hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
OFCD症候群における乳歯歯根吸収不全と長根形成に対する生化学的研究

2.歯髄細胞を用いた骨関連遺伝子の解析:患児及び健常者ボランティアで必要があって抜去した歯から同意が得られた場合に歯髄細胞を採取,単離,培養, stock。この歯髄細胞を用い,破骨細胞分化因子(RANKL,M-CSF)刺激による破骨細胞分化をTRAP染色にて観察したところ健常者群では全て破骨細胞分化を認めたが、患児の歯髄細胞からは破骨細胞分化をほとんど認めなかった。また培養細胞への骨芽細胞分化因子刺激による骨芽細胞分化をALP染色にて観察したところ両者の有意な差は認めなかった。これらからOFCD症候群では破骨細胞分化が極端に少ないためにために歯根吸収が行われ難いということが示唆された。またそれぞれの歯髄細胞から得られたRNAより定量的RT-PCRを用いて破骨細胞分化に関わる様々な因子(RANKL,M-CSF)の発現量を確認,破骨細胞分化の指標として比較検討したが、有意な差を認めていない。3.抜去歯観察:患児の抜去歯は歯根吸収を認めず、歯根長は健常児と比較し有意に長かった。(1)遺伝子解析:1.DNA採取:患者でOFCD症候群を疑う患者から唾液採取.Orangene・DNA&reg;によりゲノムDNA精製2.BCOR遺伝子解析:得られたDNAより次世代シーケンス解析3.遺伝子変異分析:シーケンスデータと発行されているBCORシーケンス(GenBank AF317391)との比較,変異その他の遺伝子における異常な変異を検討中.これらにより多くの口腔異常を持つ患児の異常の原因が特定の遺伝子疾患によるものか否かが明確となる.(2)歯髄細胞培養:1.細胞準備:(患者乳歯1例、コントロールとして永久歯1例,歯根吸収不全乳歯1例,交換期乳歯3例)それぞれ同意の下,抜去歯より歯髄採取,培養,今後の研究に備え歯髄細胞を増殖・凍結し,ストックを行っている.2.歯髄細胞の増殖能の検討:患者、コントロール群として歯根未完成永久歯、歯根吸収不全乳歯、交換期乳歯についてそれぞれ歯髄細胞を同じ条件下で培養.経時的に細胞を計測(各群3回)することで歯髄の増殖曲線を作成した.その結果,患者、歯根吸収不全乳歯,根未完成永久歯,交換期乳歯の順で増殖能が高かった.本患者の歯髄細胞は増殖能が高いことが示唆された.3.歯髄細胞の観察:各細胞の培養期間中,顕微鏡観察を行い,写真撮影を行った.患者の乳歯歯髄細胞の形態は永久歯歯髄細胞に近かった。また通常の乳歯歯髄細胞に比較して,紡錘形の度合いが強く幹細胞様であった.(3)抜去歯観察:患者同意の下,抜去歯の提供を受け外観の観察・計測後,患者1例および健常児1例の垂直断面の研磨標本(H-E染色)の作成中である.(2)および(3)の結果は歯根長根・吸収不全のメカニズムについて考察する一助となる可能性を持つ.研究を遂行するに当たり,必要な試料(唾液,歯髄細胞,抜去歯)は最低限取得済みである.唾液より抽出したDNAを試料に次世代シーケンス解析は既に終了,OFCD症候群原因遺伝子BCORの変異もしくはその他口腔異常に関連が疑われる遺伝子の変異を検討中である。長根や乳歯歯根吸収不全などの口腔異常をもたらす原因を予測するために必要な実験に要する細胞については,培養条件にするために時間を要したが概ね安定した状態で行うことが可能となった.増殖能の比較実験はほぼ終了し,研磨標本も作製終了間近であり顕微鏡観察を行うことが可能である.28年度予定の歯髄幹細胞の検出を確認するためのRNA注出も開始している。(1)遺伝子解析:OFCD症候群である患者から得られた唾液を検体として行ったDNAシーケンスの結果を既発行しているBCORシーケンスGenBank AF317391)と比較し、本患者のBCOR遺伝子のフレームシフト突然変異を認めた。(c.2559_2560insA)(2)歯髄細胞培養1.歯髄細胞培養保存:OFCD症候群児から歯根吸収無しの乳歯1本、歯根吸収開始初期の乳歯1本、脱落器の乳歯1本からの歯髄細胞を培養保存、コントロール用として健常児の交換期にて抜歯を行った乳歯5例の歯髄細胞を増殖保存した。2.歯髄細胞の増殖能の検討:患児(歯根吸収無し)1例、コントロール群(3例)間での細胞増殖試験を行った結果、患児の細胞増殖能が最も高かった。このことからOFCD症候群では間葉系幹細胞数も多いと予測された。3.TRAP染色:細胞増殖試験を行った4群で歯髄細胞を破骨細胞分化培地にて1週間培養後TRAP染色を行った。TRAP染色された細胞を破骨細胞としてその形成能を比較したところ、患児の歯髄細胞では全くTRAP染色の反応が認められなかった。その他の3例では破骨細胞す示す多核細胞の形成はなかったが、染色された単核細胞が認められた。このことからOFCD症候群の歯髄細胞では正常の歯髄細胞と比較し破骨細胞前駆細胞の存在が極端に少ないことが示唆された。

4.各歯髄細胞からのRNA抽出:得られたRNAよりcDNAを合成し、骨芽細胞形成能、破骨細胞形成能また間葉系幹細胞存在の差異ををそれぞれのマーカーを用い、RT-PCRにて比較するため、各歯髄細胞のRNAの凍結保存を行った。(3)歯の形態解析:抜去歯の計測にて患児の乳歯の歯根はは有意に長かった(radiculomegary)。また通常では歯根吸収が始まり、既に脱落時期である歯の歯根尖が残っていることから吸収に関わる何らかの異常があることが予測された。(1)多くの口腔異常を持つOFCD症候群を疑った患児の唾液から得たDNAによる遺伝子解析よりOFCD症候群の原因遺伝子とされるBCOR遺伝子の変異を確認した。(2)患児と比較すべきコントロール群の必要な症例数の歯髄細胞については十分量の凍結保存が出来ている。得られた歯髄細胞の増殖能、形態比較は既に行った。破骨細胞分化培地を用いた実験では破歯細胞形成能の差異も認めた。得られた結果からOFCD症候群では破骨細胞前駆細胞出現が極めて少ないか、出現の時期が大きく遅れるのかという仮説、OFCD症候群では間葉系幹細胞が多く存在するという仮説を確認するために様々な遺伝子マーカーを用いたRT-PCR法での比較検討を最終年度に予定している。このためコントロール群を含めてそれぞれの群の歯髄細胞からRNAを抽出、凍結保存している状況である。骨芽細胞分化培地にて骨芽細胞形成能の比較のみがやや遅れている。(2)歯髄培養1.歯髄細胞培養保存:OFCD症候群児から未歯根吸収の下顎乳犬歯、コントロール群として歯根吸収初期の乳歯,交換期の歯根吸収大の乳歯、矯正便宜抜去根未完成永久歯について同意を得た後に抜歯、歯髄細胞を採取・培養保存した.2.歯髄細胞増殖能の検討:それぞれ第一継代細胞にて細胞増殖試験を行った結果、患児歯髄細胞の増殖能が最も高かった.3.破骨細胞能の比較:それぞれをRANKL,M-CSFが添加された破骨細胞分化培地で培養し、TRAP染色にて破骨細胞分化能について比較した結果、コントロール群では破骨細胞が分化されたものの患児歯髄細胞ではTRAP染色が全くされなかった.このことからOFCD症候群の歯髄細胞は破骨細胞分化能が極端に低いと示唆された.4.骨芽細胞分化能の比較:それぞれを, Ascobic Acid, Hydrocortisone, β-Glycerophosphateが添加された骨芽細胞分化培地で培養し、ALP染色を行い骨芽細胞分化能の比較をしたところ、コントロール群では骨芽細胞が分化されたものの患児歯髄細胞では分化を認めなかった.5.各歯髄細胞からRNA抽出:破骨細胞形成能、骨芽細胞形成能、間葉系幹細胞存在の有無をRT-PCRにて比較するための各歯髄細胞より得られたRNAを凍結保存している.(3)歯の形態解析:患児の乳歯は優位に歯根長が長かった.通常は交換期で脱落期に近い乳歯であるが歯根吸収を全く認めなかった.破骨細胞、骨芽細胞の分化について培養染色実験で概ね予想ができたが、それをDNAレベルで確認が不十分である.C-DNA量が少ない、揃っていない等の問題がありRT-PCRの結果を検討するまでに至っていない.このため30年度に本項目の実験を継続する.2.歯髄細胞を用いた骨関連遺伝子の解析:患児及び健常者ボランティアで必要があって抜去した歯から同意が得られた場合に歯髄細胞を採取,単離,培養, stock。
光エネルギー変換機能をもつタンパク質/色素複合体の自己組織化とその動的機能

植物、光合成細菌などの光合成膜では、アンテナ(LH)系、光化学反応中心(RC)およびそれに続く電子伝達系で光エネルギーから化学エネルギーヘの効率の良い変換が行われている。この変換は、主として光合成膜中での諸種のタンパク質/色素複合体からなる超分子複合体で行われている。本研究は、光合成で光エネルギー変換機能をもつタンパク質/ポルフィリン色素複合体を人工的に組織化する。そして、その複合体の動的な構造変化とシンクロナイズした電子ならびにプロトンなどの輸送との相関について電極基板上での電流応答から明らかにすることを目的とする。ここでは、諸種の光合成膜のアンテナ(LH)タンパク質およびそれらと類似した疎水性ポリペプチドを合成して、ポルフィリン色素誘導体との複合体を電極上で組織化する。そして、その組織化とシンクロナイズした光エネルギー変換機能について検討した。また、LH-,タンパク質を用いてクロロフィル色素誘導体(BChl aおよびZnBChl a)およびそのモデル色素(Znメソポルフィリン誘導体)複合体の組織化を化学修飾した諸種の基板上で行った。その結果、天然と類似したアンテナ色素複合体を化学修飾した基板上でも安定に作成できることがわかった。^<2e)>つぎに、その複合体の組織化とシンクロナイズした光電変換能について分光学的手法および電極応答から検討を行った。その結果、光波長に依存した電流応答がBChl aを用いた場合に顕著に見られ、その光電変換能は、アンテナ色素複合体の構造変化に大きく依存することが認められた。これらのことから、その複合体の動的な構造変化とシンクロナイズした光電変換能を観察できることがわかった。本研究は、光合成でのアンテナ機能をもつタンパク質/色素複合体を人工的に組織化することを目的とする。先に我々は、光合成細菌から単離精製したLH1アンテナ系タンパク質あるいはそのモデルタンパク質を用いてその色素複合体(LH1)アンテナ系タンパク質/クロロフィル色素複合体の再構成を行い、その構造と機能の関係について検討を行っている。ここでは、下記の(1)および(2)について検討を行った。(1)アンテナ系タンパク質による諸種のポルフィリン誘導体の脂質二分子膜中での組織化アンテナ系タンパク質(LH-α,β)を用いてZn置換したクロロフィル色素(ZnBChla)およびそれと類似した誘導体の脂質二分子膜中での組織化を行った。タンパク質-色素複合体のリポソーム膜中への導入はオクチルグルコシド(OG)ミセル水溶液中で形成させた諸種の複合体の脂質二分子膜中でのBChla誘導体のQy帯の長波長シフトを観察して確認した。興味あることに、LH-α共存下ではZn-BChlaのQy帯はBChlaとは異なり860nm付近に観測され、LH-αはZn-BChlaと選択的にアンテナ色素複合体を形成することが認められた。アンテナ色素複合体の組織化を電極基板で行い、その複合体の組織化とシンクロナイズした光電変換能について電極応答から検討を行った。その結果、その光電変換能はアンテナ色素複合体の構造ならびにそれと連動した脂質二分子膜の構造変化に大きく依存することが認められた。これらのことから、その複合体の動的な構造変化とシンクロナイズした電子ならびにプロトンなどの輸送との相関について明らかにできることが期待された。
喫煙関連頭頸部癌における浸潤能獲得、薬剤耐性獲得機序の解明と新治療法の開発

本研究は、喫煙について、発がん要因のみならず、化学放射線治療の耐性化機序、浸潤能獲得機序の解明のため、頭頸部がんを含む細胞株に喫煙抽出物を曝露させた上で評価を行い、将来の喫煙関連頭頸部がん制圧を目的としているが、以下のごとくの研究成果であった。1、頭頸部扁平上皮癌細胞株3種類について、喫煙曝露細胞株の抗がん剤、分子標的薬感受性を評価し、シスプラチン、EGFR阻害薬の耐性を確認した。また、肺癌、膀胱癌細胞にて浸潤能の新規獲得を確認した。2、次世代シークエンサーを用いた409がん抑制遺伝子のシークエンスにより、新規獲得変異を確認した。3、miRNAアレイにより、喫煙暴露関連miRNAを抽出した。本研究は、頭頸部癌の主要な発がん要因である喫煙について、発がん要因のみならず、化学放射線療法の耐性化機序、浸潤能獲得機序の解明の為、頭頸部癌細胞株に喫煙抽出物を暴露させ、段階的に上記評価を行い、最終的にはこの喫煙癌細胞の実験病理学的研究により、将来の喫煙関連頭頸部癌征圧を目的としているが、本年は以下の如くの研究の成果であった。1、頭頸部扁平上皮癌3種類について、親株、喫煙暴露細胞株(直接投与、間接投与)間の薬剤感受性をMTTassayにて評価し、EGFR阻害薬の耐性を確認した。2、上記耐性を確認した細胞において、次世代シークエンサーを用いたシークエンスを行った。結果として、同期間継体を行っていた親株とは異なる遺伝子変異を検出した。3、喫煙関連であるとされる肺癌細胞株、膀胱癌細胞株を用いた同様の実験系においても、EGFR阻害薬の耐性が確認された。また、マトリゲルと用いた浸潤能確認実験系では、喫煙癌の高度浸潤能が確認された。これらにおいて、Src阻害薬、STAT3阻害薬を用い、親株よりも薬剤感受性が亢進していること、高浸潤能が解除されることを発見し、siRNAを用いた解析でも同様の現象を確認した。1、頭頸部扁平上皮癌3種類について、親株、喫煙暴露細胞株(直接投与、間接投与)間の薬剤感受性をMTTassayにて評価した。投与薬剤としては、シスプラチン、5FU、ドセタキセル、パクリタキセル、セツキシマブ、ゲフィチニブ、エルロチニブ、ジェムシタビンを用いた。その結果、セツキシマブ、ゲフィチニブ、エルロチニブに対して、1.5ヶ月間喫煙に暴露した細胞株は優位な耐性を獲得した。その他の薬剤については優位変化を確認できなかった。2、喫煙関連であるとされる肺癌細胞株、膀胱癌細胞株を用いた同様の実験系においても、上記のEGFRをターゲットとする分子標的薬の耐性が確認された。3、現在、この機序を研究すべく、各種シグナル阻害剤、siRNAを用いたパスウェイ解析を行う一方で、RNAを抽出しマイクロアレイによる網羅的mRNA、miRNAの発現解析を行っており、次年度にこれらの機序を詳細に確認していく予定である。本研究の最大の問題点は、喫煙暴露頭頸部癌が、薬剤耐性能、高度浸潤能を獲得するかと言った点であったが、この点は今年度の薬剤耐性実験、浸潤能評価実験でクリアされた。また、マイクロアレイにより網羅的RNA発現評価実験を行うことができた。以上より、本年度の自己評価としてはおおむね順調であったと思われる。次年度は、喫煙関連頭頸部癌の薬剤耐性能獲得機序の詳細な評価となる。マイクロRNAの発現変化、メチル化などのエピジェネティック変化とそれに伴うmRNA発現変化が短期的な喫煙暴露細胞内で起こりやすい変化であると考え、これらをまず評価していきたい。マイクロアレイによる網羅的な発現プロファイリングは、スクリーニングに非常に有用である一方で、なかなか本質的な分子に到達できないこともある。これらについては、申請者が今まで行ってきた同様の研究を参考に一つずつ進めて行きたい。さらに、これらで有力なRNAを抽出できれば、マウスを用いたin vivo実験、臨床検体を用いた検討へと推進させる次年度使用額は、今年度の研究を効率的に推進したことに伴い発生した未使用額であり、平成25年度請求額とあわせ、平成25年度の研究遂行に使用する予定である。
PML患者から検出された新規なJCウイルス調節領域の疫学的、ウイルス学的解析

1.我々は、調節領域をターゲットとしたnested PCR法を用いて、脳脊髄液(CSF)からJCV DNAを検出するサービスを行い、35症例中8症例からユニークな再編成型調節領域を検出した。JCV陽性の患者の基礎疾患は、エイズが最も多く、次いで、治療のため免疫抑制剤が投与される骨髄移植患者やSLEが多かった。2.数例については追跡調査が行われた。ある症例では5ヶ月間、JCV DNAが検出され続けたが、その後検出されなくなった。発症後1年以上経過するが、病態は安定している。別の症例においては、神経症状が出現してから約1ヶ月からJCV DNAは検出され始め、2ヶ月と3ヶ月には高率に検出された。しかし、4ヶ月からは検出率が著しく低下した。この患者を現在追跡調査している。以上のごとく、CSF中のJCV DNAの消失と患者の長期生存との関連が示唆された。3.我々が検出したPML型調節領域の構造は極めて多様であった。domain Aの重複とdomain Bの欠失を持つ調節領域は検出された調節領域の1/41/3にすぎず、それ以外の構造を有する調節領域が数多く検出された。欠失や重複が何回も起きた調節領域、欠失だけを持つ調節領域などが検出された。欠失はdomain B以外のいろいろな領域で起きていた。4.我々は、患者におけるJCV DNAの動態に関するデータを収集することを始めた。生前にPMLと診断された2名の患者(K1、K2)の剖検組織を調べる機会を得た。患者K1では、中枢神経系に存在した、様々な調節領域を持つJCVのうち、リンパ球向性のJCVが末梢リンパ球に感染したことが示唆された。長期生存した患者K2では、JCV感染の拡大が2元的に起きたことが示唆された。1.臨床経過とMRI所見により進行性多巣性自質脳症(PML)が強く示唆された14名の患者髄液からJCV調節領域を検出し、PMLの診断に貢献した。2.検出されたJCV調節領域の構造に関して以下の知見を得た。(1)腎から検出されるJCVは原型調節領域を持ち、PML患者の脳病変部から検出されるJCVは、原型から欠失や重複によって作られる再編成型調節領域を持つとされている。今回検出したJCV調節領域はいずれも再編成型調節領域であった(2) domainAの重複とdomainBの欠失を持つ調節領域(以前典型的なPML型と考えられた調節領域)は、検出された調節領域全体の約30%であった。(3)再編成が何回も起きた調節領域がしばしば見い出された。(4)欠失だけを持つ調節領域が数例見つかった。3. 1名のPML患者の剖検脳組織を調べる機会を得、数種の異なる再編成型のJCV調節領域を検出した。各調節領域の脳における分布は異なった。また、各調節領域は患者体内で原型調節領域から独立に作られたことが示唆された。4. PMLの診断サービスを通して得た、さまざまなPML型調節領域をもつキメラJCVを作成し、COS-7細胞での増殖能を検討した。COS-7細胞はSV40のT抗原を発現しているアフリカミドリザルの腎細胞であり、原型JCVはこの細胞でよく増殖する。キメラウイルスは原型JCVと同じくらいよく増殖するもの、やや遅れて増殖するもの、ほとんど増殖しないものに分かれた。以上により、PML患者中枢神経系から検出されるJCV調節領域は、構造的にも、機能的にも極めて多様であることが判明した。

また、これらのさまざまなJCV調節領域は患者体内で原型調節領域から作られたことが強く示唆された。1.我々は、調節領域をターゲットとしたnestedPCR法を用いて、脳脊髄液(CSF)からJCV DNAを検出するサービスを行い、35症例中8症例からユニークな再編成型調節領域を検出した。JCV陽性の患者の基礎疾患は、エイズが最も多く、次いで、治療のため免疫抑制剤が投与される、骨髄移植患者やSLEが多かった。2.数例については追跡調査が行われた。ある症例では5ヶ月間、JCV DNAが検出され続けたが、その後検出されなくなった。発症後1年以上経過するが、病態は安定している。別の症例においては、神経症状が出現してから約1ヶ月からJCV DNAは検出され始め、2ヶ月と3ヶ月には高率に検出された。しかし、4ヶ月からは検出率が著しく低下した。この患者を現在追跡調査している。以上のごとく、CSF中のJCV DNAの消失と患者の長期生存との関連が示唆された。3.我々が検出したPML型調節領域の構造は極めて多様であった。domain Aの重複とdomain Bの欠失を持つ調節領域は検出された調節領域の1/41/3にすぎず、それ以外の構造を有する調節領域が数多く検出された。欠失や重複が何回も起きた調節領域、欠失だけを持つ調節領域などが検出された。欠失はdomain B以外のいろいろな領域で起きていた。4.我々は、患者におけるJCV DNAの動態に関するデータを収集することを始めた。生前にPMLと診断された2名の患者(K1、K2)の剖検組織を調べる機会を得た。患者K1では、中枢神経系に存在した、様々な調節領域を持つJCVのうち、リンパ球向性のJCVが末梢リンパ球に感染したことが示唆された。長期生存した患者K2では、JCV感染の拡大が2元的に起きたことが示唆された。
重元素同位体を用いたトリアス紀中期からジュラ紀前期における古海洋環境の復元

トリアス紀中期アニシアンは数回に渡り海洋が全球的に無酸素化しているが、海洋無酸素化の原因や海洋無酸素化前後の生物活動については遠洋域の情報が欠落しているため不明瞭な点が多い。そこで微化石記録により遠洋深海チャートの年代が詳細に制約されている愛知県犬山地域にて詳細な地質柱状図の作成及び1層準毎の完全連続での岩石採取を行い、アニシアンにおける古海洋環境復元を目指した。地質柱状図を作成した結果、有機物に富んだ黒色チャートが6区間ある事が明らかとなり古い方からAnisian-BC1からBC6とした。Anisian-BC1からBC6における生物活動を見積もるため海洋研究開発機構の元素分析/同位体比質量分析計を用いチャート試料42サンプルからδ13Corg測定を行った。その結果、Anisian-BC2、3、4にてδ13Corg値は負異常を示し、また同地域の頁岩層から得た酸化還元鋭敏元素のMo、U濃度より海洋は強還元環境下であったことが示され、海洋無酸素化と生物死滅の同時性が初めて明らかとなった。一方でAnisian-BC1、5、6においてはδ13Corg値の負異常は検出されず、かつMo、U濃度から海洋は強還元環境とまで言えなかった。これは同じアニシアンの黒色チャートと言えど、それぞれの酸化還元状態の程度は異なる事を示している。またAnisian-BC3、4での生物死滅と強還元環境を引き起こした原因を特定するため、東京工業大学の表面電離型質量分析計を用いてAnisian-BC3、4におけるチャート試料4サンプルのOs同位体比分析を行った。その結果Anisian-BC3、4ではOs同位体比が0.3-0.5といった値を示し、原因特定に関する直接的な証拠は得られなかった。今後Os同位体比の追加実験を行い、海洋の無酸素化を引き起こした原因の特定を行う予定である。28年度が最終年度であるため、記入しない。研究題目であるトリアス紀中期からジュラ紀前期の古海洋環境に関して、本年度はジュラ紀前期の古海洋復元に着手した。ジュラ紀前期トアルシアンは、海洋が全球的に無酸素状況下に陥るという海洋無酸素事変(T-OAE)が起きた事が知られており、その原因については当時の超大陸パンゲア分裂に伴う巨大火成活動によるものと解釈されている。しかし従来の研究では、分析点の時間解像度が数十万年スケールであり、火山活動のような数万年スケールのイベントを捕えられず、さらにその巨大火成活動が全球規模で海洋に影響を与えたのか不明であった。そこで私は、微化石記録で堆積年代が数万年スケールで詳細に決められており、かつ全球的な情報を保持している、愛知県犬山地域に産出する1層準約1-2万年の遠洋堆積物チャートに着目した。また火成活動のシグナルを検出するのには海洋での滞留時間が約4万年と短いOs同位体が有効である。私は表面電離型質量分析計を用いて1層準毎に採取してきた岩石試料のOs同位体比分析を行った結果、Os同位体比はT-OAE1、2直前に数万年といった短い期間で急激に減少した。これは当時の超大陸パンゲア分裂に伴う巨大火成活動の年代と整合的であり、全球規模における巨大火成活動がT-OAEの直前におきていた事を世界で初めて示した。一方T-OAE1、2の期間中はOs同位体比が上昇し、特にT-OAE2の期間中は全球的に大陸地殻風化が顕著だった事が明らかとなった。またOs同位体を同層準から得たC同位体と比較すると、Os同位体比が変動した後、チャート層3-5枚後にC同位体比が同調して変動し、OsとCの海水滞留時間の差を表していると考えられる。以上のように私は無酸素事変、Os同位体比(火成活動)及びC同位体(生物活動)の3つの前後関係を、数万年といったこれまでに例がない時間スケールで明らかにした。私はトリアス紀中期からジュラ紀前期の古海洋環境を解明するため、地球化学的手法を用いた研究を行っている。今年度、私が特に着目したのはトアルシアンにおける海洋無酸素事変であり、その原因を明らかにするため、従来よりも緻密に採取した愛知県犬山地域に産出する遠洋堆積物チャートについて、Os同位体比を測定した。Os同位体比の測定は複雑な化学処理を必要とする難易度の高い分析であり、大量の試料を分析することは時間的にも精神的にも大きな負担となる。私は1年間にわたり着実に分析をすすめ、高い時間分解能を持つ堆積岩のOs同位体比変動を得ることに成功した。その結果、Os同位体比の変動が大規模火山活動や、その後の温暖化に伴う大陸風化と極めて整合的であることを初めて実証した。これは大量の分析を1年という短期間で完遂させた結果であり、予想以上の成果であった。

地質柱状図を作成した結果、有機物に富んだ黒色チャートが6区間ある事が明らかとなり古い方からAnisian-BC1からBC6とした。Anisian-BC1からBC6における生物活動を見積もるため海洋研究開発機構の元素分析/同位体比質量分析計を用いチャート試料42サンプルからδ13Corg測定を行った。その結果、Anisian-BC2、3、4にてδ13Corg値は負異常を示し、また同地域の頁岩層から得た酸化還元鋭敏元素のMo、U濃度より海洋は強還元環境下であったことが示され、海洋無酸素化と生物死滅の同時性が初めて明らかとなった。一方でAnisian-BC1、5、6においてはδ13Corg値の負異常は検出されず、かつMo、U濃度から海洋は強還元環境とまで言えなかった。これは同じアニシアンの黒色チャートと言えど、それぞれの酸化還元状態の程度は異なる事を示している。またAnisian-BC3、4での生物死滅と強還元環境を引き起こした原因を特定するため、東京工業大学の表面電離型質量分析計を用いてAnisian-BC3、4におけるチャート試料4サンプルのOs同位体比分析を行った。その結果Anisian-BC3、4ではOs同位体比が0.3-0.5といった値を示し、原因特定に関する直接的な証拠は得られなかった。今後Os同位体比の追加実験を行い、海洋の無酸素化を引き起こした原因の特定を行う予定である。化石記録から生物種の9割以上が死滅したとされる顕生代最大規模の生物大量絶滅は古生代-中生代境界(ペルム紀-三畳紀境界)時に起きた事が知られているが、生物絶滅とほぼ同時期に全球的な海洋無酸素事変(OAE)の出現も報告されており。このOAEは断続的ではあるが前期ペルム紀チャンシンジアンから三畳紀中期アニシアンまでのおよそ1000万年続き、他の時代のOAEの期間(&#12316;100万年)と比較し10倍長く、その原因を解明する事は急務である。ペルム紀-三畳紀境界のOAEの原因については当時の超大陸パンゲア分裂に伴う巨大火成活動によるものと解釈されているが、地球化学的手法を用いて火成活動の活動時期、規模等を推定した研究例は今までに存在しない。今後私はペルム紀-三畳紀境界に生じたOAEの最後の部分である三畳紀中期アニシアンでのOAEについて、その原因をジュラ紀前期トアルシアンで生じたOAEの原因をOs同位体を用いて制約した手法と同様にして、三畳紀中期アニシアンに適応する予定である。28年度が最終年度であるため、記入しない。
数論的力学系の視点による離散および超離散可積分系に関する研究

離散力学系について、その一般項の因数分解を詳細に分析することで特異点構造を把握し、数値計算によって立てた予想を証明するという流れで研究を進めた。非線形の多次元力学系の発展は非常に多くの項を含むため、不定元を残しての数値計算は、数値計算の必要時間を鑑みると現実的に不可能である。このため、一部の独立変数を適切な有理数に置き換えることで計算を早めることを試みた。そのためDiophantine integrabilityの考え方により、有理数の複雑さの指標である高さ(height)が、従来の代数的エントロピーの整数論的類似物であることを用いて、複数の離散方程式(Hietarinta-Viallet方程式の一般化・多次元化を含む)に関して、代数的エントロピーの近似値に関する数値計算を行った。このような数値実験結果を基にして、方程式の特異点の構造および互いに素条件の成立・不成立を予測することができた。結果として、2次元離散戸田方程式の多次元格子上への拡張系に関する互いに素条件の定式化と証明についてJournal of Physics A: Mathematical and Theoreticalから論文を発表することができた。また、同じく2次元離散戸田方程式の拡張系に関して、非線形形式を定義することができ、これについても互いに素条件を証明することができた。さらに、方程式そのものが既約でない場合においても、既約性を無視して互いに素条件を適切に設定することで証明できるという結果に関してSymmetry, Integrability and Geometry: Methods and Applications誌から論文を発表することができた。ディオファントス的エントロピーを様々な離散力学系において数値計算することができ、その結果として離散力学系の可積分性判定基準のひとつである互いに素条件の成立・不成立を多くの多次元方程式に関して予想できたことは計画以上の進展と考えられる。これらの予想は実際の方程式ごとに証明を行うことができており、特に、離散戸田方程式の多次元格子への拡張に関して互いに素条件を証明した結果は専門誌Journal of Physics A: Mathematical and Theoreticalから発行された。一方、上記結果の証明の記述に時間がかかったため、rigid幾何学との関連性の理解に若干の遅れがあり、セルオートマトン系との精密な対応の研究は十分に進展しない面もあった。これらの結果を総合して、おおむね順調な進展であると結論づけられる。離散可積分系の幾何学的な側面、および超離散力学系との対応を研究する。有限体上で定義された離散力学系を、特異点でblowing-upを行うことで初期値空間の構成を試みる。高々有限個の点同士の写像を構成すればよいので、従来の手法で初期値空間が作れなかった写像(偏差分方程式系)やblowing-upの回数が非常に多いため困難であった写像(Hietarinta-Viallet方程式の拡張や線形可能系のクラス)への応用が期待できる。可積分系の根本的性質により、解の挙動は本質的には変化しないと予想されるが、特殊ケースが生じる場合は有限体上の可積分系特有の事情と考えられるため、特に深く調査する。副産物として、有限体上の力学系についての理解を深め、セルオートマトン系や超離散系と呼ばれる写像の一般解についての新たな見地を得ることができる。互いに素条件を持つ写像は、対応するセルオートマトンの性質が離散系と類似していると期待され、「可積分」なセルオートマトンの分類および発見についての新たな見地を与える。離散力学系の可積分性判定基準について因数分解の様相の観点で精密化を試みた。方程式の一般項を、複素数体上の初期変数の有理函数であると考え出現する因子を調査した。近年、時弘氏(東京大)・間田氏(日本大)と共同で主張した「ある一定距離以上離れた2項間に共通因子が存在しないという性質は、可積分性とほぼ等価である」という結果をCo-prime条件と呼び、次のような拡張を行った。2次元離散戸田方程式を高次元格子上の方程式へ拡張すること、およびそれを再び低次元格子上への簡約することによって得られる式においてco-prime条件を厳密に定式化・証明を行った。Hietarinta-Viallet方程式の2次元また、Heideman-Hogan系として知られる漸化式の2次元格子上への拡張を提案し、提案した式がco-prime条件を満たすことを証明した。Heideman-Hogan系は、Somos数列と同様に初期値を1とおくときにすべての項が整数となるintegralityを満たす漸化式であり、線形化可能系でもある。2次元格子上の線形化可能系については、2-frieze patternのモデル方程式がDana Scott系の拡張として知られているが、Heideman-Hogan系の高次元化は知られていなかった。また、類似の線形化可能系をある種の行列式によって無数に構成できることを見出した。最後に、2次元離散戸田方程式の拡張系はクラスター代数の拡張であるLP代数と関係していることを予想した。このような予想の証明は、大久保氏(青山学院大)らと共同で研究を行い次年度の課題とする。2次元離散戸田方程式を高次元格子上の方程式へ拡張できたこと、および、得られた式においてco-prime条件を厳密に定式化・証明できたことは新しい結果であり、期待通りの研究の進展があったと言える。得られた結果の一部は査読付き国際雑誌に掲載され、進展は順調である。

非線形の多次元力学系の発展は非常に多くの項を含むため、不定元を残しての数値計算は、数値計算の必要時間を鑑みると現実的に不可能である。このため、一部の独立変数を適切な有理数に置き換えることで計算を早めることを試みた。そのためDiophantine integrabilityの考え方により、有理数の複雑さの指標である高さ(height)が、従来の代数的エントロピーの整数論的類似物であることを用いて、複数の離散方程式(Hietarinta-Viallet方程式の一般化・多次元化を含む)に関して、代数的エントロピーの近似値に関する数値計算を行った。このような数値実験結果を基にして、方程式の特異点の構造および互いに素条件の成立・不成立を予測することができた。結果として、2次元離散戸田方程式の多次元格子上への拡張系に関する互いに素条件の定式化と証明についてJournal of Physics A: Mathematical and Theoreticalから論文を発表することができた。また、同じく2次元離散戸田方程式の拡張系に関して、非線形形式を定義することができ、これについても互いに素条件を証明することができた。さらに、方程式そのものが既約でない場合においても、既約性を無視して互いに素条件を適切に設定することで証明できるという結果に関してSymmetry, Integrability and Geometry: Methods and Applications誌から論文を発表することができた。ディオファントス的エントロピーを様々な離散力学系において数値計算することができ、その結果として離散力学系の可積分性判定基準のひとつである互いに素条件の成立・不成立を多くの多次元方程式に関して予想できたことは計画以上の進展と考えられる。これらの予想は実際の方程式ごとに証明を行うことができており、特に、離散戸田方程式の多次元格子への拡張に関して互いに素条件を証明した結果は専門誌Journal of Physics A: Mathematical and Theoreticalから発行された。一方、上記結果の証明の記述に時間がかかったため、rigid幾何学との関連性の理解に若干の遅れがあり、セルオートマトン系との精密な対応の研究は十分に進展しない面もあった。これらの結果を総合して、おおむね順調な進展であると結論づけられる。今後は、初年度の研究成果をもとに、非アルキメデス的体上の方程式の可積分性についての研究を行う。非アルキメデス的体(離散付値を持ち有限体を剰余体としてもつ局所体)における力学系についての研究は実数体上の系とは違い、ultra-metricを持つことにより、直感的な理解が難しく、厳密な扱いにはrigid幾何学の知識を必要とする。可積分系分野においては、有限状態を遷移するセルオートマトンと整数論的力学系は相性が良いと考えられるが、十分に研究されてこなかった。本年度の研究では、力学系の一般項の因数分解を詳細に分析することで特異点構造を把握する。数値計算によって行った予想を証明するという流れで研究を進める。
慢性的なマグネシウム欠乏による突然死は脚気衝心に関連するのか？低栄養からの検証

本邦において人口構成や社会情勢の変化に起因した高齢者や所得貧困層における低栄養が問題化している。我々は慢性的なマグネシウム(Mg)欠乏が心機能低下を引き起こすことを明らかにしてきたが、その中でMg欠乏によって引き起こされる病態が脚気に類似していることに気が付いた。脚気はビタミンB1欠乏症で、脚気衝心と呼ばれる心不全を起こし、死に至ることもあり、近年では所得貧困層の重症脚気による死亡例も報告されている。本研究では低栄養によってもたらされる心臓突然死に着目し、慢性的なMg欠乏による突然死は脚気衝心に関連するかを検討する。本研究は国民の栄養状況の改善や低栄養による心不全発症予防の啓蒙活動に役立つ。
鉄筋のカットオフ・付着・定着とひずみ速度を考慮したRC部材のせん断抵抗能力評価

鉄筋コンクリートの柱や多段配筋梁の部材実験、多段配置の鉄筋の引抜実験を行い、付着や軸力が部材の破壊性状に及ぼす影響を検討した。特に多段配筋や鉄筋のカットオフによる影響を考察した。実験結果を基に、せん断破壊や付着割裂破壊する部材を対象としたせん断耐力評価式を、多段配筋や鉄筋のカットオフに対応できるように修正した。さらに、軸力やひずみ速度の考え方、カットオフ筋の付着確保の方法、曲げ降伏後の変形性能の評価方法を示し、要求される部材の曲げ性能を確保するための包括的な方法を示した。付着強度を考慮したRC梁のせん断強度式を提案した。この提案式は、アーチ機構とトラス機構を重ね合わせたモデルを用い、塑性論の下界定理より導いたものである。補強筋、コンクリートストラット、付着の3つの要素について、降伏する要素の組み合わせで複数の降伏モードが存在する。付着に関する降伏強度が、コンクリート強度とせん断補強筋比の関数となっている点が特徴である。既発表論文の実験資料を用いて提案式の精度を検証した結果、強度値と降伏モードのいずれも現行の評価式よりも良い精度で評価可能であることを示した。曲げを受ける多段配筋のRC梁では、外側の鉄筋の引張力ほど大きく、同時にせん断力も作用する場合は、鉄筋とコンクリート間の付着確保が重要である。付着強度は主筋群の引抜試験より導かれているが、2段配筋については、実際の応力とは異なり、1段目の引張力が2段目と等しいか小さい実験しかなされていない。今年度は、2段配置の主筋群の要素試験体を作製し、2段目よりも1段目の引張力が大きくなるように鉄筋を引抜実験方法を開発し、2段目で付着破壊させることに成功した。この実験結果より、2段目でのサイドスプリット型付着割裂破壊では、1段目と2段目の付着力が割裂破壊面に作用するため、付着割裂面のせん断応力度を用いて強度を評価するほうが合理的であることを実証した。RC梁の曲げ降伏後の変形性能を十分に確保するために、付着強度が生じる付着応力度を上回ることを確認する。要求値である付着応力度は、梁主筋の定着、多段配筋における主筋位置と中立軸位置の関係、繰返し荷重、主筋のカットオフ、などの影響を受ける。今年度は、柱に梁主筋が折り曲げ定着された柱梁接合部材の繰返し加力実験を行い、これらの影響について検討した。その結果、概ね現行の算出方法は適切であるが、計算断面の多端側の鉄筋応力の評価方法については修正の余地があることが分かった。鉄筋コンクリートの付着性状を把握するために、せん断補強されたコンクリート内に直線定着された引張鉄筋群の引抜実験を行った。昨年度の実験で、引張鉄筋群の付着割裂強度は、部材の付着割裂面のせん断強度で評価する方法が有効であることが明らかとなったが、引張鉄筋群の中で付着長さの短い鉄筋は単体で付着破壊する恐れがある。今年度は、せん断補強筋や周囲の主筋が鉄筋単体の付着破壊に及ぼす影響を把握するために引抜実験を行った。その結果、鉄筋単体で付着破壊する時の強度は周囲の鉄筋の付着応力の影響を受けて低下すること、鉄筋単体で付着破壊する前に想定付着割裂面のせん断応力度が最大となること、その挙動がコンクリートのひび割れの伸展と関連していること、などが明らかとなった。鉄筋のひずみ速度が付着性状に及ぼす影響を把握するために、動的加力と静的加力による引抜実験を行った。試験体は、いずれもコンクリートに直線定着された引張鉄筋群を配置した。動的加力では、地震動を受けて振動する状態を想定して載荷速度を決定した。動的加力と静的加力を比較した結果、付着強度とその時の変形が動的加力のほうが大きくなること、付着の剛性はあまり変わらないこと、ひび割れは静的加力のほうが小さな変形で伸展すると考えられること、などが明らかとなった。2段配筋で2段目がカットオフされている鉄筋コンクリート梁を対象にFEM解析を行った。既往の実験結果と比較し、曲げ降伏する梁については付着応力の挙動を比較的精度良く再現できるモデル化に成功した。その結果、カットオフ筋の先端付近で大きな付着応力度を負担する結果が得られた。昨年度に提案したせん断強度評価式を軸力が作用する柱に拡張するため、既往の柱試験体の実験資料を用いて検討を行った。軸力の効果は、軸応力度に比例して増大させる従来の方法である程度の精度で評価可能である。当初の計画通り、鉄筋コンクリート梁のせん断破壊と付着割裂破壊の複合的な破壊を評価し得るせん断強度式を昨年度に提案し、今年度はそのせん断強度式を軸力の作用する柱部材への拡張を検討した。既往の実験結果を基に検証した結果、軸応力度に比例してせん断強度を増大させる従来の方法で比較的良い精度で評価可能なことがわかった。実験結果に対するばらつきは、せん断破壊時の付着割裂の有無が影響していると考えられるため、最終年度に予定している鉄筋コンクリート柱の加力実験結果を基にさらに検討する。初年度に引き続き、コンクリートに直線定着された引張鉄筋群の引抜実験を行い、付着性状を把握した。また、当初は最終年度に予定していた動的な加力実験を前倒しで行った。これは、主筋とコンクリートの間の付着性状を把握した上で、梁部材の逆対称曲げ加力実験を行うほうが効果的と判断したためである。

引張鉄筋群の引抜実験結果より、引張鉄筋群にカットオフ筋が混在することで想定付着割裂面のせん断強度が低下すること、付着性状に与えるひずみ速度の影響は付着強度が上昇することと強度時の変形が大きくなること(つまり剛性は変わらない)、が明らかになった。これらの知見は、想定付着割裂面は梁部材のせん断力と釣り合っているため、部材のせん断強度が低下する可能性があること、ひずみ速度の影響は部材の挙動に対して安全側に作用し得ること、が想定され、次年度の梁試験体と柱試験体の実験計画に有用な情報である。梁試験体と柱試験体の実験計画を進めるに当たり、既往の実験データを文献から収集し、データベースを作成している。対象とした試験体は、梁と柱で、せん断破壊・付着割裂破壊・曲げ降伏後の付着割裂破壊とした。寸法効果などを考慮してより精度の高いせん断強度評価式を提案するために、これらの実験データを用いる。1.3段配筋された鉄筋コンクリート造基礎梁の1/3縮小試験体を製作し、逆対称曲げ加力実験を行った。基礎梁では応力が大きくなるため、3段配筋となる場合があるが、その付着性状は十分には明らかにされていない。実験の結果、3段目のカットオフ筋は、付着強度計算値以上の強度を発揮することが確認された。また、3段目の付着の設計は、全て通し配筋であれば梁のせん断耐力の確認によって付着は確保でき、3段目の鉄筋をカットオフする場合は、1,2段目を通し配筋することを条件に、2段配筋と同様な設計方法で付着が確保できることが分かった。2.鉄筋コンクリート造柱の1/3縮小試験体を4体製作し、逆対称曲げ加力実験を行った。パラメータはせん断補強筋比と軸力比で、付着破壊するように設計した。実験の結果、せん断補強筋比の高い場合は軸力によるせん断耐力上昇が見られなかった。これらの試験体は付着劣化を起こしたが、鉄筋は塑性化しないまま高い変形性能を示した。せん断補強筋比の低い場合は軸力による耐力上昇が見られたが、このような柱は脆性破壊の可能性があるので、設計ではせん断耐力評価における軸力の効果は見込まないか、鉄筋を降伏させないなどの条件付きで軸力の効果を含めるなどが必要と考えられる。3.鉄筋の付着とカットオフを考慮した多段配筋梁のせん断強度評価式を、アーチ・トラスモデルを基に導出した。付着強度の評価方法を、これまでの実験結果に基づき、せん断補強筋の効果を見直し、カットオフ筋が混在する時の低減などを考慮した。付着強度はひずみ速度が高いと上昇するが、地震時の繰返し変形を考慮すると、発揮し得る付着強度はそれほど上昇しないと考えられる。また、曲げ降伏後にせん断破壊や付着破壊する柱の変形性能について、過去の実験資料に基づいて検討した。その結果、軸力比0.1以上であれば、付着余裕度と塑性率の相関が強いことを明らかにした。鉄筋コンクリートの柱や多段配筋梁の部材実験、多段配置の鉄筋の引抜実験を行い、付着や軸力が部材の破壊性状に及ぼす影響を検討した。特に多段配筋や鉄筋のカットオフによる影響を考察した。実験結果を基に、せん断破壊や付着割裂破壊する部材を対象としたせん断耐力評価式を、多段配筋や鉄筋のカットオフに対応できるように修正した。さらに、軸力やひずみ速度の考え方、カットオフ筋の付着確保の方法、曲げ降伏後の変形性能の評価方法を示し、要求される部材の曲げ性能を確保するための包括的な方法を示した。当初の計画通り、RC部材のせん断補強筋の降伏と付着の降伏を取り入れて複合的な破壊を評価し得るせん断抵抗機構をモデル化し、せん断強度評価式を提案した。
ハード及びソフト系コロイド組織体による量子光学効果発現

コロイド粒子のブラウン運動及び表面特性により形成されるハード系、そしてコロイド粒子表面の電気二重層により形成されるソフト系のコロイド結晶において、ブラッグ反射による光閉じ込め効果を用いた高効率光子再吸収型電子励起エネルギー移動を実現した。また、混合粒子系最密充填型コロイド結晶において、偏析(セグレゲーション)効果を用いた高次規則構造形成を行った。これらは、レーザー発振などコロイド結晶を用いた量子光学効果実現への基礎を築くものである。コロイド分散系により形成される組織体として、粒子のブラウン運動及び表面特性によるハード系と、電気二重層によるソフト系とが有るが、これらに加え粒子完全充填型のコロイド組織体によるレーザー発振等の量子光学効果発現の指針を得る基礎研究を実施した。対象とする光の波長は400-800nmの可視光領域なので、ハード及びソフト系コロイド組織体においては粒径約100nm前後の単分散コロイド粒子、具体的にはシリカ、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン粒子分散液におけるコロイド結晶発現を、分散液濃度、粒径をパラメータとして、それらの結晶弾性率を決定した。また、rhodamine6G等の水溶性色素をコロイド分散液にドープし、その蛍光の閉じ込め率を調査することで、結晶の光閉じ込め効率を検証した。ここでは更に、共存する第2の色素へのエネルギー移動の増加率を決定し、規則構造を有するコロイド組織体が効果的に光エネルギーを閉じ込めていることを確かめた。粒子完全充填型の規則構造を有するコロイド組織体については、粒径がさらに大きなコロイド粒子の自己組織化を用いて発現させる試みを行い、液滴の乾燥により形成される乾燥散逸構造を調査した。十分な脱塩を行うことで、コロイド分散液において既にコロイド結晶を発現した液滴をカバーガラス上で乾燥させ、乾燥に伴い結晶を発現したまま粒子間隔が小さくなることを時間分割反射スペクトル測定により動的に測定した。更に、発現した乾燥散逸構造を走査プローブ顕微鏡により観察し、その動径分布関数またはフーリエ画像より粒子の配列状況を調査した。これらにより、乾燥散逸構造の動径方向への粒子配列度が定量的に決定された。乾燥散逸パターンの中心付近では粒子の配列度は乱れているが、外周部では細密充填に近い規則構造を発現していることが分かり、これらの試料を次年度よりの実験に有効に活用出来ると確認された。コロイド分散系により形成される組織体として、粒子のブラウン運動及び表面特性によるハード系と、電気二重層によるソフト系とが有るが、これらに加え粒子完全充填型のコロイド組織体によるレーザー発振等の量子光学効果発現の指針を得る基礎研究を前年度に引き続き継続実施した。ソフト系のコロイド組織体としては、粒径110nmのコロイダルシリカ水分散液を十分に脱塩し、コロイド結晶を発現させた。ここに水溶性色素であるフルオレセインを添加し、その蛍光をコロイド結晶による光閉じ込め効果によりブラッグ波長で71%閉じ込めることに成功した。分散液中に第二の色素、ローダミン6Gを共存させ、フルオレセインを電子励起エネルギードナー、ローダミン6Gをエネルギーアクセプターとした電子励起エネルギー移動系を構築したところ、光閉じ込め効果で閉じ込められたフルオレセインの蛍光が効率よくローダミン6Gに移動し、結晶融解時に比べ2.26倍もの移動効率の増加が達成された。粒子完全充填型の規則構造を有するコロイド組織体については、コロイダルシリカ及びポリメタクリル酸メチル微粒子のそれぞれ大小混合系において、コロイド結晶を発現した液滴をカバーガラス上で乾燥させ、液滴の乾燥により形成される乾燥散逸構造を調査した。これらの系では、大粒子が発現パターン中心部、小粒子が外周部に偏析(セグレゲーション)効果により分離し、特に外周部では最密充填に近い規則構造を発現していることが示された。本研究で構築されたコロイド微粒子の超規則構造に色素を共存させることで、量子効果を発現させる研究を次年度さらに展開する。コロイド微粒子を規則状に配列したコロイド結晶は、その構成微粒子間隔がサブミクロンオーダーで、ちょうど可視光の波長領域と一致する。このため、光の干渉・回折を利用した光学的応用が可能であり、近年フォトニッククリスタルとしての利用も注目されている。本研究ではコロイド結晶として、微粒子のブラウン運動及び表面特性により発現するハード系と電気二重層により発現するソフト系、そして粒子完全充填型を対象として、脱塩による分散液中での規則構造形成及びコロイド分散液の乾燥によるガラス基板上の規則構造形成のメカニズムを詳細に調査すると共に、それらの光学的特性を検討した。コロイド分散液の乾燥による微粒子完全充填型のコロイド結晶発現については、様々なコロイド系を用いてそれらが発現する規則構造を時間分割反射スペクトル測定、CCD顕微鏡観察、共焦点顕微鏡観察、そして走査プローブ顕微鏡による微粒子配列の直接観察により評価した。この結果、発現する乾燥散逸構造は分散液の対流の影響を大きく受け、液滴外周部ほど規則性のある構造を発現していることを見出した。また異種微粒子混合系においては、微粒子の偏析(セグレゲーション)によりそれぞれの微粒子がドメイン構造を持つパターン形成を実現することができた。

更に、ソフト系のコロイド結晶において、結晶面によるブラッグ反射を用いた光閉じ込め効果で電子励起エネルギー移動効率が飛躍的に増加することを見出した。これらにより、光閉じ込め効果による励起状態からの誘導放出を効率的に行う構造形成メカニズムが解明され、レーザー発振を実現するための微粒子構造発現についての指針が示された。
顎関節頭・円板の運動様式からみた臼歯部咬合様式と咬合高径の機能的意義

関節頭と関節円板の両者の運動の間に協調性が確保されることが、円滑な下顎運動にとって重要である。そして、ヒトを含めてグラインド運動が咀嚼運動の主体である動物においては、作業側と非作業側で関節頭の運動は異なることから円板との協調様式も異なると推察される。本研究においては、ウレタン麻酔下のウサギ大脳皮質咀嚼野(CMA)電気刺激で誘発される咀嚼様のリズミカルな下顎運動(CRJMs)時の左側関節頭の運動を、直接ビデオ画像記録して運動解析した。CMAの刺激部位を左右で切り替え、咀嚼様下顎運動時の関節頭の運動と、咬筋、外側翼突筋の筋活動との関係を作業側と非作業側とで比較検討した。また、人為的な咬合挙上の影響をも併せて観察することにより、関節頭の運動に対する咀嚼筋の役割と、咬合という機械的要因にっいても解析した。また,筋電図の発生から機械的な張力が生じるまでには遅延時間がある.それはウサギの咀嚼運動のように速い運動では無視できない時間であるため,遅延時間を定量的に考慮した上で筋電図と顎運動の関係を解析した.切歯点の前頭面内運動路は咬合相で正中を越えるグラインドタイプの運動を行った.この時,下顎頭の矢状面内運動経路は,開口相では作業側及び平衡側でほぼ同じ経路であったが,閉口相および咬合相での経路は,作業側の場合には開口路の上方を通るのに対し,平衡側では下方を通った.外側翼突筋は,作業側では咬合相中期と開口相における二峰性の活動を示した.これに遅延時間を考慮した結果,これらの筋活動は咬合相末期における正中を越える下顎の側方運動と,開口相における正中付近からの開口を引き起こしていると考えられた.一方,平衡側では咬合相末期から開口相にかけて連続した活動を示した.これは,開口相初期に見られる下顎の正中への引き戻しと,それに引き続く開口を引き起こすと考えられた.遅延時間を考慮して検討をすることで,咬筋及び外側翼突筋の顎運動における役割が明らかとなった.片側の咬合挙上を行った実験では、異常運動を起こす時とそうでない時では,咬筋のEMG活動量に違いが見られた.このような異常運動は関節窩と下顎頭の間に大きな空間を作ることとなり,関節円板が転位し易くなると考えられるため,顎関節症発症のメカニズムを解明する上で重要であると考えられた.関節頭と関節円板の両者の運動の間に協調性が確保されることが、円滑な下顎運動にとって重要である。また,筋電図の発生から機械的な張力が生じるまでには遅延時間がある.それはウサギの咀嚼運動のように速い運動では無視できない時間であるため,遅延時間を定量的に考慮した上で筋電図と顎運動の関係を解析した.切歯点の前頭面内運動路は咬合相で正中を越えるグラインドタイプの運動を行った.この時,下顎頭の矢状面内運動経路は,開口相では作業側及び平衡側でほぼ同じ経路であったが,閉口相および咬合相での経路は,作業側の場合には開口路の上方を通るのに対し,平衡側では下方を通った.外側翼突筋は,作業側では咬合相中期と開口相における二峰性の活動を示した.これに遅延時間を考慮した結果,これらの筋活動は咬合相末期における正中を越える下顎の側方運動と,開口相における正中付近からの開口を引き起こしていると考えられた.一方,平衡側では咬合相末期から開口相にかけて連続した活動を示した.これは,開口相初期に見られる下顎の正中への引き戻しと,それに引き続く開口を引き起こすと考えられた.遅延時間を考慮して検討をすることで,咬筋及び外側翼突筋の顎運動における役割が明らかとなった.片側の咬合挙上を行った実験では、異常運動を起こす時とそうでない時では,咬筋のEMG活動量に違いが見られた.このような異常運動は関節窩と下顎頭の間に大きな空間を作ることとなり,関節円板が転位し易くなると考えられるため,顎関節症発症のメカニズムを解明する上で重要であると考えられた.(1)大脳皮質咀嚼野の連続刺激による咀嚼様下顎運動の誘導ウレタン麻酔下にてウサギの大脳皮質咀嚼野の連続電気刺激にて咀嚼様下顎運動を誘発させ、関節円板の動きを高速ビデオカメラにて捉え、同時に外側翼突筋、咬筋、頬骨下顎筋の筋電図を採得する。