hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高齢者の適応的運動訓練と脳活動の関連の解明研究

認知訓練(ワーキングメモリ(WM)訓練)と有酸素運動の二重課題訓練がそれぞれ片方より、認知機能、脳形態などにより大きな影響を及ぼす、有酸素運動との同時訓練によりWM訓練効果が促進されるとするとの仮説の検証を行い、WM訓練と有酸素運動の二重課題訓練の認知機能、脳形態へ及ぼす影響を明らかにすることが本研究の目的である。93名の健康な高齢者(65-75歳)がこの研究を完遂した。これらの被験者はまず、認知テスト、質問紙、MRI撮像などに参加し、その後12週間の訓練期間に入った。その後再び認知テスト、質問紙、MRI撮像などに参加した。12週間の間、被験者は週3回,1回約1時間ほど、訓練に参加した。被験者は3群にWM訓練群、有酸素運動群、両方の同時訓練群(WM訓練+有酸素運動群)わけられた。結果は、遅延記憶、非言語性推論の検査はWM訓練を含む2群>有酸素のみ、有酸素+WM>WMという傾向はなしというWM訓練がこれらの機能に効果があることを示唆する結果パタンであった。前頭葉機能検査では、WM訓練を含む2群>有酸素のみ訓練群、有酸素+WM訓練>WM訓練という仮説によく合致する結果が得られた。脳画像の異方性に関しては有酸素運動+WM訓練の群において他の2群に比べ上縦束Iと呼ばれる白質繊維の異方性が有意に上昇していた。脳画像の平均拡散脳に関しては、前頭前野,前部帯状回の各所、海馬、黒質など脳幹周辺の水の拡散性が有酸素運動+WM訓練の群において他の2群より減少していた。このように、WM訓練+有酸素運動の二重訓練は、前頭葉機能や、関連する領域の神経構造に変化を及ぼした。また、WM訓練や有酸素運動の認知機能への効果も確認された。26年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度は4か月ほどの日本での滞在となるが、この間に文献検索などにより実験計画の詳細を詰める。また、実験用具(心理計測用PC,解析ソフト、心理検査用具)をそろえ準備をすすめ実施の際のマニュアルや訓練の組織化についての計画も練る。という当初の計画通り研究が進んでいるため。平成25年度には介入実験を実行に移し、完了し、データを入力し、解析する。という当初の計画のうち、実験は現時点で9割方終了しているが、まだ完了していない。データは順次入力し、途中で解析しているため、この評価となる。実験開始に先立って、心電図検査を行い被験者の健康状態をチェックしてもらう提携医療機関を探すのに長期間を要した。予備実験の後、実験を計画通り行い、解析を行う。研究で得られたデータを解析をし、学会発表と論文投稿のための準備を進める。
急性腎障害に対する糖代謝の制御を介した尿細管部位特異的な治療を目指して

P53に対する核酸治療のphaseI臨床試験が開心術および移植腎に対する作用をみる目的で行われた。この試験は2010年に終了し、詳細は不明であるが、良好な安全性が示されている。siRNA治療は現在は静脈投与であるが、経動脈投与に関しては明らかではない。経動脈的にカテーテルを用いて投与を行うことは、副作用を減少させる目的では有用である。このように、本研究では、p53に対するshRNAを経動脈的に投与を行い、尿細管障害を軽減し、腎機能改善するかどうかを検討した。多くの急性腎障害(AKI)モデルを用いた研究では、最も虚血障害に影響を受けやすい、髄質外層の近位尿細管障害が注目されているが、しかし、ヒトの移植腎などの検討においては、障害部位はネフロンにおける髄質の遠位部位(髄質のヘンレ上行脚の太い部分(TALs)や集合管(CD))が、皮質や髄質外層の近位尿細管より主に障害されており、動物モデルとヒトの病態における相違も認めている。虚血に対する障害の程度の違いは、酸素レベルの変化に対する障害部位における代謝の違いが影響している可能性があり、近位尿細管は好気性酸素代謝に依存しているが、TALsは嫌気性解糖系のエネルギー代謝に依存している。まずHypoxia-inducible transcription factors (HIFs) shRNAを用いて検討を行った。HIFsは腎実質細胞において虚血やHIF prolyl hydroxylase inhibitorsにより発現が誘導された。HIFs活性化の程度は、集合管で強く、TALsでは弱く、近依尿細管では中程度であった。このようにHIFsの作用は尿細管部位により異なっていた。p53とHypoxia-inducible transcription factors (HIFs) shRNAを用いて、その作用比較・検討を行い、代謝の特徴を考慮した尿細管部位特異的な障害・防御機序の検討を行うことにより、特異性の高い有効な治療を行うことが可能になる。In vivoにおいて、急性および慢性腎障害でのp53に関わる尿細管糖代謝に対する作用を解明すること目指して研究を着想した。1腎虚血ー再還流による急性尿細管障害に関わるp53の解明のため、この病態における尿細管細胞のミトコンドリアの形態的変化とアポトーシスへの関与を検討する。また腎虚血尿細管において保護的に作用する転写因子であるHIF1α作用との比較を行う。C57BL/6野生型マウスを用いて虚血再灌流障害モデルを作成し、p53およびHIF1αをin vivoノックダウンした場合に、尿細管細胞のミトコンドリアの形態変化やアポトーシス、腎機能障害の程度を検討している。これらとともに、糖代謝に関連するTIGAR, SCO2,PGMの発現を検討している。次に2腎虚血ー再還流後の腎繊維化による慢性腎障害に関わるp53の解明、および尿細管細胞の上皮ー間葉変換(EMT)での役割、マクロファージ、樹状細胞における役割の解明のために、虚血再灌流障害モデル慢性期の線維化、炎症細胞を組織染色、フローサイトメトリーで検討している。また上皮ー間葉転換(EMT)に関わる因子を検討している。モデル動物および培養細胞および測定系を確立し、おおむね順調の研究が進展している。本研究では経動脈的にp53 siRNAを投与した場合に虚血再灌流による腎障害に対する効果を検討した。トランスフェクション試薬には直鎖型陽性ポリマーのポリエチレンイミンを用い、P53に対するsh(short hairpin) RNAプラスミドを経動脈的に左腎に虚血直後に投与した場合、12時間後の髄質外層のヘンレ上行脚尿細管細胞(mTALH)での障害の軽減,アポトーシスの増加およびミトコンドリア腫大の軽減を認めた。P53 shRNAの尿中neutrophil gelatinase-associated lipocalin (uNGAL)レベルに関する検討では、P53 shRNAは、uNGALの上昇を抑制しており、p53 shRNA治療によるmTALHの虚血再灌流障害の軽減に関連することが考えられた。NGALは血清クレアチニン値よりAKIの鋭敏なマーカーであり、NGALの起源はmTALHと集合管であることが示されている2)。IRによりmTALH細胞では、p53の発現亢進とともにβ-catenin発現低下を認め、p53 shRNA投与により、β-catenin発現の回復も生じた。β-cateninは細胞骨格での役割と、Wntシグナル経路における核転写での役割について重要である。核酸治療のカテーテルを用いて局所的に投与を行い、腎IRにおいて副作用を軽減した有効な治療法となる可能性が示された。静脈投与によるIR障害改善効果は、近位尿細管S3で評価されていたが、これはshRNAが糸球体濾過を介して近位尿細管に到達する経路が考えられる。この研究におけるshRNAのmTALH細胞における有効性は、経糸球体濾過以外に直血管を経由したデリバリーが関与している可能性を示された。

このように、本研究では、p53に対するshRNAを経動脈的に投与を行い、尿細管障害を軽減し、腎機能改善するかどうかを検討した。経動脈的にp53 shRNAを投与した場合にIRによる腎障害に対する効果を検討した。C57BL/6マウスを用い左側腎を30分間虚血にし、その後再灌流を行った。shRNA治療は、トランスフェクション試薬に直鎖型陽性ポリマーのポリエチレンイミンを用い、p53に対するshRNAが組み込まれたプラスミドの投与を行った。P53に対するshRNAプラスミドを経動脈的に左腎に虚血直後に投与した場合、12時間後の髄質外層のヘンレ上行脚尿細管(mTALH)細胞での障害軽減を認めた。IRによりmTALH細胞では、アポトーシスの増加、ミトコンドリア腫大、p53とGSK3-βの発現亢進を認めたが、P53 shRNAの投与は同部位のアポトーシスの抑制、GSK3-β発現亢進抑制、βカテニンの発現低下の回復、ミトコンドリア腫大の軽減を認めた。いままでのデータを基に、網羅的な解析も行い、成果発表の準備も行う。腎臓病学がん抑制遺伝子産物p53は、生体を癌から防ぐという機能以外にも,多種多様な生体ストレスに対する応答と細胞の恒常性維持に働くことが明らかになっている。p53は嫌気的のみならず好気的呼吸も制御しており細胞のエネルギー産生に深く関わっているかどうかを検討する。p53の細胞内糖代謝経路における役割については、p53が尿細管細胞において、GLUT1およびGLUT4の転写を抑制することやTIGARおよびSCO2などのミトコンドリア酵素の発現誘導調節を行うことを検討する。急性および慢性腎障害に関わる自然免疫への役割の検討としてマクロファージおよび樹状細胞への関わりの検討を行う。P53の樹状細胞(Dendric cell:DC)に対する効果として、腎皮質の尿細管周囲間質に存在する骨髄性間質DCとリンパ性形質細胞様DCの存在比率変化を検討する。P53のマクロファージ(MC)に対する効果として、一酸化窒素、炎症性サイトカイン(TNF-α), matrix metalloproteinase (MMPs),TGF-βなどの産生や、腎障害・線維化を評価する。P53により調節されるDCにおけるβカテニンに対する作用を検討する。P53による各尿細管細胞におけるヒストンメチル化、microRNA発現に対する役割を検討するために、網羅的発現解析を行う。最終年度に網羅的解析による大きな支出を予定していたため。H26年度には、過去にえられたデータを参考に基礎的な検討をまず行った。H27年度以降に網羅的なヒストンメチル化、microRNA発現研究を予定し、この計画に大きな支出が予想されたため、次年度使用額が生じた。マイクロアレイによる網羅的研究により、糖代謝に関わるp53およびHIF1alphaの役割の検討を行う。
原子層薄膜ヘテロ接合界面のガスセンサー応用

本研究課題では、ガス分子の吸着が、原子層薄膜同士のvdWsヘテロ接合界面の電気伝導特性に及ぼす影響を調べ、このヘテロ接合界面を利用した、ガスセンシングに有用な新規機能の探索を行った。WSe2/MoS2ヘテロ構造を用いたpn接合デバイス、グラフェン/MoS2ヘテロ構造を用いたショットキー接合デバイスを作製し、NO2ガスに対するセンサー応答を調べた。WSe2/MoS2ヘテロ接合デバイスは、光照射下で光起電力型ガスセンサーとして動作すること、グラフェン/MoS2ヘテロ接合デバイスは、ショットキー障壁変調による巨大応答とその応答のバイアス電圧やゲート電圧による制御性を見出した。原子数層分の厚みをもつ異なる種類の原子層薄膜を重ね合わせて形成するvan der Waals(vdW)ヘテロ構造は、原子層薄膜の組み合わせによって多様な界面を形成する。これらの界面は原子層薄膜の厚さを隔てて外気と近接しているため、界面の状態は外部の雰囲気によって大きく影響を受けると予想される。本研究の目的は、この原子層薄膜のvdWヘテロ接合構造における、吸着ガス分子の影響を電気伝導特性の変化から明らかにすること、そしてこのヘテロ接合界面を利用したガスセンサーの可能性を探索することである。平成27年度は、グラフェンとMoS2のvdWヘテロ構造を研究対象とし、ヘテロ構造の形成およびデバイス化に取り組み、また、ヘテロ接合界面における電気伝導特性のガス吸着による影響を評価した。グラフェン/MoS2界面には、ゲート電圧によって障壁高さが変調される特殊なショットキー障壁が形成されることが知られている。これは、状態密度の小さなグラフェンは電界効果ドーピングによって仕事関数が容易に変化するからである。ガス分子吸着による化学ドーピングによっても同様に障壁高さの変調が起こりうると予想されるが、いまだ報告されていない。そこで、グラフェン/MoS2ヘテロ接合をチャネルに持つ電界効果トランジスタ(FET)型のデバイスを作製し、ガス曝露による電気伝導特性の変化を調べることによって、ガス吸着によるショットキー障壁変調の検証を行った。ヘテロ接合部分以外への吸着分子の影響を排除するため、ヘテロ接合部分以外の領域を段階的にガスバリア膜で被覆し、各段階における伝導特性の変化を系統的に調べた。酸化性ガスであるNO2を曝露すると、電流の大幅減少が観測され、ショットキー障壁高さの増加が確認された。さらに、応答に寄与する部分は、ヘテロ接合界面全体ではなくグラフェンエッジ部分のみであることが示唆された。(1)当初の予定では、p型WSe2とn型MoS2の原子層薄膜によるvdWヘテロ構造によるpn接合界面を研究対象とする予定であっが、ヘテロ構造作製の歩留まりが低いため、バックアッププランとして予定していた、比較的入手が容易なグラフェンを用いて、グラフェン/MoS2 vdWヘテロ構造によるショットキー界面を研究対象とした。グラフェン/MoS2 vdWヘテロ構造は、機械的剥離で形成したMoS2薄片上にグラフェンを積み重ねることで作製した。再現性と信頼性のある界面特性を得るためにはできるだけ大面積のヘテロ接合が望ましいが、機械的剥離法で得られる原子層薄片のサイズの制限と、マスクレスフォトリソグラフィの位置制御の制約から、10 μm2以上の接合面積を有するヘテロ接合の形成を目指した。機械的剥離法の工夫による剥離MoS2の面積増大と、銅箔上単層グラフェンの転写により、約10 μm2の接合面積をもつヘテロ接合を比較的容易に形成することができるようになり、ヘテロ接合デバイスの作製が可能になった。(2)研究室所有の超高真空電子ビーム蒸着装置に本年度の研究費で購入したロードロックチャンバーを増設し、蒸着チャンバーを大気開放することなしに試料交換が出来るように改造した。これにより、電極形成のための蒸着工程にかかる時間を半分以下に短縮することができ、デバイス作製の効率化を進めた。(3)作製したデバイスは環境制御チャンバー内で、NO2ガスに対する応答評価を行い、予想したとおり、グラフェン/MoS2 vdWヘテロ接合界面に形成されるショットキー障壁の高さがガス分子吸着により増加することを実証した。本研究課題では、原子層薄膜同士のvan der Waals(vdW)ヘテロ接合の界面状態が、ガス分子吸着によって受ける影響を界面状態に敏感な電気伝導特性に基づき明らかにすること、そしてこのヘテロ接合界面の変調を利用した新規ガスセンサーの創出を目指した。本年度は、原子層薄膜であるn型半導体のMoS2とp型半導体のWSe2を酸化膜付きシリコン基板上で積層して作製したMoS2/WSe2ヘテロ接合デバイスを用いて、ガス応答特性の評価を行った。異なるガス雰囲気環境(真空中、乾燥空気中、NO2(1 ppm)中)において、デバイスの電気伝導特性特性を測定した。

バックゲート電圧でMoS2及びWSe2の電子、正孔それぞれのキャリア密度を制御し、双方のキャリア密度の積が最大と成るゲート電圧を印加したときにドレイン電流がピークを示した。このとき、デバイスはpn順方向(WSe2⇒MoS2)に整流性を示し、ヘテロ接合界面にpn接合が形成されていることが確認された。ドレイン電流(再結合電流)のピークが現れる電圧はガス雰囲気に依存し、雰囲気の酸化性が強くなるほど正方向にシフトする傾向が見られた。これは、吸着ガス分子による化学ドーピングの効果で、原子層薄膜のキャリア密度のバランスが変化したためだと考えられる。さらに、このヘテロ接合デバイスに光照射を行うと、pn接合を形成するゲート電圧印加時に、光起電力が生じることが確認された。そこで、太陽光シミュレータ(AM1.5)の光照射下で、光起電力の大きさを応答量としてガス応答特性を測定した。NO2(1ppm)と乾燥空気を交互に曝露し、開放電圧の時間的変化を測定したところ、NO2の導入・パージにあわせて、開放電圧が減少・増加し、応答を示すことがわかった。この結果から、この原子層薄膜ヘテロ構造が、光起電力型ガスセンサーとして動作することを始めて実証した。研究実績の概要で述べたグラフェン/MoS2ヘテロ接合界面のうちグラフェンエッジ部分しか応答に寄与していないという結果のさらなる裏付けを得るために、KFMマッピングや電流AFMなどの走査プローブ顕微鏡法を用いて、ヘテロ接合面内の表面ポテンシャル分布や電流経路を明らかにする。また、ヘテロ接合部のグラフェンに局所ドーピングを行うことにより、接合面内のショットキー障壁高さの分布を変化させ、ガス応答に寄与する領域の拡大を図る。次に、ゲート電圧やバイアス電圧を変化させ、センサーの検知感度の制御や高速回復の可否について検証し、センサー特性の能動的制御の可能性を調査する。また、光照射下で光起電力や光応答電流を測定し、それぞれの物理量のガスに対する応答を調べ、光エネルギーを利用した無電源ガスセンサーの可能性を探索する。また、ヘテロ接合形成のためのマイクロマニピュレータに改良を加え、歩留まりを向上させる。そして、当初予定していたWSe2/MoS2 vdWヘテロ構造によるpn接合界面のガス応答性についても同様に検証を行う。ナノ材料物性、ナノ材料工学ロードロックチェンバーの増設費用を所有していたジャンク部品を積極的に利用することで節約できたため。ヘテロ接合デバイス作製のための材料費と国際会議の旅費・参加費に充てる。
全ゲノム配列に基づいた系統樹の作成ツールの開発

分子系統学的解析は、系統樹作成のための欠くことのできないツールである。従来は、特定の遺伝子の系統樹を作成することで、生物の系統関係を推測してきた。しかし、広い範囲の生物を対象とすると、オルソログの数が減少し、全生物の場合、31遺伝子しかなく、しかも30遺伝子が翻訳に関係するものであった。このように偏った、しかも少ない遺伝子数で信頼できる系統樹を描くことはできない。近年、全ゲノム配列が解読された生物種が増えるに従って、これを利用したツールが開発された。本研究の目的は、全ゲノム配列に基づいた系統樹の自動作成ツールを開発し、これを用いて、(1)全生物の系統樹「Tree of life」を作成し、(2)このツールの理論化に向けた研究を行うことである。本年度は、作成された系統樹を解析することで作成された系統樹が何を意味するかを調べた。特に、大腸菌と赤痢などを引き起こすシゲラ属(Shigella)との関係を調べた。大腸菌とシゲラは系統的には近いことが知られ、さらに詳しい系統解析の結果では、シゲラはまとまったグループを作らず、大腸菌から独立に複数回出現したと考えられている。しかし、我々の系統樹では、大腸菌とシゲラはそれぞれ、まとまったクラスターを作った。大腸菌とシゲラは、様々な感性症を引き起こすことで共通している。このような共通した性質を持つグループが、系統的には別でも、一つのまとまったクラスターを作ることは、我々の系統樹が真の意味で系統樹ではないことを示唆している。すなわち、「Similarity tree」を示していると考えられる。これは、進化的な系統樹を示すのではなく、生物がどれだけ似ているかを示すTreeと考えられる。これは、生物を表現する新しい手法と考えられる。本年度は、特にシアノバクテリアと光合成細菌を取り上げ、系統樹の作成手法の開発に取り組んだ。まず、ベストマッチのe-valuesから進化距離を算出する次の二つの方法を比較した。(1)双方向ベストマッチする遺伝子の組み合わせでのみでe-valuesを求め、これをもとに進化距離を計算する、(2)片方ベストマッチの遺伝子も含め、全ての組み合わせによるe-valuesを求め、進化距離を計算する。これらの値から、系統樹を作成したところ、(2)の方法による系統樹が実際に近いことが明らかになった。さらに、系統樹の信頼性を示すBootstrap値を求める方法を開発した。これは、任意に遺伝子を抽出し、これによって系統樹を作成し、どれだけの割合で分岐を支持したかを示すものである。この結果、門のレベルを除くと、100/100に近い確立で支持され、系統樹の信頼性を確認することができた。
すばるHSC狭帯域深宇宙探査で暴く宇宙再電離：CHORUSプロジェクト

本課題の主要目的は、すばる望遠鏡Hyper Suprime-Cam (HSC)に5枚の狭帯域フィルターを装着した新宇宙探査を行ない、宇宙再電離現象の解明を目指すことである。昨年度までに4枚分のデータを取得していた。今年度は12月に最後に残ったIB945のデータを取得した。これにより、予定の観測はすべて完了した。今年度は、NB387とNB527のデータ解析を主に行なった。すばる戦略枠プログラムで進行中のHSC大規模観測チームの協力により、HSCパイプラインソフトで画像整約を行なった。さらに、他バンド画像を組み合わせた多波長天体カタログもパイプラインソフトにより作成した。そのカタログの検証を現在まで行なっているところであるが、測光値がおかしな天体もあり、検証作業に予想外に時間がかかっている。昨年度までのデータからすでに論文成果が得られている(Itoh et al. 2018)。また、並行して行なう計画であった理論シミュレーションの研究成果も論文出版済みである(Inoue et al. 2018)。さらに、多波長銀河スペクトルモデルの改良を報告する論文(Boquien et al. 2019)や、宇宙再電離期の銀河スペクトルを多波長でモデル化し、観測された輝線強度の相関を議論する論文(Harikane et al. 2018)の出版もした。関連して、銀河間空間の中性水素ガス分布と銀河分布の相関の研究を行ない、成果を論文出版した(Hayashino et al. 2019)。また、アルマ望遠鏡による宇宙再電離期の銀河観測についての論文出版も行なった(Tamura et al. 2019; Hashimoto et al. 2018)。さらに、アルマ望遠鏡の観測結果を解釈するための理論シミュレーションも行なった(Moriwaki et al. 2018)。予定していた狭帯域撮像観測データはすべて取得した。残り2年間でデータ解析から論文執筆を行なうことができる。並行して行なう予定であった理論シミュレーションはすでに論文出版した。狭帯域観測データはすべて取得し、画像作成までは完了している。現在行なっている多波長カタログの検証を完了させ次第、当初予定していた4つの研究課題を着実に遂行していく。すなわち、(a)銀河・AGNの電離光子放射率測定、(b)低光度AGN光度関数測定、(c)種族III星団存在量測定、(d)宇宙の中性水素分布描画である。8月に研究チーム全体会合を開催し、結果の共有と議論を行なって、成果の最終的な取りまとめに向けて着実に進めていく。本研究課題では、すばる望遠鏡Hyper Suprime-Cam (HSC)に5枚の狭帯域フィルターを搭載した深宇宙撮像観測を実施する予定である。2017年1月から3月までに、5枚のうち、NB973, NB718の2枚のデータ取得が完了していた。その観測データの解析を、分担研究者大内正己のグループを中心として行なった。その過程で、HSC公式解析パイプラインソフトの不具合を発見し、その改善をHSCチームに報告するとともに、パイプラインソフトの改良を促した。NB973データを利用して、赤方偏移7.0のライマンα輝線銀河の光度関数を測定し、国内外の学会で報告した。論文は投稿、査読中である(Itoh et al.査読中)。また、NB718データを利用した赤方偏移4.9のライマンα輝線銀河の研究も進捗している(Zhang et al.準備中)。2017年12月から2018年3月の間に、さらに2枚分、NB387, NB527のデータを取得した。観測条件があまり良くなかったのは残念であるが、新年度にかけてデータ解析を始めている。残り1枚、IB945のデータ取得は2018年12月の予定である。平行して、宇宙再電離の大規模数値シミュレーションを利用して、ライマンα輝線銀河の理論モデルを構築した。論文を学術雑誌に投稿し、このほど受理された(Inoue et al.印刷中)。関連して、銀河間中性水素ガスの分布に関する研究も実施した。赤方偏移3付近の原始銀河団領域では中性水素ガスが一般領域に比べて超過が見られることを報告した(Mawatari et al. 2017, MNRAS)。その他、HSCの広帯域撮像サーベイデータを利用した研究論文が3編出版された。なお、チーム内での情報共有および議論のための研究会を9月に実施した。本課題は、以前の基盤研究B課題からの継続という位置づけではあるが、新たな4年計画の初年度で、観測データの大半を取得することができている。残り狭帯域フィルター1枚分のデータ取得は今年12月で完了する予定である。しかし、観測条件の悪いデータは今後再取得が必要になるかもしれない。観測データと比較すべき理論モデルについては、以前からの継続的な研究により完成し、論文出版に至っている。

さらに、他バンド画像を組み合わせた多波長天体カタログもパイプラインソフトにより作成した。そのカタログの検証を現在まで行なっているところであるが、測光値がおかしな天体もあり、検証作業に予想外に時間がかかっている。昨年度までのデータからすでに論文成果が得られている(Itoh et al. 2018)。また、並行して行なう計画であった理論シミュレーションの研究成果も論文出版済みである(Inoue et al. 2018)。さらに、多波長銀河スペクトルモデルの改良を報告する論文(Boquien et al. 2019)や、宇宙再電離期の銀河スペクトルを多波長でモデル化し、観測された輝線強度の相関を議論する論文(Harikane et al. 2018)の出版もした。関連して、銀河間空間の中性水素ガス分布と銀河分布の相関の研究を行ない、成果を論文出版した(Hayashino et al. 2019)。また、アルマ望遠鏡による宇宙再電離期の銀河観測についての論文出版も行なった(Tamura et al. 2019; Hashimoto et al. 2018)。さらに、アルマ望遠鏡の観測結果を解釈するための理論シミュレーションも行なった(Moriwaki et al. 2018)。予定していた狭帯域撮像観測データはすべて取得した。残り2年間でデータ解析から論文執筆を行なうことができる。並行して行なう予定であった理論シミュレーションはすでに論文出版した。2018年度は、今年取得したNB387, NB527の撮像データ解析をまず行なう。NB387については、大内正己のグループですでに取り掛かっている。NB527については、本課題で雇用する博士研究員が担当する。平行して、昨年度取得、解析したNB973, NB718のデータを利用した論文を出版する。狭帯域フィルター4枚分の解析済みデータが揃ったところで、当初予定の(a)銀河・AGN電離光子放射率、(b)低光度AGN光度関数、(c)種族III星団存在量の測定に着手する。初期成果については今年度後半の学会等で発表することができるだろう。最後の1枚の観測が12月に予定されている。これについては、研究代表者と博士研究員が中心となって実施する。平行して、理論モデルの改良も進める。観測データ解析の進捗に合わせて、随時、モデルとの比較検討を行なっていく。チーム内の情報共有と議論のための全体ミーティングを8月に実施する。狭帯域観測データはすべて取得し、画像作成までは完了している。現在行なっている多波長カタログの検証を完了させ次第、当初予定していた4つの研究課題を着実に遂行していく。すなわち、(a)銀河・AGNの電離光子放射率測定、(b)低光度AGN光度関数測定、(c)種族III星団存在量測定、(d)宇宙の中性水素分布描画である。8月に研究チーム全体会合を開催し、結果の共有と議論を行なって、成果の最終的な取りまとめに向けて着実に進めていく。
外乱に対する姿勢制御特性を考慮した2足歩行機械の動的総合

本研究は歩行面・その他からの外乱に迅速に対応可能な2足歩行機械システムの実現を目的としており,外乱に対する姿勢制御を反射運動により行うために,2足歩行機械の制御系を構成し,外乱作用の検出法を明らかにするとともに外乱に対する反射運動の決定を行い,歩行実験による検討を加えた.まず,外乱検出系と反射運動起動系についてその構成および歩行機械全体の制御系における配置を明らかにし,2足歩行機械の制御系の構成を具体的に提案した.つぎに,外乱に対する姿勢制御を外乱作用の検出,外乱補償運動の実行,外乱不作用の検出および定常歩行への復帰の四つの動作により構成した.歩行機械に作用する外乱として,歩行機械本体に進行方向に作用する性質の異なる2種類の外力,すなわち作用時間が短いが大きさが大きいインパルス的外乱と作用時間が長いが大きさが小さい継続的外乱,を取り上げ,それぞれの外乱について通常のセンサにより検出可能な歩行機械の状態量を定めるとともにその検出方法を具体的に明らかにした.そして,インパルス的外乱に対しては安定な歩行停止を,継続的外乱に対しては安定歩行の継続および定常歩行への復帰を目的として,脚の反射運動を決定した.以上の結果をもとにして,質量18kg,全高0.66mの2足歩行機械について外乱に対する姿勢制御系を構成し,歩幅0.25m,歩行速度133歩毎分の定常歩行時に外乱を作用させる実験を行ったところ,250Nの大きさのインパルス的外乱に対して安定な歩行停止が実現され,25Nの大きさの継続的外乱に対しては反射運動の適切な切り替えによる歩行の継続および定常歩行への復帰が実現された.さらに,歩行機械の外乱補償系の信頼性向上のために,外乱作用後の歩行機械の状態変化を定性的および定量的に検討して外乱検出則に改良を加えたところ,外乱検出の成功確率の向上を図ることができた.本研究は歩行面・その他からの外乱に迅速に対応可能な2足歩行機械システムの実現を目的としており,外乱に対する姿勢制御を反射運動により行うために,2足歩行機械の制御系を構成し,外乱作用の検出法を明らかにするとともに外乱に対する反射運動の決定を行い,歩行実験による検討を加えた.まず,外乱検出系と反射運動起動系についてその構成および歩行機械全体の制御系における配置を明らかにし,2足歩行機械の制御系の構成を具体的に提案した.つぎに,外乱に対する姿勢制御を外乱作用の検出,外乱補償運動の実行,外乱不作用の検出および定常歩行への復帰の四つの動作により構成した.歩行機械に作用する外乱として,歩行機械本体に進行方向に作用する性質の異なる2種類の外力,すなわち作用時間が短いが大きさが大きいインパルス的外乱と作用時間が長いが大きさが小さい継続的外乱,を取り上げ,それぞれの外乱について通常のセンサにより検出可能な歩行機械の状態量を定めるとともにその検出方法を具体的に明らかにした.そして,インパルス的外乱に対しては安定な歩行停止を,継続的外乱に対しては安定歩行の継続および定常歩行への復帰を目的として,脚の反射運動を決定した.以上の結果をもとにして,質量18kg,全高0.66mの2足歩行機械について外乱に対する姿勢制御系を構成し,歩幅0.25m,歩行速度133歩毎分の定常歩行時に外乱を作用させる実験を行ったところ,250Nの大きさのインパルス的外乱に対して安定な歩行停止が実現され,25Nの大きさの継続的外乱に対しては反射運動の適切な切り替えによる歩行の継続および定常歩行への復帰が実現された.さらに,歩行機械の外乱補償系の信頼性向上のために,外乱作用後の歩行機械の状態変化を定性的および定量的に検討して外乱検出則に改良を加えたところ,外乱検出の成功確率の向上を図ることができた.本年度の研究では,外乱に対する姿勢制御を反射運動により行うために,2足歩行機械の制御系を構成し,外乱作用の検出法を明らかにするとともに外乱に対する反射運動の決定を行い,歩行実験による検討を加えた.まず,外乱検出系と反射運動起動系についてその構成および歩行機械全体の制御系における配置を明らかにし,2足歩行機械の制御系の構成を具体的に提案した.つぎに,外乱に対する姿勢制御を外乱作用の検出,外乱補償運動の実行,外乱不作用の検出および定常歩行への復帰の四つの動作により構成した.歩行機械に作用する外乱として,歩行機械本体に進行方向に作用する性質の異なる2種類の外力,すなわち作用時間が短いが大きさが大きいインパルス的外乱と作用時間が長いが大きさが小さい継続的外乱,を取り上げ,それぞれの外乱について通常のセンサにより検出可能な歩行機械の状態量を定めるとともにその検出方法を具体的に明らかにした.そして,インパルス的外乱に対しては安定な歩行停止を,継続的外乱に対しては安定歩行の継続および定常歩行への復帰を目的として,脚の反射運動を決定した.以上の結果をもとにして,質量18kg,全高0.66mの2足歩行機械のついて外乱に対する姿勢制御系を構成し,歩幅0.25m,歩行速度133歩毎分の定常歩行時に外乱を作用させる実験を行ったところ,250Nの大きさのインパルス的外乱に対して安定な歩行停止が実現され,25Nの大きさの継続的外乱に対しては反射運動の適切な切り替えによる歩行の継続および定常歩行への復帰が実現された.本研究は歩行面・その他からの外乱に迅速に対応可能な2足歩行機械システムの実現を目的としており,本年度は,歩行機械の外乱補償系の信頼性向上のために外乱判定則の高精度化を目的として研究を行った.

まず,一定歩幅の定常歩行を行っている2足歩行機械の腰部に,外乱として進行方向前向きおよび後ろ向きに大きさおよび作用時間の異なる種々の未知外力を作用させて,その後の歩行機械の状態変化を記録し,外力の最大値および力積と接地状態の遷移パターンおよび転倒に至るまでの歩数の関係を整理し,外乱判定に費やしうる歩数と外乱の種類の関係を明らかにした.つぎに,上述の種々の外乱を作用させた場合について,歩行機械状態量の時々刻々の変化を調べ検討を加えた.具体的には,外乱作用開始後の歩行機械の腰部加速度および各接地状態の区間時間の定常歩行時に対する偏差をとりあげ,すでに明らかにした外乱判定に費やしうる歩数との関係を考慮して,定常歩行制御から外乱補償のための反射運動への切り替え判断を行うための外乱判定状態量の基準値を決定し,外乱判定系を具体的に構成した.そして,決定された数値による外乱判定の成功確率を外乱作用実験の結果をもとに求め,本外乱判定系の信頼性を評価した.さらに,外乱補償のための反射運動を具体的に決定し,これを外乱判定則とともに歩行機械の制御系に組み込んで実際に定常歩行中の歩行機械に外乱を作用させたところ,外乱判定,外乱補償動作の起動および転倒回避が実現できることが確認された.
実用化を目指したヒトiPS細胞の軟骨分化誘導法の確立

iPS細胞は量的な制約がなく、再生医療の魅力的なツールである。本研究では化合物を用いてヒトiPS細胞から軟骨細胞を分化誘導する方法の開発に取り組み、わずか二種類の化合物を用いて一週間前後で良好な軟骨細胞を誘導することに成功した。本方法ではサイトカインを使用しないため、非常に均質な分化をもたらすことができるのが特徴で、フローサイトメトリーによる解析でも分化し損ねた細胞は全く検知されなかった。またこの方法で誘導した細胞をマウスの膝に移植したところ、良好な軟骨を形成した。まず複数のhiPS細胞株を用いてサイトカインによる基礎検討を行った。初期胚からの中胚葉分化過程をWnt, BMP, FGFシグナルによって誘導し、その組み合わせとタイミングをスクリーニングした。さらに後半の軟骨分化過程をGDF5、FGF、インスリンシグナルを中心にその組み合わせとタイミングを検討を行った。その結果、Wnt3a、BMP4、FGF2、GDF5、インスリンを2週間にわたって順に使用することで良好な軟骨細胞マーカーの上昇を得ることに成功した。さらにこの分化した細胞がどの程度の軟骨組織形成能を有するかを確認するため、内径3mmのモールドに入れてディスクを形成し、それを免疫不全マウスの膝関節軟骨の大腿骨溝に作成した1mm径の欠損孔に移植した。8週間の経過で、iPS細胞由来軟骨細胞はサフラニンO強陽性の軟骨組織を形成したが、正常軟骨組織との境界には脱分化した組織が観察された。移植後8週間では腫瘍化は観察されなかったが、移植後16週間まで観察すると、6.7%の確率で腫瘍が発生した。組織学的に観察すると、腫瘍組織には外胚葉、中胚葉、内胚葉由来の組織が混在しており、テラトーマであることが判明した。このことから、未分化な細胞が残存したことが原因と考えられた。また2014年度は、サイトカインではなく化合物だけでiPS細胞から軟骨細胞を誘導するための基礎検討も開始した。中胚葉分化については1-2種類の化合物で良好な結果を得た。サイトカイン7種類の組み合わせによってiPS細胞を軟骨細胞に誘導する方法を確立し、その後にこれらを低分子化合物に代替する研究を重ねた結果、2種類のみの化合物のみで、9日間というごく短期間に良好な軟骨細胞を誘導することに成功した。分化した軟骨細胞のバリデーションについては、マーカー遺伝子の定量に加えて、フローサイトメトリーでの評価も行い、99%近い高率な分化誘導であることも確認された。現在特許申請の準備中であり、本件に関する発表は控えている。最初の2年間でほぼプロトコールの核は完成した。本研究課題では、変形性関節症への応用を目標に、低分子化合物を用いたヒトiPS細胞を用いた軟骨細胞の誘導法の開発を行ってきた。様々なスクリーニングの結果、初期分化にはWNTシグナルに関連する物質Xを用いた。Xの濃度と作用させる日数を詳細に検討し、中胚葉分化に至る最適条件を絞り込んだ。中胚葉分化から軟骨分化を誘導する因子として、こちらも様々な化合物を検討し、物質Yを選んだ。Yを開始するタイミング、使用する濃度、培養日数についても詳細に検討し、フィーダーフリーで未分化の状態に維持したヒトiPS細胞から軟骨細胞マーカーであるSOX9、COL2A1が著明に上昇するまで5日間、さらにCOL11A2などの成熟軟骨マーカーが上昇するまで9日間、というプロトコールを確立することに成功した。詳細な条件は今後発表される論文を参照されたい。たった2種類の化合物を用いてヒトiPS細胞から軟骨細胞を分化誘導することから、この方法をtwo compounds (2C)法と命名した。この2C法は、従来の7ー9種類のサイトカインを用いる方法と比べて、軟骨細胞分化誘導に有する期間が短かった。またフローサイトメトリーを用いて解析したところ、サイトカイン法ではどうしても分化し損ねたNanog陽性の未分化細胞がごく少数混じってしまうのに対し、2C法では0%と、極めて優れた分化誘導法であることが分かった。今後はこの分化誘導法を用いた軟骨再生医療の技術開発のほか、軟骨がどのように誘導されるのかを調べるツールとしても活用していく計画である。サイトカインによる分化誘導については成績をまとめて現在投稿中である。化合物による分化誘導についても良好な成績を得つつあり、当初の計画以上の進展と考える。これらを投与するタイミングを詳細に検討し、軟骨の成熟マーカーの発現を検証する。また免疫不全マウスの関節に移植し、成熟した軟骨組織を形成しうるか、腫瘍化しないか、などについても検証する。マイクロアレイ、エピゲノム解析なども行い、分化時に起きている現象も検討する。整形外科学28年度が最終年度であるため、記入しない。中胚葉分化誘導能、軟骨細胞分化誘導能を有する遺伝子や化合物のスクリーニングを行う。またこれらの作業と合わせ、これまでに絞り込んだ化合物によるiPS細胞からの軟骨細胞分化誘導法の最適化も平行して進める。

分化誘導の評価は発現遺伝子のリアルタイムRT-PCR法、フローサイトメトリーで行い、さらに移植実験によって軟骨組織形成能、腫瘍形成のリスクについても検討し、将来の臨床応用の可能性を評価していく。当初の計画以上に研究が進捗したために、想定していた予算以内で進めることができた。28年度が最終年度であるため、記入しない。サイトカインによる分化誘導について、当初の計画よりスムーズに進んだため、次年度以降の使用額に充当することができた。軟骨の成熟マーカーの発現の検証にかかる実験費用、マイクロアレイ、エピゲノム解析のための試薬、データ収集にかかる諸経費。ips細胞からの軟骨細胞分化誘導法に使用する試薬、消耗品28年度が最終年度であるため、記入しない。
新しいホウ素アニオンの創製と応用

ピリジンの窒素原子とホウ素が分子内で配位結合したピリジン-ホラン分子内錯体は、対応する炭素体と等電子構造である。この二種類のπ共役系化合物は立体的には酷似した構造を有するが、その電子的な性質は大きく異なり、ピリジン-ボラン錯体の方がかなり低いLUMOを持つことがわかっている。従って、ピリジン-ボラン錯体部位を持つ化合物は対応する炭素類縁体と同様の立体環境を有する一方で、電子的には大きく異なる性質を持つ触媒・機能性材料となることが期待される。本研究では我々が独自に見いだしたピリジンを配向基とする芳香族求電子ホウ素化反応を基盤技術とし、まず始めにフルオレニルアニオンと等電子構造を有するホウ素アニオンの創製、およびその構造・物性の解明を目的として検討を行ってきた。まず、ホウ素上にクロロ基を有するピリジン-ボラン錯体を2(2-スタニルフェニル)ピリジンとジクロロフェニルボランの金属交換反応によって合成した。これに金属リチウムを作用させると、反応溶液が赤色になり、NMRシグナルの高磁場シフトが観測された。また、この化合物にヨウ化メチルを作用させると、ホウ素上がメチル化された生成物が得られた。このことから、ホウ素アニオンは生成しているものと考えられる。続いてこのアニオン種の構造を決定すべく、単離、結晶化を試みた。様々な溶媒での再結晶や、置換基を導入してより結晶化しやすい化合物の合成検討を行ったが、単離には至らなかった。一方、平行して行っていた不斉触媒反応開発検討の結果、キラルなニッケル触媒によって、シクロブタノンへの不斉アルケン挿入反応が進行することを見いだした。これを用いて医薬品候補化合物の合成中間体として利用されているベンゾビシクロ[2.2.2]オクテノンの効率的合成法を開発した。当初、フルオレニルアニオンと等電子構造を有するホウ素アニオンの創製を第一の目的として検討を行ってきた。種々検討を行った結果、ホウ素アニオンが生成していることを示唆するNMRデータや反応性に関するデータは得られたものの、単離して構造を確定することはできなかったため「(4)遅れている」とした。一方、平行して行っていた不斉触媒反応の検討の結果、ニッケル触媒を用いたシクロブタノンへの不斉アルケン挿入反応を見いだすことができたため、研究の方向性を転換して、ベンゾビシクロ[2.2.2]オクテノンの合成法を開発した。これまでの検討の結果、フルオレニルアニオンと等電子構造を有するホウ素アニオンは合成可能であり、また熱的には比較的安定で取り扱いが可能であることがわかっている。今後の課題は結晶化可能なアニオン種を合成すべく、適切な対カチオンを持つホウ素アニオンを合成する反応を見いだす必要がある。もしくは、生成したアニオンを遷移金属錯体に配位させることで安定化させ、単離、構造決定を行う予定である。一方、不斉触媒反応に関しては、シクロブタノンに代えてアゼチジノンを用いたキヌクリジン誘導体の不斉合成法の開発、中間体となるニッケラサイクルを単離し、これをX線結晶構造解析することでエナンチオ選択性の発現機構の解明、分子間での不斉アルケン挿入反応について検討を行う予定である。ピリジン-ボラン錯体はその炭素類縁体と等電子構造であり、炭素体とは酷似した立体構造を有する。その一方で電子的性質は大きく異なり、極めて低いLUMOを示すこと、また、これらは強い蛍光を示すことを既に我々は見いだしている。このため、有機ELの発光材料や電子輸送材料など、機能性材料としての応用が期待されている化合物群である。本研究ではフルオレニルアニオンと等電子構造となるピリジン-ボラン錯体のホウ素アニオンが芳香属性を持ち、比較的安定で単離・解析することが可能ではないかと考え、検討を行った。まずホウ素上に塩素原子を有するフルオレン型ピリジン-ボラン錯体2-(2-クロロ(フェニル)ボリルフェニル)ピリジン)に金属リチウムを作用させたところ、無色から青紫色、次いで赤色へと反応溶液の色が変化した。この溶液をNMRで分析したところ、芳香族領域のプロトンおよびカーボンの値が高磁場シフトしているのが観測された。また11B NMRでは22ppmにピークが観測された。これはこれまでに報告されている芳香族ホウ素アニオン(ジベンゾボロール-N-ヘテロサイクリックカルベン錯体のアニオン)の値と同程度である。この結果から、金属リチウムによるピリジン-ボラン錯体の還元反応が進行し、ホウ素アニオンが生成していることが示唆された。続いて、得られた赤色溶液にヨードメタンを作用させたところ、赤色が消失し、2-(2-メチル(フェニル)ボリルフェニル)ピリジンが生成した。これはホウ素アニオンがヨードメタンに求核付加した結果得られたものと考えられる。

本研究では我々が独自に見いだしたピリジンを配向基とする芳香族求電子ホウ素化反応を基盤技術とし、まず始めにフルオレニルアニオンと等電子構造を有するホウ素アニオンの創製、およびその構造・物性の解明を目的として検討を行ってきた。まず、ホウ素上にクロロ基を有するピリジン-ボラン錯体を2(2-スタニルフェニル)ピリジンとジクロロフェニルボランの金属交換反応によって合成した。これに金属リチウムを作用させると、反応溶液が赤色になり、NMRシグナルの高磁場シフトが観測された。また、この化合物にヨウ化メチルを作用させると、ホウ素上がメチル化された生成物が得られた。このことから、ホウ素アニオンは生成しているものと考えられる。続いてこのアニオン種の構造を決定すべく、単離、結晶化を試みた。様々な溶媒での再結晶や、置換基を導入してより結晶化しやすい化合物の合成検討を行ったが、単離には至らなかった。一方、平行して行っていた不斉触媒反応開発検討の結果、キラルなニッケル触媒によって、シクロブタノンへの不斉アルケン挿入反応が進行することを見いだした。これを用いて医薬品候補化合物の合成中間体として利用されているベンゾビシクロ[2.2.2]オクテノンの効率的合成法を開発した。当初、フルオレニルアニオンと等電子構造を有するホウ素アニオンの創製を第一の目的として検討を行ってきた。種々検討を行った結果、ホウ素アニオンが生成していることを示唆するNMRデータや反応性に関するデータは得られたものの、単離して構造を確定することはできなかったため「(4)遅れている」とした。一方、平行して行っていた不斉触媒反応の検討の結果、ニッケル触媒を用いたシクロブタノンへの不斉アルケン挿入反応を見いだすことができたため、研究の方向性を転換して、ベンゾビシクロ[2.2.2]オクテノンの合成法を開発した。これまでの検討の結果、フルオレニルアニオンと等電子構造を有するホウ素アニオンは合成可能であり、また熱的には比較的安定で取り扱いが可能であることがわかっている。今後の課題は結晶化可能なアニオン種を合成すべく、適切な対カチオンを持つホウ素アニオンを合成する反応を見いだす必要がある。もしくは、生成したアニオンを遷移金属錯体に配位させることで安定化させ、単離、構造決定を行う予定である。一方、不斉触媒反応に関しては、シクロブタノンに代えてアゼチジノンを用いたキヌクリジン誘導体の不斉合成法の開発、中間体となるニッケラサイクルを単離し、これをX線結晶構造解析することでエナンチオ選択性の発現機構の解明、分子間での不斉アルケン挿入反応について検討を行う予定である。
ゾル-ゲル混合系食物の飲み込み易さとその要因について

本研究は、ゾル中にゲルが分散したゾル-ゲル混合系食物の飲み込み特性について検討を行った。低強度寒天を用いて流動性のあるゾル状試料と直径45mmの球状ゲルを調製し、ゾル試料に球状ゲルを混合して、混合系試料を調整した。ゾル試料および混合系試料ともにテクスチャー測定を行い、硬さ(Ha)、付着エネルギー(Ea)、凝集性(Co)を求めた。さらに、混合系試料とゾル試料の官能評価を行い、「かたさ」「べたつき感」「残留感」「飲み込み易さ」を調べ、飲み込み特性を検討した。混合系試料は、Ha、Ea、Coにおいて、ゾル試料よりも高い値を示した。ゾル試料の「飲み込み易さ」は、ゾルのHa、Eaに依存して「飲み込みにくい」と評価された。次に、ほぼ等しい硬さの球状ゲルを低強度寒天と高粘弾性寒天を用いて調製し、流動性のある低強度寒天を用いたゾル試料と混合し、ゾル-ゲル混合系試料を調整した。球状ゲルの初期弾性率(Eo)の高い低強度寒天球状ゲルを用いた混合系試料の方が、テクスチャー特性の硬さ(Ha)が大となった。逆に、官能評価で「かたい」と評価されたのは破断エネルギーの大きい、高粘弾性寒天球状ゲルを用いた混合系試料だった。さらに、低強度寒天球状ゲルに、ヨーグルト程度の硬さにそろえたゾル試料(寒天および3種の市販増粘剤)を混合した、ゾル-ゲル混合系モデル試料について、テクスチャー特性と飲み込み特性の関係について検討した。4種のゾル試料は凝集性(Co)が大きいものほど「かたい」と評価された。混合系試料では、ゾル試料の力学的特性は飲み込み易さに影響を及ぼさなかった。食物の状態は大きく分けてゾル状態とゲル状態である。また、ゾル中にゲルが分散した状態のものもある。本年度は食塊を想定して、ゾル中にゲルが分散している、ゾル-ゲル混合系の食物について、その飲み込み特性の検討を行った。モデル系のゾル-ゲル混合試料を調製するために、ゾル状態とゲル状態を調製することが可能な低強度寒天(伊那食品工業製)をゲル化剤として用いた。ゲル試料の調製は、寒天ゾル溶液をサラダ油中に滴下させ、45mmの寒天球状ゲルを調製した。ゾル試料は、ゲル状に調製した試料を攪拌して粘稠ゾル状とした。ゾル中にゲルを分散させたゾル-ゲル混合系モデルを調整し、補助金により購入した機器を用いて測定した流動特性を含むレオロジー的性質および飲み込み特性に関する官能評価を行った。寒天濃度(1.3,1.5,2.0w/v%)の異なる球状ゲルについて、破断特性およびテクスチャー特性を算出した。球状ゲルの破断特性およびテクスチャー特性の硬さは寒天濃度の増加に伴いいずれも増加した。また、寒天濃度(0.2,0.4,0.6,1.0w/v%)の異なるゾル状試料も寒天濃度の増加に伴い、テクスチャー特性の硬さおよび付着エネルギーは増加し、降伏応力も増加した。ゾル-ゲル混合系試料は、1.5w/v%寒天濃度の球状ゲルを用い、4種の寒天濃度(0.2,0.4,0.6,1.0w/v%)のゾル状試料と等量(重量比として)混合し、調整した。ゾル中に球状ゲルが混合すると、ゾル-ゲル混合系試料のテクスチャー特性の硬さはゾルの寒天濃度の増加(0.6w/v%)に伴い減少するが、1.0w/v%ゾルを用いた場合には再び増加し0.2w/v%とほぼ等しい値となった。

しかし、付着エネルギーはゾル試料の寒天濃度の増加に伴い増加した。飲み込み特性の評価を官能検査の手法を用いて行ったところ、ゾルの寒天濃度が低濃度においてはゾル試料の方が飲み込み易いと評価されたが、1.0w/v%では逆に混合系試料の方が飲み込み易いと評価さた。本年度も昨年度に引き続き、ゾル中にゲルが分散したゾル-ゲル混合系食物の飲み込み特性について検討を行った。モデル系のゾル-ゲル混合試料を調製するため、低強度寒天および高粘弾性寒天をゲル化剤として用い、45mmの球状ゲルを調製し球状ゲル試料とした。昨年度は低強度寒天を用いて、球状ゲルおよびゾル試料の調製を行ったが、今年度は力学的特性の異なる寒天を用いて球状ゲルを調製し、低強度寒天で調製したゾル状試料と混合して混合系モデル試料を調製した。2種の物性の異なる球状ゲルについて、テクスチャー特性の硬さをほぼ等しい硬さ(破断応力)に調製した低強度寒天(1.5%)を用いた球状ゲルと高粘弾性寒天(0.48%)を用いた球状ゲルについて、他の力学的物性の比較を行った。その結果、低強度寒天を用いた球状ゲルの方が破断エネルギーが小さく、逆に、初期弾性率は大きく、動的粘弾性である貯蔵弾性率も大であることが明らかとなった。ゾル状試料については昨年同様0.6%低強度寒天を用いた。昨年度と同様の手法で、2種類の球状ゲルを用いてゾル-ゲル混合系を調整した。混合割合を3(ゲル):7(ゾル)、5(ゲル):5(ゾル)、7(ゲル):3(ゾル)の3段階に調整し、テクスチャー特性の硬さを測定したところ、7(ゲル):3(ゾル)の割合で混合した場合のみ有意差が認められた。しかも、硬さが等しい球状ゲルを混合したにもかかわらず、初期弾性率が大きい低強度寒天の方が硬いという結果となった。また、混合系試料について飲み込み特性を官能評価によって検討したところ、いずれの混合割合でも破断エネルギーの大きい高粘弾性寒天を用いた混合系試料の方が硬いと評価された。すなわち、混合系試料の飲み込み特性に影響を与える要因は球状ゲルの物性といえる。本年度もゾル中にゲルが分散したゾル-ゲル混合系食物の飲み込み特性について検討を行った。モデル系のゾル-ゲル混合系試料を調製するために、低強度寒天をゲル化剤として用いて45mmの球状ゲルを調製し、ゲル試料とした。一昨年は低強度寒天を用いて、球状ゲルおよびゾル試料の調製を行い、ゾル-ゲル混合系モデル食物を調製し、混合系モデル試料のテクスチャー特性と飲み込み特性の関連性を検討した。昨年度は、球状ゲルは低強度寒天に加えて、高粘弾性寒天を用いてほぼ硬さの等しい球状ゲルに調製し、低強度寒天を用いて調製したゾルと混合してゾル-ゲル混合系モデル試料とし、そのテクスチャー特性と飲み込み特性の関連性について検討を加えた。本年度は一昨年と同様低強度寒天を用いて調製した球状ゲルをゲル試料とし、市販増粘剤3種をゾル試料(ヨーグルト程度の硬さに調製)として、ゾル-ゲル混合系モデル試料を調製し、テクスチャー特性と飲み込み特性の関係について検討した。ヨーグルト程度の硬さに3種ゾル試料をそろえたにもかかわらず、ゾル試料の飲み込み特性である「口中で感じるかたさ」に差が認められた。このことは、3種のゾル試料の凝集性(テクスチャー特性)に明らかな相違がみられること、また、動的粘弾性測定から得られる、微少変形領域下での貯蔵弾性率にも相違が認められたことが要因と考えられる。しかし、3種のゾルを用いた混合系モデル試料になると、ゾルのテクスチャー特性などの物性が飲み込み易さに影響を及ぼさないことが明らかとなった。今後は、ヨーグルト程度より硬いゾルを用いた場合の混合系モデル試料について検討する必要がある。
空間光変調器による電子から光への波面変換

空間光変調器を用いた電子線ホログラフィーの技術により、電子の波面を光の波面に変換し、電子の位相を実時間により計測する手法を開発した。ここでは、空間光変調器(SLM)による記録と再生が、電子線位相計測の高速化を実現する鍵となっている。このシステムを検証する基礎実験として、液晶空間光変調器(LC-SLM)の空間分解能、時間応答特性などのデータを測定し、電子線ホログラムの再生システムに利用した。実験では、書き込み光に直線キャリアの干渉縞を用い、空間周波数による回折効率の変化を測った。1KHzの駆動速度において、1ミリメートル80ラインペアの空間分解能が得られることが分かった。そのときの回折効率は約5パーセントであった。このLC-SLMを用いて、電子線ホログラムの再生実験を行った。液晶空間光変調素子を電子線ホログラムの再生に応用したことにより、従来の電子線バイプリズムを用いた波面分割によるホログラムの再生はもちろん、インコヒーレント・ホログラフィーによるホログラムも実時間で再生し、光の波面に変換して可視化することができた。この研究により電子線ホログラフィの得意分野である微小領域における電磁的な観察・計測を実時間化することができ、磁気記録、超伝導材料、マイクロディバイスの開発などの研究への利用が可能となった。SLMの感度向上、レーザ光学系の小型化の問題は残っているが、空間光変調器の進歩により、応答性、解像度ともに向上することは間違いない。特に、有機非線形光学材料によるSLMの開発に期待したい。