hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
Subplate neuronの損傷が胎生期の脳皮質形成に与える影響の解析

サブプレート層は胎児期の大脳皮質と皮質下白質の境界に存在し,皮質形成に重要な役割を果たしているが,この層に含まれる神経細胞群(サブプレート神経細胞)は炎症や酸化ストレスに対して脆弱であり,胎児期のサブプレート損傷は将来の皮質形成や脳回の発達抑制を引き起こす可能性が高い.本研究ではヒツジ胎仔における脳白質損傷モデルを用いて胎仔脳のMRI撮影を行い,サブプレート層が同定できることを確認した.また,サブプレート神経細胞の特異抗体であるNurr-1に対して免疫組織染色を行い,組織病理的にもサブプレートを同定できた.本研究では,胎生期に大脳の皮質白質境界に存在して皮質形成に重要な役割を果たしているsubplate neuronに注目し,ヒツジ胎仔の慢性実験系を用いて,胎生期の炎症もしくは虚血がsubplate neuronの発達過程に与える影響を解析する.同時に,その結果として脳白質損傷のような組織損傷だけではなく,皮質容量減少や脳回形成異常など「脳発達の変容」に近い病変が誘導されるかどうかを組織病理像とMRI画像に基づいて検討する.平成26年度には妊娠91-97日のヒツジ胎仔9頭を用いて慢性実験系を作成し,炎症負荷群(n=4)とsham群(n=5)の脳MRI撮影と組織解析を行った.その結果,炎症群の3例に肉眼的に明らかな巣状脳白質損傷を誘導することができた.巣状脳白質損傷はいずれもMRIにてT1強調画像でhigh intensity,T2強調画像でlow intensityに描出され,病巣周囲はびまん性脳白質損傷に特徴的なT2強調画像でhigh intensityを示した.1.5 teslaのMRIではsubplate neuron層を同定することは難しく,来シーズンは3.0 tesula以上のMRI装置で撮影できるように医学部との交渉を開始した.現在は採取できたMRI画像を用いて皮質白質容量測定と脳表面積測定を行っている.脳組織切片の免疫染色によるsubplate neuron損傷の解析は平成27年度の検体と合わせて来春から実施する予定である.本研究では,胎生期に大脳の皮質白質境界に存在して皮質形成に重要な役割を果たしているsubplate neuronに注目し,ヒツジ胎仔の慢性実験系を用いて,胎生期の炎症もしくは虚血がsubplate neuronの発達過程に与える影響を解析する.同時に,その結果として脳白質損傷のような組織損傷だけではなく,皮質容量減少や脳回形成異常など「脳発達の変容」に近い病変が誘導されるか,組織病理像とMRI画像に基づいて検討する.平成27年度には妊娠93日のヒツジ胎仔10頭を用いて慢性実験系を作成し,妊娠103日に炎症負荷群(n=3)とsham群(n=7)の脳MRI撮影と組織解析を行った.平成26年度には1.5 teslaのMRIで撮影を行っていたため,subpalte neuron層の同定ができなかったが.27年度より7.0 teslaのMRIにて撮影を行っており解像度とコントラストの改善が得られたため,subplate neuron層の同定が可能であった.現在,撮影されたMRI画像を用いて皮質白質容量測定と脳表面積測定,ならびにsubplate neuron層の容量測定を行っている.病理組織では炎症群の2例とsham群1例で大脳皮質深層に層状のアポトーシス・虚血様変化を認めており,subplate neuron層の損傷が示唆された.平成28年度は平成26年度ならびに27年度の検体と合わせて脳組織切片の免疫染色を行い,より詳細にsubplate neuronの発達ならびに損傷の検討を行う予定である.成育限界期のヒツジ胎仔を用いて子宮内炎症を負荷し,その後の脳組織損傷とMRI解析を実施できた.平成27年度より7.0 teslaのMRIにて撮影を行っており,subplate neuron層の同定が可能となったため,組織学的変化とMRI画像上の変化の比較が可能となった.これを踏まえて,平成28年度は循環負荷によるsubplate neuronへの影響を解析できる.本研究では,胎児期に大脳の皮質白質境界に存在して皮質形成に重要な役割を果たしているsubplate neuronに注目し,ヒツジ胎仔の慢性実験系を用いて,胎児期の炎症もしくは虚血がsubplate neuronの発達過程に与える影響を解析する.同時に,これら胎児期の炎症や虚血の結果として,これまで注目されてきた脳白質損傷のような組織損傷による脳障害だけではなく,大脳皮質の容量減少や脳回形成異常など正常な脳の発達とは異なった「脳発達の変容」に近い病変が誘導されるか,組織病理像とMRI画像に基づいて検討する.平成28年度には妊娠95-100日のヒツジ胎仔6頭を用いて慢性実験系を作成し,妊娠105-110日に炎症負荷群(n=5)とsham群(n=1)の脳MRI撮影と組織解析を行った.平成27年度から用いている7.0 teslaのMRI装置によって解像度とコントラストのよい画像が得られており,subplate neuron層の同定が可能となっている.現在,撮影された27年度から28年度のMRI画像を用いて大脳皮質及び白質の容量測定と脳表面積測定,並びにsubplate neuron層の容量測定を行っている.病理組織像では大脳皮質深層に層状のアポトーシス・虚血様変化を認めており,subplate neuron層の損傷が示唆されている.また,subplate neuronの特異抗体であるNurr-1を用いた免疫染色によって,組織学的にもsubplate neuronを同定できた.

今後は,subplate neuron層における神経細胞全般を神経細胞の特異抗体Neu-Nを用いて同定し,subplate neuron層における神経細胞全般とsubplate neuronの密度解析を行ってsubplateneuronの損傷を評価する.以上の解析を踏まえ,subplate neuronの損傷の程度を,MRI画像解析によって得られた大脳皮質容量,脳回形成の程度と比較することによって,胎児期の炎症及び虚血がsubplate neuron損傷を誘導し,将来の脳回形成や皮質容量に影響を与えているか検討する.サブプレート層は胎児期の大脳皮質と皮質下白質の境界に存在し,皮質形成に重要な役割を果たしているが,この層に含まれる神経細胞群(サブプレート神経細胞)は炎症や酸化ストレスに対して脆弱であり,胎児期のサブプレート損傷は将来の皮質形成や脳回の発達抑制を引き起こす可能性が高い.本研究ではヒツジ胎仔における脳白質損傷モデルを用いて胎仔脳のMRI撮影を行い,サブプレート層が同定できることを確認した.また,サブプレート神経細胞の特異抗体であるNurr-1に対して免疫組織染色を行い,組織病理的にもサブプレートを同定できた.成育限界期のヒツジ胎仔を用いて子宮内炎症を負荷し,その後の脳組織損傷とそのMRI解析を実施することができた.これを踏まえ,平成27年度は循環負荷によるsubplate neuronへの影響を解析できる.平成28年度には循環負荷によるsubplate neuronへの影響を解析する.脳病理では新たにsubplate neuronの同定のためにNeuN及びNuur1に対する免疫染色を行い,脳病理所見とMRI画像を比較,子宮内炎症や循環負荷がsubplate neuron層ならびに大脳皮質形成に与える影響を詳細に解析する.医歯薬学内科系臨床医学胎児・新生児医学平成27年度には循環負荷によるsubplate neuronへの影響を解析し,平成28年度にはより未熟性の強い妊娠80日台のヒツジ胎仔を用いた解析を進める.平成28年度には,前年度までに行っていなかったsubplateneuronに対する特異抗体(Nurr1,NeuN)に対する免疫染色を行う.そのため,抗体ならびに染色キット購入のための予算(約45万円)を繰り越している.免疫染色用の一次抗体,ならびに二次抗体,染色キットを購入するために用いる.
疾病予防に果たすマグネシウムの役割

本総合研究はマグネシウムの疾病予防に及ぼす影響について調査研究、実験的研究、臨床的研究など多方面から検討を加えたものである。食事調査の研究では単身赴任者など種々な階層についてマグネシウム摂取量を算出したが、どのグループの推奨摂取量の300mg/日に達せず、日本人はマグネシウム不足状態にあることが示唆された。動物実験ではマグネシウム欠乏状態が他のミネラルのアンバランスを起こすことが解明された。即ち、マグネシウム欠乏ラットはマンガン欠乏、鉄欠乏が誘発されることが解明された。また、高リン食ラットでは副甲状腺ホルモンの分泌が増加し、腎臓カルシウムの沈着、活性型ビタミンD_3が減少が起こるが、食餌中マグネシウム量を増加させるとこのような異常が改善することを明らかにした。寒冷に暴露された綿羊では血漿中マグネシウム濃度が上昇した。血漿中マグネシウム濃度とクレアチニン濃度の間に正の相関が認められたことより、腎臓の糸球体濾過量の減少が血漿マグネシウム濃度の増加の一因になったと思われる。PTH分泌が増加している5/6腎臓摘出ラットではマグネシウム欠乏により高カルシウム血症が認められた。また、マグネシウム欠乏腎不全ラットでは低カルシウム液の還流により、PTH分泌が上昇することを認めた。SHRSPを用いた研究では飲料水にマグネシウムを添加して与えると、脳血管障害の発展を防止することを解明した。臨床的な研究では女性の高血圧患者と糖尿病患者では尿中マグネシウム、カリウム、アルドステロン排泄量の間に密接な関連があることが観察された。シクロスポリン誘発低マグネシウム血症では血清マグネシウム濃度が低下し、尿中マグネシウム排泄量も減少した。しかし、リンパ球マグネシウム濃度は増加した。シクロスポリンはマグネシウムを細胞内に流入させる作用がある。陸上長距離選手は運動により尿中マグネシウム排泄量が低下した。疾病予防に対するマグネシウムの役割について基礎及び臨床の両面から総合的な研究を開始した。本年度の成果は以下のごとくである。灰分からナトリウムを差し引いた値等とマグネシウムの相対的摂取比率が一定であることを根拠に、マグネシウムの成分値が記載されていない四訂成分表を用いてマグネシウムの摂取量を把握する方法を提示した。ラットを用いた動物実験ではゲルマニウム中毒により心臓中マグネシウム/カルシウム比が上昇することを見出した。この現象と心臓疾患の関連性について検討中である。めん羊では活性型のビタミンDを投与すると血漿マグネシウム濃度が低下するが、この原因は尿中マグネシウム排泄量の増加、組織中マグネシウム取り込みの増加、骨よりマグネシウム供給量の低下によると考えられる結果を得ている。脳卒中易発症ラットに2%の塩化マグネシウムを飲ませると、水道水を飲ませた対照に比較して脳軟化や脳出血が抑制されることを明らかにした。一方、高繊維食を与えたラットではマグネシウムとビタミンB_1の栄養状態が悪くなることも解明され、食物繊維がマグネシウムに対してはかえって有害であるような結果を示した。高マグネシウム、適量マグネシウムおよび低マグネシウム食のラットの骨塩量を二重光子骨塩定量装置を用いて測定した結果では、適量マグネシウム投与群に比較して、高マグネシウム食も低マグネシウム食も全身骨塩量が低下した。この原因はカルチトニンの分泌増加によると思われる。臨床的な研究では血液透析患者に低燐ミルクを与え、透析との関係について検討した。副甲状腺ホルモンの高い患者では低燐ミルク投与によりホルモン値は有意に低下した。血漿カルシウム濃度は透析により増加したが、血漿マグネシウムは一定の傾向は認められなかった。これらの結果は血液透析患者では血漿カルシウムの方がマグネシウムより副甲状腺ホルモン分泌に関係が深いことを示している。種々な疾病予防に及ぼすマグネシウムの役割を解明するために、基礎および臨床の両面から総合的な研究を実施している。本年度、解明された成果は以下のごとくである。ラットを用いた動物実験でマグネシウム欠乏にすると、マンガン、鉄、セレンなどの微量元素類に異常が発生することを解明した。

また、高リン食によって発生する腎臓のカルシウム沈着、血液中活性型ビタミンDの減少、骨カルシウムの減少などの異常がマグネシウムを与えることにより、改善することを明らかにした。マグネシウム欠乏腎不全ラットでは低カルシウム液の還流によりPTH分泌が増加することから、マグネシウム欠乏ではPTHの作用を介して骨に影響が出ることを推察した。自然発症高血圧ラット(SHR)に高マグネシウム食を与えたところ胃腸症状が強くでたので、さらに低い濃度のマグネシウム食を与えて飼育している。緬羊を寒令に暴露すると血中カテコ-ルアミン濃度が上昇したが、血中マグネシウム濃度は種々な要因で変動した。臨床的な研究では小児肥満症、高脂血症患者の血清およびリンパ球中マグネシウム濃度を測定したが、異常は認められず、マグネシウム欠乏状態ではないようであった。シクロスポリン投与により誘発される低マグネシウム血症の病態はマグネシウムが細胞内に流入することにより発生することを解明した。成人病患者では血清マグネシウム濃度が低い症例が多く、特にサイアザイド系降圧利尿剤を投与している症例や重症の糖尿病症例で低マグネシウム血症を呈する者が多かった。また、これらの患者で尿中マグネシウム排泄量と尿中カテコラミン排泄量の間に相関関係が認められた。種々な人を対象に尿中カルシウム排泄量とマグネシウム排泄量を測定したところ、健康な人では尿中カルシウム/マグネシウムモル比が1以下のことが多く、異常所見のある人ではこの比が1以上になる確率が高いことを見いだした。食生活調査に関する研究として単身赴任者のマグネシウム摂取量の調査を実施した。即ち、福岡、大阪、東京、札幌の4地区の単身赴任者および対照として自宅通勤者を対照に食事調査を行い、マグネシウム摂取量を算出した。その結果、高年層のマグネシウム摂取量が最も高く、若年層の単身赴任者が最も低値であった。そして、いずれのグループも推奨摂取量の300mg/dayをはるかに下回った。若年期における食生活の乱れが成人病につながる可能性を指摘した。動物実験ではマグネシウム欠乏群および対照群ラットにストレスを負荷し、脳のカテコールアミン類を測定した。その結果、ストレス負荷により脳内の種々な部位でカテコールアミン量の変化が起こったが、マグネシウム欠乏によりこのような変化が修飾されることが解明された。また、ラットに高リン食を与えると成長阻害と腎臓へのカルシウム沈着が認められるが、マグネシウムを与えるとこれが軽減されるという現像を認めてきたが、今年度は硫酸マグネシウム、酸化マグネシウム、乳酸マグネシウム、昆布粉末などマグネシウム給源を変えて与え、その違いを検討した。その結果
酸化チタン／粘土複合体を用いた多機能環境浄化材料の開発

窒素ドープ,および銅ドープ酸化チタン/粘土複合体が可視光応答型の光触媒活性を発現することを見出した.窒素ドープ酸化チタン/粘土複合体は,水中,および気相中の有機物分解活性が市販の窒素ドープ酸化チタンよりも高かった.一方,銅ドープ酸化チタン/粘土複合体は,水中での触媒活性は低かったが,気相中では窒素ドープ酸化チタン/粘土複合体よりも高活性であった.どちらの複合体も,環境浄化材料として有望であることが示唆された.窒素ドープ酸化チタンゾルを用いた酸化チタンゾル/粘土複合体から成る可視光応答型光触媒の検討を進めた.あわせて,遷移金属ドープによる可視光応答型酸化チタンゾルの調製方法を検討した.有害有機物の分解について,水系のビスフェノールA,水系の1,4-ジオキサン,および気相系のノルマルヘキサンの可視光照射による分解挙動を調査した.比較対象には市販の窒素ドープ酸化チタン(住友化学製)を用いた.ビスフェノールAの分解では,4時間後の分解量で本研究の複合体が50%であるのに対し市販のN-TiO2が45%であった.従って,含まれるTiO2量当たりの分解量は,市販品の3倍以上の性能を示した.一方,同じ水系でも1,4-ジオキサンの分解では,本研究の複合体と市販のN-TiO2は同じ値を示した.従って,TiO2量当たりの分解量は,市販品の2倍程度の性能であった.しかし,紫外光照射下で可視光型でない酸化チタンゾル/粘土複合体の1/5程度の性能でしかなかった.これに対して,気相系でのヘキサンの分解では,4時間後の分解量で本研究の複合体が50%であるのに対し市販のN-TiO2が20%であった.従って,TiO2量当たりの分解量は,市販品の5倍以上の性能であった.従って,本研究の複合体は種々の物質に対して市販のN-TiO2よりも高い性能を示すことが明らかになった.次に,複合体,アナターゼ型のゾル,およびルチル型のゾルについて,熱処理温度と触媒活性を調査した.その結果,3つの試料とも250°Cで分解性能が極大となった.既往の尿素を用いたN-TiO2はメラミン重合物の表面析出で性能が低下するため,400°C以上で熱処理される.本研究の手法では,重縮合時に尿素の加水分解が同時に生じ,窒素源となるイミド基やアミド基が前駆体ゾルに取り込まれるため,メラミン重合物が生じず,低温の熱処理で高い性能を示したと考えられる.窒素ドープ酸化チタンゾル,および銅ドープ酸化チタンゾルを用いた酸化チタンゾル/粘土複合体からなる可視光応答型光触媒の検討を進めた.あわせて,これらの複合体を基板上にコーティングした膜状試料による有機物分解性能も検討した.窒素ドープ,銅ドープのどちらの場合も,複合体にはアナターゼ相が観察された.また,粘土相の底面間隔が拡大したことから,酸化チタンゾルを層間に担持した粘土相を含む酸化チタンゾル/粘土複合体が得られた.得られた複合体の比表面積は180200 m2/gであり,これも粘土層間へゾルが導入されたことを支持した.気相系における有害有機物の分解挙動を,ノルマルヘキサン,2-プロパノール,およびp-キシレンについて調査した.窒素ドープ,銅ドープのどちらの試料でも紫外光のみならず可視光下でも有機物の分解が進行し,可視光応答性を発現した.窒素の場合,N/Ti≈0.03の試料が最も活性が高かった.一方,銅の場合,Cu/Ti≈0.005の試料が最も活性が高かった.各有機物の分解性は2-プロパノール>ノルマルヘキサン>> p-キシレンの順であった.これは,2-プロパノールの方がノルマルヘキサンよりも試料へ吸着しやすく,より効率的に分解されたためである.一方,p-キシレンでは分解生成物が試料表面に析出してしまい,著しく分解が阻害されたと考えられた.また,窒素ドープ試料よりも銅ドープ試料の方が高活性であった.これは,銅ドープ試料での界面電荷移動の効果と推察された.得られた複合体をコーティングした膜状試料は,紫外光下では有機物分解が可能であったが,可視光下では極わずかな分解能しか示さなかった.2-プロパノールにおいて,膜状試料では初期の吸着量が著しく低下したことから,本複合体を膜状にした場合の低活性は試料への有機物吸着の低下が一因と考えられた.窒素ドープ,および銅ドープ酸化チタン/粘土複合体が可視光応答型の光触媒活性を発現することを見出した.窒素ドープ酸化チタン/粘土複合体は,水中,および気相中の有機物分解活性が市販の窒素ドープ酸化チタンよりも高かった.一方,銅ドープ酸化チタン/粘土複合体は,水中での触媒活性は低かったが,気相中では窒素ドープ酸化チタン/粘土複合体よりも高活性であった.どちらの複合体も,環境浄化材料として有望であることが示唆された.可視光応答型光触媒ゾルの作製に,当初は遷移金属のドーピングによる界面電荷移動を利用した可視光応答型の酸化チタンゾルを予定していた.しかし,ゾルの合成条件が詰められなかったため,合成が可能であった窒素ドープ酸化チタンゾルについて検討を進めた.

窒素源に尿素と塩化アンモニウムを用いてゾルの調製を試みたところ,尿素を用いた場合に窒素ドープに由来する可視-紫外吸収を示す試料が得られた.次に,窒素添加量を制御するため,N/Ti比が05の範囲となるようにゾルの仕込み組成を変化させて,N-doped TiO2/モンモリロナイト複合体を作製した.結晶相の変化を見ると窒素ドープに伴いアナターゼの結晶性が低下した.しかし,窒素添加量の増加と結晶性の低下の程度に相関は見られなかった.一方,窒素添加量の増加に伴い,複合体中のTi量は減少した.これは,窒素ドープに伴いチタニアゾルの表面電荷が少し負よりに変化したためと考えられる.得られた複合体の有機物の分解性能を,ビスフェノールAを対象に調査した.N/Ti比が1.0の条件で調製した複合体を,乾燥後に200350°Cの範囲で熱処理した.50 ppmのビスフェノールA溶液100 mLに0.5 gの試料を分散させ,高圧水銀灯を< 420 nmカットフィルターで可視光化した照射下で4 h反応させた後,ビスフェノールAの分解量をUV-visで解析した.乾燥試料の分解量は18%であったが,熱処理温度が150°C,200°C,および250°Cと増加するに従い,22%,42%,および50%に増加した.しかし,350°Cで熱処理した試料では11%に急減した.市販されている窒素ドープ酸化チタン(住友化学製)で対照実験を行ったところ,分解量は45%であった.従って,市販の可視光応答型酸化チタンよりも高い有機物分解性能を持つ複合体が得られたことが明らかになった.前年度の懸案事項であった遷移金属型の可視光応答酸化チタンゾルの調製はすでに終えているが,粘土との複合化に関する検討が十分ではないこと.また,実証試験に向けたコーティング試料の作製条件が最適化できていないことを考慮して「やや遅れている」とした.しかし,気相系と水系の両方の評価方法はすでに確立している.また,高圧水銀灯以外にも高出力の白色LED型の光源を複数台作製して,実際の分解実験に利用可能であることから,次年度の評価実験は実証試験と並行して進めることが可能な状況となっている.このため,実際の計画への影響は軽微と考えている.また,ディップコーティングとスピンコーティングの2つの手法によるコーティング試料の調製も進めており,実証試験そのものも当初の予定通りに取り組めると考えている.当初の予定である遷移金属のドーピングによる界面電荷移動を利用した可視光応答型の酸化チタンゾルでの検討は十分とは言えないが,窒素ドープ酸化チタンゾルを用いたモンモリロナイトとの複合体の作製に成功している.また,得られた複合体では,市販の可視光応答型の窒素ドープ酸化チタンよりも高い有機物分解性能を示しており,初年度の研究目標を十分にクリアしたと考えられる.以上の観点から「2:おおむね順調」であると判断した.遷移金属のドーピングによる界面電荷移動を利用した可視光応答型の酸化チタンゾルと粘土の複合体の作製方法を早急に確立し,さらに遷移金属種を検討することでより高い有機物分解性能を持つ触媒を開発する.分解対象の有機物について,平成24年度には未検討のフェノール,アセトアルデヒド,およびトリメチルアミンについて,有機物分解性能と分解挙動を調査する.平成24年度の検討結果より,本研究で作製した触媒は工業製品の焼付行程の温度と同じ250°Cで高い触媒活性を示すことが明らかになっている.
特異な方向依存反射特性をもつ表面微細形状の創生理論

本研究は,特異な方向依存性反射特性をもつ表面の微細形状を生成するための,形状創成理論の構築と,実物作成による効果の検証を目的としたものである.切削加工ならびに積層造形によって作成可能な表面微細形状について,4方向の視点あるいは光源に対して反射をほぼ独立に制御しうる方法を提案し,シミュレーションおよび実体作成により効果を検証した.また,関連研究として,形状とその見え方について様々な観点から追究し,錆による見え方の変化,大気の影響による見え方の変化,形状・陰影・ハイライトの非写実的表現,見栄えの評価など,数多くの成果が得られた.本研究は,特異な方向依存反射特性をもつ表面の微細形状を生成するための,形状創生理論の構築を目指すとともに,実物の作成実験によりその適用効果を検証することを目標としている.本年度は,当初対象とする反射特性の選定,シミュレーション環境の整備,各種加工法で作成可能な微細形状の調査,などを中心に研究を進めた.また,これと並行して,形状とその見え方に関連した種々の研究を進めた.以下に成果を示す.1.切削加工による微細形状:視線方向ごとに反射特性を独立に制御できる微細形状について,その特性を解析した.他の視線方向での特性の影響の軽減を試みたが,コントラストとのトレードオフの関係にあることが判明した.2.積層造形による微細形状: 3Dプリンタを用いて,光源方向ごとに反射特性を独立に制御できる新しい微細形状を考案し,その作成を試みた.3.形状とその見え方に関連した種々の研究:様々な形状が,反射や屈折などの光学現象や人間の視覚特性により,特異な見え方をしたり見栄えが変わったりする諸現象に関し,いくつかの研究成果が得られた.本研究は,特異な方向依存反射特性をもつ表面の微細形状を生成するための,形状創生理論の構築を目指すとともに,実物の作成実験によりその適用効果を検証することを目標としている.本年度は,積層造形で作成可能な微細形状を中心に研究を進めた.また,これと並行して,形状とその見え方に関連した種々の研究を進めた.以下に成果を示す.1.積層造形による微細形状: 3Dプリンタを用いて,光源方向ごとに反射特性を独立に制御できる微細形状について,シミュレーションによる解析と,実体作成による検証を進めた.シミュレーションどおりの実体を作成することは,素材の選択や3Dプリンタの各種パラメータ設定の点で相当に困難であることが判明した.2.形状とその見え方に関連した種々の研究:様々な形状が,錆などの経時変化,反射や屈折などの光学現象,人間の視覚特性により,特異な見え方をしたり見栄えが変わったりする諸現象に関し,いくつかの研究成果が得られた.本研究は,特異な方向依存反射特性をもつ表面の微細形状を生成するための,形状創生理論の構築を目指すとともに,実物の作成実験によりその適用効果を検証することを目標としている.本年度(最終年度)は,積層造形あるいは切削加工で作成できる微細形状について,理論と実体形状との比較検証を中心に研究を進めた.また,これと並行して,形状とその見え方に関連した種々の研究を進めた.以下に成果を示す.1.積層造形による微細形状: 3Dプリンタあるいは切削加工機を用いて,光源方向もしくは視線方向ごとに反射特性を独立に制御できる微細形状について,シミュレーションによる解析と,作成した実体形状との比較を行った.理論どおりの見え方にならない理由として,作成後の変形(反り)や稜線部の丸みなどの加工上の問題,光源の方向精度の問題,形状表面における相互反射の影響などが判明した.2.形状とその見え方に関連した種々の研究:様々な3次元表面形状が,錆などの経時変化,反射や屈折などの光学現象,人間の視覚特性により特異な見え方をしたり見栄えが変わったりする諸現象や,2次元形状変形を利用した各種可視化提示手法に関し,いくつかの研究成果が得られた.本研究は,特異な方向依存性反射特性をもつ表面の微細形状を生成するための,形状創成理論の構築と,実物作成による効果の検証を目的としたものである.切削加工ならびに積層造形によって作成可能な表面微細形状について,4方向の視点あるいは光源に対して反射をほぼ独立に制御しうる方法を提案し,シミュレーションおよび実体作成により効果を検証した.また,関連研究として,形状とその見え方について様々な観点から追究し,錆による見え方の変化,大気の影響による見え方の変化,形状・陰影・ハイライトの非写実的表現,見栄えの評価など,数多くの成果が得られた.積層造形による微細形状に関して,シミュレーションどおりの性能を得る実体の作成が,当初の想定以上に困難であったため,この点は予定よりやや遅れている.一方,形状とその見え方に関連した種々の研究において,期待以上の成果が得られている.画像情報工学本年度は,積層造形を中心としてきた昨年度の方針を転換し,切削加工などで作成できる微細形状を中心に,新たな方法の開拓と,シミュレーション,実体作成を進める.また,それらと並行して,形状とその見え方に関連した種々の研究を行う.シミュレーション環境の整備や,各種加工法で作成可能な微細形状の調査に関して,一部は予定よりやや遅れているものの,おおむね順調に進展している.

一方,形状とその見え方に関連した種々の研究において,期待以上の成果が得られている.当初計画では表面加工の外注を想定していたが,研究室所有の機器を用いて実験ができたため,外注委託費が不要となった.本年度は,昨年度にひきつづき,各種加工法で作成可能な微細形状の調査を行うとともに,試行錯誤による実物加工実験,制約条件下での理論解析,実現可能な微細形状集合の構築,などを進める.また,それらと並行して,形状とその見え方に関連した種々の研究を行う.次年度の当初計画に加えて,学会発表の旅費ならびに参加費として追加使用する.当初計画では表面加工の外注を想定していたが,研究室所有の機器を用いて実験ができたため,外注委託費が不要となった.次年度の当初計画に加えて,学会発表の旅費ならびに参加費として追加使用する.
血管平滑筋細胞の脂肪酸組成と分化転換：糖尿病性動脈硬化の新規メカニズムの解明

肥満、糖尿病およびメタボリック症候群(MetS)に合併する動脈硬化に脂肪酸代謝が重要な役割を持つことは基礎および臨床研究から明白であるが、その分子メカニズムを明らかにするためには、脂肪酸代謝酵素の欠損モデルマウスでの検討やメタボローム解析での網羅的な検討が必要である。脂肪酸の鎖長伸長反応を触媒するElovl6の欠損マウスや欠損細胞を用いて、脂肪酸組成の変化がSMCの形質に与える影響を解析した。その結果、1Elovl6欠損マウスでは血管傷害後の新生内膜形成が著明に抑制されること、2培養ヒト大動脈SMC中のElovl6発現をノックダウンさせるとPDGFに対する反応性が完全に消失すること、3SMCマーカー(平滑筋αアクチンやSM22α)の発現が抑制されること、4エネルギーセンサーとして機能するAMP-activated protein kinase (AMPK)が強力に活性化すること、5Elovl6欠損SMCでは細胞リプログラミング因子であるKLF4の発現が著明に誘導されることを見出した。こうした結果はSMC内の脂肪酸組成が細胞の分化や増殖の調節に大きな役割を持つことを示している。また、AMPKの活性化がKLF4の活性化を誘導するというを誘導することも見出した。この発見は、脂肪酸のクオリティが細胞増殖・分化という運命を決定するという示唆を与えるものである。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。申請者はこれまで血管平滑筋細胞(SMC)の形質変換の分子機構の解析によって、動脈硬化のメカニズムを解明することを目指してきた。本研究では、脂肪酸の鎖長伸長反応を触媒するElovl6の欠損マウスおよび欠損細胞を用いて、脂肪酸組成の変化がSMCの形質に与える影響を解析している。これまでに以下の点を明らかにした。(1) Elovl6欠損マウスでは血管傷害後の新生内膜形成が著明に抑制される、(2)培養ヒト大動脈SMC中のElovl6発現をノックダウンさせるとPDGFに対する反応性が完全に消失すること、(3)SMCマーカー(平滑筋αアクチンやSM22α)の発現が抑制されること、(4)エネルギーセンサーとして機能するAMP-activated protein kinase (AMPK)が強力に活性化する機構として、セストリンの誘導が重要であること、および(5)Elovl6欠損SMCでは細胞リプログラミング因子であるKLF4の発現が著明に誘導され、その機序としてAMPKの活性化が仲介すること、である。したがって、脂肪酸の「質」の変化がSMCの形質を劇的に変化させるメカニズムとしてAMPK/KLF4経路が主要な役割をすると考えられる。脂肪酸代謝は、細胞の増殖、分化、アポトーシスなどの調節、各組織の構造と機能の恒常性維持に極めて重要な役割をもつ。Elovl6は生体内で最も組成割合の多い炭素数16と18の飽和脂肪酸および一価不飽和脂肪酸の合成を触媒する。SCD1は、飽和脂肪酸を一価不飽和脂肪酸に変換する酵素で、パルミチン酸(C16:0)をパルミトレイン酸(C16:1)に、ステアリン酸(C18:0)をオレイン酸(C18:1)に変換する。ヒト大動脈由来血管平滑筋細胞においてElovl6の発現をsiRNAによりノックダウン(Elovl6枯渇)させると、細胞の増殖活性が著明に抑制されるともに平滑筋マーカーが減少することを見出した。また、Elovl6枯渇細胞では、細胞の初期化を誘導する因子の一つで、Kr&uuml;ppelファミリーに属する転写因子KLF4が著増した。KLF4はMyocardinによる平滑筋分化誘導を抑制する機能をもつことからElovl6枯渇細胞でのSMC分化マーカーの発現低下はKLF4の発現誘導によると考えられる。脂質代謝の変化が細胞の増殖と分化に重要なKLF4の誘導刺激となることは大きな発見である。私たちは、Elovl6枯渇細胞での増殖に関わる種々の蛋白の発現をウエスタンブロットで解析した。その結果、エネルギーセンサーとして機能するAMP-activated protein kinase (AMPK)の活性増加、細胞増殖抑制因子p53やp21の発現増加、蛋白合成を促進するmTORの発現低下を見出した。また、AMPKを直接に活性化するAICARによるKLF4の発現誘導、AMPK抑制剤compound CがElovl6枯渇によるKLF4発現誘導を完全に消失させることを見出した。Elovl6を枯渇させたVSMCではAMPKの活性化が起こり、それによってKLF4の発現が誘導され、VSMC分化マーカーの発現低下と増殖能の抑制が起こることが明らかになった。順調に進行している。その結果、1Elovl6欠損マウスでは血管傷害後の新生内膜形成が著明に抑制されること、2培養ヒト大動脈SMC中のElovl6発現をノックダウンさせるとPDGFに対する反応性が完全に消失すること、3SMCマーカー(平滑筋αアクチンやSM22α)の発現が抑制されること、4エネルギーセンサーとして機能するAMP-

activated protein kinase (AMPK)が強力に活性化すること、5Elovl6欠損SMCでは細胞リプログラミング因子であるKLF4の発現が著明に誘導されることを見出した。こうした結果はSMC内の脂肪酸組成が細胞の分化や増殖の調節に大きな役割を持つことを示している。また、AMPKの活性化がKLF4の活性化を誘導するというを誘導することも見出した。この発見は、脂肪酸のクオリティが細胞増殖・分化という運命を決定するという示唆を与えるものである。以下の2点の解析を優先的に行う。1.Elovl6欠損が血管平滑筋細胞の形質変換を起こすメカニズムの解析2.SMC特異的Elovl6欠損マウスの作製と動脈硬化形成の検討SM22alpha-Creマウス(Washington大学Dr. Clay F. Semenkovichより供与を受けている)を用いてSMC特異的Elov6欠損マウスを作製する。このマウスを高脂肪食にて飼育し、大動脈壁における脂肪酸分画、プラーク面積や組織病理変化、SMC -,マクロファージ-、骨芽細胞-マーカー遺伝子の発現変化をflox/floxマウスおよび全身性Elov6欠損マウスと比較する。研究計画の変更はない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
極微細配線の信頼性に関する金属材料学的研究

半導体デバイスの高速・高密度化,信頼性の向上に対する要求は近年ますます厳しくなってきている。その中でデバイス用配線材料として従来のAlから,より比抵抗の低いCuへの転換が行われつつある。一方,CuとSiの間の層間絶縁膜の低比誘電率(Low-k)化も重要な課題である。そこで本研究では,層間絶縁膜材質の異なる3種類のCu薄膜を対象として,加熱・冷却に伴う応力変化,熱サイクルによるキャビティ形成,組織変化について調べ,これらに及ぼす層間絶縁層材質の影響を明らかにしようとした。Si(127mmφ,630mm厚)/絶縁層(100600nm厚)/Ta(25nm厚)/Cu(100nm厚)の4層構造の試料を用意した。絶縁層材質(膜厚)は現行のc(100nm), Low-k材としてメチル化シルセスキオキサン(MSQ)(430nm)およびポリアリールエーテル系樹脂(570nm)とした。SiO_2膜はテトラエトキシシランをプラズマ下で反応させることにより,他の2種類の絶縁膜はスピン塗布・硬化処理により,またTaおよびCuはスパッタ法により,それぞれ成膜した。成膜したウェハーから6×10mmの試片を切り出した。まず絶縁層のみを成膜した試片について,ナノインデンテーション法により,硬さとヤング率を測定し,いずれもSiO_2>MSQ>樹脂となっていることを確認した。次に各試片に大気中で-25°C⇔+175°Cの繰返し熱サイクルを500回与え,その後の試片の様相を光学顕微鏡,走査型電子顕微鏡,X線マイクロフォーカス検査装置で観察したが,いずれの試片にもキャビティなどの欠陥の形成は見られず,層間絶縁膜材質の違いによる様相の差は認められなかった。
血中物質輸送構造解明に向けた計算生体力学的研究 : 赤血球の微細な流動構造に着目して

血液は一様な流体ではなく,多数の血液細胞が流動する懸濁液である.そのため,血液内の物質輸送を定量化するためには,流動する血液細胞の挙動を解析する必要がある.本研究では,主たる血液細胞である赤血球の流動を解析することで,血液の物質輸送を力学的に定量化することを最終目的とする.赤血球は核を持たない特殊な細胞であり,その流動特性は赤血球膜と膜内外の流体運動によって決定される.本研究では,超弾性体膜を持つカプセルとして赤血球をモデル化し,有限要素法と境界要素法を用いて流体構造連成解析を行う.当該年度では,開発した赤血球モデルを用いて,せん断流れ場における赤血球の運動や,赤血球膜面応力の解析を行った.さらに,赤血球の二体干渉を解析することにより,準希薄懸濁液下でのレオロジー特性や,赤血球自己拡散について解析を行った.あるせん断速度下において,ランダム配向された赤血球が,特定の向きに収束する様子が確認された.配向が収束することにより,周期的な運動から定常的な運動へと遷移することが分かった.これらの現象は,過去の実験結果と矛盾することはなく,赤血球の運動メカニズム解明に向けた重要な知見になる.続いて,赤血球の膜面主応力や膜面圧力を解析することで,膜面応力とせん断速度の関係を明らかにした.膜面応力は,溶血や赤血球のメカノトランスダクションを議論する際に重要な物理量である.懸濁液内の物理を記述するには,赤血球同士の流体力学的干渉を考慮する必要がある.準希薄懸濁液下では,赤血球の二体干渉が支配的になることから,二体干渉を解析することで準希薄懸濁液特性の解析を行った.せん断粘性が赤血球体積率に対して2次関数的に増加すること,流れ場によって赤血球は非等方的に拡散することが分かった.これらの結果は,複雑な懸濁液の力学を理解するため重要な基礎知見となる.本研究課題では,血液細胞の95%以上を占める赤血球に着目し,力学的に厳密な,今までにない単一赤血球のモデル化を行う.さらに,そこから多数個の解析に発展させることで,血液中に含まれる物質の輸送を定量化することを目的とする.従って,本研究課題において赤血球のモデル化は最も重要な事項の一つである.ここで,赤血球は核を持たない特殊な細胞であり,細胞膜のモデル化が力学的に重要である.現在,計算生体力学の分野では,バネのネットワークによって,簡易的に赤血球膜の弾性を表現する手法がよく使われている.しかしながら,このようなバネモデルによって表現した膜の力学的な性質は,これまできちんと議論されて来なかった.そこで本年度では,このようなバネモデルの力学的性質を体系的にとりまとめ,バネモデルが赤血球膜を表現するのに適しているのか,またどのような膜のモデルが赤血球膜を表現するのに適しているかを議論した.その結果,バネモデルでは赤血球膜を表現するのに適しておらず,別の膜モデルを適用する必要があることを明らかにした.さらに,優秀若手研究者海外派遣事業(特別研究員)による支援を受け,共同研究者であるバーゼス教授の下で研究に従事している.本研究課題において,計算の安定性は重要な問題である.派遣先受け入れ機関において,境界要素法と有限要素法をカップリングした,研究計画申請時には無かった新しい解析手法を開発中である.この手法により安定した解析が可能であることが既にわかっている.派遣先機関で開発中の新しい手法を,赤血球の変形挙動解析に応用することで,今まで数値不安定のため解析出来なかった領域において解析を行い,新たな力学的見地の発見を目指している.本研究課題では生理学的に重要な,微小循環における血中物質の輸送・拡散現象を,工学的に定量化することを目的とする.微小循環における血管径はミクロンオーダーであり,流体中における血液細胞就中,赤血球の振舞いが力学的に重要である.赤血球は無核な細胞であり,細胞膜と細胞内外の流体の力学的相互作用が,赤血球の変形挙動を解析する際に重要となる,現在,計算生体力学の分野では,バネを連結した簡易的な膜モデルによって,赤血球膜の弾性を表現する手法が幅広く用いられている.しかしながら,バネによる膜モデルの力学的特性は,これまで議論されていなかった.そこで,バネモデルが赤血球膜を表現するのに適しているのか,またどのような膜のモデルが赤血球膜を表現するのに適しているかを議論し,バネモデルでは生体膜の持つ面積非圧縮性を表現するに不適であること,離散的なバネモデルと既知の連続体モデルとの関連を明らかにした.これらの解析により,バネモデルにおけるヤング率やポアソン比等の膜特性を評価することが初めて可能となった.以上の結果は,雑誌論文また学会において発表を行った.さらに,第2回優秀若手研究者海外派遣事業(特別研究員)による支援を受け,共同研究者バーゼス教授の指導の下,単一赤血球の変形挙動解析を行った.有限要素法と境界要素法をカップリングした新しい解析手法を用いることで,今まで数値不安定のため未解明であった力学条件での解析が可能となり,膜剛性,膜内外の流体粘性比などの力学的因子がもたらす赤血球の変形挙動並びに膜面応力への影響を,統一的に明らかにした.これらの結果は,溶血や赤血球膜のメカノトランスダクションを議論する際に重要な力学的知見となる.血液は一様な流体ではなく,多数の血液細胞が流動する懸濁液である.

そのため,血液内の物質輸送を定量化するためには,流動する血液細胞の挙動を解析する必要がある.本研究では,主たる血液細胞である赤血球の流動を解析することで,血液の物質輸送を力学的に定量化することを最終目的とする.赤血球は核を持たない特殊な細胞であり,その流動特性は赤血球膜と膜内外の流体運動によって決定される.本研究では,超弾性体膜を持つカプセルとして赤血球をモデル化し,有限要素法と境界要素法を用いて流体構造連成解析を行う.当該年度では,開発した赤血球モデルを用いて,せん断流れ場における赤血球の運動や,赤血球膜面応力の解析を行った.さらに,赤血球の二体干渉を解析することにより,準希薄懸濁液下でのレオロジー特性や,赤血球自己拡散について解析を行った.あるせん断速度下において,ランダム配向された赤血球が,特定の向きに収束する様子が確認された.配向が収束することにより,周期的な運動から定常的な運動へと遷移することが分かった.これらの現象は,過去の実験結果と矛盾することはなく,赤血球の運動メカニズム解明に向けた重要な知見になる.続いて,赤血球の膜面主応力や膜面圧力を解析することで,膜面応力とせん断速度の関係を明らかにした.膜面応力は,溶血や赤血球のメカノトランスダクションを議論する際に重要な物理量である.懸濁液内の物理を記述するには,赤血球同士の流体力学的干渉を考慮する必要がある.準希薄懸濁液下では,赤血球の二体干渉が支配的になることから,二体干渉を解析することで準希薄懸濁液特性の解析を行った.せん断粘性が赤血球体積率に対して2次関数的に増加すること,流れ場によって赤血球は非等方的に拡散することが分かった.これらの結果は,複雑な懸濁液の力学を理解するため重要な基礎知見となる.
ガラスの応力分布測定・破壊予測が可能な非接触応力センシング

ガラスの応力分布測定が可能な非接触・非破壊センシングの確立を目指し、Eu3+添加ケイ酸塩ガラスの発光と応力の関係を明らかにすることを目的とした。Eu3+の発光スペクトルから算出される発光強度比はガラスの組成および熱履歴による構造変化に対して応答を示し、その傾向からガラスの構造変化を非接触・非破壊で評価することが可能であることを明らかにした。ガラスの発光強度比の分布測定が可能な装置を開発し、温度勾配下で熱処理したガラスを測定した結果、温度に対応した発光強度比分布が得られたことから、ガラスの熱的な構造変化の分布を、発光分布のイメージとして捉えることに成功した。(1)Euイオン添加ガラスの作製:発光イオンとして3価のEuイオンを添加したソーダ石灰系およびソーダアルミノケイ酸塩系ガラスを溶融・急冷法で作製した。精密徐冷することにより切断・加工が可能となり、所定の大きさの試料を得た。熱機械測定装置を用いて線膨張率測定を行い、ガラス転移温度および熱膨張係数を測定した。(2)ガラスの光学的性質の調査:精密徐冷したガラス試料、600°Cに保持後に冷却速度を変化させて急冷した試料、保持温度(450°Cから650°Cまでの温度範囲)を変化させて急冷した試料について、蛍光スペクトルを測定し、Euイオンの発光挙動を調査した。その結果、Euイオンの2種類の発光ピークの強度比が、冷却速度、保持温度に明確に依存して変化することを明らかにした。また同試料の屈折率測定を行い、その値がEuイオンの発光ピークの強度比と同様の冷却速度、保持温度依存性を示すことを明らかにした。これらの結果から、ガラスの平均構造とEuイオンの発光ピークの強度比の間に明確な相関関係があり、発光ピークの強度比の変化からガラス構造の変化を捉えることが可能であることを明らかにした。(3)ガラスの機械的性質の調査:加工したガラス試料と超音波パルスエコー法を用いてガラスの弾性率を測定した。ガラス試料の局所領域での機械特性および応力ー発光特性の測定を行うための小型機械試験機用治具を設計し、試作を行った。試作した装置の性能を検証するために、応力印加時のガラス中の応力の分布状態を光弾性法により測定し、予想される応力分布状態となっていることを明らかにした。(4)成果の公表:(1)および(2)で得られた研究成果については、国際会議1回、国内学会2回で発表し、討論を行った。(1)Euイオン添加ガラスの作製: Euイオン添加ソーダ石灰系およびソーダアルミノケイ酸塩系ガラスの溶融・急冷法による作製、切断・加工が可能であり、ガラス試料の作製方法は確立されている。またガラスの基本物性であるガラス転移温度および熱膨張係数の測定も可能となっている。(2)ガラスの光学的性質の調査:種々の熱処理を行ったガラス試料について、Euイオンの発光挙動の調査を行い、当初の予測通りEuイオンの2種類の発光ピークの強度比が、ガラスの冷却速度、保持温度に明確に依存して変化することを明らかにしている。さらに屈折率と発光ピークの強度比が同様の熱履歴依存性を示すことから、発光ピークの強度比からガラス構造の変化を捉えることが可能であることを明らかにしている。この結果は、応力によるガラス構造の変化も発光ピークの強度比から捉えられる可能性を示している。(3)ガラスの機械的性質の調査:ガラス試料の応力ー発光特性の測定を行うための小型機械試験機用治具の設計、試作を行い、所定の性能が得られている。(4)現在進行中の内容:有限要素解析法を用いて応力印加時のガラス中の応力分布状態のシミュレーションを開始し、実験値を表現できるような解析条件の最適化を進めている。小型試験治具と分光イメージングシステムおよび紫外光源を用いて、引張り応力を印加したガラス試料の動的な発光特性の測定を開始し、応力印加および発光測定条件の最適化を進めている。ガラスの硬度測定によるガラスの破壊靭性や構造緩和の解析は、試験測定を開始した段階である。放射光を用いたガラスのX線吸収微細構造測定については、平成27年度はマシンタイムが得られなかったため、発光中心となる希土類イオンの状態(価数、配位数、結合長等)の理論的な解析を進めている。(1)Euイオン添加ガラスの作製:発光イオンとして3価のEuイオンを添加したソーダ石灰系およびソーダケイ酸塩系ガラスを溶融・急冷法で作製した。急冷試料を精密徐冷後に切断・加工し、所定の大きさの徐冷試料を得た。(2)ガラスの光学的性質の調査:徐冷したソーダケイ酸塩系ガラス試料およびその試料を450ー540°Cで所定時間保持した後に急冷した試料について、Euイオンの発光挙動を調査すると共に、ガラス構造の尺度として屈折率を精密に測定した。その結果、Euイオンの2種類の発光ピークの強度比と屈折率が、保持温度と時間に対して明確な依存性を示すことを明らかにした。この結果から、ガラスの熱的な構造緩和に基づく仮想温度とEuイオンの発光ピークの強度比の間に明確な相関関係があり、発光ピークの強度比の変化からガラス構造の熱的な履歴を捉えることが可能であることを明らかにした。分光イメージングシステムの測定・解析プログラムを新たに開発し、ソーダ石灰ガラス試料中のEuイオンの発光ピークの強度比の面分布を2次元イメージとして測定できるシステムを構築した。

また、温度勾配下で熱処理して構造分布を誘起したソーダ石灰ガラス試料に対して、このシステムで熱的な構造変化の分布を捉えることに成功した。(3)ガラスの機械的性質の調査:熱的および機械的に応力を誘起したソーダ石灰ガラス試料について、ビッカース硬度計を用いて導入した圧痕からのき裂長比と、応力の方向と大きさに相関があることを見出した。また、有限要素解析法を用いることで、熱的および機械的にガラス中に誘起した応力分布状態のシミュレーションを実現した。(4)成果の公表:得られた研究成果については、国内学会2回で発表し、討論を行った。(1)ガラス試料の作製: Euイオン添加ケイ酸塩系ガラスの溶融・急冷法による作製方法は確立されており、ガラス組成の範囲を拡大している。また膨張係数の異なるソーダ石灰ガラスを熱的に融着させることで、残留熱応力を有するガラス試料が作製可能であることを明らかにしている。(2)ガラスの光学的性質の調査:保持温度・時間の異なる熱処理を行ったガラス試料について、Euイオンの発光挙動の調査を行っている。発光ピークの強度比ならびにガラスの屈折率の、保持温度・時間依存性を精密に測定することで、強度比から得られるガラス構造の変化は、熱的な構造緩和に由来する仮想温度を反映するものであることを明らかにしている。この結果は、ガラス構造の熱履歴による変化を、発光ピークの強度比から捉えられることを示している。また分光イメージングシステムの測定・解析プログラムを新たに開発することで、温度勾配下で熱処理し構造分布を有するガラス試料の発光ピークの強度比の面分布を2次元イメージとして捉えることに成功している。この結果は、応力によるガラス構造の変化も、2次元イメージとして捉えられる可能性を示している。(3)ガラスの機械的性質の調査:ガラス試料の応力ー発光特性の測定を行うために、荷重ー変位が計測できる小型機械試験機を新たに作製し、所定の性能が得られている。また、ビッカース硬度計を用いて導入した圧痕からのき裂長が、熱的および機械的に誘起した応力の大きさと相関があることを見出している。さらに有限要素解析法を用いることで、熱的および機械的にガラス中に誘起した応力分布状態のシミュレーションを実現している。(4)新たな取り組み内容:ガラス中の発光中心となる希土類イオンの配位状態について、異なる波長の複数の発光ピークの強度比から解析を行い、その結果に関する理論的な考察を進めている。(1)Euイオン添加ガラスの作製: 3価のEuイオンを添加したNa系およびソーダ石灰ガラスに加え、アルカリ金属およびアルカリ土類金属種を変えたケイ酸塩ガラスを溶融法で作製した。熱機械測定装置を用いて線膨張率測定を行い、ガラス転移温度および熱膨張係数を測定した。(2)発光挙動の調査:ガラス転移温度に対して±10%程度の温度範囲で保持・急冷したガラスについて、Euイオンの発光挙動を調査すると共に、屈折率を測定した。その結果、Euイオンの磁気双極子遷移による発光を基準とした電気双極子遷移による2種類の発光強度比のうち、1つはアルカリ金属種により大きく影響を受けること、もう1つはガラス転移点から-10%程度の温度範囲で保持温度に対して明確な依存性を示すことを明らかにした。
イネ矮性遺伝子の生理生化学的レベルにおける発現様式

イネ品種「しおかり」とその矮性準同質遺伝子系統を用いて研究課題に関する実験を行い、以下の成果を得た。1.幼苗におけるGA_3とジベレリン合成阻害剤およびIAAとその前駆物質に対する伸長反応性、ならびにIAA含量を調べたところ、それらのいずれにおいても系統間差異が認められた。2.上位2節間のパーオキシダーゼ活性とパーオキシダーゼアイソザイムを生育時期別に調べた。その結果、多くの矮性系統は「しおかり」より活性が高い傾向にあり、とくにSh-d_<13>およびSh-d_6はいずれの節間および時期でも活性が著しく高く、アイソザイムパターンにおいても、全体または特定のバンドが濃かった。そして、第2節間ではパーオキシダーゼ活性と節間長との間に負の相関が認められた。Sh-d_<13>は幼苗期においてもパーオキシダーゼ活性が高かった。なお、パーオキシダーゼアイソザイムの特定のバンドはIAAオキシダーゼ活性をもつことが示唆された。3.上位3節間のリグニン含量を生育時期別に調べた。その結果、出穂期前後のリグニン含有率と節間柔細胞の長さとの間に負の相関が、また、成熟期のリグニン含有率と節間長との間に正の相関が認められた。4.二次元電気泳動法、等電点電気泳動法などによって、矮性系統に特異的に出現または欠失するタンパク質の検出を試みた。しかし、正常系統と矮性系統間で、遺伝的分離様式を解析できるほど明確に異なるスポットまたはバンドは検出できなかった。そこでDNAレベルでの解析を開始した。まず、「しおかり」と8種の矮性準同質遺伝子系統および約180種の10塩基プライマーを用いて、Random amplified polymorphic DNA(RAPD)の検索を行った。その結果、3種の矮性系統において正常系統と異なるDNA断片(RAPD)が検出された。このうち1つのRAPDについて、F_2分離を調べたところ、このDNA断片の有無は3:1に分離した。今後、RAPDと矮性遺伝子との連鎖関係を調査する予定である。本研究は,イネ矮性遺伝子が直接・間接に支配する生理・生化学的要因を明らかにすることを目的として行っている.今年度は,品種「しおかり」とこれを反復親として北海道大学で育成されたいくつかの矮性準同質遺伝子系統を用いて実験を行い,次のような結果を得た.1.ジベレリン(GA_3)と矮化剤(ウニコナゾ-ル)に対する第2葉鞘の伸長反応性および7葉期における体内ジベレリン様物質とIAA含量を調べたところ,いずれの形質においても系統間差異が認められた.また,いずれの系統もジベレリン処理によってIAA含量が高くなる傾向があった.2.幼苗第6葉および上位3節間について,それらの発育時期別にパ-オキシダ-ゼ,エステラ-ゼ,タンパク質を電気泳動法により分析したところ,いずれの器官でもそれらの電気泳動像は生育時期によって変化した.同一の生育時期で系統間の比較をすると,矮性系統のパ-オキシダ-ゼアイソザイムは正常系統より濃く現れる傾向があった.そこで,上位2節間においてパ-オキシダ-ゼの全活性を測定し,これと節間長との関係をみたところ,両者の間に有意な正の相関が認められた.