hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新生児および先天性心疾患児の肺高血圧に対する一酸化窒素の影響と治療効果

1)一酸化窒素吸入装置の開発低濃度の安定した一酸化窒素ガス発生装置を作製した。供給される一酸化窒素ガス濃度は1000ppmをもちい、フローメーターによって研究に利用する510ppmの一酸化窒素ガスを作製した。このとき100%酸素ガスと空気(20%酸素)を混合することにより10020%の酸素濃度を調整できるようにした。調整した一酸化窒素ガス濃度はガス分析装置によって実測され、作製したシステムで1ppm単位での調整が可能であることが証明された。2)一酸化窒素吸入を用いた先天性心疾患患児における肺血管病変の評価上記の装置を用いて先天性心疾患に伴う肺高血圧に対して心臓カテーテル検査時に低濃度の一酸化窒素吸入を行いその効果と血行動態に及ぼす影響を比較検討した。対象は肺高血圧を有する先天性心疾患児10例。10例中3例はEisenmenger症候群と診断されていた。Room air、酸素負荷(100%:10分間)、Room airにおける一酸化窒素負荷(5ppmまたは10ppm:10分間)を施行し、負荷前後における肺動脈圧、肺血管抵抗係数(PVRI)、体血管抵抗係数(SVRI)などについて検討を行った。その結果、酸素負荷および一酸化窒素負荷による肺動脈圧の有意な低下は認められなかったが、Eisenmenger症候群を除く7例においてPVRIはRoom airにおける645±219dyneから酸素負荷で286±141dyneへと低下し、5ppm一酸化窒素負荷では296±145dyneと有意に低下した。5ppmと10ppmのNO負荷でPVRIの有意差は認めなかった。Eisenmenger症候群では酸素およびNO負荷をもちいても、PVRIの有意な低下は認めなかった。この結果から、肺高血圧症に対する一酸化窒素吸入療法の効果は10ppm以下の低濃度によっても肺血管抵抗を減少させる事が明らかとなった。
禁裏御料における郷土制度の総合的研究

1、山科郷士にかかわる基本資料の調査・整理・翻刻山科郷士関係文書の所在調査、史料収集をおこなった.特に山科郷士の惣頭であった比留田家の古文書の本研究機関への寄託をうけ、その全面的な整理をおこなった.この比留田家文書を始めとする古文書の主要部分については、資料翻刻をおこない、成果報告書の史料編として刊行した.2、山科揶士の成立・展開・消滅関する研究(1)中世山科郷は公家山科家の荘園であったが、足利義政の御台所日野富子の別荘や、蓮如によって山科本願寺が営まれるなど、京都直近として中央政治の影響を色濃く反映した.中世後期における山科郷民の自治組織「惣郷」の形成は既に知られているが、それがこのような京都の直接的な影響のもとに形成されてくる点の解明は、あらたな視点である.(2)近世山科郷は禁裏御料となったが、かって「惣郷」をになった土豪が郷士として禁裏警護をはじめさまざまな禁裏奉仕役をおこなう身分に位置づけられた.そうした郷士および一般百姓の禁裏奉仕の実態、郷士が庄屋などを独占するという「惣郷」の近世化などが具体的に史料から解明された.(3)明治維新に際し、山科郷士は日常的な禁裏奉仕の延長として「山科隊」を組織するが、同じく草莽の勤王隊として知られる、中世禁裏御料であった丹波国山国郷や禁裏御料とは全く関係のない大和国十津川郷などとも対比される.(4)東京遷都や徴兵制度にともなって禁裏郷士制度は廃止されるが、旧郷士身分の意識はその後も残り、明治天皇の葬儀への参列を求める願書を出したことなどの事実が発堀された.また山科地域の古老40人以上からの開き取り調査によって、なお郷士の家格にかかわる民俗が残されていることも判明した.1、山科郷士にかかわる基本資料の調査・整理・翻刻山科郷士関係文書の所在調査、史料収集をおこなった.特に山科郷士の惣頭であった比留田家の古文書の本研究機関への寄託をうけ、その全面的な整理をおこなった.この比留田家文書を始めとする古文書の主要部分については、資料翻刻をおこない、成果報告書の史料編として刊行した.2、山科揶士の成立・展開・消滅関する研究(1)中世山科郷は公家山科家の荘園であったが、足利義政の御台所日野富子の別荘や、蓮如によって山科本願寺が営まれるなど、京都直近として中央政治の影響を色濃く反映した.中世後期における山科郷民の自治組織「惣郷」の形成は既に知られているが、それがこのような京都の直接的な影響のもとに形成されてくる点の解明は、あらたな視点である.(2)近世山科郷は禁裏御料となったが、かって「惣郷」をになった土豪が郷士として禁裏警護をはじめさまざまな禁裏奉仕役をおこなう身分に位置づけられた.そうした郷士および一般百姓の禁裏奉仕の実態、郷士が庄屋などを独占するという「惣郷」の近世化などが具体的に史料から解明された.(3)明治維新に際し、山科郷士は日常的な禁裏奉仕の延長として「山科隊」を組織するが、同じく草莽の勤王隊として知られる、中世禁裏御料であった丹波国山国郷や禁裏御料とは全く関係のない大和国十津川郷などとも対比される.(4)東京遷都や徴兵制度にともなって禁裏郷士制度は廃止されるが、旧郷士身分の意識はその後も残り、明治天皇の葬儀への参列を求める願書を出したことなどの事実が発堀された.また山科地域の古老40人以上からの開き取り調査によって、なお郷士の家格にかかわる民俗が残されていることも判明した.平成8年8月に土佐藩の郷士地帯の調査と資料蒐集を行い、9月に後藤靖が土佐藩の郷士制度の成立と解体の過程について報告と討論を行った。この時、薩摩藩の郷士制度や十津川郷士との比較についても討議が交わされ、山科郷士制度の成立過程の特徴にも触れるところがあった。その後、京都市歴史資料館所蔵の山科郷士関係のマイクロフィルムの撮影を行い、その一部である比留田家・沢之井家文書の複写と仮製本を行うと同時に、京都府立総合資料館所蔵の行政文書の中の山科郷士関係文書の一部の筆者と複写を行った。蒐集した文書を素材としながら、10月には村田路人と後藤が「近世から明治維新までの山科郷士の動向についての概観」を行い、平成9年2月には田端泰子が「中世山科七郷の成立過程について」・京都橘女子大学大学院生岩上直子の「山科郷士の成立過程」の報告と討論が行われた。これまでの史料蒐集と文書の分析を通じて明らかになったことは、山科郷士制度は豊臣政権わけても徳川政権が成立することによって山科が朝廷の領地=禁裏御料となり、山科在住の豪民160戸余が郷士として登用されたことによって成立したということである。郷士は禁裏に対して食糧を提供し、また御所の警護を義務づけられた。しかし、同時にまた、山科地域には幕府の代官所もおかれていたため、幕府の指令にも従わざるをえなかった。だから、山科の農民たちは朝廷と幕府の二重の支配下におかれていたことになる。このような重層的支配関係の実態について明らかにする必要がある。昨年度に引き続いて史料収集・調査を行うとともに、研究会・史料翻刻を進めた。(1)昨年度の京都市歴史資料館架蔵

写真版の写真複製に引き続きおこなうとともに(沢野井家・吉井家文書など)、山科郷士史料として最も重要である、郷士惣頭比留田家の所蔵古文書約2000点を京都橘女子大学に寄託していただき、整理・調査に着手した(これまでに知られていなかったものも数百点存在する)。その成果の一部として、11月1-12日に「古文書にみる江戸時代」と題する展示を本学においておこない、解説書も作成した。同家文書については、史料集の刊行をめざして翻刻を行いつつある。(2)昨年度に引き続いて、禁裏関係および京都周辺の禁裏関係御料村落の史料収集につとめた。また近代に入って、京都で行われた御大典関係史料も収集した。(3)山科郷とともに畿内の郷士制度を発達させ、幕末に勤王隊を組織することになる大和の十津川郷へ調査をおこなった。現地で保存されていた十津川宝蔵文書を直接調査できたとともに、関連する天誅組関連史料も収集し、山科郷士との成立過程・その性格・幕末における政治的位置などの相違について、多くの知見を得ることができた。(4)比留田家文書の分析を通じて、江戸時代の朝廷と郷士制度との関係が警護役や人足役、公事物納入等かなり詳細に明らかになってきたほか、京都町奉行のもとにあって京郊村落を支配した雑色制度、および近代に入ってからの山科郷士制度の解体と明治天皇崩御から大正天皇御大典の過程での彼らの活動についての研究成果を得た。また京都周辺地域がもつ歴史的特質についてもさまざまな側面からあきらかになった。(5)本研究と並行して、山科・宇治地域において、江戸時代に郷士制度をもった地区とそうでない地区との相違について民俗調査をおこなってきたが、その成果を刊行した。1、山科郷士にかかわる基本資料の調査・整理・翻刻山科郷士関係文書の所在調査、史料収集をおこなった。特に山科郷士の惣頭であった比留田家の古文書の本研究機関への寄託をうけ、その全面的な整理をおこなった.この比留田家文書を始めとする古文書の主要部分については、資料翻刻をおこない、成果報告書の史料編として刊行した.2、山科郷士の成立・展開・消滅に関する研究(1)中世山科郷は公家山科家の荘園であったが、足利義政の御台所日野富子の別荘や、蓮如によって山科本願寺が営まれるなど、京都直近として中央政治の影響を色濃く反映した.中世後期における山科郷民の自治組織「惣郷」の形成は既に知られているが、それがこのような京都の直接的な影響のもとに形成されてくる点の解明は、あらたな視点である.(2)近世山科郷は禁裏御料となったが、かって「惣郷」をになった土豪が郷士として禁裏警護をはじめさまざまな禁裏奉仕役をおこなう身分に位置づけられた。そうした郷士および一般百姓の禁裏奉仕の実態、郷士が庄屋などを独占するという「惣郷」の近世化などが具体的に史料から解明された。(3)明治維新に際し、山科郷士は日常的な禁裏奉仕の延長として「山科隊」を組織するが、同じく草莽の勤王隊として知られる、中世禁裏御料であった丹波国山国郷や禁裏御料とは全く関係のない大和国十津川郷などとも対比される.(4)東京遷都や徴兵制度にともなって禁裏郷士制度は廃止されるが、旧郷士身分の意識はその後も残り、明治天皇の葬儀への参列を求める願書を出したことなどの事実が発掘された。また山科地域の古老40人以上からの聞き取り調査によって、なお郷士の家格にかかわる民俗が残されていることも判明した。
金属/金属酸化物絶縁体/金属・トンネル接合を用いた新トランジスタ

本研究は、金属とその金属の酸化物である絶縁体とを用い、従来の半導体を用いたものとは全く異なる原理で動作するトランジスタを開発することを念頭に行なったものである。本研究の方法により、ナノ・メータ・サイズのトランジスタを実現し、現在の半導体集積回路の集積度を一挙に1000倍以上引き上げることを究極の目標としているが、本研究ではそのための基礎的要件、特に10ナノ・メータ・サイズの超微細スリットを有するマスクを形成する新手法を提案し、その妥当性について検討を加えた。本研究提案の方法とは、金属配線の一部をドライ・エッチングにより垂直に切り立たせ、その端面に横方向に金属酸化物を成長させ、さらに金属配線の残りの部分に金属を堆積することで、横方向に金属/金属酸化物/金属の構造を形成し、その金属酸化物部分をエッチングしてその厚み相当の開口部を有するマスクを製作するというものである。そして、金属としてチタンを、酸化物の形成法としては陽極酸化法を用いることでマスクの製作を試み、その形状を電子顕微鏡、原子間力顕微鏡により観察した。その結果、本研究提案の方法により、20nmの幅のスリットを持つマスクの製作に成功し、本研究提案の方法の有効性を確認した。本研究は、金属とその金属の酸化物である絶緑体とを用い、従来の半導体を用いたものとは全く異なる原理で動作するトランジスタを開発することを念頭に伴なったものである。本研究の方法により、ナノ・メータ・サイズのトランジスタを実現し、現在の半導体集積回路の集積度を一挙に1000倍以上引き上げることを究極の目標としているが、本研究ではそのための基礎的条件、特に10ナノ・メータ・サイズの超微細スリットを有するマスクを形成する新手法を提案し、その妥当性について検討を加えた。本研究提案の方法とは、金属配線の一部をドライ・エッチングにより垂直に切り立たせ、その端画に横方向に金属酸化物を成長させ、さらに金属配線の残りの部分に金属を堆積することで、横方向に金属/金属酸化物/金属の構造を形成し、その金属酸化物部分をエッチングしてその厚み相当の開口部を有するマスクを製作するというものでる。
SCIDマウスへの単離ヒト毛包移植モデルの確立と毛包幹細胞の同定

ヒト毛包の実験にはin vivoの系が適していると考えられる。ヒト頭皮のヌードマウス移植モデルが報告されているが、おそらく移植片の不規則な萎縮により毛包の縦断面の組織が得られにくいため、組織学的な検討が必要な実験には適していない。それらを改良した新しい実験モデルを確立するため、ヒト頭皮から単離した成長期毛包をSCIDマウス背部皮膚に移植した。その結果、次の3点がこのモデルの長所と考えられた。(1)毛包の縦断面の組織が容易に得られる。(2)成長期のみを選択して実験に利用できる。(3)少量の組織から多くの毛包が得られるので実験の数を容易に揃えられる。この系における毛幹の脱落と再生の時期、それらの経時的な組織学的、電子顕微鏡的および免疫組織学的(BrdU-labeling cellおよびKeratin19)検討から、これらの移植毛包は成長期脱毛とその回復過程を示すことが明らかとなった。すなわち移植後30日までは変性・萎縮し、4070日から成長期が再開され、以後少なくとも観察最終日の120日まではすべての毛包は成長期を維持した。このモデルを利用し、毛包幹細胞の局在を検討した。移植後40日から14日間の標識期間中^3H-thymidine含有ミニポンプを腹腔内に保持させ、その直後とポンプ除去後28日および56日に移植毛包を採取し、オートラジオグラフィーで観察した。標識直後では毛隆起の外毛根鞘最外層だけが全く標識されなかった。28日後では、外毛根鞘の毛隆起部の基底層直上層とそれよりやや毛球部側の最外層にlabel-retaining cell(LRC)が、56日後では、前者と後者のより毛球部に近い部位にLRCが観察された。つまり、最も長い細胞周期のslow-cycling cell(SCC)が毛隆起の外毛根鞘最外層に存在し、それよりやや短い周期のSCCがその上層と毛球部側に存在し、後者は毛球部側に移動していることが明らかとなった。つまり、これらの細胞が毛包幹細胞であることが示唆された。単離ヒト毛包をSCIDマウスに移植し、その経時変化を追った。生着率は45%と低かったったが、生着しなかった毛包はほとんどが移植後1週間以内であった。おそらくマウスが機械的に除去したためであると考えられる。この時期の移植毛包の固定法を改良することにより、生着率は改善されると考えられる。肉眼的には移植毛は一度脱落し、その後再生が始まり毛が伸長した。この過程を組織学的、免疫組織学的および電顕的に検討した。その結果、生着した全ての移植毛包は移植40日目までは退縮し続け、45から60日頃に再生が始まり、それ以降少なくとも移植後150日目までは成長期の毛包を維持することが確認された。このことはこの系がヒト毛包研究のin vivo実験系として利用できることを示している。さらに、slow-cycling cellを指標にして毛包幹細胞の存在部位を同定するための実験には^3H-thymidineの投与時期は移植後40日前後ないしそれ以前が適当であると考えられた。現在、この実験を実施中である。

一方、移植直後の退縮中の毛包には、波状で肥厚した硝子膜、毛球部下部の萎縮像とアポトーシス細胞が認められた。電顕でもアポトーシス像は確認された。これらの点で正常毛包周期における退縮期毛包に類似している。しかし、この時期の移植毛包には、正常の退縮期と休止期には存在しないはずの毛乳頭をその先端に維持し続け、さらにその毛乳頭や毛包周囲結合組織にメラノファージを多数認めた。さらに、免疫組織化学的にPCNA陽性細胞やBrdUの取り込み細胞が存在していた。これらのことから、移植毛包の経時変化は、正常の毛周期のように、成長期から退縮期、ついで休止期、そして再び成長に移行したのではなく、抗癌剤投与時の毛髪障害の際に認められる、dystrophic anagenの回復過程と類似の経過を示したものと考えられた。すなわち、移植時操作時の障害により一時的に成長期が停止ただけであると考えたい。前年度の研究で確立したヒト毛包組織のin vivoモデルはヒトの単離毛包を移植した系であり、ヒトでは施行不可能なオートラジオグラフィーを使った研究が可能となる。このモデルを使用し、以下の手順でヒト毛包幹細胞の局在を検討した。単離ヒト毛包を移植したSCIDマウスの腹腔内に^3H-thymidine入りのミニポンプを包埋し、2週間後にそれを除去した。その直後、4および8週後の各時期にこれらの移植毛包を採取し、オートラジオグラフィーにより、label retaining細胞の局在を検討した。投与終了直後ではほとんど全ての毛包上皮細胞がラベルされていたが、毛隆起の外毛根鞘最外層細胞は全くラベルされなかった。4週後では、毛隆起の外毛根鞘最外層以外の層とそれより毛球部側の外毛根鞘最外層にlabel retaining細胞が認められた。8週後には毛隆起部のlabelretaining細胞の数は減少し、外毛根鞘最外層のlabelrataing細胞は4週のそれより毛球部の近くに認められた。以上の所見から、ヒト毛包で最も細胞周期が長い細胞は毛隆起の外毛根鞘最外層の長期間の標識直後でもラベルされない細胞として、次に細胞周期が長い細胞はlabel retaining細胞として観察され、これらの細胞が毛包幹細胞の候補と考えられた。さらに一部の幹細胞は毛球部に移動し、ヒト毛包の非常に長い成長期を維持するのに係わっている可能性が示唆された。ヒト毛包の実験にはin vivoの系が適していると考えられる。ヒト頭皮のヌードマウス移植モデルが報告されているが、おそらく移植片の不規則な萎縮により毛包の縦断面の組織が得られにくくいため、組織学的な検討が必要な実験には適していない。それらを改良した新しい実験モデルを確立するため、ヒト頭皮から単離した成長期毛包をSCIDマウス背部皮膚に移植した。その結果、次の3点がこのモデルの長所と考えられた。(1)毛包の縦断面の組織が容易に得られる。(2)成長期のみを選択して実験に利用できる。(3)少量の組織から多くの毛包が得られるので実験の数を容易に揃えられる。この系における毛幹の脱落と再生の時期、それらの経時的な組織学的、電子顕微鏡的および免疫組織学的(BrdU-labeling cellおよびKeratin 19)検討から、これらの移植毛包は成長期脱毛とその回復過程を示すことが明らかとなった。すなわち移植後30日までは変性・萎縮し、4070日から成長期が再開され、以後少なくとも観察最終日の120日まではすべての毛包は成長期を維持した。
肺免疫染色を用いた死亡前における全身状態の病理組織学的評価法に関する研究

熱暴露およびオレイン酸静注によって生じた急性肺傷害において、肺組織で炎症関連サイトカインIl-1β、IL-6、TNF-α、MIP2、IL-10は短時間で誘導された。また、IL-1βは熱暴露後のオレイン酸静注で相乗的に増加した。すなわち、肺脂肪塞栓による急性肺傷害は先行する病態の程度によってその程度が変化する可能性が示唆された。一方、急性肺傷害に関与しているvegfa、tgfb1、gm-csfの各mRNAは短時間で上昇し、蛋白レベルでTGF-β1の上昇が認められた。これらの蛋白は短時間で死亡した事例における全身状態の指標として利用できる可能性がある。法医解剖では詳細な解剖にもかかわらず急死のメカニズムが判然とないものが残されている。しかし、このような事例であっても短時間の病態変化を捉えることが可能であれば診断精度は向上するはずである。そこで、法医学的に有用な短時間肺障害マーカーの検索を目的として、熱ストレスや脂肪注入といった急性肺傷害を来す病態の分子病態学的検討を行った。熱ストレスのみ肺脂肪寒栓のみ、熱ストレス後に肺脂肪塞栓を作成した3群を設定し、急性肺傷害モデルラットにおいてストレス暴露後1時間後の肺組織に発現するIL-1β、IL-6、TNF-α、VEGF、HGF、KGF、COX2、TGF-β、HSP70の各mRNAを定量した。その結果、熱スドレスではIL-6以外の各遺伝子が有意に増加し、脂肪塞栓では炎症性サイトカインであるIL-1β、IL-6、TNF-αに加え、KGF、COX2mRNAの発現か増加していた。さらに、炎症性サイトカインであるIL-1βは熱ストレス後の脂肪塞栓によって相乗的に発現が増加していた。すなわち、肺傷害はその誘因となる複数の因子によっては相乗的に増悪する可能性が明らかになったと同時に、我々が以前に提唱した「肺脂肪寒栓の予後は、その原因となった病態の重症度の影響される」という仮説が分子病態学的に示された。これまでVEGF、HGFの2種類につき、解剖事例における肺組織で免疫染色を行ってきたが、この結果をふまえてKGFも対象とする予定である。急性肺傷害(ALI)は、様々な原因により生じるが、その程度から死者の死亡前の状態が推測される可能性が考えられ、死因および死亡の原因の判断に有用であるその指標として用いる対象物を検索すべく、今年度の研究では、ALIの原因となりうる複数の原因が混在したとき、その傷害の程度は相加的ではなく、相乗的に作用するとの仮説を立て、動物実験を行った。10週齢雄ラットに、いずれALIの原因となりうる1)高温暴露、2)オレイン酸静注(肺脂肪塞栓)を、単独もしくは連続して負荷し、1時間経過後の肺病理組織学的検索および肺における炎症性サイトカインであるインターロイキン(IL)-1β、IL-6、組織壊死因子(TNF)-αや血管内皮細胞増殖因子(VEGF)-A、形質変換促進因子(TGF)-β1、マクロファージ炎症蛋白(MIP)-2,顆粒球単球コロニー刺激因子(GM-CSF)、ヒートショック蛋白(HSP)70の各mRNA定量を行った。その結果、病理組織学的にはオレイン酸静注でALIの状態となっていることが確認され、IL-1β、IL-6、TNF-α、MIP-2、GM-CSFの各mRNAはオレイン酸静注で有意に発現量が増加した。一方、高温暴露単独では明らかな病理組織学的変化は見られなかったが、HSP70、VEGF-A、TGF-β1の各mRNA発現量は高温暴露で有意に増加した。これら2つの要因が重なった状態で、炎症性サイトカインであるIL-1βmRNAは相乗的に増加し、IL-6も同様の傾向が見られた。通常の病理組織検索では著変が見られない場合であっても、これらの遺伝子発現定量や免疫組織化学的検索を行うことによってALIの程度を評価でき、法医診断の精度向上に寄与するものと考える。10週齢雄ラットに、いずれALIの原因となりうる

1)高温暴露、2)オレイン酸静注(肺脂肪塞栓)を、単独もしくは連続して負荷し、1時間経過後の肺病理組織学的検索および肺における炎症性サイトカインであるインターロイキン(IL)-1β、IL-6、組織壊死因子(TNF)-αや血管内皮細胞増殖因子(VEGF)-A、形質変換促進因子(TGF)-β1、マクロファージ炎症蛋白(MIP)-2,顆粒球単球コロニー刺激因子(GM-CSF)、ヒートショック蛋白(HSP)70の各mRNA定量を行った。その結果、病理組織学的にはオレイン酸静注でALIの状態となっていることが確認され、IL-1β、IL-6、TNF-α、MIP-2、GM-CSFの各mRNAはオレイン酸静注で有意に発現量が増加した。一方、高温暴露単独では明らかな病理組織学的変化は見られなかったが、HSP70、VEGF-A、TGF-β1の各mRNA発現量は高温暴露で有意に増加した。これら2つの要因が重なった状態で、炎症性サイトカインであるIL-1βmRNAは相乗的に増加し、IL-6も同様の傾向が見られた。一方、肺組織内に発現す上記遺伝子に対応する各蛋白を定量したところ、TGF-β1がオレイン酸静注後1時間で有意な増加が認められた。GM-CSFやTGF-β1は急性肺傷害の指標として利用できる可能性が見いだされた。昨年11月に投稿した論文が全く査読から戻ってこないので、実験を進行できていないが、戻し次第遅れを取り戻すべく実験再開の準備を行っている。24年度が最終年度であるため、記入しない。実際の法医解剖症例で得られた肺組織において、動物実験結果より得られた各mRNAに対応する蛋白について免疫染色を行い、法医実務応用に繋げていく予定である。.24年度が最終年度であるため、記入しない。
生物活性を有する異常アミノ酸含有ペプチドの合成とペプチドミミックへの展開

システインプロテアーゼ阻害活性を示す異常アミノ酸含有ペプチドMiraziridineAの合成とその誘導体合成を検討した。まず異常アミノ酸の効率的な合成法の検討を行った。ビニルアミノ酸についてはグルタミン酸より出発し、Honer-Emmons反応を行った後に、様々なアミノ酸側鎖を導入するルートを採用することによって様々なビニルアミノ酸の合成を達成することができた。本合成は大スケールにも対応可能であり、真に効率的な合成法である。また、光学活性グリシドールを出発原料に用いた方法においても、その合成を達成し、様々なアミノ酸合成に柔軟に対応できるものである。次にスタチン部分に関しては短合成を目指してジアステレオ選択性の向上をおこない、過去の合成法と比較し最も効率的なルートの開発が達成された。すなわち、光学活性金属触媒を用いてベータケトエステルのケトンの還元反応を検討し、基質にとらわれない選択的な触媒を見いだすことができた。さらに不斉アミノヒドロキシル化反応を鍵反応に用いることによって、新規性の高い合成法も開発することに成功した。さらにベータヒドロキシアミノ酸類の合成も合わせて行った。本アミノ酸はシャープレスによって開発された不斉アミノヒドロキシル化反応と不斉ジヒドロキシル化反応を使い分けることによって、高い光学純度で得ることに成功した。次に異常アミノ酸を用いて、縮合反応を検討した。まず、システインプロアーゼに必須と思われるアジリジン、脂溶性アミノ酸、親水性アミノ酸の組み合わせを検討し、トリペプチドライブライリー構築を行った。次にMiraziridine Aの全合成として、Alloc-miraziridine A-Z化合物を合成することに成功した。計画に従いはじめに構成する4つの異常アミノ酸の効率的な合成法の検討を行った。ビニルアミノ酸の合成法の開発をそれぞれに対応するアミノ酸より合成をすすめ、Honer-Emmons反応を鍵反応に用い、様々なアミノ酸側鎖を有するビニルアミノ酸の合成を達成することができた。また酒石酸ジエチルより出発し、アジリジン部分の合成に成功した。さらにEvansらによって開発された触媒的アンチアルドール反応を直接的なアミノ酸合成法に結び付けることに成功し、アジリジンジエステルの合成に適用し、高エナンチオ選択的な合成にも同時に成功した。スタチン部分に関しては短合成を目指してジアステレオ選択性の向上をおこない、過去の合成法と比較し最も効率的なルートの開発が達成された。さらに本合成過程において超原子価試薬を用いることにより、その試薬の新たなエポキシ環開裂反応を見出し、その一般性を示すことができた。アミノブチル酸の合成についてはEvansの方法論をもとにアジド化を経由して合成を行った。このようにして構成するすべての異常アミノ酸類の合成を達成することができた。さらにこれらのアミノ酸を用いて縮合反応を検討し現在テトラペプチドの合成まで達成している。さらに強力なカテプシンB阻害剤創製に有効なデザインを施した取りペプチドの誘導体合成に成功した。今後はこれらの生物活性測定ならびに固相合成法に適した合成ルートの開発を目指す。またペプチドミミック化を行う。
セメント質再生の鍵となるc-Src遺伝子の解析

c-src遺伝子のセメント質治癒再生過程における局在を調べるため、正常ラットにて実験的歯周組織および骨欠損を作成し、それぞれ実験0日後、1週間後、2週間後に屠殺した。その後下顎骨のパラフィン切片を作成し評価することを試みた。実験的歯周炎の作成は、Kingらの実験的骨欠損を参考にしたが、(King GN J Denr Res. 1997)骨およびセメント質の欠損を確実に作り出すことに非常に苦労を要した。骨欠損のサイズを均一にし、その後パラフィン切片の作成までを行った。今後遺伝子およびタンパクの局在を検索してゆく予定である。また、来年度への研究の足がかりとして、温度応答性培養皿を用い、通常ラットの歯根膜細胞の培養・歯根膜シートを作成も検討した。通常ラットにおけるシート作成は技術的に確立しているため、今後c-src遺伝子欠損マウスの歯根膜細胞を使った歯根膜シートの作成、および実験的骨欠損部への適応も行っていく予定である。
唖者等による不十分な発話に対する音声認識

発話に障害を持つ人の音声認識を実現する手法の検討を行った.発話に障害がある場合の音声スペクトルの分析の結果,障害のある発話音声では認識時に重要な特徴量となるフォルマント構造を明確に捉えることができず,正常な発声の場合と大きく異なったスペクトル構造を持つことを明らかにした.これにより,障害のある発話音声に対する音声認識率は十分と言えないものであった.この音声に対するHMM法による音声認識率の低下は,HMM法における音響モデルおよび状態数を適切にすることができなくなるためと推測した.そこで,音響モデルの影響を受けにくい自己組織化入力層を持つニューラルネットワークを用いた音声認識手法の導入を行った.この手法の自己組織化部分は,音声の未知のスペクトル構造を学習により取得するため,明確な音響モデルを持たない音声に有用である.実験では,実時間の音声認識に近い動作をさせるため,実験に用いた音声データを特徴抽出後全て半導体ストレージ(RAM Disk)上に置き高速アクセス可能にした.作成した音声データベースを用いて,音声認識シミュレーション実験を行った.この実験では音素単位の認識を目的としたため,フォルマント構造が明確に現れない障害のある発話音声で,十分な認識率を得ることができなかった.そこで,認識単位を複数の音素(例えば単語単位)にすることで認識率向上を図った.十分ではないが認識率が向上した.以上に加えて,実利用環境における音声認識の為に,周囲の加法性の雑音の影響を除去する手法を取り入れた.これは,周波数領域における雑音除去法であり実音声に対し十分な効果が得られた.音声認識システムとして音声認識結果の出力を音声合成ライブラリを利用して合成音声で行った.これらは,現段階では実時間動作ではなくバッチ処理になっている.以上の成果は,研究紀要第38号に掲載予定である.発話に障害を持つ人の音声認識を実現するために,その音声の特徴を調べ,正常に発話された音声との比較を行った.これは,発話に障害を持つ人は,全ての音素を発声できることが期待できず,発話に障害を持たない人に比べ発声される音素の数が少なくなり,また,音素自体が変化することに加え,音素の分類においては,各々の音素の特徴に大きな違いが生じにくいと考えられるからである.音声の特徴の比較については,発話に障害を持つ人の音声をディジタル化し音声データとして蓄積した.また,正常に発話された音声データベースより比較のための音声データを抽出した.蓄積した音声データから本研究で作成した音声の特徴を正確に抽出可能なディジタル音声信号解析処理装置を使って音声の特徴解析を行った.解析は,音声のスペクトル構造とその時間変化を詳しく調査し比較している.特に,障害のある発話音声と正常な発話音声で同じような"聴こえ"に対する音声部分を使用して重点的に行った.この解析の結果,正常に発話された音声の母音部には明確なフォルマントの構造が見られるのに対し,障害のある音声には明確なフォルマント構造が見られない,あるいは大きく異なったフォルマント的な構造を持つことが明らかになった.また,このスペクトルの構造は,発話者が異なるとその特徴も大きく異なった.以上の結果を踏まえ,音声認識の予備実験を行った.従来から用意してある正常な発話の音声のための音声認識システムを用いた音声認識実験では,正常な発話に対しては十分に高い認識率が得られるが,障害のある発話音声に対しては,十分と言えない認識率となった.これは,認識のための学習データが十分ではないためと考えられる.また,異なる発話者に対しては,再度学習する必要があった.この結果より,少ない学習で高い認識率を得る手法を構築し,この問題に対応する必要があると言う結論となった.発話に障害を持つ人の音声認識を実現する手法の検討を行った.発話に障害がある場合の音声スペクトルの分析の結果,障害のある発話音声では認識時に重要な特徴量となるフォルマント構造を明確に捉えることができず,正常な発声の場合と大きく異なったスペクトル構造を持つことを明らかにした.これにより,障害のある発話音声に対する音声認識率は十分と言えないものであった.この音声に対するHMM法による音声認識率の低下は,HMM法における音響モデルおよび状態数を適切にすることができなくなるためと推測した.そこで,音響モデルの影響を受けにくい自己組織化入力層を持つニューラルネットワークを用いた音声認識手法の導入を行った.この手法の自己組織化部分は,音声の未知のスペクトル構造を学習により取得するため,明確な音響モデルを持たない音声に有用である.実験では,実時間の音声認識に近い動作をさせるため,実験に用いた音声データを特徴抽出後全て半導体ストレージ(RAM Disk)上に置き高速アクセス可能にした.作成した音声データベースを用いて,音声認識シミュレーション実験を行った.この実験では音素単位の認識を目的としたため,フォルマント構造が明確に現れない障害のある発話音声で,十分な認識率を得ることができなかった.そこで,認識単位を複数の音素(例えば単語単位)にすることで認識率向上を図った.十分ではないが認識率が向上した.以上に加えて,実利用環境における音声認識の為に,周囲の加法性の雑音の影響を除去する手法を取り入れた.これは,周波数領域における雑音除去法であり実音声に対し十分な効果が得られた.音声認識システムとして音声認識結果の出力を音声合成ライブラリを利用して合成音声で行った.これらは,現段階では実時間動作ではなくバッチ処理になっている.以上の成果は,研究紀要第38号に掲載予定である.
遺伝子改変動物を用いたABO血液型物質に対する抗体産生機序の解明

Wistar系ラットへヒトAおよびB糖転移酵素遺伝子を導入して、Aトランスジェニックならびにトランスジェニックラットを樹立したが、ラット臓器のなかで最も著明にABH抗原の発現を認めた小腸を移植片として、これらのラットとwild Wistarの3系統間で、移植実験を行った。その結果、wild Wistarをドナーとし、AおよびBトランスジェニックラットをレシピエントとした場合に最も激しい移植片の拒絶が起こることが判明した。また、合成A糖鎖抗原に対する抗体産生の上昇も起こることを認め、AおよびB抗原ならびにAおよびB糖転移酵素遺伝子の異所性発現に伴う新規抗原が、ラットにおいて強力な移植片拒絶抗原として機能していることを窺わせる結果となり、作成したAおよびBトランスジェニックラットは、ABOミスマッチ移植のモデル動物として極めて有用な動物になりうることが明らかになった。また、トランスジェニックラットでは合成A抗原に対する自然抗体を保有していることが明らかになり、この抗体産生機序を明らかにするために、wildおよびBトランスジェニックラットにおける胎生期におけるABH抗原発現の免疫組織学的解析を行った。さらに、以前明らかにしたラットの4種類のABOオーソログcDNAを昨年明らかになったラットゲノムシークエンスにマッピングした結果、ラットでは、1番染色体に1クローン、3番染色体に3クローンがマッピングされた。従って、ヒトと異なりラットではABOホモログが多重遺伝子として機能していたことが明らかになり、ヒトにおけるABO血液型多型の起源を推定するための重要な足がかりとなった。これらの経験に基づき、現在、他の遺伝子多型を示す遺伝子についても遺伝子改変動物を作製するため、高血圧関連候補遺伝子の過剰発現マウスとノックアウトマウスを作成する目的でベクターを開発した。Wistar系ラットへのヒトAおよびB糖転移酵素遺伝子のトランスジェニック実験で、A型抗原の異所性発現と、B型抗原の新規発現を認め、それぞれAトランスジェニック、Bトランスジェニックラットとした。ラット臓器のなかで最も著明にABH抗原の発現を認めた小腸を移植片として、これらのラットとwild Wistarの3系統間で、移植実験を行った結果、AおよびBトランスジェニックラットをレシピエントとした場合に最も激しい移植片の拒絶が起こることが判明した。また、合成A糖鎖抗原に対する抗体産生の上昇も起こることを認め、AおよびB抗原ならびにAおよびB糖転移酵素遺伝子の異所性発現に伴う新規抗原が、ヒトはラットにおいて強力な移植片拒絶抗原として機能していること窺わせる結果となり、作成したAおよびBトランスジェニックラットは、ABOミスマッチ移植のモデル動物として極めて有用な動物になりうると考えられる。また、トランスジェニックラットでは合成A抗原に対する自然抗体を保有していることが明らかになり、この抗体産生機序を明らかにするために、現在、wild、AおよびBトランスジェニックラットにおける胎生期におけるABH抗原発現の免疫組織学的解析を開始した。さらに以前明らかにしたラットのABOオーソログcDNAのゲノムシークエンスを明らかにするために、Norway系ラットゲノムのPACライブラリーをスクリーニングした。その結果、合計40クローンがポジティブクローンとして樹立された。ABOトランスフェラーゼ第7エクソンに相当する領域の塩基配列を決定した結果、これらの40クローンは4種類に集約され、A型転移酵素に類似した配列を持つものが2種類、B型糖転移酵素に類似したものが2種類認められ、Wistar系ラットとは異なる結果であった。現在、1つのクローンの全塩基配列を決定しているところであり、判明すればヒトABO抗原の多型の起源に迫れるものと期待される。Wistar系ラットへヒトAおよびB糖転移酵素遺伝子を導入して、AトランスジェニックならびにBトランスジェニックラットを樹立したが、ラット臓器のなかで最も著明にABH抗原の発現を認めた小腸を移植片として、これらのラットとwild Wistarの3系統間で、移植実験を行った。その結果、AおよびBトランスジェニックラットをレシピエントとした場合に最も激しい移植片の拒絶が起こることが判明した。また、合成A

糖鎖抗原に対する抗体産生の上昇も起こることを認め、AおよびB抗原ならびにAおよびB糖転移酵素遺伝子の異所性発現に伴う新規抗原が、ヒトはラットにおいて強力な移植片拒絶抗原として機能していることを窺わせる結果となり、作成したAおよびBトランスジェニックラットは、ABOミスマッチ移植のモデル動物として極めて有用な動物になりうることが明らかになった。また、トランスジェニックラットでは合成A抗原に対する自然抗体を保有していることが明らかになり、この抗体産生機序を明らかにするために、wildおよびBトランスジェニックラットにおける胎生期におけるABH抗原発現の免疫組織学的解析を行った。さらに、以前明らかにしたラットの4種類のABOオーソログcDNAを昨年明らかになったラットゲノムシークエンスにマッピングした結果、ラットでは、1番染色体に1クローン、3番染色体に3クローンがマッピングされた。従って、ヒトと異なりラットではABOホモログが多重遺伝子として機能していたことが明らかになり、ヒトにおけるABO血液型多型の起源を推定するための重要な足がかりとなった。これらの経験に基づき、他の遺伝子多型を示す遺伝子についてもトランスジェニック動物作製する準備を進め、最近、独自に見いだした高血圧関連候補遺伝子の過剰発現マウスとノックアウトマウスを作製のためのベクターを開発した。
電極反応機構の理論的研究

本年度は、電極界面の溶媒分子と電解質イオンの動的構造を理論的に明かにし、界面での電気二重層の実態を解明する目的で、モンテカルロシミュレーションによる研究を行った。本シミュレーションの特徴は金属からのイメージ力をあらわに考慮することである。イメージ力は金属中の伝導電子が電極界面での水やイオンなどの電荷分布により引き付けられる誘起効果である。イメージ力は金属電極の特性として、これを無視して計算することはできないと考えられる。われわれのイメージ力を考慮した初期のシミュレーションでは、水分子のみならず、イオンも金属表面に直接吸着する。そして、非常に大きな非線形揺らぎが存在することが明らかになった。そこで、今年度は分子モデルを改良し、かつ、完全な熱平衡状態を実現するために、マルチカノニカルモンテカルロのシミュレーション計算を行った。水分子はtip3pモデルを、イオンはNa+とCl-を使う。その計算結果によると、金属表面でNa+が強く吸着した。すなわち、イメージ力を考慮した計算では、実際のぬんしも出るに近い系を用いても、Na+のような小さなイオンも金属表面に直接強く吸着することが明らかになった。Na+の外側に第1層目の水分子がきれいに配列し、その外側に第2層目の水分子がややルーズに配列した。第1層と第2層の水分子の配列は非常によく分離して見える。第1層の水分子の多くが、OH軸を金属面に平行にして、互いに水素結合で強固に結び合っている。このような異常な水の配置はガス状の水分子が金属表面に吸着する構造に類似している。C1-は第2層の水分子に挟まれて存在した。これらNa+とCl-の配置の仕方は従来考えられているものと正反対である。今後イメージ力の正当性を検討すべきであろう。
大量絶滅の研究：ＰーＴ境界事件とＶ－Ｃ境界事件

カンブリア紀初めと古生代末の地球環境変動・絶滅事件について、クロアチア、中国雲南省、さらに岐阜県赤坂・石山、宮崎県高千穂、宮城県気仙沼での野外調査/ボーリング掘削および炭素・ストロンチウム同位体などの分析を行い、古生代末事件が地球磁場強度低下と銀河宇宙線増化による地球規模の寒冷化で始まったこと、またカンブリア紀初期の爆発的進化が特異な南中国のプルーム活動域で局地的に始まったことを初めて解明した。地球上でこれまでに起きた生物の大量絶滅の中でも特に規模が大きかった2つの事件について、原因およびプロセスの解明を試みる。そのために、日本、欧州、中国など世界の数カ所の重要な地域において、絶滅境界を挟んだ地層試料を連続採取するため、野外地質調査に加えてボーリング掘削を行い、得られた岩石について堆積相や化石年代を探るともに化学分析を行う。平成20年度には、クロアチア、ベレビト山地において野外調査およびボーリング調査を行った。また、国内では岐阜県大垣市赤坂地域において同様の野外調査およびボーリング調査を行った。いずれも、古生代未に起きた2段階大量絶滅事件の中の最初のイベントであるG-L境界事件が、グローバルな寒冷化が原因で起きたことを示す証拠を保持していると考えられる地層試料である。特に研究代表者のグループは世界に先駆けて中期ペルム紀Guadalupianの末期に当時の海水中の炭素同位体比が異常に高くなる期間が500万年以上続くことを解明しつつあり、当時の海洋における生物基礎生産量の増大およびそれに伴う大気中の二酸化炭素の大量消費が起きたこと、そしてその結栗として温室効果の低下によるグローバルな寒冷化が起きたと推定している。代表者はその古環境変動における意義を強調するため、この現象を上村事件と名付けた。当時の赤道域に光合成共生を利用して繁栄した、フズリナやサンゴに加え、特殊な巨大二枚具化石(Alatoconchidae)群集の消長パタンも、この時期に未確認であった寒冷化事件の発見で整合的に説明可能と考えられる。本年度に採取した岩石試料は、クロアチアで採取した物も含め既に研究室内で多様な化学分析、とくに同位体比測定に供されている。同様な炭素同位体変動パタンを、当時の地球の反対側に位置していたクロアチアにおいても確認しつつあり、上村事件の汎世界的影響の大きさを証明しつつある。これらの成果は、下記の11件の学会講演(国外5件、国内6件)および7編の学術論文(すべて査読付きの国際誌)として発表された。また次年度以降の研究を進めるための予察調査を中国南部において行った。初年度から継続して、大量絶滅が起きたG-L境界周辺の連続地層試料を確保するため、2009年秋季に、宮崎県高千穂町皿糸および聖川において野外調査と3箇所でのボーリング掘削(合計150m)調査を行った。また昨年度掘削したクロアチア、ベレビット山地において追加の野外調査を行った。当初計画したスロベニアでの掘削計画がスロベニア側の研究情勢変化のため延期せざるを得なくなったため、かわりに2009-10年冬季に中国雲南省澄江地区においてE-C境界周辺の連続地層を対象に、詳細な野外調査を行い、3箇所でのボーリング掘削(合計250m)によってコア試料を採取した。コア回収率をあげるためダブルコアを使用した。中国の試料は分析に備えて、現地において整形がおわり、日本へ輸送された。昨年度採取した試料および今年度の高千穂の試料を用いて種々の化学分析とくに炭素、酸素およびストロンチウム同位体比の測定進めている。さらに堆積岩中に保存された微弱な古地磁気シグナルを検出することに成功し、極性反転のパタンを解明しつつある。これまでの研究で、以下の事柄が明らかになった。1)高千穂町のセクションとクロアチアのセクションは古生代末ペルム紀の堆積当時ほぼ地球の反対側に位置していたにもかかわらず、フズリナ、古生代サンゴそして巨大二枚貝が同じパタン・タイミングで繁栄や絶滅した。2)炭素の安定同位体比の変化パタンも共通であった。3)ペルム紀中期末の古地磁気の極性パタン変化(イラワラ・リバーサル)は世界対比が可能である。これらの研究成果は、下記の7編の論文として、また国内外の学会において9回の口頭発表として部分的に公表された。前年度から継続して、大量絶滅が起きたG-L境界周辺の連続地層試料を確保するため、中国および日本で野外調査を実施した。とくに冬季に、岐阜県本巣市大野町石山において野外調査とボーリング掘削(80m)調査を行った。コア回収率をあげるためダブルコアを使用し地層試料を効率的に採取するため水平堀りを行った。一昨年度および昨年度および今年度に採取下岩石試料を用いて種々の化学分析とくに炭素、酸素およびストロンチウム同位体比の測定進めている。1)岐阜県赤坂セクションと宮崎県高千穂セクションとの間でほぼ一対一の同位体層序の対比が確認され、両者が当時の超海洋中央部一般の情報を記録していることが判明した。

2)中国雲南省中央部、王家湾セクションのV-C境界直上の最下部カンブリア系の詳細な層序を明らかにした。3)微化石の多様化がはじまる層準にリン酸塩岩の集中的堆積と不整合を初めて見いだし、おそらく短期の寒冷化がおきたこと、それがカンブリア紀初期動物群の急激な多様化を引き起こした可能性が推定されるこれらの研究成果は、下記の12編の論文として、また国内外の学会において7回の口頭発表として部分的に公表された。本計画では、顕生代5.5億年間におきた大量絶滅の中でも特に規模が大きかった2つの事件、すなわち2.5億年前の古生代末(P-T境界)事件と5.5億年前の原生代末(V-C境界)事件について、原因およびプロセスの解明を試みた。絶滅当時の汎地球規模環境変動の実態を解明するため、新たに欧州北部、中国南部、および日本において、野外調査およびボーリングによる新鮮な岩石試料採取を実施し、採取した岩石について様々な化学分析を行なった。とくに当初予定した南中国が以上な渇水に見舞われ野外での掘削計画が不可能となったため,その代わりに北欧のカンブリア系から始まる前期古生代の陸棚石灰岩中について掘削試料を入手した。また日本に産する世界でも稀な古海山頂部起源石灰岩からの掘削試料は貴重な情報源を提供した。その結果、以下の新知見が得られた。1)ペルム紀末の絶滅は2段階で起きたが,最初におきたG-L境界事件直前に、表層海水の無機炭素同位体比が異常な高い値をとる事件がグローバルであったことを世界で初めて実証した。2)また当時の海水が、顕生代でのSr同位体比最低値を取る期間が5百万年以上に及ぶことをつきとめた。3)G-L境界に特異な重金属濃集薄層を発見し、グローバル環境変化の原因として隕石衝突や異常火山噴火の可能性を示した。4)日本の陸棚相に巨大二枚貝群集の産出を初めて発見し、温暖な低緯度域を特徴づけるこの群集がG-L境界直前に絶滅したことを明らかにした。グローバル寒冷化が起きた可能性を示唆する。5)北欧の前期古生代の堆積岩中に挟在される凝灰岩層の中から抽出したジルコンのU-Pb年代を測定し、絶滅などの生物多様性変化との関連を探る新たな根拠を得た。これらの成果の一部は、すでに複数の学術論文として国際学術誌に投稿され,また国内外の学会で複数回口頭発表された。未発表分も順次公表準備中である。絶滅当時の汎地球規模環境変動の実態を解明するため、欧州北部、中国南部、および日本において野外調査およびボーリングによって採取した岩石試料を用いて様々な化学分析を行なった。とくに炭素・酸素・ストロンチウム同位体比を測定し、次のような複数の新知見を得た。1)P-T境界事件の最初の絶滅事件直前に、南中国の大陸棚外側斜面に酸素欠乏水塊が出現したこと、また2)その水塊の中で嫌気呼吸が卓越したこと、3)さらにそれに先んじるペルム紀中期後半には高い炭素同位体比を持つ海水がグローバル規模で出現したことが明らかになった。いずれも最初に生物多様性が大きく低下させた環境変動の特徴を示唆している。
クライオ電子顕微鏡を用いた光化学系II複合体の反応中間体の構造解析

クライオ電子顕微鏡の単粒子構造解析法を用いて、光化学系II (PSII)の反応中間体の構造を解明する。凍結グリッド作成装置内で、PSII試料へレーザー照射した後に、瞬時にサンプルを凍結することで、反応中間体を捕捉し、単粒子構造解析法で反応中間体の構造を解析する。PSII反応中間体の構造解析は主にX線自由電子レーザーで行われているが、結晶中のS状態遷移効率の低下により、3閃光照射以降の構造変化を解析する事が困難である。本システムは、光によって励起されるタンパク質の構造変化をクライオ電顕で解析する世界的にも初の試みであり、今後の解析のモデルとなる事が期待される。
宇宙用電気推進機の推力測定実験における真空度の影響評価

本年度最初に,1キロワット級ホール型推進機を新たに製作し,名古屋大学航空宇宙工学専攻が有する真空チャンバー装置(直径1メートル,長さ2メートル,排気速度毎秒8千リットル)で作動試験を行った。加速チャンネル長さと推進性能の関係を調べるため,チャンネル長さを変化させながら,総イオンビーム電流,および排気ビームの発散角を計測し,最適チャンネル長さを求めた。しかしながら,真空チャンバーが小型であるため,真空度は10のマイナス4乗トールであり,真空度の測定結果への影響が懸念された。そこで,この推進機をアメリカに持ち込み,ミシガン大学航空宇宙工学科の有する超大型真空チャンバー装置(直径6メートル,長さ9メートル,排気速度毎秒18万リットル)を借りて,同様の検証実験を行うことにした。本装置を用いることによって,10のマイナス5乗トールの真空度で測定が行えるものと期待された。研究代表者小紫公也は7月にミシガン大学を訪れ,研究分担者のガリモア博士と今後の共同研究に関する打ち合わせを行うとともに,排気ビーム計測に必要な計測装置などを用意し,必要なものは設計図を書いて,製作しておいてもらった。また日本では,推進機スタンドにとり付けられるようなアタッチメントと,電気,ガス,冷却水の供給ラインを用意した。1月に小紫は,研究協力者三上建治とともに再びミシガン大学を訪れ,我々の推進機の推進性能測定実験を行った。真空チャンバー装置の運転,および全ての測定データ取得は,ガリモア博士とその研究室の学生が行い,測定項目,パラメーターの決定および推進機の作動は,小紫と三上で行った。ファラデーカップをX-Yステージで動かしながら,イオンビームの2次元電流密度分布を測定した他,静電探針を用いたプラズマ電位分布測定,マルチグリッド・ポテンシャル・リタルディング分析器を用いたエネルギー分布測定,スラストスタンドを用いた推力測定を行った。2週間で,予定していた実験をほぼ全て完了した。日本に帰国後,測定データの解析を行った。その結果,放電電圧電流特性に関しては,名古屋大学の真空チャンバーで得られたものとほぼ等しく,真空度が推進機の放電自体に及ぼす影響は少ないことが確かめられた。また,プラズマ電位の2次元分布からは面白い結果が得られた。推進機出口に位置する陰極を底として,その周りに穏やかなポテンシャルの谷ができており,50センチメートル程離れた場所で,ポテンシャル勾配がゼロになっていた。すなわち,直径1メートル程度の小さな真空チャンバーでの実験では,側面を絶縁シートで覆うなどの工夫をしなければ,壁面での電流の収支の影響が中心部にまで及んでしまう可能性があることがわかった。推進機出口からの離れるに連れて,総イオンビーム電流量が減少する傾向に関しては,これまで言われていたように,排ガスとの荷電交換衝突の平均自由行程を考慮すれば,十分理論曲線と一致することがわかった。この結果は,小型真空チャンバーで実験する場合にも,総イオン電流量が正確に見積もることができるということを示す良いデータとなった。しかし,排気イオンビームの発散角は,小型真空チャンバーで実験を行った場合よりも,いくぶん広がっており,これはプラズマポテンシャル分布の違いによるものではないかと予想されるが,この理由付けには今後の更なる研究が必要である。また推力測定の結果,キセノンガスで比推力800秒,推進効率35%という性能を得たが,ミシガン大学のスラストスタンドで計るには我々の推進機の推力レベルが小さすぎたため,残念ながら意味のあるデータを得ることはできなかった。

また,プラズマ電位の2次元分布からは面白い結果が得られた。推進機出口に位置する陰極を底として,その周りに穏やかなポテンシャルの谷ができており,50センチメートル程離れた場所で,ポテンシャル勾配がゼロになっていた。すなわち,直径1メートル程度の小さな真空チャンバーでの実験では,側面を絶縁シートで覆うなどの工夫をしなければ,壁面での電流の収支の影響が中心部にまで及んでしまう可能性があることがわかった。推進機出口からの離れるに連れて,総イオンビーム電流量が減少する傾向に関しては,これまで言われていたように,排ガスとの荷電交換衝突の平均自由行程を考慮すれば,十分理論曲線と一致することがわかった。この結果は,小型真空チャンバーで実験する場合にも,総イオン電流量が正確に見積もることができるということを示す良いデータとなった。しかし,排気イオンビームの発散角は,小型真空チャンバーで実験を行った場合よりも,いくぶん広がっており,これはプラズマポテンシャル分布の違いによるものではないかと予想されるが,この理由付けには今後の更なる研究が必要である。また推力測定の結果,キセノンガスで比推力800秒,推進効率35%という性能を得たが,ミシガン大学のスラストスタンドで計るには我々の推進機の推力レベルが小さすぎたため,残念ながら意味のあるデータを得ることはできなかった。