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電磁力を応用した温度伝導率,縦弾性係数および電気伝導率の同時測定法の開発

物性値が既知であるアルミニウムとチタンの無限平板状材料に対して,10Hzから1.0kHzの交流電流を用いて誘導加熱実験,加振実験および電磁誘導実験を行い,以下が実証された.温度伝導率が小さい場合,誘導加熱された試料の温度比は,熱伝導方程式の理論解と良く一致する.交流電流に対して,その2倍となる周波数の弾性変形による音響信号が検出される.試料近傍における電位の振幅と位相差の周波数依存性は,電磁方程式の理論解と良く一致する.物性値が既知であるアルミニウムとチタンの無限平板状材料に対して,10Hzから1.0kHzの交流電流を用いて誘導加熱実験,加振実験および電磁誘導実験を行い,以下が実証された.温度伝導率が小さい場合,誘導加熱された試料の温度比は,熱伝導方程式の理論解と良く一致する.交流電流に対して,その2倍となる周波数の弾性変形による音響信号が検出される.試料近傍における電位の振幅と位相差の周波数依存性は,電磁方程式の理論解と良く一致する.1.実験装置の設計・製作交流電流を流すコイルと信号を検出するコイルを,そのインピーダンスなどの計算に基づいて数種類設計・製作した.また,交流電流を流すコイルには,その形状に合わせた冷却構造も設計・製作した.さらに,静磁場を弾性変形に集中させる電磁石の磁極構造を設計・製作した.2.低周波数の弾性変形に関する実験これまでの研究成果において,音速(縦弾性係数)は,数百kHzのパルス電流を用いて測定を可能にした.一方,温度伝導率と電気伝導率は,1kHz未満の交流電流を用いて測定を可能にしており,両者を同時に測定するためには,周波数を同一にする必要があった.そこで,1kHzの交流電流を用いて,導電性材料に弾性変形を発生させ,材料中を低周波数の弾性変形が伝播する現象について実験を行った.また,その弾性変形を電磁石とコイルを用いて検出する方法を応用し,コイルに検出される起電力信号に含まれる情報について検討した.ここで,検出するために十分な弾性変形を発生させるためには,数十Aの交流電流を必要とし,平成20年度に,その仕様を満たす交流電源を購入した.また,弾性変形を大きくするため,コイルの線径と巻数に対する最適値を検討した.3.電場の強さに対する信号の中から弾性変形による信号を分離する観測方法に関する実験弾性変形をコイルによって検出するため,その信号よりも大きな電磁場の信号が混在することが考えられた.ただし,電磁場に対する信号の周波数に対して,弾性変形に対する信号のそれは2倍となる.そこで,両者の信号を分離するため,第2次高調波を増幅できるロックインアンプを用いて,それらの観測方法について実験した.また,コイルの線径と巻数に対する最適値について検討した.平成21年度の研究実績は以下のとおりである.1.熱伝導,弾性変形および電磁場の連成現象に対する順解析プログラムの作成傾斜機能材料は,性質の異なる材料が板厚内で一次元的に層状に重なった多層材料として考えた.そこで,測定対象の形状は,円板とし,その熱伝導,弾性変形および電磁場は,材料半径方向と厚み方向の軸対称二次元現象とした.材料の物性は,非均質た等方性とした.初期条件は,温度一様で,変形がなく,電磁場も存在しないものとした.境界条件は,材料側面,下面および上面において,熱伝達があり,応力がなく,無限遠の電磁場がゼロであるものとした.これらの仮定のもとで,熱伝導方程式,弾性体の運動方程式およびマクスウェルの電磁方程式を,内部発熱とローレンツ力を共通項して数値解析を行った.数値解析には,三角形リング要素による有限要素法を用いた.空間微分の離散化には,ガラーキン法を用い,時間微分のそれには,クランクニコルソン法あるいは前進法を用いた.2.単層材料に対する実験と解析単層材料に対して,熱伝導,弾性変形および電磁場に関する実験を行い,順解析による近似解と比較検討した.具体的には,温度伝導率,縦弾性係数および電気伝導率が,それぞれ,大きく異なる単層材料を使用し,それらの測定可能範囲について検討した.平成22年度の研究実績は以下のとおりである1.熱伝導,弾性変形および電磁場の連成現象に対する順解析プログラムの改良傾斜機能材料は,性質の異なる材料が板厚内で一次元的に層状に重なった多層材料としてえた.そこで,測定対象の形状は,円板とし,その熱伝導,弾性変形および電磁場は,材料半径方向と厚み方向の軸対称二次元現象とした.材料の物性は,非均質な等方性とした.初期条件は,温度一様で,変形がなく,電磁場も存在しないものとした.境界条件は,材料側面,下面および上面において,熱伝達があり,応力がなく,無限遠の電磁場がゼロであるものとした.これらの仮定のもとで,熱伝導方程式,運動方程式およびマクスウェルの電磁方程式を,内部発熱とローレンツ力を共通項として数値解析を行った.間接測定の原理式である近似解において,温度や試料寸法などの観測値の誤差伝播を検討するため,順解析プログラムを改良した2.拡張カルマンフィルタなどの逆解析プログラムの作成作成したアルゴリズムでは,逆解析が判定値の極小値に収束するため,最小値を探索できるプログラムを開発する必要のあることが明らかとなった3.二層材料に対する実験と解析アルミニウムとチタンを摩擦圧接させた二層材料に対して,熱伝導,弾性変形および電磁場に関する実験を行い,観測値の交流電流周波数依存性について検討した
ジストロフィン遺伝子に挿入された動く遺伝子に関する研究

我々は、ジストロフィン遺伝子内に挿入された約330塩基の挿入配列を同定した。この挿入配列は約110塩基のポリT配列を有し、ポリT配列を除いた残りの212塩基の配列はヒト11番染色体と完全に一致していた。これらの特徴から11番染色体の一部が逆転写を介し、ジストロフィン遺伝子に挿入されたと考えられた。さらに転写産物の解析から計452塩基の配列が11番染色体から転写されていることが明らかになった。452塩基が存在する11番染色体の領域には既知の遺伝子が存在せず、またこの配列は既知の蛋白をコードしないため、新規の非翻訳遺伝子と考えられた。本研究はジストロフィン遺伝子内にレトロトランスポジションしたと考えられた挿入配列の発見を契機に、レトロトランスポジショシ能を有する新しい自動くヒト遺伝子をクローニングするものである。また、新しい遺伝子をクローニングすることのみならず、この遺伝子が、未知の転写調節機構のもとで転写をうけることや未知の逆転酵素で逆転写される新しいタイプのレトロトランスポゾンであることを証明するものである。今年度、我々は、ジストロフィン遺伝子に挿入された新しい動くヒト遺伝子の配列をもとにRT-PCR法をもちいてこの遺伝子発現が最も盛んな臓器の特定を行ったところ、脳や胎盤、精巣で発現をしていることを明らかにした。また胎児の臓器を用いた検討においても胎児脳で発現を認めており、発生の初期の段階で発現していることを明らかにした。この結果をもとに、当該遺伝子の全長のcDNAの配列を明らかにすることを目的に、最も発現が多い臓器の一つである脳を用いて5'RACEを行った。その結果、L1やAluとった既知のレトロトランスポゾンとは全く異なる配列を得ることができた。驚くべきことに今回われわれが新たに得た配列は11番染色体の一部と100%の相同性をみとめ、新しい動く遺伝子の起源は11番染色体にあることを同定した。新たに得た配列はレトロトランスポジションに必要と考える酵素をコードする領域は認めず、未知の転写調節機構の存在が示唆されており、その機構の解明を進める予定である。本研究はジストロフィン遺伝子内にレトロトランスポジションしたと考えられた挿入配列の発見を契機に、レトロトランスポジション能を有する新しい動くヒト遺伝子をクローニングするものである。我々は、ジストロフィン遺伝子に挿入された約330塩基の配列の解析を行ったところ、挿入配列はポリアデニル化シグナルの相補配列と約110塩基のポリT配列を有し、また挿入配列の前後にはtarget site duplicationを有していることを同定した。配列が挿入された部位はL1のエンドヌクレアーゼが標的とする配列と1塩基が異なるのみであった。さらにポリTを除く212塩基は既知の転写産物やレトロトランスポゾンの配列と相同性を認めなかったが、ヒト11番染色体の配列と100%一致していた。これらの特徴から挿入配列は11番染色体の一部が、L1が誘導する逆転写を介し、ジストロフィン遺伝子に転移・挿入されたと考えられた。挿入配列の全長を得るために発現が盛んな脳のmRNAを用いて5'RACEを行ったところ、新たに240塩基の配列を得た。ゲノム上でこの配列は挿入配列と連続しており、合計452塩基の領域が脳で発現していることが明らかになった。ゲノム上の452塩基の上流のプロモーターの検索ではTATA boxを4か所に認め、イントロンを有さない構造の遺伝子であると考えた。さらに蛋白をコードする配列の検索では既知の蛋白をコードするORFを有さず、452塩基の動く遺伝子の配列はゲノム上の転写活性の明らかでない領域からの新規の非翻訳遺伝子からの転写産物であることが明らかになった。挿入配列の起源となる11番染色体の位置には既知の遺伝子がない。また今回同定した遺伝子の挿入は、患者の世代で発生しており、この新しい動く遺伝子は現在も非自律的なレトロトランスポジション能を有していることを示唆している。
核内および核外遺伝子を指標としたコイ科魚類の遺伝子動態の解析

異種間雑種による異質4倍体魚類を起源として進化したと考えられるコイ科魚類は、同質4倍体起源のサケ科魚類に比べて複雑な遺伝子組成を持ち、種内分化が進んでいる。また、ギンブナの雌性発生のような特殊な繁殖様式を持った種もある。これらの種間および種内での核内および核外遺伝子の解析をすれば、遺伝子操作による育種の大きな手がかりとなる。本研究はコイ属とフナ属を中心としたコイ科魚類の遺伝子動態を、核内遺伝子としてアイソザイムを指標とし、核外遺伝子として細胞質遺伝をするミトコンドリアDNA(mtDNA)を指標として解析することを目的とした。その結果、(1)淡水魚のmtDNAの簡易単離法として、アルカリ処理が有効であることを示し、さらに、非イオン性界面活性剤を膜溶解に用いた方法を応用することによって、非凍結試料でも、凍結試料でも簡便に使える「mtDNAの化学的簡易単離法」を確立した。この方法を用いて、(2)コイのmtDNAの制限酵素切断型に組織による差があるかどうかを卵巣と肝膵臓で比較したが、両者に差はなかった。そこで、肝膵臓と卵巣を用いてコイの制限酵素切断型変異の有無を10制限酵素について調べたところ、EcoRI、PstI、PvuII、XbaIに異なる切断型が認められ、4つの系の存在が示された。次に、形態とアイソザイム、およびmtDNAによるフナ属の種の判別とそれらの遺伝的差異を調べた。その結果、(3)東北地方のフナにはキンブナとギンブナにほかに導入されたゲンゴロウブナが生息していたが、核内遺伝子では完全に隔離されている、遺伝子の交流のないフナが一つの池において繁殖していることが見つけられた。(4)これらを他のフナと核内遺伝子(アイソザイム遺伝子)で16遺伝子座について比較した結果、それらはキンブナとギンブナであると推定できた。さらに、(5)それらのmtDNAの制限酵素切断型分析を行ったところ、両者は共通の系を保有し、核内遺伝子とは違うことが見つかった。異種間の雑種による異質4倍体魚類を起源として進化したとされるコイ科魚類はサケ科魚類の同質4倍体起源に比べて複雑な遺伝的組成を持つとされている。そのうちフナ族魚類は倍数性の存在や雌性発生による繁殖など特に複雑な繁殖様式をとることが知られている。本粘土はフナ族魚類のうちゲンゴロウブナ、キンブナ、ギンブナ、およびキンギョ(ワキン)を中心として、アイソザイム分析による核内遺伝子の動態を調べ、さらに、核外遺伝子としてミトコンドリアDNAの単離をおこなった。その結果の概要を以下に示す。(1)ゲンゴロウブナとワキンをもちいてデンブンゲル電気泳動によって11酵素について調べたところ、それらを支配する21遺伝子座が推定できた。これを基本として青森県、宮城県、福島県の池に生息するフナについて調べた結果、すべてにおいて安定して推定できたのは6遺伝子座であった。この核内遺伝子の共通性から青森県のひとつの池に遺伝子交換をしない二つの集団があることが見つかった。(2)各地の池のフナの体長、体高、背鰭基底長、背鰭条数、および鰓耙数を計測した結果、それらはキンブナ型、ギンブナ型、ゲンゴロウブナ型、およびそのどれにも属さない型に分けられた。

また、核内遺伝子(アイソザイム)の共通性と合わせてみた結果、キンブナ、ギンブナ、およびゲンゴロウブナのどれにも同定出来ない種類がいることがわかった。(3)アルカリ処理法によるミトコンドリアDNA単離法が改良できた。これによりフナ属3種がほぼ同じ塩基対数を持つことがすいていされた。これより次年度は同定出来なかったフナのルーツをフナ属魚類の類縁の中で明らかにすることが残された。異種間雑種による異質4倍体魚類を起源として進化したと考えられるコイ科魚類は、同質4倍体起源のサケ科魚類に比べて複雑な遺伝子組成を持ち、種内分化が進んでいる。また、ギンブナの雌性発生のような特殊な繁殖様式を持った種もある。前年度においてフナ属3亜種の核内遺伝子としてアイソザイムによる遺伝的分化と形態的差異を明らかにし、核外遺伝子であるミトコンドリアDNAの単離法を確立した。本年度はコイのアイソザイム遺伝子の推定と、前年度に確立したアルカリ処理法によりフナ属とコイのmtDNAを単離し、遺伝的変異の定性と定量をして、コイ科魚類の遺伝子動態を、核内遺伝子と核外遺伝子を指標として、解析することを目的とした。その結果の概要を以下に示す。1.青森県で同所的に生育していたキンブナとギンブナのmtDNAの制限酵素による切断片をアガロ-スゲル電気泳動法によって比較をした結果、9制限酵素中7制限酵素で固体による切断型の違いは認められず、変異が認められたPstIでも変異型は2型に共通して認められた。これは核内遺伝子の完全な分岐とは異なる様相を呈した。2.コイのアイソザイム分析を9酵素についておこなったところ、19遺伝子座が推定でき、フナ属よりも多くの遺伝子重複が認められ、フナ属とは大きく異なっていた。3.前年度開発したアルカリ処理法によってコイのmtDNAを単離し、制限酵素による切断型の分析を10酵素についておこなった結果、コイのmtDNAは4酵素で異なる切断型がみられ、明確な遺伝子的変異が認められた。また、調べたコイの30固体には切断型の組合せから、異なる4つの母系の存在が示された。また、フナの切断型とは明確に異なっていた。以上の結果から、mtDNAがアイソザイムと質的に異なる遺伝的標識としてコイ科魚類の遺伝子動態の解析に有効であることがわかった。
炭素-水素結合の可逆的活性化に基づく新規精密電合

リビング重合はポリマー構造を精密制御する最も優れた連鎖重合の一つであり、これまでに申請者らはルイス酸触媒、遷移金属触媒によるリビングカチオン、リビングラジカル重合を見出してきた。これらは生長種の種類は異なるものの、金属触媒による炭素-ハロゲン共有結合の可逆的活性化が重合反応の精密制御に大きな役割を果たしている。本研究では、同様な可逆的活性化が可能な共有結合として、より一般的な炭素-水素結合を金属触媒により活性化させ、生成する求核性中間体を生長種とする新しい精密重合系を開発することを検討した。開始剤として活性プロトンを有するマロノニトリル(1)あるいはシアノ酢酸エチル(2)、重合触媒としてRuH2(PPh3)4を組み合わせ、アクリロニトリル(AN)およびメタクリロニトリル(MAN)の重合をDMF中、100°Cで検討した。重合はゆっくりと進行したが、ジフェニルホスフィノエタンなどのリン化合物を添加すると重合が大きく加速した。塩基性の高い配位子がトリフェニルホスフィンと配位子交換することにより、活性の高い触媒が生成したことによるものである。生成ポリマーを1Hおより13C NMRにより解析すると、得られたPANは(1)あるいは(2)から開始しており、アタクチックなポリマーであることがわかった。さらに、一部分岐が生じていることがわかり、主鎖中の炭素-水素結合も活性化されていたことがわかった。より適切な配位子を選択することにより、さらに高度に重合が制御されると期待される。ANの重合は進行し、生成ポリマーの分子量分布は広いものの、重合は完結した。生成ポリマーの構造を1H NMRにより解析すると、AN特有の吸収が見られたのに加え、2を用いた場合には2由来のエチルエステル特有の吸収が観測された。このことから、この重合は確かに開始剤由来の炭素-水素結合の可逆的活性化に基づいて進行していることがわかった。一方MANの重合は途中で停止し、高分子量体は得られなかった。さらに配位子を設計することにより触媒活性や高度な重合の制御および広い範囲のモノマーへの適用が達成されることが期待される。
わが国におけるルテオウイルス発生実態と各種ルテオウイルスの比較研究

1.発生実態-わが国には11種のルテオウィルスが発生,分布していることが明らかとなった.すなわち,オオムギ黄萎ウィルス,テンサイ西部萎黄ウィルス,ニンジンレッドリーフウィルス,ブドウ味無果ウィルス,リーキ黄萎ウィルス,レンゲ萎縮ウィルス,ジャガイモ葉巻ウィルス,ダイズ矮化ウィルス,イチゴマイルドイエロエッヂウィルス,タバコえそ萎縮ウィルス,ピーマンからの-ウィルスの11種で,北海道から沖縄までウィルスによっては広く,あるいは局所的に発生している.2.比較研究-以上のうちオオムギ黄萎ウィルス(BYDV),テンサイ西部黄萎ウィルス(BWYV),ダイズ矮化ウィルス(SDV),レンゲ萎縮ウィルス(MVDV)につき比較研究を行った.(1)BYDV-新潟株と福井株を分離比較したが,媒介虫特異性,血清学的特性から同一の系統と考えた.ゲノムRNAの複製中間型や細胞病理的変化から何れの亜群に帰属させるべきかを検討した.(2)BWYV-新潟の圃場からホウレンソウの-病原ウィルスとして本ウィルスを分離した.血清学的特異性,理化学的性状,細胞病理学的変化について種々比較検討した.なお,本分離株はジャガイモに感染しないことを確かめた.(3)SDV-D系統, Y系統による感染ダイズの細胞病理的変化,ウィルスの所在様式を明らかにした.(4)MVDV-感染植物の節部細胞内篩部細胞内に径約17mmの小球形粒子を観察しまた病組織からの純化標品中にも径18mmの小球形粒子が認められた.また,病組織から複製中間体としての2本鎖RNAは検出されなった.以上のことから本ウィルスは従来考えられてきたルテオウィルスでなく,新しいウィルスの可能性が高い.1.発生実態-わが国には11種のルテオウィルスが発生,分布していることが明らかとなった.すなわち,オオムギ黄萎ウィルス,テンサイ西部萎黄ウィルス,ニンジンレッドリーフウィルス,ブドウ味無果ウィルス,リーキ黄萎ウィルス,レンゲ萎縮ウィルス,ジャガイモ葉巻ウィルス,ダイズ矮化ウィルス,イチゴマイルドイエロエッヂウィルス,タバコえそ萎縮ウィルス,ピーマンからの-ウィルスの11種で,北海道から沖縄までウィルスによっては広く,あるいは局所的に発生している.2.比較研究-以上のうちオオムギ黄萎ウィルス(BYDV),テンサイ西部黄萎ウィルス(BWYV),ダイズ矮化ウィルス(SDV),レンゲ萎縮ウィルス(MVDV)につき比較研究を行った.(1)BYDV-新潟株と福井株を分離比較したが,媒介虫特異性,血清学的特性から同一の系統と考えた.ゲノムRNAの複製中間型や細胞病理的変化から何れの亜群に帰属させるべきかを検討した.(2)BWYV-新潟の圃場からホウレンソウの-病原ウィルスとして本ウィルスを分離した.血清学的特異性,理化学的性状,細胞病理学的変化について種々比較検討した.なお,本分離株はジャガイモに感染しないことを確かめた.(3)SDV-D系統, Y系統による感染ダイズの細胞病理的変化,ウィルスの所在様式を明らかにした.(4)MVDV-感染植物の節部細胞内篩部細胞内に径約17mmの小球形粒子を観察しまた病組織からの純化標品中にも径18mmの小球形粒子が認められた.また,病組織から複製中間体としての2本鎖RNAは検出されなった.以上のことから本ウィルスは従来考えられてきたルテオウィルスでなく,新しいウィルスの可能性が高い.1.オオムギ黄萎ウイルス(BYDV)に関する研究(1)系統間の比較ー新潟県長岡市のオオムギから分離した1系統(BYDV805)と福井県福井市のオオムギから分離した1系統(BYDVF85)の媒介虫特異性を比較したところ、両系統ともムギクビレアブラムシにより高率に伝搬され、ムギヒゲナガアブラムシで低率ながら伝搬されたが、他2種のアブラムシでは伝搬されず、伝搬特性に違いはみられなかった。(2)理化学的性状ー両系統の純化試料を電顕観察したところ、直径約25nmの球形粒子が認められ何れも感染性が認められた。純化標品から蛋白質を抽出、電気泳動による解析の結果、分子量22,000の単一成分から成ることが判明した。一方、抽出した核酸を解析したところ、1本鎖RNA一分子種をウイルスゲノムとして有していることが明らかとなった。また、感染葉から複製中間体を抽出解析した結果、分子量の異る2本鎖RNA3分子種が分離された。特に最も分子量の小さい分子種は米国の系統にはない。(3)細胞病理的変化ーBYDV805に感染したオオムギの根系を用い、感染初期の変化を電顕的に観察したところ、核内でのウイルス増殖が認められ、葉緑体・ミトコンドリアの変性,小胞の出現等が明らかとなった。2.ビート西部萎黄ウイルス(BWYV)に関する研究(1)ホウレンソウからのウイルス分離ー新潟市のホウレンソウからウイルスを分離した。モモアカアブラムシによる接種で宿主範囲を明らかにした。(2)理化学的性状ーDrislase処理により効率よくウイルスが抽出され純化法が確立された。純化標品には直径約25nmの球形粒子が含まれていて感染性も認められた。ウイルス蛋白は分子量2400の単一成分から成る。(3)血清学的研究ー純化標品を用い力価1/1024の抗血清を得た。
無血清培地での1個の血液幹細胞の分化・増殖の解析

In vitroコロニー法を用いた研究から赤血球をはじめとする全ての血球は共通の血液幹細胞から由来することが明らかにされている。In vitroコロニー法は細胞,造血刺激因子,培地の3要素から成立するが、私共はその最も単純な培養系(1個の血液幹細胞を高度に精製されたIL-3を添加した無血清培地で培養)を確率し、上記の血球産生の機序を確認した。その結果in vitroでは血液幹細胞は一個でもIL-3が存在すれば、他の造血刺激因子や補助細胞が存在しなくても完全に分化・増殖できることを明らかにした。そこで本研究では今迄造血を刺激すると考えられてきた蛋白同化ホルモンや単球,Tリンパ球などが1個の血液幹細胞に直接どのような影響を与えるか、またそれらにより分化の方向を目的に応じて調節できるかの2点を明らかにすることを最終目標とした。マウスの造血細胞を用いた実験では、既にIL-3を含む無血清培地で1個の血液幹細胞が混合コロニーを形成することを確認している。即ち5-FUで処理したマウスの脾細胞から1個の血液幹細胞を取り出し、高度に精製されたIL-3を添加した無血清培地で培養すると、各種の血球から成る混合コロニーが形成されること、さらに高度に精製されたEpを添加すると赤芽球を含むコロニーや、各コロニー中の赤芽球の比率が増加することなどを明らかにした。そこで単球やTリンパ球を比較的集めやすい人の造血細胞を用いた方法を確立するため以下の実験を試みた。健常人の末梢血液から各種細胞分離法を使用して血液幹細胞を濃縮し、適当な培地上に細胞を広げ、マイクロマニプレーターを使って個々の細胞をそれぞれ1個づつ別の新しい培地に移し培養した。しかしながら培養条件が現時点では不適当のため、個々の血液幹細胞が十分分化・増殖して混合コロニーを形成するまでには至らなかったが、方法論的には可能と思われるので、培養条件の改善を含めた手技の検討が必要と考えられた。
自閉性障害の病態発生メカニズムに対する神経炎症の関与-PETとMRSによる検討-

【背景】自閉性障害の病態発生メカニズムには、遺伝や環境、神経学的因子、免疫学的因子が関与していると考えられているが、その原因は未だに明らかにされていない。最近の自閉性障害の死後脳研究では、大脳皮質、白質、小脳において活発な神経炎症が起きていることが示されたが、生きたヒト脳内での神経炎症の有無は今まで確認されていない。そこで、われわれは神経炎症の指標となる脳内活性型ミクログリアをPETにより測定し、生きた自閉症脳内における神経炎症の有無またはその程度を検証した。【方法】15例の自閉性障害をもつ者と、年齢、性別をマッチさせた健常者を対象とした。PETスキャンには浜松ホトニクス社製頭部専用PETスキャナSHR12000を用いた。トレーサーには活性型ミクログリアを標識する[11C]PK1195を用いた。トレーサー静注後,62分間のダイナミックスキャンを行った。PET解析にはsimplified referencetissuemodelを用い、[11C]PK11195の結合能を算出した。また、parametric画像を作成し、Statistical Parametric Mapping(SPM)による解析を行った。【結果】自閉性障害患者は健常者と比べ、脳幹部、小脳、視床、前頭葉など脳の広範な領域で[11C]PK11195の高い結合能を示した。SPM解析により、自閉性障害患者ではとくに脳幹、視床で[11C]PK11195が高い結合能を示すことが明らかとなった。【結論】自閉性障害患者は脳内の広範な領域でミクログリアが活性化している。とくに脳幹、視床で活発な神経炎症が起きている。背景自閉性障害の病態発生メカニズムには、遺伝や環境、神経学的因子、免疫学的因子が関与していると考えられているが、その原因は未だに明らかにされていない。方法12例の自閉性障害患者と、年齢、性別をマッチさせた健常者を対象とした。トレーサーには活性型ミクログリアを標識する[^<11>C]PK11195を用いた。PET解析にはsimplified referencetissuemodelを用い、[^<11>C]PK11195の結合能を算出した。結果閉性障害患者は健常者と比べ、脳幹部、小脳、視床、前頭葉など脳の広範な領域で[^<11>C]PK11195の高い結合能を示した。SPM解析により、自閉性障害患者ではとくに脳幹、視床で[^<11>C]PK11195が高い結合能を示すことが明らかとなった。結論自閉性障害患者は脳内の広範な領域でミクログリアが活性化している。【背景】自閉性障害の病態発生メカニズムには,遺伝や環境,神経学的因子,免疫学的因子が関与していると考えられているが,その原因は未だに明らかにされていない。

最近の自閉性障害の死後脳研究では,大脳皮質,白質,小脳において活発な神経炎症が起きていることが示されたが,生きたヒト脳内での神経炎症の有無は今まで確認されていない。そこで,われわれは神経炎症の指標となる脳内活性型ミクログリアをPETにより測定し,生きた自閉症脳内における神経炎症の有無またはその程度を検証した。【方法】15例の自閉性障害をもつ者と,年齢,性別をマッチさせた健常者を対象とした。PETスキャンには浜松ホトニクス社製頭部専用PETスキャナSHRI2000を用いた。トレーサーには活性型ミクログリアを標識する[11C]PK11195を用いた。トレーサー静注後,62分間のダイナミックスキャンを行った。PET解析にはsimplified refbrence tissuemodelを用い,[11C]PK11195の結合能を算出した。また、parametric画像を作成し,StatisticalParametric Mapping(SPM)による解析を行った。【結果】自閉性障害患者は健常者と比べ,脳幹部,小脳,視床,前頭葉など脳の広範な領域で[llC]PK11195の高い結合能を示した。SPM解析により,自閉性障害患者ではとくに脳幹,視床で[11C]PK1ll95が高い結合能を示すことが明らかとなった。【結論】自閉性障害患者は脳内の広範な領域でミクログリアが活性化している。とくに脳幹,視床で活発な神経炎症が起きている。
アジアから東アフリカまで広がる噛みタバコ習慣による口腔がん発症機構

口腔がんの発生要因として特定されてきたアジア・アラビア・東アフリカに普遍的な噛みタバコ習慣による発癌と、発生要因の特定しえないわが国の口腔がんの発癌とを疫学的調査と分子病理学的解析で比較検討した。その結果、口腔粘膜下線維症が被覆上皮の悪性転化の背景となる組織構築を検討し、表在性癌の組織学的特異性、そのなかでも異型上皮と上皮内癌,微小浸潤癌の病理診断基準を実用的レベルでほぼ確立することができた。口腔粘膜癌の発生には、飲酒、喫煙や嗜好品等の食生活習慣が大きな要因となっていることは周知のところである。口腔がんの発生がとくに高率なアジア地域では、その発生要因として噛みタバコの習慣があげられる。噛みタバコ習慣は台湾から東南アジア諸国さらにスリランカ・インドの南アジアを経て、アラビア半島から東アフリカまで広がっており、同地域の口腔がんの高頻度発生とよく対応している。一方わが国では、近年口腔がんは増加傾向にあるが、噛みタバコの習慣はないが、増加の背景となる要因は特定できていない。このように社会、地域、民族、習慣等で口腔がんの発生機構は共通であるのか特異的なものかは不明である。そこで、噛みタバコによる口腔がんとわが国の口腔がんの発生背景を最新の分子病理学的技法で解析するために本研究課題を計画した。第一に、噛みタバコ習慣の広がるアジアからアフリカまでの地域における口腔癌の発生状況を正確に把握し、第二には、噛みタバコによる異型上皮と上皮内癌の病理組織学的特性を、上記各地域の口腔粘膜生検材料をもちいて細胞外基質ECM分子をはじめ種々の分子の発現動態を病変進行との関連で解明したい。第三は、噛みタバコ関連口腔がんと同習慣の全く存在しないわが国の口腔がんを比較し、その前癌病変から浸潤癌までの過程におけるがん関連遺伝子をはじめとする種々の形質発現のプロフィールをスクリーニングする予定である。1)症例収集と疫学調査:口腔がんおよびその前癌病変症例の症例抽出の基本的方法を新規に踏査開始するアラビア・アフリカ地域に技術移転をおこなうために。本年度はミャンマーのイラワジ川流域とエジプトのナイル川デルタ地域およびスーダンにおける抽出方法の標準化をおこなった。ミャンマーから共同研究者Myintらを新潟に招聘して、エジプトには朔が、スーダンには朔とヨルダンのサワイルがそれぞれ出張して、詳細を検討した。その結果、二つの方法をとることを計画した。ひとつは過去の発生頻度をがん登録や病院病理ファイルから抽出して算出すること、もうひとつは新鮮例について患者の噛みタバコ習慣の聞き取り調査を開始することであった。2)パラフィンブロックの解析:1)で収集した扁平上皮癌・上皮内癌・異型上皮の症例の中からOSFの有無を評価し、パラフィンブロックから連続切片を作製し、パールカン、I型コラゲン、テネイシン、エラスチン等の細胞外基質分子とそれらの細胞膜受容体インテグリン各鎖の免疫組織化学法により病理組織学的病期を分類し、OSF進行に関わるMMPほかの細胞外基質分解酵素の発現を形態学的に解析することを開始した。さらに、パラフィン切片よりDNAを抽出してポリメラーゼ連鎖反応(PCR)法による各遺伝子DNA断片増幅をおこなっているが、組織保存状態が不良で、増幅が容易でないので、種々の工夫をおこなった。3)新規患者の噛みタバコ習慣の調査:アンケート用紙の様式を決定し、各病院に依頼して、新鮮症例の患者ごとに聞き取り調査を開始した。前年度までの研究項目を繰り返し、以下の実験をおこなった。1)症例収集と疫学調査:口腔がんおよびその前癌病変症例の症例抽出の基本的方法を新規に踏査開始するアラビア・アフリカ地域に技術移転をおこなうために、本年度はミャンマーのイラワジ川流域およびモロッコにおける抽出方法の標準化をおこなった。ミャンマーでは、現地共同研究者Myintらが、マンダレー総合病院およびヤンゴン総合病院で症例収集し、さらに患者にタバコ習慣に関するアンケート調査を実施した。モロッコには朔とヨルダンのサワイルがそれぞれ出張して、噛みタバコ習慣の広がりを調査し、口腔がん症例の抽出について現地共同研究者Rifkiらと協議を行った,その結果、ミャンマーでは、口腔がんは全身のがんのなかで6番目に多いこと、その背景として噛みタバコと喫煙が重要であることが判明した。2)パラフィンブロックの解析:1)で収集したミャンマーの口腔癌・前癌病変の120症例を得た。それらのパラフィンブロックから連続切片を作製し、HE染色を行い、病理組織学的診断を再検討し、粘膜下線維症OSFの進行程度を形態学的に確認し、さらに、パラフィン切片よりDNAを抽出してポリメラーゼ連鎖反応(PCR)法によってがん関連遺伝子DNA断片増幅をおこなった。しかし、DNA保存状態が必ずしも良好でないので、増幅が困難な症例が多く、その対策に苦慮している。3)増殖浸潤関連分子の検討:2)の組織切片では、これまでに検討してきた診断および増殖・分化に関わる分子の免疫組織化学を行い、MMP7やFGF7等の発現が増殖・浸潤性との関連を示唆するデータが得られている。

上記の調査結果から、発展途上国症例では、DNA試料解析には限界があるものの症例の病理疫学的解析には可能性があるので、今後の研究の主体を疫学的方法に移行していく必要が示唆された。前年度までの研究項目を継続するとともに、以下の調査を追加して実施した。1)症例収集と疫学調査:ミャンマーにおける調査に重点をおいた。同国現地共同研究者ネピドー市の医学研究所のMyint部長らが、マンダレー総合病院およびヤンゴン総合病院で症例収集し、さらに患者にタバコ習慣に関するアンケート調査を実施してきたが、今年度はそれらを整理して、調査を完了した。その成果は原著論文としてまとめて国際専門誌に投稿し、修正を指示されたので改訂稿を再投稿したところである。2)ミャンマーでのコホート研究計画の開始:ミャンマーにおける調査に重点をおいた。現地共同研究者の医学研究所のOo所長ならびに同国保健省のMau口腔保健部長との協議の結果、同国の石油発掘精製工場地帯のチャウ市(喫煙禁止区域)で、工場労働者のうち噛みタバコ習慣のある350人と習慣のない350人合計700人を調査対象となってもらうことを個々に承諾してもらい、口腔衛生状態の調査を開始した。口腔内病変が見出された場合はマンダレー他の歯科医師の協力をえて、病変の生検をおこなった。3)噛みタバコ関連口腔癌症例の病理学的解析:2)で収集した60症例について、パラフィンブロックから連続切片を作製し、HE染色を行い、病理組織学的診断を再検討し、粘膜下線維症OSFの進行程度を形態学的に確認するとともに免疫組織化学的検討をおこなった。2)および従前および国内症例については、とくに細胞外基質分子とそれらの細胞膜受容体、細胞間接着因子、細胞骨格、上皮内血管配置、細胞周期を免疫組織化学的に決定し、表在性癌の組織学的特異性を検討し、上皮内癌の病理診断基準について一応の確立をみた。4)上皮内癌の病理組織学的特性に関する基礎実験:3)で確立した上皮内血管と基底細胞角化に関する試験管内実験を行い、出血による赤血球由来の酸素化刺激が口腔癌の角化を推進している分子機序を明らかにした。1)症例収集と疫学調査:ミャンマーにおける調査に重点をおき、同国現地共同研究者ネピドー市の医学研究所のMyint部長らとともに、マンダレー総合病院およびヤンゴン総合病院で症例収集し、さらに患者にタバコ習慣に関するアンケート調査を実施、それらを整理して、調査を完了した。その成果は原著論文として公表した。2)ミャンマーでのコホート研究計画の開始:ミャンマーの共同研究者の医学研究所のOo所長らとの協議の結果、同国の石油発掘精製工場地帯のチャウ市(喫煙禁止区域)で、工場労働者のうち噛みタバコ習慣のある350人と習慣のない350人合計700人を調査対象となってもらうことを個々に承諾してもらい、口腔衛生状態の調査を開始したところ、同国内不安定な政治状況によりマンダレー他の地域歯科医師の協力を得ることが困難な状況となったため、経過観察が実践できずに推移した。アフリカではナイジェリア・ラゴス大学と今後の計画を協議した。3)噛みタバコ
金属セラミックス微粒子および焼結体の変態と機能性

1.Cu系形状記憶合金焼結体の形状記憶特性と磁性Cu-Zn-Al焼結合金において、10%に及ぶ引張り変形歪みが回復する超弾性を見出した。さらに、Cu-Al-Mn3元合金を用いて、P/M法により試料を作製、これに強磁性を付与して、引張り応力-歪み曲線上で、形状記憶特性と超弾性を発揮させることに成功した。また溶解材を用いて、低温時効処理に伴うホイスラ-型規則格子(Cu_2L2_1型)の形成機構と、加熱に伴う不規則化反応および磁性変態との関係を調べた。結果として、(CuMn)_3Al【double arrow】Cu_2MnAl+Cu_3Alなる規則-不規則反応機構を確かめた。2.ZrO_2-Y_2O_3系スパッタ薄膜の相変態スパッタ薄膜において、温度の上昇および時効時間の関数として、アモルファス→正方晶→単斜晶の逐次変態の詳細を検討した。3.ZrO_2-Y_2O_3焼結体の等温マルテンサイト変態ZrO_2-Y_2O_3焼結体において、等温的にマルテンサイト変態(正方晶→単斜晶)が、試料表面から内部へ進展することか認められた。さらに、この変態は表面の水分が重要な役割を果たしており、Zr-Oのボンドが分断されて、変態のトリガ-となることを見出した。一方ZrO_2-CeO_2焼結体では、ほとんど非等温的にマルテンサイト変態が起こり、Y_2O_3添加の場合と変態機構が異なることも明らかになった。また、ZrO_2-CeO_2系における圧縮変形に伴う超弾性的挙動の可能性も見出した。4.高Tc酸化物超伝導体の合成を表面分析YBaCuO系およびBi(Pb)SrCaCuO系の合成を試み、特に酸化物表面や粒界における炭素、水、CO^<2->_3イオンなどの状態を分析し、これらが超伝導特性(転移温度、電気抵抗など)に及ぼす影響を調べた。特に、酸素の結晶内での振舞いについて重要な知見を得た。Cn-Zu-Al合金のP/M法による製造を詳細に検討し、母合金法(Cu-Zn、Cu-Al、電解Cu粉末の混合)によりAlF_3を焼結促進剤として添加し、微細結晶粒(20100μm)合金を作製した。これの形状記憶挙動を調べた結果、10%に及ぶ引っ張り歪みの回復を示す超弾性ループを得ることに成功した。また現在は強磁性形状記憶合金Cu-Al-MnのP/M法による作製と機能特性の開発研究を行っている。2)ジルコニア・セラミックス(ZrO_2-Y_2O_3)の等温マルテンサイト変態と微小クラックの成長機構ZrO_2-Y_2O_3焼結体の低温領域(423573K)での時効中に等温的に正方晶→単斜晶マルテンサイト変態が進展し、これが微小クラックの原因となることを明らかにした。さらに等温変態はO^<2->イオンの拡散と連携していること、また雰囲気中のH_2Oの存在がセラミックスの表面反応を起こさせ、変態の引金となることを示唆した。3)ZrO_2-Y_2O_3スパッタ

薄膜の合成とマルテンサイト変態上記の微粒子や焼結体のマルテンサイト変態と、スパッタ薄膜における変態挙動を比較するために本実験を行った。スパッタ直後のアモルファス状態から11731373K温度領域での等温保持中に結晶化が起こりさらに長時間の継続保持で正方晶→単斜晶へとマルテンサイト変態が進行した。また基板の拘束から解放された(1573K-36ks保持)薄膜では、微粒子や焼結体と同様に比較的低温の573K付近を中心に変態が進行しTTTダイヤグラムではC型曲線を描いた。さらにFe_2O_3を添加すると、単斜晶生成量は増加し、相対的にC-曲線は短時間側へ移った。4)その他高温Tc酸化物超伝導体の表面構造の研究も続行中である。1.Cu系形状記憶合金焼結体の形状記憶特性と磁性CuーZnーAl焼結合金において、10%に及ぶ引張り変形歪みが回復する超弾性を見出した。さらに、CuーAlーMn3元合金を用いて、P/M法により試料を作製、これに強磁性を付与して、引張り応力ー歪み曲線上で、形状記憶特性と超弾性を発揮させることに成功した。また溶解材を用いて、低温時効処理に伴なうホイスラ-型規則格子(Cu_2MnAl;L2,型)の形成機構と、加熱に伴なう不規則化反応および磁性変態との関係を調べた。結果として、(CuMn)_3Al【double arrow】Cu_2MnAl+Cu_3Alなる規則ー不規則反応機構を確めた。2.ZrO_2ーY_2O_3系スパッタ薄膜の相変態スパッタ薄膜において、温度の上昇および時効時間の関数として、アモルファス→正方晶→単斜晶の逐次変態の詳細を検討した。3.ZrO_2ーY_2O_3焼結体の等温マルテンサイト変態ZrO_2ーY_2O_3焼結体において、等温的にマルテンサイト変態(正方晶→単斜晶)が、試料表面から内部へ進展することが認められた。さらに、この変態は表面の水分が重要な役割を果しており、ZrーOのボンドが分断されて、変態のトリガ-となることを見出した。一方ZrO_2ーCeO_2焼結体では、ほとんど非等温的にマルテンサイト変態が起こり、Y_2O_3の添加の場合と変態機構が異なることも明らかになった。また、ZrO_2ーCeO_2系における圧縮変形に伴なう超弾性的挙動の可能性も見出した。4.高Tc酸化物超伝導体の合成を表面分析YBaCuO系およびBi(pb)SrCaCuO系の合成を試み、特に酸化物表面や粒界における炭素、水、CO_3^<2->などの状態を分析し、これらが超伝導特性(転移温度、電気抵抗など)に及ぼす影響を調べた。特に、酸素の結晶内での振舞いについて重要な知見を得た。
脳磁図と脳電図を用いたヒトの感覚運動調節に関わる神経機構の解明

本年度は,感覚-運動調節の神経機構の基本的事項を確認するために,脳磁図(Magnetoencephalography : MEG)と脳波(Electroencephalography : EEG)による実験を行った.運動関連領野から体性感覚皮質へのトップダウン制御機構の存在,トップダウン制御機構の性質,注意機構との関連を明らかにした.すなわち,運動に関連する脳領域(一次運動野,運動前野など)から体性感覚系にトップダウン的な制御が働き,体性感覚野のニューロン活動が低下する場合と増大する場合があることを明らかにした.次に,このトップダウン制御の性質(選択性など)を明らかにし,また注意との関連についても示した.本研究では,運動課題に関連性のある刺激を用いてニューロン活動を誘発したため,これまでとは異なる観点から感覚一運動調節の神経機構を明らかにできた.さらに注意機構についても詳細なMEG実験を行い,空間的注意によるニューロン活動の変化は,様々な感覚モダリティに及ぶことを明らかにした.得られた結果は,Journal of Neurophysiology, Neuroimage, Experimental Brain Research, Clinical Neurophysiologyなどの国際誌に発表した.本年度は,感覚-運動調節の神経機構の基本的事項を確認するために,脳磁図(Magnetoencephalography : MEG)と脳波(Electroencephalography : EEG)による実験を行った.運動関連領野から体性感覚皮質へのトップダウン制御機構の存在,トップダウン制御機構の性質,注意機構との関連を明らかにした.すなわち,運動に関連する脳領域(一次運動野,運動前野など)から体性感覚系にトップダウン的な制御が働き,体性感覚野のニューロン活動が低下する場合と増大する場合があることを明らかにした.次に,このトップダウン制御の性質(選択性など)を明らかにし,また注意との関連についても示した.本研究では,運動課題に関連性のある刺激を用いてニューロン活動を誘発したため,これまでとは異なる観点から感覚一運動調節の神経機構を明らかにできた.さらに注意機構についても詳細なMEG実験を行い,空間的注意によるニューロン活動の変化は,様々な感覚モダリティに及ぶことを明らかにした.得られた結果は,Journal of Neurophysiology, Neuroimage, Experimental Brain Research, Clinical Neurophysiologyなどの国際誌に発表した.
ネットワーク用データベースサーバ構成法の研究

本研究では、LANによる分散処理システムを構築するために、容量として10^9レコード、10^<12>バイト程度のデータベースサーバの構成法を考察した。小規模プロセッサによる超並列構成をモデルとし、それに特定のデータベース検索を負荷としてかけた時のシステム挙動につき、定量的に検討した。1.実験モデル現有のN-Cube社の超並列コンピュータにデータベース検索適用した場合を主要な実験モデルとした。これは最大4,096プロセッサを超立方体結線で結合できるMIMD方式の機械であり、現有機は16プロセッサを実装した小規模なものである。2.数理モデル現有機が小規模である関係から、そのプロセッサ間通信遅延などの基礎データを採取し、より大規模構成を採った場合のシミュレーションを可能とする数理モデルを構築した。3.シミュレーション上記の環境でデータベース検索を行った場合のデータアクセス時間、Tree検索時間、プロセッサ間通信オーバヘットなどをシミュレーションモデルにより導いた。予想されたように、超並列機をデータベースに適用する場合の問題はプロセッサ間通信オーバヘッドであり、それをいかに回避したデータベース検索アルゴリズムを開発するかが、MIMDにより高速化のカギであることを確認した。現在は超並列計算に適合したデータベース・アルゴリズム開発に力を注ぐとともに、プロトタイプマシンの設計、アルゴリズムの実装を行っている。また研究成果に公開にむけて準備を進めている。
肝臓内未熟樹状細胞移入による免疫学的寛容の導入と移植片拒絶抑制

(1)ラット小腸移植(BN→LEW)を行い、移植後7日間100μgのCTLA4Igを投与し、免疫学的寛容の導入に成功した。a)CTLA4Ig投与群全例で100日以上の長期生着を認めた。b)CTLA4Ig投与群では、非治療群に比して、血中IL-10及びIL-4値が有意に高く、Th2型免疫反応にシフトしていた。c)100日以上の移植片生着を認めたラットに、BNおよびACIの小腸を再移植して免疫学的有無を検討したところ、BNのみ拒絶せず、その特異性が確認された。(2)ラット腎移植(LEW→WKAH)を行い、樹状細胞およびCTLA4Igを投与し、長期生着を試みた。a)CTLA4Ig連日7回投与による100日以上の長期生着を認めた。b)樹状細胞の移植前単独投与では、生着延長効果は認められなかった。c)樹状細胞をCTLA4Igで処理し、樹状細胞状のB7-1およびB7-2をブロックしてから投与しても、生着延長効果は全く認められなかった。d)CTLA4Ig1回投与および樹状細胞移入の併用で19日以上の生存が認められた。e)CTLA4Ig1回投与では,生着延長は認められなかった。(3)アデノウイルスベクターにCTLA4Ig遺伝子を組み込み、in vivoのCTLA4Ig産生を確立した。(1)免疫学的寛容とキメリズム成立との関係を明らかにするために、皮膚移植と心臓移植を同系マウスの雌雄間で行い、移植片由来の細胞(いわゆるpassenger leukocyte)のホ-ミング様式を雄特異的遺伝子をPCRで検出することで検討した。この結果皮膚と心臓では明らかにpassenger leukocyteの広がり(つまりキメリズム)の様式に差があることが判明した。心臓からは皮膚に比して明らかにpassenger leukocyteが広範な組織へと分布している。心臓と皮膚でみられる差は、組織の容量の差ではなく、また含有末梢血による差ではない。(2)胎児肝より非肝細胞分画を分離しGM-CSFにて長期間培養し、樹状様細胞を得る方法を確立した。形態学的には単一の集団でいわゆる樹状細胞に類似している。主要組織適合抗原ClassIは低発現しているが、ClassIIf陰性であった。(3)胎児肝より分離し、GM-CSFで1週間培養した細胞をDST(Donor specific transfusion)し、FK506と併用することでこれまで抑制が難しいとされてきたアロ皮膚移植片に対する生着延長を導入することができた。LewisラットからWKAHラットへの腎移植の系を用いて、CTLA4Igおよび樹状細胞移入の移植片生着への影響を検討した。(1)WKAHラットの両腎摘出後、Lewisラットの腎を移植した。個体死をもって移植腎の拒絶とした。、無処理群では平均810日であった。(2)1日、100μgのCTLA4Igを7日間投与すると9例中4例に100日以上の長期生着が認められた。対照群としてヒトIgを同量、同期間投与したが、78日の生存であった。(3)Lewisの脾臓由来の樹状細胞を2×10^6個、移植前9日に静注した群では36日の生存で、移植片の長期生着は認められなかった。(4)100μgのCTLA4Igで処理した2×10^6個の樹状細胞を移植前9日に静注した群では38日の生存で、移植片の長期生着は認められなかった。(5)CTLA4Igの静注と樹状細胞の静注を別々に行う群では、19日以上の生存が認められた。現在さらに検討中である。
モデル系を用いた加熱調理における食材水分の役割についての伝熱学的研究

調理における食材中の熱移動に関して行なってきたこれまでの事例研究の結果に基づき,さらに一連の加熱操作の際に食材の水分が果たす役割について詳細な知見を得るための研究を継続した.以下に,実施した実験研究の内容と得られた結果を要約する.1)従来の加熱装置を改良し,食材加熱面から内部一次元方向において測定し得る試料内部温度の位置を10mmまで拡大した.2)新規に設置した試験機を用い,食材の力学的性質と熱的性質との関係を調査するための予備実験を行なった.3)極めて多量の水(98wt%以上)を保持する多糖類水溶液ゲル系を金属容器内で加熱したときの温度上昇曲線を観測し,その伝熱機構が多糖の種類に無関係に伝導伝熱によること,各試料ゲルの昇温速度は既に報告した指数式を用いて記述し得ること等の結果を得た.4)アルギン酸Naおよびコーン油を小麦粉ドウと混合して水分量を広範囲(1082.5wt%)に変え得る食材モデルを調製し,その伝熱機構を「蒸し」,「茹で」,「天火」,「揚げ」,「金属容器内での加熱」等の調理法のもとで観測した結果,食材モデルの昇温速度は全ての場合に既報の指数式に適合する一方,「揚げ」および「金属容器内での加熱」では指数式の時定数と食材モデルの熱拡散率との間に相関関係が成立することを見いだした.5)食材成分の相転移と食材全体の熱移動との関係を調べるため,脂質成分の融解,寒天ゲルのゾル転移,鶏卵タンパク質の熱凝固,小麦粉ドウの熱膨張を取り上げ,これらが食材の昇温機構に影響する状況を観察し,温度上昇曲線に吸熱的転移による不規則な変化が現われること,ベーキングパウダー添加ドウの熱膨張理象が昇温遠度を著しく加速すること等の結果を得た.調理における食材中の熱移動に関して行なってきたこれまでの事例研究の結果に基づき,さらに一連の加熱操作の際に食材の水分が果たす役割について詳細な知見を得るための研究を継続した.以下に,実施した実験研究の内容と得られた結果を要約する.1)従来の加熱装置を改良し,食材加熱面から内部一次元方向において測定し得る試料内部温度の位置を10mmまで拡大した.2)新規に設置した試験機を用い,食材の力学的性質と熱的性質との関係を調査するための予備実験を行なった.3)極めて多量の水(98wt%以上)を保持する多糖類水溶液ゲル系を金属容器内で加熱したときの温度上昇曲線を観測し,その伝熱機構が多糖の種類に無関係に伝導伝熱によること,各試料ゲルの昇温速度は既に報告した指数式を用いて記述し得ること等の結果を得た.4)アルギン酸Naおよびコーン油を小麦粉ドウと混合して水分量を広範囲(1082.5wt%)に変え得る食材モデルを調製し,その伝熱機構を「蒸し」,「茹で」,「天火」,「揚げ」,「金属容器内での加熱」等の調理法のもとで観測した結果,食材モデルの昇温速度は全ての場合に既報の指数式に適合する一方,「揚げ」および「金属容器内での加熱」では指数式の時定数と食材モデルの熱拡散率との間に相関関係が成立することを見いだした.5)食材成分の相転移と食材全体の熱移動との関係を調べるため,脂質成分の融解,寒天ゲルのゾル転移,鶏卵タンパク質の熱凝固,小麦粉ドウの熱膨張を取り上げ,これらが食材の昇温機構に影響する状況を観察し,温度上昇曲線に吸熱的転移による不規則な変化が現われること,ベーキングパウダー添加ドウの熱膨張理象が昇温遠度を著しく加速すること等の結果を得た.1)水分量を広範囲に変え得る半固形状の食材モデル系の調製:本研究課題に適合する測定対象試料として,小麦粉とアルギン酸ナトリウムからなる固体相を水とコーン油からなる液体相中に分散させた系を試作し,半固形性を保ちながら水分量を10.1%から82.5%の範囲で任意に調節し得る加熱用食材モデル系を調製した.水分量が50%以上の本モデル系を調製するに当たり,海藻多糖類の一種であるアルギン酸のナトリウム塩の使用はきわめて有効であった.2)食材モデル系の熱物性及び力学物性:熱伝導率,熱容量及び密度を実測して求めた上記食材モデル系の熱拡散率は,系の水分量が10.1%から60%に増すとともに増大するが(0.66×10^<-7>m^2/s→1.32×10^<-7>m^2/s),以後水分量が増しても熱拡散率に有意な変化が見られないことから,多量の水はアルギン酸ナトリウムに結合して存在することが予測された.なおモデル系の力学物性については測定装置の設営が遅れたため,応力緩和の測定を目指して当該装置を目下調整中である.3)食材系加熱装置の改良と食材内部熱移動速度の測定:加熱中の食材内部の温度変化を加熱面から垂直一次元(x軸)方向に沿って追跡するための既設装置を改良し,加熱面からの温度測定点を増設して系内部の温度勾配を一層広範囲に観測し得るようにした.その結果,熱媒体の種類やx軸上の温度測定位置によらず,加熱時間と試料温度との関係は遅延時間τを用いて表わし得ること,及び遅延時間τとx軸上の距離との間に1/τ(x)=A・x^<-B>なる関係が成立することを見出した.ここに,A及びBはそれぞれ熱媒体から系内部への熱伝達,及び試料内部の熱伝導にかかわる定数である.

食材加熱の際に生じる成分の多様な相変化が系全体の非定常熱移動に及ぼす影響を調べるため,脂質成分の融解,寒天水溶液ゲルの転移,鶏卵タンパク質の加熱凝固,および小麦粉ドウの膨化を取り上げ,これらに起因した食材系の状態変化が系内の温度上昇曲線に影響する状況を観察した.1)脂質成分の融解が試料の可塑性を消滅させ,昇温機構が伝導伝熱から対流伝熱に移行する際に系全体の一時的な温度下降を誘発し,その温度は加熱面の近傍で40°Cに達する場合があるが,O/W型乳化系では分散油相間の高次構造のため,高温域でも伝導伝熱による昇温機構が持続する.2)本研究に用いた調理用粉寒天の場合,その水溶液ゲルは5060°Cの低温部と90°C付近の高温部に転移現象が観測され,各転移に際し試料加熱面近傍で10°C未満の温度下降が見られるが,高温部転移が終了するまでの昇温機構は,残存するゲル構造のため実測の範囲で伝導伝熱に依る.3)鶏卵タンパク質の加熱凝固は「茶碗蒸し」の例に見られるように系全体の非可逆的なゲル化に寄与し,昇温機構を伝導伝熱に変化させるが,その際の吸熱や発熱による温度変化は見られず,凝固温度も「オムレツ」から「卵豆腐」にいたる調理事例の範囲で鶏卵成分の濃度に依らない.4)ベーキングパウダー(BP)を添加した小麦粉ドウに見られる加熱膨張は,無添加系と比較して試料内部の昇温速度を著しく加速するが,BP添加の有無とは無関係に温度上昇曲線は既報の指数式に適合するので,小麦粉ドウの熱膨張は指数式の時定数(遅延時間)で評価し得る可能性がある.5)室温で計測された脂質系や鶏卵タンパク質系の一部試料の粘弾性パラメーターと,これらの加熱による転移現象との間に有意な関係は見られない.今後,新規に設営されたクリープメーターに試料温度を制御する装置を付設し,転移温度付近でのレオロジー測定を実施する必要がある.