hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
制限空間内水溶液の特殊な物理化学的性質が蛋白質の折れ畳に及ぼす影響

本研究の目的は、シャペロニンが内部空洞中の基質蛋白質をフォールディングさせる機能を調べるために、内部空洞水溶液の物理化学的性質を明らかにすることであった。そのために、シャペロニン全体を水中に置き、全原子全自由度の分子動力学シミュレーションを実施した。内部空洞に基質蛋白質(α-lactalbumin)を含む系と含まない系とで同一のシミュレーションを行った。シミュレーションは、これまでになく大規模(各620ps,総原子数約110万個)であったが、数値的に安定した計算を行うことができた。シャペロニンの様々な場所における水分子の拡散係数を明確に求めることができた。空洞内中心領域、空洞内壁面領域の拡散係数はそれぞれ0.3Å^2/ps、0.1Å^2/psであった。バルクの水分子の拡散係数に比べて明らかに小さいことがわかった。このような知見は、実験による観測から得ることは困難である。内部空洞中の小さい拡散係数の水が、基質蛋白質のフォールディングに何らかの影響を及ぼすものと考えている。一方、本研究のシミュレーションでは、原子に対する束縛が一切無いために、水溶液環境でのシャペロニンの平衡構造を知ることができる。水中のシャペロニンは、初期構造(X線結晶構造)と比較して有意な対称的構造変化を示した。この構造変化は、シャペロニンが結晶中で隣のシャペロニンと接している部分に顕著であった。このような知見も、本研究によって初めて得られた新しい知見である。今後更に、シミュレーションの時間を延長し、論文にまとめる計画である。シャペロニンは内部空洞に蛋白質を閉じ込めて、蛋白質の折れ畳を手助けする。本研究では、シャペロニンを巨大な水球に浸した系の分子動力学(MD)シミュレーションを実施することによって、シャペロニンの内部空洞、すなわち制限空間内の水溶液が蛋白質の折れ畳に与える影響を、その水溶液の物理化学的な性質をもとにして調べる。初年度は、MDシミュレーションのための初期構造の準備、カウンターイオンの配置、全系の平衡化の途中まで、水の拡散係数のプレリミナリーな解析、セットアップの検証などを行った。具体的には以下の成果を得た。シャペロニンの初期構造(GroEL-GroES-ADP)を、X線結晶構造(PDB-ID 1SX4)をもとに構築した。これには系全体を中性にするための259個のNaイオンを含む。電位の低いアミノ酸周囲に適切にイオンを配置しなくてはならないが、MDシミュレーションによる電位計算とイオン再配置を何度も繰り返すことで配置を決定できた。初期構造は低温の状態からMDシミュレーションをスタートさせ、徐々に温度を上げて300Kとし、現在170psまで平衡化を終えた。この段階で、シャペロニンの主鎖全体のRMSDは約2.5Åとなった。シャペロニン内部空洞及びバルクの水分子について、プレリミナリーに拡散係数を求めた結果、フタであるGroESをはさんで、バルク側と内部空洞側の拡散係数は比較的小さかった。一方、内部空洞の中心付近の水分子はバルクの水分子と同等の拡散係数をもつことがわかった。MDシミュレーションに伴う構造変化を詳しく調べたところ、ほとんどのアミノ酸残基は結晶構造に近い構造を保つが、ずれの大きいアミノ酸配列の部分がいくつか見つかり、いずれも頂点ドメイン内に含まれていることが分かった。
損傷応答遺伝子阻害効果から予測する放射線感受性を付加した新しい放射線治療法の開発

悪性腫瘍に対する放射線治療は、臓器の機能および形態の保持が可能なことから根治的治療方法としてその役割、適応範囲が増大している。現状の治療線量は経験に基づく画一的な治療方法がとられている。しかし、腫瘍および正常組織の放射線感受性を治療前に予測できれば、個々の患者に応じて線量を増減することができ治療成績改善と副作用軽減につながると期待される。そのためには、放射線感受性を決定する損傷修復のメカニズムを解明する必要がある。ATM geneは、放射線によるDNA損傷に最初に反応するとされる遺伝子とされ、その働きはカフェインにより阻害されることが知られている。本研究では、ATM阻害剤であるカフェインの阻害効果が、細胞により異なるか否かを検討するため、FISH(Fluorescence in situ hybridization)法を用いて染色体異常を解析する。カフェインにより誘発される誤修復が細胞により著しく異なれば、カフェインのATM活性阻害作用を利用した簡便な放射線感受性テストを開発できる可能性がある。平成16年度はATM遺伝子変異のある細胞と、正常線維芽細胞を用いて、生存率と染色体異常の相関関係を評価した。その結果、染色体異常は細胞の生存率をよく反映することが示された。そこで、3種類の染色体プローブを用いるFISH法で検出された染色体異常と、生存率の関係、カフェインが染色体異常におよぼす影響と生存率を検討した。ATM遺伝子変異がある細胞は、生存率に比べて染色体の変異が有意に多く、誤修復が極めて盛んに起こっていることが明らかになった。平成17年度は、ATM遺伝子変異のあるマウスを用いて、全身照射への影響を検討した。特にカフェイン投与が生存率、放射線障害におよぼす影響を検討したが、カフェインが生存率の修飾に与える効果は不明瞭であった。したがって、現状ではin vivoの正常組織感受性試験としては適切とは言えない結果となった。放射線に対する腫瘍細胞・正常組織の反応は、患者によって異なるが、現状の治療線量は経験に基づく画一的な治療方法がとられている。本研究はATM阻害剤であるカフェインの阻害効果が細胞により異なるかどうかを検討するためFISH (Fluorescence in situ hybridization)法を用いて染色体異常を解析した。また、カフェインにより誘発される誤修復が細胞により著しく異なれば、カフェインのATM活性阻害作用を利用した簡便な放射線感受性テストを開発できる可能性がある。そのため、本研究ではATM活性阻害剤による簡便な放射線感受性テストを開発し、患者個々の放射線修復能に応じて線量を決定する新しい放射線療法の開発を目的として、研究を開始した。本年度は、(1)ヒト正常線維芽細胞、ヒトAtaxia Telangiectasia由来の線維芽細胞7種類および8種類の確立された癌細胞を10%の血清を含む培地で培養容器(T25)に細胞を用いて、各種細胞のG0期における放射線感受性と損傷修復におよぼすカフェインの影響を検討した。その結果、当初予測した結果が得られ、線維芽細胞間で極めて大きな放射線感受性があることが確認された。(2)上記細胞を用いて、FISH法を用いた染色体異常を解析した。その結果、照射後の細胞生存率とFISH法による染色体変異の出現率の間に良好な相関が認められた。次年度は本年度得られた結果の確認と、他の正常組織への影響、線質の違いによる影響等を検討する予定である。

悪性腫瘍に対する放射線治療は、臓器の機能および形態の保持が可能なことから根治的治療方法としてその役割、適応範囲が増大している。現状の治療線量は経験に基づく画一的な治療方法がとられている。しかし、腫瘍および正常組織の放射線感受性を治療前に予測できれば、個々の患者に応じて線量を増減することができ治療成績改善と副作用軽減につながると期待される。そのためには、放射線感受性を決定する損傷修復のメカニズムを解明する必要がある。ATM geneは、放射線によるDNA損傷に最初に反応するとされる遺伝子とされ、その働きはカフェインにより阻害されることが知られている。本研究では、ATM阻害剤であるカフェインの阻害効果が細胞により異なるかどうかを検討するためFISH(Fluorescence in situ hybridization)法を用いて染色体異常を解析する。カフェインにより誘発される誤修復が細胞により著しく異なれば、カフェインのATM活性阻害作用を利用した簡便な放射線感受性テストを開発できる可能性がある。本研究は、ATM活性阻害剤による簡便な放射線感受性テストを開発し、患者個々の放射線修復能に応じて線量を決定する新しい放射線療法の開発を目的とする。昨年度の実験項目1および2で得られた生存率と染色体異常の相関関係を評価した。これまで多くの研究者により、染色体異常は細胞の生存率をよく反映することが示されている。そこで、3種類の染色体プローブを用いるFISH法で検出された染色体異常と、照射による生存率からどのような染色体異常が生存率に影響を与えるのか、また、カフェインは、どのような染色体異常を引き起こし、それがどのように細胞生存に影響を与えるのかを検討した。ATM遺伝子変異がある細胞は、生存率に比べて染色体の変異が有意に多く、誤修復が極めて盛んに起こっていることが明らかになった。ATM遺伝子変異のあるマウスを用いた実験では、カフェインの作用による異常な染色体異常の出現は認めず、カフェインは生存率の修飾効果も不明瞭であった。
位相拡散フーリエ法を利用したMRIの新しい信号収集法と画像再構成法の研究

位相拡散フーリエ法では,信号の振幅は被写体関数がフレネル回折によってぼけた分布と同形となる.よって,位相拡散フーリエ法の信号空間は一種の画像空間とみなすことができる.研究では信号空間に適用する重み関数と像空間に与える重み関数は分離して考え,より精度良く設定した重みが再生像に与えられる方式を検討した.結果,再生像の誤差軽減と分解の改善,ならびに提案法を有効とする撮像パラメータの範囲を大幅に拡大できることが示された.位相拡散フーリエ法では,信号の振幅は被写体関数がフレネル回折によってぼけた分布と同形となる.よって,位相拡散フーリエ法の信号空間は一種の画像空間とみなすことができる.研究では信号空間に適用する重み関数と像空間に与える重み関数は分離して考え,より精度良く設定した重みが再生像に与えられる方式を検討した.結果,再生像の誤差軽減と分解の改善,ならびに提案法を有効とする撮像パラメータの範囲を大幅に拡大できることが示された.本研究は,医用画像診断としてますます価値を高めつつあるMRIにおいて新たな画像再構成法に関する検討を行うものである.汎用法であるフーリエ変換法に位相変調パルスを追加した位相拡散フーリエ法の信号は通常のフーリエ変換再構成法だけでなく,フレネル変換を利用した画像処理が可能となる.これにより,従来までの画像再構成処理に比べて,大幅に柔軟性の増した処理が期待できる.[1]折り返しアーティファクトの抑制フーリエ変換再構成では折り返しが生じる信号でも,本研究の再構成法では,単一信号を使用しながら折り返しを回避した画像を得ることができる.しかし,僅かに折り返しの残留が認められ,かつ折り返し部では分解能の低下が認められた.本年度の研究で再生像を使用した重み関数の高精度化により,折り返しの大幅た軽減と分解能の向上が確認された.実機で得られた位相歪みを有する信号から合成した実験データによっても,画質の改善を確認することができた.本研究により,本方法の有効性と実用性を高めることができた.[2]超解像アルゴリズムを利用した高分能画像の再生我々が提案するフレネル変換を利用した多重解像度解析にFREBAS展開がある.FREBAS展開空間において信の外側にゼロデータを充填し,取得帯域内の置換処理と写体が実関数との拘束条件を利用した反復処理を行うと,FREBAS展開空間の信号を外挿することができる.本年度の研究により,FREBAS展開のパラメータにより,画像の鮮鋭化領域を周辺部と中央部で選択できること,鮮鋭化の程度が変わること,などが明らかになった.本方法は一種の超解像処理であり,単一画像のみを使用する特殊な方法である.本研究は,医用画像診断としてますます価値を高めつつあるMRIにおいて新たな画像再構成法に関する検討を行うものである.汎用法であるフーリエ変換法に位相変調パルスを追加した位相拡散フーリエ法の信号は,被写体のフーリエ変換空間に位置すると同時に被写体の置かれる物体空間にあるとみなせる.これにより,従来までの画像再構成処理に比べて,大幅に柔軟性の増した処理が期待できる.[1]単一信号による仮想的パラレルイメージングおける画質改善位相拡散フーリエ法の信号空間が一種の画像空間とみなせる性質を利用し,信号振幅に対し重みを適用すると,見かけ上,複数の信号を作成することができ,パラレルイメージングの原理による高速撮像法を実現できる.本年度は,この方法で得られる再生像の画質改善について検討を行った.重み関数を最適化することにより,再生像の分解能を大幅に向上させることに成功した.また,この改善法では,位相拡散フーリエ法の位相拡散量を決めるパラメータの最適値が小さくなり,より実用に向いた方法となることが明らかになった.[2]エイリアスレス画像再構成の応用MRIエイリアスレス再構成では,標本化定理を満足しない少数の信号であっても殆ど折り返しを生じない画像を再生できる.しかし,僅かに偽像が残る場合があった.この残留する偽像は,画像の高周波成分であり,我々が提案するFREBAS変換という多重解像度解析を利用すると分離可能である.そこで,FREBAS変換空間における偽像除去について検討を行った.その結果,殆どの偽像を除去することに成功し,再生像の画質を改善することができた.本研究は,医用画像診断としてますます価値を高めつつある照1において新たな画像再構成法に関する検討を行うものである.汎用法であるフーリエ変換法に位相変調パルスを追加した位相拡散フーリエ法の信号は,被写体のフーリエ変換空間に位置すると同時に被写体の置かれる物体空間にあるとみなせる.これにより,従来までの画像再構成処理に比べて,大幅に柔軟性の増した処理が期待できる.[1]位相拡散フーリエ法の信号に圧縮センシング導入による高速高画質再構成圧縮センシングの導入により標本化定理を満足しない少数の信号から従来の標本化定理では考えられない鮮鋭な画像再生が可能となる.しかしながら,一般に信号量の減少とともに詳細構造が失われ,分解能が低下する傾向がある.本研究では,位相拡散フーリエ変換の信号は事後的に信号帯域を拡大と再生像の分解能改善が可能である特徴を利用し,位相拡散フーリエ法の信号帯域拡大処理を圧縮センシングのアルゴリズムに組み込む方法について検討を行った.その結果,少数の信号から汎用法であるフーリエ変換法の再生像を上回る分解能が得られる可能性が示された.[2]GPUによる圧縮センシング再構成の高速化圧縮センシングによる画像再生では多数回の反復処理を必要とするため,一般に膨大な計算コストを要し,実用上の障害となっている.

そこで本研究では,PCに搭載されているGPUを汎用的な処理に使用する方法により,圧縮センシングによる画像再生の高速化を試みた.実験の結果,単一画像の再構成を1.3秒で行うことができ,CPU計算に比べて約9倍の高速化を達成することができた.
脳の性分化過程における神経細胞死と性ホルモン

脳の性分化の過程で,性ステロイドが特定のニュ-ロン群の細胞数を調節していると考えられるようになった。最近,我々はゴメドトロピンの週期的分泌調節に関係あるラットの視束前野の前腹側脳室周囲核(AVRVN)で,周生期の性ステロイド投与によりニュ-ロン数が減少し,神経核の大きさが小さくなるのを見いだした。その際に,AVPVNの領域内にピクノ-シスを示すニュ-ロンが有意に増加する。胎生15日にBromodeoxyuridine(BrdU)を姪娘の母親を介して注射し,分裂中のニュ-ロンを標識し,AVRN域内のBrdU標識ニュ-ロンに対するアンドロゲンの効果を調べた.その結果,胎生17日では,雌,雄の対照群とアンドロゲン投与の雌群との間で有意の差はなかったが、胎生21日では,BrdU標識ニュ-ロンはAVPVN領域内で,アンドロゲン投与群で有意に減少し,雄対照群とほゞ等しくなった。さらに,この時期のAVPVN領域内でのピクノ-シス像の頻度を調べてみると、アンドロゲン投与群の雌と対照雄では,対照雌と比べて有意に多かった。このことは,胎生期のアンドロゲンはAVPVNの神経細胞の数を減少させるが,そのメカニズムはアンドロゲンが神経細胞の発生を抑制するのではなく,アンドロゲンがAVPVNの神経細胞の細胞死を促進していることが判明した。細胞死の他に,発生過程の神経核の神経細胞の数の調節因子として,ニュ-ロンの移動によるニュ-ロン数の増減が考えられる.本研究ではLHRHニュ-ロンの発生と援動についてニワトリ胚を用いて研究し,LHRHニュ-ロンが嗅上皮に由来し,脳外から脳内へと移動する可能性が示された。脳の性分化の過程で、性ステロイドが軸索や樹状突起の伸展やシナプス形成を促進するばかりでなく、性ステロイドが特定のニュ-ロン群の細胞数を調節していると考えられるようになった。最近、我々はゴナドトロピンの周期的分泌調節に関係あるラットの視束前野の前腹側脳室周囲核(AVPvN)で周生期の性ステロイド投与によりニュ-ロン数が減少し、その際,AVPvN領域内に細胞死を示す組織像が多く見られることを見出した。本年度の研究結果は次のようなものである。(1)胎生14日にBromodeoxyuridine(BrDU)を注射してニュ-ロンに分化した細胞を標識すると,AVPvN領域内のBrDU標識ニュ-ロンは胎生14日以後のアンドロゲンによってニュ-ロン数が減少する傾向があるので,性ステロイドはニュ-ロン増殖を抑制するのではなく,ニュ-ロン分化後に細胞が減少することが判明した。(2)AVPvNニュ-ロンにはANP陽性ニュ-ロンが多数存在するが、ANP陽性ニュ-ロンは新生期のアンドロゲン投与によって減少する細胞群ではなく、むしろ、チロシン水酸化酵素(TH)陽性細胞が、新生期のアンドロゲンによって有意に減少した。したがって、TH陽性ニュ-ロンはAVPvNの性ホルモンによる細胞死を示す細胞群のマ-カ-のひとつになり得る。(3)エストロゲン受溶体に対する抗体を用いて、AVPvN内のエストロゲン受容体含有ニュ-ロンの存在が免疫組織化学的に証明された。前年度はラットの視束前野の前腹側脳室固囲核(AVPVN)の発生過程で,アンドロゲンが,AVPVN領域のニュ-ロンの細胞死を促進することを報告した。BrDUを胎生15日に注射し,BrDU標識細胞に対するアンドロゲンの影響を調べた。

その結果,胎生17日ではBrDU標識細胞は対照群とアンドロゲン投子群との間に有意な差は認められなかったが,胎生21日では,BrDU標識細胞はアンドロゲン投子群で有意に減少した。また,この時期にAVPVN領域にピクノ-シス(変性)像を示すニュ-ロンが有意に増加することから,15日以後の周辺で分化したニュ-ロンがアンドロゲンによって細胞死に至る可能性が示された。発生過程の神経核の形成過程において,ニュ-ロン数の増減にニュ-ロンの移動が一つの要因として働いている。今回は,ニワトリ胚を用いて,LHRHニュ-ロンの発生を調べた。その結果,LHRHニュ-ロンが嗅板の上皮に由来し,嗅神経にそって,脳外から脳内へ移動して行くことが明らかになった。LHRHニュ-ロンが嗅神経にそって移動して行くとき,シアル酸に富む胎兒型NCAMが嗅神経とLHRHニュ-ロンに発現し,ニュ-ロンの移動が終ると消失することが判明した。また,早期ニワトリ胚の嗅枝を片側除去すると,無傷側は正常と同様にLHRHニュ-ロンは発生し,嗅上皮から嗅神経にそって前脳へと移動し,最終的には視束前野や中隔に位置する称いなるのに対して,片側の嗅枝が完全に除去された場合,手術側にはLHRHニュ-ロンを完全に欠くことが証明された。このことから,LHRHニュ-ロンの起源は脳内ではなく,嗅枝上皮に由来することが判明した。
ティッシュエンジニアリングによる直接覆髄法の確立を目指した開拓的研究

本研究課題は、未分化間葉系幹細胞を含む硬組織恒常性に関与する細胞群における分化制御機構の一端を明らかにし、ティッシュエンジニアリングによる直接覆髄法の確立へとつなげようとするものである。これまでの解析により、マウスの頭蓋冠から採取した未分化間葉系幹細胞を含む付着細胞は水酸化カルシウムにより骨芽細胞に分化誘導されることが解っている。そこで、さらにリアルタイムPCR法を用いて骨芽細胞分化マーカーについて検索を行ったところ、水酸化カルシウムはOPN、OCNおよびALPの発現を誘導することがわかった。また、カルシウム受容体シグナル伝達経路の下流分子であるERK、p38およびJNKの特異的阻害剤は、水酸化カルシウムによって誘導される石灰化を抑制することも明らかとなった。一方で、直接覆髄において硬組織の吸収は良好な予後の妨げとなる。そこで、硬組織の吸収に関与する破骨細胞の分化についても検索を行い、これまでにgp130のシグナルが活性化すると破骨細胞の分化が抑制されることが明らかとなっている。本年度は、その抑制性制御メカニズムについて検索を行ったところ、gp130のシグナルはRANKL-RANKシグナル伝達経路のJNKおよびNFKBの活性化を特異的に抑制していることが分かった。さらに詳細なメカニズムを解析する目的で、RANKL(100ng)およびIL-6(100ng)にて刺激したマウス破骨細胞前駆体からmRNAを抽出し、発現量の変化した遺伝子群をマイクロアレイにて検索した。その結果、JNKの脱リン酸化に関与しているMKP1およびMKP7の発現が上昇し、NFKBの転写活性を制御するユビキチンシステムに関与するSenp2およびCu14Aの発現が低下していることを明らかにした。本研究により得られた知見は硬組織恒常性に関与する細胞群における分化制御機構の一端を明らかにするものである。未分化間葉系幹細胞は,骨芽細胞や象牙芽細胞などへ分化する幹細胞として,歯科領域において重要な役割を果たす細胞集団とされている。本研究課題は,この未分化間葉系幹細胞から硬組織構成細胞への分化制御機構の一端を明らかにし,最終的にはティッシュエンジニアリングによる直接覆髄法の確立へとつなげようとするものである。平成19年度では,直接覆髄剤として使用されている水酸化カルシウムを用いて骨芽細胞への分化機構について解析を行った。哺乳一日齢マウスの頭蓋冠から未分化間葉系幹細胞を含む付着細胞を採取し,この細胞を水酸化カルシウム含有αMEMにて培養し,MTT assayにて増殖能を評価した。また、石灰化能についてはnodule assayにて検討を行った。その結果,水酸化カルシウムは,骨芽細胞の増殖には影響を与えないが,分化を促進することが明らかとなった。また、頭蓋冠から調整した付着細胞にカルシウム受容体が発現していることが確かめられ、水酸化カルシウムが細胞に与える効果はカルシウム受容体を介していることが示唆された。そこで,カルシウム受容体の下流に存在するErk1/2、p38およびJNKの活性化について調べると.これらのシグナル伝達分子が活性化されていることがわかった。一方で.硬組織の恒常性は硬組織の添加および吸収によって保たれており,直接覆髄において硬組織の吸収は良好な予後の妨げとなる。そこで,硬組織の吸収に関与する破骨細胞の分化についても検索を行った。その結果,gp130のシグナルが活性化するとTRAP陽性多核細胞が減少するといった破骨細胞の分化を抑制性に制御していることが予測される興味深い結果が得られた。gp130は,LIFを含むIL-6ファミリーサイトカインの共通の受容体として知られている。次年度は,カルシウム受容体シグナルおよびサイトカインシグナルの見地からより詳細な分化制御シグナルの解析を行う予定である。
テレ・マクロ/マイクロ操作加工システムにおける情報の予測強調提示に関する研究

本研究では、本年度はマシニングセンタを用いた遠隔加工を対象とし、操作性を向上するため人間の五感への各種情報提示を行なうマルチ・モーダルな情報提示システムの構築法、および、遠隔操作加工システムで問題となる時間遅れを補償する手法についての研究を行った。視覚情報提示については、時間遅れを補償するために工作物の幾何学形状をz-mapを用いて表現した。加工中に工作物の形状が時々刻々と変化するためリアルタイムでモデルを変更する必要があり、比較的演算量が少ない本手法を採用した。また、加工においては加工後の工作物の表面粗さが重要である。しかしながら、切削中は加工表面は切屑や切削液に覆われ加工表面を見ることは不可能である。そこで、加工中に発生する多軸力情報をセンシングし、それを視覚情報に変換することによって加工表面を強調提示した。聴覚情報提示については、切削力を聴覚に変換し操作者に提示した。正常切削時の切削音は加工の物理モデルから計算して提示した。音の振幅は切削力の大きさに比例させ、周波数は主軸回転数を用いて生成した。不安定時の切削音は実験的に求めた安定限界以上の条件の場合にあらかじめ設定した周波数の音を提示した。また、音のON/OFFは前述した形状モデルによって決定した。触覚情報提示については、加工状態を振動として操作者の触覚に提示した。2+1次元ジョイスティックの手で把持する部分に偏心したおもりとモータとを取り付け、工作機械側から受信した加工状態指数に応じてこのモータの回転数を制御し、その振動により加工状態を提示した。また、複数操作者が協調して1つの工作機械を動作させるためのネットワーク上でのソフトウェアをマルチ・エージェント・システムとして構築した。
素構造の設計・作製と空間分布制御

1.有機単分子膜の構造秩序化法として2段階冷却結晶化法、温度制御多段階クリープ法、再結晶多段階クリープ法、圧縮-膨張多段階クリープ法を提案し、従来の連続圧縮法と比較して著しく結晶学的連続性が長く、乱れ度の少ない超低欠陥単分子膜の作製プロセスを開発した。これらの手法に基づき調製した脂肪酸単分子膜のモアレ像を初めて観察するととに成功すると共に、C_<60>分子を化学修飾することなく単一ドメインのC_<60>単分子の作製に成功した。2.連鎖的な電子移動反応の例として亜鉛テトラフェニルポルフィリンとルテニウム錯体が結合した分子系を使用し、フェトム秒時間分解蛍光分光測定に基づき速度論を検討した。フエトム秒領域の電子移動反応では、波動関数の時間発展に関して比較的強い相互作用の場合に生じる始と終状態の間のリカレンスと溶媒の再配向過程を同時に考慮すべきことを見出した。3.ヌクレオシドアルキルシリル誘導体は、水素結合部位が核酸塩基部位での多重水素結合によるユニット形成とその積層化という階層的プロセスによる組織構造形成が容易であるため溶媒や金属塩共存下で多様な分子組織体を形成することを見出した。4.パルスモーターで表面間の距離を1パルス当たり0.005nmきざみで、46μmの距離にわたって移動可能な表面力測定装置を開発し、ガラス表面への2成分混合液体の選択吸着機構を解析した。エタノール/ミクロヘキサン混合系でエタノール濃度0.1モル%の場合、表面間距離5nmまでは吸着層の接触、表面間の橋架けに起因する引力と、また、表面から25nmの間では、表面近傍の構造形成に基づく斥力が観測された。5.サブユニットが共に炭化水素型で分子構造は両親媒性を示さない場合にも、両者が水素結合を介して組織化することにより各サブユニットの溶媒に対する親和性に差が生じ、超分子化により両親媒性を発揮することができる例を見出している。炭化フッ素鎖を疎水部とする両親媒性分子は相補的水素結合ネットワークの形成により有機媒体で安定な分子膜組織化が可能となった。1.脂肪酸の水面単分子膜の融点(Tm)と結晶緩和温度(Tαc)を面積弾性率と電子線回折像の水相温度(Tsp)依存性より決定した。脂肪酸分子間の反揆力が小さい場合には、Tsp<Tαc<Tmで「圧縮融着配向・結晶性単分子膜」、Tαc<Tsp<Tmで「ランダム配向・結晶性単分子膜」、Tm<Tspで「非晶性単分子膜」となり、又分子間反揆力が大きい場合には、Tαc<Tsp<Tmで「圧縮結晶化単分子膜」となるという有機水面単分子膜の新しい分類体系化に成功した。2.脂肪酸単分子膜の新しい分類体系化に基づき、多段階クリープ法あるいは冷却結晶化法の組合せにより大面積・低欠陥単分子膜の構築に成功した。結晶学的に高品質の単分子膜を使用し、原子間力顕微鏡により脂肪酸分子配列と刃状転移の直接観察に世界で初めて成功した。3.脂肪酸の大面積・低欠陥単分子膜を累積したLB膜は、一般の単分子膜作製法である連続圧縮法により調製したLB膜と比較してその表面は著しく平坦であり、LB膜表面光散乱による光強度の減衰の著しく低い光導波路を構築することに成功した。4.相補的水素結合部位(バルビツール酸)と機能性発色団が連結(共役)した新規サブユニット分子の設計・合成を行った。芳香族発色団としては、フェニル基、ナフタレン、アントラセンやピレンを用いた。5.親水基を含むイソシアヌル酸誘導体とメラミン長鎖誘導体(疎水部)を水中で混合すると、水溶液中における水素結合分子認識・疎水的相互作用を駆動力として、自発的に二分子膜組織が構成された(自律組織化)。また、イソシアヌル酸誘導体を一種類、またメラミン誘導体を二種類用いたところ、混合直後には3成分の混合複合膜が形成されるが、時間の経過とともに2種類の会合体へ分離することが明らかとなった。速度論的に安定な3成分複合体状態から熱力学的に安定な2成分複合体への移行は、水素結合の組み替えを伴うことが分かった。1.水面上での構造緩和現象に基づいた単分子膜調製法である多段階クリープ法により、調製されたC60膜の高分解能AFM像は、C60分子が2次元六方晶に最密充填していることを示している。C60膜の厚さは0.70.8nmであり、π電子雲を含んだC60の分子直径が0.7nmであることから、多段階クリープ法により調製されたC60膜は単分子膜であると結論できる。2.一連のシアニン色素分子から成るLB多層膜における連鎖型励起移動では、各色素分子の蛍光生成・減衰曲線の解析から、移動経路には2種類あり、通常の弱い相互作用機構に基づく遅い移動(100ps1ns)と、速い移動過程(110ps)があり、これらの特性が分子連鎖に依存することを見出した。3.両親媒性物質のミクロ相分離に基づく自己組織化能に注目し、多重水素結合で形成されるユニットに両親媒性構造をもたせ、ユニットの自己組織化分子系超構造を形成した。ヌクレオシドのリボース水酸基に極性が低く屈曲性の高いアルキルシリル基を導入した誘導体を合成した。

この分子は、水素結合部位が核酸塩基部位のみに限定され、さらに剛直性と屈曲性、極性と非極性の様な相反する性質を分子内に有する両親媒性構造となり、多様な分子集合状態の形成が可能となった。4.核酸塩基対形成の相互作用を調べるために、アデニン、あるいはチミンのアンモニウム型長鎖誘導体(一鎖型および二鎖型)の単分子膜を、雲母基板上にLB法で1層移し、その間の相互作用を測定した。一鎖型と二鎖型は、生理的なpHで相補的な塩基対の場合には、遠距離から安定な引力が働くことを確認した。5.自律組織化が相補的水素結合部位のみでなく、サブユニット分子構造に依存したプロセスであることを明らかにする目的で、三分子系超分子組織体の自律組織化について検討した。自律組織化によって得られる水溶性分子膜複合体においては、サブユニット分子の構造が厳密に識別され、サブユニットの分子構造に依存した分子組織状態の制御が可能となった。1.有機単分子膜の構造秩序化法として2段階冷却結晶化法、温度制御多段階クリープ法、再結晶多段階クリープ法、圧縮-膨張多段階クリープ法を提案し、従来の連続圧縮法と比較して著しく結晶学的連続性が長く、乱れ度の少ない超低欠陥単分子膜の作製プロセスを開発した。これらの手法に基づき調製した脂肪酸単分子膜のモアレ像を初めて観察するととに成功すると共に、C_<60>分子を化学修飾することなく単一ドメインのC_<60>単分子の作製に成功した。2.連鎖的な電子移動反応の例として亜鉛テトラフェニルポルフィリンとルテニウム錯体が結合した分子系を使用し、フェトム秒時間分解蛍光分光測定に基づき速度論を検討した。フエトム秒領域の電子移動反応では、波動関数の時間発展に関して比較的強い相互作用の場合に生じる始と終状態の間のリカレンスと溶媒の再配向過程を同時に考慮すべきことを見出した。3.ヌクレオシドアルキルシリル誘導体は、水素結合部位が核酸塩基部位での多重水素結合によるユニット形成とその積層化という階層的プロセスによる組織構造形成が容易であるため溶媒や金属塩共存下で多様な分子組織体を形成することを見出した。4.パルスモーターで表面間の距離を1パルス当たり0.005nmきざみで、46μmの距離にわたって移動可能な表面力測定装置を開発し、ガラス表面への2成分混合液体の選択吸着機構を解析した。エタノール/ミクロヘキサン混合系でエタノール濃度0.1モル%の場合、表面間距離5nmまでは吸着層の接触、表面間の橋架けに起因する引力と、また、表面から25nmの間では、表面近傍の構造形成に基づく斥力が観測された。5.サブユニットが共に炭化水素型で分子構造は両親媒性を示さない場合にも、両者が水素結合を介して組織化することにより各サブユニットの溶媒に対する親和性に差が生じ、超分子化により両親媒性を発揮することができる例を見出している。炭化フッ素鎖を疎水部とする両親媒性分子は相補的水素結合ネットワークの形成により有機媒体で安定な分子膜組織化が可能となった。
乾燥地域における持続的農業推進のための農業用水管理に関する研究

これまでの3ヵ年の研究を通して、乾燥地域の農業用水のあり方について指針を示す事ができた。本研究の対象となった3ヵ国(カザフスタン、パキスタン、エジプト)では降雨を中心とした自然条件には大差がないものの、灌漑農業の生産性や持続性には大きな違いが見られる。こうした持続性や生産性に大きな影響を及ぼしているのが、農地への塩類集積や湛水による土地の荒廃である。つまり、乾燥地域の農業では、灌漑の導入により、一定の期間は高い農業生産を維持できるものの、適正かつ効率的な用水の管理が行われなければ、徐々に地下水位の上昇を招き、それが塩類集積へとつながり、持続的生産を行うことが不可能となる。一方、水資源に限界のある乾燥地域では地下水位を下げすぎると灌漑必要水量が多くなり、灌漑用水量の増大を招く危険性もある。このため、一定の範囲内に地下水位をコントロールすることが重要であり、乾燥地域において持続的な灌漑農業を行うためにはこの塩類集積と地下水位の微妙なバランスを維持することが重要となる。乾燥地域の持続的生産のためには(1)潅漑水の適正な配分(2)地下水位の適正な管理(3)潅漑水の管理組織の整備(4)作付け体系の検討が重要な課題であり、それを実現するための施設や基盤の整備、関係機関、農民への訓練や普及を強化する必要がある。また、塩害問題に対するリモートセンシングの活用については、技術的には衛星画像の利用により塩類集積地域の特定はできるものの、塩類集積の程度や水供給、排水状況との関係を、明確にし、モデル化することは容易ではなく、現地における踏査ならびに確認が必要となる。今後は、現地調査を実施し、乾燥地の農業生産にとって重要なパラメーターの詳細な調査を、それに基づくモデル化により、地域毎に違ったガイドラインの設定が可能になると考える。塩類集積・沙漠化進行の実態に関しては、これまでに情報の収集を行ったアラール海流域に加え、パキスタン(ラホール周辺)、エジプト(ナイル川河口新規潅漑地域)各国の潅漑農業に伴う農業生産、塩類集積等の実態について情報の収集行い、塩類集積のメカニズムの解明を行った。この結果、ほぼ同じ乾燥条件下にある、エジプト、アラール海周辺、パキスタンにおいて塩類集積およびそれに伴う作物収量に大きな程度の差があることが明らかとなった。これは、設計に用いられた用水量および水の配分の違いが大きな要因であると考えられる。したがって、リーチング用水を含む適正な用水量の確保、適正な水の配分といった水管理面での対応が重要であると考えられる。さらに、国によっては同じ地区の隣合った圃場においても塩分被害に違いが見られ、営農面での木目細かい対応も塩分の動態に影響を及ぼしていると思われる。また、パキスタンにおいては衛星画像処理により広域的な塩類集積と植生の状況変化に関する分析も行った。これによって、排水路周辺部に塩類集積が発生していることが明らかとなり、排水状況の違いが塩類の集積に大きな影響を及ぼすことが確認できた。また、ミクロレベルの調査による潅漑の上流端および下流端での塩分被害および収量の違いも、マクロレベルの検討で確認することが可能となった。今後は、今年度の調査結果を基に、圃場レベルでの地域条件の変動も考慮した農業用排水管理モデルの作成を行う。この場合、併せて地下水位の変動についても検討を行い、それに対応した排水量・排水施設設備について検討を行う。さらに、塩類化が進行しつつある地域において持続的に農業を実施していくために必要な除塩用水量を確定し、水管理モデルとの整合を図る。前年度の研究が、3ヶ国(カザフスタン、パキスタン、エジプト)の潅漑農業に係わる全般的な情報の収集行い

マクロのレベルから検討を行ったのに対して、本年度はカザフスタン(クジル・オルダ左岸潅漑地区)、パキスタン(パンジャブ州、ファイサラバード周辺地区)について地域を限定し、一定の条件下での塩類集積メカニズムの解明と、用水管理の影響について重点的な研究を行った。この結果、単位用水量の絶対的な不足の見られるパキスタンにおいては、水路の上流-下流間で不平等な水配分が行われ、適正な水配分を受ける事のできない下流端では、塩分を含んだ地下水に依存した潅漑が行われ、塩類集積に拍車をかけている。また、パキスタンにおいては圃場レベルの地表排水施設が不足しており、これが集積した塩分をリーチングする場合の阻害要因になっているように考えられる。カザフスタンにおいては、用水量は比較的豊富であるものの、排水施設の老朽化、維持管理不足による荒廃により、その機能が十分発揮されておらず、ウオーターロッギングおよび塩害の大きな原因となっている。また、輪作体系の中に水稲作を組み込む事により畑作により集積した塩類をリーチングする営農が行われているが、排水が不十分なため、水稲作に伴う地下水位の上昇が周辺畑地の塩害に結びついているものと考えられる。両地区においては塩類集積の状況を、衛星画像によりマクロ的に把握し、用水路の下流端や排水不良であると考えられる地域において塩類の集積が激しい事を明らかにした。また、エジプトについてはナイルデルタのエル・サラーム水路下流域を対象とする事とし、地域を限定した研究に着手した。この地域の衛星画像も入手し、マクロレベルでの塩類集積の状況と、水路の配置、排水状況の観点からパキスタン、カザフスタンと同様の検討を行い、最終的な水管理モデルの策定を開始した。本年度は3ヵ年の研究のとりまとめとして、これまで行ってきたカザフスタン、パキスタンに加え、乾燥地において一定の持続的生産を行っているエジプトの潅漑農業に重点をおいて研究を行った。エジプトにおいては水資源の絶対的不足から排水の再利用が進められており、ナイルデルタの水管理や体付け体系の変化は排水の再利用の必要性や農地の塩害の進行やその対策にも影響を及ぼす事になる。農業用水の効率利用により、塩分濃度の高い排水の再利用の抑制や、塩害抑制に効率のある水稲の作付けを拡大する事も可能である。このためナイルデルタの塩害問題の対応には広い範囲での塩分と水収支を検討し、管理制御していく事が重要である。これまでの3ヵ年の研究を通して、乾燥地域の農業用水のあり方について指針を示す事ができた。本研究の対象となった3カ国(カザフスタン、パキスタン、エジプト)では降雨を中心とした自然条件には大差がないものの、潅漑農業の生産性や持続性には大きな違いが見られる。乾燥地域の持続的生産のためには(1)潅激水の適正な配分(2)地下水位の適正な管理(3)潅漑水の管理組織の整備(4)作付け体系の検討が重要な課題であり、それを実現するための施設や基盤の整備、関係機関、農民への訓練や普及を強化する必要がある。また、塩害問題に対するリモートセンシシグの活用については、技術的には衛星画像の利用により塩類集積地域の特定はできるものの、塩類集積の程度や水供給、排水状況との関係を、明確にし、モデル化することは容易ではなく、現地における踏査ならびに確認が必要となる。
ガラス系とジャミング系の「動的不均一性」の統一的理解に向けたシミュレーション研究

本年度は,ガラス系における,1)過冷却液体の緩和時間の温度依存性であるフラジリティの生成メカニズム,2)理想ガラス転移点の抽出,そして,3)ジャミング転移とガラス転移の関係,という3つのテーマに関してコンピュータシミュレーションを用いた研究を行った。1)のテーマであるフラジリティの本質を理解するためには,フラジリティを系統的に変化させ,ストロングガラスとフラジャイルガラスを橋渡しするようなシミュレーションモデルが必要であると考えた。そこで本研究では,単純な相互作用をしながらも,ネットワークを形成するストロングガラスからコロイドのように等方的な局所構造を形成するフラジャイルガラスまでを,ひとつのパラメータで制御することができるシミュレーションモデルを提案した。2)のテーマである理想ガラス転移を実現させるため,細孔系のモデルである,ランダムピンニング系の大規模なシミュレーションを行った。そして,エントロピーがゼロになる状態をシミュレーションにより生成し,理想ガラス転移点を抽出することに初めて成功した。さらに,得られた理想ガラス転移点から,過冷却液体相と理想ガラス相の相図を描くことに成功した。3)のテーマに関して,ガラス転移とジャミング転移の間には,熱ゆらぎの有無という本質的な違いがある。そのため,これまでジャミング転移とは温度ゼロのガラス転移という主張があった。しかしながら我々は、高度に最適化されたアルゴリズムを用いて,ジャミング転移点よりも高密度の過冷却液体をシミュレーションすることに成功した。その結果,ガラス転移とジャミング転移は直接的には関係ないことを示した。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題の目的は,ガラス・ジャミング系が示す動的不均一性をコンピュータシミュレーションを用いて理解することである。動的不均一性とは,粒子の「よく動ける領域」と,「ほとんど動けない領域」の時空間的なパターンが現れる現象である。この時空間的なパターンの特徴的な長さスケールは,低温または高密度になるに従って劇的に増大することが知られている。このことは,ガラス・ジャミング系においてもある種の臨界現象が存在することを示唆する。本年度は,ガラス系の臨界現象を引き起こす臨界点だと予想されている理想ガラス転移温度の抽出をシミュレーションを用いて試みた。ガラス転移の有力理論であると言われているランダム一次転移理論では,理想ガラス転移温度の臨界性に基づいてガラス系のスローダイナミクスや動的不均一性を説明する。しかしながら,緩和時間が推定される理想ガラス転移温度に向かって劇的に増大するため,通常の実験やシミュレーションによって臨界点の存在を検証することは極めて困難である。そのため,これまでの実験やシミュレーションによる理想ガラス転移の研究は,高温からのエントロピーの外挿やフィッティングに依拠していた。近年,この困難を克服するため,ランダムピンニングという方法がランダム一次転移理論の枠組みの中で提唱された。ランダムピンニングとは,過冷却液体の配置からランダムに粒子を選び,先に止めてしまう操作である。そして,止められた粒子の割合cを新たなコントロールパラメータとしてガラス転移を制御する。cを増大させると,理想ガラス転移温度が実験やシミュレーションで到達可能な温度まで上昇することが理論的に予想された。そこで本研究では,ランダムピンニングガラス系のシミュレーションを行い,理論的な予想の検証を行った。そして,エントロピーがゼロになる状態をシミュレーションにより生成し,理想ガラス転移温度を抽出することに初めて成功した。さらに,得られた理想ガラス転移温度をcの関数として求めることで,過冷却液体相と理想ガラス相の相図を描くことに成功した。これらの結果は,ランダム一次転移理論による動的不均一性のシナリオを強く支持するものである。当初の予定では,コンピュータシミュレーションを用いてガラス系とジャミング系の動的不均一性を同時に解析・比較研究を行う予定であった。しかしながら本年度は,ガラス系における動的不均一性を引き起こす根本的な原因だと予想されている理想ガラス転移の問題に取り組んだ。そのため,当初の研究計画よりも進展は遅れてはいるが,ガラス系の理想ガラス転移について多くの知見を得ることができ,論文を投稿する所までできている。

27年度が最終年度であるため、記入しない。本年度の研究によって,ガラス系の動的不均一性の原因であると考えられている臨界点,理想ガラス転移温度の抽出に成功した。そこで来年度は,ガラス系における動的不均一性の解析と理想ガラス転移との関係について探求する。その後,ジャミング系の動的不均一性を解析し,ガラス系との比較研究を行う。そして,ガラス・ジャミング系の動的不均一性の統一的な理解を試みたい。得られる結果を,研究会や会議で発表・議論を行い,研究をより深めていく。
外科手術における免疫反応の性差とDHEAの関連に関する研究

胃癌(29例:男21例,女8例),大腸癌(42例:男26例,女16例),食道癌(21例:男17例,女4例)手術症例で性差の重要な因子である性ホルモンの末梢血17β-estradiol,testosterone,DHEAと炎症性サイトカインを経時的に測定した.男性が女性より術後の炎症性サイトカイン値が高値であり,重篤な術後合併症の頻度が高かった.術後のtestosterone/17β-estradiol比は,男性症例で合併症を併発する症例では術後低値を持続するのに対し,合併症を併発しない症例は有意に高値を示した.DHEAは術後の変動には差がなかった.さらに,手術侵襲で脂肪組織からアディポネクチン産生は低下,レプチン産生は亢進し,その産生能の変化にtestosterone/17β-estradiol比あるいはtestosterone値が関与していることが示された.末梢血アディポカイン値と性ホルモン値に有意な相関から,性ホルモンの影響下による脂肪細胞の働きが術後合併症の発生機序の一つである可能性が示唆された.胃癌(29例:男21例,女8例),大腸癌(42例:男26例,女16例),食道癌(21例:男17例,女4例)手術症例で性差の重要な因子である性ホルモンの末梢血17β-estradiol,testosterone,DHEAと炎症性サイトカインを経時的に測定した.男性が女性より術後の炎症性サイトカイン値が高値であり,重篤な術後合併症の頻度が高かった.術後のtestosterone/17β-estradiol比は,男性症例で合併症を併発する症例では術後低値を持続するのに対し,合併症を併発しない症例は有意に高値を示した.DHEAは術後の変動には差がなかった.さらに,手術侵襲で脂肪組織からアディポネクチン産生は低下,レプチン産生は亢進し,その産生能の変化にtestosterone/17β-estradiol比あるいはtestosterone値が関与していることが示された.末梢血アディポカイン値と性ホルモン値に有意な相関から,性ホルモンの影響下による脂肪細胞の働きが術後合併症の発生機序の一つである可能性が示唆された.消化器外科手術では,術後のsystemic inflammatory response syndrome(SIRS)の程度が高度であるほど術後合併症の頻度は増加することが知られている.動物実験では,生体侵襲後の生理機能や免疫能に性差が認められると報告されている.臨床手術症例でも術後のSIRS・合併症の頻度や程度に性差があると仮定し,消化器外科手術を対象に,心肺循環・肝腎機能障害の程度,術後合併症の発生の有無などの臨床経過を記録する.臨床研究では,食道癌手術症例で性差の重要な因子である性ホルモンの末梢血中17□-estradiol, testosterone,5□-dehydrotestosterone, DHEAを経時的に測定した.術後合併症を併発する症例は,男性が女性より頻度として多く.術後のtestosterone/17□-estradiol比は,男性症例で合併症を併発する症例では術後低値を持続するのに対し,合併症を併発しない症例は有意に高値を示した.DHEAは術後の変動には差がなかった.この結果を,来年度中の外科関連の学会に報告する予定である.さらに来年度は,症例数・サンプル数を増やし,これら測定値の変動,生体反応と臨床経過に関連があるのか,さらに性差が免疫反応に影響を及ぼすのかを検討しその機序を解明する.臨床研究では,食道癌手術症例で性差の重要な因子である性ホルモンの末梢血中17β-estradiol,testosterone,5α-dehydrotestosterone,DHEAを経時的に測定した.術後合併症を併発する症例は,男性が女性より頻度として多く.術後のtestosterone/176-estradiol比は,男性症例で合併症を併発する症例では術後低値を持続するのに対し,合併症を併発しない症例は有意に高値を示した.DHEAは術後の変動には差がなかった.この結果を,平成18年度の外科関連の学会に報告した.さらに,最近注目されている脂肪代謝にも男女差,性ホルモン値の関与が示唆され,脂肪細胞から分泌されるアディポネクチン等のアディポサイトカインを測定した.さらに症例数・サンプル数を増やし,これら測定値の変動,生体反応と臨床経過に関連があるのか,さらに性差が免疫反応に影響を及ぼすのかを検討しその機序を解明する.
マルチフェロイック物質RMn205の巨大電気磁気効果の起源

本研究の目的は、マルチフェロイック物質RMn205の大きな電気磁気相互作用の起源をその磁気構造と結晶構造から探ることである。そのために、精密な磁気構造解析を低温高圧中性子回折により実施するための技術開発、放射光を使用した超精密構造解析手法の開発を行った。また、迅速測定のために中性子大型湾曲検出器の開発を行った。その結果、RMn205の強誘電性を伴う新たなタイプの磁気構造を発見した。また、磁気整合相強誘電相での空間群の決定に成功した。本研究では、マルチフェロイック物質RMn_2O_5の磁気的・構造的・誘電的性質を解明してその巨大電気磁気効果の起源を解明する。平成21年度は次のことを実施した。(1)高効率測定を可能とする大型中性子2次元カウンターを韓国原子力研究所と開発してきたが、最終的な装置テストを現地で行い、今回の研究のための設計、発注と納入を行った。(2)RMn_2O_5では多数の磁気相互作用が存在し、この競合的な相互作用とフラストレーションにより様々な長周期磁気構造が発生する。Mn^<4+>O_6鎖内相互作用によるカイラル磁気構造と、Mn^<4+>O_6鎖を結ぶMn^<3+>O_5による磁気相互作用が提案されているが、これを明確にするためにYMn(Mn_<1-x>Ga_x)O_5混晶系を作成して中性子4軸回折装置で研究した。これは、Mn^<3+>O_5を磁気モーメントを持たないGa^<3+>O_5に置換することにより、Mn^<3+>O_5の役割を明確にすることが出来ると期待した実験である。Ga原子の入るサイト、実際に置換した量、原子間距離と間の角度の組成変化を単結晶中性子構造解析でまず明確にした。さらに、磁気伝搬ベクトルの温度変化、誘電率と電気分極の温度変化、帯磁率の温度変化から詳細な温度組成相図を作成した。その結果、Gaで希釈すると磁気整合・強誘電相が消滅することが判明した。このことにより、Mn^<3+>O_5を介した相互作用の働きと磁気整合・強誘電相の起源の一部が明らかとなった。(3)TmMn_2O_5の磁場による電気分極のb軸からa軸方向へのフロップ現象を誘電率、電気分極、偏極中性子回折で詳細に調べPhys.Rev.Letに掲載された。平成22年度は次のことを実施した。(1)設置した大型中性子二次元検出器の初期テストを行い、不都合な点などを見つけて調整した。(2)韓国原子力研究所のHANARO原子炉に設置している二次元検出器の一号機を用いて、高効率中性子測定のための条件の洗い出しやプログラム開発を行った。いくつかの標準試料で構造解析が出来るまでに測定手法は進展した。(3)YbMn_2O_5の電気測定の実験からTmMn_2O_5と同様な外部磁場による電気分極の90度回転現象を発見した。また、この物質の強誘電相と磁気秩序相の温度磁場相図を完成した。(4)(TmYb)Mn_2O_5の混晶系の中性子実験をJ-PARCのi-xMATERIAで行った。同時に行った電気測定と磁気測定から温度組成相図を作成した。(5)放射光を用いて、中性子では実験が困難なEuMn_2O_5とSmMn_2O_5の強誘電秩序に伴う格子変調磁気歪みを測定して、これらの物質での磁気伝搬ベクトルの温度変化を間接的ながら求めた。(6)YMn^<4+>(Mn^<3+>_<1-x>Ga^<3+>_x)O_5におけるスピンカイラリティと分極の関係を偏極中性子実験により明らかにした。(7)EuMn_2O_5とYMn_2O_5の高圧低温での電気分極測定及び中性子磁気伝搬ベクトルの測定を行った。EuMn_2O_5では、これまでのRMn205では見られていない磁気伝搬ベクトルが初めて観測された。なお、平成23年3月に行うはずであった韓国での中性子実験と物理学会での発表は地震のために中止となり、平成23年度に一部繰り越して実施した。平成23年度は次のことを実施した。(1)地震の影響で日本でのJRR-3原子炉を用いた中性子実験が出来なくなっているため、大型中性子二次元検出の開発と応用実験は韓国原子力研究所のHANARO原子炉に設置している二次元検出器の一号機を用いて行った。

(2)同じく、原子炉に設置している四軸回折装置を用いたRMn_2O_5の磁気構造解析の実験も日本では出来ない状況であり、韓国原子力研究所のHANARO原子炉に設置している四軸回折装置で実験を行った。実験により、EuMn_2O_5の高圧低温での磁気構造が解明でき温度圧力相図が明確になった。(3)RMn_2O_5の電気測定の実験を集中的に行い、奇妙なポーリング効果と隠れた秩序による記憶効果を見いだした。(4)平成22年度に測定した(TmYb)Mn_2O_5の混晶系の中性子実験の結果を再解析したところ、固相反応では均一固溶とはならずに完全分離して反応していることが分かった。これを確認するために、フラックス法で単結晶試料を作り、(1)の二次元検出器で構造解析を行ったところ、フラックス法では完全固溶した試料となることが分かった。(5)放射光を用いてYMn_2O_5の強誘電秩序に伴う格子変調磁気歪みと一様原子変位の測定を試みた。この測定のためにHeガス吹きつけ装置設置と多重反射回避プログラム開発を行った。その結果、信頼性の高い消滅則を得ることが出来て、強誘電相の空間群をほぼ確定した。
睡眠時に誘発される咀嚼筋の持続性収縮と顎関節痛に関する検討-下顎側方偏位者を対象として-

顎関節症は歯科領域における第3の疾患とされ、その発症メカニズムの解明は急務な課題である。申請者は、顎関節症状の中でも、特に問題となる顎関節痛に着目し、下顎側方偏位といった不正咬合に睡眠時の不随意な咀嚼筋の持続性収縮が加わることで果して顎関節痛が発現するのか否かを調べるために、以下のような研究を行った。下顎側方偏位を有する成人男子6名を被験者とした。内訳は顎関節痛を現症として有するもの3名(有症状者群)、顎関節症状を有しないもの3名(健常者群)であった。そして、これらの被験者の下顎側方偏位量を検討し、さらにそれらの睡眠時の脳波、眼球運動図、咀嚼筋筋電図(左右の側頭筋・前部・側頭筋・後部、咬筋、顎二腹筋より表面電極にて双極導出)、咬合力(厚さ1mmの感圧導電性エラストマーシートを応用したイナストマーPX-128により計測)を同時記録し、誘発される持続的筋収縮の発現パターンを両群において比較検討し、以下のような結果が得られた。1.有症状者の下顎側方偏位量の方が健常者のそれに比べて大きかった。2.有症状者群、健常者群ともに、睡眠段階が浅化する際に、閉口筋群に一過性の筋収縮が認められ、特に咬筋の筋収縮パターンが咬合力の発現パターンに一致していた。しかし、その持続時間は有症状者群の方が長くなる傾向が認められた。3.visualanalogue scale(VAS)により表示させた顎関節の痛みの量と咬筋筋収縮持続時間との間には、筋収縮持続時間が大きい際にVAS値も大きくなる傾向がみられた。以上より、下顎の側方偏位という不正咬合要素に睡眠時に誘発される咬筋の持続的筋収縮というものが加わることで顎関節痛が惹起されるという顎関節痛発現の1つの機構の存在が示唆された。