hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ドミニカ共和国における肥満糖尿病感受性遺伝子のゲノムワイド探索

我々は先に2型糖尿病の疾患感受性遺伝子であるPC-1遺伝子121Qアリルの頻度が、ドミニカ共和国では非常に高いことを発表した。そこで、課題1では、このようなドミニカ共和国住民の遺伝的背景の特徴が何に由来するのかを調べるため、ミトコンドリアDNAのDループ領域の塩基配列を解析した。アメリカ原住民、アフリカ原住民、ヨーロッパ人由来の検体を同時に用いることにより、ドミニカ共和国住民の遺伝的起源を分類することが出来た。その結果、肥満糖尿病患者では64,0%のミトコンドリアDNA配列がアフリカの祖先から、一方、健常者ではアメリカ原住民のそれが51.5%と大半を占めていた。ヨーロッパ原住民由来のDNA配列は両群とも少なかった。これらの結果は系統樹解析でも証明された。ドミニカ共和国の肥満糖尿病にアフリカ原住民を起源とする遺伝素因が重要な役割を担っていることが示唆された。課題2では、Kir6.2遺伝子E23K多型の解析を行った。Kir6.2は膵β細胞において、スルホニル尿素受容体と共にATP感受性Kチャネルとして機能し、インスリン分泌に重要な役割を担う。ドミニカ共和国住民のうち、Kアリル保持者ではインスリン分泌の低下傾向があり、肥満を示さない2型糖尿病の遺伝素因になることが判明した。課題3では、肥満糖尿病の候補遺伝子を検討するために、食餌誘発性肥満症(DIO)マウスを用い、肥満との関連が示唆されている遺伝子の変化とそれらに対するアンギオテンシンII受容体拮抗薬(ARB)の効果について検討した。DIOマウスは肥満関連遺伝子の様々な変化を示した。一方、ARB投与群では、体重増加が抑制され、脂肪細胞における肥満関連遺伝子群の発現が改善した。アディポネクチン、レジスチン、UCP1遺伝子の変化は肥満やそれに伴う代謝障害に密接に関連するため、肥満糖尿病感受性遺伝子の候補となることが判明した。我々はドミニカ共和国サントドミンゴ市にある国立糖尿病内分泌栄養研究所(Instituto National de Diabetes, Endocrinologia yNutricion :INDEN)と共同して、肥満糖尿病に関する疾患感受性遺伝子の探索を目的として、研究を続けている。本年度は、患者サンプルをさらに増やすことに主眼を置き、研究分担者である浜口和之と寺尾秀夫が平成15年11月に現地を訪問した。現地において、血液学・血液生化学などの検査依頼、血液検体用採血管など調達、血液検体の日本への送付などを行った。ドミニカでの公用語はスペイン語であるため、現地の日本人馬越栄氏に通訳を依頼し、今後の検体収集について現地の共同研究者とも打ち合わせを行った。患者および家族に対してインフォームドコンセントをとり、血液検体と臨床データを集めた。臨床データとしては、性、年齢、身長、体重、BMI、家族歴、薬物の服用歴、血圧、酒・喫煙などの生活習慣の指標とし、カルテから情報を得た。血液生化学、血中インスリン、HbA1c、血糖なども測定した。また、消化器病センターにおいては、現地スタッフの協力で健常者の対象に75gOGTTを施行し、症例数を増やすことができた。平成16年3月には、寺尾秀夫が再度、現地に渡り、集まった症例のデータ整理、検体の日本への送付を行った。一方、大分大学の当研究室においては、遺伝子タイピングの効率化を図るため、新たな機種(ABI)を導入し、TaqMan法によるSNPタイピングを導入した。今回から、インスリン抵抗性に関連するIRS-1遺伝子のSNPの解析を開始している。我々は平成10年度よりドミニカ共和国サントドミンゴ市にある国立糖尿病内分泌栄養研究所(Instituto National de Diabetes, Endocrinologia yNutricion :INDEN)

との国際共同研究を継続している。今年度も患者対照研究に必要な患者サンプルを増やすことに主眼をおいた。すなわち、健常者、非糖尿病・肥満者、糖尿病・肥満者、糖尿病・非肥満者の4群において、年齢、性別などの条件を一定にするためには、できるだけ多くのサンプルが必要になる。平成17年9月に研究分担者の浜口和之、寺尾英夫がドミニカ共和国を訪問し、INDENおよび消化器病センターとの共同研究の打ち合わせを行った。サンプル採取はまず患者および家族に対してインフォームドコンセントをとり、血液検体と臨床データを集めた。臨床データは、性、年齢、身長、体重(既往最高体重)、BMI、家族歴(肥満、糖尿病、高血圧、心臓病、脳卒中)、薬物の服用歴、血圧、酒・喫煙などの生活習慣の指標とし、カルテから情報を得た。血液生化学(総コレステロール、中性脂肪、HDLコレステロールなど)、空腹時血中インスリン、HbAlc、血糖などについての情報も得た。ドミニカ共和国では遺伝子解析に必要な機器が乏しく、血液検体を日本に送付し、DNA解析を行った。これまで、PC-1遺伝子、ミトコンドリア遺伝子について解析が終了し、現在、IRS-1、Kir6.2、PPARγの各遺伝子について解析が進行中である。平成17年9月に研究分担者の浜口和之、寺尾英夫がドミニカ共和国を訪問し、国立糖尿病内分泌栄養研究所および消化器病センターとの共同研究の打ち合わせを行うとともに、健常者、非糖尿病・肥満者、糖尿病・肥満者、糖尿病・非肥満者の対象者からの血液サンプルを採取した。血液生化学(総コレステロール、中性脂肪、HDLコレステロールなど)、空腹時血中インスリン、HbA1c、血糖などについての情報も得た。ミトコンドリア遺伝子の解析により、ドミニカ共和国住民が、アフリカ人、スペイン系白人、カリブ原住民の混血であることが判明した。また、糖尿病の罹患者はアフリカ系混血の割合が大きく、糖尿病感受性はアフリカ人の遺伝的背景が寄与していることが示唆された。また、Kir6.2遺伝子E23K多型の解析では、Kアリル保持者でインスリン分泌の低下と肥満抵抗性が観察された。IRS-1遺伝子G972R多型は糖尿病との相関を認めず、PPARγP12A多型は、インスリン感受性を示すAla多型の頻度が糖尿病で低かった。また、肥満・代謝異常におけるアディポネクチン遺伝子やレジスチン遺伝子の役割をC57BL/6Nマウスを用いた食餌誘導性肥満モデルで検討した。肥満モデルマウスでは、高血糖、高インスリン血症などの代謝障害を呈し、白色脂肪組織におけるアディポネクチンmRNAと血清アディポネクチン濃度の低下が認められた。
微高圧炭酸ガス殺菌メカニズムの速度論的解明と有効微生物プロファイルの作成

人体に無害で栄養や風味に悪影響を与えない微高圧炭酸ガス処理による微生物の不活化効果を調査した。酵母と真正細菌の実験結果比較から、この不活化メカニズムは、微生物細胞内の酸性化に起因することが推察された。本研究では、微高圧炭酸ガス処理による酵母および真正細菌細胞内のpH変動と不活化の関係を確認するために、加圧条件下での細胞内pH挙動についてpH感受性蛍光プローブを用いて調査した。その結果、真正細菌は細胞質酸性化が確認でき、酵母では液胞内酸性化が確認された。このことより、微高圧炭酸ガス加圧処理の不活化には細胞内pHの低下が大きく影響していることが明確となった。(1)微高圧下での水素イオン挙動の観測(高圧力下pH測定)シンコーポレーション社製のPCI-400のインナーセル部にpHセンサーを組み込む方法に時間を要し、現時点で測定実施に至っていない。先日納品が完了したため、今年度から実際に高圧下でのpH測定を実施する。その間、銀/塩化銀電極を利用したpH電極での予備実験を実施し、電極作成のノウハウを蓄積している。(2)有効微生物プロファイルの作成(3)最大死滅速度(kd値)の温度依存性(2)から得られたデータをもとに、kdを求め始めている。各条件での微高圧炭酸ガス処理による微生物不活化挙動から、殺菌メカニズムを解明している最中である。現在、微生物細胞中のpH挙動が生命活動に大きく影響している可能性が高く、その検証実験を行っている。酵母は細胞内に液泡と呼ばれる酸性コンパートメントを有しており、細胞質のpH変動のバッファリング効果があると考えられる。一方、バクテリアの場合は液泡の様な組織が無いため、細胞質pH変動はダイレクトに生命活動に影響することになる。これらの考察は、平成25、26年度に得られた実験結果から推測している事象である、本年度において微生物細胞内pH挙動を高圧力下でモニタリングし、本技術の殺菌メカニズムとしたい。また、各条件における最大不活化速度定数(kd)が求められている。様々な実験因子が不活化に寄与している可能性があるため、一括して影響力の大きな因子を推定できる重回帰分析を行ったところ、最も大きな影響は温度であり、ついでpH挙動という結果となった。本研究において、微高圧炭酸ガス殺菌技術の基礎的データを収集した。8気圧程度の微高圧では、静水圧の様に「圧力」という物理的な作用で微生物を不活化している訳ではなく、イオン化した炭酸ガスから解離する水素イオン濃度に依存していることが示唆された。また、当初の推測通り、炭酸ガスの溶解度は加圧により促進されるため、溶液のpH低下が進む事を確認した。この現象を利用した本技術は、細胞内pHを低下することが不活化に必須であることを突き止めた。これらは、本科研費で作成した装置を用いて、加圧中の溶液pHおよび細胞内pHを測定することで確認できた。これらのデータを時間軸に対して解析することで、不活化速度定数(kd)を求めることができる。kdは微生物の不活化を速度論的に解釈する上で極めて重要な指標となる。本実験で得られた各条件のkd値からと細胞内pH挙動から、細胞内外に存在する水素イオンの移動と微生物の不活化との関連性を定量的に議論することができる。一方、有効微生物プロファイリングについて、BSL2以上の微生物を使用することが困難であったため、食中毒菌の近縁種3株およびコントロール株を含めた系で、それぞれの差異を調査した。株は原核生物として、グラム陰性、グラム陽性および真核生物として酵母株を選択している。これらの結果から、原核生物は比較的不活化が容易であり、細胞壁構造に依存しないことがわかった。一方、酵母の不活化は原核のそれよりも困難で、これは酵母細胞内に存在する液泡の機能に起因していることがわかった。酵母、バクテリア等を用いた有効微生物プロファイルでは、液泡の有無が本技術の有効性を左右する原因である可能性が浮上した。当初の目的にある、有効微生物プロファイリングと高圧pH測定とが関連しあって、殺菌メカニズムを解明しつつある。また、その根拠は最大不活化速度定数値の重回帰分析により信頼することができる。食品加工細胞内部のpH測定をpH感受性蛍光プローブにより高圧光学セルで測定する。大気圧での予備実験では、標準曲線等クオリティの高いデータが得られているため、今年度において高圧下でのデータがまとめられる予定である。その他、最大不活化速度定数についても実験条件毎に算出し、最終的に重回帰分析にて最重要因子を決定することができる。これらの結果を統合して、殺菌メカニズムの解明を考察し、学術論文に発表する予定である。

PCIを改良した高圧pH測定の設計に時間がかかり、その実験に若干の遅れを認めているが、それ以外は概ね順調に実験が進行している。特にkdを求めるための高圧処理容器の台数に余裕ができたので、今年度は昨年度よりも多くのデータが収集できると考えている。計画的に使用は出来たが、購入期間にキャンペーン価格で購入できることがあり、最終的に残金が発生した。(1)微高圧下での水素イオン挙動の観測(高圧力下pH測定)納品された高圧pH装置を用いて、既知pH溶液を大気圧下で測定し、検量線を作成後、高圧状態に展開する。(2)有効微生物プロファイルの作成今年度は黄色ブドウ球菌、ボツリヌス菌種の無害な株を用いて同様の実験を行い、微生物種による効果の差異を確認する。(3)最大死滅速度(kd値)の温度依存性抑制コロニー数のばらつきが大きく、今後は精度を上げて実験を行い、信頼性の高いデータを蓄積する。引き続き、実験消耗品の補填費用として使用する予定である。また、今年度は国際会議での発表を予定しており、その際の旅費に使用予定である。次年度使用額(1,646,833円)の内、高圧工学セル(1,554,000円)、DNAカスタム合成(2,096円)、高圧配管キャピラリー(61,425円)合計1,617,521円は平成26年4月15日に支払い済みであり、実質次年度使用額は29,312円となる。実験はほぼ計画通りに進行しており、発生した予算残高は消耗品購入時に独自に見積もりを取る事でディスカウントできた残である。今年度は本研究申請書通り微生物プロファイル作成のための菌体購入費、培地試薬費、その他プラスチック類を購入する予定である。また、フランスで行われる国際会議の出張旅費への使用を検討している。
ホルモンとしてのサリドマイド・・・細胞検定を指標にした構造展開

アンドロゲンアンタゴニストによる前立腺がんの化学療法における最大の問題は、前立腺ガン細胞のアンドロゲン非依存性・アンドロゲンアンタゴニスト耐性の獲得であり、そのメカニズムの一つは、核内アンドロゲンレセプターの点突然変異(T877AやT874Hなどが知られている)である。変異型アンドロゲンレセプターはヘリックス12の折り畳み構造に基づく構成的に活性型コンフォメーションをとる。上記問題を解決するために、核内アンドロゲンレセプターのヘリックス12の折り畳み自体を阻害する「立体障害型アンドロゲンアンタゴニスト」の創製を狙った。具体的には、サリドマイドの構造から抽出したプロトファルマコフォアたるフタロイルないしホモフタロイル構造を基本にした構造展開の末、イソキサゾロン骨格を選択し、周辺の化合物群を合成した。得られた化合物群について、培養細胞系を用いての抗アンドロゲン様活性の検定を行った。アンドロゲン依存的に増殖するシオノギ癌細胞SC-3や、変異型アンドロゲンレセプターを発現するヒト前立腺がん細胞LNCaPを用い、その増殖促進を見ることでアンドロジェン活性を、テストステロン存在下における増殖の抑制を見ることによって、抗アンドロゲン一次活性の指標とした。その結果、既存のアンドロゲンアンタゴニストが全く無効である、点突然変異を生じた核内アンドロゲンレセプターを発現する、アンドロゲンアンタゴニストに耐性を獲得したヒト前立腺ガン細胞に対しても十分に有効な新規アンドロゲンアンタゴニストの創製に成功した。現在我々が直面している疾病構造の変革を念頭に、生活習慣病の制圧の基礎となる医薬リードの創製を最終目標として、近年注目を浴びているサリドマイドの生物作用の中から好ましいものについてこれをホルモン作用的と捉え、細胞検定を指標とした構造展開によって優れた医薬リードを創製しようとした。主な成果は以下のとうりである。(1)細胞の運動性・進展状態を検定指標に、サリドマイドをリードとして、ホモフタルイミド骨格を有する非ペプチド型の強力なピューロマイシン感受性アミノペプチダーゼの特異的阻害剤の創製に成功した。(2)アンドロジェン依存的に増殖するSC-3細胞の増殖検定を指標に、フタルイミド骨格を有する強力な非ステロイド型アンドロジェンアンタゴニスト多数の創製に成功し、その構造活性相関にある程度の解答を得ることができた。(3)以上の成果をもとに、フタルイミド骨格及びホモフタルイミド骨格をファルマトプロトフォアとして設定した構造展開/活性拡張研究を継続することによって、小分子TNF-α生産調節剤、アミノペプチダーゼ非競合型阻害剤、非糖型グルコシダーゼ非競合型及び競合型阻害剤、非ペプチド型血管新生阻害剤、ガン細胞浸潤阻害剤(メラノーマ細胞検定)、カルパイン阻害剤、チミジンホスホリラーゼ混合型阻害剤、白血病細胞分化誘導剤の創製に成功し、それらの構造活性相関を解析した。サリドマイドのホルモン活性的な側面に焦点を当て、一同化合物のフタロイル骨格を基本にプロトファルマコフォアを設定した構造展開研究を遂行した。まず、代表的なステロイドホルモンであり、また、サリドマイドの前立腺がんに対する有効性や催奇形性との関係から関遵が推定できたアンドロゲンへの活性拡張を図った。コンピュータ分子設計の支援をも受け、アンドロゲン依存的に増殖する癌細胞株SC-3を用いた細胞検定を指標に構造展開を行い、緒果的にイソキサゾロン骨格を有する一連の強力な抗ナンドロゲンを創製することに成功した。創製したイソキサゾロン系抗アンドロゲンは、構造的に従来のものとは異なる、非ステロイド型・非アニリド型である点で特徴的であるのみならず、従来の非アニリド型抗アントロゲンが無効である、変異型アンドロゲン受容体を発現するヒト前立腺癌細胞に対しても増殖抑制効果を示し、その有用性が期待される。類似の手法を用いることによって、大賜がんの増悪因子として疑われる、シクロオキシゲナーゼの阻害剤(置換サリドマイド及びヘテロアロマティックフタルイミド類)、がんの転移浸潤に関わることが疑われるピューロマイシン感受性アミノペプチダーゼの阻害剤(ホモフタルイミド類)、糖尿病やウイルス性肝炎に対する有効性が期待されるα-クルコシダーゼ阻害剤(テトラクロロプタルイミド類)、がんの増殖と関連する血管新生に関わるチミジンホスホリラーゼの阻害剤(ヘテロアロマテイィックホモフタルイミド類)、を創製することに成功した。これらはいずれも、サリドマイドをリードとした医薬リードとして有用なものであると考えている。

アンドロゲン依存的に増殖するシオノギ癌細胞SC-3や、変異型アンドロゲンレセプターを発現するヒト前立腺がん細胞LNCaPを用い、その増殖促進を見ることでアンドロジェン活性を、テストステロン存在下における増殖の抑制を見ることによって、抗アンドロゲン一次活性の指標とした。その結果、既存のアンドロゲンアンタゴニストが全く無効である、点突然変異を生じた核内アンドロゲンレセプターを発現する、アンドロゲンアンタゴニストに耐性を獲得したヒト前立腺ガン細胞に対しても十分に有効な新規アンドロゲンアンタゴニストの創製に成功した。
高純度化・組織制御を用いた微細粒等方性厚膜磁石の開発と高トルク小型モータへの応用

本研究では,「高トルクを有するシリンダ型小型モータ」への搭載を目的とし,磁気特性の目標値として, 400 kA/m以上の保磁力,0.9 T程度の残留磁化を設定して,ソフト相(Alpha-Fe相)とハード相(Nd2Fe14B相)を3次元的に分散化したナノコンポジット厚膜磁石の作製を試みた。その際,(1)ターゲット組成ならびに(2)成膜時のレーザフォーカス条件(エネルギー密度の制御)をパラメータとし,化学量論組成に対しNd-poorとなるナノコンポジット組成の試料における磁気特性ならびに結晶構造について調べた結果,(BH)max 100 kJ/m3程度の試料を実現した。当該年度は、「高真空成膜装置」を設計・構築した後、PLD (Pulsed Laser Deposition法)を用いた等方性Nd-Fc-B系厚膜磁石の作製を試みると共に、その磁気特性・組成の評価ならびに結晶構造・微細構造を観察した。(1)高真空成膜装置の構築と試料作製既存の成膜装置に比べ真空度を10^<-2>Torr以上向上させたものを構築することにより、成膜時の酸化を抑制可能となり、化学量論組成もしくはそれ以下のNd含有量を有する試料においても保磁力が数100kA/m程度の硬磁気特性を示すことを確認した。加えて、Nd含有量を低減させることが可能となったため、残留磁化の向上も併せて実現し、既報の平均値である0.65Tを超える0.7T程度の値を再現性良く得られた。(2)Cu添加による保磁力向上上述した試料においては、Nd含有量の低下に伴い残留磁化は向上できたものの、小型モータへの応用を鑑みると、「動作点の確保」ならびに「熱安定性」の観点より更なる保磁力の向上が望まれる。そこで、上記の装置を用いた試料の作製において、Nd-Fe-B粒界層に偏在し、保磁力の向上に有効であるCuの添加を試みた結果、0.5at%程度の適度な添加により、残留磁化を損ねることなく、保磁力が100kA/m程度向上できる事を確認した。(3)電子顕微鏡を用いた微細構造観察対象となる試料が数10μm厚程度の厚膜試料であるため、広い範囲での断面観察が必要となる。そこで、当該年度では、観察用試料の作製準備としてTaバッファー層を施したSi基板上に成膜し、上記と同様な磁気特性を得られる条件を探索した。熱処理条件ならびにバッファー層の最適化については、引き続き検討を進める予定である。(4)マイクロマグネティクス理論を用いた磁気特性解析(2)で示したCu添加試料の保磁力値は向上するものの、角型性が低下すなわち保磁力が幅広く分布する様子が見られた。粒界層における保磁力劣化層と上記の保磁力分布の関連性を計算機解析により検討した。優れた磁気特性を有する等方性Nd-Fe-B系厚膜磁石の開発において、昨年度構築した成膜装置を用い、昨年度内に検討したr「Cu元素の添加」は「残留磁化を損なうことなく100kA/m程度の保磁力向上には有効である」一方、「減磁曲線の角型性の劣化」を引き起こし、ひいては「小型モータへの応用材料として改善が必要であることが明らかとなった」その結果を踏まえ、当該年度は、「極短時間熱処理」や「マスクターゲットを利用したNb元素の微量添加」等を行い、「結晶粒径の微細化を利用した結晶粒間の交換相互作用を起源とする残留磁化増大効果」を用い、200kA/m以上め保磁力の向上と共に、良好な角型性を有するループの実現により0.8T以上の残留磁化も実現できる事が明らかとなった。更に、応用を鑑みた「10μm厚超薄手基板上への80μm厚以上の試料の堆積」も実現できる事を確認した。以下に得られた知見を整理し述べる。(1)Nb添加によるNd-Fe-B系厚膜磁石の磁気特性向上残留磁化を損なわない範囲におけるNb添加を等方性厚膜磁石に対し2種類の手法で施した。第一の手法は「Nb添加を施したNd-Fe-Bターゲットの利用」であり、第二手法は「Nbマスクを施したNd-Fe-Bターゲットの利用」である。特にNbマスクを施す手法はNd-Fe-B結晶粒の周回にNbを有効的に偏析させる目的を持って検討した結果、残留磁化0.81T、保磁力390kA/m程度の角型性に優れた試料を実現した。(2)超薄手基板に対するNd-Fe-B系厚膜磁石の堆積本厚膜試料の小型モータへの応用に際し、非磁性相基板とNd-Fe-B系厚膜磁石の厚みの比は重要となる。

磁界解析より高トルクが見積もられている「10μm厚基板上への80μm厚以上の厚膜磁石の堆積」を実現した。(3)電子顕微鏡を用いたNd-Fe-B系厚膜磁石の微細構造観察上記のNb添加を施した試料において、「Nbの偏析の様子」や「粒界層での存在頻度」を電子顕微鏡による微細構造観察を通じ確認し、その微細化のメカニズムを明らかにした。(4)マイクロマグネティクス理論を用いた磁気特性解析(1)平均結晶粒径や(2)粒界層における交換結合力をパラメータとして磁気特性の計算機解析を比較検討し、保磁力向上のメカニズムを明らかにした。平成24年度までの本申請研究において,「高速成膜PLD(Pulsed Laser Deposition)法」を用い、「高純度化・組織制御」・「照射するレーザのエネルギー密度制御」等を工夫し,「高残留磁化を有する等方性厚膜磁石の開発と打ち抜き加工」までの結果を報告してきた。平成25年度は,「保磁力増加を第一とした磁気特性の更なる向上」・「モータ搭載を鑑みた厚膜化」について検討した。磁気特性の向上に関しては,「ターゲットー基板間距離」などを制御し,試料内のNd-Fe-B相の割合を増加させる手法を試みる手法,ならびに硬磁性相としてNd2Fe14B相より異方性エネルギーの大きなPr2Fe14B相を利用する手法の2つの方法を検討し,いずれの方法においても平成24年度までに報告した試料の保磁力に比べ,100200 kA/m以上増加を実現し,(BH)maxも120130 kJ/m3に達することを明らかにした。これらの成果は,平成25年度の1年間の期間において,研究代表者が招待講演者として2件(韓国・米国)発表し,研究代表者がファーストオーサとして論文2件(査読有り)を発表した。加えて,国内・国際会議の一般講演(大学院生の発表含む)として社会に発信した。本申請では「高速成膜PLD(Pulsed Laser Deposition)法」を用い、「高純度化・組織制御」等の学術・工業的知見を利用した「等方性Nd-Fe-B系厚膜磁石」の特性向上と「厚膜磁石の形状・構造ならびに着磁性」に注目し、「高残留磁化を持つ等方性厚膜磁石の開発と面内多極磁化を利用した高トルク・小型モータへの応用」を計画した。平成24年度は、「Nd-Fe-B系ターゲットに照射するレーザのエネルギー密度」に着目し、「集光レンズとターゲット間の距離」を変化させ、エネルギー密度を極めて増加させた条件下においてナノコンポジット厚膜磁石の作製を検討した。その結果、磁気特性において、保磁力値は目標値以上の値(400 kA/m以上)を再現性良く得る事は困難であったものの、残留磁化は目標値0.9Tと同程度の値を達成した。更に、この「高残留磁化・等方性厚膜磁石」を企業人の協力の下、小型モータ搭載に向けて「打ち抜き加工が可能である」事まで確認した。これらの成果は、平成24年度の1年間の期間において、研究代表がが招待講演者として3件(トルコ・韓国・米国における国際会議)ならびに研究代表者がファーストオーサーとして論文3件(査読有り2件・解説論文1件)を発表した。加えて、国内・国際会議の一般講演(大学院生の発表含む)として社会に発信した。残りの研究期間において、1保磁力増加を第一とした磁気特性の更なる向上ならびに2モータ搭載の実験を遂行する予定である。平成22年度:「成膜装置の構築」・「Cu元素を用いた保磁力向上の実現」ならびに平成23年度:「微量Nb元素添加による保磁力・残留磁化・角型性の向上」を各々実現してきた。加えて、23年度には「実機応用を視野に入れた10μm厚基板上への80μm厚以上の厚膜磁石の堆積」を実現した。
脂質超分子構造の細胞生物学的解析

(1)脂質付加されたApoBがプロテアソーム分解を受ける際に小胞体内腔から脂肪滴表面に移行し、その過程にUBXD8, Derlin-1が関わることを見出した。Derlin-1は小胞体内腔から脂肪滴表面へ、UBXD8は脂肪滴表面からプロテアソームへのApoB移送に関与する。この結果は脂肪滴を足場とするApoB分解の分子メカニズムを初めて明らかにしたものである。(2)急速凍結・凍結割断レプリカ標識法により、PI(4, 5) P2のナノ局在を明らかにした。PI(4, 5) P2が培養線維芽細胞のカベオラやコーテッドピットの開口部に集積し、リガンド刺激時に膜平坦部と異なる挙動を示すこと、またラット体内の膵外分泌細胞ではギャップ結合に多く分布することなどが明らかになった。脂肪滴はほとんどの細胞に見られ,細胞の生存環境に応じて形成,成長,退縮する動的なオルガネラである.脂肪滴のコアとなるトリグリセリド,コレステロールエステルなどは小胞体膜で合成されるが,脂肪滴の形成,成長のメカニズムは明らかでない.脂肪滴の成長過程を可視化し,定量的に検索するための新たな方法を開発し,おもに線維芽細胞での脂肪滴成長メカニズムについて検討した.この方法は脂肪酸の不飽和度に応じて,トリグリセリドへの四酸化オスミウムの結合性が変化し,その結果,電顕で観察される脂肪滴の電子密度が変わることを利用する.あらかじめ細胞にオレイン酸(OA;炭素数18,不飽和結合1個)あるいはドコサヘキサエン酸(DHA;炭素数22,不飽和結合6個)を取りこませると,それぞれ電子密度の低い脂肪滴と高い脂肪滴ができる.その後,最初とは別の脂肪酸を細胞に与えると,脂肪滴の電子密度は経時的に変化する.グリッドと細胞外空間の2点を標準点とすることにより,個々の脂肪滴の電子密度を数値化し,定量的に比較することができる.上記の方法で線維芽細胞を検索すると,OA→DHAという順番に投与した場合の脂肪滴はほぼ一様に低電子密度から高電子密度へという変化を示し,DHAだけでできる高電子密度の脂肪滴が独立に観察されることはなかった.DHA→OAという順番に投与した場合も同様であり,またノコダゾール処理で微小管を脱重合させ,脂肪滴の運動を極少にした細胞でも電子密度変化の一様性は保たれた.これらの結果は,線維芽細胞の脂肪滴の成長が,個々の脂肪滴局所におけるトリグリセリド産生・供給によって起こると考えると説明できる.一方,3T3-L1分化脂肪細胞においては,脂肪滴の電子密度の変化は一様に起こらず,直径によって異なっていた.このことは線維芽細胞と脂肪細胞では脂肪滴の成長過程に差があることを示唆する.細胞膜にはラフト、カベオラなどの脂質ドメインが存在し、膜蛋白質の二次元的分布や機能の制御に関与することが知られている。我々は膜脂質の二次元的分布をナノレベルで観察・定量するための顕微鏡法(急速凍結・凍結割断レプリカ標識法[QF-FRL法])を開発し、培養細胞の細胞膜におけるガングリオシドGM1, GM3やフォスファチジルイノシトール4,5-二燐酸(PI(4,5)P2)の分布を詳細に解析してきた。本年度はさらにQF-FRL法の適用範囲を拡張する目的で、1)動物の体内組織に存在する細胞の解析に用いることができるように方法を改良する、2)他の膜脂質を特異的に標識することができるプローブを開発し,適用可能性について検討する、3)遺伝子機能との相関を系統的に解析するために、変異体ライブラリーが完備している酵母細胞への応用方法を創出する、の3点について研究を進めた。その結果、1)動物体内組織を加圧凍結し、得られた凍結割断レプリカを蛋白質分解酵素とDNaseIで消化することによって、細胞膜だけでなく、細胞内オルガネラの同定と標識が可能になった。2)新たに複数の膜燐脂質について、リポソームの凍結割断レプリカと特異的に結合するプローブを得た。3)酵母を加圧凍結し、凍結割断レプリカ上で細胞壁を消化、除去することによって、良好な形態と標識を得ることができた。これらの方法を用いることによって、in vivo, in vitroを問わず、多くの膜脂質のナノ局在を定量的に解析することが可能になった。次年度は、これらの方法を用いて、種々の条件が膜脂質分布に及ぼす影響を解析する予定である。

1)脂肪滴に局在する蛋白質分解系関連分子(LDXと仮称する)のコンディショナルノックアウトマウスを作製し、アルブミンプロモーターの下流で肝特異的にCreリコンビナーゼを発現するマウスと交配して、肝でのLDX発現を阻害したマウスを作出し、解析を開始した。ヘテロあるいはホモに遺伝子を欠くマウスが得られており、現在生育中である。一方、上記マウス胎児から得た線維芽細胞にCreを導入してLDX-null細胞を作製し、in vitroでの解析を行った。LDX-null細胞では対照群の正常細胞と比較して脂肪滴蛋白質が蓄積するなどの表現系が得られ、現在さらに詳細に検討中である。脂肪滴蛋白質を制御する機構を解明することにより、脂肪滴の脂肪貯蔵量を制御するメカニズムについて重要な知見が得られると期待できる。2)動物体内細胞のイノシトール4,5-二燐酸(PI(4,5)P2)の微細局在を急速凍結・凍結割断レプリカ標識法を用いて検索した。ラット膵外分泌上皮細胞では、頂部、側・基底部、タイト結合部を通じて形質膜には全く同様の密度で分布すること、ギャップ結合では周囲の形質膜より高密度にあること、細胞内オルガネラには検出可能なレベルのPI(4,5)P2が見られないことを見出した。上記の結果は蛍光プローブを用いてMDCK細胞で得られている結果と異なっており、動物体内細胞の解析の重要性が明らかになった。急速凍結・凍結割断レプリカ標識法は前処理なしに膜脂質を解析できる方法であり、さらに適用範囲を拡げて解析を継続中である。
静脈麻酔薬プロポフォールの呼吸抑制に関する臨床生理・薬理学的研究

平成9年度は,プロポフォールの本邦導入から日が浅いため,臨床麻酔症例の蓄積に努め,いくつかの知見を得た。プロポフォール麻酔ではまれに白濁尿を生ずることがあり,その解明を行った。光学顕微鏡所見より,尿酸の析出が疑われ,プロポフォールと吸入麻酔症例で尿酸排泄に差異を認めた(Anesth Analg)。また,褐色細胞腫摘出術において,血中プロポフォール濃度が低下する可能性を見いだした(臨床麻酔)。プロポフォールは精度の高い持続注入ポンプを用い持続投与する必要があるが,これらのポンプの性能についての知見も得た(Canadian J Anlaesth)。プロポフォールは体重にもとづいて投与することが推奨されているが,その薬理学的な根拠は明確ではない。様々な体型の麻酔患者のプロポフォール血中濃度の測定から,プロポフォールの定常状態の血中濃度は肥満度の指標(Body Mass Index;BMI)と有意な相関関係にあることが解り,現在欧文雑誌投稿中である。平成10年度は,咽頭・喉頭反射に関与する呼吸関連神経(横隔神経,舌下神経,反回神経,上喉頭神経)活動を,咽頭・喉頭反射の抑制という観点から,麻酔導入量のプロポフォールとバルビタールで比較検討した。健康成人を対象とし,プロポフォール(P群)と,サイアミラール(T群)で鎮静した。被験者には,胸郭・腹部運動,心音図,経皮的酸素飽和度,呼気終末炭酸ガス濃度,オトガイ部表面筋電図,脳波の各モニターを装着した。被験者の鼻腔から19ゲージの硬膜外カテーテルを上咽頭に挿入・留置した。10分間仰臥位で安静にした後,鼻腔に留置したカテーテルから,蒸留水を呼気時に注入して咽頭反射(嚥下運動)を誘発した。嚥下運動は,オトガイ部表面筋電図の振幅の増加,呼吸運動の中断,喉頭の上下運動で確認した。P群の潜時は,覚醒時に比べ有意に延長し,嚥下回数は有意に減少した.T群では変化を認めなかった.プロポフォールはバルビタールと比較して,鎮静時の咽頭反射を抑制する傾向にあると考えられた<北陸麻酔誌>。平成9年度は,プロポフォールの本邦導入から日が浅いため,臨床麻酔症例の蓄積に努め,いくつかの知見を得た.プロポフォール麻酔ではまれに白濁尿を生ずることがあり,その解明を行った.光学顕微鏡所見より,尿酸の析出が疑われ,プロポフォールと吸入麻酔症例で尿酸排泄に差異を認めた(Anesth Analg).また,褐色細胞腫摘出術において,血中プロポフォール濃度が低下する可能性を見いだした(臨床麻酔).プロポフォールは精度の高い持続注入ポンプを用い持続投与する必要があるが,これらのポンプの性能についての知見も得た(Canadian J Anaesth in press).プロポフォールは体重にもとづいて投与することが推奨されているが,その薬理学的な根拠は明確ではない.様々な体型の麻酔患者のプロポフォール血中濃度の測定から,プロポフォールの定常状態の血中濃度は肥満度の指標(Body Mass Index;BMI)と有意な相関関係にあることが解り,現在欧文雑誌投稿準備中である.平成10年度は,9年度に得られた知見をもとに,咽頭・喉頭反射に関与する呼吸関連神経(横隔神経,舌下神経,反回神経,上喉頭神経)活動を,麻酔導入量のプロポフォールとバルビタールで比較検討し,プロポフォールの咽頭・喉頭反射の抑制作用について,新たな臨床生理・薬理学的な統合的知見を得る.また鎮静量のプロポフォール,バルビタール,ケタミン,ミダゾラム投与下の呼吸関連神経活動を比較することで,上気道諸筋の弛緩による気道閉塞や呼吸抑制に関して総合的な知見を得て,鎮静時の最も適切な静脈麻酔薬を選択する指標を得ることを目的とする.平成9年度は,プロポフォールの本邦導入から日が浅いため,臨床麻酔症例の蓄積に努め,いくつかの知見を得た。

被験者の鼻腔から19ゲージの硬膜外カテーテルを上咽頭に挿入・留置した。10分間仰臥位で安静にした後,鼻腔に留置したカテーテルから,蒸留水を呼気時に注入して咽頭反射(嚥下運動)を誘発した。嚥下運動は,オトガイ部表面筋電図の振幅の増加,呼吸運動の中断,喉頭の上下運動で確認した。P群の潜時は,覚醒時に比べ有意に延長し,嚥下回数は有意に減少した.T群では変化を認めなかった.プロポフォールはバルビタールと比較して,鎮静時の咽頭反射を抑制する傾向にあると考えられた<北陸麻酔誌>。平成10年度は,咽頭・喉頭反射に関与する呼吸関連神経(横隔神経,舌下神経,反回神経,上喉頭神経)活動を,咽頭・喉頭反射の抑制という観点から,麻酔導入量のプロポフォールとバルビタールで比較検討した。健康な学生ボランティア26人(男性10人,女性16人),平均年齢24歳(22-30歳)を対象とし,このうち16人をプロポフォール(P群)で,10人をサイアミラール(T群)で鎮静した。被験者には,胸郭・腹部運動,心音図,経皮的酸素飽和度,呼気終末炭酸ガス濃度,オトガイ部表面筋電図,脳波の各モニターを装着した。蒸留水の注入量は,0.25,0.5,0.75,1.0mLとし,無作為の順で各量につき3回ずつ注入を行った。注入の間隔は90秒とした。P群の潜時は,覚醒時に比べ有意に延長し,嚥下回数は有意に減少した。T群では変化を認めなかった。プロポフォールはバルビタールと比較して,鎮静時の咽頭反射を抑制する傾向にあると考えられた〈論文4〉。また,プロポフォールは本邦導入から日が浅いため,臨床麻酔症例の蓄積に努め,いくつかの知見を得た。プロポフォール麻酔ではまれに白濁尿を生ずることがある。尿酸の析出が疑われ,プロポフォールと吸入麻酔症例で尿酸排泄に差異を認めた〈論文1〉。また,プロポフォールの血中濃度が尿酸の排泄と相関することを解明した〈論文5〉。褐色細胞腫摘出術において,血中プロポフォール濃度が低下する可能性を見いだした〈論文2〉。プロポフォールは精度の高い持続注入ポンプを用い持続投与する必要があるが,これらのポンプの性能についての知見も得た〈論文3〉。
一細胞顕微操作系を援用した多細胞性シアノバクテリアの形態形成原理の解明

私がモデル生物に使用する糸状性シアノバクテリアは、光合成を行う栄養細胞を1次元状に連ねることで多細胞体制をとり、培地から窒素化合物を除去すると、窒素固定を行うヘテロシスト細胞をほぼ10細胞ごとに分化させる(ヘテロシスト分化パターン)。細胞レベルで観察される分裂・分化ダイナミクスや細胞間相互作用により、どのようにヘテロシスト分化パターンが形成・維持されるか解明するため、数理モデルと顕微鏡観察結果とのフィードバックを繰り返す。最終的に、形態形成現象を普遍的に理解するための新規数理モデルの作製を目指す。今年度は、第12年度に行った研究を論文化する準備を行った。その過程で、ヘテロシスト分化パターン形成の初期と後期段階では、分化が細胞の成熟に非依存/依存して起こることを厳密な統計解析から示した。これらの現象は、分化促進遺伝子の発現プロファイルからも示唆され、私たちの作製した数理モデルの妥当性を強く主張する結果となった。また、分化パターンが維持されるために、ヘテロシストによる側方抑制が最も影響することを理論的に示し、他のグループから報告されている変異体の表現型を再現することにも成功した。さらに、第2年度から始めた「ラマン散乱分光計測による分化パターン形成ダイナミクスの解析」を論文発表した。栄養細胞特異的に発現するラマンバンド成分を解析することで、一度分化しかけた細胞はその履歴を残さないことを明らかにし、細胞間相互作用を介してヘテロシスト分化が調節的に決定されることを示した。これらの解析結果は、数理モデルを作製するうえで仮定したことを現象的に支持することとなった。第1-2年度に行った数理モデルの研究を論文化する準備を行い、私たちの主張をより強く正当化するために十分な統計解析を行った。また、並行してラマン散乱分光計測による分化パターン現象の解析を行い、論文化するところまでまとめられた。特に、数理モデル研究との接点を見出すことができ、当初の目標としていた理論と実験のフィードバック作業を十分に行うことができた。数理モデルの論文は、発表の準備段階にあるため、正式に発表することを目指す。ラマン散乱分光計測による分化パターン形成の解析では、各細胞から検出されたラマンスペクトルを主成分分析し、PC1-2値をscatter plotすることで、栄養細胞から不可逆的にヘテロシスト分化する過程を状態遷移として捉える。このとき、今まで定義が難しかった分化前駆細胞の状態を定義し、可逆的に分化した状態と不可逆的に分化した状態を明確に線引きする。フィラメント内の各細胞の位置(空間構造)も併せて考えることで、分化細胞がモザイク的に決定されるのか、それとも調節的に決定されるのかを改めて厳密に議論する。これらの成果を論文発表する予定である。私がモデル生物に使用する糸状性シアノバクテリアは、一次元状の多細胞体制をとり、窒素飢餓条件下において、10細胞に1個程度の等間隔でヘテロシストと呼ばれる窒素固定に特化した肥大細胞を分化させる。細胞レベルでの分化中枢遺伝子ネットワークとその相互作用から、如何にヘテロシスト分化パターンが創出・維持されるか解明するため、既存の数理モデルの見直し・新規数理モデルの開拓を視野に入れ、in vivoでの観察結果とフィードバックを繰り返す。最終的に、現象と理論を密接に関係付け、形態形成現象の普遍的な理解につなげていく。今年度は、同一フィラメントの分化パターン形成を解析した細胞系譜から、1次元状のCAモデルを構築した。このモデルでは、細胞分裂及び分化とそれに伴うパターン形成の関係を記述するため、細胞の運命は「分裂」「分化」「細胞の成熟」のいずれかを確率的に辿るとし、さらに分化細胞が周囲の細胞の分化を抑制する効果(側方抑制)を取り入れた。このとき、細胞の分裂・分化は、分裂後からの時間(=cell age)に依存することを重要視し、分裂・分化・成熟過程のダイナミクスを記述する関数を細胞系譜のデータから推定・決定した。ここで、ヘテロシストが等間隔に分化するとき、どのようなダイナミクスが必要となるかをモデル間比較により考察した。細胞分裂と分化のcell age依存性を検証し、シミュレーションによりヘテロシスト間細胞数の分布曲線を抽出した。その結果、分裂がcell ageに依存するとき、平均ヘテロシスト間細胞数が1013細胞であったのに対し、分裂がcell ageに依存しないときランダムな分布となった。これらの見解を踏まえ、ヘテロシストが等間隔に分化するためには、ヘテロシストからの側方抑制に加え、栄養細胞がcell ageに依存して分裂することが重要と結論付けられた。私がモデル生物に使用する糸状性シアノバクテリア(Anabaena sp. PCC7120,以下Anabaena)は,1次元状の多細胞体制をとり,窒素飢餓条件下において,窒素固定を行うヘテロシストと呼ばれる細胞をほぼ10細胞ごとに分化させる。これはヘテロシスト分化パターンと呼ばれ,最もシンプルな形態形成現象の1つとして知られる。私たちは,以前に発表した細胞系譜を再解析することで,各細胞のダイナミクスと細胞間相互作用を反映させた1次元セルオートマトン(CA)モデルを作製した。このモデルでは,細胞の運命は「分裂」「分化」「細胞の成熟」のいずれかを確率的に辿るとし,分裂・分化は細胞の成熟レベル(="cellage")に依存する。さらに,ヘテロシストは近隣細胞の分化を抑制する。

このCAモデルのダイナミクスを理解するため,cell ageとヘテロシスト間細胞数の遷移過程をそれぞれマルコフ近似により解析し,いずれもマスター方程式にて記述した。解析的に得られたヘテロシスト間細胞数の頻度分布は,CAモデルで得られた頻度分布を非常によく再現した。ここで,分裂・分化率は,cell ageの頻度分布により平均化した数を使用した。以上より,CAモデルのダイナミクスは2段階マルコフ近似により理解できることを示した。顕微鏡観察から得られたヘテロシスト間細胞数の頻度分布と解析解を比較することで,実験から明らかにされなかった内部ダイナミクス(キネティクスパラメータ)を推定した。さらに,同じパラメータセットを用いて,分化がcell ageに依存しないと仮定したとき,Anabaenaを窒素飢餓状態に移して一過的に観察される分化パターンを再現することができた。以上より,様々なヘテロシストパターン形成のダイナミクスは,分化のcell age依存性に帰着されることを示した。私がモデル生物に使用する糸状性シアノバクテリアは、光合成を行う栄養細胞を1次元状に連ねることで多細胞体制をとり、培地から窒素化合物を除去すると、窒素固定を行うヘテロシスト細胞をほぼ10細胞ごとに分化させる(ヘテロシスト分化パターン)。細胞レベルで観察される分裂・分化ダイナミクスや細胞間相互作用により、どのようにヘテロシスト分化パターンが形成・維持されるか解明するため、数理モデルと顕微鏡観察結果とのフィードバックを繰り返す。最終的に、形態形成現象を普遍的に理解するための新規数理モデルの作製を目指す。今年度は、第12年度に行った研究を論文化する準備を行った。その過程で、ヘテロシスト分化パターン形成の初期と後期段階では、分化が細胞の成熟に非依存/依存して起こることを厳密な統計解析から示した。これらの現象は、分化促進遺伝子の発現プロファイルからも示唆され、私たちの作製した数理モデルの妥当性を強く主張する結果となった。また、分化パターンが維持されるために、ヘテロシストによる側方抑制が最も影響することを理論的に示し、他のグループから報告されている変異体の表現型を再現することにも成功した。さらに、第2年度から始めた「ラマン散乱分光計測による分化パターン形成ダイナミクスの解析」を論文発表した。栄養細胞特異的に発現するラマンバンド成分を解析することで、一度分化しかけた細胞はその履歴を残さないことを明らかにし、細胞間相互作用を介してヘテロシスト分化が調節的に決定されることを示した。これらの解析結果は、数理モデルを作製するうえで仮定したことを現象的に支持することとなった。今年度から本格的に数理シミュレーションを開始したが、プログラミング環境にも慣れ、シミュレーション実験を手際よく行えるようになった。等間隔パターン形成の鍵となるダイナミクスも見えており、現在はさらに詳細な解析に踏み込んでいる。数学・物理の知識を多用する数理生物学の勉強と研究活動を両立できている。ヘテロシスト分化パターンが時間経過とともに変化するメカニズムは,詳しく検討されてこなかった。今回,実験と理論のフィードバックを繰り返すことで,分化のみがceUage依存性を変化させる可能性が強く示唆され,有力な仮説を提案するに至った。
リスク対応行動と情報獲得過程を考慮した交通量配分モデルの構築のための実証分析

都市内の既存道路網を有効に利用し,円滑な交通流を実現とする方策として,交通情報の提供による交通の分散誘導や,混雑料金制,フレックスタイム制等が近年注目を集めている。これらのソフトな施策は,個々の道路利用者の利己的な交通行動をその対象としているため,施策の効果をネットワークの観点から評価するにあたっては,従来用いられてきた日単位の決定論的な交通配分では不十分であり,個人が直面するミクロな交通環境を取り扱うことができるように拡張することが必要となる。交通行動には大きく2つの選択軸-出発時間と空間(経路,目的地)-があるが,いずれをも大きく規定するのは所要時間である。しかもドライバーの主観的な知覚値が問題である。そこで本研究では,全体システムを構成する複数のサブモデルのなかから,まず,所要時間が確率変動する際の所要時間知覚-情報獲得過程-に関するサブモデルを実証的に検討することとした。本研究で考える交通量配分モデルの特徴は,平均的な交通流による配分ではなく,旅行時間の変動を渋滞現象も含めて,確率変数として,明示的に取り扱う点にある。もう一点,"行動主体"の概念を導入して,リスク分析の枠組みで交通量配分問題にアプローチすることを大きな特徴とする。「管理者」,「ドライバー」という2主体が,互いの行動を考慮しつつ個別に対応行動を取ると考えて,リスク分析アプローチによって交通行動を分析し,モデル化した。本研究課題では「ドライバー」に重点をおいて,交通行動分析から実証的なモデル化を図った。
天体エネルギーにおける炭素ーヘリウム融合反応全断面積の直接測定

太陽は4個の陽子からヘリウム核を作る水素燃焼をしている。重い星では水素燃焼→ヘリウム燃焼→炭素・酸素燃焼→・・・と進み、ウランまでの重い元素が次々作られている。この過程は多くの原子核反応データを用いて計算できる。ところが基本的に重要なヘリウム燃焼の炭素とヘリウム核が融合する反応速度が、半世紀の世界中での研究を経ても未測定である。特殊事情により極めて難しい測定である。この難測定に本研究では、九大タンデム加速器を改造し新装置と新手法を独自開発して取組み、世界レベルを1.5桁進めた。あと2.5桁進めれば測定完成のところに来た。星で起こる水素燃焼→ヘリウム燃焼→炭素酸素燃焼→重元素合成の中で、ヘリウム燃焼の主反応である4He+12C→160+γの反応率が未だに測定されていない。九大加速器で4He+12C→160+γ反応率をEcm=2.4MeV→0.7MeVで測り、星でのEcm=0.3MeVでの反応率を正確に推定する。反応率は2.4→0.7MeVで5桁、0.7→0.3MeVで更に5桁減少するので、非常に難しい実験であり約45年の世界競争を経ても実現されていない。既に我々は2.4→1.5MeVでの測定を終え世界トップを走っている。本研究では1.2→0.7MeVで測定する。初年度のH24年度には、1.2MeVでの測定を目指した。(1)ビーム増強では、九大独自の加速減速法式を改良し(Maria修論)2005年福岡西方沖地震後修正した加速管アラインメントを再修正したが、期待した10倍増ではなく3倍増に留まった。H25年度に究明する。(2)バックグランド(BG)除去では、イオンチェンバーを〓E-〓E-E方式に改造して160(本物)-12C(BG)識別能力を高めた。(3)しかし、160(BG)が標的容器の酸化皮膜から発生している事が判った。160(本物)と160(BG)は分離不可能なので発生を抑えるしかない。酸化皮膜を金で覆う改造(メッキや内張り)を試みているがまだ解決に至っていない。(4)1.0MeV以下での測定に備えて、ToF装置作りを開始した。まずは、0.1μm厚さの膜(formvar)を試作している。九大タンデムは建設開始から40年が経ち維持費なく、真空ポンプの劣化が激しい。H24の予算の半分以上はクライオポンプ、ターボ分子ポンプ、油回転ポンプの更新に使った。本研究に不可欠な設備であるが、本来は基盤設備として整備されているべきものである。研究基盤が弱小な大学の実態はこのようであり、全国的研究所とは比較にならない。結果的に、ToF装置開発のためのMCP購入はできなかった。次のH25年度にEcm=1.0MeV測定をする計画立案や設計は進めた。ただ、世界的なヘリウム不足(入荷不可能)が今後の大問題である。星でのヘリウム燃焼を担っている炭素ーヘリウム核融合反応は重心系エネルギーが0.3MeVで起こっている。この反応の全断面積を0.7MeVまで測定し、星での値を外挿で求めるのが最終目的である。H25年度には、1.2MeVでの測定に世界で初めて成功した。エネルギーが低いとクーロン反発で反応が起こりにくく、測定に時間がかかりバックグランド(以下BG)が相対的に大きくなる。それゆえ我々以外では1.9MeVまでしか測定できていない。我々は、炭素ビームをヘリウム標的に入射し、反応後の酸素を同方向に来る炭素ビームと分離し検出する。BGの殆どはビームが真空容器内壁等で散乱した炭素である。炭素BGは、これまでに開発した種々の装置・手法で除去してきた。1.2MeV測定では酸素BGが問題になり、これを低減するのに1年半かかった。炭素ビームが酸化容器壁の酸素を叩き出して酸素BGを発生していると判明し、酸化しない金で壁やスリットを覆ったが不十分であった。最終的には、ビーム径を絞り容器内径を大きくして酸素BGを低減して、1.2MeVでのテスト測定に成功した。その後は1.2MeV本測定を後回しにし、1.0MeV測定の準備をした。1.0MeVでは1.2MeVより断面積が約1/5なので、BGが相対的に5倍、そのままでは測定時間が5倍になる。前段バンチャーを開発してビームパルス化効率を2倍にした。BG低減のため、飛行時間差測定装置を理研から借用して改造を始めた。反跳粒子分析器を大口径に改造した。

太陽は4個の陽子からヘリウム核を作る水素燃焼をしている。太陽より8倍以上重い星では水素燃焼→ヘリウム燃焼→炭素・酸素燃焼→・・・と進みウランまでの重い元素が次々作られる。この過程は多くの原子核反応データを用いて計算できる。ところが大変重要なヘリウム燃焼での炭素とヘリウムが核融合して酸素になる反応速度が、世界中での半世紀に及ぶ研究を経ても未測定である。核共鳴準位が原因の極めて難しい測定である。星での炭素ーヘリウム核融合反応(C+α反応)は重心系エネルギー(Ecm)が0.3MeV付近で起こる。そこでC+α反応断面積をEcm=2.40.7MeVで測定し、結果を外挿して0.3MeV値を推定するのが目標である。低エネルギーではクーロン反発により反応が起こりにくく0.3MeVでの反応率は0.7MeVでの値より約5桁小さい。1ヶ月x105 = 8,300年である。H26年度にはEcm=1.0MeVでの測定と1.2MeVでの再測定を目指した。先ず九大独自の加速減速方式を最適化してビーム輸送を2.2倍増し、かつ反応生成酸素検出器の口径を拡大しビームを用いて拡大立体角を実測した。次に低エネルギーでの酸素とバックグランド(BG)炭素を分離するために理研からToF(飛行時間差)けんしゅつ測定器を借用し超薄膜を自作して改造した。BG酸素は本物酸素と区別できないので発生原因を無くすしかなく、金薄膜でスリットを作り5箇所に入れた。九大移転でH27/1/05に加速器解体を始めたが、1/05朝までC+α実験を行った。1MeV測定では大量ビーム加速のために制御不安定なビームが金スリットに当たってBG酸素が発生し、C+α反応断面積の上限値しか得られなかった。1.2MeVデータは再評価した。本研究でC+α反応測定の世界レベルを1.5桁進めた。あと2.5桁進めれば完了で、その方策案は出来た。26年度が最終年度であるため、記入しない。実験核物理26年度が最終年度であるため、記入しない。最低限のEcm=1.2MeV実験には目途がついた。しかし、真空排気ポンプ系の老朽化による出費で新装置であるToFの開発が遅れた。また予期せぬ世界的ヘリウム不足で、実験が十分にできなかった。その分、今後の実験にための装置設計などを行った。H25年度には、予定の水準に達すると期待している。本研究では、大量の炭素ビームをヘリウム標的に入射して、微量の生成酸素粒子を検出する。炭素バックグランド(以下BG)の対策は以前から行ってきたが、1.2MeV測定で初めて酸素BGの除去が必要になった。酸素BGの低減に種々の試行錯誤をして1年半かかった。ビームの当たる装置を酸化しない金でメッキし、金蒸着し、金薄膜で覆ってみたが、効果はいまひとつであった。最終的に、ビームの径を絞って固定し容器内径を大きくし、ビームが容器内壁に当たらないようにして、1.2MeVテスト測定にやっと成功した。これに時間がかかった。開発研究には想定外の障害がつき物であるが、大学院生を多く抱えての試行錯誤の連続で、九大タンデム加速器のシャットダウンも迫っており、大変な思いであった。本研究での測定には、大量炭素ビーム、膜なしで厚いHe気体標的、効率よい検出器、長い測定時間、極低BG環境、が必要である。極低BG環境の実現だけが予測がつかず、新たなBGに出会って発生源を調べて対策を試行錯誤するしかないので、計画通りに行かないことがよくある。