hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
反強磁性体における電気磁気光学特性の電場制御に関する研究

本研究は、正味の磁化を持たないため機能性に乏しいと思われてきた反強磁性体において、電気磁気効果に起因した新奇な光学特性(電気磁気光学特性)を実験的に見出し、さらに、この電気磁気光学特性の電場制御の実現と解明を目指す。とくに、スピンの向きが僅かな摂動でも変化しやすい「弱磁気異方性」の反強磁性体に着目した物質開拓を行い、そこで現れる可視光領域における電気磁気光学特性の電場応答の様相を明らかにする。得られた実験結果を説明するモデルを構築し、このモデルを指針としてより高機能(巨大、弱電場動作)な電場応答を実現する物質の探索を進める。
日本人型APRT欠損症の疾患遺伝子の起源に関する研究

APRT欠損症は反復する尿路結石症と腎不全を来たす遺伝疾患である.特に日本人に多く見られ,これは日本人には日本人型APRT欠損症という特異なタイプの病気が多く見られるためであることは以前我々が解明していた.この日本人型APRT欠損症の疾患遺伝子の起源をつきとめるという,本研究の当初の目的はこの2年間でほぼ完全に達成された.即ち我々はこの病気の原因の遺伝子を同定し,その異常をヌクレオチド配列のレベルでつきとめた(第5エクソンのヌクレオチド置換).さらに蛋白質のアミノ酸レベルでも,病気の原因となっているアミノ酸置換をつきとめ(36番のMet→Thrの置換),そのヌクレオチド変異,アミノ酸置換がすべての日本人型APRT欠損症の家系に見られることも確認した.そのアミノ酸置換を確実に同定する新しい診断法を開発した.日本人型APRT欠損遺伝子(APRT^*J)に本質的な変異部位以外にDNA多型を見出し,その多型とAPRT^*Jとの関係の分析によりAPRT^*Jが単一の祖先遺伝子に由来することを全く疑問の余地なく証明した.本研究の進行により,当初の目的以外にも多くの成果を得ることができた.まずAPRT欠損症の世界全報告例の半数以上を我々が診断するに至った.さらに,日本のAPRT欠損症のうち,実に約80%が日本人型APRT欠損症に属する事が判明した.従って日本に特にこの病気の報告が多いのは, APRT^*Jの存在が関与していることがわかった.さらにほとんどの患者は正しく診断されていないことがわかり,この研究を推進し成果を報告することが,多くの患者の利益になることがわかった.APRT^*Jが単一の先祖遺伝子に由来することの証明は進化の法則にも大きな疑問を投げかけ,優生学という世界のいろいろな法律にも大きな影響を与えている考え方にも変更をせまるものであると確信する.APRT欠損症は反復する尿路結石症と腎不全を来たす遺伝疾患である.特に日本人に多く見られ,これは日本人には日本人型APRT欠損症という特異なタイプの病気が多く見られるためであることは以前我々が解明していた.この日本人型APRT欠損症の疾患遺伝子の起源をつきとめるという,本研究の当初の目的はこの2年間でほぼ完全に達成された.即ち我々はこの病気の原因の遺伝子を同定し,その異常をヌクレオチド配列のレベルでつきとめた(第5エクソンのヌクレオチド置換).さらに蛋白質のアミノ酸レベルでも,病気の原因となっているアミノ酸置換をつきとめ(36番のMet→Thrの置換),そのヌクレオチド変異,アミノ酸置換がすべての日本人型APRT欠損症の家系に見られることも確認した.そのアミノ酸置換を確実に同定する新しい診断法を開発した.日本人型APRT欠損遺伝子(APRT^*J)に本質的な変異部位以外にDNA多型を見出し,その多型とAPRT^*Jとの関係の分析によりAPRT^*Jが単一の祖先遺伝子に由来することを全く疑問の余地なく証明した.本研究の進行により,当初の目的以外にも多くの成果を得ることができた.まずAPRT欠損症の世界全報告例の半数以上を我々が診断するに至った.さらに,日本のAPRT欠損症のうち,実に約80%が日本人型APRT欠損症に属する事が判明した.従って日本に特にこの病気の報告が多いのは, APRT^*Jの存在が関与していることがわかった.さらにほとんどの患者は正しく診断されていないことがわかり,この研究を推進し成果を報告することが,多くの患者の利益になることがわかった.APRT^*Jが単一の先祖遺伝子に由来することの証明は進化の法則にも大きな疑問を投げかけ,優生学という世界のいろいろな法律にも大きな影響を与えている考え方にも変更をせまるものであると確信する.APRT欠損症は尿路結石症と腎不全症を来たすプリン代謝酵素欠損症の一つである。この疾患は日本人では特殊な型を取り、この場合はホモ接合体の診断が困難であった。我々は、この診断法を開発し発表した。その後、我々のところに診断依頼が多数あり、現在まで23家系30名のホモ接合体を診断し、報告した。この数は世界の全報告例の半数以上である。特に、発端者以外の7名は我々の方法なしでは診断不可能な例である。このように診断が正しくなされるようになった我々の発表した症例(もちろん、これは本邦発表例の大半を占める)の約80%は、いわゆる日本人型APRT欠損症と定義されるものであった。これは、我々がすでに発表しているように、PRPP結合性の悪い、熱安定性の高い変異酵素を合成するもので、PRPP binding siteを変えるような部位のアミノ酸置換があると推定されている。いろいろなデータより、この疾患の疾患遺伝子の頻度は、全国民の1%以上と考えられるが、実際にそのことを証明するのは困難であった。我々は今回この診断法を確立した。即ち、保因者よりB cell lineを樹立し、そのB cell lineよりホモ接合体に相当するクローンを選択した。これにより、geneticlartificial mutantsを多数選択することができ、保因者を診断できるようになった。このようにdiploidで二種類の遺伝的変異を一つの細胞に引き起こすことができたのは生物学上初めてで、そのような方法が診断法として用いられたのは医学上初めてである。さて、この日本人型APRT欠損症における変異部位であるが、我々は、正常と異常のAPRT酵素を精製し、ペプチドマッピングをした。それにより、正常と異常で異るペプチドを取り出した。

現在このアミノ酸配列を決定しているところであるが、遠からず変位部位を発表できるであろう。結石の頻度からAPRT欠損症保因者の頻度を計算したところ、日本人の1.21%となった。
動脈硬化進展における性差・社会心理学的機序の解明に関する前向きコホート研究

東温スタディは、平成21年平成24年度にかけて実施した調査をベースラインとした前向きコホート研究である。愛媛県東温市の地域住民(約2000人)を対象に、動脈硬化(頸動脈エコー、CAVI等)及びその生物学的危険因子(血圧、75g経口糖負荷試験による糖尿病評価、血中コレステロール、腹囲等)、自律神経機能(心拍変動によるスペクトラム解析)、生活習慣(喫煙、飲酒、栄養、身体活動、睡眠等)を把握している。平成26年度から(平成29年まで)フォローアップ調査として、5年後調査を実施した。5年後調査においては、ベースライン調査項目に加えて、新たに社会的要因(社会的役割、仕事と家庭の対立、社会的サポート・ネットワークや教育歴・職業・世帯収入を含む社会経済的地位等)を、把握している。平成2829年度にかけて、これまでのデータに加えて5年後調査時における唾液中のストレス関連マーカーであるαアミラーゼ測定を実施した。平成30年度は、追加調査として、平成2629年度に参加していない66人に対して、フォローアップ調査・唾液中αアミラーゼ測定を実施した。横断的解析において、社会経済状況(低学歴、非正規雇用者)や婚姻状況(未婚)といった社会的要因と唾液中のストレス関連マーカーであるαアミラーゼ高値との関連を認めた。また、αアミラーゼが高い者は、血圧値、空腹時血糖値、インスリン感受性の指標であるHOMA-IR・Matsuda Indexの値、動脈硬化の指標であるCAVIの値、軽度認知障害の割合が高いことが示された。これらの結果について、第29回日本疫学会学術総会(2019年2月1日・東京)において学会発表を行い、現在論文化を進めている。愛媛県東温市の地域住民(約2,000人)を対象に、動脈硬化(頸動脈エコー、CAVI等)及びその生物学的危険因子(血圧、75g経口糖負荷試験による糖尿病評価、血中コレステロール、腹囲等)、自律神経機能(心拍変動によるスペクトラム解析)、生活習慣(喫煙、飲酒、栄養、身体活動、睡眠等)を把握している。平成26年度から(平成29年まで)フォローアップ調査として、5年後調査を開始している。さらに、平成28年度は、これまでのデータに加えて5年後調査時における唾液中のストレス関連マーカーであるαアミラーゼの測定を実施した。横断的予備的解析結果では、壮年女性(55歳未満)において、αアミラーゼが高い者は、低い者に比べて、社会的サポート・ネットワークが少ない者、介護を行っている者、ワークライフバランスが悪い者の割合が多い傾向が示された。また、αアミラーゼが高い者は、低い者に比べて、収縮期血圧、拡張期血圧、動脈硬化の指標であるCAVIの値も高いことが示された。しかしながら、男性において、同様の関連は認められなかった。平成28年度は、433人に対し調査を実施し、生活習慣や心理社会要因を含む質問票、並びに自律神経機能、血圧値、血糖値、コレステロール値、頸動脈エコー、CAVI測定等の多岐に渡る検査情報を収集した。既に平成2627年度に実施済みの対象者と合せると、計1,399人の調査が完了した。また、平成2628年に唾液が収集できた1,381人に対して、唾液中のストレス関連マーカーであるαアミラーゼの測定が完了した。また、予備的解析を行い、本研究課題の目的達成に関連した結果を得ることができた。したがって、本研究は計画通りに研究が進行している。平成29年度は、社会的要因(社会的役割、仕事と家庭の対立、社会的サポート・ネットワークや教育歴・職業・世帯収入を含む社会経済的地位等)、唾液中のストレス関連マーカーであるαアミラーゼの測定を実施し、横断的解析として、動脈硬化の重要な危険因子である糖尿病罹患とαアミラーゼに関する検討を行った。平成2629年度の調査に参加した30-74歳の男女1,525人(男性431人,女性942人)のうち、脳卒中、狭心症、心筋梗塞、糖尿病の既往歴のあった152人を除く、1,373人を解析に用いた。糖尿病罹患は、75g経口糖負荷試験結果より判定した(空腹時血糖値>126mg/dLまたは糖負荷後2時間値>200mg/dL)。女性において、αアミラーゼが高い者は、低い者に比べて、糖尿病の割合が高いことを認めた(1標準偏差(1.952)増加に対するオッズ比(OR)=1.47; 95%信頼区間(CI)=1.05-2.04)。また、この関連は65歳未満の女性で顕著に認めた(OR =1.94; 95%CI=1.05-3.60 vs. 65歳以上の女性: OR =1.24; 95%CI=0.84-1.82)。65歳未満において、既婚女性は、未婚女性に比べて、αアミラーゼが高かった(114.4 U/ml vs. 89.6 U/ml; p=0.04)。

また、既婚女性において、非正規雇用者は、正規雇用者に比べて、αアミラーゼが高かった(172.4 U/ml vs. 105.6 U/ml; p=0.02)。しかしながら、男性では、同様の関連は認められなかった。特に、65歳未満の女性において、婚姻状況、雇用形態といった社会的要因がストレス反応を介して、糖尿病罹患に影響している可能性が示された。なお、上記研究結果について、論文化を進めている。平成29年度は、378人に対し調査を実施し、生活習慣や心理社会要因を含む質問票、並びに自律神経機能、血圧値、血糖値、コレステロール値、頸動脈エコー、CAVI測定等の多岐に渡る検査情報を収集した。既に平成2628年度に実施済みの対象者と合せると、計1,777人の調査が完了した。また、平成2629年に唾液が収集できた1,777人に対して、唾液中のストレス関連マーカーであるαアミラーゼの測定が完了した。唾液中αアミラーゼの上昇に関連する社会的要因の特定、及び動脈硬化の危険因子である糖尿病罹患と唾液中αアミラーゼとの関連について検討を行い、本研究課題の目的達成に関連した結果を得ることができた。したがって、本研究は計画通りに進行している。東温スタディは、平成21年平成24年度にかけて実施した調査をベースラインとした前向きコホート研究である。愛媛県東温市の地域住民(約2000人)を対象に、動脈硬化(頸動脈エコー、CAVI等)及びその生物学的危険因子(血圧、75g経口糖負荷試験による糖尿病評価、血中コレステロール、腹囲等)、自律神経機能(心拍変動によるスペクトラム解析)、生活習慣(喫煙、飲酒、栄養、身体活動、睡眠等)を把握している。平成26年度から(平成29年まで)フォローアップ調査として、5年後調査を実施した。5年後調査においては、ベースライン調査項目に加えて、新たに社会的要因(社会的役割、仕事と家庭の対立、社会的サポート・ネットワークや教育歴・職業・世帯収入を含む社会経済的地位等)を、把握している。平成2829年度にかけて、これまでのデータに加えて5年後調査時における唾液中のストレス関連マーカーであるαアミラーゼ測定を実施した。平成30年度は、追加調査として、平成2629年度に参加していない66人に対して、フォローアップ調査・唾液中αアミラーゼ測定を実施した。横断的解析において、社会経済状況(低学歴、非正規雇用者)や婚姻状況(未婚)といった社会的要因と唾液中のストレス関連マーカーであるαアミラーゼ高値との関連を認めた。また、αアミラーゼが高い者は、血圧値、空腹時血糖値、インスリン感受性の指標であるHOMA-IR・Matsuda Indexの値、動脈硬化の指標であるCAVIの値、軽度認知障害の割合が高いことが示された。これらの結果について、第29回日本疫学会学術総会(2019年2月1日・東京)において学会発表を行い、現在論文化を進めている。平成29年度は、約500人の対象者に対して調査を実施する予定である。平成28年度と同様に、生活習慣や心理社会要因を含む質問票、自律神経機能、血圧値、血糖値、コレステロール値、頸動脈エコー、CAVI測定等の多岐に渡る生態試料の収集、唾液中αアミラーゼ測定を予定している。平成28年度に引き続き現地調査を実施し、対象者を増やすとともに、横断的解析をさらに進め、性差の相互作用項としての影響を考慮しつつ、社会心理的要因が動脈硬化の進展に与える社会心理学的機序について共分散構造分析を用いた検討を行い、本研究目的の達成を試みる。
精密合成化学的手法を利用した有機分子-基盤接合系の構築

電子デバイス開発に適合した分子-電極接合系は現状では不十分であり、その開発が切望されている。本応募研究では、精密有機合成化学的手法を駆使して、電子輸送効率を考慮した有機分子-シリコン表面接合系の精密構築手法の開発を行った。電子デバイスの創出への利用を念頭においた有機分子-電極接合系の開発研究において、最新に至るまでの合成化学的手法を最大限に活用する点が本研究の特色・独創的な点である。今年度は、金表面やシリコン表面での精密組織化を志向して設計した種々の有機化合物の合成、2)金やシリコン表面上での有機単分子層を介した金属錯体の固定化、3)単分子層を組織化した表面の触媒反応場としての応用などを行った。例えば含窒素ヘテロ環カルベン-Rh(I)錯体の単分子層を金表面上に構築する手法を開発し報告した。含窒素へテロ環カルベンは高周期の遷移金属と強固に結合する特徴を有する分子であり、「金属-分子-電極」構造の鍵となる分子として着目した。この分子を介して様々な精密かつ高密度に2次元自己組織化構造が形成することを確認した。また、単結晶シリコン表面やシリカ表面への機能性金属錯体の固定化についても検討し、触媒としての応用例をそれぞれ示した。また、金属表面との電気伝導特性に優れた分子としてイソシアニド分子に着目したところ、木口・村越グループとの共同研究として単分子伝導度測定に成功し、予想通りの良好な伝導特性を確認した。電子輸送効率を考慮した有機分子-基盤表面接合系の精密構築手法の開発を目的に研究を実施した。有機分子としては、含窒素ヘテロ環カルベン(NHC)、および、研究代表者らが近年開発した剛直かつコンパクトで高い電子供与能を有する新規ホスフィン配位子SMAPについて検討した。また、基盤表面としては金表面および単結晶シリコン表面を用いて検討を実施した。別途合成手法を確立したジスルフィド部位を有するNHC-遷移金属錯体を金表面上に導入した。高密度固定化する手法として、金表面上におけるアルカンチオールの自己組織化現象を利用した。得られた表面をX線光電子分光(XPS)および全反射赤外反射吸収スペクトル(IR-RAS)法によってによって評価した。また、角度分解XPS解析からさらに詳細な分子層の深さ情報を得た。本手法によって固定化可能な金属として、ロジウム、イリジウム、金について確認した。さらに他の多様な金属種についても適用可能と思われる。新規ホスフィン配位子SMAPを金表面上に導入する検討では、別途合成したSMAP末端を有するアルカンチオールを用いて形成したホスフィン単分子層の構造を詳細に求めた。ロジウム、イリジウム、金など種々の金属種との結合が配位子上で可能であることを確認した。XPS、IR-RAS、電気化学的手法から、ここで用いたホスフィン分子が直鎖アルカンのほぼ90%という高い表面密度で単分子層を形成することが判明した。また、ホスフィン配位子SMAPの単結晶シリコン表面での接合が、SMAP末端を有するアルケンを用いて可能であることを確認した。
自己DNAによる自然免疫活性化の分子機構とその生理作用

DNaseIIは貪食細胞内で働くDNA分解酵素であり、DNaseIIを欠損するマクロファージでは、内部に未分解自己DNAが蓄積する。成体でDNaseII遺伝子が破壊されるDNaseII欠損マウスは、加齢とともにヒト関節リウマチ(Rheumatoid Arthritis : RA)に類似した関節炎を発症する。RAは様々な免疫要素の関与が報告されている自己免疫疾患であるが、その発症機序には不明な点が多い。そこで、前年度までにDNaseII欠損マウスと様々な免疫要素を欠損するマウスとを交配させ、多重欠損マウスを作製した。今年度はこれら多重欠損マウス各々について、(1)経時的な四肢の腫脹計測(2)10ヶ月齢以上の高週齢マウスにおける関節組織の組織学的解析(3)高週齢マウスの関節部におけるMMP-3及び炎症性サイトカイン遺伝子の発現定量、により関節炎が発症するかどうかを解析した。DNaseII欠損マウスの関節組織ではTNF-α,IL-1β,IL-6遺伝子発現が著しく上昇する。多重欠損マウスの解析より光TNF-α,IL-1β,IL-6いずれの欠損もDNaseII欠損による関節炎発症を強く抑制することが明らかとなった。一方、DNaseII欠損マウスの骨髄を野生型マウスに移植した骨髄キメラマウスは関節炎を発症し、骨髄由来の血球細胞でのDNaseII欠損が発症に十分であることがわかったが、T細胞及びB細胞を持たないRag2欠損背景でも関節炎は発症した。これらの結果より、DNaseII欠損マウスは、自己DNA蓄積により自然免疫が活性化された結果、獲得免疫非依存的に炎症性サイトカインが関節組織で恒常的に産生され、関節炎を発症するとわかった。RAにおいても同様の機構で疾患が発症するケースが考えられ、これまで獲得免疫の関与が重要であると考えられてきたRAの病態理解に新たな手がかりをもたらした。赤血球はその分化過程において、脱核により自身の核を放出する。私達は、この脱核された核はマクロファージに貪食され、核DNAはDNase IIによって分解されることを明らかにしてきた。DNase II欠損マウスでは、未分解DNAがマクロファージに蓄積し、活性化されたマクロファージが産生するIFN-βの作用で赤血球の発生が妨げられる。その結果、マウスは重度の貧血を示し胎生期で死亡するが、DNase IIとIFN-IR(IFN-βのレセプター)遺伝子の二重欠損マウスは貧血を起こさず生存して誕生する。本年度は、自己DNAの蓄積により、IFN-βの産生が誘導される機構を明らかにする目的で、微生物感染時にIFN-βなどのサイトカインを誘導するのに必要な転写因子、IRF-3及びIRF-7の欠損マウスをDNase II欠損マウスと交配させ、多重欠損マウスの解析を行った。すると、IRF-3/IRF-7/DNase II三重欠損マウスは、DNaseII/IFN-IR二重欠損マウスとほぼ同等の確率で貧血を免れて誕生した。さらに、胎仔肝臓におけるIFN-β遺伝子の発現をreal-time PCRによって定量した結果、IRF-3/IRF-7/DNase II三重欠損マウスではIFN-βの誘導が著しく抑制されていた。よって、DNaseII欠損によって蓄積した未分解DNAからのIFN-β誘導には、IRF-3及びIRF-7が関与しており、微生物感染時と同一の転写因子が用いられていることがわかった。すなわち、自己DNAの蓄積が、外来微生物侵入時と同様の経路を介して自然免疫を活性化させることが明らかとなり、ヒトにおいても自己分子の分解不全が、自然免疫の誤作動を導き免疫疾患を発症させる可能性を提示した。
がん細胞の浸潤・転移におけるシスチン・グルタミン酸トランスポーターの機能の解明

アミノ酸輸送系の一つであるシスチン・グルタミン酸トランスポーター(xCT)は、多くのがん細胞において強く発現しており、がんの増殖や浸潤、転移能、抗がん剤耐性、また、がん幹細胞の特性維持などに深く関与することが報告されるようになってきた。このことは、xCTの機能を抑制することが、がんの増殖・浸潤・転移などを抑えるうえで重要であることを強く示唆している。しかし、xCTが有する多様な機能の何ががんの特性発現に関わるか、その分子メカニズムについては不明な点を多い。平成30年度は、平成29年度に作製したxCT遺伝子欠損メラノーマとこの細胞にxCT発現ベクターを導入し、xCTを安定発現させたaddback細胞、および野生型細胞を用いて、in vitroの実験系の精度を上げ、xCTの機能とがん細胞の浸潤や転移等の病態との関連性が明確になるようさらに検討した。その結果、メラノーマの浸潤能、遊走能、スフェロイド形成能、血管内皮細胞との接着能は、xCTを介して維持される細胞内グルタチオンが重要であることが示された。一方、細胞内グルタチオンの動態だけではこれらの細胞の浸潤能や遊走能は、十分説明することができず、xCTが新たに誘導されることが重要である可能性が示唆された。これらの研究に加え、新たに入手したヒト肉腫由来がん細胞株HT1080細胞を用いて、CRISPR/Cas9システムにより、xCT遺伝子欠損細胞を作製した。このxCT遺伝子欠損細胞と親株細胞のシスチン取り込み活性、細胞内グルタチオンの動態、xCTタンパク質の発現を調べた。また、これらの細胞の浸潤能、遊走能、スフェロイド形成能を調べ、いずれもxCT遺伝子欠損HT1080細胞で低下していることを明らかにした。xCT遺伝子欠損メラノーマにxCT発現ベクターを導入しxCTを安定発現させたaddback細胞を3系統を加え、xCT欠損細胞、野生型細胞とともにin vitroの実験系で浸潤能、遊走能、血管内皮細胞との接着能、スフェロイド形成能などを計画通りに解析した。また、新たに入手したヒト肉芽腫由来HT1080細胞からxCT欠損細胞を樹立し、ヒトのがん細胞での研究にも着手できた。ヒト肉腫由来がん細胞HT1080細胞のxCT遺伝子欠損細胞からヒトxCT遺伝子発現ベクターを導入してxCTを安定発現させたaddback細胞を作製する。これらの細胞を用いて、xCTがヒト由来がん細胞においても、転移の成立のいくつかの段階に関与することを明らかにする。また、xCTが機能することにより生じる細胞外環境とがん細胞の転移能との関連性をさらに検討する。これらの解析と並行して、ヒト乳がん細胞株からxCT遺伝子欠損細胞を作製し、同様の解析を行うことで、ヒト癌腫の転移においてもxCTが重要な役割を担うことを示す。さらに、本研究で阻害特性等を明らかにしてきたerastinや、他の新規xCT阻害剤と既存の抗がん剤の併用によるがん細胞の増殖能、浸潤能、遊走能へ及ぼす影響について検討する。本研究では、xCTの機能のうち、特に細胞外環境形成に関わる機能に注目して、がんの浸潤や転移等の病態成立におけるxCTの役割を解明することを目的として、29年度は、以下の研究を行った。マウスへ移植することにより、高頻度で特定臓器に転移することが知られているマウスB16メラノーマ(F-10株)に対し、CRISPR/Cas9システム(Life technologies社)を用いてxCT遺伝子の欠損株を樹立した。また、このxCT欠損細胞にxCTを強制発現するベクターを安定的に導入した細胞(3ライン)を樹立した。これらの細胞と親株であるB16F10の浸潤能をマトリゲルを用いてin vitroで調べたところxCT欠損細胞で著しい浸潤能の低下が認められた。また、xCT導入株では浸潤能が回復した。遊走能についても同様の結果が得られた。この時、グルタチオンの合成阻害剤を添加すると浸潤能や遊走能の低下が見られ、xCTの誘導剤を添加すると浸潤能や遊走能が上昇した。次に、これらの細胞を用いてマウスに移植し、転移能について検討を行った。その結果、尾静脈内移植による肺への転移を調べる実験的転移モデルにおいて、xCT欠損株は、親株やxCT導入株に比べて著しい転移能の低下が見られた。足蹠にこれらの細胞を移植したのち原発巣を切除し、その後の遠隔臓器転移を比較する自然転移モデルに置いてもxCT欠損細胞は他の細胞に比べて有意に転移能が低下することが明らかとなった。これらの研究と並行して、xCTの特異的阻害剤であるエラスチンについて、その阻害特性の解析を行った。高頻度で特定臓器に転移することが知られているマウスB16F10メラノーマのxCT遺伝子を特異的にノックアウトしたxCT欠損細胞、さらにこのxCT欠損細胞にxCTを強制発現するベクターを導入した細胞を樹立した。これらの細胞と親株であるB16F10細胞をマウス(C57BL/6J)の尾静脈から移植し、一定期間(4-8週)後、肺への転移の程度を親株のがん細胞を投与した場合と比較検討した。次に自然転移モデルとしてこれらの細胞を皮下移植でxCT欠損の影響を検討した。

移植部位での腫瘍の体積変化を経時的に観察するとともに、他の組織への転移の有無も調べた。さらに、足蹠にこれらの細胞を移植し、25日目に原発巣を摘出して一定期間後、膝下リンパ節や腹腔内の各リンパ節ならびに肺、肝などの遠隔転移の程度を比較検討した。in vitroの実験系として、スクラッチアッセイにより、これらの細胞の遊走能を検討した。また、マトリゲルを用いて、浸潤能についても検討した。一連の実験系にグルタチオン合成阻害剤やxCTの誘導剤で処理した細胞について、遊走能や浸潤能がどのように変化するか検討した。さらに、xCTの特異的阻害剤であるエラスチンの阻害特性を他のxCT阻害剤と比較検討し、エラスチンが他のxCT阻害剤とは異なり、不可逆的阻害をすることを示した。アミノ酸輸送系の一つであるシスチン・グルタミン酸トランスポーター(xCT)は、多くのがん細胞において強く発現しており、がんの増殖や浸潤、転移能、抗がん剤耐性、また、がん幹細胞の特性維持などに深く関与することが報告されるようになってきた。このことは、xCTの機能を抑制することが、がんの増殖・浸潤・転移などを抑えるうえで重要であることを強く示唆している。しかし、xCTが有する多様な機能の何ががんの特性発現に関わるか、その分子メカニズムについては不明な点を多い。平成30年度は、平成29年度に作製したxCT遺伝子欠損メラノーマとこの細胞にxCT発現ベクターを導入し、xCTを安定発現させたaddback細胞、および野生型細胞を用いて、in vitroの実験系の精度を上げ、xCTの機能とがん細胞の浸潤や転移等の病態との関連性が明確になるようさらに検討した。その結果、メラノーマの浸潤能、遊走能、スフェロイド形成能、血管内皮細胞との接着能は、xCTを介して維持される細胞内グルタチオンが重要であることが示された。一方、細胞内グルタチオンの動態だけではこれらの細胞の浸潤能や遊走能は、十分説明することができず、xCTが新たに誘導されることが重要である可能性が示唆された。これらの研究に加え、新たに入手したヒト肉腫由来がん細胞株HT1080細胞を用いて、CRISPR/Cas9システムにより、xCT遺伝子欠損細胞を作製した。このxCT遺伝子欠損細胞と親株細胞のシスチン取り込み活性、細胞内グルタチオンの動態、xCTタンパク質の発現を調べた。また、これらの細胞の浸潤能、遊走能、スフェロイド形成能を調べ、いずれもxCT遺伝子欠損HT1080細胞で低下していることを明らかにした。xCT遺伝子欠損メラノーマにxCT発現ベクターを導入しxCTを安定発現させたaddback細胞を3系統を加え、xCT欠損細胞、野生型細胞とともにin vitroの実験系で浸潤能、遊走能、血管内皮細胞との接着能、スフェロイド形成能などを計画通りに解析した。また、新たに入手したヒト肉芽腫由来HT1080細胞からxCT欠損細胞を樹立し、ヒトのがん細胞での研究にも着手できた。これまでにin vitro及びin vivoの実験系において、B16F10メラノーマとそのxCT欠損細胞、さらにxCT欠損細胞にxCTを強制発現させるベクターを導入したxCT回復細胞を用いて、がん細胞の増殖・浸潤・転移におけるxCTの重要性を明らかにしてきた。
ＭＯＳ構造デバイスによるシリコン電子スピン量子ビット実現へ向けた研究

シリコン量子ドットデバイスを作製して、電子スピン量子ビットへ向けた研究を行ってきた。本年度の成果については、電子スピン量子ビットにおいて重要な課題であるバックアクション(量子ビット測定時の意図しない量子状態破壊)について実験および理論的に評価を行い、バックアクションを抑制する方法を明らかにした。具体的には、量子ビットの測定に用いられる電荷センサの影響により意図しない量子ドット内電子励起を実験的に観測し、このバックアクションの評価を行った。また、この結果についてレート方程式などを用いた理論式でフィッティングを行い、バックアクションの強さを評価した。それにより、電荷センサに流れる電流値を小さくすることによって、バックアクションを抑制できることがわかった。この方法を用いることにより、電子スピン量子ビットにおけるバックアクションの問題を解決されることが期待される。成果についてはApplied Physics Letters誌に投稿し採択され出版された[Appl. Phys. Lett. 106, 053119 (2015)]。また、少数電子占有状態のシリコン2重結合量子ドットにおいて、交換相互作用を用いた電子スピン量子ビットの実現に必須である結合量子ドット間トンネル結合制御の実験を行った。物理的パターン形成によるシリコン量子ドット構造ではトンネル結合が量子ドットパターンの形状に大きく依存するが、トップゲート電圧を変調することによりこのトンネル結合の変調を行うことに成功した。この結果は、物理的パターン形成によるシリコン量子ドット構造が交換相互作用を用いた電子スピン量子ビット操作に適用できることを示すものである。この結果に関しても、Applied Physics Letters誌に投稿し採択され出版された[Appl. Phys. Lett. 106, 083111 (2015)]。26年度が最終年度であるため、記入しない。シリコン量子ドットデバイスを用いた量子コンピュータの実現に向けた研究を進めている。平成25年度は、1デバイス作製プロセスの改善およびデバイス作製、2デバイスの極低温測定(測定温度300mK)による少数電子2重量子ドットの観測、3チャージセンサからのバックアクションによるバレー間遷移観測およびバレースプリッティングの測定、4RF測定系の立ち上げを行った。まず1について、以前からデバイスのSi-SiO_2界面に欠陥ができてしまい、デバイス特性が著しく損なわれてしまうという問題があった。そこで、リソグラフィ工程における保護膜形成によるSi-SiO_2界面の清浄化、レジスト剥離条件の改善などを行った。その結果、2の2重結合量子ドットの少数電子状態を歩留まり良く得ることができる(デバイス10個中、3個ほど)特性の良いデバイスを作製することに成功した。これは、本研究の次のステップであるバレースプリッティングの測定や電子スピン操作に向けて、実験の信頼性と成功率を高める重要な結果である。その後3にあるように、少数電子2重量子ドットにおける1-2電子間のトンネリングにおいて、チャージセンサからのバックアクションによるバレー間遷移の励起線を明瞭に観測した。同時にこの測定においてバレースプリッティングを測定することに成功した。この結果は、シリコンデバイスにおいて実際に、量子ビット状態を破壊するチャージセンサのバックアクションが存在することを実験的に証明するものである。また、バレースプリッティングの測定の成功は、今後のバレースプリッティングの電界依存性を調べるために重要な進展である。この3の結果について、現在論文を執筆中である。また4として、これから行う高周波測定に向けて、サーキットボードの設計と作製、RF用サンプルホルダの作製、RF測定に必要な測定機器を揃え、RF測定系の立ち上げを行った。任意の電界中でバレースプリッティングを測定するためには、既存の装置よりも外部磁場を大きく印加する(3T以上)装置が必要であることが明らかになり、その装置を準備するために時間がかかってしまった。そのため、当初の目的である「バレースプリッティングの電界依存性の調査」についてはこれから詳細に研究を進めていく予定である。

一方,当初の目的とは違うが「チャージセンサのバックアクションの観測」という重要な結果を得ることができたため、研究内容の充実度という観点からは順調に進展していると思われる。大きな磁場(9T)を印加できる装置の準備が済んだため、「バレースプリッティングの電界依存性の調査」を実験的に行うことが可能となったので、計画書どおりの方法で研究を進めていく予定である。また、その次の目的である「量子ビットのコヒーレント時間とバレースプリッティングの関係の調査」のために必要なRF測定系の立ち上げが済んだので、こちらも同様に実験を進めていく予定である。また、これまでの研究で得られた結果である「チャージセンサのバックアクションの観測」について、論文執筆を進め投稿を行う予定である。
末梢入力により誘導される脊髄神経回路の可塑性

本研究では,受動ステッピングと末梢神経電気刺激が脊髄神経回路の可塑性に与える相乗効果ついて,ステッピングの位相に応じた刺激タイミングがどのような影響を与えるのか検討を行った.受動ステッピングの遊脚期および立脚期に末梢神経電気刺激を右の総腓骨神経へ与え,その前後においてヒラメ筋の脊髄相反性Ia抑制経路の興奮性の変化を調べた.その結果,ヒラメ筋の脊髄相反性Ia抑制経路の興奮性に対する受動ステッピング中の総腓骨神経への電気刺激の効果には位相依存性があり,電気刺激が遊脚期に与えられたときには抑制が増大するが,立脚期に与えられたときには抑制が減少することがわかった.本研究の目的は,(1)受動的な歩行トレーニングに伴う感覚入力によって脊髄神経回路に可塑的変化が生じるのか,(2)歩行位相に応じた末梢神経の電気刺激による感覚入力印加が(1)へ影響を及ぼすか,について検討することである.本研究では,脊髄神経回路のうち主働筋と拮抗筋のスムーズな切り替えに重要であるIa抑制性介在ニューロンを介した相反性Ia抑制経路の興奮性の変化に着目して研究を行っている.研究期間の1年目にあたる今年度は,免荷式動力型歩行補助装置を用いた30分間の受動ステッピングと受動ステッピング中の遊脚期および立脚期における総腓骨神経への電気刺激による介入が,ヒラメ筋運動ニューロンの活動を抑制する脊髄相反性Ia抑制経路に与える影響を調べた.脊髄相反性Ia抑制経路の興奮性の変化は,ヒラメ筋H反射に総腓骨神経の条件刺激を与える手法により評価した.受動ステッピングにおける体重免荷はおよそ0%とし,歩行速度は2km/hとした.また,総腓骨神経への電気刺激の刺激間隔は25Hz,刺激強度は前脛骨筋の運動閾値で与えた.その結果,受動ステッピングのみを行った群では,介入前後の脊髄相反性Ia抑制経路の興奮性に変化が認められなかった(n=10).一方,受動ステッピング中の総腓骨神経への電気刺激は,歩行の位相により介入効果が異なった.受動ステッピング遊脚期における総腓骨神経の電気刺激は,介入後の脊髄相反性Ia抑制経路の興奮性を増大させたが(n=10),立脚期の刺激では介入前後で変化が認められなかった(n=3).本研究の結果は,脊髄相反性Ia抑制経路の興奮性に対する受動ステッピング中の総腓骨神経への電気刺激の効果には,位相依存性がある可能性を示すものである.このことは,Ia抑制経路の興奮性が低下する一部の脳卒中患者や脊髄損傷者のニューロリハビリテーションに重要な基礎的知見となると考えられる.研究期間の2年目にあたる今年度は、免荷式動力型歩行補助装置を用いた30分間の受動ステッピングの遊脚期および立脚期における総腓骨神経への電気刺激の印加が、ヒラメ筋運動ニューロンの活動を抑制する脊髄相反性Ia抑制経路に与える影響を調べた。脊髄相反性Ia抑制経路の興奮性の変化は、ヒラメ筋H反射に総腓骨神経の条件刺激を与える手法により評価した。受動ステッピングにおける体重免荷はおよそ0%とし、歩行速度は2km/hとした。また、総腓骨神経への電気刺激の刺激間隔は25Hz、刺激強度は前脛骨筋の運動閾値で与えた。被検者は健常成人男性8名とし、電気刺激を遊脚期と立脚期に与える2条件の測定に参加した。ヒラメ筋脊髄Ia相反性抑制の抑制量について、二元配置の分散分析を電気刺激の位相(立脚期、遊脚期)と介入後の時間(ベースライン(介入前)、介入後5分、15分、30分)で行ったところ、有意な交互作用が認められた(F(3,21) = 5.747、P < 0.05)。さらに、その後の検定において、Dunnett法によりベースラインと介入後(5分後、15分後、30分後)の対比較を位相ごとに行った。その結果、遊脚期においては、ベースラインと介入5分後、15分後の抑制量の間には有意差が認められた(P < 0.05)。一方、立脚期においては、ベースラインと各介入後の抑制量の間に有意差は認められなかった。本研究の結果は、脊髄相反性Ia抑制経路の興奮性に対する受動ステッピング中の総腓骨神経への電気刺激の効果には、位相依存性があることを示すものである。このことは、Ia抑制経路の興奮性が低下する一部の脳卒中患者や脊髄損傷者のニューロリハビリテーションにおいて、歩行トレーニング中のどの位相で末梢神経電気刺激を加えるかが運動機能回復に影響を与えることを示唆する。当初の研究計画では、2年目にあたる今年度の研究目的は受動ステッピング中の末梢神経電気刺激の介入効果を調べることであった。しかしながら、昨年度の報告書にも書いた通り1年目の研究が順調に進んだため、今年度の研究目的のうち受動ステッピングの“遊脚期中"の効果については、1年目の実験で十分なデータを取ることができた。そこで今年度の前半は、1年目の成果をまとめ国際誌に論文を投稿した。その結果、今年度の9月にEuropean Journal of Neuroscience誌に掲載された。今年度の後半は、受動ステッピングの“立脚期中"の効果について実験を行い、統計に耐えるだけのデータを取得することができた。今後は詳細なデータの解析を行い、H28度中に国際会議への発表と国際誌への投稿を行う予定である。

研究期間の最終年度にあたる今年度は、昨年度行った実験の被検者数を増やし、受動ステッピングの立脚期および遊脚期中の総脛骨神経刺激の印加がヒラメ筋脊髄運動ニューロンを抑制する脊髄相反性抑制(Ia抑制)に与える効果について、同一被検者間の比較を行った。また、これまでの成果を国際学会で発表するとともに、国際の学術誌へ投稿を行った。成果の概要は以下の通りである。被検者は健常成人男性10名あった。受動ステッピングを免荷式受動歩行補助装置(Lokomat&reg;, HocomaAG, Switzerland)により30分間行った。介入の前後において、総脛骨神経からヒラメ筋脊髄運動ニューロンへのIa抑制の抑制量を、ヒラメ筋H反射に総脛骨神経の条件刺激を与える手法により評価した。その結果、受動ステッピング中の総脛骨神経電気刺激がヒラメ筋のIa抑制に与える影響には、位相依存性があることがわかった。分散分析を電気刺激の位相(立脚期、遊脚期)と介入後の時間(介入前、介入後5分、15分、30分)の2要因について行ったところ、有意な交互作用が認められた(F(3,27)=8.430, P<0.01)。その後の検定において、Dunnett法により介入前と介入後の対比較を行ったところ、遊脚期においては介入5分後、15分後に抑制量の有意な増大が認められた(いずれもP<0.01)。一方、立脚期においては介入5分後に抑制量の有意な減少が認められた(P<0.05)。本研究により、受動ステッピング中の総脛骨神経電気刺激がヒラメ筋のIa抑制に与える影響には位相依存性があり、遊脚期中の刺激は抑制を強めるが、立脚期中の刺激は抑制を弱めることが明らかになった。本研究の結果は、周期的な運動中にはどのタイミングで末梢神経電気刺激を与えるかが、脊髄の可塑性を意図した方向に誘導する上で重要なことを示唆するものである。本研究では,受動ステッピングと末梢神経電気刺激が脊髄神経回路の可塑性に与える相乗効果ついて,ステッピングの位相に応じた刺激タイミングがどのような影響を与えるのか検討を行った.受動ステッピングの遊脚期および立脚期に末梢神経電気刺激を右の総腓骨神経へ与え,その前後においてヒラメ筋の脊髄相反性Ia抑制経路の興奮性の変化を調べた.その結果,ヒラメ筋の脊髄相反性Ia抑制経路の興奮性に対する受動ステッピング中の総腓骨神経への電気刺激の効果には位相依存性があり,電気刺激が遊脚期に与えられたときには抑制が増大するが,立脚期に与えられたときには抑制が減少することがわかった.研究計画では,1年目に受動ステッピング単独の介入効果を,2年目以降に受動ステッピング中の末梢神経電気刺激の介入効果を調べることになっていた.しかしながら,今年度は研究が順調に進んだため,受動ステッピングや末梢神経刺激の詳細な条件設定についての検討は十分ではないが,2年目に計画していた内容の一部まで実施することができた.歩行位相に応じてヒラメ筋脊髄運動ニューロンの興奮性変化や脊髄Ia相反性抑制経路の興奮性変化については多くの報告があるが,歩行中の電気刺激がこれらの経路に与える可塑的変化の歩行位相依存性については新たな知見であり,十分な成果を得ることができたと考えている.これまでの一連の研究において、受動ステッピング中の総腓骨神経への電気刺激がヒラメ筋の脊髄Ia相反性抑制経路の興奮性に与える影響には、末梢神経電気刺激の強度によって効果が異なる強度依存性があること、刺激する受動ステッピングの位相によって効果が異なる位相依存性があることがわかった。今後は、末梢神経電気刺激の周波数の効果について調べる。
血管柄付骨移植における移植骨の経時的変化(基礎的・臨床的検討)

1.血管柄付移植骨に付着するmuscle sleeveの運命:実験結果より、移植された腓骨と大腿骨の間に介在するmuscle sleeveは4段階の変性像を示しながらも、比較的長期に存在し、間隙に追加骨移植がされている場合のみ骨形成歯良好であった。臨床例の検討では、muscle sleeveが骨性組織に接していれば、骨性癒合が期待でき、とくに両者が圧迫される程接している場合、両者間に骨移植を追加した例で顕著であった。2.移植骨の肥大に関しては、移植骨に対する適度なstressがその大きな要因で、創外固定による負荷は良好な結果が期待でき、優れた手術方法であることが示唆された。先天性下腿偽関節症に対する血管柄付腓骨移植と創外固定の併用手術は早期の負荷歩行が可能で、移植腓骨の横径増大も旺盛で治療期間の短縮が可能であった。3.骨懐死疾患に対する血管柄付骨移植の臨床的検討及び基礎的研究大腿骨頭懐死症(厚生省難病指定疾患)に対する有茎血管柄付腸骨移植術の臨床例を検討した。懐死骨の荷重に耐えうる骨への置換は長期を要し、一旦陥没した骨頭軟骨及び軟骨下骨を血管柄付腸骨のみで支持することは無理と結論された。臨床成績に左右する因子としては、手術適応・移植骨の挿入位置および深さであった。従来、成績が安定しなかったより進行した例に対する、回転骨切りと血管柄付骨移植の合併手術の成績の良好であることが判明した。現在、実験動物(dog)を使用し大腿骨頭へ血管柄付骨移植を想定した実験を企画し基礎的実験を進行中である。仮骨延長法(創外固定器を利用し徐々に仮骨を延長、新しい骨を形成する技術)による新しい血管柄付骨移植モデルを作成するために基礎実験を進めている1.血管柄付移植骨に付着するmuscle sleeveの運命:実験結果より、移植された腓骨と大腿骨の間に介在するmuscle sleeveは4段階の変性像を示しながらも、比較的長期に存在し、間隙に追加骨移植がされている場合のみ骨形成歯良好であった。仮骨延長法(創外固定器を利用し徐々に仮骨を延長、新しい骨を形成する技術)による新しい血管柄付骨移植モデルを作成するために基礎実験を進めている実験動物(rat)を使用して血管柄付脛骨移植を大腿骨に行い、移植骨およびそれに付着せるmuscle sleeveの経時的変化をX線学的、組織学的に検討した。その結果、血管柄付移植骨周囲に付着したmuscle sleeveは移植後徐々に脂肪変性や線維化などの変性に陥ることが明らかになった。また移植した脛骨と大腿骨の距離が近いほどmuscle sleeve介在部位での骨癒合は良好であった。両者の間に圧迫を加えたり、追加骨移植を行うことにより骨癒合率は更に向上した。整形外科領域において治療が極めて難しいとされる先天性下腿偽関節症に対して血管柄付骨移植を行う際に新たな試みとして創外固定法を併用したが、その結果早期から負荷歩行を行う事が可能であり、移植腓骨の横径増大も従来の方法に比較しより旺盛であった。移植骨の肥大に関しては術後の移植骨に対する適度なstressがその大きな要因とされるが、そのためには創外固定による負荷は良好な結果が期待でき、優れた手術法であることが示唆された。約30例の大腿骨頭壊死に対する血管柄付骨移植の臨床例の経過は現在のところ良好な結果であり、今後移植骨の周囲骨への影響など実験動物での組織所見などの解明が必要である。平成5年度に継続して、臨床例の移植骨の経時的変化をX線学的に検討した。単純X線像及びCT像にて、血管柄付腓骨に付着するmuscle sleeveとそれに接する骨との関係を観察し以下の結論を得た。このことは平成5年度に行った実験結果とほぼ一致した。1)血管柄付腓骨に付着するmuscle sleeveが骨性組織に接していれば、骨性癒合が期待できる。2)特に両者が圧迫される程接している場合、及び両者間に骨移植を追加した例で顕著である。

また移植骨の横径増大に関しては、移植骨により力学的ストレスが負荷されやすいinlaygraftの形で移植された症例がonlaygraftまたは骨髄内移植された例に比較し、横径増大が著明であった。また術後の固定方法としは創外固定を併用した症例では、早期に荷重歩行が可能となり移植骨の横径増大が促進されるという結果が確認された。この結果に関しては、平成6年11月第21回日本マイクロサージャリイ-学会、及び平成7年1月第10回アメリカマイクロサージャリイ-学会にて報告した。平成5年度に行った実験結果は、平成6年10月日本整形外科学術集会にて発表した。新たに、実験動物(dog)を使用し大腿骨頭への血管柄付骨移植を想定した実験を企画し、基礎的実験を行った。本年度は犬での血管柄付腸骨移植の作成及び血管系の解剖に止まったが、平成7年の本研究最終年度に継続して行う予定である。平成7年度は骨壊死患者に対する血管柄付骨移植の臨床的検討及び基礎的研究に着手した。1.臨床的検討:現在、大腿骨頭壊死症(厚生省難病指定疾患)に対する骨頭温存手術としては、大腿骨頭回転骨切り術と当科で開発した有茎血管柄付腸骨移植及びその合併手術が行われている。有茎血管柄付腸骨移植を行った臨床例の経過を検討した。大腿骨頸部より骨頭へ移植された腸骨は、術後3カ月で移植骨周辺の骨癒合が認められるが、骨梁が明確となるまでは1年2カ月を要し、完成するまで約1年7か月を要した。壊死骨の荷重に耐えうる骨への置換は長期を要し、一旦陥没した骨頭軟骨及び軟骨下骨を血管柄付腸骨のみで支持することは無理と結論された。臨床成績に左右する因子としては、手術適応・移植骨の挿入位置および深さであった。従来、大腿骨頭回転骨切り術のみまたは有茎血管柄付腸骨移植のみでは成績が安定しなかった症例に対する、両者の合併手術の成績の良好であることが判り、この成果の一部は第68回日本整形外科学会学術集会で発表した。2.基礎的研究:移植骨の周囲骨への関与を組織学的に検討する為、実験動物(dog)を使用し大腿骨頭への血管柄付骨移植を想定した実験を企画し基礎的実験を行った。犬の腸骨は巾が狭いため、まず仮骨延長法(創外固定器を利用し徐々に仮骨を延長、新しい骨を形成する技術)を試みた。装置の改良や延長の煩雑さなどによりなかなか期待された骨が形成されず、今回はモデルを作成するに止まり、移植まで到っていない。今後安定した新しい移植骨を作成するために、さらなる基礎実験が必要と考え、現在も進行中である。3.血管柄付腓骨の臨床応用に関し、第68回日本整形外科学会学術集会でのパネル、第10回アメリカマイクロサージャリー学会での教育講演、第15回西太平洋整形外科学会でのシンポジウムで発表する機会を得た。
O_2のPLIFによる希薄気体流の可視化と計測

酸素へのレーザー照射によって発光する紫外けい光(LIUVF)が可視化・計測に利用できれば,非常に有用な希薄気体流の解析手法となる.本研究では,ArFエキシマレーザを酸素に照射し,超高感度CCDカメラによりけい光の観察および希薄気体流の二次元的な可視化(PLIF)を可能にした.ArFエキシマレーザーは酸素のSchumann-Runge吸収線(X→B)に対応し,このレーザー光により220nm400nmの範囲のけい光を発する.ただし,常温以下では,ArFエキシマレーザー光を酸素が吸収しにくく非常に微弱なけい光強度しか得られず,常温以下では酸素のけい光を可視化に利用するには困難であるとされてきた.そのため,実験装置やレーザー入射窓から散乱されるレーザー光の除去,レーザー光路をアルゴンで満たしレーザー光の減衰を防止,イメージインテンシファイアのゲインを低く抑えて雑音を低減化,CCDカメラの露光時間を長くする等の工夫を行った.本研究では,酸素の超音速自由噴流にこの方法を適用し,酸素のけい光による常温以下の超音速自由噴流の構造,特に衝撃波系の可視化を可能にし,本可視化手法の有効性を明らかにした.また,超音速自由噴流中心軸上のけい光強度分布から酸素が発するけい光が衝突失活の影響を受けず,けい光寿命が前期解離失活に律速されることも明らかにした.この性質は,従来のレーザー誘起けい光による物理計測において問題であった衝突失活の見積が不必要であることを意味し,酸素のレーザー誘起けい光による物理量の高精度な非接触・多点同時計測の可能性が示された.本研究では,物理量計測の一例として酸素のけい光強度を用いた密度計測を行い,けい光強度の密度依存性が理論と実験で一致することを明らかにした.酸素へのレーザー照射によって発光する紫外けい光(LIUVF)が可視化・計測に利用できれば,非常に有用な希薄気体流の解析手法となる.本研究では,ArFエキシマレーザを酸素に照射し,超高感度CCDカメラによりけい光の観察および希薄気体流の二次元的な可視化(PLIF)を可能にした.ArFエキシマレーザーは酸素のSchumann-Runge吸収線(X→B)に対応し,このレーザー光により220nm400nmの範囲のけい光を発する.ただし,常温以下では,ArFエキシマレーザー光を酸素が吸収しにくく非常に微弱なけい光強度しか得られず,常温以下では酸素のけい光を可視化に利用するには困難であるとされてきた.そのため,実験装置やレーザー入射窓から散乱されるレーザー光の除去,レーザー光路をアルゴンで満たしレーザー光の減衰を防止,イメージインテンシファイアのゲインを低く抑えて雑音を低減化,CCDカメラの露光時間を長くする等の工夫を行った.本研究では,酸素の超音速自由噴流にこの方法を適用し,酸素のけい光による常温以下の超音速自由噴流の構造,特に衝撃波系の可視化を可能にし,本可視化手法の有効性を明らかにした.また,超音速自由噴流中心軸上のけい光強度分布から酸素が発するけい光が衝突失活の影響を受けず,けい光寿命が前期解離失活に律速されることも明らかにした.この性質は,従来のレーザー誘起けい光による物理計測において問題であった衝突失活の見積が不必要であることを意味し,酸素のレーザー誘起けい光による物理量の高精度な非接触・多点同時計測の可能性が示された.本研究では,物理量計測の一例として酸素のけい光強度を用いた密度計測を行い,けい光強度の密度依存性が理論と実験で一致することを明らかにした.本年度までに,イメージインテンシファイア,紫外光用レンズをCCDカメラに組み合わせ,O_2から発せられる紫外けい光(LIUVF)の観測を可能にした.ArFエキシマレーザ(193nm)はO_2のSchumann-Runge吸収線(X→B)に対応し,このレーザ光により220400nmの範囲のけい光を発する.ただし,常温以下では,ArFエキシマーレーザ光をO_2が吸収しにくく非常に微弱なけい光強度しか得られない.そのため,けい光の光路中にN_2ガスを流し,大気中のO_2によるけい光の減衰を防ぐ等の工夫を行っている.また,真空槽内へレーザ光を導く際のレーザ光の減衰率等の調査も行った.現在までに,CCDカメラの露光時間を長くすることで,このけい光を捉えることを可能にした.また,超音速自由噴流の流れ場に本手法を適応し,可視化および温度計測を行った.その結果,可視化では,従来から得られているヨウを用いた手法ほど鮮明な画像が得られず,温度計測でも低温域において誤差の大きい結果となった.これらは,けい光が非常に微弱であることに起因しているもの考えられ,次年度も,けい光強度を増加させる検出系の改善を目指す予定である.一方,ヨウ素を用いた希薄気体流の温度計測については,その計測精度を向上させるための吸収線の選択方法を提案し,(0,43)バンドを用いた際の最適な吸収線を明らかにした.さらに,超音速自由噴流が干渉した流れ場構造の解明にもけい光を利用した可視化技術を導入し,その有効性を確認した.本年度までに,ArFエキシマレーザー(波長193nm)と超高感度CCDカメラの組み合わせにより,酸素のPLIFによる常温以下の希薄気体流の可視化が可能であることを明らかにした.