hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
酵素処理と機械的処理による高アスペクト比のタケミクロフィブリルの単離とその応用

セルラーゼ(エンドグルカナーゼ)と機械処理併用によりタケパルプを処理すると、ミクロフィブリルまでほぐすことができる(タケCNF)。タケCNFはグルコース等グルカン80%、キシラン20%から成り、NMRや高速AFMの分析から表面にキシランが存在することが明らかになった。キシランが存在することで1%以下の濃度でもゲル化しやすい。このようなタケCNFについて、寒天と混合してフィルム化すると、タケCNFが寒天中に分散し、セロハン程度の強度を持つフィルムが得られた。コーンスターチ、カラギーナンと混合したところ、成形性がよくなり自立するゲルを得た。このゲルは付着性が悪く、脆かった。我々は、機械処理と酵素処理を同時に行う温和な条件でのセルロースナノファイバー化法を考案し、機械処理条件を変えることで、繊維の長さ制御が容易に出来る事も見出した。得られたCMFは凍結乾燥して保管可能で、再分散により懸濁液を得ることができる。凍結乾燥した試料を用いてラマン分光分析、X線回折などの測定を行った。また、透過型電子顕微鏡観察は未乾燥の懸濁液を用い、生産されたCMFのサイズを測定した。26年度はアルカリ処理により脱リグニンされたタケについて、機械処理として超音波破砕と撹拌を交互に行い、同時にセルラーゼ(ファミリー45のエンドグルカナーゼ)を投入して処理した結果、2-4nm径、約1μm長のCMFを単離した。多くの場合、特に短いCMFでは2-3本凝集することが多かった。また、このとき、溶媒を水とバッファーで比較したところ、水の方がCMF長は若干短かく、得られたCMFの水懸濁液が半透明なハイドロゲルを形成しやすい傾向を示した。この方法によりほとんどのCMFをミクロフィブリル化することができた。また、タケCMFの糖組成を分析した結果、アルカリ処理したタケパルプではグルコース85-87%、キシロース13-15%、アラビノース0.4%、一方、ミクロフィブリル化したCMFではグルコース72-80%、キシロース15-18%、アラビノース2-3%、ガラクトース2-4%、マンノース1-2%であった。CMF水懸濁液を放置して形成された半透明なゲルは、寒天と比べると脆くて硬い傾向があり、増粘嚥下材としての可能性を示した。このゲルにキシラナーゼを加えるとゲルが解けてフレーク状の塊が生じたことから、ゲル形成にはCMFに含まれるキシランの関与が大きいこと、また、ゲルの単位がフレークであることが示唆された。モウソウチクチップを16%または18%の苛性ソーダでアルカリ蒸解後漂白して得られるタケパルプ懸濁液にエンド型のセルラーゼを投入し、超音波処理(2時間)と撹拌を繰り返して2ー3日間処理した後、遠心分離による洗浄を行った。遠心分離の上清において、1%以下のナノファイバー懸濁液が得られ、ゲル化することを確認した。また、ゲル化する増粘多糖類であるグアーガム懸濁液について透過型電子顕微鏡で構造を観察したところ、約3nm幅の長繊維と不定形の粒子状のものから成ることを確認した。タケのナノセルロースでゲル状になったものについて同様にTEM観察したところ、同様に繊維と不定形のものが観察されたが、繊維長がグアーガムよりも短い。この相違がゲルのもろさと関わるものと考えられる。また、ポリスチレン製の瓶に竹ナノセルロース懸濁液を入れて300-500rpmで回転させることでセルロースの配向化を図った。えられてフィルムを偏光顕微鏡で観察したところ、部分的に配向したことが確認された。部分的な配向が生じた理由を明らかにする必要がある。タケナノセルロースがゲル化するに当たりヘミセルロースの存在が重要であることを昨年度報告したが、1本のタケナノセルロースについて、ヘミセルラーゼの一種のキシラナーゼを添加した時の表面形状の変化を高速原子間力顕微鏡で観察したところ、キシラナーゼによって表面が分解されていく状況が確認できた。アルカリ処理して得られたタケパルプをエンドグルカナーゼと超音波処理することによりミクロフィブリル化を行った。同タケパルプを食品用セルラーゼ(アスペルギルス菌由来)とビーズミル処理することによりエンドグルカナーゼ処理したものよりもほぐれ方の少ないミクロフィブリル化したもので、より食用の微小繊維状セルロースに近いものを用いて、他の多糖類とのゲルを作製した。寒天、コーンスターチ、コンニャクマンナン、キサンタンガム、ゼラチンについてそれぞれミクロフィブリル化したタケ(タケCNF)を0%、0.5%、1%混合して1.5%懸濁液を作製し、ゲル化するかどうかを確認した。キャスト法によるフィルム化も確認した。形成されたゲルについて破断強度、付着性等を調べた。コーンスターチについては、0%では付着性が高く、破断強度が0.04Nと低いが、0.5%、1%とタケCNFを加えるに従い、0.06N, 0.15Nと破断強度は増加し、付着しなくなった。寒天にタケCNFを加えた場合は、破断強度の変化はあまりないが、CNFが入った方が脆くなることが確認された。マンナンについてはCNFの混合が難しく、今回は良好なゲルが得られなかった。キサンタンガムでは元の粘性が高いため、得られたゲルも成形性は良くなかった。

ゼラチンの場合、0.5%CNFを入れると破断強度は減少した。すべての混合ゲルについて、良好なフイルムを得た。食品用セルラーゼ処理のCNFを混入したものは若干白く濁ったように観察され、EG処理によりよくほぐしたものは透明であった。ゲルについては、破断強度や付着性の結果をさらに精査して、CNFを入れることにより付着性が減少することから高齢者向けの食素材としての可能性を追求したいと考えている。セルラーゼ(エンドグルカナーゼ)と機械処理併用によりタケパルプを処理すると、ミクロフィブリルまでほぐすことができる(タケCNF)。タケCNFはグルコース等グルカン80%、キシラン20%から成り、NMRや高速AFMの分析から表面にキシランが存在することが明らかになった。キシランが存在することで1%以下の濃度でもゲル化しやすい。このようなタケCNFについて、寒天と混合してフィルム化すると、タケCNFが寒天中に分散し、セロハン程度の強度を持つフィルムが得られた。コーンスターチ、カラギーナンと混合したところ、成形性がよくなり自立するゲルを得た。このゲルは付着性が悪く、脆かった。寒天との多糖類との複合化を行い、膜を作製して強度を測定したところ、薄くてもセロハン程度の強度を有する膜が形成されるなど、順調に展開することができた。セルロースの酵素加水分解物性さらに多糖類の種類を変えて複合化材料を増やす。また、26年度に行った寒天との複合化について、微細構造の物理的性質を明らかにする。ほぼ計画通りに研究を進めることができたが、粘弾性測定に若干遅れが生じている。今後2年間で当初の計画に沿ってガラクトグルコマンナン、グアーガム等他の多糖類との混合などの複合材料への進展を図るとともに、CMFとキシランの相互作用等微細構造について明らかにしていきたい。物品費及び依頼分析費用が予定よりも安くなったため、次年度使用額が生じた。依頼分析について追加測定を行う予定である。
わが国スポ-ツ文化の精神性に関する研究

本研究の目的は、わが国のスポ-ツ文化における精神的側面に焦点を当て、大衆化・高度化両レベルの根底にある精神性とそれが醸成されてくるメカニズムを明らかにすることであった。そのための方法的な手順として、先ず第1に、わが国に固有な社会関係を規定する〈縁〉約の原理、家元制度、日本人論等の関連諸文献に基づいて分析の基本的視点と基本的枠組みを構成した。第2に、その分析の枠組みに基づいて、大衆化・高度化両レベルの実態調査を行った。具体的には、高度化レベルでは福岡県の国体選手を対象とし、大衆化レベルでは無作為に社会人の意識調査を行った。そして第3に、このようなスポ-ツにおける精神的側面が、わが国のスポ-ツ文化の形成に及ぼした影響について考察した。その結果、次のようなことが明らかになった。1.高度化レベルにおいても、大衆化レベルにおいても、始めに構築した作業仮説の通り、スポ-ツ集団の規範もスポ-ツ集団における社会関係の持ち方も極めて類似しており、いわば技能レベルとは無関係にほぼ同質の集団であるといえる。2.さらにわが国のスポ-ツ集団は、高度化・大衆化の両レベルにおいて、練習の展開の仕方から集団における役割の決め方に至るまで、非常に似通っている。3.この傾向は、スポ-ツクラブの存続年数が長いほど顕著である。4.このことは、スポ-ツにおける精神的側面が同質であり、わが国のスポ-ツ文化を形成しているといえるが、それが〈縁〉約原理に基づくのか、家元制度の影響によるものかは必ずしも明らかにはならなかった。そのために、本研究を継続し、さらに発展させるためには、スポ-ツの中核的な要素の1つがその身体性にあることから、日本人の心身観とスポ-ツ文化の関係をも視野に収めた研究が要求される。
化学走性機能を有するマイクロ化学システムの創成

従来の外場を印加したり、化学修飾した基板を用いたり、特定の培養液中でのみ実現するような限られた条件ではなく、環境にやさしい生体適合性物質である水性二相系を用いて、自発的に運動する人工細胞の開発に成功した。この運動の駆動力であるKorteweg効果は、100年以上前に理論的に予測されながら、包括的な実験がほとんどなされていなかった。このような背景の下、本研究により世界で初めて実験的に実証し、人工細胞の運動制御への技術移転に成功した。これまでの流体運動の制御方法は、固体基板に表面エネルギー勾配を熱的、電気的、光学的、電気化学的もしくは化学的に設け、液体の濡れ特性の変化を利用するのが一般的であった。上記の制御方法の中でも化学的制御は高機能化が期待されるが、従来の手法では界面に高い界面エネルギーを備わっている必要があり、必然的に環境とは馴染めない物質を使用することになる。当該年度の研究において、我々は相変化過程で生じる界面エネルギーを利用して流体の運動を引き起す、新規な現象を発見した。従来の方法は、予め界面が保有している高い界面エネルギーを化学反応や物質の吸着により減少させ、その利得分を運動エネルギーに変換する方法であるが、我々の手法は、界面エネルギーをほとんど保有していない界面、すなわち環境とは非常に馴染みやすい2液相において、一方の相が持つ、自由エネルギーの変化を利用している。平衡組成とは異なる相を別の相に接触させると、その相が持つ初期の自由エネルギーと平衡の自由エネルギーとの大小に応じて界面が相変化し、それによって界面に界面エネルギーが発生し、Korteweg力と呼ばれる組成に依存する力が発生する。その力によってその相の周りに対流が発生し、相の重心移動が起こる。予め法有しているエネルギーを消費するのではなく、エネルギーを生み出し、運動エネルギーを生じるところに新規性がある。その運動挙動に及ぼす相の組成の影響を様々な水性二相系を用いて実験的に検討した。その結果、以下のことがわかった。連続相の初期濃度が平衡濃度より高い場合は、形状が変化せずに液滴は等速度に並進運動を行い、小さい場合は、液滴の大変形をともなう並進運動が観測された。液滴相の初期濃度が平衡濃度より高い場合は、ほとんど変形せずに液滴は等速度に並進運動を行うが、低い場合は、運動がほとんど起こらなかった。スピノーダル分解過程で生じる界面エネルギーが,流体の巨視的な流れを生み出すことがわかった.液滴は平衡組成の大小関係で運動モードが変化し,通常の拡散とは異なり時間に比例した溶解過程が液滴運動時に見られた.また液滴はシミュレーション結果の不規則運動とは異なり,指向性の高い直進運動を示した.さらに濃度を変化させると生体細胞のような変形能を液滴が持ちうることが分かり,その液滴が弾丸形からパラシュート形に振動的に変化したり,液滴周りに渦対のような特異な流れが発生することにより,液滴が不可逆的に崩壊したりすることが分かった.水性二相系は界面エネルギーが非常に低く,大部分が水から構成されているために環境への負荷が小さい.そのためこの溶液系は,様々な環境中で使用することができる.この溶液系は初期状態において液滴を駆動する推進力を持ち合わせていないが,以下のような過程を通じて推進力が生じる.平衡とは異なる組成を持った2溶液を接触させると,その境界領域で相互溶解が起こり,物質移動による濃度勾配が発生し,そのために界面に過度的な界面エネルギーが発生する.その発生した界面エネルギーが環境媒体に対流を引き起し,液滴の自発的な運動を誘起する.この相互溶解過程で発生する対流現象は約100年前に理論的に予測されながら,包括的な実験例がほとんどなされていなかったために,我々の行った実験結果は研究意義が大きく,かつこの現象の解明に大きく貢献し,また理論の修正を促すものとなった.さらにこのKorteweg力に基づいて運動する物体をベシクルやマイクロカプセルに包含すると,生体内で自発的に運動するmicro vehicleの開発も可能であると考えられる.本年度ではこの新規の手法による分子集合体であるベシクルの駆動の発現および流れの発達の測定に重点を置いた.逆エマルション法で作成したベシクルの内水相に水性二相系の重相を,外水相に平衡組成とは異なるPEG相を用いると,ベシクルが自発的に運動することが分かった.本課題ではマクロスケールで我々が開発した液滴の自発運動の化学的な制御方法をミクロスケールの分子集合体に適用可能かどうか検討を行った。運動の駆動力は、平衡から遠く離れた条件で、相互溶解性物質の混合過程で生じるKorteweg力を利用した。用いた分子集合体はDDABで構成するベシクルであり、Korteweg力を発現するには、内水相と外水相の組成が異なるベシクルを作製する必要性がある。この方法として、逆エマルション法を用いた。逆エマルション法は以下のとおりである。

(1)油相に界面活性剤と水性二相系の重相を加えることにより、逆エマルションを形成する。(2)その逆エマルションを油相と同じ界面活性剤を含んだ水溶液と接触させると、比重の影響により、逆エマルションが沈降し、界面に形成された単分子層を通過する。(3)界面を通過する際に単分子層が逆エマルションの外膜に集積し、ベシクルを形成し、水相に移動する。(4)ベシクルを含んだ水溶液をマイクロスライドに導入し、平衡組成とは異なるポリマー水溶液と接触する。外水相がPEG溶液、内水相がDEX溶液で構成するベシクルを逆エマルション法で作製したとき、ベシクルが自発的に並進運動を行い、ポリマー相側に向かって運動することが分かった。その運動の指向性は高く、ほとんど直線的に並進運動を行った。ときおり180°C方向転換し、往復運動する様子が観察できた。ベシクル内外にポリマー溶液の単純な濃度勾配や浸透圧が生じる状態でベシクルを作製した場合は、全く運動性を示さないことが分かった。ModelHを用いた数値計算により、マクロスケールにおける液滴の自発運動の実験結果を再現することに成功した。本実験は相分離が発生する条件下であれば、本実験で用いた物質以外でも、ベシクルを自発的に運動することができるため、非常に汎用性の高い手法である。また、逆エマルション法を用いれば、ベシクルの外膜を化学修飾することができ、ベシクルに膏度な機能を付与することがきる。
ニュートリノ振動によるニュートリノ質量の精密測定

本研究の主目的は、K2K実験(つくば-神岡間長基線ニュートリノ振動実験)でニュートリノ振動を観測し、ニュートリノ振動パラメータを測定することにある。特に、長基線加速器ニュートリノ実験の利点である「ニュートリノ質量」、正確には「ニュートリノ質量の二乗差」を精密に決定する。平成16年度は本研究の最終年度にあたり、これまで収集された全データを解析してニュートリノ振動の証拠を4.0σの優位さで観測した。またニュートリノ質量二乗差をニュートリノ混合角が最大となる点(混合角=45°となる点)で、90%の確率で2.8^<+0.8>_<-0.9>×10^<-3>eV^2と決定した。この測定は、スーパーカミオカンデの大気ニュートリノ測定と同精度で、現時点でもっとも精密な測定である。また本研究では、平成15年度に建設した新型前置ニュートリノ検出器(SciBar検出器)で収得したデータを解析し、様々なニュートリノ反応の研究を遂行した。特に、ニュートリノ振動解析のインプットとして必要な生成時点でのニュートリノエネルギースペクトラムを、荷電カレント準弾性散乱事象を効率的に選択し高精度で測定した。併せて、ニュートリノ振動解析においてバックグラウンドとなる、非弾性散乱事象の生成断面積を5%の精度で測定し、精密なバックグランド評価を行った。さらにSciBar検出器のデータを詳細に解析して、低エネルギーニュートリノ・原子核反応で謎であった「前方ミューオン事象の欠損」が荷電カレントコヒーレントπ生成反応の断面積が予想より小さいためであることを発見した。荷電カレントコヒーレントπ生成反応の探索を行い、1GeVニュートリノにおいては生成断面積が理論で予想される25%以下であることも測定した。本研究では、長基線ニュートリノ振動実験(K2K実験)においてニュートリノ振動の測定を行い、またその測定感度向上のために新型ニュートリノ検出器、特にその読み出し用電子回路を開発する。ニュートリノ振動の解析は、その結果を平成14年5月のニュートリノ国際会議で発表し、その後論文として投稿した。ニュートリノ振動の解析結果は、スーパーカミオカンデの大気ニュートリノ振動の研究と非常に良い一致を示し、ニュートリノ振動の存在を示す確実な証拠となった。K2K実験では全感知方シンチレータ飛跡検出器を新たに導入する。この検出器に使われる64チェンネル光電子増倍管の読み出し用電子回路をノルウェーのIDE社製のVA/TAチップを用いて開発した。回路は64チャンネルの光電子増倍管の信号をシリアル化し1本の信号ラインで処理する。この電子回路の試作品を10枚製作し、実際に光電子増倍管と共にテストし期待通り性能がでていることを確認した。10枚中6枚は平成15年1月にニュートリノ実験施設に設置した新型(部分的)ニュートリノ検出器のデータ収集に使用している。ニュートリノビームのデータ収集は順調に行われ、少数統計ながらニュートリノ事象の観測と中性子バックグラウンドの精密な測定を行った。またニュートリノデータと同時に較正用宇宙線データを収集し、検出器の較正を行った。現在も順調にデータを蓄積中で、平成15年6月末までデータを収集する予定である。また、残りの内2枚の回路は京都大学で光電子増倍管の試験、ファイバー減衰長の測定に使用している。これらの多岐にわたる長期間の使用から、この64チャンネル光電子増倍管読み出し用電子回路の最終デザインは十分に確定したと結論した。この電子回路は平成15年度より量産に入る。本研究の主目的は、K2K(つくば-神岡間長基線ニュートリノ振動)実験に新型ニュートリノ検出器を新たに建設し、ニュートリノ反応の詳細な研究を進展させ、ニュートリノ振動の測定精度を向上させることである。特に、長基線ニュートリノ実験の利点であるニュートリノ質量の二乗差を精密に決定することを目指している。平成15年度は新型ニュートリノ検出器(SciBar検出器)を建設し、ニュートリノデーター収集を開始した。特に本研究費でSciBar検出器に角いるデータ記録用電子回路を開発・製作した。SciBar検出器は平成15年10月から約4ヶ月間、ニュートリノビームを使って30,000事象のニュートリノ反応のデータを記録した。現在このデータを解析中である。ニュートリノ反応の研究の最初のステップは荷電カレント反応におけるμ粒子の運動量分布の測定である。SciBarで測定されたμ粒子の運動量分布はモンテカルロシミュレーションの予想とよく一致していることを確認した。またμ粒子の放出角度分布において前方方向でミュレーションの予想より優位に少ないことが観測された。今後各種ニュートリノ反応毎に事象を分けて詳細に研究していく必要がある。次にニュートリノエネルギー測定に用いる、荷電カレント準弾性散乱(ν+n→μ+p)を観測し、この反応の特徴である陽子を検出した。K2K実験のエネルギーでは低エネルギー陽子が生成されるので、検出器中でのエネルギー損失から陽子の飛跡をμ粒子の飛跡と区別することが可能である。実際に観測された飛跡のエネルギー損失を基に粒子識別を行い、誤認率5%以下で陽子を識別できることを確認した。SciBar検出器の基本性能のチェックはほぼ終了し、ニュートリノ振動の精密測定を行う準備が完了した。

平成16年度は本研究の最終年度にあたり、これまで収集された全データを解析してニュートリノ振動の証拠を4.0σの優位さで観測した。またニュートリノ質量二乗差をニュートリノ混合角が最大となる点(混合角=45°となる点)で、90%の確率で2.8^<+0.8>_<-0.9>×10^<-3>eV^2と決定した。この測定は、スーパーカミオカンデの大気ニュートリノ測定と同精度で、現時点でもっとも精密な測定である。また本研究では、平成15年度に建設した新型前置ニュートリノ検出器(SciBar検出器)で収得したデータを解析し、様々なニュートリノ反応の研究を遂行した。特に、ニュートリノ振動解析のインプットとして必要な生成時点でのニュートリノエネルギースペクトラムを、荷電カレント準弾性散乱事象を効率的に選択し高精度で測定した。併せて、ニュートリノ振動解析においてバックグラウンドとなる、非弾性散乱事象の生成断面積を5%の精度で測定し、精密なバックグランド評価を行った。さらにSciBar検出器のデータを詳細に解析して、低エネルギーニュートリノ・原子核反応で謎であった「前方ミューオン事象の欠損」が荷電カレントコヒーレントπ生成反応の断面積が予想より小さいためであることを発見した。荷電カレントコヒーレントπ生成反応の探索を行い、1GeVニュートリノにおいては生成断面積が理論で予想される25%以下であることも測定した。
新生児低酸素性虚血性脳障害への効果に関する研究

(1)新生児ラツト低酸素性虚血性脳障害モデルにおいて、低酸素虚血負荷後、脳実質に直接投与(2μg,4μg)したところ、容量依存的に障害を軽減させた。(2)脳の発達に伴うGDNFの発現生後1-21日目のラット脳を摘出し、各細胞のGDNFの発現を、免疫組織化学的に検討したところ、早期新生児期には、神経、非神経細胞がそれぞれ特異なパターンを持って発現していた。GDNF発現は、21生日までには認められなくなった。また、脳脊髄液中のGDNF濃度は7-9生日がピークとなる変化を示した。(3)低酸素性虚血性負荷に対する発現7生日ラット低酸素性虚血性脳障害モデルにおいて、低酸素虚血負荷後、3時間と48時間以降にピークを認める2峰性のGDNF発現増加を認めた。前者は、神経とグリア、後者は、集簇アストロサイトからの発現であった。(4)副腎性ステロイドのGDNF発現作用生後1-3生日に渡って、新生仔ラットに合成糖質コルチコイドであるデキサメサゾンを投与したところ、脳脊髄液中のGDNF濃度がコントロールに比較して、早期に上昇した。しかし、10生日からは逆にコントロールよりも有意に低下した。副腎性ステロイドの神経早熟作用の一部を説明するものと考えられた。(5)GDNFの腕神経叢障害(Erb麻痺)への効果新生仔ラットを用い、腕神経叢障害モデルを作成し、GDNFをしみ込ませた、ゲルフォルムを障害後に障害局所に投与したところ、組織学的だけでなく、行動学的にも著明に神経障害を軽減させた。作用機序について経時的に検討したところ、ネクローシスのみでなく、アポトーシスも抑制することが分かった。さらに、新生仔ラットにおいて、腕神経叢障害のモデルを作り、運動障害の程度を経時的に検討したところ、障害程度は徐々に回復した。このモデルで、障害直後にGDNFを局所投与すると、顕著に運動障害が軽減した。(2)記憶学習障害の検討一側低酸素虚血障害モデルにおいて、生後19週まで、行動評価を行った。各種迷路テストや時間反応テストなど、記憶学習障害が著しく障害された一方、運動障害は極めて少なかった。また、記憶学習障害は組織学的脳障害の程度と、必ずしも一致しておらず、経時的な変化を検討した。その結果、生後5週から10週の間に、障害の進行がみとめられることが判明した。行動を含めた、治療効果を現在検討中である。(3)脳脊髄中の神経栄養因子の変化生後21日までの新生仔ラットの脳脊髄中の神経栄養因子レベルを検討した。GDNF,NGF,BDNF,NT-3それぞれ特有の変化を示した。グリア細胞株由来神経栄養因子(glialcell line-derived neurotrophic factor, GDNF)を新生児ラット低酸素性虚血性脳障害モデルに、低酸素虚血負荷後に投与したところ、容量依存的に障害を軽減させた。GDNFの臨床的応用の可能性が認められたため、本年度はさらなる研究を以下の如く行った。(1)脳の発達に伴うGDNFの発現生後1-21日目のラット脳を摘出し、各細胞のGDNFの発現を、免疫組織化学的に検討したところ、早期新生児期には、神経、非神経細胞がそれぞれ特異なパターンを持って発現していた。(2)低酸素性虚血性負荷に対する発現7生日ラット低酸素性虚血性脳障害モデルにおいて、低酸素虚血負荷後、3時間と48時間以降にピークを認める2峰性のGDNF発現増加を認めた。

(3)副腎性ステロイドのGDNF発現作用生後1-3生日に渡って、新生仔ラットに合成糖質コルチコイドであるデキサメサゾンを投与したところ、脳脊髄液中のGDNF濃度がコントロールに比較して、早期に上昇した。しかし、10生日からは逆にコントロールよりも有意に低下した。副腎性ステロイドの神経熟化作用の一部を説明するものと考えられた。(4)GDNFの腕神経叢障害(Erb麻痺)への効果新生仔ラットを用い、腕神経叢障害モデルを作成し、GDNFをしみ込ませた、ゲルフォルムを障害後に障害局所に投与したところ、組織学的だけでなく、行動学的にも著明に神経障害を軽減させた。以上、GDNFは未熟ラットに対して、中枢神経のみならず末梢神経に対しても、保護効果を示した。
生体の金属酵素を規範とする分子組織化ー機能発現に関する研究

本研究では、生体の金属酵素に見られる巧妙な分子組織化ー機能発現システムを規範として、分子および分子集合体の組織化概念を新たに提唱し、金属イオンの関与する生体機能の合成化学的について検討した。先ず、金属イオン自身が有する配位特性を利用してホストの組織化を行わせる新規クラウンエーテル類の分子設計概念を構築した。既ち、直線状ポリエーテル分子の末端にジケトン、カテコール等のキレート配位子を結合させるだけの簡便、高収率な合成法を用いてホストを得、その後、遷移金属イオンを加えて環状、更には三次元的配列へと構造を変換し、それに伴って金属イオン捕捉機能が付与されるという構造ー機能変換が可能な一群のホストを合成した。これらホストの遷移金属錯体を用いて、アルカリ、アルカリ土類、ランタニド金属イオンを水溶液から有機溶媒に選択的に抽出することが可能であることを見いだした。また生体の神経情報伝達を司るイオンチャネルの人工構築を計画し、親水性のオリゴエーテルカルボン酸アニオンあるいはオリゴエーテルリン酸アニオンと疎水性の長鎖アルキルアンモニウムとのイオン対から成る両親媒性化合物を合成した。これらイオン対を大豆レシチンから構成した平面脂質2分子膜によって隔てられた、アルカリ金属塩を含む2つのセルの一方に添加し、両セル間に電圧をかけて、膜間に流れる電流特性を求めた。膜を介した電流応答を解析したところ、1.ピコアンベアレベルの一定の安定な電流、2.ミリ秒単位の迅速なチャネルの開閉、3.異なる電導度を有する複数のチャネル、4.いくつかのイオンチャネルの多重組み込み、5.チャネルの可逆的、繰り返し可能な不活性化、6.カチオン種に対する選択性、7.チャネル形成物質の構造特異性など天然のイオンチャネルと酷似した諸特性が観測され、人工イオンチャネルを組織化することに成功した。
ギ酸デヒドロゲナーゼを用いた新規人工炭酸固定系

本プロジェクトでは、水素分子とギ酸をエネルギー源且つ還元力、炭素源として利用し、気相中の二酸化炭素を効率よく固定する微生物の開発を目標としている。2018年度には、1ギ酸資化の鍵酵素であるギ酸デヒロドゲナーゼの改良、および2室温・静置培養にて高い二酸化炭素固定能を示すバクテリアの探索に取り組んだ。1については、2017年度までに安定性について改良に成功したギ酸デヒドロゲナーゼ変異体が得られていたが、さらなる安定化と活性向上を目指して、表面ループや表面付近の空隙などを構成する10個のアミノ酸に、さらなる変異を導入した。その結果、比活性に関して約4倍の改善に成功し、4°Cでの48時間後の残存活性も約2倍となった。2に関連して、水素細菌による二酸化炭素固定の課題が、ガス(水素、酸素、二酸化炭素)の低い溶解度にあり、それを克服するために激しい攪拌が必要であることに着目した。天然には、バイオフィルムを形成し水面に浮遊する株がよく見られるが、これらの株は、水面付近に高い細胞密度を実現することで、ガスの取り込みを効率化していると考えられる。そこで、激しく攪拌しなくとも、浮遊性バイオフィルム形成株の静置培養において高い二酸化炭素固定を実現できると考えた。また、これまでの水素細菌では3037°Cで培養されることが多かったが、培養温度維持のためのエネルギーも問題になる。実用には、たとえば、温度が安定している地下に培養層を設置することが好ましいと考え、1520°C付近で、且つ浮遊性バイオフィルム形成能を有し、高い二酸化炭素固定能を有する水素細菌の探索を行った。その結果、多数の株を単離でき、最も優れた4株について、20°C、混合気体(水素:酸素:二酸化炭素=8:1:1)下での攪拌培養と静置培養によるバイオマス生産性を比較したところ、静置培養でより高いバイオマス生産能を発揮する2株を同定した。ギ酸資化の鍵酵素であるギ酸デヒドロゲナーゼの改良研究は、世界でも例がなく、我々独自の研究であるが、2018年度には大きな進展が見られた。これまで、安定性と活性が低く、精製が困難であったが、今回の進展によって、粗精製やギ酸生成実験などの実験が可能になった。また、1520°Cという低温で高い二酸化炭素固定能を有し、また浮遊性バイオフィルム形成能を持つため激しい攪拌を必要としないため、極めて低エネルギー低コスト培養を可能にする二酸化炭素固定菌の単離に成功した。今後は、改良ギ酸デヒドロゲナーゼを用いて、光合成反応中心と組み合わせた光駆動ギ酸生産実験や、単離した新規株への導入を試みる予定である。特に、二酸化炭素固定の律速は、カルビンサイクルであることから、セリンサイクルなどで効率よくギ酸資化と二酸化炭素の取り込みを行う新規株の単離を試みており、これらの株への導入を考えている。低温適応浮遊性バイオフィルム形成株については、株の同定や、各ガス(水素、酸素、二酸化炭素)取り込み速度の定量化し、特許出願などを予定している。本プロジェクトでは、新しい二酸化炭素資源化技術の構築が最終目標である。このプロジェクトは、太陽電池や風力発電、人工光合成などの新エネルギー獲得技術の急速な発展を受け、それらから生み出された電気エネルギーや水素エネルギーを利用して、強力な二酸化炭素固定系を有する非光合成バクテリアによって、二酸化炭素から有用物質を合成するシステムに必要な要素技術の確立を目指す。平成29年度には、1ギ酸を資化する微生物の創出と、2土壌サンプルからギ酸資化能の高い株の単離を目指した実験を実施した。1については、ギ酸資化に必要な還元力供給を担うギ酸デヒドロゲナーゼの改良実験を行った。具体的には、これまでにランダム変異導入とスクリーニングによって得られたギ酸デヒドロゲナーゼ変異体(5つのアミノ酸変異)について、分子動力学計算を用いて導入されたそれぞれのアミノ酸変異を評価した。その結果、安定性に不利と推測される変異を特定でき、それらを修復した変異体を作製した。それら変異体について、活性や大腸菌内発現性などを評価した結果、安定性を向上させることに成功した。2については、好気性ギ酸資化菌(大気中でギ酸を唯一の炭素源として生育する微生物)、好気性水素細菌(好気的に水素存在下で二酸化炭素を固定化する微生物)、嫌気性ギ酸資化菌(窒素雰囲気でギ酸を唯一の炭素源として生育する微生物)、嫌気性水素細菌(窒素と水素、二酸化炭素雰囲気下で生育する微生物)の単離を試みた。現在までに、それぞれのいくつかの株を単離できており、遺伝子解析や従来の株との比較を行っている。当初、代謝工学的手法による大腸菌の改良を予定していたが、ギ酸資化に関する知識の欠如などを考慮して、天然のギ酸資化菌を宿主とするべきと判断し、要となるギ酸デヒドロゲナーゼの改良と土壌サンプルからギ酸資化能の高い株の単離を目指している。その結果、それぞれについて、上記の通り、成果を挙げる事ができたため、おおむね順調に進展していると判断できる。

1については、2017年度までに安定性について改良に成功したギ酸デヒドロゲナーゼ変異体が得られていたが、さらなる安定化と活性向上を目指して、表面ループや表面付近の空隙などを構成する10個のアミノ酸に、さらなる変異を導入した。その結果、比活性に関して約4倍の改善に成功し、4°Cでの48時間後の残存活性も約2倍となった。2に関連して、水素細菌による二酸化炭素固定の課題が、ガス(水素、酸素、二酸化炭素)の低い溶解度にあり、それを克服するために激しい攪拌が必要であることに着目した。天然には、バイオフィルムを形成し水面に浮遊する株がよく見られるが、これらの株は、水面付近に高い細胞密度を実現することで、ガスの取り込みを効率化していると考えられる。そこで、激しく攪拌しなくとも、浮遊性バイオフィルム形成株の静置培養において高い二酸化炭素固定を実現できると考えた。また、これまでの水素細菌では3037°Cで培養されることが多かったが、培養温度維持のためのエネルギーも問題になる。実用には、たとえば、温度が安定している地下に培養層を設置することが好ましいと考え、1520°C付近で、且つ浮遊性バイオフィルム形成能を有し、高い二酸化炭素固定能を有する水素細菌の探索を行った。その結果、多数の株を単離でき、最も優れた4株について、20°C、混合気体(水素:酸素:二酸化炭素=8:1:1)下での攪拌培養と静置培養によるバイオマス生産性を比較したところ、静置培養でより高いバイオマス生産能を発揮する2株を同定した。ギ酸資化の鍵酵素であるギ酸デヒドロゲナーゼの改良研究は、世界でも例がなく、我々独自の研究であるが、2018年度には大きな進展が見られた。これまで、安定性と活性が低く、精製が困難であったが、今回の進展によって、粗精製やギ酸生成実験などの実験が可能になった。また、1520°Cという低温で高い二酸化炭素固定能を有し、また浮遊性バイオフィルム形成能を持つため激しい攪拌を必要としないため、極めて低エネルギー低コスト培養を可能にする二酸化炭素固定菌の単離に成功した。引き続き、ギ酸デヒドロゲナーゼの改良と、ギ酸資化菌や二酸化炭素固定菌の単離を進める。単離されたギ酸資化菌や二酸化炭素固定菌については、ギ酸資化関連遺伝子の同定や、遺伝子導入技術の開発を進め、将来的には改良したギ酸デヒドロゲナーゼの導入のほか、様々な有用物質合成系を導入する予定である。今後は、改良ギ酸デヒドロゲナーゼを用いて、光合成反応中心と組み合わせた光駆動ギ酸生産実験や、単離した新規株への導入を試みる予定である。特に、二酸化炭素固定の律速は、カルビンサイクルであることから、セリンサイクルなどで効率よくギ酸資化と二酸化炭素の取り込みを行う新規株の単離を試みており、これらの株への導入を考えている。低温適応浮遊性バイオフィルム形成株については、株の同定や、各ガス(水素、酸素、二酸化炭素)取り込み速度の定量化し、特許出願などを予定している。
剛直ラセン構造をもつ脂肪族炭化水素高分子材料と機能

本研究の目的は、かさ高い置換基をもつオレフィンの重合を行うことで、剛直なラセン構造を有する脂肪族炭化水素高分子の合成を行い、さらに結晶性の剛直ラセンブロックと非晶性の多分岐ポリオレフィンブロックを含むマルチブロック共重合体を合成し、その諸性質を、共重合体組成を変えることで調整できる新しい高分子材料を創製することである。昨年度までに、パラジウム触媒によるtert-ブチルエチレンの重合が進行し、立体規則性がイソタクチックに制御された、らせん構造を有するポリマーが得られることや、シクロアルカン構造および4級炭素を含むモノマーの重合も同様に進行することを見出している。今年度は、tert-ブチルエチレンとオレフィンをパラジウム触媒により順次反応させることで、両者のジブロック共重合体およびトリブロック共重合体を合成することに成功した。得られたブロック共重合体のDSC測定の結果、ポリオレフィンブロックに由来するブロードな融点が観測された。今年度はさらに、パラジウム触媒による環状アセタール構造やオルトエステル構造を有する嵩高いオレフィンの重合やオレフィンとの共重合について検討を行なった。これらのモノマーの単独重合は進行しなかったが、オレフィンとの共重合は進行し、かさ高い極性モノマーユニットがポリマー主鎖に導入されたポリマーが得られた。生成ポリマーの加水分解により、ポリマー中の環状アセタール基やオルトエステル基を、それぞれアセチル基、カルボキシ基に変換することに成功した。パラジウム触媒によるオレフィンと極性ビニルモノマーとの共重合では、通常極性基が分岐末端に導入されたポリマーが得られることから、かさ高い極性モノマーはポリマー主鎖に極性基を導入するための有用な手法であると考えられる。当初の計画どおり、tert-ブチルエチレンとオレフィンとのブロック共重合について検討を行い、ジブロック共重合体、トリブトック共重合体の合成に成功した。ポリtert-ブチルエチレンブロックはラセン構造をとっている一方、ポリオレフィンブロックは結晶性が低く、ハード・ソフト型の脂肪族炭化水素ブロック共重合体である。極性基を含むかさ高いモノマーについては単独重合を達成することはできていないが、オレフィンとのランダム共重合および生成ポリマーの加水分解に成功した。これは、当初の目的とは異なるが、かさ高い極性モノマーが、極性モノマーユニットが主鎖に導入されたポリオレフィンを合成する有用な方法となることを見出した点で意義は大きい。以上のことから、おおむね順調に進展していると判断した。かさ高いオレフィン類のブロック共重合体合成についての検討結果をもとに、パラジウム触媒によるブロック共重合体において、α-オレフィンとかさ高いオレフィンの等量比を様々に変えることで、剛直なラセンブロックおよび非晶性ブロックの長さの異なる様々なブロック共重合体を合成する。これらのDSC測定を行い、ミクロ相分離について評価する。最近、パラジウム触媒によるオレフィンのリビング重合において、リビングポリマーに対して様々な極性ポリマーを導入する新たな手法を見出しており、これをかさ高いオレフィンの重合に応用することで、剛直ラセンブロックと極性ブロックを有するブロック共重合体の合成についても検討を行う予定である。今年度はパラジウム触媒を用いてtert-ブチルエチレンを始めとするかさ高い置換基をもつオレフィンの重合を行った。ジイミンパラジウム錯体を用いるとtert-ブチルエチレンの重合が進行し、対応するポリマーが得られた。ジイミンパラジウム錯体によるαオレフィン類の重合では、重合中に生長末端の異性化が起こり、繰り返し分岐構造をもつポリマーが得られるが、tert-ブチルエチレンの重合では全く異性化が起こっていないことが明らかとなった。また、ポリマーの13C NMRでは各シグナルがシャープに現れており、立体規則性の制御されたポリマーであることが明らかとなった。また、ポリマーの1H NMRにおいて主鎖のメチレン基の二つのシグナルの化学シフトが異なることから、ポリマーがアイソタクチックに制御されていることが示唆された。XRD測定の結果、らせん構造を有していることが明らかとなった。tert-ブチルエチレンのメチル基をエチル基に換えたモノマーについては重合がほとんど進行しなかった。また、シクロアルカン構造および4級炭素を含むモノマーの重合は進行し、tert-ブチルエチレンと同様のポリマーが得られたが、環状アセタール骨格をもつモノマーの重合は進行しなかった。オレフィンとの共重合や、ブロック共重合についても検討を行った。当初の計画どおり、様々なかさ高いオレフィンの単独重合について検討を行った。いくつかのオレフィンについては、実際に単独重合が進行することを見出した。得られたポリマーがラセン構造をとっていることも確認されたが、非常に溶解性が悪く、巻き方向の制御されたラセン高分子の合成については今後の課題である。リビング重合の例も見いだすことができ、今後様々なブロック共重合の合成が可能になると期待される。極性基を含むモノマーについては重合が困難であったが、ランダム共重合が可能であることを見出した。当初の目的とは異なる新たな展開をはかる予定である。

本研究の目的は、かさ高い置換基をもつオレフィンの重合を行うことで、剛直なラセン構造を有する脂肪族炭化水素高分子の合成を行い、さらに結晶性の剛直ラセンブロックと非晶性の多分岐ポリオレフィンブロックを含むマルチブロック共重合体を合成し、その諸性質を、共重合体組成を変えることで調整できる新しい高分子材料を創製することである。昨年度までに、パラジウム触媒によるtert-ブチルエチレンの重合が進行し、立体規則性がイソタクチックに制御された、らせん構造を有するポリマーが得られることや、シクロアルカン構造および4級炭素を含むモノマーの重合も同様に進行することを見出している。今年度は、tert-ブチルエチレンとオレフィンをパラジウム触媒により順次反応させることで、両者のジブロック共重合体およびトリブロック共重合体を合成することに成功した。得られたブロック共重合体のDSC測定の結果、ポリオレフィンブロックに由来するブロードな融点が観測された。今年度はさらに、パラジウム触媒による環状アセタール構造やオルトエステル構造を有する嵩高いオレフィンの重合やオレフィンとの共重合について検討を行なった。これらのモノマーの単独重合は進行しなかったが、オレフィンとの共重合は進行し、かさ高い極性モノマーユニットがポリマー主鎖に導入されたポリマーが得られた。生成ポリマーの加水分解により、ポリマー中の環状アセタール基やオルトエステル基を、それぞれアセチル基、カルボキシ基に変換することに成功した。パラジウム触媒によるオレフィンと極性ビニルモノマーとの共重合では、通常極性基が分岐末端に導入されたポリマーが得られることから、かさ高い極性モノマーはポリマー主鎖に極性基を導入するための有用な手法であると考えられる。当初の計画どおり、tert-ブチルエチレンとオレフィンとのブロック共重合について検討を行い、ジブロック共重合体、トリブトック共重合体の合成に成功した。ポリtert-ブチルエチレンブロックはラセン構造をとっている一方、ポリオレフィンブロックは結晶性が低く、ハード・ソフト型の脂肪族炭化水素ブロック共重合体である。極性基を含むかさ高いモノマーについては単独重合を達成することはできていないが、オレフィンとのランダム共重合および生成ポリマーの加水分解に成功した。これは、当初の目的とは異なるが、かさ高い極性モノマーが、極性モノマーユニットが主鎖に導入されたポリオレフィンを合成する有用な方法となることを見出した点で意義は大きい。以上のことから、おおむね順調に進展していると判断した。かさ高いオレフィン類の重合の検討結果をもとに、α-オレフィンやエチレンとかさ高いオレフィンの重合を段階的に行うことにより、両者のブロック共重合体の合成を行う。ジブロック共重合体のみならず、トリブロック共重合体やマルチブロック共重合体の合成についても試みる。用いるモノマーの等量比を様々に変えることで、剛直なラセンブロックおよび非晶性ブロックの長さの異なる様々なブロック共重合体を合成する。これらのDSC測定を行い、ミクロ相分離について評価する。
探索医療に基づく甲状腺ホルモントランスポーターの細胞特異的機能の解明

1.乏突起膠胞におけるMCT8の発現について検討初代培養乏突起膠細胞から採取したRNAよりcDNAを作成し、Real-time PCR法により甲状腺ホルモンに特異性が高いとされるトランスポーター、MCT8, MCT10, OATP1C1について検討したところMCT8 mRNAの発現量が最多であった。また、初代培養乏突起膠細胞を用い、抗MCT8抗体、抗CNP抗体(乏突起膠細胞のマーカー)で二重染色を行ったところ、共局在が認められた。マウス脳のパラフィン切片でも免疫染色を行ったところ、形態学的に乏突起膠細胞と思われる細胞においてMCT8の発現が認められたが染色が弱く、二重染色を施行するため、現在抗体を変更して条件の最適化を行っている。2.軟骨細胞における甲状腺ホルモントランスポーター発現の網羅的検討と機能解析マウス由来軟骨前駆細胞株ATDC5より採取したRNAを用いcDNAを作成し、Real-time PCR法により甲状腺ホルモンに特異性が高いとされるトラーンスポーター、MCT8, MCT10, OATP1C1について検討したところ、MCT10 mRNAの発現最が最多であった。そこで、siRNA法によりMCT10のknock downを行う系を確立した。今後この系を用い、軟骨細胞の増殖・分化に対する影響を検討する。また、発現実験を行うためにMCT10, MCT8をクローニングし、発現ベクターを作成した。ATDC5細胞における甲状腺ホルモントランスポーターMCT10の機能解析我々は昨年度、マウス由来軟骨前駆細胞株ATDC5に発現する甲状腺ホルモントランスポーターのmRNA発現量を網羅的に解析し、甲状腺ホルモンに特異性が高いとされるトランスポーターのうちMCT10の発現が最も高いことを示した。そこで、今年度はsiRNAを用いてMCT10 mRNAをノックダウンし、ATDC5細胞においてMCT10が実際に生理作用を有しているのか検討した。1)甲状腺ホルモンの細胞内取り込みに対する影響2)細胞増殖、分化におよぼす影響甲状腺ホルモンは軟骨細胞において、増殖を抑制し、分化を抑制することが知られている。ATDC5細胞においてMCT10 mRNAをノックダウンした後、細胞増殖を評価したところ、甲状腺ホルモンによる細胞増殖抑制作用は消失していた。また、ATDC5細胞においてMCT10 mRNAをノックダウンした後、細胞分化を評価したところ、甲状腺ホルモンによる細胞分化促進作用は消失していた。以上より、MCT10はATDC5細胞において甲状腺ホルモントランスポーターとして機能し、細胞内における甲状腺ホルモン作用の調節に関与している可能性が示唆された。軟骨細胞における甲状腺ホルモントランスポーター発現の網羅的検討と機能解析甲状腺ホルモン(TH)に特異的なトランスポーターMCT8の欠損により発症するAllan-Herndon-Dudley症候群では,通常の甲状腺機能低下症の患児と比較して,成長は比較的良好である。したがって,成長軟骨ではMCT8以外のTHトランスポーターが機能していると考えられる.我々はこれまで,マウス軟骨前駆細胞株ATDC5を用い,THトランスポーターのmRNA発現を網羅的に解析し,THに親和性の高いトランスポーターではMCT10の発現が最も高いこと,同時に,必ずしもTHとの親和性は高くはないが,THの細胞内取り込みの可能性が示されているトランスポーターではLAT1の発現量がMCT10以上に多いことを明らかにした.siRNAを用い,ATDC5細胞でMCT10 mRNAをノックダウンしたところ,THの細胞内取り込み,およびTHの作用(細胞増殖抑制,細胞分化促進)は抑制された.以上より,未分化のATDC5細胞ではMCT10が主要なTHトランスポーターとして機能していることが示唆された.一方,LAT1の関与の可能性,また,実際に成長軟骨でMCT10が発現・機能しているのかは不明である.そこでまずATDC5細胞にLAT1阻害剤を添加したところ,アミノ酸含有培養液中ではTH取り込みに変化は認められず,LAT1の関与は少ないと考えられた.また,E18マウス胎仔の成長軟骨を用い,in situ hybridizationでMCT10,MCT8の発現を検討したところ,未分化の軟骨細胞ではMCT10の発現が強く,MCT8の発現は弱いが,分化が進むにつれて発現量は逆転することが明らかになった.以上より,in vivoにおいてもMCT10が少なくとも軟骨分化の初期において機能している可能性が示唆された.
化政期の俳壇を理解する為の江戸時代後期の社会史・経済史・文化史

本研究は、化政期の俳壇について、その時代的背景を含めて、新しい分析視点を構築しようとするものであった。実際には、(1)化政期の俳壇を代表する小林一茶の作品が、必ずしも日本語に翻訳されていないことを踏まえて、翻訳作業を進めること、(2)同時に、小林一茶に偏りがちな化政期の俳壇の研究を、日本史の側から再評価すること(とくに地方史研究で新たに発見された「連」関係史料を収集・分析・翻訳すること)、を具体的な課題として研究を進めた。(1)については、「一茶の俳諧の連歌『とびひょろ』」という論文に結実した。また、一茶の足跡を追った調査旅行を企画し、長野をはじめとして各地の現地調査を行い、一茶の俳譜の背景を知ることができた。(2)は、千葉県内の俳句の「連」についての、未公開・未利用史料を写真などで収集したほか、関東地方を中心とする自治体史に収録された「連」関係の史料をコピー収集することができた。ただし、この「連」についての詳細な分析は、今後の研究課題である。
トンネル分光法による金属/半導体表面の局所電子構造の解明

・シリコン表面窒化過程の観察Si(111)表面に窒素化合物を高温で反応させると表面が窒化されるが、その形成初期に原料に依らない固有の構造が現れることが知られている。本年度、われわれはこの構造の原子構造、電子構造とその形成プロセスを調べるため、トンネル顕微鏡を用いてアンモニアガスによる窒化反応の観察を行った。シリコン表面を800度の高温に保ちアンモニアを暴露すると水素原子は直ちに気相中に脱離していく。この時窒素原子は7x7構造のダイマー列をはさむ2つのセンターアドアトムと選択的に結合することが分かった。また、暴露量を増やすと表面が窒化膜単原子層の構造と考えられている8x8構造になることをはじめて確認した。現在、擬似STS法により窒素原子の吸着サイト、吸着様式を検討中である。・ニッケルシリサイド成長プロセスの観察Si(111)面のニッケルシリサイド薄膜の成長プロセスを温度及び吸着量を変化させながらトンネル顕微鏡により詳細に調べた。従来この系ではニッケルの低吸着量において"1x1"という相が存在することが知られていたが、本研究でのトンネル顕微鏡観察によりこの複雑な構造を初めて原子レベル明らかにした。また、アニール温度を高くするに従ってシリサイドが形成されるが、その表面は2つの異なる構造(√<3>x√<3> 400C、2x2 600C)を呈することを明らかにした。詳細なSTM観察により、これら2つの相はニッケルのシリコンバルクへの拡散とともにシリコンとの界面の結合状態が異なるため現れていると考えられる。
SIMSによる鉄隕石および石鉄隕石中の各種元素の同位体変動の研究

鉄隕石は,隕石母天体の核として極めてゆっくりとした冷却過程を経て形成されたものと考えられている。この冷却過程のはじめには,鉄隕石はすべてテ-ナイト結晶であり,ある温度になると,カマサイトの結晶核が生じ,その後カマサイトが成長を続け,いわゆるウィドマンシュテッテン構造と呼ばれる,鉄隕石特有の鉄・ニッケル単結晶が入り組んだ構造を呈するようになる。鉄隕石の冷却速度は,ウィドマンシュテッテン構造のテ-ナイト中のニッケルの元素分布がM型をしていることからWoodらにより,1数10°C/10^6年と推定されている。本研究では,このようにゆっくりした鉄隕石の冷却期間中に,テ-ナイト中のニッケル元素の拡散によりその同位体の分別が生じるかどうかについて理論的に検討するため,計算機シミュレ-ションを試みた。即ち,テ-ナイトがカマサイトの結晶成長にともない圧縮される際のニッケル同位体の挙動を計算機シミュレ-ションにより追跡した。計算では,フィックの第2法則を差分化して数値的に解くこととし,パ-ソナルコンピュ-タを用いた計算が可能なように,単純化したFORTRANプログラムを作成した。同位体効果をm^<ー1/2>に比例した形で拡散係数に導入することで考慮した。計算は代表的なCoarse OctahedriteであるOdessaを例にとって行った。Odessa隕石では,平均ニッケル含有量7.5at%,カマサイトの幅800μmの報告があるので,これを初期条件とした。試行錯誤的な計算の結果,5°C/10^6年の冷却速度が得られた。また,テ-ナイト中のニッケル拡散にともない,テ-ナイト相の周辺部に比べて中心部に約4〓だけ軽い同位体が濃集されているという結果が得られた。今後は,SIMSを用いて,実際の鉄隕石で同位体比変動が見られるかどうかを検討する。
被ばく量を大幅に軽減できるX線撮像装置の開発

医療被ばくを削減することを目的とした、単色X線発生装置をEGS5というシミュレーションソフトウェアを用いて設計し、最適化と性能評価を行った。本装置は、従来装置と比較して、効率良く単色X線を発生させることができ、大強度の単色X線を発生することができる。実際の医療用のX線診断機器にも搭載可能な装置だと考えられる。この装置を用いることで、医療被ばくを約半分に減らすことができる。これらの成果は3本の特許として出願した。低被ばくのX線撮像装置の開発には、検出器部分の開発と、X線発生装置部分の開発がある。当初の予定では、検出器部分の開発を主に行う予定であったが、今年度は、主に被ばくを軽減できる単色・準単色X線発生装置の開発を行った。その成果は今年度、特許として3件出願した。また、2月14日に東京で行われた北陸3大学新技術説明会でも発表した。説明会では、数社と面談を行った。単色・准単色X線発生装置の内容は特許出願中であるので、詳しくは説明できないが、概要は以下のようなものである。X線撮像の原理は、基本的には影絵と向じで各組織によるX線の吸収・散乱の違いを画像化する。X線を吸収・散乱する確率は、X線光子のキネルギーによっても異なり、最適のエネルギーが存在する。特にヨウ素を用いた造影検査では、ヨウ素のK吸収端より少し大きなエネルギーのX線が効率良く影を作るので、同じコントラストを得るための被ばく量を軽減できる。しかしながら、現状のX線発生装置では、連続X線といって、エネルギーの分布が連続的なX線を照射している。単色のX線を生成するには、従来と同じようなしくみで発生させた連続X線を第二ターゲットに照射し、第二ターゲットで発生する特性X線を利用する。特性X線のエネルギーは第二ターゲットの原子番号に依存し、最適のエネルギーの特性X線を発生するのは原子番号58番のセリウムである。出願した3件の特許は、いずれもも第一・第二ターゲットを用いて単色・準単色X線を生成する装置である。それぞれ、X線ターゲットの構造を工夫することで、効率良く単色性の良いX線を発生できるようになっている。日本では、毎年30万人以上ががんで死亡しているが、その約3%は医療診断における被ばくが原因であるという報告がある。単純に計算すると、日本だけで毎年1万人が医療ひばくが原因の発がんで死亡している計算となる。本研究の目的は被ばくを大幅に軽減できる医療診断機器を開発することである。X線撮像の原理は、基本的には影絵と同じで各組織によるX線の吸収・散乱の違いを画像化する。X線を吸収・散乱する確率は、X線光子のエネルギーによっても異なり、最適のエネルギーが存在する。シミュレーションの結果によると、今回ターゲットの形状を工夫した装置は従来装置に比べ一桁ちかく効率よく単色X線を発生することができ、単色X線以外の連続X線はほとんど遮蔽材によって取り除くことができる。本年度は、昨年度出願した被ばく軽減を目的とした単色X線発生装置に関する2件の特許が公開になった(特許公開2009-170347X線発生装置、特許公開2009-054562X線発生装置)。本年度は、この2件の特許の内容を更に発展させるべく、内容の細かいパラメータの決定のためのシミュレーション作業を行った。X線を吸収・散乱する確率は、X線光子のエネルギーによっても異なり、最適のエネルギーが存がする。