hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
末梢血多核白血球Ｒｈｏキナーゼ測定：冠攣縮性狭心症の新たなバイオマーカーの開発

以上より末梢血好中球Rhoキナーゼ活性は疾患活動性を反映したバイオマーカーとして今後更なる研究が期待される。【目的】末梢血多核白血球でのRhoキナーゼ活性測定が冠攣縮性狭心症の診断や病態評価に有用であるか検討すること【対象・方法】安静時胸痛の精査目的で入院となった連続53例。冠動脈造影検査の前に血液採取を行った。アセチルコリン誘発試験の結果により、陽性群=冠攣縮(VSA)群33例、陰性群=対照群20例の2群に分けて比較検討した。末梢血より多核白血球を抽出し、myosin binding subunit (MBS)リン酸化測定とし、Rhoキナーゼ活性の指標とした。なおMBSリン酸化はリン酸化スレオニン696MBSとMBSの比で表し,Positive ControlのMBSのリン酸化の値で補正した。【結果】Rhoキナーゼ活性(phosphorylated MBS/total MBS ratio)は、対照群: 0.95±0.22[SD]に比し、VSA群では1.33±0.37と有意に高値であった(P<0.001)。VSA群では、Rhoキナーゼ活性と、高感度C反応蛋白、喫煙歴、冠危険因子の集族との間には有意な関係は認められなかった。またVSA症例で臨床的に不安定ないし重症狭心症像を呈する15例では、安定狭心症像を呈する18例に比しRhoキナーゼ活性は高値であった。治療薬としてVSA全例でカルシウム拮抗薬が投与され3ヶ月後23例でRhoキナーゼ活性を再検した。入院時1.42±0.39から3ヶ月後1.07±0.35 (P=0.01)に低下し、その%変化と症状の改善との間には有意な相関が認められた。ROC解析では、冠攣縮性狭心症診断のカットオフ値はRhoキナーゼ活性1.18であり、この時の感度は82%、特異度は90%であった。【結論】末梢血多核白血球でのRhoキナーゼ活性測定は、冠攣縮性狭心症の診断の非侵襲的なマーカーとして有用である可能性が示唆された。末梢血好中球Rhoキナーゼ活性はストレスを反映したバイオマーカーとしての可能性が示唆された。冠攣縮性狭心症の特徴の一つとして、早朝・夜間などに好発する日内変動が挙げられる。末梢血好中球Rhoキナーゼ活性はこの日内変動を反映し得るものか検証し、バイオマーカーとしての妥当性について引き続き検討を重ねる。冠動脈インターベンション時代になり中心的な役割を果たしている薬物溶出性ステント植え込み後の血管機能異常とrho-kinaseとの関係についても検証する。平成24年度以降は冠攣縮治療に対するRho-キナーゼ活性の変化と予後との関連性について検討する。近年、AED(自動対外式除細動器)を含めた心肺蘇生術の市民普及に伴い、院外心停止蘇生例も増えており、その原因として冠動脈攣縮の可能性が示唆される症例が少なからず認められるようになった。本研究では院外心停止蘇生例の末梢血多核白血球Rho-キナーゼ活性を測定し、ハイリスク群の評価となり得るかについても検討する。また昨年3月11日に発生した東日本大震災に伴い、治療薬の休薬・減量・変更を余儀なくされた症例の追加解析や、被災地域(沿岸部・内陸部)の比較によるストレスの影響についても検討する。たこつぼ心筋症、微小血管狭心症などの関連疾患における役割、冠動脈インターベンション時代になり注目されている薬物溶出性ステント植え込み後の血管機能異常における役割についても併せて検討する。研究経費の大部分は消耗品費(Rhoキナーゼ研究用試薬・他細胞実験薬品代等)に充てるとともに、研究の効率化のためにデータ集積装置を追加する。期間中研究費の適切な使用に努める。
近代中国語資料たるUCB蔵フライヤー・コレクションに関する基礎的研究

本計画はカリフォルニア&#12068;学蔵フライヤー・コレクションの全貌を明らかにし、その主要資料を取り上げ19世紀中国語の実像を明らかにするものである。中国語史においては&#12061;語を反映した資料が少ないことから、外交・通商・布教等の&#12140;的によって当時の&#12061;語を記録した国外資料が重視される。英国&#12040;ジョン・フライヤーは30年にわたり中国で啓蒙事業に従事し、その旧蔵書にはいまだ紹介されない&#12095;稿や刊本が含まれているが、そのリストはまだ作成されていない。本計画ではフライヤー・コレクションの完全な書&#12140;を作成・公開し、かつ19世紀中国語を研究する上で重要と判断した資料を分析する。
嚥下中枢の神経機構に関する実験的研究

吸入麻酔ネコにおいて前頸部を縦切開し,一側の上喉頭神経に刺激電極を装着し,脳定位固定装置上で延髄を露出してガラス微小電極を刺入し,孤束核間質亜核内のニューロン活動と小細胞性網様体内のニューロン活動を同時に別々に細胞外記録し,ネコ咽頭内に注水し,嚥下に同期して一過性の甲状舌骨筋の筋電図活動変化を示す嚥下関連ニューロンを同定した.この状態で小細胞性網様体内の同部位をタングステン微小電極にて電気刺激し,孤束核間質亜核細胞でその逆行性応答の記録を試みた.また逆に孤束核間質亜核内の同部位を微小電気刺激して,小細胞性網様体細胞で順行性応答の記録を試みた.このように孤束核嚥下関連ニューロンから小細胞性網様体嚥下関連ニューロンへの投射についてelectrophysiological mappingを行う予定であったが,逆行性応答も順行性応答も認められなかった.この原因としては除脳していないための体動が考えられたため,除脳系に移行して実験を継続中である.さらに現在,対側延髄の電気刺激に対する延髄嚥下関連ニューロンの逆行性応答を細胞外記録法にて記録同定し,対側延髄への投射経路の詳細を検討している.具体的には,延髄小細胞性網様体にて同定された嚥下関連ニューロンにおいて,対側延髄の疑核(嚥下関連運動核)領域からの逆行性応答を記録している.そして,逆行性刺激に応答したニューロンの存在部位と,刺激部位との位量関係には,これまでのデータからは明らかな相関はみられない.この結果は,我々の対側嚥下関連ニューロンへの延髄内投射は広範囲にもたらされるという報告を裏付けるものであった.吸入麻酔ネコにおいて前頸部を縦切開し,一側の上喉頭神経に刺激電極を装着し,脳定位固定装置上で延髄を露出してガラス微小電極を刺入し,孤束核間質亜核内のニューロン活動と小細胞性網様体内のニューロン活動を同時に別々に細胞外記録し,ネコ咽頭内に注水し,嚥下に同期して一過性の甲状舌骨筋の筋電図活動変化を示す嚥下関連ニューロンを同定した.この状態で小細胞性網様体内の同部位をタングステン微小電極にて電気刺激し,孤束核間質亜核細胞でその逆行性応答の記録を試みた.また逆に孤束核間質亜核内の同部位を微小電気刺激して,小細胞性網様体細胞で順行性応答の記録を試みた.このように孤束核嚥下関連ニューロンから小細胞性網様体嚥下関連ニューロンへの投射についてelectrophysiological mappingを行う予定であったが,逆行性応答も順行性応答も認められなかった.この原因としては除脳していないための体動が考えられたため,除脳系に移行して実験を継続中である.さらに現在,対側延髄の電気刺激に対する延髄嚥下関連ニューロンの逆行性応答を細胞外記録法にて記録同定し,対側延髄への投射経路の詳細を検討している.具体的には,延髄小細胞性網様体にて同定された嚥下関連ニューロンにおいて,対側延髄の疑核(嚥下関連運動核)領域からの逆行性応答を記録している.そして,逆行性刺激に応答したニューロンの存在部位と,刺激部位との位量関係には,これまでのデータからは明らかな相関はみられない.この結果は,我々の対側嚥下関連ニューロンへの延髄内投射は広範囲にもたらされるという報告を裏付けるものであった.本研究は、嚥下における咽・喉頭の両側対称性筋活動形成に重要な上喉頭神経を介する情報の対側脳幹への入力において、その交叉経路を解明することを目的とした。実験には除脳ネコを用い、一側上喉頭神経刺激による脳幹正中矢状切断の咽頭および喉頭筋の対称性嚥下出力の変化について検討した。さらに上喉頭神経甲状披裂筋(SLN-TA)反射の変化についても検討した。脳幹の切断部位は、obexの尾側3mmから吻側6mmまでの9mmで、3mmずつ3等分し切断順序を変えて切断した。その結果、切断部位に関わらず、1部位のみの切断では対称性嚥下および対側SLN-TA反射は、全例で変化を認めなかった。2部位の切断により、半数の50%が、一側嚥下または嚥下惹起不能となった。今回の一側嚥下とは、上喉頭神経刺激と対側の甲状披裂筋、甲状舌骨筋の活動が消失し、同側の甲状披裂筋、甲状舌骨筋および両側の輪状咽頭筋の活動が残存しているもので、一側嚥下を示した全例がこの活動様式であった。その際の対側SLN-TA反射は嚥下活動の変化に関わらず残存していた。残りの50%は、2部位の切断では嚥下活動に変化を示さないものの、切断順序によらず3部位すべての切断において嚥下活動の変化と対側SLN-TA反射の消失を認めた。このうち、33%は、嚥下活動の変化と対側SLN-TA反射の消失を引き起こす切断部位とは、必ずしも一致していなかった。

以上のことから、上喉頭神経を介する情報の対側脳幹への入力は、特定の経路を介さず、延髄内にび慢性に存在することが判明し、このような嚥下に関係する対側脳幹への交叉性入力が、対称性嚥下の形成に大きな役割を果たしていることが示唆された。吸入麻酔ネコにおいて前頸部を縦切開し,一側の上喉頭神経に刺激電極を装着し,脳定位固定装置上で延髄を露出してガラス微小電極を刺入し,孤束核間質亜核内のニューロン活動と小細胞性網様体内のニューロン活動を同時に別々に細胞外記録し,ネコ咽頭内に注水し,嚥下に同期して一過性の甲状舌骨筋の筋電図活動変化を示す嚥下関連ニューロンを同定した.この状態で小細胞性網様体内の同部位をタングステン微小電極にて電気刺激し,孤束核間質亜核細胞でその逆行性応答の記録を試みた.また逆に孤束核間質亜核内の同部位を微小電気刺激して,小細胞性網様体細胞で順行性反応の記録を試みた.このように孤束核嚥下関連ニューロンから小細胞性網様体嚥下関連ニューロンへの投射についてelectrophysiological mappingを行う予定であったが,逆行性応答も順行性応答も認められなかった.この原因としては除脳していないための体動が考えられたため,除脳系に移行して実験を継続中である.さらに現在,対側延髄の電気刺激に対する延髄嚥下関連ニューロンの逆行性応答を細胞外記録法にて記録同定し,対側延髄への当社経路の詳細を検討している.具体的には,延髄小細胞性網様体にて同定された嚥下関連ニューロンにおいて,対側延髄の疑核(嚥下関連運動核)領域からの逆行性応答を記録している.そして,逆行性刺激に応答したニューロンの存在部位と,刺激部位との位置関係には,これまでのデータからは明らかな相関はみられない.この結果,我々の対側嚥下関連ニューロンへの延髄内投射は広範囲にもたらされるという報告を裏付けるものであった.
大規模組合せ最適化問題に対するメタ戦略のロバスト性に関する研究

多くのシステム工学的,情報工学的問題は,組合せ最適化問題として定式化できる.しかし,その多くに対し,取り扱おうとする問題の規模が大きい場合,厳密な最適解を求めることが極めて困難である.このような問題に現実的に対処するための一手法として,良質の近似解を出来るだけ効率良く求めようとする近似解法がある.最近では,従来の近似解法よりも多少時間はかかっても,より良質の解を求めようとする,メタ戦略の研究が盛んである.これらメタ戦略の魅力は,「与えられた問題に対するとりわけ深い洞察がなくても簡単にプログラムが作れる」簡潔さ,および,「代表的なオペレータのみを用いて適当に作ったものでもある程度の性能が期待できる」ロバスト性にあるといえる.そこで,出来るだけ一般性のあるデータや知識を蓄積していくことで,メタ戦略を設計する際の指針を示すことを目的とし,研究を行った.具体的な対象としては,1機械スケジューリング問題(SMP)を取り上げた.これは,与えられたn個の仕事を1台の機械で処理する際のコスト最小の順列を求めるという問題で,NP困難であることが知られている.メタ戦略としては,多スタート局所探索法(MLS法),GRASP法,遺伝アルゴリズム(GA法),アニーリング法(SA法),および,タブ-探索法(TS法)を取り上げた.n=100までの問題例に対する計算実験の結果,以下のような傾向が観察できた.なお,MLS法は,メタ戦略の中では最も単純であるが,本研究で取り扱ったSMPに対しては比較的良好な結果が得られたため,他のメタ戦略の性能を評価する際の基準として用いた.1)GRASP法の性能は,用いる欲張り法に大きく依存し,MLS法に比べて性能が向上する場合もあれば,劣る場合もある.2)MLS法の変形である反復局所探索法の性能は,用いる近傍によってやや傾向が異なるが,MLS法に比べ有効である.とくに,ある設定の下では,調べた他のメタ戦略のいずれよりも高い性能が得られた.3)GA法は,多くの場合,MLS法と同等,あるいはそれ以下の性能を持つ.一方,GA法に局所探索法を組合せた方法は,比較的長い計算時間が与えられた場合,MLS法より有効である.また,これらの性能は,内部オペレータの一つである交叉法に関してロバストである.4)SA法も,比較的長い計算時間が許される場合は有効であり,その性能はパラメータの値に大きくは依存しない.5)TS法の性能は,用いるパラメータの値などに大きく依存し,MLS法に比べて性能が向上する場合もあれば,劣る場合もある.6)近傍の定義は,GA法を除く全ての戦略において極めて重要である.多くのシステム工学的,情報工学的問題は,組合せ最適化問題として定式化できる.しかし,その多くに対し,取り扱おうとする問題の規模が大きい場合,厳密な最適解を求めることが極めて困難である.このような問題に現実的に対処するための一手法として,良質の近似解を出来るだけ効率良く求めようとする近似解法がある.最近では,従来の近似解法よりも多少時間はかかっても,より良質の解を求めようとする,メタ戦略の研究が盛んである.これらメタ戦略の魅力は,「与えられた問題に対するとりわけ深い洞察がなくても簡単にプログラムが作れる」簡潔さ,および,「代表的なオペレータのみを用いて適当に作ったものでもある程度の性能が期待できる」ロバスト性にあるといえる.そこで,出来るだけ一般性のあるデータや知識を蓄積していくことで,メタ戦略を設計する際の指針を示すことを目的とし,研究を行った.具体的な対象としては,1機械スケジューリング問題(SMP)を取り上げた.これは,与えられたn個の仕事を1台の機械で処理する際のコスト最小の順列を求めるという問題で,NP困難であることが知られている.メタ戦略としては,多スタート局所探索法(MLS法),GRASP法,遺伝アルゴリズム(GA法),アニーリング法(SA法),および,タブ-探索法(TS法)を取り上げた.n=100までの問題例に対する計算実験の結果,以下のような傾向が観察できた.なお,MLS法は,メタ戦略の中では最も単純であるが,本研究で取り扱ったSMPに対しては比較的良好な結果が得られたため,他のメタ戦略の性能を評価する際の基準として用いた.1)GRASP法の性能は,用いる欲張り法に大きく依存し,MLS法に比べて性能が向上する場合もあれば,劣る場合もある.2)MLS法の変形である反復局所探索法の性能は,用いる近傍によってやや傾向が異なるが,MLS法に比べ有効である.とくに,ある設定の下では,調べた他のメタ戦略のいずれよりも高い性能が得られた.3)GA法は,多くの場合,MLS法と同等,あるいはそれ以下の性能を持つ.一方,GA法に局所探索法を組合せた方法は,比較的長い計算時間が与えられた場合,MLS法より有効である.また,これらの性能は,内部オペレータの一つである交叉法に関してロバストである.4)SA法も,比較的長い計算時間が許される場合は有効であり,その性能はパラメータの値に大きくは依存しない.5)TS法の性能は,用いるパラメータの値などに大きく依存し,MLS法に比べて性能が向上する場合もあれば,劣る場合もある.6)近傍の定義は,GA法を除く全ての戦略において極めて重要である.
高血圧に伴う血管性認知症、慢性腎障害における細動脈硬化とストレスの関与の解明

ストレスによる微小循環変動が認知機能および腎障害に影響するかをみた。ストレスにより回避行動は低下した。タウリンは高血圧ラットの回避行動低下を著明に改善した。ストレス時、脳表面の血流は増加するが扁桃体近傍では有意な変化は無かった。正常血圧ラットでは腎神経刺激による腎髄質血流の変化はNOにより保たれていたが、高血圧ラットでは低下していた。高血圧ラットでは骨髄由来内皮前駆細胞の細胞老化は増加しており、タウリンで改善した。生後6週齢の高血圧自然発症ラット(SHR/Izm)と対象となるWKY/Izmを2群に分け、タウリン群には3%タウリンを飲水として2週間投与した。対象群には水道水を飲水させた。両群をさらに2群に分けストレス群には1時間の拘束による情動ストレスを加えた。末梢血(2ml)から単球層を抽出し培養した。アセチル化LDLおよびレクチンで二重染色し、染色された細胞をEPCと判定し、EPC数をカウントした。SA-Beta-gal stainingとDAPI(核染色)との二重染色を施行し、老化細胞の数を計測した。タウリンはEPC数には影響を与えなかったが、老化細胞数は減少した。次に認知機能について行動解析装置を用いたMorris水迷路試験を行い、回避時間を測定した。WKYにおいてストレスは一過性の認知機能低下を引き起こした。WKYでみられる回避時間の延長はタウリンを慢性投与することで改善した。SHRはWKYと比較して回避時間が短く、幼若SHRではストレスによる認知機能の低下も軽度であった。また、タウリンによる回避抑制効果も少なかった。このように情動ストレスはラットの認知機能を一時的に低下させた。含硫アミノ酸であるタウリンは情動ストレスによる認知機能の障害を抑制した。含硫アミノ酸タウリンは高血圧による内皮障害をEPCの細胞老化を抑制するとともに情動ストレスによる一時的認知機能の低下を抑制した。Pimonidazoleによる組織の虚血状態の評価は幼若SHRではWKYと優位な差がみられなかったことから、ストレス下に差がみられるか、さらにSHR-SPにおいて差がみられるかを検討する予定である。タウリンは血管内皮前駆細胞(EPC)数には影響を与えなかったが、EPCの老化細胞数は減少した。認知機能について行動解析装置を用いたMorris水迷路試験を行い、回避時間を測定した。WistarラットおよびWKYにおいて拘束ストレスは一過性の認知機能低下(回避行動の延長)を引き起こした。SHRはWKYと比較して回避時間が短かった。SHRでも拘束ストレスによる認知機能の低下がみられ、慢性的なタウリン投与による回避抑制の効果は大きかった。このことから拘束ストレスはラットの認知機能を一時的に低下させ、含硫アミノ酸であるタウリンはストレスによる認知機能の障害を抑制した。脳内のタウリン含量が少ないSHRでは慢性的なタウリン投与効果が増大するが、回避時間の短縮はSHRにみられる多動性の影響が関与していると考えられた。同様の条件下で慢性タウリン投与は高血圧においてみられるEPCの細胞老化の増加を抑制した。脳血流についての検討では、拘束ストレスはレーザー血流計でみられる脳血流の低下を来たした。虚血の部位についての検証を行う予定である。腎血流は直接的な腎神経の神経刺激により皮質、髄質間の血流分布に変化が生じた。腎血流は刺激頻度には依存するが、腎虚血に暴露された場合、神経刺激による血流増加がみられるなど、正常腎での血流動態と異なる反応を示した。本年度は、高血圧ラットにおける動態の変化についての検証を進める予定である。幼若および成熟雄SHRSPと対照としてWKYを用いた。1)腎血流の変化:麻酔下に左腎神経に電極を装着し、電気刺激を行った。腎血流量(FLOW)および血液量(MASS)はレーザー組織血流計を用いて測定した。また、NO合成阻害薬のLNAMEを全身投与し同様の変化をみた。幼若および成熟WKYの腎皮質では、高頻度刺激によりFLOWの低下とMASSの増加が生じた。一方、腎皮質ではFLOWおよびMASSの有意な変化はみられなかった。幼若および成熟SHRSPの腎皮質ではFLOWの変化はWKYと同様であったが、MASSは低頻度刺激から著明に増加していた。また、幼若SHRSPでは腎髄質のFLOWおよびMASSはWKYと同様に軽微な変化に留まっていたが、成熟SHRではFLOWの有意な低下を認め、MASSは高頻度刺激において増加した。LNAMEの刺激前投与によって幼若WKYでは有意な変化を認めなかったが、成熟WKYでは髄質FLOWの低下が増強された。また、SHRSPでは皮質の血液量の増加が抑制されたが、髄質のFLOWの変化は認めなかった。

タウリンを投与した成熟SHRSPでは腎皮質の血流低下が軽減された。腎神経の刺激は腎皮質の血流を低下させるが、髄質の血流は保持されており、これにはNOの関与が示唆される。成熟SHRにみられる腎神経刺激に伴う腎血流の低下はNOの代償的作用の低下によると考えられる。タウリンの慢性投与は腎皮質での血流低下を抑制することが示唆された。2)脳血流の変化;イソフルラン麻酔下に頭頂骨に直径1mmの穴をあけ、脳表面および扁桃近位の血流を非接触型およびグラスファイバー型レーザー組織血流計を用いて測定した。麻酔下と比較し、覚醒時では血圧の上昇がみられ脳表の血流は増加するが、扁桃体における脳血流は保持されており、高血圧ラットにおける脳内血流の低下は明らかではなかった。認知については、正常ラットでの検討に加え、高血圧ラットでの研究を進めている。腎についてはストレスでの腎血流について従来の報告ではみられない現象がみられることが明らかになったため、神経刺激時の腎血流への影響を先に検討している。24年度が最終年度であるため、記入しない。脳血流については高血圧についての検討をすることで最終段階に達する予定である。また、ストレス時の脳虚血についてレーザー血流計および虚血マーカーによる部位診断を行い、タウリンとの関連について検証を行う。腎血流については腎の皮質・髄質の血流分布について確認を済ませた後、高血圧およびストレス時の血流分布および虚血マーカーでの検証を行う予定である。
振動分光法による生体超分子中のアミノ酸残基の機能解析

インドールアミン2,3ジオキシゲナーゼ(IDO)は、ヘム含有二原子酸素添加酵素で、ヒトにおける主なトリプトファン代謝経路の最初の反応を触媒する。近年、免疫系の病気への関わりが明らかになる一方で、酵素反応における反応機構そのものは不明である。医学および薬学の観点からも反応機構の解明が待たれる状況において、昨年度に引き続き反応中間体の検出を目指してラマン分光測定を行なった。昨年度は、共鳴ラマン分光法を用い、反応中間体を検出する事に成功した。1つは酸素化型で、もう1つはこれまで想定されていなかったオキソ型である。これは酵素反応が比較的遅い条件においてであった。そこで本年度はオキソ型反応中間体が、酵素反応が速い条件下であっても存在する事を確かめた。また、時間分解共鳴ラマン分光法を用い、基質存在下三者複合体の検出に成功した。本酵素には基質阻害、すなわち、ある濃度以上の基質濃度では反応速度が遅くなる性質がある。時間分解共鳴ラマン分光測定において、基質阻害がある条件と無い条件の両方について三者複合体の検出に成功した。その結果、これら2条件で鉄と酸素の結合に由来するラマンバンドは一致しており、基質阻害の有無が三者複合体形成時の中心金属と酸素分子の結合に違いを与えないことを明らかにした。ミトコンドリアの呼吸鎖電子伝達系末端において、酸素を水にまで還元するとともにプロトンを内膜の内側から外側へとポンプするチトクロム酸化酵素を、人工リン脂質二重膜に再構成したCOVについての共鳴ラマン分光測定系を昨年度において作成した。しかし、膜電位が本酵素の機能発現に与える影響を調べるためには、より良質で共鳴ラマンスペクトル測定に必要な量のCOVを常に得られる調製法を確立する必要があった。そこで本年度は、ラマンスペクトル測定を行なっても膜に損傷を受けないCOVをこれまでの10倍量程度得る調製法を確立した。チトクロムc酸化酵素(CcO)が分子状酸素を水に還元し、かつ、プロトンをミトコンドリア内膜の内側から外側へ能動輸送する際の個々のアミノ酸残基の役割を、分光学的手法を用いて動的構造に基づいて解明する研究では、CcOの取り扱いに十分な注意と経験が必要である。そのような実験の準備として、まず、比較的多く調製が可能なウシ心筋由来の可溶化CcOと、ミトコンドリア内膜の反転小胞であり、呼吸鎖電子伝達系酵乗が膜中に存在しているKeilin-Hartree Particlesを用いて、時間分解可視共鳴ラマンスペクトルの測定を行っだ。その結果、膜中に存在するCO結合型CcOの光乖離後のCO再結合速度は、20s^<-1>である事がわかったが、この値は可溶化CcOのそれと比べて、有意な差が見られなかった。この事はCOの再結合速度に直接関係する溶存CO濃度(CcOが感じる濃度)が、リン脂質二重膜中と水溶液中とで等しい事を意味する。ミトコンドリア中のCcOでは、酸素還元反応における反応中間体の寿命が、膜から取り出した可溶化CcOのそれに比べて長い事が報告されているが、その理由は不明である。この活性調節機構は生理的に重要であると考えられる。上述の結果をふまえ、CcOが本来存在するミトコンドリアを無傷のままに調製し、時間分解可視共鳴ラマンスペクトル測定を様々な条件下で行い、活性調節機構を解明する事を次の課題とした。まず、ミトコンドリアの調製方法を改良した。その結果、膜構造が維持され、分光学的に純度の高い無傷のミトコンドリアを得られるようになった。ミトコンドリア(Mt)内膜にある呼吸鎖電子伝達系においてチトクロムc酸化酵素(CcO)が、酸素分子を水にまで還元すると共に、プロトンを膜の内から外へ能動輸送する共役機構を解明する事が本研究の目的である。Mt内膜を隔てた膜電位はCcOの反応調節への関与が示されており機能発現の解明に繋がると考えられる。本研究では、Mtそのものを試料として時間分解共鳴ラマン分光法により、反応調節のしくみを明らかにしたいと考えている。本年度は、昨年度確立した調製法に基づき、Mtを調製した。また、時間分解共鳴ラマン測定の際に用いる、酵素反応追跡用人工心肺装置の改良を行った。これにより、酸素を取り込む酸素肺以外での酸素の混入が最小限に抑えられ、測定に必要な試料の体積も3分の2程度に減少した。前者は、反応の開始をコントロールする上で必要で、後者は、希少な試料を用いる本研究を遂行する上で重要な改良であった。また、CcOを人工リン脂質二重膜に再構成したCOVは、Mt中のCcOのモデルとなる。本年度は、新たな測定系の確立を行なった。これにより、膜電位の有無によるCcOの構造変化の違いを分光学的に検出する準備が整った。また、通常CO結合型CcOに光を照射してCOを光解離する事により酸素還元反応を開始している。この時、CO結合型CcOの分光学的性質と速度論的性質を理解する事が必要である。この考えに基づきCO結合型CcOの種々の振動モードの励起プロファイルを作成し、CO結合型CcOの分光学的性質への理解を深めた。CcOと同様に酸素と反応するヘムタンパク質である、インドールアミン2,3ジオキシゲナーゼは、二原子酸素添加酵素である。

この反応機構は現在実証されていない。反応中間体を捕らえる事を目的に共鳴ラマンスペクトル測定を行ない、二つの反応中間体の配位構造を明らかにし、提唱されている反応機構に一石を投じた。インドールアミン2,3ジオキシゲナーゼ(IDO)は、ヘム含有二原子酸素添加酵素で、ヒトにおける主なトリプトファン代謝経路の最初の反応を触媒する。近年、免疫系の病気への関わりが明らかになる一方で、酵素反応における反応機構そのものは不明である。医学および薬学の観点からも反応機構の解明が待たれる状況において、昨年度に引き続き反応中間体の検出を目指してラマン分光測定を行なった。昨年度は、共鳴ラマン分光法を用い、反応中間体を検出する事に成功した。1つは酸素化型で、もう1つはこれまで想定されていなかったオキソ型である。これは酵素反応が比較的遅い条件においてであった。そこで本年度はオキソ型反応中間体が、酵素反応が速い条件下であっても存在する事を確かめた。また、時間分解共鳴ラマン分光法を用い、基質存在下三者複合体の検出に成功した。本酵素には基質阻害、すなわち、ある濃度以上の基質濃度では反応速度が遅くなる性質がある。時間分解共鳴ラマン分光測定において、基質阻害がある条件と無い条件の両方について三者複合体の検出に成功した。その結果、これら2条件で鉄と酸素の結合に由来するラマンバンドは一致しており、基質阻害の有無が三者複合体形成時の中心金属と酸素分子の結合に違いを与えないことを明らかにした。ミトコンドリアの呼吸鎖電子伝達系末端において、酸素を水にまで還元するとともにプロトンを内膜の内側から外側へとポンプするチトクロム酸化酵素を、人工リン脂質二重膜に再構成したCOVについての共鳴ラマン分光測定系を昨年度において作成した。しかし、膜電位が本酵素の機能発現に与える影響を調べるためには、より良質で共鳴ラマンスペクトル測定に必要な量のCOVを常に得られる調製法を確立する必要があった。そこで本年度は、ラマンスペクトル測定を行なっても膜に損傷を受けないCOVをこれまでの10倍量程度得る調製法を確立した。
光トラップした金粒子による一分子DNA近接場顕微分析法の開発

近接場顕微鏡としての安定度を高めて信号のS/Nを向上し弁別能を高めるため、実験パラメータの最適化を行い、昨年度新たに見出した金粒子からの第二次高調波発生現象を用いた実験系を試作した。さらに、フローセル中での伸張・走査・弁別・回収までを行うシステムとして試作した。実験パラメータの最適化:昨年度に引き続いて、フィードバック制御の条件最適化により金粒子の位置安定性を向上させ、S/N比が最も良くなる走査速度と蛍光励起用レーザー光強度について調べた。第二次高調波発生を用いた識別実験:昨年度おこなった非線形光学現象を利用した実験で見出した金粒子からの第二次高調波発生現象を用いてゲノム情報の一次元マッピングを試みた。試作装置にはパルス圧縮光学系を追加して顕微鏡に入射する前にプリチャープすることで集光点でのエネルギー密度を向上できるように工夫してある。現時点では、蛍光波長域(500600nm)に金粒子からのフォトルミネッセンスが観測されるため、DNAの染色蛍光による一次元像は得られていない。フォトルミネッセンスによる一次元マッピングについても試みているがGC含有量との比較は困難な状況である。DNAのゲノム情報解析:DNAのGC含有量の1次元分布パターンからゲノム情報解析するソフトウエア・ツールを開発した。実験システムへの組み込みを予定しているが組み込み評価実験を行った。DNAフラグメントの回収と解析実験:フローセルの出口端より所望のDNAフラグメントを回収できる機構を組み込み、DNAを回収する実験を行った。塩基配列の解析については回収DNAの量が微量であるため困難であり、さらにスループットを向上して実験を行う必要があると結論した。本研究の目的は、一分子のDNAのゲノム情報としてGC含有量の1次元分布を光の回折限界を超えた分解能で得る光計測法を開発し、一分子DNAのゲノム情報解析法を確立することである。本年度は、以下の内容について実験および解析を行った。光トラップ近接場光学顕微鏡システムの試作:Nd:YAGレーザー(波長1064nm)からの光を2つに分けて倒立型顕微鏡に入射し、一端に粒子を付けたDNA (DNA-粒子)をトラップする光(トラップ光1)と金粒子をトラップする光(トラップ光2)を別々の位置に集光させ、トラップした金粒子には蛍光励起用レーザー(2ωNd:YAGレーザー、波長532nm)の光を集光して照射し、蛍光を分光して観測した。エバネッセント顕微鏡モードでのGC含有量計測実験:上記の基本システムを用いて照明光を全反射条件で入射(エバネッセント顕微鏡モード、分解能300nm)し、伸張した状態で基盤に吸着・固定したDNA分子をGC特異的に蛍光染色して一分子DNAの観察実験を行った。試料DNAとしてλDNAを用い、GC選択的吸着蛍光分子(D-アミノアクチノミオシンD、λ_<EXmax>=532nm)を用いた。伸張したDNAで蛍光強度パターンが計測され、配列情報から予測されるパターンとよく一致した。ヒト21番染色体上のGC含有率分布の推定と解析シミュレーション:ヒト21番染色体を例題としてGC含有率分布の推定を行った。その結果、GC含有率は最大0.8から最小0.2までの値で激しく変化することを確認した。また、1000種類のテストフラグメントを生成し、GC含有率分布を計算で求め、それを全長DNAのGC含有率分布上でスライドさせながら比較してフラグメント位置を推定するシミュレーションを行った。その結果、閾値0.9以上にした場合、99.8%のフラグメントで元の位置を正しく一意に推定できることを確認した。実験パラメータの最適化:フィードバック制御の条件最適化により金粒子の位置安定性を向上させ、S/N比が最も良くなる走査速度と蛍光励起用レーザー光強度について調べた。Ramanスペクトルの計測:Ramanスペクトルを測定してG/CとA/Tのそれぞれに特異なラマン散乱について調べた。さらに金粒子による表面増強ラマン散乱を利用して、ラマン散乱強度の比からGC含有量の1次元分布計測を試みた。スペクトル計測には分光器とイメージインテンシファイア付きCCDカメラを用いた。微粒子中のプラズモン共鳴の利用:金粒子および銀粒子を用いて粒子中のプラズモン共鳴状態について調べる実験を行った。プラズモン共鳴による非線形光学効果の増強について調べ、非線形光学効果を用いた近接場光学顕微鏡として高分解能化を図る実験を行った。銀粒子および金粒子からの第二次高調波発生を確認した。フローセルの試作:粒子を結合させたDNA分子を流すフローセルを作製し、フローセル中でのレーザートラップ実験を行った。現時点では、DNAを結合させたものをトラップするまでには至っていない。来年度の課題である。

第二次高調波発生を用いた識別実験:昨年度おこなった非線形光学現象を利用した実験で見出した金粒子からの第二次高調波発生現象を用いてゲノム情報の一次元マッピングを試みた。試作装置にはパルス圧縮光学系を追加して顕微鏡に入射する前にプリチャープすることで集光点でのエネルギー密度を向上できるように工夫してある。現時点では、蛍光波長域(500600nm)に金粒子からのフォトルミネッセンスが観測されるため、DNAの染色蛍光による一次元像は得られていない。フォトルミネッセンスによる一次元マッピングについても試みているがGC含有量との比較は困難な状況である。DNAのゲノム情報解析:DNAのGC含有量の1次元分布パターンからゲノム情報解析するソフトウエア・ツールを開発した。実験システムへの組み込みを予定しているが組み込み評価実験を行った。DNAフラグメントの回収と解析実験:フローセルの出口端より所望のDNAフラグメントを回収できる機構を組み込み、DNAを回収する実験を行った。塩基配列の解析については回収DNAの量が微量であるため困難であり、さらにスループットを向上して実験を行う必要があると結論した。
肺胞マクロファ-ジのB細胞分化因子(ILー6)とサルコイド-シス病態との関連

Interleukinー6(ILー6)のサルコイド-シス(サ症)病態成立における役割を明確にするため,血清中,気管支肺胞洗浄液(BALF)中,及び単球,肺胞マクロファ-ジ(AM)培養上清中ILー6活性を測定した。ILー6活性は抗ILー6モノクロナ-ル抗体を用いたELISA法で検討した。対象はサ症31例,健常対照23例である。血清中ILー6活性はサ症30例中4例(13.3%)で検出されたが,正常対照では全例検出不能であった。BALF中ILー6活性は,20倍濃縮BALFを用いて検討した。結果は,サ症10例中4例(40%),正常対照で7例中3例(43%)にILー6が検出されたが、両者の間に有意差はなかった。次に,単球およびAMのILー6産生態について検討した。末梢血よりFicollーPaque比重遠心法にて単核球を分離し,プラスチック付着法により単球を得た。AMはBALFからプラスチック付着法により分離した。これらをそれぞれ5x10^5/mlに調整し、無刺激で24時間培養し上清中に分泌されたILー6量を検討した。単球培養上清中ILー6量は,サ症で110.6±54.4ng/mlであり正常者(12.4±13.2)に比べて有意(p<0.01)に高値であった。AM培養上清中ILー6量は,サ症で85.4±60.9ng/mlでありこれも正常者(8.6±10.6)に比べて有意(p<0.05)に高値を呈した。次にサ症において単球培養上清中ILー6活性とAM培養上清中ILー6活性の関連を検討してみたが,両者の間に相関はなかった。しかし,AM培養上清中ILー6活性とBALF中CD4+/CD8+比の間には正の相関(r=0.92)が認められた。以上より,ILー6がサ症病態に関連していることが示唆された。サ症肺病変では胞隔炎から肉芽腫が形成されてゆき,その過程でT細胞とAMのinteractionの重要性が指摘されている。本研究でも,AM培養上清中ILー6活性とBALF中CD4+/CD8+比が正の相関を示したことはサ症肺病変形成における両細胞の密接なかかわり合いを示すものと考えられる。
ソフトな分子間相互作用を応用した、生体内分子の可視化及び不活化センサー分子

本研究は生体内分子を可視化あるいは不活化するためにセンサー分子を作製して生体内情報変換を解析することを目的とする.このため,標的分子との認識あるいは反応によってソフトな分子間相互作用が変化し生体内情報を化学反応に変換できるセンサー分子をデザイン・合成する.可視化センサー分子にはMRI用センサー分子を作製する.生体内の特定な生理活性を可視化するためには,特定の生体内分子を捉えMRIシグナルが変化する機能性MRI造影剤の開発が必要とされる.そこで,ガドリニウム(Gd^<3+>)錯体の水交換速度が変化することで緩和時間が変化するセンサー分子を作製する.これまでに,亜鉛イオンに応答して緩和時間が変化するセンサー分子の作製に成功した.この様に,デザインしたセンサー分子を用いてMRI解析を行う例はまだほとんどなく,非常に先駆的な研究である.本年度は,レポーター遺伝子の産物である酵素活性によって分子の動きが変化し,遺伝子発現を捉えてコントラスト変化へと変換できるMRI用センサー分子の開発を行った.デザインしたセンサー分子は,レポーター遺伝子産物の酵素活性(β-galactosidase)によって血液中のアルブミンに結合する様に変換される.この結果,分子の運動が抑制され,Gd^<3+>錯体の緩和時間は大きく短縮しコントラストが強まる.試験管レベルの研究で酵素活性によってコントラストが増大することが確認されたため,レポーター遺伝子を発現させたマウスを用いて体内動態について実験条件を最適化した.生体分子の機能解明には,分子生物学・薬理学・生化学等様々な手法を用いて標的分子を不活化する研究が有効であるが,中でもレーザー分子機能不活性化法(CALI)は時間的・空間的に厳密に制御した不活性化ができるため注目を集めている.CALIは,色素が結合したリガンドを細胞内に導入し,標的分子に結合した後,この結合体にレーザーを照射し色素から生じるラジカルにより標的分子を不活性化する方法である.CALIは特定の時間と場所で不活性化ができるという利点を持つものの生理的条件下の応用は困難であった.そこで,細胞膜透過性のCALIプローブをデザイン・合成することで,細胞をすりつぶさないで細胞が生きた状態のまま標的分子を特異的に不活性化できる手法の開発を目的とした.CALIの標的分子としては,細胞内Ca^<2+>動態を主に制御しているイノシトール3リン酸(IP_3)受容体を選択し,新規に細胞膜透過性の合成小分子プローブMGIP_3/PMをデザイン・合成した.デザインにはリン酸基と蛋白質の静電相互作用の他,ソフトな分子間相互作用を行うため色素分子が疎水性相互作用によって標的分子と親和性を持つようにデザインした.次にMGIP_3/PMをロードした細胞にレーザーを照射し,IP_3を産生する刺激を行った.レーザーの当たっていない細胞では,IP_3によりCa^<2+>オシレーションが起き正常な細胞応答を示したが,レーザーの当たった細胞ではCa^<2+>応答が大きく抑制され,生理的な条件でCALIを行うことができることが示された.次に,用いた細胞(DT40)条件においてIP_3受容体の関与が示唆されている,細胞外からのCa^<2+>流入(capacitative Ca^<2+> entry, CCE)を誘導した.その結果,CCEにはCALIの効果は現れなかった。この結果からIP_3受容体の活性化はCCE機構に関与しないことが示唆された.本研究は生体内分子を可視化あるいは不活化するためにセンサー分子を作製して生体内情報変換を解析することを目的とする.このため,標的分子との認識あるいは反応によってソフトな分子間相互作用が変化し生体内情報を化学反応に変換できるセンサー分子をデザイン・合成する.可視化センサー分子にはMRI用センサー分子を作製する.生体内の特定な生理活性を可視化するためには,特定の生体内分子を捉えMRIシグナルが変化する機能性MRI造影剤の開発が必要とされる.そこで,ガドリニウム(Gd^<3+>)錯体の水交換速度が変化することで緩和時間が変化するセンサー分子を作製する.これまでに,亜鉛イオンに応答して緩和時間が変化するセンサー分子の作製に成功した.この様に,デザインしたセンサー分子を用いてMRI解析を行う例はまだほとんどなく,非常に先駆的な研究である.本年度は,レポーター遺伝子の産物である酵素活性によって分子の動きが変化し,遺伝子発現を捉えてコントラスト変化へと変換できるMRI用センサー分子の開発を行った.デザインしたセンサー分子は,レポーター遺伝子産物の酵素活性(β-galactosidase)によって血液中のアルブミンに結合する様に変換される.この結果,分子の運動が抑制され,Gd^<3+>錯体の緩和時間は大きく短縮しコントラストが強まる.試験管レベルの研究で酵素活性によってコントラストが増大することが確認されたため,レポーター遺伝子を発現させたマウスを用いて体内動態について実験条件を最適化した.
大気圧グロープラズマによるポリマー薄膜堆積の機構に関する研究

プラズマ重合によるポリマー薄膜コーティング技術では、平滑な膜を処理表面上へ均一に堆積させることが非常に重要な要件となる。大気圧グロープラズマによる薄膜堆積では低圧グロープラズマに比べ、薄膜の形状が装置や処理条件に大きく左右されるが、その相関についてはほとんど明らかになっていない。本年度は昨年度に引き続き、大気圧グロープラズマによるポリエチレン薄膜の堆積を行い、放電条件と膜の形状や堆積速度、プラズマガス分析の結果との相関を調べた。特に、試料ガスの流量を限界まで少なくさせていくことで、ガスの放電場における滞留時間を長くした場合について研究を行った。実験には、パイレックスガラス板を組み合わせて作製した矩形の筒を二つの電極で挟んだ構造の放電管を使用した。この装置を用いることで、ガスの流れを一方向に制限でき、ガスの放電場での滞留時間と構造との関係を調べることができる。膜の形状は、流速が遅くなるほど、すなわち滞留時間が長くなるほど、平滑な膜状の堆積物よりも粒子状の重合物が生成することが見いだされた。GC-MSを用いた、気相中の生成物分析を行ったところ、エチレンよりも高分子量の炭化水素化合物が生成するのと同時に、メタンの生成が顕著にみられた。このことから、滞留時間が長くなるにつれて反応時間が長くなるだけでなく、1分子に加わる総エネルギー量が増え、気相中での反応がより顕著になり、肉眼で観察可能なほど大きな粒子状生成物が生成することが明らかとなった。すなわち、平滑な膜状の生成物のみを得たいならば、気体の流れがよどまないような装置設計が重要である。一方、導入した原料ガスの利用効率を調べたところ、基板表面近傍に存在する活性種だけが膜状堆積物の成長に関与することが見いだされた。すなわち、原料の利用効率を上げるためには、電極間距離を狭めればよいことが示唆された。本年度は、大気圧グロープラズマによるポリエチレン薄膜の堆積を行い、放電条件と膜の形状や堆積速度、プラズマガス分析の結果との相関を調べた。実験には、厚さ2mmのパイレックスガラス板を組み合わせて作製した矩形の筒(内寸法:2×50×70mm)を二つの電極(面積:50×70mm)で挟んだ構造の放電管を使用した。膜の形状は、今回行った実験条件(電源周波数:100kHz,放電電力:5090W,He流量:2slm,Et流量:1040sccm)内では平滑であった。ガスの流れが今回ほど制御されていない装置を使った以前の研究では、条件によっては粒子状堆積物が確認されていた。詳細は未だ不明だが、膜の形状は今回調べていない条件(試料ガスの放電場での滞留時間など)に大きく依存していることが推測される。堆積速度については、ガスの流れの上流から下流域に向かって増加する傾向にあった。ガスの滞留時間が180msもあることを考えると、堆積に関与する活性種は十分に生じると考えられるが、恐らく堆積物表面近傍で生じた活性種しか堆積に関与できないため、堆積速度が増加傾向を示したと推測される。プラズマガスをGC-MSで分析したところ、Etの消費量は最大でも30%程度であること、ブタンを始めとして、プロパン,エタン,メタンなどが生じていることが分かった。放電条件との相関については、まだ分かっていない。
木材の横圧縮による大変形

木材横方向の力学的特徴は、細胞壁実質と空隙とで形成される幾何形状に大きく依存するため、繊維方向における場合、あるいは空隙を持たない他の多くの材料と異なる。それが端的に現れてくるのは、圧縮大変形過程においてであり、そこで応力-ひずみ曲線は3段階に分かれる特異なパターンを示す。すなわち、(I)変形とともに応力が直線的に増大する微小変形域の後、(II)降伏点とそれに続く、変形がすすんでも応力があまり増加しない大変形領域にいたる。さらに、(III)細胞壁が互いに密着するほどの変形域にいたって、再び応力はひずみとともに急増する。これら(I)(III)の領域について応力(σ)-ひずみ(ε)曲線は広い比重範囲にわたる樹種について次式で統一的に記述されることがわかった。領域(I) ε≦εy σ=Eεただし、εd=1-k(ρ/ρs)ここで、σy、εy、E、ρ、ρsはそれぞれ、降伏応力、降伏ひずみ、ヤング率、木材の比重、細胞壁の比重である。εdは細胞内こうが消失するときのひずみ(圧密ひずみ)を意味する。また、ここで導入した2種のパラメーラー、(b,k)の粘弾性的特徴を明らかにするため、スギ、ヒノキ、カツラ、クリ、シラカシの、主に飽水材についてその温度、ひずみ速度依存性を検討した。b値は降伏後の応力上昇の度合いを示し、スギ、ヒノキについて、ひずみ速度や温度によらず一定値であった。しかし、カツラ、クリ、シラカシについてひずみ速度および温度の増加につれてb値は顕著な増加を示した。一方、kは大変形領域におけるポアソン比に関係していて、どの樹種についても温度によって変化しなかった。また、スギ、ヒノキ、カツラについてはkはひずみ速度によらないが、クリ、シラカシについてのそれは、ひずみ速度の増加につれて大きく低下した。これら、b値やk値の変動の原因は主に、圧縮時に生じる水分流動によることがわかった。木材の横方向における力学的特徴は、細胞壁実質と空隙とで形成される幾何形状に大きく依存するため、繊維方向における場合、あるいは空隙を持たない他の多くの材料と異なり、それが端的に現れてくるのは、圧縮大変形過程においてである。このとき応力-歪曲線は3段階に分かれる特異なパターンを示す。すなわち、まず、変形とともに応力が直線的に増大する微小変形域があり、次いで、降伏値とそれに続く、変形がすすんでも応力があまり増加しない大変形領域にいたる。その後、細胞壁が互いに密着するほどの変形にいたって、再び応力は歪とともに急増する領域(圧密域)が現れる。本年度には、広い比重範囲にわたる17種の広葉樹林について、放射方向の圧縮試験を、20°C気乾、20°C飽水、100°C飽水の3条件で行い、得られた応力-歪図についてコンピュータ処理を行い、上に述べた特徴をもつ大変形挙動を統一的に表現し得る応力-歪式を見いだした。式中に含まれる2種のパラメーターはそれぞれ、降伏後の応力上昇の度合い、大変形領域におけるポアソン比に関係していることがわかった。また、式の決定過程で圧密域の始まる歪点、圧密歪は木材の比重、細胞壁の比重、および大変形領域におけるポアソン比に関係しているパラメーターで一意に定められた。

さらに、接線方向になめらかな束縛を加えた圧縮試験の場合に得られた圧密歪は、木材の空隙率に一致することが分かった。なお、100°Cを越える領域について、荷重-変位検出機構を持つオートクレーブ中で応力-歪測定を行ったが、負荷機構が油圧であるため負荷荷重によって変位速度が変化し定歪速度試験ができなかった。高温試験におけるこの問題をどう扱うかが次年度の問題である。木材の横方向における力学的特徴は、細胞壁実質と空隙とで形成される幾何形状に大きく依存するため、繊維方向における場合、あるいは空隙を持たない他の多くの材料と異なり、それが端的に現れてくるのは、圧縮大変形過程においてである。平成5年度では、広い比重範囲にわたる広葉樹材を選び、それらについて横圧縮大変形を統一的に表現する応力-歪式を見いだした。平成6年度においては、この応力-歪式に導入した2種類のパラメーター(b、k)の粘弾性的特徴を明らかにするため、その温度・ひずみ速度依存性を検討した。すなわち、針葉樹材2種(スギ、ヒノキ)、広葉樹材4種(シラカシ、クリ、カツラ、バルサ)について圧縮速度0.05100mm/minで、気乾材について温度20°C,飽水材について温度20100°Cにわたって横圧縮試験(放射方向、接線方向)を行った。得られた応力-ひずみ曲線は、上の場合と同様に、大変形領域にいたるまで、樹種を問わず上記の2種のパラメーターを含む応力-歪式で記述できた。b値は降伏後の応力上昇の度合いを示し、スギ、ヒノキについて、ひずみ速度や温度によらず一定値であった。しかし、カツラ、クリ、シラカシについてひずみ速度および温度の増加につれてb値は顕著な増加を示した。一方、kは大変形領域におけるポアソン比に関係していて、どの樹種についても温度によって変化しなかった。またスギ、ヒノキ、カツラについてはkはひずみ速度によらないが、クリ、シラカシについてのそれは、ひずみ速度の増加につれて大きく低下した。これら、b値やk値の変動の原因は主に、圧縮時に生じる材内での水分流動によることがわかった。
イオン駆動液体モーターの研究

交付申請書に記載のように,本年度は油相を液滴(懸滴)として水相中に形成させ油水界面に電位差を印可することで発生する界面の運動を観察した。水相中に2族元素のカチオンだけを用い,油相中にジ2エチルヘキシル燐酸DEHPAを用いた。カチオンがMg^<2+>,Sr^<2+>,Ba^<2+>のときは,印可電位差に応じた界面張力と釣り合う液滴形状への単調な変化が見られただけであったが,Ca^<2+>を含むときには印可電位差での界面張力に釣り合う形状から,パルス的に滴形状が長くのびる(界面張力が下がる)変形が発生した。この変形は繰り返し発生した。液滴内には顕著な対流は認められず,これは,界面へDEHPAが吸着しカチオンと反応し脱着する速度過程に,(流体力学的原因ではない)不安定性が存在することを示している。上記の水相にトリメチルステアリルアンモニウムクロリドを加えた系では,ガラス面で油水接触線の自発運動が発生し,電位差でその挙動が変化することは昨年度実績報告書に記載の通りであるが,本年度は,交付申請書に記載のようにこの機構を検討した。その結果,接触線運動が発生する電位差には閾値が存在し,その閾値はDEHPA濃度が低いときにのみ2属元素のカチオン種に依存することが明らかとなった。このイオン種依存性の原因を検討し,油相中でイオン化したDEHPAの濃度が水相中のカチオン種によって異なることが原因であることがわかった。Ba^<2+>やSr^<2+>では,油相中でイオン化したDEHPAが多く,その結果低い閾値で接触線運動が発生する。Mg^<2+>ではその逆である。これらの結果は,申請課題であるイオン駆動液体モーターが実現していることを意味している。交付申請書に記載の通り,界面活性剤ジ2エチルヘキシル燐酸を含む油相と各種カチオンを含む水相との界面に電位差をかけ,発生する不安定性について測定を行った。不安定性は,交付申請書に記載レた界面電流のバーストととしてよりも,界面の巨視的な運動として直接視認できたので,それを観察対象とした。界面の運動は,水相に含まれるカチオンの種類と界面にかける電位差の時間変化率によって,およそ次の4種類に区分できることを見いだした。すなわち,(1)界面全体に素速く広がる不規則な波動,(2)非常にゆっくりと界面全体に広がる不規則な波動,(3)界面上の数ミリメートルの局所領域で界面が小刻みに揺れる運動,(4)全く運動しない状態,である。今回用いたII族のカチオンでは,概ね原子番号が大きく電位差の変化率が小さいほど(1)の運動が発生しやすく,原子番号が小さく電位差の変化率が大きいほど(3)の運動が発生しやすいことを見いだした。(2)の運動は原子番号が小さく電位差の変化率が小さいところで主に観測され,(4)はCa存在下でのみ現れた。この原因は,電位差に基づいて油水界面を横切って動く分子やイオンの移動速度と,界面張力の不均一性が発生するための速度のバランスに求めることができると予想される。油水界面の形状を適切に保つことで,上記の(1)(3)の運動パターンから,それぞれ異なる規則的運動を取り出すことができるものと考えており,次年度は,これを実現することで本研究課題の目標を達成できると考えている。また,様々な液体界面の不安定現象について,それが界面の秩序運動を生み出す場合を見いだし,その機構についても研究を行った。