hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
口腔扁平上皮癌の三次元培養モデルでの空気曝露レベルによる低酸素誘導因子の発現解析

低酸素状態の口腔癌の研究にあたり、まずは正常組織における低酸素環境の解析が必要と考え、in vivoにおけるヒト口腔咽頭領域の低酸素環境として正常組織における睡眠時無呼吸の臨床的解析が必要と考えそれらについて検討し2018年度は学会にて発表を行ってきた。今年度の補助金は、主に上記の学会発表での必要経費に当てられた。1.2018年7月の日本睡眠学会学術集会(於:札幌市)において、睡眠時無呼吸に関する以下の演題の筆頭演者もしくは共同演者として発表を行った。なお、この発表を遂行するにあたって、補助金を旅費等に使用した。『高齢者の閉塞性睡眠時無呼吸に対する鼻腔手術・咽頭小形成術の同時併施についての検討』『悪夢により死まで想起させた閉塞性睡眠時無呼吸の一症例』『安価な市販の口腔内装置の効果を評価した1例』『CPAP治療がめまいと睡眠時無呼吸症合併例に及ぼす影響』2.2018年9月の日本口腔咽頭科学会(於:名古屋市)において、睡眠時無呼吸に関する以下の演題の筆頭演者もしくは共同演者として発表を行った。なお、この発表を遂行するにあたって、補助金を諸雑費等に使用した。『小児睡眠時無呼吸症の術後CAI値の変化について』『閉塞性睡眠時無呼吸に対する咽頭および鼻腔の計画的手術施行例の検討』『チーム外科治療によりCPAP離脱した重症OSAおよび超肥満の一症例』これらの研究により正常組織における低酸素環境下でもたらされる病態に理解が深まった。しかし、逆に口腔癌における低酸素環境を研究するためには口腔咽頭領域の低酸素環境として正常組織における睡眠時無呼吸症例の組織学的検討の必要性が生じた。前述のように当初の癌細胞株の培養による実験の前段階として正常組織における低酸素環境の解析が必要と判断した。そのため、ヒト口腔咽頭領域の低酸素環境を解析にするにあたり、in vivoの正常組織における低酸素環境を来す状態として睡眠時無呼吸が想定された。そのため、睡眠時無呼吸の臨床的解析が必要と考えそれらについて検討しているところである。in vitroの実験をその後に行うことになったため、進捗にやや遅れがみられる。引き続き正常組織における低酸素環境の解析を行う予定であり、睡眠時無呼吸症例における組織学的検討、特に今回の研究のテーマの柱であるHIF-1α発現を中心に検討を行う予定である。その後に口腔癌症例におけるHIF-1α等の発言を比較し、その後にin vitroの実験を計画している。そのため、初年度に想定していたin vitroの実験を行っておらず、in vitroの実験に必要であると算定していた使用額が次年度へ繰り越しとなった。
^<13>C・^<15>Nトレーサーの高精度・迅速・微量分析システムの確立

1.ガスクロマトグラフ/コンバッション/同位体比精密測定用質量分析計システム(GC/C/IRMSシステム)及び試料処理真空ラインシステム(石英ライン,CO_2・N_2ガス分取ライン,メタン燃焼ライン)を完成した。これらのシステムを用いて、実験室内ワーキングスタンダード(アラニン,CO_2,N_2)について2年間にわたる測定を実施し、良好な結果を得ている。2.GC/C/IRMS法について、以下の項目の測定法の開発を行った。(1)沼沢地から発生する気泡メタンの炭素同位体比の測定(2)溶存全炭酸の炭素同位体比の測定3.IRMS法により、^<13>C・^<15>Nトレーサー法を開発した。^<13>Cトレーサー法によって、琵琶湖植物プランクトンによる基礎生産速度の測定法を確立した。また、シロアリによる空中窒素固定活性の測定法を確立した。4.微小生物の分離分取法と天然同位体自然存在比の測定各種メッシュのプランクトンネットを用いて、琵琶湖及び諏訪湖において、動植物プランクトンの分離分取法を確立した。用いたプランクトンネットのメッシュサイズは、300,150,70,40,20μmであり、これに顕微鏡下における手によるソーティングを組み合わせた。5.炭素・窒素自然存在比のバックグランド調査を実施した。(1)琵琶湖(2)バイカル湖(3)手賀沼(4)シロアリ生態系(5)高等植物(サラダ菜の栽培実験)1.ガスクロマトグラフ/コンバッション/同位体比精密測定用質量分析計システム(GC/C/IRMSシステム)及び試料処理真空ラインシステム(石英ライン,CO_2・N_2ガス分取ライン,メタン燃焼ライン)を完成した。(1)琵琶湖(2)バイカル湖(3)手賀沼(4)シロアリ生態系(5)高等植物(サラダ菜の栽培実験)平成4年度1.同位体比精密測定用質量分析計のセットアップ.平成4年7月に搬入し、10月よりアラニン、炭酸ナトリウムなどの標準試料を用いて、国際的な測定のスタンダーダイゼイションを半年に渡って実施中である。これ迄の結果、^<15>N(δ^<15>N)に関しては±0.15‰以下、^<13>Cに関しては0.10‰以下の変動巾で高精度分析が可能となっている。2.燃焼法真空ラインの組立て.有機物を窒素ガス,炭酸ガスに変換するシステムを製作した。現在、各種生物試料(動植物プランクトン,魚・鳥,白アリ,高等植物),メタン等について^<13>C及び^<15>Nの自然存在量を測定し、順調な成果をあげている。3.徴量化導入部の作製.高純度ヘリウム,流量計,メタルコック,電気炉,小型キャピラリートラップから構成される金属導入部を試作し、上記の質量分析計に接続し、炭酸ガス及びメタンの^<13>C含量(δ^<13>C)の微量迅速分析法を検討した。メタンの燃焼を確実にするための電気炉の構成に時間をとられているが、現在0.1ulの試料量で±1‰の精度で測定できることを確認している。4.琵琶湖における実験.^<13>C, ^<15>Nトレーサー法によって、植物プランクトンの代謝活性の測定を行った。またネットと手による動物プランクトンの分取を行いその自然存在比を測定する試料を調整した。5.木崎湖および諏訪湖における実験.懸濁粒子,動植物プランクトンについて、δ^<13>Cの測定を行った。また諏訪湖の動植物プランクトンについても、代謝活性測定のための^<15>Nトレーサー実験を行い、^<15>N標識アンモニウムが半日1日のインキューベーションで、特定の分取した動物プランクトンに移行する速度を検出できた。本年度の研究実績の一部を下記にまとめた。本年は最終年度のため、別途「研究成果報告書」をまとめた。1.ガスクロマトグラフ/燃焼炉/同位体比精密測定用質量分析で構成されるフロースルー法を完成させ、気泡メタンの炭素同位体比の測定を行った。試料ガスの分離カラムを検討し、Chrompack Pora PLOT Q(0.32mmid.×25m)を使用した。

結果として15μlのメタンについて±0.5^0/_<00>の測定精度を得ることができ、測定に要する時間は15分で4サンプルであった。2.同上のHcフロースルーシステムを用いて琵琶湖湖水の全炭酸(SIGMACO_2)のδ^<13>C値の測定法を開発した。試水はブチルゴム栓つき血清瓶(69ml)に採取し、0.1mlHgCl(飽和)を加え保存した。血清瓶の試水5mlを高純度ヘリウムで置換後、CO_2を除いた6NHCl0.5mlを加え混合後、一昼夜静置した。ヘッドスペース法により100-400μlのガスをGC/C/IRMSに打ち込んで分析を行った。測定誤差(2σ)は0.2^0/_<00>程度であった。本法はSIGMACO_2の炭素同位体自然存在比を知るために有効であるのみならず、光合成炭酸固定活性やCO_2の生成を伴うあらゆる生化学反応系の研究に応用が可能となる。3.将来の^<13>C・^<15>Nトレーサー法のため、琵琶湖湖水から微小動植物プランクトンを分離分取する方法の検討を行い、δ^<13>C,δ^<15>N自然存在比の測定を行った。分離分取の概略は以下の通りである。水中ポンプを用い、深度5m層から試水を汲み上げ、船上のネット(メッシュサイズ300μm,150μm,70μm,40μm,20μm)に注ぎ、動植物プランクトンの一次分画を行い、次に各分画について実体顕微鏡下でソーティングを行った。微粒子についてはグラスファイバーフィルターGF/DおよびGF/Fを用いてろ過を行った。これらの試料について、炭素・窒素同位体比の測定を行い、良好な結果を得た。4.これらのシステムは、現在全国共同利用に公開され、ガス代謝,炭素・窒素安定同体比の研究に利用された。これまでの利用研究機関は10以上である。
進路選択とジェンダー メリトクラティクな選抜とかくれたセクシズム

(1)エリート女子高等教育機関に在籍する女子大学生対象の調査女子大学生の進路展望およびアスピレーション構造に関する実証的検討を行ない、ジェンダー・バイアスな進路意識の様相と、性内分化のメカニズムを明らかにするための予備的調査を実施した。いわゆるエリート女子高等教育機関の女子大学生に焦点づけた分析を行なったのは、そこにメリトクラティックな価値とセクシズムの葛藤がもっとも顕在化しているという仮説に基づく,調査戦略上の理由による。{方法と調査内容}方法:質問紙調査対象:首都圏の四年制女子大学6校に在籍する女子学生計543人内容:(1)進路展望(教育、職業、結婚に関するアスピレーションを含む)、(2)価値観(性役割観を含む)と行動様式、(3)家庭的背景等。(2)レポート作成と調査データの公開:現在分析を継続中であるが、調査結果の記述を中心とした第一次報告を、まとめた。(様式5「科学研究費補助金にる研究成果の図書・雑誌報告書に記載)(1)エリート女子高等教育機関に在籍する女子大学生対象の調査女子大学生の進路展望およびアスピレーション構造に関する実証的検討を行ない、ジェンダー・バイアスな進路意識の様相と、性内分化のメカニズムを明らかにするための予備的調査を実施した。(様式5「科学研究費補助金にる研究成果の図書・雑誌報告書に記載)
出芽酵母の一細胞フェノームによる遺伝子機能と化学物質応答の統計モデリング

細胞の薬剤に対する応答や遺伝子変異株の形態表現型を500以上の観点で測定し、類似性で分類することで、遺伝子機能や薬剤の標的を予想することが可能である。本研究では、複数の薬剤を処理した場合や薬剤と遺伝子変異の間の相互作用を解析することが可能な、新たな統計モデルの構築を目的とした。このために、各観点に適切な確率分布を割り当てることで一般化線形モデルを応用可能にした。このとき、形態表現型に影響を与える交絡因子を特定し排除するための線形モデルを構築することで、検出力を高めることに成功した。そして、交互作用項のある線形モデルを構築することで、細胞の複雑な応答を説明可能な統計モデルの構築に成功した。各形態パラメータにおける確率分布のモデル化野生型酵母の形態情報(n = 123)を使用して確率分布モデルの検討を行った。501の形態パラメータによって定量された形態情報において、それぞれのパラメータについて複数の確率分布モデルを仮定し、AICでモデル選択を行うことで最適な確率分布モデルを得た。野生型の形態データで得られた確率分布モデルに汎用性があるかどうか確かめるために、既に取得済みの4718の遺伝子破壊株(Ohya et al, 2005)や37の野生酵母株(Yvert et al., 2013)の形態データに当てはめた。各形態データは全て確率分布モデルが想定する範囲内に分布していたことから、得られた確率分布モデルは様々な条件で得られた細胞形態に応用可能であると考えられた。また確率分布モデルを使用することにより得られるようになったばらつきの指標を用いて遺伝子破壊株と野生酵母の間で比較することで、自然界で蓄積された遺伝子変異よりも遺伝子破壊の方がより多様な表現型を生み出すことがわかった。これらの結果はBMC Genomicsに論文として出版された(Yang et al, 2014)。交絡因子の検討と統計モデルの構築形態情報に影響を与える実験的バイアスを特定するために実験条件を詳細に記録しながら野生型酵母のデータを114回取得した。実験的バイアスの原因となる交絡因子を特定するために使用した顕微鏡の種類や状態や撮影時期、細胞を培養したときの増殖量、撮影時の露光時間など様々な条件を検討したところ、顕微鏡の種類と撮影時期の組み合わせによって観察されたバイアスはほぼ説明可能であった。この結果から、使用した顕微鏡の種類と撮影時期の組み合わせによって形態データに現れる実験的バイアスは補正可能であると考えられた。昨年度までに確立した一般化線形モデル(GLM)を用いて、4718非必須遺伝子破壊株の形態異常を検出した所、従来(Ohya et al., 2005, PNAS)と比べて約2倍の形態異常が検出された。これによりGLMによって多くの特徴で高感度に形態プロファイリングが行えると考えられた。更に、1112必須遺伝子ヘテロ破壊株の細胞形態を取得し同様の解析を行った所、半数以上の株に形態異常が検出された。この中で特徴的な形態異常を示す遺伝子機能グループが300以上検出され、遺伝子機能と形態的特徴に相関関係があることがわかった。これらのことから非必須遺伝子だけでなく必須遺伝子を含めたゲノムワイドな標的予想を行うことが可能であると考えられた。次に、野生型酵母に薬剤を処理したときの濃度依存的変化の解析を行った。様々な薬剤を複数の濃度で処理し、濃度依存的形態変化をGLMで回帰することで得られた濃度依存性の形態プロファイルを薬剤処理間で比較した所、機能的に関連した細胞内分子を標的とする薬剤の処理によって類似した形態変化が引き起こされることがわかった(Gebre et al., 2015, FEMS yeast res.)。これにより濃度依存性を仮定した線形モデルによって形態プロファイリングを行うことが可能であると考えられた。最後に、薬剤処理と遺伝子変異の間または薬剤処理の間の相互作用を調べた。Ca2+処理とcls変異の相互作用を共分散分析モデルで検出した所、極めて多くの相互作用が細胞形態に検出された。相互作用の形態プロファイルに基づいてcls変異株を分類した所、従来(Ohnuki et al., 2007, Eukaryot. Cell)よりも多くのグループに分けられ、遺伝子機能との相関が検出された。同様にしてHU処理とConCA処理の相互作用を重回帰モデルで検出した所、非常に多くのパラメータで薬剤処理間の相互作用が検出された。これらの形態プロファイルは複雑な効果のある薬剤の作用機序解明や標的予想の足掛かりになると考えられた。本研究は大きく三つの段階に分けられる。当初の研究計画では、三つのうち二つまでを平成26年度内の計画としていた。これら二つの計画は、(1)各形態パラメータに適した確率分布の決定と、(2)交絡因子と統計モデルの決定である。

一つ目の各形態パラメータに適した確率分布の決定では、野生型の酵母株を使用して形態パラメータの確率分布を決定し、さらに遺伝子破壊株で確率分布の汎用性を確認する計画であったが、さらに37種類の野生酵母も併せて汎用性の確認を行うことができた。それだけでなく、両者の比較により表現型の多様性について解析を行うことで論文としてまとめることが可能となり、国際的な科学雑誌に高い評価得て受理された。また二つ目の交絡因子と統計モデルの決定では、実験条件の複雑な相互作用が交絡因子となることが予想されたが、顕微鏡の種類と撮影時期という二つの因子のみによって大部分が説明可能であることがわかり、比較的シンプルな線形モデルで交絡因子の影響を排除できた。最後に、当初の計画どおりに進まない時の対応としてハイスループット顕微鏡の使用を研究計画の段階からで検討していたが、これを平成26年度中に並行して条件検討を進めることでプロトコルとして確立することができた(Okada et al., 2015)。以上のことから、当初の研究計画で想定されていた以上の成果が得られたものと考えた。27年度が最終年度であるため、記入しない。生命応答学形態表現型に現れる相互作用と遺伝子機能の相関関係の調査を進める。この調査は三つのテーマに分けられる。一つ目は、化学物質応答の形態プロファイルと遺伝子機能の相関解析である。化学物質を処理した際の形態変化の濃度依存性と遺伝子破壊による形態的異常性を比較する形態プロファイリング法は既に確立した(Ohnuki et al., 2010)。本研究計画では、従来の順位和を使用したノンパラメトリックモデルではなく、選択した確率分布モデルで濃度依存性を定量するパラメトリックモデルを応用することで、線形モデルによる形態プロファイリングの実行可能性の確認と予測精度の向上を図る。既に取得済みの薬剤処理データと遺伝子破壊株の形態データと比較することで、線形モデルによる形態プロファイリングの実行可能性および予測精度の向上を検証する。二つ目はCa2+処理とcls変異の相互作用の解析である。既に同定済みのcls変異株はCa2+に感受性を示すことから、破壊された遺伝子の細胞内機能は細胞内外のCa2+と関連する(Ohnuki et al., 2007)。そこで細胞外のCa2+濃度とcls変異の間で相互作用を線形モデルで同定し、cls変異株がCa2+に感受性を示す原因に迫る。三つ目はDNA合成阻害剤(HU)と液胞酸性化阻害剤(conCA)の相互作用の解析である。Ca2+のように多くの細胞内機能と相互作用する化学物質だけでなく細胞内の単一の機能を阻害することが知られている2つの薬剤を使用して、単純な系での解析も行う。
偏光レーザ励振マイクロプローブによる分子再配列加工の原理解明

1.偏光レーザ照射によるマイクロ軸の軸方向変位の実験的解明寺田らは金属粒子にエキシマレーザを照射し、金属粒子の粒径がフルーエンスによって変化することを実験的に明らかにしている。この事実から、マイクロ軸に偏光レーザを照射すれば軸材料の結晶粒径が静的に変化すると予測される。そこでAFMプローブを多結晶および単結晶シリコンで構成されるマイクロ軸に置換し、これに偏光したレーザを照射したところ、マイクロ軸が軸方向にナノメートル台で変位することを確認した。またレーザ入力条件(偏光レーザの波長、パルス幅、フルーエンス)、被削材物性と表面状況が軸方向変位に及ぼす影響を実験計画的に整理した。ただしレーザ励振によるマイクロ軸の動的変位の発生については確認できなかった。2.偏光レーザ照射によるマイクロ軸の軸方向変位の理論的解明マイクロ軸に偏光レーザを照射すると軸材料の結晶粒径が増大する可能性について、材料の比格子結合エネルギと入力されるレーザフルエンスとの関係から、格子膨張臨界エネルギの存在を予測した。この結果から、一定以上のレーザフルエンスでは、格子変態してその積分がマイクロ軸の静的変位となることを定性的に解析したが、定量解析には至っていない。また、動的変位については、実験的にも確認できていないことから、理論考察していない。3.偏光レーザ励振AFMプローブによる分子捕捉・除去実験AFMプローブにより金薄膜を走査(引っ掻き)、偏光レーザを照射しない場合の加工圧痕が無いことを確認後、プローブをレーザ照射して同一実験をした結果、nm台の微小溝加工が可能であることを明らかにした。レーザフルエンス、照射時間、走査速度、プローブ材質などが溝深さに及ぼす影響を実験的に体系化した。併せて微細穴加工についても実験的に体系化した。
豪雪地域における地震により誘発される土砂と雪の複合流動現象に関する研究

平成23年3月の長野県北部地震発生個所や新潟県内の平成23年や平成24年の大雨によって表層崩壊が発生した斜面では冬期に土砂と雪の複合流動現象が発生しやすくなっていることが確認された。また、長さ5mの斜面でマイナス10°Cの低温室と野外で土砂と雪の複合流を発生させる実験を行って、流下延長と流下速度を測定し、乾雪が湿雪よりも流下延長が長く、また土砂と雪の混合比を変えることによって、流下状況が変化することがわかった。さらに、土砂と雪の2相の運動解析シミュレーションにより検証を行った。また、雪崩発生履歴斜面で解析を行い、雪崩の到達範囲を求めた。防災科学技術研究所構内に長さ5mの実験斜面を設置し、土砂と雪の混合流の実験を行った。2次元斜面実験で流動幅を可変型にし、側壁を設けて斜面上部から30cmに仕切板を持ち上げることによって土砂と雪の複合流を発生させることとした。流下状況の動画撮影から流下速度を読み取るとともに、堆積状況も実験後測定した。土砂と雪の混合比を変えることによって、同じ重量でも流下距離が異なって結果となった。実験斜面を低温実験室に入れマイナス10°Cの乾雪を用いた実験も行い、乾雪の場合湿雪よりも流下延長が長くなることなどが分かってきた。また、土砂と雪の2相の運動解析シミュレーションを解析し、各種条件を変化させ、模型実験を再現するよう係数のチューニング等を行った。さらに、昨年新潟県中越地方で発生した大雨による土砂崩壊個所の現地調査を実施するとともに、冬期積雪期の雪崩発生状況の現地調査を実施した。防災科学技術研究所構内に土砂と雪の混合流動現象を再現する実験斜面を設置し、土砂と雪の混合流の発生方法や観測方法、データ収集、映像記録方法などについて検討するための試験実験を行った。その結果、2次元斜面実験で流動幅を可変型にするために、側壁を設け、斜面上部から30cmに仕切板を設け、この仕切板を持ち上げることによって土砂と雪の複合流を発生させることとした。予備実験では、土砂と雪の混合比を変えることによって、同じ重量でも流下距離が異なって結果となった。また、土砂を下、雪を上にした場合、最初から土砂と雪を混合した場合、0°Cの湿雪かマイナスの乾雪を用いた場合など、条件を変えることによって流下状況が変わってくることも分かってきた。防災科学技術研究所構内に長さ5mの実験斜面を設置し、土砂と雪の混合流の実験を昨年度と同様に実施した。土砂の粒径や雪の混合比を変えることによって、実験を行い、土砂の粒径が大きい場合、流下距離が延びることが分かった。また、土砂と雪の複合流の二次元の運動シミュレーションを実施し、複合流の流下状況の再現とハザードマップ作成が可能であることが分かった。さらに、中越地震や大雨による土砂崩壊個所の現地調査を実施するとともに、冬期積雪期の雪崩発生状況の現地調査を実施し、ハザードマップ作成の基礎データを収集した。複合新領域2年目の計画である積雪と土砂の複合流の再現実験を行ってその流動特性を把握するともに、運動解析プログラムによる再現実験によって、土砂と雪の混合比などの条件を変えた運動解析も行ったため。1年目の計画である積雪と土砂の服傍流の再現実験と運動解析プログラムの開発および再現実験が可能となったため。来年度以降は、これまでの実験や運動解析結果をもとに、各種条件での実験を継続してそのメカニズムをさらに解明するとともに、モデル斜面での積雪と土砂の複合流のハザードマップを試作する。来年度以降は、昨年度実施した予備実験を踏まえ、各種条件での実験を継続して実施するとともに、運動解析プログラムによる解析をさらに進め、そのメカニズムの解明を行っていく。該当なし
アリ科女王において長期間の精子貯蔵を可能にする分子基盤の解明

女王アリは羽化後まもない時期にしか交尾しないため、交尾後、精子を寿命が続く限り受精嚢の中に貯蔵する。多くの種の女王アリの寿命は10年以上と、昆虫としては例外的に長寿のため、精子貯蔵期間も約10年以上と極端に長い。この精子貯蔵能力は極めて特殊であるが、その仕組みを解明した研究は皆無である。本研究では、生理学的・分子生物学的アプローチにより、精子を保護する側の受精嚢の機能と、保護される側の貯蔵精子の生理状態を明らかにすることで、アリ科女王の長期間の精子貯蔵メカニズムを解明することを目指している。これまでに、RNA-seq法とin situ hybridization法を組み合わせ、アリ科女王(キイロシリアゲアリを使用)の受精嚢のみで強く発現している遺伝子12個や、機能は不明だが非常に多く発現している遺伝子を多く発見しており(Gotoh et al., 2017)、これらがアリ科の精子貯蔵に特殊化した機能をもつ遺伝子であると期待している。本研究では、これらの遺伝子の機能を調べるために、遺伝子配列から機能の推定、RNAi法によるノックダウン、タンパク質合成による解析などを計画している。これらの遺伝子はRNA-seqテータを利用してde novo assemblyしたことにより塩基配列を得ているため、最初にサンガーシークエンスによる配列の確認と全長が得られていない遺伝子についてはRACE法を用いた全長配列の決定をする必要があった。現在までに、注目している遺伝子のほぼすべての全長配列を決定し、クローニングをおこなった。また、RNAiをおこなうための二本鎖RNAの作成もおこなった。現在、注目している遺伝子の約半分の解析が終了している。貯蔵中の精子の状態を調べたところ、受精嚢内の精子は交尾後5年経過していても不動化されていた。受精嚢外に取り出すと運動したことから、女王アリが精子のべん毛の機能を保ったまま精子を少なくとも5年にもわたり生存させていることを証明した(Gotoh and Furukawa, 2018)。今回注目した遺伝子の塩基配列は、RNA-seqデータを利用してde novo assemblyしたことにより配列を得ているものである。実際の配列がde novo assemblyの結果とは一部異なっており、全長をとるのに手間取ってしまった。また、貯蔵精子のメタボローム解析については、まだ解析されたことのないサンプルのため、サンプル調製法や機械の設定の条件検討が必要であり、時間がかかっている。ひきつづき、受精嚢で高発現している遺伝子の全長配列の決定をすすめる。メタボローム解析では、一度に多くの精子細胞を利用できる方が効率と精度が良いため、より多くの精子を手に入れられるハヤシケアリの女王に材料を変更する予定である。

本研究では、メタボローム解析を外部委託する予定であったが、解析のためのサンプル調製法の検討のみしか進展しなかったため、委託する予算を次年度に繰り越すことになった。
フェノール性ハロゲン化合物およびメトキシ体の泌乳期マウス動態と乳児暴露評価

抗菌・消毒薬として使用されているフェノール性ハロゲン物質のOH-TCSを泌乳期マウスに投与すると、肝臓で水酸化が起こり、ジヒドロキシ体(OH-OH-TCS)として血中で検出された。また、OH-TCSのメトキシ体であるM-TCSを投与すると脱メチル化体(OH-TCS)、水酸化体(OH-M-TCS)およびOH-OH-TCSが血中にて検出された。M-TCSを投与するとは血中・肝臓ではOH-TCSが多く検出され、一方、脂肪・乳腺では未変化体のM-TCSが多くみられた。投与されたM-TCSは母乳にも検出され、さらに仔の血中でも検出されたことにより、母乳を通じた仔への移行が明らかになった。本年度はフェノール性ハロゲン物質について1)マウスを用いた体内動態試験、2)ヒト汚染実態調査、を行った。1)動物実験:予備実験として、対象物質のマウスへの投与を行い、ガスクロマトグラフィー質量分析計を用いてその代謝物の同定を行った。その結果をもとに代謝物を含めた分析対象項目を設定し、前処理法、定量方法および分析バリデーションを確立した。予備実験で得られたデータをもとに成体マウスおよび泌乳期マウスに対象物質の投与と化学計測を行い、血中濃度推移・各臓器(乳腺・脂肪・腎臓・肝臓)への分配、乳汁分泌、尿中クリアランス、糞中クリアランスに関するデータセットを得た。泌乳期マウスにおいて母乳を通じた母マウスから仔への移行を評価するために仔の血中濃度推移、肝臓濃度推移の化学計測を合わせて行った。今後は得られたデータの解析を行い、投与物質の体内動態パラメーターを明らかにする。2)ヒト汚染実態調査:1)の動物実験で得られた代謝物についてヒト生体試料中で検出可能な微量分析法を負化学イオン化ガスクロマトグラフィー質量分析計を用いて検討を行い、前処理法、定量方法および分析バリデーションを確立した。その確立された分析法で、陰膳方法により収集した食事試料の分析と血清中の濃度の分析を行い、食事経由の摂取量と体内負荷量の把握を行った。今後はマウスでの体内動態試験結果のヒトへの外挿値と実際のヒト生体試料での分析結果を比較検証を行う。1年目の予備実験を元に、マウスにフェノール性ハロゲン物質のTCS,そのメトキシ体のMeO-TCSの投与を行い、血中濃度の推移を詳細に観察した。TCS投与の場合、TCSの血中濃度の最大値は2時間後に訪れるが、MeO-TCS投与では、その代謝物の脱メチル化体であるTCSの血中濃度の最大値は7hであった。MeO-TCSは肝臓や血液ではほとんどTCSとして検出されたが、乳腺と脂肪組織では一部が未変化体MeO-TCSとして検出された。さらに、主にTCSが検出された母マウスの血液中とは異なり、母マウスの母乳中では主にMeO-TCSが検出された。このようにMeO-TCSは母乳に積極的に分泌する傾向を示した。これは母乳経由でMeO-TCSが乳児へ移行を意味している。実際に仔の血中TCS濃度を測定したところ、24時間までの暫定的な値ではあるが経時的な増加が見られた。本年度は動物実験とヒト汚染実態調査の双方が進展した。分析手法はマウスの投与実験で得られた試料とヒト生体試料の双方に最適化された。動物実験は成体マウス・泌乳期マウスに投与を行い、吸収、分布、代謝および排泄に関するデータセットを得た。ヒトの汚染実態調査としてヒトサンプル(食事・血清)の分析を行った。27年度が最終年度であるため、記入しない。衛生学・環境保健本年度、マウスでの体内動態試験のデータセットを得ることができたため、次年度以降、その解析を行う。また必要に応じて追加実験も計画する。さらにマウスでの体内動態試験結果のヒトへの外挿値と実際のヒト生体試料での分析結果を比較検証を行う。
地震観測に基づく雲仙火山のマグマ溜りの研究

本研究では,主に地震活動の観測によって,雲仙火山の噴火をもたらしたマグマ溜まりの位置と上昇経路,および溶岩ドームの形成・成長にいたるマグマの挙動を解明することをめざした。成果の概要は以下のとおりである。普賢岳噴火の前数年間は火山周辺部で地震活動が活発であり,これらの地震を用いた3次元速度構造解析では,雲仙火山の東西方向に低速度域が存在することが示された。噴火約1年前からは火山西方で群発地震が発生したが,これらの震源域は千々石湾下から普賢岳に向かって東方へ移動した。震源再決定によると,千々石湾の地震は,想定されるカルデラ縁に沿って円弧状に分布することが判明した。また,島原半島内の地震は,千々石湾の震源域と普賢岳をつなぐように東西方向に分布することが明かになった。噴火後の地殻変動から推定される圧力源の位置は上述の震源域の下限付近である。さらに,震源域下限付近および山頂下を通過する地震波には,顕著な減衰が認められた。これらのことから,われわれは,千々石カルデラの深さ10数kmにマグマ溜まりがあって,マグマは普賢岳に向かって東方に斜めに上昇したと考える。溶岩ドーム出現後はこれらの地震活動は低下したが,これはマグマの蓄積と上昇によって生じた火山深部の応力不均衡が溶岩の噴出によって解消されたことによると考えられる。一方,溶岩ドーム出現後は普賢岳山頂部のごく浅所で低周波地震が多発しているが,われわれは溶岩ドーム近傍で地震観測を実施し,これらの低周波地震の震源を精度良く決定するとともに,溶岩ドームの観察とあわせて発生機構を検討した。その結果,それらの一部は,ドームを構成する溶岩ブロックが火道からのマグマの突き上げによりスティックスリップすることによって発生したと推定される。雲仙火山周辺の地震活動は,島原半島千々石湾の活動と普賢岳山頂部の活動に分けられる。このうち,山頂部の地震活動は溶岩ドームの出現・成長に対応して活発化しており、溶岩湧き出し口近傍における微小破壊であると推定される。一方、半島西部千々石湾の地震活動は,噴火前から活発化し溶岩噴出とともに沈静化したことから,地下におけるマグマの畜積・上昇等との関連が考えられる。また,3次元速度構造の研究でも,雲仙火山地域の地下数km10数kmにマグマの存在を示唆する低速度域が見い出されている。これらのことから,我々は半島西部千々石湾の地震群に注目し,これらの震源の再決定を行って高精度震源分布を得るとともに発震機構を調べて以下の特徴を明らかにした。(1)千々石湾内の震源は円弧状に分布している。太田一也は温泉泉質分布や重力異常等から千々石カルデラを提唱しているが,本結果はそれを支持するものとなった。(2)半島西部の地震は,23枚のほぼ垂直に立った面上で発生しており,その下限は東へいくほど浅くなっている。また,測地測量で明らかになった溶岩噴出後の減圧源は,ほぼこの下限に一致する。(3)これらの地震の発震機構は,南北張力が卓越しており,広域応力場に矛盾しない。以上の特徴から,今回の噴火をもたらしたマグマ溜りは千々石湾下のカルデラ内にあって,ここから普賢岳へ向って斜めに上昇したと考えるのが自然であろう。また,地震活動は,マグマ溜りやマグマ上昇経路の直上で,マグマの余剰圧に起因する間隙圧の増大によって誘発されたと考えると,発震機構や発生推移を矛盾なく説明できる。

平成5年度では、主に地震波形の解析によって,平成4年度の研究で推定されたマグマ溜まりの位置と上昇経路をさらに検証するとともに,溶岩ドームの形成・成長にともなって発生する地震と地殻変動の観測から、溶岩の湧き出し口近傍でのマグマの挙動を解明することをめざした。溶岩ドーム出現以前に活発であった高周波地震の高精度震源分布や地殻変動データから,千々石カルデラの深さ10数kmにマグマ溜まりがあって,マグマは普賢岳に向かって東方に斜めに上昇したと推定される。そこで,地震波の減衰を調べ、これを検証した。その結果,われわれの推定したマグマ上昇経路付近を通過する地震波には,S波振幅の顕著な減衰と波形包路線の紡錘形化が認められた。一方,溶岩ドーム出現後は普賢岳山頂部のごく浅所で地震が多発しており,溶岩ドーム近傍の山体の地殻変動をともなうこともある。われわれは,溶岩ドーム近傍に地震観測網を展開することによってこれらの震源を精度良く決定し,溶岩ドームの空中観察や地殻変動観測データとあわせて,地震および地殻変動の発生機構を検討した。その結果,これらの地震および地殻変動は,火道からのマグマの突き上げによりドームを構成する溶岩ブロックや火道壁がスティックスリップをおこしながら外側へ押し出されることによって発生したと推定される。以上のように,本研究によって雲仙火山の噴火活動をもたらしているマグマの位置・上昇経路や出口近傍での挙動について重要な知見を得ることができた。今後は地震波の減衰等により定量的に調べるとともに,今回見いだせなかったマグマ上面からの反射波の検出を試みていきたい。
動脈硬化初期血管障害におけるSRECの生理的意義の解明

SRECの構造遺伝子の塩基配列を決定しエクソン、イントロンの関係を明らかにした。新たなcDNAのクローン化によりオルタナティブスプライシングにより少なくとも五種類のSRECmRNAが存在することを明らかにした。そのうち二種類は可溶性のSRECをコードしており生理的なリガンドに結合することによりその生理機能を調節している可能性が示唆された。数種のモノクローナル抗体を作製しヒト正常組織における分布を検討した。その結果意外なことにSRECは大脳の毛細血管内皮細胞での発現量が多いことが明らかになった。またモノクローナル抗体の一つはリガンドであるアセチルLDLとSRECの結合を阻害する活性を持つことが明らかとなり、血管内皮細胞におけるSRECの役割を検討する上で重要なツールとなりうることを明らかにした。SRECの発現調節機構を検討するためSRECの転写開始点上流のプロモーター活性を検討し発現調節に重要な塩基配列を推定した。フットプリンティングとEMSAにより発現調節に重要な転写因子結合部位を推定しOne-Hybrid法により新規転写因子EZF-1cDNAをクローン化した。この転写因子はSRECのプロモーター活性を抑制することを明らかにした。さらに血管内皮細胞特異的な発現を担う転写因子に関する検討を行っている。ノックアウトマウス作製のためマウスSRECcDNA及び構造遺伝子を単離し塩基配列を決定した。ターゲッテイングベクターに組み込んだ後、常法によりES細胞に導入し組み換え体を得た。キメラマウスを作製し、SRECノックアウトマウスを樹立した。ホモ、ヘテロ接合体とも外見上変化はなかった。現在詳細な解析を行っている。
高温ストレス下における植物の生長制御機構の解明

本研究は植物の高温ストレスに応答した伸長成長の分子機構を明らかにすることを目的とする。シロイヌナズナではHsfA1a、HsfA1b、HsfA1dの3つのHsf型転写因子が高温ストレス応答のマスター転写因子として機能することが明らかにされており、これら3つのHsfを欠損したhsfa1三重変異体では顕著に高温耐性が低下することが示されている。我々はこれまでにこの高温ストレス応答がほぼ完全に失われた変異体であるhsfa1三重変異体において、高温に応答した胚軸伸長が強く抑制されていることを見出してきた。本年度では、先行研究で実施されたhsfa1三重変異体を用いたマイクロアレイの結果を解析し、HsfA1の下流で植物体の成長を制御する因子の探索を行った。その結果、HsfA1の下流で機能する因子として、植物ホルモンの一種であるジベレリンの合成酵素が候補因子として挙げられた。そこで高温ストレス処理を行った植物における内生ジベレリン量を、野生型シロイヌナズナおよびhsfa1三重変異体でそれぞれ定量した。その結果、高温ストレス処理によって内政ジベレリン量が増加すること、またその変動はHsfA1依存的に起こることを示唆する結果を得た。この結果をさらに検証するために、栄養成長期におけるジベレリンシグナル伝達の重要な因子であるRGAとGFPの融合タンパク質を発現する形質転換植物を作出した。RGAは細胞内のジベレリン量の増加に応答して分解されるため、一種のジベレリンセンサーとして広く用いられている。野生型、hsfa1abd三重変異体の各遺伝学的背景でGFP-RGAを発現する植物を用いて、胚軸におけるGFP蛍光の観察を行った。その結果、ジベレリンの定量実験を支持する結果が得られたため、HsfA1は高温に応答したジベレリン合成の制御にも深く関与する因子であると結論付けた。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は高温ストレス環境下に置かれた植物が、どのように生長を制御しているかを分子レベルで明らかにすることを目的とする。植物の高温ストレス応答では熱ショック転写因子(Heat Shock Factor: Hsf)が重要な機能を担っている。また先行研究で行われた逆遺伝学的解析により、シロイヌナズナにおいては三つのHsf、HsfA1a、b、dがマスター転写因子として機能することが明らかになっている。高温ストレス耐性のみならず、高温ストレス下での成長にも熱ショック転写因子が関与していると予想し、先行研究で行われたhsfa1三重変異体のマイクロアレイデータからHsfA1の下流で植物の生長を制御する因子を同定することを試みた結果、候補遺伝子を2つ同定した。今年度は(1)熱ショック転写因子HsfA1の高温ストレス下での成長制御への関与の検証、(2)HsfA1下流遺伝子の中で成長に関与することが考えられる二つの候補遺伝子についての解析を行った。(1)熱ショック転写因子の高温ストレス下での成長制御への関与の検証野生型シロイヌナズナと3つの熱ショック転写因子を欠損した変異型植物hsfa1abdに関して、高温ストレス処理を行い、幼植物体の胚軸及び成熟植物体の葉軸を用いて生長の様子を解析した。実験の結果、hsfa1abd変異体では幼植物体と成熟植物体の両方において高温応答性の伸長生長が強く抑制されていることが明らかになった(2)HsfA1下流遺伝子の中で成長に関与することが考えられる二つの遺伝子についての解析先行研究で行われたhsfa1abd変異体を用いたマイクロアレイの結果をもとに、HsfA1の下流で機能する正の生長制御因子候補について、それぞれ高温ストレス下での遺伝子発現解析と変異体の単離解析を行った。候補遺伝子について、変異体の単離及び遺伝子発現解析については当初の計画通りに進展している。変異体の高温ストレス下における表現型の解析を進めてつつ、候補遺伝子と近縁な相同遺伝子の変異体についても単離を進めている。単離した相同遺伝子の変異体についても表現型の解析を進めるとともに、多重変異体の作出を試みている。

RGAは細胞内のジベレリン量の増加に応答して分解されるため、一種のジベレリンセンサーとして広く用いられている。野生型、hsfa1abd三重変異体の各遺伝学的背景でGFP-RGAを発現する植物を用いて、胚軸におけるGFP蛍光の観察を行った。その結果、ジベレリンの定量実験を支持する結果が得られたため、HsfA1は高温に応答したジベレリン合成の制御にも深く関与する因子であると結論付けた。本年度と同様に変異体を用いた遺伝学的解析を中心に行う。また候補遺伝子を介した生長促進のシグナル伝達を可視化するために、GFPを用いたイメージング系の構築も進めている。28年度が最終年度であるため、記入しない。
粘度測定によるガラスの熱粘弾性特性評価技術の確立

ガラス製非球面レンズ等の光学デバイスをガラスモールド成形によって製造する際に必要となるガラスの熱粘弾性特性を,短時間かつ高精度に取得することを目的とする.従来から実施している一軸圧縮クリープ試験は,熱粘弾性特性の同定精度は高いものの測定に長時間を要するといった課題がある.そこで,クリープ試験によってガラスの化学組成と応力緩和挙動(マスターカーブ)との関係性を明らかにするとともに,ガラスの粘度とシフトファクタとの関連付けに取り組んだ.具体的には,複数の市販光学ガラス(ホウ酸系ガラスおよびリン酸系ガラス)の圧縮クリープ試験を行い,緩和せん断弾性係数に及ぼす化学組成(ネットワーク構造)の影響を調査した.その結果,瞬間剛性率で除することで無次元化した緩和せん断弾性係数,つまり応力緩和挙動は化学組成の影響をほとんど受けず,同一形状のマスターカーブを描くことを明らかにした.この結果は,圧縮試験などによってガラスの瞬間弾性率を求めるだけで様々なガラスのマスターカーブを容易に求めることが可能となることを示唆していると考えられる.一方で,同一の粘度を示す温度でのマスターカーブを比較したところ化学組成による影響がわずかに確認でき,リン酸系ガラスの緩和時間が長時間側になることが確認できた.シフトファクタの短時間での評価を可能とするため,ガラスの粘度測定に取り組み,今年度は測定原理が従来のクリープ試験と同様である平行平板法を採用した.算出された粘度は60%程度のひずみ領域までの範囲であれば同一の粘度を示すこと,また,従来のクリープ試験とほぼ同一のシフトファクタの同定が可能であることを明らかにした.クリープ試験では70%程度の大ひずみ領域まで実験を行う必要があるのに対して,粘度測定の場合には10%程度のひずみ領域までの計測で十分であり,測定時間を極めて大幅に短縮することに成功した.化学組成(ネットワーク構造)の異なる複数のガラスに対してクリープ試験を行い,マスターカーブに及ぼす影響を評価できることを明らかにした.また,粘度測定によるシフトファクタの評価時間の短縮にも成功していることから,概ね当初の計画通りに進捗していると判断した.ガラスの応力緩和挙動(緩和せん断弾性係数のマスターカーブ)はネットワーク構造の影響をほとんど受けず,同一形状のマスターカーブの概形を示したが,この事実が他のネットワーク構造から成る市販光学ガラスに対しても成立するかどうかを継続して評価する.また,応力緩和時間と化学組成の関係性についても引き続き調査を行いデータの拡充に努める.粘度測定に関しては,粘度算出式の多くは応力ではなく荷重で定義されていることから,粘度は測定荷重もしくはひずみ速度の影響を受ける可能性がある.今年度実施した平行平板法は概ね実際のガラスモールド成形と近い荷重域(392N)での試験であるが,例えば熱機械分析装置を用いて同様に平行平板法試験を試みようとする場合には,負荷荷重が極めて小さくなる.よって,測定荷重とシフトファクタの関係性について詳細に調査を行う.さらに,得られたガラスの熱粘弾性特性を考慮した有限要素法解析を実施するための環境構築を行い,結果の妥当性を評価する予定である.ガラス製非球面レンズ等の光学デバイスをガラスモールド成形によって製造する際に必要となるガラスの熱粘弾性特性を,短時間かつ高精度に取得することを目的とする.従来から実施している一軸圧縮クリープ試験は,熱粘弾性特性の同定精度は高いものの測定に長時間を要するといった課題がある.そこで,クリープ試験によってガラスの化学組成と応力緩和挙動(マスターカーブ)との関係性を明らかにするとともに,ガラスの粘度とシフトファクタとの関連付けに取り組んだ.具体的には,複数の市販光学ガラス(ホウ酸系ガラスおよびリン酸系ガラス)の圧縮クリープ試験を行い,緩和せん断弾性係数に及ぼす化学組成(ネットワーク構造)の影響を調査した.その結果,瞬間剛性率で除することで無次元化した緩和せん断弾性係数,つまり応力緩和挙動は化学組成の影響をほとんど受けず,同一形状のマスターカーブを描くことを明らかにした.この結果は,圧縮試験などによってガラスの瞬間弾性率を求めるだけで様々なガラスのマスターカーブを容易に求めることが可能となることを示唆していると考えられる.一方で,同一の粘度を示す温度でのマスターカーブを比較したところ化学組成による影響がわずかに確認でき,リン酸系ガラスの緩和時間が長時間側になることが確認できた.シフトファクタの短時間での評価を可能とするため,ガラスの粘度測定に取り組み,今年度は測定原理が従来のクリープ試験と同様である平行平板法を採用した.算出された粘度は60%程度のひずみ領域までの範囲であれば同一の粘度を示すこと,また,従来のクリープ試験とほぼ同一のシフトファクタの同定が可能であることを明らかにした.クリープ試験では70%程度の大ひずみ領域まで実験を行う必要があるのに対して,粘度測定の場合には10%程度のひずみ領域までの計測で十分であり,測定時間を極めて大幅に短縮することに成功した.化学組成(ネットワーク構造)の異なる複数のガラスに対してクリープ試験を行い,マスターカーブに及ぼす影響を評価できることを明らかにした.また,粘度測定によるシフトファクタの評価時間の短縮にも成功していることから,概ね当初の計画通りに進捗していると判断した.ガラスの応力緩和挙動(緩和せん断弾性係数のマスターカーブ)はネットワーク構造の影響をほとんど受けず,同一形状のマスターカーブの概形を示したが,この事実が他のネットワーク構造から成る市販光学ガラスに対しても成立するかどうかを継続して評価する.

また,応力緩和時間と化学組成の関係性についても引き続き調査を行いデータの拡充に努める.粘度測定に関しては,粘度算出式の多くは応力ではなく荷重で定義されていることから,粘度は測定荷重もしくはひずみ速度の影響を受ける可能性がある.今年度実施した平行平板法は概ね実際のガラスモールド成形と近い荷重域(392N)での試験であるが,例えば熱機械分析装置を用いて同様に平行平板法試験を試みようとする場合には,負荷荷重が極めて小さくなる.よって,測定荷重とシフトファクタの関係性について詳細に調査を行う.さらに,得られたガラスの熱粘弾性特性を考慮した有限要素法解析を実施するための環境構築を行い,結果の妥当性を評価する予定である.
超高速宇宙浮遊物による薄膜構造物の破壊に関する研究

太陽発電衛星(SPS)をはじめ、軌道上の大型構造物は多くの場合薄膜の構造様式をとると考えられているが、宇宙の大型構造物では超高速(数km/s以上の速度)のスペースデブリやメテオロイドの宇宙浮遊物による衝撃破壊は不可避である。本研究は超高速弾が薄膜構造にどのような形態の破壊をもたらすかを実験的に明らかにすることを目的として、宇宙科学研究本部に設備されている高速電磁加速器(レールガン)からの高速弾を用いて薄膜の衝突破壊実験を行った。本実験では各種の材質の薄膜について破壊形態と衝突イジェクタのデータを取得するとともに、薄膜が超高速弾へ及ぼす影響についても調べた。薄膜からのイジェクタは高速弾の飛翔方向側70度程度まで拡がって後方の物体に深刻な破壊をもたらすことが見いだされた。その破壊エネルギーは衝突時にイジェクトされる薄膜の質量と高速弾の速度の二乗に比例すると考えられる。また衝突時に発生するプラズマは高速弾の飛翔方向側には高速弾とほぼ同じ速さで、逆方向にはプラズマの両極性拡散の速度で伝搬することが分かった。一方高速弾自体の破砕の閾値はターゲットの面密度で決まることが示された。レールガンからの高速弾(約4km/s、ポリカーボネイト)の破壊の閾値は0.1g/cm^2であった。この閾値は、衝突時の運動量の変化に対し、音波が高速弾を伝搬する時間撃力が働くと仮定すれば、高速弾の圧縮強度と概ね一致した。薄膜の衝撃破壊の規模を最小限に止めるための構造様式の研究では、薄膜に格子状に切り込みを入れることにより破壊領域を局所化する方法が有効であることが判明した。一方薄膜に格子状に強化部を取り付けた場合、破壊のエネルギーが伝搬せず衝撃部周辺の破壊は激しくなるが、破壊が広範囲に拡がることを防止できることが示された。これら得られた結果は今後宇宙で大型の薄膜構造物を構築する上で重要な知見となる。宇宙科学研究所に設備されているレールガン(エネルギー300kJ,レール長1.8m)を使用して実験を行った。この実験のために、薄膜ターゲットを保持する機構、その前後に8本のラングミュアプローブ、薄膜ターゲットの後方に長さ1m径50cmのドリフトチェンバー、ドリフトチェンバーの最後段に高速弾を停止させるための金属ダンパ、から構成される装置を製作した。実験は超高速テレビカメラ(他部門からの借用品)、高速流しカメラ、デジタルビデオカメラをセットして行った。薄膜ターゲットとしては10cm角のアモルファスシリコンの薄膜太陽電池を使用した。実験領域の真空度は10Pa程度である。実験は予備実験を2回、本実験を4回実施した。観測機器の掃引トリガーは、レールガン出口にセットしたワイヤの切断による電気信号を使用した。TVカメラの観測では、レールガンでの放電発光とダンパへの衝突発光の2回の発光が検出された。ラングミュアプローブの計測では、各プローブで検出された信号の前後関係から、薄膜ターゲットからのプラズマ、ダンパからのプラズマ、レールガン銃口からのプラズマの3種類が同定できた。薄膜ターゲット及びダンパからの衝撃プラズマはパルス的な信号であるのに対し、銃口からのプラズマはミリ秒以上のタイムスケールを持っている。プローブへの印加電圧は+30Vと+10V(電流供給用のコンデンサ付き)の2ケースで実験している。ダンパからの衝突プラズマの発生量は極めて多くプローブの信号が飽和し、一部のプローブでは放電が発生した。

薄膜太陽電池にはプロジェクタイルとほぼ同じ大きさの穴があいたが、穴の周辺には10cm程度の径で強い熱的な損傷が発生した。穴の周辺部のアモルファスシリコン太陽電池そのものは蒸発し失われていた。放電後レールガンから煤が大量に実験領域に放射されるため、試料及び実験装置そのものが煤で汚れるという問題点があり、これに対する対策を今後とる必要がある。H13年度は宇宙科学研究所に設備されているレールガンを用いて、薄膜材料の超高速度衝突による破壊実験を行うための衝突実験チャンバの整備、プラズマプローブによる計測システムの製作を行い、それを用いた予備的実験と本実験を開始した。本年度は、薄膜材料の支持ホルダー及びプローブによる計測系の改良を行い、種々の物性値の異なる薄膜材料に関する破壊実験を実施した。実験に用いた材料は、膜厚の異なるアルミニウム(12.5μm,25μm,50μm,100μm,200μm)、密度及び熱伝導特性の異なる材料の比較として膜厚100μmのアルミニウム、鉄、ニッケル、ニオブで実験を行った。また、膜厚100μmの鉄を用い破壊現象の飛翔体速度への依存性を調べた。また、本年度は九州工業大学の2段式ガス銃を使用した衝突実験を行った。そのための衝突チャンバの整備、計測系の改修を実施した。宇宙科学研究所のレールガンの実験では飛翔体の速度は約4km/sで実験を行い、九州工業大学のガス銃(Heガス使用)では約24.4km/sの速度で実験を行った。飛翔体はいずれも質量約1gのポリカーボネートを用いている。計測装置はどちらも高速度流しカメラと固定バイアスのプラズマプローブである。薄膜材料の衝突による物理的破壊現象に関しては、膜厚が100μm以上に厚くなる場合はほほ飛翔体の大きさと同じ貫通孔が生じるのに対して、薄い場合は大きな亀裂と著しい材料変形が生じることがわかった。また、衝突直後、薄膜材料から飛翔体と同一方向及び反対方向へ拡散する発光現象が流しカメラによって観測され、プラズマプローブによりその発光と関連して荷電粒子がモニタされた。飛翔体進行方向へは飛翔体とほぼ同じ速度で荷電粒子は拡散し、後方への拡散速度は膜厚に依存し、膜厚の増加に対して1/2乗で速度は増加した。膜厚の増加により衝突時に発生するエネルギーが線形に増加しそれにより荷電粒子の拡散速度は1/2乗で増加したと推定している。本計測では固定バイアスのため、プラズマ密度を求めるためには電子温度を別途推定する必要があるが、後方への拡散が両極性拡散と仮定すると拡散速度から電子温度の推定が可能となる。来年度は本電子温度推定法の確立を行うとともに、種々の衛星材料に関する測定と破壊特性の評価を行う予定である。本研究では、宇宙空間において宇宙デブリのような超高速飛翔体と宇宙機が衝突した際の破壊現象に関して、特に薄膜材料に着目して、地上実験により物理的な破壊と破壊時のプラズマ生成を中心にメカニズムと各種材料ごとの特性を明らかにし、将来の衛星設計のためのカタログ化を目的としている。平成14年度は各種材料に関して衝突実験を行った。実験に用いた材料は厚さ0.1mmのアルミ、鉄、ニッケル、ニオブ、銀、及び厚さ1mmのポリイミドである。飛翔体は直径約14mm、重さ約1gのポリカーボネイトのブロックである。実験時の飛翔体の速度は約4km/sである。