hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高圧噴霧燃焼制御のための近臨界表面液ジェットの特性と乱流微粒化機構の研究

このようにして一度ノズル出口近くにテーラー型不安定性が発生すると、自然にフィードバック機構が形成されて定在的なテーラー型不安定性励起と非線形過程による液糸の形成と微粒化が可能になる。このテーラー型不安定性の励起機構の理解は、乱流微粒化技術を考える上で非常に有用である。液体ロケットエンジンなどの多くの高負荷エンジンにおいては、噴射液体と同軸に気体を高速噴射して滴体を短距離で微粒化する手法が採用されている。しかし、その微粒化機構は、可変なパラメータが多く実験データの整理が難しいために、いまだによく理解されていない。本年度の研究では、高圧容器の内部の気体を回流させる装置を製作し、微小重力実験環境において、高圧窒素ガス流に同軸にSF6液ジェットを低速で噴射したときに噴射液の挙動を観察して、同軸流ジェットの微粒化機構を調べた。その結果、(1)静止窒素ガス中にSF6液を噴射したときの噴射液の分断距離(ノズル口径で無次元化した)は、ウェーバー数を通してノズル口径、圧力、噴射速度に依存しないことがわかった。(2)この事実と噴射液に励起される不安定波の増幅率の関係を使って、理論的に裏付けられた同軸流ジェットでの噴射液の分断距離の予測式を構成し、実験結果と比較したところ良好な一致を見た。(3)このことより、ガス流の乱れが噴射液の不安定波の発展に与える影響を表す係数因子を除いて、噴射液が分断に至る不安定波の発達は、気液速度差に基づいたウェーバー数を用いて、静止気体中に液体を噴射した場合と同じ関係を満たすことが判明した。(4)この結果は、乱流微粒化過程において発生する多数の微細な液糸の分断の物理機構を調べるのに、静止ガス中に噴射した液体の分断機構を調べればよいとする、本研究の基礎的な考えを支持するものであり、本研究の方法論の実験的に妥当性が実証できた。(5)また、同軸流ジェットによる微粒化の利点は、ガス流の乱れの影響を強めることによって、限りなく迅速な微粒化を可能にすることができる点にあることが判明した。室温において、高圧窒素ガス中にSF_6液を噴射すると、液面が臨界混合状態に近くなり、表面張力が非常に小さくなる。本研究では、この特性を利用して、低速噴射で高ウェーバー数流れを実現し、乱流微粒化で問題になる噴射液の不安定化と液糸の分断を模擬する過程を高速度ビデオカメラで観察している。昨年度までの実験によって、窒素ガス圧と噴射条件(ノズル口径、噴射速度)が分断距離と分断波長に及ぼす影響を調べてきたが、この測定はビデオ画像が持つごく一部の情報を利用しているに過ぎなかった。本年度の研究では、それぞれの実験条件に対する高速度ビデオ画像を全て用いて新しい情報を引き出す試みとして、異なった軸方向位置での噴射液の表面変位に対する相関関数を画像処理によって算出し、卓越表面波の局所移動速度の測定を行った。その結果、平均移動速度は、分断距離に近いところでは噴射速度に近い値を取るが、ノズル出口に近づくに従って単調に零まで低下することが判明した。このことは、ノズル近傍の表面波のスペクトルが白色ノイズ的になっていることを意味し、以前に理論的に予測したノズル出口でのレーリー・テーラー不安定波の励起機構(下流からノズル出口に達する表面波がノズル出口で不安定波に転化する)を間接的に支持する結果になっている。しかし、これまで行ってきたバックライト法による噴射液の撮影では、ジェットを包むSF_6蒸気が作る影(表面変形と連動したガス流の様子を知るには好都合であった)によって、細かい液面の変化がマスクされるので、変位の小さなノズル近傍の液面形状が正確に抽出できている保証はない。
準周期構造中の水素拡散

AlーCuーFe系準結晶を真空中高周波溶解炉にて溶解ー炉冷することにより作製し、真空中固相抽出法により準結晶における水素拡散係数と水素溶解度を求めた。同時に、モンテカルロ法によって1次元フィボナッチ例、2次元ペンロ-ズパタンにおけるトレ-サ-原子の拡散係数を理論的に求め、その特異な構造に起因する拡散原子の振舞いについて考察した。AlーCuーFe準結晶における水素の拡散挙動に関して次の結論を得た。(1)Al_<65>Cu_<20>Fe_<15>準結晶合金は真空溶解によりはむしろ不活性ガス雰囲気中で溶解作製する方が欠陥の少ない鋳塊を得ることができる。(2)300ー600°Cにおいて本合金系の拡散係数は、純アルミニウム、純銅、純鉄に比べより低い値をとる。(3)試料中の準結晶相の割合が多いほど水素の拡散係数は低下する。(4)600°Cの水素溶解度は準結晶様が多いほど大きくなる。フィボナッチ列の拡散挙動については次の事が言える。(1)一次元準結晶モデルのトレ-サ-拡散係数の、温度低下に伴う低下は、二次系全率固溶体よりも一次元準結晶の方が顕著である。(2)二次系全率固溶体及び一次元準結晶モデルの二つのポテンシャル値の比を大きくするにつれ、どちらかのトレ-サ-拡散係数も低下する。この場合も、拡散性の低下は一次元準結晶モデルの方が著しい。二次元ペンロ-ズパタンに関する拡散挙動については次の結論を得た。(1)トレ-サ-原子が一個の場合、二次元ペンロ-ズ格子のトレ-サ-拡散係数は0.9をとり、六角形格子モデルに比べ低下した。(2)トレ-サ-粒子の濃度依性は、六角形格子モデルも二次元ペンロ-ズ格子も同じ傾向を示した。なお、原子間相互作用の影響は、二次元ペンロ-ズ格子より六角形格子モデルの方に顕著に現われた。今年度が初年度となる本研究課題について、採択の内示があったのは追加交付であったため、昭和63年10月中旬であった。また、12月に入ってから研究経費の交付を受け、それから設備備品として計上したチノー製赤外線放射温度計と変換器を購入したので、現物が届いたのは平成元年1月中旬になってしまった。このような事情のため、当初計画を大幅に変更せざるを得ず、特に実験は、現有設備を用いての結果しか得られなかった。以下に研究実績の概要を述べる。我々は、現有設備である高周波溶解炉を用いた鋳造法によって、Al-Cu-Li、Al-Cu-Fe系準結晶を作製した。構造解析は、X線回析・光学顕微鏡・走査型電子顕微鏡により行った。その結果、得られた試料は、準結晶とそれに非常に構造の類似した結晶相(Al-Cu-Liの場合はR相、Al-Cu-Feの場合は同定できていない)との混合相であることがわかった。また、Al-Cu-Fe系について冷却速度を金型鋳造と炉冷の2種類試みたところ、冷却速度の遅い炉冷の方が準結晶が出現しやすく、温度制御をより精密に行えば、良質の単相試料が得られる可能性のあることがわかった。水素拡散挙動については、準結晶相についての測定はまだ行っていないが、Al-Cu系合金について、真空加熱抽出法によって水素溶解度と拡散係数の測定を終えている。これらの結果は、鋳造欠陥の量と析出物(O相,Cu_2Al)の形態に強く依存していた。準結晶の構造モデルの確立に関しては、2次元ではあるが、ヘンリー・エルザー型モデルが極めて安定性の高い準結晶構造を保つことを、分子動力学法による計算機シミユレーションから確認した。この成果は現在学術論文に投稿中である。

(2)トレ-サ-粒子の濃度依性は、六角形格子モデルも二次元ペンロ-ズ格子も同じ傾向を示した。なお、原子間相互作用の影響は、二次元ペンロ-ズ格子より六角形格子モデルの方に顕著に現われた。初年度にAI-Cu合金の水素拡散挙動の測定を終え、今年度はAI-Cu-Fe系準結晶を作製し、その水素拡散挙動を真空加熱抽出法により測定した。また、準結晶の構造とその中での拡散挙動を明らかにするために計算機シミュレ-ションを行った。1.準結晶の作製と水素挙動の測定AL_<65>Cu_<20>Fe_<15>準結晶を、高周波溶解炉による溶解・炉冷凝固により作製した。試料の温度は本補助金にて購入した赤外線放射温度計で測定した。できた試料の一部を粉末にし、X線回折パタンをとり、準結晶相の存在を確認した。残った試料から水素測定用の円柱状試料をグラインダ-加工にて仕上げ、水素チャ-ジ後、試料に含まれる水素の抽出曲線を測定し、水素溶解度(S)と水素拡散係数(D)を求めた。その結果、S=0.125(cc/100g・〓atom)、D=7.4x10^<-2>・exp{-59.6(kJ)/RT}(cm^2/sec)となった。純アルミニウムと比較してSは高く、Dは低下することが明らかにされた。2.準結晶の構造と拡散挙動の計算機シミュレ-ション構造モデルの構築については、分子動力学法によりヘンリ-・エルザ-型モデルの妥当性を確認しているが、今年度はさらに進めて融解挙動についても調べた。2次元モデルについてその融点が無次元化温度で0.28程度であること、また3次元モデルではその安定性がさらに高くなって融点も1.3程度になることがわかった。別の観点からのアプロ-チも試みている。すなわち、射影法を利用した準結晶成長のシミュレ-ションと、モンテカルロ法を用いた準周期構造中でのトレ-サ-原子の拡散挙動の研究である。特に拡散挙動については、実験と直接比較することはできないものの、拡散係数が結晶構造の場合よりも低下することが計算からも明らかになった。平成2年度は、昭和63年度、平成元年度に引き続いて、AlーCuーFe系準結晶を真空中高周波溶解炉にて溶解ー炉冷することにより作製し、真空中固相抽出法により準結晶における水素拡散係数と水素溶解度を求めた。同時に、モンテカルロ法によって1次元フィボナッチ列、2次元ペンロ-ズパタンにおけるトレ-サ-原子の拡散係数を理論的に求め、その特異な構造に起因する拡散原子の振舞いについて考察した。AlーCuーFe準結晶における水素の拡散挙動に関して次の結論を得た。(1)Al_<65>Cu_<20>Fe_<15>準結晶合金は真空溶解よりはむしろ不活性ガス雰囲気中で溶解作製する方が欠陥の少ない鋳塊を得ることができる。(2)300ー600°Cにおいて本合金系の水素の拡散係数は、純アルミニウム、純銅、純鉄に比べより低い値をとる。(3)試料中の準結晶相の割合が多いほど水素の拡散係数は低下する。(4)600°Cの水素溶解度は、準結晶相が多いほど大きくなる。フィボナッチ列の拡散挙動について次の事が言える。(1)一次元準結晶モデルのトレ-サ-拡散係数の、温度低下に伴う低下は、二次系全率固溶体よりも一次元準結晶の方が顕著である。(2)二元系全率固溶体及び一次元準結晶モデルの二つのポテンシャル値の比を大きくするにつれ、どちらのトレ-サ-拡散係数も低下する。この場合も、拡散性の低下は一次元準結晶モデルの方が著しい。
大規模な連立1次方程式の反復法に対する前処理の性能と汎用性の向上

Sherman-Morrison法という近似逆行列前処理をシフト方程式に適用する手法について研究を行った。ここで、シフト方程式とは係数行列の対角成分のみが異なる連立1方程式の集合のことを言い、物理の格子ゲージ問題や固有値問題などに出現する。従来、シフト方程式にはShifted-GMRES (m)法などのシフト方程式に特化した反復法が存在するが、前処理を適用することが困難であることが難点であった。また、GMRES (m)法などの従来の反復法にMR法による近似逆行列前処理を適用すると方程式の数に応じて前処理を計算する必要があったので、計算コストがかかることが難点であった。それに対して、本研究では前年度に提案した並列実装を行ったSherman-Morrison法による近似逆行列をシフト方程式に適用する手法を提案した。この手法では従来のMR法などの前処理と違い前処理行列を1つだけ計算をし、それを共通にすべての方程式に適用できることが利点である。Sherman-Morrison法による近似逆行列は、パラメータを1つだけ変化させることで、この行列の対角成分を設定することができる。このことと方程式の係数行列の対角成分のみが異なることを利用して、近似逆行列前処理の対角成分をすべての方程式に対して共通の最適な値を選択している。この手法により、方程式の個数に関係なく前処理の計算時間を一定に抑えることができる。提案した手法をCPU8台搭載したPCクラスタによって数値実験をした結果、MR法と比べて前処理の計算にかかる時間は最大で1/10に短縮させることができた。また、MatrixMarketに登録されている行列の固有値問題から得られるシフト方程式は、Shifted-GMRES (m)法で解くことができなかったのに対して、提案した手法による前処理をGMRES (m)法に適用した場合には解を求めることが可能であった。また、CPUを8台利用したときで5倍から6倍程度の台数効果が得られた。大規模で疎な連立1次方程式の効率の良い前処理の実装法を開発した。このような大規模な連立1次方程式は、独立集合を用いて次元数を減少させることで1回の反復にかかる演算量を減少させることができる。次元数を減少させたときにシュールコンプリメントと呼ばれる係数行列が出現するが、このシュールコンプリメントの条件数は通常は悪化するため、シュールコンプリメントを係数とする連立1次方程式には前処理が不可欠となる。ここで、前処理とは元の厳密解を変えることなしに、連立1次方程式の係数行列を解きやすい簡単な形にする手法のことである。通常、前処理行列は元の係数行列の逆行列を近似するように生成される場合が多い。前処理行列を求める方法はいくつか存在するが、本研究ではNewton法による前処理行列を求める方法を取り上げた。従来、Newton法による前処理行列の計算では、行列どうしの乗算が必要であったため、問題の規模によっては実装が不可能な場合もあった。それに対して、本研究では前処理行列とベクトルの演算のみを用いてNewton法の実装を行い、行列どうしの乗算を一切避ける実装法を開発した。このような実装法により従来の計算法では実装が不可能であった規模の問題でも実装を可能にした。また、従来は前処理行列を求める場合、連立1次方程式の問題によってあらかじめ非零要素の位置を決定したり、非零要素を計算したときに0に近い値を0にするドロップアウトという処理が必要であった。それに対して、本研究で提案した実装法では常に前処理行列と任意のベクトルの積しか用いないので、このような前処理行列の非零要素の構造を一切考慮しないで済むことも長所の1つである。この提案した前処理の実装法を情報処理学会HPC研究会、オーストラリアでのCTAC2004という国際会議及び福岡で開かれたSCAN2004という国際会議で発表をした。今後の課題は、本研究での前処理の実装法をshift方程式と呼ばれる数組の連立1次方程式に並列に適用できる算法を開発することである。前年度に引き続き、大型な連立1次方程式に適用できる並列計算向けの前処理の研究を行った。その中で特にSherman-Morrison法という手法による近似逆行列前処理の有効性に着目した。この手法による前処理は一定の性能が認められているが、前処理を計算する課程が逐次処理なのでPCクラスタなどの並列計算システムに実装することが困難である。本年度の研究では、このSherman-Morrison法を用いた前処理をPCクラスタ上で部分的な並列計算を行えるような実装法を研究し、その性能の評価を行った。この実装法ではすべてのCPUが常に同時に稼動するとは限らないが、一部のCPUだけが同時に稼動することが可能である。本年度購入した研究室のPCクラスタでCPUを6台利用して今回提案した手法を実装すると、3倍から5.8倍程度の台数効果を発揮した。さらに、この手法は前年度提案したNewton法による前処理やMR法による前処理と比べてさらに連立1次方程式の残差ノルムの収束を改善できることを確認した。従来のSherman-Morrison法の論文での検証では、並列計算のことはほとんど触れられていなかったのに対して、本研究では、その実装を並列化することにより計算を高速化したことに新規性がある。また、Sherman-Morrison法による前処理は、元の係数行列の対角成分を変化させてもその性能が大きく変わらないことも確認した。このことは、係数行列の対角成分のみが異なる数組の連立1次方程式であるShift方程式に有効であると考えられる。

従って、今後の展望はこの並列化に対応したSherman-Morrison法前処理をShift方程式に適用し、その効果を検証することである。Sherman-Morrison法という近似逆行列前処理をシフト方程式に適用する手法について研究を行った。ここで、シフト方程式とは係数行列の対角成分のみが異なる連立1方程式の集合のことを言い、物理の格子ゲージ問題や固有値問題などに出現する。従来、シフト方程式にはShifted-GMRES (m)法などのシフト方程式に特化した反復法が存在するが、前処理を適用することが困難であることが難点であった。また、GMRES (m)法などの従来の反復法にMR法による近似逆行列前処理を適用すると方程式の数に応じて前処理を計算する必要があったので、計算コストがかかることが難点であった。それに対して、本研究では前年度に提案した並列実装を行ったSherman-Morrison法による近似逆行列をシフト方程式に適用する手法を提案した。この手法では従来のMR法などの前処理と違い前処理行列を1つだけ計算をし、それを共通にすべての方程式に適用できることが利点である。Sherman-Morrison法による近似逆行列は、パラメータを1つだけ変化させることで、この行列の対角成分を設定することができる。このことと方程式の係数行列の対角成分のみが異なることを利用して、近似逆行列前処理の対角成分をすべての方程式に対して共通の最適な値を選択している。この手法により、方程式の個数に関係なく前処理の計算時間を一定に抑えることができる。提案した手法をCPU8台搭載したPCクラスタによって数値実験をした結果、MR法と比べて前処理の計算にかかる時間は最大で1/10に短縮させることができた。また、MatrixMarketに登録されている行列の固有値問題から得られるシフト方程式は、Shifted-GMRES (m)法で解くことができなかったのに対して、提案した手法による前処理をGMRES (m)法に適用した場合には解を求めることが可能であった。また、CPUを8台利用したときで5倍から6倍程度の台数効果が得られた。
電気化学的方法によるアルカリ金属ー遷移金属規則配列型新化合物の合成と物性

本研究の目的は、CdI_2構造を基本とし金属原子と空格子点が規則配列した構造を持つ3d遷移金属カルコゲナイドを熱平衡下で合成し、それをマトリックスとして電気化学的にアルカリ金属を空格子点に挿入することにより、アルカリ金属と遷移金属が規則配列した金属原子面を一層おきに持つような化合物を合成し、その物性を探ることにある。まず、マトリックスとなる化合物として、Cr_3Se_4、V_3Se_4、Ti_3Se_4、Fe_3Se_4(金属と空格子点の比1:1)、Cr_2Se_3、Ti_2Se_3(1:2)、Ti_5Se_8(1:3)を合成し、空格子点の規則配列した構造をとっていることをX線回析、熱分析より確認した。続いて、これらをカソード・Liメタルをアノードとするセルを組み、電気化学的にLiを挿入することを試みた。得られた放電曲線は、いずれのマトリックスの場合にも空格子点の濃度に応じた電気量の所で電位の急激な降下がみられた。また、主成物のX線パターンは基本的に出発時と同じであった。これらの事は、空格子点にその濃度に応じた分だけLiがインターカレートし、従って、Liと遷移金属とが規則配列した化合物が生成していることを示している。これらの磁性としては、Cr_3Se_4は面内強磁性の反強磁性体であるが、Liのインターカレートと共に強磁性成分が顕著になり、また、Fe_3Se_4は面内強磁性のフェリ磁性体であるがLiのインターカレートと共に磁化が減少する。これらは、Li^<+1>の挿入により、磁性イオンの原子価が変化し、そのため強磁性面の総磁化が減少することによると解釈される。詳しい研究は今後の課題である。電気的性質は、マトリックス粉末の結着剤として用いたテフロン粉末を除く処理に問題があり調べることができなかった。結着剤を用いない方法を工夫するなど残された課題である。
内分泌攪乱物質の環境中における毒性寄与と挙動に関する研究

本研究の目的は環境中の主要な新規内分泌かく乱物質を同定し、それらの環境中挙動のメカニズムを明らかにすることである。昨年度までに研究で人間の尿中から新規のAhRリガンド、インディルビンの同定した。また、下水2次処理水中に人間由来の女性ホルモンが処理しきれずに放出されていることや、伊勢湾における調査で、海水や底泥にもエストラジオールが蓄積していること明らかにし、環境水においては天然の女性ホルモンによる汚染が重要であることを示した。また、エストラジオールのグルクロン酸抱合体は下水中で容易に脱抱合されるが、硫酸抱合体はあまり立つ抱合されないことなど、エストラジオールの環境中挙動についての研究を行った。また、道路粉塵は大きな水環境汚染源であるが、この中に含まれるAhRリガンドの活性を測定したところ、現在知られている多環芳香族類の寄与は多く見積もっても数%程度であることが示唆された。これは、未知の重要なAhRリガンドが存在することを示しており、これらの物質の同定を試みてきた。また、道路側溝に設置する簡便な構造で道路粉塵を除去する装置を開発し、装置特性の検討を行ってきた。降雨時のファーストフラッシュによる道路粉塵の水環境への移行は大きな汚染源となっている。これを阻止するため、道路側溝の雨水枡に発泡ポリプロピレンを用いた上向流ろ過装置を設置し、その性能を評価した。初期道路排水に対する汚染物質の平均除去率は、SSが90%、CODが70%、重金属が70%、PAHsが60%以上であった。また、内分泌撹乱物質の生物への取り込みを評価するため、人工細胞膜(リポソーム)への分配係数という新しい指標を開発した。(1)エストラジオールの環境水中挙動HPLC-バイオアッセイ検出法を用いて、下水処理水中の女性ホルモン様物質のプロファイリングを行ったところ、主要な物質は天然の女性ホルモン(E1およびE2)であった。一般的な下水処理場におけるE2の除去率は75-88%の範囲であり、他の疎水性汚染物質の除去率と比べて低い成績であった。処理水中の濃度は数ng/L数十ng/Lのレベルであり、これは、雄の魚にビテロゲニンを誘導するのに十分な濃度であった。尿中から排泄されたE2の抱合体のうち、グルクロン酸抱合体は下水管の中で分解し、E2へと変化するが、硫酸抱合体は変化せず、そのまま下水処理場へと到達することがわかった。その後の硫酸抱合体の変化についてはさらに研究が必要である。また、E2の底泥への収着特性を調べた結果、線形の収着等温線が得られ、収着量は底質の有機炭素重量比(f_<oc>)と相関関係があることが判った。このことから、通常の環境中に存在する底質については、E2は底質の有機成分に主に収着していると考えられる。実際に、伊勢湾底質中の女性ホルモン濃度を調査した結果、底泥中から検出されたE2濃度は、05.2ng/g、E1濃度は3.412.4ng/gであった。(2)内因性AhRリガンドの同定アリルハイドロカーボン受容体(AhR)のリガンドによる環境汚染の問題に近年関心が集まり、その対策が焦眉の急となっている。この受容体の真のリガンドと真の役割はまだ不明で、いわゆるオーファン受容体の一つである。我々は、人間の尿中から強力なAhRリガンド、インディルビン及びインディゴを単離同定した。これらの物質はAhRの内因性リガンドである可能性が高い。(3)人工細胞膜を用いた生物濃縮評価方法の開発内分泌撹乱物質の生物濃縮を推定する方法として、水中からリポソームへの収着量すなわちリポソーム/水収着係数(Klipw)という新しい指標を開発した。今後様々な内分泌撹乱物質でこの指標を測定する予定である。1.環境中の多種多様な化学物質による毒性影響を一覧する手法「HPLC-Bioassay法」を開発し、様々な環境試料の解析を行った。バイオアッセイは酵母株YCM3を用いたAhRリガンド活性試験と、CHO細胞内でのトランジエント発現系を用いたエストロジェン活性試験を行った。道路粉塵のジクロロメタン抽出物をセファデックスLH20カラムを用いて分画し、活性のない分画を捨て、活性の見られた画分についてさらに順層、逆層のHPLCで分画して活性物質を精製していった。この結果、道路粉塵中には2種類のエストロジェン様化合物が存在すること、PAHs分画以外にもAhRリガンド活性を示す物質がいくつか存在することが明らかになった。2.人工細胞膜であるリポソームの内部にシリカゲルを封入したTRANSILという物質を用いて、これと水の分配係数:Kmwという指標を開発し、様々な内分泌かく乱物質で調べた。エストラジオール、エチニルエストラジオール、ノニルフェノール、オクチルフェノール、多環芳香族類などを調べた結果、今まで生物濃縮の指標として用いられてきた水-オクタノール分配係数とは相関が低く、この新しい指標の有用性が示唆された。3.オゾン/過酸化水素処理による、フタル酸ジ-n-ブチルの分解に対する、共存有機物質の影響を調べるため、5種類の表層水と、下水2次処理水を用いて促進酸化処理による分解実験を行った。フタル酸ジ-n-ブチルは、オゾン消費量に比例して分解された。

5種類の表層水についてはSUVA_<254>とフタル酸ジ-n-ブチル分解に必要なオゾン消費量との間によい相関が得られ、SUVA_<254>がオゾン投入量を決定する上でよい操作因子になることが示唆された。しかし、下水二次処理水においてはあまりよい相関はなかった。本研究の目的は環境中の主要な新規内分泌かく乱物質を同定し、それらの環境中挙動のメカニズムを明らかにすることである。昨年度までに研究で人間の尿中から新規のAhRリガンド、インディルビンの同定した。また、下水2次処理水中に人間由来の女性ホルモンが処理しきれずに放出されていることや、伊勢湾における調査で、海水や底泥にもエストラジオールが蓄積していること明らかにし、環境水においては天然の女性ホルモンによる汚染が重要であることを示した。また、エストラジオールのグルクロン酸抱合体は下水中で容易に脱抱合されるが、硫酸抱合体はあまり立つ抱合されないことなど、エストラジオールの環境中挙動についての研究を行った。また、道路粉塵は大きな水環境汚染源であるが、この中に含まれるAhRリガンドの活性を測定したところ、現在知られている多環芳香族類の寄与は多く見積もっても数%程度であることが示唆された。これは、未知の重要なAhRリガンドが存在することを示しており、これらの物質の同定を試みてきた。また、道路側溝に設置する簡便な構造で道路粉塵を除去する装置を開発し、装置特性の検討を行ってきた。降雨時のファーストフラッシュによる道路粉塵の水環境への移行は大きな汚染源となっている。これを阻止するため、道路側溝の雨水枡に発泡ポリプロピレンを用いた上向流ろ過装置を設置し、その性能を評価した。初期道路排水に対する汚染物質の平均除去率は、SSが90%、CODが70%、重金属が70%、PAHsが60%以上であった。また、内分泌撹乱物質の生物への取り込みを評価するため、人工細胞膜(リポソーム)への分配係数という新しい指標を開発した。
光と電子のダイナミクスを記述する第一原理マルチスケールシミュレーション法の開発

光と物質の相互作用を記述する第一原理マルチスケール・シミュレータの開発を進め、パルスレーザー光と誘電体の相互作用に関する研究を発展させた。光と物質の相互作用を定量的に記述する上で、固体のバンドギャップの測定値を再現するよう理論を構築することが極めて重要である。第一原理計算でバンドギャップを系統的に記述することが知られるメタGGAポテンシャルとハイブリッド汎関数を用い、安定したシミュレーションが可能となることを確認した。メタGGAポテンシャルではエネルギー汎関数が存在しないことから、電子励起エネルギーや光から電子へのエネルギー移行を求める手法を開発した。ハイブリッド汎関数を用いた計算は、極めて計算量が多くなることから、GPUによる計算の加速を行うコードを開発した。メタGGAポテンシャルを用いた計算は、局所密度近似の高々3倍程度の計算量で済むことから現実系の計算が可能である。パルス光を透明物質に照射した際に現れる超高速電流の分析や、高強度パルス光による透明物質のアブレーション閾値や深度の分析に適用した。マルチスケール計算は極めて計算量が大きいことから、電子ダイナミクス計算を簡易に行う近似的なシミュレーション法が望まれる。この候補として、基底関数展開を用いハミルトニアンを密行列で表現する方法を検討した。この際、用いるk点毎に基底状態での占有・非占有軌道を基底関数に用いると計算の収束が極めて遅く、隣接したk点の占有軌道を基底関数に含めることにより収束が劇的に改善されることを明らかにした。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、ナノメートル以下の空間スケールの電子ダイナミクスに対する時間依存密度汎関数理論に基づく第一原理計算と、マイクロメートルスケールの巨視的電磁場のダイナミクスをマルチスケール手法で結びつけた新しいシミュレーション法を開発し、数サイクルのパルス光を固体に照射することで起こるフェムト秒からアト秒時間スケールの超高速現象を定量的に記述し、光と物質の相互作用に対する理解を深化させ、新奇な光科学現象を予測し提案することを目標としている。本年度は、SiO_2のバルク及び薄膜と数サイクルのパルス光の相互作用に関する研究を進展させた。透明な物質の光伝播では膜厚により干渉が起こるが、強度が増すにつれて、まず入射側とは反対側の裏面において非線形効果が顕著になることが見出された。これは、入射波と反射波の干渉により裏面で光強度が増すためである。さらに強度を増すと、次第に表面での電子励起が増し非線形光応答が顕著になる。最終的には表面のプラズマ化による光応答が主要となり、バルクと薄膜で違いがなくなる。また、高強度なパルス光はアブレーションなどの不可逆な壊変をもたらすが、その閾値と計算結果を比較したところ、少なくとも定性的には閾値を再現することが見出された。これは本アプローチが光加工の定量的な記述に有効であることを示唆するものである。また、最近パルス光をSiO_2に照射すると、ある光強度から表面に光電流が発生することが見出され興味を集めている。この現象に対して、本年度は単一セルに対する計算を行い、光電流の生成メカニズムを調べた。来年度はさらにマルチスケール計算により、この光電流生成に関する理解を深める研究を進める予定である。今年度はSiO_2薄膜を対象とする論文をまとめ、光パルス電流に関しても単一セルに対する計算を行い論文にまとめることができた。さらに、マルチスケール計算を容易にするため、電子ダイナミクス計算部を簡易に行う方法を開発するなど、多方面に研究が進展している。次年度は、京コンピューターの利用が認められたことから、パルス光による非熱的な壊変現象をはじめとして、多くのプロダクトランを遂行することができる予定である。まずは、SiO_2に対する計算を進め、さらに異なるバンドギャップを持つ物質群へと研究を進めたい。また、高強度パルス光により生じる光電流に対しても、マルチスケール計算を進展させたいと考えている。
勤労者の突然死と定期健診データの関係に関する研究

勤労者の突然死が日本社会の話題に上るようになって10年以上が経過している。その原因として過労が取り上げられているが、未だにはっきりとした因果関係が証明されていない。過労死による主たる死因は心筋梗塞等の心臓死と言われているが、毎年行われている職場の定期健診時にこれらの疾患の発病予測が十分行われていないのが現状である。このため、労働安全衛生規則44条で規定された職場定期検診の10項目(血圧、尿検査、貧血、肝機能、脂質、心電図等)の意議が問われている。本研究で明らかにした主たる研究成果は以下の3点である。(1)突然死した勤労者の生前に行われていた定期健診の心電図波形を、健常な勤労者で見られる心電図波形の頻度、性質において比較した。突然死症例と健常症例の間で心電図波形の異常に有意差が認められず、通常の定期健診で行われている心電図検査では突然死を予測することが不可能であると推測された。(2)突然死の予測に有効であるデータが何かを文献で検討すると、心筋梗塞や糖尿病等の患者の生命予後の予測にある程度有効である指標として心電図QTc時間と心拍変動CV_<RR>が挙げられていた。前者は通常の定期健診で測定される心電図計の自働解析結果に含まれているが、健診結果として記載されることもなく、当然のことながら健診の事後措置(健康相談)などでも利用されていない。現在健康である勤労者の心電図Qtc時間を有効に活用すれば、今後の予測因子となりうる。(3)交代勤務者は、日勤者と比べ虚血性心疾患等に罹るリスクが1.4倍高いと欧米の総説で報告されている。そこで交代勤務の循環器系(自律神経)機能に及ぼす影響を心電図Qtc時間を用いて検討すると日勤者に比べ、交代勤務者で心電図Qtc時間が有意に延長していた。さらに異常QTc(440msec以上)を示すリスク(多要因調整Odds比)が日勤者を1とした場合に交代勤務者で8.15(90%信頼区間1.3150.5)となることが示された。以上により、突然死に至る前駆状態(症状)を自律神経系指標である心電図QtcやCV_<RR>で察知することにより今後の「突然死」の予知・予防に結び付ける可能性が示唆された。勤労者の突然死が日本社会の話題に上るようになって約10年が経過している。その原因として過労が取り上げられているが、未だにはっきりした因果関係が証明されていない。過労死による主たる死因は心筋梗塞等の心臓死と言われているが、毎年行われている職域の定期健康診断時にこれらの疾病の発症予測が十分に行われていないのが現状である。このため、労働安全衛生規則44条で規定された職域定期健診の10項目(血圧、尿検査、貧血肝機能、脂質、心電図等)の意義が問われている。

本研究では、職域健診の10項目の中の心電図に着眼し、心電図の判定には用いられないが測定用紙に自動的にプリントされている補正QT時間(corrected QT interval、QTc)を調べた。このQTcは交感神経活動の優位性を示す指標として近年注目されており、QTcが440msecを超えると心臓性突然死などの自律神経障害を呈しやすいと考えられている。また、交代制勤務は日勤と比べ心疾患死亡に対する相対危険(Relative risk)が1.4近傍であると報告されている。したがって、後者の報告に対する間接的証拠を示すために、交代制勤務者(銅精錬工場の作業者)と日勤者(同、事務職)を対象としたコホート研究を行った。心電図上に異常所見(QTc <420msec)のない男子労働者(交代制勤務者158名と日勤者75名)を10年間追跡調査し、10年後に再度心電図のQTcを両群で比較した。その結果、交代制勤務者の方が日勤者よりも有意にQTcが延長していた。これは年齢、作業年数等の交絡要因を調整しても同じ結果であった。以上より、交代制勤務はQTcの延長と関連すると考えられた。このQTcの延長により心疾患が発症する可能性も考慮する必要がある。このように、同じ健診項目を実施しても着眼点を変えて利用すると、有益な情報が得られることが示された。勤労者の突然死が日本社会の話題に上るようになって10年以上が経過している。その原因として過労が取り上げられているが、未だにはっきりとした因果関係が証明されていない。過労死による主たる死因は心筋梗塞等の心臓死と言われているが、毎年行われている職場の定期健診時にこれらの疾病の発症予測が十分行われていないのが現状である。このため、労働安全衛生規則44条で規定された職域定期健診の10項目(血圧、尿検査、貧血、肝機能、脂質、心電図等)の意義が問われている。本研究で明らかにした主たる研究成果は以下の3点である。(1)突然死した勤労者の生前に行われていた定期健診の心電図波形を、健常な勤労者で見られる心電図波形の頻度、性質において比較した。突然死症例と健常症例の間で心電図波形の異常に有意差が認められず、通常の定期健診で行われている心電図検査では突然死を予測することが不可能であると推測された。(2)突然死の予測に有効であるデータが何かを文献で検討すると、心筋梗塞や糖尿病等の患者の生命予後の予測にある程度有効であると指標として心電図QTc時間と心拍変動CV_<RR>が挙げられていた。前者は通常の定期健診で測定される心電図計の自動解析結果に含まれているが、健診結果として記載されることもなく、当然のことながら健診の事後措置(健康相談)等でも利用されていない。現在健康である勤労者の心電図QTc時間を有効に活用すれば、今後の予測因子となりうる。(3)交代勤務者は、日勤者と比べ虚血性心疾患等に罹るリスクが1.4倍高いと欧米の総説で報告されている。そこで、交代勤務の循環器系(自律神経)機能に及ぼす影響を心電図QTc時間を用いて検討すると、日勤者に比べ、交代勤務者で心電図QTc時間が有意に延長していた。さらに異常QTc(440msec以上)を示すリスク(多要因調整Odds比)が日勤者を1とした場合に交代勤務者で8.15(90%信頼区間1.3150.5)となることが示された。以上より、突然死に至る前駆状態(症状)を自律神経系指標である心電図QTcやCV_<RR>で察知することにより今後の「突然死」の予知・予防に結び付ける可能性が示唆された。
ホウ素中性子捕捉療法による正常組織影響研究

ホウ素中性子捕捉療法(Boron neutron capture therapy, BNCT)を体幹部の悪性腫瘍に適応拡大をするために肺、肝臓の照射影響を検討した。研究炉の長期休止のため中性子照射実験が可能な期間は最終年度内の約5ヵ月間のみであった。肺に関する実験として、X線照射とBNCT照射群の2群に実施した。放射線肺炎による死亡をエンドポイントとして経過観察中である。肝臓に関する実験として、マウス肝臓をBNCT照射し肝線維化につながる肝胞脂肪化を検討し、中性子照射量と肝脂肪化の程度に相関する可能性が明らかとなった。肺、肝臓に対するBNCT照射効果の評価方法に関する知見が本研究で得られた。本研究の目的であるホウ素中性子捕捉療法(Boron neutron capture therapy,以下BNCT)による正常組織反応を解析するために必要な小動物用陽子線照射場の開発整備は、計画通り平成26年度中にほぼ完了した。平成27年3月にラット肝臓、肺に対して予備的な照射実験を実施し、照射後の放射化についての測定を実施した。今後の本実験に必要な、10ミリ画の照射野で、ラットの対象臓器に対して一定の深さまで、陽子線を照射することが可能である実験環境が整備された。小動物用陽子線照射場に関して、残った整備計画としては、マウス、ラットの小動物を連続的に照射できるオートサンプラーの整備があるが、この準備も順調にすすんでいる。平成26年度から平成27年度前半期にかけて実施予定であった、各正常組織における解析可能な照射効果の発現時期と発現を引き起こす最小線量(閾値線量)を明らかにするという研究計画は、脳、肺、肝臓に対する検討を平成26年度中に開始した。これらの臓器の中で、脳に関しては、磁気共鳴画像(Magnetic Resonance Imaging、以下MRI)検査で、異常信号が検出される線量、放射線照射から異常信号発現までの間隔について明らかにすることに成功した。一方、肺、肝臓に関しては、コンピューター断層画像(Computed tomography,以下CT)とMRI画像にて照射後の画像の経過を評価してきたが、現在のところは解析が終了していない。今後、病理組織検査を加える予定である。また、他の画像解析方法についても検討を加える予定である。本研究の目的であるホウ素中性子捕捉療法(Boron-neutron capture therapy、以下BNCT)による正常組織反応を解析するために、昨年度に引き続き、正常組織における解析可能な照射効果の発現時期と発現を引き起こす最小線量(閾値線量)を明らかにするための実験を実施した。昨年度実施した、肺、肝臓に対する追加実験に加えて、平成27年度は、胃、直腸の消化管に対しての実験を実施した。照射効果の解析であるが、肺に関してはComputed tomography(CT)画像で、一部のラット肺に照射部位に対しての濃度上昇を認めたたが、追加実験が必要である。一方、摘出標本では、マクロな観察で、線量に応じて照射部位に明らかな肺の線維化による色調の変化を認めた。画像での解析は困難な可能性があるが、摘出臓器の観察で、肺線維化に関して、最小線量ー発現時期の解析は可能であった。肝臓に関しては、核磁気共鳴映像(magnetic resonance imaging、以下MRI)の観察では、造影剤を使用しての観察でも明らかな変化が確認されず、他の画像の解析方法を検討中である。消化管に関しては、胃に関しては、致死的な線量を照射したが、想定されず結果がえられず、照射方法の再検討中である。直腸に関しては、予備実験であるが、線量依存的に致死的な効果があり、照射引数を増加させて再検討を予定している。平成27年度も、実験に使用予定の研究用原子炉が稼働されず、平成26年度の研究成果を用いての中性子照射実験は実施不可能であった。本研究には、中性子照射実験が必要であるが平成26年度に引き続き、研究用原子炉が起動しなかった。そのため、予定されていた中性子照射実験が実施できなかった。本研究の目的であるホウ素中性子捕捉療法(Boron neturon capture therapy,以下BNCT)による正常組織反応を解析するために、必須な中性子照射実験は、平成28年度も平成27年度に引き続き、京都大学原子炉実験所・研究炉の再起動がなかったため実施できなかった。そのため、平成28年度は、平成27年度に引き続き正常組織における解析可能な照射効果の発現時期と発現を引き起こす最小線量(閾値線量)についての研究を実施した。陽子線を照射した肺に関しては、犠牲死させたあと摘出したマクロの標本で照射部位の色調の変化等での解析可能の可能性が明らかになった。肝臓に関しては、肺と同様に陽子線照射を実施後のMRI画像、犠牲死後の病理組織学的検査でも、解析可能な照射効果は確認できなかった。肝臓に関しては、大線量、4ー6ヶ月後の解析で正常組織への影響が確認できなかったことから、照射影響が修復あるいは消失している可能性を考えた。そこで、10Gyの比較的低線量で、肝細胞の脂肪変性が後の線維化につながる最近の研究報告をもとに、研究を組み直す予定で、X線撮影装置等を整備した。直腸、消化管に関しては、研究炉の再起動の時期が不明であるため、1年間の延長期間で、研究計画であげた正常臓器全ての正常組織影響を明らかにすることは困難と考えた。平成30年度の実験を肺、肝臓の正常組織影響にしぼるため解析可能な照射効果に関する実験は実施しなかった。

京都大学原子炉実験所・研究炉が原子力規制委員会による試験研究用原子炉の新規制基準に適合していることの確認(適合確認)への対応のため平成28年度再起動ができず、予定していた中性子照射実験が一切できなかったため、研究の遂行が遅れていると判断した本研究の目的は、ホウ素中性子捕捉療法(Boron neutron capture therapy,以下BNCT)による正常組織反応であったが、上記のように研究炉の利用可能期間が短いことから、肺と肝臓の2つの臓器にしぼりマウスを使用した照射実験を実施した。BNCTの正常組織解析の実験では、BNCT照射、ホウ素を投与しない中性子単独照射、X線照射の3群の照射が必要である。正常肺のBNCTの照射影響に関しては、生物効果指標を放射線肺臓炎による死亡として、放射線肺臓炎を起こしやすいマウス種であるC3H/Heマウスの全胸部照射を実施した。BNCTのホウ素薬剤には、臨床研究で使用しているBoronophenylalanine (以下、BPA)を使用した。今年度は、X線照射群を1Gy刻みで12Gy-17Gyの6群、BNCT照射群を80分、100分、120分、140分の4群、照射割り当ての関係で、中性子照射群を1群のみ実施した。放射線肺臓炎による死亡は、照射6ヶ月後以降に見られることが多い。現時点では、X線の高線量照射群で死亡マウスが出現し始めており、今後も観察を継続する予定である。正常肝のBNCTの照射影響に関しての実験には、肺、肝臓の放射線後の線維化の実験に使用されることが多いC57BLを使用した。生物効果指標を照射数ヶ月後に発生する肝臓の線維化の先行事象である肝細胞の脂肪変性とした。その評価として、照射1週間後の全肝のトリグリセリドの量を定量した。先行実験で、肝臓へのX線照射実験を2, 5, 10 Gy照射し、1週間後に犠牲死させ摘出した肝臓の病理組織標本で肝臓の脂肪変性を確認した。本年度は、BNCT照射実験を対照群、10,20,30,40,60分照射の6群(n=3)で実施した。照射1週間後摘出した肝臓のトリグリセリド量と照射時間(中性子照射量)に相関があることが示唆された。ホウ素中性子捕捉療法(Boron neutron capture therapy, BNCT)を体幹部の悪性腫瘍に適応拡大をするために肺、肝臓の照射影響を検討した。研究炉の長期休止のため中性子照射実験が可能な期間は最終年度内の約5ヵ月間のみであった。肺に関する実験として、X線照射とBNCT照射群の2群に実施した。放射線肺炎による死亡をエンドポイントとして経過観察中である。肝臓に関する実験として、マウス肝臓をBNCT照射し肝線維化につながる肝胞脂肪化を検討し、中性子照射量と肝脂肪化の程度に相関する可能性が明らかとなった。肺、肝臓に対するBNCT照射効果の評価方法に関する知見が本研究で得られた。本研究は、マウス、ラットの小動物の特定臓器を選択的に照射する実験環境が必要である。その目的として、5-10ミリ画の照射野でかつ放射線のビーム深度をコントロール可能な陽子線照射場の開発整備は、極めて重要な平成26年度中の研究計画課題であったが、平成26年度中に、予備的照射実験であるが、ラットの肺、肝臓に対して照射実験を完了でき、順調に進展している。
遺伝子多型によるタクロリムス投与量設計での拒絶反応と移植腎線維増生の多型間比較

体重当たりのTac初期投与量とする、同一目標トラフ値免疫抑制法の96例について、以下の項目を検討した。1)移植1年後までの多型間別Tacトラフ値、2)移植1年後までの多型間別臨床事象、3)移植5年後までの多型間別移植腎機能、4) CYP3A5遺伝子多型別移植腎長期生着率。その結果、移植1年後までTacトラフ値はCYP3A5非保有者で高値であった。しかし、保有者群と非保有者群間には臨床事象、移植腎繊維増生、長期移植腎機能および長期生着率に差が認められなかった。Tacトラフ値の調整を適切に行えば、多型間での腎移植の長期成績に影響しないと結論された。研究目的免疫抑制薬タクロリムの代謝酵素CYP3A5には遺伝子多型があり、多型によってCYP3A5保有者と非保有者が存在する。酵素を有することでタクロリムスの代謝が早く血中濃度維持に必要な投与量が多くなるCYP3A5expresserに対して0.3mg/day、酵素がなく少ない投与量で適正血中濃度が維持できるnon-expresserに0.2 mg/dayの初期投与量設計を行い、以下の項目に関し多型別の比較を行い、個別投与量設計によって多型間の相違が消失するかを検討している。研究実施状況1)急性拒絶反応発症率:症例集積中。2) De novo抗体産生率:Luminex法を用いて移植後1年以内での新規ドナー特異抗体de novo DSA陽性率を解析中。約8%にde novo DSA産生があり、CYP3A5遺伝子多型別に発症率が異なる傾向がある。症例集積中。3)移植後1月・半年・1年のTac-QD薬物動態・薬理遺伝学:症例集積中。移植早期血中濃度の遺伝子多型間に差がない傾向がみられる。4)移植後1年の移植腎組織線維増生率:解析中。多型間の差が消失している傾向がある。5) CYP3A5遺伝子多型以外のTac薬物動態に影響する遺伝子多型の探索:解析中。平成27年度の生体腎移植症例で、移植後血栓性微小血管症が2例発症し、その原因探求のため生体腎移植を約2か月間中止していた。そのため、年間目標移植数が4例少なかった。これ以外は概ね順調。研究実施状況1)急性拒絶反応発生率:多型間での差は認められなかった。2) De novo抗体産生率:Luminex法を用いて移植後1年以内での新規ドナー特異抗体de novo DSA陽性率を解析。CYP3A5遺伝子多型別でのDSA発生率に差は認められなかった。現在、本課題をさらに進展させ、次期研究課題への橋渡しとなるよう、推進している。3)移植後1月・半年・1年のTac-QD薬物動態・薬理遺伝学:多型別初期投与設計することで、移植早期血中濃度の遺伝子多型間に差が消失した。4)移植後1年の移植腎組織線維増生率:多型間での移植腎線維増生に差がなくなった。5) CYP3A5遺伝子多型間での移植後1年までの移植腎線維化に差がなかった成果を、現在論文にして投稿中。また、DSA発生に関する遺伝子多型の影響に関しても論文作成の準備中である。研究課題は複数あり、いずれも論文投稿中あるいは論文作成中である。概ね順調に進展している。目的:タクロリムス(Tac)は、その薬物代謝酵素の遺伝子多型(CYP3A5 6986A>G)によって臨床結果が異なることを報告してきた。本研究では、多型解析を基にしたTac初期投与量の個別投与設計を実践し、拒絶反応発症率や移植腎線維増生率の多型間での差が消失するかを検討。検討項目:1)急性拒絶反応発生率、2) de novo DSA(dnDSA)発生率、3)移植後1月・半年・1年のTac1日1回製剤(Tac-QD)薬物動態・薬理遺伝学、4)移植後1年の移植腎組織繊維増生率、を多型間で比較。成果要約:拒絶反応、繊維増生に遺伝子間の差を認めなかった。ただし、繊維増生が高率な症例は移植腎生着率は低下していた。dnDSA発生率にも差がなかったが未報告である。

しかし、保有者群と非保有者群間には臨床事象、移植腎繊維増生、長期移植腎機能および長期生着率に差が認められなかった。Tacトラフ値の調整を適切に行えば、多型間での腎移植の長期成績に影響しないと結論された。現在遂行している5つの研究目的は、このまま継続して遂行する予定。研究内容をさらに展開し、移植臓器予後に最も影響を与えるドナーに対する抗体(ドナー特異抗体:DSA)発生率、CYP3A5遺伝子多型を含むDSA発生の臨床的危険因子の同定、DSAによる移植腎予後、等の次期研究への推進を予定し、すでに準備段階にある。腎移植次年度早期に抗HLA抗体検出用のキットを購入するため。次年度抗HLA抗体検出用キット購入費に充てる。
緑茶カテキンのシステイン残基への付加によるタンパク質の機能制御機構の解明

近年,緑茶の主成分であるカテキンが,抗癌,抗アレルギー,老化抑制,血圧上昇抑制,脂質代謝改善作用などの生理作用を持つことが報告され,緑茶の飲用による生活習慣病の予防効果に大きな期待が寄せられている。しかし,カテキン類のこのような生理作用の作用機序は十分には解明されていない。我々は,カテキンがタンパク質中のシステイン残基のチオール基と付加体を形成することを見出している。本研究は,この現象がカテキンの多様な生理作用の発現の一端を担っていると考え,タンパク質システイン残基へのカテキンの結合がタンパク質機能に及ぼす影響を調べるとともに,カテキンが結合する標的タンパク質を特に培養癌細胞中から同定し,その機能とカテキンの生理活性の関係を解明することを目的として遂行した。申請者らは,カテキンのカテコール基とフェニルボロネイトアガロースゲルの親和性を利用することによって特異的にカテキン付加タンパク質をアフニティー精製する技術の開発に成功し,二次元電気泳動によって主要な緑茶カテキンであるエピガロカテキンガレートの特異的な標的タンパク質を培養癌細胞中から検出することができた。二次元電気泳動によって検出されたカテキン付加タンパク質をトリプシンによるゲル内消化を行った後,ペプチド断片をMALDI-TOFMSにより分析し,データベース解析を行い,カテキンが付加する標的タンパク質の同定を試みた。その結果,プロヒビチン,ビメンチン,およびGRP68などの癌細胞の増殖に密接に関与するカテキン標的蛋白質を同定することができた。現在,同定されたタンパク質へのカテキンの結合が与える機能変化を解析中である。近年、緑茶の主成分であるカテキンが、抗癌、抗アレルギー、老化抑制、血圧上昇抑制、脂質代謝改善作用などの生理作用を持つことが報告され、緑茶の飲用による生活習慣病の予防効果に大きな期待が寄せられている。しかし、カテキン類のこのような生理作用の作用機序は十分には解明されていない。我々は、カテキンとタンパク質の相互作用を調べる過程でカテキンがペプチド中のシステイン残基のチオール基と付加体を形成することを見出している。本研究は、この現象がカテキンの多様な生理作用の発現の一端を担っていると考え、タンパク質システイン残基へのカテキンの結合カミタンパク質機能に及ぼす影響を調べるとともに、カテキンが結合する標的タンパク質を培養細胞中から同定し、その機能とカテキンの生理活性の関係を解明することを目的として遂行した。はじめにモデルタンパク質を用いてカテキン付加タンパク質の検出方法の開発を行った。緑茶に含まれる主要なカテキンであるエピガロカテキンガレート(EGCG)、エピカテキンガレート、エピガロカテキン、エピカテキンとグリセルアルデヒド3-リン酸デヒドロゲナーゼ(GAPDH)をインキュベートし、SDS-PAGEによって分離後にPVDF膜に転写し、カテコール基に特異的なRedox cycling染色法によりカテキン付加タンパク質の検出を行ったところ、陽性バンドが検出されカテキンの付加を確認することができた。また、GAPDHの活性中心であるシステイン残基がカテキンによって修飾されることで酵素活性が低下することを明らかにした。さらに培養i細胞にEGCGを投与し、得られた細胞ライセートを同様の検出方法で分析した結果、いくつかの陽性バンドが確認された。現在、培養細胞系におけるカテキン標的タンパク質の同定を試みている。
放物的ヒッグス束とそのモヂュラス多様体

本研究では、まずリーマン面上の放物的ヒッグス束のモヂュラス多様体を階数が3以上の場合について研究した。階数2の場合には既にモヂュラス多様体が重みと呼ばれるパラメーターに無関係に微分同相であることが解っているが階数3以上の場合も放物的対と呼ばれる放物的ヒッグス束を含むもののモヂュラス多様体が重みに関係なく同じベッチ数を持つことが解った。また放物的対の空間からあるアファイン空間へのスムースな写像があり一つのファイバーが放物的ヒッグス束のモヂュラス多様体になっていることが解った。これによりこのファイブレイションがスムースな変形になっていることが期待される。それがわかれば当初の目的は達成される。第二にモヂュラス多様体がほとんどの放物的構造については有理的であることを証明した。どんな放物的構造についても有理的であることが予想されるが問題は通常のベクトル束の場合に帰着される。またこの研究を通じて放物的線形束をテンソル積するという操作によってモヂュラス多様体間のヘッケ対応を解釈できることが解った。さらに代数曲面上の放物的ベクトル束についてそのモヂュラス多様体の次元や非特異性を具体的な幾つかの曲面、放物的因子について調べた。この場合に一つの曲面を固定し放物的因子をいろいろ取り替えた場合にモヂュラス多様体がどう変化するかを調べていくと通常のベクトル束の場合とも関連がでてくるのが推測された。現在は次元などをチャーン類などを使ってある程度一般的な場合での表示できるよう計算している。