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医療診断への応用をめざした声帯近傍呼気流速変動に基づく声帯振動・発声機構の解明

本研究は,当初の目標を,1.声帯振動が呼気流と連成した振動であることを明確にする.2.呼気流を考慮した声帯振動モデルを作成し,実験と理論の両面から声帯振動および発声機構を解明するとともに,生体のダイナミクスを用いた医療診断への応用の可能性を探る.として開始した.そのために,延べ26人(男性21人,女性5人)の被験者に対して,自然な発声時の声帯直上での呼気流速変動の詳細な計測と,秒間2000コマでの高速度撮影による声帯振動の同時観察,さらに,口から放射される音圧の同時計測をおこなった.計測と撮影には経鼻的に挿入する医療用の喉頭内視鏡を用いた.呼気流速の計測には内視鏡の鉗子孔に挿入可能な超小型熱線流速計を開発し,さらに,秒間2000コマの高速度撮影を可能にするため,光源装置の光量を通常の3倍に増強する改良を実施した.これらの研究により得られた知見は以下の通りである.1.声帯直上の呼気流は,声帯が開いている状態では流れ,閉じている時には流れていないとする従来の声帯振動モデルの仮定とは異なり,閉じている時も流れがあり,かつ,流速は開いている時よりも早くなっている.2.声帯直上の呼気流速には従来の声帯振動モデルでは考えられていなかった高周波の変動成分が含まれている.3.声帯直上の呼気流速変動と口から放射される音圧には強い相関がある.これらの知見は,従来より人の母音の音響的特性の説明に用いられている音源・フィルタ理論の平面音源の仮定では説明できない呼気流と連成した振動が声帯で起こっていることを明確に示す新たな知見である.当初目標とした医療診断への応用の可能性を探ることは実施できなかったが,音源・フィルタ理論では完全に無視されている呼気流を考慮した新たな声帯振動・発声モデルが発声機構の解明に不可欠であることを明らかにすることができた.本研究の目標は,まず,1.声帯振動が呼気流と連成した振動であることを明確にすることである.次に,2.呼気流を考慮した声帯振動モデルを作成し,実験と理論の両面から声帯振動および発声機構を解明するとともに,生体のダイナミクスを用いた医療診断への応用の可能性を探ることである.そのために,本年度は上記1.に重点を置き,人の自然な発声時の声帯直上および声道内での呼気流速変動と口から放射される音圧の同時計測をおこなった,さらに,発声時の人の声帯直上での呼気流速変動の計測と高速度カメラによる秒間2000コマでの声帯振動の観察を同時におこなった.これらの研究より得られた知見は以下の通りである.1.声帯直上の呼気流速変動と口から放射される音圧には強い相関があり,共に声帯開閉の周波数(基本周波数)が含まれている.2.声帯直上の呼気流速には従来考えられていなかった高周波の変動成分が含まれ,この変動成分は呼気流速と仮声帯などの声帯近傍の複雑な形状に依存する.3.声帯が開いている状態で呼気流が流れ,閉じている時には流れていないとする従来の声帯振動モデルの仮定は必ずしも満足されていない.これらの知見は,従来より人の母音の音響的特性の説明に用いられている音源・フィルタ理論の平面音源の仮定では説明できない呼気流と連成した振動が声帯で起こっていることを明確に示す新たな知見であり,呼気流を考慮したモデルの作成が必用なことを明らかにすることができた.本研究は,当初の目標を,1.声帯振動が呼気流と連成した振動であることを明確にする.2.呼気流を考慮した声帯振動モデルを作成し,実験と理論の両面から声帯振動および発声機構を解明するとともに,生体のダイナミクスを用いた医療診断への応用の可能性を探る.として開始した.そのために,延べ26人(男性21人,女性5人)の被験者に対して,自然な発声時の声帯直上での呼気流速変動の詳細な計測と,秒間2000コマでの高速度撮影による声帯振動の同時観察,さらに,口から放射される音圧の同時計測をおこなった.計測と撮影には経鼻的に挿入する医療用の喉頭内視鏡を用いた.呼気流速の計測には内視鏡の鉗子孔に挿入可能な超小型熱線流速計を開発し,さらに,秒間2000コマの高速度撮影を可能にするため,光源装置の光量を通常の3倍に増強する改良を実施した.これらの研究により得られた知見は以下の通りである.1.声帯直上の呼気流は,声帯が開いている状態では流れ,閉じている時には流れていないとする従来の声帯振動モデルの仮定とは異なり,閉じている時も流れがあり,かつ,流速は開いている時よりも早くなっている.2.声帯直上の呼気流速には従来の声帯振動モデルでは考えられていなかった高周波の変動成分が含まれている.

3.声帯直上の呼気流速変動と口から放射される音圧には強い相関がある.これらの知見は,従来より人の母音の音響的特性の説明に用いられている音源・フィルタ理論の平面音源の仮定では説明できない呼気流と連成した振動が声帯で起こっていることを明確に示す新たな知見である.当初目標とした医療診断への応用の可能性を探ることは実施できなかったが,音源・フィルタ理論では完全に無視されている呼気流を考慮した新たな声帯振動・発声モデルが発声機構の解明に不可欠であることを明らかにすることができた.
チロシンキナーゼ受容体癌原遺伝子の発現を制御するmi遺伝子の分離同定

mi遺伝子に異常があるマウスは骨大理石症、小眼症、メラノサイト欠損症等重篤な症状を示す。これらの症状のかなり多くの部分はmiミュータントマウスにおいて癌原遺伝子であるレセプターチロシンキナーゼc-kit遺伝子の発現が抑制されていることによるものであることが判明した。我々によってmi遺伝子単離が遂行されているときにmi遺伝子そのものと思われる遺伝子の構造の一部が米国の研究者らによって報告された。この情報をもとに我々はその遺伝子を単離し、その遺伝子発現部位をin situハイブリダイゼーション法を用いて検討した。その結果、c-kit発現細胞とmi遺伝子発現細胞にはかなりの共通性が認められた。そのもっともたるものが肥満細胞(マスト細胞)である。実際にmi遺伝子の欠損のあるマウスにおいてマスト細胞の数の減少が認められ、これがc-kit遺伝子の発現に重篤な影響を与えていることがほぼ明らかとなった。我々はさらにこのmi遺伝子の影響が及んでいる遺伝子群がいかなるものかを同定するためにmi遺伝子に欠損のある培養マスト細胞において低いレベルで発現をしている遺伝子を我々の開発したcDNAサブトラクション法によって分離した。それらの構造を検討した結果、分離されたcDNAクローンの一つがマスト細胞特異的なプロテアーゼP6であることが明らかとなった。この遺伝子がmi遺伝子によって直接影響を受けているのか、あるいはc-kit遺伝子産物を介しているのかについては生物学的な検討より前者であることが予想されていたが、実際、P6遺伝子の5'上流にDNA結合蛋白であるmi遺伝子の結合領域を見いだした。現在、それを生化学的な手法によって証明すると共に、mi遺伝子を特異的に認識する抗体を作成している。
歯の移動に伴う歯根膜線維と血管の相関性における三次元的形態観察

歯の萌出や移動に伴い、歯周組織には組織的変化が認められる。歯に力が加えられると、歯根膜線維は圧縮および牽引される。同様に歯根膜中の血管も圧縮や伸張され、血流量や血管透過性に変化がおこる。本研究は、ラットに生理的および矯正的に歯の移動条件を設定し、血管鋳型方と、膠原線維のみを観察できる細胞浸軟法を併用し、歯の移動に伴う歯根膜線維と血管の立体構築における観察を行った。生理的条件下において、歯根膜線維は、圧迫側では、線維は屈曲し、歯槽骨表面で線維束がほぐれて骨に付着していた。牽引側では、線維は伸張し、骨表面に束状に付着していた。歯根膜に分布する血管は二層構造で、歯槽骨側の血管網とそれより分枝した細枝状の歯根膜側の血管網により構成され、歯根膜線維網の間を埋めるように歯根を囲み、カゴ状に分布していた。根尖部では歯槽骨側に比較的太い血管網を形成し、そこから歯冠部に向けて長いループを形成していた。根中央部では、短いループを形成し、歯頚部ではループは形成されていなかった。生理的圧迫側では圧扁された血管が、牽引側ではヘアピンループ状の血管を形成していた。歯を矯正的に水平移動させると、6時間後ですでに歯根膜に変化がみられた。圧迫側では、歯根膜の幅は狭くなり、歯根膜線維はさらに屈曲してアーケード状の網状構造を示していた。牽引側では、歯根膜の幅は広がり、線維は直線状に伸張し、束状構造を形成して骨やセメント質に埋入していた。血管網は、圧迫側では、閉塞性の血栓が形成され、血管網は消失するが、その周囲に血管に短絡ができ、やがて縄状のループが歯根膜線維の間を縫うように形成された。牽引側では、血管網は伸張し、根尖部から歯冠部に向けて長いヘアピンループを形成していた。歯の矯正的移動4日後では、歯根膜線維や血管網はほぼ正常像を示していた。今後、さらに血管と歯根膜線維および細胞の動態を検討する。
アート型金属塩触媒を用いる高次選択的付加反応の開発

カルボニル化合物に対する有機金属反応剤を用いる求核付加反応は有機合成化学の基幹反応である。本研究ではアート型金属塩触媒を用いることで、不活性なケトンの活性化を行なうと同時に、有機金属反応剤そのもの、すなわち炭素-金属結合の活性化に着目した。炭素-金属結合の活性化を基盤とする触媒的炭素-炭素結合生成反応の開発を行い、さらには不斉触媒反応の開発へと展開することで、第3級アルコールの高選択的な高効率合成法を開拓した。本研究では、基質となるカルボニル化合物(ケトン、アルデヒド、及びイミン)と反応剤となる有機金属試薬及び炭化水素の双方を複合的に活性化できるアート型金属塩触媒(触媒的反応剤)を設計・開発することを目的とする。特に、「強力な炭素求核能を活用するケトン類への触媒的グリニャール付加反応(タイプA触媒)」、及び「強力な塩基性を活用するカルボニル化合物への触媒的不斉求核付加反応(タイプB触媒)」を推進できる高活性触媒を創製する。当初の計画通り、平成21年度はタイプA触媒の開発に重点をおき、研究を実施した。その結果、第2世代の高活性亜鉛アート錯体触媒の創製に成功した。本触媒の設計の鍵は、亜鉛上の、求核基とならない安定な「トリメチルシリルメチル基」の導入にある。亜鉛中心に対するβ-ケイ素効果によって、亜鉛上の電子密度を著しく向上させることで、目的のアルキル基の求核性を大幅に増強できた。本触媒の効果により、ケトンへのグリニャール付加反応において、従来適用できなかった臭化物及びヨウ化物グリニャール反応剤が適用できるようになり、反応の利便性が大幅に向上した。さらに、脂肪族グリニャール反応剤だけでなく、芳香族グリニャール反応剤が適用できるようになった。これにより、幅広い第3級アルコールの効率的合成が可能となった。なお、本触媒の効果を高める助触媒として、塩化リチウムが優れていることが明らかになった。今後の詳細な活性化機構の解明が待たれる。平成22年度は、タイプA触媒の開発を継続するとともに、塩基能を活用するタイプB触媒の開発を行う予定である。本研究では、基質となるカルボニル化合物(ケトン、アルデヒド、及びイミン)と反応剤となる有機金属試薬及び炭化水素の双方を複合的に活性化できるアート型金属塩触媒(触媒的反応剤)を設計・開発することを目的とした。特に、「強力な炭素求核能を活用するケトン類への触媒的グリニャール付加反応(タイプA触媒)」、及び「強力な塩基性を活用するカルボニル化合物への触媒的不斉求核付加反応(タイプB触媒)」を推進できる高活性触媒を創製した。当初の計画通り、平成22年度はタイプB触媒の開発に重点をおき、研究を実施した。その結果、タイプB触媒として、不斉マンニッヒ型反応に有効な「キラルリン酸カルシウム塩触媒」と「キラルマグネシウムビナフトラート塩触媒」を開発した。これらの触媒は基質と求核剤を同時に活性化することで、既存の触媒には見られない非常に高い触媒活性と立体選択性が発現した。一方、エステル交換反応に有効なランタンイソプロポキシド(III)-ジエチレングリコールモノメチルエーテル触媒を開発した。本ランタン触媒は触媒活性が高く、単純なカルボン酸エステルのほか、反応性の低い炭酸ジメチル及びメチルカルバメートにも有効で、極めて実用性が高い。タイプA触媒も継続して実施し、触媒的グリニャール付加反応の塩効果を明らかにして、高活性アート型触媒の構造及び機構解明を行った。また、例がない不斉第二級アルキル化反応に成功したほか、不斉第一級アルキル化による植物性天然物(ginnol)の合成にも成功した。
粒界相による非酸化物セラミックスの電気伝導度制御

窒化アルミニウム(AlN)は本質的に絶縁体であるが、導電性を有するAlNが半導体製造装置分野で望まれている。本申請者らはAlN焼結体の粒界相として半導体である希土類酸炭化物を析出させることによって、わずか2体積%以下の粒界相でAlNの高熱伝導性を損なうことなく、電気伝導性の付与に成功している。しかしながら、導電性AlNの作製には高い焼結温度を必要とするため、粒成長が起こり強度が低下するという問題があった。導電性AlNを低温で作製できる助剤系を検討したところ、Y_2O_3-CeO_2複合助剤を用いることにより、粒成長を抑制し、高強度導電性AlNの作製に成功した。また、AlN同様に酸化物助剤を加えて焼結体を作製することのできるSiCにおいても、焼結体中に粒界相が残存するため、これを利用して電気伝導の制御を行った。炭化ケイ素(SiC)は10^310^5Ωcm程度の半導体であるが、Al_2O_3-Y_2O_3系助剤を添加し絶縁体粒界相を二面粒界にまで形成すことによって、10^<12>Ωcmの高抵抗SiCの作製に成功した。機械的特性および耐熱性に優れた非酸化物セラミックスは、ハードディスクのベアリングボールや半導体製造装置用材料として実用化が進んでいるが、静電気の帯電防止や電極材料への応用などのために、電機物性をそれぞれの部品に適した値に制御することが要求されている。セラミックスの電気伝導の制御法としては、例えば絶縁体に導電性を付与したい場合、2030vol%の導電性第二相粒子を添加することによって可能である。しかしながら、このような多量の第二相の添加はマトリックス本来の優れた特性を損なってしまう。そこで本研究では、従来の導電性第二相粒子を添加する方法ではなく、5vol%以下の量でも焼結体中を三次元的に伝搬している粒界相を導電パスとして用いることを検討した。マトリックスとして用いた材料は、上記の分野で幅広く応用が期待されている窒化アルミニウム(AlN)および炭化ケイ素(SiC)である。1.導電性AlN:AlNは本来絶縁体であるが、Y_2O_3とCeO_2を焼結助剤として用い、炭素還元雰囲気で熱処理することによって、粒界相にYOCが生成し10^<-3>Scm^<-1>以上の電気伝導を示すことが先行研究で分かっている。本年度は、Y_2O_3-CeO_2複合助剤を用い、静電チャックに応用可能な10^<-11>10^<-7>Scm^<-1>で制御できる作製条件を検討した。その結果、比較的弱い炭素還元雰囲気およびCeO_2割合が多いほど、低電気伝導側での制御が可能になることを見出した。2.高抵抗SiC:SiCは本来10^310^4Ωcm^<-1>程度の半導体であるが、絶縁体の粒界相でSiCを被覆することができればさらに抵抗の高いSiCの作製が可能になると考えられる。本研究では、SiCと濡れ性の良いY_2O_3-Al_2O_3系助剤を用い焼結体を作製したところ、体積拡散が起こり始める比較的低温で加圧焼結を行うことにより、比較的低い10^7Ωcm^<-1>の抵抗を持つ焼結体の作製に成功した。セラミックスの電気伝導の制御法としては、絶縁体に導電性を付与したい場合、2030vol%の導電性第二相粒子を添加することによって可能である。そこで本研究では、従来の導電性第二相粒子を添加する方法ではなく、5vol%以下の量でも焼結体中を三次元的に伝搬している粒界相に半導体のイットリウム酸炭化物(YOC)を析出させる方法によって、AlN焼結体に電気伝導性を付与することに成功している。しかしながらこの方法では粒界相を酸化物から導電相となる酸炭化物に変化させるために高い焼結温度と長い焼結時間が必要となる。そのため、AlNの粒成長がおこり、強度が低下していた。

本年度は、高強度導電性AlNを作製するために、AlNの粒成長を抑制して、YOC粒界相を合成できる助剤のY_2O_3:CeO_2組成比と焼結条件について検討を行った。助剤としてCeO_2組成の多い1wt%Y_2O_3+4wt%CeO_2(1Y4Ce)を用いたところ、CeO_2組成の増加に伴い粒成長している様子が観察された。これよりCeO_2含有量の高い助剤で、粒界の拡散またはAlNの拡散を促進させることのできる粒界相が生成していることが予想される。そこで、1Y4Ce助剤を用い、AlNの常圧焼結としてはかなり低温の1600°Cで焼結を行ったところ、平均粒径を1700°C焼結体の半分以下に抑制し、強度を433MPaまで改善することができた。さらに、この1600°C焼結体はAlNの粒成長を抑えながらも、粒界にはカーボンが拡散し、粒界相として希土類酸炭化物が生成しているため、電気伝導度が1.22×10^<-2>Scm^<-1>まで上昇していることが確認された。このように、CeO_2組成の高い助剤を添加し低温で焼結することによって、導電性AlNの強度を上げることに成功した。前年度は、絶縁体であるAlNに半導体である希土類酸炭化物を粒界相として析出させて導電性AlNの作製を行った。しかしながら、この液相焼結によって形成される粒界相が連続的につながるという性質を利用することによって、導電体ばかりでなく、絶縁体の作製も可能になると考えられる。導電性AlNでは、粒界相は3重点および多点粒界に集中し、それが焼結体中を三次元的につながることにより絶縁体に導電性が発現した。このように、液相焼結の焼結後期では粒界相は3重点および多点粒界に集中する傾向があるが、初期段階では粒界相は二面粒界にも存在する。つまり、緻密化直後の二面粒界に十分粒界相が残っている状態で焼結を止めることによって、導電性粒子でも粒界相で絶縁することが可能になると考えられる。本年度は、通常10^<-5>10^<-3>Scm^<-1>の半導体であるSiCの液相焼結条件を制御することによって、二面粒界に絶縁相を残存し、高抵抗SiCの作製を行った。SiCの液相焼結の助剤としては、焼結後にY_2O_3-Al_2O_3系またはY_2O_3-SiC_2系の絶縁体粒界相を形成するY_2O_3とAl_2O_3を用いた。助剤の組成は、モル比Al_2O_3:Y_2O_3=3:5となるように固定し、助剤量を5、7.5、10、15vol.%まで変化させた。そして、焼結は低温でも緻密化が可能で、さらに液相の表面への浸み出しが少ないホットプレス焼結法を用いた。焼結温度を16501950°Cまで変化させて作製したサンプルの電気伝導度を測定した結果、10、15vol%助剤を加えたサンプルにおいて17501850°Cの焼結温度域で10^<12>Ωcm程度の高抵抗SiCが作製できることがわかった。さらに助剤組成をAl_2O_3:Y_2O_3=7:1とすることによって、工業的に応用可能な常圧焼結を用いても10^9Ωcm近い緻密な高抵抗焼結体を得ることに成功した。
最適形状決定法による顎顔面頭蓋の生物力学的研究

本研究の目的は、顎顔面頭蓋に対して矯正力を作用させた際の顎骨、とくに下顎骨における変形様相を力学的に最適形状決定法を用いて解析し、さらに臨床結果(頭部×線規格写真真分析)との比較から従来使用してきた矯正装置(high pull chin capとposteior bite block併用時)の作用機序を生物力学的に検討し、さらにその問題点を見い出し、改良を試みることにある。力学的解析を二次元境界要素法とした最適形状決定法プログラムを使用するために、大型計算機上で使用しているプログラムをパーソナルコンピュータに移植した。頭部X線規格写真分析プログラムと画像処理プログラムを改良し、イメージスキャナとデジタイとを用いて下顎骨の節点座標を決定し、コンピュータ内蔵の固定ディスクと5インチフロッピーディスクに保存した。最適形状決定法により、chinc apの索引方向を下顎頭方向、下顎頭より上方10゚、20゚、30゚と、下顎角を115゚、130゚、145゚の計12条件での変化を解析した。途中の下顎骨の形態をディスプレイとX-Yプロッタ上で確認した。その結果、下顎枝が長くなり、下顎角が開大した。一方、臨床での装置の作用機序、治療効果の検討は、頭部X線規格写真のトレースをイメージスキャナとデジタイザを用いて術前と術後の計測点をコンピュータに入力して行った。その結果、成長期の開咬患者にhigh pull chin capとposterior bite blockを併用することにより、下顎枝が長くなり、下顎角が狭小化することが認められた。さらに三次元境界要素法を用いて応力分布を調べた結果、二次元応力分布と近い結果となった。この結果、high pull chin capとposterior bi te blockを併用することで、平等強さの形状に近づいて下顎枝が長くなることがわかった。Chin capの索引を上方にするほど、また下顎角が小さいほど効果があることがわかった。
固定発生源からの微粒子状物質排出挙動の国際的調査

工場、廃棄物処理場等の固定発生源を対象に、国内では困難である実際の工場等を対象とした発生源別の環境中へのPM2.5などの微粒子の排出挙動を国際的な共同研究による調査研究に基づいて解明した。測定は、マレーシア及び中国の共同研究者との協力により、各国の廃棄物焼却場、及び石炭燃焼プラントにより実施した。両国のプラントとも集じん装置は設置されているため、PM2.5の濃度は1.0 mg/m3程度であることが確認され、微粒子中に揮発性成分が多く含まれることが分析により求められた。また、同じ基本構造のPM2.5分離捕集装置でもノズル加工精度等によりPM2.5の分級性能に影響が現れることが示唆された。マレーシア最大規模の廃棄物焼却場、中国上海地域にある石炭火力発電所、タイの重油燃焼系のプラント、及びフィンランドのバイオマス精油所での測定を行うため、共同研究先との折衝及び現地調査を行った。マレーシアの廃棄物燃焼プラントでのサンプリングは、マレーシア工科大学のM. Rashid教授の研究室のメンバーの協力により実施し、プラントの排ガス処理設備で煙道中でのPM2.5のバーチャルインパクターによる分離捕集、分離捕集したPM2.5含有排ガスを希釈器に接続し、凝縮性粒子を含むPM2.5の捕集、凝縮成分のインピンジャーでの捕集システムを設置し、測定が可能であることを確認し、実際に煙道中でのPM2.5のサンプル捕集には成功した。一方、凝縮性粒子を含む粒子、及び凝縮成分の捕集は、測定の後半で廃棄物焼却プラントがトラブルを起こし、10日間操業が止まったため、凝縮液の捕集のみに成功した。サンプリングを行ったサンプルについては、成分、粒度分析を行い、廃棄物起源の凝縮性成分の分析を行い、カドミウムなど重金属成分の存在が確認されたため、実験室で重金属を含むモデル蒸気を生成させて、希釈凝縮実験を行い、凝縮性粒子が生成することを確認した。中国については、清華大学のJiang准教授、浙江省集じん技術研究所のYao博士の協力により石炭火力発電所等での計測の計画策定は行ったが、政情不安もあり、次年度での実施とした。また、タイの重油燃焼プラントでの測定も、連携研究者のウイーン大学Szymanski教授の協力により、2014年1月2月に行う計画で航空券も手配したが、政情不安により次年度に延期した。政治情勢に左右されるため、次年度には欧州での計測を検討するため、フィンランドのバイオマス精油プラントについて、Aalto大学、Fortum社を訪問し、製油所の下見を実施した。Virtual impactorを用いた煙道中でのPM2.5分離捕集法については、中国の連携研究者である清華大学Jiang准教授と2014年5月に北京で打合せを行い、中国の石炭プラントで、研究代表者らが中心となって制定したISO13271に記載の図面に基づいてJiang准教授の研究グループが設計・試作したPM2.5分離捕集装置と、研究代表者が設計した装置の性能比較実験を行うことで合意し、中国浙江省の中国企業の連携研究者であるYao博士のアレンジにより浙江省の石炭燃焼プラントで煙道及び凝縮性粒子を含むPM2.5の捕集実験を、Yao博士所有のナノ粒子域まで測定可能なシステムを利用して計測などを7月21日から一週間、分担者、学生を同行し実施した。その結果、Virtual impactorを用いた煙道中でのPM2.5分離捕集法の測定では、日本側作製の分離装置に比べ清華大学の作製した装置によるPM2.5測定濃度は、3倍程度の値を示した。測定サンプルの詳細な分析を行った結果、日本側の設計の装置は、良好にPM2.5を超える粗大粒子の除去には完全に成功しており、ノズル構造の工作精度、吸引制御技術などにより両者の測定結果に差が現れたことが推察された。また、希釈器を用いた凝縮性粒子の測定も併せて実施し、石炭燃焼系では、中国でのプラントでも凝縮性ナノ粒子が計測されることが確認された。欧州での計測については、8月にフィンランドのバイオマス製油所とフィンランドAalto大学のE.Kauppinen教授を訪問し、プラント測定の可能性を審議したが、欧州でもPM2.5は政治的要因もあり、測定具体化が困難であった。11月にフランス、ドイツのプラントを訪問して、次年度以降の共同測定の可能性を相談した。タイについても、ウイーン大学のSzymanski教授と共同測定を検討したが、政情不安もあり、次年度実施とした。27年度Virtual impactorを用いたPM2.5の固定発生源煙道中でのPM2.5分離捕集性能が、ISO23210で規定されたCascade impactor法に比べ、著しく高く、PM2.5濃度が正確に測定できることなどを現場測定、及びモデル実験により実証した論文を、ウイーン大学のW. Szymanski教授との共著により投稿、公表した。この論文の背景には、平成25, 26年度に実施した中国、マレーシアでの国際共同による海外調査結果でも検証した成果にも基づいている。論文の作成過程で、オーストリア、日本を相互に訪問し、議論を重ねた。また、中国杭州市近郊での石炭燃焼プラントでの測定データについて論文にするため、再度、海外協力研究者であるYao博士を訪問し、内容の確認と、中国のプラントでの再測定について検討を実施した。中国プラント側のプラント事情で、再測定については、外国人が現場に入るのは極めて困難になったため、中国側に情報を提供し、測定を進めることとした。

また、マレーシア工科大学、バンドン工科大学と、発電所、廃棄物焼却場での現場測定、特に、凝縮性SPMの影響に関する測定について実施するための方策を検討した。凝縮性SPMの測定には、多くの機材が必要なため、測定用機材の各国での手配を依頼し、共同測定の持続的継続について検討した。また、これまでの実験結果の理論的、モデル的な解析を進めるため、豪州Monash大学のAibing Yu教授、及び、東南大学のZhenbo Tong准教授を訪問し、共同研究を進め、PM2.5に相当する微粒子の生成、付着、排出を起こす高温場での粒子挙動に関して、本研究で得られた現場試験による実験データを用いて、開発したDEM/CFDモデルによる解析を、開始した。一部の成果について、論文執筆し、国際共著論文として発表した。工場、廃棄物処理場等の固定発生源を対象に、国内では困難である実際の工場等を対象とした発生源別の環境中へのPM2.5などの微粒子の排出挙動を国際的な共同研究による調査研究に基づいて解明した。測定は、マレーシア及び中国の共同研究者との協力により、各国の廃棄物焼却場、及び石炭燃焼プラントにより実施した。両国のプラントとも集じん装置は設置されているため、PM2.5の濃度は1.0 mg/m3程度であることが確認され、微粒子中に揮発性成分が多く含まれることが分析により求められた。また、同じ基本構造のPM2.5分離捕集装置でもノズル加工精度等によりPM2.5の分級性能に影響が現れることが示唆された。固定発生源の煙道中でのPM2.5/10のバーチャルインパクターによる分離・捕集、質量濃度計測法は、当初の予定通り中国清華大学の醤准教授らのグループ、及び浙江省のYao博士との連携により中国国内の石炭燃焼プラント、セメント工場の排ガスを用い、合同計測を行った。特に、代表者らが規格化したISO13271の図面に基づいて醤准教授のグループが独自にバーチャルインパクターを設計試作し、日本国内で商品化したインパクターと同じ排ガスで計測を行い、正確なPM2.5/10の分離・捕集に必要なインパクターの工作精度、吸引条件の精密さなど、ポイントが整理できた点は、当初の構想にない成果である。マレーシア工科大学のRashid教授のグループとは、クアラルンプール郊外の医療廃棄物焼却プラントで二度にわたる共同測定を、煙道中でのPM2.5/10の質量濃度測定に加え、希釈器を用いた凝縮性粒子の質量濃度変化、ナノ粒子域を含む粒度分布測定に成功したことは、国内の同様のプラントでは排ガス中の粒子濃度が極めて低いため、貴重なデータを得ることができた。タイについては、連携研究者のウイーン大学Szymanski教授の仲介により、カセタート大学との連携が構築でき最新鋭の粒度測定機器も用いた火力発電所での計測が具体化できたが、政情不安により延期を余儀なくされている。欧州の廃棄物焼却場、発電所での測定は、Szymanski教授及びフィンランドAalto大学のKauppinen教授の協力により折衝はできたが、PM2.5/10は欧州でも重大な環境問題と認識され、商用プラントでの論文等の公表を前提とした計測は日本同様困難になっており、今後の動向により計測の可能性を追求する。27年度が最終年度であるため、記入しない。微粒子工学これまでの2年間で測定が十分実施できていないバイオマス関係の燃焼排ガスを対象とした凝縮性粒子を含むPM2.5質量濃度測定を、インドネシアまたはマレーシアの東南アジア域で実施する。
幼児期前半のブロック遊びの発達過程：認知および社会的相互作用からの検討

本研究は、幼児期前半のブロック(積み木)遊びの発達過程を認知的側面および社会的相互作用の側面から明らかにすることを目的とした。図形識別課題における視線分析およびブロック穴入れ課題の検討より、3歳未満児は正確な形の認識をせずにブロックを操作することが示唆された。積み木遊びにおいては、親子遊びの方が一人遊びよりも構成物が複雑になった。親子によるやや高度な遊びが先行し、一人遊びにおける構成力が向上することが示唆された。幼児期前期のブロック(積み木)遊びの発達を検討するにあたり、まず、穴の形に適合するブロックを穴に入れて落とす課題であるブロック穴入れ課題をテーマにとりあげた。先行研究によると30ヶ月児でも2つのブロックから正しいブロックを選択して穴に入れることは難しいことが報告されている。正しく穴に適合するブロックを選ぶには、まず、図形を正しく認識する力とともに、実行機能も関連していると考えられる。本研究では、幼児の図形識別能力の発達を検討するとともに、二つの選択肢から適合するブロックを選んで落とすブロック穴入れ課題における課題遂行能力と実行機能との関連性を検討することを目的とした。まず、図形識別能力の発達を検討するために、保護者による研究参加の同意が得られた幼児を対象に、呈示された図形と同じ図形を選択する図形選択課題をアイトラッカー上で実施した。課題成績に関して、呈示図形の回転効果と形および月齢群による違いを検討したところ、月齢群の主効果が有意であり、高月齢児(N=19,平均月齢: 47.4, SD : 4.1)は低月齢児(N=16,平均月齢: 35.9, SD : 2.8)よりも有意に正答数が高かった。課題遂行中の視線分析を行ったところ、高月齢群の方が低月齢群よりも正解図形により早く視線を移し、識別のごく初期(1秒間)の間により多く、より長い時間正解図形を見ていたことが明らかとなった。また、呈示図形の回転の有無も、視線の動きに影響を与えていることが示唆された。ブロック穴入れ課題と実行機能課題も実施し検討したところ、ブロック穴入れ課題の遂行力は、高月齢児の方が低月齢児よりも有意に高かった。さらに、月齢を統制してもブロック穴入れ課題遂行力と抑制機能の間には有意な相関関係があることが示唆された。幼児期後半の積み木遊びの先行研究により,年齢および日常経験による構成物の複雑さの向上が明らかにされているが(e.g. Hanline, 2001),幼児期前期における積み木遊びの発達および遊びにおける養育者との相互作用についてはあまり検討されていない。ヴィゴツキーの社会文化的発達理論によれば,子どもの新しい物事の学習は大人との相互作用の中で行われていくと考えられる(バーク・ウィンスラー, 2001)。本研究では,幼児期前期の子どもの積み木遊びの様相を明らかにすること,および母親と遊ぶことによりどのように遊びが深化するか検討することを目的とした。分析対象とした参加者は,月齢1720ヶ月までの子ども12人とその母親であった。なお,全ての参加者は事前に保護者より研究参加に対する同意を得ていた。参加児は,全7種類の積み木を用い,一人で積み木遊びをする一人場面,母親と一緒に積み木遊びをする母子場面の二場面(実施順序はカウンターバランスを取った)で自由に遊ぶよう促された。ビデオ映像に基づき,子どもが使用した積み木の数および種類数,子どもが接する構成物の複雑さ,子どもの行動について分析を行い,一人場面と母子場面をWilcoxonの符号付き順位検定を用いて比較した。その結果,使用積み木数では有意な差は認められなかったが,使用積み木の種類数(p < .01),構成物の複雑さ(p < .01),子どもの構成行動(p < .05)は母子場面の方が増していた。以上のことから,積み木遊びの初期発達においては,母子相互作用があることにより,子どもが使用する積み木のバリエーションが増え,構成行動が促進され,関わる構成物の複雑さが増すことが示唆された。今後は対象年齢層を広げてさらに詳細な検討を行う予定である。前年度までに行っていたブロック穴落入れ課題については、改良課題を用いて再度データ取得および分析をし、結果を学会にて発表した。また、幼児期前期の積み木遊びの発達についての縦断データを取り終えた。積み木遊びについては幼児期後半を対象とした先行研究が多く、子どもの年齢が上がるにつれて構成物が複雑になることが明らかにされているが(e.g. Hanline、2001)、幼児期前期における積み木遊びの発達および遊びにおける養育者との相互作用についてはあまり検討されていない。ヴィゴツキーの社会文化的発達理論によれば、子どもの新しい物事の学習は大人との相互作用の中で行われていくと考えられる(バーク・ウィンスラー、2001)。本研究では、幼児期前期の子どもの積み木遊びが、親子で遊ぶ場面と一人遊び場面でどのように異なるか、また、1年後にどのように進展するか検討することを目的とした。研究参加者は事前に保護者より研究参加に対する同意が得られた、月齢1747ヶ月までの子ども43人とその母親であった。参加児は計7種類130個の積み木を用い、一人で積み木遊びをする一人場面、母親と一緒に積み木遊びをする親子場面の二場面(実施順序はカウンターバランスを取った)で自由に遊ぶよう促された。子どもが接する構成物の複雑さは、各場面のビデオ映像の中から5時点の静止画を作成し、先行研究を参考にして評定した。

約1年後にも同様にデータを取得した。参加者を年齢に応じて3群に分けて分析すると、中年齢群では一人場面においては1年間で構成物の複雑さが大きく変化したのに対し、親子場面では初めから一人場面よりも高い値を示し、時期による変化は認められなかった。子どもの積み木遊びは、2歳から3歳にかけての時期において、親子によるやや高度な遊びが先行することで、子どもの一人遊びの充実につながることが示唆される。本研究は、幼児期前半のブロック(積み木)遊びの発達過程を認知的側面および社会的相互作用の側面から明らかにすることを目的とした。図形識別課題における視線分析およびブロック穴入れ課題の検討より、3歳未満児は正確な形の認識をせずにブロックを操作することが示唆された。積み木遊びにおいては、親子遊びの方が一人遊びよりも構成物が複雑になった。親子によるやや高度な遊びが先行し、一人遊びにおける構成力が向上することが示唆された。幼児期前期の積み木遊びについては、積み木構成遊びに関する先行研究を精査し、実施課題を準備した上で、積み木遊びの縦断研究への研究参加者を募った。本年度は予定どおり、初回およびその半年後のデータを取得することができた。また、ブロック穴落入れ課題については、前年度の課題を改良し、再度データ取得を行った。現在、データ分析を進め、幼児の認知特性とブロック穴落入れ課題遂行能力との関連性をさらに考察しているところである。発達心理学引き続き、幼児期前期の積み木遊びの縦断研究の一環として、第3回目のデータ収集を行う。その後、計3回にわたる縦断データの分析を進め、幼児期前期の積み木遊びの発達の様相および積み木遊び行動と養育者との相互作用との関連性について研究成果をまとめ、発表する。ブロック穴入れ課題や図形識別課題などの課題の準備を予定通り行うことができた。研究参加者の募集や実験実施に関しては、やや時間がかかったものの、最終的には滞りなく実施できた。研究成果は2つの学会で発表できたが、今後、論文発表を目指す予定である。幼児期前期のブロック(積み木)遊びの発達を社会的相互作用の観点から検討するために、縦断研究を開始する。積み木構成遊びに関する先行研究を参考にし、ブロック構成遊びの発達を評価する観点と行動分析の指標案を作成する。幼児期前半の研究参加者の募集を行い、保護者から研究参加の同意を得られた幼児と保護者を縦断研究の対象とし、養育者と共に遊ぶ場面と子ども一人で遊ぶ場面の映像データ、および実行機能データを取得する。半年後にも同様のデータを取得し、分析を行う。
石油価格の変動とインフレ動学

本研究では、石油価格の変動がインフレにどの程度影響を与えるのかについて、実証分析を行った。これまでの関連研究では、低いインフレ期と比較して、高いインフレ期において、価格を変更するインセンティブが企業にとってより大きくなることが指摘されていた。石油価格の変動は、企業にとって重要な生産要素の一つであり、企業の価格設定行動に影響を与えるだけでなく、物価の変動をもたらす可能性がある。よって本研究では、インフレ率の状態に着目しながら、石油価格の変動が物価に与える影響の違いについて考察した。アメリカのデータを用いて、Smooth Transition Autoregressive Modelと呼ばれる時系列モデルを使って分析を行った。このモデルでは、平均インフレ率よりも高い時期を高インフレ期、低い時期を低インフレ期と定義し、高インフレ期と低インフレ期における、石油価格のインフレへのパススルーの推定を行った。分析の結果、低インフレ期と比較して高インフレ期において、石油価格の変動が物価に与える影響が大きくなることが分かった。また高インフレ期における影響は有意となった。この結果から、石油価格が物価に与える影響はインフレ率の状態に依存していると言える。また1980年代半ば以降における、アメリカの石油価格のインフレへのパススルーが低下したことを明らかにした。そしてこの実証分析で得られた結果は、これまでの関連研究で指摘された、企業の価格設定行動と整合的であると言える。本研究は、"Oil price pass-through to consumerprices and the inflationaryenvironment: aSTAR approach"というタイトルで論文にまとめ、Applied Economics Lettersに投稿し、2018年12月にアクセプトされた。2017年度からの二年間の研究を通して、石油価格の変動がインフレに与える影響が非線形であることが分かった。具体的には、低インフレ期においては、石油価格の変動がインフレに与える影響は、高インフレ期と比較して小さくなるということである。この研究成果は、計画に基づいて研究を進めた結果である。結果として、二本の論文を海外の査読付きジャーナルに公刊することが出来た。よって、順調に計画が進展していると言える。これまでの研究では、石油価格と物価指数のデータについては、関連研究と同様に、月次データを用いて分析を行ってきた。しかしながら、石油価格については、日次データを利用することが可能である。また物価指数についても、民間会社等で日次データが提供されている。月次データから日次データに観測データの頻度を上げることで、より正確な分析が可能になると思われる。今後は、日次データを利用して、石油価格の変動が物価に与える影響について分析を行っていきたい。平成29年度は、二つのプロジェクトを進めた。一つ目は、石油価格を含む商品価格の変動が世界の物価やインフレに与える影響についてのパネル時系列分析である。これまでの分析では、商品価格の変動が世界の物価に与える影響は一時的であるという結果が得られていた。ここでは、新たにコモディティの純輸出国と純輸入国を対象とした分析を行った。分析の結果、コモディティの純輸出国や純輸入国といった違いを問わず、商品価格の変動の影響は一時的であるということが分かった。この研究については、2017年7月に“Effects of Commodity Price Shocks on Inflation: A Cross-Country Analysis"というタイトルで、オーストラリア国立大学のCentre for Applied Macroeconomic Analysisのワーキングペーパーとして公表した。そして2018年3月に、この研究論文がOxford Economic Papersにアクセプトされた。2018年度中に公表される予定である。もう一つは、石油価格が物価に与える影響についての時系列分析である。平成29年度は、アメリカの石油価格のインフレへのパススルーが過去のインフレ率に依存しているのかについて、非線形の時系列モデルを使って推計を行った。推計の結果、低インフレ期の下では、石油価格のパススルーが小さくなることを明らかにした。この結果から、過去のインフレ率を考慮することが、1990年代以降の石油価格のパススルーの低下を説明する上で重要であるということが得られた。この研究については、2018年3月に“Oil Price Pass-Through to Consumer Prices and the Inflationary Environment: A STAR Approach"というタイトルで、早稲田大学現代政治経済研究所のワーキングペーパーとして公表した。平成29年度は、一つの論文が海外のジャーナルに公刊が決まり、もう一つの論文をワーキングペーパーとして公表することが出来た。今後は、後者のワーキングペーパーを海外のジャーナルに公刊できるように努めていきたい。

この結果から、石油価格が物価に与える影響はインフレ率の状態に依存していると言える。また1980年代半ば以降における、アメリカの石油価格のインフレへのパススルーが低下したことを明らかにした。そしてこの実証分析で得られた結果は、これまでの関連研究で指摘された、企業の価格設定行動と整合的であると言える。本研究は、"Oil price pass-through to consumerprices and the inflationaryenvironment: aSTAR approach"というタイトルで論文にまとめ、Applied Economics Lettersに投稿し、2018年12月にアクセプトされた。2017年度からの二年間の研究を通して、石油価格の変動がインフレに与える影響が非線形であることが分かった。具体的には、低インフレ期においては、石油価格の変動がインフレに与える影響は、高インフレ期と比較して小さくなるということである。この研究成果は、計画に基づいて研究を進めた結果である。結果として、二本の論文を海外の査読付きジャーナルに公刊することが出来た。よって、順調に計画が進展していると言える。今後は、引き続き石油価格のインフレへのパススルーの状態依存性に注目していきたい。特に、アメリカの金融政策の影響について考慮していきたい。これまでの関連研究では、1990年代以降、石油価格のインフレへのパススルーが低下したことが指摘されている。1990年代という時期は、いわゆるGreat Moderationと呼ばれる時期で、インフレ率が低く安定していた時期である。Blanchard and Gali (2010)は、理論分析を通して、石油価格のパススルーの低下の要因として、以前と比較してアメリカの金融政策がより有効的になったことを挙げている。今後はアメリカの金融政策が石油価格のパススルーにどの程度寄与したのかについて、単著論文である“Oil Price Pass-Through to Consumer Prices and the Inflationary Environment: ASTAR Approach"の手法を応用していきたい。具体的には、過去の政策金利等の政策変数を考慮して、石油価格のインフレへのパススルーがこれらの変数に依存して異なるのかについて分析を行いたい。
成熟社会における藝術的都市環境ー比較藝術学的研究ー

今日の一般的社会動向は、もろもろの環境レヴェルでのアメニティを求める複雑に重層化した成熟社会をめざして変容しつつある。諸芸術やその他美的文化の領域ですらも、芸術自体の構造やその社会的在り方およびその機能に関して、やはり急速な変貌を余儀なくされている。二年間の本総合研究は、現代社会をいわゆる都市型のそれと想定し、そこにおける成熟へ向けての芸術的現在と創造的可能性のその各芸術ジャンルの実態調査と比較芸術学による総合研究と行った。各分担者は、次のようにそれぞれ独自の研究を遂行した。I理論的研究ー芸術都市環境論ーでは、1を分担した武藤と岡田は、伝統美学に対して環境美学と都市論の必要性、そしてプラトーンにおける美のヴィジョンのような神話空間と環境形成の結びつきを指摘した。2を担当した平山は、シラーの美学思想におけるユートピア論と環境形成論とを結びつけ論じた。II個別的研究ー現代社会のおける諸芸術の様態ーでは、3を分担した篠原は、科学技術と芸術との関係を考察しつつ、都市環境の現状を分析した。4を分担した大岡は、市民社会における文学の関与の重要性を実証した。5を分担した角倉は、大都市パリとベルリンの音楽文化を考察した。6を分担した石川は、都市が理念としての「何か」の複製であるという立場から、同じく井村は、虚構としての都市空間テーマ・パークについて論じた。7を分担した稲次は、欧日の公園比較を行い、同じく利光は、モホリ=ナギのデザイン活動について論じた。8を分担した鹿島は「都市環境画ヴェドゥータ」を、同じく宮田は、アンドレア・デル・サルトの絵画と都市の問題を論じた。9を分担した河野と佐藤は、各地の環境彫刻と都市環境の実態調査を行った。10を分担した鈴木は、建築におけるカテゴリーの分析を基礎に、都市の場所性との関連を指摘した。本研究では、都市環境をそこに住む市民文化の芸術的現在と創造的可能性として捉え、その実態と文献の調査を行った。そして、頻繁に連絡会議を開き、総合研究としての実をあげるべく努めた。各分担者はそれぞれ独自の研究を推し進め、相応の成果をえた。I.「理論的研究ー芸術的都市環境論ー」では、(1)武藤と岡田は、「美的環境形成論」を展開すべく、従来の文献研究の見直しと、多数の都市の実地調査を行い、神話の構造空間と美のシステムの関係を考察した。(2)平山は、ドイツの伝統美学を検討しつつ、ユ-トピア思想の関連で都市論を構想した。II.「個別的研究ー現代社会における諸芸術の相態ー」では、(3)篠原は、メディアの場の制約なき特性を指摘し、また、通常感覚しえない微細ノイズ体験が都市の別の視角を与えるとした。(4)大岡は、市民社会における文学の都市への関与の重要性を、実証的に指摘した。(5)角倉は、大都会パリとベルリンにおける音楽文化を検討した。(6)石川と井村は、過剰社会における虚構都市、複製・案出された都市の問題を考察した。(7)稲次は廻遊式庭園と都市公園の問題を、利光は現代の広範な都市環境ザデインの問題を、それぞれ考察・実地調査した。(8)鹿島は、風景画と地図の視点から都市ヴィ-ンと震・戦災を蒙った東京の比較を,宮田は、画家の環境としての都市の問題から、アンドレア・デル・サルト論を試みた。(9)河野と佐藤は、神戸、横浜、長野の各都市と愛知県のパブリック・ア-トの実態と文献調査をした。

(10)鈴木は、ルネサンスの都市論・建築論の調査研究を行いつつ、現代の巨大複合建築による都市活性化の実態としての、都市計画と建築の位相の逆転現象を指摘した。以上の各研究実績を總合した結果、本研究は初年度の実績といえども問題領域の実相をかなり深く闡明しえたと思われるので、次年度の成果が期待される。最終年度の本研究では、前年度に引き続き都市環境をそこに住む市民文化の芸術的現在と創造的可能性として捉え、各分担者はそれぞれの実態と文献の調査を行い総合的成果を挙げるべく頻繁に連絡・会議を開いた。そして、各分担者は、独自の立場から総合へのアプローチを行い、次のように相応の成果を得たと思われる。I「理論的研究-笠術都市環境論-」では、(1)武藤と岡田は、「美的環境形成論」を理論的に深めるべく、従来の文献研究の見直しと、実地調査を行い、環境美学と美的都市論の必要性、プラトンにおける美のヴィジョンの神話空間と環境形成の接点を指摘した。(2)平山は、ドイツの観念論美学、とりわけシラーの美学思想のユートピア論と環境形成論とを結びつけ論じた。II「個別的研究-現代社会のおける諸芸術の様態-」では、(3)篠原は、科学技術と芸術との関係を考察しつつ、都市環境の現状を分析した。(4)大岡は、市民社会における文学の関与の重要性を指摘した。(5)角倉は、大都市パリとベルリンの音楽文化の現状を検討した。(6)石川は、都市が理念としての「何か」の複製であるという立場から都市論を、井村は虚構としての都市空間テーマ・パークを論じた。(7)稲次は、ヨーロッパと日本の公園の比較を行い、利光は、モホリ=ナギのデザイン活動について論じた。(8)鹿島は、「都市環境画ヴェドゥータ」を、同じく宮田は、アンドレア・デル・サルトの絵画と都市について論じた。(9)河野と佐藤は、我が国における代表的な都市およびイタリア山岳都市の立体造形の在り方の現状の実体を調査し、それらについて論じた。(10)鈴木は、建築におけるカテゴリーの分析を基礎に、都市の場所性との関連を追跡した。以上の実績を総合的に見渡したところ、今年度は本研究の問題領域の広袤と深奥がかなり闡明されたので、研究成果報告として、論集の刊行を予定している。
光化学系II膜蛋白質のpHトラップによるS2反応中間体の結晶構造解析

光合成の水分解・酸素発生を担う光化学系II膜蛋白質(PSII)のpH4とpH9の結晶構造解析に混合緩衝液を使うことで2.0Å分解能で成功した。酸性と塩基性条件では、それぞれ異なる部位のプロトン輸送に関係する構造が変化しており、pHにより活性が低下する構造上の要因が明らかになった。一方、反応中間S2状態のPSIIの結晶構造解析はこのpH条件では困難なため、結晶の凍結温度を変える方法を試みた。PSII結晶をフィルム状になる粘性液体で保護することで、100Kから200Kに温度を上げても結晶性は劣化せず、また結晶に光を照射するとX線吸収分光分析から、励起状態を保ったPSII結晶であることが確認された。植物や藻類で行われる酸素発生型光合成反応で働く光化学系II蛋白質(PSII)は光エネルギーを使って水を酸化分解して化学エネルギーの生産に必要な電子源を作り出している。本研究では好熱性シアノバクテリアThermosynechoccous vulcanus(TV細胞)由来のPSIIを精製・結晶化を行い、結晶母液の水素イオン濃度(pH)を変えることで起こるアミノ酸残基の構造変化や水分子の位置の違いからPSIIの機能部位における最適な構造について検証し、PSIIのpHに依存した機構の解明を研究の目的としている。また、PSIIの5段階の水分解反応における反応サイクルでは2段階目(S2)まではpHに依存せずに進むことが知られており、本研究ではPSII結晶のpHを操作することでS2状態にトラップした構造の解明ももう一つの目標としている。初年度はPSII結晶を調製するために用いるTV細胞を40-60Lで大量培養し、結晶化に適した純度に精製する作業の検討を主に行った。しかし、所属機関の異動に伴う環境変化により培養細胞に問題が起こり、大量培養が困難な状況となった。そのため、本期間では培養条件の再検討を行ったことにより研究計画に若干の遅延が生じた。しかし、培養株の検討や培養条件の見直しにより状態の良好な細胞に戻して育成することに成功した。大量培養に成功したTV細胞からPSII試料を精製し、1mm長のPSII結晶が得られた。その結果、培養および精製方法は確立し、良好な結晶が得られる結晶化条件も見出すことができた。また、結晶の抗凍結処理に用いるポリエチレングリコール(PEG)を異なる種類のPEGに置き換える事で、放射光施設SPring8にて1.9Å分解能の回折能を有する良好な凍結PSII結晶を再現良く調製することも確立することができた。研究当初、異動の初年度であるため研究環境の変化によってPSII試料を抽出するシアノバクテリア細胞の培養が難航した。そのため、結晶化に適した量のPSII試料を得ることができなかった。しかし、培養条件および精製条件を再検討することで、再現良く良好な結晶を得る条件を確立する事ができた。本研究では好熱性シアノバクテリアThermosynechoccous vulcanus(TV細胞)由来のPSIIを精製・結晶化し、結晶母液のpHを変えることで起こるアミノ酸残基の構造変化や水分子の位置の違いからPSIIの機能部位における最適な構造について検証し、PSIIの水素イオン濃度(pH)に依存した機構の解明を研究の目的としている。初年度の研究で、PSIIの結晶化試料の調製法を確立する事ができたため、PSII結晶を様々な市販の結晶化溶液で結晶化を試みたところ、pH4からpH9の範囲で単結晶を得ることが分かった。本年度ではさらに条件を突き詰めるため、PSII結晶を大量に調製し、結晶母液の緩衝液を変えてPSIIのpH可変による結晶構造解析を試みた。しかし、酸性側の溶液としてクエン酸緩衝液および酢酸緩衝液を試みたが、十分な分解能の回折データを得ることができなかった。pHおよび緩衝液の種類の変化による結晶性の低下を止めることができなかったと思われる。一方グルタミン酸緩衝液を用いた場合、pH5では水分子の位置やアミノ酸側鎖の構造を捉えることができる2.2Å分解能の回折データが得られた。上記の問題から、緩衝液を変えることなくpHを変化させるため、マロン酸、イミダゾール、ホウ酸の混合緩衝液を実験に用いたところ、中性付近で1.9Å分解能の回折強度データを得ることができた。この結果から結晶性を落とすこと無く、穏やかに溶液のpHを可変することができるものと期待される。本研究ではpH可変による蛋白質構造の変化を見出すことを目指している。結晶化条件のスクリーニングからpH4からpH9の範囲で単結晶が得られる事が確認できたことから、本研究を推進できるものと思われる。また、pH5の条件でアミノ酸側鎖や水分子を確認できる十分な分解能の回折強度データを得ることできた。また、緩衝領域の異なる3種類の緩衝液を混合して用いたところ結晶に影響の少ない混合緩衝液を特定する事ができた。これらの事から結晶性を損なうことなく穏やかに結晶のpHを変化できるものと期待される。光化学系II蛋白質(PSII)は光合成における水分解・酸素発生を5段階の反応サイクルにより行っている酵素である。PSIIの反応はpH6を頂点としてpHに応じて活性が低下するが、次段階のS2反応中間状態まではpHに依存しないことが報告されている。