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体外補助循環における出血・血液凝固の非侵襲連続光診断法の確立

体外補助循環における出血や血液凝固に関する非侵襲診断法の開発を目的とした研究を行った。可視から近赤外光による定量的な血液診断を確立するため、1体外循環回路血流内光伝播モデルの開発、2血漿の光診断を達成する血漿層境界反射分光法の開発、3連続流血液ポンプ内血栓形成の非侵襲光イメージング法の開発を行った。結果として、開発したモデルを使用してヘマトクリットを誤差約1%の精度で非侵襲に予測できた。また、血漿層境界反射分光法によって、血漿遊離ヘモグロビン濃度を5mg/dLの分解能で定量できた。近赤外ハイパースペクトラルイメージングにより、連続流血液ポンプ内に形成された血栓の非侵襲イメージングを達成した。血液透析、人工心肺、左心室補助などの体外循環治療において、出血血液凝固、血球破壊などが問題となっているが、これらを可視から近赤外光を用いて非採血的にかつ連続的にモニタリングする医用システムを確立することが目的である。第一の研究成果として、血液内の光子の経路を解く血液内光伝播シミュレーションを開発した。血液は赤く濁っているが、それは赤血球によって光が吸収・散乱されるためである。このため血液内の光は複雑な光路を辿るため、通常の分光光度計では、血液物質を定量することはできない。そこで、シミュレーションによって血液中の赤血球内外の光路長を計算できるようにし、光を吸収させる物質がどれくらい含まれているのか定量することが可能となった。本システムによって血中ヘモグロビンを採血測定との誤差1%程度の精度で非採血に予測することに成功した。第二の研究成果として、体外循環回路における「血漿層境界反射分光法」を開発した。血液は、血球細胞(赤血球、白血球、血小板)が血漿中に分散した懸濁液である。これまでの血液の光モニターは、酸素飽和度やヘモグロビン濃度など、赤血球に関する診断機器だけであったが、本システムは血漿成分を非採血に定量できる技術である。着想の原点は「プラズマスキミング効果」を利用することにある。これは血液が流動したとき、血球細胞群は血管の中心付近に集中して流動し、血管壁付近には血球細胞がなく、薄い血漿層となる現象である。このことから、体外循環の流路壁と血漿層の境界で反射した光のみを分光することで、全血まるごとの状態で血漿物質だけの情報を取得できるようになった。溶血による血漿中のヘモグロビン濃度を約5mg/dLの精度で採血せずに定量できる実験結果を得た。人工心臓や人工肺内における血栓形成による赤血球破壊度を迅速に検知し、デバイス異常の早期対応へのための安全管理システムとして期待できる。機械的補助循環デバイスの発展に伴い、1ヶ月程度の中長期的な体外補助循環を行い、生体心臓の回復を図る医療も広まりつつあり、補助期間の長期化が予想される。循環中では、出血、赤血球破壊、血栓形成などの血液に関する問題がしばしば起こるが、これらは定期的な採血によって、その程度を診断しており、貧血、対応の遅れ、また感染症に繋がることが問題となる。長期間安全で信頼性の高い体外補助循環を実現するために、光を用いた血液の非侵襲モニタリングは大いに貢献できると考えられるが、臨床上信頼を得ている光計測はパルスオキシメトリーのみであるのが現状である。光によって定量的に、そして多項目の血液診断を実現するために、1体外循環回路を流動する血液内光伝播モデル、2血漿光計測法の開発、3血栓の光学特性調査を行った。1について、開発した血液内光伝播モデルを用いて、ヘマトクリットを採血測定との誤差1%程度の測定を達成し、モデルの妥当性を確認した。2について、「プラズマスキミング効果」に着想を得た血漿光モニターを開発した。プラズマスキミング効果とは、血液が流動したとき、血球細胞群は血管の中心付近に集中して流動し、血管壁付近には血球細胞がなく、薄い血漿層となる現象である。これにより、溶血による血漿中のヘモグロビン濃度を約5mg/dLの精度で採血せずに定量できるようになった。3について、ハイパースペクトラルイメージングにより、連続流血液ポンプ内血栓の分光イメージングを行い、全血と血栓のスペクトルの差異を利用して血栓の非侵襲イメージングを達成した。血栓の光学特性は、血栓内赤血球密度が、周囲の血流に依存して変化し、それに伴い全血との光学特性に差が生じることが示唆された。近赤外ハイパースペクトラルイメージングにより、連続流血液ポンプ内に形成された血栓の非侵襲

イメージングを達成した。血液透析、人工心肺、左心室補助などの体外循環治療において、出血、血液凝固、血球破壊などが問題となっているが、これらを可視から近赤外光を用いて非採血的にかつ連続的にモニタリングする医用システムを確立することが目的である。平成23年度は、体外循環回路中を流れる血液内の光伝播を直接解くことができるPhoton-cell interactive Monte Carlo(pciMC)シミュレーションを開発した。開発したpciMCの精度を確認するため、新鮮ブタ血液を人工心肺回路で環流し、回路を流れる血液のヘマトクリット(HCT)を実際に非侵襲的に予測することを試みた。具体的には、回路チューブに波長633nmのHe-Neレーザーを照射し、血液透過光および反射光を受光した。一方で、pciMCシミュレーションを行い、受光結果と一致するときのHCTを出力した。結果として、採血式の測定結果と比較して、誤差1HCT%以下の精度で予測することに成功した。血液の散乱は、血球細胞と血漿の屈折率の相対差によって起こる。したがって、血漿の個体差、または血球破壊(溶血)による血漿屈折率の変動によって散乱が変化する。このことから、血漿だけの光学特性を抽出し、血漿の非侵襲モニタリングおよび散乱補正を達成できる「血漿層境界反射分光法」を開発した。人工心肺回路にて新鮮ブタ血液を環流した。循環回路にガラス製フローセルを接続し、そのセル面に対して45°の角度でハロゲン白色光源(波長帯400800nm)を入射し、セル壁層と血液層の境界で反射した光のみを光ファイバで取り込み、分光光度計に導いた。波長600nm以下のスペクトルは、HCTには依存せず、溶血にのみ依存した(相関係数=0.99)。得られたスペクトルから実際に血漿遊離ヘモグロビン濃度を予測した結果、22±19mg/dLの誤差精度で一致した。平成24年度は、血漿層境界反射分光の精度について詳細に検討した。in vitroで模擬人工心肺回路を構成し、ウシ血液を連続流血液ポンプで流量2L/minで環流した。人工肺にて血液酸素飽和度を100%とした。血液温度を37°Cで一定に保った。人工肺出口回路チューブ(内径6.35 mm)にガラス製の光学フローセルを接続した。フローセル面に対して45°の入射角で、ハロゲン白色光(波長400-900nm)を光ファイバで導いて入射した。ここで液体パラフィンをファイバ固定治具内に満たすことで、フローセル表面反射光を除去し、血漿-フローセル内面の境界層での反射光を受光ファイバにて取込み、小型分光光度計にて分光した。実験中、血液のヘマトクリットHCT[%]及び血漿遊離ヘモグロビン濃度fHb[mg/dL]を変化させた。HCTについては、血液を遠心分離して抽出した自己血漿を回路内に注入することで変化させた。fHbについては、ヘモグロビン溶液を注入することで変化させた。HCTを変動させる実験ではfHbが一定であること、fHbを変動させる実験ではHCTが一定であることを確認した。結果として、波長600nm以下におけるスペクトルはHCTの変化に依存せず、fHbの変化に応答した。このことから、血液の血漿の光学特性変化のみを抽出することに成功したことが示された。上記実験を繰り返し、臨床上十分な、5mg/dLという精度で血漿中の遊離ヘモグロビン濃度を定量できることを確認し、研究はおおむね順調に進展していると評価する。
極微量多元素同時分析用フーリエ変換原子磁気旋光計の開発

1.はじめに生体、環境および新素材中においては、極微量元素が重要な役割を果たしていることが、近年、益々重要視されてきている。この場合、複数の元素を同時に、しかも複雑な試料マトリックスの妨害を受けずに分析する事が不可欠な事である。本研究では、原子蒸気に磁場を印加したものを通過する際の生ずる旋光現象(原子ファラデー効果)を利用し、多元素同時分析の方法を分光器なしの非分散法の確立を目的した。2.開発した分析計と結果まず、基礎的な性能および特性を調べるために、マグネシウムと亜鉛の二元素を分析できる装置を試作した。両元素の中空陰極ランプを直角の位置に配置し、格子ミラーで同一光軸上に乗せた。この光は第一編光プリズムを通し、電磁石中に置かれている空気ーアセチレン炎中の原子蒸気によって旋光する。旋光した光の一部は第二偏光子(検光子)を通り検出器である光電子増倍管に至る。二元素の信号の区別は、それぞれのランプを異った周波数で変調し、検出器からの信号をフーリエ変換することで行った。両元素相互のクロストークを調べたが、化学干渉によるわずかなもの以外は認められなかった。検出下限としてはマグネシウムが10ppb、亜鉛が1ppmと、一応満足できるものであった。現在、さらに四元素を同時に分析する装置を試作し、実験を行っているが、感度が悪いものの、四元素同時に測定が可能となっている。今後、磁場を変調する方法やオフセットアングル法により高感度化をはかっていく予定である。また、本法は試料マトリックスによるバックグランド信号を生じないという特長があるので、電気加熱原子化器との組み合わせで、固体試料の直接多元素同時分析を計画している。
古文献によるアイヌ語史の構築

現存するアイヌ語の古文献を17世紀前半、18世紀前半、18世紀後半、19世紀前半に区分し、代表的なものを分析し、各時期の特徴を明らかにした上で、400年間にわたるアイヌ語の通史について一応の見通しを与えた。概略的には、17世紀初頭の文献にみられる音韻、文法、語彙の特徴が、18世紀初頭では失われる傾向があり、18世紀後半では急激な変化が起きたということを文献を用いて実証的に明らかにした。今年度は、神戸大学住田文庫中のアイヌ語文献の調査。及び北海道大学付属図書館北方資料室のアイヌ語文献の調査を行った。その結果、神戸大学住田文庫中に大量のアイヌ語関係文献を発見し、学術的に貴重な資料であることが明らかとなった。特に重要なのは、「蝦夷地言葉」と題されたアイヌ語の語彙集である。この書は、著者名や採録地は不明であるが、江戸時代末期のものであることは確かであり、著者が本州から公務で蝦夷地へ派遣された人物であることもほぼ確実で、公務の合間にアイヌ語に興味を持ち、資料を求めてそれを筆写したものであることが推定される。内容は、これまでに知られている主なアイヌ語資料とはかなり性格が異なるもので、類例をみないものである。他の資料が専ら語彙を中心としているのにたいし、会話集的な資料であり、文例が数多く載っているのが貴重である。また、内容は旅行者向けと思われる文例が多く、幕末には、このような実用書的なアイヌ語学書が作成され、かなり流布していたらしいことが推定され、実用的であるがゆえに、今日残っているものは極めて稀と思われ、ユニークな資料として注目される。北海道大学北方資料室の諸資料についても調査を行ったが、特にアイヌ語文献の研究に欠かせない当時の松前地方の方言を記した「松前方言稿」を複写、分析した。なお、論文「アイヌ語地名研究と言語学」は、アイヌ語地名研究に古文献の研究を応用して地名によく母音脱落がみられるという定説に疑義を述べたものであり、「土人共江申渡書のアイヌ語について」は光丘文庫、加賀屋文書、積丹町史資料のアイヌ語申渡文の分析から江戸時代のアイヌ語方言の差異や申渡文の言語資料としての価値や性格を明らかにしたものである。「アイヌ語千歳方言のアスペクト」は、アイヌ語の古文献の分析において必要不可欠な現代アイヌ語の文法的な特徴、とくにアスペクトという文法現象を論じたものである。今年度は北海道大学付属図書館、苫小牧市立図書館、国立公文書館でアイヌ語関係の古文献の調査を行い、研究テーマに関連する文献の調査を行った。まず、世界最古のアイヌ語辞書である「もしほ草」の諸本についての詳しい調査研究を行い、従来の文献学的な記述の再検討を行った。その結果、諸本の問に従来考えられている以上の細かな異同が非常に多数見つかり、また、異本に関しても従来は不明確であった書誌的な情報を明らかにすることができ、校訂に向けての基礎資料を得ることができた。その他、新しいアイヌ語古文献資料を新たに追加し、データをより豊富にすることができた。また、松前藩が幕府に提出した「松前嶋郷帳」について、現存する重要な写本二種を比較研究し、この文献がアイヌ語研究に持つ意義を追求した。より具体的にはこれまでの研究の中で研究代表者が新たに発見した「松前嶋郷帳」がこれまで知られている写本のいずれとも内容が一致しないことを確認し、新しく発見された「松前嶋郷帳」の内容の検討から、郷帳を含む重要なアイヌ語文献である「蝦夷記」の年代、資料的位置づけをより正確に確定できる可能性を明らかにした。また、古いアイヌ語の研究を行うには古い時代の日本語との関係を考慮しつつ作業を進める必要があるが、日本語の上代特殊仮名遣いや平安朝のアクセント資料などの検討を通してアイヌ語の中には古い時代の日本語の形が反映されている可能性があることを示した。なお、アイヌ語の古文献資料研究の基礎となる研究として不可欠なものとして、アイヌ語の文法的構造に関する研究があるが、この面に関しても引き続き研究を行った。特に、アスペクトをめぐる諸問題について考察し、アイヌ語の「完了」を表す形式が表面的な類似とは裏腹に、深いレベルでは日本語と相当異なる性格を持つことを明らかにし、アイヌ語を記録した古い文献の評価、検討を行う場合にもアスペクトが有用な基準の一つとなり得ることを示した。また、二つの再帰接頭辞の用法の違いについても明らかにした。今年度は、引き続き北海道大学付属図書館のアイヌ語古文献の調査を行い、関連する文献の調査、収集を行った。これと並んで、これまで収集、分析して来た18世紀前半以前の、アイヌ語文献資料が少ない時代の資料についてのさらなる調査、研究に力を入れた。

その結果、アイヌ語最古の文献に属する「松前ノ言」、イエズス会イタリア人宣教師ジロラモ・デ・アンジェリスの残したいわゆる「蝦夷国報告書」(Relatione del regno di Iezo)に関連して、これまで指摘されたことのない、各々の文献についての非常に興味深い事実を明らかにした。まず、「松前ノ言」は、奥書その他がないために、成立年代については書体や料紙などの外面的特徴からその年代を推定するしかなかったが、今回、文書の中で用いられているアイヌ語表記の奇妙な特徴(「ん」を促音表記として用いる)が、室町末期の日本語表記の特徴と一致することを指摘し、この文献の成立年代についての言語学的な根拠を示した。また、「蝦夷国報告書」については、従来、直接の聞き取りに基づく資料と暗黙に理解されていたが、語頭に不可解なyを用いた表記が現れる点に着目し、この表記が室町末期から江戸初期にかけての日本語の特色(eという音節がなく、すべてyeであったこと)と一致することから、アンジェリスは仮名で書かれた日本人によるアイヌ語資料をローマ字に転写したのではないか、という推定を行った。なお、アイヌ語の古文献資料研究の基礎となるものとしてアイヌ語の文法研究、方言研究が欠かせないが、アイヌ語で一般的に許される合成名詞の構造について、従来の定説とは逆に疑似修飾構造こそが合成名詞の主要な形成法であることを示した。また、研究の少ない伊達方言について50年前の録音資料を分析し、江戸時代の有珠山噴火、英国船来航を伝えるアイヌ語伝承テキストを解読し、文法的な特徴(特殊なわたり音挿入規則、特殊なアスペクト形式)を明らかにした。今年度はこれまで扱ってこなかった次期に属する18世紀前半のアイヌ語資料を中心に分析をすすめた。具体的には、坂倉源次郎の「北海随筆」、松宮観山の「蝦夷談筆記」、天嶺性空「秋島夜話記」という三つの文献に含まれているアイヌ語の語彙について詳細に分析した。これらの文献は初期の時代の蝦夷地の事情を記述した文献として非常に貴重なものであるが、異本の多いものもあり、そのままでは含まれているアイヌ語の語彙について、言語学的な研究を行うことができない。そこで、比較的善本と思われる異本を校合してまず文献的な研究を行った上で、この時期に属するアイヌ語の特徴を分析した。その結果、18世紀前半の資料にも、アイヌ語最古の文献に属する17世紀前半の資料と共通する特徴が現れることを実証的に明らかにすることができた。これらの特徴は18世紀後半、19世紀前半に属するアイヌ語資料には通常はみられないものである。具体的には長母音を表したとみられる表記が、共通する語彙にみられることを明らかにした。また、後期の文献には通常はみられない特徴的な語形が、この時期の文献にもみられることを明らかにした。その一方で、17世紀前半の資料に現れる中舌母音をあらわしたとみられる表記は現れないことを指摘した。これにより、ごく部分的にではあるが17世紀前半(長母音、中舌母音、特徴的語彙)、18世紀前半(中舌母音の消失)、19世紀以降(長母音の消失、語彙の交替)というアイヌ語の通史に関する見通しを立てることができた。なお、古文献の研究に必要な研究である近現代のアイヌ語の研究として、資料の少ない虻田方言の研究を行った。また、千歳方言の文法についてまとめ古文献のアイヌ語諸形式の分析にも有用な知見をまとまった形で提示した。
初期土壌生成過程における養分蓄積過程の解明

本研究は、植生とその遷移について良く研究されている三宅島を研究フィールドとして、新鮮なスコリアを母材とする初期土壌生成過程に注目し、噴火堆積後の土壌生成年代を異にする各土壌を対象に、その土壌生成および養分蓄積過程の解明を目的とした。1)1983年、1962年、1940年、1874年、および1000年以上前に噴火堆積したスコリア丘の土壌断面調査によれば、1874年までの地点では、A/C断面でA層の発達が次第に顕著となり、1000年以上経過した地点では、Cambic B層の発達が認められ、火山放出物未熟土から酸性褐色森林土へと発達した。2)上記5断面の層位別試料について、粒径組成・pH.・水溶性および交換性塩基・全炭素・全窒素・粘土鉱物の同定・酸性シュウ酸アンモニウム可溶のAl, Fe, Si(非晶質ないし準晶粘土鉱物)・CECを定量した結果、噴火堆積後約1000年間の年代経過ともに、以下の土壌生成および養分蓄積過程が明らかとなった。(1)2mm以上画分が減少し、シルトおよび粘土画分の合計が、0.8%から48%へと増加した。また、土壌有機物の蓄積過程も顕著であり、最表層で全炭素として0.04%から9.15%へと増加した。さらに、粘土鉱物としては大部分がまだ非晶質であるが、Al+1/2Fe量が大きく増大した。この結果、CECも最表層で、0.64から21.75cmol(+)kg-1へと増加した。そして、これらの増加頃向は、土壌生成年代の対数的関数として表現された。(2)上で述べた土壌構成成分の増大に対応して、水溶性および交換性塩基の各元素(Ca, Mg, K, Na)、とくに後者で顕著に蓄積し、それぞれ0.01から11.45、0.05から6.46、0.04から0.73、0.07から1.30cmolc(+)kg-1へと顕著に蓄積した。また、塩基飽和度は100%に近い状態で推移し、スコリア質土壌の特徴と考えられる。(3)有効態リン酸と水・KCl抽出硝酸およびアンモニアイオンも増大し、CECの増大傾向と対応関係を示した。以上のように、植生の一次遷移下で(裸地から極相林としてのタブノキ林まで)、約1000年間の初期土壌生成過程における土壌養分の蓄積速度が、わが国で初めて明らかとなった。本研究は、植生分布や遷移について既に多くの知見がある三宅島をフィールドとして、新鮮なスコリアあるいは溶岩から出発する初期土壌生成過程に注目し、発達程度を異にする各土壌を研究対象として、その植生遷移段階と噴出年代を特定化した上で、微量要素を含む植物養分の蓄積量および存在様式の変化に基づく植物養分蓄積過程の解明を行うことを目的とした。

1)1983年噴出で裸地の地点と1874年噴出の既にタブ林が成立した地点において、土壌断面調査を行った結果、後者は、13cmのA層の下部にC1からC5までのC層を持つ火山放出物未熟土(スコリア質)であり、裸地ではC層のみ6層に分けらる未熟土であった。2)両断面の層位別試料の採取を行い、粒径組成・pH・水溶性塩基および交換性塩基の定量を行った結果スコリア噴出・堆積後17年と125年間における以下の養分蓄積過程の差異が明らかとなった。つまり、両土壌を比較すると、表層の試料で0.5mm以下の粒径画分が約6倍に増加し、pHは約1ユニット低下し、交換性塩基量もカルシウムで約17倍の増加を示した。この増加は、粘土含量・土壌有機物の増加と良く対応していた。3)今後は、両土壌の中間的段階と、約1000年を経過した成熟した土壌も含め、土壌養分蓄積過程のより詳細な側面について研究を継続する。なお、三宅島の噴火により火山灰の堆積影響が考えられるが、上記の試料は噴火前に幸運にも採取しているので、研究遂行上は問題ないし、火山灰の土壌影響評価も行う予定である。本研究は、植生とその遷移について良く研究されている三宅島を研究フィールドとして、新鮮なスコリアを母材とする初期土壌生成過程に注目し、噴火堆積後の土壌生成年代を異にする各土壌を対象に、その土壌生成および養分蓄積過程の解明を目的とした。1)1983年、1962年、1940年、1874年、および1000年以上前に噴火堆積したスコリア丘の土壌断面調査によれば、1874年までの地点では、A/C断面でA層の発達が次第に顕著となり、1000年以上経過した地点では、Cambic B層の発達が認められ、火山放出物未熟土から酸性褐色森林土へと発達した。2)上記5断面の層位別試料について、粒径組成・pH.・水溶性および交換性塩基・全炭素・全窒素・粘土鉱物の同定・酸性シュウ酸アンモニウム可溶のAl,Fe,Si(非晶質ないし準晶粘土鉱物)・CECを定量した結果、噴火堆積後約1000年間の年代経過ともに、以下の土壌生成および養分蓄積過程が明らかとなった。(1)2mm以上画分が減少し、シルトおよび粘土画分の合計が、0.8%から48%へと増加した。また、土壌有機物の蓄積過程も顕著であり、最表層で全炭素として0.04%から9.15%へと増加した。さらに、粘土鉱物としては大部分がまだ非晶質であるが、Al+1/2Fe量が大きく増大した。この結果、CECも最表層で、0.64から21.75cmol(+)kg・1へと増加した。そして、これらの増加傾向は、土壌生成年代の対数的関数として表現された。(2)上で述べた土壌構成成分の増大に対応して、水溶性および交換性塩基の各元素(Ca,Mg,K,Na)、とくに後者で顕著に蓄積し、それぞれ、0.01から11.45、0.05から6.46、0.04から0.73、0.07から1.30cmolc(+)kg・1へと顕著に蓄積した。また、塩基飽和度は100%に近い状態で推移し、スコリア質土壌の特徴と考えられる。(3)有効態リン酸と水・KCI抽出硝酸およびアンモニアイオンも増大し、CECの増大傾向と対応関係を示した。以上のように、植生の一次遷移下で(裸地から極相林としてのタブノキ林まで)、約1000年間の初期土壌生成過程における土壌養分の蓄積速度が、わが国で初めて明らかとなった。
高周波地震波の散乱による地殻の不均質性の推定

地震波の解析と数値シミュレーションに基づく地殻・マントルの不均質構造の分布とその地域性に関する研究において、2011年東北日本太平洋沖地震の前震、本震、余震を用いて、S波コーダ波の特徴と周波数依存性からコーダQを評価し、地震の前後での地殻・マントル不均質構造の変化を調べた。震源域に近い東北地方太平洋側のHi-net地震観測データを選び、本震の前後でのコーダQ値の変化が、震源域に近い観測点で起きていることを突き止め、その変化量から地殻とマントル構造の変化、特に地震時に大きくズレ動いたプレート境界での物性の変化を求めた。また、太平洋プレートおよびフィリピン海プレートで発生したプレート内地震を用いて、プレート内不均質構造における地震波の散乱特性の変化、特に高周波数地震動の波形変化と低周波数の先駆波、分散波の波形を調べ、これまでプレートの断裂があると考えられている紀伊水道下や北海道積丹半島沖の地下を伝播経路に持つ地震波の変化を明確化した。次に、不均質なプレート構造とその断裂をモデル化した、地震波伝播のコンピュータシミュレーションを行なって、プレートが薄くなっているか、あるいは完全に断裂しているかについて、シミュレーション結果と観測波形の特徴から議論した。地殻・マントルの不均質構造の分布特性とその地域特性(日本、インド等)を明らかにし、周波数1Hz以上の高周波数地震動の伝播を正しく評価するための高精度地下構造モデルを構築をめざして、日本の高密度地震観測網(Hi-net)や広帯域観測網(F-net)で記録した、1997年以降の近年の地震動データを用いて、3成分地震波形に見られるLg,Pg,Pn,Sn波とその後続波群(コーダ波部分)の性質に着目して、その3成分比とその計上の周波数特性と距離依存性を詳しく評価した。今年度は、特に近年日本で発生したM4.5程度以上の規模を持つ内陸地震および深いプレート内の地震について、Hi-net高密度地震観測網の800観測点データをもちいた地震波形解析を進め、地震波の実体波(Pn,Sn,Lg,Pg)部分と後続波(コーダ波)部分についてそれぞれ、3成分波形の特徴と周波数依存性、距離依存性を定量評価して、地殻とマントルの不均質構造の定量化とその地域性を明確化した。特に、太平洋プレートの深発地震に見られる高周波数P波とS波およびそのコーダ波形特性が、プレート形状が急変する北海道や中部日本において水平方向に大きく変化していることを発見し、プレートの断裂や薄化が起きている可能性を検討した。地震活動やメカニズム、走時トモグラフィモデルを参考にしてプレートモデルを構築し、地震波伝播の3次元差分法シミュレーションにより観測データを評価する基礎研究に着手した。
Elastographyと新たな線維化診断を用いた非侵襲的NASH診断の新展開

NASHモデルラットと正常ラットの肝組織を用いた観察、検討を行った。SHGイメージを用いて1肝線維の太さ、2密度、3線維の3次元的立体構造のイメージングと定量化に成功した。従来は評価が難しかった『肝臓にどのように線維が付着しているのか』が立体的に評価可能である可能性が示唆された。肝表面構造の変化はNASH線維化進展の初期変化をとらえている可能性がある。肝表面のコラーゲン線維構造は病理組織検査で評価することが出来ないため、SHGは代替不能な測定技術である。また、NASH患者のElastography肝硬度値と肝線維構造には相関があり、肝硬変症例の同定にElastographyは有用であった。2光子励起顕微鏡を用いたSHG(Second harmonic generation)イメージは、コラーゲンの局在を反映することが知られており、斬新な線維化定量評価法として注目されている。このSHGイメージを用いて肝内のコラーゲン線維や肝星細胞の観察を行い、SHGイメージと、申請者らが確立してきたElastographyを用いた非侵襲的肝線維化診断技術を組み合わせて、NAFLDからの肝硬変高リスク群やNASHからの肝発癌高リスク群を明らかにすることを目的としていた。2016年3月までに、91例のElastography測定と肝生検を施行しており、今後得られた標本をSHGイメージで解析していく予定である。また、SHGイメージの所見とElastographyの測定結果の比較検討も併せて行う予定である。また、肝線維化の初期変化の過程を、NASH肝硬変マウスとcontrolマウスでSHGイメージを用いて観察を行う予定であり、Elastographyが肝線維化初期変化を診断できるか検討していく方針である。NASH症例のElastographyデータに関しては、2016年度の学会等で発表を行ってきた。今後、SHGイメージの解析データを加えて、論文化・学会発表を行っていく方針である本研究の目的は、1)2光子顕微鏡を用いたNASHモデルマウスの肝線維化評価、2)NASHモデルマウス、正常マウスのShear wave elastographyを用いた肝硬度測定、3)2光子顕微鏡を用いたNASH症例の肝線維化評価とElastography測定であった。当初の計画では、100例を対象にデータ収集予定で、今年度に生検症例数はおおむね確保できており、得られた生検検体を元に、適切なSHGイメージでの観察方法を確立していく。NASHモデルマウスの肝線維化評価に関しては、NASHモデルマウスの作成は既に着手しており、肝硬変形成までに3ヵ月程度を要する見込みであり、完成次第、肝の観察とElastography測定を行っていく。SHGイメージングの有用性・妥当性を明らかにするために、NASHモデルラットと正常ラットの肝組織を用いた観察、検討を行った。肝表面線維パターンを解析することで、従来は困難であった肝線維化の初期変化や進行の過程を経時的に観察した。また、SHGイメージを用いた1肝線維の太さ、2密度、3線維の3次元的立体構造のイメージングと定量化に成功した。NASHモデルラットは線維化が伴い肝表面のSHGで示されるコラーゲン線維の構造変化がみらた。今回確認された肝表面コラーゲンの構造変化をワークステーションを用いて画像解析し、有意な変化として観察可能であった。研究立案時の想定症例数には概ね迫っている状況である。症例数の確保が自院だけで難しい場合には、愛媛肝炎ネットワークを通じて対象症例を紹介して頂く方針である。肝線維化本研究はH28年からH29年の2年間にわたって行う研究であり、データを集積・解析途中の段階である。データ解析・記録用の機器を購入予定であったが、データ集積が終了したのちに購入する方針としたため、次年度使用額が生じた。必要に応じて愛媛大学医学部附属病院を中心とした肝疾患・肝炎の診療、情報交換のためのネットワーク組織(愛媛肝疾患・肝炎ネットワーク、Ehime Kanshikkan-Kannenn Network: EKEN net)を通じて対象患者を紹介してもらい、データ集積を進める。NASHモデルマウスでの計測がうまくいかなかった場合、再度マウスの育成等を行う
実験的に発癌させた舌癌に対するプロポリスによる抗腫瘍作用の病理組織学的検討

本研究では,エーテル麻酔下にゴールデンハムスターの右舌縁中央1/3部を数回擦過した直後に,0.5%DMBA含有アセトン溶液を塗布し,実験的に舌癌を発癌させ,プロポリスの発癌抑制効果を検討した.1群を10匹とし,5%プロポリス水溶液(林原プロポリス粉末,マルトース95%含有)を飲ませる群と,コントロールとしてマルトース水溶液を飲ませる群の2群に分けて実験を行った.結果として,プロポリス水溶液を飲ませた群は,約2か月頃より擦過時,興奮傾向を示すようになり,飲水量も1匹につき1週あたり約60mlから30mlに減少した.そして,6か月までに7匹が闘争死し,残りの2匹に白板症形成を認めたが,残り3匹の全身状態も悪化してきたために実験を中止した.一方,マルトース水溶液を飲ませた群は,6か月までに3匹が闘争死し,残りの2匹に白板症の形成を認めた.両群とも,白板症を組織学的に検索したところ角化の亢進のみで腫瘍形成は認められなかった.今回の実験では,プロポリス投与群のハムスターに興奮傾向が認められ闘争死が多く全身状態も悪化し,コントロール群に腫瘍を形成させるまでに,プロポリス投与群の動物数が少なくなり,プロポリスの発癌抑制作用を証明するにはいたらなかった.本実験では1ゲージに3から4匹のハムスターを入れていたが闘争死を避けるために,再実験では1ゲージあたりの数を減らす必要があると考える.尚,5%プロポリス水溶液飲水下で,ヌードマウスにヒト扁平上皮癌A431細胞を皮下に1x10^4個注射し,植え付け実験を行ったが,プロポリスの抗腫瘍効果は認められなかった.本研究では,エーテル麻酔下にゴールデンハムスターの右舌縁中央1/3部を数回擦過した直後に,0.5%DMBA含有アセトン溶液を塗布し,実験的に舌癌を発癌させ,プロポリスの発癌抑制効果を検討した.1群を10匹とし,5%プロポリス水溶液(林原プロポリス粉末,マルトース95%含有)を飲ませる群と,コントロールとしてマルトース水溶液を飲ませる群の2群に分けて実験を行った.結果として,プロポリス水溶液を飲ませた群は,約2か月頃より擦過時,興奮傾向を示すようになり,飲水量も1匹につき1週あたり約60mlから30mlに減少した.そして,6か月までに7匹が闘争死し,残りの2匹に白板症形成を認めたが,残り3匹の全身状態も悪化してきたために実験を中止した.一方,マルトース水溶液を飲ませた群は,6か月までに3匹が闘争死し,残りの2匹に白板症の形成を認めた.両群とも,白板症を組織学的に検索したところ角化の亢進のみで腫瘍形成は認められなかった.今回の実験では,プロポリス投与群のハムスターに興奮傾向が認められ闘争死が多く全身状態も悪化し,コントロール群に腫瘍を形成させるまでに,プロポリス投与群の動物数が少なくなり,プロポリスの発癌抑制作用を証明するにはいたらなかった.本実験では1ゲージに3から4匹のハムスターを入れていたが闘争死を避けるために,再実験では1ゲージあたりの数を減らす必要があると考える.尚,5%プロポリス水溶液飲水下で,ヌードマウスにヒト扁平上皮癌A431細胞を皮下に1x10^4個注射し,植え付け実験を行ったが,プロポリスの抗腫瘍効果は認められなかった.
ヒト胃癌細胞の転移形式別にみた特異的転移関連因子の解析

低転移性のヒト胃癌細胞株をマウス胃壁に接種する細胞注入法を用い同所性移植を施行、これを繰り返すことでリンパ節転移、肝転移巣,腹膜播種を選択的に引き起こす細胞株を各々樹立した。同様に、ヒト膵癌の高肝転移株を樹立した。様々な転移阻害物質による転移阻害実験、血管新生因子産生量の解析、各種転移関連遺伝子の発現解析をおこなった。現在のところ、胃癌細胞の肝転移促進にはエンドセリンの関与が、リンパ節転移にはVEGF-Cの関与が、また、膵がん細胞の肝転移形成には、osteopontinの発現亢進が示唆された。ヒト胃癌細胞株であるAZ521を、マウス胃壁に接種する細胞注入法を用い同所性移植を施行、これを繰り返すことでリンパ節転移、肝転移巣、腹膜播種を選択的に引き起こすAZL5G、AZB5G、AZP5Gを樹立した。また、ヒト膵がん細胞株であるHPC-3を用い、同所性移植の手技により、肝転移株HPC-3H4を樹立した。これらの細胞を用い、以下の実験を行った。1.細胞増殖能:親株であるAZ521と、各種転移株AZL5G(リンパ節転移株)、AZH5G(肝転移株}、AZP5G(腹膜転移株)、また、HPC-3と肝転移株HPC-3H4(肝転移株)の細胞増殖能は、in-vivo、in-vitro双方で同等であった。2.細胞表面接着分子、細胞間シグナル伝達分子に関する解析から得られた転移関連分子;予算内で、すべての抗体関連の実験を進めるのが困難で、まず、横断的な分子発現解析を行って候補を募り、その後に蛋白レベルの確認実験を行うこととした。各種細胞を平常培養し、同所性移植を行い、原発巣と各種転移巣の組織を保存した。それらを用い、細胞表面接着分子、細胞間シグナル伝達分子や、各種増殖関連分子の発現解析を行った。そこから得られた、発現に変化のある分子を候補として、解析を進めたところ、胃癌細胞の肝転移促進にはエンドセリンの関与が示唆された。リンパ節転移にはVEGF-Cの発現亢進が関与していた。しかし、腹膜播種性転移に関わる分子の同定には至らなかった。また、膵がん細胞の肝転移形成には、osteopontinの発現亢進が寄与する可能性が示唆された。3.次年度には、関与が示唆された分子に関わる関連分子を含め、転移阻止実験を展開し、in-vivoにおける治療モデルの開発を目指したい。胃癌細胞株AZ521をマウス胃壁に接種する細胞注入法を用い同所性移植を施行、これを繰り返すことでリンパ節転移、肝転移巣,腹膜播種を選択的に引き起こすAZL5G、AZH5G、AZP5Gを樹立した。また、膵がん細胞株であるHPC-3を用い、同所性移植の手技により、肝転移株HPC-3H4を樹立した。1.転移阻害実験;インテグリンα1抗体、α2抗体、DGEAベプチド,転移阻害物質であるTNP470によるAZL5G、AZH5G、AZP5G、HPC-3H4の転移阻害実験の結果,TNP470(30mg/kg)の投与にて高リンパ節転移株(AZL5G)における転移リンパ節個数の減少が確認された。2.血管新生因子産生量;1×104の腫瘍細胞から、ELISA法によりVEGF、bFGFの発現を測定した。HPC系高肝転移株においてVEGFの産生亢進が確認されたが、腹膜転移株におけるサイトカインの産生亢進を確認し得なかった。3.遺伝子発現解析;樹立した高転移株の遺伝子プロファイリングをcDNAマイクロアレイにより解析したところ、肝転移株、腹膜転移株リンパ節転移株においてそれぞれ有意に発現亢進・減弱を示す遺伝子群を認めた。これらは、細胞増殖やシグナル伝達に関与する分子であった。各々の意義については現在確認中である。4.現在のところ、胃癌細胞の肝転移促進にはエンドセリンの関与が、リンパ節転移にはVEGF-Cの関与が示唆されている。また.膵がん細胞の肝転移形成には、osteopontinの発現亢進が示唆された。

1.転移阻害実験;インテグリンα1抗体、α2抗体、DGEAペプチド、転移阻害物質であるTNP470によるAZL5G、AZH5G、AZP5G、HPC-3H4の転移阻害実験の結果、TNP470(30mg/kg)の投与にて高リンパ節転移株(AZL5G)における転移リンパ節個数の減少が確認された。2.血管新生因子産生量;1×10^4の腫瘍細胞から、ELISA法によりVEGF、bFGFの発現を測定した。HPC系高肝転移株においてVEGFの産生亢進が確認されたが、腹膜転移株におけるサイトカインの産生亢進を確認し得なかった。3.遺伝子発現解析;樹立した高転移株の遺伝子プロファイリングをcDNAマイクロアレイにより解析したところ、肝転移株、腹膜転移株、リンパ節転移株においてそれぞれ有意に発現亢進・減弱を示す遺伝子群を認めた。これらは、細胞増殖やシグナル伝達に関与する分子であった。これらの分子発現解析から得られたにより、エンドセリン、VEGF-Cについて、細胞導入実験を行ったところ、エンドセリンは胃癌細胞株への導入と強制発現により肝転移を促進することはなかった。しかし、高肝転移株においては確かに有意な発現上昇を認めた。VEGF-Cは胃癌細胞株への導入によりリンパ節転移の有意な上昇を認めた。さらに、膵癌細胞株においては、mi-RNAによるosteopontinの発現抑制により肝転移が有意に減少した。
新規なイントロンを持つCandida albicansの発見とその薬剤感受性

タイ国のエイズ患者から分離した100株のC.albicans株についてPCR法で遺伝子型を決定し(genotype A、B、C、D, E)、それぞれの分離地域および疾患との関係を調べた。その結果、タイ国ではA型多く、その分離の割合は、日本と殆ど同じであった。また、100株中、2株のC.dubliniensisが発見されたが、エイズ患者との間で、分離頻度に相関性は観察されなかった。本邦のC.dubliniensis株は、アゾール系の薬剤に耐性である株は少なく、逆に低いMIC値を示しており薬剤憾受性が高まる傾向が観察された。338-bpの塩基が挿入された塩基配列を持つ、genotype E型のC.albicansにおいても、イントロンの挿入が薬剤への感受性の変化をもたらすことが確認された。特にピリミヂン系の抗真菌剤に対する薬剤感受性が高まることが、E型のC.albicansで明らかとなり、イントロンの挿入は逆に薬剤の感受性を高める作用もあった。欧米で分離されたC.dubliniensisは、多くが薬剤耐性であるが、本邦での分離株では、殆どがC.albicansであり、耐性菌の出現に関与する菌種が地域によって異なることが明らかとなった。本邦における耐性菌もフルコナゾールに対して耐性であることから、分離株のC.albicansの耐性機構の解明を進めた。その結果、耐性機構の解析に用いたC.albicans数株ではエルゴステロールの合成遺伝子の塩基変異が観察され、その耐性発現に関与していることが明らかになった。C.albicansでは、ゲノム解析が終了していることから、その情報を基に、マイクロアレイの作製を進め、機能的に重要と考えられる約500の遺伝子を載せたアレイを作製し、現在、そのマイクロアレイを用いて、フルコナゾール耐性機構の解明研究を進めている。本邦で臨床材料から分離した301株のCandida albicansについて、25S rRNA遺伝子の一部を増幅するPCRプライマーを用いて、それらの遺伝子型を決定した。その結果、172株がC. albicansのgenotype A,66株がgenotype B,56株がgenotype Cであり、5株のgenotype D(Candida albicansに相当)に属することが明らかになった。さらに2株がこれまでに報告のない新しいgenotypeに属する株であることが明らかになり、genotype Eを命名した。Genotype EはC. dubliniensisに極めて近いtype 1型のイントロンを有しており、そのイントロンにさらに341bpのイントロンを持つ、いわゆるツイントロン構造を有していた。イントロンを持つgenotype Eは、クラミドスポアーの生産性、クロモアガー上でのコロニーの性状等においては、他のgenotypeのC. albicansとは区別できなかった。リボゾーム遺伝子上のITS領域や28S rRNA遺伝子上のD1/D2領域の配列を調べた結果、genotype Eは明らかにC. albicansに属することが確認された。薬剤感受性を調べた結果、C. albicansの中でgenotype Eはアゾール系抗真菌剤(fluconazole, itraconazole, miconazole)とamphotericin Bに対しては、他のgenotype A, B, Cとほほ同じ感受性を示したが、ピリミジン系のflucytosineに対しては、感受性が高まっていた。

一方、genotype D(C. dubliniensis)は全体的に何れの薬剤にも感受性が高まっており、イントロンの含有の有無により、抗真菌剤、特にflucytosineに対する感受性が変化していることがC. dubliniensisおよびgenotype EのC. albicansを用いた実験結果から明らかになった。前年度に引き続き、タイ国のエイズ患者から分離した100株のC.albicans株についてPCR法でその遺伝子型を決定し(genotype A、B、C、D, E)、それぞれの分離地域および疾患との関係を調べた。その結果、タイ国の遺伝子型はやはりA型多く、その分離割合いは、日本と殆ど同じであった。また、100株中、2株のC.dubliniensisが発見されたが、genotype E型は観察できなかった。分離された菌株の薬剤感受性を調べ、遺伝子型との関連を解明した結果,いずれのC.dubliniensis株においても、type 1型のイントロンが存在することが明らかになった。そのイントロンに挿入された338-bpの遺伝子について、その機能を検討した結果、その遺伝子の導入によって薬剤感受性が変わる傾向が観察され、特にピリミヂン系の抗真菌剤であるフルシトシンに対する薬剤感受性が高まることが明かとなった。この現象は同じイントロンの部分配列を持つ、genotype E型においても確認された。分離されたC.dubliniensisについては、多くが薬剤耐性であり、特にアゾール系の抗真菌剤であるフルコナゾール(fluconazole)に対して耐性であることから、耐性機構の解明を進めた。その結果、耐性の数株ではエルゴステロールの合成遺伝子の特異的な部位の塩基変異が観察されて、その耐性の一部に関与することが明らかになった。既にC.albicansでは、ゲノム解析が終了していることから、それらの情報を基に、マイクロアレイの作製を進めた。その結果、これまでに、機能的な重要と考えられる約500の遺伝子を載せたアレイを作製することができた。現在、作製したマイクロアレイを用いて、タイ国および日本で分離されたフルコナゾール耐性C.albicansおよびC.dubliniensisについては、耐性機構の解明研究を進めている。また、同時に、細胞壁の合成阻害剤を用いての遺伝子の発現パターンの解析を進めており、細胞壁に特異的な活性を示す物質の探索系や耐性菌に有効な薬剤の開発を目的に、新しい抗真菌剤のシード化合物の探索研究を進めている。
マダガスカルにおける昼行性原猿類の社会生態学的研究

中道は、ワオキツネザルを対象にアカンボウの出生・成長・発達に伴って生じる母子関係の変化と集団成員間の優劣関係を調査した。特に死亡した新生児への反応をつぶさに観察し、100メートル以上離れた所から死体の場所へ戻れるなど、母性の豊かさと高い空間認知・記憶能力、集団成員間の高い社会的認知能力を明らかにした。正高は、ワオキツネザルの二種類の音声について録音・分析し、音声の周波数とか時間ではなくて、振幅などに依拠して音声識別の手かがりとしていることを明らかにした。小田は、音声コミュニケーションの中の警戒声の機能や特徴について調査した。ワオキツネザルやベロ-シファカには、地上の捕食者と空中の捕食者に対応する二種類の警戒声があり、ベロ-シファカの二種類の警戒声を使ってプレイバック実験をおこなった。その結果、ワオキツネザルは自種の警戒声を聞き分けるのと同程度に、別種であるベロ-シファカの警戒声も聞き分けて逃避反応をおこすことが明らかになり、ワオキツネザルは高い可塑性をもった音声識別能力を有していることがわかった。現地参加のラコトティアナ・リスは、ワオキツネザルT1群を対象に、親和的行動や敵対的行動の回数をはかり、個体間でとり行われる社会関係を調べた。2才の雄は雌の集まりに加わっていることが多いが、3才になるとオスと社会関係をもつことが多くなることを明らかにした。小山は、ワオキツネザル5群とそれらの隣接群4群の動態を調査した。群れの分裂によって生じた新しい群れが徐々になわばりを拡大してゆく結果、既存の群れのなわばりが浸食され縮小するのが観察された。群れのなわばりの大きさは、構成員の数や歴史性だけでなく、構成員間の結束度、パトロールの頻度、隣接群への攻撃性の程度など、多くの要因が関与しており、群れサイズとともになわばりもほぼ一定の大きさに保たれるような社会構造をもつことが明らかになった。「マダガスカルにおける昼行性原猿類の社会生態学的研究」長谷川と斉藤は、ベロ-シファカを対象に赤ん坊の出生時期、発達、食物品目、活動性などを調べるとともに、生息地の植生調査をおこなった。その結果、出産はワオキツネザルより2ヵ月早い6月下旬から始まり7月中にはほぼ終わること、発達のスピードが遅いこと、植物20種21品目が主食であること、採食に35-40%の時間を費やすことなどが明かになった。正高は、ワオキツネザルの雄にのみ特異的に出される音声発声を録音・分析し、高順位雄ほどより頻繁に発声すること、そして他の集団の成員から相対的に長い個体間距離を置き、かつ休息にはいる直前に、この音声が最も頻繁に出されることを明らかにした。小田は、ワオキツネザルの音声コミュニケーションの中のコンタクトコールといわれる音声の、機能や特徴について調査した。各個体の近接関係を、音声交換のパターンと比較すると、近接関係にない個体同士でよく音声交換を行う傾向があり、空間的な近接を補うかたちで音声が機能し、集団の統合が保たれていることが示唆された。現地参加のラコトティアナ・リスは、ワオキツネザルT群(分裂後T1群)を対象に、親和的行動である毛づくろいと休息時の接触回数、敵対的行動である場所とりの回数をはかり、個体間でとり行われる社会関係を調べた。毛づくろいや接触は雌間で多く観察され、場所とりなどの攻撃行動は、雌(特の高順位の雌)から雄(特に新参の雄)に向けられることが多いことがわかった。小山は、ワオキツネザルT群の分裂過程を観察するとともに、分裂後のT2群を追跡調査した。群れの分裂は、大人雌間の敵対的関係が起因しており、大人雌の数が多くなるとその一部が群れから追い出されることがわかった。このような追い出しや群れ分裂によって、一群れの大人雌の数は10頭以下に制限され、群れサイズがほぼ一定の大きさに保たれるような社会構造をもつことが明らかになった。

小山は、ワオキツネザル5群とそれらの隣接群4群の動態を調査した。群れの分裂によって生じた新しい群れが徐々になわばりを拡大してゆく結果、既存の群れのなわばりが浸食され縮小するのが観察された。群れのなわばりの大きさは、構成員の数や歴史性だけでなく、構成員間の結束度、パトロールの頻度、隣接群への攻撃性の程度など、多くの要因が関与しており、群れサイズとともになわばりもほぼ一定の大きさに保たれるような社会構造をもつことが明らかになった。
圧力誘起非晶質化から再結晶化に至るまでの統一的シナリオ

圧力誘起による低対称結晶相→非晶質状態→高対称結晶相への一連の構造の変化を,このような一連の変化を起こす分子性結晶ヨウ化錫を具体例としてとりあげて,これをモデル化することを試みた.ヨウ化錫結晶はヨウ素原子をホストとする格子に錫原子が四面体侵入位置を占めて構築されると考えると後者の侵入に関して局所的規則を得ることができる.これは有限個の手続きで構成され,錫原子を格子ガスとみなした格子ガス模型のハミルトニアンを書き下すことができた.現実の構造はこのハミルトニアンから得られる自由エネルギーを極小にする解として現れる.このようにして「可変構成要素間の熱力学的最適配置」という概念が,圧力誘起による一連の構造変化を統一的に記述する上で有効であることを説くことができた.この考え方に従うと,相転移の途上にある非晶質状態は系のエネルギー-エントロピーの利得による物理的な「帰結」として現れるのである.この考え方は液体状態にも適用でき,圧力誘起によるヨウ化錫液体の液相-液相間相転移の存在を予想した.そこで学際的共同実験プロジェクトを立ち上げ,低圧結晶相の融解曲線が約1.5GPaの圧力を境にその傾きが大きく変化することをまず見出した.即ち,この圧力を境に異なる密度の液体が存在することを意味している.放射光を用いた高温・高圧その場X線観察によって,この圧力付近を境に液体構造が変化することを直接確認することに成功した.これは「可変構成要素間の熱力学的最適配置」なる概念の有効性を実験的に立証したにとどまらず,一般化合物について熱力学的に安定な非晶質状態の多形の存在を初めて明らかにしたという意味で極めて意義がある.「可変構成要素間の熱力学的最適配置」は,正則溶体近似のレベルでは解析的に議論することが可能であり,準安定状態をも含めたヨウ化錫系の圧力-温度相図を推定した.この相図の検証については今年度以降の課題としたい.圧力誘起による低対称結晶相→非晶質状態→高対称結晶相への一連の構造の変化を,このような一連の変化を起こす分子性結晶ヨウ化錫を具体例としてとりあげて,これをモデル化することを試みた.ヨウ化錫結晶はヨウ素原子をホストとする格子に錫原子が四面体侵入位置を占めて構築されると考えると後者の侵入に関して局所的規則を得ることができる.これは有限個の手続きで構成され,錫原子を格子ガスとみなした格子ガス模型のハミルトニアンを書き下すことができた.現実の構造はこのハミルトニアンから得られる自由エネルギーを極小にする解として現れる.このようにして「可変構成要素間の熱力学的最適配置」という概念が,圧力誘起による一連の構造変化を統一的に記述する上で有効であることを説くことができた.この考え方に従うと,相転移の途上にある非晶質状態は系のエネルギー-エントロピーの利得による物理的な「帰結」として現れるのである.この考え方は液体状態にも適用でき,圧力誘起によるヨウ化錫液体の液相-液相間相転移の存在を予想した.そこで学際的共同実験プロジェクトを立ち上げ,低圧結晶相の融解曲線が約1.5GPaの圧力を境にその傾きが大きく変化することをまず見出した.即ち,この圧力を境に異なる密度の液体が存在することを意味している.放射光を用いた高温・高圧その場X線観察によって,この圧力付近を境に液体構造が変化することを直接確認することに成功した.これは「可変構成要素間の熱力学的最適配置」なる概念の有効性を実験的に立証したにとどまらず,一般化合物について熱力学的に安定な非晶質状態の多形の存在を初めて明らかにしたという意味で極めて意義がある.「可変構成要素間の熱力学的最適配置」は,正則溶体近似のレベルでは解析的に議論することが可能であり,準安定状態をも含めたヨウ化錫系の圧力-温度相図を推定した.この相図の検証については今年度以降の課題としたい.圧力誘起による低対称結晶相→非晶質状態→高対称結晶相への一連の変化を、圧力誘起によってこの一連の変化を起こすことが実験的に知られている分子性結晶ヨウ化錫を具体的にとりあげてこれをモデル化した。ヨウ化錫結晶はヨウ素原子をホストとする格子に錫原子が四面体侵入位置を占めて構築されると考えると後者の侵入に関して局所的規則を得ることができる。こうしてヨウ化錫の一連の構造変化は与えられた錫の化学ポテンシャルの下での錫原子配置の最適化問題として定式化できる。この局所的規則は有限であり、錫原子を格子ガスとみなした格子ガス模型のハミルトニアンを書き下すことができた。近年、液相内での相転移に関心が寄せられている。上記のヨウ化錫の取り扱い方は、これを液体状態に適用した際に、まさにクラスター化による相転移を示唆するものである。そこでヨウ化錫に対して放射光によるX線その場観察を行い、この可能性を探った。この結果、温度-圧力相図上での低圧結晶相の融解曲線が、圧力誘起により液相内での相転移を起こす黒リンのそれと極めて類似していること、即ち、融解曲線に極大を有することが明らかになった。また、この極大より低圧側で融解を経験した試料は固化後、元の結晶状態を回復するが、高圧側で融解した場合は回復しないことも明らかになった。即ち、高圧側液体では単一の分子がその最小単位になっていないことが期待される。来年度は液体状態での回折パターンをとり、この点を直接明らかにする。