hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
遺伝子操作による肝切除後再生促進方法の開発-細胞外マトリックス及び細胞間接着因子調節によるアプローチ

細胞外マトリックス(ECM)調節による肝細胞増殖促進法の開発を目指し、ヒトmatrix metalloprotease(MMP)-1をラット肝臓内に強制発現する研究を行った。平成10年度の研究結果より、MMP-1強制発現によりin vivoにおいて肝乾燥重量の増加を伴う肝細胞増殖が誘導された。肝細胞増殖機構の開始には、肝ECMの構造変化自体が直接関与している可能性が示唆された。平成11年度においては、そのメカニズムとして、1)ECMに結合している増殖因子(HGFなど)の関与と2)ECM-cell相互結合変化による直接的細胞内シグナル伝達の2点について検討した。その結果MMP-1発現によっても肝臓内活性型HGFの著明な増加は起こらず、ECMの肝表面レセプターであるインテグリンの細胞内ドメインに結合するキナーゼ(ILK、FAK)の発現は、MMP-1の発現と肝細胞増殖に伴って、劇的な変化を認めた。また、増殖と関連するβ-cateninの細胞質内集積を認め、細胞間接着因子であるcadherinの発現も一過性に減少した。つまり、MMP-1による肝細胞増殖開始のメカニズムとしてECMとインテグリンの結合変化が直接トリガーとなっていることが推測された。しかし、HGFを含めた増殖因子の関与は完全には否定できず、むしろインテグリンを介したシグナルと増殖因子レセプターを介したシグナルの両者が、今回観察された肝細胞増殖に関与するものと考えられた。また、肝細胞増殖促進の応用として、硬変肝における線維化の改善および肝細胞増殖を誘導できるかを、チオアセトアミド(TAA)ラット肝硬変モデルを用いて検討した。MMP-1遺伝子導入により既存線維化の治療効果を認めたうえ、肝細胞増殖を誘導できることが証明され、ECM操作による硬変肝における肝細胞増殖促進の臨床応用の可能性が示された。細胞外マトリックス(ECM)調節による肝細胞増殖促進方法の開発を目指して、ヒトpro-Matrix metalloprotease(MMP)-1 cDNAを自己増殖能欠損adenovirusに組み込んだMMP-ladenovirusを作製し、雄性SDラットに全身投与した。71または95時間後にBrdUを腹腔内投与し、その1時間後のBrdU labeling indexで細胞増殖能を検討した。さらにMMP-1発現後の増殖因子の影響を検討するため、MMP-1 adenovirus感染後72時間に、肝細胞増殖因子HGFを静注投与し、同様に96時間後のBrdU labelingindexと、肝組織での肝細胞分裂像と細胞密度を検討した。その結果、MMP-1adenovirus感染後48-96時間の肝組織抽出液にpro-MMP-1とMMP-1の両者を検出し、ラットin vivoにおけるヒトMMP-1活性化機構の存在が示された。さらに感染後72および96時間のBrdU labeling indexは、MMP-ladenovirus群で対照群と比較して有意に高値をとり、またMMP-1 adenovirus群における肝細胞分裂像と細胞密度の増加傾向を認めた。MMP-1及びHGF投与群でも同様の結果が得られたが、肝細胞分裂像と細胞密度はHGF非投与群と比較して有意な差を認めなかった。これらの結果より、肝臓におけるMMP-1の強制発現により肝細胞増殖機構が誘導され、細胞増殖開始機構にECMの調節が関与していることが示唆された。さらにHGF投与による差が見られなかったことから、肝細胞増殖機構の発現には、肝細胞増殖因子単独の効果よりもECMの操作がより重要な因子であると強く示唆された。

細胞外マトリックス(ECM)調節による肝細胞増殖促進法の開発を目指し、ヒトmatrix metalloprotease(MMP)-1を肝臓内に発現する研究を行っているが、平成10年度の研究結果より、肝細胞増殖機構の開始には、ECMの構造変化自体が直接関与している可能性が強く示唆された。平成11年度においては、そのメカニズムに関して、1)ECMに結合している増殖因子(HGFなど)の遊離およびその活性化による増殖刺激と2)ECM-cell相互結合変化による直接的細胞内シグナル伝達の2点についてその可能性を検討した。また、肝細胞増殖促進の応用として、硬変肝における線維化の改善および肝細胞増殖を誘導できるかを、チオアセトアミド(TAA)ラット肝硬変モデルを用いて検討した。メカニズムに関しては、MMP-1発現によっても肝臓内における活性型HGFの著明な増加は認められず、その一方、ECMとの接着レセプターであるインテグリンの細胞内ドメインに結合するキナーゼ(ILK)の発現を検討したところ、MMP-1の発現に伴って、劇的な変化を認めた。このことから、MMP-1による肝細胞増殖開始のメカニズムとしてECMとインテグリンの結合変化が直接トリガーとなっていることが推測された。一方、TAA肝硬変モデルにおける実験では、既存線維肝にMMP-1を発現させたところ、線維化の治療効果を認めたうえ、肝細胞増殖を誘導できることが証明され、ECM操作による硬変肝における肝細胞増殖促進の臨床応用の可能性が示された。
バイオマテリアルを利用した幹細胞分化システムの開発

我々の研究室では、ES細胞および膵幹細胞を用いたインスリン産生細胞分化誘導に関する研究を続けている。近年、バイオマテリアルは細胞移植の足場になるばかりでなく、細胞分化にも関連する可能性が指摘されている、そこで、本研究では、バイオマテリアル、特に細胞形態変化を惹起する性質を利用したインスリン産生細胞分化方法を確立することを目的とする。これまでの検討でバイオマテリアルと細胞との接触により形態変化が生じることが判明している。そこで、幹細胞由来分化細胞を種々のバイオマテリアルをあらかじめコーティングしたディッシュ上で培養することにより、細胞形態の変化を惹起させ、機能的なインスリン産生能およびインスリン分泌能を持つ細胞に分化誘導できるか否かを検討する。本研究では、ES細胞をL-glucoseを培養プレート上に固定したものを用いて検討をおこなった。L-glucoseは細胞表面にあるグルコーストランスポーターに結合し、従来のゼラチンコートに比較し、接着面積が少ない状態で培養が可能になる。その結果、未分化コロニーをALP染色で検討すると未分化形態を高率に保つこと、またrealtime PCRを用いた解析で、Oct3,Nanog,遺伝子が維持され、T, GATA4などの分化マーカー遺伝子の発現が有意に低値であった。また、これらの上で培養されたES細胞をBlastocyst injectionによりキメラ作成能を検討した結果、本来のES細胞と同様の分化能を有していることが示された。このことから、培養形態の違いにより幹細胞の分化形質が変化する可能性が考えられた。我々の研究室では、ES細胞および膵幹細胞を用いたインスリン産生細胞分化誘導に関する研究を続けているが、インスリン遺伝子発現の誘導には成功しているものの、その細胞は膵ベータ細胞に比較した場合、機能的には不十分である。分化には種々の転写因子が関与していることが知られている。そこで、インスリン遺伝子を発現するES細胞由来分化細胞や膵幹細胞を転写因子導入することにより得る。平成18年度にはES細胞をL-glucoseを培養プレート上に固定したものを用いて検討をおこなった。その結果、未分化コロニーをALP染色で検討すると未分化形態を高率に保つ可能性が高いことが判明した。また、これらの上で培養されたES細胞の分化形質はキメラ作成能を含め本来のES細胞と同様であった。
ジヒドロリポアミド・サクシニル転位酵素遺伝子由来ペプチドによる神経細胞死誘導機構

我々はこれまでにジヒドロリポアミド・サクシニル転移酵素(DLST)遺伝子領域内に17ヶ所のアミノ酸置換を伴わない多型部位を見い出し、特にexon8(a)、intron11(g)、intron13(a)、exon14(c)の部位に特定の塩基置換(agac)をhomozygousにもつgenotype(agac/agac)がアルツハイマー病(AD)患者で多いことを報告した。DLST、あるいはその近傍の遺伝子変異がADの遺伝的危険因子であることが示唆された。ラット骨格筋ではDLST遺伝子から正常なDLST蛋白のほかに分子量の小さいsmall DLST(sDLST)が発現していることを我々は明らかにしている。本課題では、sDLSTの脳変性疾患への関与について検討した。ヒト5'CAPcDNAライブラリーから得られたsDLSTのcDNAの解析によって、sDLSTはintron7から転写され、exon8内の最初のATGから正常DLSTと同じフレームで翻訳されることがわかった。AD患者(n=22)の脳では健常人(n=33)の脳に比べsDLSTの発現量が有意に低く、健常人の約1/3であった(P=0.004)。GAPDHとDLSTの発現量の比はAD患者と健常人とでは有意差はなかった。AD患者と健常人の末梢血から調製したDLST遺伝子全体を含むコスミッドクローンをそれぞれラット褐色細胞腫PC12に導入したところ、AD患者由来のDLST遺伝子からのsDLSTの発現は健常人のそれに比べ約1/3低かった。DLSTの多型部位の塩基置換がsDLSTの発現を減少させていると考えられた。坑ヒトsDLST抗体でHeLa細胞のミトコンドリア画分にsDLSTを検出した。sDLSTがミトコンドリアの機能維持に関与していて、その発現減少がミトコンドリアの機能低下を引き起こしている可能性がある。
ヒルシュスプルング病腸管における複合糖質の検討

ヒルシュスプルング病の発生には、細胞外基質である複合糖質の異常が関与するとの仮説に基づき、レクチンを用いて胎児腸管ならびにヒルシュスプルング病腸管における複合糖質の分布を検討した。研究材料は、ラット胎仔、新生児、成体ラットの腸管およびヒルシュスプルング病患者の摘出腸管とした。使用レクチンは、ConA, RCA-1, WGA, PNA, SBA, UEA-1, DBA, LCA, PHA-L, DSA, GS-1, VVA, MPA, BPA, MAA, PSAである。<結果>1)ラット腸管:アウエルバッハ神経叢におけるレクチンの反応パターンは、胎生1719日に反応増強を示し、以後同じ反応が持続するもの(ConA, DSA, MPA, RCA-1)、胎生15日から陽性反応があり、成体まで持続するもの(PSA, PHA-1, LCA, WGA,)、全経過を通じ全く反応のないもの(UEA-1, PNA, SBA, GS-1, VVA, BPA, DBA, MAA)の3タイプに分けられた。電顕観察では、神経節細胞の形式膜、核膜、ゴルジ装置の他、神経突起、シュワン細胞、平滑筋細胞の形式膜に反応局在が見られた。2)ヒルシュスプルング病腸管:正常部腸管の平滑筋叢では、DSA, RCA-1,WGAが強陽性、無神経節腸管で中等度陽性と反応に差が見られた。<結論>アウエルバッハ神経叢の分化が明らかとなる胎生1719日に一致してN-グルコシド型糖鎖構造が、神経叢とその周囲に増強することが示された。またヒルシュスプルング病腸管の平滑筋層でDSA, RCA-1の反応性の低下がみられ、アウエルバッハ神経叢の発生段階で、N-グルコシド型糖鎖を持つ複合糖質の異常が示唆された。今後は、ヒルシュスプルング病腸管におけるレクチンの局在について電顕的検索を行いたい。本研究の目的は、ヒルシュスプルング病腸管における複合糖質の分布をレクチン染色で検索し、腸管壁内神経叢の発生過程での異常を解明することにある。1.平成9年度の研究成果(1)基礎実験:ラット結腸を用い、8種類のレクチン染色を行い、それらの染色性を検討した。アウエルバッハ神経叢では、レクチンのうちDASが強い反応(++)、ConA、RCA-1、PSA、PHA-L、LCA、WGAが中等度の反応(+)、MPAが弱い反応(±)を示した。(2)ヒト正常腸管:ヒルシュスプルング病根治手術時に得られた正常部結腸のレクチン染色でも、ラット結腸と同様の染色結果であった。(3)ヒト無神経節腸管:ヒルシュスプルング病腸管ではアウエルバッハ神経節は欠如するものの、筋層間神経叢にはDSAが強い反応性を示し、ConA、RCA、WGAなどが中等度の反応を示した。2.平成10年度の研究計画今までのところヒルシュスプルング病腸管の正常部と無神経節腸管で、レクチン染色の反応性の違いが見いだせない。平成10年度は、染色するレクチンの種類を増やし、糖質の局在の違いを電顕的に検討する予定である。

ヒルシュスプルング病腸管の発生には、腸管局所の複合糖質に異常があり神経芽細胞の遊走、発育を阻害している可能性がある。そこで本研究ではヒルシュスプルング病腸管における複合糖質の分布をDSA,ConA,RCA-1,PSA,PHA-L,LCA,WGA,MPAなどのレクチンを用いて検索した。1.平成10年度の研究成果ヒルシュスプルング病根治手術時に得られた正常腸管のレクチン染色では、アウエルバッハ神経叢にDSAが強陽性(++)を示し、ConA,RCA-1,PSA,PHA-L,LCA,WGAが陽性(+)を、MPAが弱陽性(±)を示した。また無神経節部腸管の筋層間神経叢は神経節細胞は欠如するが、レクチンの反応性は正常腸管と差異が認められなかった。2.平成11年度の研究計画研究最終年度は正常腸管と無神経節部腸管での糖質の局在を電顕的に検索する一方、mutant rat胎児を用い、ヒルシュスプルング病腸管発生期の糖質の変化を検討し、研究の総括を行う予定である。ヒルシュスプルング病腸管の発生には、細胞認識に重要な役割を演じている複合糖質が関与している可能性がある。そこで平成9・10年度と、胎児腸管における複合糖質の分布をレクチンを用いて検討してきたが、研究最終年である平成11年度は、ヒルシュスプルング病腸管における複合糖質の分布を検討した。<方法>ヒルシュスプルング病患者の根治手術時に得られた正常部ならびに無神経節部腸管のパラフィン包埋ブロックを光顕標本とした。<結果>ヒルシュスプルング病の正常部腸管では、成体ラット同様ConA,DSA,RCA-1,WGAのいずれもが粘膜上皮ならびにアウエルバッハ神経叢に強陽性反応(++)を示した。これらのレクチンは無神経節腸管の粘膜上皮でも同様に強陽性反応(++)を示した。しかし平滑筋細胞層では、DSA,RCA-1,WGAが正常部腸管で強陽性(++)を示したのに対し、無神経節腸管では中等度腸管(+)と反応に差がみられた。<結論>ヒルシュスプルング病腸管の平滑筋層でDSA,RCA-1の反応性の低下がみられ、アウエルバッハ神経叢の発生段階で、N-グルコシド型糖鎖を持つ複合糖質の異常が示唆された。今回の研究期間中にはレクチンの局在についての電顕的検討までには至らなかったため、今後の研究課題としたい。
弾性値選択モデルによる流体駆動ソフトアクチュエータの設計法の提案

本研究では,このM3Pの特長を活かし,FSAの運動,発生力,粘/弾性などを目標値として制御可能なFSAの設計法を確立する.目的を実現するFSAの各部分の弾性異方性設計法を提案して,解析/実験結果と照合し,FSA設計法を一般化する.本研究では,このM3Pの特長を活かし,FSAの運動,発生力,粘/弾性などを目標値として制御可能なFSAの設計法を確立する.目的を実現するFSAの各部分の弾性異方性設計法を提案して,解析/実験結果と照合し,FSA設計法を一般化する.
硝酸塩とNOの生理的ダイナミクスの解明と創薬基盤開発

硝酸イオン濃度変化センサータンパク質sNOOOpyは、根粒菌の持つNasSとNasTの2種類のタンパク質を用いたシステムであり、細胞内の硝酸イオン濃度変化をリアルタイムに可視化することができるシステムである。本研究は、sNOOOpyを用いた生細胞内硝酸イオン濃度の生理的変化をとらえることを目的とした研究である。本研究は大きく2つのテーマを設定しており、(テーマ1)sNOOOpyを高感度化し、細胞内の微量な硝酸イオン濃度変化を可視化することを目的として、タンパク質工学的手法を用いたsNOOOpyの改良を試み、(テーマ2)その結果を応用して生細胞内の硝酸イオン濃度変化をとらえる。二年目の研究では、主にテーマ1に取り組んだ。その第一段階として、sNOOOpyにどのような変異を導入するべきかを探るべく、sNOOOpyを構成するタンパク質の一つであるNasSのX線立体構造解析を試みた。先行研究で、NasSの全体構造を明らかにしていたが、硝酸イオンの結合様式については不明であった。初年度の研究の結果、硝酸イオンとの共結晶を作製し、高エネルギー加速器研究機構(つくば市)のビームライン、BL1AでX線回折データ測定を行っていたが、今年度は亜硝酸イオンとの複合体構造について高分解能の回折データを測定することに成功した。その結果、NasSの硝酸イオン、亜硝酸イオンの認識機構を明らかにすることができた。また、近年の構造生物学研究において急速な発展を見せるクライオ電子顕微鏡技術、ならびに仙台市に建設が決定した東北放射光施設を今後の研究に生かすべく、積極的な情報収集を行った。本研究で設定している2つのテーマ、(テーマ1)sNOOOpyを高感度化し、細胞内の微量な硝酸イオン濃度変化を可視化することを目的として、タンパク質工学的手法を用いたsNOOOpyの改良を試み、(テーマ2)その結果を応用して生細胞内の硝酸イオン濃度変化をとらえる、のうち、二年目はテーマ1に重点的に取り組んだ。sNOOOpyの改良を第一の目的としており、その足掛かりとして不可欠なNasSの立体構造と、硝酸イオンに加え亜硝酸イオンの認識機構を原子レベルで明らかにすることができた。これは、研究計画通りの進行状況である。テーマ2に関しては当初の研究計画より若干遅れていいるが想定の範囲である。本研究で設定している2つのテーマ、(テーマ1)sNOOOpyを高感度化し、細胞内の微量な硝酸イオン濃度変化を可視化することを目的として、タンパク質工学的手法を用いたsNOOOpyの改良を試み、(テーマ2)その結果を応用して生細胞内の硝酸イオン濃度変化をとらえる、のうち、テーマ1に関しては、これまでの研究に引き続きNasSおよびNasTのX線立体構造の解析と、その結果に基づく変異体の設計を試み、sNOOOpyシステムの高感度化を目指す。テーマ2に関しては、テーマ1より新たに作製される改良型sNOOOpyを用いて、細胞内硝酸イオン濃度および亜硝酸イオン濃度変化の検出を試みる予定である。初年度の研究では、主にテーマ1に取り組んだ。そこで、硝酸イオン、亜硝酸イオンとの共結晶を作製し、高エネルギー加速器研究機構(つくば市)のビームライン、BL1AでX線回折データ測定を行うことで、高分解能の回折データを測定することに成功した。その結果、NasSの硝酸イオン認識機構を明らかにすることができた。また、近年の構造生物学研究において急速な発展を見せるクライオ電子顕微鏡技術を今後の研究に生かすべく、積極的な情報収集を行った。本研究で設定している2つのテーマ、(テーマ1)sNOOOpyを高感度化し、細胞内の微量な硝酸イオン濃度変化を可視化することを目的として、タンパク質工学的手法を用いたsNOOOpyの改良を試み、(テーマ2)その結果を応用して生細胞内の硝酸イオン濃度変化をとらえる、のうち、初年度はテーマ1に重点的に取り組んだ、sNOOOpyの改良を第一の目的としており、その足掛かりとして不可欠なNasSの立体構造と、硝酸イオン認識機構を原子レベルで明らかにすることができた。テーマ2に関しては、テーマ1の結果を応用したものであるため、深く取り組んではいないが、これは当初の研究計画の想定の範囲である。

本研究は、sNOOOpyを用いた生細胞内硝酸イオン濃度の生理的変化をとらえることを目的とした研究である。本研究は大きく2つのテーマを設定しており、(テーマ1)sNOOOpyを高感度化し、細胞内の微量な硝酸イオン濃度変化を可視化することを目的として、タンパク質工学的手法を用いたsNOOOpyの改良を試み、(テーマ2)その結果を応用して生細胞内の硝酸イオン濃度変化をとらえる。二年目の研究では、主にテーマ1に取り組んだ。その第一段階として、sNOOOpyにどのような変異を導入するべきかを探るべく、sNOOOpyを構成するタンパク質の一つであるNasSのX線立体構造解析を試みた。先行研究で、NasSの全体構造を明らかにしていたが、硝酸イオンの結合様式については不明であった。初年度の研究の結果、硝酸イオンとの共結晶を作製し、高エネルギー加速器研究機構(つくば市)のビームライン、BL1AでX線回折データ測定を行っていたが、今年度は亜硝酸イオンとの複合体構造について高分解能の回折データを測定することに成功した。その結果、NasSの硝酸イオン、亜硝酸イオンの認識機構を明らかにすることができた。また、近年の構造生物学研究において急速な発展を見せるクライオ電子顕微鏡技術、ならびに仙台市に建設が決定した東北放射光施設を今後の研究に生かすべく、積極的な情報収集を行った。本研究で設定している2つのテーマ、(テーマ1)sNOOOpyを高感度化し、細胞内の微量な硝酸イオン濃度変化を可視化することを目的として、タンパク質工学的手法を用いたsNOOOpyの改良を試み、(テーマ2)その結果を応用して生細胞内の硝酸イオン濃度変化をとらえる、のうち、二年目はテーマ1に重点的に取り組んだ。sNOOOpyの改良を第一の目的としており、その足掛かりとして不可欠なNasSの立体構造と、硝酸イオンに加え亜硝酸イオンの認識機構を原子レベルで明らかにすることができた。これは、研究計画通りの進行状況である。テーマ2に関しては当初の研究計画より若干遅れていいるが想定の範囲である。本研究で設定している2つのテーマ、(テーマ1)sNOOOpyを高感度化し、細胞内の微量な硝酸イオン濃度変化を可視化することを目的として、タンパク質工学的手法を用いたsNOOOpyの改良を試み、(テーマ2)その結果を応用して生細胞内の硝酸イオン濃度変化をとらえる、のうち、テーマ1に関しては、初年度に引き続きNasSおよびNasTのX線立体構造の解析と、その結果に基づく変異体の設計を試み、sNOOOpyシステムの高感度化を目指す。テーマ2に関しては、テーマ1より新たに作製される改良型sNOOOpyを用いて、細胞内硝酸イオン濃度変化の検出を試みる予定である。本研究で設定している2つのテーマ、(テーマ1)sNOOOpyを高感度化し、細胞内の微量な硝酸イオン濃度変化を可視化することを目的として、タンパク質工学的手法を用いたsNOOOpyの改良を試み、(テーマ2)
仮想的配線を用いたプログラム可能論理素子とその論理合成法に関する研究

1.アーキテクチャの開発。多出力論理関数を実現する方法として、組み合わせ回路を実現するLUT(look-up table)カスケードと、リング構造を有する、LUTリングの二つのアーキテクチャを考案した。LUTカスケードは、LUTを直列に接続したものであり、配置配線が単純である。一方、LUTリングは、LUTカスケードを順序回路を用いて模擬するものであり、大規模メモリ、接続回路、制御回路からなる。LUTリングは、動的に変更可能な接続回路を用いており、FPGAのような配置配線の問題は生じない。LUTリングをLSIで実装した場合の性能を評価した。通常のFPGAよりは遅くなるが、同一速度のマイクロプロセッサに比べ10100倍高速になることを示した。2.多出力論理関数の合成手法の開発BDD(二分決定グラフ)を用いて不完全定義多出力関数を能率良く関数分解する手法を考案した。本手法を用いて、中間出力を有する組み合わせ回路型LUTカスケードの設計プログラムを開発した。また、基数変換回路や算術演算回路を設計し、ドントケアを考慮しない場合に比べハードウエア量を数10%削減できることを示した。3.多出力関数をLUTカスケードで実現する際、符号化を工夫することによりLUTの個数を削減する方法を開発した。LUTの個数を削減することにより、論理関数を実現するために必要なメモリの量を削減できる。本研究では中間変数を1変数関数に変換する符号化法を開発した。本手法を用いると、多くのベンチマーク関数においてLUTの個数を10%程度削減できることを実験的に示した。4.メモリパッキングのアルゴリズムの開発。LUTリングは、メモリパッキングという手法を用いて、必要なメモリを削減可能である。そのアルゴリズムを開発し、種々の関数に適用したところ、平均すると40%メモリを削減可能なことがわかった。1.多出力論理関数を表現する決定グラフをメモリとシーケンサを用いて実現する方法を考案した.本方法では,メモリの内容を書き換えることにより,任意の論理関数が実現可能である.同様な方法としては,SBDD(Shared educed ordered Binary Decision Diagram)やMDDを表現するテーブルに基づく方法が知られているが,報告者らが考案した方法は,それらの方法よりも高速である.また,メモリを増加することにより,さらに高速にできる.市販FPGAボードとRAMを組み合わせることにより,プロトタイプシステムを完成した.4メガビットのRAM上に,多数のベンチマーク関数を実現した.試作システムでは,前述のBDDやMDDを用いた方法よりも,高速に評価できた.本手法は,本方法は,論理素子として汎用のRAMを使用しており,比較的安価に実現できる.また,配置・配線の処理も不要であり,前処理時間も短い.2.多出力関数をLUT(look-up table)カスケードで実現する際,符号化を工夫することによりLUTの個数を削滅する方法を開発した.LUTの個数を削減することにより,論理関数を実現するために必要なメモリの量を削減できる.本研究では中間変数を1変数関数に変換する符号化法を開発した.本手法を用いると,多くのベンチマーク関数においてLUTの個数を10%程度削減できることを実験的に示した.1.アーキテクチャーの開発多出力論理関数を実現する方法として、組み合わせ回路型LUTカスケードと、順序回路型LUTカスケードの二つのアーキテクチャを考案した。組み合わせ回路型LUTカスケードは、LUTを直列に接続したものであり、配置配線が単純である。一方、順序回路型LUTカスケードは、組み合わせ回路型LUTカスケードを、順序回路を用いて模擬するものであり、大規模メモリ、接続回路、制御回路からなる。順序回路型LUTカスケードは、ダイナミックに変更可能な接続回路を用いており、FPGAのような配置配線の問題は生じない。順序回路型LUTカスケードをLSIで実装した場合の性能を評価した。

通常のFPGAよりは、遅くなるが、同一速度のマイクロプロセッサに比べ10100倍高速になることがわかった。2.多出力論理関数の合成手法の開発多出力関数を能率良く実現可能な関数分解の手法を考案した。この手法を用いて、中間出力を有する組み合わせ回路型LUTカスケードの設計プログラムを開発した。この方法は、昨年開発した方法に比べLUT数が数分の1になることもある。3.メモリパッキングのアルゴリズムの開発順序回路型LUTカスケードは、メモリパッキングという手法を用いて、必要なメモリを削減可能である。そのアルゴリズムを開発し、種々の関数に適用したところ、平均すると40%メモリを削減可能なことがわかった。4.LUTカスケードの応用の調査LUTカスケードが有望な分野として、FIRフィルター、色変換回路、数表などを設計し、従来の手法と比較した。1.不完全定義多出力論理関数の関数分解手法の開発BDD(二分決定グラフ)を用いて不完全定義多出力関数を能率良く関数分解する手法を考案した。本手法を用いて、中間出力を有する組み合わせ回路型LUTカスケードの設計プログラムを開発した。また、基数変換回路や算術演算回路を設計し、ドントケアを考慮しない場合に比べハードウエア量を数10パーセント削減できることを示した。2.LUTカスケードの算術演算回路への応用LUTカスケードを用いた種々の算術演算回路を設計する一般的手法を開発した。本手法では、三角関数、対数関数、指数関数などを計算できるが、従来法よりも、必要のメモリ量が少なく、かつ組織的に高精度な回路を実現できる。3.LUTカスケードの基数変換回路への応用LUTカスケードを用いて種々の基数変換回路を開発した。本回路では、例えば2進数を10進数に変換したり、逆に10進数を2進数に変換したり出来る。この種の回路を、LUTカスケードで組織的に実現する方法を開発し、必要なハードウエア量を求めた。4.LUTカスケードのFIRフィルタへの応用LUTカスケードを用いてFIRフィルタを能率よく実現する方法を開発した。本手法では、従来のROMを用いた方法に比べ、必要なメモリ量が大幅に削減できる。また、プロトタイプをFPGAのボード上に実現し、動作を確認した。5.LUTカスケードにおける符号化法に関する研究中間出力を有するLUTカスケードで、レール出力の符号化法を工夫することにより、セルの出力数を削減する方法を開発した。セルの出力数を削減することで、LUTの出力数とカスケードの段数を削減できる。LUTカスケードの設計には、多出力関数の特性関数を示すBDD(BDD_for_CF)を用いる。
非共鳴高次光学過程による溶液の均一、不均一広がりの研究

本研究は、溶液の振動モードを非共鳴5次光学過程の実験(2Dラマン分光)で解析を行うための、基礎理論の整備を目的とする。研究は、まず、振動モードの非調和振動子性について行う事から始めた。モデルとして量子ブラウン運動系を考え、非調和性を摂動論的に考慮し、2n+1次の光学過程に対する応答関数を、経路積分法を用い解析的に導出した。結果を用いて、CS2の5次の実験を、数値的に解析し、回転モードに弱い非調和振動子性が含まれる可能性を示唆した。さらに5次の応答関数の表式を用い、非調和振動子性を温度や散逸といった他の効果から分離して測定可能とする、周波数領域の共鳴5次光学過程のレーザー実験を提唱した。また、Fokker-Planck方程式を用い、Morseポテンシャル系の振動モードの2Dラマンシグナルを計算し、温度効果等を調べた。これらの研究は、分子の振動モードに対するもので、さらに電子の励起状態まで含めた、配位した2つの非調和振動子についての、5次の光学過程について研究を行った。まず、5次の共鳴光学過程に関する応答関数を導出した。次に1、3次の応答関数を用いて、線形吸収、ポンププローブ、フォトンエコー等のスペクトルを数値計算計算し、非調和振動子性がスペクトルにどの様な影響を与えるかを研究した。これらの結果は、Journal of Chemical Physics5報、Chemical Physics Lett 2報、Physical Review EとChemical Physics、それぞれ一報の論文としてまとめ掲載された。また、調和振動子系の周波数が揺動している系の5次光学過程の研究について、さらに一報論文を執筆中である。研究成果は、118ページの報告書としてまとめられた。平成8年度は、5次光学過程における、振動モードの非調和振動子性について解析した。モデルとして量子ブラウン運動系を考え、非調和性を摂動論的に考慮し、2n+1次の光学過程に対する応答関係を、経路積分法を用い解析的に導出した。計算には慶応大学物理学科、福田礼次郎教授のアドバイスを受け、補助金の一部はその旅費にあてられた。その結果を用いて、CS2の5次の実験を、数値的に解析し、回転モードに弱い非調和振動子性が含まれる可能性を示唆した。数値計算には、補助金で購入した計算機付属品(ディスプレー、ハードディスク)が用いられた。次に1、3次の応答関数を用いて、線形吸収、ポンププローブ、フォトンエコー等のスペクトルを数値計算計算し、非調和振動子性がスペクトルにどの様な影響を与えるかを調べた。さらに5次の応答関数の表式を用い、非調和振動子性の効果が顕著になる様な条件を調べ、非調和振動子性を温度や散逸といった他の効果から分離して測定可能とする、新たな共鳴5次光学過程のレーザー実験を提唱した。また、文献検索やプログラミングには、大学院生の補助を頼み、謝金を支払った。これらの結果は、Journal of Chemical Physiscsに3報の論文としてまとめ、うち2報は掲載され、残り1報は現在審査中である。補助金の一部は、このうち一報の論文別刷り代として用いられた。本年度は非共鳴5次光学過程における、振動モードの非調和振動子性及び温度効果について解析した。モデルとして熱浴と相互作用する非調和振動子やモ-スポエンシャルを考え、経路積分法やFokker-Planck方程式を用い2Dラマンのシグナルを計算した。非共鳴分光だけでなく、配位したモ-

スポテンシャル系の共鳴分光についても、数値的に計算し、線形空襲、ポンププローブ、フォトンエコー等のスペクトルに非調和振動子性がスペクトルにどの様な影響を与えるかを調べた。このプログラム作成のために、学生に謝金を支出した。また、さらに5次の応答関数の表式を用い、非調和振動子性を温度や散逸といった他の効果から分離して測定可能とする、周波数領域の共鳴5次光学過程のレーザー実験も提唱した。この研究過程において、文献検索のため、大学院生の補助を頼み、謝金を支払った。これらの結果は、Journal of Chemical Physics5報、Cheemical Physics Lett2報、Physical Review EとChemical Physics、それぞれ一報の論文としてまとめ、掲載された。補助金の一部は、これら論文別刷り代として用いられた。また、調和振動子系の周波数が揺動している系の5次光学過程の研究について、さらに一報論文を執筆中である。研究成果は、代表者、助手、技官、学生により、論理化学討論会(東京)、物理学会(神戸、千葉)等で発表された。科研費の一部はこれら旅費及び、慶応大学福田教授や高野助教授等との議論のための旅費に用いられた。研究成果は、最後に補助金を使い、100ページ強の報告書としてまとめられた。
中国北京市における大気汚染の健康影響と予防対策に関する疫学研究

中国では微小粒子状物質(PM2.5)及びオゾン(O3)等による深刻な大気汚染が持続しており、住民の健康への影響が懸念されている。。特に、呼吸器疾患患者は大気汚染の影響を受けやすいことから、その対策は急務である。近年は大気汚染対策として、空気清浄機を使用する家庭が増加しつつあるが、空気清浄機の使用による健康影響改善の効果については十分に明らかにされていない。本研究では、中国の北京市において空気清浄機使用の効果を評価するためのクロスオーバー介入研究を計画し、本年度は北京大学公共衛生学院及び同大学第三病院呼吸器科の研究者と研究計画についての打合せと予備試験を実施した。研究対象は、北京在住の慢性閉塞性肺疾患(COPD)患者とし、同じ対象者について、大気中のPM2.5が高濃度となる冬季(113月)と、O3が高濃度となる夏季(69月)の年2回実施することとした。対象者は無作為に2群に分け、A群は空気清浄機(フィルタを装着したもの)、B群は偽の空気清浄機(フィルタを外したもの)を各季節に2週間連続して家庭で使用してもらい、その後に1週間のウオッシュアウト期間を設け、次の2週間はA群とB群で空気清浄機を入れ替える。それぞれの調査期間中に、家屋内外の大気汚染物質濃度の測定とともに、健康影響の評価として、肺機能検査、バイオマーカーの検査、呼吸器症状の評価を繰り返して実施し、家屋内外の大気汚染物質濃度と健康指標との関連と、空気清浄器使用の有無による違いを評価する計画とした。また、本研究で使用する予定の測定機器と空気清浄機の性能等についての予備試験を実施した。当初は年度内に研究計画を確定し、2019年夏季より研究を開始する予定であったが、倫理審査委員会での承認を得るのに時間を要しているため、研究の開始時期を遅らせる必要が生じた。日本と中国の研究機関における倫理審査委員会に本研究計画を申請し、承認を受けた後に、北京市において対象者の募集を行い、2019年冬季(11月)より調査を開始する予定である。調査は、対象者の家屋内外におけるPM2.5をミニポンプを用いて1週間毎に捕集し、質量濃度と成分測定を実施する。また、屋内においてはリアルタイムモニターを用いてPM2.5濃度の連続測定も実施する。O3濃度はパッシブサンプラーを用いて屋内外で1週間毎に測定する。健康影響評価として、対象者には毎日2回、肺機能の自己測定を実施してもらい、週1回はスパイロメータを用いた肺機能検査と呼気中一酸化窒素濃度を測定する。また、各調査期間の前後に採血を行い、バイオマーカーの測定を行う予定である。これらの結果を用いて、家屋内外の大気汚染物質濃度と健康指標との関連と、空気清浄器使用の有無による違いを評価する。。

これらの結果を用いて、家屋内外の大気汚染物質濃度と健康指標との関連と、空気清浄器使用の有無による違いを評価する。研究計画について倫理審査委員会への申請、承認に時間を要しており、研究を本格的に開始するのが当初の予定よりも遅くなった。2019年度に倫理審査委員会の承認が得られ次第、対象者を募集して本格的な研究を開始する予定であり、翌年度分として請求した助成金と合わせて、使用する計画である。
高機能論理素子による次世代アトラスミューオンシステム読出系の開発

最近の高機能論理素子、特にFPGAについて技術評価を行った。代表的な素子を用いてVME規格に基づいた汎用論理回路モジュールを開発した。それを用いて、素子間を接続するギガビット毎秒の高速シリアル通信と通常の論理ブロックを用いて実装されるソフトウエアCPUコアについて詳しく調査した。その結果に基づき、数年後に予定されている前後方ミューオントリガーシステムアップグレードに対応した読み出し系更新の設計と実証を行った。まず次世代読み出し系に要求される性能について、現在のアトラスミューオンシステムの実績を元に検討を行った。アトラス実験は平成21年度よりデータ収集を開始している。それらからの基礎データを元に将来のビーム増強に応じたデータ量の増加を予測した。また現行のデータ読み出し系における問題点について、実際に発生するエラーなどから検討した。特に、エラーが発生した場合、その情報をどのように記録しておくか、また、エラーからどのように復帰するかが、データの修復や安定運転のため重要である。それらを実装するためには計算機プログラムのような柔軟な技法を用いることが肝心であることが確認できた。平行して新システムを構成するための基盤技術について検討を進めた。高速データ転送を実現するためにはチャンネルあたり1Gbpsの帯域を持ったシリアル通信回線を使用する必要がある。また、多数のチャンネルを束ね、データ圧縮を行い、次段へ転送するデータフローを管理する部分は論理素子の内部でも十分な高速処理ができなければならない。そのため、高速かつ大容量の論理素子を利用する。併せて上述したようなエラー処理などを柔軟に組み込・むためCPUをソフトウエアコアとして埋め込む必要がある。こういった機能を持つFPGAについて技術評価を行った。その評価のため市販されているFPGAの評価ボードを導入し、その上で期待される機能および性能が実現するかどうかを確認した。組み込みCPUではもちろん最新のマイクロプロセッサと比較するとクロック周波数や同じ動作に必要なクロック数において大きく水をあけられているが、外部インターフェースのことを考え合わせると、チップ内のデータにアクセスできる組み込みCPUはスループットとしては遜色ない結果を出せることがわかった。また、チップ内に多数のCPUを配置することが可能であり、並列処理によって高性能を実現することができることも確認できた。今年度は読み出し系プロトタイプのビルディングブロックとなる汎用FPGAモジュールの開発を中心に進めてきた。フォームファクターとしては6UのVME規格を採用、Xilinx社のSpartan6系FPGAを基軸素子として入出力等を配置したモジュール、通称PT6を開発製作した。外部との相互接続のため、最高2.5Gbpsで通信を行うシリアルリンクを4系統搭載しており、それらを用いて複数のPT6を組み合わせてプロトタイピングを行うことが出来る。またPT6はCMC規格(Common Mezzanin Card)の娘基板を搭載可能で有り、オプティカルリンクなどの入出力機能を持たせることも出来る。搭載されたFPGAは大容量のもので、CPUコアをIP(Intelectual Property)として持っており、デザインとしてCPUを組み込むことが出来る。この機能は次期読み出し系の機能としては非常に重要であると考えられる。高速動作が必要なデータフロー部分はハードウエアデザインとしてHDL(ハードウエア記述言語)で開発するが、エラー発生時の診断復旧など複雑であるが高速性は要求されない部分はソフトウエアで記述できるようにする。それにより、より柔軟で信頼性の高いシステムを構築することが出来る。PT6にCPUコアを搭載するためのツール類の開発とハードウエア・ソフトウエアの開発環境の整備を進めた。PT6が使用するクロック周波数が通常のPCに搭載されるCPUの1/10以下であり、パイプライン化などの高速化技術が使えないため、CPUコアの処理速度は通常のPCに比べると見劣りがするのは確かであるが、読み出し系が処理するデータへは外部インターフェースを通さずに直接アクセスが可能であること、また、CPUコアが使用するFPGA上の論理資源はコンパクトで有り、必要に応じて多数のCPUコアを搭載し並列動作させることが出来ることなど、処理速度の遅さをカバーすることはデザインにより十分可能であることを確認した。これらの結果は日本物理学会秋季大会で報告された。また、この研究開発はKEKが主催するOpen-ITコンソーシアムPCB-FPGA部門プロジェクトとして行われている。LHC加速器アトラス実験はルミノシティ向上に対応してアップグレードする計画がある。我々が担当する前後方ミューオントリガーシステムについても電子回路系の改良を続けている。ルミノシティ増強はデータ量の増大を意味するが、それに対応した読み出し系の強化が求められる。本研究ではその準備研究として汎用プロトタイプモジュールの開発を行って来た。この汎用モジュールは大規模FPGAを搭載し、入出力に2.5Gbpsの高速シリアル通信を採用している。複数のモジュールを接続することにより読み出し系のプロトタイプを作成し、デザインの検証を行うことが出来る。今年度は本研究の最終年度として読み出しシステムのデモンストレータの作成を行った。検出器からのデータは検出器周辺に設置されたスタースイッチと呼ばれるモジュールでいったん集約され、それがシリアル通信リンクを通してエレクトロニクスハットに送られる。そこではさらに10チャンネル程度のリンクを束ねてフォーマットし、アトラス共通読み出し系へデータを送る。

まずスタースイッチの機能を模擬的に実現するエミュレータを開発し、そこからのデータを高速シリアルリンクで受け取り、フォーマットして送出する。数十Gbpsに達するデータ転送機能の部分は基本的にハードウエア記述言語で実装した。さらにCPUコアをFPGAへ組み込み、診断や障害からの復帰を受け持たせる。ハードウエアがいったん障害を検知するとその瞬間のデータ内容をスナップショットとして外部メモリーにコピーする。それをCPUコアのソフトウエアで診断し通報するとともに、診断内容に応じてハードウエア側のシーケンスを正常化する。それにより、より強靱なシステムを構築できる。
尿路・精路を支配する自律神経の再建とその臨床応用

平成12年-13年度の研究成果を項目別に述べる。1)イヌ骨盤神経再建:膀胱の排尿機能を支配している骨盤神経を端々吻合し、膀胱への神経経路を高率に再建できた。また、骨盤神経の欠損部に下腹神経あるいは陰部大腿神経を移植し、いずれの神経でも高率に神経経路を再建できた。2)自律神経機能を保持したイヌ自家膀胱移植:上記の実験結果に基づいて、イヌを用いて膀胱の自家移植を行った。骨盤神経の他に膀胱への動脈、静脈、尿管、尿道を切断して膀胱を遊離した後、これらを再吻合して自家移植を行った。神経機能を持った膀胱移植に成功した。3)イヌ新膀胱に対する神経再支配:膀胱が摘出された場合、腸管で膀胱を代用にする新膀胱形成手術が広く行われている。この新膀胱に対する骨盤神経シグナルの再支配を試みた。新膀胱(結腸)を支配している結腸神経と骨盤神経との間に下腹神経を移植した。約1年6ヶ月後、5頭において、神経経路の再建を成功した。移植手術を行った骨盤神経を電気刺激することにより、結腸(新膀胱)の収縮反応が見られた。4)イヌ下腹神経再建:(自然更建)下腹神経を約半分切除しても、4年後(ヒトでは20年以上に相当)に精管、膀胱頚部、前立腺、肛門管に至る神経経路が自然再建され、交差性、2重交差性の神経経路も再建される知見を得た。(神経移植)下腹神経の欠損部に自律神経である結腸神経および体性神経である陰部大腿神経を移植した。いずれの移植でも高率に神経経路が再建された。(神経再建の組織学的検討)骨盤神経と結腸神経との間に移植された下腹神経グラフトに生じた神経再生がHematoxyline・Eosin染色、鍍銀染色、免疫組織化学染色、透過型電子顕微鏡で確認された。5)ヒト自律神経の再建:射精機能温存のための腰内臓神経の再建と、勃起機能温存のための陰茎海綿体神経の再建を行った。いずれも臨床例で成功例を得た。研究成果の概要を項目別に述べる。1)神経移植:(1)イヌの骨盤神経の欠損部に下腹神経および陰部大腿神経を移植し、長期間経過後に膀胱への骨盤神経経由のシグナルが再建されることを確認した。(2)イヌ下腹神経の欠損部に結腸神経および陰部大腿神経の移植を行った。現在これらのイヌは問題なく生存している。各腰内臓神経からのシグナルが結腸神経あるいは陰部大腿神経を経由して交差性あるいは非交差性に尿路、精路に到達するかを一年以上経過した各イヌで順次検討中である。(3)腸管利用新膀胱に対する神経再支配を目的として、イヌの腸管を切離して導管を作りこれを膀胱に吻合した。同時に、神経移植を行って骨盤神経-下腹神経-結腸神経-導管という神経経路を作成した。これらの各イヌは元気に生存している。一年以上経過した時点で神経再支配の有無を検討する予定である。2)神経再建の臨床応用:自律神経再建を余儀なくされる臨床例において、自律神経再建を行っている。

(1)交感神経系では、精巣癌の後腹膜リンパ節廓清において、腰内臓神経の欠損部に陰部大腿神経を移植する手術を行い、射精機能の回復に良好な結果を得ている。(2)副交感神経系では、前立腺癌の前立腺全摘において、陰茎海綿体神経の欠損部に陰部大腿神経およびひ腹神経を移植する手術を7例に施行した。勃起機能の回復の経過を観察中である。3)神経縫合、神経再生過程の解析:上記の神経移植、神経縫合後の神経の再生過程を検討するため、自律神経の染色を進めている。実験終了後、自律神経を採取して組織学的に検討する準備を進めている。平成12年-13年度の研究成果を項目別に述べる。1)イヌ骨盤神経再建:膀胱の排尿機能を支配している骨盤神経を端々吻合し、膀胱への神経経路を高率に再建できた。また、骨盤神経の欠損部に下腹神経あるいは陰部大腿神経を移植し、いずれの神経でも高率に神経経路を再建できた。2)自律神経機能を保持したイヌ自家膀胱移植:上記の実験結果に基づいて、イヌを用いて膀胱の自家移植を行った。骨盤神経の他に膀胱への動脈、静脈、尿管、尿道を切断して膀胱を遊離した後、これらを再吻合して自家移植を行った。神経機能を持った膀胱移植に成功した。3)イヌ新膀胱に対する神経再支配:膀胱が摘出された場合、腸管で膀胱を代用にする新膀胱形成手術が広く行われている。この新膀胱に対する骨盤神経シグナルの再支配を試みた。新膀胱(結腸)を支配している結腸神経と骨盤神経との間に下腹神経を移植した。約1年6ヶ月後、5頭において、神経経路の再建を成功した。移植手術を行った骨盤神経を電気刺激することにより、結腸(新膀胱)の収縮反応が見られた。4)イヌ下腹神経再建:(自然再建)下腹神経を約半分切除しても、4年後(ヒトでは20年以上に相当)に精管、膀胱頚部、前立腺、肛門管に至る神経経路が自然再建され、交差性、2重交差性の神経経路も再建される知見を得た。(神経移植)下腹神経の欠損部に自律神経である結腸神経および体性神経である陰部大腿神経を移植した。いずれの移植でも高率に神経経路が再建された。(神経再建の組織学的検討)骨盤神経と結腸神経との間に移植された下腹神経グラフトに生じた神経再生がHematoxyline・Eosin染色、鍍銀染色、免疫組織化学染色、透過型電子顕微鏡で確認された。5)ヒト自律神経の再建:射精機能温存のための腰内臓神経の再建と、勃起機能温存のための陰茎海綿体神経の再建を行った。いずれも臨床例で成功例を得た。
長期記憶に関与する転写調節因子CREBのターゲット遺伝子のクローニング

アメフラシやショウジョウバエの研究から、cAMPによって活性化される転写調節因子CREBが中枢神経機能、特に長期記憶に重要な役割を果たすことが示唆されていた。本年10月7日のCellの最新号で哺乳類の記憶にもCREBが必須であることがノックダウンマウスにより明確に示された。我々は以前より、抗CREB抗体で中枢神経細胞、特に海馬が強く染まることから、CREBと長期記憶の連関に注目し、神経細胞の興奮→細胞内カルシウム上昇→カルモデュリンキナ-セIVの活性化→CREBリン酸化→長期記憶関連遺伝子の発現といった経路の存在を確信してきた。この仮設が正しければ長期記憶を担うシナプス可塑性遺伝子の一部はCREBのターゲット遺伝子(すなわちプロモーター領域にCREが存在する)である可能性が高い。本研究ではCREBのターゲット遺伝子をクローニングすることによってこうした長期記憶に不可欠な遺伝子を同定しようとしている。さまざまなアプローチでシナプスの可塑性を制御する遺伝子の探索は行われているが、本研究では転写因子CREBが結合し制御する遺伝子にターゲットを絞り込み、海馬の細胞が興奮時に特異的に発現するものをターゲット遺伝子として同定する予定である。
文化財の材質調査のための２次元イメージング検出器の開発

X線回折のための可搬型分析装置が充分に実用化されれば文化財の材料分析からはさらに多くの情報が得られると考えられる。そして、2次元イメージングが可能なX線検出器の開発を行うことが本研究の目的である。本研究ではガス電子増幅フォイルを用いた検出器に信号を効率良く処理するストリップ読出し法を適用した。そして、この方法を用いることにより、粉末試料からのデバイ-シェラー環の一部を2次元的に捕えることに成功した。検出精度のさらなる向上や文化財調査に向けた安全性の向上が今後の課題である。蛍光X線分析と比較すると、可搬型のX線回折は充分に実用化されているとは言えないのが現状である。従来の分析方法では、ゴニオメータを用いて、X線源とX線検出器が試料に対して同じ角度になるように動かさなければならない。文化財への安全性を考慮すると、このように駆動部が多いことは装置の設置や使用を不安なものとしてしまう。このことが、X線回折のための可搬型分析装置の普及が遅れている要因の一つであると考えられる。一方、分析したい角度領域をカバーするように、X線を2次元的に捕えるような検出器を固定すれば、装置全体の駆動部を減らすことができる。これが本研究の提案する新しいアイディアである。分析装置の開発を実施する際には、分析の対象となる文化財の安全性を充分に考慮しなければならない。本研究の最初の段階で、開発を行おうとしている検出器に求められる仕様の検討を行った。本研究では、簡便かつ安価なX線の2次元イメージングが可能な検出器の開発を目指している。このため、研究代表者らが開発したガス電子増幅フォイルとCMOS技術を用いた読み出し基板から構成される検出器を用いて実験を開始した。しかし、このようにCMOSを用いた読出しのための素子を2次元状に配置した検出器よりも単純化した信号検出の方法として、1次元のストリップ状のパッドを読出し基板に配置して信号読出しを行う方法が考えられる。連携研究者とともに、1次元ストリップ読出しができる検出器の開発に関して検討を行った。検出器の開発と並行して、イメージングプレートを用いて、ラウエ像が得られるかを評価する基礎実験も進める予定である。この基礎実験のための、超小型X線発生装置の選定を行った。文化財を構成している材料の同定は文化財保存科学において重要な課題の一つである。しかし、文化財の調査では資料採取が許されず、非破壊・非接触を大前提とした手法を要求されることが多い。このため、X線を用いた調査手法は重要である。ところで、文化財の調査現場では、蛍光X線分析と比較すると、X線回折を用いた分析は活用される頻度が低い。その主な理由は、可搬型の分析装置が充分に実用化されていないことが挙げられる。しかし、X線を2次元的に捕えるようなX線検出器を開発しX線回折に適用すれば、装置内の駆動部分を減らすことが可能となり、可搬型分析装置の開発を促進すると期待できる。以上が本研究の着想に至った経緯であり、ガス電子増幅フォイルを用いて2次元イメージングが可能な検出器の開発を行うことが本研究の目的である。本研究ではX線の検出を行うために、ガス電子増幅フォイルを用いた検出器の開発を行った。CMOS技術等を用いた従来の検出器では、信号を読み出すための素子を2次元状に配置して行う方法が多かった。一方、本研究では従来よりも単純化した信号検出の方法として、1次元のストリップ状のパッドを読み出し基板に配置して信号読出を行う方法を開発し、その方法を評価するための実験を行った。X線源として本研究費で購入した空冷式の小型X線管を使用した。また試料としては、NaClの粉末試料を用いた。ブラッグの条件式から反射X線の強度が高いと予想される位置にX線検出器を設置して、反射X線の強度に応じた2次元イメージを作成した。その結果、デバイ-シェラー環の一部を2次元的に捕えることに成功した。従来と比較すると簡便な方法でX線2次元イメージを得ることに成功したが、検出精度のさらなる向上や文化財調査に向けた安全性の向上が今後の課題である。本年度は、開発を行おうとしている検出器に求められる仕様の検討を行った。そして予定通り、ガス電子増幅フォイルとCMOS技術を用いた読み出し基板から構成される検出器を用いて実験を開始した。また連携研究者とともに、1次元ストリップ読出しができる検出器の開発に関しても検討を行い、平成27年度までの実験計画を立てた。しかし当初、検出器の開発と並行して、イメージングプレートを用いて、ラウエ像が得られるかを評価する基礎実験を終了する予定であったが、超小型X線発生装置の再検討に時間を要してしまった。装置の選定は終了したので、平成27年度の前半から実験を速やかに開始する予定である。

保存科学昨年度、選定を行った超小型X線発生装置とイメージングプレートを用いて、ラウエ像が得られるかを評価する基礎実験を実施する。次に、昨年度までに開発を進めてきたX線検出器と、上述の超小型X線発生装置とを組み上げて、X線検出器の性能評価を行うためのシステムを構築する。このようにして構築したプロトタイプの検出器の性能評価を行うために、絵画や遺跡の彩色に用いられている顔料と同じ成分の標準試料、古墳等の遺跡や建造物で析出している塩類の試料を分析した時に、正しい回折像が得られるかどうかを評価する。当初、検出器の開発と並行して、イメージングプレートを用いて、ラウエ像が得られるかを評価する基礎実験を終了する予定であった。しかし研究開始後、最新情報をもとに、超小型X線発生装置の仕様を再検討したところ、装置の選定に時間を要してしまったことが理由である。超小型X線発生装置の選定と発注は平成26年度に終了しており、当該装置は5月に納品される予定である。納品後は速やかにX線発生装置とイメージングプレートを用いた実験を開始する予定である。