hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
小腸上皮の時期的・部位的分化機構の解明

小腸吸収上皮細胞は均質な細胞集団として捉えられがちであるが、私たちはこれまでに齧歯類を用いて、乳飲期と成熟期では異なる形態を示すことを報告している。そこで、時期・部位特異的吸収上皮細胞について形態学的解析を行い、その特徴が顕著な時期及び部位毎に小腸上皮における遺伝子発現を網羅的に解析した。また、小腸上皮から幹細胞を含む陰窩を単離、器官培養した結果、単離後の幹細胞から生じる細胞は本来の時期や部位の特徴を示すことが明らかになった。研究計画では、小腸粘膜よりRNAを抽出する計画であったが、上皮細胞以外が多く混入し、得られた結果が上皮細胞、特に分化した細胞の存在する絨毛部の上皮細胞を反映しにくいことから、計画を変更した。より分化した上皮細胞の性質を反映すると思われる絨毛上皮を単離することができ、また、単離した陰窩より、オルガノイドを作製することができた。単離した絨毛、陰窩の上皮とオルガノイドを用いてマイクロアレイ解析を行うことで、分化した上皮、または未分化の上皮に発現する遺伝子についての情報が得られることが考えられる。組織学今年度確立された絨毛上皮、陰窩上皮の単離とオルガノイド作製法を使い、時期別、部位別にそれぞれの小腸上皮特有の発現遺伝子をマイクロアレイによって解析する。その結果から高分子物質のトランスサイトーシス、エンドサイトーシスに関わる遺伝子の変動について情報を得る。当初の研究計画では、平成25年度に吸収上皮細胞を形態学的に検索し、最も特徴が表れている時期と部位を決定後、マイクロアレイ解析まで行う予定であった。しかし、平成25年度内にマイクロアレイ解析に着手することができなかった。研究計画では、平成26年度においても、マイクロアレイ解析を予定していたため、若干遅れてはいるものの、おおむね順調に進展しているといえる。今年度は1陰窩上皮と絨毛上皮を単離する方法、オルガノイドの作製法等に時間を割いたこと、また、2乳飲期マウス小腸より、部位を特定して絨毛上皮と陰窩上皮を単離することが困難であることから、マイクロアレイ解析が遅れている。このマイクロアレイにかかる費用を今年度は使用していないことから、次年度使用額が生じた。当初計画していたように、小腸粘膜よりRNAを採取し、発現している遺伝子について、マイクロアレイ解析を行う。しかし、小腸粘膜には上皮以外に結合組織、平滑筋等が含まれることが考えられる。近年、小腸の陰窩上皮のみを分けることが可能であり、単一のLgr5陽性細胞から、全ての小腸上皮細胞を作成することができるという報告(Sato T et al. 2009)がなされ、その方法の詳細についても公開されている(Sato T and Clevers H, 2013)。小腸粘膜に含まれる上皮細胞以外の影響をできる限り除くために、マウス小腸を用いて、陰窩上皮のみを分けて採取し、培養によって、絨毛様構造を形成することを試みる。陰窩より絨毛様構造が形成できた場合、それを用いてマイクロアレイ解析を行う。得られたマイクロアレイ解析の結果から、乳飲期と成熟期、小腸上部と小腸下部の吸収上皮細胞の差異について詳細に検討を行う。今年度の早い時期に乳飲期マウス小腸より、部位を特定して絨毛上皮、陰窩上皮を単離し、成熟期と共にマイクロアレイ解析を行い、特異的発現遺伝子を明らかにする予定である。
数値計算による格子ゲージモデルの相構造の研究とその相転移現象への応用

本研究においては、物理学の種々の分野において近年益々その重要性が明らかとなっているゲージ理論について、その非摂動的定式化である格子ゲージ理論を、主に数値計算的手法を用いて調べ、その結果を相転移現象に応用することを目的とする。本研究において、3次元および4次元のゲージ理論の多彩な相構造が明らかとなり、強相関電子系、量子スピン系および素粒子論や宇宙論で重要であるヒッグスゲージ理論に関する新しい知見を得ることが出来た。本研究においては場の量子論において重要な位置を占めるゲージ理論について、主に計算機を用いた数値シミュレーションにより、その相構造、臨界領域における低エネルギー励起、位相的励起の振る舞い等を調べ、その結果を超伝導、量子スピン系などの物性現象の解明に応用することを目的とする。今年度の研究においては高温超伝導現象における不純物効果、特に不純物の濃度が増すことによりその相転移の振る舞いがどのように変化するかを調べた。具体的には不純物がない場合に2次の超伝導相転移を起こしていた系が、不純物の増加により3次転移となり、さらにその転移が消え去ることが数値実験により観測された。この結果は単に高温超伝導現象に留まらず、近年その重要性が増しつつある光学格子上の極低温原子系の実験についても重要な知見を与えた。また、物理的に大変興味深い対象であるウラン化合物・強磁性超伝導体の有効モデルを提唱し、その相構造を数値実験により調べた。強磁性の自発磁化をゲージ場により表し、そのゲージ場は超伝導現象を記述するスピン三重項クーパーペアと相互作用するという、場の量子論的に見ても大変興味深いゲージモデルとなっている。このモデルを調べることにより、観測されている現象のより良い理解が得られた。本研究においては場の量子論において重要な位置を占めるゲージ理論について、主に計算機を用いた数値シミュレーションにより、その相構造、臨界領域における低エネルギー励起、位相的励起の振る舞い等を調べ、その結果を超伝導、量子スピン系などの物性現象の解明に応用ることを目的とする。今年度の研究活動においてはまず、極低温光学格子上原子系で実現される強い斥力を持つ原子系の相構造を、高温超伝導現象を記述ずるt-Jモデルを用いて調べた。数値計算により調べた結果は、反強磁性と超流動の共存相の存在を示し、極低温原子系の実験物理学研究者に多くの示唆を与えることとなった。次に多くの現象で表れる内部自由度を持つ超流動系について調べた。数値実験の結果内部自由度の個数によってその相構造が大きく異なるとの知見を得た。これはこれまでの一般的な考えを崩し、さらなる研究の必要性を示唆した点に意義が認められる。2次元層構造を持つフラストレートしたスピン系の研究を、Z2ゲージ理論の相構造を調べることにより行った。数値計算による研究結果は種々の相の存在を示唆し、2次元系の反強磁性スピン有機物質の実験的研究に大きな示唆を与えた。また、近年特に多くの研究者に興味を持たれている強磁性超伝導現象についてモデルを構築し、その相構造を調べる研究を行った。従来の常識を覆す実験結果を再現する可能性が明らかとなった。得られた研究成果については近日中に発表予定である。本研究においては、近年重要になりつつある種々の強相関物性現象、および量子効果が顕著に表れる多体現象を、場の量子論を用いて解析・研究することを目的とする。また、量子測定により、その量子状態がどのように影響を受けるかもその研究対象とする。研究手法は計算機シミュレーションを含むが、その手法の開発・改良も重要な研究目的である。本年度はその様な背景を受けて、強磁性超伝導現象、極低温原子系の物理、および連続量子測定下における量子波束の挙動について研究を行った。まず、強磁性超伝導現象に関しては提唱されている現象論的モデルを数値計算による解析が可能な格子モデルとして再構築し、計算機実験によりその相構造・臨界領域での振る舞いを調べ、観測されている実験事実を再現することを示した。また高温超伝導現象に関しては、フェルミオンの数値計算が困難なため、ホッピング展開という解析的方法により積分を行い、高温超伝導物質の反強磁性転移、金属-絶縁体転移および超伝導転移について調べ、低ドープ領域の物性・相構造を正しく再現することを示した。極低温原子系に関しては特に斥力が強い場合の相構造について調べ、その相構造について予言を行った。最後に量子測定による波束への影響について、拡張されたシュレーディンガー方程式を数値的に解き、その挙動に着き興味深い結果を得た。
顎顔面領域を支配する大脳皮質体性感覚野におけるシナプス入力の同期性解析

げっ歯類の体性感覚野に存在するバレル野は、ヒゲによって担われる体性感覚情報を処理し、極めて典型的な機能円柱構造を有することから、顎顔面領域における感覚を鋭敏に保つ機序を解明する上で最適の領野である。平成15年度、研究代表者はII/III層の錐体細胞ペアから同時にホールセル記録を行い、自発性の抑制性シナプス後電流(sIPSC)が同期するか否かをCross-Correlation解析法を用いて調べた。その結果、同一円柱内からの記録では、約90%のペアにおいて同期したsIPSC入力を観察し、一方、異なる円柱から記録した場合でも約70%のペアでsIPSCの同期性を確認した。また、約半数で振幅が大きく頻度が極めて高いバースト状のsIPSC入力を認め、そのほとんどは細胞間で同期することを明らかにした。これらの結果は、バレル領野において抑制性細胞、特にバースト状のsIPSCを発生する抑制性細胞の軸索が円柱を超えて投射し、近位のみならず遠位に存在する錐体細胞をも同期して抑制する可能性を示唆する。そこで平成16年度、この同期性を生み出すバレル野II/III層におけるGABA_A受容体を介する抑制性シナプス伝達の生後発達を調べた。非錐体細胞と錐体細胞から同時にホールセル記録を行い、非錐体細胞に細胞内通電して活動電位を発生させて錐体細胞から抑制性シナプス後電流を記録し、非錐体細胞-錐体細胞間における抑制性シナプスの素量解析を行った。その結果、II/III層の抑制性シナプス伝達において、シナプス前膜における放出確率の上昇は生後10-12日齢までの早い段階で完了するのに対し、Readily releasable poolの数は少なくとも生後4週まで増加し続けることが明らかとなった。大脳皮質における神経活動は、II/III層に存在する錐体細胞の水平結合を介して伝播する。この円柱-円柱間の信号伝達は大脳皮質における情報処理に重要であるが、その詳細な制御機構はいまだ不明である。げっ歯類のバレル領野にはヒゲ一本一本に対応する明瞭な機能的円柱が存在し、薄切スライス標本で容易に確認できるため、この信号伝達の制御機構を調べるのに優れた系である。そこで、幼弱マウス(生後11-21日齢)大脳皮質からバレル領野を含むスライス標本を作製し、錐体細胞ペアが同一円柱に存在する場合としない場合の抑制性入力の同期性について検索した。II/III層の錐体細胞ペアから同時にホールセル記録を行い、自発性の抑制性シナプス後電流(sIPSC)が同期するか否かをCross-Correlation解析法を用いて調べたところ、同一円柱内からの記録では、約90%のペアにおいて同期したsIPSC入力が観察された。一方、異なる円柱から記録した場合でも約70%のペアでsIPSCの同期性が観察された。また、約半数で振幅が大きく頻度が極めて高いバースト状のsIPSC入力を認め、そのほとんどは細胞間で同期していた。さらに、膜電位感受性色素を用いた光学計測法により、IV層の電気刺激による興奮伝播を観察したところ、II/III層では円柱構造を越えて広がること、そして味覚野である島皮質ではこの広がりが大きいことが明らかとなった。
空間の離散的,組み合せ的性質に関する研究

論文"On a characterization of the grassmanngraphs and Johnson graphs"をJ.Comb Theory Bに投稿中であるが、その論文中のLommaについてもっと一般的な形に拡張できることをA.E.Brouwerによって指適され、沼田は、その中でまだ未解決であった、互いに離れている3点を含まないときについて、グラフを完全に決定した。二人のこの結果を別の論文としてまとめた。近日中にしかるべき雑誌に掲載される予定である。11月には大阪大学においてこの結果を説明した。擬球への余次元の低い作用について研究した。余次元1の場合には、概ね極大トーラスの作用をもつことが示された。ほんとの作用をもつかについてはまだ検討中である。
アレルギー性鼻炎に対する光線力学的新治療法の開発

本研究はアレルギー性鼻炎に対するアミノレブリン酸を用いた光線力学的治療を開発する目的で行った。通年性アレルギー性鼻炎患者2名にアミノレブリン酸溶液を鼻内に塗布し、波長635nmのLED赤色光を鼻腔内に照射したところ、鼻腔内の痛みを伴った。その他の合併症は認めなかった。治療前後の平均総合鼻症状スコアの比較では、治療3日後までは一時的に鼻症状が悪化し、その後は治療前よりも症状の軽減傾向を認めた。以上より、光線力学的治療によって鼻粘膜が一時的にアポトーシスし、その後、正常鼻粘膜の再生により鼻粘膜のバリア機能が復活した事で、アレルギー性鼻炎症状が改善していくのではないかと考えられた。本研究は、アレルギー性鼻炎(AR)に対する、光線力学的治療(PDT)を用いた新治療を確立する事が目的である.ARは抗原が鼻粘膜上皮から侵入し,鼻粘膜でアレルギー反応が誘発され症状を引き起こす疾患である.アレルギー患者では粘膜上皮の異常から抗原の侵入が容易になっていると考えられる.そのため本研究では、天然アミノ酸であるアミノレブリン酸(5-ALA)を使ったPDTにて、その異常粘膜上皮を正常化するものである.基礎研究では、アレルギー性鼻炎モデルのマウス作成に成功した。卵白アルブミン(OVA)水溶液とImject Alumを3:1の割合で混合したものを200μL腹腔内に投与し、OVAに対するアレルギーを誘導した。その1週間後より4日間、生理食塩水に溶解した40mg/mLのOVA溶液10μLを1日2回鼻腔投与をおこなって鼻炎症状を誘導し、くしゃみ及び鼻掻行動の観察により症状評価をおこなった。今後は予定通り、5-ALAを鼻粘膜に投与し、5-ALAの集積した鼻粘膜の検討を行う。さらに、PDTを行い、鼻粘膜のリモデリングの組織的解析を行う。臨床研究では、千葉大学IRB審査を通過した。今後はアレルギー性鼻炎患者のリクルートを行い、実際に5-ALAを鼻内に塗布しPDTを行う。その後、花粉曝露室において症状解析を行う。症状は自覚的アンケートを行い、くしゃみ・鼻漏・鼻閉・鼻のかゆみの4項目に対し、30分ごとに4段階のスコアリングを行う。基礎研究においては、アレルギー性鼻炎モデルマウスの作成に成功した。臨床研究においては、千葉大学IRB審査を通過した。現在、上記の途中経過であり、おおむね順調に進展していると考えられる。光線力学的治療の最大の合併症は光線過敏症であるため、慎重にプロトコールを検討した後、千葉大学IRBから承認をうけた。世界初のアミノレブリン酸鼻内塗布による光線力学的治療であるため、primary end pointを安全性、secondary end pointを有効性とする第III相試験とした。有効性を評価するため季節性ではなく通年性の鼻アレルギー患者を対象とした。通年性アレルギー性鼻炎患者2名に試験を行った。アミノレブリン酸溶液を鼻内に塗布し、波長635nmのLED赤色光を鼻腔内に照射したところ、2名に鼻腔内の痛みを伴った。その他の合併症(光線過敏症・肝機能異常・悪心・嘔吐)は認めなかった。鼻腔の痛みは治療後3日には消失した。治療前後の平均総合鼻症状スコア(水っぱな、くしゃみ、鼻づまり、鼻のかゆみの自覚症状スコア)の比較では、治療3日後までは一時的に鼻症状が悪化し、その後は治療前よりも症状の軽減傾向を認めた。(治療前3日間平均値vs治療1ヶ月後3日間平均値;被験者1: 4.7vs1,被験者2:5.7vs1.7)特に、くしゃみ症状は完全に消失した。日本アレルギー性鼻炎標準QOL調査票を用いた症状スコアも治療1ヶ月後で軽減傾向だった。(治療前vs治療1ヶ月後;被験者1: 35 vs5,被験者2: 14 vs7)アレルギー性鼻炎に対するアミノレブリン酸を用いた光線力学的治療は鼻症状軽減に効果がある可能性が示唆された。症状が治療3日後まで一時的に悪化する事から、光線力学的治療によって鼻粘膜が一時的にアポトーシスし、その後、正常鼻粘膜の再生により鼻粘膜のバリア機能が復活した事で、アレルギー性鼻炎症状が改善していくのではないかと考えられた。本研究にて、アレルギー性鼻炎に対するアミノレブリン酸を用いた光線力学的治療は鼻粘膜のバリア機能の再生による鼻症状軽減に効果がある可能性が示唆された。一方で、光線力学的治療時の鼻腔の痛みが生じたことから、これを軽減する目的でアミノレブリン酸溶液塗布方法の変更が必要と考え、新たなプロトコールを作成し、千葉大学IRB審査を行い承認された。有害事象の報告と検討および新プロトコール作成・IRB審査に時間がかかったため進捗はやや遅れている状況である。千葉大学IRBから承認をうけた。

その他の合併症(光線過敏症・肝機能異常・悪心・嘔吐)は認めなかった。鼻腔の痛みは治療後3日には消失した。治療前後の平均総合鼻症状スコア(水っぱな、くしゃみ、鼻づまり、鼻のかゆみの自覚症状スコア)の比較では、治療3日後までは一時的に鼻症状が悪化し、その後は治療前よりも症状の軽減傾向を認めた。(治療前3日間平均値vs治療1ヶ月後3日間平均値;被験者1: 4.7vs1,被験者2:5.7vs1.7)特に、くしゃみ症状は完全に消失した。日本アレルギー性鼻炎標準QOL調査票を用いた症状スコアも治療1ヶ月後で軽減傾向だった。(治療前vs治療1ヶ月後;被験者1: 35 vs5,被験者2: 14 vs7)疼痛はアミノレブリン酸溶液の酸性度であることを考慮し、アミノレブリン酸に対する溶媒を変更し新プロトコールで千葉大学IRBから承認を受けた。アレルギー性鼻炎に対するアミノレブリン酸を用いた光線力学的治療は鼻症状軽減に効果がある可能性が示唆された。症状が治療3日後まで一時的に悪化する事から、光線力学的治療によって鼻粘膜が一時的にアポトーシスし、その後、正常鼻粘膜の再生により鼻粘膜のバリア機能が復活した事で、アレルギー性鼻炎症状が改善していくのではないかと考えられた。本研究はアレルギー性鼻炎に対するアミノレブリン酸を用いた光線力学的治療を開発する目的で行った。通年性アレルギー性鼻炎患者2名にアミノレブリン酸溶液を鼻内に塗布し、波長635nmのLED赤色光を鼻腔内に照射したところ、鼻腔内の痛みを伴った。その他の合併症は認めなかった。治療前後の平均総合鼻症状スコアの比較では、治療3日後までは一時的に鼻症状が悪化し、その後は治療前よりも症状の軽減傾向を認めた。以上より、光線力学的治療によって鼻粘膜が一時的にアポトーシスし、その後、正常鼻粘膜の再生により鼻粘膜のバリア機能が復活した事で、アレルギー性鼻炎症状が改善していくのではないかと考えられた。基礎研究においては、アレルギー性鼻炎モデルマウスの鼻粘膜を採取し、コントロール群とPDT郡の組織学的検討を行う。臨床試験においては、アレルギー性鼻炎患者のリクルートが重要である。また、PDT後の安全性を十分に検討する事が、今後の実用化に向けて重要である。PDT前後の症状を鼻アレルギースコアを用いて比較し、有効性を検討していく。アレルギー性鼻炎に対するアミノレブリン酸を用いた光線力学的治療のアミノレブリン酸溶液鼻内塗布方法を変更した新プロトコールに従って、新しい試験を進めていく。鼻アレルギーに対する光線力学的治療の有効性が示唆されているため、症例数を増やし、かつ、安全性の高い新治療を開発する予定である。アレルギー性鼻炎前倒し支払い請求額は米国Thomas Jefferson Universityとの本研究の共同研究を企画していたためのものであったが、次年度に行う事はなくなった。最終的には最初の計画に戻ったため、研究達成に支障はない。旧プロトコールの研究成果を英論文および学会発表を次年度に行う予定であるため。
喫煙の造精機能におよぼす影響について.

当教室では、1984年より喫煙による尿変異原性の出現を調べてきたが、Ames試験にて喫煙者は受動喫煙者、非喫煙者と比べて尿変異原性を示した。また受動喫煙動物モデルとしてFisher344ラットを副流煙に暴露させたが、Ames試験にて有意な尿変異原性の上昇を認め、^<32>Pポストラベル法でラット尿抽出物にH-ras癌原遺伝子プラスミドDNAへの付加体形成能が認められた。そこで本研究では各種環境条件下において男子非喫煙者のタバコ煙吸入が精液所見および生殖細胞に及ぼす影響について調べるために、以下のことを行った。1)男子不妊症外来受診者における喫煙の有無と精液所見の関係を解析した。2)受動喫煙の動物モデルを用いて精巣生殖細胞におけるDNA付加体の形成を検討した。まず我々は、喫煙と精液所見の解析を行うために京都大学病院泌尿器科不妊外来を受診した男子116名について精液検査を施行し、1日喫煙量と精子濃度および精子運動率の関係を調べた。その結果、有意ではないが喫煙量が多いほど精子濃度が低い傾向があった。精子運動率に関しては、喫煙の有無との関連性は認められなかった。つぎにラット精巣生殖細胞におけるDNA付加体形成の検討を行った。雄344ラット、4匹(体重100-150g)にたいし、タバコを15分間自然燃焼させて、1時間毎に4回、副流煙をケージ内に導きいれた。副流煙の暴露を5日間繰り返し、6日目に精巣を摘出、そのDNAを抽出した。そして^<32>Pポストラベル法のヌクレアーゼP1変法によりDNA付加体の解析を行った。しかし現在のところ、付加体は認めておらず、副流煙の暴露量を増やして解析を再度行う予定である。
理工系学生を対象にした制御の実装と理解を容易にするリアルタイムOS学習教材の開発

大学の理工系において,研究用途で開発されるシステムは組み込みシステムである場合が多い,また,近年は機能及び保守性等を満たすため,リアルタイムOS(以降, RTOSと表記)を使用する場面が増えつつある.しかしながら,理工系学生が在学中に組み込みシステムやRTOSを学ぶ機会は十分でない.そこで,学生が実際に手を動かしながらRTOSの基礎を習得できることを目的として,学習教材の試作を行った.ハードウェアには教育用レゴマインドストームEV3(以降, EV3と表記)を採用した. EV3はサーボモーター,各種センサー,それらを制御するインテリジェントブロック等から構成される.一般的な組み込みシステムの構成と非常に良く似ていて,学習教材として適している.ソフトウェアプラットフォームにはEV3RTを採用した. EV3RTは,国産RTOSのTOPPERSにEV3向けカスタマイズを施したもので,コアにTOPPERS/HRP2カーネルを採用している.試作した学習教材は,事前の説明文・サンプルプログラムの実装と動作確認・事後の説明文で構成している.見やすさや参考資料とのリンクしやすさを考慮して, HTML・CSSを使用して作成した.試作した教材は,初めて組み込みシステムに触れる学生を想定して,最小限のところから始めるように構成した.まずLCDへの表示を制御するところから始めて,次に複数タスクの実行,サーボモーターの制御,各種センサーの取り扱いなど,組み込みシステムでよくある内容を順に取り入れた.本教材は,初めて組み込みシステムおよびRTOSに触れる学生にとって,有効なものと考えている.大学の理工系において,研究用途で開発されるシステムは組み込みシステムである場合が多い,また,近年は機能及び保守性等を満たすため,リアルタイムOS(以降, RTOSと表記)を使用する場面が増えつつある.しかしながら,理工系学生が在学中に組み込みシステムやRTOSを学ぶ機会は十分でない.そこで,学生が実際に手を動かしながらRTOSの基礎を習得できることを目的として,学習教材の試作を行った.ハードウェアには教育用レゴマインドストームEV3(以降, EV3と表記)を採用した. EV3はサーボモーター,各種センサー,それらを制御するインテリジェントブロック等から構成される.一般的な組み込みシステムの構成と非常に良く似ていて,学習教材として適している.ソフトウェアプラットフォームにはEV3RTを採用した. EV3RTは,国産RTOSのTOPPERSにEV3向けカスタマイズを施したもので,コアにTOPPERS/HRP2カーネルを採用している.試作した学習教材は,事前の説明文・サンプルプログラムの実装と動作確認・事後の説明文で構成している.見やすさや参考資料とのリンクしやすさを考慮して, HTML・CSSを使用して作成した.試作した教材は,初めて組み込みシステムに触れる学生を想定して,最小限のところから始めるように構成した.まずLCDへの表示を制御するところから始めて,次に複数タスクの実行,サーボモーターの制御,各種センサーの取り扱いなど,組み込みシステムでよくある内容を順に取り入れた.本教材は,初めて組み込みシステムおよびRTOSに触れる学生にとって,有効なものと考えている.
ニコチン代謝能とストレス反応因子及びその他の生活習慣が離脱症状に及ぼす影響の研究

禁煙外来新規受診者を対象にニコチンとtrans-3'-hydroxycotinineの測定し、ニコチン代謝能を推定した。ニコチン代謝能を中央値で高い群と低い群にカテゴリー分類した。治療開始後2週間の尿中コチニン量の変化への影響を、ニコチン代謝能と時間の交互作用項をもとめて検討を行った。ニコチン代謝能の高低に関わらずコチニン量は大きく低下し、交互作用の影響は確認できなかった。酸化ストレスマーカーの変化量にはニコチン代謝能×時間の交互作用が示唆された。しかしながら、この影響は統計学上有意なものではなかった。研究協力者が所属する禁煙外来を行う医院において収集されたデータ及び検体の整理を行った。対象者の基本的な特性や生活習慣、食習慣、運動習慣、喫煙歴に関わる項目は紙媒体で収集し、電子化を行った。早朝尿及び随時尿の検体は分注・ラベル表示後ー70度のフリーザーに分類、保管した。早朝尿及び随時尿を用いた検査値の測定を開始した。これまでにニコチン、コチニン等の喫煙にかかわる基礎的な検査項目に加え、ストレス反応に関わる指標を数種類測定した。測定データは電子化し、クレアチニン補正や対数変換を行うなど、データ解析を行うための基礎的な準備を行った。また、質問票で収集されたデータと検査値のデータを突合させ、データのクリーニングを行った。既存研究の文献検索を行い、喫煙者が禁煙を試みる際に生じる離脱症状とニコチン代謝能、さらにその関係に影響を及ぼす要因に関わる論文の収集を行った。また離脱症状は喫煙者が禁煙を試みる際の妨げになるという報告に着目し、それらを緩和する可能性について取り上げている論文を調べ、本研究の解析及び考察の参考とした。解析の前段階として、対象者の年齢、性別、喫煙歴、運動量、栄養摂取量、禁煙治療の状態など、基本的なデータ解析を開始した。禁煙治療が対象に及ぼす各指標への影響は、年齢、BMI、アルコール摂取、ビタミン等の栄養摂取、睡眠の状況等により若干の変化があることが示唆された。これらより、本研究は禁煙を試みようとする喫煙者および禁煙外来に関わる医療従事者に基礎的なデータを提供することになり得ると考える。昨年度に引き続きデータ収集を行い、収集データの保存、管理、電子化を行った。データクリーニングを行った。収集された早朝尿及び随時尿の検体からコチニン値とtrans-3'-hydroxycotinineの値を測定した。それぞれの比を取り、ニコチン代謝能を定義した。コルチゾール及びカテコールアミンを測定して、ストレス反応の指標とした。また、TDSスコアをもちいてニコチン依存度を確認した。収集済みのデータを用いて、暫定的な解析を行った。喫煙への依存度を示すTDSスコア(0-10)は男性平均7.7、女性平均8.3であり、男女ともに依存度が高い事が示唆された。ニコチン代謝能はコチニン値とtrans-3'-hydroxycotinineの比をとって求めた。平均値は男性1.8、女性1.2であり、男性の代謝能がやや高いことが示唆された。アルコール摂取量と有意な正の相関があることが示唆された。また、BMIとは負の相関が、身体活動量とは正の相関がそれぞれ有意では無いが示唆された。睡眠の質はピッツバーグ睡眠質問票日本版を用いて調べ、ニコチン代謝能と睡眠効率の悪化に正の関連が観察された。すなわち、ニコチン代謝能の高い人に睡眠効率の低下が示唆された。睡眠の質の低下は禁煙に伴う離脱症状の一つとして報告されている。またアルコール摂取量が禁煙により一時的に増加することも考えられる。本研究では禁煙治療をもとめて受診する人で禁煙の離脱症状と同様の要因を持っている人に、高いニコチン代謝能力を持つ人がある事が示唆された。高いニコチン代謝能力を持つ人が禁煙前からこのような症状を持つことで、その後の禁煙治療に影響を及ぼす可能性も考えられる。そのため、本研究で得られた知見は禁煙を志す人や禁煙治療に携わる医療関係者に有用な情報となり得る。データの収集はほぼ終了しているが、未だ継続中の症例についてはその状況を確認する。本研究のデータ収集の全体の状況を確認し、不具合がある場合にはそれを記述して修正する。収集された検体の測定状況について確認する。質問票のデータを整理する。電子化されたデータの入力のエラーや突合の不具合、つじつまの合わない箇所等を確認する。さらに、分析を開始するために、本研究の目的となる指標を確認して作成する。収集されたデータをまとめ、学術的な信頼のおける統計ソフトを用いて解析を行う。暫定的に行った解析結果に最終的なデータを加え、より包括的な検討を行う。本研究は特に治療開始時のストレスの指標や、離脱症状にみられる要因と喫煙に関わる指標との関連を詳細に調べることを目的とするため、層別解析や相互作用因子をモデルに入れる等の方法で交絡因子を慎重に調整して検討する。研究の結果をまとめて、既存研究と照らし合わせて解釈及び考察を行う。今後はコチニン代謝能とストレス反応の指標との関連を検討する。また離脱症状の中で未だ詳細な解析を行っていない要因について検討する。結果は研究協力者と随時内容の精査を行う。関連する専門家の集まりや、学術総会において、研究結果を発表するための準備を行う。

研究結果を公表し、得られた助言等を参考に更に解析を行い、検討を加える。研究の内容について、著作件に抵触しない範囲でホームページを作成し、研究に協力して下さった方に加え、広く一般にも公表する。研究結果を論文にまとめて学術誌に投稿する。ニコチン代謝能が喫煙量に影響を及ぼし、また禁煙時の離脱症状が禁煙の妨げとなる事が報告されている事より、ニコチン代謝能が禁煙時に現れる離脱症状の有無や強さに影響を及ぼす事が考えられる。そこで、ニコチン代謝能と離脱症状との関連を明らかにし、更に、ストレスの度合いを示すコルチゾールと生理的ストレスの指標であるカテコールアミンの分泌量や、生活習慣がニコチン代謝能と離脱症状との関連にどのような影響を及ぼしているか調べる事を目的とした。また、喫煙依存のある者は睡眠障害を有する頻度が高く、また飲酒やコーヒー摂取等他の依存行動を持つ者が非喫煙者よりも高い事がわかっている。本研究では禁煙時の離脱症状にこれらの要因がどのように関わっているかを明らかにする。禁煙外来に通う患者を対象として、妥当性の確認された質問票を用いて喫煙への依存度、飲酒、コーヒー摂取の状況、運動及び睡眠の状態、栄養摂取等の生活習慣に関わる要因について調査した。更に早朝尿及び随時尿の検体からマーカーの測定を行った。これらのデータを収集し、禁煙治療を受ける人の離脱症状の有無や強さとニコチン代謝能との関係について検討を行った。層別解析や相互作用を検討し、また性別や年齢、肥満度、既往歴等の交絡要因を調整して検討を行った。禁煙外来には様々な特性を持つ人々が受診することが考えられる。本研究の結果は禁煙を試みる喫煙者や治療に携わる医療従事者に資する情報を提供する。所属の異動があり、調査は問題無く継続したが、資料やデータの引っ越しに想定以上の時間を要した。コチニン、trans-3'-hydroxycotinineを測定した。これらからニコチン代謝能を推定した。更に、コルチゾール及びカテコールアミンの測定を行った。禁煙治療の過程でおこる検査値の変化を調べ、年齢、性別、BMI、食習慣、運動量、既往歴等との関連を調べた。収集されたデータの解析を行った。酸化ストレスマーカーはhigh performance liquid chromatography electrochemical detector法で測定した。また、コルチゾール、カテコールアミン、レプチン、他の値を測定した。コチニン、8-isoprostane, 8-OHdGをクレアチニンで補正した値をもとめ、禁煙後の変化を観察した。更に、これらの値と喫煙のニコチン依存の指標、睡眠障害の指標及び依存度の高い生活習慣であるアルコール及びコーヒー摂取との関連を検討した。コチニン量は喫煙後に大きな低下がみられたが、酸化ストレスマーカーの指標には喫煙後の有意な指標がみられなかった件について、更に詳細な検討を行った。ニコチン依存や離脱症状と関連のある要因でカテゴリー分類を行い、酸化ストレスマーカーとの要因との交互作用を検討した。carbohydrate、iron、alpha-tocopherol、fatとの交互作用が示唆された。特に低carbohydrateとcortisolやepinephrineとの関連が示唆された。
日本中世における鋼鉄の金属生産とその流通に関する研究

研究代表者五十川は、日本および中国の梵鐘資料の調査をおこない、古代から中世への日本鐘の製作技術の変遷をほぼ解明するとともに、研究協力者の王衛明・吉田晶子とともに、中国江南地域に残る伝統的鋳鐘技術の民俗調査を実施し、欧州・中国・日本の鋳鐘技術の比較検討をおこない、中国から日本への梵鐘伝来のルートを推定するに至った。また、研究協力者八重樫忠郎は五十川とともに、岩手県平泉藤原秀衡造営の無量光院の梵鐘を鋳造したと考えられる鋳造土坑出土の撞座鋳型の分析をおこない、蓮弁紋様の様式的な位置づけから、その製作年代を推定した。研究分担者の久保智康は、東シナ海に浮かぶ九州五島列島をはじめ、中国南部の広東省周辺に遺存している伝世品の銅鋳物の調査を続行して、日本中世において「唐物」と呼ばれた銅製品の生産と流通、ならびに、その社会的意義について検討をおこなった。横田冬彦は、文献史学の立場から、中世・近世の鋳物師関連史料を総合的に整理して、地域別中世梵鐘鋳物師・真継家支配鋳物師一覧を作成し、日本各地の鋳物生産史を一目で了解できる資料集を完成させた。内田俊秀は、銅製品・銅津の理化学的分析を総合的に進めて、日本における中世から近世への銅精錬の技術的発展の見通しをたてた。これらの研究成果は、平成20年度中に学術論文として発表する予定であるが、そのうち、中国江南地域の伝統的鋳鐘技術の報告、および、日本鐘の鋳鐘技術と比較研究、地域別中世梵鐘鋳物師・真継家支配鋳物師一覧は、『日中梵鐘の鋳造技術と鋳造工人-平成19年度文部科学省科学研究費補助金特別研究促進費・日本中世における銅鉄の金属生産とその流通に関する研究-』として平成20年3月31日に刊行した。内田俊秀は、銅製品・銅滓の理化学的分析を総合的に進めて、日本における中世から近世への銅精錬の技術的発展の見通しをたてた。これらの研究成果は、平成20年度中に学術論文として発表する予定であるが、そのうち、中国江南地域の伝統的鋳鐘技術の報告、および、日本鐘の鋳鐘技術と比較研究、地域別中世梵鐘鋳物師・真継

家支配鋳物師一覧は、『日中梵鐘の鋳造技術と鋳造工人-平成19年度文部科学省科学研究費補助金特別研究促進費・日本中世における銅鉄の金属生産とその流通に関する研究-』として平成20年3月31日に刊行した。
高発癌感受性集団や一般的発癌に対する特異的予防法の開発

1.癌の予後に関係する重要な発癌抑制遺伝子であるp27遺伝子プロモーターを、発癌抑制効果の知られるVitamin D_3(VD_3)が活性化し細胞増殖抑制効果を示すことを明らかにした。この活性化はVD_3受容体を介さずに、Sp1とNF-Yを介していることを見い出した。この結果は、VD_3の副作用として重要な高カルシウム血症の要因となるVD_3受容体を介さない、副作用の少ない薬剤開発の可能性を示唆した。2.食物繊維の代謝産物である酪酸がp21/WAF1を活性化し、この作用はヒストン脱アセチル化酵素(HDAC)阻害効果によることを報告した。これは、p21/WAF1プロモーターのSp1部位のSp1とSp3を介して活性化することを以前見い出していた。更に、今回酪酸が細胞周期停止およびDNA修復に関与するgadd45の発現を誘導することも見い出した。この活性化はプロモーター上のOct-1 boxおよびCCAAT boxの配列を介して起こることを明らかにした。p21/WAF1、gadd45はp53下流遺伝子である。p53は高発癌感受性集団であるリ・フラウメニ症候群の原因遺伝子であり、また、一般的悪性腫瘍の約半分において失活している。このことから、p21/WAF1,gadd45を活性化させるHDAC阻害剤は、リ・フラウメニ症候群の保因者や一般的発癌の特異的予防薬になる可能性が考えられる。3.p53同様にヒト癌の約半数で失活しているp16遺伝子およびそのファミリー遺伝子p15,p18,p19遺伝子プロモーターと、p53下流遺伝子BAX, DR5,Siah-1,PUMA遺伝子プロモーターをクローニングした。そして、その調節薬剤をスクリーニングした結果、幾つかの興味深い薬剤を見い出しつつある。これらの薬剤が新たな癌特異的予防薬につながると期待される。私達はDNA修復に関するgadd45遺伝子プロモーターの活性化物質を検索した結果、△12-プロスタグランディンJ_2や紫外線、及びケルセチンが活性化することを見いだした。この内、植物油に含まれる不飽和脂肪酸の代謝産物であるΔ12-プロスタグランディンJ_2について仔細に検討した結果、5-10μg/mlの濃度においてgadd45遺伝子をプロモーターレベル、mRNAレベルにおいて強く誘導することを見いだした。この現象はp53遺伝子が失活しているHeLa細胞やMG63細胞において見られたことからも、p53遺伝子非依存的であることが示唆された。さらに、プロモーター領域を検討した結果、p53結合領域を除いた領域に反応していることが明らかとなった。これらのことから△12-プロスタグランディンJ_2はp53遺伝子非依存的にgadd45をプロモーターレベルで活性化していることが明らかとなった。更に、G1期停止に関与するWAF1遺伝子を野菜に含まれるフラボノイドの一種であるフラボンがプロモーターレベルで活性化して、G1期停止を起こすことを見いだした。本年度は、別紙の研究業績にあるように、発癌抑制や癌患者の予後に関係する重要な発癌抑制関連遺伝子であるcdk inhibitorであるp27遺伝子プロモーターを発癌抑制効果の知られるVitamin D_3(VD_3)が活性化することにより、細胞増殖抑制効果を示すことを明らかにした。

興味深いことに、VD_3はVD_3受容体を介さずに、Sp1とNF-Yを介してp27プロモーター活性を活性化することを見いだした。この結果は、VD_3の副作用として重要な高カルシウム血症の要因となるVD_3受容体を介さない、すなわち高カルシウム血症のない薬剤開発の可能性を示すデータとして興味深い。また、VD_3が大腸癌などに対する予防効果が知られているが、そのメカニズムとして今回の経路が重要である可能性が高い。さらにリ・フラウメニ症候群のようにp53遺伝子が遺伝的に失活していて発癌リスクの高い人に対して、その標的遺伝子であるWAF1をプロモーターレベルで活性化することが予防に有用である可能性を示し、酪酸などのヒストン脱酵素阻害剤が有用であることを報告してきたが、さらに今回それにWAF1プロモーターのSp3が重要であることを見いだした。私達は食物繊維の代謝産物である酪酸により、p53非依存的にp21/WAF1を活性化されること、及び、この酪酸による作用はそのヒストン脱アセチル化酵素(HDAC)阻害効果によることを以前報告した。本年度はHDAC阻害剤であるSAHAについて、p21/WAF1活性化作用を持つか否かを検討した。その結果、SAHAはp21/WAF1プロモーターのSp1部位のSp1とSp3を介して活性化することを見いだした。他のグループがこのSAHAがマウス乳癌の発生を抑制することを見いだしていることから、HDAC阻害剤は化学予防薬として使用されうる可能性が考えられた。すなわち、発癌感受性の高いリ・フラウメニ症候群においては遺伝的にp53遺伝子が失活しているために、p53の標的遺伝子であるp21が全身の細胞において失活しているために、癌に罹患しやすい可能性が高い。また、p53は喫煙などにより失活し、一般的な悪性腫瘍の約50%において失活しているため、p21を活性化させる薬剤であるHDAC阻害剤はリ・フラウメニ症候群の保因者に対する特異的予防薬、或いは一般的な発癌に対する特異的予防薬になりうる可能性を示した。私達は食物繊維の代謝産物である酪酸がp21/WAF1を活性化し、この作用はヒストン脱アセチル化酵素(HDAC)阻害効果によることを以前報告した。本年度は、酪酸がgadd45の発現を誘導することを見い出した。gadd45は細胞周期停止およびDNA修復に関与し、またp21/WAF1同様に癌抑制遺伝子p53によって誘導される因子であることから、癌予防において重要な因子と考えられる。gadd45は他のHDAC阻害剤トリコスタチンAによっても誘導された。また、その誘導機構はp53非依存的であり、プロモーター上のOct-1 boxおよびCCAAT boxの配列を介して起こることを明らかにした。また、これらの配列を介して紫外線がgadd45の発現誘導を引き起こすことも明らかにした。p53は悪性腫瘍の約半分において失活していることから、p21/WAF1,gadd45を活性化させるHDAC阻害剤は癌の特異的予防薬になる可能性が示唆された。また、gadd45遺伝子プロモーターのOct-1 boxおよびCCAAT boxに作用しgadd45の発現を調節する薬剤も癌の特異的予防薬になる可能性があることが示唆された。さらに、p53同様にヒト癌の約半数で失活しているp16遺伝子およびそのファミリー遺伝子p15,p18,p19遺伝子プロモーターと、p53下流遺伝子DR5,Siah-1,PUMA遺伝子プロモーターをクローニングした。
トランスジェニック植物のウイルス病に対する広域・抵抗性の発現機構に関する研究

近年の遺伝子工学的技術の急速な発展により、植物に各種の有用遺伝子を導入し、様々な形・色・香りを発現させ、品質を向上させることが可能となってきた。そして、今日最も実用的な研究の進んでいるものは植物ウイルス病抵抗性のトランスジェニック植物である。我々は外被タンパク質を導入したトランスジェニック植物が多くの異なった種類のウイルスに対して抵抗性を示す、いわゆる広域抵抗性を示すことを見いだした。即ち、CP発現植物がそれとアミノ酸ホモロジーの高低に関わらず広い範囲で各種のウイルスに抵抗性を示すことが認められた。本研究ではCMVの各系統およびポチウイルス(potyvirus)グループの各種ウイルス(watermelon mosaic virus II;zucchini yellow mosaic virus;tobacco etch virusなど)のCPを発現するトランスジェニック植物(Nicotiana tabacum;N.benthamiana)を作出し、「それぞれのCP:チャレンジウイルス」の各種組合せで抵抗性のレベルとその広域性について詳細に調べ、導入したCPとチャレンジウイルスのCPのそれぞれのアミノ酸配列やそれをコードする塩基配列の間の相関関係を分析することにより、トランスジェニック植物の広域スペクトラムな抵抗性の発現メカニズムを解析することを試みた。本研究によってトランスジェニック植物の実用化に向けての基礎的知見を得ることをが出来た。この分野の研究はまだ未解明な部分が多々残されているが、一定の成果を上げることが出来た。平成4年度はまず、キュウリモザイクウイルス(cucumber mosaic virus,CMV)およびジャガイモYウイルス(potato virusY,PVY)・パパイヤリングスポットウイルス(papaya ringspot virus,PRV)・ズッキーニイエローモザイクウイルス(zucchini yellow mosaic virus,ZYMV)・カボチャモザイクウイルスII(watermelon mosaic virus,WMVII)・チューリップモザイクウイルス(tulip mosaic virus,TBV)の各ポチウイルスを隔離温室において増殖し、純化し、ゲノムRNAを抽出・精製した。さらに、精製したそれぞれのゲノムRNAよりcDNAを合成し、プラスミドベクターにそう入して大腸菌(Eschericia coli)を形質転換しクローニングした。これらの各クローンを用いて、各ウイルスゲノムの塩基配列を決定し、分折の結果明らかになった各ウイルスの外被タンパク質遺伝子をCPCR(custom polymerasechain reaction)法により各ウイルスの外被タンパク質遺伝子を増幅した。えられた増幅外被タンパク質遺伝子DNA断片をユニバーサルな植物発現ベクターにつなぎ込み、発現カセットを構築した。この発現カセット部分を制限酵素により切り出して、TiプラスミドベクターpGA482GGに組み込み、これをAgrobacterium tumefaciensに導入し、リーフディスク法により細胞を形質転換した。これらの植物組織を培地上で培養し、培地の組成を調製することにより再分化を促した。できた幼植物体を須化の後、現在閉鎖系の人工気象器に移して育成中である。まずCMVおよびジャガイモYウイルス(PVY)・パパイヤリングスポットウイルス(PRV)・ズッキーニイエローモザイクウイルス(ZYMV)・カボチャモザイクウイルスII(WMVII)のそれぞれのCP遺伝子により形質転換した植物体を閉鎖系人工気象器を用いて育成した。次いで、F1およびF2の種子を得、これを用いて各クローンの組換え植物を準備し、それらの各々に、機械的に各種のウイルスを接種し、その全身病徴の発現の有無およびその病徴程度を調べた。一方、それらの植物のCPの発現量をELISAにより測定した。接種した各感染植物の体内におけるウイルス濃度の分布やCP発現量の分布を調べた。同時に、各組換え植物の抵抗性のスペクトルを解析した。また、接種源のウイルス濃度の発病に対する影響も調べた。CP発現レベルと抵抗性レベルの間の相関関係についても調べた。その結果、CPの発現量とウイルスに対する抵抗性は必ずしも一定した相関関係にはなく、むしろ、発現量の低いクローンの方が抵抗性を強く示した。また、一般にPVYやPRV、ZYMV、WMVIなどのポチウイルスでは、各種のポチウイルスに抵抗性を示した。このことは、CP導入による組換え植物では、広域抵抗性が発現されることを示している。ポチウイルスでは、接種源の濃度が高くなるほど抵抗性が低下した。しかし、CMVの場合、ある濃度までは抵抗性を示すが、それ以上になると、急に抵抗性が崩れ、激しい病徴を示すことが分かった。

次年度は、これらの点に関するメカニズムを明らかにしたい。キュウリモザイクウイルス(CMV)・パパイヤリングスポットウイルス(PRV)・ズッキーニイエロ-モザイクウイルス(ZYMV)・カボチャモザイクウイルスII(WMVII)などのPotyvirus属ウイルスを隔離温室において増殖したのち、各ウイルスを純化しゲノムRNAを抽出精製した。各ウイルスゲノムRNAのcDNAを合成しクローニングした。CPCR(custom polymerase-chain reaction)法により外被タンパク質遺伝子を増幅し、外被タンパク質遺伝子をユニバーサルな植物発現ベクターにつなぎ込み、発現カセット部分をTiプラスミドベクターpGA482GGに組み込んだのちプラスミドベクターをAgrobacterium tumefaciensに導入し、リ-フディスク法により植物を形質転換した。形質転換した植物組織を培地上で培養し、培地の組成を変えることにより再分化させ、幼植物体を順化の後閉鎖系人工気象器に移した。GUS遺伝子およびCP遺伝子の発現の陽性のクローンを選抜した。F1およびF2の種子を得たのち各トランスジェニック植物クローンに対して機械的に各種のウイルスを接種し、その全身病徴の発現の有無およびその病徴程度を調べた。CPの発現量をELISAにより測定し、感染植物体内におけるウイルス濃度の分布やCP発現量の分布を調べた。また各トランスジェニック植物の抵抗性のスペクトルを解析した。接種源のウイルス濃度の発病に対する影響についても調べた。また、CP発現レベルと抵抗性レベルの間の相関関係についても調べた。その結果、CMV・Potyvirus属ともに、外被タンパク質を導入すると広域なスペクトラムで抵抗性を示すことが明らかとなった。また、外被タンパク質の発現量と抵抗性の程度の間には相関関係は特に認められなかった。今後それらの抵抗性メカニズムについて明らかにする必要がある。
エキシマレーザを用いた新しい光造形システムの開発

本研究では,エキシマレーザ(波長308nmもしくは248nm)を用いて,これを紫外線光源として新しい方式の光造形技術を開発する。具体的には,従来の光造形では,連続発振のArイオンレーザ(351と364nm)やHe-Cdレーザ(325nm)等の1本の細いレーザビーム(直径約0.2mm)を光源として用い一筆書き描画を行っていたが,これをパルス発振であるが,大出力で太いレーザビーム(10mm×20mm)を用いる方式に改め,造形物の製作時間を飛躍的に短縮する。このため,大出力で太いレーザビームの有効活用技術やパルスレーザビームの新しい利用技術を研究開発する。さらに,安価な光造形装置を開発するための要素部品について検討する。既設のエキシマレーザ装置にビームホモジナイザーやレンズ,ミラーで構成される均一ビーム照射光学系を試作して取りつけ,ビーム強度の均一化および効率的な利用方法について検討し,エキシマレーザによる光造形法が従来のレーザを利用する方法に比べ有利なことを確認した。さらに,コンピューター制御のZ軸テーブルを導入し,マスクで切り出されたレーザビームを光硬化樹脂上に照射することにより,3次元造形物の製作を実証した。また,将来必要とされる安価な光造形装置を開発するため,XeClエキシマランプ(波長308nm)と紫外線用光ファイバー・対物レンズおよびX-Yプロッターを組み合わせた方式の光造形装置について、原理実証装置を試作し,造形試験を行った。さらに,同じエキシマランプにN2ガスを封入することにより,N2レーザの発振を試み,これを使った光造形の可能性について検討した。その結果,XeClエキシマランプによる光造形は,紫外線出力をファイバーに導光した場合,伝送効率が予想以上に悪く,紫外線硬化樹脂を硬化するまでに至らなかったが、N2レーザでは,十分な伝送出力が得られ,これを用いて簡単な光造形を行うことができた。具体的には,従来の光造形では,連続発振のArイオンレーザ(351と364nm)やHe-Cdレーザ(325nm)等の1本の細いレーザビーム(直径約0.2mm)を光源として用い一筆書き描画を行っていたが,これをパルス発振ではあるが,大出力で太いレーザビーム(10mmx20mm)を用いる方式に改め,光造形の製作時間を飛躍的に短縮する。本年度は,既設のエキシマレーザ装置(XeCl:308nm)にビームホモジナイザーやレンズ・ミラーで構成される均一ビーム照射光学系を試作して取り付け,ビーム強度の均一化および効率的な利用方法に付いて検討した。またこの時,紫外線硬化樹脂にエキシマレーザ光を照射し光硬化実験を行い,エキシマレーザによる光造形を実証した。光硬化試験は,それぞれのレーザエネルギー密度に対し樹脂の硬化重量・厚さなどの評価を行った。この結果,均一ビーム照射光学系を用いることによりレーザエネルギーが有効に使われ,樹脂硬化量の増加が確認された。さらに,コンピュータ(既設)制御のZ軸テーブルを導入し、テーブル上に形成された造形物を0.2mmづつ樹脂中に降下させながら硬化層を70層重ね,3次元造形物の製作を実証した。

来年度は,照射光学系を改良して複雑な形状の造形物製作を行い,エキシマレーザが光造形に有利な条件を追求する予定である。本研究では,エキシマレーザ(波長308nmもしくは248nm)を用いて,これを紫外線光源として新しい方式の光造形技術を開発する。具体的には,従来の光造形では,連続発振のArイオンレーザ(351と364nm)やHe-Cdレーザ(325nm)等の1本の細いレーザビーム(直径約0.2mm)を光源として用い一筆書き描画を行っていたが,これをパルス発振であるが,大出力で太いレーザビーム(10mm×20mm)を用いる方式に改め,光造形の製作時間を飛躍的に短縮する。このため,大出力で太いレーザビームの有効活用技術やパルスレーザビームの新しい利用技術を研究開発する。本年度は,既設のエキシマレーザと平成9年度に購入したZ軸テーブル等を組み合わせて,実際に光造形試験を行った。また,パルスレーザを光造形に実用化するには,樹脂の硬化時間とレーザパルス間隔時間との差による硬化歪みが大きな問題点となる。このため,本年度はデジタル遅延パルス発生器と高速電子シャッター付きCCDカメラを購入し,硬化に伴う歪みの発生を時間を追って詳細に測定した。また,将来開発を必要とする安価な光造形装置を検討するため,エキシマランプと紫外線用光ファイバー・対物レンズを組み合わせた一筆書き方式の造形装置についても簡単な原理実証装置を試作し,造形試験を行った。その結果,硬化歪みの発生が硬化パターンや硬化順序に依存することは明らかとなったが,さらに詳しい検討が必要である。また,エキシマランプによる光造形は,十分可能性はあるものの効率を上げるにはランプ形状の最適化が必須であることも明らかとなった。次年度これらを引き続き検討する。さらに,安価な光造形装置を開発するための要素部品について検討する。本年度は,将来開発を必要とする安価な光造形装置を開発するため,XeClエキシマランプ(波長308nm)と紫外線用光ファイバー・対物レンズおよびX-Yプロッターを組み合わせた方式の光造形装置について、原理実証装置を試作し,造形試験を行った。また,同じエキシマランプにN2ガスを封入することにより,N2レーザの発振を試み,これを使った光造形の可能性について検討した。その結果,XeClエキシマランプによる光造形は,紫外線出力をファイバーに導光した場合,伝送効率が予想以上に悪く,紫外線硬化樹脂を硬化するまでに至らなかった。一方,N2レーザでは,十分な伝送出力が得られ,これを用いて簡単な光造形を行うことができた。本研究はこれで終了するが,安価な光造形装置開発の可能性が明かとなったN2レーザについて,光造形装置としての最適化および低価格化等について検討する課題が残された。