hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
完全静脈栄養における至適栄養液の開発とそのエネルギ-代謝に関する研究

我国に於ける小児の完全静脈栄養(以下TPN)はその主たるカロリ-源を糖質に仰ぎ又その蛋白質は成人用アミノ酸混合液を用いている。今回の研究ではエネルギ-源の一部を脂肪に仰ぎ又、アミノ酸混合液を小児用の特別液(PnIV)を用いて、幼若小児のTPNの有効性を検討した。I.電解質、ミネラル、アミノ酸、ビタミンは全て同じ且つ総カロリ-量、総投与液量を一定にしたTPNを行いその時の総カロリ-量の内糖量と脂質のしめる比率を変化させた液を投与してそれぞれの時のエネルギ-代謝に対する影響、N蓄積を調べた。A液は糖質87%、脂質5%、蛋白質8%。B液は糖質が60%、脂質32%、蛋白質8%。C液は糖質34%、脂質が58%、蛋白質が8%の各組成液を数人の小児にそれぞれ5日間投与し単位エネルギ-消費当りのN蓄積(Nmg/cal)を調べた。その結果A液は1.96±1、B液は3.3±1.6、C液は2.40±1.3でありB液が最もすぐれていた。II.次に市販されている成人用アミノ酸液(Mpn)と新生児用試作アミノ酸(PnIV)を投与して幼若乳児のアミノ酸パタ-ンの変化を調べた。PnIVはMPnに比べメチオニンフェニ-ルアラニン、スレオニングルタミン、アスパラギンの濃度を低くおさえ代りに側鎖アミノ酸であるロイシンイソロイシンバリンやアルギニンセリンシステインを増量してあるアミノ酸液であるが新生児、幼若小児にMPnを投与した場合著名な血中アミノ酸パタ-ンの乱れが見られたが、我々の改良したPnIVを投与すると血中アミノ酸パタ-ンはほぼ正常化し、2.5g/kg/日という十分量のタンパク源を安全に投与出来た。
リボソームによるmRNA切断:分子機構と生理的意義

バクテリアのtmRNAはtRNAとmRNAの両方の機能を持つユニークな低分子RNAで、トランス翻訳において中心的な役割を果たしている。トランス翻訳モデルは、モデル遺伝子の解析から提唱され、その機構のユニークさから多くの注目を浴びている。これまでにモデル遺伝子を用いた解析より、終止コドンがトランス翻訳の新たな標的であること、この終止コドンにおけるトランス翻訳機構の解析を行なった結果、新生ポリペプチド鎖のC末端アミノ酸配列が決定因子であること、C末端アミノ酸配列はRFによる翻訳終結反応を阻害していること、終止コドンの種類に依存しないことなどを明らかにした。さらに解析を進めた結果、終止コドンにおけるトランス翻訳は、終止コドンの位置でリボソームが停滞した結果、mRNAの切断が起こり、nonstop mRNAの3'末端が産生されたためであることを明らかにしてきた。従来から連続するアルギニンのレアコドンで翻訳伸長中のリボソームが停滞した場合に、トランス翻訳が起こることが知られている。このトランス翻訳は、正常なmRNA上のレアコドンで停滞したリボソームのA-siteにtmRNAが作用する結果と考えられてきた。すなわち、nonstop mRNAの3'末端以外におけるトランス翻訳の例とされてきた。今回、レアコドンにおけるトランス翻訳も、停滞したリボソームに応答してmRNAの切断が誘起され、生じたnonstop mRNAにtmRNAが作用する結果であることを証明した。本研究結果は、リボソームの停滞は、一般にmRNAの切断とトランス翻訳を引き起こすこと、nonstop mRNAの3'末端がおそらく普遍的唯一のtmRNAの作用点であることを示している。本研究結果は『翻訳サーベイランス機構』を利用した遺伝子発現制御機構や、真核生物における『翻訳サーベイランス機構』の探索などにもつながることが期待される。本研究では、モデル遺伝子を用いた解析より、終止コドンがトランス翻駅の新たな標的であること、この終止コドンにおけるトランス翻訳機構の解析を行なった結果、新生ポリペプチド鎖のC末端アミノ酸配列が決定因子であること、C末端アミノ酸配列はRFによる翻訳終結反応を阻害していること、終止コドンの種類に依存しないことなどを明らかにした。さらに解析を進めた結果、終止コドンにおけるトランス翻訳は、終止コドンの位置でリボソームが停滞した結果、mRNAの切断が起こり、nonstop mRNAの3'末端が産生されたためであることを明らかにした。翻訳伸長中においてリボソームが停滞した場合にもmRNAの切断とトランス翻訳が起こることから、リボソームの停滞は、一般にmRNAの切断とトランス翻訳を引き起こすと結論付けた。これらの一連の解析から、細胞にはリボソームの停滞を指標に、mRNAの異常と翻訳異常を察知し、mRNA切断とトランス翻訳を作動させ、mRNAと不完全タンパク質の速やかな除去とリボソームの再生を促す積極的な『翻訳サーベイランス機構』が備わっていると結論付けた。
慢性甲状腺炎に伴う橋本脳症における血管炎を主体とした分子免疫病態の解明

本研究では,慢性甲状腺炎に合併する自己免疫性脳症(橋本脳症)において,脳血管炎に焦点を合わせ,分子免疫学的病態機序,臨床徴候と局所脳血流との関連を比較検討した.橋本脳症の分子診断マーカーの抗NAE抗体が陽性の橋本脳症患者7名と健常人10名の脳血流SPECTの3D-SSP解析を行い,橋本脳症患者で精神症状や記憶障害と関連する両側前部帯状回と左前頭前皮質に有意な脳局所の血流低下を認めた.また,ヒト脳血管内皮培養細胞への患者血清の添加によって,幾つかのプロテオームが変化することを見出した.以上から,橋本脳症では,脳血管炎が病態に深くかかわることが明らかとなり,今後の治療戦略上でも重要と考えられた.本研究では,慢性甲状腺炎(橋本病)に合併する自己免疫性脳症(橋本脳症)において,病理学的に報告されている脳血管炎に焦点を合わせ,分子病態機序・免疫学的背景を探求するとともに,臨床徴候と局所脳血流の変化を比較検討する.昨年度は,橋本脳症の分子マーカーとして申請者らが同定した抗NAE抗体が陽性である橋本脳症患者7例と年齢と性別を一致させた健常人10名の脳血流SPECTの3D-SSP解析を行い,標準脳との血流の増減を統計学的に比較検討した.その結果,橋本脳症患者では,両側の前部帯状回と左の前頭前皮質に,有意な脳局所の血流低下が認められることが判明し報告した(Eur Neurol 2014;72:13-19).また,分子病態機序の探究の目的では,ヒト脳由来微小血管内皮細胞培養株(TY10細胞)(山口大学神経内科神田隆教授との共同研究)を安定的に継代・培養させるシステムを構築し,患者血添加前後でのプロテオーム変化を,蛍光標識二次元ディファレンシャル電気泳動解析(2D-DIGE)法を用いて解析し,有意な変化を示すスポットを見出しMALDI-TOF/MSによる分子決定を進めている.さらに,HLAなどを含む遺伝子背景を探索する目的で,DNAチップによるエクソーム解析(東京都健康長寿医療センター,三重大学との共同研究)を新たに開始し,国内よりのDNAの収集と解析を行っている.本研究では,慢性甲状腺炎に合併する自己免疫性脳症(橋本脳症)において,脳血管炎に焦点を合わせ,分子免疫学的病態機序,臨床徴候と局所脳血流との関連を比較検討した.橋本脳症の分子診断マーカーの抗NAE抗体が陽性の橋本脳症患者7名と健常人10名の脳血流SPECTの3D-SSP解析を行い,橋本脳症患者で精神症状や記憶障害と関連する両側前部帯状回と左前頭前皮質に有意な脳局所の血流低下を認めた.また,ヒト脳血管内皮培養細胞への患者血清の添加によって,幾つかのプロテオームが変化することを見出した.以上から,橋本脳症では,脳血管炎が病態に深くかかわることが明らかとなり,今後の治療戦略上でも重要と考えられた.本研究では,慢性甲状腺炎(橋本病)に合併する自己免疫性脳症(橋本脳症)において,病理学的に報告されている脳血管炎に焦点を合わせ,分子病態機序・免疫学的背景を探求するとともに,臨床徴候と局所脳血流の変化を比較検討する.昨年度は,現在当施設および関連施設で診療している抗NAE抗体陽性の橋本脳症7例と健常人8名の脳血流SPECTを3D-SSP解析により標準脳との血流の増減を統計学的に比較検討した.その結果,橋本脳症患者では,左前頭前皮質,内側前頭前皮質から全部帯状回で部位特異的な脳血流の低下の認められることが判明した.また,分子病態機序の探究の目的で,ヒト脳由来微小血管内皮細胞株(TY10細胞)(J Cell Physiol 2010;山口大学神経内科神田隆教授との共同研究)を安定的に継代・培養させるシステムを福井大学において構築した.血添加前後でのプロテオーム変化を検討する目的で,蛍光標識二次元ディファレンシャル電気泳動解析(2D-DIGE)法とMALDI-TOF MS(Autoflex, Bruker Daltonics,福井大学医学部常設)による解析システムを構築した.また,HLAなどを含む遺伝子背景を探索する目的で,DNAチップによるエクソーム解析(東京都健康長寿医療センター,三重大学との共同研究)を新たに倫理員会承認の元で開始し,国内よりのDNAの収集と解析を行っている.本研究では,慢性甲状腺炎(橋本病)に合併する自己免疫性脳症(橋本脳症)において,病理学的に報告されている脳血管炎に焦点を合わせ,分子病態機序・免疫学的背景を探求するとともに,臨床徴候と局所脳血流の変化を比較検討した.橋本脳症の分子マーカーとして申請者らが同定した抗NAE抗体が陽性である橋本脳症患者7例と年齢と性別を一致させた健常人10名の脳血流SPECTの3D-SSP解析を行い,標準脳との血流の増減を統計学的に比較検討した.その結果,橋本脳症患者では,精神症状や記憶障害と関連する両側の前部帯状回と左の前頭前皮質に,有意な脳局所の血流低下が認められることが判明し報告した(Eur Neurol 2014;72:13-19).

また,分子病態機序の探究の目的では,ヒト脳由来微小血管内皮細胞培養株(TY10細胞)(山口大学神経内科神田隆教授との共同研究)を安定的に継代・培養させるシステムを構築し,患者血添加前後でのプロテオーム変化を,蛍光標識二次元ディファレンシャル電気泳動解析(2D-DIGE)法を用いて解析し,有意な変化を示すスポットを見出しMALDI-TOF/MSによる分子決定した.さらに,ラット脳スライスを用いたパッチクランプ法による検討から,抗NAE抗体を含む髄液が神経伝達を阻害することを見出した(Neurol Clin Neurosci 2015;on-line;東京医大三苫博教授との共同研究).分子免疫学,神経内科,画像解析学橋本脳症の脳血流SPECTに関しては目標を達成し,論文を掲載した.分子病態研究に関しても,ヒト脳由来微小血管内皮細胞培養株を用いたプロテオーム解析を行い,病態に関連する可能性のある蛋白質の変化を見出した.さらに,DNAチップによる背景遺伝子のエクソーム解析も進めることができた.橋本脳症の脳血流SPECTに関しては目標を達成し,投稿予定である.分子病態研究に関しては,血管内皮細胞の培養やプロテオーム解析,免疫組織化学のシステムも構築し,今後探究する準備は整った.新たに,DNAチップによる橋本脳症の背景遺伝子型のエクソーム解析も開始できた.ヒト脳由来微小血管内皮細胞培養株に橋本脳症の患者血清を添加し,プロテオームの変化を解析し,病態と関連する蛋白質の変化を同定し,血管炎の病態機序を解析する.また,橋本脳症の患者よりDNAをさらに収集し,DNAチップによるエクソーム解析を行い,免疫遺伝子学的背景を解析する.血管内皮細胞に橋本脳症の患者血清を添加し,プロテオームの変化を解析,免疫組織化学および免疫ブロットによって血液脳関門関連蛋白質などの変化を解析し,自己抗体による血管炎の病態機序を解析する.また,橋本脳症の患者よりDNAをさらに収集し,DNAチップによるエクソーム解析を行い,免疫遺伝子学的背景を解析する.細胞培養,免疫細胞染色,免疫ブロットに関わる消耗品,抗体等,DNA抽出および解析委料,研究成果の論文や学会発表に関わる諸費用が次年度に予定以上に必要となったため.細胞培養,免疫細胞染色,免疫ブロットに関わる消耗品,抗体等,DNA抽出および解析委料,研究成果の論文や学会発表に関わる諸費用に使用する.細胞培養,免疫細胞染色,免疫ブロットに関わる消耗品,抗体等,DNA抽出および解析委料,研究成果の論文や学会発表に関わる諸費用に使用する.
がん合併妊娠における患者および家族と医療者の共有型意思決定モデルの構築

本研究の目的は、妊娠期がん患者と家族が医療者と共にがん治療と妊娠継続に関する意思決定を行う際の医療者による支援モデルを構築することである。H28年度までに、妊娠期がん患者の意思決定を支援した経験のある看護師6名、治療担当医5名、産婦人科医3名へのインタビューを終え、その結果から意思決定支援モデルの構築を試みた。しかし、インタビューで得られた結果は実際の支援に基づいているため、実施した方が良いが実施できなかった支援や、意思決定支援に効果的だと考えられる組織のシステムについては語られていなかった。そのため、インタビューデータに基づき仮に作成した支援モデルを用いて、がん相談に応じており、間接的または直接的に、妊娠期がん患者を支援した経験のあるがん看護専門看護師5名を対象にフォーカス・グループ・インタビュー(以下「FGI」とする)を実施し、モデルを洗練した。FGIでは、意思決定支援における看護師の役割として、医療者と患者・家族間の調整や、患者自身が情報を統合していく力を高める関わりが明らかになった。さらに、一般的に意思決定支援とは、「意思決定するまでの過程を支援する場合」と「意思決定後も意思決定内容が実現されるよう支援する場合」があるが、妊娠期がん患者の場合は、意思決定内容が実現した後も支援が必要であることが明らかになった。妊娠期がん患者は、意思決定したことに基づき、がん治療を行いながら出産する場合もあり、患者と家族は、治療の延期や治療内容の変更によるがん再発・進行への影響、妊娠中にがん治療を行ったことによる子どもの成長への影響に不安をもちながら生活し続けることになる。妊娠中のがん治療の子どもへの長期的な影響についてはデータの蓄積が十分ではないため明らかになっておらず、自身のがんの進行や再発、子どもの成長に不安を抱えながら生きる患者を医療者が支え続ける必要性が示唆された。妊娠期がん患者は増加傾向にあるが、数は少なく、妊娠期がん患者の意思決定を支援した医療者の協力を得ることに時間を要した。また、FGI実施に当たっても、多忙ながん看護専門看護師が同時に集まれる日程を調整することが難しく時間を要した。現在、医療者への個別インタビューとFGIを終え、意思決定支援モデルを構築している途中である。本研究は研究者の大学院博士課程の課題としても取り組んでおり、大学院において報告会を重ねることで多くの教員からの意見をいただき、モデルを精錬している過程である。本研究の目的は、がん合併妊娠患者および家族と看護師、産婦人科医、治療担当医の、がんの治療方法に関する共有型意思決定モデルを構築することである。平成27年度は、1がん合併妊娠に関する国内外の文献レビュー、2がん合併妊娠患者のがんの治療方法に関する意思決定に関わった、看護師と医師へのインタビューを行った。1文献レビューの結果、がん合併妊娠患者の治療の経過は把握できたが、患者の体験や思いに焦点を当てた研究はほとんどなされていないことが分かった。2では、がん合併妊娠患者に継続的に関わった看護師4名と、治療を担当した医師4名へのインタビューを実施した。患者のがんの部位は、乳がん3名、悪性リンパ腫1名であった。看護師は、がん看護専門看護師1名、乳がん看護認定看護師2名、乳腺外科師長1名であった。がん合併妊娠が分かってから初めて受診した時期は、妊娠1135週であり、全員が児を無事に経腟分娩あるいは帝王切開で出産していた。治療担当医は、多くの場合、中絶と妊娠継続の選択肢を示し、治療を待つことのリスクや治療の副作用について説明していた。そして、患者と家族、医師、看護師が治療上の意思決定をしていく上で、患者と胎児どちらの命を優先するかという葛藤があり、家族間での意見が異なっている場合もあった。看護師は、自分自身の価値観に気づき、その価値観を患者や患者家族に押し付けないように、患者の情報理解の程度や価値観を確認していた。また共有型意思決定は、治療方針を決定する際、治療を行っている際、出産する際など数回行われていた。さらに、看護師は、患者が妊娠を継続していく中で妊娠の喜びを感じられるよう、産婦人科医や助産師に協力を求めながら関わっていた。本研究の研究協力者は、事例ごとに個別性が大きいことが予測されたため、同一のがん合併妊娠患者を治療・援助した看護師、産婦人科医、治療担当医を1組としている。このため、研究協力者の承諾を得ることが非常に困難であり、そのことが「やや遅れている」理由である。理由としては以下のことが考えられる。1同一の患者を治療・援助した看護師、産婦人科医、治療担当医のうち、いずれかが異動や退職によりインタビュー依頼が不可能である、2同一の患者を治療・援助した看護師、産婦人科医、治療担当医に研究協力の承諾が得れても、直属の長となる者の承諾が得れない、3患者の療養の場に合わせて、関わる看護師が交替しており、継続的に関わった看護師がいない。がん合併妊娠患者自体が少なく、受診している施設が多くない上、3者の承諾を得ることが非常に困難なため、進捗状況としてはやや遅れている。本研究の目的は、がん合併妊娠患者および家族と看護師、治療担当医、産婦人科医の、がんの治療方法に関する共有型意思決定モデルを構築することである。平成28年度は、平成27年度に引き続き、がん合併妊娠患者のがんの治療方法に関する意思決定に関わった看護師と治療担当医、産婦人科医へのインタビューを行った。新たに、看護師2名、乳腺外科医2名、産婦人科医3名への半構成的インタビューを実施した。患者のがんの種類は、急性骨髄性白血病1名、乳がん3名であった。

看護師は、乳がん看護認定看護師2名で、外来に勤務していた。急性骨髄性白血病の患者は中絶後に治療を行ったが、乳がん患者は全員出産しており、妊娠中あるいは出産後に治療を行った。平成27年度・28年度をとおして、8事例について、看護師7名、治療担当医5名、産婦人科医3名にインタビューを実施した。個々の事例によって状況は異なっているが、がんの治療方針を決定する上で強い葛藤につながる可能性が高い状況として、がんと診断され治療が必要な時期が中絶可能な妊娠週数であること、患者と家族の思いが違っていることなどがあることが分かった。また、看護師は、患者・家族・胎児の状況や価値観を把握しながら、患者・家族への情報提供や情報統合の支援をしていた。さらに、医師や薬剤師とともに、病状や治療に関する情報共有や感情の共有を行いながら、意思決定後も継続して治療に臨める療養環境を整え、患者を支えていることが明らかになった。がん合併妊娠患者の数が少ないため、がん合併妊娠患者のがんの治療方針に関わる意思決定に関わった医療職者も少なく、研究協力者を募ることが困難であることが理由である。がん合併妊娠患者に関わっていても、過去のことで詳細を記憶していない、研究協力について本人の同意を得ることができても、施設や所属長の了承を得ることができないなど、研究への協力を得ることが困難な状況である。インタビュー実施数も少なく、十分なデータが得られているとは言えない状況である。本研究の目的は、がん合併妊娠患者および家族と看護師、治療担当医、産婦人科医の、がんの治療方法に関する共有型意思決定モデルを構築することとしていた。平成28年度まで、がん合併妊娠患者のがんの治療方針決定に関わった看護師、治療担当医、産婦人科医へのインタビューを実施してきた。しかし、患者や家族へのインタビューを実施していないため、意思決定を共有するための支援は明らかになっても、共有型意思決定の実態そのものが明らかになったとは言えず、目的を「がん合併妊娠患者および家族と看護師、治療担当医、産婦人科医が意思決定を共有するための支援モデルの構築」に変更した。平成29年度は、8事例、看護師6名、治療担当医5名、産婦人科医3名にインタビューした結果を分析し、「がん合併妊娠患者・家族と医療者が意思決定を共有するための支援モデル」の素案を作成した。支援としては、【意思決定支援のための準備性を高める】【医療者間で情報提示に向けて準備する】【医療者間で検討した情報を提示する】【情報・意思・思いを共有する】【合意する】【意思決定が継続できるよう協働する】【信頼関係を構築する】があった。上記、「がん合併妊娠患者・家族と医療者が意思決定を共有するための支援モデル(仮)」については、実際に実践されたことが語られており、実践は不可能だったが行った方が良い支援、効果的だと考えられるシステム等については語られていない。したがって、研究の第2段階として、仮のモデルをより洗練化することを目的とし、がん相談等に応じているがん看護専門看護師によるフォーカス・グループ・インタビューを実施する予定である。がん合併妊娠のがんの治療方針決定に携わった医療者の協力を得ることが、予想以上に難航した。
造影剤投与後の心臓に対する音響放射力インパルスの安全性評価

Bモード画像を得ながら超音波照射の焦点深度をプローブ下1cmから3cmに近接して照射できるように動物実験用超音波照射システムを改造した。本システムを用いて心臓の照射部位を設定し、造影剤の有無により不整脈が誘発されるかを検証した。日本白色種ウサギ(3kg、オス)を全身麻酔下に仰臥位とし前胸部と腹部を除毛した。呼吸に伴う照射位置の変動をなくすため気管切開し呼吸調整した。Bモードで心臓を観察し、4chamber viewで右房、右室、長軸像で左室を描出し、超音波照射部位を(1)右室、(2)右房、(3)左室壁の3点とした。不整脈の頻度と形状を造影剤投与の有無で比較・観察した。造影剤はペルフルブタン(ソナゾイド)を使用し、臨床使用量の2倍量を静脈注射した2分後に超音波照射を行った。照射条件はMechanical Index値(MI値):約0.81.0、パルス幅:1msec、照射回数:30回、照射間隔は脈拍3回に1回、R波から200msecとした。7羽に照射を行った結果、造影剤なしの照射では不整脈は認めなかった。造影剤ありの照射では、30回の照射中に平均値で2.85回(range:0ー7)の不整脈を認めた。不整脈は単発の心室性あるいは上室性期外収縮で、致死的な不整脈は認めなかった。右心系の照射と左心系の照射では起源の異なる期外収縮が確認された。MI1.8以上の条件下において、造影剤の持続静注下で不整脈が誘発されることを報告してきた。本実験では、MI値1前後でも造影剤単回静注で不整脈が誘発された。起きている不整脈は心室性であることを確認した。上室性はゼロではないが、ごく少ない回数のみであった。右室・右房からは下向きのWideQRS、左室からは上向きあるいは下向きのWideQRSが発生していた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。音響放射力インパルス(ARFI)を超音波造影剤投与後のウサギ心臓に照射したところ期外収縮を誘発したことが報告されている。しかし、定量的な検討や誘発の機序についてはまだ明らかとなっていいない。そこで、本研究では動物実験によって、まず、期外収縮を誘発する超音波の物理的な条件及びウサギの解剖学的・生理学的な条件を定量的に検討する。それらの結果から、誘発モデルを構築して期外収縮誘発の機序を明らかにすることを目的としている。本研究では、超音波造影剤投与後の心臓に対して音響放射力インパルスを照射した場合に、誘発される期外収縮を心電図によって検知し、その頻度と超音波の物理特性との関係を明らかにし、その結果から期外収縮誘発のメカニズムを解明する。平成28年度においては、現有の超音波イメージング装置を改造して実験装置を構築した。この装置はパソコンで制御することによって、Bモード画像を形成することができる。同時送受信可能なプローブ素子数は64チャネルである。この装置に対して次のような改造を行った。まず、ARFI発生に必要な高音圧を得るために、プローブへの出力電圧を最大120Vpp、パルス持続時間を最長20msとした。次に、心臓に対する超音波照射のタイミングを決めるため、心電図のR波を検出して任意の遅れ時間でARFI照射する機能を有する。期外収縮誘発の有無を検知は心電図で行う。ARFIを発生する超音波強度の高い領域(通常は焦点)が心臓におけるどの領域に存在しているかをモニタリングしながら、期外収縮誘発を検知するため、ARFI照射と通常のBモード撮像を切り替えて表示する。プローブは中心周波数8MHzのリニアアレイ型である。水槽実験を行ったところ、フォーカスを2cmとして最大4.3MPa、MI=0.88、フォーカス3cmとして3.4MPa、MI=0.55であった。この結果は実験条件を満足する。超音波イメージング装置を改造して最大120Vpp、パルス持続時間を最長20msで超音波を送信できる機能を付加した。水中水槽実験によって最大4.3MPa, MI=0.88のARFI照射を確認した。Bモード画像表示とARFI照射を切り替えることが可能であるので、超音波照射部位を確認しながらARFI照射が可能である。これらの数値は実施計画通りであるが、周波数を比較的髙い8MHzとしたため、MI値は安全基準である1.9より小さくなった。周波数を高くした理由はウサギ心臓が小さいため、ヒト心臓用の周波数2-3MHzの超音波では焦点領域が広くなり、照射領域を特定することが難しい。高い周波数の超音波を用いると音圧が変わらなくてもMI値は低くなるので、プローブの駆動電圧を髙くする必要がある。高い駆動電圧を用いるとプローブの表面での発熱による破損が懸念されるため、プローブの選定に時間を要した。そのため、当初研究計画では本装置を用いたウサギ心臓に対するARFI照射実験を年度内に行うことができなかった。日本白色種ウサギ(3kgオス)を用いた動物実験を実施した。

全身麻酔下に仰臥位とし前胸部と腹部を除毛し,呼吸に伴う照射位置の変動を極力減らすため気管切開し呼吸調整した.超音波イメージング装置で心臓を観察し,4chamber viewで右房,右室,長軸像で左室を描出し,ARFI照射部位はA.右室,B.右房,C.左室壁の3点とした。不整脈の頻度と形状を造影剤投与の有無で比較・観察した.造影剤はペルフルブタン(ソナゾイド;)を使用し,静脈注射2分後にARFI照射を行った.照射条件はパルス幅:1 msec,照射回数:30回,照射間隔は脈拍3回に1回,R波から200msecとした.3羽に対して照射を行った。造影剤未投与の照射では不整脈は認めなかった。造影剤投与後の照射では不整脈を認めた。不整脈は単発の心室性あるいは上室性期外収縮で,致死的な不整脈は認めなかった.右心系の照射と左心系の照射では起源の異なる期外収縮が確認された。これまでの実験でMI1.8以上の条件下において造影剤の持続静注下で肝臓の温度上昇や,心臓において不整脈が検出されることを報告してきた。しかし,これまでの実験ではBモード画像で確認した照射部位にARFIが正確に照射されているか不確実である点に問題があった。今回導入した動物実験専用の新システムにより,Bモード画像を得ながらARFI照射を設定した場所に確実に照射できるようになった.また,新システム導入により,MI0.81.1とこれまでより小さいMI値でも造影剤投与下においてのみ不整脈が誘発されることが明らかになった.さらに, Bモード画像を得ながら,ARFIの焦点位置を変更することができるようになったため刺激伝導系の特定の部位に照射することが可能となった.右心系と左心系への照射で不整脈波形が反転することから,ARFI照射が不整脈の誘発により確実に影響を及ぼしていると考えられた.MI1.8以上の条件下において,造影剤の持続静注下で不整脈が誘発されることを報告してきた.新しいシステムでは,Bモード画像を観察しながらこれまでより精密に照射領域を限定できるようになった.MI値1.8の造影剤単回静注では不整脈が誘発されることはなかったが,本実験では,MI値1.8以下でも造影剤単回静注で不整脈が誘発された.照射部位は刺激伝導系を考慮し3箇所に分けたが,部位により不整脈波型が変化することを明らかにした.また,外的刺激に対して被刺激性の高いT波の頂点前後の受攻期をターゲットに照射を行い,タイミングによって不整脈誘発に差がないことを報告してきたが,新システムの使用により照射部位と照射タイミングに関して,更に詳細な検討が可能になると考えられた。Bモード画像を得ながら超音波照射の焦点深度をプローブ下1cmから3cmに近接して照射できるように動物実験用超音波照射システムを改造した。本システムを用いて心臓の照射部位を設定し、造影剤の有無により不整脈が誘発されるかを検証した。日本白色種ウサギ(3kg、オス)を全身麻酔下に仰臥位とし前胸部と腹部を除毛した。呼吸に伴う照射位置の変動をなくすため気管切開し呼吸調整した。Bモードで心臓を観察し、4chamber viewで右房、右室、長軸像で左室を描出し、超音波照射部位を(1)右室、(2)右房、(3)左室壁の3点とした。不整脈の頻度と形状を造影剤投与の有無で比較・観察した。造影剤はペルフルブタン(ソナゾイド)を使用し、臨床使用量の2倍量を静脈注射した2分後に超音波照射を行った。照射条件はMechanical Index値(MI値):約0.81.0、パルス幅:1msec、照射回数:30回、照射間隔は脈拍3回に1回、R波から200msecとした。7羽に照射を行った結果、造影剤なしの照射では不整脈は認めなかった。
真空中におけるレーザアブレーション粒子挙動の研究

本研究の目的は高真空中における再現性の良い実験条件を見出すことである。そのためにCO_2パルスレーザーを高真空中の電路形成の補助手段とした。使用した電源は直流100kV(正極性)、真空チャンバーは外径400mm、到達圧力は10^<-7>Torr台、電極は直径100mmで材質はアルミニウムとステンレスを使用した。CO_2パルスレーザーの最大出力は3ジュール、パルス幅は100nsである。電極間に直流電圧を印加した状態にしてCO_2パルスレーザーをチャンバー内に照射し放電誘導の有無を調査した。チャンバー内圧力、レーザエネルギー、ギャップ等をパラメータとして実験を行った得られた結果を要約すると以下の通りである。1.CO_2パルスレーザを電極表面に照射すれば放電誘導は可能である。放電誘導はCO_2パルスレーザのエネルギーが高いほど、電極間電圧が高いほど起きやすい。パルスレーザのエネルギーを40%に減衰させても放電誘導は起きる。2.アルミニウムとステンレスではアルミニウムの方が放電誘導が起きやすい。3.CO_2パルスレーザを電極空間に照射しても放電誘導は起きない。圧力を10^<-4>Torrにしても同じであった。4.レーザパルスのエネルギーによって、表面の温度が電極材料の融点に達した時放電誘導が可能となる、という仮定で理論計算すると今回の実験結果をある程度説明できる。5.同じ条件でも放電誘導が起きる場合と、起きない場合とがある。その原因究明が今後の研究課題である。本研究は、新空中における絶縁破壊現象解明のための基礎研究である。現在詳細実験のために準備中であるが、今までに明らかになったことは次の通りである。電極表面に置かれた微粒子は絶縁破壊のトリガになり得る。銅電極表面に100mu程度の金属微粒子を複数個置き、印加電圧を徐々に上昇させる。そうすると、電極間で絶縁破壊が発生する直前に、金属微粒子が電界の力により電極間を移動することがヘリウムネオンレーザによって確認された。従って、CO_2パルスレーザ(出力最大3ジュール)のエネルギーを、光学レンズにより焦点を0.5mm以下に絞って電極表面に照射し、その光エネルギーによって電極から金属粒子をアブレートさせることが出来れば、CO_2レーザは絶縁破壊のトリガになり得る。平成6年度はこの効果を確認し、各種条件下での実験を行い、真空中放電のメカニズムを解明する。本年度(研究最終年度)前半には研究成果の一部を電気関係学会九州支部連合大会で公表し(論文No714)、後半で研究成果を冊子体にまとめた。本研究の目的は高真空中における再現性の良い実験条件を見出すことであり、CO_2パルスレーザーを高真空中での電路形成の補助手段とした。CO_2パルスレーザーによる高真空中での放電誘導がどういう条件で可能かを圧力、電極材料、電極ギャップ、レーザエネルギー等をパラメータとして実験を行った。結果を要約すると以下の通りである。放電誘導はレーザのエネルギーが高いほど、電極間電圧が高いほど起きやすい。レーザエネルギーを40%に減衰させても放電誘導は起きる場合がある。2.アルミニウムの方がステンレスより放電誘導が起きやすい。3.CO_2パルスレーザを圧力が10^<-7>Torr台の電極空間に照射しても放電誘導は起きない。
外生菌根菌オニイグチ属の地理的分布パターンの解明～共生樹種に着目して～

私は、外生菌根菌と呼ばれるブナ科・カバノキ科・フタバガキ科・フトモモ科・マツ科などの樹種と相利共生する菌群を対象として、分類学・生物地理学的な研究を行っている。本研究では、外生菌根菌の中でも、オニイグチ属に属する種群を対象として、その地理的分布がどのように共生する樹種によって制約されているかについて調べることを目的として研究を行った。研究の結果から、オニイグチ属菌には、ドングリを作る樹種であるブナ科樹種の分布に沿って分布する種が最も多いことが分かってきた。また、熱帯の外生菌根性の樹種であるフタバガキ科フタバガキ亜科樹種の分布に沿って分布する菌種や、オセアニア地域に分布するナンキョクブナ科やフトモモ科ユーカリ属の樹種の分布に沿って分布する菌種も多数見つかってきた。また、種数こそ少ないものの、アフリカ地域に分布するフタバガキ科モノトーテス亜科の樹種の分布に沿って分布する菌も存在することも示された。本研究の結果から、オニイグチ属菌をはじめとした外生菌根菌は、本来、胞子分散を介した高い分散能力をもっているものの、より分散能力の低い共生樹種の分布に制約される形で限られた範囲に分布することが分かってきた。本研究の結果は、研究計画の立案時に立てた仮説に合致する結果である。しかしながら、本研究の成果はオニイグチ属という限られた分類群のみの結果なので、今後の研究においては、より対象群を広げ、オニイグチ属菌で見られた傾向が一般的なのかどうかについて検証を進めることが重要である。本研究では、ブナ科・マツ科・フタバガキ科などの樹木と相利共生することで知られる外生菌根菌を対象としている。本研究では、外生菌根菌の一種であるオニイグチ属菌の隠蔽種を識別し、その上で、共生する樹木の地理的分布に着目しながら、個々の種のもつ地理的分布パターンを解明することを目的としている。本年度には、主にオニイグチ属菌の子実体サンプルの収拾と、効率的な隠蔽種の識別法の開発を行った。まず、国内外の共同研究者に依頼することで、幅広い地域からオニイグチ属菌の子実体のDNAサンプルを収拾した。また、隠蔽種については、2種類の異なるアプローチから二重で識別を行う方法の確立を目指している。一つ目のアプローチとしては、遺伝様式の異なるミトコンドリアDNA(片親遺伝)と核DNA(両親)の塩基配列を比較し、両者の配列から共通して識別されるユニットを探索する方法である。2つ目の方法としては、複数遺伝子の結合配列(スーパーマトリックス)に基づいて分子系統樹を構築し、合祖理論に基づいて種の境界を探索するという方法である。本年度には、これらの探索法を行う上で必要な対象遺伝子として、核のシングルコピー遺伝子24個とミトコンドリア遺伝子6個を選別した。さらに、これらの遺伝子領域を対象としてPCRを行うためのプライマーの設計を行った。今後、設計したPCRプライマーを用いてマルチプレックスPCRを行い、さらには、次世代シーケンサーを用いて、超並列的にこれらの遺伝子領域の解読を行っていく予定である。オニイグチ属菌の子実体サンプルの収拾と効率的な隠蔽種の識別方法の開発が進んでいるため、概ね研究は順調に進んでいると考えている。オニイグチ属菌の塩基配列の解読まで進んでいることが理想ではあったが、サンプルの収拾と手法の開発にはどうしても時間を要するため、概ね想定の範囲内である。本研究では、ブナ科・マツ科・カバノキ科・フタバガキ科などの樹木と互いに不足する栄養分を補い合う、相利共生関係を結んでいることで知られる外生菌根菌を研究対象としている。本研究では、外生菌根菌の中でもイグチ科のオニイグチ属菌を研究材料とし、形態が互いに類似しているために識別の難しい種(隠蔽種)を識別した上で、モデリングによって、個々の種のもつ地理的分布パターンを解明することを目的としている。これまで世界中から収集したオニイグチ属菌の子実体標本から、複数の核シングルコピー遺伝子のDNA塩基配列を解読した結果、この属には少なくとも26の種が存在していることが分かってきた。オニイグチ属菌の分布パターンは3つに大別され、日本を始めとする東アジアの温帯地域には14種、マレーシアなどの東南アジアの低地熱帯林では6種、そして、オーストラリアなどのオセアニアの温帯・亜熱帯地域には6種のオニイグチ属菌が分布していた。これら2種に加え、アフリカの温帯・熱帯域には、オニイグチ属の姉妹群であるアフロボレトゥス属の種が2種確認された。オニイグチ属菌とアフロボレトゥス属菌は、いずれの種も分布する地域が決まっており、広域に分布する種は確認されなかった。これらの菌類は風による胞子散布を行う種群なので、何らかの要因によって分散が制限されていると考えられる。その要因として考えられるのは、より分散能力の低い共生樹種の分布に菌の分散が制限されているということである。今後、分布モデリングを行うことによって、この可能性について検証していく必要がある。オニイグチ属菌とその姉妹群であるアフロボレトゥス属菌は、風による胞子散布を行っており、高い分散能力があると考えられる。それにもかかわらず、個々の菌種には必ずしも広域分布を取らないことから、その分布範囲は何らかの要因(おそらくは宿主樹種の分布)によって強く制限されていると考えられる。本研究では、ここまでの知見が得られたことから、一定の進展があったと考えられる。

一方で、菌類のサンプルはまだ増やせる余地が残っており、遺伝子解析に関しては解析が完了していないものもあるため、今後、少しでもサンプル数を増やし、解析を進めていく必要がある。私は、外生菌根菌と呼ばれるブナ科・カバノキ科・フタバガキ科・フトモモ科・マツ科などの樹種と相利共生する菌群を対象として、分類学・生物地理学的な研究を行っている。本研究では、外生菌根菌の中でも、オニイグチ属に属する種群を対象として、その地理的分布がどのように共生する樹種によって制約されているかについて調べることを目的として研究を行った。研究の結果から、オニイグチ属菌には、ドングリを作る樹種であるブナ科樹種の分布に沿って分布する種が最も多いことが分かってきた。また、熱帯の外生菌根性の樹種であるフタバガキ科フタバガキ亜科樹種の分布に沿って分布する菌種や、オセアニア地域に分布するナンキョクブナ科やフトモモ科ユーカリ属の樹種の分布に沿って分布する菌種も多数見つかってきた。また、種数こそ少ないものの、アフリカ地域に分布するフタバガキ科モノトーテス亜科の樹種の分布に沿って分布する菌も存在することも示された。本研究の結果から、オニイグチ属菌をはじめとした外生菌根菌は、本来、胞子分散を介した高い分散能力をもっているものの、より分散能力の低い共生樹種の分布に制約される形で限られた範囲に分布することが分かってきた。本研究の結果は、研究計画の立案時に立てた仮説に合致する結果である。しかしながら、本研究の成果はオニイグチ属という限られた分類群のみの結果なので、今後の研究においては、より対象群を広げ、オニイグチ属菌で見られた傾向が一般的なのかどうかについて検証を進めることが重要である。今後は、オニイグチ属菌の子実体サンプルを国内外のより広範囲から行っていきたいと考えている。サンプルが不足している地域については、特に重点的に収集を行う予定である。また、新たに開発した隠蔽種を効率的に識別する方法を順次、手持ちのサンプルに対して適用していく予定である。この解析については、結果が得られ次第、成果としてまとめたいと考えている。また、サンプルう数が十分に集まってくれば、オニイグチ属菌の地理的分布パターンの推定を行うモデリングを行っていきたいと考えている。共生樹種の分布に着目しながら、オニイグチ属菌の地理的分布パターンの推定モデリングを行うことによって、外生菌根菌の生物地理パターンの解明が進むと考えている。外生菌根菌オニイグチ属菌の個々の種に分布範囲の制限があることが分かった。私は、より分散能力の低い宿主樹種の分布がこの菌の分布範囲の制限の主たる要因なのではないかと考えている。この仮説について検証するためには、今後、詳細な分布モデリングを行っていくことが必要である。また、分布モデリングの精度を向上させるためには、サンプル数を少しでも増やしていくことが重要である。今後、少しでも多くの菌のサンプルを収集し、同時に収集済みのサンプルの遺伝子解析を進めていく必要がある。DNA実験試薬(PCR酵素および次世代シーケンス用のキット)をキャンペーン価格で購入することができ、また、当初の想定よりもDNA実験時での失敗が少なかったことから、実験試薬の消費を当初の予定よりも抑えることができた。当初は予定していなかったが、本年度、チェコのプラハにおいて開催される国際会議(国際菌根会議)に参加し、関連分野の研究者と交流することで情報収集を行いたいと考えている。
磁気的に分子吸蔵を差別化する多孔性磁石の創製

昨年度からの継続研究で、酸素を吸着して酸素の電子スピンを介した三次元反強磁性磁気秩序を起こす多孔性磁石を開発し、論文として発表した(Nat. Commun.に発表)。ガス吸着で磁気相を変換する世界で初めての例であり、東北大学からプレスリリースするに至っている。この化合物は、細孔内空の状態は、フェリ磁性体であるのに対し、酸素を導入すると、反強磁性体になる。一方、窒素を導入すると、フェリ磁性体のままであり、つまり、ゲスト分子の磁性を明確に区別していることが明らかとなった。この常磁性酸素→反強磁性体(層間反強磁性)、反磁性窒素→フェリ磁性体(層間強磁性)という事実を利用し、多孔性層状磁石の元の磁性相をフェリ磁性体(強磁性体)と反強磁性体に変換できれば、細孔の磁気内部環境を制御することになり、ゲスト分子(反磁性体と常磁性体)の吸着能に影響を与えると予想した。本年度はこれまでの方法論に基づき多くの二次元層状磁石を合成し、その溶媒脱離による安定性(結晶ー結晶転移)とガス吸着能を調べることにより、上記と同様な構造でゲストフリーの状態で反強磁性体(層間反強磁性的相互作用)になる化合物を見出した。この化合物は、低温で磁場によりスピンフリップさせることにより、100 K近くの温度まで強磁性体(磁場誘起強磁性体)になることが確かめられた。これにより、同一構造で層間が反強磁性状態と強磁性状態の2種類の状態(内部磁場が異なる状態)を作り分けることができ、今後、この磁場誘起強磁性体がゲスト分子の磁性を区別する多孔性磁石材料となるかを確かめる。我々の研究対象となる分子磁性物質は、電子ドナー(D)である水車型ルテニウム二核(II, II)錯体と有機電子アクセプター(A)のTCNQやDCNQIを集積させた金属ー有機複合体(metal-organic frameworks; MOFs)であり、これまでも多様且つ多くの物質群と磁性研究の実績があった。そのため、申請時にも磁場誘起強磁性体になりうる多孔性反強磁性体を得ることを確信していたが、思いのほか多様な物質群を見出すに至った。そのため、現在精密その場磁気測定のためのセル開発やシステム開発中であるが、現段階では非常に期待できる成果が得られている。このような研究は世界ではじめての試みであり、今後が楽しみである。これまでに見出した「磁場誘起強磁性体になりうる多孔性反強磁性体」について、反強磁性体状態(FCM)と強磁性状態(ZFCM)での酸素と窒素の吸着能について詳細に検討する。また、混合ガスについても検討を始める。その場観察用の特殊セルを開発する。

これまでに見出した「磁場誘起強磁性体になりうる多孔性反強磁性体」について、反強磁性体状態(FCM)と強磁性状態(ZFCM)での酸素と窒素の吸着能について詳細に検討する。また、混合ガスについても検討を始める。その場観察用の特殊セルを開発する。
薬物動態関連酵素の遺伝子多型とバリアント酵素機能の解析

薬物代謝酵素CYP2D6、CYP2B6及びチオプリンS-メチルトランスフェラーゼ(TPMT)について、遺伝子多型が酵素機能に与える影響をin vitroで検証した。その結果、CYP2D6では17種類、CYP2B6では26種類、TPMTでは23種類のバリアント型酵素発現用ベクターを作製し、COS-7細胞中にそれぞれを発現させることができた。野生型酵素と活性の変化を比較したところ、多くのバリアントで機能変化が起きることが明らかになった。これまでに日本人集団で同定されているCYP2D6バリアントアレル17種類について、遺伝子多型が酵素機能に与える影響をin vitroで検証した。まず、ヒト肝cDNAライブラリーを鋳型として、野生型及びバリアントCYP2D6発現クローン(CYP2D6*2、*10、*14A、*14B、*18、*27、*36、*39、*47、*48、*49、*50、*51、*53、*54、*55及び*57)を作製した。野生型及びバリアントCYP2D6をCOS7細胞で発現させ、遠心法によりミクロソーム画分を調製した後、抗CYP2D6抗体を用いたイムノブロット法により発現タンパク質を確認した。次に得られた各発現タンパク質を用いてCYP2D6の特異的な基質であるBufuralol及びDextromethorphanをin vitro代謝させ、各バリアント酵素のキネティックパラメータ(Km、Vmax)を算出した。その結果、野生型及び今回構築したすべてのバリアントCYP2D6の発現が確認できた。CYP2D6発現量は大部分のバリアントにおいて有意な低下が認められた。また、酵素活性測定の結果、酵素機能が野生型と同程度のバリアント4種類(CYP2D6.2、27、39及び48)、低下あるいは欠損するバリアント12種類(CYP2D6.10、14A、14B、18、36、47、49、50、51、54、55及び57)、上昇するバリアント1種類(CYP2D6.53)を明らかとした。これらのアレルを有する場合、CYP2D6で代謝される薬物の体内動態が変化し、副作用発現や薬効に影響を及ぼす可能性が示唆された。これまでに日本人集団で同定されているCYP2B6バリアントアレル26種類について、遺伝子多型が酵素機能に与える影響をin vitroで検証した。まず、ヒト肝cDNAライブラリーを鋳型として、野生型(CYP2B6*1)及びバリアントCYP2B6発現クローン(CYP2B6*2*28(*22を除く))を作製した。野生型及びバリアントCYP2B6をCOS7細胞で発現させ、CYP2B6の特異的な基質である7-ethoxy-4-trifluoromethylcoumarinをin vitro代謝させ、その代謝物をHPLC-蛍光検出器で定量し各バリアント酵素のキネティックパラメータ(Km、Vmax、CLint)を算出した。その結果、CYP2B6.8、CYP2B6.11、CYP2B6.12、CYP2B6.13、CYP2B6.15、CYP2B6.18、CYP2B6.21、CYP2B6.24及びCYP2B6.28の酵素活性は検出限界以下となった。野生型及びその他のバリアントではMichaelis-Mentenの式に従うことが示された。CYP2B6.12のG99E置換及びCYP2B6.24のG476D置換では基質結合能が変化し酵素活性が消失することが考えられた。また、CYP2B6.8及びCYP2B6.13に共通のアミノ酸置換であるK139Eではタンパク質の立体構造が大きく変化し代謝活性が消失したと考えられた。CYP2B6.28は終止コドン生成により未成熟なタンパク質が生成すると考えられるため、酵素活性が消失すると考えられた。したがって、CYP2B6遺伝子多型の中で酵素活性に変化を及ぼす原因となるアレルを有する場合、CYP2B6で代謝される薬物の体内動態が変化し、副作用発現や薬効に影響を及ぼす可能性が示唆された。これまでに同定されているチオプリンS-メチルトランスフェラーゼ(TPMT)バリアントアレル23種類について、遺伝子多型が酵素機能に与える影響をin vitroで検証した。まず、ヒト肝cDNAライブラリーを鋳型として、野生型(TPMT*1)及びバリアントCYP2B6発現クローン(TPMT*2*24)を作製した。野生型及びバリアントTPMTをCOS-7細胞で発現させ、TPMTの特異的な基質である6-チオグアニンをin vitro代謝させ、その代謝物をHPLC-蛍光検出器で定量し、各バリアント酵素のキネティックパラメータ(Km、Vmax、CLint)を算出した。その結果、23種類のバリアント型TPMT発現用クローンを作製し、COS-7細胞中にTPMTタンパク質を発現させることができた。野生型であるTPMT*1と発現量を比較したところ、TPMT

*2、*3A、*5、*12、*14、*18、*22及び*23で有意なタンパク質発現量の減少が認められた。TPMT*3A、*3B、*5、*14、*18、*21及び*22の酵素活性は検出限界以下となった。また、野生型及びその他のバリアントではMichaelis-Mentenの式に従うことが示された。本研究は、6-メルカプトプリン等のチオプリン系薬物の代謝酵素であるTPMTについて、アミノ酸置換を伴うTPMT遺伝子多型が酵素活性に与える影響を検証したものであり、新たに酵素活性の低下を引き起こすバリアントアレルも明らかにした。今回得られた基礎的情報は、TPMT遺伝子多型情報をチオプリン系薬物投与患者の選択指標として利用するために有用なものであると考えられ、今後、患者個々の遺伝子タイプを考慮した有効且つ安全な個別化薬物療法の推進へ貢献することが期待される。
酸化物を基礎とする新しい機能性非シリケートガラスの合成・構造・物性に関する研究

ガラス形成酸化酸化物を含まずにガラス化するビスマス銅酸塩、ガリウム酸塩ガラス、アルミン酸塩ガラス、チタン酸塩、テルライト、バナデート2成分系ならびに3成分系ガラスならびにオキシナイトライドガラスについてX線・中性子線動径分布解析、IR・ラマン分光、固体高分解能MAS NMRによって構造を調べた。その結果、ガリウム酸塩ガラス、アルミン酸塩ガラス、チタン酸塩ガラスのいずれにおいても、ガラス網目を形成すると思われる主要酸化物のカチオン、すなわちGa^<3+>、Al^<3+>およびTi^<4+>イオンの大部分はガラス中で4配位の状態で存在するとが明らかとなった。一方、V^<5+>はVO_5三方両錐のみならずVO_4四面体の配位状態でも存在するとが明らかとなった。高鉛含有ガラス中でのPbは、ケイ酸塩、ホウ酸塩、ガリウム酸塩ガラスのいずれにおいてもPbO_4正方錐もしくはPbO_3三方錐の配位状態で存在することが明らかとなった。すなわち、高鉛含有ガラス中でのPb-O結合は共有性に富み、ガラスネットワークフォーマーとして作用していることが分かった。ところが、高ビスマス含有ガレートガラスではBiはBiO_5もしくはBiO_6の配位状態で存在し、Bi-O結合はイオン性が強いことが示唆された。オキシナイトライドガラス中のチッ素の配位状態を調べ、3配位チッ素の他に2配位チッ素も存在することを実験的に初めて明らかにした。Na_2O-K_2O-Ga_2O_3-TiO_2非シリケートノンコンベンショナル酸化物ガラスの電気伝導度特性を調べた結果、このガラスは網目形成酸化物を含まないにも関わらず、典型的な酸化物ガラスと同じように混合アルカリ効果を示すことが確認された。純粋なTeO_2ガラスの三次の非線形光学特性を第三高調波発生法(THG)により調べ、1.4x10^<-12>esuという高い値を示すことを見いだした。このガラスは、これまで知られている単成分酸化物ガラスの中で最も高い値を示す。この結果は、TeO_2ガラスが非線形光学材料の母ガラスとしての大いなる可能性・有用性を示唆するものである。その他、TeO_2と遷移元素、アルカリ金属、アルカリ土類金属などとの二成分系テルライトガラスの非線形光学特性を系統的に調べ、テルライトガラスの非線形光学特性に及ぼす種々の光学パラメータを詳細に検討した。以上の成果により、ビスマス銅酸塩、ガリウム酸塩、アルミン酸塩、チタン酸塩、バナジン酸塩、テルライトガラスならびにオキシナイトライドガラスの組成設計が可能になったと考えている。本年度は、かねての研究計画どおりかなりの実績を上げることができた。以下、順を追って述べる。

(1)純TeO_2を含めLi_2OーLiClーTeO_2系ガラスの構造をラマンスペクトルおよび^<125>TeMASーNMRにより調べた。その結果、TeO_2ガラス中の構造単位であるTeO_43方両錐は非常に歪んだ状態にあり、またTeO_43方両錐はLi_2O、LiClいずれの添加によってもTeO_33方錐へ変化することが明らかとなった。(2)Bi_2O_3ーCaO(SrO)ーCuO3成分系のガラス化範囲を決定した。赤外線スペクトルの測定結果に基づいてガラス構造を推測した。(3)Na_2O・2TiO_2ガラスの構造をX線動径分布解析により調べた。その結果、K_2O・2TiO_2,Cs_2O・2TiO_2ガラスと異なりこのガラス中にはTiO_44面体の他にTiO_68面体がかなり含まれていることが明らかとなった。(4)PbOーBi_2O_3ーGa_2O_3系ガラスの構造を赤外吸収スペクトル及びラマンスペクトルの測定により調べた。Ga^<3+>イオンは4配位で存在し、その非架橋酸素はPbO、Bi_2O_3含有量の増加とともに減少することが確かめられた。(5)TeO_2にTiO_2、PbO、Nb_2O_5、Ta_2O_5、Ga_2O_3、WO_3などを加えた3成分または4成分ガラスを作製し、それらのガラスの3次の非線形光学感受率X^<(3)>の測定を行なった。現在までのところ、酸化物ガラスとしては最高の10^<ー12>esu以上の高い値を示すガラスが得られている。(6)BaOーY_2O_3ーSiO_2系ガラスに窒素を導入したオキシナイトライドガラスを調製した。窒素を約2wet%まで導入することができた。その結果、ビッカ-ヌ硬度は約1.6倍増加した。現在、CaOーAl_2O_3系に窒素を導入することを試みている。Bi_2O_3ーBaOーCuO3成分系ガラスの構造及び物性について研究した。この系のガラス化領域は以前に調べたBi_2O_3ーCaOーCuO及びBi_2O_3ーSrOーCuOよりも広いことが分かった。このガラスの結晶化挙動をDSCにより調べたところ、全ての組成においてBaBiO_<2.77>結晶が優先的に生成し、その後温度が上昇するとBaBiO_3に相転移することが確認された。このガラスの結晶化機構は表面結晶化であり、その活性化エネルギ-は325ー438kJmol^<-1>でBiーSrーCaーCuーO系ガラスの値とほぼ等しいことが明かとなった。20Na_2O・(80-3X)SiO_2・xSi_3N_4オキシナイトライドガラスの構造を中性子回析により精密に調べた。その結果、x=4のガラスではSiーO結合長は0.1626nmと窒素導入前とほとんど変化なく、またSiーN結合長は0.1709nmであった。窒素のまわりのSiの数として2.3という値が得られ、2配位の窒素が66%と圧倒的に多いのに対して3配位の窒素は僅か34%しかないという非常に興味ある結果が得られた。すなわち、ナイトライドの形でガラス中に存在する窒素は非常に少ないことが分かった。PbOーGa_2O_3ーMO_x(M=Ti,Nb,W)3成分系ガラスの構造及び物性について研究した。PbOーGa_2O_3系ガラスにおいてGa^<3+>