hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
近赤外電荷移動吸収を有する新規増感剤を用いた高効率色素増感太陽電池

本研究は、低コストな次世代太陽電池として期待される色素増感太陽電池のさらなる高性能化に向け、高効率な近赤外光電変換の実現を目的としている。昨年度は、長波長領域に電荷移動遷移(MLCT)を示す様々な金属錯体を合成してきた。そして当該年度は、昨年度の研究によって見出された強いスピン禁制遷移を示す金属錯体の基礎的な物理物性を測定し、光電変換に対する寄与を明らかにすることと、それらを増感色素として用いた色素増感太陽電池のデバイス条件の最適化を行った。基礎物性について、低温のりん光と吸収スペクトル測定などからスピン禁制遷移の帰属を行い、特定の構造で強いスピン禁制遷移が現れることを確認することができた。この知見を基に合成したリン配位ターピリジルRu増感色素を用いた色素増感太陽電池は、1000nmを超える近赤外領域に及ぶ分光感度を示し可視域全域で80%以上の量子効率を実現し、従来の高効率増感色素に比べて量子効率を低下させること無く100nm以上の長波長化に成功した。さらに有機系太陽電池として世界最高となる光電流が得られた。またこの増感色素を用いた太陽電池のデバイス作成条件を最適化することよって10%を超える効率が得られた。一方、従来のシングルジャンクション型の色素増感太陽電池では発電時の熱的損失を伴うので、それらを改善させるために全有機系太陽電池型のタンデム型色素増感太陽電池を作成した。旧来のRu増感色素をトップセルとし、本色素を近赤外光吸収ボトムセルとしたタンデム型色素増感太陽電池において11.4%のエネルギー変換効率が得られ、超高効率有機系太陽電池の実現に向け飛躍的な進歩が見られた。よって本研究は、広帯域増感色素の設計指針を与え、高効率なタンデム型色素増感太陽電池を実現させるなど、高効率化技術の開発に大いに寄与することができた。本研究は、次世代太陽電池として注目されている色素増感太陽電池の高効率化に向け、分光感度の長波長化と近赤外領域の光電変換効率向上を目指したものである。当該年度では、高効率近赤外光電変換の実現に向けた増感色素の設計指針として、強いアクセプター性配位子を用いた新規Ru錯体の合成と、基底一重項から励起三重項へのスピン禁制遷移に着目し、計画的に研究が行われた。スピン禁制遷移は本来ほとんど観測されることの無い極めて強度の弱い遷移であるが、励起一重項と励起三重項状態のミキシングを分子構造で制御することによって、禁制遷移の振動子強度を向上させることに成功した。この知見を基に合成したリン配位ターピリジルRu増感色素を用いた色素増感太陽電池は、1000nmに及ぶ分光感度を示し可視域全域で80%以上の量了効率を実現し、従来の高効率増感色素に比べて量子効率を低下させること無く100nm以上の長波長化に成功した。さらに有機系太陽電池として世界最高となる26.8mAcm^<-2>の短絡電流が得られた。旧来のRu増感色素をトップセルとし、本色素を近赤外光吸収ボトムセルとしたタンデム型色素増感太陽電池において、現状で11.3%のエネルギー変換効率が得られ、超高効率有機系太陽電池の実現に向け飛躍的な進歩が見られた。今後トップセルの酸化チタン膜の膜厚や光透過率の最適化、各セルの電解液を調節することで更なる高効率化が期待される。

よって本研究は、広帯域増感色素の設計指針を与え、高効率なタンデム型色素増感太陽電池を実現させるなど、高効率化技術の開発に大いに寄与することができた。
ストレス性精神症状改善に向けた抑肝散によるmicroRNA制御機構の解明

本研究課題では、ストレス性の精神疾患発症に関して、全く新規の分子機序に基づいた確定的診断方法や根本的な新規うつ病性障害や不安障害等の治療薬への臨床応用、さらには予防措置の開発に展開するための基盤研究を実施する。すなわち、環境ストレス負荷によるHPA axis制御不全に関する全く新規の分子機序の解明を目指す。具体的には、神経症状に効果を示す抑肝散等の漢方薬によるmiR-18, miR-124a等の調節を介したGR発現制御の分子機序を解明することにより、HPA axis制御不全を起源とするうつ病性障害や不安障害等の精神疾患発症機序の解明を目指したい。
独立栄養細菌(Thiobacillus属)の宿主・ベクター系の開発

1.Thiobacillus属細菌の固体培養法の開発:T.ferrooxidansAP19-3株、T.thiooxidans ON106の株の両株を、Silvermanの9K基本培地にエネルギー源として、それぞれ3%FeSO_4及びコロイド硫黄を用いて、ゲル化剤としてアガロース及びゲランガムを使用して固体培養を行い、良好なコロニーを形成させることが出来た。2.ベクターの開発:AP19-3株及びON106株のプラスミドの存在について検討した結果、前者には9.1Kbのプラスミド(pTF1)が存在した。制限酵素地図を作成したところ、EcoR1とPstIの2種の制限酵素による単一切断部位を有していた。そこでpTF1のEcoRI切断部位にpUC19を連結し、ハイブリドプラスミド(pTF101、11.8Kb)を作成した。後者もプラスミドを保有していると推測されたので、1)で確立した固体培養法を用いてsingle cellよりプラスミド(pTT1)を単離した。現在制限酵素地図を作成中である。シャトルベクター構築のためには、協力なプロモーターが必要である。そこで大腸菌のプロモーター検索用プラスミド(pMC1403)を用い、AP19-3株のプロモーター遺伝子のクローニングを行った。その結果、10数株のプロモーター領域挿入プラスミドが得られた。これらの株よりプラスミドを単離し、分析したところ様々の長さのフラグメントが挿入されていることが確立されたので、今後更に小型化し、プロモーター活性の検討や塩基配列の決定を行いたい。3.Thiobacillus属細菌の宿主としての可能性の検討:両菌株について制限・修飾系を検討した結果、ON106株に制限・修飾系の存在が認められた。一方、AP19-3株には制限・修飾系が認められず宿主として使用可能と考えられた。また、同菌株についてスフェロプラスト化の条件を確立することが出来たので、今後、形質転換に利用出来ると考えられる。
水素ー金属系に対する磁場効果

1.金属-水素系のギブス自由エネルギー変化の電気化学的表現、ΔGec=-nFΔEおよび、磁気自由エネルギー変化がΔGmag=-2HΔMsで示されることから、平衡状態(ΔG=ΔGec+ΔGmag=0)では磁場によって平衡電位が(1)式にしたがうように変化することを導いた。ここで、Hは磁場強度[T]、F(=96485C/mol)はファラデー定数、ΔMsは電極の水素化物が水素原子1molを解離することにともなう磁化の変化であり、強磁性金属水素化物では正から負の広い範囲に渡る値をとる。2.LaCo_5H_X、LaNi_5H_X、LaNi_4A1H_Xで電極を作製し、30wt%KOH電解液中で平衡電位に及ぼす磁場の影響を測定した。15Tまでの静磁場をパルス状に印加したところLaCo_5H_X電極については電位に磁場効果があらわれたが、LaNi_5H_XとLaNi_4A1H_X電極についてはあらわれなかった。これはLaNi_5H_XとLaNi_4A1H_Xがともに非磁性物質(ΔMs=0)であるため、電位に対して磁場が影響しなかった。LaNi_5H_Xの電位は全水素組成範囲においてΔMs>0であるので、理論通り、磁場によって卑側に変化した。室温でα+β領域のLaNi_5H_XのΔMsは8.7JT^<-1>mol^<-1>であるから、ΔMsの磁場依存性は、(1)式より電位変化ΔEは磁場強度Hに比例し、その勾配は-90μV/Tが得られる。観測されたΔEは磁場の印加方向に依存せず、±10Tで-1.0mVと、理論値-0.9mVとよい一致を示した。ΔEは10Tまで磁場強度と比例関係があったが、これ以上15Tまではその傾きが大きくなる傾向を示した。これは主にβ相水素化物の磁気モーメントが超強磁場中で増加し、ΔMsの絶対値が増加したためと考えられる。
強力な血管作動性物質ウロテンシンIIの生理的、病態生理的意義

【目的】Urotensin II(UT II)は受容体GPR-14を介して強力な心臓・血管収縮作用を発現するが、その生理的役割の詳細は不明である。急性および慢性ストレス時の組織UT II、GPR-14の動態を検討した。【方法】雄性WKY/Izmの頚静脈からの脱血ストレスあるい10分間の拘束ストレス後、心臓、副腎、大動脈を摘出し、UT II、GPR-14 mRNA発現を検討した。慢性ストレスモデルとしてSHR-SPを用い、心臓組織中UT-II、GPR-14 mRNA発現を正常血圧ラットと比較し、アンジオテンシン受容体拮抗薬(ARB)の影響を検討した。更にUT-IIの慢性的影響を検討するため、ラットに浸透圧ポンプを用いて4週間にわたり皮下投与し、血圧、ET-1mRNA発現に及ぼす影響を検討した。【結果】脱血ストレスにより副腎UT-IIとGPR-14 mRNA発現、心臓GPR-14 mRNA発現の増加を認めた。拘束ストレスにより、副腎UT-II mRNAとGPR-14 mRNAの増加を認めた。副腎UT-IIとGPR-14はいずれもcapsular portionで有意に増加し、decapsular portionでは著変を認めなかった。左室UT-II mRNA発現の増加を認めたが、右室では著変を認めなかった。心臓GPR-14 mRNAは不変であった。大動脈UT-II, GPR-14 mRNAは著変なかった。SHR-SPはWKYと比較し心臓GPR-14 mRNA発現は有意に減少を示し、ARB投与により増加を認めた。UT-IIの慢性投与では血圧、心臓組織中のET-1 mRNA発現には有意な変動を認めなかった。【結論】副腎、心臓におけるUTII/GPR-14系はパラクリン様式にて生体のストレス応答に重要な役割を担う事が示唆された。
自己免疫性抗プロテインジスルフィドイソメラーゼ抗体は肝臓の病態変化のマーカーとなりえるか?

自然肝炎発症(LEC)ラット血清中に肝炎発症に先立って、肝ミクロゾームのプロテインジスルフィドイソメラーゼ(PDI)に対する自己免疫性抗体の出現を明らかにした。本研究では肝炎または肝障害発症と抗PDI抗体の関わりについて検討した。(1)実験的薬物性肝炎発症の動物モデルとして、ラットを用いて各種肝炎発症薬物を投与した。血液の生化学的検査値と抗PDI抗体を測定した。その結果、D-ガラクトサミン、アセトアミノフェンとジエチルマレエ-トの併用、または、四塩化炭素とジエチルマレエ-トの併用投与の場合に高い力価の抗PDI抗体が認められた。四塩化炭素、アセトアミノフェン、DL-エチオニン単独投与では低い力価の抗PDI抗体が認められた。種々の生化学値の中で、血清GPT活性が抗PDI抗体産生と相関を示した。(2)自己免疫性抗PDI抗体と肝炎発症に対する薬物の作用・効果を検討する目的で、免疫抑制剤であるシクロスポリン、銅排出促進剤であるD-ペニシラミンをLECラットに23週間投与し、血液の生化学検査値、抗PDI抗体価を調べた。その結果、対象群で半数(8匹中4匹)が肝炎で死亡したが、シクロスポリン投与群では7匹中1匹、D-ペニシラミン投与群では死亡個体は認められなかった。いずれの群においても抗PDI抗体は死亡個体において有意に高い価を示した。これらのことより、抗PDI抗体は致死性の指標となるが、生化学検査値により判断される肝炎の発症・進展とは相関を示さないことが明らかとなった。(3)抗PDI抗体のヒト肝障害の診断マーカーとしての利用を検討する目的で、ヒト肝炎、肝硬変、アルコール性肝障害患者等の血清を用いてラジオイムノアッセイにより自己免疫性抗PDI抗体について測定した。その結果、中等度と重症のアルコール性肝障害患者においてそれぞれ46%、54%が、健常人(8%)に対して有意に高い値(2SD以上)を示した。肝硬変患者では64%であった。急性肝炎、SLE、肝癌では有意に高い値を示さなかったことより、抗PDI抗体の発現は、慢性の肝臓疾患の診断マーカーとなることが示された。LECラット血清中に肝炎発症に先立って、肝ミクロゾームのプロテインジスルフィドイソメラーゼ(PDI)に対する自己免疫性抗体の出現を明らかにした。また、実験的薬物性肝炎発症のモデル動物で、肝炎発症と抗PDI抗体の関わりについて検討をしてきた。本年度は以下の検討を行なった。(1)自己免疫性抗PDI抗体と肝炎発症に対する薬物の作用・効果を検討する目的で、免疫抑制剤であるシクロスポリン、銅排出促進剤であるD-ペニシラミンと漢方製剤(TJN-101,[(+)-(6S,7S,R-biar)-5,6,7,8-tetrahydro-1,2,3,12-tetramethoxy-6,7-dimethyl-10,11-methylenedioxy-6-debenzo[a,c]cyclooctenol])をLECラットに23週間投与し、血液の生化学検査値、抗PDI抗体価を調べた。

その結果、対象群で半数(8匹中4匹)が肝炎で死亡したが、シクロスポリン投与群では7匹中1匹、D-ペニシラミン投与群では死亡個体は認められなかった。TJN-101投与群では7匹中4匹が死亡したが、死亡時期が10週程度延長した。いずれの群においても抗PDI抗体は死亡個体において有意に高い価を示した。これらのことより、抗PDI抗体は致死量の指標となるが、生化学検査値により判断される肝炎の発症・進展とは相関を示さないことが明らかとなった。(2)抗PDI抗体のヒト性肝障害の診断マーカーとしての利用を検討する目的で、ヒト肝炎、肝硬変、アルコール性肝障害患者等の血清を用いてラジオイムノアッセイにより自己免疫性抗PDI抗体について測定した。その結果、中等度と重症のアルコール性肝障害患者においてそれぞれ46%、54%が、健常人(8%)に対して有意に高い値(2SD以上)を示した。肝硬変患者では64%であった。急性肝炎、SLE、肝癌では有意に高い値を示さなかったことより、慢性の肝臓疾患の診断マーカーとなることが示された。1、2で得られた結果については、それぞれ投稿中である。自然肝炎発症(LEC)ラット血清中に肝炎発症に先立って、肝ミクロゾームのプロテインジスルフィドイソメラーゼ(PDI)に対する自己免疫性抗体の出現を明らかにした。さらに、抗PDI抗体と肝炎発症の関係における免疫抑制剤、銅排出剤や漢方製剤の作用・効果を検討してきた。本年度は以下の検討を行なった。実験的薬物性肝炎発症の動物モデルとして、ラットを用いて各種肝炎発症薬物を投与し、抗PDI抗体の生成を中心として、血液の生化学的検査値等を測定した。その結果、D-ガラクトサミン、アセトアミノフェンとジエチルマレエ-トの併用、または、四塩化炭素とジエチルマレエ-トの併用投与の場合に高い力価の抗PDI抗体が認められた。四塩化炭素、アセトアミノフェン、DL-エチオニン単独投与では低い力価の抗PDI抗体が認められた。ジエチルマレエ-ト単独投与では抗PDI抗体は認められなかった。種々の生化学値の中で、血清GPT活性が抗PDI抗体産生と相関を示した。肝炎発症において抗PDI抗体の産生は重要な役割を担っていることが考えられた。本研究によって得られた成果については、J.Tox.Sci.に公表した。
3次元的な構造修飾性を有するヒドリンダセンマクロサイクルの構築とその動的構造制御

大環状構造をもつマクロサイクルは、内部空孔へのゲスト分子の取り込み積み重ねることでチューブ状構造への組織化が期待される化学種である。これらの特性を引き出すためにはマクロサイクル上の官能基の秩序だった位置への導入が不可欠である。本研究では3次元的な構造修飾性を有するヒドリンダセン分子を基本骨格とすることで鉛直方向および周囲方向によく定義された様々な官能基配列を有するマクロサイクルの構築に成功した。A.回転が束縛されたヒドリシダセンユニットで構成される3次元的によく定義された方向への構造修飾性をもつマクロサイクルの構築H20年度は、先に合成したヒドリンダセン骨格の2, 6位をジイン結合によって連結したマクロサイクルにおけるモノマーユニットである2, 6-ジエチニルヒドリンダセン誘導体の効率的合成法を開発した。また、マクロサイクルの鉛直方向への構造修飾性を検討すべく、4, 8-ジブロモヒドリンダセン誘導体への鈴木-宮浦カップリングによるアリール基およびアルケニル基の導入を検討した。B.回転可能なヒドリンダセンユニットで構成される刺激応答型マクロサイクル構築H20年度は、双極子-双極子相互作用と電荷-双極子相互作用をスイッチングさせることでヒドリンダセン骨格の回転配向制御が可能なマクロサイクルを構築する目的で、マクロサイクル上にCN基をもつヒドリンダセンユニットを双極回転子として配し、その近傍に双極性官能基(F基)を環内に配向させるように固定化させた分子を合成した。このマクロサイクルにおけるヒドリンダセン回転子は、非極性溶媒中では互いに双極子を打ち消しあうようにCN基をマクロサイクルの外側に向けた配座を優先的にとることがわかり、X線構造解析によってもその構造を明らかにすることに成功した。さらに外部刺激としてNaイオンを添加した場合、回転子のCN基がマクロサイクルの内側に向いた配座へと変化した。タラウンエーテルによりNaイオンを補足すると回転子の配座は元の配座に戻ることがわかり、外部刺激による回転配向制御が達成された。A.回転が束縛されたヒドリンダセンユニットで構成される3次元的によく定義された方向への構造修飾性をもつマクロサイクルの構築H21年度は、マクロサイクルの鉛直方向に種々の官能基を導入する目的でヒドリンダセン誘導体の4,8位への構造修飾を検討し、MeO, Br, CN, CONH2, thienyl, aryl, styrylなど多様な置換基導入に成功した。さらにこれらを出発原料とすることでMeO, Br, Styryl基がそれぞれ置換されたマクロサイクルを合成した。Br置換マクロサイクルにおいてはユニット数が24となるマクロサイクルが得られ、いずれもX線構造解析により構造を明らかにした。2,3量体は目的とするベルト状構造が形成されている一方、4量体においてはバスタブ型構造を取っていることが明らかとなった。また、3量体は結晶中でマクロサイクルがほぼ完全に垂直に重なり、空孔内に溶媒分子を内包するるチャネル構造を形成していることがわかった。Styryl置換ヒドリンダセン誘導体は溶液中、固相中で高い量子収率をもって蛍光を発することがわかり、マクロサイクル形成後でもユニット間の相互作用は小さく、効率的な発行を示すことが明らかとなった。
眼疾患に対する遺伝子・幹細胞治療-ヒト眼球幹細胞の可塑性と脱分化遺伝子Msk-

細胞治療用ヒト骨髄・月経血・臍帯血由来の間葉系細胞の調整とプロファイリング既に国立成育医療センター倫理委員会(承認番号25,26,27,49,55、全て平成15年)にて、承認を受けた骨髄・子宮内膜・臍帯血由来の間葉系細胞を単離、培養を行い、後の研究を進めるための蓄積をはかった。ならびに、分離培養したヒト間葉系細胞の性質を細胞表面マーカー、genechip(Affymetrix)を用いたプロファイリングを行い細胞の有する性格を詳細に検討した。そのデータを利用して、これらの細胞が多分化能を有す状態を保つ培養条件、方法等を確立した。細胞治療用ヒト眼球由来の組織幹細胞の調整とプロファイリング既に国立成育医療センター倫理委員会(承認番号156)にて、承認を受けたヒト眼球由来の幹細胞を単離、培養を行い、後の研究を進めるための蓄積をはかった。ならびに、分離培養したヒト眼球幹細胞の性質を細胞表面マーカー、genechip(Affymetrix)を用いたプロファイリングを行い細胞の有する性格を詳細に検討した。特に、神経あるいは網膜関連遺伝子発現を制御する因子(分化遺伝子、脱分化遺伝子の導入、液性因子)を解明した。また、Msx遺伝子を用いて、眼球由来幹細胞の特異性、他の組織に由来する幹細胞との違いを明確にするとともに、Msx familyの役割を明らかにした。モデルマウスを用いた検討ムコ多糖症モデルマウスの角膜にマウス正常細胞を移植し、中枢、網膜、角膜のムコ多糖沈着治療を行った。また、動物実験でマウスES細胞や間葉骨髄細胞に遺伝子を導入し、特異的な蛋白発現あるいは形態をもつ移植可能な細胞を作成した。1.眼球由来細胞のプロファイリング(論文準備中)方法:倫理委員会による承認を得て、国立成育医療センター眼科の手術検体から得られた眼球由来細胞、特に、角膜実質細胞、強膜細胞、脈絡膜由来細胞、虹彩由来細胞、網膜由来細胞を培養し、それぞれからtotal RNAを抽出、Affimetrix社のGene Chipにかけ、研究室に蓄積されている他種類の細胞と比較した。結果:それぞれに特徴的な遺伝子が抽出された。また、階層型クラスター解析によって、強膜細胞と軟骨細胞との類似性が明らかになった。2.強膜細胞の軟骨形成能(論文準備中)結果:培養強膜細胞は、上記による軟骨誘導によって、軟骨関連遺伝子の発現が上昇するとともに、組織学的にメタクロマジーも明らかとなった。3.眼球由来細胞の可塑性(進行中)方法:強膜細胞、脈絡膜由来細胞、虹彩由来細胞、網膜由来細胞を浮遊培養、あるいは、神経分化誘導を行い、遺伝子発現の変化を検討。結果:浮遊培養によって、Nestin,GFAPめ発現の増加、神経分化誘導によって、グリア関連遺伝子の発現上昇。展望:ニューロン関連遺伝子発現を制御する因子(分化遺伝子、脱分化遺伝子の導入、液性因子)を検討中。4.角膜シートの作成(進行中)方法:角膜実質細胞を3次元培養し、上記で得られた遺伝子発現プロファイリングと比較検討。
細粒砕屑物の凝集堆積過程-環境影響の定量的評価

本研究はフロックの形成プロセスに注目し,波や流れのエネルギー(e)と流体の温度(t)・流体中の懸濁物濃度(c)・塩分(s)の4つを環境要因にみたてて沈降実験とその解析を行った.流体中の細粒粒子の挙動において,粒子が個々の単体として振る舞うのか否かは堆積物の形成過程において非常に重要である.実験に使用したカオリンの粒度分析(Coulter Counter LS230を使用)の結果,平均粒径は1.2μm(clay).このサイズの単独粒子の15°Cでの水中沈降速度はStorksの式によると0.0011mm/sとなる.ビデオ画像によるカオリンフロックの最大沈降速度は1.58mm/sであったので,およそ1500倍の沈降速度に達したことになり,これは0.045mmの粗粒シルトの沈降速度に相当する.フロキュレーションによってある程度の流れや波が作用する流体エネルギー場においても粘土が堆積可能になることを示している.各沈降実験から形成するフロック径(d)は,温度・懸濁物濃度・塩分にほぼ比例(d=f(t,c,s,))し,流体のエネルギーに対しては極値(最大値)をとる関数(d=f(e^2,e))で近似できる.これまで流体エネルギーによってフロックサイズが大きくなる(Krank,1973)現象や流体のエネルギーと懸濁濃度によってフロックサイズが小さくななる現象が報告されているが(Manning & Dyer,1999),フロックの生長から破壊を一連の実験で追跡できたのは初めてである.フロックサイズと沈降速度との関係から,沈降速度(v)はフロック径の1.52乗に比例することが判った.水温・塩分濃度が高い方がべき数が小さくなる傾向にある.粒径の2乗に比例するStorksの法則からはずれるのは,フロックの形状に由来する摩擦や分子運動などが原因と考えられる.濁濃濃度が高いほど沈降速度が低くなる傾向があるが,顕著なべき乗則はみられなかった.堆積物の組織のSEM画像を使用した画像処理によって相対間隙率を求めた.画像処理にはPhotoshop5.0を使用した.茨城県北浦村で採取した粗粒リップルを覆う粘土層のファブリックから求めた間隙率と,カオリンの塩分30‰・流体エネルギー200での沈降実験で得られた堆積物の間隙率が最も近い値を示し,堆積物ファブリックからの堆積環境推定の可能性が示唆される.流体中の細粒粒子の挙動において,粒子が個々の単体として振る舞うのか否かは堆積物の形成過程において非常に重要である.とくにシルトや粘土など細粒な粒子の場合,さまざまな環境影響によって粒子どうしが凝集してフロックとよばれる凝集体を形成すると,個々の粒子の状態で沈降するときの数倍-数10倍の速度で沈降することが可能となる.これまでの研究では天然系での観察の困難さから実験的な研究が行われてきたが,単一影響のもとでの単調な変化を扱っており,複合影響や天然系の現象を説明するのは難しい.本研究はフロックの形成プロセスに注目し,波や流れのエネルギーと流体の温度・流体中の懸濁物濃度・塩分の4つを環境要因にみたてて沈降実験を行った.実験に際してはビデオや画像解析を駆使し,流体に与えるエネルギーに対してそれぞれのパラメータ変化に応じたフロックの形成プロセスを詳細に解析した.その結果,1)温度・塩分に比例してフロックが成長し沈降速度が速くなる,2)懸濁濃度に比例してフロックはより大きく成長するが,その沈降速度は懸濁濃度が500ppm付近でピークとなり1000ppm程度になると遅くなる,3)流体に与えるエネルギーを増やしていくと,反転100回相当のエネルギー程度まではフロックが成長し,それ以上のエネルギーを与えると破壊に転じフロック径が小さくなることが分かった.これまでの研究ではフロックの形成は1つの環境要因のもとでは単調変化すると考えられていたのが,2つ以上の環境要因の複合影響のもとでは必ずしもそうはならず,条件によってフロックの成長から破壊に移る過程や沈降速度とフロック径との逆相関現象が確認された.沈降実験によって形成した堆積物の組織観察からは,流体に与えたエネルギー量にかかわらず垂直断面では塩分に比例して間隙率が上昇することが分かった.このことはフロック形成によって組織中の隙間が増加したことを示している.これは形成したフロックの大きさに関連していると考えられる.また水平断面の観察からはこのような結果は得られなかったので,圧密の影響が考えられるが詳細は未解明である.本研究はフロックの形成プロセスに注目し,波や流れのエネルギー(e)と流体の温度(t)・流体中の懸濁物濃度(c)・塩分(s)の4つを環境要因にみたてて沈降実験とその解析を行った.流体中の細粒粒子の挙動において,粒子が個々の単体として振る舞うのか否かは堆積物の形成過程において非常に重要である.実験に使用したカオリンの粒度分析(Coulter Counter LS230を使用)の結果,平均粒径は1.2μm(clay).このサイズの単独粒子の15°Cでの水中沈降速度はStorksの式によると0.0011mm/sとなる.

ビデオ画像によるカオリンフロックの最大沈降速度は1.58mm/sであったので,およそ1500倍の沈降速度に達したことになり,これは0.045mmの粗粒シルトの沈降速度に相当する.フロキュレーションによってある程度の流れや波が作用する流体エネルギー場においても粘土が堆積可能になることを示している.各沈降実験から形成するフロック径(d)は,温度・懸濁物濃度・塩分にほぼ比例(d=f(t,c,s,))し,流体のエネルギーに対しては極値(最大値)をとる関数(d=f(e^2,e))で近似できる.これまで流体エネルギーによってフロックサイズが大きくなる(Krank,1973)現象や流体のエネルギーと懸濁濃度によってフロックサイズが小さくななる現象が報告されているが(Manning & Dyer,1999),フロックの生長から破壊を一連の実験で追跡できたのは初めてである.フロックサイズと沈降速度との関係から,沈降速度(v)はフロック径の1.52乗に比例することが判った.水温・塩分濃度が高い方がべき数が小さくなる傾向にある.粒径の2乗に比例するStorksの法則からはずれるのは,フロックの形状に由来する摩擦や分子運動などが原因と考えられる.濁濃濃度が高いほど沈降速度が低くなる傾向があるが,顕著なべき乗則はみられなかった.堆積物の組織のSEM画像を使用した画像処理によって相対間隙率を求めた.画像処理にはPhotoshop5.0を使用した.茨城県北浦村で採取した粗粒リップルを覆う粘土層のファブリックから求めた間隙率と,カオリンの塩分30‰・流体エネルギー200での沈降実験で得られた堆積物の間隙率が最も近い値を示し,堆積物ファブリックからの堆積環境推定の可能性が示唆される.
ヒートパイプによる自然対流境界層制御の研究

本研究では,ヒートパイプにより構成された熱放出・熱除去の作用をもつ熱スクリーンを境界層型の対流系に設置すると,対流系の温度分布が変化し,浮力の変化がもたらされ,対流制御が可能となること,またその際のスクリーンの透過率,設置位置,温度レベルの影響を明らかにした.1.鉛直加熱壁に沿う自然対流の制御:実験において,作動流体を空気とした鉛直加熱壁に対し,熱放出・熱除去の作用をもたせた熱スクリーンをこの加熱壁に平行に設置すると,温度境界層は,熱スクリーンのない場合と比較して熱スクリーン温度レベルが境界層外の周囲温度に近づくほど薄くなり,加熱壁の温度に近づくほど厚くなる.熱伝達特性は,温度レベルが境界層外の周囲温度に近づくほど伝熱が促進され,加熱壁温度に近づくほど抑制される.またこの伝熱促進・抑制の効果は設置位置を加熱壁に近づけるほどより顕著になるが,二次元数値解析から,ある程度近づけばその効果は飽和することが確認された.また数値解析からは,熱スクリーンの熱的効果が境界層への吸い込み温度あるいは境界層離脱流体温度に影響し,浮力の変化から対流の加速ないし減速作用が生じていることが確認された.2.集中線熱源からのプルームの制御:実験において,作動流体を空気とし,直径0.5[mm]の白金線の上方に熱スクリーンを設置すると,熱スクリーンの透過率が小さい場合,プルーム幅が広がり,また最大幅の位置がスクリーンの下方にシフトする.透過率が大きくなるとプルーム幅の広がりの程度と熱的効果は小さくなる.またスクリーンの温度レベルを変化させると,プルームの揺動を抑制または促進させ得ることが確認された.数値解析からもスクリーンの透過率の変化によって熱抽出量,プルーム構造が変化することが確認された.以上のことから,熱スクリーンを境界層型の対流系に設置すると,熱スクリーンの温度均一化作用により,対流系の温度分布が変化し,浮力の変化がもたらされ,対流制御が可能となる.本研究では,ヒートパイプにより構成された熱放出・熱除去の作用をもつ熱スクリーンを境界層型の対流系に設置すると,対流系の温度分布が変化し,浮力の変化がもたらされ,対流制御が可能となること,またその際のスクリーンの透過率,設置位置,温度レベルの影響を明らかにした.1.鉛直加熱壁に沿う自然対流の制御:実験において,作動流体を空気とした鉛直加熱壁に対し,熱放出・熱除去の作用をもたせた熱スクリーンをこの加熱壁に平行に設置すると,温度境界層は,熱スクリーンのない場合と比較して熱スクリーン温度レベルが境界層外の周囲温度に近づくほど薄くなり,加熱壁の温度に近づくほど厚くなる.熱伝達特性は,温度レベルが境界層外の周囲温度に近づくほど伝熱が促進され,加熱壁温度に近づくほど抑制される.またこの伝熱促進・抑制の効果は設置位置を加熱壁に近づけるほどより顕著になるが,二次元数値解析から,ある程度近づけばその効果は飽和することが確認された.また数値解析からは,熱スクリーンの熱的効果が境界層への吸い込み温度あるいは境界層離脱流体温度に影響し,浮力の変化から対流の加速ないし減速作用が生じていることが確認された.2.集中線熱源からのプルームの制御:実験において,作動流体を空気とし,直径0.5[mm]の白金線の上方に熱スクリーンを設置すると,熱スクリーンの透過率が小さい場合,プルーム幅が広がり,また最大幅の位置がスクリーンの下方にシフトする.透過率が大きくなるとプルーム幅の広がりの程度と熱的効果は小さくなる.またスクリーンの温度レベルを変化させると,プルームの揺動を抑制または促進させ得ることが確認された.数値解析からもスクリーンの透過率の変化によって熱抽出量,プルーム構造が変化することが確認された.以上のことから,熱スクリーンを境界層型の対流系に設置すると,熱スクリーンの温度均一化作用により,対流系の温度分布が変化し,浮力の変化がもたらされ,対流制御が可能となる.平成5年度は、鉛直加熱壁に沿う自然対流の制御を対象とした実験および理論的解析を行った.1.実験は二次元的対流の場合を想定し,作動流体を空気とした高さ1110〔mm〕×幅220〔mm〕×奥行き200〔mm〕の試験層に置かれた加熱壁に対し,熱放出・熱除去の作用をもたせた熱スクリーンをこの加熱壁に平行に設置し,熱スクリーンの温度レベルおよび設置位置が,系内の自然対流の境界層の温度分布および熱伝達特性にどう影響するか熱画像装置を用いた可視化ならびに熱電対による温度測定を行った.可視化実験から温度境界層は,熱スクリーンを設置しない場合と比較して熱スクリーン温度レベルが境界層外の周囲温度に近づくほど薄くなり,加熱壁の温度に近づくほど厚くなることが観察された.これと対応して熱伝達特性は,熱スクリーン温度レベルが境界層外の周囲温度に近づくほど伝熱は促進され,加熱壁の温度に近づくほど抑制されていること,またこれらの伝熱促進・抑制の効果は熱スクリーン設置位置を加熱壁に近づけるに従ってより顕著になることが実験的に明らかにされた.2.熱スクリーンの熱的効果に関する二次元定常数値解析の結果においても,実験結果同様の熱スクリーンによる対流および熱伝達の促進ならびに抑制効果が明らかとなった.すなわち熱スクリーンの熱的効果が境界層への吸い込み温度あるいは境界層離脱

流体温度に影響し,浮力の変化がもたらされ対流の加速ないし減速作用が生じていることが確認された.以上の実験および理論的解析から,境界層型の流れに対し熱放出・熱除去の作用をもたせた熱スクリーン設置すれば,熱スクリーンの温度均一化作用により,対流系の温度分布が変化し,対流制御が可能となること,またその際のスクリーン位置,スクリーン温度レベルの影響が明らかにされた.平成6年度は,線熱源プルームの制御を対象とした実験および理論的解析を行った.1.実験は二次元対流の場合を想定し,作動流体を空気とした直径0.5mm,長さ150mmの白金線の上方に熱放出・熱抽出の作用をもたせた熱スクリーンを設置し,マッハツェンダーを用いて可視化を行った.可視化実験から線熱源プルームの構造は,熱スクリーンの透過率が小さいと線熱源プルームの構造は大きく変形し,スクリーンの熱的影響も大きくなること,逆に透過率が大きくなると変形の程度とスクリーンの熱的影響は小さくなることが観察された.またスクリーンの温度レベルを変化させると,プルームの振動を抑制または促進させる効果が観察された.2.次に,スクリーンの上方のプルーム内における熱電対による温度測定を行った.それによると,熱スクリーンが系内に閉じて外部熱源との接触がない場合と熱スクリーンを外部熱源と接触させて熱スクリーンに熱放出・熱抽出の作用をもたせた場合を比較すると,熱スクリーンの透過率が小さい場合,スクリーンの熱抽出効果により温度分布がかなりの程度に一様化される.しかし熱スクリーンの透過率が大きい場合,一様化の程度は小さくなることが明らかにされた.3.熱スクリーンの熱的効果に関する二次元数値解析の結果において,スクリーンの透過率の変化によって熱抽出量が変化することが明らかにされた.また,プルームの構造についても流体とスクリーンとの体積熱伝達率や透過率によってその構造は変化する.4.以上の実験および数値解析から,線熱源プルーム上に熱抽出・熱抽出の作用をもたせた熱スクリーンを設置した場合,スクリーンの熱抽出作用によってプルーム幅の拡大・縮小等のプルーム構造に変化をもたらし,かつプルームの振動を抑制または促進させることができこと,またその際のスクリーンの透過率,スクリーンの温度レベルの影響が明らかになった.
中上級者の水泳飛込事故を入水前に回避する

本研究は、競泳中上級者のプール底への衝突事故を防ぐための姿勢制御メカニズムの解明を目的とした。競泳男子選手13名を対象に水上と水中の運動情報を収集し、スタート台からの離台時(跳び出し時)と入水時の胴体の角度と頭部の水中での最深点との関係を検討した。その結果、いずれの時点ともに頭部の最深点との有意な相関関係は認められず、競泳中上級者は入水後の姿勢変化の影響がプール底への接近に強く影響を受けていることが示唆された。この結果、中上級者の競泳の飛び込み指導の際には、入水前の陸上での動きのみでは十分に事故回避の安全指導は難しく、水中での動きも評価することの重要性が示された。競泳中上級者は日常的競泳プールにおいてスタート台から飛び込み動作を行う。日本国内における競泳用プールの水深は運営コストの面や初心者指導に対する利便性を重視している場合が多い。しがたって、これらのプールでは安全な飛び込み(スタート)を実施するための深さが確保されていないことが多い。このことに着目し、中上級者が抱える飛び込みの際の水底へ衝突事故のリスク軽減を目指した、運動指導の動作着目点を明らかにすることを本研究の目的としている。平成25年度は、競泳スタート動作の動作情報収集実験を中心に実施した。競泳のスタート動作は水面への衝突が起こり、水しぶきや泡の影響によって身体各部位の動作情報が画像分析からは得られにくい。この問題を解決するために多くの予備実験を実施し、精度よく運動中の選手の身体各部位の座標を取得する実験設定の確立を行った。通常、狭い空間での実施が可能な運動や、実験空間の整備が可能な陸上での動作分析では分析点の光のコントラストを強調した環境を整備して実験することが多い。しかしながら、競泳プールにおけるスタート動作の実験は運動範囲が広範囲(0ー25M)でかつ、他の一般の利用者も多いプールでの実験であるため、分析点の光のコントラストを強調する設定が困難である。したがって、本実験では特に水中での動作撮影の際に、泳者に輝度の高い特殊な自発光LEDライトを装着したマーカーを添付すること、分析的のコントラストを強調した。このことにより、陸上でのモーションキャプチャシステムや水中カメラでの分析点の識別率が向上し、安定的かつ精度よく動作中の分析点の座標を得ることに成功した。来年度はこの実験環境によって多くの被験者から動作情報を収集する予定である。本研究は競泳中上級者のプール底頭部衝突を回避するための、競泳スタートの入水姿勢メカニズムの解明を行うことであった。平成25年度は競泳選手の飛び込みデータを収集するための実験環境構築に大きなエフォートをさき、平成26年度は構築した実験環境で実際の競泳選手のデータを収集し解析を行った。平成26年度は大学男子競泳選手13名より競泳の飛び込みから入水までの運動情報を得た。本研究では陸上での運動情報は、赤外線式の3Dモーションキャプチャシステムを用いて収集する予定であった。しかしながら、予備実験において水面上での光の乱反射(自然光、照明、モーションキャプチャの赤外光)によって身体計測点の特定がソフトウェア上で十分に行えない問題が発生したため、従来の光学式ビデオカメラによる画像分析を実施し対応した。プール底頭部衝突のリスクを代表する変数として、入水後の頭部の最深点と身体の姿勢を最も表現する胴体の姿勢角度との相関関係を調査した。その結果、頭部の最深点と飛び出し時(泳者の足がスタート台から離れる時刻)胴体角度との間には有意な相関関係は認められなかった。また、頭部の最深点と入水時の胴体角度との間にも有意な相関関係は認められなかった。この結果、プール底への泳者の頭部の接近には入水前の姿勢の影響は小さく、入水後の姿勢変化によって大きく影響を受ける結果となった。本研究によって、競泳中上級者のスタートを指導する際には陸上動作によってプール底への衝突のリスクを判別し、指導することは困難であり、入水後の水中での動作を評価し、指導を行うことで飛び込みによるプール底衝突回避が可能になることが示唆された。水泳競技方法論水面との衝突現象である競泳スタート動作の精度よい動作情報収集のための実験環境整備に多く時間と労力がかかり、被験者からのデータ収集を行う本実験開始が遅れてしまった。また動作範囲が広範囲な競泳スタート動作(0-25M)の解析は、プールの全面を貸し切って使用する必要がある。この実験を実施できる環境は国内に数箇所に限られており、実験施設使用期日や時間に制限がかかることが多い。このため計画どおりの研究の達成が実現できなかった。しかしながら、実験環境の整備は完了しために、今後の実験実施によって遅れた計画を推進することは十分可能である。

今後は、広く実験協力者中学生から社会人までの競泳選手かを募り、多くの水泳選手の競泳スタート動作の運動情報を収集する予定である。得られた運動情報の解析から、飛び込み後の水中での最深点と関連のある入水前の運動学的パラメータとの関連を調査し、現場の指導者が陸上で確認できる競泳スタート動作の動作着目点を明らかにする。この動作着目点は統計学的解析や力学的、運動学的解析によって明らかにする。その後、現場の指導者への聞き取り調査や意見交換も実施し、水泳指導現場での実践的有用性も追求していく予定である。
シナプスにおけるNMDA受容体の動的集合機構の解明:1分子観察法による研究

本研究の基盤的知見を得るため、細胞膜上でのリン脂質分子DOPE、DMPE、DPPEやラフト親和性分子Bodipy-Cholesterolを、1分子追跡法を用いて観察した。その結果、時間分解能33ミリ秒でも、20マイクロ秒でも、脂質依存的な数百ナノメートルの大きなラフトは観察することはできなかった。また、すべてのリン脂質はラフト依存的ではなく、アクチン依存的にホップ拡散運動していることを明確に示すことができた。また、ラフト観察に頻繁に用いられている従来の化学固定法では、シナプスに存在するラフト分子は固定することができないことを示すことができた。すなわち、細胞膜の細胞質側にあるLynやCbpなどのタンパク質は、典型的な固定条件である『4%パラホルムアルデヒド(PFA)溶液で30分』では1分子の運動は95%以上止まるが、ラフトやシグナル伝達に関わるGPIアンカー型タンパク質は40%以上がまだ運動していた。さらに3.6%PFA+グルタールアルデヒド(GA)0.1%溶液で30分処報しても、約30%の分子がまだ動いていた。そして、これらのラフト分子を90%以上固定するには、3.6%PFA+GA0.2%溶液で90分処理しなければならないことを世界で初めて示すことができた。さらに、抗体によって膜分子のクラスター化を誘導してしまう可能性についても検討した。すなわち、ラフト親和性分子であるGPIアンカー型タンパク質や、H-Rasを、4%PFAで30分間固定後に1次抗体-2次抗体でそれぞれラベルすると、抗体でラベル前に比べて、それぞれ3.7倍6.6倍、2.3倍3.3倍もクロスリンクされることが初めてわかった。これらの結果は、これまで頻繁に用いられてきた通常の架橋条件では、固定が不完全でアーチファクトを誘起している可能性が非常に高く、この40年くらいの研究結果の多くに見直しが必要なことを示すことができた。投稿準備中であった平滑筋細胞に関する論文を、さらに良いジャーナルに投稿できるレベルにまで仕上げるために追加実験を行った。そして、この論文の執筆中に、本研究にも関わる重要な実験を早急に行わなければならないことに気が付いた。すなわち、『化学固定の効果を1分子レベルで定量する』ことである。現在の生命科学研究に必要不可欠な技術である免疫蛍光染色法、免疫電顕法には必ずといっていいほど化学固定法が用いられているが、現在頻繁に用いられている化学固定法は、どの分子がどの程度固定されるかといったことはまったく定量されていない。そこで、本研究でも用いる典型的な化学固定で、細胞膜分子1分子の固定効果を1分子追跡法を用いて定量した。細胞膜の細胞質側にあるLynなどのタンパク質は、典型的な固定条件である『4%パラホルムアルデヒド溶液で90分』では1分子の運動は96%止まるが、ラフトやシグナル伝達に関わるGPIアンカー型タンパク質は40%以上がまだ運動していた。さらに終濃度が0.2%になるようにグルタールアルデヒドを加えても15%の分子がまだ動いていた。リン脂質に関しては、80%以上が固定されない。これらの結果により、頻繁に用いられている化学固定後も生体分子が十分に固定されておらず動いている可能性があることが明らかとなった。これに関しても論文を執筆し、有名なジャーナルに投稿準備中である。また、本研究に関しては、比較的困難とされているラット海馬由来のニューロンの低密度初代培養に成功し、生きているニューロンを長時間観察するためのCO2チャンバー付顕微鏡システムを立ち上げ、生きているニューロンを長時間観察することにも成功した。また、ニューロンでの1分子追跡の練習問題として、蛍光リン脂質プローブであるCy3-DOPEをニューロンの細胞膜に導入し、この顕微鏡システムで1分子追跡できることにも成功した。本研究の基盤的知見を得るため、細胞膜上でのリン脂質分子DOPE、DMPE、DPPEの熱拡散運動を、1分子追跡法を用い、さらに2つの時間分解能33ミリ秒と、20マイクロ秒(世界最速)で検討した。文献では、飽和脂肪酸鎖を持つリン脂質は、常に直径数100ナノメートルの領域に閉じこめられているという報告があり、分野の専門家でも、これを信じている研究者は多い。しかし、私の結果は、これらは、特定のリン脂質を閉じこめるような領域ではないことを示している。細胞膜がアクチン線維依存的に仕切られていて、リン脂質分子は、仕切られた領域の間をホップしながら、大きな範囲を拡散していくという、ホップ拡散運動していることを明確に示している。また、化学固定法によって、膜に存在するタンパク質、膜上の細胞外基質、膜骨格を固定したとき、シナプスに存在するラフト関連分子の多くは、拡散運動がわずかしか遅延しないことも明らかになった。すなわち、細胞膜の細胞質側にあるLyn、Rasなどのタンパク質は、典型的な固定条件である『4%パラホルムアルデヒド(PFA)溶液で30分』では熱拡散運動は95%以上止まるが、ラフトやシグナル伝達に関わるGPIアンカー型タンパク質は40%以上がまだ熱拡散運動していた。さらに3.6%PFA+グルタールアルデヒド(GA)0.1%溶液で30分処理しても、約30%の分子がまだ拡散運動していた。

これらの結果はラフト研究のみならず、化学固定を用いるすべての研究者にとっても有用な情報であり、化学固定の効果(主にシナプスに存在するラフト分子についてであるが)を世界で初めて定量でできたことになる。さらに、シナプス形成に重要な役割を果たしているN-methyl-D-aspartate(NMDA)受容体の運動・局在を調べるために、NMDA受容体のサブユニットであるNR2AドメインにYFPタグをつけたYFP-NR2Aを発現させ、スパイン上のYFP-NR2Aを1分子追跡することに成功した。また、YFP-NR2Aの挙動と比較するために、細胞膜にのみに存在するとされているGPIアンカー型受容体mGFP-Thy1も発現させ、1分子追跡することに成功した。これらの1分子追跡の結果を現在比較・検討しているところである。本研究の基盤的知見を得るため、細胞膜上でのリン脂質分子DOPE、DMPE、DPPEやラフト親和性分子Bodipy-Cholesterolを、1分子追跡法を用いて観察した。その結果、時間分解能33ミリ秒でも、20マイクロ秒でも、脂質依存的な数百ナノメートルの大きなラフトは観察することはできなかった。また、すべてのリン脂質はラフト依存的ではなく、アクチン依存的にホップ拡散運動していることを明確に示すことができた。また、ラフト観察に頻繁に用いられている従来の化学固定法では、シナプスに存在するラフト分子は固定することができないことを示すことができた。すなわち、細胞膜の細胞質側にあるLynやCbpなどのタンパク質は、典型的な固定条件である『4%パラホルムアルデヒド(PFA)溶液で30分』では1分子の運動は95%以上止まるが、ラフトやシグナル伝達に関わるGPIアンカー型タンパク質は40%以上がまだ運動していた。さらに3.6%PFA+グルタールアルデヒド(GA)0.1%溶液で30分処報しても、約30%の分子がまだ動いていた。そして、これらのラフト分子を90%以上固定するには、3.6%PFA+GA0.2%溶液で90分処理しなければならないことを世界で初めて示すことができた。さらに、抗体によって膜分子のクラスター化を誘導してしまう可能性についても検討した。すなわち、ラフト親和性分子であるGPIアンカー型タンパク質や、H-Rasを、4%PFAで30分間固定後に1次抗体-2次抗体でそれぞれラベルすると、抗体でラベル前に比べて、それぞれ3.7倍6.6倍、2.3倍3.3倍もクロスリンクされることが初めてわかった。これらの結果は、これまで頻繁に用いられてきた通常の架橋条件では、固定が不完全でアーチファクトを誘起している可能性が非常に高く、この40年くらいの研究結果の多くに見直しが必要なことを示すことができた。
診断用人工骨の開発研究

加齢による骨粗鬆症の診断、さらに近年の血液透析の普及に伴う慢性腎不全患者の腎性骨異栄養症の診断および治療に、骨塩量の非侵襲的定量は不可欠である。骨塩量測定の方法はX線写真法、光子吸収法などいろいろ提案されているが、定量性が悪い、装置が極めて高価であるなどの理由によりあまり普及していない。近年、体部用CTスキャナを用いる方法が検討され始め良好な結果が得られている。この方法によると、日本国内だけでも数100台以上が使われている装置をそのまま利用することができ、しかも精度の高い値が得られる。本方法は、X線吸収に関して極めて均質であり、しかも任意のCT値を有する骨ファントムを必要とする。本研究は既存の骨ファントムが有する欠点を補い、優れた特性をもつ骨ファントム素材を開発するために行なわれた。2種の固体/固体複合材料を素材として用いた場合に満足すべき良好な結果が得られた。1種はナイロン12マイクロスフェアと二酸化チタン微粒子からなる無機質壁マイクロカプセルであり、もう1種は二酸化チタン微粒子をコア物質、ゼラチンを被覆物質とする多核マイクロカプセルである。無機質壁マイクロカプセルは、静電気力で複合化された【I】型と、さらに高度に芯物質と被覆物質がハイブリダイザーによって複合化された【II】型が開発された。多核マイクロカプセルは、二酸化チタン微粒子含有量が10、30および50%で、粒径がそれぞれ0.5、1.0、2.0mmのものが調製された。使用されたナイロン12マイクロスフェアおよび二酸化チタン微粒子の粒径は順に5.0、0.3μmである。上記無機質壁マイクロカプセルと多核マイクロカプセルの加圧成形(20t/【cm^2】)によって骨ファントムが調製された。骨ファントムは体部用CTスキャナでその性能が詳細に評価され、大部分のものがX線吸収に関して十分に均質であり、実用上優れた骨塩定量用骨ファントムとなりうることが明らかにされた。
高等植物由来のメタロチオネインの単離とその遺伝子解析

平成2年度において、ネズミのメタロチオネインDNAで、多くの動物のメタロチオネインDNAと共通性の高い領域の塩基配列をもとに、合成オリゴヌクレオチドプロ-ブ(ATGGACCCCAACTGCTCCTGC)を作成し、これをもとにして、ダイズのcDNAライブラリ-から類似の遺伝子をクロ-ニングした。釣り上げられたcDNAの塩基配列からORFを推定し、そのアミノ酸配列を調べると、システインを多く含むメタロチオネインようの遺伝子であった。この遺伝子のアミノ酸配列は以下の通りである(アミノ酸の一文字表示による)。以上79アミノ酸から成り立っている。このタンパク質の特徴はアミノ末端とカルボキシ未端にシステイン(C)の多いドメイン(領域)を持ち、中央部にはまったくCを含まないことである。ところが、ほとんど時を同じくして、外国でも類似の遺伝子がダイズ以外の植物、すなわち、エンドウマメとミムラスからクロ-ニングされた。これらはアミノ酸残基がそれぞれ75と73であり、Cを多く含む領域がN末端とC末端にあり、中央部にまったくCを含まない点でダイズのものと類似している。更に本年度はアラビドプシスから類似の遺伝子をクロ-ニングした。その塩基配列は以下のようであり、ダイズと類似している。現在、上記のcDNAからgenomicDNAをクロ-ニングし、そのDNAについて、特にプロモ-タ-領域の解析を行っている。高等植物中に動物のほ乳類で発見されているようなDNAの直接転写翻訳産物としてのタンパク質のメタロチオネイン(MT)が存在するか否かについてはいくつかの検討がなされているが、まだ結論が得れていない。そこで本研究ではまず動物のMTの抗体を用いてダイズの根のタンパク質抽出物中に抗体と交叉反応を有するタンパク質を検索し、そのようなタンパク質の存在を確認できた。免疫組織化学法でタンパク質の分布をダイズの根の光学顕微鏡用切片に付いて調べたところ、根の先端部分に蓄積が認められた。さらにimmunohybridizationによりダイズcDNA libraryから抗体反応性のあるタンパク質を合成するcDNAをクロ-ニングし、決定した塩基配列からそのアミノ酸配列を調べたがMTとは異なるタンパク質であった。ついでこのタンパク質の遺伝子のクロ-ニングを試みた。まず、ほ乳類のMTのDNAの塩基配列のなかでよく保存されているN末端側の配列から21mer(アミノ酸7残基分)のオリゴヌクレオチドプロ-ブを合成し、これと相同性のある配列をダイズのcDNAライブラリ-からクロ-ニングした。この様にして単離されたcDNAクロ-ンは0.7kbの塩基数で、その塩基配列を決定した。その推定されるORFからアミノ酸配列を推定したところ、コ-ドされているタンパク質は79のアミノ酸残基からなり、そのなかにCysを18%含み、かつCysに富む部分がタンパク質のN末端とC末端の両極に位置し中央にCysを含まないおよそ30のアミノ酸残基からなる部分を有する特徴的なタンパク質である事が判明した。今後はこのタンパク質の特性や植物間分布に付いて検討する予定である。このタンパク質の特徴はアミノ末端とカルボキシ末端にシステイン(C)の多いドメイン(領域)を持ち、中央部にはまったくCを含まないことである。

その塩基配列は以下のようであり、ダイズと類似している。現在、上記のcDNAからgenomicDNAをクロ-ニングし、そのDNAについて、特にプロモ-タ-領域の解析を行っている。