hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
細胞内ソーティングレセプターの糖結合特異性改変による新規グライコーム研究

ERGIC-53およびVIP36は小胞体からゴルジ体、ゴルジ体から細胞膜への小胞輸送にかかわるカーゴレセプターである。内腔側に植物マメ科レクチンと相同性を持つレクチンドメインを持ち、糖タンパク質糖鎖をつかまえ、選別輸送を担っている分子である。この糖認識のプロセスは、特定の条件下で積極的にリガンドを結合・遊離するメカニズムが存在することを明らかにした。VIP36は細胞内のpH勾配に呼応して、またERGIC-53はpH非依存的であり、新たな分子の関与が示唆された。このような知見に基づき、新たなカーゴレセプター創成を試みた。我々は以前にマメ科レクチンの糖認識ドメインを同定し、糖結合特異性を規定するループを同定したが、これに相当するERGIC-53,VIP36上のループに、ランダムなアミノ酸に置換したcDNAライブラリーを作成した。また、これらのレセプターの細胞内局在性を規定している細胞質ドメインの輸送配列に関しても、5種類を検討し、より効率的に輸送し細胞表面の糖タンパク質の分布を変化させるものを同定した。このように種々の検討を行った後に完成した、ランダムな糖結合特異性を持つ改変ERGIC-53,VIP36 cDNAライブラリーをCHO細胞にトランスフェクトして、本来細胞表面には存在しない糖鎖が細胞外へ運び出される細胞株を、フローサイトメトリーにより分取した。改変カーゴレセプターを発現させた種々の細胞の中から、PNAレクチン陽性細胞クローンを13種類単離した。これら13種類の細胞には2種類の改変VIP36が発現しており、DPDSNGGSFとDSSFNYVHAの糖結合ループをもつものであった。これらの結果から、これらの改変体VIP36を発現させることにより、Ga-GalNAcの糖鎖を付加した糖蛋白質を特異的に輸送し分泌する新規のカーゴレセプターを作成することができた。小胞体内で生合成された蛋白質は、ゴルジ体に運ばれ選別が行われる。この選別を行うのがcargo receptorであり、小胞体とゴルジ体間ではERGIC-53が、ゴルジ体と細胞膜間ではVIP36がそれぞれその役割を演じている。この2つのレセプターは植物マメ科レクチンと相同のドメインを持ち、糖蛋白質の糖鎖を認識してその選別を行っている。今回、両レセプターの糖結合特異性改変を行うために、レクチンドメインを他の特異性を持つマメ科レクチンと置換したキメラ分子を作成した。特異性は本来のマンノースからガラクトースあるいはシアル酸に変化するようにキメラ分子を構築した。キメラcDNAをpRC-CMVベクターに組み込み、MDCK細胞で発現させた。これらの強制過剰発現させた細胞株では、細胞表面に輸送される膜タンパク質の糖鎖構造が変化していることが、種々のレクチン染色により明らかになった。これらの細胞内での発現の局在性は、mycタグあるいはHisタグに対する抗体を用いた免疫染色によって調べたが、細胞内だけでなく細胞表面にもかなり存在しており、細胞内に関してはより詳細な検討が必要である。一方、特異性をランダムに改変したERGIC-53あるいはVIP36のライブラリーの作成も試みた。マメ科レクチンのループ1は糖結合特性を規定する糖結合ポケットの壁を作っていることから、ERGIC-53, VIP36のループ1に相当する部位にランダムな変異を導入したライブラリーをPCR法を用いて作成した。ランダムな部位は合成オリゴヌクレオチドを直接用いることで偏りを最小限になるように配慮した。ライブラリー数は、それぞれ2×105および6×105であった。

今後、これらのライブラリーを発現させた細胞株のライブラリーを作成し、種々の糖に特異的な抗体やレクチンなどのプローブを用いて選別を行う予定である。細胞内での選別輸送にかかわるcargo receptorであるERGIC-53とVIP36は、植物マメ科レクチンと相同性を持つ糖結合性のレセプターである。植物マメ科レクチンを用いた一連の研究から、我々は糖認識部位の一部であるloop 1にランダムなアミノ酸で置換することにより、さまざまな糖結合特異性を持つ人工レクチンを作成することができた。この手法をcargo receptorに適応することを考え、ERGIC-53ならびにVIP36改変ライブラリーを作成した。これらのライブラリーをMDCK細胞、CHO細胞にリポフェクトアミンを用いてトランスフォーメーションし、発現した細胞をG418で選別を行った。これら改変cargo receptorを発現させた細胞集団を、はじめに16種類のレクチンで染色し、細胞表面上の糖鎖の変化を調べた。次に磁石あるいは蛍光で標識した二次抗体で染色したのち、磁気ビーズを用いたMACSあるいはフローサイトメトリーにより細胞表面糖鎖の変化した細胞集団を選別し培養を行った。用いたレクチンの中で特に変化の顕著だったピーナッツレクチン(PNA)をプローブに用いてさらに検討を進めた。この選別・濃縮の方法を2回繰り返した後、限界希釈法で細胞のクローン化を行い、PNAとの反応性が100倍に上昇し細胞表面糖鎖の変化した細胞のクローンを取得した。これらのクローン細胞は改変したVIP36によって細胞表面に異なる糖鎖を提示したことが予想されることから、これらの細胞に導入された遺伝子をRT-PCRを用いて調べたところ、内在性のVIP36に比べて10倍以上の発現が見られ、その改変VIP36遺伝子の塩基配列も明らかになった。細胞内において分泌タンパク質等の輸送や選別に関わっているERGIC-53やVIP36は、内腔側に植物マメ科レクチンと相同性をもつ糖結合ドメインをもっている。昨年度、この糖認識部位の一部であるloop 1にランダムなアミノ酸を導入し、さまざまな糖結合特異性をもつVIP36,ERGIC-53を細胞内で発現させることを試みた。プラスミドの導入効率の高かったCHO細胞にこれらの改変VIP36,ERGIC-53遺伝子をトランスフェクトして、本来細胞表面には存在しない糖鎖が、改変VIP36あるいはERGIC-53により運び出される細胞株を、磁気ビーズを用いたMACSまたはフローサイトメトリーにより分取した。フローサイトメトリーを繰り返して得られたPNA陽性細胞から、最終的にクローン化し、13のクローンを得た。次に、これらのクローン細胞に発現した改変VIP36遺伝子解析を行った。種々のPNAレクチン陽性細胞クローンからmRNAを抽出し、ライブラリー作成の際に用いたVIP36遺伝子5'末端と3'末端のオリゴDNAプライマー(VIPran1,5)を使って、RT-PCR反応を行った。上記で得られた13種類のPNAレクチン陽性細胞クローンに関して、それぞれ数個のコロニーから回収したプラスミドの配列は2種類に大別できた。clone1,2,4,5,9,12,13,14,17は同じクローン(A)
カルボニル化合物代謝酵素の網羅的解析によるカルボニルストレス防御系の解明

本研究では、カルボニルストレス防御機構の一つとして反応性カルボニル化合物を減少させる酵素系に着目し、AKR1C15、カルボニル還元酵素4などのカルボニル化合物還元代謝酵素の性状を明らかにした。その結果、これら酵素は反応性アルデヒドをただ効率よく代謝するだけでなく、これら化合物によって発現誘導されることで、さらに効果的に生体を防御していることが明らかとなった。またこれら酵素における基質特異性はオーバーラップするものの、局在性、触媒活性や発現誘導機構は異なり、細胞小器官別の酸化ストレスに起因する疾病の予防または治療における標的タンパクとなりえる可能性も示唆された。(1)アルドース還元酵素(AR)類似酵素遺伝子のリコンビナント酵素の発現と精製、基質特異性の比較AKR1B13はNADPHを補酵素とし、アルデヒド類を幅広く還元し、また、9,10-フェナンスレンキノンを高い触媒効率で還元した。また、AR阻害剤に阻害され、ゾポレスタットのIC_<50>値は25nMと最も強い阻害を示した。これらの性質はAKR1B13と95%の相同性を示すAKR1B8のものと類似した。一方、R1B7とR1B10はアルデヒド類やカルボニル化合物をほとんど還元しなかった。(2)ラット還元酵素の構造機能相関3α-HSDであるRAKbは^<24>Tyrを3α/17β/20α-HSDであるRAKdの相当する残基Serに置換することで、3α-HSD活性が上昇し、17β-,20α-HSD活性は低下した。^<24>Tyrに加えて^<128>Asp、^<129>PheをRAKdの対応する残基に置換すると、ほぼRAKdと同じステロイド選択性を示した。また、RAKbの^<128>Asp、^<129>Pheに加えて^<137>Serを17β-HSDであるTBER1の対応する残基に置換したところTBER1とほぼ同様の選択性を示した。結果、ステロイド選択性には24番目の残基が重要で、補足的に128、129番目の残基が関与していることが示唆された。(3)ラット還元酵素の組織分布分析14週齢ラットの各組織(脳、肺、心臓、胃、肝臓、腎臓、副腎、小腸、大腸、精巣/卵巣)についてRT-PCRにより各還元酵素の発現を検討した。R1B7は雄では副腎特異的に発現し、雌では副腎に加えて肝臓でも発現を確認した。その他の酵素においては臓器間での発現に差がみられるもののほぼ全ての組織において発現が確認された。カルボニルストレスに対する生体防御システムの一つとして反応性カルボニル化合物を減少させる酵素系に着目し、カルボニル化合物還元代謝酵素の網羅的解析を行った。以下に今年度明らかにした点について列挙する。1.AKRIB13は反応性カルボニル化合物を効率よく還元し、特に3-deoxyglucosoneに対するKm値、触媒効率は主酵素として知られているARに匹敵した。AKR1B13は線維芽細胞成長因子(FGF)誘導性のAKR1B8と95%の相同性を示す。そこで、ラット前立腺上皮細胞、腎臓上皮細胞を用いて、FGF-1、FGF-2、ステロイドによる発現誘導を検討してみたが、発現誘導は確認できなかった。一方、数μMの過酸化水素や1,4-naphthoquinoneで優位にその発現は上昇した。2.ヒトCBR4がN末端の移行シグナルの切断を行わずにミトコンドリアに局在するキノン還元酵素であることを明らかにした。さらに9,10-phenanthrenequinone(9,10-PQ)還元時には、スーパーオキシドが産生され、CBR4過剰発現細胞においてはアポトーシスがより強まったことから、これらo-キノンの毒性発現に関与する可能性も示唆された。3.ペルオキシソーム局在性酵素であるDHRS4は、芳香族ケトンに加え、9,10-PQなどのα-ジカルボニル化合物を還元した。しかし、CBR4とは異なり、ex vivoでの9,10-PQ毒性への関与は確認できなかった。これはペルオキシソームに存在するカタラーゼやスーパーオキシドジスムターゼの活性酸素除去効果が原因と考えられた。以上より、これら還元酵素は反応性カルボニル化合物の解毒において、ただ強力な還元能を発揮するだけでなく、カルボニル化合物によって発現を誘導されることで、さらに効果的に生体を防御していることが明らかとなった。
プロテインチップを用いたテーラーメード膵癌術後補助化学療法実用化の研究

・プロテインチップを用いた抗Annexin II抗体の血中スクリーニング臨床検査部に設置され、既に使用しているProtein Chip System(CIPHAGEN)を用いた。同システムは表面増強レーザー脱離イオン化(SELDI)と飛行型質量分析計(TOF MS)とを組み合わせた方法である。本システムはプロテインチップ、質量分析計およびデータ解析コンピューターからなる。プロテインチップはアルミ板の表面にさまざまな化学的、生物学的装飾を施したものである。プロテインチップのうち、抗体結合チップに抗Annexin IIを結合させた。Annexin IIが強発現した膵癌組織ホモジネートをpositive controlとし、患者抹消血液中のAnnexin IIをスクリーニングする。患者血清は膵癌患者全員の術前、術後、化学療法前、化学療法後を採取し既に-20度に保管してある。またnegative controlは非癌患者である慢性膵炎や良性膵嚢胞患者血清を用いる。Sample bufferは50mMsodium acetate(pH4.5)および50mM Tris-HCl(pH8.5)の二種類にて行う。血清は7M Urea/2 Mthiourea/4%CHAPS/1% DTT/2% ampholitesをsample溶解液とし、PBSにて10倍希釈したものをさらに上記samole bufferで10倍希釈し最終100倍希釈にてチップと反応させた。この方法は、チップ表面にAnnexin IIと特異的に親和性のある抗体を結合させ、このAnnexin IIのみを分離・補足し、質量分析計で測定し分子量と発現量の情報を得るものである。同機はごく微量の蛋白でも検出可能である。また、同チップは同時に8検体測定が可能であり、同一チップ上に異なる条件下の試料を添加も可能である。既に分子量が判明し、かつ特異的抗体をチップに結合させ、血中Annexin IIを検出するため、実現可能である。・プロテインチップを用いた抗Annexin II抗体の尿中スクリーニング膵癌患者抹消血液中のAnnexin IIの検出が確認された後、患者尿中のスクリーニングを行う。既に血液と同様に患者40例の尿サンプルも採取し保管してある。上記、血清・尿検体は全て、おのおの10本ずつ分注され保管されている。方法は上記に記載したものとほぼ同様に行う。尿検体は血液に比べ、蛋白濃度が低いためcentricon10にて濃縮を図った。ヒト膵癌細胞株MIA-PaCa IIを用い、GEM耐性株樹立を試みた。GEM無添加培養液3週間培養後の細胞にて実験を行った。GEM濃度1ng/mlから10,000ng/mlまで細胞選択法にて行い、測定はMTT法にて行った。GEM濃度5ng/mlから1000ng/mlまで野生株に比し耐性株は有意に生存細胞数が多く、3ヶ月後にても耐性作用を維持し、耐性能を示したため報告した(Pancreas.2003;27:220-224)。さらに、その耐性株を用いて2次元電気泳動から分離精製した36kDa蛋白のアミノ酸N末端分析の結果、薬剤耐性因子(Annexin II)も同定した。

ヒト膵癌細胞株MIA-PaCa IIを用い、GEM耐性株樹立を試みた。GEM無添加培養液3週間培養後の細胞にて実験を行った。GEM濃度1ng/mlから10,000ng/mlまで細胞選択法にて行い、測定はMTT法にて行った。GEM濃度5ng/mlから1000ng/mlまで野生株に比し耐性株は有意に生存細胞数が多く、3ヶ月後にても耐性作用を維持し、耐性能を示したため報告した(Pancreas.2003;27:220-224)。さらに、その耐性株を用いて2次元電気泳動から分離精製した36kDa蛋白のアミノ酸N末端分析の結果、薬剤耐性因子(Annexin II)も同定した。GEM無添加賠養液3週間培養後の細胞にて実験を行った。GEM濃度5ng/mlから1000ng/mlまで野生株に比し耐性株は有意に生存細胞数が多く、3ヶ月後にても耐性作用を維持し、耐性能を示したため報告した(Pancreas.2003,27:220-4.)。当科で平成13年以降切除された膵癌患者40例は全員術後に3週投与1週休薬で1000mg/m^2GEMが最低2コース投与されている。この手術膵癌標本を用い、Annexin IIの膵癌組織中の発現量の多寡を調べ、患者のGEMの感受性と無再発生存期間、生存率との相関関係を検討した。さらに現在、末梢血液中のAnnexin IIの発現量を比較検討するため、至適チップの種類を検討中である。・プロテインチップを用いた抗Annexin II抗体の血中スクリーニング臨床検査部に設置され、既に使用しているProtein Chip System(CIPHAGEN)を用いた。同システムは表面増強レーザー脱離イオン化(SELDI)と飛行型質量分析計(TOF MS)とを組み合わせた方法である。本システムはプロテインチップ、質量分析計およびデータ解析コンピューターからなる。プロテインチップはアルミ板の表面にさまざまな化学的、生物学的装飾を施したものである。プロテインチップのうち、抗体結合チップに抗Annexin IIを結合させた。Annexin IIが強発現した膵癌組織ホモジネートをpositive controlとし、患者抹消血液中のAnnexin IIをスクリーニングする。患者血清は膵癌患者全員の術前、術後、化学療法前、化学療法後を採取し既に-20度に保管してある。またnegative controlは非癌患者である慢性膵炎や良性膵嚢胞患者血清を用いる。
CNSループスにおける抗トリオースリン酸イソメラーゼ(TPI)抗体の病原性の検討

以前の報告において、我々は神経精神ループス(CNSループス)患者血清および髄液中に抗TPI抗体がほぼ半数に陽性であることを確認した。今回我々は、抗TPI抗体が病原性をもつ抗体か明らかにするため、以下の実験をおこない、以下の結果を得た。(1)抗TPI抗体がCNSループス患者髄液中でTPIと結合し、免疫複合体を形成しているか?MACSシステムを用いて患者髄液中から免疫複合体を分離し、それを抗原としてSDS-PAGE→Westernblottingをおこなって抗TPI抗体と反応するか試みた。その結果、CNS患者髄液中にはTPI-抗TPI抗体免疫複合体が存在することが判明した。(2)CNSループス患者髄液中のTPI-抗TPI抗体複合体は髄液中で補体を活性化しているか?CNSループス患者を髄液中TPI-抗TPI抗体複合体陽性群と陰性群に分け、それぞれの群で補体活性化分解産物であるC3d濃度(インデックス)を測定したところ、陽性群において有意に上昇を認めた。以上より、CNSループス患者髄液中に存在するTPI-抗TPI抗体複合体は、髄腔中において補体を活性化することでCNSループスの病態に関与する可能性が示唆された。(3)抗TPIモノクロナール抗体の作成と正常マウスへの投与ウサギTPIをマウスに免疫することにより、抗TPIモノクロナール抗体の作成に成功した。抗TPIモノクロナール抗体をBalb/cマウスに投与したが、特に異常行動は示さなかった。BBBにより抗体が髄腔内に移行しないためと考え、ハイブリドーマを直接脳内に投与、その後脳内の抗体の沈着について観察したところ、脈絡膜への抗体の沈着が認められた((3)に関しては未発表)。1.神経精神ループス患者髄液よりμMACSを用いて免疫複合体を分離することに成功した。さらに、分離した免疫複合体をSDS-PAGEにサンプルとしてapplyし、ウェスタンブロッティングで免疫複合体内にTPIが含まれていることを確認した。以上の事は、患者髄腔内において抗TPI抗体がTPIと免疫複合体を形成していることを意味する。さらに、髄液内の抗TPI抗体が陽性の患者群と陰性の患者群に分け、髄液内の補体分解産物であるC3dのインデックスを求めたところ、抗TPI抗体陽性群においてC3dのインデックスが有意に上昇していた。以上より、抗TPIは髄腔内でTPIと免疫複合体を形成し、補体を活性化することにより神経精神ループスの病態に関与している可能性があると考えられた。(以上は現在投稿準備中である。)2.TPIをマウスに免疫し、免疫したマウス血清中に抗TPI抗体が含まれることを確認した後に脾細胞とマウスミエローマ細胞をポリエチレングリコールで融合し、抗TPI抗体を産生するハイブリドーマを作製した。現在限界希釈法でモノクローン化しているところである。3.TPIをマウスに免疫することで抗TPI抗体陽性となったマウスが神経精神症状を来たすか観察しているが、現時点では認められない。恐らく正常マウスにおいて血液-脳関門の機能が働くため、血清中の抗TPI抗体が脳内に到達できないためと考えている。(1)抗TPI抗体がCNSループス患者髄液中でTPIと結合し、免疫複合体を形成しているか?MACSシステムを用いて患者髄液中から免疫複合体を分離し、それを抗原としてSDS-PAGE→Western

blottingをおこなって抗TPI抗体と反応するか試みた。その結果、CNS患者髄液中にはTPI-抗TPI抗体免疫複合体が存在することが判明した。(2)CNSループス患者髄液中のTPI-抗TPI抗体複合体は髄液中で補体を活性化しているか?CNSループス患者を髄液中TPI-抗TPI抗体複合体陽性群と陰性群に分け、それぞれの群で補体活性化分解産物であるC3d濃度(インデックス)を測定したところ、陽性群において有意に上昇を認めた。以上より、CNSループス患者髄液中に存在するTPI-抗TPI抗体複合体は、髄腔中において補体を活性化することでCNSループスの病態に関与する可能性が示唆された。(3)抗TPIモノクロナール抗体の作成と正常マウスへの投与ウサギTPIをマウスに免疫することにより、抗TPIモノクロナール抗体の作成に成功した。抗TPIモノクロナール抗体をBalb/cマウスに投与したが、特に異常行動は示さなかった。BBBにより抗体が髄腔内に移行しないためと考え、ハイブリドーマを直接脳内に投与、その後脳内の抗体の沈着について観察したところ、脈絡膜への抗体の沈着が認められた((3)に関しては未発表)。
シラ－フリーデル・クラフツ反応による芳香族炭素－水素結合の直接的ケイ素化

有機ケイ素化合物は、有機合成化学の観点で有用な合成中間体である。中でも、有機ケイ素反応剤HOMSi (organo-(2-hydroxrymethylphenyl) dimethylsilane)を用いるクロスカップリング反応は、反応剤の資源豊富さや安定性、低毒性、そして反応の基質許容範囲の広さなどからこれまで多く用いられてきた有機ボロン酸などを用いるクロスカップリング反応に代わる反応として期待されている。しかし、電子材料合成に有用なアリールHOMSi反応剤の一般的な合成法はアリール金属反応剤(ArLi、AtMgX...)とハロシランまたはシリルエーテルを反応させる方法であるが、この方法ではアリール金属反応剤に攻撃されるような置換基を有するアリールシランを直接合成することができないことが問題であり使えるHOMSi反応剤に限界があった。そこで、これまでの方法の代替となる穏和な条件でのアリールシランの合成方法として本研究ではシラーフリーデル・クラフツ反応による芳香族炭素-水素結合の直接的シリル化反応を検討した。ベンゾチオフェンとHOMSi反応剤の構造を有するヒドロシランを用いて、トリチルカチオンを用いるシラーフリーデル・クラフツ反応を検討したが、目的の生成物は得られなかった。そこで、先と同様の基質をイリジウム/ジアミン触媒による直接的シリル化反応に適用したところ、対応するアリールシランが収率よく得られることを確認した。用いることができる芳香族化合物はベンゾチオフェンだけでなく、ビチオフェン、ベンゾビチオフェンなど多くの基質で反応が進行することがわかった。今後は更なる基質の検討により汎用性を調べるとともに学術論文に投稿する予定である。本来の目的であったシラーフリーデル・クラフツ反応による直接的シリル化では、種々の条件検討を行ったが目的化合物が得られておらず、目的の反応開発に至っていないため。シラーフリーデル・クラフツ反応による直接的シリル化でのアリールシランの合成には至っていないが、イリジウム/ジアミン触媒による直接的シリル化反応によりアリールシランが合成可能であることが確認できているため、この方法を用いて研究を進めていく必要がある。また、シラーフリーデル・クラフツ反応による直接的シリル化に関しても更なる反応条件の検討を進めていく必要がある。
反応拡散系における遷移ダイナミクスの普遍的性質の探求

パルスダイナミクスにおいてみられる散乱パターンにおいて「分水嶺解」と呼ばれる不安定定常解が相空間における解軌道の振る舞いを特徴付ける本質的な存在であることが明らかになりつつある。しかし、反応拡散系でみられる様々な散乱パターン、特に時・空間非一様性によって引き起こされるパターンの特徴付けを統一的に扱うまでには至っておらず、その足がかりとなる研究を推進する必要がある。本年度は異なる非線形性を持つ2つの方程式を用いてパルスが非一様場を伝播する際にみられる散乱ダイナミクスについて研究を推進した。定常パルス解の複合分岐点近傍においてみられる現象に対して縮約理論を適用することによってパルスダイナミクスを常微分方程式によって表し、非一様性がパルスダイナミクスにどのように影響するかを調査した。バンプ型および周期関数型の場合において解析を行うことによってパルスダイナミクスが変化する際には不安定定常解(分水嶺解)が解軌道を分ける役割を果たすことを明らかにした。分岐点から遠いパラメータにおいてみられる現象、つまり非一様性によってパルスが大きく変形する現象に対しては数値実験によって解析を行い、非一様場によってパターンが変化する際にどのパターンが選択されるかは、分水嶺解から延びる不安定多様体の行き先によって特徴付けられることがわかった。さらに、複数の分水嶺解が現れる方程式においては解軌道が2つ以上分水嶺解の近くを通るようなパラメータで3種類以上の散乱ダイナミクスが見られることを発見した。これらの結果によって大域的分岐図に現れる複数の不安定解から延びる不安定多様体のネットワーク構造を解明することが散乱現象の理解において本質的であることを示唆することができた。1.大域的分岐図の作成反応拡散系に現れる進行波及び周期解を追跡するソフトウェアの開発を行い、発熱反応系に現れる分岐解を追跡した。さらに脈動進行波の出自と分裂の仕組みを調べることによって、この系における複雑時空パターンの発生機構を明らかにした。2.非一様場におけるパルスの散乱パターン反応拡散系に含まれるパラメータの空間非一様性によって引き起こされる進行波の散乱パターンを扱った。進行波解の大域的分岐構造を数値的に調査することによって、散乱パターンが変化する際に解軌道は分水嶺解(不安定定常解)に近づくことを発見した。さらに分岐解析により分水嶺解の不安定次元の変化と散乱パターンの定性的変化が同時に起きることがわかった。また、3つの散乱パターン、通過、反発、分裂の領域が接するパラメータ近傍で解軌道は分水嶺解から分水嶺解へと遷移するテロクリニック軌道に近づくことを発見した。3. 3変数反応拡散系にみられる散乱パターンある3変数反応拡散系においては2つの進行波が対衝突した後、1つの進行波に融合する現象がみられる。数値実験によって融合が起きるためには安定進行波解と不安定定常波解が共存するパラメータ領域が必要であることがわかった。分岐解析により、調査した2変数方程式において融合現象がみられない理由はこの共存領域の消滅と関係していることが明らかになった。さらに3つの散乱パターン、反射、消滅、融合の領域が接するパラメータ近傍では解は2つの異なる不安定定常解を結ぶヘテロクリニック軌道に近づくことを確認した。
無線パルスによる電力/データ伝送と位置情報非利用型データ処理による環境情報認識

微量のエネルギーで動作する多数の単純なセンサから必要最小限のデータを収集し,膨大な計算資源を費やすことなく収集データを処理して,気象,地理・交通情報など種々の環境情報を認識する低消費電力型環境情報認識機構の実現に向けて,(1)無線パルス信号によるセンサ群への電源供給,およびセンサ群からのデータ収集方法,(2)(位置が不明なセンサが収集する)位置属性のない大量の微小データの処理をするための位置情報非利用型データ処理技術を確立する.微量のエネルギーで動作する多数の単純なセンサから必要最小限のデータを収集し,膨大な計算資源を費やすことなく収集データを処理して,気象,地理・交通情報など種々の環境情報を認識する低消費電力型環境情報認識機構の実現に向けて,(1)無線パルス信号によるセンサ群への電源供給,およびセンサ群からのデータ収集方法,(2)(位置が不明なセンサが収集する)位置属性のない大量の微小データの処理をするための位置情報非利用型データ処理技術を確立する.
軟体動物殻体中の真珠層形成に関与する細胞の生化学的解析と株化の試み

当該年度には,軟体動物殻体の形成に関与していると思われる,マントル上皮細胞の培養を行う計画で, CO_2インキュベーター,クリーンベンチ等の交付申請を行った.しかし,申請額を大巾に下回る補助金しか交付されなかったため, CO_2インキュベーターの購入しか行えず,研究計画を大巾に縮小せざるを得なかった.まず,採集したカラスガイ生体を,本学付属の水生動物飼育施設で飼育し,一定期間経過後,マントル上皮組織を採取した.採取した組織片は,十分に洗浄するなどの前処理後,無血清人工培地を用いて, 23°Cで10%のCO_2を含む空気を送りながら, CO_2インキュベーター中のシャーレ内に入れ,細胞の培養を試みた.培養中の細胞は,学内の他の研究室から借用した例立顕微鏡で,普通光と位相差光の両方で観察した.その結果,培養開始から数時間以内に細胞の逆襲が始まり,町井(1975)の観察した細胞遊出帯に数似の構造を認め,現在引き続き培養の継続と,細胞の観察を行っている.町井(1975)によると,この後観察を続けると,組織原片周囲に有機物が分泌されてくると言われ,今後は,この有機物を採取してその生化学的分析を行うことが可能であると考えられる.また,この有機物の分析結果をとう外液の生化学分析の結果と比較対照することも必要であろう.さらに,培地に関しても,町井(1975)により示された培地を始めとして,より適当な培地を作成する必要がある.この場合,軟体動物の生息環境が問題となるため,淡水生種だけではなく,アコヤガイなどの海生種の細胞培養も行うことを考慮するつもりである.当該年度には,軟体動物殻体の形成に関与していると思われる,マントル上皮細胞の培養を行う計画で, CO_2インキュベーター,クリーンベンチ等の交付申請を行った.しかし,申請額を大巾に下回る補助金しか交付されなかったため, CO_2インキュベーターの購入しか行えず,研究計画を大巾に縮小せざるを得なかった.まず,採集したカラスガイ生体を,本学付属の水生動物飼育施設で飼育し,一定期間経過後,マントル上皮組織を採取した.採取した組織片は,十分に洗浄するなどの前処理後,無血清人工培地を用いて, 23°Cで10%のCO_2を含む空気を送りながら, CO_2インキュベーター中のシャーレ内に入れ,細胞の培養を試みた.培養中の細胞は,学内の他の研究室から借用した例立顕微鏡で,普通光と位相差光の両方で観察した.その結果,培養開始から数時間以内に細胞の逆襲が始まり,町井(1975)の観察した細胞遊出帯に数似の構造を認め,現在引き続き培養の継続と,細胞の観察を行っている.町井(1975)によると,この後観察を続けると,組織原片周囲に有機物が分泌されてくると言われ,今後は,この有機物を採取してその生化学的分析を行うことが可能であると考えられる.また,この有機物の分析結果をとう外液の生化学分析の結果と比較対照することも必要であろう.さらに,培地に関しても,町井(1975)により示された培地を始めとして,より適当な培地を作成する必要がある.この場合,軟体動物の生息環境が問題となるため,淡水生種だけではなく,アコヤガイなどの海生種の細胞培養も行うことを考慮するつもりである.
三次元集積化に向けたスケーラブルな積層構造シリコン量子ビットに関する研究

本研究では,シリコン量子ビットのスケーラブルな三次元集積化を目指して,積層構造の集積量子ビットを提案する.量子計算では論理値を増やし量子誤り訂正等を行うため,量子ビット数を増やすことが必須であるが,従来研究は複数量子ビットを一次元配列したものが多く,スケーラビリティに限界があった.本研究では,三次元にスケーラブルに拡張可能な構造として,Si/SiGe積層膜プロセスを利用して縦に量子ビットを積む積層量子ビットを提案する.シリコン量子ビットのスケーラブルな3次元集積化を目指して、積層構造の集積量子ビットを提案し、試作・実測をとおしてその概念を実証することを目指す提案である。具体的には、Si/SiGe積層膜を用いて4量子ドットを集積化して3次元量子ビット集積化を実現することを目的としている。量子誤り訂正等を行うため量子ビット数を増やすことが必須であるが、半導体量子ビットで現在までに複数量子ビットの動作が確認されているのは1次元配列の場合のみであった。本課題はその高集積を目指した3次元化とVLSIとの整合性を重視したものであり、実用化を意識してVLSI最先端プロセスを意識した着眼点は優れている。本研究では,シリコン量子ビットのスケーラブルな三次元集積化を目指して,積層構造の集積量子ビットを提案する.量子計算では論理値を増やし量子誤り訂正等を行うため,量子ビット数を増やすことが必須であるが,従来研究は複数量子ビットを一次元配列したものが多く,スケーラビリティに限界があった.本研究では,三次元にスケーラブルに拡張可能な構造として,Si/SiGe積層膜プロセスを利用して縦に量子ビットを積む積層量子ビットを提案する.
遺伝子の発現情報に基づく生命現象の因果性に関する統計解析

本研究では、発現プロファイルデータに既知の生物学的知見を加えて遺伝子間の因果性を推定する統計的手法を開発し、関連の有無や強弱に加え遺伝子間の因果性の解明を行った。また、開発した手法をウェブツールとして広く公開した。本研究で開発した手法は、数値データに既知の生物学的知見を加えた統計的手法であり、この手法を用いることによって、遺伝子間の発現相互作用について関連性の有無や強弱に加え遺伝子間の因果性の解明までを行うことが可能になった。平成18年度は、以下の項目について研究を行った。(1)収集した発現プロファイルデータの統合本研究では、複数の実験から得られた発現プロファイルデータを扱うため、データフォーマットが異なる複数のデータの統合を行った。細胞周期関連遺伝子群間の相互作用を解明するためには、実験条件等を考慮し、複数の実験結果の中から、実際に細胞周期中に起こる発現変動を測定したデータの選択を行った。デーフォーマットの違いや、サンプル間格差があるため、これらのデータから解析に必要な部分を抽出し、Z変換によってサンプル間格差を除きデータ統合を行った。(2)遺伝子選択を行う統計的手法の開発ゲノムレベルで測定された発現プロファイルデータから、細胞周期の各段階において、特異的に発現変動している遺伝子群の選択を行った。本研究では、遺伝子選択の標準となる統計的手法の確立を目指していることから、前段階でZ変換を行ったことから、標準偏差を閾値とした遺伝子選択手法と、標準正規分布における確率密度関数を元にした遺伝子選択手法の開発を行った。(4)遺伝子発現の因果性を解析する統計的手法の開発本研究の準備としてグラフィカル・ガウシアン・モデルは、遺伝子間相互作用の推定に有用であると考えられた。そこで、このモデルをさらに発展させ、因果性までを推定することができる統計的手法を開発として、既知の情報を考慮したグラフィカル連鎖モデルの適用を考えた。(5)開発した統計的手法の発現プロファイルデータへの適用グラフィカル連鎖モデルを、出芽酵母・分裂酵母の細胞周期に関連した発現プロファイルデータに適用し、細胞周期における遺伝子発現の因果性推定を行った。(6)推定した因果性の強弱を評価する統計検定グラフィカル連鎖モデルでは、相互作用の強さが偏相関係数という数値データとして得られた。よって、相関係数のt検定を行い、有意に強い因果性の抽出を行った。平成19年度は、研究目的の4,5,6について主に行った。まず,統計的に有意な因果関係を持つ遺伝子群について,既知の制御関係との比較検証を行い,開発した手法の評価を行った。具体的には,収集した既知の制御関係データを,1)細胞分裂に関与する制御関係2)恒常的に行われる制御関係3)特定の条件下で起こる制御関係の3種類に分類し,分類した既知の制御関係それぞれと,本研究で開発した統計的手法にて推定された遺伝子発現の因果性を比較し,開発した統計的手法によって得られる生物学的知見の正当性評価を行った。次に,統計的に有意な因果関係を持つ遺伝子群について,コードタンパク質の生化学的機能という視点から,推定した因果関係の正当性を評価した。具体的には,Yeast Proteome Database(YPD)やmips,TRANSFACから,出芽酵母・分裂酵母におけるコードタンパク質の生化学的機能に関するデータの収集を行い,推定された因果性について,生命維持における生化学的機能の関係性や転写因子の結合サイトの有無などを調べた。さらに,細胞周期や発生段階における既知の知見から,推定した因果関係の評価を行った。ここでは,ヒト肝臓ガンの進行過程を中心に,各ステージの発現プロファイルデータの収集と整備を行い,各段階における遺伝子発現を測定した発現プロファイルデータから先に確立した遺伝子選択の統計的手法に基づき,ステージ特異的に発現している遺伝子群の選択を行った。さらに,線虫・ショウジョウバエ等,発生研究が盛んなモデル生物について,発生の各段階における遺伝子発現を測定した発現プロファイルデータをSMD以外のデータベースからも網羅的に収集した。本研究は、発現プロファイルデータに既知の生物学的知見を加えて遺伝子間の因果性を推定する統計的手法を開発し、実際に開発した手法によってこれまで困難であった経時的な遺伝子発現の制御システムの解明を目的としている。平成20年度は、研究目的7,8について主に行った。第一に、これまでに開発してきた因果性推定手法を遺伝子発現プロファイルデータに適用し、細胞周期の制御システムの解明を行った。具体的には、異なった経時的に変化する細胞間における遺伝子間の制御ネットワークを推定するために、これまでに開発した統計的手法を細胞周期の発現プロファイルデータに適用し、遺伝子発現の因果性を推定した。次に、解析対象とした出芽酵母や大腸菌などモデル生物の既知の知見として、GenBankからのゲノム配列情報、コードタンパク質の生化学的機能に関する情報などを収集し、それらを統合的に扱えるようにデータフォーマットの整備を行った。さらに、整備した既知の発生制御に関する既知の知見と、推定した遺伝子間の因果性との整合性を調べた。

最終的には、比較した既知の生物データと推定した因果性の中で、実験的には確認されていないものの生物学的に有り得ると判断された因果性の抽出を行い、これらの因果性の有意性の評価を行った第二に、新規知見を得るために有用と判断された統計的手法のソフトウェアとウェブツールとして公開した。具体的には、これまでの研究によって、確立した遺伝子発現の因果性推定のための統計的手法をプログラムパッケージとして開発した。さらに、開発したプログラムパッケージを統合的な遺伝子相互作用推定サーバに組み込み、ウェブ上での公開を行った。また、公開したウェブツールについて外国および国内書籍にて広く紹介した。本研究で開発された統計的手法をウェブ上で公開したことによって、実験研究者による遺伝子間の因果性解析が推進され、生命システムの解明に貢献できたと考える。
CP非保存に関する諸問題:バリオン非対称性、Bの崩壊、Wの3点関数を中心として

トップクォークやBメソンの部分崩壊幅に現れるCP非対称性を研究した。トップクォークの場合、標準的な崩壊モードt→b+Wに現れるCP非対称性の大きさは、超対称性模型の場合に0.001程度になる可能性があり、LHC等の次期ハドロン加速器実験で観測できるかもしれない。Bメソンの場合には、放射崩壊B→Xs+γに、最大0.1程度の非対称性が起こる可能性があり、これはBファクトリーで十分測定できる値である。更に、B→π+η^1過程を用いると、非常に大きなCPの破れが直接観測される可能性が判明した。拡張された標準模型がWWZ3点相互作用に及ぼす影響を調べた。3点結合でCPを破るものは、標準模型では高次補正にのみ現れ、近い将来の実験においては観測不可能であるが、超対称性模型およびベクトルライク・クォークの場合には如何であるかを調べた。超対称性模型の場合には、WWZに現れるCPを破る結合は1ループグラフから生じるので、近い将来の電子・陽電子散乱実験で検出が可能な程に大きい値であった。一方、ベクトルライク・クォーク模型の場合は、超対称性模型に比べて残念ながら小さな値であった。次に、「HERAアノマリー」の理論的解析を行った。この現象を、R-パリティーを破る超対称性模型のスカラートップ粒子の生成で説明するシナリオを、Tevatron実験と原子を用いたパリティーの破れの実験の双方から、より強い制限を付けた。更に、光子-光子衝突型加速器の物理を研究した。光子-光子衝突で中間状態で生成される、超対称性模型の重い方のスカラー・ヒッグス粒子と偽スカラー・ヒッグス粒子の干渉効果を、2つの粒子の質量が近い場合に調べた。
尿路上皮癌血中遊離DNA断片によるAIを活用した診断とその遺伝子変異の臨床応用

尿路上皮癌のcfDNAの断片長に着目し、短小化メカニズムの解明を行うとともに、人工知能(AI)を活用した早期診断システムを開発すること、また、循環腫瘍DNAを同定することで、薬剤選択や治療モニタリングに応用することを目的とする。
セレン元素を含む各種活性種を用いたヘテロ環状化合物の合成開発

複数の活性点を有する化合物は、ヘテロ環状化合物の合成原料として有用である。しかしながら、セレノ尿素、セレノアミド、セレナザジエン、アセチレンセレニドなどセレン元素を含んだこれら化合物の応用例は比較的少ない。近年我々は、上記セレノ尿素、セレノアミド、セレナザジエン、イソセレノシアネート、アセチレンセレニドなどの調製法を確立した。これらの応用としてヘテロ環状化合物の調製法について検討した。その結果、セレナザジエンを用いて、クロロアセトニトリルとの反応から1,3-セレナゾール-5-カルボニトリルを、クロロアセチルクロリドとアミンの反応から1,3-セレナゾール-5-カルボキシアミドを、ハロケトンとの反応により5-アシル-2-アミノ-1,3-セレナゾールの調製法を確立した。さらに、セレノ尿素を用いてクロロアセトニトリルとの反応から2-アミノ-1,3-セレナゾール-4-イミニウムクロリドを、ケトンやアルデヒドとの反応から5-アシル-2-アミノ-1,3-セレナゾールの調製法を確立した。また、イソセレノシアネートを用いる事により1,2,4-トリアゾール、1,3-セレナゼチジン、1,3-セレナゾール、1,3-セレナジンや1-チア-6-オキサ6aλ4-セレノ-3-アザペンタレンの合成法を確立した。このようにセレン元素を含んだ各種活性種を用いることにより新規ヘテロ環状化合物の調製が可能であることを確認した。今年度は、単離が困難なアレニルセレノケテンの生成をReactIRを用いて確認するとともにアルキルセレノシクロブテンを調製した。また、セレナザジエンを用いて、クロロアセトニトリルとの反応から1,3-セレナゾール-5-カルボニトリルを、クロロアセチルクロリドとアミンの反応から1,3-セレナゾール-5-カルボキシアミドを、ハロケトンとの反応により5-アシル-2-アミノ-1,3-セレナゾールの調製法を確立した。さらに、セレノ尿素を用いてクロロアセトニトリルとの反応から2-アミノ-1,3-セレナゾール-4-イミニウムクロリドを、ケトンとの反応から5-アシル-2-アミノ-1,3-セレナゾールの調製法を確立した。現在、セレノアミドやイソセレノシアネートを用いた新規ヘテロ環状化合物の調製について鋭意検討中である。その結果、セレナザジエンを用いて、クロロアセトニトリルとの反応から1,3-セレナゾール-5-カルポニトリルを、クロロアセチルクロリドとアミンの反応から1,3-セレナゾール-5-カルボキシアミドを、ハロケトンとの反応により5-アシル-2-アミノ-1,3-セレナゾールの調製法を確立した。

さらに、セレノ尿素を用いてクロロアセトニトリルとの反応から2-アミノ-1,3-セレナゾール-4-イミニウムクロリドを、ケトンやアルデヒドとの反応から5-アシル-2-アミノ-1,3-セレナゾールの調製法を確立した。また、イソセレノシアネートを用いる事により1,2,4-トリアゾール、1,3-セレナゼチジン、1,3-セレナゾール、1,3-セレナジンや1-チア-6-オキサ6aλ4-セレノ-3-アザペンタレンの合成法を確立した。このようにセレン元素を含んだ各種活性種を用いることにより新規ヘテロ環状化合物の調製が可能であることを確認した。
小脳プルキンエ細胞樹状突起におけるカルシウムシグナリングの解析

細胞内Ca^<2+>放出チャンネルである1型イノシトール3リン酸受容体(IP3R1)は小脳プルキンエ細胞に非常に豊富に発現しており、ERからのCa^<2+>放出の主要な機能を担っている。プルキンエ細胞樹状突起でのCa^<2+>動態はきわめて複雑な時間,空間的特性をもっており、細胞内メカニズムを厳密かつ精妙に制御している。平行線維入力時のプルキンエ細胞樹状突起のCa^<2+>動態において、細胞外からの流入・細胞内放出機構それぞれの関与の度合いを詳細に検討した。50Hz、38発の刺激で見られるCa^<2+>の流入と細胞内からの放出による二相性のCa^<2+>上昇は、刺激回数を増加すると一相性となり、持続時間は刺激回数に比例し、50発刺激ではCa^<2+>上昇は68秒程度持続し、Ca^<2+>濃度は200μMにまで上昇していると推定された。この大きなCa^<2+>上昇はほとんどがCa^<2+>流入によるものであり、更にNa^+濃度とCa^<2+>濃度変化を比較した結果、P型Caチャンネルを通ったCa^<2+>がその本態であることを明らかにした(Kuruma et al.,2003)。更に小脳皮質の生後発達に伴うCa^<2+>放出活性の変化を検討するため、異なる日齢のマウスを用いて二相性Ca^<2+>上昇を観察した。23週齢のマウスのプルキンエ細胞ではCa^<2+>放出が相対的に大きく、4週齢以降では逆にCa^<2+>流入の方が大きかった。すなわち平行線維刺激で誘起されるプルキンエ細胞樹状突起のCa^<2+>動態は2週前後の幼弱なマウスにおいてはCa^<2+>放出がCa^<2+>流入よりも支配的であり、成長に伴ってそれが逆転することが示された。2週と4週齢のマウスを用いて平行線維・プルキンエ細胞シナプスのLTDの起こりやすさの差異を検討した。2週齢では平行線維刺激のみでLTDを起こす場合が見られ、同時に測定したCa^<2+>放出活性の大きさとLTDの度合いに相関が見られた。同じ刺激方法では4週齢ではLTDは見られなかった(投稿準備中)。以上の結果から、小脳皮質が発達・成熟をする2週齢前後では、シナプス結合の可塑的変化や成熟化にシナプス後部のCa^<2+>放出能が重要な役割を果たしているという結論に至った。プルキンエ細胞樹状突起でのCa^<2+>動態はきわめて複雑な時間・空間的特性をもっており、細胞内メカニズムを厳密かつ精妙に制御している。2週齢から4週齢は小脳皮質が発達・成熟を遂げる時期であり、シナプス結合の可塑的変化や成熟化にシナプス後部のCa^<2+>放出能が関与している可能性を示唆する。

平行線維入力時のプルキンエ細胞樹状突起のCa^<2+>動態において、細胞外からの流入・細胞内放出機構それぞれの関与の度合いを詳細に検討した。50Hz、38発の刺激で見られるCa^<2+>の流入と細胞内からの放出による二相性のCa^<2+>上昇は、刺激回数を増加すると一相性となり、持続時間は刺激回数に比例し、50発刺激ではCa^<2+>上昇は68秒程度持続し、Ca^<2+>濃度は200μMにまで上昇していると推定された。この大きなCa^<2+>上昇はほとんどがCa^<2+>流入によるものであり、更にNa^+濃度とCa^<2+>濃度変化を比較した結果、P型Caチャンネルを通ったCa^<2+>がその本態であることを明らかにした(Kuruma et al.,2003)。更に小脳皮質の生後発達に伴うCa^<2+>放出活性の変化を検討するため、異なる日齢のマウスを用いて二相性Ca^<2+>上昇を観察した。23週齢のマウスのプルキンエ細胞ではCa^<2+>放出が相対的に大きく、4週齢以降では逆にCa^<2+>流入の方が大きかった。すなわち平行線維刺激で誘起されるプルキンエ細胞樹状突起のCa^<2+>動態は2週前後の幼弱なマウスにおいてはCa^<2+>放出がCa^<2+>流入よりも支配的であり、成長に伴ってそれが逆転することが示された。2週と4週齢のマウスを用いて平行線維・プルキンエ細胞シナプスのLTDの起こりやすさの差異を検討した。2週齢では平行線維刺激のみでLTDを起こす場合が見られ、同時に測定したCa^<2+>放出活性の大きさとLTDの度合いに相関が見られた。同じ刺激方法では4週齢ではLTDは見られなかった(投稿準備中)。以上の結果から、小脳皮質が発達・成熟をする2週齢前後では、シナプス結合の可塑的変化や成熟化にシナプス後部のCa^<2+>放出能が重要な役割を果たしているという結論に至った。
半導体レーザとホットワイヤ法の融合による中厚板材料の高品質溶接技術に関する研究

大型船舶で多く用いられる,中厚板鋼材の下向き突合せ継手および立向き突合せ継手を対象に実験を実施した。【対象1】板厚:20mm(造船用高張力鋼板KA36),継手形状:下向き突合せ継手,【対象2】板厚:50mm(造船用高張力鋼板EH40),継手形状:立向き突合せ継手本年度は,主に以下の項目について検討した。(1)高出力半導体レーザによるビーム形状制御の検討:ホットワイヤ・レーザ溶接中の高速度カメラによる溶融現象の把握,ツインレーザ合成による高精度エネルギー密度制御,ツインレーザ合成・ウィーブング光学系による高精度エネルギー密度制御・施工性向上(2)マルチ可視化センサーを用いたモニタリング:ホットワイヤ・レーザ溶接中の溶接現象モニタリングの実施(3)ホットワイヤ・レーザ溶接継手の特性評価:適正条件で作製した継手の特性評価(4)中厚鋼板大型試験体継手での溶接施工検証:大型継手に対応したホットワイヤ・レーザ溶接システムの検討検討項目(1)では,高出力6kW半導体レーザ発振器2台および高速度カメラを用いて,【対象1】の供試材料・継手に対して狭開先1パス下向溶接を,【対象2】の供試材料・継手に対して1パス立向溶接を実施し,各項目を検討した.(2)では,高速度カメラおよびマルチセンサーカメラを用いた基礎データの収集を実施した.(3)では,小型試験片を用いた継手を作製し,硬さ試験,シャルピー衝撃試験などを実施した.(4)では,【対象1】の大型の立向き溶接システムの基礎検討を行った.【対象1】【対象2】の継手共に適正条件の導出でき,欠陥の無い良好な特性を有する継手を作製することができた.【対象1】(板厚:20mm(造船用高張力鋼板KA36),継手形状:下向き突合せ継手)に対しては,狭開先1パス溶接について検討した.6kW高出力半導体レーザ発振器を2台用い,それぞれのレーザビーム形状・寸法を制御して組み合わせることで,板厚20mmの厚鋼板を1パスで溶接できる可能性を得ることができた.高速度カメラを用いた溶接中の可視化画像によって,溶接現象の詳細な検討が可能になり,欠陥発生の予測に繋がる基礎データを得ることができた.適正に作製できた継手に対して,硬さ試験,引張試験,シャルピー衝撃試験を実施し,良好な結果を得ることができた.【対象2】(板厚:50mm(造船用高張力鋼板EH40),継手形状:立向き突合せ継手)に対しては,6kW高出力半導体レーザ発振器を2台用い,片方にウィービングヘッドを適用し,それぞれのレーザビーム形状・寸法を制御して組み合わせることで,板厚50mmの厚鋼板を1パスで溶接できる可能性を得ることができた.高速度カメラを用いた溶接中の可視化画像によって,溶接現象の詳細な検討が可能になり,欠陥発生の予測に繋がる基礎データを得ることができた.適正に作製できた継手に対して,硬さ試験,シャルピー衝撃試験を実施し,良好な結果を得ることができた.マルチセンサーカメラを用いた可視化・温度計測では,可視化用レーザの故障によって当初予定の可視化像を得ることができなかったが,2次元温度場を比較的高精度に取得できるめどを得た.大型試験体に向けた溶接システムの検討では,立向き継手に対して大型試験体に対応できるシステムの目処を得ることができた.【対象1】(板厚:20mm(造船用高張力鋼板KA36),継手形状:下向き突合せ継手)に対しては,狭開先1パス溶接の実現に向けて次の検討を行う.ツインレーザビームの形状・寸法の最適化による高精度入熱制御の実現を発展させる.ウィービングヘッドも適用し,施工安定性向上,施工能率向上,欠陥防止,適正な継手強度特性の実現を目指す.【対象2】(板厚:50mm(造船用高張力鋼板EH40),継手形状:立向き突合せ継手)に対しては,ツインレーザビーム,ウィービンビーム制御などを組み合わせ,小型試験片を用いて高精度入熱制御,施工安定性向上,施工能率向上,欠陥防止を目指す.また,各種溶接条件が,欠陥発生,継手特性(硬さ,引張試験,シャルピー衝撃値,曲げ試験)に及ぼす影響を把握する.溶接中モニタリング技術の開発では,高速度カメラによる溶融池およびホットワイヤ挙動の定量化,マルチセンサーカメラによる温度計測,それらデータによる欠陥発生予測などを検討する.大型試験体に向けた溶接システムの検討では,立向き継手に対して実現に向けた設計を始める.下向き継手に対しては,スライダーあるいは多関節ロボットを使用した溶接システムの検討を実施する.大型船舶で多く用いられる,中厚板鋼材の下向き突合せ継手および立向き突合せ継手を対象に実験を実施した。(1)高出力半導体レーザによるビーム形状制御の検討:ホットワイヤ・レーザ溶接中の高速度カメラによる溶融現象の把握,ツインレーザ合成による高精度エネルギー密度制御,ツインレーザ合成・ウィーブング光学系による高精度エネルギー密度制御・施工性向上(2)マルチ可視化センサーを用いたモニタリング:ホットワイヤ・レーザ