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Nb系BCC固溶体合金の水素吸蔵特性とその水素化物の結晶構造
Get PDF室蘭工業大学Muroran Institute of Technology博士（工学）本研究では、体心立方（BCC）構造を有するNb系固溶体合金における水素吸蔵挙動と水素化物の結晶構造を調査し、有効水素吸蔵量の増加機構を明らかにすることを目的とした。
V系BCC固溶体合金は、常温・常圧付近で高い水素吸蔵能を示すが、実用的な圧力範囲では一水素化物と二水素化物間の反応によって水素を吸蔵放出する。このとき、一水素化物中の水素は反応に寄与しないため「死蔵水素」となり、有効水素吸蔵量の制限要因となる。有効水素吸蔵量とは、この反応によって可逆的に移動する水素量と定義される。V–Ti–Cr合金では、Cr添加によって有効水素吸蔵量が増加することが知られており、その主因は一水素化物中の水素量減少にあるとされるが、詳細な機構は未解明である。
そこで本研究では、Vと同様にBCC固溶体を形成し、水素との類似した熱力学特性を持つ一方で、合金化による格子定数の変化傾向がVとは異なるNbに着目した。まず、NbとTi, V, Zr, Mo, Hf, Ta, Wとの二元系合金について検討した結果、Mo添加によって有効水素吸蔵量が増加することが明らかになった。この増加は、二水素化物の水素量はほぼ一定である一方、一水素化物中の水素量が減少したことによるものであった。これは、二水素化物中の水素原子間距離がWestlakeの経験則より大きかったことと、一水素化物の熱安定性が低下したことが示唆される。
さらに、室温付近（40 ℃）での有効水素吸蔵量増加を目指して、Moに加えTiを合金化した。Moは一水素化物の水素量を制御するため、TiはMoによって上昇したプラトー圧を低下させ、実用的な圧力範囲内での反応観測を可能にするためである。Nb–Mo–Ti合金においても、有効水素吸蔵量はMoおよびTi量の増加とともに増加し、その主因は一水素化物中の水素量減少にあると考えられる。
最後に、Nb–Mo合金の一水素化物において、中性子回折およびリバースモンテカルロ法により重水素原子の位置と占有状態を解析した。その結果、Mo添加によりサイトは変化せず、占有率は低下した。また、重水素原子はNbおよびMo原子に対してランダムに配置されており、これは水素が特定の金属と局所的に結合せず、金属全体と共有的な相互作用を通じて存在することを示唆する。
以上より、Nb系BCC固溶体合金において、MoおよびTiを適切に添加することで、一水素化物の熱的安定性と水素量を制御し、有効水素吸蔵量を増加させることが可能であることを示した。本研究は、実用的な水素貯蔵材料設計における一水素化物制御の重要性を実験的かつ構造解析的に示した点に意義がある。This study aims to clarify the mechanism underlying the increase in reversible hydrogen capacity in Nb-based solid solution alloys with a body-centered cubic (BCC) structure by investigating their hydrogen absorption behavior and the crystal structures of their hydrides.
V-based BCC alloys exhibit high hydrogen capacities under ambient conditions but store hydrogen via a transition between monohydrides and dihydrides. Because the monohydrides do not contribute to reversibility, it acts as a “dead-end” phase, limiting the reversible hydrogen capacity. In V–Ti–Cr alloys, Cr addition has been reported to increase the reversible hydrogen capacity by reducing the hydrogen content of the monohydrides, although the detailed mechanism remains unclear.
In this context, we focused on Nb, which forms a BCC solid solution similar to V and exhibits comparable thermodynamic behavior toward hydrogen, but shows a different trend in lattice parameter variation upon alloying. First, among various binary Nb alloys (with Ti, V, Zr, Mo, Hf, Ta and W), Nb–Mo alloys were found to show increased the reversible hydrogen capacity with increasing Mo content. This improvement is attributed to a decrease in the hydrogen content of the monohydrides, while the dihydrides maintained nearly constant hydrogen content. These variations were attributed to the fact that the hydrogen-hydrogen distance in the dihydrides remained above the empirical lower limit, whereas the thermal stability of the monohydrides decreased.
To further enhance the reversible hydrogen capacity at around 40 °C, Ti was additionally alloyed with Nb–Mo alloys. Mo helps reduce the hydrogen content of monohydrides, while Ti suppresses the increase in plateau pressure caused by Mo, keeping the pressure range practical. As a result, the reversible hydrogen capacity increased with both Mo and Ti additions, again due to the reduction in hydrogen content of monohydrides.
Neutron diffraction and Reverse Monte Carlo (RMC) modeling of deuterated Nb–Mo monohydrides revealed no change in hydrogen site types upon Mo addition, but a decrease in deuterium site occupancy. The deuterium atoms were randomly distributed among Nb and Mo atoms, suggesting that hydrogen forms delocalized bonding interactions with the metallic matrix rather than site-specific chemical bonds.
In conclusion, the reversible hydrogen capacity of Nb-based BCC solid solution alloys can be effectively enhanced by appropriate addition of Mo and Ti, mainly through a decrease in the hydrogen content and the thermal stability of the monohydrides.doctoral thesi
五倍子(Galla chinensis) の抗アミロイド凝集作用とその有効成分
Get PDF室蘭工業大学博士（工学）アルツハイマー病（AD）は，加齢に伴い発症する慢性の神経変性疾患であり，認知機能の低下や記憶障害，さらに行動や精神機能の変化を特徴とし，時間の経過とともに進行する．本疾患の主な原因は，脳内の酸化ストレスとともにアミロイドβ（Aβ）が蓄積するためであると考えられている．植物由来の低分子は，初期の病理学的事象，特にAβ凝集を標的とした治療法への適用の可能性がある．五倍子(Galla chinensis) は，抗酸化作用，抗炎症作用，神経保護作用が報告されているポリフェノール成分を豊富に含む伝統的な生薬である．また，最近の研究では，認知機能低下に対する有効性が報告されており，これに含まれるAβ凝集を阻害する化合物が注目されている．
本研究は，Aβ凝集を効果的に阻害する五倍子のエタノール抽出物から活性成分を単離することを目的とした．Aβ凝集阻害活性は，チオフラビンT (ThT) 法により評価した．五倍子EtOH抽出物のEC50値は1.65 mg/mLであり，抽出物から液―液分配により得られたEtOAc 画分はその42%に相当する活性を示した．活性化合物は，Aβ凝集阻害活性を指標に，種々のクロマトグラフィーにより分画・精製し，2種の活性化合物を得た．これらの化合物の1H-および13C-NMRスペクトル,質量スペクトルの詳細な解析により，その構造をpentagalloyl glucose (PGG) およびmethyl Gallate (MG) と同定した．
PGGとMGのAβ凝集阻害活性は，それぞれEC50 = 46.7μMおよび111.9μMであり，MGよりもPGGは強い活性を示した．また，PGGおよびMGは五倍子エタノール抽出物の活性に対して，それぞれ1.5および0.7％貢献することが明らかとなった．さらに，DPPHラジカル消去アッセイにより抗酸化活性を評価した．その結果，PGGおよびMGのEC50値はそれぞれ1.16および6.44μMであり，PGGはより強い抗酸化力を示した．これらの化合物のSH-SY5Y細胞株を対象としたAβ誘発細胞毒性試験を実施した．その結果，30μMの化合物濃度で，PGG (p < 0.0005) はMG (p < 0.05)と比較して細胞毒性を有意に軽減した．
以上，本研究により五倍子とPGGは，AD発症過程で重要な因子と考えられているAβ凝集の抑制と酸化ストレスの消去活性に対して有効性を示し，五倍子の生物活性成分に関する知見を得た．今後，五倍子からさらなる生物活性化合物の同定とADの潜在的治療薬の開発を目指すAlzheimer's disease (AD) is an age-related chronic neurodegenerative disorder that progresses with time, characterized by cognitive decline, memory impairment, and alterations in behavioral and mental functions. The accumulation of amyloid- beta (Aβ) plaques along with oxidative stress in the brain are considered as the key contributors to AD pathogenesis. Recently, plant-derived small molecules have gained attention for their therapeutic potential, particularly in targeting early pathological events such as Aβ aggregation, offering promising strategies for AD prevention and treatment. Gobaishi (Galla chinensis) is a traditional herbal medicine that is composed of a rich source of polyphenolic constituents that have been reported to possess antioxidant, anti-inflammatory, and neuroprotective effects. In addition, recent studies have reported its effectiveness in improving cognitive functions, which has garnered the attention to seek the compounds capable of inhibiting Aβ aggregation. In this study, the aim was to isolate the active constituents of Gobaishi EtOH extract which can effectively prevent the Aβ aggregation. The Aβ aggregation inhibitory activity was evaluated by the thioflavin T (ThT) method. EC50 value of Gobaishi EtOH extract is 1.65 mg/mL and the liquid–liquid partitioned EtOAc fractions contributes to 42% of the extract. The active compounds were fractionated and purified by various chromatography under the guidance of Aβ aggregation inhibitory activity, and two active compounds were obtained. Detailed analysis of 1H- and 13C-NMR spectra and mass spectra of these compounds identified their structures as pentagalloyl glucose (PGG) and methyl gallate (MG). The Aβ aggregation inhibitory activity of PGG and MG was EC50 = 46.7 and 111.9 μM, respectively, indicating that PGG was more active than MG, and PGG and MG contributed 1.5 and 0.7%, respectively, to the activity of EtOH extract of Gobaishi. Furthermore, antioxidant activity was evaluated by DPPH radical scavenging assay. The EC50 values of PGG and MG were 1.16 and 6.44 μM, respectively, indicating that PGG showed stronger antioxidant activity. In addition, Aβ-induced cytotoxicity studies of these compounds in the SH-SY5Y neuroblastoma cell line were conducted. The results showed that PGG significantly reduced cytotoxicity (p < 0.0005) compared to MG (p < 0.05) at a compound concentration of 30 μM. In conclusion, this study demonstrated the efficacy of Gobaishi and PGG in inhibiting Aβ aggregation and radical scavenging activity, which are considered to be important factors in the pathogenesis of AD and provided insight into the bioactive components of Gobaishi.doctoral thesi
汚泥脱水におけるフィルタープレスの圧縮工程制御のための画像解析と回帰モデルに基づくケーキ水分の推定
Get PDF室蘭工業大学Muroran Institute of Technology博士（工学）本研究では，下水処理施設で用いられる脱水機におけるケーキと呼ばれる汚泥の含水率推定手法について提案を行う．ケーキ含水率はフィルタープレスの圧縮工程における目標となる数値であり，その予測は将来的な自動制御のために必須となる技術である．既存の脱水機の多くには含水率およびそれに直接関わるろ液量の計測装置は設置されておらず，ろ液時間や過去の経験といった間接的な情報を活用し推定する必要がある．本研究では，導入コストや運用コストの面から既存の脱水機に備わっている計測値および簡易に設置可能な装置を活用した方法として，ドレイン出口画像および圧縮段階での差圧情報を活用した推定アプローチを提案する．
画像を活用したアプローチでは，ドレイン出口に対して固定カメラを設置し，撮影画像のろ液部分（水分部分）の画像ピクセル数からろ液量を推測し，そのその積算情報からケーキ含水率を予測した．具体的には，固定カメラから一定の時間間隔で自動撮影された画像に対し画像処理技術（画像閾値処理）を活用しろ液部分（水分部分）を特定，その領域の画素数と実際の濾液量の関係を解析し，その関係モデルから1分あたりの濾液量を推定している．また，差圧情報を活用したアプローチでは，差圧からケーキ水分を直接推定する方法と，差圧，濾液量，ケーキ水分の3者の関係をモデル化する方法の2つを考案し，その性能比較を行った．
本研究で提案するアプローチは，複雑な機械学習アルゴリズムではなくデータ相関の分析に基づくシンプルで解釈しやすい数学関数（回帰モデル）を採用しており，高い実用性と信頼性を兼ね備えたものとなっている．実際の実機運転データ上での検証実験を通じて，提案するアプローチの精度と有効性について十分に実用に耐えうる性能を持つことを確認した．また，検証実験を通じて季節ごとに脱水特性が異なっており，近似した数学モデルのパラメータにもその物理特性の違いが表れていることも確認できた．今後は，季節性に含まれる環境要因をモデルに陽に組み込むことで，さらに高い実用性を持つモデル構築を検討する予定である．This study proposes a practical method for estimating the moisture content of sludge, referred to as “cake,” in dewatering machines at sewage treatment facilities. As the moisture content is a critical control target in the compression process of filter presses, accurate prediction is essential for future automation. However, many existing machines lack direct measurement systems for moisture content or filtrate volume, necessitating indirect estimation based on limited information such as filtration time or operator experience.
To address this, we developed an estimation approach that leverages drain outlet images and differential pressure data during the compression stage, utilizing readily available sensors and low-cost devices. In the image-based method, a fixed camera captures outlet images at regular intervals. Filtrate volume is estimated by identifying the liquid area via image thresholding, and cake moisture content is then predicted based on the accumulated pixel data.
In parallel, we examined differential pressure-based estimation using two models: one directly predicting moisture content from pressure data, and another modeling the relationship among pressure, filtrate volume, and moisture content. Both methods employ simple, interpretable regression models derived from correlation analysis rather than complex machine learning algorithms, ensuring practicality and reliability.
Validation using real-world plant data demonstrated that the proposed method offers sufficient accuracy for practical use. Furthermore, seasonal variations in dewatering characteristics were observed, with model parameters reflecting corresponding physical property changes. Future work will focus on improving model adaptability by explicitly incorporating environmental factors linked to seasonality.doctoral thesi
Framework for identifying non–van der Waals two-dimensional materials
Get PDFTwo-dimensional (2D) materials are categorized into van der Waals (vdW) and non-vdW types. However, no relevant descriptors have been proposed for identifying the latter. Here, we identify the non-vdW 2D materials by calculating the thickness-dependence of total energy of thin films trun- cated from surfaces. The non-vdW 2D materials exhibit a deviation from the law of finite-thickness excess energy (FTEE) inverse to the number of layers in the monolayer limit. This framework is applied to single-component systems, which successfully identifies non-vdW 2D materials including silicene and goldene that are overlooked in the dimensional analysis of the parent crystals. The anomalies of FTEE at specific thickness are found in Pb and Ga thin films, supporting the creation of plumbene and gallenene. The framework is also applied to multi-component systems with cubic and hexagonal symmetry (zincblende- and fluorite-types and tungsten carbide- and PtSbBa-types, respectively). Among them, several non-vdW 2D materials are identified to be dynamically stable. Structural transformation from hexagonal to almost tetragonal symmetry is observed in metallic TiS and ZrTe thin films. Our framework is useful for identifying non-vdW 2D materials.journal articl
An Optimization Method for Coil Design Problems Based on Physarum Solver and Evolutionary Computation
No full textThis paper presents a new optimization approach for coil design problems. In conventional evolutional approaches, disconnected conductor geometries are included in the search space, and this feature makes it difficult to find acceptable optimization results. Thus, in the present method, coil design problems are treated as optimum routing ones. In order to solve the routing problem, the physarum solver is used, and resultant routes obtained by the physarum solver are controlled on the basis of evolutionary computations. The present method is applied to the design problems of simple line coil and planar inductor. It is shown that the present method can effectively find coil designs with better performance in comparison with a conventional evolutional approach that do not have any technique to generate surely connect geometry.journal articl
発光ナノ材料の合成と物理化学：色素をドーピングおよび色素をド ーピングしないシリカナノ粒子、ならびにカーボンドットを包含した リン酸カルシウム
Get PDF室蘭工業大学Muroran Institute of Technology博士（工学）本論文では、環境科学、産業、生物学の各分野における応用が期待される発光性ナノ材料
の合成と物理化学的な特性の研究を行った。
ピレンをドープしたシリカナノ粒子（PSNPs）をマイクロエマルション法を用いて合成し
た。ナノ粒子は平均サイズ約72 nm の球状であり、エキシマー発光を示した。蛍光量子収率
は27%であった。PSNPs の蛍光特性が水中酸素濃度によって変化することを明らかにし、溶
存酸素濃度の測定や水質モニタリングのためのセンサーとしての応用が期待される。さら
に光励起により一重項酸素が発生することを明らかにし、光触媒作用や抗菌作用への応用
の可能性が示された。
窒素雰囲気下で様々な温度でシリカナノ粒子を焼成して室温リン光発光材料を作成した。
合成した材料に365 nm の励起光を照射するとリン光を肉眼でも確認できた。発光のメカニ
ズムとして、シリカマトリックス中に存在する炭素原子により生成する欠陥に起因した発
光の可能性がある。本研究で開発したナノ粒子は、長寿命の発光を示す安定な材料としてバ
イオイメージング、バイオセンシング、偽造防止技術などへの応用が考えられる。
リン酸カルシウムに蛍光発光体としてカーボンドット（CDs）を包含することにより、蛍
光性リン酸カルシウムを作成した。カルシウム源として様々なカルシウム塩、およびリン酸
を使用し、共沈法により蛍光性リン酸カルシウムを作成した。XRD およびFTIR によりブル
シャイトおよびハイドロキシアパタイトの生成を確認した。365 nm の励起光で光励起する
とCDs 由来の青色の蛍光が観測された。本研究で作成した蛍光ナノ材料は、生体適合性、生
分解性を有していることから、バイオイメージングやバイオセンシングへの応用に理想的
な材料であると考えられる。
総括として、本研究では発光性ナノ材料を合成し、その構造および物理化学的な特性の評
価を行い、多機能性と安定性を有することを明らかにした。多機能性と安定性を材料に付与
することは材料工学の分野における重要な課題であると考えられる。また本研究で合成さ
れたナノ材料は、生物学において酸素センシング、バイオイメージングなどへの応用が期
待されるとともに、光触媒反応を利用した工業廃水処理などを通して実社会における応用
の可能性が示されている。The synthesis and photophysical properties of various luminescent nanomaterials
with potential applications across environmental, industrial, and biomedical
fields were studied.
Pyrene-doped silica nanoparticles (PSNPs) were synthesized using a water-in-oil
microemulsion method, embedding pyrene within a silica matrix. Characterization
techniques confirmed the formation of spherical particles with an average size of
72 nm and a quantum yield of 27% for excimer emission. The fluorescence property
of PSNPs changed with oxygen concentration dissolved in water, enabling oxygen
monitoring, which is beneficial for measuring dissolved oxygen concentration,
monitoring water quality and so on. The singlet oxygen generation upon
photoexcitation highlights their potential in photocatalysis and antibacterial
applications.
Room temperature phosphorescence (RTP) materials were prepared using silica
nanoparticles heated under a nitrogen atmosphere at various temperatures. The
nanoparticles showed RTP which was visible to the naked eye after the excitation
light at 365 nm was turned off. This RTP may be attributed to carbon substitutional
defects within the silica lattice. Stable long-lasting luminescence of
nanoparticles prepared in this study is suitable for applications in bioimaging,
biosensing, and anti-counterfeiting technologies.
Fluorescent calcium phosphates were prepared by encapsulating carbon dots (CDs) as
fluorescent emitters. Using calcium salts as calcium sources, and phosphoric acid,
the fluorescent calcium phosphates were produced via a co-precipitation method.
XRD and FTIR confirmed the formation of brushite and hydroxyapatite. The calcium
phosphates exhibited blue fluorescence under the excitation light at 365 nm,
originating from the CDs. Their biocompatibility and fluorescence characteristics
make them suitable for biomedical applications, particularly in bioimaging and
biosensing, where materials need to be safe, degradable, and interact well with
biological systems.
Overall, advanced luminescent nanomaterials which were synthesized and
characterized in this study possess multifunctionality and stability. These are
challenging properties in the field of materials engineering. The nanomaterials
synthesized in this study show potential for real-world applications such as
oxygen sensing and bioimaging in biology, and waste water treatment using
photocatalysis reactions in industry.doctoral thesi
Estimation of floc condition in a dewatering process by image analysis using machine learning
No full textDewatering is a crucial process in sludge treatment plants, and appropriate mixing of polymer and sludge is an important factor in achieving efficient dewatering. This study focused on the condition of flocs produced by mixing sludge and polymer, and estimated the floc condition through visual analysis of images. In this study, the estimation of floc condition was assumed to be a classification problem of mixer speed, and validation was conducted to classify the appropriate speed based on the images. The proposed methodology involved the development of a machine learning model characterized by high accuracy and transparency. This model was formulated using two features extracted from the images, i.e., the gaps between flocs and their texture, which are the parameters used by human operators to estimate floc condition. Explainable Boosting Machine was used as the machine learning model, which allows interpretation of the model’s contents and can be applied easily. The classification accuracy of this model was validated using both interpolated and extrapolated data, yielding accuracies exceeding 95% in both scenarios. Furthermore, comparative analysis was performed between the proposed transparent box model and a conventional Convolutional Neural Network (CNN) model. Despite its transparent box nature, the proposed approach demonstrated a comparable level of accuracy to the CNN model in this comparative study.journal articl
in vitro およびin vivo 蛍光イメージングによるアミリン凝集阻 害の解析
Get PDF室蘭工業大学Muroran Institute of Technology博士（工学）タンパク質のミスフォローディングと凝集は、アルツハイマー病（AD）、パーキンソン病
（PD）、プリオン病、2 型糖尿病（T2DM）を含む多くの神経変性疾患の特徴である。これらの
疾患の中で、T2DM は慢性的な代謝疾患であり、高血糖症（長期間にわたる血漿中のグルコ
ース濃度の上昇）や標的組織でのインスリン抵抗性を伴う。現在、T2DM の発症率は世界的
に流行レベルに達しており、その治療は非常に重要である。アミリンは、T2DM の治療標的
として認識されている。しかし、アミリン凝集のメカニズムが明らかでないため、T2DM の
治療が妨げられている。
本研究では、量子ドット（QD）イメージング法を用いてアミリンのin vitro 凝集プロセ
スを解析した。QD 蛍光イメージングの結果、100 μM のアミリン存在下で、12 時間のイン
キュベーション後に凝集体が出現し始め、24 時間後には多数の凝集体が形成されることが
明らかになった。一方、50 μM のアミリンでは、12 時間のインキュベーション後には凝集
体は形成されず、24 時間後に多数の凝集体が観察された。共焦点レーザー顕微鏡観察によ
り、これらの凝集体が三次元的に堆積していることが確認された。透過型電子顕微鏡（TEM）
観察では、アミリンがin vitro でミスフォールドしたフィブリルとして存在し、QD が均一
にアミリンフィブリルに結合していることが明らかになった。さらに、微量ハイスループッ
トスクリーニング（MSHTS）システムを用いて、ポリフェノールであるロスマリン酸（RA）
が852.8 μM の50%効果濃度でアミリン凝集を阻害することを見出した。
In vivo 実験では、アミリンをゼブラフィッシュの胚にマイクロインジェクションし、異
なる濃度のRA に曝露した。蛍光イメージングにより、ゼブラフィッシュ内のアミリン凝集
をモニタリングし、蛍光強度を凝集の程度の指標とした。さらに、アミリン凝集阻害の生理
学的効果を評価するために、受精後 120 時間 (hpf) のゼブラフィッシュ幼生に対して行
動分析を実施した。その結果、RA への曝露によりゼブラフィッシュの蛍光強度が低下し、
アミリン凝集が減少することが確認された。さらに、RA はアミリンフィブリル化毒性に関
連する行動変化を軽減し、RA がin vivo でのアミリン凝集による毒性を効果的に緩和する
ことを示唆した。今後は、アミリン凝集阻害剤を幅広くスクリーニングし、in vitro およ
び in vivo 試験を通じて、アミリン凝集体の形成、沈着、および毒性を抑制する作用メカ
ニズムをさらに探求する予定である。Protein misfolding and aggregation are the hallmarks of many neurodegenerative
diseases, including Alzheimer’s disease (AD), Parkinson’s disease (PD), and type
2 diabetes mellitus (T2DM). Among these diseases, T2DM is a chronic metabolic
disease associated with hyperglycemia, elevated levels of glucose in plasma for
prolonged periods, and insulin resistance in target tissues. Currently, the
incidence of T2DM has reached epidemic proportions globally. Therefore, the
treatment of T2DM is of great importance. Amylin has been recognized as a
therapeutic target for T2DM management. The unclear mechanism of amylin aggregation
has hindered the treatment of T2DM.
In this study, I analyzed the in vitro aggregation process of amylin using the
quantum dot (QD) imaging method. QD fluorescence imaging revealed that in the
presence of 100 μM amylin, aggregates appeared after 12 h of incubation, while a
large number of aggregates formed after 24 h of incubation. In contrast, 50 μM
amylin did not form aggregates after 12 h of incubation but produced a large number
of aggregates after 24 h. Confocal laser microscopy observations revealed that
these aggregates were deposited in three dimensions. Transmission electron
microscopy (TEM) revealed that amylin existed as misfolded fibrils in vitro and
that QDs were uniformly bound to the amylin fibrils. In addition, using a
microliter-scale high-throughput screening (MSHTS) system, I found that rosmarinic
acid (RA) inhibited amylin aggregation at a half-maximal effective concentration
of 852.8 μM.
In vivo, amylin was microinjected into zebrafish embryos and exposed to different
concentrations of RA. Fluorescence imaging was used to monitor amylin aggregation
in the zebrafish, with fluorescence intensity serving as an indicator of the extent
of aggregation. Additionally, behavioral analysis was performed on zebrafish larvae
at 120 hours post-fertilization (hpf) to assess the physiological effects of amylin
aggregation inhibition. The results showed that exposure to RA reduced fluorescence
intensity in zebrafish, indicating a decrease in amylin aggregation. Moreover, RA
exposure alleviated behavioral changes associated with amylin fibrillation
toxicity, suggesting that RA effectively mitigates the toxicity induced by amylin
aggregation in vivo. In the future, I plan to screen a broader range of amylin
aggregation inhibitors for in vitro and in vivo testing to further explore the
mechanism of action in inhibiting the formation, deposition, and toxicity of amylin
aggregates.doctoral thesi
真核微生物からのアミロイドβ凝集阻害活性の高い抽出物のスクリ ーニングと抽出物による細胞外アミロイドβ凝集の減少
Get PDF室蘭工業大学Muroran Institute of Technology博士（工学）アルツハイマー病（AD）は、進行性の認知機能障害や行動障害を特徴とする中枢神経系の
変性疾患である。AD は認知症患者の60〜70%を占める最も一般的な認知症のタイプである。
AD の主な病理学的特徴は、脳内にアミロイドβ（Aβ）を含む細胞外プラークが蓄積するこ
とである。Aβ を標的とした免疫療法薬には大きな進展が見られており、米国食品医薬品局
（FDA）はLeqembi™（レカネマブ）およびKisunla™（ドナネマブ）を承認した。これらの薬
は臨床応用で一定の成果を上げているものの、AD を完全に治癒することは依然として困難
であり、さまざまな副作用を伴う。
近年、世界中の研究者たちによりAβ 凝集阻害剤のスクリーニングが著しく進展し、天然
抽出物が強力なAβ 凝集阻害活性を示すケースが増えている。そのため、これらの天然抽出
物を日常の食事に取り入れることは、AD の予防に向けた安全な手段を提供する可能性があ
る。
本研究では、強力なAβ 凝集阻害剤をスクリーニングするために、200 種類以上のキノコ
類からなるライブラリを選んだ。キノコエキスをスクリーニングするために、量子ドットイ
メージングを用いた自動化微量ハイスループットスクリーニング（MSHTS）システムを使用
した。210 種類のキノコ抽出物のうち、11 種類がAβ 凝集阻害活性を示した。その中で、コ
フキサルノコシカケとカバノアナタケがより優れた阻害活性を示した。
次に、MSHTS 結果に基づいて、コフキサルノコシカケのメタノール抽出物の分画を行った。
最初に、極性および非極性溶媒を用いてメタノール抽出物を分画した。エーテルおよび酢酸
エチル画分がAβ 凝集阻害活性を示した。酢酸エチル画分はシリカゲルカラムクロマトグ
ラフィーを用いてさらに分画され、MSHTS アッセイにより評価した。最終的に、EC50 が2.30
± 0.859 μg/ml の阻害活性を有する活性画分を得ることができた。しかし、さらなる分画
に伴い活性が低下したため、未解明の複数の化合物による相乗効果があるのかもしれない。
将来、この阻害活性のメカニズムを解明したいと考えている。
また、MSHTS システムを使用していくつかの変形菌類のAβ 凝集阻害活性を評価したとこ
ろ、モジホコリが高い活性を示した。さらに、50 種類のカビ類のAβ 凝集阻害活性を評価
し、そのうち18 種類が活性を示した。
全体として、本研究は、真核微生物がAD 予防において潜在的な価値を持つことを示唆して
いる。MSHTS システムはハイスループットスクリーニングにおいてその可能性を示し、キノ
コ類、変形菌類、カビ類からの潜在的な活性化合物の評価を可能にした。真核微生物をAD
研究に取り入れることで、革新的な治療法や機能性食品の探索に新たな道が開かれ、神経変
性疾患が引き起こす課題の解決に役立つ可能性があるAlzheimer’s disease (AD) is a degenerative disease of the central nervous system
characterized by progressive cognitive dysfunction and behavioral disorders. AD is
the most common type of dementia, accounting for 60–70% of dementia cases. The
main pathological feature of AD is the accumulation of extracellular plaques
containing amyloid β (Aβ) in the brain. Significant progress has been made in
immunotherapeutic drugs targeting Aβ. The U.S. Food and Drug Administration (FDA)
has approved Leqembi™ (lecanemab-irmb) and Kisunla™ (donanemab-azbt). Although
these drugs have achieved certain results in clinical applications, they are still
unable to effectively cure AD and are associated with various side effects.
In recent years, significant progress has been made by researchers worldwide in
screening for Aβ aggregation inhibitors, with natural extracts showing
increasingly potent Aβ aggregation inhibitory activity. Therefore, incorporating
these natural extracts into daily diets may offer a safe approach for the prevention
of AD.
In this study, I chose a library of mushrooms (over 200) to screen potent Aβ
aggregation inhibitors. To screen mushroom extracts, I used quantum dot imaging
based automated microliter-scale high throughput screening (MSHTS) system. Out of
210 mushroom extracts, 11 extracts showed Aβ aggregation inhibition. Among them
Ganoderma applanatum and Fuscoporia obliqua showed better inhibition activity. I
went ahead to perform MSHTS assay guided fractionation of methanol extract
Ganoderma applanatum (200 grams). Initially, methanol extract was fractionated
using polar and non-polar solvents. Ether and ethyl acetate fractions displayed
Aβ aggregation inhibitory activity. The ethyl acetate fraction was subjected to
sub fractionation using silica gel column chromatography followed by MSHTS assay.
Finally, I was able to get active fraction with inhibitory activity and EC50 is
2.30 ± 0.859 μg/ml. However, the activity decreased with further purification,
so there may be a synergistic effect of multiple compounds that has not yet been
elucidated. In future, I would like to elucidate the mechanism behind its
inhibitory activity.
I also evaluated the Aβ aggregation inhibitory activity of some myxomycetes using
the MSHTS system, among which Physarum showed high activity. Furthermore, I
evaluated the Aβ aggregation inhibitory activities of 50 molds, of which 18 showed
activities.
Overall, this study indicates that eukaryotic microorganisms hold potential value
in the prevention of AD. The MSHTS system demonstrated its prospects in highthroughput
screening, enabling the evaluation of potential active compounds from
mushrooms, myxomycetes, and molds. Incorporating eukaryotic microorganisms into AD
research opens new avenues for exploring innovative therapies and functional foods,
which may help address the challenges posed by neurodegenerative diseases.doctoral thesi
高流動化コンクリートの性能評価および施工標準の提案
Get PDF室蘭工業大学博士（工学）本研究では，コンクリート工事における生産性および品質の向上を目的に普通強度領域の高流動コンクリートを汎用的に使用するため，スランプ管理のコンクリートに現場で混和剤をあと添加して製造するスランプフローで管理する流動化コンクリート（以下，高流動化コンクリート）を対象に，その性能評価および施工標準の提案を行った。
高流動化コンクリートの性能評価として，室内実験，実機実験および施工実験を通じて高流動化コンクリートの基礎性状や施工性，耐久性等について検討を行った。
高流動化コンクリートの材料分離抵抗性は，JIS A 5308に定められる呼び強度とスランプフローの範囲においては，スランプフローの上限まで流動化した場合でも，材料分離は生じないと考えられるが，締固めの時間によっては材料分離を生じる恐れがあるため，締固め時間に留意が必要である。高流動化コンクリートの間隙通過性は，工場製造の高流動コンクリートと概ね同等であったが，ベースコンクリートにスランプ18cmの調合を使用した場合ついては，ベースコンクリートにスランプ21cmの調合を使用した場合と比べ同等のスランプフローの時のJリングフロー試験におけるPJ値がやや小さい傾向であった。また，高流動化コンクリートの凝結時間は，流動化剤の添加率の増加に伴い遅れ，流動化がブリーディング量，圧縮強度および静弾性係数に及ぼす影響は小さかった。
RC構造物の施工実験では，締固め時間を適切に管理すれば，材料分離を生じず高い品質と省力化が実現できたが，流動化後や打ち込んだコンクリートでは耐凍害性が低下する傾向も確認された。ポンプによる長距離圧送やCFT柱への充填では工場製品と大差なく施工可能であった。酷暑期におけるスランプフロー低下量は，流動化後の経時30分で10cm程度であり，流動化剤を再添加した場合でも構造体強度はベースコンクリートと同等であった。
高流動化コンクリートの耐久性は，中性化抵抗性および乾燥収縮はベースコンクリートと同等であるものの，耐凍害性はフレッシュ時の空気量を4%以上確保した場合でも，低い場合があった。高流動化コンクリートの耐凍害性は，スランプフロー，空気量，増粘剤含有混和剤の添加率，圧縮強度などの要因が複合的に影響し，向上策としては，流動化後の空気量を5%以上確保することや，フライアッシュコンクリート用のAE剤を用いることが有効であることが示唆された。
高流動化コンクリートの品質管理手法としてプローブシステムの適用を検討し，スランプフローの推定曲線を校正することで品質の連続管理に適用可能と考えられ，プローブシステムを用いることで，流動化剤の添加率の決定や，攪拌時間の目安を得るのに有効であることが示唆された。
以上の結果を用い，高流動化コンクリートの選定基準や試し練りにおける評価項目，施工方法などの内容を含めた施工標準を提案し，実構造物への適用事例を報告した。In this study, with the aim of improving productivity and quality in concrete construction, performance evaluation and proposal of construction standards were conducted for high fluidity concrete with ordinary strength, which can be widely used by adding admixture on site to slump-controlled concrete and controlling it by slump flow (This concrete is “plasticized concrete controlled by slump flow” and hereafter referred to as “plasticized concrete”).
The performance of plasticized concrete was investigated through laboratory experiments, actual experiments, and construction experiments, focusing on its basic properties, workability, and durability.
Regarding segregation resistance, even at the upper slump flow limit defined by JIS A 5308 for specified strength and slump flow range, segregation was unlikely, though compaction time required attention as excessive compaction may cause segregation. Passing ability of plasticized concrete was generally comparable to plant-produced high fluidity concrete, but with an 18 cm slump base mix, the PJ value in the J-ring test at equivalent slump flow was slightly lower than with a 21 cm base mix. Setting time tended to be delayed as superplasticizer dosage increased. Plasticization had little effect on bleeding, compressive strength, and static elastic modulus
In construction experiments with RC structures, high quality and labor-saving were achieved without segregation by properly managing the compaction time, though a tendency for reduced frost resistance was observed in the concrete after plasticization and placement. Long-distance pumping and filling into CFT columns could be executed as successfully as with plant-produced products. During periods of extreme heat, the decrease in slump flow after 30 minutes of plasticization was around 10 cm, and even when the superplasticizer was re-added, the structural strength remained comparable to that of the base concrete.
In terms of durability, carbonation resistance and drying shrinkage of plasticized concrete were equivalent to base concrete, but frost resistance was sometimes low even with fresh air content at 4% or more. Frost resistance was influenced by factors such as slump flow, air content, viscosity-modifying admixture dosage, and compressive strength. Maintaining post-plasticization air content above 5% and using fly ash concrete AE agents were effective improvement measures.
As a quality control method, the applicability of the probe system was examined. It was considered possible to apply it for continuous quality control by calibrating the estimated curve for slump flow, and the probe system was found effective in determining the appropriate dosage of fluidizing agent and optimal mixing time.
Based on these results, construction standards were proposed, including selection criteria for plasticized concrete, evaluation items for trial mixes, construction methods, and application examples for actual structures were reported.doctoral thesi