hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
家禽におけるトリインフルエンザの感染防止に向けたスクリーニング

トリインフルエンザウイルスとヒトインフルエンザウイルスはそれぞれ細胞膜上に存在するシアル酸α2-3ガラクトースとシアル酸α2-6ガラクトースという異なる糖鎖を受容体として特異的に結合することで宿主細胞に進入し、感染すると言われている。それぞれの受容体に特異的に結合するレクチンを用いて、鳥類バイオサイエンス研究センターで系統保存しているニワトリとウズラ、および畜舎周辺に生息する野生動物のの気道と消化管においてインフルエンザウイルス受容体の量をスクリーニングした。本年度はまだ解析が終わっていない系統について受容体の分布と量を調べるとともに、生きたままのニワトリで気管と直腸から細胞を採取し、受容体の量を調べる方法の確立を目指した。研究全体を通して、トリインフルエンザウイルス受容体はニワトリ22系統の中でOSとプチコッコで少なく、ブラマバンタム交雑系、ベルジアンビアデットバンタム、ブラックミノルカ、ゲームバンタムで多かった。ウズラ20系統ではNIES-L系統で最も少なく、AWE系統で多かった。生きたニワトリの気管や直腸に綿棒を挿入して粘膜を擦り取り、細胞を採取してレクチン染色を行った。顕微鏡下で細胞塊を確認できたが、気道の線毛上皮細胞や、消化管の吸収上皮細胞を同定することは困難であった。レクチン染色の結果から、その個体が持つトリインフルエンザウイルス受容体の量を判断することは可能であるので、今後この判別方法を用いてトリインフルエンザ受容体の量が少ない、すなわちトリインフルエンザに感染しにくい系統の育種が可能である。畜舎周辺に生息する野生動物では、スズメ、ヒヨドリ、キジバト、アカネズミが受容体を多く持っているので高病原性トリインフルエンザウイルスを畜舎内に持ち込む可能性が高いと考えられる。トリインフルエンザウイルスとヒトインフルエンザウイルスはそれぞれ細胞膜上に存在するシアル酸α2-3ガラクトースとシアル酸α2-6ガラクトースを受容体として特異的に結合することで宿主細胞に侵入し、感染する。本研究ではそれぞれの受容体に特異的に結合するレクチンを用いて、様々な系統のニワトリおよび鶏舎の周囲に生息する野生動物において呼吸器系と消化管で受容体の分布を調べた。鳥類バイオサイエンス研究センターで維持しているニワトリ14系統を調べた結果、トリインフルエンザウイルス受容体については、呼吸器系、消化管ともに分布と密度に大きな差が見られた。呼吸器系においてレクチン反応が弱く、受容体が少ないと考えられる系統はGSN/1、OS、ダンダラウィーであった。また、消化管においてレクチン反応が弱く、受容体が少ないと考えられるのはBL-E、プチコッコであった。呼吸器系と消化管でともに受容体が少ない系統はOSとプチコッコであった。野生動物としてスズメ、ドバト、キジバト、ヒヨドリ、クマネズミ、アカネズミを用いた。ヒヨドリ、キジバト、アカネズミの呼吸器系と、スズメ、キジバトの消化管で比較的強い反応が見られた。今回の結果から、ニワトリの様々な系統間でトリインフルエンザウイルス受容体の分布が大きく異なることが明確になり、トリインフルエンザに感染しにくい系統を特定できる可能性が示唆された。また、今回用いた野生動物の中でスズメ、ヒヨドリ、キジバト、アカネズミが高病原性トリインフルエンザウイルスを畜舎内に持ち込む可能性が高いと考えられる。一方、BM-Cとキジバトの呼吸器系、スズメの消化管はトリとヒトの両方の受容体を持っているので、トリとヒトのインフルエンザウイルスに同時に感染すると、同一細胞内でウイルスの遺伝子が混ざり合い、新型インフルエンザウイルスの発生源になるおそれがある。鳥類バイオサイエンス研究センターで系統保存しているニワトリ系統のうち、高度近交化系、長期閉鎖系を含む14系統を用いて呼吸器系と消化管におけるトリインフルエンザウイルス受容体の分布を明らかにできた。その結果、ニワトリの系統により受容体の分布が大きく異なり、トリインフルエンザに感染しにくい系統を特定できる可能性が明らかになった。また、鶏舎周囲に生息する野生動物ではヒヨドリ、キジバト、アカネズミの呼吸器系と、スズメ、キジバトの消化管で比較的強い反応が見られることを明らかにできた。このように、レクチンを用いてトリインフルエンザウイルス受容体の分布をスクリーニングする手法が確立され、今後の研究の推進にめどがついた。トリインフルエンザウイルスとヒトインフルエンザウイルスは、それぞれ細胞膜上に存在するシアル酸α2-3ガラクトースとシアル酸α2-6ガラクトースを受容体として特異的に結合することで宿主細胞に侵入し、感染する。それぞれの受容体に特異的に結合するレクチンを用いて、本年度は、様々な系統のウズラにおいて呼吸器系と消化管で両者の受容体の分布を調べた。名古屋大学生命農学研究科附属鳥類バイオサイエンス研究センターで維持しているウズラ20系統についてインフルエンザウイルス受容体の存在をスクリーニングした結果、呼吸器系と消化管におけるトリインフルエンザウイルス受容体の分布と密度に大きな差が見られた。呼吸器系においてレクチン反応が弱く、受容体の量が少ないと考えられるウズラ系統は、NIES-L、NIES-Fr、AMRP、rb-TKP系統であった。また、消化管において受容体の量が少ない系統は、NIES-L、Fawn2、NIES-Hn系統であった。NIES-L系統は呼吸器系と消化管でともにトリインフルエンザウイルス受容体の量が少なかった。ヒトインフルエンザウイルス受容体はウズラの呼吸器系と消化管では比較的多く見られたが、その中でもAWE系統で多く、WE系統で少なかった。

今回の結果から、ウズラの様々な系統間でトリインフルエンザウイルス受容体の分布に大きな差があることがわかり、トリインフルエンザに感染しにくいウズラ系統はNIES-L系統であることが示唆された。一方、ウズラ系統はヒトインフルエンザウイルス受容体を比較的多く持っているので、トリとヒトのインフルエンザウイルスに同時に感染すると、感染細胞内で両者のウイルス遺伝子が混ざり合い、新型インフルエンザウイルスの発生源になる可能性が高い。組織標本をレクチン染色することで、トリとヒトのインフルエンザウイルス受容体の量を明らかにする方法を確立できた。今年度は鳥類バイオサイエンス研究センターで系統保存しているウズラ20系統を用いて、呼吸器系と消化管においてトリインフルエンザウイルス受容体の分布を明らかにした。その結果、ウズラ系統でトリインフルエンザウイルス受容体の量が少ないのはNIES-L系統であることが明らかになった。今までの研究により、ニワトリ14系統とウズラ20系統、野生動物7種でトリとヒトのインフルエンザウイルス受容体の分布をスクリーニングできた。ニワトリの呼吸器系では、GSN/1(ファヨウミ種近交系)、OS(Obese strain)、ダンダラウィー(エジプト原産在来種)で、消化管ではプチコッコ(RIR種由来矮性系)、BL-E(褐色レグホン種長期閉鎖系)でトリインフルエンザウイルス受容体の量が少なかった。野生動物では、スズメ、ヒヨドリ、キジバト、アカネズミでトリインフルエンザウイルス受容体の量が多く、畜舎内にトリインフルエンザウイルスを持ち込む可能性が高い。このように本研究は順調に進展している。トリインフルエンザウイルスとヒトインフルエンザウイルスはそれぞれ細胞膜上に存在するシアル酸α2-3ガラクトースとシアル酸α2-6ガラクトースを受容体として特異的に結合することで宿主細胞に侵入し、感染すると言われている。それぞれの受容体に特異的に結合するレクチンを用いて、本年度は、本学生命農学研究科附属の鳥類バイオサイエンス研究センターで系統保存しているニワトリ系統のうちまだ解析していない7系統について呼吸器系と消化管の組織を採取し、トリインフルエンザウイルス受容体とヒトインフルエンザウイルス受容体の分布と密度を調べた。平成27年度に調べたニワトリ14系統に今回の系統を加えて合計21系統について結果を得た。トリインフルエンザウイルス受容体の量には系統差が見られ、呼吸器系と消化管でともに受容体が少ない系統はOSとプチコッコであった。この遺伝形質を産卵鶏や肉用鶏に育種学的に取り込むことができれば、トリインフルエンザ感染しにくいニワトリ系統を作出できると考えられる。逆に、受容体が多い系統はブラマバンタム交雑系、ベルジアンビアデットバンタム、ブラックミノルカ、ゲームバンタムであった。ベルジアンビアデットバンタムとブラックミノルカはヒトインフルエンザウイルス受容体も多く持っているので、トリとヒトのインフルエンザウイルスに同時に感染する可能性があり、感染細胞内で両者のウイルス遺伝子が混ざり合い、新型インフルエンザウイルスの発生源になることが起こりうる。
神経変性との共通点から卵変性および卵成熟過程を知る

本研究課題の遂行により、以下の点を明らかにした。(1)正常動物とNF-H KOマウスの卵胞閉鎖時の様子・閉鎖率・排卵数・受精率・着床率などの比較において統計学的に有意な差は見られず、NF-H分子の神経・卵における存在自体が生殖に大きな影響を及ぼす可能性は否定された。(2) IDPN投与により一過性の性腺に直接的な生殖毒性が雌雄ともに起こることを明らかにした。また、毒性を示す濃度以下の低濃度IDPNが卵成熟において促進的に働く作用はほぼないことも明らかにした。(3)神経変性と関連するtauおよびFMR1の卵巣での発現とその局在の変化を明らかにした。本実験で中心的に用いられる遺伝子改変動物の購入に手間取り、初年度分の計画を次年度に行うことにした。それ以外の部分はおおむね順調に進展し、2報の論文掲載・学会発表の成果を得た。当初の研究計画での記載事項のみならず、研究課題範囲内に属するその他の神経と卵巣で共通に発現する分子の卵巣における役割の解明および卵成熟の過程で不可欠な卵胞周囲での血管新生制御と卵胞閉鎖の関連にも着手し、論文掲載・投稿中の成果を得た。研究課題範囲内に属するその他の神経と卵巣で共通に発現する分子の卵巣における役割の解明および卵成熟の過程で不可欠な卵胞周囲での血管新生制御と卵胞閉鎖の関連にも着手し、新しい知見および学会発表の成果を得た。本実験で中心的に用いられる遺伝子改変動物の購入が手間取り、初年度分の計画を最終年度に行うことになった。それ以外の部分を前倒しに進め、25年度には二報の論文掲載と学会発表、26年度には学会発表の成果を得た(投稿中の論文一報はアクセプトの状態)。本実験で中心的に用いられる遺伝子改変動物の購入における書類上の手違いから購入が遅れたことと、繁殖が思いの外進まずに実験に必要な動物数が不足していることから、延長申請をして研究を行う予定である。一方でそれ以外の部分を前倒しに進めたことにより、予定期間において年一回以上の学会発表および25年度・27年度における論文発表の成果を得ている。当初から、方法(1)-(i)卵変性・卵成熟におけるNF-Hのリン酸化の意義を明らかにする実験において、NF-H KOマウスの取得が不可欠であったが、その購入が約1年遅れたためすべてが1年前倒しになっている。加えて現時点では実験に必要な動物数が不十分であり現在交配を繰り返し行っている状態であるが、延長申請を出した本年度に確実に実験を行い、成果をまとめ発表できると考えている。その他の研究についても、まとまった結果を得たものから順に、論文化を進めている。方法(3)共通点に存在する他の分子について役割の解析についての研究成果のひとつとして、FMR1分子についてまとめ、本年度中に論文化した(研究業績に記載)。すでに学会・論文発表などにより成果の公表も一部終了している。実験に必要な試薬やキット類・消耗品の購入は終えたが、現在も実験を遂行中であり、本研究課題のすべてを論文化するには至れていないものの、今後も最終的な成果として数本の論文発表の追加が見込まれる状態にある。総括として、本研究課題に盛り込まれた分量の研究は、動物繁殖の低迷による期間延長を除けばほぼ順調に遂行されたと考える。さらに、本研究課題の延長として行われるべき研究についてもそれらを進めるに値する結果を得ており、今後の発展性も期待できる状況である。方法(2)-(ii)臨床応用を目的とした低濃度IDPNの利用の詳細について研究を進めた。具体的には卵成熟・排卵誘発物質であるLH/hCGの代用をIDPNが成し得るかをラット過排卵モデルで検討したが、高濃度のIDPNでも排卵・卵成熟が促進されず、濃度が上昇するほど排卵数が減少することが示された。現在この結果を含めた論文を作成すべくさらなる研究を進めている。方法(3)共通点に存在する他の分子について役割を解析することを目的として、卵巣で発現するtau分子の研究を進めた。tauは卵巣中の増殖中の細胞および閉鎖卵胞の卵で発現が見られた。tauのリン酸化による活性化も知られており、なぜこの分子が増殖期や死にかけた卵で発現するのか、その際のリン酸化はどうなっているのかを明らかにする研究を進めている。同様に、FMR1分子についても研究を進め、FMR1がこれまでに知られていた顆粒膜細胞のみならず卵でも発現することを見出し、現在Reproductive Sciencesに論文投稿中である(アクセプトの状態)。方法(1)-(i)卵変性・卵成熟においてNF-Hのリン酸化はどんな意味が持つのかを明らかにするためにはNF-H KOマウスの取得が不可欠であるが、これが遅れている。

平成26年度初頭に購入予定であり、それに向けて書類提出を済ませていたが、学内の係によりその書類の一部が紛失し、それが故に購入が約1年先延ばしされた。最終的に動物は平成26年度3月に納入され、現在実験が行える数まで繁殖中である。この実験が進められなかった分、その他の実験を前倒しで進めたり一部を学会発表などに充てたため、トータルで考えてさほど達成度に遅れはないと考える。それでも最終年度1年でNF-H KO動物の解析を行うのは期間的にかなり大変なので、速やかにその研究を進めていく予定である。研究計画・方法として挙げたもので、着手していない部分を精力的に進めていく。方法(1)の遂行に必要なNF-H KOマウス数に達していないため、交配を再優先させて行う。それ以外の、現在進行過程にある研究については、論文化が可能となるまとまりある結果を期間内に得るべく、精力的に実験を進めるのと同時に、論文作成も期間内に終了するよう進めていく。生殖内分泌研究計画・方法として挙げたもので着手していない部分を精力的に進めていく。方法(1)の遂行に必要なNF-H KOマウスは、必要数が揃い次第実験を遂行する。ヒト卵巣組織切片を用いて卵でのNF-Hの発現を確認した。さらなる研究により哺乳類におけるNF-Hの機能解析を進め、論文化する。最終的には臨床応用のための効果的な利用手段を検索する。研究計画・方法の(3)に該当する分子のひとつとして、未分化な神経および卵巣で発現するNestinについて解析を進め、血管内皮細胞および黄体化莢膜細胞での発現を見出した。特に黄体化莢膜細胞での発現はこれまでのパターンと異なり、Nestinが細胞分化のために構造タンパク質として発現するという従来の考え方が、構造タンパク質として機能するのではなく細胞の生存や自己刷新のために異なる作用機序で発現する可能性を持っており、ほとんど機能が知られていない、卵巣機能維持に必須な莢膜細胞の黄体化を解明する上で鍵となる分子と思われる。この研究成果については、現在論文投稿中である。卵成熟を達成するためには、卵胞の成長および成熟過程が不可欠である。その際、卵胞周囲の血管新生の緻密な制御が、正常な卵胞成長を成し遂げる上で、やはり不可欠な要素である。この重要性と、細胞外マトリクスの血管新生制御能とを鑑み、卵巣での成長中の卵胞内・卵胞周囲でのヒアルロン酸合成について研究を進め、その卵巣機能維持における重要性を見出した。本研究成果も初年度に論文化した[Reproduction 147(2) pp189-197, 2014]。遺伝子改変動物の購入が遅れ、さらに実験に必要な動物数が揃っていないため遺伝子改変動物の購入が遅れ、その飼育費およびサンプルの処理費用が支払われなかったため。購入が遅れた遺伝子改変動物の飼育・交配・実験・サンプル処理およびデータ解析・論文作成にかかる費用に充てる研究計画・方法として挙げたもので、着手していない部分を精力的に進めていく。方法(1)はNF-Hノックアウトマウスを用いた実験で、7月納期予定の動物の到着次第進めていく。
脳血管疾患発症予測のための中心動脈循環特性プロファイリング

脳血管疾患発症予測に有用な新規マーカーの同定を目的とし、心臓から脳への血圧・血流伝達特性の評価法を検討した(研究課題1)。また現在、脳血管疾患発症予測マーカーとして注目されている頸動脈伸展性について、その制御因子の同定を行った(研究課題2)。課題1では、大動脈から脳への血圧・血流拍動性成分の伝達ゲインが-30mmHgの下半身陰圧負荷で増強されることが明らかとなり、交感神経刺激による脳循環拍動性成分の緩衝効果を評価する際の至適負荷について有用な知見が得られた。課題2では頸動脈拍動性血流速度が大きいほど頚動脈伸展性は高く、また頸動脈拍動性血流速度は最大酸素摂取量と関連することが明らかとなった。脳血管疾患発症予測のための新規マーカーを同定を目的とする。H26年度は、中心動脈-脳循環の動的連関の評価方法(実験手法と評価手段)の確立(研究課題1)および、横断研究による中心動脈循環特性のプロファイリング(研究課題2)を行った。研究課題1では、若年健常者30名を対象に、下半身陰圧負荷(-10-30mmHg)を段階的に付加した際の脳循環動態をモニタリングした。大動脈圧の拍動性変動が脳循環にどのような伝播されていくのか、beat-to-beatの伝達特性を周波数解析を用いて定量評価した。その結果、陰圧負荷の増大に伴い、0.07-0.20Hz帯域の拍動性成分のゲインが増大することが明らかとなった。この結果は、交感神経活動の増大に伴い、脳循環におけるメカニカルストレスが高まる可能性を示唆する。この成果の一部は、米国で行われた国際学会で公表(口頭発表)した。研究課題2については、幅広い年代の健常者および脳血管疾患発症リスクを有する者を中心に、合計130名程度のデータ収集(中心動脈圧、中心動脈スティフネス、頸動脈血流動態等)を行った。現在、加齢や循環器疾患発症リスク、既往の有無などとの関連を検討している。H27年度も前年度に引き続き、中心動脈-脳循環の動的連関の評価法の確立(研究課題1)および、横断研究による中心動脈循環特性のプロファイリング(研究課題2)を行った。研究課題1では、前年度の実験で得られた中心動脈-脳循環の動的連関の評価法に関する成果を日本体力医学会で口頭発表(筆頭1本、共著1本)するとともに、追加解析を行った。段階的な下半身陰圧負荷(-10mmHg-30mmHg)を加えた際に、大動脈圧の拍動性変動は徐々に減弱するが、脳循環における拍動性血流変動はそれに応じた応答を示さないことが明らかとなった。周波数解析により伝達特性を評価すると、大動脈から脳に至る過程での拍動性血流の伝達ゲインが増大することが示唆された。併せて、大動脈スティフネスが増大していることも明らかとなった。これらの結果を合わせると、下半身陰圧刺激による交感神経系活動の賦活が中心動脈のウインドケッセル機能を低下させ、その結果、通常、脳に至るまでの動脈系の経路でおきる拍動性血流成分の平滑化が抑制された可能性が推察される。この結果を加え、原著論文にまとめ、投稿準備を進めている。研究課題2では頸動脈のウインドケッセル機能と循環特性との関連性を横断的に検討し、原著論文にまとめた。Journal of Physiological Scienceに受理された。被験者のリクルートがスムーズに行えているのが最大の理由。循環生理学脳循環動態の定量評価についてはTranscranial Doppler(TCD)法による中大脳動脈血流速度計測を予定していたが、高齢者などでは計測が困難な場合が少なくないため、計測の確実性が高い頸動脈血流速度を代替指標として用いることとした。TCD法による脳循環動態評価には極めて熟練した技術が不可欠であり、既存の測定装置と操作性を考えると、TCD法による中大脳動脈血流速度に比べて比較的計測が容易な頸動脈血流速度計測のほうが汎用性が高い。これまでに、両者には高い相関関係があり、代替指標として十分な精度を持つと考えられているが、両者の伝達特性など、詳細な分析を行い、生理学的な妥当性を保証したいと考えている。脳血管疾患リスク保有者のみならず、脳血管疾患の既往歴を有する者のデータ取得にも注力したい。購入した備品(空圧刺激システム)の価格が当初の予定価格よりも高くなったが、計上していた旅費の残額がそれを上回ったため。旅費の使用額が少なかったのは、国際学会の実施時期に成果発表の準備が伴わなかったため。
ヒト乳幼児歩行能力発達の運動力学的研究

本研究の目的はヒト乳幼児の二足歩行獲得過程を力学的に調べ、ヒト個体発達のメカニズムを具体的に知ることにある。このために5歳齢までの乳幼児39名(男21名、女18名)の独立歩行136回の測定を行った。とくに独立歩行獲得過程を縦断的に調べるために、2歳未満の15名(男10名、女5名)について1から数ヶ月おきに継続した測定を、独立歩行92回、つかまり歩行16回測定した。実験手段としては歩行台に埋め込まれた2台の床反力計、ビデオカメラ、三次元運動解析システムの同期記録により、運動と力との測定を行った。また超音波断層撮影による脚部筋厚測定も行った。これまでに乳幼児歩行の時間、運動姿勢、床反力についてとくに1歳齢におけるパタンを抽出し、その加齢変化と成人歩行との違いを示した。これらのほとんどは今まで発表されていないものである。その他に新発見の重要な知見として次のようなものがある。多くの運動学的、運動力学的計測値において、乳幼児歩行は一様に成人歩行へと近づく発達をするわけではない。1歳初期の発達は急速であり、1歳後期には緩やかに発達して成人へと近づいていく。歩行開始からの経験期間は歩行習熟へ影響を与える。同一暦齢で比較すると、歩行経験の長い方が成人に近い歩き方をする傾向にある。歩行経験の月数ごとにまとめてみると、歩きはじめから約6ヶ月までは急速に発達し成人歩行に近づくことがわかった。二足歩行開始時期から2歳齢までの幼児17名の姿勢とロコモーションの個体発達を主として縦断的に測定した。参考として2歳から5歳までの幼児15名の横断的測定も行った。実験手法としてプラットホーム中に埋め込まれた2台のフォースプレート上の左右別足底力と歩幅・歩調・姿勢安定度の記録、VTRカメラと同期タイマーによるVTR記録、三次元運動解析装置KINEMETRIXの記録、の同時記録により運動と力の解析を行った。これまで得られた結果には以下のようなものがある。1歳児の歩行には、縦断的なデータからも、横断的なデータからも、1歳3、4ヶ月の頃に発達の上で一つの変化点がある。間節の可動域でいえば、股関節においても、膝間節においても歩き始めは小さく、1歳3ヶ月齢ぐらいまで急激には大きくなる。すなわち大きなスライドがとれるようになる。1歳4ヶ月ぐらいから増加量が小さくなり、徐々に成人の可動域へと近づいていく。股関節の左右への動きをみると、歩き始めは成人の倍以上に大きく左右の安定が悪いが、約1歳3ヶ月まで急激に減少し後の変化は緩やかである。立脚期の膝関節上下動は歩き始めでは非常に大きく、膝が充分に体重を支えられないことを示す。約1歳5ヶ月以降ではこのような不安定さは見られなくなる。推進分力の極大値の大きさは体重に換算して比較するとき、歩き始めでは小さい。すなわち体を推進する能力が小さい。この大きさは約1歳3ヶ月までに急激に増大し、その後の増加は緩やかとなる。歩き始めの月齢は0歳11ヶ月から1歳2ヶ月までの変異がある。以上の変化は歩き始めの月齢によらず、むしろ暦年齢によっているように見える。このことは縦断的測定を行っていることによって始めて判明したことである。今後は1歳児縦断的測定データを増すことによって、幼児歩行獲得過程の解明とその個体発達上の意義とを検討する予定である。

とくに独立歩行獲得過程を縦断的に調べるために、2歳未満の15名(男10名、女5名)について1から数ヶ月おきに継続した測定を、独立歩行92回、つかまり歩行16回測定した。実験手段としては歩行台に埋め込まれた2台の床反力計、ビデオカメラ、三次元運動解析システムの同期記録により、運動と力との測定を行った。また超音波断層撮影による脚部筋厚測定も行った。これまでに乳幼児歩行の時間、運動姿勢、床反力についてとくに1歳齢におけるパタンを抽出し、その加齢変化と成人歩行との違いを示した。これらのほとんどは今まで発表されていないものである。その他に新発見の重要な知見として次のようなものがある。多くの運動学的、運動力学的計測値において、乳幼児歩行は一様に成人歩行へと近づく発達をするわけではない。1歳初期の発達は急速であり、1歳後期には緩やかに発達して成人へと近づいていく。歩行開始からの経験期間は歩行習熟へ影響を与える。同一暦齢で比較すると、歩行経験の長い方が成人に近い歩き方をする傾向にある。歩行経験の月数ごとにまとめてみると、歩きはじめから約6ヶ月までは急速に発達し成人歩行に近づくことがわかった。
分子スケールからの流体‐壁面間相互作用の相補的な解明

マイクロテクノロジーで多用される非金属材料に対する流体-壁面間相互作用を詳細に調べるため,統計的な平均量として分子と固体表面間のエネルギー交換を表す適応係数の計測が行える新しい計測システムの提案を行った.分子線散乱実験の装置に問題が発生したものの,分子動力学法を用いた数値解析により,定性的な傾向を調査することができた.その結果を反映させて適切な条件設定において計測実験を続けることにより,相互作用の特性解明につながっていくと期待できる.本研究では,非金属材料を対象に,統計的な効率を表すエネルギー適応係数は従来の金属材料に対する手法の拡張により新しい手法を確立して測定を行い,特定の入射条件に対する散乱角度分布という詳細機構は既存の装置による分子線散乱実験を実施し,実験データを蓄積する.そして,分子動力学法による数値解析を援用して「統計的」と「詳細」の両極端な実験結果を補完し,流体-壁面間相互作用の相補的な解明を試みる.特にエネルギー適応係数を支配している因子を明らかにする.まず,エネルギー適応係数測定においては,真空下の熱伝導からエネルギー適応係数を測定するLow Pressure法に,ヒーターによる固体試料の加熱という新しい手法を導入することで手法の開発を行った.既に計測値の報告のある白金による計測を実施し,得られた結果と文献値を比較することによって手法の検証を行った.その結果,非常に高温となる領域を除いて十分な精度で計測できることを明らかにした.次に,既存の分子線散乱実験装置の精度の検証を行った.分子線を固体試料に照射して散乱分布の取得を試みたが,排気系の問題により散乱分子の検出には至らなかった.そのため,分子線と固体試料の位置合わせを再度実施し,排気系の問題の解消を試みた.また,分子動力学法を用いて単原子分子気体の白金からの散乱過程を数値的に解析した.そして,ポテンシャルパラメータや分子質量,分子直径などが相互作用や適応係数に与える影響を調査した.本研究では,非金属材料を対象に,統計的な効率を表すエネルギー適応係数は従来の金属材料に対する手法の拡張により新しい手法を確立して測定を行い,特定の入射条件に対する散乱角度分布という詳細機構は既存の装置による分子線散乱実験を実施し,実験データを蓄積する.そして,分子動力学法による数値解析を援用して「統計的」と「詳細」の両極端な実験結果を補完し,流体-壁面間相互作用の相補的な解明を試みる.特にエネルギー適応係数を支配している因子を明らかにする.エネルギー適応係数の測定においては,真空中の熱伝導を計測することによってエネルギー適応係数を導出するするLow Pressure法に,ヒーターによる固体試料の加熱という新しい手法を導入することで手法の開発を行った.白金による計測の妥当性が得られたため,非金属材料に対する実証試験を行った.非金属材料に対する計測はほとんど知られていないが,数少ないデータのあるガラスを対象に計測を実施した.その結果,非金属材料に対しても測定の妥当性があることが示された.また,気体分子の質量依存性についても従来通りの傾向が見られることを確認した.一方,分子線散乱実験装置に関しては引き続き排気系の問題解消を行った.また,分子動力学法による散乱過程の解析においては,適応係数に対する様々なパラメータの影響はそれほど大きくないため,十分な統計量の確保が必要であり,解析方法の再検討を行った.現在まであまり計測されていなかった非金属材料に対する適応係数の測定手法が開発できたことにより,分子線散乱実験の実現と大規模数値解析を通して,エネルギー適応係数の性質の解明へとつながることが期待できる.マイクロテクノロジーで多用される非金属材料に対する流体-壁面間相互作用を詳細に調べるため,統計的な平均量として分子と固体表面間のエネルギー交換を表す適応係数の計測が行える新しい計測システムの提案を行った.分子線散乱実験の装置に問題が発生したものの,分子動力学法を用いた数値解析により,定性的な傾向を調査することができた.その結果を反映させて適切な条件設定において計測実験を続けることにより,相互作用の特性解明につながっていくと期待できる.本研究では,非金属材料を対象に,統計的な効率を表すエネルギー適応係数は従来の金属材料に対する手法の拡張により新しい手法を確立して測定を行い,特定の入射条件に対する散乱角度分布という詳細機構は既存の装置による分子線散乱実験を実施し,実験データを蓄積する.そして,分子動力学法による数値解析を援用して「統計的」と「詳細」の両極端な実験結果を補完し,流体-壁面間相互作用の相補的な解明を試みる.特にエネルギー適応係数を支配している因子を明らかにする.まず,エネルギー適応係数測定においては,真空下の熱伝導からエネルギー適応係数を測定するLow Pressure法に,ヒーターによる固体試料の加熱という新しい手法を導入することで手法の開発を行った.その際には,得られたデータの解析が容易になるよう,対称性の良いことに着目して実験系の設計を行った.そして,実験系の構築を実施した.次に,既存の分子線散乱実験装置の精度の検証を行った.まず装置の再構築を実施し,超高真空の到達度の確認を行い,問題なく超高真空を維持できることを確認した.その後,分子線を固体試料に照射せずに直接検出することにより,検出器の性能及び飛行時間分布の分解能の確認,入射分子線の状態の検証を行い,従来と同等の飛行速度が得られており,分解能としても十分であることを確認した.しかし,分子線の速度のばらつきが従来よりも若干大きくなっており,散乱実験をするには不十分であることが想定されたため,改善を実施している.分子線散乱実験においては,散乱分子の検出に至っていない.

排気系の問題を解消する必要がある上に,試行錯誤する際には超高真空装置を大気圧に戻さなければならないために長時間の真空引きが必要であり,多少の計画の遅れがみられる.分子線散乱実験における速度のばらつきが十分小さくない理由として,分子線源におけるポンプの排気速度やオリフィスとスキマーの位置関係などが想定されるが,装置内を大気圧に戻して設定を試行錯誤することにより改善するしか手段がない.そのため,装置を真空にする時間も含めると時間がかかるため,多少の計画の遅れがみられる.まず,遅れがみられている分子線散乱実験における対策に注力する.そして,装置の改善後は試料気体にヘリウムを用いた分子線散乱実験を行う.ヘリウムは非常に小さく軽い分子であるために強い鏡面反射を示すことが知られているため,装置の検証を行うことが可能となる.一方,エネルギー適応係数測定実験に関しては,既に手法の検証ができたため,非金属材料であるガラス,高分子材料などの計測を実施する.数値解析においても重要な因子を明らかにする定性的な分析を進めるとともに,実際の分子線散乱実験条件を再現するような系での解析も行う.まず,遅れがみられている分子線散乱実験における対策に注力する.そして,固体試料としてグラファイトを用い,試料気体にはヘリウムを用いた分子線散乱実験を行う.ヘリウムは非常に小さく軽い分子であるために強い鏡面反射を示すことが知られており,特に測定が容易である条件を選択して実施する.一方,エネルギー適応係数測定実験の装置では,その間により良いヒーターとするために新規ヒータの作成を実施する.まずは金属材料の白金を用いて測定を実施し,従来の結果と比較検討することにより,新しい手法の妥当性を検証する.また,算出されるエネルギー適応係数の精度についても検証を行う.特にエネルギー適応係数測定実験で用いるヒーターは既製品ではなく適切に設計されたものが望ましいため,計測に必要な分の新規ヒーターの作製を行う.また,分子線散乱実験の装置の改善を行っていく.そのため,研究費を繰り越して次年度の研究費と合わせることで,さらなる改良ができるようにする.特にエネルギー適応係数測定実験で用いるヒーターは既製品ではなく適切に設計されたものが望ましいため,次年度は得られた知見を活かし,より良いヒーターへと変更する.そのため,研究費を繰り越して次年度の研究費と合わせることで,さらなる改良ができるようにする.
アルファ2アゴニスト麻酔前投薬による術中、術後鎮痛の周術期医療費への影響

クロニジンの血中漉度の測定の準備を行った。当機関で従来行っていた高速液体クロマトグラフィによる薬物濃度測定の技術を応用し、クロニジン濃度測定の条件を決定した。クロマトグラフィのカラム、移動相、UV検出器の条件、ポンプ速度などの決定を行い、測定精度を検定した。次に、アルファ2アゴニストを用いない麻酔法を決定した。すなわち臨床の麻酔症例で、従来行われてきた麻酔方法の中で本研究を行うにあたって最も経済効果の評価を行いやすい麻酔法を選定した。麻酔薬の使用量や血中濃度の測定を必要とするため、静脈内麻酔(プロポフォール)の持続投与による麻酔法を選択した。麻酔中の麻酔深度のモニターとして脳波の周波数解析(BIS)を行い、これを目標に麻酔を行うことによって一定の麻酔深度で麻酔を行った上で経済効果を評価することにした。静脈内麻酔薬の血中濃度も測定し、アルファ2作動薬を用いることにより、より低濃度の麻酔薬で同等の麻酔深度が得られるのではないかという仮説を証明する。濃度測定のための条件も上記のクロニジン同様、決定した。鎖痛効果を評価するための方法を確立することは本研究において重要である。様々な鎮痛法の評価法を検証した。日本麻酔科学会第50回大会では小児麻酔と産科麻酔の術後鎮痛法の評価について報告した。この内容についてはASA 2004 AnnualMeeting(アメリカ)に演題を応募中である。日本ペインクリニック学会第37回大会では産科麻酔の術後鎮痛法について報告した。この内容はペインクリニック2003;24:1271-1276に掲載された。いずれも術後鎮痛法についての評価法を確立するに重要な検討であった。
遺伝子改変動物を用いた歯槽骨破壊機序の特殊性の解明に関する研究

近年、我が国でも"骨"および"カルシウム"代謝に対する社会の関心が急激に高まってきた。歯科領域においても、高齢者の増加は歯周病が原因で歯槽骨の吸収が亢進して歯の喪失が起こり、高齢者のQOLの低下の大きな原因の一つになっている。我々は、歯周病性歯槽骨の吸収の機序を明らかにする目的で研究を行って来た。歯槽骨の吸収は、歯周病原性細菌(A.actinoumicetemcomitanceなど)が産生するLPSが歯肉ならびに歯根膜細胞に作用してインターロイキン-1(IL-1)などのサイトカイン合成を促進し、これらのサイトカインが破骨細胞の形成を促進する結果として歯槽骨の吸収が起こると考えられている。そこで我々は、口腔内細菌が産生するLPSとLPSによって歯根膜ならびに歯肉の細胞が産生するIL-1に着目して、歯槽骨の吸収との関連を調べた。その結果、炎症性骨吸収因子として最も重要なIL-1は長官骨の吸収は促進するが、歯槽骨については影響を及ぼさなかった。そこで、歯槽骨と長官骨のIL-1に対する反応性の相違を明らかにする目的で、カルシウムを低下させた飼料で飼育したマウスならびに最も強力な骨吸収因子である副甲状腺ホルモン(PTH)を投与したマウスを用いて実験を行った。その結果、低カルシウム食で飼育したマウスの歯槽骨の石灰化は正常食飼育群と比較して著しく低下した。また、PTHの投与も低カルシウム食飼育の結果と同様、歯槽骨吸収の促進をもたらした。従って、IL-1による歯槽骨の吸収機序のみが長官骨と異なり、カルシウムの低下を介した骨吸収は、歯槽骨でも長官骨でも同様な機序によって行われていると考えられた。我々は、歯周病性歯槽骨の吸収の機序を明らかにする目的で研究を行っている。しかし、その詳細な機序は明らかでない。そこで、炎症性骨吸収の過程で最も重要な役割を担っていると考えられているIL-1を強制発現するトランスジェニックマウスを用いて、歯槽骨の吸収機序の解析を行った。その結果、長管骨の吸収は著しく亢進してリウマチ様の所見を呈したが、頭部をsoft Xrayならびにドライスカル法によって調べたところ、野生型マウスとIL-1トランスジェニックマウスとの間で変化が認められなかった。そこで、顎骨は破骨細胞形成が他の骨組織と異なる機序で行われている可能性が示唆され、破骨細胞分化因子(RANKL)ならびに破骨細胞形成抑制因子(OPG)の発現を調べた。その結果、顎骨にも骨組織と同分子のRANKLとOPGの発現が認められた。しかし、IL-1トランスジェニックマウスと野生型での差は認められなかった。そこで、強力な破骨細胞形成能を有する、副甲状腺ホルモン(PTH)が顎骨のRANKL発現に対して作用を示すか否かを調べた。その結果、低カルシウム食飼育によって内因性のPTHを上昇させても顎骨のRANKL発現は変化しなかった。現在、RANKL発現を負に制御する因子の発現を検討中である。

近年、我が国でも"骨"および"カルシウム"代謝に対する社会の関心が急激に高まってきた。歯科領域においても、高齢者の増加は歯周病が原因で歯槽骨の吸収が亢進して歯の喪失が起こり、高齢者のQOLの低下の大きな原因の一つになっている。我々は、歯周病性歯槽骨の吸収の機序を明らかにする目的で研究を行っている。歯槽骨の吸収は、歯周病原性最近(A.actinoumicetemicetemcomitanceなど)が産生するLPSが歯肉ならびに歯根膜細胞に作用してインターロイキン-1(IL-1)などのサイトカイン合成を促進し、これらのサイトカインが破骨細胞の形成を促進する結果として歯槽骨の吸収が起こると考えられている。そこで我々は、口腔内細菌が産生するLPSとLPSによって歯根膜ならびに歯肉の細胞が産生するIL-1の歯槽骨の吸収に対する研究を行った。その結果、炎症性骨吸収の過程で最も重要な役割を担っていると考えられているIL-1を強制発現するトランスジェニックマウスは、野生型の動物と比べ有意な変化を認めなかった。一方、カルシウムを低下させた飼料で飼育すると著しい、歯槽骨の石灰化の低下が認められた。さらに、長管骨の吸収に対するIL-1の作用を調べたところ、IL-1トランスジェニックマウスはリウマチ様の所見を呈していた。しかし、頭部をsoft X rayならびにドライスカル法によって調べた結果からは、野生型とIL-1トランスジェニックマウス間では変化が認められなかった。従って、顎骨は破骨細胞形成が他の骨組織と異なる機序で行われている可能性が示唆され。
ICUでの人工呼吸器装着患者と看護師とのコミュニケーションに関する研究

ICUにおける人工呼吸器装着と看護師とのコミュニケーションの看護実践向上への示唆を得ることを目的に研究を行った。看護師はコミュニケーションに時間をかけることなく患者が伝えるメッセージを素早く引き出し理解していくこと、コミュニケーションが機能しない場合でも患者の苦痛を軽減するケアを提供し続けることが重要であることが示唆された。ICUでの人工呼吸器装着患者及び看護師のコミュニケーションの体験を明らかにすることを目的に、本年度はICUでの人工呼吸器装着患者及び看護師のコミュニケーションに関連する文献検討を行った。文献検討では、1)ICUでの人工呼吸器装着患者のコミュニケーションの困難感、2)患者が期待するコミュニケーションの実践、3)看護師が体験するコミュニケーションの困難感、4)看護師が提供するコミュニケーションの実践をテーマに諸外国の文献を中心に検討を行った。文献検討の結果、患者看護師間のコミュニケーションの諸問題が多く報告されていた。患者看護師間のコミュニケーションが効果的に行われないと、患者・看護師の両者ともに失望感抱くことが明らかとなった。また非効果的コミュニケーションは、看護師が提供する看護の質と患者が受ける看護の質に影響を及ぼすことが明らかとなった。そして、看護師が十分なコミュケーション技術の訓練を受けていなことが効果的コミュニケーションの成立に影響を与えることが明らかとなった。本邦におけるICUでの人工呼吸器装着患者と看護師のコミュニケーションに関連する文献はほとんど見あたらなかった。次年度は、本年度の文献検討の結果から、ICUで人工呼吸器を装着した患者およびICU看護師を対象に、ICUでのコミュニケーションの体験から、人工呼吸器装着患者が体験するコミュニケーションの困難感および期待するコミュニケーションの実践、ICU看護師が体験する人工呼吸器装着患者とのコミュニケーションの実践およびコミュニケーションの困難感を明らかにしていく。本年度は、ICUでの人工呼吸器装着患者のコミュニケーションの困難さを明らかにすることを目的に文献検討および先行研究で得たデータを分析した。文献検討においても、人工呼吸器装着患者のコミュニケーションの困難さは患者にとって大きな問題であることが明らかとなっている。また、先行研究で得たデータを分析した結果、ICUで人工呼吸器を装着した患者は、【代替手段を上手く使えない】【伝えたいことがありのままに伝わらない】【伝わらず苛立つ】【伝わったかどうか分らない】【ニーズが満たされない】というコミュニケーションの困難さを体験していたことが明らかとなった。しかし、このようなコミュニケーションの困難さに対して、【患者がもつエネルギーで精一杯伝える】【看護師が理解しやすい様に配慮をする】【伝えることをあきらめる】という患者の対処も明らかとなった。人工呼吸器装着患者は、文字盤や筆談といった代替手段を使い伝えたいことをありのまま伝えることが難しく、そのため、ニーズを満たす援助を受けにくいことが示唆された。しかし、先行研究において、ICUで人工呼吸器装を装着していた期間の体験を回顧できたのは研究対象患者の約半数の3名であった。そのため、十分なデータ数であるとは言い難く、さらにICUで人工呼吸器を装着した患者を対象にコミュニケーションの困難さを明らかにすることが必要である。したがって、次年度も引き続き、ICUで人工呼吸器装着患者を対象にコミュニケーションの困難さを明らかにしていく。ICUでの人工呼吸器装着患者のコミュニケーションの困難さを患者の体験から明らかにし、ICUにおける人工呼吸器装着患者と看護師とのコミュニケーションの看護実践向上への示唆を得ることを目的とした。研究対象者は、ICUに入室し人工呼吸器を装着した患者とした。データ収集は、半構造化面接法を用い、人工呼吸器装着期間中の患者のコミュニケーションの困難さ、またコミュニケーションの困難さに対して期待する看護実践についてインタビューを行った。データ分析は、患者の面接データから逐語録を作成し、整理した逐語録から患者のコミュニケーションの困難さ、看護師に期待する実践に関連する意味のあるセンテンスを抜き出しコード化しカテゴリー化した。研究参加者は8名で全員男性であった。全員が手術を受けICUに入室した患者であった。平均年齢71.3±6.7歳、平均人工呼吸器装着時間は14.4±3.9時間であった。なお、平均インタビュー時間は14.9±9.4分であった。研究参加者8名中2名はICU滞在期間中の記憶は全くなかった。また、2名はICU滞在期間中の記憶はあるが人工呼吸器装着期間中の記憶はなかった。そのため、4名の研究参加者のデータを分析した。患者が体験したコミュニケーションの困難さとして【伝える意欲がわかない】【手を挙げペンを保持し筆談することが難しい】【目が見えにくく文字盤が使いづらい】などが明らかとなった。また、看護師に期待する実践として【メッセージを素早く理解する】【メッセージを理解したことを患者に伝える】【患者が求める情報を提供する】などが明らかとなった。人工呼吸器装着患者は身体状態が重篤であり代替手段を使いメッセージを伝えることが容易ではない。看護師は患者に合った代替手段を選択すること、また患者が伝えたいメッセージを素早く理解するなどして、患者を疲れさせることなくコミュニケーションを行うことが求められる。
アクチン動態の制御に基づくがん幹細胞の分化転換誘導治療法の開発

骨肉腫幹(OSi)細胞において、間葉系幹細胞の性質を有するAO細胞は抗癌剤(アドリアマイシン及びシスプラチン)に対して高い抵抗性を示した。抗癌剤耐性のAO細胞にROCK阻害薬のFasudilを単剤投与すると、アクチン細胞骨格の動態変化を介して転写調節因子のMKL1の核移行及び転写が抑制され、脂肪細胞への終末分化が誘導された。またFasudilはin vitro及びin vivoでのAO細胞の腫瘍形成性を抑制した。以上の結果から、抗癌剤耐性のAO細胞のアクチン細胞骨格の動態を制御することで、脂肪分化転換を誘導し腫瘍抑制できることが明らかとなった。これまでに本研究室では、骨肉腫の起源細胞の単離を試み、未分化な間葉系幹細胞の性質を有するAO細胞と分化した骨・軟骨前駆細胞の性質を有するAX細胞の2種類の細胞を同定している。これらの細胞に抗癌剤(ドキソルビシン、シスプラチン等)を処理すると、AO細胞はAX細胞と異なり、薬剤抵抗性を示した。これらのことより、AO細胞を骨肉腫幹細胞と定義した。次に、抗癌剤に抵抗性を示すAO細胞にROCK阻害薬のFasudilを処理すると、濃度依存的に種々の脂肪分化特異的遺伝子群の発現が増加し、脂肪細胞への終末分化が誘導された。FasudilはAO細胞の増殖を濃度依存的に抑えることに成功した。さらに、AO細胞をマウスに皮下移植し、Fasudilを投与したところ、骨肉腫形成を有意に抑制することを見出した。また、骨肉腫形成細胞にドキソルビシンを添加するとAO-like細胞のみが生存し、これらにFasudilを処理すると、残った全ての細胞が脂肪細胞へと分化することも分かった。これらの結果から、抗癌剤とFasudilを併用することで、骨肉腫幹細胞をより効果的に脂肪細胞へと終末分化させ、腫瘍を根治できる可能性が強く示唆された。さらに、AO細胞においてFasudilを処理すると、アクチン細胞骨格の動態により制御される転写調節因子MKL1の核移行および転写活性が阻害されること、またMKL1のノックダウンによってAO細胞は脂肪細胞へと終末分化した。以上の結果から、FasudilによるAO細胞の脂肪細胞への終末分化において、MKL1が主転写因子として働いている可能性が示唆された。初年度の計画通り、ROCK阻害剤Fasudilが骨肉腫幹細胞であるAO細胞の脂肪細胞への終末分化を誘導し、in vitroおよびin vivoにおいて腫瘍形成性を抑制することを示した。また、Fasudilと抗癌剤ドキソルビシンの併用効果も見出しており、臨床試験に向けての基盤を固めた。さらに、MKL1が骨肉腫幹細胞の脂肪分化を制御する主転写因子として働く可能性も見出しており、来年度のさらなる発展が期待できる。次に、抗癌剤に抵抗性を示すAO細胞に種々のアクチン動態制御薬を処理すると、濃度依存的に種々の脂肪分化特異的遺伝子群の発現が増加し、脂肪細胞への終末分化が誘導された。とりわけ、ROCK阻害薬のFasudilは、最も効果的に脂肪分化を誘導できるとともに、濃度依存的に増殖を抑えることを明らかにした。さらに、AO細胞をマウスに皮下移植し、Fasudilを投与したところ、in vivoにおいても脂肪細胞への終末分化を誘導し、骨肉腫形成を有意に抑制した。加えて、骨肉腫形成細胞にドキソルビシンを添加するとAO-like細胞のみが生存し、これらにFasudilを処理すると、残った全ての細胞が脂肪細胞へと分化することも分かった。これらの結果から、抗癌剤とFasudilを併用することで、骨肉腫幹細胞を腫瘍を根治できる可能性が強く示唆された。また、AO細胞においてFasudilを処理すると、アクチン細胞骨格の動態により制御される転写調節因子MKL1の核移行および転写活性が阻害されること、さらにはMKL1のノックダウンによって種々の脂肪分化マーカーの発現が有意に増加することが分かった。以上の結果から、FasudilがAO細胞の脂肪細胞への終末分化を誘導する分子メカニズムにおいて、MKL1が主転写因子として働いている可能性が強く示唆された。主転写因子として期待されるMKL1が、どのような分子機構で骨肉腫幹細胞の脂肪分化を制御するのかを明らかにするために、MKL1と共に働く転写因、子さらにはその標的分子の同定を試みる。

また、骨肉腫モデルにおいて見出したリード薬Fasudilが、他の組織型がん幹細胞においてアクチン動態を変化させ、転写を制御することにより、分化転換が誘導されるかを明らかにする。腫瘍生物学
酸化物膜の高速エピタキャル成長プロセス

大気開放型化学気相析出(CVD)法により酸化物結晶の高速エピタキシャル成長を行った。研究目的は高速エピタキシャル成長により高配向酸化物結晶が得られることを確認し、成長過程を利用し配向を高度に制御することである。酸化物結晶の成長は表面動力学過程か拡散過程によって支配される。本研究で選択された2つの酸化物、チタニアと酸化亜鉛は前者が表面動力学過程、後者が拡散過程により高速エピタキシャル成長する。チタニアは前駆体の分子形によって成長する結晶面が決定される。これは結晶表面での原子レベルの幾何学的原子配列によって最適な先駆体形状が決定される(表面動力学過程)からである。そのため、成長条件を変化することによって結晶の形態が変化する。一方酸化亜鉛では原料供給量で成長が決定される(拡散過程)ため、結晶の形態は成長条件によらず一定である。チタニアは(100)マグネシア単結晶上で成長条件によってウイスカー(I型)とメッシュ(IIb型)形状を呈する。動力学過程に支配されているため、作製条件によって高速成長方向が一方向であるか二方向であるかが決まるためである。一方酸化亜鉛は拡散過程に支配されているため、(0001)サファイア基板上で常に一方向のみ高速成長しウイスカー(I型)だけを形成する。以上の結果から、大気開放型CVD法により酸化物結晶の高速エピタキシャル成長を実現するばかりでなく、成長過程を利用し形態制御までも行えることがわかった。大気圧開放型CVD装置を用いると、酸化物膜は比較的速い速度で配向成長する。本研究では、ステップ高さ0.39nm、平均テラス幅150nmの格子ステップを表面に持つSrTiO3単結晶上に<001>エピタキシャルアナターゼ膜を作製した。原子間力顕微鏡(AFM)法によると膜の表面は多核成長による多数の結晶粒子で占められていた。良好な単結晶膜を作製するためには沿面成長の実現が理想的であり、そのためには高速エピタキシ-の成長機構を理解することが必要となる。本研究の目的は高速エピタキシ-過程におけるアナターゼの成長機構を解明することであり、最終的に良好な結晶成長の障害となる因子を決定する。核形成段階からの成長過程をAFMで観察すると、沿面成長によって結晶成長が開始され途中で多核成長に変わることがわかった。さらに沿面成長過程を詳細に調査するとアナターゼ結晶は平均0.61nmの高さでステップを形成し、多核成長に移行する前まで120nmの振幅および200nmの波長でゆらぎながら成長していた。以上の結果は、成長の過渡現象が良質な結晶成長の障害であり、過渡現象の要因がステップの不整合とゆらぎにあることを強く示唆する。アナターゼの成長様式はStanski-Krastanov(SK)型である。沿面成長の臨界膜厚の実験値は0.61nmであった。一方、ステップゆらぎは高過飽和下で結晶が沿面成長するときに起こる。本研究における原料過飽和度は約12%であり、安定成長の過飽和度1.4%を大きく上回っている。そのためにステップは大きくゆらぎ不安定化する。なお結果の詳細については、ホームページhttp://hts.chem.nagaokaut.ac.jpで公開している。
シリカフィルターを用いた湖沼水の浄化に関する研究

【研究目的】珪藻土および十和田シラスを出発原料として,原料同士の組み合わせを工夫すると共にその表面に化学修飾法を用いて,機能付加させた安価な水環境浄化材料を作製し,湖沼水を用いて浄化実験を行う。CODやTOCの低減実験結果から,その浄化材料としての特徴を明らかにすることを目的とする。【研究方法】1.原料同士の混合比を変えて水環境浄化材料を調整する。2.秋田県内の湖沼より実験用サンプルを入手し,シリカフィルター効果を検証するろ過実験を行う。出発原料に化学修飾法を用いて,付加機能を持たせた水環境浄化材料を作製する。3.実験サンプルについては投げ込み式(新規購入:東京理化製サーモペットNTT-2200)にて温度調節後,分析を行う。4.実験試料の分析を行う。簡易COD計(研究室所有:セントラル科学製Quick COD HC-607型),TOC分析計(研究室所有:島津製作所TOC-5000A),pHメーター(研究室所有:堀場製作所製D-21FET)を用いて測定する。【研究成果】シリカフィルター原材料を入手し,調整した。フィルターを用いて湖沼水の浄化実験を行った。研究対象湖沼を秋田県秋田市空素沼とし,サンプリングした。実験用サンプルについてCOD,pH,SS(浮遊物質測定),TOC,電気伝導率を測定した。測定結果より研究対象湖沼の水質汚濁状況が判明した。浄化実験で得られたデータより湖沼水の汚濁状況は,SSの低減効果とCOD,TOCとの関係はあきらかにできなかった。今後の検討課題として,さらにデータを蓄積するとともに,汚濁原因物質を明らかにしシリカ素材や機能付加させた素材も併用し除去効率の良い浄化材を見いだしたい。
銀イオンカチオンクラスターによるトルエン中の炭素移動反応

エチレン共存下でのメタンの炭化水素への転化反応は,銀イオン以外の金属イオンで修飾したH-ZSM-5ゼオライトでも進行することを確かめる為に,同位体である^<13>CH_4を用いてエチレン共存下でのメタンの転化反応を行なった。生成した炭化水素は, Fe/HZSM-5及びMo/H-ZSM-5ではプロピレンとエタンである。一方, In/H-ZSM-5ではこれらの炭化水素の他にベンゼンとトルエンが観測された。いずれの場合も生成したプロピレンには^<13>C^<12>C_2H_6が必ず観測される。その割合が金属イオンの種類に依存することから,メタンの活性には金属イオンが関与することが分かった。In/H-ZSM-5では,プロピレンの他にベンゼン(C_6H_6)とトルエン(C_7H_8)が生成する。ここで^<13>Cはトルエンだけに観測され, ^<13>Cを含むトルエンには,それが一つだけを含む^<13>C^<12>C_6H_8が観測される。即ち,トルエンの生成物は^<13>C^<12>C_6H_8と^<12>C_7H_8であり,このうち^<13>C^<12>C_6H_8の割合は48%であった。ここで^<13>Cを二つ以上含むトルエンは観測されなかった。生成したトルエンのフラグメンテーションから判断すると, ^<13>Cはトルエンのメチル基に主に存在しているものと思われる。一方,ベンゼンには^<13>CH_4由来の^<13>Cが含まれてこない。従って,ベンゼンの生成にはメタンが関与せず,エチレンだけが関与する。トルエンは主にメタンとベンゼンとの反応によって生成すると思われる。さらに,トルエンのメチル基の炭素を^<13>Cでラベルしたものを用いて, ^<13>Cがベンゼン環に移動するかを調べた。メタン転化反応が進行するAg, In, Mo, Znなどの金属イオンで交換したZSM-5ゼオライトに^<13>Cでラベルしたトルエンを接触させた。反応後,トルエン化合物を分離し, ^<13>C,および^1HNMRで同定した。しかし, ^<13>Cがベンゼン環に移動する現象は,観測されなかった。