hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マイクロチャンネルにおける分子気体効果を用いた温度差再利用法の開発

マイクロチャンネル内の分子気体に生じる熱駆動流を用いて、温度差を圧力・濃度差に変換する方法について、解析および実験的研究を行った。その結果、10-1万Paの広い圧力範囲で熱駆動流を誘起する多層網構造を開発した。また、混合気体において、熱尖端ポンプが発生する濃度差の測定に初めて成功した。特に、この種の気体分離効果を応用した、連続運転が可能な、開いた系の気体分離装置を考案したことは重要な成果である。【1】気体分離効果の実証実験:熱駆動ポンプの一種である「熱尖端ポンプ」が、混合気体の分離効果を持つことを実験的に示した。ヘリウム-アルゴン混合気体を用い、ポンプの高圧端ではアルゴンの濃度が、低圧端ではヘリウムの濃度が上昇することを確かめた。ポンプの-ユニット当たりで得られる濃度差は、ユニット内部の加熱部と冷却部の温度差が150Kである場合、約1%である。熱駆動ポンプによる気体分離効果を実験的に検出したのは、本研究が初めてである。【2】加熱および非加熱の網ペアを駆動力とするポンプの試作:近年、代表者は、網を2枚平行に並べ、その片側を加熱するという簡単な方法によって、網を通り抜ける有意な大きさの熱駆動流が得られることを発見した。この現象を利用すれば、上述の「熱尖端ポンプ」と同様のポンプを、非常に簡単に実現することができる。今年度は、穴の空いた金属板(いわゆるパンチング・メタル)のペアを用いて、熱駆動ポンプの試作装置を作成した。【3】ポンプ効果を持つ膜状物体の作成:分子気体効果を利用した熱駆動ポンプの駆動力は、気体分子の平均自由行程が流路の直径と同程度の場合に発生する。上記【2】の方法を用いると、流路のサイズを縮小し、熱駆動ポンプが動作する圧力を上昇させることが容易になる。本研究では、1000μm,100μm, 25μmの3通りの流路サイズについて、網を通り抜ける流れを誘起する装置を試作し、流路サイズが小さくなるにつれて、流れが検出できる圧力の上限が増えていく様子を調べた。具体的には、25μmの場合には,2000Paにおいても、熱駆動流を検出することができた。【1】気体分離効果の検証実験:前年度、熱駆動ポンプの一種である「熱尖端ポンプ」が、ヘリウム-アルゴン混合気体の分離効果を持つことを実験的に示した。今年度は、分子質量比が異なる4種類の混合気体について、分離効果の測定を行った。分離効果は分子質量比にほぼ比例するが、多原子分子気体を含む混合気体(二酸化炭素-窒素、ヘリウム-窒素)では、単原子分子気体の結果から想定されるよりも大きな分離効果が得られることが分かった。【2】熱駆動流を利用した気体分離装置の考案:今までの研究により、熱駆動流、あるいはそれを応用したポンプが気体分離効果を持つことは確実となった。しかし、現在考案されている装置では、分離した気体を連続的に装置外部に取り出すことができない。分離装置としての工学的応用を目指し、連続的な分離動作が可能な分離装置が可能であるか、分子気体の計算機シミュレーション(DSMC法)を利用して検討し、分離装置の基礎的なデザインを考案した。考案した装置は、材料気体が流れている2本の流路を、熱駆動ポンプあるいはマイクロチャンネル(多孔膜)で連結したものである。2本の流路の温度比・圧力比・流速を適当に選んで材料気体を供給すると、特定の気体成分の濃度が、流路の一方の出口で上昇し、別の出口で減少する様子がDSMC法によって得られた。【3】加熱および非加熱の網ペアを駆動力とするポンプの試作温度が異なる2枚の網を平行に並べただけで動作する熱駆動ポンプの開発を進めた。熱駆動ポンプは、多数のユニットを直列接続した形状となるが、今年度は、その1ユニットの概要を決定し、その動作を実験的に確認した。【1】加熱および非加熱の網ペアを駆動力とするポンプの試作前年度に引き続いて、複合網を用いた熱駆動ポンプの試作研究を進めた。この複合網とは、メッシュサイズが異なる多数の網を重ねたものである。2μmの焼結金属網を用いた装置では、10Paから1万Pa(0.1気圧)に至る広い範囲の圧力において、網の表裏の温度差が網を通り抜ける気体流を誘起することが確認できた。この装置は、温度差をエネルギー源とするポンプでもあるが、下記【2】の気体分離装置の中心的部品としても利用できる。【2】熱駆動流を利用した気体分離装置の考案材料気体が流れている2本の流路を、熱駆動ポンプやマイクロチャンネル(多孔膜)で連結した形の気体分離装置を考案した。前年度の解析では、マイクロチャンネルの気体分離効果を、2本の流路出口における濃度差として取り出せることを確認した。本年度の解析では、流路構成の工夫により、マイクロチャンネルの気体分離効果を拡大して取り出せることが示された。

つまり、単一のマイクロチャンネルで得られる濃度差が小さくても、装置構成の工夫によって、材料気体と生成気体の間で100%近い濃度差が実現できるのである。残念ながら、気体分離装置の試作には至らなかったが、本研究の解析結果は、マイクロマシンとも言えるサイズで大流量を持つ、革新的な気体分離装置が実現できることを示している。【3】気体分離効果に対する多原子分子効果の研究多原子分子の混合分子気体に対するボルツマン方程式に基づいて、熱駆動デバイス内部の多原子分子気体の挙動を数値解析し、前年度に実施した気体分離実験の結果と比較検討を行った。両者の結果には特徴が異なる点も見られるため、さらに研究を進める必要がある。
免疫調節活性を持つシアル酸関連化合物の開発

シアル酸は生物の細胞表面複合糖質糖鎖の非還元末端にあるアミノ糖として重要な生理作用をコントロールしていることが明らかになりつつある。更に癌化するとこのシアル酸量が糖鎖構造と共に大きく変化することが明らかになって来た。本研究では「シアル酸誘導体は酵素やホルモン系に作用して生理作用の微調節をする。」という作業仮説のもとに立体構造の明らかなシアル酸誘導体を合成した。即ち、N-アセチルノイラミン酸デオキシノイラミン酸の立体化学を明らかにし、更にムチンアナログの合成シアリルラクトースの合成、N-アセチルノイラミン酸コレステロールグリコシドの合成N-アセチルノイラミン酸変型ヌクレオシドの合成を行った。シアル酸の立体化学を決定するには通常NMRスペクトルの解析とCD曲線からCotton効果を解析する。本研究では更にHPLCを用いて加水分解速度測定法による立体配置決定決を開発した。上述の方法で合成した立体配置の明らかな多くのシアル酸誘導体を用いてシアル酸代謝に対するシアリルトランスフェラーゼ活性を検討した。その中で二糖ヌクレオシドの5-フルオロ-2',3'-イソプロピリデンウリジン誘導体(KI-8110)が強い阻害作用を示した。この作用はα2→3結合生成を選択的に阻害するものでCDPなど既存のシアリルトランスフェラーゼ阻害剤に比較して安定な作用をもつ事が判った。KI-8110は抑制性T細胞誘導能をもち、マウス結腸癌26細胞由来の高転移株NL-17に対して著明な肺転移抑制効果を示し生存率を有意に延長した。このKI-8110はNL-17細胞の血小板凝集活性を低下させると共に腫瘍細胞への増殖因子(PDGF)に対する感受性を大きく低下させた。これらの結果からKI-8110は腫瘍細胞の膜表面糖鎖を変え癌転移を阻害する新しいタイプの癌治療薬として臨床的有用性が示唆された。哺乳動物の母乳、特に初乳にはシアリルラクトースが多く、乳児の免疫増強に寄与していることが知られている。人のシアリルラクトースにはNeuAcα(2→3)Galβ(1→4)Glc〔(2→3)-シアリルラクトース〕とNewAcα(2→6)Galβ(1→4)Glc〔(2→6)-シアリルラクトース〕が約85:15の比率で存在する。今回、微量成分である(2→6)-シアリルラクトースを合成した。即ち、ラクトースを原料として1、6-アンヒドロラクトースとし、6′′-水酸基以外の水酸基をベンジル化した中間体を合成し、この化合物と2-クロロノイラミン酸メチルをKoenigs-Knorr反応で結合させた。この際、α-配置の化合物とβ-配置の化合物がほぼ等量ずつえられた。クロマトグラフィーで分離精製してから加水分解してアセチル基を除去して、(2→6)-シアリルラクトースとその1、6-アンヒドロ誘導体を合成した。立体配置はNMRスペクトル、CD曲線、および加水分解速度の測定を行って決定した。(小倉担当)KI-8110の実験転移性癌細胞NL-17に対する肺転移抑制効果とシアリルトランスフエラーゼ阻害活性との関連について検討した。1)KI-8110処理したNL-17細胞の総シアル酸量は有意に減少したが、増殖率生存率は影響をうけなかった。2)シアル酸は癌細胞の抗原性を遮蔽し宿主の免疫系からのがれることを可能にすると考えられるが、NL-17細胞障害活性ともKI-8110によって影響されなかった。

3)ある種の癌細胞の転移で重要な役割を有することが推定されている血小板凝集因子(PAM)が、NL-17細胞にも存在していた。NL-17細胞のシアリダーゼ処理およびKI-8110処理は、PAM活性を消失させた。この事実は、シアル酸の除去が、PAM活性を消失させることを明らかにするとともに、KI-8110の転移抑制効果が、PAM活性の消失と結びつく可能性を示唆している。(大沢担当)
アポトーシスと膜融合のクロストーク

BNIP1は、アデノウイルスのコードするアポトーシス抑制タンパク質E1B 19kDaタンパク質と結合するタンパク質として同定されていたが、最近、我々はBNIP1が小胞体膜の融合を司るSyn18複合体のサブユニットであり、BNIP1は小胞体膜融合を直接司るタンパク質であることを明らかにした。また、アポトーシスを誘導するドメイン(BH3ドメイン)がα-SNAPとの結合に関与していることも示した。本年度は以下の成果を得ている。1)BNIP1による小胞体カルシウム貯蔵量の調節の可能性:近年、ある種の小胞体膜タンパク質は小胞体内のカルシウム量を調節することで、アポトーシスを促進することが報告されている。そこで、BNIP1の発現をRNAi法によって抑制し、小胞体内のカルシウム量変化を調べたが特に変化は認められなかった。2)BNIP1と相互作用するタンパク質の同定:BNIP1をベイトとして用いた酵母two-hybridスクリーニングによって、BNIP1がアポトーシス抑制タンパク質であるMcl-1や小胞体からのタンパク質輸送のための受容体として働いているp24と相互作用していることを見い出した。3)BNIP1ノックアウトマウスの作製:BNIP1の機能を個体レベルで検証するためにノックアウトマウスを構築した。BNIP1ノックアウトマウスは胎生致死であり、その機能が発生の非常に初期の段階で必要であることが示された。現在、神経や肝臓でのCre/Lox系を用いたコンディショナルノックアウトを行っている。Syntaxin18は小胞輸送における膜融合に関わるSNAREタンパク質(α-SNAP受容体)の一種であり、小胞体に存在する。申請者は、syntaxin18がアポトーシス促進タンパク質であるBNIP1(BH3-onlyタンパク質の一種)と結合していることを最近明らかにした。本研究では、膜融合装置とアポトーシスの関連を解析し、小胞体膜のダイナミズムとアポトーシスの接点を明らかにするために以下の実験を行った。1)BH3ドメインとα-SNAPの結合アポトーシス誘導活性を有するBH3ドメインが、小胞体膜の融合反応に関与するかどうかを調べるために、ドメイン内の全てのアミノ酸をアラニンに置換した変異体を作製し、動物細胞内で発現させた。その結果、BH3ドメイン内のLeu-114がアポトーシス誘導活性のみならず、α-SNAPとの結合にも重要であることが判明した。BNIP1のBH3ドメインがα-SNAPとの結合に関与することから、α-SNAPを過剰発現させればBH3ドメインが立体的にふさがれ、その結果アポトーシスが抑制されることが期待される。これを実証するために、Tet-on系でα-SNAPを誘導するHeLa細胞株を構築し、スタウロスポリン(キナーゼ阻害剤)、ツニカマイシン(小胞体糖転移酵素阻害剤)、FAS抗体によってアポトーシスを誘導したところ、α-SNAPを過剰発現させた細胞ではアポトーシスが顕著に抑制された。一方、syntaxin18結合タンパク質ではあるがアポトーシスに関与しないと思われるZW10の過剰発現ではアポトーシスは抑制されなかった。
移動通信端末用人体中継アンテナシステム

次世代の高速移動通信では,多数のアンテナが同時に送受信するMIMO(Multi-Input Multi-Output)通信方式が必須な技術になっているが,小形の携帯端末に数多くのアンテナを実装することが困難である.本研究では,多数のアンテナを,携帯端末ではなくユーザの体に装着することを提案し,これらのマルチアンテナと基地局アンテナとの通信速度を電磁界の数値シミュレーションと実験により求め,人体装着型マルチアンテナの有効性を示している.本研究では,MIMO伝送容量の向上に不可欠である多素子のアンテナを端末内に配置まずOBMAとMTMAのアンテナは人体の電力吸収が少なく,アンテナ放射効率の低下が小さい逆F形アンテナを用いた.そして電磁界シミュレーションにより,MIMOのチャネル応答行列を計算し,SNR,固有値とMIMO伝送容量の比較と評価を行った.その結果,MTMAは人体ファントムを考慮しない場合でも,電波到来方向によって固有値とSNRが大きく変化した.それにより,伝送容量の変動が大きいことが明らかとなった.また人体モデルを考慮した場合は,MTMAの伝送容量は大きく変動した.その原因は人体モデルによるシャドウイングの影響であることを示した.一方,OBMAは人体モデルの有無によらず伝送容量の変動が少ないことが明らかになった.また,同素子数の比較においてOBMAの伝送容量はMTMAの伝送容量の平均値に対して高いことが明らかとなった.次に,8素子OBMAと4素子MTMAを試作し,SNR,固有値及びMIMO伝送容量を屋内環境において実測した.その結果,4素子MTMAの場合は,アンテナの配置方向によって伝送容量が中央値において最大5bits/s/Hz低下した.一方,8素子OBMAは8素子を円周状に等間隔に配置するため,SNRは高くないがアンテナ数が多いことによって空間相関を低くすることができる.その結果,8素子OBMAの伝送容量の平均値は4素子MTMAの伝送容量の平均値よりも6 bits/s/Hz大きいことが確認された.次世代の高速移動通信では,多数のアンテナが同時に送受信するMIMO(Multi-Input Multi-Output)通信方式が必須な技術になっているが,小形の携帯端末に数多くのアンテナを実装することが困難である.本研究では,多数のアンテナを,携帯端末ではなくユーザの体に装着することを提案し,これらのマルチアンテナと基地局アンテナとの通信速度を電磁界の数値シミュレーションと実験により求め,人体装着型マルチアンテナの有効性を示している.本年度では,基地局アンテナと中継アンテナ,および中継アンテナと端末アンテナとの伝搬損失を明らかにし,人体近傍における中継アンテナの無線伝送路の設計法を確立した.まず,人体に取り付ける中継アンテナとして,8素子のループアンテナアレーとこれらのアレー素子を連結する集中乗数付ループアンテナから構成する中継アンテナを設計した.前者のループアンテナアレーは基地局アンテナとの通信に使用し,後者のループアンテナは携帯端末用アンテナとの近距離通信に用いる.ループアンテナの集中乗数は,ループアンテナの共振周波数を調整するために使用する.次に,電磁界の数値シミュレーションにより,8素子ループアンテナアレーの利得の周波数特性,およびループアンテナの利得の周波数特性を求め,アンテナの最適化設計法を明らかにした.その結果,ループアレー素子の周囲長をほぼ1波長程度にした場合,最も高い利得が得られた.また,ループアンテナに挿入する集中乗数のインダクタンスの値を調整し,ループアンテナを共振させることにより,最も高い利得が得られることがわかった.このように,本研究で提案した中継アンテナを構成する二つのアンテナは,アンテナの構造パラメータを調整し,それぞれほぼ独立にアンテナの利得を最大化することができることが分かった.本年度の研究結果から,人体近傍における中継アンテナシステムの無線伝送路の伝送利得が最大となるような伝送システムの設計法を確立し,伝送利得の実現可能な範囲を定量的に求め,システム全体のリンクバジェットを立てることができた.研究計画では,本年度の研究目標は「主に人体近傍におけるIF無線伝送路の設計法を検討し,設計指針を確立する」としている.上記の研究成果から,本目標を達成していることがわかる.しかしながら,研究計画で予定していたアンテナ間の無線伝搬実験の一部は,年度内に行われていない.これは,3.11大震災の影響で,研究室の電波無響室が危険建物になってしまい,立ち入り禁止となったため,電磁波の実験は一切できなくなったからである.そのため,無線伝搬実験の代わりに,電磁界の数値シミュレーションを行うことにより,アンテナ間の無線伝搬実験を数値シミュレーションで行うことにした.シミュレーションのソフトウェアは,電磁界の数値計算に有効なモーメント法を用いたものであり,数値計算の結果が精度が高く,妥当性に問題がないことを確認したため,電磁界シミュレーションの代用による本研究の進捗に支障はないと考えている.前年度で検討した中継アンテナの設計指針を踏まえて,中継アンテナの一体化設計を行う.また,人体の影響を考慮したアンテナの設計を行う.さらに,アンテナの利得特性だけではなく,マルチアンテナのMIMO特性の検討も行い,中継アンテナを用いたことによる無線通信システム全体の性能の向上を定量的に明らかにする.震災の影響で,電磁波の伝搬実験ができない状況が続いているため,実験の代わりに,高性能の電磁界数値解析法を利用した電磁界の数値シミュレーションを行い,研究を進めていく.電磁界数値シミュレーションを行うために,計算機使用料として40万円を計上する.また,成果報告と情報収集のために,旅費として40万円計上する.さらに,研究成果をまとめた論文を掲載するための論文掲載料20万円を計上する.
マントル細胞リンパ腫の生物学的および臨床病理学的解析

マントル細胞リンパ腫(以下MCLと省略)には、染色体11q13の転座やBCL-1遺伝子再構成の結果として起こるcyclin D1遺伝子の過剰発現がしばしば観察される。今回の報告では、334例のリンパ球増殖性疾患におけるcyclin D1遺伝子産物の過剰発現の有無を免疫組織学的に検討した。cyclin D1過剰発現、CD5の発現および形態像を基にすると、MCL関連病変は4種に分類することが可能であった。cyclin D1の過剰発現、CD5発現およびMCL形態像のいずれも観察されるGroup Iと定義した群は35例、CD5発現およびMCL形態像をもつがcyclin D1の過剰発現を示さないGroup IIは4例、MCL形態像をもつがcyclin D1非過剰発現でCD5を発現しないGroup IIIは4例、MCL形態像を持たずcyclin D1の過剰発現を示さないがCD5を発現するGroup IV症例群は11症例であった。Group I症例群はきわめて均一な臨床病理学的特徴を示し、MCLとこれまで報告された症例に一致した。この群での生存率は非常に低く、5年生存率で11%に過ぎなかったのに対し、Group IIとした症例は、臨床病理学的にcyclin D1の過剰発現のみが異なるにもかかわらず100%の5年生存率を示した。これら4群のMCL関連病変はお互いにオーバーラップしてはいたが、明瞭な臨床病理学的および予後的な特徴を有していることから、Group II,III,IV症例群の更なる検討の基盤を築くことができた。そしてGroup I症例群すなわちMCLの診断においては、cyclin D1過剰発現の証明が分子病理学的に必須であることを示すことができた。
筋再支配神経ネットワークを駆動するフレキシブルマイクロデバイスの創製

本研究では、神経が切断された筋組織に対して運動ニューロンを注入し電気刺激を行うことで不随となった筋収縮を誘発し、機能的な運動を可能とする筋再支配神経ネットワークの駆動用フレキシブルマイクロデバイスを創製することを目的としている。そこで、複数の神経軸索へ選択的に電気刺激を与え、所望の筋に任意の筋収縮力を誘発するマイクロデバイスを実現し、ラットを用いた埋込み実験により、生体外から生体内への無線給電を含む上記各種性能の評価・確認することを計画している。今年度は、末梢神経への機能的電気刺激を行うためのデバイスとして、無線給電を可能とする末梢神経電気刺激デバイスの開発を行った。無線給電方式として電磁誘導方式を選択し、位置合わせ可能なソレノイドコイルを製作し、2次コイルには電流平滑化のための整流回路を用いた。無線給電コイルを用いてラットの腓骨神経を電気刺激し、脚部の屈曲を確認した。本実験にはラットを使用し、神経電気刺激による反応を観察するため、麻酔下で後脚部筋肉を支配する腓骨神経に針電極を埋め込み、更に、皮下に受電デバイスを埋め込み、皮膚の縫合が可能であることを確認した。次に腓骨神経への電気刺激実験の結果、刺激時には後脚が屈曲し、刺激を止めると後脚が伸展する様子を確認した。当初の予定である、埋込デバイスへの無線給電による神経刺激の基本特性を確認することができている。今後は、長期間埋め込み可能な耐久性の実現と、機能的な運動を実現するための電気刺激パターン制御方法や極数について検討を進める。H29年度に計画していた電極を製作する機器の購入をH30年度に変更となったため。
計算論的教示の理論

本研究は,教示と学習のメカニズムを計算量理論の観点からとらえる枠組みを構築し,それらの関係,違いを情報科学的に解明することを目的とするものである.本年度は,まず,PAC学習可能性を完全に特徴づける尺度として知られている,Vapnik-Chervonenkis次元(VC次元)について,その計算量に関する諸問題を解決した.具体的には,VC次元を求める問題と,O(log^n)変数の論理式の充足可能性問題との間の相互の多項式時間還元を与えることによって,この問題がNP完全でもなく,かつ多項式時間では解けないという強い状況証拠を与えることに成功した.こここまた,VC次元の様々な拡張に対しても同様な結果を得ている.次に,「反駁学習可能性」を,PAC学習の枠組みにおいて定式化し,その特徴付けを行った.反駁可能性とは,想定している仮説空間の中に目標概念をうまく説明するものが存在しない場合に,その仮説空間全体を反駁できることをいい,原理的には,仮説空間そのものの善し悪しを判断する基準となる.ここで定義された反駁PAC学習可能性は,多項式サンプルという観点からは,通常のPAC学習可能性と同値であることを証明した.さらに,コンパクトに表現された文字列に対する多項式時間の文字列検索アルゴリズムを与えた.これは,テキストそのものは長大だが,そのテキストがある規則を用いてコンパクトに表現されているとき,一旦テキストを展開せずに,そのままの形で別の文字列を検索するという新しい手法である.今後は,複数の文字列への対応,近似を許した検索などへの様々な拡張が考えられる.本研究は,教示と学習のメカニズムを計算量理論の観点からとらえる枠組みを構築し,それらの関係,違いを情報科学的に解明することを目的とするものである.本年度は,まず,PAC学習可能性を完全に特徴づける尺度として知られている,Vapnik-Chervonenkis次元(VC次元)について,その計算量に関する諸問題を解決した.具体的には,VC次元を求める問題と,O(log^n)変数の論理式の充足可能性問題との間の相互の多項式時間還元を与えることによって,この問題がNP完全でもなく,かつ多項式時間では解けないという強い状況証拠を与えることに成功した.こここまた,VC次元の様々な拡張に対しても同様な結果を得ている.次に,「反駁学習可能性」を,PAC学習の枠組みにおいて定式化し,その特徴付けを行った.反駁可能性とは,想定している仮説空間の中に目標概念をうまく説明するものが存在しない場合に,その仮説空間全体を反駁できることをいい,原理的には,仮説空間そのものの善し悪しを判断する基準となる.ここで定義された反駁PAC学習可能性は,多項式サンプルという観点からは,通常のPAC学習可能性と同値であることを証明した.さらに,コンパクトに表現された文字列に対する多項式時間の文字列検索アルゴリズムを与えた.これは,テキストそのものは長大だが,そのテキストがある規則を用いてコンパクトに表現されているとき,一旦テキストを展開せずに,そのままの形で別の文字列を検索するという新しい手法である.今後は,複数の文字列への対応,近似を許した検索などへの様々な拡張が考えられる.
ジグザグ鎖近藤半導体における反対称スピン軌道相互作用の効果

直方晶の近藤半導体CeOs2Al10では,Ce原子サイトは局所対称性を持たず,c軸方向にジグザグ鎖構造をなしている。Ce化合物としては例外的に高いTN=28.5 Kで反強磁性秩序し,その際Ce磁気モーメントは磁気困難軸であるc軸方向に向く。この特異な反強磁性秩序の原因を探るために,本研究では,その混成ギャップ形成と特異な反強磁性秩序における反対称スピン・軌道交互作用の効果を調べることを目的とし,本年度に計画した研究を行い下記の成果を得た。高畠は連携研究者の梅尾及び大学院生とともにCe(Ru1-xOsx)2Al10単結晶を育成し,その電気抵抗,磁化,比熱を常圧と一軸圧下で測定した。その結果,近藤温度TKとエネルギーギャップはxに比例して増加したが,TNはx = 0.71で最高となった。xの全ての範囲で,単結晶のb軸方向に加圧すると,TKは変化しないのにTNが著しく上昇することを確かめた。これらの結果は,TNを高めている機構が,異方的なc-f混成に加えて,b軸方向の電荷輸送に関係していることを意味している。この結果は,連携研究者の木村が偏光反射分光によって提案したモデル,すなわち,b軸方向の電荷励起ギャップ形成が反強磁性を引き起こすという説を支持している。浴野(連携研究者)は大学院生とともにCeOs2Al10単結晶の走査トンネル顕微/分光実験を実施し,TN以下の温度で50meVの反強磁性ギャップが現れることを観測し,先に行った破断接合実験の結果を確認した。研究協力者A. SeveringはCeOs2Al10に5d電子・正孔をドープした系の直線・円偏向X線吸収分光によって,磁気モーメントの大きさとその向きは,a軸方向のc-f混成強度に依存していることを明らかにした。連携研究者の横谷は軟X線角度分解光電子分光実験でフェルミ面の一部を観測することに成功した。29年度が最終年度であるため、記入しない。直方晶の近藤半導体CeT2Al10 (T = Ru, Os)では,Ce原子サイトは局所対称性を持たず,c軸方向にジグザグ鎖構造をなしている。これらはCe化合物としては例外的に高いTN=28Kで反強磁性秩序し,その際Ce磁気モーメントは磁気困難軸であるc軸方向に向く。この特異な反強磁性秩序の原因を探るために,本研究では,その混成ギャップ形成と特異な反強磁性秩序における反対称スピン・軌道交互作用の効果を検証することを目的とし,計画した研究を行い下記の成果を得た。高畠は連携研究者の梅尾及び大学院生とともにCeT2Al10 (T = Ru, Os)のNernst効果の測定準備を進めると同時に,一軸圧下で磁化と比熱を測定した。b軸方向に加圧した場合,磁化率が最大となる温度は変化しないにも拘わらず,TNが上昇することを確かめた。このことは,TNがcーf混成強度ではなくb軸長に強く依存する事を示している。連携研究者の木村はCeOs2Al10の5d電子・正孔ドープ系の偏光反射分光によって,E//bの電荷励起ギャップがTNと相関している事を明確にした。浴野(連携研究者)は大学院生とともに4f正孔,5d電子・正孔をドープしたCeOs2Al10の破断接合トンネル分光実験を実施し,ギャップ内状態が発達するに連れて,混成ギャップと反強磁性ギャップが潰れることを観測した。特に,混成ギャップが残っている状態でのみ磁気秩序が保たれる事を見出した。研究協力者D.T. Adrojaは中性子散乱によってCeRu2Al10のAlサイトをSiで置換すると,RuをRhで置換した場合と同様に,磁気モーメントは伸びるがTNは低下することを見出した。従ってAlの3p電子もRuの4d電子と同程度に4f電子と混成して磁気秩序に関与していると推測した。連携研究者の横谷は軟X線角度分解光電子分光実験でフェルミ面の一部を観測した。近藤半導体のCeT2Al10 (T = Ru, Os)が, 28Kという高温でAFM秩序する機構に,反対称スピン軌道相互作用が関与しているかを調べるために,計画した研究を実施した。b軸方向の一軸圧下でTNが上昇することは,E//bの電荷ギャップが重要であるという光反射の結果と対応している。28年度の成果はPhys. Rev. Lett. 1編を含む計8編の英文論文として公表するとともに国際会議で6件の発表を行ったので,おおむね順調に進展している。一方,Nernst効果の測定にはナノボルトの微小電圧を増幅する前置増幅器が必要である。これが入手できていないので,実績のある中国北京科学院の研究者との共同研究を進めようとしている。STSとSTMによるギャップの異方性の測定では,平坦な壁界面が必要であるので,超高真空中での壁界を試みている。

この特異な反強磁性秩序の原因を探るために,本研究では,その混成ギャップ形成と特異な反強磁性秩序における反対称スピン・軌道交互作用の効果を調べることを目的とし,本年度に計画した研究を行い下記の成果を得た。高畠は連携研究者の梅尾及び大学院生とともにCe(Ru1-xOsx)2Al10単結晶を育成し,その電気抵抗,磁化,比熱を常圧と一軸圧下で測定した。その結果,近藤温度TKとエネルギーギャップはxに比例して増加したが,TNはx = 0.71で最高となった。xの全ての範囲で,単結晶のb軸方向に加圧すると,TKは変化しないのにTNが著しく上昇することを確かめた。これらの結果は,TNを高めている機構が,異方的なc-f混成に加えて,b軸方向の電荷輸送に関係していることを意味している。この結果は,連携研究者の木村が偏光反射分光によって提案したモデル,すなわち,b軸方向の電荷励起ギャップ形成が反強磁性を引き起こすという説を支持している。浴野(連携研究者)は大学院生とともにCeOs2Al10単結晶の走査トンネル顕微/分光実験を実施し,TN以下の温度で50meVの反強磁性ギャップが現れることを観測し,先に行った破断接合実験の結果を確認した。研究協力者A. SeveringはCeOs2Al10に5d電子・正孔をドープした系の直線・円偏向X線吸収分光によって,磁気モーメントの大きさとその向きは,a軸方向のc-f混成強度に依存していることを明らかにした。連携研究者の横谷は軟X線角度分解光電子分光実験でフェルミ面の一部を観測することに成功した。CeT2Al10 (T = Ru, Os)の反強磁性秩序構造は,モーメントが磁化の困難軸のc軸に向いた構造であることが中性子回折実験から結論されていた。しかし,最近実施した軟X線偏光共鳴散乱によって,CeRu2Al10の磁気モーメントはc軸方向からa軸方向に約10度傾いていることが判明した。これは,反対称スピン軌道相互作用がはたらいていることを示唆する。この相互作用はCmcmの空間群では現れないはずであるので,単結晶構造解析によって,空間群を再検討する必要が出てきた。これまで,破断接合トンネル分光では,単結晶を用いても,ギャップの異方性が観測されていなかった。今後,原子レベルの空間依存性を測定できるSTM/STSを用いてフェルミ準位付近の状態密度の異方性と温度変化を調べる計画である。角度分解光電子分光実験で,フェルミ面が観測され始めたので,ギャップの異方性が直接観測されるはずである。これらの結果を,進行中のバンド計算の結果と合わせて,異方性を理解したい。29年度が最終年度であるため、記入しない。
精神神経疾患を理解するシナプスのスクラップ＆ビルド

興奮性シナプスは、神経細胞樹状突起から突き出たサブミクロンの突起(スパイン)上に形成される。スパインの数は形成(ビルド)と破壊(スクラップ)の動的平衡によって決まり、発達期に増加し成長後にゆるやかに減少することが知られているがその分子基盤は未解明である。申請者らは自閉スペクトラム症(ASD)モデルマウスに共通する所見として大脳皮質の錐体細胞でのスパイン形成と破壊が共に亢進することを見出した。本研究では、自閉症原因遺伝子とその下流に焦点を当て、大脳皮質でのスクラップ&ビルド機構の分子機序を明らかにし、行動解析やin vivoスパインイメージング法によってスクラップ&ビルド現象の破綻と高次機能障害との関係を解明する。自閉症モデルマウス(patDp/+)のスパイン動態の変容(大脳皮質の錐体細胞でのスパイン形成と破壊が共に亢進すること)に関わる分子として、2光子顕微鏡を用いたスパインのin vivoイメージング法を用いて、ヒト15番染色体(15q11-13)父性重複領域に存在するNdnを同定した。patDp/+マウスのシナプトソームを用いたプロテオミクス解析の結果、タンパク合成に関わる分子が同定され、局所翻訳とスパイン動態のリンクが示唆された。また、ミトコンドリア機能との関連が示唆された。分担研究者の萬代は、細胞膜裏打ち分子のアファディンのスプライスバリアントのうち、l-アファディンがシナプスの接着装置のプンクタアドへレンシアジャンクションの形成をα-カテニンを介して制御していることを解明した。スパイン動態のin vivoイメージングと分子機構の解明:patDp/+マウスのスパイン動態の変容に関わる分子としてNdnを同定した。patDp/+マウスのシナプトソームを用いたプロテオミクス解析を行った。シナプス・細胞接着に関連する分子の機能解析:自閉症関連遺伝子のうち、細胞接着によってシナプス形成に関わる分子として、Neuroligin1、アファディン、リンクス等に焦点を当て、それぞれの分子群のスパイン動態を中心に、野生型および自閉症患者でみられる変異型間の比較検討を行った。分担研究者の萬代は、アファディンによるシナプスの形成の分子機構の解明に取り組み、前シナプスの形成には接着分子のNGL-3が関与していること、後シナプスの形成にはPSD-95結合分子のMAGUINが関与していることを解明している。また、シナプスの維持にかかわる可能性のある分子を探索するためプロテオミクス解析を行い、その分子のリストを得ている。発達期におけるシナプス後肥厚のリモデリング:生後発達期におけるマウスの脳のシナプス後肥厚(postsynaptic density, PSD)を調べ、そのタンパク質組成がどのように変化していくかを解析した。2、3、6、および12週齢のマウスの脳よりPSDを生化学的に精製し、質量分析による解析を行った。タンパク質の検出およびラベルフリー定量を行ったところ、2214タンパク質が全てのサンプルで検出・定量された。発達に伴って顕著な増加または減少を示したPSDタンパク質群の中には、シナプスの成熟や形成・除去に関わるとされる分子が多数見出された。よって、PSDにおけるこれらのタンパク質の増減は発達期のシナプスの数や形態の変化に寄与しているものと考えられる。また、今回得られたプロテオームのデータとトランスクリプトームのデータの相関を解析したところ、発達期におけるPSDタンパク質の量の変化は主に転写レベルで制御されていることが示唆された。スパイン動態のin vivoイメージングと分子機構の解明:in vivoイマージングを指標として、patDp/+マウスのスパイン動態の変容に関わる分子としてNdnを同定した。Ndnのスパインでの機能解析を継続する。シナプス・細胞接着に関連する分子の機能解析:細胞接着によってシナプス形成に関わる分子として、Neuroligin1、アファディン、リンクス等に焦点を当て、それぞれの分子群のスパインとシナプス形成における生理学的機能について明らかにする。さらに、自閉症の発症と病態の進展における関わりについても検討する。分担研究者の萬代は、後シナプスの形成におけるアファディンとMAGUINの機能と作用機構について分子レベルから個体レベルの研究を推進する。また、プロテオミクス解析によって見出された分子について、シナプスにおける機能を解明する。スクラップ&ビルド現象の高次機能の評価:スクラップ&ビルド現象の個体レベルでの高次機能及び病態的意義に関する評価を行うために、覚醒下マウスのfMRIイメージング系を確立する。我々は自閉スペクトラム症(ASD)モデルマウスに共通する所見として大脳皮質の錐体細胞でのスパイン形成と破壊が共に亢進することを見出した。またpatDp/+

マウスのシナプトソームを用いたプロテオミクス解析を行うことにより、スパイン動態の変容に関わる蛋白質群の候補を得た。これらの結果から、スパイン動態と神経細胞の局所翻訳の連関が示唆された。一方、シナプス・細胞接着に関する分子の機能解析では、自閉症患者のエクソームシーケンス解析から新規Neuroligin1自閉症変異を同定した。さらにCRISPR/Cas9法により患者変異を有する点変異ノックインマウスを作製した。自閉症モデルマウスのスパイン動態の変容に関わる分子として、自閉症様行動がmatDp/+マウスではなくpatDp/+マウスに見られることから、父性発現遺伝子群(Mkrn3, Magel2, Ndn, Snrpn)を子宮内穿孔法により遺伝子導入することにより、大脳皮質に発現させた。これらのマウスの2光子顕微鏡によるスパインのin vivoイメージングをしたところ、父性発現遺伝子群のうちNdnを発現させた際にpatDp/+マウスのスパイン表現型と似た表現型を得たことにより、Ndnがその原因遺伝子として注目された。一方、patDp/+マウスのシナプトソームを用いたプロテオミクス解析の結果、タンパク合成に関わる分子が同定され、局所翻訳とスパイン動態のリンクが示唆された。興奮性シナプスは、神経細胞樹状突起から突き出たサブミクロンの突起(スパイン)上に形成される。スパインの数は形成(ビルド)と破壊(スクラップ)の動的平衡によって決まり、発達期に増加し成長後にゆるやかに減少することが知られているがその分子基盤は未解明である。申請者らは自閉スペクトラム症(ASD)モデルマウスに共通する所見として大脳皮質の錐体細胞でのスパイン形成と破壊が共に亢進することを見出した。本研究では、自閉症原因遺伝子とその下流に焦点を当て、大脳皮質でのスクラップ&ビルド機構の分子機序を明らかにし、行動解析やin vivoスパインイメージング法によってスクラップ&ビルド現象の破綻と高次機能障害との関係を解明する。自閉症モデルマウス(patDp/+)のスパイン動態の変容(大脳皮質の錐体細胞でのスパイン形成と破壊が共に亢進すること)に関わる分子として、2光子顕微鏡を用いたスパインのin vivoイメージング法を用いて、ヒト15番染色体(15q11-13)父性重複領域に存在するNdnを同定した。patDp/+マウスのシナプトソームを用いたプロテオミクス解析の結果、タンパク合成に関わる分子が同定され、局所翻訳とスパイン動態のリンクが示唆された。また、ミトコンドリア機能との関連が示唆された。分担研究者の萬代は、細胞膜裏打ち分子のアファディンのスプライスバリアントのうち、l-アファディンがシナプスの接着装置のプンクタアドへレンシアジャンクションの形成をα-カテニンを介して制御していることを解明した。スパイン動態のin vivoイメージングと分子機構の解明:patDp/+マウスのスパイン動態の変容に関わる分子としてNdnを同定した。patDp/+
部分再学習可能なウェーハ規模耐故障化神経回路網に関する研究

本研究では,ハードウェア実装されたニューラルネットワーク上の故障を高速に補償し,耐故障性を備えたシステムを構築する手法として部分再学習法を提案し,多様な条件下で他の手法との比較や故障補償シミュレーションを通じその性能を明らかにすることを目的としている.本年度では,(1)高精度演算型ニューロンの設計,(2)教師信号格納部分の設計,(3)シミュレーションによる動作検証,のうち,比較すべき新たな手法が提案されたことを受け,(3)について重点的に行った.比較すべき新たな手法とは「耐最悪故障化学習法」であり,もっとも影響の大きい故障を対象として耐故障化学習を行うことで,全体としての耐故障性を得る方法である.耐最悪故障化学習法は,従来提案されていた.「耐故障化学習法」を発展させたもので,従来法では困難であった複雑な問題に対しても適用できる可能性があり,詳細な比較調査を行った.昨年度に提案したFlip断線故障,従来から用いられてきたO-スタック故障を対象に,入力のカテゴリ判定問題などを用い,さまざまな角度からシミュレーションを行い,その性能について詳細に比較を行った.その結果,「耐故障化学習法」に比べれば適用できる範囲は広いものの,耐最悪故障化学習法でも複雑な問題に対しては学習が収束しない場合が多いこと,研究代表者が提案している部分再学習法に比べれば学習時間が数倍十数倍となることを明らかにした.一方,耐最悪故障化学習法で学習したニューラルネットワークでは,故障がない場合に比べて汎化能力(未知入力に対しても,過去の学習履歴からもっともらしい解を導き出すこと)が大幅に向上するという現象がみられた.これまでの研究成果により,ウェーハ規模の耐故障化ニューラルネットワークは十分実現可能であることが明らかとなった.今後は実際の回路設計を通じて詳細な実験データを収集し学術論文としてまとめる予定である.本研究では,ハートドウェア実装されたニューラルネットワーク(ANN)上の故障を高速に補償する部分再学習(PR)法をFPGA上に実現し,ウェーハ規模ANNの実現可能性を評価することを目的としている。本年度では,(1)高精度演算型ニューロンの設計,(2)教師信号格納部分の設計,(3)シミュレーションによる動作検証のうち,(1)と(3)について議論を行った。(1)高精度演算型ニューロンの設計24ビットの演算精度を持つフィードフォワードANNの設計を行った。その結果,論理セル数は約2900となり,(2)の教師信号格納部分を同一FPGA上に実装することが困難であることが明らかとなった。現在、回路規模の更なる削減を目指すと同時に,教師信号等を外部に格納するためのメモリ部分およびメモリ制御部分の回路設計を行っている。(2)シミュレーションによる動作検証設計したハードウェア回路のシミュレーションによる動作検証とは別に,ソフトウェアによるPR法の性能評価を引き続き行った。現在のディジタルLSIでは従来の断線故障モデルが不適切であることを指摘し,Flip断線故障モデルを提案した。Flip断線モデルは断線したリンクからの入力が0か1にランダムに変化する故障であり,高い入力インピーダンスを持つディジタルLSIではより実際的な故障モードである。シミュレーションの結果,PR法はBP法で再学習を行うよりも故障補償率の点でやや劣るものの,再学習後の汎化能力に優れていることを明らかにした。これまでの研究成果より,学習能力を持つハードウェアANNを実装するためには外部メモリを持つシステム設計が必要であること,PR法はより実際的な故障モードにも対応可能であることがわかった。今後は部分再学習可能な回路をFPGA上に実装していくための設計を行い,学術雑誌への投稿を行う予定である。本研究では,ハードウェア実装されたニューラルネットワーク上の故障を高速に補償し,耐故障性を備えたシステムを構築する手法として部分再学習法を提案し,多様な条件下で他の手法との比較や故障補償シミュレーションを通じその性能を明らかにすることを目的としている.本年度では,(1)高精度演算型ニューロンの設計,(2)教師信号格納部分の設計,(3)シミュレーションによる動作検証,のうち,比較すべき新たな手法が提案されたことを受け,(3)について重点的に行った.比較すべき新たな手法とは「耐最悪故障化学習法」であり,もっとも影響の大きい故障を対象として耐故障化学習を行うことで,全体としての耐故障性を得る方法である.耐最悪故障化学習法は,従来提案されていた.「耐故障化学習法」を発展させたもので,従来法では困難であった複雑な問題に対しても適用できる可能性があり,詳細な比較調査を行った.昨年度に提案したFlip断線故障,従来から用いられてきたO-スタック故障を対象に,入力のカテゴリ判定問題などを用い,さまざまな角度からシミュレーションを行い,その性能について詳細に比較を行った.その結果,「耐故障化学習法」に比べれば適用できる範囲は広いものの,耐最悪故障化学習法でも複雑な問題に対しては学習が収束しない場合が多いこと,研究代表者が提案している部分再学習法に比べれば学習時間が数倍十数倍となることを明らかにした.一方,耐最悪故障化学習法で学習したニューラルネットワークでは,故障がない場合に比べて汎化能力(未知入力に対しても,過去の学習履歴からもっともらしい解を導き出すこと)が大幅に向上するという現象がみられた.これまでの研究成果により,ウェーハ規模の耐故障化ニューラルネットワークは十分実現可能であることが明らかとなった.今後は実際の回路設計を通じて詳細な実験データを収集し学術論文としてまとめる予定である.
熱帯地域における生態・社会ネットワーク解析による生態系サービスの持続性の評価

生態系サービスの持続的利用のためには、基盤となる生態系機能の供給と社会の需要のバランスの調和、生態系・社会システムにおける供給と需要の安定性の理解が不可欠である。本研究では、生態学のネットワーク解析を生態・社会システムに応用することにより、局所から地域スケールにおける生態系サービスの持続性の評価を行うことを目的とする。マレーシア・サラワク州を対象として、過去50年間の土地利用の変化とそのドライバーの解析、生物多様性、生態系サービスのマッピングを行う。さらに生態・社会システムをネットワーク構造化し、生態系サービスの供給・利用のバランスと、持続性の鍵となる生物種や利用者を明らかにする。
新規ビシクロ骨格構築法を基盤とした生物活性アルカロイドの合成と構造活性相関研究

本年度は、1.ケイ素テザーを活用したベンザインとシクロヘキサジエンとの[4+2]付加環化反応、ならびに2.橋頭位カチオンを鍵とするベンゾビシクロ[3.2.2]ノナジエン骨格構築法の開発、2点について検討した。1.まず、ベンザイン前駆体から発生させたベンザインとジエンとの分子間[4+2]付加環化反応を試みたところ、期待に反し、目的とする付加環化体は全く得られなかった。種々検討した結果、この問題は、分子内反応にすることによって解決できることが分かった。すなわち、まず、2,6-ジブロモフェノールから3段階の工程を経てベンザイン発生部位を有するシリルクロリドを合成した。このものとジエニルアルコールとを反応させ、付加環化前駆体を合成した。このものに対してマグネシウムアート錯体を作用させたところ、系中で発生したベンザインとジエン部位との間で分子内[4+2]付加環化反応が進行し、対応する環化付加体が高収率で得られた。この手法は、他の親ベンザイン体に対しても有効であり、フラン、ピロール、鎖状ジエン、アントラセン、ナフタレンなど、幅広い基質に適用できることが分かった。2.得られた付加環化体を用いてベンゾビシクロ[3.2.2]ノナジエン骨格の構築を試みた。すなわち、まず、2段階の工程により対応するトリフラートを得た後、このものに対してヨウ化マグネシウムを作用させたところ、アルキル基選択的な転位反応が進行するとともに、橋頭位がヨウ素化され、対応するヨージドが収率良く得られた。このとき、ビニル、およびアリール転位体は全く生成しなかった。この反応は、環拡大反応に伴う橋頭位のヨウ素化に成功した初めての例である。付加環化反応と環拡大反応を基盤としたビシクロ骨格構築法の開発において有望な知見が得られた。すなわち、除去可能なテザー基を活用したベンザインとシクロヘキサジエンとの分子内付加環化反応によって、ベンゾビシクロ[2.2.2]ノナジエン骨格の構築に成功した。ポイントは、クロロシリル基を有するベンザイン前駆体を新たに開発したことにあり、これをベンザインのプラットフォームとして用いることによって、様々な親ジエン体との反応を簡便に分子内反応に展開できるようになった。また、環拡大反応においては、環拡大に伴うヨウ素化に初めて成功し、橋頭位にヨード基を有するベンゾビシクロ[3.2.2]ノナジエン骨格を構築した。標的化合物の全合成に向け、橋頭位ヨージドから発生させたリチオ体をアセトアルデヒドに付加させた後、3工程の変換により標的化合物の部分骨格に相当するモデル化合物の合成を目指す。つづいて、得られた知見をもとに、全合成に向けて実際の基質を活用した検討を開始する。

標的化合物の全合成に向け、橋頭位ヨージドから発生させたリチオ体をアセトアルデヒドに付加させた後、3工程の変換により標的化合物の部分骨格に相当するモデル化合物の合成を目指す。つづいて、得られた知見をもとに、全合成に向けて実際の基質を活用した検討を開始する。
歯周病関連性細菌と宿主細胞との相互作用におけるシグナル伝達系に関する研究

本年度はまず歯周炎患者の歯周局所においてのサイトカインの発現パターンについて情報を得ることを主体にin vivoの検索を主に行った。歯周炎患者より局所罹患歯肉を採取し、炎症性サイトカインの発現と特定細菌の存在および臨床データとの関連について調べた。また、サイトカインによって誘導されるinducible Nitric Oxygen Synthase(iNOS)の歯周局所での発現に関しても検索を行った.東京歯科大学保存科を受診し、歯周炎と診断された患者の臨床パラメーターを記録し、患者にインフォームドコンセントを得て初診時、もしくは初期治療中に歯肉組織を採取し、炎症性サイトカインmRNAの発現を検索した.IL-1α、IL-1β、IL-6、IL-8、IFN-γ、iNOSは市販のプライマーを用い、IL-1raに関してはプライマーを合成し、RT-PCR法にて検出した.その後2%アガロースゲルにて電気泳動し、Kodak IDanalysissystemによりNet intensityを計測し、β-actinを対照としてサイトカインの発現パターンを比較した.P.gingilis、A.actinomycetemcomitansの検索は、滅菌ペーパーポイントにて歯肉縁下プラークを採取した後、PCR法を用いて行った.本実験から、歯周炎患者においていくつかのサイトカイン発現パターンが確認された.さらに、特定細菌の存在がサイトカインの発現に影響を与えている可能性が示された.本年度はまず歯周炎患者の歯周局所においてのサイトカインの発現パターンについて情報を得ることを主体にin vivoの検索を主に行った。また、サイトカインによって誘導されるinducible Nitric Oxygen Synthase(iNOS)の歯周局所での発現に関しても検索を行った.東京歯科大学保存科を受診し、歯周炎と診断された患者の臨床パラメーターを記録し、患者にインフォームドコンセントを得て初診時、もしくは初期治療中に歯肉組織を採取し、炎症性サイトカインmRNAの発現を検索した.IL-1α、IL-1β、IL-6、IL-8、IFN-γ、iNOSは市販のプライマーを用い、IL-1raに関してはプライマーを合成し、RT-PCR法にて検出した.その後2%アガロースゲルにて電気泳動し、Kodak IDanalysissystemによりNet intensityを計測し、β-actinを対照としてサイトカインの発現パターンを比較した.P.gingilis、A.actinomycetemcomitansの検索は、滅菌ペーパーポイントにて歯肉縁下プラークを採取した後、PCR法を用いて行った.本実験から、歯周炎患者においていくつかのサイトカイン発現パターンが確認された.さらに、特定細菌の存在がサイトカインの発現に影響を与えている可能性が示された.
土壌の保水性と土壌細孔特性との相関に関する研究

土壌の保水性は土壌表面状態に起因して生ずることから、土壌の表面状態を表わす土壌の比表面積、細孔特性から土壌の保水性を検討することは重要である。これまでの比表面積よりの検討につづき、土壌の保水性を細孔特性から2年間継続して検討してきた。その結果次のことが明らかになった。1.土性が砂質から粘土質になるにつれてポア-量は増加し、大ポア-にかたよる不連続なポア-分布から、大ポア-から小ポア-まで広がる連続したポア-分布となり、土性の変化とともにポア-特性も量的及び質的に特徴ある変化を示した。2.火山性土壌は非火山性土壌よりもポア-量が多いとともに比較的小さいポア-が主体を占めるポア-分布となる。3.火山性、非火山性ともに腐植量の増加によりポア-量が多くなり、ポア-分布は比較的大きいポア-が主体を占めてくる。4.土壌の全細孔量と水分恒数の間には土壌の種類に関係なく正の相関が認められる。その相関係数は低pF値になるほど大きく、低pFにおける保水に間ゲキが大きく関与している。5.土壌の全細孔量とpF3.0までの低pFにおける水分恒数の間の高い相関性を利用して、土壌の全細孔量より畑地カンガイで重要となるpF3.0までの任意pF水分量を求める式を示した。土壌の保水性は、土壌表面状態に起因してして生ずることから土壌の表面状態を表わす土壌の比表面積、細孔特性から土壌の保水性を検討することは重要である。これまでの比表面積よりの検討につづき土壌の保水性を細孔特性より検討する2年継続研究の一端として今年度は火山性、非火山性及び腐植質、非腐植質により分類した各種土壌のポアー特性を量及び質から明らかにするとともに土壌の基本的性質との関係について検討した。1.非腐植質土壌は土性が砂質から粘度質になるにつれてポアー量は増加し、大ポアーにかたまる不連続なポアー分布から、大ポアーから小ポアーまで広がる連続したポアー分布となり、土性の変化とともにポアー特性も量的及び質的に特徴ある変化を示した。2.非腐植質土壌のうち、火山性土壌は非火山性土壌よりもポアー量が多いとともに比較的小さいポアーが主体をしめるポアー分布となる。3.腐植質土壌は火山性、非火山性ともに腐植量の増加によりポアー量が多くなり、ポアー分布は比較的大きいポアーが主体をしめてくる。そして腐植質土壌のポアー特性より腐植が土壌の固粒形成に大きく寄与していることが明らかとなった。4.土壌のボアー特性と基本的性質の関係においては、各種土壌ともに間ゲキ比、仮比重と全ボアー量との間に相関が認められ、土壌構造の検討にとって土壌のボアー特性は重要な研究手段であることが明らかとなった。これまでの比表面積よりの検討につづき、土壌の保水性を細孔特性より検討する2年継続研究の2年目として1年目の結果をふまえ、全国各地の100試料について細孔特性と保水性の関係について検討した。1)腐植含有量2%以下の非腐植質土壌は比表面積と水分恒数の間に高い正の相関が認められるが、腐植含有量2%以上の腐植質土壌は非腐植質土壌と異なり比表面積と水分恒数の間に相関が認められなかった。2)土壌の全細孔量と水分恒数の間には土壌の種類に関係なく正の相関が認められる。

3)pF値と間ゲキの当量直径の関係を表わすジュレンの公式h=0.3/dを用い水分特性曲線より各水分恒数の細孔量を求め、実際の細孔との関係を求めたところ両者の間には高い正の相関があり、水銀圧入法により求められた細孔量は低pFの水分保持に重要な役割を果していることが裏づけられた。4)土壌の全細孔量とpF3.0までの低pFにおける水分恒数の間の高い相関性を利用して、土壌の全細孔量より畑地カンガイで重要となるpF3.0までの任意pF水分量を求める式を示した。