hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
スパイラルジェットの流体力学的特性とその加工技術への応用

1.平成10年度11年度に行った研究の実施内容(1)スパイラルジェットの流動特性に影響を与える7種類の形状の異なるノズル,すなわち,円弧にて絞った円弧ノズル,sin曲線で絞った後僅かに広がる広がりノズル,15°,30°,60°,75°,80°テーパノズルを製作した.(2)(1)において製作した各ノズルにより噴出する噴流の流速および静圧の分布を測定し,噴流特性を調べた.(3)テーパノズルに旋回流れを流入させ,各ノズルより噴出する噴流の流れの可視化および流速測定を行い,噴流特性を調べた.2.平成10年度11年度に得られた成果(1)テーパノズルの場合,ノズル出口における噴流中心軸上の静圧は,テーパ角が大きくなるほど高くなる.その後,静圧は下流に進むにつれて急速に低下し,順圧力勾配を示すが,圧力勾配の大きさは,ノズルのテーパ角が大きいほど大きくなる.(2)テーパノズルの場合,ノズル中心軸上の速度は,ノズル出口後いったん加速する.この加速の程度は,ノズルのテーパ角が大きいほどより顕著となる.(3)テーパノズルより噴出する噴流の広がりは,ノズル出口における旋回強さがほぼ同じ場合にはノズルのテーパ角が大きくなるほど大きくなる.(4)テーパノズルより噴出する噴流のレイノルズ応力は,ノズル出口における旋回強さがほぼ同じ場合にはノズルのテーパ角が大きいほど大きな値となり,乱流拡散の寄与は大きくなる.1.平成10年度11年度に行った研究の実施内容(1)スパイラルジェットの流動特性に影響を与える7種類の形状の異なるノズル,すなわち,円弧にて絞った円弧ノズル,sin曲線で絞った後僅かに広がる広がりノズル,15°,30°,60°,75°,80°テーパノズルを製作した.(2)(1)において製作した各ノズルにより噴出する噴流の流速および静圧の分布を測定し,噴流特性を調べた.(3)テーパノズルに旋回流れを流入させ,各ノズルより噴出する噴流の流れの可視化および流速測定を行い,噴流特性を調べた.2.平成10年度11年度に得られた成果(1)テーパノズルの場合,ノズル出口における噴流中心軸上の静圧は,テーパ角が大きくなるほど高くなる.その後,静圧は下流に進むにつれて急速に低下し,順圧力勾配を示すが,圧力勾配の大きさは,ノズルのテーパ角が大きいほど大きくなる.(2)テーパノズルの場合,ノズル中心軸上の速度は,ノズル出口後いったん加速する.この加速の程度は,ノズルのテーパ角が大きいほどより顕著となる.(3)テーパノズルより噴出する噴流の広がりは,ノズル出口における旋回強さがほぼ同じ場合にはノズルのテーパ角が大きくなるほど大きくなる.(4)テーパノズルより噴出する噴流のレイノルズ応力は,ノズル出口における旋回強さがほぼ同じ場合にはノズルのテーパ角が大きいほど大きな値となり,乱流拡散の寄与は大きくなる.1.平成10年度に行った研究の実施内容(1)スパイラルジェットの流動特性に影響を与える5種類の形状の異なるノズル,すなわち,円弧にて絞った円弧ノズル,sin曲線で絞った後僅かに広がる広がりノズル,15゚,30゚,60゚テーパノズルを製作した.(2) (1)において製作した各ノズルより噴出する噴流の流速および静圧の分布を測定した.(3) (2)により得られた結果から,噴流の広がりや中心流速の減衰などの噴流特性を調べた.2.平成10年度に得られた成果(1)ノズル出口の軸方向速度は,円弧ノズルおよび広がりノズルの場合は一様な分布となるのに対し,テーパノズルの場合は中心軸付近で円弧ノズルより低速に,ノズルの端付近で高速となり,この傾向はテーパ角が大きくなるほど顕著となる.(2)テーパノズルの場合,ノズル出口における噴流中心軸上の静圧は,テーパ角が大きくなるほど高くなる.その後,静圧は下流に進むにつれて急速に低下し,順圧力勾配を示すが,圧力勾配の大きさは,ノズルのテーパ角が大きいほど大きくなる.(3)テーパノズルの場合,ノズル中心軸上の速度は,ノズル出口後いったん加速する.この加速の程度は,ノズルのテーパ角が大きいほどより顕著となる.1.平成11年度に行った研究の実施内容(1)テーパノズルより噴出する噴流の流動特性を調べるためにさらに2種類のテーパノズル(テーパ角75°,80°)を製作した.(2)(1)において製作した各ノズルより噴出する噴流の流速および静圧の分布を測定し,噴流特性を調べた.(3)テーパノズルに旋回流れを流入させ,各ノズルより噴出する噴流の流れの可視化および流速測定を行い,噴流特性を調べた.(4)テーパノズルに旋回流れを流入させ,各ノズルより噴出する噴流を壁面に衝突させ,壁面圧力分布を測定した.2.平成11年度に得られた成果(1)テーパノズルより噴出する噴流の広がりは,ノズル出口における旋回強さがほぼ同じ場合にはノズルのテーパ角が大きくなるほど大きくなる.(2)テーパノズルより噴出する噴流のノズル出口直後の軸方向速度は,旋回が強い場合にはノズル軸上で極小値,その外側で極大値をとる旋回流特有の分布となるが,旋回強さが弱い場合にはノズル軸上で極大値をとる分布へと変わる.この傾向は,ノズルのテーパ角が大きいほどより顕著となる.

(3)テーパノズルより噴出する噴流のレイノルズ応力は,ノズル出口における旋回強さがほぼ同じ場合にはノズルのテーパ角が大きいほど大きく,乱流拡散の寄与は大きくなる.
電子線加熱による金属の蒸発に関する研究

1研究実施計画に従い、まず、液化した不活性気体(アルゴンの液体層)の真空下での蒸発を分子動力学法により数値解析し、気液界面の構造、蒸発分子の数流束角分布等を明らかにした。新たに得られた知見は以下のとうりである。(1)真空下での蒸発現象を、分子動力学法を用いて分子レベルで解析できることがわかった。しかし、物理量の十分な解析には、スーパーコンピューターを用いても非常に長い時間(100時間のオーダー)の数値計算を要した。(2)平衡系において気液二相間に現れる密度が連続的に変化する薄い層が、真空下での蒸発においても現れる。(3)この層の外側に、流速が、急激ではあるが連続的に変化する薄い層が現れる。(4)蒸発分子の数流束角分布は、界面では余弦分布に従うが、これは界面の上方で急速に変形し、界面からわずか数100A^^°程度のところで、界面に垂直な方向にコリメートされた分布に落ち着く。(2)(4)については、分子動力学法を用いることによってはじめて明らかになることである。特に(4)については、気体論に基づく解析における慣用の境界条件の見直しの必要性を示唆するものであり、重要な結果である。ここまでの成果については、すでに論文としてまとめ、現在、日本機械学会論文集に投稿中である。知見(1)の事情から、本課題のような蒸着装置内部での物理現象の解明には、現状では、従来行われてきたようなモンテカルロシミュレーションに頼らざるを得ないといえる。実験的研究から示唆されている、蒸発した金属原子の励起電子の持つエネルギーが並進運動エネルギーに移行する過程を取り込めるようなモデルが、唯一アメリカの研究グループから提案されており、現在このモデルの妥当性を検討中である。
単一細胞レベルの液性因子分泌リアルタイム測定を用いた細胞間相互作用の直接的解析

本研究では、相互作用する個々の細胞間で分泌された液性因子を可視化するプラットフォーム並びに、そのプラットフォーム上でサイトカインを受容して誘導される細胞内での遺伝子発現をin situで検出するシステムを統合して、細胞間相互作用ネットワーク動態の直接的な解析から生体システムを理解することを目指した。細胞間相互作用を維持したまま分泌検出をするプラットフォームはプロトタイプを完成させ、実際に一細胞粒度での分泌検出が可能であることを確認した。また、プラットフォーム上でRNA-FISHを行う系を確立した。さらにmRNA発現や複数種の細胞に対する分泌活性モニタリングに着手した。本件において申請者は液性因子を介した細胞間相互作用を可視化するために、細胞を培養条件下で相互作用させながらその間に分泌される液性因子をリアルタイムにイメージングする基盤技術を開発している。初年度は相互作用モデルとしてマクロファージ様株化細胞がグラム陰性菌細胞壁外膜の構成成分であるリポポリサッカライドによって刺激され、種々のサイトカインを放出するようになる現象を選び、液性因子を介した相互作用があるか、ある場合はどの程度の距離で見られるものかを調べた。この目的のため、蛍光イムノスポットアッセイとRNA蛍光免疫組織染色(RNA-FISH)を組み合わせて、細胞間の座標を維持したまま標的分泌タンパク質Xの分泌と、分泌タンパク質を受容した細胞において発現するY遺伝子のmRNA発現の両方を観察した。細胞から分泌されたタンパク質Xは、イムノスポットアッセイで使用した捕捉抗体によって速やかに捕捉され、細胞周辺の数十マイクロメートルのエリア内で検出された。この時点において細胞を固定し、Y遺伝子に対するRNA-FISHを行った。その結果、タンパク質Xを分泌している細胞と、その細胞に隣接するタンパク質X検出エリア内の細胞においてY遺伝子が高発現している割合が高いことが確認された。一方、隣接していない近傍細胞でも高発現がみられることはあったが、3細胞以上離れる距離での相互作用らしい挙動は確定できなかった。以上のことから、タンパク質Xを介した細胞間相互作用は存在し、イムノスポットアッセイ基板上であれば隣接細胞間において液性因子を介した相互作用が行われていることがわかった。本年度は、相互作用する細胞を生着させて、かつ液性因子分泌の観察ならびに細胞の観察を損なわないプラットフォーム作製に着手した。まず、細胞基板として多孔質並びに光透過性の高い素材を選定し、これの表面をコーティングしてマクロファージ様株化細胞を生着させてみたところ、長時間にわたり細胞の活性を失わない状態で観察しつづけられることがわかった。次に、この基板上の細胞から分泌されたタンパク質を検出するための基板の最適化を行った。前年度の申請者の研究によって、サイトカインなどの液性因子を介した相互作用であっても、相互作用する細胞間は数十マイクロメートルの範囲内に存在することが、効率的に情報伝播するために必要であることがわかっている。そこで、分泌細胞からの分泌タンパク質を検出するために細胞の数十マイクロメートルの範囲内で検出できるような仕組みを考案、試作品を作製した。作成した試作品を用い、マクロファージ様株化細胞をグラム陰性菌細胞壁外膜の構成成分であるリポポリサッカライドによって刺激した後に細胞より分泌されるタンパク質Xの検出を試みたところ、これを検出することができた。試作品は完成段階にはなく、いくつかの改良が必要であることがわかったものの、プロトタイプとしては当初の目的である細胞間相互作用モニタリングプラットフォーム作製に成功した。接着細胞に対する検出プラットフォームの完成とともに、申請者らが以前に開発した分泌リアルタイムイメージング法を用いて、浮遊細胞の相互作用に対する検出プラットフォームとして応用することを目標としていた。接着細胞に対する検出プラットフォームはプロトタイプが完成し、proof of conceptとしては十分なデータが得られた。また、浮遊細胞の相互作用に対する応用に関しては、マイクロウェル構造をもたないウェルフリー型での分泌モニタリングが可能であることを示し、複数の浮遊細胞が関与する相互作用を観察できるシステムを整えた。実際のサンプルへの応用は、東京理科大・久保允人教授らとの共同研究によってインフルエンザウイルス感染に関わる免疫細胞間の相互作用について検証を始めたが、まだ、決定的なデータは得られていない。昨年度に試作品を完成させた細胞基板挿入型を用い、マクロファージ様株化細胞のタンパク質Xを介した相互作用の実時間可視化を目指した。タンパク質Xのリアルタイム可視化に必要なサンドイッチ抗体セットの選定を行ったが市販されている抗体が非常に少ない上に条件に適うものは1社からしか販売されておらず、これの親和性が極端に低いため難航している。同時に、相互作用の結果であるY遺伝子のmRNA発現のリアルタイム可視化を行えるか検討した。可視化プローブとして既報のものを候補として検討を行ったが、Echoプローブ(Chem. Asian J., 3, 958-, 2008)についてはシグナル/ノイズ比が非常に小さかったために使用を断念した。RNAアプタマーを遺伝子的に導入してY遺伝子の可視化を行う方法に着手し、改良型Spinach(iSpinach; Nucl. Acids. Res., 44, 2491-, 2016)等について検証を行っている。しかしながら期間内ではマクロファージ様株化細胞の相互作用可視化の系を完成させることが出来なかった。一方で、細胞基板挿入型を応用して、単一細胞からのエクソソーム放出の可視化について検討を行った。

間葉系ガン細胞由来の培養細胞で、エクソソーム表面に発現しているタンパク質に蛍光標識を融合したものを用いたところ、本システムによって細胞体の強い蛍光と識別することが出来た粒子状の蛍光体の出現を確認できた。これがエクソソームであるかどうかは検証中である。最後に、浮遊細胞の相互作用に対する検出プラットフォーム開発のモデルとして、インフルエンザ感染マウスより分離したB細胞からのインフルエンザ抗原特異的IgA分泌をモニタリングしたところ、1匹のマウスより得られたおよそ10万個のB細胞から数個しか存在しない標的IgA分泌細胞を検出することに成功した。本研究では、相互作用する個々の細胞間で分泌された液性因子を可視化するプラットフォーム並びに、そのプラットフォーム上でサイトカインを受容して誘導される細胞内での遺伝子発現をin situで検出するシステムを統合して、細胞間相互作用ネットワーク動態の直接的な解析から生体システムを理解することを目指した。細胞間相互作用を維持したまま分泌検出をするプラットフォームはプロトタイプを完成させ、実際に一細胞粒度での分泌検出が可能であることを確認した。また、プラットフォーム上でRNA-FISHを行う系を確立した。さらにmRNA発現や複数種の細胞に対する分泌活性モニタリングに着手した。妊娠・出産(10月)・育児に伴い、研究に関わる実験・調査などに費やすことのできる時間が大幅に減ってしまったため。最終年度は開発したプラットフォームを用いて生物学的課題に挑戦し、新規の知見を得ることを目標としている。現在進行中の東京理科大・久保允人教授らとの共同研究でインフルエンザ感染時におけるTh細胞とAPCの相互作用について、特に未だよくわかっていないIgA産生誘導機構についてのメカニズムを提唱したい。他に、申請者が開発した基盤を用いることで有用と考えられる生物学的課題を模索し、応用を進めたい。生物物理学接着細胞に対する検出プラットフォームの完成を初年度に行う予定であったが遅れてしまったため、これを今年度前期までの課題として完成させる。それと同時に、すでに完成している浮遊細胞に対する検出プラットフォームを用いて、生物学的課題への応用を進める。妊娠・出産の為、計画通りに研究が進まず、微細加工チップ外注分で余剰が出てしまった。今年度前半でやり残した研究を遂行するにあたり、微細加工チップ外注分として使用する。
新しいエネルギ消散原理を用いたダンパ(コロイダルダンパ)の開発研究

多孔質を作っている材料の選択として、ダンパの材料としてはフジシリシア製SMB70-20-MT-C8が適していることがわかった。コロイダルダンパはエネルギ消散の原理から圧縮の時のみ効果が生じるので、往復両ストロークで減衰を生じさせるためには機構学的な工夫をしたダンパとして与圧を掛けておく方法が簡単で有用であることがわかった。コロイダルダンパの特性に関する実験的研究では低温、高温下で動作できるために不凍液・不蒸発液を用いることによって-25155°Cまで使用温度範囲を拡大できた。また長時間連続で動作させる耐久試験を行い、シリカゲルに水を用いた場合、260分(78,000回)以上耐久性が持続することを確認した。次に、自動車の一輪をモデル化したダンパシステムの実験を行い、実用化に向けての問題点の洗い出しを行い、コロイダルダンパの研究方針を新しく定めることができると共に、コロイダルダンパの数学モデル式の作成を行ったが、系が履歴特性を持つ非線形であるため、精度の良いモデルは作ることができなかった。分子の集合体によりシリカゲルで細穴を作り、その中へ水クラスタを入れるシミュレーションで前年度は圧力や温度の関係をうまく表現するシミュレーションができていなかったが、本年度はそれを実現する技術を確立し、さらに疎水性コーティング、親水性コーティングの違いを表わすシミュレーション技術を確立し、コロイダルダンパの開発に役立つシミュレーション技術に向けて進めることができた。新しく継続する研究として自動車の前面衝突時の緩衝装置を想定して時速30km/hまで実験できるロングストロークのコロイダルダンパの設計およびそれを実験できる実験装置の設計を行った。本年度は次の研究を行った。1.コロイダルダンパの特性に関する実験的研究。目的はコロイダルダンパに適した(ダンパのヒステリシスの面積の変化がない)材料を実験より検討した。低温・高温下で動作できるために不凍液(水とグリセリンの溶液)・不蒸発液(水とホルムアミドの溶液)を用いた。グリセリン・ホルムアミドを用いると-25155°Cまで使用温度範囲を拡大できた。2.コロイダルダンパの動特性に関する実験的研究。目的は一自由度加振機と作動室が一つで一方向だけのエネルギーを散逸できるシングルコロイダルダンパを用いて動作圧力範囲、初期圧力、加振周波数、ストロークについて、より詳しい基礎的な動特性を明らかにした。また、現在一般的に使われているダンパのような特性を持たせたダンパを考案し、ダンパの実用化にむけての動的実験を行った。3.コロイダルダンパに関する理論的研究3.1.ナノ流体力学の境界条件に関しての研究。目的は細孔の粗い表面の場合、コロイダルダンパの散逸メカニズムを明らかにし、一般化流体力学の理論に表面粗さの影響を入れた。散逸エネルギーを最大にするために、細孔直径に対して最適シリカゲルのナノ粒子直径及び最適ナノ粒子の配置の粗さを表す角がわかった。3.2.分子動力学シミュレーションを用いた疎水処理材料の創成。目的は最適疎水処理の構造を調べた。シリカゲル表面の水酸基と疎水処理分子が100%反応した理想的な表面ではC4分子が最適であり、実際に得られる50%の反応で疎水処理を行う場合C4C8が最適である。シミュレーション結果と実験結果は一致した。本年度はコロイダルダンパの開発のために以下のような研究を行った。1.多孔質を作っている材料の選択

シリカゲル材について細孔の直径を変えてラプラス圧、耐久性、耐圧性などの特性を調べ、適用範囲を明らかにし、その結果ダンパの材料としてはフジシリシア製SMB70-20-MT-C8を用いることに決めた。2.ダンパメカニズムの開発コロイダルダンパはエネルギ消散の原理から圧縮の時のみ効果が生じるので、往復両ストロークで減衰を生じさせるためには機構学的な工夫をしたダンパとして与圧を掛けておく方法と逆支弁を用いる方法があるが、本年は前者の方法について詳しい実験を行い、微小振動、大振動に対する減衰効果周波数に関する減衰効果等について評価し、応用のためのデータを集めた。3.従来のオイルダンパとの比較次に従来ダンパとして用いられているオイルダンパとコロイダルダンパの動特性の比較を行うために実験装置を作成し、両特性を得るための実験を行った。その結果、予想していたようにコロイダルダンパは単位面積当りの減衰率の大きいこと及び発熱しないことが明らかとなった。また周波数特性については測定した周波数範囲が狭い事から余り大きな差は出なかった。4.自動車用アブソーバとしての応用研究ダンパとして最もよく使用されているのは、自動車用懸架装置であることから、自動車用として従来のダンパよりどれ位優れているかを調べるための実験装置を設計・製作した。来年度にこの実験を行う予定である。5.コロイダルダンパの耐久性の評価については10^6回耐久試験を行っても変化がなかった。6.理論的解析法については実用化試験を急ぐため、項目3,4を行ったので今年は行わなかった。コロイダルダンパは従来のダンパとエネルギ消散原理が全く異なるナノテクノロジー技術を用いるもので、消散エネルギは熱に変わることなく、安定した特性となり、また水を用いることから油を嫌う機械などには好都合で、小形から超大形のダンパまで作れる長所がある。本プロジェクトの研究成果として実験的には、(1)コーティング材料の研究では、コーティング材料としてC^6(数字は炭素連鎖数)を使用し、エンドキャッピング(OH)を行うと耐久性がよくなること、(2)多孔質材料では、多孔質材としてシリカゲルの細孔のサイズとコーティングサイズから最適な細孔径を調べたが、使用圧力、ダンパ容量によって変わること、(3)ダンパメカニズムの開発研究では、ダンパメカニズムとして3つの方式を製作・実験の結果、ダブルタイプよりもシングルタイプのダンパの方が、減衰効率が良いこと、(4)コロイグルダンパの耐久性の評価では、シリカゲルの耐久性、コーティングの耐久性が重要であり、現在では10^6回の繰り返しに対してダンパとしての劣化はほとんどなく、耐久性があるとの結果を得た。また理論的には、分子動力学によるシミュレーションでシリカゲル上にコーティングされた直径5nmと7nmの細孔を作り、コーティング材料としてC^4、C^8、C^<18>を用いた時のシミュレーション結果から接触角を求めたところ、実験によって得られた結果とかなりよい一致を見る結果を得た。次に実用化のためのダンパメカニズムの開発としてシリカゲル粒子がピストン内に入らない新しい構造を考案し、設計、製作し、その特性を調べると共に、シリカゲルと水の最適な割合および2次ピストンの水との比について調べている。さらに自動車用ダンパとして一車輪を模擬した振動モデルを作り、現在実験中であり、これらの成果は本年9月に開催のアジア・パシフィック振動会議で発表の予定である。
擬似微小重力環境下での骨代謝の変動と薬物による回復

骨組織は、宇宙での微小重力環境下で大きなダメージを受ける組織である。本研究は、骨芽細胞を、クリノスタット培養装置による擬似微小重力環境下で培養し、その変化を知ることにより、骨破壊の原因を探ると共に、ダメージの回復に貢献する薬物を探索することである。高重力(4080G)負荷は、骨芽細胞の増殖を抑制し、その機能(アルカリホスファターゼ活性、コラーゲン合成等)を増加させることを、以前明らかにしていたので、平成12年度は、主に、高重力と微小重力の間をうめるものとして、日常的に経験している低重力(0.51.0G)がどのような作用をもたらすか検討し,低重力負荷は、高重力負荷とは異なり、細胞増殖を促進することにより、積極的に骨形成を促進することを明らかにした(文献)。平成13年度は、骨芽細胞を擬似微小重力環境に暴露すると、アルカリホスファターゼ活性は一時的に低下するが、オステオカルシン合成は継続的に増加することを明らかにした。オステオカルシンは、骨吸収を促進する物質と言われているので、この事実は、微小重力環境に骨組織が曝されると、一時的な骨形成の抑制と、継続的な骨吸収の促進により、骨破壊が進むことを示唆した。なお、アルカリホスファターゼ活性の低下は、活性型ビタミンD_3により回復したので、活性型ビタミンD_3は、微小重力環境下でも、骨疾患に有効である可能性が示された。平成14年度は、細胞内情報伝達系について検討した。擬似微小重力環境は、細胞質骨格系に変化を与え、オステオカルシン合成を引き起こすこと、しかし、細胞質骨格系はアルカリホスファターゼ活性の変動には影響を与えないことを示した。さらに、擬似微小重力は、細胞内cAMP量を、細胞質骨格系の関与なしに上昇させることも明らかにした。今後、cAMP増加作用の機構解明とともに、cAMP、細胞質骨格系、細胞機能との連関をより詳細に検討していく予定である。長期間の宇宙滞在が近い現在、微小重力環境での細胞の機能変化と薬物の作用を知ることは非常に重要である。そこで本年度は(1)微小重力環境で骨芽細胞の機能と薬物の作用がどのように変化するかを明らかにすることを第一の目的とした。また、我々は高重力が骨芽細胞の機能を促進することを示してきたが、我々が負荷した重力は40-60Gというかなりの高重力であった。そこで、次に年度始めの実験計画に加えて、(2)重力環境の変化の一環として、高重力と微小重力の間を埋めるものとして、我々が日常的に経験している低重力(0.5-1.0G)を負荷したときの骨芽細胞機能の変化を調べ、生理的な重力の影響を明らかにすることを第二の目的とした。(1)地上で微小重力環境を長く保つことは不可能なので、擬似微小重力環境を創造することがしられているクリノスタット回転培養装置を購入し、実験を行った。擬似微小重力環境は、培養骨芽細胞の増殖には変化を与えなかったが、分化機能(アルカリホスファターゼ活性)を上昇させた。これは我々の予想とは異なるものであった。この結果の解釈も含め、新しい機械のset up、条件設定などで時間をとられ、今年度内にはできなかった実験を引き続き行い、微小重力環境下での骨芽細胞の動態と薬物の作用をさらに明らかにしたい。(2)低重力負荷により、骨芽細胞の増殖は促進されたが、アルカリホスファターゼ活性、オステオカルシン合成は抑制された。

これは高重力負荷の場合と全く反対の現象であった。すなわち、高重力負荷という過激な刺激のもとでは、増殖を抑制することでその刺激に耐え、そのかわりに細胞あたりの分化機能発現を高め、消極的に骨組織の維持を図ろうとするのに対し、低重力負荷では細胞数を増やすことにより積極的に組織を増大させるのではないかと考えられた(文献)。研究代表者らは、擬似微小重力環境を造り出すことが知られているクリノスタット回転培養装置を用い、擬似微小重力の骨組織に対する影響と薬物の作用を調べている。昨年度は、擬似微小重力環境は我々の予想に反し、骨芽細胞のアルカリホスファターゼ活性を促進することを明らかにした。本年度は、1、この促進作用の意味づけと薬物の作用を検討し、さらに2、骨芽細胞の重要な機能の一つであるオステオカルシン合成について検討した。(1)48時間の擬似微小重力負荷では、アルカリホスファターゼ活性は昨年と同様に、対照に比し上昇した。しかし、24時間の比較的短時間の負荷では逆に対照に比し減少した。(2)オステオカルシン合成は、擬似微小重力環境下ではその作用時間の長短(24時間、48時間)にかかわらず、対照より上昇した。(3)なお、地上で骨芽細胞のアルカリホスファターゼ活性を促進することが知られているクメステロール類縁体(KCA-098)は、擬似微小重力環境下でもその活性を上昇させた。また、活性型ビタミンD_3(1α、25-(OH)_2D_3)も、擬似微小重力環境下でオステオカルシン合成を促進した。オステオカルシンは、骨吸収を促進するといわれているので、以上の実験結果は、骨芽細胞は宇宙空間にさらされた時、骨形成能は一時的な減少でとどまりすぐ回復するが、オステオカルシン合成が継続的に促進されるため、骨組織で骨吸収が優位となり、結果として骨破壊が進行するものと考えられる。また、KCA-098、活性型ビタミンD_3は、宇宙空間の微小重力環境下でも、地上と同様な効果を示す薬物であることが示唆された。昨年度は、骨細胞を用いた研究から、骨組職がクリノスタット培養による擬似微小重力環境下におかれると、骨形成の一時的な減少(骨芽細胞のアルカリホスファターゼ活性の一時的な減少)と継続的な骨吸収の促進(骨芽細胞による継続的なオステオカルシンの合成)により、骨量が減少する可能性を明らかにした。さらに、活性型ビタミンD3は、微小重力環境下でも骨疾患に有効に働く可能性も示した。本年度は、この現象がどのような細胞内情報伝達系によって制御されているか、明らかにすることを目的とした。24時間の微小重力環境下で増加したオステオカルシン合成は、細胞質骨格系のアクチンフィラメント形成を阻害するcytochalasin B処理により、著しく抑制された。この時、微小重力環境により減少したアルカリホスファターゼ活性は、何ら影響を受けなかった。なお、微小重力環境に24時間曝された骨芽細胞では、細胞内cAMP量が増加した。また、この傾向は、副甲状腺ホルモンで刺激した場合も変わらなかった。しかし、cytochalasin B処理は、この細胞内cAMP増加現象に何ら影響を与えなかった。すなわち、擬似微小重力は、細胞質骨格系、特にアクチンフィラメントに変化を与え、オステオカルシン合成を促進すること、また、短時間の擬似微小重力によるアルカリホスファターゼ活性の減少と細胞内cAMP量の増加は、細胞質骨格系を介さない経路であらわれることが明らかとなった。高重力負荷の場合は、アルカリホスファターゼ活性、cAMP
在日朝鮮人にとっての祖国と日本-張赫宙論-

本研究は張赫宙の散逸している作品を日本のみならず、韓国の新聞・雑誌などからも収集することから始まった。日本で発表された作品は日本国内の多くの場所に分散しているため、戦前のものはかなり収集できたが、戦後のものまですべて網羅するのは一年間では困難であった。日本国内で発表された1945年までの作品に関して、構成・文体を分析し、日本・日本人像、朝鮮・朝鮮人像について考察した。初期の『餓鬼道』をはじめとする一連の作品は、日本帝国主義に反対するようなものであったが、その後朝鮮人の教師や金持ちの間に起こった争いや心理的な葛藤を描く作品、さらには在日朝鮮人を主人公とした小説をへて『加藤清正』『岩本志願兵』という日本の朝鮮出兵や軍国主義を擁護する作品を描くなど、その作風は変わってきた。しかし、韓国語で書かれた作品のなかで「日本語を使用するときとは態度をかえる」と言っているので、日本語で描かれた作品からのみ張赫宙の祖国観日本観等をさぐることはできない。そこで韓国語の作品をできるだけたくさん集めなければならなかった。韓国では、国会図書館やソウル大学で日本では発表されていないと思われる十作品ほどを見つけ出したが、発表当時の雑誌、新聞そのものを手に入れることができなかった。また文字選集に所収されていても初出などの記載がないものもあり、韓国内で作品を収集し、張赫宙の全作品年表を作成するにはまだまだ時間がかかりそうである。これからは今までに収集できなかった日本国内の戦後の作品を収集する一方で、韓国での作品収集につとめ、日本語に翻訳した上で張赫宙の日本観・祖国観を探っていきたい。
学習による相互結合神経回路の形成と刺激-行動連合

動物は感覚刺激に対して数百ミリ秒で適切な行動を生起できるようになる.この数百ミリ秒の情報処理が可能となる条件のひとつとして単一細胞がミリ秒域の時間情報を識別できることが必要となる.我々は,単一細胞の時間分解能を2つのアプローチで調べた.「ミリ秒時間域での発火時系列の再現性」:Mainen and Sejnowskiは変動電流に対する神経細胞の発火タイミングが標準偏差が1ms以内の精度で再現性をもつという電気生理データを示した.我々はこの実験結果をHodgkin-Huxleyの方程式を用いて再現した.また,モデルの解析から入力電流の波形による発火タイミングの再現条件を求めた,結果:(1)電気生理実験の計算機シミュレーションにより,定常電流に対する発火のタイミングには再現性がないのに対して,平均値が同じである変動電流に対しては再現性があるという実験結果が再現された.(2)モデルの解析からしきい値下の入力がある時間続いた後の強い興奮入力の上昇期間で発火タイミングのずれが小さくなることを示した.(3)これらから変動の分散が大きい入力に対して発火タイミングに情報が書き込まれている可能性を示した.「スパイク干渉による発火時刻変化」:脳内ではひとつの神経細胞に多数のスパイクが様々な時刻に入力するので発火時刻の変化は簡単には予測できない.我々は最も簡単なスパイク干渉として2つのスパイクの強度及び相対入力時刻を変化させたときの発火時刻をHodgkin-Huxleyモデルで定量的に調べた.上記の結果から,ミリ秒時間域の発火時刻パターンに情報が記載できるための条件のいくつかが明らかになった.動物は感覚刺激に対して数百ミリ秒で適切な行動を生起できるようになる.この数百ミリ秒の情報処理が可能となる条件のひとつとして単一細胞がミリ秒域の時間情報を識別できることが必要となる.我々は,単一細胞の時間分解能を2つのアプローチで調べた.「ミリ秒時間域での発火時系列の再現性」:Mainen and Sejnowskiは変動電流に対する神経細胞の発火タイミングが標準偏差が1ms以内の精度で再現性をもつという電気生理データを示した.我々はこの実験結果をHodgkin-Huxleyの方程式を用いて再現した.また,モデルの解析から入力電流の波形による発火タイミングの再現条件を求めた,結果:(1)電気生理実験の計算機シミュレーションにより,定常電流に対する発火のタイミングには再現性がないのに対して,平均値が同じである変動電流に対しては再現性があるという実験結果が再現された.(2)モデルの解析からしきい値下の入力がある時間続いた後の強い興奮入力の上昇期間で発火タイミングのずれが小さくなることを示した.(3)これらから変動の分散が大きい入力に対して発火タイミングに情報が書き込まれている可能性を示した.「スパイク干渉による発火時刻変化」:脳内ではひとつの神経細胞に多数のスパイクが様々な時刻に入力するので発火時刻の変化は簡単には予測できない.我々は最も簡単なスパイク干渉として2つのスパイクの強度及び相対入力時刻を変化させたときの発火時刻をHodgkin-Huxleyモデルで定量的に調べた.上記の結果から,ミリ秒時間域の発火時刻パターンに情報が記載できるための条件のいくつかが明らかになった.
科学系実験授業において学習者の知識の再構築を促すCSCLの研究

1教員養成学部・大学の授業におけるCSCL環境の利用についてCSCL環境を組み込んだ教員養成課程の授業をデザイン・実践・評価した結果、1)CSCL環境を取り入れることで学習内容について大学生は活発に討論できること、2)CSCL環境によって実現された社会的背景の異なる集団との相互作用によって大学生に豊な学習が広がること、がわかった(永田ほか,2002;2003;印刷中;中原,2002;鈴木ほか,2003,印刷中)。2教員養成大学生の実験観について教員養成系大学生の実験観を調べた結果、1)大学生は実験についてマイナスイメージをもっていること、がわかった(堀ほか,2002)。3教員養成学部での実践研究について1)大学生自身によって実験をデザインすること、2)学習者のリフレクション活動を支援するCSCL環境を組み込むこと、を考慮した実践を教員養成系学部の選択授業で展開した結果、1)大学生が実験を肯定的にとらえるようになっていたこと、2)大学生が科学的知識が構築していたこと、が示された(鈴木ほか,2002;Suzuki, in press)。4小・中学校への展開について小・中学校への展開をめざし、CSCL環境において学習者同士が相互作用する中学校理科の授業をデザイン・実践・評価した結果、1)中学生が授業方法について肯定的な評価をしていること、2)中学生の授業内容についてのリフレクション活動が盛んに起こっていたこと、が明らかになった(今井ほか,2002a;2002b)。
新規ダイナミックスポット法による癌組織からの分子標的蛋白の検出に関する基礎的研究

二次元電気泳動画像から分子標的蛋白の検出を効率的に行わせるため、本研究では銀染色反応の経時変化を解析し、正確にがんの組織部と非癌部の組織の違いを見いだせる画像解析プログラムを作成した。この画像解析プログラムは新規アルゴリズム(ダイナミックスポット法)に基づいており、これまでの画像解析と異なり、銀染色反応画像の経時変化を解析する特徴を有し、反応開始時間や、反応速度等も計算でき、タンパク質の定量化が期待できる。さらに量の少ないタンパク質を検出する場合は、バックグラウンドの消去が従来より改善できることから感度が高まることも期待される。さらに泳動画像の経時変化を容易に取得できるよう、ホリババイオテックノロジー(株)と共同でSmart Imagerを試作し、一定時間おきに振とう操作を止めて画像を撮影できるシステムを開発した。機械的に弱い二次元ゲルを取り出して撮影装置にかけるといった手作業が、この装置では必要なくなり、経時変化までとれるので現像反応前期からはスポットの重なりのない画像が得られ、反応後期の画像からは非常に低い濃度のタンパク質スポットも得られるなどの利点があった。しかしゲルの画像は振とうを一時的に止めながら撮影して得られるため、ゲルの変形もあり、各画像間で位置のずれは避けられなかった。そのため、画像解析プログラムでは標準蛋白を選び出して、画像位置の補正を行ったり、バックグラウンド補正を行うなどの処理を行わせる機能が必要であった。作成した画像処理プログラムは上記機能を全て含んでおり、通常の画像処理では、見落としてしまう微小な癌組織固有のタンパク質スポットを見出すことに成功した。上記の結果の一部は2004年度のアメリカ電気泳動学会年会で発表した。さらにホリババイオテクノロジー(株)と共同で開発したSmart Imagerは国立京都国際会議場で行われた第4回産学官連携推進会議に出品し、好評であった。2次元電気泳動はプロテオーム解析の機関技術であるにもかかわらず、画像解析システムは非常に高価で、学術研究発表に耐えられる装置は外国から輸入されている物に限られている現在、本研究で開発されたシステムの実用化は我が国のバイオ分野の研究に大きく貢献できると考えている。癌治療などで期待されている標的タンパクを利用した分子標的医薬の開発が盛んに行われている。本研究では、標的タンパクの検出に着目し、二次元電気泳動画像からタンパク質含有量を正確に測定する方法の確立を目ざしたものである。従来の画像解析法では、二次元電気泳動ゲルの染色を終えた後、デジタルカメラやスキャナーによりゲル画像を取り込み、解析する。従ってゲルの現像時間によって検出されるスポットの数が変化し、データの再現性が十分得られなかった。しかし、タンパク質のディファレンシャルディスプレイ分析を正確に行うには、発現しているタンパク質を再現性よく、正確に認識できなくてはならない。以上の問題を克服するため現像時間中のゲル画像の経時変化を使って、タンパク質スポットの認識を行うアルゴリズム(ダイナミックスポット法)を開発した。この方法によるとたとえスポットが重なってしまっても、前の現像の時点でそれらのスポットが分かれていれば、その境界線等を用いて、スポットの領域を分離することが可能となる。そのため現像を長時間行って、全体が黒くなってしまったようなゲルからでも、微量なタンパク質に対応するスポットも検出することが可能となるのである。ダイナミックスポット解析法を用いると、従来法と比べて、大腸菌においては70%、肝臓癌手術献体においては40%検出スポット数が増加した。

しかし、以上のダイナミックス法は、経時的にゲルの撮影を行わなくてはならないので、従来のシステムでは撮影する度に振とう装置から壊れやすいゲルを撮影装置の下まで移動させるので、操作は煩雑なものとならざるを得なかった。その問題を解決するため本研究ではホリババイオテクノロジーとSmart Imagerを構築し、ゲル画像の経時変化を測定できるようにした。またその中に上述のアルゴリズムに基づく画像解析プログラムをインストールし、現像操作から画像解析まで自動的に処理できるシステムを作成した。以上スポットの検出には本システムが有効なことが確認できたが、今後はタンパク質の定量化を目指して、画像の経時変化から現像プロセスの反応速度論的パラメータを算出し、タンパク質量との関係を検討したい二次元電気泳動画像から分子標的蛋白の検出を効率的に行わせるため、本研究では銀染色反応の経時変化を解析し、正確にがんの組織部と非癌部の組織の違いを見いだせる画像解析プログラムを作成した。この画像解析プログラムは新規アルゴリズム(ダイナミックスポット法)に基づいており、これまでの画像解析と異なり、銀染色反応画像の経時変化を解析する特徴を有し、反応開始時間や、反応速度等も計算でき、タンパク質の定量化が期待できる。さらに量の少ないタンパク質を検出する場合は、バックグラウンドの消去が従来より改善できることから感度が高まることも期待される。さらに泳動画像の経時変化を容易に取得できるよう、ホリババイオテックノロジー(株)と共同でSmart Imagerを試作し、一定時間おきに振とう操作を止めて画像を撮影できるシステムを開発した。機械的に弱い二次元ゲルを取り出して撮影装置にかけるといった手作業が、この装置では必要なくなり、経時変化までとれるので現像反応前期からはスポットの重なりのない画像が得られ、反応後期の画像からは非常に低い濃度のタンパク質スポットも得られるなどの利点があった。しかしゲルの画像は振とうを一時的に止めながら撮影して得られるため、ゲルの変形もあり、各画像間で位置のずれは避けられなかった。そのため、画像解析プログラムでは標準蛋白を選び出して、画像位置の補正を行ったり、バックグラウンド補正を行うなどの処理を行わせる機能が必要であった。作成した画像処理プログラムは上記機能を全て含んでおり、通常の画像処理では、見落としてしまう微小な癌組織固有のタンパク質スポットを見出すことに成功した。上記の結果の一部は2004年度のアメリカ電気泳動学会年会で発表した。さらにホリババイオテクノロジー(株)と共同で開発したSmart Imagerは国立京都国際会議場で行われた第4回産学官連携推進会議に出品し、好評であった。2次元電気泳動はプロテオーム解析の機関技術であるにもかかわらず、画像解析システムは非常に高価で、学術研究発表に耐えられる装置は外国から輸入されている物に限られている現在、本研究で開発されたシステムの実用化は我が国のバイオ分野の研究に大きく貢献できると考えている。
固体清浄表面上へのマイクロクラスターの吸着

本研究では、特に、金属原子をフラーレンケージ内部に取り込んだ新規クラスター、いわゆる金属内包フラーレン(endohedral metallofullerenes)分子の固体表面への吸着に注目して研究を行った。その結果、イットリュウム金属内包フラーレン(Y@C82)はCu (111)表面上で第一層から最密充填の秩序構造をとることが解った。一方、Y@C82のSi (111) 7x7表面上への吸着では、第一層、第二層では秩序構造は観測されず、第三層から長周期に秩序構造が観測され始めることが解った。この大きな違いは、金属内包フラーレンと表面との相互作用の大きさにある。すなわち、Si (111) 7x7表面はダングリング結合が多く存在するために、フラーレンとの相互作用が大きいが、Cu (111)上では金属フラーレンは比較的自由にその吸着サイトを変えることができる。金属内包フラーレンの分子構造および結晶構造を解明する目的で、STMの実験以外に、(1)シンクロトロンX線回折;(2)^<13>C-NMR;(3)ESRの各実験を行った。X線粉末回折の結果、Y原子はC_<82>フラーレンの中心にはなく、炭素原子から2.66A離れたケージ近くにあることが、世界に先駆けて解明された。これは、実験的な“金属原子の内包性"の初めての結果である。また、Sc_2@C_<84>金属内包フラーレンの^<13>C-NMRの結果、二つのSc原子はD2dの対称性を持つC84フラーレンに内包されていることも解明された。平成6年(初年度)では、主にマイクロクラスター源の開発とフラーレン類似分子の走査トンネル顕微分光(STM)を行った。クラスター源としては、Smalleyタイプのレーザー蒸発源で、フラーレン・炭素クラスター関連物質やアルカリハライドなどの物質をクラスター状にすることが可能な汎用なクラスター源である。このレーザー蒸発源を用いることにより、バッファー気体(He)の圧力が2気圧程度の比較的低い圧力でも、炭素クラスターの場合、C300を越える大きなクラスターを生成することができる。一方、生成したクラスター・フラーレンの固体清浄表面上への吸着をSTM観測で解明しつつある。特に、新たに生成した金属原子を内包したフラーレン(金属内包したフラーレン)の清浄表面への吸着をSTMで観測した。イットリウム(Y)原子を内包した、Y@C82金属フラーレンはCu(III)表面上で2量体を中心とするクラスターを生成する。これは、Y@C82分子間のスピン・スピンの相互作用が大きいために、表面上での衝突時に効率良くクラスターを生成することが解った。平成7年度(最終年度)では、クラスター分子線とSTM等の表面解析の技術を組み合わせ、総合的に、マイクロクラスター・フラーレンの固体表面への吸着過程を追求する。その結果、イットリュウム金属内包フラーレン(Y@C82)はCu(111)表面上で第一層から最密充填の秩序構造をとることが解った。一方、Y@C82のSi(111)7x7表面上への吸着では、第一層、第二層では秩序構造は観測されず、第三層から長周期に秩序構造が観測され始めることが解った。すなわち、Si(111)7x7表面はダングリング結合が多く存在するために、フラーレンとの相互作用が大きいが、Cu(111)上では金属フラーレンは比較的自由にその吸着サイトを変えることができる。

金属内包フラーレンの分子構造および結晶構造を解明する目的で、STMの実験以外に、(1)シンクロトロンX線回折;(2)^<13>C-NMR;(3)ESRの各実験を行った。X線粉末解析の結果、Y原子はC^<82>フラーレンの中心にはなく、炭素原子から2.66A離れたゲージ近くにあることが、世界に先駆けて解明された。これは、実験的な“金属原子の内包性"の初めての結果である。また、Sc_2@C_<84>金属内包フラーレンの^<13>C-NMRの結果、二つのSc原子はD2dの対称性を持つC84フラーレンに内包されていることも解明された。
イリジウム錯体を触媒に用いる高選択的炭素-炭素結合生成反応の開発

(E)-2-Hexenyl acetateはイリジウム錯体触媒存在下マロン酸ジエチルのエノラートと反応し、ethyl 2-ethoxycarbonyl-3-ethenylhexanoate(1)、ethyl(E)-2-ethoxycarbonyl-4-octenoate(2)、ethyl(Z)-2-ethoxycarbonyl-4-octenoate(3)が生成物として得られた。収率は89%でありl、2、3の選択率は96:3:lであった。(Z)-2-Hexenyl acetateとマロン酸ジエチルのエノラートとの反応では収率81%で生成物が得られ1、2、3の選択率は25:5:70であった。基質のgeometryにより生成物分布が大きく異なることが明らかとなった。(E)-2-Hexenyl acetateからはsyn体のπ-アリルイリジウム中間体が生成し、(Z)-2-hexenyl acetateからはanti体のπ-アリルイリジウム中間体が生成する。これらの結果はsyn体とanti体では求核剤と反応する際の位置選択性が異なることを示唆している。一般に、syn体のπ-アリル錯体はanti体より熱力学的に安定であるために、Z体のアリルエステルを基質に用いて反応を行うと生成物はE体とZ体の混合物として得られ、基質のZ-geometryを保持することは困難である。イリジウム錯体触媒により生成物3が選択率70%で得られたのでさらに選択率の向上を試みた。Tris(2-tert-butyl-4-methylphenyl)phosphiteを配位子として用いて(Z)-2-hexenyl acetateとマロン酸ジエチルのエノラートの反応を行うと生成物3の選択率が90%に向上した。(Z)-2-Nonenyl acetate、(Z)-2-undecenyl acetateからも同様に反応が進行し、Z体の生成物が選択率89%、87%で得られた。アリル位アルキル化において基質のZ-geometryを保持した生成物が高選択的に得られた初めての例である。このようにイリジウムに特徴的な高選択的炭素-炭素結合生成反応を開発することができた。
哺乳動物人工染色体を用いた転写調節にかかわるクロマチン構造の解析

本研究では人工染色体前駆体YACに挿入されている薬剤耐性遺伝子(ブラストサイジン抵抗性遺伝子)を利用し、YACDNAを動物細胞へ導入し、人工染色体が形成された場合と、宿主染色体へ挿入された場合とで、これら遺伝子の発現と機能するセントロメアの構造形成との関連について詳しく調べた。人工染色体を効率よく形成した株をリクローニングし、100%の細胞で人工染色体を保持しているリクローン株と一旦形成された人工染色体が宿主16番染色体短腕の末端に挿入されているリクローン株を得た。構造解析の結果どちらのリクローン株も導入YACの構造には変化がなかったにもかかわらず、宿主染色体末端へ挿入された株ではYAC挿入部位へのセントロメア蛋白(CENP-A,-B,-C等)の集合が検出できない細胞が多数を占めており、セントロメアとしては不活性化していることが判明した。この株を薬剤選択圧をかけない状態で長期に培養してもYAC挿入部位は安定に維持され、薬剤耐性遺伝子(マーカー)からの転写は大幅に低下し、YAC挿入部位のヘテロクロマチン化が進行しているものと考えられた。ところがこの株を薬剤による選択圧をかけ培養を続けるとYAC挿入部位が宿主染色体から切り出され人工染色体の再形成を高頻度で引き起こした。再形成された人工染色体上にはセントロメア蛋白群の集合が起こっており、セントロメアの再活性化が起こると共に耐性遺伝子からの転写は大幅に増加していた。この結果から2つの可能性、(1)薬剤による選択圧をかけることで耐性遺伝子からの転写が活発に起こっている細胞を選択することになり、このような細胞では耐性遺伝子からの活発な転写が不活性化(ヘテロクロマチン化)セントロメアをリモデリングし、DNA配列に依存したセントロメア蛋白の再集合が引き起こされ、再度機能的なセントロメア(キネトコア)が形成された可能性、(2)ヘテロクロマチン化により遺伝子のサイレント化は引き起こされるが、機能するセントロメアクロマチン(キネトコア)に挿入された薬剤耐性遺伝子からの転写はむしろ活発に起こっており、このような機能的セントロメアを保持していたYAC部位のみが人工染色体となって選択されてきた可能性、などが考えられた。
高性能メンブレンガスフィルタの性能評価と体系化

本研究の目的は、主に液濾過に使用されているメンブレンフィルタについてガスフィルタとしての性能評価を行い、内部構造と集塵性能により、その体系化を試みることである。これまでメンブレンフィルターの構造を走査型電子顕微鏡(SEM)によって観察することにより、繊維状(Fiber-like :random direction ,one direction)のものから網目状(Net-like)、凝集粒状(Agglomerate-like and porous)多孔板状(Pore-like)構造のものまで5つのグループに分類整理してきたが、今年度は更に20種類のメンブレンフィルタの内部構造を調べ追加分類した。特に今年度はフィルタの断面写真も撮り、構造の解明に役立たせた。性能評価の実験では、5年度の科学研究費補助金により赤外線加熱炉とコントローラを購入し、DMAの改良と併せて、テスト用粒子発生法を改良した。その結果各粒子(0.030.2mum)とも粒子濃度を10^3個/cm^3から10^510^6個/cm^3に上げることが出来、透過率の測定が広範囲に行えるようになった。集塵性能推定法の体系化については、これまで繊維状フイルタについてFuchsらの極微細繊維層の捕集効率推定法を適用して透過率の推定を試み、実験値とほぼ一致することを見いだしている。今年度は凝集粒状、多孔板状など低空間率フィルタの捕集効率推定法について検討した。即ちこれらは細い管路の繋がりから構成されていると考え、従来より用いられている単一孔モデルの捕集効率推定法を基本に推定を行い、実験値とほぼ一致することを確かめた。
直腸肛門奇形マウスを用いた肛門形成シグナルの検索

【目的】直腸肛門奇形モデルマウスを利用して肛門形成に重要な発現シグナルを発生学的に検索した。【方法】実験モデルは胎生9.5日にATRA(All-Trans Retinoic Acid)100mg/kgをCD-1(ICR)マウスの母胎に経口投与することで得られるレチノイン酸投与マウス、およびSd(Danfoerth's short tail)マウスを使用した。両モデルマウスにおいて発生学的に直腸肛門奇形の原因を経時的にHE染色で観察し、発現シグナルをin situ hybridizationにて検出した。【結果】本実験においては両モデルマウスとも胎生10.5日より始まるcloacal plateの背側への伸長がみられず、このことが両モデルマウスの直腸肛門奇形の原因であると考えられ、胎生10.5日の遺伝子発現が形態形成に重要であると考えた。胎生10.5日においてSdマウスではcloacal plateにおいてShhの発現が低下していたが、レチノイン酸投与マウスでは変化はなく、SdマウスではShh-Gliシグナル伝達系が直腸肛門奇形の原因のひとつと考えられた。さらに、両モデルマウスは前後軸形成異常が認められるため前後軸形成に関わりShh-Gliシグナル伝達系と密接な関係にあるWnt-β-カテニン系の細胞増殖シグナルの変化がcloacal plateの背側への伸長に関わるのではないかと考えた。そのシグナル伝達の際に上昇するAxin2の発現はWTマウスのcloacal plateの腹側にみられたが、Sdマウス、レチノイン酸投与マウスの両マウスでAxin2の発現が低下しておりcloacal plateの伸長にWnt-β-カテニン系のシグナルの関与が考えられた。【今後の計画】今後はWnt5aモデルマウスを使用し、さらに原因検索を探究する。Wnt5aのモデルマウスはジャクソンラボラトリーから購入し、現在繁殖中である。