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魚介類の筋肉タンパク質に関する生化学的研究

魚介類の筋肉はわが国では主要なタンパク質源である。従って魚介類の筋肉タンパク質に関する研究は常に水産学における主要なテーマの1つで、過去にも多くの知見が得られて、魚介肉の利用加工に大きな寄与をした。本研究は近年進度の著しいタンパク質化学や分析技法に基づき、魚介類の筋肉タンパク質の性状を明らかにして比較生化学に寄与する一方、応用面にも有用な指針を与えることを目的とした。1.数種魚類から物理化学的および免疫化学的性状の異なるミオシンのアルカリ軽鎖A1,A2を結合した、サブフラグメント1(S1)を調整して性状を比較したところS1(A1)およびS1(A2)間でATPase活性や熱安定性が大きく異なった。また魚類ミオシンのフィラメント形成能は著しく低いが50M以上のMacl_2の添加でウサギのミオシンに匹敵する形成能が得られた。2.タイショウエビのコラーゲンは(α1)_3ホモトリマーからなること、ホタテガイ・トロポニン分子は52K、40K、20K成分からなること、ハマグリ・パラミオシンはリン酸化能が高いこと、など無脊椎動物の筋肉タンパク質の特徴が明確にされた。3.魚類カルパインは変性ミオシンに特異的に働き、基質タンパク質の高次構造主導型の分離を行うものと結論された。4.魚類のアルドラーゼはアクチンとの結合性が強いことが明らかにされたが、この魚肉ゲル形成に及ぼす影響についてはさらに詳細な検討が必要と思われた。これに関連して、ミオシンやパラミオシンが魚肉ゲル形成に主体的に働くこと、トロポミオシンにはこの作用がないこと、などが明らかにされた。サメ類ミオシンは尿素に耐して安定で、その加熱ゲルの破断強度は高く、坐り難いなど、ミオシンの立体構造が硬骨魚のものとは異なることが明確に示された。魚介類の筋肉は我が国においては主要なタンパク質源である.従って魚介類の筋肉タンパク質の研究は常に水産学における主要なテーマの1つで,過去にも多くの知見が得られ,魚介肉の利用加工に大きな寄与をした.本研究は近年進展の著しいタンパク質化学や分析技法に基づき,魚介類の筋原線維タンパク質やコラーゲンの性状を明確にして比較生化学に寄与する一方,応用面にも有用な指針を与えることを目的とするものである.1,数種魚類の普通筋から常法により,ミオシンを高純度に精製してその軽鎖成分を単離した. 3種の軽鎖A_1,A_2およびDTNB軽鎖は物理化学的および免疫化学的に互によく類似し,とくにA_1およびA_2で類似性が高かった.他方,単離した魚類ミオシンのフィラメントはウサギのこれに比べて著しく短かく,これが原因で魚類ミオシンのMg^<2+>ーATPase活性の低いことが示唆された.解糖系酵素のアクチンに対する結合割合はアルドラーゼ,グリセルアルデヒドー3ーリン酸脱水素酵素で高く,とくに前者はph6.07.4でほぼ100%アクチンに結合した.また,細胞内プロテアーゼであるカルパインのミオシンに対する活性につき,SOSーゲル電気泳動により定量する方法を確立した.2,大正エビの筋肉中に遺伝的に異なる2種以上のコラーゲンの存在を確認した.また二枚見閉殻筋中のパラミオシンは,他種無脊椎動物のものよりリン酸化されやすいことが明らかにされた.3,数種サメ筋形質タンパク質の熱凝固は硬骨魚のそれとは異なること,サメのミオシンのアクチンに対する親和性は0.3M程度の尿素に対してはあまり影響されないことが明らかとなった.硬骨魚筋原線維のゲル形成能の魚種特異性を確かめるとともに,これがミオシンのゲル化特性と相関することを明確にした.

パラミオシンも混合割合によっては魚肉のゲル特性を改善することが示された.魚介類の筋肉はわが国においては主要なタンパク質源である。従って魚介類の筋肉タンパク質に関する研究は常に水産学における主要なテーマの1つで、過去にも多くの知見が得られ、魚介肉の利用加工に大きな寄与をした。本研究は近年進展の著しいタンパク質化学や分析技法に基づき、魚介類の筋肉タンパク質の性状を明確にして比較生化学に寄与する一方、応用面にも有用な指針を与えることを目的としたものである。1.数種魚類の異なるアルカリ軽鎖AlおよびA2を結合したミチシン・サブフラグメント(S1)の性状を比較したところ、S1(A2)のCaおよびEDTA-ATPase活性はS1(A1)より高かった。また魚類ミオシンのフィラメント化には高濃度(>5mM)のMgCl_2が必須であることが明らかにされた。2.タイショウエビの筋肉と角皮下膜に存在するコラーゲンは、3本の同一α鎖からなる(α1)_3ホモトリマーを主成分とすることが立証された。3.アカザラガイS1はキモトリプシン消化で分子量50K、27K、19Kの主要断片を生じた。ホタテガイ・トロポニン分子は52K、40K、20K成分からなることが示された。さらにハマグリ・パラミオシンのリン酸化能は高く、上記の結果はいずれも二枚貝筋肉タンパク質に特異的であった。4.魚類カルパインは変性ミオシンに働き150K成分を生成するなど、基質タンパク質の高次構造主導型の分解を行うものと結論された。5.魚肉中のアルドラーゼ、グリセルアルデヒド-3-リン酸脱水素酵素は水抽出しにくいことが明らかにされたが、魚肉ゲル形成能に及ぼす影響についてはさらに詳細な検討が必要と考えられた。関連して魚肉ゲル形成の主体はミオシンが担うこと、無脊椎動物ではパラミオシンもゲル形成能を持つが、トロポミオシンにはこの効果がないこと、などが明らかにされた。またサメ類ミオシンの加熱ゲルは破断強度が弱く、坐り難いなど、ミオシンの立体構造が硬骨魚のものとは異なることが示された。
肥満細胞が形質細胞様樹状細胞の分化・機能に与える影響についての検証

形質細胞様樹状細胞(plasmacytoido dendtritic cell, pDC)は,形質細胞様の外観を呈する樹状細胞前駆細胞で,ヒトにおいてはIL-3受容体(CD123)を,マウスでは従来B細胞のマーカーとして頻用されてきたB220(CD45R)を発現するなどユニークな表現系を呈し,機能面ではウイルス感染などに際してIFNを効率よく産生し,刺激を受けていない状況ではトレランスの誘導に関与するなど,新たな免疫調節担当細胞として脚光をあびている。本研究では,即時型アレルギー反応の主要なエフェクター細胞としての機能に加え,近年自然免疫に果たす役割が注目されている肥満細胞(mast cell)の産生するIL-3が,生体内においてpDCの分化を調整しているかを検証するため,肥満細胞を欠損するWBB6F1-W/Wvマウスと野生型マウスにおけるpDCの表現系をもった細胞の数を比較したが,現時点では明らかな差異は確認されなかった。これに関しては,抗原刺激など肥満細胞が活性化される状況での差異の検証を引き続き行っている。また今後の研究の発展を期待して,マウス皮膚においてpDCの形質を有する細胞が存在するかを検討したが,B細胞とは異なるB220陽性細胞が存在することを確認したものの,細胞抽出に伴う手技的なばらつきが解消できず難渋している。磁気ビーズによる細胞の純化などを検討している。最後に,我々はこれまで臍帯血中に含まれる造血幹細胞から分化誘導したヒト肥満細胞を培養し研究してきたことから,このヒト培養肥満細胞の活性化がヒトpDCの分化に与える影響についての検証にも着手した。
温度馴化に伴う魚類筋肉タンパク質の変化に関する生化学的研究

コイやキンギョなどの淡水魚は、温度馴化に伴って筋原線維の性状を変化させるが、筋原線維タンパク質は筋肉タンパク質の60%以上を占め、その性状は魚肉の加工適性や貯蔵性に大きな影響を与える。そこで本研究は温度馴化したコイやキンギョの筋原線維の変化機構を明らかにし、魚類筋肉の有効利用に資することを目的とした。1.コイを10および30°Cで1カ月以上飼育して、背側普通筋から筋原線維を調製したところ、Mg^<2+>ーATPase活性は同一温度で比べると、10°C馴化魚で有意に高かった。またCa^<2+>ーATPase活性を指標とした熱安定性では、30°C馴化魚で数倍高かった。キンギョの筋原線維でも、上記のコイのものとよく似た結果が得られた。2.コイからミオシンおよびその頭部サブフラグメントー1(S1)を調製して、アクチン活性化Mg^<2+>ーATPase活性を調べた結果、10°C馴化魚の最大反応初速度(Vmax)は30°C馴化魚のそれより有意に高かった。また、30°C馴化魚のミオシンおよびS1は、筋原線維の場合と同様に、熱安定性に優れていた。3.コイ・ミオシンの尾部ロッドをαーキモトリプシン消化してSDSーPAGE分析に付したところ、Lーメロミオシンに相当するバンドが10°C馴化魚では1本認められた。他方、30°C馴化魚では相当する分子量領域に3本のバンドが認められ、そのうち1成分は10°C馴化魚のものと一致した。4.コイのミオシン重鎖、S1重鎖、およびロッドのペプチドマップを比較したところ、10°Cおよび30°C馴化魚間で明白な差が観察された。5.以上、コイおよびキンギョは温度馴化に伴って、ミオシンの1次構造を変化させることが示唆された。コイやキンギョなどは,季節的に温度馴化して0ー30°Cと広温域に生息することができ,これに伴って筋原線維の性状が変化することが部分的ながら既に明らかにされている。周知のように魚類筋肉タンパク質中,筋原線維タンパク質は60%以上を占め,その性状は魚肉の加工適性や貯蔵性に大きな影響を与える。本研究はこのような背景の下,温度馴化したコイからアクチンやミオシンを単離して,筋原線維の変化を分子レベルから明らかにし,魚類筋肉の有効利用に資することを目的とした。1、コイを10°Cおよび30°Cで5週間以上飼育し,普通筋から筋原線維を調製してCa^<2+>ーATPaseおよびMg^<2+>ーATPase各活性を同一温度で測定して比較した。その結果,Mg^<2+>ーATPase活性にのみ顕著な差が認められ,低温馴化魚の方が高かった。1、上記のように馴化したコイから超遠心分離,硫安塩析を骨子とする方法でミオシンを単離して,Ca^<2+>ーATPase活性やMg^<2+>ーATPase活性などを測定したところ,アクチン活性化Mg^<2+>ーATPase活性にのみ温度馴化の影響が認められ,低温馴化魚の方が高かった。

3、アクチン濃度を変えてミオシンのMg^<2+>ーATPase活性を測定したところ,最大反応初速度(Vmax)は低温で馴化したコイのミオシンが高温馴化のコイ・ミオシンより約2倍高かったが,アクチンとの見かけ上の親和性(Km)では両ミオシン間で顕著な差はなかった。4、筋原線維およびミオシンにつき,Ca^<2+>ーATPase活性を指標にして熱安定性を調べたところ,両者とも高温に馴化したコイのものが低温に馴化したものより34倍安定であった。5、ミオシン重鎖のペプチドマップを比較したところ,高温および低温馴化したコイのミオシン間で差が認められ,温度馴化に伴ってミオシンの1次構造が変化することが示唆された。淡水魚のコイやキンギョなどでは、温度馴化に伴って筋原線維の性状が変化することが、部分的ながら既に明らかにされている。周知のように魚類筋肉タンパク質中、筋原線維タンパク質は60%以上を占め、その性状は魚肉の加工適性や貯蔵性に大きな影響を与える。本研究はこのような背景の下、温度馴化に伴うコイやキンギョの筋原線維の変化を分子レベルから明らかにし、魚類筋肉の有効利用に資することを目的とした。1.キンギョ(体重4ー7g)につき、16°Cから30°Cに移して飼育を続けたところ、筋原線維Mg^<2+>ーATPase活性は経時的に減少して、3ー4週間後には最低値に達した。その後飼育水温を10°Cに変えたところ、同活性は増大し始め、約4週間後に最高値に達した。したがって、筋原線維Mg^<2+>ーATPase活性の変化は可逆的で、完全に温度馴化するためには約4週間を要することが明らかとなった。2.コイにつき、ミオシンのATPase活性およびアクチンとの相互作用に必須な頭部サブフフグメントー1(S1)を調製したところ、アクチン活性化Mg^<2+>-ATPase活性の最大反応初速度(Vmax)は10および30°C馴化S1で、それぞれ7.6およ5.3s^<-1>であった。なおFーアクチンに対する親和性(Km)は、両S1間で有意な差はなかった。また、30°CにおけるCa^<2+>ーATPaseの変性速度恒数(K_D)は、10°C馴化S1で32.1×10^<-4>s^<-1>、30°C馴化S1で13.2×10^<-4>s^<-1>と測定された。3.コイ・ミオシンの尾部ロッドをαーキモトリプシン消化してSDSーPAGE分析に付したところ、Lーメロミオシンに相当するバンドが10°C馴化魚では1本認められた。他方、30°C馴化魚では相当する分子量領域に3本のバンドが認められ、そのうちの1成分は10°C馴化魚のものと一致した。なお、各LーメロミオシンのN末端アミノ酸配列では、違いがみられなかった。
NK細胞の分化段階と造血幹細胞分化増殖調節機構への関与, NK細胞性白血病症例の検討

NK細胞は造血幹細胞の分化,増殖機構の調節に重要な役割を担っていることが知られている.我々は14才女子のNK細胞白血病症例を経験した.このNK細胞はLGL細胞の形態を有し,表面形質は, Leu7陰性,Leu11陽性であった.又T11陽性だが, T3,T8,OKM1陰性で, Tγリンパ球に属すると考えられた. NK活性は低値であったが, γIL2で著明に増強された.しかし, IFNγでは増強されなかったことより,このNK亜型は,未熟NK,又はNK前駆細胞に相当すると思われた. ADCC及びLAK活性もγIL2刺激後に認められた.本症例では,経過中常に顆粒球減少症が認められたため, invitroコロニー法で, NK細胞のヒト骨髄CFU-Cに対する影響を検討した. γIL2刺激後のNK細胞を添加したところ著明なCFU-Cの減少が認められた. NK細胞の培養上清にも同様な強い抑制効果が認められた.上清を抗IFNγ抗体で前処理することにより抑制効果が解除された.抗IFNの抗体では2つのような効果は認められなかったことより,上清中のIFNγがCFU-C抑制に重要な役割を演じているものと思われた.患者血液中でもIFNγの高値が測定された.以上の結果より, Leu7^-,Leu11^+NK細胞は, IL2の刺激により, IFNγの産生を介して,骨髄顆粒球系前駆細胞の増殖を抑制していると考えられた.NK細胞は造血幹細胞の分化,増殖機構の調節に重要な役割を担っていることが知られている.我々は14才女子のNK細胞白血病症例を経験した.このNK細胞はLGL細胞の形態を有し,表面形質は, Leu7陰性,Leu11陽性であった.又T11陽性だが, T3,T8,OKM1陰性で, Tγリンパ球に属すると考えられた. NK活性は低値であったが, γIL2で著明に増強された.しかし, IFNγでは増強されなかったことより,このNK亜型は,未熟NK,又はNK前駆細胞に相当すると思われた. ADCC及びLAK活性もγIL2刺激後に認められた.本症例では,経過中常に顆粒球減少症が認められたため, invitroコロニー法で, NK細胞のヒト骨髄CFU-Cに対する影響を検討した. γIL2刺激後のNK細胞を添加したところ著明なCFU-Cの減少が認められた. NK細胞の培養上清にも同様な強い抑制効果が認められた.上清を抗IFNγ抗体で前処理することにより抑制効果が解除された.抗IFNの抗体では2つのような効果は認められなかったことより,上清中のIFNγがCFU-C抑制に重要な役割を演じているものと思われた.患者血液中でもIFNγの高値が測定された.以上の結果より, Leu7^-,Leu11^+NK細胞は, IL2の刺激により, IFNγの産生を介して,骨髄顆粒球系前駆細胞の増殖を抑制していると考えられた.14才女性でNK細胞の白血病性の異常増殖を示す症例を経験した。異常細胞は大型の顆粒を有する(LGL)細胞で、Tγ細胞の範畴に属すると思われた。表面形質はLeu【11^+】,OKT【11^+】であったが、NK細胞に関係する他のLeu7,T3,T8,OKM1,HNK1およびTdTは陰性であった。染色体分析では47XXXの異常が認められた。DNA分析ではTβは認められなかった。NK細胞活性は低かったが、IL2の刺激により著明に上昇した。しかしIFNγでは活性の上昇はわずかであった。このようなリンホカインに対する反応性の違いは、胎生期や臍帯血中のNK細胞の性質と一致しており、本例のNK細胞が未熟な分化段階にあるものと推測された。またこの細胞はIL2の刺激により、ADCC,LAK活性の上昇を示した。非刺激時にはTac抗原陰性であったが、IL2刺激により陽性となり、【^3H】チミジンの取り込みが著明に上昇し、さらにIFNγの産生が認められた。本例では常に顆粒球減少症がみられるが、そのメカニズムを解明するため本例のNK細胞の、正常ヒト骨髄幹細胞(CFU-C)に与える作用をin vitroコロニー法で検討した。IL2刺激下のNK細胞は著明にCFU-Cを抑制した。NK細胞の培養上清も明らかにCFU-Cを抑制した。培養上清を抗IFNγ抗体で処理すると、その抑制効果は消失したところから、顆粒球減少は幹細胞のレベルでIFNγが関与していることが強く示唆された。以上より、Leu【11^+】,Leu【7^-】のLGL細胞は、多分、前NK細胞の分化段階に属し、IL2の刺激により、Tac抗原を発現し、異常に増殖し、IFNγを産生し、そして骨髄幹細胞にも影響を与えるものと考えられた。
電力用超伝導機器に用いる酸化物超伝導導体の電流一様化と低損失化研究

本研究の目的は、酸化物超伝導導体の電流一様化並びに低損失化のために、酸化物超伝導テープ線材内の電流分布を定量的に評価できる測定法を開発し、種々の電磁環境下における線材内の電流分布特性を明らかにすることである。平成14年度は、短尺直線形状のテープ線材内の電流分布について、通電電流や外部磁界の印加条件を種々に変化させて測定できる装置を開発した。さらにこれを用いて、短尺直線状テープ線材における電流分布の通電電流依存性、周波数依存性、磁界振幅依存性、印加磁界角度依存性などの特性を定性的に明らかにすることができた。平成15年度は、さらに、酸化物超伝導コイルの交流損失特性と電流分布の関連性を把握するために、コイル巻線形状にしたときのテープ線材内の電流分布について詳細に調べた。その結果、以下に示す研究成果が得られた。1.コイル巻線内の電流分布を定量的に評価するために、磁界検出用のミニアチュアのピックアップコイルをディジタルノギスと連動させ高精度でコイル表面付近を移動させることで、その磁場分布を高精度で測定できるシステムを開発した。2.絶縁銅線から成る試験コイルを用いた測定性能試験の結果、測定値と理論値との誤差は最大でも10%程度であることがわかり、本測定法が酸化物超伝導コイル巻線内の電流分布を測定するのに十分な精度を有することを示すことができた。3.本測定法を高温超伝導コイルに適用してBi-2223単層ソレノイドコイルの電流分布を測定した結果、コイル巻線内の電流分布は一様分布でないことや、電流分布に通電電流依存性や周波数依存性があることが明らかになった。また、コイル中央付近のテープ線材幅広面に対し平行な外部磁界成分が主である場合の磁界分布のデータや、コイル端部付近の線材幅広面に対し垂直成分の影響が顕著となってくる場合のデータなど、コイル巻線内の電流分布を把握するために有用な測定結果を得ることができた。本研究の目的は、酸化物超伝導テープ線材内の電流分布を定量的に評価できる測定法を開発し、種々の電磁環境下における線材内の電流分布特性を明らかにすることである。本年度は、測定法の確立のために、外部交流横磁界下での測定精度の向上や電流分布の算出方法の向上を図った。さらに本測定を酸化物超伝導テープ線材に適用し、種々の電磁環境下での電流分布特性について検討した。その結果、以下の研究成果が得られた。1.まず実験装置においては、コイルの交流損失特性と電流分布の関連性を明らかにするために、通電電流や外部磁界の印加条件を種々に変化させられる装置を開発できた。2.本測定で電流分布は、ピックアップコイル群による線材周辺の自己磁界分布の測定結果から間接的に求めるが、外部交流磁界下での測定で問題となる測定精度の低下に対し、キャンセルコイルを用いたキャンセル処理の手法を新たに導入した。これにより、ピックアップコイル電圧に含まれる余分な外部磁界成分を任意の磁界印加角度において精度良く除去できた。試験導体を用いた性能試験の結果、測定値と理論値との誤差は最大でも6%程度であることがわかり、本測定法が磁界中での測定においても十分な精度を有することを示すことができた。

3.電流流分布の算出精度を向上を図った結果、試験導体での実測電流との誤差を10%以内とすることができた。4.本測定法を酸化物超伝導テープ線材に適用し、通電電流のみ、外部磁界のみ、通電電流と外部磁界を同時に印加した時の場合について、電流分布の通電電流依存性、周波数依存性、磁界振幅依存性、印加磁界角度依存性を測定した。通電電流のみ場合や任意の方向に外部磁界が印加された場合における線材内の電流分布について定性的に説明することができた。酸化物超伝導コイルの交流損失特性と電流分布の関係を調べるために、導体やコイル形状の電流分布については次年度検討していく。本研究の目的は、酸化物超伝導導体の電流一様化並びに低損失化のために、酸化物超伝導テープ線材内の電流分布を定量的に評価できる測定法を開発し、種々の電磁環境下における線材内の電流分布特性を明らかにすることである。昨年度は、短尺直線形状のテープ線材内の電流分布について、通電電流や外部磁界の印加条件を種々に変化させて測定できる装置を開発した。さらにこれを用いて、短尺直線状テープ線材における電流分布の通電電流依存性、周波数依存性、磁界振幅依存性、印加磁界角度依存性などの特性を定性的に明らかにすることができた。本年度は、さらに、酸化物超伝導コイルの交流損失特性と電流分布の関連性を調べるために、コイル巻線形状にしたときのテープ線材内の電流分布について詳細に調べた。その結果、以下に示す研究成果が得られた。1.コイル巻線内の電流分布を定量的に評価するために、磁界検出用のミニアチュアのピックアップコイルをディジタルノギスと連動させ高精度でコイル表面付近を移動させることで、その磁場分布を高精度で測定できるシステムを開発した。2.絶縁銅線から成る試験コイルを用いた測定性能試験の結果、測定値と理論値との誤差は最大でも10%程度であることがわかり、本測定法が酸化物超伝導コイル巻線内の電流分布を測定するのに十分な精度を有することを示すことができた。3.本測定法を高温超伝導コイルに適用してBi-2223単層ソレノイドコイルの電流分布を測定した。測定の結果、コイル巻線内の電流分布は一様分布でないことや、電流分布に通電電流依存性や周波数依存性があることが明らかになった。また、コイル中央付近のテープ線材幅広面に対し平行な外部磁界成分が主である場合の磁界分布のデータや、コイル端部付近の線材幅広面に対し垂直成分の影響が顕著となってくる場合のデータなど、コイル巻線内の電流分布を把握するために有用な測定結果を得ることができた。
p53遺伝子の滑膜細胞導入による慢性関節リウマチ遺伝子治療の基礎研究

p53には、細胞同期停止作用、アポトーシスの誘導などを介して、発癌に抑制的に働くが、それ以外に、血管新生の阻害、マトリックスメタプロテアーゼ産生抑制などの抗炎症性作用を有している。関節リウマチの(RA)の病態の主座である滑膜においては、血管新生、炎症細胞の浸潤、マトリックスプロテアーゼの産生がみられ、滑膜炎、関節破壊が誘導される。これら滑膜局所に人為的にp53を誘導することは、RAの治療につながると考えられる。p53誘導作用が示唆されている、新規抗リウマチ剤レフルノミドの作用を検討した。レフルノミドは、活性化T細胞に選択的にp53発現を誘導し、細同期を停止させる作用があることがわかった。また、RA患者より分離された滑膜細胞に対する作用を検討したところ、レフルノミドは、IL-1β誘導による滑膜細胞からのMMP-1、MMP-3、MMP-13の産生を抑制することが判明した。またレフルノミドは、IL-1β刺激で誘導されるJNK1/2のリン酸化を阻害することが判った。レフルノミドの抗リウマチ作用として、活性化T細胞へのp53発現誘導による細胞同期の停止、滑膜細胞からのMMP産生の抑制が考えられた。関節リウマチ(RA)滑膜細胞の細胞周期に対するp53の影響を検討する目的で、RA滑膜細胞にプロテアゾーム阻害剤(MG132)を添加することで、内因性のp53発現誘導を試みた。細胞周期制御蛋白であるp53は、プロテアゾームでユビキチン化をうけ、分解されるため、細胞表面には通常は発現されない。プロテオゾーム阻害剤(MG132)で、p53の蛋白分解を阻害することで、用量依存性にRA滑膜細胞にp53の発現が誘導された。このp53の発現を誘導した滑膜細胞と、無処置の滑膜細胞を用い、その細胞周期と細胞周期蛋白を調べた。RA滑膜細胞を、増殖因子である血小板由来増殖因子(PDGF)で刺激し、DNA染色を行った。無処置のRA滑膜細胞は、PDGF刺激で、S期の細胞の増加が見られ、細胞周期の進行が確認されたが、p53を発現させた滑膜細胞は、PDGF刺激でもS期の細胞の増加が見られず、細胞周期が停止(cell cycle arrest)していた。またp53を発現させた滑膜細胞では、PDGF刺激で、Rb蛋白(網膜芽細胞腫蛋白)のリン酸化が認められないことが明らかになった。以上の結果より、プロテアゾーム阻害で、RA滑膜細胞に誘導される内因性p53は、増殖因子刺激による細胞周期の進行を阻害することより、細胞周期制御蛋白としての本来の機能を有していることが判った。従って、各種薬剤、遺伝子導入により野生型p53を発現させることで、RA滑膜細胞の増殖抑制、ひいてはRAの新しい治療法になりうることが示唆された。活性化T細胞へのp53導入による細胞周期制御関節リウマチの病因の1つとして、自己反応性活性化T細胞によるサイトカイン産生と、それに伴う滑膜細胞の活性化が考えられている。これら活性化T細胞にp53を誘導し細胞周期を制御することは有用な治療法の1つと考えられる。新規免疫抑制剤レフルノミドはピリミジンの合成を抑えp53発現を誘導し細胞周期を停止させる作用を有することが示唆されているが、証明されていない。レフルノミドの活性化T細胞に対する作用について検討した。Balb/cマウスに、細菌性スーパー抗原であるStaphylococcal enterotoxin B(SEB)を静注し、脾臓Vβ8T細胞を活性化させた。このマウスにレフルノミドを経口投与し脾臓SEB反応性Vβ8陽性T細胞を調べた。レフルノミドによりSEB活性化Vβ8T細胞にp53が誘導されていることが判った。さらにレフルドミドはこれら活性化T細胞に誘導されるPCNA抗原、Cyclin D1などの発現を抑制した。以上の結果より、レフルノミドは活性化T細胞に対して、p53を誘導し細胞周期を停止させ免疫抑制に働くことが示唆された。

またレフルノミドはRA滑膜細胞に直接作用し、滑膜細胞からのマトリックスメタロプロテアーゼの産生を抑制した。この作用がp53を介しているかについては、現在検討中である。これらの結果より、薬剤を用い人為的にp53をリンパ球などの病源性細胞に誘導することは、自己免疫疾患の治療につながることが考えられた。
高分子多価抗原の超高感度酵素免疫測定法に関する基礎的研究

高分子多価抗原の超高感度酵素免疫測定法を開発するために、標識酵素の超高感度活性測定法と酵素免疫測定システムの超高感度化に関する基礎的研究を行った。標識酵素の超高感度活性測定法を開発するために蛍光法と発光法とを試みた。4-メチルウムベリフェリル・β-D-ガラクトピラノシドを基質として大腸菌β-D-ガラクトシダーゼの活性を蛍光法で測定した結果、0.0003amol(180分子)まで測定することができた。O-ニトロフェニル・β-D-ガラクトピラノシドあるいは4-メチルウムベリフェリル・β-D-ガラクトピラノシドを基質として大腸菌β-D-ガラクトシダーゼの活性をNADHの生物発光法により測定した結果、0.0001amol(60分子)まで測定することができた。(生物発光法では、β-D-ガラクトシダーゼ活性により上記基質からガラクトースを生成させ、ついでガラクトース脱水素酵素によりNADHを形成させて測定した。)今後、測定条件をさらに詳細に検討することにより一層の超高感度化が可能と考えられた。酵素免疫測定システムの超高感度化をはかるために種々の試みを行った。我々は、すでにウサギなどのポリクローンIgGをペプシンで消化した後、還元してFab'にすることにより、酵素標識抗体の固相への非特異吸着が少くなり高感度化に有利であることを実証しているが、最近、多用されているマウス・モノクローン抗体の経験を増すことにより、そのことがより一般的であることを確認した。また、固相の材質と酵素標識抗体の性状が、どのように酵素標識抗体の固相への非特異吸着に影響するかを検討した結果、一般的な結論は得られなかったものの、今後固相の材質、酵素標識抗体の性状をより一層詳細に検討することにより、非特異吸着を低下させ、より一層の高感度化を行うことができる見通しを得た。
マルチハイブリッド計算の発展によるプラズマ照射と長時間構造緩和の競争機構の解明

プラズマと固体物質の相互作用においては,プラズマ粒子の入射頻度と固体物質側の現象の時間スケールの競争を真面目に論ずることが正しい理解の鍵となる.これはダイバーター材料上の繊維状ナノ構造(ファズ構造)成長の研究において独自のマルチハイブリッドシミュレーションを開発し、実現象と同等の時間スケールを模擬できるようになったことで得た科学的知見である.この知見と計算手法を,炉内不純物の再堆積現象や,化学スパッタリング現象,表面拡散効果の検証,中性子損傷・回復などへ適用するため、オンザフライ動的モンテカルロ法の開発など、マルチハイブリッドシミュレーションに更なる拡張を施す。
高専教育の特質を活かした学生特許を主眼とする創造教育の教育方法構築に関する研究

高専教育の特質は、高校年齢段階から大学入試に縛られることなく、自分の興味や関心あることを伸ばし、より深めていけることであり、それらの作業を通して自主性、発想力を養うことができる点にある。そしてその条件を最大限に活かすものとして、学生の発想を活かしたアイデアを特許出願、試作、商品化まで進めることを通して創造力育成を図る効果的な教育方法を見いだすことが本研究の目的となっている。そしてこの目的のもとで創造教育と特許教育を組み合わせる教育方法によって4年間の取組みを行い、これらの教育方法による成果の到達点として示すことができるものが、『大学と学生』(通巻524号)掲載論文のタイトルである"情報化の時代における教育の先端を示す高専生よる知的創造サイクル"である。すなわち情報化の進展によって学生の潜在力は向上していると考えられるが、現状の普通教育ではその潜在力が活かされておらす、逆に意欲の低下を招いてしまう状況にある。しかし高専は大学入試がないという利点を生かした発想を引き出す教育により、アイデア創出を促し、さらにそれを特許出願、試作、製品化にまで進めていくことによって、学生の意欲、発想力を格段に高めることができるばかりでなく、これら知的創造活動、特許活動を通して得られる利益の一部が、学生の自発的な申し出により還元され、それらが次の創造活動を支えるいわゆる知的創造サイクルを構築できることを実証した。大学教員の研究活動でも知的創造サイクルを形成することは困難な中で、高専生がそれを可能としたということは、これまでの教育では考えられない成果であり、本取組みで行った教育方法の優位性を示すものである。このような成果をみれば、意欲低下が著しく危機的状況の日本の教育を再生するには、本取組みで示される教育方法を、高校-大学教育に全面的に適用することが必要だと考える。高専教育の特質は、高校年齢段階から自由度の高い教育を実施できる点にあり、この特質を活かす方向として創造教育を掲げ、創造力の向上を目指し、さらに特許教育に力を入れた取組みを行った。創造演習では、発想方法に関する調査を実施し、その成果を創造演習Iの中で簡易KJ法という形で試行を行った。また創造演習の授業効率向上のために、課題設定の仕方、作業工程の自己管理の方法、作業内容の点検などを学生自身で行えるマニュアルの作成も行っている。専門教育の低学年からの実施のための教材開発では、45セットのワンチップマイコン(PIC)制御教材の開発を始めており、17年度から使用予定となっている。またアクチュエータの周辺装置を理解させるための制御回路を作成し、授業で採用した。特許教育に関しては1年生に九州大学熊谷健一先生による特別講演、4年生には創造製作II授業での明細書作成指導、5年生にも井上浩弁理士による知的財産権講義を実施し、さらにパテントコンテストに向けたアイデア募集を3年生以下の学生対象に行った。さらに特許出願を希望する学生対象には明細書作成集中セミナーを中国経済産業局のご協力で実施した。また使える技術を低学年から実施するカリキュラム案を検討中で、17年度にも行われるカリキュラム改定に反映させるべく準備を進めている。他高専との意見交換は、各種教育研究会、講演会や本校の創造教育に関する調査に訪れる高専教員と積極的な意見交換により行っている。このような取組みの結果、学生による成果も各種上がっている。弟6回理工系学生科学技術論文コンクールでは2年生が最優秀の文部科学大臣賞を獲得し、本コンクールでは5年連続の入賞となっている。また平成16年度パテントコンテストでは、高専部門の入賞4件中3件を徳山高専機械電気工学科の学生が占めることとなり、本学科の特許教育の成果と言える。さらに特許の活用という点では、第3回キャンパスベンチャーグランプリCHUGOKUで本校学生が中国経済産業局長賞と環境・健康・福祉部門優秀賞を獲得している。

さらにこの中の1件は地元の産業技術センターから支援を受けて、商品開発段階に進み、学生発想の商品誕生がほぼ確実な段階になっている。高専教育の特質は、高校年齢段階から自由度の高い教育を実施できる点にあり、この特質を活かす方向として創造教育を掲げ、創造力の向上を目指し、さらに特許教育に力を入れた取組みを行っている。特に17年度は創造教育の成果として現れてくる特許の実用化を推進することに力を入れて進めてきた。これまでの創造教育・特許教育の成果として16年度までに13件の学生発想の特許を出願してきているが、特許は活用されて初めて有効なものであり、特許教育を推進するには、実用化によって活性化をはかる必要があると考えたからである。しかし特許の企業での採用は難しいことが分かってきたので、17年度には実際に形にするための試作を進めて、手の不自由な方のために学生が考えた足用マウスの試作を完了して、モニター作業を行い、手の不自由な方からは「仕事に使える」などの評価を得たために、17年9月に開かれた国際福祉機器展に出展した。それ以外にも学生特許の実用化に向けた取組みを複数件進めている。教育に関しては、1年生対象に知的財産権に関する特別講演、5年生対象にベンチャービジネス論の講評などを外部講師にお願いして実施した。また創造製作や工学実験でPICやFPGAなどのより高度な制御技術に対して学生が対応できる環境を整えている。さらに教育の成果として、パテントコンテストに向けたアイデア募集と選考を行い15件を応募して、2件が出願支援対象作品に選ばれていて、2年連続3回目の入賞となっている。また先端技術大賞論文コンクールでは特別賞を受賞していて、3年連続4回目の入賞である。さらにキャンパスベンチャーグランプリCHUGOKUでは、部門優秀賞と奨励賞、佳作にそれぞれ1名ずつ入賞しており、4年連続入賞となっている。このように創造教育の成果は着実に現れてきている。高専教育の特質は、高校年齢段階から大学入試に縛られることなく、自分の興味や関心あることを伸ばし、より深めていけることであり、それらの作業を通して自主性、発想力を養うことができる点にある。そしてその条件を最大限に活かすものとして、高専機構自身が掲げる創造力育成を目指した創造教育とさらには特許教育を加えた取り組みにおいて、効果的な教育方法を見いだすことが本研究の目的となっている。18年度は前年度に引き続き、学生の特許出願を推進すると同時に、その実用化に取り組み、17年度の手の不自由な方のための足用マウスの製造販売に続いて、高専学生の若い感性を活かしたストラップホルダーの商品化を達成できた。ストラップホルダーについては、17年度の学内アイデアコンテストで1年生から提案されたアイデアを、実用化の可能性が高く、かつ商品としての市場投入を急いだ方がよいとの判断で、出願作業と試作作業が並行して進められてきた。このストラップホルダーを含めて、これまでで特許出願23件、特許権取得6件、商品化2件となっている。
牛マイコプラズマ肺炎の病態診断に関する研究

牛のMycoplasmabovis感染症は、日和見感染とされるが、近年、その発生数が著しく増加し、高く注目されている。本菌の病原性は十分明らかにされておらず、効果的な治療・予防法がない。本研究では、M. bovis肺炎の病態進行について、肺胞マクロファージの産生するIL1β、TNFα、IL8により好中球が誘導され、その後B細胞が誘導され病変を形成することを明らかにした。また、T細胞について、感染初期に一過性に機能亢進するものもあるが、慢性肺炎では機能が著しく減退していることを示した。また、免疫応答には個体差があること、また免疫刺激性にはM. bovisの株間に違いがあることも示唆された。本研究では、1) Mycoplasma bovis肺炎牛の肺を画像診断学的、微生物学的、免疫学的および病理学的に解析し、病態プロファイルを作出すること、2)「易感染宿主マーカー」「肺炎発症牛の病態診断マーカー」の探索を目的に試験を行った。1)について、宮崎大学に搬入された肺炎牛のうち、肺からM. bovisの分離された牛(n=6)について、病態ステージの異なる肺の部位(膿瘍部、肝変部、肉眼的にほぼ正常な部位)毎にサイトカイン量を定量した結果、肝変部が他の2部位に比較して、TNF-α、IL-1β、IL-22およびIL-8量が有意に高く、IL-10、IL-16、IL-17、TGF-β、IL-2およびIL-4が有意に低いことを確認した。同時に、B細胞、マクロファージおよび好中球数が、肝変部で増加していることも確認した(第158回日本獣医学会. 2015.9.7-9.十和田市)。また、M. bovis分離株が牛免疫細胞に与える影響をin vitroで試験したところ、リンパ球への直接感作およびリンパ球のマイトージェン感作に対する間接的な作用が分離株毎に異なることを明らかにし、肺病変の形成に関して、分離株の性状試験の重要性も示した(平成27年度日本産業動物獣医学会九州地区学会. 2015.10.16.熊本市)。さらに、画像診断として、当初予定していたX線撮影およびエコーに加え、CT撮影を実施し、より鮮明な画像を得ることができたため、これを基準として、臨床現場で応用可能なエコー診断基準を設けていく道筋を立てることができた。2)について、本年度予定していた農場の定期訪問調査が研究代表者の産休のために実施できなかったため、平成28年度の秋-冬季に実施する予定である。大学内に搬入された肺炎牛については、CT撮影、病理解剖、細菌検査、ウイルス検査、免疫学的試験を行うことができ、肺の病変形成に関わる因子の探索に必要な情報を得るための技術的な基盤を固めることができた。Mycoplasma bovisが牛の免疫細胞に与える影響の1つとして、リンパ球幼若化への作用について、平成27年度日本産業動物獣医学会九州地区学会(2015.10.16.熊本市)にて、肺の病変ステージの違いによるサイトカインの定量について、第158回日本獣医学会(2015.9.7-9.十和田市)において発表している。一方で、平成27年度は、和牛子牛価格の高騰が影響したためか、廃用認定される子牛が少なく、したがって宮崎大学に搬入され、解剖に供される子牛数が激減し、当初予定していた数に満たなかった。併せて、研究代表者が平成27年6月9月末まで産休を取得し、復帰後も十分な研究時間を確保することができなかったため、牛飼養農場への定期訪問調査ができなかった。以上より、当初計画よりも進捗スピードはやや遅れているが、引き続き計画に従って実施していく予定である。本研究では、1)Mycoplasma bovis肺炎牛の肺を画像診断学的、微生物学的、免疫学的および病理学的に解析し、病態プロファイルを作出すること、2)「易感染宿主マーカー」「肺炎発症牛の病態診断マーカー」の探索を目的に試験を行った。1)について、宮崎大学に搬入された肺炎牛の免疫組織化学的染色による病理組織学的検索を行ったところ、これまでに報告のある化膿性又はカタル性気管支肺炎、リンパ濾胞過形成のほか、マクロファージ由来類上皮細胞の浸潤を伴う肉芽腫を新たに確認することができた。肺炎のステージにより、気管支又は肺胞内への変性好中球やマクロファージの浸潤、気管支・肺胞壁の障害、気管支周囲へのB細胞を中心とした細胞浸潤やリンパ濾胞過形成、壊死とそれを取り囲む肉芽腫など、M. bovis肺炎の病態の進行に応じた様々な病変を観察することができた。併せて、病変部に一致したM. bovis抗原の存在も確認した。さらに、健康牛由来末梢血単核球または好中球に、M. bovis野外株3株および基準株PG45株を感作させ、それぞれリンパ球幼若化作用とアポトーシス作用をみたところ、リンパ球幼若化反応では、PG45株は幼若化に影響しなかったが、野外株1株は単独で幼若化を抑制、1株が単独で幼若化を亢進させた上にマイトージェン刺激による増殖を亢進させた。また、好中球アポトーシスに対して、PG45は影響しなかったが、野外株3株はアポトーシスを亢進させた。

以上のことから、宿主免疫機構解明のためには、感染牛の肺における免疫細胞の動態を知るためにマクロファージを中心とした免疫細胞の産生するサイトカインを調べると共に、実験室内試験では、野外分離株を用いた感染試験を行う予定である。今年度は、農場において、肺炎にならない牛、速やかに回復する牛、重篤化する牛では末梢血由来単核球のリンパ球幼若化反応に違いがあるか調査することを目的に、発熱症状が認められた初日(治療前)の牛10頭を対象に、0日目、2週間後、4週間後の3回、採血を行い、末梢血由来単核球のリンパ球幼若化について調査したが、違いは認められなかった。10頭全ての鼻腔からM. bovisは分離されたが、軽度の呼吸器症状を呈して速やかに回復する牛ばかりが対象となったことも理由に挙げられる。したがって、課題2)について、易感染宿主や病態の進行に関するマーカーの探索の足がかりを得ることができなかった。今後は、大学への搬入牛を中心に、肺炎発症牛の肺胞洗浄液中のサイトカインの定量や血清中の炎症マーカー(プロカルシトニン)の定量を行い、マーカーの探索に引き続き努めていく。本研究では、1)Mycoplasma bovis肺炎牛の肺を画像診断学的、微生物学的、免疫学的および病理学的に解析し、病態プロファイルを作出すること、2)「易感染宿主マーカー」「肺炎発症牛の病蹄診断マーカー」の探索を目的に試験を行った。H28年度に宮崎大学に搬入された肺炎牛について病理組織学的検索した結果、M. bovisの関連した肺炎の病理組織像には化膿性気管支炎に加えて、マクロファージの浸潤した肉芽腫病変があることを確認した。そこで、肺の病態形成には肺胞マクロファージが深く関与していると推測し、健康牛の肺胞洗浄液(BALF)を採取し、肺胞マクロファージに対してM. bovisを実験室内で感染させ、産生するサイトカインについてmRNAをreal-timePCRを用いて定量的に解析した。その結果、IL12、INFγおよびTNFαの産生が増加し、TGF、IL4、IL8およびIL10については変化がなかった。BALF由来マクロファージへのM. bovis感作後のサイトカインの産生動態については過去に報告がなく、増加したサイトカインについては肉芽腫形成に強く関与するものであることから、病態形成にマクロファージが強く影響することが推測された。さらに、免疫応答に関して、刺激したM. bovis株の違いによって反応の大きさが異なり、また、BALFを採取した宿主による反応の大きさについても違いが認められたことから、M. bovisの株による病原性の違い、および宿主の感受性の違いがあることが示唆された。宿主感受性の違いについては、形成される肺病変についても異なる可能性があり、このことについて解析を進めているところである。牛のMycoplasmabovis感染症は、日和見感染とされるが、近年、その発生数が著しく増加し、高く注目されている。本菌の病原性は十分明らかにされておらず、効果的な治療・予防法がない。本研究では、M. bovis肺炎の病態進行について、肺胞マクロファージの産生するIL1β、TNFα、IL8により好中球が誘導され、その後B細胞が誘導され病変を形成することを明らかにした。また、T細胞について、感染初期に一過性に機能亢進するものもあるが、慢性肺炎では機能が著しく減退していることを示した。また、免疫応答には個体差があること、また免疫刺激性にはM. bovisの株間に違いがあることも示唆された。平成27年に産休を取得したため、試験の進捗がやや遅れているが、今年の秋から昨年度実施予定であった農場の定期訪問調査を中心に試験を行っていく。大学に搬入される廃用牛の肺胞洗浄液から肺胞マクロファージを分離し、そのmRNAを抽出してサイトカインの定量を行う。
富山県呉東・呉西地域の主要都市における言語の動態と要因の研究

調査は、平成7年7月、12月に、富山県呉西・呉東地域の老年層・中年層・青年層を対象として、音韻・音調・文法・語彙集等の項目について、質問方式・自然傍受方式といった従来一般的に行われている方法の他に、合成音声による知覚実験・意識調査を加えて実施した。現在、現時点でデータが不足している呉東地域における老年層・中年層の調査に着手したところである。音声資料収集には、購入した高性能デジタル録音機DAT及びDAT対応マイクを用いた。知覚実験に用いる合成音声の作成は、東北大学日本語学科所有のCSLを使用させていただいた。録音資料は、購入したハードディスクに蓄積し現在音声分析器により分析中である。音声分析には、既存の備品である音声分析器『音声工房』と『音声録聞見』を使用した。統計分析には、新たに今回購入した『統計ソフトSPSS』、『統計ソフトMathematica』、『数量化分析IIV類シサステム』を、それぞれのソフトの特徴を活かしつつ使用している。現在は、現段階で得られた資料から、(完成段階における)全体的な見通しを立てるために活用している。音声分析資料のソナグラフ提示については、今回購入した高性能レーザープリンターにより、スペクトルの強さを表す濃淡の段階が今までの2段階から多段階になり、より精度の高い資料提示が可能となった。本研究は、平成6年度科学研究費補助金奨励研究(A)「富山県砺波平野の主要都市における地域言語の動態と要因の研究」を拡大・発展させたものである。既に、平成6年分の成果は、口頭発表「富山県砺波市方言に、おける「ゆすり音調」の物理的性質と認知パターン」(1995年度日本音声学会全国大会、於明海大学、1995.10.)、論文「(A)母音体系及び音声の世代別動態研究」(齋藤孝滋・高稲環「富山県砺波市における言語動態調査報告」『富山大学人文学部紀要』第24号、1996.3)として発表している。本研究は、これらの成果を富山県全域を対象として発展させるものである。現段階で既に、呉西・呉東の両地域を対象とすることではじめて見出された知見もいくつかある。分析が済み次第随時発表してゆきたい。
完全3次元温度場・速度場の時系列同時計測法の開発と乱流熱対流の組織構造研究

2色LIF・PIVによる温度場・速度場の同時計測法をノンペネトレイティブ対流へ適用し、乱流の組織構造を明らかにする。また、背景シュリーレン法と代数的再構成法を組み合わせた温度場計測法に3次元相互相関を導入することで3次元温度場・速度場を同時計測する方法を提案し、浮力噴流の3次元温度場・速度場へ適用することでその有効性を検討する。時系列完全3次元での温度場・速度場の同時計測法は、現在の熱流体計測上、極めて新規性の高い計測手法である。本研究では、このような未知の課題に対し背景シュリーレン法と代数的再構成法を組み合わせた温度場計測法と3次元PIV法を組み合わせた新たな温度場・速度場の同時3次元計測法の提案と熱対流現象への応用を目的とする。本年度は、この温度計測法の解析アルゴリズム開発、温度計測精度についての検討、同時計測を行う際のトレーサの選定、3次元速度計測法、そして実験装置の開発を行った。得られた主な結果は、以下のとおりである。(1)円形プルームの実験結果と3次元温度計測結果は良好な一致が得られた。しかし、非円形プルームに対しては十分な一致は得られていない。(2)擬似画像を用いた温度計測精度検証結果によると、計算格子の補間が温度精度にかなり強く影響することが分かった。このため、代数的再構成プログラムの格子分割法についての検討を行った。(3)熱対流の実験装置として透明な12角形の実験装置を製作し、対流パターンの観察実験を行った。しかしながら、内筒材料と作動流体の屈折率の違いの影響が認められたことから、NaIを用いた屈折率の一致を試みたが、温度評価までは至らなかった。これは、この種の作動流体の温度と屈折率の関係を得ることが実験的に困難なためである。したがって、実験装置自体についての検討が必要である。(4)速度トレーサは、温度計測精度を低下させることが確認された。以上のように、3次元温度・速度同時計測システムならびに熱対流実験装置の製作上の成果ならびに新たな課題が明らかになった点が今年度の成果である。時系列完全3次元での温度場・速度場の同時計測法の研究は、現在の熱流体計測技術を発展させる上で重要な課題である。本研究では、前年度に引き続き、背景シュリーレン法と代数的再構成法を組み合わせた温度場計測法の計測アルゴリズムの検討と3次元速度場計測法を新たに考察することで、温度場・速度場の同時3次元計測法の開発と熱対流現象への応用を目的とした。本年度行った研究内容は、温度計測法の解析アルゴリズムの改良と解析プログラムの開発、新たな3次元速度計測法に関する研究、そして本計測手法の熱対流実験への適用である。(1)代数的再構成のアルゴリズムを再考察し、格子分割法についての改良とプログラム化を行った。(2)3次元速度場の計測法として、3次元温度場に相関法を適用する新たな方法について検討し、擬似画像を用いて計測精度の評価を行った。その結果、相関領域を最適化することで、3次元速度場を計測することが可能であることが分かった。(3)6角形の浮カプルーム実験装置を製作し、背景シュリーレン法による3次元温度場計測を行った。また、3次元相関解析を適用することで、3次元速度場の解析を進めた。実験結果によると、プルームの3次元温度場は計測できたが、現在のところ、十分な精度での速度場結果は得られていない。これは、3次元温度場の計測精度が、直接、3次元速度場の計測精度に影響するためである。しかしながら、更なる温度計測精度の改良により3次元温度場・速度場の同時計測法へ拡張の可能性があることが分かった。以上のように、3次元温度・速度同時計測システムの構築ならびに熱対流実験への適用から、本計測手法の将来性についての示唆が得られたことが、今年度の成果である。
単結晶及び双結晶セラミックスにおける表面拡散のAFMによる研究

双結晶MgOは表面が(100)面で[010]方向間の角度が24°の傾角粒界を形成していた。これを11001400°Cに所定時間加熱し、粒界溝の発達をAFMで観察した。その結果、粒界溝の幅wは時間tに対してt^<1/4>に比例し、表面拡散が律速していること,AFMでは低温で短時間の粒界溝の発達が調べられることが分かった。さらに、このデータから計算した表面拡散系数は他の方法で得た過去の文献値と良い対応を示した。単結晶MgOの表面も(100)面で、これに半導体の技術を利用して表面に多重溝(正弦波形)を施した。これを10501200°Cに加熱して振幅Aの時間変化をAFMで調べ、結果を解析して拡散系数を求めたところ、粒界溝の発達で求めた表面拡散係数より3桁程大きく、MgOの多重溝の平滑化と粒界溝の発達は拡散律速種が違うと考えられる。双結晶SrTiO_3も双結晶MgOと同じ方位関係にあった。この試料をMgOと同様に加熱し、AFMで観察してwなどを測定した。得られた粒界の断面図はMullinsの理論的解析によく対応する変化を示した。これは、双結晶MgOの結果と少し異なる結果であった。SrTiO_3の発達も表面拡散により進行していると考えられ、粒界溝の深さhについても表面拡散機構を支持した。このhの時間依存性は干渉顕微鏡による方法では求められないのでAFMによる方法の特徴である。粒界溝の発達のデータを用いて計算した表面拡散係数はSrTiO_3中の酸素格子拡散係数と同程度の値であったが,Srの格子拡散係数よりかなり大きい値であった。なお、この物質のTiの格子拡散係数は報告されていないが、本研究結果は陽イオンのうち拡散の遅い陽イオンの表面拡散係数である。市販のバイクリスタルMgOと単結晶MgOを試料として用いた。バイクリスタルMgOを構成する2つの結晶粒子の表面は共に(100)面であり、これらの[010]方向の間の角度は24°の傾角粒界を形成していた。表面は研磨されており、粒界は肉眼やAFMでは判別できないが、偏光顕微鏡では判別できた。これを11001400°Cに10分28h加熱し、粒界溝の発達をAFMで観察した。その結果、粒界溝の幅wは時間tに対してt^<1/4>に比例し、表面拡散が粒界溝の発達を律速していること、AFMでは1100°Cのような低温でしかも短い時間での粒界溝の発達が調べられることが分かった。この粒界溝の発達のデータを用いて計算した表面拡散係数は他の方法で得た過去の文献値と良い対応を示した。単結晶MgOの表面も(100)面で、これに半導体のフォトリソグラフィー技術を利用して表面に多重溝(正弦波形)を施した。これを10501200°Cで210h加熱して振幅Aの時間変化をAFMで調べた。Aとtの関係を解析して拡散係数を求めたところ、これらは粒界溝の発達で求めた表面拡散係数より3桁程大きいので表面拡散係数ではないと思われる。つまり、MgOの多重溝の平滑化は表面拡散以外で律速されているようである。