hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
自発的運動によって活性化される脳内分子のレジリエンス亢進作用の解明と応用研究

一方、胎仔期にニコチンを暴露されて生まれたマウスは、58週齢時に衝動性の亢進や注意機能障害など注意欠如多動症に類似した行動障害を示すことを報告している。平成29年度は、このモデル動物に対するガランタミン(アセチルコリンエステラーゼ阻害およびニコチン性ACh(nACh)受容体に対するアロステリックモジュレーター薬)の有用性について検討した。モデルマウスが生後5週となったら、ガランタミンを単回投与し、行動薬理学的評価(断崖回避試験及び物体随伴性注意試験)を行った。その結果、上述した行動障害に対し、ガランタミンは緩解作用を示した。そして、その緩解作用にはα7nAChRを介していることが示唆された。このことは、α7nAChR刺激が、衝動性の亢進や注意機能障害に有効であることを示している。これまでの創薬開発研究は、全く新しい作用機序を持つものが求められてきたが、近年は開発費や副作用発現の点から困難になってきている。創製のために「ドラッグリポジショニング概念」を応用すれば、副作用が判明している既存薬の新しい作用を見出すことも有用である。本研究結果から、アルツハイマー型認知症治療薬として用いられているガランタミンのもつ新しい効果を見出し、創薬につなげられるのではないかと期待している。計画した実験内容についてほぼ進めることができたため。本研究課題は、ストレス適応能力およびストレスの神経発達に対する影響を基礎薬学的に解明することにより、ヒトにおける疾患予防や治療に生かす方略を考案するために行った。これまでに、健常なマウスを豊かな環境下で飼育すると、脳内でペプチド発現が増加すること、そのうちの1つであるダイノルフィンAそのものをマウスに脳内投与すると、うつ様行動発現を抑制することを明らかにしてきた。一方、発達過程の中で胎生中後期は、内外からの様々な刺激に対し非常に感受性が高い。マウス胎仔(胎生14日出生日)にニコチンを曝露し、生後67週齢時に解析を行ったところ、断崖絶壁回避試験で観察される衝動性の亢進や物体随伴性注意試験における注意機能障害などの行動障害も誘発されることを見出した。さらに、前頭皮質における長期増強および細胞外グルタミン酸レベルの低下が認められた。そして、その障害の発現には、胎生期のα7アセチルコリン受容体を介した細胞増殖機能の低下が関与していることを見出した。この動物モデルを用いて、「ドラッグリポジショニング概念」を応用し、ガランタミンの治療薬としての可能性を検討した。その結果、ガランタミンの単回投与によって、衝動性の亢進、注意機能障害及び長期増強低下が有意に緩解され、これらはα7アセチルコリン受容体拮抗薬によって抑制された。以上のことから、内因性のペプチドによるストレス適応機能増強、また前頭皮質機能の低下に対するアセチルコリン受容体刺激による改善作用を見出した。今後はこれらの医薬品への応用を検討したい。単一分子の発現の増減だけでなく、広く複数の関連ある分子群の変化をとらえることを視野に入れ解析をはじめている。パスウェイ解析を中心に行い、賦活化あるいは抑制するシグナル伝達を制御する化合物の設計を進める。生体そのものが有するストレスに対する抵抗力は、「レジリエンス」と呼ばれる。
階層性を内包する自律型超分子システムの構築とその非線形ダイナミクス

N-イソプロピルアクリルアミド(PNIPAM)にルテニウムビピリジン錯体(Ru(bpy)_3^<2+>)を共重合し、BZ反応液中で周期的にコイル-グロビュール転移を繰り返すRu(bpy)_3^<2+>-co-PNIPA分子を創製した。この分子を基本として、1分子からミクロ集合体への階層構造の構築を目指した。BZ溶液中でレーザートラッピングによるRu(bpy)_3^<2+>-co-PNIPAM高分子微小集合体の形成を試みたところ、約5μm程度の集合体の自励的な体積振動が観測された。更に、自律機能を内包する要素系の構築を目指して界面活性剤(AOT),BZ反応溶液,油(オクタン)からなるwater-in-oil型のマイクロエマルジョンを作製した。温度,液滴のイオン強度,液滴の組成比、液滴の体積分率、等を通じて液滴の大きさや形態を制御し、活性因子(亜臭素酸)と抑制因子(臭素イオン)の拡散速度に差を与えた。その結果、隣り合うクラスター内の波が互いに反位相になる波(クラスター波)、周期が急激に変化する波、対消滅しない波、等、多様なパターンが観測された。BZ反応を基本にした自律型微小ゲルを要素とする興奮性結合系を構築し、自律型微小ゲルを要素とした多元要素系の確率共鳴を通して自己組織化に与える階層化の効果を調べた。要素の1次元配列では、(1)要素数の増加と共にノイズ誘起振動のコヒーレンス度が促進される、(2)直接的な相互作用のない要素間の位相同期は、それらの間に挟まれた要素の不規則振動を媒介にして達せられる、(3)位相同期現象の生起には、コヒーレンス共鳴が介在する、等、興味ある結果を得た。更に、数値シミュレーションに向けて実験系のモデル化を行い、外場効果を考慮できるように修正したオレゴネータモデルを用いて観測結果を再現した。イオン強度や温度の変化によってコイルーグロビュール(CG)転移を起こすポリN-イソプロピルアクリルアミド(PNIPAM)にルテニウムビピリジン錯体(Ru(bpy)_3^<2+>)を共重合し、BZ反応液中で周期的にCG転移を繰り返すRu(bpy)_3^<2+>-co-PNIPA分子を創製した。1分子からミクロ集合体への階層構造の構築を目指して、Ru(bpy)_3^<2+>-co-PNIPAMとメチレンビスアクリルアミド架橋剤を含んだ水溶液中で、レーザートラッピングによる高分子微小集合体(ゲル)の形成を試みたところ、約5μm程度の集合体が形成され、自励的な体積振動が観測された。同じレーザー強度でも、Ru(bpy)_3^<2+>-co-PNIPAMは、PNIPAMと比べて大きな集合体を構築することが分かった。これに付随して、レーザー光の焦点を制御することにより、10ミクロンサイズの台型3次元ゲルを作ることに成功した。自律型微小ゲルを要素とした多元要素系の確率共鳴を通して、自己組織化の階層性を調べた。BZ反応特有の光照射によるホップ分岐を誘起し、興奮状態の4要素を鎖状に結合し、要素間の信号の伝播が外部ノイズの印加によって如何に高められるかを調べた。ノイズは要素1のみに印加された。

コヒーレンス度R_Cが、或るノイズ強度で最適化されることに加えて、素子1で励起された信号は、素子2、3を経て4に伝播するにつれてR_Cが高くなった、これは、Noise Enhanced Propagationが誘起されたことを意味している。素子間では、1:1、1:2などの相互引き込みも観測された。修正型オレゴネータモデルを用いて数値シミュレーションを行ない、観測結果を再現した。1分子レベルから分子集合体のレベルへ階層のステップアップを図る目的で、界面活性剤(AOT),BZ反応液,油(オクタン)からなるwater-in-oil型のマイクロエマルジョンを構築し、これを自律機能を内包する要素とした。温度,液滴のイオン強度,液滴の組成比、滴の体積分率、等を通じて液滴の大きさや形態を制御した。これによって活性因子(亜臭素酸)と抑制因子(臭素イオン)の拡散速度に差を生じせしめ、生体の形態形成のような自己制御・発展するドメイン構造を持つパターンの誘起を試みた。BZ反応組成を高酸化状態にし、基質として従来のマロン酸の替わりにシクロヘキサンジオンを用いることで、臭素化による反応の劣化を防いだ。その結果、反応が飛躍的に持続し、隣り合うクラスター内の波が互いに反位相になる波(クラスター波)、周期が急激に変化する波、対消滅しない波、等多様なパターンが観測された。BZ反応を基本にした自律型微小ゲルを要素とする興奮性結合系を構築し、ノイズ誘起自己組織化現象に与える階層化の効果を調べた。要素の1次元配列では、(1)要素数の増加と共にノイズ誘起振動のコヒーレンス度が促進される、(2)直接的な相互作用のない離れた要素間の位相同期は、それらの間に挟まれた要素の不規則振動を媒介にして達せられる、(3)位相同期現象の生起には、コヒーレンス共鳴が介在する、等、興味ある結果を得た。更に、数値シミュレーションに向けて実験系のモデル化を行い、外場効果を考慮できるように修正したオレゴネータモデルを用いて観測結果を再現した。更なる階層化に向けて、フォトリソグラフィーを用いて10×10の興奮性要素の2次元配列を構築した。この方法は、要素の大きさ、配置、数が自在に制御できる利点を持っている。予備実験で、多要素化がもたらす新奇な自己組織化が観測された。
担持金属における金属粒子間距離と反応特性との相関に関する研究

ME法では,あらかじめ粒子径を制御したRh錯体微粒子を合成し,TEOS添加量すなわちシリカ形成量を変えることによって,Rh粒子径が45nmとほぼ一定で,Rh担持量を0.610.3wt%まで変化させることに成功した。それらの触媒のCO水素化反応特性を調べたところ,表面Rh1原子当たりの活性(TOF)はRh担持量が3.5wt%のときに極小値を示した。また,Rh担持量が3.5wt%のときに炭素数2以上の含酸素化合物(C_<2+>Oxy)の選択性が極大を示した。しかし,この触媒ではRh粒子がシリカ担体に均一に固定化されておらず,Rh粒子間隔の影響であるかは不明であった。そこで,球状シリカの中心にRhが一つ固定化されるシリカ包接Rh触媒をシリカ被覆層の厚さ(Rh担持量)を変えて調製した。Rh担持量を1.3wt%から10.5wt%に変化させてもRh粒子径は約34nmとほぼ一定であった。この触媒ではシリカ層厚さのおよそ2倍がRh粒子間の間隔と考えることができる。それらの触媒のCO水素化反応特性を調べた結果,Rh粒子間隔が変化してもTOFおよび生成物選択性はほとんど変化しなかった。すなわち,Rh粒子の間隔はCO水素化反応特性に影響を及ぼさないことが示された。一方,ME法触媒でRh担持量が生成物選択性に影響した原因を検討するため,Rhの還元されやすさを昇温還元法(TPR)によって調べた。その結果,ME法触媒では,TPRの還元ピークがRh担持量とともに変化することがわかった。すなわち,ME法触媒では,Rh担持量によってRhとシリカとの結合状態が変化していることが示唆された。担持金属触媒の金属粒子径が触媒反応特性に影響を及ぼすことはよく知られているが,担持金属粒子同士の間隔が反応特性に及ぼす影響については全く研究されていない。これに対して,当研究室で開発したマイクロエマルションを利用する触媒調製法では,金属粒子径を変えることなく,金属担持量を変化させて触媒を調製することが可能である。そこで,本研究では,Rh/SiO_2触媒によるCO水素化反応をとりあげ,Rh粒子径を変えることなくRh担持量を変えて触媒を調製し,Rh担持量およびRh粒子間隔がCO水素化反応特性に及ぼす影響を調べた。触媒調製法には,マイクロエマルション(ME)法とシリカ包接法の2種類の方法を用いたが,両方法は調製条件が異なるだけで調製手順に相違はない。まず,外部水相のない油中水滴型のME中で,RhCl_3・3H_2Oとヒドラジンを用いてRh-ヒドラジン錯体微粒子を合成した。ME法ではセチルトリメチルアンモニウムクロリド(CTAC)/1-ヘキサノール系MEを用い,包接法ではポリオキシエチレン(n=15)セチルエーテル(C-15)/シクロヘキサン系MEを用いた。その錯体微粒子が分散したMEにアンモニア水および担体原料であるテトラエトキシシラン(TEOS)を添加し,加水分解を行った.このときに加えるTEOS量を変化させることで,Rh担持量を制御した。これらの触媒のCO水素化反応特性を調べたところ,Rh担持量によって表面Rh1原子当たりの活性(TOF)はRh担持量が3.5wt%のときに極小値を示し,炭素数2以上の含酸素化合物(C_2+Oxy)の選択性が極大となった。しかし,この触媒のTEM観察を行ったところRh粒子がシリカ担体に均一に固定化されておらず,Rh粒子間隔を計測することが困難であった。そこで,シリカ包接Rh触媒のシリカ被覆層厚さ(Rh担持量)を変えて調製し,Rh粒子間距離が反応特性に及ぼす影響を調べた。その結果,TOFと生成物選択性ともにほとんど変化しなかった。包接法触媒はRh粒子径一定でRh粒子間隔のみを制御できているため,Rh粒子の間隔はCO水素化反応特性に影響を及ぼさないことが示された。しかし,ME法触媒では工学的に有用なC_2+Oxy選択性が大きく変化していた。この原因について検討するため,触媒中のRhの還元されやすさを昇温還元法(TPR)によって調べた。その結果,ME法触媒では,TPRの還元ピークがRh担持量とともに変化し,触媒中のRhの還元性がCO水素化反応における生成物選択性と相関性があることが見出された。

Rh担持量を1.3wt%から10.5wt%に変化させてもRh粒子径は約34nmとほぼ一定であった。この触媒ではシリカ層厚さのおよそ2倍がRh粒子間の間隔と考えることができる。それらの触媒のCO水素化反応特性を調べた結果,Rh粒子間隔が変化してもTOFおよび生成物選択性はほとんど変化しなかった。すなわち,Rh粒子の間隔はCO水素化反応特性に影響を及ぼさないことが示された。一方,ME法触媒でRh担持量が生成物選択性に影響した原因を検討するため,Rhの還元されやすさを昇温還元法(TPR)によって調べた。その結果,ME法触媒では,TPRの還元ピークがRh担持量とともに変化することがわかった。すなわち,ME法触媒では,Rh担持量によってRhとシリカとの結合状態が変化していることが示唆された。
1/4フィルド電荷移動錯体系における超高速光誘起相転移発現機構の探求

温度可変条件で、70psの時間分解構造解析が可能となる分子動画装置を開発した。回折法による単結晶構造解析から、XASによる遷移金属系電子状態の観測まで、多彩なX線観測法が可能な装置とする為、各種装置配置等に工夫を行った。そして本装置のデモンストレーション実験として、遷移金属有機配位子系溶液の時間分解XAFS実験を行い、配位子系の動的構造変化を捉えることに成功し、結果を論文に報告した。さらに本装置を用いての、動的精密構造解析へ向けた第二歩として、(EDO-TTF)_2PF_6結晶の定常状態の構造精密解析を試みた。得られたEDO-TTF分子の構造はひとつの分子が平面的(Flat)であるのに対し、他の分子は室温相の構造からより湾曲(Bent)している。Bent分子が0価で、Flat分子は+1価に対応しており、この価数分配を仮定するとEDO-TTF分子は積層方向に0,+1,+1,0と価数配列した4量体を形成している。これは過去に報告された結果と一致する。さらに、構造解析結果を元にマキシマムエントロピー法による電子密度解析(MEM解析法)を行った。この結果、低温相におけるS原子間の電子密度の重なりが高温相で出現する等、過去の粉末構造解析を基盤とする電子密度解析とほぼ一貫する結果が得られた。これらの結果から、励起光侵入長とX線侵入長のマッチングがとれる薄膜結晶が作製されれば、動的電子密度解析も可能となると期待される。このために、現在合成家と密接に協力しながら、試料の作製の為の努力を継続中である。室温で(EDO-TTF)_2PF_6の構造データを測定し構造精密化を行ったところ、構造モデルとの一致度をあらわすRファクターは7.4%であった。精密化により得られたEDO-TTF分子の構造は平面から湾曲しており、過去に報告された金属相の解析結果と一致する。また、分子の末端エチレン(-C_2H_4-)の温度因子が分子面に垂直な方向に大きくなっている。これは熱振動による分子末端のエチレンにdisorderを生じていることが原因と考えられる。PF_6分子はdisorderを示しており、splitting modelを用いて精密化を行った。同様に絶縁相でのデータ測定を250Kで行った。R-factorは6.3%であった。精密化により得られたEDO-TTF分子の構造はひとつの分子が平面的(Flat)であるのに対し、他の分子は室温相の構造からより湾曲(Bent)している。さらに、flat分子の末端エチレン(-C_2H_4-)の温度因子のみが面に垂直な方向に大きくなっており、この温度では熱振動が凍結していないか空間的に無秩序状態であると考えられる。また、PF_6分子は1軸周りのdisorderが存在しており,やはり完全な秩序化はしていないことがsplitting modelによる精密化から明らかとなった。これらのdisorderは200K、150Kで解析を行ったが本質的に差は見られなかったものの,温度を下げていくと、flatなEDO-TTF分子の末端エチレン(-C_2H_4-)の温度因子とPF_6の一軸周りのdisorderの度合いが小さくなった。さらに、構造解析結果を元にマキシマムエントロピー法による電子密度解析(MEM解析)を行った。どちらの相においても原子位置を中心として電荷が存在しており、分子の形を捉えることが出来た。
燃焼排ガスのNOxの接触還元分解用SAPO触媒の開発

種々の金属イオンを格子中に含有したMe-APSO-34を合成し、そのNO還元活性について検討を行いイオン交換した触媒との比較を行った。Me-APSO-34の還元活性は格子中に導入した金属に強く依存した。Mn,Ce,Zr,Laなどを添加したMe-APSO-34では500°C以上の高温で活性が発現し、活性は低かった。Fe,Cr,Cuなどは350°C以下で活性が発現した。一方、Ca,In,Crなどは検討した全ての温度域でNO還元活性は低かった。現在のところCoを添加したMe-APSO-34がNOの選択還元に対して最も高い活性を示すことがわかった。そこで、Co-APSO-34のNO選択還元活性のコバルト含有率依存性について検討した。NOの還元活性はCoの含有率の増加とともに増大し、2mol%ではNO転化率は70%に達成し、その後は8.5mol%まで変わらなかった。一方、NOの還元活性が最も高くなる温度はCo含有率の増大とともに低温側にシフトした。これからCo含有率は1.8mol%以上が適当である。ところが、Co含有率が高くなるとSAPOの格子の熱安定性が低下し、8mol%の含有率のCo-APSO-34では700°Cで反応を行うと、結晶構造が崩れた。このことより、熱安定性と活性から最適Co含有率は、2mol%程度と考えられる。合成直後のCo-APSO-34はESRシグナルを全く与えず、青い色であったことよりCoは主に3価で存在しているものと推定された。これに対し、400°CでC_3H_6で還元すると2価に帰属されるESRが出現した。一方、触媒反応を行った後のCo-APSO-34格子の中のCoは3価と2価の間をredoxしながら、NOを還元しているものと推定される。
操縦者特性を考慮した大型車両横転抑制技術の開発

近年,大型車両の横転を抑制するため,多くの制御手法が開発された.しかし,これらの手法には,操縦者の特性変化の影響が無視されているという問題があった.例えば,若い操縦者と年配の操縦者では大きな操縦特性の違いがある.同じ操縦者であったとしても,操縦者が疲労した場合,操縦者特性が変化する.これらの事実を無視して設計された横転抑制制御を用いた場合,所期の制御性能が実現できない恐れがある.本研究では,上記の問題を解決するため,新しい横転抑制制御法を開発する.操縦者が見ている路面上の位置を視線位置計測センサー等で計測できることを仮定する.そして,ハンドル操舵角情報と操縦者が見ている路面上の位置情報より,操縦者のハンドル操作特性(操縦者時定数,操縦者ゲイン)を推定するための適応推定器の設計法を開発した.この推定器の安定性を理論的に証明し,さらに,数値シミュレーション実験を通して開発された適応推定器の推定性能の有効性を確認した.すなわち,操縦者時定数や操縦者ゲインが未知定数の場合,設計パラメータを設定することにより,素早く真値が推定できることを示した.そして,操縦者時定数や操縦者ゲイン時間的に変動する場合にも提案する適応推定器が有効であることも示した.さらに,操縦者が見ている路面上の位置情報に計測外乱が存在する場合に対する推定性能改善法を提案し,その手法の有効性を数値シミュレーション実験を用いて明らかにした.操縦者のハンドル操作特性が大きく変動したとしても高い操縦性能を維持でき,かつ,車体のローリング振動による横転が発生しにくい理想的な動きを実現できる改善型理想車両モデルの設計法を開発した.本手法では,車両重量等の車両パラメータが未知であり,そして,路面状況に関係するタイヤ横剛性が未知な場合にも利用できるという利点が存在する.次に,実車両の挙動を改善型理想車両モデルの挙動に追従させるための追従制御法も提案した.今後,この手法を基に,適応推定器により推定された操縦者時定数や操縦者ゲインを利用した新しい操縦安定化手法の開発を目指す.大型トラックの横転事故を防ぐため,種々の横転抑制制御手法が開発されてきた.しかし,これら手法では操縦者パラメータが未知としてコントローラが設計されていた.もし,操縦者パラメータがオンライン推定可能であれば,より高い横転抑制性能を実現できる制御法の開発が期待できる.このことを実現するため,平成25年度に操縦者パラメータのオンライン適応推定法を開発した.そして,数値シミュレーションを用いて開発方法の有効性を示した.しかし,実験的な検証はまだ行っていなかった.26年度,開発した操縦者パラメータのオンライン推定法の実験的検証・改良を行うため,ドライビングシミュレータを人間が実際に運転したときの操舵データをもとに操縦者パラメータの推定実験を行った.この実験を通し,推定法の改良を行った.されに,開発した操縦者パラメータのオンライン推定法の有用性を確認した.また,横転抑制コントローラ開発に必要となる理想大型車両モデルの新しい設計法を開発した.従来の理想大型車両モデルでは,定常円旋回時に大型車両の横方向速度が零とはならず,走行速度によって,アンダーすてステアとなったりオーバーステアになるという問題があった.新しい設計法では,速度に関係なくニュートラルステアとなるという特徴がある.I)ドライバーの車両操縦モデルとして,予見型のモデルを採用した.そして,この操縦モデルを表す係数を同定するための手法を開発した.そして,私共の研究室所有のドライビングシミュレータを用いて開発されたパラメータ同定法の有効性の確認を行った.複数人の被験者対する実験を通して,ドライバーパラメータが推定できることを明らかにした.II)パラメータ推定法の開発と並行して,つぎに示す特徴を有する新しいロールオーバー抑制制御法の開発を行った.1ロールオーバーの危険性が少ない場合,パッシブ車両より操縦安定性が非常に良くなる.2ロールオーバーの危険性が高い場合,車両の車線への追従性能を若干犠牲にすることにより,パッシブ車両に比べロールオーバをかなり抑えることができる.開発されたロールオーバー抑制制御法の有効性を確認するために,私共の研究室所有のドライビングシミュレータを用いて抑制制御実験を行った.複数人の被験者対する実験を通して,本手法の有用性を明らかにした.III)上記したロールオーバー抑制制御法を利用し,操縦者のパラメータが既知な場合に対して,操縦者も含めた車両システム全体の操縦性能が良くなるロールオーバー抑制制御法の開発を行っている.本手法を用いた場合,走行中の路面状態や車両のサスペンションやダンパが変化したとしてもロールオーバー抑制性能に変化が生じないという良い特徴を持っている.VI)上述の手法は,車両の前後輪操舵を用いた手法である.この手法に進行方向速度制御を含めることにより,ロールオーバー抑制性能を格段に向上させることができる.このことを実現できる制御法を開発するための前段階として,横方向制御と進行走行速度制御も含めた,適応操縦安定化手法の開発も行っている.近年,大型車両の横転を抑制するため,多くの制御手法が開発された.しかし,これらの手法には,操縦者の特性変化の影響が無視されているという問題があった.例えば,若い操縦者と年配の操縦者では大きな操縦特性の違いがある.同じ操縦者であったとしても,操縦者が疲労した場合,操縦者特性が変化する.これらの事実を無視して設計された横転抑制制御を用いた場合,所期の制御性能が実現できない恐れがある.本研究では,上記の問題を解決するため,新しい横転抑制制御法を開発する.本研究における一つの研究目的である操縦者パラメータの推定法の開発が終了した.すなわち,ドライビングシミュレータを利用して,平成25年度に開発した操縦者パラメータの推定法の実験的検証

・改良をを平成26年度に行った.結果として,平成26年度に改良を加えた操縦者パラメータ推定法の有用性を確認することができた.さらに,平成27年度に操縦者パラメータの推定結果を用いた大型車両の横転抑制制御法を開発するための準備として,新しい理想大型車両モデルの設計法も開発した.制御工学平成26年度に開発された操縦者パラメータ推定法を基にして,新しい大型車両の横転抑制制御法を開発する.研究計画に従い,操縦者のハンドル操作特性(操縦者時定数,操縦者ゲイン)を推定するための適応推定器の設計法を開発した.さらに,操縦者が見ている路面上の位置情報に計測外乱が存在する場合に対する推定性能改善法を提案し,その手法の有効性を数値シミュレーション実験を用いて明らかにした.操縦者のハンドル操作特性が大きく変動したとしても高い操縦性能を維持でき,かつ,車体のローリング振動による横転が発生しにくい理想的な動きを実現できる改善型理想車両モデルの設計法を開発した.適応推定器によって推定された操縦者時定数や操縦者ゲインの情報を基に,操縦者のハンドル操作特性が大きく変動したとしても,高い操縦性能を維持でき,かつ,車体のローリング振動による横転が発生しにくい理想車両モデルの設計法を開発する設計される理想車両モデルの動きに実際の大型車両の動きが一致すれば,本研究の目的が達成される.そこで,つぎに,実際の大型車両の動きを理想車両モデルの動きに追従させるためのロバスト追従コントローラの開発を行う.最後に,ドライバーシミュレータを用いて,開発されたローリング振動抑制手法の有効性を検証する.
タンパク質工学によるセリシン誘導体の創製、および構造と機能相関性の解明

絹タンパク質、セリシンにはSer、Thrなどの親水性アミノ酸残基に富む38残基の特徴的なアミノ酸配列が含まれている。本研究ではこれまでにセリシンの加水分解物や、上記38残基が2回連続したペプチドが昆虫細胞Sf9の血清中での細胞死に対して抑制活性があることを示してきたが、本年度の研究で以下のような新しい発見があった。1)38残基ペプチドの細胞死抑制効果の活性中心が10残基のペプチドSP3にあることを示した。この配列はSGGSSTYGYSである。2)SP3のC末端-YGYSをWGWSに変えても活性に差はないが、-AGASに変えると活性がなくなった。この事実からTyr, Trpなどの芳香族アミノ酸が活性に重要な役割を果たしていることが示された。3)NおよびC末端のSを削除したペプチドでは活性が大幅に低下した。このことからSerも重要な役割を持つことが示された。4)昆虫細胞Sf9の16時間培養後のDNAの電気泳動の解析によって明瞭なヌクレオソーム単位毎の特異的な切断が観察され、この細胞の死がアポトーシスによること、セリシンの加水分解物の添加がアポトーシスを抑制することが示された。カイコのセリシンタンパク質をコードする遺伝子ser1には9つのエクソンがあり、それぞれ、セリシンに特徴的なセリシンを多く含む38アミノ酸からなる反復配列がある。この反復配列がセリシンの機能性に重要な役割をもつと考え、これらを「組換えセリシン」として、この調製法を検討した。1)カイコ5令幼虫の中部絹糸腺の細胞から調製したmRNAを材料にcDNAライブラリーを作成し、セリシン遺伝子に特異的なプローブを用いてPCRを行い、この中からser!BのcDNAをスクリーニングした。2)得られたser!BのcDNAを鋳型にPCRを行って増幅し、反復配列部分を含む3種、つまり、2回の反復配列を含む分子量8.0kDa、それにヒスチジンタグをもつ9.0kDa、4回の反復配列を含む14.5kDa、の遺伝子断片を調製した。3)これらの遺伝子断片を大腸菌の発現ベクター(pET)にクローニングし、形質転換して生産菌候補を得た。4)得られた大腸菌をLB液体培地2lを用い、途上でIPTGを添加して27時間37°Cで振とう培養し、菌体の可溶性画分から、SDS-PAG電気泳動でそれぞれの分子量に相当する位置に対応するバンドを得、目的とする「組換えセリシン」が生産されることを証明した。カイコのセリシンタンパク質をコードする遺伝子ser1に含まれる9つのエクソンの中から、セリシンに特徴的なSerとThrに富む38アミノ酸からなる反復配列(これを「組み換えセリシン」と呼ぶ)の調製法を前年度の検討で確立したので、本サンプルを使用して昆虫細胞培養系への効果について調べ、以下のような結果を得た。1)培養に使用した昆虫細胞Sf9は培地中の血清を除去することによって細胞死が引き起こされることを見いだした。2)この細胞死は「組み換えセリシン」の一つ、38アミノ酸の2回連続ペプチド、SerDを添加することによって、濃度依存的に抑制されることを見いだした。この現象はセリシン加水分解物の添加によっても見られた。3)SerDとセリシン加水分解物の添加は細胞死の抑制のみならず、Sf9の増殖促進効果を示した。4)同様の効果はBSFの添加によっても観察されたが、セリシン誘導体とBSFとの構造的な相違から、SerDの特定のアミノ酸の配列に細胞死抑制と増殖促進効果があることが考えられた。この結果は単に細胞の増殖に有力な情報であるだけではなく、無血清培地での細胞の増殖と安定化と言う実用的な視点からの有力な情報を与えるものである。
細胞流動・時間分解顕微ラマン分光法の開発

複雑な系の特定微小部位に焦点を当て、その部位の詳細な構造解析が行える顕微ラマン分光法と、単一の細胞に特定の薬物などを注入し、その後の経過を逐次追跡することが可能なマイクロ流動法を組み合わせ、薬物投与などに伴う細胞内生体分子の動的な構造変化過程を解析するための細胞流動・時間分解顕微ラマン分光法を新たに開発するために、前年度の結果を踏まえて、以下の検討を行った。細胞を圧力(加圧・吸引)によってマイクロチップ内の溝の中で流動させるための装置を用いて、流速と圧力差との関係を様々な溶液条件下で調べ、安定な流れを得るためには何が必要かを詳しく検討した。マイクロチップ上の溝の中を移動している細胞内の特定の小器官を顕微鏡下で確実に捕らえる方法として、XYステージを利用する方式を前年度に試作したが、操作に熟練を要するなどの難点も明らかになったため、改良した。顕微ラマンスペクトルの測定において、深さ方向の位置分解能を上げるためには共焦点方式の採用が不可欠であるが、従来の方式では、ラマン散乱光の強度が大きく減衰するため、分光器の入射スリットそのものを共焦点用ピンホールとして用いる新しい方式を開発した。高倍率の顕微鏡対物レンズは作動距離が短いため、マイクロチップのカバーグラスの厚さも薄くし、ラマン集光効率を改善した。上記のような検討結果を基に、細胞内生体分子の動的な構造変化過程を解析するために必要な性能を有する細胞流動・時間分解顕微ラマン分光装置の基本形を作製した。複雑な系の特定微小部位に焦点を当て、その部位の詳細な構造解析が行える顕微ラマン分光法と、単一の細胞に特定の薬物などを注入し、その後の経過を逐次追跡することが可能なマイクロ流動法を組み合わせ、薬物投与などに伴う細胞内生体分子の動的な構造変化過程を解析するための細胞流動・時間分解顕微ラマン分光法を新たに開発することが、本研究の目的である。この目的を達成するために、本年度は、細胞をマイクロチップ内の溝の中で流動させるための装置を作製し、現有の顕微ラマン分光計に組み込んで、統合されたシステムとしての最適化を以下の手順で行った。1)細胞を溝に沿って滑らかに流動させるためのマイクロチップの設計・製作を行った。2)細胞を圧力(加圧、吸引)によって、マイクロチップの中を流動させ、薬物と効率よく結合させる方式を開発した。この方法は、これまで用いられている電圧印加による流動に比べ、細胞に余分な負荷が掛からず、また、適用できる細胞種の範囲も広い。3)顕微鏡用の高性能対物レンズを購入し、現有の顕微ラマン分光計の感度向上を行った。4)顕微ラマンスペクトルの測定において、深さ方向の位置分解能を上げるために、共焦点方式の利点を最大限に生かすように顕微ラマン分光計に改良を加えた。5)マイクロチップ上の溝の中を移動している細胞内の特定の小器官を顕微鏡下で確実に捕らえるために、XYステージを駆使したシステムを開発した。6)最も扱い易い細胞である赤血球を用いて細胞流動の基礎的な条件検討を行い、細胞内生体分子の動的な構造変化過程を解析するために十分な性能を有する細胞流動・時間分解顕微ラマン分光装置のプロトタイプを作製することに成功した。
ガリア・ナルボネンシスにおけるローマ化の歴史的過程

今回の研究では、帝政期ガリアにおけるローマ化の重要な要因である皇帝礼拝を取り上げ、その中心的な担い手であるアウグスターレース(seviri Augusutales)の実態を碑文史料を中心に検討した。まず、ガリア南部の属州ナルボネンシスの代表的都市であるナルボ(現ナルボンヌ)とネマウスス(現ニ-ム)のアウグスターレースを比較検討することによって、彼らの都市におけるあり方およびローマ皇帝との関連を考察した。それによれば、アウグスターレースはそれぞれの都市における有力な解放奴隷がその役職を担っており、彼らはやがて少くとも二世紀には都市参事会員に次ぐ第二の階層を形成するようになる。彼らのなかには名誉都市参事会員の称号をえるものもでてきており、この事実は彼らがのちに参事会員へ上昇していく可能性を示唆させる。すなわちアウグスターレースは帝政期とりわけ元首政期において著しい社会的身分上昇を達成するわけであり、かつての奴隷をその祖先にもつものが都市の中枢部分に進出するという事実のなかにわれわれはローマ化の一つの典型を見ることができる。一方、アウグスターレースとローマ皇帝との関連に関しては、ガリア・ナルボネンシスにおいては具体的にそれを示すものは検証できなかった。この事実はしかしそれ自体ひとつの意味をもつものと思われる。というのも、従来これはアウグスターレースと皇帝のつながりが名目的なものと考えられてきたわけであるが、しかし、これは両者の距離が直接の言及を控えさせるほど、きわめて大きなものになっているとも考えられるのである。このことを類推させるものとして、ガリア・ナルボネンシスに隣接するルグドゥヌム(現リヨン)のアウグスターレースの事例(CIL XIII,1751、2世紀)がある。ここではアウグスターレースは雄牛の血を浴びる儀式(タウロボリウム)をおこなっている。このことは両者の関係が単なる儀礼的なものというよりもむしろ、呪術的な意味合いを帯びてきていると考えられる。平成7年度においては、ローマ属州ナルボネンシス(現フランス南部)の代表的都市であるナルボ(現ナルボンヌ)とネマウスス(現ニ-ム)のアウグスターレース(アウグストゥス礼拝者団)を比較検討することによって、彼らの都市におけるあり方を考察した。(拙著「ローマ帝政期ナルボネンシスの都市とアウグスターレース-ナルボとネマウススを中心に-」『史学論叢』第26号1995年1-14頁)。この考察によって、アウグスターレースのあり方は属州全体において画一的ではなく、各都市によって異なっている事実がありうることが明らかになった。とりわけ都市上層部である参事会員(デクリオネース)と一般市民との関係が異なることによってアウグスターレースのあり方も多様であることが示された。またその際、ネマウススのアウグスターレース関係碑文の発見場所を確定していくなかで、碑文がネマウススの都市中心部だけではなく、都市領域内村落においても一定数散見された。これはアウグスターレースが都市部ばかりではなく周辺農村部出身のものも多くいたことを意味している。この現象は他都市にはみられないネマウスス特有なものであった。おそらくこれはネマウススの歴史的背景と密接に係わっていると思われる(YAMAMOTO Haruki, Les inscriptions relatives aux sevirs sugustaux, decouvertes dans la campagne de Nimes, dans"Memoirs of Beppu University" XXXVII 1996 p. 29-37)。ガリア・ナルボネンシスの都市におけるアウグスターレースについて、その関係碑文の検討は一応の成果をみた(前掲拙稿参照)。

しかしナルボネンシスのアウグスターレース関係碑文を検討していくなかで、隣接の属州ルグドゥネンシスのそれも合わせて考察しなければならない必要性が出てきた。というのもネマウススは内陸部から地中海に注ぐロ-ヌ河を介して、ルグドゥヌム(現リヨン)と密接に係わっているからである。今後この都市のアウグスターレースのあり方が問われねばならない。今回の研究では「ガリア・ナルボネンシスにおけるローマ化の歴史的過程」というテーマのもとに、帝政期ガリアにおけるローマ化の重要な側面である皇帝礼拝を取り上げ、その中心的な担い手であるアウグスターレースの実態を碑文史料を中心に検討した。まず、ガリア南部の属州ナルボネンシンスの代表的都市であるナルボとネマウススのアウグスターレースを比較的検討することによって、彼らの都市におけるあり方を考察した。この考察によって、アウグスターレースのあり方は属州全体において画一的ではなく、各都市によって異なっている事実がありうることが明らかになった。とりわけ都市上層部である参事会員と一般市民との関係が異なることによってアウグスターレースのあり方も多様であることが示された。このようにナルボネンシスの都市におけるアウグスターレースについて、その関係碑文の検討は一応の成果をみた。というのもナルボやネマウススは、内陸部から地中海に注ぐロ-ヌ河を介して、ルグドゥヌムと密接に係わっているからである。ルグドゥヌムのアウグスターレースに関する検討で明らかになったのは、この都市がガリア内陸部において、とりわけ経済の面において突出した優越性を他の都市に対してもっていた、ということである。とりわけ、ロ-ヌ・ソ-ヌ両河川の合流地点にあったカナバエ(商人定住地)を基地として、両河川及びその支流、さらには北部のゲルマン国境地帯や南部の地中海沿岸を活動範囲とする交易商人の存在が明らかになった。そして彼らのなかにはアウグスターレースとして活躍した人々もいた。
インプラント歯周炎の病原因子としての細菌バイオフィルムの解析

インプラントサルカス中のヒーリングアバットメントに形成された初期のインプラント関連バイオフィルムを微細形態学的に検索し,アバットメントへのバイオフィルム形成には,初期プラーク構成細菌と称される球菌や線状菌が関与していることを見いだした.バイオフィルムの厚みはインプラントサルカス深部に近づくに従い厚くなり,フィクスチャー埋入後12週間で,インプラントサルカス内に成熟したバイオフィルムが形成されることを解明した.次に,8本の重度インプラント周囲炎罹患インプラントを用いて,インプラント関連バイオフィルムを組織学的に観察するとともに,バイオフィルム形成細菌種を免疫組織化学的に検索し,バイオフィルム細菌の感染経路がインプラントサルカス以外に、アバットメントスクリュー周囲からの内部漏洩であることを改めて確認した他,Porphyromonas gingivalisをはじめとする歯周病原性細菌に対する抗体には陽性反応がみられず,現状ではこれらの細菌種は成人性歯周炎の進行には関わっているが,インプラント周囲炎には関与していないことを示唆した.また,これまでの報告でインプラント周囲炎との関連が示唆されているP.gingivalisのバイオフィルムを作製し,1)生物学的(ATP)活性,2)薬剤感受性,ならびに3)バイオフィルム形成に関与する遺伝子の3点について検討した.バイオフィルム内のP.gingivalisの増殖速度は浮遊状態のP.gingivalisの1/30万であること,P.gingivalisバイオフィルムがグルコン酸クロルヘキシジンに感受性を示すことを解明した他,polyphosphate kinase(ppk)遺伝子のP.gingivalisホモログの検索よりP.gingivalis ppk遺伝子をクローニングすることに成功し,P.gingivalis ppkとEscherichia coli ppkとの相同性がアミノ酸レベルで35.8%であることを明らかにした.インプラントサルカス中のヒーリングアバットメントに形成された初期のインプラント関連バイオフィルムを微細形態学的に検索し,アバットメントへのバイオフィルム形成には,初期プラーク構成細菌と称される球菌や線状菌が関与していることを見いだした.バイオフィルムの厚みはインプラントサルカス深部に近づくに従い厚くなり,フィクスチャー埋入後12週間で,インプラントサルカス内に成熟したバイオフィルムが形成されることを解明した.次に,8本の重度インプラント周囲炎罹患インプラントを用いて,インプラント関連バイオフィルムを組織学的に観察するとともに,バイオフィルム形成細菌種を免疫組織化学的に検索し,バイオフィルム細菌の感染経路がインプラントサルカス以外に、アバットメントスクリュー周囲からの内部漏洩であることを改めて確認した他,Porphyromonas gingivalisをはじめとする歯周病原性細菌に対する抗体には陽性反応がみられず,現状ではこれらの細菌種は成人性歯周炎の進行には関わっているが,インプラント周囲炎には関与していないことを示唆した.また,これまでの報告でインプラント周囲炎との関連が示唆されているP.gingivalisのバイオフィルムを作製し,1)生物学的(ATP)活性,2)薬剤感受性,ならびに3)バイオフィルム形成に関与する遺伝子の3点について検討した.バイオフィルム内のP.gingivalisの増殖速度は浮遊状態のP.gingivalisの1/30万であること,P.gingivalisバイオフィルムがグルコン酸クロルヘキシジンに感受性を示すことを解明した他,polyphosphate kinase(ppk)遺伝子のP.gingivalisホモログの検索よりP.gingivalis ppk遺伝子をクローニングすることに成功し,P.gingivalis ppkとEscherichia coli ppkとの相同性がアミノ酸レベルで35.8%であることを明らかにした.インフォームドコンセントを十分に行い,同意の得られた患者を対象として,ヒトのインプラント周囲炎関連バイオフィルムおよびインプラントサルカス中のヒーリングアバットメントに形成された細菌バイオフィルムを微細形態学的に検索すると共に,共焦点レーザー顕微鏡によるインプラント周囲炎関連バイオフィルムを3次元的に解析するための試料の調製を行い,以下の結果を得た.重度インプラント周囲炎に罹患し保存不可能と診断され撤去されたインプラント体(フィクスチャー)を,走査型電子顕微鏡にて観察したところ,球菌や桿菌をはじめとする様々な形態型の細菌により形成されたバイオフィルムがスクリュー部に散在性に観察され,インプラント周囲炎には咬合因子だけでなく,細菌バイオフィルムが関与していやことが形態的に示唆された.また,フィクスチャー埋入後暫間的に装着されるヒーリングアバットメント表面には,初期プラーク構成細菌と称される球菌や線状菌を主体とするバイオフィルムが観察された.バイオフィルム集落は散在性に観察され,インプラントサルカス深部に近づくに従ってその厚みは厚くなる傾向が認められ,フィクスチャー埋入後1-2週間で,インプラントサルカス内に成熟したバイオフイルムが形成されることが明らかとなった.さらに,インプラント周囲炎関連バイオフィルムの構造を焦点レーザー顕微鏡により観察するため,重度インプラント周囲炎患者より様々なタイプの8本のフィクスチャーを採取し,厚さ50μm(計17枚)の薄切切片を外注委託により調製した.現在,FITCやローダミンなどの蛍光染色を施し共焦点レーザー顕微鏡にてインプラント周囲炎関連バイオフィルムを3次元的に検索中である.インフォームドコンセントを十分に行い,同意の得られた患者を対象として,重度インプラント歯周炎に罹患した8本のインプラントより薄切切片を調製し,バイオフィルムを組織学的に観察するとともに,Porphyromonas gingivalis, Prevotella intermedia, Fusobacterium nucleatumおよびCampylobacter rectusに対する特異抗血清を用いた酵素抗体法による免疫染色を施し,バイオフィルム形成細菌種を検索した.

組織学的検索の結果,バイオフィルム細菌の感染経路が、インプラントサルカスの他、アバットメントスクリュー周囲からの内部漏洩であることが明らかとなった。免疫組織化学的検索の結果,P. gingivalisを含め使用したいずれの抗体にも陽性反応はみとめられず,現状ではこれらの細菌種は,成人性歯周炎の進行には関わっているがインプラント周囲炎にはあまり関与していないことが示唆された.現在サンプル数を増やし,継続して検索中である.また,従来の報告でインプラント周囲炎との関連が示唆されているP. gingivalisのバイオフィルムを作製し,1)生物学的(ATP)活性,2)バイオフィルム形成に関与する遺伝子,ならびに3)薬剤感受性の3点について検討した.バイオフィルム内のP. gingivalisの増殖速度は浮遊状態のP. gingivalisの1/30万であること,グルコン酸クロルヘキシジンがP. gingivalisバイオフィルムに感受性があることを解明した他,緑膿菌のバイオフィルム形成に必須であるpolyphosphate kinase(ppk)遺伝子のP.gingivalisホモログの検索よりP. gingivalis ppk遺伝子をクローニングすることに成功した.P. gingivalis ppkとEscherichia coli pplとの相同性はアミノ酸レベルで35.8%とよく保存されていることが明かとなった.
PET,CT,MRIによる包括的映像法を用いた不安定プラークの病態評価

加齢に伴い動脈硬化(プラーク)の形成が進むが、プラークが破綻することで、心筋梗塞や脳梗塞が生じる。プラークの不安定化のメカニズムはまだ不明な点が多い。これまでの検討では、不安定プラークの描出にはマクロファージ活性を示す18FDGやカルシウム動員を示すNa18Fの集積が有効とされ、PETが利用され始めている。そこで本研究では炎症細胞浸潤、Ca動員を反映するFDGとNaF-PETを用いた分子機能解析、石灰化やプラーク内出血などのCTによる微細な形態解析、さらには水拡散、脂質コア、シアストレスなどMRIを駆使した機能解析を統合的に行うことで、血管疾患の活動性や病変の進展を映像化し、治療戦略に繋げることを目指す。まず動脈硬化モデルマウスおよび家兎を用いて、免疫病理組織学的検討に加え、オートラジオグラフィや小動物用PETを用いてPETやCTでプラークの病態をどのように映像できるか検討する。他方臨床例では融合画像法を活用して頸動脈プラーク病変に応用し、一部病理組織所見と対比して検討を進める。後半には冠動脈プラークの評価を目指し、最適画像収集法や解析法を導入する。さらにはPET/MRI一体型装置を用いて、不安定プラークの病態をどの程度把握できるか、についても考察する。最終的には、最新の画像融合技術を利用し、頸動脈や冠動脈プラークにおける病態情報を統合的に解析する。動物実験での検討結果を臨床例に活かし、経過観察,治療前後での評価に応用することで、プラークの不安定性評価や治療戦略のための最適な包括的映像法の確立を目指す。培養骨芽細胞・破骨細胞を用いたNaFのとりこみに関する実験およびFDGとの比較検討をおこなった。マウスから採取した骨芽細胞と破骨細胞へのNaF及びFDGの集積量を検討した。その結果、NaFは骨芽細胞に高い集積を示し、破骨細胞にはほとんど集積しなかった。FDGにおいても破骨細胞よりも骨芽細胞へ多く取り込まれる傾向にあった。破骨細胞はマクロファージが分化した細胞であるが、予想に反しFDGの取り込みは破骨細胞の方が大きくなった。他方、臨床での検討では、PET/CTの画像と、別に撮影されたMRIの画像を、今回の研究費で購入した画像処理装置を用いて、画像融合する試みを開始した。三次元的にとらえやすく、かつ動きのない脳の画像の融合はソフト上、ある程度高精度に融合できることが確認できた。この経験に基づいて、全身画像でも別に撮像した多種類の画像を融合する検討を開始している。また冠動脈プラークの描出を試みる際に問題となる心筋へのFDGの生理的集積を抑制する種々の新しい手法を考案し、論文化した。PETを用いた動脈活動性をみる薬剤として用いられるFDGとNaFの集積機序の関する基礎的検討をさらに進める予定である。また治療を介入した場合の薬剤集積の変化についても、インビトロ、および小動物での実験系で進める予定でいる。他方、これら基礎的な検討に加えて、臨床例でもPET/CTおよびMRIを用いた種々の症例に動脈硬化病変に対して、どのような異常所見を呈するか、の検討を進める。と同時にPET/CTとMRIの画像融合も進め、動脈硬化病変の病態評価を多角的にとらえる検討を次年度以降本格的に進める予定でいる。最終的には、基礎実験および臨床検討を総合的に判断して、動脈硬化病変の不安定性を主体とする性状評価に優れた機能画像診断法、および治療介入した際の治療効果判定に優れた指標を模索する。

破骨細胞はマクロファージが分化した細胞であるが、予想に反しFDGの取り込みは破骨細胞の方が大きくなった。他方、臨床での検討では、PET/CTの画像と、別に撮影されたMRIの画像を、今回の研究費で購入した画像処理装置を用いて、画像融合する試みを開始した。三次元的にとらえやすく、かつ動きのない脳の画像の融合はソフト上、ある程度高精度に融合できることが確認できた。この経験に基づいて、全身画像でも別に撮像した多種類の画像を融合する検討を開始している。また冠動脈プラークの描出を試みる際に問題となる心筋へのFDGの生理的集積を抑制する種々の新しい手法を考案し、論文化した。PETを用いた動脈活動性をみる薬剤として用いられるFDGとNaFの集積機序の関する基礎的検討をさらに進める予定である。また治療を介入した場合の薬剤集積の変化についても、インビトロ、および小動物での実験系で進める予定でいる。他方、これら基礎的な検討に加えて、臨床例でもPET/CTおよびMRIを用いた種々の症例に動脈硬化病変に対して、どのような異常所見を呈するか、の検討を進める。と同時にPET/CTとMRIの画像融合も進め、動脈硬化病変の病態評価を多角的にとらえる検討を次年度以降本格的に進める予定でいる。最終的には、基礎実験および臨床検討を総合的に判断して、動脈硬化病変の不安定性を主体とする性状評価に優れた機能画像診断法、および治療介入した際の治療効果判定に優れた指標を模索する。
精密コロナ放電を用いた新規化学イオン化質量分析法の開発と実大気計測への展開

試料を壊すことなく高感度・リアルタイム測定が可能な「化学イオン化質量分析法」は,実大気観測手法として広く利用されている.しかし,試薬イオンの生成制御や酸性の有機・無機化合物の測定に適した化学イオン化法の確立には至っていない.本研究では,電子の運動エネルギーを変化させることで様々な正負イオン種の制御生成が可能である「精密コロナ放電」を利用し,酸性化合物のイオン化に適した負の試薬イオン源を開発した.本研究成果は,ディーゼル車排ガスに含まれる未知のニトロ有機化合物の同定および定量に大きく貢献できると期待される.試料を壊すことなく高感度・リアルタイム測定が可能な「化学イオン化質量分析法」は,実大気観測手法として広く利用されている.しかし,試薬イオンの生成制御や酸性の有機・無機化合物の測定に適した化学イオン化法の確立には至っていない.本研究では,電子の運動エネルギーを変化させることで様々な正負イオン種の制御生成が可能である「精密コロナ放電」を利用し,酸性化合物のイオン化に適した負の試薬イオン源を開発した.本研究成果は,ディーゼル車排ガスに含まれる未知のニトロ有機化合物の同定および定量に大きく貢献できると期待される.試料を壊すことなく高感度・リアルタイム測定が可能な「化学イオン化質量分析法」は,実大気観測手法として広く利用されている.しかしこれまで,生成制御が可能で実用化されている試薬イオン種(特に負イオン)の数は少なく,種々の化学的性質を持つ大気中有機化合物のイオン化に最適な試薬イオンの検討を行うことができなかった.本年度の研究では,まず,「精密コロナ放電」の原理を応用し,ニードル電極先端に発生する電界強度と電子の運動エネルギーを決める因子,すなわちニードルへの印加電圧と平板電極に対するニードルの角度を変化させることで,大気成分に由来する様々な正負試薬イオンX^+, Y^- (X : H_3O; Y : O_2, HO, HO_2, CO_3, HCO_4, NO_2, NO_3, NO_3(HNO_3)_2)の制御生成が可能な新規大気圧試薬イオン源を構築した.続いて,様々な官能基(アルコール性・フェノール性水酸基,カルボキシル基,アミノ基など)を持つ有機物と各種試薬イオンを反応させたところ,1)個々の試薬イオンは,試料の持つ官能基の性質に応じて選択的に反応する,2)塩基性有機物はH_3O^+との反応による正イオン,酸性有機物はO_2^-やHO^-との反応による負イオンとして効率よく検出される,3)試料と試薬イオンの反応は,オリフィス(質量分析計のイオンの導入孔)の構造に依存して進行することが明らかとなった.本研究成果は今後,負の試薬イオンと有機物の反応機構に関する基礎研究を可能とし,大気化学の進展に貢献すると期待される.さらに本研究では,大気エアロゾルの生成機構の解明に貢献する成果も得られた.すなわち,これまでほとんど報告例のなかった様々な負の大気イオン水クラスターY^-(H_2O)_nのマススペクトルを取得し,各種負イオンの第一水和殻およびマジック数(大気エアロゾル成長の核となる)に関する新たな知見を得ることができた.試料を壊すことなく高感度・リアルタイム測定が可能な「化学イオン化質量分析法(CIMS)」は,実大気観測手法として広く利用されている.しかしこれまで,生成制御が可能で実用化されている試薬イオン種(特に負イオン)、の数は少なく,CIMSの負イオンモードにおける応用には限りがあった.本年度はまず,昨年度に構築した放電システムに関して特許を出願した.本放電システムでは,平板電極に対するニードル電極の角度とコロナ直流電圧によって電子の運動エネルギーを精密調整するだけで,様々な気相酸性度を持つ実験室大気成分由来の反応イオンR^-(O_2^-,HCO_3^-,COO^-(COOH),NO_2^-,NO_3^-,NO_3^-(HNO_3)等)の制御生成を可能とする.次いで,物性の異なる有機化合物M,すなわち様々な官能基(アルコール性・フェノール性水酸基,カルボキシル基,アミノ基など)を持つ脂肪族・芳香族化合物を系統的に集積し,各種反応イオンR^-と相互作用させることで,生成する試料イオンの種類および量に関する基礎データを取得した.また,衝突誘起解離法を用いて,結合相互作用によって生成した反応イオン付加体[M+R]^+のフラグメンテーションを観測したところ,試料の物性には依らず,各種反応イオンR^-ごとに特定のフラグメンテーション過程が見出された.以上の成果は,本放電システムで未知試料を測定した際,試料の官能基の構造や分子量の推定を可能にするため,CIMSの負イオンモードにおける応用の幅を広げ得ると期待される.さらに本研究では昨年度の研究成果を受け,大気エアロゾルの生成機構の解明に関する研究成果も深化させた.すなわち,種々の負の大気イオン水クラスター分布の温度依存性を調査することで,昨年度に推定した各種負イオンの第一水和殻およびマジック数の正当性を証明した.