hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
要介護高齢者の脳活動と表情測定による視覚-嗅覚-聴覚を考慮した空間評価手法の提案

本研究は、要介護高齢者を被験者に設定し、外環境(本研究では、外環境を本人を除く本人を取り巻く空間領域の様々な状態(例えば、物、人、音、においなど)という意味で定義する)の変化を視覚・嗅覚・聴覚刺激の変化と捉え、1.外環境の変化を知覚していることを脳活動と表情より明らかにし、2.脳活動が賦活化している部位と表情の変化より要介護高齢者の感情を評価し、3.外環境-脳活動-表情という三者の関係より重度要介護高齢者の空間評価手法を検討し、4.充実させた施設環境を利用できない要介護高齢者が増加しても居住環境に配慮した高齢者施設計画を行うことの重要性を指摘することが研究機関全体の研究概要となる。行動観察調査によって行為と空間の関係を読み解き、空間評価を行うことが困難である重度要介護高齢者を対象とした研究課題である。医学系・建築系の研究者が学際的研究チームを構成し、医学・生理学的指標を用いた新たな建築空間強化手法を開発し、健康状態の重度化に対応した居住環境の在り方について検討することを目論んでいる。従来まで研究対象とすることが困難であった重度要介護高齢者を対象としており、新しい学際的研究成果が期待される。本研究の独自性は、重度要介護高齢者のための空間評価を「外環境-脳活動-表情」の関係で試みるところにある。この方法は乳幼児、障碍者のための空間評価にも応用できる汎用性がある。
コンクリート構造材料の中性化をモニタリングするための光ファイバーセンサの検討

コンクリート構造物を非破壊でその内部の中性化についてモニタリングするための手法を,光ファイバーで内部のpH変化を検知するという概念で行うことを目的とし,昨年度はフェノールフタレインを添加したPVA/四ホウ酸Naゲルを作製し,センシングモジュール部へこのゲルを詰め込むことで検討を行い,基本的な性能はほぼ達成されるものの,モルタル内でゲルが乾燥したため,ゲルの安定性を検討する必要を指摘した.そこで,本年度は,昨年度の実験をより安定的に行うさまざまな検討を行うとともに,より安定なゲルを用いた検討を行った.本ゲルは,これを保護する半透膜を工夫するとある程度寿命を延ばすことはできるものの,最終的には乾燥してしまうためモルタルごと保水する必要があった.さらに,繰り返し再現性を検討した結果,フェノールフタレインの溶出も認められた.したがって,より安定的なゲルとともにフェノールフタレイン等のpH指示薬の固定化についても,単なる添加では限界があることを見出した.そこで,フェノールフタレインのようなpH検出薬を添加するのではなく,相分離に伴う透明度の変化を利用したゲルを用いた検討を行った.一般にゲル状高分子は温度やpHなどの条件で均一相となって透明性を示したり,相分離を起こすことで不透明となったりする.ここではその性質を利用して温度を一定にすることで,pH変化を光の透過率でセンシングすることを試みた.その結果,センシングモジュールへ同ゲルを挿入してpHの変化を検出することに成功した.ただし,この場合には透過率が変わる点について,温度の影響を非常に強く受けるため,今後温度の検出および温度制御を高い精度で行うことのできるモジュールの作製が必要であることを得た.コンクリート構造物を非破壊でその内部の中性化についてモニタリングするための手法を,光ファイバーで内部のpH変化を検知するという概念で行うことを目的とし,本年度は実際に光ファイバーの一部を光軸がずれないように切断し,そこへ流し込んだ樹脂などの変色,あるいは透過光量の変化を利用する方法で検討した.この手法は樹脂あるいはFRPの化学劣化検知用として開発したものを応用しようとするものであり,コンクリート内のpHを検出するために,フェノールフタレイン添加ゲルを利用することにした.まず,PVA/四ホウ酸Naゲルを作製し,その際にフェノールフタレインを添加した.本ゲルは,コンクリートの中性化していない面に接触させると十数分で赤色に変色すること,また,いったんアルカリ溶液に浸漬して赤色に変色させたものを,コンクリートの既に中性化した面に接触させると1時間程度を必要とするが無色に変わることを見出した.さらに,VE製のセンシングモジュール部(光軸がずれないように,耐化学薬品性に優れたVE樹脂によってファイバーを固定した後,約2mmのスリットを加工した)へこのゲルを詰め込みアルカリ水溶液(pH=12.6)へ浸漬し,光ファイバーヘ可視光を通して分光分析すると550nm付近に大きな吸収が認められ,赤紫色のフェノールフタレイン特布の発色が検知される.さらにこのアルカリ溶液と中性水溶液(pH=8.6)を交互に浸漬した際には10回程度までの範囲では充分再現性があることを550nmにおける透過率測定によって得た.また,これをセメントモルタル中に埋め込んでも同様に550nmにおいて透過率の変化が見出された.ただし,長時間に及ぶと550nmにピークを持つ波長特性が減少し,全体の透過率が低下した,モルタルを割って検討するとゲルが乾燥しており,今後ゲルの安定性を検討していく必要がある.コンクリート構造物を非破壊でその内部の中性化についてモニタリングするための手法を,光ファイバーで内部のpH変化を検知するという概念で行うことを目的とし,昨年度はフェノールフタレインを添加したPVA/四ホウ酸Naゲルを作製し,センシングモジュール部へこのゲルを詰め込むことで検討を行い,基本的な性能はほぼ達成されるものの,モルタル内でゲルが乾燥したため,ゲルの安定性を検討する必要を指摘した.そこで,本年度は,昨年度の実験をより安定的に行うさまざまな検討を行うとともに,より安定なゲルを用いた検討を行った.本ゲルは,これを保護する半透膜を工夫するとある程度寿命を延ばすことはできるものの,最終的には乾燥してしまうためモルタルごと保水する必要があった.さらに,繰り返し再現性を検討した結果,フェノールフタレインの溶出も認められた.したがって,より安定的なゲルとともにフェノールフタレイン等のpH指示薬の固定化についても,単なる添加では限界があることを見出した.そこで,フェノールフタレインのようなpH検出薬を添加するのではなく,相分離に伴う透明度の変化を利用したゲルを用いた検討を行った.一般にゲル状高分子は温度やpHなどの条件で均一相となって透明性を示したり,相分離を起こすことで不透明となったりする.ここではその性質を利用して温度を一定にすることで,pH変化を光の透過率でセンシングすることを試みた.その結果,センシングモジュールへ同ゲルを挿入してpHの変化を検出することに成功した.ただし,この場合には透過率が変わる点について,温度の影響を非常に強く受けるため,今後温度の検出および温度制御を高い精度で行うことのできるモジュールの作製が必要であることを得た.
加齢変化が嗅神経細胞の産生・維持機構に及ぼす影響についての基礎的研究

対象と方法生後10日、3ヶ月、16ヶ月のICRマウスに細胞増殖マーカーであるBrdUを投与し、投与後2時間、1日、2日、3日、5日、7日、14日、28日後に各群35匹ずつ固定、鼻腔組織を摘出した。これを脱灰ののち包埋、冠状断で薄切した。切片を抗BrdU抗体および成熟嗅神経細胞の特異的マーカーである抗OMP抗体を用いて免疫2重染色し、BrdU陽性細胞の分布およびそのBrdU投与後の時間経過による変化、さらに同細胞がOMPと2重に陽性になるまでの時間経過を各年齢群で比較し、嗅神経細胞の前駆細胞の増殖能、およびこれが成熟嗅神経細胞に分化する速度を検討した。結果と考察10日齢群においてBrdU陽性細胞は次のような細胞動態を示した。まずBrdU投与後2時間ではBrdU陽性細胞は嗅上皮の基底部および最表層の支持細胞層に位置していた。投与後13日目では個々のBrdU染色がやや薄く、または核内の小顆粒状になり、陽性細胞数はやや増加した。またBrdU陽性細胞の一部がやや表層に移動したが、明らかなOMPとの2重陽性を示す細胞は確認できなかった。5日目ではOMP染色性を示すBrdU陽性細胞が出現し、7日目ではこの2重陽性細胞の数が増加した。14日目ではほとんど全てのBrdU陽性細胞がOMP陽性となったが、BrdU陽性細胞の総数は7日目に比べ大きく減少した。28日目はさらにBrdU陽性細胞数が減少していた。3ヶ月齢群、16ヶ月齢群においてはBrdU陽性細胞数が10日齢群に比べて大きく減少していたが、OMPとの2重陽性を示す細胞の出現過程については10日齢群とほぼ同様の所見であった。以上の結果よりBrdUを取り込んだ新生細胞がOMP陽性となるまでの時間経過は10日齢群と16ヶ月齢群で大きな差異は認められず、嗅神経への分化速度は加齢変化で大きな影響を受けていないことが推察される。1.加齢による嗅上皮の形態学的・免疫組織学的変化の検討実験動物として国際的に汎用されているICRマウスを用い、嗅上皮粘膜の組織構築における加齢変化について検討中である。生後10日、30日、90日、210日の各日齢マウス(雌)をそれぞれ10%中性緩衝ホルマリンで灌流固定、鼻腔を含む頭部組織を摘出し、10%EDTA液で脱灰、パラフィン包埋し光学顕微鏡観察用試料とした。現在切片作成および抗olfactory marker protein(OMP)抗体、抗GAP43抗体による免疫組織染色を施行する準備を進めている。また上記各日齢のマウスを2.5%グルタールアルデヒド+2%ホルムアルデヒド固定液で固定しエポキシ樹脂で包埋、透過型電子顕微鏡試料とした。こちらの試料に関しても現在切片作成作業を進めているところである。老齢マウス(日齢360日、540日)については現在加齢飼育中である。2.加齢変化が生理的条件下の嗅上皮の細胞動態に与える影響の検討同じくICRマウスを用い、最終分裂を終えた前駆細胞が成熟嗅神経細胞に分化する時間経過、および加齢変化がこれに及ぼす影響を検討中である。生後10日、30日、90日、210日の各日齢マウス(雌)にそれぞれ細胞増殖マーカーであるブロモデオキシウリジンを100mg/kgで腹腔内投与し、投与後2時間、1日、2日、3日、5日、7日、14日、28日後に10%中性緩衝ホルマリンで灌流固定、10%EDTAで脱灰後パラフィン包埋し免疫組織染色用試料を作成した。上記の日齢に関してはブロック作成が終了し、現在抗BrdU抗体と抗OMP抗体、および抗BrdU抗体と抗GAP43抗体による2重免疫組織染色を行う準備を進めている。

14日目ではほとんど全てのBrdU陽性細胞がOMP陽性となったが、BrdU陽性細胞の総数は7日目に比べ大きく減少した。28日目はさらにBrdU陽性細胞数が減少していた。3ヶ月齢群、16ヶ月齢群においてはBrdU陽性細胞数が10日齢群に比べて大きく減少していたが、OMPとの2重陽性を示す細胞の出現過程については10日齢群とほぼ同様の所見であった。以上の結果よりBrdUを取り込んだ新生細胞がOMP陽性となるまでの時間経過は10日齢群と16ヶ月齢群で大きな差異は認められず、嗅神経への分化速度は加齢変化で大きな影響を受けていないことが推察される。
オリゴペプチドを固定化した細胞接着性材料の分子設計

細胞接着性オリゴペプチドRGDS, REDV, EILDVを液相法により合成し,元素分析,アミノ酸分析により合成されていることを確認した.(RGDS)_nの合成に関しては,以前の手法に改良を加えることにより常に,平均重合度n=20以上のものが得られるようになった.さらには,(RGDS)_4, (RGDS)_8,(RGDS)_nおよび[(RGDS)_8K_4K_2KG]の調製を行った.これらのサンプルを用いて,細胞の伸展阻害実験を行い,画像処理を用いて解析した結果,(RGDS)_nは,RGDSと比較すると初期の段階から顕著な伸展阻害効果が見られた.(RGDS)_8および[(RGDS)_8K_4K_2KG]についても,先と同様の手法を用いて解析したところ,(RGDS)_8および[(RGDS)_8K_4K_2KG]より活性が高いことかが定量的に分かった.以上より,オリゴペプチドの繰り返し数が長くなるにつれて活性は,増大傾向にあると推測される.分子力場を用いてpoly(RGDS)構造最適化を行ったところ,最安定構造から残基当たりのエネルギー差が2kcal/mol以内に114種類の構造が得られた.poly(RGDS)の最安定構造は,右巻きα-ヘリックス構造を取っている事が分かった.この構造は,(Arg_i)CO・・・HN(Arg_<i+4>),(Arg_i)CO・・・HN^ε(Arg_<i+4>),(Gly_i)CO・・・HN(Gly_<i+4>),(Asp_i)CO・・・HN(Asp_<i+4>),(Ser_i)CO・・・HN(SeR^<i+4>),(Ser^i)CO・・・HOε(Ser_<i+4>)の6カ所で水素結合を有し安定化している事が明らかになった.さらには,α-ヘリックスが大変安定であることも明らかになった.また,Arg残基,Asp残基,Ser残基の側鎖は,それぞれヘリックスの外側を向いていた.これらアミノ酸残基の側鎖の配向が細胞接着活性に影響を及ぼしていると考えられる.以上の結果が本年度の研究で明らかになった.細胞接着性オリゴペプチドRGDS, REDV, EILDVを液相法により合成し,元素分析,アミノ酸分析により合成されていることを確認した.(RGDS)_nの合成に関しては,以前の手法に改良を加えることにより常に,平均重合度n=20以上のものが得られるようになった.さらには,(RGDS)_4, (RGDS)_8,(RGDS)_nおよび[(RGDS)_8K_4K_2KG]の調製を行った.これらのサンプルを用いて,細胞の伸展阻害実験を行い,画像処理を用いて解析した結果,(RGDS)_nは,RGDSと比較すると初期の段階から顕著な伸展阻害効果が見られた.(RGDS)_8および[(RGDS)_8K_4K_2KG]についても,先と同様の手法を用いて解析したところ,(RGDS)_8および[(RGDS)_8K_4K_2KG]より活性が高いことかが定量的に分かった.以上より,オリゴペプチドの繰り返し数が長くなるにつれて活性は,増大傾向にあると推測される.分子力場を用いてpoly(RGDS)構造最適化を行ったところ,最安定構造から残基当たりのエネルギー差が2kcal/mol以内に114種類の構造が得られた.poly(RGDS)の最安定構造は,右巻きα-ヘリックス構造を取っている事が分かった.この構造は,(Arg_i)CO・・・HN(Arg_<i+4>),(Arg_i)CO・・・HN^ε(Arg_<i+4>),(Gly_i)CO・・・HN(Gly_<i+4>),(Asp_i)CO・・・HN(Asp_<i+4>),(Ser_i)CO・・・HN(SeR^<i+4>),(Ser^i)CO・・・HOε(Ser_<i+4>)の6カ所で水素結合を有し安定化している事が明らかになった.さらには,α-ヘリックスが大変安定であることも明らかになった.また,Arg残基,Asp残基,Ser残基の側鎖は,それぞれヘリックスの外側を向いていた.これらアミノ酸残基の側鎖の配向が細胞接着活性に影響を及ぼしていると考えられる.以上の結果が本年度の研究で明らかになった.
日本と中国の地域資源をいかした都市・農村間連携モデルと持続可能コミュニティの創出

近年、社会的課題をビジネスで解決するソーシャルビジネス(社会的企業)が注目されている。本研究では、日本と中国の地域資源をいかした都市・農村連携モデルと持続可能コミュニティの創設にあたり、地域の課題解決を目指す人々の実践過程に着目し、引き続き研究を進めた。平成30年度は1文献調査として、各研究メンバーが分担して、電子データベースや関連学会会員の出版書籍、学術論文等を渉猟し、先行事例研究のサーベイと最新研究動向の把握を行った。2実地調査として、国内では伝統工芸に関する調査として京都西陣織工業組合、国外では中国広州における研究交流ならびに中国貴州省の少数民族地域を対象とした地域調査ならびにヒアリングを行った。中国貴州省における地域調査では、住民や住民組織、NGO・NPO、地方政府関係者や大学研究者等から実施し、資料収集ならびに情報整理を行った。今年度の調査においては地方政府関係者ならびに現地研究者やNPOの協力により、本研究課題である地域の課題解決と経済的自立をめざしたいくつかのモデル、非物質文化の継承、例えば、紙漉きや銀細工、芦笙の伝承やミャオ族の藍蝋染めをめぐるソーシャルビジネスとしての萌芽的取り組みについて、関係者、伝承人、村人から直接情報収集できたことを評価したい。また3研究会を8回にわたり実施することで、研究報告や実地調査の成果についての情報共有や次年度の研究計画の見直しならびに研究成果の公表等について十分な議論ができた。申請書に記載の通り、平成30年度研究実施計画に基づく研究(1文献調査、2実地調査(国内・国外))、3定例研究会)が実施できたため。なお、共同研究による成果の公表が国際学会等、海外に展開されなかった点が次年度の課題として残されている。平成30年度の課題をふまえ、引き続き、申請書に記載の通り、次年度の研究実施計画に基づき、1文献調査、2実地調査、3定例研究会を推進するとともに、研究成果の公表について関係する学会での報告、学術雑誌への投稿等、より積極的に行う。本研究では、日本と中国の地域資源をいかした都市・農村連携お出ると持続可能コミュニティの創設にあたり、地域の課題解決を目指す人々の実践課程に着目し、研究をすすめた。平成29年度は1文献調査として、各研究メンバーが分担し、公開されている電子データベースや関連学会会員の出版書籍、学術論文等を渉猟し、先行事例研究のサーベイと最新研究動向の把握を行った。2実地調査として、国内では高知県仁淀川地域、国外では中国貴州省の少数民族地域を対象とした地域調査ならびにヒアリングを住民組織、NGO・NPO、地方政府関係者や大学研究者等から実施し、資料収集ならびに情報整理を行った。なお、中国貴州省少数民族地域における実地調査については、現地研究者やNPOの協力もあり、本研究課題である地域の課題解決と経済的自立を目指したいくつかの取り組みについて、関係者ならびに村人から直接情報収集を行うことができた点を評価したい。また3定例研究会を実施し、研究報告や文献調査や実地調査の成果についての情報共有や次年度以降の研究計画の見直し等について議論した。申請書に記載の通り、平成29年度研究実施計画に基づく研究(1文献調査、2実地調査(国内・国外)、3定例研究会が実施できたため。なお研究会の定例開催を実施しなかった点が次年度の課題として残されている。平成29年度の課題(研究会の定例開催の実施)を踏まえ、引き続き、申請書に記載の通り、平成30年度の研究実施計画に基づき、1文献調査、2実地調査、3定例研究会を中心に研究を推進する。

1)平成29年度使用分について、学内手続きが間に合わなかったため、平成30年度に支出することとなった。2)平成30年度は申請計画に基づき、使用する予定である。3)今年度は年度内に会計処理が円滑にすすむように改善する。1)平成30年度使用分について、支払に残金が足りず、このまま次年度に残した。2)次年度は会計処理が円滑に進むように改善する。
抽象化に基づく類推を用いた複数領域からの知識獲得

今年度は抽象化に基づく類推を用いた複数領域からの知識獲得の実現に向けて,様々な観点から研究を進めてきた。システム理論的な観点からは,複数領域からの類推に適した表現形式を決定するために,問題解決に適した表現形式について理論的考察を試みた。これにより,連続的な類推として複数領域からの知識獲得を捉えた,複数領域からの知識獲得への拡張が期待される。認知科学的な観点からは,人間のプログラミング過程の観察の分析を行ってきた。人間の問題解決においては,複数のソースからの情報を利用して,複雑な問題を解決できる場合がある。このような場合は,単独のヒントでは理解できないが,複数のヒントが与えられれば,目標概念が認識されるような場合に相当していると考えられる。したがって,各ヒントを抽象化図式として捉えれば,新しい図式が合成でき,合成された抽象化図式を用いて新しい問題が解決できることがわかり,複数領域からの情報の合成,具体的には抽象化図式の合成を行う方法についての考察及び実験を行ってきた。抽象化図式とは,過去の経験を抽象化して記憶しておく図式であり,高階の論理式で表現される。抽象化図式の合成には,高階単一化技法を用いることによって,説明に基づいて抽象化図式の合成を行うことができた。高階単一化技法を推論に直接利用するのは,適当な制約がなければ,非効率的となる。効率化を図るには,相違性を利用することが考えられる。抽象化図式を扱う場合,例えば抽象化図式の合成には,いかに相違性を効率良く扱うかと言うことが重要であり,相違点が明確に記述されていなければ抽象化図式の利用が困難になる。逆に,相違点が容易に認識できれば,共通性を写像することは比較的容易であるとも言えるであろう。相違点を特定のクラスに限定することによって,複雑なプログラム間の類推が可能となることがわかり,相違点を限定した抽象化に基づく類推に関しての部分的な検討を試みた。
多環芳香族炭化水素類による喘息増悪への酸化ストレスの関与

越境汚染を含むPM2.5などの大気粉塵による健康影響が懸念されている。本研究では、大気粉塵に含まれる多環芳香族炭化水素類により成人慢性咳嗽(気管支喘息、咳喘息、アトピー咳)患者の咳症状が悪化することを示した。また、その影響は気管支喘息以外の患者で強かった。多環芳香族炭化水素類による咳症状への影響は、アレルギー症状の弱い患者で強いことが示唆された。大気粉塵が気管支喘息の症状を悪化させることが報告されている。本研究では、大気粉塵(特に、PM2.5)に含まれる多環芳香族炭化水素類とアレルギー疾患に強く関わっている好酸球に着目した。実際の大気粉塵中の多環芳香族炭化水素類が好酸球を刺激しスーパーオキシドを産生するか、また、どの多環芳香族炭化水素類による刺激が一番強いかを検討する。さらに、どのような機構で好酸球が活性化されるか、酸化ストレスとの関わりについて着目し、検討する。本年度は、好酸球を刺激する大気粉塵の捕集を行なった。2013年11月2014年3月にハイボリュームエアサンプラーを用いて大気粉塵の捕集を行なった。期間中、24時間、毎日大気粉塵を捕集した。大気粉塵に付着した多環芳香族炭化水素類(フルオランテン、ピレン、クリセン、ベンツ[b]フルオランテン、ベンツ[k]フルオランテン、ベンツ[a]ピレン)はジクロロメタンを用いて大気粉塵から抽出し、高速液体クロマトグラフィーを用いて分析した。今まで大気粉塵の捕集を行なってきて黄砂が多い大気粉塵は得られていたが、本年度はPM2.5の量が多い大気粉塵を捕集することが出来た。石川県では2009年からPM2.5をモニターしているが、本年度に初めてPM2.5の注意報が出された。例年に比べ、PM2.5濃度の高い日が多かった。PM2.5の高い日は、多環芳香族炭化水素類の濃度も高かった。多環芳香族炭化水素類濃度は高いがPM2.5濃度があまり高くない大気粉塵も捕集できた。大気粉塵中の多環芳香族炭化水素類の慢性咳嗽患者の症状への影響を検討した。今後の解析に用いるために、2014年46月、および、11月2015年3月まで、毎日24時間大気粉塵を捕集し、その中に含まれるた多環芳香族炭化水素類の分析を行った。また、慢性咳嗽患者や鼻茸や花粉症患者のリクルートを行い、アレルギー日記をつけてもらった。これらのデータを今まで収集してきたデータと合わせて、今後解析する。2011年1月6月の大気粉塵中多環芳香族炭化水素類(PAH)の慢性咳嗽(気管支喘息、咳喘息、アトピー咳)患者の咳症状との関連を一般化推定方程式(Generalized Estimation Equation: GEE)を用いて解析した。咳症状は、その日のうちに1度でも咳をしたら症状ありとし、症状ありかなしかで評価した。多環芳香族炭化水素類として、フルオランテン、ピレン、クリセン、ベンツ[b]フルオランテン、ベンツ[k]フルオランテン、ベンツ[a]ピレンを用いた。各PAH、または、PAHの合計を解析に用いた。慢性咳嗽患者の咳症状は、ラグ2日で、ピレン、クリセン、ベンツ[b]フルオランテン、ベンツ[k]フルオランテン、ベンツ[a]ピレンと関連していた。年齢、性、気温、湿度で補正した結果である。この結果は、気管支喘息の有無で患者を分けた場合、気管支喘息でない患者で認められた。PAHもラグ2日で、慢性咳嗽患者の咳症状に関連していた。これも、気管支喘息でない患者にのみ認められた。血中総IgE(250 IU/ml)で群分けした場合、ラグ2日で、総IgE濃度が低い群でPAHは咳症状と関連していた。血中IgE濃度が高い場合、アレルギーによる影響が強く、多環芳香族炭化水素類の影響を受けにくいことが示唆された。大気粉塵中多環芳香族炭化水素類(フルオランテン、ピレン、クリセン、ベンツ[b]フルオランテン、ベンツ[k]フルオランテン、ベンツ[a]ピレン)の成人慢性咳嗽(気管支喘息、咳喘息、アトピー咳)の咳症状への影響を検討した。統計解析は一般化推定方程式(GEE)を用いて行い、性、年齢、BMI、アトピー、喫煙状況、呼気中一酸化窒素、疾患群、曜日、気温、湿度で補正した。多環芳香族炭化水素類は、暴露2日後の慢性咳嗽患者の咳症状と有意な相関が認められた。それぞれの多環芳香族炭化水素類についても、暴露2日後の慢性咳嗽患者の咳症状と有意な相関が認められた。これらの関連は、気温、湿度、年齢、性別で補正した後も認められた。気管支喘息とそれ以外に群分けし、疾患による違いについて検討した。気管支喘息以外の群で、多環芳香族炭化水素類と慢性咳嗽患者の咳症状との有意な相関が認められた。咳喘息やアトピー咳より気管支喘息のほうがアレルギー症状が強い。多環芳香族炭化水素類による咳症状への影響は、アレルギー症状の弱い疾患で起こりやすいことが示唆された。非喫煙者と過去の喫煙者に分け、喫煙による影響を検討した。

非喫煙者群で、多環芳香族炭化水素類と慢性咳嗽患者の咳などの症状に有意な相関が認められた。タバコの煙にも多環芳香族炭化水素類が含まれている。過去の喫煙者群では、喫煙により多環芳香族炭化水素類の暴露を経験して暴露に慣れており、大気粉塵中多環芳香族炭化水素類の暴露による影響を受けにくいことが示唆された。越境汚染を含むPM2.5などの大気粉塵による健康影響が懸念されている。本研究では、大気粉塵に含まれる多環芳香族炭化水素類により成人慢性咳嗽(気管支喘息、咳喘息、アトピー咳)患者の咳症状が悪化することを示した。また、その影響は気管支喘息以外の患者で強かった。多環芳香族炭化水素類による咳症状への影響は、アレルギー症状の弱い患者で強いことが示唆された。大気粉塵の捕集と多環芳香族炭化水素類の分析は順調に進んでいる。また、一般化推定方程式を用いた解析で、多環芳香族炭化水素類が慢性咳嗽患者の咳症状に関連することを示すことができた。また、個々の多環芳香族炭化水素類も慢性咳嗽患者の咳症状に関連することも示せた。この関連は気管支喘息以外の慢性咳嗽患者で認められることも示した。また、血中総IgE濃度の低い慢性咳嗽患者の咳症状にPAHが関連することも分かり、多環芳香増炭化水素類が咳症状に影響を与えるのは、アレルギー反応の低い慢性咳嗽患者であることも示すことができた。しかし、もう1つのテーマである好酸球培養細胞を用いて、多感芳香族炭化水素類が関与するアレルギー疾患の悪化に酸化ストレスが関連することを検討する研究が進んでいない状況である。このため、やや遅れていると判断した。予防医学引き続き、大気粉塵の捕集、多環芳香族炭化水素類の分析、患者のリクルートを行う。具体的には、11月翌年6月まで、毎日24時間大気粉塵を捕集する。捕集した大気粉塵量の測定と、大気粉塵中多環芳香族炭化水素類の分析を行う。リクルートした慢性咳嗽患者や鼻茸患者や花粉症患者にアレルギー日記の記入を依頼する。ベトナムのハイフォン(Hai Phong)大学でも同様の研究を開始する予定である。今年度はその具体的な計画を立て、実行する。引き続き、2011年1月6月のデータを用いて、慢性咳嗽患者の症状と多環芳香族炭化水素類の関連を調べる。また、2014年度までのデータを全て用いて解析し、慢性咳嗽患者の症状への多環芳香族炭化水素類の影響について明らかにする。大気粉塵の捕集および多環芳香族炭化水素類の分析に時間を取られた。また、当初予定していなかった研究以外の業務に時間を取られ、好酸球を用いた実験がスタートできなかった。新しい共同大学院の立ち上げや、講義が30コマ程度あったことや、10以上の委員を受け持ったり、学術総会の事務局長など多くの仕事があり、実験計画にあった好酸球培養細胞を用いた多環芳香族炭化水素類によるアレルギー疾患の悪化に酸化ストレスが関与しているか検討する実験を行えなかったため。引き続き、大気粉塵の捕集や多環芳香族炭化水素類の分析を行なう。どの多環芳香族炭化水素類が好酸球のスーパーオキシド産生に関わるか検討する。全ての多環芳香族炭化水素類を検討することは不可能なので、米国環境保護庁の規制対象となっている16種類の多環芳香族炭化水素類を用いる。また、環境中や体内で酸化を受けて生成する水酸化体(1-ヒドロキシピレンなど)やニトロ化体(1-ニトロピレンなど)についても検討する。市販してなく必要な物質については、それぞれのPAHを酸化後、HPLCを用いて精製して調製する。好酸球培養細胞を用いて、多環芳香族炭化水素類がスーパーオキシドの産生に直接関わっているのか、プライミングに関わっているのか検討する。
O-17標識水を用いたMRIと同位体顕微鏡による中枢神経系の水動態の解明

脳内リンパ系(glymphatic system)は、脳・脊髄での水の動きに関する新しい概念である。脳内リンパ系は脳内の老廃物の排泄に関わっており、その障害はアルツハイマー病などの神経疾患の発症に関与している可能性があるが、その基本的な仕組みは未解明である。本研究では、酸素の安定同位体O-17で標識された水分子を新たな水トレーサーとして用い、MRIと同位体顕微鏡でその動きを観察することで、脳・脊髄での水の動きに関する基本的なメカニズムを明らかにする。また、アルツハイマー病などの様々な神経疾患との関連を明らかにする。
大腸癌におけるDPC4,MADR2遺伝子の異常と浸潤転移

TGF-βスーパーファミリーは細胞増殖、分化、細胞内輸送に関わる重要な細胞内シグナル伝達分子群と考えられている。そのなかの1つ、Smad分子はTGFレセプターからシグナルを受け、活性化された後、核内に移行して直接転写調節を司っている。近年この制御機構の破綻が様々な組織における腫瘍発生に関与することが注目されている。本研究ではTGF-βスーパーファミリー因子群の細胞伝達分子であるDPC4とMADR2遺伝子について、遺伝子異常および蛋白量の変化を大腸癌において検索し、発癌、浸潤および転移との関係を検討した。遺伝子異常についてRT-PCR,SSCPおよびDNA sequencingにて検討したところ、大腸癌29例中6例(20.7%)にDPC4遺伝子変異(5例point mutation,1例frame shift)が認められ、MADR2遺伝子では3例(10.3%)に遺伝子変異(point mutation)が確認された。さらに両遺伝子が位置する染色体18q21のLOH検索をMicrosatellite法にておこなったところDPC4遺伝子異常の認められた症例はすべてLOHが確認された。(informative症例)つぎにDPC4蛋白質に対するモノクローナル抗体を作成し、切除手術を施行した大腸癌64症例から原発巣および正常組織の蛋白を抽出し、Western blot法にてDPC4蛋白質の発現量を検討したところ、大腸癌組織におけるDPC4蛋白の発現量は、大腸正常粘膜と比較して有意に減少していることが認められた。DPC4蛋白量比(癌組織DPC4蛋白量/正常粘膜DPC4蛋白量)と臨床病理学的所見との検討では、肝転移陽性症例のDPC4蛋白量比は肝転移陰性症例の蛋白量比と比較して有意に減少していることが認められた。またDPC4遺伝子変異/欠損とDPC4蛋白発現量比の検討では遺伝子異常の認められた症例においてDPC4蛋白発現量比の減少は高度であった。以上よりTGF-β-DPC4シグナル経路は大腸癌の発生、転移などをはじめ、シグナル伝達解明に重要なpathwayであることが認められた。TGF-βファミリーは細胞増殖や分化の制御などに関与し,その増殖制御機構からの逸脱は各種の癌化との関連において注目されている。本研究ではTGF-βファミリー因子群の細胞内伝達分子であるDPC4とMADR2について、その遺伝子異常および蛋白量の変化を大腸癌において検索し、発癌および浸潤、転移との関係を検討した。RT-PCR、SSCPおよびDNA sequenceにて遺伝子変異を検索したところ、大腸癌25例中4例にDPC4のpoint mutationが、1例にframe shiftが確認された。MADR2では3例にpoint mutationが、1例に138bpのdeletionが認められた。さらにDCCのLOHをmicrosatellite法にて検索したところ、informativeな症例のうちDPC4に異常が見られた4例すべてにDCCのLOHがみられた。病理組織学的所見との検討ではDPC4異常例に肝転移率が有意に高いことが確認された。またDPC4に対するモノクローナル抗体を作成し、この抗体を用いたwestern blottingにて大腸粘膜、大腸癌巣でのDPC4蛋白の発現を検索した。大腸癌巣でのDPC4蛋白の発現量は大腸正常粘膜に比して有意に減少していた。

さらにDPC4蛋白量と臨床病理学的所見との検討では、肝転移陽性例での発現量は肝転移陰性例に比して有意な減少が確認された。深達度、リンパ節転移との間には有意な相関は見られなかった。以上よりDPC4の遺伝子異常およびその蛋白量の低下は大腸発癌のみならず、血行性転移にも関与することが示唆された。現在浸潤、転移への関与について、in vitroならびにin vivoにおいて検索中であります。TGF-βスーパーファミリーは細胞の増殖、分化に関わる重要な細胞内シグナル伝達分子の1つであり、その制御機構の破綻は様々な組織における腫瘍発生に関与することが注目されている。本研究ではTGF-βスーパーファミリー因子群の細胞伝達分子であるDPC4とMADR2遺伝子について、遺伝子異常および蛋白量の変化を大腸癌において検索し、発癌、浸潤および転移との関係を検討した。遺伝子異常についてRT-PCR,SSCPおよびDNA sequencingにて検討したところ、大腸癌29例中5例にDPC4遺伝子のpoint mutation、1例にframe shiftが確認され、またMADR2遺伝子では3例にpoint mutationが確認された。さらに両遺伝子が位置する染色体18q21のLOH検索をMicrosatellite法にておこなったところDPC4遺伝子異常の認められた症例はすべてLOHが確認された。つぎにDPC4蛋白質に対するモノクローナル抗体を作成し、切除手術を施行した大腸癌症例64例から原発巣および正常組織の蛋白を抽出し、Western blot法にてDPC4蛋白質の発現量を検討した。大腸癌組織におけるDPC4蛋白の発現量は、大腸正常粘膜と比較して有意に減少していることが認められた。(p<0.0001)またDPC4蛋白量比(癌組織DPC4蛋白量/正常粘膜DPC4蛋白量)と臨床病理学的所見との検討では、肝転移陰性症例でのDPC4蛋白平均発現量比は0.347、肝転移陽性症例では0.202と肝転移陽性症例におけるDPC4蛋白量比の減少が認められた。(p<0.0021)DPC4遺伝子変異/欠損とDPC4蛋白発現量比の検討では遺伝子異常の認められた症例においてDPC4蛋白発現量比の減少は高度であった。以上よりDPC4分子は大腸癌において発癌に関与するだけではなく、血行性転移にも関与することが示唆された。
両親媒性フラーレンからなる二重膜ベシクルの表面化学修飾による物性制御

私は,採用第3年度において,水溶性フラーレンからなる二重膜ベシクルの表面修飾について研究を行ってきた.高度に疎水化された種々のフラーレン分子は自己組織化し二重膜ベシクルを形成することを見出し、米国化学会誌に報告した。これらベシクルは,従来の二重膜ベシクルとは大きく異なり,その構成要素である両親媒性分子は、疎水-親水-疎水の構造を有するため、この両親媒性分子からなるベシクルは、きわめて疎水的な表面を有しておりながらも水に溶解するという特異な性質を有している.このベシクルは水中で,表面が高度に疎水的なアルキル鎖で覆われていることから,疎水性環境を呈示しているものと考えられる.そこで,種々の疎水分子をこのベシクル溶液と混合することで,これらのきわめて水溶性の低い分子が高濃度で水に溶解することが明らかとなった.さらに興味深いことに,このフラーレンベシクルは基板上に塗布可能であるほどの高い安定性を示すことが明らかとなった.フラーレンベシクル水溶液を基板上にスピンコーティングすることで,単層の均一膜を形成可能であった.原子間力顕微鏡による測定では基板上に密に詰まっているように観測されたが,高分解能走査型電子顕微鏡による測定によって,それぞれのベシクルが互いにくっつき合うことなく単分散していることが明らかとなった,これはベシクル上の疎水表面に由来するものと考えられる.さらにこの基板に対する水の接触角を測定したところ,高い撥水性を示すことが明らかとなり,新たな表面加工の手段としてのフラーレンベシクルの応用への道が拓かれた.また、これらのベシクル二重膜に対する水分子の透過性を、170 NMR法を用いて測定したところ、既存の分子二重膜の中でもっとも水を透過させにくい二分子膜であることが明らかとなった。この水の透過の過程を熱力学的に解析すると、この過程はエントロピーが障壁となっていることがわかり、エンタルピー項が支配的要因となる既存の分子二重膜への水透過とはまったく異なる機構であることが明らかとなった。以上の知見により、新規両親媒性分子である五重付加型フラーレンからなる二重膜ベシクルは、新規膜材料としての応用が期待される。私は,本年度水溶性フラーレンからなる二重膜ベシクルの表面修飾について研究を行ってきた.中でも高度にフッ素化された五重付加型フラーレンが10g/Lという高濃度で水に溶解することを見いだした.この五重付加型フラーレンは疎水-親水-疎水という構造を持つ両親媒性の分子であり,既存の親水-疎水という構造をもつ両親媒性分子とは全く異なる.さらにその親水部は大きな疎水部の間に挟まれており,非常に水和をうけにくい構造をとっていると考えられる.このように,一見して疎水的であるこの分子が高濃度で水に溶解するという現象は興味深いのみならず,従来の両親媒性分子の概念を打ち砕いたと言う点で画期的である.また,動的光散乱ならびに静的光散乱の測定によって,この五重付加型フラーレンは水中で二重膜ベシクルを形成していることが明らかとなった.加えて,そのベシクルの表面はパーフルオロオクチル鎖で高度に覆われており,このベシクルは水中でフルオラスな環境を呈示しているものと考えられる.従来,高度にフッ素化された分子の水への溶解度は極めて低いことが知られており,このようなフルオラスな環境を水中で構築することは不可能であった.このフラーレンベシクルによって作られた,水中でのフルオラスな環境は新たな分子認識場や反応場としての応用が期待される.そこで,このフラーレンベシクル水溶液に対して,パーフルオロオクタンの抽出実験を行ったところ,純水に比べて,100万倍以上もパーフルオロオクタンを水溶化可能であるということを見いだした.さらに興味深いことに,このフラーレンベシクルは基板上に塗布可能であるほどの高い安定性を示すし,なおかつ高い撥水性を示すことが明らかとなり,新たな表面加工の手段としてのフラーレンベシクルの応用への道が拓かれた.私は,本年度水溶性フルオラスフラーレンからなる二重膜ベシクルの固体基板上および溶液中での性質についての研究を行ってきた.高度にフッ素化された五重付加型フラーレンは塩基との反応の後,両親媒性を獲得することによって水溶化し,二重膜ベシクルを形成する,このベシクルは,水中でフルオラスな環境を呈示しており,その表面にフッ素化された分子を吸着し水溶化することができる.検討の結果,種々のフルオラス分子を吸着可能であり,水中の有害物質であるフロン等の吸着除去への応用が期待される.また,固体基板上で安定に存在することが,走査型電子顕微鏡によって明らかとなった.このべシクルは低い表面エネルギーを有するため,スピンコートするだけで,基板上によく分散し撥水表面を呈示する.この性質をいかした,あらたな塗布材料としての応用が期待できる.私は,採用第3年度において,水溶性フラーレンからなる二重膜ベシクルの表面修飾について研究を行ってきた.高度に疎水化された種々のフラーレン分子は自己組織化し二重膜ベシクルを形成することを見出し、米国化学会誌に報告した。

これらベシクルは,従来の二重膜ベシクルとは大きく異なり,その構成要素である両親媒性分子は、疎水-親水-疎水の構造を有するため、この両親媒性分子からなるベシクルは、きわめて疎水的な表面を有しておりながらも水に溶解するという特異な性質を有している.このベシクルは水中で,表面が高度に疎水的なアルキル鎖で覆われていることから,疎水性環境を呈示しているものと考えられる.そこで,種々の疎水分子をこのベシクル溶液と混合することで,これらのきわめて水溶性の低い分子が高濃度で水に溶解することが明らかとなった.さらに興味深いことに,このフラーレンベシクルは基板上に塗布可能であるほどの高い安定性を示すことが明らかとなった.フラーレンベシクル水溶液を基板上にスピンコーティングすることで,単層の均一膜を形成可能であった.原子間力顕微鏡による測定では基板上に密に詰まっているように観測されたが,高分解能走査型電子顕微鏡による測定によって,それぞれのベシクルが互いにくっつき合うことなく単分散していることが明らかとなった,これはベシクル上の疎水表面に由来するものと考えられる.さらにこの基板に対する水の接触角を測定したところ,高い撥水性を示すことが明らかとなり,新たな表面加工の手段としてのフラーレンベシクルの応用への道が拓かれた.また、これらのベシクル二重膜に対する水分子の透過性を、170 NMR法を用いて測定したところ、既存の分子二重膜の中でもっとも水を透過させにくい二分子膜であることが明らかとなった。この水の透過の過程を熱力学的に解析すると、この過程はエントロピーが障壁となっていることがわかり、エンタルピー項が支配的要因となる既存の分子二重膜への水透過とはまったく異なる機構であることが明らかとなった。以上の知見により、新規両親媒性分子である五重付加型フラーレンからなる二重膜ベシクルは、新規膜材料としての応用が期待される。
高等植物における異種遺伝子の直接導入法に関する研究

高等植物の異種遺伝子を導入する上で、細胞組織培養を用いない簡便な方法を開発するために、接木法を適用し実験を試みてきた。まずだいきには、すでにカナマイシン抵抗性遺伝子とノパリン合成酵素遺伝子がそのゲノム中に組み込まれたタバコ形質転換体を用い、穂木には正常な非形質転換体を用いて、メント-ル接木した。穂木の朔果より得た33000以上の自殖種子をカナマイシン硫酸100μg/mlを含む培地上でスクリ-ニングしたところ、6個体のカナマイシン抵抗性植物を得た。これらのkm抵抗性個体はその後の後代検定により、km遺伝子のその相同せんしょくき体の一方に1個だけ持つもの、2つの相同染色体にホモの状態で持つもの、及び2こ以上(5個)の独立したkm遺伝子を持つものに分類された。また、それらのうちの一変異体は、不完全なkm抵抗性を示す漏出型(leaky)変異体であり、しかも他の変異体が他のもう一つのマ-カ-であるNos活性を全て持っているにも関わらず、その活性を持っていなかった。これらの接木形質転換体、及びそれらの後代植物よりDNAをなかった。さらに、それら接木形質転換体及び後代植物からDNAを抽出して、kmおよびNos遺伝子をプロ-ブにしてSouthern blot分析をしたところ、これらがそれらのマ-カ-遺伝子を持っていることは明かであり、かつ複雑なpatternを示した。以上の事から、接木によっていす遺伝を維管束を通して導入することのできることを示したが、そのプロセスをさらに詳細に明らかにすることや、転換効率を向上させることなどがさらに求められている。高等植物における細胞・組織培養系を用いない,新しい異種遺伝子の導入法として,接木法を検討した.台木としてはすでにカナマイシン抵抗性遺伝子およびノパリン合成酵素遺伝子を持つタバコの形質転換体,穂木にはこれらの遺伝子を持たない対照のタバコ植物,トマトおよびN.glutinosaを用い,接木を行った.接木の方法は従来から行ってきたメントール法を適用した.まず,接木当代植物の穂木に台木植物の持つバクテリアの遺伝子が転移しうるか否かを調べた結果, Southern法によるカナマイシン抵抗性遺伝子やそれを含むDNA断片が量的には少ないが存在することがわかった.なお,異種,異属植物穂木については現在検討中である.次に穂木の果実に形成された自殖種子に果して台木の持つカナマイシン抵抗性形質が伝わるかどうか,すなわち種子世代を通してカナマイシン抵抗性遺伝子が伝わるかどうかを調べるため,穂木の自殖種子を10μg/mlのカナマイシン硫酸を含む1/2MS培地(寒天0.7%)で発芽させ,スクリーニングを行った.その結果, 10万以上の種子のうち70種子がカナマイシンに抵抗性を示したが,その後の順化の段階でほとんどが枯死した.わずか1個体がその後成長開花したので,そのカナマイシン抵抗性植物と台木,穂木に用いた植物との検定交雑を行っている.なお,この大量の種子のスクリーニングには本補助金によるNK式低温恒温器が大変役に立った.現在上記のカナマイシン抵抗性個体にその遺伝子が存在するかどうかをSouthern法で検討しつつあり,さらに異種,異属の穂木植物についても合わせて,分析を試みている所である.何よりも植物の維管束系を通して,合解されていない遺伝子の転移する結果が得られ,かつカナマイシン抵抗性植物の得られた意義は大きいと考えられる.カナマイシン(km)抵抗性およびノパリン合成酵素遺伝子を持つタバコに接木した正常タバコ(SR1)の〓果より得た種子をカナマイシン硫酸100μg/mlを含む1/2MS培地上で選抜したところ、32,000以上の種子より7個体のkm抵抗植物を得た。

これらのうち、3-1、9-1について自殖およびSR1との検定交雑による遺伝分析を行った所、3-1はkm抵抗性遺伝子を1個、9-1は少なくとも2個以上持っていることがわかった。しかし、3-1はそのF_2やSR1とのBF_1世代で分離比が必ずしもメンデル式分離に従わず、不安定(不規則)であった。このことはF_3やBF_2世代でも継承されていた。また9-1はF_2やBF_1世代のkm抵抗植物の80%以上の第一本葉が白化するという"漏出型"変異体であった。このように、接木によっ得られた形質転換体は、性交雑の場合とは異なり、多様な変異を有していた。さらに、もう一つの指標形質であるノパリン合成酵素についても調べた結果、3-1のF_2およびBF_1世代で抵抗性のものはノパリンも生産しており、感受性のものはそれを生産していなかった。またBF_1世代でノパリンを多量に生産する個体も得られた。しかし、9-1およびその後代は全くノパリンを生産していなかった。現在上記二つのバクテリア由来の指標形質に関して、残る5つの形質転換体の遺伝分析を行うとともに、3-1および9-1の後代についてもさらに検討を加えている。これらの遺伝分析と平行して、各形質転換体よりDNAを抽出し1km抵抗性遺伝子をプローブにしてSouthern法による分析を行っている。しかし、タバコの場合、ゲノムサイズが大きく、方法的に若干の問題を残している。前年度と別の実験区についてカナマイシン(Km)抵抗性を持つタバコに接木した正常タバコ(SR 1)からKm抵抗性の変異体、22-1を得た。この22-1の自殖及びSR 1との検定交雑による次代にはKm抵抗性個体のみが出現したので、22-1はKm抵抗性遺伝子をホモに持つ個体であったことが判った。前年度に得た7個体のKm抵抗性植物の遺伝分析を行った。これらの内6-2-1及び6-2-2は次代でKm抵抗性植物が出現しなかったので、変異体ではなかった可能性がある。6-2-3、6-2-4、6-2-5は単因子支配の分離比に適合し、1個のKm抵抗性遺伝子を持っていることが判った。3-1はG_1S_3及びG_1S_1B_1S_1世代までKm抵抗性とノパリン合成能について遺伝分析を行った。Km抵抗性のものはノパリンを合成しており、Km感受性のものはノパリンを合成していなかった。分離比はメンデル遺伝に従わず、不規則であった。9-1はG_1S_3世代のKm抵抗性の遺伝分析を行ったが、"漏出型"とKm抵抗性個体を分離する系統でも播種培地のKm濃度を上げる(300-500μg/ml)と全てが"漏出型"になった。これらの変異体についてサザンハイブリダイゼ-ションによってDNAの分析を進めている。また、β-glucuronidase(GUS)及びKm抵抗性の遺伝子を持つタバコに接木した正常タバコ(SR 1)10個体の様々な部位の組織切片を作り、組織化学的にGUSの活性を観察した。1個体の生長点と他の1個体の3つの蕾の葯及び子房の維管束でGUS活性が検出された。更に同様の実験を進めて接木当代での穂木の変化を詳しく解析すると共に、GUS活性の見られた植物から種子を取り、後代も検定している。これまでの実験で、形質転換体上に接木された非形質転換体に、形質転換体と同様な形質発現がみられた。それらの後代検定により、その遺伝的表現は一様でないものの、その中で台木から穂木へDNAが移行したとみられる現象を見いだした。これは貴重な成果である。
実用環境を模擬した磁界・機械歪の影響下における超伝導線材内局所損失の可視化

高磁界型低温レーザ顕微鏡システムによって、実用環境に近い5Tまでの高磁界下における超伝導線材内の損失発生を、μmスケールで観測する手法を確立すると共に、レーザによって誘起されるゼーベック電圧を用い、超伝導層内の欠陥ならびに結晶粒の可視化法を開発した。また、走査型SQUID磁気顕微鏡により、線材内の量子化磁束挙動ならびに局所電流の高空間分解能かつ高感度計測を実現し、さらに広い走査エリアと実用レベルの大電流印加時の電磁特性評価をターゲットとした走査型Hall素子磁気顕微鏡システムの開発によって、加工線材の特性評価技術として展開した。一連の評価により、電流を阻害する各種欠陥因子ならびに細線化をはじめとする加工の影響を明らかとし、プロセスグループとの協力の結果、面内均一性の向上と、高J_c化を実証した。臨界電流密度J_cの最高値は幅80μmの細線加工時においても5.2MA/cm^2(1cm幅線材の臨界電流値I_c=413A/cm)に達した。さらに、磁界下での機械歪特性試験装置を開発し、実用環境を模擬した、機械歪磁界下の超伝導線材の電流輸送特性をしらべ、0.01%の精度による再現性に優れた実験結果を得ると共に、希土類系高温伝導線材において、一軸引張・圧縮歪領域に亘って可逆的な特性を示すことを明らかとした。さらに、上述した電流輸送特性に関する詳細な知見を基に、通電特性を記述する筆者らの提案した物理モデルの精度を向上させ、任意の温度、磁界、機械歪環境下における線材の通電特性を記述・推定する手法を確立した。以上の成果は、超伝導線材の更なる高特性化のための基礎的評価技術を提供すると共に、加工線材をはじめとする各種機器に特化した線材開発に際して更に重要性を増すと考えられる。また、通電特性のモデリングは、今後の機器応用、産業応用の際の工業的材料としての特性把握のための基盤技術として、材料開発・評価、機器応用の両面から広範な範囲への波及効果が期待できる。本研究は、超伝導線材の実用化において重要となる、機械歪による超伝導特性低下の機構を解明し、特性向上を支援する事を目的に、実用環境を模擬した磁界、機械歪の影響下における超伝導線材内の損失発生の様子を、高空間分解能に可視化する観測手法を確立しようとするものである。平成18本年度の主な成果は次のとおりである。(1)低温に保持した状態で超伝導線材に機械歪みを印加するためのクライオスタットを設計、開発した。同クライオスタットの主な特徴は、(1)歪みの印加方式は、U字型のバネ状ステージの上に試料を固定し、ステージの歪を介して、試料に対し一軸引っ張り・圧縮歪を加える方式で、引っ張り歪みと圧縮歪みを同一の治具にて印加することが可能である、(2)超伝導線材の特性向上に伴う大電流化に対応するため、最大で500Aが印加可能な通電機構および冷却機構を有する、(3)磁界、機械歪み印加時の局所発生損失をレーザ顕微鏡法を用いて可視化するため、光学窓を有する、(4)室温空間を有する超伝導マグネットによる磁界印加が可能である、等で、これらにより磁界、機械歪み印加時の超伝導特性を詳細に調べることが可能となる。(2)超伝導線材に機械歪みを印加しない状態での超伝導特性を、広範な温度、磁界範囲に亘り明らかとした。

作製プロセスや構造の異なる複数の超伝導線材を対象に実験を行っており、これらの結果は、機械歪みの影響を議論する際の基礎データとして重要となる。平成19年度の主な研究成果は以下のとおりである。(1)昨年度開発した、超伝導線材の歪み特性試験装置を用い、最大5Tまでの外部磁界下における、一軸引張・圧縮歪印加時の超伝導特性の変化について、実験的に調べた。その結果、(1)磁界の増加に伴い、機械歪みに対する臨界電流値の減少率が高くなるが、臨界電流値が25%程度減少しても可逆的な特性が得られる。(2)実験により得られた電流-電圧特性に対してパーコレーションモデルに基づくピンニング特性の解析を行ったところ、転移磁界の機械歪み依存性を考慮することにより、任意の機械歪み率、磁界の条件下における臨界電流特性が推定可能となることを明らかとした。(2)Ni配向基材上に作製したRE123高温超伝導線材の結晶粒界構造を、レーザ走査熱電顕微鏡によって可視化すると共に、超伝導状態における磁束フロー損失の発生を低温レーザ顕微鏡によって観測したところ、試料を横切る結晶粒界に沿って損失が局所的に発生する様子を明らかとした。(3)小傾角結晶粒界の振る舞いをさらに詳細に調べるため、人為的なバイクリスタル基板上に作製した傾角を6°に制御した単一結晶粒界を用いた測定を行った。SQUID磁気顕微鏡により、粒界の電流分布の不均一性を明らかとすると共に、高磁界型低温レーザ顕微鏡により、損失分布の空間変化を測定し、外部磁界の影響下における粒界での損失発生機構を解明した。すなわち、高空間分解能計測によって、通常の四端子法によるマクロな通電特性の測定では検出不可能な、粒界部分とバルク部分での損失を分離することに成功し、磁界の増大に伴う、粒界部分のボルテックスダイナミクスの変化を明らかとした。