hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
non-coding RNAの機能を制御あるいは模倣する新規人工核酸素子の開発

本研究課題では、疾患に関与するnon-codingRNA(タンパク質をコードしないRNA)の機能に着目し、新しい医薬品創薬を目指した。標的non-codingRNAとして、(1)microRNAと(2)7SKを選択した。それらがいずれも『タンパク質との複合体』となって機能を発現することに焦点を絞り、その機能の要となる『RNAとタンパク質との結合サイト』を(1)阻害、あるいは(2)模倣することで、癌やAIDSの治療に繋がる新規機能性核酸の開発に成功した。多種多様な機能性non-coding RNAが存在し、それらが仲介するさまざまな遺伝子発現制御機構が明らかになっている。本研究課題では、下記の2点に重点を置き、新規核酸医薬開発を推進した。micro RNA(miRNA)は、ヒト遺伝子の約30%以上の発現制御に関わっているnon-codingRNAである。Argonauteタンパク質を中核とした複合体(RISC)を形成し、標的遺伝子との二重鎖構造を認識して遺伝子発現を制御している。そこで、miRNAと標的遺伝子との二重鎖構造を変異させることによるRISC活性の制御目指し、天然に存在する核酸のピッチ(炭素3原子)より1原子多いブチレンリンカーでヌクレオチド間を連結させた新規核酸素子(TSO)の開発を行った。1, 4-butane diolの水酸基を各々DMTr化、amidite化し、固相ホスホロアミダイト法により2'-OMe型オリゴヌクレオチドに導入し、TSOを得た。モデル実験系として、TSOの標的をanti-GFP-siRNAとし、ガイド鎖に相補的なTSOを合成した。ブチレンリンカーの導入位置を様々に変化させた結果、RISCの切断部位より1塩基5'側にリンカーを導入したTSOがRISC活性を最も抑制した。この部位は、RISC活性に必須なMgイオンを包接する部位であり、この部分の構造を変異させることがRISC活性制御に重要ではないかと考察し、さらなる分子設計を行う。II. small 7SKミミック核酸素子の設計と機能評価7SKは進化的に保存された332ntのnon-coding RNAであり、HEXIM1タンパク質と結合することで遺伝子(特にHIVプロウィスル)の転写をON/OFFしている。そこで、7SKの転写制御能を模倣する人工核酸を開発し、新規核酸医薬品としての有効性を評価することを目的とした。7SKとHEXIM1との結合部位は複数の報告があるため、HIVのLTRをプロモーターに持ち下流にルシフェラーゼ遺伝子をコードするプラスミドを用いてレポーターアッセイを行ったところ、7SKの43-61ntのヘアピン構造部位が転写活性に重要である結果を得た。絞られた領域の高次構造を分子動力学計算法により解析し、small-7SKミミックを設計した。今後、small-7SKミミックの転写制御能について評価する。microRNA(miRNA)は、Argonauteタンパク質(AGO)を中核とした複合体(RISC)を形成し、遺伝子発現を制御している。本申請課題では、miRNAと結合した際、その二重鎖構造を変化させる核酸素子を用いて、RISC活性に及ぼす影響を評価した。天然に存在する核酸のピッチ(炭素3原子)より1原子多いブチレンリンカー、あるいは、1原子少ないエチレンリンカーでヌクレオチド間を連結させた核酸素子(TSO)を合成した。TSOのRISC機能抑制能を評価した結果、RISCの切断部位の2塩基分をブチレンリンカーに置き換えたTSOが最もRISC活性を抑制した。この領域は、AGOのPIWIドメインと相互作用する領域であり、RISC活性に必須なGW182タンパク質とAGOとの結合部位でもある。これより、AGOとGW182タンパク質との結合領域の構造を大きく変化させることがRISC活性を抑制する上で重要ではないかと考察された。7SKは進化的に高度に保存されたnon-coding RNAであり、転写過程の抑制に関わっている。7SKをknock downするとHIVプロモーター特異的な転写活性が促進されることが明らかとなっており、これより、7SKは細胞内に存在する『ウィルス遺伝子発現抑制分子』であると考えられる。本研究では、7SKの転写抑制能を模倣する短鎖の機能性人工核酸(7SK mimic)を開発することを目的とした。前年度の研究成果より、7SKの43-61ntのヘアピン構造部位が転写抑制に重要である結果を得た。この領域のヘアピン構造を骨格とした7SK mimicを合成し、機能評価を行ったところ、HIV-LTRプロモーターからの転写を顕著に抑制した。これより、7SK mimicのHIV複製阻害剤としての有効性が示された。
周期構造化により低周波数帯域の電気的特性を合致させた電磁ファントムの研究

人体通信や各種医療機器の電気的性能評価を行う上で,生体の電気的特性を模擬したファントムを用いることは機器の信頼性向上の観点から有用である。従来のファントムは低周波数帯域における生体の電気的特性を十分に模擬しておらず改善が必要であった。本研究では高含水ゲルファントムの広帯域化を目的に,特に低周波数帯域における電気的特性の改善を行った。薬事法の改正によりすべての医療機器は電磁両立性(EMC)を満足することが義務づけられた。体内埋込み型や密着型の医療機器においては,生体の存在による影響を考慮し機器が実際に使用される状態に近い条件下でEMC試験を行うことが望ましい。これを実現する方法の一つとして,ファントムの使用が挙げられる。薬事法により定められたEMC試験を行う上で必要なファントムの電気的特性は誘電率および導電率(以下,電気的特性という)である。これらの電気的特性が生体と合致することが求められているが,例えば薬事法に基づいたEMC試験項目の一つである放射性妨害波の試験周波数帯域(30 MHz1 GHz)と比較すると,低周波数帯域においては十分とは言えない。本研究では,周期構造化により低周波数帯域の電気的特性を合致させたファントムの研究開発を目的としているが,平成25年度の研究は,カーボン系材料の添加による低周波数帯域における電気的特性の改善について特に研究を行った。平成24年度はカーボンマイクロコイル(以下,CMCという)を従来の高含水ゲルファントムに添加し電気的特性を改善させたのに対し,平成25年度はCMCと比較して低価格な材料により同等の効果を得ることあができた。さらに,材料添加による電気的特性向上のメカニズムについて明らかにした。薬事法の改正によりすべての医療機器は電磁両立性(Electromagnetic Compatibility : EMC)を満足することが義務づけられた。体内埋込型や密着型の医療機器においては,生体の影響を考慮し機器が実際に使用される状態に近い条件下でEMC試験を行うことが望ましい。薬事法により定められたEMC試験を行う上で必要なファントムの電気的特性は誘電率および導電率である(以下,電気的特性という)。これらの電気的特性が生体と合致するものが求められる。広く用いられている高含水ゲルファントムは300 MHz2.5 GHzの帯域において生体組織とほぼ等しい電気的特性が保証されているが,例えば薬事法に基づいたEMC試験項目の一つである放射性妨害波の試験周波数帯域(30 MHz1 GHz)と比較すると,低周波数帯域において十分とはいえない。本研究は周期構造化により低周波数帯域の電気的特性を生体と合致させた電磁ファントムの研究開発であるが,平成24年度は特に周期構造のための原料の調査と測定評価を行った。従来ファントムの誘電率は生体の筋肉組織と比較して低く,従来の原材料の調合割合を調整するのみでは低周波数帯域においては所望の電気的特性を得られないことが明らかになっていた。これに対し,ナノテクノロジーを支える材料の一つであるカーボンマイクロコイルを従来の高含水ゲルファントムに添加することにより,誘電率の増加が確認され,生体と近い電気的特性が得られることが示唆された。薬事法の改正によりすべての医療機器は電磁両立性(EMC: Electromagnetic Compatibility)を満足することが義務づけられた。体内埋込型や密着型の医療機器などの電子デバイスにおいては,生体の存在による各種試験への影響を考慮し,機器が実際に使用される状態に近い条件下で性能評価を行うことが望ましい。動物実験を行うことで試験実施は可能であるが,コストや再現性,倫理的な観点における問題があり,模擬生体(ファントム)の利用が有用である。従来のファントムは数百MHz以上の周波数帯域を対象としたものがほとんどで,たとえば薬事法に基づいたEMC試験項目の一つである放射性妨害はの試験周波数帯域(30 MHz1 GHz)と比較すると,低周波数帯域においては十分とはいえない。本研究では,EMC試験をはじめとする電気的な特性評価に必要なファントムの特性である誘電率と導電率(以下,電気的特性という)を生体の筋肉の電気的特性に近づけることを目的としている。本研究では従来の高含水ゲルファントムの材料調合割合の調整のみでは実現不可能であった低周波数帯域における誘電率の増加のため,誘導性材料の添加を試み,電気的特性の改善を行った。得られた成果は,低周波数帯域における電磁ファントムの利用にきわめて有用であり,医療機器の開発段階において,より実際の使用に近い状態で各種性能試験を行うことに貢献できるものと考えている。医用生体電子工学従来ファントムの誘電率は生体の筋肉組織と比較して低く,従来の原材料の調合割合を調整するのみでは低周波数帯域において所望の電気的特性を得られないことが明らかになっている。単一材料により低周波数帯域における電気的特性を模擬するのが困難と考えられていたことから,本研究では周期構造を有するファントムを提案し,検討を行うことになっていた。しかしながら,平成25年度の研究成果より,試作が容易な単一構造の材料により電気的特性を模擬できることが示唆された。

さらに,平成24年度に提案したファントムと比較して低価格で同等の特性を得ることに成功している。さらなる材料定数の調整は必要であるものの,低周波数帯域における電磁ファントムの標準として普及することが期待される。従来ファントムの誘電率は生体の筋肉組織と比較して低く,従来の原材料の調合割合を調整するのみでは低周波数帯域においては所望の電気的特性を得られないことが明らかになっていた。単一材料により生体の低周波数帯域における電気的特性を模擬することが困難であることから,本研究では周期構造を有するファントムについて提案し,検討を行うことになっている。本研究で提案するファントムは材料の異方性を含めた模擬が期待でき,実際の生体に近い電気的特性を実現できる可能性を有しているものの,試作が容易ではないなどの欠点もある。これに対し,平成24年度に検討を行ったカーボンマイクロコイルを添加したファントムは異方性を有すことはないが,種々の材料を混合し加熱するのみであるため試作が容易であり,しかも従来のファントムよりも生体に近い誘電率特性が得られた。このため,さらなる材料定数の調整は必要であるものの,低周波数帯域における電磁ファントムの標準として普及することが期待される。カーボン材料の添加によるファントムの材料調合割合のさらなる調整を行うと同時に,誘電率増加に関するメカニズムについてさらなる検討を行う。また,評価を行えていない周波数帯域における電気的特性の測定を行い,開発したファントムの広帯域化を目指す。カーボンマイクロコイルを添加したファントムの材料調合割合のさらなる検討を行うと同時に,カーボンマイクロコイルの添加による誘電率特性増加についてのメカニズムの解明を行う。これより,各周波数帯域における材料調合割合を決定し,レシピとして公開することを目指す。また,上記ファントムを活用した上で,周期構造を有する電磁ファントムの試作を行い,特性評価を行うと同時に異方性を考慮したファントムの実現を目指す。当初予定していたよりも試作のための材料費が低価格となった。これは,研究成果の一つである低価格な材料によるファントムの実現によるものである。研究が順調に進捗していることから,従来の計画に加え,十分に検討を行えていない周波数帯域の電気的特性評価のため,治具の試作等を行う。研究費の使途の多くはファントム試作のための材料の購入に充てる。その他,成果発表のための学会参加費,論文投稿料,英文校正料,旅費などに使用する予定である。
GeV光子ビームによる核子内でのクォーク運動の解明 電子タギング装置の研究

SPring8での後方コンプトン散乱による光子ビームは偏極ビームとしては世界最高エネルギーで且つ高輝度という点で極めてユニークであり、世界をリ-ドする多くの新しい物理の展開が期待できる。光子ビームのエネルギーは散乱電子のエネルギーを偏向電磁石での偏向角度を測定することにより同定されるが、実験に必要なエネルギー精度(30MeV)を達成するため偏向角度を測定する位置検出器の分解能は1mm以下が要求される。シリコン・ストリップ検出器(SSD)の位置分解能は十分小さく、また近年のVLSI技術の脅威的な進歩により複数(100)のチャンネルを1本のラインでコンパクトに且つ安価に読み出すことが可能であるが、読み出し系の時定数が1マイクロ秒と遅いので平均0.1マイクロ秒毎にタギング面を通過する散乱電子を捉えきれない。そこで我々はタギング面を小部分に分割し、それぞれをSSDとプラスチックシンチレーターを組み合わせたハイブリッド検出器で覆うことにより高位置分解能と高速性を両立させるというアイデアを提案した。本研究では、まず128チャンネルのSSD検出器のプロトタイプを試作し赤外線レーザーを照射し読みだしのテストを行なった。予想どおり非常にノイズレベルは低く、エネルギーの測定による高エネルギー電子の通過事象とX線によるバックグラウンドの分離が可能であることが確かめられた。また,プラスチックシンチレーターの光の取りだしのためにプリズムを使ったライトガイドを試作し、その光収集効率を測定した。プリズムを使って90度折り曲げたライトガイドの収集効率は直線のものの66%で十分実用にたえることがわかった。
大規模コホートデータを用いた脳出血の部位別リスクとその医療介護需要予測への活用

本研究の対象は、20022004年にベースライン調査を実施し、現在追跡調査を継続実施している日本動脈硬化縦断研究(以下JALS)の追跡集団(58地域と8職域、118,239名(女性54%)、平均年齢59.9歳)である。平成29年度(1年目)は、他の脳卒中病型とともに、死亡率、発症率(病型別、部位別)について性・年齢階級別(中高年(65歳未満)、高齢者(65ー74歳、75歳以上))に検討を行い、男女とも被殻出血は視床出血や皮質下出血に比して若年者の発症率が高く、視床出血では加齢にともない発症率が急峻する傾向がみられることを報告した。平成30年度(2年目)は、脳卒中の病型別に発症に対する循環器リスクファクターの寄与を服薬有無別に検討を行った。1980、1990年代から追跡を行っている本邦コホートの既報と同様に、脳梗塞については降圧剤服薬者の発症リスクは、血圧値に関わらず非服薬者より高いことが確認されたが、脳出血については、降圧剤非服薬者に比べ、服薬者において、同一血圧値カテゴリーにおける発症リスクが低い傾向が認められた。これらの検討結果については論文公表を行った(Absolute risk score for stroke, myocardial infarction, and all cardiovascular disease: Japan Arteriosclerosis Longitudinal Study. Harada A et al. Hypertens. Res.2019 Apr;42(4);567-579. doi: 10.1038/s41440-019-0220-z)。これらの検討と並行し、初年度の検討結果の論文公表の準備も進めている。平成29年度、平成30年度の検討結果については、論文化まで作業が進んでおり、令和元年度(3年目)前半での成果報告が可能と考えている。脳出血発症部位に着目した解析についてはこれからであること、脳出血初発後の病型に関わらない脳卒中再発事例の解析データベースの整理は進行中であることから、鋭意作業をすすめ、令和元年度後半までの解析完了、年度内での報告を目指したいと考えている。令和元年度については、脳出血発症者の死亡までの経過に着目し、初回発症の部位および年齢階級、重症度別に、その後の脳卒中再発(病型・回数)、要介護発生との関連について検討を行う予定である。このうち、要介護発生後、死亡までの経過については、我々が研究分担者であるJALS研究グループ内の別研究班が、要介護度の進展状況につきGroup-based trajectory解析を行い、いくつかの特徴ある進展パターンに分かれることを見出している。そこで、初回発症の重症度や再発回数などが、これらの要介護度の進展群の間で異なっているのか、各群での介護費用およびどのような予防対策を実施することでどの程度介護費用抑制につながるかなど検討を行っていく予定である。平成29年度(1年目)は、脳卒中死亡率、発症率(病型別、部位別)について性・年齢階級別(中高年(65歳未満)、高齢者(65ー74歳、75歳以上))に検討を行った。部位の検討においては、脳出血発症・死亡については、被殻出血、視床出血、橋出血、皮質下出血などに分類した発症率を検討した結果、男女とも被殻出血は視床出血や皮質下出血に比して若年者の発症率が高く、視床出血では加齢にとない発症率が急峻する傾向がみられた。被殻出血は若年での発症が多く、60歳未満に占める割合は男性51%、女性50%であり、80歳以上での割合は男性24%、女性28%で、高齢になるほど割合が減少した。一方、視床出血では、全視床出血に占める割合は60歳未満群で男性19%、女性14%、80歳以上群では男性32%、女性34%で高齢になるほど割合が増加した。脳梗塞、脳出血の発症率ならびに生存率の推移について部位別の報告を行っている久山町研究、秋田県脳卒中登録の結果において、同様の報告があるが、国内の大規模コホート研究であるJALSにおいても同様の傾向が確認された。(理由)脳卒中死亡率、発症率(病型別、部位別)について性・年齢階級別(中高年(65歳未満)、高齢者(65ー74歳、75歳以上))に検討を行い、特に脳出血における性・年齢による発症部位の違いの確認が行えた。脳卒中発症(病型別、部位別)に関連するリスクファクターの寄与については、現在解析段階であり、平成30年度(2年目)前半での成果報告が可能と考えている。

平成29年度(1年目)は、他の脳卒中病型とともに、死亡率、発症率(病型別、部位別)について性・年齢階級別(中高年(65歳未満)、高齢者(65ー74歳、75歳以上))に検討を行い、男女とも被殻出血は視床出血や皮質下出血に比して若年者の発症率が高く、視床出血では加齢にともない発症率が急峻する傾向がみられることを報告した。平成30年度(2年目)は、脳卒中の病型別に発症に対する循環器リスクファクターの寄与を服薬有無別に検討を行った。1980、1990年代から追跡を行っている本邦コホートの既報と同様に、脳梗塞については降圧剤服薬者の発症リスクは、血圧値に関わらず非服薬者より高いことが確認されたが、脳出血については、降圧剤非服薬者に比べ、服薬者において、同一血圧値カテゴリーにおける発症リスクが低い傾向が認められた。これらの検討結果については論文公表を行った(Absolute risk score for stroke, myocardial infarction, and all cardiovascular disease: Japan Arteriosclerosis Longitudinal Study. Harada A et al. Hypertens. Res.2019 Apr;42(4);567-579. doi: 10.1038/s41440-019-0220-z)。これらの検討と並行し、初年度の検討結果の論文公表の準備も進めている。平成29年度、平成30年度の検討結果については、論文化まで作業が進んでおり、令和元年度(3年目)前半での成果報告が可能と考えている。脳出血発症部位に着目した解析についてはこれからであること、脳出血初発後の病型に関わらない脳卒中再発事例の解析データベースの整理は進行中であることから、鋭意作業をすすめ、令和元年度後半までの解析完了、年度内での報告を目指したいと考えている。平成30年度については、部位とリスクファクターの検討を継続すると共に、再発例について、初発からの期間、ベースラインリスクとの関連、死亡例については死因と初発及び再発までの期間等の検討を行う。脳出血の被殻と視床における発症年齢の違いの検討については、腎血管においては同一血管系でも母血管から近位か遠位かの位置の違いで糸球体の病変程度が異なることが説明されていることから、径の大きな動脈から細い動脈が突然分枝し、径に不釣り合いな高圧がかかる緊張度の高い血管strain vesselを有する脳内穿通枝動脈での病理変化の違いを仮説として考えている。解剖学的に被殻と視床の動脈は血管系が異なり、被殻の穿通枝動脈は中大脳動脈水平部から分枝するのに対し、視床は後大脳動脈系からの分枝である。両者の母血管や穿通枝動脈自体の太さの違いから、被殻の穿通枝動脈は視床の動脈に比してやや高い血圧が生じると思われ、脳内の穿通枝動脈でも被殻が視床に先行する病理変化が起きると考えられる。同じstrain vesselである被殻の穿通枝動脈は視床より早い時期に高い圧がかかり、60歳未満の若年でMicro Aneurysmが形成される結果、被殻出血は中年期に多くなると思われる。その後Micro Aneurysmは数年の期間で内腔が閉塞し終焉するものと思われる。その頃に視床の穿通枝動脈の病理変化が被殻を後追いするように進行するものと考え、このような病理変化により、被殻、橋では早い時期に視床ではそれに遅れて脳出血をきたすことにつながると考えている。このような時間的に異なる病理変化の進行に対して、競合リスクを考慮した解析についても試みる予定でいる。令和元年度については、脳出血発症者の死亡までの経過に着目し、初回発症の部位および年齢階級、重症度別に、その後の脳卒中再発(病型・回数)、要介護発生との関連について検討を行う予定である。
微小重力下における三次元離散化燃料系の燃焼と火炎ダイナミズム

本研究は,三次元離散化燃料系である燃料液滴群が蒸発,自発着火を経て燃焼に移行する一連の非定常過程を観測し,それらの現象に及ぼす燃料液滴直径,液滴間距離,燃料性状といった主要因子の影響を明らかにすることを目的としている.主に実験を行ったが,その際に現象を複雑化する自然対流の影響を低減するため,微小重力環境を活用した.また,液滴列や単一液滴も実験対象に加え,その燃焼過程や火炎構造の検討のため,レーザ誘起蛍光法による液滴火炎ラジカルの非接触測定を行うとともに,液滴火炎ラジカル生成についての数値シミュレーションを行った.50個程度の燃料液滴で構成される液滴群,10個程度の燃料液滴で構成される液滴群個程度の燃料液滴で構成される液滴列および単一燃料液滴を実験対象とした.単一燃料液滴については燃料性状および雰囲気性状の影響に着目し,微小重力実験により基礎燃焼特性を明らかにした.地上実験では微小重力実験の場合と同じく自然対流の影響が相対的に弱まる微速流中において,液滴火炎内側すす分布,液滴火炎内OH分布を明らかにし,雰囲気流速および液滴直径に対する火炎形態と失火の領域図を作成した.火炎内OH分布については,詳細反応モデルを組入れた数値シミュレーションにより実験結果を再現し雰囲気湿度の影響を確認した燃料液滴列については,燃拡がり速度に及ぼす液滴間隔,燃料性状および周囲流速の影響について明らかにした.燃料液滴群については,微小重力実験により非定常蒸発過程に及ぼす液滴間距離の影響を明らかにした.さらに,微小重力実験により自発着火に要する時間や火炎の成長挙動に及ぼす液滴間隔の影響を明らかにした.本研究は,三次元離散化燃料系である燃料液滴群が蒸発,自発着火を経て燃焼に移行する一連の非定常過程を観測し,それらの現象に及ぼす燃料液滴直径,液滴間距離,燃料性状といった主要因子の影響を明らかにすることを目的としている.主に実験を行ったが,その際に現象を複雑化する自然対流の影響を低減するため,微小重力環境を活用した.また,液滴列や単一液滴も実験対象に加え,その燃焼過程や火炎構造の検討のため,レーザ誘起蛍光法による液滴火炎ラジカルの非接触測定を行うとともに,液滴火炎ラジカル生成についての数値シミュレーションを行った.50個程度の燃料液滴で構成される液滴群,10個程度の燃料液滴で構成される液滴群個程度の燃料液滴で構成される液滴列および単一燃料液滴を実験対象とした.単一燃料液滴については燃料性状および雰囲気性状の影響に着目し,微小重力実験により基礎燃焼特性を明らかにした.地上実験では微小重力実験の場合と同じく自然対流の影響が相対的に弱まる微速流中において,液滴火炎内側すす分布,液滴火炎内OH分布を明らかにし,雰囲気流速および液滴直径に対する火炎形態と失火の領域図を作成した.火炎内OH分布については,詳細反応モデルを組入れた数値シミュレーションにより実験結果を再現し雰囲気湿度の影響を確認した燃料液滴列については,燃拡がり速度に及ぼす液滴間隔,燃料性状および周囲流速の影響について明らかにした.燃料液滴群については,微小重力実験により非定常蒸発過程に及ぼす液滴間距離の影響を明らかにした.さらに,微小重力実験により自発着火に要する時間や火炎の成長挙動に及ぼす液滴間隔の影響を明らかにした.本研究は,三次元離散化燃料系である燃料液滴群が蒸発,自発着火を経て燃焼に移行する一連の非定常過程を観測し,それらの現象に及ぼす燃料液滴直径,液滴間距離,燃料性状といった主要因子の影響を明らかにすることを目的としている.実験研究を行い,現象の把握を目指すが,その現象を複雑化する自然対流の影響を低減するために,実験には微小重力環境を利用する.また,液滴列や単一液滴も実験対象に加え,その燃焼過程や火炎構造の検討のため,OH自発光計測やレーザ誘起蛍光計測などの非接触測定を行う.本年度は,以上のような研究方針に沿う実験に必要となる自由落下装置,燃焼実験装置本体,制御装置,計測装置などを製作した.そして,50個程度の燃料液滴で構成される液滴群,10個程度の燃料液滴で構成される液滴群,10個程度の燃料液滴で構成される液滴列および単一燃料液滴を対象として,地上実験を行った.単一燃料液滴については,液滴火炎内側に存在するすすの分布を非接触で計測し,燃料性状の影響について検討した.液滴列については,一端より非定常に燃え拡がる際の速度に注目し,その速度に及ぼす液滴間隔および燃料性状の影響について検討した.そして,液滴群については,自発着火に要する時間や火炎の成長挙動に及ぼす液滴間隔の影響について検討した.液滴列の燃え拡がりと液滴群の火炎成長においては,間欠的な挙動が観察され,現象の非定常性が強く現れることが確認された.また,通常重力下における液滴群の火炎挙動は,燃焼過程の後期に自然対流の影響を強く受けていると見なされる結果が得られた.本研究は,三次元離散化

燃料系である燃料液滴群が蒸発,自発着火を経て燃焼に移行する一連の非定常過程を観測し,それらの現象に及ぼす燃料液滴直径,液滴間距離,燃料性状といった主要因子の影響を明らかにすることを目的としている.主に実験研究を行い現象の把握を目指すが,その現象を複雑化する自然対流の影響を低減するために,実験には微小重力環境を利用する.液滴列や単一液滴も実験対象に加え,その燃焼過程や火炎構造の検討のため,OH自発光計測やレーザ誘起蛍光計測などの非接触測定を行うとともに,液滴火炎ラジカル生成についての数値シミュレーションを実施する.本年度は,前年度に引続いて50個程度の燃料液滴で構成される液滴群,10個程度の燃料液滴で構成される液滴群,10個程度の燃料液滴で構成される液滴列および単一燃料液滴の燃焼過程を研究対象とした.単一燃料液滴については燃料性状および雰囲気性状の影響に着目し,微小重力実験および地上実験により基礎燃焼特性の検討を行うとともに,地上実験により液滴火炎内側すす分布,液滴火炎内OH分布を明らかにした.一部の実験結果については,数値シミュレーションの結果と比較検討を行った.液滴列については,燃え拡がり速度に及ぼす液滴間隔,燃料性状および周囲流速の影響について広範に検討した.液滴群については,微小重力実験の準備を進めるとともに地上実験を行った.地上実験では中央の液滴の蒸発挙動に着目し,燃焼および蒸発(非燃焼)の両条件下において,基礎蒸発特性に及ぼす液滴数および液滴間隔の影響を検討した.本研究は,三次元離散化燃料系である燃料液滴群が蒸発,自発着火を経て燃焼に移行する一連の非定常過程を観測し,それらの現象に及ぼす燃料液滴直径,液滴間距離,燃料性状といった主要因子の影響を明らかにすることを目的としている.主に実験を行ったが,その際に現象を複雑化する自然対流の影響を低減するため,微小重力環境も利用した.また,液滴列や単一液滴も実験対象に加え,その燃焼過程や火炎構造の検討のため,レーザ誘起蛍光法による液滴火炎ラジカルの非接触測定を行うとともに,液滴火炎ラジカル生成についての数値シミュレーションを行った.本年度も,前年度に引続いて50個程度の燃料液滴で構成される液滴群,10個程度の燃料液滴で構成される液滴群,10個程度の燃料液滴で構成される液滴列および単一燃料液滴を研究対象として実験および数値シミュレーションを行い,雰囲気流速,雰囲気性状燃料液滴直径液滴間距離ならびに燃料性状が燃焼特性,蒸発特性ならびに火炎内化学種分布に及ぼす影響に関するデータを蓄積した.特に本年度は,微小液滴群の非定常蒸発過程を微小重力実験により検討し,液滴間距離が小さくなると中央液滴の蒸発が活発化する前の初期加熱期間が大幅に延長され,現象の非定常性が強くなることが明らかになったほか,微小重力実験の場合と同じく自然対流の影響が相対的に弱まる微速流中での単一燃料液滴の燃焼実験により,いくつかの雰囲気湿度において,雰囲気流速および液滴直径に対する火炎形態および失火の領域図を作成することができた.また,単一燃料液滴の火炎内OH分布については,詳細反応モデルを組入れた数値シミュレーションにより実験結果を再現することができ,雰囲気湿度の影響が確認された.
実験室ラットの表情認知の神経基盤研究に基づく表情機能の進化的起源の探求

ヒトで指摘されている表情認知の神経基盤について、近年の研究でヒトと類似する表情認知機能が解明されつつある実験室動物であるラットにおいて、局所脳領域破壊法にて、その神経基盤の解明に取り組む。そして、ヒトの表情について、動物との間に機能的類似性のみならず、神経基盤における類似性があるのかどうかを検討する。このことより、ヒト表情の進化的起源を解明する研究領域の創出に取り組む。
初期発生における正及び負の細胞周期制御の研究

本研究課題では主にアフリカツメガエル卵を用いて、初期発生過程における様々な正および負の細胞周期制御因子の発現や機能制御に関して詳細な研究を行った。その結果、未受精卵の分裂停止で重要な機能を果たすEmi2タンパク質の活性が様々なリン酸化酵素や脱リン酸化酵素によって制御されていることを明らかにした。また、神経形成や形態形成がFoxM1、Wee1、Chk1、Cdc25Bなどの様々な細胞周期制御因子によって巧妙に制御されていることなどを示した。本研究では、アフリカツメガエルの系を中心に、初期発生過程における正および負の細胞周期制御の研究を行う。具体的には、(1)卵成熟および受け精・卵割における細胞周期制御、(2)中期胞胚遷移(MBT)におけるチェックポイント制御、(3)母性/胚性転移(MZT)における細胞周期のリモデリング、において機能する正および負の細胞周期制御因子の発現制御、機能・役割を解析する。また、分担研究として,ゼブラフィッシュのMBTにおけるCdk9の活性制御等を解析する。1.脊椎動物の第二減数分裂中期(Meta-II)での停止は単為発生を防ぐのに重要である。Meta-II停止には細胞分裂抑制因子(CSF)が関わっており、CSFはMos-MAPK経路またはErp1から成るとされてきた。今回、ツメガエル卵のCSFではMos-MAPK経路とErp1が直接的にリンクしていることを明らかにした。まず、Erp1のCSF活性がMos-MAPK経路依存的であることを示した。次に、Mos-MAPK経路下流のp90rskキナーゼがErp1を直接的にリン酸化することを見いだした。さらに、このリン酸化がErp1を安定化・活性化することでCSF活性を示すことを明らかにした。2.卵の減数分裂周期の進行は、CPEBのユビキチン系に依存した分解により誘導される。しかし、その分子機構については不明であった。今回、ツメガエルCPEBの分解機構を明らかにした。まず、CPEBのN末端に分解に関与するドメイン(TSG motifと命名)を同定した。また、リン酸化されたTSG motifにSCF(βTrCP)ユビキチンリガーゼが結合することを示した。更に、TSG motifのキナーゼとしてPlx1を同定し、Plx1がCPEBの分解に必須なことを示した。3.ツメガエル卵の受精におけるCdc25Aの翻訳開始機構を明らかにする目的で、Cdc25A mRNAの3'UTR領域に様々な変異を導入し、受精時における同mRNAの翻訳を調べた。その結果、3'UTRに存在する2つのC/Uに富んだ領域が翻訳開始に必須であることが分った。また、この領域にトランスに働く因子が存在することが示された。4.分担研究:ゼブラフィッシュのMBTにおけるCdk9の活性制御を検討する目的で、発現抑制のためのモルフォリーノオリゴの微小注入で受精直後の卵を処理した。その結果、MBTで転写される少なくとも5つの遺伝子に転写異常が検出され、同時にCdk9キナーゼの標的であるRNAポリメラーゼIIのリン酸化が抑制されていることを示した。1.これまでツメガエル成熟卵において、Mos/MAPK経路がErp1を安定化・活性化することで卵成熟停止(Meta-II停止)を引き起こすことを示した(Inoueら, 2009)。そこで本年度は、Erp1の活性制御機構を生化学的手法で詳細に解析し、これまで未同定のN末端の複数のセリン残基の脱リン酸化がErp1の活性化に重要であることを示した。さらにErp1のC末端領域が活性制御に必須であることを見い出した。2.最近、Cdc25BやサイクリンE2がMBT直後から発現されること見い出した。そこで、これらの正の(胚性)細胞周期因子の発現をモルフォリーノオリゴ法で阻害し、MBT以後の細胞周期や形態形成への影響を生化学・細胞生物学的に解析した。その結果、Cdc25BやサイクリンE2の発現がMBT後の体細胞型細胞周期への変遷に必要であることが判明した。また、これらの細胞周期制御因子が神経分化にも必須であることを示した。3.哺乳動物細胞でG2/M転移に重要とされる転写因子(FoxM1)のツメガエル胚発生における役割を分子生物学・発生学的手法で解析した。その結果、FoxM1がMBT後のCdc25B、サイクリンB1などG2/M制御因子の発現に必須であることを見出した。さらに、FoxM1がこれらの細胞周期制御因子の発現を介して神経分化のために重要な役割を果たすことを示した。これにより、細胞分裂と神経分化の関係が示された。4.分担研究:今年度は発生初期胚のcdk9遺伝子発現が、ゼブラフィッシュでは母性mRNAのpoly(A)鎖伸長により翻訳レベルで促進されることを明らかにした。

対照的にアフリカツメガエルではMBT以降に接合子性mRNAが合成され、これが翻訳されることがわかった。1.これまでにツメガエル成熟卵において、Mos/MAPK経路がErp1を安定化・活性化することで卵成熟停止(Meta-II停止)を引き起こすことを示した。今回さらに、Erp1の活性制御機構を生化学的手法で詳細に解析し、これまで未同定のN末端の複数のセリン残基の脱リン酸化がErp1の活性化に重要であることを示した。また、Erp1のC末端領域が活性制御に必須であることを見出した。2.多機能キナーゼであるPlx1が受精に際して正の細胞周期因子Cdc25C及び負の因子Myt1と結合することを見出した。さらに、この結合とリン酸化によって、Cdc25Cが活性化される一方、Myt1が不活性化され、卵割期における早いCdc2の活性化が可能になることが示された。3. MBTでは、Cdc25A以外にWeel/Myt1キナーゼもATR/Chk1経路の標的になる可能性があろ。実際、Chk1はin vivo及びin vitroでWeel(母性WeelA)のC末端をリン酸化し、その活性を阻害することで、MBTでの細胞周期伸長に関与することが示された。4.分担者研究:mRNAのpoly(A)鎖伸長を阻害することで翻訳効率を低下させることが可能な、モルフォリノオリゴヌクレオチドを門いた新規アンチセンス法を開発した。1.卵成熟におけるMos-MAPK経路におけるErplの活性制御の解析:前年までの研究の発展に伴い、Mos-MAPK経路によるErpl-APC/Cの相互作用の促進機構の解析を推進した。その結果、ErplのC末端ドッキングモチーフにMos-MAPK経路が阻害的に働くことを示した。2.正の胚性細胞周期因子の機能解析:申請者らは最近Cdc25BやサイクリンE2がMBT直後から発現されることを見出した。そこで、これらの正の(胚性)細胞周期因子の発現をモルフォリーノオリゴやsiRNA法で阻害し、それらが原腸胚期後での細胞周期リモデリングで機能することを示した。3.負の胚性細胞周期因子の機能解析:一方申請者らは、胚性型Wee1(WEE1B)やCKIの一種が原腸胚期に発現することも見出しているこれらの負の(胚性)細胞周期因子の発現を上記モルフォリーノオリゴ/siRNA法で阻害し、それらが脊索等の形成に関与することを示した。4.分担者研究:中期胞胚遷移で始まる転写反応に関与するキナーゼP-TEFbのゼブラフィッシュ触媒サブユニットCdk9タンパク質は、卵由来で初期胚に安定に存在する。そこで、Cdk9タンパク質に対するポリクローナル抗体を複数作製し、活性中和抗体候補を取得することができた。1.卵成熟の細胞周期制御RSKによるEmi2の安定化・活性化の分子機構を詳細に解析した。まず、Emi2のC最末端(RL tailと命名)がAPC/Cと結合し、その活性を阻害することを示した、また、Cdk1がEmi2のN末端をリン酸化し、そこに結合したCdk1自身やPlk1がRL tai1を含むいくつかの部位をリン酸化し、Emi2を不安定化・不活性化させることを見出した。そして、重要なことにRskによるリン酸化部位(S335/T336)にはPP2Aが結合し、Cdk1やPlk1によるリン酸化に拮抗することでEmi2を安定化・活性化させることを明らかにした。2.中期胞胚遷移(MBT)のチェックポイント
プロバイオティックスによる齲蝕予防を中心とした口腔内感染予防に関する研究

口腔内疾患の代表である齲蝕は、ミュータンスレンサ球菌が主な原因となって起こる慢性細菌感染症である。細菌感染症においては、病原菌の病原性の発現や宿主免疫機構からの回避にはバイオフィルムの存在が大きく関わっていることが明らかになっており、齲蝕においても歯面におけるバイオフィルム形成が重要な発症のステップである。そこで、代表的なプロバイオティックスである乳酸菌を用い口腔内バイオフィルム形成に対する効果を検討した。本研究ではE2F-1^<KO>マウスを使用した。このマウスは唾液分泌量が低下しており、口腔内に摂種した菌を比較的長時間検出することが出来る。そこで、齲蝕原因菌としてミュータンス菌(Streptococcus mutans MT8148),乳酸菌としてフェカーリス菌(Streptococcus faecalis 129BIO3B)をこのマウスの口腔に接種し、一定時間後に歯面に残るミュータンス菌数を計測することにより、ミュータンス菌の付着に対する乳酸菌の有効性について検討した。その結果、ミュータンス菌とフェカーリス菌を同時に接種することにより、ミュータンス菌の初期付着菌数は減少する傾向にあった。しかし、ミュータンス菌接種後にフェカーリス菌を接種しても、残存するミュータンス菌数に変化は見られなかった。これらのことから、ミュータンス菌が既に付着している場合は、後から乳酸菌を投与してもミュータンス菌を歯面から剥離させるような効果はないが、同時に接種することにより付着するミュータンス菌数を減少させることが出来る。また、S.mutansに対する、S.mitis、S.sangiusなどの数種類の口腔常在細菌との共生関係を検討するため、Co-incubationを行った結果、S.mitis菌種のうち幾つかの菌種でS.mutansのバイオフィルム合成を抑制する菌種があることが明らかとなった。口腔内疾患の一つである齲蝕は,ミュータンスレンサ球菌が主な原因となって起こる感染症である.細菌感染症においては,病原菌の病原性の発現や宿主免疫機構からの回避にはバイオフィルムの存在が大きく関わっていることが明らかになっており,齲蝕においてもバイオフィルム形成が重要な発症のステップであると考えられている.そこで,代表的なプロバイオティクスである乳酸菌を用い口腔内バイオフィルム形成に対する効果を検討した.本研究ではE2F-1^<KO>マウスを使用した.このマウスは唾液分泌量が低下しており,口腔内に接種した菌を比較的長時間検出することが出来る.そこで,齲蝕原因菌としてミュータンス菌(Streptococcus mutans MT8148),乳酸菌としてフェーカリス菌(Streptococcus faecalis 129BIO3B)をこのマウスの口腔に接種し,一定時間後に歯面に残るミュータンス菌数を計測することにより,ミュータンス菌の付着に対する乳酸菌の有効性について検討した。その結果,ミュータンス菌とフェーカリス菌を同時に接種することにより,ミュータンス菌の初期付着菌数は減少する傾向にあった.しかし,ミュータンス菌接種後にフェーカリス菌を接種しても,残存するミュータンス菌数に変化は見られなかった.これらのことから,ミュータンス菌が既に付着している場合は,後から乳酸菌を投与してもミュータンス菌を歯面から剥離させるような効果はないが,同時に接種することにより付着するミュータンス菌数を減少させることが出来る.また、齲蝕原因菌S. mutansに対する、S. mitis、S. sangiusなど数種類の口腔常在細菌との共生関係を検討するため、Co-incubationを行った結果、S. mitisの菌種のうち幾つかの菌種でS. mutansのバイオフィルム合成を抑制する菌種があることが明らかとなった。

現在、これらの菌種がバクテリオシンによりS. mutansのバイオフィルム合成を抑制しているという仮説のもとに、S. mitisのDNAライブラリーを作成し候補遺伝子のスクリーニングに着手している。口腔内疾患の一つである齲蝕は,ミュータンスレンサ球菌が主な原因となって起こる慢性持続性感染症である.細菌による慢性持続性感染症においては,病原菌の病原性の発現や宿主免疫機構からの回避にはバイオフィルムの存在が大きく関わっていることが明らかになっており,齲蝕においてもバイオフィルム形成が重要な発症のステップであると考えられている.バイオフィルム形成を阻害するために、さまざまな阻害剤の利用が考えられているが、阻害剤では口腔内滞留時間が短く、その効果は一時的なものにすぎない。これに対して、ミュータンスレンサ球菌の生育と拮抗する細菌によって、バイオフィルム形成を阻害する方法が有効だと考えられる。本研究では、それを裏付ける研究として、30代、60代、70代の唾液中の口腔細菌の分布をPCRprimerを作製して調べた。その結果、口腔の共生細菌だと考えられているStreptococcusmitisグループが年齢の増加に反比例して減少していることがわかった。また、親子(3歳児とその母親)の口腔よりS.mutansの検出を行うとともに、分離ささたS.mutansのバイオフィルム形成能について検討を行った。その結果乳幼児へS.mutansが口腔感染をする場合、母親より伝播する確率は55%と比較的高いことが明らかとなった。またバイオフィルム形成能が高い菌を保有している程う蝕になりやすいことも明らかとなった。このことから、乳幼児齲蝕予防には、母親におけるS.mutansの除去を視野に入れた口腔ケアとバイオフィルム形成しにくい菌を用いたプロバイティクスが重要であることが示唆された。
機械学習を用いたスギ舌下免疫療法に最適な鼻腔細菌叢モデル作成

日本の国民病と言われているスギ花粉症において、唯一治癒(根治)が望める治療は、毎日スギアレルゲンを舌下する舌下免疫療法である。現在、舌下免疫療法は保険適応になっているが、なかなか施行する患者は増えていない。その最大の問題点は、治療を1年2年間行わないと、その治療効果がわからないからである。すなわち、舌下免疫療法施行前には、これから舌下免疫療法を行う患者が効果のある群(応答群)なのか効果がない群(非応答群)なのかがわからないのである。もし仮に舌下免疫療法を行う前に、応答群か非応答群かを判別できればその意義は極めて高い。そこで2015年、2016年にスギ花粉症舌下免疫療法を開始した患者200名を登録し、舌下免疫治療前後の症状スコア・薬物スコア等の臨床データを取得した。それを基に舌下免疫療法の応答性を判定した。次に舌下免疫療法応答群と舌下免疫療法非応答群、合計約100名から治療前口腔内サンプルを採取した。採取した検体から細菌由来DNAを抽出し、ライブラリを作成し、次世代シークエンサー(Miseq)にて16S rRNA領域のシークエンスを行った。得られた塩基データは解析ソフトQIIME・Metagenome@KINを用いて解析を行い、細菌叢の種レベルまで系統分析を行った。解析の結果、治療効果と関連のある菌種Aを同定した。同定した菌種Aは、スギ花粉症舌下免疫療法への治療効果を認める群では、非応答群と比較してその存在が有意に異なっていることが判明した。今までの解析にて、治療応答性と関連のある菌種をいくつか同定している。それらの菌種をバイオマーカーとすることで、スギ花粉症舌下免疫療法に対する治療応答性を予測できる可能性が得られている。今後は、得られた臨床データおよび細菌叢データをもとに、機械学習モデルによる「治療効果予測モデル」を作成する。Google社ソフトウェアTensorFlowをモデルとしたShankarらの機械学習の手法を用いて解析する。モデル構築はElastic net with cross-validationを基にして、ベイズの定理に基づく推理アプローチにより行う。解析を行った100名のサンプルを2群に分け、サンプルの半数(n=50)を用いて予測モデルを構築し、残りの半数(n=50)を用いて予測精度の検証を行う。得られた臨床データおよび細菌叢データをもとに、機械学習モデルによる「治療効果予測モデル」を作成するのに、Google社ソフトウェアTensorFlowが必要となる。またモデル構築のためにソフト、およびソフトの改良に費用がかさむことが判明したため、1年目は予算を残し、2年目に回すようにした。
QD法電磁ホーン型・共振器型ESR装置開発と同計測法・解析法の標準化と応用

K-バンドQD(Quadrature Detection)法電磁ホーン型/共振器型ESR装置に関して、次の15の試み・改造・開発、実験・解析等を行った。1QIFM素子の製造メーカーを変更して、詳細再測定を行っている。それにより位相角に関して、取得スペクトルの質的向上が実現した。米国マイテック社製からマーキー社製の位相特性の優れたQIFMに交換した。以前より良好な実部(吸収)スペクトルと虚部(分散)スペクトルを得ることが出来た。2TMモード生体試料用MRIイメージング用コイル付共振器の試作と稼働実験を行った。これに関して平成29年度に特許出願を行った。3TEモード共振器によるQD法共振器型ESRの精密計測法の開発: QD法に於ける共振器への入力マイクロ波パワーの検討。実験で得たスペクトルから精密な吸収と分散のスペクトルの取得法の開発。パワースペクトルのESR強度定量分析法への応用。これらはマイクロ波出力を絞る分だけ、QD法電磁ホーン型ESR装置より同調等が難しいところがある。以上の成果を電子スピンサイエンス(SEST)2017学会にて報告。43の精密実験中に、細密立方結晶構造MgO単結晶中に新規に低対称なMn(II)イオン不対電子イオンを発見しESR結晶解析を行う。これまでに例を見ない事例を発見したので、QD法電磁ホーン型1軸ゴニオメーターを用いて、精密解析を行った。H30年SEST2018学会で発表予定。5QD法電磁ホーン型ESR装置の感度向上の為の幾つかの取り組み・可能性を検討した。ある国立研究機関の研究者との共同研究を新たに開始した。I9.の1での新規にマーキー社製QIFM素子への変更で位相バランスが大幅に改善され、より整合位相角がより精度よく得られ、特に周波数掃引ESR吸収と分散スペクトルとパワースペクトルがより高品質で得られるようになった。IIQD法生体試料計測用3次元MRIコイル付TMモード共振器を開発した。当装置をX-band QD法ESRに設置して、共振器への入力パワーの検討、標準ESRイメージング用ファントムの作成と3次元MRIコイルの評価、QD法MRIコイル付共振器のESRイメージング画像取得用のESR計測法を開発した。・・・H29年度特許出願(特許出願番号特願2017-184933)。III高Q値のQD法用K-band用TE011モード円筒共振器を平成28年度科研費で試作した。この装置を用いて、9.の3の各種精密実験を行い、QD法電磁ホーン型と共振器型の測定法の違い・より測定に注意すべき事項を具体的に得ることが出来た。IVQD法電磁ホーン型ESR装置の定量計測性を研究中に、多くの遷移金属イオンが添加されているMgO単結晶を用いて、あるスペクトルの角度依存性を計測中に,偶然角度依存性からより低対称場の正方晶に属することを見つけ、開発済みのK-band QD法電磁ホーン型ESR用の1軸ゴニオメーターで精密な共鳴磁場の角度を計測した。H29H30年度と計測・解析中である。V当該科研費の研究目的も含めて,多くの研究テーマの底流にはQD法電磁ホーン型ESR装置の測定感度の大幅な向上を実現して、基礎科学から理工学・医学の多分野への応用が可能となる。その目的で国立研究機関の先端技術センターの研究者との共同研究で、目下測定感度の向上に向けて装置全体の総合検討中である。一現在までの進捗状況欄IVのMgO単結晶の共鳴磁場の角度依存性測定・解析時に、不可解な立方対称場には見られない低対称性を示す遷移金属イオンの角度依存性を発見したので、H30年度も引き続き、詳細解析を行いその原因を探る。その手法は電磁ホーン型精密1軸及び2軸ゴニオメーターを用いて当該遷移金属イオンの共鳴磁場の角度依存データを取得してスピンハミルトニアン解析を行う予定である。電磁ホーン型ESRによる1軸及び2軸ゴニオメーターを用いた計測で従来の共振器型ESRでの同様解析と比較してその測定精度等もcheckする。二同欄Vの国立研究機関の研究者が大分大学に出張しホーン型ESRの感度の向上の為に、共同研究でQD法ESR装置の精密検討を行い、特殊増幅器の設置と特殊電磁ホーンの開発に向けて事前の詳細検討を行っている。大幅なQD法電磁ホーン型ESR装置の感度の向上のもと、多分野への応用性の拡大のために、科研費基盤Cから、QD法電磁ホーン型ESR装置に関して8つの特許(内2つは出願中)を有していることをふまえて、科研費基盤BかA,もしくはJST等の研究助成制度に応募して、QD法電磁ホーン型ESR装置の高度で総合的な開発に挑戦しようと準備をしている。三同欄Iのマーキー社のQIFMに換えて、より精密なESR吸収と分散スペクトルが得られるようになったので、H28年度のマイテック社製QIFMを用いて行った位相角に関する実験の再実験を高感度化・新規QIFM素子設置のもとで、H30年度に行う予定である。ここから新たな位相に関する重要な物性関連特許が生まれそうである。K-バンドQD法電磁ホーン型/共振器型ESR装置の作製と稼働試験を行い、下記の物質のQD法ESR測定結果を得た。

1.電磁ホーン型ESRの特徴は、大型・誘電ロスが大・導電性が大の試料でも計測可能で、更にQD法に改造故に、従来法の吸収(実部)スペクトルに加え分散(虚部)スペクトルも得られ、位相と、将来のESR定量分析に資するパワースペクトルも得られる様に、QIFM素子、IF AMPとロックインAMPの構成のQD法ESR装置に改造した。2.方解石:Mn(II)イオン単結晶試料、MgO:Mn(II)イオン粉末試料、種々のグラファイト系炭素試料で、試作済みのX-バンドQD法ESR装置より数倍の高感度計測ができ、方解石:Mn試料では、磁場掃引と周波数掃引のESR実部スペクトル、虚部スペクトルとそのノルムのパワースペクトルを得た。整合位相角回転処理で、吸収と分散の2スペクトルを得た。この手法で位相の揃った周波数掃引複素ESRスペクトルも得た。MgO:Mn試料は立方晶系なので、6本のhfs ESRスペクトルは等強度になる。QD法での6本のパワースペクトルを従来のホモダイン法計測での6本の吸収スペクトルとで、6本の強度の平均値と誤差処理で比較して、パワースペクトルが従来法より誤差で1桁改善され、将来のESR定量分析に資することが判明した。種々のグラファイト系粉末試料を同一条件で計測し、整合位相角の比較を行った。3. QD法電磁ホーン型ESR計測で感度を向上させるための後処理ソフトの一つの手法:複素ESRスペクトルをフーリエ変換後にサインベル窓関数を乗じて後に逆フーリエ変換を行い、ノイズの大幅低減を行った。4.高感度QD法ESR計測のために、K-バンドTE011モード円筒共振器の作製をした。QD法共振器型ESR計測を行い、微小方解石:Mn試料で高感度の複素ESRスペクトルを得た。1.K-バンドQD法電磁ホーン型ESR装置の作製と稼働試験で、開発済みのX-バンドの同装置に比べ、感度が数倍改善された。それ故に以下の24の研究の進捗が順調に進んだ。2. K-バンドQD法電磁ホーン型ESR装置を用いて(1)方解石:Mn(II)イオン単結晶の磁場掃引ESR複素スペクトルの取得と、共鳴磁場、位相角回転による吸収と分散スペクトルの取得及び将来のESR定量分析に資するパワースペクトルを得た。他方本格的な周波数掃引ESR複素スペクトルの取得と、共鳴周波数、各周波数に於る整合位相角を求め、周波数掃引時で位相の揃った吸収と分散ESRスペクトルを得た。cwESR装置での位相の揃った広範囲周波数掃引ESR複素スペクトルの初めての本格的計測事例である。(2)当該装置のYIGマイクロ波発生器と続くマイクロ波用AMPは、周波数掃引にともない位相の変化とマイクロ波パワーが変化する。そこで周波数掃引時の強度補正の基礎データ取得のために立方晶系MgO:Mn(II)粉末試料の6本のhfs許容遷移スペクトルの等強度を利用して、H29年度に向けてのマイクロ波出力の周波数依存性を得るために、パワースペクトル強度からスペクトルの等強度を確認した。(出願準備中)(3)種々のグラファイト系炭素材料(粉末/単結晶/CVD積層試料)の同一条件での整合位相角の差異研究を行った。有為な情報が得られ、出願準備中。3.QD法電磁ホーン型ESRの感度向上の為に、パソコン後処理ソフトの一つとして、磁場/周波数掃引スペクトルをフーリエ変換し、サインベル窓関数を乗じて逆変換し、ノイズの大幅低減が可能となった。