hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
食餌性リン負荷の副甲状線への直接作用―その副甲状線増殖作用と機能異常の機序の解明

本マウスは生後一年から一年半の間に、副甲状腺機能亢進症を呈することが知られている。食餌性のリン負荷が副甲状腺機能および、副甲状腺細胞の増殖に対する効果を検討するのが、本研究の目的である。現在、高リン食にて飼育中である。慢性腎不全においては、血清リン(P)値のコントロール不良によって2次性副甲状腺機能亢進症が進展することが知られている。しかし、原発性副甲状腺機能亢進症における食餌性P負荷の意義についての詳細は明らかではない。今回我々は、原発性副甲状腺機能亢進症モデルマウスであるPTH-cyclin DI transgenic mice (PC2 mice)を用いて、食餌性P負荷の副甲状腺に対する効果を検討した。本モデルマウスは、ヒトcyclin D1癌遺伝子を副甲状腺組織特異的に発現させることで、副甲状腺過形成を生じ、生化学的な副甲状腺機能亢進症を呈する。また、高回転骨の骨組織像も呈し、ヒトの副甲状腺機能亢進症における骨の変化と一致する。食餌性P負荷の影響を検討するために、雌性11週齢のコントロールマウス(WT)ならびにPC2マウスを群分けし、各群についてP組成の異なる餌で飼育した(第一群WT; Ca:0.6%、P:0.6%、第二群WT; Ca:0.6%、P:0.9%、第三群PC2; Ca:0.6%、P:0.6%、第四群PC2; Ca:0.6%、P:0.9%、第五群PC2; Ca:0.6%、P:1.2%)。摂餌開始時(day 0)、day 11、21、39、47、88と経時的に採血し血清Ca、P、PTH値を測定した。血清P値は、第五群PC2; Ca:0.6%、P:1.2%でday11から39にかけて上昇傾向を示したが、day47以降は各群で差は認められなかった。血清Ca値は摂餌開始時からday47まではWTとPC2マウスで差は認められなかったが、day88ではPC2マウスで上昇傾向が認められた。Day 88での血清PTH値は、第一群;79.2、第二群;117.5、第三群;53.6、第四群;68.8、第五群;182.0 (平均値、pg/mL)と、食餌中のP含量が増加するにともないWT、PC2マウス共に上昇した。本試験結果から、P摂取量の増加が副甲状腺機能亢進に寄与していることが示された。また、P摂取量の増加は、血清P値の上昇を伴わない何らかの機序を介し細胞増殖ならびにPTH分泌亢進に寄与していると考えられた。
フェイルセーフの概念に基づくハイブリッド型セラミック基複合材料の開発

セラミックスの強度、破壊靭性を目指した微細構造の制御には粒子分散による複合化が有効な方法であり、最近セラミックスの力学的特性の向上を目指したナノ粒子分散によるナノ複合材料に関する研究が進められている。今年度は、3種類のアルミナセラミックス基ハイブリッド型のナノ粒子分散によるナノ複合材料について、分散相のナノ化のメカニズムやナノ粒子の粒内分散による微細構造の制御効果を検討した。微粒子のSiCはアルミナの粒内に存在するのに対し、より大きいSiCはアルミナの粒界に存在した。また、ナノ分散化過程はマトリックスの緻密化の程度と密接な関係があり、焼結が進むにつれてアルミナ粒界の移動によってアルミナの粒径が安定な大きさになり、分散SiCは粒内気孔のようにマトリックス内部に取り込まれていることがわかった。ナノ粒子分散により、強度、破壊靭性ともに向上した。ミクロンサイズのYAG粒子とナノサイズのSiC粒子からなる等軸構造のAl_2O_3/SiC/YAGハイブリッド複合材料を製造することに成功した。アルミナの粒成長は抑制され、均質な微細構造が達成され、これにより力学的特性の向上が達成された。繊維状に細長い強化相をもつ複合材料を製造した。強度、破壊靭性ともに強化相の体積含有率の増加とともに増加した。とくに破壊靭性は強化相のアスペクト比の増加とともに増加した。強化相による架橋およびクラックの偏向が高靭性化に寄与している。本研究は高温特性に優れ、強度の向上が示されたセラミックナノコンポジットと、き裂進展抵抗(破壊靭性)に著しい向上の見られる長繊維強化セラミック複合材料とを組合わせた、ハイブリッド型セラミック基複合材料の開発を目的とする。この時重要なコンセプトは、小さく壊して全体の破壊を阻止することにより、破壊靭性を向上させるフェイルセーフの概念にある。セラミックナノコンポジットと長繊維強化セラミックは、それぞれ独立に研究が進められてきた経緯により、ハイブリッド化の製造手法およびハイブリッド化に伴う破壊挙動のメカニズムが未知であり、その結果、力学特性の定量評価法が確立していない。そこで本研究では、1.ハイブリッド化に適したマトリックスとしてのセラミックナノコンポジットの製造2.長繊維表面のコーティングによる界面剥離挙動の制御により、ハイブリッド複合材料を作製し、多岐にわたる使用環境を考慮3.各種力学環境における破壊機構の解明を行なった。また、ハイブリッド複合材料中の破壊がnmmmの各レベルで生じると予想される点から、4.ミクロ破壊の概念に基づき、各破壊レベルを総合的に取扱う破壊の力学の確立を目指した。本研究は、高温特性に優れ、強度の向上が示されたセラミックスナノコンポジットと、き裂進展抵抗(破壊靱性)著しい向上の見られる、長繊維強化セラミックス複合材料とを組み合わせたハイブリッド型セラミックス基複合材料の開発を目的とする。このとき重要なコンセプトは、小さく壊して、全体の破壊を阻止することにより、破壊靱性を向上させるフェイルセーフの概念にある。セラミックスナノコンポジットと長繊維強化セラミックスは、それぞれ独立に研究が進められてきた経緯により、ハイブリッド化の製造手法およびハイブリッド化に伴う破壊挙動のメカニズムが未知であり、その結果力学特性の定量評価法が確立していない。そこで、本研究では、1)ハイブリッド化に適したマトリックスとしてのセラミックスナノコンポジットの製造、2)長繊維表面のコーティングによる界面剥離挙動の制御により、ハイブリッド複合材料を作製し、多岐にわたる使用を考慮、3)各種力学環境における破壊機構の解明、4)ミクロ破壊の概念に基づき、各破壊レベルを総合的に取り扱う破壊の力学の確立を、目指した。まず、セラミックスおよび金属粒子を複合したナノコンポジットをウィスカ-および棒状結晶により高靱化したハイブリッド複合材料を試作した。次に、セラミックスおよび金属粒子を複合したナノコンポジットを連続繊維により高靱化したハイブリッド複合材料を試作した。そして得られたハイブリッド複合材料の力学的特性評価として、曲げ強度/破壊靱性試験、熱衝撃/熱疲労試験、高速衝撃試験、非破壊評価を行った。そして以上の結果をフィードバックして材料設計の最適化を行ったところ、従来よりも高強度、高靱性のハイブリッド複合材料を開発し、またその破壊メカニズムの解明および破壊モデルを確立することができた。

セラミックスの強度、破壊靱性を目指した微細構造の制御には粒子分散による複合化が有効な方法であり、最近セラミックスの力学特性の向上を目指したナノ粒子分散によるナノ複合材料に関する研究が進められている。今年度は、3種類のアルミナセラミック基ハイブリッド型のナノ粒子分散によるナノ複合材料について、分散相のナノ化のメカニズムやナノ粒子の粒内分散による微細構造の制御効果を検討した。Al_2O_3/5vol%SiCナノ粒子分散複合材料:微粒子のSiCは粒内に存在するのに対し、より大きいSiCはアルミナSiCはアルミナの粒界に存在した。また、ナノ分散化過程はマトリックスの緻密化の程度と密接な関係があり、焼結が進むにつれてアルミナの粒界の移動によってアルミナの粒径が安定な大きさになり、分散SiCは粒内気孔のようにマトリックス内部に取り込まれていることがわかった。ナノ粒子分散により、強度、破壊靱性とも向上した。Al_2O_3/SiC/YAGハイブリッド複合材料:ミクロサイズのYAG粒子とナノサイズのSiC粒子からなる等軸構造のAl_2O_3/SiC/YAGハイブリッド複合材料を製造することに成功した。アルミナの粒成長は抑制され、均質な微細構造が達成され、これにより力学的特性の向上が達成された。Al_2O_3/LaAI_<11>O_<18>複合材料:繊維状の細長い強化相をもつ複合材料を製造した。強度、破壊靱性ともに強化相の体積含有率の増加とともに増加した。とくに破壊靱性は強化相のアスペクト比の増加とともに増加した。強化相による架橋およびクラックの偏向が高靱性化に寄与している。
小型脳機能測定装置を用いた子どもの身体活動中の脳内血液量変化について

本研究では身体活動が脳発達に及ぼす影響について科学的な基礎資料を得るとともに子ども体力・運動能力特性や生活習慣などの現状を把握し,いかなる取り組みが活動不足解消のために役立つのかを分析した.幼児から小学生までの多くの子どもたちの現状を多角的に把握し,日頃の活動量がどのような影響を及ぼしているのかを検討するため,小学校にて活動量計測も実施し,現代の我が国の子どもたちの問題点を多角的に分析し,種々の学術雑誌および国内,国外諸学会にてその研究成果を発表した.本研究では身体活動が脳発達に及ぼす影響について科学的な基礎資料を得るとともに子ども体力・運動能力特性や生活習慣などの現状を把握し,いかなる取り組みが活動不足解消のために役立つのかを分析した.幼児から小学生までの多くの子どもたちの現状を多角的に把握し,日頃の活動量がどのような影響を及ぼしているのかを検討するため,小学校にて活動量計測も実施し,現代の我が国の子どもたちの問題点を多角的に分析し,種々の学術雑誌および国内,国外諸学会にてその研究成果を発表した.身体活動を伴う運動遊びが,幼少年期の子どもの体力,運動能力の向上のみならず,脳の健全な発達にとっても効果があることを今まで以上に踏み込んで立証するためには,運動中の脳内機能のモニタリングを行う必要があると考え,本研究では,様々な運動遊びを行っている活動中の子どもの前頭葉における血液量変化について装着したまま活動可能な小型脳機能測定装置を用いて計測し,身体活動が脳発達に及ぼす影響について科学的な基礎資料を得ることを目的とした.研究開始初年度(H22)は,幼児から小学生までの多くの子どもたちの現状を多角的に把握するため,3歳から11歳までの幼少児を対象に体力・運動能力テストを実施した.また,日頃の活動量がどのような影響を及ぼしているのかを検討するため,小学校にて活動量計測も実施し,現代の我が国の子どもたちの問題点を多角的に分析し,種々の学術雑誌および国内,国外諸学会にてその研究成果を発表した.これらの分析において,やはり幼少期の体力低下が明らかになると同時に,その二極化も鮮明であることが分かった.また,小学生の活動量においては就学時間内での活動量と体力特性の関連は認められず,放課後や祝日時の活動量の個人差が,二極化の原因であることが示唆され,キレない子どもを育むためにも,家庭での活動量を高める施策のさらなる強化が必要と考えられた.また,活動中の脳血流量の変化を測定するため,購入した簡易脳血流量測定機器を用いながらモニタリングする予備実験を何度も繰り返し実施した.それらの予備実験の結果を基に来年度以降最終的には,一定期間の運動遊びプログラムを実施する中で,運動中の血液量がどのように変化するのかについて検討し,いわゆる"遊び込み"が子どもの脳活性化に及ぼす影響について明らかにするための研究プロトコルを確立している.身体活動を伴う運動遊びが,幼少年期の子どもの体力,運動能力の向上のみならず,脳の健全な発達にとっても効果があることを今まで以上に踏み込んで立証するためには,運動中の脳内機能のモニタリングを行う必要があると考え,本研究では,様々な運動遊びを行っている活動中の子どもの前頭葉における血液量変化について装着したまま活動可能な小型脳機能測定装置を用いて計測し,身体活動が脳発達に及ぼす影響について科学的な基礎資料を得ることを目的とした.H23年度は,昨年度に引き続き幼児から小学生までの多くの子どもたちの現状を多角的に把握するため,3歳から11歳までの幼少児を対象に体力・運動能力テストを実施した.また,日頃の活動量がどのような影響を及ぼしているのかを検討するため,小学校にて活動量計測も実施し,現代の我が国の子どもたちの問題点を多角的に分析し,種々の学術雑誌および国内,国外諸学会にてその研究成果を発表した.また,軽運動が脳血流量に及ぼす影響などについても測定,分析し発表した.これらの分析から,運動の必要性が窺われた.活動中の脳血流量の変化を測定するため,購入した簡易脳血流量測定機器を用いながらモニタリングする実験を何度も繰り返し実施した.それらの実験の結果を基に最終年度には,一定期間の運動遊びプログラムを実施する中で,運動中の血液量がどのように変化するのかについて検討し,いわゆる"遊び込み"が一子どもの脳活性化に及ぼす影響について明らかにする.身体活動を伴う運動遊びが,幼少年期の子どもの体力,運動能力の向上のみならず,脳の健全な発達にとっても効果があることを今まで以上に踏み込んで立証するためには,運動中の脳内機能のモニタリングを行う必要があると考え,本研究では,様々な運動遊びを行っている活動中の子どもの前頭葉における血液量変化について装着したまま活動可能な小型脳機能測定装置を用いて計測し,身体活動が脳発達に及ぼす影響について科学的な基礎資料を得ることを目的とした.当該年度は,昨年度に引き続き幼児から小学生までの多くの子どもたちの現状を多角的に把握するため,3歳から11歳までの幼少児を対象に体力・運動能力テストを実施した.また,日頃の活動量がどのような影響を及ぼしているのかを検討するため,小学校にて活動量計測も実施し,現代の我が国の子どもたちの問題点を多角的に分析し,種々の学術雑誌および国内,国外諸学会にてその研究成果を発表した.これらの分析において,やはり幼少期の体力低下が明らかになると同時に,その二極化も鮮明であることが分かった.また,小学生の活動量においては就学時間内での活動量と体力特性の関連は認められず,放課後や祝日時の活動量の個人差が,二極化の原因であることが示唆され,キレない子どもを育むためにも,家庭での活動量を高める施策のさらなる強化が必要と考えられた.

また,活動中の脳血流量の変化を測定するため,購入した簡易脳血流量測定機器を用いながらモニタリングする予備実験を何度も繰り返し実施した.この中で,予想以上に身体活動を伴うことによる脳血流量の増加が認められ,運動中の思考や判断などがもたらす血流量増加を抽出することは困難であり,課題が残ることとなった.しかし,縦断的なデータの蓄積もあり,幼少期の身体活動の必要性や生活習慣の健全化が明らかとなり,研究論文も数多く発表し,社会に広報することができた.多くの測定,実験を完了し,様々な研究成果を公表していろため,おおむね順調と言える.24年度が最終年度であるため、記入しない。小さな子どもに対して行う脳血流量の実験は非常に時間と正確さを求められるため,当初予定よりもデータ数が少ない.引き続き実験を実施するが,限られた時間を有効に活用する必要がある.24年度が最終年度であるため、記入しない。
超音波精密測定の研究

超音波特定研究の計画研究班としての本班の重要な目的は、広い周波数領域にわたる各種の超音波スペクトロスコピー技術を確立することにある。本年度もこの目的に沿って多くの研究成果を挙げることができた。和田は本班の総括にあたるとともに、高分子圧電フイルムを利用して新しいタイプの広帯域超音波送受波子を設計・製作した。すなわち反対符号の圧電定数をもつ2枚の厚さの異なるフィルムを貼り合せることによって、全体の厚さで決まる基本振動、3倍高調波の他に2倍の高調波も励起することができる。これらの振動モードはいずれもある程度の帯域幅をもっているので、これらの重ね合せとして極めて広い帯域幅をもたせることができた。岡野は液晶・ゲルなどを対象としてずり波超音波の精密測定法を開発しているが、本年度は主として10Hz数kHzの周波数域で有効な方法として、2枚の平板間の試料のずり波伝播測定装置を製作した。中島は溶液と溶媒との微小な低周波断熱圧縮率の差を直接検出する差動形の圧縮率測定セルを開発した。すなわち溶液と溶媒の間の圧電材料による隔壁の湾曲を測定する方法である。美宅は生体試料などの稀薄水溶液の0.110MHzの周波数域での音波特性の精密測定を目的として差動型超音波共振法の改良を行なっている。この方法は使用試料量が少ないという点で生体物質の研究に適している。すなわち水晶振動子を凹面型とし、セル長を短くすることによってより純粋な共振モードを得ることができた。高木は高分解能ブラッグ反射法を用いて液体・固体の0.12GHz域の音波物性の研究をつづけ、本年度は多くの有機溶体の振動緩和についての結果を集大成して分子内振動モードとの関連を明らかにした。また凹面型振動子を用いた光による検出を利用した共振法を開発した。昭和60年8月班主催の研究会を東京で開催した。
複線型自治制度における地域産業振興と府県機能に関する実証研究

本研究では、府県の地域産業振興政策において府県出先機関が、その出先機関圏域において政策実施機能に加えて政策立案機能を担っており、そのことを通して地方自治の3機能のうち媒介機能と参加機能を担っていることを実証した。また、総合型出先機関は個別型出先機関と比べて実質的予算権限をもつ場合が多く、総合型出先機関はその予算権限を有効に使って政策の総合調整機能を担っていることも実証した。本研究は、「複線型自治制度における地域産業振興と府県機能に関する実証研究」として、行政学と地方自治・地方財政論の視点から府県の地域産業振興政策に焦点をあて、府県出先機関を含む府県の政策立案・実施・評価過程と財政・予算編成過程の実態を調査・分析し、府県出先機関圏域における地域的分権のあり方と府県出先機関の政治・行政的機能・役割が効果的・効率的な政策実施の要因の1つであることを実証することが目的である。出先機関圏域での府県・府県出先機関ー市町村ー地域・コミュニティ関係、関西広域連合発足など府県圏域を超えた複線型の動向にも注目する。東北地方の地域産業振興政策の分析における東日本大震災の復興政策との関連も視野に入れ、地方自治の制度設計のあり方として道州制ではなく府県機能の強化が重要であることを示唆する意義がある。平成24年度には、文献・資料の検討として行政学や地方自治・地方財政論等の学術研究・文献や統計・行政資料などをフォローした。現地調査と資料収集は、府県や府県出先機関と市町村における地域産業振興政策関係各課、外郭団体、民間企業等に対して6道府県で実施した。北海道(帯広市、東川町)、宮城県庁、福島県(会津地方振興局、会津若松市)、和歌山県(西牟婁振興局、田辺市、古座川町、本宮観光協会)、高知県庁、徳島県(徳島県西部総合県民局)等であった。環境・エネルギー政策において小規模分散型の取り組みが効果的・効率的であることが指摘されているが、生活と生業の再建・維持が同時に必要とされる地域産業振興政策においても小規模分散型での政策実施が求められている。府県が市町村や地域・コミュニティの地域産業振興を効果的に支援・補完するには、府県内を地域的に分権・分散した府県出先機関・総合型出先機関の圏域での地域振興計画策定と実施のあり方が重要な要因の1つであることが明らかになった。本研究は「複線型自治制度における地域産業振興と府県機能に関する実証研究」として、行政学と地方自治・地方財政論の視点から府県の地域産業振興政策に焦点をあて、府県出先機関を含む府県の政策立案・実施・評価過程と財政・予算編成過程の実態を調査・分析した。平成25年度は、行政学や地方自治論、地方財政論等の学術研究・文献や統計・行政資料などをフォローした。現地調査と資料収集は、府県本庁や府県出先機関や市町村の地域産業振興政策関係各課、外郭団体、民間企業等に対して8道府県で実施した。北海道(十勝総合振興局、空知総合振興局、池田町)、青森県(中南地域県民局)、秋田県(県庁、平鹿地域振興局、横手市)、新潟県(三条地域振興局、一般財団法人燕三条地場産業振興センター、三条市)、京都府(府庁、山城広域振興局、宇治市)、和歌山県(日高振興局、みなべ町)、大分県(西部振興局、九重町)、熊本県(県南広域本部、芦北地域振興局、水俣・芦北地域雇用創造協議会)等であった。さらに47都道府県の府県出先機関の地域産業振興政策所管部課長に対して、出先機関の行財政機能のあり方と職務意識に関するアンケート調査も実施し、整理・分析した。府県が効果的・効率的に地域産業振興政策を実施するためには、府県出先機関圏域での地域的分権のあり方と、府県出先機関が果たす政治・行政的機能のあり方が重要な要因となっていることを実証した。府県の個別出先機関と総合型出先機関の両方とも、事業の立案機能や地域ニーズに沿った効果的な事業実施、市町村関係部局や地域団体等との利害調整を現場で担っていると考えられた。関係部局の縦割り行政のあり方を横串に連携や総合化する機能は総合型出先機関の方がよく担っており、出先機関の裁量で使える独自予算や実質的に事業立案し予算化できる事業、決定権限をもつ交付金・補助金に関する権限の存在が関連していると考えられた。本研究は、「複線型自治制度における地域産業振興と府県機能に関する実証研究」として、行政学と地方自治・地方財政論の視点から府県の地域産業振興政策に焦点をあて、府県出先機関を含む府県の政策立案・実施・評価過程と財政・予算編成過程の実態を調査・分析し、府県出先機関圏域における地域的分権のあり方と府県出先機関の政治・行政的な機能・役割が効果的・効率的な政策実施の要因の1つとなることを実証することが目的である。出先機関圏域での府県・府県出先機関ー市町村ー地域・コミュニティ関係、自治の総量の視点、府県圏域を超えた関西広域連合発足など最新の複線型の動向に注目する。東北地方の府県の地域産業振興政策の分析では、東日本大震災の復興との関連も視野に入れて研究する。

地方自治の制度設計のあり方として、道州制ではなく、府県機能を強化することが重要であることを示唆する意義がある。平成23年度には、文献・資料の検討として、行政学や地方自治・地方財政論等の国内外の学術研究・文献や統計資料・行政資料などをフォローした。現地でのヒアリング調査と資料収集については、府県や府県出先機関と市町村における地域産業振興政策関係各課、外郭団体、広域連合、民間企業等に対して、当初計画よりも多くの6道府県において実施した。具体的には、北海道(北海道オホーツク総合振興局、訓子府町、北見市)、岩手県(岩手県庁、岩手県沿岸広域振興局、岩手県宮古地域振興センター、宮古市役所、宮古商工会議所、岩手県漁業協同組合連合会、宮古漁業協同組合、民間企業)、宮城県(宮城県庁、宮城県北部地方振興事務所)、福島県(福島県会津地方振興局、大玉村)、長野県(長野県庁、長野県工業技術総合センター、長野県テクノ財団、長野県中小企業振興センター、長野県下伊那地方事務所、上田市役所、阿智村役場、南信州広域連合)、高知県庁、関西広域連合等であった。平成24年度の計画の達成度は、3年計画の2年目の研究として、おおむね順調に進展していると考える。これまでの調査・研究の成果の一部を、平成24年5月に開催された日本行政学会において研究報告を行うとともに、2本の論文にまとめた。1文献・資料の検討としては、行政学や地方自治・地方財政論等の国内外の学術研究・文献や統計資料・行政資料などを一定程度フォローすることができた。2現地でのヒアリング調査と資料収集については、府県や府県出先機関と市町村における地域産業振興政策関係各課、外郭団体、民間企業等に対して、当初計画よりも多くの6道府県において実施することができ、期待していた情報と知見を獲得することができた。また、東日本大震災との関連で、2県において府県機能に関するヒアリング調査と資料収集を行うことができたことは重要である。3府県出先機関に対するアンケート調査は、新しい知見とより多くの研究成果の蓄積を踏まえた方が適当であると考えたので、次年度の最終年度に延期した。平成23年度の計画の達成度は、3年計画の初年度の研究として、おおむね順調に進展していると考える。なお、平成23年度に得た調査・研究の成果の一部を、平成24年5月に開催される日本行政学会において研究報告を行う予定である。(1)文献・資料の検討としては、行政学や地方自治・地方財政論等の国内外の学術研究・文献や統計資料・行政資料などを一定程度フォローすることができた。(2)現地でのヒアリング調査と資料収集については、府県や府県出先機関と市町村における地域産業振興政策関係各課、外郭団体、広域連合、民間企業等に対して、当初計画よりも多くの6府県において実施することができ、期待していた知見や視点と情報を獲得することができた。また、道州制論との関連をもった関西広域連合に対して、当初は平成24年度以降において実施する予定であったが、ヒアリング調査と資料収集を行うことができた。(3)アンケート調査と資料収集については、当初は平成23年度において、複線型自治制度における府県機能と地域産業振興政策に関して47都道府県に対する郵送によるアンケート調査を行う予定であったが、平成24年度に延期した。これは、ヒアリング調査などを進める中で新たな知見を得ることができ、当初構想していた調査内容や項目を再検討して充実する方が、効果的に研究目的を達成することができると考えたためである。
人アリルサルファターゼAのC-DNAクローニング

現在多くの先天性代謝異常症において、その酵素学的異常が解明されてきているが、さらにDNAレベルでの遺伝子学的解析が必要となっている。特にアリルサルファターゼAは、異染性ロイコジストロフィー、原因不明のマルチプルサルファターゼ欠損症において欠損しており、その遺伝子レベルでの解析を行なうことは本症の原因解明、さらに出生前診断への応用にも重要であり、我々は人アリルサルファターゼA (Aryl A) cDNAのクローニングを試みた。〈方法〉(1)人肝より、硫安分画、ConAセファロースカラムクロマト、DEAE-Sepharose、CM-Sephadexカラム等を用い、Aryl-Aを精製、(2)精製ArylAを用い、Inviv、及びInvitro Immunization法を用い、マウス脾細胞とミエローマ細胞のハイブリドーマより、ELISA、及びwestern Blotting法を用いAryl-Aモノクローナル抗体を得た。(3)人ヘパトーマcDNAライブラリ(入gt11)をEcoliY1090プレート後、Aryl-A抗体にてスクリーニング.〈結果〉(1)人肝よりAryl-Aを精製、比活性にて5400倍の精製ArylAタンパク分画を得た。(2) Inv, itro hybridzationにて、6%のELISA陽性のクローンを得、さらに組織学的染色法及びwestern Blotting法にてスクリーニング.最終的に3クローンを得ることが出来た。(3) Aryl-Aの抗体を用いLX10^6ケのrecombination phageをplaque hybridization法によりスクリーニングし、6ケのpositive cloneを得ることが出来た。今後、second screeningを行ない最終的に得たクローンに対しデオキシ、ヌクレオチドシークエンス法を用い、Aryl-AのC-DNAのシークエンスを行なうと供に、genomicDNAのクローニングを行なう。先天性代謝異常症に於けるDNAレベルでの研究が最近多くの疾患で行なわれつつあり、又一部出生前診断にも応用可能である。DNAレベルでの解析にはクローン化されたC-DNAが必要であり本研究はアリルサルファターゼAのC-DNAのクローニングを行い本酵素が欠損している異染性ロイコジストロフィー症並びにMSDの遺伝レベルでの解析並びに細胞分子生物学的レベルでの病因の解析を目的とした。61年度はヒト肝よりアリルサルファターゼA.Bをイオン交換クロマト,ゲル濾過,ConA-セファロースカラム,高速液体クロマト法により精製しほぼSDS-Pageアクリルアミドゲルで単一のバンドを得た。これを標品として家兎で免疫レアリルサルファターゼA.Bの抗体を作成した。現在まで抗体の作成が出来たところでこれを用いて1)MLD細胞に於けるアリルサルファターゼA.Bの酵素蛋白のProcessingを検討している。即ち【^(35)S】-メチオニンを10MC:1mlメジュウム内に加えてアリルサルファターゼA.Bを抗体により沈殿させSDS-ゲルにて酵素蛋白のmaturationのプロセスを検討する。2)本抗体を用いてアリルサルファターゼA.BのC-DNAをクローニングする。これを用いてDNA診断並びに出生前DNA診断に応用する。ヒトアリルサルファターゼAは異染性脳白質変性症の〓者組織で欠損している.更に異染性白質症は臨床的に数種のタイプに分類される.これらの臨床的異質性を遺伝学的に解明する為にアリルサルファターゼAをヒト肝より精製した.精製法は硫安分画, DEAEセルロースカラム,トヨパールによるゲル濾追, ConA-セファロース,等電点電気泳動法等を用いて行った.

アクリルアミドゲルでは分子量ほぼ60000の単一バンドとして検出された.アリルサルファターゼBもほぼ同様な方法を用いて精製し分子量56000の蛋白を得た.これらの酵素蛋白に対する抗体を家負で免疫し作成した.更にアリルサルファターゼAのアミノ酸配列を常法に従って行い,アミノ酸Sequencerを用いてアミノ酸の配列を決定中である.アミノ酸配列が決定されたらこれに対するオリゴヌクレオチドを作成し,これを用いて入GT11のヒトDNAライブラリーからDNAをクローニングする.Aryl-AのC-DNAをプラスミドDNA(PRR-922)に導入し大腸菌にトランフェクションする. In situs hybridization法により大腸菌コロニーよりRowmbinant-cloreを単離し増殖させC-DNAを得る.ヒト肝約1kgよりアリルサルファターゼAを硫安分画、ConAーセファロースカラム、DEAE-Sepharose,C-M Sephadexカラムを用いてアリルサルファターゼAをほぼ5400X倍の精製した。又SDS-ディスク電気泳動法に於て分子量はほぼ54,000と単一のバンドがみられ精製度はほぼ90%以上であった。次に精製したアリルサルファターゼAに対する抗体をマウス脾細胞とミエローマ細胞のハイブリドーマよりELISA、及びWesten Blotting法を用いてArylAモノクローナル抗体を得た。C-DNAライブラリーは人ヘパトーマCDNAライブラリー(λgt11)をE Coli Y1090にプレート後、アリルA抗体によりスクリーニングした。結果としてIn vitro hybridizationにより6%にELISA陽性性のクローンを得更に組織学的染色法及びWesten Blotting法によりスクリーニングし最終的に1-3クローンを得ることが出来た。次にアリルAの抗体を用い1×10^64のrecombinaut phageをplaque hybridization法によりスクリーニングし6ケのpositive cloneを得ることが出来た。今後Second Screeningを行いシークエンスを行う予定である。
中性子構造解析による先駆的なプロトン移動可視化への挑戦

本研究では中性子構造解析において、水素情報を劣化なく最大限に引き出すデータ処理法を確立することで、これまでに類を見ない先駆的なプロトン情報の獲得を目指した。積分精度を向上する新たな手法として最適化ビンの適応と積分領域最適法の開発に成功した。また、実際に茨城県生命物質構造解析装置を用いて、中性子構造解析データを測定し、開発した手法を適応した。従来法と比べて、統計精度、構造モデルの信頼度に向上がみられ、開発した手法が有用であることを実証した。さらに解析結果から、タンパク質の活性部位におけるプロトン化状態と反応に寄与しうる新たな水の存在を観測することに成功し、新たな反応機構モデルを提唱するに至った。世界最高性能の中性子回折計iBIXにより得られる高分解能かつ高精度のデータを劣化させることなく処理・解析し、存在確率を含む詳細なプロトン情報を取得することを目的として、H24年度は茨城県生命物質構造解析装置iBIXで測定された回折データをより高精度に積分する新たな方法を開発し、これを適応するためにリボヌークレアーゼアAの中性子構造回折データを測定した。H25年度にはより確かな構造精密化の結果を得るため、X線結晶構造解析データを中性子構造解析データを測定したと同一の試料を用いて放射光(高エネルギー加速器研究機構、Photon Factory、BL05)にてその測定を行った。中性子構造解析データと共にデータ処理を行い、HKLFデータを取得した。取得したデータを用いてX-N Joint refinementを行い、水素(重水素)を含む構造を精密化した。その結果、本試料において活性部位におけるプロトンの状態と共に反応に寄与しうるあらたな水の存在を示唆する中性子散乱長密度を見いだすことが出来た。高精度で測定されたデータの精度劣化を最小限におさめる強度積分法として、H25年度に開発・実装したエリプティカルカラム法を上記のリボヌークレアーゼAの中性子回折データを用いて、動作の検証およびバグ出しを行った。現在のタンパク質の構造解析システムには実装されていないTOF回折データに対する消衰効果の補正機能の追加を検討したが、コンポーネントへの消衰効果補正機能の組み込みが本研究の予算内で困難であると判断したため、積分反射強度データに対して擬似的に2次消衰効果補正を行うソフトウェアを精密化コンポーネントとは分離した形での製作を検討した。現在のiBIXのTOF回折データを処理するソフトウェアはTOFデータ特有の時間方向プロファイル形状の複雑性から積分範囲に余分なバックグラウンド領域を含んでおり、特に弱い反射強度については高精度な積分データを得られていない。この問題を解決し、より高い精度で測定されたデータの精度劣化を最小限におさめるために、iBIX用のTOF回折データ処理ソフトに強度積分コンポーネントに対して、積分範囲を最適に定義する方法として、新たなエリプティカルカラム法を考案しこれをコード化し実装した。既存のデータ処理ソフトの強度積分コンポーネントにおけるブラッグ反射の積分範囲は現状ではシンプルなシューボックス型で定義されているが、実際の形状は2θ角方向に斜めに倒れた筒型をしている。この倒れた形状を実際のデータを基にプログラムを試作し、解析的に詳細に定義できることを確かめた。この定義法(エリプティカルカラム法)を既存のデータ処理コンポーネントに対して実装した。これにより積分範囲が既存の方法より小さくなり、積分範囲内のバックグラウンド値を減らすことができ、積分強度の精度の向上が期待出来る。上記で作成した新たな積分法を適応するために、まずは標準試料としてリボヌクレアーゼAの大型結晶を作成した。作成した大型単結晶試料について、母液と共にキャピラリーに封入し、J-PARC,MLFに設置のiBIXを用いて構造精密化が可能な中性子回折データを測定した。最初に予備測定を行い、十分な分解能で回折データが観測される試料を選別した。選別された結晶について、短波長領域および長波長領域の回折データセットをそれぞれ測定した。本データを用い、既存のデータ処理・解析を行い十分な分解能のデータであることが分かった。現在、このデータをもちいて新たな積分法へ適応し、動作検証とバグ出し、既存法との比較を進めている。世界最高性能の中性子回折計iBIXにより得られる高分解能かつ高精度のデータを劣化させることなく処理・解析し、存在確率を含む詳細なプロトン情報を取得することを目的として、H24,25年度に開発した茨城県生命物質構造解析装置iBIXで測定された回折データをより高精度に積分できる方法であるエリプティカルカラム法をH25年度に測定したリボヌークレアーゼAの中性子構造解析データに対して適応しその有用性を実証した。従来の積分法(ボックスサム法)と比べて、積分範囲に入るバックグラウンド領域を減らすことが出来たため、等価反射の一致度が23%向上することができた。また、プロトン情報の可視化を試みるために、pDの異なるリボヌクレアーゼAの中性子構造解析データをJ-PARC,MLFの茨城県生命物質構造解析装置iBIXを用いて測定した。またX線解析データを測定した。新たな積分法を用いたデータ処理を行い、HKLFデータの取得に成功した。取得したデータを用いてX-N Joint refinementを行い、水素(重水素)を含む構造を精密化することに成功した。最終的にデータを劣化させることなく存在確率を含む詳細なプロトン情報を取得するために、積分反射強度データに対して擬似的に2次消衰効果補正を行うソフトウェアの開発を進めた。しかしながら、当初想定していたより複雑な解析が必要であることが分かり、現在もその開発を継続している。

世界最高性能の中性子回折計iBIにより得られる高分解能かつ高精度のデータを劣化させることなく処理・解析し、存在確率を含む詳細なプロトン情報を取得することを目的として、H24,25年度に開発した茨城県生命物質構造解析装置iBIXで測定された回折データをより高精度に積分できる方法であるエリプティカル法に加えて、ブラッグ反射のTOF方向への広がりの依存性を考慮した、TOFのbinningを可変にした積分方法の適応を試みた。この2つの方法を組み合わせて、H25年度に測定したリボヌークレアーゼAの中性子構造解析データに対して適応しその有用性を実証した。従来の積分方と比べて等価反射の一致度特に高分解能領域における一致度が大きく向上した。これを用いてX-X Joint refinementを行い水素原子を含む構造の精密化を行うことに成功し、信頼度因子の向上が確認された。最終的にデータを劣化させることなく存在確率を含む詳細なプロトン情報を取得するために、積分反射強度データに対して2次消衰効果補正を擬似的に行うルーチンの構築を昨年度に予定していたが、当初想定していたより複雑な解析が必要であることがわかり、これを今年度に延期した。本年度はこのアルゴリズムを改めて再考してルーチーン構築を行った。この構築したルーチンをリボヌークレアーゼAの中性子構造解析データに対して適応してその有用性の実証を行った。本研究では中性子構造解析において、水素情報を劣化なく最大限に引き出すデータ処理法を確立することで、これまでに類を見ない先駆的なプロトン情報の獲得を目指した。積分精度を向上する新たな手法として最適化ビンの適応と積分領域最適法の開発に成功した。また、実際に茨城県生命物質構造解析装置を用いて、中性子構造解析データを測定し、開発した手法を適応した。従来法と比べて、統計精度、構造モデルの信頼度に向上がみられ、開発した手法が有用であることを実証した。さらに解析結果から、タンパク質の活性部位におけるプロトン化状態と反応に寄与しうる新たな水の存在を観測することに成功し、新たな反応機構モデルを提唱するに至った。既存の構造解析システムにTOF回折データに対する消衰効果の補正機能の追加するには本研究の予算内で困難であると判断したため、積分反射強度データに対して擬似的に2次消衰効果補正を行うソフトウェアを精密化コンポーネントとは分離した形に変更することとした。このコンポーネントが当初想定していたより複雑な解析が必要であることが開発中に分かったため、本年度中に開発を終了することが出来なかった。H24年度に製作したTOF回折データの高精度積分コンポーネントについては当初の予定通り実際の中性子回折データへの適応と有用性を確認することができた。また、最終的なデータを劣化させることなく存在確率を含む詳細なプロトン情報の取得を試みるためのデータも本年度中に測定と基本的な解析を終えることが出来た。最終的な詳細なプロトン情報の取得の試みについては、本年度中に終了することが出来なかったため、補助事業期間の延期を申し出ることとなった。
古代東アジアにおける青銅鏡の鋳造技法の変遷

鏡を原型として鋳型を込め抜き鋳造された「踏み返し鏡」は、これまで、母鏡より20/1000あるいは、715/1000縮小すると言われていた。しかし実験ではおよそ20cmの面径の鏡で0.10.8mm縮小し、収縮率は0.54/1000と小さい数値となった。また、真土鋳型は、焼成で熱膨張し、冷却しても14/1000ほど焼成前より大きくなることが判明した。熱ルミネッセンス年代測定法を鋳型の真贋判定に応用したうえで、国内に収蔵される山字文鏡鋳型の調査を行った。その材質、形状など現代の鋳型とは異なる点が多く、より直接的な古代の鋳型の造型方法が判明した。また、国内にある3片の草葉紋鏡鋳型は皆厚手で、非常に軽い。2片の草葉紋鏡鋳型の比重は0.9と0.95で水に浮く事が判明した。一般的な真土鋳型の比重は1.6ほどで、明らかに草葉紋鏡鋳型の材質は特殊である。近年、中国山東省で発掘された草葉紋鏡鋳型の比重を計測したところ、0.85というやはり1.0以下の比重であった。この草葉紋鏡鋳型の材質分析作業を進行中である。鏡の面反りは、これまで、鋳型が反っていて鋳造の時点で鏡面が反ると考えられていた。鏡の金属組織を観察し多くが熱処理(焼き入れ)されているという中国の近年の報告書を参考にして、平面である鏡面側と、高肉の紋様がある鏡背面側では、熱処理時の急冷収縮に時間差が生じ、平面鏡が鏡背側に収縮して反り、凸面鏡ができるという仮説を立てた。40枚の平面模造鏡を鋳造し、4回に分けて焼き入れ実験を行った。加熱炉や急冷水の改善を重ね、実物の出土鏡に近い面反りの凸面鏡が作れるようになったが、反りが強すぎること、不陸が発生することなどまだまだ充分ではない。また、高錫青銅は焼き入れによって、割れにくくなることや、削りやすくなること、銀白色に変色することなど、いろいろな性質変化がみられた。このほか韓半島出土の多紐鏡の滑石製范による鋳造実験などを行った。平成9年度の研究は、国内収蔵青銅鏡調査を中心に進めた。山字文鏡など中国戦国鏡を清水克朗、方格規矩鏡を小堀孝之、内向花文鏡を清水康二、三角縁神獣鏡を三船温尚が鋳造技法の観点から、各々専門に担当し調査した。また、これまで真贋が疑われていた青銅鏡の陶范について、科学的分析方法である熱ルミネッセンス法により初めて真贋鑑定を行った。これにより鑑定した2片の鏡范が真物であると判明し、范の成分分析を横田勝、范の鋳造的調査を三船温尚が担当し行った。また真贋鑑定は行えなかった他の3片の鏡范についても調査し、形状、成分、材質など5片に共通する調査結果を得た。

更に、中国歴史博物館副館長で鏡研究者孔祥星氏に、燕の下都出土といわれる戦国山字文鏡范について2片レヴュ-を受けた。また中国科学院自然科学史研究所何堂坤氏には青銅鏡に成分分析、金属組織に関するレヴュ-を受けた。また、年間を通して、鏡調査、范調査から判明した諸事実を基に、同范鏡、踏み出し鏡、湯冷え(特に鈕孔周辺の現象)など、実際の出土鏡の成分分析値にあわせた青銅で鋳造し初期的な実験を進めた。これにより、鋳造技術の造范技術に関してのみの研究を進めるのではなく、実際の注湯による実験痕跡も重視する必要を痛感した。特に、これまで踏み返し鏡は10/100015/1000は母鏡より収縮すると言われていたが、実際には、陶范(真土范)は焼成時の加熱で膨張することが計測から判明し、収縮率の小さい錫を多く含んだ青銅の収縮率と陶范の膨張率の差が小さければ、母鏡より収縮しない踏み返し鏡が存在する可能性を見いだした。今年度の調査、分析、実験などからこれまで鋳金分野の技術者が参画してこなかった鏡の鋳造方法の研究における諸検討事項が明らかになった。平成10年度は、鏡及び范の調査、考察、実験の三方法で研究を進めた。各調査にはデジタルマイクロスコープを収蔵機関へ搬送し、これまでの鏡研究には見られなかった広倍率の貴重な資料が多数収集できた。まず、鏡作神社において、三角縁神獣鏡の内区部原型と言われていた鏡を調査し、今後、同型鏡である京都国立博物館の鏡の追調査により結論づけることとなった。九州歴史資料館では鏡の加工研磨痕と手ズレ痕の異差を明確にし、伊都歴史資料館では、特徴的な数種類のシワが多数認められ、踏み返し痕跡の可能性も含め発生原因を検討することとなった。東京国立博物館では多鈕細文鏡と草葉文鏡范を調査し、実測等含め資料を得た。宮内庁、国学院大学資料館では、画文帯神獣鏡、三角縁神獣鏡を調査し、鏡背の研磨面と梨地肌、鏡縁の不陸など新たな問題点発見となった。この他、鏡范は、黒川古文化研究所の方格規矩四神鏡范、藤井有鄰館の草葉文鏡范、古美術商白水の方格規矩鏡范および草葉文鏡范を調査した。この中で黒川范は熱ルミネッセンス分析し、来年度真贋結果が出ることとなり、白水范は来年度分析することとなった。また黒川范は成分分析も行った。中国上海博物館陳佩芬研究員から鏡の成分と蝋原型用石製范について、洛陽博物館各研究員からは鏡の出土と鏡研究について、中国歴史博物館孔祥星館長、中国科学院自然科学史研究所何堂坤研究員から鏡研究の方針、科学分析、熱処理研究についてレヴューを受けた。また何堂坤氏来日の折、高岡短大で熱処理について研究会を開いた。そして、実験は、実物厚の平面鏡を15枚鋳造し、焼き入れを行った。鏡の面反りと焼き入れの関連を追試し、更に進展した結果を得た。また試料サンプルの焼き入れ組織を顕微鏡観察し、工学的な考察を加えた。当初の予想に反し、古代青銅鏡製作には不明な点が多く、工学、考古、鋳造技術者の多方面からの研究の重要性を痛感した。平成11年度は、鏡范の科学的分析、熱処理実験ならびに鏡調査の三方法で研究を進めた。藤井有鄰館(京都市)所蔵の草葉文鏡范、白水(東京)所蔵の草葉文鏡范、方格規矩四神鏡范、画文帯神獣鏡范の4范について、奈良教育大学長友恒人研究室において、熱ルミネッセンス真贋判定ならびに比重測定、材質判定を行った。草葉文鏡萢2片については、真物に近い年代が分析されたが、画文帯鏡范は新しすぎ、方格規矩鏡は古すぎる年代が算出された。方格范については今後、X線分析により鉱物質の判定を行うことになり、草葉文鏡范はガンマ線スペクトル分析により、更に正確な年代を算出する事となった。また、草葉文鏡范の比重が0.75という軽さで、その材質判定を地質学者と判定を試みたが判明せず、今後、デジタルマイクロスコープ観察を行うこととなった。近年、中国山東省で出土した、草葉文鏡范の比重を中国の共同研究者に測定してもらったところ、0.85で共通性が高く、この材質の特定が急がれるところとなった。
水素結合の励起状態におけるプロトントンネリング

十分に拡がった基底関数と電子相関を十分に取り込むことの出来る電子状態理論を用いて、HCl_2^-イオンの基底状態の構造、水素結合エネルギー、プロトン移動のポテンシャル、二つの自由度(塩素原子間距離とその中心からのプロトンの変位)に関するポテンシャル曲面を求めた。また、HCl_2^-イオンの二つの励起状態(2^1Σ,^1Π)においてもそのポテンシャル曲面とプロトンのポテンシャルを求めた。さらに、HCl_2^-イオンの垂直イオン化によって生成するHCl_2ラジカル(^2Σ,^2Π)のポテンシャル曲面とプロトンのポテンシャルを求めた。これらの理論計算から、HCl_2^-イオンの光電子脱離スペクトルの理論的なHCl_2^-イオンの励起状態やHCl_2ラジカルにおけるプロトン移動の可能性について議論した。HCl_2^-イオンの垂直イオン化によって生成するラジカルの反対称性伸縮振動モードのポテンシャルは二つの極小値を持ち、ポテンシャル障壁は^2Σ,^2Π状態でそれぞれ7.2,16.2kcal/molとなった。本理論計算によって得られたポテンシャルは、光電子脱離スペクトルに合うように決められたNeumarkのポテンシャルよりは反応速度定数の測定から得られたBondiらのポテンシャルに一致することを指摘した。HCl_2^-イオンの励起状態(2^1Σ,^1Π)においても、反対称性伸縮振動モードのポテンシャルは二つの極小値を持ち、そのポテンシャル障壁はそれぞれ8,18kcal/molとなった。これらの計算結果は、垂直遷移によって生じたHCl_2^-イオンの励起状態やラジカルにおいて、励起エネルギーが解離モード(対称性伸縮モード)に移るまでの短い間にプロトン移動が起こる可能性があることを示している。しかしながら、それぞれのポテンシャル障壁は決して小さくなく、実際にプロトン移動が起こるには、反対称性伸縮モードが十分に励起されていることが必要である。今年度は、本科研費でワークステーションを購入し、MOLCASやGAUSSIAN92プログラムを移植し、本研究課題が遂行できる環境を整えた。バイハライド陰イオンである(ClHCl)について、各励起状態の電子状態や基底状態からの励起エネルギー、そして、陰イオンからの電子脱離エネルギーについて計算を行い、モデルの有効性と用いるプログラムの有用性を確かめた。十分に拡がったANO(Atomic Natural Orbital)基底関数を用いて、SDCI計算を行うことにより、(ClHCl)ラジカルの基底状態(^2Σ)、励起状態(^2II)のポテンシャル曲面を求めることができること。また、(ClHCl)イオンの電子脱離エネルギーは実験値(4.93eV)を極めてよく再現できることを確認した。また、多配置参照SDCI法やCASSCF法を用いて、(ClHCl)の種々の励起状態(^1Σ,^3Σ,^1II,^3II)への励起エネルギーを求めた。励起エネルギーの計算には基底関数の慎重な選択が不可欠であること、また、これらの励起状態のCI計算において複数根を求める際にroot flippingが起こる場合がある(^1II状態の計算など)ことが分かり、これらの克服が今後の重要な検討課題であることが明らかになった。拡がったANO基底関数と十分な参照関数を用いたCASSCF計算やSDCI計算により、本研究課題を遂行できる見通しがつき、現在、(ClHCl)や(CIHF)のバイハライド陰イオンにおける種々の励起状態のポテンシャル局面の計算を行っている。十分に拡がった基底関数と電子相関を十分に取り込むことが出来る電子状態理論を用いて、1.HCl_2^-の基底状態の構造2.HCl_2^-の水素結合エネルギー3.HCl_2^-の基底状態におけるプロトンのポテンシャル

4.HCl_2^-の基底状態におけるポテンシャル曲面5.HCl_2ラジカル(^2Σ,^2Π)におけるプロトンのポテンシャル6.HCl_2ラジカル(^2Σ,^2Π)におけるポテンシャル曲面7.HCl_2^-の励起状態(1^1Σ,2^1Σ,^1Π)におけるプロトンのポテンシャル8.HCl_2^-の励起状態(1^1Σ,2^1Σ,^1Π)におけるポテンシャル曲面の決定を行い、理論的な解析を行った。HCl_2^-イオンの励起状態(2^1Σ&^1Π)のポテンシャル曲面は、解離型となり、励起状態の塩素アニオンとHCl分子に解離する。しかしながら、垂直励起によって生じる励起状態(1(Cl--Cl)=5.896Å)におけるプロトンのポテンシャル(反対称伸縮振動モードのポテンシャル)は、二つの極小値を持ち、それぞれ8kcal/molと18kcal/molのポテンシャル障壁をもつことが明らかになった。したがって、垂直励起によって生成したこれらの励起状態は、励起エネルギーが解離モード(対称性伸縮振動)に移るまでに、反対称性伸縮振動によりプロトンの移動が起こる可能性があることが明らかとなった。しかしながら、二つの極小値間のポテンシャル障壁は小さくなく、実際にプロトン移動が起こるには、反対称性伸縮振動モードが十分に励起される必要がある。今後、求めたポテンシャルを詳細に解析し、プロトン移動の確率等について定量的な検討を加える。
昆虫の筋細胞を用いた耐環境自律駆動型マイクロロボット制御法の開発

本研究では、昆虫の心臓である背脈管組織を駆動源するマイクロロボットの創成およびその制御法に関する検討を行った。シリコーンゴム製のマイクロ構造体へ背脈管組織をアセンブリすることで、自律的に一定方向に移動するマイクロロボットの創成に成功した。また、オプティカルフローにより背脈管の拍動を数値化し、その値に基づき電気刺激を行うことで、背脈管の拍動を一定に維持できることを示した。本申請研究では、耐環境自律駆動型マイクロロボットの創成に向けて、外部刺激に対する背脈管組織の応答を定量的に評価し、その結果を元に背脈管組織の収縮制御を行う。本年度は,自律的に移動するマイクロロボットの作製,背脈管の昆虫ホルモンの添加および電気刺激への応答の評価を行った.まず,背脈管組織の収縮力によって,十分な変形が得られ移動可能なマイクロロボットの土台となるマイクロ構造体を有限要素法によるシミュレーションにより設計し,ソフトリソグラフィーによりシリコーンゴム(PDMS)製のマイクロ構造体を作製した.このマイクロ構造体へ背脈管組織をアセンブリし,背脈管組織の自律的拍動によりマイクロロボットが毎秒26.4マイクロメートルで移動することを確認した.次に,マイクロピラーアレイを作製し,そこへ背脈管組織をアセンブリし,そのマイクロピラーの変形を観察することで,甲殻類心活性ペプチド(CCAP)およびプロクトリン,また電気刺激に対する応答を評価した.その結果,CCAPを添加することで,一時的に背脈管の拍動の変位および周波数が大きくなったが,プロクトリンの添加による背脈管拍動の変化は確認できなかった.また,電気刺激により背脈管の収縮を直接的に引き起こすことが出来ることを確認した.従って,CCAPの添加および電気刺激を併用することで背脈管組織の拍動の制御が可能になると考えられる.これらの結果を踏まえ,来年度は画像解析により背脈管の収縮をモニタリングし,その結果に応じてホルモンの添加および電気刺激を加えるシステムを構築することで,背脈管組織の収縮の制御するシステムの構築を試みたい.本申請研究では、耐環境自律駆動型マイクロロボットの創成に向けて、外部刺激に対する昆虫の心臓である背脈管組織の応答を定量的に評価し、その結果を元に背脈管組織の収縮制御を行う。本年度は,筋組織の動きをオプティカルフローとして数値化し、この値に基づき制御を試みた。また、背脈管の収縮により一方向に移動するマイクロロボットを作製し、電気パルス刺激に対する応答を評価した。まず、背脈管が培養液中で自律的に拍動している様子を撮影し、これをオフラインでLucas-kanade法によりオプティカルフローとし、背脈管の拍動がベクトルデータとして表されていることを確認した。次に、オプティカルフローに基づきフィードバック刺激を与えるため、顕微鏡、CCDカメラ、制御用PC、電磁刺激装置を組み合わせたシステムを構築し、制御を試みた。プログラムは、指定されたエリアのベクトルデータの平均値を求め、その結果を元にフィードバックを行う。本研突では、平均オプティカルフローの長さが閾値を超えたら、電気刺激を行う(正のフィードバック)、閾値以上になったら電気刺激を停止する(負のフィードバック)2通りの実験を行った。その結果、正のフィードバックにおいては、背脈管の拍動は停止し、負のフィードバックにおいては、一定の拍動を続けた。正のフィードバックプログラムにおいては、背脈管が収縮中に電気刺激を与えることを意図しており、それによって背脈管組織が強縮したのではないかと考えられる。一方、負のフィードバックプログラムにおいては、背脈管が停止中に刺激することを意図しており、このプログラムにより一定の拍動を維持できることが示された。また、昨年作製したマイクロロボットに電気刺激を行い、1から10Hzまでの各周波数の電気刺激を行い、マイクロロボットの移動が制御できることを示した。