hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
外部反射法によるポルフィリン類の液液界面吸着体のその場測定と界面配向

(2)ドデカン-4 M H_2SO_4系では全(H_2P)_oがプロトン化して(H_4PX_2)_<n.i>と水溶性化学種H_4P^<2+>_<aq>を生じた.界面分子密度[H_4PX_2]_iに対する各バンドの反射吸光度の関係は,界面吸着状態が単層から異なる反射係数をもつ多層への変化を示唆した.(3)ドデカン-4 M H_2SO_4系における飽和界面分子密度は1.20×10^<-10>mol cm^<-2>と見積られ,ピロール環の界面法線からの傾斜角は47°と算出された.2.メソ-フェニルグループにオルト-位置換基を持つ親油性テトラフェニルポルフィリン誘導体では会合体が見られなかった.酸型のテトラ-p-トルイルポルフィリンは幾つかの会合体を形成した.分子会合はフェニルグループが回転して平面型分子構造となる性質に依存することを示唆している.3.試作の角度可変装置を用いて反射スペクトルの角度依存性を検討した.p-偏光PIRスペクトル中に正と負のバンドが,p-偏光ERスペクトルのバンドに対応しつつ逆符号で観測された.これらのことは,p-PIR分光法の界面選択則がp-ER分光法のそれとは逆のルールを有し,PIR分光法もまた分子配向の解析に用い得ることを示唆する.本研究は,考案・作製した反射測定装置を用いて酸型ポルフィリンの液液界面吸着状態を解析し,この方法を実用的なin situ測定法として確立することにより,「液液界面ナノ領域の化学」に関連する研究・開発に資することを目的としている.昨平成13年度はテトラフェニルポルフィリン(H_2TPP)がドデカン-無機酸水溶液界面に酸型会合体(H_4TPP^<2+>)_nとして吸着した状態をプリズム-セル装置を用いて解析した.その結果,反射吸光度-界面濃度曲線から単層-多層吸着状態を識別する方法を見出し,H_4TPP^<2+>分子の飽和界面濃度C^S_i=1.2×10^<-10>molcm^<-2>,又その界面法線からの配向角φ=47°を得ている.さらに,部分反射スペクトルの入射角依存性を検討した結果,外部反射(ER)のみならず部分内部反射(PIR)スペクトルでも正と負のバンドをもつスペクトルを新たに観測している.平成14年度は1)H_2TPPの他に親油性H_2TPP誘導体数種を取り上げて,ドデカン-無機酸水溶液界面への吸着の有無とそれに対するポルフィリンの構造的要因を実験的に検討した.その結果,メソフェニルグループの2,6-位をメチル置換やハロゲン置換した誘導体では溶質が有機相に溶存したままであり,界面吸着を示すスペクトルは観測されなかった.これは2,6-位置換フェニルグループの回転立体障害により界面吸着しにくくなることを示唆する.2)テトラ-p-トルイルポルフィリン(H_2TTP)は,H_2TPP同様,酸型会合体として界面吸着することが分った,この系では2種会合体の共吸着を示唆するATR-界面濃度曲線を示し,C^S_i=1.0×10^<-10> molcm^<-2>,又平均配向角φ=48°を得た.3)入射角可変装置をCCDアレイ分光光度計に接続し,共吸着した(H_4TTP^<2+>)_nのp-偏光PIR及びERスペクトルを測定した結果,(H_4TTP^<2+>)_nの場合同様,正と負のバンドがERとPIRで同じ波長位置に逆符号で観測された.466及び477nmの近接バンドは同符号であり,界面に平行な電子遷移モーメントを持つ同種の発色団に帰属することから,同タイプの会合体が共吸着していると推察される.4)その他,プリズム-セル法によりドデカン-2M硝酸系におけるH_2TPPの酸型会合吸着を再検討した結果,C^S_i=1.8×10^<-10>molcm^<-2>,φ=29°を得た.
沖縄産軟体サンゴの新規生理活性プロスタノイドの探索研究

本研究は平成12年13年にかけて、沖縄近海産軟体サンゴからの新規な海産プロスタノイドの発見およびプロスタノイド関連化合物の合成を目的として行われたものである。沖縄県石垣島近海のサンゴ礁海域で採取した軟体サンゴClavulariaviridisのメタノール抽出物を酢酸エチルと水で分配した。酢酸エチル可溶部を各種クロマトグラフィーを用いて分離,精製したところ,22種のハロゲン化プロスタノイドを単離することができた。これらうち、20種が新規化合物であった。これらのハロゲン化プロスタノイドの構造は、各種機器分析(NMR, IR, UN, MS, CD)および化学変換の結果から立体配置も含めて解明した。これらのハロゲン化プロスタノイドの1つは腫瘍細胞に対して増殖抑制活性を示した。軟体サンゴClavulariaviridisからすでに見出されているプロスタノイド関連化合物であるtricycloclavuloneは特異な構造をもつこと、および微量成分であるためその生理活性の検定がなされていないことなどから、その全合成に着手した。[2+2]環化反応および閉環メタセシス反応を機軸とする方法を用いて、tricycloclaculoneの骨格をなす3環性の中間体の合成を達成した。現在、側鎖部分の導入を検討している。申請した平成12年度研究実施計画に沿い、沖縄県石垣島近海のサンゴ礁において採集した軟体サンゴClavulariaviridisのプロスタノドについて研究を行った。まず軟体サンゴの抽出物に含まれるプロスタノイド成分をHPLCなどの各種クロマトグラフィーを用いて分離精製し、既知のプロスタノイドであるクラブロン類に加えて10種の新規プロスタノイドを微量成分として単離することができた。このうち7種について検討を加えたところ、いずれも塩素、臭素あるいはヨウ素が結合した特異な含ハロゲンプロスタノイドであることがわかった。これらの化合物の平面構造はNMRスペクトルを中心とする機器分析から明らかにすることができ、絶対配置を含めた立体構造はCDスペクトルの解析によって解明した。残る新規プロスタノイドについては、本年度には構造解明に至らなかったので、次年度に研究を継続する予定である。きわめて特異な構造を有するプロスタノイド関連化合物であるクラブサイクリンIの全合成については、本年度シクロペンテノン環にオメガ鎖を結合させることに成功し現在アルファ鎖の導入を検討している。次年度ではオメガ鎖とアルファ鎖にそれぞれ存在する二重結合に光化学反応を行い、クラブサイクリンIの基本骨格を形成した後、官能基の変換を行い全合成を達成する予定である。今年度単離した新規な含ハロゲンプロスタノイドについて、腫瘍細胞および正常細胞に対する細胞増殖抑制効果を協力関係にある研究グループに依頼し検定中である。前年度の研究において、沖縄近海産軟体サンゴClavularia viridisから20種を越える新規な含ハロゲンプロスタノイドを微量成分として単離し、そのうち7種については絶対立体配置を含めて構造を明らかにした。今年度はまず構造未決定の含ハロゲンプロスタノイド13種について構造決定を行った。すなわち二次元NMRを中心としたスペクトルデータの解析から平面構造を明らかにし、次いでNOE測定、新Mosher法、CDスペクトルの解析および化学変換の結果から絶対立体配置を含めた構造を決定した。また新たなプロスタノイドの探索を引き続いて行った結果、軟体サンゴClavularia viridisの主要なプロスタノイドであるclavuloneの生合成中間体と推定されるプロスタノイドを発見した。各種スペクトルデータの解析からその構造を推定したが、微量であったため立体配置の決定には至っていない。現在、立体選択的合成による構造確定を検討中である。新奇な構造を有するプロスタノイド関連化合物であるトリシクロクラブロン(クラブサイクリンIの名称を変更)の合成については、前年度の方法にかえて新たな方法を立案し合成を進めた。その結果、シクロペンテノン誘導体から出発してまずルイス酸を触媒とする[2+2]環化反応によりシクロブタン環を構築した。次いで閉環メタセシスを用いてシクロペンタン環を構築し、トリシクロクラブロンの特異な三環性母核部分の立体選択的合成を達成した。現在、側鎖の導入を検討中である。

本研究で発見したプロスタノイドについて、細胞増殖抑制作用について検定したところ含ハロゲンプロスタノイドの一種が、ヒト結腸癌細胞およびヒトリンパ芽球白血病細胞に対して低濃度で活性を示した。
早期解離性評定尺度―児童養護の日常場面で使える病的解離性予防のためのツール開発―

児童養護の現場で、後の解離性の問題の発達を予測する、早期解離性チェックリスト(情動調整不全、実行機能の不全、リフレクティヴ機能(メンタライゼーション)の未発達、自律神経系の過覚醒(睡眠障害)などの行動特徴を示す27項目)を作成した。5つの施設の職員31名が、担当する児童の、現在の解離性の問題の深刻度および子ども版解離評価表日本語版、そしてレトロスペクティヴに乳児期の状況についてチェックリストを用いて回答した結果から、虐待歴や発達の問題等をもつ他の子どもに比して、解離性の問題を持つ子どもは、乳幼児期に情動調整、実行機能、および一部のリフレクティヴ機能の不全がみられる傾向のあることが示唆された。昨年度課題とされたD型アタッチメントの概念的な整理を行い、関連する神経学的背景や、具体的な子どもの行動としての現れ、特に、メンタライゼーションの問題に焦点をあて、当該領域の研究者から最新の研究動向について情報収集を行い検討した。児童養護施設の職員や里親対象に、虐待された子ども、特に後年解離性の問題を示した子どもに特徴的な特徴について、フィールドインタビュー調査を行い、現場の実践の一部として判定可能な、行動評定尺度の評定項目の選出を行った。ただし、項目の確定には至らず、また、その中で、主にD型アタッチメントとして記述されてきている問題の範囲が明確に定まっておらず、まずは文献的なレベルで研究動向の整理を行う必要性が確認されたため、D型アタッチメントの問題について、文献的な検討をなどを行う準備を進めた。昨年度行ったD型アタッチメントの概念的な整理、関連する神経学的背景や、具体的な子どもの行動としての現れ、特に、メンタライゼーションの問題に焦点を当てた、当該領域の研究者からの最新の研究動向の情報収集の結果と、数例の事例研究の結果から、早期解離性行動評定尺度のパイロット版の項目選定作業を完成させることができた。併せて、中間的な研究成果を国内外の学会にて発表した。昨年度生じた所属機関の耐震工事による作業中断や、発表を予定していた学会の開催日程の変更などの影響もあり、期間延長手続きを申請し許可を得た。現在フィールドトライアルを進めており、その成果を次年度に国内外の関連学会にて発表する予定である。児童養護施設職員等へのフィールド調査および、被虐待児支援の専門家の助言を基に、後の解離性の問題の発達を予測する、早期解離性チェックリストを作成した。項目は、dysregulation、切替の困難、実行機能の不全、reflective function(メンタライゼーション)の未発達、ANS過覚醒などの行動特徴を示す27項目から構成され、評定の簡明さのため、3段階のリカート法で回答を求めるものとした。5つの施設の職員(ケアワーカー、臨床心理士;31名)が、担当する児童の状況について(匿名で、かつプライバシーに配慮して)発達的問題や被虐待歴を含むプロフィール、現在の解離性の問題の深刻度(3件法)およびChild Dissociative Checklist(CDC; Putnam et al.,1993 )、そしてレトロスペクティヴに乳児期の状況について、上述チェックリストを用いて回答した。分析対象児童64名(平均年齢11歳、男児35、女児27、不明2)の、56%に発達上の問題があると報告され、未確証を含め38%に身体的、20%に性的、31%に心理的虐待、62%にネグレクト、24%にDV目撃があると報告された。30%に何らかの解離性の問題が認められ、内8名は深刻な支援上の困難があると報告された。チェックリストの回答の因子分析(最尤法プロマックス回転)により、dysregulation(実行機能の不全等を含む)、ANS過覚醒、reflective function未発達、の3因子が抽出され、各因子得点を独立変数とした重回帰分析により、dysregulationの高さ(β=.885, p<.001)とANS過覚醒の低さ(β=-.718, p<.05)によりCDC得点が説明された(R2=.466)。同様に、現在の解離性の問題の重篤さの報告も両因子で説明された。昨年度生じた所属機関の耐震工事による作業中断や、発表を予定していた学会の開催日程の変更などの影響のため臨床心理学フィールドトライアルの結果を解析し、早期解離性行動評定尺度の、児童養護の現場職員による利用の有用性の検討を行う。現在までの結果では、現場職員の教育的効果などの副次的効果を含め、肯定的な評価を得ている。文献的な検討を行う作業が必要であったが、研究室の改築が重なり資料へのアクセスが一時的に不可能な状態にあった。D型アタッチメントの問題について、まだ概念の整理が十分になされておらず、最新の研究動向の把握が必要であることが明らかとなった。

その点本課題との関連で問題を整理する作業が必要となったので、次年度については進捗がやや遅れる可能性がある。発表を予定していた学会の開催日程の変更などを承け、フィールドトライアルの事例数を増やしてより充実した結果を変更後の学会にて発表するため研究の遂行のスケジュールを変更した。評定項目の確定を行い、フィールド調査を実施する。D型アタッチメントの問題について、まだ概念の整理が十分になされておらず、最新の研究動向の把握が必要であることが明らかとなったので、文献的な検討に加え、当該領域の研究者から最新の研究動向について情報収集を行う必要がある。そのほか、可能な範囲で当初の計画通り、評定項目の確定を進め、フィールドトライアルに移行するように項目選定の作業を進める。主にフィールドトライアルのための出張旅費と、学会発表のための旅費等に用いる。年度末海外出張旅費の精算で若干の誤差が生じた。少額のため次年度予算と併せて執行する。昨年度予算のうち、分析等補助者への人件費の執行が年度内に行えなかったが、次年度の早い段階で未執行分(98,306円)の執行を予定している。上記の点を除いて概ね申請時の予定通りに使用する計画である。
急性心筋梗塞後の治癒過程と左室リモデリング-血中プロコラーゲンタイプIIIペプチドの意義-

急性心筋梗塞症例において冠動脈造影後、再疎通療法(PTCRあいるはPTCA)を行った29例(42-84才、平均年齢62才、M:F=23:6)を対象にタイプIIIコラーゲン再生の指標である血中PIIIP、及びタイプIVコラーゲン再生の指標IV型コラーゲン7Sを経時的に(再疎通前、直後、2、3、5、10日より5日おきに30日まで)測定した。梗塞サイズが大きいほど、心筋の線維化も活発に起こると考えられたため、梗塞サイズの指標として、peakCPK、peakCK-MBとpeakPIIIPとの関連について検討したが、いずれのparameterとも有意な相関関係は認めなかった。また、心筋梗塞発症から再疎通までの時間が長いほど壊死心筋すなわち梗塞巣が大きいと考えられたため、再疎通までの時間とpeakPIIIPとの関連性についても検討したが相関関係は得られなかった。さらに、発症から再疎通までの時間と、PIIIPがpeakとなるまでの日数の間の関連性についても相関関係は認めなかった。PIIIPとpeakCPK、peakCK-MBとの間に相関関係が見られなかった原因の一つとして、急性期にPTCR、PTCAなどの再灌流療法を行った症例が多いため、peakCPK、peakCK-MBが必ずしも梗塞サイズを反映していない可能性が示唆された。次に心室瘤が認められた症例では治癒過程が遅延している可能性を検討するため、下壁梗塞を除いた20例において、心室瘤の有無とPIIIPがPeakに達するまでの日数について関連性を検討した。その結果、慢性期に心室瘤を認めた症例ではPIIIPがPeakに達するまでの日数が有意に延長していた。これは、慢性期心室瘤のある症例では心室線維化過程になんらかの問題があり、peakが遅れるために壊死巣の線維化が遅延し心室瘤が形成された可能性を示唆するものと考えられた。
蒸着重合法による高分子単分子薄膜の作成に関する研究

蒸着重合法を用いて脂肪族系および芳香族系ポリアミド薄膜を作成し、その薄膜形成時にける蒸着条件(蒸着速度、基板温度など)の影響を詳しく検討した。蒸着重合における分子配列機構を検討するために、脂肪族ジアミン(1.7-ジアミノヘプタン(DAH))とジカルボン酸クロリド(アゼライン酸クロリド(ADC))を交互に蒸着させて、各モノマーの付着挙動を水晶振動子の周波数変化によって測定した。作成した薄膜の構造は赤外吸収スペクトルおよびX線回折により評価し、形状膜厚は多重反射干渉法により測定した。ADC上に吸着したDAH分子は、数秒後に一定量に達し平衡状態となるが、蒸着を停止すると一部が再蒸発した。このことから、まずADC表面上にDAH単分子層が付着し分子鎖末端間で縮合反応が起こり、さらにその上にDAHが物理的に吸着しているものと考えられる。また各モノマーを交互に蒸着することにより膜厚が階段上に増加し、化合物半導体の代表例であるGaAs等の超格子薄膜と同様な機構で成長していることが推測された。また蒸着重合時の分子配列に対する電場の効果を調べるために、基板面内方向の電場下でポリアミド薄膜を作成し、垂直透過のSH強度を観察した。基本波(Nd:YAG1064nm)と第2次高調波の偏光方向を平行にした測定では、蒸着時の電場とSHの電場が平行な場合にSH強度が最大となり、ポリアミド分子中の双極子が蒸着重合過程において電場方向に配向していることがわかった。蒸着重合法を用いて脂肪族系および芳香族系ポリアミド薄膜を作製し、その膜形成時における蒸着条件(蒸着速度、基板温度など)の影響を詳しく検討した。例えば、モノマ-として、1,10ージアミノデカン(DAD)とピロメリット酸二無水物(PMDA)を用い、種々の温度に設定したシリコン基板上に交互に蒸着して重合させ、ポリアミド酸およびポリイミド薄膜を作製した。基板温度を125°C以下に設定した場合には、基板上にポリアミド酸が形成されていることが赤外吸収スペクトルから確認され、X線回折から高分子鎖が基板上に対し垂直方向に配向していることがわかった。またこの基板温度では、各モノマ-は基板に付着出来ないことから、基板上に形成された高分子薄膜中には、残留モノマ-は全く含まれていない。さらに、このポリアミド酸薄膜を熱処理すると、125°C以上になると薄膜はイミド化され、200°Cで熱処理すると、薄膜は完全にイミド化したポリイミド薄膜が形成された。このポリイミド薄膜の分子鎖の配向も基板に対し、垂直に配向が維持されていた。基板温度を175°C以上に設定すると、前駆体のポリイミド酸を経ずに基板上にポリイミドが直接生成し、分子鎖も基板に対し垂直に配向した薄膜を形成させることに成功した。このポリイミド薄膜の電気縁性は、10^<-18>S/cmの値を示した。蒸着重合法を用いて脂肪族系および芳香族系ポリアミド薄膜を作成し、その薄膜形成時における蒸着条件(蒸着速度、基板温度など)の影響を詳しく検討した。本年度の研究では蒸着重合における分子配列機構を検討するために、脂肪族ジアミン(1,7-ジアミノヘプタン(DAH))とジカルボン酸クロリド(アゼライン酸クロリド(ADC))を交互に蒸着させて、各モノマーの付着挙動を水晶振動子の周波数変化によって測定した。作成した薄膜の構造は赤外吸収スペクトルおよびX線回析により評価し、形状膜厚は多重反射干渉法により測定した。

このことから、まずADC表面上にDAH単分子層が付着し分子鎖末端間で縮合反応が起こり、さらにその上にDAHが物理的に吸着しているものと考えられる。また各モノマーを交互に蒸着することにより膜厚が階段上に増加し、化合物半導体の代表例であるGaAs等の超格子薄膜と同様な機構で成長していることが推測された。また蒸着重合時の分子配列に対する電場の効果を調べるために、基板面内方向の電場下でポリアミド薄膜を作成し、垂直透過のSH強度を観察した。基本波(Nd:YAG 1064 nm)と第2次高調波の偏光方向を平行にした測定では、蒸着時の電場とSHの電場が平行な場合にSH強度が最大となり、ポリアミド分子中の双極子が蒸着重合過程において電場方向に配向していることがわかった。
多光子ガンマ線時間／空間相関型断層撮像法の研究

本研究は時間・空間相関によるガンマ線イメージング技術の原理実証を行い、新規2光子断層撮像装置(Double Photon Emission CT: DPECT)を製作し、2光子放出核種を用いた新たなイメージング法の可能性を追求するものである。本年度はDPECTに要求される高エネルギー分解能ガンマ線検出器の開発研究を精力的に進め、シンチレータとしてCeBr3結晶のブリッジマン法による単結晶作製の大型化を進めた。六方晶の結晶構造を有するCeBr3に対して雰囲気制御法を適用し、C軸方向に結晶成長させることで、直径方向の熱膨張係数の異方性による歪みの少ない大型結晶を作製し、1.5インチ径までの大型化技術を確立した。開発したCeBr3シンチレータのエネルギー分解能についてSiPMと組み合わせ、662keVのガンマ線に対してエネルギー分解能4.6%、時間分解能232psの値が得られた。電子飛跡精密計測カメラについては、コンプトン散乱からの反跳電子の精密な飛跡特定のための開発を進め、ピクセルサイズ30μm角のSOI型カメラを用いて飛跡計測を行い、その情報を用いることでコンプトンカメラを構成した際のS/N比、角度分解能ともに1.8倍以上の値が得られることが評価された。複数光子を放出する核種の探索は本研究の可能性を広げるうえで重要であり、理研AVFサイクロトロンを用いて合成可能な核種について、生成可能な多光子核種の生成・化学分離手法の検討を実施した。この結果、新たにK-43、Cr-48などの2光子放出核種を見出し、K-43についてはその分離に成功した。また、国際医療福祉大学において、国内外のPET研究開発の専門家を招いた国際ワークショップを実施し、DPECTの原理と現時点での開発状況について紹介し、多核種同時イメージング手法を実現する新しい手法として有望であるとの評価が得られた。順調に進捗している。当初予定していた計画に従い、順調に研究成果が得られている。CeBr3検出器の開発においては、大型結晶の育成に成功し、昨年度、エネルギー分解能が十分に得られなかった点を解決した。また、当初想定していなかった、K-43, Cr-48, Ca-47など新たな有望な2光子放出核種を複数見出し、それらと既にSPECTで広く用いられているIn-111を含めて用いることで、時間情報を組み合わせた多核種同時イメージング手法について考案し、これについては特許申請を予定している。また、査読付き論文37件、国際会議発表19件、と対外成果発表も十分に行っている。当初計画で予定していた項目については、順調に進んでおり、当初計画に沿って研究を遂行する予定である。昨年度に問題点としてあがった、CeBr3シンチレータのエネルギー分解能の問題については解決し、CeBr3とSiPMの組み合わせにおいて高いエネルギー分解能を得ることができた。本研究で実現を目指す多光子時間/空間相関型断層撮像法は、複数光子間の相関を用いて体内放射能濃度を高分解能・高感度・高S/N比で描出し、従来のPET、SPECTの本質的な限界を突破する画期的な手法であるため、新手法の分解能・感度・S/N比等の諸特性の評価を狙い、象徴的な半球型試験装置の製作を行い、分子イメージングを革新する計測原理を追求する。これを高分解能反跳電子飛跡検出器と組み合わせて、検出器モジュールを実現し、全体を組み上げる。新しい多光子核種については、候補核種についての分離合成を進めながら、平成30年度に新たに見出した多核種同時イメージング手法の適用可能性について更に追求し、理化学研究所において合成した核種を用いて、開発したシステムを用いた原理実証を行うこととしたい。更にアイソトープ治療に用いられている核種である、Lu-177についても、2光子を極めて短時間のうちに連続して放出するため、これら新しい核種について検討を進めるとともに、In-111標識ペプチドを用いて2光子放出核種検出1分子イメージングを実現し、日本発の革新的ガンマ線診断技術の確立と、多光子多核種同時計測への展開を図る。本研究においては時間/空間相関によるガンマ線イメージング技術の原理実証を行い、その高い解像度・感度・S/N比を追求するために、入射方位を検出することのできる3次元検出器を用いた2光子電子飛跡精密測定型断層撮像装置(Double Photon Emission CT: DPECT)を製作し、新たな2光子放出核種を用いたイメージングの可能性を追求するものである。平成29年度は高エネルギー分解能ガンマ線ピクセル検出器の研究として、東北大学において、シンチレータとしてCeBr3結晶のブリッジマン法による1インチ径単結晶作製を進め、CeBr3ピクセルアレイの製作に成功した。また、東京大学において30mm角の反跳電子飛跡精密計測カメラの開発研究として、5mm角のシリコンチップの試作を実施した。また、ガンマ線入射方向精密計測のために、東京大学において東北大学において開発されたCeBr3アレイとSiPMアレイを組み合わせた原理検証用の検出器を製作し評価を行ったところ、122keVのガンマ線に対して25%程度のエネルギー分解能が得られた。同様のアレイでのGAGGシンチレータでは、15%程度のエネルギー分解能になっており、まだエネルギー分解能としては改善が必要であるものの、8×8アレイの製作に成功しており、DPECTの実現に向けた初年度の研究としては、重要な成果が得られたといえる。DPECT

撮像によるペプチド標識In-111マウスイメージングについては、国際医療福祉大学においてイメージング解析システムの整備を行い、In-111について通常の単一光子イメージングと二光子イメージングとの比較を行い、3μsecのコインシデンスウィンドウを用いて、バックグラウンド成分を大きく減少させることができた。理化学研究所においては、理研AVFサイクロトロンにおいて生成可能である多光子核種の検討を進め、Na-24、K-42、Ba-135mなどの多光子放出核種の分離等に必要なプロセスについての整備を進めた。当初予定していた計画に従い、順調に研究成果が得られている。特に、CeBr3検出器の開発においては、エネルギー分解能こそまだ十分ではないが、当初の予定を超えてCeBr3のアレイの製作と、その信号読み出しに成功した。また、査読付き論文30件、国際会議発表12件、と対外成果発表も十分に行っている。本研究は時間・空間相関によるガンマ線イメージング技術の原理実証を行い、新規2光子断層撮像装置(Double Photon Emission CT: DPECT)を製作し、2光子放出核種を用いた新たなイメージング法の可能性を追求するものである。本年度はDPECTに要求される高エネルギー分解能ガンマ線検出器の開発研究を精力的に進め、シンチレータとしてCeBr3結晶のブリッジマン法による単結晶作製の大型化を進めた。六方晶の結晶構造を有するCeBr3に対して雰囲気制御法を適用し、C軸方向に結晶成長させることで、直径方向の熱膨張係数の異方性による歪みの少ない大型結晶を作製し、1.5インチ径までの大型化技術を確立した。開発したCeBr3シンチレータのエネルギー分解能についてSiPMと組み合わせ、662keVのガンマ線に対してエネルギー分解能4.6%、時間分解能232psの値が得られた。電子飛跡精密計測カメラについては、コンプトン散乱からの反跳電子の精密な飛跡特定のための開発を進め、ピクセルサイズ30μm角のSOI型カメラを用いて飛跡計測を行い、その情報を用いることでコンプトンカメラを構成した際のS/N比、角度分解能ともに1.8倍以上の値が得られることが評価された。複数光子を放出する核種の探索は本研究の可能性を広げるうえで重要であり、理研AVFサイクロトロンを用いて合成可能な核種について、生成可能な多光子核種の生成・化学分離手法の検討を実施した。この結果、新たにK-43、Cr-48などの2光子放出核種を見出し、K-43についてはその分離に成功した。また、国際医療福祉大学において、国内外のPET研究開発の専門家を招いた国際ワークショップを実施し、DPECTの原理と現時点での開発状況について紹介し、多核種同時イメージング手法を実現する新しい手法として有望であるとの評価が得られた。順調に進捗している。CeBr3検出器の開発においては、大型結晶の育成に成功し、昨年度、エネルギー分解能が十分に得られなかった点を解決した。また、当初想定していなかった、K-43, Cr-48, Ca-47など新たな有望な2光子放出核種を複数見出し、それらと既にSPECTで広く用いられているIn-111を含めて用いることで、時間情報を組み合わせた多核種同時イメージング手法について考案し、これについては特許申請を予定している。
カルコパイライト型半導体のヨウ素輸送法気相エピタキシャル成長

本研究では、CuAlS_2およびCuGaS_2のヨウ素輸送法によるエピタキシャル成長技術を確立するため、第一段階としてCuGaS_2のホモ・エピタキシャル成長を行った。1.基板用CuGaS_2バルク単結晶の作製と評価:CuAlS_2およびCuGaS_2のエピタキシャル成長用基板として使用するCuGaS_2バルク単結晶を、In溶媒を用いたTHM法によって作製し、その成長条件の最適化を行った。また、フォミネセンス測定等によって、成長時に導入される格子欠陥の同定を行い、Ga過剰に起因する欠陥が支配的であることを明らかにした。2.CuGaS_2ホモ・エピタキシャル成長:(1)原料として多結晶CuGaS_2を用いる方法と、(2)I族CuとIII族Gaにはヨウ化物を用い、VI族SにはH_2Sを用いて各成分元素の輸送量を独立に制御する方法、によりエピタキシャル成長を行った。基板には、ヨウ素輸送法およびTHM法によって作製したCuGaS_2(112^^-)面を用いた。特に、(2)の成長法では、I族Cuのヨウ化物CuIの蒸気圧は、III族ヨウ化物GaI_3(またはGaI)に比べ数桁以上低いことを考慮し、Cu、Ga、Sのガス輸送量とその割合、基板温度等の検討を行った。その結果、(1)、(2)の方法ともCuGaS_2のエピタキシャル成長が確認できたが、三角形のパターンを持つ表面モフォロジーが一般的であった。3.気相の相平衡:CuGaS_2-I_2系およびGa-I_2系の気相の相平衡に関する実験と熱力学的計算を行った。I_2分圧10^<-2>bar、温度600800°Cで比較すると、CuGaS_2-I_2系では、GaI_3分圧はGaIより大きいのに対し、Ga-I_2系では、GaI分圧の方が大きく、I_2分圧は非常に小さいことが分かった。本研究によって得られたカルコパイライト型半導体のヨウ素輸送法気相エピタキシャル成長に関する基礎的知見を基に、今後CuGaS_2基板上へのCuAlS_2のエピタキシャル成長の研究を行う計画である。
βデフェンシンの気道上皮における発現誘導と感染防御に関する分子生物学的解析

本研究は、気道上皮細胞に存在する内在性抗菌ペプチドβデフェンシンの呼吸器感染症における病態生理学的意義を分子生物学的手法により解析することを主たる目的としている。この2年間の研究においては、我々がすでに確立していた手法を基盤として、以下のような重要な成果をあげることができた。1)βデフェンシンの亜型4に対する高感度ラジオイムノアッセイ法を確立し、呼吸器感染症の急性期と回復期の血中濃度を測定した。2)βデフェンシン4の気道内の局在を明らかにした。3)培養気道上皮細胞を用いて、LPSの刺激に対するβデフェンシン4の発現を解析した。4)βデフェンシン4の抗菌活性を検討した。以上から、βデフェンシンの亜型間で発現部位や血中動態、抗菌活性に相違があることが解明された。5)慢性下気道感染症の気道被覆液をマイクロサンプリング法にて回収し、気道局所におけるβデフェンシン1から4の発現を定量化した。慢性下気道感染症では気道局所でのβデフェンシンの発現が誘導されていることや緑膿菌感染においてムコイド型と非ムコイド型で発現に相違があることを解明した。6)抗菌活性に関する研究では、βデフェンシンの亜型間で抗菌活性に著しい差があることや、組み合わせにより抗菌活性に相乗効果が期待できることを明らかにした。7)非感染性の呼吸器疾患におけるデフェンシンの動態と病態への関与について解明した。本研究の成果から、気道局所におけるβデフェンシンの病態生理学的意義を解明し、βデフェンシンを難治性の呼吸器感染症に対する治療のツールとして用いる場合の有益な情報を得ることができた。βデフェンシンは生体内に存在するため抗原性の獲得がなく、非特異的抗菌物質であることから、難治性感染症に対する新規治療として今後の研究展開が期待されている。以上の内容について2年間で6編の論文を欧米誌に報告した。気道は外界と直接交通していることから、常に無数の抗原に暴露されている。そのため、呼吸器系には様々な兔疫システムがある。βデフェンシンは気道上皮に存在する抗菌ペプチドで、一般細菌や真菌、抗酸菌、一部のウイルスに対して非特異的に作用し、感染防御に機能している。生体内におけるβデフェンシンの動態や抗菌作用の発現はいまだ明らかでない。そこで、培養気道上皮細胞を用いて、リポポリサッカライドによる刺激を加えて、気道上皮におけるβデフェンシンの発現・誘導を解析した。また、大腸菌や緑膿菌に対するβデフェンシンのin vitroでの抗菌作用を評価した。慢性下気道感染症の患者を対象として、気管支内視鏡を用いたマイクロサンプリング法により気道被覆液を採取し、同液中のβデフェンシンを、我々が開発した高感度ラジオイムノアッセイ法にて測定した。得られた結果から、βデフェンシンの値と病勢や炎症性サイトカインの関係について解析した。本研究から、βデフェンシンには亜型が存在するが、気道感染症においては血中と気道被覆液でその動態が異なっていることが明らかになった。また亜型により、菌の違いによる抗菌活性の違いがあることが示唆された。次いで、βデフェンシン亜型の組み合わせによる抗菌活性の変化を検討したところ、亜型の組合せによりその抗菌活性が相乗化する場合と減弱する場合があることが明らかとなった。これらの業績は欧米の雑誌に報告し、一部は発表され、一部は投稿中である。

本研究における成果は今後βデフェンシンを吸入というデリバリーシステムを利用して治療に臨床応用する際の基礎データとなる先駆的なものである。引き続き気道免疫におけるβデフェンシンの分子生物学的解析を進める予定である。本研究は、気道上皮細胞に存在する内在性抗菌ペプチドβデフェンシンの呼吸器感染症における病態生理学的意義を分子生物学的手法により解析することを主たる目的としている。デフェンシンは、その非特異的抗微生物作用が注目されており、難治性感染症に対する新規治療として期待されている。今後のデフェンシンの臨床展開のためには、生体内気道局所での発現のメカニズムや抗菌活性の相互作用の解明が必要である。そこで、本年度は、βデフェンシンの気道上皮における発現の解析と治療への展開へ向けた抗菌作用の検討を行い、以下のような成果をあげることができた。1)慢性下気道感染症患者を対象として、気管支内視鏡にて気道被覆液を回収する。気道被覆液をマイクロサンプリング法にて回収し、気道局所におけるβデフェンシン1から4の発現を定量化した。緑膿菌持続感染ではムコイド型と非ムコイド型における発現パターンの相違を明らかにした。2)抗菌活性に関する研究では、βデフェンシンの亜型間で抗菌活性に著しい差があることや、組み合わせにより相乗効果が期待できることを解明した。3)βデフェンシンで培養気道上皮細胞を刺激し、サイトカインの産生や放出の誘導を確認した。4)非感染性の呼吸器疾患におけるβデフェンシンの血中・局所動態と病態への関与について解明した。本年度の成果から、気道感染におけるβデフェンシンの病態生理学的意義の解明とともに、βデフェンシンを難治性呼吸器感染症に対する新規治療のツールとして用いる場合の有益な情報を得ることができた。以上の成果について5編の論文を欧米誌に報告した。
高齢ドライバのCrash and Near-crash事例の予測モデルの構築

将来、完全自動運転が実現されるとしても、ヒトが運転に関わる現段階では高齢ドライバの安全性および運転能力の維持・向上は重要な課題である。しかし、評価に使われるモデルの分析方法や投入する変数が様々であったり、ドライバの交通環境が変数として考慮されていないことが問題点として考えられる。本研究では、Crash and Near-crash (CNC)事例を指標として、運転評価に応用できるCNC発生予測モデルを構築する。そのために、1CNC抽出と分析方法の決定、2モデルに投入する変数の検討、3交通環境を考慮した予測モデルの構築、の3段階で研究を進め、CNC発生予測モデルによる運転評価の可能性を探る。
マイクロ波生体検知システムの信頼度向上と運転者状態測定への展開

1.マイクロ波反射計を用いた心拍・呼吸測定の信頼度向上と心拍変動指標の実時間評価:心拍のピーク間隔(RR間隔)評価が可能なアルゴリズムである、i)テンプレート導出+相互相関法、ii)最大エントロピー法を適用した試験を、主としてデスクワーク中の様々な状態の被験者を対象として実施し、同時測定による心電計で得られた心拍変動指標と良く一致する結果が得られた。特に、前者のアルゴリズムに対し、心拍変動指標の連続かつ実時間評価が可能なプログラムを作成した。これにより、日常生活における24時間連続評価および運転中の評価も可能になった。2.マイクロ波システムのアンテナおよび基板回路製作:周波数24GHzにおいて反射波レベルの安定化制御が可能な反射計システム(ホモダイン方式/ヘテロダイン方式)および基板アンテナを設計製作し、測定試験に適用した。反射波信号に低雑音マイクロ波アンプを付加することにより、送信電力-40dBm(100nW)以下においても、心拍変動指標の解析に十分な信号対雑音比(SNR)が得られることを検証した。3.運転者状態測定への適用:種々の運転状況下(アイドリング停止中、高速走行、郊外走行、市街地走行等)における心拍および心拍変動指標の評価を実現するため、ドライビングシミュレータを利用した試験を実施した。高速走行、郊外走行に対して測定成功率の当初目標(80%以上)を達成した。今後の課題として、成功率の高くなかった市街地走行における交差点付近での評価を挙げることができる。1.マイクロ波反射計システムの信頼度向上と心拍変動指標導出の研究に関しては、連続かつ実時間評価が可能なアルゴリズム(プログラム)を作成し、日常生活における24時間連続測定および運転中の評価を可能にした。2.マイクロ波システムのアンテナおよび基板回路製作に関しては、周波数24 GHzにおいて反射波レベルの安定化が可能なマイクロ波回路(ホモダイン方式およびヘテロダイン方式)および基板アンテナを製作し、屋外使用に対し、電波防護指針での微小電力条件を満足するシステムを実現することができた。3.運転者状態測定への適用については、ドライビングシミュレータを利用した試験を実施し、現時点での達成状況の確認および今後の課題を明らかにした。4.国際会議および国内会議で講演発表を行うことができた。1.マイクロ波心拍・呼吸測定の信頼度向上と心拍変動指標の実時間評価:平成30年度実現した、24 GHz反射計ハードウェアの改良に加え、心拍変動指標導出アルゴリズムのさらなる改善を進めていく。2.マイクロ波システムおよびアンテナの基板設計:平成30年度製作したシステムの測定試験を進めつつ、改良点を洗い出し、最適化設計・製作を実現する。3.運転者状態評価を目的とした測定として、i)ドライビングシミュレータを用いた試験、ii)実車を用いた試験の継続を進め、特に市街地走行に伴う運転中ハンドル操作に起因する体動成分の除去のための最適化フィルタ、雑音スペクトル除去のためのアルゴリズムの開発を進めていく。1.マイクロ波反射計を用いた心拍・呼吸測定の信頼度向上と心拍変動指標導出についての研究:屋外での使用が可能な、24 GHzドップラレーダモジュールを使用したシステムを、日常のデスクワーク中の測定試験に使用するべく座席シートに設置した。また、心拍のピーク(RR)間隔の評価が可能なアルゴリズム、i)テンプレート・相互相関法、ii)最大エントロピー法の改良を進め、心拍変動率(HRV)の連続評価を可能とするプログラムを作成するとともに、ウェーブレット変換を利用した時間・周波数解析プログラムを作成し、定常的かつ実時間評価を実現する測定環境を整えることができた。2.マイクロ波センサおよびアンテナの基板設計:24 GHzを用いたAGCアンプ付加システムの設計・製作を、i)中間周波数3 GHzでゲイン調整を行うヘテロダイン方式、ii)24 GHzの反射波を直接制御するホモダイン方式、の二種類の形態で進めた。24 GHzの1×2パッチアンテナの設計製作を同時に進めた。両製品とも今年度中の納入が実現し、測定試験を推進中である。3.運転者状態評価のための試験を実現するため、マイクロ波センサ、実験制御およびデータ収集のためのパソコン、ディジタイザ、マイクロ波との比較測定のための携帯型心電計(ECG)を組み合わせたコンパクト化システムの構築を企画し、準備中である。また、運転者状態評価の予備試験として、ドライビングシミュレータの利用を実現するべく折衝を進めた。4.関連成果について、国際会議および国内会議に招待講演、依頼講演として発表することができた。また、6月に開催される国際会議での発表申請が採択された。1.マイクロ波測定システムの信頼度向上と心拍変動指標導出の研究に関しては、市販の24 GHzモジュールを用い、日常生活に則した試験環境を整備することができた。また、心拍変動率の実時間評価が可能なプログラムを作成し、測定試験を定常的に進めることができている。2.マイクロ波システムおよびアンテナの基板設計については、従来から進めてきたヘテロダイン方式に加えマイクロ波領域の反射波を直接制御するホモダイン方式に対するシステムの製作を実現した。3.国際会議および国内会議での招待講演・依頼講演の機会を得た。また、当該分野で最も重視されている国際会議の一つである、IEEE-MTTS Biomedical Conferenceに採択された。1.マイクロ波反射計を用いた心拍・呼吸測定の信頼度向上と心拍変動指標の実時間評価:心拍のピーク間隔(RR間隔)評価が可能なアルゴリズムである、i)テンプレート導出+相互相関法、ii)

最大エントロピー法を適用した試験を、主としてデスクワーク中の様々な状態の被験者を対象として実施し、同時測定による心電計で得られた心拍変動指標と良く一致する結果が得られた。特に、前者のアルゴリズムに対し、心拍変動指標の連続かつ実時間評価が可能なプログラムを作成した。これにより、日常生活における24時間連続評価および運転中の評価も可能になった。2.マイクロ波システムのアンテナおよび基板回路製作:周波数24GHzにおいて反射波レベルの安定化制御が可能な反射計システム(ホモダイン方式/ヘテロダイン方式)および基板アンテナを設計製作し、測定試験に適用した。反射波信号に低雑音マイクロ波アンプを付加することにより、送信電力-40dBm(100nW)以下においても、心拍変動指標の解析に十分な信号対雑音比(SNR)が得られることを検証した。3.運転者状態測定への適用:種々の運転状況下(アイドリング停止中、高速走行、郊外走行、市街地走行等)における心拍および心拍変動指標の評価を実現するため、ドライビングシミュレータを利用した試験を実施した。高速走行、郊外走行に対して測定成功率の当初目標(80%以上)を達成した。今後の課題として、成功率の高くなかった市街地走行における交差点付近での評価を挙げることができる。1.マイクロ波反射計システムの信頼度向上と心拍変動指標導出の研究に関しては、連続かつ実時間評価が可能なアルゴリズム(プログラム)を作成し、日常生活における24時間連続測定および運転中の評価を可能にした。2.マイクロ波システムのアンテナおよび基板回路製作に関しては、周波数24 GHzにおいて反射波レベルの安定化が可能なマイクロ波回路(ホモダイン方式およびヘテロダイン方式)および基板アンテナを製作し、屋外使用に対し、電波防護指針での微小電力条件を満足するシステムを実現することができた。3.運転者状態測定への適用については、ドライビングシミュレータを利用した試験を実施し、現時点での達成状況の確認および今後の課題を明らかにした。4.国際会議および国内会議で講演発表を行うことができた。1.マイクロ波心拍・呼吸測定の信頼度向上と心拍変動指標の実時間評価:平成29年度実施した、24 GHz反射計ハードウェアの改良に加え、運転中の走行振動に起因する体動成分の除去のための最適化フィルタ、雑音スペクトル除去のためのアルゴリズムの開発を進めていく。2.マイクロ波システムおよびアンテナの基板設計:平成29年度製作したシステムの測定試験を進め、改良点を洗い出し、最適化設計・製作を実現する。3.運転者状態評価を目的とした測定として、i)ドライビングシミュレータを用いた試験、ii)実車を用いた試験、を可能な範囲で進めていく。1.マイクロ波心拍・呼吸測定の信頼度向上と心拍変動指標の実時間評価:平成30年度実現した、24 GHz反射計ハードウェアの改良に加え、心拍変動指標導出アルゴリズムのさらなる改善を進めていく。2.マイクロ波システムおよびアンテナの基板設計:平成30年度製作したシステムの測定試験を進めつつ、改良点を洗い出し、最適化設計・製作を実現する。
チムニーラダー化合物の組成/構造傾斜化による熱電変換性能改善

Ru_2Si_3とMn_4Si_7を結ぶ広い固溶領域にわたってチムニーラダー化合物Ru_<1-x>Mn_xSi_yが安定に存在することを明らかにした.一方向凝固を行うと,組成の異なる多数のチムニーラダー相が凝固方向に伸張した組織が得られ,チムニーラダー相界面では,金属(Ru+Mn)副格子は連続的であるが,Si副格子の周期のみが不連続であることがわかった.異相界面に垂直な方向の電気特性は異相界面密度に依存しないが,格子熱伝導率は界面密度の増加とともに減少し,熱電無次元性能指数は増大した.Ru_2Si_3とMn_4Si_7を結ぶ広い固溶領域にわたってチムニーラダー化合物Ru_<1-x>Mn_xSi_yが安定に存在することを明らかにした.一方向凝固を行うと,組成の異なる多数のチムニーラダー相が凝固方向に伸張した組織が得られ,チムニーラダー相界面では,金属(Ru+Mn)副格子は連続的であるが,Si副格子の周期のみが不連続であることがわかった.異相界面に垂直な方向の電気特性は異相界面密度に依存しないが,格子熱伝導率は界面密度の増加とともに減少し,熱電無次元性能指数は増大した.Ru-Mn-Si三元系において組成とともに副格子構造の周期が連続的に変化する特異な結晶構造を有するチムニーラダー化合物相の相平衡状態を調べた.またチムニーラダー相の一方向凝固材の熱電変換特性を,Mn添加量および温度の関数として調べた.その結果,Ruセスキシリサイド(Ru_2Si_3)中のRuをMnで置換すると,二元系では高温でしか安定でないチムニーラダー構造が低温でも安定して存在し,価電子数濃度VEC(Valence Electron Concentration)を14に保つように,Ru_2Si_3とMn_4Si_7を結ぶ広い固溶領域Ru_<1-x>Mn_xSi_y(0.14〓x〓0.97,1.584〓y〓1.741)を形成することがわかった.透過電子顕微鏡による結晶構造解析により,実際のチムニーラダー化合物相の組成はVEC=14を満たす組成から僅かにずれており,VECだけではなく原子充填率をある一定範囲内に保つことによってチムニーラダー構造が安定化されていることが明らかとなった.得られた相平衡状態図より,単相チムニーラダー化合物が得られると予測される組成において帯域溶融法による一方向凝固を行った.VEC=14を満たす組成からSi-rich側にずれた低Mn組成材(x<0.60)はn型,Si-poor側にずれた高Mn組成材(x>0.60)ではp型伝導を示す.p型伝導を示す一方向凝固材のパワーファクターおよび無次元性能指数は,Mn濃度の増加とともに増加し,x=0.9において無次元性能指数は0.76(874K)を示した.Mn-Ru-Si系チムニーラダー化合物に特異的に発現する異相界面の原子構造解析および界面密度と熱電変換特性との相関を調べることを目的とした.Mn_4Si_7-Ru_2Si_3擬二元系において,組成とともにSi副格子周期が連続的に変化するチムニーラダー化合物相が広い固溶領域にわたって存在することを走査および透過電子顕微鏡(TEM)観察により確認した.また,一方向凝固を行うと,組成の異なる多数のチムニーラダー相が凝固方向に伸張した組織が得られた.電子後方反射回折およびエネルギー分散分光法を用いた組成マッピングにより,組成が異なる多数のチムニーラダー相は,金属副格子に関して結晶方位が揃っていることがわかった.また高分解能TEM観察により,組成の異なる界面では,金属副格子の周期に変化はないものの,Si副格子の周期のみが不連続であることがわかった.このような異相界面では,電気伝導を担うと考えられる金属副格子が整合であるため電気特性は変化しない一方,Si副格子の周期変調によってフォノン散乱が促進され格子熱伝導率が低下すると考えられる.一方向凝固材を1100°Cにおいて種々の時間焼鈍を行った結果,凝固方向と垂直な方向の異相界面密度が焼鈍時間とともに減少した.その方向に沿って熱電変換特性を測定した結果,電気抵抗率およびゼーベック係数は,焼鈍時間に依存せず変化しなかったのに対して,格子熱伝導率は焼鈍時間の増加,つまり異相界面密度の減少とともに増加し,結果として熱電無次元性能指数は減少した.このことより,Mn-Ru-Si系チムニーラダー化合物に特異的に現れる異相界面を多数導入することにより,熱電変換特性を向上させることができると考えられる.
作物の根系の計量形態学的解析

本研究は,1.根系デ-タ採取の効率的なシステムの開発,根系像の有機的記録/蓄積を計るための根系デ-タベ-スの構築;2.根系形態の定量的解析を,コンピュ-タを用いて能率的に進めるための,根系形態を記述,解析するためのモデルの開発の二点に焦点をあてながら,種としてマメ科作物の根系構造の持つ,基本的な性格ならびに根系発達の一般的法則性を計量形態学的に明らかにしようとした.その結果,1.個人あるいは研究室レベルでの使用に適した,安価でしかも高性能な,根系像イメ-ジ入力/解析システムを開発した.このシステムは通常の根系像の画像解析に十分な能力を持ち,また光磁気ディスクの採用により,小規模な画像デ-タベ-スとしても実用的に使用しうることが示された.2.数種のマメ科作物の根系形態の解析の結果,これらの根系が比較的広いスケ-ル範囲にわたってフラクタル構造であることが示された.3.根系形態のフラクタル次元と,根系生長の主要なパラメ-タである根長および根端数との関係を調べた結果,フラクタル次元はこれら2つのパラメ-タと密接な正の相関を持つことが示された.分枝数を反映する根端数とフラクタル次門(D)との相関は,根長とDとの相関と比較してやや低いことから,Dで示される形態的指数は根系の分枝の密度だけでなく,根長密度や根径分布特性をも一定程度含むものと考えられた.4.以上のことから,フラクタルモデルは根系の形態構造を定量的に取り扱ううえで有力な解析法であることが示された.本研究は,1.根系デ-タ採取の効率的なシステムの開発,根系像の有機的記録/蓄積を計るための根系デ-タベ-スの構築;2.根系形態の定量的解析を,コンピュ-タを用いて能率的に進めるための,根系形態を記述,解析するためのモデルの開発の二点に焦点をあてながら,種としてマメ科作物の根系構造の持つ,基本的な性格ならびに根系発達の一般的法則性を計量形態学的に明らかにしようとした.その結果,1.個人あるいは研究室レベルでの使用に適した,安価でしかも高性能な,根系像イメ-ジ入力/解析システムを開発した.このシステムは通常の根系像の画像解析に十分な能力を持ち,また光磁気ディスクの採用により,小規模な画像デ-タベ-スとしても実用的に使用しうることが示された.2.数種のマメ科作物の根系形態の解析の結果,これらの根系が比較的広いスケ-ル範囲にわたってフラクタル構造であることが示された.3.根系形態のフラクタル次元と,根系生長の主要なパラメ-タである根長および根端数との関係を調べた結果,フラクタル次元はこれら2つのパラメ-タと密接な正の相関を持つことが示された.分枝数を反映する根端数とフラクタル次門(D)との相関は,根長とDとの相関と比較してやや低いことから,Dで示される形態的指数は根系の分枝の密度だけでなく,根長密度や根径分布特性をも一定程度含むものと考えられた.4.以上のことから,フラクタルモデルは根系の形態構造を定量的に取り扱ううえで有力な解析法であることが示された.1.根系デ-タ採取の効率的システムの開発:根系像取り込み/解析システム(イメ-ジ入力/処理システム)の性能評価を、実際の根系写真像を用いて行った。その結果解像力、イメ-ジ取り込み速度共に本研究の目的に耐えることが判った。しかしA4サイズの根系像の場合、解像度を上げると取り込みに必要なメモりサイズが1MBを越えるので、ファイルの取り扱い易さからみて72DPI程度の解像度が実用的だと考えられた。ついで写真像ではなく根箱中に生長している根系像を直接スキャナ入力する試験を行った。その結果5mmの透明なプラスチック板を通してインタクトな状態で根系イメ-ジの取り込みが可能なことを明かにした。このことは研究能率の向上寄与するだけでなく、根系発達の様相をおなじサンプルについて経時的に追跡することを技術的に可能にするものであって、特殊な培地の使用とあいまって根系発達の解析研究の新たな発展の可能性を示すものである。2.根系デ-タベ-スの構築:根系像をイメ-ジとしてファイル化するためのソフトウエアシステムを検討した。ファイルサイズをコンパクトにするために、取り込み画像の二値化処理の必要性が示された。ファイル化可能な画像サイズの制限と取り扱いの容易さの二点から利用可能な既存ソフトウエアが示された。3.根パラメ-タの解析:フラクタル解析に当って、そのフラクタル次元と共に自己相似性の成り立つスケ-ル範囲が根系形態の性質を示すパラメ-タとして重要であることが示唆された。本研究は,1.根系デ-タ採取の効率的なシステムの開発,根系像の有機的記録/蓄積を計るための根系デ-タベ-スの構築:2,根系形態の定量的解析を,コンピュ-タを用いて能率的に進めるための,根系形態を記述,解析するためのモデルの開発の二点に焦点をあてながら,種としてマメ科作物の根系構造の持つ,基本的な性格ならびに根系発達の一般的法則性を計量形態学的に明らかにしようとした.

その結果,1.個人あるいは研究室レベルでの使用に適した,安価でしかも高性能な,根系像イメ-ジ入力/解析システムを開発した.このシステムは通常の根系像の画像解析に十分な能力を持ち,また光磁気ディスクの採用により,小規模な画像デ-タベ-スとしても実用的に使用しうることが示された.2.数種のマメ科作物の根系形態の解析の結果,これらの根系が比較的広いスケ-ル範囲にわたってフラクタル構造であることが示された.3.根系形態のフラクタル次元と,根系生長の主要なパラメ-タである根長および根端数との関係を調べた結果,フラクタル次元はこれら2つのパラメ-タと密接な正の相関を持つことが示された.分枝数を反映する根端数とフラクタル次元(D)との相関は,根長とDとの相関と比較してやや低いことから,Dで示される形態的指数は根系の分枝の密度だけでなく,根長密度や根径分布特性をも一定程度含むものと考えられた.4.以上のことから,フラクタルモデルは根系の形態構造を定量的に取り扱ううえで有力な解析法であることが示された.