hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
リゾホスファチジン酸の血管生物学的意義の解明とその測定の臨床検査医学的応用

つまり,サンプル中のLPAをリゾホスフォリパーゼによりグリセロール3-リン酸へと水解し,これをグリセロール3-リン酸オキシダーゼとグリセロール3-リン酸デヒドロゲナーゼによりenzymatic cyclingし,反応産物である過酸化水素を最終的にはTOOSと4-アミノアンチピリンにより熱量測定するものである.本法は自動分析装置での測定が可能であり,LPA測定の臨床検査医学的応用を考えた場合に最適なものと確信するに足るデータを得た.また,最適な血漿検体採取法を確定できた.3)血液細胞上のオートタキシン抗原発現の解析オートタキシンはLPA産生の鍵を握るものである.この発現解析がフローサイトメトリーにより可能になった.正常血球における発現パターンも確定できた.リゾホスファチジン酸(lysophosphatidic acid ; LPA)の血管生物学的意義に関して基礎・臨床両面から迫るべく研究を行い、以下の成果を上げた。1.血中におけるLPAの代謝血中LPAは,非常にダイナミックな代謝変換を受けていることが明らかになった.つまり,血漿中には,lysoPLD/ATXが基質のLPCとともに存在しており、血漿を単に37°Cで2時間インキュベーションするだけで,LPA量が飛躍的に(10倍程度)増加することが判明した.一方,各種細胞表面には,LPAを脱リン酸化するlipid phosphate phosphatase (LPP)が発現しており,エクト酵素として血漿中のLPAを分解(脱リン酸化)することが確認された.このLPPの発現,外因性LPAの分解は,血管内皮細胞,血小板をはじめとする各種血球で確認できた.血中においては,lysoPLD/ATXによる産生,LPPによる分解で,LPAレベルのバランスが保たれていると想定された.また,LPAが惹起する細胞応答は,標的細胞上のLPAxとLPPのバランスで決まることが想定された.2.種々の細胞上のATX, LPA受容体発現の解析血液細胞におけるATX並びにLPAx発現を,RT-PCR (mRNA)とフローサイトメーター(蛋白質)を用いた解析した.各種血球系さらにはその分化段階で,これらの発現が大きく変化することが確認され,今後の研究の進展が待たれる.3.慢性肝疾患患者におけるLPA濃度とlysoPLD活性の解析LPAの慢性肝疾患への関与を探るため,慢性肝疾患患者の血漿LPA濃度,血清lysoPLD活性を測定した.慢性肝疾患患者では,血漿LPA濃度ならびに血清lysoPLD活性が健常者に比して有意に上昇しており,この両者の相関は良好であった.さらにlysoPLD活性はヒアルロン酸濃度と相関し,血小板数とは逆相関を示した.lysoPLD/ATXは慢性肝疾患の進行を反映するマーカーになる可能性が想定されるとともに,その病因への関与も想定された.
冬季の景観シミュレーションのための降雪・積雪モデル

コンピュータグラフイックス(CG)による景観シミュレーションは,都市計画や観光開発における景観アセスメントの有力な手段である.この目的のためには,さまざまな季節の表現法が必要となるが,特に気候の厳しい冬季の季節感の表現が重要である.本研究では,景観アセスメントへの応用に向けた冬季の景観シミュレーションのための,雪の質感表現法,降雪・積雪・融雪シミュレーション法に関するCG技術の開発を行い,次のような成果が得られた.(1)雪画像生成のための質感表現法:降雪雪片については3次元テクスチャ法に基づく手法を開発し,積雪については雪の密度の揺らぎに1/fノイズを用いたボリュームレンダリングに基づく手法を開発した.(2)降雪中の雪の振る舞いのシミュレーション法:気流の場に渦場を用いた降雪シミュレーション法を開発し,地表の物体との相互作用を考慮した降雪のシミュレーションを可能とした.(3)気流の影響を受けて形成される積雪形状の生成法:積雪形状生成法を,気流場の環境の中でも動作可能とする改良を行い,風の影響を受ける積雪形状を生成可能とした.(4)熱による積雪形状変形シミュレーション法:日射や物体からの放射熱,気温,および積雪中の熱の伝搬を考慮して融雪形状を生成する手法を開発した.融雪水の再凍結を考慮した拡張を行い,つららの表現も可能とした.(5)外力による積雪の形状変形シミュレーション法:雪面に残る足跡や車のわだちを表現するための手法を開発した.本手法は,雪に接触する物体のエネルギや雪の密度変化,雪の移動を考慮することにより雪形状を変形する.コンピュータグラフイックス(CG)による景観シミュレーションは,都市計画や観光開発における景観アセスメントの有力な手段である.この目的のためには,さまざまな季節の表現法が必要となるが,特に気候の厳しい冬季の季節感の表現が重要である.本研究では,景観アセスメントへの応用に向けた冬季の景観シミュレーションのための,雪の質感表現法,降雪・積雪・融雪シミュレーション法に関するCG技術の開発を行い,次のような成果が得られた.(1)雪画像生成のための質感表現法:降雪雪片については3次元テクスチャ法に基づく手法を開発し,積雪については雪の密度の揺らぎに1/fノイズを用いたボリュームレンダリングに基づく手法を開発した.(2)降雪中の雪の振る舞いのシミュレーション法:気流の場に渦場を用いた降雪シミュレーション法を開発し,地表の物体との相互作用を考慮した降雪のシミュレーションを可能とした.(3)気流の影響を受けて形成される積雪形状の生成法:積雪形状生成法を,気流場の環境の中でも動作可能とする改良を行い,風の影響を受ける積雪形状を生成可能とした.(4)熱による積雪形状変形シミュレーション法:日射や物体からの放射熱,気温,および積雪中の熱の伝搬を考慮して融雪形状を生成する手法を開発した.融雪水の再凍結を考慮した拡張を行い,つららの表現も可能とした.(5)外力による積雪の形状変形シミュレーション法:雪面に残る足跡や車のわだちを表現するための手法を開発した.本手法は,雪に接触する物体のエネルギや雪の密度変化,雪の移動を考慮することにより雪形状を変形する.冬季の景観シミュレーションのための降雪・積雪モデル開発のため、(1)雪画像生成のための質感表現法、(2)降雪中の雪の振る舞いのシミュレーション法、(3)風の影響を受けて形成される積雪形状の定義法、(4)日射や気温変化の影響による積雪形状変形シミュレーション法、(5)外力による瞬間的な積雪の形状変形シミュレーション法、の実現を目指している。平成9年度ではこれらのうち、(1),(2),(4)について実施し次のような結果を得た。(1)雪画像生成のための質感表現法:降雪中の雪片の質感表現と、積雪の質感を表現する手法を開発し画像生成を行った。この結果、降雪雪片では「ぼたん雪」状の質感を、積雪では「新雪」や「ざらめ雪」状の質感を表現できることを確認した。平成10年度以降では、水分を多く含む積雪の質感を表現できるように拡張する。(2)降雪中の雪の振る舞いのシミュレーション法:気流の場の2次元モデルにより地表の物体で気流が乱される雪舞のシミュレーション実験を行い、3次元モデルへの拡張の見通しを得た。平成10年度以降は3次元モデルへの拡張および気流の場の自動設定法の検討を行う。(4)日射や気温変化の影響による積雪形状変形シミュレーション法:積雪に対する日射や物体からの輻射熱を考慮した積雪の熱伝導モデルを開発し、与えられた新雪形状から融雪形状を自動生成する手法を開発した。これにより任意の新雪形状から融雪の任意の段階の形状を自動生成できることを確認した。平成10年度以降は、さらに融雪により発生した水の移動をモデルに組み込み、つららなど、融雪に付随する現象も表現可能な拡張を行う。冬季の景観シミュレーションのための降雪・積雪モデル開発のため,(1)雪画像生成のための質感表現法,(2)降雪中の雪の振る舞いのシミュレーション法,(3)風の影響を受けて形成される積雪形状の定義法,(4)日射や気温変化の影響による積雪形状変形シミュレーション法,(5)外力による瞬間的な積雪の形状変形シミュレーション法,の実現を目指している.平成10年度では(1),(2),(3)について次のような結果を得た.

(1)雪画像生成のための質感表現法:平成9年度に開発した降雪雪片や積雪のレンダリング法を拡張し,微細な表面構造を持つ物体一般を表現するための“異方性3次元テクスチャ法"を開発した.本手法は,ポリゴンによる幾何データを異方性3次元テクスチャに変換する手法と,異方性3次元テクスチャのレンダリング法から成り,ポリゴンで表現された任意の形状を3次元テクスチャに変換,画像生成することができる.これにより雪の質感向上を図れるほか,微細な表面構造を持つ物体(コケ,毛,布,草原,森林の遠景など)のデータ量削減とエイリアシングフリー画像生成が可能となった.(2)降雪中の雪の振る舞いのシミュレーション法:地表の物体で気流が乱される雪舞のシミュレーション法の気流の場のモデルを2次元から3次元に拡張した.本手法により降雪の動画像を生成し,自然な印象を持つ降雪の表現が可能であることを確認した.(3)風の影響を受けて形成される積雪形状の定義法: 2次元の気流の場のモデルと積雪アルゴリズムを連動したシミュレーション実験を行った.この結果,従来の積雪アルゴリズムをそのまま適用しただけでは積雪形状が不自然になる場合が確認されたため,平成11年度ではこの結果を踏まえ積雪アルゴリズムの改良を行う.冬季の景観シミュレーションのための降雪・積雪モデル開発のため、(1)雪画像生成のための質感表現法、(2)降雪中の雪の振る舞いのシミュレーション法、(3)風の影響を受けて形成される積雪形状の定義法、(4)日射や気温変化の影響による積雪形状変形シミュレーション法、(5)外力による瞬間的な積雪の形状変形シミュレーション法の各項目について研究を進め、これまで、(1)、(2)、(4)の手法について完成させている。平成11年度では(3)、(5)について検討を進め、(4)について拡張を行い、次のような成果を得た。(3)風の影響を受けて形成される積雪形状の定義法:積雪形状モデルの生成規則を改良し、これまで問題であった不自然な形状の発生を押さえ、吹き溜まり等の形状生成を可能にした。(4)日射や気温変化の影響による積雪形状変形シミュレーション法:融雪シミュレーションに、これまで考慮していなかった融雪水の発生と凍結についての拡張を行い、これにより、つららなどの現象を可能とした。また、生成されるつらら形状について、手続き的な方法による高速化、精密な物理モデルに基づくよりリアルな生成法を示した。(5)外力による瞬間的な積雪の形状変形シミュレーション法:雪面に残る足跡や車のわだちを表現するための手法を開発した。本手法は、雪に接触する物体のエネルギを考慮して雪への貫入量を計算し、貫入による雪の密度変化や雪の移動を計算することで形状を生成する。雪の硬度などをパラメタとして、雪質を反映した雪の形状変形を行うことができる。
紫外線による皮膚悪性黒色腫発症のメカニズムの解析

オゾン層の破壊によって地上にふりそそぐ有害紫外線がどのような機序で、悪性黒色腫の誘発を促進するかは明らかでない。本研究では、筆者等が樹立した活性型RETがん遺伝子(RFP-RET : RFPとc-RETのハイブリッド遺伝子)トランスジェニックマウスを用いて解析し以下の結果を得た。(1)通常環境下では癌化しない良性のメラノサイト系腫瘍が必発する192系RFP-RET-トランスジェニックマウスに紫外線を長期間(7ヶ月程度)照射した結果、皮膚悪性黒色腫が誘発された。(2)この機序と関わって、紫外線照射トランスジェニックマウスの皮膚と腫瘍ではRFP-RETの発現と活性が増強した。(3)皮膚黒色症のみを示す242系RFP-RETトランスジェニックマウスに長期に紫外線を照射してもメラノーマは発生しなかった。それゆえ、紫外線は腫瘍が最初に発生する段階ではなく、すでに発生した良性の腫瘍が悪性転化する段階で重要な働きをすると推定された。(4)RFP-RETトランスジェニックマウスに抗酸化物質を含む生薬を長期に経口摂取させたところ、腫瘍増殖が抑制された。(5)紫外線の照射によってRFP-RETが活性化する機序を解析するため、RFP-RET遺伝子を導入したNIH3T3細胞に紫外線を照射しRETキナーゼ活性に対する効果を解析した。RFP-RETは細胞内で一部が多量体として存在し、この多量体に強い酵素活性が検出された。この細胞に紫外線を照射すると多量体化の促進とともに活性が増強した。(6)細胞外ドメインを欠失するRET-PTC-1のアミノ酸置換ミュータントを用いた解析によって紫外線の標的がキナーゼドメイン上の特定のシステインであることが判明したが、RFP-RETは細胞外ドメインでの分子集合に紫外線による細胞内ドメインでの架橋が合わさって多量体と活性化が促進すると結論された。フロンガスの乱用のため、オゾン層の破壊が進み、地上にふりそそぐ有害紫外線の量が著明に増加している。紫外線量が1%増加すると皮膚癌は2%増加する。現在、皮膚悪性黒色腫は、地球上で最も増加率の著しい癌となり、致死率が高いため、予防法や有効な治療法の確立が急務となっている。筆者らは、通常環境下では決して癌化しない良性メラノサイト系腫瘍を必発するRET-トランスジェニック系マウスを樹立し、このマウスに紫外線を長期間照射すると皮膚悪性黒色腫が発生することを予備的に認めた。本研究ではこの成績を確認するとともに、その機序の一端を明らかにした。30kJ/m^2の紫外線を1回マウスの皮膚に照射すると、導入したがん遺伝子であるRfp-Retの発現量が1.2-2倍増加し、それ以上にRfp-Retのキナーゼ活性が3-5倍増強することを示した。これに伴ってRetキナーゼの下流にあると考えられるERK/c-Junが発現量として1.5-2倍、リン酸化レベルとして2-3倍増加した。一方、35-45kJ/m2/dayの紫外線を週に5回28週間照射したマウスでは組織学的な悪性像を示し転移を伴う皮膚悪性黒色腫の発生を確認したが、これに伴って、Rfp-Retが発現量として4-5倍、キナーゼ活性として8-10倍の増量を認めた。同時にERKとc-Junの発現量とリン酸化レベルもRfp-Retのそれと平行して増加した。

この結果は、恒常的に活性化された状態にあるがん遺伝子産物RET-MEN2Aを持つ細胞に試験管内で紫外線を照射すると、さらに活性が一段と増加してスーパー活性化をおこすことを示した成績を生体内で再現する成績であった。そこでRfp-Retを導入した細胞に紫外線を照射したところ、スーパー活性化が観察された。現在、この活性化の標的となるRfp-Ret分子内のアミノ酸残基の解析を進めている。有害紫外線がどのような機序で、悪性黒色腫(メラノーマ)の誘発を促進するかを明らかにする目的で、筆者等が樹立した活性型RETがん遺伝子(RFP-RET:RFPとc-RETのハイブリッド遺伝子)トランスジェニックマウスを用いて解析し、通常環境下では癌化しない良性のメラノサイト系腫瘍が必発する192系RFP-RET-トランスジェニックマウスに紫外線を長期間(7ヶ月程度)照射するとメラノーマが誘発されること、この機序に関わって、紫外線照射トランスジェニックマウスの皮膚/腫瘍ではRFP-RETの発現と活性が増強することを昨年度示した。この機序をさらに解析して以下の結果を得た。(1)皮膚黒色症のみを示す242系RFP-RETトランスジェニックマウスに長期に紫外線を照射してもメラノーマは発生しなかった。それゆえ、紫外線は腫瘍が最初に発生する段階ではなく、すでに発生した良性の腫瘍が悪性転化する段階で重要な働きをすると推定された。(2)RFP-RETトランスジェニックマウスに抗酸化物質を含む生薬を長期に経口摂取させたところ、腫瘍増殖が抑制された。(3)紫外線の照射によってRFP-RETが活性化する機序を解析するため、RFP-RET遺伝子を導入したNIH3T3細胞に紫外線を照射しRETキナーゼ活性に対する効果を解析した。RFP-RETは細胞内で一部が多量体として存在し、この多量体に強い酵素活性が検出された。この細胞に紫外線を照射すると多量体化の促進とともに活性が増強した。(4)細胞外ドメインを欠失するRET-PTC-1のアミノ酸置換ミュータントを用いた解析によって紫外線の標的がキナーゼドメイン上の特定のシステインであることが判明したが、RFP-RETは細胞外ドメインでの分子集合に紫外線による細胞内ドメインでの架橋が合わさって多量体と活性化が促進すると結論された。
生活習慣病特異的なリン・ビタミンＤ代謝制御の分子基盤解明と重症化予防法の開発

本研究では、生活習慣病特異的なリン・ビタミンD代謝制御機構の解明と重症化に対する新しい予防・治療法の開発を目的として、健常者および透析患者の白血球、腎不全、糖尿病、急性炎症疾患のモデル動物の骨、腸管、腎臓、肝臓そして心血管組織を用いてリン感受性遺伝子群(FGF23、PTH、alpha-Klotho、Nrf2標的遺伝子、ビタミンD代謝酵素、時計遺伝子)の発現変動を解析すると同時に、リン制限食、リン吸着薬および25(OH)D3または1,25(OH)2D3投与による各遺伝子の発現感受性を明らかにする。
次世代シークエンサーを用いた統合解析による大腸癌肝転移に関するゲノム解析

116例の大腸癌サンプルについて発現データ及びDNAメチル化についての統合解析を行った。まず、発現データでは大腸癌患者は3つのクラスター(Cluster-1, -2, -3)に分類され、5年生存率はそれぞれ74.8%、29.2%、29.4%であった。次にDNAメチル化状態により各クラスターは二つのサブグループに分類され、特にCluster-1Hの5年生存率(36.8%)はCluster-1L(96.1%)と比較して有意に予後不良であった。さらに発現データとメチル化状態によるネットワーク解析によりPTX3がCluster-1Hにおいて強くメチル化されていることが示された。本年度は同一患者から採取された大腸粘膜(=レファレンス)、大腸癌原発巣と肝転移巣をそれぞれ32例についてRNAシークエンスおよびメチル化アレイ(450K)を行った。1レーンに上記3サンプルを泳動するとして(1回の実験あたり8レーン泳動)4回の実験で32例の解析が可能であり、depthは1検体あたり約7x107リードとした。まずこのペアサンプルについて発現プロファイルを解析し、大腸癌肝転移での発現データを直接的にスクリーニングする。さらに同一検体よりDNAを採取し、450Kメチル化アレイを行いエピゲノム変化を調べた。これらの異なる解析法より得られたデータを統合解析し、発現量とプロモーター領域のメチル化の相関関係などを調べ、発現プロファイリングとメチル化プロファイリングによる統合的クラスター解析により肝転移が高頻度に認められる患者の層別化を試みた。発現プロファイルでは3郡のクラスターに分類され、ほとんどが肝転移のポテンシャルを有する一群を同定し、全生存期間が他の2群と比較して有意に短いことを確認した。一方で、予後が比較的良好な群はメチル化解析により高メチル化群と低メチル化群に分かれ、高メチル化群は有意に肝転移により有意に予後が不良であることを確認した。さらにネットワーク解析によりhnRNPファミリーの低発現および癌抑制遺伝子であるPTX3のメチル化による発現低下が肝転移に重要であることを推定した。今回同定された大腸癌肝転移の責任遺伝子については来年度以降にその機能解析を行う予定である。研究初年度では解析に必要な基礎データである包括的発現データ、およびプロモーター領域のメチル化を全遺伝子にわたり算出することが可能であった。まず、基本的な発現プロファイルによるk-meansクラスタリングにより大腸癌肝転移を高頻度に有する群を同定し、その責任遺伝子としてhnRNPファミリーを候補として同定できた。また、本解析のメインテーマである統合解析により、遺伝子発現データとメチル化データをくみあわせることにより同一の発現プロファイルのグループ内でも異なる高メチル化群と低メチル化群により特徴づけられる患者に分類ができ、その特徴として肝転移による予後が不良であることが確認できた。さらにネットワーク解析により候補遺伝子としてPTX3を同定できた。以上によりデータベースの構築と統合解析による大腸癌患者の肝転移に基づく層別化および予後の予測が可能であり、当初の予定通りの研究の推進状況であったと考えられる。本データをベースとして来年度以降はさらに精度の高い患者の層別化、責任遺伝子群の同定、及び機能解析を行ってゆく予定である。前年度で行った、大腸がん肝転移患者の大腸粘膜、原発巣、肝転移巣(32例)についてのエクソームシーケンスおよびRNAシーケンスのデータを統合解析した。この二種類のシーケンスのデータにより突然変異を有する遺伝子、発現が変化している遺伝子の同定を行い、また融合遺伝子を検出することにより大腸癌の発がんから血行性転移まで、多段階発がんのステップを観察することが可能であった。さらにエピゲノム解析として450Kメチル化アレイによりプロモータ領域のメチル化による2-way clusteringにより、大腸がんサンプルが低メチル、中メチル、高メチル化の3クラスに分類されることがわかり、これらのクラスターが生命予後に強く影響を与えていることを明らかにした。この3群のクラスターについてエクソームシーケンスによる解析結果を統合すると、KRAS, APC, BRAFの遺伝子変異が強く相関してることがわかり、RNAシーケンスによる包括的遺伝子発現解析により大腸がん発がんから肝転移へと進展してゆく過程で出現するサブクラスターを同定し得た。今年度に得られた大腸がん多段階発癌における責任遺伝子について、大腸がん細胞株を用いたin vitroの実験系で機能解析を行い、今回シーケンスデータより推測される大腸がん発がんメカニズムの証明を残り1年間で行って行く予定である。また、現在得られているデータのみでも、これまで報告されていなかった知見が得られており、随時学会や論文を通じて国内外で報告してゆく予定である。この2年間で予定していたエクソームシーケンス、RNAシーケンス、450Kメチル化アレイを含む次世代シーケンサーによる解析が一通り終了し、サンプル数についてもおおむね目標数の腫瘍についてを解析し得た。さらにバイオインフォマティクスによる解析も順調の行い得て、責任遺伝子の同定のみならず、発現データやメチル化データによるクラスタリングがドライバー遺伝子の変異、患者の生命予後と有意に相関するポジティブデータを導き出すことができた。以上のデータについてはいずれも大腸がん領域では新しい知見であり、サンプルの収集に加えて患者の臨床データや生命予後、病理データを匿名化連結可能な状態で参照し、異なる種類のゲノムデータを統合解析を行うトランスレーショナルリサーチを行い得たという点で予定通り順調に進展していると考えられる。まだ研究期間が1年間残っていることから、さらに細胞工学的に上記に責任遺伝子の機能解析が可能であり、研究期間終了までに当初予定していた実験を遂行する目処が立っている。

以上より、大腸がん多段階発がんのメカニズムをゲノムワイドに明らかにし、同定された責任候補遺伝子の機能解析を行う本研究の進捗状況は良好であると考えられる。本研究では大腸がん及び肝転移症例(外科切除症例)よりDNA及びRNAを抽出し、450Kメチル化アレイ・RNAシークエンサーを用いてCpGアイランドを含むプロモーター解析データ、及び包括的発現解析データより異なる種類のデータについてiClusterによる統合解析を行った。発現クラスターでは主に肝転移によると考えられる生命予後を反映するものであり、さらにメチル化の程度により大腸がん患者の層別化が可能であることが示された。これまでに450Kアレイのデータの処理については各遺伝子の上流に位置する多数のプローブをどのように数値化するかが困難であり、バイオインフォマティクスにおけるボトルネックとなっていたが、本研究では各CpG配列の変化する位置からCpG coreと名付けた領域を同定することにより、このデータを用いて統合解析が可能となっている。具体的にはCpG coreのメチル化データと発現データによるクラスタリングにより予後良好な患者群と不良群を層別化することが可能であった。さらにネットワーク解析により発現解析あるいはメチル化解析といった、1種類の解析データのみでは得られない、がん化、がん進展に関与する責任遺伝子を同定可能であることを示した。このネットワーク解析によりPTX3という遺伝子が高メチル化されることにより大腸がん肝転移における責任遺伝子の一つとなっている可能性が示された。以上の解析方法は大腸がんだけでなく他がん種の発がんメカニズムの解明にも応用可能であり、また、本研究で得られたデータを他のpublic dataで実証することにより今後のがん研究の発展に寄与できるものと考えられる。116例の大腸癌サンプルについて発現データ及びDNAメチル化についての統合解析を行った。まず、発現データでは大腸癌患者は3つのクラスター(Cluster-1, -2, -3)に分類され、5年生存率はそれぞれ74.8%、29.2%、29.4%であった。次にDNAメチル化状態により各クラスターは二つのサブグループに分類され、特にCluster-1Hの5年生存率(36.8%)はCluster-1L(96.1%)と比較して有意に予後不良であった。さらに発現データとメチル化状態によるネットワーク解析によりPTX3がCluster-1Hにおいて強くメチル化されていることが示された。前年度で同定した大腸癌肝転移の責任候補遺伝子について、別の患者由来(再発を伴わない大腸癌とステージ4大腸癌)のサンプルを用いて絞り込みを行う。これらのサンプル間の比較により原発巣サンプルにより術後も含めた肝転移(再発)の予測マーカーを樹立する。全エクソンは、長さとしては全ゲノムの約1%を占めるにすぎないが、タンパク質に翻訳される領域であることから機能的にもっとも重要なDNA配列である。
C4光合成細胞におけるオルガネラの三次元配置とその配置形成機構の解明

C4植物の2種の光合成細胞である葉肉細胞と維管束鞘細胞内のオルガネラ配置は異なっており,代謝経路と密接に関わっている。本研究では,このオルガネラ配置の分子機構と生理的意義を解明することを目的としている。本年度は以下の解析を行った。昨年度に引き続き,イネ科植物であるイネ(C3植物),ローズグラス(PCK型C4植物),シコクビエ(NAD-ME型C4植物)の維管束鞘細胞内オルガネラの三次元再構築を行った。本年度は,ミトコンドリアの細胞内配置の解析も行った。NAD-ME型C4植物シコクビエの維管束鞘細胞内の葉緑体に存在するRubiscoは,ミトコンドリアと接近している基部側(維管束側)においてより多く偏在していることを金コロイド免疫電子顕微鏡法により明らかにした。維管束鞘細胞では細胞の基部側にミトコンドリアが多いため,C4回路を通じて葉緑体に供給されるCO2濃度は基部側の方が高くなると考えられ,Rubiscoを基部側に偏在させることでCO2の固定効率が向上していると推測された。理由維管束鞘細胞オルガネラの三次元配置の解析は計画どおり進行中であるが,数百枚の連続画像に対するオルガネラ外周のトレース作業には時間がかかるため,統計処理を行うのに必要となる観察数には達していない。より効率的に作業を進める必要がある。オルガネラの三次元配置解析を継続し,3種のC4サブタイプ間で維管束鞘細胞内の葉緑体,ミトコンドリア,ペルオキシソームの配置比較を行う。また,1細胞内のオルガネラの数,体積,膜接触面積などの数値解析を行い,オルガネラ配置・構造の差異を統計的に明らかにする。NAD-ME型C4植物の維管束鞘葉緑体内の酵素タンパク質の偏在がRubisco以外でも見られるかを調べ,代謝とオルガネラ配置との関連性を明らかにする。オルガネラ細胞内配置制御の分子機構解明に向けて,形質転換植物の作出ならびに輸送体タンパク質の局在性解析を早急に進める。イネ科植物であるイネ(C3植物),ローズグラス(PCK型C4植物),シコクビエ(NAD-ME型C4植物)葉身の連続切片を透過型電子顕微鏡で観察・撮影し,画像処理ソフトウェアを用いて維管束鞘細胞内の葉緑体の三次元再構築を行った。イネ維管束鞘細胞には葉肉細胞よりも多い葉緑体が存在し,大部分は葉肉細胞側に配置(遠心的配置)していた。ローズグラスでは,より大型の平板状葉緑体が葉肉細胞側細胞面を覆い尽くすように遠心的配置をとっていた。一方,シコクビエにおいては,数は少ないがさらに大型でシート状の葉緑体が,葉緑体の一端を維管束側細胞面に接するように密集配置しており,積極的なオルガネラ配置機構の存在が予想された。このようにオルガネラ配置の三次元解析により,ダイナミックな細胞内微細構造が明らかになりつつある。共焦点レーザー顕微鏡を用いて焦点面をずらしながら高解像度撮影した連続画像をもとに,葉肉細胞および内部の葉緑体を三次元再構築して,凝集運動に伴う葉緑体の配置や形態の変化を調べる解析法を確立した。現在,凝集運動に伴う葉緑体の細胞内配置や形態の変化を定量的に解析することができるように更なる改良を加えている。維管束鞘細胞オルガネラの三次元配置の解析は当初計画どおり進行中であるが,数百枚の連続画像に対するオルガネラ外周のトレース作業には多くの時間がかかるため,まだ3細胞しか完了していない。三次元再構築法を改良し,効率的に作業を進めることが求められる。

NADP-ME型C4植物であるトウモロコシの維管束鞘細胞を観察し,3種のC4サブタイプ間で葉緑体の細胞内立体配置の比較を行う。また,ミトコンドリアの細胞内立体配置も調べ,葉緑体とミトコンドリアの接触面積や両者の配置の差異を明らかにする。また,葉肉細胞の観察など,観察すべき対象は多くあるので,三次元再構築法の改良を行い解析時間および労力の軽減を図る予定である。また,オルガネラ細胞内配置制御の分子機構解明に向けて,形質転換植物の作出ならびに輸送体タンパク質の局在性解析を早急に進める。オルガネラの三次元配置解析を継続し,3種のC4サブタイプ間で維管束鞘細胞内の葉緑体,ミトコンドリア,ペルオキシソームの配置比較を行う。また,1細胞内のオルガネラの数,体積,膜接触面積などの数値解析を行い,オルガネラ配置・構造の差異を統計的に明らかにする。NAD-ME型C4植物の維管束鞘葉緑体内の酵素タンパク質の偏在がRubisco以外でも見られるかを調べ,代謝とオルガネラ配置との関連性を明らかにする。オルガネラ細胞内配置制御の分子機構解明に向けて,形質転換植物の作出ならびに輸送体タンパク質の局在性解析を早急に進める。
肉牛における気質関連遺伝子多型と行動特性との関連

本年度は、これまでの4県の試験場(島根県、愛媛県、和歌山県及び山口県)に加えて香川県及び大分県畜産試験場の協力を得て、合計81頭行動反応試験を行うとともに、気質質問調査のみ合計38頭処理した。遺伝子多型解析については、前述の新規個体も含め昨年度行ったモノアミン・オキシターゼA(MAOA)、コルチコトロピン放出ホルモン及びレプチンに加えて、カルパスタチン(CAST)、アシルグリセロールアシルトランスフェラーゼ(DGAT)及びニューロペプチドY(NPY)についても解析した。(1)昨年の個体を含め肉牛の気質分析のために質問調査票の質問ごとの関係性を検討した結果、クラスター分析によって質問項目間の類似度、非類似度が確認され、15項目は3つの質問で構成される4カテゴリー、さらにストレス耐性に関わる質問群と飼育のしやすさに関わる質問群の2カテゴリーからなる2群に分類されること、主成分分析より、本質問調査によって気質を検出し得ることが示唆された。(2)昨年の個体を含め肉牛の行動特性解析のための4種行動試験の有効性について検討した結果、「給餌時接近試験」が他の全ての行動試験と正の相関を示した。また、主成分分析より、負荷量の成分量に違いがみられたことから、4種の行動試験いずれもが有効であることが示唆された。(3)行動特性と遺伝子多型との関係について調査したところ、CASTについては、野生型ホモ個体は変異型ホモ個体よりも「気分屋」の評点が低く、DGATでは、「順応性」の項目において野生型ホモ個体は変異型ホモ個体よりも評点が低かった。NPYについては、いずれの項目及び行動調査においても遺伝子多型との関連性は認められなかった。以上の結果から、質問調査および行動試験によって肉牛の行動特性や気質を判別できること、またそれらと種々遺伝子多型との間に関係のあることが示唆された。質問調査個体数の合計167頭、行動反応試験個体数の合計129頭に達し、最終年度において目標の200頭に到達可能の見通しとなったこと、すでに行動反応試験及び質問調査票の有効性の検証及び「管理方法の違い」についても質問調査票によって検出できることが証明された。また、遺伝子多型の解析についても新たな手法を習得し、速やかな解析が可能となった。したがって、計画全体としてはおおむね順調に進展しているものと判断される。昨年度協力を得た県試験場と継続して調査を行い、サンプル数を増やすとともに、遺伝子多型の対象を増やし速やかに解析を行なう。本年度は、4県の試験場(島根、愛媛、和歌山及び山口)において、行動反応試験及び気質質問調査を合計48頭について行った。また、遺伝子多型は、MAOA、CRH及びLEPTINについて解析した。(1)肉牛の気質分析のために質問調査票の質問ごとの関係性を検討した結果、クラスター分析によって質問項目間の類似度、非類似度が確認され、15項目は34つの質問で構成される4カテゴリー、さらにストレス耐性に関わる質問群と飼育のしやすさに関わる質問群の2カテゴリーからなる2群に分類されることが明らかとなった。また、主成分分析の結果より、本質問調査によって個々の気質を検出し得ることが明らかとなった。(2)本質問調査票の有効性を検証するために、モンゴル自治県において飼養されている黄牛の雌を対象に行った調査に当てはめて見たところ、質問調査15項目のうち6項目において、飼育環境による違いが示された。(3)4種行動試験の有効性について検討した結果、「給餌時接近試験」が他の全ての行動試験と正の相関を示すことが明らかとなった。また、主成分分析の結果から、負荷量の成分量に違いがみられたことから、4種の行動試験いずれもが有効であることが明らかとなった。(4)行動特性と遺伝子多型との関係について調査したところ、CRHについては、Cを持つ個体が質問調査の“気分屋"の項目においてスコアが高く、LEPINでは、“気分屋"の項目においてCC>CT>TTの順に高い値となることが示された。また、行動試験においては、Tを持つ個体の方が餌よりも人への興味が強いことが認められた。MAOAについては、Tを持つ個体の方が初対面のヒトに対する恐怖心が少ない傾向にあった。以上の結果から、質問調査および行動試験によって肉牛の行動特性や気質を判別できること、またそれらと種々遺伝子多型との間に関係のあることが明らかとなった。予定頭数(80-90頭)に到達できなかったが、行動反応試験及び質問調査票の有効性は検証されるとともに、平成30年度の「管理方法の違い」についても質問調査票によって検出できることが証明された。また、遺伝子多型の解析についても手法が確立され、滞りなく解析が進行できるものと確信できることとなった。

(1)昨年の個体を含め肉牛の気質分析のために質問調査票の質問ごとの関係性を検討した結果、クラスター分析によって質問項目間の類似度、非類似度が確認され、15項目は3つの質問で構成される4カテゴリー、さらにストレス耐性に関わる質問群と飼育のしやすさに関わる質問群の2カテゴリーからなる2群に分類されること、主成分分析より、本質問調査によって気質を検出し得ることが示唆された。(2)昨年の個体を含め肉牛の行動特性解析のための4種行動試験の有効性について検討した結果、「給餌時接近試験」が他の全ての行動試験と正の相関を示した。また、主成分分析より、負荷量の成分量に違いがみられたことから、4種の行動試験いずれもが有効であることが示唆された。(3)行動特性と遺伝子多型との関係について調査したところ、CASTについては、野生型ホモ個体は変異型ホモ個体よりも「気分屋」の評点が低く、DGATでは、「順応性」の項目において野生型ホモ個体は変異型ホモ個体よりも評点が低かった。NPYについては、いずれの項目及び行動調査においても遺伝子多型との関連性は認められなかった。以上の結果から、質問調査および行動試験によって肉牛の行動特性や気質を判別できること、またそれらと種々遺伝子多型との間に関係のあることが示唆された。質問調査個体数の合計167頭、行動反応試験個体数の合計129頭に達し、最終年度において目標の200頭に到達可能の見通しとなったこと、すでに行動反応試験及び質問調査票の有効性の検証及び「管理方法の違い」についても質問調査票によって検出できることが証明された。また、遺伝子多型の解析についても新たな手法を習得し、速やかな解析が可能となった。したがって、計画全体としてはおおむね順調に進展しているものと判断される。調査対象(県試験場や大学など)を増やして、サンプル数を増やすとともに、計画された遺伝子多型の対象(セロトニン・トランスポーター、ドーパミン受容体など)に加えて他の候補遺伝子についても速やかに解析を行なう。また、すでに出荷された個体のデータも解析に加える。昨年度協力を得た県試験場と継続して調査を行い、サンプル数を増やすとともに、遺伝子多型の対象を増やし速やかに解析を行なう。DNA抽出試薬を購入予定であったが、残額では不足のため購入できなかったので繰り越すこととした。
蛍光タンパク質にリセプターを内在させたバイオセンサーの構築

天然にはリガンド結合に伴って小さいながらも構造変化が起こるリセプタータンパク質が数多く存在する。この小さな構造変化を蛍光情報に変換して増幅することにより、蛍光性バイオセンサーが構築できる。そこで本研究では、蛍光性タンパク質GFP内にリセプターを内在させたバイオセンサーの構築を行った。センサーの土台としては、イノシトール四リン酸(IP4)との特異的な結合に依存して構造が変化するBTK-PHドメインを用いた。BTK-PHドメインは、IP4の結合により特定部位の構造が変化する。この構造変化が大きな部位にGFPを挿入することにより、IP4結合によりGFPの構造変化に鋭敏に応答して蛍光が大きく変化すると考えられる。分子設計にあたり、まずタンパク質分子設計支援ソフトであるInsightIIを用いて、タンパク質構造情報に基づきGFPのPHドメインへの融合可能な位置及びIP4の結合により構造変化する領域を評価した。その結果、BTK-PHドメインのβ1-β2間に存在するループ部位に、GFPの末端部位もしくは145位におけるcpGFPを挿入する設計が最適であると判断された。次にIP4センサーの土台となる天然タンパク質Btk-PHドメインを人cDNAライブラリーからpET系ベクターにクローニングし、Btk-PHドメイン及び上記で設計したキメラプロテインの大腸菌発現系を確立した。作製したIP4センサーのin vitroにおけるイノシトール誘導体に対する結合特性を蛍光法により評価した結果、GFPの末端部位にPHドメインを融合したIP4センサーはIP4依存的な蛍光変化は示さなかったが、cpGFPを融合したIP4センサーはIP4依存的に蛍光強度が1.1倍上昇し、その解離定数は24.7nMであった。またにIP3対しての解離定数は10.4μMであり高い選択性を示した。本実験は無駄や遅延なく遂行されたため、すでに申請書で提案した平成19年度研究計画の80%は達成できたと判断している。
大谷石採掘跡地内貯留水の低温化メカニズム解明と持続的冷熱利用のための技術開発

宇都宮市大谷町全域に散在する採石跡地は巨大地下空間を形成しており,一部の地下空間内の貯留水は水温10°C以下と非常に低温である。貯留水の冷熱源利用が期待されるものの,その低温化メカニズムが解明されていないため,持続的な熱源としての利用可能性が不明瞭な状況である。そこで本研究では,現地調査,数値解析,室内実験等による総合的検証に基づき,貯留水の低温化メカニズムを解明する。また,冷熱源としての貯留水の持続的利用を実現するため,再生可能熱源への転換技術の開発をおこなう。先例のない熱源である地下空間貯留水に着目し,安定的熱利用を実現するために研究成果の社会実装を目指す。
閉塞型睡眠時無呼吸症候群への新しい治療法の試み-中周波筋刺激の効果について-

閉塞型睡眠時無呼吸症候群(OSAS)の治療の第一選択は鼻マスク式持続陽圧呼吸あるいは口腔内装置である。両治療法は器具や装置の使用で気道を広げ呼吸を補助するのみで、継続により病態が改善することはない。本研究は、周期的な電気的筋刺激によるトレーニングでオトガイ舌筋の活性と緊張度の維持を促し、睡眠時の無呼吸を改善できるかを調査した。本トレーニング単独で十分な治療効果を得ることは難しいが、現行の治療法の補助的意義は高いと考えられた。本研究の目的は、従来の即時的なオトガイ舌筋への電気刺激ではなく、周期的な筋刺激によるトレーニングで筋そのものの活性と緊張度の維持を促し、持続的な咽頭部の開大を得ることで、睡眠時の無呼吸を改善できるかを調査するものである。本年は、オトガイ舌筋への刺激方法を確立することを目標としてきた。刺激は疼痛が少なく深部到達度が高い中周波筋刺激装置を用いることとし、エムスティムウィットPH-CM100(日本メディックス)を購入した。ボランティアの被研者を対象とし電極の貼付位置、電極のサイズ、刺激の周波数や強度、刺激間隔など条件を変え、被験者に不快症状を与えず筋に十分な効果を与える条件を検討した。筋刺激効果を判定するため、MRIによる画像評価を検討している。現在、撮影施設の調整と撮影条件の検討を行っている。筋の刺激効果の機能的評価として筋刺激時の舌圧の計測を企画し、圧の測定、モニターのためPowerLab4/25と4連ブリッジアンプML224(AD INSTRUMENTS:バイオリサーチセンター)を購入した。現在筋刺激時に舌の突出力を有効に測定できるよう口腔内装置に圧センサーを組み込んだ測定器具を考案し、測定条件を検討中である。睡眠時無呼吸症候群患者を対象としていることから、新潟大学歯学部倫理委員会へ本研究について、申請を行い、承認を得ている。刺激は疼痛が少なく深部到達度が高い中周波筋刺激装置を用いることとし、エムスティム、ウィットPH-CM100(日本メディックス)を購入した。X-P所見と被験者からの問診を参考に150Hz、15mA、30分を基本的な刺激条件とした。睡眠時無呼吸症候群患者に研究の主旨を説明し、同意を得た患者2名に対し、2から3ヶ月間、週1回のぺースで、筋刺激を行ない、簡易PSG検査にて効果判定を行なった。無呼吸低呼吸指数は2名とも軽度の減少が見られた。X-Pにても両名とも舌の後縁の弛緩が改善しているように思われる所見を得た。今後、症例を増やし、統計的に検討する予定。筋刺激の確認としてMRIによる刺激部位の同定を予定。現在、本学医歯学総合病院と施設の使用について交渉中である。前年より行ってきたオトガイ舌筋を経皮的に中周波筋刺激装置(エムスティムウィットPH-CM100(日本メディックス))にて刺激する方法で、新潟大学医歯学総合病院睡眠呼吸障害外来に通院している5名の睡眠時無呼吸症候群患者を対象として1ヶ月以上の期間、週1回の頻度にてトレーニングを行った。実験に協力してもらうことに際し、事前に十分に実験の主旨、内容を説明した後、新潟大学歯学部倫理委員会承認の同意書を得ている。トレーニングの効果の評価は、セファログラムと睡眠評価装置パルスリープLS-120(フクダ電子)にて行った。セファログラム上、オトガイ舌筋の後縁部がトレーニング前より切り立ったようになり、気道の開大を認めたもの、舌背部の挙上を認めたものなど画像的な変化を認めた。簡易PSG検査結果は、AHIの減少を認めたものは5名中3名で明らかな改善は認めるまでにはいたらなかったが、最大呼吸停止時間は前例で減少しており、患者からの聞き取り調査でも前例トレーニング前より改善した感じがするとの回答を得た。今回の結果より、本トレーニング単独で十分な治療効果を得ることは難しいが、現在行われている治療法(NCPAP、口腔内装置)をより効果的にするための補助的意義は高いと考える。さらに、症例を増やしトレーニング方法を検討する予定である。
中性子ハロー核の価中性子分布半径の光学的測定

高周波(RF)イオンガイド法を用いてヘリウムガス中に停止した不安定核イオンを高効率で引き出し超低速の不安定核ビームを生成する、本研究に必須のガスキャッチャー装置の開発を昨年度に続き進めている。このガスセルではガス中に停止させたイオンをDC電場で一段目のRFカーペット上へ集めた後、二段式のRFカーペットを使ってイオンを集めてφ1mmを切る穴から引き出す。昨年度、二段目での輸送に必要な搬送波への適用可能範囲を超える高い引き出し電圧が一段目と二段目の間に必要であることが判明した問題を解決するため、一段目の電極の厚みを薄くし試験を行ったところ、一段目と二段目の間で20V/cm程度と二段目の輸送に適切な電場強度で70%に近い引き出しをオフライン試験で確認し、二段目での輸送効率に対しても80%程度の輸送効率を確認した。これにより高周波イオンガイドガスセルを使ったオンライン実験へ移行する目処が立った。2019年度後期にはオンラインコミッショニングを開始する予定であり、これを経て更なるイオンガイドガスセル性能の更なる高度化を目指す。並行して、レーザー分光実験に必要なレーザーの開発を進めた。現在、313nmを生成する共振器の最適化を行っているところであり近々に完成が見込まれているため、上のガスセルと併せて、本研究で最終目的としていたBe同位体不安定核のオンライン分光実験を数年内に遂行できる目処が立ったと言える。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究に必須の超低速不安定核生成ビーム装置(SLOWRI装置)のうち、高周波イオンガイド法を用いてヘリウムガス中に停止した不安定核イオンを高効率で引き出すガスキャッチャー装置の開発を進めている。このガスセルにおける引き出し機構は二段の高周波電極から成っている。一段目は横方向に距離分の一に比例するようなDC電場を生成することで極力少ない面積に不安定核を集め、高周波電場を印加する必要のある面積を小さくし、軽い元素に対しても十分適用可能な高い周波数で共鳴するようなデザインにしている。1段目の電極から雨樋のように収集した不安定核イオンを2段目の電極に落とし、2段目の電極ではRF電場と4位相のAF電場を印加することで生み出される"travelingwave"にイオンをロックすることで、高速でイオンを下流へと輸送することができるという仕組みである。更に、空間電荷効果の主な原因であるヘリウムイオンは1段目の電極で失われると期待されるため、2段目のAF+RF電極では空間電荷効果の影響を大幅に抑えられると目論んでいる。本年度は製作したテスト電極に対し、表面電離型Csイオン源を用いた輸送効率を行った。1段目の電極に集まる電流を測定し、それに対して、1段目に高周波を印加し2段目までに輸送できる電流との比を輸送効率と見なした。その結果、60%以上の輸送効率を達成したことを確認した。一方、1段目と2段目の間にtravelingwaveの適用可能範囲を超える高い引き出し電圧が必要であることが判明したため、電極のデザインを見直し、引き出し電圧を小さくするために電極の厚みを薄くしたものを製作した。現在その新しい電極の輸送試験を進めているところである。当初予定していた実験実施場所を変更せざるを得なくなったため、低速RIビーム生成装置のデザインを大幅に変更する必要が生じた。また、新しくデザインした電極についても、想定していたよりも高い引き出し電圧を必要とすることが判明し、その後電極を再デザインするためのシミュレーションに長い時間を要したのが大きな理由である。本研究は入射核破砕反応で生成される不安定核Be同位体を高周波イオンガイド法を利用したHeガスキャッチャーセルで捕獲して低エネルギーにし、高い効率でイオントラップへと輸送し、強磁場中においてレーザー・マイクロ波・UHF波三重共鳴を適用することでハロー核Be11を含むBe同位体の核磁気モーメントを超微細構造異常の導出するに必要な精度で測定するものである。高周波イオンガイドガスセルの開発と並行して、Beイオンをレーザー冷却するためのレーザーの開発を進めている。これまで色素レーザーで得られる626nmのレーザー光を第二次高調波発生器で313nmにしたものを使用してきたが、ビームタイム中に長時間連続使用するには波長のドリフトなど安定性に疑問が残るため、現在全固体レーザーを使用したレーザー光源の開発を進めている。具体的には、939nmの外部共振器型半導体レーザーを製作し、これを種光としてテーパーアンプにて増幅した後、第二次高調波を発生し、基本波と第二次高調波の和週波を取ることで必要な313nmを発生させる機構である。本年度はデザイン設計を完了させて、必要な物品を購入し、外部共振器型半導体レーザーの製作およびそれで得られるレーザー光をテーパーアンプで増幅するところまで完了している。今後は引き続き開発を進め、レーザー光源系を完成させる予定である。更に並行して、イオントラップまでの輸送系に必要な高周波電極を使った輸送系のシミュレーションを行い、輸送系およびイオントラップの設計を進めている。高周波イオンガイドガスセルの開発に時間が必要でありこれがボトルネックとなって、レーザー光源系およびイオントラップの製作に遅れが生じ、イオントラップを使用したオフライン試験までこぎつけていない状況である。

このガスセルではガス中に停止させたイオンをDC電場で一段目のRFカーペット上へ集めた後、二段式のRFカーペットを使ってイオンを集めてφ1mmを切る穴から引き出す。昨年度、二段目での輸送に必要な搬送波への適用可能範囲を超える高い引き出し電圧が一段目と二段目の間に必要であることが判明した問題を解決するため、一段目の電極の厚みを薄くし試験を行ったところ、一段目と二段目の間で20V/cm程度と二段目の輸送に適切な電場強度で70%に近い引き出しをオフライン試験で確認し、二段目での輸送効率に対しても80%程度の輸送効率を確認した。これにより高周波イオンガイドガスセルを使ったオンライン実験へ移行する目処が立った。2019年度後期にはオンラインコミッショニングを開始する予定であり、これを経て更なるイオンガイドガスセル性能の更なる高度化を目指す。並行して、レーザー分光実験に必要なレーザーの開発を進めた。現在、313nmを生成する共振器の最適化を行っているところであり近々に完成が見込まれているため、上のガスセルと併せて、本研究で最終目的としていたBe同位体不安定核のオンライン分光実験を数年内に遂行できる目処が立ったと言える。引き続き、高周波イオンガイドガスセルの開発を進め、オフライン試験において表面電離イオン源を用いた輸送効率測定試験および放射線源を用いて空間電荷を生成することで、輸送効率にどのような変化が生じるかを試験する。ガスセルの直下にはプリント基板を利用した新しいイオンビームガイドを設置し、更にその下流に四重極イオンビーム輸送機構、そして質量分離用の多重反射型質量分析器を設置することで、今年度中にオンラインコミッショニングを開始し、オンラインで得られるRIビームに対する輸送効率を測定する。レーザー光源系に必要な物品は買い揃えてあるため、レーザー光源系の開発を進めて、速やかに完成させる予定である。レーザー光源系を完成させた後、超伝導磁石内に設置したイオントラップの近くで安定核Beイオンをレーザーアブレーションにより生成し、イオントラップ中におけるオフライン試験を今年度中に開始する予定である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
マイクロチャネルを流路に用いたナノ微粒子の連続水熱合成システムの開発

近年、その用途の多様性から注目を集めているナノサイズ金属酸化物微粒子の新規合成法として、申請者のグループが提案している急速昇温式超臨界水熱合成法の特徴を最大限に引き出すために、本年度は下記の点について研究を行った。昨年度に引き続きマイクロ混合物を有する流通式超臨界水熱合成装置において、ナノサイズ微粒子合成を行った。異なる金属の硝酸塩を用い超臨界水中で水熱合成実験を行い、転化率、生成粒子の平均粒径、結晶化度を評価した。また、申請者らのグループが開発した超臨界水中での反応平衡定数推算モデルを用い、反応条件における各金属酸化物の溶解度を計算し、過飽和度を評価した。その結果、過飽和度と粒径、転化率、結晶化度は良好に相関することが明らかとなった。この関係を用いれば、所望のサイズの粒子の合成条件をあらかじめ設定することが可能となった。次に、複合金属酸化物微粒子についても、同様の計算手法で溶解度計算を行い、副生成物が生成せず、目的生成物が単一相で得られる条件を計算し、実際に合成実験を行った結果、生成物の結晶相は予測と良好に一致し、流通式水熱合成法と溶解度推算手法を組み合わせたナノサイズ複合金属酸化物の合成手法としての有効性を例証することができた。また、例えばNiFe_2O_4微粒子合成などでは化学量論比ではなく、一部Niが欠損した組成の微粒子が得られた。これは、急速昇温法した際、溶解度の低いFeは酸化物の前駆体として完全に析出するのに対し、Niは溶解度が高いため一部のみがFeの酸化物前駆体内に取り込まれ、これによりNiが欠損したNiFe_2O_4微粒子が合成したと考えている。この結果は、本手法が非平衡組成の複合金属酸化物微粒子の合成手法としての利点を有していることを示唆している。近年、その用途の多様性から注目を集めているナノサイズ金属酸化物微粒子の新規合成法として、申請者のグループが提案している急速昇温式超臨海水熱合成法の特徴を最大限に引き出すために、本年度は下記2点について研究を行った。1.従来の操作条件を更に高圧域に拡張した実験を可能とする装置開発本申請にて、吐出圧が最大80MPaと、従来(最大50MPa)よりも更に高圧下での水溶液の供給が可能な高流量ポンプを購入した。継ぎ手、背圧弁、圧力計を含めて、最大80MPaまで流通式の水熱合成実験が可能な装置を作製し、純水を用いて高温(400°C)高圧下(70MPa)で動作確認を行った。2.マイクロチャネル設計に向けた実験的検討原料溶液を反応温度まで急速昇温させるために、流通式装置内の混合部への溶液供給ライン内径を0.152.38mmと変化させて酸化亜鉛微粒子の合成実験を行った。まず、申請者らが提案した金属酸化物の溶解度推算手法により、高い過飽和度を得られる温度、圧力、アルカリ濃度の条件を推定した。その後、決定した条件において、硝酸亜鉛と水酸化カリウムまたは水酸化リチウムを原料として用いて水熱合成実験を行った。その結果、ライン内径の減少とともに生成した酸化亜鉛微粒子の平均粒子径および標準偏差は減少し、原料に水酸化リチウム、溶液供給ラインの内径を0.15mmとしたとき、平均粒子径16nmの粒子を得ることに成功した。