hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
癌細胞における成熟mRNA再スプライシングによって生じる異常転写産物の網羅的探索

イントロンの長さは100塩基以下のものから数十万塩基にも及ぶ巨大なものまで多様である。従ってスプライシング反応のイントロンが切出される際に生じる副産物<投縄状RNA中間体>の大きさもまた多様である。次世代シークエンサーを用いた癌細胞由来投縄状RNAスプライシング中間体の網羅的な配列決定には、様々なサイズの投縄状RNAから高品質のライブラリー作製が必須である。しかしながら特に巨大な投縄状RNAは生化学的にも物理的にも壊れやすく、高品質の投縄状RNAを精製することが非常に困難であった。様々なRNA抽出法を試した結果、ゲノムDNA抽出操作と同様全ての操作に物理的にマイルドな処理を行うことが重要であった。今回直面し解決した問題点に留意しながら現在高品質投縄状RNA中間体ライブラリーの作製を行っている。我々はこれまでに、このTSG101遺伝子の異常転写産物が、成熟mRNAが再びスプライシングされてしまうという、mRNA品質管理上本来起きてはならないことが癌細胞で起きてしまうことに由来するという事実を発見した。再スプライシング現象の証明は、RNase Rを用いてエクソンの配列のみからなる投げ縄状RNA中間体の存在することによって示した。本研究では癌由来細胞の全RNAをRNase Rで処理することにより投げ縄状RNA中間体ライブラリーを作製し、これを次世代シークエンサーによる配列解析することにより再スプライシングによって生ずる癌細胞特異的異常転写産物を網羅的に探索する(Lariat seq)ことを目的とした。予備的な実験としてTSG101遺伝子以外にも再スプライシングを受ける可能性がある遺伝子が有るか否か探索した。その結果FHIT(Fragile Histidine Triad)遺伝子が候補として見つかった。TSG101と同様に再スプライシングが生じることの証明を行ったがその過程に於いて、実験手技的に大きな困難に直面した。それはFHIT遺伝子のイントロンの多くが100kbを超える非常に巨大な物であることに依拠していており、RNase Rによる投げ縄状RNAの検出は困難を極めた。巨大投げ縄状RNAはその抽出時に酵素的な分解はもちろん、その長さ故に物理的に剪断を受ける可能性も非常に高く、一度でも剪断が入りサーキュラーな構造が破壊されるとRNase Rによって簡単に完全分解されてしまう。しかしながらその解決法はむしろシンプルであり、Total RNA抽出の際、ゲノムDNA抽出操作と同程度マイルドな処理を行うことにより解決し、FHIT遺伝子も成熟mRNA再スプライシングを受けるということを証明することが出来た。ヒトの遺伝子の構造は複雑でイントロンの長さも短い物から100kbを超える非常に長い物まで多様である。網羅的な解析を行うためには高品質の投げ縄状RNA中間体ライブラリーを作製することが非常に重要である。今年度直面し解決した問題点に留意しながら現在高品質投げ縄状RNA中間体ライブラリーの作製を行っている。
歯根尖閉鎖時における基質小胞性石灰化機構の解明

近年、日本小児歯科学会が報告した「小児の歯の外傷の実態調査」において幼若永久歯の頻度の高さが浮き彫りになった。外傷により歯髄処置を必要とする幼若永久歯の症例は多い。しかし、完全抜髄および感染根管処置後の失活歯に対する根管充填処置(Apexification)に伴う根尖閉鎖にはその石灰化機構に不明な部分が多い。そこで今回、歯根の形成や根尖閉鎖に大きくも関与する象牙芽細胞層やApexification後の歯根部の骨様硬組織形成に関与する歯根膜組織の石灰化(特に基質小胞性石灰化)に焦点を置き、研究を進めた。基質小胞は軟骨や歯などの硬組織石灰化部位の細胞外基質に存在する小胞であり、初期石灰化に重要な役割を演じるとされている。この小胞は細胞からの発芽により形成されるため、細胞の形質膜由来と思われるアルカリホスフアターゼ(ALP)を高濃度に含む。また小胞の細胞質内に乳酸脱水素酵素(LDH)やProtesaseの存在が報告されている。本研究で我々は、胎生4ヶ月のウシの歯胚から象牙芽細胞層を摘出し、Aliの方法に従い、基質小胞画分を取り出し、ALP, LDH, Proteaseを指標酵素として検索を行った。以下の結果を得た。2.基質小胞中のProteaseはAl2+,Zn2+,Fe2+,Co2+を必要とするMetalloproteaseであった。3.歯根膜組織についても同様の小胞が存在し、詳細に検索中である。以下の結果を得た。1996年に日本小児歯科学会が発表した「小児の歯の外傷の実態調査」において幼若永久歯の外傷の頻度の高さが改めて浮き彫りになった.外傷により歯髄処置を必要とする幼若永久歯の症例は、多い。しかし完全抜髄および感染根管処置後の失活歯に対する根管充填処置後(Apexification)に伴う根尖閉鎖には、その由来の細胞や石灰化機構に不明な部分が多い。また添加された硬組織の不十分な石灰化が指摘されている。今回、我々は歯根の形成に関与する象牙芽細胞の基質小胞性石灰化に焦点を置いた。実験材料は、胎生8ヶ月のウシの歯胚を使用し、象牙芽細胞および象牙前質を分離し、Aliの方法に従い、コラゲナーゼ処理後、分画遠心により基質小胞画分を調製した。得られた基質小胞画分を蔗糖密度勾配遠心法により分画後、Alkaline phosphatase (ALP)、Protease、Lactate dehydrogenase (LDH)を指標酵素として検索を行い、以下の結果を得た。2.基質小胞中のProteaseは、Zn^<2+>,Fe^<2+>,Co^<2+>をを必要とするMetalloproteaseであった。3.現在、基質小胞中のmetralloproteaseを精製中で、今後DNAsequenceを同定する予定である。4.セメント芽細胞層についても同様に検索中である。そこで今回、歯根の形成や根尖閉鎖に最も関与すると考えられている象牙芽細胞層Apexification後の歯根部の骨様硬組織形成に関与する歯根膜組織の石灰化(特に基質小胞性石灰化)に焦点を置き、研究を進めた。平成14年度および平成15年度の両年度に次のことを明らかにした。

実験材料は、胎生5ヶ月のウシの歯胚を使用し、象牙芽細胞および象牙前質を分離し、Aliの方法に従い、コラゲナーゼ処理後、分画遠心二より基質小胞画分を調製した.得られた基質小胞画分を蔗糖密度勾配遠心法により分画後、Alkalinephosphatase (ALP),Lactate dehydrogenase (LDH),proteaseを指標酵素として検索を行い、以下の結果を得た。1.ALP, LDH, proteaseを含む基質小胞の外に、proteaseを含まず、密度の高い基質小胞様小胞が存在することを明らかにした。2.基質小胞中のproteaseは、Zn^<2+>,Co^<2+>を必要とするMetalloproteaseであった。3.現在、基質小胞中のproteaseを精製中である。4.胎生8ヶ月においても同様の結果が得られた。5.ウシ歯根膜組織に関しても検索中である。
小津安二郎研究

本研究は映画テキストの分析がビデオの登場によって活字テキストと同様の方法により可能となったことの試行として行われた。小津安二郎テキスト(映画・脚本など)に散りばめられた情報をあたう限り渉猟し、それをありとあらゆる文化テキストと関連させ分析するということである。そのために臨地研究に大きな比重を割いた。研究地は北海道、東京都、茨城県、千葉県、神奈川県、長野県、静岡県、愛知県、三重県、大阪府、京都府、兵庫県、奈良県、岡山県、広島県、山口県、島根県、鳥取県、香川県、米国ニューヨーク市などに及ぶ。その結果(11)、C18(6)に掲載した成果を発表した。それぞれの作品論は、いずれもこれまでの小津安二郎研究の中でもっとも細部にこだわったものとなった。小津論の基礎を築きつつあるといっていい。本研究を批判・検討することで小津研究が深まっていくことが期待される。本研究の期間内に分析した主な作品は『淑女と髯』、『一人息子』、『長屋紳士録』、『風の中の牝鶏』、『麦秋』、『東京物語』、『東京暮色』、『お早よう』、『秋刀魚の味』。今後の計画としては小津安二郎全作品の作品論を積み上げていくことと「小津安二郎地名事典」の作成を挙げたい。山中貞雄との交流にも注目した。特筆したいのは、これまでの小津研究・山中研究で、日中戦争のさなか1938年1月12日小津安二郎と山中貞雄が再会した場所が句容とされてきたのを、南京郊外湯山鎮のことであると推測したことである。小津安二郎の戦争中の足跡についてはまだまだ不明な点が多く、これまた今後の研究課題としたい。本来はフィルムであるところの小津安二郎テキストに直接接する機会は残念ながら限られている。そこで本研究では主にビデオやLDを使用している。実はこれらにはフィルムにはないメリットもある。それは自在に止めたり戻したり出来ること。つまりビデオ使用により、長らく記憶と印象に頼りがちだった映画論は書物と同様な分析が可能になったのだ。本研究ではこのまだ未発達のビデオによるテキスト分析を採用する。また、それを助ける目的でロケ地や関連の場所を訪ねる臨地調査を行った。平成14年度は広島県・愛媛県・岡山県・東京都・群馬県・長野県・三重県・神奈川県を訪れた。各地での成果は順次発表されるが、一二触れれば、瀬戸内海の大久野島毒ガス資料館では旧日本陸軍の毒ガス兵器について多くの知見を得た。小津は中国大陸で毒ガス作戦に従事したが、そのことと小津の作品等の関連に触れた研究はほとんどない。三重県飯高町では小津が宮之前尋常小学校の代用教員だった時の教え子柳瀬才治氏から当時の様子を聞くことが出来た。年度内に発表した論文(「痙攣するデジャ・ヴュ--ビデオで読む小津安二郎--(7)『東京暮色』--女たちに降る雪は--」『北海道武蔵女子短期大学紀要』35)では、これまで失敗作とされてきた『東京暮色』を「東京物語」と相補的な位置を占める傑作であることを主張した。ほかに小津関連の短評や書評がある。また、平成15年夏にはまとまった成果として『はじめての小津安二郎』(PHP新書)が刊行予定である。2003年は、小津安二郎にとって生誕100年、没後40年の特別な年であった。国内はもとより、ドイツ、香港、アメリカなどで映画祭特集や回顧上映が組まれた。本研究もその恩恵に浴した。

臨地調査で訪れたのは、三重県、愛知県、東京都、神奈川県、島根県、長野県であった。本補助金以外であるが、ニューヨーク映画祭に参加した。アメリカ人の反応を直に見ることが出来たのは大きな収穫であった。各臨地研修地では昨年同様多大な収穫や発見があり、順次論文等に生かされる。小津ハマ、井上和男、柳瀬才治、三上真一郎各氏をはじめ、小津安二郎ゆかりの人々から取材することも出来た。年度内に発表した主要論文は「痙攣するデジャ・ヴュー-ビデオで読む小津安二郎--(8)『お早よう』--放屁とテレビ--」(『北海道武蔵女子短期大学紀要』36)。本論において、高度経済成長期に大きく変容した日本の生活をテレビをはじめとする家庭電化製品の普及を通して考察した。また、放屁文学という観点から『お早よう』を位置づけようと試みた。映画作品における放屁というテーマはまだ手付かずであるが、これを端緒としていきたい。過去10年の小津研究のまとめとして『小津安二郎・生きる哀しみ』(PHP研究所)を刊行した。映画研究がビデオの登場によって飛躍的に進化したという主張の上に、小津作品を書物同様の方法で分析したもので、これまでの映像論を批判・超越するものである。小津安二郎の作品中『東京物語』はもっとも多くの読者を獲得してきた。『Tokyo Story』がアキ・カウリスマキの方向性を決定し、映画監督誕生に導いたことは、よく知られたエピソードである。今年度の主要実績は「痙攣するデジャ・ヴュ-ビデオで読む小津安二郎-(9)『東京物語』-死の影の下に-」(『北海道武藏女子短期大学紀要』37)である。『東京物語』は旅の物語。長時間にわたる鉄路による移動が、まだ人生そのものを象徴していたような高度経済成長以前の日本。これまでの映像分析同様、ショットショットにこだわり小津安二郎の創作意識を明らかにした。それは、平山医院における消える消毒スタンドなどの具体例で指摘した。小津にとって重要なのは整合性よりも各ショットを絵として捉えることなのだった。それが小津という作家の美意識である。この作品には死の影が色濃く投影している。直接的には物語の中で死んでいく平山とみ(東山千栄子)であるが、より大きな影として、戦地から帰還しない次男・昌二に象徴される先の大戦における膨大な死者を挙げよう。昌二は「戦死」と脚本に書かれているが、フィルムそのものを真摯に読む限り、昌二の死は確定したものではないという新説を提出した。位牌などがないからである。戦後8年間も宙ぶらりんの状態に置かれている昌二の嫁・平山紀子(原節子)は日本の多くの女を代表するファム・ファタール(運命の女)であった。小津安二郎と山中貞雄はともに日中戦争に従軍した。その間一度だけふたりは会っている。南京事件渦中の1938年1月12日、南京郊外でのことである。これまでの研究では、それは句容でのこととされてきた。本研究ではそれが、南京市内湯山鎮にある現・中国人民解放軍砲兵学院南京分院でのことであったと断定した。小津安二郎・山中貞雄研究史の年譜的事実の訂正を促す成果である。山中との対面をはじめとして、日中戦争が小津安二郎の精神および作品に与えた影響の大きさは計り知れない。過年度までの本研究では、『秋刀魚の味』(1962年)における平山周平(笠智衆)のあの戦争に「敗けてよかった」という感慨を高度経済成長期日本人の逆転の発想と捉えていた。今年度の研究では、それだけにとどまらず、小津が南京をはじめとして中国大陸で体験した「戦争」を踏まえた実感の表出でもあったことを明らかにした。
修辞学、詩学、俗語文学におけるマニエリスム的造形原理の実証的・文献学的研究

ジュリオ・カミッロを中心とする一六世紀前半の修辞学・詩学・同時代文学におけるマニエリスム的造形原理について、イタリア語とラテン語原文の翻訳と註釈を手法として研究した。とくに、ジュリオ・カミッロの『劇場のイデア』の詳細な翻訳研究書を完成して出版することができた。さらに、アルベルティ『絵画論』の一六世紀における受容様態についても新知見を得ることができた。挑戦的萌芽研究の成果をもとにして、ジュリオ・カミッロに焦点を合わせた研究課題「マニエリスムの時代の眼-ジュリオ・カミッロの美術論の再構成に基づく」が生まれた。これは平成22年度から26年度科学研究費基盤研究(C)(代表者は足達)として採択された。この研究では挑戦的萌芽研究で得た知見をさらに具体化し、総合的な成果を生みだすことを目的としている。挑戦的萌芽研究ではさらに、エラスムスとカミッロの模倣をめぐる論争が同時代の美術に与えた影響という新課題も得ることができた。本研究の成果は以下で発表された。(1)ジュリオ・カミッロ『劇場のイデア』足達薫訳、ありな書房、2009年pp.1-358。(2)「マニエリストはアルベルティをどう読んだかドメニキ版『絵画論』とサルヴィアーティの関係についての研究」足達薫、弘前大学人文学部編『人文社会論叢(人文科学篇)』、第21号、pp.1-24、2009年。(3)石鍋真澄監修、石鍋真澄・元木幸一・森雅彦執筆『ルネサンス美術館』小学館、2008年10月28日。執筆箇所、pp.300-301(ジョルジョーネ《嵐》解読)、332-333(ジュリオ・カミッロ)研究実績の概要日本でのイタリア美術史・思想史・文学史関連資の原典料の調査と研究(1)マニエリスムの造形理論の形成と展開を、同時代の原典資料の中に跡付け、その整理を行った。とくにジュリオ・カミッロ『模倣論』『雄弁のイデア』におけるマニエリスム理論に注目し、昨年度のルネサンス研究会にて研究発表を行い、さらにそれを弘前大学人文学部紀陽に論文として掲載した。(2)エラスムスとピエトロ・ベンボ、ジュリオ、カミッロの間で行われた「キケロ崇拝」およびラテン語文体論についての論争の経緯をたどり、マニエリスム様式の発生期の具体的議論を再構成しようとした。2.ローマにおける原典資料の調査と研究(1)ローマ国立中央図書館とカザナテンセ図書館を利用し、日本国内では難しかった諸点を補足する資料研究を行った(3月)。特筆に価するのは、ジュリオ・カミッロ『劇場のイデア』(1550初版)において、これまでの研究では特定されなかったいくつかの引用、とくにヒエロニムスとオリゲネスが語る影についての理論の典拠を特定することができた。(2)マニエリスムの時代に新しい関心を呼んだ記憶術について、カザナテンセ図書館で開催されていた研究発表会に参加することができた。あらたな刺激をうけるとともに、自分の研究が世界規模の大きな流れの一端に連なっていることを自覚し、これからの研究にも拍車がかかった。ここに記して感謝したい。1.日本でのイタリア美術史・思想史・文学史関連資の原典料の調査と研究・マニエリスムの造形理論の形成と展開を、同時代の原典資料の中に跡付け、その整理を行った。継続しているジュリオ・カミッロの文献の研究に加えて、彼の同時代における仮想敵国であったエラスムスの『キケロ派』というテクストに着目し、そこに示された造形美術論を、マニエリスムの重要な証言として提示する新しい発想を得た。平成21年度中に、美術史か美学、いずれかの研究学会で成果を発表し、研究者たちからの意見を仰ぐ予定である。・ジュリオ・カミッロ『劇場のイデア』(1550)の翻訳と詳細な注釈、および図解をあつらえた版本の原稿を完成した。これは今年度内に出版予定である。また、1544年に出版されたアルベルティ『絵画論』の版本に付された序文に、マニエリスムの重要な手がかりを見出し、それとサルヴィアーティの絵画様式を比較検討する論文を発表した。・フォンテーヌブロー城の「フランソワー世のギャラリー」関係の資料を収集・読解することも開始した。これは、(フィレンツェ、パラッツォ・ヴェッキオのフランチェスコー世のストゥディオーロと並んで)マニエリスム様式とその理論的背景をむすびつける重要な事例であり、その核心および意義を捉えることが、本研究の重要な課題としてあらたに浮かび上がってきた。21年度の研究では、フォンテーヌブローの問題を視野に入れて進めていきたい。2.ローマにおける原典資料の調査と研究・ローマ国立中央図書館で、日本国内では確認できなかった事項を確認した(9月)。

これは平成22年度から26年度科学研究費基盤研究(C)(代表者は足達)として採択された。この研究では挑戦的萌芽研究で得た知見をさらに具体化し、総合的な成果を生みだすことを目的としている。挑戦的萌芽研究ではさらに、エラスムスとカミッロの模倣をめぐる論争が同時代の美術に与えた影響という新課題も得ることができた。本研究の成果は以下で発表された。(1)ジュリオ・カミッロ『劇場のイデア』足達薫訳、ありな書房、2009年pp.1-358。(2)「マニエリストはアルベルティをどう読んだかドメニキ版『絵画論』とサルヴィアーティの関係についての研究」足達薫、弘前大学人文学部編『人文社会論叢(人文科学篇)』、第21号、pp.1-24、2009年。(3)石鍋真澄監修、石鍋真澄・元木幸一・森雅彦執筆『ルネサンス美術館』小学館、2008年10月28日。執筆箇所、pp.300-301(ジョルジョーネ《嵐》解読)、332-333(ジュリオ・カミッロ)
疾病発症起点となるG蛋白活性制御因子の同定

G蛋白共役受容体を介する情報は、細胞における非常に重要な情報伝達系であり、疾病の発症・進展に密接に関与する。近年の研究は、G蛋白が、細胞内で受容体以外の蛋白(G蛋白活性制御因子)によって活性化されることを明らかにした。申請者は心筋虚血下で発現する新規G蛋白活性制御因子を同定したが、本研究は、これを発展させ、頻脈モデル、心肥大モデルから病態特異的に発現する新たなG蛋白活性制御因子を同定することを目的とした。マウス心負荷モデルの左心室よりcDNAライブラリーを作製し、特殊な酵母システムを用いて心肥大に関与し得るG蛋白活性調節因子の同定を試みた。圧負荷心肥大モデルは上行大動脈縮窄により作成し、手術1週間後に左心室を摘出した。頻脈心負荷モデルでは埋め込み型浸透圧ポンプを用いてアドレナリンβ受容体刺激薬であるイソプロテレノールを1週間持続注入し左心室を摘出した。それぞれの16匹および18匹の左心室からmRNAを抽出しcDNAを合成、酵母発現ベクターにクローニングしスクリーン用cDNAライブラリーを作成した。作成したcDNAライブラリーを酵母に導入し、機能的スクリーンを行った。この酵母系ではG蛋白共役受容体が欠如し、酵母G蛋白の代わりにヒトGαi3、ラットGαSあるいはヒトGα16が発現している。さらにcDNAライブラリーにより導入された蛋白がG蛋白を活性化すれば酵母が増殖するようにG蛋白刺激伝導系に修飾が加えられている。スクリーンの結果、既報G蛋白活性調節因子であるAGS2、AGS3、RGS12の同定に加え、同一機能蛋白群に属する3種類の新規G蛋白活性調節因子候補蛋白の検出に成功した。現在、同定した蛋白とG蛋白との直接相互作用、活性調節作用、細胞生理機能等機能解析を進めている。マウス心負荷モデルの左心室よりcDNAライブラリーを作製し、酵母を用いて心肥大に関与するG蛋白活性調節因子の同定を試みた。1.心負荷モデル動物の作製:(1)圧負荷心肥大モデル:マウス上行大動脈を絹糸にて縮窄し、左心室圧負荷モデルを作成した。手術1週間後に心臓を摘出、心肥大(心室重量の増加)のみられた16匹の左心室よりcDNAライブラリーを作製した。(2)頻脈モデル:埋め込み型浸透圧ポンプを用いて非選択的アドレナリンβ受容体刺激薬であるイソプロテレノールを60ug/9/dayで1週間持続注入をおこなった。1週間後に心肥大のみられた18匹の左心室よりcDNAライブラリーを作製した。2.cDNAライブラリーの作製:それぞれのプールされた左心室からmRNAを抽出しcDNAを合成、酵母発現ベクターにクローニングし酵母によるスクリーン用のcDNAライブラリーを作成した。3.酵母による機能的スクリーン:作成したcDNAライブラリーを酵母系に導入し、機能的スクリーンを行った。この酵母系ではG蛋白共役受容体が欠如しており、酵母G蛋白の代わりにヒトGαi3、ラットGαSあるいはヒトGα16が発現しており、cDNAライブラリーにより導入された蛋白がG蛋白を活1生化すれば酵母が増殖するようにG蛋白刺激伝導系に修飾が加えられている。今回はGαi3、GαS、Gα16が発現している酵母を用いて圧負荷心肥大モデル、頻脈モデルの左室心筋由来のcDNAライブラリーをスクリーンした。既報G蛋白活性調節因子であるAGS2、AGS3、RGS12の同定に加え、同一機能蛋白群に属する3種類の新規G蛋白活性調節因子候補蛋白の検出に成功した。平成19年度は同定されたG蛋白活性調節因子候補蛋白の機能解析を進め、これら蛋白とG蛋白との直接相互作用、活性調節作用、細胞生理機能の検討を行う予定である。

マウスにおいて大動脈縮窄による圧負荷心肥大モデルおよびアドレナリンβ受容体刺激薬イソプロテレノールの持続注入による頻脈モデルを作製し、その左心室よりcDNAライブラリーを得た。これを、Gαi3、GαSあるいはGα16を発現している酵母に導入し心肥大に関与するG蛋白活性調節因子の同定を試みた。スクリーンの結果、3種類の新たなG蛋白活性制御因子が同定された。現在までの検討で得られた結果を以下に示す。1)既報G蛋白活性調節因子であるAGS2、AGS3、RGS12の同定に加え、同一機能蛋白群に属する3種類の新規G蛋白活性調節因子の検出に成功した。なお、複数回にわたる既報G蛋白活性調節因子の検出はスクリーンシステムが正しく機能していたことを示した。2)興味深いことにこれら3種類の蛋白は機能的に相補性のある同一ファミリーの転写因子であった。興味深いことに、そのうち1つの転写因子は心肥大に関与することが最近報告された。一方、これら同定された蛋白とG蛋白との相互作用については報告がなされていない。3)3種類の新規G蛋白活性調節因子はいずれもその生物活性にGα16を選択的に必要としたことから、Gα16の活性調節因子として作用すると考えられた。4)新規G蛋白活性調節因子は、肥大心組織でともに発現が上昇していた。今後は同定されたG蛋白活性調節因子の機能解析をさらに進め、これら蛋白とG蛋白との直接相互作用、活性調節作用、細胞生理機能、心肥大への関与の検討を行いたい。
汚泥スラグおよび焼却灰を原料とするガラスおよびガラスセラミックスの製造

わが国においては埋め立て処分場が少なくなり、廃棄物の処理処分が大きな社会問題になっている。下水処理場で生じる大量のヘドロ状汚泥、また膨大な量のごみを焼却した後に残る大量の灰も、処理処分が困難になっている問題の一つである。ヘドロ状下水汚泥およびごみ焼却灰から有機物を除去した残渣はSiO_2-CaO-Al_2O_3-Fe_2O_3系を主成分とした無機物質であり、のセラミックスあるいはガラスの原料となり得る。得られるガラスあるいはガラスセラミックスの色の調整および長期にわたる化学的耐久性は再利用のため重要である。これらの廃棄物を熔融冷却して得られたガラスは強く着色していた。着色の原因は、炭素、シリコン、あるいは金属鉄が非常に細かい粒子としてガラス中に均一に分散しているためであると推定した。不透明粒子がガラス中に分散している場合の光吸収係数の計算機シミュレーションにより、化学分析の精度以下の量であっても100nm程度の微粒子であれば吸収係数が非常に大きくなり完全に不透明になり得ることを明らかにした。またpHが3,7,10の水溶液中でのガラスの溶出試験を行ない、溶出量をICPで分析した。その結果、下水汚泥を原料とするガラスの化学的耐久性はpHが7,10では一般の窓ガラスと同じ程度であるが、pHが3の酸性領域ではやや悪いことがわかった。これらのスラグガラスをより強度の大きい結晶化ガラスにするために適当な結晶核形成前の探索を行なった。スラグガラスと同じ化学組織で、それに種々の成分を少量添加した組成のガラスを化学試薬から調製し、熱処理して結晶化させた。析出結晶化物の断面の顕微鏡観察を行なった。その結果、TiO_2,ZrO_2はガラスの主要成分となるため核形成に寄与しないが、硫化物が核形成速度を促進することを見いだした。硫化物を加えることにより、FeSの微結晶が析出し、それが主結晶相の核形成剤になることがわかった。わが国において、下水処理場に生じる大量のヘドロ状汚泥の処分法が問題となっている。また大量のごみを焼却した後に残る灰の量も多く、処理処分が困難になっている。ヘドロ状下水汚泥から有機物を除去した残渣はSiO_2-CaO-Al_2O_3-Fe_2O_3系を主成分とした無機物質であり、一般のセラミックスあるいはガラスの原料となり得るものである。焼却灰は似たような組成であるが酸化鉄成分が少ない。また得られるガラスあるいはガラスセラミックスの色の調整は応用上非常に重要である。本研究ではこれらの廃棄物を原料としてガラスおよびガラスセラミックスの製造を試みた。これらの廃棄物をアルミナ坩堝に入れ、1400°Cで熔融した。冷却後の融液はX線回折よりガラスであることが確かめられた。これらのガラスは酸化鉄を含有するためか黒く着色し不透明であった。ガラスの化学組成を蛍光X線およびICPにより分析した。着色の原因を解明し、色調調整の可能性を調べるために化学試薬を原料として、同じ組成で酸化鉄含有量の異なる種々のガラスを調製した。またガラス中での鉄イオンの存在状態(Fe^<2+>/Fe^<3+>比)を化学分析により決定した。化学試薬から調製したガラスとスラグガラスを比較すると、酸化鉄含有量が同じ場合、化学試薬からのガラスは着色度が非常に小さかった。着色度のちがいの原因としてスラグガラス中には炭素が含まれていると考えられる。ガラス中の炭素の化学分析による定量は困難であった。そこで化学試薬原料に有機物(グルコース)を多量に加えて熔融法により炭素を含むガラスの調製を行った。これらの結果より、スラグガラスの着色は酸化鉄および炭素ににより生じることがわかった。また色調調整の可能性が見いだされた。

スラグガラスと同じ化学組織で、それに種々の成分を少量添加した組成のガラスを化学試薬から調製し、熱処理して結晶化させた。析出結晶化物の断面の顕微鏡観察を行なった。その結果、TiO_2,ZrO_2はガラスの主要成分となるため核形成に寄与しないが、硫化物が核形成速度を促進することを見いだした。硫化物を加えることにより、FeSの微結晶が析出し、それが主結晶相の核形成剤になることがわかった。わが国においては埋め立て処分場が少なくなり、廃棄物の処理処分が大きな社会問題になっている。下水処理場で生じる大量のヘドロ状汚泥、また膨大な量のごみを焼却した後に残る大量の灰も、処理処分が困難になっている問題の一つである。ヘドロ状下水汚泥から有機物を除去した残渣はSiO_2-CaO-Al_2O_2-Fe_2O_3系を主成分とした無機物質であり、一般のセラミックスあるいはガラスの原料となり得るものである。焼却灰も似たような組成である。得られるガラスあるいはガラスセラミックスの色の調整は応用上非常に重要である。また路磐材などに使用するためには長期にわたる科学的耐久性が重要である。平成7年度においてはこれらの廃棄物を熔融冷却して得られたガラスが強く着色していたのでその着色の原因を調べた。その結果、炭素、シリコン、あるいは金属鉄が非常に細かい粒子としてガラス中に均一に分散しているためであると推定した。しかしこれらの粒子は化学分析、X線回析などでは検出できなかった。平成8年度においては計算機シミュレーションによりある一定量の不透明粒子がガラス中に分散している場合の光吸収係数の予測を行った。その結果、化学分析の精度以下の量しか含まれていなくても100nm程度の微粒子として分散していると吸収係数が非常に大きくなり完全に不透明になり得ることを明らかにした。このような微細粒子分散機構について今後研究する必要がある。またpHが3、7、10の水溶液中でのガラスの各成分の溶出試験を行い、溶出量をICPで分析した。その結果、下水汚泥を原料とするガラスの化学的耐久性はHが7、10では一般の窓ガラスに使われているソーダ石灰珪酸塩ガラスと同じ程度であるが、pHが3の酸性領域ではやや悪いことがわかった。これは酸化燐が多量に含まれているためであろう。したがって化学組成の調整変更が必要であろう。ヘドロ状下水汚泥から有機物を除去した残渣はSiO_2-CaO-Al_2O_3-Fe_2O_3系を主成分とした無機物質であり、一般のセラミックスあるいはガラスの原料となり得るものである。得られるガラスあるいはガラスセラミックスの色の調製は応用上非常に重要である。また路盤材などに使用するためには長期にわたる化学的耐久性が必要である。平成7年度においてはこれらの廃棄物を溶融冷却して得られたガラスが強く着色していたのでその着色の原因を調べた。平成8年度において計算機シミュレーションにより、不透明粒子がガラス中に分散している場合の光吸収係数予測と溶液中での溶出試験を行なった。
比較的大きな系におけるプロトン移動反応の量子・半古典ダイナミクス

プロトン移動反応は、酸化還元反応や生体内反応など、最も基本的かつ重要な反応の一つであるばかりでなく、近年では、水素吸蔵などに関連して工学的応用面からも注目されている。こうしたプロトン移動反応に伴い、電子の分布はどのように変化するのであろうか。アト秒レーザー技術の進歩は、こうした電子の運動を直接観測できる可能性を秘めている。我々は、こうした電子の早い運動が化学反応に及ぼす影響を調べるため、電子の運動を量子力学で記述し、核の運動を古典力学で記述する"量子-古典混合法"を開発した。本年度は、我々の開発した方法を水分子とオキソニウムイオンの衝突反応におけるプロトン(水素原子)移動反応に適応した。この反応は、水溶液中におけるプロトンリレー反応の1要素となっており、生体内における電荷輸送の観点からも注目されている。この系におけるMOの性質やCSFの形、及び、その係数の時間変化から、以下のことを明らかにした。(1)基底状態では、プロトンの移動と同時に、プロトンの移動とは逆向きに0.6個の電子が水分子からオキソニウムイオンへとゆっくりと移動する。この基底状態のプロトン移動に伴う電子の移動は、水分子の持つsp3混成軌道とオキソニウムイオンのsp2混成軌道間で、σ-σ相互作用を通して断熱的に起こることを明らかにした。(2)第一電子励起状態での電子移動では、基底状態のダイナミクスとは異なり、プロトンは常に約1.0個の電子を伴って水素原子として移動する。この励起状態の水素原子移動に伴う電子の移動は、基底状態の場合とは逆に水素原子移動と同じ向きに起こっていることが分かった。この電子移動は、水分子とオキソニウムイオンの酸素のπ軌道間でのトンネル現象を利用して、水素原子移動に伴い瞬間的かつ非断熱的に起こることを明らかにした。第一原理分子動力学計算によって、プロトンの移動がゆっくりとした骨格分子の運動と強くカップルしていることが分かっているトロポロン誘導体における分子内プロトン移動、及び、ギ酸二量体における分子間ダブルプロトン移動を具体的研究対象とし、その量子効果を量子・半古典理論を駆使して明らかにするのが最終的な目標である。本年度は、研究期間の初年度なので、特に方法論の確立に多くの時間を費やした。トロポロン誘導体のような、多くの自由度が関与しているプロトン移動反応における量子現象を理解するには、多次元の量子計算を行なわざるを得ない。しかしながら、一般的に用いられているグリッド法に基づく量子波束計算では、現在のところ4原子以上の計算を行なうのは技術的に不可能である。そこで、我々は、量子化学計算で用いられている、波動関数を基底関数で展開する方法を核の運動に応用し、"多少精度は犠牲にしても多自由度問題へアプローチしたい"という考えのもと研究をスタートさせた。また、半古典理論によるアプローチに関しては、すでに独自に多次元の量子トンネル現象をも扱うことのできる半古典理論を開発しており、3原子衝突問題等の比較的少数自由度の系に応用し、多次元トンネルならでは現象を明らかにしてきている。こうした半古典計算を大自由度系へ応用し、6自由度系の半古典スペクトルを得ることに成功した。また、こうした半古典計算を通して、半古典量子化のメカニズムの新しい側面を発見した。上述のように、量子計算と半古典計算を同時に行い、その結果を比較しながら方法論の確立を進めてきた。本年度の研究を通して、量子現象の理解を深めることができた。前年度までの研究で、プロトンの運動は、ゆっくりとした骨格分子の運動だけでなく、早い電子の運動とも強くカップルしていることが明らかになってきた。そこで、本年度は、電子の運動がプロトン移動に及ぼす影響を調べるため、電子とプロトンを同等に扱ったab initio電子波束法の開発をスタートさせた。具体的には、Slater行列式、及び、CSF(Configuration State Function)で電子波動関数を展開し、電子の時間発展は量子論に基づき、また、核の運動は古典論に基づき記述する。電子と核のカップリングは、電子波導関数の各座標微分という形で、電子及び核の運動を記述するそれぞれの方程式に現れる。実際に、この方法をH_2O+H_3O^+→H_3O^++H_2Oに適応し、電子とプロトンの同時ダイナミクスを詳細に調べた。電子の初期分布として、基底状態と第一励起状態の配置を取り、H_3O^+分子をH_2O分子に衝突させた。その結果、基底状態では、プロトン移動が、一方、励起状態では水素移動がそれぞれ起こることを明らかにした。また、基底状態のプロトン移動では電子の逆移動が、励起状態の水素移動では、電子のプロトンと同方向への移動が起こることが分かった。これらの電子移動は、基底状態の場合は、σ-σの相互作用によるSP2とSP3の組み換え反応に起因しており、比較的ゆっくりと起こることが分かった。一方、励起状態では、π-πの相互作用による瞬間的な電子移動が起こることが分かった。この励起状態の瞬間的な電子移動は、ここで扱った系に限らず、共役系分子の励起状態では一般的な現象だと考えられる。このように、電子の時間発展を追いかけることで、今まで知られなかった電子とプロトンの運動の相互作用の様子を調べることが出来るようになった。今後は、この方法をより多自由度系へと適応していく予定である。

こうしたプロトン移動反応に伴い、電子の分布はどのように変化するのであろうか。アト秒レーザー技術の進歩は、こうした電子の運動を直接観測できる可能性を秘めている。我々は、こうした電子の早い運動が化学反応に及ぼす影響を調べるため、電子の運動を量子力学で記述し、核の運動を古典力学で記述する"量子-古典混合法"を開発した。本年度は、我々の開発した方法を水分子とオキソニウムイオンの衝突反応におけるプロトン(水素原子)移動反応に適応した。この反応は、水溶液中におけるプロトンリレー反応の1要素となっており、生体内における電荷輸送の観点からも注目されている。この系におけるMOの性質やCSFの形、及び、その係数の時間変化から、以下のことを明らかにした。(1)基底状態では、プロトンの移動と同時に、プロトンの移動とは逆向きに0.6個の電子が水分子からオキソニウムイオンへとゆっくりと移動する。この基底状態のプロトン移動に伴う電子の移動は、水分子の持つsp3混成軌道とオキソニウムイオンのsp2混成軌道間で、σ-σ相互作用を通して断熱的に起こることを明らかにした。(2)第一電子励起状態での電子移動では、基底状態のダイナミクスとは異なり、プロトンは常に約1.0個の電子を伴って水素原子として移動する。この励起状態の水素原子移動に伴う電子の移動は、基底状態の場合とは逆に水素原子移動と同じ向きに起こっていることが分かった。この電子移動は、水分子とオキソニウムイオンの酸素のπ軌道間でのトンネル現象を利用して、水素原子移動に伴い瞬間的かつ非断熱的に起こることを明らかにした。
ファインなファイバーを持つリーマン対称空間上のベクトル束における調和解析

(a)ファインと称していた研究対象であるKタイプのクラスを「ミニスキュル」に改めた.これは,複素リー群の場合にミニスキュル表現の概念と一致すること,準スプリットリー群の場合は我々のクラスの方が従来からのファインよりも広いことによる.このミニスキュルKタイプの性質を,実スプリット型の場合に還元する手法により調べるとともに,各実単純リー群Gに対する分類作業を進めた.Gが複素のとき,実スプリット型のとき,階数1のとき,SO(p,q)のとき,その他いくつかの場合に分類が完了した.(b)リーマン対称空間G/K上のスカラー値関数の空間の構造は,コスタントとラリスによる古典的な変数分離定理で記述できるが,この変数分離定理をミニスキュルKタイプに値を取る場合に拡張した(Gが複素の場合を扱ったものしか発表していないが,多くのミニスキュルKタイプに対して同様の結果が得られる).これは,ミニスキュルなファイバーを持つG/K上の同変ベクトル束の切断の空間の構造を明らかにする.(c)ヘックマンとオプダムによるルート系に付随する超幾何関数のベクトル値版を考え,それが満たす行列係数の微分方程式系について調べた.具体的には,方程式系の構成,1階と2階の微分作用素による特徴付け,ホロノミー性,対称的な解の一意性,対称的な解を非対称超幾何関数で表す公式,無限遠点での解の展開などである.これらはすべて,(d)ための予備的な結果である.(d)ミニスキュルなファイバーを持つG/K上の同変ベクトル束に対する不変微分作用素環が1階の作用素を持つ場合に,そのベクトル束に付随する球関数を(c)のベクトル値超幾何関数で表す公式を得,それとオプダム変換の逆変換公式により,そのベクトル束に対する球変換の逆変換公式を導いた.特に,逆変換公式に現れるプランシェレル測度の明示公式を与えた.(関西学院大の示野信一氏との共同研究)(a)補助事業期間中に完了させることを目的としていた「ミニスキュルKタイプの分類」は予想外に早く進み,あと少しで終了しそうである.(b)本研究の典型例といえる1階の不変微分作用素がある場合に対する結果が得られている.以下を追求していく:(a)ミニスキュルKタイプの分類の完成.(b)重複度パラメータが負のときのオプダム変換の逆変換公式.(c)自明でない2階の不変微分作用素がある場合の球関数の明示公式/球変換の逆変換公式.(a)ファインと称していた研究対象であるKタイプのクラスを「ミニスキュル」に改めた.これは,複素リー群の場合にミニスキュル表現の概念と一致すること,準スプリットリー群の場合は我々のクラスの方が従来からのファインよりも広いことによる.このミニスキュルKタイプの性質を,実スプリット型の場合に還元する手法により調べるとともに,各実単純リー群Gに対する分類作業を進めた.Gが複素のとき,実スプリット型のとき,階数1のとき,SO(p,q)のとき,その他いくつかの場合に分類が完了した.(b)リーマン対称空間G/K上のスカラー値関数の空間の構造は,コスタントとラリスによる古典的な変数分離定理で記述できるが,この変数分離定理をミニスキュルKタイプに値を取る場合に拡張した(Gが複素の場合を扱ったものしか発表していないが,多くのミニスキュルKタイプに対して同様の結果が得られる).これは,ミニスキュルなファイバーを持つG/K上の同変ベクトル束の切断の空間の構造を明らかにする.(c)ヘックマンとオプダムによるルート系に付随する超幾何関数のベクトル値版を考え,それが満たす行列係数の微分方程式系について調べた.具体的には,方程式系の構成,1階と2階の微分作用素による特徴付け,ホロノミー性,対称的な解の一意性,対称的な解を非対称超幾何関数で表す公式,無限遠点での解の展開などである.これらはすべて,(d)ための予備的な結果である.(d)ミニスキュルなファイバーを持つG/K上の同変ベクトル束に対する不変微分作用素環が1階の作用素を持つ場合に,そのベクトル束に付随する球関数を(c)のベクトル値超幾何関数で表す公式を得,それとオプダム変換の逆変換公式により,そのベクトル束に対する球変換の逆変換公式を導いた.特に,逆変換公式に現れるプランシェレル測度の明示公式を与えた.(関西学院大の示野信一氏との共同研究)(a)補助事業期間中に完了させることを目的としていた「ミニスキュルKタイプの分類」は予想外に早く進み,あと少しで終了しそうである.(b)本研究の典型例といえる1階の不変微分作用素がある場合に対する結果が得られている.以下を追求していく:(a)ミニスキュルKタイプの分類の完成.(b)重複度パラメータが負のときのオプダム変換の逆変換公式.(c)自明でない2階の不変微分作用素がある場合の球関数の明示公式/球変換の逆変換公式.今年度の研究を遂行するために必要な額が20,000円程不足したため,100,000円の前倒し支払い請求を行った.そのうち80,000円程は次年度以降も必要となる書籍,論文などを前もって購入するために使用するつもりであった.しかし,年度末にいくつかの研究発表が重なってしまい,その準備等により研究を進めたり研究に必要な資料を収集する時間が十分に取れなかった.次年度使用額は,当初の計画通り次年度以降に購入する資料のために有効に用いたい.
連鎖および逐次ラジカル重合による金属含有特殊構造ポリマーの開発

AA-BB型の逐次重合を連鎖(リビング)ラジカル重合と組み合わせた同時重合系を開発し、配列周期的にさまざまな官能基や金属錯体が導入された特殊構造ポリマーの合成を検討した。とくに、温度応答性ポリマーを与えるNIPAMをモノマーとして用い、周期的に導入された官能基が温度応答性に与える影響について考察した。温度応答性は、一般に周期的に導入された疎水性基・親水性基によって変化するが、周期的にそれらを導入した場合、その個数よりもむしろ周期間隔が温度応答性に影響することなどを明らかとした。ここで、水酸基を配位子とすることで周期的に水に対して安定な有機チタン錯体を導入することにも成功した。さらに、より親水性の高いカルボン酸ナトリウム塩を周期的に導入した場合、5070ユニットに一つしか金属塩が導入されていないにもかかわらず、相転移温度以上では凝集沈殿は生じず、直径が数十nm程度のミセル凝集体を形成することも明らかとした。このような現象は周期的官能化ポリマーのときにのみ特異的に観測され、ランダムポリマーや末端官能性ポリマーでは系全体で凝集し沈殿を生じた。このとき、凝集体の大きさは周期間隔にはほとんど影響しなかったが、導入するカルボン酸の主鎖からの距離により20nmから30nmまで変化した。また、カルボン酸塩とは別にアルコキシシリル基を周期的に導入することにも成功した。このようにして得られたポリマーに対して、シランカップリング反応を行なうことで、生成したミセル凝集体の構造を無機成分で固定化することで、温度に応答して膨潤・収縮を繰り返し行なうことのできる機能性微粒子も合成できることも明らかにした。26年度が最終年度であるため、記入しない。これまでにAA-BB型の逐次重合を連鎖(リビング)ラジカル重合と組み合わせた同時重合系を開発し、配列周期的にさまざまな官能基や金属錯体が導入された特殊構造ポリマーを合成できることを明らかにした。今年度は、温度応答性ポリマーを与えるNIPAMをモノマーとして用い、配列周期的にさまざまな官能基を導入したポリマーを合成し、周期的に導入された官能基が温度応答性に与える影響について考察した。さらに、より親水性の高いカルボン酸塩を周期的に導入した場合、相転移温度以上では新たな高次構造として直径が30nm程度のミセルを形成することも明らかとした。ここで、カルボン酸塩とは別に周期的に導入したアルコキシシリル基のシランカップリング反応を行なうことで、生成したミセルの構造を無機成分で固定化し、温度に応答して膨潤・収縮を繰り返し行なうことのできる機能性微粒子の創製の可能性を示した。平成25年10月、ポリマー合成実験の過程で、連鎖重合による特殊構造ポリマーの前駆体の合成は反応基質選択性が高く、合成条件の設定が予想外に困難なことが判明した。そのため、合成実験方法の再検討を行った上、再度合成実験を行う必要が生じた。連鎖重合と逐次重合を組合せて、周期的官能基の効果を明確にするとともに、反応の再現性について明確にする。
活性酸素によるポリスチレン表面の構造制御と細胞適合性向上因子の解明

再生医療や生物研究で使用されるポリスチレン製細胞培養基板は、低温で処理ができる細胞接着性向上を目的とした表面改質と滅菌処理の2つの表面処理が別々の工程で行われている。従来品は酸素プラズマ照射による表面改質と、ガンマ線照射などによる滅菌が行われているが、高真空プロセスや、大規模な装置が必要なため、処理工程の複雑化は避けることができない。本研究では酸素に紫外線を照射して生成した活性酸素(紫外線励起活性酸素)を,ポリスチレン製細胞培養基板の表面処理技術として応用した。活性酸素は反応性の高い酸素種である。特に酸素に紫外線を照射するだけで連続的に生成できるため、表面改質に応用することによって簡便な処理が可能となる。特徴として、低温処理ができることや、大気圧環境でも生成可能であることなどがあげられる。また、活性酸素は滅菌処理時に一般的に利用されている不織布製滅菌バッグ内への殺菌効果が報告されており、表面改質効果を実証することによって耐熱性に乏しいポリスチレン製細胞培養基板の表面改質と滅菌の同時処理技術への応用が期待できる。ポリスチレンを活性酸素に曝露する条件と、活性酸素曝露後のポリスチレン表面の改質効果の関係性を評価することにより,表面改質手法の確立を目指す。また、活性酸素曝露によって処理したポリスチレン表面に対するタンパク質吸着や細胞接着の挙動を評価することにより,細胞接着性に影響をおよぼすポリスチレンの表面特性を比較、考察する。活性酸素生成源である紫外線ランプとの距離を段階的に変更することにより,紫外線照度を段階的に変化させ,紫外線の照度によって表面改質効果にどのような影響が表れるか評価をおこなった.結果,紫外線ランプと試料の距離が近いほど表面改質効果が高く,細胞接着性も向上した.紫外線照度は紫外線ランプと測定点の距離が離れるにつれ減少し,140 mmでは波長185 nmの紫外線は到達しなかった.紫外線ランプとの距離が140 mmと70 mmの地点で活性酸素量を比較した結果,距離が近いほど活性酸素生成量が多く,活性酸素生成に関わる紫外線照度の増加と,それに伴う活性酸素生成量の増加によって表面改質効果の向上が向上したことを実験的に証明した.角度分解X線光電子分光によって表面改質が施されたポリスチレン表面の深さ方向解析を行った.酸素プラズマ照射が施されたポリスチレン表面は界面に多量の酸素が分布し深さ方向への酸素導入が少ないことに対し,活性酸素によって表面改質が施されたポリスチレン表面は,深さ方向に均一な表面改質層が形成されていることを確認した.細胞培養評価はマウス頭外環由来骨芽細胞様細胞のみをもちいて行った.表面の酸素割合が約12%のポリスチレン表面において最も細胞接着性がよく,長時間処理によって表面酸素割合を32%まで増加させた表面では細胞接着性,増殖性ともに低下し,初期接着にはぬれ性よりも表面の元素組成や官能基の存在が支配的に作用することが分かった.また,表面改質前後の表面にウシ血清アルブミンを吸着させた後,Lowry法によって染色して表面改質効果とタンパク質吸着量を比較した結果,細胞接着性が良好な条件はタンパク質吸着が近しく,細胞接着性が低下した表面酸素割合が多い条件においてタンパク質吸着量が少ないことが分かった.今年度は活性酸素曝露と紫外線照射の併用によって、表面の親水性官能基密度の向上を促し、多彩な表面特性を形成できる条件を模索する。また、表面のぬれ性や官能基、元素組成だけではなく、材料の電気的な性質も、細胞接着性に影響をおよぼすと考えられる。活性酸素によって表面改質を施したポリスチレン表面の電位測定を行い、表面に形成された官能基密度の違いや、表面元素組成の変化、表面改質層の深さの違いなどによって変化する、電気的な特性の違いを評価する。前年度までに、1種類の細胞を用いて、増殖率や接着面積測定による細胞の接着性の評価をおこなってきた。一方、細胞種によって接着性が異なることや、接着に適する表面状態が異なることが報告されていることから、今年度は本格的に複数種の細胞を用いて細胞培養実験を行っていく。骨芽細胞様細胞や血管内皮細胞、線維芽細胞など、由来の異なる数種の細胞を用いて細胞接着率の測定や伸展形状を観察する。前年度までは位相差顕微鏡や細胞の乾燥工程を経るSEMによっての観察のみ行っており、培養環境に近い環境で細胞骨格が詳細に観察できなかった。本年度は蛍光試薬によって細胞骨格や細胞核を染色し詳細に形態観察を行っていく。また、細胞が接着・増殖しやすい表面改質条件と、細胞・接着しにくい表面改質条件上の細胞の遺伝子発現を比較し、成長を阻害している因子を考察する。細胞は材料に吸着したタンパク質を介して材料に接着することから、活性酸素曝露によって表面特性を制御したポリスチレンに対して吸着したタンパク質吸着特性を評価する。前年度までに、ウシ血清アルブミンの吸着量をLowry法によって評価した。今年度は細胞接着性タンパクであるフィブロネクチンや、コラーゲンを用いて同様に評価を行い、細胞接着に関わるタンパク吸着特性を評価する。

本研究では酸素に紫外線を照射して生成した活性酸素(紫外線励起活性酸素)を,ポリスチレン製細胞培養基板の表面処理技術として応用した。活性酸素は反応性の高い酸素種である。特に酸素に紫外線を照射するだけで連続的に生成できるため、表面改質に応用することによって簡便な処理が可能となる。特徴として、低温処理ができることや、大気圧環境でも生成可能であることなどがあげられる。また、活性酸素は滅菌処理時に一般的に利用されている不織布製滅菌バッグ内への殺菌効果が報告されており、表面改質効果を実証することによって耐熱性に乏しいポリスチレン製細胞培養基板の表面改質と滅菌の同時処理技術への応用が期待できる。ポリスチレンを活性酸素に曝露する条件と、活性酸素曝露後のポリスチレン表面の改質効果の関係性を評価することにより,表面改質手法の確立を目指す。また、活性酸素曝露によって処理したポリスチレン表面に対するタンパク質吸着や細胞接着の挙動を評価することにより,細胞接着性に影響をおよぼすポリスチレンの表面特性を比較、考察する。活性酸素生成源である紫外線ランプとの距離を段階的に変更することにより,紫外線照度を段階的に変化させ,紫外線の照度によって表面改質効果にどのような影響が表れるか評価をおこなった.結果,紫外線ランプと試料の距離が近いほど表面改質効果が高く,細胞接着性も向上した.紫外線照度は紫外線ランプと測定点の距離が離れるにつれ減少し,140 mmでは波長185 nmの紫外線は到達しなかった.紫外線ランプとの距離が140 mmと70 mmの地点で活性酸素量を比較した結果,距離が近いほど活性酸素生成量が多く,活性酸素生成に関わる紫外線照度の増加と,それに伴う活性酸素生成量の増加によって表面改質効果の向上が向上したことを実験的に証明した.角度分解X線光電子分光によって表面改質が施されたポリスチレン表面の深さ方向解析を行った.酸素プラズマ照射が施されたポリスチレン表面は界面に多量の酸素が分布し深さ方向への酸素導入が少ないことに対し,活性酸素によって表面改質が施されたポリスチレン表面は,深さ方向に均一な表面改質層が形成されていることを確認した.細胞培養評価はマウス頭外環由来骨芽細胞様細胞のみをもちいて行った.表面の酸素割合が約12%のポリスチレン表面において最も細胞接着性がよく,長時間処理によって表面酸素割合を32%まで増加させた表面では細胞接着性,増殖性ともに低下し,初期接着にはぬれ性よりも表面の元素組成や官能基の存在が支配的に作用することが分かった.また,表面改質前後の表面にウシ血清アルブミンを吸着させた後,Lowry法によって染色して表面改質効果とタンパク質吸着量を比較した結果,細胞接着性が良好な条件はタンパク質吸着が近しく,細胞接着性が低下した表面酸素割合が多い条件においてタンパク質吸着量が少ないことが分かった.今年度は活性酸素曝露と紫外線照射の併用によって、表面の親水性官能基密度の向上を促し、多彩な表面特性を形成できる条件を模索する。また、表面のぬれ性や官能基、元素組成だけではなく、材料の電気的な性質も、細胞接着性に影響をおよぼすと考えられる。活性酸素によって表面改質を施したポリスチレン表面の電位測定を行い、表面に形成された官能基密度の違いや、表面元素組成の変化、表面改質層の深さの違いなどによって変化する、電気的な特性の違いを評価する。前年度までに、1種類の細胞を用いて、増殖率や接着面積測定による細胞の接着性の評価をおこなってきた。