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グルタミン酸イメージングによる加齢性難聴の病態解明

そして若齢群と加齢群の神経伝達物質放出様式を比較し、「加齢に伴い有毛細胞シナプスにおける神経伝達物質放出量が減少する」という仮説を検証して加齢性難聴の病態を解明する。以下に平成29年度の研究成果を記す。1.若齢C57BL/6Jマウスの内耳・内有毛細胞を対象としてグルタミン酸イメージングを行い、時間解像度が不十分ながらも神経伝達物質放出による蛍光シグナル上昇を確認し得た。2.加齢C57BL/6Jマウス蝸牛からコルチ器を状態良く取り出すことが容易でないため、有毛細胞を単離する方法に切り替え、条件検討を進めているところである。若齢C57BL/6Jマウス蝸牛・内有毛細胞を対象としてグルタミン酸蛍光プローブを用いてイメージング実験を行い、神経伝達物質であるグルタミン酸の放出による蛍光シグナル上昇を確認した。しかしながら、膜表面に結合した蛍光プローブのシグナルが弱いために十分な時間解像度が得られず、秒単位での記録に留まった。この問題の解決に向けての糸口をつかむため、蝸牛有毛細胞シナプスと類似の構造を有する網膜双極細胞シナプスに着目し、網膜双極細胞シナプスも対象としてグルタミン酸イメージング実験を行いながらプローブの改良を進めた。また、加齢マウス蝸牛よりコルチ器標本を作製したが、細胞のコンディションが不安定なため、グルタミン酸イメージング実験に供することができなかった。このため、単離有毛細胞を実験に用いることとし、酵素濃度等の条件検討を進めている。更に、若齢C57BL/6Jマウス外有毛細胞のグルタミン酸イメージングへの準備として、シナプス機能と関連するカルシウム電流の測定を行った。これらの実験と並行して、聴覚系のイオンチャネル型グルタミン酸受容体に関する論文を2報国際誌に発表した。本研究では加齢性難聴モデルとしてC57BL/6Jマウス等を用い、若齢群と加齢群に分けて内耳・内有毛細胞および外有毛細胞のシナプス伝達機能を細胞レベルで比較する。このために興奮性シナプスの神経伝達物質であるグルタミン酸に結合する蛍光プローブを活用して、内耳にある内・外有毛細胞と蝸牛神経間のシナプスを対象としてグルタミン酸の開口放出を可視化する。以下に平成30年度の研究成果を記す。1.若齢・加齢C57BL/6Jマウスの蝸牛・内有毛細胞リボンシナプスを対象としてグルタミン酸イメージング実験を継続している。内有毛細胞からのグルタミン酸放出に伴う蛍光シグナル変化は検出可能であるものの、時間解像度が秒単位と十分とは言えない。2.蝸牛と同様のリボンシナプス構造を有する網膜双極細胞リボンシナプスを対象としてグルタミン酸イメージング実験を行い、そこから得られたノウハウを蝸牛の実験に還元する方策を取った。シナプスリボンに特異的に結合するペプチドを用いて神経伝達物質放出部位を標識した上で、グルタミン酸蛍光プローブにより神経伝達物質放出をリアルタイムで高速記録(時間解像度:20ミリ秒)することに成功した。前年度に引き続き、C57BL/6Jマウスの蝸牛・内有毛細胞リボンシナプスを対象としてグルタミン酸イメージング実験を行った。内有毛細胞からのグルタミン酸放出に伴う蛍光シグナル変化は検出可能であったが、時間解像度が秒単位に留まるという問題点を解決することができなかったため、蝸牛と同様のシナプス構造を有する網膜双極細胞リボンシナプスを対象としてグルタミン酸イメージング実験を行い、そこから得られたノウハウを蝸牛の実験に還元する方策を取った。
非水電析の高度化に向けた反応場制御～３つの速度論的アプローチ～

本研究は、(1)イオン液体系の非水電析における錯体のカチオン化と低対称化、(2)グライム系の非水電析における錯体の低対称化、(3)溶媒分解抑制のためのナノポーラス電極制御が柱である。錯体のカチオン化や低対称化により電析速度を制御しようとの戦略である。課題(1)と(2)に関連して本年度は、3つのエーテル酸素をもつグライム類のうち、分子が非対称なジエチレングリコールエチルメチルエーテル、ならびにメチル側鎖をもつジプロピレングリコールジメチルエーテルを溶媒としたアルミニウム電析を試みた。その結果、いずれの浴からも単体Alの電析が可能なことを見いだした。これに対し、エーテル酸素を4つ以上もつグライム類を溶媒とした場合には電析がまったく起こらない。すなわち、エーテル酸素が3つであることがカチオン錯体の低対称化と還元電析の必要条件であると結論した。また、グライム浴を用いたカルシウム電析を新たに試みた。カルシウム塩にCa(FSA)2(FSA = bis(fluorosulfonyl)amide)を選び、種々のグライム類に対する建浴性を調べたところ、ジグライムを用いた場合に高濃度のCa2+イオンを含む浴を得た。分極挙動や電析挙動を調べているが、現在のところ結晶性の単体Caを電析するには至っていない。水溶液系への研究展開として、「溶液濃厚化」の観点から亜鉛とカドミウムの電析挙動を新たに調べた。濃度が3 mol/kgを超えるMSO4もしくはM(Tf2N)2(M = Zn,Cd;Tf2N = bis(trifluoromethylsulfonyl)amide)の濃厚水溶液では、金属イオンの環境がかわり、デンドライト析出しやすいこれらの金属が平滑に電析することがわかった。また、濃厚塩化カルシウム水溶液を溶媒に使う3価クロムめっきを行った。課題(3)に関しては、データの補充と論文執筆を行った。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、(1)イオン液体系の非水電析における錯体制御[錯体の電荷制御と低対称化]、(2)グライム系の非水電析における錯体制御[錯体の低対称化]、(3)溶媒分解抑制のためのナノポーラス電極制御[反応場制御]が柱である。「電荷制御」とは主として錯体のカチオン化、「低対称化」とは錯体の対称性を下げることで速度論的に電析しやすくする戦略である。課題(1)および(2)として、今年度はマグネシウムおよびアルミニウムの室温電析を手がけ、浴物性や配位状況と電析挙動の相関、すなわち配位子であるグライムの鎖長に起因する配位構造の違いが電析挙動に差をもたらしていることを明確にした。実験再現性も確認した。電析時のデンドライト成長は見られなかった一方、電析物の表面状態は黒色(アルミニウムの場合)であることが多く、非水溶媒中で機能する添加剤の探索が今後の課題といえる。一方で、黒色であることを、新しい「黒色めっき」技術として活用することも期待される。設備備品として熱分析装置を導入し、電析浴の熱的安定性に関するスクリーニングも実施した。課題(3)では、多孔質電極を用いたリチウムおよび亜鉛(水溶液系)の電析に関し、反応場制御によるデンドライト析出抑制を見いだした。具体的には、孔径が小さくなるほどデンドライト析出の開始が遅れることや、ナノ細孔への物質拡散が通常のバルク拡散より速いことを明らかにした。また、錯平衡の計算から、デンドライトの抑制には金属錯体のもつ電荷(価数)がゼロであることが重要とわかった。これらの知見は、添加剤を利用しないデンドライト抑制方法として意義があり、新しい電池等への応用が期待される。電極界面における電気化学反応と物質輸送を一体的にシミュレートするため、有限要素法を用いた汎用シミュレーションソフトを導入し、手始めに水溶液からの銅電析をモデルとして計算を試みている。電析浴の熱的安定性に関するスクリーニングは完了し、アルミニウム電析のためのグライム系電解液において、どのようなグライム分子が有効か、明らかになった。電気化学特性ならびに配位環境による電析挙動の違いも、その実験再現性を含め明確になりつつある。これらは過去のデータとあわせてElectrochimica Acta誌などへ論文として掲載した。年度末の試薬の調達等の事情により、予算(800千円)を繰り越したが、研究の進捗には影響ない。多孔質電極を用いた金属電析に関しても、電気化学特性の調査や基板条件(孔径など)の最適化を含め、綿密に研究が進捗している。ここでは、多孔質電極におけるデンドライト抑制が、錯体の電荷と関係していることを見いだした価値が大きい。亜鉛電析に関しては部分的にJournal of Physical Chemistry, C誌などへ論文を発表し、現在執筆中のものもある。本年度得られた結果はいずれも、本課題の主眼である反応場制御、すなわち溶液側での錯体制御と、電極側での基板制御を体現している。

課題(1)と(2)に関連し、今年度はとくに、グライム浴からのアルミニウムならびにリチウム電析に関して、応用展開に着手した。昨年度購入した示差走査熱量計(DSC)に加え、示差熱天秤(TG-DTA)を導入し、イオン液体に比べていくぶん揮発性のあるグライム浴の熱的特性を把握した。X線光電子分光等の手法により電析物の純度を調べた。昨年度までに得られていた電析アルミニウムは黒色外観だったが、予備電解を行い、添加剤を探索し、さらに電析波形を制御することで銀白色の外観をもつアルミニウム皮膜を再現性よく得ることに成功した。これを受け、カーボンナノチューブとアルミニウムの複合めっきなど、新しい試みも始めている。課題(3)ではまず、亜鉛電析について、放射光を用いた亜鉛イオンの状態解析を行った。その結果、価数ゼロの亜鉛錯体のポア内部への濃化が、実際に起こっていることを確認した。また新たに、希土類およびその合金を水溶液からポーラス電極へ電析することを試みた。ボルタモグラムや析出物の解析など、多角的な検討の結果、ポーラス電極による水素発生の抑制は確かに見られるものの、金属状態の希土類やその合金(ここではCo-Tbを検討)が電析しているとの証拠は得られなかった。以上から、水溶液の場合、電解質の濃厚化が電析物平滑化の鍵であるとの感触を得た。これを受け、(a)濃厚な塩化カルシウム水溶液を用いた銀の平滑置換めっき、および(b)濃厚硫酸亜鉛水溶液からの添加剤を用いない平滑亜鉛電析といった応用研究を始めた。前者に関しては、特許出願にまで至っている。イオン液体やグライムを電析溶媒とするマグネシウム電析やアルミニウム電析に関しては、電析浴中の錯体の形態と電析挙動の相関が明らかとなった。電池への展開にはまだ着手できていないものの、当初は平成30年度に検討するとしていた添加剤探索の結果、グライム浴からのアルミニウム平滑電析を実現した。添加剤の作用機構は未解明だが、アルミニウム電析に関しては研究が一段落したといえる。多孔質電極を用いた金属電析に関しても、亜鉛錯体のポア内部での濃化を直接観察するなど、錯体化学種と電析挙動の相関を明確にして体系化をはかるとする当初目標に近づく成果が得られている。水溶液からの希土類電析という挑戦的な試みは、金属電析の観点からはうまくいかなかったものの、多孔質電極を用いることで水の分解(水素発生)が実際に抑えられていることが明らかとなった。当初想定していなかった研究の展開として、濃厚水溶液に特化した電析プロセスの開発がある。特に、濃厚な塩化カルシウム水溶液を用いた銀の平滑置換めっきは、特許出願を行い、論文も現在執筆中である。本研究は、(1)イオン液体系の非水電析における錯体のカチオン化と低対称化、(2)グライム系の非水電析における錯体の低対称化、(3)溶媒分解抑制のためのナノポーラス電極制御が柱である。錯体のカチオン化や低対称化により電析速度を制御しようとの戦略である。課題(1)と(2)に関連して本年度は、3つのエーテル酸素をもつグライム類のうち、分子が非対称なジエチレングリコールエチルメチルエーテル、ならびにメチル側鎖をもつジプロピレングリコールジメチルエーテルを溶媒としたアルミニウム電析を試みた。その結果、いずれの浴からも単体Alの電析が可能なことを見いだした。
ハイパワ-静電誘導デバイスのスイッチング特性の最適化

すでに我々が開発した電力用スイッチング半導体素子のデバイスシミュレ-ション手法を利用し、静電誘導(SI)形電力用素子のスイッチング特性を調べ、素子のパラメ-タ依存性を分析した。大電力動作での能力が重要であるため、静電誘導サイリスタ(SIーTh)をかいせきの対象とした。スイッチング能力の改善特にスイッチング損失の減少のために素子の構造や大きさはさまざまである。2方向ショ-トエミッタ、ゲ-ト近傍の構造、埋め込みゲ-ト部分の実効巾の、電流、スイッチオフ時の電流集巾、電圧回復の様子などに関して解析した。その結果と改善の提案がシミュレ-ション結果から得られた。外部回路構成を伴った素子の詳細な動作の解析を行うため、SPICEによるモデリングを検討した。SIーThと埋め込みゲ-ト形GTOの外部から見た特性の違いはあまり紹介されていない。SPICEによるモデリングのために必要なパラメ-タは、デバイスパラメ-タ関連させ実験結果と比較することで得られた。ライフタイムや不純物濃度分布のようなデバイスパラメ-タから、SPICEの等価的デバイスパラメ-タを得る方法も検討した。また直接測定することも行った。またアクティブスナバの導入に関連し、デバイス構造とスナバ回路の構成の間の最適調整の研究も求められている。ここでの手法の発展は、特殊な構造を持った素子を使用した回路の有効性の評価に有用である。このための回路パラメ-タの自動的な最適化手法については、これからも検討する。本年度は、静電誘導デバイスのスイッチング特性を表現する数学モデルを計算機ソフトウエアとして開発し、SPICEなどと類似の電子回路の過渡現象解析プログラムと組合わせてドライブ回路、スナバ回路、負荷回路を含めたスイッチング特性をシミュレーションし、素子特性、デバイスパラメータと回路定数の最適な関係を導くことを目的とした。まず研究プロジェクトの詳細計画を確定し、プロジェクトの実施に必要なツールの開発を中心に研究を進めた。(1)デバイス及びスイッチング回路の解析モデルの確立静電誘導サイリスタ(SITh)、静電誘導トランジスタ(SIT)につき、既存のデバイスに関するデータを収集、分析して、研究の対象とするデバイス構成(デバイスパラメータを含む)とその標準的なスイッチング回路構成を定めた。(2)デバイスの数値解析モデルの導出と過渡解析プログラムへの組み込み既に開発されている素子内部特性の2次元解析プログラムを用いて(1)で導かれたモデル素子のスイッチング特性を分析し、等価的な集中回路モデルを求めた。これを外部回路に対応する回路解析プログラムに組み込み、デバイス毎にスイッチング特性の解析を行った。これまでのパワ-エレクトロニックデバイスに比べてはるかに高速で動作しうると期待されていた静電誘導(SI)デバイスの実用のための生産が本格化し、応用回路の開発研究が開始されている。しかしそのスイッチング特性が明確に評価されていないと素子の能力を十分に活用できない。本研究では、SIデバイスのスイッチング特性を表現する数学モデルを計算機ソフトウエアとして開発し、既存の電子回路過渡現象解析プログラムと組み合わせ、ドライブ回路、スナバ回路、負荷回路を含めたスイッチング特性をシミュレ-ションし、素子特性、デバイスパラメ-タと回路定数の最適な関係を導こうとしている。本年度は、まず前年度より開発している数値解析プログラムを、SIサイリスタとSIトランジスタに応用し、スイッチング特性とデバイスパラメ-タの関係、ドライブ回路の最適化、スナバ回路の最適化、外部負荷特性の影響評価などを行った。また実素子のスイッチング特性試験をSIサイリスタとSIトランジスタで実施し、計算結果と比較し、モデル化におけるデバイスパラメ-タの設定や集中化の近似度などについての評価を行った。さらにこれらの結果から、与えられた素子についてそのスイッチング機能を最大限に活用しうる回路構成を導き、このようなスイッチについて損失、動作速度、信頼性をまとめるとともに、回路状態信号を用いてスイッチングを制御した場合の性能の向上を評価した。

これまでのパワ-エレクトロニックデバイスに比べてはるかに高速で動作しうると期待されていた静電誘導(SI)デバイスの実用のための生産が本格化し、応用回路の開発研究が開始されている。しかしそのスイッチング特性が明確に評価されていないと素子の能力を十分に活用できない。本研究では、SIデバイスのスイッチング特性を表現する数学モデルを計算機ソフトウエアとして開発し、既存の電子回路過渡現象解析プログラムと組み合わせ、ドライブ回路,スナバ回路,負荷回路を含めたスイッチング特性をシミュレ-ションし、素子特性,デバイスパラメ-タと回路定数の最適な関係を導こうとしている。本年度は、まず前年度までに得られたSIサイリスタとSIトランジスタなどの素子についてのスイッチングの最適条件下での動作を、内部解析プログラムで再計算し、素子設計の指標を導いた。また静電誘導デバイスのスイッチング回路の動作を汎用的に処理するソフトウエアの取りまとめを行った。さらに実験回路のスイッチング波形の動作を自動的に数値処理し、素子モデルの定数を求める手法についても検討を行った。最後に報告書の取りまとめを行った。
出土資料を中心とした曜変天目・油滴天目に関する研究

南宋の都・杭州出土の曜変天目をはじめとした出土資料の考察を通して、天目茶碗の中国での位置づけを再検討するとともに、出土品や伝世品の科学分析調査や再現に取り組む陶芸家との学術交流を通して、天目研究に新たなアプローチを試みた。とりわけ、藤田美術館所蔵の国宝曜変天目に対して世界で初めて科学分析調査を行い、釉薬には基本的に鉄やマンガン以外の重金属類が用いられていない点などを科学的に明らかにし、曜変の斑文や虹彩(光彩)の発生メカニズムに関する新知見を得ることができた。なお、本研究はNHKのETV特集でも大きく紹介された。本年は、南宋の都のあった杭州で出土した曜変天目及び各種出土天目資料の調査(熟覧、実測、撮影など)を行い、当時宮廷に献上された曜変天目をはじめとした天目資料の全体像の把握とその特質についての理解に努めた。具体的には、杭州市考古研究所や杭州博物館などの考古発掘による出土資料の調査を行うとともに、曜変天目をはじめ民間に所蔵される資料の調査も併せて実施し、南宋宮廷に献上された、あるいは南宋の都にもたらされた天目の実態を理解する上で多くの知見が得られた。とくに、初めての出土例となる曜変天目の破片は、詳細な記録(サイズ・重さなど)や撮影を行うとともに、ポータブル型デジタルスコープによる顕微構造の撮影を試験的に行い、曜変天目の斑紋の拡大画像を初めて確認することができた。また、曜変・油滴の科学分析を通したその制作技法、メカニズムの解明については、研究協力者の陶芸家から分析方法などについての様々な助言をもらいながら検討を進めた。さらに、所属機関である大阪市立東洋陶磁美術館所蔵の国宝「油滴天目」(建窯)や重要文化財「木葉天目」(吉州窯)、さらに杭州出土とされる南宋建窯産天目の覆輪などについて、黒川古文化研究所の研究員の協力を得て蛍光X線を用いた非破壊分析を実施し、天目の覆輪の材質を初めて科学的に明らかにすることができた(小林仁「天目の覆輪について」大阪市立東洋陶磁美術館編『特別展「黄金時代の茶道具ー17世紀の唐物」図録』大阪市立東洋陶磁美術館、2015年3月、94-99頁/小林仁「重要文化財「木葉天目」に関する新知見」『陶説』第745号、2015年5月、17-25頁)。本年は南宋の都のあった杭州で出土した曜変天目片及び関連資料について計2回の中国現地調査を実施した。最初の調査では、曜変天目や油滴天目がつくられた福建省の建窯窯址の詳細な調査を行った。現地では伝統的な登り窯で天目焼成を行う工房なども併せて視察し、現在の中国における天目復原制作の実情を理解することができた。2回目の調査では、曜変天目の再現に取り組んでいる研究協力者である陶芸家の長江惣吉氏制作の作品と杭州出土の曜変天目片の比較考察を行うとともに、同行した長江氏や福嶋善章氏(CROSS)からはその制作技法や曜変の斑文、光彩のメカニズムに関して有益なご教示をいただいた。一方、本年は国内にある国宝の曜変天目3点のうち、静嘉堂文庫美術館と藤田美術館に所蔵される作品について特別に調査することができ、杭州出土曜変天目と日本伝世との比較研究をする上で大きな成果があった。とりわけ、藤田美術館での作品調査においては、同行した東京理科大学の中井泉教授とそのチームが世界で初めて曜変天目の科学分析を行った。その成果については、今後学会誌などで順次公表される予定である。また、これら本研究の成果についてはNHKの特集番組でも取り上げられる予定である。なお、これまでの本研究の研究成果については、台北の國立故宮博物院と静嘉堂文庫美術館での招待講演で紹介した。杭州出土の曜変天目については、所蔵者との良好な関係のもと継続的に調査と撮影を進めることができており、杭州出土の新たな天目資料や関連資料など新資料も予想以上に調査することができている。また、曜変や油滴の再現については、中国や日本などの陶芸家の情況などを広く把握することができている。とくに本年度、曜変天目の稀少な伝世品である藤田美術館所蔵の国宝の科学分析を行うことができたことは予想以上の大きな成果といえ、その結果は曜変のメカニズムの解明に大きく寄与するものと期待される。本年度は中国現地調査と国内調査を実施し、曜変の再現に取り組んでいる陶芸家らと学術交流を行い、一種類の釉薬で、焼成の仕方(還元冷却の方法やフッ素ガスの化学作用)により、斑文や虹彩(光彩)を出すことが可能であることが改めて確認できた。また、杭州出土と伝えられる新たな曜変天目資料も確認することができ、南宋宮廷に曜変をはじめ珍しい天目がもたらされていた様相がうかがえた。本研究全体の成果としては、一つは南宋宮廷では様々な天目の優品がもたらされており、日本での曜変や油滴天目の評価は、南宋宮廷の価値観を継承したものである可能性が高いことが分かった点である。二つは、露胎部分に漆を塗ったり、文様装飾のある覆輪が施されたりと宮廷ならではの特殊な状況も見られ、伝世品だけでは分からない、当時の宮廷での天目のあり方をうかがうことができた点である。

三つは、杭州出土の曜変天目の顕微観察を通して、曜変の斑文が破裂痕であるなどの顕微構造が確認できた点である。そして四つは、最大の成果ともいえるが、藤田美術館所蔵の国宝曜変天目に世界で初めて科学分析調査を行った点である。これにより、1)釉薬には鉄やマンガン以外に基本的に重金属類が用いられていない点、2)覆輪の材質が銀である点などが新たに判明し、また曜変の虹彩の構造メカニズムに関する新知見も得られた。五つは、曜変や油滴天目の再現に取り組んでいる陶芸家らとの学術交流を通して、その制作技法の謎の解明に多くの有益な示唆が得られた点である。なお、本研究は、NHKのETV特集「曜変陶工・魔性の輝きに挑む」(2016年6月11日放送)で大きく紹介され、社会的にも注目された。また、論文での成果発表の他、講演会やレクチャーなどを通して、研究成果を一般に紹介することにも努めた。南宋の都・杭州出土の曜変天目をはじめとした出土資料の考察を通して、天目茶碗の中国での位置づけを再検討するとともに、出土品や伝世品の科学分析調査や再現に取り組む陶芸家との学術交流を通して、天目研究に新たなアプローチを試みた。とりわけ、藤田美術館所蔵の国宝曜変天目に対して世界で初めて科学分析調査を行い、釉薬には基本的に鉄やマンガン以外の重金属類が用いられていない点などを科学的に明らかにし、曜変の斑文や虹彩(光彩)の発生メカニズムに関する新知見を得ることができた。なお、本研究はNHKのETV特集でも大きく紹介された。杭州出土の曜変天目については、所蔵者との良好な関係のもと計画的に学術調査や顕微構造の撮影などを進めることができている。また、杭州出土のその他の天目資料についても予想以上の興味深い資料を確認することができており、これまで主として日本の伝世品や文献などからしか分からなかった南宋の曜変・油滴をはじめとした天目について、南宋の都(宮廷)の出土品から、新たな考察を行うことが可能であることを改めて確認できた。国宝の曜変天目の科学分析の結果を踏まえ、杭州出土の曜変天目片については完品である伝世品では分からなかった部分についての補足的な調査を行い、曜変のメカニズム解明の新たな手がかりを引き続き探っていきたい。東洋陶磁史出土資料の調査、撮影については順調に進んでいるので、引き続き新たな資料を含めて更なる調査を進めていきたい。曜変天目の顕微構造の撮影を試験的に行うことができたが、今後はより精度の高い機器で曜変や油滴の顕微構造の撮影を行いたい。また、分析については、これまであまり注目されなかった覆輪という天目と不可分な要素に注目し、その材質解明に初めて科学的な分析を行い大きな成果を得た。曜変・油滴天目の科学分析を通した制作技法の解明については、現在研究協力者の陶芸家からも助言を得ながら、効果的な分析方法について検討をしているところである。予定していた図書資料購入がなくなったことなどによる。次年度の旅費あるいは物品費の補助として使用する予定である。
ベクトル解析アシストによるGIGS高分解能渦電流探傷装置の開発

渦電流探傷技術の基本としては、ピックアップコイルを使用した方法がある。ピックアップコイルによる方法は、励磁コイルを用いて金属表面に磁界を照射し、ピックアップコイルで金属表面から生じる磁界を測定する方法である。最近では、センサの寸法が小さい巨大磁気抵抗効果(GMR)センサなどの他の磁界センサを用いた方法が研究されている。本研究では、磁界センサGIGSを用いて、渦電流探傷による傷検出を実験した。その結果、アルミニウム表面の傷の検出に成功し、更にアルミニウム裏面の欠陥の検出にも成功した。GIGS(nano-Granular In Gap Magnetic Sensor)磁界センサは、ナノグラニュラーTMRフィルムをヨーク対で挟み込んだ構造の磁界センサである。ここでは、GIGS磁界センサを用いて、渦電流探傷装置を製作した結果を報告する。GIGSは磁界を加えると抵抗が減少する特性であり、15 Oeを加えたときの変化率は70 Ω/Oeを有している。渦電流探傷装置に備わっているバイアスコイルはGIGS磁界センサの変化率が最も大きくなる15 Oeの直流磁界を加えるためのものである。渦電流発生用の励磁コイルは直径2 mm、長さ10 mmの円柱状のFeNiパーマロイに20ターンのコイルを巻きつけたものであり、渦電流探傷する表面に交流磁界を加えるために使用する。これらGIGS磁界センサと励磁コイルとバイアスコイルを組み込んだものをセンサヘッドと称する。センサヘッドは電動スライダによってXY平面に自由に動かすことができ、渦電流探傷する表面を走査する。励磁コイルで渦電流探傷する表面に交流磁界を加えると、渦電流が生じ、表面の凹凸に関連した漏れ磁束が発生するので、この漏れ磁束をGIGS磁界センサで計測した。GIGS磁界センサの抵抗値は、ロックインアンプを用いて電圧降下値の変化分を計測する。アルミニウム板の表面に幅3mm、深さ1mmの線幅でアルファベットが刻み込まれた試料に対して探傷を試みた。加える磁界の向きによる探傷性能を評価するために、試料に対して垂直励磁と水平励磁を独立した励磁コイルで加え、漏れ磁束の垂直成分を計測した。その結果、文字の凹凸に関連した漏れ磁束の強度分布が得られた。垂直励磁と水平励磁を比較すると、計測された漏れ磁束の分布の特性が異なっていることがわかった。そのため、垂直励磁と水平励磁による漏れ磁束の強度分布を比較することで、空間分解能を高められる可能性がある結果を得た。GIGSはトンネル磁気抵抗効果を有するナノグラニュラー膜の両端を2つのヨークで挟んだ構造になっている。外部から磁界を加えたときのナノグラニュラー膜のトンネル磁気抵抗効果による抵抗変化は小さな変化量であるが、両端をヨークで挟むことにより磁束がたくさん集められることで、外部磁界による抵抗の変化量が大きくなる。GIGSはこの原理を利用して高感度化させた磁界センサである。また、GIGSのヨークの断面積は0.08 mm×500 nmであり、非常に小さなセンサヘッドであるため、GIGSは空間分解能に優れている特徴がある。アルミニウム内部の欠陥を検出する方法としては、渦電流探傷を利用した。検査したいアルミニウム表面に対して、垂直に交流磁界を加えると、アルミニウム内部に渦電流が発生する。渦電流は交流磁界を発生させるので、この交流磁界をGIGSで計測する。アルミニウム内部に欠陥がある場合は渦電流の流れ方が乱れるため、渦電流によって発生する交流磁界の大きさや分布が変化する。アルミニウム内部の欠陥があるかどうかは、この交流磁界の大きさや分布を小さなセンサヘッドのGIGSで高分解能に測定することで調べることができる。アルミニウム表面に穴が開け、凹んでいる面をセンサヘッドで走査し、裏面の凹凸観察ができるかどうかを調査した。磁界の周波数が1 kHzおよび10 kHzのときは、渦電流の密度が大きくなるので漏れ磁界の大きさも大きくなり、凹凸の像が鮮明になる結果を得た。しかし、磁界の周波数を更に高い100 kHzに設定したときの像は、まだらな模様になった。これは、励磁コイルの自己共振が起きており、磁界の大きさが不安定になっているためである。励磁できる領域を大きく保ちながら、励磁コイルの自己共振が発生する周波数を高くすることは容易ではないが、今後の課題として改善の余地がある。GIGS(nano-Granular In Gap Magnetic Sensor)磁界センサは、ナノグラニュラ膜が有するトンネル磁気抵抗効果を応用した磁界センサである。グラニュラ膜は高抵抗であることから、小型化したときの電気抵抗値を設計しやすく、通電した場合の消費電流も少ないという特徴を備えている。GIGSはナノグラニュラ膜に対して2つのヨークを挟み込むことで磁束を集約し高感度化を促すと同時に磁気検出の指向性を与えた磁気センサである。本研究では小型化が容易であり消費電流も少ないことが期待されるGIGSを使用した応用技術として渦電流探傷装置の開発に着手した。探傷する金属表面に対して垂直に励磁磁界を加えた場合、金属表面に発生する渦電流は金属表面に平行で同心円状に流れる。そのため、金属表面から発生する磁界は金属面に対して垂直方向であり、渦電流探傷で使用する磁界センサの検出方向も金属面に対して垂直である必要がある。

しかし、探傷面に対して傷などの凹凸が存在する場合、同心円状に流れようとする渦電流の分布に乱れが生じ、金属面に対して垂直に流れる電流成分が発生する可能性がある。この場合に生じる磁界の向きは金属面に対して並行である。これまでの研究では、金属面に対して垂直方向のみの磁気検出を評価してきたが、今回は水平方向の磁界成分を検出できるようにGIGS磁界センサを複数個配置させ、ベクトル量として検出できるように計測システム系を改良した。探傷する試料としては表面のアルマイトが経年変化で剥がれ落ちかけているアルミニウムを使用した。その結果、傷がある部分で金属面に対しての磁界の垂直方向成分および水平方向成分に双方に変化があることがわかった。特に傷が深い部分では水平方向成分の変化が顕著であり、垂直方向成分および水平方向成分の磁界を検出し、ベクトル量とすることで傷探傷の性能が改善される結果を得た。渦電流探傷技術の基本としては、ピックアップコイルを使用した方法がある。ピックアップコイルによる方法は、励磁コイルを用いて金属表面に磁界を照射し、ピックアップコイルで金属表面から生じる磁界を測定する方法である。最近では、センサの寸法が小さい巨大磁気抵抗効果(GMR)センサなどの他の磁界センサを用いた方法が研究されている。本研究では、磁界センサGIGSを用いて、渦電流探傷による傷検出を実験した。その結果、アルミニウム表面の傷の検出に成功し、更にアルミニウム裏面の欠陥の検出にも成功した。GIGSを使用した渦電流探傷装置を開発し、国際学会での発表申請も受理され成功し、順調である。工学渦電流探傷時の漏れ磁界の分布の詳細を調べることにより、分解能の改善が見込まれる。また、励磁磁界の強度を増すことによっても、分解能の改善が見込まれる。GIGSを使用した渦電流探傷装置を完成し、試料表面の探傷に成功しているため、順調に進展していると言える。論文投稿の英文校閲が次年度にまたがって作業されたため。渦電流探傷の励磁磁界の向きによって検出される漏れ磁界の分布に差異があることがわかった。励磁磁界の向きの依存性を調査すると同時に、センサ配置に工夫を加え、空間分解能の改善を試みる。英文校閲代金として使用する。
ブナ等落葉広葉樹天然林の水土保全機能の定量化とのぞましい施業法に関する研究

(1)富士山麓のブナ天然林とヒノキ人工林を対象に、水循環に関する諸要因を511月の期間観測し、同期間の林分水収支を明らかにした。(2)閉鎖したブナ林の樹冠遮断量は降雨総量の16%程度であったが、樹幹流下量は18%となった。ブナ〓樹幹流下雨量が多いのは、集水しやすい樹型と平滑な樹肌によるもので、その大部分を土層深く浸透させる。(3)森林総研本所と東北支所のライシメ-タ-実験により、ブナや他の樹種と牧草等の植被別の蒸発散量を測定し、その量的差異動態が知られた。(4)富士山麓,天城山系、奥羽山系等の現地調査から、ブナ林の伐採やスギ・ヒノキに樹種更改された場合の.植生、土壌および林地の水文条件(浸透能・貯水能)に及ぼす影響が明らかにされた。(5)主にブナ等落葉広葉樹類で構成される5流域について、流域内の一部が伐採・樹種更改された場合の、河川の流に及ぼす変化を検討した。各流域とも伐採面積率は10年間で10%未満であった。伐採により短期流出への影響が一部で認められたけれども、長期流出に有意差がなかった。(6)ブナの根系に関する実験と調査から、伐採後の経過年数が2年程度では、引張り強度や根量には生立木にくらべて、それほど大きな違いが認められなかった。しかし、伐採後4年程度になると引張り強度は生立木の35%45%しか期待できず、根量は1/4程度に減少することがわかった。(7)森林施業の変遷による山地の荒廃状況や土砂流出量を、大倉川上流域について調べた。この結果、出水による渓岸崩壊の拡大がみられたが、伐採区域内での山腹崩壊の多発は認められなかった。ダム貯水池への堆積土砂量と伐採面積、伐採量、林道長との顕著な関係は認められない。(8)ブナ等落葉広葉樹天然林の水土保全の観点からのぞましい施業法は、林地を裸出せず、更新が自然確実な漸伐施業が考えられる。トラクタ集材は地床を破壊しやすいので.その適用には保全的配慮が必要である。1.ブナ天然林分水文観測試験地の設定と予備観測の開始......富士山麓の国有林内(静岡営林署管内)ブナ壮齢林と皆伐跡地を対象に、水保全に関する個別的諸機能を定量化する試験地を設定した。試験地の面積は各々約0.1haである。水文現象に関与する植生・土壌条件を調査するとともに、林内外雨量、樹齢流下量、地表蒸発量、林木の蒸散量、土壌水分、土層遷過水量は測定する観測施設を設置し、予備的観測を開始した。2.ブナ林地帯における地被別林地の浸透能・貯水能の調査......

富士山麓(静岡県下)および大倉ダム流域(宮城県下)の天然生広葉樹林地帯で携帯用山地浸透計で浸透能を測定し、不かく乱土壌の採取による土壌貯水能の測定を、ブナ林地の他地被別の場所で比較実行した。3.固定式ライシメーターによる水収支の測定......フローディングライシメーター(筑波)で、コナラとヒノキの蒸発量を測定した。また、傾斜度別ライシメーター(盛岡)でブナとミズナラ、牧草の各区の水収支を解析刷るため、流出水量を通年測定した。4.ブナ天然林から針葉樹人工林に樹種実改した流域の流況解析......大倉ダム(宮城県下)の長期間の流量記録を用いて流域内の林相変化と短期および長期流出への影響を検討した。解析に使用した流用記録は19631987年のものである。5.ブナ天然林地帯の伐採跡地の崩壊・侵食・土砂流出の実態調査......大倉ダム流域で現地調査と航空写真から、流域の荒廃情況と施業の変遷の関係を考察した。また、ダムへの年別堆砂量も調査し、同様な検討をした。このほか、岩手県安代営林署管内国有林のブナ林伐採跡地に設定した調査流域で、地表侵食、流出土砂量、土壌の理学性などを調査し、植生の回復状態との関連について検討した。富士山麓のブナ天然林とヒノキ人工林に試験区を設定し、林分の水循環に関する諸要素の観測を、1989年5月から同年11月までの期間実施した。観測項目は、林内外雨量、林内外蒸発量、樹幹流下量、蒸発散量、土壌水分量および土層透過水量等である。また、これと併行してそれぞれの捕捉水のpH等水質も分析した。本観測期間中の降雨総量は、約2500mm、降雨回数78(間断期間は5時間)であった。この結果を次に要約する。(1)うっ閉した複層のブナ天然林の降雨配分は、林内雨量66%、樹幹流下雨量18%、遮断損失雨量16%、正味の到達雨量87%となった。ブナ林は樹種特有の樹型と樹肌から、樹幹流下量は他区よりも明らかに多い。(2)降雨量と林内雨量、樹幹流下量及び遮断損失雨量等との関係は、前者が増大すると後者も増大する一次回帰式に、概ね適合している。(3)簡易蒸発計(岡上式)で測定した積算蒸発量は、林外(露場)100%とすると、ブナ林の林床で54%、ヒノキ林の林床で65%となった。ブナ林ではA層が厚く堆積し、常時湿潤であって地床からの蒸発は少ない。(4)ス-パ-ポロメ-タ-で測定したブナ林の蒸散量は、同期間の積算で約320mmとなり、降雨量の約20%に相当する。この季節的変化をみると8月が最大値を示し、6月には低下する傾向を示した。(5)テンシオメ-タ-で土壌水分を深さ別に連続測定したところ、ブナ林地はヒノキ林地よりもpF値が常に高く、土壌水分の動態から推定した蒸発散量は、前者は後者よりも50%ほど大きくなることがわかった。(6)テンションフリ-ライシメ-タで測定した土層の深さ別の透過水量は、ブナ林地よりヒノキ林地が多かった。ブナ林の雨水中への塩基成分の溶出は、ヒノキ林のものより多かった。雨水のH^+はブナの樹冠、樹幹を通過・流下する過程でかなり中和され、林内雨および樹幹流のpHが高くなった。ブナは酸性雨に中和能を示した。
多機能型ダイヤモンドツールの開発とマイクロ・ナノスケール加工への応用に関する研究

本研究は、各種の極微細加工用の高精度多機能型ダイヤモンドツールの開発とマイクロ・ナノスケール加工への応用化を目的としている。まず、高速にダイヤモンドを合成できる装置を設計・試作し、緻密なダイヤモンドチップを得ることができた。つぎにこのチップを精度よくシャンクに装着するための装置を試作し、高精度のダイヤモンドツールを作製することができた。このツールを用いて加工実験を行い、数μmスケールの微細加工が可能であることを検証した。まず、現状のダイヤモンド合成に比べ、シリコンモールドへの転写性が高く、高速にダイヤモンドを合成できる装置を設計・試作した。その結果、現状程度の成膜速度であったが、良好なダイヤモンド合成が可能であった。次年度は成膜速度の向上を図る。ダイヤモンドツールの切れ刃は現状ではシリコンの異方性エッチングを利用したピラミッド形状のみをチップとして作製しているが、今年度は集束イオンビーム技術を組み合わせて、各種形状のCVDダイヤモンド切れ刃を開発した。作製した切れ刃を有するダイヤモンドツールは、従来のものと比較して、加工面性状の向上が見られ、また切削抵抗も大幅に減少した。また、超硬丸棒にダイヤモンドを成膜し、その部分に対してレーザにより溝加工を行うことで微細研削加工のダイヤモンドツールも開発した。成膜の前処理として超硬丸棒にショットブラストを施すことにより、ダイヤモンド膜の密着性の向上が図れたが、加工実験後に一部はく離が見られた。今後、さらなる密着性の向上を図る必要がある。より緻密なダイヤモンドチップを得るため、ダイヤモンド成膜について検討を行った。実験は、超硬丸棒(直径φ3mm,長さ40mm)に対して、試料温度820900°C、フィラメント電流3050A、成膜時間10h、メタン濃度0.51%の条件で熱フィラメント法により行った。その結果、試料温度が高くなるにともない、ダイヤモンド粒径が大きくなった。また、試料温度が900°Cのものは粒径が大きいだけでなく、基板からのはく離も観察された。以上のことより、成膜時の試料温度は820°Cが適当であると考える。成膜速度は、現状では1μm/hであり、今後より高速度で成膜可能な条件について検討を行っていく。ダイヤモンドツールは、CVDダイヤモンドチップを超硬シャンク端面に装着して作製する。このとき、精度よく高強度で切れ刃をシャンクに接合させるため、その作製装置を開発した。この装置は、工具位置を観察するためのCCDカメラ、高精度な位置決めを行うためのXステージ、超硬シャンクを保持するためのシャンクホルダ等から構成されている。本装置で作製したダイヤモンドツールの精度を評価するため、工具取付け装置に搭載されているCCDカメラで工具正面から観察し、描画・計測機能により、シャンクの中心を点A、切れ刃先端を点Bとし、偏心量(距離AB)を測定した。その結果、偏心量が3μm以下の高精度なツールの作製が可能であった。また、目標位置を任意に軸心から偏心させることや、切れ刃の取付け角を任意に変化させることも可能となり、種々の形状のマイクロダイヤモンド工具が作製できる。開発したダイヤモンドツールを用いた微細加工技術を確立し、MEMSでは不可能な低コスト、高生産性、高品質なデバイスの作製を目標とする。例えば、本研究で提案するシステムや製造技術を駆使した超小型部品から構成されるマイクロ体内ロボットは、医療分野で大きな活躍が期待できる。また、本ツールの半導体分野への応用例では、従来の手法では困難であったLSI積層構造の薄層除去が可能となる。シャンク端面に複数のダイヤモンドチップを有するマイクロ研削ツールを試作し、薄層除去実験を行ったところ、数μm単位での除去が可能であった。今後、ナノメートルオーダーの除去を可能にするツールや加工機の作製について検討を行っていく。
ヒ素による細胞死とオートファジー、プロテアソーム系の関与について

三酸化二ヒ素(Arsenic trioxide、ATO)は毒性があり、また環境汚染も問題となっている。一方、ATOは急性前骨髄性白血病の治療薬として使われている。この白血病では染色体異常により、異常な蛋白質PML-RARαが生じるが、それをATOが分解する。ATOの副作用は心毒性以外に中枢神経毒性があるが、その機序は不明である。今回、ラットに5mg/kg ATOを腹腔内投与の6時間及び48時間後に大脳、心、肺、肝を採取し、タンパク質動態、DNA損傷を評価した。また、神経系由来のSH-SY5Y細胞に1、3、10μMのATOを24時間暴露し、同様に解析した。ラットの心、肺、肝ではPMLに有意な変動はなかった。48時間の脳ではPMLの150kDa以上のisoformで変動し、ATR及びChk1noリン酸化を認めた。SH-SY5Y細胞では、48時間後に8-OHdG染色陽性細胞の増加があり、DNA損傷が推定された。24時間後では3μMを最高にChk1のリン酸化と濃度依存的にcleaved caspase 3の増加を認めた。ラット脳組織のTUNEL染色ではアポトーシスは確認できなかった。以上のことから、ATO投与48時間のラットの脳にDNA損傷が起こされ、そのチェックポイントとしてATR-Chk1経路が働いていると考えられた。脳組織ではATOが起こすDNA損傷に対してATR-Chk経路だけでなく、PMLも変動していた。アポトーシスが見られないことはDNA損傷が修復されたからと考える。SH-SY5Y細胞では、Chk1のリン酸化を認めるが、ATOによるアポトーシスを防げなかったと考えた。ATO投与後、比較的早期にラット脳組織に達し、DNA損傷を起こし、また、PML変動も起こることが示された。ヒ素は昔から毒物とされているが、その中でも三酸化二ヒ素(ATO)は特に高い毒性を有する。一方、ATOはある種の白血病の治療薬として用いられ、生体に有用な働きを持つことがわかってきた。本研究は亜ヒ酸を用いて、ヒ素の各臓器に対する障害作用の機構の解明を目的とする。培養細胞へのヒ素暴露や実験モデル動物(ラット)へのヒ素腹腔内投与により、細胞死関連蛋白質やそのシグナル経路を明らかにする。細胞傷害作用を軽減するオートファジーや傷害された蛋白などを処理するプロテアソーム(proteasome)の作動や阻害が細胞傷害回避にかかわることに注目して研究すすめる。はじめの実験で、ヒ素(三酸化二ヒ素、亜ヒ酸)は各種の培養細胞にアポトーシスを引きおこすことが確認され、これは従来の報告と一致する。さらに、ヒ素投与時に、傷害された蛋白などを処理するプロテアソーム系が破綻することも明らかとなった。次に、動物個体でのヒ素の作用を調べるため、Wistar系ラットを用いた動物実験を行った。三酸化二ヒ素の中枢神経系におけるPML及びDNA損傷チェックポイント機構への影響を検討した。【目的】三酸化二ヒ素(ATO)は高い毒性を有する一方で、近年では急性前骨髄性白血病の治療薬として有効性が認められている。その機序は染色体異常により生じるPML-RARαの分解であるが、正常なPMLの分解も引き起こす事が報告されている。しかしPML分解促進の、特に中枢神経における意義は明らかでない。本研究ではATO投与後急性期の脳組織におけるPML及びDNA損傷チェックポイント関連タンパクの挙動について検討した。【方法】ATO(5mg/kg)を6週齢Wistar系雄性ラットに腹腔内投与し、6時間後及び48時間後に心臓、肺、肝臓、脳(大脳半球)を採取した。ウェスタンブロット法(WB)により蛋白質動態を、8-OHdG染色及びTUNEL法によりDNA損傷とアポトーシスの有無について評価した。【結果・考察】ATO投与48時間後のラット脳組織においてSUMO化されたPMLの増加を認め、リン酸化ATR及びリン酸化Chk1の増加も認めた。8-OHdG染色ではDNA損傷が確認できた一方で、WB・TUNEL法いずれにおいてもアポトーシスは確認できなかった。以上からATO投与後急性期の脳組織でDNA損傷修復機構としてATR-CHk1経路が活性化されており細胞死を抑制している可能性が考えられ、PML分解との関連も示唆された。ヒ素は昔から毒物とされているが、その中でも無機ヒ素である三酸化二ヒ素(ATO)は特に高い毒性を有する。この薬物は無味無臭で水に溶ける白色結晶であることから、毒殺の手段に用いられたこともあり、法医学の領域では関心が高い。また、臨床医学では近年、ATOがある種の白血病の治療薬として用いられることがわかり、生体に有用な働きを持つことがわかってきた。本研究はATOを用いて、ヒ素の各臓器に対する障害作用の機構の解明を目的とする。細胞死にnecrosis、apoptosisの区別がある。一方、autophagyはこれまで細胞死のひとつの類型と考えられてきたが、最近、傷害された細胞内小器官を除去することにより細胞保護的に働いていることが明らかになってきた。本研究では、ヒ素中毒作用の標的臓器と考えられ、生命の維持に重要な臓器である心臓、肝臓、脳について研究をすすめる。ATOは急性前骨髄球性白血病において、染色体異常の結果生じるPML-RARαを分解することから有効な治療薬となることが見出された。

一方、ATOの副作用として心毒性が有名であり、その機序としてDNA損傷の関連が知られている。中枢神経系の副作用として昏睡の報告もあるが、その機序は明らかではない。先行研究においてATOは正常なPMLの分解も引き起こす事が報告されており、PML分解促進の中枢神経における意義は十分に検討されていない。今回は、三酸化二ヒ素の中枢神経系におけるPML及びDNA損傷チェックポイント機構への影響を検討した。【目的】三酸化二ヒ素(ATO)は高い毒性を有し、土壌や水質の汚染による健康障害は世界的な問題となっている。一方、急性前骨髄球性白血病において染色体異常の結果生じるPML-RARαを分解することから有効な治療薬として用いられている。ATOの副作用として心毒性が有名であり、その機序としてDNA損傷の関連が知られている。昏睡のような中枢神経系の副作用の報告例もあるが、その機序は明らかではない。今回、ATO投与後急性期の脳組織におけるPML及びDNA損傷チェックポイント関連タンパクの挙動について検討した。【方法】6週齢Wistar系雄性ラットにATO(5mg/kg)を腹腔内投与した。6時間後及び48時間後に採取した大脳半球組織においてウェスタンブロット法(WB)により蛋白質動態を、8-OHdG染色及びTUNEL法によりDNA損傷とアポトーシスの有無について評価した。【結果・考察】ATO投与48時間後のラット脳組織においてSUMO化されたPMLの増加を認めた。リン酸化ATR及びリン酸化Chk1の増加をWBで認め、8-OHdG染色ではDNA損傷が確認できた。しかしWB・TUNEL法いずれにおいてもアポトーシスは確認できなかった。以上からATO投与後急性期の脳組織でDNA損傷修復機構としてATR-CHk1経路が活性化され細胞死を抑制している可能性が考えられ、PML分解との関連も示唆された。三酸化二ヒ素(Arsenic trioxide、ATO)は毒性があり、また環境汚染も問題となっている。一方、ATOは急性前骨髄性白血病の治療薬として使われている。この白血病では染色体異常により、異常な蛋白質PML-RARαが生じるが、それをATOが分解する。ATOの副作用は心毒性以外に中枢神経毒性があるが、その機序は不明である。今回、ラットに5mg/kg ATOを腹腔内投与の6時間及び48時間後に大脳、心、肺、肝を採取し、タンパク質動態、DNA損傷を評価した。また、神経系由来のSH-SY5Y細胞に1、3、10μMのATOを24時間暴露し、同様に解析した。ラットの心、肺、肝ではPMLに有意な変動はなかった。48時間の脳ではPMLの150kDa以上のisoformで変動し、ATR及びChk1noリン酸化を認めた。SH-SY5Y細胞では、48時間後に8-OHdG染色陽性細胞の増加があり、DNA損傷が推定された。24時間後では3μMを最高にChk1のリン酸化と濃度依存的にcleaved caspase 3の増加を認めた。
糖鎖合成と生体イメージングを基盤とする糖鎖の生物機能解析

研究成果の概要:複雑な構造を有する複合糖質の効率的合成法を確立し、それらの合成を達成するとともに、合成化合物群を用いて生物活性構造の同定と活性発現機構を解明した。自然免疫受容体に認識される細菌複合糖質の単離,合成と機能研究を行い、その構造が活性に及ぼす影響について明らかにした。これにより,自然免疫受容体リガンドを用いた免疫制御への道が開かれ,アジュバント等への実用化が期待できる。また複雑構造を有するN-グリカンを化学合成するとともに,そのイメージングにより,N-グリカンの構造が生体内動態に与える影響を明らかにした.研究成果の概要:複雑な構造を有する複合糖質の効率的合成法を確立し、それらの合成を達成するとともに、合成化合物群を用いて生物活性構造の同定と活性発現機構を解明した。また複雑構造を有するN-グリカンを化学合成するとともに,そのイメージングにより,N-グリカンの構造が生体内動態に与える影響を明らかにした.様々な糖鎖の生物機能を解明することを目的として、以下の研究を実施した。1.バチルス属、アシネトバクター属細菌培養上清からの天然Nod1リガンドの分離精製を進め、MS-MS分析により、天然Nod1リガンドの構造を決定した。2.自然免疫受容体Nod1ならびにNod2の機能研究について、それらのリガンドである様々なペプチドグリカンフラグメントの合成を行い、生物活性について解析を行うとともに、Nod1については生物活性を有する蛍光標識体や光親和性標識体の合成に成功した。3.微生物由来糖脂質の化学合成と機能解析研究として、寄生性細菌由来リポ多糖部分構造の合成と機能解析を行った。ヘリコバクター・ピロリ菌ならびに歯周病菌リピドAや酸性糖Kdoが結合したKdo-リピドAの合成を完了し、これらが主に急性炎症に関わるIL-6などのサイトカインはほとんど誘導しないが、主に慢性炎症に関与しいているIL-12とIL-18を誘導することを明らかにした。この他にも、赤痢アメーバ由来のNK細胞刺激活性を持つイノシトールリン脂質の合成について検討し、グリニャール試薬を用いた神戸カップリング反応による長鎖脂肪酸の合成を確立した。4.種々の糖鎖の蛍光標識体ならびに陽電子断層撮影(PET)イメージングプローブを合成し、それらを用いてマウス体内での糖鎖動態について解析した。5.動物由来糖鎖の合成研究として、アスパラギン結合型糖タンパク質の機能解析を目指し、癌マーカーAFP-L3に含まれるコアフコース残基を含むバイアンテナリー型N-グリカン、マウス脳内の特異なN-グリカン、バイセクティング型N-グリカンなど、特徴的でかつ天然からは入手の困難なN-グリカンを主な対象として、効率的合成法について検討した。本研究では、種々の生物活性糖鎖や複合糖質を合成し、それらを用いて分子レベルや生体レベルにおける機能の解明を目指した。1)微生物由来複合糖質の合成:細菌細胞壁ペプチドグリカンフラグメントの合成研究を行い、4糖ペプチドフラグメントライブラリの構築に成功した。それらを用いて自然免疫受容体Nod2によるペプチドグリカン認識の解析に成功した。また予備的ではあるが8糖フラグメントの合成にも成功した。寄生菌由来リポ多糖についてピロリ菌、歯周病菌のリピドA部の合成が終了しており、それらの生物活性から寄生菌由来リポ多糖が急性炎症はほとんど惹起しないが、慢性炎症に関わるIL-18やIL-12の産生を誘導することを明らかにした。これらの他にもペプチドグリカンフラグメントとリポペプチド複合体の合成、赤痢アメーバ由来の免疫増強イノシトールリン脂質などの合成研究を実施した。2)一方動物の糖タンパク質に発現しているアスパラギン結合型(N-結合型)糖タンパク質糖鎖の合成研究を実施した。特徴的な構造を有するN-結合型糖タンパク質糖鎖として、コアフコース含有糖鎖やバイセクティングGlcNAc構造含有糖鎖、マウス成体脳の新型N-結合型糖鎖について、合成研究を行った。フコース含有5糖アスパラギン構造の構築に成功した。バイセクティング型糖鎖についても鍵4糖アスパラギン構造を合成した。さらに得られたフラグメントを用いてグリコデンドリマーの合成を行った。3)我々は“高速アザ電子環状反応"を用いたアミノ基への高速標識化法を開発し、この方法を用いてバイオイメージングに供する手法を開発した。この方法を用いて、細胞表層上の糖鎖構造が異なる癌細胞の転移過程を観測することに成功した。本研究ではタンパク質の翻訳後修飾糖鎖のひとつで,アスパラギンに対する翻訳後修飾糖鎖であるN-グリカンの合成および機能解析を行っている.特に,がんをはじめとする様々な病気との関連が報告されているコアフコース含有糖鎖,バイセクティンググルコサミン含有糖鎖の合成を行った.また,ラットの脳で発見された非還元末端にシアル酸を2つ含む4糖構造(ジシアリルモチーフ)も合成した.前年度までの知見に加え,シアル酸含有糖鎖の合成においてはシアル酸5位がNHAc体のものでは反応性が低いのに対し,NAc2体に誘導することで反応性が劇的に向上することを見出した.これは,NHAc体では分子間で水素結合を形成し,反応性が低下していることが原因であることが示唆された.