hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
光ピンセット法を利用したブラウン運動の高速解析による水・エタノール混合状態の解明

この現象は、エタノール以外にメタノールや1ープロパノール水溶液でも観測され、アルコール水溶液における統一的な特徴であった。また、ブラウン運動による移動度が異常な振る舞いを示すのは、低アルコール濃度においてであり、アルコール付加によって、水の不均一性が強調されるのではないかと予測できた。次は不均一が生成される要因に向けて実験データを拡大中である。光ピンセット法を用いて、ブラウン運動の高速ダイナミクスを解明する取り組みも順調に進んでいる。本年度は、四分割ダイオード検出器を導入し、高速でのコロイド粒子の位置検出が可能となった。四分割ダイオード検出器とは、光ピンセット法におけるトラップレーザー光のコロイドにおける屈折・散乱情報を検出するための装置であり、コロイドの位置がレーザー光の屈折・散乱位置として確かめることができる。現在、高速で取り込んだ実験データからレーザーパワー依存によるトラップ力の算出や、ブラウン粒子の熱散乱過程の分離など、さらに時間的な情報を抽出する努力を行っている。光学顕微鏡でのブラウン運動の観測と並行して、光ピンセット法によるセットアップを改良した。光学顕微鏡による観測は、確立した装置による実験であり、ただ、試料の種類を増やして測定を行うことで問題なくデータが蓄積できる。ただ、確率過程であるブラウン運動を対象としているため、統計学的有意な差を見出すためには、大多数の測定が必要であり、それに時間を費やしている。光ピンセット法においては、初年度にトラップの観測が確認できているので、新しい検出器を導入し、高速での測定を開始した。特殊な用途での使用であったため既存のプログラムシステムでは不可能であり、セットアップ構築に時間が掛かったが、データの取得、解析に取り組んでいる状態である。ここまで進展した研究から、2つの方向性が明確となった。1つめは、研究課題として当初から考えていた高速解析である。光トラップすることで、単一の微粒子に着目し、そのブラウン運動を高速で分析しようというものである。検出器が通常のビデオカメラであるため、達成していないが、4分割フォトダイオードを導入することで、実現可能になると考えられる。現在、増幅器等の必要なスペックを算定中である。もう1つの課題は、回転運動の観測である。水とエタノール混合システムにおいて異常なブラウン運動が観測された理由を、並進運動と回転運動のカップリングだと考察している。この考察を証明するには、回転のブラウン運動の観測がもっとも直接的であり、現在、ポリスチレン粒子に部分的に白金金属をメッキするなど回転ブラウン運動の観測を開始した。アルコールの種類をエタノールからメタノール、1ープロパノールと変化させても同様のブラウン運動の異常性が観測されたことは、異常性が観測される条件を見出すには不十分である。
戯作者風来山人としての平賀源内に関する文化史的研究

本研究助成の研究課題に基づき、以下の成果を挙げることを得た。(1)戯作者としての風来山人について、その考究の基礎となる資料・文献の収集を、ほぼ完成した。またこれにより、従来『平賀源内先生二百年祭誌』に載る「文献目録」が最も詳細であった源内の資料・文献目録を大幅に補訂する目録を用意することが出来た。(2)源内の事蹟年譜に関しては、事実としての事蹟を確定するために、この人物にまつわる口碑・伝承の数かずを、いま一度整理し、それらを改めて弁別すべき必要性を、より強く感じるに至った。この人の文芸面を確実に把握するには、ただひとり。文芸上の事蹟のみをすくい上げるだけは不十分であり、そのためには、全人的な年譜を用意する必要がある。これについては、引き続いての課題としたい。(3)源内の著述の書誌的な整理については、本研究以前から、「平賀源内の文芸史的位置」と題した拙稿(正・続・拾遺1)の中で考察を進めて来た。しかし、例えば『風来六部集』(『風来六々部集』)ひとつとってみても、その諸本は輻輳を極めており、これについても、集中的な調査が不可欠であるとの認識を得るに至った。また、この点は、源内(その諸作)が、近世期のみならず、近代に至っても非常な人気を博したことを自ずから示してもいる。近世・近代を通じた、風来山人書誌の充実を、今後ともはかって行きたい。以上、本研究課題の遂行を通じて、むしろ今後のより大きな課題を得たことは、得難い収穫であった。改めて、風来山人(戯作者としての源内)の測り知れない魅力を感じつつ、本研究課題のなお一層の進展をはかりたい。
腎線維化における酸化ストレス依存的Ｗｎｔシグナル伝達制御機構の解明

「酸化ストレス増加によるβ-catenin/FOXO複合体形成増加が線維形成性サイトカイン分泌を増加させる」との仮説を立て、検証した。ヒト培養尿細管上皮細胞を、活性酸素存在下でWnt3a刺激を行い、G2/M期で誘導される線維形成性サイトカイン発現を検討した。酸化ストレスによるG2/M期誘導機序も検討した。活性酸素存在下ではWnt刺激によるG2/M期への細胞誘導が増加した。また、GADD45aなどG2/M期細胞特有遺伝子発現が増加した。このG2/M期細胞ではCTGFの発現が増加していた。酸化ストレスは細胞のG2/M期での細胞周期停止と引き続く線維形成性サイトカイン分泌を増加させる。腎線維化は進行性腎障害の重要な予後規程因子である。近年、尿細管上皮細胞のG2/M期での細胞周期停止が腎線維化進行に関連していることが明らかとなった。酸化ストレス条件下では、G2/M期の細胞周期停止に転写因子FOXOが関与する。FOXOは酸化ストレスの亢進によりWntシグナル下流の伝達蛋白であるβ-cateninと複合体を形成する。Wnt/β-catenin経路活性化は腎臓の発生段階だけでなく、腎障害の進展にも関与している。「酸化ストレス増加によるFOXO/β-catenin複合体形成増加が線維形成性サイトカイン分泌を増加させる」との仮説を立て、検証した。ヒト培養尿細管上皮細胞を、活性酸素(100 μM過酸化水素)存在下でWnt3a (50 ng/ml)の刺激を行った。活性酸素存在下ではWnt刺激により、FOXO3a/β-catenin複合体形成が増加した。通常Wnt3a刺激で活性化するTCF転写活性は、活性酸素存在下で低下し、Wnt3a刺激単独では活性化しないFOXO転写活性は、活性酸素存在下で増加した。また、GADD45、cyclin G2などG2/M期細胞特有の遺伝子発現が酸化ストレス下では増加し、G2/M期細胞の比率も増加していた。このG2/M期細胞ではTGF-βの発現、CTGFの発現が増加していた。酸化ストレス亢進によるJNK活性化がFOXO/β-catenin複合体形成を増加させ、G2/M期細胞の遺伝子発現増加に寄与していた。酸化ストレスの軽減が腎の線維化を軽減させる可能性がある。[研究目的]酸化ストレス変化によるWnt/β-cateninシグナル活性化後の遺伝子発現変化の検討及びG2/M期誘導細胞の線維化促進因子発現変化の検討を行う[方法・結果]継代数5-8代の正常ヒト近位尿細管培養細胞を用いた。ダブルチミジンブロックを行い、細胞周期をG1/S境界に同調後、10 ng/mLのリコンビナントヒトWnt3aで細胞を刺激した。同時にJNK活性化を引き起こす濃度のLY83583刺激を同時に行う群と行わない群の2群を用意し、16時間後に細胞を回収し検討を行った。LY83583による酸化ストレス存在下においてのみ、細胞周期関連遺伝子のうちG2/M期への誘導遺伝子の発現が増加した。また、G2/M期へ誘導された細胞では、線維形成性サイトカインである間葉系細胞増殖促進因子のトランスフォーミング増殖因子beta (TGF-β)の発現、結合組織成長因子(CTGF)の発現が増加していることをquantitative real-time PCRで確認した。

また、GADD45、cyclin G2などG2/M期細胞特有の遺伝子発現が酸化ストレス下では増加し、G2/M期細胞の比率も増加していた。このG2/M期細胞ではTGF-βの発現、CTGFの発現が増加していた。酸化ストレス亢進によるJNK活性化がFOXO/β-catenin複合体形成を増加させ、G2/M期細胞の遺伝子発現増加に寄与していた。酸化ストレスは細胞のG2/M期での細胞周期停止と引き続く線維形成性サイトカイン分泌を増加させる。酸化ストレスの軽減が腎の線維化を軽減させる可能性がある。腎臓培養細胞を用いたin vitro実験は順調に進行している。遺伝子改変動物を用いたマウス動物実験は、現在進行中である。当初予定していた過酸化水素水の刺激では、JNKの活性化が弱く、FOXOのリン酸化が生じなかった。このため、新たな酸化ストレス刺激因子を探索する実験が必要となった。このため、当初計画より遅れている。腎内Wntシグナル活性化部位を特定するために、BAT LacZマウスを用いる。酸化ストレス亢進状態時のWntシグナル変化を検討するために、高脂肪食およびWnt活性化のためのLiClを投与する。6カ月の長期投与後に組織を検討する。酸化ストレス軽減のため、抗酸化薬投与実験を計画中である。従って、今年度中の実験終了は困難であることが予想される。学会発表、論文作成は、研究進展具合を見計らって行う。遅れているin vitroの実験を行う。今年度の研究予定であったFOXOとcateninとの複合体形成の確認がまだ行えていない。実験系は確立しているので、可及的速やかに実験を行う。また、当初の計画に従い、マウスを用いたin vivo実験を開始する。酸化ストレスの亢進する内皮型一酸化窒素産生酵素(eNOS)欠損マウス、NF-E2-related factor 2 (Nrf2)欠損マウス、酸化ストレスの軽減するGTPシクロヒドロラーゼ1遺伝子(GTPCH1)過剰発現マウス、Kelch-like ECH-associated protein 1 (Keap1)欠損マウスを用い、これら遺伝子改変マウスに腎線維化モデルである尿管結紮モデルを作成する。このときのWntシグナル伝達系変化、G2/M期細胞の変化と腎線維化の関連について検討を行う。使用予定であったマウスが予備実験で腎症発症が軽症であることが判明し、別のモデルマウスに変更した。このため、予定数のマウスを購入しなかったために次年度使用額が生じた。in vivo実験のモデルを高脂肪食誘導性腎障害モデルに変更した。今年度の残額は高脂肪食購入費、およびマウス購入費、飼育費に当てる。実験計画の遅れにより、実験予定であった免疫沈降によるFOXO蛋白検出実験が行えなかった。このため、Western blot関連試薬の購入に遅れが生じ、次年度使用額が生じた。これは、25年度請求額と合わせ、Western blot関連試薬購入費などに使用する。
DNA付加体のヒト組織内分布と病理学的意義

非喫煙者と喫煙者に起きた肺がん例についてその非腫瘍部の肺組織中にあるDNA付加体の種類は異なっていた。また同じく喫煙者に生じた腺がんと扁平上皮がん例においても、腺がんと扁平上皮がんでは、その非腫瘍部に存在する付加体の様相は異なっていた。また、ex-smoker(過去喫煙者)の胃がん例の非腫瘍部の胃粘膜/肺がん例の非腫瘍部の付加体の様相では、胃粘膜の場合は非喫煙者の場合に近く、肺組織の場合は喫煙者の状況に近かった。また、胃粘膜では、食品加熱などに関連した付加体が検出され、脂質酸化・酸化ストレスやアルコール関連の付加体もみられた。また、胃生検のようなちいさな検体でも、付加体の様相がほぼわかった。はじめに:ヒト組織内のDNA付加体分布をしらべるために、胃がん、大腸がんなどの非腫瘍部粘膜を複数箇所採取し、その網羅的DNA付加体解析(アダクトミクス解析)を行った。また、腫瘍部のエクソーム解析dataの付帯した肝細胞癌例の非癌部について、アダクトミクス解析を試み、主成分解析で、原因別の群にわかれるかどうかを検討した。方法:胃がんの根治手術で摘出された胃粘膜(日本)面から、粘膜組織を1例あたり3-20箇所について、その腫瘍からの距離別、幽門部、胃体部、噴門部といった胃の位置別に採取する。そこから、酸化防止剤存在下にでDNAを抽出する。DNAはmicrococcal nucleaseで分解したのちに、イオン化させ、ペントースの部分、分子量116分をのぞき、tandemに質量分析で分離したあと、liquid chromatography(LC)で物質を同定する。同定には、文献的に変異原性や発がん性が既知である174種類の修飾塩基を含む物質の分子量(実際にはmass/charge)とLCのretention timeを4000Q TRAP (ABI)に設定することにより、LCにおけるpeak値とその下の面積で相対量を得る。この解析の結果、胃がんの非腫瘍胃粘膜、と剖検非胃がん例の胃粘膜とではアダクトの様相(アダクトーム)が異なり、胃がんの非腫瘍部に多く見られる付加体が10種以上同定された。その中には、アルキル化など発がん機構が示唆されるようなもの、アルデヒド代謝に関わるようなものなどがあった。胃粘膜の部位別アダクトミクスにより、胃がん部位と距離が短くなるほど量の多い付加体も見いだされ、filed cancerizationといった目でみると、粘膜上の発がん機構の手がかりとなるものであった。個別のヒト発がんの原因・あるいはその予防にリアリティのある所見を呈するものと考えている。多種類のヒト組織、とくに剖検例の胃粘膜、肺組織、大腸粘膜、肝臓組織などいずれも、腫瘍などがそこには存在しない組織のDNAを抽出し、加水分解したあとに、Tandem Mass Spectromtery/Liquid ChromatographyによりDNAの塩基部分の修飾を同定した。剖検例では、臨床的なアルコール歴、喫煙歴を項目として比較した。また、主に腫瘍によって切除された胃がん、大腸がん、肝がん、肺がんの非腫瘍部の組織を同様の方法でDNAの塩基修飾の検出をした。検出系としては、m/z, liquid chromatographyのretention timeなどから、既知の標準物質に相応するものとして174種を文献から同定した。そのうち、lipid peroxidation由来のものや、hmCの由来酸化物などは、isotopicな標準品も準備しており、より定量的な評価ができた。胃粘膜や大腸粘膜からの組織の採取にあたっては、field cancerizationを念頭におき、腫瘍からの距離により、一例あたり複数の試料を採取した。また、採取量がどのくらいあれば、ここでいうアダクトーム測定が可能になるかの検証のために、ヒト胃生検材料についても検出を試みた。これらの結果から、次のことが明らかになった。1.喫煙関連がんとそうでないがんの肺組織で、異なったDNA付加体がみられる。2.喫煙者の扁平上皮がん例と腺癌例の非腫瘍部ではDNA付加体の種類が異なる。3.胃粘膜で、腫瘍に近い方に多く見られるDNA付加体がある。4. Ex-smokerにおけるDNA付加体をみると、肺がん例ではむしろ喫煙者の肺みみられるものに近く、胃粘膜では非喫煙者の粘膜にみられるものに近い。当初比較的少数(20種類くらい)の付加体の検討を行う予定であったが、付加体の化学的情報を入力することで、いちどに174種、おそらく、情報をさらに入力すればさらに多くのものが一度に同定できると考えられ、想定以上に探索範囲は広がっている。また、エクソーム解析についての情報が論文が2014年漸く発表されopenになり、個別のsignatureと比較しつつアダクトーム解析が行えるようになった。

また、胃粘膜の部位だけでなく、肺がん、肝がんといった多臓器の採取なども、さらに、ESDを行う内視鏡検査時の検体についても、臨床チームと共同で進めることができ、IRBの認可もおわり、実際的な前向きあるいは予防のための基礎的dataがとれるようになった。実際には生検材料だと2-3個でアダクトーム解析ができるようであり、もちろん、生検時のリスクやその対応などについても十分な議論ができるようになり、徐々に症例を集積している。DNA付加体と変異シグネチャーとの関連は、古くは、がん原物質とp53の変異spectrumといった文脈で、タバコ関連肺がん、UV関連皮膚がん、アフラトキシン関連肝がん、アリストロ酸関連尿路がんなどが知られている。DNA付加体の網羅的解析は、変異のゲノムワイドな解析(変異シグネチャー)と呼応するものであり、ヒトがんの原因に大きな手がかりを与えることがわかった。個別の具体例について深く機構を解明したり、profileから予防戦略をたてるといった発展が考えるので、現在この萌芽研究をもとに、より大規模な基盤研究を応募中である腫瘍病理学DNA付加体の定量のために、有機化学者とくに合成の専門家と共同で個別にヒト組織で見いだされた付加体について精査する必要がある。また、DNA付加体がゲノムのどこに存在するかは発がん機構の上で大変重要であり、そのために抗体によるAdduct DN immunoprecipitaionや、single molecule real time sequenceといった次次世代といわれていたシークエンサーなどを活用できる共同研究を策定構成して、本研究を推進していく。また、胃生検などで、際だった発がん可能性のある付加体が見いだされた場合のsurveillanceのやり方、炎症関連発がん動物モデルなどとの比較とその意義などを行いたい。ごく最近、胃がんの体細胞変異signatureから胃がんを4つに分類するという提案がされている。これらのものと対応されるとヒトがんの原因による分類・それによる個別予防をめざして共同研究体制を構築したい。
マイクロ空間動力としての自己運動系の研究

「微小空間で作用する自己運動系」触媒粒子マイクロモーター:特徴的な集団運動挙動がエタノールとアセトアルデヒドで異なることが分かった。エタノールでは進行波や集合解散の挙動が見られたが、アルデヒドでは集合解散が周期的に同期することが分かった。過酸化水素とエタノールを組み合わせた系では、隣接する場所での粒子の集合解散が逆相同期することがわかった。分子集合体系:分子集合体を動かす力の大きさが。pH勾配の小さな範囲で急激に大きくなり、その後はpH勾配の大きさに対して飽和することが分かった。直流電場による運動系:形状をのこぎり状に整えた二次元電極を用いて、基本的な粒子運動の形態を観測した。「自己運動系に化学感知性や光応答性などの生物的機能を与えるための研究」触媒粒子マイクロモーター:チタニアを用いて光感受型の触媒粒子運動の実験を行ったが基板との相互作用のために運動が観測できなかった。この解決が重要であることが分かった。分子集合体系:酸拡散下のカチオン性脂質を用いた実験系でのベシクルの周期的な膨潤・収縮について、その3次元的な構造変動を観測することに成功した。イオン感知性の液滴運動や蒸発誘起型の液滴運動について:イオン感知性の液滴運動の特徴を表現できる数理モデルを考案した。また、フッ素系油と炭化水素油を水面に滴下した系について、これまでに報告がない多くの界面ダイナミクスを見出すことに成功した。さらに、これらの油水界面を利用してラチェット型の物体に一方向回転を与える研究を行い、物体の不規則な回転運動が界面への粉の散布で一方向に制御できる可能性をみいだした。さらに、複数液滴の運動の同期現象についても研究を開始している。乱雑な力学的振動場におかれた固体粒子や流体系の運動について:垂直に加振された粉体層上におかれたラチェットの運動を検討し一方向回転が発生する粉体層の条件を検討した。研究実績の概要に記載した通り、交付申請書に記載したほとんどの内容について、予定通りの研究の進展が見られた。光感受性の触媒粒子運動など、一部の課題で予想外の問題に直面したものがある。これらに基づいて総合的に判断した。研究計画調書に記載したように,本申請計画は,微小スケールでの自己運動系に,化学物質感知性,光応答性,多体系での動的自己組織化などの生物的特性を付与し,微小システムでの動力源として発展させることを目指している。本年は、「触媒粒子マイクロモーター」について前年度までに見出した集団運動のコントロールが可能となったものが多く、さらに,,「分子集合体系」について,酸性刺激に応答する分子集合体の立体構造変化など、重要な成果も得られている。さらに、当初の計画調書では十分に計画されていなかった、油水界面ダイナミクスを利用した自律運動体や、垂直加振された粉体層上で一方向回転を行う物体を見出すなど、新たな現象も見出している。これらのすべては、マイクロ空間における動力として発展できるものである。最終年度では、これまでに見出した系を精密に研究し、逐次論文発表していく予定である。【微小空間で作用する自己運動系の研究】[触媒粒子マイクロモーター]粒子集団が示す新規な運動として,粒子の離合集散や,これらが連続的に続いて粒子濃度の粗密波が伝搬する現象を見出した。とくに,個々の粒子の運動と形成される粗密波の関係,および溶液内の反応物質の化学的性質,さらには,反応物質濃度の変動との関係について重要な知見を得た。[分子集合体系]擬定常的なpH勾配を形成できるセルを試行錯誤して作製し,この中で分子集合体の振動的構造変化を観測することに成功した。これにより,分子集合体の運動速度と,局所的なpHおよびpH勾配との関係を測定することが可能となり,そのデータを蓄積しつつある。[直流電場による運動系]溶液の組成が,粒子運動に与える影響についてデータを蓄積し,今後の系統的な実験をするための予備的知見を得た。【化学感知性や光応答性などの生物的機能を与える方法】[触媒粒子マイクロモーター]対流の影響を慎重に排除し,反応物質濃度勾配下での触媒粒子の運動を観察することに成功し,触媒粒子が酸素濃度を検知して運動方向を決めている可能性を示す結果を得た。[分子集合体体系と直流電場による運動系]本年度は,グルコース濃度勾配系や磁性粒子であるNi粒子を用いた研究を開始し,系統的な研究を進めるための準備ができつつある。これらの他に,イオン種に依存して運動形態を変える油滴,周囲のpHの振動的変化を誘発しながら自己運動する油滴,イオン交換反応による「新陳代謝」を伴って固体板状をはい回る分子集合体を見出し,また,微細な力学的振動を系統的な運動に変換する粉流体システムについて,次年度の系統的研究につながる知見を得た。交付申請書に記載した各項目について,現在の進捗状況は次のようになっている。【微小空間で作用する自己運動系】[触媒粒子マイクロモーター]粒子集団が示す集団運動の再現性よい観測に成功し,このような運動が,粒子集団が存在する系のサイズの影響を大きく受けることを明らかとした。[分子集合体系]ベシクルを微小空間内に閉じ込めて観測することはできなかったが,それに代わるものとして,擬定常的なpH勾配下でのベシクル運動を観察することに成功しており,濃度勾配の定常/非定常性が運動に及ぼす影響について研究を進めることに成功している。[直流電場による運動系]

溶液内の溶質を変化させ,この中での粒子の運動を観察することができた。【化学感知性や光応答性などの生物的機能を与える方法】[触媒粒子マイクロモーター]反応物質濃度に勾配があるときの運動について,対流の影響を排除して測定することに成功した。この研究に時間がかかったため,レーザーによる粒子の操作技術については準備を検討するにとどまった。[分子集合体系]グルコース分解酵素を導入して,グルコース濃度勾配をpH勾配に変換する反応系についての研究を行ったが,一昨年度の結果からの大きな進展は得られなかった。[直流電場による運動系]運動粒子が磁性や磁気応答性をもつ系として,特徴的な形態のNi被覆粒子を得,これを用いた実験を行った。これらの他に,交付申請書に計画を記載し,本紙「研究実績の概要」にも結果を記載した新規な自己運動系を見出すことに成功した。以上を総合的に考慮し,研究はおおむね順調に進展していると判断することができる。マイクロシステムの内部で進む物理化学的過程から,自律的に動力を発生するシステムの研究について,本年度は次の成果を得た。微小空間で作用する自己運動系:「触媒粒子マイクロモーター」チャネル状やサークル状のマイクロ流路を用いて粗密波状の集団運動を制御した状態で観察できるようになり,これらが溶存物質濃度への化学走性効果で説明可能なことがわかった。「分子集合体系」実験方法の工夫により,pH勾配が分子集合体運動を駆動する時の力の大きさを評価できるようになり,生体分子モーターが生み出す力の大きさと比較可能となった。しかし,精密な定量性は十分であるとはいえない。「直流電場による運動系」電圧低減化のために低粘性溶媒を用いることや溶存電解質を変えることを試みた。低粘性溶媒では蒸発が早く十分なデータが得られなかった。電解質の濃度や種類では,電圧の低減化は十分ではなかった。自己運動系に化学感知性や光応答性などの生物的機能を与えるための研究:「触媒粒子マイクロモーター」酸素濃度を可視化して走性を確認することを試みたが,十分な成果は得られなかった。一方,広い種類の有機燃料について研究を進め,次年度への準備を進めた。「分子集合体系」酸性方向に誘引される分子集合体の実現を目指して実験を行った結果,酸性溶液の拡散場で規則的に膨潤・収縮する分子集合体を見出すことができた。「直流電場による運動系」光感知性の系の研究を進めるための準備を進めた。また,イオン感知性の運動をする水面上の油滴の同期現象や,油水界面の不安定性を利用した固体の自転運動について研究を進め,化学反応や物質移動で誘起されるミリメートルスケールの固体の自転運動を得ることができた。これとは別に,乱雑な振動場におかれた物体が形成する規則運動について研究を開始し,準備段階をほぼ終えた。触媒粒子マイクロモーターと分子集合体系について,粗密波状の集団運動を制御できたことや酸性溶液の刺激下で規則運動するものを見出しており,これらは,多様な状況で働くマイクロシステム動力となり得る。したがって,次年度以降の発展に大きく寄与する。
テラヘルツ超高速分光法による光誘起伝導制御の研究

強相関電子系(有機伝導体α-(ET)_2I_3, κ-(ET)_2Cu_2(CN)_3、遷移金属酸化物LaCoO_3, LuFe_2O_4)における光誘起伝導、誘電、磁気制御の機構を、テラヘルツ(THz)光領域の定常分光および過渡(ポンププローブ)分光によって調べた。電子間のクーロン斥力による電荷の凍結(モット絶縁体、電荷秩序、強誘電性)と融解(金属、常誘電性)を、THzスペクトルによってプローブし、超高速(ピコ秒)光伝導、誘電性制御の可能性を探索した。広帯域(0.1-30THz)のテラヘルツ時間分解分光によって、光生成した電子状態や格子の状態を明らかにする。特に、光誘起絶縁体-金属転移における光誘起金属状態の局在と非局在の狭間にある特異な電子状態の性質や、<100cm-1の低周波格子振動の役割を、テラヘルツ領域の広帯域過渡スペクトル測定により解明する。平成20年度は、既存の測定形の改良、整備を進めるのと並行して、新規レーザーシステムの導入手続きを進め、次年度に行う、新規レーザーシステムを用いた、テラヘルツプローブ光の広帯域化(20THz)や高強度テラヘルツ光を用いた光誘起相転移の探索への準備を行った具体的には、広帯域のテラヘルツ過渡測定の準備として、ポンププローブ測定系全体を乾燥パージボックスの中に構築するなど測定形の改良、整備を進めるなど、テラヘルツ過渡測定の高精度化を既存の100fsレーザーシステムの下で行った。このシステムを用いて、1-10meVの測定範囲における有機伝導体α-(ET)_2I_3および、遷移金属酸化物LaCoO_3における定常スペクトルと過渡スペクトルの測定を行った。テラヘルツ領域の測定が、熱的および光誘起の絶縁体-金属転移を調べる上で有効であることを示すことができた。また、広帯域テラヘルツ光発生のための、新規25fsレーザーシステムの導入手続きを完了した(導入自体は21年度)。また、極短パルス光源による分光などを含む計画全体を踏まえて、超高速分光実験室の大掛かりな配置換えをほぼ完了した。本研究では、広帯域(0.1-30THz)のテラヘルツ時間分解分光によって、光生成した電子状態や格子の状態を明らかにする。特に、光誘起絶縁体-金属転移における光誘起金属状態の局在と非局在の狭間にある特異な電子状態の性質や、<100cm^<-1>の低周波格子振動の役割を、テラヘルツ領域の広帯域過渡スペクトル測定により解明する。平成21年度は、新規レーザーシステム(パルス幅25fs)の導入を完了し、それを用いたテラヘルツプローブ光の広帯域化を行った。THz光の発生、検出素子として、ZnTe,GaP,GaSe,DASTなど非線形光学結晶の種類と厚さをかえることによって検出帯域の変化を調べ、15THzまで(従来は、3THz)発生、検出が可能となった。この光源を用いたデモンストレーションとして、電荷秩序による強誘電性を示す二次元有機伝導体α-(ET)_2I_3の近赤外励起-THzプローブ分光を行った。その結果、10-20psの時間スケールにおいて、光誘起金属化によっていったん閉じた電荷秩序ギャップが、再びあいていく様子を捉えることができた。更に、スピン液体状態を示すことで知られる有機ダイマーモット絶縁体において、電荷ガラス状態の揺らぎを反映した、低波数フォノンのモーショナルナローイングを観測することに成功した。また、新しい対象として、強誘電-電荷秩序を示すLuFe_2O_4のテラヘルツ分光をおこない、定常THzスペクトルの温度依存性を詳細に測定し、磁気転移と関係したTHz応答を初めて観測した。次年度に行うTHz励起実験のための準備として、高強度THz光の発生を行った。昨年度まで、研究を進めてきた、電子強誘電性物質である二次元有機伝導体α-(ET)_2I_3に加え、同じく電子強誘電性を示す、層状鉄酸化物LuFe_2O_4や、リラクサー強誘電性を示すダイマーモット絶縁体K-(ET)_2Cu_2(CN)_3についても、近赤外励起-THzプローブ実験を行った。i)

LuFe_2O_4においては、強誘電性の起源である電荷秩序の光融解とその回復のダイナミクスを、励起強度や温度を変えながら測定した。層内の電荷秩序は、光融解後数ps程度の短時間で回復するのに対し、層間の電荷秩序は、100ps程度の比較的長い時間を要する。また、ii)k-(ET)_2Cu_2(CN)_3においては、リラクサー的な誘電異常の起源である、ダイマー内の双極子の集団的な励起が、1THz領域に存在することを発見した。さらに、近赤外光励起によって、この集団励起によるTHz応答が増大することを見出した。この結果は、これまでに報告してきた電荷秩序、強誘電性の光融解とは逆の過程、すなわち、強誘電性揺らぎの光照射による増大を意味する。ダイマーモット絶縁体では、ダイマーモット相と電荷秩序相が競合していることを考慮すると、ダイマーモット相の光融解によって、強誘電性揺らぎの起源である電荷秩序がより安定化していると考えられる。
p73/ΔNp73を介した慢性関節リウマチ滑膜細胞増殖の制御

慢性関節リウマチ(RA)の主要な病態として、本来増殖が制御されるべき滑膜線維芽細胞が過剰に増殖を起こしていることが挙げられる。その逸脱した増殖機構には炎症性サイトカインやプロスタグランジンが関与すると考えられているが、詳細な増殖機構は不明であった。筆者は、研究発表欄の論文に記載したように、滑膜線維芽細胞に転写調節ドメインを欠落したp73α(ΔNp73α)を発現させると、活性化HSF1(heat shock factor1)が増加し、結果Hsp70(heat shock protein70)の発現を亢進することを見いだした。この発見は、RA患者滑液中に本来存在しないHsp70が検出される事実、さらにHsp70はマクロファージに作用して炎症性サイトカインの分泌を誘導する事実と結びつくことで、RA発症の重要な引き金となると推測される。RA患者滑膜組織では、p53の機能変異が起こっているケースが多いことが報告されている。筆者は、p53欠損細胞を用いた実験で、ΔNp73αが転写調節因子NFκBの活性化を起こすことを最近明らがにし、現在論文作成中である。NFκBは、滑膜線維芽細胞の増殖を起こす炎症性サイトカイン(TNFαやIL1β)やプロスタグランジンの合成酵素(COX2)の転写調節因子である。従って、ΔNp73αは、Hsp70発現亢進とNFκBの活性化を介して滑膜線維芽細胞の異常増殖の引き金となっている可能性が高い。興味あることには、転写調節ドメインを有するp73やp53は、このΔNp73αの作用を抑制するのみならず、炎症性ストレスに応答したNFκBの活性化も抑制した(2004年日本分子生物学会総会にて発表)。との事実は、RAの発症に、ΔNp73α/p73・p53の存在比が重要である可能性を示唆している。現在、さらにRA患者滑膜線維芽細胞で、ΔNp73αの発現が増加しているのかを検討中である。慢性関節リウマチ(RA)の主たる病態である滑膜組織の肥厚は、滑膜線維芽細胞の異常増殖によるが、活性酸素、IL-6、TNFα、あるいはある種のプロスタグランジン等による刺激がこの異常増殖に深く関わると考えられている。従って、上記の刺激に対する滑膜線維芽細胞の応答性を低下させることが、滑膜の肥厚を抑制させ、ひいては治療への応用に結びつくと期待される。ウサギ滑膜繊維芽細胞(HIG-82)は、TNFα刺激に応答してプロスタグランジンH産生に関わるCOX-2(cyclooxygenase-2)が誘導されることから、滑膜線維芽細胞の異常増殖の良い実験モデル系になりうる。このTNFα依存のCOX-2の誘導は、本研究課題である転写調節因子p73αをHIG-82に発現させることで、有意に低下させることができた。又、レポーターアッセイにおいて、TNFα処理したHIG-82細胞ではNFκB結合配列を有するレポーター遺伝子の発現が誘導されるが、p73αの共発現によりレポーター遺伝子の発現が強く抑制されることを見いだした。TNFα刺激は、NFκBを活性化すると言う事実、並びにCOX-2遺伝子はそのプロモーター上流にNFκB結合配列を有することから、上記の結果はp73αがNFκB依存性の遺伝子発現に対して抑制的に制御することを示唆している。RA患者滑液中には、正常では観察されない多様な分泌因子が存在している。熱ショックタンパク70(Hsp70)はその一つで、おそらく滑膜構成細胞に対して炎症シグナルとして作用すると推測されている。HIG-82細胞を転写調節ドメインを欠損するp73α(DNp73α)を発現させると、Hsp70発現に関わる転写調節因子HSF1活性が亢進することを見いだした(現在投稿中)。DNp73αは、p73αとヘテロ会合することでp73αの転写調節能を阻害することが知られている。従って、上記のNFκB介在の遺伝子制御におけるp73αの役割を考慮すると、滑膜線維芽細胞の増殖制御には、p73αとDNp73αの量的バランスが重要と推測される。今後、滑膜線維芽細胞の増殖におけるp73αとDNp73αの役割について、さらに研究を進めていく。

NFκBは、滑膜線維芽細胞の増殖を起こす炎症性サイトカイン(TNFαやIL1β)やプロスタグランジンの合成酵素(COX2)の転写調節因子である。従って、ΔNp73αは、Hsp70発現亢進とNFκBの活性化を介して滑膜線維芽細胞の異常増殖の引き金となっている可能性が高い。興味あることには、転写調節ドメインを有するp73やp53は、このΔNp73αの作用を抑制するのみならず、炎症性ストレスに応答したNFκBの活性化も抑制した(2004年日本分子生物学会総会にて発表)。との事実は、RAの発症に、ΔNp73α/p73・p53の存在比が重要である可能性を示唆している。現在、さらにRA患者滑膜線維芽細胞で、ΔNp73αの発現が増加しているのかを検討中である。
SCIM SRの日本語版の作成と妥当性の検討

脊髄損傷患者の日常生活自立度を評価するための評価法としてSCIM(Spinal Cord Independence Measure脊髄損傷自立度評価法)が知られている。医療従事者が採点することで、脊髄損傷患者の日常生活自立度を評価するが、外来患者の日常生活自立度を評価するには不適切である。そのため患者自身が評価を行うための方法であるSCIM-SRが欧米では使用されている。そのSCIM-SRを日本でも使用するために翻訳を行った。その翻訳の妥当性を示すために、英語から日本語に翻訳した後さらに、日本語を英語に翻訳し、英語に精通した人々に元の英語と翻訳・再翻訳した英語が妥当であるかを、規定された基準に基づいて評価を依頼した。その評価で不十分であった文言については、再度翻訳・再翻訳を行い、翻訳の妥当性が示されるまでこの作業を繰り返した。こうして日本語版のSCIM-SRを作成した。続いて日本語版のSCIM-SRの、評価法としての妥当性を示すために、脊髄損傷を持つ入院患者の日常生活自立度をSCIMとSCIM-SRの両方で評価を行った。SCIMは医療従事者が、SCIM-SRは患者自身が評価した。そのSCIMとSCIM-SRの点数が高い相関を持つことや、0-100点のいずれの点数幅においても点数が一致することを示すために、Spearman相関係数やBland-Altman分析を行っている。例えば、低い点数ではSCIMとSCIM-SRの点数が一致しがちであっても、高い点数ではその点差が大きくなるようなことが予想される。そのために、いずれの点数でも点数が一致することをBland-Altman分析で示していく。日本語版SCIM-SRの作成、すなわちSCIM-SRの翻訳と翻訳の妥当性の検証を終了することが出来た。現在内容の妥当性の検討のために、SCIM-SRを用いて日常生活自立度を脊髄損傷患者に採点していただいている最中である。同時にSCIMを医療従事者が採点しているので、その妥当性を統計処理を行い検討していく。現在必要症例件数に達していないが、途中経過を脊髄損傷医学会で発表し、議論することが出来た。引き続きSCIM-SRを用いた日常生活自立度の評価を脊髄損傷患者に依頼していく。現在100例を目指して症例を集積しており、集積終了次第、統計解析を再度行っていく予定である。その途中経過を国際学会で発表することで、議論を行うと同時に、日本語版SCIM-SRの作成について論文執筆を行う予定である。今後国際学会への発表や、論文投稿に向けて、英語翻訳における費用、投稿料、ならびに旅費が必要である。
ヒトデ卵母細胞の1-メチルアデニン情報伝達系

ヒトデ卵母細胞は、1-メチルアデニン(1-MA)によって減数分裂を再開する。我々は、1-MA情報伝達系に三量体GTP結合蛋白質(G)のβγサブユニットが関与することを明らかにしてきた。GβγからMPF形成までには、64kDaの蛋白質のリン酸化が関与していると予想されたので、64kDa蛋白質がどのようにMPF形成に関わっているのかを明らかにし、さらに1-MAレセプターを同定することを研究目的とした。卵ホモゲネートに放射性のATPとGβγを加えると、64kDa蛋白質がリン酸化された。しかし、リン酸化量が実験ごとに一定でなく、ホモゲネート作成の条件を改良する必要があると考えられた。さらに64kDaの蛋白質のリン酸化からMPF形成までの情報経路を明らかにするには、in vitroでMPFが形成されるcell free系の確立が望まれる。そこで、これらの要求を満たす卵ホモゲネート作成法の開発にとりかかった。卵黄膜を除去した成熟卵を、EGTA、Hepes、グリシンを含む緩衝液で洗った後、60μmのメッシュに通すことでマイルドに破砕する。このM期ホモゲネートに卵核胞を加えると、約30分でGVBDが起こった。未成熟卵のホモゲネートではGVBDは起こらず、M期ホモゲネートにMPF活性が検出されたことから、本法は生理的なGVBD過程を再現すると考えられた。また、この未成熟卵ホモゲネートにGβγを投与すると、大変効率よく64kDaの蛋白質がリン酸化された。本法によるcell free系は、64kDaの蛋白質の精製に役立つだけでなく、1-MA情報伝達系と減数分裂過程について、有効な解析手段となることが期待できる。1-MAレセプターを同定するために、ナマコ卵母細胞に、ヒトデ卵のpoly A_+RNAのRNAを顕微注入したが、1-MA処理で減数分裂は再開されなかった。現在、ヒトデRNAが翻訳されているか否かを調べている。
ニッチの均質化によるがん幹細胞脆弱化の基盤研究

ニッチ構成要素としてのヒアルロン酸が、がん幹細胞性の制御に働く機構の解明を目的に、ヒアルロン酸高産生乳がん細胞における代謝反応について、安定同位体標識と質量分析により解析した。その結果、細胞内ヘキソサミン合成経路の代謝流束が加速していることを明らかにした。また、ヘキソサミン合成経路の律速酵素であるGlutamine fructose amidotransferase 1遺伝子の過剰発現あるいはノックダウン細胞を用いた解析から、ヘキソサミン合成経路が抗がん剤耐性などのがん幹細胞性の制御に重要であることを明らかにした。本研究では、「がん幹細胞ニッチにおける変化が、異なったストレス耐性スペクトルを示す不均一ながん幹細胞の出現を促して、がん細胞集団に頑健性を賦与する」という仮説を立て、その検証を目指して研究に取り組んだ。今年度は、ヒアルロン酸高産生乳がん発症マウスを用いて、がん幹細胞におけるヒアルロン酸産生の増加が、炎症反応を拡大してがん幹細胞ニッチを変化させる機構の解明を試みた。まず、ヒアルロン酸高産生と対照乳がん組織より、Hoechst33342色素の染色性を指標に、がん幹細胞成分を含むSP (Side population)細胞を分離した。SP細胞からCD44とCD24細胞表面抗原の発現を指標に、CD44high/CD24low乳がん幹細胞を樹立した。ヒアルロン酸高産生乳がんと対照乳がん組織から分離したがん幹細胞を用いて、mRNAを調製してプローブを作製し、アレイ解析によって遺伝子発現の網羅的解析を行った。そして、ヒアルロン酸依存的に発現変動する遺伝子候補を特定した。また、qRT-PCR法や培養上清を用いたELISA法により、分泌シグナル因子の発現をモニターした。そして、ヒアルロン酸刺激下にTGF-βとTNF-αの発現が亢進していることを明らかにした。今後、ニッチの質的変化が性質の異なるがん幹細胞の出現を誘導する機構の解明やニッチの多様性を喪失させる技術基盤の確立を通じて、本研究の目標達成を目指す予定である。がん幹細胞は、従来の化学療法や放射線治療に耐性を示すことから、再発を引き起こす最大の要因と考えられ、根治的治療のための標的として重視されている。がん幹細胞は、ニッチと呼ばれる特殊な微小環境との緊密な連携のもと幹細胞性を維持し、様々なストレスに耐性を発揮して、がんの発生や進展に中心的な役割を果たすとされる。今年度は、ヒアルロン酸高産生乳がんと対照乳がんから樹立したがん幹細胞を用いて、がん幹細胞におけるヒアルロン酸産生の増加が、遺伝子発現や代謝反応に及ぼす影響について解析した。その結果、ヒアルロン酸高産生乳がん細胞では、対照がん細胞に比して、細胞内におけるヘキソサミン合成経路の代謝流束が加速していた。ヘキソサミン合成経路は、ヒアルロン酸合成基質であるUDP-N-アセチルグルコサミン(GlcNAc)糖供与体の生合成反応経路であり、ヒアルロン酸合成の調節に働くとともに、他の複合糖質の生合成やタンパク質O-GlcNAc修飾の調節に働き、細胞動態を広範に制御していることが知られている。ヘキソサミン合成経路は、また、細胞の栄養センサーとして重要であり、細胞内代謝の調節に働く。従って上記結果は、ヒアルロン酸がヘキソサミン合成経路を介して、がん幹細胞の特性を制御している可能性を示唆している。今後、ニッチ構成要素としてのヒアルロン酸が、ヘキソサミン合成経路を介してがん幹細胞の出現を誘導する機構について解明を進めるとともに、がん幹細胞脆弱化のための技術基盤の確立を通じて、本研究の目標達成を目指す予定である。研究項目のうち「ニッチの質的変化が性質の異なるがん幹細胞の出現を誘導する機構の解明」については、研究計画に従って実験を進め、ヒアルロン酸高産生乳がんと対照乳がんから樹立したがん幹細胞を用いて、遺伝子発現や代謝反応について解析し、当初目標の一部を達成した。そしてこれまでに、ニッチ構成要素であるヒアルロン酸の産生が、がん細胞に上皮-間葉転換を誘導して、がん幹細胞性の制御に働くことを明らかにしている。また、細胞外分泌シグナル分子であるTGF-βとTNF-αが、ヒアルロン酸刺激下に発現亢進していること、そして、ヒアルロン酸高産生乳がん細胞では、細胞内におけるヘキソサミン合成経路の代謝流束が加速していることを明らかにしている。しかし、前年度に実施した研究の遅れから、当初予定していた実験計画の一部についてその実施を次年度以降に見送った。以上の理由により、研究計画に若干の遅れが生じている。今年度、実施を見送った研究は、平成28年度での実施を目指す。昨年度までに我々は、がん幹細胞におけるヒアルロン酸産生の増加が、細胞内におけるヘキソサミン合成経路の代謝流束を加速することを明らかにしている。

ヘキソサミン合成経路は、ヒアルロン酸糖供与体である細胞内UDP-N-アセチルグルコサミン(UDP-GlcNAc)の生合成反応経路であり、ヒアルロン酸合成の調節に働くとともに、他の複合糖質の生合成やタンパク質O-GlcNAc修飾の調節に働き、細胞動態を広範に制御している。そこで本年度は、ヘキソサミン合成経路の律速酵素であるGlutamine fructose amidotransferase 1 (GFAT1)遺伝子の過剰発現あるいはノックダウン細胞を作製して、ヘキソサミン合成経路ががん幹細胞性の制御に働く機構の解明を試みた。その結果、GFAT1過剰発現細胞では、がん幹細胞性の制御に重要とされる低酸素誘導因子HIF-1のシグナルが活性化していることが明らかとなった。一方、GFAT1の遺伝子の発現抑制は、HIF-1シグナルとがん幹細胞性を共に抑制した。このことは、ヒアルロン酸がヘキソサミン合成経路を介して、がん幹細胞性を制御していることを示唆している。今後、酸化ストレスや抗がん剤等種々のストレスに対する耐性の発現に、ヘキソサミン合成経路の関与を明らかにして、ヒアルロン酸ががん幹細胞のストレス耐性を制御する機構の解明を目指す。研究項目のうち「ニッチの質的変化が性質の異なるがん幹細胞の出現を誘導する機構の解明」については、研究計画に沿って実験を進め、当初目標を達成した。具体的には、ヘキソサミン合成経路の律速酵素GFAT1遺伝子の過剰発現あるいはノックダウン細胞を作製して、ヘキソサミン合成経路が低酸素誘導因子HIF-1のシグナルを調節して、がん幹細胞性の制御に働くという新たな機構を解明した。この研究成果は、国際誌Journal of Biological Chemistryに学術論文として発表した。また、国内学会において2件の発表を行った。しかし、当初予定していた実験計画「ニッチの多様性を喪失させる技術基盤の確立」については、前年度までの研究の遅れに加えて、動物試験を中心に研究遂行に想定以上の時間を要しているため、研究計画に若干の遅れが生じている。そこで未実施の研究は、研究期間を延長して、平成29年度での実施を目指す。ニッチ構成要素としてのヒアルロン酸が、がん幹細胞性の制御に働く機構の解明を目的に、ヒアルロン酸高産生乳がん細胞における代謝反応について、安定同位体標識と質量分析により解析した。その結果、細胞内ヘキソサミン合成経路の代謝流束が加速していることを明らかにした。また、ヘキソサミン合成経路の律速酵素であるGlutamine fructose amidotransferase 1遺伝子の過剰発現あるいはノックダウン細胞を用いた解析から、ヘキソサミン合成経路が抗がん剤耐性などのがん幹細胞性の制御に重要であることを明らかにした。平成26年度に計画していた研究項目のうち「がん幹細胞ニッチの多様性を生み出すヒアルロン酸糖鎖の機能解析」については、研究計画に従って実験を進め、ヒアルロン酸高産生乳がんと対照乳がん組織から分離したがん幹細胞を用いて、遺伝子発現プロファイルを解析するなど、当初目標の一部を達成した。しかし、研究補助員の採用が不調に終わったことを受け、当初予定していた実験計画の一部についてその実施を次年度以降に見送った。以上の理由により、研究計画に若干の遅れが生じている。今年度、実施を見送った研究内容は、「分泌シグナル因子の炎症細胞に対する作用を解析し、炎症の拡大がニッチの多様化に働く機構を解明する」研究であり、平成27年度での実施を目指す。
炭素繊維強化プラスチックの長期寿命予測のための加速評価法の開発

時間の経過や温度の上昇によって敏感に強度が低下するCFRPの長期寿命を予測する最大の武器は、温度の上昇によって時間を圧縮させることで同じ現象を実現できるとした時間-温度等価性(換算則)が強度に対して成立することである。この法則が熱硬化性樹脂の破壊挙動のみならずこの樹脂をマトリックスとしたCFRPの破壊挙動にまで拡張できるとし、これを基盤として我々の長期寿命予測のための加速評価法は構築された。多くの実験的評価は、PAN系炭素繊維とエポキシ樹脂の組み合わせからなるCFRPについて、我々の長期寿命予測のための加速評価法が適用可能であることを見出している。しかし、これらの実験事実は加速評価法の信頼性を高めるものではあっても、なぜマトリックス樹脂の変形挙動に成立する時間一温度換算則がCFRPのこれらの強度に成立するかの疑問に応えるものではない。提案している加速評価法の工業界における普遍的な利用を目指すならば、破壊機構の観点からこの疑問に応えることが必須となってきている。取り上げたCFRPはPAN系炭素繊維とエポキシ樹脂の組み合わせからなる一方向強化CFRP積層板である。もっとも基本的な負荷方向である繊維方向の引張と圧縮および繊維直角方向の静的強度に的を絞り、時間および温度依存性について破壊機構の観点から検討した。その結果、これらの破壊機構の力学モデルの構築に成功し、各方向の静的強度にマトリックス樹脂に成立するものと同じ時間-温度換算則が成立することが理論的に示され、実験的に確認された。しかし、これらの実験事実は加速評価法の信頼性を高めるものではあっても、なぜマトリックス樹脂の変形挙動に成立する時間-温度換算則がCFRPのこれらの強度に成立するかの疑問に応えるものではない。もっとも基本的な負荷方向である繊維方向の引張と圧縮の静的強度に的を絞り、時間および温度依存性について破壊機構の観点から検討した。その結果、これらの破壊機構の力学モデルの構築に成功し、各方向の静的強度にマトリックス樹脂に成立するものと同じ時間-温度換算則が成立することが理論的に確認された。

もっとも基本的な負荷方向である繊維方向の引張と圧縮および繊維直角方向の静的強度に的を絞り、時間および温度依存性について破壊機構の観点から検討した。その結果、これらの破壊機構の力学モデルの構築に成功し、各方向の静的強度にマトリックス樹脂に成立するものと同じ時間-温度換算則が成立することが理論的に示され、実験的に確認された。
マイクロ波長板アレイを利用したデジタルホログラフィ法によるひずみ測定法の開発

マイクロ波長板を備えたCCDカメラを用い,一度の撮影により同時に複数の位相シフトしたホログラムを撮影することで,時間と共に変化するひずみの測定が可能となるホログラフィ干渉法を提案した.その有効性を示すため,提案する方法を静的なはりのたわみ測定および電子部品の熱変形の測定に適用した.その結果,提案する方法により静的なたわみのみならず,時々刻々と変化する変形を測定可能であることを示した.マイクロ波長板を備えたCCDカメラを用い,一度の撮影により同時に複数の位相シフトしたホログラムを撮影することで,時間と共に変化するひずみの測定が可能となるホログラフィ干渉法を提案した.その有効性を示すため,提案する方法を静的なはりのたわみ測定および電子部品の熱変形の測定に適用した.その結果,提案する方法により静的なたわみのみならず,時々刻々と変化する変形を測定可能であることを示した.まず,ホログラムを取得する方法および再生像を得る方法,さらには得られた再生像と物体の変位成分との関係を示す原理について検討した.ここでは,光学的な検討を行い,我々が考案した方法によりホログラムの取得・再生,さらには変位・ひずみ測定への適用が可能であることを確認した.次に,現実にホログラムの取得・再生が可能であるか検討するため,偏光子・波長板・一般のCCDカメラを用いてマイクロ波長板アレイを備えたカメラを模擬してホログラムの取得および再生を試みたここでは,より広く用いられている位相シフト法を用いた方法によるホログラムの取得も行い,比較対象とした.その結果,位相シフト法よりも精度は劣るものの,波長板と偏光子を用いた偏光解析によるホログラフィは可能であることがわかった.以上の成果を踏まえ,マイクロ波長板アレイを有するCCDカメラを用いたホログラムの撮影を行ったまず,三次元静止物体の再生像(振幅)の取得を試みた.その結果,再生像は得られるものの,その中には干渉縞の位相解析の精度不足から生じる種々のノイズが含まれることがわかった.一方,再生して得られた位相分布から,物体の変位を表す位相値を得ることが可能であることがわかった.単一露光で得られた情報から干渉縞の位相解析を行っているため,精度は高くなく,改善する必要がある.次に,本方法の特徴を活かして熱変形により時々刻々と変形が進行する物体の変位測定を試みたその結果,時間変動問題へ本手法が適用可能であることを示した.以上より,ホログラムを取得し再生するという初年度の目標を達成した.前年度までの研究により,マイクロ波長板アレイをするCCDカメラを用いて老数の位相シフトしたホログラムを同時に撮影することが可能となった.本年度前半では,まず前年度に開発・作成した測定原理および実験装置の評価や改良を行った.ここでは,1次回折光の影響によるデータ処理上の問題点を明らかにし,その改善法を検討した.また,微小部分を拡大撮影し測定することを想定し,結像レンズを利用したホログラフィ法を提案した.この方法の分解能などについて検討するとともに,微小部分のホログラムを記録し再生することが可能となった.次に,測定対象物体の形状をホログラフィ法で得る方法について検討した.参照光の角度を変化させてホログラムを撮影する方法により,物体の形状を得ることができるようになった.その後,実際に時間と共に変化する変位やひずみを測定するための研究を行った。特に,研究前半で検討した微小部分の測定を対象とした.連続的に変形する物体に対して,提案する方法を連続的に適用することで,変位の時間変動を得ることができた.以上の結果から,マイクロ波長板アレイを有するCCDカメラを利用することで,時間と共に変動する種々の問題のひずみ測定が可能となったと言える.しかしながら,得られるホログラムに雑音が多く,結果として得られる変位に誤差が多く含まれるという問題点がある.これは今後改善する必要がある.