hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
白亜紀堆積物から読み解く「古日本列島」

日本列島の地質帯は、新生代中ごろに日本海が形成されるのに伴い大きく再配列が成されたと考えられる。その「再配列前」の情報を保持するものとして、西日本の白亜紀の浅海陸性堆積物中の砕屑性モナザイト及びジルコンの年代測定を中心に行ってきた。また、その対比として同時代の付加体堆積物(三波川帯)や、後背地としての基盤岩類の調査も並行して行った。白亜紀前期の整然層として、篠山層群を中心に調査を行い、その堆積年代の大幅な高精度化を達成した。白亜紀後期の整然層としては姫浦層群を中心とし、砕屑性モナザイト・ジルコンを用いた後背地推定を行った。その結果、後期白亜紀の砕屑性粒子の寄与が少ない可能性を示した。白亜紀付加体堆積物の調査は、三波川帯関連を中心に行った。中でも天竜地域は「狭義の三波川帯」と「四万十変成帯」が接する地域とされたことがあるが、これらが双方とも後期白亜紀の堆積年代を持つことを明らかにした。同時に、「狭義の三波川帯」の存在根拠の一つを否定し、元来ほぼ全ての三波川帯の原岩が後期白亜紀付加体に由来する可能性を示した。日本海が新生代中ごろに形成される以前は、日本列島(に成る部分)は朝鮮半島沿海州に張り付くように存在していた。よって、白亜紀に存在したであろう堆積盆に砕屑物を供給した後背地としては、朝鮮半島及び中国大陸が重要な位置を占める。そのため、大陸から供給される砕屑物質を見積もるための基礎データとして砕屑性モナザイトの年代分布を解明する研究を継続的に行っている。ー方で、日本列島に存在する先白亜紀地質体も無視できない存在である。日本列島で最も大陸側に位置する飛騨帯(宇奈月帯を含む)は、先白亜紀花崗岩を含む最も大きな地質体でもあり、そこの年代学的研究は白亜紀堆積物の年代解析に於いても重要な位置を占めると考えられる。また、本年度は東北地方で掘削されたボーリングコアから発見した300Ma花崗岩について学会発表を行った(論文は受理済み印刷中)。この発見は、東北日本と西南日本を統一的に論じるためのカギとなるとともに、日本海形成以前の東北日本と西南日本の位置関係を制限しうる重要な情報となる可能性がある。白亜紀堆積物に関しては、従来ジュラ紀付加体の変成部と考えられてきた「三波川帯」の原岩の大部分が、四万十帯とほぼ同時代の白亜紀後期付加体である事を再三示してきた。また、浅海性堆積物である篠山層群(兵庫県)や御船層群(熊本県)などから岩石試料を採取している。現在、その結果を次年度に順次公表するべく研究を続けている。新生代中ごろに日本海が形成されるのに伴い、日本列島の地質帯は大きく再配列が成されたと考えられる。その「再配列前」の情報を保持するものとして、白亜紀浅海性堆積物の調査を西日本を中心に行った。昨年度は主として熊本県・姫浦層群を特に対象とし、現在データをまとめ、発表の準備をしている段階である。その対比として、白亜紀付加体の堆積岩起源の変成岩についても調査研究も進めている。従来ジュラ紀付加体の変成部と考えられてきた「三波川帯」の原岩の大部分が、四万十帯とほぼ同時代の白亜紀後期付加体である事を再三示してきが、今年度は天竜地域の三波川帯の堆積・変成年代を明らかにし、「ジュラ紀付加体を起源とする三波川帯」が存在する可能性をさらに制限することができた。また、長崎変成岩分布域中に存在する花崗岩の小岩体が前期白亜紀の年代を持つことも突き止めた。この時代の花崗岩の存在は、白亜紀堆積物中のジルコンやモナザイトの年代分布を論じる上で、一つのカギとなるであろう。一方で、日本列島に存在する先白亜紀地質体も無視できない存在であり、そこの年代学的研究は白亜紀堆積物の年代解析に於いても重要な位置を占めると考えられる。

これに関しては、本年度は富山県宇奈月地域の花崗岩から「日本最古の鉱物(37億5千万年前のジルコン)」の発見などに貢献をした。この発見は、日本列島の地質帯の再配列が従来考えられていたよりも複雑であった可能性を示し、日本列島形成史を論じる上で今後重要な情報となる可能性がある。日本列島の地質帯は、新生代中ごろに日本海が形成されるのに伴い大きく再配列が成されたと考えられる。その「再配列前」の情報を保持するものとして、西日本の白亜紀の浅海陸性堆積物の調査を中心に行ってきた。昨年度は、熊本県・姫浦層群の砂岩から砕屑性モナザイトを分離し、年代測定を行った。その結果、後背地に関して、姫浦層群の基盤を成すはずの前期白亜紀花歯岩起源のモナザイト粒子の寄与が少ない事を示した。昨年度の調査は熊本県・姫浦層群の凝灰岩を対象とした。現在データをまとめ、発表の準備をしている段階である。その対比として、白亜紀付加体の堆積岩起源の変成岩についても調査研究も進めている。従来ジュラ紀付加体の変成部と考えられてきた「三波川帯」の原岩の大部分が、四万十帯とほぼ同時代の白亜紀後期付加体である事を再三示してきが、今年度は長崎帯の三波川帯相当部の堆積・変成年代を明らかにし、九州東端の大分県佐賀関半島で分布が途絶える「三波川帯」が、九州西端で露出することをあらためて確認した。また、兵庫県・篠山層群「下部層」の堆積年代が前期白亜紀Albian-Aptian境界付近であるあることを突き止め、その結果を発表した。この結果は従来報告されてきた篠山層群の年代より確度の信頼性が高い上に、20倍以上の精度であり、今後同様の手法が凝灰岩を含む整然層に対して極めて有効であることを示した。
高齢者由来の歯根膜細胞の動態解析

歯根膜は、加齢に伴い歯根膜腔の狭窄や線維の退行性変化が観察され、これらの変化は歯周組織の再生に重要な影響を及ぼすと考えられている。しかし、歯根膜組織の加齢変化については、従来より組織学的な研究報告は多くなされているものの、in vitroの系を用いて細胞機能を研究した報告はほとんど見当たらない。そこで、本研究では、ヒト歯根膜細胞の細胞老化に伴う性質の変化を解析するため、若年者の歯根膜組織から線維芽様細胞を分離して、継代後の細胞動態について、増殖能と石灰化機能と密接な関連が示唆されているアルカリホスファターゼ(ALPase)活性を検討し、以下の結果を得た。1.本細胞は継代数の増加に伴い、増殖速度が低下し、飽和密度が減少した。また、晩期継代時には、大型細胞が出現するなど形態的に不均一が観察された。2.本細胞のALPase活性は、晩期継代時には、培養早期に比べ、コンフルエントからの上昇レベルが低下していた。なお、対照のヒト歯肉由来細胞はALPase活性をほとんど活性を示さなかった。3.晩期継代時における小型と大型細胞群の比較では、両者の細胞容積と増殖能およびALPase活性との関係は、若い細胞と老化細胞の関係に類似していた。以上により、本細胞系は歯根膜の特性を維持した正常ヒト歯根膜細胞系であり、ヒト歯根膜細胞のALPaase活性は、加齢に伴い低下を示した。この変化は、継代に伴う増殖能のし低下と細胞の大型化と関連していることが示された。
ナイアシン欠乏飼料経口投与によるマウスの妊娠障害および栄養障害に関する実験的研究

本研究は、ニコチンアミドの奇形ならびに腫瘍抑製作用機序を明らかにすると共に、糖尿病をはじめとする種々の疾病に対する有効性を知る一方法として計画したものである。ナイアシンは糖やアミノ酸の代謝等生理機能上、重要な役割を果たしており、その欠乏により、何らかの代謝異常がとくに妊娠期には顕著におこるであろうことが予測できる。現在のところナイアシンの欠乏ならびに過剰の影響、とくに奇形の生に関する報告はみられない。そこで、妊娠期間をいくつかの実験群に区分して、指定の期間マウスをナイアシン欠乏飼料にて飼育した後、妊娠障害と栄養障害を調べた。妊娠全期間(19日間)を欠乏飼料で飼育した場合、妊娠率は有意に低下した(66.7%)。妊娠19日目の胎児に高頻度で奇形(口蓋裂)の発生がみられた(11.5%)。母体で膵臓の異常(膵炎?)が顕著にみられたのは予想外の結果であった(11/18、61%)。一部の標本を組織学的に検索したところ、明らかに妊娠経過とともに、とくに妊娠後期にいちじるしい膵組織の崩壊が認められた。妊娠中のナイアシン欠乏が、いかなる機序で母体の膵機能に影響を与えるかは今のところわからないが、興味深い知見となった。血清値の測定結果は、コントロール値に対しグルコース値が著しくなった(56.9%)が個体差が大きく明確ではない。二年間でナイアシン欠乏による妊娠障害や栄養障害を実証することができたので、この成果もまた違った観点から展開したいと考えている。妊娠課程での栄養障害により低出生体重児や奇形児の出生がみられる,というヒトの疫学例を単一のビタミン=ナイアシンの欠乏実験によって,マウスで証明した.ナイアシンは妊娠期のみならず小児期の栄養上重要なビタミンでありながら,その作用機構や欠乏による障害が充分解明されていない.我々はニコチンアミドの強い奇形抑制効果および抗腫瘍性を明らかにした.又,胎盤,胎児,腫瘍への^<14>C-ニコチンアミドの著しいとり込みから,その作用機序の一端を証明したが,今後の研究課題は,作用機序解明のための方法を模索することと癌以外の疾病に対するニコチンアミドの予防ならびに治癒効果をも証明することにある.従って本研究の目的は,ナイアシン欠乏の妊娠に与える影響と代謝異常病理上の影響を調べることにあった.I.妊娠前半期(B群),妊娠後半期(C群),妊娠前(A群)にナイアシン欠乏飼料を投与した結果,妊娠19日目の母体体重,臓器重量,胎児の体重はC群で顕著に減少した.それぞれ正常な場合の約60%, 55%, 70%の値で,とくに母体肝重量の著減はナイアシン代謝上の重要性を意味すると思われる.2.妊娠率はB群で38%, C群で88%, A群で64%であった. B群での著しい妊娠率低下は,ヒトでの妊娠前半期におけるナイアシンの役割りを示唆すると思われる.A群(1120日間)でも妊娠率がやや低下したことは興味深い結果で,妊娠以前のナイアシン欠乏も妊娠に影響を及ぼすことになる.3.B群で奇形(Open-eye,外脳症)の発生がみられた(3.4%)ことは予想外の結果であり,栄養学上新たな知見である.62年度はナイアシン欠乏による妊娠障害と栄養障害の一部を明らかにした.63年度はニコチンアミドはニコチン酸によるその回復を調べる他,栄養生理学的異常の検索を主として行い,研究目的の一歩近づいた実験結果が得られるものと期待している.本研究は、ニコチンアミドの奇形ならびに腫瘍抑製作用機序を明らかにすると共に、糖尿病をはじめとする種々の疾病に対する有効性を知る一方法として計画したものである。妊娠過程におけるナイアシンの欠乏ならびに過剰の影響、特に奇形の発生に関する報告は、現在のところ疫学例、動物実験例共にみられない。

前年度の実験で、妊娠前半期9日間をナイアシン欠乏にした場合に奇形の発生がみられた(3.5%)ため、その真偽を更に明らかにする目的で、今年度は主として妊娠全期間(19日間)にわたってナイアシン欠乏飼料を投与した場合の妊娠障害と栄養障害を調べた。妊娠19日目の胎児に高頻度(9.2%)で口蓋裂の発生がみられ、母体では膵臓の異常が顕著に認められた(11/80,13.8%)。一部の標本を組織学的に検索したところ、明らかに妊娠経過と共に、特に妊娠後期に著しい膵組織の崩壊が観察された。これは妊娠した場合にのみ特異的にみられたもので、妊娠中のナイアシン欠乏が母体の膵機能にダメージを与えるという興味深い結果は、本研究の計画意図を実証する有意義な知見である。血清値の測定結果は、コントロール値に対しグルコース、尿酸、総コレステロール、HDLコレステロールがそれぞれ56.9%、73.4%、99.6%、70.2%であり、グルコース値の著しい低下が認められた。ニコチンアミドをそれぞれ1%、0.5%、0.25%添加して投与したところ、奇形の発生は0.25%で1.9%に抑制されたが高濃度では逆に毒性がみられた。膵障害に対してはニコチンアミドによる回復は得られなかった。一般にはナイアシンが前駆体となるNAD^+が栄養生理的に重要な機能を果たすと考えられており、妊娠過程を経時的に摘出した母体臓器、胎盤、胎児中のNAD^+値の測定を現在進めつつある。ニコチンアミド欠乏にした細胞にニコチンアミドを添加した場合に逆にMutationが強く起るというinーvitroの報告と今回の結果はよく似た傾向にあり、ニコチンアミドが単にNAD^+の前駆体としての栄養作用ではなく、別の作用機序で奇形や癌の抑制に働いている可能性を示唆しているとも思われるが、これは今後の課題となった。
透明フレキシブル発光ダイオード(LED)の開発

ヘッドアップディスプレイに代表されるように、透明なディスプレイは近未来のインテリジェントディスプレイに求められる要件であり、例えば、車、航空機のフロントガラス、ヘルメット等に使用することで、普段は透明で、必要に応じて緊急情報、地図などの情報を前方の風景に重ね合わせて表示することが可能となる。その発展形、完成形は、湾曲面にも対応でき、折りたたんでも使えるデバイスである。本研究では、「透明フレキシブルLED(発光ダイオード)の開発」を行うことも目的としている。本年度の具体的成果は以下の通りである。(1)ZnO膜の低温形成:ナノ構造を有する基板上へのマグネトロンスパッタ法によるZnO膜の低温(200°C以下)成膜を行った。基板には透明フレキシブルなアリライトを用いた。平坦な基板では、光学顕微鏡観察で多数のクラックが発生しているのが確認されたが、ナノ構造基板では、クラックのない膜が形成された。この結果から、透明フレキシブル基板への成膜には、ナノ構造形成が有効であることが明らかにされた。(2)膜の結晶性制御とP/N制御法の確立:マグネトロンスパッタ法で成膜されたC-ZnO膜についてP型特性を確認するため、ホール効果測定を行った。P型特性を呈する試料もあるものの、P型特性は安定せず、経時変化を呈する試料、あるいはN型を呈するものが多々見られた。2次イオン質量分析(SIMS)測定、ラマン分光分析の結果、Cと量と同程度のNの混入が認められた。Nの含有量は後熱処理によって減少するものの、激減させることは難しく今後である。(3)バンドギャップ制御:通常はZnO成膜時に異種元素のドープを行うのが通常であるが、成膜されたZnO膜へのCをはじめとする異種元素を供給しながらのArイオン照射によってもドープが可能であった。研究計画に記載の事項が概ね実施できたが、P型特性を発現する膜が得られたものの、P型特性を安定に得ることが困難であったことから。(1)ZnO膜の低温形成:基板とZnO膜の格子不整合を回避する手法として、基板のナノ構造を利用する新たな手法として、種々の基板へのさざ波構造の形成に取り組んだ。さざ波構造の形成は、基板へのイオン照射によって行った。イオン照射パラメータを制御することで、さざ波の高さ、周期の制御もある程度可能であった。ガラス基板のみならず、Arylite基板(透明高分子材料)上にも同様にさざ波構造の形成が可能であった。LEDの実現には、P型、N型膜の作り分けが必要となる。基板ナノ構造形成法の確立と並行して、p型ドーパントの探索と低温合成を試み、200°C程度の低温でのC軸配向性の良い膜の形成条件を得た。可視光透過率80%以上、シート抵抗100オーム/cm2の成膜が可能であった。(2)膜の結晶性制御:大気中でのアニールによって、欠陥の制御がある程度可能であった。p型ドーパント候補の一つである炭素ドープZnO膜について、意図的に欠陥を形成させた試料では強磁性特性が消失することが明らかにされた。(3)耐熱性透明フレキシブル基板の探索:透明、フレキシビリティ、耐熱性の観点から、超薄型の可撓性のガラスの他に、Arylite(耐熱温度330°C)基板が有望であった。

2次イオン質量分析(SIMS)測定、ラマン分光分析の結果、Cと量と同程度のNの混入が認められた。Nの含有量は後熱処理によって減少するものの、激減させることは難しく今後である。(3)バンドギャップ制御:通常はZnO成膜時に異種元素のドープを行うのが通常であるが、成膜されたZnO膜へのCをはじめとする異種元素を供給しながらのArイオン照射によってもドープが可能であった。研究計画に記載の事項が概ね実施でき、p型ドーパント候補も見つかっていることから。研究計画に記載の事項が概ね実施できたが、P型特性を発現する膜が得られたものの、P型特性を安定に得ることが困難であったことから。H23年度の成果を踏まえ、H24年度では、p型膜の安定形成、および、バンドギャップ制御に取り組む。p型ドーパントとしてはすでに候補を選定している。バンドギャップ制御には、成膜時のドーパント制御が通常用いられるが、イオン照射時に異種元素を供給しつつイオン照射を行うことで、後処理行程でのドーピングも試みる。後処理行程での低温ドーピングが可能となれば、ZnOの膜物性を成膜後に自在に操れることとなり、画期的な技術となる。
過渡レンズ効果を用いた液体光学素子開発と応用

本研究では、過渡レンズ効果に基づく液体光学素子としてレーザ光のビームシェイパを開発し、それらをレーザ加工に応用する際の光強度分布の影響を調べるとともに、次世代のビームプロファイル整形による特殊加工技術への展開について基本的な検討を行ってきた。本年度は、研究計画に従って、以下の課題に取り組み、成果を得た。・液体光学素子としてビームシェイパを用いてナノ秒パルスのガウスビームをトップハットビーム、環状ビーム、ベッセルビームに変形し、太陽電池基盤のパターニングを行った。加工品質(溝幅、絶縁性など)と加工速度を評価対象として、ビームプロファイルの違いによる加工状況を検討し、ベッセルビームが加工に最もふさわしいビームプロファイルであることを明らかにした。すなわち、ベッセルビームを用いた加工は熱影響が少なく、溝幅を小さくでき、フェムト秒レーザを用いた加工とほぼ同じ加工品質が得られる。・液体光学素子としてビームシェイパを用いてナノ秒パルスのガウスビームをトップハットビーム、環状ビームにシェイピングし、これらのビームプロファイルを用いてSiC基盤の穴あけを行い、その際の加工現象を可視化した。また、加工現象の数値計算を行い、可視化結果と比較することで、モデルの正確性を確認した。・ビームシェイパと新たに提案した光学系を用いて実験的にベッセル分布を持つエバネッセント光の発生を観測し、前年度に提案した新光学系の原理と効果を確認した。・これらの知見をもとに、フェイズフィールドモデルを用いて、ポリマーのブレンド工程におけるレーザ照射と選択加熱によるポリマーブレンド融液の粘性や表面張力の制御可能性を検討した。27年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は研究計画に従って以下の課題を解決した:・フォトダイオードとビームプロファイラーを用いて熱レンズ効果による液体光学素子における励起強度や吸収係数やキュベットの形状などの影響を調べ、自然対流が発生する条件を求めた。その上で、液体光学素子の安定性の限界を示すとともに、自然対流の抑制方法を提案した。また、自然対流を考慮した熱流体計算とビーム伝搬法を連携するコードを開発した。そのコードにより自然対流が発生する際のビーム歪みを予測し、その上に改善策を提案した。・液体光学素子としてビームシェイパを用いてナノ秒レーザパルスのガウシアンビームをスーパーガウシアンビームやドーナッツビームにシェイピングし、これらのレーザビームを用いてSiCの穴あけを行って、その際の現象を超高速カメラにより可視化した。可視化結果を用いてレーザー加工における加熱用の顕熱、相変換の潜熱とプラズマ生成エネルギーの割合を解析し、その割合とビームプロファイルの関係を調べた。・実験結果をより深く理解するため、材料の融解と蒸発過程を経るナノ秒パルスレーザ加工過程を数値計算により詳細に検討する。数値計算には、固体・液体・気体の3相を取り扱うことのできるVOF(Volume of Fluid)法を用いて、モデルでは固液相変換と液相の蒸発、固相の昇華を考慮した。その解析結果を用いてレーザー加工におけるビームプロファイルと加工穴の形状の関係を理論的に説明し理解した。(交付申請書に入力した「研究目的」に対する本年度までは以下の項目を実行した:・液体光学素子における自然対流の発生や光学パラメータの過渡性を調べた。その上、安定性の課題を解決し、液体光学素子の応用範囲を提案した。さらに、数値計算により自然対流の発生によるビームの歪みを予測して、その対策も提案した。・液体光学素子を用いて近接場におけるビームシェイパ技術に挑戦する。この技術をナノ3Dプリンターへ応用する際の適応性・制御性を検討する。現在では近接場におけるビームシェイパ技術の原理と実験装置・実験方法を検討している段階であり、来年度にその技術の実現と理論的な検証をする予定である。

・レーザー加工におけるビームプロファイルの影響を実験的、理論的に検証した。数値計算の結果を用いて実験傾向を説明し、加工過程におけるエネルギーや物質の輸送とビームプロファイルの影響を明らかにした。その上、ビームプロファイルの制御による新たな特集なレーザー加工方法を提案した。27年度が最終年度であるため、記入しない。(今後の推進方策)本年度まで解決できなかった課題を引き継ぎかつ新たな課題設定で来年度は以下の方針で研究を進める予定である。・液体光学素子を用いて近接場におけるビームシェイパ技術に挑戦する。今年度までに構築した実験装置で引き続き近接場におけるビームシェイパ技術の実装を行う。また、理論的に検証するため、双方向ビーム伝搬法の計算コードを開発する。その実験と数値計算により近接場におけるビームシェイパの特性を調べる。・本年度の研究で提案したベッセルビームによるレーザー加工技術を用いて太陽電池基盤のパターニングを行う。ベッセルビームとガウシアンビームにより加工された溝の加工品質と加工速度を評価する。その上で、ベッセルビームの利点を議論する。・ポリマーブレンド技術においては異なるポリマーの粘性や表面張力がブレンド品質に大きく影響する。このため、レーザー照射と選択加熱によりポリマー液体の粘性や表面張力特性を制御することによりブレンド技術の向上が期待される。本研究はレーザー加熱によりポリマーブレンドの新たな技術を開発する。
透過型電子顕微鏡による軟磁性材料の高周波磁気特性解析法の確立

軟磁性材料の多くは交流磁場下で利用されるが,材料組織が磁気特性と具体的にどう関わっているのかと言うことについては,特に電子顕微鏡スケールにおける動的磁場下での観察技術が後れているために不明な点が多い.そこで本研究では透過型電子顕微鏡内の試料に交流磁場を印加しつつ,そのときの磁区構造変化をリアルタイムで観察する新しい手法を確立し,実用材料に適用した.本手法により,磁壁が介在物,格子欠陥,歪み場等と相互作用しつつ運動している様子が観察できるようになった.軟磁性材料の多くは交流磁場下で利用されるが,材料組織が磁気特性と具体的にどう関わっているのかと言うことについては,特に電子顕微鏡スケールにおける動的磁場下での観察技術が後れているために不明な点が多い.そこで本研究では透過型電子顕微鏡内の試料に交流磁場を印加しつつ,そのときの磁区構造変化をリアルタイムで観察する新しい手法を確立し,実用材料に適用した.本手法により,磁壁が介在物,格子欠陥,歪み場等と相互作用しつつ運動している様子が観察できるようになった.軟磁性材料の多くは交流磁場下で利用されるが、これまでTEMによる交流磁場下の観察手法が開拓されていなかったため、材料の「微細組織や格子欠陥」と「交流磁場下での磁気特性」の関わりは不明な点が多い。そこで、(1)TEM内で試料に交流磁場を印加する独自のシステムを構築して、交流磁場下での磁壁の挙動をその場観察する新手法を確立し、そして、(2)このシステムを用いてヒステリシス特性や渦電流、共鳴といった現象を微視的・材料学的観点から解明することが本研究の目的である。平成19年度の研究実績は以下の通りである。(1)「TEM内交流磁場印加システム」の機能の補完と観察手法の確立研究協力者の井上雅夫氏((株)日本電子)と連絡を取り、これまで欠けていた機能(デフォーカス量の任意選択の機能)の補完を行い、実際の試料観察を重ねて、観察手順を確立した(H19年9月金属学会で発表)。また、高性能の交流電源を配線し、より高周波領域の磁場印加するための装置を組み立てた。前者の機能補完は本手法が適用できる試料の種類を増やし、後者の装置は適用できる周波数域を広げるもので、本手法を発展させる上で大きな進展である。(2)電磁鋼板の磁壁挙動の材料組織との関連の解析鋼板中の析出物が磁壁移動に及ぼす影響を明らかにするため、異なる析出物周りの磁壁の移動の様子を系統的に観察し、析出物のサイズによる磁壁ピニング力の違いを示した(H20年3月金属学会で発表)。なお、研究を進めるにあたり、研究協力者の谷山明氏((株)住友金属工業)から観察用試料の提供していただき、析出物の分析については共同で実験を進めた。軟磁性材料の多くは交流磁場下で利用されるが,これまでTEMによる交流磁場下での観察手法が開拓されていなかったため,材料の「微細組織や格子欠陥」と「交流磁場下での磁気特性」の関わりは不明な点が多い.そこで, TEM内で試料に交流磁場を印加する独自の装置を用いて交流磁場下での磁壁の挙動をその場観察する新手法を確立し,ヒステリシス特性などの現象を微視的な観点から解明することが本研究の目的である.今年度は, (1)交流磁場印加システムの最適化と高周波化と(2)高周波用軟磁性材料への本手法の展開を目指して研究を行った. (1)に関しては,高周波に耐えられる新しい方法として磁場印加用の電磁石に磁気記録用の磁気ヘッドを用いることができないか検討し,一部を金属学会で発表した. (2)に関しては,少し方針を変えて,前年からの電磁鋼板の解析をより系統的に詳しく観察することに重きを置いた.即ち,母相の結晶方位や,介在物の種類やサイズに注意を払って系統的な観察を行い,磁壁が板状のAIN介在物や球状のMnS介在物と相互作用する様子の違いを明らかにすることができた.介在物の分析には研究協力者の谷山明氏((株)住友金属工業)に分析装置利用の支援を頂いた.研究の総括の意味で,新規の顕微鏡法についても議論が盛んなヨーロッパ顕微鏡学会の国際会議(EMC2008)において成果を発表した.国内では顕微鏡学会誌のレビュー等に成果が掲載され,また,日本金属学会の金属組織写真優秀賞に選ばれるなど評価されている.
３Dプリンタを用いた砥石内研削液供給機構をもつ自由形状砥石の作成手法の確立

本研究は自由形状砥石を安価かつ容易に作製する技術を開発することを目的とした。FDM式の3Dプリンタに用いるフィラメント材料として、樹脂と砥粒を混合した砥石作製用フィラメントを開発した。このフィラメントを用いて得られた造形物は、金型鋼などの表面粗さを改善することが可能であり、砥石として機能することを明らかにした。総形砥石の容易な作成方法を確立することを目的として、本研究ではまず、プラスチックの射出成型機と同様の機構を有する、3Dプリンタ用フィラメントの作成装置を開発した。フィラメント作成装置に砥粒と樹脂ペレットを混合させながら供給することで、総形砥石を作成するための砥粒混合フィラメントが作成可能であることを確認し、砥粒の混合割合や溶解温度など、この砥粒混合フィラメントの最適な生成条件について実験的に明らかにした。次に、この砥粒混合フィラメントを用いて、熱溶解積層型(FDM)3Dプリンタで造形した造形物が砥石として機能することを確認した。造形できる砥石の形状精度については3Dプリンタの性能に完全に依存しており、砥粒混合フィラメントを用いた場合でも、通常の樹脂フィラメントを用いた場合と変わらない造形精度を有していた。3Dプリンタで造形したこの砥石は結合剤に樹脂を用いた一種のレジンボンド砥石となるため、市販されているレジンボンド砥石と加工性能について比較したところ、#400#1200の砥粒を用いた場合は加工後の工作物の仕上げ面は、市販品と同程度の表面粗さを有していたことから、加工品質については問題ないことが分かった。一方で、砥石の摩耗量は市販品の2倍程度多く、砥石寿命の改善が検討課題となっている。今後の研究においては、造形した砥石の寿命改善、砥石内部の研削液の供給機構の最適な設計方法の構築、樹脂以外の結合剤を用いた砥石の作成の可否の検討について進めていく予定である。本研究では総形研削加工に用いられる、総形砥石の安価かつ迅速な作製手法を開発するために、FDM式の3Dプリンタを用いた自由形状砥石の作製技術を確立することを目的とした.FDM方式の3Dプリンタに使用するフィラメント材料として、熱可塑性樹脂とアルミナなどの砥粒を混練して作製する砥粒混合フィラメントの製造装置ならびに製造手法を構築した.フィラメントの作製条件を最適化することで混合する砥粒の量をフィラメント材料の60%程度まで増加させることが可能となった.これにより市販されているレジンボンド系砥石と同量の砥粒を含んだ砥石の作製が可能になった.砥粒混合フィラメントを用いて3Dプリントした造形物を回転工具として用いることで、工作物の表面粗さが改善されたことから、本手法で得られる造形物が砥石として機能することを明らかにした.砥石の造形精度は3Dプリンタの造型精度に依存し,砥粒を混合することによる造形精度の悪化は見られなかった.本研究は自由形状砥石を安価かつ容易に作製する技術を開発することを目的とした。H26年度においては、まず3Dプリンタを用いた総形砥石の製作に必要となる、砥粒混合フィラメントの作成装置を開発した。開発した装置を用いることで、砥粒と樹脂が混合されたフィラメント状の砥石造形用材料を連続生成できることを確認し、この砥粒混合フィラメントを使用して3Dプリンタで造形した造形物が、研削砥石として機能することを明らかにした。造形した砥石は熱可塑性樹脂を結合剤としているため、市販されているレジンボンド砥石に比べて耐熱性が低く、研削熱によって摩耗が促進されやすかった。そこで、摩耗による砥石寿命の改善が必要と判断し、砥粒混合フィラメントに用いる樹脂材料の見直しや金属粉末の添加等を検討している。そのため、H26年度中に予定していた、研削液の内部供給機構の有効性についてはまだ評価できておらず、これについてはH27年度に継続して行う予定である。機械加工H27年度は、主として、セラミックス粉末を添加したビト系砥石の造型手法について取り組む計画であったが、これまでの研究成果を踏まえて、まず、3Dプリンタの柔軟で優れた造形能力を利用して、砥石内部に研削液供給用の供給口を設けた砥石を作成し、総形砥石における研削液の内部供給の有効性について評価する。その後、当初の計画の通り、砥粒混合フィラメント作成時にセラミクス粉末を添加し、これを用いた造形物を焼成することで、ビト系砥石の製作が可能となるか検討する予定である。ここ数年における、FDM式3Dプリンタの急速な低価格化に伴い、当初の予定金額よりもきわめて安価に3Dプリンタを導入することが可能となった。そのため当初の支出計画に比べて物品購入費に差額が生じた。生じた差額分については、加工後の表面粗さ計測を加工機上で測定するために、携帯式の表面粗さ測定機の購入に充てる。

当初の予定では、造形砥石の加工性能の評価のために行う、工作物の表面粗さ測定は、加工後に工作物を加工機から取外し、別室の測定機を用いて測定する予定であったが、造形砥石を用いた研削加工において表面粗さの継時的な変化を評価するためには加工機上での測定がより適切であり、このことで、より詳細に本研究で提案する砥石の加工性能を評価することが可能になる。
神経活動電位測定用2次元多極無侵襲検出センサに関する研究

本研究においては,神経活動電位に伴って発生する磁界の変化をSQUID素子(超伝導リングとジョセフソン素子を組合わせた高感度磁気センサ)を用いて検出し,更に多点同時記録のためにLSI技術を用いてこの素子を2次元的に基板上に配置した,新しいセンサを開発することを目的としている.初めに,トロイダルコイルをセンサとして用いて,神経活動電位に伴って発生する磁界の検出に関する基礎的検討を行ない,次いで, SQUID素子をセンサとする磁界検出の検討を行った.1.磁界検出についての理論的考察実験にはヤリイカの神経線維束を用いるので,数百本の太さの異なる線維の活動に伴って生じる神経周辺の磁界をHodgikinとHuxleyの方程式を解くことによって求めた.その結果, 2相性の磁界波形が得られた.これは既に求められている単一軸索の場合とは僅かに異なるものである.2.トロイダルコイルによる磁界検出カエルの座骨神経に電気刺激を加えることによって生じる活動電位に伴う磁界の測定を行った.検出波形は電極波形と相似であり, 50回程度の加算平均により十分実用的な測定法になり得ることが明らかになった.3.SQUID素子による磁界検出ヤリイカのヒレ部の線維束を切り出して人工海水中に固定し,電気刺激によって生じる活動電位及び活動磁界を同時に測定した.センサとしてはRF-SQUID磁束計を行いた.その結果,電気刺激あるいは外液のNa^+濃度を高めることで発生する活動電位に伴う磁界の変化を検出することができた.活動磁界は電位と相似であり,さらに1,で求めた理論磁界波形とも相似であることが確かめられた.この測定部における磁束密度は最大値で5.5±3×10^<-3>W6/m^2であった.本研究においては,神経活動電位に伴って発生する磁界の変化をSQUID素子(超伝導リングとジョセフソン素子を組合わせた高感度磁気センサ)を用いて検出し,更に多点同時記録のためにLSI技術を用いてこの素子を2次元的に基板上に配置した,新しいセンサを開発することを目的としている.初めに,トロイダルコイルをセンサとして用いて,神経活動電位に伴って発生する磁界の検出に関する基礎的検討を行ない,次いで, SQUID素子をセンサとする磁界検出の検討を行った.1.磁界検出についての理論的考察実験にはヤリイカの神経線維束を用いるので,数百本の太さの異なる線維の活動に伴って生じる神経周辺の磁界をHodgikinとHuxleyの方程式を解くことによって求めた.その結果, 2相性の磁界波形が得られた.これは既に求められている単一軸索の場合とは僅かに異なるものである.2.トロイダルコイルによる磁界検出カエルの座骨神経に電気刺激を加えることによって生じる活動電位に伴う磁界の測定を行った.検出波形は電極波形と相似であり, 50回程度の加算平均により十分実用的な測定法になり得ることが明らかになった.3.SQUID素子による磁界検出ヤリイカのヒレ部の線維束を切り出して人工海水中に固定し,電気刺激によって生じる活動電位及び活動磁界を同時に測定した.センサとしてはRF-SQUID磁束計を行いた.その結果,電気刺激あるいは外液のNa^+濃度を高めることで発生する活動電位に伴う磁界の変化を検出することができた.活動磁界は電位と相似であり,さらに1,で求めた理論磁界波形とも相似であることが確かめられた.この測定部における磁束密度は最大値で5.5±3×10^<-3>W6/m^2であった.
脊髄圧迫障害におけるグリア細胞の役割-ニューロンの生存維持・可塑性について

【目的】慢性圧迫状態における脊髄機能の維持や神経細胞の生存メカニズムを明らかにするため、神経細胞の生存維持の可塑性に関与していると考えられる脳由来神経栄養因子(brain-derived neurotrophic factor;BDNF)、ニューロトロフィン-3(NT-3)の局在と発現を免疫組織学的に調べることを目的とした。【対象と方法】対象には、慢性、漸増性脊髄圧迫モデルである2024週齢のtiptoe walking Yoshimura(twy)マウス30匹と対照群としてその同系である.ICRマウス10匹を使用した。圧迫された脊髄を摘出し30μmの脊髄凍結横断連続切片を作製した。一次抗体には抗BDNF抗体、抗NT-3抗体を用いavidin-biotin complex法にて免疫染色を行った。さらにグリア線維酸性夕ンパクの免疫染色を行い、反応性アストロサイトの分布を調べた。【結果】圧迫群(twyマウス)は対照群に比べ圧迫部位においてBDNF、NT-3ともに弱い染色性を示したが、圧迫隣接部では逆にそれらを強く発現する傾向にあり、BDNFは前角細胞と介在ニューロン、NT-3は前角細胞に強い発現を認めた。白質では前索部の神経線維の分布は粗となりかつその径が太くなる傾向を示した。また高度の圧迫例では、白質内にBDNF陽性の星状膠細胞様細胞の出現を認めた。【考察】BDNFやNT-3は特異的なレセプターを介してニューロンに作用し、神経突起の伸長促進、生存維持、分化誘導などの活性を示す蛋白分子である。圧迫に隣接する部位でのこれらの免疫交叉活性の増加は、脊髄の生存維持のための二次的変化と考えた。圧迫性病変から逃れ得た前角ニューロンは、胞体面積や樹状突起の長さを増加させ、BDNFやNT-3の強い発現を示しつつ生存することが脊髄の可塑性の一機序であると結論した。1)圧迫部からその近傍に位置する副神経細胞核(解剖学的に圧迫高位に存在する前角ニューロン群)を逆行性色素:wheat germ agglutininconjugated withhorseradish peroxidase(WGA-HRP)により標識し、圧迫部、圧迫隣接部、非圧迫部それぞれの個々の細胞形態(細胞体面積、樹状突起分枝数、最大分枝数、総長、最大分枝長)を測定、比較した。圧迫部では細胞体面積、樹状突起長が減少傾向にあったのに対し、圧迫隣接部では細胞体面積、樹状突起長が、非圧迫部、コントロールに比し、有意に増加していた。三次元的観察(ニューロン画像解析装置)では圧迫隣接部の樹状突起はその吻側、背側方向へ拡大し、圧迫を避けるように伸長する様子が観察できた。2)次に、圧迫状態における神経細胞の生存維持に関与していると推測される脊髄内の神経栄養因子、BDNF(brain-derived neurotrophic factor)、NT-3(neurotrophin-3)に着目し、高位別にその発現を定量化、比較検討した。蛋白発現量の検索はイムノブロット法を用い、圧迫部、圧迫隣接部、非圧迫部の各高位から注出した蛋白液をSDS-PAGEで展開し、PVDF膜に転写後、同抗体で検出し、各bandをdensitometer(NIH image,ver.1.59)により相対濃度を算出して比較した。

BDNF、NT-3の発現はそれぞれ18kD、30kDに認められ、その発現量は圧迫部において、非圧迫部に対し、共に有意に低下していたのに対し、その隣接部位ではコントロールの同部位と比較し、その発現量は高い値を示し、これらの因子が圧迫に対して神経組織内の代償性変化に関与していることが示唆された。また抗GFAP抗体を用いたGFAP発現量もまた圧迫部より隣接部に発現が高く、神経栄養因子の発現にグリア細胞の関与が考えられた。今後、ニューロンの生存維持、修復におけるグリア細胞の役割について免疫組織学的にそれらの局在を証明し、圧迫程度による変化を観察するつもりである。【目的】慢性圧迫状態における脊髄機能の維持や神経細胞の生存メカニズムを明らかにするため、神経細胞の生存維持の可塑性に関与していると考えられる脳由来神経栄養因子(brain-derived neurotrophic factor;BDNF)、ニューロトロフィン-3(NT-3)の局在と発現を免疫組織学的に調べることを目的とした。【対象と方法】対象には、慢性、漸増性脊髄圧迫モデルである2024週齢のtiptoe walking Yoshimura(twy)マウス30匹と対照群としてその同系であるICRマウス10匹を使用した。圧迫された脊髄を摘出し30μmの脊髄凍結横断連続切片を作製した。一次抗体には抗BDNF抗体、抗NT-3抗体を用い、avidin-biotin complex法にて免疫染色を行った。さらにグリア線維酸性タンパクの免疫染色を行い、反応性アストロサイトの分布を調べた。【結果】圧迫群(twyマウス)は対照群に比べ圧迫部位においてBDNF、NT-3ともに弱い染色性を示したが、圧迫隣接部では逆にそれらを強く発現する傾向にあり、BDNFは前角細胞と介在ニューロン、NT-3は前角細胞に強い発現を認めた。白質では前索部の神経線維の分布は粗となりかつその径が太くなる傾向を示した。また高度の圧迫例では、白質内にBDNF陽性の星状膠細胞様細胞の出現を認めた。【考察】BDNFやNT-3は特異的なレセプターを介してニューロンに作用し、神経突起の伸長促進、生存維持、分化誘導などの活性を示す蛋白分子である。圧迫に隣接する部位でのこれらの免疫交叉活性の増加は、脊髄の生存維持のための二次的変化と考えた。圧迫性病変から逃れ得た前角ニューロンは、胞体面積や樹状突起の長さを増加させ、BDNFやNT-3の強い発現を示しつつ生存することが脊髄の可塑性の一機序であると結論した。
大規模並列計算によるポスト量子暗号の安全性解析

本研究課題ではポスト量子暗号の安全性評価を目的としている。本年度は、有限体上の多変数多項式の求解問題に対する改良アルゴリズム、高次元のユークリッド格子の基底縮約アルゴリズムの高速化、暗号ソフトウェアの効率的な開発環境の作成などに関する成果を得た。ポスト量子暗号の一つである多変数多項式暗号は、多変数多項式の求解問題の困難性を安全性の根拠としている。本年度は、多項式の個数が変数の個数がより少ない場合(underdetermined system)の困難性を考察し、有限体の標数が奇数の場合でも多項式時間を実現する初めてのアルゴリズムを提案した。この成果はトロントで開催された国際会議Post-Quantum Cryptography2014において発表した。また、格子基底縮約アルゴリズムのガウス篩法に対して、GPUによる超並列実装方法の考察を行った。これらの実装では、ドメイン特化言語を利用したガウス篩法のベンチマークテストを行った。初期実験の結果は、国際会議IWSEC 2014での査読付き論文、JAIST宮地研究室の招待講演として発表した。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題では、大規模な並列計算による高速実装を用いた暗号理論の安全性評価に関する研究を行っている。特に、。ポスト量子暗号の大規模並列計算機による安全性評価(Security Analysis of Post-Quantum Cryptography via Massively Parallel Computers)を考察し、次世代暗号の安全性根拠となっている多変数多項式の求解問題MQや格子最短ベクトル問題SVPの安全性評価を行う。平成25年度は、以下の2点に関して研究を行った。1点目として、RSA暗号に対して格子最短ベクトル問題の解法を適応した攻撃を考察した。台湾におけるディジタル署名の国民データベースにある2百万個の1024ビットRSA暗号健のうち184個に関して素因数分解することに成功した。これらの鍵は、FIPS 140-2 Level 2の承認を受けた乱数生成器を組み込み、台湾政府により発行されたスマートカードで生成されたものである。RSA暗号の公開鍵の素因数分解には、格子基底縮小アルゴリズムを用いたCoppersmithによる部分鍵導出法を利用した。2点目に、有限体上の多変数2次多項式の求解問題に関する考察を行った。変数の個数nが方程式の個数mよtりも大きい(Underdefinedと呼ばれる)場合を考察した。三浦らは、PQCrypto2013において条件n>=m (m+3)/2を満たす場合に効率的なアルゴリズムを提案している。今年度は、2次方程式の解法を改良することにより三浦らのアルゴリズムの適応範囲を拡張し、奇標数の場合に解読計算量がある種の非線形漸化式に帰着できることを証明した。数値実験によると、提案アルゴリズムの計算量は漸近的に準指数時間の振る舞いをしており、課題来年度以降に計算量の理論的証明を行うことが課題である。今年度は本研究テーマに関して論文2編(Asiacrypt 2013, SCIS2014)を発表することができ、予定していた研究目的の計画以上の成果であるといえる。今後は、グラフィックボードGPUなどの大規模な並列計算を用いて、格子基底縮約アルゴリズムのGauss Sieve法に関して研究していく計画である。特に、高速な格子基底縮約アルゴリズムとして知られているExtreme Pruning法などの列挙アルゴリズムと処理性能を比較する予定である。また、Cheng氏が開発している高速暗号プログラムの応用として、ガウス篩法のベンチマークテストを行う計画である。
農家・指導員が自信を持って施肥設計できる土壌リン,カリウムの診断法

植物に利用できるリン(P)評価のため, P高選択吸着性の合成アカガネアイトをディスク状にした器具を土壌に埋設し,集積するPを抽出定量する方法を開発し,試験した. Pの高集積土壌における植物利用性のPの定量法としては従来法である希硫酸抽出法よりも優れていた. Kの植物利用性の判定には交換性K量とK選択性および吸着イオンに占めるKの電荷分立が有用と考えられたが,土壌によっては非交換体Kも考慮する必要があった.植物に利用できるリン(P)評価のため, P高選択吸着性の合成アカガネアイトをディスク状にした器具を土壌に埋設し,集積するPを抽出定量する方法を開発し,試験した. Pの高集積土壌における植物利用性のPの定量法としては従来法である希硫酸抽出法よりも優れていた. Kの植物利用性の判定には交換性K量とK選択性および吸着イオンに占めるKの電荷分立が有用と考えられたが,土壌によっては非交換体Kも考慮する必要があった.福岡,大分,熊本県の施設土壌を採取し,リンの形態分析を行った.その結果,当初予想していた吸着態リンよりも遊離のリン酸カルシウム塩として存在するリンの方がはるかに多い土壌が大半であった.そのため,吸着リンの吸脱着のモデル化を軸にした可給態リン評価法構築を断念し,陰イオン吸着体を土壌に埋設することによる評価法を採用した.しかし,極端に多量のリン酸塩が集積した土壌もまれではなく,従来用いられていた陰イオン交換樹脂,陰イオン交換膜,水酸化鉄含浸ろ紙などはいずれも吸着容量が不足した.そこで,あらたにリン酸イオンを特異吸着するアカガネアイトを合成し,それをアクリル円盤とメンブランフィルターに挟み込んだ,リン酸イオン吸着ディスクを作成した.このディスクはアカガネアイト量を調節することにより,吸着容量を増減できる.また,合成したアカガネアイトは1mol/kgのリン酸を吸着した時でも,平衡濃度を1μmol/L以下に保つことができた.カリウムについては,カリウムイオンの関与する陽イオン交換反応の選択係数を簡易に測定できる方法を開発し,粘土鉱物組成の異なる土壌に適用して選択性を評価した.さらに九州沖縄の主要農耕地土壌3タイプ(灰色低地土、黄色土、黒ボク土)をカリウムイオン飽和した後,振とう-遠心分離を反復する連続洗浄法により,水溶出性を調査した。黒ボク土は陽イオン交換容量(CEC)が大きいにも関わらず,カリウムイオンの水抽出性は他土壌より2030%大きかった.この結果は,可給態カリウム量および,その挙動を把握するには,CECだけでなくカリウム選択性を評価すること重要性を示している.昨年度の研究に基づき,可給態リンの評価のため,リン酸イオンを特異的に吸着するアカガネアイトを合成し,それを組み込んだリン酸吸着ディスクを作成した.それを大分県の,リン酸集積状況を異にする小ネギ畑に埋設し,回収したものからリン酸を抽出して可給態リン量を評価した.この方法で評価した可給態リン量は,ある程度以上リン酸が集積した圃場ではリン酸施用量にかかわらず有意差がなかった.この結果は作物生育量および作物による吸収量の傾向と一致し,従来の酸抽出液よりも優れた評価法であることが示された.またこのディスクは,圃場に埋設して利用するだけでなく,実験室における可給態リン評価法としても利用可能であったカリウムについては,改良した土壌のカリウムの関与するイオン交換反応の選択係数測定法を性質の異なる土壌に適用した.その結果,従来法(単一イオンで飽和した土壌を供試する方法)によって得られた選択性とは異なる結果が得られた.このことは,単一イオンによる飽和処理の過程で,土壌中の陽イオン交換態の性質が変化する可能性があり,土壌診断に組み入れる方法としては,この研究で開発した方法を用いるべきであることが示されたこの他,カリウムイオンの土壌からの溶脱とカリウムイオン選択性の関係についても検討した.浸透水によるカリウムイオンの溶脱はECECに占める吸着カリウムイオンの電荷分率(EK)が高くなると増加した.これはEKが大きくなるとカリウム選択性が低下することと対応している.この結果からカリウムの溶脱予測にも狩生イオンに対する選択性を表することが重要であることが示されたカリウムに関する研究昨年度まで供試した土壌の粘土鉱物分析を行い,水抽出液組成から交換性カリウムイオン量を推定するための経験式は粘土鉱物組成の類似した土壌には適用可能であることを確認できた.また,粘土鉱物組成の異なる土壌におけるカリウムの溶脱試験の結果も,粘士鉱物組成と交換性陽イオン組成に占めるカリウムの割合が重要な要因であることを示した.これらの結果をうけ,土壌のカリウム選択特性を評価するための実験法を改良した.本年度は,粘土鉱物組成の異なる土壌を用い,ホウレンソウの栽培試験も行ったが,土壌によっては,交換性カリウムがカリウムの可給性の指標としては不十分であるという結果が得られた.このことは,水抽出カリウム量および,それと土壌の特性に基づいて推定した交換性カリウムイオン量が士壌のカリウムの可給性評価として有用である,というこの研究の前提が必ずしも正しくなかったことを示している可能性がある.リンに関する研究

可給態リンを水溶性リンから半理論的に推定することは放棄した.実験的評価のために,リンの選択的吸着剤としてアカガネアイトを組み込んだアカガネアイトディスクの作成法を確立した.そのディスクのリン吸着速度や容量,士壌に埋設した場合のリン捕集に対する土壌水分含量の影響などの基本的な特性を明らかにした.また,大分県内の,リン酸含量の異なる施設土壌に埋設し,作物(ネギ)のヲン酸吸収とアカガネアイトディスクによるリン捕集量との関係を調べた.従来法による土壌の可給態リン酸含量が一定以上の場合,ネギによるリン酸吸収量の差はなかったが,アカガネアイトディスクによるリン酸イオン捕集量も同じ傾向を示し,従来法よりも土壌(特にリン酸が集積した施設土壌)の可給態リン評価法としては優れていると考えられた.
低酸素・概日周期・代謝制御の相互作用による腫瘍の悪性化と放射線抵抗性機構 の解明

これまで、概日リズムと低酸素応答の間に相互作用があることは知られていたが、そのメカニズムは不明であった。そこで、本申請では概日リズムを制御する遺伝子の一つPER2と低酸素応答の間の相互作用機構について解析を行った。その結果、低酸素によるPER2遺伝子発現上昇は、低酸素誘導因子(HIF)に依存せず、転写開始点近傍の配列が重要であることが明らかになった。また、PER2のN末端領域によって、HIF-1のC末端転写活性化領域の転写活性化能が亢進することが明らかになった。今後、さらに詳細なメカニズムを明らかにすることで、生理学的・病態生理学的意義の解明につながることが期待される。低酸素によって概日リズム遺伝子PER2の発現レベルが上昇するのに、低酸素誘導因子(HIF)が関与しているかどうかを確認するために、HIF-1alpha、HIF-2alphaの過剰発現やノックダウンを行ったが、PER2の遺伝子発現が変化しなかった。このことから、PER2の低酸素による誘導はHIFを介さない経路で引き起こされていることが分かった。また、低酸素によるPER2の誘導は、PER2プロモーターを組み込んだレポーター遺伝子を用いた実験から、PER2の転写レベルで引き起こされていることも判明した。PER2の過剰発現によるHIF-1活性の上昇のメカニズムを検討するために、HIF-1alphaのプロモーターや酸素依存的分解ドメインなどを利用したレポーター遺伝子を用いて実験を行った。結果、PER2によるHIF-1活性の上昇は、HIF-1alphaの遺伝子発現量ではなく、HIF-1alphaタンパクの安定性や、転写活性の変化によって引き起こされていることが明らかとなった。しかし、何種類かの細胞を用いた検討から、低酸素によるPER2の発現上昇や、PER2によるHIF-1活性の変化は細胞によって差があり、これらのメカニズムは、すべての細胞に適応できるものでないという結果も得ている。今後、概日リズムと低酸素応答の相互作用をより詳細に解析してゆくとともに、低酸素応答と概日リズム、放射線抵抗性の関係性について検討を進めていく予定である。昨年度の研究結果より、低酸素によって概日リズム遺伝子PER2の発現レベルが遺伝子レベルで上昇すること、そしてその発現レベル上昇はHIFsに非依存的に引き起こされることが判明したが、この上昇にPER2プロモーター領域のどの部分が重要であるか詳細に検討を行った。プロモーター領域を系統的に短縮し、ルシフェラーゼ構造遺伝子の上流に挿入したレポーター遺伝子を作製した結果、転写開始点の上流側の近傍、非常に短い範囲にPER2の低酸素誘導に重要な領域が存在することが判明した。一方、PER2によるHIF-1活性の上昇メカニズムについて、さらに詳細に検討を行った。PER2の過剰発現によってHIF-1αタンパク量の増加が見られなかったことから、PER2によるHIF-1活性の上昇は、HIF-1αにおける転写活性化能の亢進が重要であることが示唆された。また、HIF-1の活性化に重要なPER2内のドメインを明らかにするため、PER2タンパク質の一部分だけを発現する欠失変異体発現ベクターを作製した。その結果、HIF-1活性の上昇には、PER2タンパクのN末端側の領域が重要であることが明らかとなった。これらの結果に関して、第12回がんとhypoxia研究会にてポスター発表を行った。近年、HIF-1が腫瘍の放射線や薬剤に対する抵抗性に関与することや、抗がん剤治療の効果が投与時刻によって変化することが報告されている。今回明らかとなった低酸素応答と概日リズムのクロストーク機構は、これらの報告を説明し、さらなる発展へと繋がることで、新たな治療戦略開発に繋がることが期待される。放射線腫瘍学これまでの研究で我々は、HIF-1alphaプロモーター活性、HIF-1alpha遺伝子の翻訳開始活性、HIF-1alphaタンパク質の安定性、HIF-1alphaのtransactivation活性などをルシフェラーゼ活性としてモニターするレポーター遺伝子を構築してきた。これらを用いるとともに、HIF-1alphaやHIF-2alpha遺伝子をノックダウンし、その影響を検討することによって、PER2遺伝子の低酸素による誘導に、HIFが関与していないことを明らかにすることが出来た。また、PER2によるHIF-1活性の誘導が、HIF-1alphaの遺伝子自体の発現量の変化によるものではなく、HIF-1alphaタンパクの安定性や、転写活性の変化によって引き起こされていることを明らかにするなど、予定通りメカニズム解析を進めることが出来た。In vitro、in vivoで概日リズムをリアルタイムに評価するために、PER2プロモーターを組み込んだレポーター遺伝子の恒常発現細胞株を樹立する。樹立した細胞株や、当研究室が有する、HIF-1応答レポーター遺伝子恒常発現株などを用いて、概日リズムと低酸素応答の相互作用を詳細に解析していく。また、上記レポーター遺伝子導入細胞株を用いて、概日リズムとHIF-1活性や、放射線抵抗性の関係性について、in vitroやin vivoで検討を行っていく。