hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
食餌性状の違いがマウス下顎骨の形態を変化させるメカニズムの解析

特異的応答にいかに影響し、マウス下顎骨の3次元的な成長にどのように影響するのかという定量的所見が明らかとなった。H29年度、H30年度にわたり、後天的因子が上顎骨の形態形成に及ぼす影響を詳細に解析した(第76回日本矯正歯科学会学術大会、94rd European Orthodontic Society Congressにて発表)。論文として報告予定である。また、軟食を与えたマウスと硬食を与えたマウスの咬筋のRNAを用いてマイクロアレイを行い、これらの刺激に応答する遺伝子の同定と、同遺伝子のクローニングならびにリコンビナントタンパク質の精製に成功している。上記遺伝子が咬筋の性質及び下顎骨の形態形成をコントロールしているのであれば、上記遺伝子のリコンビナントタンパク質の局所または全身投与によって、咬筋の性質及び下顎骨の形態形成を制御できるのではないかと考えられるため、今後も研究を継続し、顎骨形態決定に関わる遺伝情報のエピジェネティックな制御システムを明らかにしていく。H29年度の段階で、上顎骨においても後天的因子が顎骨の形態形成に及ぼす影響を詳細に把握することが出来ている(第76回日本矯正歯科学会学術大会にて発表)。H30年度には上顎骨においても結果を論文として報告する予定である。既存研究で、軟食を与えたマウスと硬食を与えたマウスの咬筋のRNAを用いてマイクロアレイを行い、これらの刺激に応答する遺伝子の同定(以後、遺伝子Xと表記)と、同遺伝子のクローニングならびにリコンビナントタンパク質の精製に成功している。これらの遺伝子群の発現領域は、7番染色体の特定領域に集中していることが分かったが、マウス遺伝子のこの部位の領域から転写されるmRNAの情報は未だ無く、そこからクローニングしてきた遺伝子は未知のものであった。また、同部のゲノムをFAIRE法で解析したところ、近接領域のゲノムがクロマチンから遊離していることが確認された。これらの知見から、上記遺伝子が咬筋の性質及び下顎骨の形態形成をコントロールしているのであれば、上記遺伝子のリコンビナントタンパク質の局所または全身投与によって、咬筋の性質及び下顎骨の形態形成を制御できるのではないかと考えられる。よってH30年度は、in vitroでの実験により粉末餌で飼育したマウスで遺伝子発現様態に変化が見られたMyh1、2、4が、申請者が同定したリコンビナントタンパク質の下流分子であるかどうかを確認するため、筋肉細胞由来細胞株にリコンビナントタンパク質を添加し、Myh遺伝子群の発現様態に変化が生じるかどうかを確認する。次に、マウス咬筋の器官培養を行い、そこに同様にリコンビナントタンパク質を添加し、同様にMyh遺伝子群の発現様態に変化が生じるかどうか調査する。更にその後in vivoの局所投与または全身投与によって、意図的に咬筋の性質及び下顎骨の形態を変化させることができるのかどうかを調査する。次年度に予定している研究において、筋細胞由来細胞株(L6)を用いて、遺伝子Xリコンビナントタンパク質を添加した後のMyh遺伝子群の遺伝子発現様態変化の観察と下流分子の探索を計画しているが、筋細胞由来細胞株へ添加するリコンビナントタンパク質の最適濃度を解析する際に、リコンビナントタンパク質が大量に必要となる可能性が高く、外部委託を行う必要があると考えられる。これに伴い、当初の予定と比較し次年度の必要経費が多くなることが予測される。そのため、次年度への予算の繰越しを希望し、上記のような当該年度の助成金使用状況となった。
宇宙マイクロ波背景放射偏光成分の精密観測によるニュートリノ質量絶対スケールの研究

本年度は、昨年度に引き続きPOLARBEAR-Iの観測をチリにて継続しさらなる高精度観測を目指してデータ収集を行うと共に、POLARBEAR-Iのおよそ6倍の感度を有するアップグレードレシーバ「POLARBEAR-2」の開発を進めた。POLARBEAR-Iの6倍のおよそ7600個の検出器を配置する焦点面は、大きさが直径38cmと世界最大級となり、個々の検出器の性能を落とさずに如何に信号を読み出すかが感度向上実現の鍵となる。そのために、POLARBEAR-Iで8多重度であった信号読み出しの多重度を増やす。POLARBEARでは「周波数分割多重読み出し法」を採用しており、多重度向上に向けた開発項目として1)信号読み出しの帯域を広げる,2)共振ピークをデザイン通りに作る、の2つが主にあげられる。前者については、これまで帯域を制限していたオペアンプによるフィードバック法から、読み出しエレキによるフィードバック法に変える事で対応し、後者については、市販のコイル・コンデンサの値のばらつきを極限まで抑えるために、リソグラフィによりそれらを自作して対応する。数回のフィードバックをへて、多重度が5倍に増加した事を確認した。また、信号線を通して室温から極低温部に熱が侵入する事を防ぐための超伝導ケーブルの制作を終え、冷却試験を通してすべてのケーブルが想定通り超伝導となっている事を確認した。これによりケーブル起因の過剰ノイズが発生していないことも確認した。これにより、超伝導検出器アレイの読み出しの準備が完了し、本格的にボロメータとあわせた統合試験を開始している。研究実績で述べた通り、POLARBEAR-2に関しては、大型の超伝導検出器アレイの信号読み出しの原理検証が完了し、実現に向けた大きなマイルストーンを達成した。実際に本観測で用いる検出器と読み出し系をかみ合わせたエンドトゥーエンド試験を開始した。その試験の中で、信号の増幅に用いるアンプのノイズが仕様を満たしていない事が確認され、米国でのシステム再構築に時間が必要となり、当初の予定と比べて少し遅れが見られているが、並行してPOLARBEAR-2の解析に必要なソフトウェアの準備を進めており、観測開始後のデータ解析を本格化するまでの時間短縮が期待できる。また、POLARBEAR-1に関しては、継続観測により得られたデータを用いて、初期観測結果より感度の高い重力レンズBモードに関する結果を報告した。現在Bモードの自己相関に関して3シグマを超える信頼度で確認できている。以上の事から、おおむね順調に進展していると考える。H30年度は、低ノイズの信号アンプの製作と読み出し系の再構築が完了する予定であり、それらを開発中のレシーバに搭載して、最終的な性能評価試験を実験室にて行う。特に本観測で重要となるパラメータ(ノイズレベル、周波数応答性、応答の角度依存性)に関して要求を満たす事を確認し、さらに検出器を観測可能な状態(常伝導から超伝導への転移端)に設定するバイアスパラメータの調整を行い、観測サイトでの運用法の構築も行う。さらに望遠鏡に搭載して観測を行うときに懸念される振動による過剰ノイズに関する測定と対策についての検討も行う。実験室での試験が完了し次第、チリへの輸送を開始し、観測の準備を行って、実際にPOLARBEAR-2レシーバを用いた科学観測を開始する事がH30年度の目標である。観測後は特に重力レンズ起源の偏光Bモードに関する感度が最大となるような観測プランを実行し、まず短期間のデータでPOLARBEAR-1の重力レンズBモードに関する結果の追試を行ったのちに、初年度の観測データを用いた初期観測結果を報告する事を目標とする。本年度は、POLARBEAR-1の観測をチリにて継続しさらなる高精度観測を目指してデータ収集を行うと共に、アップグレードレシーバ(POLARBEAR-2)の開発を進めた。POLARBEAR-1の6倍のおよそ7600個の検出器を配置する焦点面は、大きさが直径38cmと世界最大級となり、焦点面を外部からの赤外線に打ち勝って如何に冷やすかが実験成功の鍵となる。まず入射する赤外線を効率的に吸収し、かつ伝熱によってクライオスタットに熱を逃せる物質としてアルミナを選定し光学素子(レンズ、フィルター)として使用した。これはCMB実験では初の試みとなり他の実験でも導入を検討、実施している。ただし、アルミナは屈折率が3.1と高いため、CMBを効率力焦点面に送るために反射防止膜が必要となる。これを溶射の技術を用いて実現し、本観測での使用に向けて開発に目処をつけた。次に検出器数が増えるにしたがって、信号線を通して流入する熱が問題となる。これに関しては、信号読み出しの多重度をあげる(8-->40)事で対応する。多重度をあげるための常温のハードウェアに関してはすでに共同研究機関にて開発がすんでおり、本計画では低温で用いるハードウェア、特に前段のアンプを搭載するための基板の開発と、さらに熱流入を減らすための超伝導ケーブルの導入に関して開発を進めた。超伝導ケーブルに関しては、厚みを極限(10マイクロメートル)まで薄くしたニオブチタン箔を用いてフレックスケーブルを試作し、熱試験、読み出し試験を通して、我々の使用に耐えうる性能を有している事を確認した。これにより本観測で期待される冷凍保持時間が24時間以上と、観測の24時間サイクル化に関する目処がついた。研究実績で述べた通り、POLARBEAR2レシーバ開発の一つの鍵は外からの赤外線に打ち勝って検出器を動作温度まで冷やせるかどうかであるが、それを実現するための鍵となる項目の開発に目処がたっており、本番の観測と同じセットアップで冷却に成功している。

搭載する検出器の性能確認に少し遅れが見られたが、現在概ね本観測の使用に耐えうる性能が確認されている。並行して行っているPOLARBEAR-1の観測、解析を通して、POLARBEAR2の解析に必要なソフトウェアも整備されつつあり、観測開始後の解析を本格化するまでの時間短縮が期待される。以上の事から、おおむね順調に進展していると考える。本年度は、昨年度に引き続きPOLARBEAR-Iの観測をチリにて継続し、さらなる高精度観測を目指してデータ収集を行うと共に、POLARBEAR-Iのおよそ6倍の感度を有するアップグレードレシーバー「POLARBEAR-2」の開発を進めた。POLARBEAR-1の6倍のおよそ7600個の検出器を配置する焦点面は、大きさが直径38cmと世界最大級となり、焦点面を外部からの熱負荷に打ち勝って如何に冷やせるかが開発成功の鍵となる。熱負荷の主要な要因として1)光学窓を通して外部から侵入する赤外線、2)検出器の信号線を通して侵入する熱の2つがあげられる。前者に関しては赤外線を効率的に吸収し、かつ伝熱によってクライオスタットに熱を逃がせるアルミナをレンズ等の光学素材に使用する事で対応する。屈折率が高い事による反射でのCMBの透過効率の低下に関しては、溶射の技術を用いた反射防止膜を開発し対応する。熱収縮率の違いによる低温下での破断についてはストレスを抑えるために膜に溝を切る等の処理をして対応した。実際に低温-常温のサイクルを数回行い問題なく使用可能な事を確認した。信号線からの熱侵入に関しては、信号読み出しの多重度を上げ(8->40)信号線の数の増加を抑える事で対応する。多重度を上げるためのハードウェアに関しては昨年度中に開発を終えており、今年度は実際に本観測で用いるのと同等のプロトタイプ検出器(6インチのシリコン基板に1084個のTESボロメータが搭載されて、POLARBEAR-1とほぼ同程度の感度を持つ)と噛み合わせて熱試験を行い、ボロメータの動作温度(270mK)まで問題なく冷却出来る事と、冷却保持時間が十分である事を確認した。現在、すべてのシステムを噛み合わせての統合試験を開始している。研究実績で述べた通り、POLARBEAR-2に関しては本観測で用いる物と同等のプロトタイプ検出器と読み出し系を組み合わせて冷却試験に成功し、実現に向けた大きなマイルストーンを達成した。また検出器の性能評価を含むレシーバの統合試験を開始した。検出器の性能確認に関しては、ノイズレベル、観測効率の改善のため米国での再製作の必要が生じたために予定と比べて少し遅れが見られているが、並行してPOLARBEAR-2の解析に必要なソフトウェアの準備を進めており、観測開始後のデータ解析を本格化するまでの時間短縮が期待できる。本年度は、昨年度に引き続きPOLARBEAR-Iの観測をチリにて継続しさらなる高精度観測を目指してデータ収集を行うと共に、POLARBEAR-Iのおよそ6倍の感度を有するアップグレードレシーバ「POLARBEAR-2」の開発を進めた。
連続体上の計算可能性問題の多角的研究

本研究の目的は、連続体上におけるPour-E1流の計算可能性構造の理論の、拡張、応用、形式化、である。主な研究目標はほぼ着実に達成されたので、以下のとおり研究成果を説明する。当課題における主な研究対象は、実数上の不連続関数、とくに区分的連続関数、の計算可能性問題である。すなわち、孤立した不連続点における関数値の計算の基礎付けである。1.極限計算:再帰的関数の極限の計算を認める計算方法で、区分的連続関数の多くの実例がこの方法で計算可能であることを示した。2.実効的一様空間:不連続点の孤立化によって得られる実効的一様空間における計算可能性構造の理論を展開し、1.と同様に多くの区分的連続関数の計算可能性および一様空間とその距離化における実効的収束の同値性を示した。3.極限計算と一様空間:区分的連続関数について、ある条件のもとで、極限計算と一様位相における、点列計算可能性の同値性の証明をした。4.Walsh解析の手法:Fine距離による計算表現の理論と、種々な計算可能性の概念を定義した。5.極限計算可能数学の体系:極限計算可能性をもつ数学の論理体系の設定およびその汎関数による解釈を与えた。6.関数解析における計算可能性:非粘性偏微分方程式の求解の実効性証明、補間空間における線形作用素の計算可能性、Banach空間における線形作用素の上限計算の計算可能性、などで、肯定的な結果を得た。7.実数の表現の理論:完全一様空間の一様ドメインによる表現、グレイコードによる実数の表現、カテゴリーの応用。抽象空間における計算可能性構造の理論および型2マシンの理論を中心に、数学の種々なオブジェクトの計算可能性に関してほぼ予定通りの成果を得た。描画は精度の問題があって、未完成である。主な結果は次のとおりである。1一様位相空間における計算可能性構造:整数点などでジャンプするが残りの各開区間で連続な実数値関数などは不連続ではあっても計算の意味をもつ。その現象の数学的な基礎づけのために一様位相空間における計算可能性構造を導入した。すなわち、定義域を関数が連続な部分と不連続点とに分離してそれぞれに位相を導入し、それらを合併した新しい一様位相空間とみなした。そこにおける関数の計算可能性などを定義し、多くの例および反例を与えた。2関数解析における計算可能性:有界変動関数族における計算可能性、およびBanach空間の複素補間空間理論が計算可能性構造と両立すること、などを示した。3型2マシンによる数学の計算可能性:型2マシンによる実数および諸空間の表現によって、線形部分空間の次元の計算方法、スペクトル定理の計算可能版、などを示した。4Grayコードによる計算:Grayコードへの埋めこみによる実数の計算およびその応用としての位相空間の次元の計算可能性についての条件を提示した。5計算可能性の論理構造:不連続関数は多くの場合Σ^-01-排中律の各ケース内では通常の計算アルゴリズムをもつことがわかる。それはまた極限再帰関数を使った計算としても表される。この状況は存在記号の関数解釈によって基礎付けられるが、それはまた例による証明検証とも関係があることがわかった。6現象としての計算可能性:消費者理論におけるネットワーク体系へのセラ・オートマタの応用、結び目理論におけるVssiliev不変量を共有する簡単な異なる結び目の構成などが実現した。本年度の主な研究目的は、1.実数上の不連続関数の計算可能性についての多角的考察、2.その論理的基礎付け、3.実数表現、4.計算可能性と諸数理科学的現象の関係、であり、それらはほぼ計画どおりに達成された。

1.Gauss関数、Rademacher関数のような関数(列)の関数空間(Banach空間、Frechet空間等)における点(列)としての計算可能性、Σ^0_1-排中律の中での計算可能性、極限計算可能性、位相の変換によって連続化した関数の計算可能性、を示した。位相の変換は、不連続な点を分離して離散位相を導入し、その点での計算は開区間における計算とは独立して行う、この方法は人間や計算機による計算および描画の自然な数学的表現になっている、また、極限計算可能性は広い範囲の関数に適用できる。2.極限計算可能性を構成的算術にΣ^0_1-排中律を加えた体系の関数解釈で基礎付けることができた。これにより準構成的原理と数学の定理との相互関係の解明という新しい分野にもつながってくる。3.Grayコードによる実数の表現の研究を深めて、実数の位相的な次元の概念を定義することができた。4.計算可能性構造をもつ一様位相空間とその距離化における実効的収束の同値性、実効的補間空間上のファンクターの計算可能性、距離空間の計算可能性問題等、計算と数理的現象との関連が深まった。研究組織の構成員はセミナーおよびe-mail連絡によってたえず研究連絡を行った。とくに2001年9月21日-23日には、海外研究協力者および関連分野の研究者を招いて第3回CC-セミナーを開催し、具体的なテーマについて討議を行った。また、研究代表者と研究協力者がDagstuhlセミナーで一様位相空間とその距離化における実効的収束の同値性等に関する結果を報告した。本研究の目的は、連続体上におけるPour-El流の計算可能性構造の理論の1.拡張、2.応用、形式化、である。本年度の主な研究目標に沿って目的はほぼ達成したので、以下(13)のとおり研究実績を説明する。1.不連続関数、とくに区分的連続関数、の計算可能性問題を扱った。すなわち、孤立した不連続点における関数値の計算の基礎付けである。そのために、極限計算の理論の構築、一様空間における計算可能性構造の理論の展開、その距離化における実効的収束保存性の証明、極限計算と実数空間の一様化のそれぞれにおける関数の列計算可能性の同値性証明、などを実行した。また、カテゴリー、Fine距離等による計算表現の理論も展開した。2.具体的な関数への、1.の応用を検証した。また、非粘性偏微分方程式の求解の実効性証明、補間空間における線形作用素の計算可能性、Banach空間における線形作用素の上限計算の計算可能性、などで、肯定的な結果を得た。さらに、Fine距離化およびドメイン理論の応用として、実数の表現の理論を構築し、不連続な点での計算の特徴づけを行った。3.極限計算の形式的体系を設定し、その関数解釈を与えた。また、種々な構成的原理と極限計算の公理との論理的相互関係の解明を行った。研究組織の構成員はセミナー、e-mail等で研究連絡を続けた。関連分野の研究者のセミナーにより新しい知見を得、また、構成員を中心にした研究会(CC-セミナー)を2002年12月14日-16日に開催し(公開)、成果発表を行った。国際研究集会(CCA2002,Malaga, SpainおよびWorkshop Domains VI, Birmingham, UK)、においても成果発表を行った。
肺がん幹細胞特異的CTLが認識する抗原の同定研究

肺がん細胞株E522Lはadenocarcinoma組織から樹立された細胞株で、β_2ミクログロブリン蛋白の発現消失により細胞表面にHLA class-I分子を全く発現しない。目的とするHLA-A24を細胞表面に発現させるために、β_2ミクログロブリンとHLA-A24重鎖をグリシン-セリンのリンカーで共有結合させた単鎖HLA-A24分子およびCD86分子をこの細胞株に導入し、CTL誘導のための人工抗原提示細胞を作製した。この人工抗原提示細胞から"がん幹細胞"の形質を持った細胞を得るために、無血清培地にEGF、bFGFなどの幹細胞増殖因子を添加して数週間培養し、球状の塊で増殖する細胞集団(以後スフェアと称す)を得た。造腫瘍性を確認するために、スフェアと元のE522L細胞を免疫不全マウスの皮下にそれぞれ100万個ずつ接種した。しかしながら、スフェアにおいても3匹中1匹で腫瘍の形成がみられるだけであった。また、"がん幹細胞"の自己刷新性の維持に必要な転写因子(Naonog, Sox2, Oct-4など)の発現をRT-PCR法で検討したが、元のE522L細胞とスフェア間で明らかな違いを見出すことができなかった。今回、"がん幹細胞"培養条件で得られたスフェアは、当初の予想に反して"がん幹細胞"としての形質を保有していないことが判明した。現在、他の肺がん細胞株数種からスフェアを培養し、"がん幹細胞"の形質を保有しているものを探している。そのような細胞を同定した後に、人工抗原提示細胞に変換してCTLの誘導を進める予定である。
地域分散型観測システムを活用した地球環境教育の実践

本研究では、東海大学が西表島、熊本、平塚、稚内等の観測サイトに設置した太陽放射、地磁気、気象等の観測機器で収集するローカルな地球環境データを衛星画像等のグローバルな観測データと組み合わせてわかりやすく表示・提供するシステムを構築した。合せて、地域による環境の違いやローカルな現象とグローバルな現象を対比する地球環境教材を開発し、大学生、高校生を対象とした地球環境教育の実践に活用した。1.気象観測システムの構築気象観測システムおよび自動雲画像収集システムを西表島に整備し、そのデータをWeb上で公開した。これにより、西表島の特徴的な気候帯における、空の概況と気象情報が即時にどこでも把握できるようになった。また、既存の代々木の観測システムとリンクし、Web上で両地域の気象データや全天画像を並べて閲覧できるようにした。両システムは、それ自体が就学世代(小学校高等学校)にとって魅力的な理科教育教材である。本システムからは、代々木と西表における太陽高度、日出・日没時刻、雲形の違い、荒天時の天空の様子と対応する気象データ等、理科教材として有意義なデータが次々と得られている。2.教材開発と環境教育の実践2009年7月22日の日食の際には、各観測系で各種データを収集した。特に、地球観測衛星関係では、気象衛星ひまわりの画像上にできる月の影が毎時移動していく様子をインターネットで公開した。これらのデータをもとに、現在、教材の開発を進めている。本研究で開発中の地球観測衛星関係の教材を利用し、2009年11月21日に星槎中学校の体験学習「自然から学ぶ環境教育副題:地球を科学する宇宙の法則を体験」を実施した。野外で分光反射測定の実習等を実施したが、生徒たちは楽しそうに実験に取り組んでいた。本研究において収集された観測データを使用してpptの教材を作成し、2010年3月13日開催のオープンキャンパスにおいて、付属高校生向けの体験授業「宇宙環境とは何か-太陽、オーロラから人工衛星まで-」の中で使用した。3.観測データの校正太陽放射の解析結果は使用する計測器の感度校正に影響される。観測データの計測精度を高めるため、研究室で所有するUV-B放射照度計に対して色補正係数を組み合わせた屋内校正を適用し、その校正値を評価した。1.気象観測システム21年度に引き続き、西表島に設置した気象観測システムと自動雲画像収集システムの運用とWebでのデータ公開を行っている。本システムから得られた雲画像から晴天域と曇天域を分離するアルゴリズムを作成し、雲量推定処理を開始した。さらに気象衛星「ひまわり」から推定した雲量(衛星観測雲量)との比較を行い、完全曇天と完全晴天における一定の整合性を確認した。雲量データは多くの気象データのなかでも重要度が高く、とくに季節変動データは就学世代における理科教材として非常に効果的であると考える。教材開発も並行して進めている。2.紫外線観測システムUV-B放射照度計の屋内校正による校正値の補正方法を検討した。さらに、これまで様々な方法で実施してきた感度確認結果を整理し、一部の計測器について感度の長期的な変動傾向をまとめた。今後、屋内校正と長期的な感度の変動傾向を組み合わせ、UV-B放射照度などの長期的な変動傾向を解析し、それらの観測データをわかりやすく紹介する教材にまとめる。3.地球観測衛星データの教材開発と環境教育の実践2009年7月22日の日食について気象衛星ひまわりの画像上に現れた太陽の影の動きがわかるアニメーションを作成した。また西表島の環境を衛星画像等を使ってわかりやすく解説するWbb教材の開発を進め、その初期バージョンが完成した。今後、改定し、23年度中に公開予定である。1.気象観測システム西表島に設置した気象観測システムと自動雲画像収集システムの運用とWebでのデータ公開を実施している。代々木地区において、雲画像、気象データ、放射計測を用いた都市特有の気象現象観測を実施した。2.紫外線観測システムUV-B放射照度計の屋内校正による校正値の補正方法をまとめ、UV-B放射などの長期的な変動傾向の解析に着手した。さらに、啓蒙活動の一環として、マスメディアを通して、西表島で観測された太陽UV-8放射と自動雲画像収集システムで収集された雲画像より、雲が太陽UVB放射の地上到達量に与える影響など太陽UV-B放射の特徴と、その防御方法を解説した。3.地磁気観測システムジェット旅客器のコックピットから撮影された鮮明なオーロラ画像を解析し、その微細楮を複数の衛星同時観測データ、および地上の地磁気観測データと比較した。その結果、オーロラ微細構造の南北共役性の研究に航空機観測が有効であることが示され、研究成果を学会発表した。4.地球観測衛星データシステム2011年10月にオーストラリアで開催されたソーラーカーレースに参戦した東海大学チームに宇宙情報センターで受信した気象衛星ひまわりの画像を配信し、同チーム優勝に貢献した。画像をHPで公開し、啓蒙活動に活用した。5.テキスト教材の整備各観測系のテキスト教材を作成し、報告書にとりまとめた。6.環境教育の実践

2009年7月22日の日食について気象衛星ひまわりの画像上に現れた太陽の影の動きがわかるアニメーションを作成した。また西表島の環境を衛星画像等を使ってわかりやすく解説するweb教材の開発を進め、公開した。東海大学国際教育センターの授業"Observing theearth from space"という授業では、開発した教材を随時使用し、その教育効果を確認することができた。
抽象的なイメージ(図)を提示することによる問題解決支援システムの構築

本研究では第一に、問題の特徴を抽象的に表現した図、つまり問題のイメージ・スキーマを自動描画し、それらをユーザに提示することでユーザの類推的問題解決を促進することを目指したシステムISTを試作した。本システムは、研究代表者が数年来開発してきた類推に基づく問題解決器の技術と、最近研究が盛んな制約に基づくグラフィクスの技術とを融合した上に、さらに問題解決に有効なオペレータを抽象的に可視化するという、今回研究代表者が新たに開発した技術をも導入することで開発することが可能となった。本研究では第二に、試作されたシステムISTが実際にユーザの問題解決を促進し得るかどうかを実験的に検証した。すなわち、いわゆる放射線問題を例にとり、放射線問題に類似しているとシステムが判断したいくつかの既に解かれた問題の解と問題記述とを抽象的に可視化したイメージ・スキーマをユーザに提示した場合とそうでない場合とで、ユーザの問題解決のパフォーマンスに差異が見られるか否かを認知心理実験により確かめた。その結果、システムの描き出すイメージ・スキーマを提示した場合の問題解決のパフォーマンスの方が提示しない場合のそれよりも、有意に高いということがわかった。すなわち本システムは、ユーザの類推的問題解決を促進する可能性が高いということを示唆していると結論できる。さらにその理由を、先行研究との比較によって議論した。その結果、適切で抽象的なイメージ・スキーマは可塑性、すなわち一つのイメージ・スキーマが異なる問題と結びつけられて考えられると異なるイメージとして解釈され得るという多義性が、ユーザの類推的問題解決を促進している可能性が高いということが明らかになった。今後は本システムの拡張を行なうとともに、逆に抽象的な概念の学習の支援に、具体的なイメージの可視化を利用することも計画している。
補酵素の高効率再生を伴うバイオリアクターシステムの開発

1.補酵素再生を伴うパイオリアクターのための一手法として,酵素補酵素間ダイナミックアフィニティを有効に利用し,補酵素の高いサイクリング数を得るアフィニティクロマトグラフィック方式を開発し,その最も単純な場合として,単一酵素の多機能を利用する場合について,酵素補酵素間ダイナミックアフィニティが強く発現されるための条件を理論的に明らかにし,これをアルコール脱水素酵素単独によるNADサイクリングを伴う,プロピレンアルデヒドの還元とエタノールの酸化の共役反応について検証した.2.同様の手法を,より一般的でまた実用に近い二酵素共役系として,アラニンデヒドロゲナーゼ/乳酸デヒドロゲナーゼ系による, NADサイクリングを伴う,乳酸からL-アラニンの合成に適用した結果,ダイナミックアフィニティが強く発現されるための条件は,基本的には単一酵素の場合と同様であることが推定された.またこの反応における中間生成物であるピルビン酸濃度により,ダイナミックアフィニティ及びNADサイクリング数が大きく影響されることが明かとなった.実用的観点からリアクターの定常操作特性についても検討した結果,プロダクティビティ,補酵素サイクリング数に関して良好な結果を得ることができた.本方法は,他の光学特異的アノミ酸の合成にも応用することが可能と思われた.3.非特異的電気エネルギーを駆動力とする電気化学法をバイオリアクターの補酵素再生系として利用するためにNADHとの水素交換速度を指標として,メディエーターとしてフェナジンメトサルフェートを選び, NADH電極酸化法としては直接法及びメディエーター法,酸素を最終電子受容体とする方法の三つの方法をグルコース6-リン酸脱水素酵素の反応と組み合わせて,各々の特徴を明らかにした.補酵素再生系として,全体の反応速度を上げることが今後の課題である.1.補酵素再生を伴うパイオリアクターのための一手法として,酵素補酵素間ダイナミックアフィニティを有効に利用し,補酵素の高いサイクリング数を得るアフィニティクロマトグラフィック方式を開発し,その最も単純な場合として,単一酵素の多機能を利用する場合について,酵素補酵素間ダイナミックアフィニティが強く発現されるための条件を理論的に明らかにし,これをアルコール脱水素酵素単独によるNADサイクリングを伴う,プロピレンアルデヒドの還元とエタノールの酸化の共役反応について検証した.2.同様の手法を,より一般的でまた実用に近い二酵素共役系として,アラニンデヒドロゲナーゼ/乳酸デヒドロゲナーゼ系による, NADサイクリングを伴う,乳酸からL-アラニンの合成に適用した結果,ダイナミックアフィニティが強く発現されるための条件は,基本的には単一酵素の場合と同様であることが推定された.またこの反応における中間生成物であるピルビン酸濃度により,ダイナミックアフィニティ及びNADサイクリング数が大きく影響されることが明かとなった.実用的観点からリアクターの定常操作特性についても検討した結果,プロダクティビティ,補酵素サイクリング数に関して良好な結果を得ることができた.本方法は,他の光学特異的アノミ酸の合成にも応用することが可能と思われた.3.非特異的電気エネルギーを駆動力とする電気化学法をバイオリアクターの補酵素再生系として利用するためにNADHとの水素交換速度を指標として,メディエーターとしてフェナジンメトサルフェートを選び, NADH電極酸化法としては直接法及びメディエーター法,酸素を最終電子受容体とする方法の三つの方法をグルコース6-リン酸脱水素酵素の反応と組み合わせて,各々の特徴を明らかにした.補酵素再生系として,全体の反応速度を上げることが今後の課題である.1.単一酵素のみによるNADの酸化還元反応を伴う典型的モデル系として、酵母アルコール脱水素酵素を固定化したカラム状リアクターに、共役反応基質として、プロピレンアルデヒドおよびエタノールを用い、NADサイクリングを行いつつ、プロピルアルコールを生成する系について、補酵素NADは高分子化等の化学修飾をせずにnativeのままで、短時間のパルスとして供給し、酵素-補酵素間のアフィニティによって、NADの高いサイクリング数を得ようとする方式、すなわちアフィニティ・クロマトグラフィック方式について、リアクターとしての挙動、NADパルスの滞留時間分布特性について測定を行い、理論モデルと比較検討を行った結果、補酵素パルスの平均滞留時間については、理論的予測が実験結果と定性的に一致することがわかった。2.同様のアフィニティ・クロマトグラフィック方式を用いて、二酵素共役系として、乳酸脱水素酵素/アルコール脱水素酵素共役系において、ピルビン酸からL-乳酸の生産を行い、NADの再生利用効率に対する操作条件の影響をしらべた。その結果、高固定化酵素濃度かつ低補酵素パルス濃度の条件で、NADパルスの平均滞留時間は急激に大きくなり、これに伴いNADサイクリング数も大きく増加した。3.NADH→【NAD^+】の電極酸化を目的として、電極として、白金、グラファイトについて、また補酵素酸化反応と電極反応のメディエーターとして、ヒドロキノン,フェナジンメトサルフェート,2.6-ジクロロフェノールインドフェノール、メチレンブルーについて、サイクリックボルタンメトリーにより検討した結果、いずれもメディエーターとして有効に機能することがわかった。今後はこのような電気化学的補酵素再生系を組込んだバイオリアクターシステムの開発を計画中である。
果樹類における生殖形質の早期評価システムの開発

木本植物である果樹類には開花結実の全く見られない幼木相とよばれる期間が存在する.この幼木相は長いものでは10年以上にわたり,果樹類の育種や遺伝解析を行う際の障壁となっている.本研究は,近年シロイヌナズナの研究から明らかにされた花成関連遺伝子であるFT遺伝子を利用することで,汎用性のある果樹類の生殖形質早期評価システムを開発するために立案された.研究2年目の本年度は,以下の点について検討した.(1)早咲き誘導性台木の作出:昨年度の実験で構築したサクラ属のFT相同遺伝子とGFP遺伝子,そして選抜用のカナマイシン耐性遺伝子をT-DNA上に配置したバイナリーベクターを用いて,カキとウメの形質転換実験を行った.カキでは形質転換実験に失敗したが,ウメにおいていくつかの形質転換系統を得ることに成功した.これらの系統自体の早咲きは現在みられていないが,接ぎ木した穂木の開花性については今後調査を継続する.(2)クラウンゴールを利用したFT発現と早咲き性の誘導:昨年度にサクラ属のFT相同遺伝子を発現させるためのベクターを導入した野生株のアグロバクテリウムをセイヨウナシの培養シュートに感染させたところ,1個体で開花がみられた.セイヨウナシの培養シュートはまれに試験管内で開花するため,この開花誘導はFT相同遺伝子の作用によるものか不明確である.そこで本年度は,供試個体数を増やして昨年度の反復実験を行った.本年度もクラウンゴールを形成した個体で早期開花が見られたものの,対照区でも開花がみられ,FT相同遺伝子の効果についてはさらに検証する必要があると考えられた.(3)アグロバクテリウムを用いたFTの一過性発現による早期開花の誘導:アグロバクテリウムのインフィルトレーションによるFT相同遺伝子の一過性発現による早期開花をカキとウメの実生で検討したが,早期開花はみられなかった.木本植物である果樹類には開花結実の全く見られない幼木相とよばれる期間が存在する.この幼木相は長いものでは10年以上にわたり,果樹類の育種や遺伝解析を行う際の障壁となっている.本研究は,近年シロイヌナズナの研究から明らかにされた花成関連遺伝子であるFT遺伝子を利用することで,汎用性のある果樹類の生殖形質早期評価システムを開発するために,立案された.研究初年度にあたる本年度は,以下の点について検討した.(1)FT相同遺伝子の単離とベクターの構築:サクラ属果樹類のFT相同遺伝子を単離して解析するととともにそれを植物で発現させるためのベクターの構築した.(2)早咲き誘導性台木の作出:FT相同遺伝子を過剰発現させることで穂木の早期開花を誘導するための形質転換台木の作出のため,FTによるサクラ属果樹の遺伝子組換えを行った.(3)アグロバクテリウムを用いたFTの一過性発現による早期開花の誘導:サクラ属果樹の発芽間もない幼若実生やシュート培養を利用して,葉へのインフィルトレーション法によりFT相同遺伝子の一過性発現を誘導し開花誘導を試みたが,早期開花は認められなかった.(4)クラウンゴールを利用したFT発現と早期開花の誘導:植物でのFT相同遺伝子発現用のキメラ遺伝子を配置したバイナリーベクターを導入した野生株のアグロバクテリウムを感染させて生じたクラウンゴールでFT相同遺伝子の発現を誘導し,開花誘導することができるかどうか検討したが,早期開花は見られなかった.木本植物である果樹類には開花結実の全く見られない幼木相とよばれる期間が存在する.この幼木相は長いものでは10年以上にわたり,果樹類の育種や遺伝解析を行う際の障壁となっている.本研究は,近年シロイヌナズナの研究から明らかにされた花成関連遺伝子であるFT遺伝子を利用することで,汎用性のある果樹類の生殖形質早期評価システムを開発するために立案された.研究2年目の本年度は,以下の点について検討した.(1)早咲き誘導性台木の作出:昨年度の実験で構築したサクラ属のFT相同遺伝子とGFP遺伝子,そして選抜用のカナマイシン耐性遺伝子をT-DNA上に配置したバイナリーベクターを用いて,カキとウメの形質転換実験を行った.カキでは形質転換実験に失敗したが,ウメにおいていくつかの形質転換系統を得ることに成功した.これらの系統自体の早咲きは現在みられていないが,接ぎ木した穂木の開花性については今後調査を継続する.(2)クラウンゴールを利用したFT発現と早咲き性の誘導:昨年度にサクラ属のFT相同遺伝子を発現させるためのベクターを導入した野生株のアグロバクテリウムをセイヨウナシの培養シュートに感染させたところ,1個体で開花がみられた.セイヨウナシの培養シュートはまれに試験管内で開花するため,この開花誘導はFT相同遺伝子の作用によるものか不明確である.そこで本年度は,供試個体数を増やして昨年度の反復実験を行った.本年度もクラウンゴールを形成した個体で早期開花が見られたものの,対照区でも開花がみられ,FT相同遺伝子の効果についてはさらに検証する必要があると考えられた.(3)アグロバクテリウムを用いたFTの一過性発現による早期開花の誘導:アグロバクテリウムのインフィルトレーションによるFT相同遺伝子の一過性発現による早期開花をカキとウメの実生で検討したが,早期開花はみられなかった.
核磁気共鳴を用いたインターロイキン13遺伝子変異体のアレルギー反応増強機構の解明

Hisが6個連結したC末端側にエンテロキナーゼ切断配列を挿入し、さらにそのC末側にインターロイキン13(IL13)が発現するような遺伝子を含むプラスミド構築した。並行して、IL13のArg110がGln変異する遺伝子を含むプラスミドを構築した。いずれのプラスミドも、大腸菌BL21(DE3)に形質転換した。形質転換体を唯一の窒素源として、^<15>NH_4Clを含む培地で培養し、封入体として融合タンパク質を得た。それぞれの封入体を6Mグアニジンで可溶化し、Niアガロースカラムを利用して、それぞれのタンパク質を粗精製した。粗精製物を一端50mMのメルカプトエタノールで還元し、3M尿素、30%グリセロール、5mMシスタミン及び5mMシステインを含むpH8.5トリス塩酸緩衝液中で再生を行った。再び、Niアガロースカラムで精製したのち、精製物をエンテロキナーゼ消化を行い、融合タンパク質から数残基のHis及びエンテロキナーゼ切断配列を除去し、IL13を得た。その後、カチオン交換樹脂にて精製し、野生型IL13及び変異型IL13(Arg110Gln)を得た。それぞれが正しいIL13の構造を持っていることは^1H-^<15>N HSQCスペクトルにより確認した。野生型と変異型の各残基の動的挙動を調べるために、主鎖のN-Hシグナルの縦緩和、横緩和定数及びNOEを測定した。これらのデータに基づき、モデルフリーアナリシスを行って、オーダーパラメーター、Rex(いずれも内部運動の指標)を算出した。これらを野生型と変異型で比較したところ、IL13のDヘリックス領域に動きの違いが見られた。この領域は、変異体解析によりIL13が受容体と結合する部分であると推定されているので、変異体が野生型にべ、IL13受容体との結合力がわずかに低い理由が、分子運動の違いによることが示唆された。我々の研究グループでは、IL-13変異体(Arg112Gln)は野生型に比べ、デコイ(おとり)レセプターであるIL-13受容体α2に対し、異なる親和性を持つという予備的な知見を得ている。そこで、本年度は、この親和性の違いが、IL-13野生型とその変異体(Arg112Gln)の動的挙動の違いかどうかを明らかにする目的で研究を行った。動的挙動を解析するために、野生型IL-13及び変異体IL-13を^<15>N均一ラベル化する必要がある。タンパク質を効率的に^<15>Nラベル化することが報告されているPichia pastorisを用いて発現を行うため、それぞれのタンパク質に関して、ベクターの構築、宿主菌への形質転換を行った。定法に従い、培養を行ったが、得られたタンパク量は非常に少ないことがわかった(0.01mg/L以下)。そこで、発現系を大腸菌に変更するため、新たにベクターを構築した。大腸菌でヒト由来のタンパク質を発現させる場合、そのままタンパク質を発現すると発現量が非常に少ないことが知られている。その改善のため、タンパク質N末端にHis Tag(His x 6)を付加した。また、発現後、His Tagを除去できるように、His TagのC末側にエンテロキナーゼの切断配列である、Val-Asp-Asp-Asp-Asp-Lys配列を挿入した。

即ち、His Tag-エンテロキナーゼ切断配列-IL-13の順でタンパク質が発現するように、ベクター上で遺伝子構築した。大腸菌BL21(DE3)に形質転換し、形質転換体を培養したところ、目的のタンパク質が発現していることを確認した。これらは封入体として発現されているが、試験管内でのIL-13の変性還元条件からの活性化法については既に確立されているので、今後はこの方法によって、活性型IL-13を得る予定である。昨年度は、His Tag-エンテロキナーゼ切断配列(V-D-D-D-D-K)-IL-13の順で遺伝子を構築し、大腸菌を用いてこの融合蛋白質を大量に発現できたことを報告した。本年度は、まずその融合蛋白質からIL-13を得るために、融合蛋白質をエンテロキナーゼで消化した。しかし、融合蛋白質の溶解度が悪く、目的のIL-13をほとんど得ることができなかった。そこで、チオレドキシンとの融合蛋白質でIL-13を産生する発現系を構築した。その際にPreScission proteaseの切断サイトであるL-E-V-L-F-Q-G-PをチオレドキシンとIL-13との間に挿入した。PreScission proteaseはこの配列のFQとGPとの間を切断する酵素であるが、IL-13のN末端の2残基が、たまたまGP配列であるので都合がよい。この融合蛋白質の発現系を構築し、目的の蛋白質を産生したところ、1Lの培養液あたり30mg程度の変性融合蛋白質が得られた。この融合蛋白質を変性剤に溶解し、徐々に変性剤を除いて、融合蛋白質を再生させた後、pH8でこのプロテアーゼを作用させることにより、融合蛋白質よりIL-13を切断することができた。さらに、ゲルクロマトグラフィーを行いIL-13を精製した。同様な方法で、^<15>N均一ラベル化した融合蛋白質から、^<15>N均一ラベル化したIL-13を精製した。また、既報の手法に従いIL-13再生体を得た。同様な方法で、アレルギー患者に見いだされたIL-13の変異体(R112Q)の^<15>N均一ラベル体の調整も行った。野生型及び変異型IL-13についてNMRを用いて緩和解析を行った。
シリコンカーバイドを用いた高密度用新型二端子抵抗変化型不揮発性メモリ

世界で初めて考案した全く新しい構造と新しい動作原理に基づくシリコンカーバイトを用いた高密度化が可能な二端子構造の抵抗変化型不揮発性メモリ(RRAM)について、構造と基本作製プロセスと基本特性との相関を明確にした。また、本メモリを集積回路として構成するための現行製造プロセス温度と整合する低温作製プロセスを提示した。これらの結果から本メモリの次世代の集積化不揮発性メモリとしての展開が期待される。本研究で企画するメモリは、代表研究者が世界で初めて考案し、開発したSiC層を用いた新しい構造・新しい動作原理に基づく2端子型の抵抗変化型不揮発性RAM(RRAM)である。このメモリは、Si上にエピタキシー成長したSiC層を熱酸化することで形成した金属/SiO_2/SiO_x/SiC/Si/金属というMIS(金属-絶縁体-半導体)構造を有しており、SiCの酸化で形成される欠陥準位での電子の充放電で抵抗が変化する。本研究では、素子構造と作製プロセス条件、メモリ特性との相関、動作原理の解析の三位一体の把握を進め、全く新しい動作原理に基づいた、将来の中核となる低消費・高密度化2端子不揮発性メモリ(RAM)として、実用化の基盤技術を確立する。今年度は、基本構造設計技術の検討し、重要な構造制御として、適切な酸化膜の厚みのおおよその範囲を把握した。また、SiC層と酸化層が薄くなるにつれ閾値電圧が小さくなる傾向を把握し、素子構造と特性との相関の傾向を把握した。また、電子トラップ欠陥制御技術に関し、欠陥としてドナー性欠陥が主体であると考えられることが得られた。これは、ヒステリシスの制御に重要な結果である。また、いくつかの電極の仕事関数と特性と関係が得られた。電極とメモリ特性との相関を考慮しながら最適なメモリ特性を得るためのさらに詳細な電極形成法の探索に有効である。また、これまで、酸化やSiCの形成に1100°C以上の高温を用いてきたが、LSI MOSデバイスの850°C程度の形成温度に適合可能な酸化プロセスを考案して、メモリ特性が得られることを示した。さらに、1000°C以下の成膜が可能な方法で成膜したSiCを用いてメモリ特性が得られることを確認した。また、集積回路の構成に関して基本特許を2件出願した。以上、本メモリを展開する上で構造および作製法に重要な知見を得た。本研究で企画するメモリは、代表研究者が世界で初めて考案したSiC層を用いた新しい構造・新しい動作原理に基づく抵抗変化型不揮発性RAM(RRAM)である。このメモリは、金属/SiO_2/SiO_x/SiC/Si/金属というMIS(金属-絶縁体-半導体)構造を有しており、作製が容易で、資源的に豊富な元素から成ることで環境に優しいという大きな特色を持つ。本研究では、素子構造と作製プロセス条件とメモリ特性との相関および動作原理の解析を進め、実用化の基盤技術を確立する。これまで、1000°C以上のSiC成膜と酸化プロセスを用いてきた。前年度は基本原理と基本特性を解析し、さらに、周辺LSI回路の製造プロセス温度である850°C程度でSiO_2/SiO_xの酸化2層構造が作製可能なプロセスを提案した。今年度は、このプロセスを用いて、実際に850°Cのプロセス温度で、上記酸化2層構造が作製でき、メモリ特性を示すことを実証した。このプロセスで作製した場合、SiO_2の厚みの減少に伴って、ON(低抵抗状態)時の素子電流としてのトンネル電流が増加する傾向を把握した。また、直径100300μ程度の素子寸法の範囲では、電流密度の特性に変化のないことを示した。一方、もう一つの高温プロセスであるSiC成膜温度下げるために、スパッタ法を用いた3C-SiC成膜法を検討し、700°Cで成膜したSiCとSiO_2層を用いてメモリ特性の得られることを実証した。本SiC膜ではFTIRの測定から3C構造のSiC結晶が形成されていることが示唆された。以上の結果は、LSI製造プロセス温度に整合した本メモリの作製法が提供できることを示している。以上、これまで提案している動作原理を補強する結果が得られ、また、実用化の可能な作製プロセスを実験的に提案することができた。
高分子溶液の相分離における分子鎖凝集ダイナミクス

高分子希薄溶液の相分離における鎖の凝集キネティクスと個々の鎖のダイナミクスとの相関を明らかにするため、ポリメタクリル酸メチル希薄溶液を用いて、高分子鎖1本のコイル-グロビュール転移と鎖の凝集過程を研究した。コイル-グロビュール転移に関しては、以前に報告された特徴的な履歴現象(メモリー効果)が、鎖集団のサイズ分布に起因するものではなく、個々の鎖の応答に起因するものであることが、動的光散乱測定により示された。また、グロビュール内部の構造が放射光X線小角散乱測定により研究可能であることがわかった。鎖の凝集過程に関しては、静的・動的光散乱実験を行い、Smoluchowskiの理論との比較を行った。Smoluchowskiの理論に基づいて計算される凝集体の会合数分布を用いて、静的光散乱により得られる散乱関数及び重量平均分子量・z-平均二乗回転半径の経時変化と、動的光散乱により得られる自己相関関数及びz-平均拡散平均の経時変化が、それぞれ矛盾なく説明されることが示された。鎖の粘弾性に起因する高分子凝集構造の特徴的な応答の例として、ゲル化における履歴現象(メモリー効果)を調べた。ゼラチン水溶液のゲルは、多段階温度ジャンプ試験において、粘弾性関数の経時変化がガラスと同様のメモリー効果を示すことがわかった。また、定速度冷却試験では、ゲルの粘弾性関数の経時変化(エイジング)は温度変化速度に依存することがわかった。これらのゲル化における履歴現象は、旋光度の経時変化によっても観察された。旋光度と粘弾性の比較から、ゲルの履歴現象を構造の観点から特徴付け可能であることが示唆された。ゲル化において高分子鎖ダイナミクスがゲルのマクロな物性に影響を与える例として、透析による多糖類の異方性ゲルについて調べた。複屈折と放射光X線小角散乱を組み合わせた実験により異方性構造を明らかにし、構造形成のメカニズムについて検討した。高分子溶液では、高分子系特有のレオロジー的性質が相分離ダイナミクスに影響を与える。高分子希薄溶液の相分離ダイナミクスは、従来は剛体コロイド粒子系の凝集現象との類推で理解されてきた。しかし、高分子希薄溶液系において、分子鎖のレオロジーは、鎖の形態変化(コイル-グロビュール転移(CGT))の影響を受けると考えられる。本研究では、高分子希薄溶液の相分離過程を詳細に調べ、相分離ダイナミクスに対する、個々の鎖の内部自由度(形態変化)の影響を検討した。高分子希薄溶液のモデル系として、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)溶液を用いた。希薄溶液中のPMMA鎖の凝集速度は、相分離温度以下でのクエンチの深さとともに増加せず、複雑な挙動を示した。また、この挙動は、鎖のCGTを考慮した鎖の2体相互作用の挙動の計算結果と相関があることが示された。また、鎖の凝集過程における鎖の形態の影響について調べるため、溶液に2段階のクエンチ(急冷)を行い、初期条件としての鎖の構造と、凝集過程の相関について調べた。1段階目のクエンチの時間に対して、凝集速度は極小値を持つことが示された。鎖のCGTにより、鎖の凝集が抑制されること、長い1段階目のクエンチでは、凝集核の生成による凝集の促進が生じることが示唆された。高分子の凝集とコロイド粒子の凝集との類推の妥当性について検討するため、散乱関数における凝集体のサイズ分布の効果について解析した。具体的には、コロイド粒子の凝集を表現するSmoluchowskiの式を用いて凝集体のサイズ分布と散乱関数を計算し、実験で得られた散乱関数と比較した。比較的小さいクエンチでの凝集現象については、散乱関数はと計算がほぼ一致した。また、生体高分子の構造変化と凝集現象(及びゲル化)との関連を調べるため、タンパク質、多糖溶液の凝集現象と異方性ゲル化についての研究に着手した。

旋光度と粘弾性の比較から、ゲルの履歴現象を構造の観点から特徴付け可能であることが示唆された。ゲル化において高分子鎖ダイナミクスがゲルのマクロな物性に影響を与える例として、透析による多糖類の異方性ゲルについて調べた。複屈折と放射光X線小角散乱を組み合わせた実験により異方性構造を明らかにし、構造形成のメカニズムについて検討した。
義歯床下圧測定ならびにPET骨代謝定量による義歯床下骨代謝反応の検討

義歯(入歯)装着後の義歯床下骨組織の経時的な骨代謝回転の様相を調べる為に,義歯装着0日,1週・6週・13週後にNaF-PET/CT撮像を行った.13週の全実験期間を通して,CT画像より明らかな骨の形態変化は認められず,CT値にも変化はみられなかった.一方,PET-SUV値は,6週後まで経時的に上昇し,その後下降に転じた.これらの結果から,義歯装着により義歯床下骨組織の代謝回転が亢進し,リモデリングが積極的に進むことが示唆された.義歯(入歯)装着後の義歯床下骨組織の経時的な骨代謝回転の様相を調べる為に,義歯装着0日,1週・6週・13週後にNaF-PET/CT撮像を行った.13週の全実験期間を通して,CT画像より明らかな骨の形態変化は認められず,CT値にも変化はみられなかった.一方,PET-SUV値は,6週後まで経時的に上昇し,その後下降に転じた.これらの結果から,義歯装着により義歯床下骨組織の代謝回転が亢進し,リモデリングが積極的に進むことが示唆された.本研究では,1)咀嚼時の義歯床下圧力動態を生体内測定および義歯設計が床下圧力動態に与える影響を検討2) PET/CT画像解析にて,義歯装着による床下顎提の骨代謝動態を解析1)と2)を対応させることにより,義歯装着時の負荷により生じた床下圧力分布に対応した床下骨組織反応の詳細を明らかにし,顎提吸収を惹起する圧力,またそのような圧力を生じさせない義歯設計を検討することを目的とする.今年度は,予備実験としてPET撮像条件の検討を行った.その結果,撮像時間を20分と長くすることにより, RIトレーサーNaFの投与量を1.0 mCiにまで減らした際にでも,明瞭な画像を得ることに成功した.このことにより,全3回の撮像で,総被爆線量は,公衆の特殊な条件下における線量限度5mSV/年(ICRP 1990年勧告Pub. 60)以内におさめられることが確認された.さらに、義歯粘膜面に加わる圧力の多点同時測定を行うために,シート型触覚センサを義歯粘膜面に貼付して,生体内にて床下圧力分布をリアルタイム測定する手法を確立している.現在,研究の主旨・内容について十分に説明をし,同意の得られた被験者において実験義歯を製作中であり,次年度よりPET撮像を開始する予定である.本研究は,義歯床下圧力動態をヒトにおいて生体内測定するとともに,義歯床下骨組織の骨代謝動態を分子イメージング的方法;NaF/PET画像解析により定量評価することで,その両者の関連を検索し,義歯床下における力と顎堤骨組織の反応の詳細を明らかにすることを目的として行い,以下の結果および成果を得た.(1)PETの撮像条件:通常の全身PET撮像はNaF5.0mCiを用い2030分の撮像時間を要するが,顎骨部のみで撮像時間を20分にまで延長することにより,NaF1.0mCiの投与で,鮮明な画像を得た.この方法により1回の撮像における被ばく量を抑え,同一被験者において経時的に複数回撮像することが可能となった.(2)骨代謝の経時的測定:下顎にKennedy I級の遊離端欠損を有し,同部に義歯の使用経験がない被験者に,片側性遊離端義歯を適用し,義歯装着0日,1週間,6週間後に顎骨部のPET/CT撮像を行った.その結果,6週間の実験期間を通して,CT値の変化はみられなかったが,SUVは,0日(3.5),1週間後(4.2),6週間後(5.3)と,義歯装着後経時的に上昇した.これらのことから,義歯装着により,義歯床下骨組織の骨代謝回転が亢進し,リモデリングが積極的に進むことが示唆された.(3)骨代謝活性と床下圧力の相関関係:PET/CT撮像時に,義歯床下圧力測定部位をマークしたステントを装着することにより,PET/CT画像と義歯床下圧力分布を照合させる手法を確立した.