hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
CO_2固定技術としての難溶性炭酸塩の生成に関する研究

平成3年度の炭酸カルシウムの反応品析及びバイオクリスタリゼーションに関する文献調査、アミノ酸存在下における回分反応品析実験の結果をふまえて、まずダブルジェット反応品析装置を用いた未回分式実験を常温・常圧下で行ない、この反応品析過程における結晶形態及び粒径分布に及ぼす濃度(過飽和度)と品析時間の影響について検討した。これより、温度0.3mol/l以上の条件では、一部にアルサイトの生成が認められるが、大部分はバテライト型となり、また粒径分布の経時的堆積より、バテライトの成長過程は粒径の依存性があること、及び粒径が増大すると二次核発生による小粒径側のピークが認められた。そこで、常温、常圧下でカルサイトの均一微粒子を選択的に品析せせるべく、反応液を直接混合することにより多量の不安定機が存在している状態で、少なくとも610分以内にNacl固体粒子を添加することにより、本実験範囲でカルサイトの均一微粒子が得られた。Naclの添加とカルサイトの生成結品個数の関係を相関すると、濃度に依らずNacl添加量のみの影響を受けること、添加により急速にカルサイトが生成され、その粒径分布は添加時間の影響をうけないことから、カルサイトの選択品析は、添加した固体粒子の負、あるいはその溶解過程が寄与するという新しい事実を見出した。また、粒径と個数の関係を物質収支に基づいたモデルより提出し、所等粒径の結品を得るための設計式を提出した。以上の研究成果に基づいて、排ガス中のCO_2を固定するそ一のプロセスを、海水中からの製塩工程及び排ガス又は吸収処理工程とを有機的に結合することになり提出した。本研究は、CO_2を難活性炭酸塩結晶の型で回収するとともに、得られた結晶が高品位のものとなる可能性を見出すとともに、結晶多形を生ずる系において、安定形を効果的に生成すると共の新しい工程品析操作を創出する新展開をきりひらいた、まさに萌芽的研究である。本研究では,海用生物における炭酸塩の生成に関与すると見られるタンパク質に着目し,液相中における炭酸塩の晶析をタンパクを構成するアミノ酸の存在下で生起させ,その存在下における核化・成長現象と得られた結晶の晶癖・粘度との関連性を化学工学的手法により解析し,CO_2の高効率的な回収システムを模索することを目的としている。本年度は液相中にアスパラギン,アスパラギン酸,グリシンなどのアミノ酸を存在させ,過飽和溶液中で炭酸カルシウムの晶析現象を顕微鏡下に実験用モニタ-設備に撮映・観察するとともに,試作した回分晶析実験装置を用いて晶析実験を行ない,濃度低下速度より晶析速度を実測した。晶析速度は過飽和度の指数乗で表わされ,アミノ酸を添加した系と無添加系では過飽和度の指数及び速度係数が変化することを見出した。またアミノ酸の添加量を高めると,速度係数及び過飽和度の指数が増加し,表面律速過程への移行が示唆された。このようなアミノ酸の寄与を炭酸カルシウムの胚種生成過程及び成長過程との関連で考察した。以上の回分晶析実験で得られた形状,粒径は不均一なものとなり,均一な性状が得られる晶析条件下でアミノ酸の作用を把握する必要性を生じた。そこで,炭酸塩とカルシウム塩溶液を攪拌部で高速に均一混合する半回分式ダブルジェット法による炭酸塩の生成を試み,操作過飽和度及び流動条件と得られた結晶性状との関連性について検討した。この結果,操作過飽和度条件により,斜方状あるいは球状晶が選択的に得られることを見出し両領域において平均成長速度と過飽和度の相関を得ることができた。

粒径分布は,回分晶析法に比べ均一粒径のものが得られ,その粒径分布の時間的推移より,装置内における二次核化現象が関与することを確認した。次年度は,本年度得られた晶析条件に基づいて,アミノ酸存在下における炭酸カルシウムの晶析を核化・成長現象との関連で検討する。本研究では,炭酸塩とカルシウム塩溶液をダブルジェット反応晶析装置内で反応させ,装置内における成長及び核化現象を追跡することにより所望の炭酸カルシウム球状微粒子を得るための操作条件について検討した。まず反応晶析装置内の溶質の濃度変化を表すモデルを核化,成長からなる領域と,結晶成長からなる領域に分けて示し,これが反応液の濃度0.051.0mol/lの範囲の実験結果と良く一致することを示した。反応液濃度が0.3mol/l以下の条件では,供給された原料はすべて反応初期に生成した結晶核の成長に寄与し,平均粒径20μm以下の均一な球状晶が得られた。しかしながら,晶析時間を長くして,さらに粒径を増加させようとすると,結晶同志の相互作用により生成する徴結晶の生成が認められ,難溶性塩系の晶析においても二次核発生のための最小粒径が存在することが示唆された。一方反応液濃度を0.3mol/lを超える濃度で操作すると,反応初期より攪拌翼近傍で徴結晶の生成が確認され,また微結晶の粗大結晶への付着が観察された。このように微結晶の発生を防止し,均一微粒結晶を高い生産性で得るには,攪拌翼近傍で生成する不安定核を速やかに低過飽和域に供給する操作・装置の開発が必要となることを見出した。さらに反応晶析過程における粒径分布の経時変化より、成長速度を算出したところ,粒径の増加につれて,結晶密度が変化することを明らかにした。ダブルジェット反応晶析装置において生成する粒子の粒径は,反応初期に発生する微小核数に依存し,発生核の制御法の確立が重要となる。ここでは,微小核数が過飽和度及びその生成法に依存することを示し,最適条件を確立する上での重要な因子になることを堤示した。本研究により液中に溶存する炭酸塩を炭酸カルシウムの形で固定する方法として,ダブルジェット反応晶析法を適用し,所望の均一球状微粒子を得るための最適操作範囲を明示した。
諸藩江戸屋敷のネットワーク-大名家文書複合化の研究-

江戸時代の大名は参勤交代の制度によって、隔年ごとに江戸に在勤した。江戸には、諸藩の上屋敷・中屋敷・下屋敷が置かれ、その数は数百にのぼったと考えられる。各大名の屋敷の間では、恒常的な交流が行われていた。この研究は、諸大名の江戸における情報のネットワークに注目し、その事例を明らかにすることによって、交流の組織を解明しようとするものである。もって、近世の上層社会の構造を分析し、江戸時代の社会と文化の実態の解明を、一歩進めることを目的としている。近世の大名家文書は膨大な量が現存しており、江戸の藩邸記録もかなりの量の存在が知られていた。これらは各地の図書館・文書館に分散して所蔵されており、本文相互の比較研究を行うことには、多大の困難がともなうのが常であったが、コンピュータにより本文相互を交流させてみることにより、従来より一段進んだ、資料からの史実抽出を行う。現在まで十数機関の大名家文書を調査した。また100頁余におよぶ「諸藩邸江戸記録一覧(稿)」を作成した。これに対しては、すでに研究者の反響を得ることができ、未定稿ではあるが、希望者に配布を行った。とくに当該年度は、岩国徴古館の吉川家文書・福井県立図書館の松平家関係文書の調査を重点的に行った。この研究は国文学と歴史学者の協力による、学際的成果を目指すところに特色があるが、当該年度は平成7年度のメンバーであり、海外留学のため平成8年度は分担者からはずれていた福田千鶴が復帰し、留学先のハーバード大学ロースクール図書館所蔵の「江戸幕府関係史料」「藩関係史料」の評価を行った。
固体高分子形燃料電池ナノネットワーク構造電極触媒の材料設計指針の確立

本研究では、本質的な耐久性を有する電極触媒の設計指針の構築を目指して、SnO2をモデル材料として、固体高分子形燃料電池(PEFC)のナノ構造制御電極触媒の開発に取り組んだ。PEFC電極触媒Pt/Cのカーボン腐食の問題に対し、SnO2およびNbやSb、AlをドープしたSnO2の酸化物担体を用い、高電位サイクルに対する耐久性を向上させることに成功した。Nb、SbをSnO2にドープすることで、SnO2担持Pt電極触媒の白金有効比表面積(ECSA)や酸素還元活性(ORR活性)、電極触媒層導電率の向上が見られた。また、高電位までの電位変動耐久試験(0. 9 1. 3V)を行い、Pt/SnO2電極触媒は、燃料電池自動車用電極触媒に求められる20年相当の6万サイクルまでECSAを保持することが確認できた。このことから、これらSnO2をベースとする酸化物担体を用いた電極触媒は、Pt/Cに対する代替電極触媒となる可能性があることが明らかになった。本プロジェクトでは、革新的な高性能高耐久性の固体高分子形燃料電池の開発を目指して、当研究室オリジナルの研究成果である酸化物半導体や炭素ナノ繊維に担持した電極触媒を出発材料として、電気化学的安定性および形状安定性を付与した理想的なナノネットワーク構造を有する電極触媒材料を開発するとともに、その電子・イオン・ガス輸送パス設計と高耐久化に向けた材料設計指針を確立することを日指している。本研究においては、革新的な高性能高耐久性の固体高分子形燃料電池の開発を目指して、当研究室オリジナルの研究成果である酸化物半導体や炭素ナノ繊維に担持した電極触媒を出発材料として、電気化学的安定性および形状安定性を付与した理想的なナノネットワーク構造を有する電極触媒材料を開発するとともに、その電子・イオン・ガス輸送パス設計と高耐久化に向けた材料設計指針を確立することを目指している。近年、カソード電極側においては、カーボンブラック担体の酸化による腐食の克服が、耐久性向上のために重要になってきている。そのため、特に、耐酸化性を有する酸化物そのものを担体として用いる研究を行い、導電性酸化物を用いた「カーボンフリー電極触媒」の開発と高性能化を目指している。具体的には、(1)電子・イオン・ガス輸送パスの最適材料設計、(2)高耐久性材料群の探索、(3)高耐久性担体材料の研究、(4)高耐久性触媒材料の研究、(5)材料設計指針の確立と体系化に取り組むことを目的としている。平成20年度は、酸化物半導体として知られるSnO_2を担体材料とした電極触媒の開発に成功し、酸化スズにドナーをドープすることによって、触媒の性能向上が図れることを示すことができた。逆に、アクセプタードープでは触媒活性が失われることもわかった。触媒の調製条件も最適化し、適度に凝集した担体材料の作製ができるようになった。特に、既存材料で問題となる燃料電池起動停止や発電出力変動に伴う電圧変動サイクルに対する耐久性を実測したところ、既存材料は1.3Vまでの3000サイクル程度で活性を失うのに対し、SnO_2担持触媒では10000サイクルでも大部分の触媒活性が維持される画期的な成果を得ることができた。また、既存のカーボンブラック担持白金触媒に迫る触媒活性を得ることができた。学会でも高く評価され、3月末に開催された第76回電気化学会で燃料電池分野のポスター発表賞を受賞することができた。革新的な高性能高耐久性の固体高分子形燃料電池の開発を目指して、当研究室オリジナルの研究成果である酸化物半導体や炭素ナノ繊維に担持した電極触媒を出発材料として、電気化学的安定性および形状安定性を付与した理想的なナノネットワーク構造を有する電極触媒材料を開発するとともに、その電子・イオン・ガス輸送パス設計と高耐久化に向けた材料設計指針を確立することを目指している。

特に、酸化スズを担体として用いた電極触媒が、燃料電池自動車用として期待されるなど、大きなブレークスルー技術となる可能性が出てきた。平成21年度は、酸化物半導体として知られるSnO2を担体材料とした電極触媒の高性能化に成功し、ドナーとしてNbやSbを添加することによって、触媒の性能向上が既存のカーボン担持白金触媒と同等になることを示すことができた。触媒の調製条件も最適化し、多孔構造を制御した電極触媒の作製ができるようになった。本研究の成果は、世界最高峰の国際学術誌であるElectrochemical & Solid-StateLettersの2009年9月号に掲載された。また、当研究室の成果を引用した形で、三菱電機が酸化スズ担持触媒を用いて燃料電池スタックの作動実証に成功し、学会でも高く評価されている。本プロジェクトでは、革新的な高性能高耐久性の固体高分子形燃料電池の開発を目指して、当研究室オリジナルの研究成果である酸化物半導体や炭素ナノ繊維に担持した電極触媒を出発材料として、電気化学的安定性および形状安定性を付与した理想的なナノネットワーク構造を有する電極触媒材料を開発するとともに、その電子・イオン・ガス輸送パス設計と高耐久化に向けた材料設計指針を確立することを目指している。平成22年度は、カーボンブラックの代わりにSnO_2や価数の異なる金属元素を添加したSnO_2材料を担体に用いたカーボンフリー電極触媒を作製した.SnO_2にドナーであるNbやSbをドープすることで導電率を増加させ,ECSA,ORR活性を向上させることができた.また各担体には3nm程度のPt微粒子を高分散担持させることができた.Nbをドープした触媒はECSA,ORRともに向上した一方,耐久性は下がる傾向が見られた.逆に,Alをドープした触媒はECSA,ORRはともに大きく減少し,特にORRは無視できるほど低く,触媒としての機能を果たしていないことがわかったこれらのSnO_2担持カーボンフリー電極触媒においては,Pt/Vulcan触媒と比べて,燃料電池の起動停止を模擬した高電位サイクルに対しての高い耐久性が確認された.特に,Pt/SnO_2では60,000サイクルの電位変動をかけても大きな劣化は見られず,カーボン腐食の課題を根本的に解決できる可能性を有する触媒であることがわかった.60,000サイクルは,燃料電池自動車の起動停止を一日8回行っても、20年以上の寿命を保証できる回数であり,少なくともその間,電極触媒の担体の酸化腐食に伴う劣化は起こらないと予想される以上の結果より,Pt/SnO_2のような酸化物担体を用いた電極触媒は,現在広く用いられているPt/C電極触媒に代わるalternativeな電極触媒として期待できると結論づけられる
磁場駆動材料を応用した生体内誘導型人工歯根膜の再生

1.生体用磁場駆動材料の開発と調整直接接することなく生体内外において機能させることから様々な領域で応用が期待される磁場駆動型の材料の調整を行った。作用場所を選ばない利点から材料は磁場勾配を利用した駆動材料を選択した。磁性体コバルトフェライト粉および強磁性合金(ニッケル、マンガン、ガリウム)のエポキシ樹脂の混合材料を用いた。交流磁場の距離、周波数により、振動数、振幅量を調整した。背部皮下に埋入し、生体内での長期埋入では崩壊、劣化、溶出の程度について安全性を病理組織学的および物理学的に確認した。2.ラット頭蓋骨における偽関節形成本研究の目的は硬組織を連結する靱帯構造をつくることにあるので、偽関節の形成についての実験を行った。はじめに頭蓋骨にグループを形成し静的状況下で新生骨および線維性組織による治癒を確認した。幅約1.5mm以上の間隙では線維性組織の形成がみられた。島状に遊離させた骨は、頭蓋腔の血圧によって動的環境にあり、1mmのグループでも骨性の連結が抑制された。組織学的には、線維性組織による連結で一部に硬組織に埋入するシャーピー線維様構造がみられた。3.ラット抜歯窩への移植歯の動環境下での組織構築あらかじめ他の実験等で用いられたラットの抜歯された第一臼歯を1100°Cにて焼成した歯を用意し、ラット上顎第一臼歯の抜歯窩に移植した。第二臼歯と連結して咬合による可動性を付与し、移植歯と抜歯窩の間の組織構築について組織学的に観察した。短期的な結果しか得られていないが、深部では肉芽組織や線維性組織の形成がみられた。一方歯槽頂部では、レジンを用いた第二臼歯との連結により清掃性等の問題から高度の炎症がみられた。今後、第二臼歯との連結方法や咬合の機能を与えない状態と併せて長期的な観察を行い、配列の形成を細部まで観察する予定である。1.磁場駆動材料の設計、調整平成17年度は、本実験で用いる磁場駆動材料の開発、調整を行った。(1)材料の選択:磁場勾配を利用して駆動する材料を選択した。磁性体コバルトフェライト粉と強磁性形状記憶合金ニッケル、マンガン、ガリウム粉を用い、脆さを改善するためエポキシ樹脂と混合した。(2)振動の調整:材料には材料は交流磁気により振動させるため、コイルを作製し磁場シミュレーションを行った後、磁場の大きさによる振動数、振幅量を調整した。特にニッケル、マンガン、ガリウムでは、高周波数の振動が得られた。生体外から動きを調整するため、材料の形状を円柱状、円盤状構造にし、3次元的な制御が可能であることを確認した。(3)生体安全性の検討:生体内への長期埋入により、破損、物性の低下がみられないことを確認するため、直径5mm、高さ2mmの円柱に成形した各材料をラット背部皮下に埋入し、材料の物性の劣化、溶出について検討した。肉眼的には明らかな病的変化はみられなかった。続いて標本を作製し、組織反応は病理組織学的手法、溶出はEPMAを用いて調査するとともに、取り出した材料の物理的性質を生体外にて再度調査する。2.動物実験モデルのコントロールの作製と評価本研究の目的は動的環境により歯根膜様構造配列をつくることであるため、コントロールとして静的な条件下での骨に形成した間隙の組織反応を検討した。実験モデルとして、ラットを用いた。

全身麻酔後、ラット頭蓋に硬膜に達する幅約0.5、1.0、1.5mmのグルーブを形成し、実験後、1、2、3、4週後に屠殺した。脱灰組織標本では、線維性骨による欠損部の修復がみられたが、1.5mmのグルーブ群では、一部線維性結合組織により埋められていた。これらの所見を踏まえ、平成18年度には、動的環境下における治癒と線維配列を組織学的手法により検討する。1.ラット頭蓋骨での偽関節形成本研究で歯根膜再生と比較を行う病態の偽関節を作製するため、ラット頭蓋骨を用いた実験を継続して行った。ラットを全身麻酔、局所麻酔後、前頭部皮膚に正中で切開し、頭蓋骨を開放した。ラット頭蓋、左右頭頂骨部に硬膜に貫通する幅1mmの溝を作製した。一方は、創部が動かない約2mmの直線状の溝のみ、一方は創部が動くように四角形に溝を形成し、島状の遊離骨部を作製した。実験1,2週後に堵殺し、脱灰後、パラフィン標本を作製し、病理組織学的に観察した。実験2週後、固定された創部は骨によって埋められていたが、遊離骨周囲には一部、線維性結合組織が残存した。2.ラット抜歯窩への移植歯の動的環境下での組織配列についてラットの抜歯窩において、人工材料として焼成歯を移植し、歯根膜やセメント質様組織の再生について検討した。あらかじめ他の実験で抜歯されたラット上顎第一臼歯を近心根のみを残して約1100°Cにて焼成し、滅菌処置を行った。約6週齢のラットを全身麻酔、局所麻酔後、上顎第一臼歯を抜歯し、抜歯窩を生食にて洗浄後、焼成を移植した。移植した焼成歯は、隣接する第二臼歯にレジンにて接着した。実験1週後、過剰麻酔にて堵殺し、軟X線写真を撮影後、蟻酸脱灰、パラフィン包埋しHE染色標本を作製した。抜歯窩最深部では、線維性結合組織の形成がみられた。歯槽頂付近では、レジン連結による清掃性の問題から軽度の好中球など急性の炎症性細胞の出現がみられた。さらに分子生物学的手法により検討を行っている。
新規ＤＮＡ領域におけるセントロメア機能確立の分子機序

セントロメアが新規DNA領域に配列無関係に確立できる帰納的な証明はあるが、過去にさかのぼることは難しく、機能の新生確立の分子機序はこれまでほとんど理解されていない。そのため私たちは、新規領域に形成されながら機能不完全である新生セントロメアが世代を経ると再現性よく機能正常型に成熟する分裂酵母実験系の現象について詳細解析した。その結果、機能不完全な新生セントロメアではセントロメア特異的ヒストンCENP-AとそのシャペロンScm3の結合が不十分であり、それが機能成熟では回復すること、その回復は隣接ヘテロクロマチンと染色体位置効果によるヒストンH2A.Zの減少が原因であることを明らかにした。今年度は、機能不完全な状態のネオセントロメアと正常機能が確立されたネオセントロメアの間で分子構造基盤を比較し、その間で起こった分子的な変化の解明を試みた。私たちはこれまでに、分裂酵母3番染色体セントロメア破壊の復帰変異として得られるネオセントロメアは機能が不完全であるが、その不全性はその後30世代程度の細胞増殖の間に再現性よく自然解消されることを見出している。その間に起こった分子的な変化を明らかにするために、まずはセントロメア本来の構成タンパク質の集積度合いの違いを解析した。クロマチン免疫沈降とマイクロアレイを組み合わせたChIP-chip実験を主な解析手法として用い、定量PCR解析による確認も組み合わせた。その結果、セントロメア本来の構成タンパク質CEM)-C、CENP-T、Mis6、Mis12には顕著な違いがないが、CENP-Aの結合量が増加していることを見出した。CENP-Aのローディングに関与する因子としてMis6/Sim4複合体、Mis16/Mis18複合体とScm3シャペロンが知られている。Mis6については変化がないことを既に確認済であるが、Mis6以外の因子の結合量に変動がないか、現在タグ付け株を作成して解析を進めている。また、ネオセントロメアの機能正常化がネオセントロメアを担うゲノムDNA配列の変化を伴っていないかについても検証を行った。ネオセントロメアの機能性が変化する前後において、それぞれネオセントロメアを形成しているゲノムDNA19,250塩基対の配列を決定し、1塩基の変化も生じていないことを確認した。一方で、ネオセントロメア形成領域に隣接するrDNA反復配列のコピー数に大きな変動があり、極端にrDNAが短縮化している可能性をパルスフィールドゲル電気泳動によって見出した。また同時に、ヘテロクロマチンと機能正常化の直接的な関係性を解析するため、人為的ヘテロクロマチンのネオセントロメアへの付加実験を試みた。付加株の作成は既に完了し、現在その効果の解析を進めている段階である。今年度、まずは機能不完全な状態のネオセントロメアと正常機能が確立されたネオセントロメアの間で分子構造基盤を比較し、その間で起こった分子的な変化の解明を試みた。機能正常化したネオセントロメアでは隣接するrDNAリピートの反復回数が極端に減っていることに基づき、今年度はその機能正常化へのヘテロクロマチンの寄与を解析した。ヘテロクロマチン特定的なヒストン化学修飾(H3-K9Me)やヘテロクロマチンタンパク質Swi6の存在量を機能正常化の前後で比較した結果、正常化したネオセントロメア近傍で特異的にヘテロクロマチンが増幅されていることを確認した。しかしながら、Swi6やH3-K9Me修飾酵素への変異導入によってヘテロクロマチンの欠損を引き起こしてもネオセントロメア機能は元の不完全状態にまで低下することはなかった。一過的にヘテロクロマチンが必要とされる可能性とヘテロクロマチン以外の因子の関与の可能性の2つについて、検証を進めている。一方で、ヘテロクロマチンと機能正常化の直接的な関係性を解析するため、人為的ヘテロクロマチンのネオセントロメアへの付加実験を行った。その結果、ヘテロクロマチン付加は不完全なネオセントロメアの機能正常化を生み出した。さらにこの場合には、ヘテロクロマチンの欠損導入はネオセントロメアの機能性を元の不完全なものに低下させた。従って、rDNAリピートの減少によるヘテロクロマチン因子以外の関与が自然発生的なネオセントロメア機能正常化には考えられる。セントロメア機能がDNA配列に関わりなく新規領域に新たに確立できることは、近縁生物種間の染色体構築の比較解析やセントロメアを持たない転座型染色体を安定に維持する細胞の出現が機能的に証明している。しかし、過去にさかのぼることは難しく、新規DNA領域におけるセントロメア機能確立の分子機序はこれまでほとんど理解されていない。私たちは、遺伝子操作の容易な分裂酵母実験系で、新規領域に形成されながら機能不完全な新生セントロメアが、世代を経ると機能正常型に成熟する現象を再現性よく見出している。本研究ではその現象をモデルとして、新規セントロメア確立の分子背景と作用機序を解明することを目指した。昨年度までの解析により、分裂酵母3番染色体に形成された不完全な新生セントロメアと、その後30世代の細胞増殖を経て正常機能が確立されたセントロメアの間では、ヒストンH2AのバリアントであるH2A.Zの存在量に違いがあり、それが原因であることを見出している。今年度はその原因として、染色体の核内配置がH2A.Zの存在量の決定要因である可能性を解析した。

LacIタンパク質を核膜に係留されるタンパク質Bqt4の部分断片と融合し、染色体の核内配置を人為的に核膜周辺に移動させ、それが染色体に生み出す影響を調べた。その結果、そのような染色体の移動は、遺伝子発現の緩やかな低下を生み出し、新生セントロメア形成にも正の影響を与えることが判明した。セントロメア機能がDNA配列に関わりなく新規領域に新たに確立できることは、近縁生物種間の染色体構築の比較解析やセントロメアを持たない転座型染色体を安定に維持する細胞の出現が機能的に証明している、しかし、過去にさかのぼることは難しく、新規DNA領域におけるセントロメア機能確立の分子機序はこれまでほとんど理解されていない。私たちは、遺伝子操作の容易な分裂酵母実験系で、新規領域に形成されながら機能不完全な新生セントロメアが、世代を経ると機能正常型に成熟する現象を再現性よく見出している。本研究ではその現象をモデルとして、新規セントロメア確立の分子背景と作用機序を解明することを目指した。昨年度までの解析により、ヒストンH2AのバリアントであるH2A.Zの存在量が新生セントロメアが安定化する決定要因であることと、染色体の核内配置がH2A.Zの存在量変化を通じた遺伝子発現レベルの変動を生み出している可能性を見出してきた。今年度は、両知見を統合して、新生セントロメアが人為的に核膜周辺に移動させてH2A.Zの存在量を低下させた染色体遺伝子座に優先的に形成されるかを検証した。核膜周辺への染色体配置変換は核膜貫通タンパク質Bqt4の部分断片とLacIの融合タンパク質発現によるLacO反復配列遺伝子座の移動を活用したが、興味深いことにLacO反復配列遺伝子座自体が新生セントロメアの形成を促進している結果を得た。その遺伝子座ではH2A.Zの存在量低下が見出され、H2A.Zの存在量と新生セントロメア安定化の関係性は確認された。それが染色体の配置変化による効果であるかについては現在検証を進めているが、染色体末端の配置変化を誘発する別の変異株clr3における新生セントロメア形成能の解析結果から、やはり染色体の核内配置が新生セントロメアの安定化に寄与する可能性が示唆された。セントロメアが新規DNA領域に配列無関係に確立できる帰納的な証明はあるが、過去にさかのぼることは難しく、機能の新生確立の分子機序はこれまでほとんど理解されていない。そのため私たちは、新規領域に形成されながら機能不完全である新生セントロメアが世代を経ると再現性よく機能正常型に成熟する分裂酵母実験系の現象について詳細解析した。その結果、機能不完全な新生セントロメアではセントロメア特異的ヒストンCENP-AとそのシャペロンScm3の結合が不十分であり、それが機能成熟では回復すること、その回復は隣接ヘテロクロマチンと染色体位置効果によるヒストンH2A.Zの減少が原因であることを明らかにした。当初の予定通り、全ての研究に着手し、その多くが進捗した。異所的ヘテロクロマチンがH2A.Zの存在量に与える変化の解析と、染色体の核膜係留解析は、今後の更なる発展性が見出されている。27年度が最終年度であるため、記入しない。
正犯概念の研究--共謀罪を素材に

本研究の成果は、『正犯と共犯を区別するということ』(2005年11月・弘文堂)において公表した。そこで以下では、同書の概要を記述し、研究実績の概要を示すこととする。同書は、正犯と共犯をいかに区別すべきか、及び、その区別に期待される役割は何か-言いかえれば正犯と共犯を区別する意味はどこにあるのか-を巡って、実体法と手続法の双方の領域を視野に入れて論じた。同書は、特に、このうちの後者を中心に一定のことを明らかにしたつもりである。すなわち、正犯と共犯を区別するということの有する、実体法・手続法それぞれの領域での意味を明らかにし、当該区別にどのようなことが期待されるのかを検討し、この問題においては、結論の妥当性が優先されるべきであること、さらに、結論の妥当性を優先しても問題がないことを、明らかにしてきたのである。より具体的には、同書は以下のことを明らかにした。(1)共犯の「内側の限界」を画するに際しては実質的客観説が妥当である。(2)実質的客観説は危険性・因果性によって区別する方法(「因果的区別モデル」)と、非因果的な要素も含めて多様な要素により判断する方法(「役割分担モデル」)に大別されるが、「因果的区別モデル」から実際の問題を解決することは困難であり、「役割分担モデル」が妥当である。(3)もっとも、「役割分担モデル」には、正犯と共犯の区別に際し、一定の曖昧さが残ることも否定できない。(4)それでもなお、「役割分担モデル」は、有用である。この曖昧さは、実体法上も、手続法上も、相対的にはデメリットの少ないものと言えるからである。アメリカ法におけるコンスピラシーと異なり、共謀共同正犯においては、狭義の共犯として処罰するのに比して、許容し得ないほどの著しいアドバンテージを与えるとまでは言えないことから、この曖昧さは許容可能であるし、そうであるならば、この、正犯と共犯を区別するという場面では、結論の妥当性こそが重視されるべきである。本年度は、アメリカ法におけるコンスピラシーの概念と訴追を概観してきた。実際の刑事手続においてコンスピラシー訴追が担っている役割を浮き彫りにする作業は、「犯罪への関与者を処罰すること」を、わが国やその母法たるドイツ法以外の視点から立体的に見ることにも資するであろう。本研究が、そのような視点を提供するための基礎作業としてわずかでも寄与するものがあれば幸いである。本年度、明らかにされたことは、犯罪(あるいは不法な行為)を遂行しようと共謀した者を、そのことを理由として処罰するコンスピラシーが、その概念の有する本質的なあいまいさや、手続法上の様々なコンスピラシーに特有のルールを批判されてきたにもかかわらず、現在のアメリカ法において、確固たる地位を確立しているということである。このことは、わが国において、共謀共同正犯概念が、判例によって生み出され、学説によって批判されつつも、刑法理論に確固たる地位を占めるに至ったことと、非常によく似た関係にある。コンスピラシーと共謀共同正犯は、一方が一三世紀のイギリスにおけるコモンローに、他方が明治期以降の裁判実務にと、異なったルーツを有するものでありながら、同様に共謀という現象に着目して、犯罪への関与者を処罰するのである。もっとも、両者は、個々人が犯罪遂行を介図し、数名が共謀し、計画を実行に移すという時の流れの中で、どの時点から可罰的となるかについては、考え方を異にする。コンスピラシーは、共謀、あるいは、オーバートアクトが為された段階と、かなり早期から可罰的であるのに対し、共謀共同正犯は、少なくとも実行の着手を待たねば可罰的ではない。コンスピラシーと実体犯罪との併科を認めることと並んで、コンスピラシー固有の危険性を承認し、それを処罰根拠とすることを認めるか否かで結論がわかれるのである。

この曖昧さは、実体法上も、手続法上も、相対的にはデメリットの少ないものと言えるからである。アメリカ法におけるコンスピラシーと異なり、共謀共同正犯においては、狭義の共犯として処罰するのに比して、許容し得ないほどの著しいアドバンテージを与えるとまでは言えないことから、この曖昧さは許容可能であるし、そうであるならば、この、正犯と共犯を区別するという場面では、結論の妥当性こそが重視されるべきである。
ポリマーフラッドによる重質原油の回収に関する研究

昭和60年度より3年間に亘り,ポリマーフラッドによる重質油の回収について研究を進めて来た.その1は高温用ポリマーの開発でありまたこれを利用する中東地区を考えるとき,高塩分濃度水溶液に対するものであることも必要であった.従って(1)耐塩性ポリマーとして,スルフォン酸系,カルボン酸系及び両基を備えたものゝ3種類について検討した結果,両基を合せ持つポリアクリルアミドが最も良い結果を得た.しかし現在まで僅か30,000ppmのNaClに対する成果であるので,今後より高い塩水に対するポリマーの開発が必要となろう.(2)耐熱性ポリマーについても現在までラジカル補足剤を利用して熱安定性をうることが出来たが,さらに新しい構造のポリマーについて検討している.(3)原油回収に関しては,ほゞ3年に亘り,一軸方向のポリマーフラッドシミュレーションを行って来た.そしてポリマー液の前方に水バンクが形成されているのではないかと予測されたので,今年特にポリマーの移動状況を分光分析によって遂究して見た.この結果,ポリマーと油の中間にそのような水バンクが形成されていることが判明した.今後の研究ではポリマーフラッド実験のシミュレーションをより適切なものにするかが大きな課題である.昭和60年度より3年間に亘り,ポリマーフラッドによる重質油の回収について研究を進めて来た.その1は高温用ポリマーの開発でありまたこれを利用する中東地区を考えるとき,高塩分濃度水溶液に対するものであることも必要であった.従って(1)耐塩性ポリマーとして,スルフォン酸系,カルボン酸系及び両基を備えたものゝ3種類について検討した結果,両基を合せ持つポリアクリルアミドが最も良い結果を得た.しかし現在まで僅か30,000ppmのNaClに対する成果であるので,今後より高い塩水に対するポリマーの開発が必要となろう.(2)耐熱性ポリマーについても現在までラジカル補足剤を利用して熱安定性をうることが出来たが,さらに新しい構造のポリマーについて検討している.(3)原油回収に関しては,ほゞ3年に亘り,一軸方向のポリマーフラッドシミュレーションを行って来た.そしてポリマー液の前方に水バンクが形成されているのではないかと予測されたので,今年特にポリマーの移動状況を分光分析によって遂究して見た.この結果,ポリマーと油の中間にそのような水バンクが形成されていることが判明した.今後の研究ではポリマーフラッド実験のシミュレーションをより適切なものにするかが大きな課題である.原油回収のためのポリマーフラッドはその理論的裏付けからも今後水攻法に代るべき方法である。しかし実用化の面で様々な障害がある。例えば重質原油の場合のモビリティ・コントロールでは温度條件がその成果を左右することになる。また中東地区では油層水の塩分濃度が極めて高く、二価イオンの影響も大きい。このため筆者は従来広く使用されて来たカルボン酸系ポリアクリルアミドの構造を変化させるとか、耐熱性合剤を使用するとかして、熱に強いポリアクリルアミド水溶液を用いて、その欠点を克服することを試みている。また耐塩分性ポリマーについても検討を加えた。この為使用したポリマーは耐塩分性のものとしてスルホン酸系,スルホン酸・カルボン酸系,耐熱性としてカルボン酸系に合剤を配したものを使用した。この結果は次のようである。(1)耐塩分性ではスルホン基のみのものより、スルホン,カルボン基を持つものゝほうが優れている。(2)耐熱性についてはカルボン酸系に合剤を配したものは効果があった。(3)原油回収に関する実験も昨年度こ追加として行い、最小全相対モビリティが小さいとき、この効果大きいが、その値にも限度があることが判った。この他ポリマーフラッド一次元流動シミュレーションについても基礎研究を行い、従来の方法について再検討を行った。今年度はこれらのまとめを行う。
転写因子TEADは初めてのタンパク質リジン長鎖アシル基転移酵素か？

最近、構造的に多様なアシル化がリジン残基に起こっていることがわかってきた。ところがそれらのアシル基転移酵素(アシル化酵素)についてはほとんどが不明のままである。我々は長鎖アシル化タンパク質の網羅的な探索を行ったところ、転写因子TEADの1つのリジン残基(K357)がほぼ定量的にミリストリル化またはパルミトイル化されていることを見いだした。しかも立体構造上近接するシステイン残基の変異によってアシル化は完全に消失した。このような高効率のアシル化は、定説となっている非酵素的なアシル化反応では説明できないため、TEADは自己長鎖アシル化酵素であると予想された。本研究はその仮説を検証するものである。
アミノ酸残基をベースとした細胞のリアルタイムモニタリングシステムの開発

本研究課題では、細胞センシングおよび細胞の挙動解析がリアルタイムで可能な電気化学的測定システムの構築を目指す。具体的なシステムとしては、最初に細胞の足場となるタンパク質やペプチドで修飾した電極に電子伝達性/細胞認識ペプチドを固定化する。次に、電極を細胞培養容器に取付け、インキュベータ中で電気化学測定装置と電極を接続してBluetoothにより外部PCから制御しコードレス測定を行う。このシステムの特長は細胞の培養環境とリアルタイム測定環境を有しているため、より正確に細胞の情報を引き出すことができ医療分野での疾病診断や食品分野での刺激物投与時の評価法となる。
日本と東南アジア諸国における細菌性腸管感染症の発生状況調査とその伝播に関する研究

1999年に日本で起こったサルモネラ中毒で分離されたSalmonella Oranienburg株はNaClによるosmotic stressに抵抗性を示したが、この株をマウスでpassageすると感受性を示すようになった。Viable but non-culturable (VNC)のサルモネラ株は、NaClによるosmotic stressにより増殖能を回復し病原性が増す事が分かった(FEMS Microbiol.Lett.212,2002)。また、VNCのサルモネラ株は通常のマウスでは体外に排除されるが、モルヒネ処理したマウスでは強い病原性を示した。モルヒネ処理マウスは、VNCサルモネラ株のバイオアッセイに有用である(J.Infect.Dis.186,2002)。STECに感染した羊のSTEC排菌を15ヶ月にわたって調査した。その結果、STECは羊に容易に定着して長期間にわたって排菌されるため、羊はSTECの保菌動物として重要である(J.Vet.Med.Sci.64,2002)。Citrobacter freundii臨床分離株より、コレラ毒素及びLTのBサブユニットとhomologyを示す遺伝子を分離し、この遺伝子とhomologyがある遺伝子を大腸菌からも発見した(Infect.Immun.70,2002)。サルモネラ属菌及び赤痢菌に対する迅速診断キットを構築し、このキットを用いてタイの市中病院で実際に下痢患者からの原因菌の同定を行った。本キットはSalmonella Typhi、その他の血清型のサルモネラ属菌、A、B、C、D群赤痢菌それぞれの特異抗原に対するモノクローナル抗体を用いたMembrane(dot)ELISAである。従来の培養法とWestaern blotting法と比較した検出感度は有為に高く、迅速簡易同定法としてタイで使用できる事が分かった(Asian Pac.J.Allergy lmmunol.19:115-127,2001)。腸管出血性大腸菌感染による溶血性尿毒症症候群(HUS)の発症は日本のみならずタイでも重要な問題である。しかし、本症の原因であるShiga toxin 1(Stx1)の標的臓器の一つである腎臓の結合部位は明らかではない。タイでHUSを発症して死亡した幼児(21ヶ月)と成人(81才)の腎標本に対してStx1特異抗体を用いて免疫染色を行ったところ、成人では尿細管に限局した結合が見られただけであったが、幼児では尿細管だけではなく糸球体全体に結合が強く見られた(Microb.Pathog.31:59-67,2001)。viable but non-culturable (VNC)のサルモネラ株は、NaClによるosmotic stressにより増殖能を回復し病原性が増す事が分かった(FEMS Microbiol.Lett.212,2002)。
虚血性めまい・平衡障害の発症機序の解明-前庭神経核における細胞生理学的研究-

[目的]昨年度(平成12年度)にブラインドパッチクランプ法を用いて低酸素状態での前庭神経核の細胞活動を細胞レベル(in vitro)で記録した結果、膜電位が脱分極を示し、その後再分極される反応を呈することを発見した。今年度はこの反応がどのようなメカニズムにより生じるのかを細胞生理学的に検討した。[方法]実験には幼若ラットを用いた。脳を摘出し末梢前庭神経を保存した前庭神経核領域を含む脳幹の切片(400-500mm)をマイクロスライサーで作成し、潅流ポンプを用いて95%O2・5%C02で通気した人工脳脊髄液を潅流したチェンバー内に固定した。電気刺激装置からパッチクランプ増幅器に1mV矩形波を10Hzで入れてオシロスコープで電極抵抗をモニターしながら脳幹スライスに微小パッチ電極を刺入し電極が細胞膜に接することを確かめた後、電極に陰圧をかけてホールセル記録を行った。人工脳脊髄液からグルコースを除去し95%N2と5%C02の混合ガスで十分に通気にした潅流液に切り替えることにより虚血負荷に類似した低酸素状態を作成して前庭神経核におけるシナプス電流や膜電位の変化を測定した。無酸素・無グルコース負荷する30秒前よりグルタミン酸レセプター拮抗薬(GDEE)を潅流させて薬物の影響について調べた。[結果]低酸素状態にすると前庭神経核の細胞の発火は亢進して膜電位は脱分極し、その後に発火は減少すなわち過分極される2相性変化を呈した。この現象はGDEEを潅流することにより抑制された。[結論]低酸素によりスライス内の神経終末からグルタミン酸が遊離され、その結果、前庭神経核ニューロンにおけるグルタミン酸レセプターが活性化されることが推察される。[目的]低酸素により生じる生体位(in vivo)での前庭神経核のニューロンの電気生理学的反応(低酸素性脱分極)が、どのようなメカニズムにより生じているのかを調べるために、ブラインドパッチクランプ法を用いて低酸素状態での前庭神経核の細胞活動を細胞レベル(in vitro)で記録し、細胞生理学的に検討した。[方法]実験には幼若ラットを用いてた。脳を摘出し末梢前庭神経を保存した前庭神経核領域を含む脳幹の切片(400-500μm)をマイクロスライサーで作成し、潅流ポンプを用いて95%O_2・5%CO_2で通気した人工脳脊髄液を潅流したチェンバー内に固定した。電気刺激装置からパッチクランブ増幅器に1mV矩形波を10Hzで入れてオシロスコープで電極抵抗をモニターしながら脳幹スライスに微小パッチ電極を刺入し電極が細胞膜に接することを確かめた後、電極に陰圧をかけてホールセル記録を行った。人工脳脊髄液からグルコースを除去し95%N_2と5%CO_2の混合ガスで十分に通気にした潅流液に切り替えることにより虚血負荷に類似した低酸素状態を作成して前庭神経核におけるシナプス電流や膜電位の変化を測定した。[結果]低酸素状態にすると前庭神経核の細胞の発火は約40-50秒間にわたり亢進して膜電位は脱分極した後に約30-40秒間の抑制すなわち過分極される2相性変化を呈した。この現象はグルタミン酸を潅流した場合と同様の反応であった。[結論]低酸素によりスライス内の神経終末からグルタミン酸が遊離され、その結果、前庭神経核ニューロンが脱分極したことが推察される。
近赤外光吸収色素のバンドギャップ制御による未利用太陽光エネルギー変換

近赤外光吸収色素を用いたエネルギー変換機能発現のため、色素構造の系統的な合成および構造・機能との相関に関し研究を進めた。特にフタロシアニン色素の構造探索に関し一群の成果を得ることができた。色素間相互作用・エネルギー準位および無機ナノ粒子表面への集積化構造の制御手法を開発し、有機系太陽電池および触媒性能の向上に成功した。これらの成果によって、今後未利用の近赤外光領域の高効率利用が可能となる。太陽光エネルギーのうち40%を占める近赤外光エネルギーは有効利用できておらず、この領域をエネルギー変換するデバイスが求められている。色素分子を利用した色素増感太陽電池は、色素分子のバンドギャップに応じた分光感度を示す。近赤外光領域に吸収を持つπ拡張金属フタロシアニン錯体の精密バンドギャップ制御手法を開発し、色素増感太陽電池において近赤外領域を高効率に光電変換できるようにする。本研究は近赤外光有効利用のための近赤外光電変換色素のバンドギャップサイエンスを開拓することを目的とする。本年度は、吸着基の探索・近赤外光領域への光捕集拡大・タンデム色素による可視光全領域光電変換に関する成果を得た。吸着基としてピリジンを持つ亜鉛フタロシアニン錯体を合成したところ、従来型のカルボン酸を持つ色素とほぼ同等の変換効率を示した。さらに、フタロシアニン錯体が吸収を持たない500-600nmを光電変換できるカルボン酸を吸着基とする有機色素と混合したところ、変換効率の大幅な向上が得られた。次に、解放電圧が期待できるコバルト電解質において、カルボン酸が2つあるフタロシアニン錯体が高い変換効率を示すことを見出した。酸化チタン上での吸着基の密度を高めることにより、酸化チタン上での電子移動制御が可能となった。近赤外光領域に吸収を持つ亜鉛ナフタロシアニン錯体を合成し、色素増感太陽電池における変換効率における構造依存性を調べた。側鎖の構造によってHOMO準位が変化し、ドナー性の高い側鎖を導入すると変換効率が大きく低下した。会合抑制とドナー性の最適化を行ったところ、変換効率3.2%を達成した。赤色のポルフィリンと青色のフタロシアンを連結したタンデム型色素を合成した。2つの色素の連結方法によって変換効率が変化し、エネルギー移動における空間的な色素は位置が重要であることを見出した。近赤外光領域の高効率な光電変換を可能とする色素設計に関する知見を見出すことができた。色素のバンドギャップを理解するために、様々な分光学的手法と計算化学を駆使することができるようになり、分子設計の高度化につながった。太陽光エネルギーのうち40%を占める近赤外光領域は有効利用できておらず、この領域を利用できる色素分子の創成が必要とされている。そこで、近赤外光領域に吸収を持つ金属フタロシアニン錯体の精密なバンドギャップ制御手法を開発し、近赤外光領域に特徴的な吸収を持つ色素分子の創成を目的とし研究を進めている。これまでに得た成果を元に、今年度は下記の成果を得た。1.光補集領域の拡大:ナフタロシアニン骨格を持ち、周辺置換基および吸着基構造を最適化した色素を合成したところ、色素増感太陽電池における光捕集領域を860nmまで拡大できることを見出した。2.光捕集の全領域化:チオフェンを導入した非対称性フタロシアニン色素を合成したところ、光捕集領域の長波長化とともに可視光領域の吸収が可能となり、800-350nmの可視光から近赤外光まで広範囲に光エネルギー変換できる色素を得ることに成功した。3.ドナー性側鎖の導入法の開発:より長波長化を目指す目的で、分子内電荷移動構造の導入を行った。ドナー性のあるカルバゾールを宿環した新規なフタロシアニン錯体を合成し、吸収スペクトルの違いに関し詳細な研究を行った。4.ラジカルかによる長波長化:中心金属にリンを持ち立体障害によるフタロシアニン環の歪みを導入することによって、安定ラジカルになることを見出し、1000nm付近まで吸収できることを明らかとした。以上のことから、金属フタロシアニン錯体の吸収波長とエネルギー準位の制御手法を確立しつつある。共役拡張・環歪み制御・会合制御など様々な構造変更による金属フタロシアニン錯体の波長制御手法を見出し、これらの分子技術によって色素増感太陽電池における光補修領域を近赤外光領域に拡張することができた。さらに、計算化学や高速分光測定によって、色素の電子状態制御と電子移動速度との相関に関し知見を得ることができた。近赤外色素に関し、吸収波長の長波長化・色素間相互作用の精密制御・無機ナノ材料との複合化・HOMOおよびLUMOエネルギー準位の制御手法の開拓に関し研究を進めた。具体的な成果を下記に示す。1カルバゾール・トリフェニルアミン側鎖の導入による長波長化:フタロシアニン環へのドナー基の導入によるQ帯の長波長化に関し系統的な合成を行った。カルバゾールによって環拡大したフタロシアニン、フタロシアニンのα位にトリフェニルアミンを導入した新規化合物を得ることに成功し、吸収波長の大幅な長波長化を得ることのできる分子設計手法を確立することができた。また、得られた色素を用い色素増感太陽電池・ペロブスカイト太陽電池への展開を行い、色素構造と太陽電池特性の相関に関し成果を得た。2色素感相互作用の精密制御:色素間距離を制御するため側鎖による会合・ネットワーク化に関し検討を行った。

物質・材料研究機構との共同研究でフタロシアニンの液体化とその特異な粘弾性特性を見出した。また、フタロシアニン間を捻れた連結基でネットワーク化させたところ、フタロシアニン間の会合を抑制しながら内部にナノ空間を形成させることに成功した。3無機ナノ材料との複合化:酸化チタン・磁性ナノ粒子などの無機ナノ材料との複合化を行い、ナノ粒子表面の色素間の相互作用に関し研究を進めた。複数色素を無機ナノ粒子上への配列を行い、色素間のエネルギー移動を利用した光電変換に関し成果を得た。4エネルギー準位の制御:色素増感太陽電池の高効率化のため、フタロシアニン錯体の周辺置換基効果に関し計算科学的検討と合成によるエネルギー準位のデータベース化を進めた。その中で、カルバゾールをフタロシアニン環のα位に導入することによって、HOMO準位の安定化が得られることを見出した。近赤外光吸収色素を用いたエネルギー変換機能発現のため、色素構造の系統的な合成および構造・機能との相関に関し研究を進めた。特にフタロシアニン色素の構造探索に関し一群の成果を得ることができた。色素間相互作用・エネルギー準位および無機ナノ粒子表面への集積化構造の制御手法を開発し、有機系太陽電池および触媒性能の向上に成功した。これらの成果によって、今後未利用の近赤外光領域の高効率利用が可能となる。得られた知見をもとに、より高い変換効率を示す色素群の創成につなげる。さらに、1000nmまで変換できる色素を得るための骨格検討及びアップコンバージョン機能を持つ色素組織体の開発も進める。バンドギャップ幅の制御には成功しているが、HOMOとLUMOのエネルギー位置の精密制御に関し最終年度研究を進める。太陽電池のみならず、光触媒や光線治療用色素などへの展開も進める。29年度が最終年度であるため、記入しない。機能分子化学29年度が最終年度であるため、記入しない。
関節肢位に対応した筋への出力情報の解析

手関節背屈運動時の手関節伸筋群の活動は,前腕および手関節肢位によって影響され,長・短橈側手根伸筋は回内位で,尺側手根伸筋は回外位で増大し,これらの筋活動の変化は手関節肢位の違いによる変化より顕著であった.円筒握り時では,手関節伸筋全てが前腕回内位で大きかった.円筒握り時の浅指屈筋と深指屈筋の活動特性はそれぞれ異なるが,前腕肢位による違いは認めなかった.また,前腕肢位の違いは手関節伸筋群の錐体路細胞の興奮性に影響を与えている可能性があることが明らかになった.手関節背屈運動時の手関節伸筋群の活動は,前腕および手関節肢位によって影響され,長・短橈側手根伸筋は回内位で,尺側手根伸筋は回外位で増大し,これらの筋活動の変化は手関節肢位の違いによる変化より顕著であった.円筒握り時では,手関節伸筋全てが前腕回内位で大きかった.円筒握り時の浅指屈筋と深指屈筋の活動特性はそれぞれ異なるが,前腕肢位による違いは認めなかった.また,前腕肢位の違いは手関節伸筋群の錐体路細胞の興奮性に影響を与えている可能性があることが明らかになった.最大努力による等尺性手関節背屈運動時の長,短橈側手根伸筋(ECRL, ECRB),尺側手根伸筋(ECU)の筋電図を双極ワイヤー電極で導出した(対象:健常者9名).測定肢位は,前腕回内,外それぞれの肢位において手関節肢位を背屈40度,掌背屈0度,掌屈40度に設定して行った,磁気刺激運動誘発電位の測定では,大脳皮質運動野に経皮的パルス磁気刺激を与え,ECRLから運動誘発電位波を導出した.また,H波も導出した(対象:健常者6名).測定時の前腕肢位は回内・外の2肢位に設定した.これらの誘発電位波の導出には,課題運実験に用いたものと同様の双極ワイヤー電極を用いた.等尺性最大手関節背屈運動においては,ECRL・Bの筋活動は,前腕回外位に比べ有意に回内位の方が高い値を示したのに対し,ECUにおいては回内位に比べ有意に回外位の方が高い値を示した.次いで,各筋の筋活動を手関節肢位で比較してみると,ECRLは前腕回外位において手関節肢位による有意差があり,手関節掌屈40度での値は他の肢位の値に比べ有意に高かった,ECUにおいては,手関節掌背屈0度の値に比べ掌屈40度の値は有意に低くかった.しかし,これら手関節肢位の変化に伴う筋活動の差は,前腕回内・外肢位の違いによる筋活動の差は,前腕回内・外肢位の違いによる筋活動の差よりも極めて小さかった.ECRLの磁気刺激運動誘発電位波形の振幅においては,前腕回外位に比べ回内位で有意に大きかった.H波の振幅には,有意差は無かった.以上のことより,前腕肢位が異なることによる手根伸筋群の活動様式の違いは,前腕肢位の違いがニューラルネットワークの活動に影響を与え,最終的に皮質脊髄路細胞の興奮性が変化したことによって生じているものと考えられた.健常者9名に対し,大脳皮質運動野に経皮的パルス磁気刺激を与え,尺側手根伸筋(ECU)から双極ワイヤー電極を用いて運動誘発電位波とH波を導出した.これらの被験者は,最大等尺性手関節背屈運動時のECUの筋電図を双極ワイヤー電極で導出した者とした.測定時の前腕肢位は,回内・外の2肢位に設定した.ECUの磁気刺激運動誘発電位波形の振幅においては,前腕回外位に比べ回内位で有意に大きかった.H波においては,被験者9名中6名で導出可能であり,その振幅には有意な差は認めなかった.このことは,前腕肢位が異なることによるECUの活動様式の違いは,前腕肢位の違いがニューラルネットワークの活動に影響を与え,最終的に皮質脊髄路細胞の興奮性が変化したことによって生じているものと考えられた.しかし,我々は,これまでに,最大等尺性手関節背屈運動時のECUの筋電図は前腕回内位よりも回外位で大きなることを示してきたが,今回計測したECUの磁気刺激運動誘発電位波形の振幅においては,これと反対の結果となった.このことは,ECUは,前腕回内位では手関節背屈機能よりも手関節尺屈機能という強力な機能があり,この影響が強く表れたものと考えられた.健常成人6名を対象とし,把持力100%に至るリニアランプ負荷時の深指屈筋(FDP),浅指屈筋(FDS)の筋電図を導出した.測定肢位は,肩関節やや外転位,肘関節90度屈曲位,前腕回外位とした.手関節は,背屈30度,掌背屈0度,掌屈30度の3肢位を設定した.リニアランプ負荷課題では,握力が5秒間で最大値に達するように設定し,モニター上に標された直線的基準線に張力信号を追従させるよう視覚的にフィードバックしながら力を発揮させた.FDS,FDPの筋電図は,それぞれ左環指FDSと尺側FDPの筋腹から双極ワイヤー電極で導出した.ワイヤー電極は25ゲージのカテラン針を用いて刺入した.

電極留置部位の確認は,刺入したワイヤー電極を利用した電気刺激で行い,当該筋のみに収縮が確認できた場合は,そのまま留置した.導出した筋電図は,各手関節肢位において把持力20%ごとに全波整流し,筋電図積分値を算出した.算出した筋電図積分値は,最大活動量で正規化し,%IEMGを求めた.%IEMGは負荷強度間および手関節肢位間で比較した.その結果,リニアランプ負荷時の筋活動量は,両筋とも負荷の増大に伴い有意に増加した(P<0.01).その筋活動量の増加パターンは,FDPは直線的であったが,FDSは最大負荷の40%までは少なく,60%からは急峻に増加し,80100%までの筋活動の変化量は60%以下のものに比べ有意に大きかった(P<0.05).手関節肢位による筋活動の違いは,認めなかった.本研究により,FDSの筋活動様式はFDPとは異なり,軽い負荷では筋活動が極めて低いことが判明した.また,この筋活動特性は手関節肢位で影響されないことが明らかになった.