hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
回路レベルの学習則探索に向けたＮＭＤＡ型グルタミン酸受容体の翻訳後修飾の解明

・背景申請者は、記憶形成のような脳全体に普遍的に存在する現象を共通の分子メカニズムで説明するため、チャネルタンパク質の翻訳後修飾がチャネル開口確率の制御と、それによるニューロン発火頻度の調節を広汎に担っているという仮説を立てている。特に、記憶形成や精神疾患との関わりの深いNMDA型グルタミン酸受容体(NMDAR)のリン酸化制御に着目して研究を進めている。・手法本年度はin vitroにおいて、リン酸化がNMDARの開口確率の制御に与える影響を調べた。NMDARとこれをリン酸化することが知られているリン酸化酵素、およびそれらの変異体をHEK293T細胞にプラスミド導入によって共発現させた。ここにカルシウム色素をロードし、グルタミン酸刺激前後の応答をファンクショナルドラッグスクリーニングシステム(FDSS)を用いて、蛍光強度の変化として定量した。・結果NMDARを、あるリン酸化酵素の野生型と共発現させた場合に比べ、恒常活性化型の変異体と共発現させた場合に、カルシウムシグナルが著明に上昇する現象が観察された。遺伝学・薬理学的な補助実験から、観察された現象はNMDARのリン酸化による開口確率制御を介した現象であることが強く示唆された。また、NMDAR側の活性調節部位を調べるため、NMDARのうち細胞内にある部分の変異体アッセイも行ったところ、ドメインレベルまでの絞り込みを達成した。進捗状況は概ね予定通りであり、リン酸化によるNMDARのカルシウム応答の変異体アッセイは順調に進んでいる。NMDARの活性調節部位の絞り込みを進め、見出した残基の変異型マウスを作出する。その新生仔から得た初代培養細胞を電気生理学的解析にかけ、いかに膜電位や発火頻度が調節されているか調べる。
レーザー分光による不安定原子核の核半径測定

王氏が、外国入特別研究員として行っている研究課題は、従来測定が困難とされてきたRe, Os, Irなどの高融点元素のレーザーによるアイソトープシフトや超微細構造測定などの精密分光の実現である。この課題は、中性子が極めて過剰な中・重質量の原子核がもつ中性子スキンの特異な性質を調べていく上で重要な寄与を与えるものと期待される。また、この課題で開発する、アブレーションレーザーと共鳴分光用レーザーの組み合わせによる中性原子あるいはイオン抽出の技術は、短寿命核ビーム生成における元素選択的イオン源への応用技術としても重要である。15年度は、レーザーアブレーションの機構を調べるため、アブレーションにより生成された原子について、その準安定準位の生成確率測定を行った。対象とする原子には、準位数の多いNdを用い、測定には、誘起蛍光分光法を採用した。この測定を成功させるためには、パワーメータやイオンプロープ、光電子増倍管、誘起レーザー波長の高精度な校正が必要で、多くの時間を使って信頼性のあるセットアップを完成させている。得られた観測データにおいてもっとも興味深い点は、当初ポルツマン分布から予想されていた生成確率と異なり、大きな確率で高いエネルギーにある準安定準位が生成されている点である。実際に電子ビームにより生成された原子の準位生成確率は1000度程度の温度におけるボルツマン分布でほぼ説明されることから、レーザーによるアブレーションの場合には、その特異な性質を反映しているものと考えられる。Re(レニウム)をはじめとする高融点元素同位体のレーザー分光による原子核荷電半径、電磁気モーメント測定を目指している。Re等の同位体は加熱型原子線源で作ることができない。そこで、レーザーアブレーション法による原子線源を開発することにより、初めて分光が可能となる。Re同位体の中性子数に対する測定値の系統的変化を観測することで、原子核の変形がどのように変わるかを明らかにする。今年度後半からの研究期間に於いては、レーザーアブレーション技術の調査検討を行い、研究を進める上での装置の設計と準備を行った。レーザーによる荷電半径測定法には、中性原子並びにイオン化された原子に適用できる蛍光分析法と中性原子にのみ適用可能な共鳴分光法がある。前者は簡便な実験手法であるが、荷電半径の変化を議論するには測定精度に限界がある。他方、後者は高精度データが得られるが、純粋な中性原子源が必要となる。そこで、手始めに蛍光分析法によるRe同位体に対するレーザーアブレーション実験を開始するとともに、高純度中性原子線の開発を進める事とした。調査の結果、中性原子を得るには、アルカリ蒸気フィルターとイオン化された原子の排除用グリッド電極が必要である事が明らかとなり、装置の設計を行った。また、レーザーアブレーション機構は未だ未知な点があるため、中性原子を効率よく得るための系統的なレーザー条件探索を開始した。
原始背景重力波を通じた超弦理論的重力理論の検証

本研究では初期宇宙のインフレーションに由来する原始背景重力波を通じて超弦理論に示唆される重力理論の妥当性を検証するための基礎的な考察を行った。重力理論の模型としてEinstein方程式にBachテンソルと呼ばれるWeyl曲率の補正を与えるEinsteinーWeyl型重力理論を仮定し、インフレーション期前後の初期宇宙から現在に至る重力摂動の時間進化を調べた。また、この重力理論における重力波のエネルギー密度の妥当な定義を見出した。当該年度は修正重力理論における重力波を直接的ないし間接的に観測するための基礎理論の構築に注力した。本研究課題で考察の対象とする重力理論(Einstein-Weyl重力理論)においては、一般相対性理論が予言する零質量の重力波のみならず質量を持つ重力波として振舞う動的な自由度が存在し、それらの重ね合わせが総体として計量場の揺らぎを与える。このうち有質量の重力波については、物質といかに相互作用し装置等による検出が可能になるか、また波動としてどのような性質のエネルギーを運搬し宇宙膨張等に影響を及ぼすかが知られておらず、関心を寄せる修正重力理論の観測的検証のためにはまずそれらを明らかにすることが必須である。たとえば一般相対性理論では重力波の振幅(パワースペクトル)とエネルギー密度を結びつける公式が存在し、それらの観測可能と目される二つの物理量がほぼ同一視されるが、修正重力理論では運動方程式が異なるため同じ公式が適用できない。とくに、有質量重力波のエネルギー密度については妥当な定義自体が知られていない。そこで、いくつかの手法によって有質量重力波のエネルギー密度を定義することを試みた。具体的には、Noetherの保存電荷を構成する方法、ハミルトニアンを構成する方法、重力場方程式に計量摂動の2次で現れる反作用項を見る方法などである。これら複数の方法によって定義できる量の表式が全微分項を除いてお互いに一致することを見出し、かつ平均操作等を行なうことによって全微分項の寄与が消えることが見られたため、エネルギー密度と捉えるべき物理量の妥当な定義が得られたと考えている。この成果については部分的に日本物理学会2014年秋季大会において発表した。最終年度は、初期宇宙に起源を持つ重力波に関する発展的な研究として、(1) Einstein-Weyl型重力理論における背景重力波のエネルギー密度スペクトルの導出および(2)非等方的な空間膨張によって重力波の振幅が増幅する効果についての考察を行った。前者においては、過去の成果を補強するために、Noether荷を考える方法でエネルギー密度の表式を見出し、それがハミルトニアンから求めたものと、一部の表面項を除いて一致することを確認した。これにより、Einstein-Weyl型重力理論における背景重力波の直接観測や、宇宙膨張への影響などを考えるための基礎的な知見が得られたと考えている。また、更に進めてその量子論的真空期待値も計算し、原始背景重力波の初期スペクトルを知ることも可能になった。一方後者では、重力波強度の方向依存性から、インフレーション期以前の宇宙膨張を探ることを試みた。具体的には、当初の非等方的な膨張が等方化して指数関数的なインフレーション膨張へと繋がる背景時空(Kasner-de Sitter解)でのテンソル型重力摂動の時間発展を調べた。その結果、非等方膨張を経験した重力波の増幅率が波数ベクトルの向きに強く依存することを見出し、将来的に重力波強度の到来方向依存性を調べることで、初期宇宙での宇宙膨張の非等方性を検知ないし制限できることが分かった。このような重力波強度の異方性は、直接検出を待たずとも、宇宙マイクロ波背景放射の大スケールでの偏光スペクトルを通じて調べることもでき、既存の観測データを用いて制限することを試みている。研究課題の最終的な目標である修正重力理論の検証に向け、必要とされる基本的な観測可能量の定式化を進めることができているため。宇宙物理学研究対象とする重力理論における特徴的な重力波を直接検出する方法を検討し、また物質との相互作用を通じて他の観測可能量を誘起する可能性、とくに宇宙背景放射などへの影響を調べていく。当初の研究計画に基く海外出張を行なった際に現地での滞在費については支出を要しないことになったために残金が生じた。次年度に共同研究者を招聘することに用い、研究計画のより迅速な遂行に役立てることを計画している。
金属錯体+蛋白質ハイブリッド反応場の構築による人工金属酵素の創生

金属酵素の活性中心機能を模倣する金属錯体と蛋白質の設計と合成を行うと共に、生命分子の誕生と進化の過程を人工的に再現した「試験管内分子選択・進化システム」を独自に開発した。そして、このシステムの利用により、膨大なペプチドライブラリーの中から、金属酵素様の触媒機能を発現する人工ペプチドの選択に至った。これにより、金属錯体形成・基質分子認識・触媒機能を同時に発現する人工金属ペプチド酵素の新たな創生法の確立に成功した。本研究では、新たなポリペプチド・タンパク質骨格において、金属酵素様の触媒機能を発現する人工生体反応場を構築し、目的に適った化学反応を促進する人工金属酵素を創造することが目的である。本年度は、自然界の生体分子の誕生と進化の過程を再現した「試験管内分子選択システム」を独自に開発した。このシステムの根幹は、金属酵素の創生から選択・進化までを試験管内レベルで再現し、目的の金属酵素機能を獲得する特殊な技術であり、本研究者の独自の構想を基にして設計・構築したものである。その一方、人工金属酵素の活性中心としての新規金属錯体の化学合成と物理化学的性質の同定にも成功した。以上は、本研究が、蛋白質工学と生物無機化学を融合したハイブリッド研究として、計画通りに展開されていることを証明している。また、ここまでの研究成果は、数多くの国内学会(日本化学会・高分子討論会・ケミカルバイオロジーシンポジウムなど)・国際会議(13th International Conference on Biological Inorganic Chemistry)・国内研究会(錯体化学若手の会)の場において発表・紹介するだけでなく、これらの成果の一部を特許化する申請を済ませている。さらに、本研究に関連した書籍を執筆すると同時に、本研究の論文化と国際的科学ジャーナルへの投稿も進めている。そして来年度は、今回得られた実験情報と知見を活かし、更なる人工金属酵素の創生と進化的機能化技術を確立することを目指す。本研究課題は、温和な条件下において触媒反応を促進する遷移金属錯体を化学的に合成すると同時に、その金属錯体を部位特異的に天然タンパク質に導入することで、自然界には存在しない人工金属酵素を創生する研究である。本年度は、前年度に引き続き、金属酵素の創生から進化までを試験管内レベルで再現する特殊技術として「試験管内分子選択&進化システム」の構築と改良に取り組んだ。また、目的の金属酵素機能を獲得するための「試験管内分子選択&進化システム」の有用性を示すべく、実際に、そのシステムを利用した「人工金属酵素の創生」を試みた。その結果、金属酵素様の機能を発現する金属ペプチドの創生とそれらのキャラクタリゼーションに成功した。本年度の研究成果は、数多くの国内学会(日本化学会・高分子討論会・日本ケミカルバイオロジー研究会)と国際会議(The IUMRS(International Union of Materials Research Societies)-International Conference in Asia 2008)・理化学研究所の研究会の場において発表するだけでなく、国際的科学系図書や国際的生物工学系ジャーナル(Biotechnol. Bioeng. )の論文としても掲載することができた。現在、研究期間の終了に伴い、これまでの研究成果を「金属酵素機能を最小単位で発現する人工金属酵素の創生」として集約し、海外の著名な科学系ジャーナルの論文として投稿中である。そして、今回得られた実験的情報と知見を活かし、様々な人工金属酵素の創生と進化分子工学的手法による人工分子の生体機能化技術の確立を目指した独創的学術研究へと昇華させる予定である。
現代舞台劇術の映像資料デジタル・アーカイヴ構築に向けて

研究期間である平成16年度から19年度にかけて、本研究では主として以下の内容が実施された。1.欧米を中心とする諸外国において、舞台芸術の映像資料がどのように収集され、どのようにアーカイヴ化されているかにつき、詳細な情報を入手し、その際の問題点を比較検討するために、具体的な調査を行った。2.研究代表者及び研究分担者がすでに所蔵する映像資料を使って、デジタル・アーカイヴ構築の作業を行った。同時に、パーソナル・コンピューターを用いた本研究参加者にも可能なデジタル化の実験も試みた。3.舞台芸術映像資料の収集と保存に興味を示している国内のいくつかの機関とコンタクトをとり、デジタル・アーカイヴ立ち上げのための具体的な問題を検討した。こうした研究プロセスを経て、本研究では具体的に以下のことが達成されたと考える。1.映像資料のデジタル・アーカイヴ化のための技術的問題を検討しつつ、実際のアーカイヴ化作業について一定の成果を見た。2.各研究参加者が専門とする現代舞台芸術の諸分野につき、映像資料デジタル・アーカイヴを構築する上で必要な作品や作家の選定を終了し、アーカイヴ構築のための具体的な作業を終えた。3.国内外の現代舞台芸術について、映像資料保存のプロジェクト担当者とコンタクトを取りつつ、デジタル・アーカイヴ化作業の問題点を国際的な視野から整理した。とくにイギリス・フランスおよびアメリカ合衆国における実態調査からは海外の現状について詳細な情報を得ることができた。本研究の目的は、わが国における舞台芸術研究の質的量的充実をはかるために、関係映像をどのように収集し、それらを研究者のみならず、一般学生や一般市民、あるいは同時代の舞台芸術にかかわる人々にどのように公開していけるのかを考えることにあり、われわれに出来る範囲での映像資料デジタル・アーカイヴ構築を開始するということが研究内容となる。今年度は以下の内容の研究を実施した。(1)欧米を中心とする諸外国において、舞台芸術の映像資料がどのように収集され、どのようにアーカイヴ化されているかにつき、より詳細な情報を入手し、その際の問題点を比較検討するために、具体的な調査を行う。研究参加者がそれぞれ一は国内外での調査と資料収集のために出張した。(2)研究代表者及び研究分担者がすでに所蔵する映像資料を使って、デジタル・アーカイヴ構築の作業を実際に開始した。まずはパーソナル・コンピューターを用いた本研究参加者にも可能なデジタル化の実験から着手した。(3)国内外に存在するいくつかの重要な劇団や放送局等とコンタクトをとり、デジタル・アーカイヴ立ち上げのための具体的な作業に入った。同時に、研究参加者の専門分野にしたがって、それぞれの関係書籍や雑誌などの基礎資料収集も同時並行で行った。以上のようなプロセスを経て、今年度末には、以下のことが達成された。(1)映像資料関係の権利に関する法的問題について共通の理解を得た。(2)映像資料のデジタル・アーカイヴ化のための技術的問題を克服し、実際の作業を開始した。(3)各研究参加者が専門とする現代舞台芸術の諸分野につき、映像資料デジタル・アーカイヴを構築する上で必要な作品や作家を選定し、アーカイヴ構築のための具体的な作業に入った。(4)国内の現代舞台芸術について、当事者とコンタクトを取りつつ、可能な限り映像資料を収集し、具体的なデジタル・アーカイヴ化作業を開始した。本研究の目的は、わが国における舞台芸術研究の質的量的充実をはかるために、関係映像をどのように収集し、それらを研究者のみならず、一般学生や一般市民、あるいは同時代の舞台芸術にかかわる人々にどのように公開していけるのかを考えることにあり、我々に出来る範囲での映像資料デジタル・アーカイヴ構築を開始するということである。今年度は昨年度に引き続き、以下の研究内容を各研究分担者とともに実施した。(1)欧米を中心とする諸外国において、舞台芸術の映像資料がどのように収集され、どのようにアーカイヴ化されているかにつき、昨年度に引き続き、詳細な情報を入手し、その際の問題点を比較検討するために、具体的な調査を行った。

今年度中に、研究参加者が国内外での調査と資料収集に出張(河合祥一郎・長谷部浩、(2)(4)については、全員で分担)。(2)当該研究参加者がすでに所蔵する映像資料によるデジタル・アーカイヴ構築作業を継続した。昨年度末開始した、パーソナル・コンピューターを用いたデジタル化の実験を継続した。(3)国内に存在するいくつかの重要な劇団や放送局等と、引き続きコンタクトをとり、デジタル・アーカイヴ立ち上げのための具体的な作業を継続した。(4)研究参加者の専門分野にしたがって、それぞれの関係書籍や雑誌などの基礎資料収集も同時並行で行った。その結果、(1)一般公開できる舞台芸術のデジタル・アーカイヴ構築にはクリアすべき法的・技術的課題が多い。(2)少なくとも研究者同志と大学院学生向けの舞台芸術のデジタル・アーカイヴ構築については、技術的に特に問題はなく、あとはそれをいかに効率的に利用可能なものにするシステムを構築できるか問題となることが理解された。今年度は、基本的には昨年度からの研究内容を引きつぎつつ、最終年度における成果のとりまとめも視野に入れながら研究が行なわれた。具体的には以下の通りである。(1)アメリカ合衆国に1名、またイギリスに2名が出張し、現地での舞台芸術の映像資料収集およびそのアーカイヴ化の現状や問題点について、詳細な実地調査や聞き取り調査を行なった。(2)研究代表者および研究分担者が所有する映像資料を利用して、デジタル・アーカイヴ構築のための実験を行なった。昨年度からの積算で約200タイトルがサンプルとして収集されている。(3)舞台芸術映像資料の収集と保存に興味を示している国内のいくつかの機関と実際にミーティングを行い、本研究のための示唆を得ると同時に、本格的なデジタル・アーカイヴを立ち上げるにあたって想定される一般的な諸問題について討議を重ねた。今年度の研究実績としてとくに顕著な点は以上であるが、これらと平行して、研究参加者の専門分野に即した関係書籍や雑誌などの基礎的な資料の収集、またそれを踏まえた各自の研究状況の進捗状況に関する情報交換、共同討議なども不断に行なわれた。当初の予定では、デジタル・アーカイヴに収録するべき作家や作品をそれぞれの立場から具体的に選定するということが目標のひとつとして立てられていたが、これについては、実験を積みかさねていく過程でおよその見通しは得られたものの、不十分なままにとどまった。最終年度における重要な課題のひとつとしたい。本研究の目的は,わが国における舞台芸術研究の質的量的充実をはかるために,関係映像をどのように収集し,それらを研究者のみならず,一般学生や一般一民,あるいは同時代の舞台芸術にかかわる人々にどのように公開していけるのかを考えることにあり,われわれに出来る範囲での映像資料デジタル,アーカイヴ構築を開始するということが研究内容であつた。
メラネシアのマラリア:人、原虫、媒介蚊および環境の多様性と対策戦略

我々は太平洋島嶼コミュニティにおける人、マラリア原虫および媒介蚊の様々な遺伝学的多型のマラリア対策上の意義について、「サハラ以南アフリカ」vs.「メラネシア」の比較を試みつつ検討してきた。究極的には島嶼マラリアの特性に適する対策戦略構築を目指してきた。IIヴァヌアツ島嶼における獲得免疫形成に関与する原虫多様性:熱帯熱マラリア原虫merozoite surface protein 1(MSP1)のヴァヌアツ4島嶼における地理的および時間的変異動態について、クロロキン耐性候補遺伝子変異(K76T in pfcrt)との比較において検討した。少なくとも過去30年間はあらたなSNP sは発生しておらず、SNP sが抗原遺伝子においてはそれほど急速に発生するものでないことが示唆された(Tanabe 2004)。この結果は今後のマラリアワクチン開発およびその有効性に重要な意義を持つと考えられた。II.マラリア流行が繰り返されているケニア西部高地境界地域において個々の村落における5歳以下小児の貧血率は1,440mにおける57%から2,040mの11%へ推移し、高度と負の相関が認められた(r=0.88,p<0.05)。同様に熱帯熱マラリア感染率は31%から0%へ推移した(r=-0.93,p<0.01)低高度村落において貧血は5歳以下小児に最も高率に認められ(34%)、出産可能年齢女性がこれに続いた(16%)。重症貧血(Hb<8g/dl)は調査住民の1.5%に認められ、この内90%は低高度村落居住者、70%は5歳以下小児しかるに20%は出産可能年齢女性であった。これら重症貧血群においてはHb濃度の低栄養による更なる減少が認められた(Akwale, in press)。IIIヴァヌアツにおける島嶼マラリア根絶可能性と残存免疫:1991年開始のアネイチュウム島における対策とその後9年間の調査は、島嶼マラリア根絶可能性を示した(Kaneko 2000)。Malaria-freeは2001年まで維持されたが、しかし2002年三日熱マラリアの集団発生が現地より報告され、我々は新たな臨床寄生虫学的調査を行うとともに、住民の免疫状態について評価を行った。アネイチュウム島における1998年のP.falciparum粗抗原に対する住民IgG抗体調査は過去7年間感染暴露がない成人における抗体価残存を示した2002年全住民760名中22名のP.vivax感染者を見出した。陽性者はすべて17歳以下で加齢に従う陽性率低下を認めた。この結果は、Malaria-freeが10年間維持されたにも関わらず、成人に認められた残存する免疫が防御的であることを示唆する。

本研究班においては、マラリアに関する環境と遺伝学的多様性を継続的に中心命題としている。本年度は特にヴァヌアツ島嶼における熱帯熱マラリア原虫(Pf)MSP-1遺伝子多型、およびマラウイにおけるクロロキン使用と耐性遺伝子Pfcrtの変遷について検討した。Pfメロゾイト表面にはワクチン候補たんぱく質MSP-1が存在し、著しい抗原多型を示す。これには有性生殖期における対立遺伝子間の組み換えが関与する。ヴァヌアツのPf原虫集団における組み換え頻度を調べる為に、1996年から1998年の間にヴァヌアツ4島嶼で得られた138株についてMsp-1遺伝子5'側と3'側多型を解析した。5'側ハプロタイプはわずか4個で他地域に比べて非常に少なかった。さらに異なるハプロタイプの重複感染は2.1%と非常に低く、また5'側と3'側多型の連鎖不平衡はすべての島嶼で非常に強かった。これらの結果はヴァヌアツ島嶼においてMspの組み換えが極端に低いことを意味する。マラウイでは1993年クロロキン(CQ)耐性増加(47%)によりCQ投与が中止された。同国で1998・2000年、熱帯熱マラリア感染例に対しCQ in vitro耐性および耐性遺伝子多型を検討した。計96例中9%がCQ耐性(CQR)、pfmdrlN86Y・pfcrtK76T変異はそれぞれ48%・7%であった.後者変異率はCQ使用中のアフリカ諸国より有意に低かったが、両変異ともCQR例との相関はなかった。これはCQ圧減少が原虫K76T変異を減少させCQ感受性が回復したこと、さらに原虫CQR能へ他の遺伝子多型も寄与することを示唆する。我々は島嶼コミュニティにおける人、マラリア原虫および媒介蚊の様々な遺伝学的多型のマラリア対策上の意義について、「サハラ以南アフリカ」vs.「メラネシア」の比較を試みつつ検討してきた。究極的には島嶼マラリアの特性に適する対策戦略構築を目指すものである。I.ヴァヌアツにおける島嶼マラリア根絶可能性と残存免疫:1991年開始のアネイチュウム島における対策とその後9年間の調査は、島嶼マラリア根絶可能性を示した(Kaneko 2000)。Malaria-freeは2001年まで維持されたが、しかし2002年三日熱マラリアの集団発生が現地より報告され、我々は新たな臨床寄生虫学的調査を行うとともに、住民の免疫状態について評価を行った。アネイチュウム島における1998年のP.falciparum粗抗原に対する住民IgG抗体調査は過去7年間感染暴露がない成人における抗体価残存を示した。2002年全住民760名中22名のP.vivax感染者を見出した。陽性者はすべて17歳以下で加齢に従う陽性率低下を認めた。この結果は、Malaria-freeが10年間維持されたにも関わらず、成人に認められた残存する免疫が防御的であることを示唆する。II.ヴァヌアツ島嶼における獲得免疫形成に関与する原虫多様性:熱帯熱マラリア原虫merozoite surface protein 1 (MSP1)のヴァヌアツ4島嶼における地理的および時間的変異動態について、クロロキン耐性候補遺伝子変異(K76T in pfcrt)との比較において検討した。
成長ホルモン単独欠損症の分子遺伝学的研究

われわれは、Illigらによって定義された成長ホルモン単独欠損症1A型(IGHDー1A)に一致するPhenotypeを有しながら、GHー1遺伝子、GRF遺伝子の欠失を認めない1家系を報告し、IGHDー1Aの遺伝子レベルの多様性をはじめて明らかにした(Acta Paediatn・Scand.347:151,1988)。本研究においては、GHー1遺伝子内の微細な変異の有無を明らかにするため、1)GHー1遺伝子内の微細な変異の有無を明らかにするため、1)GHー1遺伝子内RFLPを用いる連鎖解析、2)GHー1遺伝子の塩基配列の決定を、上記症例について行った。2)については、GHー1遺伝子をEcoRIにより2領域に分割、PCR法により増幅、EcoRI、BamHI、MscI、SmaI、Sau3AIにより、11種類の断片に切断、M13ファ-ジによりクロ-ニング、各々2種類のプラ-クについて、Sangen法によりDNA塩基配列を決定した。2)GHー1遺伝子のプロモ-タ-、エキソン15、イントロンADを含む11断片、22クロ-ンの塩基配列に異常が認められなかった。以上、本家系においては、GHー1遺伝子内に疾患変異が存在しないことが明らかにされた。本症例はIGHDー1Aの亜型ではなく、新しい疾患単位とすることが妥当と思われる。遺伝性成長ホルモン単独欠損症/A型に一致する臨床・内分泌学的特徴を有しながら、成長ホルモン遺伝子(GHーN gene)の欠失を認めない一日本人女児の遺伝子解析をすすめた。当該年度の検討の結果、以上の所見が明らかにされた。1)BglIIRFLP:発端者8.1/3.0、父8.1/3.0、母8.1、同胞/-3(全員正常身長)8.1/3.0。発端者は父から変異遺伝子に連鎖した3.0と母から変異遺伝子に連鎖した8.1を受け継ぎ、同胞は父から変遺伝子に連鎖した3.0と母から正常遺伝子に連鎖した8.1を受け継いだと推測される。2)MspIRFLP:発端者4.3/3.6、父3.6、母4.3/3.6、同胞1-34.3/3.6。発端者は父から変異遺伝子に連鎖した3.6と母から変異遺伝子に連鎖した4.3を受け継ぎ、同胞は父から正常遺伝子に連鎖した3.6と母から変異遺伝子に連鎖した4.3を受け継いだと推測される。上記成績は、同胞に関して、BglIIRFLPでは父から変異遺伝子を受け継ぎ、MspIRFLPでは母から変異遺伝子を受け継いだこととなり、相矛盾する。すなわち、本症例においては、構造遺伝子の微細な異常(点突然変異など)及び大きな異常(完全欠失など)は存在しない可能性が極めて高い。現在GHーN遺伝子のシ-クエンシングによる確認を行っている。われわれは、Illigらによって定義された成長ホルモン単独欠損症1A型(IGHDー1A)に一致するphenotypeを有しながら、GHー1遺伝子、GRF遺伝子の欠失を認めない1家系を報告し、IGHDー1Aの遺伝子レベルの多様性をはじめて明らかにした(Acta.Paediatr.Scand.347:151,1988)。本年度は、GHー1遺伝子内の微細な変異の有無を明らかにするため、1)GHー1遺伝子内RFLPを用いる連鎖解析、2)GHー1遺伝子の塩基配列の決定(GHー1遺伝子をEcoRIにより2領域に分割、PCR法により増幅、EcoRI、BamHI、MscI、SmaI、Sau3AIにより11種類の断片に切断、M13ファ-ジによりクロ-ニング、各々2種類のプラ-クについてSanger法によりDNA塩基配列を決定した)を行って、以下の所見を得た。以上、本家系においてはGHー

1遺伝子内に疾患変異が存在しないことが示唆された。本症例は、GHー1遺伝子以外の異常に基づく疾患である可能性が高い。IGHDー1Aの亜型ではなく、新しい疾患単位とすることが妥当と思われる。
J波症候群における次世代シークエンサーを用いた包括的遺伝子解析

本研究の目的は次世代シークエンシンサーを用いてJ波症候群(Brugada症候群、早期再分極症候群(ERS))症例の遺伝子異常を明らかにし、心室性不整脈による突然死の予防・治療に応用することである。(1) Brugada症候群27症例中3例にSCN5A遺伝子変異を認めた。(2) SCN5A遺伝子変異のないBrugada症候群4例、ERS 2例、特発性心室細動(IVF) 6例に包括的遺伝子解析を行い、IVF 2例で変異を認め(SCN5A、TBX5)、さらにERS 1例でこれまでに報告のない変異を見出した。本研究は次世代シークエンシンサーを用いてJ波症候群および特発性心室細動症例の遺伝子異常の実態を明らかにし、診断精度の向上を目指すとともに、蓄積された遺伝情報をもとに心室細動による突然死の予防・治療に応用することが目的である。平成27年度はこれまでに登録されたJ波症候群および特発性心室細動34例について、臨床情報を収集するとともに、SCN5A遺伝子など既知の原因遺伝子につき、ターゲットシークエンスを行った。そのうちBrugada症候群の2例でSCN5A遺伝子に有意と思われる変異が認められた。またJ波症候群および特発性心室細動の8例について次世代シークエンサーを用いたパネル・シークエンスを施行中である。平成28年年度中に計32例施行し、J波症候群・心室細動の原因遺伝子を網羅的に解析する。さらに、遺伝子解析情報と臨床情報とを統合し、遺伝子変異と心イベント発症との関連を解析する予定である。J波症候群(Brugada症候群、早期再分極症候群)、および心室細動の症例で、遺伝子解析に関する同意が得られた34症例について、サンガー法によりSCN5Aなどのターゲットシークエンスを行った。そのうちBrugada症候群21例中、2例でSCN5A遺伝子変異が見出された。さらに8症例について、Ion ProtonおよびCardiovascular Panel (Thermo Fisher社)を用いたパネル・シークエンスを施行し、現在解析中である。Cardiovascular Panelの納入が遅れたため、研究の進捗がやや遅れている。本研究は次世代シークエンシンサーを用いてJ波症候群(Brugada症候群、早期再分極症候群)症例の遺伝子異常の実態を明らかにし、診断精度の向上を目指すとともに、蓄積された遺伝情報をもとに心室性不整脈による突然死の予防・治療に応用することが目的である。(1) Brugada症候群と診断され登録された27症例(有症候性14例、無症候性13例)につきサンガー法でSCN5A遺伝子解析を施行したところ、3例(11.1%;有症候性1例、無症候性2例)で有意と思われるSCN5A変異を認めた(F1359C、E1573K、R1632C)。このうちR1632C変異体のナトリウム電流は速い不活性化からの回復が著明に遅延しており、Brugada症候群の病態に関与していることが報告されている。(2) SCN5A遺伝子変異を認めなかったBrugada症候群4例、早期再分極症候群(ERS) 2例、特発性心室細動(IVF) 6例につき、Ion Torrent Cardiovascular Panelを用いて包括的に遺伝子解析を行った。検出されたバリアントのうち、アミノ酸置換を伴い、かつ大規模データベースにおけるマイナーアレル頻度0.5%未満のバリアントをピックアップした。Annovarでアノテーションを行い、SIFT、PolyPhen2、Mutation Taster、FATHMMなど8つの予測アルゴリズムの7つ以上で病的と判定されたものを病的変異の可能性ありと判定した。その結果、IVF 2例で有意な可能性のある変異を認め(SCN5A、TBX5)、さらにERS 1例でこれまでに報告のない有意と考えられる変異を見出した。今後、変異の病態生理学的意義を細胞電気生理解析や遺伝子改変マウスを用いて行うとともに、さらに遺伝子解析を進めて遺伝子解析情報と臨床情報とを統合し、遺伝子変異と心イベント発症との関連を解析する予定である。すでに登録された症例、または今後登録される症例について、今年度Cardiovascular Panelによる次世代シークエンスを計32症例で施行する予定である。新たな遺伝子変異が明らかになった場合、変異遺伝子を導入した心筋細胞やマウス生体を用いて、in vivoにおける変異遺伝子の機能的影響を評価する。家族歴が濃厚にも関わらずパネル・シークエンスで原因遺伝子が不明である場合、エクソーム解析を検討する。不整脈
成長駆動力制御を利用したナノダイヤモンドからのカーボンナノチューブ高効率合成

非金属ナノ粒子であるナノダイヤモンド(ND)を核とした単層カーボンナノチューブ(CNT)の成長において、金属触媒とは異なる成長機構を踏まえて合成プロセスを高効率化し、高純度CNT材料としての優位性を検証した。NDを高速液体クロマトグラフィー法でサイズ分離し、シングルnmサイズのND調整に成功した。CNT前駆体が形成される成長初期段階とその後の定常成長段階での成長駆動力を成長ガス圧力等で独立に調整するアプローチにより、CNT成長を高効率化し、サイズ分布が狭い極薄ND層からのCNT成長を可能とした。CNT薄膜を用いたバイオセンサでの高感度・広帯域な動作から電子材料としての優位性を実証した。平成26年度は、CNT成長核であるナノダイヤモンド(ND)をサイズ分離分離・分散化する技術の確立、及び成長駆動力調整による新たな合成プロセスがCNT構造に及ぼす効果の解明を進めた。さらに計画を前倒して、駆動力制御によって高密度・長尺化したCNTからなる薄膜をチャネルとしたデバイスを作製し、高感度バイオセンサ動作を検証した。(1)単分散ND形成法の開発:爆発法で作製した一次粒子径が510nmのNDに加えて、よりサイズの大きな高温・高圧法によるNDについても高速液体クロマトグラフィー法によるサイズ分離を行った。ポリグリセロール修飾で可溶化したナノダイヤモンド分離し、550nmの範囲でサイズのそろったND分散液を得ることに成功した。(2)極薄ND層からのCNT成長:構の制御性の検証には、CNT成長に数10層のNDを必要とする従来技術よりも成長効率を高め、数層のNDからCNTを生成する必要がある。炭素源ガス種や分圧を調整し、成長駆動力を径分布の狭い極薄ND層からの成長に最適化することにより、1層NDからのCNT成長に初めて成功した。この結果を基に成長駆動力変調が成長効率・CNT構造に及ぼす効果の検証が可能となった。得られた試料を新たに導入した原子間力顕微鏡を用いてCNT径とND径の相関を詳細に解析したところ、成長に寄与したNDの径が特異的に肥大化する現象を見出した。(3)CNT薄膜トランジスタによるバイオセンサ動作検証:成長駆動力調整で従来法よりも長尺・高密度化したCNT薄膜を活用し、2年目に予定のバイオセンサ動作検証を実施した。NDから成長したCNT薄膜は金属触媒を含まず、電気化学系でも安定動作した。ND量でCNT密度を調整し、キャリア移動度を向上させた。その結果、生体物質(IgE)の高感度検出に成功し、チャネルへの吸着密度により信号方向が反転する現象を新たに見出した。2年目となる平成27年度では、初年度に実施した研究成果をさらに推し進めた。特に、CNT成長核であるナノダイヤモンド(ND)をサイズ分離分離・分散化する技術の高度化、成長駆動力の調整がCNT成長効率・構造に及ぼす効果の直接的な検証、およびCNT薄膜トランジスタ(TFT)によるバイオセンサ動作機構の解明と広帯域化について重点を置いた。(1)単分散ナノダイヤモンド形成法の開発:1年目の研究を継続し、爆発法よりも一次粒子サイズが大きく金属不純物を含まない高温高圧法で作製したNDのHPLCによるサイズ分離精度向上に重点をおいた。フラクションごとの径分布についてDLSとSTEMで評価し、例えば平均径14nmの場合に20nm以下の分率が90%に向上したことを確認した。(2)成長駆動力がCNT成長効率・構造に及ぼす効果の検証:これまでに進めてきた駆動力調整の最適化を進め、数層の極薄ND層からの成長技術を確立した。さらに水晶基板を用いて、数層ND層からの水平配向CNT成長に成功した。これにより、成長条件とCNT長・各活性化効率の解析が可能となった。駆動力を調整した場合と一定の場合を対比した結果、これまではラマン分光で間接的に観測していた駆動力調整による高密度・長尺CNT成長の挙動をSEM・AFM像として直接捉えることに成功した。さらにND径によるCNT径制御効果についても明らかにした。(3)CNT-TFTによるバイオセンサ動作検証:成長駆動力調整で従来法よりも長尺・高密度化したCNT薄膜を活用し、バイオセンサ動作の検証を進めた。昨年度見出したチャネルへの吸着密度による信号方向反転現象について、チャネル表面でのデバイ長の延伸や抗原抗体反応による検出部位の密度調整によって抑制し、極めて広い濃度範囲でIgEを定量検出することに成功した。交付申請書では、(1)単分散ナノダイヤモンド(ND)形成法の開発、(2)成長駆動力がCNT成長効率・構造に及ぼす効果の検証、(3)高純度CNT薄膜の性能評価、(4)ナノダイヤモンド表面活性化によるCNT構造制御性の検証の4項目を今年度に実施するとしていた。(1)については高温高圧法で作製したNDの分離技術を確立し、計画通りに進捗している。(2)については、凝集NDと単分散NDでは成長挙動が異なることが判明したため、当初計画とは異なり、項目(4)を合わせて進めるアプローチをとった。その結果、これまで間接的にしか検証されたいなかった駆動力がNDからのCNT成長に及ぼす効果を直接的に検証することに成功した。これは本研究課題の根幹にかかわる重要な成果と認識している。(3)については、単に高感度の検出だけではなく、検出メカニズムの解明やそれに基づく広帯域検出の提案・実証にも進展させた。以上のように、当初計画を予定通りに進捗させるとともに、当初予定していなかった項目についても実施しており、計画以上に進捗したと評価する。

本研究計画の最終年度である3年目では、これまでの研究項目を推し進めるとともに、新たに導入した同位体ラベリングの手法によるカーボンナノチューブ(CNT)生成機構の検証へと展開した。(1)単分散ナノダイヤモンド形成法開発:2年目までの研究成果を踏まえ、爆発法よりも一次粒子サイズが大きく金属不純物を含まない高温高圧法で作製したNDのHPLCによるサイズ分離を進めた。分離前の一次粒子平均径が10nmのND製品を処理したフラクションを大気中加熱で表面PG層を除去した場合に、CNT成長に適した径分布(6nm±3nm及び9nm±2nm)のNDが得られた。(2)成長駆動力がCNT成長に及ぼす効果:これまでに進めてきた駆動力調整によるCNT成長法を項目(1)で得られたシングルnm径の高温高圧NDに適用した。成長前処理で平均径を1.9nm±0.9nm及び3.2nm±1.5nmとしたNDからのCNT成長を確認した。CNT径はND径よりも大きいなど爆発法NDと同様の成長挙動であった。成長雰囲気への水添加による成長駆動力調整効果を検討した。キャップ構造が生成し、高い成長駆動力を必要とする成長初期段階とCNT壁構造が伸張する定常成長段階で水濃度を調整し、成長量を大幅に増加させた。炭素源となるエタノールを通常品と13C品で切り替えて成長させたCNTで12C-13C界面組成を解析し、固体成長核で期待されるCoなど金属触媒よりも遙かに急峻な界面の形成を見出した。(3)CNT-TFTによるバイオセンサ動作:これまでの成果をより広い濃度範囲での検出に適用するため、IgEよりもサイズの小さなトロンビンアプタマーを用いたバイオセンサ動作の検証を進めた。アプタマーとリンカー分子との結合形成の挙動がIgEとは大きく異なり、CNT表面へのアプタマー固定方法の再検討が必要であることが判明した。非金属ナノ粒子であるナノダイヤモンド(ND)を核とした単層カーボンナノチューブ(CNT)の成長において、金属触媒とは異なる成長機構を踏まえて合成プロセスを高効率化し、高純度CNT材料としての優位性を検証した。NDを高速液体クロマトグラフィー法でサイズ分離し、シングルnmサイズのND調整に成功した。CNT前駆体が形成される成長初期段階とその後の定常成長段階での成長駆動力を成長ガス圧力等で独立に調整するアプローチにより、CNT成長を高効率化し、サイズ分布が狭い極薄ND層からのCNT成長を可能とした。CNT薄膜を用いたバイオセンサでの高感度・広帯域な動作から電子材料としての優位性を実証した。交付申請書では、(1)単分散ナノダイヤモンド(ND)形成法の開発、および(2)成長駆動力がCNT成長効率・構造に及ぼす効果の検証、の2項目を今年度に実施するとしていた。(1)については、ほぼ計画通りに進捗して、爆発法によるNDのサイズ分離に成功している。それに加えて、2年目に計画していたよりサイズの大きな高温高圧法で作製したNDの分離についても着手した。(2)については、駆動力の調整によるCNT成長の効率化は計画通りに進捗した。
局所的短パルス加熱による材料プロセスでの現象解明とその応用

液体中に分散したナノ粒子にパルスレーザー光を照射して結晶性サブミクロン球状粒子を作製する液中レーザー溶融法を取りあげ、このプロセスで起こっている現象の解明を目指して研究を進めた。球状粒子作製に必要なレーザーフルーエンスのパルス幅依存性に関する実験結果から、レーザー光の吸収による粒子の急速な温度上昇により液体が気化して蒸気層を生成し、これが熱伝導の障壁となって、さらに急速に温度上昇を引き起こすことで融点を超えて液滴が生成し、その後の急冷により球状粒子が得られると考えられた。液体中に分散した熱容量の小さい粒子に選択的にパルスレーザー光エネルギーを吸収させて溶融を引き起こさせることで金属やセラミックスの結晶性サブミクロン球状粒子の作製する「液中レーザー溶融法」を開発した。この手法の本質は「局所的短パルス加熱」であり、従来の材料プロセスの「大空間長時間均一加熱」の対極をなす加熱法であるが、実際にその過程で起こっている現象の詳細は明らかになっていない。本研究ではこのプロセスのメカニズムを明らかにすることを目指して研究を進めた。そのアプローチとしては、(1)生成物からのプロセス評価、(2)高速分光評価、(3)シミュレーションによる解析、を当面取りあげた。本年度は、特に(1)と(3)に関する検討を進めた。具体的には、パルス幅の異なるレーザー光を利用して酸化亜鉛のサブミクロン球状粒子を作製し、得られた粒子の形態観察からサブミクロン球状粒子生成レーザーフルーエンスのしきい値に及ぼすレーザーパルス幅の効果について検討した。その結果、パルス幅が大きくなるにつれて、球状粒子が生成するレーザーフルーエンスの値が徐々に大きくなることがわかってきた。これまでに、レーザー光が供給するエネルギーが全て粒子の加熱に使われたとすると、サブミクロン球状粒子の生成フルーエンスが比較的よく説明できることがわかっていた。しかし、本年度得られた実験結果は、上記の考えだけでは十分でないことを示しており、時間に依存する熱損失の効果を考慮する必要があることがわかってきた。そこで、エネルギー損失を考慮に入れたモデルを用いてシミュレーションを行った結果、本実験系の実験結果をある程度説明できることを明らかにした。現在このモデルの精密化により、他の実験系のデータを説明できるかについて検討を行っている。本研究ではこのプロセスのメカニズムを明らかにすることを目指して、生成物からのプロセス評価、高速分光評価、ミュレーションによる解析、の3つのアプローチにより研究を進めた。生成物からのプロセス評価に関しては、パルス幅の異なるレーザー光を利用して酸化亜鉛および銀のサブミクロン球状粒子を作製し、得られた粒子の形態観察からサブミクロン球状粒子生成レーザーフルーエンスのしきい値に及ぼすレーザーパルス幅の効果について検討した。その結果、同じパルスエネルギーでパルス幅が40ps、7ns、50nsの3種類のレーザーにより球状粒子生成を試みたところ、球状粒子が生成するレーザーフルーエンスの値がパルス幅が短くなるほどしきい値が小さくなる傾向が認められた。供給するエネルギーが全て粒子の加熱に使われたとする断熱過程を仮定すると、サブミクロン球状粒子の生成フルーエンスの値をパルス幅に依存しないと考えられ、この実験結果をうまく説明できない。そこで、エネルギー損失を考慮に入れたモデルを用いてシミュレーションを行い、粒子と液体の界面に蒸気層が生成する仮定したモデルにより、このような現状をうまく説明することができた。また、これを利用してエネルギー効率を計算したところ7ns以下ではほぼ100%であるが、50nsでは80%程度まで低下することも明らかになった。さらに、存在が予測された空気層の可視化を目指した高速分光の準備を進めてきた。本研究では、金属やセラミックスの結晶性サブミクロン球状粒子新しい作製法である「液中レーザー溶融法」において見られる「局所的短パルス加熱」のメカニズム解明を目指して、生成物からのプロセス評価、高速分光評価、シミュレーションによる解析、のアプローチにより取り組んできた。加熱時間の違いを生じるレーザーパルス幅の違いが生成物に及ぼす影響から、熱損失の効果を考慮する必要が明らかになり、粒子と液体の界面において蒸気層の生成が示唆された。これに基づいたシミュレーション結果から、粒子温度の時間変化や界面近傍での温度変化などに関する情報が得られた。このように現象の理解は今年度大きく進んだものと考えられる。また、このモデルを実証するための高速分光実験の準備も整ってきた。このような計測を行うための最大の問題点は、対象物が液体中に分散しブラウン運動で移動している粒子であることである。粒子自体はサブミクロンサイズの固体粒子だが、その周りに蒸気層の生成が考えられ光学的な性質が大きく変わる可能性があり、これに基づいた観測方法について実験的に最適なものを探索している段階である。これと平行してレーザー以外のエネルギー源による「局所的短パルス加熱」の実現を目指してマイクロ波を用いた実験を進めてきた。マイクロ波と光の波長やパルス幅の違いを反映してミクロンサイズの球状粒子生成の可能性を示す実験結果が得られた。この研究内容は、日本電磁波エネルギー学会でその内容の斬新さからベストペーパー賞優秀賞を受賞することができた。

また、サブミクロン球状粒子の機械的な性質の測定を目指した実験でも、粒子が単結晶であることを反映した高強度が得られることを実験的に証明した。このように、局所的短パルス加熱への理解は着実に進んでおり、応用を目指した研究展開も順調である。液体中に分散した熱容量の小さい粒子に選択的にパルスレーザー光を吸収させて溶融を引き起こさせることにより金属やセラミックスの結晶性サブミクロン球状粒子の作製する「液中レーザー溶融法」を開発した。この手法の本質は「局所的短パルス加熱」であり、従来の材料プロセスの「大空間長時間均一加熱」の対極をなす加熱法であるが、実際にその過程で起こっている現象の詳細は明らかになっていない。そこで、本研究ではこのプロセスのメカニズムを明らかにすることを目指して、生成物からのプロセス評価、高速分光評価、シミュレーションによる解析、の3つのアプローチにより研究を進めた。生成物からのプロセス評価に関しては、パルス幅(40ps、7ns、50nsの3種類)の異なるレーザー光を利用して酸化亜鉛などのサブミクロン球状粒子を作製し、得られた粒子の形態観察からサブミクロン球状粒子生成レーザーフルーエンスのしきい値に及ぼすレーザーパルス幅の効果について検討した。その結果、パルス幅が短くなるほど球状粒子が生成するレーザーフルーエンスのしきい値が小さくなる傾向が認められた。この現象を説明するため、エネルギー損失を考慮に入れたモデルを用いてシミュレーションを行い、粒子と液体の界面に蒸気層が生成する仮定することで、このような現象をうまく説明することができた。また、この計算過程で生成が予測された蒸気層の可視化を目指した高速分光の検討も平行して進めた。さらに、蒸気層の生成時間は高々100ns程度、その厚さは表面から50nm程度、温度の急速な減少は蒸気膜の生成により短パルスレーザーを使うほど短時間に融点まで到達すること、液相をエタノールに変えると熱伝導度の違いを反映して蒸気膜の生成時間と表面から厚さが大きく増加することなどもシミュレーションにより明らかになった。液体中に分散したナノ粒子にパルスレーザー光を照射して結晶性サブミクロン球状粒子を作製する液中レーザー溶融法を取りあげ、このプロセスで起こっている現象の解明を目指して研究を進めた。球状粒子作製に必要なレーザーフルーエンスのパルス幅依存性に関する実験結果から、レーザー光の吸収による粒子の急速な温度上昇により液体が気化して蒸気層を生成し、これが熱伝導の障壁となって、さらに急速に温度上昇を引き起こすことで融点を超えて液滴が生成し、その後の急冷により球状粒子が得られると考えられた。本研究では、金属やセラミックスの結晶性サブミクロン球状粒子新しい作製法である「液中レーザー溶融法」において見られる「局所的短パルス加熱」の過程で起こっているメカニズムの詳細を解明することを目指して研究を進めた。そのアプローチとしては、(1)生成物からのプロセス評価、(2)高速分光評価、(3)シミュレーションによる解析、を当面取りあげたが、初年度は、特に(1)と(3)に関する検討を重点的に進めた。
血液のミクロスケール流れを表現できる数値シミュレーション手法の開発

従来の動脈内の血流を対象とした研究は大半が大動脈を対象としており,細動脈や微細動脈を対象とした研究は数少ない.この原因は,血液中に含まれる赤血球の直径は8μm程度であり,直径が0.1mm以下の細動脈においては血液を均質と仮定できず,赤血球の取り扱いが難しいためと考えられる.均質な非ニュートン流体の流れを解く場合には,ずり速度と応力の関係を表す構成方程式を用いてレオロジー的挙動を記述する.しかし細動脈内の血流のように均質を仮定できない場合には,構成方程式の適用には限界があると考えられる.そこで本研究では,球とばね,ダンパを用いたモデルを流体内に多数混入し,構成方程式を用いずに血液の粘弾性的な挙動を表現することを目的として研究を行っている.また,今年に入り細動脈内狭さく部を通る血液の数値シミュレーションを開始しており,日本機械学会2002年度年次大会において「離散赤血球法による細動脈狭さく部を通る血流のシミュレーション」という題目で講演を行う予定である.従来の動脈内の血流を対象とした研究は大半が大動脈を対象としており,細動脈や微細動脈を対象とした研究は数少ない.この原因は,血液中に含まれる赤血球の直径は8μm程度であり,直径が0.1mm以下の細動脈においては血液を均質と仮定できず,赤血球の取り扱いが難しいためと考えられる.均質な非ニュートン流体の流れを解く場合には,ずり速度と応力の関係を表す構成方程式を用いてレオロジー的挙動を記述する.しかし細動脈内の血流のように均質を仮定できない場合には,構成方程式の適用には限界があると考えられる.そこで本研究では,球とばね,ダンパを用いたモデルを流体内に多数混入し,構成方程式を用いずに血液の粘弾性的な挙動を表現することを目的として研究を行っている.平成12年度は定ずり速度下における赤血球の運動の数値シミュレーションを行い,日本機械学会2000年度年次大会において「球とばねによる赤血球のモデル化と血液の定ずり流動解析」という題目で講演を行った.また,「球とばねによる赤血球のモデル化と血液の定ずり流動解析」という同じ題目で,日本機械学会論文集(B編)にも1編の論文が掲載された.このように,研究成果は順調に上がっている.また,今年に入り血液のポアズイユ流れの数値シミュレーションを開始しており,日本機械学会2001年度年次大会において「変形する赤血球モデルによる血液のポアズイユ流れのシュミレーション」という題目で講演を行う予定である.従来の動脈内の血流を対象とした研究は大半が大動脈を対象としており,細動脈や微細動脈を対象とした研究は数少ない.この原因は,血液中に含まれる赤血球の直径は8μm程度であり,直径が0.1mm以下の細動脈においては血液を均質と仮定できず,赤血球の取り扱いが難しいためと考えられる.均質な非ニュートン流体の流れを解く場合には,ずり速度と応力の関係を表す構成方程式を用いてレオロジー的挙動を記述する.しかし細動脈内の血流のように均質を仮定できない場合には,構成方程式の適用には限界があると考えられる.そこで本研究では,球とばね,ダンパを用いたモデルを流体内に多数混入し,構成方程式を用いずに血液の粘弾性的な挙動を表現することを目的として研究を行っている.また,今年に入り細動脈内狭さく部を通る血液の数値シミュレーションを開始しており,日本機械学会2002年度年次大会において「離散赤血球法による細動脈狭さく部を通る血流のシミュレーション」という題目で講演を行う予定である.