hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
π共役導電性高分子配位子を用いる高分子錯体の調製と新規触媒機能制御

本研究は、有機金属錯体化学的な手法を重縮合に適用し、遷移金属と配位・相互作用可能な複素環骨格から構成される各種新規π共役導電性高分子を調製し、それらを配位子とする種々のπ共役高分子錯体の調製とそれらの諸物性を明らかにすると共に、得られる高分子錯体の触媒機能の発現と高機能化を目的としている。本年度は、新規π共役高分子配位子並びにそのモデル化合物の調製と諸物性の解明を行った。Pd錯体触媒を用いる重縮合によりチオフェンとアルキルチアゾールの交互共重合体が得られた。また、Ni錯体を用いる脱ハロゲン化重縮合により複数の窒素原子をを含有するピリミドピリミジン及びイミダゾールから成る高分子配位子を調製した。さらに、同様な重縮合法によって、主鎖中に結合位置の異なるポリフェニレン及びポリピリジンのランダム共重合体を合成した。上記の合成によって得られたπ共役高分子について化学的・電気化学的酸化還元特性やそれに伴う可視-紫外吸収変化並びに蛍光特性等を調べ、構成される骨格に特有な電気的・光学的特性が発現することを明らかにした。また、各種ランダム共重合体の真空蒸着薄膜の物性比較により、ポリマーを構成する複素環骨格の結合位置並びに構成割合とそれらの光学特性の相関性を系統づけることができた。さらに、π共役系ビピリジン誘導体に長鎖アルコキシ基を導入した化合物では、ネマチック液晶性の発現が観測された。ビイミダゾールから成るπ共役高分子配位子は塩化銅との反応によりπ共役高分子銅錯体を形成した。さらに、新規π共役高分子錯体を調製するためのモデル錯体として2-メチル-8-キノリノールをキレート配位子とする新規のAl錯体を調製し、その配位子交換反応について検討した。また、主鎖にホスフィンを有する高分子キレート配位子とそのPd錯体を調製し触媒機能を明らかにした。本研究は、有機金属錯体化学的な手法を重縮合に適用し、遷移金属と配位・相互作用可能な複素環骨格から構成される新しい各種π共役導電性高分子を調製し、それらを配位子とする種々のπ共役高分子錯体の調製とそれらの諸物性を明らかにすることを第一の目的とする。さらに、得られる高分子錯体触媒の触媒機能の発現と高機能化を目指した研究を推進している。本年度は、新規π共役高分子配位子の調製並びにそれらを配位子とするπ共役高分子錯体の調製と諸物性の解明を行った。Ni(O)錯体を用いる脱ハロゲン化重縮合により複数の窒素原子を芳香環骨格に有する1,10-フェナントロリンやイミダゾール及びその類縁体から構成される新規のπ共役高分子配位子を調製した。また、Pd錯体触媒を用いる重縮合により1,10-フェナントロリンと各種芳香族ユニットの交互共重合体が得られた。得られたπ共役高分子について化学的・電気化学的酸化還元特性やそれに伴う可視-紫外吸収スペクトル変化並びに蛍光特性を調べ、構成される複素環ユニットに特有な電気的・光学的特性が発現することを明らかにした。また、側鎖に長鎖アルコキシ基を導入したポリマーでは高分子鎖間の側鎖の相互作用によってポリマー鎖の高次構造が制御されることを確認した。1,10-フェナントロリンやビイミダゾールなどから構成される高分子配位子はRu, Cu等の遷移金属と錯形成し、新規のπ共役高分子錯体を与えた。錯体化によってポリマーの光学特性に大きな変化が見られ、金属種によって青色黄色の発光を示す高分子錯体が調製可能であることを明らかにした。
カーボンナノチューブフィールドエミッションデバイスの研究と開発

カーボンナノチューブ(CNT)電子エミッタの作製,特性評価およびデバイス応用を日的として,単一のCNTからなるポイントエミッタの作製および電極表而へのCNTサーフェスエミッタの作製を行い,これらの電子放出特性,安定性,劣化機構を電界放出顕微鏡法,その場観察透過電子顕微鏡法等により解明した。さらに,文字表示装置,電離真空計および電子顕微鏡用電子源に応用し,実用レベルの性能を得た。カーボンナノチューブ(CNT)は、極微の細線構造、高い電気伝導性、大電流密度耐性、化学的安定性、機械的強靭性など、電界放出素材として優れた物理化学的性質を有する。このような既存材料に無い顕著な物性を利用して、高性能で低消費電力の次世代ナノ電子源の基礎特性解明とデバイスへの応用を図り、新しい真空ナノエレクトロニクスの開拓を目的とする。研究の具体的内容は以下の通りである。(1) CNTエミッタの有する高機能(高い放出電流密度、高い可干渉性)を追求し、CNTの直径、先端および表面構造と電子放出特性(安定性、寿命、可干渉性)の関係を解明する。(2)電界放出電子顕微鏡、ナノフォーカスX線源を実現する単一CNTからなるポイントエミッタを開発する。(3) CNT膜からなる面状電界放出電子源(サーフェスエミッタ)の低電圧駆動と電子放出均一性の改善を図り、高輝度で低消費電力の発光型ディスプレイ、電子線発生装置など真空電子デバイスへの応用可能性を示す。カーボンナノチューブ(CNT)電子エミッタの基礎特性の解明と高性能化に関して,以下の成果を得た。1.CNT表面の金属被覆およびガス分子吸着の電子放出特性への効果多層CNTの表面にアルミニウム(Al)および金(Au)を1から10nmの膜厚で堆積したところ,電界放出の閾値電圧の低下は見られなかったものの,Alでは膜厚に拘らず電子放出の安定性が向上すること,Auにおいても膜厚2.5nm以下では電子放出の安定が明らかになった。また,Al堆積CNTの電界放出顕微鏡(FEM)観察において,Al原子クラスターが原子分解能で観察されるという興味深い結果が得られた。また,炭化水素ガスの一つとしてメタンの吸着効果を調べたところ,放出電流の増大が見られたほか,吸着したメタン分子の形状を示唆するFEM像が得られた。今回のCNT表面の原子クラスターおよび分子の観察は,原子分解能FEMの可能性を示すものであり,原子レベルでの表面ダイナミクスの直接観察へのFEM応用の道を開くものとして今後の発展が期待される。s2.CNTポイントエミッタの作製と電子源基礎特性の解明透過電子顕微鏡内でのCNTのナノ溶接により電気的機械的コンタクトを向上させた単一CNTエミッタを作製し,その電界放出特性を明らかにした。また,電気泳動法により金属針先端に接着した単独CNT束を電子源とする電子顕微鏡用照射系を試作し,その電子光学特性を計測した結果,従来の単結晶タングステン冷陰極に比べて,CNT電子源は高い輝度と電子線収束性を有することが明らかになった。3.CNTポイントエミッタ作製のためのマニピュレーションシステムの設計走査型電子顕微鏡内でCNTを高い信頼性で電子源に固定するためのマニピュレーションシステムを設計した。来年度以降,このシステムを用いてCNTポイントエミッタの作製を行う。1. CNT表面への炭化水素ガス分子吸着の電子放出特性への効果多層CNTに2種類の炭化水素ガス(メタン,エタン)を曝露し、電子放出特性への影響を電界放出顕微鏡法により調べた結果,どちらのガスもCNT表面に吸着することにより電子放出の増大が観察され,ラジカル分子やフラグメントが吸着しやすいことが示唆された。放出電流の増大率はどちらのガスも同程度であったが、その維持時間は,エタンの方がより長いことが分かった。これは,グラファイト上への吸着エネルギーがエタンの方が大きいために, CNT上により安定して長く吸着することによると考えられる。これらの結果は,質量数の大きい、化学的に適当な不安定さを持つガス分子を吸着させることにより、高い放出電流や長い寿命のエミッタが得られることを示唆しており,さらに高い電界放出特性を持つエミッタを作製する指針が得られた。2. CNTポイントエミッタの作製と電子源基礎特性の解明電気泳動法および走査電子顕微鏡内でのマニピュレーションにより金属針先端に接着した単独CNT束あるいは孤立CNTからなる電子エミッタを作製し,その電子光学特性を計測した。その結果,従来の単結晶タングステン冷陰極に比べて,これらのCNTポイント電子源は高い輝度を有することが明らかとなった。3.単一CNTからの電界放出のその場観察による電界増強因子の測定透過電子顕微鏡内で、電極間距離0.05μmから14μmにおいて単一CNTからの電界放出の実験を行い,電界増強因子の電極間距離依存性を明らかに,さらに電界計算を併用することにより,電界増強因子を電極間距離、先端の曲率半径、CNTの長さの関数として表すことに成功した。

カーボンナノチューブ(CNT)電子源の高性能化と電子線機器への応用に関して,以下の成果を得た。1. CNT表面へのチタンコーティングによる電子放出特性の改善多層CNTエミッタへのチタン蒸着を電界放出顕微鏡内で行い,Ti蒸着量による電流-電圧特性の変化を系統的に測定した。その結果,蒸着無し(清浄表面)からTi平均膜厚0.9nmまでは放出電流が増加するが、平均膜厚が0.9nmを超えると放出電流が減少することが分かった。また,Fowler-Nordheim理論に基づく解析から,膜厚が0.9nmまでの放出電流の増加は、主に電子放出面積の増大により、膜厚が0.9nmから7.2nmまでの放出電流の減少は、電界増強因子の減少による事を示した。2.金をコーティングした単一CNTからの電界放出の透過電子顕微鏡その場観察タングステン針の先端に固定した一本の多層CNTに金を蒸着した後,このCNTを陰極として透過電子顕微鏡内で電界放出の動的観察を行った。放出電流が40μA(電流密度で1.7×10^7A/cm^2)に達するとCNT先端付近の金粒子の直径が減少し、金粒子は消失した。この金粒子の消失はジュール加熱による温度上昇に起因すると推察され,金原子の蒸発する速度からCNT表面の温度を見積もると、1900K程度であった。なお、CNT先端付近の金粒子の消失により放出電流は増加した。3. CNTポイントエミッタの電子源基礎特性の解明と走査電子顕微鏡実機への搭載電子線誘起堆積法により一本の多層CNTをタングステン針先端に固定する時に,電子ビームの照射時のみW(CO)_6を導入することで,CNT先端部分への余分の堆積層の形成を抑制した。このエミッタを超高真空電界放出型走査電子顕微鏡に装着し,放出電流の時間変動の測定と二次電子像の観察を行った。放出電流の変動率については、85分間で3%以下、2分間で2%以下であり、現在実用化されているW単結晶エミッタの安定性と同程度であった。二次電子像にいては,ノイズの少ない像を得ることができたが,対物絞り位置調整機構の故障により,残念ながら分解能の評価はできなかった。カーボンナノチューブ(CNT)電子エミッタの高性能化と電子線機器への応用を目指し,以下の成果を得た。1.CNT表面への金属蒸着が電子放出特性に及ぼす効果CNTとの界面にオーミック接合が期待されるパラジウム(Pd)を平均膜厚で0.3nmから3.0nmの範囲でCNTに被覆し,電界放出顕微鏡(FEM)法により電流-電圧特性とFEM像を測定した。その結果,電子放出の閾値電圧が膜厚とともに単調に上昇する場合と,ある蒸着量(平均膜厚が約1.5nm)で低下する場合が観察された。前者は,CNTより仕事関数の高いPdがCNTの電子放出部分を一様に覆うように付着したためと考えられる。後者では,PdがCNTの五員環の曲率半径よりも小さい粒子として付着し、そこからの電子放出が加わったためと推測される。2.CNTと金属電極とのコンタクトの構造と電気抵抗閉管CNTの先端を金(Au)電極表面に接触させ,電流を流すことによる接触部の構造と抵抗変化を透過電子顕微鏡その場観察法により測定した。
細胞分化に付随したオルガネラダイナミクスの解析

小胞体ストレス時における小胞体の形態変化に関する研究はほとんど行われてはいない。近年私たちは筋芽細胞から筋管細胞への筋最終分化過程において小胞体ストレスが発生すること、このストレスが筋分化とそれに伴って生じるアポトーシスの両方に必要であることを見出した。一方この小胞体ストレスがどのように引き起こされているかについては未解明である。本研究を進める中で、筋分化に伴う生理的な小胞体ストレス発生時と、薬剤を用いて人為的に小胞体ストレスを誘導した際に共通して見られる小胞体の特徴的な構造変化を見出した。この小胞体構造体は小胞体膜とつながる巨大ベシクル様構造を示すが、ほとんどの小胞体局在蛋白質はこの構造体の膜上及び内部に存在しない。本構造に局在する蛋白質として、COPII小胞輸送の初期過程に関係する2種類の蛋白質Sar1及びSec12を明らかにした。一方でこれら以外のCOPII関連蛋白質(Sec16やCOPIIコート蛋白質)は局在しないことから、本構造はCOPII小胞とは異なるものであり、また小胞体ストレスによるCOPII小胞輸送の停止との関係が予想された。更に本構造体には小胞体SNARE蛋白質及びゴルジ体SNARE蛋白質が局在することを明らかにした。GFP融合ゴルジ体SNARE蛋白質を細胞に導入し観察すると、その局在は通常ゴルジ体に見られるが、小胞体ストレス下においては小胞体に局在した。にれはゴルジ体局在蛋白質が小胞体に戻されるという現象によるものであり、つまり小胞体ストレス下においては小胞体-ゴルジ体間輸送の順行輸送(COPII小胞輸送)は停止するが、逆行輸送(COPI小胞輸送)は停止しないことを意味している。小胞体ストレスに依存して現れる小胞体構造は小胞体ストレス下の蛋白質輸送制御と密接に関わるものであり、この構造が何らかのストレス応答(防御)に関係することが考えられた。これまでの研究から、筋分化という生理的条件下において小胞体ストレスシグナルが発生していること、このストレスシグナルが分化に伴うアポトーシスを引き起こしていること、さらにストレスシグナルが筋分化自体にも必要であることを明らかにした。この生理的条件下で発生する小胞体ストレスシグナルの実体は未知であり、本研究はこのストレスの実体を明らかにし、その制御機構の解明を目的としている。筋芽細胞が筋管細胞へと変換する筋分化過程において、細胞内では小胞体から筋小胞体への変換が起こる。小胞体の構造・機能変化が分化とストレスの接点になる可能性を中心に検討を行った結果、筋分化時と小胞体ストレス誘導時に共通して見られる小胞体膜構造の変化を見出した。培養筋芽細胞に対して分化誘導を行うと、筋芽細胞が互いに融合し筋管細胞へと分化するが、筋芽細胞の融合に先んじて小胞体ストレスシグナルが発生する。この時同時に小胞体由来の独立した膜構造が出現していることを見出した。薬剤を用いて小胞体ストレスを人為的に誘導した場合においても、筋分化過程で見られた小胞体の構造と類似した構造が生じていた。これら小胞体由来の特殊構造はストレスの減衰と共に消失した。一方でストレスを回避出来ずに死に至った細胞内にはこの構造体が蓄積していることが確認された。以上のデータは、この構造体が小胞体ストレスの発生に依存して生じるものであり、ストレスに対する緩和またはストレスによるアポトーシス誘導に関わる新規の構造体であることを示唆している。本研究は生体内における細胞分化の理解において重要であり、他の状況では異常な細胞死を誘導することさえあるシグナル経路が細胞の分化に利用されていることを実証するという画期的なものである。小胞体ストレス時において、小胞体自体の構造がどう変化しているのかということに注目した研究はほとんど行われてはいない。近年私たちは筋芽細胞から筋管細胞への筋分化過程において生理的に小胞体ストレスが発生すること、このストレスが筋分化とそれに伴って生じるアポトーシスの両方に必要であることを見出した。一方でこの小胞体ストレスがどのように引き起こされているかは未だ謎のままである。この謎を解く手がかりとなると考えたのが、筋分化に伴うオルガネラレベルでの分化とも言える、小胞体から筋小胞体へのダイナミックな構造変換である。私たちは本研究を進める中で、筋分化に伴う生理的な小胞体ストレス発生時と、薬剤を用いて人為的に小胞体ストレスを誘導した際に共通して見られる小胞体の特徴的な構造変化を見出した。この構造体は小胞体ストレス発生と共に出現し、小胞体ストレスの解消とともに消失する。この構造体は小胞体膜につながる巨大ベシクル様構造を示すが、小胞体マーカーとして用いられるほとんどの小胞体局在蛋白質はこの構造体の膜上及び内部に存在しない。これまでに明らかにした本構造体局在蛋白質は小胞体・ゴルジ体間輸送に関わる一部の蛋白質である。通常ではUPRにより解消されるレベルの微弱な小胞体ストレス下において、薬剤や関連遺伝子ノックダウンにより本構造体の出現を抑制すると、細胞はストレスが解消されずにアポトーシスを起こし死ぬ。またこの構造体の解消を薬剤によって妨げた場合にも細胞は死に至る。本構造体は未知の新規構造体であり、私たちはこれが小胞体ストレスの緩和/解消に寄与するものではないかと考えている。また小胞体ストレスにより導かれる小胞体の構造変化が、筋分化過程における小胞体の構造変換に関わる可能性についても検討を行っている。

小胞体ストレス時における小胞体の形態変化に関する研究はほとんど行われてはいない。近年私たちは筋芽細胞から筋管細胞への筋最終分化過程において小胞体ストレスが発生すること、このストレスが筋分化とそれに伴って生じるアポトーシスの両方に必要であることを見出した。一方この小胞体ストレスがどのように引き起こされているかについては未解明である。本研究を進める中で、筋分化に伴う生理的な小胞体ストレス発生時と、薬剤を用いて人為的に小胞体ストレスを誘導した際に共通して見られる小胞体の特徴的な構造変化を見出した。この小胞体構造体は小胞体膜とつながる巨大ベシクル様構造を示すが、ほとんどの小胞体局在蛋白質はこの構造体の膜上及び内部に存在しない。本構造に局在する蛋白質として、COPII小胞輸送の初期過程に関係する2種類の蛋白質Sar1及びSec12を明らかにした。一方でこれら以外のCOPII関連蛋白質(Sec16やCOPIIコート蛋白質)は局在しないことから、本構造はCOPII小胞とは異なるものであり、また小胞体ストレスによるCOPII小胞輸送の停止との関係が予想された。更に本構造体には小胞体SNARE蛋白質及びゴルジ体SNARE蛋白質が局在することを明らかにした。GFP融合ゴルジ体SNARE蛋白質を細胞に導入し観察すると、その局在は通常ゴルジ体に見られるが、小胞体ストレス下においては小胞体に局在した。にれはゴルジ体局在蛋白質が小胞体に戻されるという現象によるものであり、つまり小胞体ストレス下においては小胞体-ゴルジ体間輸送の順行輸送(COPII小胞輸送)は停止するが、逆行輸送(COPI小胞輸送)は停止しないことを意味している。小胞体ストレスに依存して現れる小胞体構造は小胞体ストレス下の蛋白質輸送制御と密接に関わるものであり、この構造が何らかのストレス応答(防御)に関係することが考えられた。
沿岸砂州を基幹とした海浜システムの人為的環境変化に対する適応機構の解明と比較実証

石川海岸・千里浜海岸を対象に,海底地形の長期観測データを解析して,沿岸砂州の組織的変遷を中心とした3次元長期海浜変動の特徴を明らかにした.また,人為的影響の発現前後を比較し,海底地形の周期的変遷形態が定性的に維持される中で,砂州移動範囲や発達規模等において人為的影響への応答が発現・進行する適応過程を示した.併せて,マルチコプター等を活用してローカルリモートセンシング観測を行い,海浜地形を面的に計測・推定する画像解析システムの構築を行った.本年度は,沿岸砂州変動を基幹とした海浜システム動態に関する総合的理解の深化,および,複合的人為インパクトに対する遷移・応答機構の解明を主体として研究を行い,以下の成果を得た.3次元長期砂州動態の実態解明にあたっては,石川海岸を対象に50年以上の長期間蓄積されてきた地形観測データを活用して地形変動データベースを整備し,沿岸砂州の3次元砂州変動の特徴を明らかにした.砂州システムの移動形態は, (1)形成,(2)沖向き発達,(3)沖向き減衰,(4)岸向き減衰の連続ステージで特徴づけられ,石川海岸固有の3次元形状変化を伴う変遷パターンを有することを明らかにした.この組織的変遷過程において,同世代の砂州が時間差を有して沖向き移動するパターンが繰り返され,砂州の切断や分岐,再接続などの大規模な3次元変動が確認されること,また,岸向きの移動減衰ステージが存在することが海外の観測例と比較して特徴的である.さらに,人為的改変の影響発現前後の砂州動態を比較解析し,砂州配置の変遷パターンは定性的に維持されるが,移動範囲や発達規模に対して,人為的インパクトによる海岸土砂量の減少や構造物建設の影響が顕著に現れることを示した.千里浜周辺海岸においても砂州の分断および異世代砂州の再接続等の3次元的な現象の発現を確認するとともに,海底勾配が緩やかで砂州の移動距離が長くなる領域で再現周期が短くなる点で海外諸地域における観測例と異なる傾向を有することを示した.上記と並行して,ネットワークカメラおよび簡易空撮気球を活用してローカルリモートセンシング観測を行い,沿岸砂州の中期変動を面的に連続計測するシステムを構築することを試みた.鉢ヶ崎海岸におけるネットワークカメラシステム観測では,沿岸砂州やメガカスプの発達・移動のビーチサイクルを面的に捉え得ることを示した.本年度も,沿岸砂州変動を基幹とした海浜システム動態に関する総合的理解の深化,および,複合的人為インパクトに対する遷移・応答機構の解明を主体として研究を行い,以下の成果を得た.3次元長期砂州動態の実態解明にあたっては,石川海岸を対象に地形観測データを活用した地形変動データベースの整備を継続し,砂州の分断・再接続等の3次元的現象の発現について検討を行った.また,対象領域を沿岸方向に分割し,土砂供給源である手取川からの距離に着目して砂州長期変動の変遷を比較検討した.その結果,右岸側で河口からの距離が離れる領域では変動サイクルの回復が明確に現れていること,また,左岸側では,砂州配置が近年安定的となり観測初期と異なる様相を呈することを明らかにした.続いて,砂州システムの形成,発達,減衰で構成される移動サイクル間の土砂の岸沖輸送に関する検討を経験的モデルに基づいて行った.その結果,岸沖漂砂分布の固有モードは,地形変化固有モードの空間積分及び時間微分により規定されることを示した.千里浜海岸においては,最沖砂州の沖向発達移動は沖向漂砂に起因し,2段目砂州の沖向移動・発達には沖側トラフからの岸向土砂移動が寄与すること,一方,最沖砂州の消失期には周辺の土砂移動は岸向きに転じることを明らかにした.また,砂州移動ステージに応じて,前浜との土砂授受が発生し,断面内土砂量は周期的変動を示すが,1サイクル経過すると土砂量はおよそ元の状態に戻り,砂州の周期的沖向移動は長期的な土砂量変動には寄与しないことを示した.上記と並行して,ネットワークカメラおよび簡易空撮が可能なマルチコプターを活用してローカルリモートセンシング観測を行い,沿岸砂州の中期変動を面的に連続計測するシステムを構築するとともに撮影画像から砂州や汀線の位置・形状を効率よく抽出するための画像解析手法の構築を行った.本年度も,沿岸砂州変動を基幹とした海浜システム動態に関する総合的理解の深化,および,複合的人為インパクトに対する遷移・応答機構の解明を主体として研究を行い,以下の成果を得た.3次元砂州動態の実態解明にあたっては,石川海岸を対象に長期観測データを活用した地形変動データベースの整備を継続し,砂州の頂部水深に着目した解析を付加する形で,3次元動態の代表モードの特徴や砂州移動・遷移特性の定量化,物理環境変化によるサイクル間の共通点・相違点の抽出・解明を行った.砂州の頂部水深変動は5サイクルに渡り比較的安定で,物理環境の中でも波浪による外力特性に規定されることが示唆された.千里浜海岸については,砂州配置の変遷に伴う周期的な汀線変動の発現について検討を行い,岸側砂州の形成に伴う汀線後退や沖側砂州の発達に対応した汀線前進が推定されることを示した.さらに,経験的固有関数法により抽出された砂州の組織的移動モードの結果をもとに,周期的移動特性および基準地形との関係を定量的に表現する簡易モデルの構築を行った.その結果,砂州変動モードに対応する空間および時間固有関数の位相および振幅変動の特性は指数関数および代数関数(1次,2次)で近似表現できることを示した.

高頻度で面的な地形変動情報の取得・解析技術の構築に関しては,マルチコプターによる空撮観測システムを継続して整備し,連続撮影された海面画像から波峰線の運動を抽出し,分散関係式から水深の空間分布を推定するシステムを構築した.推定結果は現地測量結果の地形変動を定性的に再現し,定量的にも全体に良好な一致が見られた.また,将来気候変動に伴う海浜利用性変化の検討のための基礎として,石川海岸の過去40年間の波浪変動解析を行い,海浜の利用頻度が高まる夏季において入射波浪の周期・波高の増加傾向が見られることを明らかにした.石川海岸・千里浜海岸を対象に,海底地形の長期観測データを解析して,沿岸砂州の組織的変遷を中心とした3次元長期海浜変動の特徴を明らかにした.また,人為的影響の発現前後を比較し,海底地形の周期的変遷形態が定性的に維持される中で,砂州移動範囲や発達規模等において人為的影響への応答が発現・進行する適応過程を示した.併せて,マルチコプター等を活用してローカルリモートセンシング観測を行い,海浜地形を面的に計測・推定する画像解析システムの構築を行った.本研究では,沿岸砂州の長期変動の変遷を基軸として,広域流砂系の複合的人為改変に伴う海浜システムの変遷機構の解明と比較実証を段階的に進めている.今年度は,長期動態の解析と土砂供給変動への応答を中心に検討を進め,石川海岸,千里浜海岸を対象に比較海浜地形学的な視点を加味した検討を行った.今年度の成果として,経験的固有関数法に基づく経験的モデルを活用した解析を行って,各サイトにおける砂州3次元動態の代表モードの特徴や,岸沖土砂移動との関係,サイト間の共通点・相違点の抽出・解明を進めることができた.また,河川土砂供給の減少に伴う海浜土砂量の減少との相関解析を行って,砂州の3次元動態の遷移応答過程の違いを明らかにすることができた.併せて,近年発達の著しいマルチコプターを活用してローカルリモートセンシング観測を行い,沿岸砂州の中期変動を面的に連続計測するシステムを構築するとともに,撮影画像から砂州や汀線の位置・形状を効率よく抽出するための画像解析手法を開発することに成功した.なお,昨年度研究期間中に研究分担者の1名(熊本大学・山田文彦元教授)が死亡・削除となったため,従来,分担者が役割を分担していた数値モデルの構築・活用については当初計画を調整し,経験的モデルの活用比率を高める形で今年度の検討を補完した.また,比較研究の一環として同分担者が行っていた現地海岸調査(熊本県御輿来海岸)については,代替地(石川県柴垣・甘田海岸)を設定し,初期検討を実施した.以上より,全体としては,概ね順調に進展していると判断できる.海岸工学これまでの結果を踏まえて,今後は以下のように研究を進めていく予定である.まず,経験的固有関数法などの統計解析手法や時系列解析法を活用した経験的モデルを活用した解析を行って,砂州の頂部水深に着目した
新規ハイブリッドゲルによる透光性断熱材料の開発

メチルシルセスキオキサン組成の有機一無機ハイブリッド湿潤ゲルを、界面活性剤および尿素を用いた一段階合成法によって作製し、超臨界および常圧乾燥によって、高い可視光透過率に加えて優れた断熱性を示す低密度固体を得た。界面活性剤の濃度と出発組成を緻密に制御して、連続マクロ孔と高気孔率メソ孔・高比表面積を併せもつ多孔体の作製に成功し、これらのゲルの熱伝導率の気体圧力依存性と微細構造との関係を明らかにした。メチルシロキサン組成のゲルを、尿素およびカチオン性界面活性剤あるいはポリエーテル系ブロック共重合体界面活性剤によって相分離を抑制しながらゲル化させ、気孔率の高いゲルを得る手法を確立した。典型的なサンプルでは、化学量論比より十分に多い水の存在下、酸触媒によって加水分解を行い、その後適当な温度まで加熱することにより尿素を加水分解して反応溶液のpHを均一に上昇させることにより、迅速なゲル形成を促した。適当な溶媒置換処理の後、二酸化炭素による超臨界乾燥を行った試料について、出発組成を系統的に変化させて、紫外可視近赤外分光光度計を用いて可視光透過率を測定するとともに、圧縮応力下での変形挙動から弾性率や変形の可逆性の度合いを調べた。カチオン性界面活性剤共存下では10nm程度の骨格構造は粒子の集合体のような形態をとったが、ブロック共重合体界面活性剤共存下では、連続性の高い網目状骨格構造が得られた。圧縮試験の結果、ヤング率および変形回復の度合いは、後者のゲルの方が高くなった。ところが全体の細孔径は前者が40nm付近に、後者が60nm付近に中心をもつ、いずれも狭い分布となり、前者の方が可視光の透過率に優れていた。力学強度と可視光透過性の両方を向上させるためには、界面活性剤の混合や触媒の改良などを行う必要があると考えられる。超臨界乾燥した試料と、界面エネルギーの低いフッ素系溶媒を用いて常圧下で蒸発乾燥させた試料とでは、ほぼ同等の細孔径分布と可視光透過性の得られる条件を見出した。メチルシルセスキオキサン組成のゲルを、尿素および物性を最適化できる界面活性剤(塩化セチルトリメチルアンモニウム)によって相分離を抑制しながらゲル化させ、超臨界乾燥の有無に依らず、可視光透過率および気孔率の高いゲルを得る手法を確立した。数センチ角のバルクサンプルについて、化学量論比より十分に多い水の存在下、酸触媒によって加水分解を行い、その後6080°Cに加熱することにより尿素を加水分解して反応溶液のpHを均一に上昇させることにより、迅速なゲル形成を促した。一部の試料では微量のチタンアルコキシドを加えることにより、架橋反応を促進した。界面活性剤を効率的に除去できるイソプロピルアルコールを用いた溶媒置換処理の後、二酸化炭素による超臨界乾燥を行った試料について、出発組成を系統的に変化させて、紫外可視近赤外分光光度計を用いて可視光透過率を測定するとともに、圧縮応力下での変形挙動から弾性率や変形の可逆性の度合いを調べた。出発組成中の界面活性剤濃度は、圧縮試験によるヤング率および変形回復の度合いに対して、極大値を与える変化を示した。可視光透過率は界面活性剤濃度の増加と共に単調に高くなる傾向にあるが、最適濃度を超えるとゲル試料の力学強度が低下する。また相分離の抑制に不十分な界面活性剤濃度域においては、数百ナノメートル以上の整ったマクロ孔を与える連続ゲル骨格中に、数十ナノメートルの比較的揃ったメソ孔が形成され、界面活性剤とゲル骨格との相互作用は、非常に広い組成範囲にわたって本質的に変化していないことが確認された。チタンアルコキシドは微量の共存でもゲル骨格を強化する効果があることが明らかになった。メチルシルセスキオキサン組成のゲルを、尿素および物性を最適化できる界面活性剤(塩化セチルトリメチルアンモニウム)によって相分離を抑制しながらゲル化させ、適切な溶媒置換・洗浄処理の後に、超臨界乾燥の有無に依らず、気孔率の高い有機無機ハイブリッドゲルを得た。数センチ角のバルクサンプルについては、可視光透過率が低下するサブミクロン領域の相分離が起こる領域まで多孔構造の変化を詳細に調べ、熱伝導率の気体圧依存性との相関において、以下の結果を得た。(1)概ね1μm以上の連続マクロ孔を有する構造では、ゲルの連続骨格中にはほとんど細孔は存在せず、熱伝導率は同等な構造を有する高分子発泡体と類似の気体圧依存性を示す。(2)サブミクロン領域の連続マクロ孔を有する構造では、連続ゲル骨格内にメソ孔が形成して階層的多孔構造となり、大気圧(10万Pa)から12桁の減圧と共に熱伝導率は顕著に低下して、真空断熱の値に漸近する。(3)100nm未満の微細なメソ孔を有する構造では、より大きい空間スケールの構造は消失し、均質な構造のエアロゲルとなると同時に、0.1Pa程度まで気体圧にほとんど依存しない低い熱伝導率が得られる。

高分子等の成形性および機械強度に優れた基材との複合を視野に入れて、同上組成の有機無機ハイブリッドゲル微粒子の作製を試みた。反応溶液を界面活性剤を含む分散媒中に分散させ、液滴の形状のままゲル化させたところ、剪断速度と界面活性剤濃度を最適化することによって、50μm程度の狭い粒径分布をもったゲル粒子が得られ、大気圧下での蒸発乾燥によって低密度固体が得られることが明らかになった。
樹状突起パターンの多様性を生み出す細胞膜供給機構と新規分子の機能解析

樹状突起の受容野のサイズあるいは分岐の複雑度等を調節する遺伝子を探索する目的で、ショウジョウバエのdendritic arborization(da)neuronをモデル系とした網羅的な異所あるいは過剰発現メクリーニングを行った。3000系統を用いたスクリーニングを行い、その中でミトコンドリアに局在する分子Preliに注目した。Preli(protein of relevant evolutionary and lymphoid interest)は進化的に高度に保存されたミトコンドリアに局在するタンパク質であるが、その機能はほとんどわかっていない。まずPreliの分子機構を明ちかにするために、ショウジョウバエの培養細胞を用い、ショウジョウバエPreliがミトコンドリアに局在することを光学または免疫電子顕微鏡で確認した。また、preli遺伝子を発現抑制すると、ミトコンドリアの断片化、ミトコンドリアの膜電位の低下、さらにATP産生の低下が観察された。透過型電子顕微鏡を用いた実験から、preli遺伝子発現を抑制した細胞では、ミトコンドリア内のクリステ構造の崩壊が観察された。da neuronにおけるpreli遺伝子の機能を調べるために、まずpreli機能喪失突然変異体を樹立した。preli遺伝子の機能喪失で、樹状突起パターンは著しく単純化した。また、樹状突起や軸索に分布するミトコンドリアが大幅に減少し、細胞体内では断片化したミトコンドリアが観察された。Preli機能喪失による樹状突起形成異常の表現型は、ショウジョウバエBelファミリーに属するanti-apoptotic分子であるBuffyの発現によって回復した。以上の実験結果から、Preliタンパク質はミトコンドリアの機能維持に積極的に働きかけ、正常な樹状突起形成に重要な役割を果たすと考えられた。さらに、興味深いことに幼虫期のpreli機能喪失細胞では樹状突起の太い枝がその付け根付近で切断され、また成虫期には、晩発性(late-onset)の樹状突起の縮退が観察された。以上の発見はPreliタンパク質が、特定のクラスのニューロンにおいて樹状突起形成だけでなく、樹状突起パターンの維持や樹状突起の縮退・変性を抑制する役割を担う可能性を強く示唆している。採用第一年目であるこの1年間で、私自身が行ったスクリーニングから得られた候補遺伝子の機能解析や樹状突起パターンに与える影響について詳しい解析を行った。私はこれまでに、ミトコンドリア局在分子(preli-like/CG8806)の過剰発現により、ClassIVタイプの樹状突起の受容野が著しく狭くなり、突起伸長が抑制されることを見いだしていた。しかしながらpreli-like/CG8806遺伝子の機能喪失変異体がこれまでのところ存在しなかったため、私はトランスポゾンのジャンプアウトによって機能喪失変異体を作製した。この機能喪失変異体は、幼虫期の初期段階で致死であったため、MARCM法(Mosaic Analysis with a Repressible Cell Marker)を用いて幼虫期後期の樹状突起を観察した。その結果、野生型と比較して、全突起の長さが減少し、突起が単純化した。また観察した半数の細胞において、樹状突起が途中で切断される表現型が観察された。このような表現型はCiassIVタイプであるddaC神経細胞でのみ観察され、その他のクラスでは観察されなかった。さらに、ミトコンドリアマーカーであるmitoGFPを用いてミトコンドリアを可視化したところ、ddaC神経細胞では樹状突起に分布するミトコンドリアのシグナルが極端に減少した。このことから、preli-like/CG8806遺伝子は、クラス特異的にミトコンドリアの分布に影響を与える遺伝子であることが示唆される。現在preli/CG8806変異細胞で見られる樹状突起の切断とミトコンドリアの局在及び活性との関係性について、さらなる解析を行っている。昨年preli-like/CG8806遺伝子の酵母ホモログUps1がMgm1(ヒトOPA1:0ptic Atrophy 1)のプロセシングに関与し、ミトコンドリアの融合に影響を与えることが報告された(JCB, Vo1175,651-658),2006)。ヒトOPA1(Optic Atrophy 1)は視神経形成異常となる神経変性疾患の原因遺伝子であるが、その神経細胞における機能については不明な点が多い。そこで、私はショウジョウバエ培養細胞を用いて、ショウジョウバエOPA1ホモログopa1-likeのプロセシングにpreli-like/CG8806が影響を与えるかどうか解析を行っている。さらには、preli-like/CG8806の神経系における機能を解析するために、ショウジョウバエの視神経を用いた解析の準備も行っている。採用第2年目であるこの1年間で、私自身が行ったスクリーニングから得られた候補遺伝子の機能解析や樹状突起パターンに与える影響について詳しい解析を行った。採用1年目では、トランスポゾンのジャンプアウトによって機能喪失変異体を作製した。採用2年目にあたる1年間では、その他のミトコンドリアの形態に関わる変異体の樹状突起パターンを観察したところ、多くのミトコンドリアの形態に関わる分子と樹状突起形成との間に密接な関係があることが観察された。

またミトコンドリアの形態と局在の2つの点に注目し、ミトニンドリアの突起での輸送を特異的に抑制したところ、樹状突起パターンに変化があまりみられなかったことから、ミトコンドリアの局在よりも細胞体で適切な形を保つことが、樹状突起パターン形成に重要ではないかと考えられた。近年preli-like/CG8806遺伝子の酵母ホモログUps1がMgm1(ヒトOPA1:0ptic Atrophy 1)のプロセシングに関与し、ミトコンドリアの融合に影響を与えることが報告された(JCB,Vol175,651-658),2006)。ヒトOPA1(Optic Atrophy 1)は視神経形成異常となる神経変性疾患の原因遺伝子であるが、その神経細胞における機能については不明な点が多い。そこで、私はショウジョウバエ培養細胞を用いて、ショウジョウバエOPA1ホモログopal-likeのプロセシングにpreli-Like/CG8806が影響を与えるかどうか解析を行っているが、ショウジョウバエでは酵母とは異なる経路でミトコンドリアの形態が調節されているのではないかというデータを得た。また、preliがミトコンドリアの形態だけでなく、ミトコンドリアの活性や膜電位にも影響を与えることを支持するデータも生化学的に得られた。さらには、ミトコンドリアのより微細な構造変化を観察するために、現在電子顕微鏡を用いた解析を行い、preliの分子機能を明らかにしようとしている。樹状突起の受容野のサイズあるいは分岐の複雑度等を調節する遺伝子を探索する目的で、ショウジョウバエのdendritic arborization(da)neuronをモデル系とした網羅的な異所あるいは過剰発現メクリーニングを行った。3000系統を用いたスクリーニングを行い、その中でミトコンドリアに局在する分子Preliに注目した。Preli(protein of relevant evolutionary and lymphoid interest)は進化的に高度に保存されたミトコンドリアに局在するタンパク質であるが、その機能はほとんどわかっていない。まずPreliの分子機構を明ちかにするために、ショウジョウバエの培養細胞を用い、ショウジョウバエPreliがミトコンドリアに局在することを光学または免疫電子顕微鏡で確認した。また、preli遺伝子を発現抑制すると、ミトコンドリアの断片化、ミトコンドリアの膜電位の低下、さらにATP産生の低下が観察された。透過型電子顕微鏡を用いた実験から、preli遺伝子発現を抑制した細胞では、ミトコンドリア内のクリステ構造の崩壊が観察された。da neuronにおけるpreli遺伝子の機能を調べるために、まずpreli機能喪失突然変異体を樹立した。preli遺伝子の機能喪失で、樹状突起パターンは著しく単純化した。また、樹状突起や軸索に分布するミトコンドリアが大幅に減少し、細胞体内では断片化したミトコンドリアが観察された。Preli機能喪失による樹状突起形成異常の表現型は、ショウジョウバエBelファミリーに属するanti-apoptotic分子であるBuffyの発現によって回復した。
残胃癌の発生を促進する要因に関する研究

残胃癌の発生を促進する要因について検討し以下の結果を得た。2.胆汁酸がラット腺胃粘膜にODC活性を誘導することを明らかにした。1)Na taurocholateをラット胃にsingle instillationしたところ、腺胃粘膜にODC活性が誘導された。Na taurocholateは1.75g/Kg体重投与で最高のODC活性を誘導し、また、投与46時間後に最も強い活性が認められた。3)ODC活性は腺胃幽門部に最も強く誘導され、続いて体部、前胃の順であった。3.ラット残胃に胆汁酸を後投与し、胆汁酸が残胃腫瘍の発生を促進することを明らかにした。1)ラットを4群に分け、I群にはMNNG(83μg/ml)を15週間投与し、16週目に胃切除(十二指腸液の逆流ないしRoux en Y法)を行い、II群にはMNNG投与後胃切除を行い、さらに0.25%Nataurocholate含有飼料を与え、III群には胃切除後胆汁酸を与え、IV群にはMNNGのみを投与した。2)ラット腺胃での腫瘍の発生頻度は、I群6/22(27.3%)、II群9/22(40.8%)で、III群0/22(0%)、IV群では残胃相当部で2/24(8.3%)であり、II群とIV群の残胃相当部との間に有意差(p<0.05)がみられた。すなわち、胆汁酸の経口投与は、十二指腸内容逆流のない残胃の腫瘍発生を促進した。以上の結果から、胆汁酸は残胃癌の発生を促進する一要因と考えられた。
液体用光学式マイクロピトー管の開発

本研究の目的は、低温から高温までの広い温度範囲で使用可能な光学式ハイドロフォンとその応用であるピトー管の実用化に向けた、基礎研究であり、特に低温極限での動作とノイズの軽減に重点を置いていた。研究の結果、ノイズの源は光源の出力揺らぎと光電圧変換アンプの電圧ノイズにあることを突き止め、光源の安定化については非コヒーレント化とフィードバックの導入、およびアンプの性能改良には低温アンプの導入で一定の成果をあげることができた。ピトー管の構成はできなかったが、低温アンプと液体ヘリウム用低温ポンプの製作に関しては、世界をリードする成果を産みだし、今後の発展が期待できる。本研究の最終目標は、0400Kの一般的な流体用に流速・圧力同時測定が出来る「光学式マイクロピトー管」を開発することである。今期間の目標は、低温での高速な流速・圧力同時測定装置を実用化するための基礎研究である。現状での問題は、圧力信号に巨大なノイズが重畳していることである。電圧信号は通常の光通信では全く問題にならない1%以下の揺らぎなのだが、本計画が要求する精度に到達するにはさらに3桁以上精度を向上させねばならない。予想されるノイズの原因は1、レーザー光源の出力揺らぎ2、光検出器(APD)の感度揺らぎ3、光検出器の内部ノイズである。1は半導体レーザのモードホッピングに伴う本質的な不安定性に起因し、これを克服するためには本予算の数倍程度の予算が必要であり、現実的でない。そこで、光源を通常の大出力赤外線LEDに替えることを試みた。しかし、現在使用している光ファイバのNA値は非常に小さいため、理論的にも99%以上のロスが生じ、反射光強度は観測限界を下回ってしまう。従って、今後は全システムをNAの大きなファイバに変更を予定している。2、3の原因を調べるため、APDの感度の温度依存性を詳しく調べた。その結果、少なくとも液体窒素温度までは冷却に伴って有効感度が上昇する条件を見つけることができた。また、同時にアンプ部も液体窒素で強制冷却したところ、正常動作することは解ったが、熱雑音よりもアンプ内部のMOS構造に起因するフリッカノイズの方が支配的になり、冷却によっても特性が改善できない事が解った。今後は、CMOSタイプでない冷却光アンプを開発することにした。この内容の一部は、アルゼンチンで行われた国際会議LT27およびULT2014、京都大学で行われたトポロジカル量子現象に関する国際会議、および早稲田大学で行われた日本物理学会において発表された。今期の目標は、低温での高速な流速・圧力同時測定装置を実用化するための基礎研究であった。前年度に判った問題は、圧力信号に巨大なノイズが重畳していることであった。予想されるノイズの原因を1、レーザー光源の出力揺らぎ2、光検出器の感度揺らぎとしてその原因を究明する研究を進めた。1は半導体レーザの本質的な不安定性に起因しするもので、解消には本予算の数倍程度の予算が必要であるから現実的でない。そこで、光源を通常の大出力赤外線LEDに替えることにした。非コヒーレントなので集光の問題があり、局所性を多少犠牲にしてNAの大きな大口径ファイバにせざるを得なかった。また、光源にフィードバック回路を導入し、さらに、その氷水で一定温度に保つ方式をとったところ、光源の安定性は劇的に改善された。2に関してはAPD由来のノイズを避けるため、通常のフォトダイオードによる検出に変更、アンプもCMOSタイプからFETタイプに変更し、さらに氷水で一定温度にたもつことにした。以上の結果、静的密度測定の精度は約40倍向上した。さらなる精度向上のために、GaAs/pHEMTタイプのFETを用いた液体ヘリウム冷却のアンプの導入を検討し、アンプ単独の動作は確認した。これは汎用性の高い基礎技術であるため、他分野からの照会があるなど国際的にも需要のある研究であることが判明した。そのため、プラハで行われる国際会議QFS2016にて発表する予定である。また、ピトー管による速度場測定を行うための、流速発生装置について、矢野らの主導する低温モーターの実験にも参加し、共同で一定の成果を得た。これをもとに、ピトー管を構成すればよいのだが、残念なことに、圧力検出器の感度が足りないため現時点での構成が困難であることも判った。その代替手段として、超音波流速計の検討・予備実験を開始した。今後の発展が期待できる。今期の到達目標は、光学式ハイドロフォンとその応用であるピトー管の実用化に向けた、基礎研究である。まず、ノイズ源の特定に成功し、光源由来・アンプ部の感度揺らぎという二つの要素から成り立っていることを確認した。そして、問題点を克服しうる手段をL考案し、一部を実際に実行に移しつつある。

まず、光源の安定化だが、これは半導体レーザーの本質的な問題を含むため、レーザを用いている以上、限られた予算の中で改善を模索するのは無理があるということが結論づけられた。従って、非コヒーレント光の利用に舵を切ることになり、そのためには、次年度の予算を待たざるを得ないことになった。そのための予備実験は既に終了し、機器の選定を行うことができた。早めにこの決断をすることで、次に述べるセンサー・アンプ部の到達度をあげることができた。光センサーの低温基礎物性測定に多くの時間を費やし、低温特性のほとんどを理解することができた。また、低温アンプに関しては目標としていた窒素温度よりもさらに低温のヘリウム温度まで領域を拡大することに成功した。この温度領域は光センサーの動作領域ではないため、本計画とは直接関係はないのだが、国際的・学際的に低温アンプそのものへの興味と需要は非常に強いようで、国際会議では、光センサーそのものよりもむしろ今回開発したアンプ部への質問が集中した。これは派生研究が生じたという意味で、達成目標を越えて大きく前進していると言える。なお、実際に開発したセンサーを用いて液体ヘリウムの密度・圧力測定を行うつもりであったが、本学のヘリウム液化機が不調なため、実現できなかった。その代わり、新たな変調方式の検討を行い、具体的な回路設計に入っている。この部分は遅れぎみだが、ヘリウム事情が改善したときには、挽回できるだろう。超低温実験物理学引き続き、光学式ハイドロフォンの超高安定化と超高感度化を行う。そもそも、ノイズの発生源の最有力な候補は、レーザーのモードホッピングによる出力および波長揺らぎである。従って、光源を非コヒーレント化すれば簡単に達成できるはずである。しかし、一般に、非コヒーレント光源(赤外線LED)からの光は、光ファイバへの集光が非常に難しいことが知られている。実際に集光を行ったところ、現在使用している光ファイバでは99%以上の損失が発生し、ハイドロフォンとして動作するために必要な反射光強度の観測限界に届かない。原因は、現在使用している光ファイバは、空間分解能をあげるためにかなり小さな半径のものを利用しているからである。今後は、空間分解能犠牲にすることを覚悟の上で大口径ファイバに変更する。そのためには、全システムをNAの大きなファイバに変更しなければならない。これにより、計算上は反射光強度は大幅な上昇が見込まれる。また、さらなる安定化のために、光源の出力を直接常時モニタし、変動分をフィードバック回路によって安定化する方式を検討したい。次に、反射光測定用の光アンプをCMOS型からノイズの少ないバイポーラ型かpHEMT型に変更する。しかし、このためにはいくつかの特性にトレードオフがあることが予想されるので、最適条件を模索しなければならないだろう。これは、光アンプに特化した話ではなく、低温アンプ全体に関わる話題であり、国際的・学際的にも興味を持っている研究者からの要望でもある。これに成功した後、ハイドロフォンを2本導入してピトー管を構成できるか、実際の装置でテストを行う。これは、実際に液体ヘリウムでやってみるまでもなく、室温空気や水を用いた実証実験で十分であると考えている。
急性心筋虚血の発生に関する冠動脈硬化病変の活性化現象について

冠動脈の内膜をバル-ンカテ-テルで機械的に剥離すると、数か月後にヒスタミンやセロトニンといったオ-タコイドに対し内膜肥厚の局在する血管壁が過剰に狭窄することを明らかにした。本研究ではこの様な過剰収縮の閾値を決める要因、即ち攣縮の活性化機序を解析した。1.X線の冠動脈限局照射による血管壁の反応性亢進:X線照射の影響を、(1)高コレステロ-ル血症ミニ豚の冠動脈を機械的に剥離、(2)低コレステロ-ル血症ミニ豚の冠動脈内膜剥離、(3)低コレステロ-ル血症ミニ豚、内膜非剥離の3群について検討した。何れの群も、X線照射後にセロトニンに対する血管反応性亢進を認めた。非照射部では収縮反応性の亢進は生じなかった。セロトニンによる過剰狭窄はケタンセリンやメッセルガイドの前処置で抑制されたが、α遮断剤は抑制しなかった。X線照射はエルゴノビンによる狭窄反応も促進した。最大効果は内腔の狭窄率で照射部56%、非照射部24%であり、照射部の過剰反応はケタンセリンの前処置で抑制された。摘出血管標本の実験によってエルゴノビンの過剰収縮は内皮細胞依存性弛緩作用の減弱と中膜平滑筋の収縮亢進によることが明らかになった。2.アルカロ-シスによる活性化現象の顕在化:ミニ豚の冠動脈に限局性にX線を照射すると、機械的内膜剥離を行わない場合でも照射部はセロトニンによって有意に強く狭窄した(45±2%VS26±3%;p<0.01)。過換気(pH7.66±0.22)やメイロンの静注(pH7.67±0.01;100mEq)によってアルカロ-シスにするとセロトニン(10μg/kgic)による冠狭窄率は76%と有意の亢進を示した。正常pHで高酸素血症(pO_2134±14VS94±7mmHg)下では過剰収縮現象を認めなかった。すなわち、アルカロ-シスはセロトニンに対する過剰収縮反応を顕在化する効果があると考えられる。目的:急性心筋虚血の成因として動脈硬化による器質的冠動脈狭窄と共に冠動脈攣縮が重要な役割を演じている。冠動脈攣縮は寒冷刺激、過換気、エルゴノビン等によって容易に誘発される活動期(hot stage)と、発作が生じない非活動期(cold stage)とがある。病勢の活動性がいかなる機序に基づくか解明されていない。本研究では動脈硬化の過程を促進する事が知られているX線照射によって、冠動脈の血管反応性が変化するか、血管反応性亢進の成立機序等を検討した。方法:ゲッチンゲン種ミニ豚(生後4-6か月)を麻酔し、冠動脈内にバルーンカテーテルを挿入し内膜を3-5cm機械的に剥離した。3か月後、冠動脈の薬物に対する反応性を冠動脈造影で評価した後、内膜剥離部に限局して1500ラドX線を照射した。

4週後同量のX線を照射し、8週後に再び冠動脈造影を行って血管の反応性を定量的に評価した。結果:内膜剥離3か月におけるセロトニン、ヒスタミンに対する血管収縮反応は35±6、40±6%であった。X線照射を行った後、ヒスタミンに対して60±6%、セロトニンに対して75±7%収縮し、いずれの薬物に対しても収縮反応の亢進を認めた。セロトニンによる冠動脈内腔狭窄は顕著で心電図ST変化を高頻度に伴った。セロトニン、ヒスタミンに対する収縮反応は、各々ケタンセリン、メピラミンの前処置によって抑制された。考案:内膜剥離をしたミニ豚冠動脈のヒスタミン、セロトニンに対する収縮反応はX線照射によって有意に増強した。拮抗剤による成績から、セロトニン-2受容体、ヒスタミン-1受容体の機能亢進による事が示唆された。X線が受容体、情報伝達系、収縮蛋白のいずれを変化させたかは今後検討を要する。これらの解析によって、冠動脈攣縮病勢の活性化機序が明らかになると思われる。攣縮と冠動脈硬化病変の進展との関連性についても検討が可能になった。1.低コレステロ-ル血症ミニ豚の成績:冠動脈の内膜剥離3か月後、ヒスタミン、セロトニン、エルゴノビンを冠動脈内に注入し、血管壁の収縮反応を冠動脈造影で評価した(実験(1))。次いで、1500ラドのX線を内膜剥離部に2回照射した。最終照射から1か月後、麻酔下に実験(1)と同様のプロトコ-ルで血管壁の反応性を評価した(実験(2))。内膜剥離部のヒスタミンに対する狭窄率は44%から53%へ、セロトニンでは30%から76%に(1)と(2)の間で有意に増強した。内膜非剥離部では実験(1)と(2)の間に有意の変化を認めなかった。セロトニンによる過剰収縮(剥離部)はケタンセリン(S_2遮断薬)で有意に抑制された。エルゴノビン冠注後の内腔狭窄率は実験(1)では内膜剥離部と非剥離部の間に有意の差を認めなかったが、実験(2)ではそれぞれ56%と24%の狭窄率であり、過剰収縮現象を認めた。エルゴノビンによる過剰収縮はケタンセリンの前処置で抑制することが出来た。次いで、攣縮部と非攣縮部の血管標本をマグヌス管(37°C)に懸垂し張力を測定した所、攣縮部において、内皮細胞依存性弛緩反応の減弱と中膜平滑筋のセロトニンに対する収縮反応性の亢進を認めた。2.過換気による血管反応性亢進の機序:ゲッチンゲン種ミニ豚冠動脈に限局性にX線を2回、各1500ラド照射した。本モデルには内膜剥離を行っていないにも拘らず、最終照射から1か月後、照射部はセロトニンに対し、僅かながら強い収縮を示した。過換気によって動脈血pHが7.43から7.66に上昇すると、X線照射部の狭窄率は42%から77%に有意に亢進した。代謝性のアルカロ-シス(pH7.67)でも同様の狭窄率の亢進が認められた。正常pHで高酸素血症(PO_2136±14vs9427)下では過剰収縮現象を認めなかった。これらの成績は血管壁の活性化現象がアルカロ-シスの条件下で顕在化することを意味する。