hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
サビキン短世代種の進化生態学的研究

これらのうち、P.circaeaeの示した型はこれまでサビキンに知られていなかったものであった。すなわち、このサビキンでは単相2核菌糸体から単相2核を含む冬胞子が形成される。冬胞子内で核融合が起こり、発芽して生じる後担子器内で減数第1分裂が起こり、娘核は隔壁で仕切られる。後担子器の2細胞からそれぞれ単相1核を含む担子胞子が生じる。担子胞子内で減数第2分裂が起こる。したがって担子胞子は単相2核を含むことになる。短世代種のサビキンは生活環短縮の進化の過程で、しばしばホモタリックになることが示唆されてきたが、それを接種試験で証明した例は少なかった。本研究で、Kuehneola japonica(Dietel)DietalおよびP.lantanaeについて単担子胞子接種試験を行った。その結果、単一の担子胞子由来の菌糸から冬胞子堆・冬胞子が形成され、両種がホモタリックな菌糸による有性生殖を行うことが証明された。本年度は、東北および関東の冷温帯林に分布する、短世代型生活環を持つサビキン10種を宿主植物ともども収集し、生植物に継代感染させながら、茨城大学教育学部に保存した。そのうち、Puccinia,Uromyces,Kuehneola,Nyssopsora属の4種について宿主植物内の菌糸、胞子形成と胞子発芽および感染過程における核の行動様式を研究した。その結果、いずれの種も宿主植物内の菌糸細胞に2核を有し、前担子器(冬胞子)形成時に核融合して1核となった。この前担子器内の1核は、後担子器形成時に2回連続して分裂し4核となった。それぞれの核は、後担子器の4細胞に移行し、さらに後担子器細胞から形成される担子胞子に移行した。担子胞子内の1核はやがて分裂し2核となるが、発芽時または発芽管が宿主植物に侵入するまでに、そのうちの1核が消失する。宿主植物に侵入後、菌糸は直ちに2核化したが、この過程がどのようになっているのかは、観察できなかった。本研究で観察したKuehneola属菌は、単担子胞子接種を行った場合もに、核の行動は上記の通りであり、単一核の担子胞子が宿主植物に感染後2核化し、やがて1核の前担子器を形成した。このことは本菌が形態的および核型的に有性生殖を行っているように見えるが、実際には有性生殖を行っていないことを示唆している。本年度は、北海道の冷温帯林および関東の暖温帯林に分布する、短世代型生活環を持つサビキンを研究対象とした。各地で採集した菌は、宿主植物とともに水戸(茨城大学キャンパス)で継代接種して保存・供試した。そのうち、Puccinia,Uromyces,Kuehneola属5種については、これまでの研究結果と同様であった。すなわち、宿主植物組織内の菌糸細胞は2核を有し、前担子器(冬胞子)形成時に核融合して1核となった。この前担子器(冬胞子)内の核は、後担子器(担子器)形成時に、2回連続して分裂(減数分裂)し4核となった。これらの核は、それぞれ担子胞子に移行したが、担子胞子内で再度分裂し2核となった。この2核担子胞子は発芽・感染時に1核となった。宿主植物への感染菌糸細胞は1核であったが、やがて宿主組織内菌糸細胞は2核になった。これに対して、AecidiumとUredoの3種は、これまでに考えられていたような、冬胞子世代(完全世代)をもつ生活環の一部を構成する不完全世代種ではなく、それぞれ形態的にはaecidiumおよびuredo型の胞子堆世代のみを持つ、短世代種であることが明らかとなった。これらの種では、胞子、胞子発芽時、宿主組織内菌糸、胞子形成時を通じて2核を有しており、生活環のなかで核融合・減数分裂を伴わない、栄養繁殖様式のみで繁殖することが明らかとなった。

後担子器の2細胞からそれぞれ単相1核を含む担子胞子が生じる。担子胞子内で減数第2分裂が起こる。したがって担子胞子は単相2核を含むことになる。短世代種のサビキンは生活環短縮の進化の過程で、しばしばホモタリックになることが示唆されてきたが、それを接種試験で証明した例は少なかった。本研究で、Kuehneola japonica(Dietel)DietelおよびP.lantanaeについて単担子胞子接種試験を行った。その結果、単一の担子胞子由来の菌糸から冬胞子堆・冬胞子が形成され、両種がホモタリックな菌糸による有性生殖を行うことが証明された。
雲仙における土石流の流動・堆積シミュレーション

雲仙普賢岳周辺の水無川、中尾川では降雨の度に土石流が発生し、両河川に挟まれた島原市は氾濫によりしばしば孤立状態に陥っている。そのため、両河川における土石流の流動、堆積過程を知り、土石流対策を施すことが急務となっている。著者らは、1991年以来、これらの河川において超音波水位計、電波流速計を用いて土石流の観測を行ってきた。本研究は、このような観測を基にして、水無川、中尾川における土石流の流動・堆積過程のシミュレーション手法を開発したものである。まず、水無川、中尾川において土石流の流動・堆積過程における1次元の基礎式を求めた。すなわち、災害後の現地調査や、これまでのビデオ撮影および河床勾配などから、下流域の流砂現象はいわゆる土石流ではなく、掃流状集合流動の領域である。そこで、流動状態を、水路実験の結果から、下層の高濃度層と上層の水流層とに分け、2層流としてモデル化した。河床底面において、流れ方向には固・液両相について、垂直方向には固相についてそれぞれ釣り合い式をたてると高濃度層の土砂濃度式を得た。一方、流速分布については、上層には対数則を、下層には土石流の式を適用した。この結果、流速係数および流砂量式を導くことができた。これを基に、1次元の運動方程式、連続式を得た。次に、土石流の再現計算を行った。上記で求めた連続式と運動方程式を用いて、まず水無川において1992年6月7日発生の土石流の再現計算を行った。土石流通過地点である国道57号の水無川橋を境界とし、流入する土石流のハイドログラフは、上述の観測結果を用いた。さらに、中尾川において1993年7月4日発生の土石流について再現計算を行った。得られた計算結果は現地調査結果と比較され、適合性は良好であった。
高炉内の化学反応と構造の破壊を同時に表現可能なコークスの革新的なモデルの提案

鉄鉱石を還元するコークスの構造に着目し,CO2を多量に排出する高炉における炭素使用量の削減を狙う.高炉の生産性は多孔質炭素材料であるコークスの強度に支配されるため,壊れにくい構造の発見は,既存のプロセスを少ない炭素でより多くの鉄を生産可能なプロセスへ導くと期待される.そこで,実際の現象に基づいて,高炉内でその多孔質体に生じる化学反応と構造破壊を同時に表現可能な数値シミュレーション手法を開発し,実験では困難な構造をパラメータとしたケーススタディを行い,最適なコークスの構造を見出す.鉄鉱石を還元するコークスの構造に着目し,CO2を多量に排出する高炉における炭素使用量の削減を狙う.高炉の生産性は多孔質炭素材料であるコークスの強度に支配されるため,壊れにくい構造の発見は,既存のプロセスを少ない炭素でより多くの鉄を生産可能なプロセスへ導くと期待される.そこで,実際の現象に基づいて,高炉内でその多孔質体に生じる化学反応と構造破壊を同時に表現可能な数値シミュレーション手法を開発し,実験では困難な構造をパラメータとしたケーススタディを行い,最適なコークスの構造を見出す.
膜厚方向スピン配列制御と3次元マグノニクスへの展開

界面交換結合により磁気特性を膜厚方向に階層化した磁性多層膜を対象とし,その膜面内及び膜厚方向にスピン波が量子化される3次元のスピン波共鳴構造について,実験と計算機シミュレーションの両面から研究を行い,マイクロ波交流磁界とスピン波量子(マグノン)との間の相互変換に係る基礎物理を明らかにした.10 GHz以上の高周波域において高効率スピン波励起が可能なマグノニクス媒体の材料設計を行うと共に,マグノンの周波数選択的な励起・応答特性を利用した伝送線路構造の信号処理デバイスや,マグノン励起モードの膜厚方向スピン配列依存性を利用した記憶・論理一体型素子の基本構造を明らかにした.・異種磁性層の界面交換結合と微細加工により創出される3次元スピン波のダイナミク解明と機能応用に向け,本年度は以下のような研究成果を得た.1) 10 GHz以上の高周波域での高効率スピン波励起が可能な,高磁気異方性・低損失スピン波媒体として,MnGa, MaAl, FePd合金薄膜の各々について成膜条件,組成比,膜厚と磁気特性との相関を系統的に調べた.FePd膜については,連続的な磁気特性制御が可能なFe及びPdターゲットからの交互成膜法により,良好な角型ヒステリシス特性を示す垂直磁化膜の作製条件を明らにすると共に,界面磁壁の形成を示唆する2段階ヒステリシスを確認した.2)本年度科研費により設備された広帯域シグナルアナライザーにより,ミリ波域スピン波動特性評価システムを構築した.スピン波検出信号が微弱となる垂直磁化膜中の静磁前進体積波の観測に先立ち,大振幅のスピン波励起が可能な面内磁化膜中の静磁表面波を用いた測定系整備と高感度スピン波検出技術の確立を図った.具体的には,対向配置した1対のスピン波発生器により定在スピン波を励起することにより,ー20dBmの微弱マイクロ波入力に対するスピン波共鳴応答の観測及び,位相変調機能の検証実験に成功した.3)異なる磁気異方性を有する交換結合2層膜について,マイクロマグネティクスシミュレーションを行い,数10nmオーダの薄膜においても歳差運動振幅が膜厚方向に非一様となり,スピン波様態が3次元的になることを明らかにした.また,層厚比によりスピン波共鳴特性が任意に設計可能であることを示し,そのための層間交換結合強度の要件を明らかにした.多元マグネトロンスパッタリング装置を用いた原子層オーダの交互成膜法により,低磁気損失垂直磁気異方性膜の成膜に成功すると共に,微細加工により形成したスピン波伝送系とコプレーナ構造ミリ波伝送系からなる高感度スピン波ダイナミクス評価系を構築するなど,研究目的達成に向けた評価実験系の整備が順調に行われた.また,計算機シミュレーションにより,微細加工された交換結合多層膜における3次元スピン波の様態を明らかにし,各層磁気特性とスピン波励起効率やスピン波共鳴特性との関係を明らかにするなど,スピン波の機能応用に向けた材料系及び素子構造に関する設計指針を明確化した.・異種磁性層の界面交換結合と微細加工により創出される3次元スピン波のダイナミク解明と機能応用に向け,本年度は以下のような研究成果を得た.1) 10 GHz以上の高周波域での高効率スピン波励起が可能な,高磁気異方性・低磁気損失のスピン波媒体候補として,MnGa/Co, MnGa/NiFe, FePd/Fe, [(Co/Ni)]n/Co等の多層薄膜の各々について,成膜条件,組成比,膜厚と磁気特性との相関を系統的に調べた.マグネトロンスパッタリング法により作成した種々の試料のうちMnGa(100nm)/NiFe(5nm),[Co(0.2nm)/Ni(0,8nm)]5/Co(1.2nm)については,膜面垂直方向への磁界掃引に対する良好な角型磁気ヒステリシス特性と,両層間の界面交換結合を示唆する顕著な保磁力の低減を確認した.L10規則格子形成に必要な400°以上の基板加熱成膜に対応可能なArイオンミリング工程を含む素子微細加工プロセスを確立し,40GHzまでの局所マイクロ波磁界印加による3次元マグノンの発生及び誘導法による伝搬評価実験に着手した.2) 3次元マグノンの機能応用として,面内磁化層(IMA)の上下に垂直磁気異方性層(PMA)を交換結合した記憶論理一体型素子の設計,及びマイクロマグネティクスシミュレーションによる動作検証を行った.スピン波共鳴周波数に合せたマイクロ波交流磁界とスピン偏極電流との相乗効果による各PMA層磁化の選択的反転(情報書込動作)と,記憶情報間の論理演算出力に対応したスピン波共鳴励起モードを確認した.また,上記積層構造により形成した磁性細線において,IMA層中に形成されるスピンツイスト構造が3次元マグノンを低損失に伝搬可能であることを示した.多元マグネトロンスパッタリング法における成膜条件(基板温度,成膜後熱処理温度,成膜レート)及び膜組成を適正化することにより,ミリ波域におけるマグノン伝搬に必要な高飽和磁化特性と垂直磁気異方性を備えたMnGa垂直磁化膜の作製に成功した.MnGa/NiFe, MnGa/Co等の2層膜においては.界面間の交換結合を示唆する顕著な磁気ヒステリシス特性の変調効果を確認した.また,微細加工により形成したスピン波伝送系とコプレーナ構造ミリ波伝送系からなる高感度スピン波ダイナミクス評価系を構築し,ベクトルネットワークアナライザーによる伝送パラメータ評価を行った.

さらに,計算機シミュレーションにより,微細加工された交換結合多層膜における3次元スピン波の機能応用に向けた材料系及び素子構造に関する設計指針を明確化した.以上,研究目的達成に向けた,材料系開発,基本動作の評価実験等が順調に行われた.研究実績の概要上限1600バイト(全角800文字,改行5回)・異種磁性層の界面交換結合と微細加工により創出される3次元スピン波のダイナミク解明と機能応用に向け,本年度は以下のような研究成果を得た.1) 10 GHz以上の高周波域での高効率スピン波励起が可能な3次元マグノン媒体の構成材料として,高磁気異方性を担うFePd薄膜,Co/Ni多層膜,低磁気損失のFeCo薄膜, CoFeB薄膜の各々について,成膜条件,組成比,膜厚と磁気特性及び結晶構造との関係を系統的に調べた.[Co(0.2nm)/Ni(0.8nm)]N多層膜パターンとコプレーナ伝送線路から成る評価素子を微細課工により作製しVNA分光法によるマグノン励起実験を行なった結果,静磁後退体積波モードでのマグノン伝播を示唆する共鳴ピークシフトを観測した.また,Fe75Co25薄膜,Co40Fe40B20薄膜において,適正な成膜温度で顕著な4回対称磁気異方性が誘起されることを明らかにし,自由度の高いマグノン伝播路の形成が可能であることを示した.2) 3次元マグノンの機能応用として,負の交換結合定数を有する結合層(Ruなど)を介して強磁性層が対面するシンセシック反強磁性層の機能再構成型マグノンデバイスへの応用に関して,マイクロマグネティクスシミュレーションによる動作検証を行った.強磁性層の垂直磁気異方性と結合層の交換結合定数(<0)を調節することで,各強磁性層の磁化が平行及び反平行の双安定状態が実現でき,両状態の共鳴周波数に共鳴半値幅以上の差異があることから,動作周波数域が磁界により設定可能であることを示した.界面交換結合により磁気特性を膜厚方向に階層化した磁性多層膜を対象とし,その膜面内及び膜厚方向にスピン波が量子化される3次元のスピン波共鳴構造について,実験と計算機シミュレーションの両面から研究を行い,マイクロ波交流磁界とスピン波量子(マグノン)との間の相互変換に係る基礎物理を明らかにした.10 GHz以上の高周波域において高効率スピン波励起が可能なマグノニクス媒体の材料設計を行うと共に,マグノンの周波数選択的な励起・応答特性を利用した伝送線路構造の信号処理デバイスや,マグノン励起モードの膜厚方向スピン配列依存性を利用した記憶・論理一体型素子の基本構造を明らかにした.ミリ波域信号入出力のための複数の伝送線を配した評価素子を作製し,マグノンを介した信号伝送特性の評価実験を行う.具体的には,入力伝送線を伝搬する入力信号が作る交流磁界によりマグノンを励起し,マグノンと出力伝送線との誘導結合により電気信号に変換しシグナルアナライザによりスペクトル解析を行う.計算機シミュレーションとの比較対応により交換結合多層膜におけるミリ波域信号と3次元マグノンとの相互変換機構の詳細を明らかにする.2入力間の位相差に応じた電気出力を得る本評価素子の構造は,伝送線路構造のミリ波位相比較等への応用が可能であり,実用的観点から動作電力効率,線形動作性能等についても評価する.交換結合多層膜を微細加工したスピン波媒体に,ミリ波域信号入出力のための複数の伝送線を配した評価素子を作製し,3次元マグノンを介した機能動作実験を行う.
トレッドミル歩行時のラット海馬局所血流反応とその神経性機序および加齢変化

昨年度までに,成熟ラットをトレッドミル上で歩行させた際に海馬局所血流が増加すること,この反応に脳内コリン作動性神経(おそらく中隔-海馬コリン作動性血管拡張系)が関与することを明らかにした.本年度は,歩行運動が海馬局所血流および海馬細胞外アセチルコリン(ACh)放出量に及ぼす反応の加齢変化を検討した.海馬局所血流に及ぼす効果:3-4ヶ月齢の成熟ラットに加えて26-29ヶ月齢の老齢ラットを用い,歩行運動時の海馬局所血流(レーザードップラー血流計を用いた)と平均血圧の反応を調べた.ラットをトレッドミル上で4cm/sの速度で歩行させた.成熟ラットでは,30秒間の歩行を行うと,海馬局所血流が歩行開始後2-3秒以内にすばやく増加しはじめ,歩行中最大約7%増加し,歩行終了後約1分かけて徐々に元のレベルに回復した.血圧は歩行中に軽度に上昇(約5%),歩行終了後直ちに回復した.老齢ラットにおいても,30秒間の歩行により,海馬局所血流が歩行開始後すばやく増加した.海馬局所血流は歩行中最大約8%増加した.血圧は歩行中に軽度(約6%)増加した.老齢ラットにおける歩行時の海馬局所血流反応および血圧反応は,成熟ラットの反応と同程度であった.海馬細胞外ACh放出量に及ぼす効果:マイクロダイアリシス法で海馬細胞外灌流液を3分毎に採取し,ACh量を高速液体クロマトグラフィーと電気化学検出器を用いて測定した.成熟ラットでは3分間歩行中に海馬細胞外ACh量が約2倍に増加した.老齢ラットにおいても3分間の歩行中に海馬細胞外ACh量が約2倍に増加した.これらの結果から,ラット歩行時に脳内コリン作動性血管拡張系が活性化する反応は,海馬アセチルコリン放出および海馬局所血流増加のいずれにおいても,26-29ヶ月齢の老齢ラットでも良く維持されていることが明らかとなった.本年度は,トレッドミル歩行運動が海馬局所血流に及ぽす効果と,その反応への脳内コリン作動性神経の関与について検討した.1.トレッドミル歩行運動が海馬局所血流を増加させることを明らかにした.ハロセン麻酔下で,レーザードップラー血流計のプローブを海馬に刺入してプローブを頭部に固定する手術,および血圧測定のために尾動脈へのカテーテル挿入手術を行なった.ラットの意識が回復した後に,ラットにキャストを着せてトレッドミル上でゆっくりと歩行させた.歩行(4cm/s)を30秒間行なうと,歩行開始後2-3秒以内にすばやく海馬血流が増加し始めた.海馬血流は歩行中に最大約7%増加し,歩行終了後約1分かけて徐々に元のレベルに回復した.血圧は歩行中に軽度上昇し(約5%),歩行終了後直ちに回復した.2.歩行時の海馬局所血流増加に脳内コリン作動性神経の関与することを明らかにした.(1)海馬アセチルコリン(ACh)放出量:マイクロダイアリシス法により海馬灌流液を3分毎に採取し,HPLC-ECDでACh量を測定した.海馬ACh放出量は,3分間の歩行中に約2倍に増加し,歩行終了後徐々に回復した.(2)ニコチン性ACh受容体の関与:歩行時の海馬血流増加反応は,血液脳関門を通過しないニコチン性受容体遮断薬(ヘキサメソニウム,20mg/kg, i.v.)では影響を受けないが,血液脳関門を通過するニコチン性受容体遮断薬(メカミルアミン,2mg/kg, i.v.)で減弱した.血液脳関門を通過するムスカリン性受容体遮断薬(アトロピン,0.5mg/kg, i.v.)では影響を受けなかった.(3)一酸化窒素(NO)の関与:歩行時の海馬血流増加反応は,NO合成酵素阻害薬(L-NAME,0.3-3mg/kg, i.v.)で減弱し,NO合成の基質(L-Arg,300mg/kg)で回復した.以上の結果から,歩行時に海馬血流が増加すること,この血流増加には脳内コリン作動性血管拡張系が関与することが明らかとなった.昨年度までに,成熟ラットをトレッドミル上で歩行させた際に海馬局所血流が増加すること,この反応に脳内コリン作動性神経(おそらく中隔-海馬コリン作動性血管拡張系)が関与することを明らかにした.本年度は,歩行運動が海馬局所血流および海馬細胞外アセチルコリン(ACh)放出量に及ぼす反応の加齢変化を検討した.海馬局所血流に及ぼす効果:3-4ヶ月齢の成熟ラットに加えて26-29ヶ月齢の老齢ラットを用い,歩行運動時の海馬局所血流(レーザードップラー血流計を用いた)と平均血圧の反応を調べた.ラットをトレッドミル上で4cm/sの速度で歩行させた.成熟ラットでは,30秒間の歩行を行うと,海馬局所血流が歩行開始後2-3秒以内にすばやく増加しはじめ,歩行中最大約7%増加し,歩行終了後約1分かけて徐々に元のレベルに回復した.血圧は歩行中に軽度に上昇(約5%),歩行終了後直ちに回復した.老齢ラットにおいても,30秒間の歩行により,海馬局所血流が歩行開始後すばやく増加した.海馬局所血流は歩行中最大約8%増加した.血圧は歩行中に軽度(約6%)増加した.老齢ラットにおける歩行時の海馬局所血流反応および血圧反応は,成熟ラットの反応と同程度であった.

海馬細胞外ACh放出量に及ぼす効果:マイクロダイアリシス法で海馬細胞外灌流液を3分毎に採取し,ACh量を高速液体クロマトグラフィーと電気化学検出器を用いて測定した.成熟ラットでは3分間歩行中に海馬細胞外ACh量が約2倍に増加した.老齢ラットにおいても3分間の歩行中に海馬細胞外ACh量が約2倍に増加した.これらの結果から,ラット歩行時に脳内コリン作動性血管拡張系が活性化する反応は,海馬アセチルコリン放出および海馬局所血流増加のいずれにおいても,26-29ヶ月齢の老齢ラットでも良く維持されていることが明らかとなった.
プロトン駆動力で回転するATP合成酵素を1分子技術とマイクロデバイスで可視化する

基板支持脂質二重膜(サポーテッド膜)に再構成した回転分子モーターATP合成酵素のプロトン駆動力(脂質二重膜間のpH差と膜電位差)による回転の直接観察に取り組んだ。サポーテッド膜を支持する基板としてNTA-アガロースとNTA-ポリアクリルアミドを開発した。これを用い、ATP分解により回転するサポーテッド膜中のATP合成酵素の1分子観察に成功した。またNTA-ポリアクリルアミド基板上の脂質膜をガラスピペットでパッチすることによって、数10メガオーム程度の電気的シールを実現した。ATP加水分解で回転するATP合成酵素を含むサポーテッド膜に電圧を印加した場合、回転速度が変化する例が観察された。今後は詳細なコントロール実験により、電圧応答が真にATP合成酵素の回転挙動を反映しているのかを慎重に検証する必要がある。本課題は、回転モータータンパク質であるF_0F_1-ATP合成酵素(F_0F_1)のプロトン駆動力(脂質二重膜を介する膜電位差、プロトン濃度差)による回転を直接観察し、その性質の詳細を調べることを目的とする。本課題に先駆けて行ったこれまでの研究で(若手研究B、研究課題番号: 18770134)、基盤支持脂質二重膜(サポーテッド膜)へのF_0F_1の再構成およびATP加水分解による回転の1分子観察に成功しており、その成果を基盤としてさらに発展させた。本年度は、サポーテッド膜に再構成・固定したF_0F_1に膜電位やプロトン濃度差を安定に印加する計測システムの構築を試みた。具体的には、アガロース上に形成したサポーテッド膜の一部を、ガラスマイクロイペットや微小開口を持つPDMSシートを用いて高い抵抗値でシールする条件の検討を行った。ガラスマイクロピペット表面のpolydimethylsiroxiane (PDMS)によるコーティングの厚みや、サポーテッド膜を支持するアガロースレイヤーの厚みを様々に試した結果、10MΩ程度の膜抵抗値がこれまでに得られた。また、微小開口を持つPDMS自身をガラスマイクロピペットの代わりに用いた場合にも、同程度の膜抵抗値が得られた。今後は、開口径のさらなる微小化(<5マイクロメートル)や、マイクロピペットをコーティングする素材または微小開口を形成する素材の検討等を行い、100MΩ以上の膜抵抗値を達成する。その後、低濃度のATPを分解しながら回転するF_0F_1を含むサポーテッド膜を実際にシールして膜電位の印加を行い、回転速度に変化がみられるかを検討する。サポーテッド膜を支持する基板として新たに、NTA-ポリアクリルアミドを開発した。これを用い、ATP分解により回転する膜中のATP合成酵素の1分子回転観察に成功した。またNTA-ポリアクリルアミド基板上の脂質膜をガラスピペットでパッチすることによって、サブGΩ程度のシールを実現した。しかしながら、ガラスピペットを回転サンプルに押しつけた際に、ATP合成酵素が回転を止めてしまうケースが非常に多いという問題点が明らかになった。また、ピペットが振動しているために、シールの安定性に悪影響がみられた。再現性や歩留まりを上げるには圧力や振動の精密な制御が必要であることが明らかとなった。ガラスピペットを押しつけても回転が止まらなかったATP合成酵素では、電圧に依存して回転速度が変化する様子が観察された。今後は詳細なコントロール実験を行い、電圧応答が真にATP合成酵素の回転挙動を反映しているのかを慎重に検証する。特に、電圧印加時のピペット内外での溶液のフローの影響や、回転プローブであるアミノ基修飾ポリスチレンビーズ表面の電荷の影響を検証する必要がある。
変わっている友人に対する児童生徒の反応に関する比較文化的研究

1.日本・米国・中国の児童生徒を対象にして、(1)「変わっている」友人を「一般の」児童生徒が、いかに受容し拒否するのか、(2)友人を「変わっている」と判断する基準は何か、(3)等質的集団と異質的集団とどちらに好感を持つか、(4)集団と等質的な児童生徒が「変わっている」友人に、また、「変わっている」児童生徒が等質的な集団に属する児童生徒に、どのような感情を持つか、(5)これらは、認知的情動的特質の個人差とどのような関連を持つか、について調査し、比較文化的検討と発達的検討を通して、日本人の国民性の一側面の形成過程を明らかにし、多様な人々との調和的共存の方途を探究することを目的とした。2.収集された資料は多岐にわたり、現在も分析検討中であるが、現在のところ、次のような結果が得られている。(1)日米中に共通して、「変わっている」友人の特徴は、「意地悪な」「攻撃的な」特徴と「学業不振の」「運動が不得手な」などの特徴に二分され、前者が受容されにくい。(2)日本では「学業不振の」の、米国では「意地悪な」の、中国では「貧しい」の受容の相対的容易さが示された。(3)日本では、学年と共に、受容の容易さが増大するのに対して、米国と中国では、中学生の受容の容易さが低下していた。(4)日米中に共通して、「意地悪な」の受容の容易さが、男>女であり、他の特徴については国により異なっていた。(5)「変わっている」友人と自分との類似性の認知は、日本ではかなり高く、中国では低かった。(6)「変わっている」友人の受容に母親の学歴は関係していたが、同胞数はあまり関係していない。(7)日本や中国では、授業のクラスの選択において、成績の異質的な集団を選択するのに対して、米国では、成績の等質的な集団を選択した。住む場所の選択では、日本が相対的に経済的に異質的な場所を、中国が等質的な場所を、それぞれ選択した。1.日本・米国・中国の児童生徒を対象にして、(1)友人を「変わっている」と判断する基準は何か、(2)「変わっている」友人を「一般の」児童生徒はいかに受容し拒否するのか、(3)集団に所属する個が「変わっている」友人に、また、集団とは「変わっている」個が集団に、どのような感情を持つか、(4)これらは、認知的情動的特質の個人差とどのような関連を持つか、を調査した資料の比較文化的検討と発達的検討を通して、日本人の国民性の一側面の形成過程を明らかにし、多様な人々との調和的共存の方途を探究することを目的とした。2.今年度は、日本と米国と中国で、1.(1)(2)(3)を調査し、中国の資料と自由記述や面接法による資料の一部を除いて整理した。3.日米の資料の比較から、次のような結果が得られた。(1)全体的には、日米間に大きな社会的文化的相違があるにもかかわらず、類似した傾向がある、(2)日米両国とも、「変わっている」友人の特徴は、「運動が不得手な」「学業不振の」などの特徴と「意地悪な」

「攻撃的な」などの特徴に2分されるが、日本の方が両者の区分が明確である、(3)「攻撃的な」友人と自己との類似性は、米国では男子が、日本では女子が高い。また、米国では、集団事態における「攻撃的な」友人の受容の程度が、日本より低い、(4)質問紙上では、日本の方が、「変わっている」友人と自己との類似性の認知・その友人の受容の程度が高い、(5)日本での面接調査によれば、発達に伴って、一般に「間違った」と考えられる行動を是認する傾向が高まると同時に、自己との類似性が高くなり、友人の受容が容易になる、(6)日本では「学業不振な」友人と、米国では「運動が不得手な」友人と自己との類似性が高く、文化の相違を反映している、(7)「変わっている」友人の受容に、母親の学歴は関係しているが、兄弟姉妹数はあまり関係していない。1.日本・米国・中国の児童生徒を対象にして、(1)「変わっている」友人を「一般の」児童生徒が、いかに受容し拒否するのか、(2)友人を「変わっている」と判断する基準は何か、(3)等質的集団と異質的集団とどちらに好感を持つか、(4)集団と等質的な児童生徒が「変わっている」友人に、また、「変わっている」児童生徒が等質的な集団に属する児童生徒に、どのような感情を持つか、(5)これらは、認知的情動的特質の個人差とどのような関連を持つか、について調査し、比較文化的検討と発達的検討を通して、日本人の国民性の一側面の形成過程を明かにし、多様な人々との調和的共存の方途を探究することを目的とした。2.収集された資料は多岐にわたり、現在も分析検討中であるが、現在のところ、次のような結果が得られている。(1)日米中に共通して、「変わっている」友人の特徴は、「意地悪な」「攻撃的な」特徴と「学業不振の」「運動が不得手な」などの特徴に二分され、前者が受容されにくい。(2)日本では「学業不振の」の、米国では「意地悪な」の、中国では「貧しい」の受容の相対的容易さが示された。(3)日本では、学年と共に、受容の容易さが増大するのに対して、米国と中国では、中学生の受容の容易さが低下していた。(4)日米中に共通して、「意地悪な」の受容の容易さが、男>女であり、他の特徴については国により異なっていた。(5)「変わっている」友人と自分との類似性の認知は、日本ではかなり高く、中国では低かった。(6)「変わっている」友人の受容に母親の学歴は関係していたが、同胞数はあまり関係していない。(7)日本や中国では、授業のクラスの選択において、成績の異質的な集団を選択するのに対して、米国では、成績の等質的な集団を選択した。住む場所の選択では、日本が相対的に経済的に異質的な場所を、中国が等質的な場所を、それぞれ選択した。
包括的天然物化学の展開による高機能低分子資源の創出

本研究では,主に癌に関連するウィント(Wnt),ヘッジホッグ(Hh),トレイル(TRAIL)シグナルを対象として当研究室保有の天然物および天然物基盤化合物ライブラリーを用いたスクリーニングを行った.その結果各々の標的シグナルに対して興味深い作用を示す活性化合物を数多く見出した.さらに得られた活性化合物に関して,細胞への作用,シグナル伝達経路への影響とその作用分子機構の解析等,一連の包括的研究を行った.本研究では,主に癌に関連するウィント(Wnt),ヘッジホッグ(Hh),トレイル(TRAIL)シグナルを対象として当研究室保有の天然物および天然物基盤化合物ライブラリーを用いたスクリーニングを行った.その結果各々の標的シグナルに対して興味深い作用を示す活性化合物を数多く見出した.さらに得られた活性化合物に関して,細胞への作用,シグナル伝達経路への影響とその作用分子機構の解析等,一連の包括的研究を行った.当研究室に構築した天然物抽出エキスライブラリーを用いて,TRAIL,ウィント,ヘッジホッグ等のシグナル分子を標的とした天然物の探索を行った.1.TRAILシグナル経路におけるデス受容体DR5を増強させる天然物のスクリーニングを行った.ルシフェラーゼ試験法により活性を示したトウダイグサ科Euphorbia neriifolia葉部のメタノール抽出物について活性を指標とした分画を行い,7種の新規シクロアルタン型トリテルペンおよび1種の新規インゴールジテルペンを単離した.これらの中には強いデス受容体増強作用を示すものが含まれていた.2.TRAIL耐性AGS細胞に対する耐性克服作用を示す天然物の探索を行い,アオイ科Sida acuta全草抽出物より活性アルカロイド成分としてクリプトレピンを単離した.またセンダン科Amoora cucullataからは,4種の新規化合物を含む11種の化合物を単離した.これらのうち最も低濃度で強力な活性を示した1-ホルミルロカグロ酸は,TRAILとの併用によりカスパーゼの活性化やクロマチン凝縮を示したことにより,アポトーシスが誘導されることが判明した,またDR5のメッセンジャーRNAの発現上昇も認められたため,本化合物のTRAIL耐性克服作用にはデスレセプターの発現上昇を介していることが示唆された.3.ウィントシグナル阻害成分として,千葉県産放線菌よりノカルダミン等の含窒素環状ラクタム化合物を単離した.また,ヘッジホッグシグナル阻害成分としてマメ科Acacia pennataよりジテルペン,セスキテルペン,およびフラボノイド配糖体を各々1種ずつ単離した.当研究室に構築した天然物抽出エキスライブラリーを用いて,TRAIL,ウィント,ヘッジホッグ等のシグナル分子を標的とした天然物の探索を行った.1.TTRAIL耐性胃がん細胞(AGS)に対する耐性克服作用を示す天然物の探索を行い,ヒルギ科Kandelia candel葉部抽出物より4種の新規セスキテルペンを含む6種の化合物を単離した.またクワ科Artocarpus champeden根部抽出物からは3種の新規プレニル化フラボノイドを含む6種の活性成分を得た.これらのうちA. chamedenより得たheterophyllinは最も低濃度(4μM)でTRAILとの併用により細胞生存率を34%低下させたため,強力な耐性克服作用を示すことが判明した.本化合物は,カスパーゼ3/7の活性を増強させたが,カスパーゼ阻害剤やデス受容体(DR5)キメラタンパクによりその作用は打ち消された.また本化合物はデス受容体DR5やその上流因子CHOPのmRNAやタンパク発現量を上昇させることが分かった.従って,本化合物がDR5を介して,カスパーゼを活性化させ,アポトーシスを誘導することが示唆された.2.TRAILシグナル経路におけるデス受容体DR5の増強作用をルシフェラーゼ試験法により評価する方法により活性天然物のスクリーニングを行った.その結果,マメ科Derris indicaの葉部抽出物より活性成分として5種のフラボノイドおよびスチルベン化合物を単離した.これらの中には強いデス受容体増強作用を示すものが含まれていた.3.ヘッジホッグシグナル阻害作用に関してルシフェラーゼ試験法により評価する方法を用いたスクリーニングにより,ベンケイソウ科Bryophyllumpinnatum葉部より活性成分として2種のフラボノイド配糖体を単離した.これらは転写因子GLI1の転写活性を濃度依存的に阻害し,ヘッジホッグシグナル経路の標的であるPTCHやBcl2の発現を抑制し,さらにPtchのmRNAの発現を抑制した.当研究室に保有する天然物抽出エキスコレクションを用いて,TRAIL,ウィント,ヘッジホッグ等のシグナル分子を標的とした天然物の探索を行った.1.TRAIL耐性胃がん細胞に対する耐性克服作用を示す天然物のスクリーニングとして,クワ科Artocarpus communis根部抽出物より,新規プレニルフラボノイド2種および新規スチルベノイド2種を含む12種の化合物を単離した.単離した化合物についてTRAIL耐性克服作用を再検討した結果,12種のうち10種に活性が認められた.その中でも,プレニルフラボノイドの一種artonin Eは最も低濃度でTRAILとの併用により細胞生存率を66%低下させたため,強力な耐性克服作用を示すことが判明した.また本化合物は,がん細胞由来ではない293T細胞に対しては細胞毒性を示さないことが判明した.

2.ヘッジホッグシグナル阻害作用に関してルシフェラーゼ試験法により評価する方法を用いたスクリーニングにより,クワ科Artocarpus communis葉部抽出物より活性成分として4種の新規プレニル化フラボノイドを含む12種の化合物を単離した.このうちの5種は転写因子GLI1の転写活性を阻害し,ヒト膵臓がん細胞PANC1に対して細胞毒性を示した.また2種の化合物については,ヘッジホッグシグナル経路の標的であるPTCHやBcl2のタンパク質発現を抑制することが明らかになった.3.ウィントシグナル阻害作用に関するスクリーニングの結果,ガガイモ科Calotropis gigantea滲出物より活性成分として6種のカルデノリド化合物を単離した.このうちの1種calotropinはSW480細胞において,カゼインキナーゼの活性化によりβカテニンのリン酸化を誘導し,プロテアソーム系での分解を促進することで細胞内のβカテニンをを減少させることが明らかとなった.TRAILシグナルおよびヘッジホッグシグナルに対するスクリーニング研究の成果として,タイおよびバングラデシュ産植物から予想よりも数多くの活性化合物を単離した.さらにそれらの化合物の分子レベルでの作用機構についての解析も行い,興味深い結果が得られた.24年度が最終年度であるため、記入しない。TRaILシグナル,ヘッジホッグシグナル,およびウィントシグナルに関してさらに継続してスクリーニング研究を行っていく.これまでに得られた興味深い活性成分については,その分子レベルでの作用メカニズムの解析に関する実験をさらに進展させ,活性化合物の作用点や標的分子を解明するための実験方法を検討する。24年度が最終年度であるため、記入しない。
水素結合ネットワークをもつ有機結晶の光異性化ダイナミクス

生体分子は、周囲の分子の相互作用を受けながら機能を発現する。生体内では極性の高い環境が存在している事が示唆されており、周囲の環境が形成する静電場と分子機能との関連が指摘されている。生体関連分子は水素結合ネットワークを介して構造を形成しており、この構造に起因する静電場や分子間相互作用が反応に及ぼす効果の解明が分子機能の発現を理解するために重要である。本研究では、励起状態プロトン移動(Excited-State intramoleculer Proton Transfer; ESIPT)を生じる分子について、外部電場やアセトニトリル結晶を利用して溶質分子の周辺の溶媒分子の水素結合ネットワークの組み換えによる分子配列の変化がESIPTに及ぼす効果を解明することを目的に、分光測定と量子化学計算を用いて研究することを計画した。昨年度、電場印加によってESIPTの前後の互変異性体の発光強度比が増減する結果が得られた。今年度は、電場印加時のエネルギー緩和過程の変化を測定するため、時間分解測定を行った。その結果、外部電場によってESIPTが制御される事が分かった。解析結果より溶液相では報告例がない中間状態の存在が示唆され、光励起後のエネルギー緩和過程について新規な情報が得られた。また、固相/固相相転移が生じるアセトニトリル固体内に溶質分子をドープして分光測定を行った。相転移の前後で、発光スペクトルが劇的に変化し、構造緩和が制限される固体内で液相中より励起状態が安定化することが示唆され、溶質分子の周囲のアセトニトリルの環境がESIPTポテンシャルと分子の構造緩和に顕著な影響を及ぼしている事を示す結果が得られた。これらの結果は、プロトン移動に対する摂動効果に加えて、液相中では観測されない固相中での励起分子のエネルギー緩和過程について新規な情報を提供するものである。26年度が最終年度であるため、記入しない。分子機能の発現には分子間相互作用と反応素過程の連動が重要である.分子機能の解明には実験だけでなく理論的にアプローチできる分子集団の研究が必要であり,有機結晶はこのような研究対象として適している.分子間水素結合をもつ結晶の多くは水素結合ネットワークを形成している.水素結合による分子配列の制御が注目されてきたが,ネットワーク形成とダイナミクスの関連性については殆ど解明されていない.本研究の意義は,水素結合ネットワークにおける分子構造や異性化ダイナミクスの研究を行い,単分子では見られないネットワークにおける反応ポテンシャルの解明である.まず,結晶における分子の電子状態や光異性ダイナミクスを微視的に理解する上で,分子間相互作用の定量的な評価が必要である.分子性結晶における分子間相互作用は,基底および励起状態における分子の電気双極子モーメントおよび分子分極率に左右される.そこで,電場変調分光測定と量子化学計算を併用して,分子の電気双極子モーメントおよび分子分極率の調査を行った.また,同一分子でありながら,分子配列の異なる結晶多形が異なる蛍光を示すことが知られていることから,分子配列の違いが分子の電子状態やダイナミクスにどのような影響を及ぼすかについて研究するための分子系として有用である.そこで,結晶多形による発光特性の違いについて調査する.また,周囲の分子配列の違いに応じてどのように分子間相互作用が変化するのかを調査するために,固相-固相相転移を生じるアセトニトリル中に分子をドープして蛍光スペクトル測定を行った.相転移に伴う周囲の分子配列の変化に応じて,分子の電子状態がどうように影響を受けるのか調査した.生体分子は、周囲の分子の相互作用を受けながら機能を発現する。

電場変調分光測定では,測定データの再現性を確かめるため,再測定を行う必要が生じた.また,極低温におけるレーザー分光測定も予定していたが,装置の故障が原因で測定を行うことが出来なかった,以上のような理由から,研究がやや遅れている.電場変調分光測定については,来年度4月中に再実験を行い,電気双極子モーメントや分子分極率の決定を行う.また,レーザーについては,昨年度末に修理が完了したため,研究計画に沿って実験を行う予定である.
脳機能画像による痙攣性発声障害の発声時の脳機能解析

痙攣性発声障害は、声のつまりや震え、途切れをきたす原因不明の疾患であるが、その病態生理については明らかではない。その病態を明らかにするために、機能的核磁気共鳴画像を用いて脳機能を検討した。内転型痙攣性発声障害と診断された12例と健常者16例を対象とし、発声課題のない安静時機能的脳結合に関して比較検討を行った。また症状の程度、病悩期間と機能的脳結合の関連についても検討した。視床と大脳基底核(尾状殻)で、有意に高い機能的脳結合を認め、さらにこれらは症状の重症度と相関した。これはこれまで基底核ネットワークの異常が原因とされるジストニアと同様な疾患であることを裏付けるものであった。痙攣性発声障害(Spasmodic dysphonia:以下SDと略す)は、声の詰まりや途切れ、震えを特徴とし、発声中の声帯の不随意な動きにより生じる疾患である。SDは従来稀な疾患とされてきたが、医療者の疾患認知度が上昇したこと、インターネットを通した患者自身による情報収集活動、などにより患者数は増加しつつある。神経学的所見から本疾患を局所ジストニアの一つとする報告が多く、中枢神経系の機能異常が推定されているが、機能異常部位や病変に関して一定した見解は得られていない。研究代表者はこれまで機能的核磁気共鳴画像functional MRI(fMRIと略す,脳機能画像の一つ)を用いて、内転型SDの発声時の脳活動を健常者と比較し、小脳、大脳皮質感覚運動野、基底核、視床、聴覚関連野に異常脳活動を認めた。この脳活動がSDを生じる主たる原因であると推定したが、この結果を臨床応用するには発声に関して活動する脳部位間の機能的連結(促進、抑制)、SDに特徴的な所見の抽出、脳活動の安定性を調査する必要がある。多くのSD患者は音声によるコミニケーション障害のために社会から孤立し、心理的な不安を抱えており、治療につながる病態の解明が重要である。本研究の目的は、SDの病態に関わる脳活動、診断の補助となる所見を見つけ、最終的にはSDの治療戦略を導きだすことにある。本年度は内転型SDと健常人のそれぞれの安静時fMRIにおける脳機能連結に関して検討を行った。聴覚関連ネットワークにおいて聴覚と小脳の有意に強い脳機能連結をSD群で認めた。今後さらに症例を増やす予定である。痙攣性発声障害(Spasmodic dysphonia:以下SDと略す)は、声の詰まりや途切れ、震えを特徴とし、発声中の声帯の不随意な動きにより生じる。研究代表者はこれまで機能的核磁気共鳴画像functional MRI(fMRIと略す,脳機能画像の一つ)を用いて、内転型SDの発声時の脳活動を健常者と比較し、大脳皮質感覚野、基底核に異常脳活動を認めた。多くのSD患者は音声によるコミュニケーション障害のために社会から孤立し、心理的な不安を抱えており、治療につながる病態の解明が重要である。昨年度は内転型SDと献上人のそれぞれの安静時fMRIにおける脳機能連結に関して検討を行った。今年度は症例を増やしさらに検討を行ったところ、大脳基底核と感覚運動野、視床と大脳基底核、小脳と感覚運動野あるいは聴覚皮質で正の相関を認めた。前帯状皮質と前外側前頭前皮質で負の相関を認めた。さらに解析を進めていく予定である。SD12例で解析を行い一定の結果が出ており、論文に投稿中である。最終年度はこれまで蓄積したデータを解析し、論文を作成し、医学雑誌(Journal of voice)へ投稿、掲載された。その内容としては、琉球大学耳鼻咽喉科を受診し内転型痙攣性発声障害と診断された12例(全例女性、平均年齢34.3歳)と健常者(全例女性、平均年齢34.3歳)と比較し、fMRIを用いて数字呼称課題負荷による課題関連型fMRI及び発声課題のない安静時機能的脳結合に関して検討を行った。その結果、これまでの報告よりも話し言葉に近く症状が出ると考えられる5桁の数字の読み上げ課題による課題関連型fMRIによる実験では、中側頭回、視床、一次運動野、運動前野、一次体性感覚野、島、小脳(脊髄小脳)、大脳基底核(被殻)、補足運動野など多くの領域で強い賦活を健常群と比較して認めた。課題を用いない安静時の機能的脳結合による実験では、視床と大脳基底核(尾状殻)で、有意に高い機能的脳結合を認め、さらにこれらは症状の重症度と相関した。

これらの結果から小脳-視床-基底核-皮質ネットワーク内の異常が推定された。また、特に島と小脳は以前の研究と一致して健常者と比較し強い脳活動を認め、SDに特徴的と考えられた。SDにおける安静時fMRIによる研究はこれまで報告がなく、初めての報告である。安静時の機能的脳結合では視床と基底核の機能的脳結合の増加を認め、基底核ネットワークでの異常がSDの病態と考えられた。機能的脳結合の増加、減少のパターンは局所ジストニアの書痙とは異なっていたが、基底核ネットワークの異常であることは共通しており同様な疾患であると考えられた。SD患者は時に抑うつ状態、不安状態を示すことがあり心因的な疾患ととらえる報告もこれまでみられたが、本研究から脳機能異常による神経疾患(局所ジストニア)であることが裏付けられた。痙攣性発声障害は、声のつまりや震え、途切れをきたす原因不明の疾患であるが、その病態生理については明らかではない。その病態を明らかにするために、機能的核磁気共鳴画像を用いて脳機能を検討した。内転型痙攣性発声障害と診断された12例と健常者16例を対象とし、発声課題のない安静時機能的脳結合に関して比較検討を行った。また症状の程度、病悩期間と機能的脳結合の関連についても検討した。視床と大脳基底核(尾状殻)で、有意に高い機能的脳結合を認め、さらにこれらは症状の重症度と相関した。これはこれまで基底核ネットワークの異常が原因とされるジストニアと同様な疾患であることを裏付けるものであった。1)話声位発声時脳活動の比較:常人、SD症例、一側性声帯麻痺を対象に発声時の脳活動をfMRIで計測する。タスクは「i-」「i-i.i-i」「数字読み上げ」の3つとする。これまで10例のSD症例に実施したが、さらに症例を増やし、SPM8ソフトを用いて群解析を実施し、健常人、一側性声帯麻痺と比較する。2)SDで検出された健常人と異なる脳活動部位の機能関連計測:上記1)で測定した症例のデータをもとに、脳の各領域の機能的連結(促進、抑制)について調べる。機能的な関連部位はSPM8にコンパイルしたconnソフトにて解析する。3) SD症状の強い症例と弱い症例の話声位発声時脳活動の比較:SDでも音声所見が強いものと弱い症例がある。両者を群解析で比較することにより、症状悪化と相関する部位を抽出する。また検出できた部位の信号強度を計測し、年齢、性別、疾患持続など臨床情報と相関する部位を明らかにする。4)SD症例の治療前後の脳活動変化の測定:SD症例に手術治療を行い、治療前後の発声時脳活動変化を測定する。経時的に繰り返し測定し、臨床所見と脳活動変化の相関を測定する。研究期間が限られているため、術後1年間までの測定を予定する。5)個別のSD症例の脳活動を健常者群と比較しSD診断に有用な部位を検出する(ノンパラメトリック解析)上記1)-5)のうち、1)-3)までの解析は進んでいる。治療後の症例に関して解析を行い、学会発表、論文作成を行う。耳鼻咽喉科今後症例数を増やしていくとともに、手術やリハビリなどの治療前後、さらにSD診断のための個別のSD症例に関して検討を行い、診断に有用な部位について検討する。症例集めや妥当な解析に予想以上に時間がかかり、やっと一定の結果が出てきたところである。発表や論文投稿に予算を使う予定であったが、使用できず、次年度まとめた成果が出るためまとめて使用予定としている。
金属間化合物TiAlの疲労特性の組織最適化に関する研究

金属間化合物TiAlの代表的な組織のひとつにラメラ組織があり,他の組織に比べて優れた強度特性を示すことが知られている.本研究では,ラメラ組織をもつTiAl鋳造材を用いて疲労き裂進展特性の組織依存性,特にラメラ組織の異方性について検討し、破壊メカニズムを明らかにした.主たる成果は以下のように要約される.1.き裂がラメラ層に平行に進展する場合のき裂進展抵抗は,垂直に進展する場合と比べてかなり低く,き裂閉口を考慮しても同様である.2.詳細なき裂の表面および断面の観察,および破面の観察などに基づいて,き裂がラメラ層に平行に進展する場合はき裂先端後方において未連結部分が多く存在する.3.き裂がラメラ層に垂直に進展する場合,き裂の未連結部分はほとんど観察されない.4.き裂の未連結部分のブリッジング,すなわち荷重負担により,実際のき裂先端の応力拡大係数は応力とき裂長さから求められる見掛けの応力拡大係数よりも小さくなる.したがって,き裂がラメラ層と平行に進展する場合と垂直に進展する場合のき裂進展抵抗の差は,測定された結果よりさらに大きくなる.き裂の未連結部分によるき裂先端の応力拡大係数の低下について,有限要素法を用いて検討しているが,試験片ごとに未連結部分の存在の程度は異なるので,定量的な評価は実際にはあまり意味を持たないと考えられる.しなわち,本研究の成果は,き裂がラメラ層に平行に進展する場合の進展抵抗は著しく低いことを考慮して,実用における組織制御方法や使用方法などに注意すべきであることを示している.なお,当初5種類の組織について疲労特性を評価し,最適組織を検討する計画であったが,申請者らの以前の研究^<1)>においてラメラ層が疲労特性に優れることがわかったので,上記の点に焦点を絞り研究を行った.1)柴田・ほか3名,金属間化合物TiAlの疲労強度および疲労き裂進展特性,日本機械学会論文集A編,61-586,1205-1211(1995)。
拡散MRI:多発性硬化症への臨床応用とimaging biomarkerの確立

1.生体拡散モデルの一つであるTwo-compartment modelを参考にした独自の指標(Fraction of high b-pair: FH)を考案し,従来のみかけの拡散係数(ADC)と比較した意義を検討した.多発性硬化症患者のNABTを検出する試みで, Two-compartment modelに拡散テンソルの要素を加えることで,神経軸索に垂直な方向の「遅い拡散」を選択的に評価した.この方法により多発性硬化症患者に慢性的に存在するわずかな炎症により,細胞膜の性状が変化して水透過性が増加していることが示唆された.本研究はEuropean Radiologyに掲載されている。2.MS患者ならびにNMO患者の視覚障害の解明やその認知機能との関係を解明するべく、DKIを用いて評価し、さらに臨床指標である視覚誘発電位(VEP)との対比を行い、その有用性を検討した。本研究は論文誌Magnetic resonance imagingに投稿されin pressの状態である。27年度が最終年度であるため、記入しない。