hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
磁性活性炭を使った磁気分離による新しい浄水処理技術の開発

近年人口増加や新興国等の急激な経済成長に伴う地球規模の様々な問題が起きているが、特に水環境の悪化や有価資源の枯渇問題は最重要課題に挙げられる。これらの課題を解決するために磁性吸着剤と高勾配磁気分離による新しい浄水処理と資源回収方法を提案している。リンに優れた吸着・脱離特性を有する磁性吸着剤ジルコニウムフェライトを用い、リン濃度約1mg/Lの下水処理水中のリンの吸着脱離性能、及び磁気分離特性を調査し、下水処理場への磁気分離システムの適用可能性を検討した。該吸着剤はリン濃度1mg/Lの排水に対し500mg/L投入すれば吸着時間15分でほぼ100%のリンを除去できることが判った。また、磁性線フィルターによる磁気分離実験の結果、磁場2Tにおいて流速1m/secの高速分離が達成され、水再生センターへの本システムの適用可能性が示唆された。物理・化学的手法により性質を変化させた活性炭に担磁処理により磁性を持たせた磁性活性炭(MAC)を開発し、水溶液中での難分解性溶存有機物であるフミン酸とアンモニア態窒素の吸着特性、及び磁気分離特性を評価した。フミン酸吸着は細孔をメソ孔にコントロールすることにより、また、アンモニア態窒素は表面に酸化処理を施すことにより吸着性能が大幅に向上した。近年環境中の水銀汚染は拡大傾向にある。ここでは磁性活性炭と酸性官能基を装飾した磁性活性炭(MAAC)を開発し、その水銀吸着特性と磁気分離特性を調査した。MAC吸着量は1g当たり最大44.8mgを得た。一方、MAACに関しては化学吸着特有のラングミュア型吸着等温線に従った。高勾配磁気分離実験の結果、MACの磁化の増加に応じて低磁場での回収効率が増加しており、1Tにおいては18emu/g程度の磁化があれば流速1m/sにおいて磁気分離可能であるとわかった。研究実績で示したように先ずはオリジナルな磁性活性炭をベースにした新規磁性吸着材の開発を鋭意進行中であることがあげられる。その方法として被吸着物質の吸着効率や選択性のために、1細孔サイズのコントロールと物理吸着2表面官能基装飾を行い、メソポーラスMAC、酸性官能基装飾(Ox-MAC)、SH基装飾(SHーMAC)などの吸着材を新たに開発中である。また、担磁に関しては硝酸鉄水溶液含浸+熱処理の化学的手法によるナノマグネタイト生成と共沈法によるナノマグネタイト物理吸着法を使い分け、磁化のコントロールと増大を図り、前者の化学的手法に関しては十分な但磁量の達成がはかられている。さらに本吸着材の新展開として、東日本大震災による原発事故の放射能汚染対策として、ナノプルシアンブルーをメソポーラスMACに物理吸着させ、セシウムの磁気分離除去実験に着手している点も特徴的である。現在、プルシアンブルー吸着量は30.86mg/g、Cs+吸着量は21.53mg/gであるが今後さらに吸着量の増大や効率化、磁気分離システムの検討を行う予定である。一方、磁気分離システム設計に関しては有限要素法を用いた流体・電磁場解析汎用ソフトと運動方程式をオイラー法で差分解析したC言語による連成プログラムを新たに作製し、流れ場のある磁場中に置かれた磁性線に捕獲される磁性粒子軌道のシミュレーション解析を実施、磁気分離実験との対応を検討している点があげられる。以上のような成果を踏まえ、研究課題とした「磁性活性炭を使った磁気分離による新しい浄水処理技術の開発」の研究は概ね順調に進展していると自負している。(1)性質を変化させた活性炭に物理・化学的の2通りの手法により担磁処理を施し、大きな磁性を持たせた磁性活性炭(MAC)を開発したこと。
C型肝炎ウイルスの増殖適応変異と病原性の研究

HCV J6/JFH-1株をHuh-7.5細胞で27、38、47代継代したウイルス株(P-27、P-38、P-47)は、親株に比べて50300倍高い感染性ウイルス粒子産生能を示した。P-27には8ヵ所(E2に4ヵ所、NS2に2ヵ所、NS5AとNS5Bに1ヵ所ずつ)のアミノ酸変異がみられ、P-38では上記8ヵ所に加えてCoreに1ヵ所、P-47では更に5'-UTRとNS5Bに1ヵ所ずつの変異がみられた。reverse genetics法により親株にP-27で見られた8ヵ所の変異をすべて導入すると感染性ウイルス粒子産生能が約10倍増加することを確認した。しかし、7ヵ所以下の部分的変異導入では感染性ウイルス粒子産生能の有意な増加は観察されなかった。P-27は親株に比べて抗CD81抗体による吸着阻害を受けにくく、その性質はE2の単一変異(N534H)によるものであった。この変異によるE2の糖鎖付加の欠失が、ウイルスレセプターとの相互作用に影響を及ぼして、HCVの感染効率を増加させている可能性が考えられた。さらに、P-27ではウイルス遺伝子複製能とウイルスタンパク質合成能が親株に比べて軽度増加していた。このような複数の変異が複合的に作用して顕著な感染性ウイルス粒子産生能の増加をもたらしたものと考えられた。また、HCV感染細胞と非感染細胞を用いてプロテオーム解析を行い、感染の持続に伴って発現が減少する宿主タンパク質として、FABP1を同定した。FABP1は脂肪酸取込みに重要な役割を果たしているが、HCV感染によるFABP1発現の低下が、細胞の脂質代謝等にどのように影響を及ぼしているかについて、現在解析を進めている。同様に、肝細胞への糖取込みに重要な役割を果たしているGLUT2の発現がHCV複製により抑制されることも明らかにした。mRNA定量やルシフェラーゼレポーターを用いたプロモーターアッセイにより、GLUT2発現の抑制が転写レベルでおこっていること、及び肝細胞において重要な転写因子HNF1αが関与することを明らかにした。HCVが肝細胞の糖・脂質代謝異常を引き起こす分子機序を考える上で興味ある知見である。C型肝炎ウイルス(HCV)J6/JFH-1株を様々な培養条件下で継代培養し、Huh-7.5細胞及びHuh-7細胞における増殖適応変異株(5%株、P-12株、P-27株、P-38株、P-47株等)を作製した。そして、それぞれのウイルス全長遺伝子の塩基配列を決定し、増殖適応変異について調べた。その結果、コアタンパク質に1ケ所、E2エンペロープタンパク質に4ケ所、NS2に2ケ所、NS5Aに1ケ所、NS5Bに2ケ所のアミノ酸変異があることがわかった。現在、リバースジェネティクスの手法を用いて個々の遺伝子変異を親株に導入し、増殖適応に必須の遺伝子変異を同定する実験を行っている。一方、この増殖適応変異株を用いてHuh-7.5細胞における一段増殖実験系を確立し、HCVの細胞変性効果(CPE)について検討した。その結果、HCV感染により、感染後4日及び6日目に小型円形化を伴う細胞死が認められた。この細胞死は、染色体DNAの断片化とcaspase-3の活性化を伴っており、アポトーシスと考えられた。同じ時期に、ミトユンドリアヘのBaxの蓄積及びミトコンドリアにおけるsuperoxideの産生が観察され、ミトコンドリア膜電位の低下とミトコンドリアから細胞質へのcytochrome cの放出が認められた。ミトコンドリアの膨化等の形態変化も観察された。一方、HCV感染によるERストレス誘導は認めなかった。これらの結果から、HCVはBax誘導性/ミトコンドリア介在性/caspase-3依存性アポトーシスを引き起こすと考えられた。

また、HCV感染細胞と非感染細胞を用いてプロテオーム解析を行い、感染の持続に伴って発現が減少する宿主タンパク質として、FABP1を同定した。FABP1は脂肪酸取込みに重要な役割を果たしているが、HCV感染によるFABP1発現の低下が、細胞の脂質代謝等にどのように影響を及ぼしているかについて、現在解析を進めている。同様に、肝細胞への糖取込みに重要な役割を果たしているGLUT2の発現がHCV複製により抑制されることも明らかにした。mRNA定量やルシフェラーゼレポーターを用いたプロモーターアッセイにより、GLUT2発現の抑制が転写レベルでおこっていること、及び肝細胞において重要な転写因子HNF1αが関与することを明らかにした。HCVが肝細胞の糖・脂質代謝異常を引き起こす分子機序を考える上で興味ある知見である。
潜熱蓄熱壁面による室内温熱環境の向上と冷暖房用エネルギー消費量削減の研究

室内温熱環境の向上を計りつつ冷暖房用エネルギー消費量(コスト)の削減を計るため、対流およびふく射による熱供給の両形態を併用した室内放熱方式を提案し、また、ふく射源でもある潜熱蓄熱材をサンドウィッチした吸放熱壁体に、深夜電力を利用し蓄熱させると共にに、活動時間帯と睡眠時間帯での室内環境の要求品質は異なるものとして、ドラフト感の積極的利用(冷房時活動時間帯)と排除(睡眠時)による区分けを考慮して、次のような検討を行った。1.可変風向装置を付加した間欠冷風併用の冷房方式による冷房実験。主として、間欠周期と吹き出し温度の相違と寒暑感などの検討。2. (ふく射パネル+対流)暖房方式の実験。主として、吹き出し位置とパネル面および吹き出し温度の相違と寒暑感の検討。3.温感センサーによる室内環境の制御実験:室内気温維持を目標とした通常冷暖房制御方式と、気温、ふく射、風速、気湿(一部)、作業量、着衣量を総合的に勘案したT_f温、PMV、ET^*に基づく温感計器による直接制御との比較実験。主として間欠冷風時と微風状態での計器制御の問題点の把握。4.潜熱蓄熱パネルと放熱方式の組合せ実験。主として、潜熱蓄熱材の吸放熱特性の把握。5.室内モデルによるシミュレーション。主として負荷率と冷温水温度の相違およびエネルギーコストによる把握。結果として、複合型室内放熱方式については、温感的にもエネルギーコスト的にも概ね良い結果が得られているものの、潜熱蓄熱パネルについては余り良い結果とはなっていない。目的に叶った潜熱蓄熱材、コスト増と快適感増大の価値評価など、今後の問題として残されている。本研究のスタートに当たる本年度は、主に実験装置の作成及びその調整、並びに、より少量・より低レベルのエネルギーによる、快適暖房範囲拡大の可能性の検討が主たるテーマである。即ち、人工気候ブース内に異なった壁面温度を実現するため、それぞれ温度制御が可能でかつ吸放熱熱量の計測が可能な、一面がアルミ板からなる二つの独立空間を作成した。しかし、もともと移動熱量が小さな領域での制御と計測を、限られた装置で行うものであるので困難な面も多々あり、ダミー負荷制御を正しく機能させるのに大半を費やした。当該ブース内に、対流及び輻射の両熱供給形態を併用した室内放熱装置(放熱パネル面積約2【m^2】、床天井方向に可動な吹き出しスリット)を作成し、暖房効果と投入エネルギー量、及び室内気温と壁面温度の分布状態を把握するための実験を行った。投入エネルギーは、温水供給による温度源とし、放熱量の制御(設定室温のステップ変化)は比例積分制御弁によるVWV制御方式とした。本実験は、投入エネルギーを室内全体へとむやみに拡散をさせることなく、居住域へ集中的に分配することによって、より一層の暖房効果を得る室内放熱方式の為の、また、蓄熱壁面に関する面積・位置・温度についての基本事項把握の為のフィジビリティー実験である。その結果作用温度で代表させた等温温感に対する投入エネルギー量は、吹き出し口位置が床面に近いほど少量となり、また、設定室温が高いほどその効果が大なることが確認できた。より少量の,より低レベルのエネルギーによる暖房可能な範囲の拡大を計るため,投入エネルギーを室内全体へとむやみに拡散をさせることなく,居住域へ集中的に分配することで,一層の暖房効果を得る室内放熱方式のフィジビリティー実験を行っている.即ち,対流及び輻射の両熱供給形態を併用した室内放熱装置(放熱パネル面積約2m^2,床天井方向に可動な吹き出しスリット,通常より低温の温水供給)を作成し,暖房効果と投入エネルギー量,室内気温と壁面温度の分布状態等を把握するものである.

この際,壁面の一部や放熱パネル面に潜熱蓄熱材を付加することで,昼間の暖房(対流+輻射)効果を向上させると共に,睡眠時(そこそこの輻射暖房)のドラフト感を排除しようとするものである.しかしながら,潜熱蓄熱材の相変化が当初所望したような温度で定常的に生起していない,と言った問題が発生している.〔潜熱蓄熱材は,いくつかの企業からサンプル販売されているものの,本研究のような移動熱量あるいは温度差が小さな領域での利用には不明な点が多い〕このことは,本研究の根幹に係わる問題であるので,相変化を誘発させるような工夫(温度差を一時的に増大させるなどして)により,早期に解消させたいと考えている.ただ,顕熱変化が主になってはいるものの,室内壁面の一部が輻射パネルを形成するように見立てた,輻射・対流併用放熱方式の暖房実験結果には得るものがあった.即ち,従来の対流放熱方式に較べ,輻射と対流を併用した本方式では,少ないエネルギー投入で,あるいは低質のエネルギー投入で,人体の寒暑感的には同様の効果を与える結果となっている.このことは本研究の基本にある,適切な熱容量を有した潜熱蓄熱壁面の適切な配置により,室内気温分布や壁面温度分布を有効に活用し,冷暖房用エネルギー削減と温熱環境向上の可能性を意味するものと考えている.室内温熱環境の向上を計りつつ、冷暖房用エネルギー消費量(コスト)の削減を計るため、対流およびふく射による熱供給の両形態を併用した室内放熱方式を提案し、その実験およびシミュレーションによるフィージィビリティースタディーを行なっている。本年度は、潜熱蓄熱壁面に見立てた潜熱蓄熱材をサンドウィッチした面積約2m^2の放熱パネルと、床天井方向に移動可能な吹き出しスリット+可変風向装置(冷房時)を付加した室内放熱装置に、それぞれに供給温度が段階的に異なった冷水(冷房時)あるいは温水(暖房時)を供給し、室内気温と壁面温度分布など室内熱環境の形成状況や、冷暖房効果と投入エネルギー量を把握する実験を行うと共に、シミュレーションによりエネルギーコスト削減の可能性を検討した。また、室内環境の制御目標として、単に室内気温をセンスし放熱状態を制御する通常の冷暖房方式に対し、室内気温、ふく射温度、室内風速、室内気温(一部)、人体の作業量、および着衣量を総合的に勘案した温感指標群であるTf温、PMV、ET^*を温感計器により直接計測し、その出力から中立温感を目標にした放熱制御を試みた。これらは、昼間の冷暖房〔対流+輻射〕効果の向上と、睡眠時のドラフト感を排除する冷暖房〔(輻射+自然対流)+夜間電力による蓄熱〕方式の試みであるが、放熱方式については温感的にも、エネルギー的にも通常方式によるものよりも概ね良い効果が得られている。しかし、潜熱蓄熱材の相変化が所望したような結果となっておらず、実験のやり方への反省も含めて、コスト増と快適快感増大の価値評価などと共に問題として残されている。〔潜熱蓄熱材は、いくつかの企業からサンプル販売されているものの、本研究のような相転移温度が常温で、移動熱量あるいは温度差が小さな領域での利用には不明な点がまだ多い。〕
江戸近代における朱子学の教育的受容－書院文化の新しい解釈を踏まえて

今年度は「白鹿洞書院掲示」が藩校における利用を中心に研究を進めた。「白鹿洞書院掲示」(以下「掲示」とする)は中国歴代の書院規則となったもので、江戸時代の日本において様々な場面において使われていた。これまでの研究では「掲示」を使用した藩校は34校とされていたが(関山邦宏1977『「白鹿洞書院掲示」諸藩校への定着とその実態』,『教育研究』青山学院大学教育学会紀要)。今回は『日本教育史資料』(1890)をもとに調べた結果、44校の藩校に「掲示」が使われていたことが新たに分かった。また複数の場面において使われていたこともあり、結果として、学規が26校、開講式では20校で、教科書として12校で、出版物が9校において使用されたことが明らかになった。『日本教育史資料』(1890)によると、江戸時代には藩校が295校、郷校が568校、私塾1090箇所で、寺子屋が11754箇所に上っている。295校の藩校を中心に資料を検討した結果、44校が「掲示」を使用されていたことが分かった。現在は44の藩校を中心に資料分析、整理をし、今後成果をまとめていく予定である。1.藩校295校の内、書院と名付けしたのは佐倉藩の成徳書院しかなかったことで、佐倉藩の成徳書院を中心に研究を進める。2.幕府領内の学校として、甲府徴典館、八代郡由学館、八代郡日新館、都留郡興譲館、巨摩郡西野郷学校、北巨摩郡郷学校があげられるが、巨摩郡西野郷学校と北巨摩郡郷学校以外の郷学ではすべて「掲示」を使用していることが明らかになっている。その詳細について今後研究を進める。今年度は江戸時代における儒学の受容を中心に、特に寺小屋や藩校などの教育内容に焦点を当てて、先行研究の収集と検討を進めた。特に注目したのは宋朝に作成された「白鹿洞書院掲示」である。本掲示はそれ以降の中国歴代の書院規則の模範であるだけでなく、朝鮮や江戸時代の藩校などの学問・教育の指針ともなったと先行研究では指摘されている(鄧洪波(2005)「走向東洋ー移植日本的学院制度」、湖南大学学報(社会科学版)第19卷第2期;柴田篤(2002)『「白鹿洞掲示」と李退渓』,哲学年報3,九州大学大学院人文科学研究院)。だが、江戸時代の教育を広く捉える場合、藩校に限らず寺小屋、私塾、郷学についても検討する必要がある。例えば、武士と庶民とは、階級に隔てられていた面があるが、藩士を教育する藩校と庶民教化を目標とする寺子屋とは共通点が存在する指摘もあり(石川謙(1947)『近世庶民教育史』東亜出版社)、また千四五百以上も存在していた私塾は、藩校の教師も寺子屋の教師も共に養成していた。特に文化文政の頃から各藩に士庶共学の郷学が著しく発達してきたところでこのような私塾・郷学が藩校と寺子屋を接近させる一つの媒介者となったことは言える。本年度はこうした問題意識を元に、「白鹿洞書院掲示」を手かがりに、江戸時代における教育を広くとらえた上に、教育内容、規範及びシステムを中心に朱子学の受容がどのように展開されたかを考察した。寺子屋、藩校、私塾・郷学に分け、それぞれに見られる「白鹿洞書院掲示」など、書院や儒学の影響を中心に研究を進めている。現在は上記作業的課題における私塾・郷学の受容を中心に鋭意資料を集めているところである。現在進めている教育内容における儒学、とりわけ朱子学、書院文化の影響についての研究を継続し、寺小屋、藩校、郷学・私塾におけるそれぞれの特徴と共通点を検討する。またそれらにまつわる「学田」や儀礼・祭祀における中国との関連を含めて考察していく予定。

2.幕府領内の学校として、甲府徴典館、八代郡由学館、八代郡日新館、都留郡興譲館、巨摩郡西野郷学校、北巨摩郡郷学校があげられるが、巨摩郡西野郷学校と北巨摩郡郷学校以外の郷学ではすべて「掲示」を使用していることが明らかになっている。その詳細について今後研究を進める。
スピンナノチューブにおけるスピン・電荷・カイラリティが創る新しい量子現象の理論

スピンナノチューブと呼ばれる系について、大規模数値対角化と密度行列繰り込み群を用いて理論的に研究した。その結果、スピン異方性を変化させるとスピンギャップ相からギャップレス相への新しい量子相転移が起きることが判明した。また、量子効果による多スピン交換相互作用により、別のメカニズムに基づくスピンギャップ相が実現することもわかった。さらに、我々の理論的研究により、外部磁場によって新しいカイラル液体相が実現することが予言された。S=1/2の3本鎖スピンナノチューブについて、ハイゼンベルグ模型の密度行列繰り込み群と数値的厳密対角化による数値解析により理論的に研究した。その結果、以前のスピン波近似による研究により定性的に予測されていた磁場誘起カイラル秩序相の存在を定量的に示すことに成功した。また、三角ユニット内の反強磁性的交換相互作用と、鎖方向の反強磁性的交換相互作用の比J'/Jを変化させた場合に、飽和磁化の3分の1の磁化付近において、スピンギャップによる磁化プラトー相のほかに、カイラル秩序相、さらにカイラル秩序が量子ゆらぎで融解したカイラル液体相が生じる量子相転移が起きることが判明した。カイラル秩序相及びカイラル液体相は、3分の1磁化だけでなく、周辺の有限の磁化領域にも広がっており、密度行列繰り込み群の数値解析により、相境界となる臨界磁場の値を定量的に求めることが可能となった。この成果により、磁場によるカイラリティの制御が可能であることを理論的に示したことになる。このほか、以前の密度行列繰り込み群と数値対角化の解析により導かれた、スピンギャップ形成・消滅の量子相転移を、量子化されたベリー位相というトポロジカルな秩序パラメータで理論的に記述することに成功した。この成果により、スピンギャップ相とギャップレス相の相境界をより明確に決定でいる手法を確立した。平成25年度は、S=1/2の3本鎖スピンナノチューブについて、ユニットセルは正三角形に固定して、格子の形状を保ったまま、スピン空間に異方性を導入した理論模型について、数値的厳密対角化と有限サイズスケーリングの手法を用いて、その物性を調べた。有限サイズスケーリングの手法の1つである現象論的繰り込みに基づく解析によると、各結合定数における容易面型(XY的)異方性が十分強ければ、スピンギャップが消失してギャップレスのスピン液体が実現することが判明した。そこで、この手法を用いて、鎖方向と桁方向の結合定数の比を変化させたときの異方性の量子相転移点を定量的に求め、スピンギャップ相とギャップレスのスピン液体相を含む基底状態の相図を示した。その結果、格子歪みの無いユニットセルが正三角形のスピンナノチューブでも、現実的な結合定数の異方性があれば、ギャップレスの量子スピン液体が実現することが判明した。この基底状態相図に基づいて、今後のスピンナノチューブ実現に向けた新物質設計の指針を示した。この研究成果について、第12回アジア太平洋物理会議(APPC12)及び、International Symposium on Science Explored by Ultra Slow Muon (USM2013)という2つの国際会議において口頭講演を行い、JPS Conference Proceedingsに原著論文を出版した。さらに日本物理学会秋季大会、及び東京大学物性研究所国際ワークショップ「Emergent Quantum Phases in Concdensed Matter」において招待講演を行った。平成24年度は、主に3本鎖スピンチューブの磁場中における性質について、密度行列繰り込み群による数値解析と有限サイズスケーリングにより理論的に研究した。その結果、かなり広範囲のパラメータ領域で3分の1磁化プラトーが出現することがわかったが、ユニットセルを正三角形から二等辺三角形に変える格子ひずみにより、磁化プラトー形成のメカニズムが変わる量子相転移が起きることもわかった。さらに、ユニットセルを正三角形に限定した場合でも、そこで定義されるカイラリティの自由度を考慮すると、鎖方向の相互作用と鎖間方向(三角形内)の相互作用の比を変えることにより、カイラリティが秩序化するカイラル秩序相、及びその相関が代数関数的に減衰するカイラル液体相が実現することもわかった。スピンナノチューブのなかでも最も量子効果が大きく、フラストレーションが強いS=1/2三本鎖スピンチューブに着目し、理論的・計算科学的解析を行った。これまでの数値的厳密対角化と密度行列繰り込み群による研究により、鎖間相互作用が十分強い場合には、2つのユニットセルにおいてシングレット・ダイマーを敷き詰めた2倍周期構造が生じて、スピンギャップが開くことが示されている。一方、現実の候補物質となる強相関電子系では、最も強い2スピン間のハイゼンベルグ交換相互作用の次に強く効いてくるのは、4スピンのプラケット上におけるリング交換相互作用であることが知られている。そこで、このリング交換相互作用の効果を調べるため、最近接の2スピン交換相互作用からなる理論模型に、リング交換相互作用を加えて、これを次第に強くしたときに、基底状態がどのように変化するかを、数値的厳密対角化と有限サイズスケーリングを適用して研究した。

その結果、リング交換相互作用が2スピン交換相互作用の数パーセントくらいの強さになると、量子相転移が起こり、新しいスピンギャップ相が実現することが判明した。詳細な有限サイズスケーリングの解析によると、この量子相転移点ではスピンギャップが閉じてギャップレスになること、従来のスピンギャップ相ではシングレット・ダイマーが同じプラケット上に生じやすいのに対し、新しいスピンギャップ相では、シングレット・ダイマーは同じプラケット上に並ばない傾向があることがわかった。この成果は、International Meeting on Spin in Organic Semiconductors(2014年10月1317日、イーグレ姫路)で口頭講演として発表した。26年度が最終年度であるため、記入しない。物性理論、計算物理学26年度が最終年度であるため、記入しない。今年度の目標であった、スピンナノチューブのカイラリティの磁場による制御についての論文が出版された。本研究計画4年のうち3年が経過したが、スピンナノチューブの理論模型について、当初予定していたスピン・電荷・カイラリティの3自由度のうち、スピンとカイラリティという2つの自由度が結合する模型を理論的に解析し、相互作用パラメータと磁場を変化させたときの基底状態相図を得ることに成功した。したがって、磁場によるカイラリティの制御という一つの目標は達成された。さらに、当初予定されていたカイラル秩序相のほかに、結合異方性によるギャップレスの量子スピン液体相という新しい相を発見した点で、当初の計画以上に進展していると考えられる。本研究計画4年のうち半分が経過したが、スピンナノチューブの理論模型について、当初予定していたスピン・電荷・カイラリティの3自由度のうち、スピンとカイラリティという2つの自由度が結合する模型を理論的に解析し、相互作用パラメータと磁場を変化させたときの基底状態相図を得ることに成功した。さらに、当初予定されていたカイラル秩序相のほかに、カイラル液体相という新しい相を発見した点で、当初の計画以上に進展していると考えられる。磁場中のカイラリティの自由度について、密度行列繰り込み群及び数値的厳密対角化の解析をさらに進めて、空間的異方性と磁場を制御パラメータとした定量的な相図を完成させる。また、量子化されたベリー位相を秩序パラメータとして、スピンナノチューブのスピンギャップ相とギャップレス相の相境界を決定し、相図を描くとともに、量子相転移の性質を明らかにする。これまでの研究により、スピンナノチューブにおけるスピン・電荷・カイラリティという3自由度のうち、スピンとカイラリティという2自由度については、かなりよく理解できたと思われる。残り1年間においては、本研究の最重要課題ともいうべき超伝導の駆動力となる量子スピン液体相とカイラル液体相の問題を扱うため、最後の電荷の自由度から来る影響を取り入れたスピン模型を考える。
細胞膜自動透過性ＤＮＡアプタマーの分子基盤解明とポスト抗体医薬への展開

現在抗がん剤開発において隆盛を極めている抗体医薬は,その標的が細胞外に限定されており,抗体医薬標的分子の枯渇が課題となっている.我々は,抗体と同様に標的分子に高い親和性・特異性を示すDNAアプタマーに着目し,細胞内疾患関連タンパク質を標的可能な細胞膜透過型分子標的薬の開発を行うともに,その分子メカニズムの解明を行い,ポスト抗体薬剤としての展開を目指す.現在抗がん剤開発において隆盛を極めている抗体医薬は,その標的が細胞外に限定されており,抗体医薬標的分子の枯渇が課題となっている.我々は,抗体と同様に標的分子に高い親和性・特異性を示すDNAアプタマーに着目し,細胞内疾患関連タンパク質を標的可能な細胞膜透過型分子標的薬の開発を行うともに,その分子メカニズムの解明を行い,ポスト抗体薬剤としての展開を目指す.
ゲルマニウム結晶における酸素に起因する構造欠陥の形成と物性の解明

本年度はゲルマニウム結晶中の酸素クラスター形成に対する不純物の影響を調べた。そのために高濃度の酸素とスズを同時に含有するゲルマニウム結晶中のサーマルドナー形成過程を評価した。高濃度の酸素とスズ不純物を含有するゲルマニウム単結晶を酸化ホウ素を使用した独自のチョクラルスキー法によって育成した。育成した結晶から切り出した試料の表面をダイヤモンド砥粒によって鏡面研磨し結晶の赤外吸収スペクトルをFT-IRによって評価した。さらに、試料を300500°Cで熱処理し、所定の熱処理時間後の赤外吸収スペクトルから、結晶中の酸素濃度やサーマルドナー濃度の熱処理時間依存性を評価した。また、各試料中のスズ不純物濃度を波長分散型蛍光X分光によって評価した。熱処理温度(300500°C)やスズ不純物濃度(00.2at%)の異なる条件で熱処理によるゲルマニウム結晶中の酸素クラスター形成を赤外吸収スペクトルから評価した。酸素とスズを含有したゲルマニウム結晶中の酸素不純物は、熱処理によって電気的に活性な酸素クラスターであるサーマルドナーを形成した。また、結晶中のスズ不純物濃度が増加するにつれて、その形成速度は低下した。この反応を反応速度論に基づいて解析すると、ゲルマニウム結晶中のスズ不純物の増加によってサーマルドナー形成反応速度が低下したことが明らかとなった。これはゲルマニウム結晶中の酸素不純物の拡散係数が低下したことを示唆する。さらに、その反応速度低下率のスズ不純物濃度や熱処理温度の依存性は、ゲルマニウム結晶中のスズ不純物が酸素不純物を引き寄せることで、酸素不純物の拡散を抑制するモデルで説明できることが判明した。このモデルに基づいて解析するとゲルマニウム結晶中でスズ不純物が酸素不純物を束縛するエネルギーは0.38eVであることが判明した。27年度が最終年度であるため、記入しない。本年度の研究ではゲルマニウム結晶中におけるサーマルドナーの構造に起因する赤外吸収特性について解明した。高濃度の格子間酸素不純物を含有するゲルマニウム単結晶を酸化ホウ素を使用した独自のチョクラルスキー法によって育成した。その結晶から切り出した試料を鏡面研磨し、赤外吸収(FT-IR)によって試料中の酸素濃度を評価した。従来のサーマルドナーの赤外吸収評価は、結晶中の酸素濃度が低いために形成したサーマルドナーの濃度も低く、極低温の赤外吸収測定が主に報告されてきた。そのため、本研究でも低温での赤外吸収測定を予定していたが、十分に高濃度の酸素を含有するゲルマニウム結晶の育成に成功したため、室温でサーマルドナーの赤外吸収を正確に測定することに成功した。また、固酸素濃度(35×10^17/cc)の異なる結晶や熱処理温度(300500°C)といった条件を変えた測定も実施した。結晶中の正確なサーマルドナー濃度は、サーマルドナーがダブルドナーであることを考慮に入れて、Hall効果測定によって評価した電子密度から算出した。ゲルマニウム結晶中のサーマルドナー濃度とサーマルドナーの赤外吸収ピークの面積強度は比例関係を持ち、その換算係数は8.1×10^16 /cmであることが明らかになった。この結果はゲルマニウム結晶中のサーマルドナー濃度を非破壊の光吸収によって評価することを可能にする。また、この値と格子間酸素の濃度とその赤外吸収ピークの面積強度の換算係数(855/cm、1.06×10^16/cm)との関係は古典的調和振動モデルで説明することができる。これは、従来考えられてきた、サーマルドナーの赤外吸収が格子間酸素の赤外吸収に類似した振動であるという考えを裏付けるものである。本年度の研究によって、ゲルマニウム結晶中のサーマルドナー濃度を赤外吸収法によって評価することが可能となった。これは一つの試料を熱処理しながら、連続的に結晶中のサーマルドナー濃度を評価することが可能になったことを意味し、ゲルマニウム結晶中のサーマルドナー形成の過程を解明する上で、重要な知見が得られた。そのため、おおむね順調に進展していると考えられる。

この反応を反応速度論に基づいて解析すると、ゲルマニウム結晶中のスズ不純物の増加によってサーマルドナー形成反応速度が低下したことが明らかとなった。これはゲルマニウム結晶中の酸素不純物の拡散係数が低下したことを示唆する。さらに、その反応速度低下率のスズ不純物濃度や熱処理温度の依存性は、ゲルマニウム結晶中のスズ不純物が酸素不純物を引き寄せることで、酸素不純物の拡散を抑制するモデルで説明できることが判明した。このモデルに基づいて解析するとゲルマニウム結晶中でスズ不純物が酸素不純物を束縛するエネルギーは0.38eVであることが判明した。今後はゲルマニウム結晶中のサーマルドナー形成過程において、他の不純物が及ぼす影響を解明する。この目標を達成するために、酸素と酸素以外の不純物を高濃度に含有したゲルマニウム結晶を育成し、結晶中のサーマルドナー形成を測定する。27年度が最終年度であるため、記入しない。
ゲノム科学と認知科学の融合による消費者指向型高品質ブルーベリー育種の基盤整備

本研究では,USDAの保有する多様なサザンハイブッシュブルーベリーの遺伝資源を活用し,高品質品種の開発を加速化するための基盤整備を行う.認知科学の手法を取り入れ,嗜好・分析型の官能評価試験を実施し,高品質果実生産のための品種育成に活用する.また,ゲノムワイドな解析によりサザンハイブッシュブルーベリーの育種成立過程を解明する.さらに果実の生化学的特性に基づいてゲノム多型と嗜好性要因を紐付けする.ゲノムワイドな解析は,開花期など暖地栽培に関連する農業形質の解明にも適用する.以上より,日本独自の高品質ブルーベリー育成のための育種体系を確立し,消費者を指向する暖地適応型ブルーベリー育種に応用する.本研究では,USDAの保有する多様なサザンハイブッシュブルーベリーの遺伝資源を活用し,高品質品種の開発を加速化するための基盤整備を行う.認知科学の手法を取り入れ,嗜好・分析型の官能評価試験を実施し,高品質果実生産のための品種育成に活用する.また,ゲノムワイドな解析によりサザンハイブッシュブルーベリーの育種成立過程を解明する.さらに果実の生化学的特性に基づいてゲノム多型と嗜好性要因を紐付けする.ゲノムワイドな解析は,開花期など暖地栽培に関連する農業形質の解明にも適用する.以上より,日本独自の高品質ブルーベリー育成のための育種体系を確立し,消費者を指向する暖地適応型ブルーベリー育種に応用する.
高分解能電子エネルギー損失分光法によるBNチューブの電子構造の研究

1.昨年度、新たに見出したBNコーンの先端部分と底の部分から高分解能EELS測定に成功し、バルクのBNよりもコーンの底の部分ではバンドギャップエネルギーが小さくなっているが、先端部ではさらに小さくなっていることが実験的に明らかにした。この現象は、これまでのBNナノチューブの実験結果"径の小さなBNナノチューブほどバンドギャップエネルギーが小さい"と同じであると解釈できることがわかった。2.1.のBNコーンとBNナノチューブのバンドギャップエネルギーに関する特徴は"BNシートでは、バンドギャップはブリルアンゾーン境界にあり、そこでは価電子帯はN原子の電子軌道のみからできており伝導帯はB原子の電子軌道からのみできている"というBNシート特有の電子状態の結果として解釈できることが明らかになり、カーボンシートからできているカーボンナノチューブやカーボンコーンには期待できないことが明らかになった。3.BNシートの端が露出しているBNコーンの底部分では、伝導帯に特徴的な状態密度分布が存在することが実験的に明らかになった。DV-Xα法を用いたBNシートの電子状態計算から、特徴的な状態密度が、BNシート端に局在するエッジ状態に起因することが明らかになった。4.半導体であるボロンの超伝導化として期待されているLiドープαボロンは大きな単結晶が得られていない。われわれの開発してきた高分解能EELS電子顕微鏡を用いることで、初めてLiドープαボロン単結晶の高分解能EELS測定に成功し、フェルミ面の存在を明らかにした。すなわち、Liドープによりα-ボロンが金属化していることを実験的に明らかにした。BNナノチューブは、ナノスケールでの絶縁体ロッドや誘電体ロッド材料としての可能性がある。したがって、その誘電特性を支配するバンドギャプエネルギーが、チューブの太さの違いや円筒部分と端でどう違うかを明らかにすることは極めて重要である。このためには、電子顕微鏡を基本とした高分解能電子エネルギー損失分光法を用いるしかない。今年度は、以下の(1)-(3)の成果が得られた。(1)チューブからの信号は微弱であるため、測定中の試料へのコンタミネーション(汚れ)は極力避けなければならない。そのために、ターボ分子ポンプ排気装置を購入し・試料ホルダーおよび試料を常時クリーンな環境に保持できる真空保管装置を製作した。これにより、測定データの信頼性の向上が達成できた。(2)われわれがこれまで開発してきた透過型高分解能電子エネルギー損失顕微鏡の検出系を改造し、鉛ガラスより透過効率のよい光ファイバー窓を採用した検出系とした。その結果、・ゼロロス強度の裾引き強度の低減が達成できた。しかし、蛍光材の大きさの制約から測定範囲が狭くなることや、蛍光材から光ファイバーへ光が入る箇所で位置分解能が低減するという欠点が明らかになり、さらなる改造が必要であることが分かった。(3)BNチューブ・BNコーンの電子エネルギー損失スペクトルを測定し、・コーンの先端部分は、BNチューブとほぼ同じ電子構造をしている・コーンの先端部分と太く広がった部分とでエネルギーギャップが異なる・BNシート端の伝導帯状態密度分布がBNシートと異なる等のことを、実験的に初めて明らかにした。
分散データベースとバーチャルリアリティーを活用した4次元地球磁気圏システムの構築

本研究の目的は、ネットワークを介して収集した人工衛星・地上観測データや計算機シミュレーションデータを3次元空間に時系列可視化し、さらにこれをバーチャルリアリティーシステム上で複数の研究者が協調的に遠隔体験・解析できるシステムの構築である。まず「統合データ解析システム」を通じて、過去に蓄積されたさまざまな観測データや地球シミュレータ等のスパコンによるシミュレーションデータに統合的にアクセス・取得する。これらのデータを一つのシステム上で3次元可視化処理し、さらに「データ同化・バーチャルリアリティーシステム」のバーチャルリアリティーシステム上で解析する。このシステムは、複数の研究者が同時に利用する場合、バーチャル空間を共有するボリュームコミュニケーションが可能である。本システムでは、ネットワークを介して任意の観測・日時の観測およびシミュレーションデータを取得できる。さらに、バーチャルリアリティーを導入したことにより3次元的な磁気圏構造やその時間変化の理解が容易になる。地理的に離れた二人の研究者が3次元バーチャルリアリティー空間に浮かんだ地球磁気圏構造を同じ視点から体験し、さらに時間を進めることでダイナミクスについて議論・解析が可能となる。本システムは広帯域ネットワークを必要としないため、海外と国内の間でも問題なく利用することができた。3次元可視化や統合的なデータベースなど、ネットワークを介して観測データとシミュレーションデータを融合し、任意の時刻の観測データ・シミュレーションデータを4次元空間で再現し、それを研究者がバーチャルに共有体験解析できるシステムは地球惑星科学分野においては世界初といってもよい。システムは、過去、申請者たちが構築してきたシステムであるSTARS(太陽地球系観測データ解析参照システム)とVEMS(仮想地球磁気圏システム)をベースとして開発する。平成17年度においては、これら2つのシステムを元に、STARSおよびVEMSの融合を行った。まず、観測データおよび計算機シミュレーションデータの共通ディレクトリデータベースを作成し、ユーザが(アクセス許可がある)任意のデータにアクセスをしてデータをダウンロードできる拡張型STARSを実現した。このシステムには、近年注目されているネットワークデータベース技術であるXML Web Serviceを用いた。さらに、ダウンロードしたデータをVEMSに引渡し、VEMS上で3次元時系列可視化する拡張VEMSを構築した。さらに、このシステムへのパラメータ設定を行うWebページとプログラムを作成した。これにより、任意の期間の任意のデータを4次元時空間に可視化することができた。一方、並行して、本システムを可視化型バーチャルリアリティーシステム上で利用するシステムの開発を行った。可視化型バーチャルリアリティーシステムとしては、申請者らが属する愛媛大学総合情報メディアセンターのCyber Media Spaceに設置した(大学予算による)。動作確認を行ったところ、本システムの応用として、ネットワークを介してシミュレーションデータを準リアルタイムで可視化する実験を、Super Computer 2005(アメリカ・シアトル)において行った。その結果、シミュレーション計算後、1分以内において本システム上にGlobal MHDシミュレーション結果を可視化することに成功した。
バーチャルリアリティーを用いた深部知覚依存性の姿勢制御を獲得する平衡訓練法の開発

末梢性(内耳性)めまいが発症すると空間識が障害され、眼球の障害側への偏倚が起こり、眼振が開発される。同時に、身体が偏倚し、歩行時には障害側への偏倚が起こる。眼球の偏倚である眼振に対して、視運動性眼振刺激を与えることで眼振を打ち消す治療法が提唱されている。この仮説に基づけば、視運動性眼振刺撤により身体の偏倚も打ち消すことができる可能性が考えられ、平衡訓練に応用可能になる。本研究ではまず、健常人に能動運動時に視運動性眼振刺激を与え、歩行の偏倚を引き起こすことができるか検討した。箱型の没入型バーチャルリアリティー(VR)装置を用いて、被験者が前後方向に歩行すると周囲のランダムドットテキスチャーが右方向へ平行移動するソフトウエアを開発した。これにより、被験者に対し、仮想空間内での歩行時に右方向への視運動性眼振刺激を与えることができる。被験者の頭部に装着した位置センサーにより歩行軌跡を記録し、同時にENGにより眼振を記録した。その結果、歩行時に右方向への歩行の偏倚が認められた。同時に、右向きの視運動性眼振が開発された。しかし、視運動性眼振の緩徐相と歩行の偏倚との間には関連を認めなかった。以上の結果より、VRを用いた能動運動中の視運動性眼振刺激により歩行の偏倚を引き起こすことができることがわかった。末梢性めまい患者が歩行時に障害側に偏倚する場合、それを打ち消す視運動性眼振刺激を与えることにより治療できる可能性が示唆され、平行訓練に応用可能と思われた。
単一分子分光による5Kから40Kでのタンパク質の構造変化の観測

タンパク質は生理環境下で多数の安定構造間を移り変わっている。タンパク質の機能の理解をするためには、この構造変化の詳細を知ることが重要である。ところが多数の分子からなる集団を対象とした通常の集団測定では、個々のタンパク質の立体構造のダイナミクスの情報は集団に埋もれてしまって見ることができない。そこで、5Kから40Kの低温下で、単一分子分光の手法をタンパクと色素の複合体である光合成アンテナ複合体LH2に適用した。単一LH2に含まれるB800バクテリオクロロフィルaの発光励起スペクトルの時間変化を調べることで、タンパク質の自発的構造変化のようすを5Kから40Kの各温度で観測した。この測定から得られたスペクトルの時間変化のデータは非常に複雑であり、こうしたデータの一般的な解析手法は確立していない。そこでまずスペクトルの吸収中心周波数をローレンチアンフィッティングによって求め、中心周波数の時系列データを得た。さらにこの時系列データから構造変化の頻度を求め、アレニウスプロットを行うことで、タンパク質の構造変化の温度依存性を調べた。その結果、LH2のB800バクテリオクロロフィルα周囲のタンパク質の構造変化には温度依存性が強く出るものとほとんどでないものとがあることがわかった。温度依存性が強く出るものに対しては構造変化の活性化エネルギー、つまりポテンシャル障壁の高さを求めることができた。温度依存性がほとんどでない構造変化は水素結合のプロトンのトンネリングが関わっていると考えられる。
字形指導のためのデジタルコンテンツ開発とその有効性の検討

本研究の目的は,全ての指導者が同様に指導でき,全ての学習者が自身で,整った文字の特徴を発見し,自己の字形が改善可能な教具を開発することにある。その背景の一つとして,印刷用活字の影響と,これまでの書写指導は教師の経験値に頼っていたことがある。整った手書き文字には「横画はやや右上がり」という特徴がある。しかし明朝体といった印刷用活字の多くは「横画は水平」であり,学習者はその特徴に引きずられ手本を示しても,そこに気がつけない。また,若い教師も同様であり,ワークシートといった教具作成には教師としての経験値が必要なため,字形指導が難しい。そこで,誰もが安価に作成でき,さらに簡単に使えるようなデジタルコンテンツを開発し,それらを用いて中学校と高等学校で授業を実施した。また,授業後アンケートを行い,その有効性について分析・検討を行った。作成したコンテンツは,(1)作品同士の重ね合わせを行えるもの,(2)運筆の様子を理解できるもの,(3)デジタルポートフォリオの3つである。電子黒板とパソコンを用いて授業を行った。結果,生徒から「線の方向や長さに気をつけよう。」といった発言も多々出るようになり,自己評価シートにもそのような記述が時数を重ねるごとに増加した。字形も少しずつであるが整ってきた。また,アンケートでは,今回開発したコンテンツを活用した授業を約8割の生徒が,「分かりやすい」「大変分かりやすい」と回答した。つまり,整った字形に対する理解が高まったといえる。よって,字形指導におけるデジタルコンテンツの有効性が確認できた。今後の課題として,学校のICT機器の整備と,コンテンツの共有方法やそれにともなう著作権の問題などが残った。
中枢神経系の組織形成に関与するマイクロRNAの探索とその役割の解明

大脳皮質の組織形成機構の解明を目的とし、マイクロRNAの研究を行った。胎生12日(E12)からE15のマウス胎仔大脳のマイクロRNA発現量について解析した。最も増加したlet7b-5pであり、最も減少したのはmir409-3pであった。発現パターンは、let7b-5pでは、E12に終脳の一部の細胞に発現し、E15では、大脳の全層に発現し、特に脳室帯の神経上皮細胞に強い発現を認めた。mir409-3pでは、E12に終脳全層の細胞に強く発現していた。二重鎖let7b-5pを作製し、E13の胎仔脳室へ注入した。その結果、E15の大脳において、脳室面には凹凸があり、細胞の配列に乱れを認めた。大脳皮質の神経上皮細胞が盛んに細胞分裂を行う妊娠(E)12.5日15.5日の期間において、C57B6マウス胎仔の終脳または大脳を取り出し、組織から抽出したRNAに含まれる2240種のマイクロRNA(miRNA)の発現パターンについて、マイクロアレイ解析を行った。その結果、E12.5における発現量と比較して2倍以上増加したmiRNAは、E13.5で29種、E14.5で38種、E15.5で67種であった。一方、E12.5における発現量と比較して0.5倍以下の減少したmiRNAは、E13.5で66種、E14.5で34種、E15.5で57種であった。E15.5において、発現量が増加していたmiRNAの上位3種類と、減少した上位2種類のmiRNAを定量的RT-PCR法による発現量の定量を行った。その結果、増加した3種類のmiRNAはE14.5に増加し、E15.5においてやや減少した。減少した2種類のmiRNAは、E13.5では減少し、E14.5では変化なく、E15.5において減少した。その結果をもとに、最も増加したin let7b-5pと最も減少したmiR409-3pの発現部位を、in situ hybridizationによって解析した。その結果、let7b-5pの発現部位は、E12.5においては、終脳のintermediate zone (IZ)の一部の細胞の核周囲に発現を認めた。またventricular zone (VZ)の細胞には発現を認めなかった。E15.5においては、大脳の全層に発現し、特にVZの神経上皮細胞の脳室側に強い発現を認めた。Marginal zoneとupper layerに、多くの発現を認めた。最も減少したmiR409-3pの発現部位E12.5においては、終脳の全層のすべての細胞の細胞質全体に強く発現していた。E15.5においては、大脳の全層の細胞に発現していたが、細胞内の核周囲に限局して発現していた。平成25年度の結果より、マウス胎仔大脳の胎齢妊娠12日(E12)からE15において、発現量が最も増加したマイクロRNAは、let7b-5pであり、最も減少したマイクロRNAはmiR409-3pであった。その結果を元に、本年度は、これらのマイクロRNAがどのような働きをしているかその機能について解析する目的で、二重鎖RNA(dsRNA)を作製し、それをマウス胎仔の脳室へ注入することによって、大脳皮質の組織形成過程においてRNA干渉によって発生する形態学的変化を解析した。まず、発現量が最も増加したマイクロRNAlet7b-5pの配列のdsRNAを作製した。dsRNAが取り込まれた細胞を特定するために端末を蛍光物質によって標識した。細胞が取り込み効率を上げるためにHVJ envelop(石原産業社製)を用い、エレクトロポレーション法を用いた。子宮内胎仔注入法を用いて、E12のマウス胎仔脳室へ1 &#61549;g/&#61549;lの濃度の懸濁液を1 &#61549;l注入した。注入後に電気刺激を行った。対照実験として影響を与えないことが確かめられているシグマ社製コントロールdsRNA(SIC-100)を脳室内へ注入し、同様に電気刺激を与えた。その結果、E12のマウス胎仔脳室へコントロールdsRNAを注入した胎仔は生存するが、let7b-5pのdsRNAを注入した胎仔は注入後1日以上生存しなかった。このため、E13のマウス胎仔脳室へ注入を行い、E15に帝王切開にて母獣より胎仔を取り出し、処置による胎仔の死亡はなかった。また、E15胎仔の大脳の大きさと重さには明らかな差は認めなかった。しかし、側脳室の周囲に不整を認め、へこんでいる部位にlet7b-5pのdsRNAを取り込んだ細胞を認め、その細胞周囲の大脳皮質の細胞配列に他の部位との違いを認めた。平成27年度は、マウス胎仔大脳の胎齢妊娠12日(E12)からE15において発現量が最も増加したマイクロRNAであるlet7b-5pの蛍光標識をした二重鎖RNA(dsRNA)(Si-let7b-5p)を作製し、妊娠13日(E13)のマウス胎仔脳室へ注入した。また、最も減少したマイクロRNAであるmiR409-3pの蛍光標識したRNAを作製し、同様にE13のマウス胎仔脳室へ注入した。

対照実験として影響を与えないことが確かめられているシグマ社製コントロールdsRNA(SIC-100)を脳室内へ注入した。その結果、E15胎仔の大脳の大きさと重さには、Si-let7b-5p注入群、miR409-3p群、対照群の間において有意差を認めなかった。しかし、Si-let7b-5p注入群の側脳室の周囲に不整を認め、へこんでいる部位にlet7b-5pのdsRNAを取り込んだ細胞を認め、その細胞周囲の大脳皮質の細胞配列に他の部位との違いを認めた。Si-let7b-5pの細胞分裂に対する影響を検討するためにEdUを取り込んだS期の細胞を観察すると、取り込んだ細胞の周囲において、コントロール群と比較して、S期の細胞がやや多く、そのことが大脳の脳室面に凹凸があることと関係があると推測された。miR409-3p群では、RNAを取り込んだ細胞が、脱落し注入側の脳室で観察された。また、抗n-cadherin抗体による免疫染色において、対照群においてn-cadherinが脳室壁に沿って連続的に局在していたが、miR409-3p群の注入側の脳室では、所々に局在していない箇所が観察された。このことから、miR409-3pは細胞の接着や分化に関与していることが示唆された。本研究からマイクロRNAはニューロンの分化と増殖に関与し、マイクロRNA発現量の増減によって大脳の組織形成を調整していることが推察された。大脳皮質の組織形成機構の解明を目的とし、マイクロRNAの研究を行った。胎生12日(E12)からE15のマウス胎仔大脳のマイクロRNA発現量について解析した。最も増加したlet7b-5pであり、最も減少したのはmir409-3pであった。発現パターンは、let7b-5pでは、E12に終脳の一部の細胞に発現し、E15では、大脳の全層に発現し、特に脳室帯の神経上皮細胞に強い発現を認めた。mir409-3pでは、E12に終脳全層の細胞に強く発現していた。二重鎖let7b-5pを作製し、E13の胎仔脳室へ注入した。その結果、E15の大脳において、脳室面には凹凸があり、細胞の配列に乱れを認めた。子宮内胎仔注入法を用いて、let7b-5pのdsRNAをE13マウス胎仔の脳室内へ注入した胎仔を得る技術がほぼ確立した。平成26年度の研究によって、dsRNAマウス胎仔脳室へ注入する技術が確立した。以上の理由より、おおむね順調に進展していると判断した。解剖学平成27年度には、平成26年度に確立した技術により、保護確実にE15以降の発生過程にある胎仔の大脳を形態学的に解析することができ、組織形成におけるにlet7b-5pの役割を検討する。26年度同様の人員で研究が遂行できると考えている。平成26年度には、子宮外発生法を用いて、miRNAまたは2重鎖miRNAをE12.5またはE13.5マウス胎仔の脳室内へ注入し、大脳の層構造に乱れを起こすことを想定している。平成25年度の研究によって、注入するmiRNAの候補として、let7b-5pと409-3pに決定することが出来た。研究分担者の1人が平成25年に休職していたため、繰越金が生じていたが、平成26年にその繰越金と分担金を含めた金額の全額を支出することができなかったため。平成26年度は、子宮外発生法を用いて、miRNAまたは2重鎖miRNAを作成して、E12.5またはE13.5マウス胎仔の脳室内へ注入する実験を予定している。