hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
感圧及び感温特性を有した機能性3D模型の作製法の開発

3Dプリンタ装置で,感圧色素および感温色素を含んだ模型(感圧・感温模型)を作製するにあたり,2017年度よりバインダーとしてのペースト状樹脂の特性を調査してきたが,これまでにあまり良い特性のペースト状の樹脂が見つかっていない.そこで2018年度は,2017年度の結果からシリコンシーラントが圧力感度を有していることが分かったため,ひとまずバインダーをシリコンシーラントとし,作製した感圧樹脂と感温樹脂のサンプルの圧力感度や温度感度,光劣化特性などについてより詳細に調査した.2017年度に引き続き,感圧色素には白金ポルフィリン(PtTFPP)を用いた.また感温色素にはZnS-AgInS2 (ZAIS)ナノ粒子を用いることとした.各色素をシリコンシーラントに混合し作製した感圧樹脂および感温樹脂のサンプルについて静的特性を調査し,従来のTLCプレートをバインダーとして用いた感圧塗料および感温塗料のサンプルの静的特性と比較したところ,圧力感度,温度感度,光劣化特性についてはシリコンシーラントを用いることによる特性の悪化は見られなかった.2017年度にペースト状の樹脂を出力する3Dプリンタ装置を確立し,ペースト状樹脂の出力量を目的の量(速度)に調整できるようになっている.そこで2018年度は,特性調査と併行して,実際にシリコンシーラントで模型の形成を試みた.しかし,シリコンシーラントの出力条件を大まかに定めることはできたが,出力したシリコンシーラントがステージに吸着せず,模型の形成には至らなかった.バインダーとしてシリコンシーラントを用いた感圧樹脂および感温樹脂のサンプルについて感圧特性,感温特性,光劣化特性を調査した.感圧樹脂サンプルは色素にPtTFPPを用い,PtTFPPのトルエン溶液をシリコンシーラントに混合し乾燥させることで作製した.バインダーにTLCプレートを用いたPtTFPPの感圧塗料のサンプルを作製し,感圧樹脂サンプルの特性と比較した.その結果,感圧樹脂サンプルの特性は感圧塗料サンプルの特性と遜色ないものであった.さらに感温樹脂ついても,色素にZAISナノ粒子を用い,ZAISナノ粒子のトルエン溶液をシリコンシーラントに混合することでサンプルを作製し,同様に特性を調査した.感温樹脂サンプルの特性も,バインダーにTLCプレートを用いたZAISナノ粒子の感温塗料サンプルの特性と同程度の結果となった.以上のことから,シリコンシーラントの低い酸素透過性に起因する低い圧力応答性を除いて,十分な感度特性,光劣化耐性が得られたため,バインダーはシリコンシーラントとして模型の作製を進めていくこととした.2018年度はバインダーにシリコンシーラントを用いることにしたため,まず色素を混合せずにシリコンシーラントのみを3Dプリンタ装置で出力し,出力の様子から出力ノズルの径とそのノズル径に適した出力速度を決定した.それらの設定値でシリコンシーラントを出力し模型の形成を試みたが,出力されたシリコンシーラントがステージ上にうまく吸着しなかった.2019年度はノズルの治具を工夫するなどして,シリコンシーラントで模型をステージ上に形成し,実際に色素を混合したシリコンシーラントにより,感圧・感温模型の形成を目指す.2018年度に引き続き,バインダーにシリコンシーラントを用いて感圧模型および感温模型の作製を試みる.2018年度には出力ノズルの先端とステージとの距離が離れすぎていたことから模型の形成ができなかったため,2019年度はまず出力ノズルを固定する治具の改良を行い,シリコンシーラントによる模型の形成を目指す.その後,その3Dプリンタ装置を用いてPtTFPPを混合したシリコンシーラントから感圧模型を作製する.作製した感圧模型の圧力特性や温度特性,光劣化特性について調査する.感温模型についても同様に,感温色素であるZAISナノ粒子を混合したシリコンシーラントから3Dプリンタ装置で作製し,静的特性について調査する.ここで得られた感圧模型と感温模型の静的特性と,2018年度に得られた3Dプリンタを用いずに作製した感圧樹脂と感温樹脂のサンプルの静的特性とを比較することで,3Dプリンタで作製したことによる影響の評価を行う.感圧模型および感温模型の特性を調査した後,感圧・感温模型の作製を行い,静的特性の調査を行う予定である.ここで作製する感圧・感温模型では,感圧色素と感温色素との間で相互干渉問題が生じていないことを確認する必要がある.両色素間の相互干渉は発光スペクトルから確認できるため,分光器や光源などからなる発光スペクトル取得装置の構築を行う.発光スペクトル取得装置の構築は感圧模型や感温模型の作製や特性試験と併行して行う.3Dプリンタで感圧・感温模型を作製するにあたり,まず感圧色素ならびに感温色素の調製を安全に行うために必要な換気設備を自作した.感圧色素は広く使用されている白金ポルフィリン(PtTFPP),感温色素は特性の良い色素の一つであるZnS-AgInS2 (ZAIS)ナノ粒子を用いることを考え,それぞれの色素に対するバインダとして,いくつかの樹脂について調査した.候補となる樹脂として,耐衝撃性のポリスチレン(HIPS)やシリコンシーラントを購入した.HIPSはこれまでに感圧塗料のバインダとして使用された実績のあるポリスチレンの強度特性を向上させたものであり,シリコンシーラントは酸素透過性の高いシリコンの一種として候補にした.これらの樹脂を感圧色素と混合し,圧力特性や温度特性を調査することでバインダとしての特性を調査した.

その結果,いずれの樹脂も感圧色素のバインダとしてあまり良い特性が得られなかった.現状,本研究で用いるバインダとして,特性の良い樹脂が見つけられていないため,今年度も引き続き調査していく必要がある.バインダの調査と併行して,ペースト状の樹脂を出力する3Dプリンタ装置の確立を行ってきた.市販の3Dプリンタとペースト押出装置を購入し,電気配線を適切に配線しなおすことでペースト状樹脂を出力できる3Dプリンタ装置に改造した.またペースト状樹脂を目的の量で出力するために調整するパラメータについて,本来のフィラメントを送るパラメータがペースト状樹脂の出力にどのように影響するのかを調査し,ペースト状樹脂の出力量を調整できるようにした.感圧色素および感温色素の調製,ならびにそれらを有機溶剤で溶解する際に必要な換気設備の製作を行った.市販のドラフトチャンバーは予算を考えると購入が難しかったため,家庭用の換気扇とダクト,コンパネ材,ビニールシートを用いて自作した.これにより,揮発した有機溶剤を室外に排出できるようになり,より安全に実験を進めることが可能となった.続いて感圧色素,感温色素としてそれぞれPtTFPP,ZAISナノ粒子を用いることとし,それぞれに対して特性の良いバインダについて調査した.感圧塗料のバインダとして使用された実績のあるポリスチレンの強度特性を向上させた耐衝撃性のポリスチレンを購入し,特性を調査したがよい特性が得られなかった.また,さらに酸素透過性の高いシリコンについて,コーキング用に市販されているシリコンシーラントを購入し,バインダとしての特性を調査した.圧力変化に対して発光強度が変化することは確認したが,圧力を変化させてから発光強度が一定値に落ち着くまでに非常に時間を要した.現状,本研究で用いるバインダとして,特性の良い樹脂が見つけられていないため,引き続き調査していく必要がある.バインダ樹脂の調査と並行して,市販の3Dプリンタとペースト押出装置からペースト状の樹脂を出力する3Dプリンタ装置の確立を行った.電気配線を改造し,動作確認を行った.ペースト状樹脂を出力する際に調整するパラメータと,通常の3Dプリンタとして設定するパラメータとの関係を調査し,ペースト状樹脂を目的の量で出力する設定の仕方を確認した.以上のように,研究の進度はペースト状の樹脂を出力する装置の構築は予定より早く進んでいるが,試行錯誤を要するバインダの選定について予定より遅れており,挽回する必要がある.3Dプリンタ装置で,感圧色素および感温色素を含んだ模型(感圧・感温模型)を作製するにあたり,2017年度よりバインダーとしてのペースト状樹脂の特性を調査してきたが,これまでにあまり良い特性のペースト状の樹脂が見つかっていない.そこで2018年度は,2017年度の結果からシリコンシーラントが圧力感度を有していることが分かったため,ひとまずバインダーをシリコンシーラントとし,作製した感圧樹脂と感温樹脂のサンプルの圧力感度や温度感度,光劣化特性などについてより詳細に調査した.2017年度に引き続き,感圧色素には白金ポルフィリン(PtTFPP)を用いた.また感温色素にはZnS-AgInS2 (ZAIS)ナノ粒子を用いることとした.
東アジアの「白い木綿布」に関する民族芸術学的研究

日本民間神楽のうち中国地方の民間神楽を中心に「白い木綿布」を使用する神楽を悉皆調査した。その結果、白い布は荒神神楽祭祀で使用されてきたことが分かった。また「白い木綿布」が使用される東アジアの民間祭祀(長江中流域と朝鮮半島)を調査した結果、それが死霊祭祀で使用されていることが判明した。このことから、白い布を使う荒神神楽祭祀が死霊祭祀を起源に発展したことが判明した。日本の民間神楽は死霊祭祀を起源とすると考えられる。これらは三村泰臣『中国地方民間神楽祭祀の研究』(岩田書院)として刊行した。民間人が暮らしの中で表象してきた芸術の一つに民間神楽がある。環瀬戸内海の民間神楽には、まだよく認識されていないが、東アジアの表象芸術と重なりあう点が多々観察できる。その一つが「白い木綿布」である。この白い布は東アジアの民間祭祀でもよく使用されている。本研究は東アジアの民間祭祀に使われる白い布の、使用分布・使用方法・使用目的を、日中韓の特定領域(長江中流域三角地帯、山東半島、朝鮮半島、環瀬戸内海の四領域)でフィールド調査し、それを比較考察し、日本の表象芸術が東アジアの表象芸術との連携によって成立・展開したことを実証することを目的とする。平成20年度は環瀬戸内海と中国の調査を重点的におこなった。環瀬戸内海調査で有意義であったのは川名津神楽(愛媛県八幡浜市川上町川名津、2008.04.1920.)、備後荒神祭(広島県世羅郡世羅西町黒川、2008.11.09.)、備中荒神神楽(岡山県高梁市成羽町麻操、2009.01.02.)である。いずれも白い布が使われ、死霊供養のために行われていた様相を確認することができた。他に祝島神舞(08.0809.)、数方庭(08.0910.)、八注連神事(11.04.)、大乗神楽(11.22.)をはじめ、30数件に及ぶ調査を行った。中国は敦煌莫高窟を中心に浄土図を調査した(2008.09.1321.)。莫高窟で白い布は確認できなかった、楡林窟(甘粛省安西県)の42窟の第25窟南壁の観無量寿経変(中唐期の作)で白い布が描かれていることを唯一発見できた。この調査から、白い布が西方からもたらされたものでなく、東アジア民間祭祀の固有の表象物であることを確認することができた。また白い布が浄土図に描かれていることから、白い布が生死に深くかかわる表象物であることも確認できた。民間人が暮らしの中で表象してきた表象芸術の一つに民間神楽がある。本研究は東アジアの民間祭祀に使われる白い布の、使用分布・使用方法・使用目的を、日中韓の特定領域(長江中流域三角地帯、山東半島、朝鮮半島、環瀬戸内海の四領域)でフィールド調査し、それを比較考察し、日本の表象芸術が東アジアの表象芸術と連携しながら成立・展開したことを実証することを目的とする。平成21年度は日本の民間神楽と仏教民俗に見られる「白い布」の実地調査をおこなった。4/19誕生寺練供養(岡山県久米南町)、5/5弘法寺練供養(岡山県瀬戸市牛窓)、8/16広済寺鬼来迎(千葉県横芝光町)、10/24浦崎神楽(尾道市浦崎町)、11/1備後荒神祭(世羅郡世羅町山中福田)、11/8藤生神楽(岩国市藤生)、12/6備後五行祭(東広島市豊栄町安宿)、1/17山ノ神祭(岩国市由宇町清水)等の調査をおこなった。これらの調査で白い布が民間神楽だけでなく、死者を祀る日本の民俗のなかにも組み込まれていることが確認できた。また2008年8月から島根県古代文化センターで共同研究をおこなってきた「中国地方各地の神楽比較研究」の成果を、2010年2月5日から4月4日まで、本研究テーマの成果もふんだんに取り込んだ展示会「島根の神楽-芸能と祭儀」(島根県立古代出雲歴史博物館)を開催した。様々な八岐大蛇、荒平の系譜、浄土神楽の痕跡、神楽に現れる藁蛇、等である。環瀬戸内海の民間神楽には、まだよく認識されていないが東アジアの表象芸術と重なりあう点が多々観察できる。この白い木綿布は東アジアの民間祭祀でもよく使用されている。

本研究は東アジアの民間祭祀に使われる白い布の、使用分布・使用方法・使用目的を、日中韓の特定領域(長江中流域三角地帯、山東半島、朝鮮半島、環瀬戸内海の四領域)でフィールド調査し、それを比較考察し、日本の表象芸術が東アジアの表象芸術と連携しながら成立・展開したことを実証することを目的とする。平成22年度は日本の民間神楽(主として瀬戸内)と朝鮮半島の調査をおこなった。4/27二十五菩薩練供養(山口県周防大島町)、5/29大仙供養田植(広島県庄原市)、6/6伊吹島神楽(香川県善通寺市)、9/1519珍島と済州島(韓国)、9/26備後荒神祭(尾道市御調町)、10/12湯立神楽(香川県満濃町)、10/23五行祭(広島県世羅町上安田)、10/24荒神祭(尾道市木ノ庄町市原)、11/2井永荒神祭(府中市上下町)、11/23五行祭(東広島市豊栄町清武)、11/28備後田尻荒神神楽(福山市田尻町)、12/5山固め神事(山口県須川)、3/5立川神楽(愛媛県愛媛県喜多郡内子町)、3/20小国荒神祭(世羅郡世羅町小国)3/24伊予神楽(愛媛県宇和島市吉田町立間)等の調査を行った。これらの調査で白い布が民間神楽に多く取り入れられ、死者を祀る日本の民俗のなかにも組み込まれていることを確認した。また9/4日本宗教学会(東洋大)で本研究に関する研究発表を行った。
複雑動作課題とミラームーブメント　－課題遂行時に反対側が無意識に動くのはなぜか－

片側の運動、特に上肢の運動中に対側の上肢に不随意運動が観察されることが知られている。この不随意運動はミラームーブメント(Mirror Movement: MM)と呼ばれ、多くはないが先行研究で観察されている現象である。本研究の目的は、1)MMの発生機序について、2)MMの役割について主に健常成人を対象として研究を行うことを目的とした。3年弱の研究の概要を以下に示す。はじめにMMの発生機序に関する研究を若年者と高齢者を対象として行った。これまでの先行研究では、神経疾患を持つ患者と高齢者ではMMが顕著に観察されることが示されているため、発生機序を調べる研究の過程で異なったグループの比較をすることでより詳細な検討ができると考えたためである。結果は若年者と高齢者ではMMの度合いが異なり、主な神経回路である半球間抑制の働きが異なっていることが示唆された。合わせて実施した複雑な両手運動の結果でも若年者と高齢者で半球間抑制が異なった働きをしていることが示唆された。続いて本来の研究計画では学習実験を実施する予定であったが、研究を行う過程でMMの発生するタイミングが個人で異なることを観察した。この知見は特に学習実験の条件設定などに大きな影響を与えることが考えられたのでこのタイミングの違いに関する研究を次に開始した。結果によりMMの発生するタイミングは随意運動側の力発揮と概ね一致していることが明らかになり、細かなタイミングの違いはMMの度合いにより影響を受けることが示された。したがって今後の学習実験などに着目した研究では概ねMMの発生するタイミングの違いはMMの度合いにより説明できると考える。より詳細な分析を行い、これらの結果をまとめ投稿する予定である。多少の研究計画の変更はあったものの一連の研究によりMMの発生機序についての知見を積み重ねることができたと考えている。28年度が最終年度であるため、記入しない。片側の運動、特に上肢の手指筋を使用した運動時に、対側の同名筋に不随意運動が観察されることが知られている。この不随意運動はミラームーブメント(Mirror movement: MM)、ミラーアクティビティー(Mirror activity)、オーバーフロー等と呼ばれ、多くの研究が観察している現象である。本研究の目的は、1) MMの発生機序について、2) MMの役割・意味するものについて主に健常成人を対象として研究を行う事を目的としている。いくつかの予備実験を行なった結果、申請書記載のボール回し課題については見送ることとした。理由については観察される不随意運動が対側の運動と関係しているとは言えず、課題使用によって本研究の目的を達成できないと考えた為である。追加の予備実験を行い、先行研究で使用された方法を改良した方法を用いて対側の運動に関連して生じる筋活動、つまりMMの記録が可能となった。H26年度中は主にこの記録方法について詳細な検討・分析を行い研究の土台を作ることに力を入れた。上述の方法を用いMMの発生機序に関する研究をH26年度中に終了した。経頭蓋磁気刺激法を用いて、脳梁を介した左右の運動野間の抑制機能である半球間抑制とMMの関係について探る研究を行った。結果は対側の筋活動に関連して生じる個人のMMの度合いが、半球間抑制の強さと大きく関係している事が示された。言い換えると、半球間抑制が強い個人は観察されるMMの度合いが小さく、半球間抑制が弱い個人は観察されるMMが大きい事が示された。現在これらの結果をまとめて国際誌への投稿の為の準備を進めている。また現在は平行して、より実践的な場面を想定してMMと両手運動の関係、もう1つはMMと反対側への学習の転移との関係を探る研究を行う為の準備・予備実験を進めている最中である。片側の運動,特に上肢の手指筋を使用した運動時に,対側の同名筋に不随意運動が観察されることが知られている.この不随意運動はミラームーブメント(Mirror movement: MM),ミラーアクティビティー(Mirror activity),オーバーフロー等と呼ばれ,多くの研究が観察している現象である.本研究の目的は,1) MMの発生機序について,2) MMの役割・意味するものについて主に健常成人を対象として研究を行う事を目的としている.まず前年度H26年度に終了したMMの発生機序に関する研究を高齢者にまで対象を拡げた.経頭蓋磁気刺激法を用いて観察できる脳梁を介した左右の運動野間の抑制機能である半球間抑制とMMが若年者では深く関係していたが,高齢者ではこの関係が観られないことが示された.電気生理学的指標である半球間抑制の安静時と随意運動時の変化が高齢者では観察されないことからも,半球間抑制が正常に機能していないことが示唆され,半球間抑制とMMの結果を支持する形となった.現在これらの結果をまとめて国際誌に投稿中である.また上記のMMの発生機序に関する研究と並行して,両手運動とMMの関係を探る研究も行った.今回行った非対称な複雑な両手運動とMMの関係は観られなかったが,半球間抑制との関係は観られた.この結果は今後結果をまとめ国際誌に投稿する予定である.今後両手運動とMMの関係に関する研究は,両手運動の複雑さ等を考慮し,引き続き継続して行っていく予定であり現在も進行中である.

これまでの結果からMMの発生するタイミングが個人で異なることが示された為,昨年度から計画していた学習との関連を観る実験を行う前に,現在はこのMMのタイミングの個人差を説明する要因を探る実験を進めている.H26年度の実績報告で報告したように,実験に使用する課題の変更はあったもののその後研究は以下の理由からおおむね順調に進行していると考える.まず若年者と高齢者の2つのグループで実験を行い,結果をまとめ国際誌に投稿中である,また仮説を支持する形とはならなかったが両手運動との関係を探る研究も行ったことは達成度の度合いとしては高く評価できるものであると考える.将来両手運動のデータも結果をまとめ国際誌に投稿する予定である.次の実験も既に進行中であり,良いペースで研究が進行していると自身で評価している.片側の運動、特に上肢の運動中に対側の上肢に不随意運動が観察されることが知られている。この不随意運動はミラームーブメント(Mirror Movement: MM)と呼ばれ、多くはないが先行研究で観察されている現象である。本研究の目的は、1)MMの発生機序について、2)MMの役割について主に健常成人を対象として研究を行うことを目的とした。3年弱の研究の概要を以下に示す。はじめにMMの発生機序に関する研究を若年者と高齢者を対象として行った。これまでの先行研究では、神経疾患を持つ患者と高齢者ではMMが顕著に観察されることが示されているため、発生機序を調べる研究の過程で異なったグループの比較をすることでより詳細な検討ができると考えたためである。結果は若年者と高齢者ではMMの度合いが異なり、主な神経回路である半球間抑制の働きが異なっていることが示唆された。合わせて実施した複雑な両手運動の結果でも若年者と高齢者で半球間抑制が異なった働きをしていることが示唆された。続いて本来の研究計画では学習実験を実施する予定であったが、研究を行う過程でMMの発生するタイミングが個人で異なることを観察した。この知見は特に学習実験の条件設定などに大きな影響を与えることが考えられたのでこのタイミングの違いに関する研究を次に開始した。結果によりMMの発生するタイミングは随意運動側の力発揮と概ね一致していることが明らかになり、細かなタイミングの違いはMMの度合いにより影響を受けることが示された。したがって今後の学習実験などに着目した研究では概ねMMの発生するタイミングの違いはMMの度合いにより説明できると考える。より詳細な分析を行い、これらの結果をまとめ投稿する予定である。多少の研究計画の変更はあったものの一連の研究によりMMの発生機序についての知見を積み重ねることができたと考えている。実験に使用する課題の変更はあったものの、以下の理由からこれまでの研究はおおむね順調に進展していると考える。MMの発生機序に関する研究を終了できただけでなく、H26年度中に現在使用している課題の詳細な検討・分析を行い、研究の土台を作ることに力を入れたことは大きな成果であったと考える。またこれらの過程で筋電図分析のより深い知識を習得する事に繋がったこと、分析の為のソフトウェアであるMATLABの知識の習得はこれからの研究の進展にも大変重要なものであると自身で評価している。
遍歴磁性体におけるカイラル磁気秩序相の起源解明と特異な磁気・非相反伝導の探求

本研究の目的は、遍歴磁性体が示すカイラル磁気秩序相の安定化メカニズムの解明、およびそれに伴う磁気伝導現象・非相反現象を理論的に開拓することである。本年度においては、スピン軌道相互作用および磁気異方性を導入した二つの模型に対する大規模数値シミュレーションを行うことにより、以下の研究成果を得た。(1)スピン軌道相互作用の効果を取り込んだ遍歴磁性体に対する解析:ここでは正方格子上におけるラッシュバ型のスピン軌道相互作用をもつ近藤格子模型に対して、局在スピンと遍歴電子スピン間にはたらく交換相互作用に関する摂動展開を行い、局在スピン間に生じる有効交換相互作用を導出することにより、有効スピン模型を構築した。得られた模型に対して、モンテカルロ計算を行うことにより、波数空間における異方的で対称的な交換相互作用および反対称的な交換相互作用が様々な磁気渦結晶相やスキルミオン結晶相の発現に重要な役割を果たしていることを明らかにした。特に、ラッシュバスピン軌道相互作用を有する磁性体模型において、従来のネール型スキルミオンが現れるだけではなく、ブロッホ型スキルミオンが発現する可能性を指摘した。(2)磁気異方性の効果を取り込んだ遍歴磁性体に対する解析:ここでは三角格子上において発現する、高いトポロジカル数をもつスキルミオン相に対する磁気異方性の効果を多項式展開ランジュバンダイナミクス法を用いて調べた。その結果、高いトポロジカル数をもつスキルミオン相は、従来のスキルミオン相と比べて、磁気異方性に対して堅牢であることを明らかにした。また、磁気異方性の中でも容易軸異方性と容易面異方性に対するスキルミオン相の安定性を調べ、異方性の強さを大きくしていくと、共線および非共面磁気構造へとトポロジカル転移を示すことを明らかにした。当初の研究計画の通り、大規模数値シミュレーションと摂動計算による解析を行うことにより、スピン軌道相互作用および磁気異方性を導入した模型の構築とその磁気的性質を明らかにすることができたため。特にラッシュバ型のスピン軌道相互作用をもつ近藤格子模型に対して計算を行うことで、スピン軌道相互作用および磁気的な異方性を組み合わせることにより、従来のネール型のスキルミオン相だけではなく、ブロッホ型のスキルミオン相が現れるという、新しい結果を見出した。それに加えて、当初予定していた磁気渦相やスキルミオン相だけではなく、新しいタイプの非共面的な磁気構造を見出したことも理由の一つである。本年度は、2018年度の研究を引き続き行いつつ、以下の点を推進する予定である。(1)磁気異方性を考慮した遍歴磁性体における典型的な基底状態相図の作成:2018年度に得られた有効スピン模型を用いて、基底状態においてどのようなスキルミオン結晶および他の非共面的な磁気構造が得られるかを調べる。特に正方格子や三角格子、立方格子などの典型的な格子構造を念頭においた解析を行うことにより、格子構造の違いがもたらす影響を明らかにする。(2)カイラル磁性体が示す特異な磁気・非相反伝導現象の探求:スキルミオン相などのカイラル磁気秩序相に伴って発現する磁気・非相反伝導現象を調べる。格子系に対する線形応答理論を用いた数値的なアプローチと、準古典方程式を用いた解析的なアプローチを組み合わせる。スピン軌道相互作用の大きさや電子密度を可変パラメタに取ることで、カイラル磁気秩序相が示す磁気伝導現象の振る舞いを明らかにする。

それに加えて、当初予定していた磁気渦相やスキルミオン相だけではなく、新しいタイプの非共面的な磁気構造を見出したことも理由の一つである。本年度は、2018年度の研究を引き続き行いつつ、以下の点を推進する予定である。(1)磁気異方性を考慮した遍歴磁性体における典型的な基底状態相図の作成:2018年度に得られた有効スピン模型を用いて、基底状態においてどのようなスキルミオン結晶および他の非共面的な磁気構造が得られるかを調べる。特に正方格子や三角格子、立方格子などの典型的な格子構造を念頭においた解析を行うことにより、格子構造の違いがもたらす影響を明らかにする。(2)カイラル磁性体が示す特異な磁気・非相反伝導現象の探求:スキルミオン相などのカイラル磁気秩序相に伴って発現する磁気・非相反伝導現象を調べる。格子系に対する線形応答理論を用いた数値的なアプローチと、準古典方程式を用いた解析的なアプローチを組み合わせる。スピン軌道相互作用の大きさや電子密度を可変パラメタに取ることで、カイラル磁気秩序相が示す磁気伝導現象の振る舞いを明らかにする。2018年度に、カイラル磁気秩序相の起源解明を行うための数値シミュレーションを実行し、その成果を国際会議にて発表する予定であったが、購入予定の並列計算機の調達が遅れたために、会議日程に間に合わなかったため。一方で研究成果は得られたため、未使用額は今年度行われる国際会議の外国旅費に充てる。
ルテニウム錯体触媒に特有な選択的炭素骨格形成新反応の開発

本研究では、ルテニウム錯体触媒に特徴的な新規炭素ー炭素結合生成反応として、(1)π-アリルルテニウム中間体の特異な求核性を利用した新規アリル化反応および(2)低原子価ルテニウム錯体触媒によるアセチレン等の活性化を経る新規炭素-炭素結合生成反応の開発を行った。(1)まずアルデヒドの接触的アリル化反応で得た知見を基に一級アルコールの脱水素アリル化反応によるα,β-不飽和ケトン誘導体の新規合成法を開発し、ついでアクリル酸誘導体等の電子求引基を有するオレフィンと1,3-ジエンあるいはアリル炭酸エステルとのカップリング反応を経る3,5-ジエン酸誘導体の選択的合成法を開発した。後者の反応では特に、生成物である3,5-ジエン酸誘導体の5位の立体配置がZであることから、アンチ(π-アリル)ルテニウム中間体を経て反応が進行していることが強く示唆された。さらにアリル化合物としてアリルアミンを用いた場合にはアリル炭素-窒素結合の切断は起こらず、アリルアミンのエナミンへの異性化の後、アクリル酸誘導体との環化付加反応が進行することを見いだした。本反応により、アリルアミンを原料とするシクロブタン-β-アミノ酸誘導体の簡便な合成が可能となった。(2)低原子価ルテニウム錯体触媒、特にRu(COD)(COT)錯体がアチセレン類の活性化に高い触媒活性を示すことを見いだし、アセチレンと電子求引基を有するオレフィンとの鎖状共二量化反応を開発した。本反応はルテナシクロペンテン中間体を経て進行していると考えられる。さらにハロゲン化ビニルと電子求引基を有するオレフィンとのカップリング反応においてもルテニウム錯体触媒が高い触媒活性を示すことを見いだした。本反応では、パラジウム錯体触媒系では全く反応が進行しないβ-クロロスチレン等の塩化ビニルも適用可能であり、ルテニウム錯体触媒の新たな有用性が示された。ルテニウム錯体触媒に特有な選択的炭素骨格形成反応を開発することを目的として、1)C_1化学第一次生成物であるアルデヒドおよびケトンを原料とする。アリル化合物との反応によるホモアリルアルコ-ルの合成法の確立2)アルキル置換芳香族化合物の新合成法の確立3)剛直な分子構造を有する棒状多環化合物の合成法の確立4)ポリエンの新合成法の開発を検討した。その結果1)アルデヒドのアリル化合物の付加反応が広く一般的に起こることを見出した他、電子求引基を有するケトンへのアリル化合物の求核付加反応を見出した。2)芳香族化合物のアルキル化反応において,ルテニウム錯体触媒に特徴的な異性体比となることを見出した。3)ノルボルネン類とアセチレン類との〔2+2〕付加反応を検討しDielsーAlder反応と組み合わせることにより,15環化合物の合成に成功した。これまで、アセチレンジカルボン酸エステルのみが有効であったが、ヘキサフルオロー2ーブチンも適用できることが明らかになった。さらに、クロロ(ペンタメチルシクロペンタジェニル)(オレフィン)ルテニウム錯体を用いると、ジフェニルアセチレン,6ードデシン等,これまで適用不可能であったアセチレン類に高い触媒活性を示すことが明らかとなった。この反応はルテニウム(II)【double half arrows】(IV)の触媒サイクルで反応が進行するものと考えられ、新しい型の触媒反応である。

4)Ru(COD)(COT)(COD=シクロオクタジエンCOT=シクロオクタトリエン)を触媒に用い、アセチレンとオレフィンとの反応を検討し,高収率、高選択的に鎖状芝=量化反応が進行することを見出した。また,ジェンと電子ボ引基を有するオレフィンとの反応を検討し、ジェンとモノエンとの鎖状芝=量化反応が選択的に進行することを見出した。さらに、ハロゲン化ビニルとオレフィンとのカップリングに反応がルテニウム錯体触媒により進行することを見出したがこの反応はpdでは反応しない,塩化ビニル類も適用できることが分った。本年度は、ルテニウム錯体触媒に特徴的な新規炭素-炭素結合生成反応として、まずアクリル酸誘導体等の電子求引基を有するオレフィンと1,3-ジエンあるいはアリル炭酸エステルとのカップリング反応を経る3,5-ジエン酸誘導体の選択的合成反応を開発した。触媒としてはRu(COD)(COT)(COD;シクロオクタジエン、COT;シクロオクタトリエン)錯体が最も高い触媒活性を示し、また、2,5-ジエン酸誘導体の副生を抑制するためにはN-メチルピペリジン等の三級アミンの添加が不可欠である。ブタジエンあるいはクロチル炭酸メチルとN,N-ジメチルアクリルアミドとの反応生成物が同じであること、および生成物である3,5-ジエン酸誘導体の5位の立体配置がZであることから、いずれの反応もアンチ(π-アリル)ルテニウム中間体を経て進行していることが強く示唆された。さらにハロゲン化ビニルと電子求引基を有するオレフィンとのカップリング反応においてもルテニウム錯体触媒が高い触媒活性を示すことを見いだした。本反応はパラジウム錯体触媒でも進行しHeck反応としてよく知られているが、本研究はルテニウム錯体触媒を本反応に用いることが可能なことを明らかにした最初の例であるとともに、パラジウム錯体触媒系では全く反応が進行しないβ-クロロスチレン等の塩化ビニルも、本反応では適用可能であり、ルテニウム錯体触媒の有用性が示された。ルテニウム錯体触媒としては、Ru(COD)(COT)錯体が高い触媒活性を示したが、本反応ではRuCl_3・nH_2Oも同程度の高い触媒活性を示した。その他、ルテニウム錯体触媒存在下、1,3-二置換尿素およびビシナル-ジオール類からの脱水素を経る複素環化反応により、2,3-ジヒドロイミダゾール-2-オン類の選択的新規合成法の開発にも成功した。
DNAポリカテナンの合成と光制御および機能の探索

DNAは,相補的水素結合により結合する相手の鎖を認識でき,酵素による切断や接合が可能であるなど,ナノメーターレベルでの分子組織体を構築するのに最適な素材である。本研究では,このDNAの特徴を利用して,数個の環が互いに絡み合って連結した構造を有する超分子化合物であるオリゴカテナンの合成をおこなった。その結果,酵素および光反応による連結によりオリゴカテナンを合成することに成功した。DNAは,素結合により相補鎖を特異的に認識・結合でき,酵素による切断や接合が可能であるなど,ナノスケールでの分子組織体を構築するのに最適な素材であるという特徴を利用して,合成が著しく困難とされてきたインターロックト超分子化合物であるポリおよびオリゴカテナンの合成を試みている。DNAポリおよびオリゴカテナンを合成する手法として,我々は,n本の60mer DNAからなるpseudo-[n]-catenaneを1ユニットとし,テンプレートDNAを加えてpseudo-[n]-catenaneユニットに平面性と剛直性を与え,酵素反応により接合することでカテナンを調製する手法を考案し,これをTemplate Assisted Polycatenation(rApC)法と名付けた。今年度は,ポリおよびオリゴカテナン合成技術確立のため,テンプレートDNAの長さとシーケンスを調節することにより,意図した重合度を持つDNAオリゴカテナンの選択的合成を試みた。TAPC法を利用して,テンプレートDNAの長さとシーケンスを調節し[3],[4],[5],[6]カテナンをそれぞれ選択的に合成することを試みた。反応生成物を直鎖状DNAの末端から切断・分解するエキソヌクレアーゼで処理した後にう8MのUreaを含有した8%変性ポリアクリルアミドゲル電気泳動によって同定を行った。残ったバンドはエキソヌクレアーゼ処理後の結果なので,DNAは環状構造を有していると考えられ,また,8M Urea含有条件であるため相補鎖と水素結合を形成していない。この状態で,環状60merDNAよりも高分子量側にバンドが現れたのは,環状構造を有するDNAが機械的に連結しているからであると考えられ,DNA[3],[4],[5],[6]カテナンの生成を示唆する結果が得られた。DNAは,水素結合により相補鎖を特異的に認識・結合でき,酵素による切断や接合が可能であるなど,ナノスケールでの分子組織体を構築するのに最適な素材である。本研究では,この特徴を利用して,合成が著しく困難とされてきたインターロックト超分子化合物であるポリおよびオリゴカテナンの合成を試みている。今年度は,光連結反応が可能なカルボキシビニルウラシル(CVU)を用いて,前年度までのTemplate Assisted Polycatenationの考え方に基づき,光連結反応によるDNA[2]カテナンの調製を試みた。接合部末端にCVUを導入した2種類の60merオリゴDNAとテンプレートDNAを混合し,氷冷下でトランスイルミネーターを用いて365nmの光照射を行った。反応生成物を直鎖状DNAを末端から切断・分解するエキソヌクレアーゼで処理した後に,8MのUreaを含有した8%変性ポリアクリルアミドゲル電気泳動によって同定を行った。残ったバンドはエキソヌクレアーゼ処理後の結果なので,DNAは環状構造を有していると考えられ,また,8M Urca含有条件であるため相補鎖と水素結合を形成していない。この状態で,環状60merDNAよりも高分子量側にバンドが現れたのは,環状構造を有するDNAが機械的に連結しているからであると考えられ,DNA[2]カテナンの生成を示唆する結果が得られた。また,光反応後にさらに302nm付近の光照射を行った場合には,このようなバンドは観測されず,光照射によりカテナン構造の解離が可能であることが分かった。以上のようにカテナン構造の光による形成と解離を制御可能であることが示された。本年度はDNAカテナンのナノ(分子)マシンとしての機能を評価することを目的として研究を行った。以前報告したTAC法を応用して,蛍光色素としてフルオレセインとTAMRAを所定の位置に導入した蛍光色素導入DNA[2]-カテナンの合成を酵素法により行った。電気泳動法により,目的とする色素導入DNA[2]-カテナンの生成を確認した。8Mの尿素を含む12%ポリアクリルアミドゲルを調製し,100Vで5時間泳動させ,目的とする二種類の蛍光色素を導入したDNA[2]-カテナンが得られていることを確認した。続いて,合成した蛍光色素導入DNA[2]-カテナンのナノマシンとしての機能評価を行った。駆動力となるFuelDNAを添加する前後での蛍光スペクトルを測定し,ナノマシンとしての動作を確認した。このシステムでは,初期状態では,フルオレセインとTAMRAが近接するように,Fuel DNA添加後にはDNAの相補鎖の組み換わり・回転が起こり,それらが空間的に離れるよう設計した。初期状態での蛍光スペクトルを測定し,蛍光共鳴エネルギー移動により,フルオレセインの蛍光消光とTAMRAの発光が見られることを確認した。

次にFuel DNAを加えて,アニーリングを行い,フルオレセインの蛍光強度が増大することを確認した。さらに,Fuel DNAと相補的なAnti-fuel DNAを加えた後に再度アニーリングを行ったところ蛍光消光が起こり,初期の状態に戻っていることを確認した。これらの結果から,設計通りにDNA[2]-カテナンがナノ(分子)マシンとして働くことが示唆された。
角膜移植後における内皮細胞死とミトコンドリアの動態

私たちは培養角膜内皮細胞ではH2O2で細胞死を誘導確認できた。またミトコンドリアの膜電位のマーカーであるMitotrackerの染色おいても染色を認めなかった。100nMのCsA存在下での100μMH2O2の刺激では細胞死の抑制を認めた。また同様にミトコンドリアの膜電位の低下の抑制も認めた。CsA存在下でのH2O2刺激では、培養細胞同様に膜電位低下の抑制を認めた。CsAは外科的侵襲による角膜内皮細胞のミトコンドリア膜電位の低下を抑制し、細胞死を抑制することを示唆した。今後角膜移植時における内皮細胞の保護に期待できる薬剤と考えられる。角膜内皮細胞は加齢とともに減少するが、それは生体内でほとんど増殖しないためである。角膜移植術では移植片の内皮細胞はより一層減少するが、その減少に大きく影響を与えているのは、手術時における外科的侵襲である。そのため手術時における内皮細胞保護は移植片の生着に重要と考えられる。角膜内皮細胞はミトコンドリアを多数保有している。ミトコンドリアは高い代謝性を維持することに寄与しており、またミトコンドリアの機能低下は細胞死と密接な関係があると報告されている。一方でシクロスポリンA(CsA)は従来の免疫抑制作用だけでなく、ミトコンドリアの膜電位を安定化させ細胞死を抑制していると報告されている。目的CsAの投与により細胞死を抑制できるかどうかヒト培養角膜内皮細胞を用い検討した。方法はヒト培養角膜内皮細胞を用いて、細胞死誘導物質であるH2O2を各濃度(01000μM)で刺激し、1時間後に細胞死マーカーであるCaspase-3/7で染色を行い、陽性率をカウントした。次にH2O2とCsAの共刺激でCaspase-3/7およびミトコンドリア膜電位のマーカーであるMitoTracker RedCMXRosの染色を行い、免疫染色及び蛍光吸光度を測定した。結果1培養角膜内皮細胞ではH2O2により量的依存で細胞死を誘導確認できた。2 100nMのCsA存在下でのH2O2の刺激では細胞死の抑制を認めた。3また同様にミトコンドリアの膜電位の低下の抑制も認めた。マウスの角膜移植片を用い同様の実験を行った。結論CsAは外科的侵襲による角膜内皮細胞のミトコンドリア膜電位の低下を抑制し、細胞死を抑制することを示唆した。

角膜内皮細胞(CE)は加齢とともに減少するが、それは生体内でほとんど増殖しないためである。角膜移植術では移植片のCEはより一層減少するが、その減少に大きく影響を与えているのは、手術時における外科的侵襲である。そのため手術時におけるCEの保護は移植片の生着に重要と考えられる。血管から栄養をうけないCEはミトコンドリアを多数保有している。ミトコンドリアは高い代謝性を維持することに寄与しており、またミトコンドリアの機能低下は細胞死と密接な関係があると報告されている。シクロスポリンA(CsA)は従来の免疫抑制作用だけでなくPermeability transition poreを阻害することにより、ミトコンドリアの膜電位を安定化させ細胞死を抑制していると報告されている。研究目的はCsAの投与により細胞死を抑制できるかどうかヒト培養角膜内皮細胞(HCEC)およびマウス角膜を用い検討した。方法はHCECを用いて細胞死誘導物質であるH2O2を各濃度で刺激し、1時間後に細胞死マーカーであるCaspase-3/7で染色を行い、陽性率をカウントした。H2O2とCsAの共刺激でCaspase-3/7およびミトコンドリア膜電位のマーカーで染色を行い、免疫染色及び蛍光吸光度を測定した。またマウスの角膜を用い、同様の条件で染色を行い共焦点顕微鏡で観察した。結果:1.HCECではH2O2により量的依存で細胞死を確認できた。2.100nMのCsA存在下でのH2O2の刺激では細胞死の抑制を認めた。3.同様にミトコンドリアの膜電位の低下の抑制も認めた。マウスの角膜移植片の結果はCsA存在下でのH2O2刺激で培養細胞同様に膜電位低下の抑制を認めた。結論:CsAは外科的侵襲によるCEのミトコンドリア膜電位の低下を抑制し、細胞死を抑制することを示唆した。今後角膜移植時におけるCEの保護に期待できる薬剤と考えられる。外注で注文したスペキュラマイクロスコープ(トーメー社)の開発に時間を要し、当初予定した実験計画(マウス角膜移植の内皮細胞密度の変化)を行えなくなった。そのためin vitroの実験を中心に行った。その結果提出した実験計画の進行がやや遅れている結果となった。マウスの角膜移植における移植後の内皮細胞評価はネクローシスとアポトーシスが混在しており現在進行中である。初年度に計画していたin vivoの実験を行う。CsA存在下でのマウス角膜移植で、内皮細胞密度減少が抑制できるかどうか検討する。またin vitroの効果についてもミトコンドリア選択的阻害薬(スタウロスポリン)とCsA存在下での効果の検討することで、データの信頼性を高くする。次年度の研究費はおおむねマウス購入にあてる。
出土人骨のタンパクおよびDNAの構造解析

1.コラ-ゲンタンパクの構造解析:出土人骨11体から、低温で脱灰する緩和な条件でコラ-ゲンを調製しアミノ酸分析値を求めたところ、弥生時代の一試料を除きコラ-ゲン特有の組成値を示した。異常値を示した試料はコラ-ゲンに特徴的なプロリンが検出されず、同位体分析でも異常値示したことからコラ-ゲンが調製できていないと考えた。一方ヒスチジン、チロシン等科学的にやや不安定なアミノ酸が減少傾向にある試料もあるが必ずしも試料の年代とは一致しない。出土人骨の保存状態の把握が重要である。コラ-ゲンタンパクのアミノ酸配列決定を目的とし、まずブロムシアン分解による断片化とペプチドの精製を試みたが成功には至らなかった。これは試料の保存期間が長いことによるメチオニン残基の酸化的化学修飾や、試料が成人から得られたものであるためコラ-ゲンサブユニット間の架橋形成によると考えた。そこでコラ-ゲンのアミノ末端およびカルボキシ末端部分の化学修飾によるマ-カ-付けとコラ-ゲン分子の中央部分のコラ-ゲン分解酵素による細断片化を目的とし、ニシの化学修飾試薬の有効性を検討している。2.ヒトレトロウィルス感染の血清および分子疫学:ゼラチン凝集法ではインドの中西部および南部のヒトの試料で陽性反が見られたが蛍光抗体法では抗体陽性者は0.2%以下であることが確認された。他方プロウィルスゲノムの構造では、クロ-ニングされたプロウィルスゲノムのpx領域内の制限酵素PstI,HpaI切断部位は、日本人由来の分離細胞株入ATKIと入23-3との中間のパタ-ンを示した。保存性の高いと考えられているpX領域で塩基発列に1%以上の変化がみられた。
リン脂質リポソームによる食細胞機能制御に基づく新しい骨吸収抑制法の開発

本研究は、細胞膜リン脂質のホスファチジルセリン(PS)を含むリポソーム(PSL)が破骨細胞前駆細胞から成熟破骨細胞への成熟を抑制し、慢性関節リウマチの動物モデルにおける骨破壊を抑制することを発見した。PSリポソームの骨破壊に対する抑制作用は破骨前駆細胞に取り込まれることによりTGF-β1ならびにPGE2の産生分泌を誘導し、破骨細胞への成熟に必須な因子の発現を抑制することによるものであることが解明できた。これらの発見により、PSLの適用が慢性関節リウマチ、歯周炎ならびに骨粗鬆症に伴う骨破壊に対する新たな治療薬になる可能性が考えられる。計画の通りに、今年度の前半には、ラットのアジュバント関節炎(AA)に伴う骨吸収に対する末梢投与したリン質リポソーム(PSL)の影響in vivo解析を行った。まず、筋注したPSLはAAラットの末梢血中の単球ならびに骨髄腔のカルシトニンレセプター陽性破骨前駆細胞に取り込まれることを確認した。マクロCTを用いた解析により、PSLは関節炎に伴う骨吸収を検討した結果、PSLはAAラットの足関節組織における炎症にほとんど影響することなく骨破壊を強力に抑制した。さらに、PSL投与はAAラット足関節における破骨細胞の数を顕著に抑制し、血清中におけるプロスタグランジンE_2(PGE_2)ならびにTGF-β1の産生を有意に増加した。今年度の後半には、破骨細胞の形成系を用いてin vitroでの解析を行った。破骨細胞の形成系においてもPSLは破骨細胞前駆細胞に取り込まれ、破骨細胞への成熟を抑制することが明らかになった。さらに、PSLは破骨細胞分化・機能に非須な因子であるRANKLとそのレセプターRANKの発現を抑制すること、破骨細胞前駆細胞同士の融合に関連因子であるICAM-1ならびにCD44の発現を抑制することを明らかにした。さらに、PSLは破骨細胞前駆細胞からPGE_2ならびにTGF-β1の産生分泌を増加し、PGE_2ならびにTGF-β1は破骨細胞の分化を抑制することが明らかになった。これまでの結果から、PSLは破骨細胞前駆細胞などの細胞からPGE_2ならびにTGF-β1の産生分泌を促進することにより、破骨細胞前駆細胞の融合や分化に関連因子の発現を抑制し、破骨細胞への分化や成熟を抑制すると考えられる。平成21年度は根尖性歯周炎モデルにおける骨吸収ならびに骨形成に対するホスファチジルセリンリポソーム(PSL)の効果を検討した。ラットの下顎第一臼歯遠心根を抜髄、開放することにより、自然感染による根尖病変の成立を図ることにより根尖性歯周炎モデルの作製を行った。術後7日目に、根管内にPSL(100μM)または対照群としてホスファチジルコリンリポソーム(PCL、100μM)を貼薬した。その後、3日および7日目に、ラットの下顎骨を摘出し、免疫組織化学的ならびに組織化学的手法により炎症性マクロファージの指標となるED-1ならびにIL-1β、骨吸収(成熟骨破細胞)の指標となるTRAPならびにRANKL、骨形成(成熟骨芽細胞)の指標となるALPならびにBMP-2の染色を行った。その結果、PSL投与群は生食ならびにPCL投与群に比較して骨吸収の指標となるTRAPならびにRANKL陽性細胞数の減少、炎症性マクロファージの指標となるED-1ならびにIL-1β細胞数の減少、ならびに骨形成(成熟骨芽細胞)の指標となるALPならびにBMP-2の発現増大が認められた。これらの結果より、PSLは炎症性骨吸収を抑制すると同時に骨形成を促進することで根尖性歯周組織の治癒に関与することが示唆された。そこで、PSLが直接的に骨芽細胞前駆細胞の分化・成熟を促進する可能性について解析を行う目的でラット胎仔頭蓋冠由来細胞による骨芽細胞初代培養系の確立を行った。具体的には、ラットの胎仔頭蓋冠の小骨片を37°Cで0.1%コラゲナーゼと0.05%トリプシンを含むPBSを使い酵素処理し、遊離してきた細胞を10%FBSを含むαEM中で3日間培養を行うことにより骨芽細胞を安定的に得る事に成功した。今後、この培養系を用いて骨芽細胞分化・増殖へのPSLの影響を解析する予定である。平成21年度の研究により、ホスファチジルセリン含有リポソーム(PSL)が骨芽細胞の分化・成熟を促進することを明らかになったため、平成22年度はラット胎仔頭蓋冠由来細胞による骨芽細胞初代培養系を用い、PSLが骨芽細胞の分化・成熟を促進するメカニズムの解析を行った。ラットの胎仔頭蓋冠の小骨片を酵素処理し、21日間培養した。PSL添加後7、14、21日目に骨芽細胞を回収し、トータルRNAならびに細胞可溶分画を調整した。

リアルタイムRT-PCRにより骨芽細胞におけるその分化を促進因子であるトランスフォーミング増殖因子ベータ(TGF-β)ならび骨芽細胞への分化を決定因子であるRANX2の発現を検討すると共にウェスタットプロットによりMAPK/Erkシグナルカスケードも解析した。その結果、PSL投与後4日目からRANX2発現は有意に増加され、PSL投与後7日目からTGF-β発現の有意な増加も認められた。さらに、PSL投与60分後に骨芽細胞におけるErkのリン酸化の有意な増大も認められた。一方、PSLにより骨形成の作用を検討するため、ラットの切歯抜歯モデルを用い、PSLを投与したラットの抜歯窩周囲の骨密度をμCTにて解析した。その結果、PSL投与4週間後抜歯窩周囲の骨形成は有意に増大し、免疫染色により骨形成部位にTGF-βの高発現も認められた。以上の結果より、PSLはMAPK/Erkシグナルカスケードを介してTGF-βならびにRANX2の発現を増加させることで、骨芽細胞の分化・成熟を直接促進することを明らかになった。
結晶化ガラスの表面結晶化の初期過程の解析

本研究の目的は、特に配向性を示す結晶化ガラスを対象としたガラスの表面結晶化の初期過程をAFMで観察し、さらに中性子回折などから算出されたガラスの構造を基に、分子動力学法を用いて結晶化過程をシミュレートし、表面結晶化過程を解析することである。Li_2O・2SiO_2結晶化ガラスのAFM観察において、結晶化初期を想定した熱処理条件で結晶化させたガラスの表面を調べたところ、結晶子の大きさが2040nmの結晶が表面部分で析出していることが観察された。一方、一般の熱処理条件では、結晶が表面で大きく成長していた。初期状態の粒子が結晶かどうかを調べるために作成したガラスの表面を観察したところ同様な粒子が観察された。Li_2O・2SiO_2は、大気中では、水分や二酸化酸素と反応しやすく、熱処理を行わないガラス表面上にも、数十nmの径を持つ粒子が観察された。さらに、そのガラスを熱処理し結晶化させた表面をAFMで観察すると、同様な粒子が見られ、その粒子が結晶析出を起こしているかどうかはさらなる工夫が必要であった。また、CaO・Al_2O_3・2SiO_2ガラスの中性子回折測定と、分子動力学法によるガラスの構造モデルを動径分布関数で比較したところ、安定相である三方晶アノーサイトよりも、結晶化初期段階に析出する準安定相である六方晶アノーサイトにより近い構造であるという結果が得られた。他の手法でガラス構造をより精密化しなければならないが、結晶化初期段階の構造とガラスの構造が近いという非常に興味深い結果が得られた。さらに、MO・Al_2O_3・2SiO_2(M=Ca、Sr、Ba)の分子動力学シミュレーションも行い、カチオンの大きさによる六方晶の結晶構造の安定性を比較したところ、Mのイオン半径が大きい程、六方晶構造の安定性が高いという結果が得られ、この六方晶の構造の安定性が結晶化初期段階に重要な役割をしていることも見出した。本研究の目的は、特に配向性を示す結晶化ガラスを対象としたガラスの表面結晶化の初期過程をAFMで観察し、さらに中性子回析などから算出されたガラスの構造を基に、分子動力学法を用いて結晶化過程をシミュレートし、表面結晶化過程を解析することである。本年度ではAFM観察を主に行った。対象としたガラスは、表面結晶化により配向することが知られているLi2O・2SiO2である。原子間力顕微鏡AFMにより、結晶化初期状態である核生産と結晶成長の様子を観察し、どのような挙動であるかを調べた。結晶化初期を想定した熱処理条件で結晶化させたガラスの表面を調べたところ、結晶子の大きさが2040nmの結晶が表面部分で析出していることがAFMでは観察された。一方、一般の熱処理条件では、結晶が大きく成長していた。初期状態の粒が結晶かどうかを調べるために作成したガラスの表面を観察したところ同様な粒が観察された。Li2O・2SiO2は、大気中では、水分や二酸化酸素と反応しやすく、熱処理を行わないガラス表面上にも、数十nmの径を持つ粒子が観察された。ちなみに、石英ガラスやソーダライムガラスではその粒を見ることができないので、これはLi2O・2SiO2特有の現象であると思われる。そのガラスを熱処理し結晶化させた表面をAFMで観察すると、その粒が見られ、その粒が結晶析出を起こしているかどうかは不明であった。人為的に過度の条件で表面の反応を促進させ、観察する必要があり、または、反応しにくいガラス系の選択が必須である。

さらに、MO・Al_2O_3・2SiO_2(M=Ca、Sr、Ba)の分子動力学シミュレーションも行い、カチオンの大きさによる六方晶の結晶構造の安定性を比較したところ、Mのイオン半径が大きい程、六方晶構造の安定性が高いという結果が得られ、この六方晶の構造の安定性が結晶化初期段階に重要な役割をしていることも見出した。