hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ヨウ素酸化細菌の生態と生化学の解明

ヨウ素酸化細菌(IOB)は揮発性ヨウ素ガスを生産し、オゾン層の破壊や海洋エーロゾル粒子の形成に関与する可能性がある。また、IOBの有するヨウ素酸化酵素は新規なポリフェノールオキシダーゼ(PPO)である可能性が高く、ヨウ素系酵素除菌剤としての利用も期待できる。本研究では、海洋環境におけるIOBの存在量をReal-time PCRで定量する方法を確立することに成功した。また、IOBが海水中に広く分布することが分子生態学的に初めて明らかになった。Degenerateプライマーを用いたPPO様遺伝子の取得には至らなかったが、基質特異性試験や反応速度論的解析によりヨウ素酸化酵素はPPOの中でもラッカーゼに類似した酵素であること、またこれまでに知られているラッカーゼの中で最も優れたヨウ素酸化能を有することが明らかになった。2つの系統グループからなるヨウ素酸化細菌(IOB-1、IOB-2)の16S rRNA遺伝子を元に設計したPCRプライマーの特異性を確認するため、東京湾及び千葉県外房海水より抽出したDNAを鋳型とし、増幅産物をクローニングした。その結果、全ての海水からIOBに97100%相同なクローンのみが得られた。さらに、SYBR-Green Iを用いたReal-time PCRによりIOBとその近縁菌のCt値を比較したところ、いずれのプライマーでもIOBは近縁種と比較して有意に低いCt値を示した。IOBの検出限界は10^210^3コピーであった。以上の結果より、プライマーの特異性が確認された。次に、海水中のIOBの存在比を定量するため、上記プライマー、および全バクテリアを標的とするuniversalプライマーを用いたReal-time PCR条件の最適化を行った。前増幅を介さないで定量を行うため抽出DNAに混在するPCR阻害物を除去する必要があったが、DNA精製Kitを用いることで、特異的な定量が十分可能であることが明らかとなった。海水中の全バクテリアに占めるIOBの存在比を定量したところ、IOB-1は0.0504%、IOB-2は0.041.14%存在することがわかった。また、ヨウ素を添加してIOBを集積した海水中では、IOBの存在比は最大で82.2%まで増加することがわかった。ヨウ素酸化酵素遺伝子のクローニングに関しては、IOB-2に属するQ1株のヨウ素酸化酵素のN末端配列と、既知のα-プロテオバクテリアのマルチ銅オキシダーゼ(MCO)の銅結合領域からdegenerateプライマーを設計し、目的配列の増幅を試みたが、増幅を確認することはできなかった。現在、Ridgeらのグループが開発したα-プロテオバクテリアのMCOに特異的なプライマーを用いて目的配列の増幅を試みている。昨年度確立したReal-time PCRの最適条件を用いて、各地から採取した海水中のヨウ素酸化細菌(IOB-1、IOB-2)の存在量を定量した。海水は宮城県石巻市女川湾沖合のコンブ養殖場、神奈川県藤沢市江ノ島近辺(鵜沼海岸、由比ヶ浜、七里ヶ浜、腰越)、岩手県宮古市浄土ヶ浜などから採取した。その結果、ほとんどの試料でIOB-2は検出限界以下であったが、IOB-1は0.011.18%存在した。このことからヨウ素酸化細菌、特にIOB-1は海水中に普遍的に分布することが分子生態学的にも明らかになった。一方、実施したサンプリング期間においては、ヨウ素酸化細菌の存在量に地域差や季節変動は特に認められなかった。コンブ群落は揮発性ヨウ素の発生源としてよく知られているが、このような環境においてもヨウ素酸化細菌の存在量はその他の海洋環境と大差がないことがわかった。Q1株のヨウ素酸化酵素(IOE)遺伝子を取得するため、IOEのN末端配列から設計したプライマー(NF1,NF2)及びマルチ銅オキシダーゼの銅結合領域から設計したプライマー(AR1,AR2,BR1,BR2,BR3,BR4)を用いてPCRを行ったが、目的の配列を増幅することはできなかった。現在次世代シーケンサー(illumina)を用いてQ1株の全ゲノム配列を決定している。IOEの生化学的特質をさらに詳細に明らかにするため、これら実験と並行してIQEの精製を再度行った。陰イオン交換クロマトグラフィを省略し、培養上清の限外濾過、Native-PAGE、ゲルからの溶出回収の3ステップでの精製が可能となった。IOEはNative-PAGE、IEF-PAGE、分子量測定用のゲル

濾過クロマトグラフィでは単一タンパクと同様の挙動を示したが、SDS-PAGEでは125、155KDaの2本のバンドとして現れた。またヨウ素イオン以外に、種々のメトキシフェノールやジフェノールにも酸化活性を示した。IOEの生合成は銅依存的であり、スペクトル解析では銅に特異的な吸収が見いだされた。ヨウ素に対するk_<cat>/K_m値は5.3×10^5(min^<-1>M^<-1>)で、既に報告のある糸状菌T.multicolorやM.thermophilaのラッカーゼよりも40053,000倍高い値を示した。
TGF-βの標的遺伝子の単離と機能解析

TGF-βのシグナル伝達経路を担うSmadと相互作用を有する蛋白質のひとつとしてRunxファミリー蛋白質が同定され、Runx遺伝子はTGF-βの標的遺伝子としての可能性が示唆された。私はすでに、Smad遺伝子の異常が造血器腫瘍の発生に深く関わっていることを示し(Imai et al.,Oncogene 2001,20,88-96)、TGF-βのシグナル伝達の異常が造血器腫瘍の発症をもたらす可能性を示した。さらに、Runxファミリーに属するAML1遺伝子の異常も造血器腫瘍の発症に関与することを示した(Imai et al.,Blood 2000,96,3154-3160)。このように共に造血器腫瘍の発症に深く関わるSmadとAML1の相互作用をさらに追求することにより、造血器腫瘍を含めた悪性腫瘍の発症におけるAML1のTGF-βの標的遺伝子としての意義を検討することとした。その結果、AML1はリン酸化などの蛋白質修飾により機能調節を受けるが、リン酸化によってAML1とcorepressorのひとつであるmSin3Aとの相互作用が変化し、リン酸化を受けない非活性化型のAML1の転写活性化能の低下は、mSin3Aが結合するhistone deacetylaseに対する阻害剤を加えることにより回復することが示された。以上からAML1の転写活性化能はリン酸化によるmSin3Aとの相互作用の変化を介して調節されていることが示された。さらに、AML1とmSin3Aとの相互作用はAML1の核内局在や安定性を制御し、様々なレベルでAML1の機能を調節していることが示された。これらの研究結果によりみいだされた活性化型および非活性化型AML1とSmadの相互作用を検討することによりAML1のリン酸化によりSmadとAML1の関係がどのように変化するかが解析可能となり、TGF-βのシグナル伝達に対するAML1のリン酸化を介した機能調節機構が明らかになると思われる。
階層ベイズモデルを用いたリアルタイム津波予測の高正確度・高精度化に関する研究

津波順解析モデルの高度化により、長時間にわたって高精度に津波波形を推定できる計算コードを開発してきたが、一方で必要な推定精度を確保するには太平洋全域を3km程度解像度で計算する必要があることが判明した。従来の計算コードでは、この解像度の計算を実行するのに再現時間の9.1倍の計算時間を必要とし、予測に用いることはできなかった。そこで本年度は計算コードの並列化を実施した。OpenMPとMPIによるハイブリッド並列化により、計算効率を大幅に向上させることに成功し、5ノード80コアの並列計算機を用いた実験では、再現時間の0.4倍の時間で計算を実行することができた。計算コードはより高並列の計算機にも対応しており、さらなる計算時間の短縮も可能である。これにより、開発した高精度津波順解析モデルを実際の遠地津波の長時間波形予測に活用するための技術的な課題を克服することができた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。階層ベイズモデルによる津波波源逆解析を実地形・実観測網・実想定津波に対して適用し,その有効性を数値実験によって確認した.東京湾内の港湾を対象に南海トラフ巨大地震,元禄関東地震,房総沖地震の発生を仮定した上で,検潮所や海象計,GPS波浪計,海底津波計などの実観測点のデータを模擬し,検証を行った.その結果,非線形効果の大きい検潮所のデータを用いると推定結果に悪い影響がでること,海底津波計を用いることで早期に確度の高い予測情報が提供可能であることなどが明らかになった.また,浸水予測においては地殻変動の影響を考慮しない場合に予測に顕著なバイアスが発生することが明らかになった.そのため,早期の浸水予測の正確度を保証するためには,陸上GNSS観測網のリアルタイムデータを考慮することが不可欠であるとの結論を得た.研究ではさらに,陸上変位データが得られた場合の予測についても検討し,地殻変動を考慮することにより,沿岸域が波源域に含まれるような大規模な津波発生時にも正確度の高い予測情報を作成可能であることを明らかにした.階層ベイズモデルによる津波波源逆解析を実地形・実観測網・実想定津波に対して適用し,予測のせ正確度・精度を数値実験で確認し,計画通り着実に研究を遂行することができた.その過程で当初予定には含まれていなかった地殻変動の影響を考慮することが津波の浸水予測において不可欠であることを定量的に示すことができた.この成果は,現在主流の事前計算によるデータベース方式の予測手法の限界を示すとともに,本研究で開発している手法の優位性を示すものである.したがって,当初計画以上に研究が進展したと言える.本研究の津波予測は逆解析と順解析を組み合わせて観測データから津波を予測するものである。模擬観測波形を対象とした双子実験では一般に順解析の誤差は無視されるが、実観測波形を対象とする場合には津波の伝播過程のモデリング誤差が問題となる。沖合の高精度な津波観測データにより、従来無視されていた効果が実際の津波の伝播に無視できな影響を及ぼしていることが近年明らかになってきた。本年度はこの津波伝播に関する最新の知見に基づく新しい津波伝播シミュレーションモデルを構築した。具体的には津波の伝播過程のモデルに海水の圧縮性よる密度の鉛直分布、津波荷重による地殻・マントルの弾性変形、地球の自己重力の効果を取り込んだ。これにより、比較的波源から遠い観測点のデータを波源推定に有効活用できるようになることが期待される。過去5年間に急速に検証が進んだ津波の伝播理論の成果を受けて、津波の伝播モデルを大幅に改良した。順解析の誤差は逆解析の高精度化において主要な阻害要因である。新しいモデルにより、この誤差が大幅に低減されることが見込まれ、津波予測全体の精度が向上することが期待される。研究計画時には海水の圧縮性と地殻・マントルの弾性を考慮することを計画していたが、それに加え、地球の自己重力の効果も考慮可能なモデルを構築した。これは当初の計画以上の成果である。本研究の津波予測は逆解析と順解析を組み合わせて観測データから津波を予測するものである。模擬観測波形を対象とした双子実験では順解析の誤差が無視される場合も多いが、実観測波形を対象とする場合には津波の伝播過程のモデリング誤差、すなわち順解析の精度が問題となる。これまで、津波の伝播モデルに、海水の圧縮性、津波荷重による地殻・マントル・重力基準面の変形等を取り入れることにより、津波順解析の精度を向上させてきた。本年度は開発した順解析モデルの高解像度化に取り組んだ。これにより、津波の後続波形の予測精度が格段に向上することを明らかにした。遠地津波では後続波が最大水位を記録し、被害を生じることが多く、後続波の予測精度向上は防災減災の観点から非常に重要な成果と考えられる。当初の研究計画にはなかった、遠地津波の長時間波形の予測の精度向上について重要な成果が得られたため。

OpenMPとMPIによるハイブリッド並列化により、計算効率を大幅に向上させることに成功し、5ノード80コアの並列計算機を用いた実験では、再現時間の0.4倍の時間で計算を実行することができた。計算コードはより高並列の計算機にも対応しており、さらなる計算時間の短縮も可能である。これにより、開発した高精度津波順解析モデルを実際の遠地津波の長時間波形予測に活用するための技術的な課題を克服することができた。本研究で用いる階層ベイズモデルは,観測データと事前情報の重みを情報量基準によって自動的に調整する数学的なモデルである.検証を進める中で,観測データが少ない場合や,事前情報の質が良くない場合に正確度や精度が低下する場合があることが判明しており,モデルに,より柔軟性を持たせることが必要と考えられ,複数の事前情報を用いるなどの改良を加える方向で研究を進展させる予定である.高精度な順解析のモデルを実データに適用し、精度の検証をすすめる。また、逆解析と順解析を組み合わせた津波予測全体の精度向上への寄与を検証する。さらに逆解析の高度化にも取り組み、予測モデル全体の正確度と精度を向上させる。遠地津波の後続波形予測には、順解析モデルの高解像度化が不可欠であるが、現在のプログラムでは計算時間の観点から実際に活用することは難しい。そのため、今後は計算コードの並列化等の高速化を検討する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
鉄筋の節を介して伝達される応力に基づく鉄筋コンクリート部材のひび割れ間隔と幅

鉄筋コンクリート造の建物に発生するひび割れを予測するための基礎的な情報を収集するための構造実験を行う。本研究の特徴は,画像相関法という比較的新しい手法を使用して,これまでには測定することができなかったひずみの分布を計測することによって,鉄筋からコンクリートへ伝達される応力を測定することにある。
骨形成能を有する成長ゾーン延長を応用した仮骨延長術に関する実験的研究

今研究では幼若白色家兎を用いて成長帯における骨延長モデルを作成し、延長速度、延長方法の違いにより、仮骨延長法における骨新生のメカニズムを解明する。とくに旺盛な成長能を有する成長帯での仮骨延長では、現在臨床応用されている仮骨延長法がさらに発展することが期待される。昨年度は、白色家兎の下顎骨に骨切りを行い、新しく開発した創外固定装置により自由度の高い、すなわち三次元的に複雑な形態を持った顎顔面骨に対しても有効な仮骨延長を行う実験モデルを開発した。本方法における自由皮の高い延長方向の設定により、良好な骨形成が認められた。今年度は、幼弱家兎の大腿骨遠位骨端部の成長帯に牽引力を付与することにより、成長帯にかかる負荷と成長帯延長の機序に関する研究を行った。骨および軟骨に対して骨切り術などの侵襲を加えることなく、成長帯の近位および遠位にスクリューピンを刺入し、1日あたり0.3mmおよび0.6mmの延長牽引力を加えた。牽引延長後10日目の組織学的所見では、1日当たり0.6mmの延長群ではアルシャンブルー染色やサフラニン-O染色において成長帯における旺盛な軟骨機質の増生が認められ、軟骨細胞活性の増加が示唆された。今後、下顎骨の成長帯に対しても同様に成長帯牽引による延長を試みるとともに、成長帯牽引後の後戻りや組織障害の評価、また成長帯牽引後の成長に対する影響を調査する。またこの延長方法における牽引力の測定や、成長帯における酵素活性、細胞外マトリクス発現の検討なども必要である。今研究では白色家兎を用いて骨延長モデルを作成し、延長部分、延長方法の違いにより、仮骨延長法における骨新生のメカニズムを組織学的、分子生物学的に解明する。とくに旺盛な成長能を有する成長帯での仮骨延長法を行なうことにより、現在臨床応用されている仮骨延長法がさらに発展することが期待される。今年度は、白色家兎の下顎骨を用いて骨切を行なったのち、骨切部分に延長器を装着するのではなく、創外固定装置を用いることでより自由度の高い骨延長モデルを開発した。本方法における良好な骨形成能を確認し、この実験結果は今年度の創外固定・骨延長学会で発表予定である。さらに本方法を応用することにより、骨切および骨延長部分の選択肢が広がることとなった。現在、骨の成長帯および成長帯以外の部位での骨切・骨延長モデルを作成し、これらの実験群において、延長速度、延長方向などの諸条件を変えて設定することにより、骨形成能の比較を行なっている。また、延長による骨形成能を組織学的、分子生物学的に評価するとともに、延長された骨の関節における関節頭や軟骨組織の変性や吸収などの病理学的検討や、周囲筋組織および運動パターンの解析も行う予定である。本方法における自由度の高い延長方向の設定により、良好な骨形成が認められた。

牽引延長後10日目の組織学的所見では、1日当たり0.6mmの延長群ではアルシャンブルー染色やサフラニン-O染色において成長帯における旺盛な軟骨機質の増生が認められ、軟骨細胞活性の増加が示唆された。今後、下顎骨の成長帯に対しても同様に成長帯牽引による延長を試みるとともに、成長帯牽引後の後戻りや組織障害の評価、また成長帯牽引後の成長に対する影響を調査する。またこの延長方法における牽引力の測定や、成長帯における酵素活性、細胞外マトリクス発現の検討なども必要である。
細菌プロテアーゼを介した新たな宿主病原体相互作用の解明

細菌の中にはプロテアーゼを産生することによって、抗体の可変領域を切断し破壊するものが存在することが判明した。さらに、我々は、細菌の産生するプロテアーゼで切断された抗体を特異的に認識する活性化レセプターとしてLILRA2を同定した。切断された抗体はLILRA2を発現している好中球を特異的に活性化した。また、切断型抗体よる単球の刺激でレギオネラ菌の増殖が顕著に阻害された。さらに、感染患者の膿汁を調べると、切断された抗体が存在し、それらはLILA2発現細胞を活性化することが判明した。以上より、LILRA2は切断された抗体を認識することで感染防御に関与していることが判明した。抗体は細菌感染に対する免疫応答に対して重要な機能を担っているが、細菌の中には、プロテアーゼを産生することによって、細菌に対する抗体を分解する免疫逃避機構を持っているものがある。しかし、そのような病原体の免疫逃避機構に対応する生体防御機構は知られていなかった。本研究では、好中球の発現する活性化レセプターの中に、細菌の産生する特定のプロテアーゼによって分解された抗体を特異的に認識するレセプターLILRA2を同定した。つまりLILRA2は、抗体が分解されるという免疫システムにとって危機的状況を検出するためのレセプターであり、細菌の産生するプロテアーゼは宿主病原体相互作用に非常に重要である可能性が考えられた。さらに、本研究ではLILRA2の認識に関わる細菌プロテアーゼを解析し、プロテアーゼを介した新たな宿主病原体相互作用を解明を行った。その結果、レジオネラの産生する酵素を解析することによって、抗体を切断する酵素の同定に成功した。また、どうような抗体を切断する酵素は、細菌だけでなく、カンジダのような真菌にも認められることが明らかになった。また、感染患者の膿汁にも同様な切断された抗体が存在し、LILRA2を介して、免疫細胞を活性化することが判明した。このように、LILRA2は酵素で切断された抗体を認識して免疫細胞を活性化し、その結果、病原体を攻撃することが判明した。今後は、抗体を切断する酵素を解明することによって、LILRA2がどのように生体防御に関与しているかを解明する予定である。本研究によって、細菌が産生する抗体切断酵素が初めて明らかになった。本研究により、細菌プロテアーゼが免疫応答にどのように関与しているかが明らかになると思われる。そのような病原体の免疫逃避機構に対応する生体防御機構は知られていなかった。さらに、本研究ではLILRA2の認識に関わる細菌プロテアーゼを解析し、プロテアーゼを介した新たな宿主病原体相互作用の解明を行った。その結果、レジオネラの産生する酵素を解析することによって、抗体を切断する酵素の同定した他、同様な抗体を切断する酵素は、細菌だけれなくカンジダのような真菌にも認められた。また、感染患者の膿汁にも同様に切断された抗体が存在し、LILRA2を介して、免疫細胞を活性化することが判明し、実際に細菌の増殖を抑えることが判明した。さらに、マイコプラズマに関しても、抗体の可変領域で切断する酵素を同定することに成功した。このように、LILRA2は酵素で切断された抗体を認識して免疫細胞を活性化し、病原体を攻撃することで生体防御に重要な機能を担っていることが判明した。このように、LILRA2は、免疫システムに重要な抗体の異常を検出することによって、細菌感染に対する生体防御にを担っているという新たな免疫機構が明らかになった。LILRA2が生体防御にどのように関与しているかを解明する。現在マウスのホモログが不明なので、LILRA2と同様に切断された抗体を認識するレセプターを同定し、生体内での機能解明を実施する。免疫学本研究では細菌が産生するプロテアーゼによって抗体が分解されるという免疫逃避機構と分解された抗体を特異的に認識するレセプターの研究を計画していたが、予想外にも、真菌であるカンジダも同様なプロテアーゼを産生することが判明した。

そこで、真菌の産生するプロテアーゼについても解析を行なう必要が生じたため未使用額が生じた。真菌の産生するプロテアーゼを含んだプロテアーゼを解析することを計画し、未使用額はその経費に充てる。
熱物理量同時測定法による価数転移物質の電子状態の研究

圧力下での熱電能、電気抵抗だけでなく、定性的な熱伝導率、比熱を加えて、4つの輸送特性量の同時測定が可能であることがわかった。Eu化合物に対して、純良単結晶育成とdHvA効果、圧力効果測定を行い、圧力誘起相転移の探索と電子状態を明らかにした。EuGa4において、圧力誘起の価数転移とCDW転移を見出した。dHvA振動測定から、特徴的な角柱状フェルミ面が存在することを見出し、それがネスティングすることによって、圧力誘起CDW転移が生じている可能性を提案した。EuNi2P2について、熱膨張率、帯磁率、比熱、熱電能測定から、重い電子状態が形成されていることを報告した。カゴ状構造を持ち低熱伝導率が報告されているCeRuGe3について、常圧下で電気抵抗・熱電能・熱伝導率同時測定を行ったところ、熱伝導率の温度依存性は過去の報告を再現できたが、絶対値については一桁ほど大きくなった。反強磁性体Mn3Siに対して、電気抵抗測定だけではよく分からなかった整合-非整合転移に対応する変化の圧力依存を熱電能・熱伝導率で観測することができた。これらのことにより、同時測定の定性的な温度・圧力変化を評価することができることは確認できた。しかし比熱も含んだ同時測定では、試料台や圧力媒体への早い熱緩和により測定が困難になっている点や熱起電力から温度へ変換するモデルの構築がうまくいっておらず、具体的な成果が得られていない。Eu化合物の圧力誘起価数転移の探索について、今年度はEuGa4, EuAl4, EuNi2P2, EuRu2P2, EuSn3の純良単結晶育成と、ドハース・ファンアルフェン(dHvA)効果測定によりフェルミ面の形状を評価できた。その中で、EuGa4を10GPa以上まで加圧すると、電気抵抗での反強磁性転移と思われる異常は緩やかな変化に変わり、その圧力に対する変化はそれまでの反強磁性転移の圧力依存より変化率が大きくなっていることから、二次転移的に反強磁性転移から価数転移へ変化していると考えている。また、EuGa4の高圧下では高温側に圧力誘起CDW転移が出現しており、僅かにa軸の小さいEuAl4では常圧で対応する変化が初めて確認された。dHvA効果測定によってネスティングを起こしやすい形状のフェルミ面が観測されていることから、それがCDW転移の原因であると考えている。課題であった熱電能測定と比熱測定の融合は、原理的には可能であることが確認できた。クロメル(Chromel)回路の熱起電力の時間変化において、温度勾配ヒーターがONからOFFへの間の緩和時間τを求め、熱電能で求めた温度勾配ΔTとヒーターパワーPを用いて緩和比熱((P/ΔT)・τ)を見積もることができる。しかし、実際は比熱の定性的な変化も示すことができなかった。室温近くでは緩和時間が長いために比熱を求められるが、試料に対してヒーターや試料基板などの寄与が大きく、試料の比熱を求められていないと考えられる。一方、低温では緩和時間が非常に短くなり、比熱を求められなくなる。圧力下においては、圧力媒体の固化や温度変化によって媒体への熱伝導が大きく変化してしまうことも考えられる。定量的な評価のためには、既知の試料(銅など)による、試料以外の熱容量を見積り、それを差し引く操作が必要である。Eu化合物の圧力誘起価数転移の探索について、EuTIn4 (T: Ni, Pd, Pt)の8 GPaまでの高圧実験を行った。すべての試料でネール点は加圧とともに,ほぼ1 K/GPa程度の圧力勾配で直線的に増大し、8 GPaまでに価数転移は起きていない。前年に圧力誘起価数転移を見出したEuGa4について、詳細に圧力効果を再測定し、約6GPaから前後の転移温度の圧力勾配が大きく変化することがわかった。価数転移を理解するために、磁気転移を示さないEuNi2P2の電子状態の研究をおこなった。熱膨張測定から、80 K以下で著しい体積収縮が起こり、その温度領域で磁化率が一定となることから、重い電子状態が形成されていることが実験的に明らかにした。これらの成果は、日本物理学会の英文学術誌Journal of Physical Society of Japan(JPSJ)に掲載され、編集委員会が選定する注目論文(Papaers of Editors' Choice)に選出された。今年度は常圧の熱電能システムを使って、熱伝導率も同時に測定できる手法を吟味した。ヒーターの熱量を決定するために、ヒーターの電気抵抗の温度依存を詳細に測定した。熱伝導率が既知の参照

試料(Ni, Co, YCo2など)の熱電能を測定し、測定によって求められた熱電対間の温度差とヒーターの熱量を用いて、熱伝導率を計算した。このとき、試料と試料以外に散逸する熱流をこの2つの並列回路とする等価回路モデル計算によって、試料への熱流を見積もった。約50K以上では参照試料の報告されている熱伝導率の温度依存を再現することができたが、低温、特に15K以下では、熱伝導率がゼロになってしまい、データを再現できなかった。改善すべき問題はあるものの、我々の手法で、熱電能と熱伝導率の同時測定は可能であるということがわかった。EuNi2Ge2のGeサイトをSiに置換すると価数転移が起こるという報告があり、母物質への加圧によっても同様に起こるので、置換による化学的圧力と物理的圧力はスケール出来る、つまりGe-Si置換は結晶サイズへ変化させるだけであると考えられてきた。しかし、我々はこれらの置換と加圧下で熱電能測定をすることで、フェルミ準位近傍の状態密度に違いがあることを見いだした。わずかにSiを置換したEuNi2(Ge0.9Si0.1)2を圧力下熱電能を測定すると、価数転移後のゼーベック係数の圧力依存が異なっており、Siを導入することで状態密度が変化することがわかった。EuNi2Ge2と類似構造を持つEuNiGe3やEuNiSi3の圧力効果を測定し、圧力誘起価数転移の可能性やその磁性、輸送特性について、日本物理学会や高圧力学会で報告を行った。研究計画の事項はすべて実行し、予定通りの結果を得ている。実験手法の開発の方では熱伝導率測定が定性的な測定は可能であることが十分に評価できた。価数転移物質測定においては、価数転移をする物質を見つけることができ、さらにその理解のために導入したdHvA測定は大きな成果が得られている。測定手法開発の方では、昨年評価したこの装置での熱流回路に対しての係数をそのまま用いたが、試料形状の効果や昨年の検討課題である熱流回路の再考が必要であり、さらに比熱測定の部分に関しては具体的な評価まで至っていない点は進度が遅れていると思われる。しかし、純良単結晶育成、dHvA測定などの新しい試みや、測定手法開発部分でもヒーターの小型化など新しいアイディアが多く生まれ、確実に前進しており、当初計画して以上に進展している部分が多々ある。総合的に判断して、「おおむね順調に進展している」と考えている。昨年度の研究開始時に提出した申請書に記載した研究計画の事項はすべて実行し、予定通りの結果を得ている。実験手法の開発の方では熱伝導率測定が可能になり、価数転移物質測定においては置換系の電子状態について議論できた。一方、測定手法開発の方では想定したモデルでは見積が不十分である問題があり、新しい圧力容器開発では安定した圧力発生には至っていない点は、進度が遅れている。しかし、価数転移物質測定では、新たな物質探索を進めることができて、当初計画以上の進展があった。同時測定の方は、絶対値測定はかなり難しいと考えられるので、まず定性的変化が観測できるようにシステムの構築を目指す。進度の遅れている比熱測定に関して、まず熱伝導率と同様に窒素温度以上で十分な熱容量が確保される環境で早いサンプリング時間とそのサンプリング数を増やして比熱が評価できるようにする。また、熱起電力から温度への換算は、熱起電力の温度依存を関数化することで評価する。新しいEu化合物の探索を積極的にすすめ、EuPd2Si2、EuIr2Si2、EuPdIn4、EuNi2(P,As)2などの単結晶育成、高圧実験を試みる。
ヒト口腔上皮細胞の口腔粘膜免疫調節機構と歯周病

1)ヒト口腔上皮細胞はインターロイキン(IL)-18を前駆体として細胞質内に発現し、インターフェロン-γ(IFN-γ)で前処理した口腔上皮細胞を好中球セリンプロテアーゼの一つproteinase 3(PR3)と内毒素性リポ多糖(LPS)との共存下で刺激した場合に活性型IL-18産生されることを明らかにした。さらに、PR3はGタンパク共役受容体protease-activated receptor-2を介して活性化することを明らかにした。2)口腔上皮細胞は細菌パターン認識レセプターであるCD14分子を発現しないが、各種菌体成分認識にかかわるTLRs/MD-2/MyD88系の分子群を発現している。しかし、遊離型CD14の存在下でも多くの菌体成分に対して不応答性であった。一方、同細胞は黒色色素産生菌(BPB)の菌体成分(線毛や糖タンパク)に対しては応答した。さらに、同細胞はIFN-γ前処理によりTLR系分子群の発現亢進に伴い応答能を獲得することを明らかにした。3)BPBの糖タンパクはLPSとは異なり、TLR-2を介して宿主細胞を活性化するとの知見も得た。4)CD14を発現している歯肉線維芽細胞にも菌体成分応答能にかんして同様の機構があることを明らかにした。また、歯根膜線維芽細胞は歯肉線維芽細胞に比べCD14の発現が低いがTLR2を強く発現し、歯肉線維芽細胞は主にグラム陰性菌の成分に、歯根膜線維芽細胞はグラム陽性菌の成分に応答能を有することも明らかにした。さらに、主要な歯周病原菌が産生するシステインプロテアーゼ(ジンジパイン)は歯肉線維芽細胞の発現するCD14を特異的に分解し,CD14依存性免疫応答を減弱させた。5)CD14は唾液中にも存在し、唾液CD14は主として耳下腺に由来することも明らかにした。本研究では、まず、ヒト口腔上皮細胞のインターロイキン(IL)-18の産生機構について検討した。IL-18はIL-12と相乗的に働きヘルパーT細胞を1型(Th1)にシフトさせる一方で、IL-12非存在下ではTh2サイトカインとして働く重要なサイトカインの一つである。その結果、(1)ヒト口腔上皮細胞はIL-18を24kDaの前駆体として細胞質内に発現すること、(2)さまざまな菌体表層成分やFas経路を刺激しても活性型IL-18は誘導されないこと、(3)インターフェロン-γで前処理した口腔上皮細胞を好中球プロテアーゼと内毒素性リポ多糖(LPS)との共存下で刺激した場合に活性型IL-18産生されるという知見を得た。また、口腔上皮細胞は腸管上皮細胞と同様に、細菌パターン認識レセプターであるCD14分子の発現は認められないが、各種菌体成分認識にかかわるToll-like receptors(TLRs)/MD-2/MyD88系の分子群を発現している。にもかかわらず、腸管上皮細胞とは異なり、遊離型CD14の存在下でも多くの菌体成分に対して不応答性であった。これは、多種多様な微生物に常に晒されている口腔上皮細胞にとっては理にかなった現象と考えられる。

一方、口腔上皮細胞は黒色色素産生菌(BPB)の菌体成分(綿毛や糖タンパク)に対しては応答し、顆粒球コロニー刺激因子や顆粒球マクロファージコロニー刺激因子を産生するという知見を得た。このことは、口腔上皮細胞が、炎症局所において顆粒球や単球の集積・活性化に関わる重要な役割を演じていることを示唆している。さらに、BPBの糖タンパクはLPSとは異なり、TLR-2を介して宿主細胞を活性化するとの知見も得た。おそらく、BPBのLPS画分の特異な活性はLPS自体ではなく、標品に混入した微量のBPB特異的な糖蛋白様物資に帰因すると考えられる。本年度の研究では、まず昨年に引き続き、ヒト口腔上皮細胞の活性化機構について検討し、次のような実績を得た。好中球セリンプロテアーゼの一つproteinase 3(PR3)が口腔上皮細胞活性化にかかわることは昨年報告したが、その活性化機構を詳細に検討した結果、プロテアーゼで活性化するGタンパク共役受容体ファミリーのうちprotease-activated receptor-2(PAR-2)を介して活性化することを初めて明らかにした。また、口腔上皮細胞は各種菌体成分認識にかかわるToll-like receptors(TLRs)/MD-2/MyD88系分子群を発現しているにもかかわらず菌体成分に不応答性であるが、インターフェロンγに晒されることによりTLRs/MD-2/MyD88系分子群の発現亢進に伴い応答能を獲得することを明らかにした。各種菌体成分パターン認識受容体CD14を発現している歯肉線維芽細胞にも菌体成分応答能にかんして同様の機構があることを明らかにした。また、歯根膜線維芽細胞は歯肉線維芽細胞に比べCD14の発現が低いがTLR2を強く発現し、歯肉線維芽細胞は主にグラム陰性菌の成分に、歯根膜線維芽細胞はグラム陽性菌の成分に応答能を有することも明らかにした。さらに、主要な歯周病原菌Porphyromonas gingivalisが産生するシステインプロテアーゼ(ジンジパイン)は歯肉線維芽細胞の発現するCD14を特異的に分解し,CD14依存性免疫応答を減弱させることにより、同菌の宿主自然免疫機構を回避する可能性を提示した。CD14は唾液中にも存在し、唾液CD14は主として耳下腺に由来することも明らかとなった。耳下腺唾液CD14は血清に存在する量に匹敵し、腸管上皮細胞の内毒素性リポ多糖による活性化に関与する。以上の実績は、唾液、口腔上皮細胞や歯周組織の線維芽細胞は口腔常在菌に対して健全な口腔環境を維持していく上で重要な自然免疫調節機構を担っている可能性を強く提示すると考えられる。
単一イオンチャンネル観察のための電子線検出型イオンセンサーの開発

本研究では、イオン感応膜の電荷検出に集束電子線を用いることにより、ナノスケールの分解能をもつイオンイメージングシステムを実現するとともに、細胞の単一イオンチャンネルを観察可能なシステムを実現することを目的とする。細胞内におけるイオンは、信号の伝達などに寄与し、イオンチャネルを通して流入・流出を行い、濃度を調整している。イオンチャネルは数10ナノメートルのタンパク質であるため、従来の手法では空間分解能の制限により、イオンチャネルの機能を直接観察することはできない。研究代表者がこれまで進めてきた電子線励起アシスト光学顕微鏡をイオンチャンネルの観察に応用することにより、従来のイオンセンサーに比べて圧倒的に高い分解能を有するイオンイメージングシステムを実現する。集束電子線を用いて電荷分布を検出するため、ナノメートルスケールの空間分解能を実現することが可能であり、さらに微小領域に電子線を照射することにより、細胞刺激や試料の電荷制御も可能となる。LSIの集積化技術を用いたセンサーや光学顕微鏡などに比べて加工精度や回折限界の制限を受けないため、飛躍的に空間分解能を向上させることができる。今年度はイオンセンサーに用いる基板の膜構造の最適化を行なった。まずイオンセンサーとして用いる基板の特性を評価するために、SiO2/Si基板を用いて、光照射により生じる電流を検出した。光照射によるpHを測定し、基板がイオン官能膜として機能することを確認した。作製した基板を用いて、電子線照射によるイオン検出を行った。電子線を変調して照射し、それに同期したイオン電流を得ることに成功した。イオン分布の2次元観察を行い、測定したシステムの空間分解能を評価し、30μm程度の空間分解能を得ることに成功した。今年度は電子線検出型のイオンセンサーの基礎実験システムを構築し、イオン感応膜の構成、電子線照射による電荷検出の原理検証、感度、イオン分布の検出の検証などを実施した。本研究では、イオン感応膜によって電子線が散乱され空間分解能が低下することから、イオン感応膜の構成が大きなポイントの一つになる。50nm程度の厚みのSi3N4基板をイオン感応膜として使用し、SiO2を絶縁膜、n型半導体の多層膜をベースとし、膜厚、半導体内の不純物濃度等による検出電流、空間分解能などを評価し、最適な膜構成を検討した。さらに、モンテカルロシミュレーションによる電子線散乱を解析し、達成可能な空間分解能を評価した。数値解析結果からイオン膜の構成および膜厚に関する空間分解能、感度を評価し、最適な膜構成を検討した。その結果から、膜の作製方法についても検討し、研磨による薄膜化、MEMS技術による薄膜化など、薄膜の作製方法について検討した。その結果、研磨により作製した基板を用いて、30μmの空間分解能を得ることに成功した。またMEMS技術を用いた薄膜において、光照射によるpHを測定し、基板がイオン官能膜として機能することを確認した。光照射および電子線照射によって、高感度にイオン濃度を検出可能であることを示した。この解析結果を基礎実験システムにフィードバックし、システムを最適化した。電子線の加速電圧、照射電流量、収束スポットの大きさなどを評価し、計測システムの基礎特性を明らかにした。これらの研究成果から、高分解能イオンセンサーの基礎特性の解明および最適化に関する研究は順調に進行しており、おおむね順調に進展していると判断した。令和元年度は、基礎システムと数値解析結果の比較検討からシステムの問題点を明らかにするとともに、その解決方法を検討し、高い空間分解能と感度を有するイオンセンサーを実現する。これまでに厚さ625 μmのSiN/SiO2/Siイオンセンサー基板を研磨により、20 μm薄膜化することが可能であることを確認した。しかし、洗浄や基板をホルダーに固定する際に基板が破損してしまうこともあったため、研磨による薄膜化の限界を明確にする必要があるものと考える。また、薄膜化した基板は1cm角の大きさに切断して使用していたものの、実際のセンサー領域は、φ0.5 mmの領域であるため、この領域のみを選択的に薄膜化するための手法を検討することが必要と考える。基板の一部分のみを選択的に薄膜化することにより、さらなる空間分解能の向上が期待できるものと考える。イオンチャンネルをモデル化した脂質二重層膜におけるイオン検出の感度、空間分解能を評価し、その結果をもとにHeLaなど、実際の生きた細胞の観察を行い、そのシステムの性能を評価する。また、イオンセンサーはイオン電極として血液検査などの生体試料分析にも用いられている。生体細胞はイオンの授受により活動を維持していることから、イオンの動きを本システムにより可視化することで、病気の早期診断、生命科学の基礎研究の進展につなげることの可能性を検討する。細胞内外に局所的に存在しているイオン分布を高分解能かつリアルタイムにイメージングすることにより、細胞機能の解明に資するシステムを開発する。

集束電子線を用いて電荷分布を検出するため、ナノメートルスケールの空間分解能を実現することが可能であり、さらに微小領域に電子線を照射することにより、細胞刺激や試料の電荷制御も可能となる。LSIの集積化技術を用いたセンサーや光学顕微鏡などに比べて加工精度や回折限界の制限を受けないため、飛躍的に空間分解能を向上させることができる。今年度はイオンセンサーに用いる基板の膜構造の最適化を行なった。まずイオンセンサーとして用いる基板の特性を評価するために、SiO2/Si基板を用いて、光照射により生じる電流を検出した。光照射によるpHを測定し、基板がイオン官能膜として機能することを確認した。作製した基板を用いて、電子線照射によるイオン検出を行った。電子線を変調して照射し、それに同期したイオン電流を得ることに成功した。イオン分布の2次元観察を行い、測定したシステムの空間分解能を評価し、30μm程度の空間分解能を得ることに成功した。今年度は電子線検出型のイオンセンサーの基礎実験システムを構築し、イオン感応膜の構成、電子線照射による電荷検出の原理検証、感度、イオン分布の検出の検証などを実施した。本研究では、イオン感応膜によって電子線が散乱され空間分解能が低下することから、イオン感応膜の構成が大きなポイントの一つになる。50nm程度の厚みのSi3N4基板をイオン感応膜として使用し、SiO2を絶縁膜、n型半導体の多層膜をベースとし、膜厚、半導体内の不純物濃度等による検出電流、空間分解能などを評価し、最適な膜構成を検討した。さらに、モンテカルロシミュレーションによる電子線散乱を解析し、達成可能な空間分解能を評価した。数値解析結果からイオン膜の構成および膜厚に関する空間分解能、感度を評価し、最適な膜構成を検討した。その結果から、膜の作製方法についても検討し、研磨による薄膜化、MEMS技術による薄膜化など、薄膜の作製方法について検討した。その結果、研磨により作製した基板を用いて、30μmの空間分解能を得ることに成功した。またMEMS技術を用いた薄膜において、光照射によるpHを測定し、基板がイオン官能膜として機能することを確認した。光照射および電子線照射によって、高感度にイオン濃度を検出可能であることを示した。この解析結果を基礎実験システムにフィードバックし、システムを最適化した。電子線の加速電圧、照射電流量、収束スポットの大きさなどを評価し、計測システムの基礎特性を明らかにした。これらの研究成果から、高分解能イオンセンサーの基礎特性の解明および最適化に関する研究は順調に進行しており、おおむね順調に進展していると判断した。令和元年度は、基礎システムと数値解析結果の比較検討からシステムの問題点を明らかにするとともに、その解決方法を検討し、高い空間分解能と感度を有するイオンセンサーを実現する。これまでに厚さ625 μmのSiN/SiO2/Siイオンセンサー基板を研磨により、20 μm薄膜化することが可能であることを確認した。
両親媒性デンドロンの自己組織化によるミクロンスケールの構造規制

デンドリマーは分子一つで数ナノメートルスケールの構造を提供し、その自己組織化による三次元的な超分子構造の構築には最近高い関心が寄せられている。本研究では、ポリベンジルエテールデンドロン組織を置換基として有するジペプチドBoc-Tyr(Ln)-Alaを合成し、それらの自己組織化挙動について検討した。アセトン、アセトニトリル、あるいはクロロホルムとベンゼンの混合溶媒中、世代の大きいな3,4は極めて薄い濃度(1.0mM)でも物理ゲルを形成する。詳しい検討から、それらのゲルは水素結合により自己組織化した繊維状の構造を持っていることが分かった。即ち、まずコア同士が水素結合して直径約20nmの基本ファイバーを形成し、これがさらに断層的に組織化し、直径12μmの巨大なファイバーを与えている。コアのアミノ酸のC末端がメチルエステルのものは同じ条件下ではゲルを形成しない。同じく、表面の4-メトキシカルボニルベンジル基を1,3-ジメトキシベンジル基に変えたものもゲルを形成しない。以上の事実から、コアユニット、デンドリマーユニットの両方の構造がゲルの形成に大きく影響しているといえる。一方、以上のゲル形成とは別に、これらのデンドロンをホットステージを用いて、加熱・冷却するとある条件下でラセンフィラメントからなるデンドライト状の集合構造が現れた。一方、水中での自己組織化が目的であるデンドリマー分子として、表面に親水性のカルボン酸を、一方コアにスチレン誘導体が導入されたデンドリマーを分子設計し、pH6.3の緩衝液中で巨大なミセルを形成することが分かった。本年度では、以下の項目の検討を行った:1.両親媒性デンドロンの合成と同定Double-Convergent法を用いて、外表面にエステル官能基を有する一連のサイズの異なるデンドロンブロマイドLnBr(n,芳香環層の数、=1-5)を合成した。光延反応により、コアにスチレンユニットを有するデンドロンを誘導した。また、対照として、塩基性触媒存在下、末端にフェノール官能基を有するLnOHと長鎖アルキルブロマイドとのカップリング反応により、外表面にエステル基、コアに長鎖アルキル基を持つデンドロンを合成した。^1HNMR,MALDI-TOF-MSなどにより、これらのデンドロンは単一分子であることを確認した。次に、KOH/THF/CH_3OH-H_2Oからなる混合系において、上述のデンドロンの外表面のエステル官能基を加水分解した後、透析により無機塩など小分子を除き、酢酸中再沈により外表面にカルボン酸官能基を有する両親媒性デンドロンを誘導した。得られた両親媒性デンドロンはクロロフォルム、ベンゼン、THFなど有機溶媒には溶けず、塩基性水溶液中によく溶けることが分かった。また、これらのデンドロンの構造同定は^1HNMR,MALDI-TOF-MS,IRなどにより行った。2.両親媒性デンドロンのミセル形成室温下、上述のデンドロンをKOH水溶液(pH12)中に溶かし、光散乱を測定したところ、ミクロンサイズを有するミセルが形成することを確認した。また、形成したミセルのサイズ、および単一性は、デンドロンの構造、溶媒系などの条件に大きく影響を受けることが分かった。以上の知見を踏まえ、今後、単一ミセルを構築すると共に、重合反応によりミクロンサイズを有する球状デンドリマーの合成、および可逆的なデンドロンデンドリマー変換系の構築を検討する予定。本年度では、ポリベンジルエテールデンドロン組織を置換基として有するジペプチドBoc-Tyr(Ln)-Alaを合成し、それらの自己組織化挙動について検討した。アセトン、アセトニトリル、あるいはクロロホルムとベンゼンの混合溶媒中、世代の大きいなデンドリマーは極めて薄い濃度(1.0mM)でも物理ゲルを形成する。

即ち、まずコア同士が水素結合して直径約20nmの基本ファイバーを形成し、これがさらに階層的に組織化し、直径12μmの巨大なファイバーを与えている。コアのアミノ酸のC末端がメチルエステルのものは同じ条件下ではゲルを形成しない。同じく、表面の4-メトキシカルボニルベンジル基を1,3-ジメトキシベンジル基に変えたものもゲルを形成しない。以上の事実から、コアユニット、デンドリマーユニットの両方の構造がゲルの形成に大きく影響しているといえる。一方、以上のゲル形成とは別に、これらのデンドロンをホットステージを用いて、加熱・冷却するとある条件下でラセンフィラメントからなるデンドライト状の集合構造が現れた。
ロボットシステムによる地雷探知および地雷・金属片判別技術の研究開発

世界で最も地雷の埋設量と種類が多いとされているアンゴラ共和国において、現地機関の協力の下でフィールド調査を実施し、地雷や金属片の埋設深さ、姿勢、種類や隣接状態等の観測、およびロボットシステムに搭載された金属探知機を用いた高精度空間位置・姿勢制御された自動操作による信号収集と信号解析を行った。本海外学術調査により、電磁誘導方式地雷センサ(いわゆる金属探知機)による地雷と金属片の判別技術の研究開発を推進することにより、人道的な観点からの地雷探知除去作業の効率向上の可能性を示した。世界で最も地雷の埋設量と種類が多いとされているアンゴラ共和国における地雷試験場と実地雷原でフィールド調査を実施し、実地雷や金属片の埋設深さ、姿勢、種類や隣接状態等の観測、およびロボットシステムに搭載された金属探知機を用いた高精度空間位置・姿勢制御された自動走査による信号収集・データベース化そして信号解析を目的とする。本海外学術調査により、一般的に非常に困難であり未だ実現されていない電磁誘導方式地雷センサ(いわゆる金属探知機)による実地雷原での地雷と金属片の判別技術の研究開発が大きく推進し、人道的な観点からの地雷探知除去作業の大幅な効率向上が期待される。平成25年度には、これまで研究開発してきたフィールド調査用マニピュレータの走査精度向上のために、機構部の一部改修、および3次元地形測定と位置決め精度向上のためのステレオビジョンを用いたカリブレーション方法の研究、そして地雷と金属片の判別のための判定アルゴリズムの研究開発を遂行した。また、2014年3月10日3月22日の期間にアンゴラ国の地雷除去院(INAD)の協力の元、第1回海外学術調査旅行を実施し、アンゴラ現地にて基礎的データ収集とロボットによる地雷探知技術を関係者へ実演した。そして、現地作業者の意見を伺いながら、実地雷原での運用のための安全措置等を考慮した、標準実施要領(SOP, Standard Operation Procedure)の確認を開始した。次年度以降も地雷原での運用を試みながらSOPを完成させる予定であり、今回の海外調査旅行の目的は達成できた。また、今回の調査チームには博士課程、修士課程、そして学部の学生各1名ずつ参加し、学生の教育のためにも有意義な海外調査旅行であった。本事業では、世界で最も地雷の埋設量と種類が多いとされているアンゴラ共和国における地雷試験場と実地雷原でフィールド調査を実施し、実地雷や金属片の埋設深さ、姿勢、種類や隣接状態等の観測、およびロボットシステムに搭載された金属探知機を用いた高精度空間位置・姿勢制御された自動走査による信号収集・データベース化そして信号解析を目的とする。平成26年度には、遠隔操作アーム搭載バギー車「グリフォン」のエンジン始動系の整備と遠隔制御系を改修した後、アンゴラ現地に海上輸送した。そして2015年3月22日3月28日の期間に、昨年度に引き続きアンゴラ国立地雷処理機関(INAD)の協力の下で「第2回海外学術調査旅行」を実施した。具体的には、昨年度中に現地に海上輸送した地雷探査機材(ロボットアーム)の調整と動作確認を重点的に行い、現地技術者と地雷原での運用方法について意見交換を行った。また、在アンゴラ日本大使館、JICA(独立行政法人国際協力機構)、そしてAgostinho Neto大学を訪問し、各担当者に本事業について説明し今後の協力について相談した。本海外学術調査を継続することにより、一般的に非常に困難であり未だ実現されていない電磁誘導方式地雷センサ(いわゆる金属探知機)による実地雷原での地雷と金属片の判別技術の研究開発が大きく推進し、人道的な観点からの地雷探知除去作業の大幅な効率向上が期待される。世界で最も地雷の埋設量と種類が多いとされているアンゴラ共和国における地雷試験場と実地雷原でフィールド調査を実施し、実地雷や金属片の埋設深さ、姿勢、種類や隣接状態等の観測、およびロボットシステムに搭載された金属探知機を用いた高精度空間位置・姿勢制御された自動操作による信号収集・データベース化そして信号解析を目的とする。平成27年度には第3回学術調査旅行を実施し、アンゴラ国立地雷処理機関(INAD)の施設にて地雷探査機材(地雷探査バギー車とロボットアーム)を統合化して各部の調整と動作確認を実施した。具体的には、昨年度実施した第2回学術調査旅行以降、2015年3月末からINADのコンテナー内に保管されていた地雷探査バギー車のエンジン始動のためのメンテナンス作業(キャブレターの分解清掃、スパークプラグ調整、バッテリー充電)、バギー車に搭載した状態でのロボットアームの初期姿勢キャリブレーション、遠隔制御ボックスのリチウムポリマー電池の劣化状態確認・廃棄等、多くのメンテナンスと調整作業を行った後、システムの正常動作を確認した。次回の海外調査旅行では現地作業者が自ら統合システムを運用して実用なデータを取得できるように、統合化した機材の動作を説明し、運用方法について意見交換を行った。本研究では実地雷原でのデータ取得が必要であるが、安全面の理由により当研究者や日本の技術者は実地雷原に入ることはできない。そのため、現地協力機関(アンゴラ国立地雷処理機関(INAD))と連携して現地の作業者によるシステム運用体制の構築を進めている。実地雷

原には、当初は平成27年度中に入る計画をしていたが、機材(バギー車両とロボットアーム)の統合化が遅れたため、現地作業者の教育が予定よりも遅れている。本研究は世界で最も地雷の埋設量と種類が多いとされているアンゴラ共和国における地雷試験場と実地雷原でフィールド調査を実施し、実地雷や金属片の埋設深さ、姿勢、種類や隣接状態等の観測、およびロボットシステムに搭載された金属探知機を用いた高精度空間位置・姿勢制御された自動操作による信号収集・データベース化そして信号解析を目的とする。本海外学術調査により、一般的に非常に困難であり未だ実現されていない電磁誘導方式地雷センサ(いわゆる金属探知機)による実地雷原での地雷と金属片の判別技術の研究開発が大きく推進し、人道的な観点からの地雷探知除去作業の大幅な効率向上が期待される。平成28年度と平成29年度に第4回と第5回学術調査旅行を実施し、アンゴラ国立地雷処理機関(INAD)の施設内で調査研究を進めた。本研究で使用している地雷探査機材(地雷探査バギー車とロボットアーム)の老朽化が進んでいることもあり、制御用コンピュータのバックアップ電池、組み込みOS、環境認識用ステレオビジョンカメラ、外部遠隔コントローラ等、システム構成要素のメンテナンス作業が毎回発生した。ただし、機材の保管状況の改善(コンテナー内保管から、平成29年度には広い倉庫に移設)や現地スタッフの協力により、ロボットアームの組立や地雷探査バギー車のエンジン始動作業は1日で終了できた。全体システムのキャリブレーションを行った後は、数種類の実地雷やUXOについて、埋設深さ姿勢を変えながらロボットシステムに搭載された金属探知機を用いた高精度空間位置・姿勢制御された自動走査によって信号収集を行った。同時に、現地の技術者や関係者にシステムの説明、またINAD内に用意された模擬地雷原での地雷探査試験も行い、現地のニーズに適した機材構成や使用方法、現地作業者が研究用データを収集する方法、標準実施要領(SOP)の策定についても議論した。世界で最も地雷の埋設量と種類が多いとされているアンゴラ共和国において、現地機関の協力の下でフィールド調査を実施し、地雷や金属片の埋設深さ、姿勢、種類や隣接状態等の観測、およびロボットシステムに搭載された金属探知機を用いた高精度空間位置・姿勢制御された自動操作による信号収集と信号解析を行った。本海外学術調査により、電磁誘導方式地雷センサ(いわゆる金属探知機)による地雷と金属片の判別技術の研究開発を推進することにより、人道的な観点からの地雷探知除去作業の効率向上の可能性を示した。今回の第2回海外学術調査旅行では、本年度海外輸送した地雷探査バギー車と前年度に海上輸送済みで現地にて保管中のロボットアームを統合化し、総合試験を行う予定であった。地雷探査バギー車は2015年1月初旬に海上輸送し、予定通り3月7日にルアンダ港に到着した。通常は2週間程度で現地機関(INAD)側で輸送物の受け取りが完了するため、研究者らは現地到着日を3月23日(月)に設定し試験の準備を進めていた。しかしながら、アンゴラでの通関手続きが変更されたため通常より時間がかかり、研究者らの訪問期間中にINAD側で地雷探査バギー車を受け取り完了できないと直前になってINADから連絡された。