hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
アロイ化による新規な耐熱性高分子複合材料の創製と応用技術開発

側鎖にヒドロキシル基を有するポリマーは、優れたガスバリア性を有し、食品包装や電子部品のコーティングとして用いられている。本研究では、主鎖中にアミド基およびイミド基を有する新規なポリヒドロキシエーテル(PHE)を合成し、特性について研究を行った。このポリヒドロキシエーテルは、良好な耐熱性と防湿性を有していた。さらに、これらと熱可塑性ポリイミドからなる新規ポリマーアロイを作成し、組成と特性の関係について研究を行った。ポリマーアロイのガラス転移温度は、PHE成分の増加に従って低下する傾向を示した。一方、PHE成分の増加に従って、防湿性は向上した。これらのポリマーアロイは、半相溶性であると推定された。ポリ(ビニルアルコール)(PVA)に代表される側鎖にヒドロキシル基を有するポリマーは、偏光膜、ガスバリア膜の基本材料である。しかし、これらは水溶性であるため、一般的なプラスチックであるポリエチレン(PE)との共重合により耐水性を向上させたエチレン・ビニルアルコール樹脂(EVOH)が知られているが、耐熱性において不十分なため、電子電気部品工程においての用途では、大きな制約があることが明らかとなっている。本研究では、主鎖中にアミド構造を有する芳香族系ポリヒドロキシエーテル類(以下PHE)を合成し、単独で比較的高い耐熱性(Tg>100°C)を有し、防湿性も良好であることを確認した。一方、芳香族ポリイミド類は、電子回路基板や半導体組み立て工程において様々な用途で用いられ、これらの中で、熱可塑性ポリイミド(以下PI)は耐熱接着材料や耐熱保護膜材料として有用であることが知られている。また、これらのポリイミドは有機溶剤に可溶で、芳香族系ポリヒドロキシエーテル類との極性有機溶液中でのアロイ化が容易となる。ポリイミド類との複合材料は、耐熱性、難燃性、防湿性に優れた新規な耐熱性ポリマーアロイとなると期待できる。本研究で、これらの複合材料は、混合比により耐熱性、透湿性が変化し、ポリ(ヒドロキシエーテル)の主鎖中にアミド官能基を導入した場合、ポリイミドとの相溶性が変化し(部分相溶系)、ポリイミドの防湿性を向上させた材料となる可能性も見出した。耐熱性と耐湿性の両物性に優れた高分子材料の一つとして、「芳香族系ポリヒドロキシエーテル類(以下PHE)を開発し、これらの材料と耐熱性に優れ、また、加工性にも優れた熱可塑性ポリイミド(以下PI)とのポリマーアロイを検討し、それらの組成と材料特性の相関関係について研究を行っている。今年度は、分子鎖中にアミド構造を有するPHEおよびイミド構造を有する新規なPHEを合成し、その基本特性について詳細な検討を行った。また、これらの構造を含まない芳香族系PHE(昨年度研究)との比較を行った。また、アミド系PHEと熱可塑性PIとのポリマーアロイについて、組成と物性の関係についての検討を行った。この複合材料は、アミド基含有PHEの含有率10wt%において、優れた防湿性を示した。また、ガラス転移温度(Tg)の低下および熱分解開始温度(Td)の低下が小さく、良好な耐熱性を示すことが明らかとなった。また、動的粘弾性測定の結果、このポリマーアロイは、Tgの低下は起こるが、PHEおよびPI由来の2つのガラス転移温度を有し、半相溶系のポリマーアロイとなることが推定された。分子鎖中にイミド基を有する新規な芳香族PHEは、3,3',4,4'-oxydiphthalicdianhydride(ODPA)とp-aminophenolおよびm-aminophenolから合成した「イミド基含有ビスフェノール類」と二官能エポキシ樹脂を原料に合成した。これは、可とう性に優れ、フィルム化が可能な材料となることが明らかとなった。今年度は、新規なベンゾオキサジン系オリゴマーを開発し、その合成プロセス開発およびオリゴマーの基本特性について基礎的な物性検討、さらにホットメルト型耐熱接着剤の可能性検証等を行った。クロロホルム、ジオキサン、メタノール、N,N-ジメチルアセトアミド(以下DMAc)の4種の反応溶媒を用いて反応性の比較を行った。pBXZの1H-NMR、および2次元NMR (hmqc)測定結果から、4.5ppmおよび5.2ppmの吸収はBXZ環のメチレン鎖、4.8ppmの吸収はBXZ環を形成していないメチレン鎖に由来する。さらに、各種溶媒により合成したpBXZについて、GPC測定により平均分子量(Mw)を比較した。また、NMR測定結果を基に、オリゴマー鎖へのBXZ環導入率とメチレン基の導入率を求めた。この結果、メタノールおよびクロロホルム溶媒で得られた生成物は、他の溶媒と比較して、Mwが大きく、BXZ環導入率が高いpBXZが得られることが明らかとなった。これは、反応溶媒の酸性度がMannich機構による環形成反応を促進していることに起因するものと考えられる。また、本研究で得られたpBXZは、フィルム形成能を有し、熱硬化反応前(140°C処理)のガラス転移温度は100°C、熱硬化後(240°C処理)のガラス転移温度は220°C250°Cに大きく上昇し、ホットメルト型耐熱接着剤としての可能性を有していることが判明した。これらと、ポリヒドロキシエーテル類、ポリイミド類とのポリマーアロイは、新規な機能材料として、優れた特性を有する材料の一つとして期待できる。

側鎖にヒドロキシル基を有するポリマーは、優れたガスバリア性を有し、食品包装や電子部品のコーティングとして用いられている。本研究では、主鎖中にアミド基およびイミド基を有する新規なポリヒドロキシエーテル(PHE)を合成し、特性について研究を行った。このポリヒドロキシエーテルは、良好な耐熱性と防湿性を有していた。さらに、これらと熱可塑性ポリイミドからなる新規ポリマーアロイを作成し、組成と特性の関係について研究を行った。ポリマーアロイのガラス転移温度は、PHE成分の増加に従って低下する傾向を示した。一方、PHE成分の増加に従って、防湿性は向上した。これらのポリマーアロイは、半相溶性であると推定された。新規PHEとして、分子鎖中にイミド基を有する芳香族系PHEの合成検討を行い、可とう性を有する(フィルム化可能)高分子量の材料を得ることができた。また、アミド基含有の芳香族PHEと熱可塑性PIからなる新規ポリマーアロイについて検討し、組成と物性、および相溶性についての研究を進めた。複合材料・表界面工学今年度の研究により開発したイミド基含有PHEの詳細な特性(熱的および機械的特性)について検討する。また、熱可塑性芳香族PIとのポリマーアロイについて、その組成比と物性についての関係を把握する。1.イミド基含有PHE(新規PHE)の合成方法確立および物性検討。2.ポリマーアロイの組成と物性についての相関関係検討、相溶性の把握。3.(新規複合材料の開発)高分子系ベンゾオキサジンの開発とポリマーアロイの検討。ヒドロキシル基を有するポリマーとして、分子主鎖中にアミド結合を有する芳香族系ポリ(ヒドロキシエーテル)類(PHE)を合成し、防湿性、耐熱性(Tg, Td)に優れた材料となることを確認した。また、上記ポリマーと熱可塑性芳香族ポリイミド(PI)のアロイ化により新規な耐熱性ポリマーアロイを開発した。PHE:PI=9:1のポリマーアロイにおいては、耐熱性(Tg)は、大きな低下を抑制し、透湿度を大きく低下させる材料となることを明らかにした。研究に必要な薬品類の予定額と実出費額に差が生じたため。1.新規なヒドロキシル基を有するポリマーとして、分子内にイミド構造を有する、新規芳香族系ポリ(ヒドロキシエーテル)類を創出し、その構造と特性の相関を解明する。2.上記ポリマーと耐熱高分子材料(熱可塑性芳香族ポリイミド、ポリベンゾオキサジン)のアロイ化により新規な耐熱性ポリマーアロイを提供し、その相構造、組成比等と特性変化の相関関係を解明し、耐熱性防湿膜への応用の可能性を把握する。3.環状カーボネートを原料としたポリウレタン系のヒドロキシ基含有耐熱材料を開発し、その構造と特性相関を解明する。また、PIとのアロイ化技術を確立する。本年度は、研究最終年度であり、本補助金を大再現に活用して、新規ポリマーアロイ分野において高い成果を収めたい。1.前年度に予定していた合成反応機器類の購入を未実施のため。2.前年度に予定していた原料費の購入を未実施分が発生したため。1.研究計画にて予定している、新規PHE原料、熱可塑性PI原料等の購入を実施する。2.高分子用重合装置および付帯設備等の購入を行う。
蝸牛の回転ごとに発現する遺伝子スプライシングバリアントの網羅的解析

蝸牛では頂回転側で低音を、基底回転側で高音を特異的に認識することが知られている。本研究では、蝸牛の回転ごとに発現する遺伝子およびスプライシング・バリアントの網羅的解析を行い、その詳細を明らかにすることを目的にマウス蝸牛を用いた網羅的遺伝子解析を実施した。その結果、蝸牛の回転毎に異なるスプライシングバリアントが認められるもののうち、有意水準に達する遺伝子は44種類認められた。これら44遺伝子には現在までに難聴の原因として報告されているOtogおよびStrcにが含まれており、スプラシングバリアントが難聴の聴力型に関与する可能性が示唆された。本年は、蝸牛の回転ごとに発現する遺伝子およびスプライシング・バリアントの網羅的解析を行った。特に、臨床像に特徴のある難聴の原因遺伝子(WFS1遺伝子、TECTA遺伝子、KCNQ4遺伝子など)に関しては詳細に検討を行った。具体的には、マウスを麻酔下におき、断頭後すぐに内耳を摘出しRNA-laterへ浸透させる。RNA-later内にて蝸牛骨壁を除去し、蝸牛より回転ごとに膜迷路を取り出して、QIAGEN RNeasy Mini Kitを使用しtotal RNAを抽出する。Agilent 2100 bioanalyzerにて抽出したRNAのクオリティチェックを行い、SurePrint G3 Exonマイクロアレイを使用して全エクソンの発現パターンを調べることにより、網羅的スプライシング解析を行った。また、発現量に変化の認められた遺伝子に関しては定量RT-PCR法により発現量の確認を行った。その結果、マウス蝸牛の回転毎に発現量の異なる遺伝子を明らかにすることができた。興味深い事に、遺伝性難聴の原因となるいくつかの遺伝子ではその発現量が基底回転部ほど低いことが明らかとなり、高音障害型の臨床像と一致する結果が得られた。本年は蝸牛の回転別に発現する遺伝子および蝸牛の回転別に異なるスプライシングバリアントの網羅的解析を実施した。具体的には、マウスに麻酔を行い、断頭後すぐに内耳を摘出し速やかにRNA-laterへ浸透させた。RNA-later内で顕微鏡下に蝸牛骨壁を除去し、回転別(3分割)に蝸牛膜迷路を取り出し、QIAGEN RNeasy Mini Kitを使用し、total RNAを抽出した。Agilent 2100 bioanalyzerにて抽出したRNAのクオリティチェックを行い、SurePrint G3 Exonマイクロアレイを使用して、各遺伝子の全エクソンの回転別の発現量を算出し、その発現パターンにつき比較検討を行った。また、回転別に発現量に変化のあった遺伝子については、さらに定量RT-PCRを行い、データの裏付けを行った。その結果、マウス蝸牛の回転別に発現量を異なる遺伝子を複数同定した。その発現パターンは各遺伝子変異により引き起こされる難聴の特徴的な聴力像を支持するものであり英論文にまとめた(Yoshimura et al, 2014)。また、蝸牛回転別に遺伝子発現量に差が認められた遺伝子に関して、経年的変化による差異を明らかにする事を目的に、週齢の異なるマウスで同様の検討を行い、蝸牛回転別に遺伝子発現量に差が認められた遺伝子に関して加齢変化によりどのような発現量の変化が起こるかに関して検討を行った。その結果、複数の進行性難聴の原因遺伝子の発現量が加齢とともに低下することが明らかとなった。また、加齢に伴うスプライシングバリアントの量的変化についても引き続き検討を行った。前年度までの解析により、蝸牛毎に発現の異なるスプライシング・バリアントの存在を確認した遺伝子については、内耳における局在を明らかにすることにより、より詳細な機能が推定可能であるため、in situ hybridizationおよびレーザーマイクロダイセクションによりその発現部位を同定を試みた。具体的には、マウスを麻酔下におき、4%パラホルムアルデヒドによる経鼓膜及び経心灌流固定を行って側頭骨を固定する。マウスを断頭して内耳を摘出した後、OCTコンパウンドで包埋して凍結切片を作成する。目的とする遺伝子をターゲットとしたDIG標識DNA Probeを使用してin situ Hybridizationを行い、蝸牛での局在を明らかにする。また、同様の手法で準備した凍結切片を用いて、レーザーマイクロダイセクションを行い、各構造別(有毛細胞,蓋膜,血管条,らせん神経節など)よりmRNAを抽出する。mRNAを逆転写酵素でcDNAに変換した後塩基配列を確認し、in situ hybridizationの結果を確認を行った。また得られた結果をもとに、どの構造にいかなるスプライシング・バリアントが存在するかを解析し、遺伝子変異の種類により難聴の臨床像が異なる理由についての検討を行った。当初の計画通り、マウス蝸牛におけるマイクロアレイ解析を実施し、その検討を行うことができ、また英論文としてその成果を報告してきている。耳鼻咽喉科学

平成27年度は、いままで得られたマイクロアレイ解析結果に基づき、マウス蝸牛の回転別に発現量を異なる遺伝子の経年的変化やスプライシングバリアントについても詳細な検討を行う予定である。特に、前年度までに明らかとなった回転別に発現量がことなる既知難聴原因遺伝子に関しては重点的に解析を行う計画である。当初の計画通り初年度にマイクロアレイ解析を実施し遺伝子発現レベルの網羅的解析を行う事が出来た。平成26年度以降は、前年度までに実施したマイクロアレイ解析のデータを基に、蝸牛の回転ごとに発現する遺伝子発現解析およびスプライシング・バリアントの網羅的解析を行う。特に、臨床像に特徴のある難聴の原因遺伝子(WFS1遺伝子、TECTA遺伝子、KCNQ4遺伝子など)に関しては、オルタネイティブ・スプライシング・バリアントの有無および各スプライシング・バリアントの発現量に関して詳細に検討を行う。前年度までに得られたSurePrint G3 Exonマイクロアレイを使用して全エクソンの発現パターンを調べることにより、網羅的スプライシング解析を行い、回転別に特異的スプライシング・バリアントを検出するプローブを設計して発現の確認解析を行う計画である。
霊長類の性的二型の進化要因の解明

本研究では、アジア産の霊長類種を対象に、特殊化したオス形質発現に潜む、行動生態基盤や性認知、進化原理について、蓄積された長期生態観測と認知行動実験を融合して探索する。また、アジアを舞台とした、新しい国際拠点形成も目標とする。性淘汰原理の理解には、生態学や認知科学、数理モデルなど、領域横断的方法が不可欠である。これを契機として、既にアジア各国に調査基盤を構築している日濠の研究者網を拡充発展させ、アジア霊長類学会の発足とけん引を目指す。
テンソル圏と量子亜群の代数構造と解析学

テンソル圏における量子対称性は、有限次元ホップ代数の表現のなすテンソル圏の埋め込みから生じるものである。ここでは、このような形で実現された量子対称性の構造を、さらに代数的な形での再構成を目指して、フロベニウス代数による定式化を行い、いくつかの基本的な構造定理を得ることができた。その内容は、テンソル圏におけるフロベニウス代数を考え、その圏論的な意味での加群の作るテンソル圏を扱うことにより、元のテンソル圏の情報が様々な形態に変化し得るというもので、そのように見掛けが大きく異なるテンソル圏が出現するにも係わらず、全ての情報を失わない、というある種の双対性が成り立っていることも確認できた(Fields Institute Commun.誌に掲載)。Temperley-Lieb圏のKauffman模型による構造解析について精査を行い、Temperle-Lieb代数に関する主要定理すべてに対して、簡明かつ自然な証明を見い出すことに成功した。Temperley-Lieb圏は、量子対称性を考察する上で極めて重要な例であり、その構造解析は徹底的に行われる必要がある。これに関連して、本研究で得られた視点として次のようなものがある。Temperley-Leib圏の重要な実現方法として、基本量子群の表現のつくるテンソル圏というものが知られている。一方で、テンソル圏をベクトル空間の作るテンソル圏に埋め込む方法が与えられると、量子群あるいはホップ代数が復元されるという定理(淡中双対定理)が成り立つので、テンソル圏と量子群の関係を考察する上で、このベクトル空間により実現について調べることが基本的である。この問題においても、上で与えた、Kauffmann模型による幾何学的手法の有効性について、ある程度の見通しを得ることができた。本研究課題ではテンソル圏と量子亜群の構造解析をとくにホップ代数と作用素環の立場から研究することを目的としている。本年は初年度ということもあり、今後の準備的な調査研究を中心に、ホップ代数の表現の作るテンソル圏の量子対称性において果たす役割りについて精査した。1既に過年度の研究課題において明かにされたように、テンソル圏における量子対称性は、有限次元ホップ代数の表現のなすテンソル圏の埋め込みから生じるものである。その内容は、テンソル圏におけるフロベニウス代数を考え、その圏論的な意味での加群の作るテンソル圏を扱うことにより、元のテンソル圏の情報が様々な形態に変化し得るというもので、しかも、そのように見掛けが大きく異なるテンソル圏が出現するにも係わらず、全ての情報を失わない、というある種の双対性が成り立っていることも確認できた.2一方テンソル圏の代数構造の記述において、位相幾何学的な量が重要な役割りを演じることは、絡み目の量子不変量という形で詳しく研究されてきたところであるが、今回の再検討において、一つ盲点とでもいうべき視点を得ることができた。これは、テンソル圏を始めとする量子対称性の幾何学的応用というこれまでの流れを逆転させて、幾何学的な情報を利用して、代数的な構造を解析するというもので、このアイデアをTemperley-Lieb圏のKauffman模型に適用してみたところ、Temperley-Lieb代数の構造解析が、幾何学的に見通し良く得られるという事実を確認することに成功した。より詳しい分析は、今後の課題ではあるが新たな研究の手がかりをつかんだと言える。本年は、3年計画の2年目ということもあり、いくつかの具体的な成果とともに最終年度へ向けての見通しについて報告する。1まず、昨年度の研究成果として得られたテンソル圏におけるフロベニウス代数とその双対性についての論文が、Fields Institute Communications誌に、またこれを補完する論文が、Journal of Operator Theory誌に掲載された。

2 Temperley-Lieb圏のKauffman模型による構造解析について精査を行い、Temperle-Lieb代数に関する主要定理すべてに対して、簡明かつ自然な証明を見い出すことに成功した。その結果を論文「A categorical and diagrammaticalapproach toTemperley-Lieb algebras」としてまとめ、webにて公開した。公開後の論文へのアクセス状況は良好であり、その中で提示された手法についての感心の高さを確認できた。3 Temperley-Lieb圏は、量子対称性を考察する上で極めて重要な例であり、その構造解析は徹底的に行われる必要がある。これに関連して、本年度の研究で得られた視点として次のようなものがある。Temperley-Leib圏の重要な実現方法として、基本量子群の表現のつくるテンソル圏というものが知られている。一方で、テンソル圏をベクトル空間の作るテンソル圏に埋め込む方法が与えられると、量子群あるいはホップ代数が復元されるという定理(淡中Kreinの双対定理)が成り立つので、テンソル圏と量子群の関係を考察する上で、このベクトル空間により実現について調べることが基本的である。この問題においても、上で与えた、Kauffmann模型による幾何学的手法の有効性について、ある程度の見通しを得ることができた。詳細については、次年度の課題であるが、双線型写像のある種の分類に帰着させることが可能のようである。前年度の時点で得られたTemperley-Lieb圏の構造解析に基づいて、今年度はベクトル空間の作る圏への埋め込み問題の研究を行った。抽象的なテンソル圏をベクトル空間により実現することが、量子群の構造を与えることと同値な命題であることから、テンソル圏の代数構造と解析構造の交叉する部分を扱うという本研究課題に対する目標地点に到達する上で適切な内容であったものと判断する。具体的には、Temperley-Lieb圏のもつ剛性に関する汎用性から、埋め込み問題は、非退化双線型形式の同値性問題に還元され、この後者の問題は、文献調査により、別種の問題意識のもと代数的な解決が既になされていることが、判明した。一方、解析的に重要であるユニタリー性を要求した場合の埋め込み問題についてであるが、この場合には、類似点はあるものの、異なる種類の分類問題に帰着することがわかった。この問題については、既存の文献等で手がかりが得られなかったため、独自の考察を行い、この場合の分類問題も解決に至った。以上のようにして得られた埋め込みの完全記述に付随して得られる量子群についてであるが、代数的な量子群としては、Dubois-VioletteとLaunerによって構成されたものと同型であることが判明した。
ヌクレオソームの多様な構造を解析する技術の開発

本研究はクロマチン構造が動的に変化する際に形成されることが考えられている多様なヌクレオソーム構造に着目し、その立体構造をX線結晶構造解析法により明らかにするための技術開発を目的とした。近年、動的なクロマチン構造を研究する上で、ヌクレオソームの立体構造がどのように多様に変化するのかが重要な課題となっている。これまでに数多くのヌクレオソームの結晶構造が報告されているが、いずれもRichmondらによって明らかにされたヌクレオソーム構造を元に、分子置換法によって解かれている。この方法は、解析を行っているヌクレオソームの構造が既知の構造と似ている場合には有効であるが、似ていない場合は構造を解くことができない可能性がある。そこで本年度は、既知のヌクレオソーム構造に依存せずに新規のヌクレオソーム構造を明らかにする実験方法を確立した。具体的には、ヌクレオソームにセレノメチオニン(重原子)を部位特異的に導入し、セレノメチオニンの異常散乱を利用してSAD法による構造解析を行った。まずヌクレオソームへのセレノメチオニンの導入部位を検討した。ヒストンはメチオニンの数が少ないため、ヒストンH2AとH2Bのヒストンフォールドに存在するロイシンをメチオニンに置換した点変異体を複数種類作製した。これらメチオニン点変異体ヒストンの中から、野生型ヒストンを用いた場合と同様にヌクレオソームを再構成できるものを探索した。同定したメチオニン点変異体ヒストンのメチオニンをセレノメチオニンに置き換えた重原子置換体を調製し、それを用いてヌクレオソームの再構成と結晶化を行い、その立体構造を決定した。今回行った構造解析法は、ヌクレオソームの構造が既知の構造と大きく異なる場合も構造決定が可能であることから、非対称なヌクレオソームなどを含む多様なヌクレオソーム構造をX線結晶構造解析により決定するための基盤的な技術となりうる。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は多様なヌクレオソーム構造をX線結晶構造解析法により明らかにするための技術開発を目的としている。近年動的なクロマチン構造を研究する上で、ヌクレオソームの立体構造に、ヒストンテールが受ける化学修飾に加え、ヒストンバリアント、特殊なDNA配列、ヌクレオソーム結合因子などがどのような影響を及ぼすのかが重要な研究課題となっている。これまでに数多くのヌクレオソームの結晶構造が報告されているが、いずれも1997年にRichmondらによって明らかにされたヌクレオソーム構造を元に分子置換法によって解かれている。この方法は、解析を行っているヌクレオソームの構造が既知の構造と似ている場合には有効であるが、似ていない場合は構造を解くことができない。そこで本年度は、ヌクレオソームに重原子を部位特異的に導入し、重原子の異常散乱を利用して構造解析を行うことを目指した。この方法は、ヌクレオソームの構造が既知の構造と大きく異なる場合も構造決定が可能であることから、ヌクレオソームを対象にしたX線結晶構造解析の基盤的な技術となりうる。まずヌクレオソームへの重原子の導入を検討するために、ヒストンのメチオニンをセレノメチオニンに置き換えた重原子置換体の調製を行った。ヒストンはメチオニンの数が少ないため、ヒストンH3、H2A、およびH2Bのヒストンフォールドに存在するロイシンをメチオニンに置換した点変異体を複数種類作製した。これらメチオニン点変異体ヒストンを用い、野生型ヒストンを用いた場合と同様にヌクレオソームを再構成することに成功した。次に、再構成に成功したメチオニン点変異体ヒストンのセレノメチオニン置換体を大量調製し、それを用いてヌクレオソームの再構成と結晶化を行った。その結果、長さが数100ミクロンの棒状の結晶が得られた。

同定したメチオニン点変異体ヒストンのメチオニンをセレノメチオニンに置き換えた重原子置換体を調製し、それを用いてヌクレオソームの再構成と結晶化を行い、その立体構造を決定した。今回行った構造解析法は、ヌクレオソームの構造が既知の構造と大きく異なる場合も構造決定が可能であることから、非対称なヌクレオソームなどを含む多様なヌクレオソーム構造をX線結晶構造解析により決定するための基盤的な技術となりうる。重原子を導入したヒストンの大量調製およびそれを含むヌクレオソームの再構成と結晶化に成功した。これは当初の目標に準じた成果であり、研究は計画通りにおおむね順調に進んでいると思われる。27年度が最終年度であるため、記入しない。重原子を導入したヒストン含むヌクレオソームの結晶を用い、X線結晶構造解析を行う。これと並行して、ヌクレオソームの結晶化においてクリスタル・パッキングの影響を軽減することを目的として、ヌクレオソーム同士の間隔が開いた状態での結晶化を試みる。そのために、ヌクレオソームと共結晶化するスペーサータンパク質の開発を行う。これまでの研究で、スペーサータンパク質は結晶化が困難な膜タンパク質などに用いられている。研究者らはスペーサータンパク質の候補として、過去の研究から結晶化しやすいことが分かっている大腸菌YncEタンパク質をはじめに、様々なタンパク質とヌクレオソームとの共結晶化を試みる。
原発性硬化性胆管炎の新規モデルとしてのKSN-bgマウスの病態解析

原発性硬化性胆管炎primary sclerosingcholangitis(PSC)は、肝外および肝内胆管のびまん性炎症性線維化により胆管の狭窄・閉塞をきたす原因不明の難治性疾患である。本症では高率に抗好中球細胞質抗体(P-ANCA)が陽性となり、胆管細胞癌や潰瘍性大腸炎を合併する。申請者はKSN-bgマウス(KSN-nu/nu; bg/bg)がPSC様病変を自然発症することを見い出し、このモデル動物を用いてPSCの病因・病態の解明にアプローチした。KSN-bgマウスはKSNマウス(nu/nu)にC57BL/6-nu/+; bg/bgマウス由来のbeige遺伝子を導入して作成された免疫不全マウスである。前年度はKSN-bgマウスの自然歴を病理学的・皿清学的に検討した。その結果、6週齢以下のマウスの肝胆道系には全く異常を認めなかったが、6ヶ月齢以上のマウスには13匹中10匹に胆管炎を認め、その病変は胆管周囲の輪状線維化などヒトPSCに特徴的とされる所見を呈した。胆管炎を認めたマウス10匹のうち、9匹に陰窩膿瘍を伴った大腸炎を認め、4匹に胆管細胞癌を認めた。また、6ヶ月齢以上のKSN-bgマウスの85%ではP-ANCAが陽性であったが、対応抗原の同定には到らなかった。以上より、KSN-bgマウスは病理組織学的にも、血清学的にも、また、高率に潰瘍性大腸炎様の病変や胆管細胞癌を合併する点においても、ヒトPSCに極めて類似する病像を呈することが明らかとなった(投稿準備中)。この病態は親系のKSNマウスでは全く見られないことから、発症過程に遺伝的背景が重要であると思われるが、このマウスは厳密な意味でのSPFでは飼育されてこなかったため、感染などの環境因子の関与も否定できない。そのため、SPF下で飼育されたKSNマウス(nu/nu)とC57BL/6-nu/+-bg/bgマウスの交配により、SPF状態のKSN-bgマウスの作成に新たに着手した。原発性硬化性胆管炎primary sclerosingcholangitis (PSC)は、肝外および肝内胆管のびまん性炎症性線維化により胆管の狭窄・閉塞をきたす原因不明の難治性疾患である。申請者はKSN-bgマウス(KSN-nu/nu ; bg/bg)がPSC様病変を自然発症することを見い出し、このモデル動物を用いてPSCの病因・病態の解明にアプローチした。KSN-bgマウスは金沢大学においてKSNマウス(nu/nu)にC57BL/6-nu/+;bg/bgマウス由来のbeige遺伝子を導入して作成された免疫不全マウスである(Ishigaki,1996)。今年度はKSN-bgマウスの自然歴を病理学的・血清学的に検討した。そのため、次年度の解析に向けて、KSN-bgマウスのSPF化およびgerm-free化に着手した。

その結果、6週齢以下のマウスの肝胆道系には全く異常を認めなかったが、6ヶ月齢以上のマウスには13匹中10匹に胆管炎を認め、その病変は胆管周囲の輪状線維化などヒトPSCに特徴的とされる所見を呈した。胆管炎を認めたマウス10匹のうち、9匹に陰窩膿瘍を伴った大腸炎を認め、4匹に胆管細胞癌を認めた。また、6ヶ月齢以上のKSN-bgマウスの85%ではP-ANCAが陽性であったが、対応抗原の同定には到らなかった。以上より、KSN-bgマウスは病理組織学的にも、血清学的にも、また、高率に潰瘍性大腸炎様の病変や胆管細胞癌を合併する点においても、ヒトPSCに極めて類似する病像を呈することが明らかとなった(投稿準備中)。この病態は親系のKSNマウスでは全く見られないことから、発症過程に遺伝的背景が重要であると思われるが、このマウスは厳密な意味でのSPFでは飼育されてこなかったため、感染などの環境因子の関与も否定できない。そのため、SPF下で飼育されたKSNマウス(nu/nu)とC57BL/6-nu/+-bg/bgマウスの交配により、SPF状態のKSN-bgマウスの作成に新たに着手した。
大気エアロゾルの性状と二次粒子生成-研究調整

研究項目A02の研究タイトルは、「大気エアロゾルの性状と二次粒子生成」で、この研究課題について、計画研究と公募研究の進行状況を以下のように調整した。それぞれの計画研究の研究計画・方法を要約すると以下のようになる。1)無機エアロゾル測定法の開発と性状特性の解明平成16年度の研究課題の継続に加え、個別液滴性状解析のための捕集および分析法を開発した。具体的には、高分子ポリマーレプリカ法及び凍結法による固定化・安定化の改良、捕集、レプリカ作成、ハンドリング、貯蔵法の検討、SR-X線分光顕微鏡を用いた個別液滴のサイズ、化学状態の非破壊測定を行なった。さらに、本研究で開発した分析手法をベースに他の計画研究と協力した集中観測を適宜実施した。2)含炭素エアロゾル測定法の開発と性状特性の解明含炭素粒子測定装置によるフィールド測定、都市部と後背地における粒度別粒子の吸湿性・溶解性の調査、有機炭素粒子の粒度分布と光学特性の関係の調査、炭素粒子の発生源別寄与率と光学特性の検討、自然起源・人為起源炭化水素混合系からの二次生成有機炭素粒子の吸湿性・溶解性の調査を行い、また研究成果の取りまとめを行った。3)二次粒子生成・成長機構の解明平成16年度の研究の継続に加え、開発した装置を大気環境下の測定に実用化し、室内でのモデル実験の結果と併せて、粒子生成速度および粒子生成機構を明らかにした。また、平成16年度までの計算、実験結果を踏まえ、溶液内反応の反応速度論的知見を組み合わせて、エアロゾル粒子と大気化学種の相互作用と、表面不均一反応に関する速度過程を解明した。最終的に、大気環境下での微粒子の発生、成長、大気化学反応への影響のモデル化をすすめ二次粒子エアロゾルが大気環境に及ぼす化学的側面および大気環境インパクトを明らかにした。研究課題「大気エアロゾルの性状と二次粒子生成」に関する研究進行のための会議を以下の二日の日程で討論が行われた。・日時:2002年7月15日(月)13:00、場所:東京大学工学部5号館337号室奥山喜久夫研究代表者を中心に本研究課題の進行の手法について議論を行った。また、各計画研究班による発表が行われた。発表内容としては以下の通りである。・無機エアロゾル測定法の開発と性状特性の解明(東野)・含炭素エアロゾル測定法の開発と性状特性の解明(坂本)・減圧場大気汚染物質ガスからの紫外線反応による二次粒子生成・成長メカニズム解明(空閑)・多粒子系連立放物型過程の非平衡・動的平衡論とその硫酸系エアロゾル解析への応用(飯沼)・クラスターイオンからナノ粒子への成長過程の観測:ドリフトチューブ法の応用(長門)本会議では、エアロゾルの測定法に関しての妥当性が討論の中心となり、今後測定に関する調査も進めたいという声も挙がった。・日時:2002年11月11日(月)13:30、場所:東京大学山上会館001号室第1回会議で問題提起された計測法に関して集中的に討論が行われた。また、エアロゾル計測について、奥山研究代表者、坂本、東野による発表および討論が行われた。・無機エアロゾルの計測法(東野)・炭素分析ならびにEC(元素状炭素)とOC(有機炭素)の問題について(坂本)・エアロゾルの性状の物理的計測法(奥山)本会議では、測定条件の統一の可能性を探ることが重要である。また、これら計測条件の統一をフィールド用、基礎研究用、両面をにらんで検討、調整していく予定である。本調整研究は、3つの計画研究と公募研究からなり、それぞれの計画研究の研究実績は以下のとおりである。1.無機エアロゾル測定法の開発と性状特性の解明(東野担当)・SR-X線分光顕微鏡を用いた個別粒子のサイズ、化学状態の非破壊測定はビームサイズ3μmまでを達成し、μ-XRFとμ-XANESによる超微量元素濃度・化学状態の同定に成功した。・高分子ポリマーレプリカ法による霧や雨粒などの固定化・安定化法をほぼ確立し、SR-X線分光顕微鏡を用いた個別液滴中の元素の同定、化学状態の非破壊測定が可能となり、単分散標準液滴による検量・定量化の評価を進めている。2.含炭素エアロゾル測定法の開発と性状特性の解明(坂本担当)・エアロゾル中の有機炭素(OC),元素状炭素(EC)の分析において粗大粒子中のタイヤダストが存在することを解明した。・熱分離過程で炭化・生成するECと光学的に補正されるものは同一ではないこと、光学的測定によってECの高感度測定が可能であるが、試料量の調整が必要なことが明らかになった。・(NH_4)_2SO_4を内核とするシュウ酸/アジピン酸を被覆した外部混合粒子を発生させ、その湿度変化から、外部混合粒子は(NH_4)_2SO_4単独成分粒子よりも低い相対湿度で粒子成長を開始することを解明した。3.二次粒子生成・成長機構の解明(奥山担当)・混合型の凝縮核計数装置、粒子拡大装置およびファラディーカップ電流計を製作し、計測が可能なエアロゾルのサイズ範囲を明らかにした。大気エアロゾルの発生初期での挙動を理解するために、新しい荷電装置を開発した。また、シリカ/カーボン複合粒子の有効複素屈折率を測定し、複素屈折率の実数部と虚数部は複合粒子中カーボン量の増加と共に大きくなることを明らかにした。

・気液の取り込み過程の標準的な実験方法の一つである液滴法に対して理論的な検討を加え、その問題点を明らかにした。本調整研究は、3つの計画研究と公募研究からなり、研究実績は以下のとおりである。1.無機エアロゾル測定法の開発と性状特性の解明(東野担当)・放射光マイクロビームXRD分析システムの改良を進め,保持膜からのブランクを差し引くことで明瞭なX線回折像を得ることに成功した。また,微小1粒子から粉末X線回折パターンを取得するために,試料台の回転と試料位置をビーム位置に追従させる方法を開発し,既知鉱物粒子でその有効性を明らかにした。・黄砂時における日韓同時サンプリングと複合薄膜法,放射光XRF法の適用により,個別粒子ごとの化学性状の差異を同定し,韓国では硫酸塩への変質が,日本では硝酸塩が支配的であることがわかった。2.含炭素エアロゾル測定法の開発と性状特性の解明(坂本担当)・熱光学式炭素分析における炭化低減手法を検討し、600°C以上でECが燃焼していることを確認した。また、大気エアロゾル中の炭素成分捕集方法について比較検討し、捕集中におけるオゾンによる影響はほとんど無いが、半揮発性のガス状有機物の吸着による誤差が示唆された。・吸湿特性に関する研究では、硫酸アンモニウム粒子にフタル酸、またはピレンを被覆させ、その吸湿成長を観測し、被覆の膜厚や物質の特性に伴って成長因子が減少する傾向を明らかにした。3.二次粒子生成・成長機構の解明(奥山担当)・サブミクロン粒子の分級ができるLong DMA(LDMA)を製作し、LDMA-FCEシステム粒度分布計測システムを開発した。その性能を実験的に評価して計測が可能なエアロゾルのサイズ範囲を明らかにした。また、減圧DMA内部での粒子の拡散現象の評価を行い、圧力の減少に伴い拡散損失の影響が小さくなることを明らかにした。・氷表面にNO_2分子をさらしたときの表面取り込み過程の観察を行い、堆積層が1層以下では取り込みがごく小さいことを明らかにした。研究項目A02の研究タイトルは、「大気エアロゾルの性状と二次粒子生成」で、この研究課題について、計画研究と公募研究の進行状況を以下のように調整した。それぞれの計画研究の研究計画・方法を要約すると以下のようになる。1)無機エアロゾル測定法の開発と性状特性の解明平成16年度の研究課題の継続に加え、個別液滴性状解析のための捕集および分析法を開発した。具体的には、高分子ポリマーレプリカ法及び凍結法による固定化・安定化の改良、捕集、レプリカ作成、ハンドリング、貯蔵法の検討、SR-X線分光顕微鏡を用いた個別液滴のサイズ、化学状態の非破壊測定を行なった。さらに、本研究で開発した分析手法をベースに他の計画研究と協力した集中観測を適宜実施した。2)含炭素エアロゾル測定法の開発と性状特性の解明含炭素粒子測定装置によるフィールド測定、都市部と後背地における粒度別粒子の吸湿性・溶解性の調査、有機炭素粒子の粒度分布と光学特性の関係の調査、炭素粒子の発生源別寄与率と光学特性の検討、自然起源・人為起源炭化水素混合系からの二次生成有機炭素粒子の吸湿性・溶解性の調査を行い、また研究成果の取りまとめを行った。3)二次粒子生成・成長機構の解明平成16年度の研究の継続に加え、開発した装置を大気環境下の測定に実用化し、室内でのモデル実験の結果と併せて、粒子生成速度および粒子生成機構を明らかにした。
X線非弾性散乱実験によるLPSO相のダイナミクス

LPSO型Mgは、通常のMgと異なり、同期した長周期の積層欠陥、すなわち構造と不純物濃度の変調が同期した特異な構造を持ち、それがひずみに対してキンク・バンドを形成することにより優れた弾性的特性を示す。X線非弾性散乱(IXS)は、大型放射光施設を用いて初めて実現された物質中の原子ダイナミクス、例えばフォノンの励起エネルギーや寿命、伝搬速度などを正確に観測することが可能である実験手法である。本研究の目的は、IXSにより超高強度MgLPSO合金の弾性的性質を、原子レベルのミクロな視点より明らかにすることである。本助成により、昨年度はIXS用真空チャンバーを設計、購入するとともに、別予算で購入した単結晶サファイア薄板X線窓と組み合わせて、小角でのIXS実験に本質的な、空気散乱によるバックグラウンドを抑えた実験手段を確立し、Mg85Zn6Y9LPSO合金および純粋αーMgの多結晶の測定を室温で行った。本年度には、それに加えて、不純物濃度の小さなMg97Zn1Y2 LPSO多結晶合金のIXS測定を室温および応用面で非常に重要な高温の450°CのIXSデータを、純粋αーMgの多結晶の450°Cとともに取得した。その結果、縦波の分散関係は音速から予測できる分散とほぼ一致しているが、横波の分散はやや高エネルギーにあるため、ミクロなポアソン比はマクロな値と比較してかなり小さな値が得られ、LPSO合金に存在する不純物クラスターがひずみに対して非常に強固な形状依存性を示している。また、Mg85Zn6Y9LPSO合金単結晶の測定を行い、通常の縦波、横波に加えて低励起エネルギーに分散のほとんどない局在モードを見出した。これも不純物クラスターが作る層状構造に起因すると思われる。得られた結果について、今後詳細なデータ解析を行うとともに、理論計算と比較することによってその起源を同定したい。27年度が最終年度であるため、記入しない。LPSO型Mgは、通常のMgと異なり、同期した長周期の積層欠陥、すなわち構造と不純物濃度の変調が同期した特異な構造を持ち、それがひずみに対してキンク・バンドを形成することによって優れた弾性的特性を示す。X線非弾性散乱(IXS)は、大型放射光施設を用いて初めて実現された物質中の原子ダイナミクス、例えばフォノンの励起エネルギーや寿命、伝搬距離、あるいは原子の拡散定数などを正確に観測することが可能である。本研究の目的は、IXSにより超高強度Mg合金の弾性的性質を原子レベルのミクロな視点より明らかにすることである。本助成によりこれまで、IXS用真空チャンバーを設計、購入し、別予算で購入した単結晶サファイア薄板X線窓と組み合わせて、小角でのIXS実験に本質的な、空気散乱によるバックグラウンドを1%以下に抑えた。SPring-8のIXSビームラインBL35XUで6日間のビームタイムを確保し、Mg85Zn6Y9LPSO合金および純粋αーMgの多結晶を計画班より提供いただき、IXS測定を室温で行った。純粋αーMgの測定では、縦波および横波音波に対応する励起ピークが鮮明に観測できた。また、縦波の分散関係は音速から予測できる分散とほぼ一致しているが、横波の分散はやや高エネルギーにあり、ミクロとマクロな弾性的性質にはせん断方向に限って違いが見られる。一方、Mg LPSO合金の結果は、まず励起モードの信号が著しく小さく、積層欠陥や不純物の存在によるフォノンの散乱に対応していると考えられる。また、縦波音波の励起エネルギーは、音速から予測できる値を少し上回っている。さらにミクロなポアソン比はマクロな値よりかなり小さく、LPSOに存在する不純物クラスターがひずみに対して非常に強固な形状保存性を示していると考えられる。得られた結果について今後はさらに詳細なデータ解析を行い、また理論計算の結果と比較したい。

その結果、縦波の分散関係は音速から予測できる分散とほぼ一致しているが、横波の分散はやや高エネルギーにあるため、ミクロなポアソン比はマクロな値と比較してかなり小さな値が得られ、LPSO合金に存在する不純物クラスターがひずみに対して非常に強固な形状依存性を示している。また、Mg85Zn6Y9LPSO合金単結晶の測定を行い、通常の縦波、横波に加えて低励起エネルギーに分散のほとんどない局在モードを見出した。これも不純物クラスターが作る層状構造に起因すると思われる。得られた結果について、今後詳細なデータ解析を行うとともに、理論計算と比較することによってその起源を同定したい。当初の計画では本年度は、新しい真空容器の整備を行い、SPring-8のBL35XUビームラインで調整を行う予定であった。しかしながら、これまでの経験を生かして設計を非常に早く行ったうえ、特注であったにもかかわらず製作会社に非常に努力していただき、本年度前半のうちに装置の整備が終わり、後半には実験を行うことができた。試料がこれまでに経験のない多結晶であったため、データの取得も難しいことも考えられたが、十分なビームタイムがSPring-8で認められたことで、非常に統計精度の良い結果が得られた。この結果は既に昨年10月に行われた国際シンポジウム「The 2nd International Symposium on Long-Period Stacking Ordered Structure and Its Related Materials」で口頭発表を行っただけでなく、国内での学会でも3件の口頭発表を行った。また、本年度にはロシアのトリアッチで開催されるマグネシウム合金に関する日露セミナーや韓国の済州島で開催される第10回マグネシウム合金とその応用に関する国際会議にも口頭発表を行うことが内定している。また、Materials Transaction誌にも論文が掲載されることが決定している。27年度が最終年度であるため、記入しない。今後の方針を以下に示す。1.不純物濃度が低く、LPSO相も20%程度のMg97Zn1Y2合金の多結晶を対象としたIXS測定を室温で行い、フォノン物性の不純物濃度依存性を明らかにする。2.これまで行ってきた多結晶試料について、材料加工上重要な高温でのIXS測定を行い、その温度特性を明らかにする。3.単結晶試料を単独で0.1 mm程度の大きさに切り出し、LPSO単結晶のフォノン分散の結晶方位依存性を明らかにする。得られたIXS信号を、フォノンのモデル関数として信頼性の高い減衰振動子モデルを用いて解析し、そのミクロな弾性的性質を明らかにする。4. X線とは異なる散乱断面積を持つ中性子を使った非弾性散乱を行い、元素ごとのダイナミクスを明らかにする。これらすべての実験計画について、放射光施設SPring-8やHiSOR、中性子施設J-PARCに、既に課題申請を行い、採択されている。本年度は博士研究員を雇用して研究を進めたが、その成果は高く評価され、名古屋工業大学助教への昇格の道を開いた。
麻酔薬の神経伝達機構に及ぼす影響

麻酔薬の神経伝達機構に及ぼす影響を、全脳、脳組織ならびに脳細胞のレベルで検討した。全脳レベル:平成元年度は、ハロセンのラット脳内アミノ酸含量に及ぼす影響を検討した。アミノ酸としては、神経伝達物質とされるグリシン(GLY)、ガンマアミノ酪酸(GABA)、アスパルギン酸(ASP)、グルタミン酸(GLU)に注目し、これらの脳内含量は質量分析計付ガスロマトグラフにて測定した。結果は、高濃度ハロセンにより脳内アミノ酸含量が増加し、ハロセンによる脳内アミノ酸の産生の促進または利用の抑制が示唆された。この結果を受けて、平成2年度は、ハロセンのマウス脳内アミノ酸産生に及ぼす影響を検討した。結果は、高濃度ハロセンより脳内アミノ酸利用の低下し、ハロセンによる脳内アミノ酸産生の抑制が示された。以上より、ハロセン麻酔の機序として、脳内アミノ酸利用の低下による興奮性活動の低下が強く示唆された。脳組織レベル:ラット生体脳へ微小灌流用プロ-ベを挿入し、フラクションコレクタ-にて脳内細胞外液を採取し、そのアミノ酸の含量、液体クロマトグラフを用いて測定した。結果は、麻酔薬(ペントバルビタ-ル)存在下ではASPならびにGLUの含量が減少し、ペントバルビタ-ルが興奮性神経伝達物質の脳組織からの遊離を抑生することが示された。脳細胞レペル:ラット大脳皮質よりシナプス膜を作成し、これに含まれるジアゼパム受容体とラジオアイソト-プで標識したジアビパムの結合の多寡を、麻酔薬存在下、非存在下で比較検討した。結果は、ペントバルビタ-ル、ハロセンならびに低濃度リドカイン存在下でジアゼパムの受容体結合が増加し、これらの麻酔薬はジアゼパム受容体と結合したGABA受容体に影響を及ぼすことによってその中柩神経抑制作用を発揮すると考えられた。麻酔薬の神経伝達機構の及ぼす影響を、全脳、脳組織ならびに脳細胞のレベルで検討した。全脳レベル:ラットに一定時間ハロセンを吸入させた後、全脳を摘出し、そのアミノ酸含量を質量分析計付ガスクロマトグラフにて測定した。アミノ酸としては、神経伝達物質とされるグリシン(GLY)、ガンマアミノ酪酸(GABA)、アスパルギン酸(ASP)、グルタミン酸(GLU)に注目した。結果は、高濃度ハロセン(3.4%)を吸入させた場合に、興奮性伝達物質であるASPならびにGLUの含量の増加がみられた。これは、これらのアミノ酸の脳内での利用が低下した、即ち脳での興奮性活動がハロセンにより低下したためと考えられた。脳組織レベル:ラット生体脳へ微小灌流用プロ-ベを挿入し、フラクションコレクタ-にて脳内細胞外液を採取し、そのアミノ酸の含量を、液体クロマトグラフを用いて測定した。この結果、ラットに麻酔薬(ペントバルビタ-ル)を予め投与した場合、細胞外液内のASPならびにGLUの含量が減少した。このことから、ペントバルビタ-ルは興奮性神経伝達物質の脳組織からの遊離を抑制すると考えられた。脳細胞レベル:ラット大脳皮質よりシナプス膜を作成し、これに含まれるジアゼパム受容体とラジオアイソト-プで標識したジアゼパムの結合の多寡を、麻酔薬存在下、非存在下で比較検討した。ペントバルビタ-ル存在下では、ジアゼパムの受容体結合は増加した。一方、ハロセンの存在下でも、ジアゼパムの受容結合は増加した。しかも、これらの結合は、外液のクロライドイオン濃度に依存していた。

このことより、ペントバルビタ-ルならびにハロセンは、ともにジアゼパム/GABA/クロライドチャンネル複合体(GABA受容体)に影響を及ぼすことによって、その中枢神経抑制作用を発揮すると考えられた。平成元年度に続き、麻酔薬の神経伝達機構に及ぼす影響を、全脳、脳組織ならびに脳細胞のレベルで検討した。全脳レベル:13Cーグルコ-スを投与したマウスに一定時間ハロセンを吸入させた後、全脳を摘出し、13Cーグルコ-ス由来のアミノ酸含量を質量分析計付ガスクロマトグラフにて測定した。アミノ酸としては、神経伝達物質とされるガンマアミノ酪酸(GABA)、アスパルギン酸(ASP)、グルタミン酸(GLU)ならびにこれらのアミノ酸と関連の深いグルタミン(GLN)に注目した。結果は、1%ハロセンを吸入させた場合に、13Cーグルコ-ス由来の以上のアミノ酸の含量の増加がみられ、2%ハロセンを吸入させた場合には、逆に減少がみられた。これは、これらのアミノ酸の産生が1%ハロセンで促進され、2%ハロセンで抑制されるためと考えられた。脳組織レベル:ラット生体脳へ微小灌流用プロ-ベを挿入し、フラクションコレクタ-にて脳内細胞外液を採取し、KCl刺激を行なった際の灌流液中のアミノ酸含量の増減を、液体クロマトグラフを用いて測定した。この結果、ラットに麻酔薬(ペントバルビタ-ル)を予め投与した場合、KCl刺激の際の細胞外液内のASPならびにGLUの含量が減少した。このことから、ペントバルビタ-ルは刺激が加わった際の興奮性神経伝達物質の脳組織からの遊離を抑制すると考えられた。脳細胞レベル:ラット大脳皮質よりシナプス膜を作成し、これに含まれるジアゼパム受容体とラジオアイソト-プで標識したジアゼパムの結合の多寡を、局所麻酔薬(リドカイン)存在下、非存在下で比較検討した。結果は、低濃度リドカイン存在下でジアゼパムの受容体結合は増加し、高濃度リドカイン存在下では逆に減少した。これは、局所麻酔薬が低濃度で中枢神経抑制作用を生じ、高濃度では逆に興奮作用を生じるという現象と一致する。
多分割の分割統治法を用いた高速な固有値・特異値計算

特異値分解に対する多分割の分割統治法の並列計算機向けの実装を行った。これは、固有値問題に対する多分割の分割統治法の並列化を応用することで達成でき、良好な高速化が達成された。また、逐次処理において、精度の面で主要となる計算である実対角行列と低階数の摂動の和の固有値問題に対して、新たなアルゴリズムを提案した。これにより、最悪なケースにおける計算時間の短縮が期待できる。研究代表者らが開発した多分割の分割統治法という行列の固有値問題や特異値分解を高速に行う新たなアルゴリズムに基づき、特異値分解に対する多分割の分割統治法アルゴリズムの改良を行った。このアルゴリズムは、数学的には既に研究代表者らが開発した固有値問題に対する多分割の分割統治法を特異値分解へ応用することによって構成されるが、数値的な安定性を得るためには特異値分解に特有な拡張を行う必要がある。すなわち、行列の特異値はその行列から帰着される固有値の平方根により求められるが、数値計算上の誤差により求められる固有値が負ないし非常に小さい値となることがあり、そのことが数値的な安定性な安定性を確保する上で障害となる。本研究では、そのような条件の悪い行列であるか否かを事前に高速に検出し、悪条件の問題であれば専用の手法によって計算を実行する。悪条件専用の計算手法は従来の計算より時間をかけるが、事前に悪条件である部分をタイトに切り出すため全体の計算時間に多くの影響を与えない。また、拡張したアルゴリズムと従来のアルゴリズムを数値実験によって比較を行い、多くの行列に対して速度、精度共に遜色ない特異値分解アルゴリズムが構成されたことを検証した。多分割の分割統治法は本質的に並列性の高いアルゴリズムであり、この検証結果から今後行う並列計算機へ実装を行うことにより固有値問題・特異値分解の実用的な並列ライブラリが構成できることが十分に期待できる。研究代表者らが開発した多分割の分割統治法という、行列の固有値分解や特異値分解を高速に計算する新たなアルゴリズムに基づき、特異値分解に対する多分割の分割統治法アルゴリズムの改良を行った。すなわち、行列の特異値はその行列から帰着される行列の固有値の平方根により求められるが、数値計算上の誤差により求められた固有値が負ないし非常に小さい正の値となることがしばしば生じ、そのことが数値的な安定性を確保する上で障害となる。本研究では、そのような条件の悪い行列であるか否かを事前に検出し、悪条件の問題であれば専用の手法に切り替えて計算を実行する。悪条件専用の計算手法は従来の計算より時間をかけるが、事前に悪条件である部分をタイトに切り出すため全体の計算時間に大きな影響を与えない。多分割の分割統治法は本質的に並列性の高いアルゴリズムであり、この検証結果から今後行う並列計算機への実装を行うことにより固有値問題・特異値分解の実用的な並列ライブラリが構成できることが十分に期待できる。大規模な実対称行列の固有値問題を高速・高精度に解くことは非常に重要な数値線形代数の課題であり、二分割の分割統治法はその目的の達成に有効な手法であると注目されている。研究代表者らが開発した多分割の分割統治法は標準的な分割統治法である二分割の分割統治法を拡張し、より高速にしたアルゴリズムである。