hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
海産食品中有機ヒ素の代謝における化学形態変化の解明

海産食品はヒ素含有量が比較的多いことから健康リスク評価が求められている。そこで海産食品に含まれる有機ヒ素化合物であるアルセノシュガー(AsSug)、アルセノリピッド(AsLipid)の消化過程での溶出および化学形態変化について知見を得ることを目的とし、模擬的消化環境を用いた観察を行った。その結果、被験食品であるワカメからの有機ヒ素溶出には腸内細菌が大きく関与していた。また、ワカメに含まれているAsSugとAsLipidは模擬的消化環境下ではDMAには変化しなかった。これらの有機ヒ素化合物は消化管で吸収された後に肝臓等でDMAへと代謝されている可能性が示唆された。海産食品に含まれる有機ヒ素化合物の健康リスク評価は十分には行われていない。本研究はリスク評価に有用な情報を提供することを目的に、海産食品に多く含まれるアルセノシュガー(AsSug)や脂溶性ヒ素といった有機ヒ素化合物の代謝機序をin vitro実験により明らかにすることを目標としている。平成26年度は海産食品中有機ヒ素の人工消化液への溶出、そして溶出したヒ素の化学形態変化について検討を行った。被験食品は食用乾燥ワカメとした。なお用いたワカメの総ヒ素含有量は30.2 mg/kg dryで、HPLC-ICP-MSとHPLC-TOF-MSによる化学形態別分析によりAsSug328、AsSug482、アルセノリン脂質、アルセノ炭化水素が検出された。人工胃液への溶出試験の結果、曝露4時間後のヒ素溶出率は13%となり、これは対照群である蒸留水への溶出率(15%)と同等であった。人工胃液を中和したのち人工胆汁を加えて溶出試験を行った結果、人工胆汁曝露4時間後における溶出率は27%となり、蒸留水への溶出率(20%)と比べ高値となった。人工胃液に溶出したヒ素の化学形態分析を行った結果、被験ワカメに含まれていたヒ素化合物のうちAsSug328とAsSug482は検出されたが、アルセノリン脂質とアルセノ炭化水素は検出されなかった。この他に、ワカメ含有ヒ素の分解物と思われる未知のヒ素化合物が数種検出された。人工胆汁中のヒ素化学種は人工胃液と同様であった。以上の通り、今年度はワカメ含有ヒ素の人工消化液への溶出および溶出したヒ素の化学形態変化について知見を得ることができた。海産食品に含まれる有機ヒ素化合物の代謝機序は未だ不明な点があり、その健康リスク評価は十分に行われていない。本研究は海産食品に含まれる有機ヒ素化合物であるアルセノシュガー(AsSug)及びアルセノリピッド(AsLip)の代謝機序に関する知見を得ることを目的に実施している。平成27年度は昨年に引き続き、模擬的消化管環境における海産食品からの有機ヒ素溶出及び溶出した有機ヒ素の化学形態変化に関する研究を行った。昨年は主に模擬消化液中における有機ヒ素の溶出と化学形態変化について検討を行ったが、今年は腸内細菌の影響について注目し研究を実施した。被験食品は海藻のワカメを用い、AsSugとAsLipを含んでいることを予め確認したものを使用した。ヒトの糞便から腸内細菌を採取し嫌気条件下でワカメに曝露させた結果、約24時間でワカメに含まれるヒ素の大半が溶出した。肉眼的にもワカメの葉肉が分解されていることが確認できた。曝露開始直後と24時間後のサンプル中に存在する細菌種の構成を網羅的遺伝子解析により調べた結果、腸内に常在しているBacteroides属の一部の種のDNA数増加がみられた。腸内細菌曝露により溶出したヒ素の化学形態分析をHPLC-ICP-MSとHPLC-TOF-MSを用いて行った結果、AsSug及び未知ヒ素化合物は検出されたがAsLipは検出されなかった。次年度は腸内細菌によるAsLip代謝に注目し検討を進めたいと考えている。研究実施計画に沿った内容で研究を実施することができた。また研究目的も概ね達成している。ヒ素の毒性はその化学形態により大きく異なるため、化学形態別の評価が必要となる。海産食品に含まれるヒ素化合物は、ヒジキなどの例外を除いては有機ヒ素化合物がその大半を占め、アルセノベタイン(AsBe)やアルセノ糖(AsSug)、アルセノ脂質(AsLipid)などの有機ヒ素化合物が多く含まれている。AsBeは体内で代謝されず、国際がん研究機関の発がん性分類ではグループ3(発がん性を分類できない)と評価されていているが、AsSugとAsLipidについては評価されていない。AsSugやAsLipidを摂取した場合、代謝されジメチルアルシン酸(DMA)などの化学形態となり排泄されるが、この経路や代謝中間体については未だ不明な点がある。このような背景のもと、本研究はAsSug及びAsLipidの代謝経路に関する知見をin vitro実験から得ることを目的として計画した。被験食品には、複数種のAsSug及びAsLipidを含む市販のワカメを用いた。昨年度に引き続き、模擬消化液とヒト腸内細菌による模擬的消化管環境においてワカメからのヒ素溶出試験を実施した。

ワカメから溶出したヒ素化合物の化学形態をHPLC-ICP-MS及びHPLC-TOF-MSを用いて分析した結果、元来ワカメに含まれていたAsSugに加え新規AsSugと複数の未同定ヒ素化合物が検出されたが、AsLipidとDMAは認められなかった。そこで、ワカメから抽出したAsLipidを含む溶液を試料とし同様の試験を行った結果、腸内細菌添加後にAsLipidの化学形態変化がみられた。代謝物については未同定であるが、DMAは検出されなかった。次年度は肝臓の薬物代謝酵素の影響についても検討を行う予定である。ヒ素化合物の分析に使用するICP-MSが故障した影響により実験計画にやや遅れが出ている。魚介類にはアルセノベタイン(AsBe)やアルセノリピッド(AsLipid)、海藻類ではアルセノシュガー(AsSug)やAsLipidなどの有機ヒ素化合物が含まれている。そのため、海産食品からのヒ素摂取について健康リスク評価が求められている。AsSugやAsLipidはヒト体内で主にジメチルアルシン酸(DMA)などのジメチルヒ素化合物へと代謝される。またAsSugを経口摂取した者の尿からヒ素発がんへの関与が疑われているジメチルモノチオアルシン酸が検出されており、AsSugやAsLipidの代謝経路と発がん性の関連が注目されている。しかし、摂取した食品からのヒ素溶出と化学形態変化についての情報は少ない。そこで、模擬的消化環境を用いて海藻からのAsSugおよびAsLipidの溶出と、これらの化学形態変化について研究を実施した。昨年度までの成果として、被験食品であるワカメを模擬胃液、模擬胆汁、ヒト糞由来腸内細菌に曝露させた場合、ヒ素化合物の溶出には腸内細菌の影響が最も大きいことが判明した。なお、これにはBacteroides属の一種が関与していることが示唆された。また、ワカメに含まれるAsSugおよびAsLipidは化学形態が変化したものの、DMAは検出されなかった。本年は模擬的消化環境におけるAsSug化学形態変化について、その詳細を確認するため、試料としてAsSug328を用いて検討を行った。その結果、複数の未知ヒ素化合物が生じたが、DMAには変化しなかった。未知ヒ素化合物の一部については、HPLC-TOF-MSにより化学形態を同定した。これらはAsSugの基本骨格である5-デオキシリボフラノースを有していた。以上のことから、AsSug328およびその代謝物は消化管で吸収された後、肝臓などにおいてDMAへと代謝されている可能性が示唆された。海産食品はヒ素含有量が比較的多いことから健康リスク評価が求められている。そこで海産食品に含まれる有機ヒ素化合物であるアルセノシュガー(AsSug)、アルセノリピッド(AsLipid)の消化過程での溶出および化学形態変化について知見を得ることを目的とし、模擬的消化環境を用いた観察を行った。その結果、被験食品であるワカメからの有機ヒ素溶出には腸内細菌が大きく関与していた。また、ワカメに含まれているAsSugとAsLipidは模擬的消化環境下ではDMAには変化しなかった。これらの有機ヒ素化合物は消化管で吸収された後に肝臓等でDMAへと代謝されている可能性が示唆された。本年度は交付申請書に記載した研究実施計画に沿った内容で研究を実施することができ、研究目的も概ね達成することができた。次年度も研究実施計画に沿って研究を行う。腸内細菌によるアルセノリピッド代謝について重点的に研究を行う予定である。平成28年度に予定していた実験計画を実施する。腸内細菌及び肝臓の薬物
数論アルゴリズムの研究と数論システムの開発

加法鎖のScholz予想,岩澤不変量,楕円曲線,多項式環の素イデアル分解,超平面配置,二次体の不分岐拡大,各種のゼータ値,数体の類群と単数群,暗号理論などに関して,下記の研究発表一覧にある様な,数論アルゴリズムとその応用についての多くの理論的成果を得られた.主研究組織(数論アルゴリズムとその応用)JANTの研究集会(第411回)を毎回約50名の参加で開催し,経過をhttp://ntw.e-one.uec.ac.jp/jant/で公表してきた.成果として日本応用数理学会和文論文誌に,数論アルゴリズムの最先端結果と総合的分析を主題に2回特集号を組み,日本応用数理学会年会オーガナイズドセッションを組織した.より広い代数分野と交流する第45回「代数学と計算」研究集会AC2001とAC2003を,海外を含む各150名弱参加で開催し報告集ftp://tnt.math.metro-u.ac.jp/pub/acO[13]/を電子出版した.国際的な幅広い数学ソフトの分野での研究交流として,数学ソフトウェア国際研究集会ICMS2002を,北京で約110名の参加で開催した.ドイツで1980年代から開発されてきた,楕円曲線の計算が得意な数論システムSIMATHを引継ぎhttp://simath.info/を通じ運用サポートを続けている.その64ビット機実装に成功しVer.4.6をリリースし,類数と単数を計算する円楕円法CEMパッケージ化と三次体迄の実装をした.その後,版権問題と開発環境問題等によりSIMATHは現状維持運用に限り,スクリプト言語Pythonで新システムNZMATH開発を開始し,アルファ版http://tnt.math.metro-u.ac.jp/nzmath/で公表し,開発者と利用者が共同で構築する数論システムを目指している.加法鎖のScholz予想,岩澤不変量,楕円曲線,多項式環の素イデアル分解,超平面配置,二次体の不分岐拡大,各種のゼータ値,数体の類群と単数群,暗号理論などに関して,下記の研究発表一覧にある様な,数論アルゴリズムとその応用についての多くの理論的成果を得られた.主研究組織(数論アルゴリズムとその応用)JANTの研究集会(第411回)を毎回約50名の参加で開催し,経過をhttp://ntw.e-one.uec.ac.jp/jant/で公表してきた.成果として日本応用数理学会和文論文誌に,数論アルゴリズムの最先端結果と総合的分析を主題に2回特集号を組み,日本応用数理学会年会オーガナイズドセッションを組織した.より広い代数分野と交流する第45回「代数学と計算」研究集会AC2001とAC2003を,海外を含む各150名弱参加で開催し報告集ftp://tnt.math.metro-u.ac.jp/pub/acO[13]/を電子出版した.国際的な幅広い数学ソフトの分野での研究交流として,数学ソフトウェア国際研究集会ICMS2002を,北京で約110名の参加で開催した.ドイツで1980年代から開発されてきた,楕円曲線の計算が得意な数論システムSIMATHを引継ぎhttp://simath.info/を通じ運用サポートを続けている.その64ビット機実装に成功しVer.4.6をリリースし,類数と単数を計算する円楕円法CEMパッケージ化と三次体迄の実装をした.その後,版権問題と開発環境問題等によりSIMATHは現状維持運用に限り,スクリプト言語Pythonで新システムNZMATH開発を開始し,アルファ版http://tnt.math.metro-u.ac.jp/nzmath/で公表し,開発者と利用者が共同で構築する数論システムを目指している.アルゴリズムの解析や計算機実験による,加法鎖のScholz予想の部分的検証など,雑誌論文にある様な数論アルゴリズムに関する成果を引続きあげた.日本応用数理学会「数論アルゴリズムとその応用」研究部会(JANT)研究集会(第4同-第6回)を2001年4月27日,7月28日,2002年1月27日に毎回約50名の参加者で開催し,その経過をで公表した.第4回「代数学と計算」研究集会を2001年11月5日-9日に143名の参加で開催し,報告集を電子出版した.これらを通じて基本的な数論アルゴリズムの研究を深め,海外の従来のシステムの経験の調査・研究をしてきた.数論システムの開発に関しては,当初は独自に,システムを設計する予定であったが,ドイツのザールランド大学チームにより1980年代から開発・運用されてきた,数論汎用数式処理システムSIMATHを2002年1月から引継いで運用を開始した.ホームページはである.これは楕円曲線の計算を得意とするシステムであり,暗号理論,とりわけ楕円曲線暗号の研究の為の汎用数論システムとして期待される.そこで今後は,これを核にして数論システムの開発を進める事となる.アルゴリズムの解析や計算機実験により,加法鎖,岩澤不変量,楕円曲線,多項式環の素イデアル分解,超平面配置などに関して,別記した雑誌論文にある様な数論アルゴリズムや,それに関する多くの理論的成果を得られた.日本応用数理学会「数論アルゴリズムとその応用」研究部会(JANT)の研究集会(第7回-第9回)を毎回約50名の参加者で開催し,その経過をhttp://ntw.e-one.uec.ac.jp/jant/で公表した.

この成果として日本応用数理学会和文論文誌に,その特集号を組み,暗号理論などに関する産学公連携の研究の発展に貢献してきた.数学ソフトウェア国際研究集会(ICMS2002)を,北京で2002年8月17日-19日に共同で開催した.そこでは,約110名の参加者と約60の講演が行われ,数論アルゴリズムと数論システムを含む,幅広い分野での貴重な研究交流がせれ,今後の発展の出発点となった.これらを通じて基本的な数論アルゴリズムの研究を深め,海外の従来のシステムの経験の調査・研究をしてきた.とりわけ数論システムPari/GPの創始者Cohen, H.との交流,数論システムKant/Kashの創始者で海外共同研究者でもあるPohst, M.の来日による共同研究の成果は,システム構築にとり重要な意義であった.数論システムに関しては,ドイツで開発されてきたSIMATHを,2002年から引継いで開発を続けた.その詳しい経過はホームページhttp://simath.info/と,別記した雑誌論文に述べてある.今年度は,このシステムの64ビットプラットフォームへの実装に成功し,それを2003年1月9日にVer.4.6としてリリースした.また,数体の単数・類数計算方法の一つである,円楕円法CEMのパッケージ化に成功し,現在では三次体迄の実装ができている.これについても近々,新版をリリースする予定である.1.アルゴリズムの解析や計算機実験により,二次体の不分岐拡大,各種のゼータ値,岩澤理論,楕円曲線,数体の類群と単数、超平面配置,暗号理論などに関して,別記した雑誌論文にある様な数論アルゴリズムや,それに関する多くの理論的成果を得られた.2.これらの成果を交流する為に,第5回「代数学と計算」研究集会を,海外からの5名の参加者を含む140名規模で開催し,そこでは素数判定に関する問題提起に加え,後述する数論システムの新企画の提案発表をし,その経過をhttp://tnt.math.metro-u.ac.jp/ac/2003/で公表しており,その報告集を電子出版する予定である.3.日本応用数理学会(JSIAM)「数論アルゴリズムとその応用」研究部会(JANT)の活動としては,JSIAM和文論文誌に,数論アルゴリズムの総合的分析を特集号として組み,またJSIAM年会でオーガナイズドセッションを組織した.同時に,JANT研究集会(第10回-第11回)を毎回約50名の参加者で開催してきた.これらの経過をhttp://ntw.e-one.uec.ac.jp/jant/で公表し,暗号理論などに関する産学公連携の発展に貢献してきた.4.数論システムに関しては,当初のSIHATHの開発継続の予定を,そのSiemens社の支援中止による版権問題と,開発過程で判明した開発環境問題等により方針変更する事とした.具体的にはSIHATHに関しては,現状の儘での維持運用と利用者支援に限り,新たにスクリプト言語Pythonによる新システムNZMATHの開発をする事とした.現在は未だ準備段階であるが,そのベータ版をリリースしhttp://tnt.math.metro-u.ac.jp/nzmath/で公表した.そして開発者と利用者が共同で構築する体系的な数論システムを目指している.
大学全入時代における学生・院生の変容と授業改善・学生指導

今年度は,昨年度に全国の大学の学生を対象に実施したアンケート調査の分析をおこなうことを中心にした。また,これに加えて,これまで継続的に調査研究を実施してきた高校から大学への進路形成の問題,そして多くの大学でのFDの取り組みに関する調査結果の検討も行なった。アンケート調査の結果については,「大学における教科指導と生徒指導」,「大学生の日常生活」,そして「学歴,そしてイメージとしての大学」というテーマで学会発表を行なった(日本教育社会学会第56会大会)。いまの大学生は,かなり熱心に勉強しているということや,大学の授業では「勉強の仕方」まで指導してほしいと考えていることなどが明らかになった。そして,ストレスを感じている大学生,自信のない大学生といった実態も明らかになった。しかし,そのいっぽうで学歴意識については一向に弱まる兆しをみせていない。むしろ,大学生の間には,かつて以上に強い学歴意識,学校歴意識のあることが認められた。高校から大学への進路形成については,高校格差の影響が明らかに少なくなっており,「トラッキング・システム」の弱体化が明らかになってきている。これにかわって,高校教育のあり方や,高校生にとっては高校生活のあり方といったものが,大学への進路形成に大きな影響を及ぼしていることが認められた。さらに,FDについては,かつてとは比べものにならないほど積極的かつ頻繁に取り組みがなされている。しかし,そうした取り組みがどのぐらい学生のニーズに応えているかということになると,かなり曖昧である。あえていえば,FDのためのFDといった状況もないわけではない。こうした実態は,大学生を対象に実施した調査の結果からも明らかであり,FDの取り組みに関する今後の大きな課題と考えられる。上記の研究課題に関して、今年度は主として以下の三点について研究を進めてきた。まず一つは、大学全入時代といわれる今日、高校生がどんな意識をもって大学進学を考えているのか、質問紙調査による結果の分析を行なった。この質問紙調査は、今回の研究課題の一環として平成13年度に実施したものである。これによると、従来の高校格差に応じたかたちでの進学意識の差異が、若干ではある変容してきていることが明らかになった。これまで大学進学に関して下位に位置づいていた高校の生徒であっても、大学進学がかなり現実的な選択肢になっており、もはや高校格差において上位校=進学、下位校=就職といった図式は当てはまらなくなってきている。したがって、いまの大学入学者は、少なくとも全般的にみるかぎり学力的な側面だけではなく、さまざまな側面で多様になってきていることが明らかである。二つめは、いくつかの大学におけるFD(ファカルテイ・ディベロプメント)、とくに授業改善・授業改革の取り組みについて、主としてインタビュー調査によって実態の検討を行った。これによると、すでに多くの大学で授業改善・授業改革の取り組みがかなり積極的に行なわれており、しかもこれに先だってほとんどの大学で学生に対する意識調査が実施されている。ただ、ここには教官の意識と学生の意識とのあいだにズレが生じていることも少なくなく、学生が「おもしろい授業」、「興味がもてる授業」に対する要求が強いのに対して、教官は共通教育の充実、学力低下の解消、高校・大学との接続を意識した意見が多い。さらに、三つめとして、いま学生に対する意識調査を実施している途中である。この調査は、大学における授業への期待といった問題をはじめとして、かなり多様な質問項目を設定して「現在の大学生の実態」を網羅的に把握することを意図している。現在、多くの大学に調査協力を依頼して実施しているが、調査にさいしては個人のプライバシーの保護に十分配慮して行なっている。上記の研究課題に関して、今年度は以下の三点について研究を進めてきた。まず一つは、「大学全入時代」をむかえている現代、高校生がどんな意識をもって大学進学を考えているのか、これが「高校格差」とどのように関連しているのかということについて基本的には質問紙調査による結果の分析を行なった。

この結果をみると、従来の高校格差に応じたかたちでの進学意識の差異(トラッキング)が弱体化していることが明らかになった。これまであまり大学進学率が高くなかった高校の生徒であっても、大学進学がかなり現実的な選択肢になってきている。いまや高校格差において、上位校は進学、下位校が就職といった図式は当てはまらなくなってきている。しかも、非行・問題行動の発生についても、従来のような高校格差による影響は明らかに弱くなっている。こうした結果をみると、いまの大学入学者は、学力的な側面だけではなく、さまざまな側面で多様になってきていることははまちがいない。二つめは、いくつかの大学におけるFD(ファカルティ・ディベロプメント)の取り組みについて、主としてインタビュー調査によって実態の検討を行なった。これによると、すでに多くの大学で授業改善・授業改革の取り組みがかなり積極的に行なわれている。また、これと並行して、大学における授業を具体的に分析するという作業も行なっている。さらに、三つめとして、全国の大学生を対象にした意識調査を実施した。この調査は、大学における授業への期待といった問題をはじめとして、学歴意識、自己意識、大学内外での生活といったようにかなり多様な質問項目を設定して「現在の大学生の実態」を網羅的に把握することを意図した。調査にさいしては個人のプライバシーの保護に十分配慮して行なったが、現在これに関する基本的な集計を終え、より緻密な分析を進めている段階である。なお、今年度この調査の中間的なまとめとして『調査報告書』を刊行した。今年度は、昨年度に全国の大学の学生を対象に実施したアンケート調査の分析を行なうことを中心にした。また、これに加えて、これまで継続的に調査研究を実施してきた高校から大学への進路形成の問題、そして多くの大学でのFDの取り組みに関する調査結果の検討も行なった。アンケート調査の結果については、「大学における教科指導と生徒指導」、「大学生の日常生活」、そして「学歴、そしてイメージとしての大学」というテーマで学会発表を行なった(日本教育社会学会第56回大会)。いまの大学生は、かなり熱心に勉強していることや、大学の授業では「勉強の仕方」まで指導してほしいと考えていることなどが明らかになった。そして、ストレスを感じている大学生、自信のない大学生といった実態も明らかになった。しかし、そのいっぽうで学歴意識については一向に弱まる兆しをみせていない。むしろ、大学生の間には、かつて以上に強い学歴意識、学校歴意識のあることが認められた。高校から大学への進路形成については、高校格差の影響が明らかに少なくなっており、「トラッキング・システム」の弱体化が明らかになってきている。これに代わって、高校教育のあり方や、高校生にとっては高校生活のあり方といったものが、大学への進路形成に大きな影響を及ぼしていることが認められた。
歯髄組織幹細胞の局在と分化能の解明

胎生期ラベリング法により歯髄組織幹細胞をチミジン類似体であるBrdUによりラベルすることに成功し、歯の発生過程での幹細胞の局在と歯の損傷後の幹細胞の分化能を検索した。成熟歯髄において、ラベル細胞は間葉系幹細胞マーカーであるSTRO-1、CD146との共陽性を示し、歯髄中央部血管周囲に密に局在していたことから、同部に歯髄幹細胞ニッチの存在が示唆された。また、歯の損傷後に歯髄組織幹細胞が象牙芽細胞に分化することも明らかとなった。【目的】歯髄組織幹細胞の局在と歯の損傷後の分化能を明らかにするために,胎生期に歯髄組織幹細胞をブロモデオキシウリジン(BrdU)によりラベルし,歯髄におけるBrdU-retaining cells(BRCs)の局在と歯の切削および再植後の反応を免疫細胞化学的に検索した.【方法】妊娠Wistar系ラットに5目間BrdUを腹腔内投与し,生後100日齢まで経時的に仔ラットをアルデヒド系固定液で灌流固定した.さらに,生後4週齢および100日齢の右側上顎第一臼歯にそれぞれ再植,窩洞形成を行った.再植後1日2週後,窩洞形成15日後にアルデヒド系固定液で灌流固定し,EDTA脱灰後,パラフィン切片を作製し,抗HSP-25,抗ネスチン,および抗BrdU抗体を用いた免疫染色を行った.なお無処置群の左側臼歯を対照群とした.【結果および考察】生後414週では主に歯髄中央部血管周囲に強くラベルされた組織幹細胞と思われるBRCsが局在した.象牙芽細胞や象牙芽細胞下層にも果粒状のBrdU陽性反応が見られ,一時的増幅細胞が果粒状にラベルされたと考えられた.歯冠部象牙芽細胞はHSP-25およびネスチン強陽性を示した.再植および窩洞形成後には損傷部位の免疫陽性反応が消失したが,35日後に,HSP-25およびネスチン陽性象牙芽細胞様細胞が歯髄・象牙質界面に再配列した.再植後には再生象牙芽細胞層に強くラベルされたBRCsが観察されるのに対し,窩洞形成後には再生象牙芽細胞が果粒状にラベルされた.広範に損傷を受ける歯の再植後にはBRCsが直接象牙芽細胞に分化するのに対し,窩洞形成後には前駆細胞が象牙芽細胞に分化することが明らかになり,歯の損傷の程度によって歯髄組織幹細胞の役割が異なることが示唆された.歯の再植後には歯髄内で象牙質形成と骨組織形成が惹起されるが,再生象牙芽細胞にBRCsが観察されるのに対し,骨芽細胞にはBRCsは観察されなかった.歯の再植後にはBRCsが象牙芽細胞に分化するのに対し,BRCs以外の他の細胞群が骨芽細胞に分化すると考えられた.【目的】歯髄組織幹細胞の局在と歯の損傷後の分化能を明らかにするために、胎生期に歯髄組織幹細胞をBrdUによりラベルし、歯髄におけるlabel retaining cells (LRCs)の局在と歯の切削および再植後の反応を免疫細胞化学的に検索した.【方法】妊娠Wistar系ラットに25日間BrdUを腹腔内投与し、生後100日齢まで経時的にアルデヒド系固定液で灌流固定し、EDTA脱灰後、パラフィン切片を作製し、抗HSP-25、抗ネスチン、および抗BrdU抗体を用いた免疫染色を行った.さらに生後414週齢の右側上顎第一臼歯にそれぞれ再植、窩洞形成を行った.また、4週齢ラットの臼歯歯髄を摘出し、FACSによりSP細胞の存在を検索した.【結果および考察】生後414週では主に歯髄中央部血管周囲に強くラベルされた組織幹細胞と思われるLRCsが局在した.象牙芽細胞や象牙芽細胞下層にも果粒状のBrdU陽性反応が見られ、一時的増幅細胞が果粒状にラベルされたと考えられた.4週齢歯髄には1%未満のHoeschist33342色素を排除する細胞が存在し、Verapamil添加により色素排除性を失うことからSP細胞であると考えられた.SP細胞には強くラベルされたLRCsと果粒状のLRCsが存在するのに対し、non-SP細胞には果粒状のLRCsは存在するものの、強くラベルされたLRCsは存在しなかった。再植後には再生象牙芽細胞層に強くラベルされたLRCsが観察されるのに対し,窩洞形成後には果粒状にラベルされたLRCsが観察された.

広範に損傷を受ける歯の再植後にはLRCsが直接象牙芽細胞に分化するのに対し,窩洞形成後には一時的増幅細胞が象牙芽細胞に分化することが明らかになり,歯の損傷の程度によって歯髄組織幹細胞の役割が異なることが示唆された.また,歯の再植後には歯髄内で象牙質形成と骨組織形成が惹起されるが,再生象牙芽細胞にLRCsが観察されるのに対し,骨芽細胞にはLRCsは観察されなかった.歯の再植後にはLRCsが象牙芽細胞に分化するのに対し,LRCs以外の他の細胞群が骨芽細胞に分化すると考られた.【目的】胎生期ラベリング法によりマウス歯髄組織幹細胞をブロモデオキシウリジン(BrdU)によりラベルし、歯の発生過程での歯髄におけるBrdU label-retaining cells (LRCs)の局在と細胞の増殖と分化との関係ならびに再植・移植実験によりLRCsの分化能を免疫細胞化学的に検索した。【方法】妊娠後期ICRマウスに34日間BrdUを腹腔内投与し、生後1日5週齢まで経時的に仔マウスをアルデヒド系固定液で灌流固定し、EDTA脱灰後、パラフィン切片を作製し、抗ネスチン、および抗BrdU抗体を用いた免疫染色を行い、細胞の増殖と分化との関係を検索した。さらに、3週齢マウスの臼歯歯髄を摘出し、STRO-1、CD146陽性細胞とLRCsとの関係を共焦点レーザー顕微鏡にて検索した。さらに、ラベルマウスの歯の再植、ラベルマウスと非ラベルマウス間での移植実験を行い、LRCsの分化能について検索した。【結果および考察】生後1日では強くラベルされた歯髄組織幹細胞と思われるLRCsが歯髄全体に多く存在したが、歯の発育の進行に伴い急激に減少し、生後25週では歯髄中央部血管周囲に密に分布していた。一方、一時的増幅細胞と思われる顆粒状に染色されたLRCsは、生後1日から5週まで徐々に増加傾向を示したものの有意な変化はなかった。さらに、摘出歯髄では、強くラベルされたLRCsに間葉系幹細胞マーカであるSTRO-1、CD146との共陽性が多く確認され、それらは歯髄中央部血管周囲に密に局在していたことから、同部に歯髄組織幹細胞ニッチの存在が示唆された。また、歯の再植・移植後にLRCsが象牙芽細胞に分化することも明らかとなった。
青年期における自立過程に関する発達モデルの構築

本研究は、日本人、日本人帰国子女、日系米国人、白系米国人という4群において、独立的自己を表す内的資源スキルと関係的自己を表す人間関係スキルよりなる自己有能感の様態を仕較し、青年期の自己の発達が個人が属する文化経験によって異なることを実証することを目的としている。1.自己有能感の現実評定と重要さ評定:(1)自己有能感の現実評定が日本人・帰国子女中学生の学業及び友人関係領域で顕著に低いこと、(2)日本人・帰国子女・日系米国人の自己有能感重要さ評定が相対的に高い傾向に特に中学生で共通性が見られること、(3)従って、自己有能感の現実評定と重要さ評定のずれは、日本人と帰国子女において大きく、中学生が現実の自己有態感に不全感を抱いていることが明らかになった。2.自己有能感の年齢的変化:(1)中学生よりも大学生において、より多くの領域で女性の現実評定が男性を上回る傾向があること、(2)重要さ評定は、大学生になって下がる傾向にあること、(3)しかし、両者のずれにおいては、日本人・帰国子女大学生では、友人関係領域において、中学生と同様に不全感を抱いていることが明らかになった。3.自己有能感の領域間の関連に見られる群間差:日本人・帰国子女において、内的資源スキルと人間関係スキルが独立の因子構造をなしているのに対して、日系米国人・白系米国人においては、二つのスキルが共存した因子構造をなしており、日本人・帰国子女においては、個別性と関係性が分化しているのに対して、日系米国人・白系米国人においては、両者が統合される傾向にあることが示唆された。1.質問紙の作成日本の社会文化的文脈を反映した青年の自己像の発達をとらえるために、中学生・大学生用の質問項目をもとに、高校生用の調査項目を検討した.高校生本人と父親・母親用質問紙を作成した。2.調査の実施高校生を対象に調査を実施した。この対象の中には、帰国子女も含まれている。3.調査結果の分析この高校生の調査データを、中学生・大学生用の結果と比較しながら、発達的な観点から分析をすすめている。4.帰国子女用質問紙の作成複数の文化にまたがる環境に成育することが、青年期の発達にどのように影響するかを検討する予備調査質問紙を作成した。本研究は、日本人、日本人帰国子女、日系米国人、白系米国人という4群において、独立的自己を表す内的資源スキルと関係的自己を表す人間関係スキルよりなる自己有能感の様態を比較し、青年期の自己の発達が個人が属する文化経験によって異なることを実証することを目的としている。1.自己有能感の現実評定と重要さ評定:(1)自己有能感の現実評定が日本人・帰国子女中学生の学業及び友人関係領域で顕著に低いこと、(2)日本人・帰国子女・日系米国人の自己有能感重要さ評定が相対的に高い傾向に特に中学生で共通性が見られること、(3)従って、自己有能感の現実評定と重要さ評定のずれは、日本人と帰国子女において大きく、中学生が現実の自己有能感に不全感を抱いていることが明らかになった。
履歴依存的な神経応答修飾によるさえずり配列の符号化

人の発話を始め、多くの音声コミュニケーションは、断続的な発声を介して行われる。しかし、発声に対する神経応答が、発声の配列によってどのように修飾され、配列情報の表現に寄与するのか、明らかでない。キンカチョウは、短い発声(シラブル)の連なりからなる歌を親から学ぶ。本研究は、シラブルの音響学的特徴に応答するLF神経と種特異的な歌のリズムに応答するHF神経が、シラブルの時間的配列によっていかにその応答が修飾されるのかを調査し、その応答修飾が音声配列の符号化に果たす役割を明らかにすることを目指す。聴覚野に見出だしたLF、HF神経は、未だ形態学的な細胞同定がなされていない。前年度では、ウイルスベクターを用いて聴覚野神経に蛍光タンパクを発現させたキンカチョウの脳を透明化、大規模三次元蛍光画像を取得し、聴覚野神経の形態学的分類を行った。また、細胞内記録法で確認したLF、HF神経に細胞内トレーサーを導入し、脳薄切片上で形態を計測、その特徴を聴覚野神経の形態的分類と比較することで、LF、HF神経の形態学的同定を試みた。しかし、いずれの神経も樹状突起が切片の厚みを超えて大きく広がっており、薄切片上では形態計測が非常に困難であることが分かった。そこで、平成30年度では、細胞内記録後に導入したトレーサーを透明化脳内で可視化する手法の開発を行い、膜電位応答記録を行った神経細胞の形態計測を、突起を切断することなく行うことが可能となった。また、聴覚野神経の大規模三次元蛍光画像データを基に、形態学的な細胞分類を推し進め、興奮性神経が形態学的に3つの大きなクラスターに分かれ、それぞれ異なる神経投射パターンをもつ神経細胞を含有することが明らかとなった。ここで確立した実験技術は、他の脳領域においても適用可能であり、神経の機能・形態・投射先解析の新たな実験基盤となることが期待される。細胞内記録法を用いて、聴覚刺激に対するLF、HF神経の膜電位応答が刺激の配列によってどのように修飾されるのかを明らかにするためには、機能的分類に基づくLF、HF細胞が、それぞれ単一の細胞型からなるのか、スパイク応答パターンが類似した複数の細胞型を内包するのか、形態学的に同定し、応答修飾がそれぞれの細胞型において異なる特徴を持つのか、検討する必要がある。当初、細胞内記録後LF、或いはHF神経に細胞内トレーサーを導入し、脳薄切片を作成後、トレーサーの蛍光標識を行って細胞形態の三次元蛍光画像を取得し、そこから同定に必要な形態計測を行うことを予定していた。しかし、多くの樹状突起が切片作成の際に切断されており、神経の情報処理と密接な関係がある樹状突起の分枝パターンをそこから適切に計測することが難しいことが分かった。一方、アデノ随伴ウイルスベクターにより蛍光タンパクを聴覚野神経に発現させ、脳サンプルの透明化処理後、光シート顕微鏡を用いて得た大規模三次元蛍光画像からは、数百ミクロンを超えて広がる樹状突起と、広範囲に広がる軸索投射を同時に計測することが可能であった。そこで、透明化処理を行なった脳サンプル内で、細胞内記録後導入した細胞内トレーサーを蛍光標識する実験手法を確立した。同時に、標識された細胞を含む脳領域を透明化処理後に同定するため、キンカチョウの三次元脳地図を作成、脳地図の透明化脳への画像レジスタレーションに必要なプログラムの整備を行った。さらに、大規模画像データ処理のためのデータ保存領域の確保と、画像処理用ワークステーションの立上げ等、形態学的細胞同定に必要なツールを整えた。これらの準備のため、膜電位応答記録実験の進捗が遅れ、逆相関法を用いた聴覚応答特性モデルの作成と、これを用いた配列依存的な応答修飾の解析について、当初予定したよう進めることができていない。平成30年度では、LF、HF神経の形態的同定を進めるために必要な実験技術、及びデータ解析用ツール群を整えることが出来た。今後は、聴覚刺激に対する膜電位応答から、逆相関法を用いて聴覚応答特性モデルを導出し、刺激の配列によって線型的な刺激と応答の関係がいかに修飾されるか、モデルによる応答等予測と配列刺激に対する実際の応答を比較することで、修飾の条件を明らかにしていく。応答の修飾には抑制性神経がシラブルの配列や時間的配置に依存して興奮性入力と拮抗して働くことで起きると予測している。そこで、アデノ随伴ウイルスベクターを利用して、光活性化チャンネルを選択的に抑制性の聴覚野神経に発現させ、細胞内記録中に光遺伝学的な神経活動操作を行うことで、履歴依存的な応答修飾の生理メカニズムの解明を試みる。ヒトの脳は、話者が発することばの配列から複雑な情報を読み取るが、音声配列がどのように神経活動に符号化されるのか、明らかでない。本研究は、短い発声(シラブル)の配列からなる歌を、個体の識別や求愛に用いるキンカチョウを用い、聴覚入力の配列情報を符号化する神経基盤を明らかにすることを目的とする。キンカチョウは、幼鳥時に親の歌を聞き覚え、その記憶を基に自身の歌を身に付ける。歌情報の符号化には、聴覚野に存在する、シラブルに選択的に応答するLF神経と、歌のリズムに応答するHF神経が、重要な役割を果たしていると考えられる。そこでまず、これらの神経が受ける神経入力と形態的な特徴を細胞内記録とトレーサーの細胞内導入により調査した。その結果、HF神経は、幅広い断続的な音刺激に対し、有音区間と無音区間でそれぞれ持続的な脱分極性、過分極性応答を示した。

リズム依存的な応答は、興奮性と遅延抑制入力のバランスで成り立っていると考えられる。一方、LF神経は、短い脱分極応答を繰り返し、刺激の音響的特徴に応じた興奮性入力を受けることで、シラブル選択性の高い応答を示すと考えられる。形態計測の結果、HF神経は錐形の細胞体と方向性を持った樹状突起を共通して有していた。そこで、アデノ随伴ウイルス用いて細胞型特異的に聴覚野神経に蛍光タンパクを発現させ、聴覚野神経の網羅的分類を試みた。その結果、興奮性神経と考えられるクラスタの一つとHF神経の形態的特徴が一致し、HF神経が興奮性神経の1グループを形成している可能性が示唆された。神経回路を構成する神経細胞種と、それらの入力・応答特性を知ることは、回路の作動機序の理解に欠かせない。LF、HF神経への神経入力の特徴を明らかにするのみでなく、網羅的な神経細胞分類法を確立したことは、今後の研究の基盤となる重要な成果であった。研究対象となるLF、HF神経は聴覚野出力層に存在している。ガラス管微小電極をこれらの神経に刺入し、膜電位応答を記録するためには、出力層背側に広がる聴覚野入力層を突破する必要がある。この層は、視床からの神経投射を密に受けるため、薄いが非常に強固で、しばしば微小電極の先端を破損させ、細胞から安定した記録を維持することが困難であった。また、安定して膜電位応答を記録できている状態であっても、静止膜電位のわずかな変動で聴覚刺激に対するスパイク応答頻度が大きく変動する問題に直面した。このため、膜電位応答記録実験の進捗が遅れ、逆相関法を用いた聴覚応答特性モデルの作成と、これを用いた配列依存的な応答修飾の解析について、当初予定したよう進めることができていない。人の発話を始め、多くの音声コミュニケーションは、断続的な発声を介して行われる。しかし、発声に対する神経応答が、発声の配列によってどのように修飾され、配列情報の表現に寄与するのか、明らかでない。キンカチョウは、短い発声(シラブル)の連なりからなる歌を親から学ぶ。本研究は、シラブルの音響学的特徴に応答するLF神経と種特異的な歌のリズムに応答するHF神経が、シラブルの時間的配列によっていかにその応答が修飾されるのかを調査し、その応答修飾が音声配列の符号化に果たす役割を明らかにすることを目指す。聴覚野に見出だしたLF、HF神経は、未だ形態学的な細胞同定がなされていない。前年度では、ウイルスベクターを用いて聴覚野神経に蛍光タンパクを発現させたキンカチョウの脳を透明化、大規模三次元蛍光画像を取得し、聴覚野神経の形態学的分類を行った。また、細胞内記録法で確認したLF、HF神経に細胞内トレーサーを導入し、脳薄切片上で形態を計測、その特徴を聴覚野神経の形態的分類と比較することで、LF、HF神経の形態学的同定を試みた。しかし、いずれの神経も樹状突起が切片の厚みを超えて大きく広がっており、薄切片上では形態計測が非常に困難であることが分かった。そこで、平成30年度では、細胞内記録後に導入したトレーサーを透明化脳内で可視化する手法の開発を行い、膜電位応答記録を行った神経細胞の形態計測を、突起を切断することなく行うことが可能となった。また、聴覚野神経の大規模三次元蛍光画像データを基に、形態学的な細胞分類を推し進め、興奮性神経が形態学的に3つの大きなクラスターに分かれ、それぞれ異なる神経投射パターンをもつ神経細胞を含有することが明らかとなった。
山地稜線における積雪の吹き溜まり機構に関する研究

山地稜線の風下傾斜面における積雪分布について、吹き溜まり機構に着目して調査を行った。現地調査を実施したのは、北海道札幌市郊外の無意根山東斜面、北海道大雪山ヒサゴ多年性雪渓、およびロシア共和国カムチャッカ半島のカレイタ氷河涵養域の3地点である。無意根山では1997年3月中旬、ヒサゴ雪渓では1996年8月末、カレイタ氷河では1996年7月末に積雪調査を実施した。調査方法は、3地点ともに積雪量の空間分布を求めるため、浅層掘削を実施し、積雪量と稜線からの距離との関係を求めた。ヒサゴ雪渓とカレイタ氷河においては積雪分布に融雪の影響が含まれているが、融雪の空間分布は稜線からの距離に依存しないため、求められた積雪量分布は冬季の積雪量の分布と同様であると判断した。無意根山の観測は融雪開始前に実施したので、冬季の積雪量を直接表す。ヒサゴ雪渓においては、稜線付近では強風によって堆雪が起こらないが、稜線から約250m離れた地点から吹き溜まりによる堆雪が始まり、500m付近まで漸次増加した。500mを過ぎた地点より急速に吹き溜まりの影響が減ずることが判明した。カレイタ氷河では、稜線付近で最も堆雪量が多く、稜線から離れるにつれ積雪が減少した。減少の傾きは1次直線でよく回帰できた。これより、この地点では吹き溜まりの影響がほとんど生じていないと考えられる。無意根山東斜面では稜線から離れるに従い、直線的に積雪が増加し、顕著な吹き溜まりの影響が観察された。今回の研究では事例を収集するにとどまったが、今後は風速・地形・吹き溜まり量に関して定量的な関係を求める予定である。
マーモセットをモデルとした多能性幹細胞由来神経幹細胞による脊髄損傷前臨床研究

本研究では、コモンマーモセットES細胞から神経幹細胞へと効率良く分化誘導する方法を確立した。得られた神経幹細胞は自己増殖能を持ち、ニューロン、アストロサイト、オリゴデンドロサイトを生み出すことが可能であった。また、ES細胞から分化誘導に伴い、遺伝子発現プロファイルが胎児由来ニューロスフェアに近づいていることが示された。従って、マーモセットES細胞から、in vitroで神経発生をある程度再現しながら、胎児由来ニューロスフェアに近い性質を持つニューロスフェアへと分化誘導することができたと考えられる。我々はこれまでに、コモンマーモセット脊髄損傷モデルの作製、および評価系を確立しており、亜急性期におけるヒト胎児由来神経幹細胞移植の有効性を報告している。しかしながら、ヒト胎児からは少量の細胞しか得られず、倫理的にも問題がある。そこで、ヒトES/iPS細胞由来神経幹細胞を脊髄損傷モデルマウスに移植し、その有効性を確認した。しかし、異種間での移植のため、厳密に安全性、特に腫瘍化の問題を評価することは難しい。本研究はコモンマーモセットES/iPS細胞由来神経幹細胞を、霊長類であるコモンマーモセット脊髄損傷モデルに移植する同種間移植により、詳細に神経幹細胞移植の有効性、特に安全性を評価することを目的としている。我々はすでに共同研究者の岡田らによって確立された方法で、マウス/ヒトES細胞を神経幹細胞へと分化誘導し、培養することに成功している(Okada, et al.Stem cells,2008)。この方法をもとに、コモンマーモセットES/iPS細胞から胚葉体(Embryoid Body;EB)形成を介して神経幹細胞へと分化誘導する方法の開発を行い、レチノイン酸などの神経誘導因子をさまざまな濃度で加えることで、より神経幹細胞を多く含むEBを形成する条件を決定した。そしてEBから一次ニューロスフェアを形成し、二次ニューロスフェア、三次ニューロスフェアと継代することによって、神経幹細胞を選択的に増殖させることに成功した。得られたそれぞれのニューロスフェアは7-10日間、接着培養を行い、神経細胞へと分化させ、免疫細胞染色とRT-PCR法により、in-vitroでの分化傾向の詳細な解析を行っている。我々はこれまでに、コモンマーモセットES細胞およびiPS細胞を複数ライン樹立した(Sasaki et al,Stem Cells,2005,Tomioka et al,Genes Cells,2010)。また、共同研究者の岡田らによって確立された方法で、マウス/ヒトES細胞を神経幹細胞へと分化誘導し、培養することに成功している(Okada,et al,Stemcells,2008)。この方法をもとに、我々が樹立したコモンマーモセットES/iPS細胞から胚葉体(Embryoid Body;EB)形成を介して神経幹細胞へと分化誘導する方法の開発を行った(Shimada et al,in preparation)。その結果、EB形成の際に、BMPのマスキング因子であるNogginと同様の生理活性を持つDorsgmorphin、あるいは、レチノイン酸を加えることにより、ニューロスフェア形成劾率が上昇することが示された。得られたニューロスフェアは、一次ニューロスフェアから二次ニューロスフェア、三次ニューロスフェアへと継代することが可能であり、自己増殖能を持つことが示された。それぞれのニューロスフェアを10日間、接着培養し、神経細胞へと分化させ免疫細胞染色により分化傾向を解析したところ、一次ニューロスフェアからは主にニューロンが、二次ニューロスフェアからは、ニューロンに加えてアストロサイトが生み出されることが明らかとなった。これは、中枢神経系の発生において、まずニューロンが産生され、遅れてグリア細胞が産生される現象を、in vitroで再現しているものと考えられる。さらに培養方法を改良することで、オリゴデンドロサイトへの分化誘導も可能となった。本研究により得られたコモンマーモセットES/iPS細胞由来神経幹細胞を、霊長類であるコモンマーモセット脊髄損傷モデルに移植する同種間移植により、詳細に神経幹細胞移植の有効性、特に安全性を評価することが可能である。霊長類での同種間移植である本研究は、臨床応用へ向けて、前臨床研究として極めて重要であり必要不可欠である。霊長類の脊髄損傷モデルを確立しているのは、世界で唯一我々のグループのみであり、脊髄損傷への神経幹細胞移植治療の臨床応用の実現は、本研究によるところが大きい。
大規模経営体の農地連坦化に伴う農場内投資と灌漑水の従量課金システムの制度設計

今年度は国内における1灌漑用水の従量課金制のパネルデータ分析に必要なデータセットの構築と2大規模経営体の区画選択行動の定量的分析のための予備調査および資料収集を行った。1については、調査対象の土地改良区での複数回の調査により、10年30年におよぶ灌漑水量、降水量、農地1筆ごとの品種・作付、耕作者等のGISデータ、揚水にかかる電気料金の変動と土地改良区の収支状況に関するを収集・整理した。農地集積および作付品種の多様化が進展していることが判明し、これらの営農環境の変化を前提に、電気料金の変動が節水行動に結びついているかを実証的に明らかにするための予備的考察として、データの時系列特性の考察にとりかかかっている。2については、国内の圃場区画変更に関わる制度の整理および文献調査を行った。また、調査対象の土地改良区における区画形状のデータ保存状況および調査協力対象農家の選定に関する打ち合わせを行い、区画選択を決定づける要素として、区画変更の補助制度の利用状況、農地の立地条件、労働力保有状況などの条件が複合していることを確認した、また、次年度における調査計画を作成・共有し、具体的な調査対象農家のリストアップおよび土地改良区におけるGISデータベースでの土地利用データの借用に関する打ち合わせを行った。海外調査については、イタリアおよびアメリカを対象に検討を行ったが、本調査は次年度に行うこととした。国内における従量課金制灌漑の節水性に関する分析は、予想以上の量と精度のデータを収集・整理ことができた。加えて、区画選択については、自年度に向けた調査計画の策定までを達成できた。海外調査については、最適な調査地域を選択するために次年度に調査を延期したが、区画選択に関する日本の調査を行うことによってより適切な調査対象を選ぶことができるため、特に大きな遅れではない。今後は、国内の研究項目については、今年度に収集したデータの解析および調査対象農家に対する調査を進める。一方、海外調査については、2019年度の夏に実施すべく検討を行う。アメリカおよびイタリアにおける農場内投資の現地調査について、日本国内の状況との比較可能性等を十分考慮して対象地を選定する必要があること、および現地調査におけるカウンターパートの検討の必要性があり、調査を次年度に変更したため。
広範な屈折率領域における高透明度シリカエアロゲルの開発

シリカエアロゲルは二酸化珪素の千分子程度の微粒子が3次元的に数珠繋ぎになって、間に大量の空気を含んだ物質である。シリカや空気の塊の大きさが可視光の波長よりはるかに小さいので光学的には一様な物質のように振る舞い、その屈折率はシリカと空気の体積比で決まるため製造時の原料と溶媒の比によって調節可能である。本研究の開始直前では屈折率が1.007から1.06の範囲の製法が確立していたが、その外側の屈折率領域では数回に一度程度の確率で試作に成功するという状況であった。本研究では我々の新製法であるピンホール乾燥法を確立し、安定に製造できる屈折率範囲を1.00251.25に大幅に拡大することができた。また透明度も大幅に向上し、例えば屈折率1.06では波長400nmにおける透過長が従来製法の3540mmから5560mmに向上した。Super-Belleでは高運動量部分の粒子識別装置として屈折率1.051.06のシリカエアロゲルを用いたRing Image Cherenkov Counter(Aerogel-RICH)を使用する予定であるが、本研究により一事象当たりの測定光子数が8個→12個程度に増加し、π/K識別能力が98%→99.5%程度に大幅に向上することが期待できる。LEPS/LEPS2では電子陽電子対生成反応を除去しなければならないが、本研究により屈折率1.003程度の超低屈折率シリカエアロゲルを用いてπに感度のない理想的なe+e-veto counterの可能性が見えた。また大面積(数平方m)で薄い(奥行き10cm以下)のπ/K識別カウンターが実現可能となった。J-Parcのいくつかの実験では大強度陽子加速器特有の実験条件としてトリガー頻度を下げるためにトリガー段階における粒子識別が必要となるが、これが可能な粒子識別装置はしきい値型チェレンコフカウンターだけである。本研究により広範囲な屈折率領域のチェレンコフ輻射体が得られるようになった。EO4(弾性散乱陽子の除去)、E16(π/K識別)、E36(陽電子/μ識別)などでシリカエアロゲルの製作と実験グループへの参加を要藷されている.素粒子実験や原子核実験においてチェレンコフカウンターは荷電粒子の速度情報を直接得ることができる唯一の検出器である。チェレンコフカウンターでは測定したい粒子の速度βに対して屈折率nがn×β1となる輻射体が必要であるが、常温一気圧で固体であり素粒子実験に必要な1.01<n<1.1を持つ物質はシリカエアロゲルのみである。従来製造可能な屈折率範囲は1.007<n<1.06であったが、申請者は2009年度までの研究でこの範囲を1.003<n<1.3に広げることに成功した。この研究の中で高屈折率を得るピンホール乾燥法を発見したが、このピンホール乾燥を行えば従来製法より高透明度ゲルが得られる可能性を見つけた。高エネルギー加速器研究機構の電子陽電子衝突実験Super-Belleでは粒子識別装置として屈折率1.06のシリカエアロゲル(厚さ4cm)を用いたリングイメージ型チェレンコフカウンターを使用する予定であるが、2009年当時の透過長は30mm程度であり、チェレンコフ光子の半数程度はエアロゲル内で散乱していた。Super-Belleで要求される最も過酷な粒子識別能力(運動量4.5GeV/cでπ/K識別99%)を達成するには、透過長50mm以上が期待されていた。本研究初年度である2010年度は、およそ500通りの製造条件でシリカエアロゲルを製作し、光学的性質を測定した。それらの中で、アルコゲル製造時はメタノールとジメチルホルムアミドの混合溶媒・約1ヶ月間の熟成時とそれに続く16ヶ月間のピンホール乾燥時はエタノール溶媒・超臨界乾燥時は液体二酸化炭素溶媒の組み合わせが最も高透明度となることが判明し、屈折率1.03以上1.2まででは透過長5060mmが安定に得られる製法をおおよそ確定した。さらに、屈折率1.003付近の超低屈折率エアロゲルは、2009年度以前は異なる屈折率を持つ複数層エアロゲルの製作という形でのみ製作可能であったが、2010年度の研究によって単体で安定に製作できるようになった。

Super-Belleでは高運動量部分の粒子識別装置として屈折率1.051.06のシリカエアロゲルを用いたRing Image Cherenkov Counter(Aerogel-RICH)を使用する予定であるが、本研究により一事象当たりの測定光子数が8個→12個程度に増加し、π/K識別能力が98%→99.5%程度に大幅に向上することが期待できる。LEPS/LEPS2では電子陽電子対生成反応を除去しなければならないが、本研究により屈折率1.003程度の超低屈折率シリカエアロゲルを用いてπに感度のない理想的なe+e-veto counterの可能性が見えた。また大面積(数平方m)で薄い(奥行き10cm以下)のπ/K識別カウンターが実現可能となった。J-Parcのいくつかの実験では大強度陽子加速器特有の実験条件としてトリガー頻度を下げるためにトリガー段階における粒子識別が必要となるが、これが可能な粒子識別装置はしきい値型チェレンコフカウンターだけである。本研究により広範囲な屈折率領域のチェレンコフ輻射体が得られるようになった。EO4(弾性散乱陽子の除去)、E16(π/K識別)、E36(陽電子/μ識別)などでシリカエアロゲルの製作と実験グループへの参加を要藷されている.