hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
精子先体反応の分子メカニズムと種特異性・普遍性の研究

本課題の目的は、無尾両生類アフリカツメガエル(以下、ゼノパス)をモデル動物として、精子の構造と機能に関する研究を行うことにより、受精の分子メカニズムを解明することである。特に、精子が受精能を獲得するために必須のプロセスである「精子先体反応」を誘導する物質(ARISX : Acrosome Reaction-Inducing Substance in Xenopus)に焦点を充て研究を行っているARISX中の糖鎖を調べるためにレクチン結合ビオチンとモノマリックアビジンビーズを用いて輸卵管抽出液中からARISXを回収した。ウェスタンブロットと共焦点レーザー顕微鏡による観察により、ARISXがいくつかの糖鎖を持ち、その中のN-アセチルガラクトサミンが先体反応誘導活性に重要であることが示された。このことは過去に行った卵膜上での先体反応のレクチンによる阻害実験と一致している。プロテイナーゼKによりARISXを処理するとその分子量が300kDaから240kDaにシフトダウンした。これによりARISXがタンパク成分を持つことが明らかになった。抗ARISX抗体を用いて輸卵管抽出液からARISXを回収することに成功した。MALDI-TOFにより解析した結果、未知のタンパク質が検出された。ゼノパスではゲノムプロジェクトが終了していないため、これ以上の解析にはARISXの更なる精製と大量の回収が必要となる。現在、ARISXの発現クローニングを行うべく準備中である。特に、精子が受精能を獲得するために必須のプロセスである「精子先体反応」を誘導する物質(ARISX : Acrosome Reaction-Inducing Substance in Xenopus)に焦点を充て研究を行っているARISXの精製の一環としてARISXの持つ糖鎖を調べた。輸卵管直部抽出液(PRE)をWGAで処理後遠心して得られた沈殿にARISXが検出され、GlcNAcを持つことがわかった。WGAにより先体反応が阻害されなかったのでGlcNAcが先体反応を起こすのではないと思われる。受精時のARISXに変化があるか調べるために未受精卵卵膜と受精卵卵膜を回収し、抗ARISX抗体でウェスタンブロットしたところ、受精後分子量が300kDaから210kDaに変化していた。しかし先体反応誘起活性は受精卵卵膜上でも見られた。また、未受精卵を振蕩して得られたゼリーウォーターからも210kDaのARISXが検出された。ARISX受容体分子を同定するためにすでに作製した精子細胞膜分画を抗原とした抗体ライブラリーのスクリーニングを行った。精子をARISX受容体を認識する抗体で処理すると先体反応が誘起される可能性が考えられたので、抗体を含む培養上清処理による先体反応をその指標とした。その結果、PREとほぼ同等の先体反応誘起活性をもつ抗体が得られた。この抗体は精子細胞膜分画中の約120kDaの分子を認識したが、過ヨウ素酸処理によって抗原性が消失したので、糖鎖が抗原決定基であると思われる。この糖鎖をもつ約120kDaの分子がARISXの受容体である可能性が高い。本課題の目的は、無尾両生類アフリカツメガエル(Xenopus lavis)をモデル動物として、精子の構造と機能に関する研究を行うことにより、受精の分子メカニズムを解明することである。特に、精子が受精能を獲得するために必須のプロセスである「精子先体反応」を誘導する物質(ARISX : Acrosome Reaction-Inducihg Substance in Xenopus)とその受容体に焦点を充て研究を行っている精子上に存在するARISX受容体分子を同定するためにすでに作製した精子細胞膜分画を抗原とした抗体ライブラリーの内、精子に先体反応を起こさせるモノクローナル抗体をマウスの腹水を使って大量に精製した(5A7C8)。精製した抗体はFabフラグメントにしても、ARISXを分泌する輸卵管直部の抽出液(PRE)とほぼ同等の先体反応誘起活性を持っていた。この抗体による精子の免疫染色の結果は非特異な染色が多かったが先体部分を染色することが示唆された。この事は精子の膜分画をウェスタンブロットすると先体反応後の精子から得た膜分画は、先体反応前の精子から得た膜分画に見られる5A7C8に反応する約120kDaのバンドが失われたことと一致する。これらの結果から、5A7C8が認識する分子がARISXの受容体である可能性が高い。ARISXのタンパク部分を解析中するためにPREを過ヨウ素酸で処理して糖鎖を開裂したものをウェスタンブロットしたが、ARISXはウェルの底に引っかかってゲル中に入らなかった。糖鎖がARISXの可溶性に関与しているのかもしれない。ARISXをPREから免疫沈降することを試み回収に成功し、現在解析中である。

ウェスタンブロットと共焦点レーザー顕微鏡による観察により、ARISXがいくつかの糖鎖を持ち、その中のN-アセチルガラクトサミンが先体反応誘導活性に重要であることが示された。このことは過去に行った卵膜上での先体反応のレクチンによる阻害実験と一致している。プロテイナーゼKによりARISXを処理するとその分子量が300kDaから240kDaにシフトダウンした。これによりARISXがタンパク成分を持つことが明らかになった。抗ARISX抗体を用いて輸卵管抽出液からARISXを回収することに成功した。MALDI-TOFにより解析した結果、未知のタンパク質が検出された。ゼノパスではゲノムプロジェクトが終了していないため、これ以上の解析にはARISXの更なる精製と大量の回収が必要となる。現在、ARISXの発現クローニングを行うべく準備中である。
動的機能性ナノ構造の構築と機能探索

本研究は、分子の自発的集合によるリング状のナノ構造の構築を目的とする。研究期間の前半では、水素結合部位とπ共役部位、さらに樹状アルキル鎖部位を組み合わせた分子設計により、直径数10nmのリング状ナノ構造(ナノリング)の構築に成功した。さらに、ナノリングの中でπ共役部位が積層し、発光が増大するなどの現象も見出した。研究期間後半では、π共役部位を2量化することで、温度によってチューブに積層可能なナノリングの構築に成功した。いずれもこれまでにない新規な構造と機能であり、ナノテクノロジーの発展に大きく寄与する成果である。前年度開発に成功したバルビツール酸置換π共役分子からなるナノリングは離散型のナノ構造であり、様々な手法を試したがそれ以上積層することはなかった。すなわち、リングがさらに積み上がり、何かより大きな構造体を自発的に形成する、といったことは通常の条件下では起こらなかった。リングが動的にナノチューブへと組織化する「積層型ナノリング」の構築を目指し、新規にアゾベンゼン二量体分子をデザインした。この二量体は、アゾベンゼンが分子内πスタックすることにより折り畳まれ、分子形状がくさび形になり、アミド基間の水素結合により同じ方向を向いて湾曲して会合し、ナノリングを形成することをねらった。形成されたリングの上下面はアゾベンゼン部位がむき出しになっているため、チューブを形成すると予想した。これらのナノ構造はAFMにより直接可視化が可能であるが、分光法による裏付けをとるために、キラル側鎖を導入し、アゾベンゼン間の励起子相互作用に円二色性(CD)活性となるようにした。AFMで観察の結果、20 °Cでは直径12 nmのナノリングを形成することが明らかになった。さらに、0 °Cではリングの数が大幅に減少し、幅12 nmほどのロッド状のナノ構造が観察された。ロッドをTEMで観察すると、中空であることが明らかになり、低温でさらに組織化が進み、リングが重なってチューブになることが明らかになった。リングが積層してチューブを形成する両親媒性合成分子はほぼ同時期にLeeらによって報告されたが、非水系でこのような複雑などナノ構造の動的制御を再現できた系はない。また、アゾベンゼンの光異性化によるナノ構造の変化も確認されている。現在、さらなる機能性部の導入によって、特異な機能を発現する動的ナノ構造システムの構築に挑戦している。前年度までは、光応答性部位としてシスートランス異性化を示すアゾベンゼンを導入した二量体に関して詳細な研究を行い、温度や光によってナノリングとナノチューブ状態を自在に制御できる革新的なナノ構造(積層性ナノリング)の構築に成功した。今年度は、アゾベンゼンを光環化可能なスチルベンに変えた分子を設計・合成し、非水系溶媒中における自己集合と光応答特性に関して研究した。キラル側鎖を有する新規スチルベン二量体を合成した。この分子は、メチルシクロヘキサン中で自己集合し、キラルなファイバー状超分子集合体を形成する事が円二色性(CD)スペクトルおよび原子間力顕微鏡(AFM)観察により明らかになった。この集合体に紫外光を照射すると、分子内光環化が起こる事がNMR測定によりわかった。紫外光照射後の溶液を一度加熱して分子分散状態とし、室温まで冷却すると、当初の集合体とは逆のCDシグナルを示す集合体が再構築された。光照射前後の集合体の形成過程を温度制御CDスペクトル測定により精査すると、集合体形成における協同効果の度合いが異なる可能性が示唆された。これは、光環化体が会合体形成の核となることで、会合経路をコントロールしているためであると考えられる。今後、集合体のナノ構造観察を高分解能AFM測定と透過型電子顕微鏡(TEM)測定などを用いてさらに多角的に行い、集合体形成のメカニズムを解明する事で、光により新たに開かれる会合経路という概念を打ち出す。当該年度は、バルビツール酸置換π共役分子が低濃度溶液中(20μM)で形成するナノリングの安定化を試みた。これまではπ共役部位としてオリゴフェニレンビニレンを導入していたが、スチルベン、ベンゼンと共役長を短くすることで、1mMまで安定なナノリングの形成に成功した。さらに、スチルベンを用いた分子に関しては、2つのナノリングが連結してできたカテナンの形成が原子間力顕微鏡(AFM)により確認された。数千分子の自己集合からなるナノリングがカテナンを形成した例はこれまでに報告がない。さらに、機能性ナノリングを構築するために分子の分光特性を上げることを目的とし、コア部をナフタレンに変換した分子を2種合成した(位置異性体)。興味深いことに、これらの分子はJ会合体とH会合体を形成することが吸収および蛍光スペクトルから明らかになった。

さらに、AFMと透過型電子顕微鏡観察(TEM)により、J会合体は5mMまで安定かつ、これまでで最も構造均一性の高いナノリングを形成することが明らかになった。一方、H会合体は、剛直なナノロッドを形成することが明らかになった。これらのナノ構造は溶液中でも形成されていることが動的光散乱の濃度依存性からも確認された。バルク状態での粉末X線回折測定により、ナフタレン分子がバルビツール酸の水素結合によりディスク状の6量体を形成し、このディスクが積層することでカラム構造を構築することが明らかになった。分光スペクトルの結果と合わせると、このディスクの積層の際の"ずれ"がナノリングとナノロッドの作り分けに必須であることが明らかになった。以上のように、当該年度はナノリングを効率的に形成させるための具体的な分子設計指針に関する重要な知見を得ること成功した。当初は既に分子デザインが確立しているナノリングを基盤として動的ナノ構造の制御を目指す予定であったが、実際は困難を極めた。しかしながら、得られた知見を分子設計にフィードバックすることで新規な分子デザインの確立に成功した。この展開は全く予想できなかったが、申請当初の計画よりも遥かに目標の実現可能性が高い系を見つけることが出来たことは大きな進展と考える。当該年度は、I)ナノリングを安定化させることと、II)コアπ共役部位の機能特性を上げること、の二つを目的として研究を推進した。現時点で研究は当初の予測を上回る成果を得ている。I)においては、ナノリングを安定化(高濃度でも開環しない)する分子デザインによって、2つのリングが連結した自己集合性カテナンを世界に先駆けて発見することができた。II)においては、ナフタレンによって構成分子の機能特性が上昇したばかりでなく、分子構造の位置異性によって、色素の会合体としては典型的なJ会合体とH会合体を作り分けることに成功し、それらの特徴的な会合様式に由来する魅力的な光学・電子特性を導きだすことに成功した。さらに、これらの会合体は、ほぼ完璧なナノリングとナノロッドを形成することも明らかなった。この分子構造・会合様式・ナノ構造の明確な相関関係は、今後の分子設計においてナノリング構造を選択的に形成するための重要な指針となる。以上の成果より、本研究は当初の計画以上の進展を見せていると判断できる。積層型ナノリングを与えた分子デザインを基盤として、更なる機能化を図る。リング内部に位置する置換基として、パーフルオロアルキル鎖を導入し、リングおよびチューブ内部に特異的空間を作り、物質の内包をねらう。さらに、ピリジン等の配位子を末端に有する置換基を導入し、ポルフィリンや金属錯体等の内包をねらう。ナフタレンをコア部に用いた2種の位置異性体が、J会合体からなるナノリングとH会合体からなるナノロッドを形成することを見いだしたので、今後はこれらのナノ構造の電荷輸送特性を時間分解マイクロ波伝導度測定により評価する。さらに、これらの位置異性体を同一系内で会合させたときに、混ざり合ってナノ構造を形成するか(共会合)、それとも自己を認識して集合(セルフソーティング)するか調査する。さらに、当初の予定通り、クロロフィル分子にバルビツール酸を導入した新規分子の合成も行い、クロロフィルからなるナノリングの構築を試みる。
フランス語代名動詞受動用法にみる二次叙述

フランス語の代名動詞受動用法は,意味解釈の点では均一でなく,「可能」を表すもの(第1のタイプ)と「規範」を表すもの(第2のタイプ)の2つのタイプに分かれることを以前の研究で指摘したが,今回は同じ「規範」を表しながらも,第2のタイプとは性質の異なる第3のタイプがあることを明らかにした.第2のタイプの「規範」が,話し手および聞き手が潜在的動作主と同一化することによって生じるのに対して,第3のタイプは束縛的規範がより直接的に現れる一種の指示文・命令文であり,状況に大きく依存する反面,構文的な制約はむしろ少ない.これら3つのタイプの特徴を検討し論文として発表した.フランス語の代名動詞受動用法は,意味解釈の点では均一でなく,「可能」を表すもの(第1のタイプ)と「規範」を表すもの(第2のタイプ)の2つのタイプに分かれることを以前の研究で指摘したが,今回は同じ「規範」を表しながらも,第2のタイプとは性質の異なる第3のタイプがあることを明らかにした.第2のタイプの「規範」が,話し手および聞き手が潜在的動作主と同一化することによって生じるのに対して,第3のタイプは束縛的規範がより直接的に現れる一種の指示文・命令文であり,状況に大きく依存する反面,構文的な制約はむしろ少ない.これら3つのタイプの特徴を検討し論文として発表した.今年度は代名動詞受動用法が表すモダリティについて検討した.フランス語の代名動詞受動用法には「可能」のモダリティを表す英語の中間構文に類似した性格を持つもの(グループA:cette voiture se gare facilementなど)の他に,「規範」のモダリティを表すもの(グループB:le vin blanc se boit fraisなど)があることはしばしば指摘されるところであるが,同じ「規範」を表す構文の中でも,特に束縛的モダリティを強く示すタイプ(グループC:cettevoiture se gareici dans ce coinなど)が存在することを指摘し,これを他の「規範」を表す構文と区別する必要性を明らかにした.グループBの主語が多くの場合,総称またはtype読みの解釈を受けるのに対して,グループCの主語はtokenの解釈を受けることが多いこと,また両者の表す「規範」は性格の異なるものであることを指摘した.グループBの「規範」が,潜在的動作主がとるべき行為の様態が規定され,話し手および聞き手が潜在的動作主と同一化するところから生じるのに対して,グループCは束縛的規範がより直接的に現れる一種の指示文・命令文であり,解釈が状況に大きく依存する反面,構文的な制約はむしろ少ないと考えられる.以上の内容は学会で発表すると共に,現在,論文を投稿中である.今後は,この違いを2つの構文に見られる叙述形式と関連づけて考えていく予定である.代名動詞受動用法は「可能」を表すもの(以下,第1のタイプ)と「規範」を表すもの(以下,第2のタイプ)の2つのタイプに分けられることが多いが,もう1つ,同じ「規範」を表しながらも,第2のタイプとは性質の異なる第3のタイプがあることを前年度の研究で明らかにした.第2のタイプ(Le vin blanc se boit frais.)の「規範」が,話し手および聞き手が潜在的動作主と同一化することによって生じるのに対して,第3のタイプ(Cette voiture se gare ici dans ce coin.)は束縛的規範がより直接的に現れる一種の指示文・命令文であり,文の成立条件が状況に大きく依存する反面,構文的な制約はむしろ少ない.今年度は以上の内容をまとめ,論文として発表した.さらに,第3のタイプにみられる特徴を,共起する副詞的要素との関連で分析した.その結果,まだ十分な検証は出来ていないが,第2のタイプと第3のタイプの新たな違いが浮かび上がってきた.すなわち,第2のタイプは潜在的動作主が対象物をある状態におき,動詞の表す行為を行うという意味で二次叙述構文と考えられるのに対して,第3のタイプにはそのような特徴は見られない.この点においてはむしろ第1のタイプ(Cette voitre se gare facilement.)に近い.今後は更に多くの例文にあたってこれら3つのタイプの類似点と相違点を検討するとともに,各々のタイプの特徴を叙述の類型という観点から捉え直し,多様な意味を表すフランス語代名動詞受動用法を正しく類型論的に位置づけることが課題となる.前年度に引き続き,フランス語代名動詞受動用法の意味解釈について検討した.前年度までに見た3つのタイプ(以下の例文の(1)(3))に加え,例文(4)に見られる4番目のタイプの存在を示唆した.(1)は主語の指示対象の内在的性質を表す属性叙述文で,属性を評価の尺度上に位置づけることから生じる可能のモダリティを示す.(2)は主語の指示対象の性質を,潜在的動作主が行う行為の様態と関連づけて表す属性叙述文ないしは事象(習慣)叙述文であり,語用論的推論によって生じる規範のモダリティを示すことが多い.これは(2)が二次叙述構文であることと関係している.(3)は束縛的規範の意味を持つ一種の指示文であり,共起する副詞的要素は主語の指示対象の属性と直接関係する意味を持つ必要はない.(4)は主語の指示対象の属性に対する話者の判断を示す判断文であり,モダリティの観点からは(1)と(2)の間に位置すると考えられるが,(1)との関係および受動文との関係については更に検討が必要である.
新規β-アミロイド生成システムの開発と薬剤スクリーニングへの応用

アルツハイマー病の発病原因として、β-アミロイド(Aβ)の生成・分泌・凝集・細胞外蓄積が考えられている(アミロイド仮説)。Aβは、前駆体タンパク質APPから細胞内分泌経路で生成され、APPやプレセニリン(PS)遺伝子に変異を持つ家族性アルツハイマー病では全てAβの産生が上昇する。しかしながら、患者数の多い弧発性アルツハイマー病では、これらの遺伝子に変異を持たないがAβの産生が上昇する。そこで家族性アルツハイマー病で見られる遺伝子変異に依存しないAβ産生系を構築し、Aβ産生抑制剤開発に必要なスクリーニング系の作成を目指した。APPの代謝を制御している細胞質ドメインのアミノ酸を1つずつAlaに置換したAPPを細胞に発現させて、APPの正常な代謝経路選択に必要なシグナル(Arg672)を同定した。Arg672に変異を持つAPPはアミロイドジェニックな代謝産物CTFβが細胞内に増加したが、Aβの産生量は増えなかった。CTFβが蓄積する細胞にPSを発現させると、CTFβはAβに変換された。APP→CTFβ→Aβの反応を一段階ずつとらえるA′′生成システムを完成させ、本システムが遺伝子変異がない場合のγ-セクリターゼ阻害薬のスクリーニング系に有用である事を示した。このことは、家族性変異を持つAPPからAβが産生されてくる経路以外の代謝経路が存在していることを示すものである。さらに、NF-κB/p65が凝集活性の高いAβ42の生成を特異的に上昇させる事を発見した。NF-κB/p65の下流シグナルとArg672が関連する代謝経路はお互いに独立のものであると考えられた。β-アミロイド(Aβ)の生成は前駆体タンパク質APPが細胞内分泌経路を通過してゆく途中で起こる(申請者らJ.Biol.Chem.273,6277-6284,1998)。申請者はAPPが家族性遺伝子変異を持たないにもかかわらず、異常な代謝を受けるのは、APPが正常な分泌経路に導入されず、誤った分泌経路に入り込むためであると考え、分泌経路選択のシグナル(R672AofAPP695)を同定した(J.Biol.Chem.273,19304-19310)。しかしながら、培養細胞においてはこのシグナルに変異を導入した遺伝子を発現させても、Aβ生成の前段階プロダクト(CTFβ)は蓄積が観察されるがAβの生成は増加しない。従って、平成11年度は、研究計画に従って、シグナルに変異を導入したAPP遺伝子からAβが正常APPに比較して多く生成されているかどうか検討した。正常APPとシグナル変異APPを安定的に発現している細胞にγ-セクリターゼを活性化するPresenilin(PS1)を安定的に発現させようとしたが、良い細胞株が得られなかったので、逆に正常PS1を安定的に発現する細胞株数種を先に作製し、これに正常APPとシグナル変異APP遺伝子を導入し、2種の遺伝子を安定的に発現する複数の細胞株を樹立した。シグナル変異APPとPS1を発現する細胞では、Aβ40およびAβ42の生成が20-30倍に増加した。このような増加は家族性変異以外ではいままで検出されていない。PS1の発現に伴い細胞内CTFβ量にも減少した。これはシグナルに変異を導入した結果細胞内に蓄積したCTFβがPS1によりAβに転換されたことを示唆する。平成11年度の結果は、遺伝し疾患以外の弧発性アルツハイマー病の病因を探る上で重要な知見を与えた。この結果を基に、シグナル変異APPトランスジェニックマウスを作製するコンストラクトの調製に着手した。

また、通常一気に進むAPP->CTFβ->Aβの反応を一段階づつのステップで捕らえることが出来るスクリーニング系の開発が可能となる結果を得た。これは、薬剤がどちらのステップに効果を及ぼしたために最終的にAβの生成を抑制したのかを明らかに出来るスクリーニング系が開発できることを示している。アルツハイマー病の発病原因として、β-アミロイド(Aβ)の生成・分泌・凝集・細胞外蓄積が考えられている(アミロイド仮説)。Aβは、前駆体タンパク質APPから細胞内分泌経路で生成され、遺伝子変異を持つ家族性アルツハイマー病では、全てAβの産生が上昇する。しかしながら、患者数の多い弧発性アルツハイマー病では、遺伝子変異を持たないがAβの産生が上昇することから、APPが正常な分泌経路に導入されず、誤った経路に入り込むためにAβの産生上昇が引き起こされると考えられている。我々は、APPの正常な代謝経路選択に必要なシグナルを同定し、シグナルの破壊は、Aβの代謝前駆体CTFβが細胞内に蓄積することを見いだしてきた(J.Biol.Chem.[1998]273,19304-19310)。H11年度は、CTFβを蓄積する細胞に野生型プレセニリン(PS1)を発現させると、CTFβがAβに変換されることを示した。これにより、APP→CTFβ→Aβの反応を一段階ずつとらえるA"生成システムを完成させることが出来た。現在、PSがCTFβからAβを生成するγ-セクリターゼであるかどうか議論が分かれているが、本研究はPS1がγ-セクリターゼである可能性を示唆しており、本システムが遺伝子変異がない場合のγ-セクリターゼ阻害薬のスクリーニング系に有用である事を示した。さらに本年度は、新規β-アミロイド生成システムを解析中に、我々は、NF-κB/p65が凝集活性の高いAβ42の生成を特異的に上昇させる事を発見した。NF-κB/p50は効果がなかった。詳細な解析を行った結果、転写因子NF-κB/p65がκBモチーフを持つ下流の遺伝子を活性化するので、その遺伝子産物が、Aβ42の生成に必要なβ-もしくはγ-セクリターゼの活性化に必要であると考えられた。そこで、APPの正常な代謝経路選択に必要なシグナルを破壊し、Aβの代謝前駆体CTFβが蓄積する細胞にNF-κBを発現させた所、Aβ42の成は若干上昇した。NF-κB/p65の下流に存在する分子が、γ-セクリターゼ活性化に関与する可能性がある。しかしながら、患者数の多い弧発性アルツハイマー病では、遺伝子変異を持たないがAβの産生が上昇する。H11年度までに、APPの正常な代謝経路選択に必要なシグナルを同定し、APP→CTFβ→Aβの反応を一段階ずつとらえるA"生成システムを完成させ、本システムが遺伝子変異がない場合のγ-セクリターゼ阻害薬のスクリーニング系に有用である事を示した。さらに、H12年度には、NF-κB/p65が凝集活性の高いAβ42の生成を特異的に上昇させる事を発見した。そこで、本年度は転写因子NF-κB/p65がκBモチーフを持つ下流の遺伝子をGeneChip法を用いて解析し、Aβ生成抑制に効果のある薬剤スクリーニングのターゲット分子の同定を試みた。Affymetrix社のヒト
多次元空間におけるイオンサイクロトロン波動粒子相互作用の解明

内部磁気圏において、イオン・相対論的電子の消失過程に寄与すると考えられている電磁イオンサイクロトロン波動について、あらせ衛星が観測した電磁場データを用いて解析を行い、シミュレーション研究との比較を行った。Hilbert-Huang変換と呼ばれる非線形信号解析手法を導入し、瞬時周波数と瞬時振幅の時間変化を求め、Fourierスペクトル解析では捉えられない速い周波数変化を解析した。この手法によって得られた瞬時周波数および瞬時振幅の変化が、理論的に示唆される周波数変動率と一致していることが示された。また、Shoji and Omura [2013]で理論的に示唆した通り、サブパケットが存在する時間範囲においてEMIC波動の周波数が変化している様子が見られる。さらに、フーリエ変換によるスペクトル解析では見えない、速く詳細な周波数変化が捉えられている。同様の早い変化は、シミュレーション結果にも見られる。また、その早い周波数変化から、著者らはEMIC波の励起に貢献しているプロトン粒子の位相空間での運動・分布の偏りを明らかにした。位相空間中での分布の偏りが動くことにより、一時的な周波数上昇・降下が起きることを示した。また、この分布の不均一は、シミュレーション中でも同様に確認される。従来の非線形理論では無視されている波動の中の微細な変化の存在およびその効果をあらせ衛星データ・シミュレーションから初めて示した。本成果は、波動の多次元的な伝搬過程における普遍的な要素である波動周波数から、波動生成領域における様子がわかることをシミュレーションの裏付けのもと衛星データから明らかにしたものである。本成果は、Geophysical Research Lettersに掲載済みである。シミュレーションによる解析に加え、あらせ衛星データとの比較解析を行うことで、本研究が対象としている電磁イオンサイクロトロン波動の多次元的な発展に対して多角的な視点から解析が行えているため。今後はよりシミュレーションコードの発展を進め、多次元空間での伝搬の様子および粒子との相互作用への影響を詳細に解析する。衛星データ解析との比較も同時に密に行い、より現実の内部磁気圏における電磁イオンサイクロトロン波動のプラズマ環境への影響についての理解を進める。ジオスペースにおいてプラズマ環境に大きな影響をもたらす電磁イオンサイクロトロン波の非線形相互作用を衛星データから直接計測する手法を、シミュレーションデータを元に開発した。粒子の3次元分布関数の情報と、波動の電磁場データから、位相角を計算し、その角度に対して粒子分布をソートすることによりプロトンホールの存在を示す。さらに、波動電磁場ベクトルと粒子速度ベクトルの内積から、2種の共鳴電流に対応する量を計算し、波動のスペクトルと振幅成長の様子を比較することで、理論的なシナリオの検証を行う。本手法を実際の衛星データに適用し、THEMIS衛星のデータから非線形相互作用の実証を試みた。そのデータからプロトンホールに対応するイオンの位相角分布の歪み、エネルギー授受を示す電場とイオン速度の内積、及び周波数変化を示す磁場とイオン速度の内積を波動励起イベント中の短い時間内で得ることが可能となった。2つの共鳴電流に対応する量が、理論的に示唆されている方向に振れていることがわかり、直接的にエネルギーの流れや理論的に示唆されている共鳴電流の寄与によって、振幅の増大や周波数が上昇していることを明らかにした。この手法は、あらせ衛星での適応が検討されており、種々のEMIC波動に対する統計的な解析が期待できる。また今後、多次元的なエネルギーの授受を衛星データおよびシミュレーション解析から明らかにするために、本解析手法が重要となる。本成果はGeophysical ResearchLettersに掲載済みである。波動粒子相互作用に関する解析が順調に進んでいること、および多次元シミュレーションに向けたコードの開発が進んでいることから、該当する区分とした。多次元シミュレーションコードを完成させ、すでに衛星データ解析で見られている斜め方向伝搬波動の特性を解析する。

多次元モデルにおいて、1次元モデルとの最大の違いは斜め方向に伝搬するEMIC波を同時に扱えることである。1次元モデルよりも多数のモードが励起されるため、イオンの温度異方性がどのEMICモードに対して効率よくエネルギーを渡し、緩和されていくかを2次元空間内で調べる。また、斜め方向に励起されるEMIC波動は平行伝搬波動の非線形サイクロトロン共鳴に加えて、平行方向電場によるランダウ共鳴が可能である。これらの両非線形現象が起こす高エネルギーイオンの分布関数への影響を明らかにする。特にランダウ共鳴及び粒子捕捉は、イオン空間分布を沿磁力線方向に歪めるため、サイクロトロン粒子捕捉に対しても影響を及ぼす。従って、EMIC波が平行伝搬時とは異なる非線形成長を起こす可能性があるため、伝搬方向毎のEMIC波の非線形成長の違いを調べる。今後はよりシミュレーションコードの発展を進め、多次元空間での伝搬の様子および粒子との相互作用への影響を詳細に解析する。衛星データ解析との比較も同時に密に行い、より現実の内部磁気圏における電磁イオンサイクロトロン波動のプラズマ環境への影響についての理解を進める。当初計画していた出張予定がずれたため、次年度使用額が生じた。今年度、該当する研究打ち合わせのために京都大学の大村教授を訪問する予定である。
複雑ネットワークのダイナミクスに基づく地震現象の統計力学的研究

我々は、地震現象を進化する複雑ネットワークに写像し、そのトポロジカル及びダイナミカルな振る舞いを調べた。結合度分布がスケール不変性を持つことを見出し、また、無向グラフ描像においては、平均頂点間距離を評価することで、ネットワークがスモールワールド性を有することを発見した。クラスター係数の評価によって、地震のネットワークが、強く階層化され、その階層性がベキ的に変化していることもあきらかとなった。これらの発見は、地震のネットワークが、他の複雑ネットワークと共通の性質を有していることを示している。我々はさらに、地震独自のネットワーク構造を探求すべく、有向グラフ描像においてそのダイナミカルな振る舞いを調べた。ネットワークの周期、及び、経路長という特性量を独自に定義し、それらがスケール不変性をもつことを見出した。これは、時間、空間的に離れた地震であってもそれらはお互いに強く相関しあっていることを示している。このような地震研究に対する全く新しい試みは、今後、さらに地震現象を深く理解するために有力な手段のひとつとなると考えられる。研究代表者、および分担者は、科研費課題に関連する研究において、これまで7編の論文を発表した。また、現在、一編が印刷中、一編が審査中である。学会発表としては、日本物理学会に4回、国際会議では5回参加し、関連するテーマについて講演を行った。研究代表者及び分担者は、平成16年6月、ポーランドにおける国際会議ICCS2004に研究発表及び討論のため参加し、科研費研究課題である地震のネットワークのトポロジカルな性質の研究成果の一部について発表した。地震のネットワークがスケールフリーな構造を持っていることをグラフの結合度分布の解析により示し、経路長、クラスタリング係数を解析することによりネットワークがスモールワールド的構造をもち、強くクラスター化していることを報告し、実のある討論をすることが出来た。研究分担者は平成16年7月アテネ大学物理学科に電磁的地震シグナル(SES)の研究の第一人者であるVarotsos教授を訪ね、地震予兆に関連するSESの複雑時系列解析に関する研究討論を行った。地震現象を臨界現象の統計力学的立場からとらえることにより、SESのもつ「臨界減速」「スケール消滅」などの顕著な特徴が「自然時間」を用いることにより如何に普遍的性質をあらわしうるかを議論した。研究分代表者及び分担者は、平成16年度中に科研費研究課題に関する研究論文を3編発表した。また、平成17年度に2つの論文が専門誌に掲載されることが決定している。その内容は、複雑ネットワークの視点から見たインターネットの混雑状況と地震の時系列パターンとの類似性を研究したもの、引き続いて起こる地震の時間間隔がZipf-Mandelbrot分布に従うことを示したもの、地震の複雑ネットワークがsmall-world的な構造を持ち強くクラスター化されていることを示したもの、地震の向き付けされた複雑ネットワークのトポロジカルな性質の解析によって地震の周期分布及びpath length分布がスケールフリーであることを示したものである。これらの成果により地震現象がどのような複雑ネットワーク構造を持っているかが明らかになった。研究代表者は、平成17年8月ギリシャで開催された国際会議、3rdlnternational Conference on News Expectations and Trends in Statistical Physicsに参加し、科研費研究課題に関連した研究のひとつをStructural and Dynamical Properties in Complex Earthquake Networksという題で発表した。地震のネットワークが無向グラフ描像において、スケールフリー及びスモールワールド的構造を持つこと。また、クラスター係数の結合度依存性がベキ的振る舞いをし、その階層構造がマグニチュードに閾値をおくことによって崩壊すること報告した。さらに、有向グラフ描像において、周期、経路長という特性量を独自に定義し、それらが双方スケールフリーな性質を有することを報告した。これらは、地震がいかに長時間、長距離離れていても、依然としてその後の地震に影響を及ぼしうることを示した成果である。研究代表者及び分担者は、平成17年度中に科研費研究課題に関する研究論文を3編発表し、1編の論文が審査中である。

その内容は、引き続いて起こる地震の時間間隔がZipf-Mandelbrot分布に従うことを示したもの、地震のネットワークの有向グラフ描像においてその周期の分布がベキ則に従うことを示したもの、また無向グラフ描像において地震のネットワークの階層構造及び次数相関を調べたものなどである。これらの研究により、地震の複雑性が他の系における複雑ネットワークとどんな類似性、相違性を有するかがより明確となった。
パーフォリン遺伝子の細胞系列特異的発現機構の解析

MEFは、ETSファミリーに属する転写因子で、遺伝子破壊マウスの実験よりNK細胞におけるパーフォリン遺伝子発現に必須であるが、T細胞ではMEFを欠いていてもパーフォリン遺伝子が発現することがわかっている。これを解明するためにMEFと結合する蛋白質を同定すべくTandem Affinity Purification (TAP)法に引き続いて質量分析法を実施した。293T細胞にTAPベクターに組み込んだMEFを導入し、角蛋白質を抽出した後、アフィニティーカラムを用いて2段階の精製を行った。繰り返しの実験でSDS-PAGE上、同じパターンの蛋白質が得られ、還元・アルキル化の条件の下でそれらを質量分析によって解析した。その結果以下の蛋白質がMEF結合蛋白質として同定された。すなわち、(1)Myb binding protein1,(2)nucleolin,(3)MEF,(4)RNA helicase,(5)vimentin, (6)nucleophosminである。この中で(1)は転写制御蛋白との相互作用が報告されており、また(2)、(6)はいずれも核-細胞質間の蛋白輸送に関与すると報告され、幾つかの転写因子の活性を制御することが知られている。又、(6)は白血病での異常が報告され、化学療法感受性とも関連も指摘された。さらに、MEF結合蛋白質の対象としてMEF自身が同定されていることより、二量体としてのMEFの転写活性作用も予想される。現在、これらのcDNAをPCR法を用いてクローニングし、個々の蛋白質についてMEFとの相互作用を検討中である。Myeloid Elf-1-likefactor(MEF)の全長cDNAをベクターから切り出し、Protein Aおよびカルモジュリン結合蛋白質との融合蛋白質発現が可能になるようPCR反応を利用して3'非翻訳領域を除いた。MEF遺伝子と融合蛋白質のフレームを一致させて、融合蛋白質の発現ベクターであるpcDNA3.1-TAPcon2ベクターへクローニングした。その際、PCR反応に伴う遺伝子の変異を否定するために導入するMEF cDNA全長の遺伝子塩基配列を再確認した。同ベクターの細胞導入並びに遺伝子発現を確認するためにコントロールベクターをCOS7細胞に導入した。遺伝子導入は、細胞内での蛋白質発現効率を高め且つ目的蛋白質発現までの時間を短縮するためamaxa社のNucleofectorを用いた電気穿孔法にて行った。コントロール実験レベルではCOS7細胞での蛋白質発現が確認され、本法がベクター由来蛋白質の発現系として利用できることが確認できた。結合蛋白質を精製する際にはProtein Aとカルモジュリン結合蛋白質を切断する必要があるが、その際に用いるTEVプロテアーゼによる融合蛋白質切断の条件検討も行った。現在MEF/pcDNA3.1-TAPcon2プラスミドをCOS7細胞へトランスフェクションし、細胞内でのMEF蛋白質の発現を確認している。遺伝子導入後の細胞内での融合蛋白質発現確認後は結合蛋白質の精製へと実験を進めていく。これを解明するためにMEFと結合する蛋白質を同定すべくTandem Affinity Purification(TAP)法に引き続いて質量分析法を実施した。その結果以下の蛋白質として同定された。すなわち、(1)Myb binding protein1,(2)nucleolin,(3)MEF,(4)RNA helicase,(5)vimentin,(6)nucleophpsminである。

この中で(1)は転写制御蛋白との相互作用が報告されており、また(2)、(6)はいずれも核-細胞質間の蛋白輸送に関与すると報告され、幾つかの転写因子の活性を制御することが知られている。さらに、MEF結合蛋白質の対象としてMEF自身が同定されていることにより、二量体としてのMEF野天社活性作用も予想される。現在、これらのcDNAをPCR法を用いてクローニングし、個々の蛋白質についてMEFとの相互作用の検討中である。
切れ刃運動型超長寿命ナノメータ超精密切削加工技術の開発

本研究は,現在,非常に困難と言われている難削材(焼入ダイス工具鋼,ステンレス鋼,チタニウム合金等)の超精密切削加工に,超長寿命切削加工が可能な切れ刃運動型切削加工法を適用し,大型の超精密金型や金属反射レンズ等を始めとする,超精密機器用の「キーパーツ」の加工技術開発につなげることを目標として行った.切れ刃運動型切削加工技術は,最近,本研究申請者によるモータ内蔵型バイトシャンクの開発が行われ,S45Cの旋削加工で,従来の50倍以上の超長寿命切削が可能と確認されたものである.主な結果を以下に示す.1.ナノメータ精度切れ刃運動型用切削加工システムの設計試作(1)高精度刃先チップ運動用シャンクの製作ナノメータオーダの超精密切削加工を工具回転型切削法で行うには,工具先端のナノメータオーダ精度の回転機構が必要である.既存精密機器の軸受け機構を用いて,試作したが,ナノメータオーダ精度の回転機構には到達し得ず,サブミクロン精度で留まり,今後の検討となった.(2)回転チップ刃先の回転精度修正用装置の設計製作超精密切削加工を行うためには,バイトチップ刃先を超高精度で回転させる必要がある.このために,チップをシャンクに取付け後に,研削砥石の目直し装置のように加工修正することが出来る回転精度修正装置を設計試作し,非常に高平滑で,刃先の鋭い丸駒型超硬合金チップの試作に成功した.(3)チップ刃先の回転・揺動速度制御用システムの製作切れ刃運動型超精密切削特性の検討には,広範囲な切れ刃の回転速度・揺動速度で行う必要がある.市販のモータとその制御システムを用いて,回転数を広範囲に変える制御システムの製作に成功した.2.試作したシャンクを用いた超精密切削加工特性の検討(1)試作した刃先運動用シャンクの回転精度が充分でなかったため,刃先運動型超平滑切削では,数10ナノメータオーダの超平滑切削は成功し得なかった.(2)試作回転精度修正用装置で製作した.高精度丸駒型超硬チップを用いて固定型切削で,ステンレス鋼の切削を行った結果,70nm(Rz)以下の高平滑面が得られた。
巨大地震断層の物質科学的研究によるすべりメカニズムの解明

海溝型巨大地震・津波を発生させる沈み込み帯プレート境界断層の分析を南海トラフ、日本海溝において実施した。また、地震発生域の断層については、陸上に露出する過去のプレート境界岩の構造組織、鉱物、化学分析を実施した。その結果、断層を構成する構造組織、鉱物化学組成は多様ではあり、その多様性に依存して地震・津波発生性のプレート境界断層であるかどうかが決まる可能性が大きい事が明らかとなった。またプレート境界に存在する水は断層のすべりメカニズムを決めていることも分析の結果明らかとなった。南海トラフ地震発生帯掘削ステージ1によって得られた試料、データの分析と総合に関するまとめが大きな成果である。(1)掘削孔イメージとコアの断裂系解析、非弾性歪を総合した応力場解析、(2)掘削によって得られた断層の化学分析による上昇温度の推定、(3)掘削結果を総合した、分岐断層の進化過程の解明、(4)プレート境界デコルマと付加体先端部の水理学的性質の解明などである。南海トラフ地震断層に関連して、先行して実施された台湾チェルンプ断層の分析、解析の最終的な結果も大きく取り込むことができた。更に陸上部に露出し、今後超深度掘削によって得られるであろう地震発生帯の断層岩の分析と、それに基づく破壊すべり過程の物理化学的プロセスの解明においても大きく前進した。特に、地震性の高速摩擦によって断層に存在する水溶液の摩擦に伴う熱圧化によって進行する動的物理化学過程が明らかとなった意義は、地震断層プロセスの解明に大きく貢献するものであり、今後の研究方向を指し示すものとなった。また、公表論文とするまでには至っていないが、(1)分岐断層の時空間的多様性の解明、(2)津波断層としての分岐断層、プレート境界デコルマの物理化学的過程の分析、その理論的考察においても前進がはかられた。それらも順次、公表していく準備がすすんでいる。初年度の目的に対して、掘削で得られた断層の詳細な構造解析がやや遅れ気味であるが、第2年度において達成する予定である。南海トラフ地震発生帯掘削ステージ1によって得られた試料、データの分析と総合に関する研究をすすめ、まとめが前進、公表した。(1)掘削によって得られた断層の化学分析・熱分析による上昇温度の推定、(2)実験と統合した摩擦特性の解明と、断層組織の解明、(3)掘削結果、三次元地震探査の結果を総合した分岐断層の進化過程の解明。(2)南海掘削ステージ2で得られた海溝外側の掘削地点で得られた基盤岩の変質実態を解明、構成粘土鉱物分析とその沈み込み帯でのカイネティクス研究の結果、地震発生帯内部での脱水反応、有効応力を降下させる間隙水圧発生可能性を解明した。更に陸上部に露出し、今後、超深度掘削によって得られる予定の地震発生帯の断層岩の分析と、それに基づく破壊すべり過程の物理化学的プロセスの推定においても大きく前進した。この研究対象は、(1)浅部非地震性分岐断層に相当する房総半島、(2)地震発生帯上限付近に相当する四国牟岐、地震発生帯に相当する(3)久礼地域、(4)興津地域、地震発生帯深部に相当する(5)九州延岡地域である。地震発生帯の全てをカバーする温度圧力領域にかつて位置した沈み込み帯の化石断層である。また、公表論文とするまでには至っていないが、(1)ステージ1で得られた分岐断層浅部および先端部デコルマの発熱データを津波断層として説明しうる熱力学計算、(2)現世および化石地震発生断層の微細構造分析の前進がはかられ、それらも学会で講演、公表した。順次、論文として公表する準備がすすみ、一部は投稿済みである。本計画研究は、掘削によって得られる断層試料の変形組織の解析、鉱物学的、化学的分析を通して、すべりに伴う諸反応を明らかにし、地震性、津波発生性、非地震性すべりについて、すべりのメカニズムと破壊伝搬過程、エネルギー散逸過程を解明することを目的としている。本年度は以下の研究を実施し、以下の新たな主知見を得た。1.南海トラフ掘削によって浅部分岐断層および浅部前縁スラストについて得られている熱履歴データ、熱物性、水理物性データを基に、シミュレーションを施した。結果、津波発生性を検証した。ただし、前縁スラストに関しては緩傾斜のため、急傾斜断層との連動が必要との結果が得られた。2.台湾チェルンプ断層等で報告されている地震性すべりに伴う、希土類元素パターンの変化について実験的に検証した。今後、地震性すべり評価に重要な評価基準となることを確立した。3.沈み込み帯に持ち込まれる堆積物、および海洋プレート基盤の続成作用に伴う脱水反応について定量的評価を行った。特に海洋性基盤である玄武岩中のサポナイトークロライト相転移に伴う脱水反応は、地震発生帯内部で進行し、新たなかつ重要な水源となることが明らかとなった。4.シリカ堆積物の脱水反応について、沈み込みパラメターとの関係について定量的検討を行った。さらに陸上付加体に残るチャート続成作用、日本海溝における過去の掘削データを再再検討した。

その結果、シリカ堆積物からの脱水反応は、特に沈み込み帯の浅部津波発生領域や超低周波地震発生領域においてピークに達し、間隙水圧の上昇や、すべり不安定性の実現に重要な役割を果たすことが予想されることとなった。5.日本海溝の東北太平洋沖地震に伴う津波発生の原因として、シリカ堆積物からの脱水が重要な現地なっているとの仮説を、先端部ウェッジの力学平衡、温度構造、堆積物から検討、提案した。本年度は、日本海溝掘削(IODP-JFAST)で得られた断層帯の試料、および陸上部付加体に分布する断層について分析を進め、断層の物質科学的、力学的性質について以下の成果が得られた。1.東北地方太平洋沖地震の震源断層が、60%を超える高濃度のスメクタイトによって構成されていることが分かった。また比較のため、DSDPLeg56で採取された沈み込む直前の堆積物の鉱物定量を行い、遠洋粘土層の上部5mにスメクタイトの濃集層があることを見出した。また、その局所化した剪断帯からfluidizationの証拠を見出した。このことが日本海溝における大規模な津波性断層すべりを引き起こす主な要因と考えられる。2.また、日本海溝掘削間隙水試料の化学分析によりプレート境界断層における摩擦熱由来の温度異常に流体移動が与える影響を評価した。3.南海トラフ基盤の玄武岩の変質解析を行った。EPMAを用いた元素マッピングの結果から、玄武岩の変質で生じたサポナイトは主に気泡を充填する形で産していることが判明した。また玄武岩の浸透率測定より不透水であることも判明した。4.また陸上部の四万十付加体牟岐メランジュ中に発達する枕状玄武岩及び玄武岩起源断層岩から採取した試料を用いて摩擦の速度依存性と高速摩擦特性を検討し、枕状玄武岩が不安定すべりの発生源となるポテンシャルを有すること及びfluidizationを記録したウルトラカタクレーサイトが地震破壊を伝播させやすいことを明らかにした。5.異なる深度(1km以浅と2-4km)で形成された陸上付加体に発達するメランジュ様断層に対する力学試験から,深いものほど弾性波速度と剪断強度の著しい増加を確認した。プレート境界断層浅部における剪断による圧密と粘土鉱物の相転移によって、断層が厚化することを実証した。掘削断層試料・化石地震断層の研究1.日本海溝のプレート境界断層の掘削(JFAST)・回収に成功、加えて南海トラフで回収されている試料を基に日本海溝と南海トラフプレート境界断層物質の含水透水・不透水条件下高速摩擦実験を実施した。その結果、スメクタイト+thermal pressurization (TP)効果で浅部地震性すべりを促進、ガウジにはfluidizationの証拠を認定。2.日本海溝掘削(JFAST)で得られた掘削コアの鉱物分析を実施した結果、プレート境界はスメクタイトに富むことが判明。コスタリカ沖中米海溝掘削で得られたコアの鉱物分析も実施、沈み込み帯における続成作用、脱水作用について議論した。
ラジカル消費物質の低温酸化反応抑制効果による急速圧縮予混合気の能動的着火制御

予混合圧縮着火機関において反応抑制物質を筒内に直接噴射することにより,着火時期の制御と運転可能領域の拡大を試みた.その結果,シリンダ内に水あるいは低級アルコール類を直接噴射することによって,着火時期および急激燃焼の制御と,高負荷までの運転領域拡大とが可能であり,この場合,超低NOxかつ無煙となることが明らかとなった.水の場合には温度低下により,アルコール類の場合にはOHラジカルの消費に見られる化学的効果により低温酸化反応が抑制され,その結果として高温酸化反応の遅延と急速燃焼の抑制が可能になること,および化学的反応抑制効果は,メタンやベンゼンなど低着火性の非含酸素系炭化水素ではほとんど認められず,含酸素物質の中でもアルコール類において顕著であることを示した.さらに,アルコール類の中では,発熱量が低いメタノールが噴射量に対する自由度が高いため,反応抑制物質として有効であること,その際の反応抑制効果は,気化潜熱による温度低下よりは,むしろ低温酸化反応発現前におけるOHラジカル低下に見られる化学的反応抑制機構に起因することを明らかにした.このOHラジカルの低下は主としてOHラジカルとアルコール分子との反応促進によるものであり,メタノール噴射量の増加により低温酸化反応後の筒内温度が減少し,その結果として高温酸化反応が抑制されること,化学動力学的解析によると低温酸化反応の発現温度は反応抑制物質導入により上昇するが,発現時のOHラジカル濃度は反応抑制物質の種類あるいはその有無にかかわらず4×10^<-10>程度であることを示した.さらに,低温酸化反応を能動的に制御するためには,低オクタン価燃料で大きな低温酸化反応を生じさせ,これを運転条件に応じてメタノール噴射を用いるのが最適であり,その際の圧縮比は高温酸化反応の急激化を緩和するために低めに設定することが望ましいことがわかった.予混合圧縮着火機関において反応抑制物質を筒内に直接噴射することにより,着火時期の制御と運転可能領域の拡大を試みた.その結果,シリンダ内に水あるいは低級アルコール類を直接噴射することによって,着火時期および急激燃焼の制御と,高負荷までの運転領域拡大とが可能であり,この場合,超低NOxかつ無煙となることが明らかとなった.水の場合には温度低下により,アルコール類の場合にはOHラジカルの消費に見られる化学的効果により低温酸化反応が抑制され,その結果として高温酸化反応の遅延と急速燃焼の抑制が可能になること,および化学的反応抑制効果は,メタンやベンゼンなど低着火性の非含酸素系炭化水素ではほとんど認められず,含酸素物質の中でもアルコール類において顕著であることを示した.さらに,アルコール類の中では,発熱量が低いメタノールが噴射量に対する自由度が高いため,反応抑制物質として有効であること,その際の反応抑制効果は,気化潜熱による温度低下よりは,むしろ低温酸化反応発現前におけるOHラジカル低下に見られる化学的反応抑制機構に起因することを明らかにした.このOHラジカルの低下は主としてOHラジカルとアルコール分子との反応促進によるものであり,メタノール噴射量の増加により低温酸化反応後の筒内温度が減少し,その結果として高温酸化反応が抑制されること,化学動力学的解析によると低温酸化反応の発現温度は反応抑制物質導入により上昇するが,発現時のOHラジカル濃度は反応抑制物質の種類あるいはその有無にかかわらず4×10^<-10>程度であることを示した.さらに,低温酸化反応を能動的に制御するためには,低オクタン価燃料で大きな低温酸化反応を生じさせ,これを運転条件に応じてメタノール噴射を用いるのが最適であり,その際の圧縮比は高温酸化反応の急激化を緩和するために低めに設定することが望ましいことがわかった.急速圧縮予混合気においてラジカル消費物質の低温酸化反応抑制効果による過早着火および急速燃焼の抑制効果について解明を試みるとともに,反応動力学的解析を用いて,それらの抑制機構についても検討した.その結果,急速圧縮予混合気へのメタノールなどの反応抑制物質直接噴射によって,着火時期と急激燃焼の抑制,ならびに高総括当量比までの安定燃焼領域拡大が可能であり,この場合,未燃炭化水素は若干増加するが,完全無煙・超低NOx燃焼が得られることが明らかとなった.メタノールの導入を低温酸化反応発現時から早期化させるほど,また導入量を増加させるほど低温酸化反応抑制効果は増大するが,過度に早期化あるいは増量させると失火に至るか,または高温酸化反応が急激になるため,その導入時期および量には総括当量比に応じた最適時期が存在することを示した.さらに,最適なメタノール噴射により低温酸化反応発現までの温度が低下するとともに,低温酸化反熱発生が著しく抑制され,それにともなう低温酸化反発現後の温度低下により高温酸化反応も抑制されることがわかった.このメタノール噴射による燃焼抑制に対しては,温度低下の影響よりも,むしろ化学反応上の影響が大きく作用しており,反応動力学的解析においてもメタノールによる低温酸化反応抑制効果が顕著に認められ,メタノールにより低温酸化反応発現が高温側にシフトすること,低温酸化反応発現前においてOHラジカルなど低温酸化反応を支配すると考えられるラジカル類の濃度が顕著に減少すること,および低温酸化反応発現時のOHラジカルがメタノールの有無などの諸条件のいかんによらず4x10^<-10>程度の一定値をとることなどを明らかにした.この燃焼抑制に対する導入物質の化学的影響は水,水素,メタンに比較してアルコール類が著しく,アルコール類の中でもメタノールが最も著しいことを示した.ラジカル消費物質としてメタノールを直接噴射することによる予混合圧縮着火燃焼の能動的制御と運転領域拡大を試み,とくに,圧縮比および主燃料のオクタン価の影響を中心に実験による検討を行った.