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有明海底泥の巻き上げに伴う懸濁層における栄養塩動態のモデル化

このことから、底泥土粒子に吸着しているPO4-P(吸着態PO4-P)は、巻き上げ(物理的撹拌)によって、懸濁水中に脱離することが確認された。次に、対象とする河口浅海域の水質環境を考慮し、SS濃度(巻き上げ量)と塩分(10,20,30‰)を段階的にコントロールして底泥の巻き上げ実験を行った。その結果、(1).SS濃度が20004000mg/lの高濁度層において、吸着態由来のPO4-P現存量は、懸濁水中のPO4-P現存量の70%程度を占めた。また、高濁度層における吸着態由来のPO4-P現存量は、巻き上げられた土粒子の吸着態PO4-Pの1324%が懸濁水中に脱離したものであることが実験的に明らかにされた。(2).吸着態PO4-Pの脱離量は、巻き上げ量(SS濃度)の増加に伴い指数関数的に増加した。(3).巻き上げ実験を通して、塩分の変化に伴う吸着態PO4-P脱離量の変化は見られなかった。以上の結果より、底泥の巻き上げに伴う懸濁層内のPO4-P濃度の変動には、巻き上げられた底泥土粒子から脱離した吸着態由来のPO4-Pの供給が大きく寄与し、吸着態PO4-Pの脱離量は、巻き上げ量(SS濃度)に大きく依存することが明らかにされた。本研究では、有明海底泥の巻き上げに伴う懸濁層における栄養塩動態、特に底泥土粒子への栄養塩の吸脱着特性について現地調査や室内実験より検討、考察した。その結果、1.現場海域における巻き上げ時の水質環境と栄養塩濃度の時空間変化が把握された。2.六角川河口付近の懸濁層におけるNH4+とPO43-濃度には、激しい底泥の巻き上げと河川水からの移流が相互に影響していることが重回帰分析より示された。3.底泥の巻き上げ実験より、懸濁層におけるNH4+とPO43-濃度の変動には、巻き上げられた土粒子から脱離した吸着態由来のNH4+とPO43-が大きく寄与し、それは巻き上げ強度(SS濃度)に依存することが示された。平成25年度夏季の集中観測と係留観測のデータを解析結果より、有明海の河口浅海域における栄養塩変動に及ぼす底泥の巻き上げと河川からの栄養塩流入の影響が定量的に評価された。また、底泥の巻き上げ実験により、懸濁層内のNH4濃度の変動には、底泥土粒子から脱離した吸着態由来のNH4供給が最大で4割程度影響することが実験的に明らかにされた。これらの研究成果は、1)河口浅海域における栄養塩濃度の潮汐周期に及ぼす底泥の巻き上げの重要性や、2)懸濁層におけるNH4変動の供給源を実験的に明らかにしており、研究はおおむね順調に進展していると考えられる。農学昨年度の行った底泥の巻き上げ実験は、巻き上げ量と塩分のコントロールでNH4に関する吸脱着特性の解明に留まっている。本年度は、吸脱着特性に及ぼす他の因子(温度とDO濃度)を考慮した追加実験を行うと同時に、PO4に関する巻き上げ実験も並行して実施し、研究成果を取り纏める。夏季の集中観測及び係留観測を通じて、有明海奥部西岸域における底泥の巻き上げ発生海域が明らかにされ、巻き上げ時の栄養塩濃度の変動状況が把握された。また、現場海域における底泥吸着態NH4の季節変化とその影響因子が明らかにされ、今後のNH4の吸脱着実験に関する重要な知見が得られた。予算の執行は概ね計画通りであるが、試薬・消耗品の購入が当初計画と若干変更したため、次年度使用額が生じた。平成25年度の現地観測データの解析を進め、巻き上げと栄養塩変動との関連性を定量的に評価する。解析を進める中で、補足的な現地データ収集の必要性がある場合、追加調査を夏季に実施する。
競争構造の差異とストアブランドの意味解釈に関する研究

本研究は、ストア・ブランドに焦点を当てて、ブランドの意味形成と競争関係に関する内容を取り扱った。ストア・ブランドとは、「顧客の知覚空間上に形成された店舗あるいは複数店舗の総体であるストア・ブランド・レベルにおける意味の集合体」であり、顧客の店舗に対する意味形成は、店舗で提供される製品やその価格、店舗のサービスや雰囲気、それに関わる広告等のマーケティング活動を通して行われる。しかし、その店舗の製品やサービスに対する評価は、他の競争する店舗との相対的な関係のなかで決定されることも否めない。そこで、ブランドの意味をブランドの意味構造として、競争相手との関係性を競争構造としてそれぞれ捉え、ブランドの意味構造と競争構造との関係を見ることによって、競争構造の差異がストア・ブランドの意味形成にいかなる影響を与えているかを考察した。意味構造をコアの意味内容とフリンジの意味内容から構成されたネットワークとして捉え、競争構造として店舗立地を取り上げ、消費者の生活空間における店舗数の問題である量的側面と、どの競合店舗が同一の生活空間に存在しているかという質的側面に分類した。ケースとして、ストア・ブランドに対するイメージが比較的安定しており、他店との比較が容易なファストフード店(マクドナルド、モスバーガー、ミスタードーナツ等の7社)を分析対象にし、質問紙によるアンケート調査を行った(被験者は関西および関東在住の女子大学生100名)。その結果として、消費者の生活空間に多く存在しているファストフード店ほど、そのブランド評価が高いことがわかった。また、「消費者の生活空間にある競合店舗の組み合わせが異なれば、それぞれのストアブランドの意味内容も変化する」という仮説に対して、統計的に有意な結果は得られなかったが、消費者のファストフード想起集合との関係がある程度認められた。本研究の目的は、ストア・ブランドに焦点を当てて、ブランドの意味形成と競争の関係を考察することにある。ストア・ブランドとは、顧客の知覚空間上に形成されている店舗に対する意味の集合体であるが、顧客の店舗に対する意味形成は、店舗で提供される製品やその価格、店舗のサービスや雰囲気、それに関わる広告等のマーケティング活動を通して行われるととともに、その店舗の製品やサービスに対する評価は、他の競争する店舗との相対的関係のなかで決定されることも否めない。すなわち、店舗特性やマーケティング活動の戦略的要素だけでなく、競争相手との関係性においてもブランドの意味が影響されるのである。そこで、ブランドの意味をブランドの意味構造として、競争相手との関係性を競争構造としてそれぞれ捉え、ブランドの意味構造と競争構造との関係を見ることによって、競争構造の差異がストア・ブランドの意味形成にいかなる影響を与えているかを考察していく。かかるような問題意識のもと、平成12年度は、以下の2項目を中心に研究を進めた。I.文献研究による研究枠組の明確化ブランドの意味論的研究、フードビジネス、競争戦略に関する既存研究をレビューすることによって、本研究の概念的および体系的整理を行い、研究枠組を明確化した。II.調査枠組の設定および予備調査本研究の主要仮説である「異なる競争構造の下では、消費者のストア・ブランドの意味解釈が異なる」に対し、調査対象として、ストア・ブランドに対するイメージが比較的安定しており、他店との比較が容易なファストフード店(マクドナルド、モスバーガー、ロッテリアなど)を取り上げ、競争構造が異なるいくつかの地域を選定し、そこでの消費者のファストフード店に対するストア・ブランドの意味解釈に関して、予備調査としてのアンケートを行った。次年度は、その結果を踏まえながら調査枠組の再検討を行っていく予定である。ストア・ブランドとは、顧客の知覚空間上に形成されている店舗に対する意味の集合体であり、顧客の店舗に対する意味の形成は、店舗で提供される製品やその価格、店舗のサービスや雰囲気、それに関わる広告等のマーケティング活動を通して行われると思われる。

そこで本研究では、ブランドの意味をブランドの意味構造として、競争相手との関係性を競争構造としてそれぞれ捉え、ブランドの意味構造と競争構造との関係を見ることによって、競争構造の差異がストア・ブランドの意味形成にいかなる影響を与えているかを考察した。すなわち、本研究の主要仮説である「異なる競争構造の下では、消費者のストア・ブランドの意味解釈が異なる」に対し、調査対象として、ストア・ブランドに対するイメージが比較的安定しており、他店との比較が容易なファストフード店(マクドナルド、モスバーガー、ロッテリア、ミスタードーナツ、ケンタッキー、ウェンディーズ、サブウェイの7店舗)を取り上げ、競争構造が異なると思われるいくつかの国内の地域を選定し(関西・関東の2地区)、そこでの消費者のファストフード店に対するストア・ブランドの意味解釈にいかなる差異があるか、またその差異を形成させる要因を考察した。また、ファストフードというストアブランドがどのような固有性を有しているかということを、他の製品カテゴリーのブランド(本研究では清涼飲料水)と比較検討を行った。
細胞外基質ラミニンの分泌と基底膜形成を担う小胞輸送機構の解明

上皮細胞の底面には基底膜と呼ばれる特殊な細胞外基質の層が存在しており、この基底膜への接着は、上皮細胞が極性を獲得し、形態形成を行うために必須である。基底膜の形成には、ラミニンを始めとする基底膜構成因子が底面側に特異的に分泌されることが必要と考えられるが、それを可能にする分子的実態はほとんど明らかになっていなかった。そこで本研究では、「ラミニンの分泌と基底膜の形成を制御する小胞輸送制御」という観点から、これに関わる分子を同定し詳細に解析することで、上皮細胞の極性形成・維持の分子機構の解明を目指した。まず、抗ラミニン抗体を用いた免疫染色やウェスタンブロッティングによって、細胞底面や培地中に分泌されたラミニンを検出できる系を確立した。続いて、細胞内小胞輸送の主要な制御因子であるRabファミリー遺伝子の関与を明らかにするため、全Rab遺伝子の網羅的なノックアウト細胞の作製を目指した。哺乳類細胞には約60種類のRab遺伝子が存在するが、機能の冗長性を考慮して、近縁のRabは同時にノックアウトすることとし、全41種類のRabノックアウト細胞株を樹立した。この細胞を用いて、上記の評価系を基準としたスクリーニングを行った結果、ラミニンの分泌と基底膜の形成ができなくなっているノックアウト細胞を一つ発見した。このRabのノックアウト細胞では、基底膜成分に限らず、広範な可溶性分泌タンパク質の分泌が阻害されていた。一方で、膜タンパク質の輸送に対する影響は比較的小さかった。また、分泌されなかった小胞は、リソソームに異所的に運ばれてしまうことが分かった。以上をまとめると、本研究における成果として、小胞輸送分野の研究全般に有用な全Rab遺伝子のノックアウト細胞を樹立することに成功した。さらに、目的としていた基底膜の形成に必要な遺伝子も同定することができ、今後の更なる解析に繋がる結果を得ることができた。29年度が最終年度であるため、記入しない。上皮細胞は、組織外環境に接する頂端面、及び他の細胞や基質に接する側底面という2つの区切られた膜領域を有しており、それぞれの面で特異的に物質を分泌・吸収することで上皮組織に必要な機能を果たしている。この頂底極性は、方向性をもった細胞内小胞輸送により物質が適切に分配されることで形成・維持される。上皮細胞の底面側には基底膜と呼ばれる特殊な細胞外基質の層が存在しており、基底膜への接着は、上皮細胞が極性を獲得し、形態形成を行うために必須である。基底膜の形成には、ラミニンを始めとする基底膜構成因子が底面側に特異的に分泌されることが必要と考えられるが、それを可能にする分子的実態はほとんど明らかになっていない。まず、上皮細胞のモデルであるMDCK細胞株を用いて、ラミニン分泌と基底膜形成の表現型を評価する系を確立した。具体的には、パーミアブルサポートを用いた頂端面・側底面への分泌アッセイや、コラーゲン包埋培養によるシスト形成時の基底膜の免疫染色等により、これを評価した。続いて、細胞内小胞輸送の主要な制御因子であるRabファミリー遺伝子の関与を明らかにするため、全Rab遺伝子の網羅的なノックアウト細胞の作製を行った。今後、このノックアウト細胞を用いて、上記の評価系を基準とした詳細なスクリーニングを行う予定である。また、既にラミニンの分泌に影響のあるRab遺伝子を一つ発見しており、スクリーニングで新たに同定されたものと共に、今後詳細な解析を行っていく。当初は、既に当研究室が保有しているsiRNAを用いたスクリーニングを行う予定であったが、siRNAの欠点を排除し、より確実な結果を得るため、Cas9を用いて全Rab遺伝子のノックアウト細胞を作ることとした。現在までに全41種類のノックアウト細胞の作製はほぼ完了している。詳細なスクリーニングはこれから行う予定であるが、既に、ラミニンの分泌が全くできなくなっている細胞株を一つ見出しており、今後の進展が期待できる。以上の事実から、本研究課題は当初の計画以上に進んでいると考えている。

この細胞を用いて、上記の評価系を基準としたスクリーニングを行った結果、ラミニンの分泌と基底膜の形成ができなくなっているノックアウト細胞を一つ発見した。このRabのノックアウト細胞では、基底膜成分に限らず、広範な可溶性分泌タンパク質の分泌が阻害されていた。一方で、膜タンパク質の輸送に対する影響は比較的小さかった。また、分泌されなかった小胞は、リソソームに異所的に運ばれてしまうことが分かった。以上をまとめると、本研究における成果として、小胞輸送分野の研究全般に有用な全Rab遺伝子のノックアウト細胞を樹立することに成功した。さらに、目的としていた基底膜の形成に必要な遺伝子も同定することができ、今後の更なる解析に繋がる結果を得ることができた。今後は、作成した全ノックアウト細胞を用いて詳細なスクリーニングを行う。その後、既に表現型が得られているものと合わせ、同定された候補Rab分子について、恒常活性型及び優性不活性型変異体を用いた解析や、Rab結合分子(エフェクター)、Rab活性化・不活性化因子(GEF及びGAP)などの解析を通して、詳細な機能解析を行う。さらに、Rab以外の小胞輸送制御因子(モータータンパク質、小胞繋留・融合装置SNAREなど)についても解析を進め、ラミニンの分泌に関わる分子実体の全容を明らかにすることを目指す。29年度が最終年度であるため、記入しない。
TBK1遺伝子ネットワークから解明するALSの分子病態とその制御

神経変性疾患の病態研究では、神経細胞のみに着目するのではなく、グリア細胞等を含めた神経系における細胞間ネットワークの破綻という観点からの病態解明の重要性が近年認識されている。筋萎縮性側索硬化症(ALS)の一部は遺伝性に発症し、その原因遺伝子の一つとしてTBK1 (TANK binding kinase 1)が最近同定された。TBK1は、免疫系のシグナル制御分子であるとともに、オートファジーにも重要な役割を担い、これまでの発表論文によるとTBK1の機能喪失がALSの発症に関わると考えられる。そこで、本研究では、TBK1の機能喪失を再現する新規ALSモデルの作成と解析を通じて、神経炎症の観点から、TBK1異常による神経変性メカニズムの解明を目指す。今年度は、TBK1ノックアウトマウスの作成を完了することができた。TBK1の欠失は胎生致死であることが知られている。そこで、遺伝子Xとの二重欠失マウス(TBK1-DKO)を作成すると、TBK1-DKOマウスは出生し、成体まで生存しうることを確認できた。これまでに、個体数を増やすとともに、表現型の観察を開始した。また、脳・脊髄におけるTBK1の発現様式を免疫組織化学により検討した。野生型マウスにおいて、TBK1は脊髄運動神経およびオリゴデンドロサイトをはじめとするグリア細胞に発現することを確認した。さらに、野生型および他のALSモデル動物における活性型TBK1の発現様式について予備的データを取得した。TBK1の機能喪失を再現したモデルマウスの作成が完了した。次年度も予定通り実験計画を遂行する。
精神病を呈するてんかん患者の脳機能と脳形態変化に関する研究

てんかん患者にみられる精神病の成因を明らかにする目的で、臨床情報をもれなく記載する新たな多軸診断表を作成し、多施設において調査した。5施設より128例が集積され、男性63例、女性65例、平均年齢39.9±12.8歳、てんかん発症平均年齢13.5±9.8歳、精神病発症平均年齢27.9±9.5歳であった。第1軸の精神病類型は、妄想型分裂病様障害、妄想性障害、急性一過性精神病性障害、破瓜型分裂病様障害、緊張病性障害、幻覚症の順で多く、改めてその多様性が確認された。第3軸の精神病発症時の脳波については、不変例が多く、正常化例は8例、悪化例は4例と少なかった。焦点側に左右差はなく、側頭葉てんかん例でも左側22例、右例22例、両側焦点13例であった。第5軸の脳画像検査では49例に異常が確認されたが、その内容は多彩で脳広汎性萎縮、片側海馬萎縮、脳局在性萎縮、腫瘍性病変、皮質形成異常の順で多かった。既往例の脳病変は34例で確認され、脳炎、出産時障害、脳挫傷、乳幼児期けいれん重積、脳腫瘍性病変術後、脳血管障害の順で、これも多彩であった。知的障害は軽度38例、中等度12例と多く認められた。ついで、これらのてんかん性精神病例と、対照として年齢、性、精神病初発年齢をマッチさせた機能性精神病53例について、McGuffinらが作成したOPCRITを用いて多重操作化診断を行った。評価者間一致率は、90%以上29項目、80%以上26項目、70%以上18項目、60%以上4項目と、OPCRIT評価の妥当性が確認された。てんかん精神病では機能性精神病に比べ、Schneiderの1級症状、妄想体系、1週間以上続く幻聴、被害・迫害妄想、活動の緩慢化、思考の貧困化、感情鈍麻が少なく、理解困難な会話と不適切な感情が多かった。てんかん精神病のDSM-IV診断は、特定不能の精神病性障害が多く、これは側頭葉てんかんと発作後精神病に特徴的であった。てんかん精神病は機能性精神病とは異なったclinical entityと考えられたが、多くの異種性を持った群であり、その成因の同定に本研究で用いた多軸診断による亜型評価が有用であった。てんかん患者にみられる精神病は不均質で多様な病態からなり、その脳機能や脳形態変化を研究するにあたって、妥当な診断分類を基本とする必要がある。そこで今年度はてんかん精神病の分類に関する従来の文献を網羅して新たな多軸分類を提案し、分類基準を定式化した。これに基づいて、てんかん診療を行っている6施設の共同研究により計128例のてんかん精神病例を集積した。平均年齢39.4±12.8歳、てんかん発症年齢13.3±9.8歳、精神病発症年齢27.9±9.3歳であった。

多軸診断の第1軸はてんかん類型と焦点側をコードし、特発性全般てんかん7%,症候性全般てんかん6%,側頭葉てんかん48%,その他の局在関連てんかん35%で、すべてのてんかん類型がみられた。焦点側は左側29%と右側27%が同頻度で、両側焦点例が14%にみられた.第2軸は精神病類型と経過類型をコードし、妄想型分裂病様障害41%、妄想性障害19%、急性一過性精神病性障害17%、破瓜型分裂病様障害10%が多く、緊張病性障害7%、幻覚症6%は少なかった.経過類型は、単一エピソード24%、反復性34%、慢性34%がほぼ同頻度でみられた.第3軸は発作および脳波との関連をコードし、発作間欠期発症が69%,発作後精神病16%,交代性精神病6%,発作増加時精神病3%であった.脳波不変例が38%と多く,脳波正常化例は4%と少なかったが、精神病発症時に脳波検査を施行できない例が52%と少なくなかった.第4軸は発病背景をコードし、特有の性格特徴を有する例が20%、抗てんかん薬治療の変更が関与した例が14%、他の精神障害の併存が12%、明らかな心理環的要因が前駆した例が10%みられた.第5軸は器質的背景をコードし、画像診断で確認できる脳病変が38%、知的障害をもつ例が30%、既往歴で確認できる脳病変が27%であった.てんかん精神病の多様性が改めて明らかとなり、本多軸分類の妥当性が確認され、来年度のてんかん精神病の脳機能や脳形態変化を研究する際の基本とする。てんかん患者にみられる精神病の成因を明らかにするために,臨床情報をもれなく記載する新たな多軸診断表を作成し,多施設において調査した.5施設より128例が集積され,男性63例,女性65例,平均年齢39.9±12.8歳,てんかん発病平均年齢13.5±9.8歳,精神病発病平均年齢27.9±9.5歳であった.精神病類型は妄想型分裂病様障害52例,妄想性障害24例,急性一過性精神病性障害22例,破瓜型分裂病様障害13例,緊張病性障害9例,幻覚症7例と改めてその多様性が確認された.側頭葉てんかんが61例と最も多いが,非側頭葉てんかんや全般てんかんと比べ,精神病類型に特徴はみられなかった.神経生理学的所見については,精神病発症時の脳波変化をみると正常化例が8例,悪化例が4例といずれも少なく,いわゆる強制正常化は比較的まれな現象と考えられた.脳波によるてんかん焦点の側性にも左右差はなく,側頭葉てんかんに限っても左側22例,右側22例,両側13例であった.妄想型分裂病様障害や慢性経過例に左側焦点が多いという結果も得られなかった.脳形態学的所見については,画像検査で異常が確認された例は49例であったが,その内容は脳全般性萎縮,片側海馬萎縮,脳局在性萎縮,腫瘍性病変,皮質形成異常など多彩であった.側頭葉てんかんにおける片側海馬萎縮は11例とさほど多くなかった.これらの脳形態異常の原因を示唆する既往症は34例で確認できたが,脳炎,出産時障害,脳挫傷,乳幼児期のけいれん重積,腫瘍性病変手術後,脳血管障害とこれも多彩であった.てんかん性精神病例に脳障害が多いことを示唆する所見として,軽度精神遅滞が38例,中等度精神遅滞が12例みられた.クラスター分析の結果,精神病発病時に発作頻度が減少し脳波が正常化する例は,発作間欠期精神病の亜型に過ぎず,精神病発病時に発作頻度が増加し脳波が増悪する例は,発作間欠期精神病と発作後精神病の中間に位置する亜型であると考えられた.これらの結果より,てんかん精神病の成因は,てんかん病態が変化して脳波所見や臨床発作の消長に反映する群や,脳形態変化を伴って器質性精神病状態を呈する群も存在するが,薬物的要因,性格的要因,心理環境的要因などが関連する多因子と考えられた.今回の検討で改めててんかん精神病の異種性が明らかとなり,その成因研究にはてんかN精神病の妥当な亜型分類が必須と思われた.
廃棄物溶融スラグの品質改善技術と新利用技術の開発

廃棄物溶融スラグの品質改善技術と新利用技術の開発について研究を実施した。品質改善技術に関しては、焼却灰の溶融特性は、網目形成酸化物であるSiO2と修飾酸化物であるCaOの比である塩基度(CaO/SiO_2)がこれまで溶融処理を行う上での1つの指標として用いられてきた。しかし、両態の酸化物の性質を有する焼却灰主成分のAl_2O_3(中間酸化物)も非常に影響を及ぼすことが判明したため、塩基度に加えてAl_2O_3の量的変動を指標として用い、それらが(1)焼却灰の溶融特性、(2)スラグの物理的強度、(3)スラグの環境安全性に及ぼす影響について検討し、スラグの総合評価を行った。新利用技術の開発に関しては、高流動コンクリートへのスラグ粉体の適用などの検討を行った。(1)溶融特性に及ぼす焼却灰主成分の影響塩基度0.321.61の範囲では、Al_2O_3量10mol%付近で溶融点が極小値を示した。ただし、Al^<3+>はNa_2O等のアルカリ酸化物が共存することで配位数が変化するため、共存しているアルカリ酸化物の量にも注意が必要である。(2)スラグの物理強度スラグの強度の向上には、Si、Ca、Al等が複合結晶として析出し、更に結晶化が進行していることが重要であった。また、結晶好物種によって左右された。(3)スラグの環境安全性Pb溶出濃度は塩基度0.543.2、Al_2O_3量615mol%の範囲で1mg/L以上の高い値を示した。一方、還元雰囲気での溶融操作によって溶出濃度は低減した。(4)総合評価全ての項目が最良となる焼却灰の組成、溶融操作は存在しなかったが、使用目的に応じて、最適な焼却灰の調質、溶融操作法が体系化づけられた。(5)高流動コンクリートへのスラグ粉体の適用混和剤としてスラグ粉体を用いても、良好なフレッシュおよび硬化性状を示す高流動コンクリートの製造が可能なこと、増粘剤を用いることでフローロスが低減可能なことを明らかにした。また、そのメカニズムを水膜モデルで検討した。本研究は溶融プロセスの最適操作手法の確立,溶融操作に基ずくスラグの品質改善技術の開発及びスラグの新利用技術の開発を目的として実施したものである。研究期間2年間の初年度において,以下の研究成果を得た。1.スラグの品質改善・溶融操作改善技術の開発焼却灰の溶融特性,スラグの物理的強度,スラグからの重金属溶出等に及ぼす焼却灰の組成の影響について検討するとともに,焼却灰の調質による溶融性の改善及び主成分であるアルミニュウムの影響について検討した。溶流点,重金属の溶出環境負荷,スラグ強度の3項目では,最も効果的な塩基度はそれぞれ0.81.0,0.5以下,2以上となり,すべての品質項目が最良となる塩基度はない。重金属の溶出環境負荷を最小にするため焼却灰の塩基度を0.5以下にすると,調質前のの塩基度が0.5以上の焼却灰は,すべての塩基度においてスラグの強度,溶融点,総廃棄物量,燃料費がともに悪化する。

最適操作の確立にはそれぞれの品質項目の重み付けが必要である。2.スラグの新利用技術の開発溶融スラグ粉体,溶融パウダー等のハイパフォーマンスコンクリートへの適用性,配合設計について検討した。配合設計における水粉体体積比の算定は,筆者等が提案している水膜モデルを用いておこない,フレッシュ性状を制御した。その結果,微粉際したスラグは混和剤として適用できる可能性を確立した。本年度は,昨年度の成果をふまえ,溶融技術の最適設計手法の確立,溶融操作・焼却灰の組成とスラグ品質の関係,及び高流動コンクリートと窯業原料化等新利用技術について実験・研究を実施した。溶融操作,焼却灰組成がスラグ品質に及ぼす影響を総合評価するため,1)焼却灰の溶融特性,2)スラグの物理的強度,3)溶出試験によるスラグの環境安全性を評価した。(1)溶融特性に及ぼす焼却灰主成分の影響塩基度0.321.61の範囲では,Al_2O_3量10モル%付近で溶融点が極小値を示す。ただし,アルミニュームはNa_2O等のアルカリ酸化物の共存により拝趨が変化する。(2)スラグの物理的強度スラグ強度はSi,Ca,Al等が複合結晶として析出している場合,結晶化度と物理強度に相関性が存在する。結晶が進行しても,結晶鉱物種により強度は左右される。(3)スラグの環境安全性鉛の環境安全性は,溶融雰囲気に左右される。還元雰囲気出は鉛の溶出は軽減されるが,他の重金属の溶出量は酸化雰囲気の方が軽減される。また,還元雰囲気では低沸点物質が飛灰に移行するので,スラグ化率は低下する。(4)総合評価スラグの総合評価では,すべての項目が最良となる焼却灰の調整,溶融操作は存在しなかったが,使用目的に応じて,最適な焼却灰の調質,溶融操作が体系づけられた。高流動コンクリートへのスラグ粉体の適用では,高流動モルタル性状を誌と等しくするのに必要な水量は,開発した水膜モデルを用い,粉体の粒度分布から推定できること,また,水膜モデルを高流動コンクリートへ適用することにより,フレッシュ性状を等しくするコンクリートの水量を算定することを明らかにし,設計手法を確立した。窯業原料化への適用研究では,低温域においてタイルへの適用を確立した。
インドネシア・パプア州の高齢者の食と健康－「フィールド栄養学」の確立にむけて－

2013年3月に、インドネシア・パプア州に暮らす高齢者を対象に、「フィールド栄養学」調査を実施した。この調査には、既存の栄養学的アセスメント法に、独自のFDSK-11【食事の質の調査】を加え、さらに包括的な地域の環境・文化的背景をふまえた「複合型調査モデル」を適用した。2012年2-3月の予備調査から、地理的・政治的な背景から外部との接触が少なく、伝統的な生活が維持されてきたインドネシア・パプア州においても、近年では急激な食事の変化が起こっており、高齢者の健康状態に多大な影響を与えていることを明らかにしていた。特に、パプア州の沿岸部・バデでは、「サゴヤシからコメへ」という主食の大転換が起こっており、健康に対する基礎知識のない現地高齢者が、米のみを多量摂取することで糖尿病を発症し、偏った食事の摂取により貧血になっている例がみられるなど、深刻な問題が起きていた。この調査データをもとに分析を行い、「開発途上地域における糖尿病にみる健康教育の重要性ーインドネシア・パプア州の症例より」(ヒマラヤ学誌2013)に報告している。2013年のフィールド調査では、糖尿病患者宅への1年後のフォローアップを行った。食事が極端に偏っていた症例について、栄養指導により2013年3月の調査時で糖尿病に改善が見られていた。その他の糖尿病の背景についても、栄養アセスメントに加えて地域の環境・文化的背景をふまえた「複合型調査モデル」を用いたことにより、糖尿病の発生の背景に、「健康教育の不足」、「経済的貧困による炭水化物への摂取の偏り」、「移住民の食生活の変化」、「移住民の裕福層」という多様な背景因子があることが明らかとなった。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
社会的経験による昆虫本能行動の発達調節とその脳内分子機構

集団飼育や隔離飼育したコオロギの性行動や闘争行動の発達を調べた結果、生育時の社会的経験の程度が攻撃性や性行動の発達に深く関わっていることが明らかになった。しかし、社会的経験の欠如によって性行動や闘争行動の発達が遅れはするが、定型的行動そのものがくずれることはなかった。コオロギは羽化後直ちに性行動ができるのではなく、羽化後3日間の間に性行動のプログラムが完成するので、卵から隔離したインターネットコオロギを羽化後一定時間隔離した後、12時間おきに成熟した雌に出会わせた場合の交尾率と雌への攻撃率を調べてみた。その結果、羽化後1週間経過しても交尾ができず雌を攻撃するものが現れた。羽化後3日以上隔離した場合、交尾率は100%にならず、雌への攻撃は消えなかった。そこで、羽化後すぐに一定時間インターネットコオロギを集団飼育させてから12時間おきに成熟雌と出会わせてみると、羽化後3日以降は交尾率が100%となり、雌を攻撃するものは一匹もいなかった。以上の結果から、コオロギの本能行動、中でも性行動の発達には幼虫期の社会的経験が不可欠であるように見える。しかし、隔離によって雌の存在が雄の性行動のリリーサとして機能しなくなっても、羽化直後の社会的経験によって回復することから、本能プログラムそのものが隔離によって損なわれたとは考えにくい。むしろ、本能プログラムの基本構成は、社会的経験とは無関係に構築されるが、リリーサを検知する機構やその後の行動の選択に関わる機構の完成に社会的経験が関わっている可能性が高い。クロコオロギの雄は、他の雄に出会うと必ず闘争行動を行う。勝敗はお互いの攻撃性の高さに依存し、攻撃性はそのときのコオロギの内部状態によって様々に変化する。生育環境が発育と闘争行動におよぼす影響を調べるために、飼育状態を集団飼育と単独隔離飼育に分けた。その結果、隔離個体は集団個体に比べ体色が黒く大きく育った。体重差が200mg以上の場合、体重の重い個体が勝つ傾向が顕著に現れた。集団個体間ではディスプレイ中心の穏やかな闘争が多いのに対し、隔離個体間では接触の多い激しい闘争が頻繁に見られた。体重差を100mg以内にして闘わせ、攻撃性のレベルを7段階に分けて定量化した結果、ふ化後の隔離期間の長いものほど攻撃性が高いことが明らかになった。透明なケースで隔離飼育したコオロギ(Internet cricketと命名)は、集団個体や遮光隔離個体よりもはるかに高い攻撃性を示すだけでなく、集団個体は決して手を出さない雌に対しても同様に攻撃を行った。Internet cricketの雌に対する攻撃は、成虫になって(羽化して)3日目まで頻繁に観察されるがその後しだいに減少し、羽化後6日目以降はまつたく見られなくなった。集団個体は羽化してすぐには性行動を示さないが、2日半ほどで交尾を完了するようになるのに対し、Internet cricketは2日目までは攻撃はするがまったく交尾ができず、6日半後に交尾できるようになった。以上の結果から、社会的環境刺激の遮断がコオロギの攻撃性と性行動の発達に強い影響を与えることが明らかになった。このことは、遺伝的に備わっているはずの本能プログラムが環境要因(社会的経験)によって変容することを示しており、行動が社会的な経験を通して発達するというしくみが、行動の適応性を保証するための基本原理として、高等動物だけでなく広く動物共通に組み込まれていることを意味している。
X線CTデータによる薄板構造部品の高品質メッシュ生成

産業用X線CTスキャナーの性能が向上し、様々な機械部品の計測に利用可能となってきた。しかしスキャンされたデータを設計や生産準備で活用するためには、スキャンデータを適切に処理する手法が必要である。特に自動車のボディ等に代表される薄板部品は、溶接によって製作され内部構造をもつためX線CTの適用が望まれていた。設計・生産のデジタルエンジニアリングの中心的なデータ表現はCADモデルに代表されるよう面データであり、X線CTスキャナーから得られる3次元画像であるボリュームモデルではない。そこで、本研究では、ボリュームモデルからメッシュを生成するためのコンタリング法について、特に薄板構造部品の設計等で有用な中立面を生成できるコンタリング法を実現した。本年度は,下記の課題について研究を行った。【課題1中立面生成】基本手法として研究者らが開発してきた,Skeletonization手法によつて中立セルを抽出し,それに対してコンタリングを行う手法の理論的拡張を行い,またそれを実際にプログラムとして実装した。これによって,従来のアルゴリズムを理論的に整理することができ,また実験的には,拡散領域を含めても数ボクセル程度の厚みしかない薄板構造物に適用するための中立セルを計算が安定して計算できるようになった。また,中立セルの抽出には,各ボクセルにおいて物体表面からの距離を求める距離変換と,各セルから最も近い物体表面の最近接ボクセルを求める計算,さらに物体表面上の2ボクセル間の物体の表面にそった測地距離計算が必要となる。薄板の場合,前者の二つは厚みが無いので計算量は問題にならないが,測地距離の計算量は問題となる。中立セルの抽出のためには,厳密な測地距離の値は必要がないので,その性質を利用して計算量を10分の1程度に減少させることができた。【課題2大規模データ処理】大型の自動車部品全体を計測するとそのボリュームモデルは20003=8ギガボクセル以上の大きさとなり,単純に考えると通常のPCではメモリーが不足する。中立面計算アルゴリズムを,ボリュームモデルをクラスタと呼ばれる部分領域に分割して実行するアルゴリズムを検討した。そして,まず距離変換をクラスタベースで実施するアルゴリズムと,その実装を行った。Sparse griddistance transformという新しいアルゴリズムとデータ構造を開発し,計算時間を無視すれば,少メモリーのPCでも大規模計算ができるようなった。これにより,中立面に同様のアルゴリズムを適用できる見通しを得た。本年度は、下記の課題について研究を行った。【課題1中立面生成】基本手法として研究者らが開発してきた、Skeletonization手法によって中立セルを抽出し、それに対してコンタリングを行う手法の理論的拡張を行い、またそれを実際にプログラムとして実装した。これによって、従来のアルゴリズムを理論的に整理することができ、また実験的には、拡散領域を含めても数ボクセル程度の厚みしかない薄板構造物に適用するための中立セルを計算が安定して計算できるようになった。また、中立セルの抽出には、各ボクセルにおいて物体表面からの距離を求める距離変換と、各セルから最も近い物体表面の最近接ボクセルを求める計算、さらに物体表面上の2ボクセル間の物体の表面にそった測地距離計算が必要となる。薄板の場合、前者の二つは厚みが無いので計算量は問題にならないが、測地距離の計算量は問題となる。中立セルの抽出のためには、厳密な測地距離の値は必要がないので、その性質を利用して計算量を10分の1程度に減少させることができた。【課題2大規模データ処理】大型の自動車部品全体を計測するとそのボリュームモデルは20003=8ギガボクセル以上の大きさとなり、単純に考えると通常のPCではメモリーが不足する。中立面計算アルゴリズムを、ボリュームモデルをクラスタと呼ばれる部分領域に分割して実行するアルゴリズムを検討した。そして、まず距離変換をクラスタベースで実施するアルゴリズムと、その実装を行った。Sparse griddistance transformという新しいアルゴリズムとデータ構造を開発し、計算時間を無視すれば、少メモリーのPCでも大規模計算ができるようなった。これにより、中立面に同様のアルゴリズムを適用できる見通しを得た。機械部品のCT画像からポリゴンを生成する方法としてMarching Cubesなどの等値面生成法が知られているが,薄板で構成される機械部品のCT画像に対しては,物体の中心を通る中立面が生成されることが望ましい.しかし,従来手法(例えば[1])の多くは,中立面のボクセル表現である中立ボクセルを抽出した後,隣接するボクセルを利用してポリゴンを作成している.この方法は,ジャンクション部において小袋状の不必要なポリゴンを生成しやすいため,CT画像には存在しない小袋構造ができる場合がある.ここでは薄板部品のCT画像を対象とした非多様体メッシュ生成手法を提案する.

本手法は,Ohtakeらの提案した点群のサブサンプリングによる2多様体メッシュ生成手法を,ボクセルからの非多様体メッシュ生成に応用する.位相を考慮した順番でサブサンプリングすることで,ポリゴン生成時に発生する不必要な面の生成を防ぐ.また,サブサンプリングにより,中立ボクセル抽出時に失われた複雑な非多様体特徴を復元したメッシュが生成する方法を開発した。この方法をコンピュータプログラムとして実装し、様々な薄板部品のCTで一たに適用することによって本手法の評価を行った。中立面のジャンクション部分や境界部分を抽出し、全ての例題でジャンクション部分で、既存手法で問題となるような小袋が作成されていないことが確認できた.現在の実装では計算時間に改善の余地が残っており、その最大のボトルネックは,ボロノイ図の構築のために領域拡張法を用いている点である,1000x1000x1000程度のボリュームデータでは1日以上かかっている.並列化などによる高速化が求められる.
ヴェイユ相互律に基づくモチーフ理論と代数的サイクル

ホモトピー不変とは限らない現象を扱えるような「モジュラス付き」モチーフの三角圏を構成した。これはVoevodskyの構成したモチーフの三角圏の拡張である。この圏はわれわれが過去に導入した相互層の理論と密接な関係にある。また、このHodge理論における対応物である「モジュラス付き」混合Hodge理論の研究も行った。特に、モジュラス付き曲線から構成されるNoriモチーフがLaumon 1-モチーフの圏と同値になることを証明した。これはモジュラスのない場合はDeligne 1-モチーフと同値になるというAyoubとBarbieri-Vialeの結果の拡張である。Voevodskyは混合モチーフの導来圏にあたる三角圏を構成したが、その際「ホモトピー不変性」という性質を基礎に置いていた。しかし、曲線のモジュラス付き(一般)ヤコビ多様体、可換代数群、微分形式やde Rham-Witt微分形式の層など、モチーフ論における基本的な対象でホモトピー不変性を満たさないものは多い。これらを扱えるような理論を構築することがこの研究の目標である。この問題について、Bruno Kahn氏・斎藤秀司氏との共同研究で、モジュラス付きモチーフの三角圏を構成した。これはVoevodskyの三角圏を真に大きくした三角圏であり、多様体とモジュラスのペアに対しては「モジュラス付きモチーフ」と呼ばれるこの圏の対象が自然に定まる。この圏についてこれまでに得られた最も重要な成果は、射の空間が高次Chow群に同型となることが、特別な場合だけではあるが、証明されたことにある。これはVoevodskyの圏における基本性質の類似である。Voevodskyの三角圏がホモトピー不変なNisnevich層の圏と密接にかかわったように、我々の圏はWeil相互律を満たすNisnevich層(相互層)の圏と密接にかかわりがある。相互層は昨年度までに我々が詳しく研究してきた。上で挙げた曲線のモジュラス付きヤコビ多様体、可換代数群、微分形式の層、de Rham-Witt微分形式の層などはすべて相互層であることが確認されている。Kay Ruelling氏との共同研究で、相対曲線のモジュラス付きSuslinホモロジーを計算した。これはSuslin-Voevodskyによるモジュラスのない計算を一般化したものとみなせる。しかしながら、モジュラスがあるとホモトピー不変性が成り立たないため、証明には全く異なる原理が必要となる。本研究の最大の目標である、モジュラス付きモチーフの三角圏を構成することに成功した。この結果はすでにプレプリントとして公開している。これにより、当初の計画よりもずっと早く研究が進展しているといえる。ただし、その基本性質でまだ十分には解明されていない点が課題として残っている。Voevodskyの構成したモチーフの三角圏は代数的サイクルやモチーフの研究における基礎理論として広く用いられている。Bruno Kahn氏・斎藤秀司氏との共同で、この圏のモジュラスによる拡張を研究している。これまでに、モジュラス付きモチーフの三角圏を構成し、特異点解消の仮定の下で次のような性質を確立した。(1)この圏における射の空間はモジュラス付きSuslinコホモロジーを正しく計算する。応用としてモジュラス付きSuslinホモロジーがNisnevich降下を満たすことが証明できる。(2)この圏には中心が相互層の圏と同値となるようなt-構造が入る。相互層はホモトピー不変層の拡張としてわれわれが以前の研究でで導入したものであるが、その理論との関係が明らかになった。(3)モジュラス付き曲線のモチーフは一般ヤコビ多様体で記述される。これはKay Ruelling氏との共同研究の結果の応用として得られる。最近のAyoubとBarbier-Vialeによる研究で、曲線と被約な因子の組から生じるNoriモチーフはDeligne 1-モチーフの圏と同値になることが示された。この拡張をFlorian Ivorra氏と共同で研究した。被約とは限らないモジュラス付き曲線から生じるNoriモチーフを構成し、基礎体が有理数体の場合はそれがLaumonの意味の1-モチーフと同値になることを証明した。基礎体に関する過程は技術的なもので、さらなる一般化が望まれる。モジュラー曲線のヤコビ多様体の有理点のねじれ部分は、数論における重要な研究対象としてMazurなどにより多くの研究がなされてきた。同様な問題をカスプをモジュラスとする一般ヤコビ多様体に対して考えることができる。Yifan Yang氏との共同研究で、レベルが素数の冪の場合に、この問題に満足のいく解答を得ることができた。Bruno Kahn氏・斎藤秀司氏との共同研究では、昨年度までにモジュラス付きモチーフの三角圏が構成できていた。その基本性質の確立が重要な課題であったが、それに関して上記のような多くの進展を得ることができた。さらに、このモジュラス付きモチーフというテーマについて、これとは異なる側面からも研究が進展した。具体的には上記したNoriモチーフに関するFlorian Ivorra氏との共同研究や、モジュラー曲線の一般ヤコビ多様体に関するYifan Yang氏との共同研究であるが、これらはどちらも当初の計画では予期していなかったもので、期待以上の進展がみられている。Voevodskyの構成したモチーフの三角圏はモチーフの研究における基礎理論として広く用いられているが、ホモトピー不変でない現象を捕まえることができない。

Bruno Kahn氏・斎藤秀司氏との共同研究において、それを可能にするような拡張である「モジュラス付きモチーフの三角圏」を構成した。また、ホモトピー不変層の拡張としてわれわれが過去に導入した相互層とモジュラス付きモチーフの関係を研究した。BlochとSrinivasは混合Hodge構造の理論の拡張であるenriched Hodge構造の理論を提唱したが、その理論は双対性を持たないなどの理由でさらなる拡張が期待されていた。Barbieri-Vialeや加藤・Russellなどによりレベル1の場合はそのような拡張が知られていた。Florian Ivorra氏と私の共同研究では、これらを一般のレベルへと拡張した「モジュラス付き混合Hodge構造」を定義した。これは自然な双対性を有する。また、非特異完備多様体と二つの因子の組に対してその相対コホモロジーにモジュラス付き混合Hodge構造を(関手的に)入れることができる。この応用として、加藤・Russellによる「モジュラス付きAlbanese多様体」を1-モチーフに拡張した。モジュラー曲線のヤコビ多様体の有理点のねじれ部分は、数論における重要な研究対象として古くより研究されていた。同様な問題はカスプをモジュラスとする一般ヤコビ多様体に対して考えることができる。昨年度はYifan Yang氏との共同研究で、レベルが素数の冪の場合にこの問題に満足のいく解答を得ることができた。今年度はFu-Tsun Wei氏との共同研究で、レベルが平方因子を持たない場合に同様の結果を得た。さらに、正標数関数体上でDrinfeldモジュラー曲線に対する類似も得ることができた。ホモトピー不変とは限らない現象を扱えるような「モジュラス付き」モチーフの三角圏を構成した。これはVoevodskyの構成したモチーフの三角圏の拡張である。この圏はわれわれが過去に導入した相互層の理論と密接な関係にある。また、このHodge理論における対応物である「モジュラス付き」混合Hodge理論の研究も行った。特に、モジュラス付き曲線から構成されるNoriモチーフがLaumon 1-モチーフの圏と同値になることを証明した。これはモジュラスのない場合はDeligne 1-モチーフと同値になるというAyoubとBarbieri-Vialeの結果の拡張である。構成に成功したモジュラス付きモチーフの三角圏の基本性質を明らかにする。そのための初めのステップとして、相対曲線のモチーフを計算する。これには、本年度にKay Ruelling氏との共同研究で得られた、相対曲線のモジュラス付きSuslinホモロジーの計算が応用できると見込んでいる。Bruno Kahn氏・斎藤秀司氏との共同研究は、プレプリントをまとめる最終段階に達している。まずはこれを完成させて公開する。6月にFlorian Ivorra氏を東北大学に20日ほど招聘するので、この期間はNoriモチーフについて集中的に議論を行う。
蛍光性有機液体ナノ粒子の創出と細胞内蛍光イメージングへの応用

前年度は可視光近赤外光で励起でき,褪色に強く高輝度な有機蛍光ナノ粒子の創製を目指した。トリアルキルシリル基を導入したホスホール色素は,有機溶媒中では高い耐光性を示したが,無溶媒の液体色素の状態では,予想に反して光照射による著しい減衰が認められた。液体蛍光色素特有の性質であったことから,色素間の相互作用が寄与している可能性が示唆された。本年度は,蛍光ナノ粒子の実践的な応用を志向して,高耐光性の近赤外蛍光ナノ粒子の創製を目指した。リン原子を含むローダミン色素PREX710は,化学的安定性および耐光性に優れた近赤外蛍光色素である。まず,PREX710を内包したナノ粒子の合成条件について検討した。色素同士の凝集による蛍光消光を避けるため,ナノ粒子を構成するマトリックスとしてシリカを用いた。さらに,PREX710の流失を抑制するために,PREX710をデキストランに連結させ,逆ミセル内部を反応場とするゾル・ゲル法によりナノ粒子を合成した。このとき,ナノ粒子の輝度が最大となるよう,PREX710とデキストランの混合比を調整した。透過型電子顕微鏡の画像解析から約30 nmのナノ粒子がほぼ均一サイズで得られることがわかった。次に,ナノ粒子の水中での分散性を高めると同時に,血中での非特異的な吸着を抑制するため,ナノ粒子表面をポリエチレングリコール(PEG)で修飾した。得られた修飾ナノ粒子を担癌マウスの尾静脈から投与し,その様子をin vivo光イメージング装置で観察したところ,腫瘍からの蛍光シグナルが取得された。これは,新生した不完全な血管からナノ粒子が流出し,腫瘍に蓄積したため(EPR効果)である。この結果から,PREX710を内包した蛍光ナノ粒子は,in vivoイメージングにおいて有用であることが確認された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題である「蛍光性有機液体ナノ粒子の創出と細胞内蛍光イメージングへの応用」について,28年度は主に蛍光性有機液体ナノ粒子の創出に取り組んだ。まず,ピレン骨格にトリアルキルシリル基を導入して,ピレンの融点を室温以下にさげることで,種々の液体ピレンを作製した。アルキル基の効果について検討したところ,cis-オレフィンを有するピレンが最も低い粘度を示した。液体ピレンを用いてナノ粒子を作製し,粒径と粘度の相関関係について検証したところ,低粘度液体の方が小さい粒子を与え,DLSから平均粒径が150 nm程度であることを明らかにした。また,得られたナノ粒子は水中でも凝集せず,長期間安定に存在した。次に,単一励起波長によるマルチカラーイメージングを目指し,発光色のチューニングを行った。通常,多色の発光特性をもつ蛍光ナノ粒子を作製するためには,ナノ粒子作製前に予めドーパントを添加して調整しておく必要がある。一方,本研究ではナノ粒子内部が液体であるという特性を活かし,新たなカラーチューニング法を見出した。すなわち,ナノ粒子の水分散液に他の発光色を示す脂溶性蛍光分子(ドーパント)を添加すると,これらの色素が自発的にナノ粒子内部に取り込まれるという現象である。この場合,青色発光を示すピレン近傍にドーパントが存在するため,効率的な蛍光共鳴エネルギー移動がおこり,発光色が変化することを明らかにした。実際,緑および赤色蛍光を示すドーパントを適量添加するという簡便な操作で,単一励起波長によるフルカラー発光を実現し,本成果をJ. Mater. Chem. Cに報告した。液体ピレンを内包した蛍光ナノ粒子はカラーチューニング可能な新たな機能性材料であることを示したが,このものは光安定性に乏しく,光照射によって速やかに褪色してしまった。これを克服するため,当研究室から近年報告された超耐光性蛍光色素を基盤にし,これをトリアルキルシリル基で修飾することによって液体化することを試みた。様々な条件検討を重ねた結果,目的とする液体蛍光色素を得ることができた。実際,このもののアセトニトリル溶液にキセノンランプを長時間照射しても全く褪色が認められなかった。しかし,これをナノ粒子化した場合には予想に反する結果となった。すなわち,溶媒が存在しない条件では光照射による吸光度の変化が認められ,蛍光強度も大きく減少してしまった。溶液状態に比べてナノ粒子の蛍光褪色が早くなってしまった原因については定かでないが,色素同士の分子間相互作用が可能性として挙げられる。質量分析等で反応生成物を同定し,次の課題に繋げたい。一方,表面修飾については葉酸をナノ粒子表面に担持することができ,細胞選択的なナノ粒子の取り込みを達成できる可能性を見出した。前年度は液体ピレンを開発し,これを内包した蛍光性有機液体ナノ粒子の創出に成功した。しかし,液体ピレンは耐光性に乏しく,かつ励起には紫外光を必要とするため,蛍光イメージングを実施するには至らなかった。そこで平成29年度は,蛍光イメージングへの実践的な応用を指向し,可視光近赤外光で励起でき,褪色に強く高輝度な有機蛍光ナノ粒子の創製を目指した。我々が近年報告した超耐光性蛍光色素は,リンと炭素原子で橋かけした構造をもち,強レーザー光照射下でもほとんど褪色しないことが特徴である。

この骨格を基盤に,前年度開発したトリアルキルシリル基を導入することによって液体化を図った。シリル基の導入位置やアルキル基の種類について検討し,液体色素を効率的に合成する方法を確立した。まず,得られた色素について溶媒中およびneatの状態で光物性を評価し,その違いについて検討した。吸収スペクトルはいずれの状態でもほとんど変化せず,440 nm程度に極大波長を有していた。したがって可視光での励起が可能である。一方蛍光スペクトルは溶媒依存性があり,極性に応じて480-610 nmまで変化した。また無溶媒の場合は560 nmに蛍光極大を示した。どの環境においても比較的高い蛍光量子収率を与えたことから,有用な色素骨格であると期待された。そこで,前年度の手法に倣い本分子を用いて液体蛍光ナノ粒子を合成し,その有用性について評価した。検討の結果,吸収および蛍光スペクトルはneat状態のものとほぼ同様であった。しかし。耐光性について検討したところ,ナノ粒子の吸収は光照射によって著しく減衰する様子が認められた。このような現象は溶媒希釈条件下では確認されたなかったことから,液体蛍光色素特有の性質であり,色素間の相互作用が何らかの形で寄与している可能性が示唆された。本年度は,目的としていた「超耐光性蛍光色素を基盤とした液体蛍光色素の創製」を達成した。液体化を誘導する官能基の種類や導入位置によって色素の粘性が大きく変化するため,種々の分子を系統的に合成し,液体蛍光ナノ粒子のコア構造の最適化を図った。実際,合成した液体色素を用いたナノ粒子の作成,および生細胞の蛍光イメージングまで実施できたことから,本課題はおおむね順調に進展しているといえる。一方,合成した液体蛍光色素は期待したとおりの耐光性を獲得することができなかった。有機溶媒に溶解させた場合には超耐光性を示したことから,色素の濃度が重要な要素である。この点が改善できれば,当初計画以上の進展も見込める。前年度は可視光近赤外光で励起でき,褪色に強く高輝度な有機蛍光ナノ粒子の創製を目指した。トリアルキルシリル基を導入したホスホール色素は,有機溶媒中では高い耐光性を示したが,無溶媒の液体色素の状態では,予想に反して光照射による著しい減衰が認められた。液体蛍光色素特有の性質であったことから,色素間の相互作用が寄与している可能性が示唆された。本年度は,蛍光ナノ粒子の実践的な応用を志向して,高耐光性の近赤外蛍光ナノ粒子の創製を目指した。リン原子を含むローダミン色素PREX710は,化学的安定性および耐光性に優れた近赤外蛍光色素である。まず,PREX710を内包したナノ粒子の合成条件について検討した。色素同士の凝集による蛍光消光を避けるため,ナノ粒子を構成するマトリックスとしてシリカを用いた。さらに,PREX710の流失を抑制するために,PREX710をデキストランに連結させ,逆ミセル内部を反応場とするゾル・ゲル法によりナノ粒子を合成した。このとき,ナノ粒子の輝度が最大となるよう,PREX710とデキストランの混合比を調整した。透過型電子顕微鏡の画像解析から約30 nmのナノ粒子がほぼ均一サイズで得られることがわかった。次に,ナノ粒子の水中での分散性を高めると同時に,血中での非特異的な吸着を抑制するため,ナノ粒子表面をポリエチレングリコール(PEG)で修飾した。