hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
フレンドウイルス抵抗性宿主遺伝子Rfν-3の分子クローニング

フレンドウイルスの感染の成立には宿主側の遺伝的背景が非常に重要な因子として考えられている。Rfv-3遺伝子は、第15番染色体上に存在することが知られており、感染後15日目の中和抗体価を指標にマッピングを行ってきた。その結果、第15番染色体上のD15Mit1からD15Mit118の約3Mbの領域に存在することを突きとめた。この領域には92の遺伝子が存在し、Rfv-3遺伝子型の感受性系統と抵抗性型系統の間でのこれらの遺伝子発現の比較や、ゲノムの一次配列の比較から、昨年度までに2つの候補遺伝子を決定した。平成17年度には、Rfv-3遺伝子の分子実体を明らかにするために、フレンドウイルス抵抗性型の候補遺伝子を感受性系統のAWySn/J系統のマウスに導入することで、フレンドウイルス感染抵抗性を付与するかを検証することを目標として研究を進めた。AWySn/J系統のマウスは、通常のトランスジェニックマウスの作成の様に、受精卵の前核へのマイクロインジェクションによる遺伝子導入非常に困難であった。そこで、ほとんどのマウス系統で高効率に遺伝子導入が可能であることが知られているレンチウイルスベクターを用いて、候補遺伝子のAWySn/J系統マウスへの遺伝子導入を試みたところ、抵抗性型Rfv-3候補遺伝子をAWySn/J系統マウスへの導入することに成功し、複数個体でその発現も確認できた。現在、フレンドウイルス感染後15日目でのウイルス中和抗体産生を計測するため、候補遺伝子トランスジェニックマウスの繁殖交配を行っている。フレンドウィルスの感染の成立には宿主側の遺伝的背景が非常に重要な因子として考えられている。そのうちRfv-3は、第15番染色体上に存在することが知られており、感染後2週間後の中和抗体価を指標にマッピングを行ってきた。その結果、第15番染色体上のD15Mit1からD15Mit118の約3Mbの領域に存在することを突き止めた。そこで、Rfv-3の遺伝子型が抵抗性型系統(C57BL/6)と感受性型系統(A/WySnJ)のマウスのフレンドウィルス感染後の脾臓におけるRfv-3遺伝子領域に存在する92個の遺伝子の発現をマイクロアレイで比較した。その結果から、発現に差のある遺伝子、またはその機能がT細胞依存的な免疫反応に関係のある遺伝子を候補遺伝子としてリストアップした。さらに、候補遺伝子について、定量的PCRを用いてより精密に発現の差をしらべ、同時にゲノム配列を調べたところ、最終的に候補遺伝子を2つまで絞り込むことができた。候補遺伝子Aについては、リンパ球の細胞表面に発現している受容体遺伝子で、A/WySnJ系統では第3番エキソンにトランスポゾンが挿入されており、細胞内ドメインが欠損していた。また、候補遺伝子Bは、レトロウィルスの感染時に細胞内での防御に関係のある遺伝子として知られており、A/WySnJ系統での発現が低く、遺伝子発現調節部位の配列に違いがあることが予想される。現在、我々は、Rfv-3遺伝子はこの候補遺伝子のどちらかであると考え、かねてからの予定通り、A/WySnJ系統にC57BL/6系統由来のA, B遺伝子を導入したトランスジェニックマウスを作成中である。遺伝子Aについては、導入用のレンチウィルスベクターも完成しており、トランスジェニックマウス作成に取りかかっている。遺伝子Bについては、両系統のマウスにおける遺伝子発現調節部位の一次配列の比較解析中である。
唾液腺組織再生における低酸素応答の役割：新規組織再生法の開発

最終年度である平成30年度は、bFGFまたはEGFとコラーゲンゲルを組み合わせてラット顎下腺損傷部位に適用することで、幹細胞や筋上皮細胞の増殖や分化が促進することや、腺房細胞と考えられる細胞の増殖を確認し、唾液腺組織再生を確認した。次に、PHD2ノックアウトマウス(PHD2 flox/flox; Cre-ER)から得られた脂肪由来幹細胞を用い、その分化能の検討と低酸素応答(タモキシフェン投与による低酸素応答ON、低酸素環境下の培養)による増殖能の検討を行った。その結果、分化能、増殖能ともに良好な結果が得られた。以上から、組織再生の足場に脂肪由来幹細胞を組み合わせた組織再生法の検討を行うこととした。まず、唾液腺の組織欠損部位に脂肪由来幹細胞を応用するための足場の開発の検討を行った。この足場はatelocollagen /gelatin複合体で、その作製方法と安全性をすでに発表した。また、ラット皮膚創傷モデルにおいて、足場としてのatelocollagen /gelatin複合体による創傷治癒促進効果の確認ができた。今後は、創傷治癒促進効果のあるatelocollagen /gelatin複合体を唾液腺の創傷治癒に応用すること、さらに低酸素応答を惹起させるPHD阻害薬や低酸素応答を活性化させた脂肪由来幹細胞をatelocollagen /gelatin複合体と組み合わせて、唾液腺創傷治癒に応用できないかどうかを検討する。平成28年度は、ラット顎下腺における「低酸素応答活性化モデル」の作製を行う前に、タモキシフェン投与により、全身性に低酸素応答を発現させたPHD2ノックアウトマウスを用いて、低酸素応答が唾液腺を含む各臓器に発現するかどうか、またそのメカニズムを検証することとした。現在、歯髄、骨髄、唾液腺、脂肪組織、線維組織等の細胞を初代培養し、低酸素応答が発現しているかどうか、乳酸値の測定やPHD2、HIFの遺伝子発現等を検討中である。使用したマウスは、タモキシフェン投与により全身性に低酸素応答が誘発されるPHD2ノックアウトマウス(PHD2 flox/flox; Cre-ER)である。このマウスから得られた各臓器の細胞は低酸素応答が活性化し、培地中に乳酸が放出される。また細胞内には、PHD2やHIFの遺伝子発現やタンパク発現が確認できることが予想される。検討の結果、培地中乳酸値は有意に上昇していることが確認でき、対照群と比較して解糖系が亢進していることが確認できた。一方、低酸素応答時に増加する転写因子HIF1α、HIF2αを検出するために、ウエスタンブロッティング法における条件検討を行った。まずRCC4細胞および786-O細胞を用いて、in vitroの系での検討を行った。その結果、HIF1α、HIF2αともに検出できることを確認した。次に12時間1%酸素下に培養したHeLa細胞を用いて検討を行った。その結果、低酸素状態に置かれたHeLa細胞から、HIF1α、HIF2αが検出されることを確認できた。すなわち、HIF1α、HIF2αの抗体が機能していることを確認できた。この結果を踏まえて、現在、PHD2ノックアウトマウスの各臓器から採取した細胞で、抗体の条件検討を行なっている。平成28年度の研究計画では、ラット顎下腺における「低酸素応答活性化モデル」の作製を行う予定であったが、その前に、タモキシフェン投与により、全身性に低酸素応答を発現させたPHD2ノックアウトマウスを用いて、低酸素応答が唾液腺を含む、各臓器に発現するかどうか、またそのメカニズムを検証することとした。予定通りではないが、全体の進捗状況はおおむね順調に進展していると考えている。平成29年度は、唾液腺が損傷を受けた後の組織再生治療に際し、低酸素応答を活性化させた幹細胞を治療に応用できないかを検討した。検討にはタモキシフェン投与により、全身性に低酸素応答を発現させたPHD2ノックアウトマウスを用いた。細胞内には、PHD2やHIFの遺伝子発現やタンパク発現が確認できることが予想される。本マウス鼠径部の脂肪組織から、脂肪由来幹細胞を初代培養した。培地中の乳酸値は有意に上昇していることが確認でき、対照群と比較して解糖系が亢進していることが確認できた。また、その増殖能を観察したところ、対照群と比較して増殖能が有意に増加したことが確認された。現在、低酸素応答時に増加する転写因子HIF1α、HIF2αを検出するために、ウエスタンブロッティング法における条件検討を行っている。現在、マウス鼠径部の脂肪組織から、脂肪由来幹細胞を初代培養して、低酸素応答時に増加する転写因子HIF1α、HIF2αを検出するために、ウエスタンブロッティング法における条件検討を行っているが、同タンパクを検出する条件検討に苦慮している。

次に、PHD2ノックアウトマウス(PHD2 flox/flox; Cre-ER)から得られた脂肪由来幹細胞を用い、その分化能の検討と低酸素応答(タモキシフェン投与による低酸素応答ON、低酸素環境下の培養)による増殖能の検討を行った。その結果、分化能、増殖能ともに良好な結果が得られた。以上から、組織再生の足場に脂肪由来幹細胞を組み合わせた組織再生法の検討を行うこととした。まず、唾液腺の組織欠損部位に脂肪由来幹細胞を応用するための足場の開発の検討を行った。この足場はatelocollagen /gelatin複合体で、その作製方法と安全性をすでに発表した。また、ラット皮膚創傷モデルにおいて、足場としてのatelocollagen /gelatin複合体による創傷治癒促進効果の確認ができた。今後は、創傷治癒促進効果のあるatelocollagen /gelatin複合体を唾液腺の創傷治癒に応用すること、さらに低酸素応答を惹起させるPHD阻害薬や低酸素応答を活性化させた脂肪由来幹細胞をatelocollagen /gelatin複合体と組み合わせて、唾液腺創傷治癒に応用できないかどうかを検討する。現在、歯髄、骨髄、唾液腺、脂肪組織、線維組織等の細胞を初代培養し、低酸素応答が発現しているかどうか、乳酸値の測定やPHD2、HIFの遺伝子発現等を検討している。ラット顎下腺モデルについては、平成29年度に入り、直ちに行う予定である。また同時進行で、PHD2ノックアウトマウスから得られた、歯髄幹細胞や骨髄幹細胞を組織再生に応用できないかどうかを検討していく予定である。脂肪由来幹細胞において、低酸素応答時に増加する転写因子の遺伝子発現やタンパク発現を証明した後、唾液腺損傷モデルを用いて、その再生過程を観察する予定である。平成28年度の研究内容では、実支出額は報告した額となった。(理由)平成29年度の研究内容では、実支出額は報告した額となった。脂肪由来幹細胞での低酸素応答における条件検討の際、明確な条件の設定が困難で、研究計画にやや遅れが生じたのが大きな要因である。(使用計画)平成30年度は、平成29年度で発生した次年度使用額と平成30年度に請求する額を合わせて使用して主に物品費として充当し、研究を推進する予定である。平成29年度は、平成28年度で発生した使用額を使用して主に物品費として充当し、研究を推進する予定である。
歴史的記録資料の保存環境に関する共通基盤形成に向けた日欧比較研究

本研究では、学術に資する歴史的記録資料(以下、史料と記す)の劣化・消失を抑止して後世に伝えるため、日本およびヨーロッパにおける史料保存に適した環境並びにその技術に着目し、各事例を比較することで、過去から現在までの理念を統合し、薬剤を使用せず環境調査・制御というエコロジカルな手法で史料保存管理を実施する指標を提示することを目的とした。46月にはロシア国立図書館において湿潤寒冷気候における資料保存活動について、その歴史と環境制御技術の現状を調査した。また8月にはフランス国立図書館保存部と共同で、微生物劣化予防を目的とした歴史的建造物における環境解析とそれに基づく省エネ化の研究を進め、着実な成果を得た。9月にはヨーロッパ中央建築物理学シンポジウムCESBPにおいて発表し、米国暖房冷凍空調学会ASHRAEへの論文掲載が受理されている。10月にはフランスにて国際紙歴史学会フランス大会にて、東洋書籍に防虫防黴効果のために用いられた藍や黄檗等の染料に関する記述を古文献から抽出し、時系列的な変遷について考察した研究発表をした。1月にはフランス国立図書館保存部に再び赴き実験成果の公表について調整を進めるなど、欧州における情報収集と成果公開を通じての研究交流を密におこなった。また、一連の調査を通じて、日本とヨーロッパで空調を用いない環境での資料保存対策を比較・分析することによって得られた研究成果が、空調の使用が盛んであるアメリカ合衆国の学会誌にて受理されたことは、史料保存のための環境制御の方法論に関するグローバルな研究の発展に微力ながら貢献できたという点で意義があると考えられる。本研究では、学術に資する歴史的記録資料の劣化を抑止して後世た伝えるため、保存科学的な調査実験(温湿度・空中浮遊菌・付着菌等の調査)を行いつつ、日本とヨーロッパの文献と照合しながら、過去の技術に関する科学的合理性を検証し、日欧における史料の保存に関する社会環境も比較して研究を推進し、理想的な保存環境の提示を行うことを目的とする。研究計画の全体像は、大きく三つの段階に分けて進めている。(A)社会科学的な手法を用い、日本およびヨーロッパの古文献より史料の保存環境に関する問題点を抽出(B)日本およびヨーロッパの史料保存環境に関する自然科学的手法を用いた実地調査を実施(C)シミュレーション解析を用いることで、保存環境対策の科学的合理性を検証歴史的記録資料の保存環境に関する共同基盤形成に向けた日欧比較研究を着実に進めるため、初年度は基礎技術の確認と応用、情報収集と研究者交流、得られた成果のすみやかな公開に取り組んだ。ヨーロッパの史料の管理体制を明らかにする研究については、歴史的建造物としての図書館がテーマとなったIFLA(国際図書館連盟)イタリア大会に参加して、歴史的図書館に関する文献資料収集活動に取り組むとともにIFLAの保存分科会においては浮遊菌関係の研究交流をした。また、ドイツ工科大学にて建築材料と構造から保存環境制御において重要な水分移動解析に取り組み、第1回Central European Symposium on Building Physicsポーランド大会2010年における発表が受理された。また、フランス国立文化財学院(INP)との交流を深め、第30回国際紙歴史学会(International Paper historian)にて、和書の保存(虫害)についての口頭発表に投稿し、情報発信にもつとめた。
ショウジョウバエを用いた遺伝学的手法によるダイオキシン作用機構解明へのアプローチ

ダイオキシンは強力な慢性毒性・催奇形性・発ガン性をもち、大気中に安定に蓄積していることが大きな環境問題となっている。細胞内に入ったダイオキシンは、転写調節因子の一種であるダイオキシン受容体Ahrに結合し、類似の分子Arntと結合して働くことが知られるが、細胞死・奇形・癌形成時に機能する分子メカニズムや、毒性作用を回避するために有効な代謝経路など、生体内での防御・分解に通じる機構は未だ十分に解明されていない。我々は遺伝学上優れた材料であるショウジョウバエを用い、ダイオキシン受容体ホモログであるSpinelessの異所的活性化が強度の細胞死誘導能をもつことを見出した(Adachi-Yamada et al. 2005)。この性質を利用して、本研究では以下の3つを目的として、ダイオキシン受容体の作用機作を究明した。1.Spinelessが惹き起こす細胞死の原因と細胞死誘導経路の解明。2.環境ストレス応答性情報伝達因子JNKのSpineless作用に対する効果。3.Spinelessによる細胞死誘導を抑圧する突然変異体の単離解析。1.翅におけるSpinelessの異所的活性化は、Distal-lessの作用によって異所的な肢形成を促し、その結果アポトーシスに帰結することがわかった。また、アポトーシスを惹き起こすには、新たなLRRファミリータンパク質Fish-lipsを介した周辺細胞との相互作用が失われることが必要である。2.Spineless活性化による影響は、JNKの支配を強く受けながら進行することを昨年度までに明らかにしていたが、この支配は細胞死誘導に関してのみであり、器官転換や細胞の親和性形成については、効果を及ぼしていないことがわかった。3.新たにSpinelessの抑圧突然変異体Sussex(第二染色体)を分離し、解析中である。細胞内に入ったダイオキシンは、転写調節因子の一種であるダイオキシン受容体Ahrに結合し、類似の分子Arntと結合して転写調節因子として働くことが知られるが、細胞死・奇形・癌形成時に機能する分子メカニズムや、毒性作用を回避するために有効な代謝経路など、生体内での防御・分解に通じる機構は未だ十分に解明されていない。申請者らは遺伝学上優れた材料であるショウジョウバエを用い、ダイオキシン受容体の異所的活性化が強度の細胞死誘導能をもつことを見出した(論文投稿中)。この性質を利用して、上記の視点からダイオキシン作用機作を究明している。この中で本研究では、以下の3つを本研究の目的とした。1.ダイオキシン作用が惹き起こす細胞死の性質の把握と細胞死誘導経路の解明。2.環境ストレス応答性情報伝達因子のダイオキシン作用に対する修飾に関する研究。3.ダイオキシン受容体と遺伝的相互作用する突然変異体の解析に基づく作用経路の解明。ダイオキシン受容体の異所的活性化が、如何なる種類の細胞死を誘導するのかを判別するために、細胞死の各種マーカーの検出を試みた結果、環境ストレス応答性情報伝達因子JNKに対する依存性が極めて強く、JNK活性化の結果としてカスパーゼ-3が活性化されていることが明らかとなった。また、JNK活性化に至るまでに、転写調節因子Tgo(Arntのホモログ)とDistal-lessを必要としていることがわかった。ダイオキシン受容体の異所的活性化は、Distal-lessの作用によって異所的な肢形成を促し、その結果JNKが活性化されていることが示唆される。X線による突然変異誘発により、新たなダイオキシン受容体サプレッサーを単離した。

ダイオキシンは強力な慢性毒性・催奇形性・発ガン性をもち、大気中に安定に蓄積していることが大きな環境問題になっている。細胞内に入ったダイオキシンは、転写調節因子の一種であるダイオキシン受容体Ahrに結合し、類似の分子Arntと結合して転写調節因子として働くことが知られるが、細胞死・奇形・癌形成時に機能する分子メカニズムや、毒性作用を回避するために有効な代謝経路など、生体内での防御・分解に通じる機構は未だ十分に解明されていない。申請者らは遺伝学上優れた材料であるショウジョウバエを用い、ダイオキシン受容体ホモログであるSpinelessの異所的活性化が強度の細胞死誘導能をもつことを見出した(印刷中)。この性質を利用して、上記の視点からダイオキシン作用機作を究明している。この中で本研究では、以下の3つを本研究の目的とした。1.Spinelessが惹き起こす細胞死の性質の把握と細胞死誘導経路の解明。2.環境ストレス応答性情報伝達因子JNKのSpineless作用に対する修飾に関する研究。3.Spinelessと遺伝的相互作用する突然変異体の解析に基づく作用経路の解明。1.翅におけるSpinelessの異所的活性化は、Distal-lessの作用によって異所的な肢形成を促し、その結果アポトーシスが誘発されることがわかった。また、アポトーシスを惹き起こすには、新たなLRRファミリータンパク質Fish-lipsを介した周辺細胞との相互作用が失われることが必要であることが明らかになった。2.Spineless活性化による影響は、JNKの支配を強く受けながら進行することが昨年度までに判明していたが、この支配は細胞死誘導に関してのみであり、器官転換や細胞の親和性形成については、効果を及ぼしていないことがわかった。3.新たに誘発した、Spinelessの抑圧突然変異体を解析中である。ダイオキシンは強力な慢性毒性・催奇形性・発ガン性をもち、大気中に安定に蓄積していることが大きな環境問題となっている。細胞内に入ったダイオキシンは、転写調節因子の一種であるダイオキシン受容体Ahrに結合し、類似の分子Arntと結合して働くことが知られるが、細胞死・奇形・癌形成時に機能する分子メカニズムや、毒性作用回に有効な代謝経路など、生体内での防御・分解に通じる機構は十分に解明されていない。申請者らは遺伝学上優れた材料であるショウジョウバエを用い、AhrのホモログであるSpinelessの異所的活性化が細胞死を導くことを見出した。これを端緒として本研究では以下の3点を目的とした。1.Spinelessが惹き起こす細胞死の性質解明。2.環境ストレス応答性情報伝達因子JNKのSpineless作用に対する修飾。3.Spinelessと関連する突然変異体の解析に基づく作用経路の解明。1.翅におけるSpinelessの異所的活性化は、Distal-lessを介した器官転換を促し、その結果アポトーシスを導くことがわかった。またアポトーシスに先立ち、LRRファミリー膜タンパク質Fish-lipsを介した周辺細胞との相互作用が失われることが判明した(Adachi-Yamada et al. 2005)。
ドラッグデリバリーシステムを応用した新しい癌性腹膜炎治療を目指して 縫合貼付かつ薬物徐放が可能な新規CDDP含浸gelatin hydrogel製剤の開発

進行卵巣癌の長期予後が、手術療法並びに化学療法の進歩にもかかわらず改善されていない大きな要因に腹膜播種がある。そこで、近年発達してきたDrug delivery system(DDS)の腹膜播種治療へ応用を試みた。術中に縫合貼付かっ長期間の徐放が可能な白金製剤シスプラチン(CDDP)の水溶液を徐放担体として任意の生体分解期間を有するgelatin hydrogelsheet(GS)に含浸させCDDP製剤(CDDP-GS)を作成した。Meth-AR1 fibrosarcoma cellを皮下接種したCDF1マウス腫瘍モデルの腫瘍表面にこの製剤を縫合貼付し、抗腫瘍効果を検討した。まず腫瘍内の薬物濃度を経時的に測定すると、水溶液腫瘍内投与群(対照群)では3日以後測定不可能であったが、CDDP-GS貼付群では21日間測定可能であり、徐放性が確認された。また腫瘍内濃度もCDDP-GS群が水溶液腫瘍内局注群に比較して高値であり、高い腫瘍ターゲティング能が確認された。抗腫瘍効果は腫瘍体積変化とKaplan-Meier法による生存曲線で評価し、CDDP-GS群は同量の水溶液局注群よりいずれも有意に良好であった(P<0.01)。副作用は経時的血液検査と体重変化により評価したが、問題となる所見は認めなかった。本DDS製剤の使用により、腫瘍へのターゲティングと長期間作用という点でこれまでの投与法より高い有効性が期待でき、個々の開腹所見に応じたオーダーメイド的治療が可能となる。従って、初回治療として開腹手術が施行される多くの卵巣癌患者にとって、患者めQOLおよび予後の改善をもたらすことが期待され、大きな意義をもつと思われる。
頑健な単語表現の学習と深層ニューラルネットワークを用いた誤り訂正

一方、日本語の誤り検出・訂正の研究にも取り組み、日本語学習者のための誤用検索システムに文法誤り検出を組み込んだシステムの有効性を示し、言語処理学会年次大会で発表し、国際会議に投稿中である。また、日本語ネイティブが書いた文章の誤り検出にも取り組み、擬似誤りコーパスを作成する手法の同音異義語および助詞誤り検出における有効性を示し、人工知能学会全国大会に投稿した。本年度は、単語の分散表現を学習するCollobert and Weston (2008)をベースに、英語学習者の誤りパターンを考慮した単語の分散表現を得る手法を提案した。提案手法は文法誤り情報を用いて単語分散表現を更新する部分と、擬似負例の作成に学習者の誤りパターンを考慮する部分に分かれており、前者は誤り情報を直接的に考慮することができ、後者は大規模だがノイジーな学習者コーパスを有効に活用することができる。英語学習者の文法誤り検出タスクにおいて、LSTMを用いた誤り検出器を構成し、学習された単語分散表現の有効性を検証した。実験の結果、英語学習者の誤りパターンを考慮することで、学習者の誤り方を反映した単語分散表現を学習することが可能であることを示し、英語学習者の文法誤り検出タスクで世界最高精度を達成することができた。分析の結果、提案手法は学習者の作文に頻出する誤りを高精度で検出できる反面、頻度が少ない誤りの検出には失敗することが分かった。また、提案手法は挿入誤りを考慮していないため、挿入誤りの検出精度が先行研究の手法と比較して低い、という課題が明らかになった。日本語や中国語のような単語分割の必要がある言語における誤り訂正タスクでの評価はできていないが、英語学習者の誤り検出タスクで深層ニューラルネットワークを用いることで世界最高精度を達成し、当初の計画通り誤りパターンを考慮した単語分散表現の学習が有効であることを示すことができ、順調に進展している。本年度は、昨年度に引き続き、英語学習者の誤りパターンを考慮した単語の分散表現を得る手法の研究を継続した。昨年度の実験に引き続き、複数の学習者コーパスにおいて提案手法が有効であることを示した。当該研究成果を自然言語処理の中堅国際会議International Joint Conferenceon Natural Language Processingにて発表し、言語処理学会の論文誌「自然言語処理」に投稿した。また、本年度は昨年度の研究に基づき誤り訂正の研究にも取り組んだ。本年度は誤り検出の結果を誤り訂正の素性として用いる単純なパイプライン処理手法を提案した。誤り検出素性を使うことで、誤り訂正の適合率が向上し、全体の精度も向上することを確認した。また、誤り訂正を行うことで誤り検出自体の精度も向上することを示した。当該研究成果は言語処理学会年次大会にて発表した。そして、本年度は新たに誤り訂正の関連タスクとして第二言語学習者の言語習得モデリングの共通タスクに取り組んだ。このタスクは言語学習者の過去の学習履歴からどの単語を誤りやすいのかを予測するというタスクで、翻訳問題、語順並べ替え問題、聞き取り問題の学習履歴からなるデータが与えられる。我々はデータの特徴からLSTMによって学習履歴を考慮し、かつ複数の問題のデータからマルチタスク学習を行うモデルを提案し、共通タスクに参加した12チーム中4位の成績を残した。当該研究成果はWorkshop on Innovative Use of NLP for Building Educational Applicationsに投稿した。研究実績の概要に示したように、英語学習者の誤り検出タスクで深層ニューラルネットワークを用いることで世界最高精度を達成し、かつ当初の計画通り誤り検出と誤り訂正タスクを同時に解くことが有効であることを示し、順調に進展している。また、本年度は分かち書きの必要な言語である日本語の誤り検出の研究に取り組み、日本語書き言葉均衡コーパスを対象に、文字単位の入力にしてLSTMを用いた誤字検出の実験を行なった。実験の結果、LSTMに基づくRNN言語モデルは文字n-gramによる統計的言語モデルより精度が高いことを示したが、ネイティブの書いた文章の誤り検出は誤警報率を低くしたまま再現率を高くすることが困難なタスクであることを確認した。昨年度は小規模な英語学習者コーパスから抽出した誤りパターンを用いることで、それまでの世界最高精度と比較して統計的に有意な性能の向上を示すことができたが、大規模な英語学習者コーパスから抽出した誤りパターンを用いることで、さらなる性能の向上を図り、文法誤り検出だけではなく文法誤り訂正タスクでも有効性を示す。また、英語学習者の文法誤り訂正・検出タスクだけではなく、日本語や中国語など他の言語における文法誤り訂正にも頑健な表現学習手法および深層ニューラルネットワークを用いた誤り検出手法の検討を行う。昨年度までは1文のみを見た文法誤り検出・訂正タスクに取り組んだが、言語学習者の履歴や文章全体を考慮した文法誤り検出・訂正タスクに取り組んでいきたい。また、英語学習者の文法誤り訂正・検出タスクだけではなく、日本語や中国語など分かち書きが必要な言語における文法誤り訂正にも頑健な表現学習手法および深層ニューラルネットワークを用いた誤り検出手法の検討を行う。

現在は文字単位のLSTMによる誤り検出の実験を行なっているが、単語レベルの情報、具体的には同音異義語を考慮した誤り検出手法の研究をする予定である。少額でGPU等の研究物品を購入することができなかったため。少額でGPU等の研究物品を購入することができなかったため、次年度の予算と合算してGPUを購入する。次年度の予算と合算してGPUを購入する。
抗原抗体反応速度論的解析による自己抗体病原性強度の新しい指標の開発

近年、表面プラズモン共鳴現象を利用したバイオセンサーが開発され、蛋白質-蛋白質あるいは蛋白質-核酸間の相互作用を微量でしかもラベルすることなく、リアルタイムで観察することが可能となった。この方法の開発により、分子間相互作用の速度論的解析が身近なものとなった。天疱瘡は、表皮角化細胞膜表面に対するIgGタイプの自己抗体により水疱が生じる難治性の重篤な自己免疫性疾患である。多数の天疱瘡患者を経時的にELISA法によりその自己抗体の抗体価を検討してみると、症例間で比較すると抗体価は必ずしも重症度を反映していない。つまり、抗体価が比較的低値にもかかわらず重症な症例、あるいは、適切な治療の後病勢は寛解期にあるものの中等度の抗体価を残している症例も散見される。本研究の目的は、天疱瘡における抗原抗体反応の速度論的観点から解析し、臨床的重症度の違いを理論的に解明することにある。本年度は、臨床的に重症、中等症、軽症、寛解例と分けられた患者から得られた血清を用いて、それぞれの血清中に含まれる自己抗体の組換え蛋白に対する結合反応を速度論的にバイオセンサーシステムを用いて解析した。ELISA法にて得られる抗体価とバイオセンサーシステムを用いて得られる結合総量に相関が認められた。さらに、我々が開発した天疱瘡モデルマウスより、数種の抗Dsg3モノクローナル抗体を樹立した。現在、得られたモノクローナル抗体が病的活性をもつか、新生仔マウスの受動免疫の系で確認している。バイオセンサーシステムによる自己抗体の抗原への結合に関する速度論的解析は、新たな重症度の予測に有用であると思われた。多数の天疱瘡患者を経時的にELISA法によりその自己抗体の抗体価を検討してみると、個々の症例において病勢の推移と抗体価の経時的変化は一致する傾向にあるが、症例間で比較すると抗体価は必ずしも重症度を反映していない。次年度には、反応速度定数と重傷度との関係を検討する。さらに、天疱瘡抗原に対する病的活性を示すマウスモノクローナル抗体を樹立し、それぞれの抗体の反応速度定数と病的活性の強度との関係を解析する。
電子伝達蛋白質の相互認識と電子伝達機構:チトクロムおよびフェレドキシン系

ウシ心筋ミトコンドリアのチトクロム【C_1】サブコンプレックスを3当量のpCMBが結合する條件下で、SH基の修飾を行うと、構成する2つのサブユニット(Hinge蛋白質とヘムサブユニット)はゲル濾過では分離せず、電気泳動でのみ解離する。この解離に伴って【C_1】ヘムサブユニットの自動酸化能が出現増大し、チトクロムCへの電子伝達が阻害される。これはHinge蛋白質が【C_1】とCの複合体形成に必須であるのみならず、ヘムサブユニットの自動酸化能抑止にも寄与していることを示している。また、ヘムサブユニットはHinge蛋白質がないと凝集するらしい。pCMBは両サブユニットの疎水性会合面に存在するSH基に導入され、疎水領域を親水領域にすることによって両サブユニットを解離させるものと推察された。一方、酵母チトクロム【C_1】の遺伝子を組換え技術を導入することによって、変異遺伝子をもった酵母の成育能,【C_1】の発現,そして【C_1】のスペククトルに及ぼす影響を調べたところ以下のことが判明した。【C_1】のC末端17残基はミトコンドリア内膜の組み込みや電子伝達能、および成育能に何ら影響を及ぼさないこと、C末端の70残基を失ったものはもはやミトコンドリア内膜への組み込まれ方や、発現,呼吸能に支障を来たしていること、などである。このことはウシ【C_1】の構造を決定した際、ある程度の矛測は可能であったが、それを具体的に示しえたし、分子の人工変異に伴う機能的変化の研究に一歩前進しえたものといえる。その他、【C_1】ヘムへの配位子がヒスチジンとメチオニンであること、【C_1】サブコンプレックスが結晶構造解析できそうなこと、17KD蛋白質欠損株の作成が可能なこと、スピルリナ・フェレドキシン【NADP^+】還元酵素(FNR)の結晶化とSH基の存在状態を明らかにしたこと、フェレドキシンFe-Sクラスター合成酵素の存在すること、ウシ心筋サクシネート脱水素酵素鉄蛋白の構造決定を完了したことなどがある。
主格目的語に関する統語論的研究：英語と主格目的語を有する言語との比較の観点から

本研究では、まず主格目的語を持つアイスランド語に見られる長距離再帰代名詞に関する調査を行い、主格主語と一致する長距離再帰代名詞の認可に主格付与を担う機能範疇Tが関わっていると主張した。次に主格目的語を持つ日本語の複合動詞句の統語構造を考察し、主格目的語の主格付与は主語要素への主格付与と同じ機能範疇Tが行っていると論じた。よって主格は普遍的にTにより認可され、アイスランド語や日本語のように主格目的語を持つ言語には、英語などと異なり、外項を有するが格付与を行わないvが存在し、目的語要素へのTによる主格付与を可能にしていると結論づけた。平成25年度は、主格目的語の主格がC-Tにより付与されるメカニズムについて研究を行った。主格目的語を持つ言語である日本語において、どのようなメカニズムから目的語に主格が付与されるのかを現在の理論的枠組み(Chomsky 2008)のもと、複合動詞句内で格付与がどのように行われるのかを考察し、目的語に主格が付与される場合とされない場合の相違点を精査し、新しい分析を提案した。具体的には、次の3つの点を示した。1、日本語の複合動詞句内では例えPhaseが複数介在していても、1つのPhaseとして計算され、個別に計算されない。2、複合動詞句内における格の交替はPhase内で行われる操作の順序の違いから導き出されるものであり、別の追加の随意的操作などによるものではない。3、主格は普遍的にC-Tにより認可される。これにより、言語間相違、格の交替などに関して新たな可能性を追求した。平成24年度に行ったアイスランド語の長距離再帰代名詞の研究で、目的語要素であってもC-TとAgreeの関係になれるということを示した。この研究は目的語要素が例えv-VとAgree関係になっていても、ある条件下で更にC-TとAgree関係になれることを示している。しかし、2013年11月に出版された日本語の主格目的語の研究論文ではそのような可能性を考慮することなく分析した。その後はChomsky 2013で提案された新しい理論的枠組みのもとで、この研究がどのように捉え直せるかを現在も継続して考察している。平成25年度の研究成果は、2013年11月に研究論文にて発表した。この研究を新しい理論的枠組みのもと捉え直した研究成果を2014年5月(平成26年度)にMITで行われたWAFL10にて発表した。平成24年度は、まず主格目的語を持つ言語と持たない言語の統語的振る舞いの違いの1つ「長距離再帰代名詞」に関する調査を行った。主格目的語を持たない英語では見られないが、主格目的語を許す日本語やアイスランド語といった言語は長距離再帰代名詞が存在する。この長距離再帰代名詞に関するアイスランド語の研究では、統語理論だけでは解明できないとするアプローチが主流であったが、本研究において現在の理論的枠組み(Chomsky 2008)のもと、その振る舞いに統語的説明を与えた。1、アイスランド語の再帰代名詞sigは解釈可能ではあるが値を持たないphi素性に値を得るために、その先行詞がAgreeの関係にある機能範疇の主要部とAgreeの関係に入らなければならない。2、sigはClitic Climbingという統語操作により、より高い位置にある機能範疇の主要部とAgreeの関係になることができる。3、subjunctive Cと非定形のCは不完全なものであり、Phase不可侵条件に従わない。これにより、再帰代名詞sigは長距離先行詞を有することができると論じた。この研究で、英語等の言語では認められないフェイズを越えた統語操作がアイスランド語などでは可能であり、英語とアイスランド語における長距離再帰代名詞に関する差違はフェイズCの違いにあることがわかった。この研究が正しければ、主格目的語の有無に関してもフェイズを越えた統語操作の可否にあるというアプローチが考えられるようになる。平成24年度の研究成果は、2012年9月に三重大学で行われたGLOW in Asia IXにて発表した。また平成24年度から継続して行っている日本語の複合動詞句内における格付与に関する研究の成果は2013年6月に行われる慶應言語学コロキアムにて発表予定である。本研究を始めるにあたり、主語の明示性、主語位置の空所化、長距離再帰代名詞はそれぞれ関連性があり、目的語への主格付与の有無と大いに関連するのではないかという目算があった。しかし、長距離再帰代名詞の研究を進めた結果、主語位置の空所化の有無と長距離再帰代名詞の可否に明らかな関連性を見いだせなかった。

そのため、より多くの可能性を検証することとなり、本研究の主目的である主格付与の本質の探究とは別のところに研究時間を割くこととなった。現在の一連のChomskyによる研究は全ての操作はフェイズ単位で行われるというものである。このことを踏まえ、現在日本語の複合動詞句内における格付与についての研究を進めている。今後は言語間の差違をフェイズが持つ特性の差違に置き、更にはそのフェイズの単位をどのように捉えていくか、具体的にはどのまとまりをフェイズと見なし、統語操作が行われるのかについて調査を進め、本研究の主要目的である主格付与の本質に迫る。該当なし
次世代型生体調節因子としてのアミノ酸の新規機能性の探索と有効性の検証

アミノ酸のシグナル伝達と細胞応答に関する共同研究が、主にトランスクリプトミクスによる網羅的解析を用いて実施された。その結果、栄養素としてではない、情報分子としてのアミノ酸の機能性が、タンパク質合成と分解に関与する遺伝子発現とオートファジーの制御、糖代謝と脂質代謝の制御、神経組織におけるセリン有効性の情報伝達に関連して解析され、多様なアミノ酸の複雑な情報ネットワーク構造の一端が明らかになった。初年度の5名の成果は以下の通り。○培養肝細胞H-4-II-Eで、培地交換と完全アミノ酸添加による発現プロファイルをマイクロアレイで解析した。栄養不良による発現変化が観察され、アミノ酸では約半数の遺伝子変化が見られた。オートファジー遺伝子LC3の発現は6時間後に現れたことから、アミノ酸のオートファジー促進効果には、タンパク質LC3の変換レベルと転写レベルの2経路があることが推定された(門脇基二)。○Lys、Thr欠乏のグルテン食で、ラット肝臓遺伝子発現プロファイルをカゼイン食や無タンパク質食と比較した。各種正規化法により、qFARMS法がアミノ酸の効果を最も明確に分離させた。パスウェイ解析から、コレステロール代謝やグルタチオン合成系が食餌タンパク質の影響を強く受けることがわかった(加藤久典)。○一夜絶食ラットにIleを経口投与して、肝臓・骨格筋での遺伝子発現をマイクロアレイで解析した。その結果、肝臓で糖新生律速酵素の遺伝子発現がIleにより抑制され、さらにPEPCKについて、Ileによる発現制御pathwayの一部を予想することができた(吉澤史昭)。○ラットにMet、Cys、Tauの添加食を与え、肝臓RNAをマイクロアレイ解析に用いた。さらに3次元培養によるラット初代培養肝細胞に単一アミノ酸(Met、Tau、Gly、Lys、Ser、Gln、Val)を添加し、肝細胞RNAをマイクロアレイ解析に用いた。統計解析の後、IPAによる解析を行いその関係を一部示すことができた。(小田裕昭)○Serの機能性と代謝恒常性維持の機序解明を目指し、脳特異的Phgdh KOマウス脳海馬のマイクロアレイ解析を行った。成熟脳でSer欠乏に特徴的な遺伝子発現変化を同定した。機能カテゴリー解析より、組織発達、分子輸送、がん、細胞増殖、情報伝達などの関連遺伝子が変化している事が明らかとなった。さらに培養細胞系での解析のため、全組織でPhgdh遺伝子が不活化されたKOマウスから不死化線維芽細胞の樹立に成功した(古屋茂樹)。第2年度の5名の成果は以下の通り。○H-4-IIE細胞で全アミノ酸とArg単独添加による遺伝子変化のタイムコースを検討した。その結果、オートファジー関連遺伝子群は3-5時間で効果が認められ、これはオートファジー調節タンパク質LC3の細胞質での誘導抑制20-30分と異なるタイムコースであり、アミノ酸のオートファジー調節には二重の仕組みが作動していた(門脇基二)。○HepG2細胞をLys,Thr,Met欠乏培地で3,12時間処理し、遺伝子発現プロファイルを解析したところ、GCN2経路遺伝子の共通な変化、Met欠乏に特異的なメチル基転移経路の変化などが見出された。プロテオーム解析では、酸化ストレス応答、プロテアソーム系の変化が目立っていた。PEPCK2はLys,Thr欠乏においても量が増加するタンパク質として同定された(加藤久典)。○Ile経口投与による肝臓PEPCK遺伝子の発現抑制を制御するpathwayとして予想された遺伝子を定量PCR法を用いて解析した。その結果、Ile投与によりこれらの発現はPEPCK遺伝子発現を抑制した。また、IleおよびLeu投与による肝臓遺伝子発現変化を比較した結果、糖新生関連遺伝子に違いが見られた(吉澤史昭)。○ラットにTau添加食を与え、肝臓RNAのマイクロアレイ解析を行い、バイオファンクション解析、パスウェイ解析、ネットワーク解析を行った。その結果、脂質代謝、糖質代謝、薬物代謝の変動が確認され、その作用はNROB2経路によって制御されることが判明した(小田裕昭)。○Ser欠乏で惹起される細胞応答と分子機序解明を目指し、昨年度樹立した胚性線維芽細胞(KO-MEF)を用いて遺伝子発現解析を行った。Phgdh KOマウス組織で観察された主要な遺伝子変化はSer制限条件下のKO-MEFで再現されていた。マイクロアレイ解析により全ゲノムスケールで検討したところ、転写、細胞増殖制御、ストレス応答、糖質代謝、脂質代謝、およびそれら制御に関連する遺伝子ネットワークが同定され、個別遺伝子についてもSerによって発現が調節されていた(古屋茂樹)。最終年度の6名の成果は以下の通り。○オートファジー調節アミノ酸のうち、Argの作用機構について検討した。結果、Argはタンパク分解、オートファジー速度(LC3比法)ともにNOS阻害剤による阻害を示したことから、新規のNO産生を介した調節機構が推定された(門脇基二、藤村忍)。○昨年アミノ酸シグナルに関わる因子についてマイクロアレイやプロテオームで明らかにしてきたが、mTOR経路を解析するためhVps34やp150タンパク質の変異体を作成し、アミノ酸シグナルに重要なドメインを同定した。ニュートリゲノミクスデータベースの効率化と活用を進めた。

(加藤久典)○Ile,Leu投与後のデータを階層的クラスター解析した結果、Ileによって骨格筋糖代謝遺伝子群とタンパク質代謝遺伝子群の発現が、Leuによって肝臓脂質代謝遺伝子群、糖代謝遺伝子群、タンパク質代謝遺伝子群の変化が確認された。また、Ile経口投与後の肝臓プロテオームを解析した結果、糖代謝に関わる3酵素のリン酸化と1酵素の発現増加が確認された。(吉澤史昭)○初代培養肝細胞に単一アミノ酸を添加する実験では、未解析試料についてマイクロアレイを実施した。さらにラット月刊蔵RNAを使用したマイクロアレイについて、IPA解析を実施した。特に、含硫アミノ酸について優先して実施した。(小田裕昭)○Phgdh欠損線維芽細胞のSer欠乏下でのマイクロアレイを継続し、Ser依存性、欠乏アミノ酸特異性、発現タイムコース等を検討し、Serの低下に敏感かっ素早く応答する3遺伝子を同定できた。また、細胞形態、細胞死、増殖、ストレス応答、炎症、脂質代謝等に属す遺伝子の顕著な変化が示された。これら応答へ関与するキナーゼカスケードの経時的変化を見いだし、Ser充足度の低下による複数の情報伝達-転写制御系が推定された。(古屋茂樹)
培養糸球体上皮細胞伸展系の確立-糸球体硬化症の成因研究

腎糸球体は、メサンジウム細胞、血管内皮、糸球体上皮より形成されるが、この糸球体係蹄の特殊な構造により、1日140Lもの血漿を濾過が可能となっている。この大量の濾過機能において糸球体上皮細胞の果たす役割は重要である。通常の毛細血管では10数mmHgの静水圧しか耐えられないが、糸球体毛細血管は特殊な形態と機能を有する糸球体上皮のための50mmHgもの静水圧に耐えられる構造となっている。一方、進行性腎障害の機序としてHyperftratiortheory、あるいは糸球体高血圧説が唱えられており、培養メサンジウム細胞を用いて進展張力が加わったときのメサンジウム細胞の影響が検討されている。我々は、この特殊な糸球体上皮とメサンジウム細胞の相互関係の解明、また糸球体上皮細胞に生理的以上の張力が加わったときの上皮の変化を解明するため以下のような実験を行った。1。確立された糸球体上皮の培養系(Nosakaetal Krohey It1998)を用いて、上皮細胞と培養メサンジウム細胞の相関を検討した。その結果、培養上皮細胞はメサンジウム細胞の増殖を抑制する物質を産生していることが明らかになった。2。培養上皮細胞は系代が困難なため株化することを試みた。を用いて系代可能な糸球体上皮が得られ、その細胞は糸球体上皮特異的なモノクローナル抗体で染色され、一方メサンジウム細胞や内皮特異的抗体では染色されず糸球体上皮であることが確認された。3。上記の培養糸球体上皮をコラーゲンコートしたラバー底の培養dahで培養し、進展張力を加えたところ、TGF-βのmRNAの発現が増強した。これらのことより、糸球体上皮細胞は通常ではメサンジウム細胞の増殖を抑制し、過進展が加わったときには、TGF-βの産生が増加し、線維化の機転がはたらき始めることが推測された。培養糸球体上皮細胞進展系の確立既存のtypeI collagenが塗布されたFlexercellを用いて糸球体上皮細胞の初代培養を試みた。結果はわれわれが既に確立した透過性コラーゲン膜を用いた上皮細胞の培養と比較して、やや生育程度は劣るものの上皮細胞の特有の形態、すなわち敷き石状に増殖する多角形の細胞を得ることができた。さらにこれは、上皮細胞膜に特異的に反応する単クローン抗体を用いて糸球体上皮細胞と同定された。次にこれに48時間通常の進展圧をかけて見たところ、Flexercellより剥がれることなく、十分実験に耐えうるものと判定された。さらに、培養糸球体上皮細胞で、Northen blot法によって各種の成長因子のmRNAの発現を検討する系を確立した。現在、過進展がFlexercell上に培養された糸球体上皮細胞におけるTGFβのmRNA発現に及ぼす効果について検討中である。1。2。3。腎臓の上皮細胞は常に進展され、進行性腎障害では、更に過進展が加わることでその形態と機能がどのように変化するかを解明することにより、糸球体硬化の成因と機序を明らかにすることが出来るのではないかという仮定のもとで研究を進めた。実験方法は既存のType1 collagenが塗布されたFlexercellを用いて糸球体上皮細胞の初代培養を試みた。やや生育程度は劣るが上皮細胞の特有な敷き石状に増殖する多角形の細胞が得られた。

約710日間培養し新しい培養液に変えてから、コントロールとする細胞(1)はそのままの状態でさらに48時間の培養を続け、もう一方の細胞(2)も新しい培養液に変えてから約60回/分で進展度2030%という条件で進展を48時間行った。その後、細胞を回収してm-RNAを抽出した。泳動後ハイブリダイゼーションを行い、ノーザンブロット法によりm-RNAの定量を行った。今回は特にTGF-βのm-RNA定量を行い、(1)は1012.31、(2)2616.27と(2)に強いバンドが認められ、進展により上皮細胞のTGF-βは上昇することが認められた。このことは上皮細胞も進展によりメサンギウム細胞の増殖や硬化にかなりの影響を与えているものと考えられる。Flexercell上での上皮細胞は増殖しにくく、m-RNAを定量するだけの量が得られない時がかなりあり、現在エラスチンの塗布されたFlexercellを用いて培養を行い、Type1 collagenに比べ良好な増殖が得られている。今後上皮細胞の増殖系を確立して行きたい。増殖系の確立後は、TGF-βについて細胞の時間的経過や進展度などの定量的な変化など、さらに検討を加えていくと同時に、TNF-α、IL-1、PDGF等のサイトカインや他の物質(collagen1,collagen4など)についても検討を進めて行きたい。腎糸球体は、メサンジウム細胞、血管内皮、糸球体上皮より形成されるが、この糸球体係蹄の特殊な構造により、1日140Lもの血漿を濾過が可能となっている。この大量の濾過機能において糸球体上皮細胞の果たす役割は重要である。通常の毛細血管では10数mmHgの静水圧しか耐えられないが、糸球体毛細血管は特殊な形態と機能を有する糸球体上皮のために50mmHgもの静水圧に耐えられる構造となっている。一方、進行性腎障害の機序としてHyperfiltration theory、あるいは糸球体高血圧症説が唱えられており、培養メサンジウム細胞を用いて進展張力が加わったときのメサンジウム細胞の影響が検討されている。我々は、この特殊な糸球体上皮とメサンジウム細胞の相互関係の解明、また糸球体上皮細胞に生理的以上の張力が加わったときの上皮の変化を解明するため以下のような実験を行った。前年度までに我々は、糸球体上皮の培養系(Nosaka et al.Kidney Int.1993)を用いて、上皮細胞と培養メサンジウム細胞の相関を検討し、培養上皮細胞はメサンジウム細胞の増殖を抑制する物質を産生していることが明らかにした。更に今年度は以下の結果を明らかにした。1。培養上皮細胞は系代が困難なため株化することを試みた。を用いて系代可能な糸球体上皮が得られ、その細胞は糸球体上皮特異的なモノクローナル抗体で染色され、一方メサンジウム細胞や内皮特異的抗体では染色されず糸球体上皮であることが確認された。2。上記の培養糸球体上皮をコラーゲンコートしたラバー底の培養dishで培養し、進展張力を加えたところ、TGF-βのmRNAの発現が増強した。これらのことより、糸球体上皮細胞は通常ではメサンジウム細胞の増殖を抑制し、過進展が加わったときには、TGF-βの産生が増加し、線維化の機転がはたらき始めることかが推測された。
積層圧電素子による空中超音波計測システム開発と宇宙ロケット機器への適用

500KHzのPZT16枚素子で8チャンネル積層探触子を試作し、8チャンネルバーストパルサーと組み合わせた大変位超音波計測システムを開発し、大型固体ロケット燃料充填時のボイド探傷に利用できることを確認した。またロケットモーターケースの非接触超音波計測法として、コンポジット型探触子を改良し、中心周波数100kHzの探触子を試作し表面整合層を組み合わせた結果、20mm離した計測で、通常の素子に比べ約7倍の効率で空中超音波計測が可能だった。本研究では、H2ロケット固体ブースターの構造体等を非接触に評価する目的で、空中超音波計測システムを開発するため、積層素子により超音波送受信能率を飛躍的に高めた計測システムを構築することを目的として、大変位超音波送信のため、積層圧電素子を利用したシステムの検討を行う。本年度は、まず基本的な探触子作成技術を取得することに重点を置き、強固な電極作成、接合技術、結線、ダンピング材、パッケージの、積層探触子と単一探触子探触子の基本的作成方法を検討・試作するとともに、並行して積層構造による電気インピーダンスの影響を実測する装置を完成した。また今年度は、購入した圧電波動解析コードを利用して、圧電素子、電極、ダンピング材、パッケージ等の材料と形状のモデルを決め、付加電圧波形を入力することで、超音波の送受信波形を正確に評価できる、積層圧電素子波形シミュレータを開発し、試作した積層素子波形と比較することで、その有効性を検証した。その結果、実測波形と良い対応が得られ、シミュレータとして利用出来るめどを立てることができた。また試作積層素子で見られた波形の乱れの対策を、シミュレータで検証した結果、解決案を提案できたので、次年度試作条件を合わせて試作し、積層素子設計のツールとしての有効性も検証する予定である。さらに、今年試作した高能率積層探触子を、空中超音波探触子に繋げるため、素子表面に付加する音響インピーダンスのマッチング材料の検討も開始した。また、作製積層素子の音場観察のためのシュリーレン超音波可視化光学系の構成にも着手し、計画通り研究を遂行できた。今年度は、昨年までの積層素子作製の基礎研究を受けて、500KHzのPZT素子16枚の8チャンネル積層探触子、200KHzのPZT素子8枚の4チャンネル積層素子を試作し、8チャンネルバーストパルサーと組み合わせることで、単一素子の励振に比べ6-7倍程度の振幅の大変位超音波を送信できることを確認した。また小型固体ロケット燃料模擬材の計測を行い、基礎データを取った結果、周波数帯域の狭いバースト波よりも、超広帯域性を持つステップ励振による計測は、減衰の大きいロケット燃料の探傷に有効であることを確認した。この結果を受けて今年度は、8チャンネルステップパルサーを試作し、主に500KHz積層素子と組み合わせ、最大1m程度の大型のロケット燃料模擬試験体を計測した結果、1mの距離で裏面反射エコーが計測できるなどの有効性を示すことができた。これより、まず大振幅超音波送信システムの開発にめどが立ち、直接接触法による固体ロケットの燃料充填状態の評価手法としての実用性について、見通しを得ることができた。今後さらに、計測精度を確保するため、送信超音波波形の改善についても取り組む必要がある。また、空中超音波計測への応用については、セラミックス、石膏等のポーラス材料を準備し、音響インピーダンス整合層として用いることで送信音圧の向上を検討した。測定の結果、一定の音圧の向上が見られたが、定量受信波評価システムの改善等も含め、なお検討すべき点を残した。しかし前述した積層大変位超音波送信システムは、一応の完成を見たので、空中超音波計測と組み合わせた測定に着手できる体制が整った。また適用部位として、ロケット複合材料ケースの模擬材を準備した。さらに別途、棒状PZTを用いた低インピーダンス空中超音波素子についても、FEMを用いた解析を指針として試作を試みた。昨年度までに試作した積層素子を用いた大変位超音波送信システムについて、引き続き性能向上のための試作改良を続け、特に電極と接着剤の薄膜化により、伝搬超音波の減衰や反射損失を減らし更なる大変位送信を可能とした。また試作した素子を評価するためのシステムとして、インピーダンスメーターでのスペクトラム計測を検証し、積層素子の接着状態や性能評価の可能性を評価した。さらに昨年、ステップ波励振パルサーを利用することで、送信超音波がもつ超広帯域特性を利用すれば、大減衰部材の評価に有効であることを確認したため、多チャンネルステップ励振パルサーを試作して、大きな減衰を示す固体ロケット燃焼の充填状況の計測を行う目的で、協力機関のIHIエアロスペース(株)の協力の元、大型模擬燃料試験体中に導入した、φ30mmのボイド検出を試みた。その結果、大振幅ステップパルサーの大減衰部材における探傷における有効性を検証できた。また積層探触子とマルチチャンネルパルサーシステムとは別途に、耐圧探触子と昇圧トランスを組み合わせた大変位超音波送信システムと、さらに圧電素子の横共振を抑制する、コンポジット型探触子を組み合わせる要素技術を開発した。