hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
前脳形態形成におけるシグナル分子の役割の解明

Shhシグナルの前脳形成における役割を調べるため、ShhおよびSmoコンディショナルノックアウトマウスを作成し、解析した。大脳皮質原基においてはEmx1-Creマウスを用い、眼原基においてはFgf15-Creマウスを用いた。前者においては神経幹細胞の増殖低下と分化したニューロンの移動異常が観察された。後者においては眼原基近位部形成不全、眼杯腹側部形成不全、眼杯背側部の変性が見られた。以上の結果から、Shhシグナルは前脳において神経幹細胞増殖の促進、パターン形成、形成後の細胞生存維持に関与していることが示唆された。間脳原基の細胞においてCreを発現するFgf15::CreトランスジェニックマウスとSmoコンディショナルマウスを交配したところ、視床を含む間脳の低形成が外観から観察された。薄切し一般染色による組織学的解析を行ったところ、様々な形態学的以上がみられた。そこでShhシグナルを受けていると考えられる細胞における種々の遺伝子の発現パターンを時系列的に調べた。また低形成は細胞増殖の低下、細胞死の増加によることも考えられるので、それぞれ増殖マーカー発現およびCaspase3免疫染色などにより調べたところ、これらに変化があった。神経核の各々のidentityはLIM-homeoboxを始めとする種々の転写因子の組み合わせにより決定されていると考えられる。これらの転写因子群の発現を制御すると考えられるシグナル分子Shh, Wnt,FGFを異所性に発現させた場合に、LIM1およびLIM9の発現パターンが影響を受けることが分かった。また、特定の転写因子を異所性に発現させた場合に神経核の形成パターンがどのように変化するか調べるため、LIM1発現ベクターを構築した。また、ノックダウンをするためにsiRNAも作成した。これらをマウス胚の脳やニワトリ胚の脳にエレクトロポレーションによって導入し、その表現型の解析を試みている。我々は既に大脳新皮質特異的にShhシグナルをノックアウトすることによって、大脳皮質が薄くなること、神経幹細胞の細胞周期に異常がみられること、分化した幼若ニューロンの移動パターンや位置に異常がみられるという結果を既に得ている。これに基づいて以下の研究を行った。神経幹細胞周期の異常の原因の探索:細胞周期はサイクリン等の因子によって制御されている。我々は、コンディショナルノックアウトマウスの神経幹細胞において細胞周期が長くなること、cell cycle exitが減少すること、相対的に後期に分化するニューロンが減少することなどを見出した。しかし、Shhシグナル不全がこれら細胞周期異常を惹起する際にサイクリン等の因子がどのように変化しているのか未解明である。本研究においては、中枢神経系の中でもより複雑な構造と高次な機能を有する前脳の形態形成に着目し、その分子機構の解明を目指した。特にこの過程において重要なソニックヘッジホッグ(Shh)を中心に調べた。コンベンショナルなノックアウトマウスでは初期から腹側半分が形成されず、従ってまた重要なShhの供給源である床板も形成されないため、比較的単純な形態を有する前脳胞形成後の形の変化の仕組みを調べることができない。そこで我々は、コンディショナルノックアウトマウスを利用して、前脳胞形成以後のShh等シグナルの役割の解明を目指した。この脳胞の後半部はのちに視床を含む間脳となる。この部位においては多くの異なる機能を担う神経核が形成されるが、その運命決定機構は不明である。Shhシグナルを細胞内に伝えるSmo遺伝子のコンディショナルノックアウトマウスを作成したところ、間脳全体が低形成となった。また間脳内の領域マーカーの発現を調べたところ、いくつかについては発現が低下したり、発現境界が不明瞭になっていた(胎生12日)。これ以降、細胞死が進むため、各神経核が完成するかどうかは不明である。(2)眼原基は間脳の一部が突出してでき始める。遠位端が眼球網膜等を形成し、近位部は視神経・視索となる。また網膜中でも背腹軸等に沿った領域化が見られる。眼杯形成期において、Shhは間脳腹側正中部に発現しており、ここから分泌されたSHHタンパクが眼胞・眼杯へ到達すると考えられた。コンディショナルノックアウトマウスにおいては、近位部におけるマーカー遺伝子発現低下、眼胞腹側におけるマーカー遺伝子発現の低下とそれに続く細胞死によって、眼杯腹側部が形成されない。一方、眼胞背側部ではBmp4の発現が上昇し、発現範囲も腹側部へと拡大していた。細胞死はこのBmp4の過剰発現によるものと推測された。Bmp4発現が、腹側正中部からのShhシグナルによってどのように制御されているかは未解決の興味深い問題である。

コンベンショナルなノックアウトマウスでは初期から腹側半分が形成されず、従ってまた重要なShhの供給源である床板も形成されないため、比較的単純な形態を有する前脳胞形成後の形の変化の仕組みを調べることができない。そこで我々は、コンディショナルノックアウトマウスを利用して、前脳胞形成以後のShh等シグナルの役割の解明を目指した。この脳胞の後半部はのちに視床を含む間脳となる。この部位においては多くの異なる機能を担う神経核が形成されるが、その運命決定機構は不明である。Shhシグナルを細胞内に伝えるSmo遺伝子のコンディショナルノックアウトマウスを作成したところ、間脳全体が低形成となった。また間脳内の領域マーカーの発現を調べたところ、いくつかについては発現が低下したり、発現境界が不明瞭になっていた(胎生12日)。これ以降、細胞死が進むため、各神経核が完成するかどうかは不明である。(2)眼原基は間脳の一部が突出してでき始める。遠位端が眼球網膜等を形成し、近位部は視神経・視索となる。また網膜中でも背腹軸等に沿った領域化が見られる。眼杯形成期において、Shhは間脳腹側正中部に発現しており、ここから分泌されたSHHタンパクが眼胞・眼杯へ到達すると考えられた。コンディショナルノックアウトマウスにおいては、近位部におけるマーカー遺伝子発現低下、眼胞腹側におけるマーカー遺伝子発現の低下とそれに続く細胞死によって、眼杯腹側部が形成されない。一方、眼胞背側部ではBmp4の発現が上昇し、発現範囲も腹側部へと拡大していた。細胞死はこのBmp4の過剰発現によるものと推測された。Bmp4発現が、腹側正中部からのShhシグナルによってどのように制御されているかは未解決の興味深い問題である。
室温作動の安価なプロトン導電性固体電解質の開発

燃料電池に使用される安価なプロトン導電体を探索することを目的とし、その材料を無機化合物に求めた。現在知られているプロトン伝導は、100°C以下での吸着水分子を仲介とするものと、1000°C付近におけるペロブスカイト酸化物中の単独伝導の2つがある。本研究では、水和した無機化合物を合成し、中温域で良好な導電率を示す材料を探索した。(1)アルコキシドの加水分解によるセラミクス粒子を合成した。このような低温合成法では粒子の成長が顕著でないので表面積が大きく、大量の水分子が表面に吸着している。合成した試料はTiO_2,Al_2O_3,ZrO_2,SiO_2,BaTiO_3である。これらのプロトン導電性を室温から90°Cの範囲で相対湿度を80%に保って測定を行った。全てほぼ同じ10^<-3>10^<-4>Scm^<-1>台(90°C)の導電率を示した。また昇温時と比べ降温時の導電率が低くなった。以上の結果より粒子表面の吸着水が仲介するプロトン伝導は吸着材である無機化合物の種類は殆ど影響せず、一方で外界の湿度の影響を強く受けることが分かる。(2)吸着水による伝導において導電率の増強を行うには、プロトンの濃度を大きくすることがある。そこで超強酸とよばれる材料を合成した。ジルコニアの表面に硫酸根を固定したものを合成し、導電率を測定したがわずかな導電率の増強しか観測されなかった。(3)水分子を利用しない材料としてLn(OH)_3 (Ln:ランタノイド)を検討した。この材料についてはまだ検討の余地が残されているが、ランタノイドによって広い範囲の導電率を示す。また昇温時と降温時のヒステリシスのない挙動を示した。これは水分子を必要としない伝導が発現している可能性がある。もっとも良い場合で10^<-2>Scm^<-1>台の導電率が得られた。これにより200300°C付近の中温域でのプロトンイオン導電体が期待できる。プロトン導電性固体電解質として、Nafionと粘土粒子の複合体を検討した。粘土粒子は層状化合物であるスメクタイトを用いた。スメクタイト層間中の交換性カチオンは酸処理によりプロトンに化学的に交換した。複合体においてNafionと粘土粒子の組成重量比が1:1以上になると強度が著しく低下し、膜の形状を維持できなかった。これは有機分子とセラミクス粒子の組み合わせを考える場合常に問題になると考えられる。また、Nafionという表面エネルギーの小さい高分子を用いていることも原因と考えられる。複合体膜の導電率は組成にある程度依存するが、凡そ10^<-5>10^<-4>Scm^<-1>(100°C)であった。また膜の含水量に依存し、水分量が多いほど導電率が高くなった。これは水分子が可塑剤として作用し、Nafion中のプロトン導電および粘土層間中のプロトン導電がH_3O^+の形でなされていることを示している。

しかし十分に高い導電率が得られないので、より高い酸性を示すセラミクス粒子として粘土の代わりに超強酸と呼ばれる材料を試験した。超強酸として硫酸ジルコニアと呼ばれるジルコニア粒子表面に硫酸根を固定したものを用いた。この材料についても粘土同様、水のない環境ではプロトン伝導を発現しなかった。超強酸の解離度が非常に高いにもかかわらずプロトン伝導が発現しないのは解離後のプロトンが隣接サイトに移動しないことを示している。1000°C近い高温の場合を除いてプロトン伝導はプロトン単独では困難であり、十分な導電率を得るには媒体としての溶媒分子を共存させるか、高分子の融点以上に温度を上げてポリマー鎖の運動性を上げることが必要である。本年度は新規プロトン導電体としてランタノイド水酸化物:Ln(OH)_3を検討することとした。導電率はサイズの小さいErで最も低く、サイズの大きいLa,Prで高い値を示した。その差は4オーダーに及ぶ。これは材料物性が反映していることを示し、バルク伝導である可能性を示唆する。またこの材料は昇温時と降温時のヒステリシスが殆ど存在しない。このヒステリシスは水分子の吸着平衡が達成されないときに現れる。ヒステリシスがないことは伝導機構において水分子の役割が小さいということである。そこで導電率の相対湿度依存性を測定した。測定湿度を下げてゆくと、それに応じて導電率も減少した。例えばPr(OH)_3の場合相対湿度を80から20%まで低下させると約一桁導電率が低下した。これは伝導に水分子が関与していることを示しているが、バルク伝導に必要な水分子であるか、別の伝導パスが存在し水分子を必要とするのか、現時点では明らかではない。しかし低下後も導電率は依然として高い値を維持しているので、他の単純な水和セラミクス粒子とは伝導機構が異なると考えられる。このように本研究の成果として全く新しいプロトン導電体の候補としてLn(OH)_3を提案することができた。しかしその伝導種や伝導機構については全く不明であり、今後機構解明を目指した研究を行う必要がある。もし実際に導電が確認されれば200300°C付近の中温域でのプロトンイオン導電体になると期待できる。
家庭支援専門相談員の専門性向上に及ぼすリスク・マネージメント・モデル研修の効果

児童養護施設では、入所している子どもと家族の関係の再形成を支援する職員として家庭支援専門相談員が2004年度から配置されている。本研究は、家庭支援専門相談員が支援に必要な知識や技術を習得するための研修の効果を検証する。研修には講師が知識や技術を伝授するトップダウン式の学習と、参加者が主体的に参加して知識や技術を高め合うボトムアップ式の学習がある。トップダウン式の研修の例として、本研究では、子どもと家族の交流や家庭復帰などを進める際に利用可能なリスク・マネージメント・モデルについて理論的背景やモデルの使用方法を学ぶ研修の効果を検証する。ボトムアップ式の研修の例としては、A県で2014年度から年5回から6回の頻度で開催されている家庭支援専門相談員部会の活動の効果を検証する。2018年度は、A県の家庭支援専門相談員部会の会合に陪席し参与観察をした。また、部会のメンバーを3名から4名ずつグループに分けてグループ・インタビュー調査を実施した。部会では、自分たちが必要としている知識や技術を学べるように活動内容を計画し、随時、新しい企画を加えるなど内容を改善していた。各自の実践を伝え合い、自分の施設に役立つと思う情報や方法を施設に持ち帰り、所属施設の状況に合わせてアレンジして取り入れていた。所属施設の方針や組織体制などによって、家庭支援専門相談員の立場や役割は異なるが、類似性のある参加者を見習うモデルとして必要な知識や技術・考え方をより効率的に習得している参加者も居た。A県の部会活動が継続し、成果を施設の実践に活かせている背景として、所属施設の理解と県児童養護施設協議会のバックアップがあることが推測された。A県児童養護施設部会でのボトムアップ式の研修に関するデータ収集は順調に進んだが、リスク・マネージメント・モデルの研修効果に関するデータ収集が滞った。本研究の主眼は、リスク・マネージメント・モデルに関する研修会が専門性向上に及ぼす効果である。今後、職員が主体となったボトムアップによる学習と、トップダウンになりがちな研修をどのように組み合わせたら良いかという観点も含めて、専門性形成の過程について検討する。特に、A県の家庭支援専門相談員部会の各参加者が必要とする知識や技術を学び、施設での実践に活かしている過程をさらに明らかにすることで、トップダウン式の研修で得られた知識や技術を施設の実践に持ち帰り活用してもらえるために、どのような工夫が必要かを検討したい。具体的には、引き続き、A県の家庭支援専門相談員部会の活動への参与観察を継続する。参加者に個別のインタビューをする。また、部会の上部組織である施設長部会の代表者などにインタビューをする。第二に、2014(平成26)から2016(平成28)年度の科学研究費助成事業によりリスク・マネージメント・モデル作成のために開催した研修会参加者を対象に、研修で学んだ知識や技術をどのように活用しているかインタビューをする。2019年度は3年の研究期間の最終年度に当たるので、研究成果を発表する。一つには、A県児童養護施設協議会や関係機関の職員を対象に報告会を開催する。また、リスク・マネージメント・モデルに関する研究報告書を発行する他、リスク・マネージメント・モデルに関する情報をウェブサイトにも公表する。浅野(2016)は、ソーシャルワーカーが専門性を形成するための学習において、現場を離れたところで実践を見つめ直し新たな視点を得ることが重要だと指摘している。そこで、2017年度は、複数施設の職員が施設を離れて集まり実践を見つめ直す場の例として、A県児童養護施設協議会の家庭支援専門相談員部会における活動について検討した。家庭支援専門相談員の資格要件は社会福祉士や精神保健福祉士に限定されていないため、着任までにソーシャルワーカーとしてのフォーマルな教育や研修を受けているとは限らない。専門性を形成する基盤の一つは着任以前の他職種としての経験である。その基盤の上に家庭支援専門相談員としての経験が加わる。管理職からの指示や指導、前任者からの助言、他職種からの求めに応じて役割を果たすことなどを通して専門家としての働き方を学ぶ。このような職場内での経験を見つめ直し新たな視点を得るためには職場外での学習が重要である。A県家庭支援専門相談員部会は2014年度に活動を開始した。当初は各参加者が施設で何をしているか尋ね合っていたが、次第に、たとえば家庭訪問をどのようにしているか実践方法を話し合うようになった。さらに、家族支援の場面でアセスメントに用いる書式を作成し、事例を報告し検討するに至っている。支援効果の評価が次の検討課題として期待される。A県の部会は参加者が職場内での実践を語り合い学び合うボトムアップの学習である。このような共同作業の効果の一つは、他の参加者に説明するために自分の実践を言語化することである。もう一つの効果は、他の施設での実践方法を学び持ち帰れることである。他の施設でもできていないと知ることも現実的な目標を立てる効果がある。研究代表者が日本精神衛生学会第33回大会の大会長となり、大会の運営に多くの時間を割いたこと、体調を崩したことにより、当初計画を遂行できなかった。

研修には講師が知識や技術を伝授するトップダウン式の学習と、参加者が主体的に参加して知識や技術を高め合うボトムアップ式の学習がある。トップダウン式の研修の例として、本研究では、子どもと家族の交流や家庭復帰などを進める際に利用可能なリスク・マネージメント・モデルについて理論的背景やモデルの使用方法を学ぶ研修の効果を検証する。ボトムアップ式の研修の例としては、A県で2014年度から年5回から6回の頻度で開催されている家庭支援専門相談員部会の活動の効果を検証する。2018年度は、A県の家庭支援専門相談員部会の会合に陪席し参与観察をした。また、部会のメンバーを3名から4名ずつグループに分けてグループ・インタビュー調査を実施した。部会では、自分たちが必要としている知識や技術を学べるように活動内容を計画し、随時、新しい企画を加えるなど内容を改善していた。各自の実践を伝え合い、自分の施設に役立つと思う情報や方法を施設に持ち帰り、所属施設の状況に合わせてアレンジして取り入れていた。所属施設の方針や組織体制などによって、家庭支援専門相談員の立場や役割は異なるが、類似性のある参加者を見習うモデルとして必要な知識や技術・考え方をより効率的に習得している参加者も居た。A県の部会活動が継続し、成果を施設の実践に活かせている背景として、所属施設の理解と県児童養護施設協議会のバックアップがあることが推測された。A県児童養護施設部会でのボトムアップ式の研修に関するデータ収集は順調に進んだが、リスク・マネージメント・モデルの研修効果に関するデータ収集が滞った。本研究の主眼は、リスク・マネージメント・モデルに関する研修会が専門性向上に及ぼす効果である。今後、職員が主体となったボトムアップによる学習と、トップダウンになりがちな研修をどのように組み合わせたら良いかという観点も含めて、専門性形成の過程について検討する。第一に、A県の家庭支援専門相談員部会の参加者に、部会での活動から何を得ているかなど専門性の向上に及ぼす効果に関するインタビューをする。第二に、リスク・マネージメント・モデルの研修会を1回または2回開催する。同研修会の参加者および、2014(平成26)から2016(平成28)年度の科学研究費補助金によりリスク・マネージメント・モデル作成のために開催した研修会に参加した約20名にインタビューをする。研修会参加後の支援の変化を分析することにより専門性の向上を測定する指標を設定する。特に、A県の家庭支援専門相談員部会の各参加者が必要とする知識や技術を学び、施設での実践に活かしている過程をさらに明らかにすることで、トップダウン式の研修で得られた知識や技術を施設の実践に持ち帰り活用してもらえるために、どのような工夫が必要かを検討したい。具体的には、引き続き、A県の家庭支援専門相談員部会の活動への参与観察を継続する。
砒化ガリウムの表面(界面)物性と硫黄処理効果

本研究の目的は、砒化ガリウム(GaAs)の表面欠陥の疑問を「硫黄処理」を用いて、多面的に解明し、さらに制御技術を確立するというものである。その為に我々は、電子デバイスの基本構成である金属-半導体(MS)界面や、金属-絶縁体-半導体(MIS)界面を硫黄処理を用いて作製し、その界面電子物性、並びに構造を綿密に研究した。その結果、硫黄処理による表面(界面)欠陥の減少機構は、GaAs以外のIII-V族化合物半導体全般に共通であることを見い出した。さらに、複数の表面分析法(AES,LEELS,CAICISS,PES,STM,XSW,SPB,RHEED/LEED等)を駆使し、表面/界面構造の多面的解析を行った結果、その効果が、単分子層程度の厚さを持つ硫黄膜による表面被覆によってもたらされることを明らかにした。特に、硫黄原子が、(1)表面のV族元素と置換していること、(2)格子位置近傍に存在すること、(3)III族元素と化学吸着し、III-S結合を形成していること等を突き止めた。これらの知見に基づき、我々は表面(界面)欠陥の成因に関するモデルを提案したが、これはIII-S結合の持つ層状構造に注目したものであり、表面の不活性化が欠陥の生成を抑制すると考えた。中でも、欠陥の成因に関する研究は、全く新しい知見を与えた。すなわち、表面欠陥における複合点欠陥の存在(GaAsの場合、V_<AS>-As_<Ga>が支配的)を始めて発見した。これにより、現象論に留まらない、表面欠陥の成因を含めた、硫黄処理効果の総合的な議論を展開した。一方、MSやMIS界面において、理想的な物性を実現する為の技術開発を行い、界面準位密度のさらなる低減に成功した。これは、絶縁膜堆積時の表面へのダメ-ジを極力抑えられる様に設計した、複合誘電膜に基づくものであり、硫黄膜の効果を劣化させない。併せて、硫黄処理の持つ幅広い応用分野{(1)MISFETの実現、(2)オーミック特性の改善や、ショットキー障壁高さの制御によるデバイス設計の自由度の増加、(3)超微細リソグラフィーへの応用性、(4)エピタキシャル基板としての有効性、等}の検討を行い、その実用性を示した。硫化物によるGaAs表面処理法は、GaAs以外のIIIーV属化合物、すなわちGaP、(Al・Ga)As、InP、InAsに於いても有効であることを確かめた。すなわち、ショットキ-障壁高さの金属の仕事関数への依存性、あるいは、オ-ジェ電子分光法や反射高速電子線回折、光電子分光法などによる表面解析の結果は、以下の点で共通であり、硫黄による処理効果は普遍的なものであると言える。(1)通常のエッチング液で処理した表面は、自然酸化膜で覆われているが、多硫化アンモニウム溶液で処理すると、その酸化膜はほぼ完全に除去される。(2)バルク結晶のエッチング作用があり、酸化膜直下の表面欠陥層を除去する。(3)低温での真空中では、化学吸着した単原子層の硫黄が表面を被覆しており、(1x1)構造を示す。この状態では、SーIIIとSーVの2種類の結合が同時に存在する。

(4)250°C程度に加熱すると、SーV結合は消失し、SーIII結合が支配的になる。それに伴い、表面構造は(1x1)から(2x1)へと変化する。(5)500°C以上では、硫黄は表面から急速に解離し、それに従い、硫黄による処理効果は失われる。さらに、処理後の表面で硫黄がどの位置に固着しているかを決定するべく、青野、片山(理研)と共同研究をすすめ、InAs(001)表面を直衝突型イオン散乱分光装置で測定・評価した。それらの解析結果は、今までの表面解析の総合モデルである上記の事項とよく合致する。更に、共同研究を進めている、岡崎らの理論解析グル-プ(筑波大)らの理論モデルによる解析結果、谷川ら(筑波大)の陽電子消滅法による観察結果等も、補強的あるいは相補的なデ-タであり、多面的にかつ総合的に、この処理界面の解明を進めている。GaAsを中心とするIIIーV族化合物半導体における、硫黄処理による表面安定化の機構を解明する為に、硫黄の結合状態や表面フェルミ準位の位置、並びに表面原子位置の正確な同定を、条件(結晶面、処理温度、熱経歴、露光、被覆膜等)を変化させて、詳細に検討した。その結果、硫黄処理の効果は、GaAs(100)、(111)A、(111)B等の各面で質的に共通であることを光電子分光法により確認した。すなわち、室温ではSーS、AsーS、GaーS結合が存在するが、約190°CでGaーS結合が支配的になり、約350°CでGaーSのみになる。特に重要なのは、このときの表面フェルミ準位の位置が約0.3eV低エネルギ-側にシフトする現象であり、これは表面安定化に伴いバンドの曲がりが平坦化した為と考えられる。さらに、X線定在波法により、安定化表面での硫黄原子の位置を測定・評価したところ、GaAs表面のAsが硫黄と置き換わっていることが明らかとなった。これは、(111)A、(100)、(111)B表面における硫黄とGaとの結合手の数がそれぞれ1本、2本、3本であること、換言すると、GaーSの結合エネルギ-がこの順に大きくなっていることを意味する。実際、硫黄の熱脱離温度は、(111)Aでは586°C、(100)では596°C、(111)Bでは618°Cと順に高くなっており、表面構造の違いから予想される結果と合致する。また、絶縁膜を堆積する前と後での、発光分光特性や界面構造の違いを検討し、(111)B面やGaーS結合で保護された加熱処理表面を利用すると、損傷の少ない良好な界面が得られることを明らかにした。さらに、陽電子消滅法をGaAs以上のGapにも適用し、損傷に伴って発生する欠陥の同定を行っており、表面安定化の機構だけでなく、欠陥制成の要因を含めた、硫黄処理効果の解明を総合的に進めている。硫黄処理は、砒化ガリウム(GaAs)等のIII-V族化合物半導体の表面物性を大幅に改善させるものであるが、デバイスへの応用を考えた場合、金属や絶縁物を堆積した後の界面でも、処理表面の完全度が保たれている事が重要である。そこで、MSやMIS界面において、理想的な界面を実現するための技術の開発を行った。先ず、GaAsのMIS構造で複合誘電膜の堆積を試みた。これは、界面でのデリケートな硫黄処理効果を乱さないような初期堆積膜と、電気的絶縁性に優れ、しかも内部欠陥密度が低い主堆積膜とそれぞれの機能を分担させるためである。初期堆積膜としては、弗化カルシウム(CaF_2)とアルミナ(Al_2O_3)の二種類を試み、この界面を反射型高速電子線回折や光電子分光法、更にX線定在波法を用いて詳細に解析した。
強磁性核磁気共鳴法によるスピン伝導の検出と制御

強磁性状態での核磁気共鳴法(NMR)を用いて、スピントロニクス物質の界面を通してのスピン注入を[YIG/Fe]二層膜を使ってFe核の核磁気緩和時間の変化としてとらえることができた。更にFe-57核の強磁性核磁気共鳴下で白金相にスピン電療が流れることを発見した。これらの結果は、更なる検証が必要であるが、NMRがスピン伝導の検出や制御に微視的なプローブとして有効であることを示した。本研究はスピントロニクス研究開発分野における新たな研究手法として核磁気共鳴測定技術を導入し、核磁気緩和法によるスピン流の検出や、核磁気共鳴によるスピン流の生成と制御を目的とする。本年度は研究計画の立ち上げとして、核磁気共鳴装置やスピン流測定系の整備、核磁気共鳴測定法に適したスピントロニクス材料の検討等を行った。従来型の強磁性共鳴手法(FMR)によるスピン生成(スピンポンピング)はパーマロイ/Pt薄膜二重層を中心に研究されているが、パーマロイの構成元素であるFeやNiは核磁気共鳴には不向きである。そこで、NMRに適した核種であるCoやMnに着目し、強磁性Co/Pt薄膜二重層やハーフメタル合金Co_2MnSi/Pt薄膜二重層を用いて実験を行った。ゼロ磁場におけるNMR測定をおこない、Co/ptの^<59>Coや、Co_2MnSi/Ptの^<59>Co、^<55>Mn NMR信号の観測に成功した。核磁気共鳴法によるスピン流の検出、および生成、制御実験を現在進行中である。また、Co_2MnSi/Ptにおいては、従来のFMRによるスピン流生成(スピンポンピング)実験が行われておらずスピン流生成効率が不明であったので、FMRスピンポンプ実験を行い、スピン流生成効率を評価した。その結果パーマロイのスピン流生成効率と同程度であり、比較的大きなものであることがわかった。この結果をまとめた論文はJ.Appl.Phys109 (2011) 073915に掲載されている。本研究は最近の材料科学の分野で固体中の電子の電荷とスピンの両方を工学的に利用して新しいデバイスを開拓するスピントロニクスの研究開発に新しい研究手法として核磁気共鳴(NMR)を導入し、特にスピン流の生成と運動に関して動的な情報を取得しその本質を解明することを目的としている。平成23年度は、研究計画の立ち上げとして核磁気共鳴装置の整備を行い、スピントロニクス関連物質の強磁性体中でのNMR観測を行った。具体的には、Co/Pt二層膜やPt/CoMnホイスラー合金中の^<59>Co核やPt/YIG二層膜中での^<57>Feのゼロ磁場NMR観測に成功した。また、Pt/Co_2MnSiの2層膜で強磁性体のホイスラー合金中の^<59>Cや^<55>MnのNMRを励起することによって夫々の共鳴周波数領域でPt層にスピンポンプがなされスピン電流が流れることを見出した。さらに、Pt/YIG系でPtに電流を流しYIG中にスピン注入(この場合はスピン波注入)を行った場合にYIG中の^<57>Fe核の核磁気緩和に異常がみられることを発見した。本年度は、本研究の最終年度として以下の手順で研究を進めた。1)スピン電流を測定する検出系を整備してNMRに対応する周波数掃引を行い非強磁性相へのスピン注入によるスピン伝導の検出を試みた。2)強磁性Co/Pt接合膜や、最近、磁壁駆動型磁気メモリーとして注目されているPt/Co2Mn2Si多層膜を取り上げ59Co核のFNRを観測した。その際、最初の段階としてCoとPtやNiの界面状態を把握する目的でFNR周波数スペクトルの精密測定をおこなう。これは、素材の界面原子配列と電子状態を決定する微視的評価である。結果は、使用した試料の界面はかなり乱れていることが分かった。3)このPt/Co2Mn2Si接合膜のCo-FNR時に誘起されると考えられるPt層でのスピンポンピングの様子をPt層にれるスピン電流として観測し、その特性を明らかにすることを試みたが積極的な結果は現在のところ得られていない。4)Pt/YIG系で絶縁体YIG中で57Fe-NMRの縦、横緩和時間をPtに流す電流の関数として、またその温度依存性を測定した。スピン(マグノン)ポンプによる緩和関数の変化が認められてが、共鳴用の高周波磁場による発熱の問題が解決できず確固たる立証することが出来なかった。本研究に用いる非磁性金属と強磁性金属間化合物や絶縁体の正常界面は作成が非常に困難で、試料の改善に時間を要している。24年度が最終年度であるため、記入しない。23年度に見出した、スピンポンプやスピン注入の実験を、さらに制御された試料で検証し微視的な解明を行う。また、24年度は最終年度であるのでこれまでの実験結果を精査、整理して論文として公表する。
生理的食塩水等の既存臨床薬剤を用いた MR リンパ管イメージング法の開発

本研究では、生理的食塩水等の臨床的に用いられている薬剤を使用し、MRI等を併用することにより、新しいリンパ管・リンパ節のイメージング法を開発することが目的であった。まず、光イメージングの手法により、小分子蛍光物資の水溶液であっても皮内注射により、リンパ管・リンパ節が描出されることを確認できた。続いて、健常ボランティアにおいて、生理的食塩水の負荷と特殊なMRI撮影法(脂肪抑制併用heavy T2強調画像等)と画像処理により、正常のリンパ管の描出に成功した。本研究では、生理的食塩水等の臨床的に用いられている薬剤を使用し、MRIを併用することにより、新しいリンパ管・リンパ節のイメージング法を開発することが目的となる。初年度は、まず詳細な分析に用いることができる高精細なMRI画像を得ることを目標とした。そこで、申請者の前所属先である米国国立がん研究所のMRI研究者および日本の高島製作所の技術者と本研究に用いる小動物用MRIコイルの開発を行った。最終的にはサドル型MRIコイルが最適と考え、本補助金で同物品を購入した。これにより非常に細密なMRI画像の取得が可能となった。また、共同研究の一環として米国国立がん研究所において、光イメージング装置(Fluorvivo300)を用いて、量子ドットによるリンパ管およびリンパ節の画像化の検討を行った。本方法で用いようと考えている、手背への薬剤の皮内投与によりマウスの前肢のリンパ管およびリンパ節の描出が可能であることが確認できた。この結果は、次年度のMRIを用いたマウスでの基礎実験につながると考えられた。本研究では、生理的食塩水等の臨床的に用いられている薬剤を使用し、MRIなど生体イメージングを併用することにより、新しいリンパ管・リンパ節のイメージング法を開発することが目的となる。本年度は、MRI装置の更新に伴い、昨年度購入した小動物用MRIコイルの最適化が再度必要となったため、GE Health Care Japanと高島製作所の技術者とともに、コイルの最適化を再度行った。ファントム等の撮影により、非常に細密なMRI画像の取得が可能となった。その後は主にファントムによるリンパ管描出に適したMRシーケンスの最適化を行っている。また、昨年度から引き続き、光イメージング法によるリンパ管造影法の開発も並行して検討を行っている。昨年度同様に量子ドットによるリンパ管およびリンパ節の画像化の検討を生体光イメージング装置(Fluorvivo300 INDEC Biosystems社製)を用いて検討を行った。手背だけではなく、足背、下顎、耳などへの薬剤の皮内投与によりマウスのそれぞれの注射部位からのリンパ流が流入する所属リンパ節の描出が可能であることが確認できた。この結果は、次年度のMRIや光イメージング等を用いた小動物での基礎実験につながると考えられた。特に光イメージングは肉眼的に病変の観察が可能であり、術中診断などにおいてMRIで得られる情報と相補的に役に立つ方法だと考えられた。昨年度の光イメージングを用いた基礎研究で得られた結果(皮下への液体投与によりリンパ管の描出が可能であった)をふまえて、本年度はMRIを用いた人を対象とした応用について検討した。まず、本研究費で購入したMRIマイクロコイルと当院設置の3T-MRIを用いて、生理的食塩水をファントムとして、MRI撮像シーケンスの検討を行った。その結果として、脂肪抑制併用T2強調画像法とbalanced SSFP (FIESTA)法が液体の描出に適切と考えられた。続いて生理的食塩水の皮下注射によるリンパ管の描出について、健常ボランティアにおいて上記の撮像法を用いてた検討を行った。通常の撮像法ではリンパ管の描出が困難であったが、造影前の画像との減算処理行い、maximum intensity projection (MIP)処理を併用することにより、前腕部においてリンパ管を描出することができた。しかし、注射部位や投与量、投与後の圧迫等の処置により、描出される場合とされない場合が生じた。また、リンパ節までの描出は困難であった。今後は、これらの投与条件の最適化が必要であり、より効率的で再現性のある方法の開発が必要と考えられた。また、本研究で得られた結果の一部を本年度、第98回北米放射線学会で電子ポスター発表を行った。初年度に用いたMRI装置の機器の入れ替えがあり、再度撮影用コイルや撮影シーケンスの最適化が必要であったため、当初の予定よりやや遅れている。24年度が最終年度であるため、記入しない。本年度の結果を踏まえ、次年度では実際の生体でのリンパ管造影の検討を行う予定である。現状ではMRIを用いる予定であるが、光イメージング法の臨床医学における利点も多く、こちらも並行して行う予定である。

具体的には光イメージングでは眼科領域で用いる臨床薬剤であるフルオレセインを、MRIでは引き続き生理的食塩水を用いてリンパ管造影の検討を行う予定である。さらに、これらにヒアルロン酸を加えた検討も行う予定である。24年度が最終年度であるため、記入しない。
大腿骨頸部骨折発生に関する患者背景と危険因子および病態の検討

(1)大腿骨頸部骨折患者の背景因子の調査198688年および1992年の4年間に調査をおこなった対象骨折患者のうち1249例の症例について80未満と80歳以上の高齢者に分けて検討した。直接の受傷原因では80才以上の高齢者では80未満群に比較して軽微な外力による受傷が多く占めていた。受傷時刻について、高齢者では夕方・夜の受傷の割合が多かった。受傷場所の検討では、高齢者群で屋内の発生は高齢になるほど屋内での受傷が多い結果であった。骨折患者の既往症についての調査結果では、受傷前の痴呆症の合併が、80歳以下の症例では13%であるのに対し、高齢群では28%と2倍以上に高頻度にみられた。(2)大腿骨頸部骨折患者のX線学・組織学的検討大腿骨頸部骨折女性患者65例についてX線学的に大腿骨萎縮度と大腿骨頸部形態について検討した。外側骨折群では、海綿骨量の減少と小転子より3cm遠位を中心とした皮質骨幅の減少が骨折発生に関与していると考えられた。内側骨折群では、海面骨量の減少とcalcar femorale幅の減少が骨折発生に関与していると考えられた。大腿骨頸部の形態学的指標は、日本人女性の大腿骨頸部骨折発生に強く関与していないことが推察された。組織学的には腸骨は海綿骨骨量、皮質骨骨量ともに低下を認めたが、特に外側骨折での低下が著しい結果であった。(1)大腿骨頚部骨折患者の登録198688年および9294年に鳥取県内で発生し登録された35歳以上の大腿骨頚部骨折患者の調査を行った。その結果、8688年に918例、9294年に1348例の患者が登録された。これらの登録患者に基づいて、発生率を求めると、9294年の発生率は8688年の発生率と比較して有意な増加がみられた。(2)大腿骨頚部骨折患者の背景因子の調査(1)の症例を対象に、1)骨折時の受傷状況2)受傷前の活動性3)治療の既往歴について,医療機関調査を行い,1249例(90%)から回答が得られた。解析の結果,直接の受傷原因は80才以上の高齢者群では,80歳未満群に比較して軽微な外力(立位からの転倒)による受傷が多くを占め(_x2-test,p<0.005),受傷時刻は高齢者群に夕方・夜の受傷の割合が多く(p<0.03),受傷場所の検討では,高齢になるほど屋内での受傷が多い(p<0.001)結果であった。受傷前に歩行障害を有していたのは男性で49%,女性で37%であった。痴呆は男性で23%,女性で31%にみられたが骨折前から認めたものが80%以上を占めていた。受傷前の痴呆症の合併は,高齢群では80歳以下に比べて2倍以上に高頻度にみられた。また治療の既往歴では高血圧症が28%,脳血管疾患が24%,骨粗鬆症が14%の順で頻度が高いという結果であった。(3)大腿骨頚部骨折患者のX線学的検討(1)の対象患者のうち、113例(男性9例,女性104例,年齢5894歳,平均78.0歳)について,胸椎・腰椎および大腿骨近位部の単純X線写真の収集をおこなった。(1)大腿骨頸部骨折患者の背景因子の調査

1986年88年および1992年の4年間に調査をおこなった対象骨折患者のうち1249例の症例について80未満と80歳以上の高齢者群に分けて検討した。直接の受傷原因では80才以上の高齢者では80歳未満群に比較して軽微な外力による受傷が多くを占めていた。受傷時刻について、高齢者では夕方・夜の受傷の割合が多かった。受傷場所の検討では、高齢者群で屋内の発生は高齢になるほど屋内での受傷が多い結果であった。骨折患者の既往症についての調査結果では、受傷前の痴呆症の合併が、80歳以下の症例では13%であるのに対し、高齢群では28%と2倍以上に高頻度にみられた。(2)大腿骨頚部骨折患者のX線学・組織学的検討大腿骨頚部骨折女性患者65例についてX線学的に大腿骨萎縮度と大腿骨頚部形態について検討した。外側骨折群では、海綿骨量の減少と小転子より3cm遠位を中心とした皮質骨幅の減少が骨折発生に関与していると考えられた。内側骨折群では、海綿骨量の減少とcalcar femorale幅の減少が骨折発生に関与していると考えられた。大腿骨頚部の形態学的指標は、日本人女性の大腿骨頚部骨折発生に強く関与していないことが推察された。組織学的には腸骨は海綿骨骨量、皮質骨骨量ともに低下を認めたが、特に外側骨折での低下が著しい結果であった。
自己回帰移動平均ラティス系ディジタルフィルタの研究

1.システムの入出力信号が確立過程のとき,その伝達関数はスペクトル推定,線形予測法などで求められる.本研究ではARMAモデルの係数を適応的に求めるMISを開発した. MISによってARMAディジタルラテイスフイルタを高速算法で構成できる.この構成法は従来のものにみられない特徴がある.すなわち,直交関係,従来のものを一般化したと考えられる新しい評価基準,規格化によって得られる安定判別法などにより, AR次数とMA次数を別々に増加させることができる.またシストリックアレイとして並列処理が可能となるアルゴリズムを提案し, ARMAラティスディジタルフィルタの高速構成を可能にしている.2.適応ディジタル信号処理に適しているARMAディジタルラティスフィルタの合成に回路網理論を応用している.すなわちアナログ回路である分布定数回路とウェーブディジタルフィルタとが等価であり,それらはARMAディジタルラティスフィルタに等価なことを示している.その等価性を利用して次の構成が可能である.すなわちインパルス応答と共分散関数とが与えられるなら,それらを補間するフィルタおよび最小2乗近似フィルタをそれぞれARMAディジタルラティスフィルタとして構成できることを示している.3.複素係数ディジタルフィルタの関心が高い.本研究ではアナログ回路とディジタルフィルタとの等価性を用いて複素係数アナログ回路の特徴を求めている.すなわち,複素係数フィルタと通常の実係数フィルタとの違いは反射係数にあることを示し,複素アナログ回路の基本素子を求め,それで構成される回路として複素分布定数回路を提案し,それにダーリントンの回路合成法を適用して任意の受動伝達関数を合成し,それをディジタルフィルタ化している.1.システムの入出力信号が確立過程のとき,その伝達関数はスペクトル推定,線形予測法などで求められる.本研究ではARMAモデルの係数を適応的に求めるMISを開発した. MISによってARMAディジタルラテイスフイルタを高速算法で構成できる.この構成法は従来のものにみられない特徴がある.すなわち,直交関係,従来のものを一般化したと考えられる新しい評価基準,規格化によって得られる安定判別法などにより, AR次数とMA次数を別々に増加させることができる.またシストリックアレイとして並列処理が可能となるアルゴリズムを提案し, ARMAラティスディジタルフィルタの高速構成を可能にしている.2.適応ディジタル信号処理に適しているARMAディジタルラティスフィルタの合成に回路網理論を応用している.すなわちアナログ回路である分布定数回路とウェーブディジタルフィルタとが等価であり,それらはARMAディジタルラティスフィルタに等価なことを示している.その等価性を利用して次の構成が可能である.すなわちインパルス応答と共分散関数とが与えられるなら,それらを補間するフィルタおよび最小2乗近似フィルタをそれぞれARMAディジタルラティスフィルタとして構成できることを示している.3.複素係数ディジタルフィルタの関心が高い.本研究ではアナログ回路とディジタルフィルタとの等価性を用いて複素係数アナログ回路の特徴を求めている.すなわち,複素係数フィルタと通常の実係数フィルタとの違いは反射係数にあることを示し,複素アナログ回路の基本素子を求め,それで構成される回路として複素分布定数回路を提案し,それにダーリントンの回路合成法を適用して任意の受動伝達関数を合成し,それをディジタルフィルタ化している.1.システムの入出力信号が確率過程のとき、その伝達関数はスペクトル推定で求められるが、我々はARMAモデルの係数を適応的に求めるMISを開発している。MISにおいては高速算法によってARMAディジタルラティスフィルタを構成することもできる。昭和61年度は適応的にARMA係数を推定する方法に改良を加え、より高精度の推定器にした。またARMAディジタルラティスフィルタに改良を加え、シストリックアレイとして演算ができ、並列処理が可能となるようなアルゴリズムを開発し、これを専用プロセッサに組み込む方法を検討している。(文献(2),(5)等)。2.回路網理論をディジタル信号処理に応用することを考え、昭和61年度はダーリントンの回路網合成論をスペクトル推定に応用し、高精度でスペクトル推定すると考えられ、しかもフィルタの構成と特性の近似の性質との関係が明確にわかるディジタルフィルタの構成法を求めた。またそのディジタルフィルタの基本区間を直交行列で表される直交ディジタルフィルタという簡単な回路形式で求めている(文献(3),(6)等)。3.複素係数ディジタルフィルタは実係数フィルタでは作ることのできない特性を実現したり、係数の素子数を減らせるなどの特徴があり、世界の研究者の関心をひいている。本研究では複素分布定数回路について従来の実係数分布定数回路との違いを明らかにし、その違いが複素量の反射係数に表されるために、複素量の反射係数の性質を明確にした。また新しい複素単位素子を導出し、この複素分布定数回路理論に基づいて、複素ウエーブデジタルフィルタの構成法を求めて、複素ディジタル信号処理へ応用している(文献(1),(4)等。
DNA依存性プロテインキナーゼの放射線応答における役割

DNA依存性プロテインキナーゼ(DNA-PK)は放射線応答において重要な役割を担うと考えられているが、「真の基質」が明らかになっていない。本研究では、DNAリガーゼIVと複合体を形成してDNA二重鎖切断修復に関わると予想されているXRCC4タンパク質に着目して検討を行った。まず、ヒト培養細胞を用いた実験から、照射後の細胞内でXRCC4のリン酸化が誘導されること、また、リン酸化の誘導にDNA-PKが関わっていることを示した。次に、組換えXRCC4タンパク質と精製DNA-PKを用いて、DNA-PKがXRCC4を直接にリン酸化できることを示した。更に、種々の解析(ホスホアミノ酸分析、caspaseを用いたペプチドマッピング、抗体エピトープマッピング、アラニン置換体作製等)により、3ケ所のリン酸化部位を同定し、リン酸化状態特異的抗体を作製した。ELISA法により特異性の確認を行ったところ、これらの抗体は目的のリン酸化ペプチドには反応したが、非リン酸化ペプチドや別のリン酸化ペプチドにはほとんど反応しなかった。組換えXRCC4にDNA-PKを作用させた後、これらの抗体を用いてウエスタンブロッティングを行うと、各部位でのリン酸化が見られた。また、それぞれのリン酸化部位のセリンをアラニンに置換した変異体には反応しなかった。これらの結果から、これらの部位が少なくともin vitroではDNA-PKによってリン酸化されること、また、作製した抗体がそれぞれ目的部位のリン酸化状態に特異的に反応していることが確かめられた。今後、これらの抗体を利用し、細胞内でのリン酸化状態について解析を行う予定である。また、以上の検討を行う中で、XRCC4が放射線誘発細胞死の過程で、caspase-3,7様のプロテアーゼによって切断を受けることも見出し、切断部位も明らかにした。
乳酸がミトコンドリア増殖のシグナルとなる可能性の検討

本研究では、乳酸が運動による骨格筋ミトコンドリア増殖のシグナル因子となるのか明らかにすることを目的とし、研究を行った。まず、マウスへの運動前のジクロロ酢酸摂取が、運動中の体内の乳酸濃度を低下させることを確認した。そのDCA摂取を用いて、マウスに乳酸濃度の低い運動を継続して行うトレーニングを4週間行わせた結果、同じ強度でも乳酸濃度の低い運動トレーニングを行った群では、通常のトレーニングによって引き起こされるミトコンドリアの増加が抑制されることが明らかとなった。このことは、乳酸がミトコンドリア増殖のシグナル因子になりうる可能性を示唆するものである。平成23年度は、運動中の乳酸産生の抑制が、運動によるミトコンドリアの増殖を抑制するのかを主に検討した。まずは、ジクロロ酢酸(DCA)摂取が運動中の乳酸産生を減少させ、体内の乳酸濃度を低下させるのか検証した(実験1)。次に、運動トレーニングを行わせる前にDCAを摂取させトレーニングを行わせると、継続的な運動による適応を抑制するのか検討した(実験2)。【実験1】ICRオスマウスをDCA群とSaline(生理食塩水)群にわけた。運動10分前にDCA(200mg/kg)もしくはSaline(DCAと同量)を腹腔内注射し、1分間のトレッドミル走運動(40m/min)を1分間休息を入れて10回行わせた。10回目の1分間の運動直後の血中と、腓腹筋白色部の乳酸濃度を測定した。その結果、血中及び筋中どちらにおいてもDCA群で有意に低い値を示した。このことから、DCA群では、運動中の乳酸の産生がおそらく抑えられ、血中と筋中の乳酸濃度が低く保たれたと考えられる。【実験2】ICRオスマウスをコントロール群、DCA摂取トレーニング群、Saline摂取トレーニング群に分けた。DCAもしくはSaline群のマウスには運動の10分前に摂取させ実験1と同様の運動を週に5日、4週間行わせた。4週間後、腓腹筋を摘出し検討したところ、ミトコンドリアのβ酸化に関わる酵素であるβ-HAD活性と脂肪酸の取り込みに関わるFAT/CD36タンパク質量がSaline摂取トレーニング群でのみコントロール群と比較して増加した。しかし、DCA摂取トレーニング群では、どちらも増加を示さなかった。これらのことから、運動中の体内の乳酸の産生や濃度の低下が、骨格筋の脂肪酸代謝に関わるタンパク質のトレーニングによる適応を阻害する可能性が考えられた。このことは、乳酸がミトコンドリアや脂肪酸代謝に関わるタンパク質の発現メカニズムに関わっている可能性を示唆するものである。一過性運動における乳酸濃度の低下が、運動によるミトコンドリア酵素のmRNA量の増加を抑制するのか検討した。ICR雄マウスをジクロロ酢酸(DCA)投与群と生理食塩水(Saline)投与群にわけ、DCA群にはDCA (200 mg/kg)をSaline群には同量のSalineを腹腔内投与した。投与10分後、1分間のトレッドミル走(40 m/min)を1分間休息を入れて10回行った。運動直後と運動後3時間後に血液及び腓腹筋の白色部位を摘出した。直後の筋から、乳酸濃度とその他のシグナル伝達因子を測定した。3時間後の筋から、ミトコンドリアの転写活性化因子であるPGC-1alphaとミトコンドリアの酵素(CS、β-HAD、COXIV)のmRNA量を測定した。Saline群に比べてDCA投与群の一過性の運動直後の筋中乳酸濃度と血中乳酸濃度は有意に低かった。一方、運動直後に筋においてミトコンドリアの新生の重要なシグナルとなるAMPKとCaMKのリン酸化には2群に差は見られなかった。運動3時間後、PGC-1alpha、CS、β-HADのmRNA量はどちらの群においても有意に増加していた。しかし、COXIVのmRNA量はSaline群においてのみ、一過性のインターバル運動によって増加した。このことから、DCA投与による運動中の乳酸の蓄積の低下が、運動によるCOXIVの転写の活性化を阻害した可能性が考えられた。23年度は、DCA摂取による運動中の乳酸濃度の低下が、運動によるミトコンドリア増殖に影響を与えるのか明らかにすることを目的に研究を行った。DCA摂取によって、運動後の血中、筋中の乳酸濃度が減少したことと、継続したDCA摂取による運動トレーニング後、トレーニングによる骨格筋の適応が抑制されたことが明らかになったことから、本研究は計画通り、おおむね順調に進展していると考えられる。24年度が最終年度であるため、記入しない。23年度では、real time PCRを用いたmRNAの測定を行うことができなかった。必要な消耗品やPrimerなどはすでに購入済みである。

さらに同じ研究科に所属している石井直方研究室の川田茂雄特任講師にRNAの抽出方法とmRNAの測定方法をご教授して頂いた。24年度前期には、mRNAの測定を行い、適応メカニズムを検討する予定である。また、24年度後期には、計画通り乳酸摂取により体内の乳酸濃度と酸化が増加した場合、運動による骨格筋のミトコンドリアの適応に影響を与えるのか検討を行う予定である。24年度が最終年度であるため、記入しない。
核融合プラズマ燃料供給のための固体水素ペレット生成射出装置の高耐久化

核融合炉においては燃料供給を、炉心となる高温プラズマへ固体水素ペレット入射によって行うことが必須であると認められているが、いまだにペレット入射は実地において常時用いられる基盤装置としての位置付けを得るまでは成熟していない。本研究ではペレット入射に関する定常高温プラズマ保持に対応できる高性能かつ高耐久性を持った工学技術をプロトタイプ機によって実証することを目的とした。目標は(1)1時間のプラズマ放電に対応できるもの、原理的には運転時間に制限が生じないもの(2)繰り返しは10Hz以上、射出確率は95%以上、(3)入射速度は1.5km/s以上、の仕様を満足する基本機構を確立し、これらを同時に達成することとした。試作開発に当たって取り組んだ2つの要素はスクリュー押し出しによる水素の固化と射出成形機構とGM冷凍機による冷却である。冷凍は室温からの冷却開始後、4時間で10K以下の必要な極低温を得ることができた。さらに15mg/秒の1時間にわたる連続固化に成功し、棒状への射出成形については35mm/sの引き出しを得ることができた。運転中の温度上昇を1K以下に抑えることができ、冷却能力と制御性が確認された。次に棒状の固体水素を切断し、最大11Hzまでの繰り返しでペレットを作成する駆動機構を製作した。結果、10Hzで1000秒間、すなわち1万個の連続生成射出について99%を超える信頼性を実証した。最大射出速度については600m/sに留まった。加速ガス用の射出弁の動作と作動圧力、流量の関係が整理され、1km/s程度までの改善が可能である見込みは得た。1.5km/sまでの増強はペレットを加速バレル内に閉じ込める技術についてのさらなる考察を必要とし、今後の課題として残る。以上にように当初設定した3条件のうち2条件は達成することができ、速度については解決すべき課題の絞込みが行われた。平成13年度は4年計画の初年度に当り、研究目的を達成するための工学的な問題を整理し、構造設計を進めるための基礎データを収集する準備を行った。必要とされる高純度水素ガスの連続冷凍固化にあたり熱特性とガス利用効率を理解するためのテストスタンドを設計した。骨子としては冷却の安定性と信頼性を確保するため液体ヘリウムのような冷媒を用いず、GMサイクル冷凍機を採用したこと、水素の固化と柱状への加工にはスクリュー式の連続冷却と射出成形技術を取り入れた。特にGMサイクル冷凍機の採用によって、冷却、加温、クライオスタット真空開放などにかける手間と時間を節約できることが開発研究にとってもメリットとなると考えられる。技術検討により、4Kにおいて3Wの冷却能力を持つGMサイクル冷凍機を2台用いることによって15mg/sの室温気体水素からの固体水素生成が見込めことが分かった。これらの基本設計を元に製作設計と要素機器の購入を行った。テストスタンドにおける実験は平成14年度半ばから開始できる予定である。この仕様として、固体水素生成率のほか、室温からの冷却開始後6時間で固体水素生成を可能とすること、連続稼動時間を1000秒として原理的には稼動時間を制限するものを排除すること、ペレットへの加工は10Hzを目標とすること、射出されるペレットの速度は150m/sから500m/sの間で可変とすること、ペレット射出に必要な加速ガスは2Pam^3以下とすることを決めた。平成14年度は基本的な連続固体水素の射出成形に加えて上記の仕様を満足できるよう要素開発を進める。