hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ナノギャップ電極を用いた分子ReRAMの創成

ナノギャップ電極の作製はこれまで、光露光や電子ビーム露光など非常に高額なパターンニングプロセスを必要としていた。これは、一回の測定ごとに使い捨てにするナノギャップ電極の高コスト化の原因のひとつであった。そこで、コストの低いメタルマスクによるパターンニングでナノギャップ電極が作製可能か探求した。しかし、メタルマスクはパターニング精度が低く、数10μm台の大きなパターンでも作製できなければならない。そこで内藤らが独自に見出した蒸着時エレクトロマイグレーション法を取り入れて、ナノギャップの作製を試みた。結果、パターンが大きくなった影響で、一部ナノギャップができにくい条件も存在したが、光露光や電子ビーム露光などと同様にsub1nm幅のナノギャップ電極が作製可能であることが分った。また、メタルマスク利用によりウエットプロセスフリーが可能となったため、蒸着金属の選択肢の拡張や接着層なしで金のナノギャップ電極作製など、より電極作製の自由度が向上できることが分った。27年度が最終年度であるため、記入しない。平成26年度については、当初イオン吸着による導電性変化の実証の研究を行う予定であったが、導電性変化を促す分子の入手が困難となったため、現在領域内の合成班からの分子の提供をお願いしている。現在はその提供分子を利用した抵抗スイッチ効果の計測を探求している。また、ナノギャップ電極を用いた単一分子の電導度計測において、下記のテーマが積年の課題となっている。1単一分子サイズの間隙幅のナノギャップ電極を効率よく作製する手法2有機分子を効率よくナノギャップ電極間に架橋させる手法本課題においては、上記12についても研究の進行に不可欠のため行っている。2については、測定対象となる分子との兼ね合いもある上現在まだ途中経過という事情もあり、1について主に記載する。これまで、単一分子を計測するために集積化可能なナノギャップ電極の作製手法、「蒸着時エレクトロマイグレーション法」を提案したが、作製後のナノギャップの抵抗がばらつく問題があった。そのばらつきのメカニズムと解決法を検証した結果、プロセス後の印加電圧の降下時に一部の電極が低抵抗化することが原因であることが分った。また、このばらつきは、電極素材が金の場合、100°C程度の加熱でばらつきが0.2nmから0.01nmまで低下することが分った。これは、電圧降下時の低抵抗化の要因である構造変化を、初期状態でとどめることが可能なためであることが分った。この技術により、0.1nm精度でのナノギャップ作製が可能となり、今後この手法での応用が期待できる。今後はこの技術を取り入れ、単一分子の導電性測定につなげたい。有機分子の架橋実験は目標には届かなかったが、逆に電極作製において集積化に非常に有利なナノギャップ作製手法の改善を行うことができた。本件は27年度に行う予定だったものを一部先取りして研究を行ったものである。架橋させる分子は、本来予定していた分子提供元が採択されず、計画していた架橋実験が行えなかったため後半の研究を急いだ事情がある。今年の前半は経産省に出向していた事情も汲んでいただければ幸いです。今後はナノギャップ電極による有機分子の架橋実験を中心に探索を行う。そのために同領域内で共同研究を率先して行う。
住宅地の植栽手法と建築熱環境形成に及ぼす効果

住宅地の環境形成の中で、植栽は心理的効果や気候調節機能など、その果たす役割が大きいことはよく知られている。しかし、実際の設計計画においても、これらの効果を十分考慮した事例は少ないようである。本研究では、住宅地や住宅の設計計画において植栽手法を導入する場合、熱環境形成に及ぼすそれらの効果を建築環境全体の中でとらえることのできる資料を提示することを目的とする。1.並木の中や芝生の上などの植栽空間を含む建築外部空間(29地点)を対象に選び、夏季の晴天日においてそこに形成される熱環境の実態を屋外熱環境計などを用いた実測調査により把握した。一方、測定対象地点の周辺の状況を樹木、芝生、建物、天空等の形態係数によりとらえ、定量化した。2.実測結果をもとに、各地点をケース、日中と夕方の3中空球の球心温度、気温、風速を説明変数として主成分分析を行い、「陽あたり効果」、「再放射を感ずる度合」、及び「風速」と解釈できる軸を得た。「陽あたり効果」、「再放射を感ずる度合」の2軸上にて、各地区の放射熱環境の特徴と空間形態との関係を考察し、建築外部空間に形成される熱環境の中で、植栽空間の位置づけを明らかにした。すなわち、1)植栽の多い空間は地下道のように日射を受けず熱容量の大きい材料で構成された場所をのぞくと、日向、日影に関わらず冷放射を感ずる度合が高い空間であることが明らかとなり、夏の涼しい熱環境の形成に有効である。2)樹木に覆われた空間の熱環境は、天候の変動の影響もあまりうけず、昼間と夕方の差も小さい。3.並木の下、芝生の庭、アスファルト地面の駐車場について、屋外熱環境計の測定値から主な熱環境要素である気温、全日射量、平均放射温度、風速を求め、2.で得られた知見をこれらの熱環境要素によって説明し、植栽空間の特徴を明らかにした。1各種植栽手法の熱環境実態調査:植栽手法について整理し,並木の中や芝生の上などの植栽空間を含む建築外部空間(29地点)を対象に選び,晴天日においてそこに形成される熱環境の実態を屋外熱環境計などを用いた実測調査により把握した.またこれと併行し,対象空間について周囲の構成面を分離して,樹木,芝生,建物,天空等の形態係数を求め,対象空間の空間形態を定量化した.2 1で得られた実測結果をもとに,各地点をケース,日中と夕方の3中空球の球心温度,気温,風速を説明変数として主成分を行ない,「陽あたり効果」,「再放射を感ずる度合」,及び「風速」と解釈できる軸を得た.熱環境を特徴づける「陽あたり効果」と「再放射を感ずる度合」の2軸上に各地点を布置し,各地点の熱環境の実態と空間形態との関係を考察して,建築外部空間に形成される熱環境中で植栽空間の位置付けを明らかにすることができた.(1)植栽の多い空間は,地下道のように日射を受けずに熱容量の大きい材料で構成された場所を除くと,日向,日陰に関わらず冷放射を感ずる度合が高い空間であることが明らかとなり,夏の涼しい熱環境の形成に有効であることを裏付けた.(2)樹木に覆われた空間の熱環境は天候の変動の影響もあまり受けず,昼間と夕方の差も小さい.3.並木の下,芝生の庭,アスファルト地面の駐車場について,屋外熱環境計の測定値から主な熱環境要素である気温,全日射量,平均放射温度,風速を求め, 2.で得られた知見をこれらの熱環境要素で説明できた.

4.現在,熱環境のシュミレーション手法を開発中であり,今後この手法の有効性を1の結果を用い検証する.住宅地の環境形成の中で、植栽は心理的効果や気候調節機能なで、その果たす役割が大きいことはよく知られている。しかし、実際の設計計画においても、これらの効果を十分考慮した事例は少ないようである。本研究では、住宅地や住宅の設計計画において植裁手法を導入する場合、熱環境形成に及ぼすそれらの効果を建築環境全体の中でとらえることのできる資料を提示することを目的とする。1.並木の中や芝生の上などの植栽空間を含む建築外部空間(29地点)を対象に選び、夏季の晴天日においてそこに形成される熱環境の実態を屋外熱環境計などを用いた実測調査により把握した。一方、測定対象地点の周辺の状況を樹木、芝生、建物、天空等の形態係数によりとらえ、定量化した。2.実測結果をもとに、各地点をケース、日中と夕方の3中空球の球心温度、気温、風速を説明変数として主成分分析を行い、「陽あたり効果」、「再放射を感ずる度合」、及び「風速」と解釈できる軸を得た。「陽あたり効果」、「再放射を感ずる度合」の2軸上にて、各地区の放射熱環境の特徴と空間形態との関係を考察し、建築外部空間に形成される熱環境の中で、植栽空間の位置づけを明らかにした。すなわち、1)植栽の多い空間は地下道のように日射を受けず熱容量の大きい材料で構成された場所をのぞくと、日向、日影に関わらず冷放射を感ずる度合が高い空間であることが明らかとなり、夏の涼しい熱環境の形成に有効である。2)樹木に覆われた空間の熱環境は、天候の変動の影響もあまりうけず、昼間と夕方の差も小さい。3.並木の下、芝生の庭、アスファルト地面の駐車場について、屋外熱環境計の測定値から主な熱環境要素である気温、全日射量、平均放射温度、風速を求め、2.で得られた知見をこれらの熱環境要素によって説明し、植栽空間の特徴を明らかにした。
個体における遺伝子操作を用いた肝芽腫の発症機構の解明と治療への応用

我々はコンディショナル・ジーンターゲティング法を用いた肝芽腫の病態モデルマウスの樹立を最終的な目標としている。本「研究課題」ではその前段階として「胎仔肝特異的にCre酵素を発現するトランスジェニックマウス」(以下、胎仔肝Creマウス)の作製を目指したが、Yakarらが報告したalbumin-creマウス(Proc Natl Acad Sci USA;96:7324-7329)が「胎仔肝Creマウス」として利用できる可能性があることが判明した。ヒト肝芽腫においてβ-カテニン遺伝子の活性型変異が51%に、Axin遺伝子の変異が7.4%にみとめられ、肝芽腫の発生にはWntシグナルの異常な活性化が関与していることが強く示唆されている。このことより、本研究ではalbumin-creマウスを用いたコンディショナル・ジーンターゲティング法によりWntシグナルの活性化が肝細胞にもたらす変化及び、肝細胞におけるWntシグナルの制御機構の解析を直接的に行った。具体的には肝臓特異的活性型変異β-カテニン発現マウス及び肝臓特異的APC欠損マウスを作製した。これらのマウスはいずれも、寿命の短縮(4-7週)、肝細胞核へのβ-カテニンの蓄積、肝細胞の過形成、がみとめられたものの腫瘍形成には至らなかった。以上の結果より、β-カテニンの蓄積によるWntシグナルの活性化は肝細胞の過形成や、重篤な肝機能障害を引き起こすこと、肝腫瘍形成にはWntシグナルの活性化以外の要因が更に必要であること、また、APCはマウス肝臓においても、ヒト大腸上皮の場合と同様に、β-カテニンの分解を促進し、Wntシグナルを負に制御していることが明かとなった。我々はコンディショナル・ジーンターゲティング法を用いた肝芽腫の病態モデルマウス樹立を最終的な目標としている。本「研究課題」ではその前段階として「胎仔肝特異的にCre酵素を発現するトランスジェニックマウス」(以下、胎仔肝Creマウス)の作製を目指したが、Yakarらが報告したアルブミン・プロモーター制御下にCreを発現するトランスジェニックマウス(以下、アルブミンCreマウス、Proc Natl Acad Sci USA;96:7324-7329)が「胎仔肝Creマウス」として、利用できる可能性があることが判明した。交渉の結果、譲渡の契約が成立し、東北大学大学院医学系研究科附属動物実験施設内に体外受精により移植した。現在「アルブミンCreマウス」のCre発現の肝特異性、発現時期に関してノーザンブロット法や「コンディショナルβガラクトシダーゼ発現マウス」を利用したLacZ染色法などを用いて、詳細に再検討を行っている。さらにヒト肝芽腫の60%以上においては、変異型βカテニンが蓄積していることが知られているため、「アルブミンCreマウス」と「コンディショナル・活性型変異βカテニン発現マウス」との交配を行い、病態モデルマウスの作製を試みた。肝特異的に変異型βカテニンが蓄積したマウスは成長不良を呈し、生後45週間で死亡した。解剖の結果、著明な肝臓の腫大も確認された。現在、各種染色法・各種抗体を用いた病理組織像の観察、βカテニン蛋白の定量などをおこない、発癌の有無、変異型βカテニンの蓄積が肝臓の分化発生に及ぼす影響を詳細に検討している。その他のWntシグナル関連遺伝子の肝臓の分化発生における役割を解析するため、新たなコンディショナル・ターゲティングマウスの作製、実験施設内への導入・繁殖の準備も同時に進めている。
世代間・地域間の資源配分を評価するための動学的応用一般均衡モデルの開発

・GTAPデータベース、IEAのエネルギーデータベースと二酸化炭素排出データベースのマッチングを行い、国際的多地域多部門の社会会計均衡データセットを作成した。・国際的多地域多部門社会会計均衡データセット用い、GAMS/MPSGEとよばれる応用一般均衡モデルで広く使われるプラットホームの上で、Forward Looking型動学モデルとRecursive Dynamic型動学モデルの二つの異なるタイプの動学的応用一般均衡モデルを開発し、目的に応じて選択可能なシステムとして構築した。・モデルの動学化においては、長期的な動学的均衡条件を考慮したデータの再構成が必要となるが、それを自動的に行うシステムの開発に成功した。また、二つの異なる動学モデルを用いて、貿易・投資の自申化、地球環境問題を分析評価することで、目的に応じたモデル選択の重要性を明らかにすることができた。特に、Forward Looking型動学モデルを用いることで、将来に予想される環境変化が、予想される時点で行動に影響することが可能となった。・貿易・投資の自由化の分析では、ドーハラウンドが世界経済に与える影響、輸入障壁の撤廃の貿易促進効果について評価し、貿易・投資の自由化による国別・産業別の影響を明らかにしつつ、世界経済の厚生を高めることができることを示した。・地球環境問題の分析では、2008年2012年の京都議定書の第一約束期間が2000年代初頭の世界経済に与える影響、排出権価格の動向などが明らかにされた。さらに、2013年以降のポスト京都議定書の枠組みについてもシナリオ分析を行うことで政策評価を行った。さらに、世代重複モデルを組み込むことで、有限期間しか生きないことが負担の先送りを生じさせることを示し、地球環境問題への取り組みの遅れのメカニズムの一員であることを示した。第一に、2000年基準の産業連関表、国民経済計算勘定、世界エネルギー機関(IEA)のエネルギーデータベース、同二酸化炭素排出データをマッチングさせ、二酸化炭素排出量を明示的に取り入れた日本経済に関する応用一般均衡モデルの均衡データセットを作成した。その均衡データセットを用いて、家計や企業の動学的最適化行動に基づいて日本経済の動学的応用一般均衡モデルのプロトタイプモデルを作成し、京都議定書のよる二酸化炭素排出削減の費用と産業構造の変化、経済厚生に与える影響評価を試みた。分析の結果によれば、二酸化炭素排出抑制が特定の産業に対し大きな影響を与えることが確認された。第二に、日本経済の応用一般均衡モデルのプロタイプを基本として、米国パデュー大学で開発されたGTAPデータベースと世界エネルギー機関(IEA)のエネルギーデータベース、同二酸化炭素排出データベースとマッチングさせ、世界規模での均衡データセットを作成した。その均衡データセットを用いて世界経済の多部門・多地域型動学的応用一般均衡モデルのプロタイプモデルを作成した。モデルの基本構造は、日本経済の動学的応用一般均衡モデルと同じであるが、各国・地域のエネルギー効率の上昇の違いを反映した変更を行った。プロトタイプ多部門・多地域型動学応用一般均衡モデルを用い、京都議定書に盛り込まれた政策手段を用いて二酸化炭素排出を抑制するために提案されている諸制度の評価を行い、国際的な産業立地に与える影響評価を行った。得られた結論は、京都議定書における排出権取引制度は、日本の削減費用の減少に貢献するが、ロシアの独占力にも影響されることが明らかにされた。さらに、削減国から非削減国への二酸化炭素排出の漏れは30%50%あるが、もし米国が議定書に復帰すれば、漏れは半分にとどまることが明らかにされた。米国パデュー大学で開発が行われている国際貿易産業連関データ(GTAPデータベース)第6版と世界エネルギー機関のエネルギーデータと二酸化炭素排出データをマッチングさせ、多国間・多部門応用一般均衡モデル開発の基本となる均衡データデータセットである社会会計表を作成した。

その際に、均衡データセットが長期的均衡条件を満たすようにデータを変換する方法と、初期時点を不均衡として長期動学モデルの均衡解への収斂を図る二つの方法を比較し、初期時点を均衡解とするようにデータ変換することの方が、動学的最適解を得る上で重要であることを明らかにした。これは、動学的最適解への経路が鞍点経路に限定されていること、また初期解が鞍点経路の条件を満たすことが希であることから、自然な結論と考えられる。動学的長期均衡解の存在を仮定された均衡データセットに基づいて、多国間・多部門動学的応用一般均衡モデルのプロトタイプを開発し、東アジア地域が自由貿易協定(EAFTA : East Asia Free Trade Area)を締結した場合に、各国の経済厚生、経済成長率および産業構造に与える影響を評価し、東アジア地域の厚生が大きく高まり、それ以外の地域の経済厚生が若干低下することが明らかにされた。特に、韓国とASEANが大きな利益を受け、中国がそれに続き、日本が最も低くなることが明らかにされた。しかし、日本が自由貿易地域に参加しなければ、経済厚生が逆に低下することから、日本についてもEAFTAに参加する必要性の高いことが示された。次に、エネルギーデータと二酸化炭素排出データを含めた均衡データセットを用いて、多国間・多部門動学的応用一般均衡モデルのプロトタイプモデルを再構築し、京都議定書を遵守したときの各国の経済厚生、経済成長率と産業構造に与える影響を評価した。分析結果によれば、二酸化炭素排出削減を各国が単独で削減することは大きな経済損失を導くことから、京都議定書で認められた二酸化炭素排出権を国際取引することで、日本やヨーロッパは排出削減費用を低下させることのできることが示された。また、京都議定書を遵守することで、日本やヨーロッパの二酸化炭素排出削減はできるものの、削減量の半分近くが米国と発展途上国に漏れることで、二酸化炭素排出削減に限界のあることが明らかにされたが、この分析結果は、2013年以降の第二約束期間において、米国や発展途上国が排出削減に参加することの必要性を強く示唆するものと言える。2001年を基準とするGTAP国際産業連関データベースと国際エネルギー機関(IEA)のエネルギーバランス表と二酸化炭素排出データをマッチクングするシステムを構築し、動学的応用一般均衡モデルを構築するために必要となる貯蓄・投資・資本を含めた均衡データセットを作成した。GTAP国際産業連関データベースを基本とする動学的応用一般均衡モデルを用い、日本、中国、韓国とASEAN諸国のFTA協定が、協定国および非協定国の産業構造や経済厚生に与える影響を評価するための動学的応用一般均衡モデルを構築した。次いで、同モデルにより、FTA協定の経済効果を分析するとともに、貿易円滑化の促進の有無、農業の輸入関税を完全撤廃するか、一部残すかについて比較評価した。分析結果によれば、貿易円滑化の促進はFTAの効果を1割程度拡大する効果のあることが分かった。
非侵襲的口腔咽頭機能評価法を用いた摂食嚥下障害の治療効果の検証

摂食嚥下リハビリテーションにおいて,摂食訓練は,関連する各器官の協調性を高め,安全な経口摂取をもたらし得る重要な治療手段として広く認識されている.本研究では,摂食訓練による機能的変化を検証し,「合理的な治療法としての摂食訓練」の確立を目指している.シートタイプの舌圧測定法と嚥下動態の観察法を同時に用い,摂食嚥下障害を有する方を対象に,口腔から咽頭を経て食道へ食塊を移送する仕組みに関わる各器官の協調性の変化を観察する.これにより根拠に基づいた適切なアプローチの選択が可能になる点を考慮している.摂食嚥下リハビリテーションにおいて,摂食訓練は,関連する各器官の協調性を高め,安全な経口摂取をもたらし得る重要な治療手段として広く認識されている.本研究では,摂食訓練による機能的変化を検証し,「合理的な治療法としての摂食訓練」の確立を目指している.シートタイプの舌圧測定法と嚥下動態の観察法を同時に用い,摂食嚥下障害を有する方を対象に,口腔から咽頭を経て食道へ食塊を移送する仕組みに関わる各器官の協調性の変化を観察する.これにより根拠に基づいた適切なアプローチの選択が可能になる点を考慮している.
老人の誕生と19世紀イギリスの国教会教区

本研究の目的は、「老人」が福祉の対象として定義される過程で、1820年代から1880年代にかけてのイギリスの国教会教区が果たした役割を明らかにすることである。科学研究費の交付を申請する期間内には、具体的におもに以下の三つの問題を明らかにした。第一に、教区において福祉の対象としての老人が誕生する過程で、女性が果たした役割を明らかにした。第二に、労働者階級の男性の視点から、教区における老人の処遇の変化について考察した。第三に、教区というローカルな空間で生じた老人の扱いの変化が、19世紀末により広い社会における老人への対応に影響を及ぼしていく過程を跡づけた。初年度にあたる平成19年度は、イギリスに10日間滞在し、英国国立図書館(British Library)において、1830年代以降のイングランド国教会の教区で福祉活動に関与した女性に関連する史料の調査と収集を実施した。これらの史料とは、教区聖職者の妻のための手引書や、教区訪問員の手引書、教区女性補佐員を対象とする定期刊物等である。上記の史料を分析した結果、教区においてボランディアとして主に家庭訪問活動に従事した中産階級女性や、教区の福祉活動の調整や統括を担うようになった聖職者の妻や娘たちは、同時代の老齢および老人にかかわる議論に活発に参加していたことが明らかになった。19世紀イギリスの社会福祉をめぐる議論においては、「貧民」とみなされたグループについて、成人と老人との区別なく、厳しい管理と統制の対象にして、経済的自立を促すべきであるとする意見が優勢であった。しかしながら、教区で活動する女性たちの多くは、老人は成人とは異なって「救済するに値する人びと」であり、手厚い保護が必要であるとの意見を主張した。教区において老齢貧民の保護を自らの役割と認識した女性たちのなかには、ルイザ・トワイニングのように、1850年代、60年代にいたって、救貧法施設であるワークハウス訪問へと活動の場を広げ、施設内での老人の扱いの改善を訴える者もいた。このように、中産階級女性は、19世紀イギリスにおける老齢と老人をめぐる議論において、重要な役割を果たしたといえるのである。従来の関連分野研究のなかで、女性の役割を重視した研究はほとんど行われていない。この研究成果は、雑誌論文としての発表にはまだ至っていないが、2007年12月にロンドン大学歴史学研究所に提出した博士論文のなかの一章を、この研究成果についての叙述に充てた。2年目にあたる平成20年度には、引き続き国内において当研究課題に関連する文献および情報の収集と整理を行い、科研費の一部をそのために支出した。計画段階で予定していたイギリスにおける資料の収集は、大学における教務上のスケジュール調整が難しく実施できなかった。そのため、前年度のイギリスでの資料調査において入手した、教区聖職者の日記や、ロンドン首都文書館が所蔵する、イズリントン教区(1863-1864年)における労働者階級男性の教区訪問員の日誌を資料として、1830年代から70年代にかけての教区聖職者と老人との関係の変化を分析した。その結果、1830年代以降には、教区聖職者が老人を福祉活動の対象とみなすようになったことを明らかにし、その歴史的背景として、国家と国教会の関係の変化や専門職化の重要性を指摘した。研究史上では、1830年代から19世紀末にかけて、イギリスでは経済自由主義を背景として、老人などの「弱者」に対する扶養の社会的義務は否定される傾向にあったとみなされてきた。本研究をとおして、同時代のイギリスにおける老人に対する態度は、従来の研究で明らかにされていたものよりも複雑であったことが明らかになった。この研究成果を、『待兼山論叢』第42号史学篇に論文として発表した。また3月には、この研究に関連して他の研究者との意見交換を行うべく「世代と歴史学」をテーマとする勉強会を開き、科研費の一部を勉強会で使用する文献の購入にも充てた。最終年度にあたる平成21年度は、これまでの2年間の研究において不足した部分を補足することを目的に、夏季に英国ロンドンにて、19世紀末における英国教会の聖職者の退職・年金制度に関する史料を収集した。この史料は、イギリス社会の専門職化と世俗化という流れのなかで、聖職者の専門職としての地位が低下したのにともない、高齢聖職者が専門職化を阻む存在として問題視され、退職制度の導入の必要性が議論され始める過程を明らかにしている。聖職者自らの老いに対する認識を考察することによって、「老人の誕生」という過程に19世紀イギリスの聖職者が果たした役割がいかに複雑なものであったかを明らかにしたことが、この研究の意義といえる。

10月には、大阪大学懐徳堂秋季記念講座において、「西洋史のなかに見る高齢者ケア、私たちの現在とのつながり」という題目で公開講演を行い、そのなかで「老人の誕生」という過程に、国教会教区の聖職者や、ヴォランティアとして活動した女性たちが果たした役割についての研究成果を発表した。また、本研究の成果を、「世代関係の歴史」という大さな枠組みのなかに位置づけることを目的に、前年度3月から「世代と歴史」研究会を主催しており、今年度には計2回の会合を持った。これまでの研究会活動の成果として、歴史や社会の分析概念としての世代の重要性についての見解をまとめる論稿を執筆し、『パブリック・ヒストリー』第7号(2010年)において発表した。
太平洋サケとアユの産卵後斃死をモデル系とした老化のメカニズム探求

1)前年度までに採集した、岩手県越喜来湾の定置網で5月に漁獲した未成熟なサケと、12月に川に溯上した成熟したサケの血液塗抹標本を精査したところ、成熟個体において雌雄ともリンパ球が減少する傾向のあることがうかがえた。好中球と栓球の割合に大きな変化は無かった。2)広島県栽培漁業協会で生産した海産交配系の稚アユを、太田川漁業協同組合養殖場で育成した魚を供試魚とした。5月から9月まで毎月雌雄5尾ずつをサンプリングし、測定と採血を行った。血液はヘマトクリット値(Ht値)を求めるとともに、塗抹標本を作製した。3)体長と体重の増加は7月以降鈍化した。生殖腺重量は9月に急増したが、肝重量に変化は認められなかった。5月から7月まで4550%を推移したHt値は成長とともに上昇し、8月からは45%前後の値を維持した。これはHt値は成長ともに増加するというこれまでの知見と一致する。4)メイグリュンワルドーギムザ染色を施した塗抹標本において赤血球数に対する白血球数を求めたところ、5月と6月に12%であった好中球とリンパ球の割合は、7月以降有意に減少し、9月にはリンパ球は約5%に、好中球は約2%になった。栓球は実験期間を通じて1015%で推移した。これらの値を血球量(Ht値)で補正すると、好中球・リンパ球・栓球の絶対数はいずれも8月までは増加し続けるが、9月には急減することが分かった。自然免疫と獲得免疫の主体である白血球が産卵期に減少することが産卵後斃死に関わることが示唆された。1.産卵後斃死の原因を探るためのモデル生物として成熟前後のアユ(それぞれ広島県太田川漁協と沼田川簗場)とサケ(それぞれ岩手県越喜来湾定置網と盛川簗場)を、また複数回産卵種として成熟前後のニジマス(広島県廿日市市民間養鱒場で継代飼育されたもの)を使用した。2.産卵後のサケおよびアユの雌雄において、中脳の大型ニューロンに細胞体の萎縮など退行変性を示す組織切片像を見いだした。未成魚の当該ニューロンにこのような形態的な異常はなかった。3.細胞の自然死であるアポトーシスに関わる一連のカスパーゼ酵素群のうち、特に重要な役割を果たすカスパーゼ3に注目した。そのmRNA発現量の産卵前後での消長を、アユとニジマスを用いてリアルタイムPCR法で測定したところ、産卵後のアユの脳において有意に上昇していることを確認した。アユの他の器官およびニジマスのいずれの器官でも、このような発現量の上昇は観察されなかった。4.サケの血中コルチゾル濃度を、溯上直前・河川内産卵前・産卵後の雌雄で測定したところ、次第に増加していることを見いだした.5.以上より、産卵後死亡するサケやアユにおいては、産卵を契機として脳のニューロンがアポトーシスを起こすとともに、ホルモンバランスも崩壊している可能性が強く示唆された.6.今後、未測定の項目を充実するとともに、性ステロイド、抗体(lgM)、サイトカインなど生体防御に関わる分子や白血球の消長を検討する予定である。2)公開されている大西洋サケのカスパーゼー3のcDNA遺伝子配列を参考にして、上記3魚種に共通して使用することのできるプライマーセットを新たに作成するとともに、これらのカスパーゼー3mRNAの部分配列(約150塩基)を決定した。カスパーゼー3はアポトーシス(生理学的細胞自然死)を誘導する最終酵素である。3)上記のプライマーセットを用いて各種臓器から抽出したカスパーゼー3のmRNA発現量をリアルタイムPCRで測定した。結果を△△C_T法に,より解析したところ、昨年度得られた結果と異なり、3魚種とも多くの組織で産卵後にカスパーゼー3のmRNA発現量が減少した。産卵後に斃死しないニジマスにおいても同じ変動傾向が認められたことから、産卵後斃死の原因がアポトーシスでは無いことが強く示唆された。4)ストレスホルモンであるコルチゾルと、免疫力を低下させると言われる性ステロイド(エストロジェンやテストステロン)の血中レベルを測定したところ昨年度のサケと同じく、アユにおいても産卵後に有意に増加していることが分かった。5)サケとアユが産卵後の死ぬことと、脳内ニューロンが産卵期に変性することは間違いないことから、産卵後斃死は遺伝的にプログラムされた現象である。しかし、その原因はアポトーシス以外に求めざるを得ないことが分かった。

5月から7月まで4550%を推移したHt値は成長とともに上昇し、8月からは45%前後の値を維持した。これはHt値は成長ともに増加するというこれまでの知見と一致する。4)メイグリュンワルドーギムザ染色を施した塗抹標本において赤血球数に対する白血球数を求めたところ、5月と6月に12%であった好中球とリンパ球の割合は、7月以降有意に減少し、9月にはリンパ球は約5%に、好中球は約2%になった。栓球は実験期間を通じて1015%で推移した。これらの値を血球量(Ht値)で補正すると、好中球・リンパ球・栓球の絶対数はいずれも8月までは増加し続けるが、9月には急減することが分かった。自然免疫と獲得免疫の主体である白血球が産卵期に減少することが産卵後斃死に関わることが示唆された。
高温不均一磁化プラズマにおける乱流の時空間構造解析

周方向静電プローブアレーを用い、高密度直線プラズマの電子密度揺動を測定した。直線プラズマの乱流構造を解析することで、核融合プラズマ内に起きる輸送の増加・抑制の理解に貢献することが出来る。本研究により、プラズマ内のミクロな乱流がそれより大きい構造を組織するという現象が観測できた。この構造は理論的には予測されていたが、直線プラズマにおいて実測されたのは初めてである。九州大学応用力学研究所伊藤早苗研究室にて実験が行われている高密度直線乱流プラズマ装置(LMD-U)と、このプラズマ装置に設置されている周方向64チャンネル静電プローブを用い、プラズマの電子密度・ポテンシャル揺動(ドリフト周波数帯)の時空間構造を測定し、正確かつ詳細な揺動の2次元フーリエ解析(周方向波数・周波数)を行った。その結果、数個の基本揺動から非線形結合を繰り返すことで周方向波数・周波数のマッチング条件を同時に満たす位置に準揺動が次々に発生していることが分かった。この準揺動はドリフト波の線形分散関係とは外れた位置にカスケードしていることが、シミュレーション結果と照らし合わせることで理解できた。準揺動が親となる2つの揺動の非線形結合を通じて強制励起されていること(3波の非線形結合)は、周方向波数・周波数のマッチング条件を同時に考慮したバイスペクトル解析という今まで行われたことのない解析手法によって確認された。また、2つの軸方向に離れ、径方向位置が同じ周方向プローブ(64チャンネルと48チャンネル)により、揺動の2次元軸方向相関(周方向波数・周波数)を求めることにも成功した。さらに、非線形結合を通じてドリフト波揺動が周方向に自己収束し、メゾスケール構造を形成する現象(ストリーマー構造)が直線プラズマでは世界で初めて観測された。この構造は径方向には変調が弱く、理論で予測されているストリーマー構造と特徴が一致することが確認された。周方向静電プローブアレー(64チャンネルと48チャンネルの2種)を用い、高密度直線乱流プラズマ(九州大学応用力学研究所伊藤早苗研究室LMD-U装置)のプラズマの電子密度揺動の時空間構造を測定した。測定結果に対して2次元(周方向波数・周波数)で、フーリエ解析や3波相関(バイスペクトル)解析を行い、直線プラズマに発生する乱流構造の詳細を調べた。2次元の3波相関解析は多チャンネルプローブアレーを用いないと実行できないため、世界でもあまり行われていない新規的解析方法である。その結果、波数一周波数平面内に十数個現れる揺動のピークは、数個の基本揺動から3波非線形結合を繰り返すことで波数・周波数のマッチング条件を同時に満たす位置に準揺動として次々に発生していることが分かった。各揺動の波数・周波数を数値シミュレーション結果と比較したり、揺動のエンベロープ間の相互相関を計算することで揺動の時間発展の時間差を調べるAmplitude Correlation Techniqueを適用したりすることで、親である基本揺動を推定することが出来た。また、揺動ピークが波数一周波数平面の広い範囲と非線形結合をすることで、ブロードバンド揺動が現れることも同時に確認できた。その他に、ある特定の波が広く他の波と3波非線形結合をすることでドリフト波乱流揺動が周方向に自己収束し、メゾスケールであるストリーマー構造を形成する現象を、直線プラズマでは世界で初めて観測した。本年度は以上に挙げたような結果を積極的に学術雑誌や国際会議にて発表を行った。
公共圏を形成するための教養教育に関する研究

文化的背景の異なる他者と共生する社会を築くために市民的教養を形成することはいかにして可能か。本研究では様々な専門分野で学習者の問いとなるようなテクストや事物を選択・提示し、文化的・社会的実践に必要となる基礎的なリテラシーを学習者に培い、実践知を養っていくような教養教育を構想する。そのために、第二次世界大戦後のドイツの大学が置かれた社会的・政治的状況からガダマー(Gadamer, H.-G.)の思想を捉え直し、解釈学的研究を多元的な社会における対話として発展させることを試みる。
超音速マイクロチャネルによる電子デバイスの高熱流束冷却技術の確立

本研究は,気体の断熱膨張を利用した超音速マイクロチャネルによる流による省エネルギー型超高熱流束冷却システムの確立を目的としている.冷却対象は,近年,冷却能力の不足に伴う電力コスト増加が深刻な問題となっているデータセンターにおける集積回路などの小型電子デバイスである.本研究では,10MW/m2を超える超高熱流束冷却システムの実現を目指す.この目的の達成のために今年度は,より工業的に実現が容易なマイクロ超音速ノズル形状を目指し,圧延などによっても製作が可能な片バンプノズルを提案した.数値解析によるマイクロ超音速ノズル流の温度場の評価から,本研究で新たに提案した片バンプノズルは,昨年度提案したバンプノズルと比較して流動様相に相違あるものの,断熱膨張後の温度場は概ね同程度であり,マイクロチャネルヒートシンクとして有用であることを示した.また数値解析によってノズル下流のマイクロチャネル形状,及び最適なノズル幅の検討を行い,本研究で提案するマイクロチャネルヒートシンクにおいては,ノズル幅200μm程度で緩やかな拡がり勾配を有するマイクロチャネルが最適であることが明らかとなっている.さらに本年度は,これまでに得た数値解析,及び位相シフト光干渉計を用いたマイクロチャネル内超音速流に関する知見に基づき,10mm角及び高さ15mmの銅製のマイクロチャネルヒートシンクを作製し,冷却性能試験を実施した.また冷却性能試験に先立ち,OpenFOAMを用いた冷却性能評価手法を提案している.また実験条件は,これまでの数値解析と同様に上流0.7MPa,下流は大気開放とした.本冷却性能試験の結果,本研究で提案するマイクロチャネルヒートシンクは,空冷ながら1MW/m2を超える冷却性能を有することが明らかとなっている.27年度が最終年度であるため、記入しない。27年度が最終年度であるため、記入しない。電子機器の冷却を目的として,マイクロ超音速ノズルを用いた断熱膨張による低温の超音速空気流をマイクロチャネル内に流すことにより,基板面積基準の熱流束が10MW/m2程度の超高性能冷却機構の実現を目指している.平成26年度はマイクロ超音速ノズルによって生成されるマイクロチャネル内空気低温流による伝熱過程をより詳細に明らかとするために,ノズルの存在による効果を圧縮性流体の数値解析結果,および位相シフト光干渉計を用いた超音速マイクロチャネル内流れ場の密度場計測結果との比較に基づいて評価した.なお本計測のように,マイクロチャネル内超音速流についての定量的な高精度可視化計測は他に例を見ない.また,マイクロノズルの存在による気流温度への効果について評価するために,ノズル部を設けないマイクロチャネルを併せて作製し,数値解析および計測結果について比較を行った.マイクロチャネルは東北大学ベンチャービジネスラボラトリー,および東北大学大学院工学研究科附属マイクロ・ナノマシニング研究教育センターの設備を使用して作製した.さらに,より簡易なマイクロ超音速ノズルを有するマイクロ熱交換器流路の形状について提案した.ここでは数値解析による検討を行い,マイクロ超音速ノズルの形状を工業的に製造が容易なものとし,さらにノズル下流に位置するチャネル形状について,圧力回復に伴う温度上昇を防ぎ,低温流を維持できるものとした.加えて,本数値解析結果に基づいたマイクロチャネル熱交換器の冷却性能評価を行い,本研究で提案する超高熱流束空冷デバイスの実現可能性を示した.本研究は,気体の断熱膨張を利用した超音速マイクロチャネルによる流による省エネルギー型超高熱流束冷却システムの確立を目的としている.冷却対象は,近年,冷却能力の不足に伴う電力コスト増加が深刻な問題となっているデータセンターにおける集積回路などの小型電子デバイスである.本研究では,10MW/m2を超える超高熱流束冷却システムの実現を目指す.この目的の達成のために今年度は,より工業的に実現が容易なマイクロ超音速ノズル形状を目指し,圧延などによっても製作が可能な片バンプノズルを提案した.数値解析によるマイクロ超音速ノズル流の温度場の評価から,本研究で新たに提案した片バンプノズルは,昨年度提案したバンプノズルと比較して流動様相に相違あるものの,断熱膨張後の温度場は概ね同程度であり,マイクロチャネルヒートシンクとして有用であることを示した.また数値解析によってノズル下流のマイクロチャネル形状,及び最適なノズル幅の検討を行い,本研究で提案するマイクロチャネルヒートシンクにおいては,ノズル幅200μm程度で緩やかな拡がり勾配を有するマイクロチャネルが最適であることが明らかとなっている.さらに本年度は,これまでに得た数値解析,及び位相シフト光干渉計を用いたマイクロチャネル内超音速流に関する知見に基づき,10mm角及び高さ15mmの銅製のマイクロチャネルヒートシンクを作製し,冷却性能試験を実施した.また冷却性能試験に先立ち,OpenFOAMを用いた冷却性能評価手法を提案している.また実験条件は,これまでの数値解析と同様に上流0.7MPa,下流は大気開放とした.本冷却性能試験の結果,本研究で提案するマイクロチャネルヒートシンクは,空冷ながら1MW/m2を超える冷却性能を有することが明らかとなっている.本研究では,1.数値解析により断熱膨張を生じるためのマイクロノズル形状の検討とマイクロチャネル内超音速流の流動様相,および伝熱機構の解明を行い,2.研究グループで開発した位相シフト技術を適用した光干渉計によって,ノズル内およびチャネル内の密度場を可視化計測する.また,3.これらの研究で最適化した形状を用いたマイクロチャネル熱交換器を作製し,冷却性能評価を行う.4.加えて加熱壁面によるエネルギー供給の流体運動への寄与を明らかとし,伝熱工学と圧縮性流体力学との融合による流体加速技術を確立することを計画している.

現在は数値解析結果に基づく熱交換器の冷却性能評価まで達成しており,当初の年次計画と照らし合わせてもおおむね順調であるといえる.27年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は,年次計画の通り現在進めている熱交換器の作製,および計測結果に基づく冷却性能評価を行い,冷却システムとして提案する.加えて,新たに提案したより簡易な形状のマイクロ超音速ノズルを有するマイクロチャネルを,平成26年度と同様に東北大学ベンチャービジネスラボラトリー,および東北大学大学院工学研究科附属マイクロ・ナノマシニング研究教育センターの設備を使用して作製し,位相シフト光干渉計を用いたマイクロチャネル内超音速流の密度場の可視化計測,および数値解析を実施し,これを評価する.また,加熱壁面によるエネルギー供給の流体運動への寄与について明らかとし,伝熱工学と圧縮性流体力学との融合による流体加速技術を確立することを計画している.27年度が最終年度であるため、記入しない。
食品中機能性成分における抱合・脱抱合過程を介した機能発現機構の解明

課題1:腸内細菌による抱合体脱抱合能を検証するために、栗原ら(石川県立大学)の開発したヒト由来常在腸内細菌培養系を用いた腸内細菌ライブラリーにおけるケルセチン抱合体の加水分解反応の解析を行った。ケルセチン抱合体はUDP-グルクロン酸転移酵素発現酵母を用いて部位特異的な抱合化をうけた4種のケルセチン抱合体を用いた。63種の腸内細菌を用いてケルセチン加水分解反応を行ったところ、腸内細菌叢の違いによって加水分解能は異なることが明らかとなった。また、ケルセチングルクロン酸抱合体のグルクロン酸抱合を受けている部位によっても加水分解能が異なり、ケルセチン硫酸抱合体においては、酪酸生産菌及びビフィズス菌において高い加水分解能を示した。課題2:代表的な腸内細菌の培養菌体を用いてケルセチン-グルクロン酸抱合体に対する加水分解活性を測定し、複数の菌株において有意にグルクロニダーゼ活性を示すことが明らかにされた。これらの菌株のうち、その全ゲノム情報がデータベースに公開されているLactobacillusbrevis RO1, Lactobacillus gasseri, Ruminococcus gravusよりグルクロニダーゼ遺伝子配列を取得した。これらの配列を用いてアライメントを作成し、保存性の高い領域を特定した。これらの保存領域のアミノ酸配列から縮重プライマーを作成し、ヒト糞便サンプルより抽出したメタゲノムDNAサンプルに対してPCRを行った結果、いくつかの糞便サンプルにおいてグルクロニダーゼと思われる増幅断片が得られた。これらの増幅断片をクローニングし、その塩基配列を決定した結果、Faecalibacterium prausnitzii由来グルクロニダーゼ遺伝子と高い相同性を示すことが明らかとなった。現在これらの遺伝子の発現および機能解析を行っている。課題1:腸内細菌叢におけるケルセチン抱合体脱抱合能の解析:好気条件下での培養が困難である腸内細菌を栗原らが確立した培養系を用いて培養しヒト由来常在腸内細菌におけるケルセチン脱抱合能を解析することに成功した。課題2:腸内細菌由来加水分解酵素の網羅的探索と機能解析によるフラボノイド抱合代謝への関与:前述の腸内細菌におけるケルセチン脱抱合能解析の情報をもとに加水分解酵素遺伝子の探索が可能となり、遺伝子クローニング及び大腸菌発現系による機能解析をおこなうことに成功した。課題1:生体内においてポリフェノールは単一の修飾基のみならず複数の水酸基が異なる修飾(グルクロン酸/硫酸基、グルクロン酸/メチル基、硫酸基/メチル基)を受けることがあり、血中での抱合代謝物の同定においてはしばしば混乱を生じる単一修飾による抱合体と同様に、ヘテロ修飾による抱合体の化学合成は困難である場合が多く、異物抱合酵素発現酵母を用いた本製造方法は極めて有利である。これら酵母菌株な組み合わせによる逐次的な変換により、グルクロン酸/硫酸基/メチル基のヘテロな修飾基を有する抱合代謝物の製造を目指す。さらに、前年度で検証した腸内細菌による脱抱合の基質として認識されるか否かについても検討していく予定である。課題2:腸内細菌由来加水分解酵素によるフラボノイド脱抱合能を分子レベルで解析するために、ヒト腸内細菌由来メタゲノムからのサルファターゼ遺伝子取得を伊藤らが開発したS-GAM法により行う。ヒト腸内細菌叢よりメタゲノムDNAを抽出し、サルファターゼ遺伝子源とする。遺伝子配列データベースより各種微生物由来サルファターゼ遺伝子の配列を取得し、系統樹による分類および保存領域の選定を行う。各サルファターゼファミリーの保存領域に特異的な縮重プライマーを設計し、調製した腸内細菌メタゲノムDNAを鋳型としてPCRを行う。この発現プラスミドを鋳型として、Inverse PCRによりドナーベクターの調製を行う。調製したドナーベクターおよびメタゲノムよりPCR増幅したサルファターゼ遺伝子断片を、インフュージョン法によりシームレスに連結し大腸菌へクローニングする。得られた形質転換体をライブラリーとし、サルファターゼ活性を指標とする課題1:腸内細菌による抱合体脱抱合能を検証するために、栗原ら(石川県立大学)の開発したヒト由来常在腸内細菌培養系を用いた腸内細菌ライブラリーにおけるケルセチン抱合体の加水分解反応の解析を行った。

これらの増幅断片をクローニングし、その塩基配列を決定した結果、Faecalibacterium prausnitzii由来グルクロニダーゼ遺伝子と高い相同性を示すことが明らかとなった。現在これらの遺伝子の発現および機能解析を行っている。課題1:腸内細菌叢におけるケルセチン抱合体脱抱合能の解析:好気条件下での培養が困難である腸内細菌を栗原らが確立した培養系を用いて培養しヒト由来常在腸内細菌におけるケルセチン脱抱合能を解析することに成功した。課題2:腸内細菌由来加水分解酵素の網羅的探索と機能解析によるフラボノイド抱合代謝への関与:前述の腸内細菌におけるケルセチン脱抱合能解析の情報をもとに加水分解酵素遺伝子の探索が可能となり、遺伝子クローニング及び大腸菌発現系による機能解析をおこなうことに成功した。課題1:生体内においてポリフェノールは単一の修飾基のみならず複数の水酸基が異なる修飾(グルクロン酸/硫酸基、グルクロン酸/メチル基、硫酸基/メチル基)を受けることがあり、血中での抱合代謝物の同定においてはしばしば混乱を生じる単一修飾による抱合体と同様に、ヘテロ修飾による抱合体の化学合成は困難である場合が多く、異物抱合酵素発現酵母を用いた本製造方法は極めて有利である。これら酵母菌株な組み合わせによる逐次的な変換により、グルクロン酸/硫酸基/メチル基のヘテロな修飾基を有する抱合代謝物の製造を目指す。さらに、前年度で検証した腸内細菌による脱抱合の基質として認識されるか否かについても検討していく予定である。課題2:腸内細菌由来加水分解酵素によるフラボノイド脱抱合能を分子レベルで解析するために、ヒト腸内細菌由来メタゲノムからのサルファターゼ遺伝子取得を伊藤らが開発したS-GAM法により行う。ヒト腸内細菌叢よりメタゲノムDNAを抽出し、サルファターゼ遺伝子源とする。遺伝子配列データベースより各種微生物由来サルファターゼ遺伝子の配列を取得し、系統樹による分類および保存領域の選定を行う。各サルファターゼファミリーの保存領域に特異的な縮重プライマーを設計し、調製した腸内細菌メタゲノムDNAを鋳型としてPCRを行う。この発現プラスミドを鋳型として、Inverse PCRによりドナーベクターの調製を行う。調製したドナーベクターおよびメタゲノムよりPCR増幅したサルファターゼ遺伝子断片を、インフュージョン法によりシームレスに連結し大腸菌へクローニングする。得られた形質転換体をライブラリーとし、サルファターゼ活性を指標とする
生物機能が求める多元金属錯体反応系の研究

金属酵素など,種々の金属錯体を含む生体内反応系を解明し,化学反応系の構築とその生物機能を調べることを目指して,次の3項目に関する研究を企画し,調査を行った:1)多元金属錯体反応系の化学的構築,2)多元金属錯体反応系の分子配列,3)生体反応系の構造と機能発現メカニズム.調査の結果,生体系の大きな特徴は,金属酵素などが物質の交換経路上あるいは電子伝達経路上に有機的に配列され,反応が精密にコントロールされていることであり,このことが生体内反応の方向性と機能を支配しているため,生命現象の解明には個々の反応を統一し,方向性を有する反応系を構築することが求められているとの結論に達した.さらにこの方向で,現在進行中の生物無機化学研究に続く次代の生物機化学を目指して,生物機能が必要とする多成分から成る金属錯体系の研究を展開すべく,重点領域研究を推進するべしとの一致を見た.そこで,さらに(1)生体反応系の解明,(2)化学反応系の構築,(3)分子配列,(4)生物機能,の各面からの研究を企画し,研究対象,方法論,意義などに関して調査を行って,全体としての研究体系を検討した.本研究結果をふまえて,平成7年度発足重点領域「生命金属元素の超機能システム」として申請を行なった.本申請では,A)環境と医療における超機能システム,B)超機能を支える反応制御,C)超機能が求める高次構造,D)超機能システムの化学的構築,の各研究項目を柱として,生物機能と化学機能とを結びつけると共に,医学や地球環境保全に貢献することをも目指している.金属酵素など,種々の金属錯体を含む生体内反応系を解明し,化学反応系の構築とその生物機能を調べることを目指して,次の3項目に関する研究を企画し,調査を行った:1)多元金属錯体反応系の化学的構築,2)多元金属錯体反応系の分子配列,3)生体反応系の構造と機能発現メカニズム.調査の結果,生体系の大きな特徴は,金属酵素などが物質の交換経路上あるいは電子伝達経路上に有機的に配列され,反応が精密にコントロールされていることであり,このことが生体内反応の方向性と機能を支配しているため,生命現象の解明には個々の反応を統一し,方向性を有する反応系を構築することが求められているとの結論に達した.さらにこの方向で,現在進行中の生物無機化学研究に続く次代の生物機化学を目指して,生物機能が必要とする多成分から成る金属錯体系の研究を展開すべく,重点領域研究を推進するべしとの一致を見た.そこで,さらに(1)生体反応系の解明,(2)化学反応系の構築,(3)分子配列,(4)生物機能,の各面からの研究を企画し,研究対象,方法論,意義などに関して調査を行って,全体としての研究体系を検討した.本研究結果をふまえて,平成7年度発足重点領域「生命金属元素の超機能システム」として申請を行なった.本申請では,A)環境と医療における超機能システム,B)超機能を支える反応制御,C)超機能が求める高次構造,D)超機能システムの化学的構築,の各研究項目を柱として,生物機能と化学機能とを結びつけると共に,医学や地球環境保全に貢献することをも目指している.
X線CT装置による三次元再構築および骨塩定量を用いた成長発育研究

本研究において開発されたCT撮影方法によって以下に示す結果が得られた。1)断層部位再現性について;2度の断層撮影における同一計測点間の距離の差を比較した結果、一度目と二度目の計測誤差は、最大誤差率1.6%、最小誤差率0.7%となった。2)ファントムのCT値補正精度について;いずれの条件下においても、Ca濃度とCT値との間には、高い相関性(1%有意水準)が認められた。また、それぞれの相関係数には有意な差は見られず、撮影条件による影響は示されなかった。CT装置間における誤差は、X線減弱係数表示レベルの差から約10%となった。とくに、Ca_<10>(PO_4)_6OH_2を用いたファントムはCaCO_3に比べて装置間の誤差を小さくすることが可能であることが判明した。したがって、本方法により、顎顔面骨における骨密度の変化が形態変化とともに三次元的に観察することが可能となった。さらに、本研究で開発された補正ファントムおよび三次元再構築時の基準とする顔面マスクを用いて、6歳から16歳までの男子20名を被験者として下顎骨の骨密度分布を測定した結果、骨密度は頬側皮質骨が舌側皮質骨よりも高い値を示し、年令の増加に伴ってCT値も増加していることが認められた。また、三次元的には、白歯部骨体、筋突起部、下顎枝後緑に高密度領域の集中が見られた。しかし、従来、骨添加が旺盛とされる顎角部には、他に比して高い領域が確認されず、従来定説とされている点に疑問が残された。今後は、さらに、被験者数を増やすとともに縦断的な資料を採得したうえで、考察する必要があるものと考えられる。X線CT撮影によって得られた断層像から正確な三次元再構築像を構築するための撮影方法、ならびに画像の原情報であるCT値(X線減弱係数の相対値)を補正する方法を確立することを目的として、以下の各項目について検討を加えた。1)乾燥頭蓋骨10体において、規格撮影の精度を撮影画像の二点間距離計測によって確認する。2)各断層像を縦方向に連結し、立体的な画像を得るための方法を開発し、再構築時における問題点を解決する。3)炭酸カルシウム、ハイドロキシアパタイト等の物質をCT撮影時に同時撮影して、X線減弱係数の相対値を各被写体間で比較可能なように補正する方法を開発し、その精度を確認する。その結果、以下の各結果を得た。1)CT撮影時にアクリル樹脂等による撮影部位指示物を同時撮影することにより、誤差率2%以内で、撮影方法を規格化できることが判明した。2)X線束に対して垂直な基準物を用いれば、断層像を積み重ねる際の縦方向における連続性を正確に保てることが明らかとなった。3)炭酸カルシウムの濃度を段階的に変化させ、そのCT値の変化式より得られた回帰性を用いて、撮影時の被写体におけるカルシウム濃度を3%以下の誤差で測定可能であることが確認された。これらの結果を基にして、現段階においては、顔面部に装着することによってCT撮影を規格化するための装置ならびに炭酸カルシウム混入材を用いた骨塩定量ファントム(補正基準物)を作製中である。本年度における研究実績として以下の事項があげられる。1)頭頚部用骨塩定量ファントムの開発。2)ファントムのCT値補正精度の確認3)生体における骨密度変化の計測。4)生体における三次元的骨密度分布の変化の観察。まず、1)の頭頚部用骨塩定量ファントムの開発については、前年度より継続して行なわれたが、炭酸カルシウムロッド、ウレタン基材の基礎的なX線減弱性質を確認のうえ、顎骨に適した形状、軟度を持たせることに成功した。