hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
リボソーム技術を応用した新規細胞特異的遺伝子送達法の開発

本研究の目的は、細胞選択的送達が可能な新規超音波応答性糖鎖修飾バブルリポソームの開発である。まず、がんや炎症部位の血管内皮細胞の表面に高発現するEセレクチンのリガンドであるシアリルルイスX (sLeX)を表面に修飾したリポソームを調製し、血管内皮細胞との結合量の評価を行った。血管内皮細胞にTNFalphaのみを作用させた場合とTNFalpahとI1-1bを作用させた場合では、Eセレクチンの発現量は後者の方が多かった。そこで、sLeX修飾脂質の含有量が全脂質の3または6%のsLeX修飾リボソームを調製し、Eセレクチンの発現量が異なる細胞へそれぞれ添加し、結合量を評価した。その結果、レセプター発現の低い細胞に対する3%修飾リボソームの結合量に対し、6%修飾リボソームは1.31倍、発現の高い細胞に対する3%または6%修飾リボソームの結合量はそれぞれ1,35倍、L75倍であった。レセプターの発現量が多い程、またsLeX修飾量が高い程結合量が高かった。また、ターゲティングを利用した超音波イメージングによる診断への応用を目指し、液化perflurocarbons (PFS)(perfluoropentane and-hexane)を常圧でも長期間安定に封入できるリポソームに対して超音波照射を行い、気化されたガスを超音波イメージングで撮影した。2.0W/cm2で1分間照射したところ、わずかなシグナルしか検出できなかったが、5.0W/cm2で照射するとシグナルは徐々に増加し、1分後のシグナルは2.0W/cm2の場合の約7倍で、十分検出できる値であった。以上、がんや炎症の血管内皮細胞をターゲットとしたsLeX修飾リポソームの調製法ならびに超音波診断への応用に必要な安定にPFSを含有するリポソームの調製法を確立した。(抄録なし)本研究の目的は、新しい細胞選択的な核酸・遺伝子デリバリー法や超音波診断の開発を目的とした超音波応答性糖修飾バブルリポソームの開発である。糖修飾リポソームの細胞取り込み率に関しては、糖修飾リポソームに修飾する糖脂質の密度が重要な因子であることをin vitroの細胞取り込み実験より確認した。一方、糖修飾バブルリポソーム製剤は、封入するパーフルオロプロパン(C3F8)ガスの速やかな放出が問題であり、封入安定性を改善することがバイオアベイアビリティーの向上に向けて重要な課題である。また、バブルリポソームの粒子径の縮小化は、血管内から標的細胞までの移行効率を改善させることができる。バブルリポソームにおけるこれらの問題を改善させるためには、3つのアプローチ、すなわち、ガスや圧力の選択、最適なリポソームの脂質組成の選択、バブル封入時の超音波照射時間、温度、周波数の選択が考えられる。ガスの選択に関しては、C3F8とN2ガスの割合を変化させて検討したところ、少量のN2との混合ガスを用いることで、約350nmと粒子径が小さなバブルリポソームの調製が可能であった。リポソームの脂質組成に関して、既に核酸導入法として報告されているDSPCとDSPE-PEG2,000から構成される対照のバブルリポソームでは、常圧に戻した際、粒子径が減少し定常状態に至るまでのガス保持時間は、約56分であった。一方、僅かにコレステロールを含有させた製剤処方においては、ガス保持時間が95分であり、ガスの保持時間を延長できることが明らかとなった。本研究の目的は、新しい細胞選択的な核酸・遺伝子デリバリー法や超音波診断の開発を目的とした超音波応答性糖修飾バブルリポソームの開発である。まず。昨年度に引き続き、粒子径の小さなバブルリポソームの調製を目的にガス封入の圧力を制御することにより従来のバブルリポソームの粒子径より小さな200-300nmのバブルリポソームの調製ができた。さらに、ガス・クロマトグラフィーでバブルリボソーム内のperfluorocarbonの封入量を測定したところ、最大0.80ml/monooleinであった。経時的なperfluorocarbonの保持量を評価したところ、リボソーム調製直後、大気圧下でperfluorocarbonが減少したが、その後、一定になり、少なくとも2か月間は保持量に変化がほとんどなかった。また、in vitroでバブルリポソームに超音波照射すると、液体のperfluorocarbonが瞬時に気化する様子を超音波イメージングで可視化することができた。また、バブルリポソームへの標的指向性の付与を目的に、がん組織やサイトカインに活性化された血管内皮細胞に高発現することがしられるEセレクチンと選択的に結合するSialyl Lewis X(sLeX)をリガンドとして修飾された脂質を用いてリボソームを作成した。まず、サイトカイン刺激により血管内皮細胞にEセレクチンの発現が誘導されることを抗sLeX抗体を用いて確認した。そして、蛍光標識したsLeXリボソームとサイトカイン刺激を加えた血管内皮細胞との結合をフローサイトメーターで評価したところ、サイトカイン刺激を加えない細胞の約40倍の結合量であった。

血管内皮細胞にTNFalphaのみを作用させた場合とTNFalpahとI1-1bを作用させた場合では、Eセレクチンの発現量は後者の方が多かった。そこで、sLeX修飾脂質の含有量が全脂質の3または6%のsLeX修飾リボソームを調製し、Eセレクチンの発現量が異なる細胞へそれぞれ添加し、結合量を評価した。その結果、レセプター発現の低い細胞に対する3%修飾リボソームの結合量に対し、6%修飾リボソームは1.31倍、発現の高い細胞に対する3%または6%修飾リボソームの結合量はそれぞれ1,35倍、L75倍であった。レセプターの発現量が多い程、またsLeX修飾量が高い程結合量が高かった。また、ターゲティングを利用した超音波イメージングによる診断への応用を目指し、液化perflurocarbons (PFS)(perfluoropentane and-hexane)を常圧でも長期間安定に封入できるリポソームに対して超音波照射を行い、気化されたガスを超音波イメージングで撮影した。2.0W/cm2で1分間照射したところ、わずかなシグナルしか検出できなかったが、5.0W/cm2で照射するとシグナルは徐々に増加し、1分後のシグナルは2.0W/cm2の場合の約7倍で、十分検出できる値であった。以上、がんや炎症の血管内皮細胞をターゲットとしたsLeX修飾リポソームの調製法ならびに超音波診断への応用に必要な安定にPFSを含有するリポソームの調製法を確立した。本研究計画では、糖修飾バブルリポソームにおける糖認識性とバブル封入安定性の改善を図ることを目的とした。糖修飾リポソームに関しては、取り込み特性までの評価を行い内在化などの評価が遅れたが、バブルリポソームに関してはやや前倒しで良い研究成果を得ることができた。総合的には概ね順調に進展していると判断できる。体内動態を考慮したサイズの小さなバブルリポソームは完成し、次に、がんへのターゲティングを目的としたシアリルルイスX修飾バブルリポソーム構築に必要となる基礎的研究を開始し、シアリルルイスX修飾によりEセレクチンを高発現した血管内皮との結合量が増大することを確認した。この結果は標的指向型バブルリポソームの設計の基礎的情報となる。今後は、開発した新規組成のバブルリポソームの製剤特性評価を行うとともに、in vivo核酸・遺伝子デリバリー能などの検討を併せて行っていく。研究計画に大きな変更点は無い。本年度得られた成果を基に、シアリルルイスX修飾リボソームにperfluorocarbonを封入させ、がん指向性のシアリルルイスX修飾バブルリポソームの調製法を確立し、がんの造影およびがん組織へのドラッグデリバリーシステムへと発展させる。(抄録なし)
疎毛症キメラマウス作成によるマウス脱毛症の形態学的,電顕的解析

研究分担者が開発した疎毛症マウスは,まだその脱毛の機序に関して詳細な検討はなされていない。今回はその組織学的,電顕的,免疫組織化学的研究を行った。次に被毛が白い疎毛症マウスと被毛が黒い正常マウスを用いてキメラマウスを作成し,疎毛症マウスとの相違点についても同様に検討を加えた。(1)疎毛症マウス:疎毛症マウスでは,5週齢で組織学的,電顕的には毛管の開大や外毛根鞘の菲薄化がみられ,さらに嚢腫が形成されてくる。しかし,正常な毛包も散在性に不規則に混在して観察される。ヘアレスマウスの脱毛の機序は,内毛根鞘に変化が生じて脱毛が惹起されるとされており,我々の疎毛症マウスの脱毛の機序とは異なることが組織学的に確認できた。また,疎毛症マウスの毛上嚢皮細胞のケラチンパタ-ンの相違を,市販の抗ヒトケラチン単クロ-ン抗体を用い免疫組織化学的に検討した。これら抗体に対する反応性はヒトに比べ疎毛症マウスでは毛嚢上皮に対する反応性は弱いが,基本的にはヒトと同様の反応パタ-ンを示す傾向にあった。(2)キメラマウス:疎毛症マウスとC57BL/6マウスを用いて,キメラマウスの作成に成功し,その経時的な肉眼的変化について1990年度の人類遺伝学会(福井)で発表した。4週齢で白い被毛の一部に黒い被毛が混在することによりこのマウスがキメラであることが確認できた。その後,白い被毛部では脱毛はかなり進むが,黒い被毛に接した部分の白い被毛部には脱毛は認められなかった。2ヵ月齢で脱毛のみられる部位では,基本的には疎毛症マウスに認められたと同様の組織学的変化が認められた。以上の所見から,キメラマウスでは脱毛の機序は疎毛症マウスと同様であったが,脱毛の開始時期の遅延や黒い被毛に近接する部位では脱毛が見られなかったことは,C57BL/6由来の細胞が毛包に対して何らかの影響を及ぼしていると考えられる。この点に関してはさらに検討を加えていく予定である。
心筋リポトキシシティにおける慢性炎症の役割の解析

マウス個体に飽和脂肪酸であるパルミチン酸を投与するモデルを確立した。このモデルマウスでは、膵島・血管平滑筋・心臓において炎症が惹起されており、これら臓器における機能障害の一つのメカニズムとして飽和脂肪酸を介した慢性炎症の機序が存在していることが示唆された。今回の結果は,肥満を背景とする病態に広く炎症が寄与していることを示すとともに,遊離脂肪酸が肥満を背景とする炎症の惹起に重要であることを示唆した。(1)心筋脂肪毒性における、免疫細胞の役割の解析遊離脂肪酸が心不全の惹起あるいは心不全を増悪する可能性について、まずパルミチン酸持続投与モデルを用いて詳細に検討し、パルミチン酸負荷が心臓内に炎症を惹起する事を確認した。さらに、フローサイトメーターによる解析を行う事により、炎症の惹起においては免疫細胞の集積が生じることが一つの重要なメカニズムであることを見いだしている。さらに、メタボリックシンドロームの病態モデルとして、パルミチン酸負荷に加え、アンジオテンシンII負荷を組み合わせた結果、心筋内の炎症が強く増幅されることがわかり、diabetic cardiomyopathyなどの病態形成に関わる因子が明らかとなってきた。経過中の心機能変化を心エコーで検討では、明らかな収縮能の低下は認めていないが、拡張能の低下を示唆する所見を得ており、より長期の投与モデルを作成する事により収縮能の低下が認められれば、フローサイトメーター・マイクロアレイなどの手法を組み合わせる事により、そこに至る分子メカニズムについて詳細な検討ができると考えている。(2)血管脂肪毒性における、免疫細胞役割の解析これまでに我々は頸動脈結紮モデルにパルミチン酸負荷を行うことにより、パルミチン酸が平滑筋細胞に炎症形質を誘導することを見いだしている。この炎症形質の誘導メカニズムについて、TLR4などのpattern recognition receptorが関与していることがわかってきた。今後さらに、頸動脈結紮モデルにおけるパルミチン酸負荷による内膜肥厚の増悪において、これら炎症形質の誘導が原因としての働きを持つかをしらべ、そのメカニズムを詳細に明らかにする実験を計画している。肥満・メタボリックシンドロームにおける心筋lipotoxicityのメカニズムについては、これまでにマウスの経静脈にカテーテルを留置し、直接血管内への投与を行う系を確立した。このモデルについてさらに投与後のマウス血清をThin layer chromatographyによって分離し遊離脂肪酸分画のみを採取した上で、マス解析を行うことによって血中の遊離パルミチン酸レベルのみを安定的かつ特異的に上昇させる系を確立した。また、これまでに心臓の評価系としてmRNA解析の他に心エコー・心筋FACS解析・免疫染色について安定的に解析する系を確立することに成功した。この系を用いてすでに48時間という短期間のパルミチン酸負荷モデルの解析を行った結果、心肥大が認められること、また心臓内にTNFa,IL-6,Cc12といった炎症性サイトカインやケモカインのmRNAが上昇することを同定している。以上の結果は、血中遊離脂肪酸の増加は、心臓死と,2型糖尿病発症、両方に関連する事(Clin Chem Lab Med 46:429)といった臨床研究の結果のメカニズムにういて分子生物学的に説明することを可能にし、さらに治療のターゲットを同定する可能性を広げる結果であると考えており、これを達成するために今後さらにFACS解析などによって炎症細胞の関与の有無を解析し、また炎症への介入が表現系に影響するかなどについて解析を行っていく方針である。
イオンチャンネル機能を実現する超分子構造の化学的,物理学的解析

細胞情報伝達系においてトリガーの役割を果すイオンチャンネルや受容体の一次構造は、主に分子生物学的手法により明らかになってきた。次のステップはその立体構造、ならびに機能修飾物質の特異的結合で生成する複合体の超分子構造を明らかにする必要がある。本研究ではこの目的を達成する上で至近距離にある2つのイオンチャンネルをとりあげ、次の2点を明らかにすることを目的とした。本年度得られた結果を以下に要約する。1、Naチャンネルの二次元結晶解析:電気ウナギ発電器官から、従来法よりはるかに迅速、かつ高純度に精製する方法の特徴を活かした、チャンネルタンパク質の供給法はほぼ確立できた。二次元結晶化に必要な条件として、チャンネルタンパク質の濃度(1mg/ml)、0.2M NaCl共存による安定化効果などの条件を設定できたが、結晶化を試みた回数が十分に多くはなく、未だに二次元結晶化に成功していない。安定供給法が確立できただけに、今後も引き続き二次元結晶化を進める。2、L型Caチャンネルに正反対の作用をもたらす一対のキラル薬物結合部位の解析:十分な放射比活性をもって^3H標識した薬物(光ラベル用ジヒドロピリジン)の各エナンチオマーは、キラル分離用カラムの使用によって完全に分離できた。アゴニストの結合には分極状態を保持できるCaチャンネル標品が必要となるが、これまでに検討した膜ベシクル標品では保持時間が十分ではなく、またBH_3Cl細胞ではL型Caチャンネルの発現量が少なかった。今後、L型Caチャンネル遺伝子をトランスフェクトしたツメガエル卵母細胞を用いる等の工夫で解決を図る必要がある。
Pitx2の下流遺伝子の探索、解析による左右非対称な器官形成機構の解明

1肺原基における、左右非対称なFgf10の発現制御約80kb内に存在することを同定したFgf10の肺原基におけるエンハンサーについて、詳細なマッピングを行った。まず、同定した約80kb内の中で、マウスとヒト、マウスとニワトリの両方で保存されているゲノム領域を探索した。その結果、3カ所の保存領域を発見した。続いて、その3カ所の保存領域のエンハンサー活性をトランスジェニックマウスの手法を用いて調べたが、いずれも肺原基における活性を示さなかった。次に、約80kbを約15kbずつ6つの領域に分けて、そのエンハンサー活性を調べた。その結果、1つの領域で弱いながらも肺における活性を持つ領域を同定した。しかし、この1領域だけでは、Fgf10の肺原基における発現制御には不十分であると考えており、複数の制御領域が必要であることが示唆された。2 Pitx2の下流遺伝子のスクリーニングアマシャム社のマイクロアレイシステムであるCodelinkを利用して発現量に差の見られた遺伝子に関して、マウス胚における発現様式を観察した。59遺伝子の発現様式を観察した結果、2遺伝子で左右非対称な発現が認められた。その内の1つは、動脈原基と心房原基で左が右よりも強く、卵黄嚢静脈では右が左よりも強い発現を示した。もう一方は、心房原基で左が右よりも強く、総主静脈や卵黄嚢静脈では右が左よりも強い発現を示した。いずれも、Pitx2が左右非対称に発現している器官であり、Pitx2の下流遺伝子として、左右非対称な器官形成に関与している可能性が高い。1.肺原基における、左右非対称なFgf10の発現制御まず、マウスとヒト、ニワトリのFgf10遺伝子の周辺で保存されている領域を探索した。その結果,Fgf10の5'側領域に4カ所、イントロンに7カ所、5'側領域に2カ所の保存領域を発見した。さらに、種間で保存された領域を含む2種類のBACにレポーター遺伝子としてLacZを挿入したコンストラクトを作製し、トランスジェニックマウスの手法を用いて、肺原基におけるエンハンサーを探索した。その結果、肺原基におけるエンハンサーがFgf10のイントロンもしくは3'側に存在する事を明らかにした。現在、Fgf10の肺原基のエンハンサーをLacZに結合したトランスジーンの、発生過程における発現変化を観察している。2.Pitx2の下流遺伝子のスクリーニングまず、受精後9日目のPitx2 ASE(左右非対称なエンハンサー)欠損マウス胚と野生型マウス胚からRNAを抽出した。それぞれ約20胚から集めたRNAを1ロットとし、計2ロットずつ集めた。これらのRNAを使用し、マイクロアレイ(Codelink)を利用して、20000遺伝子の発現量を調べた。RNA論のロット別に実験を行い、Pitx2 ASE欠損マウス胚と野生型胚で発現量の差に再現性が認められる遺伝子を探索した。その結果,マイクロアレイで発現量に1.4倍以上差があった遺伝子41個を抽出した。現在、この41個の遺伝子について、Whole-mount in situ hybridizationによりマウス胚における発現様式を観察している。また、胚の左側の細胞だけを集めて、同様のスクリーニングを行うために、ASEを使って胚の左側の細胞のみでVenus(YFP variant)を発現させるトランスジーンを持つマウスを作製した。1.肺原基における、左右非対称なFgf10の発現制御昨年度、トランスジェニックマウスの手法を用いて、Fgf10の肺原基におけるエンハンサーがFgf10のイントロンと3'領域を含む200bpに存在する事を明らかにした。本年度はさらに解析を続け、そのエンハンサーが,Fgf10のイントロンの2カ所、3'側領域の1ヵ所のマウスとヒト、ニワトリで保存された領域のいづれかに存在することを明らかにした。また、このエンハンサーが、大動脈・肺動脈原基でも左右非対称に活性化していることを発見した。このエンハンサー活性は、野生型では右側が左側より強いが,左側特異的に発現するPitx2のASE(左右非対称なエンハンサー)欠損マウスでは、左側も右側と同様の強度になった。この結果より、Fgf10の左右非対称性がPitx2によって制御されていることを明らかにした。2.Pitx2の下流遺伝子のスクリーニング昨年度抽出した41個のPitx2 ASE欠損マウス胚と野生型胚で発現量の差に再現性が認められる遺伝子について、Whole-mount in situ hybridizationによりマウス胚における発現様式を観察したが、野生型で左右比対称に発現している遺伝子は一つもなかった。次に、受精後9日目のPitx2 ASE(左右非対称なエンハンサー)欠損マウス胚と野生型マウス胚を約20胚ずつ集め、そこから集めたRNAを1ロットとした。昨年同様の方法で集めたRNA 1ロットと合わせて、昨年度より性能が良くほぼ全遺伝子が載っているマイクロアレイ(Codelink)を利用して、Pitx2 ASE欠損マウス胚と野生型胚で発現量の差に再現性が認められる遺伝子を探索した。その結果,マイクロアレイで発現量に差があった遺伝子87個を抽出した。現在、この87個の遺伝子について、Whole-mount in situ hybridizationによりマウス胚における発現様式を観察している。

1肺原基における、左右非対称なFgf10の発現制御約80kb内に存在することを同定したFgf10の肺原基におけるエンハンサーについて、詳細なマッピングを行った。まず、同定した約80kb内の中で、マウスとヒト、マウスとニワトリの両方で保存されているゲノム領域を探索した。その結果、3カ所の保存領域を発見した。続いて、その3カ所の保存領域のエンハンサー活性をトランスジェニックマウスの手法を用いて調べたが、いずれも肺原基における活性を示さなかった。次に、約80kbを約15kbずつ6つの領域に分けて、そのエンハンサー活性を調べた。その結果、1つの領域で弱いながらも肺における活性を持つ領域を同定した。しかし、この1領域だけでは、Fgf10の肺原基における発現制御には不十分であると考えており、複数の制御領域が必要であることが示唆された。2 Pitx2の下流遺伝子のスクリーニングアマシャム社のマイクロアレイシステムであるCodelinkを利用して発現量に差の見られた遺伝子に関して、マウス胚における発現様式を観察した。59遺伝子の発現様式を観察した結果、2遺伝子で左右非対称な発現が認められた。その内の1つは、動脈原基と心房原基で左が右よりも強く、卵黄嚢静脈では右が左よりも強い発現を示した。もう一方は、心房原基で左が右よりも強く、総主静脈や卵黄嚢静脈では右が左よりも強い発現を示した。いずれも、Pitx2が左右非対称に発現している器官であり、Pitx2の下流遺伝子として、左右非対称な器官形成に関与している可能性が高い。
機能性天然分子によるチャネル制御機構の解明

細胞内Ca^<2+>貯蔵部位(筋小胞体)からCa^<2+>が遊離する現象は、細胞の多様な生理機能発現の制御に係わる重要なステップである。Ca^<2+>遊離チャネルとしてはリアノジンリセプターならびにIP3リセプターが知られているが、これらのチャネルだけではCa^<2+>遊離に係わる種々の生理作用が十分に説明できないため、新しいCa^<2+>遊離チャネルとそれに係わる調節機能の存在が強く示唆されている。一方、筋小胞体のCa^<2+>遊離を促進する低分子化合物としてカフェインが知られているが、その作用は弱く、カフェインによるCa^<2+>遊離機構についてはいまだに解明されていない。我々はこれまでに、Eudistoma属のホヤから分離した数種のβ-カルボリンアルカロイドが筋小胞体のCa^<2+>遊離を顕著に促進することを見い出し、その構造活性相関の検討により、強力な筋小胞体Ca^<2+>遊離促進物質として、7-メチルユ-ジストミンD(BED)と9-メチル-7-ブロモユ-ジストミンD(MBED)の開発に成功した。これまでの作用機序の解析からBEDとMBEDは、カフェインと同じ結合部位に結合し、かつカフェインの各々100倍および1000倍強力なCa^<2+>遊離促進作用を示すことが判明した。さらに構造活性相関を検討した結果、BEDやMBEDによるCa^<2+>遊離促進活性にはピリジン環のN原子の存在が重要であり、N原子のないカルバゾール誘導体(たとえば4,6-ジブロモ-3-ヒドロキシカルバゾール(DBHC))では、強力なCa^<2+>遊離阻害作用を示すことが明らかとなった。現在、9位メチル基を^3Hで標識した〔^3H〕-MBEDを合成し、各種の筋細胞や中枢細胞の(筋)小胞体における結合蛋白質を検索するとともに、結合蛋白質の分離、同定、ならびに結合部位の特定を行う目的で、BEDならびにMBEDをリガンドとしたアフィニティカラムおよびフォトアフィニティ誘導体の合成を検討中である。
口腔領域がん克服のための小胞体ストレス応答の役割の解明

小胞体はタンパク質が機能的な立体構造をとるための場であり、その機能破綻は異常なタンパク質の小胞体内での蓄積につながる。このような小胞体ストレスに対し、細胞は異常なタンパク質を処理することで生存できる。一方で、がん細胞では小胞体ストレスに対する生存シグナルを悪用することで細胞増殖を促進することが分かってきたが、詳細な分子機構は不明である。そこで、本研究では小胞体ストレスの重要性がわかってない口腔がんの克服を目標とした。小胞体の機能に関わる因子について、小胞体ストレス誘導性細胞死を引き起こす抗がん剤の使用により、がん病態における小胞体ストレスの関与を明らかにした。小胞体は分泌タンパク質や膜タンパク質などの多くのタンパク質が正常に立体構造をとる場であり、その機能破綻は折り畳み異常タンパク質の小胞体内での蓄積につながる。このような小胞体ストレスに対抗するために真核細胞では、正常な折り畳みを促進したり、新生タンパク質の合成を抑制することでタンパク質の小胞体への送り込みを減少したり、また折畳み異常タンパク質を分解させるシグナルが働き生存できる。しかし、長期にわたって過度な小胞体ストレスにさらされると、これらの応答では対応できず、細胞はアポトーシスを誘導する。近年、糖尿病や虚血性疾患、神経変性疾患において小胞体ストレス誘導性アポトーシスが注目を浴びている一方、がん細胞においては小胞体ストレスに対する生存シグナルを活用し細胞増殖を促進することがわかってきたが、詳細な分子機構については不明である。そこで、本研究では小胞体ストレスシグナルの重要性が未だ詳細に研究されていない口腔がんに着目し、その関与を明らかにし、創薬標的を探索する。これまでに確立している小胞体ストレスマーカー(小胞体受容体IRE1や小胞体シャペロンBiP)に対する特異的抗体を用いて、口腔がん培養細胞におけるUPRの関与、転移能・悪性度と小胞体ストレスシグナルの関係を検討した。また、小胞体品質管理機構や小胞体ストレス誘導性アポトーシスにおけるがん細胞と正常細胞の差異を明らかにすることにより、小胞体ストレスの観点から見たがん細胞の特徴を観察した。さらに、IRE1、小胞体品質管理に関わる分子Derlin-1およびアポトーシス実行因子ASK1のがん病態進行・転移における関与を、KOマウス・阻害剤を用いて検討した。これらの解析により、小胞体ストレスを介した細胞の生と死のシグナルにおける口腔がん治療の標的や、がん疾患克服のための応用研究に向けた研究基盤のための予備的知見を得られた。小胞体は分泌タンパク質や膜タンパク質が正常に立体構造をとる場であり、その機能破綻は折り畳み異常タンパク質の小胞体内での蓄積につながる。このような小胞体ストレスに対抗するために真核細胞では、正常な折畳みを促進したり、新生タンパク質の合成抑制によりタンパク質の送り込みを減少したり、また折畳み異常タンパク質を分解させることで生存できる。しかし、長期にわたる過度な小胞体ストレスにさらされると、これらの応答で対応できず、細胞はアポトーシスを誘導する。近年、糖尿病や虚血性疾患、神経変性疾患において小胞体ストレス誘導性アポトーシスが注目を浴びる一方、がん細胞では小胞体ストレスに対する生存シグナルを悪用し細胞増殖を促進することが分かってきたが、詳細な分子機構は不明である。そこで、本研究では小胞体ストレスシグナルの重要性が未だ詳細でない口腔がんに着目し、その関与を明らかにし創薬標的を探索することを目的とした。さらに最終年度ではIRE1、小胞体品質管理に関わるDerlin-1およびアポトーシス実行因子ASK1のがん病態進行・転移における関与を、KOマウスや阻害剤を用いて検討した。また抗がん剤ボルテゾミブが小胞体ストレス誘導性アポトーシスを引き起こすことから、小胞体ストレスシグナルを口腔がん治療標的として確立するためのプロトタイプとしてボルテゾミブの作用機序についても検討し、in vivoでの研究基盤の確立を行った。細胞生物小胞体ストレスに関する研究は、小胞体受容体IRE1のクローニングに始まり、ここ数年で小胞体関連分解(ERAD)構成分子、小胞体ストレスシグナル伝達分子、そして申請者らがこれまで精力的に研究してきたアポトーシス実行因子など、飛躍的に進んできた。これらの分子を介したシグナル伝達は、全ての真核生物に共通した現象であるが、その一方で、様々なコンフォメーショナル病における解析から、小胞体ストレスに対する細胞応答は、組織・細胞種特異性が極めて高いことが明らかになっている。一方で、がん組織においてもその「個性」が近年注目されてきており、その個性を標的として新薬を開発する試みがなされている。

その点で、小胞体ストレスという観点からがんの特徴を捉えようとする本研究は独創的であり、創薬モデルの開発という点で意義深い。これまで神経変性疾患などに関する研究を行ってきた実績、さらに小胞体ストレスシグナルに関連する分子群のKOマウスを既に作製していることから、本研究分野において世界に先んじた研究を行っていると確信している。また口腔がんの特徴と創薬への可能性を明らかにすることで、重大な口腔機能喪失をもたらす口腔がんの克服に近づくと考えている。本研究で明らかとなった知見は研究計画以上の成果である。本年度は最終年度でもあり、小胞体ストレスシグナルに関するin vivo解析を中心に行う。まず、抗がん剤ボルテゾミブ作用機序に関する検討を予定している。幾つかの抗がん剤が小胞体ストレスを誘導することが報告された。しかし、このような作用が抗がん剤としての本来の作用機序なのか、サイドエフェクトなのかは不明である。多発性骨髄腫の治療薬ボルテゾミブが小胞体ストレス誘導性アポトーシスを誘導することが明らかになり、抗がん剤標的としての小胞体ストレスシグナルが注目されているものの、この薬剤の作用機序、分子標的は不明である。そこで、小胞体ストレスシグナルをがん治療標的として確立するためのプロトタイプとしてボルテゾミブ作用機序を生化学的に解明する。また、口腔がんに対する適応を視野に入れ、扁平上皮がん・腺がん移植マウスへの投与により、その効果を評価する。また、発がん・口腔がん転移と小胞体品質管理機構に関する検討も行う。小胞体ストレス依存的増殖シグナルには、小胞体関連分解(ERAD)を介した小胞体品質管理機構が不可欠である。そこで、最近作製完了したDerlin-1(ERAD必須分子)コンディショナルKOマウスを用いて、in vivoでの評価を行い、新たな創薬に向けた研究基盤を確立する。さらに、発がん・口腔がん転移と小胞体ストレス誘導性アポトーシスシグナルに関する検討も行う。ASK1を介したアポトーシスシグナルの抑制はがん細胞増殖のメカニズムの一つと予想されるが、がん細胞転移・浸潤の観点からは、宿主側ではむしろアポトーシスがポジティブに作用していることも予想される。そこで、これまで解析してきたASK1 KOマウスに、扁平上皮がん、腺がんを移植する実験により、口腔がん転移・浸潤への影響を評価する。
ナノ凹凸体を利用したナノ構造体の大規模階層化技術の開発

規則的に配置されたナノ凸凹パターンにナノ粒子群を導入する技術は、メタマテリアル等の革新的な機能性材料を創製するために必要である。本研究では超臨界流体の特性を利用し、ポリカーボネートシートに微細転写されたナノ孔に、有機・無機ハイブリットナノ粒子を配置することを目指した。エントレーナを含む超臨界流体場、高温場で形状が維持される架橋ポリスチレンナノ粒子を作製し、その粒子を超臨界流体場で分散させナノ孔内に一部粒子を導入することができた。しかし、粒子凝集に伴う不均一性の回避や部分金属被覆ナノ粒子による方向性を持ったナノ粒子導入には研究期間中には至らなかった。今後も本研究を継続し当初目的を達成したい。ナノコンポジット材料の開発の課題として、ナノスケールの素構造を大規模に緻密化する簡易的な方法の確立があげられる。本研究ではマイクロ・ナノスケールで成形された量産可能な高分子シートのパターン構造を起点として、自己組織化によりナノ構造体を大規模に形成する方法を開発する。初年度は素構造の元になるナノ粒子の部分金属被覆実験を主に行った。(i)【ナノ粒子への金属の被覆】表面がフッ素で部分的に改質された架橋ポリスチレン(XPS)ナノ粒子とフッ素基置換された配位子をもつ金属錯体(融点100°C)を、8MPaCO2および0.4MPa H2、雰囲気温度80°Cで1時間静置し、XPSナノ粒子表面の部分金属被覆実験を行った。減圧時にナノ粒子のほとんどが放出したが、セル内に残存した粒子のSEM観察およびEDXにより元素分析を行った。金属被覆できておらず、粒子融着が還元よりも優先していることがわかった。尚、この非還元状態の原因は、圧力センサー自体からガスリークが見られたことが原因と推定される。次年度で、ディッシュにPTFEフィルターで覆うなどしてセルからの粒子放出を抑え、ガスリークのない状態で再実験を繰り返す。一方で、金属錯体のみでH2/CO2 (0.4MPa/10MPa) 200°Cで還元すると0.5hでも還元され、ポリスチレンとともに還元するとポリスチレンが溶融してしまうが、時間を2h以上かければ150°C付近から還元が進行した。還元後のガス成分をGCMS測定した結果、ポリスチレン由来のベンゼン、配位子から推定される成分が主に観察されたことから、低温還元ではポリマー自体の熱分解により発生した水素を併用することで還元反応が促進されることが推定された。(ii)【金属錯体の溶解性の測定】(iii)【被覆過程のモデリングと被覆評価】(iv)【金属被覆層の再設計】については、次年度に実施予定である。本研究では、機能化したナノ粒子をナノ凸凹パターン配置することで機能性の光学シートを創製する方法を開発する。ナノ粒子の機能化は近年進みつつあるが、それを機能性材料としてポリマー中に規則配置することで、有機・無機界面を物理的に有効利用する方法の確立は挑戦的であるが極めて重要な技術である。本研究では超臨界流体の高拡散性と非界面形成を利用してポリマーシート表面に射出成形されたナノ凸凹に部分的に金属被覆したナノ粒子を規則的に配置する方法を開発することを目的とした。本研究では、当初予定では架橋ナノ粒子は購入して使用する予定であったが、超臨界二酸化炭素中で融着し、本目的に適していないことが分かった。そのため本年度ではp-ジビニルベンゼンを用いて懸濁重合を行い、サイズが40nm100nm、CV値720の範囲の架橋ナノ粒子を合成した。架橋度が高いため金属錯体還元および埋め込みの操作条件である10200°Cの温度、超臨界二酸化炭素中、トルエンやエタノールなどの有機溶媒中で2時間以上暴露されても粒子は溶解することなく安定していることを確認した。超臨界二酸化炭素+エタノール中で分散させることで、PCシート中のナノ凸凹にダメージを与えず、架橋ナノ粒子が僅かに取り込まれることが分かった。しかし、ナノ粒子凝集体が多数存在し、ナノ凸凹表面へ堆積し、操作温度と圧力の操作条件のより細かな最適化が必要であることが分かった。金属被覆架橋ナノ粒子作成および分散には今期中に達成出来なかったが、粒子分散性の確保および金属被覆ナノ粒子分散は継続して実施し、当初目的の有機・無機ハイブリットナノ粒子のナノ凸凹への高密度埋め込みを達成したい。研究達成度は本研究計画に対して、素構造粒子作製が成功していると言えず、やや遅れている。理由として、バッチセルでの複数の圧力センサーからのリークの判断に時間を要したことが挙げられる。

僅かなリークであったが還元ガスであるH2のリークがバッチ式の本実験では予想以上に影響し、設定条件では還元に至らなかった可能性が高いと推定している。次年度では圧力センサーおよび還元セル自体を新調して実験実施する。また、水素による金属錯体の還元温度は炭化水素化合物存在下ではより低温状態で進行することが確認されたが、粒子融着を抑えた100°C以下の温度では水素還元は難しいことがわかった。このため、より架橋度の高い粒子を作製する、また、超臨界噴霧法によりSi-Siで部分的に結合したより熱的に安定なフッ素系ナノ粒子(20nm径)が作製できたのでそれを含めてベース材料として部分金属被覆することを試みる。化学工学・材料プロセッシング平成26年度の時点では、十分な成果が得られていないが、その原因が装置自体にあることが十分予想されるので、まずは、その改善を実施し、粒子の金属被覆制御方法を明らかにする。その後、すぐに、以下予定している〔ナノ構造体を階層構造化するパターニング方法の開発〕を2つの方法を通して検討する。(v)【Scheme1】ポリカーボネート樹脂(PC、ガラス転移温度150°C)からなるナノ・マイクロ凹凸構造のあるシートを高圧セルに入れ、(i)の条件で粒子分散させ孔内に粒子を堆積させる。温度は100度前後の低温で、SCF-CO2の可塑化により先端部分は膨潤し粒子飛散を防ぐことができると期待される。また、セル壁面は数十nmなので、拡散によりCO2が放出されやすく、結果的に発泡などの空洞化は抑えられると予想される。次に金属錯体/SCF-CO2、続いてH2/SCF-CO2を導入し、金属錯体を還元する。部分金属被覆ナノ構造体の方向性を維持するために、ネオジウムなどの永久磁石を配置し下面に付着力を増して、かつ、ナノ粒子配列化を行う。(vi)【Scheme2】ブロック共重合体を有機溶媒に溶解し高分子シートに塗布・乾燥し、高圧セルにいれ、SCF-CO2を導入し静置して自己組織化を促進させる。Scheme1と同様にしてナノ構造体を高分子種の溶解選択性を利用して配列させ、さらに自己組織化させる。(vii)【階層構造化】(v),(vi)にて作製した複合シートを、基材高分子のガラス転移温度付近まで温度をあげて圧縮成形し、ナノ構造体(架橋された粒子であるため熱変形しにくい)の界面間距離を調整する。光学特性を(iii)と同様の方法で特性を評価する。温度に対して高分子相の僅かな収縮率の違いを利用して光学的応答がどのように変化するかを測定し、温度スイッチング動作の可能性を評価する。中古で高性能UV vis装置を購入予定であったが、本測定に見あうものが得られなかった。しかし、他の研究室での使用が可能であるので、それを利用することとした。金属錯体は高価であるので、その購入にあて実験の回数を増す。窒素ガスは水素を使う実験での安全のためにも使用しているので、その購入に充てる。
新しい高解像度ガンマ線撮像方式の確立―将来の月惑星科学フロンティアを目指して―

固体惑星探査において天体表面の元素分析に用いる従来のガンマ線検出器のセンサ部分はモノリシックであり、単にガンマ線のエネルギーを受け止める機能しかない。このセンサ部分を多素子化し、センサ内のガンマ線の散乱過程の情報を得ることでガンマ線検出器の性能向上を目指す。粒子輸送計算コードを用いて、LaBr3シンチレータ(約220cc)を(a)モノリシックで使用した場合と(b)半分の体積のシンチレータを1cmの間隔をあけ2つ並べ独立にデータを読み出した場合(約110cc×2)とでその性能の違いを計算した。センサの有効断面積はカリウムの1461keVに対し、前者が12cm^2、後者が8.8cm^2となり分割することによる有効断面積の減少は約30%であった。また、分割した2つのシンチレータをアナログ信号上で和をとると9.4cm^2となり、その劣化が抑えられる。分割すると反同時計数が行なえる利点があるが、計算では分割したシンチレータ同士の間隔が広すぎたため反同時計数によるバックグランド減少は少なかった。今回の計算では容易に実現可能なセンサ形状を前提にしたが、センサを分割して機能を付加する際にはそれぞれの素子を出来るだけ近接させれば反同時計数が有効になるといえる。また、以上の検討から自己遮蔽によるガンマ線到来方向の高精度化の着想を得た。ガンマ線入射方向に対して1つめの素子が2つめの影になる場合は遮蔽が起こることでセンサに異方性が生じ、この自己遮蔽を活用することで空間分解能の向上が望める。また、高解像度コンプトン型検出器の散乱部の総容積の検討では、Th,Uの239keVの検出を目標とすると有効体積内でコンプトン散乱を1回する確率30%を目標とすると、プラスチックシンチレータでは5cm角の立方体が必要であり、またLaBr3で1インチ厚の吸収部を併せることでコンプトン型検出器が構成できる。従来のガンマ線検出器を多素子化することで空間分解能の向上や反同時計数によるバックグランド低下の恩恵がある。本研究はガンマ線リモートセンシングの空間分解能を高める、新しいガンマ線撮像法の原理実証を目指している。1.まず従来のガンマ線撮像法の一般化と総括を行い、その結果を月探査機かぐや搭載ガンマ線分光計に適用して撮像性能を評価し、さらに月面の自然放射性元素(K, Th, U)の存在量の絶対測定が可能であることを実証した(S.Kobayashi et al.Space Science Reviews, in press)。この論文で重要な点は、ガンマ線センサと月表面で発生したガンマ線との相互作用に関して詳細なモンテカルロ輸送計算を実行することで、センサの応答の異方性、空間分解能、ガンマ線の絶対検出効率等の検証ができることを実証した点であり、今後のガンマ線リモートセンシングのスタンダードというべき手法を構築している。論文中で従来のガンマ線撮像法の検討を行った。月を高度100kmの上空から観測した場合には空間分解能の下限値は147kmであるが、ガンマ線センサやそのハウジングの形状・材質、ガンマ線のエネルギーにより、空間分解能は数km数十kmほど変化することがわかった。従来、ガンマ線センサの空間分解能の最適化は積極的には行われてこなかったが、観測対象ガンマ線のエネルギーを絞り込み、ガンマ線センサをうまく最適化することで空間分解能を向上させることを従来のガンマ線撮像法の枠組みでも検討すべきかもしれない。特に硬X線、低エネルギーガンマ線領域(<500keV)では、センサの最適化は空間分解能の向上に有効であり、惑星表面のガンマ線リモートセンシングへの応用を今後検討する価値はある。2.新しいガンマ線撮像法は、センサへのガンマ線入射方向を特定するコンプトンカメラ方式をベースにしているが、この方式を実証するためのガンマ線輸送シミュレーションによる基礎設計、ガンマ線検出素子(LaBr3)の基礎評価試験を行った。探査機上からガンマ線で月や惑星を撮像することで、天体の土壌の元素組成をイメージングすることができる。本研究ではガンマ線イメージングの空間分解能を高める新しいガンマ線撮像法の原理実証を目指している。本年度は、高解像度ガンマ線撮像法実証の下準備として月惑星表面のガンマ線環境シミュレータの構築、ガンマ線検出素子の性能評価試験、ガンマ線撮像装置の感度に関する研究を実施した。月面ではガンマ線が多数発生している。このガンマ線のエネルギーや線束を計算できるシミュレーションコードに(Geant4)に改良を加え、ガンマ線スペクトルを正確に計算できるようにした。月以外にも小惑星、エウロパ、ガニメデなどどのような天体でも表面組成を指定すればガンマ線スペクトルを計算することができ、将来小惑星、木星系の衛星などでガンマ線分光による表面物質探査をする場合に役立つ。LaBr3結晶はガンマ線と相互作用を起こすと発光し、その発光を光電子増倍管で読取ることでガンマ線を検出することができる。LaBr3の発光特性と内部バックグランドに対する評価を実施した。特にLaBr3はガンマ線源の^<138>Laを含むためその影響を実測した。ガンマ線撮像装置の感度は、検出部の種類、大きさ、内部バックグランド強度等に依存する。高解像度ガンマ線撮像装置を構成する素子としてLaBr3を考えているが、前述のとおり内部バックグランドの影響がある。

そのため、最も簡単なガンマ線分光計モデル(球形で重量1200g)を用いて、実験で得たパラメータを利用しガンマ線感度計算をおこなった。その結果、内部バックグランドは予め20日間程度かけて測定しておけば、その影響を取り除ける可能性があることがわかった。計算結果では月面土壌中に含まれるTh(2ppm)を定量するのに必要な分析時間132分と予測され、月惑星探査用のガンマ線検出素子として十分な感度を有することを計算は示唆している。今後、実験的に実証する必要があるだろう。固体惑星探査において天体表面の元素分析に用いる従来のガンマ線検出器のセンサ部分はモノリシックであり、単にガンマ線のエネルギーを受け止める機能しかない。このセンサ部分を多素子化し、センサ内のガンマ線の散乱過程の情報を得ることでガンマ線検出器の性能向上を目指す。粒子輸送計算コードを用いて、LaBr3シンチレータ(約220cc)を(a)モノリシックで使用した場合と(b)半分の体積のシンチレータを1cmの間隔をあけ2つ並べ独立にデータを読み出した場合(約110cc×2)とでその性能の違いを計算した。センサの有効断面積はカリウムの1461keVに対し、前者が12cm^2、後者が8.8cm^2となり分割することによる有効断面積の減少は約30%であった。また、分割した2つのシンチレータをアナログ信号上で和をとると9.4cm^2となり、その劣化が抑えられる。分割すると反同時計数が行なえる利点があるが、計算では分割したシンチレータ同士の間隔が広すぎたため反同時計数によるバックグランド減少は少なかった。今回の計算では容易に実現可能なセンサ形状を前提にしたが、センサを分割して機能を付加する際にはそれぞれの素子を出来るだけ近接させれば反同時計数が有効になるといえる。また、以上の検討から自己遮蔽によるガンマ線到来方向の高精度化の着想を得た。ガンマ線入射方向に対して1つめの素子が2つめの影になる場合は遮蔽が起こることでセンサに異方性が生じ、この自己遮蔽を活用することで空間分解能の向上が望める。また、高解像度コンプトン型検出器の散乱部の総容積の検討では、Th,Uの239keVの検出を目標とすると有効体積内でコンプトン散乱を1回する確率30%を目標とすると、プラスチックシンチレータでは5cm角の立方体が必要であり、またLaBr3で1インチ厚の吸収部を併せることでコンプトン型検出器が構成できる。従来のガンマ線検出器を多素子化することで空間分解能の向上や反同時計数によるバックグランド低下の恩恵がある。
ユーラシア主義の歴史的研究

2年目にして最終年度であった本年度は、昨年度に集中的に収集した史料の読み込みを行い、3点の成果を挙げるに至った。まず、N.トメベツコイP.サヴィツキーが相互に挑戦と反応を繰り返しながら、共鳴と反発のうちにユーラシア主義の中核的概念を形成していく様を描き出すことができた。この一部は、9月にロシア思想史研究会夏季大会で報告し、ロシア思想史を専門とする研究者と議論を交わした。そこで得た知見と反省を反映させ、これを博士論文の中の一つの章にまとめた。ロシア国内外を問わず、これまで発表されたユーラシア主義の研究には、思想家たちの相互関係という観点からその思想形成を話明したものは存在しなかった。この点において、本研究成果はユニークなものであるといえる。次に、ユーラシア主義をめぐる同時代的反響を、ロシア人亡命者、ソ連国内、ウクライナ人亡命者、イギリス、日本とう各点から検討し、『総合研究』(津田塾大学国際関係研究所)第5号に発表した。同時に、これは博士論文の最終章の一部分を形成することとなる。ユーラシア主義が引き起こした様々な反応は、その思想の振れ幅の広さを示す。「副産物」として、日本におけるアジア主義との接点も明らかになり、この部分は今後の研究プロジェクトにつなげていく予定である。最後に、これまでの研究成果を含め、最終的に博士論文としてまとめることができた。この論文は、ユーラシア主義の起源を、これまで用いられることのなかった未刊行史料を駆使して歴史的観点から明らかにし、1920年代の文脈においてそれがいかなる性格を有していたか、その歴史的意義は何かを論じたものであり、4月末日に津田塾大学に提出する予定である。本年度は、ユーラシア主義の「原型」ともえいえるN.S.トゥルベツコイとP.N.サウィツキーの思想の全体像と、その活動の実態を明らかにするために、主に原資料の収集に力を注いだ。8月には、プラハのチェコ共和国国立図書館スラヴ図書館で2週間、2月から3月にかけては、モスクワのロシア連邦国立文書館(GARF)で3週間の資料調査を行った。これまでユーラシア主義に関する資料の大半は、モスクワのGARFにあるといわれてきたが、今回の調査の過程で、プラハのスラヴ図書館には、サヴィツキーの遺族が寄贈した遺稿のコレクションが所蔵されていることがわかった。2回にわたる資料調査の結果、これまでの刊行物を中心とした資料収集では手に入れることができなかったら、彼ら二人の書いた論文、未刊行の手稿、往復書簡などを多数入手することができた。判読が困難な手稿と書簡数点については、ロシア語話者の協力を得てこれをタイプし直した。この作業は現在も進行中である。目下のところは、現地で収集してきた資料を読み込むことに集中しているが、同時並行的に、昨年度までの研究の中で残していた課題、すなわち、サヴィツキーの国家体制論とポリェヴィキ観の変遷をおおまかに整理し、既に発表済みの論文に大幅な加筆修正を加えるかたちで論文にした。これには今後に筆を加え、現在執筆中である博士論文の中の第3部にあてる予定である。また、この論文の内容を、18年11月25日にロシア思想史研究会の例会(於早稲田大学)で報告した。先行研究として必要なロシア思想史に関する文献資料は、本年度でおおかた収集することができたと考えられる。学説史の整理は現在進めているところではあるが、概ねスラヴ主義の流れを汲むものとして説明されるユーラシア主義が、「西欧主義対フラヴ主義」の構図の中で、どこに位置づけられ、評価されているかという点について、論者の立場によって3つの学説があることが確認できた。
ナノ構造材料創製のための反応性熱プラズマのモデリング

反応性高周波熱プラズマや反応性多相アークの化学的非平衡プロセスを考慮した2温度モデル(電子と重粒子の温度が異なるモデル)による数値解析,および反応性熱プラズマを利用したナノ粒子、ナノチューブ、およびガラス粒子の生成過程のモデリングを開発することを研究目的とした研究を行い、以下の結果を得た。熱プラズマの非平衡モデルのための準安定種生成機構の解明として、熱プラズマ中の反応性ガスの解離・再結合、電離・再結合等のプロセスの非平衡性を考慮した新しいモデリングを開発すした。従来、熱プラズマは熱平衡として扱われてきたが,反応性ガスの解離・再結合,電離・再結合反応,および準安定種の生成などは非平衡として扱うことが適切である。非平衡モデルを構築するために,活性種が関与する反応速度のデータを取りまとめ,輸送係数や熱物性値の推算方法を確立した。従来の推算方法よりも高度な近似方法によってパソコンで物性値を推算できる手法を開発した。熱プラズマ中のナノ粒子生成モデルの数値解析として、プラズマ中に供給した原料の加熱・蒸発過程,さらに活性種が過飽和になった状態から均一核生成・不均一凝縮によって凝縮相への変化に関するモデリング、および生成した粒子の凝集過程や成長過程のモデリングを開発した。高周波熱プラズマを用いてソーダ石灰ガラス、無アルカリガラス粒子を合成し、実験結果と数値解析結果によって,ガラス粒子の組成や粒径を制御する手法を開発した。数値解析では,プラズマ中に供給したガラス原料の加熱・蒸発過程,続いて,活性種が過飽和になった状態から均一核生成・不均一凝縮によって凝縮相への変化に関するモデリング,および生成したガラス粒子の凝集過程や成長過程のモデリングを完成した。熱プラズマを利用したナノ材料の合成方法には様々な利点があるが,工業的に応用するにはプロセスの制御性を改善することが望まれている。これはプラズマの温度分布や流速分布が複雑であり,プラズマ中の原料物質の加熱,融解,蒸発過程を正確に捉えることが困難であること,蒸発した成分が下流で均一核生成,不均一凝縮によってナノ材料を生成する過程や,ナノ材料同士の凝縮過程などを定量的に捕らえることが困難であるためである。従来は実験を繰り返しながら,経験的に合成条件を調整して目的の組成や粒径を備えたナノ材料を合成していたので,工業的には利用しづらかった。よって本研究では,反応性高周波熱プラズマや反応性多相アークの化学的非平衡プロセスを考慮した2温度モデル(電子と重粒子の温度が異なるモデル)による数値解析,および反応性熱プラズマを利用したナノ粒子やナノチューブの生成過程のモデリングを開発することを研究目的とした。今年度は,2温度モデルのための反応速度、物性値の推算方法を開発した。具体的には熱プラズマ中の反応性ガスの解離・再結合、電離・再結合等のプロセスの非平衡性を考慮した新しいモデリングを開発することである。2温度モデルに必要なデータである反応性ガスの解離・再結合、電離・再結合反応速度のデータを取りまとめ,輸送係数や熱物性値の推算方法を確立した。特に反応性熱プラズマ中に存在するラジカル,イオン,準安定種,電子共鳴状態の化学種の生成を考慮して,アルゴン-酸素プラズマの組成を求めた。従来は熱プラズマ中のラジカルやイオンの生成を考慮した数値解析は行われていたが,準安定種や電子共鳴状態を考慮したモデリングは行われていなかった。熱プラズマの温度分布や流速分布を数値解析により求め,熱プラズマ中に供給した原料物質の加熱,融解,蒸発過程をモデリングによって正確に捉えることが,ナノ材料創製には重要である。特にナノ粒子の形状や組成を決定するのは,蒸発した成分が下流で均一核を生成するプロセス,不均一凝縮によってナノ材料を生成するプロセス,ナノ材料同士が凝縮するプロセスである。よって本研究では,これらのナノ粒子創製のプロセスを定量的に捕らえるためのモデリングを開発することを目的とする。具体的には,反応性高周波熱プラズマの化学的非平衡プロセスを考慮した2温度モデル(電子と重粒子の温度が異なるモデル)による数値解析,反応性熱プラズマを利用したナノ粒子の生成過程を定量的に捉えるためのモデリングを行う。高周波熱プラズマ中でシリサイド(金属とシリコンからなる化合物)のモデリングを行い,モリブデンとシリコンを供給してMoSi_2ナノ粒子を合成するプロセスでは,まず先に上流域でモリブデンが均一核生成を起こし,ただちに自らの核に不均一凝縮することで,モリブデンナノ粒子が成長する。後に下流域で過飽和に達したシリコンがモリブデンナノ粒子に不均一凝縮することでモリブデンシリサイドのナノ粒子が合成される.この合成過程において,シリコンは均一核生成を起こさない。このように核生成温度が大きく異なるモリブデンとシリコンの組み合わせは,核生成温度が大きく異なる組み合わせの例であり,ナノ粒子の組成を制御することが難しい例であることを明らかにした。

従来、熱プラズマは熱平衡として扱われてきたが,反応性ガスの解離・再結合,電離・再結合反応,および準安定種の生成などは非平衡として扱うことが適切である。非平衡モデルを構築するために,活性種が関与する反応速度のデータを取りまとめ,輸送係数や熱物性値の推算方法を確立した。従来の推算方法よりも高度な近似方法によってパソコンで物性値を推算できる手法を開発した。熱プラズマ中のナノ粒子生成モデルの数値解析として、プラズマ中に供給した原料の加熱・蒸発過程,さらに活性種が過飽和になった状態から均一核生成・不均一凝縮によって凝縮相への変化に関するモデリング、および生成した粒子の凝集過程や成長過程のモデリングを開発した。高周波熱プラズマを用いてソーダ石灰ガラス、無アルカリガラス粒子を合成し、実験結果と数値解析結果によって,ガラス粒子の組成や粒径を制御する手法を開発した。数値解析では,プラズマ中に供給したガラス原料の加熱・蒸発過程,続いて,活性種が過飽和になった状態から均一核生成・不均一凝縮によって凝縮相への変化に関するモデリング,および生成したガラス粒子の凝集過程や成長過程のモデリングを完成した。