hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
造血微小環境におけるストローマ細胞の構成様式と造血支持機能

造血現象は造血幹細胞という「種」が、造血微小環境という「畑」において育つ過程を示すものである。本研究は畑である造血微小環境の構成要素としてのストローマ細胞に注目し、これら細胞が実際にどの様に造血幹細胞の増殖・分化に関わりを持って機能しているかをin vivo標本を用いて解析し、さらに三次元培養法を用いたin vitroの面からも検証することにより造血制御機構を解明することを目的としている。今年度はストローマ細胞に機能障害を有する老化促進モデルマウス(senescence-accelerated mice:SAM)と正常マウスとの比較検討により、外的ストレス(LPS投与)時のストローマ細胞、特にマクロファージの亜群の存在様式を経時的に観察し、造血制御機能の解析を行った。SAMは正常マウスに比較して、骨髄における炎症反応の誘導機能を有するM1マクロファージ、逆に抗炎症機能を有するM2マクロファージそれぞれ亜群の構成に有意な差は認めないが、LPS投与後にはM1優位に細胞比率が変動し、炎症が遷延する結果が得られた。この結果はストローマ細胞を介した生体の恒常性の破綻が造血器障害の一因となっていることを示唆するものであると共に、マクロファージへの血球分化誘導機序にも異常を有することを示している。ストローマ細胞による造血制御は三次元培養を用いたin vitroの実験でも再現された。特に造血幹細胞はストローマ細胞により細胞周期の制御を受けている結果が得られた。SAMにおいてもこの制御機構自体は確認されたが、外的ストレスの際には制御が破綻し、恒久的に造血現象が維持されるために必要な造血幹細胞の細胞周期バランスに混乱が生じていることが明らかとなった。これらの結果よりストローマ細胞は環境変化にも対応しながら恒常性を維持するために、造血制御の主役として機能していることが明らかとなった。申請書に記載した実験計画通りに進行しており、遅滞、変更等は現時点では特にない。平成30年度は研究の基礎としてin vivo、in vitroにおけるストローマ細胞の観察、培養法を確立し、特に三次元培養はin vivoでの造血現象を反映する極めて有効な手段であることを確認した。またin vivoでは、複数からなるストローマ構成細胞を個別に認識する方法も確立し、ストローマ細胞機能障害モデルマウスであるSAMと正常コントロールの比較の基礎的検討はすでに終えている。またマウスでは骨髄、脾臓と異なる造血器官が機能しているが、それぞれ独立した特性を有することにより個体としてのバランスが保たれている。骨髄、脾臓と器官固有の造血動態についてもSAMと正常マウスとで比較検討を開始している。当初の計画にしたがって、平成31年度に向けて研究は順調に進行している。平成31年度はin vivoおよびin vitroでの造血微小環境の役割についてさらに検討を重ね、造血微小環境の造血幹細胞周期の制御機構の詳細を検討する。このためにLPS投与など外部刺激によるストレス下におけるマクロファージ、線維芽細胞、脂肪細胞などストローマ構成細胞それぞれの存在様式および量的、質的動態の変化を免疫組織染色、フローサイトメトリーを用いて検討し、構成細胞それぞれの機能的特性を明らかとする。また造血幹細胞を保護し、個体としての恒常性を維持するためのシステムの存在については細胞周期変動の詳細をさらに検討し、ストローマ由来の造血細胞周期関連因子の特定を行う。そのためにストローマ細胞を個々に分離、純化して培養し、サイトカインなど液性因子の産生などについて観察する方法を作製中である。令和2年度には研究最終年として、三次元培養、ストローマ細胞分離培養法を用いて、ストローマを構成する細胞個別の特性を検討し、造血現象に果たす役割を明確化する。なお平成30年度研究よりストローマ細胞の解析のためのin vivoおよびin vitro実験の基礎的実験成果は得られており、平成31、令和2年度実験に向けて順調に研究は進行中である。

SAMにおいてもこの制御機構自体は確認されたが、外的ストレスの際には制御が破綻し、恒久的に造血現象が維持されるために必要な造血幹細胞の細胞周期バランスに混乱が生じていることが明らかとなった。これらの結果よりストローマ細胞は環境変化にも対応しながら恒常性を維持するために、造血制御の主役として機能していることが明らかとなった。申請書に記載した実験計画通りに進行しており、遅滞、変更等は現時点では特にない。平成30年度は研究の基礎としてin vivo、in vitroにおけるストローマ細胞の観察、培養法を確立し、特に三次元培養はin vivoでの造血現象を反映する極めて有効な手段であることを確認した。またin vivoでは、複数からなるストローマ構成細胞を個別に認識する方法も確立し、ストローマ細胞機能障害モデルマウスであるSAMと正常コントロールの比較の基礎的検討はすでに終えている。またマウスでは骨髄、脾臓と異なる造血器官が機能しているが、それぞれ独立した特性を有することにより個体としてのバランスが保たれている。骨髄、脾臓と器官固有の造血動態についてもSAMと正常マウスとで比較検討を開始している。当初の計画にしたがって、平成31年度に向けて研究は順調に進行している。平成31年度はin vivoおよびin vitroでの造血微小環境の役割についてさらに検討を重ね、造血微小環境の造血幹細胞周期の制御機構の詳細を検討する。このためにLPS投与など外部刺激によるストレス下におけるマクロファージ、線維芽細胞、脂肪細胞などストローマ構成細胞それぞれの存在様式および量的、質的動態の変化を免疫組織染色、フローサイトメトリーを用いて検討し、構成細胞それぞれの機能的特性を明らかとする。また造血幹細胞を保護し、個体としての恒常性を維持するためのシステムの存在については細胞周期変動の詳細をさらに検討し、ストローマ由来の造血細胞周期関連因子の特定を行う。そのためにストローマ細胞を個々に分離、純化して培養し、サイトカインなど液性因子の産生などについて観察する方法を作製中である。令和2年度には研究最終年として、三次元培養、ストローマ細胞分離培養法を用いて、ストローマを構成する細胞個別の特性を検討し、造血現象に果たす役割を明確化する。なお平成30年度研究よりストローマ細胞の解析のためのin vivoおよびin vitro実験の基礎的実験成果は得られており、平成31、令和2年度実験に向けて順調に研究は進行中である。
レーザ共鳴吸収励起による選択的カイラルカーボンナノチューブの分離法の研究

光学的手法を用いた単層カーボンナノチューブ(SWNT)のカイラル選択的分離法の確立を目的として、Part Aは実際に光励起による分離法に関する結果を、Part BではSWNTの物理化学的性質について報告している。NaDDBS(Dodecylbenzensulfonic acid sodium salt)水溶液に分散させたSWNTに対して、波長可変高出力OPOパルスレーザーを用い、金属吸収帯M_<11>、半導体帯S_<22>及びS_<11>領域における共鳴吸収ピークを選び、それらの各波長を対象として3つの照射波長で照射を行った。エネルギーの大きさはM_<11>>S_<22>>S_<11>であり、M<11>領域に相当する波長でレーザー照射を行うとm-SWNTとs-SWNTがいずれも構造破壊が起こる事が分かった。S_<22>及びS_<11>領域に相当する波長で照射を行うとs-SWNT由来の共鳴吸収ピークのみが消失し、m-SWNTは消失しないため、結果として選択的な金属体m-SWNTの濃縮が可能である事が分かった。AFM観察や共鳴ラマン散乱スペクトルにより、S_<22>及びS_<11>領域における共鳴吸収ピーク励起では照射と共にs-SWNTの光-熱変換が起こっていることが明らかになった。光-熱変換は分散材により安定性が大きく異なる可能性があるため、分散材としてはドデシル硫酸ソーダ(SDS)やカルボキシメチルセルローズ(CMC)を選び、温度と安定性についての検討を行った。CMCで可溶化したSWNT溶液は温度上昇と下降に非常に感度が高く、温度の上昇と下降では非可逆的であった。この結果はSWNTをCMCに可溶化して、CMCで安定化させたSWNTへの高出力波長可変パルスレーザによる光励起(M_<11>領域、S_<22>領域、S_<11>領域の各波長で照射)を行うと、分散したSWNTは光励起波長で不安定化が起こり、照射波長選択制が期待できる。Part Bはレーザ励起に適した分散安定剤を探る目的で、アニオン系やカチオン系活性剤、アルキル鎖長の効果、生体高分子等の物理化学的性質を構造と安定性の議論を分光学的な手法を用いて行った。単層カーボンナノチューブ(SWNT)はその特有な電子的性質や力学的性質から、電子エレクトロニクス、機能性材料などの分野への広い範囲の応用が期待されている。SWNTはファン・デア・ワールス力により数十から数百本のナノチューブが束(バンドル)となった凝集体を形成している。本研究の方針は次に2つの方法からなる。先ず始めに、カーボンナノチューブの孤立分散化状態を作る目的で超音波照射を行い、凝集体からカーボンナノチューブを孤立化させると同時に安定分散状態を作る。次いで、目的とするカイラル構造体(n, m)の波長にレーザ共鳴吸収の励起光を照射し、選択的に共鳴励起分子の熱変化を起こさせ、分散系の不安定化を起こさせ沈降に至る経過から、目的のカイラル構造体を分離することを目的として研究を進めている。1)水系界面活性剤や高分子等の存在下で、SWNTのバンドルを孤立分散化させる方法が試みた。

カーボンナノチューブ(HiPco)に界面活性剤としてはSDS、臭化アルキルトリメチルアンムモニウム(炭素数12、14,及び16)、高分子化合物としてカルボキシルカルメチルセルローズ(CMC)やキトサンなどを用いて、存在下で超音波処理によりSWNTのバンドルまたは凝集体を解きほぐしてより小さく細分化されていく過程である孤立化を、吸収スペクトル、Raman散乱、蛍光スペクトル、光散乱などを用いて、分散安定化が起こっていることを確認した。とりわけ、孤立化分散にはカップ-ホン型超音波照射を行いその有効性の検討を行った。これらの成果はa)超音波の強度依存性、b)超音波のpH効果、c)界面活性剤の鎖長効果として投稿原稿の執筆中である。2)ポンプ光Nd-YagCW,532nmを入射させ、1000nm-1400nmのアイドラー光を発信させ、高出力光により励起を行うため、レーザ共鳴励起光としては周期的分極反転ニオブ酸リチウム(MgO添加または無添加)を用いた光パラメトリック発振器(OPO)のシステムの立ち上げを行った。単層カーボンナノチューブ(CNT)は半導体と金属帯から成るカイラル構造体であり、強いファンデアワ-ルスのため、束(バンドル)として存在し、材料としての使用は難しい。CNTの材料への応用には半導体と金属隊との分離が不可欠である。このバンドルから単一のカイラル構造体を分散させ、その中から選択的にカイラル構造体を選別できる方法の開発を目的とする。1)水系界面活性剤や高分子等の存在下で、超音波射による力を加えて、CNTを孤立させると同時に分散材の吸着またはラッピングにより安定化が起こる。チップ型とホーン型の超音波発生器を用いて、安定な分散状態を作成する研究を行った。CNTのバンドルを孤立分散化させる分散材にはカルボキシメチルセルローズ(CMC)及びドデシル硫酸ソーダ(SDS)を用いて、安定なCNTの分散状態が得られた。2種類の分散剤CMC及びSDSを用いて、超音波分散・遠心分離後、吸収、蛍光(PL)、Raman測定及び光散乱(DLS)の測定を行った。金属帯CNTのM_<11>(500nm)、半導体GNTのS_<11>(729nm)バンドおよびS_<22>(1130nm)バンドの各スペクトルについて、海度上昇と温度下降(2070°C)による安定性の比較をSDS系とCMC系との比較を行った。CMC分散剤系では温度上昇と温度下降では不可逆的であった。2)CNTのCMC分散剤の特定吸収帯M_<11>、S_<11>、及びS_<22>にレーザ共鳴励起による選択的光熱変換による不溶化の研究を行った。波長723nm、70mWの条件で長時間にわたり照射し、吸収スペクトル及びRaman散乱の測定を行った。最終的にはM_<11>バンドのみのスペクトルが得られ、S_<11>およびS_<22>バンドは消滅した。この結果は半導体の選択的な、選別除去が行われたことを意味している。レーザ励起により、速やかな光-熱変換が起こり、局部的な温度上昇から分散系の不安定化が起こった結果である。各特定吸収波長で照射されたカイラルCNTは系外に分離され、結果としてカイラル構造体の選択的分離が可能となることが分かった。
超磁気クロスフィールド・電気泳動法の基礎開発

1.超磁気クロスフィールド(SMCF)/キャピラリー電気泳動法(CE)の基礎開発超強力永久磁石のギャップ中に、コイル状に巻いたキャピラリーを挿入し、種々の電場、イオン強度での、電気泳動・移動度の変化を調べた。その結果、磁場が無い時に較べ、磁場があると電流値は減少し、動きが遅くなっている事が分かった。p-aminosalicylic acid, p-aminobenzoic acid, 1,8-anthraquinon disulfonic acidを磁場の有無で分離してみると、磁場が無いと十分分離しなかったものが、磁場をかける事で、保持時間が全体的に遅れ、大きく分離した。しかし、ピーク幅が広がっておらず、分離能は格段に向上した。これは、磁場のみならず、温度を下げる事でも同様な効果が期待できることが分かった。2.キャピラリー電気泳動分離場のビデオ観察に成功キャピラリー電気泳動において、各分離ゾーンが分離して泳動していく様子を、ビデオに捉える事に成功した。その結果、今まで分からなかった、本分離機構のメカニズムが明確になり、この後の、研究展開を大きく進めることとなった。3.キャピラリー電気泳動分離法の新展開1)キャピラリー内が閉鎖系である事を利用して、ガスをキャピラリー内で反応させ、その色の変化を検出して、初めてガスの分析手法を確立することができた。2)β-シクロデキストリンを用い、CEの弱点であった再現性の向上が可能であり、これにより、構造の似通った食用色素3種を簡単に分離できるようにした。3)非水系溶媒CE法の確立今まで、CEは水溶液中でしか行われなかったが、我々は、アルコール、アセトニトリルなどの非水系溶媒でCEが可能である事を示し、かつのの分離能、再現性が非常に優れたものである事から、本手法はCEの新しい分離手法として、提唱できるものとなった。1.超磁気クロスフィールド(CF)キャピラリー電気泳動法の基礎開発(1)キャピラリー電気泳動に及ぼす磁気の影響超強力永久磁石のギャップ中に、コイル状に巻いたキャピラリーを挿入し、種々の電場、イオン強度での、電気泳動・移動度の変化を調べた。(2)電気泳動移動度への磁場の影響(3)ミセル導電クロマトグラフィーへの応用ミセルの移動速度は、磁場の適用により遅れ、界面活性剤の濃度を増やす事により更に遅れ、保持ウインド-が広くなった。このお陰で、分離される物質の数が増やせる事が分かった。2.2次元分離法の予試験ペーパークロマトグラフィーを1次元目で行い、これを、磁場のギャップ中に挿入して磁場の影響を見た。その結果、一部の物質(色素)が、直線から離れ、確かに、横方向の力を受けていることが判明した。しかし、この手法では、分離バンドの幅が広く、分離能は、改善されないと、分離場としては不十分である事が分かった。1.超磁気クロスフィールド(SMCF)キャピラリー電気泳動法(CE)の基礎開発超強力永久磁石のギャップ中に、コイル状に巻いたキャピラリーを挿入し、p-aminosalicylic acid,p-aminobenzoic acid,1,8-anthraquinon disulfonic acidを磁場の有無で、分離してみると、磁場が無いと十分分離しなかったものが、磁場をかける事で、保持時間が全体的に遅れ、大きく分離した。

2.キャピラリー電気泳動分離場のビデオ観察に成功キャピラリー電気泳動において、各分離ゾーンが分離して泳動していく様子を、ビデオに捉える事に成功した。その結果、今まで分からなかった。本分離機構のメカニズムが明確になり、その後の、研究展開を大きく進めることとなった。3.キャピラリー電気泳動分離法の新展開1)キャピラリー内が閉鎖系である事を利用して、ガスをキャピラリー内で反応させ、その色の変化を検出して、初めてガスの分析手法を確立するとができた。2)β-シクロデキストリンを用い、CEの弱点であった再現性の向上が可能であり、これにより、構造の似通った食用色素3種を簡単に分離できるようにした。3)非水系溶媒CE法の確立今まで、CEは水溶液中でしか行われなかったが、我々は、アルコール、アセトニトリルなどの非水系溶媒でCEが可能である事を示し、かつその分離能、再現性が非常に優れたものである事から、本手法はCEの新しい分離手法として、提唱できるものとなった。
声帯振動と声門部流速変動に関する研究

本研究の目的はヒトにおける声門部での流速変動を測定し声帯振動との関係を解析することである.ファイパースコープのチャンネル内に挿入可能な超小型熱線プロープを開発し,声門直上での流速変動を観測することに成功した.これはヒトでの初めての報告である.次に声帯振動を高速度カメラで観測するため光源の開発を行った.一般的にファイバースコープ下での高速度カメラ撮影は実用化されていない.高速で撮影をする場合には,露光時間も非常に短くなり,充分な照明が必要になるためである.我々は十分な光量を得る方法として2本のファイバースコープを使用した.さらに1.5mm径のライトケーブルを開発しファイバースコープのチャンネルから挿入した.合計3台の300Wキセノンランプを光源として使用した.喉頭ファイバーに接続した状態で,解像度512*ピクセル,毎秒2000コマで撮影可能となり,同質的にも満足できる高速度撮影に成功した.我々の開発した超小型熱線プロープを声帯直上に留置することによって呼気流速変動を測定し,その信号を高速度カメラシステムのプロセッサーメモリに同期させることによって,詳細な声帯振動の観察と比較検討した.従来声帯振動と声門流の考え方では声門断面積が一瞬0になると声門流も一瞬にして0になると信じられてきた.今回ヒトで初めて声門部の流速を実測した結果,声門断面積が0の時も声門の流速は0ではなく,むしろ声門面積が狭いときの方が流速は大きかった.従来にない発声のメカニズムに関する知見が得られた.本研究の目的はヒトにおける声門部での流速変動を測定し声帯振動との関係を解析することである.ファイパースコープのチャンネル内に挿入可能な超小型熱線プロープを開発し,声門直上での流速変動を観測することに成功した.これはヒトでの初めての報告である.次に声帯振動を高速度カメラで観測するため光源の開発を行った.一般的にファイバースコープ下での高速度カメラ撮影は実用化されていない.高速で撮影をする場合には,露光時間も非常に短くなり,充分な照明が必要になるためである.我々は十分な光量を得る方法として2本のファイバースコープを使用した.さらに1.5mm径のライトケーブルを開発しファイバースコープのチャンネルから挿入した.合計3台の300Wキセノンランプを光源として使用した.喉頭ファイバーに接続した状態で,解像度512*ピクセル,毎秒2000コマで撮影可能となり,同質的にも満足できる高速度撮影に成功した.我々の開発した超小型熱線プロープを声帯直上に留置することによって呼気流速変動を測定し,その信号を高速度カメラシステムのプロセッサーメモリに同期させることによって,詳細な声帯振動の観察と比較検討した.従来声帯振動と声門流の考え方では声門断面積が一瞬0になると声門流も一瞬にして0になると信じられてきた.今回ヒトで初めて声門部の流速を実測した結果,声門断面積が0の時も声門の流速は0ではなく,むしろ声門面積が狭いときの方が流速は大きかった.従来にない発声のメカニズムに関する知見が得られた.周波数特性の優れた定温型熱線流量計は,これまで音声の研究には呼気流量の測定など広く用いられてきた.理想的には発声中に起こる声門部での気流の断続状態を直接測定し声門波形を測定することが良いが,現実的には困難であり,マウスピースを口にくわえてその中を通過する呼気流を測定することで代用されてきた.我々は超小型プローブを作成,改良を重ね,生検鉗子用ワイヤーの先端に5μのタングステン線を用いた熱線プローブを装着した熱線流速計を開発した.その結果喉頭ファイバーのチャンネル内を通すことが可能となり,声門直上へプローブを誘導することが容易になった.また,被検者の嚥下時などファイバー内に熱線プローブを退避することで耐久性も向上した.呼気流速は喉頭蓋の上方と比較して声門に近いほど高速であった.得られた流速の変化をフーリエ変換し周波数分布を求めたところ8000Hz付近にピークがある高周波成分を検出され,この高周波成分は母音を変えても影響を受けなかった.声帯振動の観察についてはこれまで硬性鏡に装着した高速度カメラが用いられてきたため声門直上に近づけることは困難であった.今回紫外域可視光域に高い感度を持つイメージインテンシファイア対応高速度カメラを用いることで,喉頭ファイバーに接続し声帯運動を撮像することに成功した.喉頭ファイバースコープと超小型熱線プローブを声帯直上に留置することによって呼気流速変動に同期させて声帯振動を実際に観測した.昨年度の研究で超高感度イメージインテンシファイア対応高速度カメラを用い,喉頭ファイバーに接続した状態で声帯運動を撮像することに成功した.しかし,声帯振動の開閉は観察できるが,画質には改良の余地があった.声帯振動の解析を行えるだけの画質を得るためには,超高感度ではない通常のCMOS型高速度カメラでの撮影が求められた.

高速で撮影をする場合には、露光時間も非常に短くなり,充分な照明が必要になり,通常ファイバースコープ下の撮影では光量が全く不足し,使用に耐えないものであった.今年度は光源側に改良を重ねた結果,喉頭ファイバーに接続した状態で,解像度512*512ピクセル,毎秒2000コマで撮影可能となり,画質的にも満足できる高速度撮影に成功した.十分な光量を得る方法として2本のファイバースコープを使用し,さらにファイバースコープのチャンネルから光源に接続した1.5mm径のファイバーを挿入した.合計3台の300Wキセノンランプを光源として使用した.我々の開発した超小型熱線プローブを声帯直上に留置することによって呼気流速変動を測定し,その信号を高速度カメラシステムのプロセッサーメモリに同期させることによって,詳細な声帯振動の観察と比較検討した.1980年代から指示されている声門面積と声門流の考え方では声門断面積が一瞬0になると声門流も一瞬にしで0になるとされてきた.今回の実測では声門断面積が0の時も声門の流速は0ではなく,声門面積が狭いときの方がむしろ流速は大きかった.発声のメカニズムに関する理論をゆるがす結果となる可能性があり今後さらに詳細な検討を要する.
細胞膜電位活動の光学的リアルタイム多チャンネル測定システム

光学系には大型の光学顕微鏡(Olympus Vanox,model AHB-LB-I)を用いている。干渉フィルタによって準単色光にした光源からの光で、載物台上のチエンバに固定された試料を照射し、拡大された実像画からフォトダイオードで試料からの透過光(吸光)の変化を検出する。光源にはタングステン・ハロゲンランプ(JC-24V-300W,Kondo-Sylvania Ltd.)を用い、直流安定化電源で駆動する。検光器としては、初期の段階ではSingle elementのフォトダイオードが用いられたが、現在では100個あるいは144個のフォトダイオードを10×10あるいは12×12のマトリックス型に並べて作られたディテクタ(matrix array type photodiodes,MD100 or MD144)を用いている。これに100144個のI-Vコンバータを連結し、そこから電気信号(outputs)を100144個のアンプリファイアによって増幅して、まず多チャンネルレコーディングシステムに記録する。レコーディングシステムとしては、PCMデータレコーディングシステムRP-890シリーズ(NF回路設計ブロック)を用いている。これはメインプロセッサ,I/0プロセッサ,ウエーブメモリおよびカセット式VTRから構成されている。I/0プロセッサでアナログ信号はディジタル信号に変換され、メインプロセッサに入りここでさらにビデオ信号に変換されて記録される。記録された信号はコンピュータへ転送され、シグナルの表示,解析を行うことができる。
有機分子の生成と進化における鉱物クラスターの触媒作用

申請者ら独自の原子・分子クラスターの研究手法で、分子雲、原始惑星系円盤における有機分子の生成・化学進化の過程と反応機構の解明を目的に実験を行った。昨年度までに、宇宙空間に存在する鉱物イオン・ラジカル種のモデルとなる気相の珪酸塩クラスター負イオン(MglSinOm-)およびシリカクラスター負イオン(SinOm-)と水や一酸化炭素分子との反応を観測し、反応サイトや反応機構を見出した。本年度は、鉱物に含まれる他、微粒子、クラスターとして存在する鉄、コバルト、ニッケルの触媒作用に着目し、一酸化炭素、水分子や水素分子の吸着に引き続く有機分子生成反応を探究するとともに、その反応機構の解明を目指した。コバルトクラスター正イオンと水素分子との反応では、クラスターへの水素分子の吸着が観測され、クラスターの構成原子数(サイズ)に応じて反応速度が変化した。この結果は過去の報告と一致する。このとき、一酸化炭素分子との共給着により、水素分子吸着の反応速度が大幅に増加し、反応が促進されることを見出した。これは、クラスター上のSOMOの電子密度が増加したことに起因すると推察される。さらに、この反応によりクラスター上で生成した分子種を同定するため、アルゴンとの衝突誘起解離実験を行った。その結果、クラスター上で一酸化炭素と水素とが反応し、有機分子が生成したことを示唆するデータが得られた。以上のように、原子・分子クラスターの研究手法を惑星科学に応用し、宇宙での分子進化過程の解明に貢献する成果が得られた。29年度が最終年度であるため、記入しない。申請者ら独自の原子・分子クラスターの研究手法で、分子雲、原始惑星系円盤における有機分子の生成・進化過程と反応機構の解明を目的に実験を行った。宇宙空間に存在する鉱物イオン・ラジカル種のモデルとなる気相の珪酸塩クラスター負イオン(MglSinOm-)を真空槽中に生成し、原子一個の精度で質量選別した後、H2OおよびCO分子との反応を観測した。一酸化炭素分子との反応では、Mgを含まないクラスター(酸化珪素クラスター負イオン, SinOm-)の場合には、主に一酸化炭素分子の吸着が観測されたのに対し、Mgを含む場合にはCO2の生成が示された。水分子との反応では、Mgを含まないクラスターでは、主に水分子の吸着が観測された。水分子は、分子内にSiO3(OH)四面体を2つ形成するようにOとOHに解離して吸着することが分かった。吸着サイトは、クラスター上に局在した半占軌道(SOMO)の位置に支配されることが明らかとなった。また、水分子の吸着反応速度定数は、一酸化炭素分子の吸着に比べて2桁程度大きかった。一方で、Mgを含む場合には、水分子が吸着した後、1つもしくは2つのO2分子が脱離することが分かった。反応経路の選択には、半占軌道(SOMO)の位置が関与することが見出された。当初は、鉱物クラスターの水和分子数と反応性の関係を系統的に明らかにすることを目指していたが、水和物を形成するための水との反応自体から、上記の様な重要な知見を得ることができた。水和後の反応や、Mgに代えてFeを含むクラスターの反応を観測することが、今後の課題となる。鉱物クラスターの水和過程に着目し、珪酸塩クラスターと水との反応観測から、水和を促進する幾何構造が見出された他、反応経路の選択性における幾何・電子構造の重要性が明らかとなった。また、珪酸塩クラスターと一酸化炭素との反応から、有機分子生成反応の第一段階である一酸化炭素の吸着サイトについての重要な知見が得られた。分子上に共吸着した複数の分子の反応を観測し、有機分子の生成過程を見出す。

H2OおよびCOやH2との反応を観測するとともに、Mgに代えて、Fischer-Tropsch反応で重要な役割を果たすFeを含むクラスターの反応観測を行う。29年度が最終年度であるため、記入しない。
ウォータジェットと集束イオンビームとを併用した広スケールレンジ微細立体構造創成

本研究は,微小世界での加工性や組立性と加工対象部品の機能とを考慮して,微小部品の合理的な設計法と加工工程設計法を検討した。重要なことは、広範な材料に適用可能で,かつ,互いに加工可能寸法領域が異なる、実現可能な加工精度が異なる、あるいは実現可能な形状精度が異なる加工法を取り上げ、加工対象部品の要求機能を満たすために必要な加工法の組み合わせを検討することである。加工法の組合せは多様であるが、本研究では、ウォータジェット加工技術を中核においた。これは、水圧や砥粒粒度の選び方によって切断加工から研磨加工まで多様な加工形態が実現できることによる。また、広範囲な寸法及び精度をウォータジェット加工が実現できることが明らかになったためである。後者については、本研究において、1μm以下の砥粒をも利用可能なウォータジェット加工法を新たに提案したものである。本研究では、ウォータジェットと集束イオンビームの二つの加工の複合化を目指した。しかしながらそれら加工法の限界について考察をした上で、他の加工法との組合せも検討した。具体的には、単結晶ダイヤモンドを用いた切削加工、紫外線レーザ加工、並びに半導体製造プロセスの加工特性を考慮に入れて形状創成の検討を行った。具体的に、これらの結果を踏まえ、具体的な加工対象として、(1)軸受用円筒ころの端部形状創成(端部丸み半径1mm)、(2)人工股関節用骨頭部の超精密加工(表面粗さ7nmRa)、(3)ガラスへの微細溝創成(深さ10μm)、(4)原子トラップ用微細電極創成を取り上げた。それぞれの機能、要求される加工精度、形状精度を整理し、適切な加工方法を検討し、実際に各形状・構造を創成した。本研究は,微小世界での加工性や組立性と加工対象部品の機能とを考慮して,微小部品の合理的な設計法と加工工程設計法を展開し,これに基づいて複数種の加工法を首尾よく微細立体構造創成に適用する手法を提案するものである。このような発想のもと,広範な材料に適用可能で,かつ,互いに加工可能寸法領域が異なる2種類のエネルギービーム加工を選び併用することによって,広いスケールレンジを有する微細立体構造を迅速に創成することを目的としている。本年度は,ウォータジェットによる微細加工性能と集束イオンビームによる超微細加工性能について基礎的なデータを収集することと,本研究で重要な要素となる工作物の搬送・位置決め機構のための試作を行った。ウォータジェットについては,マスク近傍における加工作用,マスク寸法と加工形状との関係,マスクレスでの加工機構を検討した。集束イオンビームについては,材料によって加工速度が著しく異なることを確認し,ウォータジェット加工との併用において,加工の住み分けを部品の形状,機能,材質を考慮すべきであることが明らかになった。例えば,シリコンが0.6μm^3/sであるのに対して,ルビーでは0.01μm^3/sであり,加工速度が60倍も異なる。工作物の位置決め機構については,最小位置分解能が0.24nmの3軸トライポッド型変位機構,最大傾斜角度0.02°の工作物姿勢制御テーブルを試作し,基本性能を確認し,次年度における粗微動多軸制御テーブル設計のための基礎データを収集した。

本年度は、まず、昨年度検討したウォータジェットおよび集束イオンビームによる加工結果を検討した結果、効率よく加工するためにはウォータジェットによる微細加工化をもう一段進めることの必要性がわかった。そこで、1μm以下の砥粒をも利用可能な新しい加工法を提案し・その加工機構と性能について検討し、その有効性を確認した。これらの結果を踏まえ、具体的な加工対象として、(1)軸受用円筒ころの端部形状創成、(2)人工股関節用骨頭部の超精密加工、(3)ほう珪酸ガラスへのラボオンチップ用微細溝創成、(4)光の導波路形成のための微細溝創成、(5)原子トラップ用微細電極創成を取り上げた。それぞれの機能、要求される加工精度、形状精度を整理し、適切な加工方法を検討し、実際に各形状・構造を創成した。本研究では、ウォータジェットと集束イオンビームの二つの加工の複合化手法を提案しているが、その限界についても考察した上で、単結晶ダイヤモンド加工、UVレーザ加工、並びに半導体製造プロセスの加工特性についてもこれまでの研究代表者、研究分担者の研究成果を合わせて検討し、総合的に考察を行い、広スケールレンジ微細立体構造創成についての指針を提示した。
人為的な祖先細胞の造成による環境応答の転写制御ネットワークの全容解明

細菌のストレス応答転写制御の全体像解明を目指した。枯草菌のストレス応答に関わる全部で19のシグマ因子のうち18のシグマ因子が機能していない株(シグマ因子最少株)を創成し、実質たった1つのシグマ因子のみで増殖可能であることを明らかにした。シグマ因子最少株は野生株と大きく異なり、定常期には完全に死滅してしまうというユニークな表現型を呈した。この定常期死滅を免れる細胞を、数種類取得し、その変異部位の探索を行った。これらの結果から、定常期細胞の生存を担う、転写と翻訳機構が相互に関係した機構の存在を示唆する結果が得られた。細菌は単に増殖するだけでなく、複数の遺伝子転写制御系による制御ネットワークを構築し、様々な環境ストレスに対して応答・適応し進化・生存している。このネットワーク構造は、長い進化の過程で培われたものであり、階層構造が相互にさらに重複した複雑かつロバストな構造である。現行の解析である階層構造をひとつひとつ解いていく、順方向遺伝学的な解析では、残った階層構造が巧みに変化するロバストな生物の応答により、全体構造を解き明かすことは容易ではない。本研究は、まずこのロバストな構造を一旦破壊し、再構築する過程でその全体像を解き明かすという、従来法と全く逆の方向からのアプローチを行った。すなわち、目的以外の転写制御系を削除した単純系株を構築し、個々の制御系の真の支配下遺伝子を個別に明らかにしていき、それらを統合して正確な元の全体像を得ることを目的とした。解析には、ゲノム改変が容易な枯草菌を材料とした。これまで、足跡を残さず、遺伝子内領域を染色体から欠失させるマーカーレス破壊法により、枯草菌の19のシグマ因子のうち18のシグマ因子が機能していない株(シグマ因子最少株)の作製を行い、実質たった1つのシグマ因子のみで増殖可能であることが判明した。シグマ因子最少株について、熱ストレス応答を調べた結果、野生株では転写誘導されないが、シグマ因子最少株で特異的に転写誘導される遺伝子が新たに見出された。シグマ因子の関係しない原始的な熱ショック応答転写と考えられる。また、シグマ因子最少株は定常期には死滅してしまうというユニークな表現型を呈する。現在この死滅から逃れる変異株を取得している。当初想定した通り、これまでの細菌研究では観察されなかった種々の現象・機構が見出されている。細菌のストレス応答は複数の遺伝子転写制御系のネットワーク構造で構成されている。本研究は、まず目的以外の制御系を削除した単純系株を構築し、個々の制御系の真の支配下遺伝子を個別に明らかにしていき、それらを統合して正確な元の全体像を得ることを目的とした。本解析は従来法と全く逆の方向からのアプローチによる、新たな手法に基づくものであり、枯草菌を材料として主に以下の3つの実験過程に分けて進める予定である。1)シグマ因子と2成分制御系遺伝子の多重破壊株の作製。2)作製した株の種々の環境応答の変化、増殖への影響といった表現型の解析。3)作製した転写制御系を最小数有する株を用いて、環境応答遺伝子の網羅的転写解析を行い、データーを組み合わせ、転写制御ネットワークの全容を明らかにする。当該年度において、足跡を残さず、遺伝子内領域を染色体から欠失させるマーカーレス破壊法により、多重シグマ因子破壊株(シグマ因子最少株)の作製を行った。枯草菌の19のシグマ因子のうち14シグマ因子遺伝子を同時に破壊した。残りのシグマ因子のうち4つは発現しないことがわかっているので、実質たった1つのシグマ因子のみで増殖可能であることが判明した。他の細胞に共生や寄生で生きる細菌の中にはシグマ因子を一つしかもたないものもいるが、一般的な培地で独立して増殖可能な複数のシグマ因子を有する細菌としては、本研究において世界で初めて、シグマ因子最少細菌を樹立したことになる。また、このシグマ因子最少株を基本に、シグマ因子の保有数を1つ、2つと段階的に増した株のシリーズをいくつか作製した。シグマ因子最少株について、熱ストレス応答を調べた。37°Cで培養中の菌を42°Cにシフトしたが野生株である親株との顕著な差は見られなかった。シグマ因子一つである程度熱ストレスに適応可能であることが初めて判明した。本研究は、まず目的以外の制御系を削除した単純系株を構築し、個々の制御系の真の支配下遺伝子を個別に明らかにしていき、それらを統合して正確な元の全体像を得る、従来法と全く逆の方向からのアプローチによる、新たな解析手法に基づくものである。手始めにゲノム改変が容易な枯草菌を材料とし、シグマ因子群からなる転写制御ネットワークの構造と機能・意義に関する解析を行った。シグマ因子最少株について、熱ストレス等種々の環境ストレスに対する応答を調べた結果、シグマ因子を全て有する野生株との大きな違いは見出せなかったが、シグマ因子最少株は定常期には死滅してしまうというユニークな表現型を呈した。この表現型に関与する責任シグマ因子の同定を行うために、シグマ因子最少株を基本に、シグマ因子の保有数を1つ、2つと段階的に増した株のシリーズを作製した。

その結果、定常期死滅はシグマ因子最少株で見られる表現型であることが判った。一方、死滅期の細胞を顕微鏡観察したところ、生きた細胞が残っていたことから、実は死滅していたのではなく、生き残った細胞のコロニー形成能が失われたため、見かけ上生きた細胞が検出できなかったことが考えられた。研究の過程で、当初予想した以上に、これまでの細菌研究では観察されなかった種々の現象・機構が見出された。この細胞死あるいはコロニー形成不能という表現型について重点的に転写制御ネットワークの解析を行っている。細菌のストレス応答は複数の遺伝子転写制御系のネットワーク構造で構成されている。本研究は、まず目的以外の制御系を削除した単純系株を構築し、個々の制御系の真の支配下遺伝子を個別に明らかにしていき、それらを統合して正確な元の全体像を得る、従来法と全く逆の方向からのアプローチによる、新たな解析手法に基づくものである。手始めにゲノム改変が容易な枯草菌を材料とし、シグマ因子群からなる転写制御ネットワークの構造と機能・意義に関する解析を行った。これまで、足跡を残さず、遺伝子内領域を染色体から欠失させるマーカーレス破壊法により、枯草菌の19のシグマ因子のうち18のシグマ因子が機能していない株(シグマ因子最少株)の作製を行い、実質たった1つのシグマ因子のみで増殖可能であることが判明した。シグマ因子最少株について、熱ストレス等種々の環境ストレスに対する応答を調べた結果、シグマ因子を全て有する野生株との大きな違いは見出せなかったが、シグマ因子最少株は定常期には死滅してしまうというユニークな表現型を呈した。この表現型に関与する責任シグマ因子の同定を行うために、シグマ因子最少株を基本に、シグマ因子の保有数を1つ、2つと段階的に増した株のシリーズを作製した。最終年度では、この定常期死滅を免れる細胞を、数種類取得し、その解析を行った。全ゲノム再シーケンスにより現在、変異部位の探索を行っている。また、細菌にはリボソームを不活化して保存しておくための因子が存在するが、シグマ因子最少株ではこの因子を欠失させることができず、その要因は破壊したシグマ因子の一つにあることが判明した。リボソームと転写装置の、定常期細胞の生存における相互の関係を示唆する結果である。細菌のストレス応答転写制御の全体像解明を目指した。枯草菌のストレス応答に関わる全部で19のシグマ因子のうち18のシグマ因子が機能していない株(シグマ因子最少株)を創成し、実質たった1つのシグマ因子のみで増殖可能であることを明らかにした。シグマ因子最少株は野生株と大きく異なり、定常期には完全に死滅してしまうというユニークな表現型を呈した。この定常期死滅を免れる細胞を、数種類取得し、その変異部位の探索を行った。これらの結果から、定常期細胞の生存を担う、転写と翻訳機構が相互に関係した機構の存在を示唆する結果が得られた。本研究は当初以下の3つの実験過程に分けて進める予定とした。1)シグマ因子と2成分制御系遺伝子の多重破壊株の作製。2)作製した株の環境応答の変化、増殖への影響といった表現型の解析。
アスリートの『観るチカラ』の不思議に迫る－注視点揺動による視覚情報方略の解明－

本研究は,アスリートの「観るチカラ」を解明するために,広域複数視覚対象に対する視覚情報獲得のメカニズムを明らかにすることを目的とした.広域に複数視覚対象課題を呈示し,眼球運動測定装置(nac社製アイマークレコーダーEMR-9)を装着し,課題実施中の注視点距離の測定を行った.当該年度において,広域視覚刺激呈示システムPC本体の一部破損によってプログラムの再設定と再構築を行うことになったが,その結果,呈示システムのモニター増設と情報呈示内容の拡張性が高まった.本研究の参加者は,サッカー部,剣道部に加え,卓球部他の合計96名のデータを得えることができた.新ストループ検査II,TAIS検査については,競技種目の明らかな違いは見られなかった.タイプ別注視点揺動について分類を試みた.競技種目でタイプ別に分類されると予測していたが,同競技種目内でもタイプが分かれており,広範囲への反応に対する視覚情報の獲得方略に違いがあることが明らかとなった.さらに当該年度は,近赤外光脳計測装置(日立メディコ社製光トポグラフィ)を用いてアイマークレコーダーと同時測定を行う予定であったが,今後の装置の発展性を鑑み,脳波計(Emotiv Systems社製Emotiv EPOC)を採用することになった.球技種目を含むアスリートの測定を実施し,刺激呈示条件の違いで前頭葉と後頭葉において波形の違いが見られた.測定装置においてアイマークレコーダーをキャップタイプから眼鏡タイプへ,そして小型ワイヤレス脳波計タイプへの変更を行ったことで,参加者の装着時間の負担や,頭部圧迫感が大幅に減少し,より可動性の高い測定環境となった.今後の研究展開としてもさらなるデータの蓄積が可能であり,簡易性,拡張性と汎用性を保有した広域視覚刺激呈示システムとなった.学会発表と論文投稿の予定もあり,国際比較実験としても大きな期待が持てる.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は,アスリートの「観るチカラ」を解明するために,広域複数視覚対象に対する視覚情報獲得のメカニズムを明らかにすることを目的としている。まず、広域の視覚複数覚対象に対する,注視点距離の揺動の特徴を明らかにするために、眼球運動測定装置(nac社製アイマークレコーダーEMR-9)を装着し,課題実施中の注視点距離の測定を行った。広域視覚刺激呈示システムを作成し,呈示用モニター(7台)、反応端末(全身反応マット1台、光電管6台)、刺激提示コントロール用PCを設置した.当研究チームが先行研究において使用していた広域視覚刺激呈示システムは,モニターと反応装置の増設が可能であり、モニターが可動式のため周辺視野範囲の調整が自由に行える利点を有している.モニターは、全身反応マットから半径3mの位置に設置した。測定参加者は、広域の視覚情報を必要とする状況が多いと思われるサッカー部,また,広域の視覚情報を必要としない剣道部を主な対象とした.当初の計画では、選択先の反応端末も全身反応マットを用いて行う予定であったが、今後の装置の発展性を鑑み、光電管を設置することにした。呈示用のモニターには色選択の課題が呈示され,刺激呈示コントロールPCにその時の選択反応時間が記録される.反応課題は,生理的視野(180°)内に設置された6台,正面1台の計7台のモニターに色が呈示され,実験者より指示された条件内容に従い,全身反応マット上から移動を行う.測定参加者に実験の同意取得後、アイマークを装着し、3条件(条件1)-単一刺激呈示条件、条件2) -複数刺激呈示条件、条件3) 複数刺激呈示数的優位条件)をランダムに実施した。課題終了後,被験者は内政を記述し.日程調整を行い,視機能検査,新ストループ検査II,TAISを実施する日程を決めた。現在も、データの蓄積を継続している。呈示プログラムの確認、反応先端末を全身反応マットから光電管に変更し、実験機材の調整を含め、12月まで準備を行った。本実験の対象となる測定参加者は、主に大学生であるため、授業が実施されない春季休業期間に測定参加者を集め、測定を開始した。しかし、40名を超えたあたりから、呈示動作とプログラム実行動作に遅延が発生する等の不具合が生じ、測定を中断することとなった。約1か月間、呈示プログラム担当者と原因を追求してきた結果、PCハードドライブの故障の可能性、USEポートドライバーの不具合などが見つかっている。呈示プログラム担当者によって、現在修復中であり、5月中旬より測定が再開できる予定である。現在、測定参加者は、サッカー群(36名)、剣道群(21名)、合計57名である。今後は、授業期間中であるため、参加者の空き時間調査等も進めており、剣道群とコントロール群(運動経験が少ない群)の参加同意は得ているため、6月中には測定が完了し、28年度予定の100名の測定が完了すると見込んでいる。したがって、当初の研究計画からやや遅れているものの、次年度への影響は少ないと思われる。本研究は,アスリートの「観るチカラ」を解明するために,広域複数視覚対象に対する視覚情報獲得のメカニズムを明らかにすることを目的としている.まず,広域の視覚複数覚対象に対する,注視点距離の揺動の特徴を明らかにするために,眼球運動測定装置(nac社製アイマークレコーダーEMR-9)を装着し,課題実施中の注視点距離の測定を行った.

当研究チームが先行研究において使用していた広域視覚刺激呈示システムは,モニターと反応装置の増設が可能であり,モニターが可動式のため周辺視野範囲の調整が自由に行える利点を有している.当該年度は,初年度に測定した被験者(約65名)に,選択的注意を測定する認知検査として新ストループ検査II,TAIS検査を実施し,データ分析を行なった.また,既に得ているデータを精査し,タイプ別注視点揺動のモデル構築を開始している.タイプ別注視点揺動のモデル構築は,被験者のデータを集約し,タイプA(視覚対象範囲が広域な場合で,視覚情報の選択肢も多く,物理的にも心理的にも情報負荷量が多い場面において,熟練度が高い群には注視点の揺動間隔と遠方への注視点揺動回数が多く抽出される),タイプB(視覚対象範囲は広域であるが,視覚情報選択肢が少ない場合,注視点の揺動間隔τi,はタイプAより長く,注視点揺動回数は減少する),タイプC(視覚対象範囲は対象の周辺に限られ,視覚情報選択肢が少ない場合,注視点の揺動間隔τi ,はタイプBよりも長くなり,注視点揺動回数もさらに減少する),タイプD(視覚対象は,正確な位置判断等に費やされるため,注視点の揺動間隔に一定の傾向は見られず,注視点の揺動回数は極端に少ない)といった4タイプの分類を行なっている.昨年度後半に発生した,呈示動作とプログラム実行動作に遅延が発生する等の不具合によって,測定を一次中断することになりその修復を終えた後,測定を再開した.しかし,当大学の施設改築工事により,隣接の実験場所は工事対象ではなかったものの,急きょ使用不可能となったため,再度中断となった.しかし,その期間にデータ精査とタイプ分類のモデル構築も進めていた.年度末から施設使用が可能になったため,次年度春より再開可能になり,早期に残り30名程度の測定の追加を行う予定であるため,早期のデータ分析は可能である.また,その対象には,次年度予定のしているfNIRS(日立メディコ製光トポグラフィ)の測定者も含まれているため,脳内血流量を測定する場合にも,スムーズなコンタクトが期待される.したがって,当初の研究計画からやや遅れているものの,次年度への影響は少ないと見込んでいる.本研究は,アスリートの「観るチカラ」を解明するために,広域複数視覚対象に対する視覚情報獲得のメカニズムを明らかにすることを目的とした.広域に複数視覚対象課題を呈示し,眼球運動測定装置(nac社製アイマークレコーダーEMR-9)を装着し,課題実施中の注視点距離の測定を行った.当該年度において,広域視覚刺激呈示システムPC本体の一部破損によってプログラムの再設定と再構築を行うことになったが,その結果,呈示システムのモニター増設と情報呈示内容の拡張性が高まった.本研究の参加者は,サッカー部,剣道部に加え,卓球部他の合計96名のデータを得えることができた.新ストループ検査II,TAIS検査については,競技種目の明らかな違いは見られなかった.タイプ別注視点揺動について分類を試みた.競技種目でタイプ別に分類されると予測していたが,同競技種目内でもタイプが分かれており,広範囲への反応に対する視覚情報の獲得方略に違いがあることが明らかとなった.さらに当該年度は,近赤外光脳計測装置(日立メディコ社製光トポグラフィ)を用いてアイマークレコーダーと同時測定を行う予定であったが,今後の装置の発展性を鑑み,脳波計(Emotiv Systems社製Emotiv EPOC)を採用することになった.
ナノ構造化グラファイト中の水素の動的挙動に関する数値シミュレーション-第一原理・古典融合型分子動力学法-

前年度に引き続き、有限温度での第一原理・古典融合型分子動力学シミュレーションを行い、ナノ構造化グラファイト中の水素の挙動を調べた。特に、本年度では脱水素化のミクロな機構に注目して研究を遂行した。酸素燃焼水素定量分析などの実験によると、ナノ構造化グラファイト中での脱水素化過程の特徴は、昇温過程において、800Kと1000K付近の二つの温度に水素放出ピークが存在することである。ナノ構造化グラファイト中には、グラファイト面の端にある炭素原子と強く結合している水素と、炭素原子とは結合せずに分子状態にある水素が存在する。本研究により、グラファイト内での分子状水素の易動度は非常に高いことがわかった。つまり、昇温により分子状水素は比較的容易に拡散・脱離し、これが低温側(800K)での水素放出ピークを与えていると考えられる。一方、高温側(1000K)の水素放出ピークを、炭素原子と強く結合している水素に起因するとすぐに結論付けることはできない。炭素-水素の結合エネルギー、反応過程のエネルギー障壁はeV程度であり、実験的に本素放出が観測されている温度領域では、炭素-水素の締合が切れるとは考えられないからである。そこで、脱水素化過程には欠陥構造の温度変化が直接に関係すると予測し、ナノ構造化グラファイトの再結晶化過程を取り入れてシミュレーションを行った。その結果、グラファイト面の二つの端が繋がり再グラファイト化する際に、炭素と結合していた水素が分子を形成する形で脱離することが明らかになった。このような再結晶化による脱水素化過程が、高温側(1000K)の水素放出ピークを与えていると考えられる。透過型電子顕微鏡を用いたナノ構造観察に基づきナノ構造化グラファイトのモデルを構築し、有限温度での第一原理・古典融合型分子動力学シミュレーションを行い、水素の挙動を調べた。シミュレーションで決定した炭素-水素の動径分布関数における相関ピークは、中性子散乱実験による結果と良く一致しており、モデルの正当性を示している。シミュレーションの結果の可視化や結合次数の解析から、水素原子はグラファイト面の端にある炭素原子と強く結合していることがわかる。水素の自己速度相関関数の計算からは、水素の振動モードに関して、少なくともふたつのモードがあることが明らかになった。ひとつは、結合している炭素原子との間のストレッチング振動であり、約2800cm^<-1>の振動数を持つ。もうひとつは、炭素原子の周りの回転振動であり、約1100cm^<-1>の振動数である。グラファイト層間の刃状転位にある水素原子のダイナミクスの特異性は、高温ほど顕著になることが明らかになった。グラファイト面が真空に置かれた場合、その「端」にある水素原子の二つの振動モードは大きな温度依存性を示さない。これに対して刃状転位近傍では、水素原子とその上下に配置されたグラファイト面との相互作用が温度上昇にともなって活発になり、結合している炭素原子周りの回転振動の振動数が著しく減少する。この結果は、実際の試料中での水素の挙動、特に、昇温過程での水素放出機構において、グラファイト層間の刃状転位とその周辺に新たな電子状態や応力分布が生じる空間が重要な役割を果たしていることを示唆している。