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ペロブスカイト型水素化合物の革新的合成と基礎物性の開拓：新物性・新機能の創出へ

ペロブスカイト型水素化合物では,水素の価数がマイナス1価と小さいために金属イオンの価数が大きくならない.そのため,水素の1s軌道のエネルギーバンドとの重なりが小さく共有結合性が弱い.これが電子格子相互作用を弱めていると考え,高温超伝導の発現には,水素の一部をマイナス2価の酸素に換えたペロブスカイト型酸水素化合物が望ましいことがわかった.また,白金を添加すると触媒効果により室温でも水素導入が可能になるという画期的な成果を得ることができた.このように、水素を含む化合物において,高温超伝導をはじめとする新機能・新物性の創出に向けた戦略指針を得るための基礎的な情報を収集することができた.前年度までの研究から,ペロブスカイト型水素化合物では,水素の価数がマイナス1価と絶対値が小さいために金属イオンの価数が大きくならない.すなわち,イオン化エネルギーが小さく,そのバンドのエネルギー準位は浅いため,水素の1s軌道のエネルギーバンドとの重なりが小さく共有結合性が弱い.これが電子格子相互作用を弱めていると考え,水素の一部をマイナス2価の酸素に換えたペロブスカイト型酸水素化合物に着目した.まずは代表的な銅酸化物超伝導体YBa2Cu3O6+xへの水素導入を行い,酸水素化合物作製のための基礎情報を得ることにした. YBa2Cu3O7は通常の固相反応法を用いて作製した.水素化は独自に開発した方法を用いた.水素源となるCaH2とCuOの粉末を混合してペレット状に成型したものとYBa2Cu3O7を石英管の中に離して入れて真空引きした.また,これまでの水素化装置に圧力計を取り付け,水素圧をモニターできるように改良した.水素源を150°Cに加熱し,YBa2Cu3O7を100-160°Cに保った.水素圧は1気圧とした.水素量は水素圧の減少量から見積もった.また,保持時間を系統的に変えて水素量を制御した.得られた試料に対して粉末X線回折(XRD)と直流磁化率測定を行った.まず,YBa2Cu3O7の水素化温度が110°C以上ではa軸長が伸び,水素吸蔵が確認された.しかし,水素化温度が増加するとXRD像のピークはブロードになり試料が分解している可能性があるので,最も低い110°Cと決定した.水素量が増えるとともにa軸長が伸び水素量が約0.8でほぼb軸長と一致し斜方晶から正方晶に変化したことが分かった.水素量が増加しても超伝導転移温度はほとんど変化せず,超伝導体積分率が低下し,水素が入った領域は超伝導が抑制されることを示している.この超伝導抑制の原因は現在不明である.ペロブスカイト型水素化合物では,水素の価数がマイナス1価と小さいために金属イオンの価数が大きくならない.そのため,水素の1s軌道のエネルギーバンドとの重なりが小さく共有結合性が弱い.これが電子格子相互作用を弱めていると考え,高温超伝導の発現には,水素の一部をマイナス2価の酸素に換えたペロブスカイト型酸水素化合物が望ましいことがわかった.また,白金を添加すると触媒効果により室温でも水素導入が可能になるという画期的な成果を得ることができた.このように、水素を含む化合物において,高温超伝導をはじめとする新機能・新物性の創出に向けた戦略指針を得るための基礎的な情報を収集することができた.ペロブスカイト構造を有するSr1-xBaxPdH3-δを本研究者が開発した水素化合物合成法を用いて作製し,超伝導転移の有無を調べた。試料Sr1-xBaxPdH3-δは以下のように作製した。まず粒状のSr、Baと粉末のPdをモル比1.1:1で混合し、ヘリウムガスで満たされたグローブボックス中の高周波溶解炉を用いて合金Sr1-xBaxPdを作製した。次に、この合金と水素源となるCaH2とCuOの粉末を混合してペレット状に成型したものを石英管の中に離して入れて真空封入した。水素源を150°Cに加熱し、合金を室温にして24時間保った。得られた試料に対して粉末X線回折を行った結果、単相のSr1-xBaxPdH3-δが得られたことが分かった。SrPdH3-δは立方晶であるが、x(Ba)≧0.7では正方晶になった。Ba量が増加すると、格子が大きくなり、Pd-Hの結合が保たれずc面内で水素欠損が生じたためと思われる。次に、これらの試料に対して超伝導転移の有無を調べるためSQUID磁束計を用いて直流磁化率を測定した。その結果、いずれの試料もパウリ常磁性で金属的ふるまいを示したが、2 K以上では超伝導転移は確認できなかった。その原因の一つとして、水素欠損による伝導面の乱れが考えられる。また、電子-格子相互作用が弱いことが考えられる。WIEN2kを用いてバンド計算を行った結果、Sr1-xBaxPdH3では、フェルミ準位での状態密度、特に水素の部分状態密度が小さいことが分かり、これが電子格子相互作用が弱いことの原因であると結論付けた。また、SrをBaに置換していくとHの部分状態密度が大きくなるという計算結果が得られたが、Ba量が増えると実際の試料では水素が欠損してしまった。しかし、BaPdHまで水素量が減少すると、さらにHの部分状態密度が大きくなることがバンド計算から分かった。

前年度は、YBa2Cu3O7への水素導入が超伝導転移温度を上昇させるという予測であったが,逆に超伝導は抑制されることを示した.この超伝導抑制の原因を明らかにすることは,水素に起因する高温超伝導発現を実現するためには重要である.そこで,酸素量,すなわちホールキャリア濃度を減らした絶縁体YBa2Cu3O6への水素導入を同様に行った.しかし,超伝導体YBa2Cu3O7とは異なり絶縁体YBa2Cu3O6には水素は全く導入されなかった.そこで,YBa2Cu3O6粉末に白金粉末を混ぜて水素化を行ったところ,水素導入に成功した.白金の触媒効果が水素の導入を可能にしたと考えられる.しかし,超伝導転移は確認されなかった.結晶粒内での水素の拡散が遅く,試料表面で水素原子が留まり,結晶が分解しているためかもしれない.この物質へ均一に水素を導入するには,水素圧を下げ、ゆっくりと水素を導入する必要があるという有用な知見を得た.3年の研究期間を通して,1)ペロブスカイト型水素化合物では,水素の価数がマイナス1価と絶対値が小さいために金属イオンの価数が大きくならない.すなわちイオン化エネルギーが小さく,そのバンドのエネルギー準位は浅いため,水素の1s軌道のエネルギーバンドとの重なりが小さく共有結合性が弱い.これが電子格子相互作用を弱めていると考え,水素の一部をマイナス2価の酸素に換えたペロブスカイト型酸水素化合物に着目することが望ましいことがわかった.また, 2)白金を添加すると触媒効果により室温でも水素導入が可能になるという画期的な成果を得ることができた.このように、水素化による,高温超伝導をはじめとする新機能・新物性の創出に向けた戦略指針を得るための基礎的な情報を収集することができた.工学本研究者が考案した簡便で安全な水素化合物合成法により代表的な銅酸化物高温超伝導体YBa2Cu3O7への水素を導入することに成功し,この合成法の有用性が確かめられた。また、圧力計をとりつけることにより水素量の見積が可能となった.110°Cという低温でも水素を導入可能であることが分かった.水素を導入したが超伝導は抑制されてしまったが,酸水素化合物超伝導体の創製に向けた新たな知見が得られたことは有意義な成果であるである。本研究者が考案した簡便で安全な水素化合物合成法により、ペロブスカイト構造のSr1-xBaxPdH3-δを実際に合成することができ、この合成法の有用性が確かめられた。また、作製したSr1-xBaxPdH3-δは、残念ながら超伝導化はしなかったが、バンド計算を用いた考察により、新規な水素化合物超伝導体の創製に向けた新たな有用な知見が得られた。代表的な銅酸化物高温超伝導体YBa2Cu3O7への水素導入が超伝導転移温度を上昇させるという予測であったが,逆に超伝導は抑制された.この超伝導を抑制した原因を明らかにすることは,水素に起因する高温超伝導発現を実現するためには重要である.そこで,酸素量を減らしたYBa2Cu3O6.5やYBa2Cu3O6への,また,格子定数の異なるNdBa2Cu3O7やYbBa2Cu3O7への水素導入を行い,結晶構造,および超伝導特性の変化を調べる.また,酸水素化合物の合成のための基礎情報を得るために,酸素量や格子の大きさにより,水素の入りやすさ,水素導入温度がどう変化するのか,水素が何度で脱離するか等を調べる.また,この物質で水素が酸素とイオン交換することは可能か,その合成条件を調べる。ペロブスカイト構造を有するSr1-xBaxPdH3-δが超伝導転移を示さなかった最大の原因は、電子-格子相互作用が弱いことであった。
超高速・高品質SiC単結晶の溶液成長プロセスにおけるマランゴニ対流の発生因子

本研究ではFe-Si溶媒を用いたシリコンカーバイドのFZ溶液成長におけるマランゴニ対流の発生因子を解明することを目的とした。合金用の最大泡圧法実験装置を新規に作製し、Fe-Si-C系溶融合金の表面張力を12501450°Cにて測定した。Fe-Si二元系合金とFe-Si-C三元系合金の表面張力に大きな差は見られず、炭素の影響は見られなかった。よって溶液成長時にFe-Si溶媒中では、温度差に起因したマランゴニ対流が生じることが推定された。本研究では、Fe-Si合金溶媒を用いた大型SiC単結晶のFZ低温・超高速成長技術の開発へ向け、溶液成長環境で発生するマランゴニ対流の発生因子を解明するため、Fe-Si-C系合金溶媒の表面張力の高精度測定を行い、その組成、温度依存性の定量評価を行うことを目的としている。本年度は、高温の合金溶液の表面張力の高精度測定手法を確立するため、以下の検討を実施した。(1)既設の液滴観察装置を用いて、予備実験として、静滴法と大滴法を用いて溶融Ag液滴の表面張力の測定を実施した。その結果、主に液滴画像の解析誤差により、表面張力の測定結果が10%程度の偏差を示した。また、好適な液滴形状の保持にも問題を生じたため、合金溶液の表面張力の高精度測定を行ううえで、測定方法を見直す必要性が明らかとなった。(2)(1)で述べた結果を踏まえ、最大泡圧法による表面張力の測定を採用した。ステッピングモーターユニットによる毛細管の精密上下動、差圧電送機システムならびにガスの精密流量制御機構を敷設し、表面張力の精密測定環境を構築した。本装置を用いて溶融Agの表面張力の測定を実施し、偏差2%未満での測定結果が得られている。また、Fe-Si-C合金の表面張力の測定も成功している。現在は、アルミナ毛細管の先端形状の精確な加工法を検討中であり、より高精度な測定技術の確立を目指している。以上より、高温下合金溶液の表面張力の高精度測定環境の構築をほぼ完了した状況に有り、今後、Fe-Si-C系合金溶媒の表面張力の組成、温度依存性の調査を行う予定である。本研究ではFe-Si溶媒を用いたシリコンカーバイドのFZ溶液成長において、著しい温度勾配印加により発生するマランゴニ対流の発生因子を解明することを目的とし、Fe-Si-C系溶融合金の表面張力を12501450°Cにて測定した。表面張力測定を行うために昨年度に新たに作製した最大泡圧法実験装置の昇降装置に改良を加えて高さ精度を向上するとともにアルミナキャピラリー作製手法を最適化することで、溶融合金の表面張力の1%の誤差での測定を可能にした。次いで、Fe-Si合金の表面張力の測定を行い、表面張力の温度係数の組成依存性を決定し、またButlerの式による予測との比較的良い一致を確認した。次いで、炭素飽和あるいはSiC飽和のFe-Si-C合金の表面張力の測定を行い、三元合金の表面張力の温度係数を決定した。その結果、炭素の溶解による表面張力の減少傾向は見られず、三元合金の表面張力はFe問Si合金の表面張力とほぼ同程度となった。よって、研究の端緒であったBeltonにより提唱された「SiCの表面会合による表面活性作用(MetallurgicalTransactions,1972)」は少なくとも認められず、炭素濃度依存性は無視しうるものと考えられる。以上より、Fe-Si溶媒を用いたシリコンカーバイドのFZ溶液成長環境において重要な表面物性値を取得しており、同環境においては温度差マランゴニ対流が主として生じていることが推定された。得られた物性値は溶媒内での流動シミュレーションに不可欠であり、今後結晶育成モデルに活用して溶液成長環境の最適化を目指す。
地震力を受ける鉄骨鉄筋コンクリート造骨組における袖壁付き骨組部分に関する研究

本研究では交付申請書に記した項目に関する実験資料が得られた。以下に研究の概要を記す。1.破壊実験概要アパート建築や病院建築で観られるような鉄骨鉄筋コンクリート造袖壁付き骨組部分をモデル化した試験体を5体製作し加力破壊実験を行った。試験体については柱断面と梁断面は一定とし壁長さと壁厚を変化させて、壁の破壊が先行しその後梁端が曲げ降伏するタイプ(2体)と、壁の破壊がほとんど生じず梁が曲げ降伏するかまたは梁がせん断破壊するタイプ(2体)、および比較用の壁がないタイプ(1体)の3タイプとした。2.研究成果(1)袖壁付き柱とそれに取り付く梁からなるSRC造骨組部分に地震時の応力が生じる場合の弾塑性性状と破壊性状が明らかになった。(2)阪神大震災の建物被害でも観られたように壁SRC造の袖壁付き梁や腰壁・たれ壁付き柱ではが破壊しやすく、破壊性状や復元力特性および曲げ危険断面位置においてRC造骨組のものと異なることが確認できた。(3)実験での試験体の破壊形式は,袖壁長さの途中で曲げ降伏して梁の最大せん断力が決定する場合と袖壁の破壊によって梁の最大せん断力が決定する場合に分かれ、梁でせん断破壊や付着破壊が生じないように設計されたSRC造袖壁付き梁の最大せん断力の最大せん断力については,研究代表者が既に提案しているRC造腰壁付き柱や袖壁付き梁の最大せん断力を評価する式を一部修正することにより,精度よく評価され,最大せん断力を決定する破壊形式もそれらにより判別できることが確認できた。
疲労き裂が発生した鋼橋部材の残存寿命評価技術の開発

鋼橋に生じる比較的長い疲労き裂を対象として,その進展挙動から残存寿命を予測する手法について検討した.実部材に見られる疲労き裂は面外曲げの繰返しによるものが多いが,面外曲げを受ける板厚貫通き裂に対する進展予測技術が不十分であったことから,本研究において解析的,実験的に検討を行い,疲労き裂進展を支配するパラメータである応力拡大係数を簡易に推定する手法を提案した.複雑な応力場を進展する板厚貫通き裂として,鋼床版デッキプレートと縦リブ溶接部に発生するビード貫通き裂をとりあげ,面外曲げの影響も含めた上で,その進展挙動を予測することを試みた.その結果,破壊力学的なアプローチにより,き裂の進展特性や,き裂の進展方向の変化を予測できることが明らかとなった.鋼橋に生じる比較的長い疲労き裂を対象として,その進展挙動から残存寿命を予測する手法について検討した.実部材に見られる疲労き裂は面外曲げの繰返しによるものが多いが,面外曲げを受ける板厚貫通き裂に対する進展予測技術が不十分であったことから,本研究において解析的,実験的に検討を行い,疲労き裂進展を支配するパラメータである応力拡大係数を簡易に推定する手法を提案した.複雑な応力場を進展する板厚貫通き裂として,鋼床版デッキプレートと縦リブ溶接部に発生するビード貫通き裂をとりあげ,面外曲げの影響も含めた上で,その進展挙動を予測することを試みた.その結果,破壊力学的なアプローチにより,き裂の進展特性や,き裂の進展方向の変化を予測できることが明らかとなった.面外曲げ応力下における貫通き裂の進展挙動の解明鋼床版のデッキプレートに発生するき裂のように,疲労き裂を引き起こす応力が面外曲げ応力(板曲げ応力)である例は非常に多い.従来は板厚貫通時点を疲労限界とみなしていたため,その後のき裂の進展挙動についてはあまり注意が払われてこなかった.しかし本研究の目的のためには,板厚貫通後の面外曲げ応力下におけるき裂進展特性を詳細に把握しておくことが必要不可欠である.平成22年度においては,疲労き裂を導入した試験体に面外曲げの繰り返し応力を作用させ,疲労き裂の進展量を計測することによってき裂進展速度を求めた.試験パラメータは応力比である,一方,有限要素解析により,板厚方向の応力拡大係数の分布を明らかにした.その結果,面外曲げ応力下においては,貫通き裂はその前縁の形状が曲線を保ったまま進展すること,それによって,板厚方向の応力拡大係数の分布はほぼ均一なものとなることが新たに判明した.さらに,板厚方向にほぼ均一となる応力拡大係数を,引張載荷時のそれから予測する手法について明らかにした.本結果は,次年度以降のき裂進展シミュレーションの構築に向けて重要な知見となるものと考えている.供用開始後半世紀を越える銅橋が数を増す一方で,維持管理にあてることのできる人材や予算は限られており,鋼橋の維持管理の効率化は極めて重要な社会的課題となっている.鋼橋の安全性を脅かす大きな損傷の一つは疲労である.本研究は,疲労き裂が発生した鋼橋部材が脆性破壊に至るまでの時間的余裕を定量的に予測する技術の開発を目的としている.平成23年度は,鋼橋の疲労き裂進展挙動の詳細な解明と,限界き裂長の評価手法の確立のための基礎的検討として,実橋梁に生じた疲労き裂を対象とした疲労き裂進展シミュレーションを実施した.対象とした疲労き裂は,鋼床版のUリブとデッキプレートの溶接部に生じるビード貫通き裂である.このき裂は,ある程度の長さまで溶接ビードに沿って進展した後,急激に進展方向を変えてUリブウェブやデッキプレートに進展するという,複雑な進展挙動を示す.シミュレーションは破壊力学に基づくものとし,き裂を導入したモデルに対する応力解析により応力拡大係数を求め,それにより次のステップのき裂進展長さと方向を決定し,き裂を進展させるというプロセスを繰り返すことで実現した.解析により,このき裂の応力拡大係数をモードI,II,IIIに区別して検討した結果,対象とした疲労き裂においては,全長がある程度長くなると疲労き裂の進展方向が変化する可能性が示され,限られた条件ではあるが,実橋で観察される複雑な進展挙動に対する力学的な分析を行うことができた.疲労き裂進展速度を支配する破壊力学パラメータである応力拡大係数に着目し,さまざまな板厚,き裂長,載荷モードの基での応力拡大係数を有限要素解析によって求め,その一般的性質について明らかにした.解析の結果,面外曲げを受けるき裂の板表面における応力拡大係数は,板表面において同じ大きさの応力を受ける単純引張時のそれと比較して小さくなることや,圧縮域で生じるき裂の閉口現象によって応力拡大係数が小さくなることなどを示した.また,板厚方向の応力拡大係数の分布を定量的に求めることにより,実際のき裂は,き裂前縁が曲線的に変化するように進展していくことを,疲労き裂進展解析によって確認した.さらに,平板に疲労き裂を導入した試験体に対して様々な応力比でき裂進展試験を実施し,き裂前縁形状とき裂進展速度を実験的に明らかにした.また,試験体を対象とした有限要素解析により,応力拡大係数の板厚方向分布を求め,破壊力学の観点から,実験により得られたき裂進展挙動を説明することに成功した.さらに,面外曲げを受けるき裂の応力拡大係数範囲を簡易に推定する手法を提案し,き裂進展速度を比較することで,その妥当性を実験的に検証した.複雑な進展挙動をとるき裂の例として鋼床版のUリブーデッキ溶接部の板厚貫通き裂を取りあげ,その進展挙動について破壊力学の観点から明らかにした.溶接ビードまでを忠実にモデル化した

3次元有限要素解析を実施した結果,このき裂の応力拡大係数は載荷点とき裂先端の位置関係によって複雑に変化するが,き裂長がある程度長くなると,き裂進展方向が変化する可能性が高くなることを示した.これは実際に生じているき裂の進展挙動と定性的に一致する結果であり,本研究でのアプローチにより,実橋梁に生じるき裂の複雑な進展挙動を予測できることを示した.当初の計画どおり,面外曲げを受ける疲労き裂の進展挙動の解明,実橋に生じる疲労き裂の進展挙動の解明が進み,それらを成果として公表している.24年度が最終年度であるため、記入しない。前年度に解析的に検討した鋼床版のき裂を対象に,中型の試験体により再現試験を実施し,疲労き裂進展挙動を明らかにすることにより,解析の精度と限界について考察する.24年度が最終年度であるため、記入しない。
空間的・時間的に非均一な高熱負荷の第一冷却壁のガス冷却に関する研究

核融合炉第一冷却壁の定常時と起動、異常時に見られる空間的、時間的非均一条件を考え、空間的非均一条件においては、管路壁熱伝導の影響、エンボスドパネルの伝熱特性および固気二相衝突噴流の伝熱について、時間的非均一条件においては、平板上および矩形流路内の伝熱に対する発熱量と流量の変化の影響について検討を加えて、以下の結果を得た。1.空間的非均一条件下の伝熱(1).非均一加熱される流路の伝熱特性に大きな影響を及ぼす流路壁周方向の熱伝導をフィン効率を用いて整理することを提案した。また、非加熱領域のフィン効率は厚さ一定の長方形フィンのそれで近似できることを示した。(2).エンボスドパネルの冷却特性を実験的に求めた。その結果、曲面壁側から加熱を受けるよう使用する方が性能の良いことを示した。また、表裏面接続部の熱抵抗が熱伝達率に影響することを明らかにした。(3).固気二相衝突噴流の冷却能力は単相の場合の数倍となることを実験的に求めた。さらにこの伝熱促進機構についても検討を加え、粒子の最適添加条件に関する知見を得た。2.時間的非均一条件下の伝熱(1).平板もしくは流路壁がステップ状に加熱されることに伴う熱伝達率の変化の静定時間は、従来予測されていたものよりも一桁ないし二桁大きいことを示した。(2).平板に沿う流れにおけるステップ加熱では、発熱の流れ方向の非均一性と時間的非定常性との影響は分離評価できることを示した。(3).流体の流量変化のある場合の伝熱特性は、概して準定常的であることがわかった。ただし、流量変化速度が極めて大きく、流速の遅い流れの場合には、熱伝達率の追従遅れが顕著となる。
品質判定機能を有する農産物ハンドリング用知能ロボットシステムの開発

1.衝撃装置を組み込んだ農産物ハンドリング用グリッパーを試作し、貯蔵中の品質変化を検出することができた。品質評価指数としては、弾性係数が有効である。2.農産物衝撃試験装置を試作し、衝撃波伝播モードを各種農産物について観測し、以下の結果を得た。(1)りんご、とまと、柑橘類等は中実球体と見なしうることができ、巨視的には衝撃方向と平行に基本形状を変えることなく前後に振動する。(2)メロン等は中空球殻と見なすことができ、衝撃方向に平行な長円と垂直方向に長円となる振動を交互に繰り返す。(3)タマネギ、ダイコン等は基本的には中実球体と見なすことができ、上記1)と同様の振動モードであるが伝播波形は一般に複雑になる。内部構造の異方性と非均質性の共合作用と考えられる。3.球形農産物の波動方程式を提案し、有限要素法による数値シミュレーションと衝撃試験の結果を比較することにより、以下の結果を得た。(1)リンゴに対しては、シミュレーションと実測波形は良く一致し、非均質粘弾性モデルによる記述が適当である。(2)リンゴの芯の部分は空洞と見なさなければ、観測結果の説明ができない。(3)ダイコンの波形は数値シミュレーションでは予測不可能であり、肉質部分の方向性を考慮したモデルの開発が必要である。4.観賞用農産物のうち、バラの開花度をニューラルネットワークにより判定するシステムを開発し、基礎的な実験を実施し、人間による判定結果と良く一致することがわかった。5.近赤外線分光反射特性により、リンゴの糖分を定量するシステムを設計・製作し、液体クロマトグラフによる定量結果との検量線は極めて相関関数の高いことがわかった。以下に詳細を述べる。(1)全糖類、リンゴ酸、果糖、しょ糖の順に相関係数が高い。(2)ブドウ糖の相関係数は低い。(3)変動係数は、リンゴ酸、全糖、果糖、ブドウ糖の順に大きくなる。6.精米表面の電子顕微鏡写真画像よりフラクタル次元を求め、精米方法との関係を検討したが明確な相関は認められなかった。7.超音波により液状食品の非線形パラメータを測定し、脂肪濃度の推定が可能であることがわかった。以下に詳細を述べる。今年度は農産物ハンドリング用知能ロボットシステム中の農産物の非破壊品質判定部の基礎的研究を行った。(1)りんご及びキ-ウィフル-ツのテクスチュアについて、成分による吸収の少ない783nmの光を照射して得た散乱係数と果肉の破壊降伏応力との間にかなり強い線形相関があることがわかった。成分については、高速液体クロマトグラフによって得た成分含量を注目する成分の複数の吸収波長を用いてかなりの精度で推定することができた。(2)牛乳のモデルとしてコ-ン油のO/Wエマルションを用意し、非線形音響パラメ-タB/Aを測定した。その油相濃度と非線形音響パラメ-タは線形関係にあることがわかった。また他の液体についても濃度計測に適用できる可能性があることがわかった。(3)花のビデオ画像による開花度合6段階への分類を試み、RGBデ-タをLAB表色系へ変換し色立体上でクラスタリングを行った結果、人間の認識に近い特徴領域への分割が可能であることがわかった。

(4)空気圧で駆動される農産物杷持用ロボットハンドを製作し、それに品質判定用の衝撃装置を組み込んで触覚機能を持たせた。りんごの貯蔵中の品質変化を衝撃波の伝播速度、衝撃入出力比、衝撃力立ち上がり時間等で予測することを試み、その可能性が見いだせた。また、衝撃力伝播特性と糖度、生物降伏力、縦弾性係数との関係を調べたが、分散分析の結果有意差は認められなかった。1)農産物の衝撃荷重に対する特性を、実験結果及び有限要素法による波動方程式の数値解とで比較検討した結果、リンゴについては、芯部空洞の影響が衝撃伝播特性を左右することが判明した。また大根のように繊維を多く含むものについては、たとえ不均質粘弾性体を考慮しても数値解と実験結果の不一致は大きく、今後は非等方性等を考慮しても波動モデルの検討が必要であることがわかった。2)農産物に含まれている糖分と有機酸含有量を非破壊的かつ定量的に推定するために近赤外線の反射特性を利用することを試みた結果、推定値と実測値の間には0.730.96の高い相関があることを判明し、非破壊的に推定可能であると思われる。3)農産物の体積を音波で推定する方法を検討し、水の体積推定値と実測値の相関係数として0.99以上を得た。穀類・果実等にも応用し、推定精度の検討を行った結果、リンゴ及びぶどうの房については相関係数0.968、小豆については、0.992であった。4)花卉の開花度をニューラルネットワークにより判定するシステムを開発した。バラについて判定した結果、人間の判定結果の一致割合は<75%91%であった。また、花卉のように微妙な色差のあるものの色による画像分割手法としてクラスター分析を応用したが、十分実用的な分割(花弁・がく片・がく片カール部の識別)が可能であった。5)精米の搗精度合いを定量的に評価するために、精米表面のSEM画像のフラクタル次元をFourierスペクトルより推定し、白度との関係を調べた結果、定量評価の可能性が見いだせた。6)ソウル国立大学・国立台湾大学の研究者と、農業用ロボットの視覚とアームに関する共同研究を実施した。1.農産物衝撃試験装置を試作し、衝撃波伝播モードを各種農産物について観測し、以下の結果を得た。1)りんご、とまと、柑橘類等は中実球体と見なしうることができ、巨視的には衝撃方向と平行に基本形状を変えることなく前後に振動する。2)メロン等は中空球殻と見なすことができ、衝撃方向に平行に長円となったり垂直方向に長円となる振動を繰り返す。3)タマネギ、ダイコン等は基本的には中実球体と見なすことができ、上記1)と同様の振動モードであるが伝播波形は一般に複雑になる。内部構造の異方性と非均質性の共合作用と考えられる。2.球形農産物の波動方程式を提案し、有限要素法による数値シミュレーションと衝撃試験の結果を比較することにより、以下の結果を得た。1)リンゴに対しては、シミュレーションと実測波形は良く一致し、非均質粘弾性モデルによる記述が適当である。2)リンゴの芯の部分は空洞と見なさなければ、観測結果の説明ができない。3)ダイコンの波形は数値シミュレーションでは予測不可能であり、肉質部分の方向性を考慮したモデルの開発が必要である。3.観賞用農産物のうち、バラの開花度をニューラルネットワークにより判定するシステムを開発し、基礎的な実験を実施し、人間による判定結果と良く一致することがわかった。
原爆被爆者の骨髄異形成症候群(MDS)に関する疫学的、分子生物学的研究

原爆被爆者の高令化に伴い、骨髄異形成症候群(MDS)の増加がみられているが、当血液内科において過去15年間に診断されたMDSの病型診断を確定し、個人線量は当研究所の開発したABS93Dを用いてCox比例ハザードモデルにより統計学的解析を行った。その結果、個人被爆線量が得られたMDS例は26例であり、被曝線量反応関係を明らかにした。すなわち1 Sv被爆の0 Sv被爆に対する相対リスクは2.4であり、被曝線量反応関係に影響する因子として、被爆時年令を明らかにした。被爆者MDSの遺伝子レベルでの異常を明らかにするため、分化型急性骨髄性白血病の原因遺伝子として同定され、二次性白血病にも関与している可能性が指摘されている転写因子AML1遺伝子に注目し検索をすすめた。AML1遺伝子内のラントドメインの変異をPCR-SSCP及び塩基配列決定により検索したところ、非被爆者MDSでは74症例中2例(2.7%)に変異が認められ、これまでの報告と同程度の頻度であった。しかし、原爆被爆者で低線量被曝を受けたと推測されるMDSにおいては、13症例中6例(46%)と高頻度に点突然変異が認められた(ミスセンス3例、ノンセンス1例、サイレンス2例)。これらの点突然変異体について二量体形成能、DNA結合能、転写活性能についての解析を実施した。これらの結果より放射線関連MDS/AMLにおいてAML1の点突然変異が関与していることが明らかになった。次にMDSの病態には遺伝的不安定性が関与していると考えられるが、患者の単核球について、4種類のDNA修復酵素の遺伝子(ERCC 1,ERCC 3,ERCC 5,XPC)発現を検討したところ、低下消失した症例を高頻度に認め、MDSの病態に関与することが示唆された。原爆被曝者の高令化に伴い、骨髄異形成症候群(MDS)の増加がみられているが、我々はそのリスクが高いことを細菌明らかにしている。この結果は過去の死亡調査をもとに得られたもので、主としてRAEB,BAEB-Tが含まれており、頻度の高いRAはほとんど含まれていない。そこで本研究は最近20年間の被曝者MDS例について病型診断(RA,RARS,RAEB,RAEB-T)を確定し、各病型別に放射線被曝による発症のリスクを明らかにし、さらにリスクの増加に影響する因子を解析することを目的に実施した。まず、当血液内科において過去20年間に診断されたMDSをリストアップし、末梢血所見と骨髄所見、標本観察により、MDSの病型診断を確定したところ、RA75例、RARS6例、RAEB41例、RAEBt29例の計151例であった。被爆者情報は当研究所が構築したデーターベースによって確認し、線量は当研究所の作成したABS93Dによって計算されたものを使用した結果、11名の被爆者について線量が判明した。今後、MDSのRA,PASA,RAEB,RAEB-Tの病型について被曝線量反応関係を明らかにし、被曝線量反応関係に影響する因子として、性別、被曝時年令、被曝後経過時間、発病年令等について明らかにする予定である。MDSの遺伝子異常の検索に備えて、症例の蓄積、血液細胞の保存は順調に行われている。原爆被爆者の高令化に伴い、骨髄異形成症候群(MDS)の増加がみられているが、当血液内科において過去15年間に診断されたMDSの病型診断を確定し、個人線量は当研究所の開発したABS93Dを用いて統計学的解析を行った。個人被爆線量が得られたMDS例は26例であり、被曝線量反応関係を明らかにした。すなわち1Sv被爆の0Sv被爆に対する相対リスクは2.4であった。

この値は最近の被爆者急性骨髄性白血病の相対リスクに近似している。また被曝線量反応関係に影響する因子として、被爆時年令を明らかにし、若年被爆者ではリスクが高いことを見い出した。性別による違いは認めなかった。しかし各病型ごとの相対リスクを得るには至っていない。次に被爆者MDSの遺伝子レベルでの異常を明らかにするため、分化型急性骨髄性白血病の原因遺伝子として同定され、二次性白血病にも関与している可能性が指摘されている転写因子AML1遺伝子の検索をすすめた。AML1遺伝子内のラントドメインの変異をPCR-SSCP及び塩基配列決定により検索したところ、原爆被爆者3例に変異を見出すなど興味ある結果を得つつある。また、MDSの病態には遺伝的不安定性が関与していると考えられるが、MDS患者の末梢血リンパ球を含む単核球について、X線DNA障害に対する4種類のDNA修復酵素の発現をRT-PCRで検討したところ、低下した症例が認められ、さらに詳細について解析中である。原爆被爆者の高令化に伴い、骨髄異形成症候群(MDS)の増加がみられているが、被爆者MDSの遺伝子レベルでの異常を明らかにするため、分化型急性骨髄性白血病の原因遺伝子として同定され、二次性白血病にも関与している可能性が指摘されている転写因子AML1遺伝子に注目し検索をすすめた。AML1遺伝子内のラントドメインの変異をPCR-SSCP及び塩基配列決定により検索したところ、非被爆者MDSでは74症例中2例(2.7%)に変異が認められ、これまでの報告と同程度の頻度であった。しかし、原爆被爆者で低線量被曝を受けたと推測されるMDSにおいては13症例中6例(46%)と高頻度に点突然変異が認められた(ミスセンス3例、ノンセンス1例、サイレンス2例)。点突然変異によりラントドメイン内で終了する欠損型変異体は二量体形成能およびDNA結合能を消失しており、軟写活性はみられず、その機能は消失していた。DNAと直接結合する3領域に変異を有するタイプは二量体形成能が残っており、正常AML1に対して拮抗的(ドミナントネガティブ)に作用した。また、ラントドメインの直前の変異であるG42R変異体は正常AML1より強いDNA結合能、転写活性能を有していた。これらの結果より放射線関連MDS/AMLにおいてAML1の点突然変異が関与していることが明らかになった。
ColE2プラスミドの複製開始複合体の構造と機能

ColE2プラスミドの複製開始反応は、プラスミド自身にコードされたRep蛋白質と宿主大腸菌のDNA合成酵素Iのみでおこる。ColE2Rep蛋白質は塩基配列特異的プライマーRNA合成活性を示す。プライマーRNAは僅かに3残基であるので、複製開始時にはRep蛋白質-Ori部位-プライマーRNA-DNA合成酵素Iの複合体が形成される可能性も考えられる。本年度の研究成果:1,HisタグをC末端に付けることにより活性のあるRep蛋白質およびRep蛋白質のC末端側半分の領域に当たるものを容易に部分精製できるようになった。2,Rep蛋白質およびRep蛋白質のC末端側半分のペプチドは、いずれも高塩濃度溶液中でも安定な二量体を形成している。3,上記のHisタグをC末端に付けたRep蛋白を用いて、ゲルシフト法によりRep蛋白質とOri部位との特異的結合を検出出来るようになった。これによりRep蛋白質のC末端側半分のペプチドが、Rep蛋白質よりはかなり弱いもののOri部位に特異的に結合することが示された。4,ゲルシフトとフットプリント解析の結果からRep蛋白質のC末端側半分のペプチドは、その濃度に応じて大きさの異なる2種の複合体を形成する。Rep蛋白質はOri部位内の7bpの直列配列に対応して直列的な四量体(あるいはそれ以上の多量体)を形成して結合していることが考えられる。5,Ori部位内に存在する7bpの直列繰り返し配列について、いずれか一方を欠くか、あるいはそっくり他の塩基配列に置き換えたものでは、Re蛋白質結合能がほとんど失われた。これらの7bpの直列繰り返し配列中にはRep蛋白質による認識、結合に重要な役割をもつ残基が含まれていると考えられる。
自動車用熱電発電エネルギー回収システムの開発

本研究では,自動車からの廃熱を熱源として想定した高効率熱電発電システムの実現を目的として,実験・理論の両側面からの検討を進めた.以下に研究成果の概要をまとめる.1)中高温用熱電発電モジュールの製造技術の開発水素化金属あるいは水素吸蔵金属箔を用いた,金属電極-熱電発電素子(CoSb_3,Yb系CoSbあるいはBi_2Te_3)の接合条件を確保し,多カップルモジュールを一括して作成する工法についても検討した.また,i)熱電半導体-Cu接合体がオーミック性を有し,接合層(金属箔)がCu元素の拡散防止層として機能する,ii)良伝熱性絶縁板AINと電極が水素吸蔵したTi箔で強固に接合し,Ti層が熱応力緩和層として機能する,といったことを見出した.2)熱電発電材料の性能改善と電子状態理論計算材料製造プロセスの検討によってCoSb_3系熱電発電材料の性能改善を試みるとともに,PbTe,シリサイド系Mg_2Siの作成プロセスを検討し,微細化,高密度化による高性能化の可能性を示した.一方,理論計算から,i)CoSb_3系材料とタイプI構造クラスレートとシリサイド化合物に対する理論計算結果は実験結果を説明し,ii)クラスレート化合物の貴金属置換がキャリア制御と熱電性能向上のために有効である,といったことを見出した.3)熱電発電モジュール一体型熱交換器の開発熱回収効率向上を目的として「熱電モジュール一体型熱交換器」を設計・試作した.実測した温度分布を用い,熱電特性と熱伝導の両数値シミュレーションにより評価した熱交換器性能は,当初の見込みを上回った.特に,i)接触するように組み合わせた熱回収フィンの構造とii)モジュール電極と熱交換器基板の密着性確保が有効であることを見出した.なお,半導体基板冷却用の伝熱シートの採用により,モジュール冷却側の伝熱特性が改善された.本研究では,自動車からの廃熱を熱源として想定した高効率熱電発電システムの実現を目的として,実験・理論の両側面からの検討を進めた.以下に研究成果の概要をまとめる.1)中高温用熱電発電モジュールの製造技術の開発水素化金属あるいは水素吸蔵金属箔を用いた,金属電極-熱電発電素子(CoSb_3,Yb系CoSbあるいはBi_2Te_3)の接合条件を確保し,多カップルモジュールを一括して作成する工法についても検討した.また,i)熱電半導体-Cu接合体がオーミック性を有し,接合層(金属箔)がCu元素の拡散防止層として機能する,ii)良伝熱性絶縁板AINと電極が水素吸蔵したTi箔で強固に接合し,Ti層が熱応力緩和層として機能する,といったことを見出した.2)熱電発電材料の性能改善と電子状態理論計算材料製造プロセスの検討によってCoSb_3系熱電発電材料の性能改善を試みるとともに,PbTe,シリサイド系Mg_2Siの作成プロセスを検討し,微細化,高密度化による高性能化の可能性を示した.一方,理論計算から,i)CoSb_3系材料とタイプI構造クラスレートとシリサイド化合物に対する理論計算結果は実験結果を説明し,ii)クラスレート化合物の貴金属置換がキャリア制御と熱電性能向上のために有効である,といったことを見出した.3)熱電発電モジュール一体型熱交換器の開発熱回収効率向上を目的として「熱電モジュール一体型熱交換器」を設計・試作した.実測した温度分布を用い,熱電特性と熱伝導の両数値シミュレーションにより評価した熱交換器性能は,当初の見込みを上回った.特に,i)接触するように組み合わせた熱回収フィンの構造とii)モジュール電極と熱交換器基板の密着性確保が有効であることを見出した.なお,半導体基板冷却用の伝熱シートの採用により,モジュール冷却側の伝熱特性が改善された.本研究では,自動車からの廃熱を熱源として想定した高効率熱電発電システムの実現に向け,相互に関連する以下の項目に着目して検討を進めている.本年度の研究実績を以下にまとめる.1)中高温用熱電発電モジュールの製造技術の開発水素化活性金属TiH_2を用いた,金属電極(Cu)-熱電発電素子(CoSb_3)の接合条件をほぼ確保した.耐熱試験後(400°C,4h),この接合法により作成したモジュールから電極が剥離することはなかった.今後,温度勾配下における試験に移行する予定である.一方,多カップルモジュールを一括して作成する工法についても検討を進めた.また,Bi_2Te_3についても検討したが,適当な条件を得ることはできなかった.2)CoSb_3系熱電発電材料の性能改善ドーパントや焼結及び処理条件の最適化を図り(放電プラズマ焼結装置(SPS)の利用を含む),CoSb_3系熱電発電材料の性能改善を試みた.また,多少高温域で性能に優れるPbTeについても検討した.一部の成果は論文として報告済みである.3)熱電発電材料の電子状態理論計算CoSb_3系熱電発電材料の電子状態の理論計算を行っている.計算結果は実験結果を説明するだけでなく,より高効率な材料開発のために常にフィードバックしているが,一方でCoSb_3系熱電発電材料の性能限界も示唆しつつある.引き続き,中温域で高性能なZn_4Sb_3系熱電発電材料について検討していく予定である.4)熱電発電モジュール一体型熱交換器の開発これまでに開発した一体型熱交換器

プロトタイプを用いて行った実験結果を元に,より熱回収効率を高めることを想定した熱交換器を設計・試作した.実測した温度分布を用い,数値シミュレーションにより評価した電気出力とエネルギー変換効率は,当初の見込みを上回るものであった.この結果を受けて,高性能熱電発電モジュール設計のためのシミュレーションプログラム開発に着手した.このプログラムは動作温度域に応じた熱電モジュールの最適配置と予想出力を与えるものである.今後,熱電モジュール搭載試験を行い,振動や熱履歴あるいは熱衝撃に対する耐久試験を行う予定である.本研究では,高効率熱電発電システムの実現に向け,相互に関連する以下の項目に着目して検討を進めている.本年度の研究実績を以下にまとめる.1)中高温用熱電発電モジュール製造技術の開発水素化金属を用いた金属電極-熱電発電素子の接合条件を確保し,CoSb系熱電素子については多カップルモジュールを一括作成する工法についても検討した.接合したモジュールは耐熱試験中に低電気抵抗状態を維持するだけでなく,素子基本熱電性能に近い特性を示した,なお,試験温度で酸化のため座屈するp型CoSb_3を除き,いずれも表面層は酸化されるが内部にまで及んでいなかった.耐酸化コート剤の効果についても検討した.2)熱電発電材料の性能改善と電子状態理論計算シリサイド系熱電材料化合物MgSiの材料作成プロセスを検討し,微細化,高密度化による高性能化の可能性を示した.また,高分解能の光電子分光装置を使ってYbFe_4Sbl_2の電子構造を調べた.さらに,Siクラスレートに貴金属をドープした場合について電子状態を理論計算した.特に,第1原理計算により明らかにしたタイプI構造クラスレートとシリサイド化合物の電子構造は,実験結果をよく説明した.スクッテルダイトCoSb_3などの物質系に対応する熱電特性理論も展開した.3)熱電発電モジュールー体型熱交換器の高性能化これまでに開発した一体型熱交換器を用いて熱交換器特性試験を行った.モジュールに加わる温度差を引き上げる為に,(1)接触するように組み合わせた熱回収フィン構造と(2)モジュール電極と熱交換器基板の密着性確保が重要であることを見出した.測定した熱変換効率は数値シミュレーションにより予測した値に迫るものであり,冷却側に用いた伝熱シート材の有効性を示すとともに,電気絶縁層を挟んだ金属電極とジュラルミン素材の接合の必要性を示唆した.本研究では,高効率熱電発電システムの実現に向け,相互に関連する以下の項日に着目して検討を進めた.本年度の研究実績を以下にまとめる.1)熱電変換モジュールの製造技術水素吸蔵金属箔を用いた熱電モジュール各構成部材間の接合について検討し,次のことを明らかにした.i)熱電半導体Bi_2Te_3-Cu電極接合体がオーミック性を持ち,接合材Ni箔層がCu元素の拡散防止層として機能する.ii)良伝熱性電気絶縁板AlN-Cu電極が接合材Ti箔で強固に接合し,Ti層が熱応力緩和層として機能する.2)熱電発電材料性能改善と電子状態理論計算クラースレート化合物Sr_8Ga_<16>Ge_<20>とクラスレート混晶化合物Ba_8Ga_<14>Ge_<32-y>
性ステロイドホルモンによる非結核性抗酸菌症治療の可能性

閉経後の女性に好発する難治性の呼吸器感染症である肺非結核抗酸菌症の感染と発症について、性ステロイドホルモンとの関連性を検証するために疫学研究を行った。研究の結果、年齢が高いことに加え、女性ホルモンの一種である血中のエストラジオール濃度が低いことと肺非結核性抗酸菌症の発症に関連があることが示唆された。エストラジオール、テストステロン、デヒドロエピアンドロステロンサルフェート(DHEA-S)の性ステロイドホルモンの曝露とMycobacterium avium complex(MAC)感染の関連性を疫学的に証明するために、臨床研究を実施した。倫理委員会承認の下、インフォームドコンセントを得た健常成人女性協力者のうち、閉経後あるいは閉経前であるが月経期間中である協力者を対象として、MAC感染時に上昇するとされる血清中の抗Glycopeptidolipid(GPL)抗体価および、エストラジオール、テストステロン、DHEA-Sを測定した。血清抗GPL抗体陽性者群では陰性者群に比し、有意に血清エストラジオール値が低下していることを確認した。また、血清テストステロン値、血清DHEA-S値に関しては、血清抗GPL抗体陽性者群および陰性者群で有意な差を認めなかった。以上より、MAC感染とエストラジオールの関連性が示唆された。並行して、性ステロイドホルモンが、マクロファージ殺菌貪食能に影響を与えることにより、MAC感染に対し保護作用を示すかを検証している。MAC感染ヒトマクロファージモデルを用いて、MAC感染時におけるエストラジオール、テストステロン、デヒドロエピアンドロステロン曝露が、感染96時間後の細胞内菌数を変化させるかを評価しているが、上記ホルモン曝露による細胞内菌数の変化は、現時点では確認されていない。疫学研究については、順調に進んでおり、想定された結果が得られている状況である。マクロファージ殺菌貪食能への影響による、性ステロイドホルモンのMAC感染に対する保護作用を検討するため、MAC感染ヒトマクロファージモデルを用いた実験を行っているが、再現性のあるデータが得られておらず、条件検討に時間を要している。エストラジオール、テストステロン、デヒドロエピアンドロステロンサルフェート(DHEA-S)の性ステロイドホルモンの曝露とMycobacterium avium complex(MAC)呼吸器感染症の関連性を疫学的に証明するために、臨床研究を実施した。倫理委員会承認の下、インフォームドコンセントを得た健常成人女性協力者とMAC呼吸器感染症患者の女性協力者を対象として、エストラジオール、テストステロン、DHEA-Sを測定し比較した。なお、無症候のMAC感染者を除外する目的で、健常成人女性協力者からMAC感染に関連しているとされる抗GPL抗体陽性者は除外した。解析の結果、MAC呼吸器感染症患者群においては、健常成人女性協力者群に比し、有意に血清エストラジオール値、血清DHEA-S値が低下していることを確認した。両群間に年齢、BMIの差があったことより、多変量解析を用いて交絡因子の調整を行ったところ、血清エストラジオール値と年齢が独立して、MAC呼吸器感染症と相関があることが示唆された。並行して、性ステロイドホルモンが、マクロファージ殺菌貪食能に影響を与えることにより、MAC感染に対し保護作用を示すかを検証した。MAC感染ヒトマクロファージモデルを用いて、MAC感染時におけるエストラジオール、テストステロン、デヒドロエピアンドロステロン曝露が、感染96時間後の細胞内菌数を変化させるかを評価したが、上記ホルモン曝露による細胞内菌数の変化は、今回検証した限りでは確認できなかった。当該年度の研究において、MAC感染とエストラジオールの関連性が示唆されたが、抗GPL抗体陽性はMAC感染の間接的な証明に過ぎない。よってさらに、肺MAC症患者群と健常者群の血清エストラジオール値を比較し、MAC感染、肺MAC症の病態にエストラジオールが直接関連していることを証明する。そのため、患者群の検体を確保し、今後エストラジオールの測定を行っていく予定である。また、疫学研究において、エストラジオールとMAC感染の関連性が確認されれば、今後はエストラジオールとMAC感染の関連性に着目した、MAC感染ヒトマクロファージモデルを用いた実験を行い、その作用機序を解明していく予定である。感染症内科学MAC感染ヒトマクロファージモデルにおいて、性ステロイドホルモン曝露とMAC殺菌貪食の明確な関係が確認できなかったため、機序解明へすすむことができず、疫学研究においてまずは性ステロイドホルモン曝露とMAC感染症の関連を証明することを優先させた。そのため、当初細胞実験に予定していた予算について、使用額が予定より減った結果、次年度使用額が生じることとなった。疫学研究において、患者群の性ステロイドホルモン値測定に使用する計画であるほか、疫学研究においてエストラジオールと肺MAC感染症との関連性が証明できる見込みであるため、今一度、細胞実験においてエストラジオール曝露がMAC感染に対して保護作用を示すかを確認し、さらにその機序を確認する予定である。よってそのための実験費用として使用する計画である。
神経ガイダンス分子セマフォリンによるインテグリン活性調節機構の解析

セマフォリンは代表的な軸索ガイダンス分子であり、その受容体Plexinを介して様々な神経軸索に対し反発作用を引き起こす。我々はこれまでに、セマフォリン4D(Sema4D)受容体Plexin-B1の細胞内領域が、低分子量G蛋白質R-Rasに対するGTPase-activating protein(GAP)を直接コードしていることを見出し、このR-Rasに対するGAP活性がSema4Dによる神経細胞の成長円錐の崩壊に必須であることを明らかにした。さらには、R-Rasが細胞-細胞外基質間の接着分子インテグリンの活性化を制御することが知られているG蛋白質であり、よってこのSema4DがPlexin-B1を介してR-Rasの活性を制御することにより、インテグリンの活性をコントロールして細胞の接着や運動を制御していることを明らかにした。今年度我々は、別のRasファミリーに属するG蛋白質、M-Rasが、Plexin-B1のGAP活性の基質として不活性化されることを見出した。そのM-Rasに対するGAP活性にはR-Rasの場合と同様、低分子量G蛋白質Rnd1がPlexin-B1に結合することが必要であった。また、初代培養海馬神経細胞においてSema4D刺激により樹状突起の退縮が見られ、この作用がM-Rasの活性型によりその効果が抑制された。以上の結果から、Plexin-B1はR-Rasのみならず、M-Rasに対してもGAPとして働き、樹状突起の形成を制御していることが考えられた。今後はPlexin-B1がM-Rasの活性を介してもインテグリンの活性化を制御しているシステムが存在するか検討していくことを考えている。セマフォリンは代表的な軸索ガイダンス分子であり、様々な神経軸索に対し反発作用を引き起こす。我々はこれまでに、Plexin-B1の細胞内領域が低分子量G蛋白質R-Rasに対するGAPを直接コードしていることを見出し、このR-Rasに対するGAP活性がセマフォリン4Dによる神経細胞の成長円錐の崩壊に必須であることを明らかにした。今回我々は、これまでの報告からR-Rasがインテグリンの活性化を引き起こすことに着目し、Plexin-B1が活性化されるとR-Rasの活性を抑制することで、インテグリンの活性化を抑制し、細胞の運動を制御している可能性を検討した。その結果、COS細胞を用いたtranswell assay系において、ファイブロネクチン依存的な細胞運動がPlexin-B1のリガンドであるSemaphorin 4Dにより抑制されることを見出した。このSemaphorin 4Dによる細胞運動の抑制には、Plexin-B1のR-Ras GAP活性が必要であった。さらに詳細に解析したところ、ファイブロネクチン刺激によるβ1インテグリンの活性化にはR-Rasの活性が必要不可欠であり、そのR-Rasの活性化がPlexin-B1のR-Ras GAP活性を介して抑制されることで、β1インテグリンの活性化、さらにはFAKのリン酸化などのβ1インテグリンの活性化に伴って引き起こされる細胞内シグナルが抑制されることを見出した。またR-Rasによるβ1インテグリンの活性化にはPI 3-kinaseの働きが重要であることも今回明らかとなった。これらの結果は内在性のPlexin-B1を持つPC12細胞においても確認された。以上の結果から、インテグリンの活性制御にR-RasとPlexin-B1が関与しており、Plexin-B1のR-Ras GAP活性によるβ1インテグリンの活性制御が細胞運動の調節に重要な役割を担っていると考えられる。