hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ブリの摂餌刺激機構に関する研究

ニンヒドリン反応,紫外部吸収等による検討から,A_1に含まれるおもな有効成分は分子量約600以下にあると思われた.3.ゲル濾過画分の味覚器に対する刺激効果ゲル濾過画分の各々に対するブリ(体重420ー524g)味覚器の応答を味覚神経の電気的変化を記録して調べた結果,A_1グル-プの画分に強い刺激効果を示す画分が含まれていた.刺激閾値もそれらの画分で最も低い値を示した.A_2及びBグル-プの画分にも刺激効果の認められた画分がみられたが,その効果はきわめて弱いものであった.4.今後の課題今後A_1画分を中心にイオン交換法等によりさらに成分を分離して詳細に検討することにより有効成分が明らかになることが期待される.1.本研究は,マアジ筋肉水抽出エキスが,既往の分析値に基づく合成エキス(アミノ酸,ヌクレオチド,クレアチン等の有機塩基,及び乳酸を含む)よりブリに対して強い摂餌刺激効果を示すことから,エキス中の未知の有効成分の検索及び有効成分による摂餌刺激と化学感覚との関連を明らかにするために計画された。前年度は有効成分の分子量についての検討をゲル濾過法で行った結果,摂餌刺激効果をもつ成分は分子量約600以下の低分子の画分に集中してみられた.しかし,有効成分を特定することはできなかった.本年度は,イオン交換法により分子の荷電性の面から有効成分の検討を行った.2.マアジ筋肉エキスをあらかじめ分画分子量10,000のメンブレンフイルタで限外濾過処理をし,得られた濾液をバッチ法を用い1)Sephadex A-25による陰イオン交換処理(処理pH5.5),2)同C-25による陽イオン交換処理(処理pH6.5),及び3)両者による陰・陽イオン交換処理を施し,3種類のイオン交換処理済み試料をデンプンに添加してブリ若魚(平均体重31.1g)に投与して摂餌刺激効果を調べた結果,(1) A-25処理により摂餌刺激効果は減少した.(2) C-25処理では殆ど影響はみられなかった.しかし,(3) A-25およびC-25の両方による処理で(1)のA-25単独処理の場合よりさらに効果が減少した.3.これからの結果から,(1)有効成分の一部がSephadex A-25に吸着されること,および(2) SephadexC-25によって除去される成分にも他の成分との間に協同的な作用があることが示唆された.(3)有効成分が荷電成分として分離できれば,今後さらに荷電性を利用した細分離が可能となる.
低分子化合物の超高感度・高選択的検出のための多機能・小型光学式免疫センサの開発

本研究では、環境モニタリング、医療診断や食品安全に関連した低分子量化合物を、高感度かつ高選択的に検出できるコンパクトでマルチ機能を備えるバイオセンサの開発を目的としている。特に、分子認識物質に標識する必要がなく、生化学反応をリアルタイムでモニタリングできる表面プラズモン共鳴(SPR)センサと、我々が独自に提案している間接競合阻害法を組み合わせた高性能な免疫センサとして、本年度は食品中の微量芳香成分の高感度検出用免疫センサの構築を目指して、グレープフレーバーの成分の1つであるアントラニル酸メチル(MA)の検知システムについての検討を行い、以下のような結果を得ることができた。グレープフレーバーの成分の1つであるMAを高感度・高速に検出するために、まずMA誘導体とタンパク質とのコンジュゲートを、簡便な物理吸着法によって金表面に固定化したSPRセンサ素子を作製した。この素子とモノクローナルMA抗体を用いて間接競合法を適用することにより、10ppbのMAを検出することができた。この時の応答時間は2分であり、素子表面の再生時間の約30秒を合わせても、数分以内に検出を完了することができた。この実験に続き、アビジンービオチン相互作用によるSPRシグナルの増幅法を用いて、センサ感度を10倍ほど向上させることができた。さらに、実際に飲料水製造工場から採取した洗浄水中のMAの検出実験を行った。その結果、本SPRシステムを用いて、実際に試料の高感度分析が可能であることが分かった。本研究では、環境保全、治安維持、食品安全、医療診断における低分子量化合物を高感度かつ高選択的に検出するコンパクトでマルチ機能を備える表面プラズモン共鳴(SPR)センサの開発を目的としている。本年度は、抗原と抗体、レセプタとリガンドの特異的な反応を用いて、環境汚染物質や神経伝統物質をpptレベルの超高感度・高選択的検出を目指して研究を推進し、以下のような成果を得た。1.環境汚染物質検出のためのSPR免疫センサの構築市販の大型SPR装置を使って、環境ホルモン物質としてよく知られている2,4-ジクロロフェノキシ酢酸(2,4-D)を、間接競合阻害法を用いることにより10pptの超高感度で検出できた。つぎに、プラスチック素材のマルチマイクロフローセルと小型SPR装置を製作し、セルと装置の安定性を評価した。作製したフローセルは8本のマイクロ流路を有し、それぞれの流路で、異なるサンプルを同時検出できる。シンプルな物理吸着法によって2,4-D-BSA複合体を固定化したセンサ表面を用いて、2,4-Dを100pptまで高感度かつ高選択的に検出できた。2.甲状腺診断のためのバイオセンサの検討甲状腺から分泌され、代謝と密接な関わりのあるT4とT3を検知するためのSPRバイオセンサについて検討した。それぞれの物質の誘導体を固定化したチオール自己組織化単分子膜(SAM)を用いて、センサ表面を作製し、T4を1ppbまで検出できた。この結果をもとにして、T4の検出感度をさらに向上させる方法であるセンサ素子表面の機能化法、マルチフローシステムの採用および信号増幅技術などについて検討を行いつつある。例えば、最適なセンシング表面を形成できる複合SAMを最適化したり、金コロイドやビオチン-アビジンの相互作用などを用いた信号増幅法について検討する予定である。本研究では、環境保全、食品安全や医療診断に関連した物質のうち、低分子量有機化合物を高感度かつ高選択的に検出できるコンパクトでマルチ機能を備えるバイオセンサの開発を目的としている。特に、分子認識物質に標識する必要がなく、生化学反応をリアルタイムでモニタリングできる表面プラズモン共鳴(SPR)センサと、我々が独自に提案している間接競合法を組み合わせた高性能な免疫センサとして、本年度は2種類の検知システムについての検討を行い、以下のような結果を得ることができた。1)甲状腺ホルモンとしてのチロキシン(Thyroxine;T4)の高感度検出T4は甲状腺から分泌されるホルモンで、全身の細胞に作用して細胞の代謝率を上昇させる働きを持つ。このT4を検出するために、Auの表面にpoly(ethylene)glycol(PEG)aromatic dialkanethiolsの自己組織化膜によるSPRセンサ素子を作製して検出実験に用いた。検出法としては間接競合法を適用することにより、T4を1ppbまで検出することができた。この免疫センサは安定性が高く、表面を再生することにより30回以上繰り返して使うことが可能であった。さらに、T4の検出とセンサ表面の再生を数分以内で完了できた。2)環境ホルモン物質としての2,4-ジクロロフェノキシ酢酸(2,4-D)のマルチ高感度検出環境ホルモン物質としてよく知られている2,4-Dを、マルチマイクロフローセルと小型SPR装置を用いて、6種類の濃度の試料を同時分析することを試みた。その結果、2,4-Dとタンパク質とのコンジュゲートを固定化したセンサ表面を用い、さらにビオチン-アビジンによる増感効果により、2,4-Dを高感度かつ高選択的にマルチ検出することができた。

グレープフレーバーの成分の1つであるMAを高感度・高速に検出するために、まずMA誘導体とタンパク質とのコンジュゲートを、簡便な物理吸着法によって金表面に固定化したSPRセンサ素子を作製した。この素子とモノクローナルMA抗体を用いて間接競合法を適用することにより、10ppbのMAを検出することができた。この時の応答時間は2分であり、素子表面の再生時間の約30秒を合わせても、数分以内に検出を完了することができた。この実験に続き、アビジンービオチン相互作用によるSPRシグナルの増幅法を用いて、センサ感度を10倍ほど向上させることができた。さらに、実際に飲料水製造工場から採取した洗浄水中のMAの検出実験を行った。その結果、本SPRシステムを用いて、実際に試料の高感度分析が可能であることが分かった。
超解像位相アンラップ法の高精度化および高速化に関する研究

レーダ信号処理では,研究範囲を従来の合成開口レーダからフェーズドアレイ気象レーダに拡大させ,非線形ビームフォーミングやデータ圧縮に関する研究発表を行った.MR画像再構成問題では,従来あまり着目されていなかったMR複素信号の位相部分に着目することで,より高性能な再構成アルゴリズムを確立することができた.また,スプライン平滑化に関しても,エッジを表現可能なエッジ保存スプライン平滑化を新たに開発し,今後の更なる進展が期待できる.その他,単一画像からのGANによる超解像に関する研究発表も行っている.ニューラルネットワークの出力層と損失関数を変更することで,従来手法の性能を凌駕することに成功している.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成29年度は,東京工業大学から立命館大学に所属が変わり,位相アンラップの応用先として挙げられるMRI信号およびCT信号に関する研究を行うことができた.MRI分野では,撮像時間を短縮する圧縮センシングMRIという技術に対して,従来の凸最適化問題に現れる「観測データとの整合性項」と「辞書と呼ばれる基底(またはフレーム)との整合性項」の2つをレベル集合制約とした問題を提案した.数値実験により,提案法が,同一のパラメータ設定でも異なる対象画像をロバストに再構成できることを示した.また,提案する凸最適化問題の解法として,交互方向乗数法(ADMM)を用いることで,再構成時間の短縮にも成功した.CT分野では,X線被曝量を低減するために,少ないX線投影回数から良好な画像を再構成する手法を提案した.提案法では,辞書学習を利用する従来法における,辞書と正則化パラメータをマルチクラスへと拡張することで,アーチファクトが大幅に抑制された良好な再構成結果を生成することに成功した.また,複素平面における単位円周上の位相アンラップ問題に対しては,「代数的位相アンラップの適用条件の緩和と数値的不安定性の解消」のため,連続位相計算に必要な「スツルム列」を生成する「多項式除算型演算」を新たに構築した.さらにスツルム列に現れる関数が新たに開発した「自己反転型部分終結式」と呼ぶ行列式を用いて表現できることを示し,数値的不安定性の原因となっていた「再帰的多項式除算」の回避に成功した.この研究成果は,サンプリング理論に関するトップレベルの国際会議(SampTA)にも採択され,今後の進展が期待できる.MRI信号とCT信号に関する研究は,どちらも劣決定な画像再構成問題であり,位相アンラップ問題そのものではない.しかしながら,どちらの信号にも,「パッチと呼ばれる小領域に分割すれば辞書と呼ばれる適切な基底を用いてスパースに表現できる」という性質があり,この性質は位相アンラップの際にも利用可能であると考えている.代数的位相アンラップに関しては,複素平面における単位円周上の位相アンラップ問題に対して,新たに開発した「多項式除算型演算」と「自己反転型部分終結式」を用いることで,数値的不安定性を解消できることを示した.この構造は,実軸上の代数的位相アンラップに対して,「ユークリッドの互除法」と「通常の部分終結式」を用いることで数値的不安定性を解消したときと全く同じになる.したがって,この研究成果は,今まで不明であった単位円周上の多項式に関する代数的構造を解明する足掛かりになると考えられ,今後のさらなる理論的展開が期待される.レーダ信号処理では,研究範囲を従来の合成開口レーダからフェーズドアレイ気象レーダに拡大させ,非線形ビームフォーミングやデータ圧縮に関する研究発表を行った.MR画像再構成問題では,従来あまり着目されていなかったMR複素信号の位相部分に着目することで,より高性能な再構成アルゴリズムを確立することができた.また,スプライン平滑化に関しても,エッジを表現可能なエッジ保存スプライン平滑化を新たに開発し,今後の更なる進展が期待できる.その他,単一画像からのGANによる超解像に関する研究発表も行っている.ニューラルネットワークの出力層と損失関数を変更することで,従来手法の性能を凌駕することに成功している.平成30年度は,実データを用いて数値実験を行う.まず,計算時間は考慮せずに,合成開口レーダとMRIの信号に対して,提案している超解像位相アンラップが上手く適用できるか検証する.次に超解像位相アンラップ法の高速化に取り組む.超解像位相アンラップ法では,ベクトル場と位相曲面のどちらも計算に多くの時間を要するため,それぞれの計算を高速化させる必要がある.ベクトル場に関しては,「領域分割とガウス=ザイデル反復法」を組み合わせた手法を適用し,位相曲面に関しては,代数的位相アンラップ法の「部分終結式」を用いた高速な厳密計算手法を適用する.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
通信・放送の融合に対する公共政策の共同研究-日本・英国・ドイツの比較研究

平成11年より始められた「通信と放送の融合に関する政策」に関する研究は、平成12年度をもって研究の第一段階を終了する。本研究は、ディジタル技術による市場の融合とそれに対する公共政策のあり方について国際的な視点から研究することを目的としてきた。1対1の情報交換を基本とする情報通信部門と1対Nというマスを対象とする放送部門は、ディジタル技術革新と双方向性によって急速に融合しつつある。こうした通信と放送のディジタル融合は様々な市場融合を引き起こし、新しいビジネスを誕生させ、その経済的・社会的な影響力は日々高まっている。従って、こうした融合市場をいかに健全に育成するかは日本経済の将来にとって重要な政策課題となっている。こうした問題意識の下に、平成11年度には、日本、英国、ドイツの共同研究者による「通信と放送の融合に関する公共政策」に関する中間研究発表会を開催した。ディジタル融合の中で各国が現実にどのような構造変化に直面し、またいかにして問題を克服しようとしているかについて研究成果を交換した。そこで得られた研究成果を踏まえて、その深化を図るために、平成12年度にはドイツ・ボンにおいてワークショップを開催した。特に欧州各国と日本におけるディジタル融合に対する競争政策や法制度の整備の方向性について意見を交換した。英国とドイツは通信と放送の融合という技術進歩の中で、欧州統合のための競争政策と国内政策との調整という困難な課題に直面している。2000年7月のEC委員会による通信と放送の融合に関するパッケージ案は、欧州経済の活性化と競争力の向上のためにディジタル融合の促進と通信・放送部門における競争政策への転換を促している。その壮大な社会的実験は一国内の利害調整に追われる日本にとっても多くの教訓を含んでいる。2年間の研究成果は著書Convergence of Telecommunications and Broadcasting in Japan,United Kingdom and Germany:として英国のCurzon Press(2001年4月)として出版される。デジタル技術革新が情報通信市場と放送市場の融合を生み出し、新しい形態の事業者を創造しつつある。衛星放送事業者によるデータ伝送やインターネット放送への参入、ケーブルテレビ事業者による通信業務への参入、逆に情報通信事業者によるケーブルテレビ事業への参入など相互参入は急速に拡大しているばかりでなく、電子・出版・商社など異業種の分野からの新規参入も加速化している。もはや情報通信と放送の境目は消滅したといっても過言ではない。デジタル技術革新による新しい市場の創造はまた新しい公共政策を必要としている。デジタル技術革新がどのような経済的・社会的便益をもたらすかを事前に知ることは不可能である以上、基本的には起業家精神の創意を十分に活かすような競争政策と規制緩和政策が望ましいと考えられる。しかし、市場原理が十分に機能するためには競争条件の公正性が保たれねばならない。日本ならびに欧米諸国ではどのようにすればデジタル技術革新が経済社会の発展につながるかについてその公共政策の在り方を模索している。本年度は日本、英国、ドイツのそれぞれの国においてどのような技術的、経済的な問題が存在し、また政策的にそれにどのように対応しようとしているかについて共同研究を行った。その研究の成果の一部を2000年3月18日に早稲田大学において「通信と放送の融合に関する公共政策」と題する研究会を開催する。特にドイツ側は通信の側面から、またイギリス側は放送の側面から見た融合問題と公共政策について研究発表を行う。日本側は技術標準化、テレワーキング、さらには日本と英国・ドイツとの比較について報告する。来年度はこうした研究会の成果を踏まえて一層の拡大を図り、研究成果を公刊する予定である。

本年度は、昨年度の末に早稲田大学で開催した「通信と放送の融合に関する公共政策」に関する中間研究発表会での研究成果を踏まえて、研究の一層の深化を図ることに重点を置いた。ディジタル技術革新によって情報通信と放送の融合が急速に進む中で、どのようにして市場を育成し、またそのためにはどのような法制度が必要とされるかについて研究を深めた。本年度の研究成果を持ち寄り、融合政策の意義とその理論的な課題について検討するために、12月20日にドイツ・ボンにおいてワークショップを開催した。このワークショップには日本・欧州の研究者が30名ほど参加し、どのような具体的な政策展開が図られ、またそれがどのような経済論理について行われたについて研究の交換を行った。イギリスとドイツの共同研究者は、欧州統合という重大な使命と国内政策との調整をいかに図るかという研究課題に取り組んできている。EC委員会は2000年7月にパッケージ案を打ち出し、ディジタル技術革新の中で、EU加盟国がそれぞれの国の保護主義的な規制政策を緩和し、出来る限り競争的な市場を促すことの重要性を指摘した。欧州経済社会の活性化を促すためには、通信と放送のダイナミックにしてかつ競争的な市場の育成が不可欠であることを強調しているが、どのような政策によってそれが可能となるかについて討議を行った。また2000年12月に公表されたA New Future for Communicationsというイギリス産業貿易省の政策提案とその経済学的な意義についても意見を交換した。ディジタル融合の中で、基本的に重要なのはいかにして質の高いコンテンツ製作を促し、またそれらを国民があまねく等しく享受しうる制度をいかにして確立するかについて議論を行った。ユニバーサル・アクセルを含めて欧州諸国の壮大な社会的実験を推進する英国・ドイツの研究者との研究成果の交換は極めて意義が深かった。
インスリン不足下のGH受容体ポストリセプター障害機序解明

古くから小児糖尿病は、(1)成長障害が生じること(2)骨減少症が生じること(3)GH高値で網膜症と関係する可能性が知られている。それぞれの病因・病態はインスリン不足と関係する。(1)は小児成長の主因子である成長ホルモン-GH受容体-GH依存性の成長因子であるIGF-Iおよびその結合蛋白(IGFBP)の関係で、GHが高値であるにもかかわらず、GH依存性の成長因子IGF-Iが低値であることが知られ、インスリン不足下でのGH末梢抵抗性が知られていた。私共は小児糖尿病で著しい成長障害を来した症例を検討し、血中GH結合蛋白(=GH受容体細胞外部:ほぼ末梢GH受容体と相関する)が正常に発現されているにもかかわらず、末梢GH依存性成長因子(Insulin-like growthfactor I=IGFI)およびGH依存性であるその結合蛋白産生不全(IGFBP3)が生じることを発見した。私共が論文投稿準備中に、シカゴ大学のグループは小児糖尿病の血中GH結合蛋白は、低値であると報告した。このため私共は、1)GH結合蛋白をゲル濾過ならびにGH受容体抗体を用いた方法で測定、2)症例の病態改善前後の縦断的解析を行う事でアプローチし、私共は成長障害を示す糖尿病児のGH結合蛋白は正常である事を確認した(論文投稿中)。シカゴ大学と我々の結果の差は、方法論によるのでなく栄養状態によると考えられる。従って糖尿病者でみられた所見はインスリン不足下でのGHに対するpost receptor defectを示す特異的な所見と考えられる。糖尿病ラットでは、GH受容体抗体を作製し、mRNAの発現についてはin situ hybridizationで検討中である。
グラファイト基板上における金クラスターの拡散機構

グラファイト基板面上における金クラスターの拡散係数が極単に大きい機構を調べるため,簡単な模型を設定し,シンプレクティック積分法による分子動力学シミュレーションを行い,実験的知見の本質を記述できることを確かめた.クラスターの並進運動,回転角運動部のスペクトル密度関数を解析し,回転運動は熱平衡状態にあることを見出した.金クラスターの大きな拡散係数は,並進運動に熱源の役割りを果す回転運動が結合し,レヴィー型拡散を起こすためとして理解されるグラファイト基板面上における金クラスターの拡散係数が極単に大きい機構を調べるため,簡単な模型を設定し,シンプレクティック積分法による分子動力学シミュレーションを行い,実験的知見の本質を記述できることを確かめた.クラスターの並進運動,回転角運動部のスペクトル密度関数を解析し,回転運動は熱平衡状態にあることを見出した.金クラスターの大きな拡散係数は,並進運動に熱源の役割りを果す回転運動が結合し,レヴィー型拡散を起こすためとして理解される19年度で目標としていた金クラスターの運動方程式の4次のシンプレクティック解法の3つのタイプの計算比較は,計算環境整備が遅れたこと(数式処理系を動かしていた既存のマシンが停止),研究時間の確保が困難であったことにより,予定どおり進まず,1つのタイプで試作した段階に留まった.最近,丸山らは金クラスターの並進運動を2μsに渡って分子動力学を用いて追跡し,時間間隔の関数として並進変位の2乗平均を求め,ある領域で異常拡散-通常拡散の乗換えが起ることを示した.本研究でも,2次のシンプレクティック解法ではあるが2μsまでの計算を試験的に行ない,同様な結果が得られている.丸山らの計算は(本研究では無視している)熱運動効果をも取り込んでいるが,その効果を無視しても拡散モードの乗換え現象は本質的に影響を受けない.長時間にわたる並進運動の追跡では,本研究では誤差蓄積が原理的に押さえられるので,信頼性は高い.丸山等の議論を通し,クラスターの並進-回転のエネルギー交換モードの長期的安定性と模型の力学系の構造と関連を調べる重要性が認識された.本研究で扱った模型について,力学系の分野との関連についてはこれまで調べられてこなかった.本研究でも今後の課題として研究したい.20年度はグラファイト基板上の金クラスターの運動方程式の4次のシンプレクティック解法のうち, 1つのタイプの計算を0.1μsにわたり,いくつかの初期エネルギーで実施した. 2次のシプレクティック解の結果と整合的である.扱っている系は,ハミルトン系だから,解は入射エネルギーを保存すべきである.本計算では全過程を通し,誤差は±5×10^<-10>eVの範囲に収まっている.金クラスターの並進運動に関し,変位の偏差の自乗平均,速度の自己相関関数,パワー・スペクトル,拡散計数などを求めた.並進運動速度の自己相関関数に関し,サンプリング時間τ〓10^<-11>s付近から関数値0を中心としてτ程度の時間スケールで振動するが結果が得られた.現在,物理の内容を検討中である.また,今回の模型で拡散係数の初期エネルギー依存性を見ると,必ずしもどこも同じではなく, Levy walk的な拡散(異常拡散)を示すエネルギーところと,ガウス型の正常拡散に近いところがある結果が得られた点がある.この点については,さらに調べたい.今回,入射エネルギー0.5eVの場合だけだが,丸山と同じように2.0μsの長時間にわたり, 4次の解法で計算した.結果は現在整理中である.
マクロフア-ジに存在する膜結合型プラスミノ-ゲン・アクチベ-タ-の生理学的意義

転移性癌細胞表面にはウロキナ-ゼ(UK)受容体があり、細胞接着部位(接着斑)でクラスタ-を形成する。このオ-トクライン型膜結合UKの細胞生理機能の一部を明かにした。1.UKは受容体に結合するとチロシンキナ-ゼ(cーsrc産物、pp60)によりAー鎖のチロシンがリン酸化される。また蛋白質キナ-ゼCによりAー鎖とBー鎖のセリンがリン酸化される。Aー鎖(Gドメイン)には細胞増殖効果がありシグナル・伝達を担っている事が分かった。Bー鎖(Pドメイン)はプロテア-ゼ活性を持ちプラスミンと連携して細胞外マトリックスを分解する。2.細胞から精製したリン酸化UKの酵素反応は人工基質では非リン酸化UKに比べて小さいKmを持ち、Kcat,Kcat/Km(酵素効率)は共に大きい。プラスミノ-ゲンではKm,Kcatは大きくKcat/Kmは一桁小さい。即ち、天然基質に対する親和性は低いが、基質と結合すれば大きな回転数で限定切断する他フイブロネクチン等のマトリックスも分解する。特異性のスペクトラムが広くなっておりさらに、PAIー1,ー2(インヒビタ-)の阻害がかからなくなっている事が判明した。またコンピュ-タを用いて構造分析をした結果、分子論的に大変興味ある結果を得た。よってUK分子にあるドメイン(G,K,P)はそれぞれに対応した機能を持つ事が分って来た。その機能発現の舞台は細胞内外のジャンクションに相当する接着斑(偽足)であり、機能的膜ドメインを形成している。ここで2種類のリン酸化酵素による生理学的モジュレ-ションを受け、癌細胞の浸潤に深く関わる。UKは血栓溶解酵素として広く知られているが、ここに機能的なル-ツがある。この点をさらに明かにする事が今後の重要な課題である。培養転移性癌細胞はウロキナーゼ(UK)を多量に合成・分泌し、受容体を発現する。螢光標識UKを目印にサイトフルオロメトリーを行なった結果、発現量に関して様々なクローンから構成されている事が分った。十数種の高発現型クローンを分離出来た。これらは極めて特徴のある性状を示す。即ち、1.細胞生物学的性状:(1)金コロイド上でクレータ型の移動軌跡(掘削工事跡)を示し、小麦胚レクチンに強く反応する。クローン毎に異なるそれぞれ単一な親和性を示す受容体を持つ。特異抗血清は表面受容体と反応する。(2)受容体結合UK、又は自らのUKにより、細胞レベルでフイプリン溶解反応を示す。2.受容体の性状:(1)レクチンとUKに結合する糖蛋白質であり、細胞当たり千個から4万個存在する。Kdは10^<-10>から10^<-12>モルまである。(2)アフィニティカラムで55キロダルトンの糖蛋白質が精製され、UKと1対1で結合する。3.共存蛋白質:(1)ウエスタンブロットと、スキンド細胞モデルを抗体で調べた結果ビンキュリン、フイブロネクチン、アルファアクチニン等と共存する。(2)細胞移動方向のラフル膜に受容体螢光が片寄り、フットプリントと一致する。4.考察と今後の試み受容体結合UKは浸潤移動の際、プロテアーゼとして細胞外マトリックス蛋白質を限定分解する重要な役割を担っている事が予測される。即ち掘削工事はマトリックス接着部位において、共存蛋白質と構造・機能的な連係プレーにより起こるものと考えられる。今後この点に力点をおいて、癌細胞の浸潤との関りを明らかにする。クロ-ン化した転移性ヒト癌細胞(C5)に特異受容体を介して結合するオ-トクライン膜結合ウロキナ-ゼ(UK)の細胞生理機能を解明するために今年度は以下のことを明らかにした。即ちUKやその受容体結合可能アミノ末端断片を蛍光ラベルし検索した結果、受容体は細胞接着部位に局在した。さらにこの部位のUKと関連蛋白質を分析した。1.受容体は別の蛍光色素でラベルした抗ビンキュリンと同じ分布を示し、アクチニン、アクチン繊維の末端部位とも一致した。接着部位は反射干渉法によりプラ-クとして観察され、蛍光分布と一致した。2.適当な表面活性剤処理により調整した細胞から接着部位の蛋白質を抽出し、ハイドロキシアパタイトカラムで分析した結果、UKは高濃度リン酸で溶出し、リン酸化を受けている。In vitro,in vivoでのリン酸の取り組みからもUKのB-鎖のみがリン酸化される事が認められ、細胞レベルのオ-トラジオグラフィ-法でもリン酸化が確認された。アクセプタ-アミノ酸はチロシンとセリンである。抗体と阻害剤を用いた実験からチロシンはpp60c^<src>により、セリンはタンパク質キナ-ゼCによりリン酸化される事が分かった。3.これらの事を説明する為に、コンピュ-タを用いてハイドロパシ-とチョウフアスマンの分析を行い、分子論的にたいへん興味ある結果を得た。今後は、受容体結合UKがマトリックス分解能を持つことから、癌遺伝子産物による膜蛋白質リン酸化のモジュレ-ションに力点をおいて、癌細胞潤滑における蛋白質群の連係プレ-を分子・細胞レベルで明らかにする。

1.UKは受容体に結合するとチロシンキナ-ゼ(cーsrc産物、pp60)によりAー鎖のチロシンがリン酸化される。また蛋白質キナ-ゼCによりAー鎖とBー鎖のセリンがリン酸化される。Aー鎖(Gドメイン)には細胞増殖効果がありシグナル・伝達を担っている事が分かった。Bー鎖(Pドメイン)はプロテア-ゼ活性を持ちプラスミンと連携して細胞外マトリックスを分解する。2.細胞から精製したリン酸化UKの酵素反応は人工基質では非リン酸化UKに比べて小さいKmを持ち、Kcat,Kcat/Km(酵素効率)は共に大きい。プラスミノ-ゲンではKm,Kcatは大きくKcat/Kmは一桁小さい。即ち、天然基質に対する親和性は低いが、基質と結合すれば大きな回転数で限定切断する他フイブロネクチン等のマトリックスも分解する。特異性のスペクトラムが広くなっておりさらに、PAIー1,ー2(インヒビタ-)の阻害がかからなくなっている事が判明した。またコンピュ-タを用いて構造分析をした結果、分子論的に大変興味ある結果を得た。よってUK分子にあるドメイン(G,K,P)はそれぞれに対応した機能を持つ事が分って来た。その機能発現の舞台は細胞内外のジャンクションに相当する接着斑(偽足)であり、機能的膜ドメインを形成している。ここで2種類のリン酸化酵素による生理学的モジュレ-ションを受け、癌細胞の浸潤に深く関わる。UKは血栓溶解酵素として広く知られているが、ここに機能的なル-ツがある。この点をさらに明かにする事が今後の重要な課題である。
NICU入院早期における家族への発達的介入に関する研究

本研究の目的はNICU入院早期での家族への看護介入を円滑に行うための、家族と医療者の情報共有ツールを作成することである。看護師(122名)を対象に入院早期の家族への看護とファミリーケアパスの活用状況の質問紙調査と、父母(37家族)を対象にNICU入院早期の育児ケア参加に関する質問紙調査を実施した。海外のファミリーケア実践として韓国と米国のNICUを視察した。以上より、両親向けパンフレットの形態で「コット移床」をゴールとした情報共有ツールを開発した。NICU入院が家族の発達課題に挑むプロセスを中断しないよう、早期から一貫した看護介入を行うことが、看護師に求められている。しかし、1.NICU入院早期に推奨される看護介入についてコンセンサスが得られていないこと、2.効果的な看護介入の条件が看護師にとって不明確であること、3.育児参加への期待に関する母親と看護師のずれ、により、NICU入院早期には家族を支援する看護介入が困難である。本研究では、NICU入院早期の家族への看護介入を標準化し、家族と医療者が共有することが必要であると考え、情報共有ツールを作成することを目的に調査を実施した。まず、調査1として周産期母子医療センター311施設の看護管理者を対象に、入院早期における家族への看護の実施状況、パスの活用状況をアンケート調査し、122施設より回答があった。ファミリーケアの現状として、「児の出生日数日」と「コット移床後退院」での看護介入については標準化されつつある。しかし、「児の入院後コット移床」の期間では家族の反応や児の状態や治療内容、看護者の判断などにより、対応が様々であることが示唆された。また、現在使用中のファミリーケアに関する記録用紙の提供を依頼したところ、20施設から36種類の提供があった。パス形式のものは9種類であった。タスクとして退院準備の育児練習の項目が多く設定されており、育児技術習得に焦点を当てたパスが主に使用されていると推測された。ケアの受け手のコンセンサス形成のために、調査2.NICU(GCUも含む)入院経験のある早期産児か低出生体重児の父母を対象に、NICU入院早期での家族への看護介入に関するアンケートを実施、調査継続中である。今後、NICU退院時、未熟児フォローアップ外来、NICU同窓会などでデータ収集し、調査結果をもとに情報共有ツールを作成する予定である。
モンゴル人の乳製品多量摂取による口唇口蓋裂発現予防効果に関する研究

モンゴル国において3年間に5回にわたり調査を行うとともにモンゴル人スタッフに通年依頼して調査を行った。その結果、(1)モンゴル人口唇口蓋裂発現率は、0.07%であった。(日本人口唇口蓋裂0.2%)(2) 961名の妊婦の母体環境調査を行った。(3)モンゴル人の口唇口蓋裂遺伝子レポジトリーでは、1, 999名の試料を入手できた。1.平成21年8月15日平成21年8月21目まで、夏目長門、大塚隆信、千田彰、前田初彦がモンゴルにて現地調査を行った。2.平成21年9月19日平成21年9月23日まで、吉田和加がモンゴルにて現地調査を行った。「モンゴル人の乳製品多量摂取による口唇口蓋裂発現予防効果に関する研究」の一環として、産婦人科にて出産後の母親を対象とした、妊娠中の食生活等に関する疫学調査で使用する調査用紙を、モンゴル語で作成するにあたり、日本語の原案との整合性について、検討作業を行った。現地の翻訳担当者の他、モンゴル健康科学大学Graduate Training CenterのAriuntuul Garidkhuuセンター長、モンゴル国立母子病院の口腔外科医アヤンガ氏とともに調査用紙の翻訳整合性確認作業を行った。また、モンゴル国立母子病院のErkembaatar Tudevdorj病院長に面会し、疫学調査実施計画について相談した。データの信頼性を高めるため、調査用紙記入担当者の研修を検討し、研修の日程等の調整を依頼した。3.現地調査の後に、現地研究協力者と打合せを行い、日本人研究者が帰国後も疫学調査を継続して実施した。1.平成22年8月16日平成22年8月22日まで夏目長門(愛知学院大学歯学部)、大塚隆信(名古屋市立大学医学部)、麻野和宏(独協医科大学医学部)、前田初彦(愛知学院大学歯学部)がモンゴルの首都ウランバートルならびに僻地にて現地調査を行った。我々が作成した日本語の調査用紙からモンゴル語に翻訳した調査用紙を中心として調査を行うとともに、国立母子保険総合センター(母子病院)において、口唇口蓋裂を含む全ての先天異常を対象に出生率調査を行った。また口唇口蓋裂の治療の実態を調査する目的で、治療の流れを現地の病院で確認するとともに、医療者ならびに患者、家族への種々のインタビューを行った。2.研究成果の一部について、(社)日本口蓋裂学会、特定非営利活動(NPO)法人日本口腔科学会中部地方部会にて発表した。この中で、特に日本人に比して口唇口蓋裂の出現率がモンゴル人では低いことについては、大きな反響があった。この原因としては遺伝子的な要因、環境要因両方の可能性があり、平行して解析をしている。特に乳製品の摂取状況が両国で大きな差が生じていた。4.調査用紙の一部について収集分析を開始し、データ入力を行った。しかし現在のところ特に記すべき興味深い知見は得られなかった。5.研究の実施状況の報告ならびに情報を入手するため、ジグジット=モンゴル大使、また在モンゴル日本国特命全権大使の城所卓雄氏等、関係者と面談した。1.平成23年8月16日平成23年8月21日まで夏目長門(愛知学院大学歯学部)、和田郁雄(名古屋市立大学医学部)、平成23年9月3日平成23年9月10日まで麻野和宏(獨協医科大学医学部)がモンゴルのウランバードルならびに僻地にて現地調査を行った。2.我々が作成した日本語の調査用紙からモンゴル語に翻訳した調査用紙を中心として調査を行うとともに、国立母子保健総合センター(母子病院)において、口唇口蓋裂を含む全ての先天異常を対象に出生率調査を行った。また、健常群400名(男200、女192、不明8)に対し出産時の年齢や生活習慣等の調査を行った。3.研究成果の一部について、日本口蓋裂学会、アメリカのサンフランシスコで開催されたCleft20114.現地調査の後に、現地研究協力者と打ち合わせを行い、日本人研究者が帰国後も疫学調査を継続して実施した。5.研究の実施状況の報告ならびに情報を入手するため、5月にジグジットモンゴル大使を名古屋に招聘して意見交換を行った。また、8月の現地訪問時に在モンゴル日本国特命全権大使の城所卓雄氏等、関係者と面談した。
分子性架橋デバイスのデザインに関する理論的研究

生体分子機械と称されるヘモグロビンの機能と構造からヒントへ得て「人工的な複数の電極で支え、囲まれたポルフィリン分子架橋系」を考え、その電極の構造配置、電極間電圧等を変えることにより分子の電子的環境を修飾し、機能発現させる分子性架橋デバイスに関する計算機マテリアルデザインを行った。電極としてポルフィリン分子にオーミック接続する電極(以下、ソース・ドレイン電極と記載)とポルフィリン分子周辺に空間を隔てて配置する電極(以下ゲート電極と記載)を取り扱った。ゲート電極による機能発現には、ポルフィリン分子面に平行に電場を印加するゲート電極配置が、垂直に印加の場合より有効であることが分かった。特に中心金属のd電子数が多い(銅、亜鉛等の元素)では、ポルフィリン分子のπ電子状態がフェルミレベル近傍にあるためポルフィリン分子面内方向への電子双極子誘起が容易で、電場によるバンドギャップ制御を効果的に行えることを見出した。ドレイン・ソース電極間のバイアス電圧依存性においては、中心金属がコバルトのテープポルフィリンにおいて、多数スピン電子に対しては典型的な半導体のI-Vカーブ特性を示すのに対し、少数スピン電子に対しては負性抵抗を示した。多数スピン電子バンドギャップ内のバイアス電圧では、非線形電子部品としての応用が考えられる。またスピン依存性を積極的に利用した磁気センサーデバイス、スピントロ二クスデバイスへの応用も考えられる。ポルフィリン中心金属へのガス分子吸着とゲート電圧印加においては、中心金属をコバルト、吸着ガス分子を一酸化炭素、分子面に平行電場を印加するゲート電極配置で、バンドギャップの印加電場依存性が、ガス分子吸着の有無により増減傾向が逆になることを見出した。この特性からは、ガスセンサーデバイスとしての応用が期待できる。さらに、金属-分子反応性の知見を集め電極に好適な金属元素の選定も行った。本研究の要は、分子性架橋を構成し機能を司る分子の周りに金属電極を配置し、そこに電位を印加することにより、分子に摂動を加え分子の特性を評価することにある。本年度は、その電極となる金属表面上での分子の安定性について、分子をフラグメントに分けて第一原理計算を援用して調べた。電極金属として白金(Pt)、ニッケル(Ni)、ルテニウム(Ru)等および、その構造として面心立方格子では(111)六方最密格子では(0001)のフラット表面、およびそれぞれのステップ表面を取り上げた。分子としてはハイドロカーボン(HC)(メタン、エチレン、およびそれらのフラッグメント)を扱い、その不安定さ、分解触媒反応に注視した。計算結果より、一般的傾向としてHCから、水素がはぎとられるほど、その分子の表面における吸着エネルギーの絶対値が増すことが分かった。これは、これらの表面における、分子の解離(分解)反応が発熱反応で、分解触媒作用を有していることを示している。特にステップ表面ではその触媒作用は増強されていることがわかった。例えばCH_4が、解離(分解)してCH_(4ーn)とnHが共吸着した場合(n=04)は、Ni(111)フラット表面における吸着エネルギーがー0.2 ー0.8電子ボルトに対し、Ni(211)ステップ表面のステップサイトでは、ー0.25 ー1.2電子ボルトであった。電極表面としては、分子と接する場合、原子スケールでの平滑さが要求されることがわかった。次年度以後での電極配置の計算では、この分解触媒作用に留意して研究を進める必要がある。他の研究から、金属表面が分子を分解する触媒作用があることがわかり、本研究において先にその分解触媒作用を調査した。吸着分子は完全な分解に至らない場合も分子内の結合を弱めることが明らかになった。この知見は、電極を配した分子性架橋システムは、真空中で架橋した場合とは異なる周辺環境を分子にもたらすことを示す。このことは、予定外の大きな進展ではあるが、導入予定であった計算機材であるクラスター計算機エレメントの入手が困難となり、計算可能量が限定されたため、予定の研究に未着手が生じた。分子架橋周りの電極を考え、ポルフィリンテープに電場を印加した場合のバンド構造の変化を第一原理計算を援用して調査した。ポルフィリンテープには、中心に2つの水素原子が結合した元のpristine porphyrintapeと、1つの金属原子Mに置換したM-porphyrintape (M=Co, Ni, Cu, Zn)を取り扱った。まず、ポルフィリンテープ分子面に主直に電場を印加した場合、0.5V/Åまで、ほとんどバンド構造に変化が見られなかった。これは垂直方向には電子状態の自由度が限られ電気双極子の誘起が困難なためである。分子面に平行にかけた場合、中心金属のd電子の占有数に応じてバンドギャップへのレスポンスが異なる、ハーフフィリング近傍のM=Co、Niでは変化が少なく(前者は僅かに減少、後者は僅かに増加)、満たされたM=Cu、Znの場合バンドギャップが電場印加に対して増加した。フェルミレベル近傍にπバンドが存在するかどうかで、双極子誘起に差が出るためである。なお、Pristine porphyrintapeでは、バンドギャップは逆に減少した。これは、水素原子の位置の自由度によるものと考えられる。次に一酸化窒素が中心金属に吸着した場合の電場による変化を調査した。Co-porphyrintapeにおいて分子面に主直に電場を印加した場合、吸着していない場合と同様バンドギャップにはほとんど変化がなかった。分子面の歪曲効果は、電気双極子もった吸着分子により大きくはなった。

分子面に平行に電場を印加した場合は、吸着していない場合とは反対に増加する傾向を示した。一酸化窒素吸着によりフェルミレベル近傍のdレベルが低エネルギー側に深く沈んだことによる。分子架橋周辺に電極を配置し電場を印加した場合に期待できる現象を、第一原理シミュレーションで、電場印加して調査することができた。電場印加方向がポルフィリンテープ分子面に垂直な場合と、水平な場合でそれぞれ特徴的なバンドギャップの変化が見いだされた。またその電場依存性は、中心金属の種類により変化することが分かった。これらは、ポルフィリンテープ架橋を電子デバイス化し活用する場合の有益なデザイン情報である。生体分子機械と称されるヘモグロビンの機能と構造からヒントへ得て「人工的な複数の電極で支え、囲まれたポルフィリン分子架橋系」を考え、その電極の構造配置、電極間電圧等を変えることにより分子の電子的環境を修飾し、機能発現させる分子性架橋デバイスに関する計算機マテリアルデザインを行った。電極としてポルフィリン分子にオーミック接続する電極(以下、ソース・ドレイン電極と記載)とポルフィリン分子周辺に空間を隔てて配置する電極(以下ゲート電極と記載)を取り扱った。ゲート電極による機能発現には、ポルフィリン分子面に平行に電場を印加するゲート電極配置が、垂直に印加の場合より有効であることが分かった。特に中心金属のd電子数が多い(銅、亜鉛等の元素)では、ポルフィリン分子のπ電子状態がフェルミレベル近傍にあるためポルフィリン分子面内方向への電子双極子誘起が容易で、電場によるバンドギャップ制御を効果的に行えることを見出した。ドレイン・ソース電極間のバイアス電圧依存性においては、中心金属がコバルトのテープポルフィリンにおいて、多数スピン電子に対しては典型的な半導体のI-Vカーブ特性を示すのに対し、少数スピン電子に対しては負性抵抗を示した。多数スピン電子バンドギャップ内のバイアス電圧では、非線形電子部品としての応用が考えられる。またスピン依存性を積極的に利用した磁気センサーデバイス、スピントロ二クスデバイスへの応用も考えられる。ポルフィリン中心金属へのガス分子吸着とゲート電圧印加においては、中心金属をコバルト、吸着ガス分子を一酸化炭素、分子面に平行電場を印加するゲート電極配置で、バンドギャップの印加電場依存性が、ガス分子吸着の有無により増減傾向が逆になることを見出した。この特性からは、ガスセンサーデバイスとしての応用が期待できる。さらに、金属-分子反応性の知見を集め電極に好適な金属元素の選定も行った。(1)架橋システムのパーツ特性の再評価については、当初予定どおり半年続ける。(2)周辺配置電極の作り出す周辺環境の調査については、平成28年度得られた金属表面自体がもつ触媒作用の効果に留意しながら、電極配置を決定しその効果電位依存性の調査を、平成29年度導入するクラスター計算機エレメントを用いて開始する。これまで得た成果をもとに、機能デバイスのデザインを行うとともに、成果をまとめて研究の総括を行う。
抗マラリア特性をもつ環状過酸化物の新規合成反応の開発

(1)研究の目的酸触媒存在下でシクロアルカノンと過酸化水素との縮合反応で容易に合成できる1,2,4,5-テトロキサンが顕著な抗マラリア特性を示すこと着目し、我々はオゾン酸化を基礎に置く非対称テトロキサン及びその類縁体である1,2,4,6,7-ペントキソカンの新規合成法を開発するとともに、その抗マラリア特性を明らかにすることを研究の目的とした。(2)今年度の成果及び考察( )環状過酸化物の新規合成法ビニルエーテルのオゾン酸化をエーテル中過酸化水素存在下で行った。その結果、対応するビス-ヒド口ペルオキシドが良い収率で得られた。このビス-ヒドロペルオキシドをトリメチルシリル化した後、ケトンとの酸触媒縮合反応を行ったところ、目的とする非対称1,2,4,5-テトロキサンが、低収率ではあるが確かに単離された。(ii)抗マラリア特性の評価合成した1,2,4,5-テトロキセパンおよび1,2,4,6,7-ペントキソカンについて、岡山大学綿矢教授との共同研究で標記特性を明らかにした。その結果、いくつかのテトロキサン誘導体は10^<-7>Mの濃度でマラリア原虫に効果的に作用すること、その選択毒性は100倍以上と極めて高いこと、をそれぞれ見い出した。そこで、これらの化合物についてin vivoでの検討を行っていただいたところ、複数の化合物がキニーネに匹敵する抗マラリア薬理活性を示した。
次世代MRI/NMRのための磁性流体によるシミングの基礎検討

研究期間内で、NMR/MRIマグネット内に誘導される遮蔽電流が作る不正磁場を低減する方法として、インサート・コイルを上下に動かす手法を検討した。従来、遮蔽電流が作る磁場の影響を小さくするために、交流磁場を印加するField Shaking手法が提案されてきた。しかし、この手法では、交流磁場を発生させるための専用マグネットが必要となり、実用化には難しさが残っていた。さらに、第二世代高温超伝導体(REBCO)を使用した場合には、遮蔽磁場効果が大きいことから、従来のField Shaking手法は限定的な適応にとどまることが想定されていた。そこで、REBCOコイルを励磁後に物理的に移動させることで、遮蔽電流の作る不正磁場を減衰させることを試みた。その結果、十分な不正磁場軽減効果が確認できた。さらに、当初計画とは異なることが、不正磁場を発生される遮蔽電流の簡易計算法を提案してきた。これまで、遮蔽電流の解析には、有限要素法に、薄膜近似法を併用し、さらに多重極展開法などで使用メモリ量の低減化を図らなければならなかった。このよう高度なシミュレーション手法は、世界でも数人の研究者しか実施できず、世界的に検討されている遮蔽電流磁場のシミング問題の解決を妨げていた。そこで、次世代MRI/NMRマグネットのシミングに貢献するために、等価回路による簡易な遮蔽電流磁場計算法を提案した。そして、従来の有限要素法に関しても、高度化させ、これまで薄膜近似であったのを、厚みの効果を考慮させたシミュレーション・ツールを完成させた。これにより、高精度な計算と簡易的な計算の異なる2種類を、研究者に提供できるようになり、用途に応じた対応が可能となった。次世代NMR/MRIのシミング手法を開発するために、該当年度では、1REBCO線材内の遮蔽電流解析ツール開発、2REBCOマグネットの設計高速化、3磁性流体のシミュレーション・ツール開発に取り組んだ。1REBCO線材内の遮蔽電流解析ツール開発では、まずシミング前に正確に不正磁場を評価する必要があることから、これまでの有限要素法と薄膜近似を組み合わせた数値計算手法の問題点の解決を図った。これまでの薄膜近似では、運転電流による効果が考慮されていなかったので、より高精度化を目指し、新たな薄膜近似を開発し、数値シミュレーション・ツールに組み込んだ。2これまで、NMR/MRIの設計では、膨大な計算量が必要であり、それまでに申請者が提案したREBCO層1枚1枚の高精度評価による設計が現実的ではなかった。そこで、ルジャンドル関数のシフト・オペレーター技術を活用することで、設計手法の高速化に取り組んだ。3磁性流体のシミュレーション・ツール開発では、これまでの有限体積法によるシミュレーション手法がシミングのための解析には不向きであることが判明した。有限用体積法では、流体の分離や粒子のスピン効果の影響を簡潔に組み込むことが難しい。そこで、それらの効果が反映しやすい粒子法による解析手法に変更した。現時点で、ほぼシミュレーション・ツールが完成しており、現在は、理論値との比較を実施している。しかし、粒子法では有限要素法による電磁場解析とのカップリングが難しく、現在は境界積分法などと組み合わせることを目指し、定式化を実施している。磁性流体の解析手法として、有限体積法を採用したが、本研究には不向きであることが確認された。そこで、粒子法による解析手法の開発に着手しているが、磁性流体の解析手法開発としては、やや遅れいている。その一方で、新しい薄膜近似手法など、次年度以降の計画がすでに終了している部分もあり、研究全体としては、おおむね順調に進展していると判断した。当該年度は、研究計画通り、昨年度に開発してきた磁場・流体連成解析手法に、不正磁場評価のための定式化を組み合わせ、磁性流体を用いた磁場補正法について検討を進めてきた。流体解析には、粒子法を採用することで、粒子径の違いなどの考慮も検討できるようになってきた。しかし、不正磁場の計算結果では、粒子系の違いは大きな差を生じないことが分かった。さらに、当初計画とは違うが、NMRマグネット側の磁場の不安定性についての検討が必要になり、新たに行った。世界的に、第2世代高温超伝導線材(REBCO線材)を使用した超高磁場NMRの開発が進められており、安定性の観点から無絶縁巻線技術が採用されている。これのマグネットは、パルス磁場などの影響によりコイル電流が変動することが明らかになってきた。そこで、該当研究では、磁性流体の詳細磁場計算が必要となることから、急遽、無絶縁巻線技術を採用したNMRマグネットの電磁的挙動シミュレーション手法の開発も進めた。開発したシミュレーション手法は、MITや米国国立高磁場研究所の超高磁場マグネットの実験結果と比較し、良い一致をみた。遮蔽電流による磁場も開発してきたシミュレーション手法に組み込み、無絶縁巻線技術を使用したREBCO NMRマグネットさらに高精度な磁場計算法も確立した。現時点では、本年度開発してきた無絶縁巻線技術を採用したNMRマグネットの電磁的挙動シミュレーションと磁場・流体連成解析の統合が済んでいないため、次年度の新たな課題として追加することにした。シミュレーション手法の開発は順調に進んできた。しかし、超高磁場用のNMRマグネットが発生する高精度な磁場算出のために、当初予期していなかったシミュレーション手法の開発がひつようとなった。現在、シミュレーション手法の統合までは進んでいないが、当初よりも大規模なシミュレーション手法を開発しており、シミュレーション開発については予定以上に進展している。

一方で、下期より基礎実験を検討していたが、準備に時間を取られて、少し遅れ気味である。当該研究は、シミュレーション開発が主であるが、基礎実験も重要であるため、それらを相殺し、概ね順調に進展していると判断した。研究期間内で、NMR/MRIマグネット内に誘導される遮蔽電流が作る不正磁場を低減する方法として、インサート・コイルを上下に動かす手法を検討した。従来、遮蔽電流が作る磁場の影響を小さくするために、交流磁場を印加するField Shaking手法が提案されてきた。しかし、この手法では、交流磁場を発生させるための専用マグネットが必要となり、実用化には難しさが残っていた。さらに、第二世代高温超伝導体(REBCO)を使用した場合には、遮蔽磁場効果が大きいことから、従来のField Shaking手法は限定的な適応にとどまることが想定されていた。そこで、REBCOコイルを励磁後に物理的に移動させることで、遮蔽電流の作る不正磁場を減衰させることを試みた。その結果、十分な不正磁場軽減効果が確認できた。さらに、当初計画とは異なることが、不正磁場を発生される遮蔽電流の簡易計算法を提案してきた。これまで、遮蔽電流の解析には、有限要素法に、薄膜近似法を併用し、さらに多重極展開法などで使用メモリ量の低減化を図らなければならなかった。このよう高度なシミュレーション手法は、世界でも数人の研究者しか実施できず、世界的に検討されている遮蔽電流磁場のシミング問題の解決を妨げていた。そこで、次世代MRI/NMRマグネットのシミングに貢献するために、等価回路による簡易な遮蔽電流磁場計算法を提案した。そして、従来の有限要素法に関しても、高度化させ、これまで薄膜近似であったのを、厚みの効果を考慮させたシミュレーション・ツールを完成させた。これにより、高精度な計算と簡易的な計算の異なる2種類を、研究者に提供できるようになり、用途に応じた対応が可能となった。今後は、MRIやNMRでの計測時に使用するパルス磁場を磁性流体に印加した時の磁気的挙動を検討する。マグネット中心付近での、磁場均一度を常に高く保ちたいが、パルス磁場を印加した際に磁性微粒子のスピンが回転運動(歳差運動)を起こし、磁場均一度を乱す可能性がある。その現象などをシミュレーションにより明らかにするために、有限体積法による磁性流体シミュレーション・コードを開発してきたが、スピンの影響を考慮することが難しいことが明らかになったため、粒子法による磁性流体シミュレーション・コードの開発に変更した。今後は、磁性流体シミュレーションと電磁場シミュレーションをカップリングさせ、詳細なシミュレーション・ツールの開発に着手する。さらに、高磁場下での磁性流体の実験的検証も検討する。実際には、岡山大学(金錫範教授)が所有する2テスラ・マグネットを使用し、磁化曲線や発生磁場などの計測を実施する。また、新しいシミング手法として遮蔽電流を超電導線材に能動的に発生させる手法を新たに検討することとした。