hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
各種材料表面におけるトリチウムの吸着・脱離挙動の解明

核融合炉の安全性を確保するためには,トリチウムの各種材料表面への吸着挙動を解明し,汚染された材料からトリチウムを効率的に除去する必要がある.エネルギー粒子(光子,電子)を材料表面に照射する方法は,材料表面に吸着したトリチウムの有効な除染法として期待されている.しかし,材料表面でのトリチウムの吸着状態,エネルギー粒子照射によるトリチウムの脱離メカニズムのミクロ的な解明にはいたっていないのが現状である.そこで,材料表面に付着した水や水素に光や電子を照射することで,それらを脱離する実験を行い,エネルギー粒子照射による脱離機構の解明とともに除染技術の開発を目的に研究を進めてきた.実験で用いる試料としては実際の使用条件を考慮し,薄い酸化物で覆われた純鉄を用いて実験を行った.試料表面に水を吸着させ,レーザー,あるいは電子を照射して脱離実験を行った.レーザー照射により脱離した粒子は,TOF法により質量と速度分布の分析を行った.鉄酸化物のバンドギャップ(2.2eV)以上のエネルギーを持つレーザーを照射することにより水の脱離が観測できた.脱離した水の量はレーザー強度に比例することから,水の脱離には1つの光子が関与していることが明らかになった.また,脱離した水の速度分布を求め,平均速度と平均並進エネルギーを計算した.その結果から,水の脱離はレーザー照射による試料表面温度の上昇による熱的な過程と鉄酸化物の電子励起に伴う非熱的な過程により進行することが示唆された.また,内殻電子の結合エネルギー以上のエネルギーを持つ電子を照射することにより,OH^+の脱離が観測された.内殻電子の励起により表面から陽イオンが脱離することが明らかになった.D-T核融合炉の安全性を確保するため、効果的なトリチウムの除染法の確立が重要な課題となっている。トリチウム除染法として、昇温脱離法、ガスパージによる方法や紫外線を照射する方法などが提案され、研究が行われてきた。エネルギー粒子(光子、電子、イオンなど)照射法は、効果的な除染法として期待されている。そこで、材料表面に付着した水や水素に、光を照射することで、それらを脱離する実験を行い、エネルギー粒子照射による脱離機構の解明とともに除染技術の開発を目的に研究を進めてきた。実験で用いる試料としては、実際の使用条件を考慮し、薄い酸化物で覆われた純鉄を用いて実験を行った。試料表面に水を吸着させ、パルスレーザーを照射して脱離実験を行った。レーザー照射による脱離粒子は、もう1本のパルスレーザーを用いてイオン化し、TOF法によって質量分析を行った。また、脱離用のレーザーを照射してから、イオン化用レーザーを照射するまでの時間を制御することにより、脱離粒子の速度分布を求めた。230550nmの脱離用レーザーを照射することにより、水の脱離が観測できた。脱離水の量は、レーザー強度に比例することから、水の脱離には、1つの光子が関与していることが明らかになった。TOFスペクトルから脱離してきた水の速度分布を求め、平均速度と平均並進エネルギーを計算した。その結果から、水の脱離は、レーザー照射による試料表面温度の上昇により脱離してきたものではなく、レーザー照射による基板の電子励起が脱離を誘起している可能性が高いことが示唆された。核融合炉の安全性を確保するためには,トリチウムの各種材料表面への吸着挙動を解明し,汚染された材料からトリチウムを効率的に除去する必要がある.エネルギー粒子(光子,電子)を材料表面に照射する方法は,材料表面に吸着したトリチウムの有効な除染法として期待されている.しかし,材料表面でのトリチウムの吸着状態,エネルギー粒子照射によるトリチウムの脱離メカニズムのミクロ的な解明にはいたっていないのが現状である.そこで,材料表面に付着した水や水素に光や電子を照射することで,それらを脱離する実験を行い,エネルギー粒子照射による脱離機構の解明とともに除染技術の開発を目的に研究を進めてきた.実験で用いる試料としては実際の使用条件を考慮し,薄い酸化物で覆われた純鉄を用いて実験を行った.試料表面に水を吸着させ,レーザー,あるいは電子を照射して脱離実験を行った.レーザー照射により脱離した粒子は,TOF法により質量と速度分布の分析を行った.鉄酸化物のバンドギャップ(2.2eV)以上のエネルギーを持つレーザーを照射することにより水の脱離が観測できた.脱離した水の量はレーザー強度に比例することから,水の脱離には1つの光子が関与していることが明らかになった.また,脱離した水の速度分布を求め,平均速度と平均並進エネルギーを計算した.その結果から,水の脱離はレーザー照射による試料表面温度の上昇による熱的な過程と鉄酸化物の電子励起に伴う非熱的な過程により進行することが示唆された.また,内殻電子の結合エネルギー以上のエネルギーを持つ電子を照射することにより,OH^+の脱離が観測された.内殻電子の励起により表面から陽イオンが脱離することが明らかになった.
社会福祉の民営化に伴う福祉労働の多様化に関する労働法学的研究

本研究は、老人福祉施設における民間委託の実態と認可・無認可保育所の実態を調査し、そこにおける福祉労働の多様化のなかで、いかなる法的な紛争が起きているか、また起きる可能性があるかを調査することにより、福祉施設、福祉労働者、福祉サービスの受益者相互の法的関係を雇用就労形態ごとに明らかにすることを目的とする研究である。雇用形態の多様化については、正規雇用のほかに、パート、臨時、嘱託といった非正規雇用が相当数おり、県によっては民間の社会福祉施設の全従事者の35%にも上っていることが明らかとなった。また、業務の一部を外注・下請けに出すケースも多く見られる。さらに今後派遣形態の労働者が増加することが予想される。これらの雇用形態の違いによって、社会福祉施設の労働者に対する指揮命令関係が異なったり、労働条件が異なったりすることから生ずるトラブルも予想され、今後その防止策と、トラブル発生後の解決基準について検討されるべきである。また、福祉労働の法律関係については、社会福祉法人を認可して福祉サービスを委託する場合も、無認可保育所を認可して保育業務を委託する場合、社会福祉事業団の設立を認可して福祉施設の運営を委託する場合、ホームヘルパー派遣事業のような個々の福祉サービスを社会福祉協議会や特別養護老人ホームなどに委託する場合では、それぞれ法律関係が異なりうることが明らかになった。これらの法律関係をもとに、さらにそこで働く福祉労働者と、福祉サービスの利用者をも含めた法律関係の解明が今後の課題としてある。本研究は、老人福祉施設における民間委託の実態と認可・無認可保育所の実態を調査し、そこにおける福祉労働の多様化の実態を調査し、いかなる法的な紛争が起きているか、また起きる可能性があるかを調査することにより、福祉施設、福祉労働者、福祉サービスの受益者相互の法的関係を雇用就労形態ごとに明らかにすることを目的とする研究であるが、交付期間に次のことを行った。1実態調査・・・老人福祉施設及び民間保育所について、地方自治体の委託の法的根拠を調べるとともに、そこにおける労働の実態を、多様な雇用・就労形態について、調査した。2資料・文献の収集・・・研究代表者及び各研究分担者がそれぞれの担当する老人福祉施設及び民間保育所の労働関係に関する判例、文献・資料を収集した。3資料整理・・・収集した資料を、研究代表者及び各研究分担者がそれぞれデータベースとして整理する準備を進めている。4資料の分析・検討・・・整理された資料をもとに、研究分担者と研究代表者が会い、それぞれの形態について法学的分析・検討を行った。この結果、社会福祉法人を認可して福祉サービスを委託する場合も、無認可保育所を認可して保育業務を委託する場合、社会福祉事業団の設立を認可して福祉施設の運営を委託する場合、ホームヘルパー派遣事業のような個々の福祉サービスを社会福祉協議会や特別養護老人ホームなどに委託する場合では、それぞれ法律関係が異なりうることが明らかになった。これらの法律関係をもとに、さらにそこで働く福祉労働者と、福祉サービスの利用者をも含めた法律関係の解明に着手している。本研究は、老人福祉施設における民間委託の実態と認可・無認可保育所の実態を調査し、いかなる法的な紛争が起きているか、また起きる可能性があるかを調査することにより、福祉施設、福祉労働者、福祉サービスの受益者相互の法的関係を雇用就労形態ごとに明らかにすることを目的とする研究であるが、交付期間に次のことを行った。1実態調査・・・老人福祉施設及び民間保育所について、地方自治体の委託の法的根拠を調べるとともに、そこにおける労働の実態を、多様な雇用・就労形態について、昨年の調査に引き続き補完的に調査した。2資料・文献の収集・・・研究代表者及び各研究分担者がそれぞれの担当する老人福祉施設及び民間保育所の労働関係に関する判例、文献・資料を、昨年に引き続き補完的に収集した。

老人福祉施設及び保育所で働く福祉労働者と、福祉サービスの利用者をも含めた法律関係を解明し、その成果の一部を共著書「福祉の労働」(伊藤博義編、1997年8月有斐閣発行)として発表した。最終年度に向け、総まとめの準備中である。本研究は、老人福祉施設における民間委託の実態と認可・無認可保育所の実態を調査し、そこにおける福祉労働の多様化のなかで、いかなる法的な紛争が起きているか、また起きる可能性があるかを調査することにより、福祉施設、福祉労働者、福祉サービスの受益者相互の法的関係を雇用就労形態ごとに明らかにすることを目的とする研究である。雇用形態の多様化については、正規雇用のほかに、パート、臨時、嘱託といった非正規雇用が相当数おり、県によっては民間の社会福祉施設の全従事者の35%にも上っていることが明らかとなった。また、業務の一部を外注・下請けに出すケースも多く見られる。さらに今後派遣形態の労働者が増加することが予想される。これらの雇用形態の違いによって、社会福祉施設の労働者に対する指揮命令関係が異なったり、労働条件が異なったりすることから生ずるトラブルも予想され、今後その防止策と、トラブル発生後の解決基準について検討されるべきである。また、福祉労働の法律関係については、社会福祉法人を認可して福祉サービスを委託する場合も、無認可保育所を認可して保育業務を委託する場合、社会福祉事業団の設立を認可して福祉施設の運営を委託する場合、ホームヘルパー派遣事業のような個々の福祉サービスを社会福祉協議会や特別養護老人ホームなどに委託する場合では、それぞれ法律関係が異なりうることが明らかになった。これらの法律関係をもとに、さらにそこで働く福祉労働者と、福祉サービスの利用者をも含めた法律関係の解明が今後の課題としてある。
超臨界流体の溶媒特性の解明とその高度な工学的利用のための準備研究

本研究の目的は、超臨界流体についての系統的な研究を推進するための前段階として、大学等の研究機関で行うべき緊急かつ重要性を要するテ-マを取り上げ、それらを効率的に実行に移すための方法を探索することにある。本研究では以下に示す4つの重要研究項目を選定し、取り組むべき問題点を討議した。1)超臨界流体の溶液構造の解明、2)超臨界流体の平衡・輸送物性の測定と推算、3)超臨界流体の分離溶媒としての高度利用、4)超臨界流体の反応溶媒としての高度利用1)班においては超臨界流体の基本的問題である分子間相互作用という観点から溶液構造の問題を対象とし、分子間相互作用の用の決定法等について討議した。2)班では、平衡・輸送物性値のうち測定対象とすべき物性値やその測定法について検討した。3および4)班においては分離や反応機構の解明し、プロセス開発の設計指針を確立するための方策について検討した。以上の結果より、次に示す研究課題を選定した。1)班:超臨界流体の計算機シミュレ-ション、クラスタ-の動的構造の解明、界面相における溶液構造の解明、溶媒和構造の解明、分子間相互作用の定量化2)班:超臨界流体非対象混合系および高分子を含む混合系の相平衡の測定と推算、熱伝導率と粘性率の測定と推算3)班:難分離系混合物の抽出分離解率の促進、難分離多成分混合物の高効率抽出プロセスの開発、超臨界流体晶析による類似化合物分離精製法の開発、多処理型精密分画超臨界クロマト法の開発4)班:超臨界流体中における酵素の触媒特性の解明と利用、廃棄物ポリマ-の超臨界高選択性高速加水分解による化学原料の回収、光誘起ラジカル反応の機構と制御、固体触媒反応による炭化水素類の変換反応の開発本研究の目的は、超臨界流体についての系統的な研究を推進するための前段階として、大学等の研究機関で行うべき緊急かつ重要性を要するテ-マを取り上げ、それらを効率的に実行に移すための方法を探索することにある。1)班:超臨界流体の計算機シミュレ-ション、クラスタ-の動的構造の解明、界面相における溶液構造の解明、溶媒和構造の解明、分子間相互作用の定量化2)班:超臨界流体非対象混合系および高分子を含む混合系の相平衡の測定と推算、熱伝導率と粘性率の測定と推算3)班:難分離系混合物の抽出分離解率の促進、難分離多成分混合物の高効率抽出プロセスの開発、超臨界流体晶析による類似化合物分離精製法の開発、多処理型精密分画超臨界クロマト法の開発4)班:超臨界流体中における酵素の触媒特性の解明と利用、廃棄物ポリマ-の超臨界高選択性高速加水分解による化学原料の回収、光誘起ラジカル反応の機構と制御、固体触媒反応による炭化水素類の変換反応の開発
機械学習アルゴリズムを用いた微粒子越境輸送イベントの判定および予測手法の開発

本研究では,山岳域を含め,東アジア各地に設置された偏光光散乱式粒子数計測器(以下偏光OPC)の観測ネットワークで得られたデータから,機械学習アルゴリズムを用いて,空間的時間的にスケールの大きな越境輸送微粒子のイベントの判定および予測することを目的にしている.本年度は,1)信号処理基板が故障し測定が停止していた木曽駒ヶ岳千畳敷に設置された偏光OPCの測定を再開した,2)偏光OPC観測ネットワークのデータから空間的時間的にスケールの大きい越境輸送イベントを機械学習アルゴリズムにより抽出する方法を検討した,機械学習アルゴリズムの開発用データとして,2016年3月7日から2017年5月31日までの甲府における偏光OPC測定結果から,学習用データセット88760組,テスト用データセット40000組を用意し,回帰モデルとしてLassoを使用した.濃度予測に関しては,甲府における鉱物粒子の6時間後の予測で濃度の増減の傾向がよく一致するような結果を得た.しかし,突発的な濃度増加を予測しきれてないことから,時間スケールが5分よりある程度長い現象でなければ,予測が困難であった.また,予測時間を12時間後にした場合には,予測精度が低下したため,現段階では12時間後の予測は難しいことがわかった.越境イベントの抽出に関しては,空間的時間的スケールの大きなイベントはとらえていることがわかった.また,データセットを作成する際に濃度の増加がそれほど高くなかったため,越境輸送と判定しなかった期間においても,輸送イベントと判定される例が見られた.これは人間が判断できなかった期間を機械学習により抽出できたと考えることもできるが,過大評価したとも考えられ,他の観測データと合わせ,より注意深く確認する必要がある.研究実績の概要で示したとおり,機械学習アルゴリズムの開発に関しては順調に計画を進めている.しかし,当初の予定では,新規に偏光OPCを富士山太郎坊ブルドーザー基地に設置する計画であったが,木曽駒ヶ岳千畳敷に設置した偏光OPCにの信号処理基板に不具合が発生した.測定データの優先度を検討し,標高が高く自由対流圏の気塊を捉える可能性が高いことやこれまで測定を続けてきており,データの連続性という観点から,新たに購入した偏光OPCの信号処理基板を木曽駒ケ岳に設置していた偏光OPCに組み込み,測定を再開させた.各観測地点の測定データを自動的にリアルタイムで収集し,グラフ化しwebに表示するシステムは安定して動作している.昨年度,設置することができなかった富士山太郎坊ブルドーザー基地に偏光OPCを新たに設置する予定である.この地点に設置予定であった新規購入した偏光OPCの信号処理基板は,木曽駒ケ岳の機器に転用したため,不具合のあった信号処理基板の修理を実施する.太郎坊ブルドーザー基地に物置を据え付け,内部に偏光OPCを設置する.データ収録用のPCを,本学の他の研究グループが太郎坊に設置した観測コンテナ内部のインターネットルータに接続し,リアルタイムにデータ転送できるように設定する.昨年度,開発した機械学習アルゴリズムでは,複数地点のデータを単純に並べて1次元化したデータセットを用いており,地点間の同期性が学習に反映されていない可能性が高い.そのため,時系列データを地点ごとに並べた2次元データを作成し,畳み込みニューラルネットワークを使用して学習を行う.さらには,風速や風向といった気象データを解析対象に加えることも検討し,予測精度の向上を図る予定である.本研究では,山岳域を含め,東アジア各地に設置された偏光光散乱式粒子数計測器(以下偏光OPC)の観測ネットワークで得られたデータから,機械学習アルゴリズムを用いて,空間的時間的にスケールの大きな越境輸送微粒子のイベントの判定および予測することを目的にしている.本年度は,1)信号処理基板が故障し測定が停止していた木曽駒ヶ岳千畳敷に設置された偏光OPCの測定を再開した,2)偏光OPC観測ネットワークのデータから空間的時間的にスケールの大きい越境輸送イベントを機械学習アルゴリズムにより抽出する方法を検討した,機械学習アルゴリズムの開発用データとして,2016年3月7日から2017年5月31日までの甲府における偏光OPC測定結果から,学習用データセット88760組,テスト用データセット40000組を用意し,回帰モデルとしてLassoを使用した.濃度予測に関しては,甲府における鉱物粒子の6時間後の予測で濃度の増減の傾向がよく一致するような結果を得た.しかし,突発的な濃度増加を予測しきれてないことから,時間スケールが5分よりある程度長い現象でなければ,予測が困難であった.また,予測時間を12時間後にした場合には,予測精度が低下したため,現段階では12時間後の予測は難しいことがわかった.越境イベントの抽出に関しては,空間的時間的スケールの大きなイベントはとらえていることがわかった.また,データセットを作成する際に濃度の増加がそれほど高くなかったため,越境輸送と判定しなかった期間においても,輸送イベントと判定される例が見られた.

これは人間が判断できなかった期間を機械学習により抽出できたと考えることもできるが,過大評価したとも考えられ,他の観測データと合わせ,より注意深く確認する必要がある.研究実績の概要で示したとおり,機械学習アルゴリズムの開発に関しては順調に計画を進めている.しかし,当初の予定では,新規に偏光OPCを富士山太郎坊ブルドーザー基地に設置する計画であったが,木曽駒ヶ岳千畳敷に設置した偏光OPCにの信号処理基板に不具合が発生した.測定データの優先度を検討し,標高が高く自由対流圏の気塊を捉える可能性が高いことやこれまで測定を続けてきており,データの連続性という観点から,新たに購入した偏光OPCの信号処理基板を木曽駒ケ岳に設置していた偏光OPCに組み込み,測定を再開させた.各観測地点の測定データを自動的にリアルタイムで収集し,グラフ化しwebに表示するシステムは安定して動作している.昨年度,設置することができなかった富士山太郎坊ブルドーザー基地に偏光OPCを新たに設置する予定である.この地点に設置予定であった新規購入した偏光OPCの信号処理基板は,木曽駒ケ岳の機器に転用したため,不具合のあった信号処理基板の修理を実施する.太郎坊ブルドーザー基地に物置を据え付け,内部に偏光OPCを設置する.データ収録用のPCを,本学の他の研究グループが太郎坊に設置した観測コンテナ内部のインターネットルータに接続し,リアルタイムにデータ転送できるように設定する.昨年度,開発した機械学習アルゴリズムでは,複数地点のデータを単純に並べて1次元化したデータセットを用いており,地点間の同期性が学習に反映されていない可能性が高い.そのため,時系列データを地点ごとに並べた2次元データを作成し,畳み込みニューラルネットワークを使用して学習を行う.さらには,風速や風向といった気象データを解析対象に加えることも検討し,予測精度の向上を図る予定である.
赤外線天体観測用フォトニック結晶スーパーレンズの開発

我々は、望遠鏡口径で決まる回折限界を超える角度分解能をもつ赤外線天体撮像装置の実現を目指し、フォトニック結晶スーパーレンズの開発を進めた。波長10ミクロン帯用のフォトニック結晶スーパーレンズについては、フォトレジストSU-8を用いた2光子吸収レーザーリソグラフィ装置による成形方法を選定し、理論設計と試作を試みた。設計においては、フォトニック結晶スーパーレンズの出射後に、入射前よりもビーム幅が小さくなる解を示すことができた。試作については、理論設計モデルの形状を十分な精度で再現するサンプルを加工できた。ただし設計、試作のいずれについても実用化に向けて課題が残されており、更なる研究が必要である。本研究では、望遠鏡口径で決まる回折限界を超える角度分解能を得ることができる、赤外線天体撮像装置の実現を目指し、従来のレンズやミラーにはない特性をもつフォトニック結晶スーパーレンズの開発を進めている。本年度は前研究課題(科研費番号:25800113)で検討した波長10ミクロンに設計したフォトニック結晶スーパーレンズについて、電磁場解析による更なる最適化と、実際に加工機を使用した試作を進めてきた。前研究課題の検討結果から、2光子吸収レーザー・リソグラフィ技術によってフォトニック結晶スーパーレンズを制作する方針をとっている。本技術による加工においては、フォトニック結晶スーパーレンズの材料としてエポキシ樹脂系フォトレジストを使用するが、前研究課題の設計においては、このフォトレジストの光学定数として文献値を仮定していた。本年度の研究では設計精度を更に高めるために、赤外域多入射角分光エリプソメーターを用いてその光学定数測定を実施した。次に、実測した光学定数にもとづいて新たに最適化したフォトニック結晶スーパーレンズを試作するため、2光子吸収レーザー・リソグラフィ加工機による加工試験を進めた。本加工においては、スピンコーターによるフォトレジストの基板への塗布、ホットプレートによるベイキング、レーザーによる描画、有機溶剤溶液による不要物除去を行う。加工の各過程においてはスピンコーターの加速度・回転数・時間、ベイキングの継続時間、レーザー強度等のパラメータの最適値を実験によって決定する必要があり、その作業を進めた。決定した最適パラメータにもとづいてフォトニック結晶スーパーレンズの試作品を加工し、現在その評価を進めている。2光子吸収レーザー・リソグラフィ加工機による試作において、有機溶剤溶液による不要物除去の過程で、フォトニック結晶スーパーレンズがガラス基板から剥離して失われてしまう問題が起きており、その問題を克服するのに時間を要した。レーザー描画は1回につき24時間以上要するが、不要物除去の過程で加工したものが何度も剥離して失われてしまい、予定通りのスケジュールで研究を進めることができなかった。現在は発想を逆転させて、加工物を基板から積極的に剥離させたのちに収集する手段とることで問題を解決させ、研究を続行している。本研究では、望遠鏡口径で決まる回折限界を超える角度分解能を得ることができる赤外線天体撮像装置の実現を目指し、波長10ミクロン帯の中間赤外線、および波長100ミクロン帯の遠赤外線で機能するフォトニック結晶スーパーレンズの開発を進めた。中間赤外線用のフォトニック結晶スーパーレンズについては、2光子吸収レーザー・リソグラフィ技術で制作する方針をとっている。本年度はまず、前年度に実測したエポキシ樹脂系フォトレジストの光学定数をもとに電磁界解析を行い、フォトレジストの光吸収が極小となる波長14ミクロンで最適化したフォトニック結晶スーパーレンズの理論設計解を得た。次に前年度に得られた加工方法の知見をもとに、2光子吸収レーザー・リソグラフィ装置を使用して、上記理論設計解の制作を試みた。電界放出型走査電子顕微鏡を使用して加工精度を確認したところ、加工時のぶれに起因する大きな形状誤差が認められた。そこでワークの固定方法の改善に取り組み、形状誤差を低減させる方法を確立した。また、フォトニック結晶内部の微小な円孔構造に関しては、加工精度がレーザーの照射方向に強く依存することがわかり、円孔と平行にレーザー照射をすれば十分な精度が得られることを確かめた。しかしこの照射方法では、加工装置の制限のために必要なサイズを1回の加工で作ることができない。形状を多数に分割して加工してそれらをスタックする必要があり、そのスタック方法の検討まで行った。遠赤外線用のフォトニック結晶スーパーレンズについては、上述の中間赤外線での知見をもとに、代表的なテラヘルツ波領域の光学材料について、実現可能性の検討までを行った。なお、フォトニック結晶スーパーレンズの制作は、科研費申請当初は民間業者への委託を想定していたが、名古屋大学の微細加工プラットフォームの装置を使用する方針に変更したため経費が少なくなり、未使用金が生じた。波長10ミクロン帯中間赤外線用フォトニック結晶スーパーレンズについては、試作品の実験による評価と、その結果を設計へフィードバックして更なる最適化を進め、本光学素子の最終的な性能確認を実施する。

またこれと平行して、中間赤外線用フォトニック結晶スーパーレンズの知見を元に、波長100ミクロン帯で機能する遠赤外線用フォトニック結晶スーパーレンズの設計と試作を進める。赤外線天文学本年度制作中の中間赤外線用フォトニック結晶スーパーレンズは、科研費申請当初は民間業者への委託制作を想定していた。研究開始後の調査で、名古屋大学の微細加工プラットフォームで公開されている加工機を使用できることがわかり、研究代表者自身で細かい設定を指定しながら試作できることがわかった。そこで、名古屋大学の加工機を使用するように研究計画を変更した結果、当初の予算より経費が少なくなった次第である。名古屋大学の加工機を使用した中間赤外線用フォトニック結晶の制作を継続しており、引き続き本装置の使用料、およびフォトレジスト等の実験に必要な物品の調達に、次年度使用額を使用する予定である。
再発性アフター性口内炎の発症分子機構の解明

再発性アフター性口内炎は口腔粘膜疾患の中では最も頻度が高いものであるが、その発症原因は現在のところ全く不明である。従来の研究結果から、細菌と口腔粘膜との熱ショック蛋白の交叉反応性(一般にmolecular mimicryと呼ばれている)により自己免疫疾患に類似した反応が惹起されるという仮説を立て、それを証明するために以下の研究を行った。1)病変局所のTCR遺伝子のクローナリティーの解析検索材料として末梢血単核球および病変局所の生検組織を用い、抽出したRNAよりcDNAを作製し、PCR法によりTCR遺伝子のVDJC領域DNAを増幅した。PCR産物をサザンブロット解析することにより、末梢血単核球と病変局所との間でTCR Vα鎖およびVβ鎖の各ファミリーの発現量を比較したところ、病変局所では比較的限定されたVβ遺伝子ファミリーの発現がみられた。また、病変局所にはいくつかのクロノタイプの集積がみられた。2)レンサ球菌や結核菌の熱ショック蛋白由来の抗原ペプチドに反応するT細胞の解析末梢血単核球や病変局所から分離した単核球を、レンサ球菌や結核菌の熱ショック蛋白由来の抗原ペプチドと共に培養したところ、多くの症例で高い増殖活性がみられた。現在、増殖するT細胞を、上述の1)と同様の手技で解析したところ、病変局所で優位なTCR遺伝子を発現するT細胞がこのin vitroの系でも誘導できることが示された。以上の研究により、レンサ球菌や結核菌の熱ショック蛋白に反応するT細胞が再発性アフター性口内炎の発症に関与していることが強く示唆されたが、今後はそのTCR遺伝子の解析を行う必要がある。さらに、これらの抗原ペプチドが口腔粘膜上皮のどのタンパクと相同性があるのか、また、そのタンパクの発現にはどのような刺激が必要なのかを検討する必要があろう。従来の研究結果から、細菌と口腔粘膜との熱ショック蛋白の交叉反応性(一般にmolecular mimicryと呼ばれている)により自己免疫疾患に類似した反応が惹起されるという仮説(下図を参照)を考え、それを証明するために以下の研究を行った。現在、そのクロノタイプを解析中である。2)レンサ球菌や結核菌の熱ショック蛋白由来の抗原ペプチドに反応するT細胞の解析末梢血単核球や病変局所から分離した単核球を、レンサ球菌や結核菌の熱ショック蛋白由来の抗原ペプチドと共に培養したところ、おおくの症例で高い増殖活性がみられた。現在、増殖するT細胞を、上述の1)と同様の手技で解析し、病変局所で優位なTCR遺伝子を発現するT細胞がこのin vitroの系で誘導できるかどうかを検討しているところである。もし同じT細胞が誘導されていれば、これらの熱ショック蛋白に反応するT細胞が再発性アフター性口内炎の発症に関与していることが証明できる。今後は以上のような研究に加えて、レンサ球菌や結核菌の熱ショック蛋白由来の抗原ペプチドに反応するT細胞クローンを樹立し、そのTCR遺伝子の解析を行う予定である。さらに、これらの抗原ペプチドが口腔粘膜上皮のどのタンパクと相同性があるのか、また、そのタンパクの発現にはどのような刺激が必要なのかを、そのタンパク遺伝子をクローニングすることで検討する予定である。
糖尿病宿主内での細菌の適応機構の包括的な理解

糖尿病患者は黄色ブドウ球菌による感染が重篤化しやすい。しかし、糖尿病患者に対して黄色ブドウ球菌が重篤な感染症を引き起こすために必要な宿主環境適応機構は不明であった。本研究で我々は、高血糖カイコ感染モデルを用いた黄色ブドウ球菌の網羅的な遺伝子発現解析を行った。糖尿病カイコ体内で黄色ブドウ球菌の分岐鎖アミノ酸合成に関わる酵素の遺伝子群の発現が上昇していた。これらの遺伝子は、糖尿病カイコに対する黄色ブドウ球菌の感染に必要であるが、通常状態のカイコに対する感染に必要でなかった。以上の結果から、黄色ブドウ球菌が分岐鎖アミノ酸合成の上昇を介して糖尿病状態の宿主環境に適応することが示唆された。糖尿病は、慢性的な高血糖や耐糖能の低下を示す症状のことである。糖尿病状態が継続されると、重篤な糖尿病合併症が引き起こされる。糖尿病患者の5%は細菌感染症に罹患しており、慢性的に細菌感染症が併発している糖尿病患者では、次第に糖尿病治療が効果を示さなくなる。患者の糖尿病症状が重篤化していくと、敗血症や髄膜炎など致死的な感染症を発症する。黄色ブドウ球菌は、ヒトの皮膚や鼻腔に常在する細菌である。この菌は健常人に対してほとんど感染しないが、糖尿病患者に対して高い感染性を示し、敗血症、心内膜炎、足部潰瘍など重篤な疾患を引き起こす。これまでに我々は、高血糖カイコ感染モデルを確立し、高血糖カイコに対する感染には必要であるが通常カイコに対する感染には必要ない黄色ブドウ球菌の新規の遺伝子を複数同定している。本研究では、この高血糖カイコ感染モデルを用いて黄色ブドウ球菌が糖尿病宿主内で遺伝子発現を変化させ、感染を成立させる分子ネットワークの全体像を明らかにすることを試みた。平成26年度において我々は、通常、及び高血糖カイコの宿主内における黄色ブドウ球菌の遺伝子発現変動をRNA-Seq法による解析から、病原性に寄与することが類推できる宿主内で発現上昇している遺伝子群を同定した。次に、細菌培養に使われるLB培地を用いて、グルコース依存的な黄色ブドウ球菌の遺伝子発現変動について明らかにした。それらの結果と比較し、グルコースによる発現変動だけでは説明できない高血糖カイコ内で特異的に発現変動している黄色ブドウ球菌の遺伝子群の同定に成功した。また、同定した遺伝子群を機能別に分類し、高血糖カイコの体内で発現が上昇する黄色ブドウ球菌の代謝経路を複数見出した。以上の結果は、黄色ブドウ球菌が高血糖宿主に感染するために特別な代謝経路を利用していることを示唆している。糖尿病は、慢性的な高血糖を呈する疾患であり、世界的に糖尿病患者数は増加している。糖尿病患者の5%は細菌感染症に罹患していることが報告されており、細菌感染している糖尿病患者は敗血症や髄膜炎などの重篤な疾患を発症する。よって、病原性細菌が糖尿病宿主に感染するための分子機構を明らかにすることは、糖尿病患者の重篤な疾患の発症機構の理解やそれに基づく予防法や治療法の開発に貢献すると期待できる。しかし、糖尿病宿主感染における病原性細菌の感染システムはほとんど解明されていない。黄色ブドウ球菌は、糖尿病患者に対して心内膜炎などの重篤な疾患を引き起こす日和見感染症の原因菌である。これまでに我々は、高血糖カイコ感染モデルを確立し、糖尿病宿主感染に必要な黄色ブドウ球菌の遺伝子の同定に成功している。本研究では、高血糖カイコ感染モデルを用いて黄色ブドウ球菌が糖尿病宿主に感染するための分子機構の解明を試みた。平成26年度において、我々は、高血糖カイコ感染モデルを基軸として、トランスクリプトーム解析による糖尿病宿主内で発現誘導されている遺伝子群の同定を行い、黄色ブドウ球菌が糖尿病宿主に感染するために特殊な代謝経路を利用していることを明らかにした。平成27年度において、我々は、同定された複数の代謝経路からin silicoのpathway解析により分岐鎖アミノ酸合成経路が最も重要であると考え、黄色ブドウ球菌の分岐鎖アミノ酸合成酵素の欠損株を用いた遺伝学的解析を行った。その結果、黄色ブドウ球菌の分岐鎖アミノ酸合成酵素の欠損株は、高血糖カイコに対する殺傷能は低下していたが、通常カイコに対する病原性は低下していなかった。以上の結果は、黄色ブドウ球菌の分岐鎖アミノ酸合成経路が糖尿病宿主感染に必要であることをしてしている。平成27年度の計画通り、遺伝学的な解析により、平成26年度で得られた網羅的な遺伝子発現解析の結果と病原性との関係について明らかにすることが出来た。よって、私は研究が順調に進展していると判断した。糖尿病は、慢性的な高血糖や耐糖能の低下を示す症状のことであり、様々な合併症を引き起こす要因となる。その合併症のひとつに、糖尿病感染症がある。黄色ブドウ球菌は、ヒトの皮膚や鼻腔に常在する細菌であるが、糖尿病患者に対して高い感染性を示し、敗血症、心内膜炎、足部潰瘍など重篤な疾患を引き起こす。本研究では、独自に開発した高血糖カイコ感染モデルを用いて、黄色ブドウ球菌の糖尿病宿主感染に必要な宿主適応機構の解明を行った。平成26年度において、我々は、高血糖カイコの感染モデルを用いた網羅的な遺伝子発現解析により、糖尿病宿主内で発現誘導されている遺伝子群の同定を行った。黄色ブドウ球菌が糖尿病宿主に感染するために必要な特殊な遺伝子群を発現上昇する機構を有していることを明らかにした。

平成27年度において、我々は、同定された複数の代謝経路からin silicoでのpathway解析により、分岐鎖アミノ酸合成経路が最も重要であることを推定した。そこで、黄色ブドウ球菌のある分岐鎖アミノ酸合成酵素の欠損株を用いた遺伝学的解析を行った。黄色ブドウ球菌の分岐鎖アミノ酸合成酵素の欠損株が高血糖カイコに対する殺傷能が低下していたが、通常カイコに対する殺傷能は低下していないことがわかった。平成28年度において、我々は、黄色ブドウ球菌の分岐鎖アミノ酸合成経路に関わる複数の欠損株を作成し、それらの遺伝子欠損株が高血糖カイコに対する殺傷能が低下していることを見出した。また、これらの遺伝子欠損株は、通常カイコに対する殺傷能は低下していなかった。本研究から、黄色ブドウ球菌が糖尿病宿主に感染するために分岐鎖アミノ酸合成経路の酵素群の発現誘導を介して糖尿病宿主環境に適応することにより病原性を発揮することが示唆された。糖尿病患者は黄色ブドウ球菌による感染が重篤化しやすい。しかし、糖尿病患者に対して黄色ブドウ球菌が重篤な感染症を引き起こすために必要な宿主環境適応機構は不明であった。本研究で我々は、高血糖カイコ感染モデルを用いた黄色ブドウ球菌の網羅的な遺伝子発現解析を行った。糖尿病カイコ体内で黄色ブドウ球菌の分岐鎖アミノ酸合成に関わる酵素の遺伝子群の発現が上昇していた。これらの遺伝子は、糖尿病カイコに対する黄色ブドウ球菌の感染に必要であるが、通常状態のカイコに対する感染に必要でなかった。以上の結果から、黄色ブドウ球菌が分岐鎖アミノ酸合成の上昇を介して糖尿病状態の宿主環境に適応することが示唆された。平成26年度の計画通り、高血糖カイコ内で特異的に発現変動している黄色ブドウ球菌の遺伝子群を同定し、高血糖カイコの体内で発現が上昇する黄色ブドウ球菌の代謝経路を複数見出すことに成功した。また、今後の計画で解析する予定の遺伝子も絞り込むことができた。よって、私は研究が順調に進展していると判断した。本研究課題の研究スキームとしては、網羅的解析で得られたデータを整理してネットワークとして理解し、そのネットワークの形成においても最も重要な因子の機能を明らかにする。これまでの解析から、黄色ブドウ球菌の分岐鎖アミノ酸経路が関わるネットワークを中心として、さらに遺伝子欠損株を用いた遺伝学的な解析により重要な因子の同定を行う。具体的には、分岐鎖アミノ酸合成酵素群の発現調節している転写因子や分岐鎖アミノ酸の代謝経路に関わる因子をコードする遺伝子の欠損株の解析を行う。細菌学本研究課題の研究スキームとしては、網羅的解析で得られたデータを整理してネットワークとして理解し、そのネットワークの形成において最も重要な因子の機能を明らかにする。平成26年度で得られた高血糖カイコの宿主内で発現誘導された黄色ブドウ球菌の遺伝子群の欠損株を作成し、高血糖カイコに対する病原性に必要な遺伝子かどうか確証する。その遺伝学的な解析から、糖尿病宿主に感染するために必要な黄色ブドウ球菌の代謝経路を特定する。また、得られた鍵因子の一次構造、もしくは結晶構造解析から生化学的な活性を類推し、タンパク質を精製して、それらの生化学的活性を明らかにする。
心筋細胞培養系による自律分散振動子のダイナミクスとゆらぎ

本研究では,生体リズムゆらぎの起源と機能的意義を解明していくことを目的として,自律分散系の最も単純化した実験的モデルと考えられる単離心筋細胞の培養系を用いて,心筋細胞拍動の画像化により非侵襲的に拍動リズムの静的及び動的特性の解析を行った.生後12日目の新生ラットの心室を,タンパク質分解酵素により心筋細胞へと単離した.心筋細胞はCO_2インキュベータ内で,温度37°C,CO_25%,room air 95%の条件下で約2週間培養した.培養2日目より,倒立顕微鏡下でCCDカメラにより心筋細胞の拍動の様子を録画した.録画した画像から画像処理により心筋細胞の拍動に伴う画素濃度の変化を求め,拍動の様子を評価した.この相関係数時系列に基づき,拍動周期の変動より拍動リズムゆらぎの静的特性を,またアトラクタの再構成,アトラクタ次元を求めることにより拍動のダイナミクスを解析した.培養心筋細胞は培養日数が増加するにつれて他の心筋細胞との接着面が増加した.拍動リズムの静的なゆらぎを反映する統計量である拍動周期の変動係数は,培養日数が増加するにつれて減少する傾向が認められた.また,相関係数の振幅とその時間微分により構成される相空間に再構成された心筋細胞拍動ダイナミクスのアトラクタは培養日数の早い時期からリミットサイクルを描き,その軌道のとりうる範囲が培養日数の増加に伴い減少する傾向が認められた.また,相関積分法により求めたアトラクタの次元は培養日数が増加するに従って減少し,その値は1に近づく傾向を示した.以上の結果は,培養心筋細胞系においては,培養日数が増加するに従ってその拍動リズムは安定する傾向があることを示唆している.この現象は,培養日数の経過に伴って心筋細胞間の機械的及び電気的な結合が強化されることにより引き起こされると推定される.本研究では,生体リズムゆらぎの起源と機能的意義を解明していくことを目的として,自律分散系の最も単純化した実験的モデルと考えられる単離心筋細胞の培養系を用いて,心筋細胞拍動の画像化により非侵襲的に拍動リズムの静的及び動的特性の解析を行った.生後12日目の新生ラットの心室を,タンパク質分解酵素により心筋細胞へと単離した.心筋細胞はCO_2インキュベータ内で,温度37°C,CO_25%,room air 95%の条件下で約2週間培養した.培養2日目より,倒立顕微鏡下でCCDカメラにより心筋細胞の拍動の様子を録画した.録画した画像から画像処理により心筋細胞の拍動に伴う画素濃度の変化を求め,拍動の様子を評価した.この相関係数時系列に基づき,拍動周期の変動より拍動リズムゆらぎの静的特性を,またアトラクタの再構成,アトラクタ次元を求めることにより拍動のダイナミクスを解析した.培養心筋細胞は培養日数が増加するにつれて他の心筋細胞との接着面が増加した.拍動リズムの静的なゆらぎを反映する統計量である拍動周期の変動係数は,培養日数が増加するにつれて減少する傾向が認められた.また,相関係数の振幅とその時間微分により構成される相空間に再構成された心筋細胞拍動ダイナミクスのアトラクタは培養日数の早い時期からリミットサイクルを描き,その軌道のとりうる範囲が培養日数の増加に伴い減少する傾向が認められた.また,相関積分法により求めたアトラクタの次元は培養日数が増加するに従って減少し,その値は1に近づく傾向を示した.以上の結果は,培養心筋細胞系においては,培養日数が増加するに従ってその拍動リズムは安定する傾向があることを示唆している.この現象は,培養日数の経過に伴って心筋細胞間の機械的及び電気的な結合が強化されることにより引き起こされると推定される.
RFFL による形質膜タンパク質品質管理作動機構の解明と CF 創薬への応用

本研究では,CFTR-RFFL及びUbcH5c-RFFL PPI機構を明らかにし,本PPIを人工ペプチド等で人為的に制御する手法を確立する.次に,CFTR-RFFL及びUbcH5c-RFFL PPI阻害ペプチドがCFの革新的根本治療薬CFTRスタビライザーとして,CF治療効果を有するか否かを明らかにする.さらに,形質膜分解シグナルとなる異常CFTRのユビキチンコードを同定し,RFFL KO細胞インターラクトーム解析により,CFTRエンドサイトーシス及びリソソーム分解を制御するユビキチンデコーダー分子を明らかにする.本研究では,CFTR-RFFL及びUbcH5c-RFFL PPI機構を明らかにし,本PPIを人工ペプチド等で人為的に制御する手法を確立する.次に,CFTR-RFFL及びUbcH5c-RFFL PPI阻害ペプチドがCFの革新的根本治療薬CFTRスタビライザーとして,CF治療効果を有するか否かを明らかにする.さらに,形質膜分解シグナルとなる異常CFTRのユビキチンコードを同定し,RFFL KO細胞インターラクトーム解析により,CFTRエンドサイトーシス及びリソソーム分解を制御するユビキチンデコーダー分子を明らかにする.
中世・近世日本絵画における白色顔料の利用に関する科学的調査研究

中世から近世の日本絵画を中心に、蛍光X線分析を中心とした科学調査を実施し、使われている白色顔料に関するデータを集積するとともに、その解析を行った。鉛白から胡粉への転換の理由を突き止めるには至らなかったが、その転換点に近い桃山期あるいは江戸初期の絵画において、両顔料が併用されている作品をいくつか見出すことができ、白色顔料の利用に関する実態の一部を明らかにすることができた。日本絵画に使われる彩色材料の中で、白色顔料は古代から中世にかけては鉛白が中心だが、近世の絵画では胡粉が主として使われている。そこで本研究では、白色顔料の転換点に近いと考えられている室町期から江戸期の日本絵画を中心に、彩色材料に関する非破壊・非接触の科学調査を実施し、用いられている白色顔料の種類とその利用方法を明らかにすることが目的である。平成25年度は、まず参考作品として、鎌倉期を代表する春日権現験記絵巻(宮内庁三の丸尚蔵館所蔵)第八巻、第十三巻の表面と、第四巻、第十五巻の裏面に関する彩色材料調査を実施した。白色材料としては、図像を描くためには鉛白だけが用いられているが、裏面における白色の裏彩色としては白土が使われていることを明らかにした。そして、江戸期の作品調査として、二曲一双の木胎の和漢奏楽図屏風(静嘉堂文庫美術館所蔵、重要文化財)と伊藤若冲が晩年に描いたとされる菜蟲譜(佐野市立吉澤記念美術館所蔵、重要文化財)について調査を実施した。和漢奏楽図屏風については、白色材料として鉛白が使われていることが確認されたが、多くの部分に漆工で用いられる密陀絵の技法が使われている様子が見受けられ、鉛白と密陀僧という2種類の鉛系顔料が使われていることを見出した。さらに、菜蟲譜については、白色顔料として胡粉だけしか見出されず、伊藤若冲の畢生の作として知られる動植綵絵全三十幅(宮内庁三の丸尚蔵館所蔵)と同様の結果であることが確認された。そこで本研究では、白色顔料の転換点に近いと考えられている室町期から江戸期の日本絵画を中心に、彩色材料に関する非破壊・非接触の科学調査を実施し、用いられている白色顔料の種類とその利用方法を明らかにすることを目的とした。平成24年度は、重要文化財泰西王侯騎馬図屏風(サントリー美術館、神戸市立博物館所蔵)重要文化財洋人奏楽図屏風(永青文庫美術館所蔵)、万国絵図屏風(宮内庁三の丸尚蔵館所蔵)といった桃山期を代表する初期洋風画を調査することができた。洋人奏楽図屏風から検出された白色顔料は鉛白だけであったが、泰西王侯騎馬図屏風および万国絵図屏風では白色顔料のほとんどは鉛白であるが、一部において胡粉が使われていることが見出された。一つの絵画作品の中に鉛白と胡粉が使い分けられている例は、やはり桃山期の作例と考えられている初期洋風画の一部でこれまでに見いだされており、白色顔料の転換点を考えていくうえで、重要な結果を得ることができた。また、江戸初期に狩野派によって製作されたと考えられている重要文化財名古屋城障壁画(名古屋市所蔵)についても彩色材料調査を実施することができた。この調査では、複数の障壁画を調査したが、白色顔料としては胡粉だけしか検出されなかった。鉛白から胡粉への転換は、狩野派が関与しているとする説が有力であり、狩野派が製作した絵画に関する調査が今後重要な鍵になると考えられる。本研究課題の最終年次として、多くの日本絵画を調査して白色顔料に関するデータを集積するともに、これまでに実施した調査データの整理・解析とまとめを行った。桃山期に描かれたと考えられている初期洋風画の代表作、洋人奏楽図屏風(永青文庫美術館所蔵、重要文化財)については、平成24年度に解体修理の途中で彩色材料調査を一部実施していたが、今年度修理完成後に改めて光学調査を実施した。その結果、白色顔料のほとんどは鉛白であるが、盛上げ彩色が行われている部分において胡粉が使われていることが見出された。また、江戸初期に製作されたと考えられる伊勢参宮図屏風(名古屋市博物館所蔵)については、白色の彩色材料には胡粉が主として使われているが、作品の主題である伊勢神宮の壁や鳥居の部分にだけ鉛白(胡粉との重ね塗り)が使われていることが見出された。鉛白から胡粉への転換点に近い桃山期あるいは江戸初期の絵画において、両顔料が併用されている作品をいくつか見出すことができ、白色顔料の変遷に関する実態の一部を明らかにすることができた。文化財保存科学

日本絵画の彩色材料を科学的に調査していく中で、ある時代を境にして白色顔料が明らかに切り替わっていることが分かってきた。古い時代は鉛白が中心であるが、江戸時代の絵画にはもっぱら胡粉が使われていることが分かってきた。平成24年度から開始した本研究課題の中で、できるだけ多数の絵画作品を調査し、その転換点を明らかにすることに重点を置いて研究を進めてきたが、平成24、25年度の成果にも見られるように江戸期においても例外的に鉛白が使われている作品がいくつか見いだされてきた。研究は、当初の計画通り、順調に進展しており、副次的な研究成果も挙がりつつある。これまでの調査結果から考えると、室町期から江戸初期にかけて鉛白から胡粉への転換が行われていると推測できる。そのためには、この転換点に近い室町期から江戸初期にかけての絵画作品を重点的に調査研究することが必要である。平成2426年度の3か年で室町期から江戸期の絵画を1015作品調査する計画である。平成24年度はこのうち4作品を調査することができ、順調に進展している。また、調査結果についても、鉛白と胡粉が両方使われている絵画作品を見出すことができ、研究は順調である。平成26年度は本研究課題の最終年度として、多くの絵画作品の調査を進めるとともに、これまでに蓄積したデータの解析を行い、それらの成果の公表を目指す。平成25、26年度も引き続き、室町期から江戸期の絵画作品の調査を進める。また、参考作品として平安鎌倉期の絵画作品に関する調査も併せて進める予定である。さらに、これまでに取得したデータに関する整理と公表を進めたい。今年度末に購入予定だったデータ保存用HDDを、次年度初めに購入するよう計画変更した。今年度初めにHDDを購入予定。調査に際して必要となる調査機器の治具類の充実を図る。また、データ保存に必要となるHDD等のメディアの購入が必要である。
手作りの測機で身近な気象を観測し新事実に挑む参加型科学プロジェクト

「科学技術離れ・理科離れ」の原因の一つは、子供達が未知の謎や、まだ解ってないことに接する機会が失われつつあり、その結果、自分が自然現象の謎を解決したいという欲求が失われてきたことであると考える。そこで研究者が解ったこと(知識)を伝えるのではなく、まだ解っていないことを伝え、共に研究するという新しいプロジェクトを実施することを目的として、この研究を行った。研究テーマとしては、京都のヒートアイランド現象を取り上げた。これは、身近な現象でありながら、未だにその実態が明らかになっておらず、気温の多点観測を行うことで、学問的にも貴重な知見が得られる可能性が高いからである。この観測を行うために、観測装置の自作キットを作成した。通常の気象観測装置では、1測点あたり10万円程度かかってしまい、多数の観測点を配置するのは不可能であるが、データーロガーをはじめ、それを収納する防水ケース、センサを収納するラディエーションシールドなど、すべてを自作することで1測点あたりのコストを約10分の1に抑え、教育現場でも導入しやすいシステムを構築した。これらの材料は、電子部品を除けば、すべて、ホームセンターで入手できるものであり、特殊な材料は用いていない。それにもかかわらず、このキットは市販の製品と比較しても、まったく遜色のない性能を有している。これらのキット製作を目的とした実習を15年度、16年度に高校生に対して行った。ハンダ付けなどの作業は、彼らにとって新鮮であり、非常に興味をもって製作し、ほとんどの生徒が完成にこぎつけた。さらに、これらの装置を使い、16年度秋と冬に京都市内の約30点で高密度連続観測を行った。その結果、京都の都市部と郊外で数度のヒートアイランド現象が観測された。また、よく晴れた日の夜明け前に最大になるといわれているヒートアイランド現象が、常に日没直後に最大となることなど、これまでの通説を覆す結果が得られた。さらに、このような研究を通して、生徒の興味関心を大きく引き出すことに成功した。【量産型観測装置の設計製作】量産型のデータロガー、温度センサー、湿度センサーを設計し、今年度は約30セット製作し、最終テストを行った。この最終テストで、温度センサーに関しては自己発熱による誤差が無視できないことが判明し、設計を変更して作り直した。また、野外で観測するためのレインシールドや、ケースの試作も行った。レインシールドは空き缶を利用したもので、市販のレインシールドに比べて桁違いに安価でかつ、十分な性能を持つ。約10ヶ月の耐久テストでも問題はなかった。さらに、数箇所で半年以上の連続観測を行い、システム全体の耐久性や安定性のテストを行い、ほぼ満足のいく結果が得られた。これで、多点観測の技術的な準備はほぼ整った。【観測装置のキット化】上記観測装置の部品をセットにし、組み立て説明書をつけたキットを作成した。この説明書は電子工作の基本から説明し、初心者にも組み立てられるようにした。【高校生向けの製作指導】京都市立堀川高校と、京都府立南八幡高校において、上記キットの製作指導を行った。多くの生徒は、半田付けの経験もなかったが、このような電子工作に大きな関心を示し、大半の生徒は観測セットを完成させることができた。ただし、あまり本質的でないコネクタ部分の半田付けが、生徒にとって予想以上に困難であることが判明し、改良が必要であることもわかった。この点に関しては、来年度改良する予定である。さらに、これらの機器の較正を行い、観測準備を整えた。
サイトカインによる転写因子NF-κB活性化におけるシグナル伝達機構の解析

アセトキシシクロヘキシミド(E-73)は、ヒト肺がん腫A549細胞において、TNFによる転写因子NF-κBの活性化を阻害する。E-73は、NF-κB活性化に必須なアダプタータンパク質であるTRADD、RIP、TRAF2の発現量には影響せず、p38 MAPキナーゼの活性化を介して細胞表面のTNFレセプター1をダウンレギュレーションしていることを見い出した。一方、E-73はヒト白血病細胞であるHL-60やJurkat T細胞に選択的にcaspase依存的なアポトーシスを誘導し、ミトコンドリアからシトクロムcを放出させた。E-73によるシトクロムcの放出はBcl-X_LやJNK阻害剤SP600125によって抑制されたが、caspase阻害剤z-VAD-fmkやp38 MAPキナーゼ阻害剤SB203580では抑制されなかった。したがって、E-73は、JNK経路の活性化よってミトコンドリアからシトクロムcを放出させ、caspaseカスケードを活性化することが示唆された。マイコトキシンの一つであるペニシリン酸はFasリガンド(FasL)によるcaspase-8のFas-FADD複合体への会合を阻害しなかったが、caspase-8の活性化を阻害することによって、アポトーシスを阻害した。ペニシリン酸は活性化型caspase-3、caspase-8、caspase-9の酵素活性を阻害した。しかしながら、ペニシリン酸は、スタウロスポリン処理細胞におけるcaspase-9やcaspase-3の活性化はあまり阻害せず、FasLによるcaspase-8の活性化を強く阻害したことから、細胞レベルではcaspase-8に選択的に作用していることが示唆された。グルタチオンやシステインはcaspase-8に対するペニシリン酸の阻害効果を抑制し、ペニシリン酸はcaspase-8の活性中心のシステイン残基に直接結合することが観察された。以上の結果から、ペニシリン酸はcaspase-8の自己限定分解を阻害することによってFasLによるアポトーシスを阻害することが明らかとなった。ヒト肺がん腫A549細胞において、アセトキシシクロヘキシミド(E-73)はTNFによる転写因子NF-kB活性化のシグナル伝達の初期過程に作用する。本研究課題ではE-73がNF-κB活性化に必須のアダプタータンパク質であるTRADD、RIP、TRAF2の発現量には影響せず、細胞表面のTNFレセプター1の発現量を選択的に減少させることを見出した。構造類縁体であるシクロヘキシミドもTNFレセプター1のダウンレギュレーションを誘導したが、E-73はシクロヘキシミドに比較して100倍程度強い活性を示した。E-73はP38MAPキナーゼを活性化させ、p38MAPキナーゼに対する選択的阻害剤SB203580によって、E-73によるTNFレセプター1のダウンレギュレーションが抑制された。以上の結果から、E-73はp38MAPキナーゼの活性化を介してTNFレセプター1の細胞外への放出あるいは細胞内への取り込みを誘導していることが示唆された。さまざまなヒトがん細胞に対するE-73の抗腫瘍活性を検討したところ、HL-60細胞やJurkat T細胞のような血球系細胞に選択的なアポトーシス誘導活性が観察された。