hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
層流摩擦ポンプの高効率化に向けた設計検討とマイクロ化の実現

層流摩擦ポンプは小型ポンプとして期待されているが,理論ロータ効率と実測効率の差が大きいことが問題となっている.本研究では,その原因と考えられているディフューザ及びスクロールの内部流動場に着目した実験及び数値解析を行った.また,性能低下を防ぐために回転絞り流路を導入し,その効果について議論した.試作機を使って内部流動場の可視化を行った結果,事前の数値解析で指摘されていた逆流が生じている様子が明らかになり,これを解決するために導入した回転絞り流路の有効性を確かめた.最後に,更なる小型化を目指して,3Dプリンタによって層流摩擦ポンプを試作し,目標回転数である60,000rpmでの運転を達成した.本年度は,ロータ直径80mmの層流摩擦ポンプを対象に,プロトタイプ実験機の設計試作と試運転を行った.実験機設計に当たっては,事前に行った数値解析の結果を参考に設計パラメタを決定し,試作を行った.また,装置効率改善に有用であると期待されている回転絞り流路についても,その効果を確かめるために試作・実験を行い,その効果を調査した.実験を行うに当たり,ロータ出口における流れの向きを正確に計測することが重要であることから,タフト法を用いた計測を試みた.事前に行った予備実験により,適切なタフト形状を選択し,対象としている流れ場において,流れの向きを正確に計測できることを確認した.また,計測位置精度が結果に大きく影響を与えることが分かったことから,小型精密サーボモータを用いて正確にタフト設置位置を定められるようにし,再現性の高い計測を行えるよう工夫した.まず,ロータ単体での実験を,オリジナルロータ形状と回転絞り流路を適用した場合で比較したところ,回転部出口における流れの向きについて,事前に予想していたものとほぼ同一の効果が表れていることが確認された.回転部出口における流れの向きは,装置の効率と密接に関連することが,事前の数値解析で明らかにされていることから,回転絞り流路によって所定の効果が得られていることが確認された.次に,スクロールなどの流路構造全てを装着して実験を行ったところ,圧力と流量に関する作動特性については,事前に予想されていた効果が現れていることが確認できた.しかし,残念ながら装置効率の改善は確認できなかった.様々な実験条件での結果から総合的に考察した結果,効率改善が確認できなかった主な原因は,流れ場の変化によるのではなく,回転絞り流路取り付けに伴うケーシング抵抗の増大であると考えられ,これを低減するための装置設計改善が求められることが明らかとなった.本年度は,ロータ直径80mmの層流摩擦ポンプを対象に,回転絞り流路を装着した場合の作動試験を継続して行った.前年度の結果より,絞り流路を装着したロータ単体では,事前に行った数値解析の予想通りの効果が得られていたのに対し,システム全体として運転した場合には,予想に反して全体効率が悪くなるという状況にあり,その原因として,(1)ロータを出た後の流路内での損失増加,及び(2)ケーシング抵抗の増大,の2点が考えられ,それらについての確認と検討を行った.まず,(1)について具体的な検討を進めるために,ロータを出た後のディフューザ及びスクロール部分の流れ場構造を明らかにするために,油膜法及び油点法を用いて流れ場構造を詳細に観察できるように実験装置の改修を行った.これは,前年度に行ったタフト法では,流路の大きさに対してタフトを十分小さくできず,大まかな流れ場しか観察できなかったためである.その結果,回転絞り流路非装着時の性能損失の大きな原因のひとつと考えられていた部分的逆流については,回転絞り流路の装着によって抑制されていたものの,事前に予想されていないような流れの剥離及び巻き込みがスクロール内に生じており,これが効率改善を妨げている可能性があることが明らかとなった.また,回転絞り流路の出口流路高さについて,現在の1mm幅とした場合,流路抵抗損失が予想より大きい可能性があることが分かり,これをパラメタとした追加部品の製作及び実験を行う必要があることが明らかとなった.一方(2)については,現在ケーシング部の部分的なセットアップ変更などによって,抵抗が大きい部分がある程度絞り込めつつあるが,構造的に直接計測が不可能な部分が多く,引き続き調査が必要である.今年度は,回転絞り流路を用いた場合の作動試験を進め,流れ場の詳細な計測を実施した点については,予定通りである.一方,ケーシング抵抗の低減については,もう少し時間がかかるものと思われ,そのために微細溝付のディスクの試験を実施できずにいる.直径10mm程度のロータ試験機については,予定を前倒しして,既に準備を始めている.まず3Dプリンタでの試作を検討するにあたり,構造強度の情報が不足しているため,まずは強度試験用のロータの試作と運転を行うこととし,駆動用のエアスピンドルや強度試験用ロータの設計など,準備を進めている.以上を総合すると,概ね予定通りの進捗とみなすことができる.本年度は,前年度に引き続き,ロータ直径80mmの層流摩擦ポンプを対象に,回転絞り流路の効果について,より詳細な流れ場の計測を実施した.特に前年度問題となっていた,回転絞り流路導入による効率低下の原因について,詳しく調査した.前年度に原因の候補に挙がっていたケーシング抵抗の増大について,詳細に調べたところ,前年度計測された効率低下をもたらすほどの大きな影響は無いことが確認された.

その一方で,ロータディスク及び回転絞り流路の組立精度が,ロータ駆動トルクに大きな影響を及ぼすことが明らかとなり,その組立精度を改善する必要があることが判明した.これらの要因を考慮しつつ,再度実験計測を行ったところ,回転絞り流路の導入がロータ効率低下の原因となる逆流の防止に効果があることなど,その導入の効果を明らかにすることができた.一方,さらに小型のポンプについては,3Dプリンタでの製造を念頭に,ロータ直径を27mmに定め,これまで試験を行ってきたロータ直径80mmのポンプと無次元設計パラメタを揃えたものを設計した.材質については,3Dプリンタの製造特性を考慮して,アクリル系の光硬化樹脂を選択した.これに伴い,駆動軸部分は金属製とし,樹脂製のディスクを接着によって接合できるよう,設計を工夫した.このロータについて,エアスピンドルを用いて,回転数60,000rpmでの回転試験を行い,強度的に問題ないことを確認し,3Dプリンタでのロータ製造の可能性を示すことができた.しかしながら,3Dプリンタでの製造工程のうち,サポート材除去の際に生じる薄肉円盤構造部分の変形の影響が大きく,ディスク隙間を均一に保つためには,製造工程の改善が必要であることが明らかとなった.層流摩擦ポンプは小型ポンプとして期待されているが,理論ロータ効率と実測効率の差が大きいことが問題となっている.本研究では,その原因と考えられているディフューザ及びスクロールの内部流動場に着目した実験及び数値解析を行った.また,性能低下を防ぐために回転絞り流路を導入し,その効果について議論した.試作機を使って内部流動場の可視化を行った結果,事前の数値解析で指摘されていた逆流が生じている様子が明らかになり,これを解決するために導入した回転絞り流路の有効性を確かめた.最後に,更なる小型化を目指して,3Dプリンタによって層流摩擦ポンプを試作し,目標回転数である60,000rpmでの運転を達成した.初年度で,回転絞り流路を用いたプロトタイプ実験機の試運転と計測まで行うことができたのは,当初の予定よりも早い(当初予定ではH27年度に実験を行う予定).一方,微細溝については,具体的な設計や効果を議論するためには,回転絞り流路の形状を決める必要があることが分かったため,後回しにしている.以上を総合すると,概ね予定通りの進捗とみなすことができる.直径80mmロータの試験機については,今後適切な回転絞り流路の再設計,ケーシング抵抗を低減できるようなケーシング形状の再設計を行い,装置全体としての効率改善を目指す.その後,これにあわせて設計した微細溝付ディスクを組み合わせ,その効果を確かめる.直径10mm程度のロータ試験機については,まずは3Dプリンタで試作したロータの強度試験を行い,それに基づいてロータの設計試作を行う.一方,ケーシングについては直径80mmのロータ試験機で得られた知見に基づいて設計を行い,装置全体の作動試験を行う.熱流体力学まず,初年度に問題点として明らかとなったケーシング抵抗を低減できるように実験機の設計改良を行い,回転絞り流路による効率改善が確認できるようにすることを目指す.次に,これに適合した微細溝付ディスクを設計試作し,その効果について議論する.
暗黙的ニュアンスを学習するためのオノマトペE-learningシステム

オノマトペは音の響きから得られる意味を表す感覚的な言葉で、日本語には不可欠な言語要素である。本研究では、オノマトペのニュアンス学習を改善する「感性記述フィードバック」法を提案し、オノマトペのニュアンス、特に暗黙的ニュアンスを学習するE-learningシステムの構築をして、その習得メカニズムについて分析した。学習効果を検証する実験の解析を通じて、本学習法の有効性が検証された。また、「オノマトペの創作)」ー「感性記述のフィードバック」ー「仮説修正およびニュアンスの内面化」を繰り返すプロセスを通じて体験によってしか習得できない暗黙的ニュアンスを咀嚼し内省を通じて習得がより進むことがわかった。本研究は,日本語オノマトペのニュアンス,特に暗黙的ニュアンスを学習するE-learningシステムの構築とその習得メカニズムの分析を目的として開始した。2015年度は,まず研究代表者らのこれまでの研究・予備実験の分析・検討を行い,既存方法の問題を洗い出し,それを乗り越える感性記述フィードバック方法を提案した。オノマトペのニュアンスには個人差もあるが,母語話者に共有されているニュアンスもあり,特に共有されている部分は意思疎通に不可欠で,学習者にとって大事なポイントである。学習者にこの部分の記述を与えることで,例文や辞書記述を覚えるよりも,オノマトペの体得の効果が上がると考えられる。以上の考えに基づき,オノマトペの代表的なタイプのABAB型(例:ばらばら),ABっ型(例:さらっ)に対して感性記述のデータベースを構築した。感性記述を作成する際は,母語話者自身の主観的な判断に任せつつ,無意識に駆使している暗黙的ニュアンスについて内省を促し,意図的にメタファーやアナロジーなどを利用し言葉に変換して学習者に伝わるように書くよう指示した。その後,収集したオノマトペの感性記述に対して複数の母語話者に賛成かどうか投票してもらった。反対の場合は,新たにニュアンスを書いてもらった。以上のデータベースを,「1語形成ルールの学習,2語形成ルールを使った創作,3感性記述のデータベースからのフィードバック」の流れでオノマトペの学習を行なうE-learningシステムに実装した。オノマトペのニュアンスに個人差があるということも学習者に理解してほしいので,学習時にはフィードバックとして賛成数の多い順に全部提示するようにした。今後は検証実験を実施し,学習効果を検証する予定である。本年度は,既存のオノマトペ学習法,および,研究代表者・協力者のこれまでの研究・予備実験について詳細に分析・検討を行い,既存方法の問題を洗い出し,それを乗り越える感性記述フィードバック方法を提案し,データベースを構築した。しかし,研究代表者の諸般の事情により,研究成果の国際学会での発表に至らず,達成度にやや遅れが生じている。本研究は,日本語オノマトペのニュアンス,特に暗黙的ニュアンスを学習するE-learningシステムの構築とその習得メカニズムの分析を目的としている。2015年度に提案した感性記述フィードバック方法を利用して、ABAB型(例:ばらばら),ABっ型(例:さらっ)オノマトペの暗黙的ニュアンスを学習するE-learningシステムを構築した。2016年度に、1)検証実験の予備実験を行った。2)オノマトペの習得および本学習システムの使いやすさなどについて、検証実験の被験者を対象にアンケート調査およびインタビュー調査を行った。形態・発音とも似ているオノマトペがもっとも習得しがたいと言う意見が多かった。3)被験者からのフィードバックに応えて、量的にかなりの比重を占めるパ行のオノマトペを中心に、もっとも典型的な「ABAB」型をピックアップして学習システムを拡張した。特にオノマトペの中で最も難しいと思われる状態・感情を表すオノマトペを学習してもらうように二つの学習タスクの文脈を設定した。感性記述のデータベースを作成する際は,意図的にメタファーやアナロジーなどを利用し言葉に変換して学習者に伝わるように書くよう指示した。そこには、母語話者自身の主観的な判断に任せつつ,無意識に駆使している暗黙的ニュアンスについて内省を促す意図がある。今後は本格的な検証実験を実施し,学習効果を検証し、暗黙的ニュアンスを習得するメカニズムを明らかにする予定である。「暗黙的ニュアンスを学習するE-learningシステム」は試行錯誤を経て構築された。また、本研究では、暗黙的ニュアンスを習得するメカニズムの仮説が見出された。さらに、明示的知識として学習できる母語話者の感性記述およびオノマトペを創る体験を通じて身につける暗黙的ニュアンスという、システムの検証・公開のためのデータとして両方すでに準備できた。これより、暗黙知の習得の解明が一歩進んだ。学習効果と暗黙的ニュアンスの習得メカニズムを検証するための検証実験は2017年度で実施の予定である。本研究は、オノマトペのニュアンス、特に暗黙的ニュアンスを学習するE-learningシステムの構築とその習得メカニズムの分析を目的としている。2017年度までの研究は以下のようである。提案した学習法を利用して、オノマトペのE-learningシステムを構築し、予備実験を実施した。その後、被験者からのフィードバックに応えて、量的な比重を占めるパ行オノマトペを中心に、最も難しい状態・感情を表すオノマトペを学習タスクの文脈を設定した。

最終年度である2017年度は、今までの研究の集大成として、日本語オノマトペのE-learningシステムを完成させ、個人ウェブサイト(www.lixiaoyan.jp)に公開した。さらに、暗黙知の習得メカニズムに関する理論的な考察まで目指した。主な実施事項は以下の二点である。1)本研究で構築したE-learningシステムを用いて、オノマトペの学習効果を考察するための検証実験を行った。2)暗黙的ニュアンスの習得メカニズムを理論的に考察した。1)について、学習効果を検証するために、オノマトペを創作する「創作群」と、感性的記述を学習する「学習群」との間で比較実験を行った。まず学生全員に対し「オノマトペの形式的ルール」について講義を行ってから、「創作群」に実際にオノマトペを創作させ、創ったオノマトペに対して母語話者からの感性的フィードバックを与えた。それに対して学習群には感性的記述を配布して学習させた。その結果、創作群においてのみ学習前後でテスト成績の有意な上昇が見られた。2)について、学習者は感性的データベースを通して暗黙的ニュアンスを習得することができることがわかった。つまり、「オノマトペの創作」ー「感性記述のフィードバック」ー「仮説修正およびニュアンスの内面化」を繰り返すプロセスを通じて、オノマトペの暗黙的ニュアンスを体得することができる。本研究は今後オノマトペ以外の暗黙知の習得メカニズム解明に役立つだろう。オノマトペは音の響きから得られる意味を表す感覚的な言葉で、日本語には不可欠な言語要素である。本研究では、オノマトペのニュアンス学習を改善する「感性記述フィードバック」法を提案し、オノマトペのニュアンス、特に暗黙的ニュアンスを学習するE-learningシステムの構築をして、その習得メカニズムについて分析した。学習効果を検証する実験の解析を通じて、本学習法の有効性が検証された。また、「オノマトペの創作)」ー「感性記述のフィードバック」ー「仮説修正およびニュアンスの内面化」を繰り返すプロセスを通じて体験によってしか習得できない暗黙的ニュアンスを咀嚼し内省を通じて習得がより進むことがわかった。2016年度は,オノマトペのニュアンスを学習するE-learningシステムの検証実験を実施し,有効性を検証する。そして,既存方法が対象とするオノマトペを拡充し,この学習方法がより広い有効性を示すことを目指す。システム設計および構築に注力したため,旅費が想定よりも少なくなった。また人件費がかからなかった。次年度使用額については,成果発表の機会を増やして旅費として使用する。本研究で構築したオノマトペ暗黙的ニュアンスを学習するE-learningシステムを用いて、オノマトペの学習効果を分析する。そして、暗黙的ニュアンスの習得メカニズムを考察する。本研究で構築した「暗黙的ニュアンスを学習するためのオノマトペE-learningシステム」を公開している。
ユークリッド空間の組合せ幾何学

ユークリッド空間の組み合せ幾何学として,特に低次元図形の埋め込みに関する研究を行った.1.グラフの埋め込みに関して,任期のtreeは,隣接する2点間の距離は1より大きく,隣接しない2点間の距離は1位かになるように,必ず3元本空間内に埋め込むことが出来ることを証明した. (R〓dlおよび他のチエコの数学者の協力を得て,次元をこれ以下に落とすことは出来ないことも解った. )2.Erd〓s等の研究した単位距離グラフの拡張として,ユークリッド空間内の点集合VとVの3点の作る三角形の面積の関連を調べた.5点以上の点の集合Vに対し, Vの中のどの3点もおなじ面積の三角形を作るならば, Vは正則な単体の頂点集合である.また, Vが十分多くの点を含み, Vの中の3点の作る三角形の面積が, r種類しかなければ, Vの中の2点間の距離はたかだか(r^3+r^2)種類しかない.4.グラフが3次元凸多面体のグラフになるための必要十分条件を与えるSteinitzの定理について,特別な場合(極大平面的グラフの場合)の簡単な証明を考察した.そのほか,研究課題の周辺領域に入る多くの結果を得たが,それ等については,割愛する.ユークリッド空間の組み合せ幾何学として,特に低次元図形の埋め込みに関する研究を行った.1.グラフの埋め込みに関して,任期のtreeは,隣接する2点間の距離は1より大きく,隣接しない2点間の距離は1位かになるように,必ず3元本空間内に埋め込むことが出来ることを証明した. (R〓dlおよび他のチエコの数学者の協力を得て,次元をこれ以下に落とすことは出来ないことも解った. )2.Erd〓s等の研究した単位距離グラフの拡張として,ユークリッド空間内の点集合VとVの3点の作る三角形の面積の関連を調べた.5点以上の点の集合Vに対し, Vの中のどの3点もおなじ面積の三角形を作るならば, Vは正則な単体の頂点集合である.また, Vが十分多くの点を含み, Vの中の3点の作る三角形の面積が, r種類しかなければ, Vの中の2点間の距離はたかだか(r^3+r^2)種類しかない.4.グラフが3次元凸多面体のグラフになるための必要十分条件を与えるSteinitzの定理について,特別な場合(極大平面的グラフの場合)の簡単な証明を考察した.そのほか,研究課題の周辺領域に入る多くの結果を得たが,それ等については,割愛する.
慢性肉芽腫に対するPEG化D-アミノ酸酸化酵素による代替酵素補充療法

H_2O_2生成不全好中球を用い、PEG-DAOにより好中球の抗菌活性が回復するかを検討した。Diphenyleneiodide(DPI)を用いH_2O_2生成不全好中球を作製したところ、コントロール群に比べ顕著な抗菌活性の減弱が認められた。そこにPEG-DAOとD-alanineを処理することにより、好中球による抗菌活性の回復が認められた。PEG-DAO+D-alanine処理による抗菌活性の回復作用はMyeloperoxidase阻害剤処理により消失した。さらにPEG-DAOとMPOを共存させることによりHOClの発生が認められること、PEG-DAOの処理により好中球内活性酸素の増加が確認されたことから、細胞外で生成したH_2O_2が好中球phagosome内に到達し、MPOによるHOCl産生を介した殺菌作用が発揮されるものと推察された。さらにS.aureus, MRSA, P.aeruginosa, E.coliに対するPEG-DAOの抗菌性の検討を行ったところ、グラム陰性菌に対して、効果が弱い傾向が認められたが、いづれの菌に対しても一定の効果が認められた。これらの結果によりPEG-DAOは単独または好中球MPOと強調的に作用し、抗菌作用を発揮しうるものと推察される。本年度は主としてin vitroにおけるPEG化DAOの抗菌活性に関して検討を行った。黄色ブドウ球菌を被検菌として検討を行ったところ、DAOの用量依存的にブドウ球菌の発育が抑制された。ブドウ球菌発育阻生はD-アミノ酸の用量依存的に顕著に増強されることを明らかにしている。さらにこれらの効果はミエロペルオキシダーゼ(MPO)を添加することによりさらに増強され、菌の発育が完全に抑制された。この際、NPO添加によりHOCLが発生することが確認されたことから、HOCLによる殺菌作用が関与していることが示唆された。また、DAOによる抗菌効果がDAO単独で見られるか否かを検討したところ、DAO単独処理において、弱いながらも菌の発育抑制効果が認められた。同様にMPO添加によりその抗菌作用の増強が認められた。菌破砕物を用いた実験より、菌破砕物とDAOを混合した際に、D-アミノ酸の消費が認められること、MPO共存下においてHOCLの発生が確認されたことより、DAOは菌体D-アミノ酸を利用し過酸化水素による殺菌作用を有していることが示唆された。これらの結果はDAOが菌感染防御因子として働いていることを示唆しているのみならず、治療薬としての可能性を示唆している。予備実験ではあるが、ICRマウス皮下感染モデルを用い、PEG-DAOによる感染治療実験を行ったところ、PEG-DAO投与群において腫脹径の顕著な減少、腫脹の消失を観察している。本年度はH_2O_2生成不全好中球を用い、PEG-DAOにより好中球の抗菌活性が回復するかを検討した。さらにS.aureus,MRSA,P.aeruginosa,E.coliに対するPEG-DAOの抗菌性の検討を行ったところ、グラム陰性菌に対して、効果が弱い傾向が認められたが、いづれの菌に対しても一定の効果が認められた。
聴覚を指標とした作業環境要因の物理的・化学的相乗影響の評価とその快適基準への応用

本研究では、聴覚に対する騒音と有機溶剤の複合曝露による相乗影響を動物実験および産業疫学的調査により明らかにした。動物実験では、被検動物としてモルモットを用い、産業現場で最もよく使われている有機溶剤の一つであるメタノールと聴覚に影響を与える最も一般的な物理的要因である騒音を曝露した。聴覚の指標として、聴性脳幹反応による聴覚閾値を測定した。メタノール単独曝露からメタノールが聴覚に影響を及ぼす最低限の曝露濃度は1,900ppmから2,400ppmの間に存在すること、騒音単独曝露からwhite noise 105dB曝露で有意に閾値が上昇することを認めた、メタノール単独では影響のでないメタノール1,500ppm、1,900ppmと、騒音単独では影響がほとんどでない100dBのwhite noiseを複合曝露した結果、8kHzと4kHzにおいて有意な閾値変動を認めた。単独で影響のでない曝露量であっても、それらを複合曝露することにより影響が現れ、刺激音8kHzにおいては1,900ppm曝露の方が1,500ppm曝露より大きな閾値上昇がみられたことから量反応関係が存在し、さらにそれぞれ単独曝露による影響を合わせたものより大きいことから、その影響が相乗的であることが分かった。産業疫学的調査として有機溶剤を使用し、かつ騒音にもさらされている工場の従業員93名について調査した結果、最高可聴閾をみると正常加齢曲線と比較して低下している者の割合が有意に多く、取扱い年数5年以上では取扱い年数の増加に伴い、最高可聴閾が75パーセンタイル以上の耳の割合が直線的に増加していた。環境調査結果から、許容濃度以下の比較的低濃度の有機溶剤曝露と85dB以下の低レベルの騒音曝露にもかかわらず、作業者に最高可聴閾の低下が認められ、有機溶剤と騒音の複合曝露による相乗影響として聴覚に影響が現れることが分かった。本年度は、被検動物としてモルモットを用い、対象有機溶剤として産業界で最も頻用されているメタノールに注目し、先行研究を踏まえて聴覚(聴性脳幹反応、ABR)に及ぼすメタノールの閾値を求めた。吸入曝露条件として、0、500、900、1500、1900、2400、3000ppmを設定し、各群3匹、1日8時間、1週間連続曝露した。その結果、2kHzのトーンバーストに対するABR閾値の上昇が、2400、3000ppm群に認められた。4、8、16kHzの刺激音に対するABR閾値の上昇は認められなかった。1900ppm以下の各濃度群では閾値の変化は全く認められなかった。したがって、メタノールのABRを指標とした聴覚への影響閾値は、1900と2400ppmに存在することが明らかとなった。また、閾値上昇がみられたモルモットの蝸牛の電顕所見から、2nd turnを中心とした有毛細胞の変化が認められ、ABRで示唆された低周波への影響が組織学的に実証された。今後、スチレンについても同様の実験を行い、騒音と有機溶剤の複合曝露についての検証を行う予定である。本年度は、被検動物としてモルモットを用い、対象有害要因としてメタノールと騒音を、先行研究を踏まえてそれぞれ単独では影響の出ない曝露量を複合曝露し、聴性脳幹反応(ABR)を指標として聴覚閾直にどのような影響を及ぼすかを検討した。

騒音単独曝露群としてwhite noiseを1日3時間、6日間連続曝露した。先行研究において聴覚に影響を及ぼす最低限の曝露騒音レベルは100dBから105dBの間に存在していた。そこで今回、曝露騒音レベルは100dBとした。複合曝露群として、上記騒音曝露に続いて1日8時間、7日間曝露チャンバー内においてメタノールを曝露した。同様に先行のメタノール単独曝露実験では、聴覚に影響を及ぼす最低限の曝露濃度は1,900ppmから2,400ppmの間に存在していたため、メタノールの曝露量は1,500ppmとした。またメタノール単独曝露群として上記のメタノール曝露のみを行った。さらにすべての曝露を除いた対照群を加えた各群3匹、計12匹を被検動物とした。対照群、騒音単独群、メタノール単独群、複合曝露群で実験前後の閾値変動をみると、ABRの2,4kHz刺激音において、群間に有意な差を認め、複合暴露群で閾値上昇が最も大きかった。前回の騒音単独曝露実験では、105dBの騒音レベルですべての周波数に、100dBの騒音レベルでは16kHz刺激音に閾値上昇を認め、高周波数域に影響が大きかった。またメタノール単独曝露実験では、ABRの2kHz刺激音において曝露濃度1,900ppmでは有意ではないが閾値上昇の傾向があり、2,400ppmでは有意な閾値上昇を認め、低周波数域に影響が認められた。以上のことから、メタノールと騒音を複合曝露した場合、それぞれ単独では影響の出ない曝露量でも聴覚に影響を及ぼし、低周波数域への影響が大きいことがわかった。今後同様の実験を行い、さらに検証を行うとともに、実際の産業現場においても騒音と有機溶剤の影響について調査していく予定である。本年度は、昨年度に引き続き、被検動物としてモルモットを用い、対象有害要因としてメタノールと騒音を、単独ではほとんど影響のでない曝露量を複合曝露し、聴性脳幹反応(ABR)を指標として聴覚閾値にどのような影響を及ぼすかを検討した。騒音単独曝露群として、音圧100dBのwhite noiseを1日3時間、6日間連続曝露した。メタノール単独曝露群には、曝露チャンバー内において1日8時間、7日間メタノールを曝露した。複合曝露群には、騒音曝露に続いてメタノールを曝露した。曝露直後の閾値変動をみると、ABRの4、8kHz刺激音において、群間に有意な差を認め、複合曝露群で曝露前値比べて閾値上昇の傾向が認められた。8kHzにおける閾値変動の経時変化をみると、1,900ppm曝露群で最も大きな閾値上昇を認め、次いで1,500ppm曝露群の順であった。閾値上昇は、1週後に軽度回復したが、その上昇傾向は4週後まで続いていた。また、複合曝露群で対照群に比べ有意な閾値上昇を認めた。メタノールと騒音を複合曝露した場合、それぞれ単独では影響の出ない曝露量でも聴覚に影響を及ぼすことが分かった。産業現場において有機溶剤と低騒音環境(85dB未満)における作業者の聴覚への影響を調べるために、ボタン工場およびバスユニット工場で主としてスチレンを取り扱う男子従業員115名を対象に、作業環境として個人曝露濃度と生物学的モニタリングを、聴力検査として気導聴力と最高可聴閾(可聴周波数の上限値)を調査した。その結果、許容基準以下の比較的低騒音レベルおよび低濃度の有機溶剤曝露であづても、有機溶剤取り扱い作業者に最高可聴閾の低下しているものが多く、取り扱い5年以上のものにその影響が顕著であった。また、最高可聴閾の低下と有機溶剤の曝露状況との間に量影響関係が成立していることが分かった。
有機金属ポリマ-を用いる正方晶ジルコニア繊維の合成

本研究の目的は、有機金属化合物から安定な粘度を有するジルコニア前駆体を合成し、紡糸により前駆体繊維を調製し、その焼成により正方晶ジルコニア繊維を合成することである。ジルコニウムとイットリウムの各種の有機金属化合物を配位子の種類に応じて熱重合、あるいは酸触媒重合させることにより、ジルコニア前駆体を合成することができた。ガスクロマトグラフとデ-タ処理装置を用いてジルコニア前駆体の合成反応の過程を解析した。ガスクロマトグラフによる分析の結果、反応副生成物のエステルとアルコ-ルの比は反応条件に依存して変化した。この知見をもとにして紡糸に必要な粘度を有する前駆体を合成できた。ジルコニア前駆体の構造をNMRおよびIRスペクトルにより検討した結果、Zr-O結合を有するオリゴマ-の混合物であることがわかった。ジルコニア前駆体の粘度は温度依存性を示し、適切な温度の選択により粘度が制御できた。前駆体を30-40°Cにして紡糸することによりジルコニア前駆体繊維が調製できた。前駆体の焼成による正方晶ジルコニアの生成過程は、粉末X線回折により調べた。前駆体繊維は空気中、1200°Cまでの処理により、欠陥のない緻密なジルコニア繊維に変換できた。顕微ラマンスペクトルにより繊維の結晶形は、正方晶であることが明らかとなった。以上のように、ガスクロマトグラフを用いてジルコニア前駆体の合成条件を最適化し、前駆体の紡糸、焼成により正方晶ジルコニア繊維が合成でき、所期の目的を達成できた。
メタンと二酸化炭素からの選択的C_2炭化水素合成

本研究は、天然ガスの化学的利用の観点から、その主成分であるメタンと二酸化炭素からエタン、エチレンのC2炭化水素を選択的に合成するための触媒開発の基礎研究として2年間の予定で行った。本年度の研究では、前年度の成果を踏まえ、プラセオジム-アルカリ土類複合系触媒の中で、本反応に最も効果的であったストロンチウム複合触媒(Pr-Sr触媒)について、反応条件の最適化と調製法の効果を調べた。以下に本年度の研究実績の概要をまとめた。(1)前年度の研究で最も優れた触媒性能を与えた、沈殿法により調製したPr-Sr触媒(モル比50:50)を用い、反応温度、接触時間、反応ガス組成など反応条件の違いによる影響を詳細に検討した。その結果、反応温度900°Cにおいて、C2炭化収率約2.5%という高い値が得られた。また、反応のスキームについても明らかにした。(2) Pr-Sr触媒の調製法、特に酸化物前駆体の水酸化物沈殿生成時のpH条件や、水洗の及ぼす影響について調べた。その結果、Pr-Sr混合硝酸塩水溶液にアンモニア水を添加して沈殿を得る際のpHは9付近が最適であり、これより高くても、低くても触媒の活性、選択性が低下した。また、水洗をせず、そのまま空気焼成して酸化物触媒を得た方が優れた触媒性能を与えることも分かった。(3) X線回折測定の結果では、前項のようにして調製法を変化させた触媒間には、いずれも酸化物の結晶構造に違いがみられなかった。このことより、前述の触媒性能の違いは、酸化物生成時の残留イオンの種類や量が異なるためと推察された。本研究は、天然ガスの化学的利用の観点から、その主成分であるメタンと二酸化炭素からエタン、エチレンのC2炭化水素を選択的に合成するための触媒開発の基礎研究として2年間の予定で行っている。これまでに、一定条件下における30種以上の金属酸化物触媒によるスクリーニングテストを行った結果、希土類元素特にプラセオジム(Pr)、テルビウム(Tb)の酸化物がこの反応に優れた触媒特性を示すことが明らかとなっている。そこで本研究では、触媒の複合化により触媒活性、選択性の飛躍的向上をはかることを目的としている。本年度の研究では、複合触媒としてPrまたはTbとアルカリ土類金属(Mg,Ca,Sr,Ba)を組み合わせた酸化物を調製し、その触媒挙動を調べた。研究実績の概要を以下にまとめた。(1)複合化の前段として、Pr,Tb単独酸化物触媒の触媒調製条件や反応条件の違いによる影響を検討した。Pr,Tbいずれの場合にも、硝酸塩を焼成して得た触媒が良好な成績を与え、触媒の結晶形態や比表面積がC2収率、選択率に影響することも分かった。また、反応温度、接触時間、反応ガス組成の影響等を詳細に検討した。(2)Pr,Tbとアルカリ土類金属の酸化物複合触媒を、硝酸塩混合水溶液にアンモニア水を添加する共沈法で調製し、仕込みモル比を1:1の触媒の活性選択性を標準条件で調べた結果、PrとSrの組み合わせが最も効果的であった。この系では、Sr含有率2575mol%では活性選択性に大きな違いはなく、50%の場合が最も高いC2収率、選択率を示した。(3)X線回折の結果から、SrはPr203の欠陥フルオライト構造の結晶中のPrと同型置換してしていることが分かったが、活性選択性との関連は今後解明すべき課題である。
プラズモン共鳴を利用した低電圧駆動光制御並列電界放出電子源の研究

プラズモン共鳴を電界電子放出に応用した。金蒸着したタングステンナノ探針先端に光を照射した際の電界電子放出応答について調べ、プラズモン共鳴波長照射時に電子線放出が最も増強されることが分かった。また、光変調に応じた電子線放出の変調が見られた。これらの結果から、プラズモン共鳴による電子線増強メカニズムを明らかにし、最大217倍の電流増倍を達成した。この原理に基づき、電子源アレイを製作した。金属粒子や先鋭化した金属探針の突端に光を照射すると、局所プラズモンが励起されることが知られている。本研究では、局所プラズモン共鳴の持つ電場増強効果を電子線電界放出に応用することで、新たな高性能電子源システムを開発することを目的としている。研究期間全体では、以下の3点を到達目標としている。(1)電子源突端の共鳴周波数に一致する光でプラズモンを励起した場合、引出電圧がどれだけ下げられるか。究極的には、数V程度の低電圧での動作が可能であるか。(2)引き出し電圧を一定に保った場合、光制御による電子線のオン・オフが可能であるか。(3)プラズモン共鳴により低電圧で電子源を駆動すると、絶縁膜の寿命がどれだけ向上するか。22年度の研究では、(1)の一部と(2)に取り組んだ。電子源には、電解研磨したタングステン線に金薄膜をスパッタ成膜したものを用いた。電子源の先端直径は100200nm程度であり、この構造に対するプラズモン共鳴波長を数値計算によって求めた。この波長の光を照射しながら電界放出実験を行ったところ、非照射の場合に比べ引出電圧の14%低下を達成した。また、(2)に関し、入射光を変調して照射したところ、光変調に応じた電子線放出の変調が見られた。このことから、電子線放出の光制御を達成したと言える。非照射時と照射時の電流比は最大23であった。この成果をもとにして、23年度には微小電子源アレイの製作に取り組み、低電圧での動作と絶縁膜寿命の向上を達成する。本研究では、局所プラズモン共鳴の持つ電場増強効果を電子線電界放出に応用することで、新たな高性能電子源を開発することを目的とした。22年度は、プラズモン共鳴による電子源の放出原理の解明および電子源アレイへの応用に取り組んだ。放出原理では、金蒸着したタングステンナノ探針先端に波長442、532,633nmの3波長の光を照射した際の電界電子放出応答について調べた。その結果、532nm照射時に電子線放出が最も増強されることが分かった。この波長は有限差分時間領域法(FDTD法)電磁場解析によって得られたプラズモン共鳴波長に相当している。これらの結果から、プラズモン共鳴による増強は442nmの高エネルギをもつフォトンによる励起よりも大きな増強を示すことが明らかとなった。また、偏光方向に応じて電流増強度が周期的に変化することを明らかにし、電場方向が探針長手方向に垂直な場合に増強度が最大となった。これらの結果は、プラズモン共鳴によって、電子の効率的な単光子吸収励起と熱励起の両方が起こっていることを示している。この方法を用いて、最大217倍の電流増倍を達成した。電子源アレイの製作では、溶融石英基板の等方性エッチングを用いて形成した先端曲率50nmのナノ突起上に金薄膜を蒸着して、27.36μmピッチで103×103個の電子源アレイを製作した。この電子源を用いて、超高真空環境下における電子線放出を達成した。
アレルギー性鼻炎の病態と好酸球のヘテロジェナイティについての研究

アレルギー性鼻炎患者における、末梢血好酸球表面抗原と臨床所見との関係を検討した。すなわち、季節性鼻アレルギー患者(スギ花粉症患者)の末梢血好酸球においてecalectin(galectin-9)の細胞表面および細胞内におけるecalectin(galectin-9)の発現について検討した。CD16陰性細胞を好酸球とし、flowcytometerで抗galectin-9抗体陽性細胞を測定した。健常者においてecalectin(galectin-9)の発現は多く認めなかった。また、花粉症患者の花粉飛散前の症状発現前の末梢血好酸球表面には発現をほとんど認めなかったが、末梢血好酸球の細胞内に発現を認めた。また、気管支喘息患者の末梢血好酸球においても同様に細胞内に発現を認めた。このことより、これはアレルギー性鼻炎の有無の診断に今度使用できる可能性が示唆された。そして、アレルギー性鼻炎の臨床症状の重症度の評価において今後使用できる可能性が示唆された。今後、ecalectin(galectin-9)の好酸球内での発現とアレルギー性鼻炎患者の臨床症状の重症度との関係を明らかにし、さらにはアレルギー性鼻炎患者の鼻粘膜組織中へのecalectin(galectin-9)陽性細胞の遊走の有無、組織での発現の有無やその局在についての検討、さらにはアレルギー性鼻炎患者好酸球によるサイトカイン産生と臨床所見との関係を明らかにし、アレルギー性鼻炎における好酸球機能の多様性を検討する予定である。すなわち、季節性のアレルギー性鼻炎患者(スギ花粉症患者)の末梢血好酸球について、CD35発現と臨床症状との関係、さらには経口抗アレルギー薬(IPD)の効果と、CD35発現との関係を検討する目的で、スギ花粉症患者の末梢血好酸球表面CD35発現を花粉飛散前、飛散前期、飛散後期、および花粉の影響がない夏期に検討した。スギ花粉症患者は抗アレルギー薬内服群、非内服群の2群に分けられた。各群の末梢血全血を用い、CD35とCD16の2重染色を行い、CD16陰性細胞を好酸球とし、flowcytometerでCD35陽性好酸球を測定すると、抗アレルギー薬非内服群では花粉量の増大とともに症状は悪化したが、CD35の発現は逆に有意に減少した。一方、抗アレルギー薬内服群では、症状の悪化は軽微で、CD35の有意な変化は認められなかった。このことよりスギ花粉症患者では末梢血好酸球CD35発現と鼻症状の重症度と逆相関が示唆された。今後、既知のケモカインやecalectin、galectin-9のスギ花粉症患者の末梢血好酸球に対する遊走活性の検討、さらにはアレルギー性鼻炎患者好酸球によるサイトカイン産生と臨床所見との関係を明らかにし、アレルギー性鼻炎における好酸球機能の多様性を検討する予定である。
超高周波表面弾性波を用いたダイナミック・フォトニック結晶

本研究は、超高周波表面弾性波及びフォトニック結晶に関する研究成果を踏まえ、両者を有機的にリンクさせたダイナミック・フォトニック結晶という新しいコンセプトに基づく光学媒体を世界に先駆け創生することで、空間的に局在化したフォトンを人為的かつダイナミックに操作するという前代未聞の機能発現への基礎的性質を探求するものである。音響光学効果を利用して、表面弾性波の強度や周波数変調によってフォトニックバンドギャップをチューニングすることができる、ダイナミック・フォトニック結晶について、その基礎的特性得るために薄膜光導波路を作製し、その光学特性を評価した。その結果、(1)LiNbO_3基板上にバッファ層としてSiO_2、導波層としてTa_2O_5薄膜を利用した薄膜光導波路を作製し、プリズムカップリング法によって導波光を確認した。導波光の確認には、He-Neレーザを光源に用いて出射光はスクリーンに投影してmラインを観測することで行う。光のプリズムへの入射角度は57°であった。(2)この光導波路に1GHzのSAWを伝搬させ、SAWによる光の強度変調を試みたが、光導波路中の光減衰が大きく、光強度変化は観測するまでには至らなかった。これらの結果は、ダイナミック・フォトニック結晶の開発までには至らなかった。現状の問題として、光導波路中の光減衰が大きいことやプリズムカップリングによる光励振効率が悪いこと、光学測定系が不十分であることなどが挙げられ、薄膜光導波路の材料や構造も見直す必要がある。本研究は、超高周波表面弾性波及びフォトニック結晶の両者を有機的にリンクさせたダイナミック・フォトニック結晶という新しいコンセプトに基づく光学媒体を世界に先駆け創生することで、空間的に局在化したフォトンを人為的かつダイナミックに操作するという前代未聞の機能発現への基礎的性質を探求するものである。ダイナミック・フォトニック結晶の実現のために、フォトニック結晶に関する研究ならびに数GHz帯の超高周波表面弾性波の研究を行う必要がある。中でも周波数が数GHzの表面弾性波(SAW)フィルタの作製について報告を行う。数GHzの表面弾性波(SAW)フィルタを作製するためには、サブミクロンオーダーの微細加工が要求される。その実現のため、電子線描画装置を用いた直接描画によるGHz帯SAWフィルタの作製を試みた。基板には電気機械結合係数が5.5%と大きい128°YX LiNbO_3、電子線レジストには日本ゼオン製のZEP520-12を用い、電気信号からSAWを発生させるための櫛形電極(IDT)をリフトオフによって作製した。SAWフィルタは、IDTの形状が、開口長200μm、伝搬距離100λ、対数10対で、線幅1μm(SAW中心周波数1GHz)のものおよび500nm(SAW中心周波数2GHz)である。作製したSAWフィルタの伝搬特性はネットワークアナライザを使用し、50Ωでマッチングがとれるように測定治具を作製した。この測定治具は、マイクロストリップラインの長さを変えることでマッチングが取れるようになっており、SAWフィルタはICパッケージにワイヤボンディングしてマイクロストリップラインに接続されている。測定治具のみの周波数特性は、約3GHzまで挿入損1dB以下、リターンロス20dBまで抑えられている。この測定治具を用いて、中心周波数を1GHzで設計したSAWフィルタの伝搬特性を調査した結果、中心周波数973HMz、帯域幅75MHzと非常に良好な伝搬特性を得ることができた。現在、2GHzで設計したSAWフィルタ,およびそれ以上の周波数帯,例えば10GHz帯のSAWフィルタの作製を試みており,それらに用いるフォトニック結晶についても調査している.さらに、圧電薄膜の形成をエアロ・ゾル堆積法(ADM)を用いることおこなっており、ガラス基板に形成した櫛形電極に、ADMを用いて透明圧電材料の堆積を行ったものでのSAWの励振を試みている。
栄養摂取の改善を介する義歯の認知症予防効果のエビデンスを探る

高齢化社会の進展に伴って必然的に増加する認知症高齢者は、2025年(平成37年)には約780万人に達すると推計されており、認知症対策、特にその予防に対応した研究が急がれている。本研究では、認知症予防の有望な戦略の一つとされる栄養的アプローチの有用性を、地域一般住民から得られた咬合や義歯使用状況、歯周状態ならびに栄養状態と認知機能に関連する脳の形態変化との相互の関連に基づく前向きコホート集団のベースライン調査データを利用して横断的に検証することを目的としている。本年度は、義歯の使用状況を含む口腔内所見、栄養摂取、認知機能(MMSE)のデータクリーニングを行った。併せて、脳MRI画像を解析するためのソフトウエアの導入と、脳MRI画像データのデータクリーニングを行った。研究対象集団は、東北メディカル・メガバンク計画の地域住民コホート調査(約8万人)および三世代コホート調査(約7万人)の参加者のうち、歯科検診を受診し、かつ脳のMRI撮影を受けたものから、宮城県内に在住の40歳以上の地域住民4,000人を抽出した。本年度は、以下に重点をおいたデータクリーニングを行った。1歯科検診により、歯周病(歯周ポケット長、アタッチメントレベル、プロービング時の出血)、および歯数、DMF、咬合接触、義歯使用の有無、2歯科問診および摂取食品アンケートから算出された咀嚼困難度、33.0T MRI脳画像から、画像処理ソフトウエアを用いて算出された内側側頭部(海馬・扁桃・嗅内野の大部分)の体積。4MMSE。その他、年齢、性、BMI、喫煙、飲酒、および糖尿病、高血圧、脳卒中などの認知機能に影響を及ぼすと考えられる疾病の既往歴等も調整項目として使用可能かを検討した。以下の項目のデータクリーニングが未完であるが、データ利用の検討が進んでいる。2血清アルブミン、血清総コレステロールおよび血色素を指標とする栄養状態進捗が遅くれている研究計画分を速やかに進める。4MMSE。調査研究のための学会出席が不要となったことと、データ入力作業およびデータクリーニング作業が、本年度は人手のかかる工程に達しなかった。そのため、翌年度は、これらの経費は使用見込みである。
細菌情報処理系からの細胞インテリジェンス発生過程の創発システム理論による解明

生命体の優れた性質を模倣するlife-likeシステムは、近い将来私たちの社会において重要な役割を担うシステムとして登場するであろう。さて、細菌は、大きさわずか数ミクロンに満たない小さな生命体であり、土壌や水園さらには人体にまで及ぶ広域的な環境に生息している。一般に細菌が生息する環境はうつろいやすく、そこでは栄養物の濃度、温度、水分などの環境条件も急激かつ突発的に変動する。したがって、こうした環境に生息する細菌には、環境の変化にうまく対応できるようにインテリジェントな能力が備わっている。多くの細菌には運動性があり、環境からの刺激に応答して泳ぐ方向を変えることにより、好ましい環境へ集積したり好ましくない環境から逃避したりすることができる。これらの能力によって細菌は互いに情報を交換したり、また無機的な環境とも交渉することができると言われている。細菌は、real-lifeの行動を分子のレベルで理解するためのよいモデルでもある。本研究では、細菌が好ましい環境へ集積したり好ましくない環境から逃避したりする性質(走化性と呼ぶ)を対象として、細菌のインテリジェントな行動を再現するコンピュータモデルを構築した。細菌の走化性を対象としたのは、それがreal-lifeの行動を客観的にかつ定量的に解析するための最も単純なシステムと思われるからである。本研究で構築したモデルは、細菌の走化性を支える分子機構に関する生物学的知見に基づいて設計されたもので、誘引物質に対する細菌の行動をうまく再現することができる。将来、このモデルは細菌システム全体を分子レベルで再現するデジタル生命体の一部として利用されることになるであろう。
先天性フフィンゴ脂質代謝異常症の遺伝子治療に関する基礎的研究

【リピドーシス患者の遺伝子解析】我々の研究室では引き続きゴーシェ病、異染性脳白質変性症の日本人症例および韓国、中国人症例の遺伝子解析を行いアジア人種に特有の遺伝子変異を明らかにした。遺伝子変異のスペクトラムは明らかに欧米人と異なっていた。【遺伝子治療の研究について】研究分担者であるBarranger博士らの研究によりGaucher病の造血肝細胞を標的とした遺伝子治療が実際の人患者に対して行われた。当初、glucocerebrosidaseの遺伝子発現は末梢血で認められ、その活性値も正常値近くまで上昇したが、その後低下していった。これはある程度未熟な造血細胞に遺伝子は導入されたが、造血肝細胞には遺伝子がほとんど導入されていないことを示唆する結果であった。そこで衛藤らは造血肝細胞ではなく分化したマクロファージを標的とした遺伝子治療を、やはりリソゾーム蓄積症の一つであるムコ多糖症VII型モデルマウスを用いて検討した。遺伝子導入はレトロウイルスベクター(MFG-HBG)を用いて行った。遺伝子導入されたマクロファージは肝臓、脾臓に生着しムコ多糖症VII型の病理変化を改善することに成功した。今後このアプローチがGaucher病、異染性脳白質変性症にも応用可能か否かを検討する予定である。【神経細胞におけるリソゾーム酵素遺伝子の発現】まず基礎実験としてアデノウイルスベクターの脳神経細胞への遺伝子導入法を検討した。adult animalの中枢神経細胞にはなかなか遺伝子導入が出来ないことにより胎児期に遺伝子導入をラットを用い行った。アデノウイルスベクターを投与する胎生日数により感染臓器が大きく異なっていた。特筆すべきは胎生12日に子宮内にウイルスベクターを投与すると脳神経細胞に多くのアデノウイルスベクターが感染することが判明した。今後は実際の先天性スフィンゴ脂質代謝異常症のモデルマウスに対し出生前に遺伝子を導入することにより遺伝子治療の効果があるか否か検討する予定である。先天性スフィンゴ脂質代謝異常症の遺伝子治療に関する研究を展開するにあたり本年度はゴーシェ異染性白質変性症、スライ病についてその分子生物病態及び動物モデルを用いた研究をおこなった。47例の日本人ゴーシェ病の遺伝子変異をPCR法とSSCP法で同定したところ約85%の遺伝子変異が同定できたが、神経型と非神経型とを遺伝子型で鑑別することは不可能であった。また、日本人ゴーシェ病35例の臨床症状を検討し欧米人に比較し重症度が高いことを明らかにした。急性神経型ゴーシェ病の酵素補充療法の効果を病理学的に検討するとともに、水頭症、心弁膜症などの特異な臨床症状を呈する神経型ゴーシェ病の遺伝子変異解析をおこなった。異染性白質変性症の日本人症例11例の遺伝子変異分布を解析し、G99D変異が日本人に多く認められることを明らかにするとともに2つの新しい遺伝子変異を同定した。スライ病の動物モデルを用いて遺伝子治療の治療の可能性を検討した。グルクロニダーゼ遺伝子をアデノウイルスベクターを用いて経静脈的に導入したところ肝、脾での酵素活性の上昇を認めたが脳においては酵素活性の上昇は認められなかった。そこで、側脳室内への直接導入法を試みたところ脳の酵素活性は正常の30%まで上昇した。酵素は上衣細胞と脈絡叢に主に認められたが、一部は脳の間質にも発現していた。また、スライ病の動物モデルに対してレトロウイルスベクターにグルクロニダーゼを組み込み、ヒト臍帯血より分離、精製した造血幹細胞(CD34陽性細胞)を標的臓器として遺伝子治療を試みた。

導入効率はCFU-GMで平均66.8%、LTCIC(long-term culture initiating cell)では20%と50%であった。グルクロニダーゼ活性は5週間正常レベルを維持していた。以上の遺伝子治療に関する基礎的実験データは遺伝性脳変性疾患における遺伝子治療の可能性を示唆するものであった。先天性スフィンゴ脂質代謝異常症の遺伝子治療に関する研究を展開するにあたり本年度はゴーシェ病、異染性白質変性症、スライ病についてその分子生物病態及び動物モデルを用いた研究をおこなった。47例の日本人ゴーシェ病の遺伝子変異をPCR法とSSCP法で同定したところ約85%の遺伝子変異が同定できたが、神経型と非神経型とを遺伝子型で鑑別することは不可能であった。また、日本人ゴーシェ病35例の臨床症状を検討し欧米人に比較し重症度が高いことを明らかにした。急性神経型ゴーシェ病の酵素補充療法の効果を病理学的に検討するとともに、水頭症、心弁膜症などの特異な臨床症状を呈する神経型ゴーシェ病の遺伝子変異解析をおこなった。異染性白質変性症の日本人症例11例の遺伝子変異分布を解析し、G99D変異が日本人に多く認められることを明かにするとともに2つの新しい遺伝子変異を同定した。スライ病の動物モデルを用いて遺伝子治療の治療の可能性を検討した。グルクロニダーゼ遺伝子をアデノウイルスベクターを用いて経静脈的に導入したところ肝、脾での酵素活性の上昇を認めたが脳においては酵素活性の上昇は認められなかった。そこで、側脳室内への直接導入法を試みたところ脳の酵素活性は正常の30%まで上昇した。酵素は上衣細胞と脈絡叢に主に認められたが、一部は脳の間質にも発現していた。また、スライ病の動物モデルに対してレトロウイルスベクターにグルクロニダーゼを組み込み、ヒト臍帯血より分離、精製した造血幹細胞(CD34陽性細胞)を標的臓器として遺伝子治療を試みた。
塩基代替型新触媒機能を有する反応性遷移金属シアノカルバニオンの創製

遷移金属シアノカルバニオン錯体は、炭素-炭素結合形成における重要な反応性中間体である。本研究では、選択性と効率に代わる従来にない触媒機能を有する塩基代替型触媒の開拓を目指し、錯体化学的および有機化学的観点から以下の研究を行った。まず、C-N構造間スイッチング作用の解明と制御を目的とし、金属のπ平面のすべり移動を駆動力とする分子内機構と金属の自己組織化を鍵に進行する分子間機構が作動するための因子として中心金属、配位子、α-置換基を詳細に検討することで、これらの反応経路の完全化学制御を行い、C-N構造間スイッチングの自在制御を達成する。異性化機構を分光学的、速度論的手法により解明した。これによって後述する触媒活性-不活性スイッチング機能を炭素-炭素結合形成型触媒に付与し、新触媒機能としての一般化を行った。次に、窒素配位型シアノカルバニオン錯体の炭素-炭素結合形成能の解明を目的としてN-型錯体のアルデヒド、ケトン、アルキン、ニトリル等の種々の親電子剤との炭素-炭素結合形成能を化学量論反応によって検討し、このステップの受ける中心金属、ニトリル、配位子による立体的、電子的諸因子による影響を精査することによって、申請者らが見出してきたアルドール反応、マンニッヒ反応、マイケル反応、アルキンのマイケル型反応、ニトリル同士のチーグラー=ソープ型反応等の一連のニトリルの炭素-炭素結合形成新触媒反応の鍵となる炭素-炭素結合形成ステップに関する包括的知見を得た。シアノカルバニオンの炭素-炭素結合形成における選択性と効率に代わる第3の触媒機能の獲得を目指し、錯体化学的および有機化学的観点から基礎的な研究を行った。具体的には、新機能性触媒を開拓するために、一連の炭素および窒素結合型シアノカルバニオン錯体の合成を行い、異性化の配位子および置換基の立体的、電子的因子や中心金属との相関に関する包括的知見を得ることにより活性触媒種となるN-型錯体の安定化と活性化に関する一般的指標を得ることができた。さらに、金属のπ-平面のすべり移動を駆動力とする分子内機構と、金属の自己組織化を鍵に進行する分子間機構が作動するための因子として、中心金属、配位子、α-置換基を詳細に検討することでこれらの反応経路の化学制御に関する知見を得ることができた。また、N-型錯体のアルデヒド、ケトン、アルキン、ニトリルなどの各種親電子剤に対する炭素-炭素結合形成と配位子交換過程の特異性を分光学的および速度論的に解明することで、ニトリルの炭素-炭素結合形成触媒反応を精密に把握することができた。本研究により、塩基触媒反応でありながら中性条件下で進行する特異性、触媒活性-不活性スイッチング機能など、従来にない触媒機能を提示しつつ、炭素-炭素結合形成型触媒に付与する新形式の触媒反応を開拓するための有用な知見が得られることとなった。