hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
交流電界の凝集促進効果を利用した高性能静電フィルタの開発

交流電界を印加して微細な汚染物を凝集・粗大化させる凝集部を前段部に配し,直流電界を印加して汚染物を捕捉する捕捉部を後段部に配した構造の静電フィルタを試作した.試作した静電フィルタは円筒型が2種類,直方体型が1種類の計3種類である.円筒型では外周部に凝集部を配置し,内部を捕捉部とした.フィルタ性能に及ぼす凝集部における流れの速度勾配の影響をモデル機で確かめるため,凝集部における流れの向きが軸方向のものと周方向のものを製作した.供給流量6cm^3/sのとき軸方向型で1.5s^<-1>,周方向型で4.7s^<-1>であり,後者の場合は凝集が進行しやすい速度勾配の範囲(約28s^<-1>)に入っている.捕捉部は外側からアース電極、コレクタ,高電圧電極,コレクタ,アース電極という配置とし,汚染物の帯電極性に関係なく,コレクタや電極の上流側表面で捕捉できるようにした.コレクタは再利用性を考慮して,ステンレスメッシュで構成し,コレクタ部の電極表面にもステンレスメッシュを被覆した.直方体型は,フィルタ性能に及ぼす捕捉部の電極やコレクタの配置などの影響を調べるために製作した.実験には市販の鉱物油にJIS試験用粉体を混ぜた模擬汚染油と,製造工場で使用されていた潤滑油の使用済み油を用いて行った.本研究により,以下の結果を得た.(1)凝集部に交流電界を印加した場合は印加しない場合に比べてろ過速度が約2倍になり,本研究で提案する方式の静電フィルタの有効性を実証することができた.しかし,さらに改良していく必要がある.(2)軸方向型よりも周方向型のほうがろ過性能は良く,凝集部における速度勾配の値が凝集に適した範囲に入っていることが重要であることが実機により確かめられた.(3)直方体型静電フィルタを用いて行った実験により,コレクタ部の形状を工夫することでろ過性能がさらに向上できることが示された.交流電界を印加して微細な汚染物を凝集・粗大化させる凝集部を前段部に配し,直流電界を印加して汚染物を捕捉する捕捉部を後段部に配した構造の静電フィルタを試作した.試作した静電フィルタは円筒型が2種類,直方体型が1種類の計3種類である.円筒型では外周部に凝集部を配置し,内部を捕捉部とした.フィルタ性能に及ぼす凝集部における流れの速度勾配の影響をモデル機で確かめるため,凝集部における流れの向きが軸方向のものと周方向のものを製作した.供給流量6cm^3/sのとき軸方向型で1.5s^<-1>,周方向型で4.7s^<-1>であり,後者の場合は凝集が進行しやすい速度勾配の範囲(約28s^<-1>)に入っている.捕捉部は外側からアース電極、コレクタ,高電圧電極,コレクタ,アース電極という配置とし,汚染物の帯電極性に関係なく,コレクタや電極の上流側表面で捕捉できるようにした.コレクタは再利用性を考慮して,ステンレスメッシュで構成し,コレクタ部の電極表面にもステンレスメッシュを被覆した.直方体型は,フィルタ性能に及ぼす捕捉部の電極やコレクタの配置などの影響を調べるために製作した.実験には市販の鉱物油にJIS試験用粉体を混ぜた模擬汚染油と,製造工場で使用されていた潤滑油の使用済み油を用いて行った.本研究により,以下の結果を得た.(1)凝集部に交流電界を印加した場合は印加しない場合に比べてろ過速度が約2倍になり,本研究で提案する方式の静電フィルタの有効性を実証することができた.しかし,さらに改良していく必要がある.(2)軸方向型よりも周方向型のほうがろ過性能は良く,凝集部における速度勾配の値が凝集に適した範囲に入っていることが重要であることが実機により確かめられた.(3)直方体型静電フィルタを用いて行った実験により,コレクタ部の形状を工夫することでろ過性能がさらに向上できることが示された.静電フィルタのフィルタ本体部の実機モデルを試作して,性能を評価した.

フィルタ本体部の外形は円筒形状であり,径の異なるステンレス製円筒やパンチングメタルが同心円状に数個配置された構造となっている,円筒の外周部は交流電界を作用させる領域であり,中央部には直流電界を印加するコレクタ部が配置されている,交流電界を作用させる凝集促進部の流れが軸方向のもの(タイプ1)と局方向のもの(タィプ2)を製作した.二つの構造形式では,凝集促進部における速度勾配の大きさとコレクタ部への流入形態が異なる.なお,コレクタと直流電極の表面はステンレスメッシュで被覆した.以上のようなフィルタ本体部を用いて,流速,油の温度,油の種類などを変えてフィルタ性能を評価した,ろ過実験には市販の作動油5種類にJIS試験用粉体I,11種(関東ローム,中位径の範囲1.62.3μm)を添加したもの(模擬汚染油)と,汚染物が混入している使用済み潤滑油3種類を用いた,本実験により,ろ過性能はタイプ1よりタイプ2が優れていることが明らかとなった.ろ過性能は油の種類により著しく異なり,液体の種類によらず比較的短時間でろ過処理を終了できるようにするためには,凝集促進部やコレクタ部の形状などに更なる改良を加える必要があることもわかった.コレクタ前後の圧力差を計測し,目詰まり状況を評価したが,汚染物が付着しても圧損はほとんど増加せず,提案している構造形式では目詰まりが生じにくいことが確認できた,しかしながら,汚染物がコレクタや電極に付着することでろ過性能は徐々に低下した.これらの実験と平行して,サブミクロン粒子の凝集に関する基礎研究を実施しているが,本年度は実験結果を得るところまでは至らなかった.交流電界を印加して微細な汚染物を凝集・粗大化させる凝集部を前段部に配し,直流電界を印加して汚染物を捕捉する捕捉部を後段部に配した構造の静電フィルタを試作した.試作した静電フィルタは円筒型が2種類直方体型が1種類の計3種類である.円筒型では外周部に凝集部を配置し,内部を捕捉部とした.フィルタ性能に及ぼす凝集部における流れの速度勾配の影響を実機で確かめるため,凝集部における流れの向きが軸方向のものと周方向のものを製作した.供給流量6cm_3/sのとき軸方向型で1.5s^<-1>,周方向型で4.7s^<-1>であり,後者の場合は凝集が進行しやすい速度勾配の範囲(約28s^<-1>)に入っている.捕捉部は外側からアース電極コレクタ,高電圧電極コレクタ,アース電極という配置とし,汚染物の帯電極性に関係なく,コレクタや電極の上流側表面で捕捉できるようにした.コレクタは再利用性を考慮して,ステンレスメッシュで構成し,コレクタ部の電極表面にもステンレスメッシュを被覆した.直方体型は,フィルタ性能に及ぼす捕捉部の電極やコレクタの配置などの影響を調べるために製作した.実験には市販の鉱物油にJIS試験用粉体を混ぜた模擬汚染油と,製造工場で使用されていた潤滑油の使用済み油を用いて行った.本研究により,以下の結果を得た.(1)凝集部に交流電界を印加した場合は印加しない場合に比べてろ過速度が約2倍になり,本研究で提案する方式の静電フィルタの有効性を実証することができた.しかし,さらに改良していく必要がある.(2)軸方向型よりも周方向型のほうがろ過性能は良く,凝集部における速度勾配の値が凝集に適した範囲に入っていることが重要であることが実機により確かめられた.(3)直方体型静電フィルタを用いて行った実験により,コレクタ部の形状を工夫することでろ過性能がさらに向上できることが示された.
パーキンソン病－脳深部刺激モデルラットでのPETによるドパミン放出の研究

パーキンソン病は人口の1%に発生する大変に多い疾患であるが、ドパミン作動性ニューロンの不可逆的な変性・脱落が、起こる病態で、我々は以前よりラットパーキンソン病モデルでのドパミン受容体の変化と脳深部刺激によるドパミン放出に注目してきた。本年、主にラットパーキンソン病モデルでのモデル作成後にどのようなドパミン2(D2)受容体の変化が起こるか、を検証したが、6-OHDAを内側前縦束(MFB)に使用したドパミン作動性ニューロン完全障害モデルでは、2,3週間ではD2受容体のup-regulationは出現せず、4週目から統計的有意差を持って、up-regulationが出現してくる事が判明した。本研究は、我々が過去に行ってきた、パーキンソン病に対する脳内ドパミン受容体と、脳深部刺激術の脳内ドパミンに及ぼす変化とダイナミズムをラットパーキンソン病モデルを使用して、さらに解明することである。そのために動物用PETを用いて、同一個体でのドパミントランスポーターとドパミンD2受容体の変化を1)2つのパーキンソン病モデル作成早期の変化、2)視床下核脳深部刺激を行った際の変化、3)淡蒼球脳深部刺激を行った際の変化を測定する。2014年に故障した当大学メディカルホトニクスセンターのPETは復旧せず、実験をヒト用のPET装置で行うことになったため、実験のスタイルを手直しした。幸い同PET装置の解像度は良好であった。ラットの麻酔をPETの繰り返し撮影が可能なものに変更したところ、最初の研究であるドパミン受容体の変化が、以前当教室で行った物と一部異同が認められ、以前に使用した麻酔法の戻し、再度検証することとなった。本研究は、我々が過去に行ってきた、パーキンソン病に対する脳内ドパミン受容体と、脳深部刺激術の脳内ドパミンに及ぼす変化とダイナミズムをラットパーキンソン病モデルを用いて、さらに解明する事である。今までの我々のラットパーキンソン病モデルでのデータでは、内側前縦束(MFB)破壊モデルでは、作成4週間後に一旦D2受容体の結合能が高まり、その後、6ヶ月後では低下に向かうという、臨床でのパーキンソン病と同様の経過が認められていた。一方、基底核破壊モデルでは、このようなup-regulationは認められず、基底核破壊モデルは、臨床での脳血管性パーキンソニズムなどにより近いモデルであるというのが、我々の過去の研究の結論であった。MF破壊モデルで本up-regulationが、モデル作成後、いつ頃から生じてくるのか解明することも今回の研究の課題の一つである。以上のドパミンD2受容体変化をベースとして、さらにこれに各部位の脳深部刺激を加えた場合のドパミン受容体変化とダイナミズムを観察する事が2つ目の本研究の目的である。我々の臨床でのPETによる研究では、パーキンソン病患者に視床下核刺激術を施行すると、基底核でなく、側座核や尾状核などでのドパミン放出が認められ、可能性として、視床下核背側を走行しているドパミン神経線維を刺激している事が考えられた。しかしながら、臨床的同等の運動改善効果をもたらす淡蒼球周囲には、ドパミン神経線維は走行して居らず、視床下核と異なった機序が存在する可能性が示唆される。そのために、動物用PETやGamma counterを用いてドパミンD2受容体の変化を、1)特にパーキンソン病モデル作成早期の変化、2)視床下核、淡蒼球脳深部刺激を行った際の変化を測定する。2014年に当大学メディカルホトニクスセンター(現光尖端医学教育研究センター)の動物用PETが故障し、その後同PETは復旧せず、実験にヒト用のPET装置を使用して行ったが、PET画像の解像度は良好であったにもかかわらず測定値にばらつきが生じた。このばらつきは、実験プロセスのテクニカルエラーというよりも、PETでD2受容体の結合能を測定する精度の問題を考え、この精度を上げるためには、かなりの時間と経験を要する事が予想された。そこで、PETによって同一個体を経時的に測定していく当初の予定を一旦棚上げし、以前に行っていた手技に戻して、Gamma counterによる測定に切り替える事にした。本研究は、我々が過去に行ってきた、パーキンソン病に対する脳内ドパミン受容体と脳深部刺激術の脳内ドパミンに及ぼす変化とダイナミズムをラットパーキンソン病モデルを用いて、さらに解明する事である。今までの我々のラットパーキンソン病モデルのデータでは、内側前縦束(MFB)破壊モデルでは、作成4週間後に一旦D2授与遺体の結合能が高まり、その後、6ヶ月後では低下に向かうという、臨床でのパーキンソン病と同様の経過が認められていた。一方、基底核破壊モデルでは、そのようなup-regulationは認められず、基底核破壊モデルは、臨床での脳血管性パーキンソニズムなどにより近いモデルであるという事が我々の過去n研究の結論であった。

MFB破壊モデルでこのup-regulationが、モデル作成後、いつ頃から生じてくるのかを解明する事も今回の研究の課題の一つであった。ラットパーキンソン病モデルを作成後、当初は、PETの画像計測を行って、同じ動物で経時的測定を行う事を考えたが、その際、ラットが死なないように、ドルミトール、ミダゾラム、ベトルファールの混合液を用いる腹腔内麻酔を使用した。この麻酔薬が著しい利尿作用が有る事が指摘され、以前の実験との整合性を得るために、一旦PETによる計測を保留し、Gamma counterを用い、ラットの脳を取り出して、計測を行う方法に変更した。まだ、頭数が充分と言い切れないが、MFB破壊モデルを作成後、2週間ではD2受容体のup-regulationは起こって来ず、4週間目にしてup-regulationが出現してくる事がわかった。これは即ち、パーキンソン病モデルとなっているかどうかの確認に、D-methamphetamineを投与して回転運動を見るが、その反応時期と一致すると言える。パーキンソン病は人口の1%に発生する大変に多い疾患であるが、ドパミン作動性ニューロンの不可逆的な変性・脱落が、起こる病態で、我々は以前よりラットパーキンソン病モデルでのドパミン受容体の変化と脳深部刺激によるドパミン放出に注目してきた。本年、主にラットパーキンソン病モデルでのモデル作成後にどのようなドパミン2(D2)受容体の変化が起こるか、を検証したが、6-OHDAを内側前縦束(MFB)に使用したドパミン作動性ニューロン完全障害モデルでは、2,3週間ではD2受容体のup-regulationは出現せず、4週目から統計的有意差を持って、up-regulationが出現してくる事が判明した。2014年9月にパーキンソン病モデル作成後に、本実験に欠かせない、当院メディカルホトニクスセンターのPETが故障した。その結果、最初の実験は、2014年12月まで遅延した。9月に作成したラットは無駄にしないために脳血流SPECを施行し、パーキンソン病モデル作成時の脳血流変化のデータを採取した。結局動物用PET装置は補修後も不具合を繰り返したため、一部実験内容の変更を行わざるを得ず、ドパミン受容体の早期変化は、脳を取り出しての直接測定を行うこととし、またPET画像による評価は、現在メディカルホトニクスセンターのヒト用のPET装置を使用して行っている。幸い同PET装置の解像度は、動物用PETよりも良好である。平成28年度前半にはドパミン受容体の早期変化のデータを取得し、視床下核および淡蒼球刺激によるドパミン放出の有無をPETにより測定し、両刺激の異同を確認する予定である。平成29年度前半に、Gamma counterによってドパミン受容体の早期変化のデータを取得し、その後、脳深部刺激によるドパミン放出の有無をPETまたはGamma counterによって測定して行く予定である。Gamma counterを使用する従来の方法は、動物を安楽死させた上で脳を取り出して行うため、同一動物での経時的測定ができない欠点があり、そのために使用動物数の変更を強いられる事になる。機能的脳神経外科平成27年度前半にドパミン受容体の早期変化のデータを取得し、その上で、視床下核刺激によるドパミン放出の有無をPETによって測定する。平成28年には淡蒼球刺激によるドパミン放出の有無をPETによって測定し、視床下核刺激との差異を検討する。
公共財バスケット費用負担をめぐる紛争管理の研究

この研究の対象は公共財バスケットへの予算配分の集団意思決定である。コンピュータ・シミュレーションおよび実験ゲームに移植可能な、次の意思決定モデルを構築した。公共財バスケットは複数の局所的な公共財(受益がプレイヤーによって異なる)からなる。単純さのため、各プレイヤーの利得は各公共財への予算配分類の一次結合(重みづけ係数との積和)だと仮定した。各プレイヤーは勢力係数を持つ。勢力係数の総和が意思決定ルールr(0.5<r≦1.0)を超えるプレイヤーの賛同を得る予算配分が意思決定の結果となる。このモデルはパレート効率的な統合的解を可能にする点でPruittらの交渉実験が用いる事態と似ている。が、プレイヤー数を自由に拡張できる点、重みづけヴェクトルの布置によってプレイヤー間の利害一致・不一致を容易に定義できる点で、より自由度が高い。またrを1.0未満に指定したとき、状況は連合形成事態となる。ただしKomoritaらが連合形成実験で用いる事態に比べ、プレイヤー間の当初からの利害対立を定義できる点で、より現実的なモデルになっている。以上のモデルをコンピュータ・シミュレーションに移植した。シミュレーションでは外部の調停者がthreat solution(合意できなかったときに実現する解)を提示する。プレイヤーは最初に、a.決定ルールを満たし、b.他のプレイヤーにthreat solutionでの利得を保障し、c.自己の利得を最大化する案を提示する。次に提示された案をもとにプレイヤー間の交渉が生じる。以下の傾向が観察された。他者が受諾する可能性を考慮して案を探索する場合にパレート効率的な解に至りやすい。利害の錯綜度が高い条件では平等主義的な配分が生じやすい。など。上記モデルを実験ゲームとして使うためのプログラムも作成した。ただし完成時期が12月であり、被験者の手配が無理であったので、まだ実施を見ていない。など。
調和解析および関連した諸問題の研究

(1)特異積分作用書のOrlicz空間における補間理論を用いる評価を得た(小泉)(2)Waveletについて、東北大・現立沢一哉氏を招いて10日間実解析セミナーで勉強会を持った、画像処理、信号解析など応用上の点からも重要であり、電気工学科の研究室、および他大学からも参加者あり、今後の研究が期待される。今年度はその第1歩である(3)確率論については、引続き同じテーマの下で研究成果を上げている(田中、前島、中田)(4)数理物理との関連において不確定原理の公理系から導く仕事は引続き行われ、成果を得ている(石川)投稿中。(5)非線形放物型の方程式について粘性、圧縮流体の大域的解および正則性について引続き研究成果を上げている(谷)(6)常微分方程式との関連について超幾何級数に対するWKB-方法について(中野)の研究がある、雑法に掲載された論文は10篇以上、準備中のもの数篇になるが、その1部をこゝに述べる(1)特異積分作用書のOrlicz空間における補間理論を用いる評価を得た(小泉)(2)Waveletについて、東北大・現立沢一哉氏を招いて10日間実解析セミナーで勉強会を持った、画像処理、信号解析など応用上の点からも重要であり、電気工学科の研究室、および他大学からも参加者あり、今後の研究が期待される。(5)非線形放物型の方程式について粘性、圧縮流体の大域的解および正則性について引続き研究成果を上げている(谷)(6)常微分方程式との関連について超幾何級数に対するWKB-方法について(中野)の研究がある、雑法に掲載された論文は10篇以上、準備中のもの数篇になるが、その1部をこゝに述べる
妊娠・授乳期の薬物動態に関する統合データベース作成及び情報提供システムの構築

当大学病院産婦人科は妊娠または授乳中に薬物療法を受けている母体に対する情報支援事業を実施しており、平成20年4月に「妊娠と薬剤情報センター拠点病院」として認定された。日本では妊産褥婦に対する薬剤投与はデータがないため禁忌とされる場合が多い。しかし、最近、向精神薬を内服している妊婦や、妊娠の高年齢化にともない産科合併症(妊娠高血圧など)で降圧剤を内服している妊婦や合併症持つ妊婦(自己免疫疾患や糖尿病など)に遭遇することが多くなっている。そこで、妊産褥婦に対する薬剤情報提供は必要不可欠であると考えられている。対象患者として、1.薬剤を内服している、あるいはこれから内服する妊婦あるいは授乳中の褥婦、2.血液疾患(白血病やリンフォーマ等)で卵巣毒性と防御に関する情報提供を行うことを考えている。現在、ホームページを立ち上げ一般に対してアナウンス段階に入った。なお、動物実験を実施師、遺伝子レベルで変化を起こすものを抽出するためのマイクロアレイを実施した。今後詳細なデータベースの蓄積、管理、再編成、患者追跡の充実を行っている。そのために実験情報や測定データを一元化して管理・提供し、情報共有を図るITプラットホームとして機能する「統合データベース」の開発および充実を図ってきた。妊娠または授乳中に薬物療法を受けている母体に対する情報支援事業の整備と確立を実施している。今後「妊娠と薬剤情報センター拠点病院形成」が推進されようとしている。我々は産科医と附属病院薬剤師が研修をおこなってきた。本事業の目的は、日本では妊産褥婦に対する薬剤投与はデータがないため禁忌とされる場合が多い。実際の流れは、患者(妊婦・非妊婦)が「妊娠と薬」に関する情報提供を「かかりつけ医」に申し出た場合に、「かかりつけ医」から拠点病院に情報提供を求める。奈良医大へ紹介された場合はマニュアルに従って「かかりつけ医」に情報提供を行うとともに産婦人科医あるいは薬剤師が患者に説明する。情報を入手した「かかりつけ医」も患者に対して薬剤情報を詳細に説明する。また、「かかりつけ医」は出産後の児の状態を経過観察し、その状況を「拠点病院」に報告し、データ集積する予定である。さらに、出生した新生児の発達に関する追跡調査の準備を行い、既知の副作用に当てはまる児の異常の有無を追跡・確認する、データベースの蓄積、管理、再編成、患者追跡データベースの充実を行っている。しかし、最近、向精神薬を内服している妊婦や、妊娠の高年齢化にともない産科合併症(妊娠高血圧など)で降圧剤を内服している妊婦や合併症持っ妊婦(自己免疫疾患や糖尿病など)に遭遇することが多くなっている。
聴覚障害者のためのCAD教育の連携と社会貢献へのインターネットの利用と教材開発

設計製図、・CAD教育のためのインターネットとマルチメディアを利用したビジュアルインタラクティブな教材・資料の開発と教育指導法の研究を行った。インターネットやISDNデジタル電話回線によるテレビ電話を用い、手話や文字情報を加えたビジュアルコミュニケーションにより製図やCAD教育に関わる情報交換や、遠隔授業を行った。大学としての社会貢献をベースと考え、学外との教育連携を図り、本学の特徴を活かして聴覚障害者に適した教育環境および指導法について実践を通して研究し、聴覚障害者のための製図・CAD教育の活性化を図ることができた。◎インターネットを利用して機械設計製図、CAD/CAM、機械工作法等担当科目に関する教材や資料データを聴覚障害を持つ学生に理解しやすいビジュアルインタラクティブに展開のできる教育システムとして、WWW利用に関する調査を行いながらサーバを管理し、データを整えた。◎CAD演習や機械設計製図でCADの基本操作の練習としての本学の特徴ある教育として取り入れている「CADで作る紙飛行機」や「CADによるペーパーカーの製作」に関わる教材・資料データとその指導法や公開講座の資料をまとめた。そしてそれをWebサーバーに載せ教育交流を図った。他の教育機関との連携により、大学として社会貢献を考えての実践的教育研究を遂行した。◎聴覚障害者にとって最適な教育環境の実現が図れるよう、聴覚障害者のための教育に適した教材・指導システムとしての構築を教育実践を通して行った。◎聾学校とテレビ電話やインターネットで結んでの情報交換や遠隔授業を行った。聾学校との連携を図りながら実践を通して得られた結果をもとにさらに研究を進めた。◎研究により得られた成果を日中図学教育国際会議で発表し、国際的な場において多くの研究者との意見交換を行うことができ成果を発表することができた。聴覚障害者に適したCAD教育のためのインターネットとマルチメディアを利用したビジュアルインタラクティブな教材・資料の開発と研究を行った。ここでは図面を描く上に必要な機械設計製図の考え方やCADの操作法、機械工作法や実習工場の機械の取り扱い方から工場計測など、大きな流れを考え、本学の教育指導に必要な関連する基本的な項目を分りやすく説明するための教材・資料データの開発・研究とサーバへのデータの構築を行った。また、テレビ電話の利用やインターネットを用いWWWを介して遠く離れた聾学校の生徒に遠隔授業の実験を行うなど、学外の教育機関との連携を図り、設計製図やCAD教育におけるISDNやインターネットの利用と社会貢献の可能性を求めて学校間協力による教育実践を行い、聴覚障害者教育の活性化と進展のための研究を行った。この取り組みはNHKのテレビニュースでも紹介されている。図学や機械設計製図でCADの基本操作の練習として行っているCADでつくる紙飛行機やペーパーカーを用いた教育指導法をビジュアルインダラクティブに理解しやすい形で公開し、また本学機械工学科の授業実践としても取り組んでいる本研究の紹介を、本学の公開講座でも一般の市民や聾学校の先生に向けて行っているが、公開講座での指導の様子なども参考資料として公開したり、市内の女子大学でのCAD教育の取り組みとリンクさせ、学校間協カによる交流を図ったデータとしながら幅広い形でWWWサーバ上のシステム構築とデータ資料の作成として行うなど、他の教育機関との連携や一般市民や聾学校の先生方へ向け社会貢献を目指した取り組みへの教育システムとして実用化への開発研究を推進することができた。設計製図・CAD教育のためのインターネットとマルチメディアを利用したビジュアル・インタラクティブな教材・資料の開発と教育指導法の研究を行った。

そしてインターネットやISDNデジタル電話回線のテレビ電話を利用したビジュアルコミュニケーションによる情報交換、データ伝送や遠隔授業等学外との教育的連携を図り、社会貢献を踏まえながら本学の特徴を活かして聴覚障害者に適した教育環境を構築し、聴覚障害者教育の活性化と進展を図るべく、◎インターネットを利用して機械設計製図、CAD/CAM、機械工作法等担当科目に関する教材や資料データを聴覚障害を持つ学生に理解しやすいビジュアル・インタラクティブな展開のできる教育システムとして、WWW利用に関する研究調査を行いながらサーバーを管理し、データを整えた。◎CAD演習や機械設計製図でCADの基本操作の練習として取り入れているCADでつくる紙飛行機やペーパーカーの製作に関わる教材・資料データとその指導法や公開講座の資料をまとめ、WWWサーバに載せ教育交流を図った。他の教育機関との連携をとり、大学としての社会貢献を考え実践的研究を遂行した。◎学外の教育機関とのインターネットを用いたマルチメディアデータの送受信やビジュアルコミュニケーションによる設計製図・CADデータの共同利用やコラボレーションを図り教育的効果をあげた。聴覚障害者にとって最適な教育環境の実現を図るとともに聴覚障害者のための教育的利用に適したシステムとしての開発とその構築を行った。◎聾学校へのテレビ電話やインターネットを利用しての情報交換や遠隔授業を行い、社会との連携を図りながら実践を通して得られた結果をもとに研究を進めた。◎研究により得られた成果を日中図学教育国際会議で発表し、国際的な場において研究者との意見交換を行い、成果を発表する事ができた。
ゾルゲル法を用いたセラミックスファイバーの作製に関する研究

焦電センサーを始めとする各種センサーの機能向上かつ小型化が要求されている.これら要求される特性を満足させるためには,誘電・焦電材料をFiber形状に成形することで高性能小型化が可能となる.本研究では,(Sr,Ba)NbO_6材料を選択し,ゾルゲル法を用い繊維の曳糸を試みた.出発原料のSrおよびBa単アルコキシドを2-ethoxyethanolと共に還流・蒸留精製を行い,Sr,Ba複アルコキシド溶液を合成した.別途2-ethoxyethanolと伴に,還流・蒸留精製を行ったNbアルコキシドを加え,さらに還流・蒸留精製を行うことによって,Sr,Ba,Nb三成分複アルコキシドを得た.合成されたSr,Ba,Nb複アルコキシドの加水分解により,溶液の重縮合反応を進め粘稠溶液とした.加水分解を行う際の水の添加量は,0.24mol/lの複アルコキシド溶液3mlに対し,0.20μl程度,あるいは,空気中の湿度により非常にゆっくりと加水分解を行なった.その結果、溶液の粘度が50100cpsiの時に繊維の曳糸性を示した.粘性を示した溶液からの曳糸を試みたところ,長さ10cm、直径50-100μm程度のゲル繊維が得られた.得られたゲル繊維を焼成したところ,900°Cで正方晶系の(Sr,Ba)NbO_6が単相で得られた.これら繊維の誘電特性を測定したところ,1100°Cで焼成した繊維で誘電率300を得た.粘稠溶液からファイバーを曵糸する際,曵糸スピードを遅くする,ゲル化する際の温度を室温以上とすることで,空隙のない緻密なファイバーが得られた.誘電特性を得るための緻密なファイバーの作製には,曵糸速度を遅くする必要があることが明らかとなった.焦電センサーを始めとする各種センサーの機能向上かつ小型化が要求されている.これら要求される特性を満足させるためには,誘電・焦電材料をFiber形状に成形することで高性能小型化が可能となる.本研究では,(Sr,Ba)NbO_6材料を選択し,ゾルゲル法を用い繊維の曳糸を試みた.出発原料のSrおよびBa単アルコキシドを2-ethoxyethanolと共に還流・蒸留精製を行い,Sr,Ba複アルコキシド溶液を合成した.別途2-ethoxyethanolと伴に,還流・蒸留精製を行ったNbアルコキシドを加え,さらに還流・蒸留精製を行うことによって,Sr,Ba,Nb三成分複アルコキシドを得た.合成されたSr,Ba,Nb複アルコキシドの加水分解により,溶液の重縮合反応を進め粘稠溶液とした.加水分解を行う際の水の添加量は,0.24mol/lの複アルコキシド溶液3mlに対し,0.20μl程度,あるいは,空気中の湿度により非常にゆっくりと加水分解を行なった.その結果、溶液の粘度が50100cpsiの時に繊維の曳糸性を示した.粘性を示した溶液からの曳糸を試みたところ,長さ10cm、直径50-100μm程度のゲル繊維が得られた.得られたゲル繊維を焼成したところ,900°Cで正方晶系の(Sr,Ba)NbO_6が単相で得られた.これら繊維の誘電特性を測定したところ,1100°Cで焼成した繊維で誘電率300を得た.粘稠溶液からファイバーを曵糸する際,曵糸スピードを遅くする,ゲル化する際の温度を室温以上とすることで,空隙のない緻密なファイバーが得られた.誘電特性を得るための緻密なファイバーの作製には,曵糸速度を遅くする必要があることが明らかとなった.焦電センサーを始めとする各種センサーの機能向上かつ小型化が要求されている。これら要求される特性を満足させるためには、誘電・焦電材料をFiber形状に成形することで高性能小型化が可能となる。本研究では、(Sr,Ba)NbO_3材料を選択し、ゾルゲル法を用い繊維の曳糸を試みた。出発原料のSrおよびBa単アルコキシドを2-ethoxyethanolと共に還流・蒸留精製を行い、Sr,Ba複アルコキシド溶液を合成した。別途2-ethoxyethanolと共に還流・蒸留精製を行ったNbアルコキシドを加え、さらに還流・蒸留精製を行うことによって、Sr,Ba,Nb三成分複アルコキシドを得た。各アルコキシドの合成の確認は、FT-IR等を用いて行った。合成されたSr,Ba,Nb複アルコキシドを酸性条件下で溶媒と共に加水分解を行うことにより、アルコキシドの重縮合反応を行った。重縮合反応の条件を詳細に検討した結果、酸性条件をHClとし、添加する水の量を0.05mol以下とすることで、Fiberの曳糸が可能な一次元の直鎖ができる重縮合反応が溶液内で起こることを見いだした。その結果、溶液の粘度が50100cpsiの時に繊維の曳糸性を示した。粘性を示した溶液からの曳糸を試みたところ、長さ35cm、直径50100マイクロm程度のゲル繊維が得られた。今後は、焼成した繊維sampleでのセンサー特性の確認を行う。焦電センサーを始めとする各種センサーの機能向上かつ小型化が要求されている.

これら要求される特性を満足させるためには,誘電・焦電材料をFiber形状に成形することで高性能小型化が可能となる.本研究では,(Sr,Ba)NbO_6材料を選択し,ゾルゲル法を用い繊維の曳糸を試みた.出発原料のSrおよびBa単アルコキシドを2-ethoxyethanolと共に還流・蒸留精製を行い,Sr,Ba複アルコキシド溶液を合成した.別途2-ethoxyethanolと伴に,還流・蒸留精製を行ったNbアルコキシドを加え,さらに還流・蒸留精製を行うことによって,Sr,Ba,Nb三成分複アルコキシドを得た.合成されたSr,Ba,Nb複アルコキシドの加水分解により,溶液の重縮合反応を進め粘稠溶液とした.加水分解を行う際の水の添加量は,0.24mol/lの複アルコキシド溶液3mlに対し,0.20μl程度,あるいは,空気中の湿度により非常にゆっくりと加水分解を行なった.その結果、溶液の粘度が50100cpsiの時に繊維の曳糸性を示した.粘性を示した溶液からの曳糸を試みたところ,長さ10cm、直径50100μm程度のゲル繊維が得られた.得られたゲル繊維を焼成したところ,900°Cで正方晶系の(Sr,Ba)NbO_6が単相で得られた.これら繊維の誘電特性を測定したところ,1100°Cで焼成した繊維で誘電率300を得た.粘稠溶液からファイバーを曵糸する際,曵糸スピードを遅くする,ゲル化する際の温度を室温以上とすることで,空隙のない緻密なファイバーが得られた.誘電特性を得るための緻密なファイバーの作製には,曵糸速度を遅くする必要があることが明らかとなった.
tissue dysoxiaの画像解析とその蘇生法

tissue dysoxiaの代表的な病態である感染性ショックを実験的に作成し、その病態解析の一手段として、腸管漿膜のtissue dysoxiaについて画像解析が可能か否か検討した。対象は日本白色ウサギを実験動物20羽とした。全身麻酔後、気管切開、自発呼吸下、耳静脈・内頸静脈・内頚動脈にカテーテルを挿入し、開腹後、回腸腔内二酸化炭素分圧の測定、回腸静脈へのカテーテル挿入、クラーク型酸素電極による回腸漿膜酸素分圧(PtO2)の測定を完了後、静脈路からLPS(Escherichia coli-055: B5, DIFCO Lab.)1mg/kgを投与した。次に、Palladium-Porphine静注による画像解析的生体酸素濃度測定装置(Oxy Map System)にて、回腸漿膜酸素濃度分布を経時的に解析した。この結果、エンドキシン投与により、回腸測定部位の酸素摂取率(O2ER)の低下、組織酸素分圧(PtO2)の低下、およびシャント量(O2Gap)の増加が見られた。同時に得られた回腸漿膜の酸素濃度に関する画像解析では、酸素分圧の分布異常が見られ、その不均一分布とシャント様効果の間に関連が見られた。エンドトキシンショックモデルにおけるtissue dysoxiaは、負の酸素分圧組織静脈較差によるものであり、そのメカニズムとして、組織中における毛細血管間の酸素分圧の不均一性が考えられた。今後、種々の治療的手段の検証が、Pd-porphyrinphosphorescenceによる酸素代謝の画像的解析により、可能となることが明らかとなった。全身麻酔後、気管切開、ベンチレーター管理下、耳静脈・内頸静脈・内頚動脈にカテーテルを挿入し、開腹後、回腸腔内二酸化炭素分圧の測定、回腸静脈へのカテーテル挿入、クラーク型酸素電極による回腸漿膜あるいは粘膜の酸素分圧(PtO2)の測定を完了後、静脈路からLPS(Escherichia coli-055:B5,DIFCO Lab.)1mg/kgを投与した。次に、Palladium-Porphine静注による画像解析的生体酸素濃度測定装置(Oxy Map System)にて、回腸漿膜および粘膜の酸素濃度分布を経時的に解析した。しかし、同時に得られた回腸漿膜および粘膜の酸素濃度に関する画像解析については、精度の高いデータが得られなかった。どの程度の範囲のtissue dysoxiaの分布が、組織内酸素負債をきたすのか、については結論が得られなかった。原因は、Palladium-Porphine自体の製品の問題、その投与量、腸管漿膜におけるリン光強度の特殊性、CCDカメラの光軸のずれ、解析装置のプログラム上の問題などが考えられる。可及的にこれらの問題を解決し、平成19年度の課題に取り組みたい。tissue dysoxiaの代表的な病態である感染性ショックを実験的に作成し,その病態解析の一手段として,腸管漿膜のtissue dysoxiaについて画像解析が可能か否か検討した。全身麻酔後,LPS(Escherichia coli-055:B5,DIFCO Lab.)1mg/kgを投与下,クラーク型酸素電極による回腸漿膜酸素分圧(PtO2),Palladium-Porphine静注による画像解析的生体酸素濃度測定装置(Oxy Map System)にて,回腸漿膜酸素濃度分布を経時的に解析した。

この結果,エンドキシン投与により,回腸測定部位の酸素摂取率(O2ER)の低下,組織酸素分圧(PtO2)の低下,およびシャント量(O2Gap)の増加が見られた。しかし,平成18年度は,画像解析については精度の高いデータが得られなかった。どの程度の範囲のtissue dysoxiaの分布が,組織内酸素負債をきたすのか,については結論が得られなかった。Palladium-Porphine投与量,腸管漿膜におけるリン光強度の特殊性,CCDカメラの光軸のずれ,解析装置のプログラム上の問題などを改善した結果,回腸漿膜の酸素濃度に関する画像解析では,酸素分圧の分布異常が見られ,その不均一分布とシャント様効果の間に関連が見られた。エンドトキシンショックモデルにおけるtissue dysoxiaは,負の酸素分圧組織静脈較差によるものであり,そのメカニズムとして,組織中における毛細血管間の酸素分圧の不均一性が考えられた。今後,種々の治療的手毅の検証が,Pd-porphyrinphosphorescenceによる酸素代謝の画像的解析により,可能となることが明らかとなった。
生体可視化のための機能性蛍光プローブの開発研究

本研究では酵素・受容体・生理活性化合物などをリアルタイムで可視化できる小分子プローブの設計・合成を行ったが、このプローブ創製の方法論として、蛍光の発光原理を根本から捉え直し、それに基づいて論理的に分子プローブを設計する事を研究方針とした。その結果、これまでに数多くの分子プローブの開発に成功し、当初の予想を凌駕する特筆すべき成果が得られた。また、開発された分子プローブの生体系への適用とそれに基づいた生理機能解析についても顕著な成果が得られ、これらを総合して本基盤研究は当初の計画より遙かに進展し、その達成度は100%以上であると判断できる。有用な可視化プローブとして、その蛍光特性が特定の生理活性化合物との反応で大きく変化することが求められるが、このプローブの設計原理としてPETとFRETが実用的分子プローブ創製に非常に有用であることを世界で初めて明らかにした。そしてこれらの機構に基づいて、一酸化窒素(NO)、亜鉛イオン、一重項酸素、活性酸素、マグネシムイオン、アニオン種、加水分解酵素であるcaspase、protein tyrosine phosphataseおよびphosphodiesteraseなど刺激に対応して超微量で生起する重要な生理活性化合物を高感度かつ特異的に検出できる可視化プローブの開発に成功した。NO可視化プローブであるDAFsを用いた論文はここ2年間で200報を越えて、興味ある知見が続々と報告されている。NOイメージングにおけるDAFsの有用性をまとめるようにChemical Reviews誌から総説の執筆依頼を受けた。亜鉛プローブに関しては薬理学者との共同研究で大脳海馬における神経情報伝達の亜鉛イオンの作用を解明し、その内容はトピックスとしてNature Reviews(Vol.3,677,2002)に紹介された。生理活性種・酵素・受容体と反応することにより蛍光を生じる機能性化合物が開発できれば,そのプローブを細胞内に取り込ませることにより培養細胞・生体組織あるいはin vivo系で刺激に対応した生体応答をバイオイメージング(生体画像化)により捉えることが可能となる.このことは,動的な生命現象を生きた状態で,時刻と場所を特定してリアルタイムで測定できることを意味しており,生命科学研究に寄与するところ大である.本研究は,生理活性をバイオイメージングとして捉えることができる機能性蛍光プローブの開発を目的としている.具体的には,1.亜鉛フィンガーあるいは炭酸脱水素酵素などの活性部位金属イオンである亜鉛イオン2.活性酸素種であるハイドロキシラジカル3.アポトーシス関連加水分解酵素であるcaspaseの機能性蛍光プローブ、を開発する.本年度は最近その生理機能が注目されている亜鉛イオンの機能性蛍光プローブの開発に成功した。このプローブは既存のものに比べ2桁以上高感度でありかつ亜鉛イオン特異的に蛍光を生じることから生体中の亜鉛イオンをバイオイメージングとして捉えることが出来るであろう。この成果はGordon ConferenceにおいてPfizer Prizeの授賞対象になった。またAnal.Chem.のトピックスとして取り上げられた。更には米国化学会の会員誌であるChem & Eng Newsにも取り上げられ、非常に注目されている。次年度は生体系への応用を検討し、その有用性を明らかにする。時々刻々変化するダイナミックな細胞の変化を酵素活性レベルで知ることができれば、生命科学研究は一段と進展することは疑いない。このような観点から、我々は今年度、チロシンホスファターゼ(PTP)の可視化プローブの開発を行った。PTPはタンパク質チロシン残基の脱リン酸化を触媒する酵素であり、チロシンキナーゼとともに細胞内シグナル伝達において重要な役割を担っている。本研究では、蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)を利用したPTPのレシオ測定蛍光プローブを開発・応用し、その機能を解明することを目的としている。

レシオ測定は、蛍光強度比を検出することで蛍光プローブ自身の局在や濃度変化による測定誤差を小さくできる測定法である。具体的にはキサンチン環水酸基にリン酸基を有するフルオレセインを、リンカーを介してクマリンと結合させた化合物をデザイン・合成した。この化合物はフルオレセインがラクトン型であるために、FRETは起こらずクマリン蛍光が観測される。PTPによる加水分解を受けると、フルオレセインがキノイド型となるためにFRETが起こり、フルオレセイン蛍光が観測されると考えられる。検討の結果、受容体型PTPであるCD45および細胞質型PTPであるPTP1Bを用いてアッセイを行ったところ、いずれの場合にも酵素反応の進行とともにドナー蛍光が減少し、アクセプター蛍光が増大した。これはPTP活性のレシオによる検出が可能であることを示している。今後この原理を他の酵素にも応用し、細胞のダイナミック解析を行う予定である。活性酸素研究は三期に分けることが出来る。第一期はスーパーオキシドディスムターゼが発見された1969年、第二期は内因性一酸化窒素(NO)の生理機能の解明で1987年、第三期は活性酸素のセカンドメッセンジャーとしての作用で2000年頃からスタートしたと考えられる。このように活性酸素の役割はここ30数年で大きく広がり、従来の酸素障害性分子種との認識から、最近では内因性の生理活性種として役割まで幅広くなってきた。活性酸素は短寿命であるため、生体内でその動的挙動を的確に捕捉することは難しく、今までは非特異的なプローブあるいは間接的な手法により議論されてきた。上記の活性酸素の生体内における機能解明では特異的で高感度の分子プローブの創製が強く望まれていた。今回、本研究者らはphoto-induced electron transfer (PET)機構に基づいて新規活性酸素プローブの開発に成功した。このプローブは既存のものに比べ特異性が高く、細胞内でのイメージングも可能で、これを用いて好中球から生成する活性酸素のバイオイメージングに成功した。今年度は、この活性酸素プローブ以外にも一酸化窒素プローブの高感度化に成功した。これは従来のFluorescence骨格からBODIPY骨格に変換する事により行われたもので、このことはPET機構に基づくプローブの分子設計は多くの蛍光団に適用可能であり、普遍的原理になりうることを示している。本研究は14年度が最終年度であるが、本科学研究費補助金で行われた研究プロジェクトは上記の成果に見られるとおり、大成功であったと総括できる。
傾斜伝導準位を持つ半導体ナノシート/メソポーラスシリカ積層界面での光電子輸送

本研究計画に従って、積層系で観測される長寿命電荷分離系の量子効率向上のため、チタニア、ニオブ酸塩、チタノニオブ酸の順に積層した傾斜伝導電位を検討したが、大きな促進効果が見られなかった。さらに研究計画で予定している複合膜系の電荷分離量子効率改善の試みとして金ナノ粒子(AuNP)のSPR電場増強効果を検討した。アニオン性ゲスト種の導入のため、これまで用いていたメソポーラスシリカ(MPS)をアニオン交換性層状複水酸化物(LDH)ナノシートに変え、導入したAuNPとTCPPとの距離を制御し、TCPP増感剤の増感効率の改善を図った。上記の実現のために、AuNPがTCPPの光励起を増感する場合の最適な距離について検討した。Layer-by-Layer法によりLDH/ArSO_3H層(2nm/枚)を積層することによりAuNPとTCPPとの距離を制御し、その距離とTCPPの蛍光強度の相関を検討した結果、3層(6nm)以上で蛍光増強が観測されるようになり、9層(18nm)程度で増強効果は最大となることを明らかにした。我々は、光エネルギーを電荷分離状態で貯蔵するモデル系として、電子受容体を保持したTNSナノシートと貫通するメソ孔に電子供与性の可視光増感剤をもつ多孔性シリカ(MPS)をFTO電極上に積層した系を検討している。この透明薄膜中のTNSを紫外光励起すると、TNS中のMV^<2+>が1電子還元され、MPS中のH_2TMPyP^<4+>が1電子酸化された電荷分離状態がΦ=約10^<-3>の量子効率で起こり、電荷分離状態が極めて安定なことを明らかにした。本研究計画では、積層系で観測される長寿命電荷分離系の量子効率向上のため、チタニア、ニオブ酸塩、チタノニオブ酸の順に積層した傾斜電導電位を検討したが、大きな促進効果が見られないため、別の試みとして金ナノ粒子(AuNP)のSPR電場増強効果を検討した。NPSをアニオン交換性層状複水酸化物(LDH)ナノシートに変え、AuNPとTCPPとの距離を制御し、TCPP増感剤の増感効率の改善を図った。Layer-by-Layer法によりLDH/ArSO_3H層(2nm/枚)を積層することによりAuNPとTCPPとの距離を制御し、その距離とTCPPの蛍光強度の相関を検討した結果、Fig. 3に示すように3層(6nm)以上で蛍光増強が観測されるようになり、9層(18nm)程度で増強効果は最大となった。この結果に基づき、今後は、最もTCPPの増感効果が有効な系で、励起1重項TCPPからTNSの伝導体を介してTNS層間に放接したメチルビオロゲン(MV^<2+>への電子移動を測る。また、AuNPの有無による電荷分離効率の違いとその機構の解明を明らかにする。
曲面に埋め込まれたグラフの制限付き点樹化数の最大値について

グラフの制限付き点樹化数として星状点樹化数を選んび、曲面に埋め込まれたグラフの星状点樹化数の最大値について研究した。今年度得られた主な研究業績としては、1.平成9年度に「射影平面に埋め込まれたグラフの星状点樹化数の最大値が4である」ことを証明し、平成10年度に「トーラスに埋め込まれたグラフの星状点樹化数の最大値が4である」ことを証明した。それらの証明の中で、それぞれの曲面に埋め込まれたグラフの頂点集合の星状樹化的な4-分割の構成方法が複雑であった。そこで、次のように証明を改良した。それぞれの曲面に埋め込まれたグラフの中に含まれている最小の長さの可縮でないサイクルを上手に選び、それぞれの曲面を切断することにより、埋め込まれたグラフの頂点集合の星状樹化的な4-分割を容易に構成できた。2.平成8年に、根上・Lawranchenkoによって、Kleinの壼の既約三角形分割のリストが発表された。そのリストから、Kleinの壼の既約三角形分割の星状点樹化数の最大値は3であることを証明した。3.平成10年度までに開発した証明方法では、状況が複雑過ぎたため、Kleinの壼に埋め込まれたグラフの星状点樹化数の最大値を決定することは困難であった。上述の1.で記した今年度改良した証明方法を用いると状況が単純になるため、Kleinの壼に埋め込まれたグラフの星状点樹化数の最大値を決定することが以前より容易になった。今年度は、Kleinの壼に埋め込まれたグラフの星状点樹化数の最大値の決定が遅れたため、上述の研究成果の口頭発表も行えなかった。しかし、上述の研究成果を論文として今年度内投稿し、来年度開催される学会で口頭発表も行う予定である。グラフの制限付き点樹化数として、線形点樹化数と星状点樹化数を選んだ。曲面に埋め込まれたグラフの線形点樹化数と星状点樹化数の最大値について研究した。今年度得られた主な研究業績としては、1. 1996年に根上・LawranchenkoがKleinの壺の既約三角形分割を決定した。その結果を利用して、Kleinの壺の既約三角形分割の線形点樹化数の最大値は3であることを証明した。2.平面に埋め込まれたグラフの星状点樹化数の最大値が4であることと、トーラスに埋め込まれたグラフの点彩色数が7であることから、トーラスに埋め込まれたグラフの星状点樹化数の最大値は4以上7以下であることがわかる。射影平面に埋め込まれたグラフの星状点樹化数の最大値を決定したときには、次のような証明方法であった。射影平面に埋め込まれたグラフの中に含まれている最小の長さの可縮でないサイクルで射影平面を円板に切断し、その円板に埋め込まれたグラフの点彩色数の最大値が4であることを用いて、射影平面に埋め込まれたグラフの星状点樹化数の最大値が4であることを構成的に証明した。同様に、トーラスに埋め込まれたグラフの中に含まれている最小の長さの可縮でないサイクルで射影平面をannulusに切断し、そのannulusに埋め込まれたグラフの点彩色数の最大値が4であることを用いて、トーラスに埋め込まれたグラフの星状点樹化数の最大値が4であることを構成的に証明した。今年度は、上述の研究成果の完成が遅れたため口頭発表しか行えなかった。来年度は、上述の研究成果を論文として発表し、Kleinの壺に埋め込まれたグラフの線形点樹化数と星状点樹化数の最大値を決定していく。
難消化性糖質摂取による腸内細菌由来水素ガスの抗酸化能を介した老化遅延に関する研究

加齢に伴い生理機能や認知機能障害が発症し、その要因の1つに酸化ストレスの影響が考えられる。水素ガスは抗酸化作用を示す物質である。難消化性糖質を経口摂取すると腸内細菌がこれを代謝して水素ガスが産生され、ガスは血流を介して肝臓および末梢組織へ運搬される。申請者らは、難消化性糖質経口摂取による腸内細菌由来内因性水素ガスの抗酸化作用を介して、疾病の発症あるいは重症化が遅延するという仮説を立て、これを検証した。その結果、過剰鉄による肝障害モデル動物および老化促進モデル動物において、難消化性糖質経口摂取による発症遅延ならびに重症化遅延が観察され、その要因として腸内細菌由来水素ガスの関連性が示唆された。難消化性糖質が腸内細菌の代謝を受けることによって産生する代謝産物のうち、水素ガスの生理機能や血中濃度についてはほとんど明らかにされていない。食物繊維や難消化性オリゴ糖などを経口摂取すると、腸内細菌がこれらを利用することによって水素ガスが産生される。この腸内細菌由来水素ガスは、血流を介して肝臓ならびに末梢へ運搬される。本研究は、生体内における腸内細菌由来水素ガスの抗酸化作用が、疾病の症状改善や加齢に伴う認知機能低下へ及ぼす影響を明らかにする。本年度は、まず、難消化性糖質摂取による急性ならびに慢性肝障害の症状軽減作用へ及ぼす影響を明らかにするために以下の実験を実施した。過剰鉄を投与した急性肝障害モデルラットを用いた実験では、難消化性糖質含有飼料群の肝障害の程度は、血液生化学指標ならびに肝臓組織学的観察の双方において、難消化性糖質非含有群に比較して有意に軽症であった。また、薬物起因性肝障害ラット(対照)においては、難消化性糖質含有飼料群と非含有群とに統計的有意差は観察されなかった。これらの結果についての再現性実験においても同程度の結果が得られた。鉄は酸化ストレスを惹起する物質であることから、難消化性糖質の摂取による抗酸化の関連性が示唆された。また、慢性肝障害モデルラットを難消化性糖質含有飼料と非含有飼料で8週間飼育し、8週目に水素ガスのラット対外排出を測定した結果、難消化性糖質含有飼料群で有意に高値を示した。肝障害の程度については現在測定を行っており、必要に応じて再現性を確認するための実験を実施する。難消化性糖質が腸内細菌の代謝を受けることによって産生する代謝産物のうち、水素ガスの生理機能や血中濃度についての詳細は明らかにされていない。昨年度(1年目)に、急性肝障害モデルラットを用いた実験では、難消化性糖質含有飼料群の肝障害が有意に軽度であることを明らかにした。この結果に基づき、慢性肝障害モデルラットを難消化性糖質含有飼料と非含有飼料で8週間飼育した結果、水素ガス体外排泄に有意差が観察された。本年度(2年目)は、まず、この実験を継続し、これらのラットの解剖時に調製したサンプルを用いて、各種指標の測定ならびに病理組織学的観察を実施した。その結果、肝臓組織学的には有意差は観察されなかった。しかし、血液生化学指標では、難消化性糖質含有飼料群の肝障害は有意に軽度であり、酸化ストレス関連指標も有意に良好であることが明らかになった。また、血液中および尿中の鉄含有量に有意な差異が観察された。そこで、次年度は小腸ならびに肝臓における鉄代謝関連遺伝子について詳細な解析を行う。さらに、ラットの水素ガス体外排泄量と血液および組織中の水素ガス濃度との関連性を明らかにすることを目的として、組織中の水素ガス濃度の測定方法を検討し、複数の条件下で測定を実施した。血液および肝臓中の水素ガス濃度と体外排出濃度には関連性が観察されたが、次年度は、この測定方法の再現性と妥当性の検討を行って、より精度の高い測定方法を確立するとともに、ヒトへの応用について検討する。おおむね順調に進捗した要因として、次の事柄が考えられる。1本研究を実施するに当たり、事前に予備実験を行っていたこと、2ほぼ計画の通りに進められたこと、3本年度より、病理組織学のエキスパートを研究分担者に追加したことにより、より明確な結果を得られたこと、4このことにより、解析すべき項目を絞ることが可能になり、より効率よく実験を進められたこと、5研究分担者の役割分担が明確であり、かつディスカッションを有効に実施できたこと、が主な要因と考えている。食物繊維や難消化性オリゴ糖などを経口摂取すると、腸内細菌がこれらを利用することによって水素ガスが産生され、血流を介して肝臓ならびに末梢へ運搬される。初年度および2年目に難消化性糖質摂取による急性および慢性肝障害の症状軽減作用へ及ぼす影響を明らかにするために以下の実験を実施した。