hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
セロトニン合成系酵素の分子寿命決定機序の解明から炎症・アレルギーの制御方法を探る

セロトニン生合成の律速酵素であるトリプトファン水酸化酵素には2つのアイソフォームがあることが一部の研究者には知られていたが,2003年になって,新たな遺伝子が同定され,従来知られていたものはTPH1,新たに発見されたものはTPH2と命名された。肥満細胞性培養細胞であるRBL2H3細胞では,分子代謝回転の半減時間が約15分と,きわめて短い。このタンパク分解は,トリプトファン水酸化酵素のタンパク質キナーゼによるリン酸化をきっかけとするユビキチン化,そのユビキチン化ターゲットとする26S-プロテアソームによる断片化によるものである。本研究では,1.TPH1とTPH2を識別する抗TPH1,抗TPH2抗体をそれぞれ作出した。これらをもちいて,主な臓器における,上記アイソフォームの分布を再検討し,(1)すでに報告されていた通りTPH1が末梢性,TPH2が中枢神経性に優位であったが,ほとんどの組織において両者が発現する事,(2)従来セロトニン産生細胞とはされていなかった,消化管粘膜吸収上皮にもTPH1,TPH2ともに発現する事を明らかにした。2.肥満細胞培養株RBL2H3において,IgEとその抗原による細胞内カルシウム濃度の上昇によって,TPH1の遺伝子発現が著しく促進される。TPH発現誘導は,NF-κB経路によることを明らかにした。3.分子表面に裸出するセリン残基(S58,S260,S443)を,アラニン,およびグルタミン酸へ変更した点突然変異TPHを作出した。これらの点突然変異を複数組み合わせたTPH1-cDNAをHeLa細胞に導入した結果,いずれの変異TPH1タンパク質も,トリプトファン水酸化酵素活性を示した。今後,本来のTPH1に対するキナーゼーユビキチン化酵素系-26Sプロテアソームを具備するRBL2H3細胞の無細胞系による被分解特性を観察する。トリプトファン水酸化酵素は,2種類の相同の遺伝子によって,TPH1,TPH2がコードされる。TPH1が進化のうえで基本形と考えられており,中枢神経系から末梢のセロトニン産生細胞に広く発現している。TPH2は中枢神経系に限られているとされる。TPH1を発現する肥満細胞系樹立細胞株RBL2H3を用いた研究から,TPH1はこの細胞中では半減時間が15-30分ときわめて短く,その分子分解はユビキチン/プロテアソーム系によるものであり,ユビキチン化のきっかけは,酵素タンパク質のリン酸化であることを明らかにしてきた。それを土台に本研究がプランされた。16年度には,本研究の主題のうちで,リン酸化部位が酵素タンパク質のアミノ酸配列のどれであるかを特定する事に集中した。配列部位特異的点変異の導入手法によって,予想されるいくつかのアミノ酸残基を置換して被リン酸化能を消去する変異TPH1を作成した。PKAとCaMKIIによるリン酸化部位の変異S58A, CaMKIIによるリン酸化部位であるS260A, PKAによるリン酸化部位であるS443Aを作製した。これらは,pEFベクターにTPH1のORFのみを導入した。各ベクターの遺伝子導入によってHeLa細胞に発現した変異TPH1はいずれも,天然型と同等の酵素活性を示した。さらに,N末端にHis-タグを付加したそれぞれのTPH1変異体S58

A+S443A, S260A+S443Aも作製し,現在,発現ベクターを調製中である。他方,RBL細胞へのプラスミド導入は困難をきわめ,試みたいくつかの陽イオン性ポリマーや陽イオン性リピッド助剤による方法では成功しなかった。現在,異なった原理による導入方法を検討中である。セロトニン合成の律速酵素であるトリプトファン水酸化酵素(TPH)には二つのホモローグ,TPH1およびTPH2がある。TPH1が基本形とされ,成体の末梢組織では,TPH1が強く発現し,中枢神経系ではTPH2が強く発現している。TPH1を発現するラット肥満細胞由来の樹立細胞株RBL2H3において,1)ユビキチン/プロテアソーム系によって,きわめて速い分子代謝回転が観測される,2)TPH1のユビキチン化はTPH1のリン酸化を指標としていることを明らかにしてきた。本課題では,TPH1のユビキチン化の指標となるリン酸化部位を同定しようとしている。従来(TPH1,TPH2が区別されていない段階で)TPHのリン酸化はTPHを活性化すると考えられ,セリン58,セリン256,セリン443がリン酸化されうることが報告されている。今年度,我々はラットTPHのcDNA上に一つのセリン(S58A, S256A, S443A)および二つのセリン(A58/256A, S58/443A)をそれぞれアラニンに置換する点突然変異の導入(site directed mutagenesis)を行った。この変異TPHを発現するプラスミドベクターを調製して,TPH1に対してリン酸化/ユビキチン化/プロテアソーム分解の能力を具備するRBL2H3細胞にて強制発現させた。その結果,いずれの変異TPHも,野生型TPHと同等のTPH活性を示した。しかし,これらの変異TPHはいずれも,プロテアソームによる分解の有意な遅延を認めなかった。I-kBタンパク質のユビキチン化におけるリン酸化に例を見るように,複数箇所の同時リン酸化を要する可能性を考慮して,次年度には,TPH1のもつ被リン酸化(候補)アミノ酸の複数の組み合わせについて,変異導入を試みる。ラットの肥満細胞由来の樹立細胞株RBL2H3は免疫刺激(IgEとその特異抗原)に応答して肥満細胞に特徴的なヒスタミン,ロイコトリエン,セロトニンなどを分泌する。同時に,消費した分泌物を再生産する細胞状態が観察され,その一環として,セロトニン合成の律速酵素であるトリプトファン水酸化酵素(TPH)が誘導されるため,本細胞はアレルギー研究に好材料である。RBL2H3細胞において,1)ユビキチン/プロテアソーム系による,TPHのきわめて速い分子代謝回転が観測される,2)TPHのユビキチン化はTPHのリン酸化を指標としており,リン酸化を薬剤によって阻止すると,プロテアソームによる分解が抑制される。本課題では,TPHのユビキチン化の指標となるリン酸化部位を同定しようとしている。従来,TPHは,セリン58,セリン260,セリン443がリン酸化されうることが報告されている。本研究では,ラットTPHの該当するセリンをアラニンに置換する点突然変異の導入を行ってきた。昨年度までに,S58A, S260A, S443A,および二つのセリンを置換したS58/443A, S260/443Aを調製し,本年度にはさらにS58/260A,および,三つのセリンを置換したS58/260/443Aを調製した。これらの変異TPHをコードする
イムノグロブリン結合因子を活性化するT細胞および分子シャペロンの生殖免疫学的意義

主任研究者らは、抗精子抗体の産生抑制因子として、精漿からイムノグロブリン結合因子(IgBF,immunoglobulin binding factor)を同定・純化した。さらにIgBFの活性化因子として、還元型グルタチオン、T細胞由来のプロテアゾームおよび分子シャペロンの一つprotein disulfide isomerase(PDI)などを同定し、PDIは子宮頸管および内膜など女性内性器に局在していることを証明してきた。本研究では、まずIgBFが子宮頸管腺細胞に発現することをRT-PCRおよびin situ hybridizationにより証明した。さらに子宮頸管におけるIgBFの産生調節機構を明らかにする目的で、ラットの子宮組織におけるIgBFmRNAおよびPDImRNAの性周期による発現変化を、ABI Prism7700sequence detectorを用いた定量的RT-PCRにて検討した。さらにヒト子宮頸部腺細胞(TCO-2)を用いて、IgBFの産生および活性化に対する性ステロイドホルモンの作用を検討した。その結果、ラット子宮頸部組織において、IgBFmRNAおよびPDImRNAの発現が排卵期に有意に亢進することが明らかになった。さらにTCO-1細胞において、IgBFおよびPDI mRNAの発現は、17β-estradiolの添加により亢進した。以上よりヒト子宮頸管における活性化IgBFの産生はE2により刺激され、排卵期に上昇して抗精子抗体の産生を抑制している可能性が示された。臨床的には、エストロゲン欠乏状態を示す閉経後婦人の免疫機能の変化と、それに対するホルモン補充療法の効果を検討した。その結果、末梢血リンパ球%の減少、血中M-CSF値の減少、IL-1およびTNF-α産生の上昇さらにTh1サイトカイン産生の一過性の上昇とTh2サイトカイン産生の持続的上昇によるTh1/Th2バランスのTh2へのシフトが起こり、それらの異常がエストロゲンを含むホルモン補充療法によって改善されることを明らかにした。主任研究者らが抗精子抗体の産生抑制因子として見いだしたイムノグロプリン結合因子(IgBF,immunoglobulin binding factor)は、通常不活性型であり、還元処理およびT細胞由来のプロテアゾーム、さらにはペプチド分子の立体構造を決定する分子シャペロンの一つprotein disulfide isomerase(PDI)により活性部位が発現するという活性化機構の存在を明らかにしている。本年度は、女性内性器におけるPDIの局在を明らかにすることを目的として研究を行った。まず、1)ヒト子宮頚管、内膜、卵管および卵巣、および絨毛、卵膜ならびに脱落膜から抽出したtotal RNA 5μgをologo d(T)18primerを用いて逆転写反応を行い,ヒト胎盤DNAのcDNAをもとに、全アミノ酸配列をコードする領域を含むcDNAフラグメントを増幅するように設計したprimerを用いてPCR反応を行った。PCR産物はアガロースゲル電気泳動後,ethidium bromideで染色し,トランスイルミネーターで確認した。その結果IgBF産生部位である子宮頸管を初め、検討した組織すべてにPDIcDNAのバンドを認めた。すなわちPDIは女性内性器に広く分布していることが明らかとなった。さらに、2)bovine liver由来のPDI0.5mgをcomplete Freund's adjuvantとともに2週毎8回免疫し、3羽の家兎から高抗体価の抗PDIポリクローナル抗体を得た。抗PDI抗体の抗体価を測定は、PDI100ng/wellをコートした96well microplateを用いたELISA法により行った。

現在、患者および家族の同意を得た上で、手術あるいは培検時に得た女性内性器組織に新鮮凍結標本ライブラリーおよび頸管粘液ライブラリーを作成しており、本年度の研究で得た抗体を用いたPDIの定量的検討を試みると共に、PDIおよびプロテアゾームの女性内性器における局在をより明らかにしたい。主任研究者らは、子宮頸管腺から産生されるイムノグロブリン結合因子(IgBF,immunoglobulin binding factor)が抗精子抗体の産生抑制因子として作用することを報告してきた。さらに、IgBFは通常不活性型であり、還元処理およびT細胞由来のプロテアゾームおよび分子シャペロンの一つprotein disulfide isomerase(PDI)により活性部位が発現するという活性化機構の存在を明らかにするとともに、活性化因子の一つであるPDIが子宮頸管および内膜など女性内性器に局在していることを証明した。本年度は、子宮頸管におけるIgBFの産生調節機構を明らかにする目的で、IgBFmRNAの性周期による発現変化をラットを用いて検討した。すなわち、1)10週令の下垂体摘出雌ラットにPMSG50UおよびhCG50Uを用いて過排卵刺激を行い、PMSG投与後48時間後(卵胞期)、hCG投与後14時間後(排卵期)および50時間後(黄体期)に子宮頸部を採取した。IgBFの陽性組織として小腸を摘出しstandardとして用いた。2)ラットIgBFのcDNAをもとに、特異的アミノ酸配列をコードするようにforwardおよびreverse primerを設計し、さらに増幅されるcDNAの一部に結合するように設計したreporterおよびquencherを結合させたプローベを作成した。3)各組織からtotalRNAを抽出し、ABI Prism 7700sequence detectorを用いて定量的RT-PCRを行った。その結果、IgBFmRNAの発現は、卵胞期に比し排卵期および黄体期で著明に増加していることが明らかになった。すなわち子宮頸管腺細胞のIgBF産生は、性ステロイドホルモンにより調節されていると考えられる。子宮頸管腺由来のイムノグロブリン結合因子(IgBF,immunoglobulin binding factor)は、抗精子抗体の産生抑制に働くと考えられる。主任研究者らは、IgBFは通常不活性型であり、還元条件T細胞由来のプロテアゾームあるいは分子シャペロンの一つprotein disulfide isomerase(PDI)による活性化機構が存在すること、活性化因子の一つであるPDIが子宮頸管および内膜など女性内性器に局在していること、ラット子宮から抽出したtotalRNAを用いた定量的RT-PCRにより、IgBFmRNAの発現は排卵期に増加することを明らかにしてきた。本年度は、子宮頸管におけるIgBFの産生調節機構の詳細を明らかにする目的で、ラット子宮頸部におけるPDImRNAの性周期による発現変化を検討した。
大局的分割画像領域の結合により情景理解を実現する高次認識集積システムの研究

複数の物体を含む情景画像において,細かい構造に無関係に大局的な領域を分割・抽出し,あらかじめデータベース化しておいた分割領域の関係性に基づいて情景画像を認識・理解する画像処理モデルとアルゴリズムを開発し,そのための集積回路を開発し,リアルタイム高次認識集積システムを構築した。これは,抵抗ヒューズネットワークによる大局的領域分割とエラスティック・グラフ・マッチング(EGM)をそれぞれPCにUSB接続したFPGAボード上で実行するものである。また,この技術に関連するいくつかの基盤技術を開発した。まず,大局的分割された各領域の相互関係について,ある物体が別の物体で一部隠蔽されて分割された場合に,Terman-Wangの非線形振動子ネットワークの発火同期性を利用して,当該領域の輝度に着目して分割領域を同時抽出することに成功した。さらに,振動子ネットワークを簡略化したセルオートマトン型領域抽出アルゴリズムとそれを実行する画素並列型デジタル回路を考案し,FPGAに実装した。大局的領域分割の際に問題になる境界(エッジ)に途切れに対して,それを補完する「主観的輪郭」生成を行う画素並列動作型異方性拡散アルゴリズムと回路をデジタル方式とアナログ方式の2種類考案した。前者はCMOSデジタル回路で,後者はAD融合回路方式を用いて回路化した。これらの拡散アルゴリズムを用いて,カニッツァの三角形などの典型的図形で主観的輪郭を生成することができた。本研究は,複数の物体が存在する自然画像において,細かい構造に血関係に大局的な領域を分割・抽出し,分割領域の関係性を理解・認識することにより情景理解を行うモデルとアルゴリズムを開発することを目的とする。今年度は主に集積回路化に適した高次認識用モデルとアルゴリズムの開発を行った。大局的分割された各領域の相互関係について,ある物体が別の物体で一部隠蔽されて分割された場合に,Terman-Wangの非線形振動子ネットワークの発火同期性を利用して,分割領域を同時抽出る方法を検討した。このネットワークは申請者らが開発したアナログ・デジタル融合回路方式により集積回路化した実績のあるモデルである。まず,分割された領域の輝度がほぼ等しいことに着目し,振動子を表現する微分方程式に画素の輝度に依存する項を新たに追加することにより,同一の輝度を有する領域を同時発火させることに成功した。しかし,この方法は領域間の関係性を用いていないので,全く無関係の物体領域がたまたま同じ画素輝度を有していても同時発火する可能性がある。そこで,領域境界を辿って領域間の関係を理解するモデルを研究した。この際に問題になるのが,照明などの具合で境界(エッジ)が途切れている場合である。人はこのような場合でもエッジを補完して情景画像を認識する。エッジのないところにエッジを認識する機能を「主観的輸郭」と呼ぶが,これを実現するモデルを考案した。まず,脳の初期視覚野の機能として知られているガボールフィルタによって特定方向のエッジを検出する。次に,あるエッジが途切れている場合に,それを拡散方程式により外挿していき,途切れたエッジを接続する。これにより,主観的輸郭を実現することができる。現在,このモデルを集積回路化することを検討中である。本研究は,複数の物体が存在する自然画像において,細かい構造に無関係に大局的な領域を分割・抽出し,分割領域の関係性を理解・認識することにより情景理解を行うモデルとアルゴリズムを開発し,さらにそれを実行する集積システムを開発することを目的とする。今年度は主に,(1)大局的領域分割時に問題となるエッジの欠けに対して,それを補完する「主観的輪郭」を再現するためのアルゴリズムと回路化,(2)大局的領域分割を実行するアナログ・デジタル(AD)融合回路の改良,および(3)領域抽出を高速に実行するセルオートマトン型回路について研究を行った。照明や背景の具合で画像の境界(エッジ)が途切れている場合に,人間は「主観的輪郭」生成を行って,エッジを補完していると考えられる。この機能を実現するために,与えられた起点から所定の方向に,適当な広がりを持って拡散していく画素並列動作型アルゴリズムを2種類考案した。一つはセルオートマトン型モデルで,状態更新を複数時刻前までの状態値に依存するモデルとすることで,任意の方向に拡散させることを可能にした。

各画素の状態は2値なので,デジタル回路での実現が可能であり,HDLを用いて回路設計を行った。もう一方はアナログ的状態値を用いるもので,デジタル方式に比べて滑らかな輪郭を生成することができる。この方式を,我々が以前から研究しているAD融合方式を用いて,回路化した。大局的領域分割を実行する抵抗ヒューズネットワーク回路については,共同研究者と共に特定領域研究「知的瞬時処理複合化集積システム」(平成1214年度)で,アナログ・デジタル(AD)融合方式を用いて開発を行ったが,今年度はパルス駆動方式により回路構成を改良すると共に,新たに考案したセルオートマトン型領域抽出回路を組み込んで,機能を向上させた回路を設計した。本研究は,複数の物体が存在する自然画像において,細かい構造に無関係に大局的な領域を分割・抽出し,分割領域の関係性を理解・認識することにより情景理解を行うモデルとアルゴリズムを開発し,さらにそれを実行する集積システムを開発することを目的とする。最終年度である今年度は主に以下の成果を得た。まず,昨年度開発した,大局的領域分割時に問題となるエッジの欠落を補完する「主観的輪郭」を再現するアナログ型異方性拡散アルゴリズムを詳細に回路化し,回路シミュレーションにより所望の拡散現象を確認した。次に,本研究の最終目標である情景認識集積システムを開発した。すなわち,抵抗ヒューズネットワークによる大局的領域分割とダイナミックリンクマッチングをそれぞれPCにUSB接続したFPGAボード上で実行し,リアルタイムで分割・認識を行うシステムを開発した。さらに特定の分割領域の認識結果を用いて,データベース化しておいた分割領域間の関係性に基づいて各領域を認識した。例えば,顔領域を認識した後,顔の上部に髪があること,顔の下に身体と衣服があることをデータベースの領域間関係性から読み取り,ある人が黒い髪をして白い服を着ていること,さらにある種のペットボトルを持っていることなどを認識することができた。この結果は,本研究で用いた大局的領域分割および認識アルゴリズムが特定の顔や物体特有の特徴を用いておらず,汎用的な認識処理ができることによる。これらを単なるソフトウェアではなく,本研究の特色である集積システムで実行することにより,可搬性のよい小型ノートPCでも,ほぼリアルタイムで実行することができた。
海洋観測用蛍光式酸素センサの開発

15年度の研究新規作成した蛍光式酸素センサの試験を淡青丸でICTDとの結線と、データの取り込み、ウインクラ法による酸素と蛍光酸素センサから得られた酸素値の比較を行った。また同じ蛍光酸素センサを使用し、係留型酸素センサの試作を試みた。淡青丸KT-03-16航海(10月22日-11月06日)、でCTD観測には、従来から取り付けてあるベックン酸素センサと新規に作成した蛍光酸素センサを取り付け、6000mまでの観測を数点行った。ウインクラ法による滴定値と蛍光酸素センサの電圧値が深層では滴定値の分布パターンに良く追従しているようであるが、表層に近いところでは値が一致していないようである。このことは、他の観測点の観測結果でも見られた。原因としては、深層で高圧力がセンサチップに懸かり歪みが生じるが、深層から約300m付近までは、センサチップが追従している様である。しかし300m以浅になると歪みが戻りきれないようである。この原因については、現在調査中である。また係留型蛍光酸素センサについては、室内実験結果から見ると温度・酸素・バッテリー電圧値が短時間であるにも関わらず、電圧値下降が起きていることが解った。また、バッテリーの消耗に伴い、計測値がドリフトしている。この原因については現在調査中であり、改良を加え完成をさせる予定である。研究経過今年度の目的として、蛍光センサのハウジングの改良、センサチップの耐圧試験・応答速度の速いチップの開発、また淡青丸CTDに装着し応答速度のチェックと収得データとウィンクラー法との測定精度比較検討を行うことである。蛍光酸素センサをCTDに装着7月に淡青丸KH-02-10次航海でテストしたところ応答速度は改良され、以前よりは早くなっていることを確認したがまだ改良の余地がある。データについてはCTDのトラブルでノイズがはいり、観測データとウィンクラー法との比較が出来なかった。蛍光センサのハウジングの耐圧テスト6月の末に耐圧容器の設計に入り、検討を加えながら8月に耐圧容器が完成した。試作した蛍光酸素計をテストしたところ、5400mで容器がへこみ壊れてしまった。容器自体の耐圧に問題があったようであり、現在新たに容器と電気的に少電流でも作動可能な回路の設計をおこなっている。15年度4月から淡青丸のCTDが、WOCE使用のICTDに変わる為、センサの接続などを4-5月中に行い、15年度6月と10月に淡青丸でテストを行う予定で有る。このセンサを係留用にも使用出来るように、次の仕様で作る予定である。1年間係留可能で、取り込みデータの間隔も設定出来る、係留深度は6000mまで、この耐圧ケースにデータロガーとバッテリーを組み込む予定である。ウインクラ法による滴定値と蛍光酸素センサの電圧値が深層では滴定値の分布パターンに良く追従しているようであるが、表層に近いところでは値が一致していないようでる。
皮膚附属器を有する培養皮膚のin vitro再生

培養皮膚モデルは、従来の培養細胞では実現できなかった薬物の透過や刺激などを簡潔に予測できる画期的なツールとして利用されている。しかし、現在の培養皮膚モデルは、皮膚に存在すべき毛髪や皮脂腺などの皮膚付属器をもたないために、スクリーニングの予測精度や評価できる項目が少ないことが課題である。つまり、皮膚附属器を有する培養皮膚モデルが求められている。この実現には、生体外で皮膚附属器を大量に再生する技術、および培養皮膚内でこの附属器が機能するように組み立てる技術の開発が不可欠である。本研究では、上記2つの課題を解決し、革新的培養皮膚の構築を目指す。
配座制御に基づく分子設計:ユビキチン/プロテアソーム系を標的とする制がん剤の創製

がん細胞の分裂あるいは転移には、ユビキチン/プロテアソーム系によりp53等様々なタンパク質が細胞周期に依存的して効果的に分解されることが必須であることから、同系は新しい制がん剤分子標的と考えることができる。本研究は、最近日本で見い出されたプロテアソーム阻害剤ベラクトシンAの構造をもとに、三次元構造を重視した構造-活性相関の検討を通して高活性なプロテアソーム阻害剤を創製し、最終的には臨床利用念頭に、制がん剤としての基礎的な性質を明らかにすることを目的とする。ベラクトシンAの構造上の中央に位置して根幹を成し、分子全体の三次元構造を規定しているシクロプロパンアミノ酸部が活性に重要と考え、この部分を変換した誘導体を種々設計した。本年度研究において、目的物合成の鍵となる、光学活性なシクロプロパンアミノ酸類の合成法の確立に成功した。先ず、入手用意な光学活性エピクロロヒドリンより、シクロプロパン骨格を構築した。シクロプロパン側鎖上のD-及びL-型アミノ酸構造の構築が課題であったが、スルフィニルイミン型基質に対するCH_2=CHMgBrの立体選択的付加反応を見出し解決した。本法により、スルフィニル部が(R)-及び(S)-型の基質を使い分けることで、D-及びL-型アミノ酸構造の立体選択的構築が可能となり、目的のシクロプロパンアミノ酸の合成法が確立した。
非肥満者における高LDLコレステロール血症の予防法開発に向けた遺伝疫学研究

肥満者のみならず、非肥満者においても脂質異常症の一つである高LDLコレステロール血症は蔓延しており、その原因として遺伝要因の強い関与が示唆される。しかし、遺伝リスクが高い非肥満者における高LDLコレステロール血症の予防改善に有効な介入法は明らかにされていない。本年度は、BMIが低い者において遺伝的な血中LDLコレステロール濃度上昇のリスクを抑制する要因を明らかにするため、昨年度構築したLDLコレステロールの遺伝的リスクスコア(LDL-genetic risk score[LDL-GRS])と血中LDLコレステロール濃度との関連が、栄養摂取状況や全身持久力により修飾されるかどうかを検討した。中高齢者男女933名を対象とした横断研究を行った。日本人において血中LDLコレステロール濃度と強く関連することが報告されている6つのSNPを選択し、各SNPのeffect sizeで重み付けしたリスクアレルの保有数を合計してLDL-GRSを求めた。全身持久力は最大酸素摂取量の測定により評価し、栄養摂取状況は簡易型自記式食事歴法質問票により調査した。解析の結果、LDL-GRSと全身持久力との間に有意な交互作用が認められ、全身持久力が低い者においてはLDL-GRSと血中LDLコレステロール濃度との間に有意な関連が認められたが、全身持久力が高い者においてはこれらの関連は認められなかった。また、LDL-GRSと動物性脂肪の摂取量との間に有意な交互作用が認められ、動物性脂肪の摂取量が低い者においてはLDL-GRSと血中LDLコレステロール濃度との間に有意な関連は認められなかった。BMIの高低はこれらの関連を修飾しなかった。以上の結果より、BMIの高低に関わらず、全身持久力を高く保つことや動物性脂肪の摂取を控えることにより、遺伝的な血中LDLコレステロール濃度上昇のリスクは抑制される可能性が示唆された。本研究では、非肥満者における高LDLコレステロール血症の予防改善に向けた、遺伝素因を考慮した運動・栄養処方および保健指導提案のためのエビデンス蓄積を目指し、1)非肥満者と肥満者それぞれにおける、高LDLコレステロール血症の発症に及ぼす遺伝素因の影響の強さを明らかにすること、2)非肥満者と肥満者それぞれにおいて、遺伝素因に関わらず、高LDLコレステロール血症の発症リスクを低下させる生活習慣要因および身体特性を明らかにすることを目的とする。平成29年度は、LDLコレステロールの遺伝的リスクスコア(LDL-genetic risk score[LDL-GRS])を構築し、非肥満者と肥満者において、LDLコレステロール濃度に及ぼすLDL-GRSの影響が異なるかどうかを検討した。また、非肥満者と肥満者の両方において、BMIの増加はLDLコレステロール濃度の増加に関連するかどうかを検討した。中高齢男女812名を対象とした横断研究を実施した。日本人を対象としたゲノムワイド関連において、LDLコレステロールと強く関連することが報告されている一塩基多型(SNP)の中から6個を選択して分析し、各SNPのeffect size(β)で重み付けしたリスクアレルの保有数を合計してLDL-GRSを求めた。LDL-GRSとLDLコレステロール濃度との間に強い正の関連が認められ、その関連の強さはBMIが25未満の非肥満者と、25以上の肥満者において同定度であった。一方、非肥満者においてはBMIとLDLコレステロール濃度との間に有意な正の関連が認められたが、肥満者においては関連が認められなかった。さらに、標準体重であるBMI=22を用いて、非肥満者を2群に分類した場合、BMIが22未満の群においてはBMIとLDLコレステロール濃度は有意に関連したが、BMIが22以上の群において有意な関連は認められなかった。LDLコレステロール濃度に関連する主要なSNPの分析が完了し、それらを用いて構築したLDL-GRSがLDLコレステロール濃度に及ぼす影響の強さは、肥満者と非肥満者で同程度であることを明らかにすることができたため。また、非肥満者におけるLDLコレステロール濃度の独立した予測因子としてBMIを同定し、その関連は特にBMIが低い場合においてのみ認められる可能性が示唆されたため。

また、LDL-GRSと動物性脂肪の摂取量との間に有意な交互作用が認められ、動物性脂肪の摂取量が低い者においてはLDL-GRSと血中LDLコレステロール濃度との間に有意な関連は認められなかった。BMIの高低はこれらの関連を修飾しなかった。以上の結果より、BMIの高低に関わらず、全身持久力を高く保つことや動物性脂肪の摂取を控えることにより、遺伝的な血中LDLコレステロール濃度上昇のリスクは抑制される可能性が示唆された。データの信頼性を高めるためにサンプルサイズをさらに増やすとともに、本年度に構築したLDL-GRSの精度をさらに高めるために、510個のSNPを追加で分析し、LDL-GRSを再構築する。再構築したLDL-GRSを用いた場合にも、本年度と同様の知見が得られるかどうかを確認する。横断・縦断データを用いて、LDLコレステロール濃度に対するLDL-GRSと生活習慣要因・身体特性の相互作用の解析を進め、非肥満者と肥満者それぞれにおいて、遺伝素因に関わらず、高LDLコレステロール血症の発症リスクを低下させる要因を明らかにする。LDLコレステロール濃度に関連するSNPを追加して分析するため、SNP解析に必要な試薬・消耗品の購入に充てる予定である。
バイオ・サーファクタントを用いた正電荷リポソームによる遺伝子導入の研究

遺伝子治療は21世紀の新しい医療の柱の一つとして位置づけられている。遺伝子治療は遺伝病の根元的治療法になるだけでなく、癌やエイズの治療にも有効であると期待されており、重要な医療技術の一つになることは間違いないであろう。しかし、遺伝子治療を受ける患者数の増加とともに、病原性ウイルスをベクターとして用いた場合の不慮事故の報告数が増加の一途をたどっている。この問題を解決するため、研究代表者らは正電荷コレステロール誘導体を素材とした安全性の高い非ウイルスベクター(正電荷リポソーム)の開発に取り組んできた。代表者らの新規ベクターは高い安全性はもちろんのこと、遺伝子導入効率においても既存の非ウイルスベクターを大きく凌駕した。その上、正電荷リポソームにバイオ・サーファクタントを含有させると遺伝子導入効率が飛躍的に増大することを発見した。そこで、このバイオ・サーファクタント含有リポソームの遺伝子治療に応用するための基礎データの蓄積、遺伝子導入機構の解明、ならびに、動物を用いた遺伝子治療の実験を行った。その結果、(1)バイオ・サーファクタントの分子構造(分子種)により遺伝子導入の効率が大きく増大することを発見した。(2)中でも、バイオ・サーファクタントMEL-Aが最も高い遺伝子導入効率を与えた。(3)共焦点レーザ顕微鏡を用いた実験から、MEL-Aはカプセル化した正電荷リポソーム・DNA複合体の細胞膜への吸着、細胞内への取り込み過程を顕著に促進した。(4)バイオ・サーファクタントを用いた正電荷リポソームは遺伝子治療の新規非ウイルスベクターとして大変有用であると考えられた。本研究では、正電荷コレステロールを素材とした画期的な非ウイルスベクターを開発し、遺伝子治療への応用を可能にすることを主たる目的とした。特に、バイオサーファクタントを含んだ正電荷リポソームベクターを開発し、遺伝子治療のベクター開発研究にbreak-throughをもたらすことを企てた。具体的には、次の3項目を中心に研究を推進した。a)バイオサーファクタントを用いた正電荷リポソームによる外来遺伝子の細胞内導入。b)環状両親媒性ステロールとバイオサーファクタントからなる新規ベクターのin vivoへの展開。C)新規ベクターのデザイン・分子構築原理の解明と遺伝子治療への展開。その結果、(1)バイーサーファクタントを用いた高効率の非ウイルスベクターの開発。ならびに、(2)バイオサーファクタントによる遺伝子導入機構の解明に成功した。同時に、(3)非ウイルスベクターによる外来遺伝子の導入機構(エンドサイトーシス、膜融合、核シグナルの寄与)を解明した。また、(4)顕微光学法による外来遺伝子の細胞内動態の解明。(5)プロタミンによる遺伝子導入効率の増進と、そのメカニズムの解明。(6)バイオサーファクタントによるDNA・正電荷リポソーム・バイオサーファクタント三者複合体のコンパクト化と導入効率の増大。(7)核移行シグナルによる外来遺伝子の核移行の促進。(8)NGF,EGF等の受容体(レセプターチロシンキナーゼ)の活性化による遺伝子導入効率の増強等である。これらバイオサーファクタントの特性を含んだ多様な研究成果は細胞機能解明の基礎研究に大きく寄与するだけでなく、遺伝子導入の基礎技術と臨床応用(遺伝子治療)への展開に大きく寄与すると判断された。これらの一連の研究成果はバイオサーファクタントを含有した正電荷リポソームが遺伝子治療の研究に今後画期的な寄与をするものと考えられた。
組合せ的デザイン理論を用いた光直交符号の構成に関する研究

光直交符号とは、複数の使用者が一つの光チャネルで情報をより効率的伝えるための光符号分割多重通信(optical CDMA)用の符号であり、t-difference packingという組合せ的デザインと同値な問題である。本研究は、主に組合せ的デザイン理論を用いて、t-difference packingを研究することにより,より実用的な光直交符号を構成した。藤原・繆・三嶋は最適(最大符号語数を持つ)t-difference packingに対して、incomplete difference matrixなど新しい組合せ的構造を導入し、様々な構成法を提案した。これらの組合せ的構成法とコンピュータ・サーチと組み合わせて、最適な光直交符号の無限系列を数多く構成し、周期v≡0 mod24、重み4の最適な光直交符号を全て構成した。篠原は有限幾何上の特別なarcやconicなどを研究し、漸近的に最適な光直交符号の無限系列を構成した。光直交符号と密接に関係している周波数ホッピング系列についても、藤原・繆・三嶋は分割型difference packingとの同値な問題を見つけた。藤原・繆・三嶋はこの問題から最適な周波数ホッピング系列を数多く構成した。繆は、光直交符号と周波数ホッピング系列を初めとした多重接続通信方式の安全性を研究した。認証符号、秘密分散法、ユーザID情報に基づく署名方式、代理暗号系などに関する研究を行った。藤原・繆・三嶋・篠原は、上記の応用研究と密接に関連している組合せ的デザイン理論の基礎研究も行った。光直交符号と密接に関連しているt-difference packing (t-DP)の構成は大変難しい問題である。また組合せ的デザインを様々な符号や暗号の構成に応用することも簡単ではない。平成14年度は、このプロジェクトに関しての広範な準備を行った。組合せ論、符号理論、暗号理論及び関連諸分野の調査研究・資料収集・情報交換を行った。繆、藤原、三嶋は最適(最大符号語数を持つことと対応する)t-DPにおける既知の構成方法の違いを調べ、組合せ的デザインの代数的性質を用いて、より良い手法を探して来た。不完備差行列(incomplete difference matrix)といった組合せ構造及びcharacter sumに関するWeilの定理などを利用して,重みが4の最適光直交符号の無限系列を構成した(研究発表:9,11)。暗号システムにおける秘密分散法とは、ある秘密鍵に関する情報を分散配布し、そのうちのいくつかがそろわないと秘密鍵が再製できないようにしたものである。膠は、差集合族(difference family)により、ある種の秘密分散法を特徴付けた。この特徴付けに基づき、この種の秘密分散法を数多く構成した(研究発表:10)。一方、篠原は3次元射影幾何上のconicの研究を行った。互いに交点数が2以下のconicをできるだけ多く集めることに集中することで、最適に近いconicの集合を発見した(研究発表:12,13)。また、組合せ的デザイン理論に関する基礎研究及びそのほかの応用研究についても、結果を数多く発表した(研究発表:1,2,3,4,5,6,7,8)。光直交符号とは、複数の使用者が一つの光チャネルで情報をより効率的伝えるための光多重通信用の符号である。今年度の研究は、主に組合せ的デザイン理論を用いて、より実用的な光直交符号を構成した。繆は論文[1]でIncomplete Difference Matrixという概念を導入した。これに基づいて、最適な光直交符号に関する二つの再帰的構成法を発見した。この再帰的構成法とコンピュータ・サーチによるDifference Packingとを組み合わせて、周期v≡0(mod 648)、重み4の最適な光直交符号を全て構成した。藤原・繆は論文[2]でSkew StartとWeilの定理を駆使して、最適な光直交符号の無限系列を数多く構成した。

これに基づいて、論文[1]の結果をさらに発展させ、周期v≡0 mod 24、重み4の最適な光直交符号を全て構成した。篠原は論文[3]、[4]で有限射影幾何のConicとMutually M-intersecting k-arcsを使って、漸近的に最適直交符号を構成した。光直交符号と密接に関係している周波数ホッピング系列についても、藤原・繆・三嶋は論文[5]で分割型Difference Packingとの同値関係を見つけた。この同値関係に基づいて、藤原・繆・三嶋は最適な周波数ホッピング系列を数多く構成した。繆は論文[6]、[7]で光直交符号の構成で用いるものと同種の組合せ的デザインを利用して、暗号理論上の問題であるある種の閾値秘密分散法の特徴を付けたり、閾値秘密分散法におけるディーラと参加者の不正行為を防ぐ方法を提案した。藤原と三嶋は論文[8]、[9]で光直交符号の構成に関連するある種の組合せ的デザインの性質も研究した。光直交符号とは、複数の使用者が一つの光チャネルで情報をより効率的伝えるための光符号分割多重通信(Optical CDMA)用の符号である。光直交符号は、無線多重接続通信の一つである周波数ホッピング方式のホッピング系列などと密接な関係もある。今年度は、平成14、15年度の研究結果を踏まえて、光直交符号と周波数ホッピング系列を初めとした多重接続通信方式や通信方式の安全性を研究した。上記の応用研究と密接に関連している組合せ的デザイン理論の基礎研究にも取り組んだ。藤原・繆・三嶋は周波数ホッピング系列と分割型Difference Packingとの同値関係を見つけた。篠原は有限幾何のArcとConicを使って、漸近的に最適な光直交符号を構成した。繆は、組合せ的デザイン理論を利用して、受信した情報は確かに特定の送信者から送ったものであることを保証できる認証符号、および不正送信者を排除できる閾値秘密分散法に関する研究を行った。それと関連するユーザID情報に基づく多重署名方式や代理暗号系なども研究した。三嶋は、光直交符号を初めとした多重接続通信方式とその安全性に関する組合せ的デザインの基礎研究を行った。
日本の前近代社会における喪葬儀礼と支配秩序の連関を解明する研究

平成30年度は、前年度に引き続き、大日本史料の喪葬儀礼記事のPDF化を行ったが、南北朝時代の正平10年・文和4年(1355年)までで一旦終了し、第10代室町幕府将軍・足利義材(義稙)の父である義視(大智院殿)の喪葬儀礼を考察した。具体的には、『蔭凉軒日録』の延徳三年(1491)正月七日から始まる一連の喪葬関係記事の読解を行った。義視の喪葬儀礼は、鹿苑院主・蔭涼軒主はじめ相国寺塔頭の諸職が深く関与しており、その理解に資するため当該期の禅林組織に関係する諸論文・書籍・辞典等を収集した。また、葬送と関係深い「浄衣」の着用について、『武家故実雑集』等の写本史料画像を入手した。ついで、君主の喪葬に関わる近臣や侍臣のあり方を考察するという前年度来の課題について研究を進めた。内容は、昨年度『東方学』135輯に掲載した北魏文明太后死去時の服喪儀礼論文から発展した、中国皇帝や古代天皇喪礼時の近臣服喪の考察である。服喪する近臣の官僚制枠内での位置づけという視点をもって、中国側では『魏書』『晋書』、日本側では『続日本後紀』や古記録類から関係史料を収集し、読解を行った。この考察の途中経過は、第25回「東アジア后位比較史研究会」で報告した。今後、検討を続けていく予定である。研究期間全体を通して、前近代日本のみならず、中国皇帝や皇后死去時の喪葬儀礼も考察し、その成果を大会・学会誌において発表した。また、日本の葬送儀礼の背景にある儒教の受容についても、学会・大学紀要において発表することができた。その他、東アジアの王朝儀礼の研究動向を知ることができる「東アジア儀礼文化研究会」「東アジア后位比較史研究会」に参加したこと、また、日本古代から近世、そして中国諸王朝の儀礼・宗教・政治・制度についての研究文献、刊本史料および写本史料(紙焼き・デジタル画像)を収集できたことは、今後の喪葬儀礼研究にも有益である。本研究課題では、日本前近代における支配者層の喪葬儀礼を考察し、当該期の支配秩序や身分秩序の在り方を明らかにする計画である。平成27年度は、主に日中比較儀礼史の立場から、中国および日本古代における喪葬儀礼の研究を実施した。具体的には以下のような研究に着手した。1日本古代の礼制受容と喪葬儀礼の形成過程を正しく評価するために、近年、国家形成において古代日本との類似点が指摘されている北魏の喪葬儀礼を分析した。結果、孝文帝が文明皇太后のために導入・実施した礼制に則した服喪儀礼は、後の政治改革と関連する独自性の強い儀礼であったことを指摘するに至った。この成果は、「北魏文明皇后崩御時における孝文帝の服喪儀礼構想」(九州史学会大会東洋史部会、於九州大学、2015年12月)として報告した。なお、服喪儀礼と政治改革との関連性については種々の批判も出ているので、今後は当該期の北魏における多様な既存秩序を考慮した服喪儀礼の再分析が必要と考えており、正式な見解を得たうえであらためて日本との比較検討を行う。2日本の喪葬儀礼は礼制と仏教の影響を受けて形成されているが、中国の喪葬儀礼においても儒教と仏教(禅宗)の交渉が認められる。したがって、日本的特質を明らかにするための前提的考察として、王応之(南唐)『五杉練若新学備用』中の喪葬儀礼に関する項目を中心に読解を行った。読解は概ね順調であり、適宜読み下しや注釈の作成も行っている。服喪儀礼の在り方等、離俗した仏教者が家族道徳を基盤とする礼制をどのように受容したかが概ね明らかになりつつある。今後、さらに状況を明確に把握したうえで、禅宗の影響が顕著な室町期の喪葬儀礼との関連性を検討していく。以上が主な研究成果であるが、その他、中世・近世の喪葬儀礼、公武関係、支配構造に関する文献、および史料を収集した。当初の計画では、初年度は、平安から中世にかけての喪葬儀礼記事を網羅的に収集・整理していく予定であった。しかし、記事を確認していくうちに、先に分析視点を多様にしておくことが重要であると感じ、国家形成において日本との類似が注目されている北魏の喪葬儀礼、および中国の禅宗喪葬儀礼の在り方を初年度に検討することとなった。本研究課題では、日本の事例を正確に位置づけるために、唐代以外の中国礼制にも注目し新たな儀礼の構想や枠組みを摸索する計画であった。したがって、北魏の喪葬儀礼がある程度見通せたことは研究の進展と考えられる。また、禅宗喪葬儀礼の解明は次年度に行う予定であったもので、これを初年度に『五杉練若新学備用』の講読を通して、概ね明らかにできたことも進展と考えている。事例の収集・整理作業は当初の計画程進捗していないが、このように新たな分析視点を初年度に得ることができたので、上記のように評価することができる。2年度では、まず、初年度に取りかかった中国・北魏における喪葬儀礼(主に服喪儀礼)の形成過程を、部族固有の喪葬習俗と儒教的喪葬儀礼の融合という視点で追求し直した。その結果、北魏では旧来の部族的秩序や政治体制を礼制という新秩序に取り入れようとする姿勢が比較的顕著に認められた(論文執筆中)。

古代日本でも中国的な喪葬儀礼を形成する際に、旧来の氏族制的秩序の継承は認められるが、服喪に関していえば北魏程氏族制的秩序を反映している様子はない。現段階では、こうした相違点は、当該期の為政者が礼制に基づく新儀礼をどこまで現実的に実行しようと考えていたか、また、儀礼の実行に何を期待したかによってもたらされたと考えている。次に、日本の前近代喪葬儀礼における儒教と仏教(主に禅宗)の影響について。初年度同様、南唐・王応之『五杉練若新学備用』の読解を行い、加えて、元・徳煇『百丈清規』の読解も開始した。そして、これら清規に示された禅宗喪葬儀礼の日本における実施を検討すべく、『蔭涼軒日録』延徳二年(1490)に散見する足利義政の喪葬儀礼関連記事の読解にも着手した。この他、古代・中世の刊本史料から喪葬儀礼関連記事を収集・PDF化した(継続中)。また、東京大学史料編纂所等の各所蔵機関から、近世の宮廷喪葬儀礼関連史料の紙焼き写真および画像データ(押小路家本『仙洞崩御之記』、『登霞之巻』、『後桜町院登霞雑記』など)を入手し、整理・読解を行った(継続中)。1初年度より行ってきた北魏の喪葬儀礼研究に一応の見通しがつき、日本との相違点が明らかになったこと、2禅宗喪葬儀礼の考察が禅宗清規の解読から、実際の足利将軍の喪葬儀礼の検討へと展開したこと、3初年度に引き続き、近世宮廷社会における喪葬儀礼関連史料を新たに収集することができたこと、4初年度に立ち後れていた平安から中世にかけての喪葬儀礼関連記事の収集・PDF化が進捗したこと。以上の4点から、上記のように評価することができる。平成29年度では、まず、前年度に引き続き、中国・北魏の文明太后崩御時に行われた孝文帝や臣下の服喪儀礼の研究を論文として仕上げる作業を行った。当該論文は東方学会と数度のやり取りを行い、『東方学』に発表することができた。当該論文では、鮮卑族を母体とする北魏が儒教の孝思想を取り入れ政治的に利用していく動向を把握することができ、部民制から律令制へと展開した古代日本がどのように儒教を受容したかを考える上でも一つの視点を獲得するに至った。続いて、上記の孝の政治利用という視点と関連し、直接喪葬儀礼を取り扱ったものではないが、七世紀後半から八世紀にかけての日本における儒教受容状況を位置づけ直す研究を行い、『史淵』(九州大学大学院人文科学研究院紀要)に発表した。次に、前年度に引き続き、大日本史料、および、刊本史料から、古代・中世の喪葬儀礼関連記事を収集した。大日本史料は後の参照の利便上、PDF化をあわせて行い、現在、南北朝時代の正平七年・文和元年(1352年)まで完了している。なお、南北朝期までの喪葬儀礼記事の収集過程では、前年度来注目している儒教と仏教(主に禅宗)の融合の他、新たに、中世宮廷社会における喪葬儀礼の担い手(儀礼のあり方を熟知し、伝承する人々)の状況、君主の喪葬に関わる近臣や侍臣層のあり方、喪葬仮や服紀といった喪葬関連期日のとらえ方等の諸問題を把握することができた。その他、日本古代・中世の喪葬儀礼に関連する研究論文の収集、関連書籍の購入を行った。北魏・文明太后の喪葬儀礼を論文として学会誌に発表することができ、また、古代日本の儒教受容についても紀要に発表することができたことは一定の成果である。しかし、日本の中世にかけての喪葬儀礼記事の収集・整理が予定していた室町時代まで完了していないこと、また、その過程で見いだしたいくつかの問題点を成果としてまとめることができていないことにより、やや遅れていると判断した。平成30年度は、前年度に引き続き、大日本史料の喪葬儀礼記事のPDF化を行ったが、南北朝時代の正平10年・文和4年(1355年)までで一旦終了し、第10代室町幕府将軍・足利義材(義稙)の父である義視(大智院殿)の喪葬儀礼を考察した。
アルカリ金属原子からのソノルミネセンス機構の解明

液体中の音響キャビテーション気泡からの発光(ソノルミネセンス)機構について研究した。特にNa, Kなどのアルカリ金属原子からの発光に注目し,発光スペクトルの溶解ガス依存性,温度依存性,周波数依存性などから発光場所,発光に至るまでの過程を調べた。高速度カメラを用いて気泡ダイナミクスを測定し,発光パルスとダイナミクスの関連も調べた。アルカリ金属発光は,これまで気泡内部の気相,あるいは気泡壁/液体界面の液相のどちらで発光しているか不明であったが,本研究結果から気相から発光していると結論づけた。さらに,発光は気泡内高密度の影響を受けブロードニングとエネルギーシフトした成分と,ブロードニングもエネルギーシフトもしていない成分の2つから成ることを解明した。後者の成分は発光機構の更なる解明につながる新しい成果で,今後の研究課題である。アルカリ金属原子を含む溶液からのソノルミネセンスには,連続スペクトル成分に加えてアルカリ金属特有の発光線が含まれる。その発光機構解明を目的にして,本年度は水溶液中のNa線,K線の線幅やピーク位置が溶液の温度や溶存ガス(Ar,Xe,He)によってどのように変化するかを調べた。また,硫酸に硫酸ナトリウムを溶解した溶液でも溶存ガスを変えてスペクトル測定を行った。塩化カリウム水溶液では,15度から35度の温度変化に対してK線スペクトルの強度は温度とともに急激に減少したが,線幅はほぼ一定であった。気泡内部の水蒸気量は温度とともに増加するので,この実験結果からK電子励起状態は水分子または水から生成される水素,酸素分子の影響を受けてクエンチされることが分かった。しかし,線幅には影響ないことからKポテンシャルは影響されない。一方,Arガス飽和とXeガス飽和では線幅に与える影響が大きかった。特にHeガス飽和ではAr,Xeと異なりK線がわずかに青方遷移し,スペクトル形状も対称であった。このことは従来のスペクトル研究で知られている結果とよく一致し,アルカリ金属原子と希ガスが直接相互作用して一種のExiplexを形成していることを強く示唆した。硫酸溶液からのNa発光では,白く光る連続成分とオレンジ色のNa原子発光が容易に空間分離することができた。溶液中のNaイオンはdroplet状態で気泡内に入り,何らかの過程で還元されて原子になることが想像された。その発光機構解明を目的にして,本年度はNa線の発光パルス幅の測定を行った。シングルバブルソノルミネセンスの発光パルス幅は60-250psであることが知られ,その研究から黒体輻射モデルでは説明できず,プラズマの制動輻射モデルと合うことが分かっている。Na線に関してはこれまでエチレングリコール(EG)溶液中でパルス幅が60nsと2桁も大きいことが報告されている。今回EGにNaClを溶解した溶液でソノルミネセンスを観測し,パルス幅を4G/s samplingオシロスコープと高速応答フォトマルで測定した結果,従来の報告とは異なりマルチピークパルスとシングルパルスが観測され,個々のパルス幅は約400psであることが明らかとなった。連続発光成分とNa発光のパルス幅は同程度であることも分かった。マルチピークパルスの原因を探るため高速度カメラと高速度発光動画による気泡ダイナミクス観測を行ったところ,数百ミクロンの大きな気泡から微小気泡が分裂・放出され,それらの微小気泡が同時にNa発光していることが原因であることが判明した。この結果から,溶液中のNaイオンは気泡分裂の際にdroplet状態で気泡内に入ることが明らかになった。気泡内での高温のためNa原子になることが想像される。その発光機構解明を目的にして,本年度はSDS(Sodium dodecyl sulfate)水溶液からのNa発光について調べた。また,ホーン型振動子を用いたときのNa線発光形状についても研究した。NaCl水溶液では1M程度の高濃度でしかNa発光は起きないが,SDS水溶液では10mMという低濃度でNa発光が観察される。これは,気泡壁にSDS分子が吸着し,その周囲にSDSから電離したNaイオンが引き寄せられ,気泡周囲のNa濃度が高くなるからである。SDS溶液からのNa発光スペクトルの時間変化を測定した結果,超音波印可時間とともにスペクトルが変化し,Na発光成分にも線幅の細い成分,線幅が太くてピークシフトした成分の2種類があることがわかった。はじめは両者が同程度の大きさで観測されるが,時間とともに細い成分が消滅する。

気泡に吸着したSDS分子が徐々に気泡内に入って分解され,COなどの分子になる結果,分解ガスとNa原子が相互作用して消光するからであると推察した。このことを裏付けるため,二酸化炭素ガスを混入したNaCl水溶液で,発光スペクトルの濃度依存性を測定したところ同様な現象が観測された。これらの結果は,本課題研究でこれまで示唆してきた「Na原子発光の起源は気泡内のガス相である」というモデルとよく一致する。ホーン型振動子の先端からは,定在波型と比べて非常に強い超音波を放射することができる。NaCl水溶液ではホーン先端からのNa発光形状はくさび形であったが,粘性の高いエチレングリコール溶液では球状のNa発光形状であった。これは溶液の粘性の違いによって気泡の生成や振動が異なるためであることが高速度カメラ映像から示唆された。