hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
移動する騒音源に対する有視界性防音壁における騒音伝達のマルチ適応制御

今年度はまず,昨年度問題となった,アクリル製防音壁の剛性の低さと,研究室の壁面からの反射音の影響を改善すべく,防音壁の支柱の補強をし,また,主として防音壁端部及び上部に吸音材を設置した.これにより,低周波域での制御時の不安定さの改善と,適応制御時の収束を早める事に成功した.今年度の目標は,移動騒音源に対する適応制御系設計の検討であるため,騒音源であるスピーカボックスに駆動部を付加した.更に,防音壁面に振動検出用の圧電素子を複数枚追加貼付し,防音壁を透過する騒音制御時の,参照信号取得位置を変更できる様にした.加えて,検討中のフィードフォワード適応制御で最も問題となる,防音壁面の振動をモニタするために,レーザ変位計を設置した.以上のハードウェア面での改良を元に,昨年度充分効果を上げる事ができなかった適応制御系の再設計を試みた.まず.壁面に貼付した圧電素子をセンサとして用い,その出力信号を最小化するアルゴリズムを構築後,防音壁の遮音効果をマイクロホンで測定した.結果,圧電センサ信号は60150Hzの周波数帯域で約10dB程低減されたものの,防音壁面から放射される騒音レベルはほとんど変化が無かった.次に,防音壁外側に設置したマイク信号を最小化するよう設計した制御系では,制御系に組み込んだマイク信号は,1001kHzの広帯域で510dBの低減効果があったのに加え,制御効果の評価用として別の場所に設置したマイク信号も,400800Hz付近で10dB程度の低減が見られた.これは,2001年機構論で報告した,長方形の断面を持つ金属製ダクト内を伝わる,一次元騒音に対する遮音の適応制御実験と同様の結果である.即ち,移動騒音源を点音源と見なし,3次元的に放射する騒音を,防音壁で遮音する場合においても,防音壁の振動のみを評価したのでは,騒音伝達抑制につながらない事が明らかとなった.以上の結果をふまえ,平成18年度科学研究補助金を再申請し,遮音性能の更なる向上を目指す予定である.防音壁における制御アルゴリズムを追及するための基礎実験として,500×40×0.5tの振動モードが明確に現れる柔軟性の高いスチンレス板を用いた片持ち梁を製作し,適応フィードフォワード・フィードバック振動制御実験を行った.圧電素子を複数枚貼り付け,制御則と貼り付け位置の,制御効果への影響を明確に把握できた.即ち,フィードバック制御では,圧電素子貼り付け位置に関係無く板全体の制振効果が得られるのに対し,フィードフォワード制御では,振動モードの腹に圧電素子を貼り付けた場合,局所的な制振効果しか得られない事が明らかとなった.従って,フィードバック・フィードフォワード両方の制御則を用いる際の防音壁面に貼り付ける圧電素子の位置は,ここでの制御対象である低域に存在する全ての振動モードの腹になり得ない,壁面固定部(下部)に貼り付ければ良いと言える.そこで,1枚の寸法が1800×1000×50tの透明アクリル板を4枚用いたミニチュア防音壁を製作し,適応制御による遮音性能を調べてみた.路面に見立てた固定台への固定部近傍に圧電素子を複数枚貼り付け,固定台に設置したスピーカから白色雑音を放射し,制御前後の防音壁面の振動防音壁面から放射される騒音の大きさを比較した.1kHzまでの制御周波数帯域において,制御器が適応後,騒音レベルが比較的高い400-500Hz付近で約10dB前後の振動低減効果が得られた.また,放射騒音は,20-50Hz付近で約5dBの抑制効果が確認された.現在,騒音源に移動機構を付加し,移動する騒音源における制御アルゴリズムを検討中である.今年度はまず,昨年度問題となった,アクリル製防音壁の剛性の低さと,研究室の壁面からの反射音の影響を改善すべく,防音壁の支柱の補強をし,また,主として防音壁端部及び上部に吸音材を設置した.これにより,低周波域での制御時の不安定さの改善と,適応制御時の収束を早める事に成功した.今年度の目標は,移動騒音源に対する適応制御系設計の検討であるため,騒音源であるスピーカボックスに駆動部を付加した.更に,防音壁面に振動検出用の圧電素子を複数枚追加貼付し,防音壁を透過する騒音制御時の,参照信号取得位置を変更できる様にした.加えて,検討中のフィードフォワード適応制御で最も問題となる,防音壁面の振動をモニタするために,レーザ変位計を設置した.以上のハードウェア面での改良を元に,昨年度充分効果を上げる事ができなかった適応制御系の再設計を試みた.まず.壁面に貼付した圧電素子をセンサとして用い,その出力信号を最小化するアルゴリズムを構築後,防音壁の遮音効果をマイクロホンで測定した.結果,圧電センサ信号は60150Hzの周波数帯域で約10dB程低減されたものの,防音壁面から放射される騒音レベルはほとんど変化が無かった.次に,防音壁外側に設置したマイク信号を最小化するよう設計した制御系では,制御系に組み込んだマイク信号は,1001kHzの広帯域で510dBの低減効果があったのに加え,制御効果の評価用として別の場所に設置したマイク信号も,400800Hz付近で10dB程度の低減が見られた.

これは,2001年機構論で報告した,長方形の断面を持つ金属製ダクト内を伝わる,一次元騒音に対する遮音の適応制御実験と同様の結果である.即ち,移動騒音源を点音源と見なし,3次元的に放射する騒音を,防音壁で遮音する場合においても,防音壁の振動のみを評価したのでは,騒音伝達抑制につながらない事が明らかとなった.以上の結果をふまえ,平成18年度科学研究補助金を再申請し,遮音性能の更なる向上を目指す予定である.
肝発癌の進展と血流動態および肝類洞細胞機能変化:造影ハーモニック法による病態解明

我々は肝細胞癌の発癌進展において動脈血流が上昇する前に門脈血流が低下することを証明してきた。今回の研究では酸化鉄造影剤を用いて網内系の取り込みを検討することによりKuppfer細胞の機能も血流動態と深く関与することも証明した。すなわち、前癌病変であるdysplastic noduleは肝細胞癌の前癌病変においてKuppfer細胞が保たれかつ門脈血流も保たれること並びに動脈血流は低下していることをCTA、CTAP並びに造影ハーモニックイメージングを用いることにより証明した。次に全く新しい概念の血流イメージ法の開発を行った。すなわち、超音波装置の画像記録データを従来のモニター表示の手前のデータを保存することにより動脈と門脈を分離評価することが可能となることを明らかにした。この動脈と門脈の分離評価を単に定性的のみならず定量的に行うことにより肝発癌過程における血流の変化が非侵襲的かつ定量的にとらえることを可能にした。以上より臨床的にはRaw Data保存から数秒間のデータを後処理で呼び出してきて、そのデータのMIP像を加算して表示することにより大きな門脈と動脈が明瞭に表示される。これに関心領域を設定し、動脈の立ち上がりの時間輝度曲線および門脈の時間輝度曲線を設定する。この動脈と門脈の立ち上がりの差が肝動脈由来の血流の時間と門脈由来の血流の時間差として認識が可能となる。これにより結節内の血流が動脈由来であれば動脈だけで栄養される時相(pure arterial phase:純動脈相)のイメージが定性評価可能となる。腺腫様過形成や再生結節などは動脈から栄養されず、むしろ門脈からの血流が多いとされているが、この純動脈相より以降のmixed phase(動脈と門脈が混じり合うphase)の時相を血流表示することによりさらに純粋に門脈血流がどの程度、他の肝実質と比べて流入しているかという解析も可能となった。I.病理学的・生物学的解析1.あらかじめ門脈血流が流入することが門脈造影下CT(CTAP)にて判明し、動脈血流が乏血性である結節について組織学的に検討した結果、これらの病理学的診断は前癌病変である腺腫様過形成と高分化型肝癌の2つのタイプに分けれることが判明した。さらにはその組織を検討すると門脈域が周辺の肝組織よりはやや減少するが、保たれるものも数多く存在することが判明した。これらは低・中分化型肝癌においては門脈域がかなり欠如することとは対照的である。2.これらの生検組織材料を用いてCD68染色を行うとKupffer細胞が腺腫様過形成や高分化型肝癌に多数存在し、低・中分化型肝癌には低下することが明らかとなった。II.臨床的精密画像解析2.研究開発装置(GE社製LOGIQ緊急開発装置)を用いてaccumulation modeを開発したが、これにより肝腫瘍の血管構築が静注後20秒間で容易に描出し得ることが判明した。また、多血性肝癌の内部にはVEGFなどの血管新生因子が増加していることも証明した。今回の研究は全く新しい概念の血流イメージ法の開発にある。すなわち動脈と門脈の分離評価を単に定性的のみならず定量的に行うことにより肝発癌過程における血流の変化と非侵襲的かつ定量的にとらえる手法を開発した。

まず、造影剤を静注投与し、大静脈から心臓、そして左心室から全身循環へ造影剤が回り、肝動脈へ至った瞬間の血流と上腸間膜動脈へまず血流が流れ、それらの血流が門脈に帰ってくる時間差のわずか数秒間の時間を機械的に決定することを可能とする手法の開発である。以上の結果より臨床的にはRaw Data保存から数秒間のデータを後処理で呼び出してきて、そのデータのMIP像を加算して表示することにより大きな門脈と動脈が明瞭に表示される。これに関心領域を設定し、動脈の立ち上がりの時間輝度曲線、および門脈の時間輝度曲線を設定する。この動脈と門脈の立ち上がりの差が肝動脈由来の血流の時間と門脈由来の血流の時間差として認識が可能となる。通常、人間においては動脈門脈の肝への血流到達時間は5秒から10秒程度の間とされるがこの間の画像全てを加算画像として表示することにより、結節内の血流が動脈由来であれば動脈だけで栄養される時相(pure arterial phase:純動脈相)のイメージが定性評価可能となる。また、この部分に関心領域を設定して輝度を計測することにより定量的な評価も可能となる。さらには腺腫様過形成や再生結節などは動脈から栄養されず、むしろ門脈からの血流が多いとされているが、この純動脈相より以降のmixed phase(動脈と門脈が混じり合うphase)の時相を血流表示することによりさらに純粋に門脈血流がどの程度、他の肝実質と比べて流入しているかという解析も可能となった。この手法により腺腫様過形成、早期肝癌、nodule-in-nodule肝癌、古典的肝癌の鑑別が造影ハーモニック法により可能となった。
前立腺癌の去勢抵抗性獲得におけるカリウムチャネル発現変動の機序解明と臨床応用

前立腺癌細胞の去勢抵抗性獲得や転移能獲得にともなうK+チャネル発現変動の機序を解明し、病態的意義を明らかにする。最終的には、K+チャネルが去勢抵抗性前立腺癌の治療標的として有用であることを以下の方法を用い実証する。まずはヒト前立腺癌細胞株を用いた発現・機能解析によって、『去勢抵抗性に関わる治療標的K+チャネルの解明とK+チャネル関連シグナル伝達の分子機構を解明』するため、下記の研究を行った。ヒトアンドロゲン依存性前立腺癌細胞株LNCaPと、チャコール処理によってアンドロゲン除去した血清を用いた培地でLNCaPを1年以上安定培養することによって樹立したアンドロゲン非依存性のヒト前立腺癌細胞株LNCaP AIを用い、増殖能の解析を行った。LNCaPの細胞増殖は、Ca2+活性化K+チャネルKCa2阻害薬UCL1684やCa2+活性化K+チャネルKCa1.1阻害薬Paxillineによって抑制された。また、LNCaPの細胞増殖は1μM Enzalutamideで抑制されるが、LNCaP AIの細胞増殖は1μM Enzalutamideの薬物的去勢によって抑制されない。しかしながら、この1μM Enzalutamide投与下、LNCaP AIの細胞増殖はPaxillineにより抑制された。さらに、パッチクランプを用いた電気生理学的機能解析を行ったところ、LNCaPにおける外向きK+電流は、1μM UCL1684で抑制され、さらにこの1μM UCL1684で抑制された残りのK+電流はPaxillineによってほぼ完全に抑制された。以上ことから、前立腺癌で高発現しているK+チャネルサブタイプKCa1.1とKCa2.2が、前立腺癌細胞の増殖に寄与することをより明確にした。2018年10月10日に出産した。これに関連し切迫早産のため長期入院をした。また、産前産後の休暇および育児休業取得のため研究を余儀なく中断した。産前産後の休暇および育児休業を取得したが、2019年2月14日より業務を再開した。当初計画していたヒト前立腺癌細胞株を用いた発現・機能解析による、『去勢抵抗性や転移能獲得に関わる治療標的K+チャネルの解明とK+チャネル関連シグナル伝達の分子機構を解明』する研究(研究項目B)は「研究実績の概要」のとおり進んでいる。しかしながら、「日本人患者由来前立腺癌組織を用いた臨床研究(研究項目A)」については、倫理的な配慮に対する準備に時間がかかり開始が出来ていない。種々の準備が整いつつあるため、今後は研究項目Aについても、早急に開始する予定である。また、去勢抵抗性前立腺癌の研究を行うに際し使用してきたヒトアンドロゲン非依存性前立腺癌細胞株LNCaP AIについては、これまでの実験条件として、樹立されたLNCaP AIを、さらにチャコール処理によってアンドロゲン除去した血清を用いた培地で3ヶ月安定継代された細胞LNCaP AI CSをだけを使用してきた。しかしながら、この「3ヶ月間」という時間に強い科学的根拠は乏しい。また、このLNCaP AI CSを常に維持することが難しく、今回のように余儀無く研究が中断された際に、再度、研究環境を整えることにも時間を要する。今後は、実験条件を見直し、樹立後のLNCaP AIを直接、実験に用いることを検討していく。

当初計画していたヒト前立腺癌細胞株を用いた発現・機能解析による、『去勢抵抗性や転移能獲得に関わる治療標的K+チャネルの解明とK+チャネル関連シグナル伝達の分子機構を解明』する研究(研究項目B)は「研究実績の概要」のとおり進んでいる。しかしながら、「日本人患者由来前立腺癌組織を用いた臨床研究(研究項目A)」については、倫理的な配慮に対する準備に時間がかかり開始が出来ていない。種々の準備が整いつつあるため、今後は研究項目Aについても、早急に開始する予定である。また、去勢抵抗性前立腺癌の研究を行うに際し使用してきたヒトアンドロゲン非依存性前立腺癌細胞株LNCaP AIについては、これまでの実験条件として、樹立されたLNCaP AIを、さらにチャコール処理によってアンドロゲン除去した血清を用いた培地で3ヶ月安定継代された細胞LNCaP AI CSをだけを使用してきた。しかしながら、この「3ヶ月間」という時間に強い科学的根拠は乏しい。また、このLNCaP AI CSを常に維持することが難しく、今回のように余儀無く研究が中断された際に、再度、研究環境を整えることにも時間を要する。今後は、実験条件を見直し、樹立後のLNCaP AIを直接、実験に用いることを検討していく。(理由)切迫早産に伴う長期入院と産前産後の休暇および育児休業の取得に伴う研究の中断のため。(使用計画)上記理由に伴い、補助事業期間の延長を申請し承認を得ている。今後は投与の計画通りに進めることで遂行できる予定である。
色素でコード化した磁性ビーズに基づくフロー型マイクロアレー電気化学検出器の開発

本研究は,磁性マクロビーズによりアレー型電気化学検出器を作製し、環境汚染成分を迅速で簡便に測定することのできる免疫測定装置を開発することを目的として、下記の研究成果を得た。(1)単一電極検出器による二成分同時定量の検討2つのグラッシーカンボン電極を並列に包埋した電極検出器を用いて、アルカリフォスファターゼ酵素により加水分解する2つの基質を用い、それらから生成するアスコルビン酸およびp-アミノフェノールの電極反応の可逆性の相違に着目し、二成分を同時に測定する方法を確立した。すなわち、0.5Vに印加した第一電極で両成分酸化電流を測定し、-0.1Vに印加した第二電極で第一電極で酸化されたp-アミノフェノールの還元電流を測定する方法を確立した。(2)磁気ビーズ表面への抗イムノグロブリンA(IgA)およびG抗体(IgG)の固定化法の検討ポリ乳酸被覆磁気ビーズ表面への抗体の固定化法を確立した。すなわち、ビーズ表面のカルボキシル基の活性エステル化の後、抗体のアミノ基とのカップリング方法を検討し、実際、IgA及びIgGを固定化した。(3)可動磁石とマイクロバルブを備えたマルチイムノ反応セルの検討磁気ビーズを捕捉して、その場でイムノ反応を行うためのフローセルを試作した。すなわち、流路幅2mmのチャンネルの下部にソレノイドを利用した磁石およびビーズの入排出を行うためのソレノイドマイクロバルブを設けたフローセルを作製した。(4)磁気ビーズを利用するイムノアッセイ法の検討確立した固定化法によりアルカリフォスファターゼを磁気ビーズ表面に固定化し、これに基質溶液を添加し、酵素反応で生成した生成物を電極検出器で測定し、2成分が同時に2つの電極で測定できることを明らかにした。また、抗IgAおよび抗IgG抗体を固定化したビーズを利用して、サンドイッチ法によりIgAおよびIgGの二成分同時測定法を確立するとともに、この方法を陰イオン性および非イオン性界面活性剤の定量に応用した。本研究は、磁性マクロビーズによりアレー型電気化学検出器を作製し、環境汚染成分を迅速で簡便に測定することのできる免疫測定装置を開発することを目的として、下記の研究成果を得た。(1)単一電極検出器による磁気ビーズを用いるイムノアッセイの検討グラッシーカンボンフィルム電極を包埋した電極検出器を作成し、ビテロジェニンタンパク質をサンドイッチイムノアッセイによる測定法を確立した。すなわち、表面に抗ビテロジェニン抗体を固定化した磁気ビーズを磁石によりトラップし、アルカリフォスファターゼ標識抗ビテロジェニン抗体でサンドイッチ複合体を形成させ、アルカリフォスファターゼの活性をパラアミノフェニルリン酸を基質として、生成物のパラアミノフェノールを電気化学的に検出する方法を確立した。(2)ビーズ表面からの発光を測定する方法の検討2-1磁気ビーズの色素コード化の検討のために、アミノ基を持つビーズ表面にフロレセインイソチアネートを化学結合させ、このビーズからの蛍光を測定する方法を確立した。すなわち、460nmの中心発光波長をもつLEDを光源とするイムノフローセルを作成し、底部に磁石を、上部に光ファイバー検出器をもつ化学発光検出器を作成した。実際、抗非イオン界面活性抗体を磁気ビーズに固定化し、これにHRP標識した非イオン性界面活性剤と試料の非イオン性界面活性剤を競合免疫を行い、ルミノール液との反応による化学発光を検出して、非イオン性界面活性剤を測定する方法を確立した。2-2磁気ビーズ表面からの異なる波長の蛍光を同時に測定する方法を確立した。すなわち、ヒト、ウサギ、マウスのIgGのイムノアッセイをモデル実験とし、それぞれの抗体を結合した磁気ビーズを調製し、これに各IgG試料と3種類の異なる粒子径の量子ドットを標識した抗原を競合させ、上記LEDの励起よる異なる波長の蛍光を同時に測定する方法を確立した。(4)磁気ビーズを利用するイムノアッセイ法の検討

確立した固定化法によりアルカリフォスファターゼを磁気ビーズ表面に固定化し、これに基質溶液を添加し、酵素反応で生成した生成物を電極検出器で測定し、2成分が同時に2つの電極で測定できることを明らかにした。また、抗IgAおよび抗IgG抗体を固定化したビーズを利用して、サンドイッチ法によりIgAおよびIgGの二成分同時測定法を確立するとともに、この方法を陰イオン性および非イオン性界面活性剤の定量に応用した。
染色体機能形成の階層性とゲノム反復DNA上のクロマチン構造の解明

染色体分配機能に必須なセントロメアでは、反復DNA(アルフォイドDNA)からなる巨大領域にヒストンH3バリアントであるCENP-Aを含んだクロマチンが集合する。このCENP-Aクロマチンを足場に多様な因子群が集積してキネトコア構造体を形成し、染色体の動きを調節する。一方、セントロメア内部ではヘテロクロマチンが集合し姉妹染色分体の接着・分離を調節する。しかし、同一反復DNAからなる巨大領域にどのようにこれらの異なるクロマチンが集合し機能統合体としての調和を保つのかについては不明なままである。本研究では、セントロメアの集合メカニズムを解明し、ヘテロクロマチンとの集合バランスとその変動が引き起こす影響について明らかにする。H30年度は以下の(1)、(2)の解析を進めた。(1)染色体機能形成の階層性とヘテロクロマチンの解析:人工染色体や合成反復DNAを用いて、反復DNA上でCENP-B結合の有無によりクロマチンへの集合に大きな差を生じるヒストン修飾酵素やクロマチン関連因子をcDNAライブラリーからスクリーニングし、ヘテロクロマチン修飾に関わるSuv39h1, HP1やこれとは逆にオープン側修飾に関わるH3K36me2/3化酵素を同定し、これら因子のクロマチン集合バランスへの関与を明らかにした(Otake et al投稿中)。(2)ゲノム反復DNA上のクロマチン構造の解析:RPE1細胞を用いてChIP-Seq解析を進め、ゲノム反復DNA上のCENP-Aクロマチン、CENP-B、ヘテロクロマチン(H3K9me3)、オープンクロマチン(H3K36me2/3)等の詳細な分布を明らかにした。CENP-B遺伝子存在下と遺伝子破壊条件下で比較解析を進め、CENP-Bがクロマチン集合のバランス調節に関わっていることを明らかにした。(1)染色体機能形成の階層性とヘテロクロマチンの解析:これまでにセントロメアを決定するCENP-Aクロマチンの集合に必須なMis18複合体とヒストンアセチル化酵素KAT7が相互作用し、KAT7によるクロマチンのアセチル化によりリモデリング因子RSF1が集合することを明らかにした。RSF1は、ヒストン交換反応を促進することで、ヘテロクロマチンの侵入をくい止め、HJURPによるCENP-Aクロマチンの補充を促進することも明らかにした。H30年度は、人工染色体や合成反復DNAを用いてCENP-B結合の有無によりクロマチンへの集合に大きな差を生じるSuv39h1, HP1やH3K36me2/3化酵素について解析を進めた。Suv39h1やHP1はヘテロクロマチン側に、H3K36me2/3化酵素はオープンクロマチン側にそれぞれCENP-Bに依存して反復DNA上のクロマチン集合バランスを偏らせることを明らかにした(Otake et al投稿中)。(2)ゲノム反復DNA上のクロマチン構造の解析:セントロメアの巨大反復DNA領域のゲノム構造の解明は反復DNA解析の困難さに阻まれ遅れていた。CENP-Aクロマチン、CENP-B、ヘテロクロマチン(H3K9me3)、さらにオープンクロマチン(H3K36me2/3)がゲノム反復DNA領域上で実際どのように分布しているのかChIP-Seq法による解析を進めた。ヒトゲノムバージョンhg38と独自に作製した解析スクリプトを駆使して、RPE1細胞ゲノム反復DNA上の詳細なクロマチン構造について、CENP-B遺伝子存在下と遺伝子破壊条件下で比較解析を進め、CENP-Bがクロマチン集合のバランス調節に関わっていることを明らかにした。(1)染色体機能形成の階層性とヘテロクロマチンの解析:反復DNA上のクロマチン構造に変動を引き起こす要因の有力候補と考えられるのは直接の結合タンパクであるCENP-Bである。CENP-BはCENP-Aクロマチンの集合促進・安定化に関わるが、これとは拮抗するヘテロクロマチン化も促進する。これまでに異所的部位での反復DNA上でCENP-Bの有無によりクロマチンへの集合に大きな差を生じるヒストン修飾酵素やクロマチン関連因子をcDNAライブラリーからスクリーニングし、ヘテロクロマチン因子Suv39h1, HP1やこれとは全く逆にオープン側因子のH3K36me2/3化酵素も同定した。今後はこれら因子の過剰発現やノックダウン、テザリングにより実際に集合バランスを撹乱した場合に、セントロメア機能や染色体分配に異常が生じるかどうかついて解析を進める。(2)ゲノム反復DNA上のクロマチン構造の解析:人工染色体を用いた構成学的手法によるセントロメア構造の階層的集合機構の解明は進んでいるが本来の天然ヒト染色体上の巨大反復DNA領域のクロマチン構造は不確かなままであった。これを実際に解析し、両者を比較することは極めて重要である。これまでの解析により、ヒトゲノムhg38を用い、高次反復単位(HOR)の塩基配列のわずかな違いにより区別することも可能になった。CENP-Aクロマチン、CENP-B、さらにH3K9me3、H3K27me3、H3K36me2/3等の修飾を指標とするヘテロクロマチンやオープン側クロマチンが本来のゲノム反復DNA領域上でCENP-Bの有無により実際にどのように集合するかについて確認作業を進め論文にまとめる。

一方、セントロメア内部ではヘテロクロマチンが集合し姉妹染色分体の接着・分離を調節する。しかし、同一反復DNAからなる巨大領域にどのようにこれらの異なるクロマチンが集合し機能統合体としての調和を保つのかについては不明なままである。本研究では、セントロメアの集合メカニズムを解明し、ヘテロクロマチンとの集合バランスとその変動が引き起こす影響について明らかにする。H30年度は以下の(1)、(2)の解析を進めた。(1)染色体機能形成の階層性とヘテロクロマチンの解析:人工染色体や合成反復DNAを用いて、反復DNA上でCENP-B結合の有無によりクロマチンへの集合に大きな差を生じるヒストン修飾酵素やクロマチン関連因子をcDNAライブラリーからスクリーニングし、ヘテロクロマチン修飾に関わるSuv39h1, HP1やこれとは逆にオープン側修飾に関わるH3K36me2/3化酵素を同定し、これら因子のクロマチン集合バランスへの関与を明らかにした(Otake et al投稿中)。(2)ゲノム反復DNA上のクロマチン構造の解析:RPE1細胞を用いてChIP-Seq解析を進め、ゲノム反復DNA上のCENP-Aクロマチン、CENP-B、ヘテロクロマチン(H3K9me3)、オープンクロマチン(H3K36me2/3)等の詳細な分布を明らかにした。CENP-B遺伝子存在下と遺伝子破壊条件下で比較解析を進め、CENP-Bがクロマチン集合のバランス調節に関わっていることを明らかにした。(1)染色体機能形成の階層性とヘテロクロマチンの解析:これまでにセントロメアを決定するCENP-Aクロマチンの集合に必須なMis18複合体とヒストンアセチル化酵素KAT7が相互作用し、KAT7によるクロマチンのアセチル化によりリモデリング因子RSF1が集合することを明らかにした。RSF1は、ヒストン交換反応を促進することで、ヘテロクロマチンの侵入をくい止め、HJURPによるCENP-Aクロマチンの補充を促進することも明らかにした。H30年度は、人工染色体や合成反復DNAを用いてCENP-B結合の有無によりクロマチンへの集合に大きな差を生じるSuv39h1, HP1やH3K36me2/3化酵素について解析を進めた。Suv39h1やHP1はヘテロクロマチン側に、H3K36me2/3化酵素はオープンクロマチン側にそれぞれCENP-Bに依存して反復DNA上のクロマチン集合バランスを偏らせることを明らかにした(Otake et al投稿中)。(2)ゲノム反復DNA上のクロマチン構造の解析:セントロメアの巨大反復DNA領域のゲノム構造の解明は反復DNA解析の困難さに阻まれ遅れていた。CENP-Aクロマチン、CENP-B、ヘテロクロマチン(H3K9me3)、さらにオープンクロマチン(H3K36me2/3)がゲノム反復DNA領域上で実際どのように分布しているのかChIP-Seq法による解析を進めた。ヒトゲノムバージョンhg38と独自に作製した解析スクリプトを駆使して、RPE
ほ乳類中枢神経系の発生において発見された「直交性コンタクトガイダンス」の研究

われわれは、小脳皮質を小さな外植体として培養(微小外植体培養)した時、顆粒細胞が並列した線維の束の上でこれと直角方向に移動することを世界ではじめて見い出した。本研究では、"直交性コンタクトガイダンス"と名付けたこの現象について、1)この現象が小脳以外のニュ-ロンにも存在するのかどうか、解離ニュ-ロンを異種の線維束の上で培養して調べる2)どのようなメカニズムで起きているかについて実験を行い、当初の研究目的を充分に達成するとともに、あらたな研究目標を設定することができた。1)中枢神経系のすべての種類の未分化なニュ-ロン(神経芽細胞)がその突起を並列した線維束に対して直角方向に伸ばし、あるニュ-ロンは直交移動することが判った。これに対し、末梢神経のニュ-ロンにはこの性質がなかった。したがって、この直交性コンタクトガイダンスは中枢神経系ニュ-ロンに特異的であり、直交する組織構築に富む脳の形態形成全般にかかわる重要な性質であることが示唆された。この成果は国際専門誌Development(1991)に掲載された。2)石英ガラスの表面に微細な溝を並列するように加工した人工細胞外マトリックスを線維束の物理的なモデルとして考え、その上にさまざまな種類の解離したニュ-ロンを培養し、神経突起の出る方向を計測した。その結果、中枢神経系ニュ-ロンは線維束の上よりもその頻度は低いが明瞭な直交性を示し、末梢神経のニュ-ロンは直交性を示さなかった。いずれのニュ-ロンでも直交性は凹凸の幅と間隔が1ミクロン、深と0.5ミクロンのマトリックスの上で最も高かった。このサイズのマトリックスの表面構造は並列する線維束のそれに近似しているので、中枢神経系ニュ-ロンは直交する際に、微細な凹凸が平行に密に繰り返して並ぶという物理的構造を認識していることが示唆された。これらの成果は神経科学学会(1991)で発表され、国際発生神経科学会(1992)で発表予定である。また、論文は投稿準備中である。われわれは、小脳皮質の微小外植体培養を用いて顆粒細胞の移動を調べ、ニュ-ロンが並列した線維束の上でこれと直角に移動する現象をはじめて見いだした。中枢神経系は小脳皮質以外でも直交した組織構築に富む。そこで、小脳の顆粒細胞以外でもこのような直交性が観察されるかどうかを検索した。脳のいろいろな部域からニュ-ロンを解離し、これらを微小外植体に由来する並列した線維束上で培養して、その突起の伸びる方向と移動を調べた。突起の配向の解析は、本申請により購入した倒立顕微鏡を用いて写真撮影したものを資料とした。その結果、これまで調べたかぎり中枢神経系のすべてのニュ-ロン(神経芽細胞)がその突起を平行に並んだ線維束に対して直角方向に伸ばすことがわかった。さらに、いくつかのニュ-ロンは平行と直角方向の両方に活発に移動することがわかった。これに対し、末梢神経系のニュ-ロンは移動せず、突起を常に平行方向に伸ばした。従って、「直交性コンタクトガイダンス」は中枢神経系ニュ-ロンが持つ普遍的な性質であることが明らかになり、脳の形態形成全般にかかわる重要な性質であることが示唆された。この成果は、発生生物学会で発表され、国際専門誌Developmentにacceptされた。

また、直交のメカニズムについては、線維束の表面にある特異的な分子、或は線維束に似た物理的な構造が原因であると想定される。神経系接着分子NーCAMの抗体の添加による影響は見られなかった。これに対し、線維束を固定し熱処理した物理的な構造上でも「直交性」は減少したが、部分的には観察された。したがって、ニュ-ロンは適切に作製された純物理的な構造の上でも、生きた線維束に似た「直交性」を示す可能性がある。このことを確かめるために、平成3年度においてガラス表面上に微細な凹凸を刻んだ物理的構造のうえでニュ-ロンがどのような挙動を示すかを調べる予定である。本年度は、石英ガラスの表面に微細な溝を並列するように加工した人工細胞外マトリックスを線維束の物理的なモデルとして考え、その上で解離したニュ-ロンを培養した。具体的には、溝の幅や深さのサイズの異なった人工細胞外マトリックス(NTT基礎研究所の川名明夫博士による作製)をポリ-リジン、或はラミニンで被覆し、その上にさまざまな種類の解離したニュ-ロンを培養し、それらの神経突起の出る方向を計測した。その結果、中枢神経系ニュ-ロンのほとんどは線維束の上よりもその頻度は低いが明瞭な直交性を示し、末梢神経のニュ-ロンは直交性を示さなかった。いずれのニュ-ロンも凹凸の幅と間隔が1ミクロン、深さ0.5ミクロンのマトリックスの上でもっとも高い直交性を示した。このサイズは線維束の一本の線維のそれに近似している。したがって、中枢神経系ニュ-ロンは直交する際に、微細な凹凸が平行に密に繰り返して並ぶ物理的な構造を認識していることが示唆された。また、前年度に大脳皮質と嗅球ニュ-ロンが線維束の上で平行と直角の両方向に活発に移動することを見い出したが、これらのニュ-ロンはこの人工細胞外マトリックス上でも平行と直角方向に移動することがホフマン変調コントラスト光学系をつけたビデオ撮影装置で確認された。しかし、高倍率の連続撮影にもかかわらず、ニュ-ロンの成長円錐やその先端にある糸状仮足の接触挙動は平行と直交移動の際に顕著なちがいは見られなかった。走査型電顕による観察では、直交している神経突起の柄の部分からマトリックスの沿って微小突起が多数出ていた。これらの成果は神経科学学会(1991)ですでに発表され、国際発生神経科学学会(1992、仏)でも発表する予定であり、論文は投稿準備中である。
遷移沸騰熱伝達の挙動

遷移沸騰の不安定性は本質的なものとすると、でき得る限り測定可能な実験を行ない、その熱伝達の挙動を把握するように努めた。すなはち、実験装置には熱容量が大きく、熱伝導率の良好な銅ブロックを用い、伝熱面に向って、発熱体より集中的に熱伝導を行なはせると共に、従来水の常圧の実験では、150K位が伝熱面の過熱度(通常は100K位)の実験を可成り越えた500Kを伝熱面温度で出せるように、発熱体にシリコンカーバイトを用いた。また、沸騰気泡の伝熱面の近傍,特に付着面の挙動を観察するには、裏面からするのがよいが、透明なシリコンオイルやHSTと稱する溶融塩を加熱体とし、石英ガラスの薄い面を伝熱面として、斜め下より光線を入れ、伝熱面上の気泡付着面の反射により、写真観察を行なった。さらに、伝熱面の大きさにより、伝熱面の側方より液の入り方が異なることによる影響,それを強制噴流により行はせた場合の熱伝達への効果及び伝熱面の状態が滑らか,粗か,粗面でも上水道水のスケール付着による面並びにシリコン系樹脂塗布による熱伝達への影響を調べた。以上の実験解析より下記の結果を得。金属面での粗面と、上水道水によるスケール付着粗面については、金属平滑面より、遷移沸騰熱伝達は良好で且つ不安定性が少くなっており、特にサブクーリングが大きい場合はこの傾向が強まることを示した。粗面の種類としては濡れ性が同様ならその種類に上る差は判別し得なかった。濡れ難い面では、通常遷移沸騰は極めて不安定で測定はできないが、今回の実験では、部分的に塗布面が剥がれたせいか、連続的に比較定安定で測定し得たが、熱伝達は良好ではなかった。伝熱面の側方の影響はある伝熱面以上の大きさで存在し、故に強制噴流もその効果をみることができた。伝熱面上の気泡付着面は、フレオンでは水よりやや小さいものの、限界熱流東に対して同じ傾向の曲線を得た。上向水平プール沸騰の遷移領域における実験的研究を水及びフレオンを用いて行なった。遷移沸騰熱伝達に大きく伝熱面の状態が影響するので、伝熱面の粗さに注意し、さらに有機物質を伝熱面上にコーテイングした場合を調べた。また、サブクーリングは現象に大きく影響するので重要なパラメータとして扱った。また第二の課題として、伝熱面の大きさによる影響がある。伝熱面の端部は発生泡の側面からも液体が伝熱面の方へ入り、伝熱面中央部とは異なった挙動を示す。この影響をみるために、伝熱面積に大中小の3種類を分けて実験を行った。第三の課題として、核沸騰より遷移沸騰に移行する際の発生気泡の伝熱面付着状態がどのようであるかもみるため(気泡の付着が大きな面積割合を占めることは伝熱に大きな影響を与える)、透明なガラス面を伝熱面とし、加熱液体を透明な熔融塩とすることによって伝熱面の裏側から観察測定をした。実験に当っては、伝熱面の温度を従来の実験では250°C程度であったものを、さらに高くするため、炭化珪素電気抵抗発熱体により、600°C程度にまで上昇させ、実験データの範囲を拡大した。以上の実験研究より下記の結果を得た。

(1)伝熱面の温度を限界熱流束点を越えた直後は極めて不安定で、その所定温度でとめることは困難であるが、サブクーリングが大なる程、膜沸騰に伝熱面温度が近づく程、面が粗い程安定性を増す。(2)伝熱面に有機材をコーティングして、昇温で変質させると、伝熱面の温度は、遷移域でも安定なことがある新事実を見出した。(3)限界熱流束前後の伝熱面上のフレオンの気泡の付着状況が初めて写眞観察することができた。核沸騰では、水の場合と同様、合体泡が点在しているが、遷移沸騰では、合体泡が接近し、液体部分が逆に溝のようになって伝熱面に接着していることが分った。
ダム建設地における入会林野の処分と村落の合意形成

兵庫県内において、ダム建設による入会林野の水没に伴い、入会林野を売却する際、その売却収益をどのように処分するかを、村落社会構造等と関連づけて、考察した。具体的には、ダム建設にともない水没した入会林野の権利者団体代表者に、アンケート調査・聴き取り調査を行うとともに、権利者に対するアンケート調査でこれを補完する方法を取った。調査協力を得られた入会団体についての分析結果では、売却収益は、すべからく入会団体全体の基金として貯蓄されている。このように、入会林野の売却収益が、基金として蓄積された背景には、1)いずれの場合においても、入会林野が全て水没せず、共有財産である土地が存続しているため、旧来の共有財産を保持しようとした2)いずれの団体の母体となっている村落社会においても、共同作業など旧来からの村落社会における規制が、変質せずに存続し、住民もこれを遵守しており、村落社会の結合度がきわめて高い3)そのため、村落社会のリーダー層を中心とする村落社会の運営が強い結合のもとに行われていることが考えられる。
広い構造空間における新しい蛋白質概念の確立とその応用

高圧NMRを用い,プリオン中間体の構造を残基レベルで特徴づけることに,世界で初めて成功した(Kuwata et al., Biochemistry,2002)。我々が見出したプリオン中間体(PrP^*)では,ヘリックスB,Cに部分的な変性が見られることが分かった。特に,N端のβシート部分と接触している部分が特に局所的な安定性が低い。このような部分的に破壊されたプリオン中間体(PrP^*)が,スクレイピー型(PrP^<Sc>)への変換過程と関わっている可能性が高いと考えられる。ハムスタープリオンにおいて,NMR緩和時間測定によるミリ秒の遅い揺らぎを示す部位と,高圧NMR測定による安定性の低い部位とがよく相関していることを発見した(Kuwata et al. Biochemistry,2004)。熱安定性の低い部位は,遺伝性ヤコブ病の原因となる変異とよく相関しており,このような蛋白質のグローバルな遅い揺らぎが,病的構造変換と関連していることが分かった。プリオンの疎水性クラスター部分は,細胞毒性に関与し,またC端のヘリックス内部で熱安定性の低い残基は,感染性に関与していると考えられる。蛋白質ダイナミクスの一般的な理論として,「数論的生命科学理論」を構築した(桑田一夫,数理科学,2005)。プリオンのような複雑極まりない現象であっても,数論的方法を通じて厳密に理論化できる可能性があることが分かった。21世紀初頭において,新しい厳密な生命科学理論がここに登場した。桑田と赤坂は,^<15>N標識ハムスタープリオン蛋白を用い,高圧NMRによる活性型立体構造を見出し,その構造を特徴付けることに成功した(Kuwata et al., Biochemistry,2002)。正常ハムスタープリオンは,生理的条件下で安定な天然構造を形成しているが,圧力を加えることにより,構造が破壊される。このプロセスを原子分解能で追跡することにより,グローバルなダイナミクスや熱安定性の差が明らかとなった。プリオン分子内部においてはB, Cヘリックスが相対的に不安定であり,さらにCヘリックスとS1/S2界面が特に壊れやすく,グローバルなダイナミクスや熱安定性の差が明らかとなった。また,桑田と鎌足は,^<15>N標識ハムスタープリオン蛋白を用い,生理的条件下におけるマイクロ秒からミリ秒の揺らぎを原子レベルの分解能で計測を行った。その結果,ミリ秒以上の遅い揺らぎは,B, Cヘリックス上で観測されること,及び決まった構造を持たないN端部分との特異的な干渉作用が見られることが明らかとなった。これにより,このC端とN端の相互作用及び,そのつなぎ目(疎水性コア)のダイナミクスを記述するためのスペクトル密度関数の考察を行うことが可能となった。さらに桑田は,マウスプリオン部分ペプチド(106-126)を合成し,電顕的にアミロイドを形成することを確認した。また,CD測定,保護因子測定を行い,このアミロイドの構造特性を明らかにした。桑田は,本年度,超高速パルスラベル法を開発するための第一段階として,高圧測定が可能な分光光度計を導入し,高圧ジャンプ法による蛋白質の超高速現象の観測を開始した。一方,赤坂らは,高圧蛍光セルを導入し,蛋白質の圧力変性に伴う蛍光スペクトルの計測を開始し,再現性のあるデータが蓄積されつつある。さらに桑田,赤坂,鎌足らは,ハムスタープリオンにおいて,NMR緩和時間測定によるミリ秒の遅い揺らぎを示す部位と,高圧NMR測定による安定性の低い部位とがよく相関していることを発見した。このことは,プリオンの遅い揺らぎがフォールディング中間体PrP^*形成反応と関連していることを示す証拠であり,大変興味深い(Kuwata et al. Biochemistry,印刷中)。

プリオンの疎水性クラスター部分は,細胞毒性に関与し,またC端のヘリックス内部で熱安定性の低い残基は,感染性に関与していると考えられる。また赤坂らは,高圧NMRで観測されたユビキチンのフォールディング中間体が,パルスラベル法で調べられた速度論的中間体とよく似ていることを見出した(Kitahara et al., Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.,2003)。また,高圧NMRを用い,高圧下における卵白リゾチームの立体構造を計算し,その構造変化を明らかにした(Refaee et al, J.Mol.Biol.,2003)。このように,広い構造空間における蛋白質の姿が原子レベルの分解能で次々と実験的に明らかになって来ている状況にある。高圧NMRを用いて蛋白質の構造形成過程を観測すると,B及びCヘリックスにある特定のアミノ酸残基の熱安定性が特異的に低いことが分かった。さらに,CPMG緩和時間分散法により,プリオンのマイクロ秒からミリ秒の遅い揺らぎが,B及びCヘリックスにおいて観測された。これらの現象は,プリオンの構造形成過程の早期に,中間体が形成される可能性を示している。これらの部位は病気を引き起こすアミノ酸変異部位と分布が似ていた。さらに,高圧NMRで見られた化学シフトの変化のうち圧力に線形に依存する部分と,揺らぎによる化学シフトの変化との間に相関がみられた。この事実は,遅い揺らぎが,天然構造の範囲内で起きていることを示している。以上の結果を総合すると,位相空間で考えた場合,病原性を引き起こすプリオンの構造転換に関与する初期の構造変化が,天然構造におけるダイナミクス,さらには熱安定性へと接続できることが分かる。蛋白質は天然安定構造のみでなく,中間体等のポピュレーションの低い構造も,その機能や病原性に重要な役割を果たしている,と言える。我々は,プリオンにおける構造変化の早期過程を原子分解能で観測するため,超高速パルス・ラベル装置を試作した。広い空間における新しい蛋白質概念を厳密に記述するためには,こめようなグローバルな揺らぎを一般に記述する新しい数学的形式を作り上げる必要がある。そのため,我々は,トレース公式用いた,蛋白質ダイナミクスの新たな表現手段を創出し,NMR緩和時間の解釈に応用した。
Na^+/Ca^<2+>交換機構(NCX)遺伝子を発現させた細胞におけるNCX電流の検討

心室筋では,細胞内に高濃度のCa^<2+>を負荷すると強縮するため,NCX電流に対する細胞内Ca^<2+>濃度の影響の詳細な検討は難しい.継代培養可能で,かつ細胞内Ca^<2+>濃度を高くしても強縮しない細胞に,心筋型NCX遺伝子(NCX1)をトランスフェクトして安定発現株をクローン化し,簡便に心筋型NCX電流を測定できる系を確立するため以下の実験を行った.昨年度はNCX1のcDNAを作成,発現ベクター(pcDNA3)にサブクローニングし,各種細胞にリポフェクション法で発現した.何割かの細胞に発現していることはRT-PCRにより確認したが,発現した細胞を選別できなかった.(1)NCX1を過剰発現した細胞の選別;NCX1が過剰発現した細胞は,細胞内にCa^<2+>を負荷してもNCX1が上昇した細胞内Ca^<2+>を排出するため細胞死を起こさないことが知られている.このことを利用してNCX1が過剰発現した細胞細胞のみを選別するために,細胞の培地中にCa^<2+>イオノフォアA-23187あるいはイオノマイシンを加えて培養を試みた.Ca^<2+>イオノフォアの濃度を検討したが選別できなかった.(2)CD-8を発現させると金属のビーズを細胞のまわりにつけるために,可視的に発現細胞を見分けることができる.現在,CD-8とNCX1を共発現させる手法を検討中である.発現させるCD-8とNCX-1のcDNAの量とその比率時間などの検討を行なっている.共発現ができた後細胞に金属のビーズをまき,ビーズのついた細胞を指標にNCX1発現細胞と考え,NCX電流の測定を行う予定である.心室筋では,細胞内に高濃度のCa^<2+>を負荷すると強縮するため,NCX電流に対する細胞内Ca^<2+>濃度の影響の詳細な検討は難しい.継代培養可能で,かつ細胞内Ca^<2+>濃度を高くしても強縮しない細胞に,心筋型NCX遺伝子(NCX1)をトランスフェクトして安定発現株をクローン化し,簡便に心筋型NCX電流を測定できる系を確立するため以下の実験を行った(1)NCX1発現ベクターの作成;NCX1の特異的なセンスおよびアンチセンスのプライマーを用いてRT-PCR法によりNCX1のcDNAを作成した.このcDNAをTAクローニングベクターにライゲーションしクローニングした.このベクターよりNCX1のcDNAを発現ベクター(pcDNA3)にサブクロー二ングした.(3)NCX1を過剰発現した細胞の選別;NCX1が過剰発現した細胞は,細胞内にCa^<2+>を負荷してもNCX1が上昇した細胞内Ca^<2+>を排出するため細胞死を起こさないことが知られている.このことを利用してNCX1が過剰発現した細胞細胞のみを選別するために,細胞の培地中にCa^<2+>イオノフォアA-23187あるいはイオノマイシンを加えて培養を試みたが,選別できなかった.現在Ca^<2+>イオノフォアの濃度について検討中である.選別ができた後,ウェスタンブロッティング法によりタンパクの発現を確認し,NCX電流の測定を行う予定である.心室筋では,細胞内に高濃度のCa^<2+>を負荷すると強縮するため,NCX電流に対する細胞内Ca^<2+>濃度の影響の詳細な検討は難しい.継代培養可能で,かつ細胞内Ca^<2+>濃度を高くしても強縮しない細胞に,心筋型NCX遺伝子(NCX1)をトランスフェクトして安定発現株をクローン化し,簡便に心筋型NCX電流を測定できる系を確立するため以下の実験を行った.昨年度はNCX1のcDNAを作成,発現ベクター(pcDNA3)にサブクローニングし,各種細胞にリポフェクション法で発現した.何割かの細胞に発現していることはRT-PCRにより確認したが,発現した細胞を選別できなかった.(1)NCX1を過剰発現した細胞の選別;NCX1が過剰発現した細胞は,細胞内にCa^<2+>を負荷してもNCX1が上昇した細胞内Ca^<2+>を排出するため細胞死を起こさないことが知られている.このことを利用してNCX1が過剰発現した細胞細胞のみを選別するために,細胞の培地中にCa^<2+>イオノフォアA-23187あるいはイオノマイシンを加えて培養を試みた.Ca^<2+>イオノフォアの濃度を検討したが選別できなかった.(2)CD-8を発現させると金属のビーズを細胞のまわりにつけるために,可視的に発現細胞を見分けることができる.現在,CD-8とNCX1を共発現させる手法を検討中である.発現させるCD-8とNCX-1のcDNAの量とその比率時間などの検討を行なっている.共発現ができた後細胞に金属のビーズをまき,ビーズのついた細胞を指標にNCX1発現細胞と考え,NCX電流の測定を行う予定である.
ガラス中のレーザー誘起衝撃波の3次元制御と3次元光デバイスの創成

本研究では,ホログラムを用いたガラスのフェムト秒レーザー加工において,レーザー照射において起こる高速な現象の動的な変化をポンプ・プローブ干渉顕微鏡により観測した.特に,レーザーパルスを同時並列に照射した時に起こる特有な現象として,マイクロプラズマの衝突や衝撃波の合波・反射を発見できた.さらに,ライン状に成形したパルスによる回折格子の作製や計算機ホログラムの2光子吸収最適化法の開発に成功した.本研究では,ホログラムを用いたガラスのフェムト秒レーザー加工において,レーザー照射において起こる高速な現象の動的な変化をポンプ・プローブ干渉顕微鏡により観測した.特に,レーザーパルスを同時並列に照射した時に起こる特有な現象として,マイクロプラズマの衝突や衝撃波の合波・反射を発見できた.さらに,ライン状に成形したパルスによる回折格子の作製や計算機ホログラムの2光子吸収最適化法の開発に成功した.平成19年度は、申請書記載の「フェムト秒レーザー誘起衝撃波観測システムの構築」、「ガラス材料中での衝撃波の観測」「衝撃波パターンの生成」、「光子イメージングを用いたホログラム設計法の開発」、「3次元光デバイスの作製」の5つの研究項目に対し、4つの研究項目について実施できた。衝撃波観測システムは、ポンプ光(加工用ビーム)にフェムト秒レーザーの基本波、観測用のプローブ光に2次高調波を用いて、ポンプ・プローブ顕微鏡を構築した。最初のシステムでは、単純な透過光を観測するシャドウグラフ法を適用し、衝撃波の観測を行った。その後、衝撃波による物質の屈折率変化や、そこから計算される衝撃波の強さを知るために、ポンプ・プローブ干渉顕微鏡を構築した。システムの構築試験や衝撃波の合成実験は、衝撃波による屈折率変化量が大きく、衝撃波の観測が容易な水を用いておこなった。また、構築した観測システムにより、ガラス中での衝撃波の観測を実証し、そのポンプ・プローブ観測から、衝撃波の速度や、照射エネルギーの依存性を観測した。2点照射、線形照射、円形照射により衝撃波が合成できることを実証した。現在、干渉計測を用いて、その合成衝撃波による屈折率変化の定量評価の実験を進めている。フェムト秒レーザー加工では、2光子以上を同時に吸収する多光子吸収過程が支配的であることから、2光子検出器を用いて回折ビームを評価し、その結果をもとにホログラムを再設計する計算機ホログラム設計方法を提案。実施した。回折光の2光子吸収信号の均一性96.6%のホログラムを設計できた。本研究の目的は,ホログラフィによりフェムト秒レーザーの強度分布を3次元的に制御し,ガラス内部に屈折率変化や空洞を形成する技術にお卵で,加工形状に強く影響する衝撃波(圧力波)のダイナミックスを解明し,時間的・空間的に制御することで, 3次元光ガラスデバイスの高速・高効率・高品質な製造技術の開発することである。平成20年度は,ポンプ・プローブ干渉顕微鏡を用いて,ガラス中および水中でのフェムト秒レーザー誘起現象の観測,フェムト秒レーザーのホログラフィックな照射法の開発とその照射法を用いたガラス中の光デバイス作製を行った.その中で,ガラス中のフェムト秒レーザー誘起現象の観測では,単一パルスをガラスに照射したときに起こるプラズマバブルやキャビテーションバブルの生成と時間発展を観測し,プラズマからキャビテーションに移行する時間を屈折率の変化から同定した。さらに,空間的に並列に2つのパルスをガラスに照射したときのそれぞれの時間発展を観測した.実験的な解析はこれからであるが,単一パルスの照射では起こらないパルスの間で高圧状態を発見した(2009年3月応用物理学会で発表).これは,新しいガラスの3次元構造の作製方法に適用できる可能性がある。ホログラフィックフェムト秒レーザー照射技術では,適応的にホログラムを設計できることを実証し,高品質な,ホログラムの設計法を確立した(Opt.Lett.34, 22, 2009).さらに,ホログラムエッジ滑らかな接続法を開発し,均一なライン状のフェムト秒レーザーパルスに成形する方法を開発した。そのラインビームを用いて45umのライン構造を単一ショットで形成した,さらに,ガラスを移動しながら,ガラスへのライン加工を多数回繰り返し,回折格子に形成した。
東国十一世紀彫刻の基礎的研究

本研究の目的に沿い、対象作例の調査に基づき基礎データを作成し、その結果得られた知見は次の通りである。まず、東国における十一世紀初頭の古様な状況を理解するため、福島・勝常寺の薬師如来坐像をはじめとする諸像、同・大蔵寺千手観音立像、宮城・双林寺薬師如来坐像などの九十世紀作例を比較のため、略調査をした。その上で、従来古様を残す十一十二世紀前半の作とされていた茨城・薬王院薬師如来坐像の調査を行った。その結果、作風・構造はむしろ宮城・双林寺像のような十世紀作例との共通性が強く、十世紀制作の可能性をも残す十一世紀初頭を下らない作と考えられるに至った。また、千葉・正延寺五智如来坐像は、若干穏やかさが加わりながらも、構造・作風に十世紀の余風を残す十一世紀前半の状況をよく示す好例と考えられた。像種の希少な点でも注目され、今後東国平安彫刻史上重視される存在かと思われる。神奈川・影向寺二天立像は、これまで年代不詳とされることの多かった作例である。しかし調査の上、構造・作風両面の検討から十一世紀後半の作と見て問題ないと考えるに至った。また、山形・熊野神社に伝わる本地仏三躯は従来余り知られていない作例であるが、十一後半の作と見られることを確認すると共に、一躯は平滑に、一躯はいわゆる鉈彫に、一躯は小作り段階に近く仕上げられており、鉈彫像の問題を考察する上でも重要な事例を提供するものと考える。また、従来十二世紀作とされてきた千葉・松虫寺薬師如来坐像も、構造・作風ら見て、十一世紀後半制作の可能性も検討すべきかと考えられた。神奈川・真福寺千手観音立像は、作風上穏やかさが勝り、十二世紀の作とも見られるが、構造に古様な特徴が目立ち、十一世紀末十二世紀の制作と考えておきたい。なお本像は当初四臂像であったことが確認され、名称については再検討を要すことも明らかになった。