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二段階発酵茶・碁石茶の暗黙知を科学的に解明する

本研究は,分析化学的手法による詳細な解析を行うことで,現在まで継承されてきた生産方法の必然性を食品機能化学的に解明し,地域文化の「暗黙知」を市場価値の「形式知」へ科学的に変換することを目的としたものである.二次機能については,碁石茶を味覚センサーにて評価し,味覚データの視覚化を行った.その結果,碁石茶の味覚データは,紅茶,緑茶,ほうじ茶,ウーロン茶の味覚データのいずれとも一致せず,酸味に秀でている一方で,渋味に乏しいという結果となった.これまで碁石茶の味に関する定量的なデータは存在しなかったことから,本研究結果は伝統的手法で生産された碁石茶の味を視覚的,かつ定量的に示す重要なデータとなり得ると考えられた.三次機能については,抗酸化成分の追究を行った.過去の研究において,碁石茶が抗酸化活性(スーパーオキシドアニオン消去活性)を示すことは明らかとなっているが,その関与成分については不明なままであった.また,好気的発酵と嫌気的発酵を経て製造される碁石茶の場合,茶葉中のカテキン類含量は緑茶ほど高くなく,抗酸化活性へのカテキン類の寄与率も5%程度と非常に低いことが明らかとなっている.従って,碁石茶には発酵茶に特徴的な抗酸化成分が含まれている可能性が高いと推察された.そこで今年度は,碁石茶を液ー液分配に供し,酢酸エチル層を得た.この酢酸エチル層が高い抗酸化活性を示すことが判明したため,そこに含まれる抗酸化成分の解明に取り組んだ.その結果,ピロガロールの存在が明らかとなった.また,碁石茶製造工程中の抗酸化活性とピロガロール含量の推移は類似していたことから,ピロガロールが碁石茶中に含まれる主要抗酸化成分の一つであると考えられた.当初の計画通り,平成24年度は碁石茶の機能性に関する研究に重点的に取り組んだ。新たな抗酸化成分の同定を達成するとともに,脂肪代謝調節機能という新たな機能性も見出した。このことから,本研究課題はおおむね順調に進展していると判断した。平成23年度の研究計画通り,碁石茶の味覚データを収集し,他の茶の味との差別化を図ることができた.また,当初は平成24年度以降に実施予定であった機能性に関する研究を前倒しで実施し,抗酸化成分について一定の成果を得ることができた.平成25年度も機能性に関する研究を継続的に行う。特に,脂肪代謝調節機能に関与する成分の特定に重点的に取り組む。平成24年度以降は,碁石茶の機能性の解明を重点的に行う.既に抗酸化活性については研究計画を前倒しして実施しており,引き続き抗酸化成分の全容解明に取り組む.また,当初の予定通り,その他の機能性(血圧上昇抑制作用,脂肪代謝調節機能)に関する研究も開始する.該当なし。昨年度(平成23年度)は,依頼分析費が当初の見積もりよりも低く抑えられたこと,ならびに依頼分析にかかわる研究打ち合わせが,電話及びメールによる事前のやり取りで十分機能を果たし,旅費が低く抑えられたことから,残額が生じた.平成24年度以降は,機能性評価に研究の重点を置くことから,機能性評価用のキット類や機能性成分の分画に用いるHPLCカラム等,比較的高価な消耗品の購入が必要となる.昨年度に生じた残額はこれら消耗品の購入経費の補足に充てる.また,研究成果を積極的に世間に発信するため,成果発表用の旅費や印刷費を計上することとする.
宗達と慶長・元和・寛永期の書流及び料紙装飾

本研究は、慶長・元和・寛永期における料紙装飾のあり方、書流と料紙装飾技法の関連を現存作品の整理、分析を通じて把握し、光悦及びその周辺と宗達との関わり方を含めた、宗達の初期作品における新様式の成立を解明する一助とすることを目的に、計画された。本年度における調査、分析より、少なくとも一つの傾向として、以下の2点を指摘しうることが判明した。1.鎌倉時代以来途絶えていた書の料紙技法の内、同期に雲母刷(唐紙)技法が復興されたことが注目されてきたが、他にも同期に復興された技法がある。例えば、型紙を用いて糊を置き、金銀の砂子を撒く、いわゆる箔絵と呼ばれる技法を用いた料紙がこの時期に多く見られるようになる。型紙と染料を用いた、部分染めとでも呼ぶべき技法も同様である。桃山時代に入って以降、古筆断簡を集めた手鑑を制作、鑑賞することや、小倉色紙をはじめとする古筆を茶の掛物として用いることが流行していたことが以上の背景になっていたと考えられる。2.上記のように復興された各種技法を用いた装飾料紙と、書流、あるいは書家との間には、排他的ではないが、一定の関連が認められる。即ち、雲母刷及びそれと関連の深い金銀泥刷料紙は、やはり、光悦とその周辺に集中的に見られる。一方、近衛信尹やその周辺では、小倉色紙(有明の)などに類例が見られる。大振りな山並みや斜線を表した箔絵を施したものがかなり認められる。また、松花堂昭乗の色紙には、小倉色紙(こひすてふ)や色替の巻子本を切った古筆断簡に類似する、色替料紙がかなり見られる。つまり、どのような料紙を選択するのかを、書家が決定することか多かったと考えられるのである。今後も調査を続け、以上の成果をより確実なものとすると共に、光悦と宗達の関係へ考察を進める計画である。
複雑内部流れ解析におけるEFDとCFDの同化

実用問題における複雑な内部流動を信頼性高く解析するためには,実験流体力学(EFD)および計算流体力学(CFD)による解析技術の欠点を補い合った新たな流動解析技術が不可欠であるという観点から,本研究では,EFDとCFDが融合した内部流動のハイブリッド解析技術を構築した.複雑内部流れ場として,遷音速および低速の軸流圧縮機動翼列流れ場を取り上げ,それらの流れ場解析に本ハイブリッド解析を適用した.得られた知見の概要は以下のとおりである.遷音速軸流圧縮機動翼列流れ場において,LDV計測により得られた動翼列内の三次元速度ベクトルデータ(EFD)と非定常三次元RANS(レイノルズ平均ナビエ・ストークス)計算結果(CFD)とを組み合わせてハイブリッド解析を行った結果,翼前縁の離脱衝撃波と翼先端漏れ渦とが干渉して翼先端漏れ渦の崩壊が引き起こされ,流れ場に強い非定常性が発現すること,この翼先端漏れ渦の崩壊により漏れ渦自体が翼列内で大きく振動するとともに離脱衝撃波も流れ方向に振動することが明らかになった.また,低速軸流圧縮機動翼列の旋回失速初生時における流れ場において,動翼列部を覆うケーシング面上の圧力分布の時系列データ(EFD)と大規模な非定常三次元RANS計算結果(CFD)とを組み合わせてハイブリッド解析を行った結果,失速初生前において翼先端漏れ渦の崩壊が発生しているが,失速初生現象を支配するには至らないこと,前縁はく離型の失速初生が起きること,失速初生現象を支配するのは小スケール多重旋回失速時と類似の形態を持つ竜巻状のはく離渦であることがわかった.実用問題における複雑な内部流動を信頼性高く解析するためには,実験流体力学(EFD)および計算流体力学(CFD)による解析技術の欠点を補い合った新たな流動解析技術が不可欠であるという観点から,本研究では,EFDとCFDが融合した内部流動のハイブリッド解析技術を構築した.複雑内部流れ場として,遷音速および低速の軸流圧縮機動翼列流れ場を取り上げ,それらの流れ場解析に本ハイブリッド解析を適用した.得られた知見の概要は以下のとおりである.遷音速軸流圧縮機動翼列流れ場において,LDV計測により得られた動翼列内の三次元速度ベクトルデータ(EFD)と非定常三次元RANS(レイノルズ平均ナビエ・ストークス)計算結果(CFD)とを組み合わせてハイブリッド解析を行った結果,翼前縁の離脱衝撃波と翼先端漏れ渦とが干渉して翼先端漏れ渦の崩壊が引き起こされ,流れ場に強い非定常性が発現すること,この翼先端漏れ渦の崩壊により漏れ渦自体が翼列内で大きく振動するとともに離脱衝撃波も流れ方向に振動することが明らかになった.また,低速軸流圧縮機動翼列の旋回失速初生時における流れ場において,動翼列部を覆うケーシング面上の圧力分布の時系列データ(EFD)と大規模な非定常三次元RANS計算結果(CFD)とを組み合わせてハイブリッド解析を行った結果,失速初生前において翼先端漏れ渦の崩壊が発生しているが,失速初生現象を支配するには至らないこと,前縁はく離型の失速初生が起きること,失速初生現象を支配するのは小スケール多重旋回失速時と類似の形態を持つ竜巻状のはく離渦であることがわかった.実用問題における複雑な内部流動を信頼性高く解析するためには,実験流体力学(EFD)および計算流体力学(CFD)による解析技術の欠点を補い合った新たな流動解析技術が不可欠であるという観点から,本研究では,EFDとCFDが真に融合した新しい内部流動解析技術を創出することを目的とし,EFD(計測)データとCFD計算との同化手法を新たに構築する.本年度は,軸流低速ファンおよび軸流遷音速圧縮機の動翼列流れを解析対象として,供試動翼列の上流・下流断面および翼列内の代表断面における三次元速度ベクトル場の計測(EFD)結果と数値シミュレーション(CFD)結果とを比較した.その結果,数値シミュレーション(CFD)は低速ファンから遷音速圧縮機にわたる動翼列内の複雑な流れ場を精度良く捉えることが可能であることがわかった.特に,遷音速圧縮機では衝撃波と大規模渦構造の干渉まで正確に再現されることが示された.また,供試動翼列の上流および下流における速度ベクトル場の計測(EFD)結果を単純な境界値問題としてRANS(Reynolds-Averaged Navier-Stokes)計算に同化させた結果,動翼列内部の複雑な流れ場を再現することが出来ないことが明らかになった.その結果を踏まえて,CFD解析モデル(流れの基礎方程式)と計測データの差異を評価関数とし,拘束条件としてCFD解析モデルを設定した4次元変分問題から導出される随伴方程式に基づいて,EFD(計測)データとCFD計算とを同化させる手法を定式化した.実用問題における複雑な内部流動を信頼性高く解析するためには,実験流体力学(EFD)および計算流体力学(CFD)による解析技術の欠点を補い合った新たな流動解析技術が不可欠であるという観点から,本研究では,EFDとCFDが真に融合した新しい内部流動解析技術を創出することを目的とし,EFD(計測)データとCFD計算との同化手法を新たに構築する.まず本年度は,CFD解析モデル(流れの基礎方程式)と計測データの差異を評価関数とし,CFD解析モデルを拘束条件とする4次元変分問題から導出される随伴方程式に基づいて,EFDデータとCFD計算とを同化させるプログラムをコーディングした.

次に,CFD計算と同化させるためのEFDデータとして,低速軸流圧縮機動翼列の旋回失速初生時におけるケーシング面圧力分布の時系列データ,および高速遠心圧縮機羽根なしディフューザの旋回失速発生時におけるディフューザ面圧力分布の時系列データを取得した.前者については,動翼列部を覆うケーシング面の軸方向および周方向に高応答圧力センサ(計30個)を埋設して,動翼列1ピッチ分のケーシング面圧力分布を同時に計測するとともに,その時系列変化を詳細に計測した.後者のデータ取得では,遠心圧縮機羽根なしディフューザ部の代表的な周方向位置に高応答圧力センサを埋設して,旋回失速発生時の非定常圧力変動を計測した.誤差解析の結果,いずれのEFDデータもCFD計算との同化に適用することが可能であることが分かった.実用問題における複雑な内部流動を信頼性高く解析するためには,実験流体力学(EFD)および計算流体力学(CFD)による解析技術の欠点を補い合った新たな流動解析技術が不可欠であるという観点から,本研究では,EFDとCFDが融合した内部流動のハイブリッド解析技術を構築した.複雑内部流れ場として,遷音速および低速の軸流圧縮機動翼列流れ場を取り上げ,それらの流れ場解析に本ハイブリッド解析を適用した.得られた知見の概要は以下のとおりである.遷音速軸流圧縮機動翼列流れ場において,LDV計測により得られた動翼列内の三次元速度ベクトルデータ(EFD)と非定常三次元RANS(レイノルズ平均ナビエ・ストークス)計算結果(CFD)とを組み合わせてハイブリッド解析を行った結果,翼前縁の離脱衝撃波と翼先端漏れ渦とが干渉して翼先端漏れ渦の崩壊が引き起こされ,流れ場に強い非定常性が発現すること,この翼先端漏れ渦の崩壊により漏れ渦自体が翼列内で大きく振動するとともに離脱衝撃波も流れ方向に振動することが明らかになった.また,低速軸流圧縮機動翼列の旋回失速初生時における流れ場において,動翼列部を覆うケーシング面上の圧力分布の時系列データ(EFD)と大規模な非定常三次元RANS計算結果(CFD)とを組み合わせてハイブリッド解析を行った結果,失速初生前において翼先端漏れ渦の崩壊が発生しているが,失速初生現象を支配するには至らないこと,前縁はく離型の失速初生が起きること,失速初生現象を支配するのは小スケール多重旋回失速時と類似の形態を持つ竜巻状のはく離渦であることがわかった.
電子励起を用いた原子操作法の開発

21世紀に向けての物質科学の課題として、原子間結合を人為的に、かつ自然の摂理にしたがって効率良く制御することのできる新しい「原子操作法」の開発が強く望まれている。本研究は、電子励起という時間、空間、エネルギー的に制御性の良い手法を用いて、原子の配列および運動を制御する技術をいかにしたら開発することができるかに関する、研究調査と共同研究の立案が課題である。研究班は物性理論、物性実験、半導体工学を各専門とする21名の研究者(大学、国研、企業)から組織され、以下に掲げる5つの調査項目を分担して調査した。(a)電子励起法の違いによるその後の原子過程の相違(b)半導体中の点欠陥、転位での原子制御の可能性(c)電子励起を用いた原子操作の基本技術の開発(d)原子の微視的挙動に基づいた新しい機能素子の開発(e)非平衡新物質の作製研究分担者以外からも講演者を選び、研究会を2回開催した。その結果、原子移動現象を誘起する励起方法の種類は、可視光、放射光、電子線、イオン照射など多様であり、また起こる現象もバラエティに富んでいること、個々の現象については、ある程度の理解がここ数年で急速に進んできたケースもあるが、その全体像、特に、異なる励起方法によって誘起される現象の相互関係については、ほとんど推測の域を出ていないことが判明した。その科学的な検討についての詳細は別に編集された報告書を参照されたい。一方、研究計画立案の面からは、従来、異なるグループでばらばらに研究されてきた現象について、対象とする物質や問題意識を共有し、相互に補完する研究体制づくりが、新たな原子操作技術の確立のためには不可欠であることが分かった。その成果の一環として、平成11年度文部省科学研究費特定領域(B)に「電子励起を用いた原子分子操作」(代表:前田康二、東大工)という共同研究の計画書が申請されたことを付記しておく。
環境に応じて葉の形を変化させる植物ニューベキアを用いた植物の表現型可塑性の研究

ニューベキアは、水中と気中では発生する葉の形を変化させる表現型可塑性を示す。私達は,この植物が温度や光強度によっても葉の形を変化させることを見いだした。この葉形変化は葉原基の基部で行われ, KNOX遺伝子やジベレリンが重要な働きをしていることを明らかにした。さらに、次世代シークエンスにより網羅的遺伝子発現解析を行い,葉形変化に伴い発現が変動している遺伝子を同定した。これらの遺伝子を解析することで、葉の形態の表現型可塑性のメカニズムが明らかになると期待される。生物が環境に応じて表現型を変化させることを表現型可塑性という。半水生植物のニューベキア(Neobeckia aquatica)は、生育環境に応じて葉の形態を単葉から複葉までさまざまに変化させる。これは、水没などの環境変化に適応するために役に立っていると考えられ、環境応答および葉の形態の決定機構という観点から興味深い。これまでニューベキアが空気中と水中で異なる形態の葉を発生することが知られていたが、生育温度によっても葉の形態が大きく変化し、25°Cでは単葉を発生するのに対して、20°Cでは複葉を発生した。さらに低温の7°Cで生育させると葉身が水中葉の様に針状になることから、低温条件は水没条件を模していると考えられた。また、葉の形態は、発生の早い時期に決定されていた。複葉を持つ多くの植物では、ホメオボックス遺伝子であるKNOX遺伝子が葉原基で強発現し、ジベレリン合成経路が抑制されていることが知られている。ニューベキアを用いて,KNOX抗体による免疫組織染色を行った所、複葉を発生する条件では小葉原基でKNOX蛋白質の強い局在が観察された。また、ジベレリンの添加で単葉が発生し、ジベレリン生合成阻害剤の添加で複葉が発生した。以上から、ニューベキアの葉の形態決定においてもKNOX経路が重要であることが示唆された。次年度は、様々な環境条件で生育させたニューベキアを用いて、次世代シークエンサーによる網羅的な遺伝子発現解析を行う予定である。ニューベキアは、気中で生育させると生育条件により単葉から複葉まで様々な形態の葉を発生する。本年度はまず、葉の形態と環境との関係を詳細に調べ、温度および光強度によって葉の形態が変化することを明らかにした。次に,茎頂培養したニューベキア葉が大きくなって行く過程をタイムラプス撮影して観察した。単葉が形成される過程では、葉原基の基部の部分に新しい鋸歯が足されながら葉が大きくなっていた。また、複葉形成過程では、葉原基の基部から小葉原基が発生し、さらに、小葉原基の基部から二次小葉が形成されていた。Eduの取り込みにより細胞分裂している細胞を可視化したところ、基部でのみ細胞分裂が行われていることがわかった。また生育環境を途中で変化させると、葉が移行的な形態を示したが、その形態も基部が形態を変化させていることを示していた。以上の結果から,ニューベキアの葉原基の基部が環境に応答し形態形成を行う重要な部位であることが明らかとなった。ニューベキアの表現型可塑性の発現は、葉の発生などに関与する遺伝子の発現部位や量が環境に応じて変化することでおこると考えられる。そこで、次世代シークエンスを用いたトランスクリプトーム解析により、表現型可塑性の発現に重要な遺伝子も同定を試みた。まず、複葉および単葉を発生する条件で生育させたニューベキアのmRNA-seq解析を行い,得られたリードをシロイヌナズナのゲノムにマッピングすることで、網羅的遺伝子発現解析を行った。その結果,植物ホルモン関連遺伝子や、葉の発生に関わる遺伝子の発現が葉形変化に伴って変動していることが明らかとなった。今後は、これらの遺伝子の時空間遺伝子発現解析や機能解析を行い,ニューベキアの示す葉の形態の表現型可塑性のメカニズムを分子レベルで明らかにしていきたい。
高齢者の就業と介護--家計内の協力と対立

2018年度は主に次の三点に重心を置きました。1高齢者介護問題に関するサーベイ、特に介護選択と介護者の健康状態に関する文献のサーベイ、分析モデルの構築。介護選択と介護者の健康状態について、内生性が存在するため、分析の際、非常に肝心な問題は適切な操作変数を探すことである。家計や個人レベルのほか、区・県レベルのデータを利用することも検討しました。2“China Health and Retirement Longitudinal Study"(以下CHARLS)のデータの整理、分析に使う指標の検討。例えば、「健康状態」について、一見簡単な指標に見えます。しかし、実際の調査では、自己申告の健康状況(主観性を否定できません)、持病や治療歴(客観性が満たされますが、病院に行かなかった人の状況が反映されない可能性が大きいです)、調査員が観察調査した指標(例えばその場で血圧を測る、記憶力に対する考察など、非常に良い指標ですが、全面的な健康状態を把握することが不可能です)のどれも問題が存在しています。実際のデータの事情を詳しく確認するために、12月に中国経済学年会のCHARLSデータ専門セッション(データ説明やデータ利用に関する討論)に参加し、調査の責任者である北京大学の方と直接確認や意見交換を行いました。3当該分野の研究者との交流。学会参加で多くの研究者と情報交換しました。特に個別に経済産業研究所や北京大学の研究者と共同研究の可能性を検討しました。一部はすでに共同研究が始まっています。本来、1年目に北京大学を訪問し、調査に直接関わった教員や学生と深く交流するほか、アクセス制限のあるデータを利用する予定でした。しかし、データアクセスに関する北京大学の対応(設備や人員など)がまだできておらず、比較的長期の訪問を次年度以降にすることにしました。特に分析に使う操作変数の一部はアクセス制限のあるデータです。調査機関である北京大学の対応体制がまだできていませんので、2018年度に北京大学の訪問をしませんでした。北京大学の対応体制ができましたら、北京大学に訪問し、アクセス制限のあるデータを利用し、分析を進めていきます。その前に遺産動機などの分析を進んでいきます。計画を作った際、予測不足で、支出費目について配分が合理ではなかったです。本研究は北京大学に行かないとアクセスできないデータがありますので、一部の実証分析が現地で行わなければなりません。従って、旅費支出が多くなる見込みです。訪問研究は次年度以降に行う予定です。
歪み格子量子井戸よりなる光励起垂直入射型光増幅器の作製に関する研究

(1)歪み量の最適化井戸層に圧縮歪みを持たせることでMQW面型光増幅器のゲインを大きくすることができる。しかしながら、大きすぎる歪みは結晶の転位を引き起こしゲインの低下につながるため、歪み量と積層数の最適化が重要である。本研究では、井戸層にInGaAs、障壁層にInGaAlAsを用いているが、井戸層に0.6%程度の圧縮歪みを持たせ障壁層で伸張歪みを持たせることで歪み補償を行うことで、欠陥のない100周期以上のMQWの積層が可能になった。信号光波長1.55μm、励起光波長1.45μmに対して、面型の1パスゲインとしては最高の2.4dBが得られた。(2)ファブリペロ-共振器(FPI)構造の導入による高利得化活性層の両側を適当な反射率を持つDBRミラーで挟むことにより、適度に広い動作波長範囲を保ちつつ高いゲインを実現できる。設計によって、ピークゲイン10dB、動作波長範囲7nmが可能であることを示した。(3)キャリヤ閉じ込めによる高利得化活性層をメサ状にエッチングし、熱処理によってpassivationすることにより、メサ周辺部での強いキャリヤ再結合が減り、メサ中央部の再結合度を増やすことができることを実験により確認した。
CeMX_5系の物質探索とドハースファンアルフェン効果の研究

今年度は、本研究課題の2年目の最終年度である。CeMX_5系、UMX_5系化合物の新超伝導物質の発見には至らなかったが、多くの115系化合物の純良単結晶育成に成功し、系統的に電子状態を明らかにした。また、高圧下でのdHvA効果の研究から、量子相転移点近傍の電子状態の研究を行った。UCoGa_5の純良単結晶育成に成功し、dHvA効果を用いた電子状態の研究を行ない、UCoGa_5が少数キャリアの半金属であることを明らかにした。UCoGa_5とCeCoIn_5は価電子数が1つ異なり、バンド構造中でのフェルミエネルギーの位置が異なる。これが磁性や伝導特性の違いの原因であることを明らかにした。UCoGa_5は半金属でパウリ常磁性、CeCoIn_5は磁気揺らぎの強い系の超伝導であることは、115系の結晶構造で磁気揺らぎを媒介とする超伝導が発現するために総価電子数が重要になる。この観点から、CeCoIn_5と総価電子数が1だけ異なるCeRuIn_5の研究に興味が持たれるが、本研究期間中には残念ながら結晶の育成に成功できなかった。今後の課題である。CeRhIn_5の高圧下でのdHvA効果から、f電子が局在的な常圧と比べて急激なフェルミ面の変化はないが有効質量が急激に増大することを明らかにした。超伝導の引力機構に関与すると思われる強い磁気揺らぎは、有効質量にのみ影響を与えることを明らかにした。今年度は、本研究課題の1年目であり、CeMX_5系化合物、特にCeRuIn_5の単結晶育成を試み、育成条件を決定する計画であった。Inの自己フラックス法で育成を試みたが、CeIn_3の大きな単結晶が晶出しCeRuIn_5は得られなかった。Ru-Inの状態図がないため、Inフラックスの比率、温度等の最適値の予測が難しく、まだ手探りの状態である。来年度も引き続き育成方法を探る。CeRuIn_5以外の115系の化合物の研究を進めた。CeNiIn_5の育成の過程でCeNiIn_4の単結晶育成に成功した。CeNiIn_4が0.7Kと1.4Kに明瞭な2段の相転移を示すことを比熱の測定から明らかにした。その物性等について現在研究を進めている。その他、Sn、Gaフラックスを用いて試料育成を試みている。.今年度は、多くの115系化合物の合成を試みた。来年度は、それらの整理を行い、CeRhIn_5の圧力下での電子状態の研究も行い、この系で発現する超伝導の研究をまとめる。今後の課題である。
窒化物縦光学フォノン・プラズモン結合モードによるテラヘルツ光源科学の新展開

本研究は、周波数30THz以下のテラヘルツ光源についてフォノンを用いたデバイス原理・構造の提案を目的とした。研究の結果,膜厚半波長以下のGaNおよびAlN薄膜において,ヘテロ界面での分極電荷によるp偏光の電気双極子吸収が確認された。ストライプ型段差構造ではs偏光において効果が確認された。同一振動面に二つのフォノンモードを持つp-GaInPにおけるラマン散乱スペクトルを解析し,価電子帯間の電子遷移による連続準位とLOフォノン2準位との間にファノ効果と同様の量子干渉の成立が確認され,LOフォノン系電磁誘起透明化を用いた光密度閾値のないTHzコヒーレント光発生が原理的に可能であることが分かった。本年度は,昨年度に続き表面・界面ポラリトンの伝播特性,LOフォノンエネルギー位置での光吸収についてGaNの他InNおよびAlNについて,赤外反射分光,減衰全反射分光,分光エリプソメトリによる解析を行った。その結果,すべての試料についてGaNと同様に界面ポラリトン伝播特性が得られ,その伝播距離が1μm程度以上となり得ることが分かった。また界面分極電荷により電気双極子が発生し,これによる光吸収と考えられるスペクトルが得られた。これはフォノン系によるTHz発光の可能性を示す。量子干渉効果については、2フォノンモードを持ち,かつ電子系の連続状態をもつp型GaInPの試料に対してラマン散乱スペクトルを取得して解析を行った。その結果量子干渉効果と思われるスペクトルの非対称性がフィッティングパラメータに表れていることが分かった。この結果は,上記のフォノン系THz発光がなされれば,量子干渉効果を用いたフォン系を用いた動作原理による高効率波長変換素子が可能となることを示す。THz光発生については,薄膜試料およびストライプ状の段差構造を形成して窪み部分に金属を埋め込んだGaN試料に対して約983nmおよび1060nmの2レーザ光を用いて試行したが,現在のところTHz光が確認できていない。周波数差の厳密な制御を行うべく精密な波長制御装置の設計を行った。本年度は, GaNの他InNやAlNの界面ポラリトン効果および電気双極子吸収効果について昨年度からの薄膜へのp偏光入射にともなう上下面での分極効果に基づく現象に加え、薄膜表面をストライプ型の段差構造としたものを対象に検討を行った。また窒化物半導体と比較して結晶欠陥が少なく、同じ振動面で2種類の振動モードが存在することが分かっているGaInPに関し、量子干渉効果の発現について検討を行った。前者においては、AlN, GaN, InNの界面におけるポラリトン伝播について、その散逸速度を含めて伝播特性が解明された。ストライプ構造では、段差構造の凹部に金属を埋め込んだ試料において、ストライプ長手方向に垂直な偏光面をもつs偏光においてLOフォノンエネルギー位置に大きな反射ロスが生じること、この反射ロスはこれに垂直なs偏光では生じないことが分かった。これよりストライプ断面での分極電荷による電気消双極子吸収が発現したと考えられる。これにより、本研究で提案する構造での光吸収効果が立証できたと考えられる。量子干渉効果については、GaInPのラマン分光とそのスペクトル解析が進められた。昨年度に加え、785nmの励起波長を用いて検討を行った。オーダリング構造の一部残存などに影響すると考えられる追加遷移過程を取り入れることにより、スペクトルフィッティングがほぼ完全に行われた。これにより、量子干渉効果を導入することによって初めてスペクトルが再現できることが実証された。本結果は、本研究の目的となるフォノン系2準位と電子系連続準位による量子干渉効果の成立を示し、上記の光吸収効果と合わせ、電磁誘起透明化に繋がる着実な進歩が達成されたと考えている。本研究は,新薬開発,安全対策など重要技術の飛躍的進歩を約束するテラヘルツ(THz)波の新光源原理・構造を提案する。低周波域に優れる共鳴トンネルダイオードや高周波域に優れ,低周波域では室温動作が出来ない量子カスケードレーザを補間する数THzから数十THz域のコンパクト光源実現のため,従来の光伝導アンテナ構造や半導体表面付近の縦光学(LO)フォノンー電子プラズモン結合(LOPC)モード発生機構から発想転換する。本研究は,2波光混合の差周波に共鳴する窒化物半導体ダブルヘテロ構造中のLOPCモードに伴う界面分極電荷から電気双極子を生成させ,THz波変換効率の飛躍的増加を達成する。更に3準位レーザモデル,短周期超格子等による電磁誘起透明化などフォノン・プラズモン分野の新展開に挑戦し,高効率THz波発生機構の原理検証およびテーブルトップから携帯用までの新光源技術基盤をつくることを目標とする。

平成23年度はLOフォノンやLOPCモード生成による薄膜界面での分極による電気双極子発生について理論的・実験的に検討した。LOフォノン-プラズモン結合系の基準振動系への座標変換により界面分極による誘電率への寄与を理論的に求めた。この結果,理想的な場合にはTHz光生成に十分な振動子強度をもつことが分かった。実験的にはATR法および赤外分光エリプソメトリ法による測定からアンドープ試料においてLOフォノン位置に光吸収を確認し,その大きさは表面から薄膜への侵入に伴う光の減衰を考慮すると理論的解析に一致し妥当な大きさであることが分かった。一方,界面ポラリトン伝播が実験的に観測され,基板・薄膜界面と平行に光を導入すると双極子吸収・放出がおこる波長と基板界面に局在するポラリトン伝播がおこる波長が同じになり,ポラリトンデバイスの可能性があることが分かった。THz発光が観測されていないため、これに関する進展がなされていない。一方で、平成25年度に計画されている電磁誘起透明化については、一定の進展がみられており、先んじている面もある。平成24年度は研究代表者が学科長・コース長としての学内業務が多忙となり、研究の進展が遅れた。平成25年度は本職が解かれるため、予定の研究項目を遂行する。平成25年度は、THz発光は差周波発生として得られるため、和周波である緑色光の観測を含めて実験を進め、その発生の確証を得るなど多角的に研究目的の遂行を行いたい。理論的研究では,成果概要に記載した通り,十分な光生成効率が得られることが分かり,またポラリトン分散曲線も得られ,当初予定を完了した。実験的には,電気双極子による光吸収およびポラリトン特性が得られ,この特性は理論的予測と一致した。レーザ2光束入射によるTHz波の発生確認では実験装置のセットアップが完了し観測を試みた。その結果現段階ではTHz波発生は確認されなかったが,理論解析等から現在の問題点が明らかとなり,結晶断面からの入射など今後の対策の方針は得られた。一方次年度以降の課題である電磁誘起透明化似関する件当を始めた。これらの結果予定より幾分遅れている点と予定より進んでいる点があり,総合的には当初の予定に見合った成果が出ている。双極子吸収に関する理論的・実験的確認は論文として投稿準備をしている。GaNのLOPCモードについては、既に測定を行っている。この結果を基に平成25年度に3準位系レレーザの可能性を示す。また理論的なゲインなどの見積は進行中であり、これを遂行する。THz波の観測は、2レーザ光の和周波の観測による間接的ではあるが確実な証拠と考えられる方法も合わせて実験を行う。その際,入射光の減衰量の入射強度依存性などボーズ粒子発生における特徴にも注意して多角的に実験的、解析的検討を進める。電磁誘起透明化の可能性については、自然超格子を持つGaInP薄膜結晶のラマンスペクトル解析に加え,減衰全反射分光による吸収スペクトルに現れるスペクトル非対称効果の解析を含めて行っている。この解析を遂行する。窒化物については,結晶性の良いGaInPの実験結果の解析から得られるデータを基にした理論的予測と実験解析の両面から検討を行う。これらによりフォノン系によるTHz発光、電磁誘起透明化の実現可能性を示す。
単一細動脈平滑筋細胞の作成と細胞内注入法による降圧剤の開発研究

最近、内皮由来の強力な血管収縮ペプチド(エンドセリン)が発見。同定され注目を集めている。エンドセリンは二組の分子内ジスルフィド結合を持つ21個のアミノ酸からなるぺプチドである。我々がこれまで明らかにしてきたエンドセリンの血管平滑筋収縮機序としては、1)細胞外からのCa流入作用、2)筋小胞体からのCaの遊離作用、そして3)収縮タンパク質のCa感受性の増加作用あるいはCa非依存性の収縮を生ずる作用があることを示してきた。そこでエンドセリンの血管収縮作用をさらに血管拡張薬と拡張作用を来す条件の面から明らかにする目的で本研究を行った。イヌおよびブタの左冠動脈でエンドセリンは10^<-10>-1O^<-8>Mの濃度で濃度依存的にCaトランジェントの増加とともに収縮を生じた。エンドセリンの収縮作用はCdCl_2やKチャンネル開口薬で抑制されるもののベラパルミンではわずかにしか抑制されなかった。エンドセリン作用後の血管において細胞外のCaをImMBGTAにより除去する(“O"Ca)とCaトランジェントはエンドセリン作用前と同程度まで低下したが張力は静止時まで弛緩しなかった。リアンジンと“O"Caで前処置するとエンドセリンによる一過性のCaトランジェントの上昇は消失したが、小さな収縮が生じた。細胞内Ca濃度の上昇をともなわない収縮作用はイソプロテ-レノ-ルとニトログリセリンで非常によく抑制された。以上の結果よりエンドセリンによるCa流入には、電位依存性ではあるがL型Caチャンネルではないいわゆる受容体依存性Caチャンネルも関与していること細胞内での情報伝達系としてPI turnover,protein kinase Cなどの関与があることが示唆された。狭心症の治療薬としてニトログリセリンが用いられてきたが、冠血管拡張の細胞内機序に関しては、セカンドメッセンジャーとしてのサイクリックGMPの上昇に続いて、細胞膜に存在するCaポンプが刺激され、Caイオンの細胞外への排出が高まるためという説とGキナーゼを介するミオシン軽鎖の燐酸化の抑制等細胞内Ca濃度とは直接関係ないとする説がある。この細胞内機序に関する二つの仮説を細胞内Ca濃度の測定により検討した。イヌおよびブタの冠血管標本にFura-2を取り込ませて細胞内Ca濃度を張力とともに同時に測定した。Fura-2の蛍光比(F340/F380)はCa濃度の変化を比較的忠実に反映していると考えられるので以下の実験では蛍光比をCaシグナルとして扱った。Ca拮抗薬のベラパミルは濃度依存的にKCl拘縮とCaシグナルを抑制し、10^<-5>Mベラパミルは、KCl拘縮とCaシグナルの増加を完全に遮断した。しかし、ベラパミル存在下のCa-張力関係曲線はコントロールのそれとほぼ同一であった。ベラパミルと異なり、ニトログリセリンはKCl拘縮を抑制してもCaシグナルにはなんら影響を与えなかった。ニトログリセリン存在下では静止時の張力にもCaシグナルにもなんら変化がみられず、KCl拘縮のCa-張力関係曲線は右下方に移動した。細胞外のCaを除去した後に90mMKClで脱分極し細胞外Caを増加して行くと、Caシグナルの増加と共に張力が生じてきた。しかし、ニトログリセリン存在下ではCaシグナルが同様に増加するにもかかわらず張力の発生が抑制され、張力が発生してくる細胞内Ca域濃度も高くなった。細胞内Ca濃度が高くないときの張力はニトログリセリンで抑制されやすかった。ニトログリセリンの冠血管のKCl拘縮に対する弛緩作用は細胞内Caイオン濃度を低下させることなく生じ、収縮機構のCa感受性の低下が弛緩機構にとり重要であることが示唆された。
前立腺生検洗浄液を用いた多種遺伝子のプロモーター領域のメチル化の検討

前立腺生検時に得られる生検洗浄液中より抽出したDNA中の各種遺伝子のプロモーター領域のメチル化を同定し、前立腺癌疑いに対する再生検の指標としての有用性に関して検討した。中間報告で示したメチル化の解析結果に再現性が確認できなかったため解析方法を変更し、PSA≦20ng/ml以下で経直腸的前立腺生検を施行された73例の生検洗浄液中DNAの多種遺伝子のメチル化に関して解析を行った。その結果、GSTP1遺伝子のメチル化は癌と診断された症例の96%に認められたが、癌と診断されなかった症例では50%しか認められなかった(p<0.01)。その他の遺伝子のメチル化に関しては両群間で有意差を認めなかった。次に再生検施行34症例において、初回生検洗浄液中のGSTP1遺伝子のメチル化と再生検の病理結果を比較検討した。34例中19例(56%)にGSTP1遺伝子のメチル化を認めた。GSTP1遺伝子のメチル化陽性群と陰性群の問に、年齢、PSA値、F/T比、PSA velocityに関して有意差を認めなかった。メチル化陽性19例中10例が再生検で前立腺癌と診断された。一方、メチル化陰性15例中、再生検で前立腺癌と診断されたのは2例のみであった(p=0.02)。sensitivityは83%、specificityは59%、positive predictive valueは53%、negative predictive valueは87%であった。生検洗浄液を用いたGSTP1遺伝子のプロモーター領域のメチル化は、再生検に対する新たな指標として応用が期待できると考えられた。現在解析の終了した133例中、病理組織検査にて54症例が前立腺癌と診断され、79例は癌と診断されなかった。各遺伝子におけるメチル化を認める症例の割合を両群間で比較したところ、GSTP1とRUNX3は癌と診断された症例群で有意に高かった(P<0.01)。APCも癌と診断された症例群で高い傾向にあった。一方、RASSF1A、MDR1、MGMT、E-cadherinに関しては両群でメチル化の頻度に差を認めなかった。今後さらに症例を重ねていき、多種遺伝子のメチル化の解析結果が前立腺癌の診断の補助となる可能性に関して検討予定である。また、本研究の主目的である前立腺生検洗浄液を用いた多種遺伝子のメチル化の解析結果が再生検の結果を予測できるかの検討に関しては、現時点で再生検症例は14例であり、結果を得るにいたっていない。しかし、研究終了時点で約50例が見込まれ、このまま現在の研究を継続することで結論を得ることができると考えている。
食道の老化

平成13年度は,平成11・12年度の研究をふまえ,ラットにおける食道発癌物質であるN-Methyl-N-anylnitrosamine(以下AMN)を投与し,投与期間と食道非癌上皮のiNOSの発現について検討することとした.以前の発癌実験で使用していたAMNは発売中止となっており,酒井理化学研究所で発売していたAMNを使用した.以前の実験で14週間投与することによりラットの80%に癌が発生したことから,投与期間は2週,4週,6週,8週,10週とした.投与期間終了後,ラットを犠牲死,すみやかに食道を摘出,ホルマリン固定,パラフィン包埋,HE染色と抗iNOS抗体による免疫染色を行った.HE染色において8週より隆起性の癌が発生,4週から粘膜の過形成が認められた.ほとんどの標本で粘膜全体にiNOSの発現が認められた.これは,以前の発癌実験は,AMNが発売中止になるとのことで大量に購入し保管していたAMNの発癌効果が弱く,発癌までに14週かかっていたのに対し,今回購入したAMNの力価が高く,早い段階での粘膜変化をもたらしたことが原因と考えられた.今回はAMN投与により過形成を来した粘膜でも,iNOSの発現が起きることが確認できた.しかしながら当初の目的であった投与期間と非癌上皮のiNOSの発現の関係までは解明することが出来なかった.今後はAMNの投与量と投与期間を検討して,どの時点で形態的に正常な細胞がiNOSを発現するのか.またそれは,可逆性であるのかなどについて検討したいと考えている.平成11年度は,ヒト食道の老化や病態にNO(nitric oxide)が関与しているか否かを証明する第一段階として,ヒト食道でのNOS(nitric oxidesynthase)発現を検討した.外科的に切除された食道癌手術症例で通常の病理標本に加えて,代表症例で組織mRNAを抽出し,免疫組織化学的および遺伝子発現レベルでiNOS(inducible nitric oxidesynthase)発現を解析した。平均年齢61.3才の非癌部食道上皮では,基底層・傍基底層に軽度のiNOS発現を認めた.癌組織では87.7%(57例中50例)の症例で腫瘍組織全体にびまん性にiNOSの過剰発現を認めたが,病期などの臨床病理学的項目別での有意差は認められなかった.RT-PCR法を用いた検討では,癌組織だけでなく非癌食道上皮においてもmRNAレベルでのiNOS遺伝子発現が確認された.粘膜癌の癌組織内でもiNOS過剰発現が認められたことから,食道癌においては発癌の極く初期の段階からiNOSが発現されていると考えられた.さらに非癌粘膜での発現からNOの存在が発癌危険因子である可能性も示唆された.NOの過剰かつ持続的な暴露がDNA傷害やアポトーシス制御を介して食道偏平上皮癌細胞の遺伝子変化や増殖にiNOSが関与していることが示唆された.食道の老化について検討するために,60週ラットを飼育中である.また,N-Methyl-N-anylnitrosamine(以下AMN)投与によるラット発癌モデルを作成中である.平成12年度においては,これらのラットと老齢を含む各週齢ラット(5週,10週,20週,40週)を用いて,食道粘膜の組織学的変化とNOSの発現について詳細に検討する予定である.平成12年度は平成11年度の研究を基に,ラットを利用し食道の老化と発癌について検討した.非癌老齢群としてSDラットをそれぞれ,5,10,20,40,60週まで飼育した.また,N-Methyl-N-anylnitros amine(以下AMN)を投与し発癌させたSDラットを飼育した.犠牲死させてすみやかに食道を摘出しその組織像とiNOSの存在部位について詳細に検討した.HE染色における組織学的検討では,粘膜の厚さ,食道腺の数,粘膜層構造,筋層の厚さ,外膜の性状,などに個体差以上の変化は認められなかった.iNOSの免疫組織化学的検討では,40週令以下のラットでは,iNOSが発現している細胞は認められなかったが,60週令ラットにおいては,8/8匹(100%)に有棘細胞層にiNOSが過剰発現している細胞が散見された.発癌ラットでは,癌組織においてiNOSの過剰発現がみとめられ,さらに非癌部の基底層・傍基底層においてもびまん性にiNOSの発現が認められた.以上の結果を平成11年度の研究結果をふまえ考察すると,iNOSの発現は老化によっても起こりうるが,その発現程度は限局的かつ散発的なものであると考えられた.基底層・傍基底層の細胞増殖によって,散発的にiNOSを発現している細胞は有棘層へと押し上げられて,最終的には脱落してしまうため、老化ラットで見られるiNOS発現細胞では癌化に直接影響を及ぼしにくいものと考えられた.一方,発癌ラットの非癌上皮においては,食道粘膜の増殖帯である基底層・傍基底層の細胞でiNOSが発現しており,持続的且つびまん性である.ゆえに発がん物質を投与された食道粘膜は基底層・傍基底層でiNOSの発現をきたすことで持続的に高濃度のNOに暴露されることとなり癌化の一因となっている仮説が成り立つ.この仮説は,食道癌の多発性の説明に有用と考えられた.平成13年度は,発癌物質投与の期間と非癌

上皮におけるiNOSの発現について検討する予定である.平成13年度は,平成11・12年度の研究をふまえ,ラットにおける食道発癌物質であるN-Methyl-N-anylnitrosamine(以下AMN)を投与し,投与期間と食道非癌上皮のiNOSの発現について検討することとした.以前の発癌実験で使用していたAMNは発売中止となっており,酒井理化学研究所で発売していたAMNを使用した.以前の実験で14週間投与することによりラットの80%に癌が発生したことから,投与期間は2週,4週,6週,8週,10週とした.投与期間終了後,ラットを犠牲死,すみやかに食道を摘出,ホルマリン固定,パラフィン包埋,HE染色と抗iNOS抗体による免疫染色を行った.HE染色において8週より隆起性の癌が発生,4週から粘膜の過形成が認められた.ほとんどの標本で粘膜全体にiNOSの発現が認められた.これは,以前の発癌実験は,AMNが発売中止になるとのことで大量に購入し保管していたAMNの発癌効果が弱く,発癌までに14週かかっていたのに対し,今回購入したAMNの力価が高く,早い段階での粘膜変化をもたらしたことが原因と考えられた.今回はAMN投与により過形成を来した粘膜でも,iNOSの発現が起きることが確認できた.しかしながら当初の目的であった投与期間と非癌上皮のiNOSの発現の関係までは解明することが出来なかった.今後はAMNの投与量と投与期間を検討して,どの時点で形態的に正常な細胞がiNOSを発現するのか.またそれは,可逆性であるのかなどについて検討したいと考えている.
変形性関節症進展におけるガスメディエーターと線溶系因子

1.うさぎ関節軟骨組織欠損モデルを作成し,採取した軟骨組織にメカニカルストレス(5kg/0.25cm^2×10分間)を加えたところ,関節軟骨組織よりスーパーオキシドと一酸化窒素放出が増加(術後1日3週)した.術後4週以降は低下したものの,術後8週の組織染色で関節破壊を来たしていた.欠損部に同日自己肋軟骨細胞移植を行うと,欠損を作成しなかった対照と同様に,これらのガスメディエーター放出は抑制され関節破壊を来たさなかった.2.ヒト膝関節軟骨で,切断肢対照と比較し変形性関節症では線溶系因子中urokinase type plasminogenactivator(uPA)とmatrix metalloprotease中MMP-1,3が増加し,それぞれのインヒビターであるPAI-1,TIMP-1は低下していた.上記(1)と同様にメカニカルストレスを加えたところ,uPA,PAI-1の増加を示した.変形性関節症において部位別で解析すると荷重部ではuPAの増加率が対照の約2倍と高いのに対し,骨棘部では対照より約70%に低下していた.3.メカニカルストレスによる軟骨組織中諸因子の放出は,高分子ヒアルロン酸により抑制され,分子量別による作用は180万の方が80万よりも強いことを示した.4.関節症の進展にはガスメディエーターと線溶系因子が関与し,高分子ヒアルロン酸による諸因子の抑制効果は,関節症の進展を予防する可能性がある.1.うさぎ関節軟骨組織欠損モデルを作成し,採取した軟骨組織にメカニカルストレス(5kg/0.25cm^2×10分間)を加えたところ,関節軟骨組織よりスーパーオキシドと一酸化窒素放出が増加(術後1日3週)した.術後4週以降は低下したものの,術後8週の組織染色で関節破壊を来たしていた.欠損部に同日自己肋軟骨細胞移植を行うと,欠損を作成しなかった対照と同様に,これらのガスメディエーター放出は抑制され関節破壊を来たさなかった.2.ヒト膝関節軟骨で,切断肢対照と比較し変形性関節症では線溶系因子中urokinase type plasminogenactivator(uPA)とmatrix metalloprotease中MMP-1,3が増加し,それぞれのインヒビターであるPAI-1,TIMP-1は低下していた.上記(1)と同様にメカニカルストレスを加えたところ,uPA,PAI-1の増加を示した.変形性関節症において部位別で解析すると荷重部ではuPAの増加率が対照の約2倍と高いのに対し,骨棘部では対照より約70%に低下していた.3.メカニカルストレスによる軟骨組織中諸因子の放出は,高分子ヒアルロン酸により抑制され,分子量別による作用は180万の方が80万よりも強いことを示した.4.関節症の進展にはガスメディエーターと線溶系因子が関与し,高分子ヒアルロン酸による諸因子の抑制効果は,関節症の進展を予防する可能性がある.平成9年度の計画に従い,人工膝間節置換術施術の変形性膝関節症患者(OA)8例と末梢血行障害のため大腿切断された患者(C)3例より,同意を得たうえで軟骨組織(荷重部:WS,骨棘部:OS)を採取し,下記の結果を得た.(3)Northern blot解析によるuPAmRNA発現はWSは100%,OSは86%,Cは67%PAI-1mRNA発現はWSは100%,OSは86%,Cは67%を示し,部位と疾患により差異を認めた.(4)メカニカルストレスにより両抗原量は増加し,uPA抗原量はWSで4.6倍,OSで1.7倍,Cで2.4倍,PAI-1抗原量はWSで4.3倍,OSで1.5倍,Cで2.0倍を示し,部位により差異を認めた.今後これらのサンプルを用いてガスメディエーターである一酸化窒素や活性酸素を測定する.さらに治療に用いられているヒアルロン酸の線溶系因子とガスメディエーターに対する効果を検討することや,動物モデルでの関節症進展経過における線溶系因子とガスメディエーターを測定することで,変形性関節症進展を抑制する機構の一部が解明される.1.うさぎ関節軟骨組織欠損モデルを作成し,採取した軟骨組織にメカニカルストレス(5kg/0.250m^2×10分間)を加えたところ,関節軟骨組織よりスーパーオキシドと一酸化窒素放出が増加(術後1日3週)した.術後4週以降は低下したものの,術後8週の組織染色で関節破壊を来たしていた.欠損部に同日自己肋軟骨細胞移植を行うと,欠損を作成しなかった対照と同様に,これらのガスメディエーター放出は抑制され関節破壊を来たさなかった.2.ヒト膝関節軟骨で,切断肢対照と比較し変形性関節症では線溶系因子中urokinase type plasminogenactivator(uPA)とmatrix metall oprotease中MMP-1,3が増加し,それぞれのインヒビターであるPAI-1,TIMP-1は低下していた.上記(1)と同様にメカニカルストレスを加えたところ,uPA,PAI-1の増加を示した.変形性関節症において部位別で解析すると,荷重部ではuPAの増加率が対照の約2倍と高いのに対し,骨刺棘部では対照より約70%に低下していた.3.メカニカルストレスによる軟骨組織中諸因子の放出は,高分子ヒアルロン酸により抑制され,分子量別による作用は180万の方が80万よりも強いことを示した.4.関節症の進展にはガスメディエーターと線溶系因子が関与し,高分子ヒアルロン酸による諸因子の抑制効果は,関節症の進展を予防する可能性がある.
リサイクル物流の効率的実現方策に関する研究

本研究では、生産工学、輸送工学、交通工学、地域計画の分野から見たリサイクル物流の問題点を議論し、相互の関連性の共通理解を踏まえて今後の研究課題を抽出・整理することを第1の目的とした。その際、自動車、家電、建設産業などの先進的な企業等へのヒアリングや実務者の講演を実施し、実際的な議論を行うことができた。以上の議論を踏まえ、消費者や小売業のリサイクル行動および企業内における物流、在庫、生産の機能を統合化した概念モデルを構築と、それらの主要な関連関係を数量的に考察するためのシミュレーションモデルの構築を第2の目的とした。しかし消費者のリサイクル行動に関するデータの蓄積はなく、数量的な検討を行うことが困難であることがわかり、概念モデルに関する検討を行うにとどまっている。第3の目的は、リサイクルの進展が物流拠点・生産拠点の配置に及ぼす影響を明らかにすることであり、在庫コストを考慮した物流ネットワークの配置計画モデルのレビューを行い、日本国内の交通網データ、立地コストデータを当てはめて、立地行動のシミュレーションを行うことができた。第4の目的として、物流と生産の協調方策を提案してその効果を分析することとしていたが、システム全体の数量的な検討は困難であることから、再資源の生産活動への導入を考えた場合の企業の在庫管理モデルを集中的に開発した。以上の研究の結果、対象とする製品によってリサイクルの形態が大きく異なるため、一般的なモデルを提案することは困難であるが、代表的な製品を取り上げた定量的な検討が必要であることがわかった。また、回収品と製品の荷姿や発生頻度が大きく異なることから、同一のトラックを用いた往復輸送は実際的でないため、拠点配置の問題も、既存の立地モデルに静脈側の物流コストを足しこむことによりある程度分析できることがわかった。本研究はリサイクル型の社会への移行の際にコスト的に大きな問題となる物流システムに着目し,その特性とリサイクル化への対応を議論し,工学的課題を整理することを目的としている.今年度上半期では,メンバー間の問題意識の共有とテーマの洗い出しを目的として,物流システム研究の現況,物流拠点配置,生産システム設計,リサイクルを考慮した製品生産,消費者のリサイクル行動などのテーマに基づいて研究会を行った.その結果,対象とする製品特性によってリサイクルの形態が大きく異なるため,代表的な事例を取り上げて,リサイクル物流の発生(消費者のリサイクル行動),分布(物流拠点配置),集中(再生産プロセスへの投入)の3側面について整理を行うこととした.下半期では,リサイクルの現状と問題点について自動車,家電メーカー等へのヒアリングを実施した.いずれの業種においても,1)回収品の品質のばらつきが大きいこと,2)既に生産拠点が海外に移っていることの2点から,国内で製品,部品レベルのリユースを行うことは困難であり,回収品を素材まで戻すマテリアルリサイクルが行われている.また,回収品と製品の荷姿が大きく異なることから,同一のトラックで往復輸送することも困難であり,順(新製品の配送)方向の物流計画と別個のものとして,リサイクル物流が扱われている.なお,分解作業の手間が大きいこと,再生資源の市況に左右されることから,国内で採算性を確保することは困難であり,再生資源を安価に国外に輸送できる物流条件が問題になる可能性があることが分かった.本研究では、生産工学、輸送工学、交通工学、地域計画の分野から見たリサイクル物流の問題点を議論し、相互の関連性の共通理解を踏まえて今後の研究課題を抽出・整理することを第1の目的とした。