hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
アパタイト型高速イオン伝導体における非等方的イオン伝導機構の解明

固体酸化物燃料電池電解質への応用の期待されるアパタイト型固体電解質・ランタンシリケートにおける、イオン伝導経路の可視化と拡散性の評価を行ったところ、イオン伝導度との対応から、結晶のc軸に平行な方向の高速なイオン伝導は準格子間拡散によって行われていることが示唆された。一方、c軸に垂直な方向には空孔拡散的にイオンは伝導し、Siサイトに低原子価カチオンを固溶させることによる酸素の運動性の向上が全伝導度を向上させるものと推測された。単結晶を合成して伝導度並びに酸素拡散係数を評価したところ、c軸方向の伝導の優位性を確認することができた。本年度はアパタイト型イオン伝導体セラミックスの酸素拡散係数を得ることを目的に、同位体酸素を用いた試料のアニールを行って内部に拡散した同位体酸素のプロファイルを二次イオン質量分析計によって評価した。以上の実験は産業技術総合研究所において実施させて頂いた。試料は高いイオン伝導性と高い化学的安定性の得られる組成[0.995La10(Si5.8Al0.2)O26.9-0.005(FeOg)]とした。試料の全伝導度は1073 K、大気下において5.6x10-2 S cm-1、Hebb-Wagner法によって評価した試料の電子伝導度はp型半導性挙動を示し、同温度において2.0x10-4 S cm-1以下であった。以上より試料は輸率がほぼ1(> 0.996)の純粋なイオン伝導体であることが明らかとなった。この試料について同位体酸素拡散係数(DO*)を評価すると973 Kにおいて8x10-9 cm2 s-1、1073 Kにおいて2x10-8 cm2 s-1と評価された。得られた拡散係数と、伝導度から見積もった拡散係数(Dcond)を比較すると、Dcondの値はDO*の値の数倍となったことから、この系では酸素のイオン拡散が共線的準格子間拡散機構のような非常に効率の良い方法で行われることにより高いイオン伝導度を実現できていることが本研究により初めて明らかとなった。今後、本材料の非等方的なイオン伝導機構を考察するには配向体を作製し、構造解析、振動モード解析、ならびに同位体拡散係数の評価を行うことが必要である。本年度は溶融ガラスの結晶化手法をさらに発展させ、伝導度の高いc軸方向に配向度92%以上で優先配向させた大面積イオン伝導体を作製することにも成功しており、最終年度となる次年度にはフラックス法により既に作製済みの単結晶、あるいは上述のガラス結晶化手法を用いて作製した配向体を用いた物性評価を実施する予定である。本年度はアパタイト型イオン伝導体セラミックスのX線構造解析を行い、酸化物イオンの熱振動挙動を詳細に観測し、伝導経路の推定を行った。SPring-8において測定したAlドープランタンシリケートの粉末X線回折測定データの構造解析により精密化された各サイトの酸素の非等方性温度因子に着目すると、それぞれにイオン伝導性と関係する特徴が見られた。結晶のc軸上に位置するO4はc軸方向に大きく振動し、この方向にO4を介してイオンが移動し易いことが分かった。一方、構造中でSiO4四面体を構成している酸素のうちO4に近いO2は、O4方向に向かって振動していた。O4ならびにO2は他の酸素(O1およびO3)と比べて振動の程度は大きく、結晶中の酸素にはイオン伝導と密接に関係するものと必ずしもそうでないものが存在することが明らかとなった。O2の振動はAlドープによって大きくなる傾向があり、O2原子の熱振動の増加がAlドープによるイオン伝導性向上と対応していることが示唆された。さらにAl置換固溶によりSiO4四面体に属するO2はSiから離れやすくなるという結果が得られ、それによってc軸に垂直な方向のイオン伝導が促進されると推測された。以上がAlドープによる伝導性向上の一因となっていると考えられた。さらに伝導機構解明に向けては酸素を含む振動モードをin-situで観測することも重要であるが、今年度高温下でのラマン分光測定手法の確立が行えた。一方、本材料の非等方的なイオン伝導機構を考察するには配向体を作製し、上述の手法を適用することが必須である。本年度は溶融ガラスの結晶化手法を用い、伝導度の高いc軸方向に配向度90%以上で優先配向させたイオン伝導体を作製することに成功した。究極の配向体である単結晶についても非常に微小なものについては作製が可能となり、今後成長の条件を検討してバルク単結晶を得る予定である。本年度は、イオン伝導の異方性を持つアパタイト型イオン伝導体・ランタンシリケート(LSO)の各軸方向の酸素拡散係数を得ることを目的にLSO単結晶の作製を行った。フッ化ランタンを融剤として用いるフラックス法を採用し、酸化ランタン、酸化ケイ素を用いたLSO単結晶の作製を検討した。作製は1300°Cで一度保持した後、1250°Cまでまず徐冷後、さらに室温まで徐冷する二段階の徐冷プログラムにより行った。徐冷後、種結晶の析出を確認後、結晶を成長させるために再び加熱、徐冷操作を行った。この方法により得られた結晶は透明な角柱状をしており、大きさは1×1×4 mm3であった。2次元検出器を備えたXRDで評価したところ、高速イオン伝導パスがあると言われているc軸を長軸とした結晶が得られていることが確認できた。

また、ラマンスペクトルより目的物質であるLSOが作製できていることが分かった。以上より、目的のLSO単結晶が得られたものと思われるが、導電率測定や二次イオン質量分析法による酸素拡散係数測定に用いるにはある程度のサイズが必要である。そこで、大型の単結晶の作製を目指した。方法としては種結晶の数を減らす目的で1300°Cでの保持時間を短くし、徐冷の際の降温速度も最適化した。以上の検討により、1×1×20 mm3程度と5倍程度大型の単結晶を得ることができた。今後、本材料の非等方的なイオン伝導機構を考察するために、得られた単結晶の構造解析、振動モード解析、ならびに同位体拡散係数の評価を行う予定である。また、溶融ガラスの結晶化手法を用いたLSO配向体作製方法についても継続して検討を行った。これまでの方法を発展させ、伝導度の高いc軸方向に配向度95-97%で優先配向させたイオン伝導体の作製が可能となった。本年度は、ランタンシリケート(LSO)単結晶の作製手法を確立し、完成した単結晶の導電率ならびに内部の酸素拡散係数の計測を実施することで、イオン輸送特性を明らかとすることを目指した。具体的には、フッ化ランタンを用いるフラックス法において作製条件を種々検討したところ、La:Si=1011:6の仕込み組成を持つ原料を用い、炉内の昇降温パターンを最適化することによって従来の5倍程度大型のLSO単結晶を得ることに成功した。作製したLSO単結晶の組成はLa : Si =9.6 : 6であった。LSOはイオン伝導の異方性を持つため、各軸方向の導電率や酸素拡散係数を評価することはイオン伝導機構解明に向けて有効であり、今回簡便な方法でLSO単結晶の作製に成功した意義は非常に大きいと言える。しかしながら、本手法では高伝導性を示す高La量のLSOの作製は行えなかった。これはフラックスのフッ素成分が試料に残存することでLa活量を高めにくいことが要因と思われる。作製したLSO単結晶のc軸方向の導電率測定を行ったところ、600°Cで2&#61620;10-4 S cm-1という値を示し、材料内を酸化物イオンが速い速度で輸送可能であることが分かった。産業技術総合研究所の支援の下、二次イオン質量分析計を用いた同位体酸素拡散係数測定を実施したところ、結晶のc軸に平行な方向の拡散係数がc軸に垂直な方向のそれに比べて高いことが明らかとなった。一方、イオン導電率の値からNernst-Einsteinの関係を用いて求めた拡散係数と同位体実験で求めた拡散係数を比較すると、後者が二桁以上低い値であった。この大きな差について、本材料系では拡散係数はそれほど大きくはないにもかかわらず、c軸方向に効率よくイオン輸送が行える構造を持つことが一つの要因となっていると考えられた。固体酸化物燃料電池電解質への応用の期待されるアパタイト型固体電解質・ランタンシリケートにおける、イオン伝導経路の可視化と拡散性の評価を行ったところ、イオン伝導度との対応から、結晶のc軸に平行な方向の高速なイオン伝導は準格子間拡散によって行われていることが示唆された。一方、c軸に垂直な方向には空孔拡散的にイオンは伝導し、Siサイトに低原子価カチオンを固溶させることによる酸素の運動性の向上が全伝導度を向上させるものと推測された。単結晶を合成して伝導度並びに酸素拡散係数を評価したところ、c軸方向の伝導の優位性を確認することができた。
小学校生活科における砂遊びの教育的効果についての研究

小学校生活科において砂遊びを行うことがどのような教育的効果を生み出すのかについて、研究協力校の具体的な子どもと教師の姿を継続的に関与観察し、記録を累積し日本生活科・総合的学習教育学会で発表した。その後論文として学会誌に投稿し掲載された(研究奨励賞)。具体的には、子どもたちの姿を詳細に見ていくことで、入学間もない時期において、子どもたちは、様々な葛藤がありながらも少しずつ人間関係をつくりあげていくことが分かった。また、入学間もないこの時期において、子どもが自分の居場所を獲得していくために、砂場という環境と砂遊びという活動は、遊びの中で自他を知り、それぞれのよさに気付くことを促し支える場所の一つであるということが明らかになった。さらに、その子どもたちの姿が教師自身にとっても重要な子どもを信じて待つ,見守るといった変容に結び付いていったことも明らかになった。この研究に関しては「教育実践を通しての研究」を目指し、関与観察に基づくエピソード記述によって進めていった。その結果、行動や事実、子ども自身の記述などに基づく客観的な研究とは、異なるものとなり,教師の授業での具体における子どもの働きかけに影響を与えていたことも明らかになった。砂遊び実践についての歴史的研究として「小学校生活科創設時における砂遊び実践に関する一考察」をまとめ、野外文化教育学会で発表し、その後、紀要に投稿し、掲載された。福島県内における屋外活動・砂遊びの調査を県内の市町村の小学校で実施し、現在整理したのものをもとに考察を行なっている。また、福島県棚倉町教育委員会と連携しながら研究を進めており、砂遊びに関する研修を実施したり、先生方への砂遊びの教育的効果について理解する機会などを設けたりしてきた。年度末には、実践も行われ、そこから教師が何を学んだかという検証を行い、2019年度の学会発表に向けて準備している。継続研究の結果を整理し、関係学会での発表、学会誌への掲載をすることができた。また、学校現場での研究のみならず、文献を整理することで歴史研究も行った。学校の教育課程への砂遊びの導入に向けて、準備も進めてきた。福島県内の小学校へのアンケート調査については、データの収集ができているため、今後、考察と整理を行う予定である。協力校における関与観察を継続し、今までにできていない視点での検証を進めていく。また、さらに砂遊びの教育的効果に基づいた実践を広めていくことができるよう協力校を増やすと共に、連携を強くし、実践に結びつけるための条件やその成果と課題についても明らかにしていく。小学校生活科において砂遊びを行うことがどのような教育的効果を生み出すのかについて、研究協力校の具体的な子どもと教師の姿を継続的に関与観察し、記録を累積している。記録については、砂場での教師の意識的、または無意識的な関わりを、観察を基にしたエピソードから考察し、実践者(当該教師)と共有している。学校現場で砂遊びの教育的効果について捉え、実践へと結び付けて行くためには、子どもと教師の事実から実感を得る必要があり、そのために教師が授業中に関わることができる子どものみでなく、関与観察という方法を基に観察者が記録し伝えることは子ども理解とともに実践へのフィードバックも期待できるという点で有効である。この件については、平成30年度日本保育学会の自主シンポジウムにて発表した。福島県内における屋外活動・砂遊びの予備調査からは、福島第一原子力発電所の事故の影響での屋外活動の制限という経験の影響を知ることができるようにしたが、さらに問いを焦点化し改善していく必要性が見えてきた。福島市内小学校において、小学校における砂遊びの授業への提案を行ったが、そこからは小学校における砂遊びの教育的価値への認識があまりないことが明確になった。カリキュラムを開発して行くためには、実践者である教師と学校全体での理解ができるより具体的な働きかけが必要であることが明確になった。砂場環境について、研究協力町において、全幼稚園・保育園・小学校の砂場環境を調査を行なった。今後、子どもにとって遊びやすい砂の基準に照らし合わせ、造形しやすい砂と入れ替えることで子どもたちの遊びがどのように変わっていくかについて調査研究の計画を立案している。併せて教師が砂遊びについて学ぶための、プログラムを計画している。これらのことは、まず教師が砂遊びの教育的効果を体験的に学んでいくという意味で大きな効果があると考えられる。継続的な関与観察を行い、予備調査、砂場環境の調査を進め、日本保育学会でも発表することができたが。予想以上にこれらに時間がかかり、歴史的研究と実践と教育的効果については、整理にとどまっている部分もあるが、全体的な計画についてほぼ順調に進められているため、概ね順調と判断した。

この研究に関しては「教育実践を通しての研究」を目指し、関与観察に基づくエピソード記述によって進めていった。その結果、行動や事実、子ども自身の記述などに基づく客観的な研究とは、異なるものとなり,教師の授業での具体における子どもの働きかけに影響を与えていたことも明らかになった。砂遊び実践についての歴史的研究として「小学校生活科創設時における砂遊び実践に関する一考察」をまとめ、野外文化教育学会で発表し、その後、紀要に投稿し、掲載された。福島県内における屋外活動・砂遊びの調査を県内の市町村の小学校で実施し、現在整理したのものをもとに考察を行なっている。また、福島県棚倉町教育委員会と連携しながら研究を進めており、砂遊びに関する研修を実施したり、先生方への砂遊びの教育的効果について理解する機会などを設けたりしてきた。年度末には、実践も行われ、そこから教師が何を学んだかという検証を行い、2019年度の学会発表に向けて準備している。継続研究の結果を整理し、関係学会での発表、学会誌への掲載をすることができた。また、学校現場での研究のみならず、文献を整理することで歴史研究も行った。学校の教育課程への砂遊びの導入に向けて、準備も進めてきた。福島県内の小学校へのアンケート調査については、データの収集ができているため、今後、考察と整理を行う予定である。関与観察について、幼児教育で進められてきた先行研究に基づき、小学校生活科の砂遊びにおける子どもの学びをエピソード記録と考察としてさらに累積していく。さらに累積したことについて、日本保育学会、生活科総合的学習教育学会で発表すると共に生活科総合的学習教育の学会誌への投稿をする。また、小学校低学年の実践をどのように記録すべきかについては、関与観察、エピソード記録、考察という方法で進めることの有効性についても野外文化教育学会において発表し、学会誌に投稿する。これらの発表や投稿により、広く周知されることを目指していく。福島県内における屋外活動・砂遊びの調査については、問いを焦点化し改善し協力市町村に依頼し、進めていく。造形しやすい砂を使って実際に教師が体験するプログラムを実施することで砂遊びの教育的効果について学ぶ機会を設け、生活科の授業において実践できるように支援していく。歴史的研究と実践と教育的効果については、整理にとどまっているものを論文としてまとめ、紀要等に投稿していく。実際に砂遊びを生活科に取り入れ実践している小学校を訪問し、その成果と課題について明らかにしていく。協力校における関与観察を継続し、今までにできていない視点での検証を進めていく。また、さらに砂遊びの教育的効果に基づいた実践を広めていくことができるよう協力校を増やすと共に、連携を強くし、実践に結びつけるための条件やその成果と課題についても明らかにしていく。購入を計画していた書籍が、絶版となっており購入することができなかったため。今年度、古書なども調査し購入を進めていく。相手先との調整がつかず、旅費が使用できなかったため9月12日鳥取県での先進校視察・9月13日鳥取県でのシンポジウム参加
幾何学的力学系理論とその応用

本研究課題にいう幾何学的力学系理論とは、主に多体系の運動を幾何学的に研究するというものであるが、このテーマでは幾何学的な理由から、空間内に粒子が一直線上に並ぶ場合を除いて取り扱っていたが、今回の研究でそのような制限を取り払っても理論が構築できることを示した。またこの研究の過程で主バンドル上の接続の理論が、構造群の作用が自由でなくなる場合にも拡張できることを示した。これにより、回転群の自然な作用を用いて多粒子の力学系を簡約化するという理論が一般的に確立された。さらに、粒子系ではなく、剛体系でも同様に幾何学的理論が構築できることを示した。その実例として2つの同一の軸対称円筒が結合されたような系を取り上げ、外力としてトルク入力を適当に選べば猫の宙返りがこの系で実現できることを、理論で導いた運動方程式を数値的に解いてその結果を2円筒系で表示することにより示した。また、同一の多粒子系には置換群が作用することを示し、それが実際に行列で書き表されることを、特に3粒子系で示し、その量子力学的意味を明らかにした。ここでの手法は、連続群(回転群)と離散群(対称群)とを同時に考えて、力学系の簡約化を行うという意味で、簡約化の理論をさらに発展させるものである。多粒子系ではないが、やはり幾何学的力学の立場から、山口氏との共同研究で、リーマン多様体の余接バンドル上の測地流の線形化方程式の性質を研究し、カオス理論で話題になるリャプーノフ指数とリャプーノフベクトルの性質を調べた。そして、幾何学的な扱いをすることにより、リャプーノフベクトルの向きがより正確に議論できることを示した。本研究課題にいう幾何学的力学系理論とは、多体系の運動を幾何学的に研究するという意図をもったものである。研究代表者はかねてよりこのテーマで研究をつづけていたが、特異的な状況における理論は未完成であった。今回他研究科の研究者との共同研究で、一部進展をみた。その成果はまもなく出版予定である。空間内にN個の粒子があるという状況で、これらの粒子全体が一直線上に並んでしまうということが起こらなければ、微分幾何学にいうところの主バンドルの理論が回転群を構造群として適用できるのであるが、全粒子が一直線上に並ぶという特異的な状況が起きるとその理論が適用できなくなる。このような幾何学的には特異な状況でも、群の表現論の立場からは、ピータ・ワイルの理論を適用することで、研究を続けることができて、逆に微分幾何学に新しい知見を提供することができる。一言でいうと、これが今回の成果である。さらに、粒子系のいろんな運動をテレビ画面でみられるように、購入した数式処理ソフトを利用して制作中である。振動が、結果として回転を引き起こすという主バンドル理論の適用結果は、テレビ画面での動画としてみると一層興味深いものである。さらに特異な状況が起こっている場合に実際に多粒子系が力学的にはどのような振る舞いをするのか、動画を制作することによって理解を深めることができる。また、多粒子系が同一粒子からなる場合にも適用できるように理論を拡張中である。これは、主バンドルに構造群以外に離散的な群作用をうまく定義することで達成できる。

これにより、回転群の自然な作用を用いて多粒子の力学系を簡約化するという理論が一般的に確立された。さらに、粒子系ではなく、剛体系でも同様に幾何学的理論が構築できることを示した。その実例として2つの同一の軸対称円筒が結合されたような系を取り上げ、外力としてトルク入力を適当に選べば猫の宙返りがこの系で実現できることを、理論で導いた運動方程式を数値的に解いてその結果を2円筒系で表示することにより示した。また、同一の多粒子系には置換群が作用することを示し、それが実際に行列で書き表されることを、特に3粒子系で示し、その量子力学的意味を明らかにした。ここでの手法は、連続群(回転群)と離散群(対称群)とを同時に考えて、力学系の簡約化を行うという意味で、簡約化の理論をさらに発展させるものである。多粒子系ではないが、やはり幾何学的力学の立場から、山口氏との共同研究で、リーマン多様体の余接バンドル上の測地流の線形化方程式の性質を研究し、カオス理論で話題になるリャプーノフ指数とリャプーノフベクトルの性質を調べた。そして、幾何学的な扱いをすることにより、リャプーノフベクトルの向きがより正確に議論できることを示した。
低エネルギー超高分解能光電子分光装置の建設と高温超伝導体の微細電子構造の研究

これまで建設・改良を進めてきた超高分解能光電子分光装置を用いて、銅酸化物および鉄系高温超伝導体の電子状態の研究を行った。銅酸化物高温超伝導体Bi_2Sr_2CuO_6の超伝導・擬ギャップの温度・波数依存性を高精度で決定し、超伝導ギャップから擬ギャップへの変化が、超伝導転移温度をまたいで連続的に起こることを見出した。また、擬ギャップの消失する温度は波数によらず超伝導ギャップサイズに比例することを明らかにした。これらの結果は、長年の未解決問題であった擬ギャップの起源が、超伝導の前駆現象に関係することを示している。超伝導機構が未解明である電子型鉄系超伝導体BaFe_<2-x>Co_xAs_2のフェルミ面および超伝導ギャップを世界で初めて直接観測することに成功し、超伝導対称性がs波であること、および反強磁性ベクトルで繋がれるフェルミ面上で超伝導ギャップサイズが増大していることを見出した。これらの結果は、高温超伝導が反強磁性揺らぎによって生じていることを示している。また、ホール型Ba_<1-x>K_xFe_2As_2の結果と比較を行うことで、電子型とホール型の両者で超伝導機構が共通である「電子-ホール対称性」が成り立っていることを実験的に示した。さらに、結晶構造の異なるFeTe_<1-x>Se_x超伝導体のフェルミ面と超伝導ギャップを高分解能ARPESによって決定することに初めて成功し、反強磁性揺らぎにもとづく超伝導機構が鉄系高温超伝導体において普遍的に実現していることを示唆した。従来の20-50eV程度の励起光を用いた角度分解光電子分光測定では、電子の検出深さが表面第一層程度であり、試料表面のラフネスや吸着分子のポテンシャルの影響により、実験結果の再現性を得るのが難しいという問題点があった。この問題点を解決するため、新型の低エネルギー励起光源であるキセノンプラズマ放電管を備えた超高分解能光電子分光装置を新たに建設・改良した。特に、水冷と空冷を用いた強力な冷却機構を構築し、キセノンプラズマ放電管を連続して300時間以上安定して発光させることに成功した。これにより、従来のヘリウム放電管を用いた場合に比べてバルク敏感かつ高エネルギー・運動量分解能での測定を可能にした。現時点での装置性能として、エネルギー分解能0.9meV、到達温度3.5Kを達成した。装置の改良と並行して、高温超伝導体Bi_2Sr_2CuO_6の超伝導状態における電子状態の研究を行い、単層系高温超伝導体のアンチノードにおいて世界で初めて超伝導コヒーレンスピークを観測することに成功した。また、詳細な温度変化測定を行い、単層系のBi_2Sr_2CuO_6では、これまで精力的な研究がなされてきた複層系のBi_2Sr_2CaCu_2O_8とは異なり、過剰ドープ領域でも高温まで擬ギャップ相が存在していることを明らかにした。さらに、La系高温超伝導体において、超伝導状態でのみ存在する多体相互作用によるエネルギー分散の変化を観測することに成功した。その結果、折れ曲がりを特徴付けるエネルギースケールが物質ごとの超伝導転移温度に対応して変化していることを見出した。また、この折れ曲がりが、磁気的な環境のみを強く乱す不純物の導入によって著しく抑制されることから、エネルギー分散の折れ曲がりの起源が電子と磁気励起との結合によって説明出来ることを明らかにした。従来の角度分解光電子分光測定で問題となっていた表面敏感性を解決するため、前年度に引き続き、新型の低エネルギー励起光源であるキセノンプラズマ放電管を備えたバルク敏感超高分解能光電子分光装置の改良を行った。装置の改良と並行して銅酸化物高温超伝導体Bi_2Sr_2CuO_6の電子状態の研究を行い、超伝導ギャップとは異なる起源をもつエネルギーギャップが存在することを見出した。この結果は、銅酸化物高温超伝導体における長年の未解決問題である擬ギャップの起源を解明する鍵となると考えられる。また、不純物置換Bi_2Sr_2CaCu_2O_8の超高分解能測定を行い、不純物による超伝導対破壊効果に起因した超伝導ギャップ形状の変化やギャップ内状態の形成を観測することに成功した。さらに、放射光を用いてバルクの電子状態を選択的に測定する手法を見出し、YBa_2Cu_3O_<7-δ>における超伝導ギャップ対称性のキャリア濃度依存性を決定することに初めて成功した。その結果、反強磁性的なスピン揺らぎが超伝導対形成と密接に関わっていること、及び超伝導ギャップ形状が物質よらず普遍的に振る舞うことを示唆した。銅酸化物高温超伝導体の研究と並行して、新たに発見された鉄系高温超伝導体の電子状態の研究にも取り組み、Ba_<1-x>K_xFe_2As_2におけるバンド構造および超伝導ギャップの波数依存性を直接観測することに世界で初めて成功した。超伝導ギャップサイズのフェルミ面依存性から、銅酸化物高温超伝導体と同様、反強磁性的なスピン揺らぎが電子対の形成に寄与している可能性を示した。

銅酸化物高温超伝導体Bi_2Sr_2CuO_6の超伝導・擬ギャップの温度・波数依存性を高精度で決定し、超伝導ギャップから擬ギャップへの変化が、超伝導転移温度をまたいで連続的に起こることを見出した。また、擬ギャップの消失する温度は波数によらず超伝導ギャップサイズに比例することを明らかにした。これらの結果は、長年の未解決問題であった擬ギャップの起源が、超伝導の前駆現象に関係することを示している。超伝導機構が未解明である電子型鉄系超伝導体BaFe_<2-x>Co_xAs_2のフェルミ面および超伝導ギャップを世界で初めて直接観測することに成功し、超伝導対称性がs波であること、および反強磁性ベクトルで繋がれるフェルミ面上で超伝導ギャップサイズが増大していることを見出した。これらの結果は、高温超伝導が反強磁性揺らぎによって生じていることを示している。また、ホール型Ba_<1-x>K_xFe_2As_2の結果と比較を行うことで、電子型とホール型の両者で超伝導機構が共通である「電子-ホール対称性」が成り立っていることを実験的に示した。さらに、結晶構造の異なるFeTe_<1-x>Se_x超伝導体のフェルミ面と超伝導ギャップを高分解能ARPESによって決定することに初めて成功し、反強磁性揺らぎにもとづく超伝導機構が鉄系高温超伝導体において普遍的に実現していることを示唆した。
ATla受容体欠損マウスにおける生体糸球体微小循環の可視化 -AIIの腎循環の役割-

薬剤を用いてangiotensin IIの1型(AT1)受容体をブロックした正常ラットと糖尿病ラットの腎微小循環動態を比較検討した。先ずWistarラット(正常ラット)およびSTZラット(ストレプトロゾシン誘発糖尿病ラット)を用いて、麻酔下にAT1拮抗薬(ロサルタン)の投与による輸入および輸出細動脈に対する拡張作用を観察した。Macro-とmicro-circulationを比較するために、我々の開発したペンシル型ニードル生体顕微鏡で糸球体微小循環パラメーター(輸入・輸出細動脈径)と血行動態パラメーター(脈拍、血圧、腎血流量)を同時に経時的に測定した。AT1拮抗薬は、正常ラットでは輸入細動脈、輸出細動脈を拡張させ、一方、糖尿病ラットでは輸入細動脈に対する拡張作用は消失していたが、輸出細動脈に対する拡張作用は正常ラットと同様であった。結果として、糖尿病ラットでは輸入細動脈/輸出細動脈比が減少していた。本法により、糖尿病ラット腎におけるhyper-fi1trationを示唆する特徴的な輸入細動脈の拡張像を生体下で直接確認することができた。このことから、糖尿病性腎症の病態の一つとしてAIIによる輸入細動脈の収縮性の減弱が関与しているが示唆され、AT1受容体拮抗薬により是正される可能性を究明できた。次いで、CCDカメラの先端をニードル型(3mm)からペンシル型(1mm)に改良することによってラットと同様の方法でマウスの糸球体微小循環を可視化することに成功した。さらに、高濃度アンギオテンシンII(20μg)をsuperfusionすることによって特に輸出細動脈血管径が収縮するイメージをリアルタイムに捕えることができた。このイメージング画像をコンピュータ画像処理することによって、糸球体毛細血管の血流速度ベクトル表示を時空間画像として表示することができた。今年はノックアウトマウスを用いる前段階として薬剤を用いてAT1受容体をブロックし正常ラットと糖尿病ラットを比較した。麻酔下ラットにおいてAT1拮抗薬(ロサルタン)の輸入および輸出細動脈に対する拡張作用をWistarラット(正常ラット)およびSTZラット(ストレプトロゾシン誘発糖尿病ラット)において検討した。macroとmicrocirculationを比較するために、我々の開発したペンシル型ニードル生体顕微鏡で糸球体微小循環パラメーター(輸入・輸出細動脈径)を血行動態パラメーター(脈拍、血圧、腎血流量)と同時に経時的に測定を行った。Wistar群(n=6)においてAT1拮抗薬1,3,10mg/kgを10分間隔で静脈内投与した。平均血圧は3,10mg/kg投与によって減少したが、腎血流量は1mg/kg投与時より用量依存的な増加が見られ、腎血管床に対する特異性が確認された。また輸入、輸出細動脈径にも1mg/kg投与から用量依存的な拡張が見られた。しかしながら輸入/輸出細動脈比に差は見られずAT1拮抗薬は輸入および輸出細動脈を同程度に拡張させることが示された。STZ糖尿病群(n=6)においてAT1拮抗薬1,3,10mg/kgi.v.投与後の平均血圧は、1mg/kgより用量依存的な減少が確認された。basalな腎血流量および腎重量はWistarに比して増加が見られた。AT1拮抗薬投与により腎血流量は用量依存的に増加した。輸入細動脈径はbasalにおいて13.3±0.8μmであり、Wistar(9.4±1.0μm)に比して拡張していたがAT1拮抗薬の投与によっては変化が見られなかった。このとき輸出細動脈径は用量依存的に拡張していたため、輸入/輸出細動脈比には減少傾向が見られた。

ATl拮抗薬はSTZ糖尿病ラットにおいては輸出細動脈を特異的に拡張させるが10mg/kg投与時の輸出細動脈の拡張率はbasalの22.9±6.7%でありWistarにおける拡張率32.0±8.8%に比して少なかった。AT1拮抗薬は正常ラットにおいて輸入細動脈、輸出細動脈を拡張させた。一方、糖尿病ラットでは輸入細動脈に対する拡張作用は消失したが、輸出細動脈に対する拡張作用は正常ラットと同様であり、保持されていた。結果、糖尿病ラットにおいて輸入細動脈/輸出細動脈比が減少した。本方法によって糖尿病ラットのhyperfiltrationを示唆する、輸入細動脈の特徴的な拡張を生体位において確認することができた。この特徴はAllによる輸入細動脈の収縮性の誠弱が関与する可能性があること、AT1受容体拮抗により是正されることが示された。平成10年度は、薬剤によるangiotensinIIの1型(AT1)受容体をブロックした正常ラットと糖尿病ラットの腎糸球体微小循環動態を比較検討し報告した。今年度はマウスにおける糸球体微小循環の可視化を先ず試みた。ラットより一回り小さいマウス腎に対して、CCDカメラの先端をニードル型(3mm)からペンシル型(1mm)に改良し実験に供した。麻酔方法、麻酔薬と量ならびに手技はラットとほぼ同様に行い、マウスの糸球体微小循環の可視化に成功した。次いで、高濃度アンギオテンシンII(20μg)をsuprefusionすることによって、特に輸出細動脈血管径が収縮するイメージをリアルタイムに捕らえることができた。さらに、このイメージング画像をコンピュータ画像処理することによって、糸球体毛細血管の血流速度ベクトル表示を時空間画像として表示することができた。
口腔Streptococcus milleriの生体定着因子に関する研究

口腔常在性"Streptococcus milleri"は、細菌性心内膜炎や糸球体腎炎あるいは全身の化膿病変の重要な原因菌の一つである。我々はこれまでにヒトの口腔内あるいは身体各部の化膿巣から分離した"S.millrri"のかなりの菌株が様々な組織細胞へ付着する菌体表層因子を併せ持つことを示唆した。本研究では、その生体定着因子の1、2の異同を明らかにすべく、これを分離、同定し、その生化学的、免疫学的性状を調べた。先ず、血清型の異なる36 S.millrri菌株について、歯面定着能を知る一指標となる唾液による菌体凝集能を調べ、血清型g(g-,g,j-)およびhのS.intermedius、S.constellatus、S.anginosus株は唾液凝集能を示すが、その他の10血清型の菌株にはないことが知られた。代表的な唾液凝集株であるS.intermedius 1208-1株(g)は菌体表層に長い線毛様構造物を持つが、非凝集性の代表としたS.constellatus NCTC 10708株(b)には存在しないことが電顕下に観察された。次いで、唾液凝集性S.intermedius 1208-1株(g)から抽出した菌体表層物質を、硫安塩析とDEAE-Sephalose CL-6Bカラムクロマトグラフィーによって単離した。SDS-PAGEと化学分析の結果、得られた唾液凝集因子は分子量60100kdの構成単位からなる巨大(>250669kd)な糖蛋白性の物質であり、glycine,serine,glutamic acid,aspartic acidを主要アミノ酸として、非極性アミノ酸を25%の割合で含み、papainとpronase-Pに感受性であるがlysozymeやneuraminidaseなどのglycosidasesには非感受性であった。さらに、精製唾液凝集因子に対する家兎免疫特異血清を用いたimmuno-gold法により唾液凝集因子の局在を調べ、1208-1株(g)の菌体表層の線毛部分に存在することを示した。また、特異免疫血清との反応性から、唾液凝集因子は血清型gおよびhのS.milleri株にほぼ偏在していることが確認された。したがって、血清型gおよびhに加えiおよびjのS.intermedius株にもみられる羊赤血球凝集能(既報)には関与していないと思われた。Streptococcus milleri群は口腔内に常在する菌群であるが,細菌性心内膜炎,糸球体腎炎,化膿性病巣において検出され,全身の感染症原因菌になりうることが以前より示唆されている。また最近,ヒト細胞にのみ特異性を示す細胞障害性毒素を分泌することや,上部消化器癌において高率に検出されるという報告もあり,S.milleriの生体細胞への付着・定着機能の解明が脚光を浴びてきている。私どもは,まずS.milleri臨床分離株134株について細胞外マトリックスへの結合性を,ELISA法によりスクリーニングした。

その結果,S.anginosus,S.constellatus,およびS.intermediusの3種から構成されるS.milleri群のうち,S.intermediusのみが細胞外マトリックスへ高い結合性を示し,さらにこれはマトリックス構成成分のlamininへ特異的に結合していることによることを見い出した。菌体をトリプシンや熱で処理すると結合能が消失すること,また糖添加により結合が阻害されないことなどより,この結合菌体表層のタンパク質が関与していることが考えられた。この結合因子の解析を進めるために,菌体を超音波処理することにより可溶化し,イオン交換カラムやゲルろ過カラムを用いて粗分画し,lamininへ特異的に結合する画分を集め、さらにSDS-PAGEにより分画した。Western blotにより50-kDaにlamininと特異的に結合するバンドを認め,Protein Sequener(Applied Biosystem)により分析したところ,最初のN-末端アミノ酸配列がSer-Ile-Ile-Phe-Asp-Val-Tyr-Ala-Arg-Glu-Valと決定された。これは,これまでに報告されているS.pyogenesやgroup A streptococciのbacterial adhesinとは異なっていることがわかった。今後,このS.intermedius菌体表層に存在するlimininと特異的に結合するタンパク質について明らかにしていくために,S.intermedius遺伝子ライブラリーを作製し,先に得られたN-末端のアミノ酸配列をもとに合成したoligonucleptide probeを用いてクローニングを行い,遺伝子構造,アミノ酸全配列を明らかにし,さらにlimininと結合活性を有する部位およびその結合機構を解明していくつもりである。口腔常在菌の一つであるStreptococcus milleriは,細菌性心内膜炎や糸球体腎炎、あるいは全身の化膿病変の重要な原因菌の一つであることが知られている。申請者らはこれまでにヒトの口腔内および全身各部の化膿巣から分離したS.millrriのかなりの菌株がその菌体表層に口腔および全身の組織細胞表面へ付着する因子を併せ持つことを示唆してきた。そうしたS.millrriの生体定着因子を分離、同定し、それらの生化学的、免疫学的性状を明らかにするため、昨年度までに、代表的は唾液凝集株であるS.intermedius 1208-1株(g)から唾液による菌体の凝集に関わる菌体表層物質を抽出し、液体クロマトグラフィーによって単離し、それが分子量200kd以上の糖タンパクであることを示した。
距離画像と濃淡画像との融合による実時間形状認識

本研究は,ロボットあるいは産業用ビジョンへの利用を目標として,性質の異なる2つの画像:距離画像と濃淡画像とを融合することにより,ロバスト性の高い,実用的な3次元形状の認識手法を確立することを目的としている.まず,両画像の性質を考慮し,ロバストに抽出しうる特徴に関して論じた.距離画像は,実時間入力を仮定した場合,一般に計測点数が数百数千点程度の粗い画像になる.そこで,形状特徴として,高い周波数成分を含むエッジ・頂点は用いず,平面と円筒面とのみに着目することとした.距離画像への局所的な平面の最小2乗当てはめ,法線ベクトルの算出を利用し,併合・分割によりなめらかな領域を抽出し,得られた領域を拡張ガウス球に写像してガウス球上での分布を計測することにより平面・円筒面の識別を実現した.一方,濃淡画像から抽出する特徴としては,直線エッジをとりあげた.以上で得られた2種の特徴,すなわち距離画像から抽出された平面・円筒面領域と濃淡画像から得られるエッジとを融合することにより3次元形状特徴を計測する手法を確立した.さらに,上記手法の応用の一つとして,ロボット群による分散センシングへの適用を行った.具体的には,ロボット群の各ロボットが距離画像センサ,濃淡画像センサを搭載している際に,各ロボットの位置・姿勢誤差を加味して上記のセンサフュージョンを行う手法を確立・定式化すると同時に,融合された結果に基づきデッドレコニングにより得られているロボットの相対位置・姿勢誤差を補正する手法を確立した.本研究は,ロボットあるいは産業用ビジョンへの利用を目標として,性質の異なる2つの画像:距離画像と濃淡画像とを融合することにより,ロバスト性の高い,実用的な3次元形状の認識手法を確立することを目的としている.まず,両画像の性質を考慮し,ロバストに抽出しうる特徴に関して論じた.距離画像は,実時間入力を仮定した場合,一般に計測点数が数百数千点程度の粗い画像になる.そこで,形状特徴として,高い周波数成分を含むエッジ・頂点は用いず,平面と円筒面とのみに着目することとした.距離画像への局所的な平面の最小2乗当てはめ,法線ベクトルの算出を利用し,併合・分割によりなめらかな領域を抽出し,得られた領域を拡張ガウス球に写像してガウス球上での分布を計測することにより平面・円筒面の識別を実現した.一方,濃淡画像から抽出する特徴としては,直線エッジをとりあげた.以上で得られた2種の特徴,すなわち距離画像から抽出された平面・円筒面領域と濃淡画像から得られるエッジとを融合することにより3次元形状特徴を計測する手法を確立した.さらに,上記手法の応用の一つとして,ロボット群による分散センシングへの適用を行った.具体的には,ロボット群の各ロボットが距離画像センサ,濃淡画像センサを搭載している際に,各ロボットの位置・姿勢誤差を加味して上記のセンサフュージョンを行う手法を確立・定式化すると同時に,融合された結果に基づきデッドレコニングにより得られているロボットの相対位置・姿勢誤差を補正する手法を確立した.本研究は,ロボットあるいは産業用ビジョンへの利用を目標として,性質の異なる2つの画像:距離画像と濃淡画像とを融合することにより,ロバスト性の高い,実用的な3次元形状の認識手法を確立することを目的としている.まず,両画像の性質を考慮し,ロバストに抽出しうる特徴に関して論じた.距離画像は,実時間入力を仮定した場合,一般に計測点数が数百数千点程度の粗い画像になる.そこで,形状特徴として,高い周波数成分を含むエッジ・頂点は用いず,平面と円筒面のみに着目することとした.距離画像への局所的な平面の最小2乗当てはめ,法線ベクトルの算出を利用し,併合・分割によりなめらかな領域を抽出し,得られた領域を拡張ガウス球に写像してガウス球上での分布を計測することにより平面・円筒面の識別を実現した.一方,濃淡画像から抽出する特徴としては,直線エッジをとりあげた.以上で得られた2種の特徴,すなわち距離画像から抽出された平面・円筒面領域と濃淡画像から得られるエッジとを融合することにより3次元形状特徴を計測する手法を確立した.・平面領域とエッジとの融合では,エッジを3次元空間に投影した平面と,平面領域を含む平面との交線を求めることで,エッジの3次元空間中での位置・姿勢を計測する手法を,両特徴の誤差を陽に考慮して定式化した.・円筒面領域とエッジとの融合では,距離画像から得られている円筒面領域を濃淡画像上に射影したものと,濃淡画像のエッジとが一致するという条件を利用し,濃淡画像のエッジを融合することによって円筒面の計測制度を向上させる手法を,非線形最小2乗法の枠組みで定式化した.これらの手法の有効性を,実距離画像・濃淡画像の融合実験により検証している.本研究は,ロボットあるいは産業用ビジョンへの利用を目標として,性質の異なる2つの画像:距離画像と濃淡画像とを融合することにより,ロバスト性の高い,実用的な3次元形状の認識手法を確立することを目的としている.昨年度は,距離画像から抽出する特徴として平面・円筒面,濃淡画像から抽出する特徴として直線エッジを選択し,これらの特徴の抽出・識別法を確立し、さらにこれら両画像から抽出される特徴を融合(センサフュージョン)して3次元形状特徴を計測する手法を確立した.本年度は,これらの手法を発展として,主に以下の2つの成果を得た.・複雑な形状のモデルベース3次元形状認識:

上記手法で得られる基礎的な3次元形状特徴を用いてモデルベースで識別を行い,3次元位置・姿勢の計測結果を得る手法を確立した.一般にモデルベーストビジョンでは探索空間が大きくなることが問題点であるが,本手法では比較的高次の3次元特徴を用いることにより,実用的な処理コストで認識を実現することが可能である.・ロボット群による分散センシングへの適用:ロボット群の各ロボットが距離画像センサ,濃淡画像センサを搭載している際に,各ロボットの位置・姿勢誤差を加味して上記のセンサフュージョンを行う手法を確立・定式化すると同時に,融合された結果に基づきデッドレコニングにより得られているロボットの相対位置・姿勢誤差を補正する手法を確立した.提案手法の有効性の検証は,実距離画像・濃淡画像の融合実験により行った.
FDG-PETによる炎症組織の診断のための基礎的検討

昨年度はマウスの炎症モデルを用いてデオキシグルコース(DG)の取込みに関する検討を中心に行い、炎症組織内に^<14>C-DGの高集積領域と低集積領域が存在し、それぞれの領域においてcAMPによる制御機構が異なることを明らかにした。この現象は^<14>C-DG投与後、比較的後期のものであるため、本年度は^<14>C-DG投与後、早期の段階について検討を行った。さらに、炎症組織に加えて、腫瘍を対象としてFDG取込みの早期および後期画像の比較を行った。炎症モデルマウスの尾静脈より^<14>C-DGを投与し、1分後に炎症組織および反対側の大腿部筋肉(正常組織)を摘出し、放射能濃度を測定した。また、マウスにcAMPの分解酵素であるPDE4の阻害薬であるロリプラムを予め投与し、同様の検討を行った。この結果、炎症組織における14C-DG投与1分後の取込みはロリプラム負荷により変化しないことが明らかとなった。腫瘍におけるFDGの取込みの検討にはダブルトレーサ法を用いて、同一個体でFDGの早期および後期画像を得る試みを行った。NFSaを播種したマウスに^<18>F-FDGを投与し、さらにその29分後に^<14>C-FDGを投与し、1分後に腫瘍組織を摘出した。摘出した組織の切片(20μm)を作成し、半減期の違いを利用して^<18>Fと^<14>C、それぞれのオートラジオグラムを作成した。これより同一の腫瘍内でFDGの分布は早期と後期で大きくことなることが明らかとなった。FDGの組織内における早期分布は主として取込み過程(血流、トランスポーター)、後期の分布はリン酸化の過程(ヘキソキナーゼ)が関与していると考えられている。組織内における早期分布と後期分布を比較することにより、FDG取込みの制御機構を明確にすることができ、さらに、薬の作用がどちらの過程に影響を及ぼしているかを検討することで、より有効な薬の開発に結びつくものと思われる。テルピン油を用いた化学的な炎症モデル、およびS.aureusによる感染性の炎症モデルを用いて検討を行った。雄性ddYマウスの大腿部にテルピン油もしくはS.aureusを播種し、炎症組織を形成させた。炎症モデルマウスの尾静脈より^<14>C標識のデオキシグルコース(14C-DG)を投与し、30分後に炎症組織および反対側の大腿部筋肉(正常組織)を摘出した。摘出した組織はヘキサン-ドライアイス中で急速凍結させ、クライオスタットを用いて20μmの切片を作成した。筋肉および炎症組織の切片をイメージングプレートにコンタクトし、BAS1500を用いてオートラジオグラムを作成した。また、マウスにcAMPの分解酵素であるPDE4の阻害薬であるロリプラム(3mg/kg)を静脈内もしくは腹腔内に予め投与し、その15分後に^<14>C-DGを投与して同様に検討を行った。正常組織における^<14>C-DGの取込みは取込みが非常に高い領域と低い領域とに区別された。ロリプラムの前処置により、高取込み領域における取込みが著明に低下し、一方で低取込み領域はあまり変化を生じないことが明らかとなった。炎症組織においては炎症の周囲に非常に高い^<14>C-DGの取込みを認めた。さらにロリプラムを前処置した場合でも^<14>C-DGの取込みの分布等は変化せず、正常組織におけるcAMPによる糖代謝の制御機構と炎症組織における制御機構が異なることが示唆された。これより、FDG-PETによる検査等でcAMPへの反応性を指標に、正常組織と炎症組織を判別できる可能性が示され、炎症の検出のみではなく治療の効果の有無の判別にもFDGが有用であると思われる。

これより同一の腫瘍内でFDGの分布は早期と後期で大きくことなることが明らかとなった。FDGの組織内における早期分布は主として取込み過程(血流、トランスポーター)、後期の分布はリン酸化の過程(ヘキソキナーゼ)が関与していると考えられている。組織内における早期分布と後期分布を比較することにより、FDG取込みの制御機構を明確にすることができ、さらに、薬の作用がどちらの過程に影響を及ぼしているかを検討することで、より有効な薬の開発に結びつくものと思われる。
住宅のＺｅｒｏ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｈｏｕｓｅ（ＺＥＨ）化に関する研究

平成27年度は以下の項目について研究を行った。1.非定常数値解析による時間的変動を伴う換気量の定量的評価手法の開発。十分な通風量が期待できない、同一壁面上に2つの開口を有する単純住宅モデルを対象に、単体及び市街地を想定し2棟隣接して配置した場合の通風性状をLES解析により検討した。更に、開口部に風力換気促進装置(ガイドベーン)を設置した場合の解析を行った。開口から気流に追従する大きさ・質量の無い粒子を放出し、粒子追跡を行うことで、室内に流入した気流がショートサーキットして流出する場合を考慮した換気量(有効換気量)の評価手法を開発した。この手法は時間的に変化する気流場にも適用することが可能である。有効換気量は単体と比較して二棟隣接させた方が多くなり、ガイドベーンの取り付け位置によっても大きく変化する。2.家庭用エアコンを対象とした2015年度モデルのカタログスタディとCOPマトリックスデータベースの構築。2015年度モデル対象としてカタログスタディを行い、既往の研究で調査を行った2013年度モデルの調査結果と比較し、各社製エアコンの性能の年推移を分析した。2015年度モデルでは暖冷房ともに定格能力が約2倍になると平均定格COPは約0.70.8倍となる。又、2013年度と比較して2015年度ではどの機種でもAPFが約0.5増加していることが明らかとなった。更に、外気温、暖冷房負荷を任意に調整可能な簡易カロリーメータを使用し、P社及びME社製家庭用エアコンを対象としてエアコンの出力、外気温、COPの関係(COPマトリックス)を測定し、COPマトリックスデータの蓄積を行った。COPマトリックスでは、暖冷房時共に出力が低くなるにつれてCOPが高くなる傾向があり、又、暖房時は外気温が高い方が、冷房時は外気温が低い方が、COPが高くなる傾向がある。27年度が最終年度であるため、記入しない。
インシュリン受容体と糖輸送体のリサイクリング

細胞表面の各種リセプターは基質を受容すると基質と共に内在化し,基質はリソゾームで分解され,リセプターはリサイクリングし細胞表面に再び出現する.そのリサイクリングのどのステップでインシュリン受容のシグナルが伝達されるか明らかでない.最近インシュリン・リセプター・キナーゼに変異があるとリセプターの内在化が阻害されることがわかり,内在化と機能発現の関係に興味があつまってきている.本研究により以下の新しい事実が明らかとなった.1.従来クロロキン,ディブカインなどのアシドトロピック剤はリセプターのリサイクリングを阻害するといわれてきたが直接的にイムノブロッティング法や再構成法で調べるとこれらの薬剤はリサイクリングには影響を与えずインスリン作用の発現にも影響がなかった.さらにインシュリンが分解されないでリサイクリングすることもわかった.2.電子顕微鏡による観察から細胞膜直下に低密度ミクロゾーム分画に存在すると同一形態の小胞が存在していた.この小胞が糖輸送体やインシュリン・リセプターのリサイクリングと関係する可能性を指摘した.3.リボゾームタンパクS_6のリン酸化がインシュリン作用の発現と密接に関与していることを見出した.4.インシュリン・リセプターのリサイクリングとインシュリン作用の発現の関係を調べるため内在化の阻害剤を各種用い,インシュリンの結合,内在化,糖輸送, S_6タンパクのリン酸化との関係を調べた.内在化とこれらの指標に平行関係が認められ,内在化がインシュリン作用発現に重要であることがわかった.以上,インシュリンによる細胞内情報伝達機構の各ステップの基本的情報を入手することが出来た.細胞表面の各種リセプターは基質を受容すると基質と共に内在化し,基質はリソゾームで分解され,リセプターはリサイクリングし細胞表面に再び出現する.そのリサイクリングのどのステップでインシュリン受容のシグナルが伝達されるか明らかでない.最近インシュリン・リセプター・キナーゼに変異があるとリセプターの内在化が阻害されることがわかり,内在化と機能発現の関係に興味があつまってきている.本研究により以下の新しい事実が明らかとなった.1.従来クロロキン,ディブカインなどのアシドトロピック剤はリセプターのリサイクリングを阻害するといわれてきたが直接的にイムノブロッティング法や再構成法で調べるとこれらの薬剤はリサイクリングには影響を与えずインスリン作用の発現にも影響がなかった.さらにインシュリンが分解されないでリサイクリングすることもわかった.2.電子顕微鏡による観察から細胞膜直下に低密度ミクロゾーム分画に存在すると同一形態の小胞が存在していた.この小胞が糖輸送体やインシュリン・リセプターのリサイクリングと関係する可能性を指摘した.3.リボゾームタンパクS_6のリン酸化がインシュリン作用の発現と密接に関与していることを見出した.4.インシュリン・リセプターのリサイクリングとインシュリン作用の発現の関係を調べるため内在化の阻害剤を各種用い,インシュリンの結合,内在化,糖輸送, S_6タンパクのリン酸化との関係を調べた.内在化とこれらの指標に平行関係が認められ,内在化がインシュリン作用発現に重要であることがわかった.以上,インシュリンによる細胞内情報伝達機構の各ステップの基本的情報を入手することが出来た.脂肪細胞はインシュリン投与による代謝活動の調節作用が顕著でホルモンによる代謝活性調節の研究の代表的な例としてよく用いられてきた。特に、インシュリン投与による糖輸送活性の上昇については詳細に調べられ、この上昇が糖輸送体のリサイクリングにより起こっていることを明らかにしてきた。本年度はこの小胞輸送による糖輸送体の細胞内局在性を変える機構を明らかにする目的で細胞内での情報伝達の経路について検討し、以下のことを新たに見出した。1.インシュリン投与にともない、顕著にリン酸化されるタンパク質が見つかり、分子量,等電点,抗体との交叉性からリボゾームタンパク質【S_6】と同定された。この【S_6】のリン酸化にはインシュリンに対する濃度依存性、リン酸化の時間経過、代謝活動の活性化の阻害剤の効果、インシュリン様作用を持つ薬剤に対する効果から、細胞内でのインシュリン情報伝達の主要経路あるいは主要経路に近接する経路に位置していることが明らかとなった。細胞内情報伝達をin vitroで再構成出来る可能性が生れた。2.リセプターの内在化の阻害剤により【S_6】のリン酸化及び糖輸送の活性化が阻害された。リセプターの内在化の意味についてはこれまで不明であったが、内在化されたリセプターからインシュリン受容の情報が伝ることが想定出来る。3.リサイクリングと情報伝達に関与する因子の検索とそれら因子のかかわる過程を明らかにするため遺伝学的解析を導入した。リサイクリングに関与することの明らかな2つの遺伝子SEC2及びSEC23を酵母の染色体からクローニングした。四因子分析から該当の遺伝子であることを確認した。シークエンシングと動物細胞での相同遺伝子の検索をめざしている。