hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
無線メッシュネットワークにおけるレイヤ２でのマルチキャスト方式

無線メッシュ網において今後はモバイルユーザが撮影するライブ映像の配信サービスが増加することが考えられ,帯域利用効率の点から送信端末の移動をサポートするマルチキャストが不可欠である.本研究では網を複数のIPサブネットに分割しサブネット内ではレイヤ2マルチキャストをサブネット間ではレイヤ3マルチキャストを行うHi-mobilecastを提案した.性能評価により,Hi-mobilecastはPIM-SMと比較してレイヤ3マルチキャスト機能を備える必要のあるAPの数を削減しつつ,エンドエンドのホップ数,達成可能な配信レートに相当する指標でそれぞれPIM-SMとほぼ同等の特性を実現できることを示した.無線メッシュにおいて,イベント時のリアルタイム映像配信を想定し送信端末が移動しながら行うマルチキャストを効率よくサポートするルーチングを考案した.既存方式として一般的なPIM-SMを利用する場合はすべてのAPがマルチキャストルータの機能を有する必要があり,通常の無線メッシュと比較し機器コストが大幅に増加する.新たに考案した方式は網をN個のサブネットに分割し,サブネット内ではIGMPスヌーピングを利用したレイヤ2マルチキャストを,サブネット間ではPIM-SMによるレイヤ3マルチキャストを行う方式(以下,ハイブリッド方式)である.この手法ではマルチキャストルータの機能を持つAP(以下,マルチキャストルータAP)の数はサブネット毎に1台のみで良いため機器コストを抑えられる点に特徴がある.ハイブリッド方式では各サブネット内に置くマルチキャストルータAPの配置によっては従来のPIM-SM SPTと比較し経路のホップ数が大きく増加する可能性があるため,この問題を軽減するAP配置手法の検討を行った.シミュレーションによる評価の結果,網の各APについて媒介中心性指標と呼ばれる値を計算し,サブネット内で網の中心に最も近い位置にあるAP一台をマルチキャストルータAPとする手法(以下,中心性方式)が最も良い特性を示し,PIM-SM SPT方式と比較し経路の平均ホップ数が10%増加することを許容すればマルチキャストルータAPの数を約1/4に低減できることが明らかとなった.ハイブリッド方式では,マルチキャストルータAPで必ず経路を分岐させる必要があることからこのAP付近のリンクで経路が重複しデータの最大配信速度が低下する問題も生じうるが,中心性方式は他のAP配置法と比較し最大配信速度の低下を最も抑えられることができ,PIM-SM SPTに対する最大配信速度の低下は約20%に抑えられることを示した.無線メッシュ網において今後はモバイルユーザが撮影するライブ映像の配信サービスが増加することが考えられ,帯域利用効率の点から送信端末の移動をサポートするマルチキャストが不可欠である.本研究では網を複数のIPサブネットに分割しサブネット内ではレイヤ2マルチキャストをサブネット間ではレイヤ3マルチキャストを行うHi-mobilecastを提案した.性能評価により,Hi-mobilecastはPIM-SMと比較してレイヤ3マルチキャスト機能を備える必要のあるAPの数を削減しつつ,エンドエンドのホップ数,達成可能な配信レートに相当する指標でそれぞれPIM-SMとほぼ同等の特性を実現できることを示した.今年度はlayer2技術のみを利用した無線メッシュ網のマルチキャストとして以下の擬似的なマルチキャスト手法の検討を行った.この手法の概略は以下の通りである.(1)全APをN個の小グループに分け,各々のグループでグループ内のAPのみを接続するVLANツリーを合計N本構築しておく.さらに各グループで代表APを1台選出する.(2)マルチキャストセッションが開始されると,送信端末から送信されたデータパケットは,まず端末が所属するグループの代表APにユニキャストで送られる.(3) (2)で送信端末からパケットを受信した代表APは,その時点で受信端末が存在するグループの代表APにそれぞれユニキャストでパケットを中継する.(4) (3)でパケットを受信した各代表APは,VLANブロードキャストにてグループの全APにパケットを配信するこの手法は網全体へのブロードキャストする,あるいは個別にユニキャストするのに比べリンク利用効率の大幅な向上が見込める.一方,個別ユニキャストと比べれば一般に送信端末・受信端末間の経路の総ホップ数が増加するため,増加を可能な限り抑えるためのグループ化手法について以下の2方式を取り上げ,シミュレーションによる評価検討を行った.(方式1)k-means法によりAPをN個のクラスタに分割して各々をグループとする方式.ここではクラスタ中心が代表APとなる.(方式2)各APについて網全体での媒介中心性指標を算出してこの値の高い順にN個のAPを代表APとし,残りのAPは自らに最も近い代表APのグループに所属させる.評価の結果,(方式2)が,網全体の総使用リンク数,送信端末・受信端末間の平均ホップ数の両者を低く抑えられる手法であることが明らかとなった.無線メッシュ網において,ユーザが地域のイベントの様子などを移動しながら撮影し,映像をライブで網内にマルチキャスト配信するケースを想定して,送信元端末の移動をサポートする新たなマルチキャストルーティングを提案した.従来の代表的な手法であるPIM-SMを適用すると基本的には網内のすべてのメッシュノードがPIM-SMによるレイヤ3マルチキャスト機能をもつ必要があり,トータルの機器コストが増大する.

本研究では網を複数のサブネットに分割して各サブネットでは代表ノード1台のみにPIM-SMとレイヤ2 VLANの機能を,他のメッシュノードにはレイヤ2VLAN機能のみを持たせ,サブネットを跨がるパケット送信はPIM-SMで,サブネット内のパケット送信はレイヤ2マルチキャストであるIGMP snoopingを用いることで網全体でレイヤ3マルチキャスト機能を持つメッシュノードの数を削減し機器コストを低減するシステムを提案した.本システムにおける各サブネットでの代表ノードの選択手法として,網全体での媒介中心性指標値から網の中心により近いノードを選択する手法を提案した.性能評価の結果,メッシュノード30台の網においてサブネットの数の15台とする条件でマルチキャスト木に沿った送信元・宛先端末間のホップ数特性は,平均値と90%値のそれぞれにおいて,全てのノードにPIM-SMの機能を持たせる場合と比べて最大でも15%程度の増加にとどまることが示された.同じ条件で,マルチキャスト配信レートを決定づける指標として,マルチキャスト木を構成するリンク上での最大トラフィック量を評価した結果,提案方式は従来のPIM-SMと比較して最大15%程度の増加にとどまることが示された.すなわち従来方式の性能を大きく損なわずにマルチキャスト機能を持つノード数を従来の約1/2に低減できるということを明らかにすることができた.情報通信工学当初の予定では平成25年度は提案システムを有線VLAN網に実装し基本機能の検証を行うこととなっていたが,24年度での検討の結果,提案方式はマルチキャストツリーの構成法,特にサブネットの分割方法に関する理論的な側面で検討すべき事項が多く,実装と比較しこちらのテーマ検討の方が学術的価値が高いと判断したため,詳細な特性をシミュレーションにより評価する方針に変更した.結果として有益な成果が得られ,昨年12月に国際会議で発表を行ったところBest Paper Awardを頂くこととなった.現在,24年度の成果とこちらを合わせる形で論文にまとめ投稿に向け準備を行っている.当初は論文執筆を26年度後半に予定していたことから,26年度と25年度の計画が入れ替わる形となっており実装は今年度行うこととなる.全体としてはおおむね計画通りに進んでいると判断する.計画では2つのサブテーマを設け,サブテーマ(a)では1つのVLANツリーの内部において,ツリーの根のAPとマルチキャストメンバが存在するAPを結ぶリンクにのみパケットを中継し,他のツリーのリンクにはパケットを流さない手法の確立を,サブテーマ(b)では各リンクの品質を考慮し品質の高い木.低い木を判定するメトリックの確立をゴールとしてあげた.テーマ(a)の手法については,調査の結果,一般のVLANスイッチがサポートしているIGMPスヌーピングにより実現可能であることが判明したためテーマから外した.テーマ(b9については未だ成果が得られておらず,25年度に実験実施と並行して検討を行っていく予定である.テーマ(a)を課題から外した代わりに,APのグループ分け手法の検討を新たな課題として設定し,こちらについては一定の成果が得られた.全体として,提案手法の基本的な特性をシミュレーションにより明らかにするという目標が達成されたと判断し,達成度は(2)とした.今年度は当初の計画通り,提案するハイブリッド方式をVLANスイッチ上に実装し機能検証を行う.AP間のリンクは指向性アンテナにより,APと端末の間のリンクは無指向アンテナで構成する.
シグナル伝達イメージング技術による、神経細胞死抑制剤投与法の開発

虚血による神経細胞死では、酸化ストレスが重要な役割を果たしている。ラットの虚血モデルにおいて、虚血部位の周囲でMAPキナーゼがリン酸化がおこる。酸化ストレスによる神経細胞死において、シグナル伝達物質、MAPキナーゼの活性化が関与するといわれ、治療のターゲットの一つとして期待されている。本研究では、(1)酸化ストレスによる細胞死モデルであるマウスの海馬由来のHT22細胞を用いて、MAPキナーゼの活性化を反映するFRET (fluorescence resonance energy transfer)プローブを組み込み、酸化ストレスによるMAPキナーゼの活性化を、可視化、定量化する実験系を確立する。(2)酸化ストレスをうけてから神経細胞死に至るまでの過程におけるMAPキナーゼ活性を1細胞レベルでリアルタイムに観察しその制御メカニズムを明らかにする。MAPキナーゼの活性化パターンと細胞の生存時間の関連性を明らかにし、MAPキナーゼの活性化による細胞の生存から死へ至る臨界点、すなわち細胞死から回避しうる限界点を明らかにする。本年度は、FRETプローブを組み込んだHT22細胞が観察可能であるかかどうかを検討した。1分ごとの短い時間間隔で蛍光画像を高解像度で16時間以上観察可能であった。無刺激では、MAPキナーゼの活性化が観察されず、多くの細胞が12時間以上生存した。一方、グルタミン酸を投与し、細胞に酸化ストレスをあたえると、MAPキナーゼが活性化し、細胞死が生じる現象を可視化した。グルタミン酸のさまざまな濃度を細胞に与えて、酸化ストレスにより活性化されるMAPキナーゼの活性化の度合いを定量した。本年度の計画では、可視化:細胞を蛍光顕微鏡を用いて観察するまでを目的としていたが、定量化:オートトラッキングプログラムの開発着手まで行うことができ、計画を当初の予定より早く進めることができも可能となった。オートトラッキングプログラムを用いて、撮影した画像の蛍光信号を自動認識し、1細胞ごとに、定量化し、時系列データを取得した。本年度は、作成を開始した実験系およびオートトラッキングプログラムをもちいて、治療薬の効果、限界を明らかにする。特に時系列データから予測される活性化の限界にたっする直前のタイミングにおいて治療薬を投与することで、臨界点より前で、薬剤にてMAPキナーゼの活性化をコントロールし、神経細胞死を抑制する治療法の開発を目指す。さらに、他家由来の神経再生治療薬が開発、上市される予定で、それに関連した研究も進めていく。当初購入予定であった機械が平成31年度に新機種が発売されるとの情報があり、年度内の購入を見合わせ、平成31年度に購入することにした。人件費も人材派遣会社を利用することを想定していたが、募集により直接雇用することができ、人件費を圧迫することができた。
プロスタサイクリン欠損による腎血管障害発症機序の解明と改善・予防へのアプローチ

n-6系必須多価不飽和脂肪酸のアラキドン酸にシクロオキシゲナーゼによる酸素添加によって生じたプロスタグランジン(PG)H2は、特異的なPG最終合成酵素によってさまざまな構造のPGへ変換される。これらのPGのうちプロスタサイクリン(PGI2)は、PG最終合成酵素の1つであるPGI2合成酵素によってPGH2から産生され、心血管系の恒常性維持に重要なはたらきを担う生理活性脂質である。PGI2合成酵素の遺伝子を破壊したマウスはPGI2欠損状態となり、加齢に伴い慢性腎臓病様の腎障害を発症する。本研究では、PGI2欠乏が惹起する腎血管障害についてPGI2欠損マウスを用いて解析し、1障害の発症機序に関わる情報伝達経路、2腎および血管保護作用におけるPGI2とアディポネクチンとの関連性、3n-3系多価不飽和脂肪酸による病態改善・予防効果を明らかにすることを目的とし、加齢や生活習慣病に伴う腎血管障害の改善と予防へのアプローチの基盤としたい。PGI2合成酵素遺伝子破壊のヘテロ接合体では、ホモ接合体で認められる腎障害は組織学的には観察されない。昨年度、加齢マウスの腎臓における炎症性サイトカインのmRNA発現レベルを調べた結果、野生型と比較してヘテロ接合体で優位な発現上昇が観察された。そこで他の臓器についても検討したところ、肝臓では野生型とヘテロ接合体マウスで炎症性サイトカインの発現レベルに差は見られなかった。ヘテロ接合体マウスのPGI2産生量には、野生型と比較して組織によって異なる可能性が考えられるため、組織別のPGI2産生量とあわせて引き続き詳細な検討を行っている。培養細胞を用いてn-3系多価不飽和脂肪酸による炎症抑制作用を検討したところ、EPA含有培地で培養維持した3T3-L1由来脂肪細胞では、炎症性アディポサイトカインの発現に低下傾向がみとめられた。動物を用いた実験では、大規模な遺伝子改変マウスの繁殖・飼育が困難なために時間がかかっているが、可能なところから解析を進めている。動物を用いた実験とともにn-3系多価不飽和脂肪酸による腎血管障害の病態改善および予防効果を調べる目的で、培養細胞を用いてエイコサペンタエン酸(EPA)摂取が腎血管障害惹起に与える影響について検討を進めている。PGI2欠損マウスの腎血管障害の発症について、腎障害が視覚的には確認できない加齢ヘテロ接合体マウスと野生型マウスとの間で、組織臓器によって炎症関連因子の発現に違いが見出されたため、ヘテロ接合体マウスと野生型の組織別のPGI2産生量とあわせて引き続引き続き解析を進め、まとめを行う。エイコサペンタエン酸(EPA)摂取がPGI2欠損マウスの腎血管障害に与える影響については、繁殖飼育に時間がかかっているが、集まった検体から順に腎血管障害発症・進展抑制効果の評価を行う予定である。腎血管障害にEPAが与える効果を細胞レベルで検討するために、線維芽細胞、血管系細胞を用いたEPAおよびEPAの添加実験等により、細胞の炎症や線維化に対する影響を調べる。さらにPGI2(あるいはPGI2の膜受容体や核内受容体のアゴニスト)の存在下あるいは非存在下に、アディポネクチン(APN)を添加し、CRP、IL-6、コラーゲンの産生やmRNA発現レベルを測定し、炎症や線維化に対する保護作用に変化が認められるかを検討する。脂肪細胞に分化誘導させた3T3-L1細胞を用いた解析はすでに進めているので、APN発現レベルが上昇している状態での共培養を試みる予定である。プロスタサイクリン(プロスタグランジン(PG)I2)はn-6系必須多価不飽和脂肪酸のアラキドン酸からシクロオキシゲナーゼ経路によって産生され、心血管系の恒常性維持に重要な働きを担う生理活性脂質である。PGI2合成酵素遺伝子破壊マウスはPGI2を産生できず、加齢に伴い慢性腎臓病様の腎障害を発症するが、その発症機構は明らかではない。本研究は、PGI2欠乏が惹起する腎血管障害についてPGI2欠損マウスを用いて解析し、1障害の発症機序に関わる情報伝達経路、2腎および血管保護作用におけるPGI2とアディポネクチンとの関連性、3n-3系多価不飽和脂肪酸による病態改善・予防効果を明らかにすることを目的とし、加齢や生活習慣病に伴う腎障害の改善と予防へのアプローチの基盤としたい。本年度は、主に腎血管障害発症に関与するPGI2シグナル伝達経路の解明のため、IP受容体あるいはPPAR-deltaのアゴニストを20日齢から34日齢まで腹腔内投与(1回/日)したマウスを用いて解析を行った。腎臓からTotal RNAを調製し、定量的リアルタイムPCR(qPCR)で炎症関連遺伝子等の発現を定量した。その結果、PPAR-deltaのアゴニストを投与したマウスでは、PGI2合成酵素欠損マウスにおいて、腎臓での炎症惹起因子の発現レベルが有意に低下したが、IP受容体アゴニストの投与では、有意な変化は認められなかった。一方、PGI2合成酵素欠損のヘテロ接合体では、ホモ接合体で認められる腎障害は組織学的には観察されないが、詳細な変化は検討していない。そこで、加齢マウスの腎臓における炎症性サイトカインのmRNA発現レベルを調べた結果、野生型と比較してヘテロ接合体で優位な発現上昇が観察された。

マウスの繁殖飼育が予定より遅れており、n-3系多価不飽和脂肪酸による腎血管障害の病態改善および予防効果を調べる目的で、エイコサペンタエン酸(EPA)摂取がPGI2欠損マウスの腎血管障害に与える影響を検討するためにEPA投与実験がやや遅れている。一方で、平成30年度に開始を予定していた細胞レベルでの実験に関連した検討を本年度に開始しており、全体的には進展している。n-6系必須多価不飽和脂肪酸のアラキドン酸にシクロオキシゲナーゼによる酸素添加によって生じたプロスタグランジン(PG)H2は、特異的なPG最終合成酵素によってさまざまな構造のPGへ変換される。これらのPGのうちプロスタサイクリン(PGI2)は、PG最終合成酵素の1つであるPGI2合成酵素によってPGH2から産生され、心血管系の恒常性維持に重要なはたらきを担う生理活性脂質である。PGI2合成酵素の遺伝子を破壊したマウスはPGI2欠損状態となり、加齢に伴い慢性腎臓病様の腎障害を発症する。本研究では、PGI2欠乏が惹起する腎血管障害についてPGI2欠損マウスを用いて解析し、1障害の発症機序に関わる情報伝達経路、2腎および血管保護作用におけるPGI2とアディポネクチンとの関連性、3n-3系多価不飽和脂肪酸による病態改善・予防効果を明らかにすることを目的とし、加齢や生活習慣病に伴う腎血管障害の改善と予防へのアプローチの基盤としたい。PGI2合成酵素遺伝子破壊のヘテロ接合体では、ホモ接合体で認められる腎障害は組織学的には観察されない。昨年度、加齢マウスの腎臓における炎症性サイトカインのmRNA発現レベルを調べた結果、野生型と比較してヘテロ接合体で優位な発現上昇が観察された。そこで他の臓器についても検討したところ、肝臓では野生型とヘテロ接合体マウスで炎症性サイトカインの発現レベルに差は見られなかった。ヘテロ接合体マウスのPGI2産生量には、野生型と比較して組織によって異なる可能性が考えられるため、組織別のPGI2産生量とあわせて引き続き詳細な検討を行っている。培養細胞を用いてn-3系多価不飽和脂肪酸による炎症抑制作用を検討したところ、EPA含有培地で培養維持した3T3-L1由来脂肪細胞では、炎症性アディポサイトカインの発現に低下傾向がみとめられた。動物を用いた実験では、大規模な遺伝子改変マウスの繁殖・飼育が困難なために時間がかかっているが、可能なところから解析を進めている。動物を用いた実験とともにn-3系多価不飽和脂肪酸による腎血管障害の病態改善および予防効果を調べる目的で、培養細胞を用いてエイコサペンタエン酸(EPA)摂取が腎血管障害惹起に与える影響について検討を進めている。プロスタサイクリン(PGI2)欠損マウスの腎血管障害の発症機序に関与するシグナル伝達経路について、加齢ヘテロ接合体マウスの腎臓で野生型マウスと比較して炎症関連因子の発現上昇が観察された。そこで、他の臓器組織を含めて引き続き解析を進め、腎臓にのみ認められる現象かを明らかにする。新たな解析対象もあるので、併せて解析を行い、結果の充実を図る。エイコサペンタエン酸(EPA)摂取がPGI2欠損マウスの腎血管障害に与える影響については、繁殖飼育に時間がかかるため、30-31年度をかけて、腎血管障害発症・進展抑制効果の評価を行う予定である。
呼吸器官局所でのインフルエンザウイルスに対するIgA中和抗体産生メカニズムの解析

インフルエンザウイルス感染防御においてはウイルス特異的中和抗体が主要な役割を担う。感染を初期で収束させるには、ウイルスを認識するIgAを上気道に誘導することが重要であるが、その誘導機構は不明である。本研究により呼吸器官におけるインフルエンザウイルス特異的IgAの産生には、ウイルス増殖によって誘導されるIL-6やIFN-gが重要な働きを担っていることが明らかとなった。またIgG1産生において重要な機能を担っているTfh細胞や胚中心は、抗ウイルスIgA産生においては必須ではないことが明らかとなった。これらの結果は上気道へのIgA誘導型ワクチンの開発において重要な基礎的知見を与えるものである。インフルエンザウイルスの感染防御にはウイルス特異的IgAが重要であることが知られているが、その誘導メカニズムには不明な点が多い。我々はウイルス特異的IgA産生をサポートするT細胞とその働きに必要なサイトカインネットワークを明らかにすることを目的に研究を行っている。27年度はウイルス特異的IgA産生に必要なT細胞について調べるため、1)T細胞のいないマウスでのIgA産生。2)GC/TfhシステムのないマウスでのIgA産生、3)ウイルス感染後に肺において誘導されるT細胞の解析、を行った。1)においてはこれまでの報告どおりヘルパーT細胞のいない状況ではウイルス特異的IgAは産生されないことが確認された。2)ではIgG1抗体の産生や抗体の親和性増強に重要な役割を担うことが知られているGerminal center(GC)とGCに存在するTfh細胞の役割を調べる目的で、GCの形成されないマウスとTfh細胞が誘導されないマウスを用いて実験を行った。いずれのマウスにおいても野生型マウスと同等のウイルス特異的なIgA産生が認められたことから、ウイルス特異的IgAの誘導にはGC/Tfhシステムは必須ではないことが明らかとなった。3)これまでの実験よりTfh細胞が必要ではないことが明らかとなったことから、Tfh細胞以外のどのようなヘルパーT細胞が、感染後の肺に誘導されるのかを解析した。インフルエンザウイルス感染後、ケモカインレセプターCXCR3を高発現しOX40やICOSなどB細胞との相互作用に必要な分子を発現したTh1細胞が肺に多数誘導されることが明らかとなった。初年度にあたる本年度において、GCやTfh細胞はインフルエンザウイルス特異的IgA産生に必須ではないことを明らかとし、ウイルス特異的IgA産生をサポートするT細胞として有力な候補としてTh1細胞に注目するところまで、研究は進行しており、概ね順調であると判断できる。またこのTh1細胞のトランスクリプトーム解析や、サイトカインネットワークの解析も年度をまたいで進行中でありこの点でも研究は順調に進展しているものと判断している。前年度までの研究において、肺でのインフルエンザウイルス特異的IgAの産生にはヘルパーT細胞が必要であるが、一般に抗体産生を誘導する濾胞性ヘルパーT細胞はこのIgA産生に必須でないことが明らかとなっていた。またインフルエンザウイルス感染後のIgAの誘導に先立って肺にI型ヘルパーT細胞(Th1)細胞が誘導されることも明らかとなっていた。H28年度においては、Th1細胞によるIgA産生メカニズムの解明を目的として研究を行った。Th1細胞が主に産生するサイトカインであるIFNgのIgA産生への寄与は、IFNgの欠損マウスでウイルス特異的IgA産生が低下したことより確かめられた。インフルエンザウイルスの感染後、ウイルス特異的Th1細胞は肺のみならず、マウスの排出リンパ節や脾臓においても認められるようになるが、IgAは肺において優先的に産生される。このことから肺にはB細胞をIgA産生B細胞へと分化させる特有の環境が整っていることが考えられる。この肺特有の環境について調べるために、インフルエンザウイルス感染前後での肺の常在細胞(肺胞上皮細胞や肺胞マクロファージなど)のトランスクリプトーム解析を行った。その結果、ウイルス感染により、これまでの研究からB細胞でのIgA産生に関与することが報告されているIL-6、TSLP、IL-33、IL-22、IL-23、IL-25などを含む多数のサイトカインの発現の上昇が認められた。IL-6欠損マウスでは実際にウイルス特異的IgAの産生の低下が認められた。TSLP、IL-33、IL-22、IL-23、IL-25の欠損マウスではIgAの低下は認められなかった。これらのことから、ウイルス感染によって肺に誘導されたウイルス特異的Th1細胞がIL-6存在下でB細胞と相互作用することによって、ウイルス特異的IgA産生B細胞が形成されるという機構が明らかとなった。H28年度において、本研究課題での主な目標である、肺でのインフルエンザウイルス特異的IgA産生に必要なヘルパーT細胞とサイトカインの同定が達成されており、計画はおおむね順調に進展していると考えられる。肺でのインフルエンザウイルス特異的IgAの産生には、ウイルス感染によって肺に誘導されるTh1細胞と、感染肺において多量に産生させるIL-6が必要であることが、本年度の研究によって明らかとなった。これらの成果は最終年度における、ウイルス特異的IgA産生機構の全容の解明にむけての重要なマイルストーンとなるため、本研究課題の進捗状況は順調であると判断するものである。インフルエンザウイルスの感染防御において、上気道における抗ウイルスIgA抗体が主要な役割を演じることが知られているが、その産生機構についてはよくわかっていない。

前年度までの本研究において、呼吸器官におけるインフルエンザウイルス特異的IgA抗体の産生には、1)ヘルパーT細胞が必須である、2)濾胞性ヘルパーT細胞(TFH)は必須ではない、3)胚中心の形成は必須ではない、4)サイトカインであるIFN-gやIL-6が必要である、ことが明らかとなっていた。最終年度においては抗ウイルスIgA抗体の機能を調べるために、抗ウイルスIgA抗体を含む肺胞洗浄液をマウスに移入し、その感染防御効果を評価した。抗ウイルスIgA抗体を含む肺胞洗浄液の移入によって、非免疫マウスは致死量のインフルエンザウイルスの感染から防御された。肺胞洗浄液中には抗ウイルスIgA抗体のみならず抗ウイルスIgG抗体も存在するため、これだけではIgAの効果だけを評価したとは言えない。そこで次に、このウイルス防御効果がIgA抗体によるものであることを証明するために、胚中心が発達しない遺伝子組み換えマウスを用いた。このマウスでは肺胞洗浄液中の抗ウイルスIgA抗体量は変わらないが、抗ウイルスIgG抗体量が著しく低下する。これらの遺伝子組み換えマウスから採取した肺胞洗浄液の移入によっても、インフルエンザウイルスの感染は完全に阻害されたことから、呼吸器官におけるインフルエンザウイルス特異的IgA抗体の強い防御能が証明された。インフルエンザウイルス感染防御においてはウイルス特異的中和抗体が主要な役割を担う。感染を初期で収束させるには、ウイルスを認識するIgAを上気道に誘導することが重要であるが、その誘導機構は不明である。本研究により呼吸器官におけるインフルエンザウイルス特異的IgAの産生には、ウイルス増殖によって誘導されるIL-6やIFN-gが重要な働きを担っていることが明らかとなった。またIgG1産生において重要な機能を担っているTfh細胞や胚中心は、抗ウイルスIgA産生においては必須ではないことが明らかとなった。これらの結果は上気道へのIgA誘導型ワクチンの開発において重要な基礎的知見を与えるものである。27年度に引き続いて、インフルエンザウイルス感染によって肺に誘導され、IgA産生をサポートするT細胞のトランスクリプトーム解析を行い、このT細胞の性質について詳細に調べることで、細胞表面マーカーなどによる当該T細胞の同定を行う。つづいてこのT細胞を野生型マウスより分離し、T細胞を欠損したマウスに移入することによってIgA産生機能が補完されることを確認し、このT細胞のIgA誘導能を証明する。インフルエンザウイルス特異的IgA誘導に必要なサイトカインネットワークについて明らかとするため、IFNレセプター欠損マウス、IL-21欠損マウス、IL-4欠損マウス、IL-6欠損マウス、IL-10欠損マウス、IL-22欠損マウスIL-23欠損マウスIL-25欠損マウスIL-17欠損マウスIL-33欠損マウスTSLP欠損マウスなどの、これまで抗体産生に関与することが報告されているサイトカインの欠損マウスを用いて、インフルエンザ特異的IgA抗体の産生に与えるこれらのサイトカインの影響ついて調べる。
ナノ秒極性反転パルス放電による農作物種子の発芽抑制機構の解明

極性反転パルス電圧によるバリア放電処理を施した後の農作物種子の発芽数と発根数を測定し,種子表面へのプラズマ照射が,その後の発芽勢に及ぼす影響について調べた。代表的な嫌光性種子であるトマト種子にバリア放電処理を施した後,光照射保存にて栽培したときの発芽数と発根数の経日変化を調べた。本来嫌光性であるトマト種子は光照射保存下では発芽が困難なのに,放電処理を施すことにより,光照射下でも発芽するという事実を得た。放電処理時間の上昇と共に発芽勢も上昇する傾向が認められた。これらの結果から,嫌光性を司る光受容体が放電により変質していることが示唆された。農業・食品分野への高電圧応用研究は,農作物や加工食品の生産性向上につながる重要な研究であるが,その一方で,農作物の育成者権を守るための発芽抑制技術の必要性にも注目すべきである。その背景には,育成者権によって守られるべき農作物のブランドが,容易に侵害されているという現実がある。育成者権を守るためのひとつの方法として出荷前の農作物への発芽抑制処理が挙げられる。しかし現状では放射線照射以外に適当な発芽抑制技術は見当たらない。この問題を解決するため,我々は極性反転パルスパワーによる発芽抑制の可能性について研究している。農作物を出荷する前にパルスパワーや放電に曝すことより,農作物としての品質を損ねること無く発芽勢を失活させることができれば,新しい処理技術の開発につながると考えている。1年目の2013年度は,はだか麦種子に対して,パルスパワーを繰り返し投入した後の発芽勢を観測することにより,発芽抑制機構の解明を試みた。パルスパワーの投入方法として二種類を用いた。ひとつは局所パルス電界処理であり,もうひとつはパルスバリア放電処理である。局所パルス電界処理では幅500ナノ秒の単極性高電圧パルスを種子に突き刺さった針電極に印加した。針電極を胚部に刺した場合と,胚乳部に刺した場合との実験結果を比較することにより,どの領域にパルスパワーを投入することが発芽制御に有効なのかを明らかにしようとした。その結果,胚乳部への印加による発芽抑制効果はほとんど認められなかったのに対し,胚部への印加による抑制効果はわずかながら認められた。しかしパルスバリア放電処理の抑制効果と比べると,局所パルス電界処理の抑制効果は極めて小さいことが明らかとなった。これらの事実や,種子細胞の生死判別実験結果から,プラズマ中の荷電粒子の衝突による種皮細胞の壊死が,不活化の要因である可能性が高いと推察している。1年目(2013年度),はだか麦種子に対して局所的パルス電界処理を施すことにより,種子のどの場所に電気的ストレスを加えるのが良いのかについて検討した。その結果,種子の胚領域への高電界パルス印加が発芽勢の抑制に有効である傾向が認められた。しかしながら,パルス放電処理と比べると,局所的パルス電界処理の発芽抑制効果は非常に小さいことから,放電による荷電粒子の衝突作用が,発芽の抑制機構において重要な役割を果たしていることがわかった。このような状況のもと,2年目(2014年度)は,様々な科の種子にバリア放電処理を施すことにより,「属」や「科」ごとの発芽抑制効果について探求した。レタス,人参,カイワレ大根,ブロッコリー,トマトの5種類を用意し,同条件にて処理したところ,放電処理の発芽に対する影響の大きさは,種子の種類に依存することがわかった。過去に多くの報告例があるカイワレ大根の場合,放電処理により茎の長さが長くなった。ブロッコリーやトマトでも同様の傾向が認められた。これに対して,レタスの場合,数分間の放電処理により発芽とその後の成長は促進され,さらにそれ以上の長時間の放電処理では発芽が抑制されるようになるというような,促進と抑制の両効果が明瞭に認められた。一方,人参の場合は,両方の効果ともに認められなかった。農業・食品分野への高電圧応用研究は,農作物や加工食品の生産性向上につながる重要な研究である。放電処理により,種子の発芽を抑制したり,逆に促進したりできることが,これまでの研究で明らかにされている。農作物種子の発芽をコントロールするためのパルスパワー応用技術の確立を目指し,最初の2年間で,様々な「属」や「科」の種子(はだか麦,レタス,人参,カイワレ大根,ブロッコリー,トマト)を対象として,放電処理の影響を実験的に調べた。最終年度,それらの中で特に興味深い結果が得られたトマト種子の嫌光性喪失現象に注目し,その機構について詳細に検討した。結果を以下に要約する。(1)機械的に研磨されていない種子(未研磨種子)にバリア放電処理を施した後,初期暗室保存にて栽培したときの発芽数と発根数の経日変化を調べた。放電処理時間0分,5分,10分,20分および30分の場合での測定結果を比較したところ,発芽・発根に対する放電処理の影響はほとんど無かった。顕微鏡観察の結果,種子表面の毛茸が放電により損傷している形跡は認められなかった。(2)未研磨種子にバリア放電処理を施した後,光照射保存にて栽培したときの発芽数と発根数の経日変化を調べた。

本来嫌光性であるトマト種子は光照射保存下では発芽が困難なのに,放電処理を施すことにより,光照射下でも発芽するという事実を得た。放電処理時間の上昇と共に発芽勢も上昇する傾向が認められた。(3)研磨により毛茸を除去された種子(研磨種子)に30分間の放電処理を施すと,種皮細胞の一部が壊死した。しかしそのような状況でも,放電処理された種子の光照射下での発芽勢は,放電に曝されていない種子の発芽勢よりも強かった。これらの結果から,嫌光性を司る光受容体が放電により変質していることが示唆された。極性反転パルス電圧によるバリア放電処理を施した後の農作物種子の発芽数と発根数を測定し,種子表面へのプラズマ照射が,その後の発芽勢に及ぼす影響について調べた。代表的な嫌光性種子であるトマト種子にバリア放電処理を施した後,光照射保存にて栽培したときの発芽数と発根数の経日変化を調べた。これまでの研究結果から放電処理の優位性が認められたため,当初計画していたパルス電界処理における電界強度分布解析の実施は中止した。これに代わって,これまで評価対象としていなかった5種類の種子に対して放電処理を施した結果,次年度以降の成長度測定実験に適用すべき「属」や「科」の目処がたったことが2014年度に得られた成果のひとつである。電界処理による発芽制御効果が認められない原因のひとつとして,パルス電圧の持つ周波数成分が十分に高くないため,種子細胞内部への電気的ストレスが伝わらないことが可能性としてあげられる。そこで,従来よりも立ち上がりが早くかつ幅の短いパルス電圧発生装置を設計・製作する必要性が出てきた。このような状況のもと,新規パルス電源の製作に先立ち,パルス伝搬シミュレーションプログラムを作成した。これにより,実験だけでは知り得ることのできなかった,波形の歪みの物理的要因(表皮効果,誘電体損など)を明らかにすることができた。これが2014年度に得られたもうひとつの成果である。高電圧パルスパワー工学(1)「属」や「科」にる発芽抑制効果の違い2014年度に引き続き,様々な科の種子にバリア放電処理を施すことにより,「属」や「種」にる発芽抑制効果の違いについて調査を進める。具体的には,未調査領域である豆科植物(緑豆や大豆など)に対して放電処理後の発芽率と発芽勢を調査する。(2)極短パルス電圧発生装置の設計と製作(1)の調査と並行して,極短パルス電圧発生装置の設計と製作に取り組む。半導体スイッチよりも立ち上がり時間の早い高耐圧水銀スイッチを用いると共に,同軸ケーブルのポリエチレン部分を,より低誘電損の物質に変更することにより,立ち上がり1ナノ秒,幅10ナノ秒のパルス電源を作る。より高い周波数成分のパルスパワー投入による種子細胞内部への電気的ストレスの注入による発芽制御の可能性について探求する。(3)放電処理後の成長度測定発芽率が促進された後の成長度についても調査する。
無限次元空間に於ける擬凸領域に関する研究

∂f=0を満す(0,1)型微分形式fに対して、∂g=fが成立するような関数gを求めることを∂問題を解くといい、この時、この関数gを∂問題の解と言う。解析領域W上の正則関数を構成するために、この∂問題の解の存在性が重要であったりして、この∂問題は、解析領域Wと密接な関数がある。また、ある開集合W上にあらかじめ矛盾なく与えられた非真性特異点の分布に対しその分布に一致するような有理型関数hを求めることはCousin問題と呼ばれ、この時、この関数hをCousin問題の解と呼ぶ。これら∂問題、Cousin問題は、複素解析学の見地から、多くの領域でそれらの解について研究が成されて来た。これらの解の存在の如何を無限次元空間の領域で考察することが、研究テーマであった。どのような空間ならば、肯定的に解けるのか。Cousin問題については、解が存在しない無限次元空間がDincenにより報告されているように、無限次元空間では、解が必ずしも存在しない空間も存在する。いろいろな研究結果から、まずは、つぎの定理が証明した。定理.H,Gを分離ヒルベルト空間とし、HからGへの包含写像がコンパクトであるとする。(W.P)をG上の擬凸Riemann領域とし、W_H:=P^<-1>(H)∩Wとする。この時、∂f=0を満たすW上のC^∞級の(0,1)型微分形式fに対して、W_H上の多重劣調和関数gが存在して、全てのW_Hの元zに対して、不等式||f(z)||_<∧__<(0,1)>(H)>≦e^<-1/2p(z)>が成立する。この定理を用い、議論、計算等をして、今まで分からなかった無限次元空間であるDFN空間の擬凸Riemann領域における∂問題、Cousin問題の解の存在を証明した。
低温NMR用6GPa級高圧セルの開発

本研究課題では小型・非磁性・大容量のNMR用高圧セルの開発を目的とした.従来用いられるピストンシリンダー型圧力セルは試料容積が100mm^3と大きいが,到達圧力が約3GPa程度と低い.より高圧用に設計されたインデンター型高圧セルは到達圧力が4.5GPaと高くなるが,試料容積が2mm^3と非常に小さい.そこで,インデンター型高圧セルの大型化のため改良を行った結果,現状で12mm^3の試料容積を持ち到達圧力が4.1GPa以上の高圧セルの開発に成功した.具体的には低荷重での圧力発生効率を上げるためインデンターのアンビル角を90度から60度に変更している.この新型セルを希釈冷凍機に取り付け,重い電子系超伝導体CeCu_2Si_2の高圧下NQR測定を行った.大きな試料容積を反映して,従来のインデンター型圧カセルの使用時に比べて大幅なS/N比の向上が見られ,非常に質の高いデータを得ることに成功した.CeCu_2Si_2の高圧下超伝導の起源は従来の磁気揺らぎではなくCeの価数揺らぎであるとの理論的示唆があるが,本測定により高圧の超伝導状態がラインノードの超伝導ギャップを持つことが明らかになった.(K.Fujiwara et aL,論文投稿準備中)今後,アンビル角の調整により更なる性能の向上も期待できる.また,従来のインデンター型高圧セルでのNMR/NQR測定は信号が小さいため,限られた試料でしか測定出来ずあまり汎用的では無かったが,新型セルを用いることによって多くの試料での3GPa以上でのNMR/NQR測定が可能になると期待できる.希釈冷凍機に取り付け可能なサイズの高圧セルの開発を行った,NMR測定に用いるため試料空間は大きいほど良い.現在,NMR測定に用いられる高圧セルのほとんどはピストンシリンダー型セルであり,その最高到達圧力はNiCrAlとCuBeのダブルシリンダーを用いた場合,約3GPaである.より高圧が発生可能な圧カセルを目指し,インデンター型圧力セルをべ一スにして,A.Φ1.6mmx1.6mmとB.Φ3mmx3mmの2種類のセルの開発・改良を行った.インデンター型圧力セルは,ホールピース部(NiCrAl)に空けた試料空間となる穴(Φ1.6mmx1.6mm)に,先端が円錐状のインデンター部(non-magnetic WC)を埋め込み圧力を発生させる.その最高到達圧は約4.5GPaである.A.Φ1.6mmx1.6mmの場合,インデンター部(non-magnetic WC)の先端の角度を90度から80度,70度に変化させることによって約5GPaの加圧に成功した.まだ荷重を増やす余地があり,更なる到達圧力が期待できる.B.Φ3mm×3mmの場合,試料空間が大きいため圧力発生により大きな荷重が必要となるため,ホールピース部(NiCrAl)とインデンター部(non-magnetic WC)の接触部分にCuBeを用い,低荷重で圧力を発生させることに成功した.現在のところ,到達圧力は3.5GPaであり,少なくともピストンシリンダーの最高圧(約3GPa)を超えている.こちらも更なる改良の余地があり,到達圧力の向上が期待できる.本研究課題では小型・非磁性・大容量のNMR用高圧セルの開発を目的とした.従来用いられるピストンシリンダー型圧力セルは試料容積が100mm^3と大きいが,到達圧力が約3GPa程度と低い.より高圧用に設計されたインデンター型高圧セルは到達圧力が4.5GPaと高くなるが,試料容積が2mm^3と非常に小さい.そこで,インデンター型高圧セルの大型化のため改良を行った結果,現状で12mm^3の試料容積を持ち到達圧力が4.1GPa以上の高圧セルの開発に成功した.具体的には低荷重での圧力発生効率を上げるためインデンターのアンビル角を90度から60度に変更している.この新型セルを希釈冷凍機に取り付け,重い電子系超伝導体CeCu_2Si_2の高圧下NQR測定を行った.大きな試料容積を反映して,従来のインデンター型圧カセルの使用時に比べて大幅なS/N比の向上が見られ,非常に質の高いデータを得ることに成功した.CeCu_2Si_2の高圧下超伝導の起源は従来の磁気揺らぎではなくCeの価数揺らぎであるとの理論的示唆があるが,本測定により高圧の超伝導状態がラインノードの超伝導ギャップを持つことが明らかになった.(K.Fujiwara et aL,論文投稿準備中)今後,アンビル角の調整により更なる性能の向上も期待できる.また,従来のインデンター型高圧セルでのNMR/NQR測定は信号が小さいため,限られた試料でしか測定出来ずあまり汎用的では無かったが,新型セルを用いることによって多くの試料での3GPa以上でのNMR/NQR測定が可能になると期待できる.
新しいセリンプロテアーゼを介するアポトーシスと細胞内シグナル伝達機構の解析

HepG2細胞株をヒト肝細胞のモデルとして用いた。HepG2細胞をacetaminophenで処理後、セリンプロテアーゼを中心にアポトーシスのシグナル伝達機構を検討した。acetaminophenは用量、時間依存性にHepG2細胞にアポトーシスを惹起した。acetaminophen処理後、HepG2細胞のミトコンドリアの膜電位は用量に関わらず24時間目まで低下し、以後一定の値となった。このアポトーシスはzVAD-fmkとTLCKにより、有意に抑制された。acetaminophen処理後、HepG2細胞でカスパーゼ-3、-9、セリンプロテアーゼの活性化が観察された。TLCKによりミトコンドリアの膜電位の低下は部分的に抑制された。次いで細胞溶解液中のセリンプロテアーゼ活性の測定に適した基質選定するため、多数のMCA基質をそれぞれ10μMの濃度で細胞溶解液に加えてacetaminophen処理前後の蛍光輝度の変化を測定し、比較した。Boc-Glu-Lys-Lys-MCAが感度および特異性において最良の基質と判明した。HepG2細胞をacetaminopben(5.0mM)で処理後、細胞より蛋白を抽出した。SBTIを固定化したアフィニティーカラムに試料を添加し、0.1M酢酸と1M NaClによるpHとイオン強度の勾配で溶出したが、セリンプロテアーゼ活性の高い分画は得られなかった。酵素活性測定の検討で、有用であった基質はplasmin特異的なものであったことから、lysineを固定化したアフィニティーカラム基質において、同様の検討を行った。1M NaClによるイオン強度勾配による溶出で、セリンプロテアーゼ活性の高い分画が得られた。限外濾過法で試料を濃縮して、SDS-PAGEの後、銀染色にて解析した。これらの結果よりアセトアミノフェンによる肝細胞のアポトーシスは、TLCK sensitiveなセリンフロテアーゼの活性化により開始することが示唆された。またこのセリンプロテアーゼは、plasminに類似した構造を有する蛋白である可能性が考えられた。細胞内シグナル伝達におけるセリンプロテアーゼの役割の解析エタノールとアセトアミノフェンはそれぞれ単独でHepG2細胞において用量、時間依存性にアポトーシスを増加させた。これらのアポトーシスは、セリンプロテアーゼ阻害剤のTLCKにより有意に抑制されたが、他のセリン・プロテアーゼ阻害剤、TPCKやTAMEに抑制効果は認めなかった。カスパーゼ-3、-9の活性は、エタノール処理後32時間後まで増加を続けた。アセトアミノフェン処理後にもカスパーゼ-3、-9は同様に活性化された。エタノールをHepG2細胞に作用させると開始から72時間後までミトコンドリアの膜電位がエタノールの用量、時間依存性に低下した。一方アセトアミノフェン処理後には、24時間でミトコンドリアの膜電位の低下は、プラトーに達した。エタノール又はアセトアミノフェンで処理後にHepG2細胞のミトコンドリア膜電位の低下はTLCKにより有意に抑制された。HepG2細胞をエタノール又はアセトアミノフェンで処理後、セリンプロテアーゼ活性は、24時間以降に著明に上昇した。以上の結果から、アルコール、アセトアミノフェンによる肝細胞のアポトーシスにおいて、TLCK感受性セリンプロテアーゼがミトコンドリアの上流で作用していることが示唆された。また、アセトアミノフェンによるアポトーシスにおいては、ミトコンドリアの経路とは独立したシグナル伝達機構が重要であると推測された。

セリンプロテアーゼ蛋白の精製HepG2細胞をアセトアミノフェン(10.0mM)で処理後、細胞より蛋白を抽出した。SBTIを固定化したアフィニティーカラムに試料を添加し、溶出液のNaCl濃度を1.0[M]まで上昇すると、セリンプロテアーゼ活性の高い分画が採取された。HepG2細胞株をヒト肝細胞のモデルとして用いた。HepG2細胞をacetaminophenで処理後、セリンプロテアーゼを中心にアポトーシスのシグナル伝達機構を検討した。acetaminophenは用量、時間依存性にHepG2細胞にアポトーシスを惹起した。acetaminophen処理後、HepG2細胞のミトコンドリアの膜電位は用量に関わらず24時間目まで低下し、以後一定の値となった。このアポトーシスはzVAD-fmkとTLCKにより、有意に抑制された。acetaminophen処理後、HepG2細胞でカスパーゼ-3、-9、セリンプロテアーゼの活性化が観察された。TLCKによりミトコンドリアの膜電位の低下は部分的に抑制された。次いで細胞溶解液中のセリンプロテアーゼ活性の測定に適した基質選定するため、多数のMCA基質をそれぞれ10μMの濃度で細胞溶解液に加えてacetaminophen処理前後の蛍光輝度の変化を測定し、比較した。Boc-Gly-Lys-Lys-MCAが感度および特異性において最良の基質と判明した。HepG2細胞をacetaminophen(5.0mM)で処理後、細胞より蛋白を抽出した。SBTIを固定化したアフィニティーカラムに試料を添加し、0.1M酢酸と1M NaClによるpHとイオン強度の勾配で溶出したが、セリンプロテアーゼ活性の高い分画は得られなかった。酵素活性測定の検討で、有用であった基質はplasmin特異的なものであったことから、lysineを固定化したアフィニティーカラム基質において、同様の検討を行った。1M NaClによるイオン強度勾配による溶出で、セリンプロテアーゼ活性の高い分画が得られた。限外濾過法で試料を濃縮して、SDS-PAGEの後、銀染色にて解析した。これらの結果よりアセトアミノフェンによる肝細胞のアポトーシスは、TLCK sensitiveなセリンプロテアーゼの活性化により開始することが示唆された。またこのセリンプロテアーゼは、plasminに類似した構造を有する蛋白である可能性が考えられた。
マントル内部での親鉄・親銅元素の分布と挙同の総合的解明

本研究は、マントル内部での親鉄・親銅元素の分布と挙動の総合的解明を目指した。そのために、(1)白金族元素の定量法の開発、(2)白金族元素以外の親鉄・親銅・親石元素の新しい分析法の開発、(3)Re-Os法を用いるための、高感度・高精度かつ簡便な質量分析法の開発の3点を主におこなった。まず、正確さが高い分析から研究をスタートさせるという原点に戻り、試料分解法から検討した。最終的には、約300°Cで試料分解が可能な安価な密閉分解容器をあらたに設計・試作した。これのデザインを煮詰め、特許申請を行った。これは、完成すれば、世界中で使われるようになると確信する、画期的なものとなるはずである。この特許申請は公開後、2006年3月現在意見書と補正書を提出しており、特許化は近いと考えている。さらに、四重極型ICP-MSを用いた新しい、Bi、Tl、Inと、Li, Be, Rb, Sr, Y, Cs, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Pb, Th、Uの分析法を開発した。この方法では、Smスパイクを加えて岩石試料を分解しさえすれば、後の希釈を定量的に行なわずに分析できる、ID-IS(同位体希釈-内標準法)を開発し、適用した。試料溶液を0.1ml以下で分析が可能なPseudo-FI法(擬似フローインジェクション法)も開発した。さらに、高分解能型ICP-MS(HR-ICP-MS)を用いて、同一の試料溶液からNa, Mg, Al, P, Ca, V, Mn,Fe, Co, K, Sc, Ni, Cu, ZnやGaが分析できる方法も確立した(revise版をGeostandards and Geoanalytical Research誌に投稿中)。また、HFS元素分析法にも改良を加え、ID法、ID-IS法と四重極型ICP-MS、およびHR-ICP-MSを組み合わせた、B, Ti, Zr, Nb, Mo, Sn, Sb, Hf, Taの分析法も開発した(投稿中)。従来のOs同位体比測定法はN-TIMSで行なわれているが、これと同程度のパフォーマンス(分析精度1%以下、Os必要量1pg以下)を持つ、マルチイオンカウンティング法を用いたMC-ICP-MS分析法を開発した。この方法はOs同位体比測定にN-TIMSが必要なくなるという、画期的なものである(Analytical Chemistry誌、印刷中)。分析法の開発に予想以上に手間取り、実際のかんらん岩試料の分析の測定はこれからであるが、分析法がほぼ完成したので応用研究を遂行することは容易である。

本年度はマントル内部での親鉄・親銅元素の分布と挙動の総合的解明の第一年度として、白金族元素の定量法の開発をおこなった。これは、Meisel et al.(Chem.Geol.,201,161-179,2003)が発表した衝撃的な論文のためである。すなわち、これまで完全と思われていた、世界中のRe-Os法の研究者の9割以上が用いている、カリアスチューブによる試料分解法(ガラス管に試料と王水を封入し、それを230°Cに加熱する試料分解法)では試料が完全に分解できないというのである。これは、これまでのRe-Os法の結果が不十分な試料分解に基づくものであることを意味し、この手法による研究結果の信頼性が著しく損なわれ、結果の大規模な見直しが必要なことを意味した。そこで本年度は、正確さが高い分析から研究をスタートさせるという原点に戻り、試料分解法から検討した。そのために、約300°Cで試料分解が可能な安価な密閉分解容器をあらたに設計・試作した。これは、完成すれば、世界中で使われるようになると確信する、画期的なものとなるはずである。これのデザインを煮詰め、国有特許として特許申請を行った、正確な分析値を得るための分析条件の検討もおこなった。また、イオン交換樹脂を用いる白金族元素の抽出に関しても新しい方法をデザインし、岡山大学に発明届を提出した。本年度はマントル内部での親鉄・親銅元素の分布と挙動の総合的解明の第2年度として、自金族元素の定量法の開発・改良をおこなった。Meisel et al.(Chem.Geol.,201,161-179,2003)は、これまで完全と思われていた、世界中のRe-Os法の研究者の9割以上が用いている、カリアスチューブによる試料分解法(ガラス管に試料と王水を封入し、それを230°Cに加熱する試料分解法)では試料が完全に分解できず、400万円もする高圧灰化装置を用いて初めて試料が分解できることを示した。そこで本年度は、昨年度に設計・試作した、約300°Cで試料分解が可能な安価な密閉分解容器に改良を加えた。特に、さまざまなシール材料を検討し、密閉可能でかつレニウムと白金族元素のブランクが低いテフロン材料を見出した。本年度は、正確な分析値を得るための分析条件の検討もおこない、密閉分解容器の特許を申請した。また、イオン交換樹脂を用いる白金族元素の抽出に関しても新しい方法をデザインし、特許申請をおこなった。これは、Kdの大きなイオン交換樹脂を用いて白金族元素を濃縮する際に、沈殿を遠心分離などで分離することなく、樹脂を網の中に入れ、バッチ処理で元素を吸着させ、樹脂を取り出すというものである。本年度はマントル内部での親鉄・親銅元素の分布と挙動の総合的解明の第3年度として、白金族元素を含む親鉄・親銅の定量法の開発・改良をおこなった。前年度に引き続き、本研究で設計・試作した、約300°Cで試料分解が可能な安価な密閉分解容器(特許申請中)に改良を加えた。また、従来のOs同位体比測定法はN-TIMSで行なわれているが、これと同程度のパフォーマンス(分析精度1%以下、Os必要量1pg以下)を持つ、マルチイオンカウンティング法を用いたMC-ICP-MS分析法を開発した。この方法はOs同位体比測定にN-TIMSが必要なくなるという、画期的なものである(Analtical Chemistry誌に投稿中)。