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前庭代償とカルシウム関連分子:めまい治療の創薬をめざして

一側内耳障害後に起こる眼球運動および体平衡の障害は日数とともに軽快し、前庭代償と呼ばれている。障害後も末梢内耳機能は回復しないことから、前庭代償には中枢神経系の可塑性が関与していると考えられている。現在のところ内耳障害自体の根本的な治療法はないため、前庭代償を促進する分子が同定できれば、内耳障害によるめまいやふらつきの薬物治療に直接結びつくものと考えられる。一側内耳破壊後には破壊側前庭神経核の電気活動性が低下する。その後に引き続いて起こる前庭神経核の電気活動の左右差の改善が前庭代償の神経メカニズムと考えられている。我々はこの神経系の可塑的変化の物質的背景に関して、一度に数万種類の既知の分子について遺伝子発現の差を検討できる、DNA microarray法を用いて内耳破壊後に左右の前庭神経核で発現に差のある遺伝子群を世界で初めて同定した(Horii, et al., J.Neurochem 2004)。前年度の研究ではその結果を元にして、細胞内カルシウム濃度の調節に関与する電位依存性カルシウムチャネル(voltage gated Ca channel, VGCC)、カルシウムポンプ(plasma membrane Ca ATPase, PMCA)と、細胞内カルシウムにより活性化される蛋白脱リン酸化酵素であるカルシニュリン(calcineurin)の破壊側前庭神経核における遺伝子発現の上昇をreal-time PCR法を用いて追試・確認した。本年度はこれらの遺伝子発現の経時変化を検討した。その結果、これらの遺伝子発現は内耳破壊後6時間で上昇し、24時間、50時間、2週間後にはもとのレベルに戻っており、これらの遺伝子発現の変化は前庭代償の長期維持というよりは、内耳破壊後比較的早期の左右前庭神経核の電気活動の左右差の是正に関与することが示唆された。我々はこの神経系の可塑的変化の物質的背景に関して、一度に数万種類の既知の分子について遺伝子発現の差を検討できる、DNA microarray法を用いて内耳破壊後に左右の前庭神経核で発現に差のある遺伝子群を世界で初めて同定した(Horii et al., J. Neurochem 2004)。本年度の研究ではその結果を元にして、細胞内カルシウム濃度の調節に関与する電位依存性カルシウムチャネル(voltage gated Ca channel, VGCC)、カルシウムポンプ(plasma membranc CaATPase, PMCA)と、細胞内カルシウムにより活性化される蛋白脱リン酸化酵素であるカルシニュリン(calcineurin)の遺伝子発現の変化をreal-time PCR法を用いて追試した。その結果、これらの遺伝子はDNA microarray法、real-time PCR法のいずれにおいても内耳破壊6時間後に破壊側の前庭神経核で発現上昇が確認された。異なる2つの方法において同じ結果が得られたことから、これらの遺伝子群の発現変化が前庭代償の発動に関与する可能性が示唆された。次年度以降はこれらの遺伝子発現の経時変化に関して研究する予定である。
糖鎖変異マウスを利用したメタボリックシンドロームの病態解明

GM3合成酵素(GM3S)欠損マウスを用い、メタボリックシンドロームを誘発する高カロリー食を与えた結果、病理組織図において顕著な差が観察された。免疫系細胞の反応として、主に炎症に関わるIL-6の発現の上昇が観察された。また、GM3合成酵素(GM3S)欠損マウス由来胚性繊維芽細胞(MEF)において、LPS刺激下におけるサイトカインの発現量の増加が観察された。中枢神経に対する所見として、GM3合成酵素欠損マウスにおける行動解析を行った結果、ある薬剤に対する感受性に差が観察された。さらに、糖脂質の欠損による糖タンパク質量の上昇が観察された。GM3合成酵素(GM3S)欠損マウスはインスリンレセプターの恒常的な高リン酸化の状態を示すことが既に示されている(Yamashita T et.al. PNAS., 2003 100(6) : 3445-9. )。このマウスは、酸素消費量を指標とした基礎代謝量が上昇していること、骨格筋や脂肪における脂肪酸や酸化酵素やエネルギー代謝に関わる分子の発現に変化があることが期待される。これら分子を精査し、糖鎖異常とメタボリックシンドロームとの関係を明らかにする。当該マウスは、GM3ガングリオシドを欠損しているが、生体内でこの糖脂質と結合する分子の存在が示唆される。例えば、GM1ガングリオシドには、神経に親和性のあるコレラトキシンβサブユニットの結合が知られており、GM1ガングリオシド以外のガングリオシドにも毒素等に親和性のある物が見いだされている。そこで、まずは、重量比で糖脂質が最も多く含有する脳においてGM3ガングリオシドと結合する分子の探索を行なった。この結果、神経に結合する塩基性ミエリンタンパク質が検出された。今後更に検出感度を高め、異なる分子の同定を実施する。また、GM3合成酵素(GM3S)欠損マウスにおけるインスリンレセプターの恒常的な高リン酸化の状態を示す臓器である、骨格筋においてそのターゲット分子の補足を試みる予定である。これら捕捉された分子から創薬に繋がる分子の同定を試みる。また、胚性致死を示すG1cT-1遺伝子のfloxマウスと膵特異的Creマウスと脂肪特異的Creマウスの作製を12月末より開始した。これらマウスに関しては、平成21年8月頃よりデータの収集が可能になる予定である.GM3合成酵素(GM3S)欠損マウスはインスリンレセプターの恒常的な高リン酸化の状態を示すことが既に示されている(Yamashita T et.al.PNAS., 2003 100(6) : 3445-9.)。これらのマウスから樹立した肺性繊維芽細胞(MEF)における細胞増殖能の亢進と脂肪細胞への分化実験の結果、脂肪の蓄積に有為な差が観察された。また、この増殖の亢進と糖脂質、糖タンパクの違いも観察され、現在、これらの現象と糖鎖がどのように関連するか検討中である。一方、メタボリックシンドローム、特にin vivoにおける脂肪細胞の増殖に関し、近年免疫系の関与が示唆される発表が見られる。そこで、GM3S欠損マウスの免疫能を調べた結果、サイトカインの産生量に変化が観察された。これらの結果は、細胞膜の脂質成分の変化が免疫能に影響を及ぼしていること、脂肪細胞の増殖に何らかの関与を示唆する結果である。また、メタボリックシンドロームの終末的な症状として、変形関節炎等の骨格に関わる症状が観察される。これらの症状に関しても、上記モデルマウスによる実験が可能であることが明らかになった。つまり、軟骨再生や化骨に関しても糖脂質の関与を示唆する結果が得られている。今後は、上記の結果をもとにして、これらフェノタイプと関連する分子の探索とそのメカニズムの解明を目指す予定である。GM3合成酵素(GM3S)欠損マウスはインスリンレセプターの恒常的な高リン酸化の状態を示すことが既に示されている(Yamashita T et al. PNAS,2003 100(6):3445-9.)。今回我々は、メタボリックシンドロームを誘発する高カロリー食を与えることで、摂食量、体重変化、血中グルコース量、グルコース感受性、インスリン感受性、病理組織像、血清値の変化、およびメタボリックシンドロームに関わる遺伝子群の発現変化を調べた。その結果、GM3合成酵素欠損マウスでは、摂食量、体重変化、血中グルコース量、グルコース感受性、インスリン感受性、病理組織像において、変化が観察された。

一方、メタボリックシンドロームに関わる遺伝子群の観察では、主に炎症に関わるIL-6の発現の上昇が観察された。この原因としてT細胞の関与が示唆されたため、T細胞が主に分泌するサイトカインを調べた結果、IL-17,IFN-gammaの発現に差が観察された。脂肪産生およびグルコース代謝に関わる遺伝子群は解析中である。これらのことから、細胞膜の脂質成分の変化が免疫能に影響を及ぼしていることを示唆する結果である。また、これらのマウスから樹立した胚性繊維芽細胞(MEF)における細胞増殖能の亢進と脂肪細胞への分化実験の結果、脂肪の蓄積に有為な差が観察された。これら細胞を用いた実験において、LPS刺激下におけるサイトカインの発現量の増加が観察された。さらに、メタボリックシンドロームでは、中枢神経によるレプチン等のホルモンコントロールの重要性が指摘されている。そこで、GM3合成酵素欠損マウスにおける行動解析を行った結果、ある薬剤に対する感受性に差が観察された。さらに、レセプターの種類により感受性が異なることが明らかになった。また、脳の糖タンパク組成を調べた結果、糖脂質の欠損に呼応するように、ある種の糖タンパク質量の上昇と、本来発現が観察されない糖脂質が観察された。今後、糖脂質と脂肪細胞、神経系を中心に解析を行う予定である。
日本の洋式製本の技術伝播に関する歴史的研究 : 洋装本資料保存のための基盤整備

2018年度は、東京大学経済学図書館が所蔵する「アダム・スミス文庫」の製本構造調査を優先して実施した。研究協力者である製本技術者の本務との兼ね合いから、調査期間が2018年7月から9月ととなり、全315点中187点の調査を行った。現時点までで、資料の修復は4パターンに分けられること、そして修復を担当した製本家の特徴が分かる痕跡を見出すことができた。また、東京大学経済学図書館には、「アダム・スミス文庫」に関する修復・来歴等の記録が残されていることから、その記録の校注作業を行い、その成果を「「1950年代のアダム・スミス文庫に関する覚書」校注」と題して『東京大学経済学部資料室年報』第9号(2019年3月刊)に公表した。2016年度から2017年度にかけて実施した現物資料による製本構造の調査や、2017年度に実施した帳簿製本の技法に造詣の深い製本家への聞き取り、帳簿製本とレタープレス・バインディングの技術に関する実務実習などでこれまでに得られた成果を、2018年12月6日に慶應義塾大学で行なった講義「「読むための本」と「書くための本」ー帳簿製本(ステーショナリー・バインディング)」(科目名:慶應義塾大学文学部「文献学の世界:書物の装い」極東証券寄附講座秋学期)を通じて、教育普及活動に還元することができた。2019年3月には、研究の取りまとめと今後の方向性について、東京大学にて研究分担者と打ち合わせた。なお、東京大学経済学図書館所蔵「アダム・スミス文庫」の製本構造調査の完遂のため、および2019年度開催予定の国際学会での本課題による研究成果の公表に向けた成果の精緻化のため、2019年1月31日付で補助事業期間の延長を申請し、3月20日付でその承認を得ている。平成30年度は、東京大学経済学図書館所蔵「アダム・スミス文庫」の製本構造調査を実施したが、データ記述の基準確定に予想以上の時間を費やしたため。また、調査担当の製本技術者の本務との兼ね合いから調査期間が限られ、全点の調査を完遂できなかったことから、平成29年度に実施した一橋大学所蔵の貴重書の製本構造調査で得られたデータとの比較・分析ができなかったため。2019年1月31日付で補助事業期間の延長を申請し、3月20日付で承認を得ている。それによって、2019年度はまず、昨年度に引き続き東京大学経済学図書館所蔵「アダム・スミス文庫」の製本構造調査を最優先で実施し、調査を完遂する。次に、2017年度に実施した一橋大学所蔵の貴重書の製本構造調査で得られたデータとの比較・分析を行う。聞き取り調査については、1950年代に実施した「アダム・スミス文庫」修復事業や、その時期の製本技術者や当時の製本作業に関する情報を得るために、「アダム・スミス文庫」修復事業について情報を持つ人物や、同時期に東京大学総合図書館「製本室」に勤務していた人物から聞き取りを行う。この時期の製本技術者は、明治期の製本技術を伝承する最後の世代であると考えられ、関係者からの聞き取りによって、明治期に欧米より伝わった洋式製本の技術がどのように受容され変容していったか知る手がかりが得られると期待される。現物調査については、追加で帳簿製本や初期の洋式製本を所蔵する機関(滋賀大学や旧国立銀行の資料室など)への照会および調査を実施し、これまでに得られた情報と比較・検討することで、研究データの精度を高めていく。本年度は、日本に導入された洋式製本のうち、その始まりの一つと考えられる帳簿の製本(ステーショナリー・バインディング)技術に着目して、現物資料による製本構造の調査を進めた。調査にあたっては、帳簿製本の技術が移入された当時の明治期の帳簿を所蔵する各機関を訪問した。平成28年6月22日、東京造幣博物館を訪問した。対象資料は展示中につき、ショーケースの外側から観察し、写真撮影を行った。7月11日、日本銀行貨幣博物館にて、同館所蔵の「九号一円発行紙幣記入帳」1点について、製本構造、料紙について詳細な調査・測定・写真撮影を行った。10月21日22日にかけては、小樽市総合博物館にて、同館所蔵の住吉屋西川家洋式帳簿30点余を対象とし、製本構造、料紙、保存状況について詳細な調査・測定・写真撮影を行った。平成29年3月22日、一橋大学附属図書館にて、日本郵船株式会社会計帳簿類のうち3点を対象とし、製本構造、料紙、保存状況について詳細な調査・測定・写真撮影を行った。研究集会は、計2回実施し、各訪問調査で得られた情報の共有・整理を行った。また、年度の終わりには、公開研究会を開催し、海外出張で得られた情報について、研究者のみならず、図書館員と一般にも広く還元する機会を設けた。各機関への訪問調査を通じて、明治期に導入された帳簿製本の特徴を把握することがでた。これにより、日本国内での帳簿の生産開始の時期について、ある程度推定することが可能となり、帳簿製本という側面から、洋式製本が日本的に変容していく経緯やその特徴に関する基礎的データを得ることができ、今後の調査の基盤構築につなげられたため。本年度は、現在の資料保存・文化財保存の考え方の原点である、1966年のフィレンツェにおけるアルノ川洪水から50年の節目である。

この時期に、イタリアを訪問し、イタリアにおける50年間の資料保存や製本技術および修復技術の蓄積を実際に現地で確認できたことで、今後の国内調査のための有用な知識・情報を得ることができたため。平成29年度は、日本に導入された洋式製本のうち、その始まりの一つとされる帳簿製本(ステーショナリー・バインディング)技術について、前年度に引き続き、現物資料による製本構造の調査を行った。調査は、平成29年6月末に小樽市総合博物館にて、住吉屋西川家洋式帳簿約20点を対象とし、製本構造、特に綴じや折丁について精査した上で、写真撮影を行った。また本年度は、洋式製本に関する技術およびその歴史に関して聞き取り調査を実施した。平成29年5月には、帳簿製本の技法に造詣の深い製本家宅を訪問し、帳簿製本の特徴や帳簿製本の職人・技術の系譜に関して、平成29年8月には、明治初期の洋式製本に関して業績のある研究者にインタビューをし、印刷局における洋式製本の技術の伝播と受容に関して教示を得た。さらに、書籍の修復技術者から、帳簿製本といわゆる洋書の製本(レタープレス・バインディング)の技術について、直接示唆を受けた。平成29年10月株式会社資料保存器材にて、両製本についてそれぞれ、綴じ・背ごしらえ・表紙と本体の接合の実際を会得すべく実験を行い、本の解体を通じて、非破壊調査では得られることができない多くの情報を得た。一橋大学社会科学古典資料センターが所蔵する稀覯書の製本構造調査については、平成29年8月から9月にかけてアルバイトを雇用して実施した。研究集会は、計2回実施し、訪問調査で得られた情報の共有・整理や、一橋大学での製本構造調査にあたっての調査方法と調査項目について決定をした。また、平成29年6月には、ニコラス・フィリップスン氏講演会“Adam Smith in Context : A Historian's Reflections"に、同年7月には、公開講演会「アダム・スミス文庫と書誌学・文献学、そしてデジタル・ニューマニティーズ」を共催し、海外研究者との情報交換につとめた。訪問調査では、昨年度の調査と今年度の聞き取り調査で得られた帳簿製本の特徴に関する情報をふまえられたことで、昨年以上に調査ポイントが明確となり、より詳細な調査が実施できたため。聞き取り調査では、日本における洋式製本技術者の系譜に関する有益な情報を得ることができたため。また製本技術者からの専門的な技術・知識を通して、実際に技術的な側面を体験したことは、洋書の製本構造理解を深めるものとなったため。一橋大学社会科学古典資料センターが所蔵する稀覯本のうち、日本で修復が施されたものの製本構造の調査では、現物資料とそれらの修復記録を照合させて、いつ・誰によって製本・修理されたのかを整理・分類し、それぞれの装丁の素材や色、綴じ、修理方法、製本構造について調査・分析をした。これにより、各製本者による技術的特徴に違いがあることが分かり、日本における洋式製本技術の系譜の理解につながる重要な情報を集積することができたため。以上、今年度の訪問調査、聞き取り調査および現物資料へのアクセスによって、洋式製本の構造そのものや技術の系譜等、日本に導入された洋式製本について総合的な観点から研究を深めることができたため。2018年度は、東京大学経済学図書館が所蔵する「アダム・スミス文庫」の製本構造調査を優先して実施した。研究協力者である製本技術者の本務との兼ね合いから、調査期間が2018年7月から9月ととなり、全315点中187点の調査を行った。現時点までで、資料の修復は4パターンに分けられること、そして修復を担当した製本家の特徴が分かる痕跡を見出すことができた。
NOの反応によって生じる新規DNA損傷の発ガン性に関する研究

我々の発見した一酸化窒素(NO)と遺伝子中のデオキシグアノシン(Guo)残基との反応で生成するデオキシオキザノシン(Oxo)に関して、以下の研究成果をあげた。1. Guo→Oxo変換反応全過程の解明に成功し、中間体としてGuoのエキソアミノ基に生じたジアゾエートイオン(Gd)を同定した。シチジンについても同様な研究を行い、ジアゾエートイオン(Cd)を経てデオキシウリジンに変換されることを証明した。Gd及びcdは新規化合物である。特にCdは安定であり、生理的条件下で数百時間の半減期を持つことを明らかにした。2. 1で発見した新規損傷Oxo、Gd、Cdのアミノ基との反応性を解析し、総てが高い反応性を持つことを明らかにした。すなわちこれらの損傷塩基は核内タンパク質を構成する塩基性アミノ酸残基あるいは核内ポリアミン等と架橋反応をする可能性を持っており、NOのガン化との強い関係を示唆するものである。3. 0xoに対するDNAポリメラーゼの認識に関しても検討を行った。亜硝酸とデオキシグアノシン三リン酸の反応で合成したデオキシオキザノシン三リン酸(dOTP)をモノマーとして用いたDNAポリメラーゼ(大腸菌DNAポリメラーゼクレノウフラグメント、T7-DNAポリメラーゼ)による鎖伸長反応で、dOTPがdGTP及びdATPの代わりに取り込まれ、細胞内ヌクレオチドプールで生成したdOTPがG:C→A:T転移を誘発する可能性を示唆した。以上示したように、本研究で明らかにした結果は総べて新規の発見に関するものであり、NOと遺伝子中の塩基との反応によって生成する損傷が遺伝子の変異を誘発するものであり、発ガンのメカニズムとの関連性を慎重に検討することの必要性を示すものである。
動的集団のリスク評価に対する生存時間分析の理論的研究とデータ解析への応用

1.疫学研究における追跡調査などにおいて研究対象地域を固定し大規模な集団を長期間観察する場合、対象者が一度研究地域から転出(脱落)し、ある程度の期間をおいて再度転入し再登録されることがあり、このような対象者を含む集団を動的集団と呼ぶ。動的集団は固定集団の拡張版とみなすことができるが、未だ生存時間解析における理論的研究は進んでいない。本研究ではCox and Oakes(1984)の遅延登録の概念に対する条件付き生存確率の利用とClayton(1988)の観察期間内の区分された時点でのセンサリングの概念を用い、不完全な観察期間を持つ動的集団に対する生存時間分析における尤度を導出した。またこの動的集団に対する尤度は、従来の固定集団に対する尤度を一般化した形で得られることが導かれた。2.さらに本研究では、観察期間を既知の時点で区分し、区分された各期間内ではハザードが一定となる区分的指数分布を仮定して前述の動的集団に対する生存時間分析の尤度に代入し整理すると、グループ化されたデータに対する観察人年法を用いたポアソン回帰モデルから得られる尤度と同等になることを示した。この知見により、固定集団だけでなく動的集団に対しても、グループ・データに対するCox型生存時間解析を既存の統計パッケージ(例えばEpicureの中のAMFITプログラム)を用いて、具体的にデータ解析を行う道を開いた。3.実データの解析として広島大学原爆放射能医学研究所の原爆被爆者集団に適応した。この集団は広島県内に居住する全ての被爆者から構成され、それ故対象者の一部は広島県外へ転出しその後再度転入した履歴を持ち、動的集団の代表例である。なお、本解析結果は放射線生物学や疫学分野において重要な知見を与えるものであり、得られた解析結果を今後各関連分野に対して報告していく予定である。
非特異的腰痛患者に対する再発予防を目的とした腰部多裂筋エクササイズの効果の検証

本研究は,腰痛を訴える者(腰痛群)と腰痛の既往歴を有する者(腰痛既往群)を対象に,腰部多裂筋の筋機能の改善および不良姿勢の改善を目的とした腰痛体操と教育の効果を検証した.評価指標は,痛みの程度と腰痛による機能障害,精神心理機能(破局的思考,恐怖回避思考,抑うつ)および片足立ち保持時間など身体機能検査とした.その結果,腰痛群では介入前に比べて介入後で痛みの程度が有意に改善した.一方,腰痛既往群では介入前に比べて介入後に破局的思考が有意に高まった.このことから,腰部多裂筋および不良姿勢に注目した介入は,腰痛群には効果的であるが,腰痛既往群には精神心理機能を悪化させる可能性があることを示した.腰痛を発症すると体幹深層筋のひとつである腰部多裂筋の横断面積の減少および筋反応時間が遅延することが報告されている.しかし,腰部多裂筋の量的・質的変化の改善が,腰痛の改善および再発予防に影響を及ぼす因子になりえるかどうかは明らかにされていない.そこで本研究は,非特異的腰痛患者に対して腰部多裂筋の量的・質的エクササイズの効果検証を目的とした.本年度は,健常者を対象とした予備的実験および腰痛者1名を対象に腰部多裂筋深層線維と浅層線維の筋反応時間について検証した.健常者を対象とした研究では,対象を健常成人男性10名(平均年齢30.7±6.0歳)とし,測定肢位は3つの骨盤アライメント(前傾位,中間位,後傾位)と3つの足圧中心の位置(最大前方,中間,最大後方)を組み合わせた9つの立位姿勢とした.測定は筋電図を用い,聴覚刺激に反応し,できるだけ素早く上肢を屈曲させたときの腰部多裂筋と三角筋前部線維の筋活動を測定した.腰部多裂筋深層線維および浅層線維はワイヤ筋電図,三角筋前部線維は表面筋電図を用いた.筋反応時間は,三角筋の筋活動開始時間との差とした.その結果,腰部多裂筋深層線維の筋反応時間は骨盤後傾位あるいは足圧中心最大後方に対し,骨盤前傾位あるいは足圧中心最大前方で早期に活動した.以上のことから,腰部多裂筋深層線維の筋反応時間は,立位姿勢によって変化することが示唆された.腰痛者1名を対象とした研究では,腰部多裂筋深層線維の筋反応時間は安静立位時の足圧中心と比較し足圧中心前方位で筋反応時間が早期化することを確認した.本年度は,健常成人を対象とした腰部多裂筋深層線維の筋電図学的分析を行い,足圧中心と骨盤アライメントによって腰部多裂筋深層線維が早期化することを検証し,十分な結果が得られた.さらに腰痛既往者においても同様の結果が得られたことを確認し,介入研究も開始しており,計画は順調に進行している.腰痛を発症すると体幹深層筋のひとつである腰部多裂筋の横断面積の減少および筋反応時間が遅延することが報告されている。しかしながら、腰部多裂筋の量的および質的変化の改善が腰痛の改善と再発予防に影響を及ぼすかどうかは検討されていない。そこで、本研究目的は、健常成人を対象とした腰部多裂筋深層線維を活動させやすい立位姿勢を検証することと、非特異的腰痛患者に対して腰部多裂筋の量的および質的エクササイズの効果検証を行うこととした。昨年度と同様に健常者を用いた基礎的研究と腰痛者を対象とした実験を行った。健常者を対象とした研究は、対象は健常成人男性9名とし、運動課題は聴覚刺激に対してできるだけ素早く肩関節を屈曲および伸展することとし,ワイヤ筋電図で腰部多裂筋深層線維および浅層線維,表面筋電図で三角筋前部および後部線維を測定した。三角筋の筋活動開始を基準とし、腰部多裂筋の筋反応時間を算出した。測定肢位は、骨盤水平位、左骨盤下制位、左骨盤挙上位の3条件とした。反復測定分散分析の結果、肩関節屈曲では立位姿勢に有意な主効果が認められたが、筋と立位姿勢の交互作用は有意でなかった。つまり、前額面における骨盤アライメントの変化は、腰部多裂筋の筋反応時間を変化させることを明らかにした。腰痛者を用いた研究については、複数例で介入研究を実施し、解析の途中である。疼痛は軽減したものの、破局的思考が強まった例も存在していた。本年度は、健常成人を対象とし、前額面における立位姿勢の変化が腰部多裂筋深層線維の筋反応時間に影響を及ぼすことを明らかにすることができた。ただし、腰痛者を対象とした介入研究の方法上の変更が若干あったため、症例数を増やせていないのが現状である。これまで腰部多裂筋深層線維が活動しやすいアライメントについて検討を行い,前額面骨盤中間位,矢状面においても前傾位,中間位であることが明らかにした.

そこで,今年度は腰部多裂筋が活動しやすい骨盤アライメントになることを目的としたエクササイズを実施し,疼痛,身体機能,精神心理機能への効果について検証することとした.対象は,腰痛を訴える者16名(腰痛群)と腰痛の既往歴を有する者9名(腰痛既往群)とし,介入は2週間に1回,計6回実施した.介入内容は,腰痛の基礎知識および対処方法などの教育と腰部多裂筋深層線維の筋活動が得られやすい骨盤中間位を目標に,不良姿勢を改善させることを目的とした腰痛体操とした.なお,腰痛体操は骨盤のアライメントによって異なるものを指導した.介入前後の評価指標は,痛みの程度と腰痛による機能障害(Roland-Morris disability questionnaire),精神心理機能として破局的思考(Pain Catastrophizing score),恐怖回避思考(日本語版Fear-Avoidance Beliefs Questionnaire),抑うつ(Geriatric Depression Scale-5),身体機能検査(長座体前屈,片脚立位保持時間,30秒立ち上がりテスト,Timed Up and GO test)を測定した.その結果,腰痛群では介入前に比べて介入後で痛みの程度が有意に改善した.一方,腰痛既往群では介入前に比べて介入後に破局的思考が有意に高まった.このことから,不良姿勢に注目した介入は,腰痛群には効果的であるが,腰痛既往群には精神心理機能を悪化させる可能性があることを示した.本研究は,腰痛を訴える者(腰痛群)と腰痛の既往歴を有する者(腰痛既往群)を対象に,腰部多裂筋の筋機能の改善および不良姿勢の改善を目的とした腰痛体操と教育の効果を検証した.評価指標は,痛みの程度と腰痛による機能障害,精神心理機能(破局的思考,恐怖回避思考,抑うつ)および片足立ち保持時間など身体機能検査とした.その結果,腰痛群では介入前に比べて介入後で痛みの程度が有意に改善した.一方,腰痛既往群では介入前に比べて介入後に破局的思考が有意に高まった.このことから,腰部多裂筋および不良姿勢に注目した介入は,腰痛群には効果的であるが,腰痛既往群には精神心理機能を悪化させる可能性があることを示した.今後は,腰痛者を対象とした介入を進める.ただし,対象者数が少ないため,再度リクルートを行う.最終年度の本年度は、腰痛者の介入研究を進める。なお、対象者のリクルートは終了しているため、介入研究を実施する準備は整っている。理学療法備品の購入時に端数が出たため.昨年度、論文掲載料を請求するために前倒し請求を行ったため、次年度使用額が生じた。消耗品の購入を行う予定である.論文投稿料、英文校正料などに使用予定である。
新規水チャネルアクアポリン-11に関連する分子基盤の解析

本研究では、我々が発見した新規アクアポリン(AQP)分子種であるAQP11に関連する分子基盤を明確にし、その機能異常がどのような分子メカニズムを通して細胞死を伴う嚢胞を形成するのかを解明することを目的とする。研究期間を通して、(1) AQP11の小胞体膜局在やテトラマー形成に必要なアミノ酸配列の解析、(2) AQP11結合タンパク質の同定とその結合の意義、(3) AQP11と小胞体ストレス、あるいは嚢胞形成関連分子とのinteractionについて解析した。その結果、AQP11の小胞体膜局在に必要なアミノ酸配列を見出すことはできなかったが、(1) AQP11の4次元構造形成に99番目のアスパラギン残基および101番目のシステイン残基が重要で、それらの残基はAQP11のC末端側の3次元構造を保つことに寄与しており、それらのアミノ酸残基が変異すると、AQP11のC末端側の3次元構造が変化するために、正しい4次元構造が形成されないこと、(2) 3種類のAQP11結合タンパク質を同定し、その中でAQP11と同じ近位尿細管細胞に発現しているAQP1は、AQP11によってその細胞膜への局在が調節されていること、(3)小胞体ストレスが発生するような場合にはAQP11の発現量が減少すること、そして嚢胞形成に重要な分子で、小胞体ストレスとの関連性が最近報告された分子とAQP11が相互作用することなどを示唆するデータを得た。今後これらの発見に基づいて、AQP11の機能の生物学的意義の全貌解明、AQP11ノックアウトマウスにおける嚢胞形成のメカニズムなどが明らかにされるものと考えられる。なお本研究の一環として実施した、AQP11と同じ膜タンパク質の新しい機能について、また小胞体ストレスの生体モデルである実験的急性腎不全モデルを用いて、急性腎不全の新規治療薬や体質との関連性について調べた研究成果を国際雑誌に発表した。平成19年度では(1)AQP11の小胞体膜局在やテトラマー形成に必要なアミノ酸配列の解析、(2)AQP11結合タンパク質の同定(3)小胞体ストレスが発生した場合のAQP11の発現量の変化、(4)AQP11ノックアウトマウスにおける小胞体ストレス関連分子の発現量の検討などを実施した。その結果(1)AQP11のテトラマー形成に99番目のアスパラギンおよび101番目のシステインが重要であること、(2)3種類のAQP11結合タンパク質、(3)小胞体ストレスが発生するような場合にはAQP11の発現量が減少すること、(4)AQP11ノックアウトマウスにおいて、小胞体ストレス関連分子の発現量が増加することなどを見出した。なお、本研究に関連して、AQP11と同じ膜タンパク質の新しい機能について、さらに小胞体ストレスが病態と深くかかわっている急性腎不全の新規治療薬についての論文発表を行った。

平成20年度では、(1)平成19年度に同定したAQP11のテトラマー形成に必要な99番目のアスパラギン残基および101番目のシステイン残基のテトラマー形成における分子メカニズムの解析、(2)平成19年度に同定したAQP11結合タンパク質の生物学的意義、そして(3)AQP11と小胞体ストレス、あるいは嚢胞形成関連分子とのインターアクションについて解析した。その結果(1)99番目のアスパラギン残基および101番目のシステイン残基は、AQP11のC末端側の3次元構造を決定する上で重要なアミノ酸残基で、それらのアミノ酸残基が変異すると、AQP11のC末端側の3次元構造が変化するためにテトラマーを形成できない可能性、(2)同じ近位尿細管細胞に発現していて、AQP11結合タンパク質として見出したAQP1は、AQP11によってその細胞膜への局在が調節されていること、(3)嚢胞形成に重要な分子で、小胞体ストレスとの関連性が最近報告された分子とAQP11がインターアクションすることなどを見出した。なお本研究の一環として、その発症が小胞体ストレスと深くかかわっている疾患である急性腎不全の新規治療薬に関する研究、また、急性腎不全の発症と体質との関連性について調べた研究成果を国際雑誌に発表した。
有機物界面による無機化合物の析出制御とそのセラミックスプロセッシングへの応用

生体内の硬組織が特異な形状や結晶配向をもつ無機結晶から構成されること、またそれらは周囲をとりまく有機分子集合体の分子配列様式や、酵素などの高分子蛋白質の触媒作用を通じて形成されることに着目し、生体硬組織形成機能を模倣したセラミック粉末の形態制御技術の確立を試みた。今年度は、酵素の作用を利用したセラミック粉末の生成およびそのサイズ・形態の制御の可能性について調べ、以下の知見を得た。1.硫酸アルミニウム水溶液に尿素とウレアーゼを溶かし、室温で尿素の分解(アンモニウムの生成)反応を酵素に担わせることによって、球形で大きさのそろった水酸化アルミニウム粒子を合成した。酵素を用いずに、尿素水溶液を加熱することでアンモニアを発生させる方法(均一沈殿法)は古くから知られていたが、サイズや形態の制御が困難であることが問題となっていた。酵素を用いることによりそれらの問題を解決し、再現性の高いセラミック前駆体粉末の合成が可能になった。2.スズ酸ナトリウム水溶液にグルコース、グルコースオキシダーゼおよびカタラーゼを溶解させ、酵素反応によりグルコン酸を生成して、酸化スズ前駆体粉末を合成することが可能であることを見いだした。本法式は従来にない新規な方式であり、今後薄膜作製などの用途に応用できる可能性が考えられる。生体内の骨や歯などの硬組織が特異な形状や結晶配向をもつ無機結晶から構成されること、またそれらの無機結晶の形状と結晶配向が有機物分子集合体界面により決定されることに着目し、生体硬組織形成機構の模倣によるセラミックス粉末の形態制御技術の確立を試みた。本研究では、有機分子集合体界面のモデルとしてラングミュア単分子膜を、また無機結晶としてラングミュア単分子膜界面で析出可能な2価金属の炭酸塩および燐酸塩を取り上げた。2価金属炭酸水素塩水溶液から自発的に炭酸ガスが逸散するにつれて、水溶液内の炭酸塩の過飽和度が上昇し徐々に炭酸塩結晶が析出する。このときに水溶液表面にステアリン酸単分子膜が存在すると、以下に示すような現象が観察された。1.2価金属炭酸塩の核形成がラングミュア単分子膜界面で優先的に起こる。そのため結晶核形成のための誘導期間が短縮されるとともに、微小な結晶粒子ないし皮膜状の非晶質物質が析出した。2.出発溶液の過飽和度および温度に依存して、析出物の結晶相が変化する場合があった。例えば炭酸水素カルシウムの過飽和溶液から、過飽和度に応じてバテライト、アラゴナイト、カルサイトの3種の結晶相が析出した。一方、ラングミュア単分子膜が存在しない場合には、カルサイトしか析出しなかった。3.出発溶液中に燐酸イオンが共存すると燐酸カルシウムが析出したが、ラングミュア単分子膜界面では緻密な厚膜状の多結晶体が得られるとともに顕著な結晶配向が見られた。以上、単分子膜界面の存在が無機結晶の析出挙動に多様な影響を与えることを見いだした。
生物分野における定量を主とする実験教材の開発

この研究は、生理・生化学分野の定量的実験教材の開発を目的としている、おおむね初期の目的が達成できたので、その概要を述べた。1.微生物の成長を測定する装置の開発:太陽電池テスタ-、自作した簡単な増幅器、及び丸型蛍光灯を用いて装置を作った。クラミドモナスやコウボキンを純粋培養し、その成長を測定したところ、従来の光電光度計での測定結果とほぼ同じ結果が得られた。本装置の特徴は(1)三角コルベンに培養したままで測定できるから、無菌操作が省け、測定毎に培養物が減少することがない。(2)測定底作が簡単で、一回の測定は1、2分で終わる。(3)製作費が安く、専門家でなくても作れる。(4)場所を取らない。(5)普通の明るい部屋で測定できる。ことなどがあげられる。2.光合成・呼吸測定検容計のテレビカメラを使った一斉実験装置の開発:従来の検容計のゲ-ジ管内の指標に色素液を用いることによって、検容計をテレビに映し出し、その画面からデ-タを読み取ることが出来るようにした。また、濃淡のあるフィルタ-を作り7個の反応室の照度を段階的に変えるようにした。その結果、各照度での光合速度が一度に測定できるようになり、光合成の光飽和曲線が短時間で求められるようになった。陽葉と陰葉の比較や温度の影響など、従来の方法では時間のかかる実験でも1時限内に出来るようになった。3.SO_2ガスの植物に及ぼす影響を調べる実験方法の開発:簡単なSO_2暴露法と簡易呼吸測定法を使って、発芽種子や花弁の呼吸に及ぼすSO_2の影響を調べる方法を確立した。花弁ではSO_2暴露によって短時間で著しい可視障害のでるものがあり小学生でも観察できる。4.植物の根圧を数分間で測定する装置の開発:国内外共にきわめて例の少ない測定方法で、根の吸水に及ぼす呼吸阻害剤やATP合成阻害剤の影響を調べた。根の吸水の研究や教育に役立つものと思われる。本年度の研究計画に従って実施した研究の概要は次のとおりである。1.微生物の成長を測定する装置の開発クラミドモナスを液体培養した濃厚な懸濁液を段階的に薄めて各種既知濃度の微生物懸濁液を造る、各種の太陽電池を購入し、太陽電池の上に懸濁液を入れた100mlの三角コルベンを置き、斜め上方から光を当てて、発生する起電力を次の方法で測定した。(1)アナログの回路試験器を用いて測定を試みた、ブランクと懸濁液との差があまり大きくないこめ、ブランクの示す起電力と相殺する起電力を乾電池と抵抗を用いて与え、ブランクの値をゼロにした後、試料のものを測定する方法で測定出来ることが分かった。しかし、この回路がやや生徒に理解しにくい嫌いがある。(2)価格的にはナログと全く同じデジタルの回路試験器を用いて直接測定する方法でも、測定できることが分かった。但し、この場合は前述のことく、ブランクとの差が余り大きくない。(3)デジタル回路試験器で簡単な増幅器を使うとよいことが分かったが、増幅率のことなどまだ若干問題がある。(4)ルクスメーターでも測定を試み、測定可能であるが、回路試験器に比べて数倍高値なのと、装置が作りにくいので教材化には劣る。2.光合成・呼吸測定検容計のテレビカメラを使う一斉実験装置の開発

ビデオカメラ及びテレビを購入して、従来高沖が開発してきた7本組の検容計を写しだし、テレビ画面上で測定することを試みた。指標水滴としては、従来の水の代わりに色素液を用いた、色素としては、価格と安全性のために食用色素を使った。この装置を用いて、発芽種子の呼吸速度、光合成速度とCO_2濃度との関係、陽葉と陰葉の光合成比較、などを測定した。新学期で学生実験に応用してみる予定である。この研究は、生理・生化学分野の定量的実験教材の開発を目的としている。おおむね初期の目的が達成できたので、その概要を述べる。1.微生物の成長を測定する装置の開発:太陽電池、テスタ-、自作した簡単な増幅器、及び丸型蛍光灯を用いて装置を作った。クラミドモナスやコウボキンを純粋培養し、その成長を測定したところ、従来の光電光度計での測定結果とほぼ同じ結果が得られた。本装置の特徴は、(1)三角コルベンに培養したままで測定できるから、無菌操作が省け、測定毎に培養物が減少することがない。(2)測定操作が簡単で、一回の測定は1、2分で終わる。(3)製作費が安く、専門家でなくても作れる。(4)場所を取らない。(5)普通の明るい部屋で測定できる。ことなどがあげられる。2.光合成・呼吸測定検容計のテレビカメラを使った一斉実験装置の開発:従来の検容計のゲ-ジ管内の指標に色素液を用いることによって検容計をテレビに映し出し、その画面からデ-タを読み取ることが出来るようにした。また、濃淡のあるフィルタ-を作り7個の反応室の照度を段階的に変えるようにした。その結果、各照度での光合成速度が一度に測定できるようになり、光合成の光飽和曲線が短時間で求められるようになった。陽葉と陰葉の比較や温度の影響など、従来の方法では時間のかかる実験でも1時限内に出来るようになった。3.SO_2ガスの植物に及ぼす影響を調べる実験方法の開発:簡単なSO_2暴露法と簡易呼吸測定法を使って、発芽種子や花弁の呼吸に及ぼすSO_2の影響を調べる方法を確立した。花弁ではSO_2暴露によって短時間で著しい可視障害のでるものがあり小学生でも観察できる。4.植物の根圧を数分間で測定する装置の開発:国内外共にきわめて例の少ない測定方法で、根の吸水に及ぼす呼吸阻害剤やATP合成阻害剤の影響を調べた。根の吸水の研究や教育に役立つものと思われる。
水中高温アークによるカーボンナノオニオン大量合成法に関する研究

水中に炭素電極間でアーク放電をおこすことにより,炭素系ナノ材料を安価に大量に合成することができる。例えば,水中でアーク放電を起こすことにより多層カーボンナノチューブが生成し,液体窒素中でアーク放電を起こすと単層ナノホーンが生成する。また,水に浮遊する粒子の中には比較的球状に近い多層フラーレン状ナノ粒子(カーボンナノオニオン)が生成する。本研究ではカーボンナノオニオンの生成速度と反応条件との関係を明らかにし,メカニズムについて仮説を提案した。また,電極に触媒を含有させることにより変更を加えた反応系で生成する単層カーボンナノチューブ,単層カーボンナノホーン,金属内包カーボンナノオニオン,Pt担持カーボンナノ粒子など種々の生成物の発生に関する検討も行った。また,カーボンナノオニオンの応用例として潤滑油に加えて使用する固体潤滑剤としての性能を確認するために潤滑性能試験機を作製し,同反応系で合成した試料の試験を行った。さらに,水や液体窒素のみならず,無機電解質を加えた水,アルコール類や飽和炭化水素類や芳香族などの有機溶媒を液に使用したときの生成物の構造への影響についての検討も行った。カーボンナノオニオンやカーボンナノチューブを水中のグラファイト電極間のアーク放電より生成する。生成したカーボンナノオニオンやカーボンナノチューブはプラズマ中で凝集体になる。カーボンナノオニオンの比重は水より小さいので、液面に浮かび粒子凝集膜を形成する。同時に生成するカーボンナノチューブ、アモルファスカーボン、グラファイト微粒子などからなる固体生成物は水より比重が大きく、水槽底部に蓄積される。カーボンナノオニオンの収率を向上させるためにはカーボン電極の形状、水の純度が重要であることが現時点で分かっている。本研究の成果として次に示す反応パラメータを調べるための反応器を製作した。(1)カーボン電極内または水中混合物の影響,(2)電極形状の影響,(3)反応場における圧力の影響.結果として,放電電流が大きいほうが水面に浮遊するナノ粒子凝集体の生成速度が増加することがわかった.ただし,その凝集体に含まれるナノオニオンの選択性に関する知見はまだ得ていない、水底に沈殿するカーボンナノチューブ凝集体に関しては反応場の圧力に関する知見を得ることができた.反応場における圧力の影響として,圧力を760torrから400torrに減圧する実験をおこなったところ,圧力が小さいほどナノ粒子の平均径が大きくなり,かつラマン分光による分析を行ったところ粒子の構造に存在する欠陥がすくなるなることが分かった.水面浮遊物は生成量が十分でなく,未だ反応場の圧力の影響に関する知見を得るに至っていない.本研究では,炭素電極を使用して液中でアーク放電を起こすことにより炭素系ナノ粒子合成を行う方法を開発している。液体は高温アーク放電により生成したカーボン蒸気を急速に冷却する効果とアーク放電場にガス成分を供給する役割を持っている。反応系の制御パラメータとして,水を使用したときの圧力および液の種類を変えた実験を行った。圧力の影響として,500torrまで減圧して合成を行うと,平均粒子径が大きくなり,粒子の結晶性が高くなることが分かった。理由として,圧力を減少させることにより液中アークにおける気泡の発展速度が増加し,平均気泡径が大きくなって急冷速度が抑制されるからであると考えられる。水を液体窒素に変えて実験を行うと,水中アーク放電では生成しなかった単層カーボンナノホーンが生成した。さらに,陽極にNiを含有した実験を行うと,Ni内包のカーボンナノホーンや単層カーボンナノチューブが生成した。これらの単層カーボンナノ構造は単純な水中アーク放電では生成しない構造である。これらの単層構造を低コストで連続製造するための検討として,不活性ガスを水中アーク放電場に導入する方法を考案した。結果として,水を使用しても液体窒素を使用したときと同じように単層カーボンナノチューブやナノホーンを合成できるようになった。以上の検討結果から,液中アーク放電法において水を使用する場合と液体窒素を使用する場合では,アーク部に供給されるガス組成が比較的不活性であることが単層構造ができるために重要であることがわかった。
環境負荷の極小化を目的とした電子付着性ガスを微量混合した新絶縁媒体ガスの研究

SF_6ガスは優れた絶縁・遮断特性を有し、機器のコンパクト化・高信頼性化に大きく貢献するため、高電圧ガス絶縁電力機器の主絶縁媒体として広く導入されている。一方、SF_6ガスは温室効果ガスであるため地球温暖化防止の観点から、大気への漏洩と共に使用量の削減が要請されている。本研究では、これまでの研究で明らかにしてきた電子付着性ガスを微量混合することでSF_6/N_2混合ガスの絶縁破壊電圧が劇的に上昇したメカニズムを明らかにし、環境負荷を極小化するような最適なガス種・混合割合を理論的に導出すること、及び絶縁破壊の前駆現象である部分放電現象を電気・光学的に同期計測することで混合ガス中の放電進展機構や絶縁破壊機構を詳細に検討した。その結果、以下の知見を得ることができた。(1)nsオーダの時間分解能で、放電の電流パルスと発光強度の時間変化および発光進展のストリークイメージとその測定時間内の積算イメージを同期して同時に測定できる装置を構築した。同装置により、連続する多数の放電パルスの一発一発の電気・光学的情報を取得でき、またその各発光を時間分解分光できるようになったため、放電進展のガス種や放電形態の同定が可能となった。(2)不平等電界下でのSF_6やPFC混合ガス、あるいはCO_2ガスの破壊機構並びに破壊に至るまでの部分放電現象を(1)の装置を用い詳細に明らかにすることができた。本実験条件では、10%SF_6使用時には30%N_2、_60%CO_2混合時が最適であり(50%SF_6では49%N_2、1%CO_2混合)、そのような3種混合ガスの部分放電時系列特性は、規格化するとSF_6やSF_6/N_2混合ガスともほぼ同様であることがわかった。また、破壊に寄与する部分放電を明らかにした。(3)CF_4、C_2F_6、C_3F_8、CO_2、N_2、H_2O、O_2、Ar、Xeガスを対象に、遺伝アルゴリズムを用い実効電離係数がゼロとなる電界(臨界電界)が最大となる混合ガス種を検討した結果、2.2%CF_4/73.6%C_3F_8/24.2%N_2混合ガスという理論結果を得た。SF6ガスは優れた絶縁・遮断特性を有し、機器のコンパクト化、高信頼性化に大きく貢献するため高電圧ガス絶縁電力機器の主絶縁媒体として広く導入されている。一方、SF6ガスは温室効果ガスであるため地球温暖化防止の観点から大気への漏洩と共に使用量の削減が要請されている。本研究では、これまでの研究で明らかにしてきた電子付着性ガスを微量混合することでSF6/N2混合ガスの絶縁破壊電圧が劇的に増加したメカニズムを明らかにすることで、環境負荷を極小化する最適なガス種・混合割合を理論的に導出することを主たる目的としている。本年度は、初年度ということで、まず電子付着性ガスを微量混入した混合ガスの放電発光を分光し、且つその放電電流と発光強度および発光静止像をnsオーダで同期計測できる実験装置を構築し、実験系を確立した。同装置を用いて部分放電発光の分光測光を実施し、混合ガスの構成ガス種や放電形態の相違による発光スペクトルの違いを明らかにすることができた。このような特徴を的確に抽出し、同時に測定した放電電流波形や発光像と共に検討を進めることで放電メカニズムの解明が見込まれると共に、将来の本開発絶縁新ガス適用電力機器の絶縁異常診断に資する基礎特性を取得できた。更に、混合ガスの部分放電発光分光に関する本年度の研究成果の一部を論文発表したところ、電子情報通信学会から支部長賞を受賞するなど一応の評価を得た。SF6ガスは優れた絶縁・遮断特性を有し、機器のコンパクト化・高信頼性化に大きく貢献するため高電圧ガス絶縁電力危機の主絶縁媒体として広く導入されている。本研究では、これまでの研究で明らかにしてきた電子付着性ガスを微量混合することでSF6/N2混合ガスの絶縁破壊電圧が劇的に上昇したメカニズムを明らかにすることで、環境負荷を極小化する最適なガス種・混合割合を理論的に導出することを主たる目的としている。本年度は、昨年度に引き続き、今年度購入したストリークカメラをこれまで構築した部分放電現象の光学的・電気的同時計測装置に組み込み、nsオーダの時間分解能で放電の電流と発光強度の時間変化および発光の進展イメージならびにその測定時間内の発光静止イメージを全て同時に測定できる測定系を完成させた。本装置により、一発一発の放電発光を分光でき、当初目的の一つとしていた混合ガス中の放電進展のガス種同定を発光スペクトルに基づき検討できるようになった。本装置により、放電形態変化のガス圧力依存性を放電の電流と発光強度ならびにその発光イメージの時間変化に基づき取得し、その変化のメカニズムを検討した。更に、混合ガスの時間分解発光スペクトルを実際に測定した結果、N2ガスを含む混合ガスの場合、N2の特にセカンドポジティブバンドの発光強度が強いことがわかり、スペクトルを選択的に測定することが重要であることがわかった。

本研究では、これまでの研究で明らかにしてきた電子付着性ガスを微量混合することでSF_6/N_2混合ガスの絶縁破壊電圧が劇的に上昇したメカニズムを明らかにし、環境負荷を極小化するような最適なガス種・混合割合を理論的に導出すること、及び絶縁破壊の前駆現象である部分放電現象を電気・光学的に同期計測することで混合ガス中の放電進展機構や絶縁破壊機構を詳細に検討した。その結果、以下の知見を得ることができた。(1)nsオーダの時間分解能で、放電の電流パルスと発光強度の時間変化および発光進展のストリークイメージとその測定時間内の積算イメージを同期して同時に測定できる装置を構築した。同装置により、連続する多数の放電パルスの一発一発の電気・光学的情報を取得でき、またその各発光を時間分解分光できるようになったため、放電進展のガス種や放電形態の同定が可能となった。(2)不平等電界下でのSF_6やPFC混合ガス、あるいはCO_2ガスの破壊機構並びに破壊に至るまでの部分放電現象を(1)の装置を用い詳細に明らかにすることができた。本実験条件では、10%SF_6使用時には30%N_2、_60%CO_2混合時が最適であり(50%SF_6では49%N_2、1%CO_2混合)、そのような3種混合ガスの部分放電時系列特性は、規格化するとSF_6やSF_6/N_2混合ガスともほぼ同様であることがわかった。また、破壊に寄与する部分放電を明らかにした。(3)CF_4、C_2F_6、C_3F_8、CO_2、N_2、H_2O、O_2、Ar、Xeガスを対象に、遺伝アルゴリズムを用い実効電離係数がゼロとなる電界(臨界電界)が最大となる混合ガス種を検討した結果、2.2%CF_4/73.6%C_3F_8/24.2%N_2混合ガスという理論結果を得た。
集成材の性能設計法開発のためのラミナ破壊に及ぼす材料欠点の影響評価に関する研究

木材の破壊に関係する因子の定量的評価を目的とし、節の断面欠損率と破壊強度の関係を基本軸として分析を行った。その結果以下の事項が明らかになった。引張試験による結果において、破壊は最大断面欠損率の単独節により生じておらず、必ずしも節の大きさのみが破壊に影響する訳ではないことが明らかになった。破壊に関係した節の断面欠損率と強度との関係を見たところ、ある程度の相関は見られるもののかなりばらつきが大きかった。これらのばらつきの一因として、材そのものの性能の個体差があると考えられ、それらを解消するために各材のヤング係数による標準化を行った。これにより節の断面欠損率と強度の関係についてのばらつきが小さくなり、両者の関係のより明確な傾向を把握できた。また破壊状態の観察より材縁からの距離が破壊に関係していると考えられたため、断面欠損率と強度の関係を材縁からの距離により区分して解析した。その結果、材縁からの距離ごとに断面欠損率と強度の関係の曲線が多少ずれており、破壊への節の影響を断面欠損率と材縁からの距離をあわせて評価する必要があると考えられた。以上の結果より破壊強度を節の断面欠損率、ヤング係数及び材縁からの距離をパラメータとして一般式化して表すことができた。又この関係式より、各試験体の破壊強度を算出し、実験結果と比較したところかなりよい適合性が得られ、この関係式によるある程度の強度の予測が可能であるいえる。
トリアリールメタン型構造を持つ高分子磁性体の構築

1.目的:本研究では、磁性の根源が明らかなトリアリールメタン型高分子磁性体を合成することを最終目標としている。今年度は、(1)高フッ素化トリアリールメタン型樹脂と、(2)フェロセンを含むトリアリールメタン型樹脂のそれぞれの合成条件、構造および分子量分布、磁性などを調べることにした。2.研究成果2-2.高フッ素化トリアリールメタン型樹脂:樹脂はトリフルオロフェノールとペンタフルオロベンズアルデヒドとを酸触媒と一緒に130160°Cで数時間、加熱して合成した。精製樹脂は、5,000をピークとして10,0002,000にわたる分子量分布を示すことと、樹脂の繰り返し単位が一種類で分子内および分子間水素結合からなる、目的とする高フッ素化樹脂が合成できたことがわかった。2-2.フェロセン系トリアリールメタン型樹脂:樹脂は、アズレン(Az)やピレン(Py)とフェロセンカルボキアルデヒド(FCA)の混合物を酸触媒と一緒に加熱して合成した。精製処理後の樹脂の分子量はAz系もPy系もともに約3,000をピークとして10,000600に幅広く分布していた。分子イオンの検出結果では、6,000程度までしか検出されなかったが、二種類の繰り返し構造単位からなる混合組成物であることがわかった。VSMを用いた磁気測定の結果では、Az系は常磁性と反磁性の混合物で、Py系は分子量が低いと常磁性を示し、高分子量成分を多く含むときには常磁性成分に加えて、約200Oeの印加磁場で10emu/g程度の樹脂の磁化の飽和現象が観測された。また、4K近くまで冷却すると、完全な磁気ヒステリシス曲線が観測され、磁気特性の温度依存性がはっきりした磁性体ができていることがわかった。本研究を通して、東大物性研の木下實教授らや、東邦大理の高橋正博士ら、大阪市大理の伊藤公一教授(本重点領域総括責任者)および工位武治教授らとの共同研究が行なわれることになった。