hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
食品包装用SiOxコートガスバリヤ-フィルムの開発

本研究はポリエステルを食品包装材料への用途開発を図るため、食品包装材として必須要素の一つであるである酵素ガスバリヤ-性能を改善するすることを目的として計画された。具体的には、ポリエステルフィルムの酵素ガスバリヤ-性能が、SiOxをフィルム表面にコートすることによって改善が可能であるかを検討した。なお、SiOxの合成には有機シラン化合物のプラズマ重合法を採用した。1.有機シラン化合物であるテトラメチルシシラン(TMS)、テトラメトキシシラン(TMOS)のプラズマ重合からSiOxを含む薄膜の合成が可能である。2.TMSおよびTMOSのプラズマ重合の際に、酵素を混合することによって、プラズマポリマー中の炭素成分を減少することができる。3.リモート酵素プラズマの照射は、TMS、TMOSのアルキル基の分解を促進し、炭素成分の少ないプラズマポリマーSiOxが合成できる。4.TMOSに酵素を60mol%混合した混合物は、プラズマ重合によるSiOx合成の原料として適当である。5.TMOS/02混合物(60mol%O_2)からのプラズマ重合により合成したSiOxのコートは、ポリエステルフィルムの酵素ガスバリヤ-性能を向上することが可能である。6.SiOxをコートした(80nm厚さ)ポリエステルフィルムの酵素ガス透過量は、未コートフィルムの約1/4に低下した。とみに、SiOxをコートした(80nm厚さ)ポリエステルフィルムの酵素ガス透過量は14cm^3/m^2-day-atmであり、未コートフィルムの透過量は38cm^3/m^2-day-atmである。本研究は、ガスバリヤ-素材としてSiOxの薄膜をポリマーフィルム上に堆積した複合化した包装材料を開発することを目的とし、平成6年度より3年計画の事業である。本年度は事業の初年度にあたり、連続SiOxコート用プラズマ重合器の試作、プラズマ重合条件の検討、SiOx薄膜組成とガス透過量について検討した。連続SiOxコート用プラズマ重合器が完成し、幅約20cm、長さ約1mの連続したプラズマポリマーコートしたポリエステルフィルムを得ることが可能となった。有機シラン化合物のプラズマ重合からのSiOx薄膜の合成は、有機シラン化合物の化学構造と深い関係があることが判明した。すなわち、アルキルシランよりもアルコキシシラン化合物が出発物質として適している。さらに、プラズマ重合と同時に酸素ラジカルを照射することによって、アルコキシ基のポリマー化を抑制することができ、良質のSiOx薄膜が合成できることを見い出した。このSiOx薄膜の合成をリモートプラズマ重合と呼び、従来のプラズマ重合と異なる重合法を提案した。これらの成果は、昨秋の高分子討論会にて発表し、その後の成果を今春の高分子学会の年会で発表を予定している。さらにSiOx薄膜組成はリモートプラズマ重合の出発物質であるシラン化合物の化学構造と密接につながりがることがXPSスペクトルの測定から判明し、シラン化合物選択の重要な指針が得られた。この化学構造の差異は、ガスの透過に重要な因子である収着量とも関係しているなど、SiOx薄膜合成の基本となる指針を得た。包装材料を開発することを目的とし、平成6年度より3年計画の事業である。本年度は2年目に当たる。本年度は、昨年試作した連続SiOxコート用プラズマ重合反応器を用い、SiOx薄膜の作成条件の検討、酸素ガス透過量について検討した。まず、SiOx薄膜作成のための原料化合物を検討しテトラメントキシシラン(TMSO)が適当であることをXPSによる分析から結論をえた。さらに、このTMOSに酸素を混合物をSiOxの原料として用いる異がより異を見いだした。このTMOS/O2混合物のプラズマ重合からえられるポリマーをポリエステルフィルム(PET)上にコートし、ガスバリヤ-性能を評価した。このプラズマポリマーをコートしたPETフィルム表面はスムースで、クラックもなく、また無色透明であることから包装材料としての可能性を秘めている。

プラズマポリマーをコートしたPETフィルムの酸素透過量は、プラズマポリマー薄膜の厚さに依存して減少する。例えば、1000オングストロームの厚さにプラズマポリマーをコートしたとき、酸素透過量は43.7cc/m^2-day-atmから11.3cc/m^2-day-atmにまで低下する。このプラズマポリマーとPETフィルムからなる複合フィルムの透過挙動を解析し、プラズマポリマー自体のガスバリヤ-性能をあらわす酸素透過係数を求めた。プラズマポリマーの酸素透過係数は、2.1x10^<-15>cm^3(STP)-cm/cm^2-s-cmHgのオーダーである。この値は、酸素バリヤ-性能に優れているポリ塩化ビニリデンとくらべると、1桁優れており、有望なガスバリヤ-素材であることが判明した。これらの成果は、昨秋の高分子討論会にて発表し、その後の成果を今春の高分子学会の年会で発表を予定している。以上、本年度の成果をかいつまんで述べたが、TMOS/O2混合物のプラズマ重合からえられるポリマーが有望なガスバリヤ-素材であることが判明したことから、来年度は包装材としての性能である安定性、耐久性、耐熱性、さらには、実際の食品包装の試験を取り組む予定である。本研究はポリエステルを食品包装材料への用途開発を図るため、食品包装材として必須要素の一つであるである酸素ガスバリヤ-性能を改善するすることを目的として計画された。具体的には、ポリエステルフィルムの酸素ガスバリヤ-性能が、SiOxをフィルム表面にコートすることによって改善が可能であるかを検討した。なお、SiOxの合成には有機シラン化合物のプラズマ重合法を採用した。1.有機シラン化合物であるテトラメチルシシラン(TMS)、テトラメトキシシラン(TMOS)のプラズマ重合からSiOxを含む薄膜の合成が可能である。2.TMSおよびTMOSのプラズマ重合の際に、酸素を混合することによって、プラズマポリマー中の炭素成分を減少することができる。3.リモート酸素プラズマの照射は、TMS、TMOSのアルキル基の分解を促進し、炭素成分の少ないプラズマポリマーSiOxが合成できる。4.TMOSに酸素を60mol%混合した混合物は、プラズマ重合によるSiOx合成の原料として適当である。5.TMOS/O2混合物(60mol%O_2)からのプラズマ重合により合成したSiOxのコートは、ポリエステルフィルムの酸素ガスバリヤ-性能を向上することが可能である。6.SiOxをコートした(80nm厚さ)ポリエステルフィルムの酸素ガス透過量は、未コートフィルムの約1/4に低下した。とみに、SiOxをコートした(80nm厚さ)ポリエステルフィルムの酸素ガス透過量は14cm^3/m^2-day-atmであり、未コートフィルムの透過量は38cm^3/m^2-day-atmである。
イネ属植物の年生に関する研究

イネ属における1年生と多年生の生理的な違いを明らかにするため,24時間日長・適温条件下でも1年以内に枯死する1年生的性質の強いO.glaberrimaの1系統W492と,適温条件さえ与えれば1年以上生存を続ける多年生的性質の強いO.sativaの1品種農林22号の出穂期以降の生育を,乾物の穂への集績,葉の老化,同化産物の転流経過の面から比較した。1990年は台風による被害が大きかったので1991年の結果だけを考察した。乾物の穂への集積パタ-ンは初期に1年生の方がわずかに高い傾向はあったが,両品種ともほぼ同じであった。このことは乾物の穂への集績は登熟初期に1年生の方が高いという予備試験の結果をそのまま支持する結果ではなかった。そしてこれには1991年の秋期の特異な日射条件が関与していると考えられた。したがってこの点についてはさらに実験をくり返して確認する必要があると思われた。葉のクロロフィル含量,クロロフィルメ-タ-のSPAD値,窒素含量で示された葉の老化は,明らかに1年生の方が早く,1年生と多年生の最も大きな違いであった。植物体に取り込まれた^<13>Cの挙動から,多年生では登熟の後期まで穂への転流が行なわれるのに対し,1年生では4週目以降は穂への転流割合が急速に低下したこと,さらに1年生では葉面積の急速な減少によって個体あたりの同化能力が急激に低下するために茎部に蓄積する程の同化が行なわれないのに対し,多年生では葉面積の減少程度が1年生に比べて小さいために,個体の同化能力が維持されていくらかの同化産物が茎部に蓄積されることが解った。今後は今までに得られたW492(1年生)と農林22号(多年生)の違いが,1年生と多年生の違いとして一般化できるかどうかを多くの品種・系統を使って検討する必要があると考えている。イネ科植物が1年以上生存するためには出穂期以降も新しい茎が発生して生育を継続しなくてはならない。そこで,24時間日長・適温条件下でも1年以内に枯死する1年生的性質の強いOryza glaberrimaの1系統(W492)と,適温条件を与えれば1年以上生存を続ける多年生的性質の強いOryza sativaの1品種(農林22号)の出穂期以降の炭水化物の転流と生育を比較した。予備試験の結果から,1年生では穂への転流が出穂期以降の比較的早い時期に完了するのに対し,多年生では徐々に転流して成熟することがわかった。しかし,本年度では茎の強度の低いO,glaberrimaが2度の台風の被害を強くうけたため,この点について確認することが出来なかった。株の部分のでんぷん含有率は,1年生では出穂期から低く,時間の経過にともなってさらに低下した。多年生では出穂期に1年生よりも高く,3週目まで低下したあと成熟期に近ずくにしたがって再度上昇して,株の部分に炭水化物を貯蔵することを示した。1年生では出穂後葉面積が急速に減少してゆくのに対し,多年生では減少傾向がゆるやかであった。1枚の葉の生存期間は11葉目まではほぼ同じであったが、12葉から17葉までは1年生の方が短かかった。このことはとくに14葉以上で著しかった。

この間の葉の老化の程度をクロロフィル含量の変化でみると,出葉した直後から1年生の方がやや低い状態にあり,1年生は多年生に比べて短かい期間で急速に低下してゆく傾向があった。^<13>CO_2を使った光合成産物の植物体各部への転流については,採取したサンプルについて現在測定中である。この植物体各部への炭水化物の分配のデ-タがそろい次第,乾物,でんぷん含有率,葉の老化についてのデ-タを含めて検討し,発表する予定である。1年生と多年生の生育の違いは主に出穂期以降にあらわれる。そこで24時間日長・適温条件下でも1年以内に枯死する1年生的性質のつよいOryza glaberrimaの1系統(W492)と,適温条件さえ与えれば1年以上生存を続ける多年生的性質の強いOryza Sativaの1品種(農林22号)の出穂期以降の生育を乾物・でんぷんの集積,葉の老化,同化産物の転流経過の面から比較した。1.乾物の穂への集積は,発熟初期に1年生の方が多いという傾向はわずかにみられるものの両種ともほぼ同じような傾向を示した。このことは予備試験の結果と一致しなかった。株の部分へのでんぷんの蓄積は,1年生では出穂期から成熟期までほとんどみられなかった。これに対し多年生では出穂期に20%の値を示し,成熟に向うにしたがって減少したが成熟期でも5%の値を示した。2.出穂後のクロロフィル含量,窒素含量,葉緑素計のSPAD値はどの時点でも多年生の方が高かった。多年生は成熟に向ってゆるやかに減少してゆくのに対し,1年生はある時点から急げきに減少し,1年生の方が葉の老化が早いことを示した。プロテア-ゼの活性は葉の老化の指標として適切ではないと判断した。3. ^<13>Cの穂への分布割合は,多年生では5週目まで高く,6週目になると低下して茎部の分布割合が高くなった。1年生では4週以降穂への分布割合が低下して茎部への分布割合が高くなった。^<13>C同化量は多年生ではゆるやかに減少してゆくが,1年生では葉面積の減少によって^<13>C同化量自身が著しく減少するので,茎部に行く炭水化物は極めて少いと推測した。これからは,今までに得られた農林22号(多年生)とW492(1年生)の違いが,1年生と多年生の違いとして一般化できるかどうかを多くの品種を使って検討したい。
双対ヒッグス理論に基く量子色力学のトポロジーとカラーの閉じ込めの研究

強い相互作用の基礎理論である量子色力学(QCD)に基いて、カラーの閉じ込めをはじめとする低エネルギー領域での多様な非摂動的現象に関する独創性の高い研究を行ない、強い相互作用の第一原理計算である格子QCDを用いて、以下の研究結果を、世界に先駆けて示した。1.最大可換(MA)ゲージのQCDにおいては、グルーオンの非対角成分が1GeV程度の大きな有効質量を獲得し、非アーベル理論の赤外アーベル化が起こる。2.MAゲージのQCDでは、双対グルーオンが有効質量を獲得し、双対マイスナー効果が生じる。3.従って、MAゲージのQCDは、長距離領域では、可換ゲージ理論とみなす事ができ、双対ヒッグス機構を通じて、クォークの閉じ込めが起こるという物理的描像が成立する。4.バリオンの性質と密接に関わる、3クォーク・ポテンシャルの詳細な高精度の計算を、格子QCDを用いて実行し、それが、近距離領域での2体のクーロン・ポテンシャルと長距離領域でのY型の線形ポテンシャルの和で表わされることを示した。この事実は、核子などのバリオンにおいて、カラー電束の1次元化が、Y型の形状に沿って起こることを強く示唆する。5.格子QCDを用いて、3クォーク系におけるグルーオン的な励起エネルギーを計算し、それが、1GeV程度という大きな値であることを示した。この事実は、バリオンの低励起状態において、グルーオン的な励起モードが現れず、単純なクォーク模型が成立する物理的な理由を与える。6.高温での非閉じ込め相転移の際に、スカラー・グルーボールの性質が大きく変化することを示した。7.ゼロ温度及び有限温度でのクォーク・グルーオン混合凝縮に対する計算を行ない、QCD真空中でのクォークとグルーオンの相関が極めて強いことを指摘した。8.フレーバー1重項のバリオンが、約1.7GeVと重く、Λ(1405)と同定できないことを示した。カラーの閉じ込めは、量子色力学(QCD)が示す最も顕著な非摂動論的物理現象であり、素粒子物理の最大の難問の1つである。閉じ込め機構に対する物理的な解釈として、「双対超伝導理論」(超伝導理論の電場と磁場とを入れ換えた理論)が提案され、真空中でのカラー磁気モノポール凝縮を理論的仮定として、カラー電場の1次元的なストリング化、クオーク間の線形ポテンシャルの生成等の閉じ込め現象のエッセンスが説明されたが、QCDとの関連は未解決であった。その後't Hooft(ノーベル物理学賞受賞者)が、あるゲージのQCDにおいてカラー磁気モノポールが現れる事を示した。本研究課題では、最大アーベリアン(MA)ゲージでの格子QCDに基づいて、双対超伝導理論の検証等を世界に先駆けて行なった。1.MAゲージでの、グルーオンの非対角成分(非文角グルーオン)の位相に対する強いランダム性の発見。2.非対角グルーオンの位相の強いランダム性が、非対角グルーオンの相関の急激なダンピング、即ち、非対角グルーオンの大きな有効質量に寄与することの発見。3.格子QCD計算により、MAゲージでの非対角グルーオンの有効質量が1GeV程度とかなり大きなことを示し、これが、赤外アーベリアン・ドミナンスの物理的本質であるを指摘。4.0.5GeV程度のカラー磁気遮蔽質量を示し、モノポール凝縮による双対ヒッグス機構を検証。また、カラーの閉じ込めの物理的帰結として、「カラー・フラックス・チューブ描像」がクォーク3体のバリオンに対しても成立するか否かを調べた。

即ち、3クォーク・ポテンシャルを、第一原理計算である格子QCDを用いて計算し、それが、近距離領域での1グルーオン交換ポテンシャルと長距離領域でのフラックス・チューブ型のポテンシャルの和で表されることを世界で初めて示した。強い相互作用の基礎理論である量子色力学(QCD)が示す「カラーの閉じ込め」という非摂動論的な物理現象は、素粒子物理学に残された重要課題の1つであり、クレー高等数学研究所から100万ドルの懸賞金が課せられた数学上の難問でもある。本研究課題では、閉じ込め機構に対する物理的な解釈として近年有望視されている「双対超伝導理論」(超伝導理論の電場と磁場を入れ換えた理論)に着目し、第一原理計算である格子QCDに基いて、QCDと双対超伝導理論とのミッシング・リンクである、1.非アーベル理論のアーベル化2.カラー磁気モノポール凝縮の2点を、最大可換ゲージ(MA)のQCDにおいて、数値計算レベルで実証した。特に、MAゲージのQCDでは、グルーオンの非対角成分が1GeV程度の有効質量を獲得し、非アーベル・ヒッグス理論と類似の様相を呈することを、SU(2)ゲージ理論のみならずSU(3)ゲージ理論においても示し、このことが、QCDのアーベル化の本質であることを明らかにした。以上の研究結果として、MAゲージでのQCDが、低エネルギー領域では、可換ゲージ理論とみなす事ができ、モノポール凝縮に起因する双対ヒッグス機構を通じて、カラー電束の1次元化及びカラーの閉じ込めが起こることが明確になった。次いで、閉じ込めと密接に関連する、カラー電束の1次元化が、核子などのバリオンにおいても、成り立っている証拠として、3クォーク・ポテンシャルを格子QCD計算で精密に計算し、それが、近距離領域での1グルーオン交換の寄与と長距離領域でのカラー電束の寄与の和で表わされることを示した。強い相互作用の基礎理論である量子色力学(QCD)においては、低エネルギー領域での強結合性を反映して、真空の構造自身が変容してしまい、多様で興味深い非摂動論的な現象を示す。カラーの閉じ込めは、そういった非摂動論的現象の最も顕著なものであり、その理論的解明は、素粒子物理学に残された重要課題の1つである。本研究課題では、「双対超伝導理論」(超伝導理論の電場と磁場を入れ換えた理論)に着目し、閉じ込め機構の解明とそれに関連する研究を行ってきた。方法としては、強い相互作用の第一原理計算である、格子QCD大規模数値シミュレーションを、スーパー・コンピュータを用いて実行し、以下の事実を明らかにした。1.最大可換(MA)ゲージのQCDにおいては、グルーオンの非対角成分が1GeV程度の大きな有効質量を獲得し、非アーベル理論のアーベル化が起こる。2.MAゲージのQCDでは、双対グルーオンが有効質量を獲得し、双対マイスナー効果が生じる。これらを通じて、MAゲージでのQCDが、長領域では、可換ゲージ理論とみなす事ができ、双対ヒッグス機構を通じて、カラー電束の1次元化及びカラーの閉じ込めが起こることを示した。
生体吸収性ポリマーを用いた人工血管の開発

培養細胞とガス飽和培養液作成槽を分離した酸素供給効率の高い培養液循環型培養装置を用いた細胞培養の担体について検討を行った。培養細胞を生体へ移植するための担体およびそれらに用いる生体材料として生体吸収性ポリマー、生分解性縫合糸(ポリグリコール酸とポリL乳酸の混合)およびコラーゲン糸(コラーゲン縫合糸メイビック)に注目した。これらの素材は、特にコラーゲン糸は絹糸などに比べ糸の強度が不足するため様々な形態の担体を試作した。培養装置を用いた細胞の培養は、培養条件およびコラーゲンの影響について検討した。<方法>細胞担体は生体分解性縫合糸、コラーゲン糸を用い、簡単な織り具で試作した。細胞培養は、摘出した骨髄を用いて培養し、血球細胞の計測を行い培養液および、コラーゲンの影響を調べた。<結果>細胞担体は様々な織り方および材料の特性を考慮し筒型および平型を試作した。細胞培養は培養装置を用い、血球の成分について測定を行った。細胞の培養では血球成分で、赤血球および白血球は減少傾向がみとめられ、ヘモグロビンはほとんど変化がみられなかった。また血小板は増加を認め、対照培養と比べても増加を認めた。また、骨髄より分離した血液成分を用いた培養では、造血幹細胞に増加傾向が見られた。血液濃度が10%以下では時間経過とともに細胞数の減少傾向が見られたが、20%-40%の濃度では造血幹細胞に増加傾向が見られた。また間質細胞の増加は認められなかった。担体材料としてコラーゲン糸(コラーゲン縫合糸メイビック)、生分解性縫合糸(ポリグリコール酸とポリL乳酸の混合)をもちいた。これらの素材は、特にコラーゲン糸は絹糸などに比べ糸の強度が不足するため、担体の作成には簡単な織り具(割り箸、爪楊枝、輪ゴム等を使い作製)やリリアン編み機を用いた。コラーゲン糸、生体分解縫合糸でそれぞれ筒型(芯径5mm)と平型の細胞担体を作製した。各糸で作製した培養担体で細胞培養に先立ち、細胞培養でのコラーゲンの影響を検討した。ウサギを用いた。摘出した骨髄をコラーゲンと混合し培養装置で培養を行い血球細胞数の変化を調べた。<方法>摘出した骨髄を培養液(100%CBS)に懸濁し、それをコラーゲンと混合した後、チタンメッシュに充填し培養槽に装着し培養を行い血球細胞の計測を行った。<結果及>赤血球は減少傾向にあり、本培養装置では4日目で約50%、対照培養では約25%減少した。白血球とヘモグロビンにはほとんど変化がみられなかった。血小板は増加傾向にあり、本培養装置では4日で約30倍に、対照培養では約5倍に増加した。また本培養装置は、培養液total量あたりにおいて4日目で約2000億個の血小板が産生され、対照培養の約670倍に達していた。さらに骨髄細胞1個あたりの血小板産生能は4日目で対照培養の約14倍に達していた。培養装置でコラーゲンを用いた細胞培養は対照群に比べ血球数の増加が認められた。さらに血管内皮細胞を用いた培養や作製した培養担体による細胞培養の検討を進める。

これらの素材は、特にコラーゲン糸は綿糸などに比べ糸の強度が不足するため様々な形態の担体を試作した。培養装置を用いた細胞の培養は、培養条件およびコラーゲンの影響について検討した。<方法>細胞担体は生体分解性縫合糸、コラーゲン糸を用い、簡単な織り具で試作した。細胞培養は、摘出した骨髄を用いて培養し、血球細胞の計測を行い培養液および、コラーゲンの影響を調べた。<結果>細胞担体は様々な織り方および材料の特性を考慮し筒型および平型を試作した。細胞培養は培養装置を用い、血球の成分について測定を行った。細胞の培養では血球成分で、赤血球および白血球は減少傾向がみとめられ、ヘモグロビンはほとんど変化がみられなかった。また血小板は増加を認め、対照培養と比べても増加を認めた。また、骨髄より分離した血液成分を用いた培養では、造血幹細胞に増加傾向が見られた。血液濃度が10%以下では時間経過とともに細胞数の減少傾向が見られたが、20%-40%の濃度では造血幹細胞に増加傾向が見られた。また間質細胞の増加は認められなかった。
ＮＯＧマウスを用いたＷＩＰ欠損症およびＷＡＳＰ異常症の発症機構と分子病態の解明

ヒトCD34陽性造血幹細胞への恒常的活性化変異WASPおよび変異WIP遺伝子導入とヒト化NOGマウスを用いた実験系による、X連鎖好中球減少症の発症機構およびWIP欠損症の発症機構の解析を進めたが、遺伝子導入効率が悪く中止せざるを得なかった。そのため、骨髄球系細胞株K562を用いた実験系に変更した。その結果、WASPは一部細胞核内に局在すること、RNAポリメラーゼIIと複合体を形成して遺伝子転写制御因子として機能すること、骨髄球系細胞の分化に重要な遺伝子発現調節に関与し、特にG-CSF受容体やRUNX1の転写を制御することを見出し、X連鎖好中球減少症発症機序の重要な要因であることを提唱した。本研究計画では、これまでの研究代表者の研究成果をより深め、臨床に還元できる研究内容に発展させるために、ヒトCD34陽性造血幹細胞へのWIP、WASP変異遺伝子の導入とヒト化NOGマウスを用いた実験系により、以下の点を具体的な内容として実験を進めた。1.変異WIP導入による新規WAS病型(WIP欠損症)の発症機構と分子病態の解析2.恒常的活性化変異WASPによるX染色体連鎖性好中球減少症の発症機構の解析3.恒常的活性化変異、および機能喪失変異WASPによる骨髄異形成症候群の発症機構の解析4. WASP変異による悪性腫瘍合併のメカニズムヒト化NOGマウス内での新規病態の解析と、宿主腫瘍免疫監視機構を考慮しない環境下での造血細胞の癌化機構を明らかにすることを具体的な意義とする。前回基盤Cの研究成果から既に発現ベクターを作成している変異WIP、恒常的活性化変異WASP、機能喪失変異WASPを、野生型遺伝子と共にレトロウイルスベクターに組み込んだ。このレトロウイルスベクターは内山が内因性プロモーターと正常WASP遺伝子を組み込んだ形で作成済であり、これを用いて作成した。これらをヒト臍帯血由来ヒトCD34陽性造血幹細胞に導入し、NOGマウスの系にて造血および免疫担当細胞の分化異常や機能異常を長期間観察し、ヒトWIP欠損症の個体レベルでの発症機構と病態解析、変異WASPによるX連鎖性好中球減少症や骨髄異形成症候群、造血器腫瘍合併の発症機構の解析を行った。1.恒常的活性化変異WASPによるX染色体連鎖性好中球減少症の発症機構の解析。2.恒常的活性化変異WASPによる骨髄異形成症候群の発症機構の解析。従来予定していた変異WIP(WASP-interacting protein)遺伝子導入は造血幹細胞への導入および発現効率が悪く、実験の継続を中止せざるを得なかった。また、WASP変異による悪性腫瘍合併のメカニズムは、NOGマウスにおける悪性腫瘍発生は認められなかったため、解析は中止とした。上記2項目の実験遂行により、WASPはRNA polymerase IIと蛋白質複合体を形成して、遺伝子転写調節系に関与していること、従来のリンパ球系の発生と機能維持に関与するのみならず、骨髄球系や造血幹細胞レベルにおいても骨髄球系細胞の分化増殖に重要な遺伝子群の転写調節に関与していることを見出した。具体的には、野生型WASPと比較し、恒常的活性化変異WASPはG-CSF受容体やRUNX1の転写調節を負に制御していることを報告した。このことにより、恒常的活性化変異WASPは、遺伝子転写調節系のレベルにおいて、骨髄球系および造血幹細胞の分化や維持の恒常性を変化させることが、X連鎖性好中球減少症と骨髄異形成症候群の発症機構の一つと考えられた。東北大学にて独自に作製されたIL-2Rγc-KOマウスより開発されたNOD/Shi-scid/IL-2Rγc KOマウス(NOGマウス)は異種拒絶反応が完全に欠損するため、ヒト造血幹細胞を移植後、造血・免疫担当細胞の分化・増殖・維持機構の解析がマウス生体内で長期間可能である。本研究では、研究代表者がこれまで継続してきたX連鎖性原発性免疫不全症Wiskott-Aldrich症候群(WAS)の分子病態の研究成果を基盤とし、WAS新病型である常染色体性WIP欠損症、恒常的活性化変異WASPによるX連鎖性好中球減少症と骨髄異形成症候群の分子病態を解明することを目的とした。今年度は、東日本大震災のため研究開始が大幅に遅れたが、研究室再建後に、実験を開始した。レトロウイルスベクター(含IRES-GFP)にヒト正常WASPを挿入した発現ベクターは作製済である。このベクターには発現細胞をsortingするためにGFPが付加されている。ヒト変異WIP cDNA、恒常的活性変異および機能喪失型変異WASPcDNAはin vitro mutagenesis法により作成した。これを正常WASP挿入部位に置換し、各々の発現ベクターを構築した。

現在、高力価ウイルスベクターを選択中である。また、ヒト臍帯血よりCD34陽性細胞をmagnet beads法により選択し、ヒト造血幹細胞として導入細胞が準備可能な系を再構築している。これまでの研究代表者のWiskott-Aldrich症候群の分子病態に関する研究成果を基盤として、ヒトCD34陽性造血幹細胞への変異WASPおよびWIP遺伝子導入とヒト化NOGマウスを用いたin vivoの実験系により、恒常的活性化変異WASPによるX連鎖好中球減少症および骨髄異形成症候群の発症機構、およびWIP欠損症の発症機構の解析を行うこととした。しかしながら従来予定していたWASP、WIP遺伝子のヒトCD34陽性細胞への遺伝子導入とヒト化NOGマウスを用いた解析は、CD34陽性細胞への遺伝子導入発現効率が悪く、実験の継続を中止せざるを得なかった。そこで、細胞株を用いた実験系を構築して、本研究計画を継続することとした。その結果、WASPはCos7細胞および骨髄球系細胞株K562において、一部細胞核内に局在すること、RNA polymerase IIと複合体を形成して細胞核内で遺伝子転写制御因子として機能すること、従来のリンパ球系細胞の発生と機能維持に関与するのみならず骨髄球系細胞においてもその分化増殖の調節維持に重要な遺伝子群の転写調節に関与していることを見出した。具体的には、野生型WASPと比較し、恒常的活性化変異WASPはより多く細胞核内に局在し、骨髄球系細胞の分化に重要なG-CSF受容体や造血幹細胞の維持に重要なRUNX1の転写調節を負に制御していることが、X連鎖好中球減少症と骨髄異形成症候群の発症機構の一因となることを報告した。小児血液腫瘍学、原発性免疫不全症レトロウイルスベクター(含IRES-GFP)にヒト正常WASPを挿入した発現ベクターは作製済である。このベクターには発現細胞をsortingするためにGFPが付加されている。このWASP部位を既に用意されているヒト変異WIPおよび恒常的活性化WASP cDNAに置換し、変異WIPおよび恒常的活性化変異WASP発現ベクターを構築した。臍帯血バンクより、研究用として入手可能なヒト臍帯血より分離したCD34陽性造血幹細胞に作製したウイルスベクターを感染させ、さらに48時間培養後に2.4Gy照射NOGマウスに尾静脈から静注(5x105個/マウス)した。その後GFPをマーカーとして導入細胞を選択した。野生型WIP、WASPと比較し、変異WIP,WASPが導入されたマウスにおいて、個体レベルでは、血小板および巨核球系を含めて造血系の分化および免疫担当細胞のプロファイリングにどのような異常が認められるか、臓器腫大やリンパ節腫張、湿疹などの皮膚異常の有無、などについて現在解析を進めている。これらより、当初の実験計画に即して確実に進んではいるが、全体としてはやや遅れている考えられる。恒常的活性化変異WASPによるX染色体連鎖性好中球減少症の発症機構の解析および骨髄異形成症候群の発症機構の解析について、WASPは細胞核内にも局在し、RNA polymerase IIと蛋白質複合体を形成して、骨髄球系や造血幹細胞の分化増殖に重要な遺伝子群の転写調節を行っていることを確認した。しかしその後のNOGマウスにおける細胞動態や造腫瘍性の解析が遅れたため、上記区分とした。
かご状シロキサン化合物の分子内反応に関する理論的研究

優れた機能性化合物として知られ、シロキサン結合から構成されるかご状シルセスキオキサン、[(RSiO_<1.5>)_n:n≧4]、の更に新しい機能性を探るため、特に最近では水素貯蔵能に着目して水素挿入反応を調べている。その結果、柔軟なシロキサン結合骨格を有するこれらの化合物は水素貯蔵分子としての望ましい資質を持つことが判明した。そこで、本研究では更に進んで、水素分子生成のための反応場提供分子としての可能性を探るため、分子軌道法と分子動力学の手法によりかご内部での水素分子生成機構を明らかにすることを目的とした。前年度に引き続き、立方体型のT_8とそれより大きいサイズとより複雑な構造を持つT_<12>(D_<2d>)のかこ内部へ水素原子を段階的に挿入して水素分子形成過程を調べた。2番目の水素原子挿入の初期条件は、(1)水素原子挿入の遷移状態から内部へそっと押し込む、および(2)水素原子挿入面から2.5Aの距離から水素原子挿入のエネルギー障壁より少し大きな運動エネルギーを与えてかごに衝突させる、の2つを採用した。前年度には、かごの形状と2番目に挿入する水素原子の持つエネルギーにより、水素分子の生成あるいは水素原子の一つがかごから押し出される現象が確認されたが、前者で水素分子生成のために必要な余剰エネルギーのかご骨格への移動が予想より遅い事が明らかとなった。そこで、この問題を解決するべく希ガス元素のアルゴンをT_<12>に挿入して反応を調べた。その結果、反応初期段階ではアルゴンの存在のため狭くなったかご内部で2つの水素原子が激しく運動し、速やかなエネルギー移動が見られたが、それ以降は運動が局所的なせいか、エネルギー移動は促進されないことも分かった。結論として、複雑な形状のかご内で、挿入エネルギーより大きなエネルギーを持つ複数個の水素原子がかご全体を動き回れる条件が、分子内水素分子生成に適していると言える。ケイ素原子と酸素原子が交互に並ぶシロキサン結合から構成されるかご状シルセスキオキサン、[(RSiO1.5) n : n≧4]は、優れた機能性分子として以前から多くの注目を集めて来た。申請者はこれらの化合物の更に新しい機能性を探るための研究の一環として、特に最近では水素貯蔵能に着目して水素挿入反応について研究を行った。その結果、柔軟なシロキサン結合骨格を有するかご状シルセスキオキサン化合物は水素貯蔵分子としての望ましい資質を持つことが解ってきた。そこで、本研究では更に進んで、水素分子生成のための応場提供子しての可能性を探るためかご内部での水素分子生成機構に注目し、従来の量子化学計算に加えて分子動力学の手法も用いて明らかにすることを目的とした。立方体型のT8とそれより大きいサイズとより複雑な構造を持つT12(D2d)のかご内部へ水素原子を段階的に挿入して水素分子形成過程を調べた。二番目の水素原子挿入の初期条件はそれぞれ2つで、(1)水素原子挿入め遷移状態かち内部へそっと押し込む、および(2)水素原子挿入面から2.5Aの距離から水素原子挿入のエネルギー障壁より少し大きな運動エネルギーを与えてかごに衝突させる、を採用した。その結果、(1)の初期条件では両方のPOSSで2つの水素原子が激しく衝突しながら次第に分子形成に至る様子が観測されたが、(2)の条件では、単純な筒型構造のT8では最初に内包されていた水素原子が挿入して来た水素原子と衝突した後かごの外に押し出されてしまった。よって、かご内部での分子生成反応はかごの大きさだけではなく形状にも依存することが解った。更に、かご骨格入のエネルギー移動はかごのサイズが大きくなると遅くなり、より小さなT8でも期待していた程反応は進行しない。そこで、このエネルギー移動をよりスムーズに行わせるための方法が今後の課題である。

その結果、反応初期段階ではアルゴンの存在のため狭くなったかご内部で2つの水素原子が激しく運動し、速やかなエネルギー移動が見られたが、それ以降は運動が局所的なせいか、エネルギー移動は促進されないことも分かった。結論として、複雑な形状のかご内で、挿入エネルギーより大きなエネルギーを持つ複数個の水素原子がかご全体を動き回れる条件が、分子内水素分子生成に適していると言える。
いもち病菌の植物種特異的寄生性決定遺伝子群の同定とクローニング

いもち病菌Magnaporthe oryzaeの植物種特異的寄生性の遺伝学的機構を明らかにするため、コムギ菌を中心としてピボットターン交配系を構築した。その雑種後代を用いた分離分析の結果、アワ菌のコムギに対する非病原性に関与する遺伝子座Pwt1,Pwt2、コムギ菌のアワに対する非病原性に関与する遺伝子座Pfm1,Pfm2、エンバク菌のコムギに対する非病原性に関与する遺伝子座Pwt3,Pwt4、コムギ菌のエンバクに対する非病原性に関与する遺伝子座Pat1を同定することに成功した。さらに、イネ菌のコムギに対する非病原性にはPwt1,Pwt2に加えてもうひとつの遺伝子座が関与することが明らかとなり、これをPwt5と命名した、状況証拠から、これらの遺伝子座における機能的遺伝子は非病原性対立遺伝子であると考え、各座における非病原性/病原性対立遺伝子をPWT1/pwt1のように命名した。つぎに、これら遺伝子のうち、PWT1,PWT4,PAT1をクローニングターゲットとして選抜した。、PWT1についてはアワ菌xコムギ菌のF_1を用いてRFLP,AFLPによる連鎖地図を作成し、約5cMで連鎖するマーカーを得た。PAT1については、AFLPを用いたbulked segregant analysisによって、約5cMで連鎖するマーカーを得た。PWT4については、戻し交雑集団を用いたbulked segregant analysisの結果、0cMでリンクするマーカーを5個見出した。これらを基点にクロモソームウオーキングを行っている。本プロジェクトは、いもち病菌の種特異的寄生性を決定する遺伝子をメンデル遺伝学的に同定し、同定完了次第逐次クローニングに進むというストラテジーで進めている。PWT1はすでに同定の終了しているアワ菌のコムギに対する非病原性遺伝子である。AFLP法により本遺伝子に5cMで連鎖するシングルコピーマーカーを見出した。本遺伝子座周辺領域の染色体構造を解析したところ、テロメアにリンクした高頻度組み換え領域であることが明らかになった。現在この領域をBACクローンコンティーグで物理的に連結すべく、アワ菌BACライブラリーの作成を行っている。PAT1はすでに同定の終了しているコムギ菌のエンバクに対する非病原性遺伝子である。本遺伝子に5cMで連鎖するシングルコピーコスミドマーカーを見出し、これを起点にクロモソームウォーキングを行った。その結果、本遺伝子座が複合連鎖領域に座乗することが明らかとなった。現在この領域のBACコンティーグを作成すべく、コムギ菌BACライブラリーの作成を行っている。本年はまた、エンバク菌のコムギに対する非病原性遺伝子PWT3,PWT4のクローニングを開始した。PWT4については、現在AFLPによるBulked segregant analysisを用いて連鎖マーカーを探索しているところである。PWT3については、本遺伝子のみが分離している菌分離集団を作成すべく戻し交雑を行っている。現在、いもち病菌の種特異的寄生性の遺伝的機構を2つのサブプロジェクト、すなわち(1)非病原力遺伝子の同定と異同検定(2)同定した非病原力遺伝子のクローニングに分けて進めている。本年度の成果はつぎのとおりである。(1)非病原力遺伝子の同定と異同検定すでにその存在を明らかにしていたイネ菌のコムギに対する3つの非病原力遺伝子が、すでに同定した遺伝子と同じものかどうかをアレリズムテストにより検討した。その結果、ひとつはPWT1,2つ目はPWT2,3つ目は未同定の新規遺伝子であることが明らかとなった。このことより、すでに同定していたアワ菌のコムギに対する非病原力遺伝子PWT1,PWT2は、アワ菌・イネ菌共通に存在する遺伝子であることが明らかとなった。つぎに、両遺伝子がどの程度の範囲の植物に作用するかを検討した。コムギ菌とエンバク菌のF_1のなかからコムギ、エンバク両植物に病原性を持つ菌株を選抜し、これにアワ菌を交雑した。

その雑種後代をコムギ、エンバク等に接種した結果、両遺伝子はコムギのみならずエンバク、イタリアンライグラスにも作用するが、ウィーピングラブグラスには作用しないことが明らかとなった。このことから、両遺伝子はイチゴツナギ亜科植物に作用する遺伝子であることが示唆された。(2)非病原力遺伝子のクローニング昨年度コムギ菌のBACライブラリーを構築した。本年度はさらにアワ菌、エンバク菌のBACライブラリーを作成した。これにより、効率よくウォーキングを行うための基盤が整備できた。現在、アワ菌・コムギ菌ライブラリーを用いてPWT1へのウォーキングを行っている。PWT4については、AFLP連鎖マーカーにより近傍領域の連鎖地図を作成し、さらにそのAFLPマーカーをクローニングした。これらのマーカーから、エンバク菌ライブラリーを用いてウォーキングを始める段階にある。いもち病菌の種特異的寄生性機構の解明を、(1)非病原力遺伝子の意義のメンデル遺伝学的解析(2)非病原力遺伝子のクローニングの2つのサブプロジェクトに分けて行った。(1)まず、エンバク菌のコムギに対する非病原力遺伝子PWT4が、コムギのエンバク菌に対する抵抗性遺伝子Rwt4と一対一に対応することを証明した。さらに染色体置換系統を用いた解析の結果、Rwt4が1D染色体に座乗していることが判明した。1D染色体は、コムギのカモジグサうどんこ病抵抗性遺伝子Pm10が座乗している染色体である。さらに、Rwt4とPm10の保有品種の範囲が全く一致した。これらのことから、コムギの他属植物寄生菌に対する抵抗性において1D染色体が重要な働きをしていると考えた。一方、PWT4のいもち病菌集団における分布を調べたところ、キビ菌に広く分布していることが判明した。このことから、Rwt4は、日本においてはキビ菌に対する抵抗性遺伝子として重要であると考えた。さらに、止葉展開期の植物を用いた解析の結果、Rwt4が実際にフィールドにてこれら他属植物寄生性いもち菌に対する抵抗性に重要な役割を果たしていることが明らかとなった。(2)PWT4については、OcMでリンクする分子マーカーを得ることに成功した。現在、非病原性に関与する領域の絞込みを行っている。アワ菌のコムギに対する非病原力遺伝子PWT1については、rDNA隣接領域付近の不安定な領域に座乗することが判明した。OcMでリンクするBACクローンの探索を続けている。
西日本と東日本の伝統的都市居住に関する比較研究

1.日本の伝統的都市居住システムの基本を成す町と町家が,東日本と西日本とで大きく異なることに着目し,両地域の5都市の町と町家を比較検討し,伝統的都市居住システムの成立契機の解明を試みた。2.町と町家の研究蓄積がある江戸と京都に,筆者らが調査した東日本の地方都市の会津若松と,新たに調査した西日本の地方都市の佐賀と博多を加え,これらを総合的に比較検討する研究方法をとった。3.佐賀では,町家の建築調査を実施し,「佐嘉城下町竃帳」などの文献資料と対照させ,佐賀城下町の都市居住システムの把握に努めた結果,町と町家の存在形態を空間構造と社会構造の両面から把握し得た。4.博多では,既刊の文献・絵画資料,新出の考古資料を用い,中世後期博多と聖福寺関内の復原を試み,寺社の境内と門前を中核とし,境内に棟割長屋形式の町家が建ち並ぶ,中世都市博多の具体像を提示し得た。5.佐賀と博多という西日本の町と町家の調査研究成果を,東日本の会津若松と江戸,西日本の京都の町と町家と比較検討して以下の知見を得た。(1)東日本の町では,格差のある社会構造を内包した町割のため,屋敷割も格差が強調されたが,西日本の町では,公的平等に基づく町共同体の成立を前提とした町割のため,格差のない屋敷割が成立した。(2)東日本の町家では,店舗商業が未発達のため,近世初頭に付加された店空間の独立性が強く,中央に座敷が配されたが,西日本の町家では,中世に成立していた店空間が住居空間と一体化し,座敷は最も奥に置かれる。(3)中世の市町が再編された近世地方都市の町家は,妻入が基本で独立性が強く,農家起源と見なせ,中世都市の町割を継承した博多と京都では,間口の狭い平入りが基本で連続性が強く,棟割長屋起源の町家と見なせる。東日本における伝統的都市居住の実態は、会津若松を中心とした昨年度までの調査研究で大方把握できたので若干の補足調査にとどめ、本年度は西日本、とりわけ九州における伝統的都市居住の実態把握を目的として研究を実施し、併せて次年度に向けて若干の予備調査を実施した。本年度の研究は、中世以来都市居住の伝統を有する都市と、近世に至って都市居住の伝統を形成した都市とを比較する方法を採用し、主に西日本の伝統的都市居住の実態を統括的に把握せんと試みた。前者に属する都市として、考古学的調査の進展に伴って研究資料が整いつつある博多・福岡を選び、後者に属する都市として、伝統的都市住居の遺構調査が実施可能であった城下町佐賀を研究対象地として選んだ。博多・福岡では、近年の考古学と歴史学の研究成果を踏まえ、都市空間の中世的構造を踏まえた中世博多における都市居住の実態を考察し、寺院の境内と門前に展開した都市空間が複合して中世博多を構成し、都市居住の中世的構造は聖福寺境内に展開した借家群に見いだせることを明らかにし、これにより長屋形式のこれら借家群こそが、後の分割・独立によって博多の伝統的都市居住を形成した可能性が導かれ、西日本の伝統的都市住居の存在形態の一端を把握することができた。佐賀では、18世紀前期から連綿と残された伝統的都市住居の詳細な遺構調査を通して、城下町佐賀における都市空間の形成、そこに成立した都市住居の近世的構造、さらには文献資料を重ね合わせることにより、伝統的都市居住の総体的把握が可能となりつつある。

調査結果の詳細な分析は次年度に実施予定であるが、長屋形式の供給住宅とは異なった独立住居に端を発する西日本の伝統的都市居住の存在形態の一端を把握することができると思われる。本年度は、西日本の中世以来都市居住の伝統を有する都市を中心とした前年度の研究成果を公表するとともに、近世に至って都市居住の伝統を形成した西日本の都市を対象とした調査研究を前年度に続いて実施した。公表した研究成果では、博多、尼崎、堺を素材として、西日本の中世以来都市居住の伝統を有する都市が、寺社の境内と門前を核として形成され、そこに成立した長屋形式の借家群が伝統的都市居住の母体をなし、さらに境内と門前の解体により中世都市から近世都市へ再編成される過程において、寺社の支配を離れた借家群が分割・独立を経て町家を形成し、西日本の平入りの町家から成る伝統的都市居住が成立した可能性を指摘した。本年度の調査研究は、前年度に引き続き、近世に至って都市居住の伝統を形成した城下町佐賀を対象地として町家の遺構調査を実施し、文献資料との照合を進めつつその伝統的都市居住の実態を把握した。併せて、近世福岡城下町の都市居住の形成過程について、新出の絵図資料に基づき、中世博多や近世佐賀との比較を試みた。佐賀では、18世紀前期から連綿と残された町家の分析により、妻入りの独立町家に端を発する伝統的都市住居の特質が、また『佐賀城下町竃帳』との照合によって中世的構造を残した武士と町人が混住する都市居住とその身分別の居住形態の実態とが明らかとなった。中世の系譜を引きながらも、東日本の妻入りの町家とも、西日本の平入りの町家とも異なった西日本の伝統的都市居住の存在形態の一端を把握し、一部を公表した。福岡では、城下町福岡が成立期において、中世以来の町場を継承した博多と、領主直属の商工業者の居住する町場からなる内町外町型の都市構造を有したこと、また平入りの町家から成る都市住居を形成したこと、佐賀とは異なる都市居住の存在形態を把握した。
高密度油相上での水薄膜の濡れ転移〜分離圧による濡れ膜制御の確立〜

液体膜が数100nm以下になると,界面領域の重なりによって上下のバルク相に分離圧と呼ばれる圧力が生じる.分離圧の起源は,van der Waals力,電気2重層力,溶媒和力などで薄膜の安定性はこれらの和によって決定される.起源からも明らかなように,分離圧はメゾスコピック領域での物質制御には欠くことのできない概念であり,ナノテクノロジーやバイオマテリアルといった応用的見地からも,その解明が大いに期待されている.しかし,現在の薄膜研究は,気相上の界面活性剤水溶液膜,即ち泡膜と,固体面上の液体膜に限定されており,いずれも原理的に動的な効果を含み安定な薄膜を形成しないことから,学術的な研究対象としては不都合な点が多かった.申請研究は,流体三相系(空気/水/油相系)において形成される熱力学的に安定な中間相の薄膜を研究対象とし,中間相の状態変化(濡れと非濡れの転移)も視野に入れた薄膜形成の厳密な研究を行い,分離圧を膜厚関数として記述することをテーマとする.本年度は,室温で液体の高密度油相として四塩化炭素,界面活性剤として臭化ドデシルトリメチルアンモニウムを用い,空気/水,油/水,空気/油界面張力を懸適法により,レンズの二面角を画像解析を使って求めた水溶液相に塩を添加することで水薄膜が形成できることを実験的に明らかにし,それが空気/水,水/油界面の界面活性剤吸着層が薄膜形成に有利な分散引力が生じるためであることを理論的に説明した.液体膜が数100nm以下になると,界面領域の重なりによって上下のバルク相に分離圧と呼ばれる圧力が生じる.分離圧の起源は,van der Waals力,電気2重層力,溶媒和力などで薄膜の安定性はこれらの和によって決定される.起源からも明らかなように,分離圧はメゾスコピック領域での物質制御には欠くことのできない概念であり,ナノテクノロジーやバイオマテリアルといった応用的見地からも,その解明が大いに期待されている.しかし,現在の薄膜研究は,気相上の界面活性剤水溶液膜,即ち泡膜と,固体面上の液体膜に限定されており,いずれも原理的に動的な効果を含み安定な薄膜を形成しないことから,学術的な研究対象としては不都合な点が多かった.申請研究は,流体三相系(空気/水/油相系)において形成される熱力学的に安定な中間相の薄膜を研究対象とし,中間相の状態変化(濡れと非濡れの転移)も視野に入れた薄膜形成の厳密な研究を行い,分離圧を膜厚関数として記述することをテーマとする.本年度は,室温で液体の高密度油相として四塩化炭素,界面活性剤として臭化ドデシルトリメチルアンモニウムを用い,空気/水,油/水,空気/油界面張力を懸適法により,レンズの二面角を画像解析を使って求めた水溶液相に塩を添加することで水薄膜が形成できることを実験的に明らかにし,それが空気/水,水/油界面の界面活性剤吸着層が薄膜形成に有利な分散引力が生じるためであることを理論的に説明した.
環境磁場に基づく移動ロボットの自律ナビゲーション法の開発

磁場はどこでも存在しており,これらをロボットの目印として利用できれば,どこでもロボットに自律移動させることができる.これを実現するために,ロボットに3台の磁気センサを横に並べて取り付け,ロボットの位置と3台の磁気センサによって検知した磁気分布を磁気マップとして記録し,これを基に自律走行させることに成功した.また,より安定した自律走行を実現するために,強い磁気を持つ物体の移動による磁場変動への対応にも取り組んだ.ロボットが自律走行をする度に新たな磁気マップを作成し,この磁気マップを古い磁気マップと比較し,磁場の変動箇所がある場合に,その場所の磁場を古い磁気マップに書き換えることで実現した.磁場はどこでも存在しており,これらをロボットの目印として利用できれば,どこでもロボットに自律移動させることができる.これを実現するために,ロボットに3台の磁気センサを横に並べて取り付け,ロボットの位置と3台の磁気センサによって検知した磁気分布を磁気マップとして記録し,これを基に自律走行させることに成功した.また,より安定した自律走行を実現するために,強い磁気を持つ物体の移動による磁場変動への対応にも取り組んだ.ロボットが自律走行をする度に新たな磁気マップを作成し,この磁気マップを古い磁気マップと比較し,磁場の変動箇所がある場合に,その場所の磁場を古い磁気マップに書き換えることで実現した.本年度の目的は、磁気マップの作成法を改良し、より安定な自律ナビゲーション法にする事であった。磁気マップの作成法に関しては、従来法である1台の磁気センサを利用して作成する方法から、3台の磁気センサを横に並べて作成する方法に変更した。そのため、ロボットに取り付ける場所の調査およびキャリブレーション(磁気センサ値の校正)を行う必要があった。設置位置の調査ではロボットの内部部品が動作していないときと、動作しているときの磁気センサの出力を比較し、平均差分が最も小さい位置を見つける事にした。その結果、ロボットの前下部、地面から0.2mの高さとロボットの中央、地面から0.5mの高さにある位置が最も適切な場所である事が分かった。キャリブレーションは、本校のサッカーグラウンドにおいて磁場影響が少ない場所を磁気メータで見つけ、その場所にロボットを持って行き、行った。磁気マップ作成および自律走行では、まずロボットの中央に磁気センサを取り付けて行った。結果は従来法に比べてより安定な走行ができたが、センサを設置した高さが高いため、地中に埋められたマンホールや配管などの大きな磁性体以外からの磁場を検知する事ができなかった。そのため、横ズレを修正できる場所は大きな磁場が生じている場所のみに限った。この弱点によって我々のロボットはつくばチャレンジ2013という自律ロボット公開実験場において完走を逃した。しかし、1.6km以上自律走行に成功したことが評価され、その結果をまとめて作成した技術論文が採択された。その後、磁気センサをロボットの前下部に3台取り付け、磁気マップ作成および自律走行実験を行ってきた。センサの高さが低いためより多くの地中に埋められた磁性体からの磁場を検知する事ができ、より安定した自律走行に改良できた。その結果をまとめて、10月に東京で開催する国際会議(GCCE2014)に投稿中である。今年度の目的は環境磁場に基づく自律ナビゲーション法を実用化により近いナビゲーション法へ発展させることである.これは,磁性体の移動といった環境変化による磁場変動への対応である.ロボットが磁気マップを基に自律ナビゲーションを行う度に,新たな磁気マップを作成する.元の磁気マップを新しいマップと比較し,磁場の変更箇所がある場合にその場所の磁場を元の磁気マップに書き換えることにした.昨年10月から評価実験をし始め,磁性体による磁場の変動への対応ができることを確認できている.しかし,実用化に向けて長期間において評価実験を行う必要がある.そこで,1年間の磁場変動を確認する目的として,今年の10月までに2週間に1回程度走行実験を行い,走行結果による評価を行うことにした.その後,成果をまとめ,学会で発表する予定である.また,以上の評価実験を行う際に磁性体の移動による磁場の変動への新たな対策を発見した.それは,地下方向で検出した磁場を利用するものである.これに関しては既にその有用性を確認済みであり,現在学術論文としてまとめている.移動ロボット本年度の研究目的である磁気マップ作成方法の改良および、より安定な自律ナビゲーションへの発展を達成することができた。また、本手法を用いたロボットはつくばチャレンジ2013において1.6km以上の距離を自律走行することに成功し、その有用性を示した。さらに、これまでの結果を、2本の国際会議論文(そのうちの1本は現在投稿中)と1本の技術論文としてまとめた。これにより、本年度はおおむね順調に進展していると考えている。環境中の磁場は比較的安定しているが、建築物や自動車などの磁性体の移転といった環境変化によって磁場強度が変動してしまう。そのため、座標上に磁場強度を記録しただけの磁気マップでは対応できない場合が容易に想定される。従って、本手法の今後の課題は磁性体の移転による環境磁場の変動への対応である。そこで、今後ロボットが磁気マップを基に自律ナビゲーションを行う度に、毎回新たな磁気マップを作成する。元の磁気マップを新たに作成した2つ以上の磁気マップと比較し、新しい磁気マップに同じ変動があった場合のみ、それらを使って元の磁気マップを更新する。これにより、磁場の変動に対応できるはずである。そして、多様な環境において実験し、本手法の評価を行う。最後に、結果をまとめて学会発表論文及び技術論文として投稿したい。