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ネギ属野菜類の高血圧・動脈硬化症に対する防御効果と加熱調理の影響

ネギ属野菜類のうちタマネギやネギは、共に日常的に頻繁に食される身近な食品であるが、その生理効果についてはあまり報告がない。そこで平成15年度はタマネギ、平成16年度はネギについて、血圧上昇抑制効果、抗酸化効果、体内脂質蓄積防御効果などを検討した。【平成15年度】タマネギの血圧上昇抑制効果および抗酸化効果に対する加熱の影響を、NO合成酵素阻害剤(L-NAME)誘発高圧ラットを用いて検討した。タマネギ試料は生、あるいは60分間沸騰加熱したものを凍結乾燥して粉末にしたものを用いた。その結果、L-NAME誘発高血圧ラットに対して、生タマネギの血圧上昇抑制効果は100°C60分間加熱することにより消失した。また生タマネギによる血中TBAR上昇抑制作用も加熱により見られなくなり、さらに尿中NO代謝物排泄の減少や血管NOS活性の低下抑制も見られなくなった。自然発症高血圧ラット(SHR)を用いた実験においても、生タマネギの効果は加熱調理により見られなくなることが示された。【平成16年度】正常ラットに高脂肪高蔗糖食を投与した場合の血中および肝臓脂質上昇ならびに血圧上昇に及ぼす影響を、青ネギおよび白ネギについて比較検討した。その結果、高脂肪高蔗糖食に5%青ネギを添加することにより2、4週目の血圧上昇は有意に抑制されたが、白ネギ添加では有意な抑制効果は認められなかった。血管スーパーオキシド生成能は高脂肪高蔗糖食投与で亢進し、青ネギにより抑制された。白ネギによる抑制効は弱く有意ではなかった。体内の脂質に対しては、青ネギによる影響が強く、血漿・肝臓コレステロールとTGの上昇を抑制した。白ネギでは血中コレステロールおよびTGに有意な影響は見られなかったが、肝臓におけるそれらの上昇を抑制した。これらの結果、白ネギよりも青ネギにより強い生活性を見出した。動脈硬化症の進行には高脂血症とともに血中脂質酸化が関わることが知られている。そこで、血中ならびに臓器中の酸化の程度を測定して、ネギ属野菜類投与時における生体内における抗酸化効果を調べた。さらに血圧上昇に対する影響も調べて、動脈硬化症の予防・治療に有効な実践的な成果を得ることを目的とした。今年度はネギ属野菜類のうち世界中で多食されているタマネギについて、血圧上昇抑制効果および抗酸化効果に対する加熱の影響を、NO合成酵素阻害剤(L-NAME)誘発高血圧ラットおよび自然発症高血圧ラット(SHR)を用いて検討した。[方法]雄性SDラット(6週齢)を4群に分け、1群には水を、3群にはL-NAME水溶液(50mg/kg BW)を飲料水として投与した。水投与群には5%セルロース飼料を与え、L-NAME投与群には5%セルロース飼料,5%生タマネギ飼料、または5%加熱タマネギ飼料をそれぞれ与え、4週間飼育した。血圧は収縮期尾動脈圧をTail-cuff法で測定した。さらに飼育終了前3日間の尿を採取して尿中NO^<2->/NO^<3->排泄量を測定し、飼育終了後の血漿過酸化脂質(TBARS)、大動脈血管のNO合成酵素(NOS)活性を測定した。同様の方法で、日本SLCより購入したSHRについても検討した。[結果]L-NAME誘発高血圧ラットに対して、生タマネギの血圧上昇抑制効果は、タマネギを100°C60分間加熱することにより消失した。またL-NAME誘発高血圧ラットにおける生タマネギによる血中TBAR上昇抑制作用は加熱により見られなくなり、尿中NO代謝物排泄の減少や血管NOS活性の低下を抑制する傾向も見られなくなった。

SHRを用いた実験においても、生タマネギの効果は加熱調理により見られなくなることが示され、タマネギをあまり加熱しないで摂取することが望ましいと考えられた。【目的】多くのネギ属野菜類は多様な生理活性が期待されて古くから食されてきた。ネギ属野菜類のうち、青ネギ・白ネギは、共に日常的に頻繁に食されている身近な食品であるが、その生理効果についてはあまり報告されていない。そこで本年度は、正常ラットに高脂肪高蔗糖食を投与した場合の血中および肝臓脂質上昇ならびに血圧上昇に及ぼす影響を、青ネギおよび白ネギについて比較検討した。【方法】雄性SDラット(6週齢)を1週間予備飼育後実験に使用し、1群7匹で4群に分けた。各群に、コントロール食、高脂肪高蔗糖食、5%青ネギまたは白ネギを添加した高脂肪高蔗糖食を、それぞれ自由摂取させて4週間飼育した。青ネギ、白ネギは凍結乾燥後粉砕したものを使用した。血圧は、2、4週目の収縮期尾動脈圧をTail-cuff法で測定した。飼育終了後、血管のスーパーオキシド生成能を化学発光法により測定した。また、血漿および肝臓の総コレステロール、トリグリセリド(TG)を測定し、肝臓における脂肪酸合成酵素および分解系酵素の活性を測定した。【結果】高脂肪高蔗糖食を2または4週間投与することにより血圧が有意に上昇した。高脂肪高蔗糖食に5%の青ネギを添加することにより2、4週目の血圧上昇は有意に抑制されたが、白ネギ添加では有意な抑制効果は認められなかった。血管のスーパーオキシド生成能は高脂肪高蔗糖食投与で亢進し、青ネギにより抑制された。白ネギによる抑制効果は弱く有意ではなかった。体内の脂質に対しては、青ネギによる影響が強く、血漿および肝臓のコレステロールとTGの上昇を抑制した。白ネギでは血中コレステロールおよびTGに有意な影響は見られなかったが、肝蔵におけるそれらの上昇を抑制した。肝蔵の脂肪酸合成酵素活性は両ネギによる影響は見られなかった。脂肪酸分解系の酵素活性(Acyl-CoA dehydrogenase)は青ネギにより上昇したが、白ネギによる影響は見られなかった。
Thermus属細菌のアスパラギン酸キナーゼの活性調節機構とリジン生合成系の解析

リジン、スレオニン、メチオニンに至る生合成経路の初発酵素であるアスパラギン酸キナーゼ(AK)の活性は、それらの系の最終産物あるいは中間体によるフィードバック阻害によって制御されている。スレオニンにより阻害されるThermusのAKを用いてその保存残基30個について、その部位特異的変異から、基質や金属イオンの結合および触媒反応に関わるアミノ酸残基を同定した。AKの構造と機能をより深く理解するために、ThermusのAK以外にも、リジンとスレオニンの共存下においてのみ阻害が観察されるBacillus subtilisのAKIIIの遺伝子をクローン化し、大腸菌から精製した酵素を用いてその性質を解析した。その結果、非常に興味深いことに、同酵素は単量体であることがわかった。これまでに見いだされた、全てのAKはオリゴマー酵素であり、フィードバック阻害はサブユニット間相互作用の複雑な変化により引き起こされるものと考えられたが、AKIIIでは阻害機構がよりシンプルである可能性が示唆された。リジン生合成変異株の解析及びその変異を相補するDNA断片の解析などによる一連の研究により、Thermusでは、リジンはAKを介さない経路(αアミノアジピン酸経路)で合成されることを見いだした。しかしながら、その経路は通常のカビ・酵母で見られるものと異なり、経路の後半はアルギニン生合成と似た反応によることが遺伝子の塩基配列から示唆された。クローン化されたargDのホモログ(lysJと命名)が実際にリジン生合成に関わることを遺伝子の破壊により明らかにした。また、同酵素を精製し反応速度論的解析を行ったところ、LysJはリジン生合成の推定基質よりもアルギニン生合成中間体の方をより良い基質とすることが明らかになった。これは、Thermusの生育におけるアルギニン生合成の重要性を示唆すると同時に、リジン生合成とアルギニン生合成が進化的に関連することを示すことになった。リジン、スレオニン、メチオニンに至る生合成経路の初発酵素であるアスパラギン酸キナーゼ(AK)の活性は、それら系の最終産物あるいは中間体によるフィードバック阻害によって制御されている。AKはアミノ酸生合成を担う重要な酵素であるにも関わらず、活性制御の機構に加えて触媒残基等の活性発現に重要なアミノ酸残基すら、全く解析されていない。Thermus属細菌のAKは遺伝子の同一の読みとり枠から翻訳され生じる2つのサブユニットがそれぞれ4個ずつ結合したα_4β_4のヘテロ8量体を構成するスレオニン感受性の酵素である。本研究では、ThermusのAK保存残基の役割を解明することを通じ、AKの触媒機構を明らかにすると共に、タンパク質工学的な手法を用いて個々のサブユニットに機能を明らかにし、フィードバック阻害の機構を解明することを目的とした。AK間で高く保存されている残基を30程度選択し、Ala scanning mutagenesisを行なったところ、T47がアスパラギン酸との結合に、K7及びE74が触媒機能に関わることが示唆された。また、反応のMgイオン濃度依存症の変化から、Mgイオンの結合に関わる幾つかのアミノ酸残基を明らかにした。これまでに我々が行ったAK遺伝子破壊の実験から、ThermusにおいてはAK遺伝子はただ1種類であり、リジン生合成系がAKと独立して存在することが示唆された。そこで、化学変異剤処理によりThermusのリジン栄養要求変異株を取得し、その栄養要求性を相補するThermusのDNA断片をクローン化した。塩基配列決定の結果、同DNA断片には、ホモアコニターゼ遺伝子ホモログが見いだされた。

クローニングの宿主として用いたThermus変異株の栄養要求がαアミノアジピン酸により回復したことを考え合わせると、Thermus属細菌では、これまでに細菌では知られたことのないαアミノアジピン酸経路でリジンが生合成されていると考えられた。さらに、ホモアコニターゼ遺伝子ホモログの周辺には、ホモクエン酸合成酵素のほかに、アルギニン生合成系の酵素ホモログをコードすると予想される遺伝子が存在していた。Thermusでは、染色体の他の部位にアルギニン生合成遺伝子が見いだされているとから、今回見いだされた遺伝子の機能に興味が持たれたが、それらの遺伝子破壊株は1つを除きいずれもリジン要求性を示し、これらが、新規のリジン生合成酵素遺伝子クラスターを形成していることが明らかになった。リジン、スレオニン、メチオニンに至る生合成経路の初発酵素であるアスパラギン酸キナーゼ(AK)の活性は、それらの系の最終産物あるいは中間体によるフィードバック阻害によって制御されている。これまで、スレオニンにより阻害されるThermusのAKを用いてその保存残基の部位特異的変異から、幾つかの活性に関わるアミノ酸残基を同定してきた。本年度は、リジンとスレオニンの共存下においてのみ阻害が観察されるBacillus subtilisのAKIIIの遺伝子をクローン化し、大腸菌から精製した酵素を用いてその性質を解析した。その結果、予想通りリジンとスレオニンによる協奏的阻害が観察されたことに加え、非常に興味深いことに、同酵素は単量体であることがわかった。これまでに見いだされた、全てのAKはオリゴマー酵素であり、フィードバック阻害はサブユニット間相互作用の複雑な変化により引き起こされるものと考えられたが、AKIIIでは阻害機構がよりシンプルである可能性が示唆された。一連の研究により、Thermusでは、リジンはAKを介さない経路(αアミノアジピン酸経路)で合成されることを見いだした。しかしながら、その経路は通常のカビ・酵母で見られるものと異なり、経路の後半はアルギニン生合成と似た反応によることが遺伝子の塩基配列から示唆された。本研究の開始までにクローン化されていた遺伝子の産物の活性検定は難しかったが、新たにクローン化されたargDのホモログ(lysJと命名)が実際にリジン生合成に関わることが明らかになった。また、その一方で、LysJはリジン生合成の推定基質よりもアルギニン生合成中間体の方をより良い基質とすることが明らかになった。これは、Thermusの生育におけるアルギニン生合成の重要性を示唆すると同時に、リジン生合成とアルギニン生合成が進化的に関連することを示すことになった。
三次元培養によるヒト多能性幹細胞から小脳組織への分化誘導

緻密な運動制御に重要な小脳神経の変性は、重篤な運動失調を生じる。根治療法のない脊髄小脳変性症を視野に、ヒトES・iPS細胞から小脳神経細胞の分化誘導を行い、ヒト由来細胞の疾患モデル化による疾患の原因究明や創薬へ結びつける。3次元浮遊培養による分化誘導で培養初期のFgf2の添加は、培地含有のインスリンとの協調作用により、菱脳峡オーガナイザーを形成し、自律的な小脳神経細胞、特にプルキンエ細胞や顆粒細胞などの効率的な分化を誘導した。培養途中でのFgf19およびCXCL12の添加は極性を伴った小脳組織の構築に寄与した。本研究によって、ヒトES・iPS細胞から小脳神経細胞の誘導と組織構築に成功した。小脳は緻密な運動の制御に重要な役割を果たすため、小脳神経の変性および脱落によって重篤な運動失調が引き起こされる。しかしながら脊髄小脳変性症に代表される神経変性疾患や小児に多い髄芽腫などは、発症メカニズムが不明な事もあり未だ根治療法がない。創薬や治療法の探索のためにも有用な解析モデルの確立が急がれる。研究代表者はマウスES細胞から小脳神経細胞への効率的な分化誘導法を報告しており、本研究課題において同法をヒトES細胞およびiPS細胞へと応用する事を目指している。本課題では個別の小脳神経細胞の高効率な誘導法にとどまらず、組織構築と細胞間ネットワークを保持した「試験管製の小脳:in vitro cerebellum」をヒト由来の細胞で作製する事によって、疾患の原因究明や創薬研究へとつなげることを目的とする。分化誘導はマウスES細胞から小脳の発生過程を再現する事のできた三次元浮遊培養法を用いた。無血清培地下でFgf2を添加すると、ヒトES細胞から効率よく小脳神経前駆細胞へと分化した。これは既に報告しているマウスES細胞での系と同様の現象である。すなわち初期の小脳前駆細胞のマーカーであるAtoh1, Barhl1, Kirrel2, Skor2などが発現する。このようにして分化誘導したヒトES細胞由来小脳前駆細胞は、接着条件下で長期培養すると、形態学的・細胞生物学的・電気生理学的にも成熟した小脳神経細胞へと分化する事が確認できた。現時点で組織構造的にも胎生期初期の小脳板を再現できつつある。またヒトiPS細胞への適用も試みており疾患由来iPSでの検討も視野に入りつつある。小脳は緻密な運動制御を担うため、その神経変性によって重篤な運動失調を引き起す。研究代表者はこれまでに、マウスES細胞から移植可能な小脳プルキンエ細胞と顆粒細胞を、効率よく分化させる三次元浮遊培養法を報告している。本課題では、この分化誘導法をヒト多能性幹細胞へと応用し、個別の神経細胞への分化に留まらず組織構造を伴った小脳を作り上げる事を目指している。本法の確立により、ヒト小脳における初期発生研究のための新規で、且つ、有用な解析モデルを提示する事が可能となる。また、神経変性疾患である脊髄小脳変性症は遺伝子的背景が強いため、患者由来のiPS細胞へ応用すれば原因究明や創薬研究への可能性が広がる。分化誘導は小脳の発生過程を忠実に再現すること、即ち、(1)神経管の前後軸を制御し峡部形成体領域(オーガナイザー)を誘導する、次に(2)背腹軸情報を与え小脳の発生場へと収束させるよう試みた。これまでのところ、hES細胞においても分化誘導初期のFgf2がオーガナイザー周辺領域を誘導し(En2+, Gbx2+, Otx2-)、腹側化作用を持つhedgehogの阻害、および、背腹化作用を持つBMPシグナルによって小脳神経前駆細胞を誘導できる事を見出している(Kirrel2+, Ptf1a+, SKOR2+, Atoh1+)。これはマウスES細胞で見出した系と同様である。これら神経前駆細胞が機能的で成熟した細胞になりうるのか、長期培養後の機能解析を行うとともに、より小脳組織らしい構造を作り出せる系へと改良を進めている。しかしながら脊髄小脳変性症に代表される神経変性疾患や小児に多い髄芽腫などは、発症メカニズムが不明な事もあり未だ根治療法が無い。創薬や原因究明のためにも、ヒト由来細胞での有用な解析モデルの確立が急がれる。研究代表者はマウス胚性幹細胞(ES細胞)から小脳プルキンエ細胞の効率的な分化誘導法を報告しており、本研究課題において、同法をヒトES細胞およびiPS細胞に活用する事を目指している。

本課題では個別の小脳神経細胞の効率的な誘導法に留まらず、組織構築と細胞間ネットワークを保持した「試験管製の小脳:in vitro cerebellum」をヒト由来細胞で作製する事によって、疾患の原因究明や創薬研究へと繋げる事を目的とする。分化誘導は3次元浮遊培養法によって小脳の発生過程を再現する事でおこなった。具体的には、無血清培地下でFgf2とインスリンの協調作用によって、小脳の発生には必須の菱脳峡オーガナイザーが誘導された。オーガナイザーの誘導によって、ヒトES細胞から自律的に、効率よく小脳神経前駆細胞へと分化される事が今回の研究によって明らかとなった。発生を再現した自己組織的な分化誘導により、プルキンエ細胞だけではなく顆粒細胞など複数種類の細胞を同時に分化誘導させる事も可能であった。小脳を構成する複数種の細胞群から組織構造を構築させる事を目指したところ、培養過程でFgf19とCXCL12を添加することにより、小脳神経細胞からなる層構造を形成させることにも成功した。ヒトES細胞で確立した本分化誘導法をヒトiPS細胞へ活用したしたところ、プルキンエ細胞をはじめとした小脳神経細胞が分化させる事が可能であった。神経発生マウスES細胞で樹立した系を、ヒトES細胞にも適用できたという事で最初のステップをクリアできたと考える。実験の遂行に必須であったヒト由来組織に対する抗体の市販品ラインナップが急速に増え、研究結果の詳細な解析が可能になったことは大きな要因である。ヒトの初期発生に関わる論文報告や知見は未だ乏しく手探りの状態が続くが、裏を返せば本研究課題で得られる結果が初めての報告となる事でもあり、基礎研究から応用研究へとつながる橋渡しになりうるとの期待ができる。マウスES細胞で樹立した分化誘導法を、ヒトES細胞へとほぼ応用する事が出来た事は、培養系の確立が概ね順調に進展している事を示していると考えられる。一方で、結果の評価に必須なヒト特異的な細胞マーカ抗体が入手困難であったり、初期発生での知見・評価報告が乏しいことなどが、実験の遂行に遅れをもたらしている面がある。ヒトES細胞で樹立した培養法をヒトiPS細胞へと応用する。神経変性疾患由来のiPS細胞の場合は、小脳神経細胞の中でも特にプルキンエ細胞に注目する。iPS由来プルキンエ細胞が(1)正常な成熟過程を経るのか、(2)神経変性・脱落の現象をin vitroでも再現できるのか、(3)もし再現できるのならどの段階で認められるのか、(4)細胞死の原因と成りうる封入体を形成するか、原因遺伝子とされるイオンチャネルの機能に異常はないのか、などを重点的に解析する。この解析を通じて、創薬ターゲットを探るための網羅的スクリーニング法の確立もめざす。ヒトES細胞においては構造的に保存された組織ができつつあるので、長期浮遊培養の方法をさらなる改良を行い具現化を目指す。分化誘導されたヒトES由来小脳神経細胞に対する機能解析(電気生理や動物への移植など)を行うとともに、患者由来のiPS細胞を樹立し、これを用いた分化誘導を行う。該当なし
腎炎型鶏伝染性気管支炎に関する実験病理学的研究

研究目的及び研究計画:鶏伝染性気管支炎ウイルス(IBV)は株により病原性が異なり、呼吸器以外に腎臓を強く侵襲する株の存在が知られている。本研究では腎炎を起こして死亡した鶏の腎臓から分離されたIBV-AM83株を28日齢のSPF鶏に噴霧接種して121日に安楽死させ病理学的検索を行った。研究成果:1.臨床所見として呼吸器症状(113日),沈うつ(217日),下痢(517日)を認めた。血中尿酸値は接種後913日に12117mg/dlの高値を示した。2.蛍光抗体法で気管粘膜上皮細胞(113日),腎臓尿細管上皮細胞(717日)にIBV特異蛍光が観察された。肺,肝,脾,ファブリキウス嚢に散在性の軽微な特異蛍光が見られた。3.血球凝集抑制抗体価は1121日に1:64ないし1:512と著しく上昇した。4.気管は肉眼的に粘液増量,粘膜充血,混濁,肥厚を示した。走査電顕では気管粘膜上皮の線毛は23日でほぼ全域にわたり消失したが、9日以降急速に回復した。光顕では気管上皮細胞の変性・炎性細胞浸潤・水腫(113日),リンパ濾胞形成(1721日)を認めた。透過電顕では上皮細胞細胞質内及び線毛・微絨毛間にウイルス粒子の集団が見られた。(13日)。腎臓は肉眼的に913日に高度に腫大し、尿細管や尿管は尿酸塩貯留のため白色を呈し拡張した。光顕では尿細管の変性(713日),尿酸塩結晶・尿酸性肉芽腫(11・13日),偽好酸球やリンパ球浸潤(721日),結合組織の増生(1121日),リンパ濾胞形成(17・21日)を認めた。透過電顕で尿細管上皮の細胞質内にウイルス粒子が観察された(513日)。気管及び腎臓以外の臓器の病変は乏しかった。考察:IBV-AM83株噴霧接種鶏では、ウイルスは感染初期に気管で増殖して組織病変と呼吸器症状を惹起し、次いでおそらくウイルス血症により諸臓器に拡がり、腎臓に定着して913日に尿細管変性と間質性腎炎を引き起こすものと考えられる。(13日)。
誘導加熱用電源システムの高周波化に関する研究

本研究では、高効率な誘導加熱システムを実現するため、まず被加熱物体の磁気特性に依存する磁束分布および渦電流分布を明らかにした。またこの解析結果をもとにモデリングを行い、加熱が難しい非磁性被加熱物体に適した加熱方法や駆動波形を導出した。さらに、加熱に適した駆動波形を出力するインバータ方式についても検討を行ったところ、コイルの巻線やソフトスイッチングについて、これまでのやり方では解決できない問題を抱えていることがわかった。IHクッキングヒータは、オールメタル対応モデルの登場とオール電化住宅の波に乗り、近年身近な家電製品へと成長した。しかし、現在世に出ているものはアルミ、銅や非磁性ステンレスを材質とした被加熱物に対して加熱効率が低く、本来の特性を発揮できていない。誘導加熱に時間を要するこれらの材質は熱伝導率が高く、またアルミにおいては軽くて加工が容易な上錆びにくいといった特徴をもつことから鍋やフライパンに非常に適しており、IHの高効率加熱化が待望されている。この課題に対し、発生磁束を高周波化して表皮効果を起こし、渦電流密度を高めることで加熱効率を上げる方法が提案されている。しかしながら、これまで非磁性を示す被加熱物も磁性体と同様に扱われており、磁束分布や渦電流分布の違いについて考慮が足りない。このため、IH用インバータの出力に求められる要求も明確になっておらず、この点を明らかにすることが高効率加熱への第一歩と考えられる。そこで、昨年度はまず被加熱物に適した材質について比透磁率、抵抗率、熱伝導率及び錆の各項目ごとに再調査をし、整理を行った。つぎに、IHクッキングヒータを模擬した実験装置を製作し、被加熱物の代表例である鉄とアルミニウムを用いて、磁性の有無が加熱過程に及ぼす影響を調査した。複数の測定方法を試したところ、サーチコイルを用いた磁束分布の測定とサーモグラフィを用いた渦電流分布の測定が有効であることがわかった。これらの測定をもとに解析を行った結果、磁性体中では、磁束が鍋底中心から縁へ向かって放射状に広がり、周波数依存性が低いことがわかった。一方、非磁性体中では周波数が高くなると表皮効果が現れ、鍋底の縁に磁束及び渦電流が集中することがわかった。これは、これまで考えられてきた高周波化による加熱効率の改善を否定する結果であり、より詳細な調査を継続する必要がある。しかし、アルミニウム、銅や非磁性ステンレスを材質とした被加熱物に対して加熱効率が低く、IHの利点を発揮できていないのが現状である。一方でこれらの材質は熱伝導率が高く、またアルミニウムにおいては軽くて加工が容易な上錆びにくいといった特徴をもつことから鍋やフライパンに非常に適しており、IHの高効率加熱化が待望されている。この課題に対し、まず材質による加熱課程の違いを調査するため、一昨年度、被加熱物の代表例である鉄とアルミニウムに焦点をあて、磁束分布と渦電流分布の有効な測定方法について実験を重ねた。その結果、サーチコイルとサーモグラフィを用いた測定が有効であることがわかったが、得られた結果に不自然な箇所(磁束の向きについて)が一部あり、加熱課程の導出まで至らなかった。そこで昨年度、磁束測定部を細部まで調査し、さらに測定範囲を3次元に拡大した結果、サーチコイルの問題点とその解消法がわかり、不自然であった現象も含めて以下の結果を得ることができた。(1)強磁性体では表皮効果により磁束が鍋底に集中し、鍋底の中心を除いて縁へ向かって放射状に広がる。渦電流も鍋底に偏り、高周波であるほど加熱効率が高い。(2)常磁性体及び反磁性体では表皮効果により鍋の側面に磁束及び渦電流が集中し、側面の加熱効率は上がるが鍋底を広範囲で加熱できなくなる。よって、材質の熱伝導率との兼ね合いで加熱効率が最も高くなる周波数が存在する。今後、誰でも設計を容易に行えるよう等価回路化に持ち込みたい。一方で負荷変動が大きくなることを前提にインバータのソフトスイッチング化を行ったが、回路を大型化させてしまった。これは継続して検討が必要である。一昨年度、材質による加熱課程の違いとその詳細を明らかにすることができたため、昨年度はこの結果をふまえて、最適なインバータ出力波形に関する検討及びインバータ回路の検討を行い、以下の結果を得ることができた。(1)最適なインバータ出力波形の検討様々な形状、周波数の波形を試作IHシステムに入力し比較したところ、波形による違いより周波数による違いが顕著に表れた。そこで、周波数の異なる正弦波を入力して詳細に測定したところ、どの材質でも最も加熱効率の高いポイントが見られた。アルミニウムの場合5kHz程度、鉄の場合20kHz程度で最大効率を示し、これまで言われてきた"加熱効率を上げるためには高周波化"に反する結果であった。

この結果を一昨年度までの解析結果と照合したところ、被加熱物体における加熱効率は周波数が高いほど良いが、高周波になるとワークコイルの導通損失が顕著になりトレードオフすることがわかった。以上より最適なインバータ出力波形は最大効率周波数における(高調波成分をもたない)正弦波であり、ワークコイルにおける導通損失の抑制が効率改善に最も効果的であることが見い出せた。(2)誘導加熱用高周波インバータの製作及び検討(1)の結果から正弦波を出力するインバータが適しており、回路の共振点において動作するものが良いとわかった。まず条件を満たすハードスイッチングインバータを製作したところ、やはりサージやスイッチング損失が顕著となった。そこで共振点におけるソフトスイッチングインバータを調査したところ、東京海洋大及び日立メディコからのみ報告があったが、高周波数における相性が悪いことがわかった。この課題を解消する回路方式について検討したが良い結果が得られず、検討を継続する予定である。一昨年度、IHに適したインバータの出力波形について検討し、より高周波の正弦波であるほど高効率に加熱できることがわかった。ただし高周波化に伴い、表皮効果及び近接効果によるワークコイルの導通損失が増加し、実際はこれらのトレードオフポイントで動作させる必要があった。そこで昨年度、以下の検討を行った。(1)ワークコイルの損失低減リッツ線の各線に流す電流を変化させようと試みたが、どのパターンも発生磁束を抑制させ、リッツ線単体で対処できないことがわかった。そこで磁性材料を近接させて傾向を調べたところ、表皮効果に影響を与えることができた。どのような構造の磁性材料が効果的か、より深い検討を要する。(2)誘導加熱用ソフトスイッチングインバータの検討数台のインバータをリンクさせて相互補助を行うソフトスイッチングを試みたが、メイン動作に悪影響を与え、補助スイッチを用いてリンクを切るモードが必要であることがわかった。ただし、これらの方式は補助スイッチを増加させてしまうため有効とは言い難い。デューティサイクル一定でリンク部の働く期間が固定されると補助スイッチを削減できることがわかったが、IHには適していない。(3)入力商用電源の高調波抑制入力平滑フィルタを小さくし、パルス変調制御に入力電圧の変動に対応するブロックを追加させたところ、高調波の抑制及び力率改善とインバータの安定動作を同時に実現できた。(4)システムの総合評価部分的に改善されたものIH負荷が要求する最適波形を出力するには、今回提案してきたインバータ方式では不十分であることがわかった。高周波に対応するワークコイルの提案が鍵となるため、今回見いだせた磁性材料の利用を今後も検討していく必要がある。これまでの結果をまとめ、2本目の論文の投稿準備を進めている。各種被加熱材料に対する加熱過程の詳細が明らかになり、その結果は従来知られていたものと大きく異なるものであった。これをもとに研究計画を再検討して進めた結果、最適加熱方式と新しい課題を見出すことができた。以上は当初の計画以上に進んでいるが、駆動回路について当初の予定と異なるものが要求される結果となり、最適なソフトスイッチング方式の導出等、現在苦戦しながら研究を続けている。全体としては良い結果を得ている。
金属-水素配位空間における電気伝導機構とその制御

水素吸蔵能力の最も高い元素のひとつであるイットリウム(Y)に注目し, Y格子中への水素浸入の仕方が格子定数,誘電関数,電気抵抗率,ホール係数に及ぼす影響を調査した.定比組成(YH_2)からの水素濃度変位は, i)格子定数を殆ど変化させないが,誘電関数すなわち電子構造に影響すること, ii)残留抵抗の変動を通じてホール係数の変動を誘起すること, iii)このとき,残留抵抗とホール係数との間に線形な相関が成立することが分かった.この相関の原因として,正孔濃度≒電子濃度,正孔移動度≒電子移動度という特性もつ両極性伝導機構を提案し,このモデルと磁気抵抗測定によって, YH_x(x≒2)のキャリヤの濃度と移動度を評価した.水素吸蔵能力の最も高い元素のひとつであるイットリウム(Y)に注目し, Y格子中への水素浸入の仕方が格子定数,誘電関数,電気抵抗率,ホール係数に及ぼす影響を調査した.定比組成(YH_2)からの水素濃度変位は, i)格子定数を殆ど変化させないが,誘電関数すなわち電子構造に影響すること, ii)残留抵抗の変動を通じてホール係数の変動を誘起すること, iii)このとき,残留抵抗とホール係数との間に線形な相関が成立することが分かった.この相関の原因として,正孔濃度≒電子濃度,正孔移動度≒電子移動度という特性もつ両極性伝導機構を提案し,このモデルと磁気抵抗測定によって, YH_x(x≒2)のキャリヤの濃度と移動度を評価した.六方最密構造(h.c.p.)をもつイットリウム(Y)は、自発的に(負のエンタルピー変化を示しながら)、水素を取り込んで、二水素化物YH_2を生成、さらに三水素化物YH_3に変化していく。YH_3は絶縁体であるのに対してYH_2は金属である。17年度では、YH_2の金属的性質が同じ様に金属である水素化前のh.c.p.Yの金属状態と比べて、どのような点で類似し、どのような点で異なるのかを磁気電気輸送特性と光学特性を調べ、それらの測定結果に基づいて、YおよびYH_2における電気伝導モデルを提案した。17年度実績のひとつは、YH_2を評価するにあたって、水素化前のYにおける電気伝導キャリヤ特性、即ち、キャリヤ濃度と移動度を評価した点である。測定用のY試料は、純度3Nインゴット原料から、スパッタ法あるいはイオンプレーティング法によって厚さ約300nmに成膜した。X線回折によって、h.c.p.構造をとることが確認された。このYを500ppm3%の水素濃度、300400°Cで水素雰囲気処理することによって、YH_2薄膜を生成した。X線回折により面心立法構造(f.c.c.)であることが、また、水素前方散乱とラザフォード後方散乱による組成分析によってY:H=1:2のストイキオメトリーから僅かに偏位し、YH_<2+δ>(-0.3<δ<0.05)であることが確認された。水素化前のYと上述のように水素化した試料の比抵抗(横磁気抵抗)とホール抵抗を磁場1Tの範囲で、また、光学反射スペクトルを0.05から6eVのフォトンエネルギー範囲で測定した。測定は全て室温で行った。前者の磁気電気輸送測定では、磁場変化の効果のみを検出するために、電磁石下で使用できる恒温試料容器を製作・使用することによって測定中の試料温度の変動を±0.02K以下にした。これにより弱磁場条件での比抵抗とホール抵抗の磁場依存性を明確に測定することが出来た。ホール抵抗は、YとYH_<2+δ>ともに磁場に比例するが、前者が負の傾きに対して後者が正の傾きを示した。特に、YH_<2+δ>では、δの値によってその傾き(ホール係数)が変化し、δ=-0.1付近で最小値≒5×10^<-12>m^3/Cを示すことが見出された。一方、横磁気抵抗は、YとYH_<2+δ>ともに磁場の2乗に比例することが見出された。これらの測定結果を複数キャリヤモデルによって解析することによって、YとYH_2ともにi)補償金属であること、ii)その電子と正孔の移動度が数%の範囲で殆ど同一であること、iii)水素化によって電子・正孔濃度が約7倍に、移動度が約3倍に増加することが見出された。1.高純度原料を用いたイットリウムニ水素化物および標準的補償金属試料Moの作成:母体イットリウム(Y)の純度がこれまでに比べて1桁高い、4N原料から、Y薄膜の作成を試みた。しかしながら、3N原料を使用した場合に比べて膜中に酸素を取り込み易く、目的とする薄膜試料が得られなかった。また、磁気抵抗測定の標準試料として、補償金属としての性質が良く知られているMoの薄膜を作成した。2.磁場5Tまでのホール抵抗および磁気抵抗測定:超伝導マグネットを用いて5Tまでの範囲で測定した。尚、18年度も3N原料から作成したYH_<2+x>(x=-0.23,0.04)について300Kで測定した。

その結果、ホール係数R_Hとしてx=-0.23の場合R_H=9.0×10^<-12>m^3/C, x=0.04の場合R_H=1.8×10^<-11>m^3/Cが得られた。一方、標準試料として作成した補償金属であるMoは、同じ条件で測定すると、R_H=5.0×10^<-11>m^3/Cであった。このことから、YH_<2+x>がホール係数が極めて小さい補償金属であることが分かった。YH_<2+x>(x=-0.23,0.04)の横磁気抵抗は、磁場の2乗に比例することが分かり、その比例係数とゼロ磁場比抵抗を用いて、キャリヤ濃度と移動度を評価した。その際、ホール係数がゼロに近いことを考慮して、電子と正孔が等しいキャリヤ濃度・移動度を持つと仮定した。その結果、x=-0.23の場合、n=4.9×10^<27>m^<-3>,μ=1.6×10^<-3>m^2/Vs、x=0.04の場合、n=1.2×10^<27>m^<-3>,μ=4.0×10^<-3>m^2/Vsであった。ホール係数はゼロに近いものの有限値が観測されている。これは電子と正孔では移動度が完全に等しくないためである。ホール係数と先に決定したキャリヤ濃度から、移動度の違いを算出すると、x=-0.23の場合、Δμ=2.2×10^<-5>m^2/Vs, x=0.04の場合、Δμ=2.8×10^<-5>m^2/Vsのように移動度違いは数%程度であった。キャリヤ濃度のみならず、移動度もほぼ等しい補償状態は、従来の補償金属では見出されていないので、水素化物特有の性質であると考えられる。3.光学反射スペクトルとの整合性:本研究で測定した反射スペクトルは、低エネルギー側が自由電子由来のドルーデ型で、高エネルギー側がバンド間遷移の特徴を示す。磁気抵抗測定から決定されたキャリヤパラメータを用いて、ドルーデ型誘電関数を計算すると、観測スペクトルを定量的に再現できることが分かった。磁気抵抗測定から評価されたパラメータは、光学測定と矛盾しないことが確認できた。4.水素過剰型型SmH_<2+x>(x=0.16)の作成および比熱・帯磁率の温度依存性:比熱と帯磁率の測定を行い、重い電子と反強磁性の共存や価数混合状態の可能性を指摘し、SmH_2と異なる特異性を明らかにした。1、SmHx(2.2<x<2.6)の誘電関数における水素濃度の影響について水素化物SmHxで,H/Smが2.22.6の薄膜を作成し,八面体サイトの水素占有濃度が,キャリヤ特性および電子構造にどのような影響を与えるのかを明らかにするために,(1)膜中化学組成分析,(2)結晶構造解析,(3)電気伝導特性,(4)光学反射および透過スペクトルを測定、解析した。薄膜試料は電子ビーム蒸着装置を用いてSmを石英基板上に成膜し,これをArガスと水素ガス(0.53.0%)雰囲気中,焼成温度(280300°C)で15分間保持することにより作成した。水素濃度,焼成温度,焼成時間を変化させることにより,2.2<x<2.6の範囲のSmHx薄膜を作成することができた。膜中の組成分析をRBS,HFS,XPSのよって行い,膜中の酸素がない高品質試料について,比抵抗測定を10300Kの温度範囲で行い,また,反射スペクトル測定をフォトンエネルギー0.056eVの領域で行い,複数のモデル誘電関数を用いた分散解析法によってこの物質における誘電関数を求めた。確認のため,Kramers-Kronig解析によって誘電関数を評価したが,分散解析法と同様なスペクトルが得られた。SmHx(2.2くx<2.6)の誘電関数には,次のような特徴が観測された:(1)帯問遷移にもとづく構造が,1eVと3.5eV付近に観測される,(2)水素濃度の増加と共に,3.5eVの遷移エネルギーが2.5eVまでレッドシフトする,
保健専門職の従事しない保育施設における、子どもの健康管理に関する研究

看護婦・保健婦などの保健専門職の従事していない保育施設(幼稚園・保育園)において、保母や幼稚園教諭などの保育専門職者が子どもたちの健康管理をどのようにおこない、どんな問題点を持っているのかを明らかにすることを目的に本年度の研究を開始した。調査対象及び方法は、研究趣意に対して同意を得た大阪府下の2施設(私立幼稚園および私立保育園)とし、そこに勤める保育専門職者(4人)に対して半構成インタビューと、子どもに関しての参加観察を行った。対象者には、あらかじめ研究趣意書を読んでもらい、口頭でデータの使用法及び守秘について説明し同意を得た上で録音した。インタビュー内容は逐語記録にしたうえでカテゴリー化を行い、カテゴライズされたインタビュー内容は、逐語記録と共に対象者自身に提示し、面接しながら追加訂正を行った。データ分析の結果、保育専門職者は身体面、情緒面各々で子どもの健康管理を行っていた。身体面に関しては、風邪、アレルギー(アトピー性皮膚炎、食物アレルギー)、けが(骨折、打撲、捻挫、切り傷、擦り傷)、てんかんに関して行っており、保健専門職の援助を受けたいことは、「応急処置」「緊急時の対応について」という意見が4人全てから述べられていた。また情緒面に関しては、「落ち着きがない子ども」「自閉的な子ども」「集団生活にうまく適応できない子ども」が増加傾向にあるという印象を持っており、その背景として家族の複雑化、母親の子どもに対する対応の変化を気にかけていた。これらに対しては、家族側から相談にきてもらえない限りは家庭内にまでは関与できないために、家族への介入の難しさを感じていた。1施設では、園医と日頃から情報交換していないためか保健専門職者の常駐を求めていた。一方でもう1施設では、園医と隣接しているために、すぐに相談できるという安心感を持って健康管理が行われていた。
射出・圧縮による異種セラミックス複合材料の成形法に関する研究

本研究は異種セラミックス材料の複合化による高強度化のための残留応カの作り込み技術の開発に関するものである.当初射出成形法と圧縮成形法の成形法の違いが成形品の特性に及ぼす影響の解明までを含めて検討していたが,研究の進行につれて,焼結速度と焼結過程でのクリープ変形特性の正確な把握が最終的な成形品の残留応力を予測するための基礎としてまず重要で,また焼結の前の脱脂工程において予想を超える大きな変形を生じることが明らかになってきたため,これらの課題を中心に検討を行った.得られた結果を以下に要約する.(1)成形品内には射出成形時に分子の伸縮に基づく残留ひずみが作り込まれ,脱脂工程の昇温時にこれが解放されて大きな変形を生じることがわかった.(2)焼結工程における密度の上昇は成形助剤の量に依存するが,アルミナの場合マグネシアの添加量を変えたときの焼結速度の差は1,400°C1,500°Cにおいて大きく,1,600°Cでは飽和に近づくことがわかった.そしてその結果を近似式で表示した.(3)焼結時の応力による変形特性を両端支持梁の自重によるの変形より測定した.その結果のひずみ速度を応カ密度,及び温度による表示式として求めた.(4)焼結助剤の量が異なる材料を組み合わせた3重構造の試験片を製作し,焼結後にひずみゲージにより切断前後のひずみ変化の測定を行った.その結果,焼結助剤の多い部分に引張りの残留応カ,焼結助剤の少ない部分に圧縮の残留応力が生じることが確認された.この結果は,適当な量の焼結助剤を含む材料を表面に配することにより表面に圧縮の残留応力を付与した構造を作ることが可能であることを示すものである.なお,複合構造の成形においてはやはり射出成形がウェルド性の点でもっとも有カな成形法になるが,射出成形工程におけるの材料の流れは成形品の表面性状やウェルド特性にも影響を及ぼすため,これらの問題についても併せて検討を行った.本研究は異種セラミックス材料の複合化による高強度化のための残留応カの作り込み技術の開発に関するものである.当初射出成形法と圧縮成形法の成形法の違いが成形品の特性に及ぼす影響の解明までを含めて検討していたが,研究の進行につれて,焼結速度と焼結過程でのクリープ変形特性の正確な把握が最終的な成形品の残留応力を予測するための基礎としてまず重要で,また焼結の前の脱脂工程において予想を超える大きな変形を生じることが明らかになってきたため,これらの課題を中心に検討を行った.得られた結果を以下に要約する.(1)成形品内には射出成形時に分子の伸縮に基づく残留ひずみが作り込まれ,脱脂工程の昇温時にこれが解放されて大きな変形を生じることがわかった.(2)焼結工程における密度の上昇は成形助剤の量に依存するが,アルミナの場合マグネシアの添加量を変えたときの焼結速度の差は1,400°C1,500°Cにおいて大きく,1,600°Cでは飽和に近づくことがわかった.そしてその結果を近似式で表示した.(3)焼結時の応力による変形特性を両端支持梁の自重によるの変形より測定した.その結果のひずみ速度を応カ密度,及び温度による表示式として求めた.(4)焼結助剤の量が異なる材料を組み合わせた3重構造の試験片を製作し,焼結後にひずみゲージにより切断前後のひずみ変化の測定を行った.その結果,焼結助剤の多い部分に引張りの残留応カ,焼結助剤の少ない部分に圧縮の残留応力が生じることが確認された.この結果は,適当な量の焼結助剤を含む材料を表面に配することにより表面に圧縮の残留応力を付与した構造を作ることが可能であることを示すものである.なお,複合構造の成形においてはやはり射出成形がウェルド性の点でもっとも有カな成形法になるが,射出成形工程におけるの材料の流れは成形品の表面性状やウェルド特性にも影響を及ぼすため,これらの問題についても併せて検討を行った.本研究では,タービンブレ-ドなどの高温での強度を必要とする製品を,適切な残留応力を有しかつ高い形状精度のセラミックスの多層構造として成形する技術を確立することを目的としている.平成9年度の研究では,まず(1)脱脂過程での材料の粘弾性特性及び脱脂特性を把握して脱脂時の変形評価の基礎を確立し,次に(2)大きな残留応カを有する2層及び3層構造のモデルを成形して脱脂,焼結過程における変形の概要を明らかにした.得られた結果を以下に要約する.(1)課題(1)の基礎実験の一つはグリーン材料の70100°Cにおけるクリープ試験で,この温度範囲では指数型粘度特性を示すこと,及び高温域での粘度は低く脱脂開始時点までに成型時の残留応力はほぼ消失することが示唆された.ただしバインダーはPSとワツクスの混合物である.また脱脂特性については,200°Cで脱脂は始まり400°Cでほぼ終了するが,ワックスの量が多くなると脱脂温度は少し低下することがわかった.(2)課題(2)については.まず同じ材料の2層を並列に配置して一方に引張り,他方に圧縮の残留応力を与えたモデルを脱脂した場合,残留応力のために大きなそりを生じることを示された.次に,焼結助剤の量の異なる材料による2層構造を脱脂,焼結した場合焼結において大きなそりが発生した.

また焼結助剤の量の異なる3層構造のモデルの焼結において実際に大きな残留応力が生じることがわかった.これらの結果はグリーン体での残留応力及び焼結速度のむらが脱脂時,焼結時に変形を生じること,さらに,焼結助剤の量を適当に分布させることによって焼結製品に有効な残留応カを付与しうることを示唆するものである.本研究は,焼結特性の異なる異種セラミックス複合材の成形についてまず各材料の焼結特性を明らかにした上で,成形品の表層への圧縮残留応力付与により強度の向上を図る方法を提示するものである.平成10年度の研究では,最初に,新しく問題になった脱脂時に生じるゆがみについて検討し,続いて焼結時の変形と残留応力特性を明らかにした.得られた結果を以下に要約する.(1)成形品内には射出成形時に分子の伸縮に基づく残留ひずみが作り込まれ,脱脂工程の昇温時にこれが解放されて大きな変形を生じることがわかった.(2)焼結工程における密度の上昇は成形助剤の量に依存するが,アルミナの場マグネシアの添加量を変えたときの焼結速度の差は1,400°C1,500°Cにおいて大きく,1,600°Cでは飽和に近づくことがわかった.そしてその結果を近似式で表示した.(3)焼結時の応力による変形特性を両端支持梁モデルの変形より測定した.その結果はひずみ速度を応力密度,及び温度による式として表すことができた.(4)焼結助剤の量が異なる材料を組み合わせた3種構造の試験片を製作し,焼結後ひずみゲージにより切断前後のひずみ変化の測定を行った.その結果,焼結助剤の多い部分に引張りの残留応力,焼結助剤の少ない部分に圧縮の残留応力が生じることが確認された,この結果は,適当な量の焼結助剤を含む材料を表面に配することにより表面に圧縮の残留応力を付与した構造を作ることが可能であることを示すものである.
血管平滑筋作用薬の創藥活動に向けた医薬品スクリーニングの新しい方法の開発

平滑筋作用薬の最終効果は収縮で判定すべきもので、収縮を担うものがアクトミオシン系である。細胞内作用薬はこれに連関したものが多いことが期待される。研究代表者らは平滑筋の天然アクトミオシン標品を用いて薬効を判定する研究に従事して、この標品にはアクチンとミオシンのみならず、これを収縮・制御する種々の蛋白質が含まれることを明らかにした。さらにこれら制御蛋白質に対する薬物効果を調べて来た。この過程で医薬品の開発に抗生物質その他の天然生産物より細胞内に作用をもつ物質をスクリーニングしてみよう、その為のプロトコールが必要であると考えるに至った。本研究ではこの標品を用い、細胞内作用薬をATPase活性を測定することにより、能率良くスクリーニングするシステムを確立することから始まる。不可逆的に作用する薬物はin vitro motility ass-ayを用い除外する。次いで、アクチン、ミオシン及びこれらを修飾する蛋白質にスクリーニングされた薬物を直接作用させて、作用点を決定するプロトコールを以下の様に作成することができた。1)ウシ大動脈平滑筋より所定の方法で天然アクトミオシン標品を得る。2)スクリーニングすべき物質を含む天然アクトミオシンのATPase活性を測定する。3) ATPase上、促進又は制御の効果がみられた物質に関してミオシン軽鎖のリン酸化に対する作用を検討する。4) ATPase活性には影響を及ぼすが、リン酸化には影響しない薬物に関して、平滑筋のミオシンとアクチンに対する直接作用の可能性を試験する。5) ATPase活性及びリン酸化ともに影響を及ぼす薬物に関しては以下のような検討を行う。i)1)に従いアクチンとミオシンに対する直接作用を否定する。ii)ミオシン軽鎖キナーゼ、カルモジュリン及びフォスファターゼをそれぞれ平滑筋より精製し、薬物存在下の作用を検討し作用点を決定する。現在使用されている多くの平滑筋作用薬は細胞外より作用し、細胞膜に作用点をもっている。しかし、近年になりカルモジュリン阻害薬に代表されるように、細胞内に作用点をもつものが知られてきた。この種の薬物の数に的を絞りもっと効率よくスクリーニングし、血管作用薬の創薬に貢献できないものであろうかという問題意識が生じて来た。そこで、本研究はこの要求に答えようとするもので、血管アクトミオシンを利用、簡便・迅速で多数サンプルの処理を可能とする方法を開発するものである。上記の細胞内作用薬はこれに連関したものが多いことが期待される。本研究では平滑筋の天然アクトミオシン標品を用いて薬効を判定するもので、この標品にはアクチンとミオシンのみならず、これを収縮・制御する種々のの蛋白質が含まれるからである。本年度はi)マラカイトグリーン法を用いると、微量の標品でATPase活性が測定できること。ii)キナーゼへの効果は尿素電気泳動法により制定できる事。iii)フォスファターゼへの効果はキナーゼ阻害剤・スタウロポリン存在下で保温して検定できる事を明らかにした。以上本研究における基本的技術で、来年度に向けた試験研究の基礎が出来たと考えられる。

研究代表者らは平滑筋の天然アクトミオシン標品を用いて薬効を判定する研究に従事して、この標品にはアクチンとミオシンのみならず、これを収縮・制御する種々の蛋白質が含まれることを明らかにした。さらにこれら制御蛋白質に対する薬物効果を調べて来た。この過程で医薬品の開発に抗生物質その他の天然生産物より細胞内に作用をもつ物質をスクリーニングしてみよう、その為のプロトコールが必要であると考えるに至った。本研究ではこの標品を用い、細胞内作用薬をATPase活性を測定することにより、能率良くスクリーニングするシステムを確立することから始まる。不可逆的に作用する薬物はin vitro motility ass-ayを用い除外する。次いで、アクチン、ミオシン及びこれらを修飾する蛋白質にスクリーニングされた薬物を直接作用させて、作用点を決定するプロトコールを以下の様に作成することができた。1)ウシ大動脈平滑筋より所定の方法で天然アクトミオシン標品を得る。2)スクリーニングすべき物質を含む天然アクトミオシンのATPase活性を測定する。3)ATPase上、促進又は制御の効果がみられた物質に関してミオシン軽鎖のリン酸化に対する作用を検討する。4)ATPase活性には影響を及ぼすが、リン酸化には影響しない薬物に関して、平滑筋のミオシンとアクチンに対する直接作用の可能性を試験する。5)ATPase活性及びリン酸化とともに影響を及ぼす薬物に関しては以下のような検討を行う。i)1)に従いアクチンとミオシンに対する直接作用を否定する。ii)ミオシン軽鎖キナーゼ、カルモジュリン及びフォスファターゼをそれぞれ平滑筋より精製し、薬物存在下の作用を検討し作用点を決定する。
室温分子磁石を目指したマルチラジカル配位子の開発と多核高スピン錯体の構築

室温分子磁石開発の布石として、分子内に複数の有機ラジカル部位を持つ「マルチラジカルキレート配位子」の開発、および多核金属錯体の構築を行った。(1)塩化銅(II),臭化銅(II)との錯形成によって一次元鎖状錯体の構築に成功し、反強磁性的ではあるが、室温をはるかに凌駕する(1000 K程度の)ラジカルー遷移金属スピン間の磁気結合力を磁気測定および量子化学計算から明らかにした。(2)希土類(III)塩との錯形成から新規二核錯体が得られ、マルチラジカルキレート分子内の二ヶ所の配位部位で、希土類イオンにも配位させることも可能であることを実証した。室温分子磁石を目指し、分子内に複数の有機ラジカル部位を持ったキレート配位子の開発研究を推進している。これまでに、2-ピリジルtert-ブチルニトロキシド系配位子の遷移金属錯体で室温級の磁気結合力を見出しており、当該年度はこれを深化させ多核高スピン金属錯体の構築素子となる配位子合成を目指した。当初計画していた「多次元構造の構築素子となる新規なマルチラジカル配位子の開発」は、以下の通り概ね達成したと言える。ビラジカルかつ二つの部位でキレート配位できるラジカルの合成・単離に成功した。単結晶X線構造解析より、ラジカル配位子の骨格を明らかにし、電子スピン共鳴測定および希釈溶液中での磁気測定から、分子内スピン間で170K程度の強磁性相互作用を有することが分かり、狙い通りに基底三重項ラジカルであることが明らかとなった。「ラジカル部位を複数持ち」、「100K以上の強磁性的相互作用で」、「キレート部位も複数持つ」配位子は非常に数少なく、この配位子骨格を利用することで分子磁石の転移温度向上を目指す。続いて、この配位子を用いて幾つかの遷移金属塩との錯形成を試みたが、銅(II)塩化物との錯化合物を得ることができた。単結晶を得ることにも成功し、結晶構造を明らかにした。磁気測定からは、残念ながら分子内で反強磁性的相互作用を示していることが示唆された。結晶構造から、銅イオンとラジカルの配位結合周りは捩れており、これが原因で強く反強磁性的にカップルしていることが分かった。実際、DFT計算を用いた交換相互作用の見積もりからも、この結果が支持された。コメント平成27年度の主目的である「多次元構造の構築素子となる新規なマルチラジカル配位子の開発」を達成することができた。別の配位子の検討は行っていないが、合成に成功したラジカルでは、目的通りに分子内で100Kを超える交換相互作用を持つことが明らかとなっている。このラジカル配位子を用いた錯体の合成にも成功しているが、次のステップである「ラジカルー遷移金属スピン間の室温級に強い強磁性的相互作用の発現」は課題として残っているため、次年度の研究で推進していく。「分子磁石」は日本が先駆的・先導的に発展させてきた研究分野であり、悲願である室温で動作する磁石開発の達成を目指した基盤研究は極めて重要といえる。本研究は、室温分子磁石を目指して分子内に複数の有機ラジカル部位を持つ「マルチラジカルキレート配位子」の開発を行うものである。昨年度までに、目的に適うマルチラジカルキレート配位子を合成に成功しており、当該年度はこれを深化させた多核高スピン金属錯体の構築を行った。(1)塩化銅(II),臭化銅(II)との錯形成に成功し、単結晶を用いた構造解析によって一次元鎖状構造をもつ事を明らかにした。得られた錯体は、ラジカルー遷移金属イオン間の磁気結合力が反強磁性的ではあるが、室温をはるかに凌駕する大きさ(1000 K程度)であることを磁気測定および量子化学計算によって示した。(2)スピン数の多い、あるいは磁気異方性の強い希土類(III)塩との錯形成も試みた。ガドリニウム(III)およびテルビウム(III)から新規の二核錯体が得られ、分子内二ヶ所の配位部位で定量的に希土類イオンへ配位させることも可能であることを実証した。コメント開発したラジカルの安定性には問題ないが、前駆体の単離に少し難があるため、敢えて単離せず分離しやすいラジカルまで反応を進めることで大量合成を行う。そして、まだ試みていない遷移金属塩との組み合わせによって、錯形成を行い強磁性的相互作用の発現を目指す。これら配位子群について、磁気異方性の強い鉄イオンやコバルトイオンとの錯体は合成例が無く、磁気的相互作用がどうなるかもまだ分かっていない。今後は、これら錯体合成に注力するとともに、配位子の改良を試みる。