hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
可視－赤外分光技術による製糖品質評価システムの開発

南西諸島地域の基幹産業であるサトウキビ生産では,機械化が進むことでトラッシュの多い原料が増加し,製糖工場では搬入原料にあわせた迅速な工程管理が求められている.本研究では迅速で前処理を必要としない成分分析手法として近赤外分光法と中赤外分光法による成分分析法を検討した.圧搾汁,シラップ,白下,蜜のいずれについても,分光法による品質測定は可能であると考えられた。赤外分光法と近赤外分光法による成分分析の測定精度は同等であり,両分光データの融合により,測定精度を改善できる可能性を示唆した.分光法を利用することにより,原料に合わせた運転管理も可能になると考えられ,実用化と効果の実証が必要である.本研究は安定的なサトウキビ製糖工程管理の確立を目的として,分光技術を併用した高精度・迅速品質評価技術の開発と砂糖結晶化プロセスの最適化を検討することを目的とし,次の項目の検討を行う。1.可視ー近赤外装置,赤外分光装置による工程サンプル分析技術の開発2.劣化原料混入による各工程の品質変動調査3.劣化原料が結晶化工程に与える影響を解明する以上の点を明らかにし,効率的な製糖技術を確立するための知見を得る。H26年度は製糖工場に赤外分光装置および近赤外分光装置を設置し,製糖プロセスの各工程で得られるサンプルの分光スペクトルを取得した。ここで得たサンプルについて従来からの製糖分析法による糖度などの成分を定量した。これらのデータをケモメトリックスによって分析し,スペクトルから糖度などを推定する検量線を作成した。PLS回帰分析により糖度推定のための検量線を作成した結果,最初汁,シラップ,白下,糖蜜サンプルのサンプルでは測定精度(SECV)が1%以下となり,工程中のサンプルを精度よく分析できることがわかった。また,糖度と可溶性固形分(ブリックス)の比である純糖率についても,検量線作成が可能であることがわかった。純糖率は劣化サンプルの指標として従来から利用されているが,本研究の調査結果から,同一日における糖度に変動が少なくても純糖率は変動していることがあることが明らかとなった。分光技術により糖度や純糖率の推定が可能であることから,劣化原料の混入程度を迅速かつ非破壊的に分析できると考えられた。本研究は安定的なサトウキビ製糖工程管理技術の確立を目的として,分光技術を併用した高精度・迅速品質評価技術の開発と砂糖結晶化プロセスの最適化を検討することを目的とし,次の項目を検討している。1.可視ー近赤外分光装置,赤外分光装置による工程サンプル分析技術の開発2.劣化原料混入による各工程の品質変動調査3.劣化原料が結晶化工程に与える影響の解明以上の点を明らかにし,効率的な製糖技術の確立を図るための知見をえた。H27年度は製糖工程(圧搾、濃縮、結晶化、結晶化後)からサンプルを取得し,可視ー赤外域の分光スペクトルを分析した。ケモメトリックスによるデータ解析を用いて,スペクトルから品質を推定する検量線を作成した結果,昨年度と同様に測定精度(SECV)1%以下の検量線を作成できた。これまでの複数年のデータを集めて解析した結果,より安定性の高い検量線を作成できたと考えられた。また、赤外スペクトルは,可視ー近赤外スペクトルでは推定できないイオン類も推定できることが分かった。開発した分光技術によってリアルタイムでの品質分析が可能であることが示唆された。可視ー近赤外分光および赤外分光を用いることにより,製糖工程サンプルの品質パラメータ(糖度や純糖率など)を推定する検量線を作成できた。これによって同時かつ迅速に製糖工程サンプルの把握ができると考えられた。一方で,天候の影響から劣化原料が少なく劣化に関連する調査が困難であり,引き続き調査が必要であると考えられた。サトウキビは沖縄の基幹作物であり,製糖産業にとって重要な原料作物である。近年では農家の高齢化や農業就業者の減少により,労働力不足に合わせた機械化が進んでいる。一方,機械化が進むことでトラッシュ(夾雑物)の多い原料が搬入され,搬入原料のばらつきが大きくなり,製糖工場では,搬入原料にあわせた迅速な工程管理が求められている。これに対し,現行法による品質測定では,熟練技術と時間を要するため測定結果は工程管理に直接利用できず,現行法に代わる新たな品質測定の技術が求められている。これまで現行法に変わる新たな品質測定の手法として近赤外分光法(以下,NIR)の応用に関する基礎的研究が行われてきたが,NIRは倍音や結合音の吸収分光法であることから,微量成分分析には一般的に向いておらず,多変量解析を伴う検量線開発には多くのサンプルを必要とする。本研究ではこれらの課題に対し,中赤外分光法(以下,IR)を併用した分析法を評価し,最適な工程サンプル分析の可能性を検討した。(1)各サンプルで作成したBrixおよび糖度の検量線のSEPはそれぞれ1%以下で,IRとNIRでは同程度の測定精度であることがわかった。(2)IRの検量線は,NIRの検量線に比べて少ない波長で検量線を作成することが可能であることが確認された。

(3)1番白下のBrix検量線を作成した結果,NIRでSEPは0.54°Bx,IRでSEPは0.42°Bxとなり,IRのほうがNIRよりも測定精度が高い傾向にあった。以上の結果より,今回サンプリングした4つのサンプルではIRでもNIRに劣らない精度で検量線を作成することができ,工程管理に利用可能であることがわかった。さらに,分光法による品質分析では結晶工程における糖濃度変化についても測定可能性があることが示され,原料に合わせた工程管理技術の確立に有効であることが示された。南西諸島地域の基幹産業であるサトウキビ生産では,機械化が進むことでトラッシュの多い原料が増加し,製糖工場では搬入原料にあわせた迅速な工程管理が求められている.本研究では迅速で前処理を必要としない成分分析手法として近赤外分光法と中赤外分光法による成分分析法を検討した.圧搾汁,シラップ,白下,蜜のいずれについても,分光法による品質測定は可能であると考えられた。赤外分光法と近赤外分光法による成分分析の測定精度は同等であり,両分光データの融合により,測定精度を改善できる可能性を示唆した.分光法を利用することにより,原料に合わせた運転管理も可能になると考えられ,実用化と効果の実証が必要である.当初の目標である検量線の作成を行いつつ,生産現場での調査を遂行することができた。赤外分析については,現地での装置異常の問題が発生し,十分なサンプル取得が出来なかったが,少数データからいくつかの基礎的な情報をえることができた。可視ー赤外スペクトルによる検量線開発についてデータ解析を進め,現場で利用可能な検量線を確定する。また,分析値を工程管理へフィードバックするための具体的な方法について検討を行い,劣化原料混入時に生じる品質変動が結晶化へ及ぼす影響を調査する。製糖現場での調査・打合せを十分に行い,現場での確実なデータ取得に努める。農産施設工学製糖現場での調査・打合せを綿密に行い,現場での確実なデータ取得に努める。また,データの解析についてコペンハーゲン大学のQ&Tグループと連携し,より確実な研究目標の達成を目指す。当初計画で申請していた物品費および消耗品費を研究初年度に抑える事ができた。本年は昨年繰り越した額が残存したことに加え,アルバイトを伴う調査費用を抑えることができたことにより次年度への繰り越しが生じた。当初計画では,物品費として約180万円を申請していたが,新規導入した赤外分析装置ならびに,実験に必要な試薬や消耗品類の価格を抑える事ができたことにより,次年度への繰り越しが生じた。本年度は,データ取得と解析が中心になるが,その実験試薬(消耗品費)ならびにデータ解析・調査のためのアルバイト費用(人件費)に使用する予定である。本年度は,データ取得と解析が中心になるが,その実験試薬費ならびにデータ解析のためのアルバイト費用に使用する予定である。
情報発信型分子認識界面の開発とセンシングへの展開

本助成課題において,申請者らは分子認識過程を容易な観測手段で追跡できるホスト分子(信号変換機能を有するホスト分子)の開発を行い,かつ,機能性ホスト分子の集合体を効率よく界面上に固定化する手法(2次元インプリント法)の検討を行った.まず,信号変換機能を有する機能性ホスト分子の開発については光学、活性かつ分光活性な分子や,電子欠損型分子,あるいは電子過剰型分子を導入した種々のシクロデキストリン誘導体を合成し,その分子認識機能と分光的手法による信号変換機能を精査した.その結果,特に電子過剰系であるピレン残基を導入した新規ホスト分子が,電子欠損型のビピリジニウム誘導体や,有機ハロゲン化合物に対して優れた選択性と信号変換機能を有していることを見いだした.これらのゲスト分子は環境汚染物質や生体毒性を示す化合物であり,これらの簡便な検出手法としての応用が期待できる.また,シクロデキストリンと,それとは異なる分子認識能力を持つクラウンエーテルやアンモニウム基からなる複合ホスト分子も合成し,その分子認識能力について精査した.その結果,水溶液中であってもシクロデキストリンとの組み合わせによりクラウンエーテルにアンモニウム残基の識別や,イオン対形成によるリン酸化ゲスト分子の識別が実現できた.また,ホスト機能を持つ薄膜として,高分子電解質に着目し,光や着目するゲスト分子以外による分子認識制御に関する基礎的な知見も得た.一方,機能性ホストを電極界面に固定化することで,分子の荷電状態を識別可能な単分子レベルの薄膜の作製を実現した.これらの知見を基に,異なる分子認識能力を示す種々のホスト分子を鋳型分子の共存下に電極界面上に固定化し,ゲスト選択性に優れた薄膜を作製する試みを行った.しかしながら,分子認識能力に優れた薄膜作製の条件を見いだすことは本助成期間中には実現できなかった.本助成課題において,申請者らは分子認識過程を容易な観測手段で追跡できるホスト分子(信号変換機能を有するホスト分子)の開発を行い,かつ,機能性ホスト分子の集合体を効率よく界面上に固定化する手法(2次元インプリント法)の検討を行った.まず,信号変換機能を有する機能性ホスト分子の開発については光学、活性かつ分光活性な分子や,電子欠損型分子,あるいは電子過剰型分子を導入した種々のシクロデキストリン誘導体を合成し,その分子認識機能と分光的手法による信号変換機能を精査した.その結果,特に電子過剰系であるピレン残基を導入した新規ホスト分子が,電子欠損型のビピリジニウム誘導体や,有機ハロゲン化合物に対して優れた選択性と信号変換機能を有していることを見いだした.これらのゲスト分子は環境汚染物質や生体毒性を示す化合物であり,これらの簡便な検出手法としての応用が期待できる.また,シクロデキストリンと,それとは異なる分子認識能力を持つクラウンエーテルやアンモニウム基からなる複合ホスト分子も合成し,その分子認識能力について精査した.その結果,水溶液中であってもシクロデキストリンとの組み合わせによりクラウンエーテルにアンモニウム残基の識別や,イオン対形成によるリン酸化ゲスト分子の識別が実現できた.また,ホスト機能を持つ薄膜として,高分子電解質に着目し,光や着目するゲスト分子以外による分子認識制御に関する基礎的な知見も得た.一方,機能性ホストを電極界面に固定化することで,分子の荷電状態を識別可能な単分子レベルの薄膜の作製を実現した.これらの知見を基に,異なる分子認識能力を示す種々のホスト分子を鋳型分子の共存下に電極界面上に固定化し,ゲスト選択性に優れた薄膜を作製する試みを行った.しかしながら,分子認識能力に優れた薄膜作製の条件を見いだすことは本助成期間中には実現できなかった.本研究課題の計画に則し,本年度は(1)修飾シクロデキストリンの合成と分子認識挙動,(2)シクロデキストリン膜の高次機能化,に関する研究を行った.(1)に関しては,光学活性なナフチルエチルアミノ基を有するシクロデキストリンとアントラキノン修飾シクロデキストリンに関する検討を行い,その分子認識挙動と分光学的あるいは電気化学的な信号変換機能を明らかにした.特に前者は,その蛍光強度がpHやゲスト分子包接といった要因で著しく変化し,優れた信号変換機能を有する分子であることを見いだした.また,後者では炭素電極上での電極応答が一般のアントラキノンとは大きく異なることを見いだしたほか,電子過剰系ゲスト分子との間の電荷移動相互作用の存在を明らかにした.また,エチレンジアミノ基を有するシクロデキストリンに関する検討より,シクロデキストリンの二級水酸基側に正電荷を導入することが,静電相互作用と疎水性相互作用によるヌクレオチドの認識に多大なる効果を示すことも明らかにした.現在,これらの結果を元に,二官能性修飾シクロデキストリンの合成を行っている.一方,(2)に関しては,シクロデキストリンとアルカンチオールとの混合単分子膜を有する金電極を作製し,フェロセン誘導体をマーカーとする電気化学的検討より,シクロデキストリン単分子膜とは異なる分子認識挙動を示すことを明らかにした.また,シクロデキストリン単分子膜がゲスト分子の電荷の状態を識別する機能膜であることも明らかにした.この研究の一端として,種々の機能性を容易に付加しうる交互累積膜の作製にシクロデキストリン二量体が有効であることも見いだした.現在,これらの知見を元に,クラウンエーテルや金属ポルフィリン等とシクロデキストリンとの混合単分子膜の作製を試みている.

界面での分子認識に関し,初期の目的であった分子インプリント手法を利用した分子認識界面の作製は達成できなかったが,自己集合膜法により作製したシクロデキストリン単分子膜や,それとクラウンエーテルとの混合単分子膜についての意義深い知見が得られた.すなわち前者を利用することでパーキンソン病治療薬であるL-DOPAの選択的検知が可能であり,後者では疎水性アミノ酸を有するジペプチドやトリペプチドの電気化学的検知が可能であった.後者の系は界面自体に情報発信機能を有していないため,界面に情報発信機能を付与する目的で,現在,単分子膜中に電気化学活性物質であるフェロセン誘導体の導入を図っているほか,良好なゲストとなったジペプチドを用いた分子インプリント手法の利用に関する検討を行っている.交互累積膜を情報発信型界面とすることも検討し,情報発信機能として光異性化を行うアゾベンゼン残基の導と均一溶液中と同等の光異性化に成功した.現在,この界面に分子認識機能を導入することを試みている.均一溶液系における情報発信型ホストとして,種々の修飾シクロデキストリンを合成した.これらのうち,ピレン修飾α-及びβ-シクロデキストリンは,長鎖アルキル基を持つ分子に対する認識能が優れており,ゲスト分子として環境汚染物質であるビピリジニウム誘導体やアルキルフェノールを用いた場合,ピレン残基由来の蛍光が著しく消光され,これらの選択的検知に有用であることを見いだした.また臭気物質であるアルカンチオール類でも同様の消光が起こり,これらの分光学的検知にも有用なホストであることが判明した.これのホストを界面上に固定化するために,現在,種々の膜素材を用いたホスト固定化法の開発についての検討を加えている.
東南アジア・中国南部における伝統的土器作りの研究

香港・中国南部では、各機関の所蔵の新石器時代の遺跡出土の叩き技法の土器の調査を行い、現在の海南島から東南アジアに広がる土器の叩き技法とに多くの共通点がみられた。そのルーツのひとつが中国南部にあることを予想させた。それはタイの東北部の村で特徴的にみられた粘土の混和剤の技法、籾殻と粘土を固めて焼き、臼で粉砕した「チュア」を使うことの共通性とも関連すると推定された。タイでは、南部の半島部と東北部の地域で、合計17カ所の土器作り村を調査した。南部では、商業生産化が進んでおり、叩き成形は残るものの、ろくろの使用が一般的であった。また、陶磁器の先進地の中部タイから導入された陶器窯が多く見られたが、伝統的な円筒式のきせる窯による村もあり、マレーシア国境に近いイスラム系の地域では、方形の穴と土を用いるかぶせ焼きも見られた。全体に南部では商業化により、生産する器種もその技術も陶器生産との同和がすすみ、また成形するものと焼成するものが分離するなど、生産や販売方法に本来の土器作りの様相は消えつつある。社会の変化に対応して技術がどう変化するのかを検証するよい地域である。それに対し、東北タイでは、商業化は遅れており、在来の技術が見られる。基本的な成形は叩き技術であるが、第1段階の成形には、1)手づくねや棒による円筒技法、2)紐輪積みがある。焼成はいずれも野焼きである。また、この地域は、広く粘土の混和剤にチュアを使用し、この技術は先史時代にも確認できそうである。叩き板や宛具などの土器作りの道具も呼称は違うが各語の意味は同じで、タイ族、ラオ族の民族をこえて共通する。南部タイはすべて砂である。また、破損土器の上半部を成型や乾燥時の台に利用する方法も広く、台湾やフィリピンに見るものと共通する。現在の燃料は、籾や藁が主体だが、これは数十年前にこの地域の開発が進み、燃料の森の枯渇によるもので、当時は薪が主であった。東北タイの土器作りの村には中央タイのコーラートからの移住伝承を持つものが多く、近代の鉄道開通によるこの地の開発に伴う土地を、持たない流入民であることが多い。これがこの地域への土器作り村の拡散のひとつの原因になったことは推定できる。性による分業では、土器作りはどこでも女性の仕事であるが、クメールや中国系の陶器作りに基礎をもつ村では、成形も男の仕事であり、各々の本来のあり方が示されていると理解される。また、陶器生産が共同窯の運営など組織的で、資本が必要なものであるのに対し、土器作りは、家庭に一人の主婦の個人的な生産の形であり、市場の大きさからも量産の必要がない。叩き成形はこのあり方にもっとも適した技術である。一時この地域に政府援助で導入された共同窯や轆轤が結局使われず、本来の家庭内の生産に戻ったのもそうした理由による。インドネシアでは、東部、西部ジャワと北部スマトラで11か村を調査した。ジャワでは、ろくろを利用した輪積み成形から叩きを加え、石による磨き調整をするのが基本である。また、器種により赤土による加飾がなされる。焼成は、野焼きが主であり、湿気抜きのための事前の仮焼きが伴う例が多い。燃料は、この地域から多くとれるサトウキビの茎やピ-ナッツの殻であり、少し併用される薪は購入するものである。まさに各地域の主産業の廃物による安価な燃料が利用される構造である。東部では14、15世紀に栄えたマジャパヒト、西部ジャワでは16、17世紀のバンテン・ラマのかつての各地域の首都であった遺跡出土の土器や土器作り集団との関連が今後の課題として問われる。西部ジャワでは、バンテン・ラマの廃絶後、そこから移住したという伝承をもつブミジャヤ村を調査し、バンテン・ラマ出土の土器や宛具の記録をとった。スマトラでは、北部のアチェ地域で5か村を調査した。この地域は、主体の技術は叩き成形と石による磨き調整であるが、その第1次成形には実に様々な技術があるのが特徴である。例えば、ヌスウ村では、型と回転台を兼ねる器台状の道具が使われ、ウレトト村では、焼き物の型を利用しているなど、また、叩き板も羽子板型だけではなく、村により両頭型が使われるなど、東北タイにみた広範囲の共通性とは異なる様相が見られる。こうした違いがどこから生じるのか、検討していきたい。また、陶磁器の先進地の中部タイから導入された陶器窯が多く見られたが、伝統的な円筒式のきせる

窯による村もあり、マレーシア国境に近いイスラム系の地域では、方形の穴と土を用いるかぶせ焼きも見られた。全体に南部では商業化により、生産する器種もその技術も陶器生産との同和がすすみ、また成形するものと焼成するものが分離するなど、生産や販売方法に本来の土器作りの様相は消えつつある。社会の変化に対応して技術がどう変化するのかを検証するよい地域である。それに対し、東北タイでは、商業化は遅れており、在来の技術が見られる。基本的な成形は叩き技術であるが、第1段階の成形には、1)手づくねや棒による円筒技法、2)紐輪積みがある。焼成はいずれも野焼きである。また、この地域は、広く粘土の混和剤にチュアを使用し、この技術は先史時代にも確認できそうである。叩き板や宛具などの土器作りの道具も呼称は違うが各語の意味は同じで、タイ族、ラオ族の民族をこえて共通する。南部タイはすべて砂である。また、破損土器の上半部を成型や乾燥時の台に利用する方法も広く、台湾やフィリピンに見るものと共通する。現在の燃料は、籾や藁が主体だが、これは数十年前にこの地域の開発が進み、燃料の森の枯渇によるもので、当時は薪が主であった。東北タイの土器作りの村には中央タイのコーラートからの移住伝承を持つものが多く、近代の鉄道開通によるこの地の開発に伴う土地を、持たない流入民であることが多い。これがこの地域への土器作り村の拡散のひとつの原因になったことは推定できる。性による分業では、土器作りはどこでも女性の仕事であるが、クメールや中国系の陶器作りに基礎をもつ村では、成形も男の仕事であり、各々の本来のあり方が示されていると理解される。また、陶器生産が共同窯の運営など組織的で、資本が必要なものであるのに対し、土器作りは、家庭に一人の主婦の個人的な生産の形であり、市場の大きさからも量産の必要がない。叩き成形はこのあり方にもっとも適した技術である。一時この地域に政府援助で導入された共同窯や轆轤が結局使われず、本来の家庭内の生産に戻ったのもそうした理由による。インドネシアでは、東部、西部ジャワと北部スマトラで11か村を調査した。ジャワでは、ろくろを利用した輪積み成形から叩きを加え、石による磨き調整をするのが基本である。また、器種により赤土による加飾がなされる。焼成は、野焼きが主であり、湿気抜きのための事前の仮焼きが伴う例が多い。燃料は、この地域から多くとれるサトウキビの茎やピ-ナッツの殻であり、少し併用される薪は購入するものである。まさに各地域の主産業の廃物による安価な燃料が利用される構造である。東部では14、15世紀に栄えたマジャパヒト、西部ジャワでは16、17世紀のバンテン・ラマのかつての各地域の首都であった遺跡出土の土器や土器作り集団との関連が今後の課題として問われる。西部ジャワでは、バンテン・ラマの廃絶後、そこから移住したという伝承をもつブミジャヤ村を調査し、バンテン・ラマ出土の土器や宛具の記録をとった。スマトラでは、北部のアチェ地域で5か村を調査した。この地域は、主体の技術は叩き成形と石による磨き調整であるが、その第1次成形には実に様々な技術があるのが特徴である。例えば、ヌスウ村では、型と回転台を兼ねる器台状の道具が使われ、ウレトト村では、焼き物の型を利用しているなど、また、叩き板も羽子板型だけではなく、村により両頭型が使われるなど、東北タイにみた広範囲の共通性とは異なる様相が見られる。こうした違いがどこから生じるのか、検討していきたい。香港・中国では,各機関所蔵の新石器時代の叩き技法土器を調査し,現在の海南島から東南アジアに広がる土器の叩き技法とに多くの共通点をみ,そのルーツの一つが中国南部にあると予期された。
三波川エクロジャイトを形成したYo-Yoテクトニクスの研究

・Yo-Yo変成作用が認められた江津地域の三郡変成帯・蛇紋岩体中よりブロックとして見いだされたエクロジャイト質岩の岩石記載・鉱物化学組成分析.変成条件推定の岩石学的研究を行うとともに,K-Ar年代測定用の岩石資料の採取を行った.・上記岩石試料(5試料)について,岩石記載,主要構成鉱物化学組成分析を行い,K-Ar年代測定用フェンジャイトの分離を行った.また,分離したフェンジャイト粒子の分析を行い,薄片中のフェンジャイトとの組成の整合性を確認した.・泥質片岩2試料(901と902)よりそれぞれ細粒(F)と粗粒(C)のフェンジャイト分離粒子,エクロジャイト質岩中(903E)のフェンジャイト分離粒子のK-Ar年代測定を(株)蒜山地質年代学研究所に依頼した.結果は,901F: 187.0±4.0 Ma,901C: 190.7±410 Ma,902F: 181.6±3.9 Ma,902C: 183.2±3.9Ma,903E: 210.5±4.6 Maとなった.泥質片岩2試料は180-190 Maで誤差の範囲でほぼ調和年代を示した.一方,エクロジャイト質岩は210 Maでわずかではあるが誤差の範囲を超えて泥質片岩より古い年代を示した.現在得られた年代値の解釈を行っている.・これまでの研究成果をEuropean Geoscience Union meeting 2018(オーストリア・ウイーン)日本地質学会(札幌),日本地球惑星連合大会(千葉),日本鉱物科学会(山形),地学団体研究会(市原)等で講演を行った.・研究成果を査読付国際誌に6編掲載した.また,4編の論文原稿を査読付学術誌に投稿すべく執筆を進めた.・本研究課題の構造地質学的研究,変成岩石学的研究,地質年代測定の研究の遂行のため,それぞれの研究に最適な岩石試料を系統的に採取する必要がある。これまでに島根大学に蓄積された情報をもとに,フィールド地質調査と岩石試料採取を行った.具体的には四国東部高越地域,四国中央部別子地域瀬場谷,肉淵谷,小女郎川流域の三波川変成帯,島根県江津地域の周防変成帯,岡山県大佐山地域の蓮華変成帯,隠岐島後の飛騨変成岩についての地質調査と岩石試料の採取を行った.また,キルギス・マクバル地域の高圧超高圧変成岩分布地域の地質調査と岩石試料の採取を行った.・高越地域,別子地域の三波川変成帯,江津地域の周防変成帯,長野県白馬地域の蓮華変成帯,キルギス・マクバルのエクロジャイト及び青色片岩について岩石記載,EPMAによる変成鉱物の化学分析行った.岩石記載データをもとに地質年代測定を実施する試料の選択を行った.特に江津地域の青色片岩は,周防帯ではこれまで考えられていなかったエクロジャイト相に相当する変成度に達していることが判明し,年代測定の重要性が明らかになった.・眉山地域のざくろ石青色片岩,江津地域の青色片岩,中国内モンゴル地域の青色片岩等の変成履歴に関する論文を出版した.三波川帯低変成度部秩父帯北帯,江津地域の周防帯,若桜及び白馬地域の蓮華帯,モンゴル・チャンドマン地域の高圧型変成岩等に関する学会講演を行った.・三波川帯エクロジャイトにおいてその存在が明らかになってきたYo-Yoテクトニクスが,西南日本内帯の周防変成帯及び蓮華変成帯,キルギス・マクバル地域,モンゴル・チャンドマン地域のエクロジャイトをはじめとする高圧型変成岩の形成においてもYo-Yoテクトニクスが関与している可能性が高まった.・地質調査,岩石記載,変成作用の解析に関してはおおむね当初の計画どおり順調に進められた.・特に,江津地域の青色片岩に関しては,新たにざくろ石藍閃石片岩の岩石試料が得られたほか,青色片岩のシュードセクション・モデリングによりこれまで考えられていた以上の温度・圧力条件の変成作用を受けていることが明らかになった.・一方,ICP-MSにによるU-Pb年代測定法の確立に関しては,装置の不具合のためあまり進める事ができなかった.・四国東部高越地域,四国中央部別子地域瀬場谷,肉淵(ぶち)谷,小女郎川流域,西条地域の三波川変成帯,島根県江津地域の周防変成帯,岡山県大佐山地域の蓮華変成帯,隠岐島後の飛騨変成岩についての地質調査と岩石試料の採取を行った.・高越地域,別子地域の三波川変成帯,江津地域の周防変成帯,鳥取県若桜地域及び長野県白馬地域の蓮華変成帯,キルギス・マクバル及びアトバシ,モンゴル・チャンドマン地域のエクロジャイト及び青色片岩,について岩石記載,EPMAによる変成鉱物の化学分析行った.江津地域のエクロジャイト相に相当する変成度に達変成岩の年代測定測定用試料の検討を行った.・江津地域の周防帯青色片岩の変成条件について,変成鉱物組合せを用いて推定した.ピークの緑れん石青色片岩相変成条件は380-540 °C,11-14 kbarであることを明らかにした.

さらにシュードセクション・モデリング法を用いて,昇温期からピークの変成条件を精密に復元し,ピーク変成条件を475-500 °C,14-16 kbarに限定した.また,ピーク変成条件から変成岩上昇の初期段階において,引き続き脱水反応が進行することを明らかにした.これらの成果をMineralogy and Petrology誌に投稿し,受理された.中国内モンゴル地域の青色片岩等の変成履歴,キルギス・アトバシ地域及びマクバルのエクロジャイトに関する論文を出版した.また,御荷鉾秩父帯北帯の弱変成岩の変成作用と地質構造についての論文を出版した.・モンゴル・チャンドマン地域のエクロジャイトをはじめとする高圧型変成岩においてもYo-Yoテクトニクスの可能性が高まった.モンゴル科学技術大学のOtgonkhoo講師を招聘し,エクロジャイトの変成作用の解析と年代測定の実施についての研究打ち合わせを行うとともに,論文の執筆を行った.・地質調査,岩石記載,変成作用の解析に関しては当初の計画以上に進展した.その結果,多数の研究成果を国際学術誌に印刷公表することができた.とくに,江津地域の青色片岩に関しては,シュードセクション・モデリングにより昇温期からピーク変成器にかけての精密な温度・圧力条件の推定が行われた.・一方,年代測定に関しては,岩石学的研究に時間を割いたこともあり測定用の鉱物分離が十分に進めることができず,本年度内の年代測定実施には至らなかった.・以上を総合すると,本研究の進捗状況は,概ね順調に進行している,と判断できる.・Yo-Yo変成作用が認められた江津地域の三郡変成帯・蛇紋岩体中よりブロックとして見いだされたエクロジャイト質岩の岩石記載・鉱物化学組成分析.変成条件推定の岩石学的研究を行うとともに,K-Ar年代測定用の岩石資料の採取を行った.・上記岩石試料(5試料)について,岩石記載,主要構成鉱物化学組成分析を行い,K-Ar年代測定用フェンジャイトの分離を行った.また,分離したフェンジャイト粒子の分析を行い,薄片中のフェンジャイトとの組成の整合性を確認した.・泥質片岩2試料(901と902)よりそれぞれ細粒(F)と粗粒(C)のフェンジャイト分離粒子,エクロジャイト質岩中(903E)のフェンジャイト分離粒子のK-Ar年代測定を(株)蒜山地質年代学研究所に依頼した.結果は,901F: 187.0±4.0 Ma,901C: 190.7±410 Ma,902F: 181.6±3.9 Ma,902C: 183.2±3.9Ma,903E: 210.5±4.6 Maとなった.泥質片岩2試料は180-190 Maで誤差の範囲でほぼ調和年代を示した.一方,エクロジャイト質岩は210 Maでわずかではあるが誤差の範囲を超えて泥質片岩より古い年代を示した.現在得られた年代値の解釈を行っている.・これまでの研究成果をEuropean Geoscience Union meeting 2018(オーストリア・ウイーン)日本地質学会(札幌),日本地球惑星連合大会(千葉),日本鉱物科学会(山形),地学団体研究会(市原)等で講演を行った.・研究成果を査読付国際誌に6編掲載した.また,4編の論文原稿を査読付学術誌に投稿すべく執筆を進めた.・昨年度の研究によってさらにフィールド地質調査,岩石試料採取が必要となった地域(別子地域瀬場谷及び権現,江津地域の高変成度青色片岩,若桜地域のローソン石青色片岩)の現地調査を行う.・EPMAを用い,変成鉱物の化学分析を行う.岩石記載のデータと合わせ,各変成岩の変成P-T経路の検討を行う.変成条件の推定にあたっては種々の地質温度圧力計を駆使するとともにTHERMOCALC,pseudosection解析を用いてできるかぎり精度の高い推定を行う・江津地域の高変成度青色片岩について,40Ar/39Ar法またはK-Ar法による年代測定を行う.これにより,高変成青色片岩の年代を周防変成岩(200Ma)及び蓮華変成岩(300Ma)との対比をを行う.尚,年代測定は外部委託とする.・昨年度得られた研究成果の学会発表(日本地質学会,日本鉱物科学会,IEC,など)と三波川エクロジャイト,江津青色片岩に関する研究成果の論文化を行う.
本源的動機と自発的協力の経済学:理論分析と実験による実証分析

本研究では、本源的動機に着目した経済理論モデルを構築し、どのような環境及びどのような本源的動機の下であれば、各個人が自発的に協力する社会が発生するのかを理論的・実証的に考察することを目的としている。理論研究に関しては、Elster流のMoral動機及びSocial動機を持つ個人から構成されている社会において自発的協力が形成されるメカニズムを理論的に検証した。また、インドネシアの森林プロジェクト及び中国北京の公害・公共悪における自発的協力に関する実地調査を実施し、自発的協力を促す要因の実証分析を実施した。さらに、公共財の心理実験を実施することによって、人々の社会選考のタイプを特定化した上で自発的協力行動を考察した。本研究では、本源的動機に着目した経済理論モデルを構築し、どのような環境及びどのような本源的動機の下であれば、各個人が自発的に協力する社会が発生するのかを考察し、かつ、社会厚生向上という意味での効率的な政府介入のあり方やメカニズムを検証することを目的としている。当該年度においては、現存する社会心理学や経済学など関連分野の研究文献を参考しつつ、公共財の自発的供給に代表される自発的協力問題に関する先行理論研究、自発的協力の背景にある動機付け(本源的動機)に関する先行理論研究、自発的協力に関して実験経済解析を応用した先行実証研究をレビューし、自発的協力にかかわる本源的動機の属性を経済学視点から体系化・分類化を試みた。現実的な自発的協力問題を描写する理論分析の予備的段階として、Elster流のMoral動機を持つ同質的個人から構成されている単純化した社会を想定し、自発的協力が形成される環境、また、自発的協力を促す最適な政府介入メカニズムを理論的に検証した。具体的には、どのような状況下で、政府介入が個人の自発的供給を促すか、または抑制するのかを一つの理論フレームワークを用いて示しており、研究結果を、論文"An Interplay between Intrinsic an Edxtrinsic Motivations on Voluntary Contributions toa Public Good in a Large Economy(Kakinaka and Kotani, Public Choice, forthcoming)としてまとめた。さらに、実際の環境事例に即した政策的含意を議論するために、公共財供給に関する実験を行った。
cキナーゼ基質タンパク質のカルモジュリン結合ドメインを介した機能制御の解明

本研究では、CaM結合ドメインを持つCキナーゼ基質タンパク質としてMARCKS、NAP-22、eNOSをとりあげ、Cキナーゼ、CaM、酸性リン脂質との相互作用やこれらの因子による機能制御を生化学的手法ならびに構造生物学的の両面から解明する。これまでMARCKSやNAP-22について、CaMとの結合様式がこれまでのCaM結合タンパク質とは構造的に異なっていることを明らかにしてきたので、このことを分子レベルで明らかにするために、CaMとこれらタンパク質のCaM結合ドメインペプチドとの複合体の立体構造をX線結晶構造解析を行っている。本年度の成果として昨年に構造解析に成功したNAP-22のCaM結合領域であるN末端のミリスチル化ドメインとCaMとの複合体の構造の精密化を行った。その結果、興味深いことに、ミリスチル基がCaMのN末、C末ドメインから形成される疎水性のトンネルの中をまっすぐに貫通しており、主に疎水性相互作用で蛋白質間の認識を行っていた。この結果は直接ミリスチル基が蛋白質間相互作用に関与していることを示した最初の例である。今後この構造結果を基により詳細な相互作用実験を行う予定である。また、現在、他のCキナーゼ基質タンパク質であるMARCKSやeNOSのCaM結合ドメインについても同様に結晶化実験を開始し、良好な結晶を得ることに成功している。本年度の成果としてNAP-22のCaM結合領域であるN末端のミリスチル化ドメインとCaMとの複合体の構造解析に成功した。具体的には、この複合体の結晶化に成功し、SPring-8の理研ビームラインにおいて2.3Aのデーター収集を行い、分子置換法により複合体の構造を解くことができた、現在、詳細な構造機能相関について検討中である。また、他のCキナーゼ基質タンパク質であるMARCKSやeNOSのCaM結合ドメインについても同様に結晶化実験を開始し、良好な結晶を得ることに成功している。
薬理学的ゲノム解析による新世代抗うつ薬を用いたオーダーメードうつ病治療開発

現在の精神科治療の現場に目をむけると、大半の精神科医が精神疾患の薬物による治療を中心におこなっているにもかかわらず、向精神薬の種類・投与量の決定といった薬物治療計画の立案は「やま勘的」ないしは「職人芸的」であり、その理論的根拠は甚だ希薄である。ポストゲノム時代を迎えようとしている現在、「最大の臨床効果・最小の副作用」とするためには各個体のもつゲノム情報を含む変数の包括的に処理できる方法が必要となる。本研究は今日ではどの研究室でも容易になっているpolymerase chain reaction法などの分子生物学的手法によってCYP2D6、glucurnoyl-transferaseといった薬物代謝酵素およびうつ病の病態生理への関連が想定されている神経伝達物質であるセロトニン・ノルアドレナリンのトランスポーター遺伝子を解析し、選択的セロトニン再取り込み阻害薬(SSRI)、セロトニン・ノルアドレナリン再取り込み阻害薬(SNRI)に対する臨床効果を予測できるか否かを検討し、精神科薬物治療技術の向上をめざし、個体の特性を無視した画一的な精神科薬物治療から「個体重視」の「オーダーメイド的」精神科薬物治療をめざすものである。平成13年度は代表的SSRIであるパロキセチン服用中の感情障害患者12名から採取したサンプルを分析し、その薬物動態とCYP2D6遺伝子型の関係を解析した結果、パロキセチン1日投与量で補正したパロキセチン血中濃度とCYP2D6遺伝子型との間に明確な関係が認められなかった。平成14年度では平成13年度に解析した12名のパロキセチンにて治療中の患者のサンプルに加え、総計で44名よりのデータを解析した結果、パロキセチンの一日投与量が10mgでの定常血漿中濃度と比較して、20mgでは3.0倍、30mgでは6.66倍、40mgでは6.24倍であり、非線形の動態を示していることが分かった。CYP2D6遺伝子型との関連ではCYP2D6変異遺伝子の数が0、1、2の各群間で、血漿中パロキセチン濃度の変化の分布には明らかな差がなく、有意差は認められなかった。

平成13年度は代表的SSRIであるパロキセチン服用中の感情障害患者12名から採取したサンプルを分析し、その薬物動態とCYP2D6遺伝子型の関係を解析した結果、パロキセチン1日投与量で補正したパロキセチン血中濃度とCYP2D6遺伝子型との間に明確な関係が認められなかった。現在の精神科治療の現場に目をむけると、大半の精神科医が精神疾患の薬物による治療を中心におこなっているにもかかわらず、向精神薬の種類・投与量の決定といった薬物治療計画の立案は「やま勘的」ないしは「職人芸的」であり、その理論的根拠は甚だ希薄である。ポストゲノム時代を迎えようとしている現在、「最大の臨床効果・最小の副作用」とするためには各個体のもつゲノム情報を含む変数の包括的に処理できる方法が必要となる。本研究は今日ではどの研究室でも容易になっているpolymerase chain reaction法などの分子生物学的手法によってCYP2D6、glucurnoyl-transferaseといった薬物代謝酵素およびうつ病の病態生理への関連が想定されている神経伝達物質であるセロトニン・ノルアドレナリンのトランスポーター遺伝子を解析し、選択的セロトニン再取り込み阻害薬(SSRI)、セロトニン・ノルアドレナリン再取り込み阻害薬(SNRI)に対する臨床効果を予測できるか否かを検討し、精神科薬物治療技術の向上をめざし、個体の特性を無視した画一的な精神科薬物治療から「個体重視」の「オーダーメイド的」精神科薬物治療をめざすものである。平成14年度では平成13年度に解析した12名のパロキセチンにて治療中の患者のサンプルに加え、総計で44名よりのデータを解析した結果、パロキセチンの一日投与量が10mgでの定常血漿中濃度と比較して、20mgでは3.0倍、30mgでは6.66倍、40mgでは6.24倍であり、非線形の動態を示していることが分かった。CYP2D6遺伝子型との関連ではCYP2D6変異遺伝子の数が0、1、2の各群間で、血漿中パロキセチン濃度の変化の分布には明らかな差がなく、有意差は認められなかった。
時空間的な人の流れに着目した施設の配置・運営モデルの開発と事例研究への展開

都市における人の流れに着目し,施設の配置場所とサービス提供時間帯を同時に最適化する数理モデルを構築し,鉄道網上での配置分析を行った.具体的には,(1)終業後の帰宅途中に施設へ立ち寄りサービスを受ける状況において早く帰宅できるほど望ましい点を考慮したモデル,(2)サービス提供時間帯のどこかで一定時間以上立ち寄ればよいモデル,(3)サービス提供時間を可変とした拡張モデル等を提案した.さらに,オリンピック開催期間中の観戦客輸送に関わる数理モデル,ネットワークを段階的に改変するための数理モデルなど,時間軸を幅広い視点で捉え,理論と事例研究の両面から様々な研究を行った.施設におけるサービス提供を時空間領域で決定する,最大カバー型の最適配置問題(すでに構成済みの基本モデル)を土台とし,様々な拡張モデルを構成した.基本モデルでは,就業後の帰宅途中に施設に立ち寄り一定時間サービスを受ける就業者フローを需要と捉え,これを最大化する複数の施設の位置とサービス開始時刻を同時に決定する問題を扱った.基本モデルでは,施設におけるサービス利用後に,決められた時刻までに帰宅可能な場合に,サービスを利用可能であると定義していた.しかし実際には,帰宅可能な時刻が早いほど施設に立ち寄り易いと考えられる.これを表現するためにモデルを拡張し,帰宅時刻に応じて異なる重みをもつ複数のカバー水準を導入した.このモデルを現実の都市で検証するために,中京圏の鉄道網を対象とした通勤流動データを用い,鉄道駅に施設を配置する状況に対する最適解を分析した.その結果,早く帰宅できるフローに付与される重みを相対的に大きく設定する場合,施設におけるサービス開始時刻が早まる傾向があることが確認された.この成果は,日本オペレーションズ・リサーチ学会の英文論文に掲載された.また,他のモデル拡張の方向として,同一地点で複数回・複数種類のサービスを実施する場合について検討した.これは,映画館や英会話スクール等における映画や講義などのサービスに対応し,現実の多くの場面に現れる重要なモデルである.またデパートの閉店時間の見直しや公共図書館の夜間運営など,既存施設においてサービス提供の時間帯を最適化するための種々の問題についてモデル化を行った.申請者が提案した一日単位の人の流れに着目した新しい施設配置問題の拡張モデルを構築した.元問題では,就業者が帰宅途中に施設に立寄ってサービスを受ける状況において,サービスへアクセス可能な人数を最大化するように,複数の施設の配置場所とサービス開始時刻をネットワーク上で同時決定する問題であった.サービスの種類としては,社会人大学院での講義のように,施設に立寄って最初から最後までサービスを受けてはじめて意味のあるものが想定されていた.これを拡張し,施設が開いている時間帯で施設に一定時間以上立寄ることができる帰宅フローを,サービス利用可能者と定義した場合のモデルを構築した.さらに,施設が空いている時間帯に,立寄り可能な時間が長いほど望ましいと仮定した発展モデルを構成した.これは,(1)長く施設に滞在できる人はサービスをより楽しむことができると考えられる状況や,(2)アクセスする時間帯の選択肢が広がる点,などの具体的な現実に対応している.上記の二つの発展モデルを整数計画問題として定式化した.さらに,数理計画ソルバによる実験を行い,最適解を分析して得られた知見を整理した.また,時間軸を導入した施設配置問題の新しいモデルとして,競合チェーンの店舗の出店の時間展開を記述する整数計画モデルを構築した.各期において,意思決定主体のチェーンは,競合チェーンと自社チェーンの現在の店舗配置を所与とし,新規出店や移転を計画する状況を仮定した.新規に出店することで得られる利益とコストを比較して,望ましい意思決定を行うためのモデルを構築した.需要の種類としては,自宅から直接店舗へ向かう場合と,駅へ向かう移動途中に施設に立寄る需要が混在する状況を想定した.このモデルを土台として,両者が交互に意思決定を繰り返した結果,どのような店舗配置が実現されるのかを,様々なシナリオのもとで分析し,得られた知見を整理した.本研究課題は,都市空間における人々の移動をモデル化した上で,時間軸を考慮した新しい施設配置問題を構築することを目的としている.申請者は,基本モデルとして,帰宅途中に就業者が施設に立寄ってサービスを受ける状況を想定し,サービスにアクセス可能な人数を最大化するような,複数の施設の配置場所とサービス開始時刻を同時決定する問題を構築済みであった.そこでは,最初から最後まで施設に滞在してはじめて意味をもつ種類のサービスを想定していたが,(1)施設に一定時間以上滞在可能な人数を最大化するモデル,(2)施設に滞在可能な時間が長いほど望ましいと仮定したモデル,(3)鉄道利用者の行動を考慮した発展モデル等を構築し,整数計画問題としての定式化を行った.さらに,首都圏の鉄道利用者のフローデータに適用し,様々なシナリオの下で最適解を分析した.(1)と(2)についての成果は,査読付きの国際会議で発表を行った.(3)については,鉄道利用者行動に着目し,移動者の起点駅・終点駅や乗換駅にある施設は,途中通過駅にある施設よりもアクセスがし易いという構造に着目しており,鉄道網上での様々な種類の施設配置とサービス提供時間帯の決定に役立てることを目標としている.さらに,実際の鉄道運行スケジュールに着目したモデルについても検討を行った.モデル構築と定式化および数値実験については順調に進んでいる.また,鉄道流動データを下にした,首都圏の大規模な鉄道ネットワーク上での配置問題を実際に解くことで,様々な知見を得ることに成功した.一方,モデルの複雑化と使用データの規模の増大に伴って,数理最適化ソルバーを用いて直接解くことが難しい問題も存在する.

こうした問題に対する解法についても様々な検討を行っている.都市における通勤・通学等の人の流れを所与として,人々が立ち寄って利用する施設の最適配置場所とサービスの提供時間帯を同時決定する数理モデルを構築した.会社帰りに施設に立ち寄って一定時間以上サービスを受け,決められた時刻までに帰宅可能な人数を最大化する問題を,整数計画問題として定式化した.この問題を,首都圏の鉄道網上の通勤流動データに適用して,複数施設を同時配置する際の最適解(施設を配置する駅とサービス開始時刻)を計算し,解の持つ性質を分析した.サービス拠点が一つのみの場合,新宿駅が最も集客力の高い駅であることが判明した.複数地点にサービスを展開する場合には,新宿駅,品川駅,東京駅をはじめとする都心部のターミナル駅に,開始時刻をずらしてサービスを提供することが有利であることが分かった.また,サービス受けるために必要な立ち寄り時間を僅かだけ小さくすることで,立寄り可能な人数が大幅に増大することを確認した.さらに,2020年に開催が予定されている東京オリンピック・パラリンピックの観戦客輸送に関して,首都圏鉄道網を時空間ネットワークでモデル化して分析を行った.分析対象を,内陸部のメインスタジアムと臨海部の競技会場に分け,首都圏鉄道網を使用して観戦客が移動する際の人の流れを予測する数理モデルを構築した.メインスタジアムのモデルでは,新宿駅周辺の複数の駅からスタジアムまでの観戦客流動を再現し,セキュリティゲートの数などが,混雑や待ち時間等に与える影響を分析した.臨海部の会場への観戦客輸送については,首都圏の主要な鉄道駅から直通バスを会場周辺へ運行させた場合の人の流れの変化を分析した.その結果,直通バスの導入により,臨海部への玄関口であるゆりかもめ新橋駅から発車する電車の乗客数が減少し,特にピーク時混雑を緩和する効果があることが示された.都市における人の流れに着目し,施設の配置場所とサービス提供時間帯を同時に最適化する数理モデルを構築し,鉄道網上での配置分析を行った.具体的には,(1)終業後の帰宅途中に施設へ立ち寄りサービスを受ける状況において早く帰宅できるほど望ましい点を考慮したモデル,(2)サービス提供時間帯のどこかで一定時間以上立ち寄ればよいモデル,(3)サービス提供時間を可変とした拡張モデル等を提案した.さらに,オリンピック開催期間中の観戦客輸送に関わる数理モデル,ネットワークを段階的に改変するための数理モデルなど,時間軸を幅広い視点で捉え,理論と事例研究の両面から様々な研究を行った.時間軸を考慮した施設配置問題について,モデルの構築と定式化については,順調に計画を進められている.数値実験については,仮想ネットワークを用いた小規模な問題と,鉄道流動データを用いた大規模ネットワーク上の問題について,検証を行った.さらに,競合チェーンの店舗出店計画を記述する新しいモデルを構築し,横浜市港北区の人口データを用いた分析を行った.研究を行う過程で,モデル化や応用の新しい可能性を見出すことができた.
超高分解能放射線画像化装置開発と細胞内α核種分布のリアルタイム計測

α線は、生体中において放射線の飛程が数十μmで、腫瘍を殺傷する能力が高いという特性があり、α線放出核種を用いた内用療法が期待されている。α線放出核種であるアスタチン(At-211)はα線のみを放出するため、目標とする腫瘍細胞に集まればその細胞に多くのエネルギーを与えることができる。しかし、細胞を用いた実験において腫瘍細胞にAt-211標識化合物が集まっているか、さらに細胞内小器官の中のどこに集まっているかを実時間に知ることは不可能であった。細胞内部から放出されるα線を1&micro;m近い空間分解能で、実時間で画像化できれば、細胞内小器官への核種の蓄積の情報が得られる上、細胞の形状などの時間変化を同時に知ることができるようになり、α線内用療法の研究を飛躍的に発展させるものと期待される。この目的を達成するために、今年度は、数十μmの空間分解能を達成するための光学部品(拡大用のテーパー型ファイバープレート)の発注とそれを用いた基礎的実験を行った。また、空間分解能が少し劣るが、α線とβあるいはγ線を弁別可能で視野が広いイメージング装置の実用性が高いことが明らかになったので、その開発可能性に関しても検討を行った。その結果、十分に開発可能であることが明らかになった。また実際のα線放出核種のイメージングのために、アスタチン投与マウスの画像化実験を試み、数100&micro;mの画像化は十分可能であることを明らかにでき、さらに実用性も高いことを実証できた。今後、視野は小さいが数十μmの空間分解能を有するイメージング装置の性能評価を進めていく。数十μmの空間分解能を達成するための光学部品(拡大用のテーパー型ファイバープレート)の発注とそれを用いた基礎的実験を行い、開発にめどをつけたため。今後、数十μmの空間分解能を有するイメージング装置の性能評価を進めていくことで目的を達成可能であるとの感触を得ている。今後、入手済みの光学部品(拡大用のテーパー型ファイバープレート)を組み込み、数十μmの空間分解能を有するイメージング装置の性能評価を進めていく。性能評価方法を確立することが新たな課題である。今年度は、光学分品の発注のみで、それ以外に発注できない部品とがあった。次年度にはこれらを発注完了することで予定に近い支出に持っていく予定である。
SPring8放射光・μCTによる腎微小血管網の高解像度立体構造計測と腎機能解析

本研究は、腎臓皮質から腎内層部に至る微小血管網の三次元構造を一括立体画像化し、血管構造・容量分布を解析検討することを目的として実施した。初年度は、実験手技および解析手法の確立に主点をおき、標本作製手法を確立し、かつ三次元血管構造解析ソフトの開発をおこない、糸球体毛細血管の容量分布、ヒストグラムの解析を可能とした。最終年度は、開発法を用いて、具体的に病態モデルラットを作成してデータ解析を行った。腎標本の作成:対象は初期糖尿病モデルをまず対象とした。28週齢のOLETFラット(n=5)と、cohtrol群として同週齢のLETOラット(n=5)を用いた。初年度に検討したプロトコルにしたがって固定標本を作製した。腎皮質側からくりぬいたsample(φ4mm円柱)を作成した。micro-CTによる撮像と画像解析:作成したsampleをmicro-CTで撮像した。回転角度ステップを0.5度として180度まで回転して、各々の角度から投影像を撮像(合計360枚)した。これらの画像を再構成してCT断層像を再構成し解析した。この際、Validation Studyのため、任意のCT二次元画像をそれに一致する面で切り出した実体顕微鏡像と比較して、撮像および再構成が正しくできていることを確認した。CT画像を三次元表示し、ランダムに抽出した計400個の糸球体の容量の計測解析を行った。糸球体容量は絶対値と体重による基準化値(mean±SE)および変動係数(CV ; SE/平均値)で評価し、これらのパラメータを両群間で比較した。OLETFではLETOに比し、有意な平均糸球体容量の増大と糸球体容量分布の著しい不均一性を示した。本法により全皮質内糸球体の三次元可視化と糸球体容量の定量解析を確立し、糖尿病糸球体形態異常の特徴が明らかとなった。本研究は、腎臓皮質から腎内層部に至る微小血管網の三次元構造を一括立体画像化し、血管構造・容量分布を解析検討することを目的とした。本年度は基本的な方法論はラット摘出腎に造影剤を充填し、これらのサンプルを対象にSPring-8のμCTを用いて腎微小血管三次元画像の全体像を明らかにした。具体的には以下のことを行った。1.標本作製Wistar ratの摘出拍動腎に加温造影剤を潅流圧制御下に冠循環内に充填した。充填直後、5°C以下の潅流生理食塩水に腎臓を浸し造影剤を急速冷却凝固させ、ホルマリン固定した。2.X線MicroCT装置による観察と解析SPring-8のMicroCT装置を用いて高分解能(2μm)三次元血管画像を得た。3.レーザー共焦点顕微鏡による観察と解析同サンプルの200μm厚切片を作製し、既設のレーザー共焦点顕微鏡を用いて×60の高倍率で微小血管の三次元画像を得た。これを画像ソフトに取り込み、独自に開発した解析ソフトにより糸球体毛細血管を含む腎微小血管ネットワークの解析を行った。具体的には、μCT画像との対比をおこない、解析精度の評価を実施した。4.三次元血管構造解析ソフトの開発microCTの三次元再構成された血管ネットワークの二次元上への投影像において、個々の血管イメージングが樹枝状の微小血管の一部であるのか、あるいは糸球体などの構造物であるのかを識別する必要があった。このため自動定量解析可能な三次元血管構造解析ソフトの開発、すなわち、得られたシグナルのXY軸方向の連続性だけでなくZ軸方向の連続性をも統括して検出するアルゴリズムの開発を行った。