hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ハイブリッド界面接着手法によるRC部材の曲げ補強設計法の最適化

FRPシートは既存RC部材の補強材料として世界中に広く使われている。しかしながら,シートとコンクリートの界面において剥離が生じるなどの問題は未解決である。本研究では,新しいハイブリッド接着工法を開発し,FRPシートで補強されたRC部材の曲げ性能の最適化を図り,実構造物に適用するための設計方法を提案する。また,長期暴露試験を実施することにより,この新しい曲げ補強工法の長期耐久性を評価する。二年間の研究期間において,以下のような研究成果を得られた:(1)非線形な材料特性を持つ接着材(以下「非線形接着材」とする)の使用により,FRPシートの曲げ補強の効果を向上させることを確認した。また,新しいFRPストランドシートと非線形接着材のハイブリッドの使用によって,FRPシートで曲げ補強したRC部材の終局強度の増加および変形能力の向上を図れることも確認した。(2)非線形接着材および線形な材料特性を持つ接着材(以下「線形接着材」とする)のハイブリッド使用によって,FRPシートで曲げ補強したRC部材の使用状態の要求性能(ひび割れの制御性能)の向上と終局状態の要求性能(部材の終局強度と靱性)の向上を同時に図れることを確認した。(3)コンクリート表面が湿潤状態の場合では,プライマーのコンクリートへの含浸層が薄くなることを確認したが,特殊なプライマーの使用により,FRPストランドシートとコンクリートの付着性能の低下が抑'制可能であることを確認した。さらに,非線形接着材を使用することで,シートとコンクリートの付着性能が著しく改善できることを確認した。(4)FRPシートで曲げ補強したRC部材において,シートに垂直に作用するダールアクシンがシートの曲げ補強効果に及ぼす影響を実験及び解析的に検討した。(5)湿潤な使用環境がFRPとコンクリート界面の接着の耐久性に及ぼす影響を調べるために,高温海水による乾湿繰り返し促進劣化試験を実施し,1年間促進暴露後界面の接着性能の経時変化を調べた。以上の研究結果をもとに,査読付き論文6件(英語5件,日本語1件)と論文概要(日本語)1件を発表した。なお,他の査読付き論文(英語)4件を投稿した(1件は登載決定である)。しかしながら、シートとコンクリートの界面において剥離が生じるなどの問題は未解決である。本研究では、新しいハイブリッド接着工法を開発し、FRPシートで補強されたRC部材の曲げ性能の最適化を図り、実構造物に適用するための設計方法を提案する。また、長期暴露試験及び疲労載荷試験を実施することにより、この新しい曲げ補強工法の長期耐久性を評価する。平成18年度において、以下のような研究成果を得られた:(1)非線形な材料特性を持つ接着材(以下「非線形接着材」とする)の使用により、FRPシートの曲げ補強の効果を向上させることを確認した。また、新しいFRPストランドシートと非線形接着材のハイブリッドの使用によって、FRPシートで曲げ補強したRC部材の終局強度の増加および変形能力の向上を図れることも確認した。(2)非線形接着材および線形な材料特性を持つ接着材(以下「線形接着材」とする)のハイブリッド使用によって、FRPシートで曲げ補強したRC部材の使用状態の要求性能(ひび割れの制御性能)の向上と終局状態の要求性能(部材の終局強度と靱性)の向上を同時に図れることを確認した。(3)コンクリート表面が湿潤状態の場合では、プライマーのコンクリートへの含浸層が薄くなることを確認したが、特殊なプライマーの使用により、FRPストランドシートとコンクリートの付着性能の低下が抑制可能であることを確認した。さらに、非線形接着材を使用することで、シートとコンクリートの付着性能が著しく改善できることを確認した。湿潤な施工および使用環境がFRPとコンクリート界面の接着の耐久性に及ぼす影響を調べるために、高温海水による乾湿繰り返し促進劣化試験を開始した。(4)FRPシートで曲げ補強したRC部材において、シートに垂直に作用するダールアクシンがシートの曲げ補強効果に及ぼす影響を実験及び解析的に検討した。以上の研究結果をもとに、査読付き論文(英語)4件を発表した。なお、査読付き論文(日本語)1件及び論文概要(日本語)1件は投稿中である。

(3)コンクリート表面が湿潤状態の場合では,プライマーのコンクリートへの含浸層が薄くなることを確認したが,特殊なプライマーの使用により,FRPストランドシートとコンクリートの付着性能の低下が抑'制可能であることを確認した。さらに,非線形接着材を使用することで,シートとコンクリートの付着性能が著しく改善できることを確認した。(4)FRPシートで曲げ補強したRC部材において,シートに垂直に作用するダールアクシンがシートの曲げ補強効果に及ぼす影響を実験及び解析的に検討した。(5)湿潤な使用環境がFRPとコンクリート界面の接着の耐久性に及ぼす影響を調べるために,高温海水による乾湿繰り返し促進劣化試験を実施し,1年間促進暴露後界面の接着性能の経時変化を調べた。以上の研究結果をもとに,査読付き論文6件(英語5件,日本語1件)と論文概要(日本語)1件を発表した。なお,他の査読付き論文(英語)4件を投稿した(1件は登載決定である)。
演示実験に基づいた物理教育方法の開発

本研究では、理科教育とくに「物理教育」における教育手段の開発を行った。演示実験を多く取り入れることにより、自然現象の直接的、視覚的な理解を誘導することを目的としている。このため、・基本的自然法則が成立する根拠を演示実験によって立証する・基本的自然法則から正しく連結した論理展開によって結論、応用例を導く・結論、応用例を演示実験によって実証することに注意を払い、演示実験を用いた物理教育方法、装置の開発を行った。「物理学」における理想化は、ともすると、初学者にとって現実との遊離感をもたらす。本研究グループは、担当する大学初年度の物理教育に演示実験を適用している。「物理学」が机上の議論でないことを示すため、演示実験は極めて有用な手段である。また、本研究で開発した演示実験を用いて公開講座を開催している。本年度は9回実施し、約250名の参加者を得た。小中高校生のみならず、父兄、教師、企業からの参加者も見られ、多様な年齢層に対して、演示実験がもたらす効果を調べるためにも役立っている。演示実験は物理現象を分かりやすく示すためのものであり、個々の現象が「見える」ようにすることが重要な役目である。このため、演示実験装置に関わる解説においては定性的な分析に終止することが多い。しかし、実験結果を説明するためにも、装置の改良を行うためにも測定結果の定量的な分析が必要である。本研究による演示実験装置の製作方法、材料の入手方法、実験結果の定量的分析をインターネットを通して公開する予定で、準備を進めている。本研究グループは、医学部初年度の学生に対して物理教育を担当している。学生の70%程度は高等学校において物理を学習してきていない。「物理」を学習していない学生の多くが「物理」に対して強い拒否反応を示し、現実と遊離した机上の空論であるとの不満を述べる。これらの学生には、自然現象を法則化するための「理想化」と「抽象化」が受け入れ難いものとなっている。物理が現実から遊離したものであるとの誤解を緩和するために(1)基本的自然法則が成立する根拠を「演示実験」によって立証する。(2)基本的自然法則から正しく連結した論理展開によって結論、応用例を導く。(3)結論、応用例を「演示実験」によって実証する。という点に注意を払い、講義を組み立て、演示実験装置の開発を行っている。また、これまでに開発・制作した演示実験装置を用いて、本大学周辺地域の小・中学生を対象に公開講座や出前授業を行っている。公開講座には様々な年齢層の子供たちが参加しており、子供たちに自然法則の本質を伝え、自然現象への感動を与える方法を模索することが、本研究における重要な課題である。公開講座の開催は5年目となり、本年度は1月末に実施した。以上のような本研究グループの「演示実験」を用いた物理教育方法について、説明文書を作成し、インターネットを通じて公開するための準備を進めている。この文書には(1)実験装置の製作方法、使用方法の説明(2)使用する材料・部品の価格、入手方法(3)実験の結果についての定量的な分析を掲載する予定である。
超短パルス高電界がん治療法のための高強度バーストパルス列電磁波の生成と効果の研究

この研究の目的はがん治療のための高強度電界を供給するためのナノ秒パルスパワー発生器を使った小型高出力パルス電磁波発生装置の設計である。これまでに開発した装置では1回の動作で数十nsの持続時間を持つバーストパルスを1回しか出力できなかったが、今回磁気スイッチとSOSダイオードを組み合わせることで、1回の動作で最大6回のクラスタバーストパルスを出力することができ,持続時間を3000ns以上にできた。そして高周波バーストパルス高電界印加時のHeLa細胞におけるたんぱく質発現の周波数依存性について明らかにした。本研究課題ではがん細胞にナノ秒の高電界を印加して,細胞にアポトーシスを再生させ,がんを治療する超短パルス高電界によるがん治療法におけるパルス高電界印加方法を確立するため,患部に高電界パルスを印加できる高強度高周波パルス電磁波放射装置の研究,細胞へのパルス電磁波による高電界印加実験を行うことを目的としている。24年度では周波数を200MHzまで上げて、さらにパルス列を500nsの間、連続して出力できるようにすることを目的としていた。23年度と同様,フェライトコアを用いた非線形伝送線路によるパルス発生方法とSOSダイオードと可飽和リアクトルを用いた方法の2つ検討した。非線形伝送線路によるパルス発生方法では磁気歳差運動を用いるものと新たに分散を用いるものの2つの方法を検討した。磁気歳差運動を用いるものは装置の理論的検討と試作装置の設計を部品の発注を行った。製作は25年度に行う。分散を用いるものは理論的検討と実証実験を終え,パルス列が発生可能であることを確認した。SOSダイオードを用いた方式では磁気スイッチのフェライトコア材料を見直し,23年度の2倍の電圧出力が得られるようになった。200MHz,30kV/cm単極性パルス高電界と電磁波による大腸菌,真菌,がん細胞の挙動実験は,パルス列数は少ないが,250MHzまでの,100kV/cmの両極性パルスで子宮頸がん細胞であるHeLa細胞について検証した。パルス列が34程度と少なかったためか25MHz以上では細胞死は確認できなかったが250MHzの周波数で細胞の形態変化は観測され,PCR解析でアポトーシスの発現の有無を検出中である。がん細胞のモデル生物である真菌の出芽酵母については70MHz,200kV/cmのパルス電界によってアポトーシス現象の確認をAnnexin-Vでも行い,アポトーシス現象が確認された。25年度では200MHzの単一周波数で±10kVの両極性高電圧パルス列を500nsの間,連続して発生する装置の設計,試作,評価を目的としていた。25年度はSOSダイオードと可飽和リアクトルを用いた方法に目的の周波数の1/4波長のケーブルを組み込みSOSダイオードのオープニング動作時に持つ周波数成分に共振させ出力を取り出すことで出力周波数を制御する方法を検討した。これにより約200MHzの周波数まで単一周波数で両極性パルスを得ることができるようになった。パルス持続時間は180MHzの高周波でも目標の3倍の1500nsの間得られるようになった。しかし出力電圧が最大±3kVと目標の1/3しか得られなかった。出力電圧はSOSダイオードの逆方向電流の大きさに依存しており,より大きい逆方向電流を流せるSOSダイオードが使えれば解決する。両極性高電圧パルス列により発生させた電磁波と高電界による大腸菌,真菌,がん細胞の挙動実験は,110MHzまでの,100kV/cmの両極性パルスで子宮頸がん細胞であるHeLa細胞について検証した。55MHzで細胞死を起こすことができ,電界強度を上げたことで細胞膜に影響が出たと考えられる。そして3.5MHzと55MHzで行われたCaspase3の検出では発現が認められPARP-1の発現も検出された。これらよりアポトーシス反応が起こっているが,DNAの断片化までは至っておらず,途中でアポトーシスが妨げられていると推測された。本年度は50MHzの単一周波数で+10kVの単極性高電圧パルス列を100nsの間,連続して発生する方法の検討,試作,評価を行うことを目的としていた。

そこでフェライトコアを用いた非線形伝送線路によるパルス発生方法とSOSダイオードと可飽和リアクトルを用いた方法の2つ検討した。成果として非線形伝送線路を用いた方法では,両極性パルス電圧で,ピークピークが7kV,バースト持続時間100ns以上で周波数173MHzの単一周波数を得ることができた。バースト持続時間は目標値を,周波数では24年度の目標値に近い値を達成できた。出力電圧は25年度の目標である両極性を達成できたが出力値が23年度目標の7割程度と,来年度への課題を残した。SOSダイオードを用いた方法では出力パルス電圧が両極性のピークピークで13kV,バースト持続時間がクラスタ状のパルスが飛び飛びながら2000ns持続したが,電圧が高いのが1つ目のクラスタパルスのみであったのが課題として残った。また,24年度の研究課題である,動物細胞のモデル細胞である出芽酵母,がん細胞に電界が与える影響について一部実験をおこなった。出芽酵母では70MHzのバーストパルス電界でアポトーシスによる細胞死とみられる現象が観測された。がん細胞による実験では1MHzと70MHz以上でアポトーシスの兆候が見られたが細胞死を起こしたのは1MHzのみであった。さらに細胞への影響について調査を進めるが,この結果は装置の検討に十分フィードバックできるものであった。24年度では周波数を200MHzまで上げて、さらにパルス列を500nsの間、連続して出力できるようにすることを目的としていた。これについては,24年度は非線形伝送線路歳差運動方式の装置試作の設計,部品発注までを行ったので,25年度に動作確認を行う。SOS方式ではとびとびのクラスタ状ではあるが既に2000nsの連続したパルス列が得られており24年度では出力電圧の向上が図れた。高強度高周波パルス電磁波放射装置のバーストパルス発生方法において2つの方法それぞれで目標値を上回る成果を得られた項目があった。細胞への影響についてはパルス列数の多いパルスでは実験を行えていないが250MHzの周波数の両極性パルスで実験を行い,その効果を検証するところまで実施できている。その結果アポトーシスの兆候の形態変化の発現を確認し,アポトーシスを得られる条件の装置へのフィードバックを可能にした。電磁波発生の確認は,装置の製作が25年度と変更になったため25年度に行う。電極間で直接高電界パルス列を印加した場合と,高強度電磁波パルス列で電界を印加した場合に細胞の挙動に違いがあるかどうかについては25年度実施する。以上のように進捗が遅れている項目もあるが予定以上に進んでいる項目もあり総合的にはおおむね順調に進展していると判断できる。また24年度の計画であった細胞への影響を一部実施しアポトーシスが起こることを確認し,アポトーシスを得られる条件の装置へのフィードバックを可能にした。25年度では24年度に設計,手配した歳差運動式の非線形伝送線路の動作確認および200MHzの単一周波数で,±10kVの両極性極性高電圧パルス列を得られるよう改良を行う。
中等教育に生かすための地域における在日朝鮮人に関する歴史研究

京都と大津にはさまれた現京都市山科区は、鉄道や道路が多く貫通する交通の要衝であり、1931年に京都市に編入された。この地域では、韓国併合直後の1910年代から朝鮮人が居住したが、その労働・生活実態は明らかでなかった。本研究では、その実態を実証的に解明し、歴史的事実に即した異文化理解教育に生かそうと努めた。本研究では、先行研究の成果を整理した上で、『京都日出新聞』などの新聞記事を精査した。その結果、多くの山科在住朝鮮人が、1914年にはじまる東海道線新線工事、なかでも山科・大津間の新逢坂山トンネル工事や京津電気軌道工事、京津国道改修工事などの土木工事に、土工として従事したことが明らかとなった。これらの工事で、朝鮮人労働者を使用した土木会社のいくつかは、日露戦争時の朝鮮半島における南北縦断鉄道工事や園部綾部間の鉄道工事、宇治川水力発電所工事などで、朝鮮人労働者をすでに使用していた。1930年代になると、当時活発に行われていた京都市内の土地区画整理事業に、被差別部落の土建業者が、山科地区に住む朝鮮人労働者を使用するケースも出てきた。また、京津国道改修工事に従事した朝鮮人労働者は、出土した車石を周辺住民に譲ることがあった。山科地区には、すでに1910年代に朝鮮人密集地が形成されていた。これは現京都市内では最初にできた朝鮮人密集地と考えられる。これらの密集地は、戦後の高度成長期まで続いていくが、それは山科地区において、上述したような交通の動脈としての鉄道や道路工事が相次いで行われていたことによる。その他、山科地区では、馬方や職工、牧場の牧夫として、いわゆる「強制連行」期以前から朝鮮人が働き、大正から昭和初期における京都の近代化を底辺から支えていたことが明らかとなった。以上が本研究の成果である。
蝶番糖の柔軟性およびアロステリック性を利用した機能性生体分子の構築

申請者らは、2,4-ジアミノ-2,4-ジデオキシ-キシロピラノシド(以下、蝶番糖)のアミノ基に亜鉛イオンや水銀イオンをキレート配位させると^4C_1型から^1C_4型に立体配座が変化することを見出している(H.Yuasa ; H.Hashimoto J.Am.Chem.Soc.121,5089(1999))。さらに、蝶番糖の1位と3位に糖を付けると、金属の添加で折れ曲がる三糖となることもわかった。また、白金イオンを用いると折れ曲がった状態で固定できることも明らかにしている(T.Izumi ; H.Hashimoto ; H.Yuasa Chem.Commun.94(2004))。さらに、蝶番糖を軸とする分子ペンチを構築し、ペンチの先に蛍光基としてピレン分子を二つ導入し、キレート結合によって分子ペンチが閉じエキシマー蛍光を発する金属センサーの開発を行ない、亜鉛イオン選択的センサーの合成に成功している(H.Yuasa ; N.Miyagawa ; T.Izumi ; M.Nakatani ; M.Izumi ; H.Hashimoto Org.Lett.6,1489(2004))。今回、蝶番糖を含む種々の二糖および三糖を合成し、N,N'-カルボニル化と各種金属イオンへのキレート配位により蝶番部分の折れ曲がりやすさを検討した。その結果、還元末端と非還元末端の両方にマンノースが含まれる三糖が著しく折れ曲がりやすく、糖-糖相互作用が重要な働きをしていることが示された。これにより、機能性オリゴ糖などにおいて実用的な動的な部品を提供することが可能となった。申講者らは、2, 4-ジアミノ-2, 4-ジデオキシ-キシロピラノシド(以下、蝶番糖)のアミノ基に亜鉛イオンや水銀イオンをキレート配位させると^4C_1型から^1C_4型に立体配座が変化することを見出している(H. Yuasa ; H. Hashimoto, J. Am. Chem. Soc.121, 5089-5090(1999))。さらに、蝶番糖の1位と3位に糖を付けると、.金属の添加で折れ曲がる三糖となることも明らかにしている。しかし、この配位は速い平衡反応であり、折れ曲がった状態は安定に存在せず、速い屈伸運動を起こすものであった。本研究では、折れ曲がった状態で固定できる金属イオンを種々の方法で探索し、白金イオンが有効であることを見出した。さらに、ポリエチレンアミンを添加すると白金イオンの配位交換により4Cl型構造が復活し、伸びた状態に戻すことができることも明らかにした。すなわち、折曲がった状態と伸びた状態をコントロールできる蝶番糖を開発することができた。このような、制御可能な分子デバイスは、アロステリックタンパク質様の分子デバイスなど、さまざまな応用が可能であるが、本研究ではまず、構造の変化によりレセプターヘの結合能が変化するリガンドへの応用を試みた。すなわち、蝶番糖の非還元末端と還元末端にそれぞれマンノースを結合させた三糖を合成し、オリゴマンノシド結合レクチンであるコンカナバリンA(以下、ConAと略)との結合能が金属の添加により変化するかどうかを調べた。その結果、この三糖のComAへの結合能は、金属の添加により2倍ほど低下することを明らかにした。様々な比較実験により、この結合能の低下は、三糖の構造変化に由来することが確かめられた。この結果は、今後この蝶番糖を種々の分子デバイスヘと応用するにあたっての基礎になると考えられる。

申請者らは、2,4-ジアミノ-2,4-ジデオキシ-キシロピラノシド(以下、蝶番糖)のアミノ基に亜鉛イオンや水銀イオンをキレート配位させると^4C_1型から^1C_4型に立体配座が変化することを見出している(H.Yuasa ; H.Hashimoto, J.Am.Chem.Soc.,121,5089-5090(1999))。さらに、蝶番糖の1位と3位に糖を付けると、金属の添加で折れ曲がる三糖となることもわかった。また、白金イオンを用いると折れ曲がった状態で固定できることも明らかにしている。今回は、この蝶番糖を用いてバイオセンサーの開発を行なった。すなわち、蝶番糖を軸とする分子ペンチを構築し、ペンチの先に蛍光基としてピレン分子を二つ導入した。このペンチのハンドル部には、水酸基とメトキシ基がついており、溶媒の環境によってこの二つの置換基間で水素結合が形成され、ペンチが閉じることを明らかにした。ペンチが閉じるとエキシマー蛍光を発することもわかった。この分子ペンチは、一種の溶媒センサーとなり得る。今後、ペンチのハンドル部に分子認識レセプターを導入しバイオ分子センサーを構築する予定である。また、白金イオンを用いると折れ曲がった状態で固定できることも明らかにしている(T.lzumi ; H.Hashimoto ; H.Yuasa, Chem.Commun.94-95(2004))。さらに、蝶番糖を軸とする分子ペンチを構築し、ペンチの先に蛍光基としてピレン分子を二つ導入し、溶媒の環境によってエキシマー蛍光を発するセンサーを構築している。今回は、この分子ペンチのハンドル部としてアミノ基を用い、キレート結合によって分子ペンチが閉じエキシマー蛍光を発する金属センサーの開発を行なった。その結果、亜鉛イオンとカドミウムイオンに対し選択的で、50nMまでの濃度を検出できるセンサーの合成に成功した。申請者らは、2,4-ジアミノ-2,4-ジデオキシ-キシロピラノシド(以下、蝶番糖)のアミノ基に亜鉛イオンや水銀イオンをキレート配位させると^4C_1型から^1C_4型に立体配座が変化することを見出している(H.Yuasa ; H.Hashimoto J.Am.Chem.Soc.121,5089(1999))。また、白金イオンを用いると折れ曲がった状態で固定できることも明らかにしている(T.Izumi ; H.Hashimoto ; H.Yuasa Chem.Commun.94(2004))。さらに、蝶番糖を軸とする分子ペンチを構築し、ペンチの先に蛍光基としてピレン分子を二つ導入し、キレート結合によって分子ペンチが閉じエキシマー蛍光を発する金属センサーの開発を行ない、亜鉛イオン選択的センサーの合成に成功している(H.Yuasa ; N.Miyagawa ; T.Izumi ; M.Nakatani ; M.Izumi ; H.Hashimoto Org.Lett.6,1489(2004))。今回、蝶番糖を含む種々の二糖および三糖を合成し、N, N'-カルボニル化と各種金属イオンへのキレート配位により蝶番部分の折れ曲がりやすさを検討した。
数学的概念の形成過程における不整合に関する研究

新しい概念を子どもに指導する場合に、子どもの既有の概念と対立するような発問(いわゆる、ゆさぶり発問)や場面をあえて設定しながら、子どもの認知的葛藤(コンフリクト)や子どもどうしの意見の対立を引き起こし、さらにはそういった葛藤や意見の対立の解消を通じて、概念形成を図ろうとする教授アプローチがしばしば用いられている。本研究は、こういった状況に着目し、それらを「不整合(inconsistency)」と総称した上で、数学的概念の形成過程における不整合の役割を総合的に解明することを最終的な目的とするものである。なお、本研究においては、不整合を(1)内的な不整合、(2)子ども間の(子どもどうしの)不整合、(3)子どもの形成した概念と指導内容としての数学との不整合、の3つに類型化した基本的に研究を進めている。当初の予定では、概念形成過程における内的な不整合の生起の実態解明を研究の主眼としていたが、子どもの数学的概念の形成過程を認知的に分析していく中で、内的な不整合の生起及び解消のプロセスにおいて、メタ認知がきわめて重要な働きをしていることがクローズアップされるようになった。そのため、内的な不整合の役割を解明するための理論的な基盤を整備することを本年度の第一研究課題とした。具体的には、山口が本研究とは独立して研究を進めているメタ認知研究を本研究の枠組みに取り込みながら、問題解決の文脈でこれまで議論されてきたメタ認知の問題を概念形成の文脈でも議論可能にするために、課題学習に関わる授業分析を通して、メタ認知概念の拡張を図った。なお、これらに関わる研究成果は、「数学教育における課題学習の課題-一般化の学習に関するメタ認知概念の拡張に関する考察-」(平成7年11月、第28回日本数学教育学会論文発表会)、「数学教育におけるメタ認知研究の課題と展望」(平成8年1月、第4回全国数学教育学会)として発表している。
東南アジアの窒素固定菌群の基礎解析とその育種工学

日本学術振興会の拠点大学方式による、学術交流と連動させながら、特定の研究課題を設定して、組織的かつ継続的に共同研究を行うことによって、国際的学術交流の実をあげることを目的とする。生物工学分野で、特に東南アジアの研究者からの要望の高い、窒素固定微生物群の分離・同定・育種の基礎研究とそれらの菌群を用いた穀物・作物・樹木増産への応用研究を総合的に、システマティックに行おうとするものである。特に東南アジア産植物に共生する窒素固定微生物群に焦点をしぼり、菌株の採集、分類、優良株の選抜を行い、酸性耐性菌の育種を行った。1。新規窒素固定細菌の検索と分類同定:タイ、インドネシア、フイリッピンの土壌および植物根圏より、熱帯性窒素固定細菌を分離した。特に酸性土壌に耐性の細菌に焦点を当て、火山段丘土壌のマメ科植物の根粒より、根粒菌をそれぞれの国より約20種類ずつ分離した。特に研究分担者の小沢は、インドネシア、スマトラの酸性土壌よりダイズ根粒菌を10数株分離した。研究分担者のPuranaらはアカシア樹木の根粒菌を20種類分離した。研究協力者のHazuraらは、インドンネシアのsnake neans,peanut,Bogor peanut,およびcover cropsよりRhizobiumと思われる22菌株およびBradyrhizobiumと思われる4株を分離した。研究分担者のNantakornらは、タイ国の酸性土壌で生育するピ-ナツ、ダイズより根粒菌を分離した。さらに、フイリッピン国のEspiritsuらは、ルソン島火山大地のピ-ナツなどより多数の根粒菌を分離した。2。これら分離したの菌株の根粒形成能、共生窒素固定活性、薬剤耐性、およびERIC-PIRパターンを調べた。分離した根粒菌の窒素固定能、酸性pH耐性およびアルミニュウム耐性能を調べた。その結果、pH4.0で生育する根粒菌を発見した。3。上記菌株のいくつかについて、各国の研究者を招請し、研究分担類の所属する駒形、室岡、東、関、小沢研究室で、菌学的性質を化学分類法および遺伝子の相同性をPCRを用いて明らかにした。PCR法は、土壌中の育種根粒菌の生態を追跡調査するのに最も有効であることがこの研究で明らかとなった。また、フイリッピンの酸性土壌のピ-ナツ根粒より分離した根粒菌は、今までに報告のない、新種であることが判明した。この分類学的性質については現在詳細なデータを集めている。4。関らはインドネシアの森林から分離した18株のBradyrhizobium属細菌の16SリボゾームRNA遺伝子の塩基配列の比較より、系統分類研究を行っている。5。魚住らはイネ根圏から分離された、窒素固定菌Azospirillumlipoterumの窒素固定能遺伝子draTGオペロンが、微好気的条件でのみ発現し、好気条件では発現しないことから、この菌の窒素固定は微好気条件でのみ起こることを明らかにした。6。東らは、窒素固定菌の遺伝子工学的改良のため、プラスミド上のnod遺伝子を、溶原ファージの組み替え領域を使って、根粒菌染色体上へ移行させることに成功した。このようにして得られた転換菌は宿主のマメ科植物に根粒を形成した。7。室岡らは、酸性土壌耐性・広宿主窒素固定細菌の育種のため、東南アジジで分離された根粒菌の酸性領域での生育を調べ、酸性土壌で生育可能な酸性耐性度の高い菌株を選抜した。この菌株と窒素固定能に優れたレンゲソウの根粒菌との接合伝達およびエレクトロポレーション法による育種を検討している。8。平成6年度に当該共同研究の成果をとりまとめ、タイ国の関連研究者に情報提供する目的で、公開セミナーをタイ国コンケン市で開催した。研究分担者及び研究協力者による13の演題があり、研究成果の評価と今後の共同研究の進め方について熱心に討議された。セミナー参加者は約50名であった。9。平成7年度に当該共同研究成果をとりまとめ、インドネシア国の関連研究者に情報提供するため、公開セミナーをインドネシア国ジョグジャカルタ市及びデンパサール市で開催し、研究分担者および研究協力者による17の演題があり、共同研究成果について活発な討論が行われた。セミナー参加者は延べ約60名であった。10。タイ国、インドネシア国、フイリッピン国の農地における化学肥料及び根粒菌を接種した堆肥にたいする作物成長を比較検討し、根粒菌接種堆肥の著しい成長促進効果を確認した。1。

特に酸性土壌に耐性の細菌に焦点を当て、火山段丘土壌のマメ科植物の根粒より、根粒菌をそれぞれの国より約20種類ずつ分離した。特に研究分担者の小沢は、インドネシア、スマトラの酸性土壌よりダイズ根粒菌を10数株分離した。研究分担者のPuranaらはアカシア樹木の根粒菌を20種類分離した。研究協力者のHazuraらは、インドンネシアのsnake neans,peanut,Bogor peanut,およびcover cropsよりRhizobiumと思われる22菌株およびBradyrhizobiumと思われる4株を分離した。研究分担者のNantakornらは、タイ国の酸性土壌で生育するピ-ナツ、ダイズより根粒菌を分離した。さらに、フイリッピン国のEspiritsuらは、ルソン島火山大地のピ-ナツなどより多数の根粒菌を分離した。2。これら分離したの菌株の根粒形成能、共生窒素固定活性、薬剤耐性、およびERIC-PIRパターンを調べた。分離した根粒菌の窒素固定能、酸性pH耐性およびアルミニュウム耐性能を調べた。その結果、pH4.0で生育する根粒菌を発見した。3。上記菌株のいくつかについて、各国の研究者を招請し、研究分担類の所属する駒形、室岡、東、関、小沢研究室で、菌学的性質を化学分類法および遺伝子の相同性をPCRを用いて明らかにした。PCR法は、土壌中の育種根粒菌の生態を追跡調査するのに最も有効であることがこの研究で明らかとなった。また、フイリッピンの酸性土壌のピ-ナツ根粒より分離した根粒菌は、今までに報告のない、新種であることが判明した。この分類学的性質については現在詳細なデータを集めている。4。関らはインドネシアの森林から分離した18株のBradyrhizobium属細菌の16SリボゾームRNA遺伝子の塩基配列の比較より、系統分類研究を行っている。5。魚住らはイネ根圏から分離された、窒素固定菌Azospirillumlipoterumの窒素固定能遺伝子draTGオペロンが、微好気的条件でのみ発現し、好気条件では発現しないことから、この菌の窒素固定は微好気条件でのみ起こることを明らかにした。6。東らは、窒素固定菌の遺伝子工学的改良のため、プラスミド上のnod遺伝子を、溶原ファージの組み替え領域を使って、根粒菌染色体上へ移行させることに成功した。このようにして得られた転換菌は宿主のマメ科植物に根粒を形成した。7。室岡らは、酸性土壌耐性・広宿主窒素固定細菌の育種のため、東南アジジで分離された根粒菌の酸性領域での生育を調べ、酸性土壌で生育可能な酸性耐性度の高い菌株を選抜した。この菌株と窒素固定能に優れたレンゲソウの根粒菌との接合伝達およびエレクトロポレーション法による育種を検討している。8。平成6年度に当該共同研究の成果をとりまとめ、タイ国の関連研究者に情報提供する目的で、公開セミナーをタイ国コンケン市で開催した。研究分担者及び研究協力者による13の演題があり、研究成果の評価と今後の共同研究の進め方について熱心に討議された。セミナー参加者は約50名であった。9。平成7年度に当該共同研究成果をとりまとめ、インドネシア国の関連研究者に情報提供するため、公開セミナーをインドネシア国ジョグジャカルタ市及びデンパサール市で開催し、研究分担者および研究協力者による17の演題があり、共同研究成果について活発な討論が行われた。セミナー参加者は延べ約60名であった。
亜急性硬化性全脳炎(SSPE)の細胞工学的治療

(1)約400PFUのSSPE感染HEL(ヒト胎児肺線維芽)細胞を脳内に接種することで、ハムスタ-に約80%以上の率でSSPEを発症させることができた。この系をin vivo系の実験に用いた。(2)内部にジフテリヤ毒素フラグメントAを封印した単純リポソ-ムを脳内に直接注入することで治療実験が進められた。その理由、in vitroでのSSPE細胞と正常HEL細胞との混合培養下で、このリポソ-ムを添加するとSSPE細胞だけが選択的にリポソ-ムと融合し、毒素によって蛋白合成が停止し致死するが、正常細胞には全く影響の無いことが、我々の研究室ですでに観察されていたことによる。(3)SSPE細胞脳内接種後3日目から3日間、1日1回0.05ml/脳のリポソ-ム試料を脳内注入し、SSPE発症の抑制効果が、くり返し観察された。抑制効果は常に、確かに鶴察されたが、実験毎のバラツキがあり、有効である事の確認がむつかしい状態が続いた。そこで本年度に入って新しい工夫がなされた。(4)脳内に注入したリポソ-ムが極めて早く、脳内から消えてゆく(流出する)ことが観察された。治療のためには、できるだけリポソ-ムとSSPE細胞との接触時間を長くする必要がある。このため大量のリポソ-ム試料を脳内に注入する工夫が行はれた。ハムスタ-脳の体積以上の試料をペリスタポンプを用いて、時間をかけて、除々に注入することが可能になった。この新しい方法で3日間、1日1回、2ml/脳という大量のリポソ-ム試料を注入したところ、注入時すでに発症していたハムスタ-が完全に治るという見事な結果を得る事ができた。(5)現在、この大量注入によって副作用が誘発されるか否かの観察が日本ザルを用いて進行中である。1.ハムスターを用いたSSPE発症実験:【○!1】患者から分離後の継代数の少ない数代継代SSPE細胞と数十代継代のSSPE細胞をハムスター脳内に接種後の発症パターンが観察された。結果は継代数の短い試料では接種後数日で発症が観察され、継代数の長い試料では発症に十数日かかることが判明した。リポソーム治療には、接種から発症までの期間が長い程、その有効性が確かめられる筈である。さらに、生きている細胞そのものを用いない工夫も行われた。培養SSPE細胞からサイトカラシー処理で、細胞膜に包まれた細胞質小胞を採取し、この小胞のみを集めて、脳内接種する事で発症が可能である事を確認した。このSSPE細胞あたりSSPEウイルス遺伝子が約1000コピー存在しているので、サイトカラシンで作られた小胞内には充分ウイルス遺伝子が包み込まれていたと考えられる。2.猿を用いた発症実験:継代数代目のSSPE細胞を脳内に注入したところ、接種後1ケ月で典型的なSSPEの発症が見られた。然し、ハムスターを発症さすことのできたサイトカラシン処理で作った小胞接種では数ケ月後にいたるも全く反応なく、小胞での猿発症はなかったと判断した。以上の結果から動物を用いたSSPE発症実験は成功したと判断された。この結果は、SSPE病巣の拡大は、成熟SSPEウイルスの継代感染によるものではなくて、SSPE細胞が正常神経細胞と触合して、SSPE遺伝子を相手方の細胞内に注入する事によって成立している事が、確かめられた事にもなる。

何故なら、ハシカウイルス宿主域は限定されていて、ハムスターには感受性を示さないウイルスであるからである。また注入したSSPE細胞が脳内で増殖するためでも無い事は、サイトカラシン処理での小胞で発症が可能であることで理解できる。死亡した患児脳から得られた感染材料をヒト胎児肺初代細胞に移すことでSSPE細胞が継代培養されている。150PFUの培養SSPE細胞をハムスタ-脳内に直接注入すると、数日でミオクロ-ヌスを起こして発症し約2週間で死亡するという条件設定を確立した。発症及び致死率は一致し、その効率は80%である。この条件下でジフテリア毒素フラグメントAを封印したリポソ-ムをSSPE細胞注入後3日目から、ハムスタ-脳内に直接注入して治療効果の観察がくり返された。或る場合には良い治療結果が得られたが、再現性に問題があり、その有効性を確実に示すまでにはいたらなかった。このリポソ-ムによる培養系での見事なSSPE細胞だけの選択致死を脳内で再現させる事のむつかしさの理由の大きなものとして、シャ-レの中では、培養SSPE細胞とリポソ-ムが長期間接触し得るが、脳内では極めて短時間しか接触できない事が考えられた。脳内に注入したリポソ-ムは20分も経つと脳内から消えてしまう事が確かめられたからである。このため、ハムスタ-の脳の体積よりも大きい量のリポソ-ム液をゆっくりハムスタ-脳内に注入することでSSPE細胞とリポソ-ムの接触時間を長くする工夫が行われた。SSPE細胞注入後3日目から3日間毎日一回約2mlのリポソ-ム液をハムスタ-脳内に点滴する試みが行われた。その中の一匹が第3回目のリポソ-ム注入時に発症していたがこの治療により2週間後完全に回復することを観察した。まだこの再現性を確かめる必要があるが、ひょっとすると、治療できるのではないかと喜んでいるところである。もし再現性があれば、世界ではじめての理想的な治療に発展できる余地が充分ある。1)約400PFUのSSPEウイルス感染HEL(ヒト胎児肺線維芽)細胞を脳内に接種することで、ハムスタ-に約80%以上の率でSSPEを発症させることができるようになった。この系をin vivoの実験系として用いた。2)内部にジフテリヤ毒素フラグメントAを封印した単純リポソ-ムを脳内に直接注入することで治療実験が進められた。その理由は、in vitroでのSSPE細胞と正常HEL細胞との混合培養下で、このリポソ-ムを添加すると、SSPE細胞だけが選択的にリポソ-ムと融合し、毒素によって蛋白合成が停止し致死するが、正常細胞には全く影響の無いことが、我々の研究室ですでに観察されていたことによる。3)SSPE細胞脳内接種後3日目から、3日間、1日1回0.05ml/脳のリポソ-ム試料を注入し、SSPE発症の抑制効果が、くり返し観察された。常に抑制効果が確認されたが、実験毎のバラツキがあり、有効であることを確証するのがむつかしい状態が続いた。そこで、本年度に入って、新しい工夫がなされた。4)脳内に注入したリポソ-ムが極めて早く、脳外に流生することが確認された。治療のためには、できるだけリポソ-ムとSSPEウイルス感染ニュ-ロンとの接触時間を長くする必要がある。このため、大堂のリポソ-ム試料を時間をかけて、除々に注入する工夫が行はれた。この新しい方法で、3日間、1日1回、2ml/脳という大堂のリポソ-ム試料を注入したところ、注入時、すでに発症していたハムスタ-が完全に治るというドラマティックな結果を得ることができた。
セラミックス結晶界面におけるノンストイキオメトリーの原子分解能定量化

結晶界面の原子構造は結晶内部と異なるため,単結晶にはない新機能を発現させることが可能である.そのような結晶界面に起因した機能は,界面における局所的な非化学量論(ノンストイキオメトリー)を起源としていることが多い.本研究ではナノ計測と理論計算を融合し,結晶界面におけるノンストイキオメトリーを調べた.その結果,結晶界面におけるサイト毎のノンストイキオメトリー欠陥形成挙動を明らかにした.さらに,ノンストイキオメトリーの形成には,結晶界面における化学結合と格子歪みが重要な役割を果たしていることを突き止めた.本研究結果により結晶界面におけるノンストイキオメトリー制御のための指針が明らかになり,結晶界面ノンストイキオメトリー制御による材料設計の可能性が拓かれたと考えている.結晶界面の原子構造は結晶内部と異なるため,単結晶にはない新機能を発現させることが可能である.そのような結晶界面に起因した機能は,界面における局所的な非化学量論(ノンストイキオメトリー)を起源としていることが多い.本研究ではナノ計測と理論計算を融合し,結晶界面におけるノンストイキオメトリーを調べた.その結果,結晶界面におけるサイト毎のノンストイキオメトリー欠陥形成挙動を明らかにした.さらに,ノンストイキオメトリーの形成には,結晶界面における化学結合と格子歪みが重要な役割を果たしていることを突き止めた.本研究結果により結晶界面におけるノンストイキオメトリー制御のための指針が明らかになり,結晶界面ノンストイキオメトリー制御による材料設計の可能性が拓かれたと考えている.平成20年はアルミナとチタン酸ストロンチウム(SrTiO3)界面をモデル系とし,界面におけるノンストイキオメトリーを原子分解能で明らかにした.界面としては, 100原子程度で記述可能なΣ13 pyramidal twinアルミナ界面及びΣ5(310)[001]SrTiO3界面をもちいた.無添加双結晶を作成し, HRTEM, STEM, EELS観察を行った.また,第一原理計算により構造安定化計算も行った.Σ13アルミナ界面は酸素終端面が安定であり,過去の報告と一致していた.一方で, Σ5SrTiO3界面では4.4Aという剛体変位を導入した構造が安定であることが明らかとなった.同粒界はこれまで鏡面対称を有していると考えられてきたが,本研究によりそのことが間違いであることが明らかとなった.本研究によりSrTiO3Σ5(310)[001]の粒界構造を初めて定量的に決定することができた.以上のようにして得られた最安定構造を用い,粒界近傍における欠陥形成挙動を調べた.その結果,界面におけるノンストイキオメトリーの形成挙動は,サイトごとに異なり,そのサイト依存性の大きさは空孔形成種よって異なることが分かった.今回用いた中ではTi空孔のサイト依存性が大きいことが分かった.構造と欠陥形成挙動,化学結合を詳細に調べた結果,サイト依存性と界面特有の構造歪み,化学結合には相関性があることが明らかとなった.本年度得られた知見は界面ノンストイキオメトリー形成メカニズムを理解するための基礎となるものであり,ノンストイキオメトリー制御のための指針を与える.このことにより,結晶界面ノンストイキオメトリー制御による材料設計の可能性が拓かれたと考えている.本申請研究では顕微鏡技術,分光技術,及び理論計算技術を複合利用して結晶界面ノンストイキオメトリーを原子分解能で定量化し,機能設計のための指針を得ることを目的としている.平成21年度においてはアルミナ双結晶粒界の構造解析と欠陥形成エネルギーの第一原理計算を行い,結晶界面におけるノンストイキオメトリーの形成挙動を調べた.その結果,アルミナ界面においてはバルクよりも優先的に空孔が形成し,その欠陥形成エネルギーは結晶界面における構造歪みと関係していることを突き止めた.また,同結晶界面における拡散実験及び計算を行い,原子構造-欠陥形成-粒界拡散挙動の相関性を明らかにすることができた.また,SrTio3についても双結晶を作成し,粒界構造と組成の熱処理依存性を調べた.その結果,対称性の低い粒界ほど欠陥を形成しやすく,さらにその欠陥形成のしやすさが結晶界面における格子歪みと密接に関係していることを突き止めた.また,熱処理を施すことにより界面のカチオン不定比性が変化し,界面原子構造が転移することを実験的に検出した.そのような界面構造転移の起源を明らかにするために第一原理計算を行い,カチオン不定比の形成に伴って粒界構造の安定性が変化していることを突き止めた.本申請研究を通し,以下のような成果を得た.1.結晶界面構造の完全決定法の確立2.結晶界面におけるノンストイキオメトリー検出法の確立3.結晶界面における原子構造とノンストイキオメトリー形成挙動の相関性の解明4.結晶界面ノンストイキオメトリー形成挙動と物性との相関性の解明
国債レポ市場の実証研究

本年度は、国債レポ市場の詳細(イントラデー)を用い、国債現物市場、債券先物市場の関連性を分析した。国債レポ市場のイントラデーデータを使った分析は、本邦初めての試みである。分析の焦点は「市場流動性」の変化に当て、日本銀行の量的・質的金融緩和政策(QQE)が与えた国債関連市場の流動性への影響を多面的に計測した。レポ市場の流動性をGC-SCスプレッドと買注文未約定額を用いて計測したところ、最も最近発行されたカレント債の流動性は、日銀の国債保有比率上昇とともに徐々に悪化し、2016年2月のマイナス金利政策導入以降、特に悪化したことが示された。また、国債現物市場の流動性は、海外・国内の需要が大きい年限で悪化している。先物市場では2016年秋のイールドカーブコントロール政策の実行後、約定件数が32%減少するなど市場のアクティビティに甚大な影響が観察されている。国債関連市場の流動性にはQQEの影響がみられることを、証券アナリストジャーナル2018年5月号掲載の論文にて報告した。より具体的には、国債の市場流通量の激減の影響で、レポ取引における特定の国債の価格形成に影響がでていることを、特定国債のスペシャルネス(GC-SCスプレッドで計測)の要因分析を行ったところ、日銀保有率の高い銘柄ほどスペシャルネスが大きく、また、日銀の買入オペレーションの対象である銘柄のスペシャルネスは大きいことが示された。国債レポ取引は金融機関や証券会社の資金繰り調整行動や現物市場におけるマーケットメイク業務を支える機能を果たしているが、日本銀行による非伝統的金融政策の実行により、流通市場の売買に供される国債が大幅に減少しており、マーケットメイクや裁定取引に支障をきたす兆候が確認された。本研究で初めて利用する国債レポ市場のイントラデーデータの利用について理解を深め、レポ市場固有のデータの取り扱いについて習熟度を向上させることができた。これを本格的に活用した研究を進める準備が整ったと感じている。2018年に実施した国債関係3市場の分析結果を踏まえて、2019年においては予定通り、国債レポ市場と国債希少性の関係を詳細に分析する。国債の希少性が高まることがレポ取引に与える影響を明らかにする。希少性は、取引に供される国債の数量が不足することを意味しており、レポ市場で取引を成立させるまでに要する時間が長くなることが予想される。また、マーケットメイクするディーラーにとっては、ポジションを手仕舞うための国債を手当する困難性が増大するため、ビッド・アスク・スプレッドの拡大が予想される。スプレッドは特定の銘柄を対象とするレート(SC)レート)と銘柄を特定しないレート(GCレート)の差として計測する。これは個別債券の希少性を示すSpecialnessと呼ばれる指標である。2018年度においてはカレント債を対象に分析を行ったが、これを全銘柄を対象に拡大し、国債市場全体に与えた影響を明らかにする。

これは個別債券の希少性を示すSpecialnessと呼ばれる指標である。2018年度においてはカレント債を対象に分析を行ったが、これを全銘柄を対象に拡大し、国債市場全体に与えた影響を明らかにする。研究補助者の経費を今年度のプロジェクト執行用に回すため、使用を控えたため。
北海道農業における労働力支援の類型と総合的な労働力確保対策の構築に関する研究

本研究は「北海道農業における労働力支援の類型と総合的な労働力確保対策の構築に関する研究」と題する。労働力支援は、北海道農業の今後の展開を見通す上で最重要の課題のひとつである。本研究は、従来型の雇用労働力の確保ルートが閉塞状態に陥るなか、新たな「給源」を見出し、労働力確保対策を構築しようとする地域や農業者の積極的な取り組みが、最近34年の間に起動している動きに着目している。本研究ではそうした動きをさしあたり6つの「類型」として括って整理した上で、今後数年間の継続的な実態調査にもとづいて、その有効性と他地域への波及可能性を検証する。
微小電極を用いたマイクロ不可逆エレクトロポレーションの確立と歯周病治療への応用

本研究の目的は,電極の幾何学形状やパルス印加条件を微小化したマイクロ不可逆エレクトロポレーション(マイクロIRE)を新たに提案することにある.まず数値シミュレーションによって電極の幾何形状が細胞壊死領域に与える影響を評価した.次に実際に微小櫛形電極を作製し,細胞を分散させた生体擬似組織に対してパルス印加を行った.その結果,本手法によってIREの低電圧化を図れること,組織表層の細胞を壊死させるのに有用であることを明らかにした.本研究の目的は,電極の幾何学形状やパルス印加条件を微小化したマイクロ不可逆エレクトロポレーション(マイクロIRE)を新たに提案することにある.まず数値シミュレーションによって電極の幾何形状が細胞壊死領域に与える影響を評価した.次に実際に微小櫛形電極を作製し,細胞を分散させた生体擬似組織に対してパルス印加を行った.その結果,本手法によってIREの低電圧化を図れること,組織表層の細胞を壊死させるのに有用であることを明らかにした.平成25年度は,低電圧化を図った微小電極によって形成される電場の数値シミュレーションと生体膜破壊のシミュレーションを行った.その結果をもとに最適な電極形状とパルス印加条件を決定し,微小電極を製作する際の指針を得た.本研究の目的は,電極の幾何学形状やパルス印加条件を微小化したマイクロ不可逆エレクトロポレーション(マイクロIRE)を新たに提案することにある.マイクロIREでは低電圧化のために発生電界も小さくなる.そこでまず,IREの効果が最大となるような電極の幾何学形状を決めるために,電界強度分布の数値シミュレーションを行った.解析モデルは,ガラス基板上に形成した櫛形電極を生体組織に接触させた状態を模した2次元モデルとした.陰極と陽極の幅が1,電極間距離が0.25,0.5,1.0,1.5の4つの無次元モデルを作成し,ポアソンの式を有限要素法によって解いて静電ポテンシャル分布を求めた.さらにその勾配より無次元電界分布を得た.解析の結果,電極のエッジ部分で電界が最大となること,電極間距離が小さい場合には生体組織の浅い領域で大きな電界が発生するが深くなるにつれて急激に減少すること,電極間距離が大きい場合にはその減少の割合が小さくなること,などが明らかになった.細胞や細菌は,膜電位差がある閾値(0.52V)を超えるような電界パルスを与えられると膜破壊を生じ,壊死する.上記の無次元解析より得た結果を有次元に戻し,任意の膜破壊閾値,電極幅,印加電圧に対して達成しうる壊死深さを計算できることを示した.無次元解析結果をもとに,実際の生体組織の表層を壊死させることを想定して有次元で諸条件を検討した.その結果,微小電極のパターンを,電極幅50ミクロン,電極間距離12.5,25,50,75ミクロンの4種に決定した.これらの電極をフォトリソグラフィ法によって製作するための準備を行っている.本研究の目的は,電極の幾何学形状やパルス印加条件を微小化したマイクロ不可逆エレクトロポレーション(マイクロIRE)を新たに提案することにある.平成25年度の研究では,IREの効果が最大となるような電極の幾何学形状を決めるために,電極幅に対する電極間距離の比L=0.25,0.5,1.0,1.5の4つの有限要素モデルを作成し,電界強度分布の無次元解析を行った.平成26年度はその研究成果をもとに,実際の生体組織の表層を壊死させることを想定して有次元(電極幅および電極間距離:25200μm)で諸条件を検討した.その結果,直径16μmの細胞を想定した場合, L=0.25の電極に安全電圧30 Vを印加することによって,表面から深さ60μmの壊死深さを得られることが明らかになった.次に,フォトリソグラフィ法を用いて,ガラス基板上に白金薄膜からなる微小櫛形電極を実際に製作した.電極の幾何形状は,電極幅200μm,電極間距離50μm(L=0.25)とした.アガロースゲル中に線維芽細胞を分散培養させた生体模擬試料をこの微小櫛形電極に密着させ,電圧印加(電圧:3050 V,パルス幅:10μs,パルス間隔:100 ms,印加回数:60,90回)を行った.その後,カルセインAMとヨウ化プロピジウムを用いて生細胞および死細胞をそれぞれ染色し,電極との接触面および試料深さ方向の断面を蛍光顕微鏡で観察した.その結果,電極と接触する試料表層に分布する細胞が不可逆エレクトロポレーションによって細胞死を生じていることが確認できた.壊死深さは数十μmであり,数値解析の結果と同じオーダーであった.本研究の結果,微小電極を用いることによってIREの低電圧化を図れることが明らかになった.また,歯肉縁下の上皮組織の表層だけを壊死させたり,歯周細菌の細胞膜を電壊したりするのに本手法が有用であることが示された.生体工学,生体熱工学平成25年度は,電場・温度場の数値シミュレーションと生体膜破壊のシミュレーションを行い,その結果をもとに最適な電極形状とパルス印加条件を決定して,実際に微小電極を製作する予定であった.電場(電界)と生体膜破壊のシミュレーション方法を確立し,電極の幅や間隙の比が電界分布や細胞壊死範囲に与える影響を評価することができた.