hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高温材料への適用のためのセラミックスの低温接合に関する研究

高融点金属箔を低融点金属箔で挟んだ不均一な中間層を用いて,低融点金属箔の融点直上で接合するPTLP(Partial Transient Liquid-Phase)法を確立した.この方法では,接合時に液相となる低融点金属と高融点金属との相互拡散による不均一層の均一化が起こり,低融点金属の液相は消失する.そのため,この方法では従来の活性金属を用いたろう付け法や固相接合法に比べて,接合温度を数百度低くすることができ,さらに得られた接合体は高温への適用が期待される.この接合方法では,低融点金属の液相は接合時に高融点金属とセラミックスとに挟まれた状態で存在するため,低融点金属液相のセラミックスに対する濡れ性の改善は,強固な接合体を得るための重要な因子となる.本研究では,低融点金属として用いる溶融銅のアルミナおよび窒化ケイ素セラミックスに対する濡れ性に及ぼすCr,Niおよび80Ni・20Cr合金の添加の影響を静滴法を用いて調査した.また、Cu/80Ni・20Cr/Cuの中間層を用いたPTLP法により、アルミナ及び窒化ケイ素セラミックス同志の接合を行い,接合体の強度と界面反応について調査した.溶解銅のアルミナ及び窒化ケイ素セラミックスに対する濡れ性は、Crの添加により大幅に改善されることが明らかとなった.また,アルミナの場合は添加したCrは銅とアルミナの界面に凝集する傾向を示し,窒化ケイ素の場合はCu,Cr及びSiからなる反応層を形成していることが明らかとなった.Cu/80Ni・20Cr/Cuの中間層を用いてPTLP接合したアルミナ接合体の中間層は均一化しており,低融点金属のCuは完全に消失していた.また、接合体の破壊はアルミナ側で生じており,平均強度及び強度のバラツキは無接合のアルミナ標準試料に匹敵する値が得られた.一方,アルミナと同様の中間層を用いてPTLP接合した窒化ケイ素の接合体では,破壊は中間層/窒化ケイ素界面で起こっており,十分な接合強度は得られなかった.これは,接合時に液相となる溶解銅中にCrが溶解することにより溶解銅と窒化ケイ素との濡れ性は改善されるが、中間層の均一化が不十分で,かつ中間層/窒化ケイ素界面に脆弱な化合物層が生成しているためであることが明らかとなった.高融点金属箔を低融点金属箔で挟んだ不均一な中間層を用いて、低融点金属箔の融点直上で接合するPTLP(Partial Transient Liquid-Phase)法を確立した。この方法は、固相拡散接合法と活性金属ろう接法を合体させた接合法で、接合温度を従来の固相拡散接合法や活性金属ろう接法に比べて数百度低くすることができ、さらに得られた接合体は高温への適用が可能である。本研究では、Cu/80Ni・20Cr/Cuの中間層を用いたPTLP法により、Si_3N_4同志の接合を1150°Cの真空中で行った。また、溶融銅のSi_3N_4に対する濡れ性に及ぼすCr,Niおよび80Ni・20Cr合金の添加の影響を、静適法を用いて1150°Cの真空中で測定した。さらに、界面反応について調査し、PTLP法による接合のメカニズム解明を行なった。Si_3N_4/Cu/80Ni・20Cr/Cu/Si_3N_4の接合体の破壊は中間層/Si_3N_4界面で起こっており、十分な接合強度は得られなかった。これは、濡れ性の実験結果から、接合時に液相となる溶融銅中にCrが溶解することにより溶融銅とSi_3N_4との濡れ性は改善されるが、中間層の均一化が不十分で、中間層/Si_3N_4界面に脆弱な化合物層が生成しているためであることが明らかとなった。現在、Si_3N_4セラミックスの接合に適した中間層の設計と接合条件の検討、及び静適法による濡れ性の実験と界面反応の調査を継続中である。高融点金属箔を低融点金属箔で挟んだ不均一な中間層を用いて,低融点金属箔の融点直上で接合するPTLP(Partial Transient Liquid-Phase)法を確立した.この方法では,接合時に液相となる低融点金属と高融点金属との相互拡散による不均一層の均一化が起こり,低融点金属の液相は消失する.そのため,この方法では従来の活性金属を用いたろう付け法や固相接合法に比べて,接合温度を数百度低くすることができ,さらに得られた接合体は高温への適用が期待される.この接合方法では,低融点金属の液相は接合時に高融点金属とセラミックスとに挟まれた状態で存在するため,低融点金属液相のセラミックスに対する濡れ性の改善は,強固な接合体を得るための重要な因子となる.本研究では,低融点金属として用いる溶融銅のアルミナおよび窒化ケイ素セラミックスに対する濡れ性に及ぼすCr,Niおよび80Ni・20Cr合金の添加の影響を静滴法を用いて調査した.また、Cu/80Ni・20Cr/Cuの中間層を用いたPTLP法により、アルミナ及び窒化ケイ素セラミックス同志の接合を行い,接合体の強度と界面反応について調査した.溶解銅のアルミナ及び窒化ケイ素セラミックスに対する濡れ性は、Crの添加により大幅に改善されることが明らかとなった.

また,アルミナの場合は添加したCrは銅とアルミナの界面に凝集する傾向を示し,窒化ケイ素の場合はCu,Cr及びSiからなる反応層を形成していることが明らかとなった.Cu/80Ni・20Cr/Cuの中間層を用いてPTLP接合したアルミナ接合体の中間層は均一化しており,低融点金属のCuは完全に消失していた.また、接合体の破壊はアルミナ側で生じており,平均強度及び強度のバラツキは無接合のアルミナ標準試料に匹敵する値が得られた.一方,アルミナと同様の中間層を用いてPTLP接合した窒化ケイ素の接合体では,破壊は中間層/窒化ケイ素界面で起こっており,十分な接合強度は得られなかった.これは,接合時に液相となる溶解銅中にCrが溶解することにより溶解銅と窒化ケイ素との濡れ性は改善されるが、中間層の均一化が不十分で,かつ中間層/窒化ケイ素界面に脆弱な化合物層が生成しているためであることが明らかとなった.高融点金属箔を低融点金属箔で挟んだ不均一な中間層を用いて,低融点金属箔の融点直上で接合するPTLP(Partial Transient Liquid-Phase)法を確立した.この方法では,接合時に液相となる低融点金属と高融点金属との相互拡散による不均一層の均一化が起こり,低融点金属の液相は消失する。そのため,この方法では従来の活性金属を用いたろう付け法や固相接合法に比べて,接合温度を数百度低くすることができ,さらに得られた接合対は高温への適用が期待される.この接合方法では,低融点金属の液相は接合時に高融点金属とセラミックスとに挟まれた状態で存在するため,低融点金属液相のセラミックスに対する濡れ性の改善は,強固な接合体を得るための重要な因子となる.本研究では,低融点金属として用いる溶融銅のアルミナおよび窒化ケイ素セラミックスに対する濡れ性に及ぼすCr,Niおよび80Ni・20Cr合金の添加の影響を静滴法を用いて調査した.また、Cu/80Ni・20Cr/Cuの中間層を用いたPTLP法により、アルミナ及び窒化ケイ素セラミックス同志の接合を行い,接合体の強度と界面反応について調査した.溶融銅のアルミナ及び窒化ケイ素セラミックスに対する濡れ性は、Crの添加により大幅に改善されることが明らかとなった.また,アルミナの場合は添加したCrは銅とアルミナの界面に凝集する傾向を示し,窒化ケイ素の場合はCu,Cr及びSiからなる反応層を形成していることが明かとなった.Cu/80Ni・20Cr/Cuの中間層を用いてPTLP接合したアルミナ接合体の中間層は均一化しており,低融点金属のCuは完全に消失していた.また、接合体の破壊はアルミナ側で生じており,平均強度及び強度のバラツキは無接合のアルミナ標準試料に匹敵する値が得られた.一方,アルミナと同様の中間層を用いてPTLP接合した窒化ケイ素の接合体では,破壊は中間層/窒化ケイ素界面で起こっており,十分な接合強度は得られなかった.これは,接合時に液相となる溶融銅中にCrが溶解することにより溶融銅と窒化ケイ素との濡れ性は改善されるが、中間層の均一化が不十分で,かつ中間層/窒化ケイ素界面に脆弱な化合物層が生成しているためであることが明かとなった.
超解像多光子顕微鏡による機能特化細胞の膜動態イメージング

ヒトの体内では、様々に分化し専門的な役割を担う「機能特化細胞」が適切に働くことにより、その恒常性が保たれている。その機能の多くは、小胞輸送と膜融合によるものである。本研究では、破骨細胞と脂肪細胞の小胞輸送について、多光子蛍光4次元イメージングによって解析する方法を構築した。また、以前の研究によって開発した液晶位相変調素子と多光子顕微鏡を組み合わせることによって、xy方向の分解能を向上しつつ同時に深い被写界深度を得ることに成功した。生体内で様々に分化し専門的役割を担う「機能特化細胞」では、細胞内小胞輸送や膜融合の系をその機能として用いている細胞が多く見られるが、生理的に働くためには、その膜動態の厳密な制御が必要と考えられ、これまでに提案されている一般的な膜動態とは異なるメカニズムを有していることが考えられる。本研究は、個々の細胞が持つ特殊な膜動態システムを明らかにしていくことを目指し、破骨細胞と脂肪細胞という2種類の特殊な細胞に標的を絞り、細胞内膜動態の可視化解析を行なうものである。H23年度には、発現プラスミドの準備、細胞の分化誘導条件の改善、および可視化解析のための顕微鏡周りの整備を行なった。H24年度には、これらを用いることにより、それぞれの細胞における小胞輸送のタイムラプス観察に成功した。画像解析ソフトウェアを用い、得られた経時的画像中の多数の小胞の動きを解析することにより、小胞の変移量と速さの変化についての詳細を計測可能になった。但し本研究においては1個1個の小胞の平均的な動きについては十分に追跡できる速さだったが、一部で非常に高速かつ直線的な動きをする場合もあり、正確な小胞の動態を把握するには、更なる観察系の改良が必要であることも明らかとなった。そこで観察に用いる顕微鏡について更なる改良を行ない、その結果、高いxy方向の空間分解能と深い被写界深度を併せ持つlight needle顕微鏡の開発に成功した(論文投稿中)。これまでに構築した培養細胞の可視化系とこの改良イメージング法を組み合わせることで、既存の方法では解析できなかった膜動態についても計測・解析を行なうことが可能になるため、今後も追加の測定を行なうことにより、各種機能特化細胞における膜動態における種々の物理量を把握でき、膜動態の分子メカニズム解明に貢献できるものと考えている。本研究は、生体内で様々に分化し専門的役割を担う機能特化細胞のうち、破骨細胞と脂肪細胞を用いて、新開発の超解像多光子顕微鏡と蛍光タンパク質の組み合わせることで細胞内膜動態を高空間分解能で可視化解析を行ない、小胞輸送・膜融合に働く分子の働きを明らかにするものである。H23年度は、変異型VAMP-7の発現プラスミドの準備、培養細胞を用いた分化誘導系の実験条件の改善、観察に用いる顕微鏡周りの整備を行なった。計画当初は、脂肪細胞として3T3-L1細胞を用いる予定であったが、更に3T3F442A細胞、C3H10T1/2細胞について比較検討を行なったところ、C3H10T1/2細胞が遺伝子導入効率と分化誘導効率が良かったため、以降の研究ではC3H10T1/2細胞を使用することとした。また、破骨細胞の培養系に関しては、リン酸カルシウム基板以外に象牙切片に関しての検討も行なって、それぞれの特性を把握した。一方、変異型VAMP-7の発現プラスミドについては次年度に計画していたが、計画よりも前倒しで進めることが可能だったため、中間体までの作製を完了することが出来た。また、ライブイメージングを進めるために顕微鏡用のチャンバーについても様々に検討を行ない、超解像多光子顕微鏡においても実用的なイメージング用チャンバーの作製を行なった。H24年度はこれらを組み合わせ、作製したプラスミドを基に更に改変を行ない、遺伝子導入によって蛍光タンパク質を発現するようにした各機能特化細胞について、高分解能での顕微鏡観察を行なう予定である。計画では、脂肪細胞への分化に3T3-L1細胞を用いる予定であったが、その後の検討により、C3H10T1/2細胞を用いた方が今後の実験効率を大きく上昇させると判断し、用いる培養細胞を切換えた。観察に用いる超解像多光子顕微鏡に関し、装置の故障等のトラブルが発生したことと装置の駆動条件の見直しが必要になった。更に、破骨細胞の機能評価で用いる予定であったリン酸カルシウム基板(BD社)が生産中止になり、急遽、代替品の評価を行なう必要があった。このようなトラブルから、当初予定していた、画像からの膜動態に関するパラメータの解析実験とRNA干渉の実験が遅れている状況にある。以上の状況から、達成度としては「(3)やや遅れている」とした。用いる培養細胞の種類を分化効率の良いC3H10T1/2細胞に切換えたことで、当初の研究計画よりも効率良く研究を進めることが可能になったと考えている。一方で、今年度から新たに大学院生へのテーマの割り当ても行ない、遅れているRNA干渉の実験を中心に研究の推進を図る。

また、今後ハードウェアのトラブルが起こった場合に備え、本研究で用いる顕微鏡の高解像化技術を複数の顕微鏡で実現できるように改善を図り、ハードウェアトラブルの影響が最小限となるように努力する。上記のような進捗の遅れとトラブルへの対応を行なう必要があったことから、予定していた米国開催の学会への参加を延期し、H24年4月にシンガポールで開催の国際会議での発表に切換えた。そのため、H23年度に使用予定であった当該旅費をH24年度に使用することになった。それ以外はおおむね計画通りの使用状況であり、計画に従った使用を予定している。
ヘリカルプラズマにおける高速イオンリップル輸送の実験研究

ヘリオトロン/トルサトロン型磁場配位においては、ヘリカルリップル捕捉粒子の軌道が磁気面からずれる為に、高速イオンの閉じ込めの問題は常に議論の対象になってきた。本研究では、核融合科学研究所のコンパクトヘリカルシステム(CHS)における高速イオン閉じ込め・損失過程を調べる目的で、シンチレータとピンホールを組み合わせたかたちの高速イオンプローブを採用した。このプローブの基本的な動作について以下に簡単に記す。ピンホールを通過した損失高速イオンは、検出器内に設置されたシンチレータ板に衝突する。この衝突によりシンチレータ板上に現れるシンチレーション光の2次元分布を、CCDカメラにより測定することにより、損失高速イオンのエネルギーとピッチ角の情報を知ることが出来る。中性粒子ビーム(NB)入射後、減速及びピッチ角散乱を経てヘリカルリップルに捕捉され大半径方向内側に軌道損失してくるビームイオンを検出できるようプローブを設計し、CHSに適用した。CHSのNB入射加熱(入射エネルギー38keV)放電にて、シンチレータ板上に局所的なシンチレーション光を観測した。これは、NB入射しない電子サイクロトロン加熱のみのプラズマでは観測されず、またトロイダル磁場方向を逆転させると観測されないことから、軌道損失高速イオンによるものであると判断できる。観測された損失高速イオンのエネルギーとピッチ角は、それぞれ5-20keV、60度近辺であった。軌道解析から、ある程度熱化したヘリカルリップル捕捉損失ビームイオンであることが分かった。従来から用いている大半径方向外側のプローブで観測されてきたMHD揺動に同期した高速イオン損失はこれまで観測されていない。以上の内容については、平成14年7月に米国マディソンで開かれた第14回高温プラズマ計測会議にて発表した。今後、衝突を含んだかたちの高速イオン輸送計算を行い、観測結果がシミュレーション計算により再現されるか否かを調べる予定である。核融合科学研究所のコンパクトヘリカルシステム(CHS)における中性粒子入射(NBI)高速イオンの新古典閉じ込め及びMHD不安定性に起因する異常損失について調べる為に、シンチレータに基づく損失高速イオンプローブの設計・制作を行い、CHS装置への設置を行った。本プローブは、CHS装置においては2つ目の損失イオンプローブである。以前より使われている1つ目のプローブは大半径方向外側(弱磁場側)に設置され、主に磁気面から軌道が大きく偏差している通過粒子を検出する。今回開発したプローブは、大半径方向内側(強磁場側)に設置され、主にヘリカルリップルに捕捉されてトーラス内側の真空容器に軌道損失してくる高速イオンを検出する。高速イオンの検出の為に、石英ガラスの上に発光強度の高い事で知られているZnS(Ag)シンチレータ(サイズ:1.6cmxl.6cm)を塗布したものを用いた。イメージインテンシファイヤ付きCCDカメラにより、シンチレータ板上に局在化したシンチレータ光スポットを観測した。このスポットが確かに高速イオンに起因するものであることを確認する為に、トロイダル磁場強度のスキャン実験、またトロイダル磁場の向きを変えた実験を行い、これらの結果から、測定されたシンチレータ光は軌道損失高速イオンによるものであることが確認できた。また、MHD揺動に同期した高速イオンの異常損失も観測された。H13年度に得られた結果については、H14年度・7月に米国・ウィスコンシン州で開かれる第14回高温プラズマ計測会議で発表する予定である。これらの初期実験を通して、信号のS/Nが良好とは言えず、より精度の高いデータを得る為にプローブシステムの光学系に改良を加える必要があることが分かった。H14年度においては、本プローブの光学系に改良を加えた後、更なるデータ所得の為の実験を遂行する予定である。
歯顎顔面の形態情報を統合した顎顔面手術ナビゲーションシステムの開発

ハードウエアの開発においては、ハンドピースに装着するLEDをトラッキングエラーを減らし、かつ手術の妨げにならないようにコンパクト化を図った。トラッキングシステムについても手術室の持ち込むためコンパクト化を図った。従来用いてきたSURFACERによる分析、シミュレーションを、臨床向けに使いやすくするために、新たなソフトウエアで統合した顎顔面データをもちいる手術ナビゲーションソフトウエアを開発した。その結果については第14回日本顎変形症学会総会(福岡)および大韓口腔顎顔面外科学会(韓国)にて発表した。また、ナビゲーションのソフトウエアについては、デンタルインプラント手術と、上顎洞内視鏡手術に対応できるように機能を付加する予定であったが完成はまだである。上顎洞内視鏡視下手術のため、内視鏡にLEDを装着するためのアダプタが開発できた。これにより上顎洞内視鏡手術での眼球や神経血管の損傷のリスクを減らし、手術の正確性、安全性を高めることができるが、実験はソフトウエアの開発を待って行う。顎矯正手術は頭部の動きと下顎骨の動きが別々に追尾できるトラッキング装置の設置とソフトウエア上の対策が必要である。このため、上下顎模型にLEDを付着して顎の動きをリアルタイムで追尾しコンピュータに取り込むための模型用アダプタを作成し検証中である。この検証結果については6月の第15回日本顎変形症学会総会(徳島)に発表する。その他、顎顔面再建へのナビゲーションシステムの利用について、2^<nd> International Conference on Advanced Digital Technology (Banff, Canada, 2005年3月)において発表した。論文についてはInternational Journal of Oral & maxillofacial Surgeryに投稿すべく執筆中である。
金属イオンの細胞膜透過機構の金属耐性変異細胞による解析

本研究におけるカドミウム(Cd)耐性V79細胞は、細胞内グルタチオン(GSH)レベルおよびメタロチオネイン合成速度は感受性細胞と変わらず、Cdの細胞内蓄積が著しく減少していた。Cd蓄積低下の機構として、細胞外排出の促進が考えられたが、一旦細胞内に取り込まれた^<109>Cdの細胞外への排出は数時間に渡って両細胞で観察されず、これにより耐性との関連は否定された。その他のCd蓄積低下機構として、細胞膜におけるCd透過に関わる分子の変異が考えられ、そのためのアプローチとして細胞膜のCd高親和性SH蛋白をSDS電気泳動およびSH-blotting法を用いて両細胞で比較検討した結果、耐性細胞に存在し、感受性細胞には観察されない、分子量約100Kの蛋白質バンドが検出された。この蛋白が耐性に関わるか否か明らかではないが、この蛋白をさらに二次元電気泳動で部分精製し、抗体作製をめざしている。一方、膜蛋白をSDS-電気泳動し、さらに膜に転写後、^<109>Cdによる結合を検討したところ、数本のCd結合性蛋白質バンドが検出された。しかし、現時点では両細胞間にCd結合能の差は観察されていない。以上の他に、昨年と同様に、Cd耐性と感受性細胞間の雑種細胞を単離し、これら雑種クローンのカドミウム感受性並びに^<109>Cdの蓄積を検討したところ、大部分のクローンはカドミウム耐性を示した。しかし、これら雑種細胞による^<109>Cdの蓄積は耐性および感受性両細胞の中間値を示したことから、雑種形成によりどちらか一方の形質のみが発現され、他は抑制されるというものではなく、Cdの取り込みに関して、両細胞の性質が共に発現されるものと推測された。すでに我々は、V79細胞におけるカドミウム耐性の機構はCdの細胞内への透過性の低下に基ずくことを明らかにしている。しかし、この透過性の低下は、透過に関わる分子の欠損によるのか、あるいは変異によりCdの透過を抑制する機構を獲得したことに基ずくのか明らかでない。そこで、まずCd耐性が遺伝的に優性形質であるのか劣性であるのかへの示唆を得るため、両細胞間の雑種細胞を単離し、それらの示す表現型を観察した。これに先立ち、Cd感受性細胞よりHGPRT^ー細胞を単離し、さらにこの細胞にneomycin耐性遺伝子(pSTneoB)をtransfectし、HGPRT^ー/neo^+/Cd感受性細胞を得た。この細胞とCd耐性細胞をpolyethlene glycol 1000を用いて融合し、HATとG418を含む培地で選択培養の後、30クロ-ンの雑種細胞を単離した。このうち7クロ-ンにつき、Cd毒性に対する感受性及びCdの細胞内蓄積速度を親細胞と比較したところ、雑種クロ-ン間でCd感受性及びCd蓄積速度に著しい相違が観察された。ただ、Cd感受性親細胞と同様な感受性を示した雑種クロ-ンにはG418に再び感受性を示すものが在ることが判明し、雑種細胞をHATとG418で選択後、短時間の内にneoが脱落した可能性も考えられた。しかし、調べたクロ-ン数も少なく、現段階ではCd耐性の優性・劣性の判定は不可であり、今後さらに多くのクロ-ンによりる解析が必要とされる。一方、Cd耐性・感受性両細胞の細胞膜の精製について、Dounceホモジナイザ-による細胞の破壊の条件を確立し、Percoll密度勾配遠心法により得た細胞画分の純度検定をマ-カ-酵素の測定により行ない、一応の膜画分の精製系を確立した。

現在、両細胞の膜画分を電気泳動した後SH蛋白の分析をおこなっている。また、耐性細胞の膜画分を感受性細胞の細胞膜にフィトヘマグルチニンを用いて融合させ、一時的に耐性を獲得させることが可能か否か検討中である。本研究におけるカドミウム(Cd)耐性V79細胞は、細胞内ダルタチオン(GSH)レベルおよびメタロチオネイン合成速度は感受性細胞と変わらず、Cdの細胞内蓄積が著しく減少していた。Cd蓄積低下の機構として、細胞外排出の促進が考えられたが、一旦細胞内に取り込まれた^<109>Cdの細胞外への排出は数時間に渡って両細胞で観察されず、これにより耐性との関連は否定された。その他のCd蓄積低下機構として、細胞膜におけるCd透過に関わる分子の変異が考えられ、そのためのアプローチとして細胞膜のCd高親和性SH蛋白をSDS電気泳動およびSH-blotting法を用いて両細胞で比較検討した結果、耐性細胞に存在し、感受性細胞には観察されない、分子量約100kの蛋白質バンドが検出された。この蛋白が耐性に関わるか否か明らかではないが、この蛋白をさらに二次元電気泳動で部分精製し、抗体作製をめざしている。一方、膜蛋白をSDS-電気泳動し、さらに膜に転写後、^<109>Cdによる結合を検討したところ、数本のCd結合性蛋白質バンドが検出された。しかし、現時点では両細胞間にCd結合能の差は観察されていない。以上の他に、昨年と同様に、Cd耐性と感受性細胞間の雑種細胞を単離し、これら雑種クローンのカドミウム感受性並びに^<109>Cdの蓄積を検討したところ、大部分のクローンはカドミウム耐性を示した。しかし、これら雑種細胞による^<109>Cdの蓄積は耐性および感受性両細胞の中間値を示したことから、雑種形成によりどちらか一方の形質のみが発現され、他は抑制されるというものではなく、Cdの取り込みに関して、両細胞の性質が共に発現されるものと推測された。
制御性Ｔ細胞の樹状細胞抑制に関与する転写因子の同定と免疫療法の開発

ヒト単球由来樹状細胞においてFoxO3aの発現抑制を行うことで共刺激分子CD80/86、HLA-DRの発現上昇とT細胞刺激能および炎症性サイトカイン産生増加がみられた。また、これらの変化はNF-κB依存性であった。樹状細胞にLPS刺激を行うと速やかにFoxO3aはリン酸化され、核外に移動した。LPS刺激後、CD86 mRNAの増加が観察され、遅れてFoxO3a mRNAの増加が認められた。LPS刺激の際には早期にFoxO3aが不活化することで樹状細胞が活性化すると考えられる。これらの結果からFoxO3aは樹状細胞の機能制御において中心的な役割を担うことが示唆される。FoxO3aは細胞分化や生存に関与する転写因子であり、免疫担当細胞の機能調節においても重要な役割を担っている。ヒト単球由来樹状細胞(MoDC)において、siRNAを用いてFoxO3aをノックダウンした際の機能の変化について解析を行ったところ、共刺激分子であるCD80/86の発現上昇、共培養したT細胞の分裂割合増加、炎症性サイトカインであるTNFαの産生亢進などが観察された。これらの結果から、FoxO3aは樹状細胞における免疫応答を負に制御する因子である可能性が示唆された。次に、樹状細胞の活性化を誘導するNF-κBに関して、FoxO3aとの関連を検討した。FoxO3aノックダウンを行った際に、NF-κBの発現亢進が観察されたことから、FoxO3aによる免疫抑制はNF-κBを介して行われる可能性が考えられた。また、レンチウイルスベクターを用いてFoxO3aの機能が常時亢進している状態、または常時抑制された状態を誘導し、それらを比較することでNF-κBの活性化やその他の分子の関与について検討を重ねている。FoxO3aと協調して樹状細胞の抑制に関与する分子が同定されることで、樹状細胞の免疫抑制機構をより詳細に解明することが可能になる。がん治療を目的とした樹状細胞療法やワクチン療法の改良には免疫担当細胞の抑制状態を解除する方法の開発が不可欠である。本研究により、臨床応用可能な樹状細胞の活性化方法の開発を目指している。前年度までの研究により、ヒト単球由来樹状細胞(hMoDC)においてFoxO3aはCD80/86の発現を抑制することでDCの活性化を制御していることが示された。次にLPS刺激によるDC活性化時における細胞内FoxO3a局在の変化とリン酸化を経時的に調べた。LPS刺激から30分後にはFoxO3aの核外への移動が観察された。さらにFoxO3aに対するリン酸化FoxO3a比はLPS刺激15分後から上昇し、30分後には約2倍となった。LPS刺激後FoxO3aは速やかにリン酸化され、核外へ移動することでDCにおける抑制が解除され、CD80/86発現上昇を誘導することが示唆された。次にLPS刺激後CD86 mRNA量を経時的に定量したところ、6時間後から上昇が認められ、12時間後には約2倍、24時間後には約6倍に増加した。一方、FoxO3a mRNA量は6時間後までは発現量が変化しないが、1224時間後には約8倍に急増した。FoxO3a発現上昇はCD86発現上昇よりも遅れて観察されることから、DC活性化に伴うネガティブフィードバックの可能性がある。次にDCにおいてFoxO3a活性化と関連する分子としてTIM-3について検討した。TIM-3はHMGB1と核酸の複合体をリガンドとしてDCに対して抑制性シグナルを伝達することが知られている。腫瘍に浸潤したDCにおいてはFoxO3a活性化とTIM-3発現上昇が報告されている。単球系細胞株であるU937においてTIM-3を強制発現させたところU937の増殖が抑制され、FoxO3aの核への局在が増加していることが示された。TIM-3からの抑制性シグナルはFoxO3aを介して作用する可能性が示唆された。Forkhead box O3a(FoxO3a)はforkhead familyに属す転写因子であり,細胞分化や生存に関与する種々の転写プログラムを制御している。我々はこれまで、ヒト単球由来樹状細胞(MoDC)におけるmRNAおよび蛋白レベルでのFoxO3a発現と、LPS刺激によるFoxO3a発現の上昇を確認している。FoxO3a発現上昇はLPS刺激によるDCの活性化に必須であるのか、免疫の過剰反応を抑制するnegative feedbackであるのかについて検討した。

これまでsiRNAを用いたFoxO3aのノックダウンにより、MoDCの細胞障害が強くみられたことからsiRNAの導入方法を改変することで、より正確な免疫応答を解析することができた。この結果、MoDCにおいてFoxO3aはCD80/86の発現を抑制することで、免疫応答を負に制御している可能性が示唆された。T細胞とMoDCの共培養時においては、FoxO3aノックダウンによりT細胞分裂割合の上昇やTNFαなど炎症性サイトカインの産生上昇が観察された。一方で、MoDCのapoptosisに対しては抑制作用を有することが示唆された。FoxO3aがDCの活性化や生存を制御するメカニズムについては不明な点が多く、さらに解析を進めていく予定である。がんに対する樹状細胞療法やワクチン療法を改良するためには抗原提示細胞であるDCの機能調整に関与する分子について、更なる機能解明が不可欠である。本研究により新たな免疫療法の開発につながる知見の発見につなげたい。本研究ではヒト末梢血および臍帯血から分離した単球を用いて樹状細胞を調整する方法を選択した。これら細胞の入手が困難な時期が発生したことにより、研究の進捗がやや遅れた。また、作成したウイルスベクターの感染効率が予想よりも低く、条件検討に時間を要したことも影響した。ヒトの免疫細胞を用いる研究であるため、細胞の入手が必要である。この細胞の入手が困難な時期があったことが実験の遅れにつながった。FoxO3aがNF-κBを抑制する機構についてさらに詳細な解析を行う。FoxO3aを恒常的に活性化させるためのプラスミドや、FoxO3a dominant negativeのプラスミドを導入した細胞株および単球由来樹状細胞を用いて、NF-κBの活性化や抑制に関わる分子を探索する。さらに、その分子の発現量、リン酸化状態、細胞内局在を解析する。FoxO3aがNF-κBを抑制する際に協調して働く分子を同定した後は、その分子に対する阻害剤を用いることで、樹状細胞の活性化を誘導できるかについて検討を行う。樹状細胞の活性化に関連して、樹状細胞が産生する炎症性および抑制性サイトカインのプロファイルの解析を行う。樹状細胞の抗原提示能や活性化に関して、FoxO3aと協調して抑制性に機能する分子を探索する。制御性T細胞による樹状細胞の抑制にはCTLA-4が必須であることが判明している。このため、樹状細胞にCTLA-4刺激を与えた際に、FoxO3aや他の抑制性分子の機能がどのように変化するかについて解析を行う。CTLA-4を強制発現させた細胞を用いて樹状細胞にCTLA-4刺激を加えた後、FoxO3aおよび他の抑制性分子の活性化や局在にどのような影響があるかを検討する。CTLA-4刺激存在下でも樹状細胞の活性化を誘導できる方法を確立した後に、がん免疫療法への応用を目指しマウスモデルを用いて腫瘍免疫に関する検討を行う。これら樹状細胞における抑制性分子を阻害することで、制御性T細胞のCTLA-4による免疫抑制を回避する方法を開発する。研究をさらに進捗させるため、ヒト免疫担当細胞だけでなく細胞株もあわせて使用し、目的とする転写因子の制御遺伝子の同定につなげていく予定である。次年度使用額は、今年度の研究を効率的に推進したことに伴い、発生した未使用額である。平成25年度請求額とあわせ、平成25年度の研究遂行に使用する予定である。
Coオケルマナイトにおける新奇磁気状態の解明

スピン多極子秩序は、理論研究が進んでいるが実験観測はあまり進んでいない。この研究では、マルチフェロイックSr2CoGe2O7においてパルス強磁場電子スピン共鳴から飽和磁場以上の強制強磁性状態において2マグノン励起を観測した。この特異な磁気励起は、オケルマナイト物質特有の電気分極とスピンの相関によるスピンネマティック相互作用(電気磁気結合)に起因するスピン四極子励起として説明できることが、理論解析からわかった。Ca2CoSi2O7における異常磁化過程の解明を目的とし研究を進めた。Ca2CoSi2O7においては、中性子回折実験やパルス強磁場下での比熱測定を研究協力者の協力のもと行った。それぞれ興味深い測定結果が得られており、今後の解析・理論研究に期待が持てる。また、オケルマナイト物質の強磁場ESR測定によるマグノンの観察も進めている。また、Sr2CoGe2O7など他の元素を用いたオケルマナイト物質の合成と基礎物性測定も行った。Ca2CoSi2O7は超格子構造を示すためと考えられるが磁気異方性が他のオケルマナイト物質と比べ小さくなっている。今回の実験からSr2CoGe2O7は、超格子構造を持たないにもかかわらず、磁気異方性が小さいことがわかった。さらにSr2CoGe2O7の詳細を研究することでCa2CoSi2O7における異常磁化過程の解明につなげていく。そして、典型的な電気磁気特性を示すSr2CoSi2O7とSr2CoGe2O7においてパルス強磁場ESR測定を行い、電気分極間相互作用を追加したハミルトニアンでマグノンの励起モードを説明できることがわかった。更に、1THz以上の高周波領域に光の電場成分によるマグノン励起であるエレクトロマグノンが観測された。このエレクトロマグノンは、今回の実験では入射電磁波を偏光していないにもかかわらず、磁場を[100]方向に印加した場合のみ磁化飽和後も観測されている。この磁場方向依存性には、磁場を[100]方向に印加した場合電気分極が反強誘電的に配列していることが重要であると予想されるが、その詳細はわかっていない。今後、偏光実験を行うことでエレクトロマグノンの詳細を研究していく。Ca2CoSi2O7における中性子回折実験やパルス強磁場下での比熱測定を行い、興味深い振る舞いが観測されている。また、Sr2CoGe2O7における強磁場ESR測定からも、オケルマナイト物質の電気磁気効果の研究を発展させることが期待できる特異な振る舞いが観測された。このように研究は着実に進んでおり、順調であると考えている。超格子構造を持つオケルマナイト物質Ca2CoSi2O7における異常磁化過程の解明を目的とし研究を進めた。オケルマナイト物質では、交換相互作用の大きさに対し、単イオン異方性が強いために、これまでの研究では超格子構造を示さない物質においてもスピン状態を正確に理解することが困難であった。本研究では、異方性の小さいSr2CoGe2O7において実験を行った。磁化過程から異方性の強い系で見られていた複雑な振る舞いは見られず、非常に単純なスピン系で理解できることが予想された。実際、パルス強磁場電子スピン共鳴実験から得られた結果は、簡単なモデルで説明できることも確認できた。パルス強磁場電子スピン共鳴実験では、非常に小さなゼロ磁場ギャップを観測した。このギャップは、電気分極間の相互作用導入することでよく説明できる。また、磁化飽和後に2-マグノンモードが観測された。この吸収モードは、外部磁場印加方向と電磁波の入射方向を変化させると消えたり、現れたりすることがわかった。この電磁波入射方向依存性を詳しく調べた結果、このモードは、スピンと電気分極の相関により現れたスピン四重極子モードであることがわかった。電子スピン共鳴によるスピン四重極子の観測は理論的には予測されていたが、本成果が初めての実験的実証であり、マルチフェロイックのみならず、ネマティック磁性など多くの研究分野で興味を集めている。Ca2CoSi2O7における実験も進めており、中性子回折実験からゼロ磁場での磁性について情報を得ている。Sr2CoGe2O7におけるパルス強磁場電子スピン共鳴測定から、大きな成果を上げることができた。これにより、オケルマナイト物質の電気磁気相関を説明できたとともに、マルチフェロイック物質におけるスピンと電気分極の相関を微視的に理解できるようになった。このように、Ca2CoSi2O7における電子スピン共鳴測定の結果を解析する足がかりを得ることができており、研究は着実に進んでおり順調である。複雑な超格子構造を持たないオケルマナイト物質Sr2CoSi2O7とSr2CoGe2O7において、電磁気相関や磁気パラメーターの決定を目的とし、パルス強磁場電子スピン共鳴測定を行った。パルス強磁場を用い、各スピンが磁場方向にそろった強制強磁性状態での磁気励起エネルギーの磁場依存性を観察することで、どちらの物質でも交換相互作用など磁気パラメーターの大きさを正確に決定することができた。また、エレクトロマグノンと呼ばれる電磁波の電場成分による特別な磁気励起も観測された。特に、磁気異方性の小さいSr2CoGe2O7の飽和磁場以上の強磁場領域に観測されたエレクトロマグノンは、理論解析から単一サイトでのスピン四極子であることがわかった。

スピン四極子励起については、偏光依存性を含め実験結果を理論的に説明することができ、電気磁気相関により発現していることも分かった。これは、電子スピン共鳴による初めてのスピン四極子励起の観測である。スピン多極子については、古くから理論的に研究が進められてきたが、本研究の成果がこれらの研究を大きく発展させることが期待できる。また、Sr2CoGe2O7におけるスピン四極子励起の観測をヒントに「Ca2CoSi2O7における異常磁化プラトー状態がスピンネマティック相なのではないか」というアイデアもあり、これらの成果はCa2CoSi2O7の研究の発展にも寄与している。Ca2CoSi2O7におけるパルス強磁場電子スピン共鳴では、超格子構造を反映していると予想される多くの磁気励起モードが観測された。今後、理論解析からこれらのモードの理解を進めていく。スピン多極子秩序は、理論研究が進んでいるが実験観測はあまり進んでいない。この研究では、マルチフェロイックSr2CoGe2O7においてパルス強磁場電子スピン共鳴から飽和磁場以上の強制強磁性状態において2マグノン励起を観測した。この特異な磁気励起は、オケルマナイト物質特有の電気分極とスピンの相関によるスピンネマティック相互作用(電気磁気結合)に起因するスピン四極子励起として説明できることが、理論解析からわかった。平成28年度は、強磁場電子スピン共鳴(ESR)測定を中心に実験を進めていく。前年度にSr2CoGe2O7、Sr2CoSi2O7における強磁場ESRを行っており、成果が得られている。Ca2CoSi2O7においても強磁場ESRを行い、それらの結果を合わせ解析し、磁気励起を理解する。また、Ca2CoSi2O7における60Tまでの強磁場比熱測定を行う。さらに、パルス強磁場下で使用できる偏光測定が可能なESR測定用プローブの開発を行う。平成29年度は、前年に作成した偏光ESRプローブを使用し、偏光条件下でのESR測定を行い、強磁場下でのエレクトロマグノンの研究を進める。そして、研究成果をまとめ、Ca2CoSi2O7における特異な磁化過程の理解を目指す。これまでの研究から通常のオケルマナイト物質における磁気励起を理解することができるようになった。今後は、Ca2CoSi2O7に注目し、異常磁性の解明を目的としパルス強磁場電子スピン共鳴測定を中心に進めていく。さらに、偏光パルス強磁場電子スピン共鳴測定の開発を行い、偏光条件による磁気励起の変化を測定し、電気磁気相関を明らかとする。強磁場物性元素置換による物性変化の研究の中でSr2CoGe2O7のESR測定において特異な振る舞いを観測することができたので、その研究に注力した。そのため、試料合成用の原料費が節約された。当初は元素置換により様々な物質を作成し、それらの測定結果を比較していくことで研究をすすめることを計画していた。この計画に沿って進めた結果、Sr2CoGe2O7におけるスピン四重極子の電子スピン共鳴による観測に成功した。この成果によって、オケルマナイト物質における磁気励起をよく理解することができ、物質を絞り研究をすすめることが可能となったため、試料合成に当てるべき費用を節約することができた。このため次年度使用額が生じた。
食事制限に対する適応過程:遺伝子発現とタンパク質解析

700万年の人類史において、我々の祖先は度重なる飢饅等のストレスを経験した。この経験を通じて我々の身体にはストレスに対する潜在機能が備わったと考えられる。平成17年度は、食事制限に対する適応過程を検討するため、インビポ実験モデルや生体試料を用いて遺伝子発現やタンパク質にどのような影響を及ぼすのかを検討し、様々なストレス関連遺伝子の発現誘導を確認した。H18年度は、H17年度に得られたデータの解析や文献学的検討を行うと共に、インビトロモデルを用いた追加実験を行った。ラットを自由摂取群と絶食群の2群に分け、自由摂取群及び絶食群の血清を採取した。この血清を添加した培地を用いてラット初代肝細胞やH35 rat hepatoma細胞を培養した。これ等の細胞に熱ストレスや酸化ストレスを加えた後、細胞の生存率を検討した。また、培養細胞よりRNAを抽出し、real-time PCR法にてアポトーシス関連遺伝子(Bax、bcl-2、caspase)、肝細胞増殖因子遺伝子(HGF)、熱ショックタンパク質であるHSP70の遺伝子の発現を定量した。熱ストレスや酸化ストレスを加えた後の細胞の生存率は、絶食群ラット血清存在下で培養したH35細胞と、自由摂取群ラット血清で培養した細胞の間に明らかな差を認めなかった。しかし、絶食群ラット血清存在下で培養した細胞は、自由摂取群ラット血清で培養した細胞に比べて、HSP70の遺伝子の発現量が有意に増加していた。本インビトロモデルによる研究結果は、H17年度の結果であるインビボでの短期絶食による肝臓のストレス関連遺伝子の発現誘導を支持するものであり、絶食によるストレス耐性増強のメカニズムの一部である可能性が示唆された。本研究結果は第77回日本衛生学会(H19年3月、大阪)で報告した。ヒトは、その歴史の99.8%以上の間、自然環境の中で生活してきた。自然環境は時として飢饉などの有害な作用をヒトにおよぼしてきたが、ヒトは自らの生体をこの栄養ストレスに適応させた。現在、過食に関連した疾患が増加している。これは、近年に急速に作り上げられた豊かな食環境に生体が適応していないために生じているものと考えられる。これまでに、食事制限等の栄養ストレスが生理機能におよぼす影響について、内分泌機能や肝臓の代謝機能などの視点からの報告がある。しかしながら遺伝子発現やタンパク質解析のような分子生物学的手法をもちいた検討は殆んどなされておらず、平成17年度は、食事制限に対する適応過程を検討するための基礎データを得る目的で、食事制限下における遺伝子発現とタンパク質の網羅的解析を行った。関西医科大学倫理委員会の承認に基づいて採取・保存してある血清サンプルのタンパク質の網羅的解析のための二次元電気泳動技術の確立を行った。まず血漿からアルブミンを除去した後、等電点にて電気泳動し、その後さらに分子量により電気泳動し、二次元の展開が可能となった。臓器の遺伝子発現量を測定することはヒトでは行えないため、マウスやラットなどの実験動物も使用した。骨髄、脾臓、肝臓などの各遺伝子の発現の定量を行った。臓器を摘出しRNAを抽出した。このRNAを逆転写しcDNAを作成した。cDNAテンプレートを用いてリアルタイムRT-PCRにより種々のmRNAの発現量を定量した。また、サイトカインアレイを用いて、絶食前後におけるサイトカインの変動を網羅的に観察した。その結果、食事制限により、内分泌機能や代謝機能だけでなく様々な遺伝子発現やタンパク質が影響を受ける可能性が示唆された。
パスタの品質を支配する乾燥及び吸水機構の解明

食感は,味とともに,食品にとって大切な要素である.乾燥パスタは,アルデンテと呼ばれる中心に髪の毛1本分の芯が残る状態に茄でた(吸水させた)ときの食感が最高とされる.パスタの乾燥条件,吸水時の温度や吸水溶液中の塩濃度等の条件により食感が大きく異なることは経験的に知られているが,このようなパスタの乾燥および吸水条件の違いにより食感が異なる理由については不明である.平成23,24年度に開発した一本のパスタ内の含水率分布を極めて高精度に測定する新たな方法を用いて,吸水させたパスタ中の含水率分布を測定するとともに,レオメータを用いて茄で麺の力学的な特性を測定し,含水率分布との関係を解明することを目的とした.レオメータにより得られる破断応力および破断歪率には,含水率分布の中心部にできる低含水率領域およびグルテンの骨格構造の脆弱化がそれぞれ独立に影響を及ぼすことを明らかにした.また,乾燥条件の影響を受けるタンパク質の熱変性およびデンプンの損傷の度合いが水の移動に対する駆動力を変化させるため,喫食時の含水率分布が異なり,その結果,この含水率分布に応じて食感が変わることを明らかにした.これらの知見は,乾燥および吸水条件により合理的に食感を制御できることを意味しており,有意義と考える.特に,乾燥条件により乾燥食品の食感を制御できることは,食品工業に与えるインパクトが大きい.さらに, 3年間の検討結果を総合して,乾燥パスタを茄でる際の水の移動機構をほぼ解明した.すなわち,水の拡散係数の含水率依存性を考慮して拡散方程式を解くという従来の考え方では現象を説明できず,吸水の初期にはガラス転移が関与し,さらにグルテンネットワークの弛緩が吸水の律速過程となることを明らかにした.(抄録なし)食品は,多くの場合,水分が最大成分である.製造時には保存性や輸送性の向上を目的に水分を減少させ,調理時には味感や消化性の向上を目的に水分を加える.これらの過程における水分の移動が基となり,デンプンの糊化等の性状変化やクラックの発生等の構造変化が生じる.したがって,食品の高品質化を図るためには,食品内部での水分の移動を任意に制御できることが望まれる.本研究は,パスタ内部での水分の移動機構の解明及び水分の移動に起因する現象の解明を目的とした.以下に,平成23年度の研究実施内容を述べる.水分の移動機構を解明するためには,まず,水分分布が時間とともにどのように変化するのかを詳細に把握する必要がある.しかし,食品内部の水分分布を測定する既存の方法である核磁気共鳴画像法(MRI)や中性子ラジオグラフィ法には,空間分解能が低い及び低含水率が測定できないという問題点があり,水分分布の詳細な把握は極めて困難であった,そこで,このような問題点を克服した新たな測定法の開発を目指した.その結果,空間分解能が従来法に比べて約100倍高くかつ低い含水率まで測定できる方法の開発に成功した.本測定法により,パスタの最適な茄で状態であるアルデンテ時の水分分布を,約800年続く乾燥パスタの歴史上初めて測定に成功した.さらに,従来,パスタ内部での水分の移動は,拡散現象のみに基づいて説明されていたが,本研究で得られた知見は,拡散以外に,ガラス転移やデンプンの糊化が支配的な因子である可能性を示唆した.現在,食品工業で実施されている製造工程の多くは,経験的知見に基づいて操作条件を調節しており,本研究が目指す水分の移動機構の解明は,合理的に操作条件を決定する「鍵」となる.合理的な食品の製造は,製造エネルギーの低減や製造時間の短縮等の経済性,環境保全性の観点から大きな意義を有しており,非常に重要である.食品加工では,保存性や輸送性の向上を目的に製造時に食品中の水を減少させ,味感や消化性の点から調理時に水を加えることがよく行われる.したがって,食品の製造効率および品質の向上を図るためには,食品内部での水分の移動機構を解明し,任意に制御する技術の開発が必要である.一方,食品内部での水の移動は,「拡散」を基にした多くのモデルが提案されているが,実験による詳細な検証が不十分であり,確立されていない.また,これまでにパスタの乾燥および吸水挙動の速度論的な解析により,食品中での水の移動が拡散だけでは記述できないことを明らかにした.このような背景から本研究では,吸水過程における食品内部での水分の移動機構を明らかにすることを目的とした.食品内部の水分分布を測定する既存法には,核磁気共鳴画像法や中性子ラジオグラフィ法があるが,これらの方法は,低含水率が測定できないおよび空間分解能が低いという欠点があり,理論モデルの実験的な検証には精度が不十分である.そこで,昨年度は,パスタの含水率が増加すると色が薄くなることに着目し,デジタルカメラを用いて低コストで高精度に水分分布を測定する新規な方法を開発した.測定できる含水率の下限が0.7kg/kg(d.b.)程度であった既存法に比べ,0.1kg/kg(d.b.)の低含水率まで測定でき,かつ空間分解能が1.6umと既存法に比べて約50倍高くなった.

本年度は,提案法を用いて測定した,100°Cでのパスタの吸水(茄で)過程における水分分布の経時変化を基に,吸水初期に表面の含水率が急激に上昇すること,含水率が微小に変動する領域が存在すること,並びに吸水後期に表面付近に含水率が一定の領域ができること,およびその一定領域での含水率が瞬時には最大値に到達しないことを見出した.そして,これらの新たに見出した現象を組み込んだ理論解析を可能とした.食感は,味とともに,食品にとって大切な要素である.乾燥パスタは,アルデンテと呼ばれる中心に髪の毛1本分の芯が残る状態に茄でた(吸水させた)ときの食感が最高とされる.パスタの乾燥条件,吸水時の温度や吸水溶液中の塩濃度等の条件により食感が大きく異なることは経験的に知られているが,このようなパスタの乾燥および吸水条件の違いにより食感が異なる理由については不明である.平成23,24年度に開発した一本のパスタ内の含水率分布を極めて高精度に測定する新たな方法を用いて,吸水させたパスタ中の含水率分布を測定するとともに,レオメータを用いて茄で麺の力学的な特性を測定し,含水率分布との関係を解明することを目的とした.レオメータにより得られる破断応力および破断歪率には,含水率分布の中心部にできる低含水率領域およびグルテンの骨格構造の脆弱化がそれぞれ独立に影響を及ぼすことを明らかにした.また,乾燥条件の影響を受けるタンパク質の熱変性およびデンプンの損傷の度合いが水の移動に対する駆動力を変化させるため,喫食時の含水率分布が異なり,その結果,この含水率分布に応じて食感が変わることを明らかにした.これらの知見は,乾燥および吸水条件により合理的に食感を制御できることを意味しており,有意義と考える.特に,乾燥条件により乾燥食品の食感を制御できることは,食品工業に与えるインパクトが大きい.さらに, 3年間の検討結果を総合して,乾燥パスタを茄でる際の水の移動機構をほぼ解明した.すなわち,水の拡散係数の含水率依存性を考慮して拡散方程式を解くという従来の考え方では現象を説明できず,吸水の初期にはガラス転移が関与し,さらにグルテンネットワークの弛緩が吸水の律速過程となることを明らかにした.本年度は,食品内部の水分分布を測定する新規の方法を独自に開発し,水分の移動時に起きている現象を詳細に解析した.開発した測定法は,「含水率の変化に伴い,色が変化する」という非常に単純ではあるがこれまで見逃されてきた原理を応用することで,従来法の難点を克服することができ,画期的である.また従来は,パスタ内部での水分の移動は,拡散現象のみで説明されていたが,本研究で得られた知見は,拡散以外に,ガラス転移やデンプンの糊化が支配的な因子である可能性を示唆した.このように,新たな支配因子を推定できたことは,当初の予想を上回る大きな成果である.既存法を凌駕する高精度で簡便な含水率分布の測定法を開発したことにより,従来のモデルでは説明できない現象を見出した.これらの現象を説明するモデルとその検証で優れた知見を得ており,それらの成果は多くの論文として公表している.次年度以降では,本年度開発した測定法より得られた知見を基に,食品内部での水分の移動を記述する新たな理論モデルの構築を行う.本年度は,測定が比較的容易な「吸水」を対象としたが,次年度以降では,吸水の逆現象である「乾燥」についても取り組む.乾燥では,吸水よりも含水率の変化範囲が狭く,現段階では詳細な測定は極めて困難である.そこで,含水率に対する分解能を高める等,本年度に開発した測定法に改良を加えることで,問題の解決を図る.また,食品内部での水分の移動に伴い,喫食時の食感の変化やクッラクと呼ばれるひび割れの発生等の品質が変化することが知られている.そこで,水分分布がこれらの品質変化に及ぼす影響を検討し,これらの品質が変化するメカニズムの解明につなげる.今後は,さらに詳細な水分の移動機構を明らかにするため,吸水挙動に及ぼすデンプン及びタンパク質の影響を検討する.(抄録なし)