hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
システムバイオロジーを基盤とした組織形成機構の解明

ヒト組織培養中に生じる環境的ヘテロ集団,細胞的へテロ集団に対する形成機構の解明を目指し,細胞レベルでの増殖・分化の現象を局所把握,細胞ごとに生じるイベントを生物的パラメータにて整理した.実在培養のデータを基に,細胞間のコミュニケーションを加味したモデル構築を行い,へテロ性を考慮し,かつ立体的・時系列的変化に対応したシミュレータにて,仮想培養を実施し,細胞の棲み分けなどの現象解明を行った.ヒト組織培養中に生じる環境的ヘテロ集団,細胞的へテロ集団に対する形成機構の解明を目指し,細胞レベルでの増殖・分化の現象を局所把握,細胞ごとに生じるイベントを生物的パラメータにて整理した.実在培養のデータを基に,細胞間のコミュニケーションを加味したモデル構築を行い,へテロ性を考慮し,かつ立体的・時系列的変化に対応したシミュレータにて,仮想培養を実施し,細胞の棲み分けなどの現象解明を行った.実際培養系における細胞挙動および組織構築に関する定量的解析と仮想培養系のための培養シミュレータの構築を行った.培養シミュレータの構築は,セルラーオートマトン法を用い,液相分布および細胞分布を計算する仮想培養プラットフォームからなり,細胞挙動ならびに培養操作を加味した細胞挙動モジュール培養操作モジュールを組み合わせることにより,種々の組織構築過程を表現する.種々の細胞挙動を有するモデル集塊形成組織として,角化細胞からなる培養表皮シート形成,軟骨細胞をコラーゲンに包埋した培養軟骨の形成を対象に検討を行い,平成21年度は,システムバイオロジーを基盤とした組織形成シミュレータの構築を以下の項目を実施した,上皮シート形成機構:角化細胞などの上皮細胞は,積層シートを形成する.その際,分化時には,基底層(最下層)において,非対称分裂(分裂細胞(基底層)と非分裂細胞(基底上層))を引き起こし,積層化を引き起こす.さらに,基底層における増殖可能細胞の頻度は,経時的に減少し,積層シート内での基底層の安定性は,シートの重層能力および,移植後の治癒効果に影響を及ぼす.そこで,分裂,接触阻害を考慮した単層培養時の増殖モデルと伴に,分化時の積層過程における基底層安定性を定量的に評価することで,安定性を考慮した上皮シート形成モデルを構築した.ゲル内細胞集塊の形成機構:軟骨組織の培養において,ゲル内での酸素やタンパクなどの培地成分物質移動現象,細胞増殖,細胞外マトリックス生成が時空間的変化を伴って組織が形成される.ヘテロな環境(濃度分布)は,増殖をヘテロに変化させ,よりヘテロな細胞分布を生じさせると考えられる(受動的集塊形成).細胞分裂,接触阻害,培地消費を考慮し受動的集塊形成を表現できる3次元増殖モデルを設計し,酸素,タンパクの物質移動を考慮した空間的細胞増殖モデルを構築し,培養組織形成を解析した.ヒト組織培養中に生じる環境的ヘテロ集団(不均一性),細胞的ヘテロ集団(不均質性)に対する形成機構の解明を目指し,細胞レベル(微視的レベル,μmオーダー)での増殖・分化の現象を局所把握,細胞ごとに生じるイベント(分裂・遊走・物質生成,シグナリング)を生物的パラメータにて整理する.実在培養(in vitro culture)のデータを基に,細胞間のコミュニケーションを加味したモデル構築を行う.さらに,ヘテロ性を考慮し,かつ立体的・時系列的変化に対応したシミュレータにて,仮想培養(in silico culture)を実施する.このシステムバイオロジーを基盤としたシミュレーション構築を,組織レベル(巨視的レベル,mm, cmオーダー)での集塊増殖,分化,シグナリングの機構解明へ展開し,組織生産における工程管理ならびに品質管理への貢献を目指す平成22年度は,実際培養系における細胞挙動および組織構築に関する定量的解析と仮想培養系のための培養シミュレータの構築を並行して行った.培養シミュレータの構築は,セルラーオートマトン法を用い,液相分布および細胞分布を計算する仮想培養プラットフォームからなり,細胞挙動ならびに培養操作を加味した細胞挙動モジュール培養操作モジュールを組み合わせることにより,種々の組織構築過程を表現できた特に,モデル集塊形成組織として,角化細胞からなる培養表皮シート形成,遊走性を有する筋芽細胞増殖を対象に検討を行い,システムバイオロジーを基盤とした組織形成シミュレータの構築の完成度を高め,各モジュール化を構築したまた,5層の筋芽細胞積層シートにおいて,シートの流動性について,分子の拡散現象と見立て,定量的解析を行った.そこで,積層細胞シート内における細胞流動性を表現できるモデルを構築し,実挙動との比較を行うことを可能とした600800字で記述することヒト組織培養中に生じる環境的ヘテロ集団(不均一性),細胞的ヘテロ集団(不均質性)に対する形成機構の解明を目指し,細胞レベル(微視的レベル,μmオーダー)での増殖・分化の現象を局所把握,細胞ごとに生じるイベント(分裂・遊走・物質生成,シグナリング)を生物的パラメータにて整理する.実在培養(in vitro culture)のデータを基に,細胞間のコミュニケーションを加味したモデル構築を行う.さらに,ヘテロ性を考慮し,かつ立体的・時系列的変化に対応したシミュレータにて,仮想培養(in silico culture)を実施する.このシステムバイオロジーを基盤としたシミュレーション構築を,組織レベル(巨視的レベル,mm,cmオーダー)での集塊増殖,分化,シグナリングの機構解明へ展開し,組織生産における工程管理ならびに品質管理への貢献を目指す.

平成23年度は,培養シミュレータの構築として,セルラーオートマトン法を用い,細胞挙動ならびに培養操作を加味した細胞挙動モジュール培養操作モジュールを組み合わせ,筋芽細胞の継代培養のシミュレーションを行った.また,5層の筋芽細胞積層シートにおいて,シートの流動性ならびに混在する繊維芽細胞の局在性(棲み分け)について,実挙動から得られる情報を基に,計算を行い,システムバイオロジーを基盤とした組織形成シミュレータの構築の完成度を高め,各モジュール化を構築した.今後は,板状集塊や球状集塊についての混在する細胞の挙動特徴に基づく棲み分け機構の解明を行ってゆく.
チョウザメ類における種および雑種判別のためのＤＮＡマーカーの開発

オオチョウザメHuso huso、コチョウザメAcipenser ruthenus、シベリアチョウザメA. baeri、オオチョウザメ雌とコチョウザメ雄の間の交雑種ベステルについて、double-digest restriction-associated DNA(ddRAD)シーケンスにより種特異的な1あるいは2塩基配列変異を同定した。そして、コチョウザメに特異的に反応するポジティブ(+)プライマーとコチョウザメ以外に反応するネガティブ(-)プライマー、ならびにオオチョウザメに特異的に反応する(+)プライマーとオオチョウザメ以外に反応する(-)プライマーを設計した。これらのプライマーと共通のリバースプライマーの組み合わせにより、PCRと電気泳動のみで、増幅フラグメントの存否に基づいて、オオチョウザメ、コチョウザメとこれらの種間雑種ベステル(オオチョウザメ雌×コチョウザメ雄)を他のチョウザメ類8種(シベリアチョウザメA. baeri、アムールチョウザメA. schrenckii、ロシアチョウザメA. gueldenstaedtii、ホシチョウザメA. stellatus、ペルシャチョウザメA. percicus、ミカドチョウザメA. mikadoi、シロチョウザメA. transmontanus、ダウリアチョウザメH. dauricus)から正確かつ簡便に種・雑種判別する手法を確立した。本手法はキャビア1粒のサンプルであっても判別が可能であった。オオチョウザメは最高級キャビアを産し、ベステルのキャビアも広く利用されているので、本手法は食品偽装、不正流通の防止に広く利用可能である。28年度が最終年度であるため、記入しない。材料とするコチョウザメAcipenser ruthenus、シロチョウザメA. transmontanus、オオチョウザメHuso huso、ベステル(オオチョウザメ雌×コチョウザメ雄交雑種)、およびベステル雌×シロチョウザメ交雑種(二倍体および三倍体)の合計約200個体のサンプルよりゲノムDNAを抽出精製した。そして、他の研究者により発表されている他のチョウザメ類のマイクロサテライトDNAマーカー座分析のための20プライマーセットを選び、PCR増幅の後、2.5%アガロース電気泳動を行うことにより、増幅の安定性、増幅断片サイズの確認を行った。次に、プライマーセットの一方の5'末端にM13Rテールを付加した。そして、VIC、PET、FAMおよびNEDを蛍光ラベルしたプライマーを増幅反応に加え、産物をABI 3130XL自動シーケンサに供することにより分析した。マーカー型(Genotype)はGeneMapper v.3.7を用いて解析した。以上の分析の結果、検討した20マーカー座のうち、14マーカー座が今回分析対象としたすべての純粋種と交雑種において、安定した増幅を示すことが明らかになった。そこで、これらの中から10マーカー座を選び、ベステル×シロチョウザメ交雑種各個体における純粋種由来のゲノム組成を明らかにするための実験およびその他チョウザメ類の種判別マーカーの開発を現在継続中である。交配実験に用いたミカドチョウザメ、ダウリアチョウザメの親魚が純粋種であるか否かの検討をこれら2種を含むチョウザメ類8種183尾のミトコンドリアDNA調節領域の塩基配列とマイクロサテライト(MS)DNAマーカー9座を解析することで行った。その結果、親魚はいずれもミカドチョウザメ、ダウリアチョウザメのクラスターの中にあり純粋種と判定した。次に、ミカドチョウザメ純粋種同士とミカドチョウザメ雌とダウリアチョウザメ雄の異種間交配より得た遺伝的二倍体2n(機能的四倍体4n)と遺伝的三倍体3n(機能的六倍体6n)について多型的なマイクロサテライトDNAマーカー5座について解析した結果、遺伝的3nは母系特異的なアレルを父系に比較して多く受け継ぐことが判明した。従って、ゲノム倍加(遺伝的3nの出現)は卵の自発的な第二極体放出阻害に原因があると結論した。遺伝的3nの一部の座のNSマーカー型からマーカー-動原体間の遺伝地図距離推定ができ、染色体の動原体側にある座とテロメア側にある座の推定ができた。本成果を取り纏めた原稿を国際学術誌に投稿し、現在審査中である。さらに、ベステル(オオチョウザメ雌×コチョウザメ雄)雌×シロチョウザメ雄、シロチョウザメ雌×シロチョウザメ雄、シロチョウザメ雌×ベステル雄の通常授精群と圧力処理群について、67MS座を用いて分析したところ、各雑種が両親種のゲノムを含むこと、そして、圧力処理群では第二極体放出阻害の結果ゲノム倍加(遺伝的三倍体化)が起きていることが判明した。また、利用したMS座の動原体からの地図距離推定もできた。本研究により純粋種であることが遺伝的に確認できたチョウザメ類を対象とした次世代シーケンスを用いた分析に着手した。また、白血球培養により染色体標本を作製する技術を確立し、ベステル×シロチョウザメ雑種の染色体分裂像(約190-200本)が観察できた。交付申請書に記載したとおり、ミトコンドリアDNAの塩基配列および複数のマイクロサテライトDNAマーカー座を用いた分析を8種183尾の参照標本について調べ、交配実験の材料と比較することで正確な種判別を達成した。また、交配と染色体操作から生じた遺伝的二倍体、遺伝的三倍体についてマイクロサテライトDNAマーカー座の分析から、両親種の関与と第二極体放出阻害を確認した。

以上により種・雑種判別が明確となった材料を用いた次世代シーケンサを用いた分析が可能となり、目下進行中である。分子細胞遺伝学的な解析には到らなかったが、別途、血液培養によりチョウザメ類の染色体標本作製が可能となった。また、一部成果は論文として発表するほか、投稿することもできた。以上の様に予定した研究を実施できたことから、おおむね順調に進展していると判断した。オオチョウザメHuso huso、コチョウザメAcipenser ruthenus、シベリアチョウザメA. baeri、オオチョウザメ雌とコチョウザメ雄の間の交雑種ベステルについて、double-digest restriction-associated DNA(ddRAD)シーケンスにより種特異的な1あるいは2塩基配列変異を同定した。そして、コチョウザメに特異的に反応するポジティブ(+)プライマーとコチョウザメ以外に反応するネガティブ(-)プライマー、ならびにオオチョウザメに特異的に反応する(+)プライマーとオオチョウザメ以外に反応する(-)プライマーを設計した。これらのプライマーと共通のリバースプライマーの組み合わせにより、PCRと電気泳動のみで、増幅フラグメントの存否に基づいて、オオチョウザメ、コチョウザメとこれらの種間雑種ベステル(オオチョウザメ雌×コチョウザメ雄)を他のチョウザメ類8種(シベリアチョウザメA. baeri、アムールチョウザメA. schrenckii、ロシアチョウザメA. gueldenstaedtii、ホシチョウザメA. stellatus、ペルシャチョウザメA. percicus、ミカドチョウザメA. mikadoi、シロチョウザメA. transmontanus、ダウリアチョウザメH. dauricus)から正確かつ簡便に種・雑種判別する手法を確立した。本手法はキャビア1粒のサンプルであっても判別が可能であった。オオチョウザメは最高級キャビアを産し、ベステルのキャビアも広く利用されているので、本手法は食品偽装、不正流通の防止に広く利用可能である。南ボヘミア大学、北海道大学で飼育、保存しているチョウザメ純粋種、交雑種の多数個体から順調にDNAサンプルを抽出・精製でき、これらを材料として、既報のマイクロサテライトDNAマーカー座プライマーセットの最適化を終了し、かつ、純粋種の遺伝的種判別、交雑種の母系、父系種由来ゲノム組成の検討に着手することができ、分析が進んでいること、学会での口頭発表を行うことができたことから「おおむね順調に進展している」と判断した。次世代シーケンス技術により、今回の種判別で純粋種であることが明らかになった標本についてRADシーケンスを実施し、種に特異的なパターンを持つコンティグを同定し、さらに種判別、遺伝解析に有用なマーカー候補を拾い出す。あわせて今までの交配実験より得られた両親と子孫の複数標本セットを活用して、過去の進化的スケールによるゲノム重複に由来する機能的に四倍体(進化的には八倍体)であるチョウザメ類における遺伝様式解明を複数のマイクロサテライトDNAマーカー座について行う。血液より得た白血球培養による染色体標本作製法が確立できたので、可能な範囲で分子細胞遺伝学的な解析を行う。
河川の樹林化・草原化に及ぼす土壌栄養塩特性と供給源の把握と河川に向けた提言

河川の砂州の樹林化は、砂州の生態系を乱すだけでなく、治水上も大きな問題である。砂州の土壌は元々貧栄養で、特に窒素分が不足する。窒素分は大気負荷の他に、洪水時の冠水、窒素固定によって供給され、植物は、生長、枯死、分解の過程を繰り返しながら、群落を拡大していく。砂州上での窒素固定の特性等を明らかにし、木本類、草本類に分けて、植物を介して循環する窒素量を評価し、植物量の変化を予測するモデルを開発した。2009年度は、計画に沿って、荒川および黒部川で草本類および木本類の生長観測と、特に荒川においては2007年9月の洪水後のヤナギ類およびニセアカシアの再生長の状況を調査した。以下にその成果を記す。黒部川の観測成果:黒部川においては毎年1度程度、出平ダムおよび宇奈月ダムからダムに堆積した砂を下流に排砂する操作を行っている。この砂は下流の砂州に堆積している。観測の結果、ここに堆積した砂の粒径は元々の堆積土砂よりも遥かに細かく、また、含有する有機物、窒素、リンの濃度はダム湖内に堆積したものとほぼ同程度のものであった。さらに、過去のデータと比較すると、排砂後、ほぼ排砂量に比例して、標高の高い場所にはアキグミ、低い場所にはカワヤナギが萌芽し、これが、黒部川の樹林化の原因であることが判明した。また、安定同位体比の結果より、アキグミにおいて空中窒素起源の窒素の割合が低くなっており、窒素固定のためのエネルギー消費が低下していることがわかった。これにより、排砂による窒素が樹林化に大きく寄与していることが明らかになった。荒川においては、2007年9月の洪水後、倒伏した樹木からの萌芽、地面からの萌芽が多数観測された。あおのため、まず、本年度はその萌芽数の全数を計測し、その割合を、過去のデータと比較して、水面からの高さに応じて整理した。その結果、標高の高い場所(通常の水面から3m以上)ではニセアカシアの萌芽が多く、標高の低い場所(通常の水面から3m以下)の場所ではヤナギ類の萌芽が多くなっていることが明らかになった。しかし、いずれにおいても、樹木密度がある数になると萌芽率が急激に減少することがわかった。また、リターが窒素還元に及ぼす影響を把握するため、リターの多い場所と少ない場所に関して、土壌中の窒素濃度を比較した。その結果、リターの多い場所の方が栄養塩濃度が明らかに高いことが示され、リターを介した窒素循環が樹林化・草原化に影響を及ぼしていることが示唆された。本研究課題では、樹林化の原因には土壌栄養塩が大きくかかわっているという仮説に基づいているが、一方では、ダム建設等による洪水特性の変化が原因ではないかという指摘がある。そうした点を明確にするために、河川の樹林化を生じさせる最も重要な因子の抽出を行った。全国の1級河川を対象に、過度に人工的な影響が出ていない代表的な区間をいくつか選び出し、航空写真より、植被率を求めた。次に、データベースより、流域面積、流量変動、水中栄養塩濃度、堰の密度等とを読み取り、植被率との相関を計算した。その結果、全体的に植被率ともっとも相関が高いのは、栄養塩濃度であり、堰に関しては下流5kmが影響を受け、洪水の頻度や強度との相関はほとんど見られなかった。特に、関東や近畿の河川で植被率が高く、流量変動の少ない北海道では最も低くなっていた。さらに、いくつかの河川での測定結果から、砂州上の土壌中の栄養塩濃度は水中の栄養塩濃度と高い相関がみられた。以上のことから、河川の藪化・樹林化に対しては、砂州土壌の栄養塩濃度が大きく影響していることが得られた。次に、荒川、黒部川等4のくつかの観測地において、観測によって草本類バイオマス量と土壌中の栄養塩濃度との相関を求めた。さらに、これまでの観測結果も合わせて、草本類バイオマス量と土壌窒素濃度との関係を調べると、草本類のバイオマス量は、土壌中の窒素濃度と高い相関があり、窒素濃度0.02%(w/w)までは、窒素濃度のほぼ4乗に比例して増加し、以降はほぼ横ばいになることがわかった。また、荒川熊谷砂州において、砂州を横断するトランゼクトを設け、草本類バイオマス量、土壌粒径、栄養塩濃度、樹木による天空率を求め相関を求めた。その結果をもとに、草本類バイオマスを、栄養塩濃度、土壌粒径、樹木密度の関数として戸見積もる経験式を提案した。荒川熊谷の砂州に引き続き、利根川、烏川合流点において、河岸の堤防から水際に至る区間について、トランゼクトを設定し、土壌粒径および水分、栄養塩濃度、樹木による射影、植物種およびそれぞれのバイオマスについてサンプリングを行った。

さらに、多摩川の府中四谷橋近郊、大栗川合流部、狛江水辺の楽校の河岸、また、黒部川河口より4.4および8.8kmに位置する砂州においても同様の観測を行った。これらの結果を基に、草本類を、バイオマスの大きいオギやヨシ、ツルヨシなどの大型イネ科植物とその他の植物に分け、それぞれのバイオマスを、土壌窒素濃度、土壌粒径、近隣の樹木の密度の関数として表す、経験的な関数形を作成した。次に、これらの地上部バイオマスの割合を経験的に表し、これが冬季に枯死し、分解されることによって土壌に還元される窒素量を経年的に評価する形に発展させた。一方で、観測の結果および他の報告を合わせ、ニセアカシア、ヤナギについて、洪水時の樹木の定着割合、成長の過程における自己間引き率を、洪水規模や洪水時期、冠水深等の関数として経験的に求めた。また、観測値より、樹木個体の生長に伴う形態特性、バイオマスを樹齢に関するアロメトリー関数として求めた。以上の結果を総合して、洪水後、植生が流失した砂州において、洪水によって樹木の種子が定着、発芽、生長の過程において、さらに、文献等から得られる、大気負荷等の値を導入することによって、草本類のバイオマスの変遷、土壌窒素濃度の変化のシミュレーションを可能にするモデルを作成した。さらに、その結果を荒川熊谷砂州における観測結果に適用し、十分な精度を持った予測が可能であることを確認した。これによって、砂州土壌中の窒素濃度の変化、供給源の内訳が明確になることから、主たる供給源をある程度予測することが可能になった。
心筋症ならびに各種心筋障害における心筋のジストロフィンの変化に関する研究

心筋症ならびに各種心筋障害おける心筋のジストロフィンの変化について臨床的、実験的検討を行った。1)臨床的検討対象は心筋生検を行った84症例。内訳は肥大型心筋症30例、拡張型心筋症14例、心筋炎9例、Becker型筋ジストロフィー4例、弁膜症10例、その他の心疾患17例である。心筋生検検体に対して、モノクローナル抗ジストロフィン抗体を用いてジストロフィンの免疫染色を行った。その結果、Beckerでは4例とも骨格筋と同様に心筋細胞膜のジストロフィンの部分欠損がみられた。一方、その他の心疾患ではジストロフィンは全周性に染色され、欠損はない事が明らかになった。2)実験的検討(1)カテコールアミンによる心筋障害ラットを用いてイソプロテレノール100mg/Kgを皮下注射し、心筋障害を作成した後、ジストロフィン染色を行った。その結果、障害された心筋細胞においてジストロフィンの免疫染色性が低下あるいは消失することが認められた。この事は、進行性筋ジストロフィー症など遺伝子異常以外の病因によっても心筋ジストロフィンの異常が生じることを示している。(2)アドリアマイシンによる心筋障害ラットの新生児心筋細胞を培養し、ジストロフィン染色を行った結果、培養初期は核周囲に、その後しだいに広がり14日後は細胞全体に認められる事が明らかになった。アドリアマイシンを添加して障害を作成したところ、空胞変性を生じる前後の時期にジストロフィンが消失することが明らかになった。以上のように臨床的研究では遺伝子異常による心筋ジストロフィンの異常・欠損が認められ、実験的には薬物による心筋障害においてジストロフィンが消失することが明らかになった。今後、これらの結果を基に、ジストロフィン消失の機序ならびにジストロフィン消失がどのように心筋細胞障害の進展へ関与しているかを明らかにしたい。
文化財汚染に関与する微生物生態系と揮発性分子の役割に関する保存科学的解析

(1)古墳文化財で報告されてきた、文化財汚染に関わる真菌5属(アスペルギルス属、ペニシリウム属、アクレモニウム属、フザリウム属、アウレオバシジウム属)および放線菌のあわせて23種について、揮発性有機化合物(MVOCs)を実験室内での培養の段階ごとに固相抽出(SPME)成分のガスクロマトグラフ質量分析計(GC/MS)で分析し、フィンガープリントデータベースを構築した。さらに、新規に開発した先端計測機器であるイオン・モービリテイ・スペクトログラフイ(IMS)検出器を用いて、イオン化したMVOCsを大気中で移動分析してピークとして分離・検出するのに成功し、MVOCsに関するIMSデータベースを新たに構築した。(2)古墳などで分離されたカビや放線菌の株、あるいは同等の標準的な株の培養に対して、トビムシが捕食行動あるいは忌避行動や誘因行動がみられるかどうかについてビデオカメラによる小動物の行動解析を中心に行った。その結果、ペニシリウムの摂食が観察され、クラドスポリウムに対して誘因行動がみられるなどの特徴が明らかとなった。(3)フザリウム・ソラニの放出するMVOCsがアスペルギルス・フミガーツスとペニシリウム・パネウムの増殖を抑制し、胞子の成熟を早めることが同一シャーレ内での共培養による実験から判明した。その原因物質はGC/MSを用いた解析から、フザリウムの放出する2-ペンタデカノンが胞子成熟因子であり、ベンズアルデヒドがアレロパシー因子であることが示唆され、それぞれの標準物質の気体を培養へ添加する実験によって、これらの示唆が裏付けられた。(4)奈良大学との共同研究で、大阪府柏原市にある史蹟高井田横穴の線刻壁画のある壁から我々が分離したカビを用いて、当地と同じ凝灰岩を用いたin vitroの生育試験を行った。滅菌蒸留水を用いた培養では栄養分を添加していないにもかかわらず、すべてのカビが生育し、一定の相対湿度以上では胞子形成も確認できた。古墳石室で分離されたカビと放線菌の6株にっいて、12時間捕集した揮発物質をSPME抽出し、ガスクロマトグラフ・質量分析計(GC/MS)でMVOCsを同定したところ、アルコール、アルデヒド、ケトンおよびテルペノイドの各種が、種特異的な組合せのパターンで検出された。さらに古墳石室から採取されたトビムシの体表から分離されたカビAspergillus fumigatusについては生活史との関連も調べたところ、目視できない培養初期(胞子の発芽と菌糸形成開始)には2-エチル-1-ヘキサノールが、カビ集落が認められ菌糸成長と胞子形成を開始している時期には、3-オクタノン、2-フェニル-2-プロパノール、2-メチル-5-(1-メチルエチル)-ピラジン、2,5-ジ-tert-ブチル-1,4-ベンゾキノンが、胞子成熟の時期にはヘプタナール、ベルガモテン、β-ピサボレンが発散されていた。MVOCsの抗真菌活性を調べるため、クロコウジカビ(A.niger)を用いたプレート検出法を開発した。この方法によって、これらMVOCsのうち、2-エチル-1-ヘキサノール、2-フェニル-2-プロパノールおよびヘプタナールには強い抗真菌活性が認められた。ベルガモテンはハチの1種Melittobia digitataのオスが放出する性フェロモンとして知られ、他のMVOCsに関しても性プェロモン、集合フェロモンあるいは警告フェロモンとしての活性の有無を検討する必要性が示唆された。昆虫のカビに対する嗜好性を調べる実験系を開発した。

飼育が容易で、無眼で叉状器が退化していて土壌の生活に適応しているシロトビムシ科のProtaphorura armataを材料として選択した。カビには古墳石室由来の、Penicillium brevicompactum(KC1株)、Bionectriaceae sp.(KC6株)、Aspergillus fumigatus(KTO176株)を用いた。容器の中でカビのない対照と共に、3種のカビを配置し、トビムシの行動をビデオ録画し、解析した。3種のカビのうち、KC1株とKC6株を比較的好む傾向があった。今後はオルファクトメーターを用いた実験によって、MVOCsとの関連を調べる必要性が示唆された。1.古墳文化財で報告されてきた文化財汚染に関わる真菌5属(アスペルギルス属、ペニシリウム属、アクレモニウム属、フザリウム属、アウレオバシジウム属)および放線菌のあわせて23種について、揮発性有機化合物(MVOCs)を実験室内での培養の段階ごとにガスクロマトグラフ質量分析計(GC/MS)で分析し、フィンガープリントデータベースを構築した。2.古墳などで分離されたカビや放線菌の株、あるいは同等の標準的な株の培養に対して、トビムシが捕食行動あるいは忌避行動や誘因行動がみられるかどうかについてビデオカメラによる小動物の行動解析を中心に行った。その結果、ペニシリウムはよく摂食するが、スペルギルスは摂食しないなどの特徴が明らかとなった。3.フザリウムの放出するMVOCがアスペルギルスの増殖を抑制し、胞子の成熟を早めることが分かり、その本体はGC/MSのフィンガープリントデータベースで高濃度に検出されるフザリウムの放出する2-ペンタデカノンであることが、シャーレ内での共培養による実験と、2-ペンタデカノン標準物質の培養への添加実験から判明した。(1)古墳文化財で報告されてきた、文化財汚染に関わる真菌5属(アスペルギルス属、ペニシリウム属、アクレモニウム属、フザリウム属、アウレオバシジウム属)および放線菌のあわせて23種について、揮発性有機化合物(MVOCs)を実験室内での培養の段階ごとに固相抽出(SPME)成分のガスクロマトグラフ質量分析計(GC/MS)で分析し、フィンガープリントデータベースを構築した。さらに、新規に開発した先端計測機器であるイオン・モービリテイ・スペクトログラフイ(IMS)検出器を用いて、イオン化したMVOCsを大気中で移動分析してピークとして分離・検出するのに成功し、MVOCsに関するIMSデータベースを新たに構築した。(2)古墳などで分離されたカビや放線菌の株、あるいは同等の標準的な株の培養に対して、トビムシが捕食行動あるいは忌避行動や誘因行動がみられるかどうかについてビデオカメラによる小動物の行動解析を行った結果、クラドスポリウムに対して誘因行動がみられるなどの特徴が明らかとなった。(3)フザリウム・ソラニの放出するMVOCsがアスペルギルス・フミガーツスとペニシリウム・パネウムの増殖を抑制し、胞子の成熟を早めることが同一シャーレ内での共培養による実験から判明した。その原因物質はGC/MSを用いた解析から、フザリウムの放出する2-ペンタデカノンが胞子成熟因子であり、ベンズアルデヒドがアレロパシー因子であることが示唆され、それぞれの標準物質の気体を培養へ添加する実験によって、これらの示唆が裏付けられた。
眼内炎症における酸化リン脂質の細胞障害性とその代謝の解明

本研究の目的は、眼内炎症での酸化リン脂質代謝と細胞障害性の関係を解明することである。そのために、実験的自己免疫性ぶどう膜炎ラットモデルを作成し、炎症眼と非炎症眼の房水を採取し、質量分析(LC-MS)解析を行った。その結果、6種の短鎖型の酸化リン脂質が炎症極期群では増加していた。さらに炎症極期の房水中LPLA2活性は高値を示した。また、ぶどう膜炎を有する症例の臨床検体についても同様の解析を行った。その結果、動物モデルで見られたものと同じの6種の短鎖型の酸化リン脂質が房水で検出され、非炎症群に比べ、ぶどう膜炎疾患群では6種すべてが高値で会った。動物モデル、および臨床検体の解析が終了した。これは当初の予定どおりである。今後の計画は、以下の2点を主軸として行う予定である。1)LPLA2欠損マウスに眼内炎症を誘導して、野生型との病型を比較する。そのために、炎症を起こしやすいC3H/HeN系統とB10RIII系統を背景に持つLPLA2欠損マウスの作成がほぼ完了し、実験準備として繁殖中である。2)マウス肺胞マクロファージにEx vivoで酸化リン脂質を添加し、その代謝速度を野生型マウスとLPLA2欠損型で比較して、酸化リン脂質代謝におけるLPLA2の役割を解明する。初年度は、試薬や消耗品について、当初予定していたより少ない経費で済ませることができた。しかし、ほとんどの試薬は次年度に新たに購入する必要があるため、次年度に繰り越すこととした。
先進的ポストゲノム基盤技術開発に向けた機能性人工核酸の創製

遺伝子発現を活性化する人工オリゴヌクレオチド類の創製既に申請者らは目的の配列を有する二重鎖DNAと強固に結合可能な新規核酸類縁体核酸分子(BNA)の合成に成功している。細胞内での任意の遺伝子の発現を抑制するばかりでなく活性化させるための手法を新たに開拓するために、強固な三重鎖形成能を有するBNAに各種の転写活性化因子をリクルートするための機能性を付与した分子の合成を行なった。まず、三重鎖を形成するオリゴヌクレオチド部分(TFO部分)にBNAを一残基おきに導入することで標的遺伝子DNAとの三重鎖の安定性を高めた。さらに、このTFO部分からさらにオリゴヌクレオチド配列を40塩基ほど伸長させた。この領域は自己相補的な配列に設計しており、ステムループ構造を形成させている。このステムループ部分の配列を選択することで、TFOによる遺伝子発現制御効果がどのように変化するか詳細に検討した。その結果、TFOのみの場合に比べてステムループ部分が存在することで劇的な遺伝子発現抑制が見られることがわかった。これは、付加したステムループ部分が立体障害となって転写因子の接近を効果的に阻害したためであると考えられる。一方、このステムループ部分に転写因子が結合する配列を持たせた場合には、このような遺伝子発現抑制効果は見られず、逆に発現促進に働いているという非常に興味深い結果を得た。これは、当初の設計通り、標的遺伝子近傍に目的の転写因子をリクルートすることができたためであると考えられる。この結果の一般性を検証することで、従来にはなかった新たなゲノムテクノロジーへとつながることが期待できる。核酸分子のナノ構造制御と遺伝子発現抑制への展開既に申請者らは目的の配列を有する二重鎖DNAと強固に結合可能な新規核酸類縁体核酸分子(BNA)の合成に成功している。ここでは、BNA-二重鎖DNA複合体に対し詳細な分子モデリングを行い、ナノスケールレベルでの構造ならびに配列最適化を施すとともに、これら人工オリゴヌクレオチド類を合成し、その物性評価を実施した。まず、分子モデリングワークステーションを利用して分子設計を行った。精密な分子軌道計算により核酸塩基部分の静電ポテンシャルマップを作成し、標的となるワトソン-クリック塩基対の静電ポテンシャルマップを重ね合わせることで、両者の静電相互作用を評価した。次に、ここで見いだされた候補化合物についてBNA骨格への導入を検討し、首尾よく目的化合物を合成することに成功した。また、得られたBNAモノマー類は、DNA合成装置を用いて人工オリゴヌクレオチドへ導入した。標的二重鎖DNAとの結合親和性については、融解温度(Tm)測定により検証した。その結果、今回新たに合成したBNA類に標的二重鎖DNAとの優れた結合親和性を有するものを見い出すことに成功した。また、その結合親和性は標的配列に特異的なものであった。
起業家精神に富んだ勤労観・職業観を職業体験を通して中学生に育むための教材開発

本研究は中学生に起業家精神に富んだ勤労観・職業観を職場体験を通じて育成する学習プログラムを開発し,その学習効果を検証すると共に教材の普及を図ることを目的としたものである。初年度の調査研究と基礎資料の収集を基に2年次にはWeb教材「しごとチャレンジャー」を制作し京都教育大学ホームページ上で公開した。3年次にはこの教材を用いた授業を行い勤労観・職業観の形成と教材の有効性を検討,さらに教材の普及活動を行った。本研究は、「アントレプレナーシップ教育(起業家精神涵養教育)」の観点から、自己能力開発と社会参画・貢献に基盤をおいた勤労観と職業観を、中学校段階で育成するための学習プログラム(教材)を間発しその成果の検証しつつ普及を図ること目的としたものである。初年度にあたる18年度では教材開発のための以下の事項について予備的基礎的研究を行なった。1.日本での先進校を始めとする実践校での取り組みの調査・研究現在、京都市をはじめ多くの市町村で中学生の職業体験活動が取り組まれている。研究協力校の京都市立嵯峨中学校、京都市立修学院中学校、宇治市立宇治中学校、大阪市立天満中学校において、職場体験活動を中心としたキャリア教育の実施状況について、資料収集、授業参観や職場体験活動での聞き取り調査、生徒へのアンケート調査等を実地し、実態並びに課題の把握を行った。また、東北経済産業局と中部経済産業局が中心となって産学連携で行われている東北と中部各県でのキャリア教育の先進実践校のいくつかの事例についての資料収集並びに聞き取り調査を実施した。2.アントレプレナーシップからの勤労観・職業観の検討これからの変化の激しい時代を見据えて、中等教育段階で育むべき生徒の勤労観・職業観について検討を行った。これについては文献調査の他に会津若松商工会議所青年部が行っている「ジュニア・エコノミー・カレッジ」の実践について調査活動を行った。また、教育関係者を中心とした「シンポジウム」を12月に開催し、勤労観・職業観についての検討を行った。これらの調査研究の成果は19年度の教材開発において活かす計画である。本研究は,中学生の勤労観・職業観を職場体験学習を通じて育成するための学習教材の開発とその教育効果の検証並びに学校教育における普及をその目的としたものである。初年度は文献調査を行うと共に国内での先進校での取り組み等を調査し,その目的や方法,内容等を分析し教材開発のための基礎資料の収集を行った。2年目である本年度はこれまでの研究成果をもとに職場体験学習用WEB教材「しごとチャレンジャー」を制作した。この教材の特色は以下の3点にある。1.チャレンジ精神や創造性,問題発見・解決能力,コミュニケーションとチームワーク力の育成をめざすアントレプレナーシップ教育の観点から中学生における勤労観・職業観の育成を図る教材であること。2.職場体験を核にしつつ,働くことの意味や企業の社会的役割を考える事前学習,課題を設定して取り組む体験学習,体験の成果を今後の学習や進路選択につなぐ発展学習と,働く若者のインタビューが収録されたしごと図鑑等から構成されていて,働くことを自己の生き方と関連させて考える構成となっていること。3.WEB上で利用することを基本としており、学習者のコンピュータリテラシーを育成すると共に、リンク集を中心としたしごと図書館の活用による情報収集等のリテラシーの育成が図れる教材であること。教材は,一人ひとりが調べ学習やインタビュー等の活動を行うと共に小集団や学級で話し合いを行い,互いの意見を交流させることで自己の考えを深める構成とした。また,職業や企業の理解についても,総花的な取り上げ方ではなく,新しい生活のスタイルや社会のあり方を創り出していくという点に焦点を当てた。本研究の最終年度となる平成20年度は、この教材を複数の学校で実践しその有効性を明らかにすると共に、改善点等の検討並びに今後の活用に向けた活動を行う計画である。初年度は文献調査や先進校での実態調査を行い,教材開発のための基礎資料の収集を行った。2年目は教材開発,制作をおこない,完成したWeb教材「しごとチャレンジャー」を本学ホームページ上で公開した。この教材の特色はアントレプレナーシップに価値を置く勤労観・職業観の育成をねらいにしていること,職場体験を核に事前事後学習により働くことを自己の生き方と関連させて考える構成となってこと,WEB上で使用することで情報リテラシーの育成が図れる媒体であることの3点である。最終年度の本年度はこの教材を用いた授業を行い,勤労観・職業観の形成の状況調査と教材の有効性を検証,さらに教材の普及活動を行った。調査の結果明らかになったことは以下の通りである。・職場体験学習は中学生の職業観形成に寄与し,自分なりの考え方や価値観形成が促された。・職業の意義,目的の理解では,少数ではあるが社会貢献の視点をもつ生徒が増えた。・働く環境,条件の理解では,職場の人間関係の重要性に気がつく生徒が増えた。

・職業で求められる能力の理解では,学校や地域の活動に積極的に参加すること,他人の注意を素直に聞くことの重要性を認識する生徒が増加した。・アントレプレナーシップの認識では,仕事をする上で新しいことに挑戦することに価値があるという見方の生徒が増加した・教材の評価では,生徒・教師共に肯定的であったが,授業での活用の方法によってはその効果に差が生じる結果であった。教材の改善と同時に指導者への研修の重要性が課題として明らかになった。
投薬タイミング規定因子を用いた癌化学併用療法の構築

昨年度の研究成果より、docetaxel(DOC)をadriamycin(ADR)投薬の12時間前に投薬することで、有意にADR誘発心毒性を軽減できることが明らかとなった。一般に、ADR誘発心毒性の発症原因として、フリーラジカル形成による心組織障害及びADRの主要代謝物であるadriamycinol(ADRo1)の心筋内蓄積が挙げられる。そこで、DOC先行投薬が心毒性を軽減する機序を解明するために、上記の二点を検討した。その結果、血中・心組織中ADR及びADRo1濃度はADR群とDOC-ADR群間で差異は認められなかった。一方、DOC-ADR群のTRBARs量(フリーラジカル量)はcontrol群と同レベルであったのに対し、ADR群ではcontrol群及びDOC-ADR群と比較し有意に高いTBARs量を示した。以上より、DOC先行投薬によるADR誘発心毒性の軽減にはADR及びADRolの薬物動態よりむしろ心組織中フリーラジカルの抑制が寄与していると考えられる。そこで、DOC先行投薬によるフリーラジカル抑制作用の機序を明らかにするために、生体においてラジカルスカベンジ作用を有する抗酸化酵素に及ぼすDOC先行投薬の影響について評価した。その結果、DOC先行投薬によって抗酸化酵素活性の顕著な変化は認められなかった。次に、鉄イオンに作用しフリーラジカルの産生を抑制する作用を有するセルロプラスミン(CP)活性に及ぼすDOC先行投薬の影響について評価した。ADRの投薬時期となるDOC投薬後12時間目の心組織中CP活性はcontrol群と比較しDOC-ADR群で有意に上昇した。したがって、DOCを先行投薬することで増大するCP活性によってADR誘発フリーラジカル産生は抑制されたと考えられる。投薬間隔の違いによる抗腫瘍効果これまでの研究成果より、docetaxe(DOC)投与後Adriamycin(ADR)を投薬することで従来の併用法と比較して毒性死を有意に軽減できることが明らかとなっている。そこで、DOCとADRの投薬間隔を0, 6, 12, 24時間に設定し、投薬スケジュールの違いによる副作用への影響について実験動物を用いて検討した。その結果、ADR単剤投薬群と比較し、6, 12, 24時間の投薬間隔を設けた投薬群では有意に毒性死を軽減できることが明らかとなった。また、これらの投薬間隔の中でも、DOC投薬後12時間目にADRを投薬することで、副作用を最も軽減できることが明らかとなった。そこで、両剤の投薬間隔を12時間に固定し、ADRの投与量及びDOCの投与量を増減させ、毒性死が用量依存的に発現するか否かについて評価した。その結果、ADRの投与量を増減させても、DOCを12時間先行投薬することで毒性死を抑制できることが明らかとなった。また、その効果は、DOCの投与量に依存することが明らかとなった(Breast Cancer Res.Treat.submitted)。以上のことから、DOC先行投薬はADR誘発心毒性を抑制しているのではないかと考え、心機能障害の程度を評価した。DOC先行投薬によるADR誘発心機能障害抑制効果心毒性の指標として、腹水およびCPK-MB、心電図を評価した。ADR単剤投薬群はcontrol群と比較し有意に腹水およびCPK-MBを増加させた。一方、DOC先行投薬群はADR単剤投薬群と比較し、顕著に腹水およびCPK-MB減少させることが明らかとなった。また、経時的に心電図モニターを行ったところ、ADR(20mg/kg, i.v.)単剤投薬後4週目のQT間隔はcontrol群と比較し有意に延長した。一方、DOC先行投薬群ではcontrol群と比較しほとんどQT間隔の延長は認められず、投与後4週目のQT間隔はADR単剤投薬群と比較し有意に低値を示した。以上よりDOC先行投薬はADR誘発心毒性を抑制できると考えられる。現在、その機序として薬物動態学的側面より検討を行っている。
微細電子構造に起因する異常電子熱伝導度の制御指針の構築と高性能熱流制御材料の創製

フェルミ順位近傍の数百meV程度の領域における電子構造に,特徴的なエネルギー依存性を有する材料を用いることで,一般的な材料では観測されない電子熱伝導度の温度依存性を得た.また,同時に,格子熱伝導度が小さいことを条件として,電子熱伝導度により観測される熱伝導度を制御した.そのような材料群を用いて,試料内を流れるに顕著な方位依存性を有する熱ダイオードの作製に成功した.熱整流材料の高性能化には,熱伝導度の温度依存性が顕著な材料を利用することが必要である.特に,昇温に伴い熱伝導度が著しく増大する材料は希有であり,本研究で用いたAl基準結晶が熱整流材料の構成要素として極めて優れていると言える.Al-Cu-Fe準結晶は『準周期性』と『フェルミ準位における狭くて深い擬ギャップ』の相乗効果により,高温で著しく電子熱伝導度が増大する特徴を有する.本研究を実施する以前に, κ1000K/κ300Kが約9にも達する最適組成(最適電子濃度)を明らかにしていた.平成26年度に実施した研究では,電子熱伝導度の特徴を維持したまま格子熱伝導度を低減させることで,κ1000K/κ300Kの値を大きくすることを試みた.この目的を達成するために,Feの一部をReで置換した.この置換により,波長の長い音響フォノンが散乱されやすくなると予想される.また,Reは熱力学的安定な準結晶の構成要素として知られていることから,ReによるFeの部分置換は,異常電子熱伝導度を生み出す擬ギャップの構造を変調させないと考えた.Reの置換可能濃度を調べたところ,極わずか(0.5at.%)であることがわかった.極わずかではあるものの,Reの質量がFeの約3.3倍であることに起因して,格子熱伝導度が著しく低減できることがわかった.0.5at.%Reを含有する試料の格子熱伝導度は,Reを含有しない試料の60%程度になっており,結果的に.κ1000K/κ300Kの値として約11を得ることに成功した.さらに,この試料を用いることで,熱整流比の実測値としてTRR=2.27(TH=900K, TL300K)を示す熱整流材料の開発に成功した.フェルミ準位近傍の数百meV程度の範囲に微細な電子構造がある場合,ビーデマン・フランツ則では説明できない異常な電子熱伝導度が観測される.本研究ではこの異常電子熱伝導度の制御指針を構築するとともに,構築した指針に基づき,室温以上の温度領域において熱伝導度が一桁以上変化する材料を創製し,その材料を用いて革新的な熱流制御デバイスを開発することを目的としている.平成27年度に実施した研究において,「熱整流効果の最大値の見積もり」,および,「狭い温度領域で熱伝導度が大きく変化する材料の探索」に取り組み,以下の成果を得た.熱伝導度が温度の一次関数で変化する材料を組み合わせた場合,熱整流比の最大値は3になる.また,2次関数として変化する材料を用いた場合には,その値は7になる.同様にn次関数の場合には,最大が(2n+1-1)となる.この考察から,熱整流比を3異常にすることは困難であるが不可能ではなく,その上限値も∞であることを見いだした.狭い温度領域で熱伝導度が著しく変化する材料として,120°C付近に規則ー不規則相変態を示すAg2Teに着目した.Ag2TeのTeをSeやSで置換した場合に,相変態温度が著しく変化することを見いだし,これらのAg2Ch(Ch=Te, Se, S)の熱伝導度の挙動を調べた.数°Cの測定間隔で詳細に熱伝導度を調べた結果,熱伝導度にピークが生じ,熱伝導度は2倍3倍に増大することを明らかにした.さらに,Ag2SeのSeをSで部分置換することで,熱伝導度のピークとともに相変態温度が実際に変化することを確認した.Ag2SeとAg1.85Cu0.1Pd0.05Seを用いた場合,15°C程度の温度差で2倍を超える熱整流比が観測可能であることを計算から予測し,1.8倍にも達する熱整流効果を実測することに成功した.準結晶材料において熱整流比が2を超える熱整流素子を開発した.また.Ag2Ch(Ch = S, Se, Te)を用いて,狭い温度領域で動作し,熱整流比が1.8を示す材料の開発にも成功している.前者は微細電子構造に由来する異常電子熱伝導度を.後者は.格子振動の非調和性に由来する異常格子熱伝導度を利用している.いずれの材料においても,異常熱伝導度の機構の解明に至っているとともに,素子の作製まで進んでいることから,計画は順調に進展していると判断した.本研究では,電子散乱にエネルギー依存性を与えることで,ゼーベック係数を効果的に増大させ,結果として,熱電材料の性能を向上させることを目的としている.この目的を達成するためには,電子散乱にエネルギー依存性を与える機構を物理的に解明するとともに,それを最大限に活用する指針を構築することが重要である.

これまでに,高マンガンシリサイド(Higher Manganese Silicide,以下HMSとする)の粒径を液体急冷法とその後の熱処理を用いて制御する手法を確立した.また,HMS相に半導体であるSiを微細に析出させた材料と,金属相であるMnSiを微細に析出させた試料に対しても,同様に,液体急冷法とその後の熱処理を用いて粒径を制御することに成功した.それぞれの熱電物性を精密に測定したところ,不純物相の有無によるゼーベック係数の大きな変化は観測されなかったが,粒径を小さくすることで,ゼーベック係数が有意に増大するとともに,電気抵抗率が若干増大した.この効果は,粒径の微細化により生み出される電子散乱にエネルギー依存性があることを示しており,まさに,エネルギー選択散乱効果を観測したと結論した.さらに,リボン状試料で熱伝導度を正確に見積もる装置を開発し,粒径を小さくした試料の無次元性能指数を求めた.その結果,粒径を小さくすることで生じるゼーベック係数の増大が主因となり,熱電材料としての性能が3040%程度向上できることを明らかにした.バルクの状態で小さな粒径を維持することはまだ出来ていないが,リボン状試料において,粒径を維持したまま空隙を減らすことに成功し,その結果として,ZT > 1.3を得ることに成功した.フェルミ順位近傍の数百meV程度の領域における電子構造に,特徴的なエネルギー依存性を有する材料を用いることで,一般的な材料では観測されない電子熱伝導度の温度依存性を得た.また,同時に,格子熱伝導度が小さいことを条件として,電子熱伝導度により観測される熱伝導度を制御した.そのような材料群を用いて,試料内を流れるに顕著な方位依存性を有する熱ダイオードの作製に成功した.研究計画では.(1)異常電子熱伝導度を最適化する指針の構築,(2)熱ダイオードに利用可能な材料系の選定,(3)電子構造測定と精密物性測定による指針の正当性の検証を行う予定であった.(1)に関しては,Al-Cu-Fe準結晶で観測される熱伝導度の異常がフェルミ準位近傍の微細電子構造に起因することを証明する実験結果を得た.具体的には,FeをReで部分置換することで,電子熱伝導度に影響を与えずに格子熱伝導度のみを低減させ,予測した熱伝導度の変化を実験的に確認した.Al-Cu-Fe準結晶を用いた熱整流材料を高性能化するためには,格子熱伝導度をさらに低減させる,あるいは,擬ギャップの形状を調整する必要があることがわかった.後者を行うことは難しいが,前者であればRe以外の重元素を転化することで対応可能であることから,平成27年度に確認する予定である.(2)に関しては,Ag2Ch(Ch = Te, Se, S)の評価を行い,比較的狭い温度領域で熱伝導度が数倍変化する試料を作製することに成功した.この試料を用いることで,10K程度の温度範囲でTRR>1.8を示す熱整流材料を作製することに成功した.Ag2Ch(Ch = Te, Se, S)において観測される熱伝導度の異常な温度依存性の支配因子は未だ解明できていないことから,平成27年度にはその解明を行いたいと考えている.(3)に関しては,予定通り,熱伝導度測定装置を導入して,様々な材料の熱伝導度を正確に測定できる環境を構築した.また,導入した装置を用いて,Al基準結晶,デバイ温度野高い絶縁体,相変態を伴う材料群の熱伝導度を正確に決定する研究を実施している.現状では熱拡散率の測定は概ね正確にできるようになったことから,今後,DSCを用いた比熱測定を併用することで,より制度の高い物性測定ができると考えている.平成27年度の研究成果を基に,今年度の研究として下記の研究を実施する.【Ag2Ch系材料の熱流制御材料としての最適化】平成27年度の研究により,Ag2Ch系材料の特徴が明らかになりつつある.しかしながら,最大の熱伝導度変化を得るための条件や組成が明らかになった訳ではなく,熱整流材料(熱ダイオード),熱スイッチ材料として実用化するためには,最大の熱伝導度変化を得るための条件や組成を解明することが急務である.
中性子の生物影響研究用低エネルギー陽子線照射装置の開発

中性子の生物影響は、ガンマ線やX線と比べて影響が大きい。その特徴は、中性子自身ではなく、2次的に発生する荷電粒子によってのみ生物に影響を与えることである。その影響の大きさはRBEで現されるが、それが7-10倍、ときには20倍になることもある。その原因は、2次粒子の主なものが水素の原子核すなわち陽子であり、その影響が大きいと考えられる。その線量に寄与する割合は70-80%である。ところが陽子のRBEの実験結果は1から1.2程度ぐらいしかならない。この原因はいったいどこにあるのか、高いRBEの原因はどこにあるのか調べることが本研究の目的である。仮説として陽子線のエネルギーのより高い側のRBEは1程度であるが、その陽子線が止まる瞬間にRBEが大きくなるのではないかと考えた。これは電子線でも同様なことが指摘されているので原因は同じではないかと思う。そのことを証明することを最終的な目標としている。そこで広島大学原爆放射能医学研究所に平成7年に導入されたシェンケル型加速器(HIRRAC)で陽子を加速し、それを真空中から空気中に取り出し細胞に照射する装置の制作を行うことが本研究の目的である。空気中への取り出しのためにマイラー5ミクロンとチタン合金の2.2クミロンハーバーフォイルを試した。どちらも取り出しはうまくいくことを確かめた。ただハーバーフォイルの方が丈夫なのでそれを使って実験を行うこととした。陽子線の測定にはプラスチックシンチレータを使った。これにより陽子線のエネルギーとフルエンス(粒子数)を測定した。これにより線量の評価が可能になった。ただ生物照射に関しては、陽子線の一様性などに十分な条件の達成ができず実行できなかった。今後の実現を目指し引き続き実験を進め検討を続ける。エネルギー領域13MeVの陽子線は、単位密度に対しおよそ3010keV/μmのエネルギーを失う。従って陽子線を大気中に取り出すときに、エネルギー損失を入射エネルギーの半分以下に抑えるためには、20μg/cm^2以下の物質量にする必要がある。今回我々は、窓材質としてマイラーとハイバーホイル(ミッケル合金)を用いて大気取り出し用チェンバーを製作した。上記の条件は、マイラーに対して20μm、ハイバーホイルでは2.2μm以下に対応する。マイラー及びニッケル合金に対し最大応力は、それぞれ0.20.5X108Pa、810X108Paであり、この値は原理的にはビームダクト中の真空度と大気中の差圧1.013X105Paを保持できるものである。しかしながら破壊開始条件を亀裂パラメータを用いて見積もると亀裂を囲む面積の関数で大きくなっていく。従って、亀裂の起こり得る窓の面積を小さくすることが必要で、これを考慮し、試験用の5、10及び20mmfの円形の窓の他に、20mmX1、2お及び3mmのスリット状の窓を製作した。10μmのハーバーフォイルを用いた試験では、窓は破れることなく真空を保てることが確認され、現在、より薄い窓材質につき真空試験を継続中である。また更に、窓材質通過後の陽子線のエネルギーを測定中である。昨年度報告済みの設計、試作した陽子線大気取り出しチェンバー及び大気取り出しウィンドウをビームラインにとりつけ、陽子線の大気取り出し試験を行った。取り出された陽子線のエネルギーフラックスをシンチレーションカウンター(HAMAMATU PHOTONICS, H1161及びBICRON,NE102)を用いて測定した。その結果、入射陽子線エネギー(23MeV)、フラックスに対応する陽子線が確認され生物照射に十分に使えることが確認された。