hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
チタンの熱酸化を利用した光触媒アナターゼ皮膜形成とその生体適合性評価

1.TiO2においては光照射下による抗菌性の発現が報告されている。JISR1702のガラス密着法を参考に評価手法を確立し、二段階熱酸化により作製したTiO2膜における抗菌性を評価した。暗所に静置した試料およびUVを照射したガラス基板(コントロール)と比較して、二段階熱酸化法によりCP Ti上に作製したアナターゼ含有TiO2膜では生菌数の減少、すなわち光誘起抗菌性が確認された。2.光触媒活性の一つである有機物分解能の発生機構としてラジカル種の形成が報告されている。二段階熱酸化法により作製したTiO2膜も有機物分解能を示しており、ラジカル種が発生していると考えられる。東北大学歯学研究科と共同でTiO2膜への紫外光照射時に発生するラジカルを計測した。ESRによるラジカル計測手法を採用し、DMPO、DMSOを利用したスピントラップ法により、ヒドロキシラジカルおよびスーパーオキシドアニオンの検出を試みた。紫外光照射によるヒドロキシラジカルの発生は検出できたが、スーパーオキシドアニオンの検出には至っていない。3.二段階熱酸化法においてはCOガスを用いた一段階目処理によりTiCを形成している。TiCを形成するための他の方法としてCH4ガスの利用が考えられる。純CH4ガス雰囲気中で1173 K以上の温度で熱処理することで、Ti表面にTiCが形成することが明らかとなった。さらにこの試料を大気中で熱処理することでアナターゼ含有TiO2皮膜を形成することに成功した。28年度が最終年度であるため、記入しない。1.二段階熱酸化法においては、TiCを経由することによりアナターゼ皮膜が安定して形成されることが判明している。しかし、アナターゼ皮膜中の炭素の存在は確認されていなかった。そこでレーザーラマン分光法、XPS、TEMなどにより皮膜のより詳細な分析を行った。ラマンスペクトルおよび電子エネルギー損失分光分析(EELS)によるスペクトルより、アモルファスカーボンの存在が確認され、アナターゼ皮膜中の炭素活量は高いことが示唆された。今後はTEMを用いたアナターゼ/ルチル相の分布の分析や、価電子XPS分析による炭素添加の確認などから、光触媒活性と組織・組成の関係を調査する予定である。2.光触媒活性の一つである有機物分解能により、TiO2表面での抗菌作用が期待される。二段階熱酸化皮膜における抗菌性を評価するために、JIS R1702を参考として試料サイズに合わせた抗菌性試験方法の確立を行った。二段階熱酸化アナターゼ皮膜において、紫外光照射の下で他のルチル皮膜と比較して生菌率が低くなり、優れた抗菌性を示すことが明らかとなった。3.1.で述べた通り二段階熱酸化法により作製したアナターゼ皮膜中には炭素が存在することが確認された。炭素添加アナターゼ皮膜は可視光照射下においても光触媒活性を示すことが報告されており、本法の皮膜においても可視光応答性が期待される。そこで、ステアリン酸を塗布した試料表面に、紫外光域の波長をカットした可視光(キセノンランプ)を照射し、水接触角の変化を測定した。二段階熱酸化アナターゼ皮膜においてステアリン酸の分解に伴う水接触角の減少が確認され、可視光応答することが明らかとなった。1.二段階熱酸化法においては、TiCを経由することによりTi上にアナターゼ皮膜の形成が可能であるが、アナターゼ分率の制御手法は確立されていなかった。そこで、二段階熱酸化条件とアナターゼ分率との関係の調査を行った。二段階目の大気酸化における温度とTiCの残留やアナターゼ分率との関係を把握できた。これによりTiO2皮膜中のアナターゼ分率制御が可能となった。2.二段階熱酸化により作製されたTiO2皮膜中のアナターゼ分率と光触媒活性との関係は不明であった。そこで、1の情報を基礎としてアナターゼ分率を制御したTiO2皮膜を作製し、紫外線照射下におけるそれらのメチレンブルー分解速度測定を行った。アナターゼ分率が0.8程度の皮膜において分解速度が最大となった。すなわち、アナターゼ単相よりもアナターゼ+ルチル混相TiO2皮膜において優れた光触媒活性を示すことが分かった。加えて、Ti-Nb合金表面に作製したNb固溶TiO2皮膜が優れた光誘起超親水性を発現し、TiO2へのNb添加が光触媒活性に有効であることが示唆された。3.二段階熱酸化法においてはCOガスを用いた高温(1073 K)での一段階目処理によりTiCを形成している。その後、アナターゼ相を形成するためには低温(773 K程度)での酸化が必要となっており、二段階のプロセスが不可欠である。一段階熱酸化処理によりアナターゼ相を形成するプロセス構築を目的に、TiC源として固体炭素源の利用を検討した。Ti表面でアモルファスカーボンは確認されたが、TiC相の形成には至っていない。2.二段階熱酸化法に関しては、厳密にプロセスを管理することでアナターゼ分率を精微に制御することが可能となった。3.2で作製したTiO2皮膜を用いて有機物分解能評価を行い、有機物分解能のアナターゼ分率依存性を導出できたことは大きな成果である。4.これまでは、TiO2皮膜のアナターゼ分率制御が十分機能していなかったため、抗菌性評価の遂行が困難であった。

現在は2で述べたとおり、アナターゼ分率の精微な制御が可能になったので、抗菌性のアナターゼ分率依存性を評価できる状況になった。5.熱酸化法を基礎とした新規なアナターゼ含有TiO2皮膜作製プロセスの検討を行っている。固体炭素源の選定と処理温度の最適化が不可欠である。1.TiO2においては光照射下による抗菌性の発現が報告されている。JISR1702のガラス密着法を参考に評価手法を確立し、二段階熱酸化により作製したTiO2膜における抗菌性を評価した。暗所に静置した試料およびUVを照射したガラス基板(コントロール)と比較して、二段階熱酸化法によりCP Ti上に作製したアナターゼ含有TiO2膜では生菌数の減少、すなわち光誘起抗菌性が確認された。2.光触媒活性の一つである有機物分解能の発生機構としてラジカル種の形成が報告されている。二段階熱酸化法により作製したTiO2膜も有機物分解能を示しており、ラジカル種が発生していると考えられる。東北大学歯学研究科と共同でTiO2膜への紫外光照射時に発生するラジカルを計測した。ESRによるラジカル計測手法を採用し、DMPO、DMSOを利用したスピントラップ法により、ヒドロキシラジカルおよびスーパーオキシドアニオンの検出を試みた。紫外光照射によるヒドロキシラジカルの発生は検出できたが、スーパーオキシドアニオンの検出には至っていない。3.二段階熱酸化法においてはCOガスを用いた一段階目処理によりTiCを形成している。TiCを形成するための他の方法としてCH4ガスの利用が考えられる。純CH4ガス雰囲気中で1173 K以上の温度で熱処理することで、Ti表面にTiCが形成することが明らかとなった。さらにこの試料を大気中で熱処理することでアナターゼ含有TiO2皮膜を形成することに成功した。1.光触媒活性評価に関してはTiへのMoやNbといった合金元素添加の影響を明らかにした。さらに炭素がなぜアナターゼ相を安定化するのかについて、その構造の類似性と炭素固溶の影響を指摘することが出来た。皮膜の詳細な組成・組織分析に関しては、軽元素である炭素の分析ということもあり難航しているが、ラマン分光法、XPS、TEM-EELSなど様々な手段で分析を行った。2.光触媒活性と生体適合性の関係解明としては抗菌性評価を行った。試料サイズが小さくJISの評価方法を適用することが難しかったため、シリコンチューブを用いて改良した評価手法を確立した。この手法を用いて二段階アナターゼ皮膜が光触媒活性による抗菌性を示すことを明らかにすることが出来た。3.ステアリン酸分解能評価により可視光応答性が確認されたことは大きな成果である。TiC粉末を酸化したC-doped TiO2粉末に関しては可視光応答性の報告があるので、本研究で作製した皮膜においても炭素の存在が可視光応答性発現の原因と考察した。しかし、合金元素の添加の影響やアナターゼ分率の影響などは未だ明らかになっておらず今後の課題である。4.投稿論文の提出ができていないのは至らなかった点である。アナターゼ皮膜の光触媒活性に関するデータの考察が難航し、時間がかかってしまった。現在合金元素添加の影響と光触媒活性に関しての論文を執筆中(日本語版は完成し、英訳中)であり、今年度の早い段階で投稿が可能であると考えている。1.Ti上に作製したアナターゼ含有TiO2皮膜の抗菌性評価を行っていく。
結晶・電子構造が銅酸化物超伝導体と極めて類似した物質での高温超伝導発現の検証

本研究では、極めて銅酸化物超伝導体と結晶構造・電子的舞台が似ている2つの物質をとりあげ、キャリア注入、圧力印加などにより徹底的に銅酸化物と近い結晶構造・電子的舞台設定を作り銅酸化物でなくとも高温超伝導は実現可能なのか?という疑問に答えることである。取り上げる物質はLn4Ni3O8、Ln2PdO4である。1.Ln4Ni3O8この物質は2次元NiO2面を含み銅酸化物超伝導体と構造上、電子構造上、極めて類似している物質である。しかし、過剰酸素が存在するため金属化・超伝導化が妨げられていると考えられる。我々独自の硫黄を用いた熱処理によりNd4Ni3O8試料において約20Kまでは金属化できているが、それ以下では電気抵抗は半導体的に上昇する。これは過剰酸素の除去が不十分な為であると考えられる。この過剰酸素の完全除去を目指し、Nd4Ni3O8のNdをイオン半径がより大きいPrで置換した。これは、銅酸化物超伝導体において、Lnサイトのイオン半径が大きいほど過剰酸素が抜けやすくなるという結果が報告されていた為である。その結果、2Kまで完全に金属的試料を得ることに成功し、過剰酸素のないクリーンなNiO2面が実現できたと考えている。0.3Kまで冷却を行ったが超伝導は観測されなかった。Niの形式価数は銅酸化物超伝導体と比較すると“過剰ドープ"状態にあり銅酸化物超伝導体を完全に模倣することはできていない。そのためキャリア量調整が必要である。2.Ln2PdO4この物質も2次元PdO2面を含み銅酸化物超伝導体と構造上、電子構造上、極めて類似している物質である。反応性の悪い本物質の合成をメカニカルミリング法で行うのであるが、Lnの種類によってはミリングの容器の素材が混入してしまうことが分かり、現在どのような素材のミリング容器を用いたらよいのか検討中である。1.Ln4Ni3O8年次目標:余剰酸素のないクリーンなNiO2面を得る。過剰酸素除去は我々独自のSを用いた熱処理により行うが、Nd4Ni3O8のNdをイオン半径がより大きいPrで置換したPr4Ni3O8に、この熱処理を施した。Nd4Ni3O8では約20Kまでは金属的であったが、それより低温では電気抵抗は半導体的に上昇していた。これは過剰酸素の除去が不十分であったためと考えられる。今回作成したPr4Ni3O8では2Kまで完全に金属的な試料をえることができた。これより過剰酸素が完全に除去されたクリーンなNiO2面を得るという目標は達成できたと考えている。しかしながら、この試料では0.3Kまで超伝導を確認できなかった。Niの形式価数は銅酸化物超伝導体と比較すると“過剰ドープ"状態にある。超伝導を示さないのは銅酸化物高温超伝導体と同じ振る舞いでもある。そこで来年度の計画を先取りし、キャリア量調整を試みた。銅酸化物超伝導体の最適ドープ領域とするためには電子ドープが必要である。具体的には2つあるNiサイトの内、片方だけにCr3+, Mn3+, Nb5+をドーパントとして導入することを試みた。現在はドーピングサイトの特定や電気特性の測定を行っている。ドーピングサイトの特定には放射光実験を行い、結果を解析中である。2.Ln2PdO4年次目標:メカニカルミリングによる合成の最適化を行う。反応性の悪い本物質の合成をメカニカルミリング法で行うのであるが、最適化条件を様々に試す実験において、Lnの種類によってはミリングの容器の素材が混入してしまうことが判明した。現在どのような素材のミリング容器を用いたらよいのか検討中である。1.Ln4Ni3O8今後の目標:前年得たクリーンなNiO2面に対し電子状態を銅酸化物に徹底的に近づけ本物質が高温超伝導材料と成るか?の結論を得る。対象はPr4Ni3O8に絞る。超伝導である場合には転移温度のキャリア濃度・圧力依存性も得る。実験方法:(1) Niの最外殻電子数は3d 8.76であり、銅酸化物の3d 8.85より少ない。Ln3+サイトのCe4+置換やNiサイトへのCr3+, Mn3+, Nb5+などによる電子キャリア注入を行いNiの電子数を3d 8.85に近づける。(2) Niの軌道エネルギーはCuより1 eV程度高く、O-2pとの混成が銅酸化物より弱い。よって物理圧力印加により混成を強くし銅酸化物の電子状態に近づける。物理圧力印加はキュービックアンビル高圧発生装置により行う予定である。2.Ln2PdO4今後の目標:メカニカルミリングによる合成の最適化を行う。電子キャリア注入及び化学圧力の強弱を変化させる事により電子的舞台を銅酸化物に徹底的に近づけ本物質が高温超伝導材料と成るか?の結論を得る。実験方法:(1)素材が混入しないミリング容器の検討、もしくは容器を削らない原料試薬の検討。(2) (1)の対策を施した上で合成条件の最適化を行う。(2) Ln3+のCe4+置換、O2-のF-置換による電子キャリア注入を行う。

電子キャリア注入はdx2-y2軌道を埋めることに対応し、銅酸化物の電子的舞台に近づく。(3) Ln=LaGdの合成を行う。異なるLnを用いることは化学圧力の強弱を変えることに対応し、Pd-4dとO-2pの混成の程度を調整できる。電気抵抗測定・磁化測定結果をフィードバックとしながらPd-4dとO-2pの混成程度を見積もり銅酸化物の電子的舞台に近づける。本研究では、極めて銅酸化物超伝導体と結晶構造・電子的舞台が似ている2つの物質をとりあげ、キャリア注入、圧力印加などにより徹底的に銅酸化物と近い結晶構造・電子的舞台設定を作り銅酸化物でなくとも高温超伝導は実現可能なのか?という疑問に答えることである。取り上げる物質はLn4Ni3O8、Ln2PdO4である。1.Ln4Ni3O8この物質は2次元NiO2面を含み銅酸化物超伝導体と構造上、電子構造上、極めて類似している物質である。しかし、過剰酸素が存在するため金属化・超伝導化が妨げられていると考えられる。我々独自の硫黄を用いた熱処理によりNd4Ni3O8試料において約20Kまでは金属化できているが、それ以下では電気抵抗は半導体的に上昇する。これは過剰酸素の除去が不十分な為であると考えられる。この過剰酸素の完全除去を目指し、Nd4Ni3O8のNdをイオン半径がより大きいPrで置換した。これは、銅酸化物超伝導体において、Lnサイトのイオン半径が大きいほど過剰酸素が抜けやすくなるという結果が報告されていた為である。その結果、2Kまで完全に金属的試料を得ることに成功し、過剰酸素のないクリーンなNiO2面が実現できたと考えている。0.3Kまで冷却を行ったが超伝導は観測されなかった。Niの形式価数は銅酸化物超伝導体と比較すると“過剰ドープ"状態にあり銅酸化物超伝導体を完全に模倣することはできていない。そのためキャリア量調整が必要である。2.Ln2PdO4この物質も2次元PdO2面を含み銅酸化物超伝導体と構造上、電子構造上、極めて類似している物質である。反応性の悪い本物質の合成をメカニカルミリング法で行うのであるが、Lnの種類によってはミリングの容器の素材が混入してしまうことが分かり、現在どのような素材のミリング容器を用いたらよいのか検討中である。1.Ln4Ni3O8年次目標:余剰酸素のないクリーンなNiO2面を得る。過剰酸素除去は我々独自のSを用いた熱処理により行うが、Nd4Ni3O8のNdをイオン半径がより大きいPrで置換したPr4Ni3O8に、この熱処理を施した。Nd4Ni3O8では約20Kまでは金属的であったが、それより低温では電気抵抗は半導体的に上昇していた。これは過剰酸素の除去が不十分であったためと考えられる。今回作成したPr4Ni3O8では2Kまで完全に金属的な試料をえることができた。これより過剰酸素が完全に除去されたクリーンなNiO2面を得るという目標は達成できたと考えている。しかしながら、この試料では0.3Kまで超伝導を確認できなかった。Niの形式価数は銅酸化物超伝導体と比較すると“過剰ドープ"状態にある。超伝導を示さないのは銅酸化物高温超伝導体と同じ振る舞いでもある。そこで来年度の計画を先取りし、キャリア量調整を試みた。銅酸化物超伝導体の最適ドープ領域とするためには電子ドープが必要である。
フィブリノゲン機能ドメインの構造、機能、役割の分子機作一余剰糖付加変異分子の応用

研究者はこの10年余り、遺伝性fibrinogen(Fbg)異常分子の構造一機能関係を解析しているが、これらの中にアミノ酸点変異により新たにAsn-X-Ser/Thr型糖付加構造を生じ、余剰糖鎖をもつ3つの異常分子を見出した(Fbg Asahi:J.Clin.lnvest.83:1590-1597,1989;Fbg Caracas II:J.Biol.Chem.266:11575-11581,1991;Fbg Lima:J.Clin.lnvest.90:67-76,1992)。これらの余剰糖鎖はいずれも正常Fbgでの糖鎖と同じbiantennary骨格を持つが、dysialylated型が70%以上(対照:22%)で。変異局所に強い陰性荷電が付与されていた。この中Fbg Caracas II(Aalpha Ser-434→Asn.CHO.ヘテロ接合体)では、fibrin(Fbn)protofibril形成は正常乍ら、これら相互間の側々結合が余剰糖鎖のもつ陰性荷電により阻害されることが判明した。Fbgは電顕学的には3つの球状部がコイル状部で結びつけられた3連球状をなし、Aalpha Ser-434を含むcarboxyl基末側(alphaC)は球状部に含まれることなく突出して対側のそれと結合し、中央の球部に電気的に結合しているとされる。本研究ではこの異常分子を電顕学的に分析し、以下の如き新しい知見を得た。1)観察したFbg約500分子の中、約半数は3連球分子であるが残る半数は3連球に近接し乍らも明らかに独立した新たな小球を12個有していた。後者は、余剰糖鎖に加え強い陰性荷電の為にalphaCが中央球部に接着し得えず、新たな余剰球を形成している異常分子と判定された。2)Fbgは八Apc-Bbeta-r)^2と表現され、ヘテロ接合体では分子半量体の組合せから正常同士、正常と異常、異常同士の3つの組合せが1:2:1の割で出現し得るが、約半数が正常分子であったことからこの可能性は否定された。この事実は、Fbgの生合成に当たつて同一肝細胞では遺伝子一つのalleleしか読み取られないこと、また、dimer形成は産生細胞内で行なわれ、dimerとして分泌されることを示す重要な情報であり、lnternational Fibrinogen Workshop(1994年9月、英国Manchester)で報告の予定である。
高エネルギー軽イオン核反応の反対称化分子動力学による研究

本研究計画は高エネルギー軽イオン核反応の二種類の反応過程を反対称化分子動力学(AMDと略称)理論を用いて研究するもので、1995年から1997年までの3年間にわたって行われた。二種類の反応過程のうちの一つは(p,p′),(p,n),(^3He,t)等の反応に於ける準弾性散乱やΔ空孔励起等を含む標的核連続状態への反応過程で、他の一つは軽イオン入射による標的核破砕反応である。本研究計画の3年の期間の前半では、上記の二種類の反応過程のうち、前者に重点が置かれ多くの成果を挙げた。後半の期間では、後者の反応過程の研究に重点を置いた。前者の研究では実験データを良く再現する結果を得て、それにより前平衡反応過程の理解が一段と進展した。また更に、陽子の反応断面積の実験データを分析する事によって核媒質中での2核子衝突断面積を決定する研究も有益な知見をもたらした。一方、後者の研究では、軽イオン入射による標的核破砕反応の研究の具体的対象として、標的核の^<12>Cに陽子を入射した場合の破砕反応の研究を、^<14>N(重イオン)を入射した場合と比較する形で行った。重量イオン破砕反応との比較をより明確にするために、陽子入射と^<14>N(重イオン)入射に加えて陽子と^<14>Nの中間の質量の^4He核を入射後とした場合の分析をも行って比較した。研究の結果、陽子入射と重イオン入射の破砕反応には大きな相違がある場合が存在する事が分かり、その原因も詳しく分析された。この研究結果は次のような重要な研究の開始を開拓し促進した。それは中性子過剰核の中間エネルギー領域破砕反応を用いた研究である。具体的にはボロンの中性子過剰核の構造を中間エネルギー領域破砕反応を用いて研究する事が開始された。その結果、中性子dripline近傍のボロンはヘリウムとリシウムの中性子過剰核が結合したクラスター構造を持っているとする考えが強く支持されて来ている。本研究計画は高エネルギー軽イオン核反応の二種類の反応過程を反対称化分子動力学(AMDと略称)理論を用いて研究するものです。一つは(p,p′),(p,n),(^3He,t)等の反応に於ける準弾性散乱や△空孔励起等を含む標的核連続状態への反応過程で、他の一つは軽イオン入射による標的核破砕反応です。今年度はこの二種類の反応過程の研究においてともに進展があり、以下の様であった。まず、AMDに△共鳴の自由度を取り入れた研究がが平成7年度に入って、800MeVの^<12>C(p,p′)反応に対して行われました。準弾性散乱ピークや△共鳴生成によるバンプの近傍部分に於いて多段階反応過程の寄与が重要であるとの興味深い知見がえられました。また、運動学として、入射速度の半分の系にローレンツ変換した上で非相対論のAMD法を用いることの妥当性の証明なども得られました。この研究は論文に纏められPhysical Review C誌に掲載されました。現在、パイ中間子の自由度を核内で陽に組み込む計算プログラムコードを作成中です。

次に陽子入射の全反応断面積の実験値を用いて核媒質中二核子衝突断面積を入射エネルギー依存の形で決定する研究が行われました。これは、反応断面積を決定するものは入射陽子の核内核子との最初の衝突であることから、二核子衝突のエネルギーとしてはほぼ入射核子エネルギーに等しいもののみが関与するという特徴を利用したものである。標的核としては^9Be,^< 12>C,^<27>Al,^<40>Cを選び、その各々に対しエネルギー依存の核媒質中二核子衝突断面積を決定した。将来の課題としては、密度依存性を導入して標的核に依存しない二核子衝突断面積を決定することである。この研究も論文に纏められPhysical Review C誌に投稿されました。なお、既に論文掲載の為された(p,p′)反応二重微分断面積のAMD研究について、平成7年度に入ってから、直接反応理論を用いた研究や古典的シミュレーション理論のQMD法を用いた研究等と比較検討され、現在活発な議論が進行中であることを報告しておく。最後に、軽イオン入射による標的核破砕反応の研究については、標的核としては、^<12>Cを選び陽子を入射核とした場合の研究が、^<14>Nを入射核とした場合と比較することにより行われました。その結果陽子入射と重イオン入射では^<12>C標的核の破砕が著しく異なることが発見され、その理由を現在詳しく研究中で、^<12>C標的核が単一粒子運動励起により破砕に至る場合とクラスター運動励起により破砕に至る場合との相違に起因するという解答を得つつある。本研究計画は高エネルギー軽イオン核反応の二種類の反応過程を反対称化分子動力学(AMDと略称)理論を用いて研究するものです。一つは(p,p^1),(p,n),(^3He,t)等の反応に於ける準弾性散乱や△空孔励起等を含む標的核連続状態への反応過程で、他の一つは軽イオン入射による標的核破砕反応です。前年度は前者の反応過程の研究に重点が置かれ多くの成果を挙げましたが、今年度は後者の反応過程の研究に重点を置きました。まず、前者の反応過程についての研究としては前年度に引き続いて、陽子入射の全反応断面積の実験値を用いて核媒質中二核子衝突断面積を入射エネルギー依存の形で決定する研究が行われました。標的核としては^9Be,^<12>C,^<27>Al,^<40>Cを選び、その各々に対しエネルギー依存の核媒質中二核子衝突断面積を決定しました。この研究は論文に纏められPhysical Review C誌に掲載されました。次に、後者の破砕反応過程については、標的核の^<12>Cに陽子を入射した場合の研究が、^<14>N(重イオン)を入射した場合と比較する形で前年度に開始されました。その結果陽子入射と重イオン入射では^<12>C標的核の破砕が著しく異なることが発見されました。今年度はその理由を詳しく分析し、その結果、陽子入射では^<12>C標的核が単一粒子運動励起により破砕に至るのに対して、^<14>N(重イオン)入射ではクラスター運動励起により破砕に至るということ、つまり全く異なる破砕機構の存在が明らかにされました。今年度は更にそれに引き続いて二つの新しい分析を行い大きな成果を挙げました。一つは陽子入射と^<14>N(重イオン)入射との各々について破砕反応機構の入射エネルギー依存性を分析した事で、もう一つは陽子入射と^<14>N(重イオン)
金属イオン含有水溶液噴霧によるアルミナスケールの相変態促進法

申請者が提案する耐酸化合金上に形成する保護性に劣る準安定アルミナスケールを早期に保護性に優れたα-アルミナスケールへと相変態させる手法について、これまでに提案した機構の解明を行うこと、安価で安易な手法として電気泳動を用いた酸化物コーティング法を検討する事を目的として研究を行った。本年度の実験では、相変態促進メカニズム確立のため、母材として不純物元素を含まないPt-Al合金を用いた酸化実験を行い、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて種々の酸化段階のアルミナスケール組織を観察および分析し、以下の結論を得た。1)コーティングを施さない試料では相変態には時間がかかり、また相変態はスケール/合金母材界面から生じ、それがスケール全体へと進行する。生成したα-アルミナスケールは、比較的粗大な結晶粒から構成される。2)Niをコーティングした試料では、相変態にはコーティングを施さない試料よりもさらに長時間を有する。また相変態は、スケール/合金母材界面から生じる。また、相変態が生じるまでの準安定アルミナ中には、比較的高濃度のNiが含有しているが、酸化時間の経過に伴うアルミナスケールの厚さの増加によりNi濃度が低下して、相変態が生じる。3)Feをコーティングした試料では、酸化直後に表面にヘマタイト相が形成し、そのヘマタイト相の下部からα-アルミナが直接析出していることが観察された。このことより、申請者が提案する機構が実験的にも正しいことが証明された。一方、酸化物コーティング法は、酸化物コーティング膜が目的厚(100nm)よりも厚く、試料の加熱時にコーティングにクラックが生じるとともにはく離が生じたためその効果の実証ができていない。しかし、提案するメカニズムの正当性が証明されたことから、本手法はアルミナ形成合金の新たな耐酸化法となるため、引き続きその手法を検討する予定である。耐酸化合金上に形成する成長速度の速い準安定Al_2O_3スケールから保護性に優れた安定α-Al_2O_3への相変態促進を目的としてご相変態に及ぼす種々の陽イオン、陰イオンの影響を水溶液の噴霧法を用いて検討した。実験では、塩酸系、硫酸系、水酸化物塩から作製した水溶液を用いた。これら水溶液を噴霧したFe-50at%Al合金試料では、水酸化物塩系ではAl_2O_3スケールの相変態促進効果が認められたが、水溶液と金属表面とのぬれ性が悪く、均一なコーティングが得られない'ことがわかった。一方、塩酸系、硫酸系塩から出発した水溶液では、塩化物イオンまたは硫酸イオンにより合金試料の腐食が生じ、求める効果が得られないことがわかった。そこで、次年度の予定である金属単独コーティング法によるα-Al_2O_3への相変態促進機構の解明を前倒しで実施し、これまでに以下のメカニズムを提案している。1)Fe, Cr, Tiに代表されるコーティングでは、コーティング元素の酸化物は、α-Al_2O_3と同じM_2O_3タイプのコランダム構造を有し、この酸化スケールが酸化初期(3min以内)に合金表面に数10nmの厚さで形成する事がわかった。酸化時間の経過とともに、これら酸化スケール中のAl濃度が上昇し、固溶限に達すると、α-Al_2O_3スケールが析出して形成した。(すなわち、酸化初期に準安定Al_2O_3相は形成せず、α-Al_2O_3スケールは析出することにより直接形成する。)2)Niに代表されるコーティングでは、キュービック構造の酸化物を形成するため、α-Al_2O_3が直接析出できず、相変態の促進効果が全く無いことがわかった。さらに、このような金属コーティングでは、Al_2O_3との複合酸化物(たとえばNiAl_2O_4(キュービック構造))を形成し、それがコランダム構造の形成を抑制するため、相変態を著しく遅延することが明らかとたった。

一方、酸化物コーティング法は、酸化物コーティング膜が目的厚(100nm)よりも厚く、試料の加熱時にコーティングにクラックが生じるとともにはく離が生じたためその効果の実証ができていない。しかし、提案するメカニズムの正当性が証明されたことから、本手法はアルミナ形成合金の新たな耐酸化法となるため、引き続きその手法を検討する予定である。
高エネルギー縦偏極電子・陽子衝突による標準模型の精密検証

ドイツDESY研究所が建設した、世界最高エネルギーの偏極電子・陽子衝突型加速器HERAを用いて、国際共同実験を推進し、陽子の内部構造の研究、つまり陽子内部のクォークやグルーオンの運動量分布の精密パラメータ化と、素粒子の標準模型の精密検証を進めた。平成16年8月まで偏極陽電子・陽子衝突実験を行った後、10月から偏極電子・陽子衝突に切り替えて、年度終わりまで実験を進めた。実験の現場であるドイツハンブルグ市のDESY研究所に必要人員を派遣し、測定器の運転と較正、データの解析を行った。日本でのデータ解析の拠点として東京工業大学に小規模の解析用設備を整えた。DESYに現有する解析サーバの機種の部分入替えを行い、計算能力の向上をはかった。日本グループが担当責任を持つ測定器は順当に稼動している。初段トリガー回路(山崎)、シリコン飛跡検出器(徳宿)、シリコン粒子識別装置を含むカロリメータ(久世)、電子偏極度測定装置(浜津)それぞれに関して、測定器の性能をモニターするシステムの改善を進めた。8月までに、収集した、偏極陽電子・陽子反応から荷電流反応の断面積の測定を進め、暫定結果を8月の国際会議で発表し、現在投稿論文の最終準備段階に入っている。陽電子の偏極度と共に荷電流反応断面積が変化することを示し、この高いエネルギーで標準模型の左右非対称性を実験的に検証することができた。今後収集する電子・陽子衝突のデータも合わせて解析することで新相互作用の探索を進める。過去に収集した無偏極衝突のデータの解析も進んだ。特に我々が進めていた回折反応でのジェット生成に関して断面積の暫定結果を出し、国際会議で発表した。電子・陽子衝突と陽子・陽子衝突での回折反応断面積の大きさには大きな違いがあることがわかっており、それを量子色力学を基にして説明する理論が提唱されている。しかし、我々の光子・陽子回折反応でのジェット断面積の測定結果はそれらの理論では説明できず、新たなモデルが必要であることを示した。本年度は偏極電子・陽子衝突実験を年度を通して行い、積算ルミノシティ約160pb^<-1>を得ることができた。これは2000年以前に無偏極で得られた電子・陽子データの約10倍になり、加速器の高輝度運転の成果である。実験の現場であるドイツハンブルグ市のDESY研究所に必要人員を派遣し、測定器の運転と較正を進め、データの解析を行った。初段トリガー回路(山崎、長野)、シリコン飛跡検出器(徳宿)、シリコン粒子識別装置を含むカロリメータ(久世)、電子偏極度測定装置(浜津)それぞれに関して、測定器の性能をモニターするシステムの改善を進めた。特にシリコン飛跡検出器に関しては飛跡位置決定精度を改善させる手法を考案し日本物理学会で報告した。前年度までに収集した偏極陽電子・陽子衝突データから、荷電流反応の断面積測定を進め、最終結果を平成18年2月に論文投稿した。陽電子の偏極度と共に荷電流反応断面積が変化することを示し、この高いエネルギーで、標準模型の左右非対称性を実験的に検証することができた。偏極電子・陽子衝突からの暫定結果も8月の国際会議で発表しており、現在電子・陽電子の両方の断面積を使って、クォークの種別の電弱結合定数の測定を進めている。新粒子の探索では、レプトン対に崩壊する粒子、ニュートリノと光子に崩壊する粒子等の研究を進めている。ペンタクォークの探索の準備も前年度から継続して進展している。ジェット断面積測定と陽子構造関数の測定結果を、両方合わせて量子色力学の予想と比較することにより、強い相互作用の結合定数を精度よく求めることができ、陽子内部のパートン分布の中でも、特に、高い運動量を持つグルーオンをよい精度で決定できた。本年度末までで、偏極電子・陽子衝突および偏極陽電子・陽子衝突のデータ収集を完了した。積算ルミノシティの総量はそれぞれ190pb^<-1>、182pb-^<1>となった。これは2000年以前に無偏極で得られたデータの総量で約4倍になり、加速器の高輝度運転の成果である。特に電子・陽子衝突データ量は10倍以上にできた。今後、加速器停止の平成19年7月初めまでの最後の3か月は陽子のエネルギーを下げた実験を行う。5月に、国際ワークショップ「DIS2007」を茨城県つくば市に於いて開催し、国内外から241人の参加者を集めて、これまでに得られた実験結果の発表と今後の方針の議論を進めた。この会議の結果をプロシーディングスにまとめて、1月末に出版した。上記のエネルギーを下げて行う実験の重要性が確認でき、日本のグループはこの実験推進の中核を担うこととした。また、平成19年末に予備実験が始まるLHC実験と関連付けた物理解析も重要であり、今後よりこの実験との連携を深める。

前年度の荷電流反応の断面積測定に引き続き、中性流反応の断面積測定を進めた。電子が編極していることにより、高いQ^2領域で、Zボソン交換の効果をより顕著に見ることができ、Zボソンと軽いクォークの結合定数を精度よく求め、標準模型と無矛盾であることを示した。陽子内部のパートン分布の決定でも、前年に引き続き広い範囲の運動領域で精度をあげられつつある。新粒子の探索では、レプトン対に崩壊する粒子、ニュートリノと光子に崩壊する粒子等の研究、ペンタクォークの探索等を、前年度から継続して進めている。本年度6月末で、データ収集を完了した。日本グループが担当責任を持つ測定器は実験の終わりまで順調に稼働した。初段トリガー回路(山崎、長野)、シリコン飛跡検出器(徳宿)、シリコン粒子識別装置を含むカロリメータ(久世)、電子偏極度測定装置(浜津)それぞれに関して、測定器の運転・較正を行った。積算ルミノシティの総量は偏極電子・陽子衝突および偏極陽電子・陽子衝突のそれぞれ190pb^<-1>、182pb^<-1>となった。これは2000年以前に無偏極で得られたデータの総量で約4倍になり、HERA加速器の高輝度運転の成果である。特に電子・陽子衝突データ量は10倍以上にできた。これらのデータに加えて、実験の最後には陽子ビームのエネルギーを下げた実験を行なった。異なる重心系のデータを比較することにより、縦方向構造関数(F_L)を得ることができる。HERAのエネルギー領域では、F_Lは陽子内部のグルーオンの振る舞いを反映するため、これまでF_2のスケール則の破れ具合から求めてきたグルーオンの分布を検証することができ、さらに、量子色力学の検証につながる。F_lの解析は順調に進み、部分的なデータを使って、2008年春の国際会議で暫定結果を発表することができた。まだ誤差が大きいが、量子色力学の予想と矛盾ない値が得られた。今後、より多くのデータを使うことで、さらに精密な検証を進める。平成20年に運転が始まるLHC実験と関連付けた物理解析にも着手し、HERAで求めた陽子内部のクォーク・グルーオン分布をLHCでさらに詳しく検証する手法を検討した。前年度までに引き続き、荷電流反応と中性流反応の断面積測定を進めた。実験で得たすべてのデータを使った最終結果としてまとめたいので、公表には至っていないが、細かな系統誤差の最終確認を進めている。新粒子の探索では、レプトン対特にタウ対に崩壊する粒子とペンタクォークの探索を、前年度から継続して進めている。平成19年6月末にHERA加速器運転が終了した。収集した全データを総合した解析を進めた。特に、積算ルミノシティの総量は偏極電子・陽子衝突および偏極陽電子・陽子衝突のそれぞれ190pb^<-1>、182pb^<-1>となり、これは2000年以前に無偏極で得られたデータの総量で約4倍になり、HERA加速器の高輝度運転の成果である。偏極電子での中性流及び荷電流断面積の測定を完了し、論文に投稿した。偏極陽電子での測定は暫定結果を国際会議で発表した。いずれも標準模型の予想と一致し、そこから電弱相互作用のパラメータの決定を行った。
多職種協働による認知症高齢者へのHAD予防ケアプロトコルの効果検証

本研究の目的は、多職種連携による認知症高齢者のHAD(=入院関連機能障害)予防ケアプロトコルを開発し、その効果を明らかにすることである。研究効果は以下の5つの指標で評価する。対象患者の1ADL、2認知機能、3平均在院日数、4在宅復帰率、そして5多職種スタッフの意識変化である。研究計画として2019年度は文献調査、および多職種の医療スタッフからHAD予防を進める上での課題について情報収集し、ケアプロトコル開発をする。2020年度はプレテストを行い中間報告をする。2021年度には本実施を行い、2021年に国際学会で成果報告をする。更に実践報告会や研修会を実施してケアプロトコル普及に努める。
階層を成す補文標識句の相の研究：格の観点からの比較統語論

本研究では階層をなす補文標識句のフェイズ性について、補文標識句を超えて適用される長距離名詞句移動及び格付与の分析に基づいて検証した。本研究の主要な成果は以下の通りである:(1)フェイズを形成する補文標識句(CP)からの長距離名詞句移動が可能である新たな経験的証拠が存在する、(2)長距離名詞句移動の局所性は一致(Agree)の局所性に還元される。(1)は日本語の擬似小節構文において見られる意味役割を付与される主節の位置への長距離名詞句移動の考察により得られた。(2)日本語の目的語位置への繰上げに課せられる制約の考察により明らかになった。平成27年度は主に節境界を超える長距離名詞句移動がどのような条件下において許されるのかを検証し、派生の相のあり方を含むその理論的帰結を考察した。特に以下の2点について考察しその成果の口頭発表及び論文執筆を行った。(1)節境界を超える長距離名詞句移動が埋め込み節における主格付与とどの程度相関するのか。検証の結果埋め込み節内で主格が付与される条件下においても節境界を超える名詞句移動が可能であるということが確認され、格付与により埋め込み節に派生の相が形成された場合においても長距離移動が可能であることが明らかとなった。更に意味役割を着点で受けない長距離名詞句移動だけでなく、意味役割を着点で受ける長距離名詞句移動が可能であるという新たな証拠が提示された。これらの研究成果は南山大学及び慶應義塾大学に於ける招待講演で発表された。(2)長距離名詞句移動に課せられる制限をどのようにして説明できるのか。長距離名詞句移動において観察される局所性は、主節の機能範疇と埋め込み節内の主語との間の一致(AGREE)の局所性に還元できると主張した(cf.Funakoshi 2014)。この主張は長距離名詞句移動の適用可能性が埋め込み節の補文標識のΦ素性の有無と相関するという新たな観察によって支持される。この成果を南山大学での招待発表、慶應義塾大学での招待発表、そして三重大学で開催されたFormal Approaches to Japanese Linguistics 8 (FAJL8)で発表した。長距離名詞句移動に課せられる制約自体についての研究に当初の計画よりも多くの時間を費やす必要が生じたことが理由として考えられる。平成27年度に引き続き、補文標識句を超える長距離名詞句移動にについて検証し、階層を形成する補文標識句と派生の相について考察を行った。特に以下の2点について検証し、その成果の口頭発表及び論文執筆を行った。(1)長距離名詞句移動に課せられる制限は派生の相の形成とどのように関係するのか。(2)(1)で得た結論を補強する新たな証拠が発見できるのか。(1)での議論を補強するためには、補文標識句の(抽象)格の有無と長距離名詞句移動の適用可能性が相関することを示す必要がある。そこで日本語の補文標識の振る舞いを検証し、句の内部からの目的語位置への長距離名詞句移動を常に許さない日本語の補文標識「か」は、形態的な格の表出の有無に関わらず常に抽象格を有していることを示した。この観察は(1)での結論を補強するものである。この成果は南山大学での口頭発表にて報告された。長距離名詞句移動の比較統語論的考察に基づいて、階層を形成する補文標識に於ける派生の相について研究する予定である。平成27年度に行う予定だったアルタイ諸語との比較統語論的考察も可能な限り行う予定である。統語論
人工ミニ染色体を用いた遺伝情報継承のための必要最小ユニットの同定

減数分裂期は子孫へ遺伝情報を継承する唯一の機構である。減数分裂期交叉型組換えは、染色体の正確な分配と遺伝情報多様性の創出に機能する。その反応は組換え酵素、染色体高次構造も関わり、厳密な制御の下に行われることから、この制御機構を明らかにする。出芽酵母人工ミニ染色体を用いて、減数分裂期染色体分配に特化した新たな必須最小ユニットについて、DNA配列や染色体機能の必要条件を合成生物学的手法を用いて解析を行う。染色体レベルでの減数分裂期過程の理解が進めば、その延長上にある細胞老化のリセットの機構、遺伝的多様性創出、そして異種と同種を分ける機構の理解など、減数分裂期が持つ重要な機能の理解につながる。
生細胞深部の分子構造変化ダイナミクスをとらえる１分子ＦＲＥＴ計測法の開発

コンフォーカル顕微鏡をベースとし、2基の検出器ですべてのフォトンの検出時刻を記録するTS検出を実現した1分子FRET計測顕微鏡装置を開発した。予備実験段階ではS/N比が低く、FRETの異なる分子を識別できていなかったが、実験条件を最適化してS/N比を向上し、複数のFRETピークを分離して識別できるまでに測定精度を向上させることに成功した。またアクセプタの直接励起を可能にするレーザーを導入し、2色の励起光を高速(周期10kHz)で切り換えることでALEX計測を実現する装置開発をおこなった。これにより、バースト毎に、FRETと蛍光ラベルの活性状態との同時検出を可能にした。2重らせんDNAの参照試料を用いたin vitro系実験で、開発した装置の検証をおこなった結果、褪色分子の影響を取り除き、FRET分布の情報だけを取り出せることを明らかにした。開発した装置を用いて、細胞内Raf分子の1分子FRET計測をおこなった。褪色分子の影響を取り除いて細胞内Raf構造分布を得ることに成功し、その結果、少なくとも3つの構造状態が存在すること、細胞にEGF刺激が加わると5分程度で高FRETから低FRETに分布が移動し、20分程度までにほぼ元の分布に戻ること、などが明らかになった。このようなEGF刺激への過渡的な応答は、従来の知見やバルクでの細胞イメージング実験結果と整合するものである。また、分子毎の分布として捉えたことにより、EGF刺激に応答しない成分が存在することが分かった他、応答して構造変化したRafの応答前後でのFRETや、応答したRafの割合などを定量的に捉えることにも成功した。細胞質中の分子について1分子計測をおこない、特に、細胞内反応ネットワークとの相互作用による変化を検出した点、さらに、応答による変化を定量的に捉えた点に関しては、世界でも初めての画期的な成果である。28年度が最終年度であるため、記入しない。平成27年度は研究計画に従い、生細胞内1分子FRET計測を実現する顕微鏡装置の開発をおこなった。細胞中にコンフォーカル顕微鏡の焦点を絞り、試料分子の濃度を適切に調整すると、細胞質中を拡散する分子が焦点を横切る瞬間にだけ蛍光が発せられる。この蛍光バーストを検出することで、1分子単位のFRET分布を得ることができる。これまで予備実験には成功していたが、計測条件を最適化することでS/N比の大幅な向上に成功した。装置が稼働したため、生細胞実験を前倒ししておこなった。HeLa細胞中で、緑色蛍光蛋白質(GFP)とtetramethyl rhodamine (TMR)色素で蛍光ラベルしたRaf分子の生細胞内1分子FRET計測実験をおこなった結果、少なくとも3状態のFRET状態があること、それらの間の存在比率が上皮成長因子(EGF)刺激によって変化すること、等を明らかにした。生細胞内で発現した蛋白質分子の1分子FRET計測は、これまでに世界的にも報告が無く、画期的な成果である。また装置開発として、Alternative Laser EXcitation (ALEX)装置を開発した。FRET計測においては、一方の蛍光色素が褪色した分子による偽信号がしばしば問題になる。ALEXでは、数ミリ秒しか持続しないバーストの中で、ドナーとアクセプタそれぞれの励起光を交互に切り換える事で、分子のFRETと同時に蛍光ラベルの褪色状態の検出を可能にする。ドナー-アクセプタ間距離の異なる3種類の2重らせんDNA試料を用いて、in vitro実験によるALEX計測の検証をおこなった。色素が褪色した分子を分離できること、正しいラベル状態の分子のみからFRET分布を求めることができることなどを確かめた。平成27年度に計画していた装置開発を完了した。生細胞内1分子FRET計測に関しては、主に自家蛍光に由来する背景光を抑える実験条件の最適化おこない、S/N比の大幅な向上など基本的な性能向上に成功した。申請時の予備実験で得られていたFRET分布データでは構造状態を示すピークを分離するのが難しかったが、計測の精度向上により、少なくとも3つの分離された状態が確認できる結果を得ることができた。またALEX装置の立ち上げを完了した。2重らせんDNAの参照試料を用いたin vitro実験により、褪色分子の影響を排除してFRET分布を得ることに成功し、期待通りに稼動していることが確認できた。装置が完成したため、計画を前倒しして、平成28年度に予定されていた細胞内Raf分子の1分子FRET計測実験にも取り組むことができた。Rafに関しては、構造状態が2つあることは想定されていたが、3状態が存在するという新たな知見を得ることができた。またEGF刺激により構造分布が高FRETから低FRETにシフトすることも確認できた。平成27年度に計画していたうち、技術的な課題としては、ドナーのフォトーアクティベーションを利用した濃度調整法を実現することができなかった。実際に試料を準備して実験をおこなったところ、FRETが検出できない、予想外のトラブルが生じた。しかし、その後の検証実験によって原因が突き止められつつあり、平成28年度には解決できる見込みである。

予備実験段階ではS/N比が低く、FRETの異なる分子を識別できていなかったが、実験条件を最適化してS/N比を向上し、複数のFRETピークを分離して識別できるまでに測定精度を向上させることに成功した。またアクセプタの直接励起を可能にするレーザーを導入し、2色の励起光を高速(周期10kHz)で切り換えることでALEX計測を実現する装置開発をおこなった。これにより、バースト毎に、FRETと蛍光ラベルの活性状態との同時検出を可能にした。2重らせんDNAの参照試料を用いたin vitro系実験で、開発した装置の検証をおこなった結果、褪色分子の影響を取り除き、FRET分布の情報だけを取り出せることを明らかにした。開発した装置を用いて、細胞内Raf分子の1分子FRET計測をおこなった。褪色分子の影響を取り除いて細胞内Raf構造分布を得ることに成功し、その結果、少なくとも3つの構造状態が存在すること、細胞にEGF刺激が加わると5分程度で高FRETから低FRETに分布が移動し、20分程度までにほぼ元の分布に戻ること、などが明らかになった。このようなEGF刺激への過渡的な応答は、従来の知見やバルクでの細胞イメージング実験結果と整合するものである。また、分子毎の分布として捉えたことにより、EGF刺激に応答しない成分が存在することが分かった他、応答して構造変化したRafの応答前後でのFRETや、応答したRafの割合などを定量的に捉えることにも成功した。細胞質中の分子について1分子計測をおこない、特に、細胞内反応ネットワークとの相互作用による変化を検出した点、さらに、応答による変化を定量的に捉えた点に関しては、世界でも初めての画期的な成果である。おおむね順調に進展しているため、このまま研究計画に従って継続していく。平成27年度に開発に成功したALEX計測装置を、生細胞での1分子計測実験にも適用する。褪色分子の影響を除去した精度の高い計測を実現し、生細胞内の分子単位でのFRET分布を調べる。細胞にEGF刺激を加え、その前後での変化を調べることで、細胞中の分子反応ネットワークの活動に連動して分単位で応答する構造分布ダイナミクスを明らかにする。また、重要なリン酸化サイトについて疑似リン酸化を導入した変異体分子を用い、それぞれのリン酸化サイトにおけるリン酸化の影響を調査する。計測手法の開発としては、ドナーのフォトアクティベーションを利用した濃度調整法の実現を目指す。平成27年度にも試みたもののFRET信号を検出できていなかったが、検証実験により原因が突き止められつつある。原因の検証を続け、問題を解決し、手法として確立する。また、上記の、分単位の構造分布ダイナミクスの他に、ミリ秒オーダーで起きると考えられている、分子構造状態の間の遷移ダイナミクスの計測にも挑戦する。顕微鏡装置では、フォトンカウンティング検出器を用いたタイムスタンプ検出をおこなっており、フォトン1個1個の情報が記録されている。バースト中のフォトン情報を解析することで、ミリ秒オーダーのFRET変化ダイナミクスの検出できることが期待される。計測法と解析法の両面で開発をおこなっていく。
皮膚繊維芽細胞への張力負荷の影響における分子的基盤の研究

皮膚線維芽細胞の伸展培養系において、張力負荷による細胞再配置・増殖に関わる細胞内碁の情報伝達経路を明らかにすることを目的として、以下について明らかにすることを目指した。1)正常皮膚線維芽細胞における力学的応答の伝達経路に関与する分子を明らかにする。2)見出された分子について、正常線維芽細胞とケロイド患者由来線維芽細胞における違いを比較する。平成15年度は正常皮膚線維芽細胞に対する伸展培養系において急性期の細胞の再配置を引き起こすのに必要十分な張力条件(強さ・周期・期間)を検討して見出した。ところで、臨床において遭遇する肥厚性瘢痕・ケロイドは、長期の経過によって出現する疾患として捕らえられる。疾患に関与する分子機構を解明するためには、より臨床に即した条件、すなわち長期の張力負荷が与える影響を解析することが適当であると考えた。平成16年度には、前年度の伸展条件下で長期(約2週間)の張力負荷をかけると、急性期に出現した細胞の再配置は長期張力負荷においても保たれることが判った。長期張力負荷による分子レベルでの変化を捉えるため、持続負荷の有無による遺伝子発現量の変化を、約2万1千個の機能既知遺伝子を対象とするヒトcDNAマイクロアレイにより網羅的に解析することを現在進めている。今後、既知のシグナル経路・代謝経路の中から、伸展培養系における長期にわたる張力負荷に応答する経路群をまず明らかにすることを日指す。これらの経路に属する遺伝子群は、正常線維芽細胞とケロイド患者由来線維芽細胞の分子的基盤の違いを明らかにするために資するものと考える。本研究は、皮膚線維芽細胞の伸展培養系において、張力負荷による細胞再配置・増殖に関わる細胞内外の情報伝達経路を明らかにするべく、2年間に以下の点を明らかにすることを目的とする。1)血管内皮細胞との比較を通じて、正常皮膚線維芽細胞における力学的応答の伝達経路に関与する分子を明らかにする。2)見いだされた分子について、正常線維芽細胞とケロイド患者由来線維芽細胞における違いを比較する。平成15年度は、伸展培養系において負荷する張力の条件検討を行った。正常ヒト皮膚線維芽細胞由来細胞株(2種)を通常の培養条件下で、種々の伸展負荷を加えながら培養を行った。ローダミンファロイジンによって蛍光染色されるストレスファイバーの方向性を指標に、細胞の再配置を検出した。BrdU取り込みを指標にした細胞増殖アッセイにより、張力負荷により引き起こされる細胞増殖を検討した。そして、このとき、与える張力について、強さ・周期・期間のそれぞれについて、再配置を引き起こすに必要十分な条件を検討した。平成16年度は、この結果に基づき、張力負荷を長期にわたって加えながら培養した際に細胞がどのような応答を示すのかを調べる。加えて、負荷開始後、複数の時点で細胞を回収しRNA抽出とcDNA合成を行った後、これまでケロイド・肥厚性瘢痕形成との関与が指摘されている細胞増殖制御に関与する情報伝達経路や血管壁で一部明らかになっている力学的応答に関与する情報伝達経路を構成する遺伝子の発現量を、リアルタイムPCR法により定量し、それらの経時変化を明らかにする。