抜系統の第一種使用圃場試験を実施。以上、課題1と2は研究代表者の牧野周が担当し、課題3は研究分担者の鈴木雄二が担当、課題4は研究分担者の小原実広が担当し、課題5は牧野と鈴木が担当、課題6は牧野と小原が共同で担当し、課題7は牧野の担当で、全員で行っている。そして、各課題の進行状況に関しては、適時、連携研究者の前忠彦より助言を頂き、遂行している。課題1の電子伝達系増強イネの作製とその評価試験として、ヒメツリガゴケ由来のFLVタンパク質の遺伝子をイネの葉緑体で発現させたところ、炭酸固定など他の光合成機能を一切損なうことなく、電子伝達経路の機能が強化に結び付くことがわかった。現在、課題5への展開として、FLV導入-Rubisco過剰生産二重組換体イネの作製を進めている。課題2と3のRubisco activase(RCA)およびカルビン回路酵素増強イネの作製では、RCAの過剰生産体イネ(約2倍)と抑制体イネ(0.3倍)を作製に成功。RCA抑制体では光合成速度低下が認められたが、過剰生産体イネでの光合成機能の向上は認めれなかった。カルビン回路酵素TKとSBPaseの増強も試み、前者は1.4-1.8倍、後者では1.8ー2.0倍のものが作製されたが、光合成機能の向上は認められなかった。課題4の秋田63号由来のシンク拡大遺伝子の準同質遺伝子系統の作出では、Rubisco機能増強イネの親品種である「能登ひかり」に大粒効果が実証された秋田63号GS3をめざし、GS3近傍のみが秋田63号の染色体をもち、それ以外の領域が能登ひかりの染色体をもつ準同質遺伝子系統(BC3F3世代)「大粒能登ひかり」を育成した。現在、課題6として、この「大粒能登ひかり」とRubisco過剰生産イネとの交配を行いF1個体を獲得している。課題7の優良選抜系統の第一種使用圃場試験では、3か年の栽培の結果、完熟時において、窒素施肥が10 gN m-2以上の栽培区で、Rubisco過剰生産イネの乾物生産と玄米収量が15-22%及び20%-28%、それぞれ増加することが実証された。収量構成要素解析をしたところ、登熟歩合の改善が認められた。このように限定された条件とはいえ、光合成機能の改善が増収に結び付く世界初の実例であり、大きくおおむね順調に進展している。課題1ー4はすでに終了し、1ー3に関しては学術雑誌に公表済みである。今年度は、課題5ー7に関して集中して行う。課題5の他の光合成機能改善の優良系統とRubisco量を増減組換えイネの交配種作製とその評価では、FLV-導入Rubisco過剰生産イネの非破壊着用レベルでの光合成評価を行い、形質転換操作に伴う変異が認められる場合は親品種との戻し交配を進め、純化した優良交配系統を選抜する。FLV-導入-RCA増強-Rubisco過剰生産イネの三重組換体の作出を進め、同様の評価を行い、優良系統を選抜する。課題6のソース能拡大イネへのシンク能強化遺伝子の導入では、「大粒能登ひかり」(BC3F3世代)とRubisco過剰生産イネと交配を進める。現在、F2獲得のための栽培を行っている。今年度は課題7でのほ場栽培実験を目指す。また、課題5で優良系統が得られ次第、交配を進める。課題7の優良選抜系統の第一種使用圃場試験では、Rubisco過剰生産イネおよび抑制生産イネに関しては、引き続きほ場試験を進める。また、同時に準同質遺伝子系統「大粒能登ひかり」の栽培試験も進め、秋田63号由来のGS3大粒増収効果を実証する。「大粒能登ひかり」は遺伝子組換体ではないので、第一種使用規制対象外であるが、Rubisco過剰生産イネおよび抑制生産イネおよび、今後行う課題6で新たに作製される系統の対照材料ともなるので、隔離ほ場内の同一圃場で同一条件で栽培を行う。

「大粒能登ひかり」を母胎とし、Rubisco過剰生産イネと交配に関しては、得られるF2種子数に限りがあるので、限定的な試験とはなるが、確実な評価ができる栽培系を工夫し、乾物生産能や収量性を評価したい。課題6で優良系統が得られた場合は、第一種使用承認申請にむけて、文部科学省が定める生物多様性評価試験を行う。平成28年度は以下に述べる4課題について研究を実施した。課題1として、Rubisco activase(RCA)増強イネの作製とその評価を行った。Rubiscoの葉内での活性は、酵素RCAによって制御される。RCAのオウンプロモーターとRBCSプロモーターによって発現が制御されるRCAの過剰発現体と抑制体イネを作製した。RCA量の増強効果のあった組換え体について、非破壊着葉レベルで光合成評価を行なったが、明確な効果は認められなかった。課題2として、カルビン回路酵素増強イネの作製とその評価を行った。Rubisco増減組換え体のメタボローム解析の結果から、すでにカルビン回路の代謝産物であるS-7-P周辺の代謝の律速性が示唆されたので、ここでは、その代謝産物を挟んで代謝する酵素TKとSBPaseの増強を試みた。得られた組換え体系統の光合成評価を行なったが、優位性は認められなかった。課題3として、Rubisco増強イネの第一種使用ほ場試験を行った。Rubisco過剰生産イネに関しては、開放系ほ場試験である第一種使用承認を得たので、附属フィールド教育研究センター内の開放系隔離遺伝子組換えほ場における栽培実験を行い、Rubisco過剰生産イネが10%ほど多収であると言う結果を得た。この効果はバイオマス(乾物生産)増産に由来するもので、光合成(ソース)強化の結果と推定された。課題4として、秋田63号由来のシンク拡大遺伝子の準同質遺伝子系統の作出を行っている。すでに、秋田63号の大粒を決定している主なQTLを同定していたので、DNAマーカーも開発し、ノトヒカリをバックに準同質遺伝子系統の作出を進めた。BC2F1での種子まで取れている。引き続き固定系統選抜を行う。その他、秋田63号とオオチカラの組合せによる遺伝解析集団F2、F3、F4個体の育成も進めている。年度内予定という意味においては、やや遅れを生じた。要因は、当初平成29年1月とされていた新キャンパスへの移転に伴う研究室と栽培施設の連続移転が、急遽研究室のみ先行して11月に移転することに変更になったこと、そして栽培施設の移転が平成29年2月に延期されてしまったことにより、栽培と解析を同時に進行させることができず、両者が同一キャンパスに揃うまで研究を一時中断せざるえなかったことによる。その結果、当初1か月と予測していた移転準備・中断期間を、想定外にも4か月延長せざるを得なくなったためである。そのため、600万円ほどの予算を平成29年度に繰り越し、上記、課題1の「Rubisco activase増強イネの作製とその評価」において、形質転換体の栽培と光合成評価の部分の実験が翌年度にずれ込んでしまった。なお、それ以外の研究はほぼ順調に進行した。今年度は以下に述べる4課題について行った。課題2として、電子伝達系増強イネの作製とその評価を行った。光合成電子伝達系の強化を図るためヒメツリガネゴケ由来のFLVタンパク質をイネに導入した。FLVは光合成電子伝達系の電子の受け手となる機能を持っている。
自動車部品サプライヤーの取引ネットワーク戦略と事業成果に関する経時的な研究

本年度は、昨年度に引き続き、1(株)IRC発行の『主要自動車部品の生産流通調査』84年版2008年版(3年ごと)、2(株)IRC発行の『日本の自動車産業の実態』93年版07年版(4年ごと)、3(社)日本自動車部品工業会の『日本の自動車部品工業』の1969年版2009・2010年版(ほぼ毎年)、4特許調査会社を通じて購入した、1983年から2009年までに自動車メーカーが出願した特許データと、同期間中に部品サプライヤーが出願した特許数のデータ、および自動車メーカー・部品サプライヤーの共同特許データ、を統合して作成したパネルデータを利用して、「顧客範囲」(Customer Scope)と「製品範囲」(Product Scope)のそれぞれの軸を通じた成長戦略が部品サプライヤーの企業業績に及ぼす影響について、定量的な分析を行った。また、こうした定量分析を補完するものとして、新たに部品サプライヤーを対象とした探索的なインタビュー調査も行った。理論的には、顧客範囲の拡大は、製品範囲の拡大の場合と比較して、技術的な不確実性が低く、対象製品(部品)に関する知識・ノウハウの蓄積も厚いため、失敗するリスクはより小さく、また社内の調整コストもより小さいので、当然に優先されるであろうと想定される。にもかかわらず、分析・調査結果からは、顧客範囲が狭く、特定の少数の顧客との関係が強い部品サプライヤーでは、そうした想定とは逆の事態が生じる傾向が強かったことが明らかになった。また、こうした現象の背後で「顧客範囲の拡大よりも製品範囲の拡大を優先し、顧客範囲の拡大に消極的になってしまう」との意思決定のバイアスが生じていたこと、またその理由の一端についても、明らかにすることができた。これらの成果は、組織学会(2018年6月)にて概要を発表した。また現在、ワーキングペーパーの草稿を執筆中である。本年度は、1(株)アイアールシー発行の『主要自動車部品の生産流通調査』84年版・87年版・90年版・93年版・96年版・99年版・02年版・05年版・08年版のデータ、2(社)日本自動車部品工業会の『日本の自動車部品工業』の1969年版から2009・2010年版のデータ、3特許調査会社である(株)国際技術開発センターを通じて購入した、1983年から2009年までに自動車メーカーが出願した特許データと、同期間中に部品サプライヤーが出願した特許数のデータ、および自動車メーカー・部品サプライヤーの共同特許データ、をもとに作成したパネルデータを利用して、(1)「顧客範囲」(Customer Scope)と「製品範囲」(Product Scope)のそれぞれが部品サプライヤーの企業業績に及ぼす影響、ならびに(2)「顧客範囲」と「製品範囲」の拡大(あるいは縮小)のそれぞれが部品サプライヤーのその後の企業業績に及ぼす影響について、定量的な分析を行った。その結果、(1)「顧客範囲」は部品サプライヤーの企業業績に有意で強いプラスの影響を及ぼす一方、「製品範囲」が企業業績に及ぼす影響は有意ではない、(2)「顧客範囲」の拡大(あるいは縮小)は部品サプライヤーのその後の成長率に有意なプラスの影響を及ぼす一方で、「製品範囲」の拡大(あるいは縮小)は部品サプライヤーのその後の利益率に有意で強いマイナスの影響を及ぼすことが明らかになった。こうした成果は、2016年6月に開催予定の組織学会で報告した後、法政大学イノベーション・マネジメント研究センターワーキングペーパーシリーズで公表し、最終的には学術誌に投稿し公表する予定である。調査・分析については予定通り進んでいるが、ジャーナルに投稿した論文1本が現在審査中であり、またもう1本の論文がこれから学会報告を行う段階にあるなど、研究成果の公表については予定よりも遅れているため。本年度は、各種公刊データをもとに作成したパネルデータを利用して、「顧客範囲」(Customer Scope)と「製品範囲」(Product Scope)のそれぞれの軸を通じた多角化が部品サプライヤーの企業業績に及ぼす影響について、定量的な分析を行った。具体的には、日本の自動車部品サプライヤー企業が完成車メーカーとの間で行っている各部品取引を分析単位とし、まずは取引関係を大きく「既存取引」と「新規取引」の2つに分けた。また、後者についてはさらに、製品範囲と顧客範囲の二軸をそれぞれ「既存」と「新規」で2つに分け、4つの取引カテゴリーに分類した。その上で、後者の新規取引の4つの取引カテゴリーそれぞれ(「既存顧客・既存製品」取引、「新規顧客・既存製品」取引、「既存顧客・新規製品」取引、「新規顧客・新規製品」取引)と取引継続期間との間の関係について、生存時間分析の手法を用いて分析した。その結果、「新規顧客・既存製品」取引>「既存顧客・既存製品」取引>「既存顧客・新規製品」取引>「新規顧客・新規製品」取引の順で、取引継続に有利であることがわかった。つまり、自動車部品サプライヤー企業にとっては、多角化に際して製品範囲の拡大よりも顧客範囲の拡大を優先すべきだということが明らかになったのである。

本年度は、1(株)IRC発行の『主要自動車部品の生産流通調査』84年版2008年版(3年ごと)、2(株)IRC発行の『日本の自動車産業の実態』93年版07年版(4年ごと)、3(社)日本自動車部品工業会の『日本の自動車部品工業』の1969年版2009・2010年版(ほぼ毎年)、4特許調査会社を通じて購入した、1983年から2009年までに自動車メーカーが出願した特許データと、同期間中に部品サプライヤーが出願した特許数のデータ、および自動車メーカー・部品サプライヤーの共同特許データ、を統合して作成したパネルデータを利用して、「顧客範囲」(Customer Scope)と「製品範囲」(ProductScope)のそれぞれの軸を通じた多角化が部品サプライヤーの企業業績に及ぼす影響について、定量的な分析を行った。具体的には、日本の自動車産業の部品サプライヤー企業を対象として、「製品範囲」と「顧客範囲」の二軸を説明変数に設定。1990年から96年にかけて、部品サプライヤーが、1製品範囲を拡大(縮小)した場合と、2顧客範囲を拡大(縮小)した場合とで、当該部品サプライヤーの2000年03年の3年間の「売上高成長率」と「平均売上高経常利益率」にどのような影響が及んだのかを検証した。その結果、「顧客範囲拡大」は「売上高成長率」にプラスの効果を及ぼす一方、「製品範囲拡大」は「平均売上高経常利益率」にマイナスの効果を及ぼしていることが分かった。すなわち、「顧客範囲拡大」と「製品範囲拡大」のどちらを目指すのかという、90年から96年にかけての部品サプライヤー企業の戦略行動の差が、4年以上のラグを経て、企業業績に正反対の効果をもたらしていたことが明らかになったのである。こうした成果は、組織学会(2018年6月)にて、概要を発表する予定である。また、本年度中に、学術誌にも投稿する予定である。定量的分析については概ね予定通り進んでいるが、主要な自動車部品サプライヤーや自動車メーカーへのインタビュー調査がほとんど行えていない。また、昨年度にジャーナルに投稿した論文の審査が1年以上に及び、別の新しい論文の作成に割く時間が十分に確保できなかったため、研究成果の公表についても予定より遅れている。本年度は、昨年度に引き続き、1(株)IRC発行の『主要自動車部品の生産流通調査』84年版2008年版(3年ごと)、2(株)IRC発行の『日本の自動車産業の実態』93年版07年版(4年ごと)、3(社)日本自動車部品工業会の『日本の自動車部品工業』の1969年版2009・2010年版(ほぼ毎年)、4特許調査会社を通じて購入した、1983年から2009年までに自動車メーカーが出願した特許データと、同期間中に部品サプライヤーが出願した特許数のデータ、および自動車メーカー・部品サプライヤーの共同特許データ、を統合して作成したパネルデータを利用して、「顧客範囲」(Customer Scope)と「製品範囲」(Product Scope)のそれぞれの軸を通じた成長戦略が部品サプライヤーの企業業績に及ぼす影響について、定量的な分析を行った。また、こうした定量分析を補完するものとして、新たに部品サプライヤーを対象とした探索的なインタビュー調査も行った。理論的には、顧客範囲の拡大は、製品範囲の拡大の場合と比較して、技術的な不確実性が低く、対象製品(部品)に関する知識・ノウハウの蓄積も厚いため、失敗するリスクはより小さく、また社内の調整コストもより小さいので、当然に優先されるであろうと想定される。
微生物による複合糖質代謝関連酵素の生産並びに応用

1.Mucorエンド-βーNーアセチルグルコサミニダ-ゼの生産及び特性解析:土壌から分離した糸状菌の一種M.hiemalisをグルコ-ス・有機窒素培地で振盪下3日間培養後,培養3液から各種クロマトグラフィ-により本酵素を単一タンパク質に精製して基本的性質を明らかにした。本酵素は高マンノ-ス型,混成型糖タンパク質糖鎖に高い活性を示したが,複合型糖鎖を有するヒト血清トランスフェリンや子ウシフェツインにも作用した。2. A型血液型物質に作用するαーNーアセチルガラクトサミニダ-ゼの生産及び特性解析:本酵素を培養液中に生産する菌を土壌より単離してAcremoniumsp.と同定し,本酵素を単一タンパク質に精製した。本酵素は種々のA型物質に作用し,αーNーアセチルガラクトサミンを遊離した。3.Bacillus αーLーフコシダ-ゼの生産:糖タンパク質に作用する本酵素の生産菌を土壌より単離し,B.circulans M28と同定した。本菌は基質特異性の異なる2種のαーLーフコシダ-ゼFーI及びFーIIを生産した。両酵素を単離して基本的性質を明らかにした。4.Fusarium αーLーフコシダ-ゼの酵素的脱糖鎖現象: F.oxysporumの培養液中に糖タンパク質であるαーLーフコシダ-ゼI以外に糖鎖を持たないαーLーフコシダ-ゼIIが存在することを見いだし、これが本菌自身のグリコシダ-ゼの作用でαーLーフコシダ-ゼIから生成したものであることを明らかにした。5.Alcaligenessp.のエンド-αーNーアセチルガラクトサミニダ-ゼの特性解析:本酵素が赤血球膜や胃癌細胞に存在するGa1B1→3GalNAc(Tー抗原)にも作用することを見いだすとともに,Tー抗原をピリジルアミノ化して微量定量できる方法を開発した。またアグリコンアミノ酸の種類によって反応速度は変化した。1.Mucorhiemalisから糖タンパクの複合型糖鎖に作用するEndo-β-N-acetylglucosaminidase(Endo-β-GlcNAc-ase)の生産及び特性解析-(1)Endo-β-Glc-NAc-aseの生産:本研究者らが土壌から分離したM.hiemalisを、グルコ-ス・酵母エキス・ペプトン培地で振盪下28°Cで培養すると、菌の生育が最大となる3日4日間で本酵素の生成量も最大となった。そこで3日培養後、培養濾液から各種カラムクロマトグラフィ-により本酵素をほぼ単一タンパクに精製することに成功した。(2)Endo-β-GlcNAc-aseの反応:Transferrinのglycopeptide(GP)をシアリダ-ゼ処理して得られるasialotransferrin (Trf)GPのダンシル化合物DNS-asialo-Trf-GPを基質として本酵素反応を行った。反応液について薄層クロマトグラフィ-を行った結果、高マンノ-ス型と混成型の糖鎖に作用するEndo-HやFlavobacterium spの酵素はこの複合型の基質に全く作用しなかったが、Mucorの酵素は強く作用してDNS-Asn-GlcNAcを遊離することを見いだした。(3)Native transferrinから複合型糖鎖の遊離:脱シアル化していないNativetransferrin20mgにMucor酵素0.1unit添加し、pH6.0,37°Cで40時間反応したのち、SephadexG-100によるゲル濾過を行った。

その結果、tranferrinの溶出位置以外のタンパクピ-クとも異なる低分子量の位置に糖鎖の溶出がみられた。しかしasialotransferrinを基質とした場合よりも遊離糖鎖量は少なく、シアル酸が存在すると、本酵素が作用しにくくなることが示された。2.ヒトA型血液型物質を分解するα-N-Acetylgalactosaminidaseの単離及び特性解析-土壌から分離した糸状菌の一株Acremonium spが培養液中に本酵素を生産することを見出した。本酵素は各種クロマトグラフィ-によって単一に精製された。分子量は5.5万5.7万でモノマ-構造を示した。本酵素はA型赤血球をO型に変換できた。1.<Mucor hiemalis>___ーのエンドーβーNーアセチルグルコサミニダ-ゼ(endoーβーGlcNAcーase)の特性:本酵素を単一に精製して基本的性質を明らかにした。本酵素は分子量約95,000,至適pHは6.06.5,ダンシル(DNS)ーアシアロトランスフェリングリコペプチドに対するKm値は2.0×10^<-3>Mであった。遊離した糖鎖の構造は^1HーNMRにより明らかにされた。2.<Fusarium oxysporum>___ーに見いだされた脱糖鎖αーLーフコシダ-ゼ:本菌の培養液中には糖タンパク質であるαーLーフコシダ-ゼI以外に糖鎖を持たないαーLーフコシダ-ゼIIが存在することを見いだし,これが本菌自身の生産するendoーβーGlcNAcーaseによりαーLーフコシダ-ゼIから生成したものであることを確認した。3.<Alcaligenes>___ーSP.のエンドーαーNーアセチルガラクトサミニダ-ゼ(endoーαーGalNAcーase)の特性及び利用:(1)本酵素はアシアログリコフォリン,アシアロ赤血球,ヒト胃癌細胞KatoIIIなどから癌マ-カ-として知られているTー抗原(二糖Galβl→3GalNAc)を遊離した。遊離したTー抗原はHPLCその他の方法で同定した。さらに本酵素の作用で遊離した糖鎖をピリジルアミノ化し,HPLCでpmolレベルで微量定量できる方法を開発した。(2)本酵素はDNSーセリンーGalNAcーGalとDNSースレオニンーGalNAcーGalからGalβl→3GalNAcを遊離し,後者より前者に高い活性を示した。DNSーセリンーGalNAcーGalとDNSースレオニンーGalNAcーGalに対するKm値はそれぞれ0.17mM,1.43mMであった。さらに同一のOーグリコシドであっても異なるアグリコンアミノ酸に結合していると,糖鎖が異なる生物機能を演ずる可能性が示唆された。
死後硬直に伴う筋肉内コラーゲン線維の立体構造の変化に関する研究

ミニブタから採取後、4°Cで0,2,6,12,24,72時間貯蔵した胸最長筋の硬さとpHの測定から、死後212時間が死後硬直期,その後の解硬期を経て、死後24時間以降が熟成期であると確認された。一方、SEMによる筋肉内コラーゲン線維立体構造観察から、以下のような見解が得られた。すなわち、Ohtani et al.(1988)の報告した細胞消化法を用いると、筋線維が除去されることにより、筋肉内,特に筋線維に接した筋肉膜内側や筋周膜・筋内膜移行部のコラーゲン線維網が効果的に観察できた。死後硬直開始期(死後2時間)で、まず筋周膜・筋内膜移行部の構造が変化したが、筋周膜および筋内膜の構造的変化は認められなかった。硬直期では、筋内膜を構成するコラーゲン細線維ネットワークがかなり乱れ、コラーゲン細線維の癒着変性が進行した。また筋周膜・筋内膜移行部のコラーゲン線維同士の癒着も進行し、構造変化が大きくなった。一方筋周膜は、硬直期後半で全体構造にやや乱れが生じ、構成コラーゲン細線維の一部に癒着が認められた。解硬期以降、筋周膜・筋内膜移行部コラーゲン線維はほとんど消失し、筋内膜構成コラーゲン細線維ネットワークもかなり空疎になった。また同時に、筋周膜シートの崩壊が大きく進行し、特有の波うち構造の消失や構成コラーゲン細線維の消失によるシートの断片化が観察された。これらのことから、筋肉内コラーゲン線維立体構造は死後硬直に伴って脆弱化することが示された。なおこの研究成果の一部を、1994年10月の日本畜産学会大会で発表した。
高電子移動ナノカーボン界面の創製

高電気伝導性を有する垂直配向カーボンナノチューブ表面上に酸素還元反応(ORR)活性を有するFe-N-C構造を被覆した、Fe-N-C/CNT触媒の開発に成功した。電気化学的評価により、その触媒はチューブの高電気伝導性に由来する高いORR活性能を示した。また、作製過程における熱履歴を制御することで、Fe-N-C構造の質量密度を増加させ、ORR活性能のさらなる向上に成功し、非白金系ORR触媒実現のための設計指針を得ることができた。貴金属を用いない燃料電池用酸素還元触媒を創製するために、高電気伝導性のカーボンナノチューブ(CNT)表面に酸素還元活性サイトを被覆し、チューブから活性サイトへの高効率な電子移動パスを実現した低過電圧酸素還元ナノチューブ触媒の創製を試みた。高効率な電子移動パスを形成することで、従来課題となっていた酸素還元反応速度の向上が期待され、過電圧の低減による高活性化が期待される。具体的には、酸素還元活性なドープ元素を含む前駆体分子をカーボンナノチューブ(CNT)表面上に吸着させ加熱によってグラファイト化、酸素還元活性なドープ構造を有する鉄-窒素-ナノグラフェン(Fe-N-ナノグラフェン)被膜CNT触媒の作製の検証を行った。前駆体分子にはCNTとの強い相互作用をする鉄フタロシアニン分子(FePc)を用いた。まず初めにCNT分散液を作製し、FePcを混合することでFePc被覆CNT複合体を容易に作製可能であることを示した。得られた複合体を不活性ガス雰囲気下で900°C加熱することでFePc分子がグラファイト化し、Fe-N-ナノグラフェンがCNT表面上に被覆されることを透過型電子顕微鏡で明らかにした。このFe-N-ナノグラフェンの量や被覆率は、混合するFePc量を制御することで制御可能であり、Fe-N-ナノグラフェンを単原子層で緻密にCNT表面上に構築したFe-N-ナノグラフェン/CNT触媒の作製に成功した。当初の狙い通り、カーボンナノチューブと強く相互作用をする前駆体分子をチューブと混合して加熱することで、目標としているFe-N-ナノグラフェン担持カーボンナノチューブ触媒を容易に作製できることが明らかとした。また、得られた試料の酸素還元活性能を評価した結果、これまでに報告されているカーボンナノチューブ触媒の中でもっとも高活性であることが示された。昨年度は、カーボンナノチューブ(CNT)表面上に酸素還元活性サイトである鉄ー窒素ーナノグラフェン(Fe-N-ナノグラフェン)が被覆したFe-N-ナノグラフェン/CNT触媒の作製に成功し、その触媒が高い酸素還元活性能を有することを明らかにした。さらなる高活性化のため、活性サイトの定量的評価手法の確立を試みた。その結果、電気化学的手法であるサイクリックボルタモグラムおよび対流ボルタモグラムから、触媒活性に重要なパラメータである、触媒の表面積と活性サイト数、活性サイト密度、触媒回転頻度を定量的に算出可能であることを示した。この手法によって、長時間高温加熱での作製プロセスでは、Feがナノ微粒子化して活性サイト数が減少し酸素還元活性が低下することや、加熱プロセスによって活性サイトの触媒回転頻度が異なることも明らかにした。また、メスバウアー分光法からも、高活性および不活性な活性サイトが混在して生成していること、高活性な活性サイトの生成数も触媒作製条件に依存することも明らかにした。以上、電気化学およびメスバウアー分光法によって、触媒活性に重要なパラメータを定量的に評価可能であることを示し、高活性化のための設計指針を得た。また、触媒高耐久化に関する基礎的研究も行った。酸素還元反応時における、活性サイトの電気化学的酸化や還元による分解・溶解を抑制することを目的に、Fe-N-ナノグラフェン/CNT触媒表面上にシリカを被覆することを試みた結果、前駆体濃度や反応時間を制御することで、表面上に被覆可能であることを明らかにした。電気化学的手法によって活性サイト数やその密度、触媒回転頻度といった酸素還元活性能に重要なパラメータを定量的に見積もることが可能であることを明らかにした。この評価手法から、触媒作製プロセスによってこれらパラメータが大きく依存することを見出し、高活性化のための設計指針を得ることができた。また、触媒高耐久化に関する基礎的研究も進め、触媒表面上に耐久性向上を目的としたシリカを被覆することに成功した。昨年度は、電気化学およびメスバウアー分光法によって、触媒活性に重要なパラメータである活性サイト密度や触媒回転頻度を定量的に評価可能であることを示し、高活性化のための設計指針を得ることに成功した。本年度は、この知見・技術をもとに高活性Fe-N-ナノグラフェン/CNT触媒の合成を試みた。Fe-N-ナノグラフェンを作製するための加熱時間が活性サイト密度と触媒回転頻度に与える影響について詳細な評価をした。その結果、加熱初期過程では、前駆体分子である鉄フタロシアニンが熱分解により速やかに活性サイトを形成するが、加熱時間が長くなるにつれ、熱分解による活性サイト密度が減少することが示された。一方、触媒回転頻度は、加熱初期過程で増加するがその後は加熱時間によらず一定値を示すことが示された。活性サイトの熱分解反応を制御するために、短時間加熱および急冷却を繰り返し行う加熱プロセス(短時間繰り返し加熱プロセス)を新しく導入し、活性サイト密度と触媒回転頻度に与える影響について精査した。その結果、活性サイト密度は、ある繰り返し数で最大となり、その値は一般的な加熱プロセスと比べて2倍近く増加すること、さらなる繰り返し数では単調減少していくことが示された。