hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
補綴治療による咀嚼機能の改善を科学的に測る：咀嚼側に着目した咀嚼機能の包括的解析

本研究は、臼歯部欠損患者を対象に補綴歯科治療の前後で偏咀嚼の程度および咀嚼能力を主観的・客観的に評価し、補綴歯科治療による咀嚼機能の改善効果を包括的に評価することを目的とした。平成30年度にリクルートした被験者を対象にデータ収集を行い、その後研究機関を通して収集したデータの解析を行った。具体的には、研究内容の説明、インフォームドコンセントの取得、事前の問診、臨床診察(研究参加の可否のためのスクリーニング、主訴、現病歴、既往歴等の聴取、口腔内診察、支障度の把握、顎機能障害の検査など)を行い、研究に必要な基礎的な情報を採取した。次に、過去の報告や国内外の研究者との意見交換で得られた情報を参考に、補綴治療前後の口腔内および顎機能の状態(歯の欠損、咬合支持、支台歯、欠損部顎堤の状態、顎機能障害の評価など)、咬合・咀嚼機能の客観的検査(偏咀嚼の程度、咀嚼リズム、咀嚼能率、咬合力)、咬合・咀嚼機能の主観的評価(咬合状態、咀嚼機能、支障度、満足度などに関する自己評価、口腔関連QoLなど)について、データ収集を行った。健常有歯顎者30名、片側臼歯部欠損患者29名、両側臼歯部欠損患者19名、上下顎無歯顎者25名について解析を行ったところ、片側臼歯部欠損患者は他の群と比較して有意に偏咀嚼がみられた。一方、健常有歯顎者、両側臼歯部欠損患者、上下顎無歯顎者と間には偏咀嚼の程度に有意差はなく、被験食品の硬さが偏咀嚼に影響することがわかった。また、いずれの被験者群においても客観的な偏咀嚼の程度は主観的な偏咀嚼の程度と比較して高く、患者の意識よりも偏咀嚼になっている割合が高いことがわかった。本研究では、偏咀嚼に影響を与える有意な因子は認められなかった。本研究は、臼歯部欠損患者を対象に補綴歯科治療の前後で偏咀嚼の程度および咀嚼能力を主観的・客観的に評価し、補綴歯科治療による咀嚼機能の改善効果を包括的に評価することを目的とする。平成28年度は、上記目標を達成するための基盤として、まず、被験者の選択およびリクルートするための方法の確立のため、事前の問診、臨床診察(研究参加の可否のためのスクリーニング、主訴、現病歴、既往歴等の聴取、口腔内診察、支障度の把握、顎機能障害の検査など)について各項目を検討し、採取すべき項目を確定した。また、研究内容の説明、インフォームドコンセント、研究参加同意書への署名についても、一定の方法で行うために説明文書の規格化を行った。次に、質の高いデータ収集を行うための手法を検討した。具体的には、補綴治療前後の口腔内および顎機能の状態(歯の欠損、咬合支持、支台歯、欠損部顎堤の状態、顎機能障害の評価など)、咬合・咀嚼機能の客観的検査(偏咀嚼の程度、咀嚼リズム、咀嚼能率、咬合力)、咬合・咀嚼機能の主観的評価(咬合状態、咀嚼機能、支障度、満足度などに関する自己評価、口腔関連QoLなど)について、測定装置の整備および測定手順の確立、質問紙等を用いた主観的項目の収集方法など、本研究で用いる研究手法を検討し、規格化を行った。その際、過去の報告や国内外の研究者との意見交換で得られた情報を参考にした。これらの手順を踏まえた上で、11名の被験者を選択し、定められた手順でデータ収集を行い、データの予備的な解析を行った。現時点で、得られたデータは、科学的に問題のない質を有すると考えられた。目標としていた被験者数には達していないものの、客観的指標に用いる測定装置の整備および測定手順の確立、質問紙等を用いた主観的項目の収集方法など、本研究で行う研究手法を確立できたため。平成29年度は、平成28年度に確立した方法に基づいて、被験者51名を対象に、研究へのリクルートおよびデータ収集を行った。

次に、過去の報告や国内外の研究者との意見交換で得られた情報を参考に、補綴治療前後の口腔内および顎機能の状態(歯の欠損、咬合支持、支台歯、欠損部顎堤の状態、顎機能障害の評価など)、咬合・咀嚼機能の客観的検査(偏咀嚼の程度、咀嚼リズム、咀嚼能率、咬合力)、咬合・咀嚼機能の主観的評価(咬合状態、咀嚼機能、支障度、満足度などに関する自己評価、口腔関連QoLなど)について、データ収集を行った。健常者13名、片側臼歯部欠損患者18名、両側臼歯部欠損患者7名、上下顎無歯顎者13名について予備的解析を行ったところ、片側臼歯部欠損患者は健常者と比較して有意に偏咀嚼がみられたが、他の群間には有意差がみられなかった。また、いずれの被験者群においても客観的な偏咀嚼の程度は主観的な偏咀嚼の程度と比較して高く、患者の意識よりも偏咀嚼になっている割合が高い可能性が示唆された。目標としていた被験者数には達していないものの、測定装置の整備および測定手順の確立、質問紙等を用いた主観的項目の収集方法など、本研究で行う研究手法を確立できており、実際のデータ収集もスムーズに実施できているため。本研究は、臼歯部欠損患者を対象に補綴歯科治療の前後で偏咀嚼の程度および咀嚼能力を主観的・客観的に評価し、補綴歯科治療による咀嚼機能の改善効果を包括的に評価することを目的とした。平成30年度にリクルートした被験者を対象にデータ収集を行い、その後研究機関を通して収集したデータの解析を行った。具体的には、研究内容の説明、インフォームドコンセントの取得、事前の問診、臨床診察(研究参加の可否のためのスクリーニング、主訴、現病歴、既往歴等の聴取、口腔内診察、支障度の把握、顎機能障害の検査など)を行い、研究に必要な基礎的な情報を採取した。健常有歯顎者30名、片側臼歯部欠損患者29名、両側臼歯部欠損患者19名、上下顎無歯顎者25名について解析を行ったところ、片側臼歯部欠損患者は他の群と比較して有意に偏咀嚼がみられた。一方、健常有歯顎者、両側臼歯部欠損患者、上下顎無歯顎者と間には偏咀嚼の程度に有意差はなく、被験食品の硬さが偏咀嚼に影響することがわかった。また、いずれの被験者群においても客観的な偏咀嚼の程度は主観的な偏咀嚼の程度と比較して高く、患者の意識よりも偏咀嚼になっている割合が高いことがわかった。本研究では、偏咀嚼に影響を与える有意な因子は認められなかった。データの欠落による信頼度の低下を防止するため、測定項目に不備が認められた際の再測定や質問紙の郵送、返信による回収などを行い、可能な限りデータの欠落が生じないようにする。また、バイアスを最小限にし、データの回収率を低下させないために、偏咀嚼、咀嚼能力、咬合力、咬合接触などの客観的検査項目については、手順をマニュアル化した上で検査者のトレーニングおよびキャリブレーションを実施し、データの記録を確実に行うための対策を講じる。従前の研究よりも測定項目が多いため研究参加者のリクルートにはやや難渋しているが、積極的な研究参加への説明を懇切丁寧に行い、参加者(被験者)の増加を図る。また、バイアスを最小限にし、データの回収率を低下させないために、偏咀嚼、咀嚼能力、咬合力、咬合接触などの客観的検査項目については、マニュアル化した手順に基づいて検査者のトレーニングおよびキャリブレーションを実施し、データの記録を確実に行うための対策を講じる。研究代表者の分野異動に伴い、旧所属分野での大学院生への研究補助費用の支出を行わなかったこと、および、測定に使用する物品の購入をやや控えたことなどによる。(使用計画)研究分野間で調整を行った上で、大学院生による研究補助を確保済みであり、加えて、測定に使用する物品の購入を円滑に行うことで、被験者のリクルート、データ収集、データ解析をスムーズに実施する予定である。
"とろみ"特性を有するカリン種子分泌多糖の構造と機能性に関する研究

カリン果実中の種子表層から分泌される粘性多糖の構造と物性についての検討を行い、以下のような結果を得た。カリン種子粘性多糖にはβ-1,4結合のキシログルカンと側鎖にアラビノースを有するグルクロノキシランの2種類の多糖分子鎖から構成され、粘性の発現にはおそらく水素結合により会合していると思われるこの2種の多糖の存在、とりわけ側鎖の存在が重要であることが示唆された。また、安定した粘性とともに適度な保湿性も有することから、食品分野における嚥下補助材等などへの応用が期待される。カリンの果実に比べて利用されていない、種子から分泌されるなめらかで透明性の高い粘性多糖について嚥下補助剤などの用途に資するため以下の事柄を明らかにすることを目的とする。(1)粘性多糖の構造解析酸加水分解および酵素分解により得られたオリゴ糖の構造解析より粘性多糖の構造を決定する。(2)粘性多糖水溶液の物理化学的性質の検討種々の条件下における粘度などの物性の変化や、吸湿性などの性質の検討を行う。カリン(Chaenomeles sinensis)の種子部分は冷水に浸漬すると、きわめて高粘性の透明性、かつなめらかな溶液となる。われわれは、この粘性物質の特異な物性と構造の相関性を明らかにすることを目的し、検討を行なった結果、以下のような事柄を明らかにした。カリン種子を冷水に浸漬し、得られた粘性水溶液をEtOHで沈殿、透析後、凍結乾燥した(水溶性多糖画分、新鮮種子の1.85%)。カリン水溶性多糖の粘度は3%:1372mPa・s、1%:495mPa・s (E型回転粘度計、ずり速度38/s、20°C)。°Cから60°Cまでの温度による粘度に対する影響はほとんどなく、pH3からpH9の間においても粘度:変化はみられなかったが、pH2以下ではゲル化した。糖鎖構造の解析から、この粘質物はxyloglucanと高含量のウロン酸(GlcUA:23%)を含む酸性多糖(glucurono-arabinoxylan)の異なった分子種から構成されることを明らかにした。この多糖溶液にセルラーゼを作用させると、粘性は反応前の40%以下となった。反応液をEtOHで沈殿、透析・凍結乾燥して得られるglucurono-arabinoxylan画分(収量87.8%)にセルロースを加えても粘性は変化しないが、タマリンドのキシログルカンを加えた場合には増加した。このことはカリン種子の分泌粘質多糖の粘性発現には異種の多糖の分子鎖間の強い水素結合を含めた分子会合が必須であることが示唆された。さらに、保湿性の試験を行い、他の多糖試料との比較を行ったところ、カリン種子粘質物は中程度の保湿性を有することが明らかとなった。保湿性が非常に優れているとはいえないが、粘性が高く、滑らかでべとつきのない物性は応用性の高いものと考えられ、さまざまな面での応用が期待される。この粘性物質の特異な物性と構造の相関性を明らかにするために、検討を行なっい、昨年度は、粘質物はxyloglucanと高含量のウロン酸(GlcUA: 23%)を含む酸性多糖(glucurono-arabinoxylan)の異なった分子種から構成され、セルラーゼを作用させると、粘性は反応前の40%以下に減じること、反応液をエチルアルコールで沈殿、透析・凍結乾燥して得られるglucurono-arabinoxylan画分にセルロースを加えても粘性は変化しないが、タマリンドのキシログルカンを加えた場合には粘性が増加することからカリン種子の分泌粘質多糖の粘性発現には異種の多糖の分子鎖間の強い水素結合を含めた分子会合が必須であることを示した。構成糖からこの水溶性多糖は摂取された場合、食物繊維としての効果が期待できる。また、この多糖の粘度の温度やpH変化による変動および保湿性の特性を有することから、食品や化粧水などの素材への応用が期待できる。今年度、セルロースやキシログルカン以外の糖鎖の添加により、粘性の変化を確認しており、目的に応じた粘性のコントロールを行なえる可能性が示唆された。カリン(Chaenomeles sinensis)種子を冷水に浸漬し、得られる粘性糖質(カリン粘性多糖)の構造については、すでに本研究によりβ1,4-キシランを主鎖とするキシログルカンと、23%のグルクロン酸を含む

酸性多糖の2種の多糖分子がその主成分であり、かつそれらの糖鎖の相互作用が粘性発現に必須であることをセルラーゼによる部分の分解・低分子化により水溶液の粘性が急激に低下することで明らかとした。その中でさらに今回、キシログルカンの側鎖部分と酸性多糖のカルボキシル基の存在がなければ高粘性を示さないことが明らかとなった。そのカリン粘性多糖のハイドロコロイド特性をE型粘度計を用いた粘性の測定で検討した結果、非ニュートン型の粘性は温度(20°Cから60°C)およびpH(3から9)変化による粘度の変動はほとんど示さず、幅広い条件下で安定した物性を示した。また、pH2以下ではゲル化したことは、酸性多糖の存在によるものと考えられる。この結果はカリン粘質多糖が、嚥下困難な高齢者用のとろみ剤として食品に利用しうる可能性を大いに示すものである。さらに、カリン粘性多糖の保湿性について、相対湿度75%および35%の環境下(デシケータ内)における水分保持率を測定した結果、カリン粘性多糖はヒアルロン酸に比べると低いものの、中程度の保湿性を有することが明らかとなった。このことに加えて、カリン粘性多糖の水溶液はなめらかな物性を示すことから、乳液などの化粧品への応用も期待できると考えられる。新鮮なカリン(Chaenomeles cinensis)果実について、注目されていなかった種子表層から冷水に分泌される粘性多糖の構造及び物性およびその利用についての検討を行い、その結果明らかとなったカリン種子粘質多糖の構造と粘性発現との関連におけるユニークな点、つまり、粘性発現にはこの粘質多糖の主要成分であるglucurono-arabinoxylanとxyloglucanの二種の多糖が相互に強く分子鎖間で結合することが必須でありxyloglucanを酵素分解、またはグルクロン酸のカルボキシル基の還元で粘性が顕著に低下すること、および適度な保湿性があること等についてまとめ、論文として発表した(「カリン(Caenomelese sinensis)種子由来の粘性多糖の糖鎖構造と"とろみ"特性」、微量栄養素研究,vol.26、pp46-49、2009)。また、カリン種子の粘性多糖水溶液の粘性は20°Cから60°C、またpH3から9の範囲で安定であり、通常の食生活で使用される濃度の塩化ナトリウムおよびシュクロース添加においても粘性にほとんど変化がなく、調理加工操作における物性の変動はあまりないと考えられる。このことは増粘剤として利用する際の有利な点と考えられる。このように天然素材由来成分であるカリン種子表層由来の粘性多糖は、近年問題となり将来も増加が予想される嚥下困難な高齢者等の介護食への利用、介護食用添加剤のみならず、一般食品用の乳化剤等としての活用も期待できるとかんがえられる。
プロトン拡散速度の赤外分光計測手法の開発と硫酸水素セシウム結晶多形への適用

本研究の目的は、代表的な無機固体酸型プロトン伝導体である硫酸水素セシウムを対象として温度・圧力等により出現する様々な結晶多形のプロトン拡散速度を測定し、その構造との相関関係を明らかにすることであった。まず、赤外およびRaman散乱分光により硫酸水素セシウム各結晶相における水素結合状態を調べ温度-圧力状態図を作成し、新しくHPHT1,HPHT2相を見出した。これらの相は室温高圧下でも安定相であった。水素イオンと重水素イオンの相互拡散過程における0-H、0-D結合の空間分布の経時変化を赤外分光測定により追跡することで相互拡散係数を求める手法を開発した。赤外マッピング測定することでD体濃度の2次元分布の経時変化を測定し拡散対モデルを適用して解析することで、相互拡散係数を求める事ができた。この手法を硫酸水素セシウムの室温高圧相へ適用し、373Kでの相互拡散係数の圧力依存性を求めた。II相においては圧力変化はほとんど無いが、1.5GPaでHPHT1相に転移すると拡散係数が減少し、HPHT2相でも同程度の低い拡散係数を示すことが明らかとなった。常温常圧II相から室温高圧HPHT1相(斜方晶)へ転移すると四面体イオン間は接近するが、水素結合距離は一旦長くなる。HPHT2相(斜方晶)では水素結合距離が短くなった。相互拡散係数の測定ではHPHT1相、HPHT2相では拡散速度が低下しており、水素結合距離だけではなく構造全体と四面体イオンの回転運動の関係を考える必要がある。硫酸水素セシウムに対して、銀蒸着基板上で2倍程度の表面増強効果を観測した。H体とD体の区別も可能であり、拡散計測への適用を試みた。しかし、試料の薄膜化や、赤外測定用基板の耐酸性の問題などをクリアするに至らず拡散データの取得には至らなかった。他の物質への適用などへ展開を図ることで手法自体は発展の余地がある。硫酸水素セシウムに対して、水素イオンと重水素イオンの相互拡散過程におけるO-H、O-D結合の空間分布の経時変化を赤外分光測定により追跡することで相互拡散係数を求めることを目的として、今年度は、測定システムの整備と実際のデータの取得および検証を行った。硫酸水素セシウム(CsHSO_4)の重水素体(D体)の空間分布を測定する上でO-D bending modeのピーク面積を求めることが適切と判明し、最適試料厚みは約20μmであった。使用する赤外透過基板としては、CaF_2では固体試料を約20μmの厚さに保持する際に容易に割れてしまい、サファイヤでは目的のピークに赤外吸収帯が重なる等の不都合があった。結局、ダイヤモンドが吸収帯の重なりもなく、強度的にも適していた。このため、赤外顕微部の反射対物鏡の開口数に合わせて開口角を70度に広くとったダイヤモンドアンビル・セルを用いる事にした。これにより高圧下での測定も同じ測定セルで行える事になった。当初の計画では、試料のH体とD体の初期界面から数十μm程度の離れた場所において赤外スペクトルの経時変化を計測する予定であったが、本課題において整備した自動ステージを用いて赤外マッピング測定することでD体濃度の2次元分布を得て、濃度プロファイルカーブを求める事が出来るようになった。この濃度プロファイルを拡散対モデルを適用した拡散方程式の解でフィットすることで、拡散係数Dと経過時間tの積が求まる。経時変化を測定する事で拡散係数Dを求める事ができた。

CsHSO_4を対象とした測定では、1GPaのphase IIに対して文献既知であるイオン伝導度から求めた常圧のphase IIの拡散係数とオーダーで一致する値が得られている。信頼性や精度の向上のために測定条件や試料セットアップ法のさらなる改善を行っている。硫酸水素セシウム(CsHSO4)に対して、水素イオンと重水素イオンの相互拡散過程におけるO-H、O-D結合の空間分布の経時変化を赤外分光測定により追跡することで相互拡散係数を求めることを目的として、今年度は、温度・圧力による相状態の確認、測定条件・解析方法の改善を行い、硫酸水素セシウムのプロトン拡散係数の圧力依存性を測定した。まず、赤外およびRaman散乱分光により硫酸水素セシウム各結晶相における水素結合状態を調べた。既報と相境界が異なることがわかり、新たな温度-圧力状態図を作成した。その結果、室温高圧下においては新しく見出したHPHT1,HPHT2相が安定相である可能性が高くなった。昨年度において高圧下でも計測可能な赤外分光セルを整備したので、今年度は水素結合ネットワークの変化にともなう拡散係数の変化を明らかにするために、圧力を変えて硫酸水素セシウムの拡散係数の圧力依存性を求めた。前述のHPHT1,HPHT2相も含む3GPaまでの圧力範囲で100°Cでの拡散係数を赤外マッピング測定から求めた。II相においては圧力変化はほとんど無いが、1.5GPaでHPHT1相に転移すると拡散係数が減少し、HPHT2相でも同程度の低い拡散係数を示すことが明らかとなった。HPHT2相の粉末X線回折測定を行い構造決定を試みている。拡散速度計測の高感度化のための表面増強赤外効果の検証においては、基板上に硫酸水素セシウム薄膜を作成するために蒸着金属や溶媒種類等の検討を行い、硫酸水素セシウムに由来すると考えられる増強された赤外ピークを検出した。このピークの帰属や再現性の確認を行っている段階である。代表的なプロトン伝導体である硫酸水素セシウムの温度・圧力等により出現する様々な結晶多形に対して、O-H、O-D結合の空間分布の経時変化を赤外分光測定により追跡することで水素イオンと重水素イオンの相互拡散係数を求めることを目的とした。今年度は、硫酸水素セシウムの室温高圧相の結晶構造を決定し、赤外分光測定により求めた相互拡散係数の圧力依存性を水素結合ネットワークの変化の観点から明らかにした。常温常圧II相から室温高圧HPHT1相(斜方晶)へ転移すると四面体イオン間の接近に伴い、水素結合距離が短くなる。HPHT2相(斜方晶)ではさらに水素結合距離が短くなった。相互拡散係数の測定でもHPHT1相、HPHT2相では拡散速度が低下しており、水素結合距離の短縮により四面体イオンの回転運動が抑制されプロトン伝導度が低下したと考えられる。ラマンや赤外分光測定において水素結合関連のピーク振動数のシフトからHPHT1相において水素結合が弱まることを示す結果が得られており、現在DFT計算も行いながら構造解析の結果との整合性について、さらに検討を行っている。硫酸水素セシウムに対して、銀蒸着基板上で2倍程度の表面増強効果を観測した。H体とD体の区別も可能であり、拡散計測への適用を試みた。しかし、拡散により基板まで到達したプロトンの表面増強
動物の「自由」の能力に関する比較認知研究

ヒトの「自由」につながる能力の萌芽を明らかにするため、チンパンジーを対象に自由を実現する行動を検討した。室内実験では、チンパンジーが自由に扉を開けて、隣接する運動場を出入りできる文脈で、自己の認識や他者の認識について調べた。チンパンジーが操作する扉にチンパンジーの自身の姿を写す鏡(自己鏡映像)やモニタ(自己ライブ映像)、あるいは反対側の様子(他者ライブ映像)を提示した。また、野生チンパンジーを対象に、森にカメラトラップを設置して、道具使用行動や、“板根叩き"と呼ばれるコミュニケーションを調べた。一連の研究から、行動の柔軟性には物事の理解の深さ、複雑さが関係していることが示唆された。絶滅危惧種を守るために動物を飼育し、後で自然に放す野生復帰させるという活動が示すように、福祉と保全にまたがる複合的問題への取り組みが喫緊の課題でありながら、取り組むための理論的枠組みや実践的技術はほとんど手つかずの状態にある。人間より動物の利益を優先する合意形成は難しく、その根底には動物の「自由」についての科学的な理解が不足している。そこで、本計画ではヒトの「自由」につながる能力の萌芽を比較認知科学の立場から明らかにする。初年度は主に飼育されているチンパンジーを対象に大きく2タイプの実験をおこなった。ひとつは、自律性(Autonomy)の基盤的な認知機能となる自分と他者を区別する能力、チンパンジーの自己・他者の理解の深さを調べるために、日常的に過ごしている運動場に、モニタを設置し、自己映像、他者映像をフィードバックした。さらに自己の理解については、モニタと同サイズの鏡を設置して、自己鏡映像と自己ライブ映像との反応の違いを比較した。自己の(鏡)映像に対する行動と他者の映像に対する行動の分析をおこない、自己理解の深さと他者理解の深さの関係について分析をおこなった。またチンパンジーが"自身が置かれている環境の制限"を解消するさいに発揮される認識のうを明らかにするため、チンパンジーが自由に操作することのできる自動ドアを運動場に設置した。これは29年度に実施するメタ認知実験のための訓練として実施した。飼育下のチンパンジーを対象とした実験は順調に進んでいる。その成果は平成28年の国際霊長類学会以降、順次公表していく。また平成27年度に飼育実験の機器が調達できたことから、社会的な同調行動の実験を実施する準備が整い、予定通り実施することができる。本計画は、動物の「自由」を構成する行動を自己・他者の理解や外部環境を操作する能力といった認知機能から理解することを目指すものである。自己認識に関する行動を明らかにするために、初年度にチンパンジーが生活している屋外運動場壁面にカメラとモニタを設置した装置を利用して、ライブ映像として自身の姿を提示した。チンパンジーがカメラに接近しすぎると自身の姿を見ることができなくなり、離れると自己の全体像を見ることができる条件で、自発的に距離を広げて自己の全体像を見ることを好む個体がいることなどが明らかとなった。他者理解のひとつである社会的同調を明らかにするため、同装置を用いて壁の反対側にいる別のチンパンジー(他者)映像を提示する条件を実施した。同じ装置に映し出される自己と他者の映像に対する行動の比較を通じて、自己理解の深さと他者理解の深さの関連について分析を進めている。また、自身が置かれている空間の制限に対応する能力を調べるために、チンパンジーが自由に自動ドアを操作する場面を利用した。さらに、いつ、どこで、誰が操作したのかという情報を取り出すことができるように、チンパンジーでの虹彩認証について検討した。さらに、野生チンパンジーを対象とした野外調査をギニア共和国ボッソウで実施している。現在10カ所にカメラトラップを設置し、盤根叩き行動の映像データを収集している。健常個体と腕に麻痺のある個体、筋肉の発達が異なる大人と子供とで比較をおこなう。飼育および野生下で研究を進め、行動データを収集する体制が整った。本計画では、動物の「自由」を実現する認知機能について、室内では実験的に、野生下では行動観察によって検討をおこなった。室内実験では、チンパンジーが自由に扉を開けて、隣接する運動場を出入りできる文脈で、自己の認識や他者の認識を調べた。扉に備えたボタンをチンパンジーが押すことで開閉操作ができた。その扉に、扉を操作するチンパンジーの自身の姿を写す鏡(自己鏡映像)やモニタ(自己ライブ映像)、あるいは反対側の様子(他者ライブ映像)が提示された。この結果、ボタンを押すという単純操作であっても、ボタンを押すチンパンジーとまったく押すことのないものと、個体差が見られた。扉の自己鏡映像については、一部の個体は自己指向的動作を示した。自己ライブ映像では、扉に近づくほど体の一部が拡大されるために自己映像と分かりづらくない、少し後ずさりすることで自己を確認しやすくなる。自己鏡映像に対する自己指向的行動をする個体と自己ライブ映像に対して、「後ずさり行動」を示す個体は、一部重なっていた。また他者ライブ映像については、ディスプレイだけではなく、身振りなど社会交渉の行動レパートリーの発現を確認した。加えて、野生チンパンジー(ギニア共和国)を対象に、森にカメラトラップを設置して、行動を記録した。チンパンジーがいつも水飲みをする樹木や、“板根叩き"と呼ばれる木を叩いてディスプレイや他個体とのコミュニケーションをおこなう樹木の前にカメラトラップを設置した。健常な大人は、板根叩きは手と足の両方を使う傾向があり、非力な子供は手のみ使った。

健常なチンパンジーは、片手で枝をつかみ、反対の手で葉をちぎるというシンプルな方法で水飲み用の葉の道具を作った。一方、左腕に障害をもつ個体は、さらに複雑な手足の組み合わせで同じ目標を達成していた。一連の研究から、行動の柔軟性には物事の理解の深さ、複雑さが関係していることが示唆された。ヒトの「自由」につながる能力の萌芽を明らかにするため、チンパンジーを対象に自由を実現する行動を検討した。室内実験では、チンパンジーが自由に扉を開けて、隣接する運動場を出入りできる文脈で、自己の認識や他者の認識について調べた。チンパンジーが操作する扉にチンパンジーの自身の姿を写す鏡(自己鏡映像)やモニタ(自己ライブ映像)、あるいは反対側の様子(他者ライブ映像)を提示した。また、野生チンパンジーを対象に、森にカメラトラップを設置して、道具使用行動や、“板根叩き"と呼ばれるコミュニケーションを調べた。今後も、計画に従い飼育環境と野生環境でチンパンジーの実験をおおこなう。特に野外研究ではギニア共和国のエボラ出血熱の流行による影響が計画段階から懸念されていたが、平成27年12月29日に世界保健機関より終息が宣言された。以上から、計画の変更や対処すべき課題はない。今後も計画に従って、飼育環境および野外環境での実験・観察を実施する。ギニア共和国への渡航については問題はなく、計画の変更や対処すべき課題はない。動物福祉
治療を受けながら職場復帰を目指すがん患者の就労支援モデルの構築

本研究は、治療と仕事の両立を目指すがん患者に対して、看護師主導の包括的な就労支援モデルを構築することである。これは単に症状を聴取し、ケアを提供するモデルではなく、患者のQOLの維持・向上に着眼し、患者が尊厳をもって安心して生活を営むことができるようにケアをアプローチするモデルである。研究対象は、治療を受けながら職場復帰を目指すがん患者(再就職、休職中を含)、もしくは過去にがんやがんに伴う疾患を理由に退職、休職した経験を持つ診断2年以内の患者である。病院あるいは地域で日々ケアを提供している看護師の知識と経験を補うがん患者就労支援モデルを構築する。
モンスーンアジア季節進行の中での梅雨水循環確立過程と年々変動に関する研究

1.GAME特別観測年であり長江流域の大洪水の起きた1998年6月下旬には,前線帯南方の亜熱帯高気圧自体はゆっくりと遷移しながらもそこでの東西の気圧傾度は維持され,水蒸気輸送を担う下層南風も持続した。この時期は,冬までの顕著なエルニーニョからラニーニャに転じた直後であったが,モンスーン西風の熱帯西太平洋域への侵入やそこでの対流活動は抑制された。2回の長江流域での大雨期は,そのような状況下での熱帯西太平洋域での対流活動の季節内変動の一連のサイクルに伴ったものである点が明らかになった。2.大陸上の前線帯でのメソα低気圧は,1991年,1998年の事例で示されるように,中国乾燥地域の影響を受けた総観規模低圧部に伴う北向き流れと亜熱帯高気圧に伴うそれ(より北へ水蒸気を輸送)とが合体して活発化した梅雨降水帯の中で,降水系がメソαスケールへ組織化されることによって形成されるという過程の重要性を明らかにした。つまり,かなり異なるスケール間の現象の受け渡しで,全体として梅雨前線帯スケールの水循環が維持されるという側面があることになる。3.年によっては春の時期から日本付近の前線帯へ向かって比較的大きな北向き水蒸気輸送が見られるが,東南アジアモンスーンが開始する前の時期(例えば34月)には,中緯度の傾圧帯の中での現象であり,亜熱帯高気圧域内の現象である梅雨最盛期の水輸送システムとはかなり質的に異なる点が分かった。4.冷夏の1993年7月後半8月中旬にかけて,西日本を中心に,台風の北上と梅雨前線双方の影響を受けて降水量が大変多くなった。これは,15N付近を145Eから120Eへ向けてまとまりながら西進する対流活動域(130Eで最も強まる)が,台風の発達・北上,及び,その後の梅雨前線への水蒸気輸送,という一連のサイクルを引き起こしたこと,それに対して,春からの弱いエルニーニョの影響が季節進行の中での履歴を通して重要な役割を果たしていたことを明らかにした。5.秋雨前線帯での雲活動は,梅雨前線帯以上に東西方向の偏り方の年々の違いが大きい。これは,熱帯西太平洋域の海面水温の特に高い領域は,気候学的には9月頃に最も東方まで広がっているため,夏の熱帯の対流活動のアノマリーの履歴によって,9月の対流活動域の東西の偏りが大変大きくなりやすく,前線帯の南側の亜熱帯高気圧による下層南風強風域の東西方向の年々の偏りが大きいためであることが分かった。6.地球規模の大気環境の変動に対する東アジア前線帯の応答過程の理解を深めるために,1997/98年エルニーニョ時の顕著な暖冬への移行過程を調べた。その結果,地球規模でのアノマリーへの応答が通常11月頃に起こる急激な冬への進行を阻害することでエルニーニョが大きく影響したことを明らかにした。

6.地球規模の大気環境の変動に対する東アジア前線帯の応答過程の理解を深めるために,1997/98年エルニーニョ時の顕著な暖冬への移行過程を調べた。その結果,地球規模でのアノマリーへの応答が通常11月頃に起こる急激な冬への進行を阻害することでエルニーニョが大きく影響したことを明らかにした。GAME(アジアモンスーン水循環観測研究計画)の特別強化観測年でもあり,長江流域大洪水の起きた1998年春から夏,中国淮河流域で大洪水のあった1991年7月前半の事例,梅雨との比較のための秋雨期の前線帯での水循環の特徴と年による違い(1993,94,95年の比較),等に関する解析を行い,主に次の結果を得た。なお,これらの中間報告の一部は,1999年6月の北京でのGAME国際研究集会においても発表される予定である。1. 1998年夏には,5月17日頃のインドシナモンスーン開始に伴って,南シナ海北部華南の梅雨前線帯での対流活動の強化は明瞭に見られたものの,6月10日頃のインドモンスーン開始後も,モンスーン西風の南シナ海以東へ侵入は持続しなかった。これが,夏を通じた長江日本列島域での前線帯の停滞をもたらした重要な要因の1つである可能性がある。また,淮河流域に梅雨前線帯が停滞した6月29日7月3日頃のマルチスケールのメソ降水系と前線帯スケールでの大雨の維持に関して,四川盆地から東進した南西渦など,興味深い幾つかの事例の予備解析を行った。2.中国淮河流域における1991年7月前半の梅雨前線帯スケールでの大雨域の持続は,南から前線帯への多量の水蒸気を効率的に捉えたためと考えられるが,降水帯付近における下層の「低温域」と,対流系も含むメソα低気圧とのマルチスケール相互作用の役割の重要性が,事例解析により明らかになった。3.梅雨期と違って秋雨期には,大陸からの寒気の南下と熱帯西太平洋域の対流活動域の東西の偏りの年による違いも大きい。そのため,前線帯の季節的な南下とその年々の違いの他に,熱帯の対流活動に起因する亜熱帯高気圧の下層風構造の東西変化に伴い,前線帯での雲・降水活動の東西方向の偏りも年によって大きく異なり得ることが分かった。本年度の主な研究成果は次の通りである(1.については平成11年11月に中国西安にて成果発表した)。1.1998年には,長江流域の大洪水後の6月29日頃から梅雨前線帯が中国淮河流域へ北上・停滞した。このイベントに関連して,四川盆地の「南西渦」からのシアラインが東への拡張に伴う下層南風強化による対流不安定の強化がみられ,それにより梅雨前線帯での降水が活発化して組織化された。まさにこのために,淮河流域でメソα低気圧が新たに発生・成長し,その後の前線帯での降水のマルチスケール相互作用過程に大きく影響した点が明らかになった。このような過程でのメソα低気圧の「初期擾乱」の形成は,本研究で扱った1991年の事例においても見られた。また,前線帯の位置や活動の季節進行には,アジアモンスーンスケールでの場の変化が必要な事は言うまでもないが,より大きな場の要因で活発化された降水活動がメソα低気圧を形成する過程も,日単位でみた季節変化・季節内変動の遷移タイミングには重要な意味を持ちうる点を示唆している。2.熱帯西太平洋域は海面水温の特に高い領域が,気候学的には9月頃に最も東方まで広がっているため,何かのきっかけでどこでも対流が起きてもおかしくない。従って,夏の熱帯の対流活動のアノマリーの履歴によって,9月の対流活動域の東西の偏りは大変大きくなりやすく,このことも,秋雨前線帯の活動の東西方向の偏りが年々の大きな違いを生み出す背景である事が明らかになった。
多目的モデルに基づくインタラクティブ遺伝的アルゴリズムに関する研究

インタラクティブGA(interactive Genetic Algorithm : iGA)は,GAの評価部分を人間が評価することにより,人間の感性や嗜好といった数量化できない問題に対応することが可能である.本研究では,これまで単一目的のモデルとして定式化されてきたiGAに対して多目的モデルを提案し,多目的モデルに拡張する際の問題点の整理,検討,システム構築を行うことを目的とした.これにより,よりユーザーの嗜好に沿った解選択が可能となる.インタラクティブGA(interactive Genetic Algorithm : iGA)は,GAの評価部分を人間が評価することにより,人間の感性や嗜好といった数量化できない問題に対応することが可能である.本研究では,これまで単一目的のモデルとして定式化されてきたiGAに対して多目的モデルを提案し,多目的モデルに拡張する際の問題点の整理,検討,システム構築を行うことを目的とした.これにより,よりユーザーの嗜好に沿った解選択が可能となる.本年度は,インタラクティブ遺伝的アルゴリズム(対話型遺伝的アルゴリズム)の多目的モデルへの適用において下記の4点の検討および開発を行った.1)多目的遺伝的アルゴリズムのインタフェースおよび適合度の検討:これまで複数の目的関数を陽に取り扱った対話型遺伝的アルゴリズムの研究はほとんど行われていない.まず,解候補の表示方法について検討し,得られているパレート解集合を陽に取り扱う手法を検討した.また,探索のステップ間で適合度値の絶対的評価が異なるため,スケーリングを行うことにより絶対的評価を近づける方法を提案した.これらの結果は21年度の国際会議および論文などで発表する予定である.2)対話型遺伝的アルゴリズムにおける多峰性関数に適した交叉手法の開発:人間の嗜好のランドスケープは単峰性ではなく,多峰性であると考えられる.これに適した交叉手法を開発した.3)対話型遺伝的アルゴリズムにおける汎用的な問題に対する設計変数の自動生成手法の開発:対話型遺伝的アルゴリズムのシステム構築において,大きな問題となるのが,対象問題の設計変数空間を一から構築する必要があることである.これは実用化においては障害となる.ウェブ上の情報から対象問題の設計変数空間を自動的に抽出する手法を提案した.4)対話型遺伝的アルゴリズムを利用したシステム構築:浴衣のデザインやサインオンの生成に対話型遺伝的アルゴリズムを利用するシステムを構築した.本年度は,インタラクティブ遺伝的アルゴリズム(対話型遺伝的アルゴリズム)の多目的モデルへの適用において下記の2点の検討および開発を行った.1)多目的遺伝的アルゴリズムのインタフェースおよび適合度の検討:昨年度に引き続きインタラクティブ遺伝的アルゴリズムを多目的最適化問題に適用するためのインタフェースの検討を行った.本研究では,優越関係を陽に取り扱う方法を検討しているが,世代毎に評価が異なるという問題が発生し,その問題に対応する必要がある.成果は22年度に開催される国際会議へ投稿を行った.および論文などで発表する予定である.2)インタラクティブ遺伝的アルゴリズムのための解探索空間の生成法の検討:これまでインタラクティブ遺伝的アルゴリズムにおいては,設計変数空間を定義しそこに解候補を生成,ユーザの評価を行ってきた.一方,ウェブ上の商品の推薦システムなどにおいてインタラクティブ遺伝的アルゴリズムを利用する場合,解候補がすでに存在し,それに対応する解探索空間を生成する必要がある.その自動生成アルゴリズムの開発と検討を行った.商品の関連性から自動的に解探索空間を生成する方法を提案した.対話型遺伝的アルゴリズム(interactive Genetic Algorithm : iGA)は,人の感性情報を用いて最適化を行う手法の一つである.iGAでは,人間が遺伝的アルゴリズム(Genetic Algorithm : GA)における評価の部分を人間が行うことで,ユーザの嗜好や勘といったこれまで数値化できなかった対象に対しても最適解を求めることが可能である.本年度は,iGAの多目的モデルへの適用において,iGAを利用してトレードオフ関係にある複数の判断要素を自動的に抽出するアルゴリズムについて検討を行った.これを行うことにより,単一目的の最適化問題として対象となる問題を設定し,その単一目的が複数のトレードオフ関係を有するサブ目的から構成される場合においてもiGAを対応させることが可能となる.提案アルゴリズムでは,一対比較を行い,それらの結果をAHPで分析し,矛盾点を探る.この矛盾点を解消する判断要素を見つけることで,その解候補が各判断要素に沿っている度合いを抽出した.また,それらの判断基準を基に最適化を行う場合,評価部において世代間の評価値の問題が存在する.その問題を解決するため,世代間の評価値スケールを調整する改良アルゴリズムも提案を行っている.以上の提案アルゴリズムの有効性を検討するため,前者では評価エージェントを用いてシミュレーション実験を行い,後者は被験者実験により提案手法の有効性の検討を行った.これらの実験の結果から,複数の判断要素が抽出できる可能性とその結果を基に最適化が可能であることが明らかとなった.
界面を分離場として利用する希土類金属分離のための新規油溶性錯化剤の開発

本研究では、先端技術を支える高機能性材料に必須の金属として注目されている希土類金属の分離精製に対する界面場の利用に着目し、本分離プロセスに最適な優れた分離性能を有する新規油溶性錯化剤の開発を目的として研究を行い、以下のような成果が得られた。1、界面場を希土類金属の分離に有効に利用するための分子設計界面を有用な希土類金属の分離場として利用するためには界面張力が大きく界面配向性に優れた錯化剤分子を設計する必要がある。また、分離プロセスの高効率化を図るためにはこれらの分子を油溶性にし、繰り返し使用することが望ましい。さらに、希土類金属間の分離性能を向上させるためには、界面において希土類金属イオンと強く相互作用し、しかも分離対象金属間で錯体の安定度定数に差が生じることが重要な因子となる。2、新規油溶性錯化剤を組み込んだ希土類金属の界面分離場の設計界面を有効に分離場として利用するためには、用いるそれぞれの組み合せが重要となる。まず、希土類金属と相互作用を行う油溶性錯化剤を界面に配向させるが、このために吸着能力の大きい錯化剤を用いる必要がある。しかしながら、界面において一旦捕捉された希土類金属は有機相に存在する主抽出剤によって効率よく抽出される必要がある。つまりこのことは、界面に存在する錯化剤に比べて、希土類金属に対してより抽出能力の大きい主抽出剤を有機相中に配置させることが重要となる。3、上記抽出系により、希土類金属イットリウムおよび重希土類金属の抽出分離実験を行った結果、イットリウムの選択的な抽出速度の低下が観察され金属間の分離が飛躍的に向上することが明かとなった。さらに、本分離プロセスが極めた効率のよいプロセスであることをモデル計算により立証した。本研究を総括すると有機相-水相の界面が有用な一つの分離場として機能することが示された。本研究では、最近、先端技術を支える高機能性材料に必須の金属として注目されている希土類金属の分離精製に対する界面場の利用に着目し、本分離プロセスに最適な優れた分離性能を有する新規油溶性錯化剤の開発を目的として研究を行い、以下のような新たな知見を得た。1.新規油溶性錯化剤の設計とその合成界面を有用な分離場として利用するためには界面吸着能力が大きく界面配向性に優れた錯化剤分子を設計する必要がある。また、繰返し使用し、分離プロセスの高効率化を図るためにはこれらの分子を油溶性にすることも重要な因子である。さらに、油一水界面において希土類金属間の分離性能を向上させるためには希土類金属イオンと強く相互作用し、しかもそれぞれの錯体の安定度定数に差が生じることが望ましい。以上のような観点から、本研究では、親水部分にEDTA、あるいはDTPA等のキレ-ト部位を有し、疎水部に長鎖オレイル基を2本導入した錯化剤分子を設計し、それぞれの分子の合成法を確立した。2.新規錯化剤を用いた希土類金属の分離性能の検討希土類金属の代表的なリン酸抽出剤PC-88Aに、上記で合成した新規錯化剤、EDTA-ジアルキル誘導体およびDTPA-ジアルキル誘導体を添加して、重希土類金属エルビウム(Er)、ホルミウム(Ho)およびイットリウム(Y)の抽出分離実験を行った。その結果、EDTA誘導体を有機相に微量添加することによって、Er-Y間およびHo-Y間の分離が極めて向上することが明かになった。また、これらの分離の向上は平衡状態では観察されず、速度論的な分離(速度差分離)であることが示された。

3.液膜分離法への新規錯化剤の利用溶媒抽出法をさらに高効率化した分離手法として液膜分離法が挙げられる。本研究では、先に合成した新規錯化剤を組み込んだ乳化型液膜法により重希土類金属とイットリウムの分離を試み、従来の液膜系に比べてEr-Y間の分離性能が非常に向上することを明かにした。本研究では界面を分離場として利用した希土類金属分離のための新しい油溶性錯化剤を開発することを目的として研究を行ない、以下のような新たな知見が得られた。1、有機相一水相界面に希土類金属と相互作用を有する油溶性錯化剤を配向させることによって、希土類金属間の分離性能が飛躍的に向上することが明かとなった。具体的には、従来の水溶性錯化剤EDTAに長鎖のオレイル基を導入することによって油溶性にし、これらを有機相中に微量添加すると、イットリウムと重希土類金属間の分離係数が3倍程度増大することを見いだした。2、界面を分離場として有効に機能させるためには錯化剤存在下における希土類金属の抽出機構を明かにすることが重要である。本研究では、抽出能力や分離性能におよぼす種々の操作因子を検討し、希土類金属が有機相にそのまま抽出される場合と、界面で一旦油溶性錯化剤と相互作用した後に抽出される二つの機構が並列して進行するという抽出機構を提案した。その結果、希土類金属イオンが界面を通過する際、界面に配向した油溶性錯化剤との安定度定数の違いによって選択性が発現することが明かとなった。また上記の抽出機構に基づき、新しい希土類金属分離プロセスとしての経済評価を行い、本分離プロセスが極めて効率のよいプロセスであることをモデル計算により立証した。本研究によって有機相一水相の界面が有用な一つの分離場になり得ることが明らかになった。
鉄鋼材料表面に形成されたバイオフィルムの鉱物化に関する研究

本研究は、炭素鋼表面に形成された緑膿菌のバイオフィルム(BF)中の藍鉄鉱の沈殿、すなわち生体鉱物化の機構を明らかにするために行われた。緑膿菌のBFによって炭素鋼表面に作られた酸素濃淡電池は炭素鋼表面から鉄イオンの溶出を引き起こす(微生物腐食、MIC)。その結果、藍鉄鉱がこの鉄イオンと培地中のリン酸イオンから形成される。BF内に蓄積された鉄の濃度は炭素鋼を100%とすると約13%だった。放射光CTによって凹凸構造のBFの凹んだ部分に沿ってMICと思われる数多くの線状痕が観察された。このMICはこれまで説明されてきた酸素濃淡電池によって引き起こされるMICと形成機構が異なっているように思われた。緑膿菌(PAO1)の培養液に炭素鋼(SS400)を浸漬し、この試験片表面に形成されたバイオフィルム(BF)内の(1)PAO1の増殖や分布状態ならびに(2)超微細構造や化学組成について解析した。(1)PAO1培養液に2日間浸漬した炭素鋼試験片の表面構造を集束イオン/電子ビーム加工観察装置(FIB/SEM)の走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて調べたところ、BFの表面や内部(表層に近い部分)にPAO1と思われる桿状の構造物が確認できた。しかしながら、浸漬9日と30日経過した炭素鋼試験片の表面は無機的な結晶状の物質に多数被われてPAO1が観察できなかった。(2)次に浸漬2日後と30日後の炭素鋼試験片表面に形成されたBFに対し垂直になるように収束Gaイオンビームを照射してBFを削り取り、BF断面の元素分析を行った。浸漬2日と30日の試験片の最表面に炭素、そして直下の堆積物から最下層(基部)の炭素鋼までFeやP、Oが検出され、これらは生体鉱物として生成された藍鉄鉱(Fe3(PO4)2・8H2O)由来の元素と考えられた。さらにBF内部からMgも検出され、培地に含まれるMgとリン酸の化合物が生成されたのではないかと思われた。次にSPring-8で測定したBF内部のX線吸収係数をもとにBFに含まれるFeの濃度求めた。その結果、炭素鋼試験片のFeを100%とすると、PAO1培養液に30日間浸漬した炭素鋼試験片のBF内部には13%のFeが含まれていることが明らかになった。これらの研究成果を平成27年度に開催された第29回日本バイオフィルム学会や日本防菌防黴学会第42回年次大会、日本鉄鋼協会第170回秋季大会において発表することができた。炭素鋼表面に形成されたバイオフィルム(BF)内部の構造についておおむね当初の計画どおり調べることができた。また集束イオン/電子ビーム加工観察装置(FIB/SEM)を用いて試験片表面に形成されたBFの断面構造を調べることができた。これによって生体鉱物化が起きたBF内部の細菌や生成された鉄-リン酸化合物の分布状態を推定することができた。また、SPring-8で得られた結果をもとにしてBF内部に含まれる鉄の濃度を計算することができた。実体顕微鏡によってBFが形成された炭素鋼表面に多くの結晶が観察されることから、元素分析によって検出された鉄は藍鉄鉱を形成していることが示唆された。なお、FIB/SEMによって撮像した断面を再構成してBF内の生体鉱物化を3D可視化する実験を行ったが、平成27年度は3D可視化ができなかった。(1)緑膿菌のバイオフィルム(BF)が形成された炭素鋼(SS400)試験片をSPring-8の放射光を用いてコンピュータ断層撮影し、微生物腐食(MIC)とBFの生体鉱物化を3D可視化した。今回、これらのデータを基にして、SS400の表面に発生した微生物腐食(MIC)とSS400の表面を覆うBFの凹凸構造を比較し、以下の結果を得ることができた。BFの凸部分に周囲を囲まれた凹部分の直下にMICが発生しやすいことが明らかになった。さらにMICはBFの凹部分を囲んでいる凸部分の周縁にも発生していることがわかった。これら2つの結果から緑膿菌BFによって引き起こされたSS400のMICは、従来の酸素濃淡電池説、すなわち嫌気状態がもっとも高いBFの凸部分の頂点の真下にある金属表面からMICが発生し拡大していくという考え方では説明できない現象だった。寧ろ酸素濃淡電池はBFの凸部分の根元で形成され、ここを起点にSS400のMICが発生し拡大するように思われた。研究成果の一部は、日本防菌防黴学会第43回年次大会で発表した。(2)これまでシュードモナス属に分類されていたマグネシウム要求性の環境細菌Brevundimonas diminuta(NBRC3140、NBRC13181、NBRC14213、NBRC12697)のBF形成能について検討した。培地中に硫酸鉄が存在すると、NBRC12697を除く3菌種のBF形成が高まることが明らかになった。次に、これらB. diminutaのSS400に対するBF形成能を調べたところ、NBRC14213とNBRC12697が試験片表面にBFを形成することがわかった。(3)緑膿菌は純鉄表面でも炭素鋼(SS400)と同程度のBFを形成することがわかった。

このことから、緑膿菌は鉄鋼材料表面にBFを形成しやすい細菌であることが明らかになった。緑膿菌BFによる鉄鋼材料の初期MICの発生機構について形態学的観点から研究することができた。その結果、酸素濃淡電池によるMICの発生機構に関して新しい知見が得られた。また緑膿菌以外の細菌で鉄鋼材料の表面に大量にBFを形成する細菌としてPseudoalteromonas属をこれまで報告してきたが、今年度新たにBrevundimonas diminutaを見つけることができた。最終年度に実施した研究の成果:(1)緑膿菌のバイオフィルム(BF)で観察された生体鉱物化(藍鉄鉱形成)がヒト常在細菌(黄色ブドウ球菌、大腸菌、セラチア菌、腸球菌)で起きるかどうか調べた。試験片表面に存在するPの量を指標にして生体鉱物化を検討したところ、セラチア菌の培養液に浸漬した試験片の表面に緑膿菌とほぼ同程度のPの存在が確認され、藍鉄鉱の形成が示唆された。この結果からセラチア菌は生体鉱物化を引き起こす活性を持っている可能性が高いと考えられた。(2)Mgを含むHI-polypeptone-YeastExtract培地(HY培地、pH7)で培養したMg要求性の環境細菌Brevundimonasdiminutaは、増殖すると培養液をアルカリ性(約pH9)に変え、培養に用いたポリスチレン容器の表面にBFを形成した。そこでアルカリ環境下でBFを形成するB. diminutaがHY培地に浸漬したMg試験片表面にBFを形成するかどうか検討した。Mg試験片を培地に浸漬すると水酸化Mgが生じ培地のpHは瞬時に9になり、この中でB. diminutaは増殖した。しかしかながらMg試験片表面においてBFが形成されたかどうか確認できなかった。研究期間全体の研究成果:SS400の表面に形成された緑膿菌BFの中でSS400から溶出した鉄イオンと培地由来のリン酸イオンが緑膿菌の菌体成分を介して反応し、生体鉱物化が引き起こされることを明らかにした。SS400試験片の鉄を100%とするとBF内に存在する鉄は13%であることがわかった。さらに緑膿菌のBFが引き起こす鉄鋼材料の微生物腐食(MIC)は凹凸の形状をしたBFの凹部分の周縁から始まることがわかった。また生体鉱物化は緑膿菌だけでなくセラチア菌においても起きることが推測された。本研究は、炭素鋼表面に形成された緑膿菌のバイオフィルム(BF)中の藍鉄鉱の沈殿、すなわち生体鉱物化の機構を明らかにするために行われた。緑膿菌のBFによって炭素鋼表面に作られた酸素濃淡電池は炭素鋼表面から鉄イオンの溶出を引き起こす(微生物腐食、MIC)。その結果、藍鉄鉱がこの鉄イオンと培地中のリン酸イオンから形成される。BF内に蓄積された鉄の濃度は炭素鋼を100%とすると約13%だった。放射光CTによって凹凸構造のBFの凹んだ部分に沿ってMICと思われる数多くの線状痕が観察された。このMICはこれまで説明されてきた酸素濃淡電池によって引き起こされるMICと形成機構が異なっているように思われた。我々のこれまでの研究から、緑膿菌(PAO1)によって引き起こされた鉄鋼材料(炭素鋼)表面の『バイオフィルム(BF)形成』、『微生物腐食』、『生体鉱物化』は相互に関連性のある連続した現象であることが徐々に明らかになってきた。平成28年度は、集束イオン/電子ビーム加工観察装置(FIB/SEM)や放射光等を用いてBF内部の生体鉱物化を詳細に解析する。(1)放射光で撮像された炭素鋼表面の構造体は、BF内で生成されたX線を吸収する鉄とリン酸の化合物であることがわかった。本年度は炭素鋼表面を被うBFの本体であるPAO