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コールドスプレー法による生体適合性に優れたインプラント材料表面改質技術の開発

本研究の目的は,コーティング技術により優れた生体親和性と高強度を有する新しいインプラント材料を開発することである.この研究では,インプラント材料のためチタン合金の表面改質法として,コールドスプレー技術を選択し,活用した;すなわち,コールドスプレー法によりチタン合金Ti-6Al-4V上に多孔質純チタンコーティングを成膜した.コールドスプレー生体コーティング材の機械的特性に及ぼす成膜条件と成膜後熱処理の影響を調査した.実験結果から,開発した生体チタンコーティング材は,低弾性率,高密着強度,かつ,十分な引張強度と疲労特性を有していた.超高齢化社会の到来により生体機能の低下・欠損を人工的に回復する生体機能再建術の高度化がこれまで以上に必要となっている.本研究は,生体適合性に優れ,高い強度特性を有するインプラント材料を得るため,コールドスプレー法を援用したインプラント材料の表面改質技術を開発することを目的とする.多孔質化により低弾性化を図った表面コーティングで生体適合性を実現し,基材により負荷を支持する機能分離を図ったコーティング複合材を開発する.一般に,皮膜の多孔質化は低強度化を引き起こすが,コールドスプレー法により成膜することにより,皮膜中に高い塑性ひずみを導入し,成膜後の熱処理中により再結晶を駆動力とした粒子結合強度の向上を図った.昨年度までに,成膜条件および後熱処理を組み合わせて準備したコールドスプレー試験片を対象に,弾性係数,耐力,皮膜の密着強度とプロセスパラメータの関係を調査した.さらに,走査型電子顕微鏡および電子線後方散乱回折法による微細組織観察・分析を実施し,低弾性・高強度皮膜を得るための最適プロセスパラメータを検討した.その結果,皮膜の機械的特性に及ぼすプロセスパラメータの影響を明らかにするとともに,皮膜の密着性や皮膜強度の観点から成膜後熱処理の重要性を明らかにした.さらに,皮膜の弾性率が骨と同等の10GPa程度まで,コーティング複合材としての弾性率が60GPaまでの低弾性率化を実現するとともに,皮膜の密着強度,皮膜強度に優れ,通常のTi合金の6割以上の耐力を有するインプラント複合材の開発に成功した.本年度は,さらに,開発したインプラント複合材の疲労強度特性を評価した.その結果,インプラント材料として十分な疲労強度を有していることが確認された.また,導入した接触型動的加圧付加装置を用いて,皮膜の繰り返し接触破壊抵抗を検証した.その結果,十分な接触は改訂項を有していることが確認された.本研究の目的は,コーティング技術により優れた生体親和性と高強度を有する新しいインプラント材料を開発することである.この研究では,インプラント材料のためチタン合金の表面改質法として,コールドスプレー技術を選択し,活用した;すなわち,コールドスプレー法によりチタン合金Ti-6Al-4V上に多孔質純チタンコーティングを成膜した.コールドスプレー生体コーティング材の機械的特性に及ぼす成膜条件と成膜後熱処理の影響を調査した.実験結果から,開発した生体チタンコーティング材は,低弾性率,高密着強度,かつ,十分な引張強度と疲労特性を有していた.超高齢化社会を迎えた我が国においては,疾病や事故により生じた生体機能の低下・欠損を人工的に回復する生体機能再建術の高度化がこれまで以上に必要となっている.再生医療発展の観点からのみならず国内産業の活性化のためにも,優れた性能と信頼性を有するインプラント材料を我が国独自の技術として開発することが強く期待されている.本研究は,生体適合性に優れ,高い強度特性を有するインプラント材料を得るため,コールドスプレー法を援用したインプラント材料の表面改質技術を開発することを目的とする.具体的には,多孔質化により低弾性化を図った表面コーティングで生体適合性を実現し,基材により負荷を支持する機能分離を図ったコーティング複合材を開発する.一般に,皮膜の多孔質化は低強度化を引き起こすが,コールドスプレー法により成膜することにより,皮膜中に高い塑性ひずみを導入し,成膜後の熱処理中により再結晶を駆動力とした粒子結合強度の向上を図った.本年度は,成膜条件および後熱処理を組み合わせて準備したコールドスプレー試験片を対象に,弾性係数,耐力,皮膜の密着強度とプロセスパラメータの関係を調査した.さらに,走査型電子顕微鏡および電子線後方散乱回折法による微細組織観察・分析を実施し,低弾性・高強度皮膜を得るための最適プロセスパラメータを検討した.その結果,皮膜の機械的特性に及ぼすプロセスパラメータの影響を明らかにするとともに,皮膜の密着性や皮膜強度の観点から成膜後熱処理の重要性を明らかにした.さらに,皮膜の弾性率が骨と同等の10GPa程度まで,コーティング複合材としての弾性率が60GPaまでの低弾性率化を実現するとともに,皮膜の密着強度,皮膜強度に優れ,通常のTi合金の6割以上の耐力を有するインプラント複合材の開発に成功した.本研究の目的は,コーティング技術により優れた生体親和性と高強度を有する新しいインプラント材料を開発することである.この研究では,インプラント材料のためチタン合金の表面改質法として,コールドスプレー技術を選択し,活用した;すなわち,コールドスプレー法によりチタン合金Ti-6Al-4V上に多孔質純チタンコーティングを成膜した.コールドスプレー

生体コーティング材の機械的特性に及ぼす成膜条件と成膜後熱処理の影響を調査した.実験結果から,開発した生体チタンコーティング材は,低弾性率,高密着強度,かつ,十分な引張強度を有することが明らかになった.コーティングの密着性と皮膜強度が成膜後熱処理により著しく向上できたことから,優れた生体コーティングを得るために最も重要な因子は成膜後熱処理であった.密着性と皮膜強度は成膜プロセス中の溶射粒子の高速衝突によって生じたナノ結晶粒の再結晶挙動によって向上したことが明らかとなった.この研究で開発したコールドスプレー生体コーティング材は十分な疲労特性を有していた.材料強度本年度は,疲労試験および皮膜の接触試験を実施し,開発材料の信頼性が十分高いことを検証できた.また,皮膜のEBSDおよびTEM観察により,熱処理に伴う皮膜微視組織の変化挙動が明らかとなった.本年度は,成膜条件および後熱処理を組み合わせて準備したコールドスプレー試験片を対象に,弾性係数,耐力,皮膜の密着強度とプロセスパラメータの関係を調査した.さらに,走査型電子顕微鏡および電子線後方散乱回折法による微細組織観察・分析を実施し,低弾性・高強度皮膜を得るための最適プロセスパラメータを検討した.これらの調査の結果,1)皮膜の機械的特性に及ぼすプロセスパラメータの影響を明らかにした.また,2)皮膜の密着性や皮膜強度の観点から成膜後熱処理の重要性を明らかにした.得られた知見に基づき,最適化した成膜プロセスで準備したコーティング試験片では,3)皮膜の弾性率が骨と同等の10GPa程度まで,コーティング複合材としての弾性率が60GPaまでの低弾性率化を実現できた.また,4)成膜後熱処理を施した試験片では,十分な皮膜の密着強度を有すること,5)十分な皮膜強度を有し,通常のTi合金の6割以上の耐力を有することを確認した.これらの結果から,提案した技術により,優れた生体適合性と高い強度特性を両立したインプラント材料の開発の目処を得た.熱処理に伴う皮膜強度の向上メカニズムを明らかにし,さらなる高強度・高信頼性化を試みる.組織観察による気孔率を評価した結果,成膜後熱処理による気孔率の減少はわずかであり,弾性率にはほとんど影響を及ぼさないことを明らかにした.一方で,成膜後熱処理により皮膜強度と皮膜の密着強度が劇的に向上することを明らかにした.しかし,皮膜中の塑性ひずみ分布を鑑みると,本年度実施した成膜後熱処理の条件には改善の余地があることが明らかとなった.そこで,今後は,成膜後熱処理の最適化を図る予定である.さらに,信頼性向上のため,開発材の疲労強度を評価するとともに,実使用環境下での負荷を想定して,皮膜表面が繰り返し圧縮負荷を受ける条件下における皮膜強度を評価する予定である.繰り返し圧縮負荷条件下の皮膜強度評価を行うため,次年度研究費により,接触型動的加圧負荷装置を導入する.昨年度の繰越額の一部が残ったため.次年度使用予定の国際会議出張旅費の不足分に充当する.繰り返し圧縮負荷条件下の皮膜強度評価を行うための接触型動的加圧負荷装置を購入する.また,国内外の学会において年度得られた成果の公表と関連研究に関する情報収集を行うための旅費を支出する.
膜ろ過を核とした次世代型高度下水処理における医薬品の挙動解明と処理条件の最適化

従来型の下水処理技術では除去が難しい医薬品類による水環境及び水道水源の汚染が顕在化している。本研究では、次世代の下水処理技術として注目されている膜処理を用いた場合の医薬品除去性について検討した。膜分離活性汚泥法やナノろ過、逆浸透処理による医薬品の除去性は従来型下水処理と比較して大幅に高くなる。生物処理部の操作条件はシステム全体における医薬品除去性に大きな影響を及ぼすことが明らかとなった。また、下水処理過程において医薬品は完全に分解されるわけではなく、構造が特定されない中間生成物として放流されるものがあることを示した。近年、環境水や都市下水中から様々な医薬品がng/Lμg/Lレベルで検出されており、これら低濃度の医薬品による人体への悪影響や薬品耐性菌の出現が懸念されている。従来の標準活性汚泥法(AS)は医薬品の除去について必ずしも有効ではなく、下水処理場が主な医薬品汚染源の一つとなっているのが現状である。一方、より高度な下水処理を達成できる技術として膜分離活性汚泥法(MBR)、ナノろ過(NF)/逆浸透(RO)膜が注目を集めている。本研究では、次世代の主流下水処理技術となる可能性のあるMBRとNF/RO膜処理の組み合わせに着目し、これらの処理による医薬品除去性、医薬品の除去機構についての検討を行った。実都市下水を原水とした連続処理実験に基づき比較した結果、医薬品除去率は概してMBRにおいてASよりも高い値を示し、MBRの医薬品除去に関する優位性が示された。また、医薬品の種類やSRTによって医薬品の除去性は大きく異なることが確認された。溶媒抽出により汚泥に吸着していた医薬品の量を実測し、ASおよびMBR処理において吸着(汚泥の引き抜き)が医薬品の除去へ寄与する度合いを評価したところ、各プロセスでの医薬品除去における吸着の寄与は非常に小さく、生物分解が重要な役割を果たしていることが推測された。医薬品の回分分解実験においても、これを支持する結果が得られた。また、各医薬品の生物分解性は化合物間で大きく異なっていることが示された。MBR処理水を原水として数種類のポリアミド製NF/RO膜を用いたろ過実験を行った。MBR処理水中には微生物の代謝産物に由来する高分子量有機物が数mg/Lのオーダーで含まれているが、これらの高分子量有機物の存在は後段にNF/RO膜ろ過を配した際の除去性に大きな影響を及ぼすことが確認された。従来の標準活性汚泥法は医薬品の除去について必ずしも有効ではなく、下水処理場が主な医薬品汚染源の一つとなっているのが現状である。MBRを前処理とする場合でも、NF/RO膜への供給水中には微生物の代謝生産物を主な構成成分とする高分子量有機物が数mg/Lのオーダーで含まれている。本年度は、実下水処理場に設置したMBRプラントによる処理水および処理場の3次処理水を原水として数種類のポリアミド製NF/RO膜を用いたろ過実験を行い、これらの高分子量有機物の存在が後段のNF/RO膜ろ過における医薬品除去性にどのような影響を及ぼすかを検討した。NF/RO膜処理によって医薬品濃度を大幅に低減させることが出来るが,前処理として用いる高度下水処理プロセスの違いによって残存有機物の特性に違いが生じ、後段のNF/RO膜処理における医薬品除去に影響を与えることが明らかとなった。NF/RO膜における除去性を変化させた理由としては、残存有機物の膜面蓄積に伴う膜表面の膜表面特性の改変ではなく,液中残存有機物への医薬品の収着が主なものであったと考えられる。下水再利用をも視野に入れた高度下水処理方法の一つとして、NF/RO膜処理が注目されている。NF/RO膜処理を直接生下水に適用することはできず、何らかの前処理を行った後の処理水をNF/RO膜プロセスに導水することになる。NF/RO膜への供給水(前処理後水)には、高分子量有機物が数mg-TOC/Lで含まれているが、この高分子量有機物は後段のNF/RO膜プロセスにおける医薬品類の除去性に大きな影響を及ぼすと考えられる。本年度は透析膜を用いた検討により、高分子量有機物と医薬品の結合に関する検討を行った。

検討対象とした都市下水中において、GC/MSによる分析が可能となる濃度で含まれていた医薬品8種のうち、比較的疎水性が高い5種(carbamazepineなど)については、水中存在量中の1040%が高分子量有機物と結合しうることが明らかになった一方、親水性の3種(clofibric acidなど)については結合がほとんど認められなかった。高分子量有機物と医薬品との結合性を示す分配係数は、医薬品の種類、高分子量有機物の特性(起源)、pHによって大きく変化した。医薬品の分配係数は、これまでに報告されている農薬類や環境ホルモン類と同程度になる場合もあった。高分子量有機物と結合した医薬品類は、フリーの医薬品類とは全く異なった挙動を処理プロセス中においても、水環境中においても見せるはずである。今後は、高分子量有機物の影響も考慮に入れた上で、医薬品類に関する検討を行うことが必要となる。NF/RO膜の前処理としてはMBRが有望であるが、MBRの運転条件によって、発生する高分子量有機物の特性が変化することを明らかにした。
ミクログリアの細胞機能調節によるアルツハイマー病治療の検討

PGE2はミクログリアの生存率を低下させた。この生存率低下はアポトーシスによるものであった。ミクログリアのアポトーシスはEP2アゴニストbutaprostとEP4アゴニストPGE1alcoholによっても誘導された。しかし、PGE2による生存率低下はEP1-EP4のすべてのアンタゴニストによる影響を受けなかった。他方、PGE2による生存率低下はGSK-3阻害薬SB216763により抑制された。さらにPGE2はGSK-3のリン酸化レベルを低下させた。以上の結果からPGE2はミクログリアにアポトーシスを引き起こし、このアポトーシスにはGSK-3が関与している可能性があることが示唆された。昨年度得られた結果のPGE2によるミクログリアのアポトーシスについてさらに詳細な検討を行った。PGE2による細胞死はPARPの分解を伴うことから、アポトーシスであることが示唆されていたが、caspase非依存性のものであったため、本当にアポトーシスであるか確かめるためにDNA断片化が起こるか検討した。PGE2によりDNA断片化が誘導されたので、PGE2はミクログリアにアポトーシスを誘導していると考えられた。次に、PGE2によるミクログリアのアポトーシスに関わる分子を見つけるため、様々な薬物の生存率に対する影響を調べた。生存率はMTT法により検討した。PGE2による神経細胞のアポトーシスに関与が報告されているGSK-3の阻害薬であるSB216367により、PGE2によるミクログリアの生存率の低下も抑制された。さらにGSK-3のリン酸化に関与する可能性のあるセリンスレオニンホスファーターゼの阻害薬であるokadaic acidによってもPGE2による生存率の低下が抑制された。一方で、チロシンホスファターゼの阻害薬であるorthovanadate、PGE2による線維芽細胞のアポトーシスに関与が報告されているPTENの阻害薬であるbpV(pic)、ネクローシスの阻害薬であるnecrostatin-1、プロスタグランジントランスポーターの阻害薬であるbromocresol green、EP1のセカンドメッセンジャーであるCa2+のキレーターのBAPTA-AM、EP2の細胞内シグナルに関与するアデニル酸シクラーゼの阻害薬のSQ22536、EP4経路に関与することが報告されているPI3Kの阻害薬のLY294002は、いずれもPGE2による生存率低下に影響を与えなかった。今回の結果から、PGE2によるミクログリアのアポトーシスにGSK-3が関与している可能性が考えられた。昨年度までに得られた結果のPGE2によるミクログリアのアポトーシスについてさらに詳細な検討を行った。PGE2によるアポトーシスはGSK-3阻害薬であるSB216367により抑制されたことからGSK-3の関与の可能性が考えられた。そこでGSK-3の活性化をGSK-3のリン酸化レベルにて判断した。GSK-3のリン酸化レベルの測定はウエスタンブロットにより行った。リン酸化GSK-3αおよびリン酸化GSK-3βはPGE2の用量依存的に減少した。この減少はPGE2処置後1時間において確認され、この処置時間では細胞死は認められなかった。さらに、PGE2のリン酸化GSK-3レベル減少の効果がどの受容体を介しているのかを検討するために、同様の検討をPGE2の代わりにEP1からEP4までの選択的アゴニストを用いて行った。しかし、EP1からEP4までいずれの選択的アゴニストもリン酸化GSK-3αおよびリン酸化GSK-3βの発現量に影響を与えなかった。以上の結果は、一昨年度に報告したPGE2のアポトーシスはEP1からEP4までのいずれのアンタゴニストによっても抑制されないことと矛盾はしない。したがって、PGE2によるアポトーシスはEP1からEP4までの受容体を介さず、GSK-3のリン酸化レベルを低下させることで誘導されるものである可能性が考えられる。ただし、GSK-3のリン酸化レベルに対する影響はEP2アゴニストのbutaprostとEP4アゴニストのPGE1 alcoholでは認められず、一方でbutaprostとPGE1 alcoholはアポトーシスは誘導した。このことはGSK-3の活性化とアポトーシスが単純に関連しないことを示唆しており、さらなる詳細な検討が必要であると考えられる。アルツハイマー病患者の脳脊髄液中においてPGE2が増加していること、またアルツハイマー病モデルマウス脳においてミクログリアが増殖性を示していることから、PGE2のミクログリア生存に対する影響について検討した。培養ミクログリアの生存についてはMTT法で検討した。ミクログリアの生存率は10-6 M以上のPGE2の24時間処置により減少した。

PGE2による生存率減少は、PGE2の受容体EP1-EP4の各アンタゴニスト、SC-51322、AH6809、L-798,106、GW627368Xの10-5 Mまでによる影響を受けなかった。一方、EP1アゴニスト17-phenyl trinor PGE2、EP2アゴニストbutaprost、EP4アゴニストPGE1alcoholの各10-5 Mはミクログリアの生存率を減少させたが、EP3アゴニストsulprostoneの10-5 Mは影響を与えなかった。PGE2はPARPの分解を促進させたことから、アポトーシスによりPGE2による生存率減少が起こると考えられた。PGE2による生存率減少に、どのcaspaseが関与しているのかをcaspase阻害薬を用いて検討した。10種類のcaspase阻害薬(Z-VAD-FMK、Z-WEHD-FMK、Z-VDVAD-FMK、Z-DEVD-FMK、Z-YVAD-FMK、Z-VEID-FMK、Z-IETD-FMK、Z-LEHD-FMK、Z-AEVD-FMK、Z-LEED-FMK)を10-5 Mまで検討したが、どれもPGE2による生存率減少に影響を与えなかった。以上の結果から、PGE2によるミクログリアの生存率減少はcaspase非依存的なアポトーシスによるものであることが示唆された。今回の結果から、アルツハイマー病脳においてもミクログリアの増殖はPGE2により調節されている可能性が考えられる。本研究課題では平成24年度において、細胞を用いた実験と動物を用いた実験を計画していた。細胞を用いた実験は順調に進展した。PGE2による培養ミクログリアの細胞死にGSK-3が関与していることが示唆される結果を得た。一方で、動物を用いた実験に関しては順調に進展していない。その理由としては、昨年度同様に本研究課題へのエフォート率が計画申請当初考えていたものより低くなってしまったことが要因として考えられる。本課題以外の職務である助教としての教育の責務が、計画申請当初考えていたものよりも時間を多く時間を必要とし、その結果、本研究課題へのエフォート率が低くなってしまった。今後は時間配分についてもう少しゆとりをもった計画を立てるように改善したい。本研究課題では平成23年度において、細胞を用いた実験と動物を用いた実験を計画していた。培養ミクログリアの生存に対するPGE2の効果を確認できた。動物を用いた実験に関しては順調に進展していない。その理由としては、本研究課題へのエフォート率が計画申請当初考えていたものより低くなってしまったことが要因として考えられる。本課題以外の職務である助教としての教育の責務において未経験の内容を行うことを当初より予定していたが、自分の想定よりも時間を多く必要とし、その結果、本研究課題への寄与が低くなってしまった。今回の経験を生かして、今後は時間配分についてもう少しゆとりをもった計画を立てるように改善したい。達成度は遅れているが、今後も基本的には当初の計画を遂行していくつもりでいる。
言語地理学資料の比較・総合と公開方法に関わる研究

研究代表者は1983年にパソコンを利用した言語地理学データ処理システムSEALを開発した当初から、個別項目の言語地図の描画だけでなく、異なる言語地図の重ね合わせを意図して開発を行い、種々の総合・比較の方法を実践してきた。最近の研究代表者による研究で、過去に行われた旧世代の調査結果と若い世代の新しい調査結果とを比較し変化の跡をたどることができた。本研究では、異なる言語地理学調査データを比較分析する手法をさらに進めた。(1)言語地図の作成・方言分布の解釈について、特に総合の観点から考えた。(2)奄美徳之島及び新潟県で調査を行い、その結果と過去の調査の結果を比較し、その間におきた言語変化について検証した。研究代表者は1983年にパソコンを利用した言語地理学データ処理システムSEALを開発、マニュアルを出版、プログラムを公開するとともに、実際の調査資料への適用結果を論文発表して、「パソコンによる言語地理学」を提唱した。言語地理学におけるコンピュータ利用のメリットの一つは、多数の言語地図を総合しての分析が可能なことである。このうち統計学を駆使した分析は、欧米の方言学で計量方言学(dialectometry)として近年盛んになっている。SEALは開発の初期段階から言語地図を総合し、その結果を地図上に表示する機能を持ち、改訂にあたってその機能を維持発展させてきた。ICTの発展に応じたSEAL整備の継続とともに、複数の言語地図の比較・総合による言語データの分析の応用と発展、その公開方法の検討を目的として、研究を推進する。平成22年度は、徳之島方言、新潟方言などの日本方言資料の電子データ化とその分析を行い、GISを利用した分析やWEBを利用した公開をするための準備を行った。また、異なる言語地理学データの比較・総合についての考え方とその実例を論文等で発表した。代表的なものについて概説する。1.分布をどう読むか(福嶋2010)言語地図をどう読み、どう描くかということについて、単一項目の言語地図の作成、類似の分布を示す複数の言語地図の総合、さらに異なる世代を対象にした言語調査の結果の比較の三点から例をあげて論じた。分布から歴史を読み取り、その解釈を明瞭に示す言語地図を描くことで、言語変化のプロセスが明らかになるが、解釈の元に行う言語地図の総合も有効であることを示した。言語地理学におけるコンピュータ利用のメリットの一つである多数の言語地図を総合しての分析のうち、統計学を駆使した分析は、欧米の方言学で計量方言学(dialectometry)として近年盛んになっている。SEALは開発の初期段階から言語地図を総合し地図上に表示する機能を持ち、改訂にあたってその機能を維持発展させてきた。平成23年度は、徳之島方言、新潟方言などの日本方言資料の分析を行い、GISを利用した分析やWEBを利用した公開をするための準備を継続した。・徳之島方言、新潟方言について、SEALによる言語地図作成、MandaraやArcViewを使った言語地図作成の試行を行い、電子化して公開用の地図を累積した。徳之島方言における30年を隔てた異なる言語地理学調査データについて比較分析した結果について、国際会議で発表した。・徳之島や新潟において新たな言語地理学調査を始めた。徳之島では、30年前の東大による全島調査や天城町浅間での詳細調査と比較できるデータを得るため、伊仙町と徳之島町の2地点で調査を行った。主語が1人称のときと2・3人称のときとで、否定文の形式に違いがあることがわかった。また、壮年層で方言の単純化・平準化ともとれる変化が起きていることが予想されたため、一部の文法・音韻項目に絞った全島調査を行った。

ICTの発展に応じたSEAL整備の継続とともに、複数の言語地図の比較・総合による言語データの分析の応用と発展、その公開方法の検討を目的として、研究を推進する。平成24年度は、徳之島方言、新潟方言などの日本方言資料の調査・分析を行った。・徳之島方言、新潟方言について、SEALによる言語地図作成、MandaraやArcViewなどGISを使った言語地図作成を行い、電子化して発表・公開用の地図を累積した。・徳之島や新潟において新たな言語地理学調査を行った。徳之島では、30年前の東大による全島調査や天城町浅間での詳細調査と比較できるデータを得るため、天城町と伊仙町の2地点で語彙・文法の調査を行った。・24年度に行った徳之島の30-50歳代における方言調査結果で、当方言における共通語化と平準化の様相がわかり、NWAV-AP2で共同発表した。異なる言語地図の総合と比較に関わる方法論に関わって、日本行動計量学会で発表した。この3年来行っている全国方言調査の一環である新潟県調査から可能方言について地図化を行い、過去の言語地図と比較して、First International Conference in Asian Gelinguisticsにおいて発表した。電子化された言語地図ファイルを蓄積し、その一部を使った発表を行った。調査を実施したところ、これまで報告のない言語事象についての知見が得られた。24年度が最終年度であるため、記入しない。新たな調査データの電子化・地図化に取り組んで、過去のデータとの比較・総合を推進し、年度内に結果の公開にこぎつけたい。
羽田再国際化とLCC市場参入を活用した日本の拠点空港の国際競争力向上に向けた研究

本研究の主な目的は、アジア地域における航空ネットワーク形成とハブ空港配置問題について、羽田の再国際化と低費用航空会社(LCC)の新規参入が、我が国における拠点空港の国際競争力に与える効果を多角的に検証することであった。その目的を達成するために、海外の研究者、特にオランダとオーストラリアの研究者と共同研究を行い、先行してハブ空港競争が起こっているヨーロッパの事例と比較/検証しながら、我が国における拠点空港の競争的地位を評価した。分析結果としては、東京の相対的な競争力低下と第2階層都市の競争力上昇が明らかとなった。平成25年度(1年目)においては、現状分析/基礎研究として、以下の2つの研究目的(IおよびII)について取り組んだ。I.我が国における拠点空港の国際競争力の現状把握(現状分析)研究計画としては、韓国や中国をはじめ、急成長しているアジア主要国際空港との比較の下で、我が国における拠点空港(成田、羽田、関西、中部)の国際競争力について、最新のデータを活用して現状把握を行った。同時に、世界的に進行している航空規制緩和のアジア地域への波及について、その現況を踏まえた上で、経済的相互依存関係が進行している同地域の国際航空政策の見通しについて調査を行った。研究方法としては、平成24年度までに確立した「航空企業/空港の競争力に関する評価手法」を、基本的に活用した。特にソウルをはじめ、周辺諸国にスピル・オーバーしている我が国発の国際航空旅客/貨物、および我が国に相次いで参入している韓国を代表とする外資系LCCについて、それらが我が国の航空企業と空港に与える影響を明らかにした。II.羽田の再国際化とLCCの市場参入の定量的評価(基礎研究)研究計画としては、2010年末の再国際化以降、2013年まで国際線発着枠が段階的に引き上げられる羽田について、その競争的地位に与える影響を定量的に評価した。また、2012年に新規市場参入を果たした国内3LCCについて、それらが我が国の拠点空港における航空ネットワークに与える影響を定量的に評価した。研究方法としては、平成24年度までに開発した「航空旅客の経路選択に関する推計手法」を、基本的に活用した。また、ICAO(国際民間航空機構)、IATA(国際航空運送協会)、ACI(国際空港評議会)から出版されている統計書、およびOfficial Airline Guide flight schedules(OAGデータ)を利用した。平成26年度(2年目)においては、動向調査/理論研究として、以下の2つの研究目的(IIIおよびIV)について取り組んだ。III.航空部門のCO2排出抑制政策に関する動向調査(動向調査)研究計画としては、2012年から航空部門への欧州連合域内排出量取引制度(EU ETS)を適用したEUをはじめ、航空部門のCO2排出抑制政策について、世界の動向を詳細に調査した。そして、市場メカニズムを反映した制度設計を行なった。研究方法としては、ICAOやIATA等の国際航空関連の国際機関、あるいは各国による地球温暖化ガス排出規制の取り組みについて、文献や資料等のレビューを行なった。IV.環境コストを内部化した学際的モデルの開発(理論研究)研究計画としては、経済学、OR、地理学、工学、あるいは経営学等の既存の研究分野で蓄積された航空ネットワーク形成とハブ空港配置に関するモデルおよび分析手法を適用/拡張/融合することによって、環境コストをはじめとする外部不経済を内部化した新しい学際的モデルを検討した。研究方法としては、立地論における輸送費用最小化モデル(Weber Model)やORにおけるモデル(Single Allocation Model、Multiple Allocation Model)等に加え、都市交通で構築された混雑、騒音、振動等に起因する外部費用の推定手法と地球温暖化ガス抑制対策を取り上げた。本年度における本研究の具体的な目的は、「1.アジア地域における航空ネットワーク形成とハブ空港配置に関する政策シミュレーション」、および「2.我が国における拠点空港の国際競争力向上に向けた政策提言」の2点である。上記の研究目的を達成する上で、メルボルン大学の研究者との共同研究の下で、まず、比較対象として、「1.ヨーロッパ地域における都市間競争(国際航空旅客・貨物流動の構造、国際航空旅客・貨物流動の観点からみた拠点性、そしてLCCの運航が都市の拠点性に及ぼす効果)」に取り組んだ。そして、「2.アジア地域におけるビジネス需要が国際航空旅客流動に与える効果」について分析を行った。2では、国際分業が進展している東アジア地域に焦点を当て、ビジネス需要を表す変数を導入することによって、高次情報サービス産業の集積が都市間国際航空旅客流動量に大きく影響していることを明らかにした。結果は、特に経済成長が著しい中国、あるいはベトナムにおける諸都市の拠点性上昇を反映するものとなった。これらの研究成果については、国際ジャーナルに掲載される予定である(雑誌論文1)。航空分野で国際的に評価の高い学会(Air Transport Research Society)で研究成果を発表したこと、そして国内外の研究者の依頼によって、学術研究書籍2冊(「Air Transport in the Asia Pacific」および「空港経営と地域ー航空・空港政策のフロンティアー」)を共同執筆したことは、本研究成果が国際的/国内的に高く評価された証左であると判断できる。

ただ、本年度の研究計画は基本的に達成されたといえるものの、「IV.環境コストを内部化した学際的モデルの開発(理論研究)」については、モデルの精緻化に改善の余地があり、今後も引き続き取り組む必要がある。以上の理由から、本研究の現在までの達成度は、「おおむね順調に進展している」と判断した。社会科学(経済学、経済政策)まず、本年度(平成26年度(2年目))の研究成果を発展させ、EUをはじめとした航空部門のCO2排出抑制政策について、世界の動向をさらに詳細に調査すると同時に、外部不経済を内部化した新しい学際的モデルを開発について引き続き取り組み、理論研究をさらに推進する。そして、前年度(平成25年度(1年目))と本年度(平成26年度(2年目))の研究成果を踏まえた上で、次年度(平成27年度(3年目))において、アジア地域における航空ネットワーク形成とハブ空港配置に関して、今後、同地域でも義務付けられると予想される航空部門における地球温暖化対策に関する幾つかのシナリオを想定した実証分析と政策シミュレーションを行った上で(実証研究)、我が国の拠点空港がアジア地域の国際航空輸送ハブとしての競争的地位を回復するための政策を提言する予定である(政策提言)。ただ、本年度の研究計画は基本的に達成されたといえるが、「II.羽田の再国際化とLCCの市場参入の定量的評価(基礎研究)」については、同空港における新規路線が継続的に開設され状況が変化していることから、今後も引き続き取り組む必要がある。人件費・謝金として計上していた研究補助(データ入力)、および英語論文校閲については、自分で行ったために、次年度使用額が生じた。まず、本年度(平成25年度(1年目))の研究成果を発展させ、東京国際空港(羽田)における国際路線ネットワークのさらなる拡張、あるいは我が国で急成長を遂げているローコスト・キャリア(LCC)の影響について引き続き取り組み、我が国における国際拠点空港の競争的地位向上に向けた研究を推進する。次に、それらの研究成果を踏まえた上で、次年度(平成26年度(2年目))において、航空部門のCO2排出抑制政策について、EUを中心とした世界の動向を踏まえた上で(動向調査)、環境コストを内部化した学際的モデルを開発する(理論研究)。そして、次々年度(平成27年度(3年目))において、アジア地域における航空ネットワーク形成とハブ空港配置に関して、今後、同地域でも義務付けられると予想される航空部門における地球温暖化対策に関する幾つかのシナリオを想定した実証分析と政策シミュレーションを行った上で(実証研究)、我が国の拠点空港がアジア地域の国際航空輸送ハブとしての競争的地位を回復するための政策を提言する予定である(政策提言)。
水稲の倒伏抵抗性を規定する稈基部の物理的、化学的性質とその遺伝子支配の解明

水稲の倒伏抵抗性を規定する要因を明らかにするため、稈の物理的、化学的性質の異なる3品種を用いて地上部の環境条件を変化させたとき、稈基部の物理的、化学的性質がどのように変化するのか、この要因が品種によって異なるかどうか検討した.その結果、3品種の倒伏程度、倒伏指数は個体群の周辺区にさらす処理(周辺区)では対照区に比べて小さく、遮光区で大きくなった.この変化には稈の挫折時モーメントの変化と密接に関係し、稈の挫折時モーメントは周辺区で大きく遮光区で小さかった.稈の挫折時モーメントを断面係数と稈の材質と関係する曲げ応力に分けて検討した.結果、3品種とも曲げ応力の変化には細胞壁の構成成分であるグルコール、キシロース、リグニンの密度の変化と密接に関係したが、この関係は品種によって異なった.すなわち、曲げ応力が大きいことに特徴のある台中189号ではリグニンなど細胞壁構成成分の密度が大きくなるのに伴う曲げ応力の増加程度が大きく、少ない密度で効率的に曲げ応力が大きくなる性質を備えていることが明らかとなった.さらに、倒伏抵抗性に関係する形質の遺伝について明らかにするため、稈の挫折時モーメントの大きい中国117号と小さいコシヒカリとを交配し、稈の挫折時モーメント、断面係数および曲げ応力がどのように遺伝し分離するかをそれらF_1、F_2を用いて検討した.その結果、稈の挫折時モーメント、断面係数の大きい中国117号の形質は優性に遺伝し、これらの形質の遺伝率は高いことがわかった.F_2個体の中には、断面係数が大きく曲げ応力がともに大きい個体が少数あることが明らかとなった.以上、水稲における倒伏抵抗性を規定する要因とその遺伝子支配の解析より、倒伏抵抗性を付与するためには、稈の断面係数が大きく、細胞壁構成成分、とくにリグニン密度が大きく、少ない密度で効率的に曲げ応力が大きくなる性質を備えていること、また遺伝率の高い断面係数と曲げ応力の大きい個体を選抜することにより、耐倒伏性の強い品種を育成する可能性のあることが明らかとなった.水稲の倒伏抵抗性を規定する要因を明らかにするため、稈の物理的、化学的性質の異なる3品種を用いて地上部の環境条件を変化させたとき、稈基部の物理的、化学的性質がどのように変化するのか、この要因が品種によって異なるかどうか検討した.その結果、3品種の倒伏程度、倒伏指数は個体群の周辺区にさらす処理(周辺区)では対照区に比べて小さく、遮光区で大きくなった.この変化には稈の挫折時モーメントの変化と密接に関係し、稈の挫折時モーメントは周辺区で大きく遮光区で小さかった.稈の挫折時モーメントを断面係数と稈の材質と関係する曲げ応力に分けて検討した.結果、3品種とも曲げ応力の変化には細胞壁の構成成分であるグルコール、キシロース、リグニンの密度の変化と密接に関係したが、この関係は品種によって異なった.すなわち、曲げ応力が大きいことに特徴のある台中189号ではリグニンなど細胞壁構成成分の密度が大きくなるのに伴う曲げ応力の増加程度が大きく、少ない密度で効率的に曲げ応力が大きくなる性質を備えていることが明らかとなった.さらに、倒伏抵抗性に関係する形質の遺伝について明らかにするため、稈の挫折時モーメントの大きい中国117号と小さいコシヒカリとを交配し、稈の挫折時モーメント、断面係数および曲げ応力がどのように遺伝し分離するかをそれらF_1、F_2を用いて検討した.その結果、稈の挫折時モーメント、断面係数の大きい中国117号の形質は優性に遺伝し、これらの形質の遺伝率は高いことがわかった.F_2個体の中には、断面係数が大きく曲げ応力がともに大きい個体が少数あることが明らかとなった.以上、水稲における倒伏抵抗性を規定する要因とその遺伝子支配の解析より、倒伏抵抗性を付与するためには、稈の断面係数が大きく、細胞壁構成成分、とくにリグニン密度が大きく、少ない密度で効率的に曲げ応力が大きくなる性質を備えていること、また遺伝率の高い断面係数と曲げ応力の大きい個体を選抜することにより、耐倒伏性の強い品種を育成する可能性のあることが明らかとなった.
気相分子の可視円偏光二色性観測のための蝶タイ型キャビティ増強吸収分光法の開発

気相分子の円偏光二色性(CD)を観測することを目的として、4枚の高反射率ミラーで構成される蝶タイ型キャビティリングダウン分光法(CRDS)の構築と、不揮発性分子の気相化のためのエレクトロスプレーイオン化法(ESI)の開発を行った。シアニン系色素分子に対してESIを適用することにより、微小液滴として色素分子を大気中に取り出すことに成功した。これにCRDSを適用すると、660nmにピークをもつ吸収スペクトルを測定することに成功した。微弱信号であるCDを観測するには気相分子源の高度な安定化が必要であり、そのための新たなESIを構築することが今後の課題である。1.連続発振型(CW)ダイオードレーザーによる蝶タイ型キャビティの性能評価と今後の研究課題の抽出を行った。従来のキャビティ増強吸収分光法では、光学キャビティを作る際に99.99%以上の反射率を持つ凹面鏡を用いる。しかし始めの評価試験では、キャビティからの透過光強度および断面パターンを視認する必要があったので、あえて99%の低反射率凹面鏡で光学キャビティを形成して、ここにCWレーザーを導入した。その結果、レーザーがキャビティ軸の中心を通過した良いアライメント状態にある場合、透過光は真円形状の断面パターンを示し、少しでもアライメントが崩れると上下左右に断面パターンが伸びることが確認された。この断面パターンの視認観測などを通じて幾つかの研究課題が浮かんできた。一つ目はモードマッチングの必要性である。キャビティを作る凹面鏡は、その形状により透過する平行光を分散させてしまうので、キャビティ導入前に凸レンズで集光して平行光を保存させれば、透過光強度を増大させることができ、最終的には検出感度の増強が望めるはずである。二つ目は、検出法の選定である。当初は、検出器(光電子増倍管やフォトダイオード)からの電気信号をチョッパーでパルス的に取り出すことを検討していたが、電圧計で直流的に値を読み込む方が安価で効率的に実験を進められそうであることがわかった。2.赤外キャビティリングダウン分光法と二次元相関解析法を融合することにより、アセチレンクラスターの水素結合がサイズ増加に伴い構造変化する過程を解明した。赤外スペクトルには、凝集系結晶に対応する3230cm-1の広帯域バンドが観測された。これに二次元相関解析を適用すると、3228と3234cm-1を中心波数とする二つのバンドに分離され、各々斜方晶と立方晶に対応する10量体、1000量体のクラスターであることが見出された。ナノ秒パルス色素レーザーによる空気中水蒸気の光吸収を用いて蝶タイ型キャビティの性能評価を行った。70 cm×5 cmの長方形四隅に反射率99.995%の凹面鏡を置き、蝶タイ型光路となるようにレーザーを導入した。レーザー導入位置の逆端に光電子増倍管を置き、蝶タイ型キャビティからの透過パルス減衰時間を測定した。波長660 nmにおける減衰時間はおよそ30マイクロ秒であり、この値は凹面鏡反射率と光路長から導かれる理論値の半分程度であった。この原因として、不十分なモードマッチングによるレーザー断面の広がりが考えられる。レーザー波長を640660 nmの範囲で掃引して空気中水蒸気の倍音吸収を観測すると、先行研究で得られた吸収断面積を高精度に再現することに成功し、蝶タイ型キャビティによる分光測定の性能に問題のないことを確認した。エレクトロスプレーイオン化法(以下ESI)により脱溶媒したシアニン系色素分子の吸収スペクトルの測定をキャビティリングダウン分光法により試みた。水・メタノール混合液体にシアニン色素を溶かしたものを試料溶液とした。ニードル先端から15 mm先に対向電極を設置し、ニードルー電極間に35 kVの電圧を印加して試料溶液を噴出した。このとき透過光の減衰時間を測定すると、波長依存性のない高速減衰が観測された。これは、粒径の大きい液滴による強い光散乱を示唆する。次に静電反発による脱溶媒効率を上げる目的で電圧を57 kVとすると、減衰時間は空キャビティのものと同等となった。630670 nmでレーザー波長を掃引すると、660 nm付近に吸収を持つスペクトルが観測された。この吸収波長は溶液中のシアニン色素のものと全く同じであることから、ESIによる脱溶媒は完全には進行しておらず、粒径の小さい液滴中に色素分子が捕捉されている可能性が示唆される。ESI装置を用いた微小液滴の生成を安定的に行うことが、当初に想定していた以上に困難を極めた。これを打開するための方策を練るのにかなりの時間を費やすことになってしまった。また、キャビティリングダウン分光の実験を真空中ではなく大気中で行っているため、光吸収測定が実験室内の湿度に大きく左右されてしまうことが判明した。以上の二つの問題点に気づくのにある程度の時間を有してしまったため、当初の研究計画にあった蝶タイ型キャビティへの円偏光レーザーの導入にまでは至らなかった。エレクトロスプレーイオン化(ESI)により気相化した色素分子のポンプープローブ実験を行った。色素分子の660 nm光吸収をパルスレーザーによるキャビティリングダウン分光でプローブし、同時にCWレーザーを照射することで光吸収の漂白を試みたが、期待された結果は得られなかった。

しかし本実験を行う過程で、ESIニードル先端への光照射による液滴破砕の可能性を示唆する結果が得られ、液滴化学研究への応用に適用できるセレンディピティと期待される。3-ブチン-2-オール(3B2O)クラスターを対象にして、ラセミ体と純R体での生成過程からキラル認識を検討した。OH伸縮振動を観測すると、純R体では2および3量体のバンドが強く現れるのに対し、ラセミ体では4量体以上のものが高強度であった。この結果は、クラスターサイズの増大に伴いラセミ化が優先されることを示唆する。超音速ジェット中にアセチレンートリエチルシランクラスターを生成し、赤外分光によりCH伸縮振動を観測した。アセチレン単量体より22および37 cm-1だけレッドシフトしたバンドが観測され、密度汎関数計算との照合によりC-H...H-Si型の二水素結合で形成された1-1および2-1クラスターと帰属した。電荷移動相互作用の解析により、2-1クラスターでのC-H...π水素結合が二水素結合を弱くしていることが解明された。ジェット冷却されたピロールーアセトン巨大クラスターのNH伸縮振動を観測し、溶媒和構造のサイズ依存性を解明した。巨大クラスターに由来する幅50 cm-1超のバンドに二次元相関分光を適用すると、これが二種類のNH振動の重ね合わせであることがわかった。クラスター生成の試料ガス濃度依存性から、一つは閉環ピロールクラスターへの溶媒和、他方はピロール単量体への多量アセトン溶媒和であると結論した。気相分子の円偏光二色性(CD)を観測することを目的として、4枚の高反射率ミラーで構成される蝶タイ型キャビティリングダウン分光法(CRDS)の構築と、不揮発性分子の気相化のためのエレクトロスプレーイオン化法(ESI)の開発を行った。シアニン系色素分子に対してESIを適用することにより、微小液滴として色素分子を大気中に取り出すことに成功した。これにCRDSを適用すると、660nmにピークをもつ吸収スペクトルを測定することに成功した。微弱信号であるCDを観測するには気相分子源の高度な安定化が必要であり、そのための新たなESIを構築することが今後の課題である。研究の進行に大幅な遅れが生じたのは、平成26年8月に兵庫県立大学から静岡大学へと異動したことに依るものが大きい。この異動に伴う実験装置類(本研究課題とは別のもの)の移設と復旧作業に34ヶ月かかった。さらに、異動前は本研究課題のエフォートがほぼ50%を確保できる状況にあったが、異動後は講義担当やその他大学運営に携わる業務が増加したことによりエフォートは1020%ほどまで激減してしまった。そのため、本研究費で購入を予定していたダイオードレーザーおよび高反射率凹面鏡の納入が平成26年12月と遅くなってしまい、これを使用した実験が平成27年度にずれ込んでしまった。以上の理由により、研究達成度は著しく低い状態で26年度を終えることになってしまい、申し訳なく思うと同時に残念でならない。1.円偏光パルス色素レーザーを蝶タイ型キャビティに導入する。本実験配置でキラル分子の円偏光二色性を精度よく測定するには、蝶タイ型キャビティの中心(長方形の対角線交差点)における円偏光度が限りなく真円でなければならない。これを達成するために、偏光プリズムと波長板の設置方法や色素レーザーの空間フィルタリングなどの最適化を行う。また、対角線方向への斜め反射による円偏光度の歪みを楕円偏光度で数値化する方法を探り、レーザーの円偏光化技術をシステム化する。
多重文脈自由文法ベースの構文解析システムに関する研究

本研究で得られた成果は以下の(1)(2)である。(1)多重文脈自由言語(mcfl)に対する従来のものより時間計算量の小さい認識アルゴリズムを提案した。このアルゴリズムではmcflの認識問題を多次元論理行列の積を求める問題に帰着し、さらにその問題を二次元論理行列の積を求める問題に帰着している。多重文脈自由文法(mcfgG)が与えられた時、既存の最速認識アルゴリズムの時間計算量はO(n^e)である。ここで、nは入力系列長で、eはGのみに依存する定数で、Gの自由度と呼はれる。これに対して、本研究で提案した認識アルゴリズムの時間計算量はO(n^<e'-0.624i'+1>)である。ここで、e',i'はGにのみ依存する定数で、e'【less than or equal】e,1【less thanor equal】i'<e'を満たす。(本成果については国際会議に(2)mcfgの拡張として並列多重文脈自由文法(pmcfg)が提案されている。本研究ではpmcfgに対する従来のものより時間計算量の小さい認識アルゴリズムを提案した。pmcfgGが与えられた時、既存の最速認識アルゴリズムの時間計算量はO(n^<e+1>)である。ここで、nは入力系列長で、eはGのみに依存する定数で、Gの自由度と呼ばれる。これに対して、本研究で提案した認識アルゴリズムの時間計算最はO(n^<e'-0.624i'+1>)である。mcfgGに対してGと等価なpmcfgG'は常に存在する。そして、G'の自由度はGの自由度以下であり、真に小さい場合もある。そこでGが与えられたときG'を構成し、これに対して上記の認識アルゴリズムを適用すれば、(1)の認識アルゴリズムを直接Gに適用する場合よりもより時間計算量が小さくなる本研究で得られた成果は以下の(1)(2)である。そこでGが与えられたときG'を構成し、これに対して上記の認識アルゴリズムを適用すれば、(1)の認識アルゴリズムを直接Gに適用する場合よりもより時間計算量が小さくなる
幻住派抄物の発掘・整備と国語学的研究

抄物は日本語研究資料として価値が高いが,仏家の抄物で従来取り上げられてきたのは臨済宗五山派と曹洞宗のそれであった。最近筆者は,顕著な特徴をもち,貴重な言語研究資料であるにもかかわらず,従来見落とされていた一群の抄物に,幻住派僧の手になる抄物群があることに気がついた。本研究は,それら一群の抄物の発掘・整備と,日本語研究資料としての特徴の解明とにつとめたものである。1.発掘・整備(1)発掘・整備につとめた結果,幻住派僧の抄物として,湖心碩鼎(14811564)・規伯玄方(15881661)・嘯岳鼎虎(152899)・古帆周信のものが見つかった。(2)言語研究資料として中心となるものは湖心の『無門関』の講義と規伯の『禅宗無門関私鈔』とであることがわかった。前者には仏教学者による翻刻があるが,検討の結果,問題の多いものであることが判明した。(3)周辺資料とも言うべき規伯の『三教質疑抄』や古帆の密参録も貴重な言語研究資料である。2.日本語研究資料としての特徴(1)幻住派僧の抄物は林下僧の抄物と五山僧のそれとの両面の性格をもっている。(2)幻住派僧には九州出身者が多く,また北九州で活躍したので,その抄物中に,九州方言かと見られるものが見つかる。檻を表わす「ヲロ」という語などがその例である。(3)幻住派僧は対明・対朝鮮外交に当たっていたので,明僧や朝鮮僧から学んだことが多い。また明の地で直接自らの耳で聞いてきたものとみられる唐音語も抄中に見える。
時間分割X線結晶構造解析による銅・トパキノン含有アミン酸化酵素反応機構の解明

本研究では,アミン酸化酵素の反応機構の解明を目的に,反応に伴う構造変化を追跡した.土壌細菌由来アミン酸化酵素(AGAO)は,フェニルエチルアミンをフェニアルアセトアルデヒドとアンモニアに変換する酵素である.AGAOは基質を変換する還元的半反応において,各生物種由来酵素で研究が進められてきたが,反応制御の困難さから野生型酵素と真の基質を用いたより現実に近い条件での構造は解明されていなかった.以下に,研究成果を示す.1結晶中での反応時間の解明真の基質を導入した野生型AGAO結晶を用い,時間分割的に反応中間体捕捉結晶の調製を行った.各結晶をもとに,紫外可視領域における顕微分光測定を行うことで,結晶中での反応時間を見積もった.その結果,結晶中では2-60分の間で還元的半反応が進み溶液中での6.0×10^4倍の反応時間がかかることを明らかにした.この結果は四次元構造解析に向けた基礎データとなるだけでなく,結晶場で束縛された条件における反応を考える上で重要な結果である.2四次元構造解析Michaelis complex,基質シッフ塩基,生成物シッフ塩基,酵素/生成物複合体の各反応中間体の構造決定に成功した.その結果,反応に伴うTPQ等のアミノ酸残基や水分子の配置に変化を見出し,既報の変異体利用の構造とは異なるものだった.また,酸素のプローブとしてキセノンを導入した複合体構造から,酸化的半反応の第一段階として,活性部位近傍に供給された酸素が銅を最初に酸化することが構造学的観点から示唆された.さらに,サブユニット間で反応の進度が異なり,分子パッキングにより基質チャネルの構造に差異が生まれ,活性部位への基質の到達に影響が出たためだと考えられた.本結果は,野生型酵素を用いて時間分割的な反応中間体の構造変化を追跡することで真実により近い反応機構の解明に繋がるとともに,触媒反応が酵素全体で協調的に制御されていることの理解へ繋がった.本研究では,アミン酸化酵素の反応機構の解明を目的に,反応に伴う構造変化を追跡した.土壌細菌由来アミン酸化酵素(AGAO)は,フェニルエチルアミンをフェニアルアセトアルデヒドとアンモニアに変換する酵素である.AGAOは基質を変換する還元的半反応において,各生物種由来酵素で研究が進められてきたが,反応制御の困難さから野生型酵素と真の基質を用いたより現実に近い条件での構造は解明されていなかった.以下に,研究成果を示す.1結晶中での反応時間の解明真の基質を導入した野生型AGAO結晶を用い,時間分割的に反応中間体捕捉結晶の調製を行った.各結晶をもとに,紫外可視領域における顕微分光測定を行うことで,結晶中での反応時間を見積もった.その結果,結晶中では2-60分の間で還元的半反応が進み溶液中での6.0×10^4倍の反応時間がかかることを明らかにした.この結果は四次元構造解析に向けた基礎データとなるだけでなく,結晶場で束縛された条件における反応を考える上で重要な結果である.2四次元構造解析Michaelis complex,基質シッフ塩基,生成物シッフ塩基,酵素/生成物複合体の各反応中間体の構造決定に成功した.その結果,反応に伴うTPQ等のアミノ酸残基や水分子の配置に変化を見出し,既報の変異体利用の構造とは異なるものだった.また,酸素のプローブとしてキセノンを導入した複合体構造から,酸化的半反応の第一段階として,活性部位近傍に供給された酸素が銅を最初に酸化することが構造学的観点から示唆された.さらに,サブユニット間で反応の進度が異なり,分子パッキングにより基質チャネルの構造に差異が生まれ,活性部位への基質の到達に影響が出たためだと考えられた.本結果は,野生型酵素を用いて時間分割的な反応中間体の構造変化を追跡することで真実により近い反応機構の解明に繋がるとともに,触媒反応が酵素全体で協調的に制御されていることの理解へ繋がった.