hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
2光子レーザー顕微鏡生体内観察による中枢神経損傷後再生の確証提示と治療法の開発

私共は、透明膜を除去した受精卵のブラストシストヘレンチウィルスを導入するという胎盤だけに特異的に外から遺伝子を導入する方法を世界に先駆けて開発した。この方法で、ETS2, Mapk14, Mapk1遺伝子欠損による胎盤機能不全性の胎児致死性を、胎盤への遺伝子導入でレスキュー出来ることを示した。この方法は、胎盤不全疾患の遺伝子治療の実用化に道を拓いた点、および、脳内の特別の細胞のみに特異的に遺伝子導入することに応用可能である点において、この論文は画期的である(Nature Biotechnol.誌に発表)。また、神経シナプスにおいて、新しく発見された細胞接着分子、Arcadlinが、TAOベータやMAPキナーゼを介するN-カドヘリンのエンドサイトーシスを誘導することによって、樹上突起スパインの数を制御することを明らかにした(Neuron誌に発表)。水チャネルであるアクアポリン4は主として脳に発現し、小脳浮腫などの治療の標的分子となることが知られている。このアクアポリン4の2次元結晶構造解析を行い、スプライシングバリアントの違いにより、オーソゴナルアレイと呼ばれる膜構造の大きさに違いがあることを見出し、かつ細胞接着分子のように細胞外領域同士で結合することを世界で初めて見出し(J. Mol. Chem.誌に発表)。神経成長因子放出に関与する蛋白質であるCAPS2を欠失したマウスにおいて、小脳の発達と機能が障害され,しかも形態形成障害が、小脳の小葉のVIからVIIに局在化していることを発見した(J. Neurosci.誌に発表)。脳・脊髄損傷の血管病変のモデルとして、細菌細胞膜のリポポリサッカライド(LPS)の腹腔内投与によって脳血管内に血栓を惹起する血栓形成モデルをマウスで作成した。生体内のほぼすべての細胞が蛍光蛋白質GFPを発現しているトランスジェニックマウスにLPSで血栓形成を惹起し、経時的に2光子レーザー顕微鏡で観察した。その結果、(1)生きたままのGFPトランスジェニックマウスの正常の脳では、毛細血管、動脈および静脈の内皮細胞と平滑筋細胞が、またグリア細胞の細胞体と突起が明瞭に識別できた。(2)蛍光色素であるスルホローダミン101溶液をくも膜に滴下すると、滴下後60120分の間で、グリア細胞の細胞体と突起が明瞭に識別できた。(3)血管内を流れる赤血球と白血球も、1コマを速く撮影すると(毎秒16コマ)、血管内をスムーズに流れており、血管壁には接着していないことが観察できた。(4)脳の太い血管が、動脈か、静脈かは、血管内を流れる血球の向きで、枝分かれの末梢側に向かって流れる管は動脈、枝分かれの中枢側に向かって流れる管は静脈と判断された。(5)LPSによって血栓を形成させた血栓形成モデルでは、LPS投与後1日目では、脳血管の内皮細胞に白血球や血小板が接着し、血栓が形成されていた。血栓の大きさは、血管の長軸に沿った長さが50100ミクロンのものが多く、しかも血管を不完全に閉塞するものが多かった。血管を不完全に閉塞した血栓では、時に血栓の一部が崩落して、塞栓が末梢血管へ飛んでゆく像が捉えられた。今後は、血栓形成促進因子と線溶系の因子の効果を、in vivoで検討してゆく計画である。私共は,透明膜を除去した受精卵のブラストシストヘレンチウィルスを導入するという胎盤だけに特異的に外から遺伝子を導入する方法を世界に先駆けて開発した。この方法で,ETS21,Mapk14,Mapk1遺伝子欠損による胎盤機能不全性の胎児致死性を,胎盤への遺伝子導入でレスキュー出来ることを示した。

この方法は,胎盤不全疾患の遺伝子治療の実用化に道を拓いた点,および,脳内の特別の細胞のみに特異的に遺伝子導入することに応用可能である点において,この論文は画期的である(Nature Biotechnol誌に発表)。また,神経シナプスにおいて,新しく発見された細胞接着分子,Arcadlinが,TAOベータやMAPキナーゼを介するN-カドヘリンのエンドサイトーシスを誘導することによって,樹上突起スパインの数を制御することを明らかにした(Neuron誌に発表)。水チャネルであるアクアポリン4は主として脳に発現し,小脳浮腫などの治療の標的分子となることが知られている。このアクアポリン4の2次元結晶構造解析を行い,スプライシングバリアントの違いにより,オーソゴナルアレイと呼ばれる膜構造の大きさに違いがあることを見出し,かつ細胞接着分子のように細胞外領域同士で結合することを世界で始めて見出した(J.Mol.Chem誌に発表)。神経成長因子放出に関与する蛋白質であるCAPS2を欠失したマウスにおいて,小脳の発達と機能が障害され,しかも形態形成障害が,小脳の小葉のVIからVIIに局在化していることを発見した(J.Neurosci.誌に発表)。
若年期に直面した労働市場の需給状況と各世代の出生率・婚姻率の実証分析

日本において若年期に直面した労働市場の需給状況が各世代の家族形成行動にどう影響するのかを検証する。具体的には学卒年と、出生行動観察年の前年の、地域別失業率が出生率や結婚率に与えた影響を推計する。主な結果は以下の通り。学卒時に不況を経験した高卒女性は子供を持たない確率が高まり結婚が遅くなりがちである。逆に、短大・高専卒以上の学歴を持つ女性にとっては、不況はむしろ出生率を高める効果を持つ。結果として経済全体でみた労働需給と出生率の関係は弱い。本研究の目的は若年期に直面した労働市場の需給状況が各世代の出生率・婚姻率に与える影響を長期的な視点から実証的に把握することである。具体的には、日本では学卒時の労働市場の需給状況が賃金や雇用の安定度に半永久的に影響するという先行研究の成果を利用して、労働市場における一時的なショックと永続的なショックの影響を区別した。また、地域間の労働需給変動の差を利用して厳密にトレンドをコントロールし、より正確な推定を試みた。具体的にはまず、人口動態統計と国勢調査の公刊データを用いて、居住都道府県×生年で定義したコーホートの擬似パネルデータを作成して、既婚率の分析を行った。並行して、統計法第33条の適用を受けて就業構造基本調査の個票データの申請をし、そのデータを用いて、子供の年齢から出産のタイミングを逆算することで、かなり大きなサンプルサイズで出産行動の分析をすることを可能とした。主な結果は以下の通り1若年期に不況を経験した世代は、結婚年齢が若干遅れる傾向がある2高校卒業時の不況は、大学に進学しなかった女性の出産を遅らせる傾向がある3逆に短大・大学卒業時の不況は女性の出産を早める効果がある4平均すると、景気循環と出生率の間に有意な相関は見られない、少なくとも景気後退が少子化の主因であるとする見方は支持されない。5ここから導かれる重要な政策的含意としては、雇用対策と少子化対策は切り離して考えるべきであるということが挙げられる。こうした分析結果を学術論文の形にまとめて査読誌へ投稿、一部は現在審査中である。また、一般向けの講演会や雑誌のコラムなどでも紹介した。
構造特性に着目した自然堆積砂レキ地盤の力学的特性に関する基礎的研究

構造特性に着目して、自然堆積砂礫地盤の強度・変形特性、支持力・破壊特性を明らかにすることを目的として、自然堆積砂不撹乱試料の力学試験、また自然堆積砂地盤上で実施された現場載荷試験との荷重-沈下挙動、破壊形状についての直接比較を、遠心模型実験装置を用いた不撹乱試料による縮尺模型実験により行った。さらに、撹乱試料を用いた支持力遠心実験も行い、自然堆積砂礫地盤の支持力係数の寸法効果について考察した。本研究より得られた主な知見は、以下のようになる。1.実験を行った自然堆積砂には、応力-ひずみ関係、強度について拘束圧依存性があり、高圧下では粒子破砕を示すことが明らかにされた。2.遠心模型実験は、現場載荷試験の初期地盤反力係数を小さく見積り、塑性変形量を過大に評価したが、降伏支持力を15%以内の精度で、安全側の値として近似することができた。3.破壊メカニズムについては、現場試験・遠心実験との間に定性的一致が見られた。また、遠心実験の破壊形状は、現場試験と同様に明瞭な主働くさびを形成せず、現場試験で観察されたせん断層は、遠心実験の破壊断面からは確認されなかった。4.遠心実験は、現場試験に比べると強度の発現が遅く、変形量が大きく出る結果となり、これはこれまで行われたシラス、スコリアの直接比較の観察結果と同様となった。5.不撹乱試料の支持力係数の寸法効果には、内部摩擦角の拘束圧依存性に加えて粘着力も影響していることが示唆された。
スポロゾイト特異的ロプトリー蛋白質欠損原虫作出によるマラリアの宿主侵入機構の解析

マラリア原虫の標的細胞侵入の分子基盤を解明することを目的とし、先端部小器官「ロプトリー」に着目しその貯蔵タンパク質の機能解析を試みた。始めに、スポロゾイトで発現しているロプトリー分子の同定を行い、スポロゾイトの新規ロプトリー分子を8つ同定できた。これらの機能解析を行う為に、プロモーター置換によるスポロゾイト期特異的遺伝子発現抑制原虫の作製法を開発した。さらに、このシステムを用いることでRON2が蚊の唾液腺侵入に重要な役割を担うことを明らかにした。マラリア原虫の生活環において、スポロゾイトは肝細胞に、メロゾイトは赤血球にそれぞれ寄生胞を形成して侵入し寄生する。この2つの侵入ステージ原虫のみが先端部にロプトリーと呼ばれる先端部小器官を有する事から、その貯蔵分泌タンパク質の細胞寄生への関与が推測される。実際、メロゾイトのロプトリー分子のいくつかは、赤血球侵入時に形成される足場(ムービングジャンクション)に局在する事から、侵入への関与が強く示唆されてきた。一方、スポロゾイトが標的細胞に侵入する分子機構、特にロプトリーに局在する分子の解析は全く進んでいない。我々はスポロゾイトが標的細胞に侵入する際にもメロゾイトと同様にロプトリーが重要な役割を担っているのではないかと考え、昨年度はスポロゾイトのロプトリー分子の同定を試みた。その結果、スポロゾイトのロプトリーに局在する分子を8個見出した。本年度は、我々のグループで開発したプロモーターを置換することによりスポロゾイト時期特異的に標的分子の発現を抑制する方法を用いて、スポロゾイトのロプトリーへの局在が確認された分子の性状・機能解析を試みた。作製した遺伝子改変原虫を蚊に感染させ、スポロゾイトの形成能・運動能・唾液腺への侵入効率、更にスポロゾイトをネズミに静脈投与して肝細胞への侵入効率を評価した。その結果、唾液腺の侵入に関与する分子、肝細胞感染に関与する分子群が見出された。これらの結果からロプトリータンパク質群が役割分担して細胞侵入メカニズムを担っている可能性が示唆された。本研究はスポロゾイトのロプトリー分子を同定しその機能を解析することを目的としており、これまでにスポロゾイトのロプトリーに局在する分子を8個同定することに成功している。昨年度からは我々のグループで開発しているスポロゾイト期特異的に遺伝子発現を抑制する遺伝子組換え原虫(以下cKD原虫)作製法を用いて、これらの分子の機能解析を試みており、今年度も継続して行った。cKD原虫の作製は、標的分子のプロモーター領域を赤血球期には遺伝子発現し、スポロゾイト期には発現しない発現プロファイルを持つ遺伝子のプロモーター領域に置換することにより行った。昨年度はトランスクリプトームデータベースから、該当する発現プロファイルを持つ候補遺伝子を1つ選択し、標的分子のプロモーターを選択した候補遺伝子のものと置換したcKD原虫を作製した。作製したcKD原虫の赤血球期・スポロゾイト期における遺伝子発現及びタンパク質発現を解析した結果、スポロゾイト期で一定の発現抑制効果は認められたが、十分な抑制ではなかった。今年度は、より効果的な発現抑制を達成するために、プロモーターを置換する候補分子の再検討を行った。トランスクリプトームデータベースから更に12個の分子を選択し、まずはRT-PCRで遺伝子発現プロファイルを検証した。その結果、昨年度用いた候補分子は非常に低レベルではあるがスポロゾイト期においても転写している事が明らかとなった。新たに追加した12個の候補分子の内、スポロゾイト期で転写が認められない3個の分子を新たに見いだした。これらの候補分子のプロモーター領域を標的分子のプロモーター領域と置換したcKD原虫を作製し、赤血球期・スポロゾイト期における遺伝子発現・タンパク質発現を解析した。その結果、1つの候補分子で効果的なスポロゾイト期特異的な発現抑制が認められ、cKD原虫を用いた機能解析の準備が整った。一方、スポロゾイトが肝細胞に侵入する分子機構、特にロプトリーに局在する分子の解析は全く進んでいない。本年度はスポロゾイトのロプトリー分子の同定を試みた。まずは、スポロゾイトで遺伝子発現しているロプトリー分子の探索をRT-PCR法で行った。蚊の唾液腺から回収した成熟したスポロゾイトを用いた場合、解析した12個のロプトリー分子の遺伝子発現は見られなかった。

一方、蚊の中腸内のオーシストステージ(中腸スポロゾイト)について解析を行ったところ、12個全てのロプトリー分子の遺伝子発現が認められた。以上の結果から、ロプトリー分子の遺伝子発現はスポロゾイト形成過程に特異的に起こる事が明らかとなった。更に、これらのロプトリー分子のタンパク質の発現と局在解析を行った。タンパク質の発現と局在解析の為に、10個のロプトリー分子についてはC末端にc-mycタグを融合した遺伝子組換え原虫を作製し抗c-myc抗体を用いて解析を行った。2個のロプトリー分子についてはC末端にGPIアンカーを持つことからタグを用いた解析は困難と予測されたので、特異抗体を作製し解析に用いた。ウエスタンブロッティング法により複数のロプトリータンパク質が実際にスポロゾイトにおいて発現している事、蛍光抗体法・免疫電子顕微鏡法により、これらのロプトリータンパク質がスポロゾイトのロプトリーに局在している事を見いだした。本研究はスポロゾイトのロプトリー分子を同定し、その機能を解析することを目的としている。当初の研究計画は二年間の予定であり、本年度で終了予定であったが、一年間延長することとした。遅延の原因は研究当初に予定していた方法が、技術的な問題により実施不可能であることが判明した為である。本研究は対象とする分子が多い為、タンパク質の発現・局在解析をc-mycタグを付加した遺伝子組換えマラリア原虫を作製し、抗c-myc抗体を用いることにより効率的に行った。その結果、スポロゾイトのロプトリーに局在する分子8個の同定に成功した。当初の計画ではこれらの分子の性状・機能解析を行う為に、c-mycタグを付加した改変原虫のプロモーター領域を更に置換することにより(2重変異体の作製)スポロゾイト時期特異的遺伝子発現抑制原虫を作製し、抗c-myc抗体を用いてその発現抑制効果を評価する予定であった。しかし、2重変異体の作製が技術的問題により困難であることが判明した。その為、当初の計画を変更し、野生型原虫のプロモーター領域を置換する事により標的分子の発現を抑制し、その効果を特異抗体を用いて評価する方法に変更した。当初の計画ではc-myc抗体を用いて効率的に研究を推進する予定であったが、各分子に対する特異抗体を作製し解析に用いる方法に変更した為、計画に遅延が生じた。遅延はあるものの、研究成果は順調にえられているので、継続して研究を進めていきたい。本年度は、スポロゾイトのロプトリー分子を同定することを目的として研究を行った。RT-PCRを用いた遺伝子発現解析により12個のロプトリー分子の転写が中腸スポロゾイトにおいて特異的に起こっている事を新たに見いだした。これまでにスポロゾイトのロプトリー分子は明らかにされてこなかったが、その理由は多くの研究者は唾液腺スポロゾイトを遺伝子発現解析に用いていた為だと推測される。実際に我々の研究でも唾液腺スポロゾイトにおいてはロプトリー分子の転写は認められなかった。本研究では中腸スポロゾイトと唾液腺スポロゾイトの両方を用いてスポロゾイト形成過程から成熟するまで経時的に遺伝子発現解析を行った事により、これまで捉えることができなかったスポロゾイトにおけるロプトリー分子の転写を捉えることに成功した。次に12個のロプトリー分子のタンパク質の発現と局在解析を行った。
アニオンに対する協同的な認識を利用した超分子ポリマーの構築

非環状型認識素子(レセプター)は、環状構造と比べて特定のゲスト種に対する会合能や選択性が低下するものの、柔軟な骨格構造を利用した、外部刺激による形状制御が可能となる。π共役系複素環であるピロール環は生体色素クロロフィルやヘムなどの構成要素であるが、その窒素部位が水素結合供与体NHおよび受容体Nとして機能する二面性を有することから、われわれは非環状型ピロール誘導体の柔軟な骨格構造を基盤とした、ゲスト種(アニオンや金属イオン)に対する効果的な錯形成挙動の発現や超分子ナノ組織体の構築を実現した(J.Am.Chem.Soc. 2006, Chem.Asian J. 2007, Chem.Commun. 2007, Chem.Eur.J. 2007)。非環状型ピロール誘導体とアニオンの相互作用による超分子構造やナノマテリアル形成に関してはこれまでほとんど報告例がなかった。われわれは平面性を有する非環状型π共役系オリゴマーを新たに合成し、2個のピロール環の「反転」にともなうNHと架橋CHを相互作用部位としたアニオンとの1:1錯体の形成や、アニオン種に依存する色彩や蛍光変化が観測された。種々の置換基を有するレセプターのアニオン認識挙動を検証し、理論計算の予測もふまえ、錯形成能には予備組織化構造の安定性、誘起効果によるNH部位の分極、静電反発、立体障害などが複雑に起因することを明らかにした(Inorg.Chem. 2006, J.Org.Chem. 2007)。側鎖に芳香環を導入し、π共役の伸張や、o-CH部位が相互作用部位としてふるまうことを各種分光法によって見いだした。さらに、長鎖アルキル基の導入によって炭化水素溶媒で超分子ゲルを形成し、そのアニオン応答性の発現を明らかにした(投稿中)。ピロール環窒素部位における非共有結合性相互作用を利用することによって、多様な機能性素材や超分子組織体の構築に挑戦している(Chem.Lett.2005,Pure Appl.Chem.2006,および投稿中)。非環状型オリゴピロールの機能性の探究は端緒についたばかりであり、種々のピロール誘導体とマロニルクロライドから1,3-ジピロリル-1,3-プロパンジオンを新たに合成し、その誘導体のアニオン認識能を検証した。プロパンジオン誘導体は、いずれもBF_3-OEt_2を用いることによってジケトン部位でのBF_2錯体を良い収率で与えた。この蛍光性色素分子は、2個のNH部位だけでなく、架橋位のCH部位を用いてアニオンと相互作用することが、^1H NMRの化学シフト変化から明らかとなった(Chem.Eur.J.2005)。さらに、相互作用部位を欠損したBF_2錯体誘導体のアニオン認識挙動から、CHが「補助的な」相互作用部位として不可欠であることが示された(J.Org.Chem.2006)。BF_2錯体はCH_2Cl_2中において種々のアニオン、特にCH_3CO_2^-に対して効果的な錯形成能を示すことが、Bu_4N^+塩添加に伴うUV/vis吸収スペクトルの変化からも示唆された。β-無置換型はF-添加、β-F置換型の場合はF-およびCH_3CO_2^-、H_2PO_4^-添加によって蛍光消光が見られた。さらに、いずれの誘導体もCl^-を相互作用部位で架橋した1次元超分子ネットワークを構築することがX線構造解析で示された。BF_2錯体はCH_3CO_2^-に対して高い会合能を示すことから、生体アニオンであるアミノ酸との錯化挙動を検証した。L-フェニルアラニンBu_4N塩の添加に伴うUV/vis吸収スペクトル変化が観測され、さらに、円二色性(CD)スペクトルではL体とD体における逆のコットン効果が示された(投稿中)。側鎖に芳香環を導入し、π共役の伸張や、o-

CH部位が相互作用部位としてふるまうことを各種分光法によって見いだした。さらに、長鎖アルキル基の導入によって炭化水素溶媒で超分子ゲルを形成し、そのアニオン応答性の発現を明らかにした(投稿中)。
高速高精度な三次元無拘束ダイナミック情報取得・提示システムに関する研究

本研究の目的は,適切な校正手法を用いた計測システムの高精度化ならびに安定的なトラッキングなどを実現し,それらの要素技術に基づく高速な情報の取得・提示システムを構築し,既存の物体や環境を動的対象でも高機能なインターフェースの道具として扱えるようにすることである.本年度は特に,安定的トラッキングによる投影技術の更なる評価と,各種カメラ校正技術の更なる開発・評価を行った.1つ目の研究成果としては,高速光軸制御系における再帰照明系(再帰性反射背景と同軸落射照明)を利用した照明変動に頑健なトラッキング手法による,ダイナミックプロジェクションマッピング(DPM)技術「るみぺん2」である.本年度は特に1,000fpsの高速プロジェクタ・カメラ系との対比として,対象の姿勢推定処理も含めた場合の投影性能を確認した.対象の姿勢・形状に合わせた投影において,プロジェクタのレイテンシが一番の課題であり,高速光軸制御系によるDPMにおいて低レイテンシであれば低フレームレート(60fpsなど)でも充分なことを示唆する結果を示した.2つ目は,運動物体の継続的高解像度三次元計測に必要な,高速光軸制御系・カメラ系の校正手法である.本年度はサブピクセルという充分な性能の達成,そしてステレオ系による高い三次元計測精度を評価・確認した.3つ目は,マルチカメラ系のカメラ校正に有用な,フラクタル校正パターンである.本年度は,撮影の継続性の更なる向上に向けた,望遠カメラを搭載した高速光軸制御系と広角カメラによる協調システムを例に挙げ,この大きくズーム倍率の異なるマルチカメラ系のカメラ校正が容易に達成できることを示した.以上の高速光軸制御系に関する様々な要素技術を開発・評価して有効性を確認し,高速な情報の取得・提示システムを実現した.28年度が最終年度であるため、記入しない。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では,既存の環境や物体を動くものでも高機能なヒューマンインターフェースの道具とすることを目指し,高速情報取得システムの高精度化・安定化およびそれに基づく三次元的な情報提示の開発・実現を行っている.本年度は特に,映像投影下における対象のトラッキング安定性向上と空中超音波触覚ディスプレイ・高速光軸制御系の校正による高精度化に関する研究に取り組んだ.1つ目の研究成果として,高速カメラとプロジェクタの光軸を一致させ,駆動鏡面によりその光軸を高速制御する系に対し,再帰性反射背景の導入を提案した.カメラ画角全体に相当する範囲に低照度落射照明を投影すると,トラッキング対象表面での拡散反射と比較して背景では再帰性反射によって投影光の大部分がカメラに直接戻ってくるため,明るい背景の中の暗い物体という簡単な認識で,投影内容や環境の照明条件にロバストなトラッキングを実現した.本提案技術により高速な動物体に対するプロジェクションマッピングや三次元計測のための構造化照明法が可能となり,幅広い応用が可能となる.2つ目は,空中超音波触覚ディスプレイ・カメラ系の校正として,FTIRと呼ばれる光の全反射阻害現象を利用し,空間中の任意の三次元焦点位置における触覚刺激となる音響放射圧を可視化する手法を提案した.アクリル板上の適度な凹凸を含む膜への加圧部がFTIRにより輝点として直接観測可能となり,特定の焦点パターンにより校正が可能となる.人手による主観的な手法や単一マイクを利用した手法と比較して,単一焦点の二次元的な探索が可能であり,高速情報取得装置と触覚情報提示装置の簡便かつ高精度な校正が可能となった.3つ目は,駆動鏡面による高速光軸制御系・カメラ系の校正として,ミラーの厚みを考慮して更なる高精度化を図れることを把握した.今後は望遠時の浅い被写界深度に対する適切な光学系の扱い方などを摸索する予定である.本研究の目的は,計測システムの校正による高精度化・安定したトラッキング等を実現することで,高速な情報の取得・提示システムを構築し,既存の物体や環境を動体でも高機能なインターフェースの道具とすることである.本年度は特に,前年度に開発した映像投影下における対象のトラッキング性能向上技術の成熟と,高速トラッキングに利用するミラー駆動式の高速光軸制御系の校正技術の確立,そして大域的な位置合わせとしてのカメラ校正技術の開発を行った.1つ目の研究成果としては前年度に開発した,再帰性反射背景を利用した照明条件に頑健な高速光軸制御による高速トラッキング技術「るみぺん2」の成熟がある.動体へ映像がずれないダイナミックプロジェクションマッピングが可能となる技術で,優れたコンテンツ技術として経済産業省「Innovative Technologies 2015」に採択され,対応した展示会である「デジタルコンテンツEXPO 2015」などを通して本技術の有用性・更なる課題を確認した.また,人間機械協調システムの一例となる,人間に必ず勝つ「じゃんけんロボット」において広範囲での人間の手の形の認識にも利用し,本トラッキング技術の有用性を確認した.2つ目は,運動体の高精度な三次元計測に必要な,駆動鏡面による高速視線制御系・カメラ系の校正手法である.数学的な視線モデルも含め,再帰性反射校正器具を利用して被写界深度を増大させることで,広い視線範囲で高精度な校正を可能とする手法を開発した.3つ目は,望遠・広角カメラを同時に利用するシステムを構築する際に有用な,フラクタル構造を利用したカメラ校正パターンを開発した.高速光軸制御系のような望遠なカメラを実応用する際に役立つ校正技術となる.「安定したトラッキング」に関しては展示会への出展や他のアプリケーションへの転用など,十分にその性能・有用性を示しており,当初の想定以上に進展した成果と考えられる.

「校正による高精度化」に関しては,再帰性反射校正器具を利用した新しく手法を追加して,高い精度で校正可能なことを確認しており,校正技術的に十分な成熟により校正後の応用への下地が整ったと言える.また,校正に関しては更に新しく,システムの簡便な構築に有用なカメラ校正パターンを提案しており,高精度化に向けた校正技術の成熟は順調に進んでいる.以上を総合的に踏まえると,現在までの達成度としては当初の計画以上に進展していると考えられる.本研究の目的は,適切な校正手法を用いた計測システムの高精度化ならびに安定的なトラッキングなどを実現し,それらの要素技術に基づく高速な情報の取得・提示システムを構築し,既存の物体や環境を動的対象でも高機能なインターフェースの道具として扱えるようにすることである.本年度は特に,安定的トラッキングによる投影技術の更なる評価と,各種カメラ校正技術の更なる開発・評価を行った.1つ目の研究成果としては,高速光軸制御系における再帰照明系(再帰性反射背景と同軸落射照明)を利用した照明変動に頑健なトラッキング手法による,ダイナミックプロジェクションマッピング(DPM)技術「るみぺん2」である.本年度は特に1,000fpsの高速プロジェクタ・カメラ系との対比として,対象の姿勢推定処理も含めた場合の投影性能を確認した.対象の姿勢・形状に合わせた投影において,プロジェクタのレイテンシが一番の課題であり,高速光軸制御系によるDPMにおいて低レイテンシであれば低フレームレート(60fpsなど)でも充分なことを示唆する結果を示した.2つ目は,運動物体の継続的高解像度三次元計測に必要な,高速光軸制御系・カメラ系の校正手法である.本年度はサブピクセルという充分な性能の達成,そしてステレオ系による高い三次元計測精度を評価・確認した.3つ目は,マルチカメラ系のカメラ校正に有用な,フラクタル校正パターンである.本年度は,撮影の継続性の更なる向上に向けた,望遠カメラを搭載した高速光軸制御系と広角カメラによる協調システムを例に挙げ,この大きくズーム倍率の異なるマルチカメラ系のカメラ校正が容易に達成できることを示した.以上の高速光軸制御系に関する様々な要素技術を開発・評価して有効性を確認し,高速な情報の取得・提示システムを実現した.「安定的なトラッキング」に関して当初は同軸ステレオという異なる解決法を考えており,システムの設計・試作,そしてアルゴリズム開発まで含め2年は必要であると想定した.しかし望遠時における浅い被写界深度により同軸ステレオという系が上手く機能しないと判断し,再帰性反射背景という手法に切り替えたが,明るい背景の中の暗い対象に対する二値化処理という非常に簡単なアルゴリズムにより映像投影下における安定的なトラッキングが達成されたため,想定以上の研究の進展があった.「高精度化」に向けた各校正手法に関しては,問題点の抽出が順調に進んでおり,空中超音波触覚ディスプレイ・高速光軸制御系双方を通じて光学系の適切な取り扱いが大局的な解決方針であると理解している.そのため高精度化に関する研究は順調に進んでおり,今後より一層校正手法を成熟させていくことを考えている.以上を総合的に踏まえ,現在までの達成度は当初の計画以上に進展していると考えている.3年目においては,まず新しく提案したカメラ校正パターンを技術的に成熟させることを考えている.
急性肺障害・ADRSの発症及び治癒機転におけるアポトーシスの役割

急性肺傷害・ARDSにおいて、好中球及びマクロファージが重要な役割を果たしているのは明らかであるが、急性肺傷害が発症する機転や遷延する機序は、不明な点が多い。急性肺傷害・ARDSの発症・遷延には、アポトーシスの制御の破錠が関連しているという仮説で実験を進めた。過去の実験において、Fas/FasLの過剰な発現が、肺傷害の一因となっていることを明らかにしてきたが、lprマウス・gldマウスの同モデルにおいて、肺傷害はむしろ強くなった。肺胞に遊走した活性化好中球のアポトーシスの遅延を認め、それが大きな原因であると考えられた。肺傷害の制御には単純にFas/FasL系を抑制しても無効であり、時期によって肺傷害に促進的に働く場合と、炎症を終結させることにより抑制的に働く場合があると推定された。平成15年度は、IL10投与の効果をまず実験した。IL10投与は、他のショックモデルにおいて、臓器傷害を抑制することが報告されているが、本実験系においても、肺傷害は抑制された。しかし、それはアポトーシスの抑制によるものではなかった。次に、caspase阻害薬を時期を変えて投与し、そのアポトーシス抑制効果、肺傷害抑制効果を実験した。心筋梗塞モデルなどにおいて、caspase阻害薬により、臓器傷害改善効果があると報告されているが、それとは異なり、肺傷害抑制効果はあまりなかった。去年の推定通り、アポトーシスは炎症終結に関しても大きな役割を果たしており、それを阻害することにより、炎症の遷延を招く等の機序により、アポトーシス抑制が、全て臓器傷害に結びつくものではないと、推定された。今後、どの時期に、どのようなアポトーシス抑制が、臓器傷害抑制をもたらすかが検討課題である。急性肺障害・ARDSは、未だ致死率が高く、病態も不明な点が多く、特異的な治療法が確立していないのが現状であり、その成因を明らかにし、有効な治療法を見出すことが急務である。急性肺障害・ARDSにおいて、好中球及びマクロファージが重要な役割を果たしているのは明らかであるが、急性肺障害が発症する機転や遷延する機序は、不明な点が多い。急性肺障害・ARDSの発症・遷延には、アポトーシスの制御の破綻が関連しているという仮説で実験を進めた。過去の実験において、Fas/FasLの過剰な発現が、肺障害の一因となっていることを明らかにしてきたが、マウスのLPS気管内投与モデル急性肺障害において、肺胞洗浄液及び血中からsFasLが高値であることを新たに確認し、Fas/FasL系の関与を確認した。1prマウス・gldマウスの同モデルにおいて、肺障害はむしろ強くなった。肺障害の制御には単純にFas/FasL系を抑制しても無効であり、時期によって肺障害に促進的に働く場合と、炎症を終結させることにより抑制的に働く場合があると推定された。平成15年度は当初の予定通り、wild typeとの差異の解析、各種抗体(抗Fas抗体・抗MIP2抗体など)や各種サイトカイン(IL10など)及びアポトーシスを阻止するcaspase阻害薬を、時期を変えて投与し、その反応差異を解析することにより、急性期から後期におけるそれぞれの段階でのアポトーシスの役割を明らかにする。その結果により、それぞれの時期における制御法を見出し、治療法を見出すことを目標とする。
デジタル・サブトラクション法による、嚢胞壁中の免疫学的検討

本年度、筆者は、嚢胞の開窓術後の経時的骨変化を客観的に判定することを目的として、オルソパントモX線写真のデジタル・サブトラクションを行った、また嚢胞壁中のIL-6、IL-8を、デジタル・サブトラクションによる分析と比較するための資料として採取した。研究対象は、非感染性の歯原性角化嚢胞の4例であり、部位は下顎臼歯部とした。デジタル・サブトラクションによる分析のための資料は、上記の4症例の術前と術後1ヶ月間隔に撮影されたオルソパントモX線写真を用いた。IL-6とIL-8の測定資料として、開窓術の術中と術後の閉鎖時に採取された嚢胞壁の一部を凍結保存した。デジタル・サブトラクションによる合成画像は白色から黒色まで、骨の変化により種々の濃淡を示す。正常の顎骨骨体部は灰色として認められる。白く表現される部位は骨の再生の起こった部位を示し、黒く表現される部位は骨の吸収が進行した部位を示している。白色の程度は白色に近いほど再生が進行していることを、黒色の程度は黒色に近いほど骨吸収が進行していることを示している。資料とした4症例の嚢胞腔はいずれも開窓術後は臨床的に嚢胞腔の縮小が確認されていた。デジタル・サブトラクションによる分析では、4症例ともに術後1ヶ月で嚢胞腔の一部に、骨再生を示す白色のデジタル画像が認められた。術後2ヶ月になると、嚢胞腔の辺縁の白線は次第に黒色として表現され、骨吸収が発現していることを示していた。しかし、術後3ヶ月になると、嚢胞腔はすべて白色としてデジタル表現され、嚢胞腔全体に骨の再生が進行していることを示していた。これらのことから、開窓術術後に嚢胞腔に骨再生が起こるものの、一時的に骨吸収が起き、その後に骨の再生が嚢胞腔全体に広がっていくことがデジタル・サブトラクション画像として捉えられた。本年度は、顎嚢胞の開窓術後の骨変化をデジタル・サブトラクションによる合成画像として、その術後の状態を判定した。来年度は、デジタルサブトラクション画像における変化を数値化し、術後の状態を定量的に評価する予定である。さらに、資料としてすでに採取し、凍結保存した嚢胞壁中のIL-6とIL-8を測定し、開窓術術後の経時的変化を調べ、デジタル・サブトラクションを用いた判定の結果と比較検討する予定である。本年度の研究対象は4症例であったが、対象を増やして検索する予定である。
放射光X線溶液広角散乱のハイスループット化による蛋白質の階層構造解析法の確立

第3世代の放射光源を用いたX線広角散乱法は,溶液中でのタンパク質などの階層構造や機能発現のin situ観測をする鍵となる。溶液X線広角散乱法の確立を目的とした本研究の実施によって,放射線ダメージを回避しながら高い統計精度の散乱データを得ることが可能となり,タンパク質の水和シェルと構造転移の関係,タンパク質のアミロイド転移における核形成・成長の全過程の観測,アミロイド転移にともなうタンパク質のダイナミックスの変化を明らかにした。その結果は,11報の学術論文,5件の国際会議および18件の国内学会・研究会(招待講演7件)にて発表した。第3世代の放射光源(高輝度光科学研究センターSPring-8)を利用した溶液中でのX線広角散乱法は,タンパク質などの階層構造と機能発現の関係を解明する鍵となるが,世界的に見ても上記の目的のために特化された測定周辺機器や解析法などは不十分である。本研究は,溶液X線広角散乱法の確立を目的として実施する。また,それらを基礎とする医療,創薬,バイオプロセス工学など応用研究の展開に資する。本研究の具体的な目的は,次の通りである。1)溶液の放射光X線広角散乱測定のハイスループット化:放射光X線広角散乱測定に特化した溶液振動型自動試料交換機を設計、製作して,格段の測定のハイスループット化をおこない,タンパク質分散系の階層構造とその機能発現機構を明らかにするために基盤技術を確立する。2)タンパク質の階層構造と構造転移,階層間の転移の同時性と協同性の解析:複数のタンパク質を選択し,フォールディング/アンフォールディング構造転移における各階層構造別の変化,階層構造間の転移の同時性や協同性を解析し,階層構造と構造転移との関係を明らかにする。3)アミロイド転移、核形成、線維成長の全過程の観測と解析:タンパク質のアミロイド形成の全過程,α->β転移とクロスβ構造の出現[アミロイド核形成],クロスβ構造のスタッキング[アミロイド核重合と成長],超分子線形成に至る過程をX線広角散乱により高い統計精度で測定、解析して,その機構を明らかにする。本年度は,上記項目の内,1)及び2)を中心に実施した。その結果,下記の成果を得た。項目1)に関して:測定の効率化と放射線ダメージ回避のために,10個の試料を同時に測定可能な多連装型セルホルターと試料セルを作成した。それそれの試料溶液は測定中にポンプで往復流動できる。また,測定中の流動と撹拌を兼ねたギアを用いた新型セルも作成した。これらの装置を用いた実験と,装置改良は現在進行中である。項目2),3)に関して:Sping-8を用いたapomyoglobinの構造相転移と観測し,温度上昇に伴うアミロイド形成の初期過程の観測と解析に成功した(学術論文発表済み)。また,生体膜モデル膜と変性タンパク質との相互作用に伴う構造変化の観測に成功した(学会発表)。その他,浸透圧をパラメーターとしたタンパク質の構造転移の測定と解析にも成功している(一部,学術論文発表済み)。第3世代の放射光源(高輝度光科学研究センターSPring-8)を利用した溶液中でのX線広角散乱法は,タンパク質などの階層構造と機能発現の関係を解明する鍵となるが,世界的に見ても上記の目的のために特化された測定周辺機器や解析法塗どは不十分である。本研究は,溶液X線広角散乱法の確立を目的として実施している。また,本研究の具体的な目的は,1)溶液の放射光X線広角散乱測定のハイスループット化:放射光X線広角散乱測定に特化した溶液振動型自動試料交換機を設計・製作して,格段の測定のハイスループット化をおこない,タンパク質分散系の階層構造とその機能発現機構を明らかにするための基盤技術を確立する。2)タンパク質の階層構造と構造転移,階層間の転移の同時性と協同性の解析:複数のタンパク質を選択し,フォールディング/アンフォールディング構造転移における各階層構造別の変化,階層構造間の転移の同時性や協同性を解析して,階層構造と構造転移との関係,自由エネルギー変化との関係を明らかにする。3)アミロイド転移・核形成・線維成長の全過程の解明平成19-20年度は項月1)の自動試料交換機の製作を完了し,上記目的項目の2)および3)を実施中である。浸透圧下に置けるタンパク質の折畳み過程の詳細を現在検討中である。論文は投稿中であり,また,国際会議および国内学会にて研究成果発表を行った。第3世代の放射光源(高輝度光科学研究センターSPring-8)を利用した溶液中でのX線広角散乱法は,タンパク質などの階層構造と機能発現の関係を解明する鍵となるが,世界的に見ても上記の目的のために特化された測定周辺機器や解析法など開発と確立は不十分である。本研究は,溶液X線広角散乱法の確立を目的として実施した。

具体的な目的は,1)溶液の放射光X線広角散乱測定のハイスループット化:放射光X線広角散乱測定に特化した溶液振動型自動試料交換機を設計・製作して,格段の測定のハイスループット化をおこない,タンパク質分散系の階層構造とその機能発現機構を明らかにするための基盤技術を確立する。2)タンパク質の階層構造と構造転移,階層間の転移の同時性と協同性の解析:複数のタンパク質を選択し,フォールディング/アンフォールディング構造転移における各階層構造別の変化,階層構造間の転移の同時性や協同性を解析して,階層構造と構造転移との関係,自由エネルギー変化との関係を明らかにする。3)アミロイド転移・核形成・線維成長の全過程の解明。平成1920年度に,項目1)の試料交換機の製作を完了し,平成20年度および21年度に,上記項目の2)および3)を実施した。その結果,タンパク質のアミロイド構造転移や,生体脂質リポソームとタンパク質との相互作用などの研究にとって重要な,0.2nm(タンパク質の2次構造や脂質炭化水素鎖相関)から200nm(タシパク質会合超分子やリポソーム外形)に及ぶ広い空間領域での構造解析が可能であること,その有効性を示すことができた。その結果の一部は,論文,国外国際会議および国内学会にて発表した。
高体温誘発性換気亢進反応のメカニズム解明と熱中症予防への応用

研究1:運動前安静時において、カフェイン摂取によって換気量はControl条件よりも高くなり、呼気終末二酸化炭素分圧と中大脳動脈平均血流速度は低くなった。運動時の換気量は、両条件ともに食道温の上昇とともに増加し、高体温誘発性の換気亢進が観察された。この換気亢進反応の感受性(食道温と換気量の回帰直線の傾き)は、カフェイン摂取条件でControl条件よりも大きくなり、呼吸回数がより大きく増加したことによるものであった。また、高体温誘発性の換気亢進に伴い、運動時の呼気終末二酸化炭素分圧と中大脳動脈平均血流速度も食道温上昇とともに低下し、これらの低下は、カフェイン摂取条件でより大きくなった。皮膚血流量と心拍数は、食道温上昇に伴い両条件ともに上昇した。安静時及び運動時の皮膚血流量は、カフェイン摂取の影響を受けなかった。心拍数は、安静時ではカフェイン摂取の影響を受けなかったが、深部体温が1.5 °C以上上昇する運動後半において、カフェイン摂取により高くなった。また、主観的運動強度は、運動前半ではカフェイン摂取により低値を示したが、この効果は運動後半では見られなくなった。安静時及び運動時の酸素摂取量、二酸化炭素排出量及び呼吸交換比は、カフェイン摂取の影響を受けなかった。研究2:暑熱下高強度運動時の暑熱対策として、運動前や運動間における冷気吸入が効果的である可能性が我々の実験室的研究で示された。すなわち、35°Cの環境下で25°C程度の冷気の連続吸気によって冷却効果が得られた。冷却効果を高めるために、より低い温度の冷気作成、さらに、現場で応用可能な携帯型の冷気吸入装置の開発が必要である。そこで、冷気の温度調節、送風量、可搬性、の条件の装置を検討し、プロトタイプであるが、外気温30°Cの環境下において、10°C以下の吸気呼吸が可能なシステムを開発した。当初計画していた2つの研究が遂行でき、結果も興味深く、次年度(30年度)につながるものであったため。メントールは皮膚に存在する冷刺激受容器(TRPM8)を活性させ、皮膚温の変化なしに冷感をもたらす。先行研究では、メントールを全身または上半身の皮膚に塗布することで、運動に伴う体温上昇時の温度感覚や熱的快適性が改善されるが、その一方で、皮膚血流量や発汗量の増加といった体温上昇時の熱放散反応が抑制され、深部体温が上昇しやすくなると報告されている。皮膚へのメントール塗布による強力な皮膚における冷刺激(<28°C)は、深部体温上昇時の換気亢進反応に影響を及ぼすかもしれない。もしそうであるならば、皮膚からの冷刺激受容器から中枢への感覚神経入力が換気亢進反応へ影響を及ぼすことになり、このような皮膚刺激を応用することによって、新たな熱中症対策方法開発へとつながると考えられる。そこで本年度は、上半身の皮膚へのメントール塗布が安静加温時の体温調節および呼吸循環応答に及ぼす影響を明らかにする。研究1:暑熱下間欠的運動時の冷気吸入時の体温及び呼吸循環調節暑熱環境下(気温35°C)での中強度間欠的運動(60%VO2peak)における休息時の冷気吸入が、間欠的運動時の体温および呼吸循環応答に及ぼす影響を明らかにすることを目的とした。被験者男女あわせて10名に対して、暑熱環境下(環境温35°C、相対湿度50%)において、5分間の一定負荷運動(60%VO2peak強度、60rpm)と3分間の休息を1セットとして、これを8セット行うものとし、休息時に1室内の空気を吸入する条件(Hot-air条件)および2冷気を吸入する条件(Cold-air条件)の2条件を行う。本実験のような暑熱環境下における中強度間欠的運動の休息時における冷気吸入(約27°C)は、体温、呼吸循環および代謝応答には影響を及ぼさないが、無酸素性代謝亢進反応の抑制、主観的指標を低下させることが示唆された。研究2:暑熱下運動時の100%酸素吸入時の換気・脳血流反応暑熱下一定負荷運動時における高体温誘発性換気亢進反応に末梢化学受容器が及ぼす影響について検討した。被験者は11名の健常男性とし、室温25°C、相対湿度50%の暑熱下において、55%最大酸素摂取量強度の一定負荷自転車運動を行った。安静時、運動開始5分目(運動時ベースライン)および運動時ベースラインよりも食道温(Tes)が0.5、1.0、1.5°C上昇した時に、末梢化学受容器の活動を抑制するための高酸素吸入を30秒間行った。高酸素吸入によって末梢化学受容器の働きを一時的に抑制することで体温レベルに関わらず運動時のVEが低下したが、いずれの場合も低下の程度は15%程度であったことが示された。従って、末梢化学受容器は運動時における高体温誘発性換気亢進反応にほとんど関与しないことが示唆さた。

この換気亢進反応の感受性(食道温と換気量の回帰直線の傾き)は、カフェイン摂取条件でControl条件よりも大きくなり、呼吸回数がより大きく増加したことによるものであった。また、高体温誘発性の換気亢進に伴い、運動時の呼気終末二酸化炭素分圧と中大脳動脈平均血流速度も食道温上昇とともに低下し、これらの低下は、カフェイン摂取条件でより大きくなった。皮膚血流量と心拍数は、食道温上昇に伴い両条件ともに上昇した。安静時及び運動時の皮膚血流量は、カフェイン摂取の影響を受けなかった。心拍数は、安静時ではカフェイン摂取の影響を受けなかったが、深部体温が1.5 °C以上上昇する運動後半において、カフェイン摂取により高くなった。また、主観的運動強度は、運動前半ではカフェイン摂取により低値を示したが、この効果は運動後半では見られなくなった。安静時及び運動時の酸素摂取量、二酸化炭素排出量及び呼吸交換比は、カフェイン摂取の影響を受けなかった。研究2:暑熱下高強度運動時の暑熱対策として、運動前や運動間における冷気吸入が効果的である可能性が我々の実験室的研究で示された。すなわち、35°Cの環境下で25°C程度の冷気の連続吸気によって冷却効果が得られた。冷却効果を高めるために、より低い温度の冷気作成、さらに、現場で応用可能な携帯型の冷気吸入装置の開発が必要である。そこで、冷気の温度調節、送風量、可搬性、の条件の装置を検討し、プロトタイプであるが、外気温30°Cの環境下において、10°C以下の吸気呼吸が可能なシステムを開発した。当初計画していた2つの研究が遂行でき、結果も興味深く、次年度(30年度)につながるものであったため。以下の研究を30年度に行なう計画である。研究1:暑熱下運動時の換気亢進反応に対する事前カフェイン投与の影響研究2:暑熱下における携帯型冷気吸入装置の開発メントールは皮膚に存在する冷刺激受容器(TRPM8)を活性させ、皮膚温の変化なしに冷感をもたらす。先行研究では、メントールを全身または上半身の皮膚に塗布することで、運動に伴う体温上昇時の温度感覚や熱的快適性が改善されるが、その一方で、皮膚血流量や発汗量の増加といった体温上昇時の熱放散反応が抑制され、深部体温が上昇しやすくなると報告されている。皮膚へのメントール塗布による強力な皮膚における冷刺激(<28°C)は、深部体温上昇時の換気亢進反応に影響を及ぼすかもしれない。もしそうであるならば、皮膚からの冷刺激受容器から中枢への感覚神経入力が換気亢進反応へ影響を及ぼすことになり、このような皮膚刺激を応用することによって、新たな熱中症対策方法開発へとつながると考えられる。そこで本年度は、上半身の皮膚へのメントール塗布が安静加温時の体温調節および呼吸循環応答に及ぼす影響を明らかにする。
手掌多汗症の連鎖解析による原因遺伝子の同定

手掌多汗症は、精神的緊張により手掌の過剰発汗(精神性発汗)を生じる疾患である。0.61%の頻度で生じ、幼小児期思春期に発症することが多い。これまでに当院でETSを受けた手掌多汗症患者において、約半数で家族発症が認められたことから、患者約400名に対し家系調査を行った。その結果、完全に把握できた家系では、環境因子の関与、多因子遺伝の可能性もあるが、常染色体優性遺伝、つまり単一遺伝子病の可能性が高いことがわかった。我々は32家系178人の血液又は爪からDNA抽出を行い、そのうち三世代以上の比較的大きな家系を用いて全ゲノム解析を行った(ABI PRISM Mapping Set使用)。その結果、LOD scoreが高値を示す10カ所のマーカーをピックアップした。さらにhaplotype解析を行い、三家系に共通して、D14S283周囲に疾患遺伝子があると予測された。(二点解析にてLOD score 2.92)また、その他の家系において、6番染色体、7番染色体にもLOD scoreが高値を示す部分を認めた。多数の家系に共通する新たな遺伝子座を決定するため、さらに三世代以上のサンプルが得られる家系3家系を集めた。内、1家系は手掌多汗症と足底多汗症が合併した患者が混在しており、解析に不適当であったため、除外された。残る2家系をLOD scoreが高値を示す10カ所のマーカーについて解析を行ったが、同部位でのLOD scoreは低値で、連鎖は認められず、今回行った解析部以外の原因遺伝子の関与が考えられた。そのため、多因子遺伝の可能性も否定できなかった。
メゾスコピック系熱電素子における電子-格子系非平衡定常状態の研究

代表的な熱電変換素子であるBi、及び(Bi, Sb)2Te3のマイクロワイヤーの作製法を確立し、ハーマン法に基づき、熱電物性評価装置の開発、評価実験を行った。バルク素子では本題の非平衡定常状態の発現とその物理的機構を明らかにした。また、熱電性能指数と結晶の配向性(結晶の異方性)の関係を詳細に調べ、熱電素子の高性能化のための指針を明らかにした。本研究は,熱電変換素子に直流電流を流し,ペルチエ効果を起こしたときに発現が期待される電子-格子系の非平衡状態現象の発現の可能性やその機構の実験的な解明を目的とした研究である。今年度はその準備段階として,1)測定装置の開発を行った。設備物品として熱電物性測定用真空チャンバーの設計を行い,特注品として業者に発注,納入した。その後,試料ホルダーの作製に取りかかった。リード線の配線,温度計の設置など試料周りの作業は研究代表者のグループで行い,標準的な試料での熱電物性の測定,評価を行い、測定系として完成させた。2)試料作製であるが,従来行なっていたビスマスのマイクロワイヤーをモールドから取り出したものを用意し,熱電性能指数の測定を行った。シングルワイヤーの取り出しは,アレイ素子を直接弗化水素酸液に浸してガラスのモールドを溶かすことにより行なった。それに加え,高い熱電性能指数をもつ材料であるp型素子(Bi,Sb)2Te3,n型素子Bi2(Te,Se)3についてもグラスシールドメルトスピンニング法を採用し,直径10ミクロンから60ミクロンの範囲での細線素子の作製を行なった。2)で作成された試料を用い,1)の装置に基づいてまず性能指数の評価を行い,ビスマスについては期待通りの結果を得ることに成功した。p型素子(Bi,Sb)2Te3,n型素子Bi2(Te,Se)3については,素子の熱伝導度が極めて低いことから測定用試料の条件の設定を丁寧に行なう必要があることが明らかになった。現在も正確な測定条件の確立に向けて実験を継続中である。来年度はこれらの結果を踏まえ研究の推進を計ることとする。マイクロワイヤーにおける電子-格子系非平衡状態の実験を前年度に行った。格子温度の測定は温度差を計るための温度計と試料の十分な熱平衡を保証する条件だしが極めて困難であった。ビスマスのマイクロワイヤーでの測定に引き続き、現在室温領域で既に実用化されているビスマス-テルル系のp型(Bi,Sb)2Teのマイクロワイヤーの作製法の確立、その素子の熱電物性測定と結果のまとめを行い、今後の展望についての検討を行った。この試料の融点が約600°C弱であることから、ビスマスの時に使用したパイレックスガラスの鋳型から作ることは不可能なため、やや太めのパイレックスガラスを用意しその中に粉末試料を入れて加熱しゆっくりと引きのばすことで直径10ミクロン50ミクロンのマイクロワイヤーの作製ができることを確認した。作製の際素子表面の酸化などには注意を払い、EPMAによる分析から酸化の影響のない素子ができていることを確認した。この素子を使って前年度に作製し熱電物性の評価が高精度で可能であることが確かめられている評価装置で熱電物性の測定を行った。得られた性能指数は最大でZT=0.911(300K)でバルクの素子と同程度の高い値が得られた。ただし、ZTには素子によるばらつきがあったため、抵抗率との関係を詳しく調べた。結果は高抵抗率の素子では小さな値、抵抗率が小さくなるにつれ全体としてZTが大きくなっていく傾向が確認され、素子内の結晶軸の配向性が重要な役割をもつことが明らかになった。この研究過程で、マイクロワイヤーを旨く使うと、高性能な単結晶を育成することが明らかとなり、今後の新たな研究課題として出てきた点を指摘しておきたい。