hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
X線レーザー開発用超高密度プラズマの流れ解析

レーザー光電界電離法では中性ガスに高強度超短パルスレーザーを照射し,原子に含まれるすべての電子を剥離し,多価電離した超高密度プラズマを生成する.このプラズマ中で多価イオンと電子が三体再結合を起こすことにより反転分布を形成し,X線レーザーを発振する.再結合を効率よく発生させるためには,低い電子温度が要求され,生成した高温プラズマを急冷する必要がある.予め生成しておいた電子温度の低い一価のプラズマに超短パルスレーザーを照射すると,生成する多価プラズマが急冷されることが既に報告されている.しかし,そのメカニズムは明らかにされていない.昨年度本研究でも,上記の現象の数値シミュレーションを行ない,急冷現象を再現できた.本年度には多価プラズマ内部の電子の流動構造や速度分布を分析し,急冷のメカニズムを明らかにした.数値計算では,レーザー照射により円筒状の多価プラズマが生成された瞬間を初期状態として,それ以後の膨張現象をシミュレートした.得られた知見を以下にまとめる.1.高温の多価プラズマが低電子温度のプラズマ中で膨張する場合には,真空中で膨張する場合よりも10倍速く冷却が進行した.2.初期状態において周囲のプラズマに存在した低エネルギーの電子と,多価プラズマに存在した高エネルギーの電子が急速に混合されることが分かった.膨張がほとんど進行していない段階でも多価プラズマ中の電子の半数は周囲プラズマから来た電子であった.3.多価プラズマの電子は高エネルギーであるため素早く外に逃亡するが,イオンは質量が大きいので取り残される.このため多価プラズマの表面付近に強力な電界が形成され,この電界により周囲プラズマ中にある低エネルギーの電子が多価プラズマ中に引き込まれる.これが2で述べた急速な混合のメカニズムである.このことにより多価プラズマの電子温度は必然的に低下する.X線レーザーの発生法として最も有望視されている手法はレーザー光電解電離法(OFI)である.この手法では気体あるいはプラズマに極短パルスレーザーを照射し,トンネルイオン化によって原子あるいはイオンに含まれるすべての電子を剥離する.このことによって多価電離した超高密度プラズマが生成される.このプラズマ中で多価イオンが電子と三体再結合を起こすことにより反転分布が形成され,X線レーザーを発振する.再結合を効率的に発生させるためにはプラズマの冷却が非常に重要である.本研究ではこの多価電離した超高密度プラズマの挙動を数値計算によって再現し,冷却などの物理現象の機構の解明すること,および最適なレーザー発振の条件を見つけることを目的としている.まず,本研究では真空中にある円柱状の超高密度プラズマの膨張現象について計算を行った.その結果,本研究の計算結果は流体力学的な自己相似解と良好に一致し,その妥当性が確認された.また,電子温度の各方向成分の分離は頻繁なクーロン衝突の影響によって大きく緩和されることがわかった.続いて,本研究では一価に電離した低温プラズマ中にある円柱状の超高密度プラズマの膨張現象についても計算を行った.この場合には,プラズマの電子温度が急激に低下することがわかった.このことは実験結果と定性的に一致する.さらに研究をすすめてレーザーの発振条件を調べるためには,再結合衝突などを取り扱う必要がある.本研究では電子とイオンが起こす三体再結合の粒子モデルを新たに開発した.その再結合モデルは非平衡状態にあるプラズマにおいても有効である.レーザー光電界電離法では中性ガスに高強度超短パルスレーザーを照射し,原子に含まれるすべての電子を剥離し,多価電離した超高密度プラズマを生成する.このプラズマ中で多価イオンと電子が三体再結合を起こすことにより反転分布を形成し,X線レーザーを発振する.再結合を効率よく発生させるためには,低い電子温度が要求され,生成した高温プラズマを急冷する必要がある.予め生成しておいた電子温度の低い一価のプラズマに超短パルスレーザーを照射すると,生成する多価プラズマが急冷されることが既に報告されている.しかし,そのメカニズムは明らかにされていない.昨年度本研究でも,上記の現象の数値シミュレーションを行ない,急冷現象を再現できた.本年度には多価プラズマ内部の電子の流動構造や速度分布を分析し,急冷のメカニズムを明らかにした.数値計算では,レーザー照射により円筒状の多価プラズマが生成された瞬間を初期状態として,それ以後の膨張現象をシミュレートした.得られた知見を以下にまとめる.1.高温の多価プラズマが低電子温度のプラズマ中で膨張する場合には,真空中で膨張する場合よりも10倍速く冷却が進行した.2.初期状態において周囲のプラズマに存在した低エネルギーの電子と,多価プラズマに存在した高エネルギーの電子が急速に混合されることが分かった.膨張がほとんど進行していない段階でも多価プラズマ中の電子の半数は周囲プラズマから来た電子であった.3.多価プラズマの電子は高エネルギーであるため素早く外に逃亡するが,イオンは質量が大きいので取り残される.このため多価プラズマの表面付近に強力な電界が形成され,この電界により周囲プラズマ中にある低エネルギーの電子が多価プラズマ中に引き込まれる.これが2で述べた急速な混合のメカニズムである.このことにより多価プラズマの電子温度は必然的に低下する.
火山噴気流量変化測定法の確立と伊豆大島火山の火山活動モニタリングへの応用

火山活動の推移と噴気活動との関係を知り、噴火予知や火山活動モニタリングに役立てるため、噴気活動の定量化を試みた。噴気活動は、その化学組成の変化や温度変化などで時間的な変化をとらえることが行なわれてきたが、噴気流量変化はその測定に困難さがあるため従来から定量的な議論に欠けていた。本研究では、伊豆大島火山のカルデラ床に掘削された高温蒸気が噴出している井戸を用いて、蒸気流量変化を測定することを試みた。1986年の噴火前からこの蒸気は地球化学的な観測に用いられており、例えば、^3He/^4He比が噴火後23ヶ月かかって上昇し、マグマの上昇に伴いマグマ起源のヘリウムが増加したことが明らかになった。噴気流量の測定は、2つの方法を試みた。第1は、噴気が噴出する地表部分に、新たに開発製作した回転する羽根をもつ流量計を設置し、その回転数を電気信号として読みとる方法である。もう1つは、噴気孔の異った深さに温度センサーを置き、測定された温度勾配の時間変化から流量変化を推定する方法である。本研究では、高温蒸気が管内に入り込む深さ150m位置と地表近くの深さ5m位置にサーミスターセンサーを置き、0.01°Cの精度の温度測定を行った。その結果、数日位の短い時間では、150m位置の温度変化が全くといっていい程ないにも拘ず、5m位置では2°C程度の幅で短時間の変動を示していた。この変化は、回転流量計による時間変化とかなりよく似ており、気圧変動や降雨などでの気象要素をうまく補正できると、蒸気流量変化は、蒸気温度勾配変化から測定できることが明らかになった。本研究結果から明らかになった短い時間の流量変動が火山活動変化とどう関係しているかは今後の問題であるが、本研究で確立した方法は、今後の火山観測に大いに役立つと思われる。
微生物理解のための微生物同定実験ツールの開発

本研究では、自然環境中の微生物の多様性の解明や、未知微生物の存在および生態を解明していくうえで非常に有用な方法として、クローニング技術に着目し、クローニングの簡便化の検討、および実験テキスト作成を行った。クローニングの簡便化については、既存プロトコルの時間縮減をキーポイントとして、次の2点について検討を行った。1)PCR反応によるDNA増幅反応時間の短縮化の検討を行った。その結果、遺伝子の中でも保存性の高い遺伝子部位をPCR反応に利用することによって、ほとんどの微生物のDNA増幅を同時に行うことが可能となり、従来実験において2.5時間で行っていたところを、1.5時間まで短縮化が可能となった。2)形質転換した大腸菌の前培養の時間について検討を行った。従来実験において1時間培養を行っていたところを、培養なしでもコロニー観察が可能であることを確認し、培養時間を短縮することが可能となった。実験テキスト作成は、中学生、高校生の受講者レベルに適合した実験テキストができるように生物、理科等の教科書調査を行い、環境微生物、新規なライフサイエンス技術、クローニングに関して、図説の豊富な資料、教員デモンストレーション用としてパワーポイント資料、受講者演習シート等を作成した。以上により、最先端の実験手法を学生実験(衛生実験、環境工学実験等)に導入するための実験の効率化および、受講者レベルに適合するテキストについて検討し、中学、高校生を対象とした公開講座に導入できる微生物理解のための微生物同定実験ツールの開発を行った。
協調行動におけるダイナミクスとその進化的基盤

平成30年度は、これまで行ってきた研究のいくつかを国際的な論文誌に掲載することができた。まず、"The big warm smile of cheaters: Lateral posing biases and emotionalexpressions in displaying facial trustworthiness"と題した論文がLaterality: Asymmetries of Body, Brain and Cognitionに掲載された。この論文では、裏切りの隠蔽を可能にする表情について詳細な分析がなされ、裏切り者が陽性の表情を、感情が強く表出される顔の左側を使って表出し、裏切り意図を隠蔽していることが示された。加えて、これまでの研究で得た裏切り者と協調者の顔写真を用いた研究が論文となりNeurobiology if Agingに掲載された。この研究は"Age-related differences in the activation of the mentalizing-and reward-relatedbrain regions during the learning of others' true trustworthiness"という題目であった。この論文では、高齢者が第一印象による信頼性の判断を、若年者よりも正しく行えるものの、間違えを修正できず、繰り返しの判断がある場合、結果として若者よりも正しい判断ができないことが示された。さらに、その処理に対応する脳の領域の活動に年齢差があることが明らかになった。信頼性判断の更新は、特殊詐欺などの事例と強く関連している可能性があり、社会的重要性が高いトピックであると考えられる。従って、この論文の出版により、我々の成果を社会的な貢献に繋げることができたと考える。平成30年度は、本研究計画の最終年度であり、これまでに行ってきた研究の取りまとめを行い、総括的な論文を執筆した。この論文の執筆を終え投稿はしたものの、残念ながら採択には至っていない。従って、今後もこの研究を続け、論文の採択に向け、論文の修正を行う必要がある。論文の掲載は、編集者、査読者、著者のやりとりの結果、編集者が決定するものなので、申請者の努力のみでは解決ができない。しかしながら、現在は第1回の査読を終え、修正を行っている段階なので時間をかければ必ず採択に至るであろう。若干の遅れがあるものの、概要にも記した通り、平成30年度には2編の論文を国際的な論文誌に掲載することができており、研究成果は期待以上のものがあがっている。期待以上の成果が出ているために、その取りまとめに時間がかかっているのが実情である。加えて、この研究計画が、本来の計画より、半年以上遅れて開始されたことが若干の遅れが生じている最大の原因である。開始時の遅れを取り戻すのは、3年半の時間をかけてもなかなかに困難であった。それでも、これまでの研究期間において6編の論文を査読のある国際的な論文誌に掲載することができた。これは単独の申請者として行っている研究であることを考えると十分すぎる成果である。すなわち、このような成果は本研究計画が開始の遅れにもかかわらず、順調に進行し、申請者の予想以上の成果を上げてきたことを示している。上述の通り、現在はこれまでの研究成果の取りまとめを行い、総括的な論文を作成している段階である。その論文はすでに審査を受けており、現在は査読結果を受けて論文の修正を行っている。査読者からの要求は、決して困難なものではないので、時間をかければ適切な改稿ができると我々は考えている。ただし、追加の実験が必要になる可能性があり、そのために共同研究を行ってきたノルウェーのオスロ大学やオーストラリアのフリンダース大学で、新たなデータを取る必要が出てくるかもしれない。追加実験は、論文の審査の過程で要求されるので、不明瞭な部分がある。申請者としては、十分な証拠があると判断し、論文を作成した。従って、現時点では、この研究計画のために追加のデータを取得する必要はないと考えている。しかしながら、これも編集者、査読者の要求次第であるため、これから先に変更が生ずる可能性がある。また、追加データを取る必要がなくとも、データの再分析や、論文の執筆について綿密な打ち合わせが必要になることは十分に予測される。これまで共同研究者とは緊密な関係を気づいていきたため、追加データの取得や再分析、論文執筆のための打ち合わせを行うことに支障はないものの、実際それらを行うためのスケジューリングなどは改めて行う必要があり、時間がそれなりに必要になると考えられる。もっともすでに論文審査の第1段階を終えていることを考えると、平成31年度の早い段階でこれらを終え、論文の採択に至るであろうことが予測される。本研究では、協調行動に果たす表情の役割に注目し、協調行動が社会において成立するための前提条件である裏切り者の検出について検討を行う。これまでの研究によると人社会的な状況において、利益を得るが対価を払わない裏切り者を人間はたやすく検出できることが示されてきた。しかし、実社会での裏切り者検出は必ずしも簡単ではない。そこで、本研究ではこのような実社会での裏切り者検出の困難を説明するため「笑顔による裏切り意図の隠蔽仮説」を設定した。笑顔は協調のシグナルであり、笑顔を浮かべることで見た目の信頼感は上昇する。ただし、その一方で笑顔は最も模倣しやすい表情でもある。このような笑顔の特性を考慮し、本研究では、「裏切り者が自分自身の表情から出る裏切りのシグナルを意図的に隠蔽するために巧みに笑顔を浮かべるため裏切り者検出が困難になる」という仮説を設定した。これが「笑顔による裏切り意図の隠蔽仮説」である。本研究ではこの検討のため,経済ゲームを用い協調行動における裏切り者と協力者を分類し,ゲーム中のダイナミックなやり取りにおける彼らの表情を分析する。

笑顔による裏切り意図の隠蔽仮説が正しければ、裏切り者は笑顔を強く浮かべ、かつ、それが強調されるようにコミュニケーションの中で振る舞うことが予測される。現時点はこの予測を支持する結果が得られており、この結果は、米国で開催されたThe 56th annual meeting of Psychonomic Societyで発表された。さらに申請者はその成果を論文としてまとめ、国際的な学術雑誌に投稿した。現在、審査を受けているところである。また、この検討の過程で表情と時間知覚の個人差の検討も行った。その結果は、Frontier in Psychology: Psychopathologyに採択され、論文として公刊された。初年度の研究において,経済ゲームを用い協調行動における裏切り者と協力者を分類し,ゲーム中のダイナミックなやり取りにおける表情を分析を行った。その結果、裏切り者は表情の強くでる顔の左側をコミュニケーションにおいて強調するポーズをとることが明らかになった。そして、そのようなポーズをとった裏切り者は、協調者と同じくらい信頼できるように見えることが示された。このようなポーズをとらなかった裏切り者は協調者よりも、信頼できないように見えた。これらの結果は、本研究で設定した「笑顔による裏切り意図の隠蔽仮説」と一致する。このように研究計画を立案した時に設定した予測と一致する結果が得られ、その成果の公表の準備を行っていることは、本研究が順調に進展していることを裏付けている。ただし、研究費の採択が、申請者が当初想定していた時期よりも半年ほど遅れたため、当初の計画を完全に遂行することができなかった。データの取得とその解析そのものは、論文化が可能な状態にまで進めることはできたものの、開始時の遅れを完全に取り戻すまでには至らなかった。今後はその遅れを取り戻すべく、より一層の努力をもってこの研究に邁進する予定である。若干の遅れはあるものの、本研究の成果について、国際学会で発表を終えている。さらにすでに英語論文として国際的な学術雑誌に投稿した。論文はすでに最初の審査を終え、改稿を行い再投稿がなされた段階である。従って、成果の公表についてもその遅れを取り戻すことは十分に可能であると考えられる。平成28年度は、本研究プロジェクトの2年目にあたる。今年度は、初年度から行ってきた行動実験のデータを論文としてまとめた。この論文をコミュニケーション研究の領域で国際的にも評価の高い論文誌、Journal of Nonverbal Behaviorに原著論文(original article)として英文で出版することができた。この論文では申請者が立案した「作り笑いによる裏切りシグナル隠蔽仮説」の検証がなされた。
日本企業の革新と企業者行為の研究

先行研究のサーベイ、企業トップへの聴き取り調査をくり広げてきたが、その結果以下の知見を得ることができた。1.トップのみならず企業のあらゆる階層での企業者的行為(主意主義的な革新志向的行為)から価値合理的な戦略行動が創発してくる.2.価値合理性は、企業が戦略的変革や革新行動に迫られるとき、人々を導く意思決定の前提として機能している.3.この価値合理性は、公式の意思決定プロセスにビルトインされている目的合理性としばしば矛盾を生じるので、行為者は価値の正当性を確立するために経営資源を動員しようとする.4.このようなプロセスが、経営の自己革新プロセスであると考えられる。経営に参加する人々による企業者的行為を通じ創発する価値合理性が、企業の環境適応能力をつくりだすものであり、日本企業は自発的な主意主義的行為を創発する能力を進化させてきている。今年度は(1)企業の戦略行動、企業者行為に関する文献・資料の収集、(2)研究会等への参加による研究動向の把握、(3)関係研究機関への聴き取り調査などの基礎的研究に重点をおいて、次年度以降への準備に多くをさいた。その成果は、(1)企業行動と企業者的行為の組織論的接近にかかわる研究方法論の吟味〔図書論文〕、(2)革新的企業が生成する産業構造の実証的把握〔雑誌論文〕として結実した。また企業の戦略行動の分析的アプローチについては、「経営学研究の地平-経営戦略のフィールドと理論」として日本経営学会九州部会例会(平成7年1月28日)にて口答発表を行なった。この発表は平成7年度日本経営学会第69回全国統一論題に指定されたので、平成7年9月の報告に向けて内容の一層の深化をはかることになる。次年度の研究では、日本企業の革新に向けての経営者のリーダーシップの実証分析とその理論化をめざしたい。経済組織の変革を経済戦略の展開に関連づけて、(1)ネットワーキングに関する編成原理の研究、(2)経営戦略研究の展開動向の把握、(3)その延長線上に展望できる日本企業の国際化の実際、(4)それに伴う地域企業の戦略的対応に関する実証分析を行なった。これら4つの研究領域の研究成果は、いずれも学会での口答発表ないしは学会誌上での論文発表に結びついている。グローバル化するネットワーク構造にそって、組織の戦略創造のダイナミズムをどのように把握するかが重要であることが判明したが、これをトップのリーダーシップと組織行為に関連づけて総合化を試みることが、次年度(最終年度)の課題となっている。日本企業の革新行動を企業者的行為として把握すべく、企業へのインタビュー調査、文献による先行研究の吟味を行なった。研究を通じて、自律的な行為者が相互に問題解決をしてゆくプロセスから生れる価値合理性を基礎にして、ソフトな構造の再組織化が機能しばめること、そのことが企業の環境適応能力を高め、ひいては企業の戦略的変革に結びつくことを明らかにした。成果は2つの国際シンポジウム、日本経営学会統一論題などで口答報告をした他、3つの論文に結実した。
オートファジー抑制による新たな膵癌治療法の開発

オートファジー(Autophagy)は、細胞が持っている、細胞内のタンパク質を分解するための仕組みの一つである。細胞内での異常なタンパク質の蓄積を防いだり、栄養環境が悪化したときにタンパク質のリサイクルを行う。研究機関中約50例の通常型膵癌に対して切除手術を行った。この切除検体のオートファジーの発現を解析した。通常膵実質部に比べて癌部でオートファジーが亢進している傾向があり、臨床病理学的特徴とともに解析し進行度、予後との関連を解析している。また膵癌細胞株においてオートファジーは抗癌剤の細胞毒性に対する抵抗性を有していることが示された。これはEur J Cancerに論文発表を行うことができた。オートファジーは、細胞が持っている、細胞内のタンパク質を分解するための仕組みの一つである。また、オートファジーが積極的に細胞死を引き起こすという報告もある。オートファジーと膵癌の関連性については、まだ十分に解明されていない。我々はこれまでの研究で、ヒト膵癌組織においてオートファジーが活性化されていることを示した。さらに膵癌細胞株PANC-1においてオートファジーが膵癌の発育に積極的に貢献していることがわかった。また抗癌剤はPANC-1にさらに強いオートファジーを誘導し、このオートファジーは細胞保護的に働いていることを明らかにした。つまりオートファジーを抑制することが、新しい膵癌治療法となる可能性を示した。この研究を発展させ、我々はまず膵癌患者における、オートファジーの誘導と予後をrospectiveに解析することとした。35例の通常型膵癌に対して切除手術を行った。この症例の切除検体(癌部及び通常膵実質部)を用いて、オートファゴゾームのマーカーであるLC3に対するウェスタンブロッティングを行っている。通常膵実質部に比べて癌部でLC3の発現が亢進している傾向があり、臨床病理学的特徴とともに解析し進行度、予後との関連を解析している。また膵癌細胞株PANC-1で見られたオートファジーの特徴を確認するために、膵癌細胞株BxPC-3を用いて実験を行った。BxPC-3ではPANC-1と同様に通常培養条件下でLC3の発現が見られ、つまりオートファジーが発現していた。オートファジー阻害薬クロロキンによりBxPC-3の細胞増殖は抑制され、抗癌剤5-FUまたはゲムシタビンと併用した場合さらに強く細胞増殖が抑制された。つまり、BxPC-3においてもオートファジーが細胞保護的に働いていることが示された。我々はこれまでの研究で、オートファジーを抑制することが、新しい膵癌治療法となる可能性を示してきた。この研究を発展させ、我々はまず膵癌患者における、オートファジーの誘導と予後をprospectiveに解析することとした。2013年4月から2015年12月まで52例の通常型膵癌に対して切除手術を行った。この症例の切除検体(癌部および通常膵実質部)を用いて、オートファゴゾームのマーカーであるLC3に対するウェスタンブロッティングを行っている。また膵癌細胞株PANC-1、およびBxPC-3を用いて実験を行った。通常培養条件下でLC3の発現が見られ、つまりオートファジーが発現していた。オートファジー阻害薬により細胞増殖は抑制され、抗癌剤5-FUまたはゲムシタビンと併用した場合さらに強く細胞増殖が抑制された。つまり、オートファジーが細胞保護的に働いていることが示された。この結果は、Eur J Cancerに論文発表を行った。今後は切除症例、非切除症例のオートファジーの誘導の程度と予後との関連をprospectiveに解析していく予定である。また、オートファジーが膵癌内で過剰に誘導される仕組みと、癌細胞内における具体的な機能の詳細を明らかにしていく。さらに臨床応用を前提として、より安全にオートファジーを抑制する手法を開発する。1年8ヶ月間で30例超の膵癌切除サンプルを収集することができた。当初サンプルからタンパク質を抽出する過程が安定せず、ウェスタンブロッティングの結果か得られなかった。

これは、膵組織からのタンパク抽出が一般的に難しいことと、オートファジー関連タンパクの同定を行うためには切除サンプルの調整を速やかに行う必要があることが原因であった。手技の見直しとウェスタンブロッティングの抗体、試薬の調整で安定した結果が得られはじめた。オートファゴゾーム関連タンパクのLC3、その他オートファジー、アポトーシス関連タンパクのウェスタンブロッティングを行い、現在、データベースの構築と解析を行っている。また膵癌細胞株BxPC-3においてもPANC-1に見られたのと同じ特徴が見られた。つまりオートファジーを抑制すると細胞増殖が抑制され、オートファジーは細胞保護的に働いていた。また抗癌剤をBxPC-3に投与するとより強いオートファジーが誘導された。抗癌剤とオートファジー抑制物質を同時に投与すると、抗癌剤の細胞毒性が増強された。つまりオートファジーは抗癌剤の細胞毒性に対する抵抗性を有していることが示された。これはEur J Cancerに論文発表を行うことができた。消化器外科学膵癌切除サンプルについてさらに症例を重ねる。熊本大学消化器外科は肝胆膵外科手術のhigh volume centerであり、手術症例数は増加傾向にある。手術手技の安定に伴い、短期長期成績が改善されてきたことにより、患者数も増加している。今後は切除標本のfresh sampleとともに、免疫組織学的検証も同時におこなう。これはおもに、切除不能膵癌症例を対象に行うこととする。切除症例、非切除症例のオートファジーの誘導の程度と予後との関連をprospectiveに解析していく予定である。また、オートファジーが膵癌内で過剰に誘導される仕組みと、癌細胞内における具体的な機能の詳細を明らかにしていく。またクロロキンは網膜症など無視できない副作用を生じることが知られており、また免疫抑制作用もあり、抗癌剤と併用した場合の安全性も未知である。よって、臨床応用を前提として、より安全にオートファジーを抑制する手法を開発する。当初購入予定にしていた試薬の中で、医局共用のものを使用することができたため。実験試薬等消耗品購入に充てる。
強い磁場を持つ分子雲コア中での星形成過程

2018年8月30日から9月25日にかけてカナダのUniversity of Western Ontarioに滞在し、Shantanu Basu教授と強い磁場を持つ分子雲コア中での星形成過程に関する共同研究を行った。今回の共同研究では、強い磁場を持つ分子雲コアを初期条件として分子雲コアの重力崩壊から原始星の形成、星周円盤の成長とジェット、アウトフローの駆動とその伝搬を3次元非理想磁気流体シミュレーションによって再現した。その結果、星形成過程で出来る円盤は、イオン化度が低く磁場が散逸しており、磁気制動が有効でない領域で形成して成長することが分かった。円盤領域では、有効な角運動量輸送過程が存在しないため、質量が増加し重力不安定により渦状碗が発達する。この渦状碗による重力トルクによってガスが急速に中心星に落下する。その際に開放される重力エネルギーの一部がジェットの運動エネルギーに変換されることを示した。また、ジェットやアウトフローによって角運動量が中心部分から輸送され星形成が促進されることを示した。これらを単一のシミュレーションによって示したが、原始星形成後2000年間という長時間の計算に成功したのは、この研究は初めてである。この研究の内容は、Shantanu Basu教授との共著ですでに査読誌「The Astrophysical Journal」に受理されている。また、帰国後にShantanu Basu教授と議論した磁場の双極性拡散を考慮した褐色矮星形成の研究を開始しており、2019年に再度University of Western Ontarioを訪問した際に集中的に研究を行う予定である。上記のように2018年度には、University of Western Ontarioに滞在し、Shantanu Basu氏と共同研究を行った。Shantanu Basu氏は、磁場を考慮した分子雲コアからの星形成過程の研究の世界的権威であり、彼との研究によって、自身の研究も飛躍的に進んだ。上記のように、Basu氏との最初の研究は査読誌に受理済みであり、十分な成果を挙げている。また、2018年度の滞在時に今後の当該分野の課題について様々な議論を行った。帰国後、滞在時の議論をもとに研究を進めており、現在その内容をまとめている。新規研究の内容は、今まで議論されてきた磁気制動と初期の分子雲コアの回転軸と大局的磁場の関係に関するものであり、従来の研究を統一して一貫した説明を与えることに成功した。この論文は現在執筆中であるが、2019年度には査読誌に投稿する予定である。また、Basu氏のアイデアによって、磁気亜臨界コア中での褐色矮星の研究にも着手しており、この研究もおおむね順調に進展している。このようにいくつかShantanu Basu氏とはいくつか並行して研究を行って、またその成果も出している。そのため、順調に進展していると考えられる。Shantanu Basu氏は、過去に磁気亜臨界コア中での星形成過程の研究を行っており、その成果は広く受け入れられている。しかし、過去の研究では、星が出来るまでは計算されていなかった。2019年度には、2018年度に続き、カナダのUniversity of Western Ontarioに滞在して、磁気亜臨界コア中での星形成の研究を推進する予定である。近年ALMA望遠鏡の偏光観測から星形成領域の磁場が非常によく整列していることが示されている。これは、乱流ではなく、磁場によって星形成過程がコントロールされていることを示している。分子雲コアの磁場が非常に強い場合、ローレンツ力が重力を上回るために収縮して星が誕生することが出来ない。しかし、分子雲コアは弱電離プラズマ状態にある。そのため、非理想磁気流体力学の磁気双極拡散という効果によって磁場が分子雲コアから抜けるという現象が起こる。この現象によって、ローレンツ力が弱くなり、重力が優勢となって収縮して星が誕生する。しかし、磁場が抜けるまでには、1千万年程度の時間がかかる。そのため、その時間内に磁気制動という効果によって角運動量が外層に輸送される。また、磁場が抜けながら収縮するため緩やかな星形成になると考えられる。そのため、従来の星形成とは異なり、星周円盤やアウトフローが現れない特殊な星形成となることが予測される。近年の観測でこのように円盤もアウトフローもない天体が観測され始めている。星形成過程の包括的な理解のため、2019年度は、Basu氏と磁気亜臨界コア中の星形成に関して集中的に議論して研究を推進する予定である。内定年度:20172018年8月30日から9月25日にかけてカナダのUniversity of Western Ontarioに滞在し、Shantanu Basu教授と強い磁場を持つ分子雲コア中での星形成過程に関する共同研究を行った。

この研究の内容は、Shantanu Basu教授との共著ですでに査読誌「The Astrophysical Journal」に受理されている。また、帰国後にShantanu Basu教授と議論した磁場の双極性拡散を考慮した褐色矮星形成の研究を開始しており、2019年に再度University of Western Ontarioを訪問した際に集中的に研究を行う予定である。上記のように2018年度には、University of Western Ontarioに滞在し、Shantanu Basu氏と共同研究を行った。Shantanu Basu氏は、磁場を考慮した分子雲コアからの星形成過程の研究の世界的権威であり、彼との研究によって、自身の研究も飛躍的に進んだ。上記のように、Basu氏との最初の研究は査読誌に受理済みであり、十分な成果を挙げている。また、2018年度の滞在時に今後の当該分野の課題について様々な議論を行った。帰国後、滞在時の議論をもとに研究を進めており、現在その内容をまとめている。新規研究の内容は、今まで議論されてきた磁気制動と初期の分子雲コアの回転軸と大局的磁場の関係に関するものであり、従来の研究を統一して一貫した説明を与えることに成功した。この論文は現在執筆中であるが、2019年度には査読誌に投稿する予定である。また、Basu氏のアイデアによって、磁気亜臨界コア中での褐色矮星の研究にも着手しており、この研究もおおむね順調に進展している。このようにいくつかShantanu Basu氏とはいくつか並行して研究を行って、またその成果も出している。そのため、順調に進展していると考えられる。Shantanu Basu氏は、過去に磁気亜臨界コア中での星形成過程の研究を行っており、その成果は広く受け入れられている。しかし、過去の研究では、星が出来るまでは計算されていなかった。2019年度には、2018年度に続き、カナダのUniversity of Western Ontarioに滞在して、磁気亜臨界コア中での星形成の研究を推進する予定である。近年ALMA望遠鏡の偏光観測から星形成領域の磁場が非常によく整列していることが示されている。これは、乱流ではなく、磁場によって星形成過程がコントロールされていることを示している。分子雲コアの磁場が非常に強い場合、ローレンツ力が重力を上回るために収縮して星が誕生することが出来ない。しかし、分子雲コアは弱電離プラズマ状態にある。そのため、非理想磁気流体力学の磁気双極拡散という効果によって磁場が分子雲コアから抜けるという現象が起こる。この現象によって、ローレンツ力が弱くなり、重力が優勢となって収縮して星が誕生する。しかし、磁場が抜けるまでには、1千万年程度の時間がかかる。そのため、その時間内に磁気制動という効果によって角運動量が外層に輸送される。
マウスレクチン受容体の機能

これまでのSIGNR1に関する研究を発展させる観点から、そのホモログであるSIGNR3に特異的な単クローン抗体を作製して、発現細胞の生体内分布ならびにその同定を行った。先ず、WesternblottingによりSIGNR3が皮膚やリンパ節、胸腺に発現していることを確認し、次に皮膚の組織染色およびflowcytometryによりSIGNR3陽性細胞は真皮に分布するCD45とCD11b陽性であることから骨髄に由来するミエロイド系細胞であり、さらに組織染色からCD11c+樹状細胞およびCD11c-マクロファージの一部であることが明らかとなった。また、体表リンパ節においても、濾胞間、B細胞領域とT細胞領域の境界、髄質に多く分布しており、HEV周辺にもSIGNR3陽性細胞が少数ではあるが存在していた。また、flowcytometryでLy6Cint-lowの表現型を示すCD115陽性の比較的成熟した単球にも発現が認められた。一方、DCIR1は樹状細胞に限らず、B細胞、顆粒球、単球、マクロファージなど多様な細胞に発現されていることがWestern blottingおよびflowcytometryによって確認されたが、興味深いことに定常状態では多くが細胞質内に存在し、炎症性サイトカインやTLRを介する刺激により新たな蛋白合成を介することなく細胞表面へと輸送されることが示された。また、炎症応答によって誘導される好中球においては細胞表面における発現が増強されることが示された。DCIR1はEPNモチーフを揺することから、マンノース/フコースを認識することが考慮される。そこで、四量体を作製してzymosanやheat-killedあるいは生菌のC. albicansへ結合することを確認した。また、細胞内シグナル伝達に関しては、トランスフェクタントを用いて実験を行い、刺激によりmDCIR1のリン酸化が誘導され、この時SHP-1およびSHP-2を結合していることが明らかになった。その結果、現在までに以下の点が明らかになった。先ず、組織のライゼートを用いたWestern blottingにより、SIGNR3が皮膚やリンパ節、胸腺に発現していることを確認した。次に皮膚の組織染色およびflowcytometryによりSIGNR3陽性細胞は真皮に分布するCD45とCD11b陽性であることから骨髄に由来するミエロイド系細胞であり、さらに組織染色からCD11c+樹状細胞およびCD11c-マクロファージの一部であることが明らかとなった。また、体表リンパ節においては、濾胞間、B細胞領域とT細胞領域の境界、髄質に多く分布しており、HEV周辺にもSIGNR3陽性細胞が少数ではあるが存在していた。そこで、血液中におけるSIGNR3発現細胞のflowcytometryによって同定を試みたところ、Ly6Cint-lowの表現型を示すCD115陽性の比較的成熟したmonocyteであることが明らかとなった。この結果は、Western blottingによっても確認された。また、in vitro培養下で、M-CSFを添加するとマクロファージに、IL-4とGM-CSF存在下では樹状細胞へと分化することも示された。一方、SIGNR1,3と同様に糖鎖結合部位にEPNモチーフを有するDCIR1は樹状細胞に限らず、B細胞、穎粒球、単球、マクロファージなど多様な細胞に発現されていることがWesternblottingおよびflowcytometryによって確認されたが、興味深いことに定常状態では多くが細胞質内に存在するにもかかわらず、炎症応答によって誘導される好中球においては細胞表面における発現が増強されることが示された。

マウスC型レクチンは微生物認識だけでなく、接着分子として細胞の移動に関与することなどが明らかになっている。また、単独であるいは他の分子との会合することにより細胞内にシグナルを伝え、細胞の機能の制御に関わることも明らかになっている。そこで、細胞内にITIMモチーフを有するDCIR1に着目して、特異的単クローン抗体を樹立し、その発現や機能を検討した。その結果、樹状細胞以外にも好中球や単球に高い発現が認められ、それらは主に細胞内に検出されるが、炎症応答により新たな蛋白合成を介することなく細胞表面へと輸送されることが示された。同様の実験をヒトの細胞でも検討するため、ヒトDCIR1の発現についても市販の抗体を用いて検討した。ヒト白血病細胞株HL-60細胞からDMS0やレチノイン酸を用いて好中球様細胞への分化誘導を行ったところ、分化前のHL-60では細胞内にhDCIRの存在が確認されたが、表出されていなかった。ところが、好中球への分化が進むにつれてhDCIRが細胞表面に発現されてくることが確認された。しかし、IFN-g刺激により単球様に分化させた細胞には、その発現は認められなかった。DCIR1はEPNモチーフを揺することから、マンノース/フコースを認識することが考慮される。そこで、四量体を作製してzymosanやheat-killedあるいは生菌のC. albicansへ結合することを確認した。また、細胞内シグナル伝達に関しては、トランスフェクタントを用いて実験を行い、刺激によりmDCIR1のリン酸化が誘導され、この時SHP-1およびSHP-2を結合していることが明らかになった。以上の結果より、菌体認識においてmDCIR1はその細胞内ITIMを介して、細胞応答の制御に働く可能性が示唆された。
墜落災害防止のための可視化した安全教育支援ツールの開発

墜落災害は建設業の中で最も死亡者数の多い災害であるが,本研究はその防止対策として,墜落災害における典型的災害事例の体系化を行い,その情報に基づき,可視化した安全教育支援ツールの開発を行うことを目的とした.そのため,典型的災害の体系化をWebで公表されている労働災害データベースから行い,AR(Augmented Reality)技術による可視化手法を用いて安全教育支援ツールを開発した.最終的に,開発したツールの効果を試用等により検証し,その有効性を確認することができた.また,研究代表者らが主催した墜落防止に関する国際会議において中心的な役割を果たし,国内外の研究者らに本研究の成果を公表した.墜落災害は建設業の中で最も死亡者数の多い災害であるが、本研究はその防止対策として、典型的墜落災害事例の体系化を行い、その情報に基づき、可視化した安全教育支援ツールの開発を行うことを目的とした。そのため、平成24年度は、平成23年度から引き続き公表されている労働災害データベースから墜落災害における典型的事例の抽出と作業内容の分類を行い、典型的災害事例の体系化図った。また、安全教育支援ツールの骨格となる、AR技術を利用した3次元仮想モデルによる可視化手法の構築やアクセシビリティの向上を図った。その結果、以下の成果を得た。1.典型的災害事例の体系化:平成24年度は、公開されている最新のデータとして、平成21年に発生した休業4日以上の墜落による死傷災害1499件を分析した。その中で、突出して多い「木造家屋建築工事」(361件)と「鉄骨・鉄筋コンクリート造家屋建築工事」(242件)について詳細に分析した。また、「墜落高さ」と「墜落した場所」、「墜落高さ」と「墜落時の動作」等のクロス集計や、その他の工事の災害発生状況についても分析を行い、典型的災害事例の体系化を図った。2.AR技術による可視化手法の構築:AR技術による可視化手法を用いて、安全教育支援ツールを試作し、危険の少ない場所での試用等を実施した。3.建設会社の安全担当者との議論:土木学会安全問題研究委員会等を通じ、建設会社の安全担当者と議論を行った。さらに、本研究成果の活用等、安全管理と情報について幅広く討論するため、安全工学シンポジウム2012においてオーガナイズドセッションを開催し、現場のニーズを把握した。4.安全教育支援ツールのアクセシビリティの向上:安全教育支援ツールをスマートフォンで使用可能とする等、アクセシビリティの向上を図った。墜落災害は建設業の中で最も死亡者数の多い災害であるが、本研究はその防止対策として、典型的墜落災害事例の体系化を行い、その情報に基づき、可視化した安全教育支援ツールの開発を行うことを目的とした。そのため、公表されている労働災害データベースから墜落災害における典型的墜落災害事例の体系化を行い、その情報を取り入れた可視化した安全教育支援ツールの開発を行った。その際、可視化については拡張現実技術(AR)を利用し、これにより作成したツールについては、携帯端末等により容易に利用できるようアクセシビリティの向上を図った。1.典型的災害事例の体系化:平成19年と21年に発生した休業4日以上の墜落による死傷災害3322件を分析した。その中で、突出して発生件数の多い「木造家屋建築工事」と「鉄骨・鉄筋コンクリート造家屋建築工事」について詳細に分析した。2.AR技術による可視化手法の構築:AR技術による可視化手法を用いて、安全教育支援ツールを試作し、危険の少ない場所での試用等を通じその有効性を確認した。また、安全教育支援ツールをスマートフォンで使用可能とする等、アクセシビリティの向上を図った。4.研究代表者らが主催した、2013年墜落防止と防護に関する国際会議において、中心的な役割を果たすとともに、国内外の研究者らに本研究の成果を公表した。そのため、平成23年度は、公表されている労働災害データベースから墜落災害における典型的事例の抽出と作業内容の分類を行い、典型的災害事例の体系化のためのデータ収集と分析を行った。

また、安全教育支援ツールの骨格となる、AR技術を利用した3次元仮想モデルによる可視化手法の構築を図った。その結果、以下の成果を得た。1.平成19年度に発生した休業4日以上の墜落による死傷災害1823件を分析した。その中で、「木造家屋建築工事」(401件)と「鉄骨・鉄筋コンクリート造家屋建築工事」(384件)が突出して多いため、その二つの工事について詳細に分析した。その結果、墜落場所や墜落高さ等、それぞれの工事ごとに特徴や傾向を把握することができた。また、休業4日以上の死傷災害と死亡災害も比較したが、重篤度によって異なる特徴を把握することができた。2.AR技術により可視化したARマニュアルを作成し、簡易な作業によりその効果を確認する実験を行った。その結果、ARマニュアルでの作業伝達は口頭での作業伝達には及ばなかったが、紙媒体からの作業伝達のデータを作業時間・記憶率ともに上回っていた。このように、建設現場など人を介しない作業が多い場所での伝達手段としては有用性がみとめられた。3.建設会社の安全担当者と議論を行い、本研究成果の活用等、安全管理と情報について幅広く討論するため、安全工学シンポジウム2012においてオーガナイズドセッションを提案することとした。本研究は、(2)おおむね順調に進展していると考える。その理由を、平成24年度の実施計画に基づき述べると、以下のとおりである。1.典型的災害事例の体系化:平成24年度は、公開されている最新のデータとして、平成21年に発生した休業4日以上の墜落による死傷災害を分析した。また、「墜落高さ」と「墜落した場所」、「墜落高さ」と「墜落時の動作」等のクロス集計を行い、平成23年度の成果と合わせ、予定通り典型的災害事例の体系化を図ることができた。2.AR技術による可視化手法の構築:平成23年度に試作した安全教育支援ツールを改良し、大学の構内等、危険の少ない場所での試用等を実施した。その結果、本研究の目的となる安全教育支援ツールの可視化やその効果等が、予定通り確認できた。3.建設会社の安全担当者との議論:本研究の成果等について、建設会社の安全担当者と議論を行うため、安全工学シンポジウム2012においてオーガナイズドセッションを開催し、現場のニーズを把握することができた。4.安全教育支援ツールのアクセシビリティの向上:安全教育支援ツールをスマートフォンで使用可能とする等、アクセシビリティの向上を図ることができた。以上により、本研究の目的である、典型的墜落災害事例の体系化を行い、その情報に基づき、AR技術を利用した可視化した安全教育支援ツールの開発を行うことについて、平成24年度はおおむね順調に進展することができた。その理由を、平成23年度の実施計画に基づき述べると、以下のとおりである。1.典型的災害事例の体系化:平成23年度は平成19年の死傷災害データベースから墜落災害の事例を抽出し、より詳細な情報を得るため、死亡災害については死亡災害データベースを活用して情報を補足する予定であったが、平成19年のデータについて当初の予定通り分析ができた。
呼気ガス質量分析診断法の確立を目的とした呼吸回路の開発と臨床応用

本研究では高感度質量分析に対応した呼吸回路を製作した.すなわち雰囲気の混入や不純物の付着を予防するため,(1)超高純度空気の選定,(2)気流の一方向性を保つ厚さ0.3mmのSUS316製Jバルブの製作し,(3)質量分析導入回路には結露防止ヒーターを設置した.呼吸回路の一部として,(3)マウスピース(シリコン製)と医療器具を一部採用したが,(4)接続部は極力減らし,システム全体を単純化し,超音波洗浄によりかなり汚染を除去できた.以上より,APIMS導入に最適な呼吸回路システムを組み立て,超高感度呼気ガス質量分析が可能になった.このシステムを用いて,まず,運動負荷試験における呼気ガス質量分析を行った.ついで健康成人・疾患患者のボランティアを募り,呼気ガス微量成分の調査を行った.疾患の内訳は高血圧,糖尿病,高脂血症,高尿酸血症をはじめとする生活習慣病,気管支喘息,慢性閉塞性肺疾患などの呼吸器疾,患虚血性心疾患や弁膜症などの循環器疾患,慢性胃炎・胃潰瘍,肝疾患などの消化器疾患等,多岐にわたる疾患群における呼気微量ガス成分のスペクトラムを得た.この結果を現在解析中であるが,特に血糖や総コレステロールときわめてよく相関する化合物を見出した.これらの成果を発展させ,呼気ガスによる血糖値とコレステロール値の推定が可能となり,現在,この成分に対する特異的センサーの開発を準備している.また,呼吸器・循環器疾患の症例を病院部門と協力し,被験者数をさらに増やし,疾患特異的な化合物を探索中である.本研究の途上,「試料表面から発生するガスの超高感度分析システムおよび方法」を開発し,この試作装置と大気圧イオン化質量分析装置を用い,皮膚ガス微量成分の質量スペクトラムをみたところ,大部分の質量数において呼気微量成分とほぼ直線的に相関し,また,呼気および皮膚ガスにそれぞれ特有な成分が一部認められることが判明した.これにより呼気と皮膚ガスによる統合的生体ガス分析システムの開発の端緒となり,さらに幅広い研究開発への展開が可能となった.本研究では高感度質量分析に対応した呼吸回路を製作した.すなわち雰囲気の混入や不純物の付着を予防するため,(1)超高純度空気の選定,(2)気流の一方向性を保つ厚さ0.3mmのSUS316製Jバルブの製作し,(3)質量分析導入回路には結露防止ヒーターを設置した.呼吸回路の一部として,(3)マウスピース(シリコン製)と医療器具を一部採用したが,(4)接続部は極力減らし,システム全体を単純化し,超音波洗浄によりかなり汚染を除去できた.以上より,APIMS導入に最適な呼吸回路システムを組み立て,超高感度呼気ガス質量分析が可能になった.このシステムを用いて,まず,運動負荷試験における呼気ガス質量分析を行った.ついで健康成人・疾患患者のボランティアを募り,呼気ガス微量成分の調査を行った.疾患の内訳は高血圧,糖尿病,高脂血症,高尿酸血症をはじめとする生活習慣病,気管支喘息,慢性閉塞性肺疾患などの呼吸器疾,患虚血性心疾患や弁膜症などの循環器疾患,慢性胃炎・胃潰瘍,肝疾患などの消化器疾患等,多岐にわたる疾患群における呼気微量ガス成分のスペクトラムを得た.この結果を現在解析中であるが,特に血糖や総コレステロールときわめてよく相関する化合物を見出した.これらの成果を発展させ,呼気ガスによる血糖値とコレステロール値の推定が可能となり,現在,この成分に対する特異的センサーの開発を準備している.また,呼吸器・循環器疾患の症例を病院部門と協力し,被験者数をさらに増やし,疾患特異的な化合物を探索中である.本研究の途上,「試料表面から発生するガスの超高感度分析システムおよび方法」を開発し,この試作装置と大気圧イオン化質量分析装置を用い,皮膚ガス微量成分の質量スペクトラムをみたところ,大部分の質量数において呼気微量成分とほぼ直線的に相関し,また,呼気および皮膚ガスにそれぞれ特有な成分が一部認められることが判明した.これにより呼気と皮膚ガスによる統合的生体ガス分析システムの開発の端緒となり,さらに幅広い研究開発への展開が可能となった.生体は呼吸により酸素のみならず環境中の微量物質も吸入し,また,呼気ガス中に排気している.このため,呼気ガスの低分子微量物質を分析するには不純物の少ない高純度を出来るだけ回路内で汚染させない状態で高純度空気の呼吸をする必要があった.そこで,まず,質量分析により市販の高純度空気を大気圧イオン化質量分析装置(APIMS)を用いて選定した.さらに不純物を除去するため純化器設置の必要性の有無について検討した結果,経済性と実用性から,既存の高純度ガスとクリーン回路を利用する限り純化器がなくても充分実用性があることが判明した.また,選択的呼気採取のための一方向弁は,種々の厚さの薄型ステンレスsus316製を円盤状に加工し,レーザー溶接技術を用いて製作した.これらを呼吸回路に組み込み検討したところ,厚さ0.3mmのJバルブが呼吸抵抗が最も少なく,気流の一方向性が保たれることが分かり,目的の呼吸回路部品として採用した.呼吸マスク素材としてシリコン製マウスピースを使用し,質量分析導入回路には結露防止のためのヒーターを設置した.正イオン負荷の際には,呼気水分による水和クラスターの影響があるため,アルゴンによる希釈またはシリカゲルによる水分除去を試みたが,回路が複雑になると逆に汚染の問題があることが判明し,出来るだけ単純な系とするために,高純度アルゴン希釈のみとした.

さらに汚染の原因となりうる接続部を極力減らし,システム全体を単純化し,従来,医療用呼吸回路に用いられている合成樹脂製の回路部品も超音波洗浄によりかなりの程度の汚染が予防できることが明らかとなった.以上の検討によりAPIMS導入に最適な呼吸回路システムを組み立てた.本年度は以下の項目について研究計画を実施した.(1)高感度質量分析のための分析システムの開発:生体内代謝情報を得るには試料を微量または非侵襲的に採取し,分析できることが望ましい.そこで,超微量試料でも分析可能な昇温脱離ガス発生装置をさらに改良し,nLの試料でも分析可能な仕様にした(特許出願).さらに生体微量ガス交換解析のため,高感度質量分析にも対応した高感度分析システムを開発した.これにより,生体をチャンバー内に置いた状態のままで,生体微量ガスのモニターが可能になった.さらに生体表面(皮膚等)から発生するガスを高感度で検出するシステムを開発し,皮膚ガスを超高感度で分析可能になった.呼気と皮膚ガスにはそれぞれ特有成分があるものの,大部分の成分がほぼ共通して存在することを明らかにした.(2)肺運動負荷試験における嫌気性代謝閾値の探索:心肺予備能力の指標のうち最大運動負荷に伴う無酸素閾値(AT)は,有酸素運動から無酸素運動への移行時に嫌気性代謝産物として乳酸が上昇しはじめる閾値を示す.本研究では超高感度の大気圧イオン化質量分析装置(APIMS)への運動負荷時呼気ガス導入を目的としたハイパークリーン呼吸回路システムを開発し,運動負荷試験に応用したところ,呼気中への乳酸排泄は検出されなかったが,運動強度の増大に伴い増加する質量数を多数見い出した.このため心肺運動負荷試験における嫌気性代謝に関連した呼気ガス微量低分子化合物の同定を現在試みつつあり,呼気ガスによる新しいATの推定方法の開発を継続中である.(1)健康成人ならびに疾患患者への呼吸回路システムの臨床応用:本年度は平成13-14年度に開発した呼吸回路システムを用いて,健康成人ならびに疾患患者総数(240人)のボランティアを募り,呼気ガス微量成分の分析を行った.疾患の内訳は高血圧,糖尿病,高脂血症,痛風をはじめとする生活習慣病,気管支喘息,慢性閉塞性肺疾患などの呼吸器疾患,虚血性心疾患,弁膜症などの循環器疾患,慢性胃炎・胃潰瘍,肝疾患などの消化器疾患など多岐にわたる疾患群における呼気微量ガス成分のスペクトラムを得た.この結果,特に糖尿病においては血糖値と極めてよく相関する化合物を,また,高脂血症においては総コレステロール値とよく相関する化合物を見出した(特許申請準備中).これらの成果を発展させ,呼気ガスによる血糖値とコレステロール値の推定が可能となり,現在,この成分に対する特異的センサーの開発を準備している.また,呼吸器・循環器疾患の症例を増やし,疾患特異的な化合物を探索中である.(2)皮膚ガス採取システム開発への展開:本研究の途上,「試料表面から発生するガスの超高感度分析システムおよび方法」(特願2003-88653)を開発し,皮膚ガスにおいても微量ガス成分が多数見出されることを発見した.この試作装置と大気圧イオン化質量分析装置を用い,皮膚ガス微量成分の質量スペクトラムをみたところ,大部分の質量数において呼気微量成分とほぼ直線的に相関し、また,呼気および皮膚ガスにそれぞれ特有な成分が一部認められることが判明した.