京都工芸繊維大学 産学公連携推進センター

■研究の概要

　緑化樹木は緑陰や蒸散による冷却効果によりヒートアイランドを緩和します。しかし夏の高温による乾燥化と大気汚染は「都市環境ストレス」を緑化樹木に与え、冷却効果を減損している可能性が高くなっています。都市環境ストレス耐性が高くヒートアイランド化を抑制する効果が高い緑化樹木を見いだし、植栽計画の立案に活かすことが必要となっています。本研究では「炭素安定同位体比」というユニークな指標を用いて、緑化樹木の都市環境ストレス評価を行いました。

■研究の概要

　地球温暖化及び気候変動抑制のためにCO₂排出量の早急な低減が求められています。そのためには、火力発電所などの大規模CO₂排出源のみならず、あらゆる排出源からのCO₂分離回収が求められています。そして、分離回収されたCO₂は、有価物などへの転換による有効利用や地中貯留によって処理（CO₂　Capture,Utilization, and Storage, CCUS）されます。CCUSの実用化には、CO₂分離回収に要するエネルギー/コストの低減が必須であり、省エネルギー分離技術である膜分離法が次世代のCO₂分離回収技術として着目されています。本研究室で研究開発されたCO₂分離膜は世界トップレベルのCO₂分離性能を発揮し、容易に膜モジュール化することにも成功し、実用化のための実証試験を行なっています。

■研究の概要

　大気圧雰囲気で対向電極により高電界を加えると、電子が加速され、雰囲気ガスの電離や解離、励起が起こります。ここで、定常的に生成される電子、イオンや励起種の集合体をプラズマと呼んでいます。プラズマを芽胞菌に照射することにより、殺菌できることがわかっています。主にプラズマにより生成される化学的活性種（ラジカル）が殺菌に寄与すると考えられます。また、プラズマ中に水滴（ミスト）を導入すると（図１）、生菌数が大幅に減少し、殺菌の効果がより高められます（図２）。このとき、ヒドロキシラジカル（OH）が生成されることが確認されています。一方で、人体の健康を害するオゾンの発生は抑制されることが経験的に知られています。ミストの添加により、酸素由来のラジカル（スーパーオキシドアニオンラジカル（O2-）、ヒドロペルオキシルラジカル（HO2）、過酸化水素（H2O2）、一重項酸素（1O2））の生成量も同時に生成され、殺菌に寄与すると予想されます。ミストプラズマを用いると、適度に水分が供給されるので、保湿しながら殺菌をすることができます。肌や生鮮品、植物など、あらゆる表面で乾燥を防ぎながら、衛生環境を保つことができます。

■研究の概要

　メタボリックシンドロームでは肥満、高血圧、高血糖、高脂血症が重複して発症していることがほとんどであり、動脈硬化が進展し、心筋梗塞や脳梗塞のリスクが高くなります。これらの疾患にかかる医療費は莫大であり、メタボリックシンドロームは現代社会において深刻な問題となっています。
　鎌倉時代、栄西は著書「喫茶養生記」の中で飲水（現在の糖尿病）に対する桑葉の効用を紹介しています。私たちは、動脈硬化モデルマウスや肥満モデルマウスを用いて、桑葉によるメタボリックシンドローム抑制機構、特に桑葉活性成分がマウス体内で作用するマウス側の標的を解析しています。また、ショウジョウバエを用いて、桑葉活性成分の標的遺伝子の機能解析やメタボリックシンドローム抑制物質の探索を行っています。

■研究の概要

■インド原産のGymnema sylvestreの葉に含まれるギムネマ酸（GA）は強い甘味抑制作用を有するトリテルペン配糖体です。GAは味蕾に発現している甘味レセプターに結合し、本来のリガンドである甘味物質の結合を阻害していると考えられています。
■GAの甘味抑制作用は通常30分から1時間持続するが、γ-シクロデキストリン (γ-CD) 溶液により速やかに解消することが知られています。本研究では味覚修飾物質GAとその阻害剤γ-CDとの分子間相互作用の構造的見地からの検討を行いました。
■NMR測定において、GA単独では非常にブロードなスペクトルが、α-CDやβ-CDの添加では変化が見られず、γ-CDの添加では明らかにシャープなスペクトルとなりました。これはGAとγ-CDの特異的結合を示すとともに、水溶性凝集体の形成を示唆しています。さらに、分子動力学計算により複合体構造を明らかにしました。

■研究の概要

■背景
・高分子材料は光・熱・機械的疲労によって容易に劣化するため（図1）、安定性向上の為には劣化反応経路の解明が不可欠です。
・劣化反応の中間体である短寿命ラジカル種を調べる手法としては、『スピントラップ法』が有用と考えられます（図2）。
・しかし、高分子材料などの固体系の試料でスピントラップ法を用いた研究例は、ほとんど報告されていません。
■目的
・スピントラップ法によって高分子材料の劣化反応の初期過程を明らかにするとともに、その有用性を検証し、実用的な可能性を探ります。
■内容
・高分子の熱劣化にともなって生成したラジカル種は、スピントラップ剤（MNP）によってトラップされ、比較的安定なラジカル種　（スピンアダクト）に変換され、ラジカル分子の分子構造や、それ自身の分子運動の速さによって異なる固有のESRスペクトルを示します（図2）。
・ポリブチレンテレフタレート（PBT）やポリオキシメチレン（POM）に、スピントラップ剤（MNP）を添加した試料を調製し、電子スピン共鳴（ESR）測定装置を用いて、サンプルを加熱しながらESRスペクトルを測定した例を図3に示します。
・ESRスペクトルを詳細にコンピュータ処理することで、スピンアダクトの分子構造を推測するとともに、各ラジカル濃度の経時変化を算出することができ、定性的かつ定量的な解析を行えます。
・解析結果をもとにPBTの熱劣化反応を考察することができました（図4）。
　・主鎖の－CH?－からH脱離が起きて－CH－が生じます。
　・－CH－はすぐにMNPにスピントラップされ、異方性を示すAI成分が観測されました（アニーリング初期）。
　・近傍のMNPが消費されると、次の主鎖β切断反応が優先的に起きて、アルデヒドとベンゾイルラジカルが生じます。
　・遠方のMNPによって鎖末端スピンアダクトが生じ、分子運動が比較的自由なため、hfcc≒0.8 mTの等方的なN成分が観測されました（アニーリング中期）。
■応用
・高分子材料の、熱的・光的・機械的な劣化の反応経路、材料としての寿命予測、曝されていた環境の履歴などを知ることができます。
■将来展望
・さまざまな材料に：高分子材料だけでなく、食品や生体組織なども対象に。
・より簡便に：スピントラップ剤入りの溶液を材料表面に塗布・乾燥するだけで、測定の準備が済ませられるように。
・より簡素な測定装置で：現在の数分の一の大きさ、卓上で測れる専用ESR装置が数百万円で購入できるように。