hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
リポクオリティを切り口としたヒト疾患の理解

【矢冨グループ】・動脈硬化とリゾリン脂質クオリティの研究では、急性冠症候群患者血漿および、LDL、HDLの酸化、糖化にて観察された変化が、動脈硬化症の発症母地である糖尿病患者由来のHDLでも同様の変動を示すことを発見した。・癌とリゾリン脂質クオリティの研究では、肝癌では、スフィンゴ脂質からグリセロ脂質への変換経路が亢進している可能性を示していたが、グリセロ脂質のうちリゾホスファチジルイノシトールがこの経路における癌の進展に関わる可能性を、手術検体を用いたin situ hybridization、蛋白発現解析。および基礎実験より発見した。・神経とリゾリン脂質クオリティの研究では、疼痛誘発因子であるリゾホスファチジン酸が、神経障害性疼痛のヒト髄液で上昇していることを発見したが、また、ラットモデルでもこの変動が確認され、さらには、リゾホスファチジン産生酵素阻害剤にて疼痛が軽減できることが分かった。【本田グループ】・アトピー性皮膚炎モデルマウスを用いて、オメガ6脂肪酸由来脂質代謝物の一種が、アトピー性皮膚炎発症の抑制因子として作用していることを見出した。その作用点として、ケラチノサイトからのTSLP産生抑制が関与している可能性が考えられた。また、高脂肪食負荷が皮膚恒常性にどのような影響を与えるかについて、高脂肪食負荷マウスモデルを用いて、高脂肪食摂取後の皮膚での組織学的変化の解析と、網羅的な遺伝子発現変化の解析を行った。組織学的には、高脂肪食摂取後皮膚では毛包漏斗部の角化の亢進が認められた。またそれと一致して、角化関連遺伝子発現が高脂肪食摂取後皮膚で上昇していた。これらの所見は臨床的な毛包炎と合致し、高脂肪食による毛包炎誘導メカニズムの一つと考えられた。本研究においては、リポクオリティを切り口としたヒト疾患の理解に臨床医(臨床検査医・内科医として矢冨、皮膚科医として本田)の視点・立場から取り組むとしていたが、循環器・動脈硬化性疾患、悪性腫瘍(肝細胞癌など)、神経障害性疼痛、皮膚免疫・アレルギー疾患に関して、順調に成果をあげることができ、計画通り進行していると考えられる。特に、急性冠動脈疾患におけるリゾホスファチジン酸、リゾホスファチジルエタノール、癌におけるリゾホスファチジルイノシトール、リゾホスファチジルセリン、乾癬発症におけるトロンボキサン受容体の関与の重要性を新規に明らかにすることができ、これらの現象の疾患における意義を基礎実験によって解明できつつある。また、研究倫理委員会の承認の元、各種疾患の血液、組織(癌組織、皮膚など)を中心に、着実に、検体収集を行い、領域全体の臨床検体センターとしての基盤も整え、リポクオリティ領域の他グループに提供し、共同研究を推進している。【矢冨グループ】臨床研究は、平成30年度の研究を継続して行う。また、癌の病態生理へのリポクオリティの関与について検討するため、癌の進展に関係があるとされる物質の発現を検討し、リゾリン脂質や関連蛋白の発現との関係について検討を行う。特に、食道癌で肝癌、大腸癌で見られた事象が観察されるか、組織切片を用いて病理学的にも確認できるか、検討する。基礎研究では、平成30年度の研究を継続するとともに、腹膜癌播種モデルや糖尿病モデルマウス、脊髄損傷モデルラットを用い、臨床研究の成果についてより深く研究を行う。また、臨床検体センターとして、佐々木班(佐々木、青木)、杉本班(村上)、公募班(木原)との共同研究も推進を続ける。【本田グループ】高脂肪食が乾癬病態に及ぼす作用メカニズム、オメガ3脂肪酸由来脂質(レゾルビンE1)の乾癬制御メカニズムを動物モデルにてさらに検討し、作用点を明確にする。またトロンボキサンの乾癬バイオマーカーとしての可能性を、臨床検体を用いて解析する。また、腸内細菌由来脂質代謝物が乾癬病態に及ぼす作用について、動物モデルを用いて検討する。また食事内容、運動情報データとともに、腸内細菌叢・脂質代謝物解析を進め、疾患制御候補の腸内細菌由来脂質代謝物を少なくとも一つ選定し、標的細胞・作用メカニズムを解析する。本研究においては、リポクオリティを切り口としたヒト疾患の理解に臨床医(内科医・臨床検査医として矢冨、皮膚科医として本田)の視点・立場から取り組んでいる。矢冨グループの研究実績:(1)肝疾患とくに肝細胞癌:肝癌組織(非癌部を対照とした)におけるリゾリン脂質とエイコサノイドの一斉定量、さらには関連蛋白質(受容体・産生酵素)の発現解析を行い、不飽和LPAの肝癌進展への関与の可能性を明らかにしつつある。(2)胃癌腹膜播種におけるリゾホスファチジルセリンの関与の可能性を明らかにした。(3)東大病院麻酔科/整形外科/泌尿器科、東北大などとの共同研究により、脊柱管狭窄症患者(n = 57)と泌尿器科患者(コントロール,n = 19)の髄液検体をサンプリングし、リゾホスファチジン酸(LPA)関連分子の計測を酵素法(自動分析)さらには、質量分析により行った。LPA/LPC測定による痛みの有無の客観化、腰部脊柱管狭窄症の診断的検査への応用、LPCからLPAを産生するオートタキシンの阻害薬の治療への応用の可能性を明らかにした。本田グループの研究実績:マウスアトピー性皮膚炎モデルや乾癬モデルを用いて、炎症進展・制御に関与する脂質の同定とそのメカニズムを検討した。

研究倫理委員会の承認の元、各種疾患の血液、組織(肝臓、皮膚など)を中心に検体収集を進めた。肝癌組織に関しては、平成28年度に領域内での共同研究が可能な状況になっている。また、アトピー性皮膚炎や乾癬などの皮膚疾患の血清・皮膚組織サンプルの収集も行った。今後、領域全体の臨床検体センターとしての役割を果たす素地を作ることができた。矢冨グループ:肝癌組織、脊柱管狭窄症患者の髄液検体を用いたリポクオリティ解析で、疾患の本質に迫ることができる結果を得ることができ、次年度以降の発展が期待できる。さらに、胃癌腹膜播種における解析においても、リゾホスファチジルセリンの関与の可能性を明らかにすることができ、発展が期待できる。本田グループ:肥満と乾癬の増悪の相関は広く知られている。肥満を誘発する高脂肪食は様々な病態で増悪因子としてしられているが、乾癬においても悪化因子となっていると仮説をたて、高脂肪食による乾癬の増悪メカニズムを検討した。その結果、病態促進的に作用する脂質(飽和脂肪酸)の新たな作用点を同定することができた。【矢冨グループ】・冠動脈疾患におけるリゾホスファチジン酸(LPA)分子種、マイナーグリセロリゾリン脂質の由来とその病態生理における役割の解明:急性冠症候群では、血漿中において18:2 LPA, 20:4 LPA, 22:6 LPAというLPA分子種が、LPAの産生酵素であるオートタキシン非依存性に増加しており、その産生にマイナーグリセロリゾリン脂質が関与していることをヒト臨床検体において明らかにしてきたが、冠動脈・大腿動脈から得た血漿検体を用いた検討でも確認した。また、冠動脈疾患の病態生理に関与していると考えられるリポ蛋白がこれらリゾリン脂質の産生に関与しているかどうかをin vitroで検討し、リポ蛋白質の酸化・糖化によるリゾリン脂質の変動を確認した。・癌におけるグリセロリゾリン脂質の由来およびその病態生理への関与の解明:肝癌では、癌の進展に重要と想定されているスフィンゴシン1ーリン酸(S1P)は、むしろスフィンゴ脂質からグリセロ脂質への中間体である可能性が示唆された。また、肝癌におけるリゾリン脂質定量、関連受容体・酵素の発現を検討し、リゾリン脂質の肝癌進展における特異的関与を示した。また、胃癌腹水を用いた検討でも、リゾホスファチジルセリンを中心としたグリセロリゾリン脂質の増加、病態への関連を追求する意義を確認した。【本田グループ】・アトピー性皮膚炎や乾癬などの皮膚疾患の血清・皮膚組織サンプルの収集を行った。・マウス乾癬モデルを用いて、炎症進展・制御に関与する脂質の同定とそのメカニズムを検討した。脂質メディエーターの一種であるトロンボキサンの受容体が、乾癬発症に重要であるIL-17の産生を制御し、マウス乾癬モデルにおける炎症進展に関与していることを明らかとした。本研究においては、リポクオリティを切り口としたヒト疾患の理解に臨床医(臨床検査医・内科医として矢冨、皮膚科医として本田)の視点・立場から取り組むとしていたが、循環器・動脈硬化性疾患、悪性腫瘍(肝細胞癌など)、皮膚免疫・アレルギー疾患に関して、順調に成果をあげることができ、計画通り進行していると考えられる。急性冠動脈疾患におけるLPA、癌におけるマイナーグリセロリゾリン脂質、乾癬発症におけるトロンボキサン受容体の関与の重要性を明らかにすることができた。
実騒音環境下における発音・発声障害者の音声コミュニケーション手段の確立

本研究の目的は,発音・発声障害者の不明瞭な音声を健常者に近い明瞭な音声へ自動変換するシステムを,ソフトコンピューティング技術を用いて開発し,障害者の音声コミュニケーションの手段を確立することである.本課題の基礎となる音声特徴量の抽出,音声特徴量の変換については,従来よりも変換精度の高いモデルが完成し,また,音声の音質変換においても,クリアな変換が実現された発音・発声障害者は,発音が不明瞭で言いたいことを相手にうまく伝えることが難しい.特に公共交通機関内や街中では,支援を必要とする機会が多いにも拘わらず,未だ十分な支援環境が整備されていない.発音・発声障害者の音声を聞き取り易い音声に自動変換できれば,これらの障害者の自立に大きく役立つのは間違いない.しかし,従来の音声変換法は,騒音や雑音がほとんどない環境を前提としたものが主であり,上記の実騒音環境下では適用が困難である.本研究では,実用化を念頭に,実騒音環境下における音声自動変換システムをソフトコンピューティング技術により開発し,発音・発声障害者の音声コミュニケーションの手段を確立する.本研究の目的は,発音・発声障害者の不明瞭な音声を健常者に近い明瞭な音声へ自動変換するシステムを,ソフトコンピューティング技術を用いて開発し,障害者の音声コミュニケーションの手段を確立することである.本課題の基礎となる音声特徴量の抽出,音声特徴量の変換については,従来よりも変換精度の高いモデルが完成し,また,音声の音質変換においても,クリアな変換が実現された発音・発声障害者は、発音が不明瞭で言いたいことを相手にうまく伝えることが難しい。特に公共交通機関内や街中では、支援を必要とする機会が多いにも拘わらず、未だ十分な支援環境が整備されていない。発音・発声障害者の音声を聞き取り易い音声に自動変換できれば、これらの障害者の自立に大きく貢献するのは間違いない。本研究の目的は、実用化を念頭に、たえず騒音や雑音が存在する実騒音環境下において、発音・発声障害者の音声を健常者の音声へ自動変換するシステムを、ソフトコンピューティング技術を用いて開発し、発音・発声障害者の音声コミュニケーションの手段を確立することである。本年度は、本システムの基礎となる音声の特徴量の特定、障害話者と健常話者間の音声特徴量間の関係、およびその変換可能性の基礎研究を行った。具体的には、音声の特徴量として、本年度はメルケプストラム係数を採用した。予備実験として健常話者の音声と、健常話者と同一内容で発声した擬似発音・発声障害者の不明瞭な音声を同時録音し、各録音音声のフレームごとのメルケプストラム係数の時間変化を観察した。その後、メルケプストラム係数間の関係を最初は近似的に線形システムで記述し、擬似発音・発声障害話者の音声ケプストラムを健常話者の音声ケプストラムへ変換した後、音声合成を行った。その結果、数単語の変換に成功した。現在、研究代表者らが既に開発している観測空間と特徴空間の情報を用いたクラス分類法(特許申請中)や、適応部分空間自己組織化マップ等を用いた雑音にロバストでより変換精度の高いシステムを開発中である。本研究の目的は,発音・発声障害者の不明瞭な音声を健常者に近い明瞭な音声へ自動変換するシステムを,ソフトコンピューティング技術を用いて開発し,障害者の音声コミュニケーションの手段を確立することである.本研究では,たえず騒音や雑音が存在する実騒音環境を想定し,周囲環境騒音の中で被験者の音声を,環境騒音に遮られることなく音声信号を摂取する方法として,骨導マイクを採用することにした.しかしながら通常,骨導音声(骨導マイクで収録した音声)は気導音声(通常のマイクで収録した音声)に比べると音質がいちじるしく劣化する.そのため,本年度はその音質改善のために,次の2つの実験を行った.1.自己組織化マップによる骨導音声の音質改善に関する実験被験者の片耳に,周辺雑音が混入しない片耳装着型骨導マイクを装着し,申請者らが開発した双子型自己組織化マップを用いて,骨導音声の音質を気導音声並みの音質へ改善した.2.局所音声変換モデルによる骨導音声の音質改善に関する実験骨導マイクにより収録した骨導音声の各フレームごとのメルケプストラム係数を,ニューラル・ガス・ネットワークによりクラスタリングを行い,それぞれのクラスごとに構成された局所音声変換モデルにより,高精度に気導音声へ変換した.従来の周波数領域におけるフィルタリング法やマッピングコードブックを用いた方法などと本手法を比較し,本手法による変換音声は,量子化歪が少ないことを確認した.本研究の目的は,発音・発声障害者の不明瞭な音声を健常者に近い明瞭な音声へ自動変換するシステムを,ソフトコンピューティング技術を用いて開発し,障害者の音声コミュニケーションの手段を確立することである.以下が本年度の研究実績の概要である.(1)新たな音声特徴量の抽出スパースコーディングを用いて音声信号の新たな特徴量の抽出を行い,より少ないパラメータで音声を表現することができるようになった.(2)発音・発声障害者の音声特徴量から健常者の音声特徴量への変換(1)変換速度の向上

音声特徴量の変換法として,我々は双子型自己組織化マップを用いた変換法を完成させていたが,本年度は実用化を念頭に,音声特徴量の変換において,入力側で音声分析をせず,双子型自己組織化マップの入力側すべてのユニットに線形部分空間を保持させた双子型部分空間自己組織化マップを新たに提案し,変換速度を従前の1/3に短縮した.(2)単語認識精度の向上本年度は,音声特徴量変換の計算量を低減させるため,音声特徴量間の変換マッピングコードブックをニューラルガスネットワーク(NGN)により量子化し,その際,変換精度の低下を抑えるために,クラスごとに構築した局所変換モデルを用いた.その結果,音声変換精度を評価したところ,変換精度の向上が確認されると共に,変換された音声に対して動的計画法(DP)マッチングによる単語認識を行ったところ,従前のモデルに比べて単語認識精度の向上も確認された.本研究の目的は,実用化を念頭に,たえず騒音や雑音が存在する実騒音環境下において,発音・発声困難者の音声を健常者の音声へ自動変換するシステムを,ソフトコンピューティング技術を用いて開発し,スムーズな音声コミュニケーションの手段を確立することである.そこで本研究では,騒音や雑音の影響を受けない骨導マイクの使用を前提に,発音・発声困難者の音声を骨導マイクで取得→発音・発声困難者の骨導音声を良質な音声へ変換→変換音声の音声認識→認識した音声を音声合成により発話,の手順で音声コミュニケーションの手段を確立する.骨導マイクは騒音に対して非常に強い耐性を持つ反面,帯域が狭く音質が著しく劣化してしまう.これらの骨導音声を音声認識するためには,まず,良質な音声に変換しなければならない.そこで,本年度は,音声特徴量として新たにデルタケプストラム,距離尺度としてマハラノビス距離,音声特徴量変換としてマッピングコードブックによる方法を用いて,骨導音声の音質改善を行い,本研究の仕上げとした.具体的には,変換すべき音声特徴量間の対応関係を1対1に修正した後,ニューラルガスネットワークにより音声特徴量の分類を行った.次に,分類された各クラス毎に複数の局所変換モデルを作成し,これらのモデルを適応的に選択することにより音声変換を行った.実験では,一人の話者が発話した17単語5組を用いて音声変換精度を評価した.実験では,本手法を用いることにより,一例として,量子化歪14.8dBを持つ骨導音声が,変換により量子化歪5dB以下にまでその音質が改善され,本手法の有効性が確認された.
仔稚魚種苗生産における超微粒子人工飼料の応用

アユ,ヒラメ,マダイなど増養殖魚のふ化後の餌料は、ワムシ,アルテミアなどの生物餌料に依存しているが、生物餌料の培養飼育には大規模な設備と労力を要するだけでなく、栄養的欠陥や病原体混入のため、仔稚魚の奇形や大量へい死を起す場合が多い。本研究は生物飼料に代わる超微粒子人工飼料を開発し、種苗生産レベルに応用できることを明らかにした。1.微粒子人工飼料における良質のタンパク質源を探すため、各種飼料素材のアミノ酸を分析し、仔稚魚の体構成アミノ酸パターンに近似したタンパク質源の配合を計算し、この配合に基づく微粒子飼料を製造した結果、アユ,ヒラメ,マダイ,ブリ,ホンモロコ,ニゴロブナの種苗生産は、成長、生残ともに良好であった。2.微粒子飼料によるヒラメ種苗生産では、ヒラメの白色化個体の出現が防止できた。3.微粒子飼料の栄養素中、溶出率の高いアスコルビン酸について、アユ,マダイ仔魚を用いて検討した結果、アスコルビン酸Na塩よりアスコルビン酸-2-リン酸エステルMg塩が溶出率低く、高い成長・生残率を示した。4.ヒラメ,アユ,コイ,ヘラブナ,チィラピア稚魚の必須アミノ酸を、高速液体クロマトグラフィーおよびラジオアナライザーにより決定した。5.微粒子飼料よりβ-カロチン,α-トコフェロール,カルシフェロール,メナジオンなどの脂溶性ビタミンが欠乏すると、アユ仔稚魚では、いずれも食欲不振,成長低下,脊椎・腎白化,脊椎弯曲,へい死などが出現した。6.仔稚魚は微粒子飼料中にリン脂質を必須成分として要求するが、仔稚魚体内リン脂質,フォスファチジルコリンの分子種を検討した結果、20:5w3、22:6w3などw3系高度不飽和脂肪酸を含むことが証明された。
偶蹄類の葉状骨の形成と骨単位へのリモデリングに関する比較形態学的研究

偶蹄類の四肢長骨は、ウシ(胎齢3・9ヶ月、生後0日、1・2・12年齢)、ヤギ(生後3・5年齢)、ブタ(生後0・8日、1・2・6ヶ月齢)、ヒツジ(生後0日、1ヶ月、1年齢)を収集した,観察は光顕、偏光、走査電顕、反射電子、透過電顕で行った。ウシは、胎齢3ケ月で軟骨棒原基周囲を年輪状に積層する34層の葉状骨が形成され、生後0日齢で2526層を示し、加齢に伴い増加した。生後1年齢で、葉状骨からなる緻密骨の骨髄側1/3の領域に、基質の吸収および新生が行われている部分が散在性に観察され、ハバース骨への移行が始まるが、生後12年齢でも葉状骨が残存した。葉状骨構造の中心部bright lineは石灰化度が高く、やや大型で疎な顆粒状構造のの集積と微細な線維構造が観察された。このlineの形成後、woven bone、次にlamellar boneがbright lineを挟み込むように添加した。添加量は骨髄側に強く現れた。bright lineには骨細胞はあまり認められないが、通常の骨細胞と比べ細胞小腔の容積が大きく、基質形成能力の相違が推察された。元素分析ではbright lineに比較的多量のNaとSが検出された。このようなbright lineは、Van Gieson染色でコラーゲン線維に対し陽性反応を示さなかった。H.E、AZAN染色では染色性が異なり、若い葉状骨は、toluidin blue染色で違いを示した。しかし、resorcin-fuchsin、alcian blue染色には陰性だった。しかし、bright lineをつくる微細線維と顆粒の有機成分を特定することはできなかった。ヤギ、ブタ、ヒツジの四肢長骨の形成も、ヒトやラットとは異なり、出産後、葉状骨の構造を示す急速な骨の添加成長を行い、しばらくの間は、オステオンからなるハバース骨への移行は認められなかった。その移行はブタで早く、大型のウシでは最も遅いことが明らかにされた。偶蹄類の四肢長骨は、岩手大学・農学部の協力を得て、ウシ(胎齢3・9ヶ月、生後0日、1・2・12年)、ヤギ(生後3・5年)、ブタ(生後0・8日、1・6ヶ月)、ヒツジ(生後0日、1ヶ月、1年)を収集している。非脱灰切片はリゴラック樹脂に包埋し、軟X線像などで観察、脱灰切片は水溶性テクノビット樹脂に包埋し、12μの切片とし種々の染色を施し観察中である。ウシでは、胎齢3ヶ月齢で34層の葉状骨を観察することができ、生後0日齢で2526層に達する。さらに、加齢を伴い、年輪状に外側へ層を添加し、骨の太さの成長を行う。葉状骨の間隙は、血管腔隙を残すのみとなるまで、形成は続くが、骨基質内部に吸収像は認められない。生後1年齢で初めて、葉状骨からなる緻密骨の内部(骨髄側)1/3の骨基質領域に、基質の吸収および新生が行われている部分が散在性に出現し、ハバース層板骨系への移行が始まることが判明した。しかし、生後12年齢のウシでも葉状骨を観察することができ、この構造は終生存在するかもしれない。

走査電顕・分析電顕観察では、葉状骨の中心部にbright lineがまず形成され、次にwoven bone、lameller boneがbright lineを上下より挟み込むように添加していき、その傾向は骨髄側に強く現れていた。さらに、bright linに存在する骨細胞とwoven bone、lameller boneに存在する骨細胞は細胞の容積が異なり、両者は基質形成能力に相違があることが示唆された。bright lineはやや大型で顆粒状の有機性成分の集積により形成され、非常に石灰化度が高いことも証明された。現在、岩手大学・農学部にて若年齢ウシを購入し、ラベリングを施す予定である。この研究により、葉状骨の形成および添加、形成までの時間、さらにその骨代謝をより詳細に、解明できるものと考えている。偶蹄類の四肢長骨は、ウシ(胎齢3・9ケ月、生後0日、1・2・12年齢)、ヤギ(生後3・5年齢)、ブタ(生後0・8日、1・2・6ケ月齢)、ヒツジ(生後0日、1ケ月、1年齢)を収集した。観察は光顕、偏光、走査電顕、反射電子、透過電顕で行った。ウシは、胎齢3ケ月で軟骨棒原基周囲を年輪状に積層する34層の葉状骨が形成され、生後0日齢で2526層を示し、加齢に伴い増加した。生後1年齢で、葉状骨からなる緻密骨の骨髄側1/3の領域に、基質の吸収および新生が行われている部分が散在性に観察され、ハバース骨への移行が始まるが、生後12年齢でも葉状骨が残存した。葉状骨構造の中心部bright lineは石灰化度が高く、やや大型で疎な顆粒状構造のの集積と微細な線維構造が観察された。このlineの形成後、woven bone、次にlamellar boneがbright lineを挟み込むように添加した。添加量は骨髄側に強く現れた。bright lineには骨細胞はあまり認められないが、通常の骨細胞と比べ細胞小腔の容積が大きく、基質形成能力の相違が推察された。元素分析ではbright lineに比較的多量のNaとSが検出された。このようなbright lineは、Van Gieson染色でコラーゲン線維に対し陽性反応を示さなかった。H・E、AZAN染色では染色性が異なり、若い葉状骨は、toluidin blue染色で違いを示した。しかし、resorcin-fuchsin、alcian b1ue染色には陰性だった。しかし、bright lineをつくる微細線維と顆粒の有機成分を特定することはできなかった。ヤギ、ブタ、ヒツジの四肢長骨の形成も、ヒトやラットとは異なり、出産後、葉状骨の構造を示す急速な骨の添加成長を行い、しばらくの間は、オステオンからなるハバース骨への移行は認められなかった。その移行はブタで早く、大型のウシでは最も遅いことが明らかにされた。
航空機搭載合成開口レーダ(SAR)画像による都市の脆弱性評価に関する研究

2003年5月に発生したアルジェリア地震において,都市域を観測した偏波方向の異なる2つの人工衛星SARデータが取得できたので,本年度は高分解能を有する衛星画像の解析に重点を置いた。航空機SARデータと比較すると解像度がやや低いものの,地震前後を観測した貴重なデータセットであるため,画像内の建物群の特徴把握や被害地域の抽出を検討することで,脆弱性の評価を行った。アルジェリア地震ではVV偏波を持つERS衛星(分解能30m)とHH偏波を持つRADARSAT衛星(分解能8m)が地震前後にブメルデス市を観測している。分解能の違いが衛星画像に与える影響は明らかで,8m分解能のRADARSAT画像からは建物の配置や大きさがおおよそ判読できるものの,30m分解能の画像からは大きな建物以外は判読困難であった。やや中層建物がほとんどを占めるブメルデス市では強度情報から判断した偏波の違いによる影響は大きくはないことがわかった。さらに,地震前後の画像から建物の被害判読の可能性を検討し,兵庫県南部地震でのデータセットに基づき構築した被害抽出手法を適用したところ,1999年トルコ地震や2001年インド地震などの他の被害地震での結果と同様に,街区レベルでの被害抽出は可能であった。以上の検討から,個々の建物における後方散乱特性は,レーダ照射方向に対する建物の配置などの条件に依存し,極めて複雑であることがわかった。従って,建物属性や被害などの情報を抽出する汎用的な方法を構築することは容易ではないことが確認できた。しかし,ある程度の広がりをもった地域(街区など)について平均的な特徴を見いだすことは可能であった。(1)SAR画像の収集:通信総合研究所と宇宙開発事業団が取得した膨大な量の航空機搭載SAR画像から都市域を観測したものを選定し,多偏波強度画像などを出力し,建物群のマイクロ波後方散乱特性について定性的な知見を得た。対象地域は西新宿と神戸主要部である。また,以降で示す解析のために人工衛星データも収集した。これらのデータを格納するための大容量ハードディスクを備えたPCを購入した。(2)入射角の影響評価:SARはプラットフォームから斜め下方にマイクロ波を照射するシステムであるため,低高度を飛行する航空機搭載SARは航空機からの距離によってマイクロ波の入射角が異なる。そのため,画像の位置によっては観測条件が同じとはいえない。均一な建物群が照射方向と平行にかつ広域に存在する場合には,入射角の違いが建物群での後方散乱特性に与える影響を評価できるが,そのような都市環境条件は現実的ではない。そこで,同じ地域を他種類の入射角で観測した人工衛星の画像を用いて入射角の影響を評価した。対象はトルコのイズミットで1999年の大地震で被害を受けた地域である。使用した画像は入射角23度のERS衛星が2シーン,入射角が可変のRADARSAT衛星が3シーン(入射角は24度,33度,43度)である。まず,これらの画像を目視および画素情報に基づいた面積相関法によって位置合わせを行いSAR画像のデータセットを作成した。そして,Landsat衛星画像から最尤法によって土地被覆分類を行い,分類画像とSARデータを重ね合わせ,土地被覆ごとに後方散乱特性を検討した。その結果,都市域以外の地域では入射角が異なる画像同士の相関が低く,入射角が異なると得られる画像の特徴は全く異なることがわかった。都市域では入射角が大きくなると後方散乱強度はやや低下するものの,入射角が異なる画像同士の相関性も比較的高いことがわかった。
計算科学による分子自動探索技術の開発と次世代太陽電池への応用

これまでエネルギー問題の解決を目指し、計算科学を用いて膨大な数の太陽電池材料候補が検討されてきたが、ブレークスルーとなる特定の物性を示す材料は発見されてこなかった。これは、特定の物性を示す材料候補を効率的に探索する、いわゆる、逆問題アプローチに基づく材料探索は行われてこなかったことに起因する。そこで、本研究では、これまで申請者が研究開発してきた自動探索スキームを基盤に、特定の物性を示す分子を自動探索可能なプラットフォームを開発する。さらに、次世代太陽電池材料である有機薄膜太陽電池に適用し、新材料開発を通してエネルギー問題の解決を推進する。
河川水のストロンチウム同位体比分布図に基づいた淡水魚移動履歴研究手法の開発

野生の魚類の行動パターンや生息範囲を明らかにすることは、その生態や生態系における役割を理解し、適切な管理を行うために不可欠である。河川水のストロンチウム同位体比の地理的な分布と、生息環境由来のストロンチウム同位体比値が生涯にかけて反映される魚類の耳石という硬組織を用いて行う研究手法は、魚類の生涯にわたる移動履歴を復元できる有力な手法だ。本研究課題では、主に河川の淡水域で使われてきたこの手法を用いて、汽水域にも生息するトゲウオ科の特徴的な回遊行動や生息範囲を明らかにする研究を行った。本年度は、北海道厚岸湾沿岸域の汐見川の淡水汽水域に生息するトゲウオ科イトヨ属イトヨを対象に研究を行った。この河川には、海と河川間を回遊する遡河型と河川残留型のイトヨが同所的に生息していると考えられているが、回遊のタイミングや異なる生活史型間の河川内での生息範囲の違い等、未解明な点は多い。そこで、耳石の解析からそれらの生息範囲や行動の違いを検証した。まず、同所的あるいは異所的に生息する2つの生活史型のイトヨおよびニホンイトヨ(イトヨ属の遡河型のみの種)の耳石の重さと形態を比較した。結果、遡河型であると確認された個体は、体長に対する耳石の重さや、耳石の形態に関して残留型と思われる個体とは異なる点がみられた。これは、回遊行動の有無を反映していると考えられ、今後の詳細な比較の必要性が明らかとなった。次に、イトヨの汽水海水間の移動履歴を調べるために、分析精度の高いTIMSによるストロンチウム同位体比分析を検討した。マイクロミルを用いて耳石切片の微小領域の切削し、試料回収を試みたが、イトヨの耳石が小さく、形態の個体差も大きかったため、全ての耳石に対して割らずに統一的な領域を切削することは難しく、方法を検討する必要がある。この課題点を解決できれば、イトヨの回遊行動に関する重要な知見を得ることができるだろう。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。野外における魚類の行動パターンや生息範囲を明らかにすることは、その生態や生態系における役割を理解し、適切な管理を行うために不可欠である。河川水のストロンチウム同位体比の分布に基づく魚類の移動履歴研究手法は、魚類の生涯の移動を評価できる有力な手法である一方で、使用に際して様々な制限がある。本研究課題では、この手法の新たな使用例を示すことを目的に、トゲウオ科の生息範囲に関する研究を行った。トゲウオ科の耳石は非常に小さく扱いが難しいことから、耳石のストロンチウム同位体比による研究は行われてこなかった。2017年度は、北海道厚岸町の汐見川に同所的に生息しているトゲウオ科トミヨ属3種に対し、その生息範囲の違いに関する研究を行った。まず、ICP-MS、イオンクロマトグラフィー装置、TIMSを用いることで、汐見川の水のSr、Na、Cl等の濃度およびストロンチウム同位体比を分析し、汐見川においてストロンチウム同位体比が塩分濃度の指標となることを明らかにした。次に、トミヨ属及びイトヨ属の小さい耳石に対し、試料切断研磨装置およびマイクロミルを用いることで、耳石の成長線に沿って24の微小区画に切削して試料を回収した。そして、回収した微量の試料がストロンチウム同位体比の分析に足りることを確認した。その後、トミヨ属3種の耳石を微小区画に切削してストロンチウム同位体比を分析し、その値の差を検出することで、3種が生息してきた生息地の塩分濃度域が異なることを明らかにした。この研究成果は、トミヨ属の生態に関する新たな知見を提供するだけでなく、汽水環境に生息する魚類の生息塩分濃度範囲やその変化を評価する手法としての新たなストロンチウム同位体比の使い方を示すものであると考えられる。2017年度に、トゲウオ科の小型の耳石を成長方向に沿って切削し、ストロンチウム同位体比を分析する方法を確立することができたため、今後のトゲウオ科に関する研究はスムーズに遂行できるものと考えられる。加えて、2017年度に得られた北海道厚岸町のトミヨ属3種の生息場所の違いについての成果は早急に論文としてまとめることができる。また、2018年度に行う予定である、イトヨの汽水ー海洋間の回遊行動等に関しても、サンプリングや予備実験などを進めており、今後の成果が期待できる。

この河川には、海と河川間を回遊する遡河型と河川残留型のイトヨが同所的に生息していると考えられているが、回遊のタイミングや異なる生活史型間の河川内での生息範囲の違い等、未解明な点は多い。そこで、耳石の解析からそれらの生息範囲や行動の違いを検証した。まず、同所的あるいは異所的に生息する2つの生活史型のイトヨおよびニホンイトヨ(イトヨ属の遡河型のみの種)の耳石の重さと形態を比較した。結果、遡河型であると確認された個体は、体長に対する耳石の重さや、耳石の形態に関して残留型と思われる個体とは異なる点がみられた。これは、回遊行動の有無を反映していると考えられ、今後の詳細な比較の必要性が明らかとなった。次に、イトヨの汽水海水間の移動履歴を調べるために、分析精度の高いTIMSによるストロンチウム同位体比分析を検討した。マイクロミルを用いて耳石切片の微小領域の切削し、試料回収を試みたが、イトヨの耳石が小さく、形態の個体差も大きかったため、全ての耳石に対して割らずに統一的な領域を切削することは難しく、方法を検討する必要がある。この課題点を解決できれば、イトヨの回遊行動に関する重要な知見を得ることができるだろう。当初の計画に含まれる、地質情報に基づく河川水のストロンチウム同位体比の予測分布図の作成については、実際にトゲウオ科魚種に対して、耳石による移動履歴研究を行うことで初めて見えてくる課題(例えば河川水のストロンチウム同位体比の時間的な変動の評価方法等)があったことから、トゲウオ科魚種の行動や生息範囲に関する研究を優先して行う計画に変更した。今後は、耳石のストロンチウム同位体比を用いて、イトヨ属の汽水ー海水間の回遊行動や、河川内での季節的な移動行動を解明する研究に着手するとともに、既に得られている成果の論文化を進めていく。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
髄液中interleukin6およびその可溶性リガンドの動態に関する研究

昨年度は、Glioblastoma細胞株T98Gが、HSV1感染によりinterleukin6(IL6)の産生が増強される可能性が示された。その後の検討で、IL6産生刺激はHSV1ウイルス感染そのものではなく、ウイルス溶液中に混入している物質であることが判明した。すなわち,T98G細胞株はHSV1ウイルス感染ではIL6を産生しないが、同時に何らかの刺激が加われば、ウイルス感染下でIL6を産生しうることが明らかとなった。また、T98Gは低濃度のLPS刺激では、IL6産生がわずかに増強するが、同濃度のLPSで刺激した単核球分画の培養上清でIL6産生量が有意に上昇すること、さらにLPS刺激好中球培養上清中にも同様の活性を認めた。以上の結果は,Astrocytoma細胞株U373株でも認められた。従って、脳内glia細胞は、HSV1ウイルス感染そのものでは、IL6産生は誘導されず、何らかのmediatorを介してIL6産生が促されると思われる。また、細菌感染においては、LPS刺激そのものだけではなく、LPS刺激により単核球や好中球から放出されるmediatorがLPSと相乗的に作用してIL6産生を誘導することが示された。炎症の初期に遊走してくる好中球がIL6産生反応に積極的に関与していることが示された点は、注目に値する。一方、髄液中のsolubleIL6receptorに関しては、immunoreactiveIL6に加えてbiological active IL6Rも検出できた。したがって髄液中sIL6RはIL6と結合出来ると推定された。しかし,髄液をゲル濾過し溶出した分画では、IL6とsIL6との結合物を検出出来なかった。従って実際の髄液中では、ごく一部のsIL6とIL6が会合し複合物を形成しているものと推定された。すなわち、T98G細胞株はHSV1ウイルス感染ではIL6を産生しないが、同時に何らかの刺激が加われば、ウイルス感染下でIL6を産生しうることが明らかとなった。以上の結果は、Astrocytoma細胞株U373株でも認められた。
ヒストンエピジェネティクスに注目したｉＰＳ細胞の多能性を評価する分子指標の同定

iPS細胞の臨床応用のために必須である「iPS細胞の質の評価」を分子レベルで可能にするため、細胞株間の質、特に分化多能性と関連する分子的特徴を解析した。ヒストン修飾に注目して分化能の程度が異なる細胞株間の比較や薬剤処理による多能性回復過程における解析を行い、活性型ヒストン修飾がiPS細胞の多能性の程度と関連し得ることを示した。さらにヒストン修飾関連因子のうちc-Mycと特定のHDACが標的ヒストン修飾や細胞の分化状態に影響を与える可能性を示した。これらの相関はES細胞ではみられなかった。また、複数のiPS細胞のゲノムを詳細に解析し分化能の違いはゲノム安定性の差によるものではないことを確認した。iPS細胞の臨床応用のために必須である「iPS細胞の質の評価」を分子レベルで可能にするため、本研究ではiPS細胞株間の質、特に分化多能性の程度と関連し得る分子的特徴を解析した。「分化能に差があるiPS細胞株間におけるヒストン修飾の比較」及び「薬剤(TSA)処理の多能性への影響と多能性回復過程におけるヒストン修飾の解析」を行った結果、高い分化能を有するiPS細胞の分子的特徴としてヒストンのアセチル化等の活性型修飾が亢進傾向にあることがわかった。また、完全な多能性を示さないiPS細胞株をTSAで処理すると分化能の回復がみられ、TSA処理直後に一時的にヒストンの活性型修飾が増加することがわかった。以上の結果より、活性型ヒストン修飾がiPS細胞の多能性の程度と関連し得ることが示された。当初、分化能に差がある細胞株間における標的ヒストン修飾のゲノムワイド解析を計画していたが、ここまでに得られた結果をもとに計画を変更し、高い分化能を示す細胞にみられる活性型ヒストン修飾の亢進が何に起因しているのかに注目して研究を進めた。各細胞株間におけるc-Mycやヒストン修飾関連因子の発現を調べ標的の活性型ヒストン修飾との関連を検討した結果、このヒストン修飾とc-Myc及び特定HDACの発現レベルとの間に顕著な相関関係があることがわかった。また、この相関はiPS細胞でのみみられES細胞ではみられなかった。さらに、特定HDACの強制発現やノックダウン実験により、このHDACが細胞の分化状態に影響を与える可能性が示された。また、複数のiPS細胞のゲノムを詳細に解析して高分化能を示す株においても多数の点突然変異が存在することを明らかにし、分化能の違いはゲノム安定性の差によるものではないことを確認した。本研究の成果は、将来的にiPS細胞の評価やiPS化のメカニズムの解析に大きく貢献するものと期待される。本研究課題は、iPS細胞の臨床応用に必須である「iPS細胞の質の評価」を可能にするため、iPS細胞クローン間の多様性、主に分化能と関連し得る分子指標をヒストンエピジェネティクスに注目して模索するものである。本年度は研究実施計画に基づき、以下のような成果を得た。1、iPS細胞の分化能に対するTSAの影響を調べるため、完全な多能性をもたないiPS細胞株(3F-iPS)をTSAで処理することによる多分化能の変化を調べた。TSA処理の条件(細胞数・TSA処理時間・タイミング)を検討し、コロニーの形態が良く、未分化状態が維持されている処理条件を決定した。これらの処理による3F-iPS細胞の分化能の変化をキメラマウス作製効率によって調べ、TSA処理によってiPS細胞の寄与率の高いキメラマウスが作製できることを示した。2、iPS細胞株間のヒストン修飾レベルの比較を行うため、本研究室で樹立し多分化能の評価を行ったiPS細胞株ライブラリーを用いて各ヒストン修飾を検出した。まずは、様々なヒストン修飾抗体を用いて分化能に差がみられる3F-iPS細胞と4F-iPS細胞間で差があるヒストン修飾をスクリーニングした。そして、クローン間で差がある可能性の示されたヒストン修飾について、複数の3F-iPS、4F-iPS細胞とES細胞間でそのシグナル強度を比較した。その結果、高い分化能を示す4F-iPS細胞でのみヒストンH3、H4のアセチル化等の活性型修飾が亢進している傾向にあることがわかった。さらに、TSA処理による多分化能の回復過程におけるヒストン修飾の変化を調べた結果、TSA処理の直後に一時的にヒストンの活性型修飾が増加していることがわかった。これらの結果より、活性型ヒストン修飾、とくにアセチル化がiPS細胞の多能性の程度と関連し得る分子指標のひとつの候補となることが示された。

交付申請書の研究目的に記載した「iPS細胞の分化多能性の差に対応する可能性のある分子マーカーの同定」を目指して、平成24年度に計画していた「薬剤処理によるiPS細胞の多能性への効果と多能性回復過程におけるヒストン修飾の解析」および「分化能に差がみられるiPS細胞株間におけるヒストン修飾の比較」を計画通りに行った。そして、高い分化多能性を有するiPS細胞の分子的特徴として、ヒストンのアセチル化等の活性型修飾が亢進傾向にあることを明らかにした。これらの成果により、平成24年度の目標であった「iPS細胞の多能性の程度と関連し得る分子指標の候補の探索」が達成され、研究目的の達成に向けて順調に進展していると言える。今後は、質の異なるiPS細胞株間を見分ける分子指標の候補であるヒストン修飾について再検討すると共に、そのような株間に見られる多様な分子的特徴が何に起因しているのかに注目していきたい。平成25年度の研究計画では、「候補となったヒストン修飾のゲノム上の位置やその変動パターン」を明らかにすることによって、多能性に関わる可能性のある分子指標をゲノム上の特定部位にまで絞っていきたいと考えていたが、今回明らかになったiPS細胞株間で差が見られたヒストン修飾は広範囲にわたって比較的ブロードに存在していると予想され、また同様な分化能を示すiPS細胞株間においても修飾レベルの強度に若干のバラつきが見られるため、分化能と対応するようなゲノム上の特定位置におけるヒストン修飾の有無や特徴的なパターンを探ることは困難であると考えた。そこで、今後は、研究計画に記載したChIP-seq解析による、分化能に差がある細胞株間における標的ヒストン修飾のゲノムワイド解析を試みる一方で、高い分化能をもつ細胞でみられた活性型ヒストン修飾の亢進を引き起こしている因子(ヒストン修飾関連因子)の探索とその挙動に注目して研究を進めていきたいと考えている。また、研究計画に記載の通り、各細胞株間におけるc-Mycの発現を調べ、標的の活性型ヒストン修飾との関連を検討する。また、多能性に差がみられる複数のiPS細胞株をヒストンエピジェネティクスに注目して比較する上で、その前提として各iPS細胞株のゲノムの安定性とその多様性について知ることが重要であることを再認識した。今後はそのような点にも注意を払いながら、iPS細胞の分化能に関わる分子指標および分子的特徴を解析していく予定である。該当なし
慢性疼痛における知覚神経特異的Naチャンネルの役割解明―アデノウイルスベクターによる分子生物学手法を用いて―

近年、動物を使った実験的疼痛モデルにおいて、痛覚伝達に関与する末梢および中枢神経系の種々な機能的、構造的変化が伴うことが、少しずつ解明されてきた。特に、感覚神経特異的(Sensory-Neuron-Specific : SNS)Naチャンネルの炎症性および神経因性疼痛における役割について注目されている。SNS-Naチャンネルは、後根神経節(DRG)と三叉神経節の細い神経線維(C線維)に特異的に発現するテトロドトキシン抵抗性(TTXr)の電位依存性Naチャンネルであり、1996年にWoodらのグループにより最初にクローニングされ、その一次構造は解明されている(Akopianetal. Nature1996)。最近、このNaチャンネルの発現増加や機能的な変化が、侵害性刺激に対する過敏反応(痛覚過敏)疼痛閾値の低下(アロデイニア)の発症に関与していることが示唆されている。本研究では、このような痛覚伝達に関与するNaチャンネルやリガンドgated受容体の基本的な薬理学的な評価をすべくアフリカ卵母細胞に発現させた。アフリカ卵母細胞でのNaチャンネルの発現が不十分であったため、慢性疼痛での痛覚伝達に重要なリガンドgated受容体であるNMDA受容体と5-HT3受容体との麻酔薬(全身麻酔薬と局所麻酔薬)やその他(抗生剤)との相互作用に焦点を変えて研究を行った。全身麻酔薬は、その種類によって5-HT3受容体の機能を増強したりあるいは抑制することが明らかになった。局所麻酔薬は、NMDA受容体の機能を抑制するが、その種類によってNMDA受容体の作用部位が異なることをアミノ酸残基の点変異研究で明らかにした。特に、感覚神経特異的(Sensory-Neuron-Specific:SNS)Naチャンネルの炎症性および神経因性疼痛における役割について注目されている。SNS-Naチャンネルは、後根神経節(DRG)と三叉神経節の細い神経線維(C線維)に特異的に発現するテトロドトキシン抵抗性(TTXr)の電位依存性Naチャンネルであり、1996年にWoodらのグループにより最初にクローニングされ、その一次構造は解明されている(Akopianetal,Nature 1996)。最近、このNaチャンネルの発現増加や機能的な変化が、侵害性刺激に対する過敏反応(痛覚過敏)や疼痛閾値の低下(アロデイニア)の発症に関与していることが示唆されている。今年度は、我々は、Wood博士より、SNS-Naチャンネルのクローンを供与され、このNaチャンネルの基本的な薬理学的な評価をすべくアフリカ卵母細胞に発現させた。臨床上、慢性疼痛に使用される局所麻酔薬やテグレトール等のNaチャンネルブロッカーのSNA-Naチャンネルへの作用を検討中である。また、ラットにおける実験的慢性疼痛モデル(Chungモデルおよびカラギーナンモデル)を作製し、基本的な慢性疼痛評価法を確立し、神経細胞へのin vivo導入の可能なアデノウイルスを用いて、SNS Naに対する相補的DNA(アンチセンス)にてSNS NaチャンネルのmRNAレベルで抑制したり、あるいはSNS-Naチャンネルの全シークエンスDNAを挿入してSNS-Naチャンネルの発現を増加させる(チャンネルレスキュー)実験の準備が整いつつある。

SNS-Naチャンネルは、後根神経節(DRG)と三叉神経節の細かい神経線維(C線維)に特異的に発現するテトロドトキシン抵抗性(TTXr)の電位依存性Naチャンネルであり、1996年にWoodらのグループにより最初にクローニングされ、その一次構造は解明されている(Akopianetal,Nature 1996)。最近、このNaチャンネルの発現増加や機能的な変化が、侵害性刺激に対する過敏反応(痛覚過敏)や疼痛閾値の低下(アロデイニア)の発症に関与していることが示唆されている。今年度、我々はWood博士よりSNS-Naチャンネルのクローンを供与され、このNaチャンネルの基本的な薬理学的な評価をすべくアフリカ卵母細胞に発現させた。臨床上、慢性疼痛に使用される局所麻酔薬やテグレトール等のNaチャンネルブロッカーのSNS-Naチャンネルへの作用を検討し、ラットにおける実験的慢性疼痛モデル(Chungモデルおよびカラギーナンモデル)を作製し、基本的な慢性疼痛評価法を確立し、神経細胞へのin vivo導入の可能なアデノウイルスを用いて、SNS-Naに対する相補的DNA(アンチセンス)にてSNS-NaチャンネルのmRNAレベルで抑制したり、あるいはSNS-Naチャンネルの全シークエンスDNAを挿入してSNS-Naチャンネルの発現を増加させる(チャンネルレスキュー)実験を行う予定であった。Naチャンネルの発現実験が不安定であったが、局所麻酔薬と他の受容体(5 HT3等)の相互作用を明らかにすることができた。
イオン性ミセル水溶液の全緩和挙動解析

界面活性剤は水溶液中でミセルと呼ばれる分子集合体を形成する。ミセルは柔軟性に富んだ微細な構造物で、添加剤の有無や温度、濃度の変化で、その形態を球状から紐状へと変化されることがある。本研究ではイオン性の界面活性剤をはじめ、アミンオキシド系のヘッドグループを有する中性の界面活性剤が水中で形成するミセル中で生じる分子運動やミセル自体の運動を広範囲の周波数域あるいは時間域で測定し、ミセル系に存在する全ての緩和モードを明らかにすることを目的とした。1M20GHzの高周波数域の緩和モードの測定には誘電緩和測定法を用いた。誘電緩和測定法は電気双極子の存在が敏感に検出され、永久双極子の場合はその回転緩和時間が、誘起双極子の場合は誘起に必要な時間が正確に測定される。カチオン性の界面活性剤の臭化セチルトリメチルアンモニウムは水溶液中で球状のミセルを形成するが、ミセル中でセチルトリメチルアンモニウムイオンと臭化物イオンがイオン対を形成し、それが約1ナノ秒程度の回転緩和時間を有していることが見い出された。このイオン対が有する双極子モーメントの大きさからイオン間の距離を見積った値は、ヘッドグループがミセル表面で占有する面積から求めたものと妥当な一致を示した。さらに、ドデシルジメチルアミンオキシドの水溶液に臭化素水を添加してヘッドグループを徐々にイオン化すると、中性の界面活性剤が生成するミセルからイオン性の界面活性剤の形成するミセルへと変化する過程が詳細に追跡できた。中性状態のミセル中でアミンオキシドが有する双極子モーメントの大きさはトリメチルアミンオキシドのものとほとんど同じで、その緩和時間は0.1ナノ秒程度であったが、イオン化度を上げると双極子モーメントの大きさはセチルトリメチルアンモニウムイオンと臭化物イオンが形成するイオン対のものと同程度になり、緩和時間も大幅に伸びることが明らかになった。イオン性の界面活性剤分子はミセルと呼ばれる分子集合体を形成する。ミセルは柔軟性に富んだ構造体で、添加物の有無でその形態を球から紐状へと変化させる。本研究では主に誘導緩和測定を用い、ミセル内外での電荷分布の不均一や界面活性剤イオンと対イオンの間に形成されるイオン対の回転と並進運動に関する情報を正確に検出して、ミセル系での全ての緩和モードを解析することを目的とした。本年度の成果としてまず、今まで困難であった高い直流伝導度を有する水溶液系試料の高精度誘電緩和測定システムを構築することができた。このシステムでは電極分極が原理的に問題にならない四電極法を採用し、さらに高い直流電気伝導成分をハード上で除いた後のデータを解析する方法を用いた。構築された新システムは直流から100kHz程度の周波数帯域と高いS/N比を有することが確かめられた。このシステムは今まで測定が困難であった多くの水溶液系試料の誘電緩和挙動を明らかにできる可能性が高く、低周波数域におけるミセル水溶液試料の正確な誘電緩和測定も期待される。また、本年度導入した誘電体プローブ測定システムは50MHz20GHzの周波数帯域の高速誘電緩和挙動を検出できる。カオチン性界面活性剤、臭化セチルトリメチルアンモニウム、の水溶液を広範囲の濃度で調製し、そのシステムで誘電緩和スペクトルを測定した。その結果、0.5M程度までは誘電緩和スペクトルの周波数依存性が本質的に変化せず、おおむね単一緩和(デバイ型分散)であることが分った。

ミセル中で界面活性剤イオンと対イオン間に形成されるイオン対の回転緩和時間が誘導緩和測定で観測されると考えられるので、0.5M程度まではミセルの形態がさほど変化せず、ミセル中での分子運動の速さも大きく変化しないことが明らかになった。この結果は中性子散乱によるミセル形態の研究結果とも良く対応した。界面活性剤は水溶液中でミセルと呼ばれる分子集合体を形成する。ミセルは柔軟性に富んだ微細な構造物で、添加剤の有無や温度、濃度の変化で、その形態を球状から紐状へと変化されることがある。本研究ではイオン性の界面活性剤をはじめ、アミンオキシド系のヘッドグループを有する中性の界面活性剤が水中で形成するミセル中で生じる分子運動やミセル自体の運動を広範囲の周波数域あるいは時間域で測定し、ミセル系に存在する全ての緩和モードを明らかにすることを目的とした。1M20GHzの高周波数域の緩和モードの測定には誘電緩和測定法を用いた。誘電緩和測定法は電気双極子の存在が敏感に検出され、永久双極子の場合はその回転緩和時間が、誘起双極子の場合は誘起に必要な時間が正確に測定される。カチオン性の界面活性剤の臭化セチルトリメチルアンモニウムは水溶液中で球状のミセルを形成するが、ミセル中でセチルトリメチルアンモニウムイオンと臭化物イオンがイオン対を形成し、それが約1ナノ秒程度の回転緩和時間を有していることが見い出された。このイオン対が有する双極子モーメントの大きさからイオン間の距離を見積った値は、ヘッドグループがミセル表面で占有する面積から求めたものと妥当な一致を示した。さらに、ドデシルジメチルアミンオキシドの水溶液に臭化素水を添加してヘッドグループを徐々にイオン化すると、中性の界面活性剤が生成するミセルからイオン性の界面活性剤の形成するミセルへと変化する過程が詳細に追跡できた。中性状態のミセル中でアミンオキシドが有する双極子モーメントの大きさはトリメチルアミンオキシドのものとほとんど同じで、その緩和時間は0.1ナノ秒程度であったが、イオン化度を上げると双極子モーメントの大きさとはセチルトリメチルアンモニウムイオンと臭化物イオンが形成するイオン対ののもと同程度になり、緩和時間も大幅に伸びることが明らかになった。
天然資源利用の価値・効率・環境影響に着目した循環経済の計測手法の開発

従来のリサイクル率等の指標では計測できないシェアリング・マニュファクチャリング等を含む循環経済の新たな概念・取り組みに対する新たな指標の開発を目的として、a)天然資源が採取され最終処分されるまでに生み出す価値の計測手法、b)資源効率を高める様々なアプローチの個別計測手法、c)天然資源利用の削減による環境影響の削減効果の計測手法、を開発する。supply-driven型のモデルを援用して天然資源の「生涯」にわたって生み出される価値を推計する手法を開発する点、資源効率の構造分解にもとづいて資源効率を高める様々なアプローチの個別計測手法を開発する点に独創性・新規性がある。