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骨格筋の可塑機構における免疫系および組織幹細胞の役割解明とスポーツ科学への応用

骨格筋量や機能の維持は、健康・スポーツ領域はもちろんQuality of Life(QOL)の維持という予防医学の観点から重要なテーマである。しかし、骨格筋の萎縮や損傷による機能低下は様々な要因(老化、疾病、事故など)により引き起こされることは明らかであるものの、その予防技術は未だ確立していない。本研究では免疫系と筋衛星細胞の役割に着目し、免疫系ならびに力学的ストレスを制御することで骨格筋量や機能の維持が可能であり、低下した骨格筋機能の回復・再生を促進させる有効な手段となることを明らかにした。老化ならびに発育傷害やスポーツ活動中の不慮の事故等による骨格筋線維の萎縮や機能低下は、Quality of Lifeの著しい低下を招く。さらに疾病など健康の維持に問題が生じ、医療費の増大につながる。したがって、予防介護の観点からも、骨格筋線維の萎縮や機能低下を抑制することは重要な課題である。同様に、健康・スポーツ領域においても、骨格筋量や機能の維持はきわめて重要である。本研究では、免疫系と筋衛星細胞の役割に着目し、骨格筋の萎縮や機能低下、ならびにそれらの回復・再生におけるマクロファージ、サイトカインおよび筋衛星細胞の役割解明を目指す。さらに、筋の回復・再生を助長させるための衛生細胞の増殖・分化促進策を細胞内シグナルの視点から検討する。骨老化ならびに発育傷害やスポーツ活動中の不慮の事故等による骨格筋線維の萎縮や機能低下は、Quality of Lifeの著しい低下を招く。したがって、予防介護の観点からも、骨格筋線維の萎縮や機能低下を抑制することは重要なテーマである。本研究は4年計画で実施され、本年度はその1年目に当たる。後肢懸垂およびその後のケージ内飼育に伴う骨格筋の変化におけるマクロファージの役割についてマクロファージコロニー刺激因子欠損マウスであるop/opマウスを用いて検討した。その結果、萎縮からの回復にマクロファージによる筋衛星細胞の活性化が必須であることが示唆された。また、マクロファージ由来の炎症性サイトカインであるIL-6の役割についてIL-6阻害薬用いて検討した。IL-6を阻害することで骨格筋の回復が抑制された。さらに、カルディオトキシンをマウスの前脛骨筋に筋注することで作成した骨格筋損傷モデルを用いて、損傷からの回復過程に及ぼす細胞外因子について検討し、筋活動が筋の再生を促すことを見出した。以上の検討から、骨格筋の萎縮や機能低下ならびにそれらの回復・再生においてマクロファージやサイトカインは重要な役割を演じていることが明らかとなった。また、筋収縮活動は筋組織からのサイトカイン分泌を促し、そしてサイトカインが筋衛星細胞を活性化することで筋再生を促すことがあわせて示唆された。本研究は4年計画で実施され、本年度はその2年目に当たる。筋再生時、筋肥大時および筋萎縮時に特異的に発現するあるいは発現が変化するタンパク質の同定するためにプロテオーム解析を行った。その結果、筋再生時に減少するスポットが17スあり、そのうち7スポットが完全に消失していた。一方、増加するスポットは19有り、内7スポットは筋再生時に特異的に出現した。温熱負荷による筋肥大時には多くのスポットで増減が認められた。中でも筋肥大に先立って増加する低分子量たんぱく質が同定された。また、筋再生時および肥大時において活性化させる細胞内シグナルとしてインターロイキン6(IL-6)およびNF-κBの関与が示唆された。さらに、温熱刺激ならびにストレスタンパク誘導剤によるストレスタンパク質(HSP72)の発現誘導が骨格筋細胞の分化を促進することが示され、細胞内シグナル伝達におけるHSP72の関与が強く示唆された。

したがって、予防介護の観点からも、骨格筋線維の萎縮や機能低下を抑制することは重要なテーマである。同様に、健康・スポーツ領域においても、骨格筋量や機能の維持はきわめて重要である。本研究では、免疫系と筋衛星細胞の役割に着目し、骨格筋の萎縮や機能低下、ならびにそれらの回復・再生におけるマクロファージ、サイトカインおよび筋衛星細胞の役割解明を目指す。さらに、筋の回復・再生を助長させるための衛生細胞の増殖・分化促進策を細胞内シグナルの視点から検討する。本研究は4年計画で実施され、本年度はその3年目に当たる。プロテオーム解析により、力学的ストレスの除去による損傷骨格筋における再生の遅延化は、内因性プロテアーゼインヒビターの発現増大に起因すること、そして骨格筋組織幹細胞である筋衛星細胞の活性化生じないことによることが明らかとなった。老化に伴う骨格筋萎縮には酸化ストレスの増大によることが示唆された。また筋萎縮からの再成長において、ホスファチジルイノシトール3キナーゼ(PI3K)-Akt系の活性化に伴うリボゾームでもmRNA翻訳力増大することを明らかにした。また、骨格筋組織幹細胞である筋衛星細胞の活性化は、力学的ストレスに対して感受性を持つことが示唆された。今後さらに筋の回復・再生を助長させるための筋幹細胞の増殖・分化促進策の検討を推進する。老化ならびに発育傷害やスポーツ活動中の不慮の事故等による骨格筋線維の萎縮や機能低下は、Quality of Lifeの著しい低下を招く。さらに疾病など健康の維持に問題が生じ、医療費の増大につながる。本研究は4年計画で実施され、本年度は4年目の最終年度に当たる。力学的ストレスの除去による損傷骨格筋における再生の遅延化は、ミオスタチン機能抑制により骨格筋組織幹細胞である筋衛星細胞が活性化して回復することを明らかにした。また、老化や活動抑制による筋萎縮は、抗酸化物質の投与により抑制されることから、酸化ストレスが関与していることが示唆された。さらに、熱ストレスは筋肥大効果だけでなく筋萎縮作用を有するが、その作用の一部にカルパイン系およびユビキチンプロテアソーム系によるタンパク分解系の抑制ならびにnuclear factor-κB(NF-κB)の抑制によるものであることが示唆された。また筋再生において、Akt-mTOR系が活性化することを明らかにした。
近世指図の作図技法・描法の展開に関する研究

本研究は、まずアンケートによる指図の所在調査を全国約2800機関に対して実施した。大規模なコレクションを有するのは約40機関で、これを中心に、約800点の指図を披見し、その内の30機関が所蔵する約500点について作成年代・基準格子と縮尺・文字・表現内容・色分・紙種などの書誌データ採取・写真撮影を実施した。その結果、得られた知見は以下の通りである。1.所蔵先は各自治体の図書館・公民館・資料館か主である。各藩ごとの残存量は、概ね藩政資料全体の量に比例しており、各藩を家格別でみると御三家や外様の有力家など、石高の高い藩ほど残存率が高かった。2.作図技法・描法については、本研究の代表者である後藤が京大工大頭中井家の指図の分析から明らかにした知見(『中井家文書の研究』110巻(中央公論美術出版19761985年参照)が、大旨諸藩においても共通することが確認できた。すなわち、貼絵図・書絵図の別の存在、基準格子の存在と箆引き・墨引きの別、色分けや建具・柱の表現方法、書き込み等の種類や変遷である。3.一方、独自の特色をもつ藩も存在した。例えば、中井家の図面は、18世紀中期以降、貼絵図から書絵図に変わるが、九州の武雄鍋島家・島原松平家等では、貼絵図が江戸時代を通じて作り続けられていた。また、岡山池田藩のように独自の指図表現を展開した藩や、比較的古い技法の作図法をもとに、新たな表現法を開発した弘前津軽藩のような例も見いだされるなど、藩ごとの特色、多様性が明らかになった。本年度は、公的機関を主体に、近世の指図の残存状況を把握するためのアンケート調査と、パーソナルコンピュータに入力した電子写真の画像精度を検討する予備調査を行った。各研究分担者の担当地域(後藤が北海道・東北6県・京都府・大阪府・兵庫県・奈良県・和歌山県、斎藤が関東7都県、鳥取県・島根県・岡山県・広島県および各都道府県の教育委員会、吉田が中部9県・三重県・滋賀県、伊藤が四国4県・九州7県・山口県・沖縄県)ごとに、既に所蔵が明らかになっている機関を除く、地域内の大小図書館・資料館等に、旧藩等関係図面類(大名・公家屋敷、寺社等)の所在調査のアンケートを実施した。現在、各機関ごとにデータの整理を行っている。また、弘前市図書館、宮内庁書陵部、福井県立図書館、熊本大学を訪れ、津軽家文書、中井家文書および松平文庫、永青文庫所蔵の指図等の書誌的データを調べると共に、特徴的な部分を電子カメラで撮影し、それをパーソナルコンピュータに画像入力したものの解像度を検討した。その上で電子カメラによる画像と書誌的データをどのように関連づけたらよいかの検討を行い、次年度以降に行う指図データ採取の基本マニュアルを決定した。98年度は、アンケート結果に基づき、指図を所蔵する機関を訪れ、書誌的データの採取と電子カメラによる撮影および主要な指図の写真フィルムによる撮影を並行して行う予定である。本年度はまず、昨97年度に各自が実施したアンケート調査結果を持ち寄り、98年度の調査機関を決定した。あわせて、97年度に実施した予備調査の際に撮影したデジタル・銀塩の両写真ファイルを比較しながら、「書誌データ調査票」及びデータベーステーブルの原案を作成し、4機関合同で陽明文庫の指図を使って書誌データ採取を試みると同時に、電子写真の撮影法の統一訓練を行った。その後、後藤が米沢上杉家文書と、水沢留守家文書の指図調査についてこれを使って実際の調査を行って調査票・撮影法の改良を行い、各研究分担者に配布して98年度調査を実施することとした。なお、予備調査の結果に基づき画像記録は、デジタル・銀塩の併用で行うこととした。

各研究分担者の担当地域は、97年度のアンケート結果に基づいて再調整を行い、調査分担を、後藤が北海道・東北6県・京都・大阪・兵庫・奈良・和歌山、斎藤が栃木・群馬・埼玉・千葉・東京・神奈川・鳥取・島根・岡山・広島、吉田が新潟・富山・石川・福井・山梨・長野・岐阜・静岡・愛知・三重・滋賀、伊東が山口・四国九州全県・沖縄を主担当とすることとした。なお、後藤は必要に応じて各県の調査に加わることとし、また、所蔵枚数の非常に多い機関や近畿各県及び沖縄は各分担者が協力することとして調査を開始した。98年度の調査実施機関は、宮内庁書陵部・陽明文庫・米沢図書館・水沢図書館・国立史料館・石川県図書館・福井県図書館・武雄市教育委員会・岩国徴古館・防府市図書館・東京都立中央図書館などである。本年度はまず、97年度・98年度に各機関で分担した各指図所蔵機関の調査対象指図の、採取書誌データシート、デジタル・銀塩の写真データを持ち寄り、書誌データ採取上の問題点、特に指図台紙の紙質の判別が、所蔵機関の修補によって困難になっている場合がある点について検討し、調査方法の見直しを計った。また、特色の顕著な指図については、特に細部にわたる観察検討を強化することを確認し、新たに本年度の各機関の調査対象を決定した。99年度に行った調査機関等は、和歌山県立図書館(紀伊家文書)、大阪市立博物館(佐賀藩大阪蔵屋敷関係)、大阪府立中之島図書館(禁裏関係)、福井県立図書館(松平文庫)、小浜市立図書館(酒井家文庫)、大野市柳廼社(土井家文庫)、福井市立郷土歴史博物館(春嶽公記念文庫)、金沢市立図書館(主として前田家関係)、富山県立図書館(前田家子藩関係)、武雄市教育委員会(鍋島家関係)、長崎県島原市本光寺(松平家)、日南市教育委員会(伊東家)、愛媛県立図書館(松山藩)、財団法人伊達文化保存会(宇和島伊達家)、安芸市立歴史民俗博物館(五藤家)、御花(立花家)、岩国徴古館(吉川家)、(高松市)歴史博物館建設準備室(松平頼武関係)、宮城県図書館(伊達家)、以上である。この内、宮城県図書館の調査は、年度末に4機関合同で行い、寛文3年の江戸屋敷指図2枚を中心に、詳細調査を行い、これまでの調査によって得られた知見による、作図技法・描法の分析方法の可能について検討した。本年度は、97年度から本年度までに各機関で分担して調査した各指図所蔵機関の指図の、採取書誌データシート、デジタル・銀塩写真データを持ち寄り、情報の報告・交換を行い、その結果に基づき、研究の最終年度でもあるため報告書についての検討を行った。具体的には、8月7日9日に東京国立文化財研究所で打ち合わせ会議を開き、それまでの調査結果を互いに報告し、今後必要な補充調査や報告書の内容・目次・執筆の分担等を決定した。その際、長崎県島原市本光寺の島原藩関係指図については、貼絵図の残存数が多く、複数の調査員による調査が必要との見解に達したため、8月21日23日に後藤・伊東が共同で調査を行なった。調査には、古文書修補の専門的知識・技術を有する宮内庁書陵部図書課の吉野敏武修補係長にも参加頂き、紙質や修補技術について指導を仰いだ。2001年1月3031日には、再び東京国立文化財研究所で打ち合わせ会議をもち、全員の書誌・写真データを1つに集約して全員に再配布することで、当調査におけるすべてのデータを共有化した。合わせて報告書について改めて検討したが、データ量が膨大で分析にも時間を要するとの判断から、成果報告書の提出を1年後に延期する申請をせざるを得ないことを確認した。
ヒト肺腺癌発生機構の解析-細胞不死化と癌遺伝子・癌抑制遺伝子の機能

本研究の目的は、がんウイルス遺伝子の導入によりヒト末梢気道上皮細胞を不死化させ、その機序を明らかにすることであった。成人ヒト(50-60才台の肺癌症例)の正常肺組織片の培養により得た細気管支上皮由来の外生細胞に対して、リボフェクション法を用いてHPV16のゲノムをもつplasmid pHPV16、HPV18のゲノムをもつplasmid pHPV18、その一部E7をもつplasmid pDE7、SV40のゲノムをもつplasmid pSVori-をそれぞれトランスフェクトし継代培養を行った。培地はインスリン、トランスフェリン、エタノラミン/フォスフォエタノラミン、上皮成長因子を含むMCDB153を用いた。計3回行った実験の結果では、pSVori-のトランスフェクタントは最大9回までの継代が可能であったが(20 population doubling(P.D.L.))、最終的には死滅した。特異抗体を用いた免疫染色で、細胞核にlarge T抗原の発現とp53蛋白の蓄積を認めた。7回継代時点でのテロメレース活性は陰性であった。他のplasmidsのトランスフェクタントは2ないし3回しか継代できなかった(26P.D.L.)。今回の研究では、ヒト末梢気道上皮細胞はHPVゲノムの導入では細胞寿命の軽度の延長しか起こらないのに対して、SV40ゲノムの導入により著しい寿命の延長と継代回数の増大(population doubling能力の増大)がもたらされることが示され、それはp53蛋白の機能異常と関連することが推察された。しかしながら、この増殖能の増強は不死化には十分ではなく、テロメレース活性の賦活化も認められなかった。成人ヒト末梢気道上皮細胞の不死化が困難である理由の一つとしてその増殖能が余り高くないことが考えられる。今後は若年者の肺組織などを用い、より増殖能の高い細胞を得て実験を繰り返す予定である。1.培養ヒト末梢気道上皮細胞の増殖と分化におよぼす生物学的活性物質の影響:(1)ビタミンAの増殖に及ぼす影響:肺組織からの上皮細胞の増殖・外生はretinol(10^<-8>10^<-9>M)添加により促進されたが、継代細胞の増殖は逆に抑制された。(2)ビタミンAの分化に及ぼす影響:retinol(10^<-5>M)存在下では肺組織からの外生細胞は線毛細胞と分泌細胞に分化したが、非存在下では扁平上皮へと分化した(化生)。ヒト末梢気道上皮細胞の正常な分化にはビタミンAが必要であることが示された。(3)カルシウムの影響:0.03mMCa^<2+>存在下では細胞の重積化が起こらず、線毛細胞への分化も認められなかった。0.10.3mMCa^<2+>存在下では細胞は重積化し、線毛形成が認められた。線毛細胞への分化は比較的高濃度のカルシウム存在下における細胞の重積化により誘導されることが推測された。2.ウイルスがん遺伝子導入によるヒト末梢気道上皮細胞の細胞寿命延長効果:(1)lipofection法によりHPV16,18,E7あるいはE7+p21antisense DNAを導入した細胞は23回の継代が可能で(対照では1回のみ)、細胞寿命の延長を認めた。しかし、その後死滅し不死化には到らなかった。

(2)SV40 DNAを導入した細胞では著明に細胞寿命を延長し、これまで7回の継代に成功している。免疫細胞学的にこれら細胞にp53蛋白の核内蓄積を確認した。一方、telomerase活性は認められておらず、不死化に到達したという証拠は現時点では得られていない。本研究の目的は、ヒトがんウィルス遺伝子の導入によりヒト末梢気道上皮細胞を不死化させ、その機序を明らかにすることであった。成人ヒト(50-60才台の肺癌症例)の正常肺組織片の培養により得た細気管支上皮由来の外生細胞に対して、リポフェクション法を用いてHPV16のゲノムをもつplasmid pHPV16、HPV18のゲノムをもつplasmid pHPV18、その一部E7をもつplasmid pDE7、SV40のゲノムをもつplasmid pSVori-をそれぞれトランスフェクトし継代培養を行った。培地はインスリン、トランスフェリン、エタノラミン/フォスフォエタノラミン、上皮成長因子を含むMCDB152を用いた。計3回行った実験の結果では、pSVori-のトランスフェクタントは最大9回までの継代が可能であったが(20 population doubling(P.D.))、最終的には死滅した。特異抗体を用いた免疫染色で、細胞核にlarge T抗原の発現とp53蛋白の蓄積を認めた。いずれの時点でもテロメレース活性は陰性であった。他のplasmidsのトランスフェクタントは2ないし3回しか継代できなかった(26P.D.)。今回の研究では、ヒト末梢気道上皮細胞はHPVゲノムの導入では細胞寿命の軽度の延長しか起こらないのに対して、SV40ゲノムの導入により著しい寿命の延長と継代回数の増大(population doubling能力の増大)がもたらされることが示され、それはp53蛋白の機能異常と関連することが推察された。しかしながら、この増殖能の増強は不死化には十分ではなく、テロメレース活性の賦活化も認められなかった。成人ヒト末梢気道上皮細胞の不死化が困難である理由の一つとしてその増殖能が余り高くないことが考えられる。今後は若年者の肺組織などを用い、より増殖能の高い細胞を得て実験を繰り返す予定である。
Ptを超える微粒子担持電極触媒の開発

Pt代替触媒になり得るZrON及びTaON等を炭素微粒子表面へ直接成膜する特殊なスパッタリング装置を開発した.そして,石英ガラス基板にZrO2薄膜及びZrON薄膜を作成し,X線回折,光吸収スペクトルで膜質を,サイクリックボルタンメトリーで酸素還元開始電圧を評価した.その結果,理想に近い触媒能を持つ膜が得られることが分かった.本年度の研究計画に従って、下記の(1)-(2)を進めた。(1)スパッタリング成膜装置の開発:リング状のターゲットの内側にマグネトロン放電を発生させて反応性スパッタリング成膜を行う装置を設計し,製作した.装置を現有の真空槽,排気装置,ガス供給系統等を用いて組み上げた当初は,真空槽内を1Pa程度の圧力に保つと成膜に必要な50sccm程度のガス流量を確保できなかったため,真空漏れ等の原因を突き止めることに大いに時間を費やした.しかし,排気ポンプを拡散ポンプから排気速度1000L/s程度のターボ分子ポンプに交換することによって漸くこの問題は解決した.そして,Zrをターゲットとし,Ar, O2,N2の混合ガスを使用して,ガラス基板及びシリコン基板上にZr酸化物及び酸窒化物を200nm程度成膜することに成功した.また,炭素微粒子表面への成膜は,炭素微粒子を超音波振動子等で跳ね上げてリング状ターゲット中央の成膜空間へ供給する方式で行なう予定であり,この方式の最適条件を別の真空槽で探索している.(2)触媒能,膜質の評価の準備:発光分光によりプラズマ中の励起種の分析を行い,ガラス基板上に作成された薄膜の吸収スペクトルからZrの酸化物,酸窒化物の形成を確認した.また,シリコン基板上に作成された酸化物薄膜はZrO2であることがX線回折から示された.この他,炭素微粒子ー酸窒化物界面及び酸窒化物表面の組成や化学結合状態を評価するための,X線光電子分光法(XPS),オージェ電子分光法(AES)(いずれも横浜国大機器分析評価センター),表面反射分光法(SRS)の装置,ならびに触媒能を評価する三電極式電気化学測定装置が順調に動作することを,実際に操作して確認した.本年度の研究計画に従って、下記の(1)-(2)を進めた。(1)成膜条件の最適化:まず,リング状ターゲットを用いて基板へのダメージをなるべく低く抑えて反応性スパッタリング成膜を行うための条件を検討した.ローダミン6G膜上へのZrO2成膜におけるダメージを光吸収スペクトルで評価した結果,ターゲットの中心軸上の最適な場所が決定された.次に,石英ガラス基板への酸化物,酸窒化物の成膜に関して,基板温度,高周波電力,成膜圧力,各スパッタガスの流量などの成膜パラメータを変化させて,これらのパラメータがZrONの膜質へ与える影響をX線回折及び光吸収スペクトルを用いて精査した.その結果,酸素ガス導入で主に単斜晶のZrO2薄膜を作成する条件,ならびに窒素ガス導入でβ-ZrON(Zr7O8N4)とγ-ZrON(Zr2ON2)の膜を生成する条件が決定された.グラッシーカーボン基板上に作成されたZrON薄膜について,三電極法による電気化学測定を用いて触媒能を評価した結果,膜厚が厚いほど酸素還元開始電圧が高く,1.1V程度の値が得られることが分かった.本年度中にはこの結果をフィードバックして触媒能が最も高くなるような成膜パラメータを見出すまでには至らなかったが,そのための道筋は明らかになった.(2)炭素微粒子供給方法の開発:リング状ターゲットの成膜空間へ炭素微粒子を供給する方法については,超音波振動子,圧電素子,ブザーなど様々な振動源を用いて試みたが,まだ十分な供給能力を有する方法を見いだせていない.もう少し試行錯誤が必要である.この問題が解決されれば,量産に適したスパッタリング装置ならびにプロセスの提言を行うことが可能である.Pt代替触媒になり得るZrON及びTaON等を炭素微粒子表面へ直接成膜する特殊なスパッタリング装置を開発した.そして,石英ガラス基板にZrO2薄膜及びZrON薄膜を作成し,X線回折,光吸収スペクトルで膜質を,サイクリックボルタンメトリーで酸素還元開始電圧を評価した.その結果,理想に近い触媒能を持つ膜が得られることが分かった.現有の拡散ポンプでは排気能力不足でスパッタリング成膜に必要なガス流量を確保できず,真空漏れ探査等で時間を費やして計画が遅れたが,ターボ分子ポンプに交換してからは順調に進んでいる.Taターゲットで予備実験が行えなかったのは若干の遅れかもしれないが,成膜装置は順調に稼働しているので,27年度中に所期の目標を達成することは十分可能であると考えられる.総合理工ほぼ当初の研究計画通りに下記の(1)-(2)を進める.(1)成膜条件の最適化:まず,TaターゲットでZrと同様の予備実験を行い,ガラス基板及びシリコン基板上への酸化物,酸窒化物の成膜を確認する.次に,実際の成膜用真空槽でリング状ターゲット中央の成膜空間へ炭素微粒子を供給する方法を確立し,炭素微粒子表面上へのZrON及びTaONの成膜を確認する.さらに,高周波電力,成膜圧力,各スパッタガスの分圧などの成膜パラメータを変化させて,これらのパラメータがZrON及びTaONの触媒能と膜質へ与える影響を精査し,その原因を考察する.

その結果を成膜パラメータへフィードバックして成膜するというサイクルを繰り返し,触媒能が最も高くなるような成膜パラメータを見出す.これらの結果を燃料電池自動車向けのMembrane Electrode Assembly (MEA)に適用して実用可能なPt代替触媒が得られるように評価・検討・改善を行う.炭素微粒子担持されたZr, Ta酸窒化物の原子スケールでの表面界面電子物性の研究は初めての試みであり,同一試料で表面界面物性と電気化学的性質の研究を行うことにより,触媒能に関して新たな知見が得られることも期待できる.(2)量産化への提案:本研究で開発される特殊スパッタリング装置ならびにその装置での成膜の最適条件は,あくまでも実験室規模での成膜の条件である.Pt代替触媒の利用を一気に拡大させるためには,Pt代替触媒の量産体制を作らねばならない.例えば,超音波振動子による炭素微粒子の浮遊なども量産体制には向かず,他の方法を考える必要がある.本研究の結果をもとにして,これらの課題を克服した量産に適したスパッタリング装置ならびにプロセスの提言を行う.もともと基金を初年度に多く配分したのは,研究が飛躍的に進んで消耗品等を多量に購入するような場合でも対応できるようにするためである.昨年度の研究の進度はほぼ計画通りだったため,基金の30%近くを繰り越すことになったが,これは十分想定された範囲である.昨年度の執行額が少なかった原因としては,スパッタリング成膜装置が設計通りの性能を発揮するまでに時間がかかったため,ターゲットやガスラインの構築に必要な経費,ならびに膜質評価に必要な経費が予定より少なかったことが挙げられる.スパッタリング成膜装置薄膜作成が順調に稼働し始めたので,27年度末までには所期の研究目標を達成できる見通しである.従って,昨年度支出が少なかったターゲットやガスラインの構築の経費,ならびに膜質評価の経費を含めて,26年度当初に予定した通りの経費が必要になると予想される.
キタテハの夏型ホルモンの精製とカイコガ夏型ホルモン活性物質の単離

今回の研究の成果は、大きく4つに分けられる。1つは夏型ホルモンの抽出・精製過程で生物検定に、あるいは夏型ホルモンの抽出のために供する山口産キタテハの光周反応性(季節型発現と成虫卵巣休眠について)を確認することであり、その2つ目は、キタテハ幼虫を季節に関係なく大量に飼育するための人工飼料の確立である。また、3つ目は、その脳から夏型ホルモン活性物質を抽出・精製・単離するために、どのステ-ジのカイコが幼虫、蛹または成虫から脳を採取すればよいかを決めることである。4つ目は、この研究の中心的課題である、カイコガの脳内に存在する夏型ホルモン活性物質の精製過程に、イオン交換クロマトグラフィ-をどのように採用すれば良いかを決めることである。上の1から3に分けられた研究成果によって、山口産キタテハの人工飼料飼育が可能となり、その際の光周温度条件は比較的低い温度で、明期の長さを12時間とすることが望ましいと推定された。また、夏型ホルモン活性物質を抽出するカイコガのステ-ジは、脳の大きさ、脳の集め易さ、脳内のホルモン活性から、吐系中の5令幼虫が最適ではないかと考えられた。さらに、4つ目の成果によって、カイコガの脳から抽出した夏型ホルモン活性物質は、熱には強い(95°C、5分)が、酸に弱い物質であり、陽イオン交換体に効率よく(中性附近で)吸着され、溶媒の塩濃度を上げることによって、比較的容易にシングルピ-クとして回収されることが明らかとなった。しかし、イオン交換クロマトグラフィ-に使用する担体の種類を検討することと、これまでに確立された夏型ホルモン活性物質の精製過程(抽出、分画、ゲル3過、高速液体クロマトグラフィ-)のどこに、どのように組み込むかをさらに検討する必要がある。この最後に残された課題は、夏型ホルモン活性物質を効率よく、高収量率で精製するためには、ぜひとも解決する必要がある。カイコガ夏型ホルモン活性物質の抽出および粗精製には、既にかなりの成果を上げているが、現在、イオン交換樹脂の選定とその処理条件の確定に苦戦中である。しかし、この夏型ホルモン活性物質とよく似た物理化学的性質をもつ前胸腺刺激ホルモンでは、クロマトのための条件が一応確定しており、この方法を少々改良して夏型ホルモン活性物質のイオンクロマトグラフィ-に使う予定である。この実験に使用するためのカイコガの成虫の脳は、今年度中に既に120,000頭分stockされており、イオンクロマトグラフィ-の条件の確定はこの脳によって可能であると確信している。また、これとは別に、ホルモン活性の検定に使用するキタテハの人工飼料の開発については、一応の目途がつき、飼育方法さえ改良すれば、大量飼育が可能な段階となった。この成功により、今後は季節に関係なく検定材料の大量な供給が可能となり、研究の進展がかなり早まるものと期待している。今後に予定されている精製段階としては、高速液体クロマトグラフィ-であるが、これはまだ予備的段階にあり、これから積極的に行う予定である。恐らくは、この高速液体クロマトグラフィ-のカラムの選定と条件の決定が、この研究の成否を決めるのではないかと予想される。今年度の研究成果は、大きく2つにわけられる。1つは夏型ホルモン活性物質を抽出するカイコガの脳は、幼虫、蛹、成虫のいずれのステ-ジで得たら良いかを決めたことである。

4令当日の幼虫から成虫までの各ステ-ジで1日ごとに脳を300個ずつ集め、抽出し、キタテハの短日蛹に投与し、各抽出液中の夏型ホルモン活性を検定した。その結果、最終令(5令)中期から成虫にかけて、脳内の夏型ホルモン活性が増加すると判断された。しかし、脳のサイズ、集め易さから考えると、蛹化直後の脳が、夏型ホルモンの抽出には最適ではないかと考えられた。また第2の成果は、夏型ホルモン活性物質の精製過程におけるイオン交換クロマトグラフィ-のステップが確定できたことである。まず、バツチ法によって、陽イオン交換体と陰イオン交換体のいずれに夏型ホルモン活性物質が、親和性を示すかを調べた所、QAEーとDEAEーToyopearlの陰イオン交換体に、中性附近で強い親和性を示すことが明らかとなった。そこで、ファルマシアの高速液体クロマトグラフィ-によって、陰イオン交換カラム(MonoーQ)を用いて、イオン交換クロマトグラフィ-を行い、その溶出液を凍結乾燥の後に、キタテハの短日蛹に投与し、夏型ホルモン活性物質の溶出パタ-ンを調べたところ、溶出液のNaCl濃度が0.5M附近で、単独の活性ピ-クとして夏型ホルモン活性物質が回収されていた。この結果、夏型ホルモン活性物質の抽出、部分精製、イオン交換クロマトグラフィ-,逆相カラムによる高速液体クロマトグラフィ-と精製のための全てのステツプが確定したこととなった。しかし、この精製過程が確定した際には、既にキタテハが飼育可能な季節(4月ー10月)が終り、今年度中にその実験を行うことが不可能となり、カイコガの脳から、夏型ホルモン活性物質を精製、単離するまでには至らなかった。
東南アジアの在来農具と農法展開に関する研究

在来農具と農法は東南アジアにおいてもそれなりの合理性をもって存在している。このような認識に立ち、農具形態の地域的特性と利用、ならびに製造工程の工学的分析、流通過程を調査した。又、在来農具を農法や農作業の中に位置づけ、社会学、経済学、歴史学、作物学等の境界領域における考察をも加えながら農法展開の調査研究を行った。そして国際セミナ-を通し関係国研究者との合同討議を行い適正技術の移転がスム-ズに行える資料を提供した。現地調査は1988年7月ー8月にタイにて実施され、チュラロンコン大学、カサセ-ト大学、プリンスオブソンクラ大学、キングモンクット大学、チェンマイ大学およびメジョ-大学の関係者の協力を得た。また、1989年8月には調査総括に一環として現地研究分担者タムロン・プレンプリディによる第3回国際セミナ-がチュラロンコン大学の主催で実施され、在来農具と鍛冶屋の技術レべル調査に基づき、総合的な検討を行なった。研究成果の概要を以下に列挙する。1.タイ北部を中心とした調査により、在来農具と農作業の関係、農具の形態的特質、農具製造工程の工学的分析、農業経営形態、及び農具の流通販売過程、野鍛冶技術とその伝承・伝播等、東南アジア農業の適正技術の確立に関する基礎的学術資料を得た。2.在来農具についてはタイにおいて耕うん、代かき、田植え、除草管理、収獲、加工等に用いられるものにつき調査・分析した。3.さらにタイの現地条件に適応し、いくつかの利点を有する伝統的プラウの形態的特質を設計工学的デ-タとして整理した。これらのデ-タに基づき新しい改良プラウの設計開発にコンピュ-タデザインシステムの導入を試みた。このシステムの実用化についてはカセサ-ト大学との共同研究が順調に進みその研究成果は国際学会誌等に発表している。4.タイの農法展開をみると、伝統的農法は急速に新しい技術に取って代られつつあるが、その技術的変遷過程には顕著な地域的差異が見られる。伝統的に米生産が経済の重要位置を占めるタイでは、農具や農作業の中に地域の自然環境に適応した様々の伝統的技術や工夫が見られ、農業機械を含む新しい技術のなかにそれらの影響が色濃く反映しているといえる。5.タイにおける特徴としては現地開発技術が地域性と自然環境に適応しつつ多様化していることである。また耕うん作業や収穫作業についても比較的豊富な労働力を生かし得る適正技術の確立が進んでいる。6.収穫については北部や東北部においてはマイピ-プと呼ばれる脱穀用手農具による打穀が行われている一方、中央平原を中心に国産の投げ込み式スレッシャ-が普及している。7.又、北部においてはチェンマイ市周辺機械化にともない、集約的な3毛作すなわち、米作と大豆・野菜を組み合わせたシステムも急速に進んでいる。8.タイ国内には200戸以上を擁する鍛冶屋の大集落がプレ-、ランパン、アユタやコラ-トと4ケ所あり、鎌、シアム(スコップに類するもの)山刀等の農具需要の7080%を供給している。近年、電化が進むと共に生産工程の近代化が起こり、家内工業から工場的手工業に移行するものが見られるようになった。農具は行商人によって鍛冶屋から消費者へ運ばれて販売されているが、大量生産にともない車で卸売・小売を通して流通するものが増加している。なお、本研究はタイ国でも大きな関心を持たれ、カウンタパ-トであるチュラロンコン大学タムロン教授による国際セミナ-「東南アジアの在来農具と農法展開に関する研究」が1989年8月1日3日に同大学で実施された。セミナ-で発表した研究論文集はすでに出版されている。

このシステムの実用化についてはカセサ-ト大学との共同研究が順調に進みその研究成果は国際学会誌等に発表している。4.タイの農法展開をみると、伝統的農法は急速に新しい技術に取って代られつつあるが、その技術的変遷過程には顕著な地域的差異が見られる。伝統的に米生産が経済の重要位置を占めるタイでは、農具や農作業の中に地域の自然環境に適応した様々の伝統的技術や工夫が見られ、農業機械を含む新しい技術のなかにそれらの影響が色濃く反映しているといえる。5.タイにおける特徴としては現地開発技術が地域性と自然環境に適応しつつ多様化していることである。また耕うん作業や収穫作業についても比較的豊富な労働力を生かし得る適正技術の確立が進んでいる。6.収穫については北部や東北部においてはマイピ-プと呼ばれる脱穀用手農具による打穀が行われている一方、中央平原を中心に国産の投げ込み式スレッシャ-が普及している。7.又、北部においてはチェンマイ市周辺機械化にともない、集約的な3毛作すなわち、米作と大豆・野菜を組み合わせたシステムも急速に進んでいる。8.タイ国内には200戸以上を擁する鍛冶屋の大集落がプレ-、ランパン、アユタやコラ-トと4ケ所あり、鎌、シアム(スコップに類するもの)山刀等の農具需要の7080%を供給している。近年、電化が進むと共に生産工程の近代化が起こり、家内工業から工場的手工業に移行するものが見られるようになった。農具は行商人によって鍛冶屋から消費者へ運ばれて販売されているが、大量生産にともない車で卸売・小売を通して流通するものが増加している。なお、本研究はタイ国でも大きな関心を持たれ、カウンタパ-トであるチュラロンコン大学タムロン教授による国際セミナ-「東南アジアの在来農具と農法展開に関する研究」が1989年8月1日3日に同大学で実施された。セミナ-で発表した研究論文集はすでに出版されている。
高密度プラズマリアクタ内におけるラジカルの希薄流と表面反応に関する研究

本研究で得られた成果について理論と実験に分けて以下に述べる.1理論班の成果(1)誘導結合プラズマ装置内の現象をDSMC法およびPIC/MC法により解析した.その結果,エッチング速度はガス流量の増加と共に増加し,速度分布の非一様領域が流量の減少に伴い増加すること,また高密度プラズマ中ではソースコイル電流が小さい程,電子エネルギー分布はマクスウエル分布に近付くことを明らかにした.(2)容量結合プラズマ装置内の現象をシュミレートする統合的方法を開発し,それを用いて以下の結果を得た.エッチング速度分布はウエーハの大部分で一様であるが,周縁部で著しく速度が増加する.またRF塩素放電プラズマのアフタグロー中では,電子密度は塩素ラジカル負イオンより二桁程低いことを明らかにした.(3)シリコンの塩素エッチング特性を調べるのに適した新しい粒子シミュレーション法を提出した.これを用いて塩素ラジカルの生成速度,シリコンのエッチング速度を求めて,実験結果との比較・検討を行ない良い一致を見た.2実験班の成果(1)誘導結合プラズマ装置の設計・製作を行ない,あわせて計測システムの構築を行なった後に,試験データの採取をした.(2)本装置によりアルゴンプラズマの特性を詳細に調べた.その結果,電子密度示が1×10^<10>1×10^<11>cm^<-3>,電子温度が46eV,プラズマ電位が3545Vであることが分かった.(3)本装置を用いてシリコンの塩素エッチング特性を,連続放電とパルス変調放電の場合について調べた.連続放電の場合,エッチング速度分布はウエーハ面内で一様で,エッチング深さはエッチング時間と線形関係にある.他方,パルス放電の場合,エッチング速度はデューティ比の減少と共に増加し,約33%で飽和する.エッチング速度分布はデューティ比が小さい程非一様分布となることを明らかにした.本研究で得られた成果について理論と実験に分けて以下に述べる.1理論班の成果(1)誘導結合プラズマ装置内の現象をDSMC法およびPIC/MC法により解析した.その結果,エッチング速度はガス流量の増加と共に増加し,速度分布の非一様領域が流量の減少に伴い増加すること,また高密度プラズマ中ではソースコイル電流が小さい程,電子エネルギー分布はマクスウエル分布に近付くことを明らかにした.(2)容量結合プラズマ装置内の現象をシュミレートする統合的方法を開発し,それを用いて以下の結果を得た.エッチング速度分布はウエーハの大部分で一様であるが,周縁部で著しく速度が増加する.またRF塩素放電プラズマのアフタグロー中では,電子密度は塩素ラジカル負イオンより二桁程低いことを明らかにした.(3)シリコンの塩素エッチング特性を調べるのに適した新しい粒子シミュレーション法を提出した.これを用いて塩素ラジカルの生成速度,シリコンのエッチング速度を求めて,実験結果との比較・検討を行ない良い一致を見た.2実験班の成果(1)誘導結合プラズマ装置の設計・製作を行ない,あわせて計測システムの構築を行なった後に,試験データの採取をした.(2)本装置によりアルゴンプラズマの特性を詳細に調べた.その結果,電子密度示が1×10^<10>1×10^<11>cm^<-3>,電子温度が46eV,プラズマ電位が3545Vであることが分かった.(3)本装置を用いてシリコンの塩素エッチング特性を,連続放電とパルス変調放電の場合について調べた.連続放電の場合,エッチング速度分布はウエーハ面内で一様で,エッチング深さはエッチング時間と線形関係にある.他方,パルス放電の場合,エッチング速度はデューティ比の減少と共に増加し,約33%で飽和する.エッチング速度分布はデューティ比が小さい程非一様分布となることを明らかにした.低ガス圧力で高密度プラズマの生成が可能な誘導結合放電を用いて,プラズマ中に生成されるラジカルが,どのようにして被加工物であるウエハまで拡散,輸送されまたウエハ表面でどのようなエッチング反応を起こしてエッチングが進行するのかを明らかにするのが本研究の目的である.本研究を進めるにあたり,研究グループを実験班と理論班の2班から構成し,平成10年度はそれぞれ以下の取り組みを行った.実験班は主要設備である誘導結合プラズマ装置を設計し,外注によって製作した.引き続いてプラズマ装置の試運転,調整を現在行っている.次に計測システムの構築であるが,これには現有のラングミュアプローブの高速トラバース装置とデータ解析装置を用いる.さらにシステムは四重極質量分析器,マイクロ波干渉計,表面粗さ計等から構成される.これにより電子密度,電子温度,イオン密度等が計測される.次年度以降の実験班の主な役割は試験データの採取である.一方,理論班は新たに開発された電磁場の高速解法を用いて,クーロン衝突の電子エネルギー分布関数(EEDF)に与える影響を調べ,ICP装置のコイル電流が小さい場合影響が大きいこと,コイル電流が小さいとEEDFはクーロン衝突によるマクスウエル分布に近づくことを明らかにした.次にラジカルのプラズマ装置内における拡散と輸送について調べた.その結果原料ガスの流量が増加するとエッチレートは大きくなり,かつ一様性も改善されることを明らかにした.次年度以降,最終的にはエッチング速度分布を広範囲な実験条件に対し計測し,シミュレーション結果との比較からウエハ表面反応を説明できる表面反応モデルを推測する.本研究の目的はプラズマ中に生成されるラジカルの拡散・輸送のメカニズム,並びにラジカルとウェハ表面とのエッチング反応とエッチングの進行のメカニズムを明らかにすることである.

本年度は理論班は高周波エッチング装置内の諸現象,例えばラジカルの生成と輸送,ラジカルによるウェハのエッチングとエッチ生成物の量等をシミュレートする方法を開発した(南部ら).この方法により高周波塩素プラズマの解析を行い以下のことを明らかにした.エッチ速度はウェハの大部分で一様であること,ウェハ端においてエッチ速度は著しく増加すること,圧力一定の下ではこの速度の上昇域はソースガス流量の増加と共に狭くなる.この理由はエッチャントのウェハ端への強い拡散によることを明らかにした.また誘導結合プラズマに対して,電子エネルギー分布関数(EEDF)を詳しく解析し(米村ら)次のことを明らかにした.EEDFはMaxwell分布から大きくずれ,そのピークは低エネルギー側にある.この差違は小電流,低気圧まど大きい.クローン衝突のEEDFへの影響は同じ密度で電子温度が低い場合に大きく,EEDFはMaxwell分布に近づく,一方,実験班はアルゴンプラズマによる基礎データを採取した.基礎実験において電子密度,電子温度,プラズマポテンシャルのガス圧力・ガス流入・入力電力,プラズマソースからの距離およびガス排気口の影響を調べた(佐々木ら).その結果,圧力の増加に伴い電子密度は増加し,ポテンシャルと電子温度は低下すること,rf入力電力の増加では電子密度,電子温度,ポテンシャルはすべて増加すること,電子密度の径方向分布は一様であるが,排気口近くでは一様が損なわれること,電子密度はプラズマソースから遠ざかるほど低くなることを明らかにした.塩素プラズマのエッチング速度分布について現在実験進行中である.本研究は今年度が最終年度になる.過去2年間の成果に加えて,本年度はさらに以下の成果を挙げた.本研究は理論班(南部・米村・塩沢)と実験班(佐々木・高橋)の2グループで進められた.始めに理論班の成果について列挙する.1.低気圧反応器内の物理・化学現象の解析を可能にするため,確率論的方法に基づく粒子衝突の取り扱いを入れた粒子シミュレーション法を開発した.2.上記の粒子シミュレーション法を用いて,塩素プラズマ中のシリコンのエッチング特性を調べ,各種プラズマパラメータ及びラジカル生成速度の外部因子依存性を明らかにした.3.中性ガス,ラジカル等の反応器内の流れを解析しそのエッチング特性への影響を調べ,エッチレート分布を求めた.この結果は反応確率0.1の時に実験と良い一致を示した.すなわちエッチング速度の予測法を確立した.次ぎに実験班の成果について述べる.実験はプラズマ源を連続波およびパルス変調した場合について行い,塩素プラズマ中のシリコンエッチング特性を明らかにした.1.連続波プラズマの実験基盤バイアス電力を連続波で与えて増加させるとエッチレートはそれに伴い増加した.またガス圧力を増加した場合もエッチレートは増加する.さらにガス圧力が低い場合(0.5Pa)はRFソース電力を増加するとエッチレートは逆に低下する.基盤バイアス電力をパルスで与えた場合デューティ比(ontime/period)の小さいほうがエッチレートは低く,40%以下でエッチングは起こらないことを発見した.2.パルス変調プラズマの実験
メカニカルストレスが脳卒中易発症高血圧自然発症ラットの骨代謝と寿命に及ぼす影響

脳卒中易発症性自然発症高血圧ラット(SHRSP)は高血圧を発症し、脳卒中によって死亡する動物モデルである。この系にはカルシウム代謝異常もあり、病因の一つと考えられている。一方、トレーニングは局所の骨量を増加させることが知られているが、全身のカルシウム代謝にも何らかの影響を与えると考えられる。そこで、本研究においてはジャンプトレーニングがSHRSPの寿命を延ばすことできるか、またカルシウム代謝を改善することができるかについて実験を行なった。2回の実験においてジャンプトレーニング群の寿命は非運動群と有意差がなく、ジャンプトレーニングはSHRSPの寿命に影響を与えないことが明らかとなった。一方、SHRSPにおいてもジャンプトレーニングにより大腿骨および脛骨の下肢の骨塩量は増加し、局所のメカニカルストレスに対する骨の適応は認められた。しかし、ジャンプトレーニングは有意に血清無機リン酸の濃度を低下させたものの、血清カルシウムおよび血清副甲状腺ホルモンに影響を及ぼすことがなく、全身性のカルシウム代謝を変化させることがないことが示唆された。また、骨細胞などから出される骨関連タンパク質であるオステオポンチン、オステオカルシン、マトリックスグラタンパク、オステプロテゲリン、RANKLなどの血清レベルもジャンプトレーニングによって影響されることがないことが明らかとなった。また、血清総コレステロール、HDLコレステロール、LDLコレステロール、アディポネクチンなどにも変化を与えず、ジャンプトレーニングはコレステロールを中心とする脂質代謝にも影響を与えないことが明らかとなった。以上の結果より、1日20回のジャンプトレーニングはSHRSPの局所の骨を鍛えることには有効であるものの、全身性のカルシウム代謝または脂質代謝には影響を与えないことが明らかとなった。脳卒中易発症性自然発症高血圧ラット(SHRSP)は遺伝的に高血圧・脳卒中になるだけでなく、種々のカルシウム代謝異常を伴っており、骨量が少ない、石灰化速度が遅いなどの明確な骨粗鬆症の特徴を示す。また、カルシウム排泄量が多い、血清副甲状腺ホルモンが高いなどの全身性のカルシウム代謝異常もあり、高血圧などの発症にもかかわっていると考えられている。このラットに骨を鍛えるジャンプトレーニングを行なわせると、下肢の骨量が増加するだけでなく全身のカルシウム代謝の改善が期待されると考えられる。さらにカルシウム代謝の改善によって動脈硬化が抑制され、寿命が延びる可能性が考えられる。また、この場合に骨から出される骨代謝関連のサイトカインが関連している可能性が指摘される。そこで第一実験として、雄のSHRSPをトレーニング群(n=10)およびコントロール群(n=9)に分け、トレーニング群には1725週齢時にジャンプトレーニングを行ない寿命の相違をみた。ジャンプトレーニングは4方を40cmの高さの板で囲んだ箱の底から、電気刺激を与えることにより条件づけをして、板の上端に上肢で捕まるまでのジャンプさせる方法で、1日20回、週5回、8週間とした。この結果、トレーニング群の方が長命である可能性(P=0.065)が指摘された。また第二実験として、SHRSPのコントロールラットであるWKYを用いて、同じく1725週齢時にジャンプトレーニングを行なわせ、25週齢時に血液をサンプリングして、ELISA法にて骨関連のサイトカインについて測定を行なった。その結果、オステオカルシンはトレーニング群で高かったが、オステオプロテゲリン、マトリックスGlaタンパクには両群に差がなかった。また、sRANKLは検出できなかった。ここまでの結果からは、動脈硬化を改善するようなサイトカインの変化は見られなかった。脳卒中易発症性自然発症高血圧ラット(SHRSP)は遺伝的に高血圧・脳卒中になり、また種々のカルシウム代謝異常を伴っており骨量が少ない。SHRSPにジャンプトレーニングを行なわせ、骨量を増加させることが寿命および骨・カルシウム代謝、脂質代謝などに及ぼす影響について研究を行なった。第一実験では、SHRSPをトレーニング群(n=15)およびコントロール群(n=15)に分け、トレーニング群には622週齢時にジャンプトレーニングを行ない寿命の相違をみた。現段階で数匹のラットがまだ生存しているためデータ解析が十分ではないが、トレーニングが寿命を延長することはないようである。

第二実験においてはSHRSPをトレーニング群(n=10)およびコントロール群(n=10)に分け、トレーニング群には614週齢時にジャンプトレーニングを行ない14週齢時に骨および血液の分析をおこなった。この結果ジャンプトレーニングはSHRSPの脛骨の骨塩量(コントロール比117%)、骨強度(コントロール比128%)などを増加させ、SHRSPにおいてもジャンプトレーニングによって骨が鍛えられることが明らかとなった。しかし、骨代謝マーカーである血清オステオカルシンおよび骨吸収マーカーであるラットラップスにはトレーニングによる変化が認められず、どのように骨代謝に影響したのかは明らかとはならなかった。また血清Caおよび血清PTHは両群間に有意な差がなかったが、血清無機リン酸はトレーニングによって有意に低下した。これはカルシウム代謝が改善された可能性を示すものである。一方、骨関連タンパク質であるオステオプロテゲリン、オステオポンチン、sRANKL、マトリックスGlaタンパクなどの血液中の値は、トレーニングによって変化することはなかった。また血清総コレステロール、HDL、LDLなどの血清脂質も変化しなかった。遺伝的にカルシウム代謝異常があり高血圧および脳卒中になる、脳卒中易発症性自然発症高血圧ラット(SHRSP)を用いて、ジャンプトレーニングが寿命を延ばすことできるか、またカルシウム代謝を改善することができるかについて実験を行なった。2回の実験においてジャンプトレーニング群の寿命は非運動群と有意差がなく、ジャンプトレーニングはSHRSPの寿命に影響を与えないことが明らかとなった。また、SHRSPにおいてもジャンプトレーニングにより大腿骨および脛骨の下肢の骨塩量は増加し、局所のメカニカルストレスに対する骨の適応は認められた。しかし、ジャンプトレーニングは有意に血清無機リン酸の濃度を低下させたものの、血清カルシウムおよび血清副甲状腺ホルモンに影響を及ぼすことがなく、全身性のカルシウム代謝を変化させることがないことが示唆された。また、骨細胞などから出される骨関連タンパク質であるオステオポンチン、オステオカルシン、マトリックスグラタンパク、オステプロテゲリン、RANKLなどの血清レベルもジャンプトレーニングによって影響されることがないことが明らかとなった。また、血清総コレステロール、HDLコレステロール、LDLコレステロール、アディポネクチンなどにも変化を与えず、ジャンプトレーニングはコレステロールを中心とする脂質代謝にも影響を与えないことが明らかとなった。
自然環境の負担の少ない高機能サステイナブルセンサーネットワークの構築法

本研究では、自然環境への負荷が小さいサステイナブルセンサーネットワークの実現を目指した基礎技術を開発した。より具体的には、自然へのダメージを小さくするアプローチとしてルーティング方式を、交換する場合には自然へのダメージを小さくするアプローチとして移動シンクを用いて領域外で回収する協調バッファリングを、自然を考慮しつつ高度なセンシング機能を実現するアプローチとしてエナジーハーベストを用いる際のデータ収集率を向上させる方式をそれぞれ開発した。それらの成果を国内外で発表した。本研究では,環境モニタリング等自然環境で稼働するセンサーネットワークにおいて、自然環境への負荷が小さいサステイナブルセンサーネットワークの実現を目指した構築法(Sustainable Sensor Networks with Less Impact to Nature)の基礎技術を開発する.特に,通信ネットワーク技術(ルーティング,協調データバッファリング等)を用いることに特徴がある.この目的に対し,本年度は以下のアプローチを行った.A)自然領域のノードの交換回数を少なくし,自然へのダメージを小さくするアプローチバッテリ切れ,新デバイスへの交換,過酷な自然条件でのノードハードウエア劣化などの理由でセンサーノードが使用不可能になった場合には,ノード交換が必要になる.このアプローチでは,ノード交換を少なくするようにトラフィックを制御する.すなわち,自然量が少ない領域のノードを集中的に利用する.本年度は,生物学的なバイオマスなどを参考に非負の実数によって自然量を定義した.また,センサーネットワーク設置の影響により自然量が変動する機構をモデル化し,自然へのダメージを小さくするルーティングプロトコルを考案した.B)自然を考慮しつつ高度なセンシング機能を実現するアプローチ高精細な動画を記録する場合などには,バースト的に大容量のデータが発生する.これを収容するために,本年度は,他のノードの空いているメモリバッファを利用する方式(Cooperative Buffering(CB);協調バッファリング)を開発した.CBは,蓄積したデータの回収には移動体を利用するが,移動体の移動特性を考慮して回収が効率的になるように蓄積する方式である.以上の成果を電子情報通信学会,情報処理学会等の論文誌や研究会で発表した.本研究では,自然に負荷をかけないセンサーネットワークの一手法として、エナジーハーベスト技術とこれを適用する通信プロトコルの基礎設計を行った。エナジーハーベストは、環境発電とも呼ばれ、熱や光,振動などから電力を得る技術である。エナジーハーベスト技術で発電された電力でセンサーノードを駆動する場合は従来のバッテリとは異なる不安定な電力供給となるため,データ収集時に中継するノードがつねに動作可能とは限らず,パケットの欠落が頻繁に発生する.そこで本研究では,中継時のパケットの欠落に対応し,効率の良いデータ収集を行うため,パリティを用いて冗長にデータを送信する方式(PPT,APT)と通信成功確率に基づいてパケットの再送を行う方式(ERT)を提案した.計算機シミュレーションによる評価の結果,エナジーハーベスティングを用いたセンサネットワークにおいて,提案方式は従来方式と比較してシンクへのデータ到達率を向上させられることが分かった.本年度は,特に自然への負担を小さくする方法として、エナジーハーベスティングを用いたセンサーネットワークの効率的データ収集法に関して考察した.通常のセンサーネットワークでは,端末の電力源としてバッテリが使用されているが,バッテリの電力が枯渇するとメンテナンスによって自然界に侵入することが必要になる.これに対し,太陽光や振動,熱といった自然エネルギーから発電を行う環境発電(EH)は,充電と放電を繰り返すため半永久的に端末を交換する必要がないため自然へのダメージが小さくできる.その一方で,供給電力が小さく不安定なため,充電時間が長いことで通信期間が減少し,データ収集率が低下する.そこで,ERを用いた無線センサーネットワークのデータ収集率を上げる方法として,1)繰り返し送信する方式と2)送信電力制御による方式を検討した.1)繰り返し送信する方式では,従来方式に比べて約30%の到達率向上が得られることを示した.2)また,送信電力制御による方式では,シンクから最大通信距離で1ホップの範囲をシンク近傍と定義し,シンク近傍内とシンク近傍外において異なる送信電力制御方式を提案した.詳細な評価は今後の課題となっている.以上の成果を国内外の学会で発表した.