hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
加圧二酸化炭素の化学的機能を利用した膨張液相場による材料合成と化学変換プロセス

本研究では,二酸化炭素加圧下の有機基質液相(二酸化炭素溶解膨張液相)を反応場として有機反応を種々の条件下で行い,その特徴と水相共存の効果を詳しく調べた。アルミナ担持パラジウム触媒を用いたベンゾニトリル水素化では,二酸化炭素と水が存在すると第1級アミンの選択性が向上し,触媒失活も起こらない。水素化で生成した第1級アミンは二酸化炭素と反応してカーバメート種に変化する。これは固体であるため触媒表面に付着して,触媒の活性低下と失活の原因となる。しかし,水が存在するとカーバメート種は水溶性であるため,触媒への付着が抑制され活性は持続する。本反応系でも二酸化炭素と水素から一酸化炭素が生成し触媒に吸着するが,それは活性低下を引き起こす要因ではない。反応基質をフェノール,アルミナ担持パラジウムを触媒として同様な検討を行った。本系での二酸化炭素と水の影響は,上記の場合と全く異なっていた。反応系を二酸化炭素で加圧すると,時間とともに反応速度が低下し触媒の失活が見られた。水を添加すると,更に顕著な触媒失活が起こった。赤外分光の結果から,触媒失活の要因は触媒上での一酸化炭素の生成と吸着であると考えられた。水のみが存在する場合でも緩やかな活性低下が認められたが,その原因は現時点では明らかではない。アルミナ担体の水への溶解と触媒表面への再析出が関係しているのではないかと推測し,触媒を水に浸漬させてアルミナ溶解とパラジム表面積の変化を調べているところである。更に,二酸化炭素で加圧した水相にチタニアを分散させて紫外光を照射し,水素の発生を調べた。特定の化学構造の界面活性剤が共存する条件では,二酸化炭素の加圧によって水素発生速度が約1桁大きくなることを見出した。高圧その場紫外可視分光の結果から,二酸化炭素がチタニア表面に集積してその電子状態を修飾するためにその光触媒活性を向上させると推定した。加圧下で二酸化炭素が溶解して生じる有機膨張液相を化学反応や材料合成の反応場として応用し,その有用性を確認するため当初の実施計画に沿って次の実験研究を行った。併せて,異相として水添加の影響も調べた。これまでに液相に溶解した二酸化炭素分子が,カルボニル基あるいはニトロ基と相互作用してそれらの反応性を変化させることを見出している。今回はニトリル基に注目して,その水素化における総括転化率と生成物分布に及ぼす加圧二酸化炭素の影響を調べた。反応基質としてベンゾニトリル,触媒としてアルミナ担持パラジウム触媒を用いた。二酸化炭素で加圧すると水素化速度は遅くなり,1MPa程度の圧力でも水素化速度がレベルオフする傾向が認められた。二酸化炭素圧力が高くなるほどレベルオフの程度は顕著となった。即ち,反応系を二酸化炭素で加圧すると触媒の失活が起こりやすくなる。同じ総括転化率で比較すると,第1級アミン(ベンジルアミン)の選択率が低下した。二酸化炭素で加圧しない場合,転化率20%で第1級アミン選択率は約90%であるが,1MPaで約85%,14MPaでは50%以下にまで低下する、触媒失活の一因として反応中に生成する一酸化炭素が,触媒パラジウム微粒子表面に吸着することが考えられ,実際に高圧その場赤外分光法で検出しており詳しい検討を進めている。ニトロベンゼンの選択的水素化において水添加により二酸化炭素加圧効果が1MPa程度の低圧で発現することを見出している。この知見をもとに,上述のベンゾニトリル水素化で水添加の影響を調べた。その結果,二酸化炭素と水共存下では第1級アミンがほぼ100%の選択率で得られ,触媒の失活も起こらないことを見出した。(1)ベンゾニトリルの水素化:水が存在しない条件で反応を行うと,二酸化炭素の圧力とともに転化率と第1級アミンの選択率は低下した。この低下傾向は,特に反応基質がすべて二酸化炭素気相中に溶解した均一系(アルミナ担持パラジウム固体触媒は除く)で顕著であった。反応混合物に水を添加すると反応の様相が大きく異なった。総括の転化率は半分程度に減少するものの,第1級アミンの選択率は95%以上の高い値を示した。この値は114MPaの範囲で二酸化炭素圧力に依存しなかった。二酸化炭素と水が共存する多相系反応場は,ベンジルアミンの選択的合成に有用であることが分った。反応の経時変化を調べたところ,水も二酸化炭素も存在しない場合,反応は速やかに進行し100%の転化率が得られる。しかし二酸化炭素で加圧すると,転化率は反応の経過とともに変化しなくなり(反応は止まり),触媒の失活が認められた。この二酸化炭素の膨響は高圧ほど顕著であった。しかし,水が共存すると触媒の失活は起こらなかった。失活の原因として高圧二酸化炭素と水素からの一酸化炭素の生成と触媒表面への吸着が考えられたので,高圧その場赤外分光法で調べた。その結果,水の有無に拘わらず一酸化炭素は生成しており,また一酸化炭素を予め吸着させておいた触媒でも反応が進行したことから,他の原因が考えられた。第1級アミンと二酸化炭素を接触させると容易に水溶性のカーバメート種が生成することが認められた。これが触媒表面に付着して触媒を失活させ,水が存在すると溶解して触媒表面の被毒は起こらないと考えた。(2)チタニア微粒子:加圧二酸化炭素の存在下で水の光分解反応を行った。

予備実験から,二酸化炭素は水素生成に影響するものと考えられた.本研究では,二酸化炭素加圧下の有機基質液相(二酸化炭素溶解膨張液相)を反応場として有機反応を種々の条件下で行い,その特徴と水相共存の効果を詳しく調べた。アルミナ担持パラジウム触媒を用いたベンゾニトリル水素化では,二酸化炭素と水が存在すると第1級アミンの選択性が向上し,触媒失活も起こらない。水素化で生成した第1級アミンは二酸化炭素と反応してカーバメート種に変化する。これは固体であるため触媒表面に付着して,触媒の活性低下と失活の原因となる。しかし,水が存在するとカーバメート種は水溶性であるため,触媒への付着が抑制され活性は持続する。本反応系でも二酸化炭素と水素から一酸化炭素が生成し触媒に吸着するが,それは活性低下を引き起こす要因ではない。反応基質をフェノール,アルミナ担持パラジウムを触媒として同様な検討を行った。本系での二酸化炭素と水の影響は,上記の場合と全く異なっていた。反応系を二酸化炭素で加圧すると,時間とともに反応速度が低下し触媒の失活が見られた。水を添加すると,更に顕著な触媒失活が起こった。赤外分光の結果から,触媒失活の要因は触媒上での一酸化炭素の生成と吸着であると考えられた。水のみが存在する場合でも緩やかな活性低下が認められたが,その原因は現時点では明らかではない。アルミナ担体の水への溶解と触媒表面への再析出が関係しているのではないかと推測し,触媒を水に浸漬させてアルミナ溶解とパラジム表面積の変化を調べているところである。更に,二酸化炭素で加圧した水相にチタニアを分散させて紫外光を照射し,水素の発生を調べた。特定の化学構造の界面活性剤が共存する条件では,二酸化炭素の加圧によって水素発生速度が約1桁大きくなることを見出した。高圧その場紫外可視分光の結果から,二酸化炭素がチタニア表面に集積してその電子状態を修飾するためにその光触媒活性を向上させると推定した。二酸化炭素と水が共存する多相系反応場の特徴,両者の化学的・物理的効果を一層明らかにすることが出来た。・本反応場における二酸化炭素と水の役割は多岐にわたるが,分光学的手法で分子レベルで一層明らかにしたい。・本多相系反応場を他の反応に適用して,その有効性,応用範囲を明らかにしたい。・チタニア微粒子の触媒作用に対する二酸化炭素の加圧効果についてはその可能性を見極めたい。
光景が持つ時空間構造の脳内表現が知覚に与える影響

光景に含まれる視聴覚情報は高次の時空間的な統計的性質を有している。脳は視聴覚情報に含まれる統計的性質を学習し、情報処理に活用していると考えられる。時空間的な統計的性質を動画像から抽出する過程をモデル化する。脳活動計測を活用することで、モデルにより得られた統計的性質が脳内で表現されているかどうかを検討する。時空間的な統計的性質を学習できれば、将来起こりやすい視聴覚情報を予測することが可能となる。本研究では、予測と実際の感覚情報の差が知覚に与える影響も検討する。
順行性ウイルスベクターを用いた知覚神経回路形成機構の解析

大脳皮質を構成するニューロンは共通の投射標的をもつ6層のニューロンを領野ごとに修飾し、複雑かつ秩序だった3次元の神経回路をつくることで視覚・体性感覚・聴覚等の高次の知覚を発現する。この知覚神経回路の構築には内因性の遺伝子プログラムに加え、末梢感覚器官からの神経入力が重要な役割を担うと考えられているが、その寄与については不明な点が多く残されていた。本研究では、知覚神経回路形成過程の入力依存性を明らかにするために、順行性シナプス移行型のウイルスベクターによる入力の可視化および神経活動の制御を行い、神経活動依存的な大脳皮質神経回路構築機構について新たな知見を得た。複雑な結合様式をもつ脳神経回路の動作原理を理解する上で、目的遺伝子の発現を操作するシナプス移行型のトレーサーは有用なツールである。しかしながら投射標的細胞に移行して遺伝子の発現を操作する、順行性型の経シナプストレーサーについては現在まで汎用性のあるものが確立されていない。本研究では、改変型水泡性口内炎ウイルス(VSV)を用い、生体での簡便かつ特異性の高い順行性経シナプスウイルストレーサーを確立することを目的としている。本年度はVSVをコードする5つの構成遺伝子のうち、GタンパクとLタンパクの間にGFPを挿入したVSV-GFP、およびGFP領域にmCherry-Cre配列を挿入した新規のCre導入型ウイルスを作製し、ウイルスの産生効率およびCre酵素活性について解析を行った。並行してこれらのウイルスの新生児マウスへの感染手法および感染効率についても検討を行った。特に網膜に感染させたVSVによりCreが視床へ到達すると、Cre依存的にレポーターの発現が確認され、本システムが生体内における解析に有用であることが示された。これらと並行して既存のtTAマウス系統との交配により、胎生18日目の大脳皮質でのGFPの発現レベル、TeNT活性化によるVAMP2切断と発現量減少についても確認した。本年度の研究により改変型水泡性口内炎ウイルスが順行性型の経シナプストレーサーとして有用であることが示されたが、一方でこれまでの成体での解析手法とは異なり、生後早期のマウスへのウイルス導入については感染の時間的スケールおよび毒性についての調整が今後の検討課題であることが示された。この知覚神経回路の構築には内因性の遺伝子プログラムに加え末梢感覚器官からの神経入力が重要な役割を担うとが考えられているが、その寄与については不明な点が多く残されている。本研究では、知覚神経回路形成過程の入力依存性を明らかにするために、順行性シナプス移行型のウイルストレーサーの確立と特定の末梢感覚入力の細胞レベルでの可視化・制御を行うことで、入力特異的な神経活動の大脳皮質神経回路構築への作用を明らかにすることを目的としている。これまでVSVをコードする5つの構成遺伝子のうち、GタンパクとLタンパクの間にGFPおよびmCherry-Cre配列を挿入したウイルスを作製し、これらのウイルスを用いた新生児マウスへのレポーター遺伝子の発現について解析を行った。さらに視覚入力遮断と神経活動抑制を行ったマウスについて生後7日目と21日目の視覚野および体性感覚野におけるニューロンの配置と樹状突起パターンの定量的解析により、知覚神経回路形成における神経活動依存的なニューロンの分化と統合機構が新たに示された。これらの結果をふまえ、今後は時期特異的(tet-トランスアクチベーターシステム)、部位選択的(Cre/loxPシステム)、および刺激特異的(チャネルロドプシン)遺伝子発現の操作、細胞アブレーション(ジフテリア毒素)との組み合わせにより、神経回路形成の新たな解析手法への応用の可能性が見出された。本年度の解析から1週間を超える長期解析においては、標的細胞での細胞毒性が問題となることが予測された。そこで今後これらの問題を克服するために変異型ウイルスベクターの開発を行う。別の報告より、VSVの構成遺伝子のうち、2つの遺伝子に対して数カ所の点変異を導入することで、培養細胞でVSVの細胞障害性が低減されることが報告されている。そこで生体レベルで点変異を導入することにより、VSV本来の機能は維持したままで細胞障害性のみを低減するウイルスの作製を行なう。VSVを生後早期に感染させた実験はこれまで報告がないが、一方で成体と比較し幼若期マウスではインターフェロン産生によるVSVの不活性化が低減されることが予測され効率的な遺伝子発現が誘導できることも考えられている。神経発生学本年度の解析結果から、生後早期のマウスの長期解析においては、標的細胞での細胞毒性が問題となることが予測された。

そこで当初予定していた実験計画に加えて、細胞毒性緩和の問題を克服するための変異型ウイルスベクターの開発を行う必要が生じた。次年度は標的細胞での細胞毒性を緩和するための変異型ウイルスベクターの開発に向け、新たにクローニング用試薬と感染実験の条件検討に用いる組織化学実験用の消耗品試薬を購入する予定である。またデータの信頼性を確保するために、感染後の経時的遺伝子発現について、複数のタイムポイントを行うために使用する実験動物数についても増やす必要が生じる。
5Gにおける効率的無線リソース制御法

本研究では,第五世代移動通信の実現に向けて大容量のトラヒックを収容するための,効率的無線リソース制御法について研究を行った.無線リソースの割り当てには,スモールセル構成,高周波数帯の使用による効果を最大限得るため,公平性を保ちつつ,スループットを増大可能なプロポーショナルフェアネス規範を適用し,基地局選択時の自律制御,及び基地局・周波数帯の選択,及び干渉制御の同時最適化法の明確化を行った.まず,初めに無線リソースを基地局として考え,集中制御を行う場合の基地局選択法について検討を行った.その結果,各ユーザの伝送速度の相対関係により最適接続は決定されること,基本的に1基地局と通信すればよいことを示した.さらに,干渉制御法について,その最適な割り当て量の導出を行った.これらについて,その効果を計算機シミュレーションにより確認した.次に,基地局選択時の自律制御,及び基地局・周波数帯の選択,及び干渉制御の同時最適化法の明確化を行った.自律制御については,端末が複数の受信品質の良好な基地局の受信品質情報のみを基地局にフィードバックする条件で前述の最適解との特性差を計算機シミュレーションにより確認した.さらに,前述の基地局選択法・干渉制御を複数周波数で同時に最適化を行った.すなわち,本最適化を凸最適化問題に帰着し,その最適解を理論的に導出した.またこの最適解に収束するための収束アルゴリズムを提案し,その動作を確認した最後に,これら確立したアルゴリズムを用いて,複数の周波数帯,複数の送信電力,設置位置の異なる基地局を用いる複雑な構成に対して,提案アルゴリズムの実証を行った.これらの結果から,提案アルゴリズムは適切に動作し,複雑な構成においても最適解が得られることを計算機シミュレーションにより確認した.また,これまでの成果も含め,国際学会,及び国内学会において積極的に発表を行った.平成28年度は,無線リソースを基地局として考えた場合について検討を行った.具体的には,プロポーショナルフェアネス規範に基づく,(1)集中制御を行う基地局選択法の確立,及び(2)集中制御を行う場合の干渉制御法の確立を行った.(1)基地局選択:移動通信で最も重要な基地局選択について,本年度は集中制御を行う場合について検討を行った.具体的には,ネットワーク上にM基地局,Nユーザ存在する場合,2基地局と通信するユーザ数は最大(M-1)であり,それ以外は1基地局と通信すること,また通信する基地局は各ユーザの伝送速度の相対関係により決定され,割当量は均一となることを理論的に導出し,その動作を計算機シミュレーションにより確認した.評価の過程で,特定の基地局にユーザは集中した場合に,準最適な基地局に接続することにより全体の最適化を図るオフロード効果が得られることも確認した.(2)干渉制御法:移動通信で重要なスループットが低速となるセル境界ユーザの特性改善に有効な干渉制御法について,集中制御を行う場合について検討を行った.具体的には,任意の干渉制御パターンに対して,プロポーショナル規範に基づく最適な無線リソース量・割り当て量を理論的に導出し,その動作を計算機シミュレーションにより確認した.また,本方法を用いて,本手法を用いた計算機シミュレーションにより,フラクショナル周波数繰り返しを用いる場合の特性,及び干渉制御パターンの影響について評価した.これらの評価結果について,国内学会で積極的に発表を行った.今年度はプロポーショナルフェアネス規範に基づく基地局選択法,及び干渉制御法について,集中制御を行う場合について検討を行った.特に理論的な解の導出を行うこと,集中制御を行う際の最適解への収束の確認といった基礎的な検討に重点を置いて検討を行った.更に,分散制御を行う前段階として,基地局選択におけるオフロード効果の確認,フラクショナル周波数繰り返しを用いる干渉制御における干渉パターンの影響の評価を行った.これらの検討結果について,国内学会における発表を複数回行い,本研究に対して多数のコメントを得た.理論的検討の重要性に関してポジティブな意見とともに,今後の検討に関して,自立分散制御の重要性に加え,瞬時フェージングを考慮した場合の評価の必要性について多くのコメントが得られた.そのため,本年度の後半には,本基礎動作の確認作業と並行して,平成29年度に検討予定の瞬時フェージングを考慮した場合の評価用シミュレーションプログラムの作成を行った.これにより,平成28年度に予定していた自立分散制御の検討の進捗は遅れているものの,3年計画で考えると,ほぼ予定通りの進捗と考えることができる.以上の点から,全体としての進捗は『おおむね順調に進展している』とした.平成29年度は,平成28年度の成果を拡張し,プロポーショナルフェアネス規範に基づく基地局選択時の自律制御,小型基地局の導入,及び基地局・周波数帯の選択,及び干渉制御の同時最適化法の明確化を行った.具体的には,以下の通りである.(1)基地局選択の自律制御:平成28年度は基地局が全端末の受信品質情報を既知とした条件での最適化であったが,29年度はより現実的なモデルに拡張した.すなわち,端末が複数の受信品質の良好な基地局の受信品質情報のみを基地局にフィードバックする条件で前述の最適解との特性差を確認した.様々な条件でその劣化量を確認し,最適なフィードバック情報量を明確化した.(2)小型基地局の導入:小型基地局の導入は大容量化に必須の技術であり,基地局選択の自立制御を行う際にオフロード効果を得るためにそのフィードバック信号量に大きく影響する要素である.このため,今年度導入しその影響を明確化した.

(3)基地局・周波数帯の選択,及び干渉制御の同時最適化法:平成28年度に確立した基地局選択法を周波数も含めた同時最適化法に拡張した.その上で,干渉制御についても複数周波数で同時に最適化を行った.すなわち,本最適化を凸最適化問題に帰着し,その最適解を理論的に導出した.またこの最適解に収束するための収束アルゴリズムを提案し,その動作を確認した.また,平成28年度の成果も含め,国際学会,及び国内学会において積極的に発表を行った.平成28年度は,プロポーショナルフェアネス規範に基づく基地局選択法,及び干渉制御法について,集中制御を行う場合について検討を行った.特に理論的な解の導出を行うこと,集中制御を行う際の最適解への収束の確認といった基礎的に重点を置いて検討を行った.また評価では,マクロ基地局のみを用いた構成を主に用い,様々な干渉制御法を用いた場合の効果について検討を行った.これらの結果を受けて平成29年度は,以下の3点について拡張を行った.1点目は,基地局選択を自立制御に拡張した点である.一般的な参照信号受信電力を用いて複数の接続基地局候補をフォードバックする構成である.この際,各基地局は他の基地局の情報を用いることなく制御可能である.2点目は小型基地局の導入である.小型基地局の導入は大容量化に必須の技術であり,基地局選択の自立制御を行う際にオフロード効果を得るためにそのフィードバック信号量に大きく影響する要素である.3点目は複数周波数帯への拡張である.複数周波数帯への拡張も大容量化に必須の技術である.この拡張では,干渉制御の最適化における拘束条件が単一周波数帯の場合と比較して増加する.このため,単一周波数のアルゴリズムを拡張する必要がある.本年度は複数周波数帯を用いる場合に干渉制御を同時最適化可能な収束アルゴリズムを提案し,最適解への収束の確認も行った.以上のように,5Gにおける無線リソース制御に必要な要素を考慮した最適化アルゴリズムの確立を行うことができた.本研究では,第五世代移動通信の実現に向けて大容量のトラヒックを収容するための,効率的無線リソース制御法について研究を行った.無線リソースの割り当てには,スモールセル構成,高周波数帯の使用による効果を最大限得るため,公平性を保ちつつ,スループットを増大可能なプロポーショナルフェアネス規範を適用し,基地局選択時の自律制御,及び基地局・周波数帯の選択,及び干渉制御の同時最適化法の明確化を行った.まず,初めに無線リソースを基地局として考え,集中制御を行う場合の基地局選択法について検討を行った.その結果,各ユーザの伝送速度の相対関係により最適接続は決定されること,基本的に1基地局と通信すればよいことを示した.さらに,干渉制御法について,その最適な割り当て量の導出を行った.これらについて,その効果を計算機シミュレーションにより確認した.次に,基地局選択時の自律制御,及び基地局・周波数帯の選択,及び干渉制御の同時最適化法の明確化を行った.
口蓋における粘膜骨膜欠損創の創傷治癒と瘢痕収縮に関する研究

1)目的口蓋粘膜の創傷治癒における筋線維芽細胞の局在と消長を検索するためには以下の実験を行った。2)材料と方法実験動物は、4週齢の雄性S,Dラットを用い、臼歯部口蓋の粘膜骨膜の半側を剥離切除した。通常の固形飼料で飼育を継続し,術後5、6、7、8日、2、3、4、5、6、8、10、12週目に上顎骨を摘出した。ホリマリン固定後、EDTA脱灰、パラフィン包埋し前頭断にて切片を作製した。筋線維芽を検出するために、PROGEN BIOTECHNIK社製抗α-アクチンモノクローナル抗体ASM-1を次抗体として免疫染色を行った。3)結果術後約2週間で創の上皮化は終了し、創内は幼若なコラーゲン線維と線維芽細胞、炎症性細胞より成る肉芽組織で満たされていた。創傷治癒が進行し、瘢痕が成熟するにしたがってコラーゲン線維は緊密かつ規則的に排列するようになっていたが、創傷治癒および瘢痕形成過程のいずれの時期においても、α-アクチン陽性の線維芽細胞は検出されなかった。しかし、同一標本内の血管平滑筋は明らかな陽性の所見であったことから、染色操作は適切であったと思われる。したがって、α-アクチン陽性の線維芽細胞が検出されなかったのは、使用した抗体が筋線維芽細胞のアクチンに親和性をもたないことに起因すると思われる。抗体として、瘢痕組織由来のアクチン抗体を用いれば陽性細胞を検出できた可能性がある。また、アクチンにはαの他にβ、γのイソタイプがあり、これらについても検討する必要があると考えられた。
被服の動的挙動の解析と評価

フレアスカートの揺動性を解析しその評価を行うために,腰部と大腿部が歩行に近い動きをする歩行マネキンを試作し,腰部のみを動かした場合,大腿部のみを動かした場合,腰部と大腿部を連動させた場合について,各種のフレアスカートを製作して歩行マネキンに着用させ,その揺動性の測定を行い,被服の動的挙動の解析と評価方法を検討した。歩行マネキンは,2個のステッピングモーターを用いて,腰部と大腿部を別々または連動できるように作った。歩行速度はプログラムによって毎分ゆっくりした歩行の72歩から早歩きの135歩まで8段階に設定し4往復歩行させた。揺動性の測定は,スカートのすそ線部分に取り付けた軽い反射体をビジコンカメラとTVモニターを通してX-Yトラッカーがとらえ,その軌跡をX-Yレコーダーで記録させた。得られた結果は次の通りである。1.フレアスカートの揺動性は素材の重さと剛軟性や歩行速度の影響が大きく,スカート丈の影響は小さい。2.腰部のみ運動させた場合は,大腿部のみ運動させた場合よりも揺動性が大きくなる。特に腰部の回転角度による影響が大きく,いわいるモンローウォークのような歩行はスカートを大きく揺動させる。3.柔かい素材はスカートの垂下が大きいので,歩行によってすそ部分が当たり,大腿部のみの運動でも揺動が大きくなる。また,スカート丈の影響も受ける。4.一般にデニムやブロードのような硬い素材以外のジョーゼット,サージなど柔かい素材のフレアスカートは,普通の歩行速度である毎分100120歩で最も大きく揺動する。これらの成果はスカートなどの被服設計に役立つと考えられるので,官能検査による美しさの評価も加えて,さらに検討を続けたい。
共役高分子のシングルファイバーを前駆体とする炭素ナノ繊維の創成と異方導電性の解明

本研究では、共役高分子のシングルファイバーを炭素化前駆体として用いることで、前駆体ポリマーの構造や形態を保持した炭素ナノ繊維を創成した。主たる研究成果は次の通りである。(1)液晶流動落下法により、巨視的配向ポリアセチレン薄膜を合成した。(2)合成したポリアセチレン薄膜の超音波処理により、シングルナノファイバーを調製した。(3)調製したポリアセチレンシングルファイバーの形態保持炭素化および引き続く2600°C処理により、グラファイトシングルナノファイバーを調製した。(4)界面重合により合成したポリアニリンファイバーを前駆体として用いることで、カーボンナノファイバーを調製した。本研究では、(1)ネマチック液晶(N-LC)を異方性反応場として合成した巨視的配向ポリアセチレン(PA)薄膜を前駆体とし、その超音波処理により、PAシングルナノファイバーを調製する。(2)調製したPAナノファイバーの形態保持炭素化により、その形状と形態をそのまま保持した、絡み合いのないグラファイトナノファイバーの創成を目指す。また、生成したグラファイトファイバーの異方導電性の発現を試みる。平成22年度においては、以下の研究項目を実施した。1.巨視的配向PA薄膜の合成:チーグラー・ナッタ触媒に対して安定なフェニルシクロヘキシル(PCH)系液晶であるPCH302とPCH304の等モル混合液晶をN-LCとし、そこへ触媒を加え、異方性反応場を構築した。液晶流動落下法により、PAのフィブリルが一様に重力方向と平行に配向した、巨視的配向PA薄膜を合成した。2.PAシングルナノファイバーの調製:合成した巨視的配向PA薄膜の小片を適当な有機溶媒に浸け、数時間超音波を照射し、溶媒中で一様に分散させた。その電子顕微鏡観察により、アスペクト比の高いシングルナノファイバーの形成を確認した。3.PAシングルファイバーの形態保持炭素化:調製したシングルナノファイバーをヨウ素蒸気にさらすことで化学ドーピングを施した。ドーピング処理後のPAファイバーをるつぼに入れ、電気炉を用いて不活性ガス雰囲気下800度で熱処理した。得られた炭素粉末の電子顕微鏡観察により、半径が100nm以下、長さが20μm以上のカーボンシングルナノファイバーの形成を確認した。本研究では、ネマチック液晶(N-LC)を異方性反応場として合成した巨視的配向ポリアセチレン(PA)薄膜を前駆体とし、その超音波処理により、PAシングルナノファイバーを調製する。次に、得られたPAナノファイバーの形態保持炭素化により、その形状と形態をそのまま保持した、絡み合いのないグラファイトナノファイバーの創成を目指す。実施した研究内容は以下の通りである。(1)N-LCにチーグラー・ナッタ触媒を加え、異方性反応場を構築した。次に、液晶反応場を流動配向により配向させ、巨視的配向PA薄膜を合成した。(2)合成したPA薄膜の小片を適当な有機溶媒に浸け、数時間超音波を照射し、溶媒中で一様に分散させた。その電界走査型(FE-SEM)および透過型電子顕微鏡(TEM)観察により、アスペクト比の高いシングルナノファイバーの形成を確認した。(3)調製したシングルナノファイバーは、ヨウ素気体にさらすことでドーピングを行なった。ドーピング濃度は重量増加を計算することで見積もった。(4)ドープしたPAファイバーを不活性ガス下、800度で炭素化した。得られた炭素粉末のFE-SEM観察により、半径が100nm以下、長さが20μm以上のカーボンシングルナノファイバーの形成を確認した。(5)生成したカーボンファイバーの2600度処理により、グラファイトナノファイバーを調製した。以上、有機高分子を炭素化前駆体とする、これまでにないグラファイトナノファイバーの調製手法を確立した。本グラファイトナノファイバーが有する絡み合いのない一次元構造と導電性により、新規な電気・磁気物性の発現が期待される。
大気中で動作する高電流イオン発生装置の開発

本研究では,固体電解質からの熱イオン放出現象を用いた,大気中で動作するイオン発生源を開発すべく,固体電解質からの熱イオン放出の機構を解明することを試みた。その結果以下の知見を得た。(1)正イオンの熱イオン放出に伴って過剰となった負イオンが固体電解質から放出されるかどうか,A型ゼオライトを用いて調べた。その結果負イオンは固体からは放出されず,熱イオン放出に伴って固体電解質の非化学量論性が増すことが明らかになった。(2)なぜ固体電解質から熱イオンが放出され易いかを知るため,ナトリウム,カリウムおよびセシウムイオン交換したモルデナイトからの熱イオン放出とモルデナイトのイオン伝導度との関係を調べた。その結果,放出イオンの固体内伝導性が低いほど熱イオンの放出も困難になることが判明した。これはイオンの固体内移動が速やかな場合には,熱イオン放出に伴って固体電解質表面上に生じる負電荷を持つ空孔を埋めるべくイオンが移動する結果,放出イオン-空孔間のクーロン引力が弱まり,イオン放出が容易になるのに対し,イオンの伝導性が低いと,放出イオン-空孔間の強いクーロン引力のため,イオン放出が困難になるためである。(3)カチオンが伝導性イオンであるA型ゼオライトや,酸素負イオンが伝導性イオンである安定化ジルコニアにKBrを担持して加熱したところ,臭素負イオンの熱放出が観測された。これは,臭素負イオン放出に伴って固体表面上に生じる過剰正電荷を打ち消すべく,伝導性イオンが固体内で再配向するためである。本研究の目的は,ゼオライトやβ-アルミナなど,無機固体電解質として働くセラミックスの加熱によって伝導イオンが固体表面から気相あるいは真空中にイオン放出される現象を利用した,大気中で動作するイオン発生源を開発することにある。この目的を達成するため,本年度は以下の研究を行った。(1)正負イオンを測定可能な質量分析計を備えた固体電解質加熱装置を作製した。(2)この装置を用いてゼオライトからのアルカリ金属イオンの熱イオン放出を測定し,イオンの固体内移動によって正負電荷間のクーロン引力が弱まる結果固体表面からの熱イオン放出が可能になることを明らかにした。(3)ゼオライトをアルカリ土類金属イオンで置換すると,このイオンとアルカリ金属イオンとの間のクーロン反発力のため,アルカリ金属イオンの熱イオン放出が容易になることがわかった。ゼオライトやβ-アルミナなど,無機固体電解質として働くセラミックスの加熱によって伝導イオンが固体表面から気相あるいは真空中に放出されることを利用した,大気中で動作するイオン発生源を開発すべく,昨年度に完成した実験装置を用い,固体電解質中でのイオンの易動度およびイオン濃度と気相へのイオン放出強度との関係を調べた。その結果以下の事実が明らかとなった。(1)気相へのイオン放出強度は,他のイオンの配置を変えることなく固体表面から気相中に1個のイオンを移すのに必要なエネルギー(垂直イオン放出エネルギー)のみならず,固体内での伝導イオンの濃度および移動度にも依存する。固体内での伝導イオンの易動度が高く,濃度も高いと,放出イオンの移動に伴って生じる電場変化が伝導イオンのすみやかな再配向によって緩和されるため,放出イオンと固体表面上の対イオンとの間のクーロン引力が弱まる。このため垂直イオン放出エネルギーが大きいイオンでも,固体内濃度と易動度が高ければ,固体表面から放出され易くなる。(2)固体電解質に塩を含浸させると,伝導イオンと逆の電荷をもつ対イオンを放出させることができる。これは逆電荷の放出に伴って生じた電場の歪みが伝導イオンの再配向によって緩和されるからである。様々な固体電解質を900°C程度まで加熱し,正,負イオンの熱放出を調べたところ,以下の事実が判明した。1)固体内イオン伝導率の増加に伴い,熱イオン放出が容易となる。

2)熱イオンの放出は,固体内イオン伝導率が十分高ければ,イオン半径の大きいイオンほど,また電荷の低いイオン程容易となる。3)固体内伝導イオン以外のイオンも熱放出される。以上の事実より,固体電解質表面からイオンが放出され易いのは,イオン放出に伴って固体表面に生じる逆電荷と放出イオンとの間に働くクーロン引力が,伝導イオンの再配向によって弱められるためであることが明らかとなった。
磁性ナノ粒子の磁気緩和機構を解明する評価分析法の確立と診断治療への貢献

磁性ナノ粒子の磁気緩和(磁化の配向過程)は、癌温熱治療(ハイパーサーミア)における発熱量や磁気粒子イメージング(画像診断)における感度・分解能を決定する現象である。「細胞内や血液中での磁性ナノ粒子の磁気緩和機構を解明するための測定手法を確立すること」を研究目的としている。低強度・低周波数磁界で高発熱を示す磁性ナノ粒子の構造や粒径、凝集状態等の形態を明らかにするとともに、実用化レベルの画像診断性能に求められる磁性ナノ粒子の磁気特性及び印加磁界の条件を提示する。平成30年度は、体内での磁性ナノ粒子の磁気的な振る舞いを解明した。体内の多様な環境下での磁性ナノ粒子の磁気特性を粘度を変化させた溶媒中に分散する磁性ナノ粒子サンプル、また固体中に分散固定させた磁性ナノ粒子サンプル、さらには固定させる過程において磁場を印加し、粒子の磁化容易軸を配向させたサンプル等を用いて、これらの磁気緩和機構の相異を明らかにした。特に先導的な研究成果として以下の2件が得られた。1)ネール緩和に加え、ブラウン緩和も寄与する液中試料のほうが、固体試料よりも発熱量が高いと実験的にも理論的にも理解されてきた。しかしながら磁化容易軸を固定配向させた試料において液中試料よりも発熱量が高いという実験結果を初めて示した。磁気異方性の寄与を解明したことに加え、ハイパーサーミアの報告例としても最大の発熱量が得られた。2)従来の交流磁場励磁下の定常状態における磁性ナノ粒子の磁化ダイナミクスの測定、解析のみならず、パルス磁場を印加した際の過渡状態の磁気モーメントと粒子(磁化容易軸)の挙動を測定することに成功した。磁性ナノ粒子を配向固定させた試料において液中試料を超える発熱量が得られるという、これまでの実験・理論では予想されていなかった結果を得た。また従来の交流磁場印加下での定常状態ではなく、パルス磁場印加時の磁気モーメントと粒子(磁化容易軸)の過渡的な振る舞いを初めて実測で明瞭に示した。これらは当初計画以上の研究項目を実施できたためであるため。磁性ナノ粒子の磁化ダイナミクスとしてブラウン緩和並びにネール緩和の実効的な挙動を理解するという当初目的は達成されつつあるので、ハイパーサーミアや磁気粒子イメージングなどの医療応用にどのように活用するかを次年度に明確に示す。平成29年度は、磁性ナノ粒子の直流・交流磁化特性を測定する計測システムを構築した。直流磁化特性には、試料振動型磁力計を用いた。交流磁化特性は、励磁・検出コイルとそれらを駆動・検出する回路・機器系から構成される測定システムを用いた。液中に分散する微量の磁性ナノ粒子の交流磁化特性を高精度に評価可能な測定システムを構成することに成功した。磁気共鳴画像診断(MRI)による肝臓がん診断用に臨床使用されている造影剤であるリゾビストを測定する磁性ナノ粒子のサンプルとした。溶媒中に分散する磁性ナノ粒子は、磁化が回転するネール緩和に加えて、粒子自体が回転するブラウン緩和も生じることが特徴である。平成29年度の研究成果として溶媒中に分散する磁性ナノ粒子試料と、固体中に固定させた試料の動的磁化過程の差分を高精度に観測することに成功した。これにより粒子が回転するモードを初めて明らかにすることができた。溶媒中に分散させた磁性ナノ粒子の磁気緩和機構において、これまでの理論モデルでは説明されていない動的磁化過程を見いだしたため、並びにこの知見が癌温熱治療(ハイパーサーミア)における発熱量や磁気粒子イメージング(画像診断)における感度・分解能向上に貢献するとの見通しを得たため。

しかしながら磁化容易軸を固定配向させた試料において液中試料よりも発熱量が高いという実験結果を初めて示した。磁気異方性の寄与を解明したことに加え、ハイパーサーミアの報告例としても最大の発熱量が得られた。2)従来の交流磁場励磁下の定常状態における磁性ナノ粒子の磁化ダイナミクスの測定、解析のみならず、パルス磁場を印加した際の過渡状態の磁気モーメントと粒子(磁化容易軸)の挙動を測定することに成功した。磁性ナノ粒子を配向固定させた試料において液中試料を超える発熱量が得られるという、これまでの実験・理論では予想されていなかった結果を得た。また従来の交流磁場印加下での定常状態ではなく、パルス磁場印加時の磁気モーメントと粒子(磁化容易軸)の過渡的な振る舞いを初めて実測で明瞭に示した。これらは当初計画以上の研究項目を実施できたためであるため。溶媒中に分散させた磁性ナノ粒子の磁気緩和機構を探求するうえで、固体中に固定させた磁性ナノ粒子の動的磁化過程を対照させる必要がある。磁性ナノ粒子を固定させる過程において外部磁場を印加して配向させた固体試料を新たに作製し、その測定を進める。磁性ナノ粒子の磁化ダイナミクスとしてブラウン緩和並びにネール緩和の実効的な挙動を理解するという当初目的は達成されつつあるので、ハイパーサーミアや磁気粒子イメージングなどの医療応用にどのように活用するかを次年度に明確に示す。
水素吸蔵合金を利用したパワーアクチュエータの開発

水素吸蔵合金は、水素吸脱蔵時に1030%の大きな体積変化を示すことが知られており、熱膨張と比較してその膨張は数十倍にも及ぶ。また、相変態を利用するため水素吸蔵合金を利用したアクチュエータは大きな駆動力が期待できる。本申請課題では、耐久性に優れ、微粉化が生じ難く、加工が容易なバナジウム基水素吸蔵合金およびパラジウム基水素吸蔵合金を用いて、合金の水素吸脱蔵時の体積変化を曲げ挙動に変換するモジュールを作製し、その動作特性を明らかにすることを目的とした。V-5at%Ti合金を用いて曲げモジュールを作製して、水素吸蔵時の変形挙動を調べた結果、水素導入直後からメッキ方向に変形を開始し、V-5at%Tiにおいては100秒で試料上端は約20mmの変位を示した。続いて排気したところ、わずかに変位は回復したが、完全に元の形状に回復することはなかった。これは合金の脱蔵時の圧力が低すぎたために水素を放出することができなかったと考えられる。また、Pd-11at%Ni合金のpct曲線を測定した結果、吸・脱蔵時のプラトー圧が1気圧近傍にあり、ヒステリシスも小さく、アクチュエータに適した組成であることがわかった。また、Pd-11at%Ni合金の水素吸蔵合金試料の変位の経時変化は、水素導入後10分で約20mm変位するまでほぼ一定の速度で変形した。次に、さらに変形後の試料を排気したところ2時間で約75%の変位の回復が観察された。サイクル変形試験を行った。7サイクル目の変形速度と、1サイクル目の水素吸脱時の変形速度を比較すると、7サイクル後の変形速度は大幅に減少した。これは、サイクル試験を繰り返す過程で合金内の水素が完全に脱蔵されずに再度吸蔵させると、濃度が高い方へ水素が拡散するUp-hill拡散が起きたためであると考えられる。水素貯蔵合金は,水素吸脱蔵時に大きな体積変化を示すことが知られており,この体積変化は相変態に起因することから,小型・高出力のパワーアクチュエータへの応用が期待される.本申請課題では,この体積変化を利用したパワーアクチュエータを開発するために,機械加工が容易で,常温・常圧近傍での水素吸蔵量が大きいバナジウム合金を用いたアクチュエータの変形挙動を調べた.水素吸脱時の合金の体積変化を曲げ挙動に変換するため,アーク溶解により作製したV-5及び10at%Ti合金を幅1.25mm,長さ40mm,厚さ40μmの短冊状に加工した試料の片面に,電解メッキにより厚さ40μmの銅メッキを施して,合金/メッキ積層モジュールを作製した.変形時の合金/メッキ界面の剥離を防止するために,850°C,2時間の真空熱処理することで合金/メッキ界面を拡散接合させた.作製したモジュールを,形状変化測定装置内に配置し,10atmの水素を導入して,その変形挙動を観察した.幅5mmのモジュールが最も大きな変形を示したが,幅方向への変形も大きく,合金表面に亀裂や剥離が生じた.幅1.2mm及び2.5mmのモジュールは,幅5mmのモジュールよりも変形は小さかったが,合金/メッキ界面の剥離は観察されなかった.従って,曲げモジュールを作製する場合には,幅2.5mm以下が望ましいことがわかった.次に,3atmの水素を導入して,レーザー変位計により変形挙動を観察した結果,いずれのモジュールも水素導入後直ちに変形を開始し,約600秒後に変形を終了した.また,V-5at%Ti合金を用いたモジュールは約2.5mm,V-10at%Ti合金を用いたモジュールは約5mmの水平方向への変位を示した.変位量の違いは,用いた水素貯蔵合金の水素貯蔵量の違いに起因すると考えられる.以上の結果から,水素貯蔵合金の組成及び水素圧力を制御によりモジュールの変形挙動が制御可能なことがわかった.今後は,変形力やサイクル特性などについて調べ,変形挙動に優れ,かつ耐久性に優れた各種モジュールの試作を行う.水素吸蔵合金は、水素吸脱蔵時に1030%の大きな体積変化を示すことが知られており、熱膨張と比較してその膨張は数十倍にも及ぶ。

次に、さらに変形後の試料を排気したところ2時間で約75%の変位の回復が観察された。サイクル変形試験を行った。7サイクル目の変形速度と、1サイクル目の水素吸脱時の変形速度を比較すると、7サイクル後の変形速度は大幅に減少した。これは、サイクル試験を繰り返す過程で合金内の水素が完全に脱蔵されずに再度吸蔵させると、濃度が高い方へ水素が拡散するUp-hill拡散が起きたためであると考えられる。
電気刺激による骨・軟部組織の廃用性変化防止の研究

廃用性変化の防止・軽減及び電気刺激を中心に各種の物理療法の効果を検討するために、科学研究費補助金基盤研究(C)の援助により、平成9年度から11年度にかけて本研究を行った。基本的実験系は、大腿骨・下腿骨を皮下に縫縮し、膝関節の屈曲拘縮を作製したラットの実験モデルで、この系を用い、以下の実験結果がまとめられた。1)基本的データとして、1週から10週までの経時的な関節拘縮の変化をみるために、摘出した大腿骨と下腿骨を用いて力学的計測を行い、粘弾性測定装置を使った強制振動応答法から膝関節周辺の各関節軟骨面、軟骨下骨面における動的剛性、位相差を得た。またDEXA式骨塩定量装置にて、大腿骨と下腿骨の骨幹部、骨幹端部に設定した各関心領域での骨密度の経時的計測も行った。2)同様に幼弱期から老齢期までのラット大腿骨のDEXAとpQCTによる構造解析を施行した。3)他方、強制走行させたラットにて、運動効果が時間と共にどう変化するか、大腿骨、脛骨、上腕骨にて骨密度を調べた。合わせて大腿骨の3点曲げ試験と応力緩和試験も行った。4)この動物モデルに対し、拘縮を作った膝関節の内外側に設置した電極から20μA、50μAの直流電流刺激実験を行い、対照群と比較検討した。関節包・靭帯などの軟部組織の粘弾性を調べ、拘縮変化軽減に有効との結果を得た。また関節軟骨面に対する影響、骨幹端部の骨密度への効果も調べた。軟部組織の反応に比較して、関節軟骨や骨密度への影響は軽微で部分的差異も目立った。各組織により至適刺激条件の追求が必要であろう。5)やはりこのモデルの膝関節へ40mW、60mW低出力レーザー照射を行い、関節軟骨面に対する影響、骨密度への効果を対照群と比較した。この刺激条件の低出力レーザーは関節拘縮変化の防止、軽減に一定の有効性を示した。さらに関節包、靭帯などの軟部組織に対する影響を調べたが、低出力レーザーの軟部組織への効果はごく限定的であり、廃用性変化の防止、軽減に今後の更なる検討が必要であることを示した。6)膝関節に拘縮を作製した動物に対し摂氏42度の温浴を行い、関節拘縮への温浴の影響を対照群と比較検討した。同様の力学解析と骨密度測定を行ったが、拘縮による変化を左右するような影響は認められなかった。7)電気刺激の骨組織への効果をみるため、医学データーベースを用いて無作為化臨床比較試験を収集、系統的レビューの手法に則って、臨床的有効性を調べた。さらにデータ収集の範囲を骨以外の筋・骨格系組織にまで拡大し、電気(電磁場)刺激のメタアナリシスを行い、一定の治療有効性を確認した。

7)電気刺激の骨組織への効果をみるため、医学データーベースを用いて無作為化臨床比較試験を収集、系統的レビューの手法に則って、臨床的有効性を調べた。さらにデータ収集の範囲を骨以外の筋・骨格系組織にまで拡大し、電気(電磁場)刺激のメタアナリシスを行い、一定の治療有効性を確認した。本年(平成9年)度には、大腿骨・下腿骨を皮下に縫縮し、膝関節の屈曲拘縮を作製したラットの実験モデルを用い、以下の実験結果がまとめられた。1,1週から10週までの経時的な拘縮変化をみた基本データを得た。(文献1)各週経過後に摘出した大腿骨と下腿骨を用いて力学的計測を行った。解析は、粘弾性測定装置を使った押し込み試験による強制振動応答法とし、膝関節周辺の関節軟骨面、軟骨下骨面における動的剛性、位相差を得た。2,またDEXA式骨塩定量装置にて、大腿骨と下腿骨の骨幹部、骨幹端部に設定した関心領域での骨密度の経時的計測も行った。(文献1)3,この動物モデルに対し、膝関節の内外側に設置した電極から20μA、50μAの直流定電流刺激を行い、関節包・靱帯などの軟部組織の拘縮変化軽減の効果を調べた。(文献2)また関節軟骨面に対する影響、骨幹端部の骨密度への効果も調べた。(文献5)4,次に膝関節への40mW、60mW低出力レーザー照射を行い、関節軟骨面に対する影響、骨密度への効果も調べた。(文献4)これら一連の実験より、上記の物理的影響が膝関節拘縮の廃用性変化の防止、軽減に有効であることを示した。必要に応じて骨幹部での破断試験も併用した。(文献3)5,現在、同様の動物モデルを用いて、軟骨下骨の組織的観察、電顕写真での骨梁解析、pQCTによる断面形状の計測を使って構造解析を計画中。これにより、材料特性としての弾性率などの算出も行う。6,また膝関節への超音波照射による骨・軟骨に対する影響も検索中。本年(平成10年)度も昨年と同様に、大腿骨・下腿骨を皮下に縫縮し、膝関節の屈曲拘縮を作製したラットの実験モデルを用い、以下の実験結果がまとめられた。1,この動物モデルの膝関節に対し、40mW、60mWの低出力レーザー照射を行い、関節包、靭帯に対する影響を調べた。(文献1)これら一連の実験より、上記の物理的影響が膝関節拘縮の廃用性変化の防止、軽減に一部有効であることを示した。2,他方、強制走行させたラットにて、時間経過と共に骨密度がどう変化するか、大腿骨、脛骨、上腕骨にて調べた。合わせて大腿骨の3点曲げ試験と応力緩和試験も行った。走行運動後24週でも運動効果が残存した(文献2)3,拘縮を作った膝関節の内外側に設置した電極から20μA、50μAの直流定電流刺激を行った実験を検討した。関節包・靭帯などの軟部組織の拘縮変化軽減の効果と、関節軟骨面に対する効果、骨幹端部の骨密度への影響と比較し、力学的ストレス減少を補正可能かどうか、至適刺激条件を追求した。(文献3)4,ヒトに対する電気刺激の効果をみるため、医学データベースを用いて無作為化臨床比較試験を収集、系統的レビューの手法に則って、その臨床的有効性を調べた。(文献4)5,容量刺激方式を用いた交流刺激装置を試作し、また膝関節への超音波照射による骨・軟骨に対する影響も検索中。また、同様の動物モデルを用いて、軟骨下骨の組織的観察、電顕写真での骨梁解析、pQCTによる断面形状の計測を使った構造解析を引き続き計画中。本年(平成11年)度は3年間にわたる研究期間の最終年度に当たり、ラット膝拘縮モデルの実験(大腿骨・下腿骨を皮下に縫縮し、膝関節の屈曲拘縮を作製)を用い、以下の実験を行っている。1,このモデルを用い、交流式容量刺激装置による電気刺激が廃用性変化の防止・軽減に役立つかの検討を実験群、対照群を比較して引き続き行っている。
イネのアミロプラストエンジニアリングに関する基礎的研究

MNU処理は90%以上がGC→ATへの塩基置換変異であった。変異率は1kbp当たり69で、3,000系統程度の変異ライブラリーを確立できれば、イネゲノム中の全ての遺伝子の変異を網羅できる可能性が示された。新たな変異探索法を確立し、PHO1やFLO2など新たな遺伝子を単離・同定できた。これらの変異を用いたプロファイリング解析は、システマティックな遺伝子資源の開発と新奇コメ澱粉の論理的育種法の確立に極めて有効であることが示された。本研究は、澱粉生合成・集積の場であるアミロプラストのOMICSエンジニアリングによるシステマティックな澱粉の改変と効率的集積を目的として、アミロプラスト機能に関わる遺伝子の網羅的基礎データを得ることである。本研究では、イネの最も主要な利用成分である胚乳澱粉の細胞内生合成・集積系について、(1)アミロプラスト関連遺伝子のサチュレーションミュータジェネシス、(2)アミロプラスト機能に関わる遺伝子の検索とプロファイリング並びに変異遺伝子の単離・同定、(3)関連タンパク質の発現プロファイルと変異タンパク質の同定・単離、(4)変異体澱粉の理化学特性解析、(5)形質転換体を用いた遺伝子機能の解明と新規澱粉系統の作製を行う。これら一連の研究を統合し、遺伝子の発現及び機能に関する情報を解析するバイオインフォマティクスを用いて形質発現のための遺伝子制御システムに関する情報を整列化し、積極的に形質をデザインするシステマティックな遺伝子資源の開発と新奇コメ澱粉の論理的育種法の確立を目指す。1)サチュレーションミュータジェネシス・水稲品種「金南風」及び「台中65号」のMNU受精卵処理M2より、新たに変異257系統を選抜、固定化を図った。さらにM2穂別系統862系統を育成すると共に、新たにMNU受精卵処理を行った。・TILLING分析の結果、本MNU処理でも動物細胞や微生物と同じく90%以上がGCからAT型への塩基置換変異で、塩基転換変異は極めて稀であった。一方、遺伝子座当たりの変異率は10kbp当たり69で安定しており、本処理によって極めて高い確率で変異を得られること、3,000系統程度の変異ライブラリーを確立できれば、ほぼ全ての遺伝子に関する変異を網羅できる可能性が示された(Suzuki, et. al.2008)。2)変異体を用いた澱粉生合成関連遺伝子の生物情報学的解析SS3変異EM790及びPho1変異EM755及びEM640の変異遺伝子を同定し、EM640では第10exonの4716にC→T変異が生じ、Glnが終止コドンへ変化、一方、EM790及びEM755ではそれぞれ第1及び第5-intronのsplice siteのGがAへ変異し、フレームシフトによる終止コドンの誘導が生じたものと考えられた。3)澱粉生合成関連酵素の細胞内局在解析登熟種子を用いて、stepwiseに重層した15%65%ショ糖濃度勾配超遠心分離による胚乳細胞の分画を行い、細胞質、アミロプラストストロマ及び澱粉画分に分離後、SDS-PAGE、IEF及びウエスタン分析を行った。本解析により、各々の画分特有のタンパク質と澱粉生合成関連酵素の局在を明らかにできた。4)澱粉変異の特性解析可溶性デンプン合成酵素SS3変異の胚乳澱粉はアミロース含有率が有意に増加し、アミロペクチンはDP36以下の長鎖とDP9以下の短鎖が顕著に減少し、難糊化性を示した(Fujita, et. al.2007)。1)PHO1変異を単離し、澱粉生合成の初発反応にPHO1を含め2種以上の酵素が関与すること、PHO1は低温での初発反応に重要な役割を果たすことを明らかにした(Satoh et al.2008)。さらに、PUL変異を単離し、本酵素がISA1の補助的役割を果たし、澱粉の結晶構造形成に関与することを示した(Fujita et al.2009)。2)AGPaseを高発現する組換え体植物を用いた解析から、澱粉合成の制約はADP-Glc合成の下流の調節系にあり、本酵素の高発現はCなどの上流の基質濃度の上昇を招くことを示した(Nagai et al.2009)。3)イオン強度の異なる溶媒を用い、登熟種子の可溶性・不溶性両画分のSDS-PAGE分析を行い、両画分に特有のタンパク質を特定した。変異ライブラリーについて登熟種子各画分のタンパク質分析を行い、68kDSSIを含む多様な変異を選抜できた。