hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ヒト細胞の新規凍結保存方法

硫黄は通常の生体分子が持つ炭素や窒素より周期律表では一段高い原子番号を持ち、d軌道が持つ高い反応性が、氷晶を歪める凍害保護作用とともに、多様な副作用を生じていることが指摘されている。本研究では、このd軌道にある確率で存在する電子が示す長所と短所の両者を分析して、副作用のない凍結保存剤を提案した。d軌道に電子が存在しない分子を凍結保存剤として使用すると、異常な反応性が低下するため副作用が低下することは予想されるが、同時に生体分子に類似な分子となるために、生体内で通常生じている多様な反応に組み込まれて生じる新たな生成物が有害でないことを立証する必要が生じる。多様なメチル化酵素は、分子の認識性が高いため、体内で新規凍結保存剤と反応して有害な反応物を生じる可能性は少ない。しかし、新規凍結保存剤の濃度はDMSOと同じ5%であり、人体に服用する薬剤よりも極めて高いことも、本研究ではDMSOのd軌道が持つ異常反応性とともに最も重視した。5%濃度のDMSOではなく新規凍結保存剤と接触する細胞が異常代謝を行う可能性が、存在しないことを証明する実験を行なった。ラットに注射して、新規凍結保存剤が、体内で異常代謝をしないことを確認した。この分析に使用する質量分析は高い精度を持つが、コストがかかることが難点であり、本研究期間終了後も、研究班は質量分析による新規凍結保存剤の代謝物の検出を続け、新規凍結保存剤が体内で異常代謝する可能性がないことを動物実験を重ねて確認してゆく。新規凍結保存剤が、造血幹細胞の凍結解凍と常温での接触で細胞を損なわないことが確認されたが、生体内で異常物質を作らないことを確認できないと人体への応用は困難である。ラットの体内に注射した新規凍結保存剤が、別の物質に変化しないことを体液の質量分析で確認している。生体内のメチル化酵素は基質特異性が高いため、新規凍結保存剤と反応する可能性は少ないが、50種類のメチル化酵素の一部の酵素との反応の検討まで行なった。24年度が最終年度であるため、記入しない。凍結保存剤ジメチル酸化硫黄(DMSO)は60年間使用されてきたが、副作用が問題となっている。本研究で開発した新規凍結保存剤によって造血幹細胞を凍結して、解凍後に血球細胞に正常に分化すること及び、常温の生理食塩水の溶液において、DMSOと新規凍結保存剤を白血球と接触した場合も、新規凍結保存剤は細胞の生存率が高かったため、細胞への副作用は少ないと判断した。人体に適用する場合は、新規凍結保存剤が生体内で異常物質を作らないことを証明する必要がある。DMSOの副作用は高い反応性が原因と推測される。新規凍結保存剤は高い反応性はないものの、生体内で異常物質を作る可能性があるため、動物実験と生化学実験を重ねることを目標とする。微量分析と分子論的な検討から、凍結保存剤が生体内での時間の経過とともに変化する過程を正確に把握する。
老齢マウス由来免疫抑制性CD4T細胞の抑制機構解析

免疫抑制機能を有すCD4^+D25^+T細胞を除いた細胞(CD4^+CD25^-T細胞)を、若齢・老齢マウスから調製し機能比較したところ、老齢マウス由来CD4^+CD25^-T細胞には刺激培養後に免疫抑制機能が誘導されることを見出した。更にこの抑制機能を阻害する抗体を樹立し、抗体の認識分子を同定したところ、それはCD45分子であることが明らかになった。その後の解析で、老齢マウス由来CD4^+CD25^-T細胞に含まれているCD4^+CD25^-R123^<lo>CD103^+T細胞が、刺激培養以前から最も強い抑制活性を呈すことを見出した。加齢に伴い出現する免疫抑制性CD4^+CD25^-R123^<lo>CD103^+T細胞は、24ヶ月齢において全CD4T細胞の約7%を占める。この抑制機能を阻害する単クローン抗体の樹立を試みた。CD4^+CD25^-R123^<lo>CD103^+T細胞で免疫したラット2匹から各々2つのハイブリドーマクローン、計4つのクローンを樹立した。これら抗体の認識分子を検討したところ、驚いたことに全ての抗体がCD45分子を認識していた。これら抗体のマウス生体内投与による影響・効果を検討した。一部抗体は細胞障害性を示した。また障害性を呈さなかった抗体をOVA免疫の際に併用すると、免疫効率が格段に上昇した。この抗体はin vitro解析から、抑制機能を解除すると同時に応答細胞に対してはcostimulatory活性を呈すことを確認している。従って抗体のこれら特性が、生体内での免疫効率の上昇に繋がったものと推測している。
ブロモアルキンを活用したラジカル環化反応の開発および天然物合成への展開

ラジカル反応は、炭素-炭素結合、炭素-ハロゲン結合などを構築する重要な反応の1つである。これらの結合形成反応は医薬品の原料や高分子の合成など用いられており、効率的なラジカル反応の開発は重要な研究課題である。本研究ではハロアルキン化合物をラジカル環化反応に付し、医薬品や天然物合成で重要なアリルアルコール単位を合成することに成功した。以前、ブロモアルキンと不飽和エステルを有する基質に対して、ヨウ化サマリウムで処理すると、良好な収率でラジカル環化反応が進行し、5員環の複素環を得られることを見いだした。本反応で得られた知見を基に、ブロモアルキニルアルデヒドをヨウ化サマリウムで処理すると5員環および6員環の複素環が得られた。さらに、アミノ酸から誘導した化合物で反応を行ったところ、新たに生じる立体化学が制御された(Z)-ブロモアリルアルコールが得られることが判明した。さらに反応時間の短縮、作業の簡便化を行うために、ブロモアルキニルアルデヒドの合成をワンポット反応で行う方法を検討した。すなわち、-78°C下ブロモアルキニルエルテルをDIBALで還元し、反応液にプロトン性溶媒を加えて反応を止めた。次いで、0°Cに昇温し、ヨウ化サマリウムを加えた。その結果、高収率かつ高いジアステレオ選択性で目的とする環化成績体が得られることが判明した。本反応の収率を向上させるために、二工程だけでなく、一工程目の収率を改善する必要がある。すなわち、アルデヒドを得るために、DIBALを加えているが、当量を厳密にコントロールしたとしても部分還元が進行せずにアルコールまで還元された。Weinrebアミド(N-methoxy-N-methylamide)はDIBALなどで還元するとアルミニウムと安定な中間体を生成する。その後、水などで反応を止めるとその中間体が分解し、アルデヒドが得られることが知られている。そこで、原料としてエステルの代わりにWeinrebアミドを用いて反応を検討することとした。その結果、DIBALを加えるとアルコールまで還元が進まずにWeinrebアミドをアルデヒドに収率よく得られた。続いてヨウ化サマリウムを加えることによって、良好な収率で環化体を得ることに成功した。ブロモアルキンとアルデヒドの環化反応を行うことで環化体を得た。しかし、アルデヒドの調製が課題であった。そこで申請者はWeinrebアミドをDIBAL還元することによってアルデヒドを得ることにした。すなわち、-78°CでDIBAL還元を行った後、MeOHあるいはiPrOHで反応を止めた。続いて、ヨウ化サマリウムを0°Cで加えると良好な収率で環化成績体を得ることにH25年度では成功した。H26年度ではさらに本反応を簡便に行うことを目的に基質の条件検討を行った。Weinrebアミドの還元は、必ずしも低温で反応を行う必要はない。したがって、ブロモアルキニルアミドのDIBAL還元を0°Cの条件で行った。しかし、収率は50%から36%に低下した。0°CではブロモアルキンがDIBALと反応し、カルボアルミネーションが進行したためだと考えられる。したがって、臭素原子を塩素原子に変更したクロロアルキンでも同様に行うとどうなるのか検討したところ、0°CでDIBAL還元を行っても、収率が低下することなく、目的とする環化成績体を得ることに成功した。また、プロパルギル位に置換基がある基質で環化反応を検討したところ、ジアステレオ選択に問題があるものの良好な収率で環化成績体を得ることができた。H25年度でブロモアルキニルケトンは添加剤であるHMPAの量を調整することで環化成績体を得るに成功している。HMPAはヨウ化サマリウムの還元力を高めることがよく知られているが、毒性があるため代替品の開発が多く報告されている。また、HMPAの量が1から4当量で収率が大きく異なることから、濃度に依存せずに還元性が丁度よい添加剤のスクリーニングが必要である。そこで種々条件を検討したところ、NMPが選択性よく環化体が得られることが判明した。しかし、再現性に問題があるため、条件を再度検討している。有機化学本反応で基質となるブロモアルキニルアルデヒドは、エステルをDIBAL還元して得ている。その際に、アルコールまで還元される基質、またはアルコールとアルデヒドの混合物になる基質があるため、エステルの代わりにWinrebアミドを用いることとした。しかし、WeinrebアミドはNBSで処理すると目的とするブロモアルキンを良好な収率で得られなかった。そのため、種々条件を検討したため、実験はやや遅れた。現在は、ブロモアルキンの代わりにクロロアルキンを用いることによって問題は解決している。先に述べたようにWeinrebアミドはDIBALで還元するとアルミニウムと安定な中間体を形成する。その中間体を分解するために、プロトン性溶媒を種々検討した。先に得られた最適条件を適用すると中間体の分解が一部進行せず、ヨウ化サマリウムを加えても原料のアルデヒドの消失が見られなかった。したがって、Weinrebアミドを基質として用いた場合の最適条件を検討したため、実験はやや遅れた。

現在は、最適なプロトン性溶媒を見いだすことに成功したので問題は解決している。ブロモアルキニルアルデヒドの環化反応はほぼ完了したので、ブロモアルキニルケトンの環化反応について検討を行う。原料となる基質については、合成する目途はついているので特に問題はない。また、ブロモアルキニルケトンの環化反応は、検討の余地はあるものの、添加剤のHMPAの当量を制御することによって目的とする化合物が得られている。今後、種々条件検討することによって最適条件を見いだす予定である。Lucentamycin Aを合成するのにあたって、ブロモアルケンをパラジウム触媒を用いたカップリング反応で炭素鎖を伸長する必要がある。現在、メチル基の導入の収率改善を目的に検討している。今後、ダブルアルキル化を行う条件を検討し、天然物の合成に着手する予定である。
相反抑制機構改善を目的とした経皮的電気刺激手法の確立

脳卒中患者の痙性に対する治療方法として,総腓骨神経への経皮的電気刺激が用いられている.しかし,その電気刺激部位の決定は治療者の経験に頼り,決定に長い時間を要する.本研究の結果によって具体的な刺激点が明らかとなり,治療準備にかかる時間の短縮が期待される.また現在まで,有効な電気刺激条件についても十分な検討が行われていなかった.本研究の結果から,経皮的電気刺激の最適な刺激周波数が明らかとなった.脳卒中患者の痙性に対する治療方法として,総腓骨神経への経皮的電気刺激が用いられている.しかし,その電気刺激部位の決定は治療者の経験に頼り,決定に長い時間を要する.本研究の結果によって具体的な刺激点が明らかとなり,治療準備にかかる時間の短縮が期待される.また現在まで,有効な電気刺激条件についても十分な検討が行われていなかった.本研究の結果から,経皮的電気刺激の最適な刺激周波数が明らかとなった.現在,脳卒中患者の痙性とそれに伴う尖足に対する治療方法として,総腓骨神経に経皮的電気刺激を行う手法が研究されている.しかし,その電気刺激部位の決定は治療者の経験に頼り,決定に長い時間を要するため,患者への負担が大きい.また,有効な電気刺激条件についても十分な検討が行われていない.本年度は,直径5mmの電極を48個配置した多チャンネル列電極を作成した後,健常成人を対象に総腓骨神経の分枝である深腓骨神経に経皮的電気刺激を行い,誘発される前脛骨筋のM波から最適な刺激点を同定した.当前陰極には5mm×16個(20mm×20mm)の電極を用い,腓骨頭直下より左右に15mm,下方に40mmの範囲で,5mmずつ移動させながら計測を行った.その結果,20mm×20mmの電極を5mmずつ移動させる手法では,選択的に深腓骨神経を刺激することが困難である可能性が示唆された.次に,陰極に5mm×1個(5mm×5mm)の電極を用いて同一範囲の計測を行った,その結果,腓骨頭後方(下腿後面外側)では前脛骨筋のM波振幅最大値が得られる一方,腓骨筋M波も出現した.したがって,この部位での刺激は総腓骨神経を主に刺激しているものと考えられる.その5mm前方では前脛骨筋のM波振幅は若干減衰(最大値の53.8%)し,腓骨筋M波は大きく減衰(最大値の12.8%)した.この結果は,腓骨筋を支配する浅腓骨神経への刺激を避け,前脛骨筋を支配する深腓骨神経を選択的に刺激できたために得られた結果と考えられる.すべての刺激点で刺激した中でもこの点が最も選択的に深腓骨神経を刺激出来たと考えらえる誘発電位を示した.脳卒中患者の痙性に対する治療方法として,総腓骨神経への経皮的電気刺激が行われているが,有効な電気刺激条件については十分な検討が行われていない.本年度は,昨年度の実験結果から求めた標準刺激点を参考に,総腓骨神経の分枝である深腓骨神経の最適な刺激点を同定した後,50・100・200Hzの治療的電気刺激に刺激なしを加えた4条件において脊髄興奮性の経時的変化を測定し,最適な刺激周波数について比較検討を行った.脊髄興奮性の計測には誘発筋電図を用い,その計測時間は65分(治療的電気刺激の施行前5分,施行30分,施行後30分)とした.治療的電気刺激を入力する入力期40秒間と、誘発筋電図を記録する休止期10秒間の50秒間を1セットとし,施行前,施行後は入力期での治療的電気刺激は行わず,施行期は指定した周波数で電気刺激を行った.治療的電気刺激の刺激波形については,過去の研究で用いられた刺激条件と結果を基に,パルス幅を250μS,パルス形状を矩形波,刺激強度を運動閾値とした.休止期に計測する誘発筋電図について,被験筋はヒラメ筋,テスト刺激部位は脛骨神経,条件刺激部位は深腓骨神経とした.通常のH反射に加えて,相反抑制量,D1抑制量についても計測を行った.統計にはDunnettの多重比較検定を用い,治療的電気刺激施行前の振幅を対照群に,各周波数において5分ごとの振幅を比較した.その結果,抑制効果が出現する時期においては,50・100・200Hzでそれぞれ25分,20分,15分,抑制効果の持続時間においてはそれぞれ15分間,持続なし,持続なしであった.刺激なし群においては有意な抑制は認められなかった.また,相反抑制量およびD1抑制量にも有意な変化は認められなかった.臨床において効果の持続は不可欠な因子であり,刺激周波数は50Hzが最適と考えられる.これまで臨床上有効な刺激条件については明らかでなく,本研究の意義は大きいと考える.
[60]フラーレンを主鎖に含む色素多連子の精密有機合成およびその物性評価

[60]フラーレン(C60)は,次世代分子デバイスを構築する上で有利な条件を兼ね備えた物質の一つであるが,その有機合成化学は未だ体系化されていない分野である.C60の機能をより自在に制御するためにC60の官能基化反応は必須であるが,これは同時にC60の全共役性を崩す反応でもある.加えて,C60近傍にある官能基の反応は,溶解性や立体障害などの影響により思い通りに進行しないことが殆どである.上記の課題を考慮し,本研究ではC60のシクロプロパン化反応,ならびにシクロコプロパン環上に導入されたホルミル基の化学変換反応に着目した.シクロプロパン環橋頭位炭素のsp2性のため,シクロプロパン化反応は,C60の化学修飾法のなかでも元来の性質に最もダメージを与えない手法である.また,ホルミル基はシクロプロパン化C60合成において無保護で導入でき,そのまま他分子との連結反応に利用できる唯一の官能基である.昨年度までの研究により,シクロプロパン化C60に導入したホルミル基はWittig反応の基質として利用可能であることを明らかにしている.そこで本年度,共役リンガーで2つのリンイリド源を架橋した分子とホルミル基を有するシクロプロパン化フラーレンとのWittjg反応を行なった.その結果,単純なリンイリドを用いた場合と比較して収率が低下するものの,目的とするWittig反応が進行し,2つのC60が共役リンカーで連結されたC60ダイマーが得られた.これまでにC60ダイマーならびにオリゴマーについては幾つかの報告例があるが,今回合成された化合物は構成要素にヘテロ原子を含まぬ数少ない例の一つであり,また,純粋に有機合成化学的手法のみからなる珍しい合成例の一つでもある.シクロプロパン環橋頭位炭素が部分的なsp2性を持つことを考えると,二つのC60の間には少なからぬ軌道の相互作用が存在することになり,その物性に興味が持たれるとともに様々な応用が期待される.[60]フラーレン(C60)は、次世代分子デバイスを構築する上で有利な条件を兼ね備えた物質の一つであるが、その有機合成化学は未だ体系化されていない分野である。C60の機能をより自在に制御するためにC60の官能基化反応は必須であるが、これは同時にC60の全共役性を崩す反応でもある。加えて、C60近傍にある官能基の反応は、溶解性や立体障害などの影響により思い通りに進行しないことが殆どである。上記の課題を考慮し、本研究ではC60のシクロプロパン化反応、ならびにシクロプロパン環上に導入されたホルミル基の化学変換反応に着目した。シクロプロパン環橋頭位炭素のsp2性のため、シクロプロパン化反応は、C60の化学修飾法のなかでも元来の性質に最もダメージを与えない手法である。また、ホルミル基はシクロプロパン化C60合成において無保護で導入でき、そのまま他分子との連結反応に利用できる唯一の官能基である。ホルミルメタノC60の合成法は、我々が以前に開発したスルフォニウムイリド法のみが知られているが、収率や基質適応範囲に問題があることが分かっている。そこで新たな手法として、α-ハロシリルシリルエノールエーテル/フッ化物イオンより発生させたエノラートのC60への求核付加反応ならびに引き続く求核置換反応によるシクロプロパン化反応を試みた。その結果、幅広い基質において反応は効率良く進行し、優れたホルミルメタノC60の合成法となることが明らかとなった。次に、こうして得られるシクロプロパン化C60のホルミル基をWittig反応によりアルケンへ変換することを試みた。ホルミル基と縮合させるためのリンイリドとして安定イリドならびに準安定イリドを用いた場合、反応条件を最適化することにより良-高収率で目的アルケンが得られた。一方、不安定イリドを用いた場合には、リンイリドのC60炭素への求核攻撃が深刻な副反応となり、反応は低収率に留まった。[60]フラーレン(C60)は,次世代分子デバイスを構築する上で有利な条件を兼ね備えた物質の一つであるが,その有機合成化学は未だ体系化されていない分野である.C60の機能をより自在に制御するためにC60の官能基化反応は必須であるが,これは同時にC60の全共役性を崩す反応でもある.加えて,C60近傍にある官能基の反応は,溶解性や立体障害などの影響により思い通りに進行しないことが殆どである.上記の課題を考慮し,本研究ではC60のシクロプロパン化反応,ならびにシクロコプロパン環上に導入されたホルミル基の化学変換反応に着目した.シクロプロパン環橋頭位炭素のsp2性のため,シクロプロパン化反応は,C60の化学修飾法のなかでも元来の性質に最もダメージを与えない手法である.また,ホルミル基はシクロプロパン化C60合成において無保護で導入でき,そのまま他分子との連結反応に利用できる唯一の官能基である.昨年度までの研究により,シクロプロパン化C60に導入したホルミル基はWittig反応の基質として利用可能であることを明らかにしている.そこで本年度,共役リンガーで2つのリンイリド源を架橋した分子とホルミル基を有するシクロプロパン化フラーレンとのWittjg反応を行なった.

その結果,単純なリンイリドを用いた場合と比較して収率が低下するものの,目的とするWittig反応が進行し,2つのC60が共役リンカーで連結されたC60ダイマーが得られた.これまでにC60ダイマーならびにオリゴマーについては幾つかの報告例があるが,今回合成された化合物は構成要素にヘテロ原子を含まぬ数少ない例の一つであり,また,純粋に有機合成化学的手法のみからなる珍しい合成例の一つでもある.シクロプロパン環橋頭位炭素が部分的なsp2性を持つことを考えると,二つのC60の間には少なからぬ軌道の相互作用が存在することになり,その物性に興味が持たれるとともに様々な応用が期待される.
低温下での植物の水輸送におけるアクアポリンの役割の解明

水は、植物の葉からの蒸散によって多量に消費される。植物がしおれずに正常な生命活動を行うためには、根からのさかんな吸水が不可欠である。ところが根の吸水は温度の影響を強く受け、低温では吸水が著しく抑制される。低温による吸水抑制の原因は、根の細胞の水透過率低下にあると推測されるが詳細は明らかでない。近年、細胞の水透過を司るアクアポリン(生体膜の水透過孔)が注目されており、アクアポリンの発現および機能が低温によって影響を受けている可能性が示唆されている。そこで、アクアポリンを視野に入れ、低温による植物の吸水抑制のメカニズム解明を目指した研究を実施した。H18年度は、プロトプラストの水透過率を様々な温度条件で測定する手法を構築した。ダイコンの幼根から単離したプロトプラストを25°Cから89°Cに冷却すると、水透過率が約3分の1に低下することがわかった。また、根の低温処理がイネの吸水能力とアクアポリン量に及ぼす影響についても解析した。水耕で育成したイネの地上部温度を25°Cに保ったまま地下部を10°Cに冷却し根の吸水能力を溢泌液速度で評価した。またイネアクアポリン分子種全33種類の中から、根で重要な役割を果たす分子種に着目し、アクアポリンの発現量(タンパク質レベル)をイムノブロット法で解析した。その結果、根の溢泌液速度は低温処理開始直後に激減するのに対して、アクアポリン発現量は、低温処理開始5時間経過してもほとんど減少しないことが明らかになった。このことから、低温による吸水能力の低下はアクアポリン発現量の減少ではなく、アクアポリンの水透過活性の低下によるものと推測された。本研究は、低温下における植物の水輸送の動態とアクアポリンの役割を解明することを目的としている。吸水・蒸散・生長などにともなう植物体内の水の流れを解明するためには、細胞の水透過率を評価することが不可欠である。既存の水透過率計測法には、ガラス細管を組織に挿入し膨圧変化を測定するプレッシャープローブ法、磨砕した組織から抽出した膜画分の収縮を計測するストップトフロー法がある。しかしプレッシャープローブ法では深部組織の細胞は計測できず、ストップトフロー法では個々の細胞の水透過率を計測できない。また、プロトプラスト(細胞壁を除去した植物細胞)を用いた水透過率測定手法が発表されたが、計測の複雑さや測定誤差等、実験装置の構造に起因した問題点がり、改良が望まれていた。そこで、本年度は上記問題点を解決した新しい水透過率計測手法を開発することを目的とし、期待通りの成果を上げることができた。手法の具体的内容は下記の通りである。まず、実体顕微鏡下で植物組織の標的部位からプロトプラストを単離する。次いで浸透ポテンシャル差に依存したプロトプラストの膨脹・.収縮過程をモニタする実験システムを考案した。さらに、上記の実験システムにより得られた実験結果を、プロトプラストの膨脹・収縮プロセスを再現する理論式に適用することにより水透過率を算出する。以上の方法によって、従来よりはるかに高精度(±10%程度)に細胞の水透過率を計測することが可能となった。ところで、成熟した植物細胞は内部に巨大な液胞を発達させ、生命活動の中心である細胞質は、細胞膜と液胞膜に挟まれた狭い空間に位置している。このため、細胞膜と液胞膜の水透過率は、細胞質の水分バランスに直接影響を及ぼす。そこで現在、上記の手法をさらに発展させることにより、細胞膜と液胞膜の水透過率を分離評価する手法を開発中である。H16年度は個々のプロトプラストの水透過率を高精度で計測する独自手法を確立した。H17年度はこの手法をさらに発展させ、植物細胞の主要な膜系である細胞膜と液胞膜の水透過率を分離して評価する方法の開発に取り組み、予想通りの成果を挙げることができた(現在投稿中)。従来は、細胞膜より液胞膜の水透過率は十分大きいと想定され、細胞膜の水透過率のみが注目されてきた。しかし本研究の手法を用いてダイコンプロトプラストについて測定したところ、細胞膜、液胞膜の水透過率の大きさは通常条件(25°C、水ストレスを与えない条件で測定)では同等であり、ともに高い水透過率を持つことが明らかになった。すなわち本実験の結果は、細胞内水バランスの調節および細胞間水輸送に細胞膜と液胞膜の水透過率がともに重要であることを意味する。また、H17年度は、低温処理が根の吸水機能およびアクアポリンに及ぼす影響に関する実験に着手した。人工気象室の中で水耕栽培したイネを材料に、植物体地上部温度を25°Cに保ったまま地下部の温度を4°Cに冷却し、根の吸水能力とアクアポリンの発現レベルを経時的に測定する実験系を確立した。根の吸水能力はsap flow法で計測できることが確認された。イネはアクアポリン分子種を33種類持つことが最近報告され、その中でも根で重要な役割を果たす分子種が推定された(Sakurai et al.2006, PCP46:1568-1577)。そこで、これらの分子種に着目し、アクアポリンのmRNAレベルをRT-PCR法、タンパク質量をイムノブロット法で解析する体制を整えた。

水は、植物の葉からの蒸散によって多量に消費される。植物がしおれずに正常な生命活動を行うためには、根からのさかんな吸水が不可欠である。ところが根の吸水は温度の影響を強く受け、低温では吸水が著しく抑制される。低温による吸水抑制の原因は、根の細胞の水透過率低下にあると推測されるが詳細は明らかでない。近年、細胞の水透過を司るアクアポリン(生体膜の水透過孔)が注目されており、アクアポリンの発現および機能が低温によって影響を受けている可能性が示唆されている。そこで、アクアポリンを視野に入れ、低温による植物の吸水抑制のメカニズム解明を目指した研究を実施した。H18年度は、プロトプラストの水透過率を様々な温度条件で測定する手法を構築した。ダイコンの幼根から単離したプロトプラストを25°Cから89°Cに冷却すると、水透過率が約3分の1に低下することがわかった。また、根の低温処理がイネの吸水能力とアクアポリン量に及ぼす影響についても解析した。水耕で育成したイネの地上部温度を25°Cに保ったまま地下部を10°Cに冷却し根の吸水能力を溢泌液速度で評価した。またイネアクアポリン分子種全33種類の中から、根で重要な役割を果たす分子種に着目し、アクアポリンの発現量(タンパク質レベル)をイムノブロット法で解析した。その結果、根の溢泌液速度は低温処理開始直後に激減するのに対して、アクアポリン発現量は、低温処理開始5時間経過してもほとんど減少しないことが明らかになった。このことから、低温による吸水能力の低下はアクアポリン発現量の減少ではなく、アクアポリンの水透過活性の低下によるものと推測された。
戦間期ヨーロッパにおける少数民族問題とヨーロッパ民族会議の展開

1925年から38年までヨーロッパ諸国の少数民族の代表が毎年一堂に会し、マイノリティの諸権利の保護と向上をめざして議論を重ねる場となったヨーロッパ民族会議は、「少数民族の国際連盟」とも呼ばれ、少数民族問題に揺れた戦間期のヨーロッパにおいて、各国の少数民族が国際的な連帯を模索したユニークな経験である。本研究は民族会議の展開を、ヨーロッパ諸国の政治・社会状況や少数民族問題をめぐる国際連盟の動向などとも重ね合わせながら考察し、同会議の意義と限界を明らかにしようとするものである。またこれは戦間期ヨーロッパにおける少数民族問題を全体的、総合的に把握する視座を獲得しようとする試みでもある。
制約オブジェクト指向方式によるグラフィカルユーザインタフェース構築の研究

本研究では,コンピュータシステムを構成する重要な要素であるグラフィクスインタフェースの高度化を目的とし,図形を通じた対話の構造の解明と,それに適合したシステム構成法として制約処理とオブジェクト指向というパラダイムの有効性を実証することを目的とした.●対話の構造の研究については,正規表現に関するもの,ネットワークを用いるもの,CSP(Concurrent Sequential Processes)などを比較検討し,対話が本質的にもつ不規則性と不定形反復の表現において,理論上も実用上も根本的な困難があることを明らかにした.●図形の取扱いについては,とかく「直観的に」しか扱われない図形について,その構造,表現方法,変換方法についての先行研究を概観し,形式化と理論化の重要性を明確にするとともに,それを複合オブジェクトという形で定式化し,他の計算機科学的手法を適用することに成功した.●対話の記述や図形の表現においては,従来から用いられている手続き的な表現方法は向いていない.手続き的な手法が,本来は「局所的な」環境の評価を基本としているからである.本研究では非手続き的な手法の一つである制約(constraint)による表現方法に着目し,対話および図形の表現や関係の記述に適用した.●図形の記述については,それをオブジェクト(object)として扱うことが有効であることは知られているが,本研究ではそれをさらに制約表現の枠組みの中で用いることによって,より自然で強力な記述力を実現することが可能となった.さらにこれを類推の枠組みの中で扱うことによって,図形間の関係を例示によって表現する新しい方式を開発した.●以上述べた本研究の成果は,図形・対話・オブジェクト・制約という諸概念をきちんと定式化するということから可能となったものである.本研究では,コンピュータシステムを構成する重要な要素であるグラフィクスインタフェースの高度化を目的とし,図形を通じた対話の構造の解明と,それに適合したシステム構成法として制約処理とオブジェクト指向というパラダイムの有効性を実証することを目的とした.●対話の構造の研究については,正規表現に関するもの,ネットワークを用いるもの,CSP(Concurrent Sequential Processes)などを比較検討し,対話が本質的にもつ不規則性と不定形反復の表現において,理論上も実用上も根本的な困難があることを明らかにした.●図形の取扱いについては,とかく「直観的に」しか扱われない図形について,その構造,表現方法,変換方法についての先行研究を概観し,形式化と理論化の重要性を明確にするとともに,それを複合オブジェクトという形で定式化し,他の計算機科学的手法を適用することに成功した.●対話の記述や図形の表現においては,従来から用いられている手続き的な表現方法は向いていない.手続き的な手法が,本来は「局所的な」環境の評価を基本としているからである.本研究では非手続き的な手法の一つである制約(constraint)による表現方法に着目し,対話および図形の表現や関係の記述に適用した.●図形の記述については,それをオブジェクト(object)として扱うことが有効であることは知られているが,本研究ではそれをさらに制約表現の枠組みの中で用いることによって,より自然で強力な記述力を実現することが可能となった.さらにこれを類推の枠組みの中で扱うことによって,図形間の関係を例示によって表現する新しい方式を開発した.●以上述べた本研究の成果は,図形・対話・オブジェクト・制約という諸概念をきちんと定式化するということから可能となったものである.
がん化学療法における痛みと睡眠に関する包括的研究

前年度に引き続き、抗がん薬による末梢神経障害と睡眠との関わりを調べるために、ラットに抗がん薬であるオキサリプラチンを連続投与して末梢神経障害動物モデルを作製し、自発運動量測定装置を用いてラットの睡眠リズムを解析した。その結果、暗期および明期の運動量は溶媒群と比較して大きな変化は見られず、運動量自体では違いを見出すことができなかった。そこで、睡眠脳波の解析を行ったところ、REM睡眠およびNon-REM睡眠に大きな違いは見られなかった。これらのことから、抗がん薬による神経障害動物モデルにおいて、睡眠障害が発現している可能性は低いことが示唆された。次に、神経障害に有効な薬剤を探索するために、NGFを添加したPC12細胞を用いて、オキサリプラチンおよびパクリタキセルによる神経突起の伸展阻害を指標として、睡眠関連薬剤や漢方薬などの効果を評価したところ、イブジラストと加味逍遥散は、オキサリプラチンおよびパクリタキセルによる神経突起退縮に対して神経突起伸展作用が見られた。一方、メラトニンやラメルテオンには何ら作用は見られなかった。そこで次に、オキサリプラチンによる末梢神経障害に対する加味逍遥散の効果を評価した。その結果、加味逍遥散は有意な予防効果があることが分かった。次年度は、加味逍遥散の例数追加、用量追加や坐骨神経の軸索変性の評価、抗腫瘍作用ヘの影響の確認、イブジラストやリルゾールの効果について検討を行う予定である。本研究の目的であるがん化学療法における神経障害と睡眠障害との関わりについては、動物モデルでの基礎研究について概ね検討を行い、神経障害における睡眠障害の関わりは見出すことはできなかった。一方、情動障害の発現などがみられることを明らかにした。さらに、既存医薬品であるリルゾールが、抗がん薬による神経障害性疼痛の治療薬になる可能性や加味逍遥散が予防薬として有用である可能性を見出した。一方、電子カルテによる患者データによる解析では、カルテに睡眠障害の十分な記載がされていないために情報を収集することが困難であった。神経障害と睡眠との関わりについては、睡眠脳波解析など詳細な検討を行ったが、がん化学療法における神経障害と睡眠障害との関わりを見出すことはできなかった。一方、神経障害に有効な薬剤の探索については、前年度からの培養細胞を用いた検討を継続し、いくつかの有効な候補薬剤を見出し、末梢神経障害動物モデルを用いて薬剤の効果も評価した。今後さらに、実用化に向けて抗腫瘍効果なども含めて追加検討を行う予定である。また、作用メカニズムについても検討を行う予定である。抗がん薬による末梢神経障害と睡眠との関わりを調べるために、ラットに抗がん薬であるオキサリプラチンを連続投与して末梢神経障害動物モデルを作製し、自発運動量測定装置を用いてラットの睡眠リズムを解析した。その結果、暗期の運動量は溶媒群と比較して変化は見られなかったが、明期の運動量は高い傾向が観察された。このことから、抗がん薬による神経障害動物モデルにおいて、睡眠障害が発現していることが示唆されたが、現時点では例数が少ないため今後例数を追加する必要がある。さらに、これらのラットの情動行動を解析したところ、不安行動の指標となる高架式十字迷路でのclosed armの滞在時間や明暗箱試験における暗室での滞在時間が延長し、不安レベルが増加していることが考えられた。次に、これらの動物モデルの脊髄でのグルタミン酸および睡眠に関係するGABA濃度をin vivo microdialysis法を用いて測定したところ、グルタミン酸濃度が著明に増加し、グルタミン酸トランスポーターであるGLT-1の発現量が有意に減少していることが分かった。さらに我々は、既存医薬品であるリルゾールが、神経障害性疼痛を抑制し、グルタミン酸濃度を減少させることを明らかにした。一方、GABA濃度は変化は見られなかった。これらのことから、グルタミン酸濃度の増加が神経障害の発現に深く関与していること、さらにそのグルタミン酸濃度の増加は一部GLT-1の減少によること、そしてリルゾールが抗がん薬による神経障害性疼痛の治療薬になる可能性が考えられた。また、神経障害に有効な薬剤を探索するために、NGFを添加したPC12細胞を用いて、オキサリプラチンおよびパクリタキセルによる細胞障害および神経突起の伸展阻害を指標として、メラトニン受容体などに作用する睡眠関連薬剤の作用を評価しているが、現時点では保護効果を示す薬剤は認められていない。本研究の目的であるがん化学療法における神経障害と睡眠障害との関わりについて、動物モデルでの基礎研究については概ね順調に進んでおり、神経障害における睡眠障害の関わりや情動障害の発現などを明らかにした。さらに既存医薬品であるリルゾールが、抗がん薬による神経障害性疼痛の治療薬になる可能性を見出した。

次に、神経障害に有効な薬剤を探索するために、NGFを添加したPC12細胞を用いて、オキサリプラチンおよびパクリタキセルによる神経突起の伸展阻害を指標として、睡眠関連薬剤や漢方薬などの効果を評価したところ、イブジラストと加味逍遥散は、オキサリプラチンおよびパクリタキセルによる神経突起退縮に対して神経突起伸展作用が見られた。一方、メラトニンやラメルテオンには何ら作用は見られなかった。そこで次に、オキサリプラチンによる末梢神経障害に対する加味逍遥散の効果を評価した。その結果、加味逍遥散は有意な予防効果があることが分かった。次年度は、加味逍遥散の例数追加、用量追加や坐骨神経の軸索変性の評価、抗腫瘍作用ヘの影響の確認、イブジラストやリルゾールの効果について検討を行う予定である。本研究の目的であるがん化学療法における神経障害と睡眠障害との関わりについては、動物モデルでの基礎研究について概ね検討を行い、神経障害における睡眠障害の関わりは見出すことはできなかった。一方、情動障害の発現などがみられることを明らかにした。さらに、既存医薬品であるリルゾールが、抗がん薬による神経障害性疼痛の治療薬になる可能性や加味逍遥散が予防薬として有用である可能性を見出した。一方、電子カルテによる患者データによる解析では、カルテに睡眠障害の十分な記載がされていないために情報を収集することが困難であった。神経障害と睡眠との関わりについては、例数追加やさらに詳細な検討を行い、睡眠障害のメカニズムの解明や痛みとの関わりについて検討を行う予定である。次に、神経障害に有効な薬剤の探索については、前年度からの培養細胞を用いた検討を継続するとともに、有効な候補薬剤が見つかれば、末梢神経障害動物モデルを用いて薬剤の効果を評価する予定である。一方、神経障害と睡眠障害の発現状況の把握については、前年度からの調査を継続するとともに、アンケート調査など他のアプローチについて検討する必要があると考えている。神経障害と睡眠との関わりについては、睡眠脳波解析など詳細な検討を行ったが、がん化学療法における神経障害と睡眠障害との関わりを見出すことはできなかった。一方、神経障害に有効な薬剤の探索については、前年度からの培養細胞を用いた検討を継続し、いくつかの有効な候補薬剤を見出し、末梢神経障害動物モデルを用いて薬剤の効果も評価した。今後さらに、実用化に向けて抗腫瘍効果なども含めて追加検討を行う予定である。また、作用メカニズムについても検討を行う予定である。今年度、培養細胞を用いて神経障害に有効な薬剤を探索したが、該当する薬剤が見つからず、追加検討が生じなかったために次年度使用額が生じた。次年度は、今回の使用額を予定の助成金と合わせて使用し、前年度に引き続き神経障害に有効な薬剤の探索とともにメカニズムなどの追加検討を行う予定である。今年度、睡眠脳波の解析を行ったが、期待に反して変化がみられず、検討を終了したため、次年度使用額が生じた。一方、培養細胞を用いて神経障害に有効な候補薬剤をいくつか見出すことが出来たため、次年度は、今回の使用額を予定の助成金と合わせて使用し、神経障害に対する効果を評価するとともに、作用メカニズムなどの追加検討を行う予定である。
広帯域ネットワーク上の超長波干渉計の基礎研究

波長程度以上離れた複数の受信点を広帯域ディジタルネットワークで結ぶことによって巨大な電波干渉計を構成し、従来著しく困難であった超長波帯自然電磁波の発生源の方向、位置、深さ(高度)を特定するネットワーク干渉計の可能性を追求するために、基礎技術の研究・開発を行った。1.ATMデータ端末の製作とATM網への接続:パーソナルコンピュータにATMインタフェース(156Mbps,マルチモードファイバ)を装備してATMデータ端末を製作した。当面のソフトウェア開発を容易にするため、2台の端末は同じ室内に設置し、同一のATM交換機に収用して、SVCで接続した。2.VLF受信局の製作:3kHz30kHzの広帯域VLF信号を低雑音で増幅した後A/D変換し、パーソナルコンピュータに取り込めるようにした。3.干渉ノードの開発:上記2つの機能を統合し、VLF信号データをATMインタフェースから送出するソフトウェアの開発を行なっている。4.ネットワーク干渉計の較正法の研究:観測帯域内に存在する比較的強力な人工電磁波、例えば、10kHz14kHzでオメガ局から送信されている無線航行用電波を利用して、各干渉ノードから送出されるデータの時間軸を較正する可能性を検討している。5.今後の予定・計画:干渉ノードの開発が終り次第、数十m程度離れた地点間のVLFデータの相関を取り、次に予定通り約10km離れた2つのキャンパス間で実験を行なう。将来的には、大型計算機センターのスーパーコンピュータにATM接続して、リアルタイムでVLFデータの相関を取る計画である。
アクティブフィルタ機能を有する交流チョッパ式高効率単相UPSの開発

本研究は,アクティブフィルタ機能を有する交流チョッパ式高効率単相UPSとその制御方式を提案するとともに,その有効性を確認することである。日本では長時間の電源異常はほとんどないが,自然災害に起因する瞬時電圧低下や瞬時停電を完全に防ぐことは難しく,大震災を契機に電源の安定供給にも不安が生じている。その対策としてUPSの需要が増加しており,本研究では,積極的に電源の電力供給能力を活用する昇降圧動作が可能で電力直送を基本動作とするUPSを開発した。開発するUPSは,電力用半導体スイッチング素子の動作により,出力電圧の昇降圧動作が可能で「単相交流入力→単相交流出力」の直接変換が可能な高効率UPSである。また,電力系統への高調波電流の流入防止,バッテリー充電および電源異常時の出力用インバータの各機能を併せ持つアクティブフィルタ/インバータ回路を併設することで,小形で回路利用率の高いUPSを実現する。開発するUPSの主回路構成は(1)入力交流チョッパ回路部,(2)出力交流チョッパ回路部,そして(3)アクティブフィルタ/バッテリー回路部より構成され,寿命の短い電解コンデンサや大型で重い絶縁トランスなどは不要である。本年度は提案した上記特長を有するUPSのデジタル制御によるシミュレーションを行い,以下の有効性を確認した。(1)高品質の安定した出力電圧を確保するため,停電時にはアクティブフィルタ部がインバータ動作を行い,バッテリーを電力源として安定した出力電圧制御を達成できた。(2)電源電圧が変動した場合でも入力チョッパ部が昇圧動作を,出力チョッパ部が降圧動作を適宜行い,安定した一定出力電圧の高品質電力を供給できることを確認できた。(3)(2)を達成するために,本回路は入力から出力をみると昇圧用リアクトル,ノイズ除去用フィルタ,出力フィルタ用リアクトルおよびコンデンサが接続され,LCフィルタが2段接続されている回路構成となり,制御系が高次となり不安定になりやすい。そこで,入力力率制御に出力電力フィードバックによる基本波制御と,電流制御に基づく出力電圧フィードバック制御により安定した制御結果をシミュレーションにより確認した。(4)アクティブフィルタ回路により入力電流正弦波制御と入力力率98%以上,出力電圧ひずみ率5%以下,出力電圧変動率3%以下を達成した。以上,UPSの基本制御方式のシミュレーションによる開発を行い,本年度の目的は達成した。開発するUPSにおける本年度の計画は,昨年度にシミュレーションにより開発した昇圧,降圧,停電時の各制御手法を基本に,安定電力供給時である正常時の出力電圧および入力電流制御法をシミュレーションにより開発するとともに,実機を試作して開発した制御手法の有効性を実証することである。本UPSの主回路は入力およびアクティブフィルタから出力をみるとリアクトル,ノイズ除去用コンデンサ,出力フィルタ用リアクトルおよびコンデンサが接続され,LCフィルタが2段接続されている回路構成となり,不安定になりやすい。これを考慮して正常時の出力電圧,入力電流制御手法を開発し,以下の成果を得た。(1)出力電圧制御の基本は半導体スイッチング素子により電源と負荷を直接接続する電力直送状態を基本として効率の高いシステムとした。(2)入力電流は,入力および出力交流チョッパの接続部に並列に接続されたアクティブフィルタ回路が出力交流チョッパへ流出する高調波電流を高速に電流補償し,正弦波入力電流に制御すると共に入力力率をほぼ100%に制御することができた。(3)(2)の入力電流制御の達成は出力電圧歪みを引き起こす可能性がある。そこで,アクティブフィルタ制御系に電流制御型の出力電圧制御系も入力電流制御系と並列に組み込み,双方の制御が許容される範囲になるよう補償ゲインを調整した。これにより,先塔状電流波形のコンデンサ入力型整流器負荷においても入力力率98%以上,出力電圧ひずみ率5%以下,出力電圧変動率3%以下を達成できた。(4)試作機については,DSPに基本制御を実行させ,2kWの電力容量で作成中である。以上,UPSの正常時基本制御方式のシミュレーションによる開発を行うとともに,実機も試作中であり,本年度の目的は達成した。本研究は,アクティブフィルタ機能を有する交流チョッパ式高効率単相UPSを開発するもので,仮に電源が変動しても積極的に電源電力供給能力を活用する昇降圧動作が可能で,「単相交流入力→単相交流出力」の高効率直接変換を基本とする特長を有している。本年度の計画は,シミュレーションにより開発した電源状況に応じた各制御手法について,実機を試作してその動作を確認し,UPSとしての安定制御性について有効性を検証することである。本UPSの主回路は電力フローより不安定になりやすく,これを考慮した出力電圧,入力電流制御手法を開発し,実験により以下の結果を得た。(1)電源に異常がない定常時においては,提案した電力を電源から負荷に直送する制御手法を基本とし,自動同相化回路も開発したことで,入力電流と電圧を同相に制御でき,98%以上の高い入力力率,660W負荷時に効率88%出力電圧総合歪率4.7%を得ることができた。

(2)電源異常による電源電圧低下時においては,開発したアクティブフィルタ部による出力制御と入力チョッパによる入力電流制御により,所望の出力電圧がほぼ安定して維持され,入力力率98%以上の良好な正弦波入力電流に制御できた。(3)電源異常による電源電圧上昇時においては,開発した降圧チョッパ制御により,所望の出力電圧がほぼ安定して維持されていることを確認した。また,アクティブフィルタにより入力力率96%以上の入力電流に制御することができた。(4)停電時にはアクティブフィルタ部がインバータ制御となり,バッテリー給電により所望の出力電圧制御が行われ,出力電圧が一定で安定して制御されていることを確認した。以上,UPSの基本制御動作において実験を行い,整流器負荷時には多少の歪みも見られるが,その制御安定性に関する有効性を確認することができ,本年度の目標はほぼ達成できた。
食品の栄養成分の分布状態を三次元分析し可視化するフードスキャナーの開発

本研究の目的は、食品成分を非破壊的に三次元分析するフードスキャナの原理を構築することであった。既存の食品用非破壊分析法としてはX線赤外線までのさまざまな波長の電磁波を用いる方法や電磁気を用いる方法、またX線コンピュータ断層撮影法や核磁気共鳴画像法などが知られていた。本研究ではこれらに替わる完全非破壊分析法として近赤外コンピュータ断層撮影法の原理の確立をめざし、実際に小麦乾麺などについて実際に分析を実施し、提案した分析法が有効であることを確認した。本研究の目的は、食品内部の成分や状態の分布を空間的かつ非破壊的に分析可能なフードスキャナー装置を開発することである。この目標を達成するために、「1.本年度は多成分分析対応型フードスキャナの光源部の改良」、および「2.他成分分析対応型フードスキャナーの演算部の改良」を遂行することを目的とした。「1.本年度は多成分分析対応型フードスキャナの光源部の改良」は、研究計画当初の予定ではこれまでに構築してきた試験用装置に波長掃引レーザーを導入し、さらに広帯域用の光学部品に換装して高速分析に対応することとしていたが、選定した波長掃引光源が急遽入手不能になったため、急遽光源の製作を実施した。製作は難航したが、既製品の調達ではなく独自に光源を開発したことで、フードスキャナー装置の開発により適した仕様とすることができ、結果として分析精度と分析の速さに貢献する光源を得ることができた。「2.他成分分析対応型フードスキャナーの演算部の改良」では、演算用のソフトウェアを調達し、従来のプログラムでは対応できていなかった高解像度分析をおこなうことができるようになった。具体的には、500×500ピクセルの分析を1秒以内に遂行できるようになった。これらの成果をもとに、来年度は「3.他成分分析対応型フードスキャナの光学回路の最適化」を実施する。これにより、分析データをより鮮明な画像として得ることができるようになり、実用化への期待が高まる。本研究の目的は,食品の各内部成分や状態の分布を非破壊で三次元分析が可能なフードスキャナー装置を開発することである。これまでの食品の非破壊分析にはおもに二つの手法に大別できる。一つは食品を破壊抽出することなく食品成分を分析するもので,この方法では食品成分の平均値のみが得られる。もう一つは,非破壊とはいっても食品を切断し,その断層にある食品成分の分布を分析するものである。本研究で開発しようとするフードスキャナーは,完全非破壊分析により食品成分の分布を得るものであり,既存の分析法とは一線を画する。この目的を達成するために,本年度は食品成分の屈折率の波長分散を網羅的に収集した。フードスキャナーの基本原理は近赤外光を光源とし,得られる近赤外光吸収スペクトルをX線CTのようにコンピューター断層診断の手法で解析することにより食品成分の空間分布を得ようとするものである。その際に食品内部で屈折率の分布により近赤外光が直進せず迷走してしまう問題があり,その補正のために食品成分の屈折率の波長分散データが必要である。さらに,本年度はフードスキャナー光学回路の最適化を実施した。どのような光学回路が良いのかは分析対象の食品の大きさに強く依存し,分析対象を問わない普遍的な光学回路を完成することはできておらず,来年度の課題として引き続き開発をすすめる。これらの成果をもとに,来年度は「フードスキャナーの分析の高速化」を主として実施する。食品中の成分や状態の分布を非破壊計測することができれば、食の安全・安心を評価する分析機器として活用できるほか、食品の生産・流通・加工・保存・調理・摂食のあらゆるシーンで科学的な活用が可能となる。本研究では、既存の食品分析手法や食品分析装置では困難だった食品の成分と状態を空間的に分析し三次元マップとして取得する手法と装置を構築する。目標とした分析の空間分解能は10umであり、分析条件にもよるが概ねこれを達成した。試作した装置の改良を完了し、目標とした空間分解能で分析できることを確認した。食品内部の成分または状態の分布を非破壊分析可能な手法には、X線赤外線までのさまざまな波長の電磁波を用いる方法や電磁気を用いる方法などがあり、種々の農産物の品質検査に利用されている。なかでもX線コンピュータ断層撮影法(Computed Tomography;X線CT)と核磁気共鳴画像法(nuclear Magnetic Resonance Imaging; MRI)は、それぞれ農産物中の異物(X線CT)や水分分布(MRI)を完全に非破壊で検出および分析できる手法として大きく期待されている。しかし、X線CTは食品成分分布の分析ができず、またMRIは空間分解能や測定成分項目を増やすと膨大な時間を要するという欠点がある。食品の非破壊分析で求められている、切断などの前処理が不要、多成分に対応、高分解能、および迅速分析の要求を満たすためには、既存の分析手法に替わる新たな分析技術の開発が必須である。本研究では、線源に近赤外(NIR)光を用いたコンピュータ断層撮影法(NIR光CT)を新たに開発することを目的とした。本研究では、ヘテロダイン検波光CT光学系により、食品中の水分分布の非破壊CT像が取得可能なことが確認された。

CT像から水分値を算出する方法が未確立のため研究は未だ発展途上の段階にあることは否めないが、この難問はNIR分光による食品の成分分析そのものがケモメトリクスの手法の上に成立しており、食品ごとに適切な解析条件を与えなくてはならないという問題と同質のものである。逆にこの問題を解決することにより、複数の食品成分の分布と成分値を瞬時に分析することが可能になると考えられる。また食品内部の相対的な屈折率の変化を分析できることを利用することにより、栄養成分以外の情報を取得できる可能性がある。これらの目的の達成のためにさらに研究を続けている。NIR光CTは、断層イメージ取得時間が短いというX線CTの長所と、食品成分の選択性と定量性に優れるNIR分光の長所を同時に備える分析方法で、近年著者が開発を進めている新しい分析法である。この分析法を開発するうえでの最大の障害は、NIR光線が食品中で屈折および散乱されるために大きな検体の分析が極めて困難なことである。しかし、NIR光CTは食品に限らず生体全般に適用可能と考えられ、例えば標識物質を用いずに癌細胞を検出する技術などへの応用が可能で、学術的にも実用的にも極めて重要な基幹技術となり得る。食品中の成分や状態の分布を非破壊計測することができれば、食の安全・安心を評価する分析機器として活用できるほか、食品の生産・流通・加工・保存・調理・摂食のあらゆるシーンで科学的な活用が可能となる。本研究では、これまで開発してきた光計測技術および食品物性研究の成果を応用し、NIRヘテロダイン干渉法およびNIR光CTを融合することにより、既存の食品分析手法や食品分析装置では困難だった食品の成分を空間的に分析し断層マップとして取得する手法と装置を構築することを目的として研究をすすめた。その結果、提案する光学系により、当初目的とした空間分解能を充分に上回る性能での非破壊分析が可能であることがわかった。食品内部の成分または状態の分布を非破壊分析可能な手法には、X線赤外線までのさまざまな波長の電磁波を用いる方法や電磁気を用いる方法などがあり、種々の農産物の品質検査に利用されている。なかでもX線コンピュータ断層撮影法(Computed Tomography;X線CT)と核磁気共鳴画像法(nuclear Magnetic Resonance Imaging; MRI)は、それぞれ農産物中の異物(X線CT)や水分分布(MRI)を完全に非破壊で検出および分析できる手法として大きく期待されている。しかし、X線CTは食品成分分布の分析ができず、またMRIは空間分解能や測定成分項目を増やすと膨大な時間を要するという欠点がある。食品の非破壊分析で求められている、切断などの前処理が不要、多成分に対応、高分解能、および迅速分析の要求を満たすためには、既存の分析手法に替わる新たな分析技術の開発が必須である。本研究では、線源に近赤外(NIR)光を用いたコンピュータ断層撮影法(NIR光CT)を新たに開発することを目的とした。本研究では、ヘテロダイン検波光CT光学系およびテレセントリック光学系により、食品中の水分分布の非破壊CT像が取得可能なことが確認された。CT像から水分値を定量する方法が未確立のため研究は未だ発展途上の段階にあることは否めないが、この難問はNIR分光による食品の成分分析そのものがケモメトリクスの手法の上に成立しており、食品ごとに適切な解析条件を与えなくてはならないという問題と同質のものである。