ブックタイトルクロスオーバーNo.40

概要

クロスオーバーNo.40

03学際高等研究教育院／学際科学フロンティア研究所 東北大学クロスオーバー No.40本研究は、日本固有の天然ガス資源であるメタンハイドレート（以下、MH）からのメタンガス解離メカニズムを明らかにすることで、海洋MH からのメタンガス生産量の高精度推定や、ガスハイドレートを利用した天然ガス輸送技術などへの貢献を目的としています。MH は、水のかご構造にメタン分子を含む化合物であり（図 （a））、低温高圧条件下で安定して存在します。大気圧下ではマイナス80℃以下という低温環境でなければ存在できません。近年、ニュースなどで話題となるMH は、この“低温高圧条件”を満たす日本近海の深海底下に存在しています。MH は周囲の熱を奪いながら、メタンガスと水に分解するため、メタンガス生産には、熱エネルギーが必要となります。そのため、国産資源としてMH を利用するためには、高エネルギー効率なメタンガス生産技術の開発や、MH 分解の支配因子を明らかにすることが重要となります。そこで本研究では、MH 分解の支配因子を明らかにする上で重要となるMH 界面近傍における熱物質輸送に着目しました。MH は低温高圧で安定するため、ペルチェモジュールを用いた温度制御容器を開発し、実験室内でのMH 安定生成に成功しました。また、MH 界面近傍における熱物質輸送の定量計測には、熱や物質の流れを乱さない非接触計測や、二次元的な拡散場の取得が重要となります。本研究では、画像処理技術である位相シフト技術と高速度カメラを用いた高速位相シフト干渉計という独自の計測技術を適応し、MH 分解時の界面近傍における非定常密度場変化を、非接触かつ高時空間分解能で計測することに成功しました（図（ b））。また、計測値と数値計算の比較の結果、MH の分解は、拡散律速でなく、反応律速に近い状態で生じる可能性を明らかにしました（図 （c））。現在は、計測結果をもとに、化学の知見を融合したMH分解モデルの構築に取り組んでおります。また今後は本計測装置や解析技術を応用した他ガス種のハイドレート分解現象の評価や、超臨界流体などの熱物質輸送計測への応用を目指しています。There are several types of cellsresiding in our brain includingneurons and astrocytes. Astrocyteshave been discovered overa century ago, but until recentlyresearchers believed they haveonly supportive roles in the brain.Over the last two decades astrocyteswere discovered to contributeto a vast number of processes.They are controlling brain homeostasis,blood flow and neural activity.In contrast, impaired astrocyte function was observedin neurological diseases, such as Alzheimer’s disease.Astrocyte cell signaling can be activated by neurotransmittersthat are released from local neurons. However, untiltoday we do not fully understand, which neurotransmittersaffect astrocytes and how this cell signaling translatesinto behavior. So far, only a few neurotransmitters havebeen studied in connection with astrocytes function. In myresearch I look closer at the neurotransmitter histamineand investigate its impact on astrocyte function. Histaminesignificantly contributes to learning and memory and regulatesthe sleep-wake cycle. And similarly to astrocytes,also histamine is a known key player in the development ofAlzheimer’s disease.To extensively study the interaction of histamine and astrocytesit is important to use different approaches. First,I am investigating the interaction of the neurotransmitterand the cell on a molecular level to better understand thesurface protein (receptor) involved in this process. In thenext step, I am genetically deleting the receptor to studyhow this will affect the ability to learn and memorize andto maintain a healthy sleep-wake cycle. Finally, I am usingmolecular imaging to determine, whether there is a connectionof astrocyte function and abnormal histamine signalingin the development of neurological diseases.The outcome of my study will help us to better understandthe roles of histamine and astrocyte signaling in neurologicaldiseases and might provide us with new therapeuticalopportunities.「 高速位相シフト干渉計を用いたメタンハイドレート界面近傍における熱物質輸送の高精度可視化」「 New advances inastrocyte research」神田 雄貴物質材料・エネルギー領域博士研究教育院生3年工学研究科機械機能創成専攻Aniko Karpati生命・環境領域博士研究教育院生3年医学系研究科　医科学専攻研究教育院生の研究紹介Figure 1: The role of histamine in astrocyte signaling remains unknown.Genetic manipulation, behavioral studies and molecularimaging are used to study histamine-mediated astrocyte function.