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分子内水素結合を基軸とした新規なキラルブレンステッド酸触媒の創製と応用

分子内水素結合を基軸とした新規なキラルブレンステッド酸触媒を創製した。交差共役ジエノンとシクロペンタジエンとのDiels-Alder反応において新規キラルブレンステッド酸は従来型よりも約4倍ではあるが反応速度を加速させた。キラルブレンステッド酸のリン酸部分は交差共役ジエノンと2点で水素結合し、Diels-Alder反応において不斉を誘起することが示唆された。従来型ブレンステッド酸で用いられているビナフトールのリン酸誘導体を基本骨格として、新規なキラルブレンステッド酸を設計した。ブレンステッド酸のリン酸部分と水素結合可能な水酸基を分子内に導入することでブレンステッド酸性の増強を期待した。ビナフトールの3,3'位に水酸基がオルト置換したベンゼン環を導入し、リン酸誘導体へ変換することで新規なキラルブレンステッド酸を創製した。新規に創製したキラルブレンステッド酸を4-メチル-4-メトキシカルボニルー2,5-シクロヘキサジエノンとシクロペンタジエンとのDiels-Alder反応において添加し、新規キラルブレンステッド酸の不斉有機分子触媒としての可能性について検討した。ビナフトールの3,3'位にベンゼン環を有する従来型ブレンステッド酸と比較すると新規キラルブレンステッド酸を添加した場合には、反応の立体選択性は同程度であるが、反応収率は約4倍、増加した。このことから、従来型ブレンステッド酸において、リン酸部分と水素結合可能な水酸基を分子内に導入すると、リン酸部分のブレンステッド酸性が増強されることがわかった。本年度の研究成果より、分子内水素結合を基盤としたキラルブレンステッド酸は、従来型ブレンステッド酸ではルイス塩基性が低いため反応基質として用いることが出来なかった化合物の不斉反応へ応用されることが期待できる。昨年度、合成法を確立した分子内水素結合を基軸とした新規なキラルブレンステッド酸触媒の不斉有機分子触媒としての可能性を従来型キラルブレンステッド酸と比較した。ビナフチル基の3, 3'位に様々な置換基を有する従来型ブレンステッド酸を合成し、4-メチル-4-メトキシカルボニル-2, 5-シクロヘキサジエノンとシクロペンタジエンとのDiels-Alder反応における不斉触媒能を検討した。9-アントラセンを3, 3'位の置換基として有するキラルブレンステッド酸を用いると収率82%、61%eeの立体選択性でDiels-Alder生成物が得られることがわかった。また、3, 3'位の置換基として9-アントラセンを有するキラルブレンステッド酸のビナフチル基の芳香環部分を一部還元し反応温度を-10°Cにすると、Diels-Alder反応の立体選択性は70%eeに向上した(収率49%)。この結果は、昨年度、創製した新規ブレンステッド酸触媒に比べ、反応収率は劣るものの立体選択性は向上したものであった。本年度の研究成果に基づき、3, 3'位に9-アントラセンを有する還元されたビナフチル骨格を基本骨格として分子内水素結合を基軸とした新規なブレンステッド酸触媒を設計することで、従来型キラルブレンステッド酸触媒より高いルイス酸性を有した新規ブレンステッド酸触媒を創製し、従来型ブレンステッド酸ではルイス塩基性が低いため反応基質として用いることが出来なかった化合物の不斉反応へ応用されることが期待できる。昨年度までに合成法を確立した分子内水素結合を基軸とした新規なキラルブレンステッド酸触媒の4-メチル-4-メトキシカルボニル-2,5-シクロヘキサジエノンとシクロペンタジエンとのDiels-Alder反応における作用機序に関する研究を行った。キラルブレンステッド酸触媒のDiels-Alder反応における不斉発現機構を解明にするため、Diels-Alder反応の生成物を絶対立体配置が既知の化合物に変換し、その比旋光度を比較することでDiels-Aler反応の主生成物の絶対立体配置を決定した。遷移状態における反応基質とブレンステッド酸との相互作用の仕方を解明するためDiels-Alder反応の遷移状態について量子化学計算を行ったところ、先に決定した絶対立体配置の生成物を与える遷移状態がエネルギー的に一番、安定な遷移状態であることがわかった。その遷移状態ではキラルブレンステッド酸のリン酸部分の水素原子がブレンステッド酸として働くだけでなく酸素原子がブレンステッド塩基として働き、キラルブレンステッド酸が反応基質と2点で相互作用するため、キラルブレンステッド酸を用いたDiels-Alder反応において不斉が発現することが示唆された。Diels-Alder反応の反応基質として4-メトキシカルボニル体以外にも4-シアノ体、4-メトキシ体、4-ヒドロキシ体、4-フルオロ体に関する量子化学計算を行ったところ、4-メトキシ体を用いたDiels-Alder反応では主生成物を与える遷移状態と副生成物を与える遷移状態のエネルギー差が一番、大きくなることがわかった。今後、キラルブレンステッド酸触媒を用いた4-メトキシ体のDiels-Alder反応を検討することで立体選択性の改善が期待される。
磁気電気弾性体における応力波伝播に及ぼす温度場の影響

半導体デバイスやマクロセンサーなどのマイクロシステムにおいては,種々の材料から構成される多層積層構造体であることが特徴である.本研究では,圧電材料や磁気ひずみ材料を対象として,圧電現象および磁気ひずみ現象を考慮した波動伝播特性解析を積層構造体について実施することを目的とした.圧電現象を考慮した不均質構造体内の波動伝播特性挙動波動伝播挙動について,種々のモデルに関して解析を進め,初期応力や欠陥の存在の影響,波動伝播の局所化,バンドギャップ特性などを明らかにした.特に,熱応力などの初期応力の影響が大きく現れることを見出した.さらに,マイクロシステムの構造健全性評価の観点から,カーボンナノチューブ,ナノプレートについて,ひずみ勾配の影響が寸法効果として現れることを明らかにするとともに,周波数の高い応力波ほどその影響を受けることを明らかにした.解析については,当初計画した以上の多くの成果が得られたのに対して,実験的検証については,実験方法の確立も含めてさらなる検討が必要であることから,総合的な観点から(2)と判定した.研究分担者は別機関に就職した為,共同研究などの実施を含めて今後の研究の展開について検討していきたい.半導体デバイスやマクロセンサーなどのマイクロシステムにおいては,種々の材料から構成される多層積層構造体であることが特徴である.本研究では,圧電材料や磁気ひずみ材料を対象として,圧電現象および磁気ひずみ現象を考慮した波動伝播特性解析を積層構造体について実施することを目的とした.その際,温度変化の影響について検討を行った.多層構造体においては,各構成要素の線膨張係数は一般に異なるため,温度変化に伴う熱応力の発生を防ぐことは困難であることから,バンドギャップ特性や分散特性などに対する材料不均質性の影響を機能面や信頼性の観点から検討した.一方,これらのシステムにおいては,各層の材料特性,密着性,剥離などの多層構造体としての構造健全性を適切に評価する手法の開発が重要ある.構造健全性評価に関しては,波動現象の応用として超音波法が挙げられる.そこで,波動伝播特性の解析結果から,超音波診断への可能について検討を試みた.半導体デバイスやマクロセンサーなどのマイクロシステムにおいては,種々の材料から構成される多層積層構造体であることが特徴である.本研究では,圧電材料や磁気ひずみ材料を対象として,圧電現象および磁気ひずみ現象を考慮した波動伝播特性解析を積層構造体について実施することを目的とした.その際,温度変化の影響について検討を行った.多層構造体においては,各構成要素の線膨張係数は一般に異なるため,温度変化に伴う残留応力や発生を防ぐことは困難であることから,バンドギャップ特性や分散特性などに対する材料不均質性の影響を機能面や信頼性の観点から解析的に検討した.一方,これらのシステムにおいては,各層の材料特性,密着性,剥離などの多層構造体としての構造健全性を適切に評価する手法の開発が重要ある.さらに,マイクロシステムの構造健全性評価に関しては,従来の弾性力学の理論に加えて,ひずみ勾配理論など適用も考慮する必要があると考えられ,この点に関しても検討を加えた.半導体デバイスやマクロセンサーなどのマイクロシステムにおいては,種々の材料から構成される多層積層構造体であることが特徴である.本研究では,圧電材料や磁気ひずみ材料を対象として,圧電現象および磁気ひずみ現象を考慮した波動伝播特性解析を積層構造体について実施することを目的とした.圧電現象を考慮した不均質構造体内の波動伝播特性挙動波動伝播挙動について,種々のモデルに関して解析を進め,初期応力や欠陥の存在の影響,波動伝播の局所化,バンドギャップ特性などを明らかにした.特に,熱応力などの初期応力の影響が大きく現れることを見出した.さらに,マイクロシステムの構造健全性評価の観点から,カーボンナノチューブ,ナノプレートについて,ひずみ勾配の影響が寸法効果として現れることを明らかにするとともに,周波数の高い応力波ほどその影響を受けることを明らかにした.解析については,当初計画した以上の多くの成果が得られたのに対して,実験的検証については,実験方法の確立も含めてさらなる検討が必要であることから,総合的な観点から(2)と判定した.研究分担者は別機関に就職した為,共同研究などの実施を含めて今後の研究の展開について検討していきたい.
デジタルハンドを用いた情報機器製品に対する仮想エルゴノミック評価システムの開発

本研究は,デジタルカメラ,携帯電話といった,手での操作を必要とする情報機器に対し,人間の手の形状と運動を精密に模擬できるデジタルハンドモデルを用いて,計算機上で仮想的に「持ちやすさ」「操作しやすさ」の評価(エルゴノミック評価)を行い,機器の設計を支援するシステムを開発することを目的としている.本年度は,実被験者もしくは代表的な日本人の寸法値をもつ手表皮形状を模擬したデジタルハンド表皮メッシュに対し,測定した特徴点群を利用して,関節回転角にもとづいた変形を行う手法の開発を行い,従来のデジタルハンドに比べ,より高精度かつ高速に人間の表皮変形特性を再現可能であることを確認した.また,製品モデルに対するデジタルハンド把持姿勢生成において,物理シミュレーションエンジンを用いて,動力学シミュレーションにもとづいたデジタルハンドの姿勢制御を行うことで,ハンド初期姿勢のわずかな差異によらず,動力学的に安定かつ人間らしい把持姿勢を高速に得る手法を開発した.これにより,従来の運動学にもとづく最適化手法によるデジタルハンド把持姿勢生成における,莫大な制御変数の組み合わせによって計算コストが大きいこと,また,製品モデルとの接触による手表皮の変形が再現できないため,製品に対するハンドの接触力等を考慮したエルゴノミック評価を高精度に行えないことなどの問題を解決することができた.以上の成果は,論文として投稿されたほか,国際会議発表として公表され,より国際的競争力の高いエルゴノミックデザインをもつ情報機器開発に向けた支援システムとして,より期待が高まっている.本研究は,デジタルカメラ,携帯電話といった,手での操作を必要とする情報機器に対し,人間の手の形状と運動を精密に模擬できるデジタルハンドモデルを用いて,計算機上で仮想的に「持ちやすさ」「操作しやすさ」の評価(エルゴノミック評価)を行い,機器の設計を支援するシステムを開発することを目的としている.本年度は,デジタル一眼レフカメラといった,高度に安定した把持や精密な操作を必要とする製品を対象とした,「持ちやすさ」評価指標のモデル化,およびデジタルハンドによるこれらの製品モデルに対する把持姿勢自動生成手法の開発を行った.実被験者に対するヒアリング調査から,エルゴノミック評価指標を,把持時の1)製品筐体とハンドとの接触面積,2)手指関節角度の妥当性.3)製品筐体およびハンドの特徴領域(フィレット,指の腹など)のフィット性と定め,これらの指標を目的関数とした把持姿勢最適化アルゴリズムを提案した.また,得られた把持姿勢が実被験者にとって妥当な把持姿勢であることを実験的に確認した.また,ボタン,ダイヤル等といった,機器のユーザインタフェースに対する「操作しやすさ」を評価するために必要となる,筋活動および把持・操作タスクを考慮した接触力評価手法の開発を行い,推定された接触力の分布が,測定値とほぼ一致することを実験的に確認した.以上の成果は,論文3件ほか,国際会議発表として公表されただけでなく,企業との共同研究3件にも発展しており,より国際的競争力の高いエルゴノミックデザインをもつ情報機器開発に向けた支援システムとして,期待されている.本研究は,デジタルカメラ,携帯電話といった,手での操作を必要とする情報機器に対し,人間の手の形状と運動を精密に模擬できるデジタルハンドモデルを用いて,計算機上で仮想的に「持ちやすさ」「操作しやすさ」の評価(エルゴノミック評価)を行い,機器の設計を支援するシステムを開発することを目的としている.本年度は,実被験者もしくは代表的な日本人の寸法値をもつ手表皮形状を模擬したデジタルハンド表皮メッシュに対し,測定した特徴点群を利用して,関節回転角にもとづいた変形を行う手法の開発を行い,従来のデジタルハンドに比べ,より高精度かつ高速に人間の表皮変形特性を再現可能であることを確認した.また,製品モデルに対するデジタルハンド把持姿勢生成において,物理シミュレーションエンジンを用いて,動力学シミュレーションにもとづいたデジタルハンドの姿勢制御を行うことで,ハンド初期姿勢のわずかな差異によらず,動力学的に安定かつ人間らしい把持姿勢を高速に得る手法を開発した.これにより,従来の運動学にもとづく最適化手法によるデジタルハンド把持姿勢生成における,莫大な制御変数の組み合わせによって計算コストが大きいこと,また,製品モデルとの接触による手表皮の変形が再現できないため,製品に対するハンドの接触力等を考慮したエルゴノミック評価を高精度に行えないことなどの問題を解決することができた.以上の成果は,論文として投稿されたほか,国際会議発表として公表され,より国際的競争力の高いエルゴノミックデザインをもつ情報機器開発に向けた支援システムとして,より期待が高まっている.
自己反映的構造化関数プログラミングに関する研究

本研究は,自己反映的な構造化関数プログラミング手法を提案し,より高いモジュール性と抽象概念を持つソフトウェア開発をサポーすることを目的とする.構造化関数プログラミングでは、入力データの構造から導出可能な特定の再帰的な形式を用いてプログラムを構造化し,それによってプログラムを操作したり、改造したりすることが容易になる。また,自己反映的なメカニズムによって、プログラミング言語に新しい特徴と抽象概念が導入されていき、プログラムのモジュール性が高くなる。この一年間は,構造化関数プログラミングの研究を中心に,特に構造化された逐次関数プログラムから並列プログラムへ変換するというプログラム並列化(parallelization)の計算手法を,より一般的しかも実用的な観点から追究した.提案した並列定理によって「Bracket Matching」問題を解決するnovelな並列アルゴリズムを形式的に導出した.本研究は,自己反映的な構造化関数プログラミング手法を提案し,より高いモジュール性と抽象概念を持つソフトウェア開発をサポーすることを目的とする.構造化関数プログラミングでは、入力データの構造から導出可能な特定の再帰的な形式を用いてプログラムを構造化し,それによってプログラムを操作したり、改造したりすることが容易になる。この一年間は,構造化関数プログラミングの研究を中心に,特に構造化された逐次関数プログラムから並列プログラムへ変換するというプログラム並列化(parallelization)の計算手法を,より一般的しかも実用的な観点から追究した.提案した並列定理によって「Bracket Matching」問題を解決するnovelな並列アルゴリズムを形式的に導出した.
解析的集合及び解析的写像の総合的研究

特異点解消理論は分類理論に関しては森理論を使った石井の結果や藤田の偏極多様体を使った結果など優れた成果が得られた。具体的な解消理論に関しては岡は退化した特異点でも非退化な特異点理論を通して斬新な解釈ができることを、示した。この結果は、今の所平面曲線だけであるが、将来この方法が高次元特異点の研究に有力な手段足りうることを、示唆している。この方法で任意に与えられた有限アーベル群を基本群につ代数曲面を非退化な特異点理論を用いて具体的に構成してみせた。今後は必ずしも非退化でない特異点の研究を、これまでの手段を使って確立したい。森田は志賀、大鹿等の研究と協力して曲面の写像類群、曲面束の二次特性類、写像類群のある重要な部分群のコホモロジー類などの決定に斬新な結果を得た。今後はこれら特性類の幾何学的および解析的性質の研究が重要な課題となる。藤田は偏極多様体の分類理論、およびその関連事項が巧みに使って随伴直線束の性質の研究にこの理論がうまく応用できることを示した。特異点をもつ偏極多様体については、Del Pezzo多様体の場合はきわめてくわしくわかってきたが、一般の場合はまだまだ未解決の問題が多い。このため、偏極を与える直線束として必ずしも豊富でないようなものをも考え、特異点解消理論や様々な双有理幾何の手法を導入して、より広い見地から問題をとらえられることを示した。野口は辻、志賀等の協力で局所対称空間のコンパクト化への有理型写像にたいし新しい第二主要定理型の不等式を得、Nevanlinna解析法のモジュライ問題へ応用を示した。この応用は今までにないもので今後の発展が期待される。正則写像のモジュライ及びディオファンタス幾何に関しても、微分幾何学での調和写像理論を援用することによりモジュライ空間の構造定理及び有限性定理が得られた。これは高次元でのParshin-Arakelov型の定理の研究の基礎を与える。石井は3次元FANO多様体の分類に森理論を使った著しい結果を得た。
視対象の二次元的運動に伴う三次元空間構造の知覚

本研究は、二次元的な運動画像に基づいて三次元的な空間構造が知覚される現象を幾つかの実験条件のもとで観測し、三次元性の空間知覚の過程で実行される網膜像情報処理の性質について、実証的な知見を入手する目的で計画された。そのために最初、視覚系における運動情報を手がかりとした物体の三次元構造知覚に関する過去の研究を概観し、所定の実験環境の整備を行うとともに、運動からの三次元構造復元における境界分割過程と表面補完過程との関係についてすでに入手していた実験データの再検討を行った。あわせて、片眼運動情報と両眼運動情報の統合過程について検証するための指標として、二次元的画像の拡大/縮小運動への持続視が誘発する運動残効の現象を取り上げ、予備的観測を行った。次いで、輝度とコントラスト変調により規定される一次運動およびコントラスト変調のみにより規定される二次運動での放射運動に現れる見かけの速度の違いを観測し、一次運動の放射運動における速度過大視傾向と奥行き情報処理との関連について検討した。さらにこの実験について、運動速度の条件を増やし、かつ空間周波数勾配を加えた観測を実施した。以上の研究成果の一部はすでに学会報告を経ているが、このたび3年間の研究期間を終えるにあたって研究経過を全体的に検討し直し、『研究成果報告書』の報告14に、「空間周波数勾配を含んだ放射運動での見かけの速度知覚」、「空間周波数勾配を含んだ拡大・縮小運動での運動残効」、「運動からの構造復元における境界分割過程への表面の補完過程が及ぼす影響」、「視覚系における運動情報を元にした物体の三次元構造の獲得」の表題でまとめた。なお、本研究課題と深く関連する実験結果の報告として、報告5・6に「継時変位するランダム・ドット・パタンのステレオ視に伴う相対的な奥行き方向と運動印象の観察」と「奥行き情報を伴うミュラー・リヤー錯視の観察」の二つを付け加えた。二次元的な運動画像から復元される三次元構造の知覚に、境界の検出がどのような影響を及ぼすかについて実験的に検討した。その結果、境界の検出及びそれによる背景と対象物との分割は、運動に伴う三次元構造の復元的知覚に対して、特徴点の速度勾配情報よりも強い拘束力を持つことが見出された。なお、この実験に関連する試行的な研究成果は、1998年度日本心理学会第62会大会において発表されている(発表論文集,p.550)。また、本研究では、片眼による奥行情報と再眼による奥行情報が視覚系でどのように統合されるかについて検証することも、全体の研究目的の一つとして設定された。そのため、過去の研究知見が比較的豊富な片眼運動情報と両眼視差情報を取り上げ、これら二つの情報の統合過程について研究を行うこととした。検証するための指標としては、拡大/縮小運動する二次元的画像の持続視が誘発する運動残効の現象を用いることとした。これは、もしこれらの運動パターンに両眼視差情報が付与された場合、運動残効の生起または残効の持続時間に影響が認められるとすれば、二つの情報は同じ神経機構において処理されている可能性が示唆されると考えたからである。実験では、正弦波縞の同心円図形の拡大運動パターンに、凹形の奥行方向をもつ両眼視差情報を加えた条件/凸形の両眼視差情報を加えた条件/両眼視差情報のない条件で、生起した運動残効の奥行方向と持続時間を観測し、3条件間での比較検討を行う予定であり、現在、そのための動的画像刺激を作成し、予備的観測を行っている。今年度は、拡大/縮小運動パターンに伴う奥行き情報処理について、その速度知覚における特性を調べることにより、研究課題に関する実験的検討を行った。

拡大/縮小などの放射運動では平行運動に比べて速度知覚に過大視が生じ、この場合の過大視は、放射運動に伴う奥行き方向への見かけの移動距離が増大することによると考えられており、放射運動の処理機構への奥行き情報処理の寄与が示唆されるからである。そこで、運動手がかりによる奥行き情報処理への寄与が弱いとされる二次運動を用いて、放射運動での見かけの速度を調べた。もし、放射運動での速度過大視が奥行き情報処理によるものであれば、二次運動での放射運動では速度過大視が生じないと予想された。実験では、輝度とコントラスト変調により規定された一次運動での放射運動と、コントラスト変調のみにより規定された二次運動での放射運動を刺激として用い、拡大/縮小運動を標準刺激、平行運動をテスト刺激とする時間的強制二肢選択課題での恒常法によって、一次または二次運動の放射運動の見かけの速度を測定した。その結果、一次運動の放射運動では平行運動に比べて見かけの運動速度が約20%増大したが、二次運動の放射運動では速度の過大視は起きなかった。この結果は、放射運動に伴う奥行き情報処理により放射運動での速度過大視が生じるとする考えを支持するものである。(研究成果の一部は、日本基礎心理学会第18回大会で発表した。)上記の知見を踏まえ、現在は、放射運動を構成する正弦波縞に空間周波数勾配を加えることによって静止奥行き手がかりを付与した運動刺激を用い、その速度知覚の特性を調べる目的で、実験条件を満たす視覚刺激の作成と予備的な観測を継続している。本年度の研究では、拡大・縮小パターンでの奥行き情報処理について、局所的奥行き方向と大局的運動方向の関係性が運動残効の生起量に与える影響を検討した。放射運動では平行運動に比べて、強い運動残効が生じることが知られている。この放射運動での運動残効の増大に奥行き情報処理が関わっているかどうかを検討するために、注視点の周囲に対称的に配置された4つのガウシアン枠内の縞で構成された運動刺激を用いて、複合運動の運動残効を測定した。また各縞の空間周波数には勾配が付与されており、勾配の方向を変えることで大局的な運動方向と縞の奥行き方向の関係が一致している条件と、奥行き方向が不一致な条件とを設定した。実験では、運動残効が生起している時間の測定と、残効を打ち消すためのコントラストの測定が行われた。その結果、拡大・縮小方向の運動では平行運動よりも運動残効が生起量が大きくなること、拡大・縮小運動では局所的奥行き方向の配置が大局的運動方向と一致していない場合では残効の量が少なくなるが平行運動ではその影響を受けないことが見出された。これらの結果は、放射運動の処理過程に奥行き処理が影響していることを示唆するものであった。上記の中心的な課題と併行して、本年度は、網膜上で継時的に変位するランダム・ドット・パターンのステレオ視に伴う奥行き方向と運動印象について、過去に得ているデータを再検討した。また、ミュラー・リヤー錯視に仮現運動を伴わせる条件やステレオ視の条件を導入して、当該の錯視と奥行き情報の関係を調べた。研究結果の一部は、日本心理学会と日本基礎心理学会の年次大会で適宜報告されているが、これらを含め今年度までの研究成果は、平成12年度『研究成果報告書』にまとめることとしている。
インスリン依存型糖尿病における運動療法の確立に関する研究

インスリン依存型糖尿病(IDDM)における運動療法は確立したものとは言えず,特に小児の健全な発育・発達には欠かせない。本研究ではIDDM児の基礎的体力と呼吸循環能をまづ検討し,急性運動負荷における運動能は女児で対照群に比べ若干劣るものの,代謝的な不利益はないことを明らかにした。さらにハイキングなどの長時間にわたる忍耐運動においても低血糖以外の代謝的変動は充分に許容できる範囲であると判った。しかし,低血糖に対する予防には運動消費エネルギーの算定が重要であり,その補食量をトレッドミル負荷時の呼気ガス分析とそれに対応する心拍数から求めることとした。各スポーツの実施時に携帯型心拍記録計で心搏数を知ることにより,各自の各種運動強度による消費エネルギーの概算を示しえることができた。運動に禁忌に関しては2つの検討を加えた。1つは呼吸・循環の対応と腎血行動態にIDDMでの特異な変化があるかの問題である。酸素消費量と脈拍数には直線回帰があり従来より指摘のある自律神経の異常は呼吸循環能へ直接影響しないと考えられた。一方,腎血行動態ではIDDMでは糸球体濾過率の運動時の低下が見られず,またレニン・アルドステロンの低反応とバゾプレッシンの不応性が腎症の合併前に認められることが判った。2つめに,早朝の高血糖や量ケトン体の陽性がその日の運動の禁忌になるかについては,IGFBP-1の検討から夜間の低インスリン血症に起因すると考えられ,通常の朝食摂取とインスリン注射が実行される場合には充分に回復し,運動による増悪の要因にはならないと考えられた。運動療法の長期効果についてはさらに検討の継続を予定している。小児インスリン依存型糖尿病(IDDM)における運動療法の影響を検討し、以下の特徴を明らかにした。1.トレッドミルによる急性運動負荷の影響a,男子IDDMは対照群に較べ予測最大酸素消費量が有意に低下しており、女子では有意差はなかった。また、動脈硬化指数3以下のIDDMでも有意な低下が認められた。b,有酸素運動の指標としての乳酸・ピルビン酸の増加度には対照群との有意差はなく、無酸素閾値の推定には呼吸商の定常運動からの増加0.18が相関した。この指標により安全に有酸素運動能を計測できると考えられた。c,IDDMにおいて必ずしも厳格な運動制限基準となる血糖値を定めなくても、通常の食事摂取とインスリン投与がなされれば、急性運動による血糖・ケトーシスの増悪は認めなかった。d,IDDMにおける急性運動時の血圧上昇は大きく、心房性Na利尿および抗利尿ホルモンの反応性は対照群に較べ少なかった。またレニンの活性化障害を認めた。2、長時間耐久運動への適応と消費エネルギー増加への対応a,携帯心拍モニター記録からの消費エネルギー算出では、耐久運動実施日では非実施日の消費量に較べ、思春期以降のIDDMでの通常食事摂取量設定との差が増大する可能性が高かった。b,実施日の血中ケトン体の増加と低血糖頻度の増加は有意であったが、これは補食摂取不足に起因することが多く、適切な消費エネルギー予測への補食とインスリン量の調整により対応可能と考えられた。以上の研究成果は平成5年度日本糖尿病学会で3つの報告として発表する。長期実施効果を更に検討中である。前年度までの本研究でIDDM児の基礎的体力と呼吸循環能をまづ検討し,急性運動負荷における運動能は女児で対照群に比べ若干劣るものの,代謝的な不利益はないことを明らかにした。さらに本年度ではハイキングなどの長時間にわたる忍耐運動においても低血糖以外の代謝的変動は充分に許容できる範囲であると判った。

しかし,低血糖に対する予防には運動消費エネルギーの算定が重要であり,その補食量をトレッドミル負荷時の呼気ガス分析とそれに対応する心拍数から求めることとした。各スポーツの実施時に携帯型心拍記録計で心搏数を知ることにより,各自の各種運動強度による消費エネルギーの概算を示しえることができた。運動の禁忌に関しては2つの検討を加えた。1つは呼吸・循環の対応と腎血行動態にIDDMでの特異な変化があるかの問題である。既に酸素消費量と脈拍数には直線回帰があり従来より指摘のある自律神経の異常は呼吸循環能へ直接影響しないと判ったが,本年度の腎血行動態の検討ではIDDMでは糸球体濾過率の運動時の低下が見られず,またレニン・アルドステロンの低反応とバゾプレッシンの不応性が腎症の合併前に既に認められることが判った。2つめに,早朝の高血糖や量ケトン体の陽性がその日の運動の禁忌になるかについては,我々の導入したIGFBP-1の検討から,夜間の低インスリン血症に起因することが多く,朝食の充分な摂取とインスリンが通常量注射されている場合には増悪の要因にはならないと考えられた。血糖管理改善等の運動の長期的効果の判定を引き続き検討の必要がある。
グローバルな感染症等生物学的脅威を巡る新たな紛争ランドスケープの研究

病原体による生物学的な脅威は、日常的な感染症流行から大量破壊兵器としての生物兵器まで幅広い。更には科学技術の発展が、その脅威を変化させつつある。そのため、公衆衛生や安全保障等の既存の学問領域を逸脱しつつあり、時には学問領域毎に異なる価値観が矛盾した解決策を提示する倒錯状況も生じている。本研究は、生物学的な脅威への社会全体での包括的な防衛対策を意味する「バイオセキュリティ」のランドスケープ(全体像)を捉え、現実に即した解決を検討可能な新たな学問領域を創設することを目的とした。本研究では、バイオセキュリティのグローバルな政策ランドスケープを明らかにし、公衆衛生とセキュリティ機関双方の問題認識等が向上し、より具体的な連携方法の構築段階にあること、連携強化の障壁となる対立構造と解決手法を指摘した。新興感染症の監視にかかる外交紛争について検討し、病原体を巡る公平性、健康、安全保障の3軸の価値観の対立構造を明らかにし、解決手法を提案した。生物学的脅威の紛争解決の枠組みとして、特に生物兵器禁止条約における議論と国際的な対立構造を明らかにした。生命科学のデュアルユース性に関して、各国の政策形成や国内の教育機会提供状況を明らかにし、国内外のワークショップ等で議論の場を形成した。また、合成生物学領域でのバイオセーフティ向上手法として標準化の有用性を確認した。一連の成果は、「バイオセキュリティ研究会」を主宰し、共有と議論の機会を得た。同会は、感染症を公衆衛生と安全保障の両側面から見ることをテーマとして、計6回開催し、延べ22人が登壇、延べ281人が議論に参加し、安全保障と公衆衛生分野の議論の逸脱をカバーする一体的な討議空間を構築した。また、ウェッブサイト"biosecurity.jp"を設置し、会議録等研究成果を集約し、新たな学問領域基盤となるバイオセキュリティ研究ポータルを構築した。1)紛争ツール及びグローバルな生物学的脅威とその問題解決に係るコンテクストについて文献・資料調査を行った。第一にバイオセキュリティ概念について、「何を守るか」「発生の文脈」「対策のフェーズ」の3要素からの整理を試みた。そして、日本におけるバイオセキュリティ概念の変遷と、政策ランドスケープを整理した。第二に、西アフリカにおけるエボラウイルス病流行事例へのグローバルな公衆衛生危機対応事例から、生物兵器禁止条約の履行確保に向けて、特に第7条、第10条の履行に係る教訓を検討した。第三に、バイオセキュリティに対する様々な国際的なアジェンダについて、公衆衛生と安全保障の視点からその関係性を明らかにした。2)生命科学領域におけるデュアルユースの現状解析については、鳥インフルエンザH5N1ウイルスの研究論文出版差し止め問題以降の議論を整理した。特に米国とオランダの動向についてまとめた。3)生命科学者のためのデュアルユース倫理教育の実施状況の調査については、その現状を把握し、傾向を分析するため、「生命科学者のためのデュアルユース倫理教育」実施状況についてのアンケート調査票を作成し、全国の関係大学に送付した。また、合成生物学の世界大会iGEMに参加し、教育機会のあり方と抑止アプローチの側面の検討を行った。4)新興感染症の病原体共有と、遺伝資源への所有権・利益配分を巡る外交交渉について、新たにジカウイルスを巡る問題が勃発したことから、その議論のプロセスと外交場面でのステークホルダー分析を行った。5)公衆衛生と安全保障という学際的な領域の討議空間形成のため「第1回バイオセキュリティ研究会」を開催し、成果報告と関係者との意見交換を行った。また、ウェッブサイト"biosecurity.jp"を設置し、バイオセキュリティ関係ニュースを集約し研究リソースを蓄積するとともに、研究成果の集約と公開を行った。当初研究分担者として参画を予定していた者が、海外異動となったため、研究実施体制の準備や、連携研究者としての参画への体制移行に時間を要した。生物学的脅威の紛争解決ランドスケープの検討では、生物兵器禁止条約をテーマとした第2回バイオセキュリティ研究会を開催し、第8回運用検討会合における議論とその決裂を巡る対立関係を明らかにすると共に、デュアルユース性に関する国際的連携の場の今後の構築のあり方を検討した。また、米国CDCとFBI主催ワークショップに参加し公衆衛生と安全保障分野の協調による生物学的脅威への対処のあり方を検討した。生命科学のデュアルユース性に対する国際的な連携手法については、世界健康安全保障イニシアチブ主催のワークショプに参加し、特に保健セクターの視点から、グローバルなガバナンスのあり方を討議した。教育手法については、合成生物学の世界大会iGEMおよびiGEMにおける測定技術の標準化委員会に参加し教育機会のあり方と合成生物学の今後に重要となる標準化が、バイオセーフティの向上に繋がるかについて議論した。また、生命科学者のためのデュアルユース倫理教育実施状況についてのアンケート調査を分析し、教員側の問題意識として、バイオセーフティ>バイオセキュリティ>デュアルユースの順に認識度が高く、また、教育実施例については、生命倫理>バイオセーフティ>バイオセキュリティの順に実施率が高いことを確認した。新興感染症の監視にかかる国際法の錯綜と外交紛争の検討については、病原体を巡る公平性(Equity)、健康(Health)、安全保障(Security)の3軸の価値観の対立という観点から検討を進め、検体共有に影響する名古屋議定書の課題への現実的な解決策の提言に加え、新たな検体共有に特化した枠組みの可能性を「食料及び農業のための植物遺伝資源に関する国際条約」と比較検討して長期的な課題を提示した。成果の社会還元のため、第1回バイオセキュリティ研究会の会議録と講演ビデオをウェッブサイトbiosecurity.jpに掲載した。

これまでの検討内容については、順次国内・外で学会発表を実施するとともに、論文発表も実施している。昨年から実施してきた日本のバイオセキュリティ政策ランドスケープのレビューは、生物化学兵器剤防護国際シンポジウムで発表した。また、デュアルユース技術のガバナンスの取り組みについて、国内の取り組みを整理し、米国微生物学会で発表を行った。日本生命倫理学会および日本バイオセーフティ学会ではシンポジウムを企画し、デュアルユース技術のガバナンス、そして感染症と安全保障の境界領域問題としてのバイオセキュリティ、生物兵器禁止条約や病原体共有を巡る対立構造を提起し、学際的な問題提起を行ってきており、概ね順調に進んでいる。生物学的脅威の紛争解決ランドスケープの検討では、研究会を開催し、公衆衛生領域における感染症危機管理人材育成プログラムの進捗を俯瞰しつつ、バイオセキュリティ分野の新たな人材像を提案した。また、生物兵器禁止条約締約国会合等への参加を通じ、生物学的脅威への対処における公衆衛生と安全保障分野の協調やバイオセキュリティプラットフォームに関して検討した。生命科学のデュアルユース問題については、研究者・学生教育の観点からの大学でのカリキュラムの在り方の調査結果について投稿準備中である。また、新規生命科学技術、特にCRISPR/Cas9システムを利用したゲノム編集が生命科学技術の進展や社会に及ぼす影響について調査・議論する機会を設け、国内外の学会・ワークショップで報告した。また、国内シンポジウムで馬痘ウイルスの人工合成についてバイオセキュリティの観点から包括的に議論した。この議論を通じ、合成生物学の今後に重要となる標準化が、バイオセーフティの向上に繋がることを確認した。また、iGEMおよびiGEMの測定技術の標準化委員会へ継続して参加し、教育的手法を検討した。さらに、ゲノム合成について、Safety Engineeringのワーキンググループ等への参加を通じ安全面の検討を行った。新興感染症の監視にかかる国際法の錯綜と外交紛争の検討については、名古屋議定書における例外的運用および特化した枠組みでの手続き的検討を行うと共に、国際対立の基本構造の構図が類似する薬剤耐性の課題に着目した。適正使用と医薬品アクセスおよび研究開発推進との対立は類似点が多いが、セクター間対立という点では畜産及び環境部門と保健部門は長期的には懸念を共有している。単なる新薬開発に限らず代替成長因子等の研究開発に期待される役割が大きく、病原体共有と利益配分の課題でも利益の配分先としての研究開発分野を検討する必要性を見出した。研究分担者として参画を予定していた者の海外異動による連携研究者としての参画への変更、研究協力者の海外短期留学、研究代表者の他業務(世界保健機関外部評価ミッション)による多忙により、研究遂行に想定以上に時間を要しバイオセキュリティ研究会を2回用意していたところ、スケジュール調整がつかず、1回しか開催できなかった。また、学会発表の回数も限られた。
ミトコンドリアDNA塩基配列解析による日本沿岸におけるシロウリガイの新種分化の研究

シロウリガイ類3種5集団の各1020個体について、ミトコンドリアDNAのCO1、12SrRNA各領域をPCR法により増幅し制御酵素断片長多型(RFLP)分析を行ったところ、相模湾のシロウリガイ(C.soyoae)に2つのハプロタイプがみられたのを除き、集団内変異は検出されなかった。次に、相模湾のシロウリガイ2タイプおよび記載済みの全ての日本産シロウリガイ6種(カイコウ、ノチール、テンリュウ、ナギナタ、エンセイ、スルガシロウリガイ)と沖縄トラフ伊平屋海嶺産のシロウリガイ各15個体について、CO1およびCO3領域の塩基配列(各300塩基対)を決定した。CO1領域では、2種で1ヶ所のアミノ酸置換が生じていたのを除き全ての塩基置換は同義的なものであったのに対し、CO3領域では多くのアミノ酸置換がみられた。これらのデータおよび既知のムラサキガイのデータを用いて、シロウリガイ類の系統関係を解析したところ、奥谷ら(1993)の形態による分類大系とほぼ一致した。しかしいくつかの点で相違があり、今後形態の再検討を含めた吟味が必要である。相模湾産のシロウリガイの2つのタイプ間では、5%程度の塩基が置換しておりCO3領域では2ヶ所のアミノ酸の置換がみられた。これは種内変異としてはかなり大きく2つのタイプが別種である可能性もある。生殖的隔離の有無はミトコンドリアDNAからは判定できないので、アイソザイム分析などの核遺伝子の解析によって明らかにする必要がある。一方、伊平屋海嶺で採集されたシロウリガイは、相模湾産シロウリガイの片方のタイプと極めて相同性の高い配列を持つことが明らかになった。このことは10200万年前と推定されている沖縄トラフの熱水活動開始後、シロウリガイ(C.soyoae)の伊平屋海嶺への移入が起こり、その後が両者の間に遺伝的交流がないことを示唆する。
心筋分化過程における転写因子複合体と標的遺伝子の変化

心臓流出路および右心室領域は二次心臓形成領域(Second Heart Field; SHF)の中胚葉細胞由来の組織であり、SHF発生の分子機構の解明は心臓前駆細胞から心筋分化過程における分子レベルでの理解および先天性心疾患の原因解明において重要な意義を持つ。本研究ではSHFで発現し、心臓流出路・右心室形成において重要な機能を担っているLIM-ホメオドメインを含む転写因子Islet1に注目し研究を進めてきた。発生中のマウス胚心臓でのIslet1による転写制御機構を理解するために、Islet1転写複合体構成因子を明らかにすることを目指した。CRISPR/Cas9ゲノム編集法により作製したIslet1-FLAGノックインマウス胚では、内在性のIslet1と同様の発現パターンが確認できた。さらに、同マウス胚と抗FLAG抗体を用いた免疫沈降実験では、Islet1-FLAGとLdb1が共沈することが観察された。Ldb1はIslet1が標的DNA配列に結合する上で必要であることが知られており、マウス胚においても両者の相互作用が行われていることが示された。平成30年度は、Ldb1と結合し転写活性化に関与することが知られているSsbp2、Ssbp3に着目して解析を進めた。培養細胞における強制発現系を用いた共免疫沈降解析において、Islet1-FLAGとSsbp2-HAおよびSsbp3-HAは共沈することが確認された。さらにIslet1-FLAGノックインマウス胚ライセートを用いて、抗FLAG抗体による免疫沈降-質量分析を行った際にSsbp2、Ssbp3は共沈していることが観察された。以上の結果から、発生中のマウス胚においてIslet1とLdb1、Ssbp2/Ssbp3が相互作用していることが明らかとなり、それらの複合体がSHFにおいて標的遺伝子の転写を制御している可能性が示唆された。先天性心疾患は新生児100人に1人という高頻度に生じるが、そのうち心臓流出路領域から発生する大動脈・肺動脈の基部と右心室に関係するものが約30%を占める。流出路・右心室の心筋は「二次心臓形成領域(Second Heart Field; SHF)」の心臓前駆細胞から発生し、「一次心臓形成領域」から発生する左心室とは異なる起源を有する。このSHFは先天性心疾患の病因解明や、再生医療における効率的な心筋分化誘導法の確立といった臨床的な見地から注目すべき組織である。今年度は、SHF発生において重要な機能を担っているIslet1、Nkx2.5のホメオドイメインを含む2つの転写因子に注目し、CRISPR/Cas9ゲノム編集法によりエピトープタグを融合するようにノックインしたIslet1-FLAG、Islet1-HA、Nkx2.5-FLAGの3つのマウス系統を作製・樹立した。これらのマウス系統では抗FLAG抗体、もしくは抗HA抗体を用いたWestern blotや免疫染色により、マウス胚SHFで発現するIslet1-FLAG又はHA、Nkx2.5-FLAGの発現を確認できた。さらに、抗FLAG抗体、もしくは抗HA抗体により、Islet1、又はNkx2-5タンパク質を免疫沈降できることを確認した。特にIslet1に関しては、マウス胚ライセートを用いた免疫沈降により既知の相互作用因子であるLdb1が共沈されることを確認できており、作製したマウス系統が抗エピトープタグ抗体を用いた免疫沈降による結合因子の同定において有用であることを示した。予定していたIslet1、Nkx2.5にエピトープタグを融合するようにノックインしたマウス系統の作製が終了した。これらのマウス系統では抗エピトープタグ抗体によるIslet1、Nkx2.5タンパク質の検出と免疫沈降が可能であり、質量分析へと進める状況となった。先天性心疾患において、流出路・右心室の異常に関係する疾患は全体の3割を占めている。これら流出路・右心室は二次心臓形成領域(Second Heart Field; SHF)由来であり、その発生における分子機構の解析は重要な意義を持つ。また、SHFは心筋、平滑筋、内皮細胞の前駆細胞を含む多能性を示す中胚葉細胞であり、再生医療の面からも注目すべき組織である。本研究ではSHFで重要な機能を担っているIslet1とNkx2.5の2つのホメオドメイン転写因子に注目し研究を進めている。平成29年度は、平成28年度にCRISPR/Cas9ゲノム編集技術を用いて作製したIslet1-FLAGノックインマウスを用いて、抗FLAG抗体による免疫沈降-質量分析による相互作用因子の同定を目指した。網羅的な質量分析の結果、野生型マウス胚と比較して、Islet1-FLAGノックインマウス胚で特異的に同定された核タンパク質は46因子であった。これらの内、転写調節に関与する8因子を新規のIslet1候補相互作用因子として注目した。培養細胞を用い、Islet1-FLAGおよびHAタグ付き候補因子の強制発現系での共免疫沈降実験を行った結果、1因子について相互作用が確認できた。Islet1の結合配列を繋いだルシフェラーゼレポーターを用いた転写活性解析において、この因子はLIMドメイン欠失型Islet1(単独でDNA結合可能なフォーム)と共に転写を活性化する傾向を示した。Islet1-FLAG,Ilset1-HAおよびNkx2.5-FLAGノックインマウスは作製できており、エピトープタグに対する抗体を用いた免疫沈降、免疫染色実験においては良好な結果を得ることができている。

また、質量分析の結果、同定されたIslet1と相互作用する候補因子の一つは、in vitroにおいてIslet1と共に転写制御に関与する可能性が示されている。心臓流出路および右心室領域は二次心臓形成領域(Second Heart Field; SHF)の中胚葉細胞由来の組織であり、SHF発生の分子機構の解明は心臓前駆細胞から心筋分化過程における分子レベルでの理解および先天性心疾患の原因解明において重要な意義を持つ。本研究ではSHFで発現し、心臓流出路・右心室形成において重要な機能を担っているLIM-ホメオドメインを含む転写因子Islet1に注目し研究を進めてきた。発生中のマウス胚心臓でのIslet1による転写制御機構を理解するために、Islet1転写複合体構成因子を明らかにすることを目指した。CRISPR/Cas9ゲノム編集法により作製したIslet1-FLAGノックインマウス胚では、内在性のIslet1と同様の発現パターンが確認できた。さらに、同マウス胚と抗FLAG抗体を用いた免疫沈降実験では、Islet1-FLAGとLdb1が共沈することが観察された。Ldb1はIslet1が標的DNA配列に結合する上で必要であることが知られており、マウス胚においても両者の相互作用が行われていることが示された。平成30年度は、Ldb1と結合し転写活性化に関与することが知られているSsbp2、Ssbp3に着目して解析を進めた。培養細胞における強制発現系を用いた共免疫沈降解析において、Islet1-FLAGとSsbp2-HAおよびSsbp3-HAは共沈することが確認された。さらにIslet1-FLAGノックインマウス胚ライセートを用いて、抗FLAG抗体による免疫沈降-質量分析を行った際にSsbp2、Ssbp3は共沈していることが観察された。以上の結果から、発生中のマウス胚においてIslet1とLdb1、Ssbp2/Ssbp3が相互作用していることが明らかとなり、それらの複合体がSHFにおいて標的遺伝子の転写を制御している可能性が示唆された。エプトープタグ融合Islet1、Nkx2.5マウス胚を用いて、抗エピトープタグ抗体による免疫沈降-質量分析を行い、Islet1、Nkx2.5の複合体構成候補因子を同定する。同定した因子の中から実際にIslet1、Nkx2.5と結合しているかを共免疫沈降、プルダウン実験で確認する。また、複合体構成因子がIslet1の標的遺伝子の転写活性においてどのような機能を担っているか、Luciferaseレポーターアッセイにより検討する。さらに、複合体構成因子の心臓発生における機能について、遺伝子改変マウスを導入、或は作製して解析を進める。上記因子について、Islet1との転写活性化における機能をルシフェラーゼレポーターアッセイにより検討する。物品費として確保していたが今年度計画では使用しなかったため、14,384円の残額が生じた。物品費として確保していたが本年度計画では使用しなかったため、2,375円の残額が生じた。研究計画からは必要であり、次年度物品費として使用する。
シリコン融液/石英ガラス接触系における非平衡高温熱化学反応機構の解明に関する研究

本研究では、CZ-Si結晶成長における結晶中および融液中の不純物原子の高温熱化学反応と種子づけ界面近傍の転位挙動について、実験と数値解析にて定量的に解明することを目的とした。以下に検討課題を列挙し、代表的な結果について示す。(1)石英るつぼからSi融液への酸素の溶解、融液中での拡散および融液表面からの蒸発現象をドロップ法により定量的に検討した。その結果、得られた石英からの酸素溶解速度は従来報告値よりも1桁以上大きなより正確な値が得られた。また、高濃度Ge添加Si融液中のGeは融液から単独で蒸発せず酸素と結合して蒸発することがわかった。(2)高濃度Ge添加Si結晶成長におけるGeの偏析現象について検討した。その結果、(Geの偏析係数は濃度によらず約0.48であり、従来報告値の0.33とは大きく異なることを明らかにした。(3)種子を融液に接触させた際に種子中に発生する熱ショック転位について、転位抑制効果のある高濃度B添加種子結晶を用いて接触前後の温度変化値を変えて転位挙動を調べた。その結果、種子接触時の温度変化が小さく、種子中のボロン濃度が高いほど熱ショック転位を抑制できることがわかった。(4)種子と成長結晶の格子定数の差が大きいときに発生するミスフィット転位の抑制機構について検討した。その結果、種子と成長結晶の界面近傍に3050μmの幅で緩やかに変化するB濃度分布、格子定数分布が形成されていることがわかった。この分布形成機構を実験および数値計算にて解析したところ、結晶成長時の高温下で種子結晶から成長結晶側にボロン原子が拡散していることを確認した。(5)熱ショック転位およびミスフィット転位が抑制できる種子結晶を用いて、種子づけ時の融液の温度のみを変えた条件下で結晶を育成し、種子づけ界面近傍を評価した。その結果、融液の温度が低いときに界面直下の成長結晶の形状が太くなり、成長結晶中に転位が発生した。発生した転位を「種子づけ不良転位」と命名した。1.高濃度ゲルマニウム添加シリコン融液と石英るつぼの反応解析耐スリップ・高強度LSI用途シリコン基板(ロバストSi基板)として注目される、高濃度ゲルマニウム(Ge)添加Si結晶の結晶成長時の高濃度添加Si融液と石英るつぼの反応を、ドロップ法を用いて解析した。その結果、高温になるにつれて反応によるドロップ試料の重量減少が大きくなり、特に融液中のGe濃度の増加に伴い重量減少が激しくなる傾向が見られた。また、実験後の試料中のGe濃度は実験前の半分程度に減少していることがわかり、Geが何らかの形で激しく蒸発していることが示唆された。Geのみを石英およびカーボンるつぼに入れて長時間高温保持した結果、石英るつぼ試料の重量減少が著しかったことから、高温ではSi融液中のGe原子が石英ガラスから溶け出した酸素とSi原子よりも優先的に結合し、ドロップ表面から蒸発していると結論した。2.シリコン融液/石英るつぼ間の反応のその場観察Si融液/石英るつぼ接触系における表面張力およびぬれ性等について、その場観察できる装置を考案・試作し、予備実験を行った。この装置を用いての本格的な実験は来年度に行う予定である。3.熱・物質移動と高温熱化学反応現象の数値解析

Si融液/石英るつぼ、Si融液/雰囲気ガス界面での反応機構の解明や、実験での直接観察、測定が困難な反応速度定数などの諸パラメータを実験と照合しながら算出する計算コードを開発し、予備計算を行った。昨年度は、高濃度ゲルマニウム添加シリコン融液と石英るつぼの反応解析を行ったが、今年度はCZシリコン結晶成長における高濃度ボロン添加種子結晶と低濃度添加成長結晶間のミスフィット転位抑制に関わるボロン原子の高温下での移動現象について検討した。以下に代表的な結果を列挙する。1.高濃度ボロン添加種子からのボロンの異常拡散現象種子結晶と成長結晶間に大きな格子定数差があってもミスフィット転位が抑制される原因は、種子づけ界面近傍に緩やかなボロン濃度分布が結晶成長開始直後に形成されるためである。この分布形成は、数値解析により種子と成長結晶の格子定数差起因で生じるひずみによるボロンの異常拡散現象を考慮することにより説明できるが、実際には計算で期待されたほど異常拡散は起こっていないことを結晶育成実験により確認した。2.結晶成長開始直後の緩やかなボロン濃度分布の形成機構結晶成長開始前の種子づけ状態および開始直後の成長速度によるボロン濃度分布に与える影響をボロンの固体および液体中の拡散および偏析現象を考慮した数値解析により検討した。その結果、種子づけ状態での保持時間が長いほど、界面近傍により緩やかなボロン濃度分布が形成されることを確認した。一方、結晶成長開始直後の一定時間内において、成長速度がボロン濃度分布に与える影響は全くなかった。3.より緩やかにボロン濃度分布が形成される条件下での結晶育成とミスフィット転位の挙動より緩やかな分布が形成される種子づけ状態で長時間保持する成長条件で結晶を育成した結果、実際にボロン濃度分布がほぼ計算通りに緩やかに形成されたが、ミスフィット転位の抑制には効果がないことを明らかにした。一方、成長開始直後の成長速度を速めた結晶では分布は計算結果とほぼ一致したが、ミスフィット転位が効果的に抑制される傾向にあった。以上により、ボロン濃度分布の計算結果とミスフィット転位挙動は対応しなかったが、2で行った数値解析に種子結晶の融解/凝固プロセスを考慮することによって、現象の解明が前進すると考えられる。
骨髄異形成症候群の生物学的,遺伝子学的解析

骨髄異形成症候群(MDS)は種々の治療に不応の難治性疾患であり高齢者に多く発症することから今後も益々重要な疾患群として捉える必要があるが、その病因に関しては未だ明らかではない。しかしその本態には多能性造血前駆細胞の異常が共通して存在すると考えられており、この解明のために生物学的、遺伝子学的解析方法を駆使して多方面より総合的に検討を行った。生物学的解析方法としては、骨髄造血前駆細胞コロニー形成法を用い、巨核球系、顆粒球系、赤芽球系の骨髄三系統を同時に検索することによりどのレベルの細胞に異常が出現しているかを解析した。MDS患者の63%は骨髄三系統の異常が同時に認められ、また巨核球系造血前駆細胞のコロニー数は赤芽球系および顆粒球系造血前駆細胞数と有意の相関を認めた。これらの知見はMDS患者の造血は多能性幹細胞のレベルで数的あるいは質的異常が起こっていることを示している。また、リンパ球系統の異常についてはNK活性、LAK活性の検討および可溶性IL-2受容体(sIL-2R)の検討を行った。高リスクMDSではLAK活性の低下、NK細胞の減少を認め、血漿sIL-2R値も高リスクMDSでは有意の高値を認めた。遺伝子学的および分子生物学的解析方法としてはN-ras癌遺伝子の異常に関する解析、DOC癌抑制遺伝子の異常に関する解析を行い、MDSの40.9%にN-ras癌遺伝子の活性化を認めMDSからの白血化との間に有意の相関を認めた。DOC癌抑制遺伝子に関してはmRNAレベルの発現低下が白血化と強い関連を示し、蛋白レベルの発現はMDS全例で著しい低下を認めた。これらの知見はMDSの発症機序および白血化のメカニズムを考える上で極めて興味深い。今回得られた以上の成績はMDSの病因・病態を解明する上で極めて有益であると考えられた。