hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
複素多様体の幾何学的及び解析的研究とその応用

リ-マン面の複素構造の変形空間としてのタイヒミュラ-空間を総合的視点から研究した。まず、リ-マン面がコンパクトな場合は、そのタイヒミュラ-空間は有限次元複素ユ-クリッド空間内の有界領域として実現され、その自己双正則写係のなす群による商空間は正則複素解析空間となる。更にその商空間の自然なコンパクト化は射影的代数多様体であることが知られているが、その幾何学的、代数幾何的、解析的研究をおしすすめた。特に上述の、モデュライ空間と呼ばれる商空間上の基本量の、コンパクト化に際しての境界挙動を調べることは、数学的のみにらず、物理的応用上からも極めて重要であり、種々の基本量に対し多くの成果が得られつつあったが、我々は極的的長さやグリ-ン函数及び同期行列といった重要な基本量の境界挙動を、解析的手法を用いて統一的に記述することに成功した。これは、モデュライ空間のみならず、タイヒミュラ-空間の境界の研究においても極めて有用であろうと思われ、今後の研究課題としている。なお上述の解析的手法は、一般のリ-マン面の場合にも有効であることがわかり、一般のタイヒミュラ-空間の研究へと発展したが、その際変形空間の状況が、基点となるリ-マン面の解析的性質により極めて異なることがわかり、リ-マン面の分類理論の新たな展開にせまられた。そこで、エルゴ-ド理論、函数解析等の手法を用いて、主に擬等角変形に関連するリ-マン面の分類理論の深化をはかり、数多くの成果をあげることができた。同時に今まで知られていなかった病理現象もまた明らかになり、これらの理論的解明を現在おしすすめている。
アポトーシス実行遺伝子ICE/CED3遺伝子(ric3)の構造と機能の解析

多岐の生命現象に係わっており生命維持に不可欠の現象であるアポトーシスは、厳密な遺伝的調節下にあることが知られているが、現在では関与する遺伝子のごく一部が単離されているにすぎず、またその分子機構は不明な部分が多い。種々の解析からICE(システインプロテアーゼ活性をもつinterleukin-1βconverting enzyme)は哺乳動物の細胞死実行遺伝子であると考えられている。しかしICE欠損マウスにおいても多くの細胞死は正常に機能することから類似遺伝子の存在が想定されてきた。我々は、ヒトゲノム中にICE類似遺伝子ric2とric3を見い出し、それら遺伝子の構造と細胞死における機能を分子生物学的および細胞生物学的手法をICEと比較しながら解析した。ドミナントネガティブ変異と特異抗体を用い、ric2がFas誘導性アポトーシスに関与していること、またICEファミリーメンバーであるCPP32を活性化することでその機能を果たしていることを示した。また、ric2, ric3がともにICEの阻害たんぱくであり種々のアポトーシスを抑制するCrmAにより直接阻害されることを示し、ともに種々にアポトーシスに関与する可能性を示唆した。多岐の生命現象に係わっており生命維持に不可欠の現象であるアポトーシスは厳密な遺伝的調節下にあることが知られている。ICE(システインプロテアーゼ活性を持つinterleukin-1βconverting enzyme)遺伝子およびその類似遺伝子が哺乳動物の細胞死実行遺伝子であると考えられている。(1)ICEとecd3間でよく保存された活性中心近傍のプライマーを用いヒトゲノムDNAのPCR法により得られたric3DNA断片をプローブにしヒトの種々の臓器由来のcDNAライブラリをスクリーニングしてほぼ全長のcDNAを得た。(2)ric3DNAの全塩基配列を決定した。ICEとは、アミノ酸レベルで約50%のホモロジを示し、特に活性中心近傍のホモロジは極めて高いことが分かった。全体の構造もICEと近似しており、酵素活性化の為のプロテアーゼ切断箇所の推定が可能であり、ric3プロテアーゼ活性の阻害剤の作成のための重要な情報を引き出すことができた。(3)ノーザン法によりric3遺伝子の発現は、極めて低いレベルであるが、多くの臓器で確認された。(4)種々のヒト臓器由来のcDNAライブラリの中に、differential splicingの結果と思われるイントロンを含んだcDNAクローンが多数存在することが明らかになった。このイントロンを含むric3 mrnaがric3の活性を制御するvariant ric3たんぱくを作り出し生理的な重要性を有する可能性があり、今後の課題である。多岐の生命現象に係わっており生命維持に不可欠の現象であるアポトーシスは、厳密な遺伝子調節下にあることが知られているが、現在では関与する遺伝子のごく一部が単離されているにすぎず、またその分子機構は不明な部分が多い。種々の解析からICE(システインプロテアーゼ活性を持つinterleukin-1βconverting enzyme)は哺乳動物の細胞死実行遺伝子であると考えられている。また、ric2,ric3がともにICEの阻害たんぱくであり種々のアポトーシスを抑制するCrmAにより直接阻害されることを示し、ともに種々にアポトーシスに関与する可能性を示唆した。
励起子ライマン分光法の理論

半導体中に生成された励起子系が示すテラヘルツ光吸収スペクトルを、クーロン相互作用する電子正孔2バンドモデルに基づいて理論的に解析した。この理論の特徴は、スペクトルの励起子密度依存性が議論できる点である。今年度は、バンド間遷移に伴う可視光吸収スペクトルを求める理論を開発した。これによって、半導体中に生成された電子正孔多体系の性質を可視光およびテラヘルツ光吸収の両面から理論的に解析することが可能になった。本研究課題で開発したこれらのプログラムを用いて励起子モット転移を議論した。半導体中に生成された電子と正孔は、十分低密度の場合、クーロン相互作用のために励起子と呼はれる束縛状熊を作るが、密度の上昇とともに遮蔽効果が顕在化するため、ある密度を境界に束縛状態を形成することができなくなると考えられている。励起子モット転移と呼ばれるこの現象は、これまで可視光吸収の観点から調べられてきたが、転移温度や密度が定義できる通常の相転移なのか、それとも徐々に状態が移り変わるのかなど、いまだ多くの事が明らかにされていない。励起子のボーズアインシュタイン凝縮(BEC)は励起子モット転移の近傍で起こるものと予想されているため、励起子モット転移近傍における物性の理解は、励起子BECの探索にとって不可欠であると考えられている。本研究では、励起子ライマンスペクトルが励起子密度を変化させることによってどのように変化してゆくか詳細に調べ、その密度依存性がち励起子モット転移密度を算出する理論式を導出した。この結果は励起子BEC探索に資するものと期待される。今年度、半導体中に生成された励起子系が示す、振動数領域におけるテラヘルツ光吸収スペクトルを計算する理論を開発した。この理論では、クーロン相互作用する2バンド電子・正孔モデルに基づいて解析するために、励起子のエネルギー準位や励起子間相互作用の励起子密度依存性の効果を系統的に評価することが可能である。先行研究の一つでは、電子と正孔の相対運動に関するシュレーディンガー方程式を解析的に解くことによってテラヘルツ光吸収スペクトルを計算している。このため、スペクトルの励起子密度依存性の効果は全く議論できない。また別の先行研究では、電流密度に対する運動方程式を切断近似に基づいてスペクトルを計算しているが、実験で観測されている励起子ライマン吸収(励起子の内部状態が遷移することに伴うテラヘルツ光吸収)が低密度領域で再現できないなどの問題点があった。これに対し本研究で開発された理論では、横波誘電関数に対する運動方程式をはしご近似の枠内で数値的に解く際に、正準変換の方法を用いて励起子効果を評価したため、低密度領域におけるスペクトルでは励起子ライマン吸収が、高密度領域ではドルーデ的な吸収が得られ、実験結果をうまく再現していることがわかった。また、今年度開発した理論に基づいてテラヘルツ光吸収スペクトルの温度依存性を調べたところ、高密度状態において電子正孔BCS状態と電子正孔プラズマ状態間の転移(励起子モット転移の一種)を発見した。現在詳細を解析中である。
築造過程から長期供用を経て地震による変形・破壊まで，盛土の一生を解く

長期供用盛土では,盛土材の風化に起因した変状や耐震性能の低下が問題になっており,古い盛土の維持・管理を合理化するためには,1締固め品質,2盛土材の風化・劣化,3地震外力条件を考慮して盛土の耐震性能を正確に評価する方法が必要である。本研究では,マルチスケールの実験と解析により盛土材料の風化現象を解明・記述し,これまでの成果と統合することで「築造過程から,供用時の風化を経て,地震による変形・破壊まで,盛土の一生を解く」統合的システムを実現する。手法は実験との比較により検証するとともに,東名高速の長期供用盛土を対象として築造・供用・地震時応答を解析し,対策すべき盛土の特徴を明示する。長期供用盛土材の風化・劣化による変状や耐震性能低下が問題となっている。(1)築造時の締固め品質、(2)供用中の風化・劣化、(3)地震による外力を考慮して耐震性能を正確に評価する方法が求められている。研究代表者らの締固めや液状化の解析的記述や風化の研究をベースに、築造から、風化・劣化を経て、地震で変形・破壊されるまでの盛土の一生を解くシステムを構築する。メンテナンスや災害対応という課題の重大性、適時性に加え、ミクロスケールの物理・化学現象からマクロスケールの盛土の長期間にわたる挙動を説明する研究は挑戦的であり学術的価値も高い。本研究が完成すれば、長期供用による盛土の変状や耐震性能の変化予測、健全性診断方法の開発につながることが期待される。
電子顕微鏡染色における塩化ハフニウム染色法の発展性の検討

酢酸ウランは、核燃料物質のため現在購入が困難になっている。そこで代替え酢酸ウラン法として、カコジル酸緩衝液を溶媒に用いた塩化ハフニウム染色法の確立を目指した。染色剤の溶媒に関しては、アルコール系統や他の緩衝液による増感法を試みたが、いずれもカコジル酸緩衝液には及ばなかった。実験ではラットとマウス(腎臓・肝臓・小腸)の樹脂切片を使用し、それが、塩化ハフニウム+カコジル酸緩衝液と塩化ジルコニウム+カコジル酸緩衝液においていかに染色を増感させコンタミニケーションを軽減させるかに焦点をあて検討した。結果、塩化ハフニウムはカコジル酸緩衝液(pH77.6, 0.05M0.1M)を染色直前に混合し、30分間染色をすることで染色性が増加した。その際、マイクロチューブやヒラオカステイニングキッドという空気に触れにくい染色・洗浄法が有効であった。メーカーによる比較では、塩化ハフニウムは和光社、カコジル酸緩衝液ではTAAB社の薬品を使用した際に最もコンタミニケーションの軽減が図られた。カコジル酸緩衝液を用いる事で、塩化ハフニウムのみでは染色性が落ちるゴルジ装置やリボゾーム等の染色性を保つだけでなく、ミトコンドリア・膜系や脂質・ライソゾームの強染も成し遂げた。塩化ジルコニウムは、水溶液2%にて1時間染色しよく洗浄を行うことで酢酸ウランに近い染色性を示した。しかし、塩化ジルコニウムにカコジル酸緩衝液を使用することで、染色性は増すが反応産物が残るという課題が残った。これら手法は安定性においては酢酸ウラン染色に及ぼないが、カコジル酸緩衝液を溶媒に用いるため、生体にやさしく脂質の染色も可能となる。今後、染色剤の増感剤として緩衝液を用いる方法を中心に更なる研究を行う必要がある。
シリコンフォトニック結晶共振器にPIN構造を集積した光変調器に関する研究

フォトニック結晶微小光共振器の屈折率を,キャリアを注入させることによって変化させることによって,光変調が実現できる点に着目し,シリコンフォトニック結晶共振器にPIN構造を集積する構造を作製することを目的として研究を遂行した。本年度は評価系の構築およびデバイスの試作を進めた。その過程においてシリコンフォトニック結晶微小光共振器中でのキャリアの時空間ダイナミクスの挙動を知ることが重要であることが明らかになったので,キャリア挙動を輸送方程式に基づくデバイスシミュレータを作成し下記に示す知見を得た。(1)フォトニック結晶微小光共振器中でキャリアは極めて局所的に発生し,その局所性がフォトニック結晶微小光共振器の動作速度を向上させていることを明らかにした。(2)フォトニック結晶は空気穴が多数あけられているため,表面再結合によってキャリアが消滅する影響が予想されたが,実際には100ps以内では表面の影響はほとんどないことを明らかにした。本知見は本研究の範囲に限らず,キャリアによって動作するシリコン微小光変調器の熱特性を改善するために重要な知見である。(3)PIN構造によって,キャリアを注入及び引き出す動作は数10ps以内で行うことが可能であり,その際には表面再結合の影響もほとんど受けないことを明らかにした。本結果は,PIN構造付きフォトニック結晶微小光共振器デバイスを光変調器として用いるだけでなく,PIN構造を用いて熱の発生を抑制できることを示している。(4)フォトニック結晶微小光共振器では,有効キャリア寿命が光子寿命よりも短い光デバイスとしては極めて特殊な系になっていることを明らかにした。一般的に共振器を用いた変調器では,低動作エネルギー化を狙うためには高Q値共振器を用いればよいが,キャリア効果によるフォトニック結晶微小光共振器変調デバイスでは,効率的な光変調を行うためには最適なQ値が存在することを示した。シリコンにキャリアを注入するとプラズマ分散効果によって屈折率が変化することが知られている.通常その効果は小さいが,フォトニック結晶微小光共振器を用いると小さな領域に強く光を閉じ込めることが出来るため,効率的にその効果を利用することができる.屈折率を変化させることによって光変調を実現できる点に着目し,シリコンフォトニック結晶共振器にPIN構造を集積する構造を作製することを目的として研究を遂行した.本年度は作製プロセスの個々の技術の確立およびフォトニック結晶中でのキャリアの挙動の解明を目指し,以下の知見を得た.(1)シリコンフォトニック結晶にイオン注入し,さらに適切なアニーリング処理を施すと,転移ループの生成によってフォトニック結晶共振器での実効キャリアの寿命を大幅に低減できることを明らかにした.この効果を利用して,シリコンフォトニック結晶微小光共振器を用いた光スイッチの速度を従来の1/3程度まで高速化した.(2)イオン注入によって生成する欠陥に起因して増大する光伝播損失の定量的な評価を行った.適切なアニーリング処理を施すことによって比較的高濃度のイオン注入であっても伝播損失を大幅に低減させることができることを明らかにした.(3)フォトニック結晶共振器中でのキャリアの挙動を明らかにするためにデバイスシミュレータを作製した.現時点までに,光変調の速度を決める実効キャリア寿命はキャリアのバルク寿命ではなくキャリアの拡散速度に支配されていることを明らかにした.そのためにキャリア濃度の時間変化はキャリア密度の初期分布に大きく依存することがわかった.フォトニック結晶微小光共振器の屈折率を,キャリアを注入させることによって変化させることによって,光変調が実現できる点に着目し,シリコンフォトニック結晶共振器にPIN構造を集積する構造を作製することを目的として研究を遂行した。
ヒトiPS細胞を利用したB型肝炎再活性化時の宿主自然免疫応答機構の解明と治療開発

研究代表者らは、これまでに確立してきたヒトinduced pluripotent stem cells (iPS細胞)の肝前駆細胞誘導・肝細胞成熟化誘導および肝炎ウイルス感染機構研究の学術・技術基盤を元に、(1)ヒトiPS細胞由来肝細胞系譜細胞を利用したB型肝炎ウイルス(HBV)再活性化の分子機構の解明、及びHBV-宿主相互作用における自然免疫応答の解析を行った。さらに、(2) Cytochrome P450 (CYP)発現が生体肝細胞に近いiPS由来肝細胞系譜細胞を利用して、スタチン系新規抗HBV薬候補薬における抗HBV機構の解析、及び宿主間でのCYP発現差異による影響を解析する研究を遂行し、以下の実績を得た。まず、従来プロトコールに技術的改良を加えた誘導法を用いてmodified-iPS-Hepsを誘導した結果、代謝酵素活性、肝細胞成熟化マーカー発現、HBV及びHCVの生活環に関する宿主因子発現の全てでこれまでのiPS-Hepsに比べて改善していた。この細胞を用いて、HBVとHCV共感染培養系を確立した。本培養系では、培養上清中のHCVコア抗原、細胞内HCV-RNA発現は、HCV単独感染に比して有意に高かった。逆にHBV関連蛋白・RNAの発現はHBV単独感染に比して有意に低かった。共感染培養モデルを用いて、SofosbuvirによるHCV排除時のウイルス動態を検討し、HBV-HCV共感染時のHBV活性化を示唆する現象がin vitroで確認し、本成果について米国肝臓病学会の年次総会で口演発表を行った。また、数種のスタチン系製剤の抗HBV作用に関してスクリーニングを行い、特にSimvastatinは濃度依存性に細胞内HBV-DNA発現の低下がみられ、Heme oxygenase-1が効果に関与する可能性が示された。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
不均一反応を利用した水の界面におけるイオン濃度分布の解明

空気と水が交わる境界相(界面)では特定のイオンが偏在している。このような効果はSpecific ion effectsとして知られており、大気エアロゾルの反応性の決定、海塩粒子における特定のハロゲンの濃縮などに重要な影響を与えている。しかし水の界面においてどのようなイオンがどのように分布しているのかはよくわかっていなかった。本研究では気液界面のイオンを選択的に検出できる手法を用いて、水の界面におけるイオン分布に関する研究を行ってきた。その結果、なぜ特有の有機物イオン・無機物イオンが気液界面に集まることができるのかという謎の一部が解明された。空気と水が交わる境界相(界面)ではヨウ化物イオンなどの特定のイオンが偏在している。この効果はSpecific ion effects(SIEs)として知られており、近年、大気エアロゾル表面や雲などの液滴表面、海水表面で起こる不均一反応に重要な寄与をしていることがわかってきた。しかし、どのようなイオンが、どれくらいの深さに、どれだけ多く偏在しているか、などについてはいまだによくわかっていない。新規質量分析手法、分解光レーザーと超高感度分光法キャビティーリングダウン分光法(CRDS)を組み合わせた新しい実験手法を用いてOH(g)とNaI(aq)の不均一反応を利用したSIEs研究を行う。本年度はこの新規質量分析法と分解光レーザーを用いた不均一光反応系の確立を行った。その結果、気相のOHラジカルと液相の成分の不均一反応で気液界面に生成する中間体、生成物を検出できることを確認した。新規質量分析法と分解光レーザーを用いた不均一光反応系を確立し、気相のOHラジカルと液相の成分の不均一反応によって気液界面に生成する中間体、生成物を検出できることを確認した。空気と水の境界相(水の界面)では特定のイオンが偏在している。このような効果はSpecific ion effectsとして知られており、大気エアロゾルの反応性の決定、海塩粒子における特定のハロゲンの濃縮、また雨粒の地面への落下・分裂に伴う電荷を帯びた微小液滴の生成などに重要な影響を与えている。しかし水の界面においてどのようなイオンがどの深さにどれだけ分布しているのかはよくわかっていない。H28年度は水のマイクロジェットの分解過程を利用した新規質量分析法を用いて、水の界面におけるカルボキシレートイオン(Rn-COO-, n=1-7)の相対的なイオン濃度分布を決定することに成功した。その結果、アセテートイオンは水の界面にはほとんど存在せず、多くはバルク中に存在していることが明らかになった。またそのほかのカルボキシレートイオンはそのアルキル直鎖が長くなるほど、界面に濃縮されていくことが明らかになった。それらの挙動の分子科学的なメカニズムを考察した。カルボキシレートイオンは大気中の液滴に含まれる有機物イオンの中でも特に重要なものである。その水の界面の親和性を決定したことは、大気中の水滴表面で起こる反応を理解する上で特に重要である。これらの成果はEnami etal. Carboxylate ion availability at the air-water interface, J. Phys. Chem. A, 2016, 120, 9224として発表した。当初の想定とは異なり、アセテートイオンは水の界面にはほとんど存在せず、多くはバルク中に存在していることが明らかになった。本成果をすでにEnami et al. Carboxylate ion availability at the air-water interface, J. Phys. Chem. A, 2016, 120, 9224として発表しており、研究が当初の計画以上に進展している。大気中に存在する水滴や海洋などの気液界面ではイオンが重要な働きをしている。たとえばヨウ化物イオンは気液界面に選択的に集まるため、気体オゾンと界面で反応を起こす。その結果、大気中にヨウ素が放出され、対流圏のオゾン濃度に影響を与えている可能性が指摘されている。本提案研究では、水の界面におけるイオン分布に関する研究を行ってきた。H29年度はこれまでの研究を進展させて、水とアセトニトリル、水とテトラヒドロフランなどの混合溶液の気液界面におけるイオン分布の研究を行った。その結果、これらの混合液体の表面における微小な不均一性(micro-heterogeneity)由来であると考えられる現象を複数発見することができた。特に、水の界面と比較して、水とアセトニトリルをある割合で混合するとイオン分布に極大が現れることを示した。大気環境において水は単体では存在しておらず、常にほかの分子と混合しているため、本成果の与えるインパクトは大きいと考えられる。本成果は現在論文にまとめているところである。また北海道大学低温科学研究所、京都大学化学研究所と共同研究を行い、直物の葉の表面のイオン分布に関する成果をあげ、Hama et al. In situ nondestructive analysis of Kalanchoe pinnata leaf surface structure by polarization-modulation infrared reflection-absorption spectroscopy, J. Phys. Chem. B, 2017, 121, 11124-11131.として論文発表した。

しかし水の界面においてどのようなイオンがどのように分布しているのかはよくわかっていなかった。本研究では気液界面のイオンを選択的に検出できる手法を用いて、水の界面におけるイオン分布に関する研究を行ってきた。その結果、なぜ特有の有機物イオン・無機物イオンが気液界面に集まることができるのかという謎の一部が解明された。今後はさらに超高感度分光法キャビティーリングダウン分光法(CRDS)を組み合わせてOH(g)とNaI(aq)の不均一反応を利用したSIEs研究を行う。OHラジカルはその反応性の高さからハロゲン化物イオンX- (X- = I-, Br-, Cl-)と拡散律速で反応する。気液界面におけるX-信号の減衰とX3-信号の生成を新規質量分析法で、また気相に放出されるX2分子をCRDSで同時に測定する。気液界面の最上部に存在するI-はすぐさまOHラジカルと反応し、その濃度が減少する。一方、Cl-はバルク中に多く存在するため、OHラジカルはそのような深い層にはほとんどたどり着かないためCl-は減少しないはずである。これは以下の競争反応が起こるためであるOH(interface, if) + X-(aq) →→X2 vs. 2 OH(if) →H2O2この競争反応のキネティクスとOHの拡散係数から何nmの深さまでOHが到達し、その層でX-と反応するかを決定する予定である。今年度はそのほかの有機物イオンに関して同様の研究を進めていく。また同時に不均一反応を利用した手法を用いて、無機イオンに関して同様の研究を進めていく。大気環境科学H28年度に購入する予定であった試薬が当初の想定よりも安かったため。今年度に消耗品費として使用する予定である。
ヒト型モノクロ-ナル抗体とトキシン活性部位との複合体による抗癌剤の開発

我々は既に,EGFRを認識するモノクロ-ナル抗体とhemetytinであるgeloninとの複合体を作製し,この複合体がEGFRを過剰発現している扁平上皮癌細胞に対して特異的に殺細胞効果を示すことをin vitroおよびin vvoで証明してきた。本年度は,geloninとは作用機序の全く異なるhemolytic toxinと癌関連細胞膜蛋白を認識するモノクロ-ナル抗体との複合体による殺細胞効果を検討すると共にhemolytic toxinの構造についても検討したので報告する。hemolytic toxinは日本近海原産のイソギンチャクであるsea anemone Actina LよりGー50カラムとCMー52を用いて抽出し,電気泳動を行いゲルをクマシ-染色とコンカナバリンAに対する対応性で検討した結果、本物貭は20Kdaの糖蛋白貭である事が判明した。加水分解後にニンヒドリン法アミノ酸組成分析を行った所Glycine,Valine,Alanineの含有量の多いタンパク質で,一部の一次構造を解析した結果,Sialidaseやpyruvate kinaseとの相同性が高いことが明らかとなった。遊離したhemolytic toxinは非特異的にいずれの細胞にも作用して細胞膜を融解し殺細胞効果を示したが,イムノグロブリンと結合するとその作用は消失した。しかし、SーS結合を開離すると再び殺細胞効果を示した。一方,CEA関連抗原を認識するモノクロ-ナル抗体と結合させるとエピト-プを有する大腸癌細胞株にのみ殺細胞効果を示した。さらに,モノクロ-ナル抗体が認識するエピト-プ量(細胞当り)とhemolytic toxinとの複合体による殺細胞効果との関連を検討すると,両者間には有意に正の相関関係が認められた。以上の成績はin vitroの成績であるが,今後ヌ-ドマウス移殖癌組織について検討を行いたい。
仮想臨床体験により動画像・聴覚情報の学習を可能とする循環器臨床教育システム-パソコンとCD-ROMを用いた教育資材の開発-

【背景と目的】循環器臨床の教育のために必要な新しい教材の作成を進めた。これからの学部学生の教育に求められることは、まず問題探求と問題解決能力の養成にあると考えられる。また循環器の臨床においては、動画像の情報や、聴診で得られる音声情報、他のレントゲンやCTなどの画像情報が特に重要である。【方法】これらの教育を可能とするために、パソコン、デジタル聴診器、プロジェクター、スピーカー、ビデオデッキを組み込んだ可搬型の教育機材を作成、また症例ごとに心音、X線、心エコー、血管造影をデジタル化して取り込み教材を作成した。症例の症候と基礎的な血液検査結果、心電図はあらかじめ学生に配布して、予習に供した。診断上必要な心音、動画像、静止画像は順次実物を供覧して、参加学生に判読を求めた。テュータは全過程を通じて援助を行うのみで、最後にまとめを行った。【結果】年間に13回の検討会を行った。鑑別診断や画像判読については議論が盛り上がった。学生からは、症例ごとに心音や心エコー、アンギオなどの視聴覚の実情報を見ながら判読を行う点でインパクトが高く、学習意欲が増す、また計画立案の要点が理解できたとの点で高い評価を得た。【結論】1年間の施行の結果、この方法は、短時間で、計画立案能力と検査所見判読の訓練・評価ができる点で有用であり、学生の問題探求および問題解決にいたるプロセスを考えるにはふさわしい方法であることが明らかになった。次のステップとしてデータのデジタル化とパソコンファイルへの収載、シナリオと画像データをあわせて仮想臨床空間を作り出し、自習も可能な教材としてまとめあげていく予定である。これまでの成果の一部は平成12年度の日本医学教育学会(仙台)で発表した。循環器臨床の教育のために必要な新しい教材の作成を進めている。また循環器の臨床においては、心エコー、心血管撮影などを中心とした動画像の情報や、聴診で得られる音声情報、他のレントゲンやCTなどの画像情報が特に重要である。循環器疾患の救急診療においては、病歴と身体所見に加えて、これらの情報を駆使し、刻々と変化する状況を踏まえつつ、問題の把握を把握して検査計画と治療計画を立てることが求められる。これらの教育を可能とするために、新たな教材の作成をはじめた。今年度は少数例の雛型を作り、学生教育に供しながら、その効果について検討を加えた。病例は房室ブロックで発症した胸痛の女性で、救急処置を行いながら、胸部レントゲン、心電図、心エコーを見ながら次に行うべき検査等を考え、ついに心サルコイドーシスという疾患の診断を行い、治療計画を考えるというシナリオである。すでに10グループでの施行の結果、学生の問題探求および問題解決にいたるプロセスを考えるにはふさわしい方法であることが明らかになったと考える。次のステップとして現在典型的循環器疾患病例約160例の生データを収集を終えた段階である。また上記症例のように検査診断の思考過程が重要な約20の救急的な循環器疾患について、そのシナリオを作成中である。その一部は学生教育の場で使用して教材としての適否を確認している。今後は収集したデータのデジタル化とパソコンファイルへの収載、シナリオと画像データをあわせて仮想臨床空間を作り出し、自習も可能な教材としてまとめあげていく予定である。これまでの成果の一部は平成12年度の日本医学教育学会(仙台)で発表の予定である。
日米初等・中等カリキュラムと学力に関する比較研究

本研究の主目的は、米国マサチュウセッツ州ニュ-トン市にある教育開発センタ-の副所長イズラエル博士が来日され、文部省を通して『日米の初等・中等カリキュラムと学力の比較研究』を行いたいという提案を受けてスタ-トした『日米共同研究』を遂行するための事前準備的研究を行うものであった。この提案を実行するため、平成3年度「日米科学協力事業共同研究」を、日本側は日本学術振興会に、アメリカ側はNSFに申請した。この申請は、残念ながら不採択となったが、本科学研究費によって研究して得られた成果は、今後採択された場合に日米共同研究を遂行する上で役立つと考えられるいくつかの成果が得られた。第一の成果は、アメリカの学校カリキュラムの実態分析である。アメリカの学校の教育課程は多様であって、具体的にどのように実施されているかについての実証的な研究は皆無であった。そのため、米国の中西部の教育区を事例とする研究成果を、研究代表が中心となって「アメリカ合衆国における教育課程の編成・実施状況に関する調査研究」(国立教育研究所研究集録21号,1991.3)として公表した。第二の成果は、日米科学協力事業共同研究を遂行するために必要な学力調査用具(英文)を開発し、いつでも共同研究が開始できる体制をつくったことである。この調査用具は研究分担者が共同で作業を進めた。この成果の一部は「児童生徒(小6、中2・3、高2)の算数・数学学習到達状況ーAttained curriculum Of Japanese Student of Mathematics)として英文で纏めた。今後の研究としては、すでにいくつかの成果を纏めつつあるが、日本のオ-プン・スク-ルの実態と学力を調査し、日米のカリキュラムと学力に関する比較研究を一層進めていきたいと計画しているところである。
ラフとボイストレマの病的音声に関するF_0のゆらぎと聴覚印象との関係

健常人が声の高さを一定にして母音を定常持続発声すると、音声の基本周波数(以後、F_0と記述する)には、わずかなゆらぎが観測され、このF_0のゆらぎが声の自然性を高める。ところが、声帯が病変を来すと、正常音声とは異なった特徴的なF_0のゆらぎが観測され、声には自然性が失われ、いわゆる病的音声の聴覚印象を我々には与える。そこで本研究では、ラフ(がらがらした声)とボイストレマ(震えのある声)のカテゴリに分類される病的音声を重点的に、F_0のゆらぎの指標として、F_0のゆらぎのパワースペクトルに着目し、音響物理的側面と聴覚心理的側面の両方の観点からF_0のゆらぎの特徴を解明した。まず、F_0のパワースペクトル上での高域における特徴的なピークの出現や盛り上がりを示すことが病的音声のF_0のゆらぎの物理的特徴であることを見出した。次に、ゆらぎの物理的特徴に基づき、F_0にゆらぎを付加して病的音声を合成した。そして、その音を聴取し声質を評価することにより、物理的特徴の検証を聴覚心理的側面より行った。具体的には、まず、F_0のゆらぎのパワースペクトルの物理的特徴より、病的音声の2種類のF_0の生成モデル(FMモデルとスペクトルのパターンの近似モデル)を提案した。次に、モデルから生成されるF_0のゆらぎのデータを音源情報として音声合成器に入力し、ラフとボイストレマの病的音声を合成した。そして、その合成音を聴取することにより、モデルを規定する特定のパラメータが2種類の病的音声の各特徴と各カテゴリの聴覚的特徴との対応関係を明かにした。そして、耳鼻科の臨床検査に役立つ基礎資料を提供し、集団検診にも有用である音声評価へも適用させる提案を行った。これらの成果をまとめて学位(博士)論文を提出した。さらに、結果の一部について学会で発表した。
連続固溶体形成によるチタン酸バリウム系セラミックスの傾斜化とその誘電特性

BaTiO_3はキュリー点で誘電率の極大を示す。従って、誘電体として使用する場合、シフタ、デプレッサの添加、及び複合化により、温度依存性の平坦化がはかられている。本研究では、このキュリー点を低下させるSrTiO_3をその量を少しずつ変化させて固溶し、一つのセラミックス内でその組成を一端からもう一端にかけて連続的に変化、即ち傾斜させることを行った。それにより各単一相の誘電率を足しあわせた誘電特性を持つ広い温度範囲において平坦でかつ、より高い誘電率を有するセラミックス誘電体を得ることができた。出発原料としてはBaTiO_3及びSrTiO_3を用い、これらを目的の組成比になるように秤量、混合し、バインダーとしてPVAを添加後、各組成の粉末を順次積層して円柱状に一軸加圧成形した。得られた成形体を加熱処理して,PVAを除去し、CIP成形の後、1300°Cで2h焼結した。得られた試料は角柱状(約8×8×512mm)に加工し、各単一相が並列になるようにAg電極を塗布した後、LCRメーターにて室温から180°Cの温度範囲の誘電率を測定した。Ba_<1-X>Sr_XTiO_3として、X=0から0.5まで0.02ごとに組成を変化させた26層からなる傾斜試料の誘電率は、温度に対してほぼ直線的な誘電特性をしめした。しかし、各単一相のεvsT曲線の形が異なっていたため、温度に対してある傾きを示した。そこで、各単一相の体積分率をその誘電率の大小に応じて徐々に変化させるため、試料を斜めにカット、すなわち体積分率も傾斜化した。その結果、ほぼ対角線に切り出した試料において、室温から120°Cまでの変化が±5%以内と非常に平坦な誘電特性を示した。
光受容蛋白質分子の性質と視細胞の応答特性の関係の解明

昼間視と薄明視を担う二種類の視細胞、錐体と桿体の光受容蛋白質の機能的性質(メタII中間体の寿命、再生速度)の違いが視細胞の応答特性にどのように寄与しているか検討するため、錐体と桿体の光受容蛋白質の機能的性質(メタII中間体の寿命、再生速度)を決定している部位(E122)を改変した変異ロドプシンを持つマウスを作製した。マウス視細胞を用いた分光学的、生理学的実験から、以下の知見が得られた。(1)マウス視細胞円盤膜試料を用いて中間体の挙動を観察する分光測定系を確立し、野生型と変異型ロドプシンの挙動を観測した。その結果、メタII中間体の寿命は変異型が野生型より10倍以上短いことが確認できた。また、メタII中間体の不安定化に伴い、その前駆体であるメタI中間体との間の平衡もメタI側にシフトした。(2)退色したマウス視細胞円盤膜試料を用いてロドプシンの再生速度を検討した結果、変異ロドプシンの再生速度は約5倍野生型よりも速いことがわかった。この速度の違いは界面活性剤で可溶化した試料を用いた場合と若干異なることから、脂質環境の違いが再生速度に影響を与えることが示唆された。(3)電気生理学的実験の結果、変異ロドプシンを含むマウス視細胞は、アクションスペクトルが約20nm短波長シフトしていることがわかった。この結果は、El22Q変異ロドプシンが約20mm短波長シフトした吸収特性を示すことと対応する。また、光感受性が約3倍低下することがわかった。この結果は(1)で起こったメタIIの不安定化と関係があることが示唆される。昼間視と薄明視を担う二種類の視細胞、錐体と桿体の光受容蛋白質の機能的性質(メタII中間体の寿命、再生速度)の違いがどのような機構によって生み出されるのか検討した。また、視物質分子の性質が、視細胞の応答特性にどのように寄与しているか検討するため、部位特異的変異視物質を発現するマウスモデルを作製した。その結果、以下の成果が得られた。(1)蛋白質内部の環境を直接モニターできる赤外分光法により、ニワトリの赤色および緑色感受性錐体光受容蛋白質の構造変化過程におけるアミノ酸残基の環境変化過程を検討した。その結果、第2細胞外ループに存在し、錐体光受容蛋白質で高度に保存されているプロリン残基(P189)の環境変化を観測することができた。また、このプロリン残基が昼間視という錐体の生理機能に大きく関わっているアミノ酸残基であることを見いだすことができた。桿体錐体光受容蛋白質ロドプシンのX線結晶構造によると、この部位は発色団(リガンド)を包み隠すようにβシート構造を形成しているが、本研究成果により、この部位が中間体生成と共に構造変化を起こす事がわかった。(2)錐体と桿体の光受容蛋白質の機能的性質(メタII中間体の寿命、再生速度)を決定している部位(E122)を改変した変異ロドプシンを持つマウスを作製した。方法としては、副次的効果を極力抑えるため、野生型のロドプシンの遺伝子座を変異体に入れ替えて薬剤選別マーカーを導入したES細胞をまず作製し、それをもとに変異マウスを作製するノックインの手法を用いた。網膜から光受容蛋白質を抽出し、吸収スペクトルを測定した結果、このマウスは確かに変異ロドプシンを発現し、その発現量も野生型と変わらないことがわかった。
複数骨格筋アクチュエータによる物体操作の実現

本研究における平成26年度の目的は、継続的に収縮運動可能な骨格筋アクチュエータを確立することである。生体外において構築された骨格筋は、臓器や動物実験の代替品としての移植医療や創薬への応用だけでなく、人工食肉や生体模倣ロボットの駆動素子として工学分野への応用が期待されている。これまでの研究で、体外での骨格筋の構築方法は確立されてきた。しかし、従来方法で作製された骨格筋アクチュエータは培養に伴って短縮や変形が生じ、継続的な収縮運動が困難であった。そこで本年度では、腱様構造を有する拮抗筋付き骨格筋アクチュエータを構築して継続的な骨格筋の収縮運動を実現を目指した。これまでの研究結果より、大きな収縮運動を継続的に達成するためには、(a)駆動部が正確なリンク機構であること、(b)骨格筋が変形せずに直線的に収縮運動が可能であること、(c)拮抗筋構造を実現できること、の3点を満たす必要がある。本年度の研究成果として、(a)骨格筋を培養可能なリンク機構を3Dプリンタにより作製できることを示した。3Dプリンタで作製したリンク機構を有するデバイス上に1μm以上の厚みのポリマー膜と糖たんぱく質をコートすることで、デバイス上での骨格筋線維束の培養を実現した。(b)骨格筋の直線的な収縮運動を実現するために、腱様構造が効果的なことを明らかにした。骨格筋の片端部とリンク機構部を繋ぐ部分に厚さ2μmのポリマー膜を設けることで、リンク機構の回転運動に伴う回転方向の変形を吸収させ、骨格筋線維束の直線的な収縮運動に成功した。(c)拮抗筋構造の構築には、申請者提案の筋芽細胞含有ハイドロゲルシートをデバイスの表・裏の両面から積層することで実現した。本デバイスにおいて拮抗筋が収縮運動することにより、約90度の大きなリンク機構の回転運動が実現できており、バイオアクチュエータや薬物動態試験などへの応用が期待できる。26年度が最終年度であるため、記入しない。
ロイシン添加によるオートファジー不全の改善機序を新規膜蛋白質Ｓｐｉｎ１から探る

ライソゾーム病の一つであるニーマンピック病のモデルマウス由来シュワン細胞株を用いて、オートファジー動態を解析した。血清飢餓により、ライソゾームが増大し、細胞内部には、大きな空胞や多数の異常な膜状構造物が内包されていた。ロイシン添加、Spin1発現細胞株では、オートファジー基質であるp62の細胞内蓄積が減少し、増大したライソゾームも減少した。よって、ロイシン添加、Spin1発現による共通のオートファジー不全を改善する働きが示唆された。今年度は、ライソゾーム病モデルマウス由来細胞株(573C10)を用いて、血清飢餓、ロイシン添加の有無によるオートファジー動態の解析を行った。血清飢餓処理により、LC3IIやp62、Spin1の発現量が増加した(WB)。また、血清飢餓処理によりmTORのリン酸化の局在が核膜周囲に観察された(IF)。さらに、血清飢餓処理により、ライソゾームが増大していたが、定量的解析を行うため、メタモルフ解析ソフトを用いて検討した。5%水準で血清飢餓処理と未処理の間に有意差が認められた。免疫細胞化学的染色法により、p62の細胞内凝集が観察され、メタモルフ解析ソフトを用いて定量的解析を行った。ライソゾームの増大と同様、5%水準で血清飢餓処理と未処理の間に有意差が認められた。次に、血清飢餓下でロイシン添加により、オートファジー関連因子(LC3II、mTORのリン酸化、p62、Spin1)の局在や発現量の変化、リン酸化等の修飾変化の有無をWBやIFで検討した。血清飢餓処理により増加したLC3IIやp62、Spin1の発現量は減少し(WB)、ライソゾームの増大細胞や細胞内に凝集したp62の減少がみられた(メタモルフ解析ソフト使用)。ライソゾーム病の一つであるニーマンピック病のモデルマウス由来シュワン細胞株(573C10)を用いて、血清飢餓、ロイシン添加によるオートファジー動態を解析した。これまでの研究において、血清飢餓処理により、ライソゾームが増大し、LC3IIやp62の発現量が増加し(WB)、p62の細胞内蓄積(IF)が観察された。さらにLC3代謝実験により、オートファジー不全であることを示した。今年度は光学顕微鏡で見られたライソゾームが増大した領域の構造体を電子顕微鏡で詳細に観察した。内部には、大きな空胞があり、多数の異常な膜状構造物が内包されていた。ロイシン添加により、p62の細胞内蓄積が減少するため、オートファジー不全が改善すると推定された。そこで、マイクロアレイ法を用いて、コントロール(通常培地での培養)、血清飢餓処理とロイシン添加処理による遺伝子発現の挙動を解析した。ロイシン添加により発現量の変化した遺伝子を特定するため、遺伝子解析ソフトを用いた結果、アミノ酸、カリウム等のトランスポーター遺伝子群が同定された。最終年度では、GFP-Spin1をNPC1モデルマウス由来シュワン細胞株(573C10)に遺伝子導入し、恒常的に発現する細胞株を作成し、オートファジー動態を解析した。Spin1をノックダウンした573C10細胞でオートファジー動態についても検証した。Spin1が恒常的に発現する細胞株では、p62の細胞内蓄積が減少し、増大したライソゾームも減少した。一方、Spin1をノックダウンした573C10細胞では、p62の細胞内蓄積が維持され、増大したライソゾームも減少しなかった。研究期間全体では、血清飢餓処理により、ライソゾームが増大し、LC3IIやp62の発現量が増加し(WB)、p62の細胞内蓄積(IF)が観察された。また、LC3の代謝実験により、オートファジー不全であることを示した。さらに、光学顕微鏡で見られたライソゾームが増大した領域の構造体を電子顕微鏡で詳細に観察した。内部には、大きな空胞があり、多数の異常な膜状構造物が内包され、細胞内の代謝異常が観察された。ロイシン添加により、p62の細胞内蓄積が減少し、増大したライソゾームも減少した。そこで、マイクロアレイ法を用いて、コントロール(通常培地での培養)、血清飢餓処理とロイシン添加処理による遺伝子発現の挙動を解析した結果、アミノ酸、カリウム等のトランスポーター遺伝子群が同定された。これらの結果より、ロイシン添加によるオートファジー不全を改善する効果と、Spin1の恒常的発現細胞株の効果は同じ挙動であると考えられた。しかし、Spin1の恒常的発現細胞株のライソゾーム内ロイシン含有量を検討したが、微量のため、結果が得られなかった。今後はin vivoでの動態を探り、オートファジー不全を改善する因子を同定し、遺伝子治療に繋がる研究を計画予定である。また、最終年度に論文として纏められなかったが、現在論文投稿準備中である。ロイシン添加により、増大したライソゾームを減少させ、オートファジー不全に寄与すると予想される候補因子を同定し、研究が進展しているため。医歯薬学分野分科

基礎医学細目代謝異常Spin1とロイシン添加によるオートファジー不全との関係を明らかにするため、現在、Spin1が恒常的に発現する細胞株を作成中である。この細胞株を用いて、ロイシン添加により、オートファジー不全に寄与すると予想される候補因子について、同じ動態を示すのか、qPCRやWBで検討する。また、Spin1が恒常的に発現する細胞株における細胞内のアミノ酸代謝が変化しているか解析する予定である。さらに、SiRNAにより、Spin1のノックダウン細胞でのオートファジー動態を検証し、Spin1とロイシン添加によるオートファジー不全との関係やニーマンピック病との関連を明らかにする。当初の計画では、ライソゾーム病モデルマウス由来細胞を用いて血清飢餓、ロイシン添加により、オートファジー関連因子の挙動変化を検討する事にしていた。計画どおり、オートファジー関連因子の挙動が確認された。血清飢餓処理により、オートファゴソームのマーカーであるLC3IIが増加し、かつオートファジーの基質であるp62が増加するため、オートファジー不全が想定された。オートファジー不全を証明するために、LC3II turnover assayを行い、LC3IIの分解が抑制されていることを明らかとした。電子顕微鏡を用いて、微細構造を検討すると、正常細胞では見られない大きな構造物が確認された。さらに、マイクロアレイ法を用いて、血清飢餓処理やロイシン添加による変動する遺伝子群を検討中である。論文校正費用として計上していたが、研究結果を精査するには多方面からの検証が不可欠であり、論文作成に至らなかった。次年度の論文作成を目的として、論文校正費用は必要経費である。これまでの研究で、血清飢餓処理がオートファジーの不全を導き、ロイシン添加がオートファジーの不全を改善することが解った。現在、マイクロアレイ法を用いて、血清飢餓処理やロイシン添加による変動する遺伝子群を検討中である。リアルタイムPCR法やWB等により、遺伝子発現量の変化を検討する。また、光学顕微鏡で見られたライソゾームの増大した構造体と電子顕微鏡を用いて観察された大きな構造物が同一であるか、解析する予定である。さらに、ロイシンとSpin1との関係を直接的に検証するためにSpin1が恒常的に発現する細胞株を作成する予定である。血清飢餓処理とロイシン添加により、関連する候補因子が特定してからSpin1ノックアウトマウスの解析を行う事を計画している。次年度は、血清飢餓処理やロイシン添加による変動する候補遺伝子群の発現を、Spin1が恒常的に発現する細胞株で解析する。そのために研究費の使途としては、分子生物学的解析試薬や細胞培養、画像解析などに関わる経費を予定している。研究成果の発表に関わる経費としては、論文の校正費用、投稿掲載料、オンライン公開料、および学会発表のための出張費と参加費などを予定している。論文校正費用として計上していたが、研究結果を精査するには多方面からの検討が必要なため、論文作成に至らなかった。次年度の論文作成を目的とした必要経費である。
強磁場を用いた新らしい物質分離法の開発

物質分離は重要な科学的テーマの一つである.本研究は、強磁場印加が引き起こす特有の効果である高磁気エネルギー,磁場配向,高磁気力などを利用して,従来法では分解能が小さかった物質,あるいは分離が困難であった物質を分離・分析する新しい方法を開拓した.強磁場が生み出す磁気効果を利用して水素同位体分離,無機物および有機物反磁性物質の分離,異なる形状のDNAの分離を効果的に実現した.さらに,物質分離実験で必要とされる気力を効果的に提供できるマグネットを考案した.それとともに,物質分離のための基礎現象を解明した.研究テーマ1「強磁場を用いた水素同位体分離」については,強磁性金属水素(重水素)化物LaCo5H(D)xを用い,13Tまでの磁場下で同位体分離実験を行った.同位体分離係数(D/H)gas/(D/H)solidが磁場印加により向上することが分かった.しかし、これに関する磁場効果の機構は解明するに到らなかった.研究テーマ2「磁場配向ゲルを用いたDNA電気泳動」についてはDNA電気泳動を磁場中で行うことによる泳動速度に対する効果は著しいことが分かった.また、磁場中試料回転法によるゲルの高度配向については、磁場配向の詳細なメカニズムを解明しつつ、高度に一軸配向したゲルを作製して評価した.研究テーマ3「弱磁性物質の重力制御環境と磁気分離」については生体関連物質の磁気アルキメデス浮上に関して、対象とする物質を広げ、適用の可能性を評価した。また、空間的磁場分布の物質分布・配置に与える影響の評価に関連して、誘起磁気双極子間相互作用による構造形成についてより粒径の小さな系に対する効果を評価したほか、分子動力学法に基づくシミュレーションモデルを構築した.研究テーマ4「高機能を有する磁気力制御装置の考案」については,伝導冷却型超伝導マグネットの外部磁場を利することを前提としてバルク超伝導体等の最適な形状や配置をシミュレーション上で検討するとともに、その結果を踏まえて、マグネットのボア内にバルク超伝導体と強磁性体を組み込みことが可能な磁気力制御装置を製作した.全般にわたり、ほぼ当初の計画を達成できたといえる。物質分離法の基礎として単独イオンの磁気ミグレーションの存在をはじめて確認した.本研究で見出された磁場中の電気泳動、重力制御環境による物質分離、単独イオンの分離は磁場効果の新分野として発展していくものと期待される.新開発した磁気力制御装置は広範囲の物質分離や磁場応用にに利用できる.物質分離は重要な科学的テーマの一つである.本研究は、強磁場印加が引き起こす特有の効果である高磁気エネルギー,磁場配向,高磁気力などを利用して,従来法では分解能が小さかった物質,あるいは分離が困難であった物質を分離・分析する新しい方法を開拓した.強磁場が生み出す磁気効果を利用して水素同位体分離,無機物および有機物反磁性物質の分離,異なる形状のDNAの分離を効果的に実現した.さらに,物質分離実験で必要とされる気力を効果的に提供できるマグネットを考案した.それとともに,物質分離のための基礎現象を解明した.研究テーマ1「強磁場を用いた水素同位体分離」については,強磁性金属水素(重水素)化物LaCo5H(D)xを用い,13Tまでの磁場下で同位体分離実験を行った.同位体分離係数(D/H)gas/(D/H)solidが磁場印加により向上することが分かった.しかし、これに関する磁場効果の機構は解明するに到らなかった.研究テーマ2「磁場配向ゲルを用いたDNA電気泳動」についてはDNA電気泳動を磁場中で行うことによる泳動速度に対する効果は著しいことが分かった.また、磁場中試料回転法によるゲルの高度配向については、磁場配向の詳細なメカニズムを解明しつつ、高度に一軸配向したゲルを作製して評価した.研究テーマ3「弱磁性物質の重力制御環境と磁気分離」については生体関連物質の磁気アルキメデス浮上に関して、対象とする物質を広げ、適用の可能性を評価した。物質分離法の基礎として単独イオンの磁気ミグレーションの存在をはじめて確認した.本研究で見出された磁場中の電気泳動、重力制御環境による物質分離、単独イオンの分離は磁場効果の新分野として発展していくものと期待される.新開発した磁気力制御装置は広範囲の物質分離や磁場応用にに利用できる.強磁場が引き起こす特有の効果、(1)高磁気エネルギー、(2)磁場配向、(3)高磁気力を利用した分離技術を開発した。強磁場中で強磁性水素吸蔵合金(金属水素化物)の平衡圧が大きく変化することを利用した水素/重水素の分離においては、希土類-遷移金属の1:5の金属間化合物を作製し、その同位体効果と磁場効果を測定した。その結果、LaCo_5,NdCo_5を有望な材料として特定した。これらの物質は選択的に水素を吸収することが分かった。アガロースゲルの磁場

配向では、磁場中で試料を回転させてゲル化させることで、本来面配向する分子を一軸方向に磁場配向させたゲルを作製することが可能となった。光学的な測定により、高度に磁場配向させる条件を検討した。また、高度に配向させたゲルを用いてDNAのゲル電気泳動を行い、DNAの分離能が向上することを見出した。磁場中でDNAのゲル電気泳動を行うと、泳動速度が著しく低下することを見出した。バルク超伝導体を強磁場空間内に配置することによって、より高い磁場勾配を実現し、1.8倍の大きな磁気力を得る方法をシミュレーションした。三角形に配置することで、25Tの外部磁場に対して0.4T増強させることに成功した。傾斜した強磁場空間で反磁性物質の挙動を調査し、垂直磁場に比較してはるかに低い磁場で微小重力空間を実現した。反磁性物質である水の熱対流を可視化し、大きな磁気力はその向きによる対流への影響を調査した。流体に上向きに磁気力を加えると対流が抑制され、下向きに磁気力を作用させると逆に対流が促進されるという知見を得た。強磁場を利用した物質分解ほ方法を種々の系で探究した.まず,強磁性金属水素(重水素)化物LaCo_5H(D)_xを用い,強磁場下で同位体分離実験を行った結果,同位体分離能が磁場により向上することが示された.また,はじめて水溶液中の単一イオンに対する磁気ミグレーションの存在を実証した.DNA電気泳動を磁場中で行うことによる泳動速度に対する著しい効果の要因を洗い出した。さらに、磁場中試料回転法によるゲルの高度配向については、in situで配向状態を光学測定する装置を開発し、試料の試料回転速度、保持時間などのパラメータを操作し、磁場配向の詳細なメカニズムを解明しつつ、高度に一軸配向したゲルの作製し,作製した異方的なゲルを用いて膨潤度や粘弾性の異方性など物性を詳細に測定し評価した.勾配磁場下で磁気アルキメデス効果を利用することで得られる重力制御環境によって、生体物質分離など新規の物質分離プロセスの探索、及び、磁気アルキメデス浮上環境を材料プロセスの場として評価することを目指した.対象物質を広げ、適用の可能性評価、また、空間的磁場分布の物質分布・配置に与える影響の評価に関連し、誘起磁気双極子間相互作用による構造形成について微粒子系に対する効果を評価し、分子動力学法に基づくモデルを構築することで、組織形成の起源の確立、材料プロセスへの利用に向け、磁場等の諸条件の検討を実施した。物質分離実験で必要とされる磁場発生空間に強磁性体やバルク超伝導体を最適な形状および場所に配置した磁気力制御装置の考案を目的とした.伝導冷却型超伝導マグネットの外部磁場を利用してバルク超伝導体等の最適な形状や配置をシミュレーション上で検討するとともに、その結果を踏まえて、マグネットのボア内にバルク超伝導体と強磁性体を組み込むことが可能な磁気力制御装置を製作した。強磁場による高磁気エネルギー、磁場配向、高磁気力を利用した物質分離の方法を種々の系で探究した.強磁性金属水素(重水素)化物LaCo_5H(D)_xを用い,13Tまでの強磁場下で同位体分離実験を行った。強磁性金属水素化物において同位体分離能が磁場により向上することが示された.