hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
走査型電子増強ラマン分光顕微鏡の開発と界面化学計測への応用

試料としては具体的には線維状のアミロイドβ蛋白質で実験を行い、その結果、全反射プリズムの上にITOを着けて全反射励起で照射する方法でラマン分光計測ができることを確認した。またアミロイドβ蛋白質や、脂質ナノチューブ、脂質ナノプレートに探針を押し込むことで、力学物性計測ができることも確認した。装置の完成まではあと1年程度を要する見込みとなってしまったが、力学的に変形を加えながらのラマン分光計測へも路を拓くことができた。これにより脂質や蛋白質(の集合体の)弾性物性の分子起源に迫れる可能性が高まった。空間分解能、表面凹凸検知能をこの新しい光学配置で実現するべく、金属を配位した脂質ナノチューブでの水中FM-AFM計測を金沢大学福間剛士教授の御助言・ご協力をいただき、分子レベルでの解像度があることを確認、また東京理科大学駒場慎一教授の御助言・ご協力のもと、電池の電極材料表界面への計測への展開が開かれた。本年度は、フェムト秒レーザーとの組み合わせを行うため、近赤外領域で波長可変のチタンサファイアレーザーとの組み合わせの光学系を構築した。こちらは、特に問題なく進展した。ただし、フェムト秒のレーザーは、その短い時間幅からくる波長方向の幅から、ラマンスペクトルのエネルギー分解能がでないため、純粋に共鳴的電子移動を誘起するために使用する必要がある。そのためラマン計測は、同軸に入れた633nmのHe-Neレーザーで行う光学系を設計した。また、信号強度が通常のラマン散乱より1万倍ほど強い共鳴ラマン散乱で、同様の電子増強効果の有無を検証する目的で、カーボンナノチューブの共鳴ラマン散乱計測を意識した、785nm励起の系も設計した。24年度が最終年度であるため、記入しない。チタンサファイアレーザーの繰り返し周波数が76MHzなので、これと同期して強度変調する633nmのラマン信号強度変化を拾うことで、探針先の電子増強効果を定量的に評価していく。このとき、チタンサファイアレーザーの波長を800nm以上に設定することで、633nmのラマン散乱の妨害にならないようにする点がポイントである。一方試料は、近赤外光での電子励起になるので、金属-吸着分子複合系で、近赤外領域に吸収の現われるシステムを検討していく。また、ラマン増強効果をより顕著に検出するため、もともと共鳴ラマンを起こし、トンネル電子のOn,Off時の共鳴ラマン強度の違いを検討することも考えている。この目的のため、カーボンナノチューブ1本をタングステン探針の先端に修飾したSTM探針の作成し、こちらは、STMモードで電圧の印加の周期と同期した共鳴ラマン信号を同期検出することで、トンネル電流(電子)の有無による増強効果を検討していく。
硬組織蓄積性放射線傷害の概念に基づいた新たながん放射線治療有害事象の予防戦略

本研究では、放射線が引き起こす硬組織への直接的影響を明らかにする。更に、放射線療法における歯の放射線防御方法の確立を目指す。放射線照射による硬組織への物理化学的な直接的影響により、う蝕感受性が上昇し多発性う蝕が引き起こされるという仮説のもと、1・2年目はその直接的な影響について検討する。最終年度では、頭頸部放射線療法における歯牙放射線防御装置のう蝕発生軽減作用について検討する。ます歯牙防御装置の条件検討を行う。次に、患者の放射線照射時の装置装着群と非装着群を比較し、多発性う蝕の発生頻度を観察する。放射線性多発性う蝕は治療終了後12年後に生じるため、期間終了後も引き続き観察を行う予定である。
LSI上の集積に向けたアモルファスシリコン3次元光回路の実現

本研究では多層構造の光回路を実現するためにa-Si:Hを用いた多層導波路間の信号伝送用層間グレーティングカプラの研究進めてきた。これまで設計及び作製を行ってきた層間グレーティングカプラはUniformな回折格子を有しており、層間の距離に依存して結合効率が変化していた。そこで、回折格子から出てくる光の放射光分布を進行方向に対して左右対象となるようにするアポダイゼーションを導入することで受光側のグレーティングカプラでの反射や透過を無くす構造検討を行った。その結果、放射光波形は進行方向に対して対象性を持つようになり、1μm4μmの層間距離における層間グレーティングカプラの結合効率が90%以上を維持できるよう設計した。さらには回折格子の中心周期を620nmから665nmまで長くすることによって結合効率の3dB帯域が従来の60nmから200nm以上にまで改善した。また、上記の層間グレーティングカプラに加え、本博士論文のテーマである3次元光回路に用いられる外部への信号取り出し用ファイバグレーティングカプラの設計も行った。ここではグレーティングカプラからの放射光分布をファイバのモード分布に近づける必要がある。設計としては回折格子の溝幅を50nmから230nmまで徐々に増やすアポダイゼーションをすることで90%以上の結合効率が数値計算で得られた。次に、作製誤差などを考慮して最初の短い溝幅を周期的に並べた穴に置き換えた構造を提案し、設計した。最も小さい線幅を100nm以上に制限しており、直線のみのグレーティングに比べてもほぼ同等の特性である87%の結合効率を数値計算により得た。実際に作製した素子では露光条件の関係上、設計した回折格子の溝幅より大きい溝幅になった。その結果、グレーティングカプラとファイバとの結合効率は70%になっている。本研究課題は平成26年度が最終年度のため、記入しない。平成25年度には多層間グレーテイングカプラの高効率動作を実現した。以前までの多層間グレーティングカプラでは2つのグレーティングカプラを上下に積層した構造になっているため、上下対象な特徴を持つ。従って回折格子で放射される光は互いのグレーティングカプラへの方向以外に、グレーティングカプラの反対方向に放射される成分(損失分)がある。今回は反対方向に放射される成分を抑えるために多層間グレーティングカプラの上下に金属ミラーを導入した構造を作製した。金属ミラーを取り入れる際に重要なポイントは金属ミラーからグレーティングカプラまでの距離を制御することである。それは回折格子から放射される光とミラーから反射して戻ってくる光間で位相整合が行われる必要がある。今回には設計値800nmに対して790795nm程度で距離を制御しており、その結果、当初目標としていた80%を超える83%の結合効率を達成できた。結合効率が半分になる3dB幅も60nmを超えており、良好な特性を示した。上記の結果は結合形導波路に比べて比較的遠い層間距離1μmでも高効率かつ高密度な3次元Si多層光配線が可能であることを示すとともに、83%の効率はグレーティングカプラ構造を採用した結合器の中では世界で最も高い効率であり、金属ミラーによる高効率動作化や高い精度の作製技術も確かめられた。本年度では計画当初予定していた結合効率80%を超える83%の効率を達成した。

計画以上に研究を進めており、現在は次のステップの準備に着手している。これまでのグレーティングカプラは結合効率が層間距離に依存する特性を示していた。その原因は各層の回折格子の間で放射波の多重反射が発生しているためである。多重反射を抑制するためにグレーティングのアポダイゼーションを行い、送信側から放射される光波と受信側グレーティングのモードプロファイルを一致させることを予定している。また、層間結合器以外にもファイバカプラや光源の集積など3次元光回路の実現に向けて各種デバイスの融合を計画している。
量子力学の日本への移入と物性分野の展開に関する歴史研究

原子分子分野に着目して量子力学の日本への移入を検討するにあたっては、物理学者だけではなく、量子力学を使う分野にかかわる化学者にも注目する必要があることがわかった。そこで、化学者も射程に入れて、調査・考察を進めるようにした。1930年近くになってくると、量子物理学の拠点が分散し、日本人研究者の留学先も多彩になってくることから、1928年以降1940年頃までの日本人物理学者・化学者の留学先や、当時で学問的影響を受けた人物などを個別の研究者の回想録や日記等で確認し、一覧できるようにした。その上で、ヨーロッパの状況を伝える先行研究と突き合わせた。その結果、この時期になると、量子物理学にかかわる分野内部での発展だけでなく、ナチスの台頭による研究者の移動が、日本人の移動や課題の設定にも影響していることがわかった。さらに日本人研究者の調査を追加し、この一覧を充実させていく計画である。化学者にも量子力学が必要になり、留学先や日本で学ぶことになる。ただし、学んだ内容のばらつきは物理学者以上に大きい。物理学者と同じテキストで学んだ者もいれば、シュレディンガー方程式が解ければいいという程度の者まで存在した。化学者による量子力学の受容や、彼ら向けの教育については、量子化学に限定せず、より広い視点から考察する必要があることがわかったので、引き続いて検討していく。物理学と化学は性格の違う学問である。両者の境界にある問題は双方からのアプローチがなされるが、それらは異なった理念に基づいている。その違いをより具体的に把握するために、化学者の中に物理学から小谷正雄が一人だけ加わる形で1930年代前半に組織された、学術振興会の触媒研究第13委員会の活動に着目するのが適当と判断し、資料収集を開始した。昨年度の考察の上に、さらに議論を重ね、検討すべき問題を具体化することができた。また、連携研究者の問題関心を尊重した上で調査を分担し、有効な相互協力のもとに考察を進めることもできた。今後行うべきことも明確になっている。ただ、研究組織外部へ研究成果を公開し、議論を深めるところまでは進んでいない。そのため、このような評価にした。当初の計画とは違う展開になり、調査の対象が変更された。平成30年度に行う予定だった京都方面での調査はなくなったが、その後に計画していた東京方面での調査を前倒しして、しかも、より広くていねいに行う必要がでてきた。海外での調査も、国内のことが終わった3年目に実施するように計画を変更した。ただし、国内のことが明確になった時点で、研究組織外へと開いた形での研究会は実施する計画である。研究課題に掲げた「物性物理」という概念はあまりに漠然としているので、問題の絞り込み、今日の物理学で「原子・分子」と呼ばれる分野の形成過程に焦点をあて、物理学・化学双方からなされたアプローチを1930年代から1960-61年までに重点を置いて、包括的に検討するとして、研究対象をより限定した。なお、20世紀後半には量子化学・理論化学・計算化学がほぼ同義に使われていることを念頭において、考察することも確認した。量子力学移入期の日本において、物理学と化学を「その学科で学び、職を得た研究者」として識別する、実際の著書や論文を見て識別する、といった作業を行った。化学向けの著作と称しても物理向けのものとほとんど変わらないと現時点では思われる。また、1920年代前半の理化学研究所・西川正治研究室において、多くの分野を横断する形で結晶構造の解析がなされており、化学者が量子力学に触れるための下地が作られていることがわかった。リオデジャネイロでの国際科学史会議の量子物理学に関するシンポジウムで杉浦義勝と量子力学の日本への移入にかんする招待講演を行ない、あわせて情報収集を行った。量子力学発祥の地に近いヨーロッパ諸国では、著名とはいえない研究者が書いているが、先端の量子力学を学ぶ上で役に立つ教科書があったことがわかった。そのような教科書は重要視されず、影響力のある研究者の原著に触れることによって、量子力学を移入した日本との違いの一端が明確になった。また、カナダ・トロント大学訪問し、米国を対象として取り組まれた本研究課題と同じ問題に取り組んでいる研究者から資料や情報を得た。また、国立科学博物館所蔵の長岡半太郎資料を閲覧し、杉浦が水素分子の結合状態の成果を挙げるにあたっては、長岡が重要視していた数学の分野に関心をもっていたことが本質だったことが明確になった。今年度中に行う計画だった、1920年代から1940年頃までの、量子力学・量子化学に関する研究者の流れや著作の調査がまだ十分できていない。一方、調査を始めるまでは気が付かなかった、いくつかの重要な問題や論点が複数でてくるという成果があった。また、国際会議での報告やトロント大学訪問でも新たな視点が得ることができた。その両面を考慮して、「おおむね順調」と評価した。

1930年近くになってくると、量子物理学の拠点が分散し、日本人研究者の留学先も多彩になってくることから、1928年以降1940年頃までの日本人物理学者・化学者の留学先や、当時で学問的影響を受けた人物などを個別の研究者の回想録や日記等で確認し、一覧できるようにした。その上で、ヨーロッパの状況を伝える先行研究と突き合わせた。その結果、この時期になると、量子物理学にかかわる分野内部での発展だけでなく、ナチスの台頭による研究者の移動が、日本人の移動や課題の設定にも影響していることがわかった。さらに日本人研究者の調査を追加し、この一覧を充実させていく計画である。化学者にも量子力学が必要になり、留学先や日本で学ぶことになる。ただし、学んだ内容のばらつきは物理学者以上に大きい。物理学者と同じテキストで学んだ者もいれば、シュレディンガー方程式が解ければいいという程度の者まで存在した。化学者による量子力学の受容や、彼ら向けの教育については、量子化学に限定せず、より広い視点から考察する必要があることがわかったので、引き続いて検討していく。物理学と化学は性格の違う学問である。両者の境界にある問題は双方からのアプローチがなされるが、それらは異なった理念に基づいている。その違いをより具体的に把握するために、化学者の中に物理学から小谷正雄が一人だけ加わる形で1930年代前半に組織された、学術振興会の触媒研究第13委員会の活動に着目するのが適当と判断し、資料収集を開始した。昨年度の考察の上に、さらに議論を重ね、検討すべき問題を具体化することができた。また、連携研究者の問題関心を尊重した上で調査を分担し、有効な相互協力のもとに考察を進めることもできた。今後行うべきことも明確になっている。ただ、研究組織外部へ研究成果を公開し、議論を深めるところまでは進んでいない。そのため、このような評価にした。昨年中に行う予定だった調査を早急に仕上げることを当面の課題とする。それが出来上がった時点で、昨年度得られた新たな問題を再度検討し、当初の研究課題にどのように取り込むかを明確にする。昨年末から今年にかけて、政池明、古川安の両氏がそれぞれ、京都大学での量子力学・量子化学の状況を伝える著作を出版した。計画調書作成時にはなかった著作なので、それらを参照し、その上に積みあげる形で、京都の状況を調査し、あわせて東京の成果をまとめていく。研究計画の変更点は上記の2点にかかわるもののみで、後はインタビュー、より広い範囲での情報の共有するための研究会の実施、国内外での海外での資料収集や口頭発表など、当初提出した計画調書におむね従って研究を進めていくが、研究グループの進捗状況を確認するための打ち合わせの機会を昨年より多く持ち、昨年の遅れを取り戻していく計画である。当初の計画とは違う展開になり、調査の対象が変更された。平成30年度に行う予定だった京都方面での調査はなくなったが、その後に計画していた東京方面での調査を前倒しして、しかも、より広くていねいに行う必要がでてきた。海外での調査も、国内のことが終わった3年目に実施するように計画を変更した。ただし、国内のことが明確になった時点で、研究組織外へと開いた形での研究会は実施する計画である。海外出張および資料整理の依頼を延期したためである。平成31年度(令和元年度)は、昨年ほど物品費が出ない見通しなので、出張旅費は捻出できると考えている。
防菌・防かび性付与による木材のロングライフ化の試み

テトラエトキシシラン(TEOS)を用いたゾル-ゲル法によるSiO_2無機質複合化は、木材に難燃性、寸法安定性、耐蟻性などの機能を付与することが知られている。そこで本研究では、毒性を示さずTEOSと伴にSiO_2に組み込まれるシリコン型固定化抗菌剤より、4級アンモニウム塩型として、3-トリメキシシリルプロピルジメチルオクタデシルアンモニウムクロリド(TMSAC)、両性イオン型として3-トリメキシシリルプロピルカルボキシメチルアンモニウムヒドロキシド(TMSAH)、アミン型として3-トリメトキシシリルプロピルオクタンアミン(TMSOA)を用い、ゾル-ゲル法による抗菌性無機質複合化木材の開発を試みた。また、これらの反応系に撥水機能を有する2-ヘプタデカフルオロオクチルエチルトリメトキシシラン(HFOETMOS)を少量添加した木材の無機質複合化をも検討した。その結果、(1)3種の抗菌剤を用いてSiO_2無機質複合化木材を調製した結果、TMSAC及びTMSAHの系で良好な結果が得られ、WPGは515%の複合体が調製された。一方、TMSOAの系では反応溶液がゲル化した。この結果はアミン型抗菌剤がTEOSのゾル-ゲル反応で触媒として働くためであり、本研究の反応系では好ましくないことが判明した。(2)TMSACを用いた木材の無機質複合化では、木材腐朽試験及び土壌埋没試験より下記の順無処理材<SiO_2複合体≦TMSAC木材<TMSAC-SiO_2複合体<HFOETMOS-(TMSAC-SiO_2)複合体に抗菌性が向上し、TEOSと併用して無機質複合化することが効果的であることが明らかとなった。これはTEOSとの併用により抗菌剤がより均一に複合化され、SiO_2ゲルと結合して固定されるためと推定した。さらに、HFOETMOSを少量添加すると、TMSACの添加量が少量であっても腐朽が認められず、高い抗菌性が示された。また、9カ月の土壌埋没試験においても、HFOETMOS-(TMSAC-SiO_2)複合体の撥水性は維持されており、抗菌性との相乗効果が示された。(3)TMSAHを用いた木材の無機質複合化では、(2)と同様の結果が得られたが、褐色腐朽菌による腐朽試験後の重量減少率がTMSAC系複合体の値より小さかった。これは、両性イオン型の抗菌剤であるTMSAHの方がより安定した抗菌活性を有するためであると推察した。また、この無機質複合化の場合もHFOETMOSの少量添加により最も高い抗菌性が得られた。
角膜におけるIL-6トランスシグナリングの役割と病態との関連について

IL-6は、細胞から放出された可溶性IL-6R(sIL-6R)とIL-6+sIL-6R複合体を形成してシグナル伝達する、IL-6トランスシグナリングというシグナル伝達機構をもつ。この研究では、マウスアルカリ外傷角膜においてIL-6Rを阻害すると角膜の炎症細胞浸潤、角膜血管新生、角膜中においてIL-6シグナル伝達物質であるSTAT3や炎症関連分子であるVEGF-A、MCP-1、ICAM-1、さらにMMP-13やclec7aなどの発現が著明に抑制されることを明らかにし、IL-6Rが角膜においてpro-inflammatoryであることを明らかにした。炎症性サイトカインであるIL-6は、細胞から放出された可溶性(soluble) IL-6R(sIL-6R)とIL-6+sIL-6R複合体を形成し、IL-6の共役レセプターであるgp130を介してシグナル伝達する、IL-6トランスシグナリングという独特のシグナル伝達機構を有している。当該年度研究では、マウスアルカリ外傷角膜に対して抗IL-6R抗体を点眼し、摘出した角膜実質中の遺伝子発現をPCRアレイ法を用いて網羅的に検討した。その結果、抗IL-6R抗体点眼によってMMP-13や共にマクロファージ遊走に関わるケモカインであるMCP-1とCCL22、さらに自然免疫・真菌感染防御に関わるclec7a(dectin-1)の発現が著明に抑制された。逆に、IL-17の受容体であるIL-17REや好中球遊走に関わるケモカインであるCXCL-5の発現が増強していた。これらのことは、IL-6R抗体点眼はマクロファージ遊走に関わるケモカインやMMPなどの遺伝子発現を抑制することで抗炎症効果を生じる可能性が考えられた。さらに、IL-6シグナルはIL-17産生細胞を誘導するため、IL-6R抗体によるIL-17受容体の発現の上昇結果はIL-6Rによるサイトカインシグナル伝達と関連がある可能性が示唆された。また、角膜細胞におけるIL-6/sIL-6R複合体の阻害因子である可溶性gp130(sgp130)の産生能を培養角膜上皮細胞、培養角膜実質細胞を用いて検討したところ、細胞外ドメインシェディングを促進させることで角膜実質細胞からsgp130が産生され、角膜上皮細胞からは産生されないことが分かった。このことは、角膜上皮ー実質相互作用を介してIL-6シグナルを遮断する機構として矛盾のないものと考えられた。炎症性サイトカインであるIL-6は、細胞から放出された可溶性(soluble) IL-6R(sIL-6R)とIL-6+sIL-6R複合体を形成し、IL-6の共役レセプターであるgp130を介してIL-6Rを発現していない細胞にも結合しシグナル伝達する、IL-6トランスシグナリングという独特のシグナル伝達機構を有している。当該年度研究では、角膜におけるIL-6トランスシグナリングの役割を検討するために、マウスアルカリ外傷角膜にIL-6トランスシグナリング特異的な細胞内シグナル(STAT3リン酸化)が生じるか検討すると共に、アルカリ外傷角膜に対してsIL-6Rと細胞膜上のIL-6R双方を阻害する作用を持つ抗IL-6R抗体を点眼することでIL-6トランスシグナリング阻害効果について研究を行った。その結果、マウスアルカリ外傷角膜においては、角膜実質中にリン酸化STAT3陽性細胞がみられた。また、抗IL-6R抗体点眼によって、角膜血管新生や角膜実質中のリン酸化STAT3陽性細胞や炎症細胞の浸潤、角膜実質中の炎症関連分子であるVEGF-A、MCP-1、ICAM-1などの発現低下を認めた。このことは、角膜炎症においてIL-6Rを介したIL-6トランスシグナリングが大きな役割を果たしていることを示しているとともに、角膜炎症に対する抗IL-6R抗体点眼が有用性を持つことを示す結果となった。上述した研究結果はすでに英文論文として出版されたため、当初の計画以上に進展していると判断した。研究計画書に記載した、研究1:IL-6トランスシグナリングが角膜線維芽細胞に及ぼす影響(in vitroにおける検討)、研究2:前眼部炎症におけるIL-6トランスシグナリング(動物モデルにおける検討)、研究3:前眼部炎症におけるIL-6トランスシグナリング(臨床例における検討)の3研究のうち、研究2はこれで目標を達成したと考えられる。研究計画書に記載した、研究1:IL-6トランスシグナリングが角膜線維芽

細胞に及ぼす影響(in vitroにおける検討)、研究2:前眼部炎症におけるIL-6トランスシグナリング(動物モデルにおける検討)、研究3:前眼部炎症におけるIL-6トランスシグナリング(臨床例における検討)の3研究のうち、研究2は目標を達成したと考えられるため、研究1の培養角膜実質細胞を用いた研究と研究3の臨床検体を用いた研究を継続したいと考える。研究1では、培養角膜実質細胞をIL-6トランスシグナリングで刺激するとVEGF-AがIL-6/IL-6R濃度依存性に賛成増強することを明らかにしたため、今後はほかのサイトカイン・ケモカインについても検討する。研究3では炎症性の前眼部疾患の涙液中のsIL-6R濃度、さらにIL-6濃度さらにIL-6/sIL-6R複合体の阻害因子である可溶性gp130(sgp130)濃度を検討していく。研究1:IL-6トランスシグナリングが角膜線維芽細胞に及ぼす影響(in vitroにおける検討)では、培養角膜実質細胞から産生されるサイトカイン・ケモカインについて測定するための試薬などを購入する予定である。研究3:前眼部炎症におけるIL-6トランスシグナリング(臨床例における検討)では炎症性の前眼部疾患の涙液中のsIL-6R濃度、さらにIL-6濃度さらにIL-6/sIL-6R複合体の阻害因子である可溶性gp130(sgp130)濃度を検討するために、蛍光ビーズアレイ法などの検出キットを購入する予定である。
対立遺伝子間の優劣に関わるDNAメチル化機構の解析

対立遺伝子間の優劣性の原因として、一方の遺伝子の変異による機能欠損あるいは低下によるものが挙げられるが、それだけでは説明できない事象が多数存在する。本研究応募課題では、これまでアブラナ科植物の自家不和合研究で明らかにした対立遺伝子間の優劣性に関わるde novoDNAメチル化が植物の種々の現象か広く関与している可能性を考え、シロイヌナズナ種内雑種を例にして、優劣性現象の探索およびゲノムワイドなDNAメチル化、遺伝子発現パターンの解析を行う。平成20年度は、対立遺伝子特異的な発現調節の実態を網羅的に解析するための準備段階として、種々のシロイヌナズナの種内雑種を調製した。Arabidopsis thaliana Col-0株の雄性不稔系統(fkp-3、名古屋大学大学院生命農学研究科石黒澄衛准教授より供与)を雌ずい側にして5つの異なる系統(C24,Cvi,Kas,Van,Sha)の花粉を受粉させて種々のF1雑種種子を作出した。また、予備的段階であるが、Col-0株およびC24株の実生からpolyA RNAを抽出し、シロイヌナズナゲノムタイリングアレイを用いたトランスクリプトーム解析に供した。同様に、Col-0株およびC24株の実生からDNAを抽出し、超音波で剪断したDNA断片を作成して抗メチルシトシン抗体で免疫沈降させた。これをシロイヌナズナゲノムタイリングアレイに供し、両株におけるメチル化パターンを解析した。次に植物でも器官特異的なDNAメチル化の変動が見られるかどうかを明らかにすることを目的にCol-0株の花序、成葉、根について、メチローム・トランスクリプトーム解析を行った。また組織・細胞レベルにおける遺伝子発現様態、DNAメチル化パターンの解析を目的として、本年度購入したLaserマイクロダイセクション装置を用いたシロイヌナズナ柱頭乳頭細胞および葯タペート組織の回収およびRNAの抽出を行った.対立遺伝子間の優劣性の原因として、一方の遺伝子の変異による機能欠損あるいは低下によるものが挙げられるが、それだけでは説明できない事象が多数存在する。本研究応募課題では、これまでアブラナ科植物の自家不和合研究で明らかにした対立遺伝子間の優劣性に関わるde novoDNAメチル化が植物の種々の現象に広く関与している可能性を考え、種内あるいは種間雑種を例にして、優劣性現象の探索およびゲノムワイドなDNAメチル化、遺伝子発現パターンの解析を行う。19年度は対立遺伝子の優劣に関わるDNAメチル化機構の解析に先立ち、ゲノムタイリングアレイを用いたシロイヌナズナゲノムにおける内在性の器官別DNAメチル化パターンの網羅的解析を進め、予備的な段階ではあるが、器官特異的なメチル化・脱メチル化の存在とそれに伴う遺伝子発現制御を示唆する結果を得た。しかしながら現在の所、上記メチル化と遺伝子発現の間に相関はそれほど見られておらず、組織特異的な遺伝子発現に関わるde novo DNAメチル化・脱メチル化が時期・組織特異的に限局して起こっている可能性が考えられた。そこで内在性のDNAメチル化と遺伝子発現制御の関係を明らかにするためには、特定の組織、細胞の遺伝子発現パターン、DNAメチル化パターンを明らかにすることが、本研究課題遂行の鍵になると考えている。本課題で得た種内あるいは種間雑種アレル特異的なメチル化に関する知見は、「対立遺伝子間の優劣性発現」のみならず「複二倍体における遺伝子量補正」や「雑種強勢」といった現象の理解につながるものと考えている。また組織・細胞レベルにおける遺伝子発現様態、DNAメチル化パターンの解析を目的として、本年度購入したLaserマイクロダイセクション装置を用いたシロイヌナズナ柱頭乳頭細胞および葯タペート組織の回収およびRNAの抽出を行った.
葉緑体の遺伝子発現機構に関する分子遺伝学的研究

葉緑体の遺伝子は、葉緑体内で転写、翻訳されてその機能を発現する。葉緑体のリボソームは原核生物型の70Sであり、プロモータやSD配列なども大腸菌型である。われわれはゼニゴケ葉緑体DNAの全塩基配列を決定し、127種の遺伝子を検出してきたが、そのうち約半数は葉緑体内の遺伝子発現機構に関するものであった。これらの基礎的遺伝子はいずれも対応する大腸菌遺伝子との相同性から同定されたものであり、またそれら遺伝子間の配列順序にも大腸菌との間に多くの類似性がみられた。細菌の細胞内共生説を支持するものであり、葉緑体の遺伝システムが、真核細胞の中にあって今も基本的には原核生物型であることを示している。しかしながら、一方では大腸菌などと異なり、多くの遺伝子がイントロンで分断されていることも判ってきた。イントロンは核遺伝子のものと異なり、自己触媒型のものであるが、大腸菌のように転写と翻訳が直結的に共軛できないことを意味している。われわれはゼニゴケの緑色培養細胞から葉緑体内のRNAを抽出し、転写から成熟mRNAに至る経過を解析してきた。まず、DNA上に連鎖した遺伝子は一般にかなり長いRNA分子として、まとめて転写される。そこで、これらの前駆体RNAから、数個程度の遺伝子領域を含むmRNAがプロセスされる。イントロンを含む場合には、RNAスプライシングによってそれらが除去される。この際、2個のイントロンを含むような遺伝子では、まず5′側のものから除去される傾向にある。rps/2のように、イントロンの途中でトランスに分断された遺伝子では、それぞれが別々のRNA分子として転写され、スプライシングによって連結した1本のmRNAとなる。このトランススプライシングの機構としては、グループII型イントロンのステムIII領域での相補的塩基対合モデルが提出された。われわれが全DNA塩基配列を決定したゼニゴケ葉緑体ゲノムを材料とし,本年度はとくにイントロンを含む遺伝子を中心に研究を進めてきた.塩基配列の解析から20個のイントロンが検出され,グループI型の1例を除けば,いずれもグループII型と結論された.これらは自己触媒型のイントロンと考えられているものであり,イントロンのRNA自体がスプライシング機能を具えたRNA酵素とされている.しかしながら,これまでのミトコンドリア遺伝子などでの報告と異なり,葉緑体の場合にはわれわれが試みた限りin vitroでのセルフスプライシングは観察されなかった.葉緑体内では多分なんらかのタンパク因子の結合によってイントロン部分のRNAが酵素としての適確な高次構造をとるものと考えられる.つぎに,葉緑体の遺伝系が基本的には原核生物型であることを考慮し,大腸〓内でのスプライシングをしらべる実験を計画した.すなわち,イントロンをもつ葉緑体LysーtRNA遺伝子のクローンを用い,アンチコドン部分を人工的に改変したのちこれらを大腸〓に導入して,スプライシングが起ればサプレッション活性として制定できるような実験系を構築した.これらを用いて現在実験を進めている.一方,われわれが発見したトランス・スプリット遺伝子S12の発現に関しては,葉緑体から抽出したRNAの解析から,遠く離れて分断されている遺伝子部分がそれぞれ別々に転写され,それらのRNA間の相互作用によってエキソン部分が結合しS12遺伝子のmRNAが完成することを確認した.そしてその際のトランス・スプライシングに対するモデルを提出した.すなわち,2つの転写産物がグループIIイントロンのステム3にあたる部分で互に相補的な塩基対を形成し,その結果イントロン構造が完成してスプライシングが起きるというものである.

翻訳領域内におけるトランス・スプライシング機構に関して最初のモデルである.(1)昨年度にひきつづき、ゼニゴケ葉緑体のLysーtRNAに含まれるイントロン領域が、大腸菌内でスプライシングにより除去されるかどうかを検討した。スプライシングが起ればサプレッサーとして活性が発現されるように、LysーtRNAのアンチュドンを人工的に改変してアンバー型とし、またそれと同時に,イントロ内部のEBS領域をこれと相補的な配列に改変した株を作成した。しかしながら、結果はネガティブであり、大腸菌内での葉緑体イントロンのスプライシングは起きないことを示唆している。なお、最近カビ類のミトコンドリアなどで、アミノアシルtRNA合成酵素がスプライシングに関与しているという報告もあり、葉緑体内のスプライシングには、大腸菌にはないようななんらかのタンパク質因子が関与しているもと結論した。(2)トランスの位置に遠く離れて分離されているrps12遺伝子については、葉緑体内のRNAの解析から、それぞれの部分に対応する転写産物が別々のRNA分子として検討され、さらにそれらのエキソン部分が結合したRNAも検出された。これらのRNAの解析から、トランス・スプライシングの過程が明らかにされた。(3)さらに、葉緑体内のRNAの解析は、連鎖した遺伝子群がまとめて1本のRNAに転写され、RNAプロセッシングによってそれぞれのmRNAとなること、また遺伝子に2個のイントロンがあれば、上流のものからスプライシングによって除去される傾向にあることなどが明らかにされた。(4)これらの研究から、われわれが全DNA塩基配列を決定し、それに基づいて推定してきた遺伝子、イントロン、転写単位等が、葉緑体内で実際にRNAとして転写され、RNA段階でのプロセッシングやスプライシングによってmRNAとして発現していることが確認された。
新規ナノテクノロジーに基づくヘテロフラーレン様分子の構築

機能性部位と重合部位を導入した界面活性物質を、ミセルを形成させた状態で重合することによりナノ粒子の合成を行った。機能性親水性部位としては、リチウムイオン電池の固体電解質となりうるポリエーテル類や、ピリジニウム塩、4級アンモニウム塩のほか、不斉配位子として実績のあるビナフトールを検討した。ビナフトールより調製した界面活性物質では、ビナフトールの近傍に重合部位を導入した界面活性物質からは球状物質が得られなかったものの、疎水性基の末端にアクリル酸を導入した誘導体の重合によりMw=188,000(Mw/Mn=1.81)のナノ粒子を得ることが出来た。重合開始剤としては、Et_3BあるいはK_2S_2O_8が有効であった。ナノ粒子の形状はAFMあるいはSTMにより確認した。上記に加えて、我々の研究室で開発したスピロ骨格を持つビスイソオキサゾリン配位子(SPRIX)の展開についても検討した。SPRIXを用いると、オキシパラデーションを経由するタンデム型環化反応が最高95%eeで進行する。SPRIXの有用性を増すために側鎖を導入したSPRIX誘導体の合成や、パラジウム以外の遷移金属との錯体による触媒的不斉反応の開発を行っている。さらにSPRIXの合成の際に、ニトリルオキシド環化付加反応の段階で不斉導入すべく検討を行っている。スピロ中心にのみキラリティーを有する光学活性な四級アンモニウム塩の合成に成功しており、これを相間移動触媒として用いる不斉合成が可能と考えている。
環境変異原の非酵素的活性化機構によるDNA損傷とその複合汚染における役割

変異原や発がん物質が有機化合物の場合には、薬物代謝酵素によって活性化されDNAと不可逆的に結合することが知られている。しかし、重金属化合物や一部の有機化合物では、薬物代謝酵素以外の機構で活性化されDNA損傷をもたらす場合があり、その機構を解明することが本研究の目的である。これまで6価7クロムが過酸化水素の存在下で、OHラジカル、一重項酸素などの活性種を生成し、DNA鎖の切断と塩基の損傷をもたらすことを報告した。またニトリロ三酢酸鉄(III)キレ-ト、コバルト(II)およびニッケル(II)についても、過酸化水素の存在下で、OHラジカル、一重項酸素、金属酸素錯体をそれぞれ生成し、DNA損傷をもたらすことが示された。Maxam-Gilbert法を併用した結果、生成する活性種により塩基損傷の特異性が異なることが判明した。重金属化合物が、それ自身では発がん性を持たない程度の微量の過酸化水素の存在下で活性種を生成し、DNA損傷をもたらす反応は重金属の発がん過程にとって重要であると考えられる。ベンゼンの代謝物である1.2.4-ベンゼントリオ-ルが銅(II)イオンの存在下で、OHラジカルとは異なる活性種を生成し、DNA損傷をもたらすことを明らかにした。オルトフェニルフェノ-ル(OPP、防カビ剤)の代謝物である2.5-ジヒドロキシビフェニルが銅(II)の存在下で、また2-フェニル-1.4-ベンゾキソンが銅(II)と過酸化水素の存在下でDNA損傷の代謝物が、金属や他の生体内物質により非酵素的に活性化される場合があることを示すものと思われる。
カルボプラチンの薬物動態モニタリングによる血清トロンボポエチン活性変動の予測

肺癌患者に対してカルボプラチン単剤による化学療法を行ない、AUCを主体としたカルボプラチンの薬理態と血液中のTPOの動態について検討した。適格な臓器能を有し、文書による同意の得られたIV期非小細胞肺癌未治療患者12例を対象とした。性別男性8例、女性4例で、平均年齢は65.5歳、組織型は腺癌8例、扁平上皮癌4例であった。カルボプラチン与量はCalvert法にて算出し、目標AUCは7mg/ml×minuteに設定した。プラチナ濃度測定は原子吸光法を用い、TPO濃度測定は、サンドイッチ酵素抗体法を用いて測定した。血清中TPO濃度は、カルボプラチン投与後4日目以降に急激に上昇し、15日目頃に最高値に達した。一方血小板数は10日目以降に急激に減少し、19日目頃に最低値に至った。TPO濃度と血小板数には負の相関関が認められた。TPOの最大増加率(TPOmax/TPOday1)と正の相関関係が認められた(r=0.74,p=0.014)。血小板減症がまだ明らかでないカルボプラチン投与後8日目におけるTPOの増加率(TPOday8/TPOday1)もその後の血板最低値と有意な負の相関を認めた(r=-0.84,p=0.005)。本研究の結果から、カルボプラチンのAUCが近似していても、血小板最低値には個人差が認められ、更に、ルボプラチン投与後早期でのTPOの増加率がその後の血小板最低値を反映することが明らかとなった。血小減少症の程度はカルボプラチンのAUCのみならず、巨核球系細胞が受ける傷害の程度、すなわち、骨髄感受の個人差も関与しているものと推測された。抗癌剤投与前後でのTPO濃度をモニタリングすることで、そのの血小板減少症の程度を予測し、TPOの予防投与の必要性や至適投与時期を決定する手段になり得る可能性あると考えた。現在までに,IV期非小細胞肺癌11症例でカルボプラチン投与後に内因性トロンボポエチン(以下TPO)濃度の測定を終了した。1.TPO濃度と血小板数の変動:全症例で投与前(day 1)からTPO濃度(fmol/ml)は測定可能であり(1.88±1.00),この値は健常成人でのTPO濃度(0.76±0.26)に比べ有意に高値であった。TPO濃度はday 4から急激に上昇し,day 15で最高値を示した後に低下しday 29にほぼ治療前(day 1)の値を示した。一方,血小板数はday 10より徐々に低下し,day 19で最低値を示した。2.TPO濃度の変動とマルボプラチンの薬物動態パラメーター及び血液毒性との関係:血中蛋白非結合型プラチナ(UF-Pt)の濃度-時間曲線下面積(AUC;Area Under the Concentration versus time curve)とTPO濃度の最大増加率(TPO濃度最大値/TPO濃度前値)との間には有意な正の相関がみられ(r=0.76,p=0.019),カルボプラチンはAUO依存性にTPO濃度に影響を与えていると推測された。またday 8以降のTPO濃度の増加率(day8,10,12,15でのTPO濃度/TPO濃度前値)と血小板最低値との間には有意な負の相関がみられ(r=-0.83,p=0.009),カルボプラチン投与後のTPO濃度を測定することで,あらかじめ血小板減少を予測できる可能性が示された。さらに詳細なTPO濃度の変動とカルボプラチンの薬物動態・薬動力学的解析のため症例蓄積を継続中である。3.カルボプラチン薬物動態のpopulation pharmacokinetics解析:予備的検討として既に有していた45症例のカルボプラチン薬物動態データを用いてAUCを正確かつ簡便に予測するモデル式を作成した(カルボプラチン投与開始後3時間のUF-Pt濃度をC_3とすると,AUC=0.93×C_3+0.47)。この45症例に本研究の11症例のデータを用いて,NONMEM(nonlinear mixed-effect model)の手法により,現在カルボプラチンクリアランスを予測する式を作成中であり,さらに予測式の精度を高めるため症例蓄積中である。

TPOの最大増加率(TPOmax/TPOday1)と正の相関関係が認められた(r=0.74,p=0.014)。血小板減症がまだ明らかでないカルボプラチン投与後8日目におけるTPOの増加率(TPOday8/TPOday1)もその後の血板最低値と有意な負の相関を認めた(r=-0.84,p=0.005)。本研究の結果から、カルボプラチンのAUCが近似していても、血小板最低値には個人差が認められ、更に、ルボプラチン投与後早期でのTPOの増加率がその後の血小板最低値を反映することが明らかとなった。血小減少症の程度はカルボプラチンのAUCのみならず、巨核球系細胞が受ける傷害の程度、すなわち、骨髄感受の個人差も関与しているものと推測された。抗癌剤投与前後でのTPO濃度をモニタリングすることで、そのの血小板減少症の程度を予測し、TPOの予防投与の必要性や至適投与時期を決定する手段になり得る可能性あると考えた。
親密圏事案における刑事的介入と多機関連携のあり方

家庭内などの親密圏内における犯罪事案の解決には、多機関が連携して犯罪的事態を早期に発見し、最適な対応を行うことが要請される。そこで、本研究は、これまで十分に解明されてこなかった警察・検察段階での刑事的介入を研究対象として、親密圏事案解決のために最適といえる刑事的介入と多機関連携のあり方を探究し、日・米・英・仏・韓の先進的な実践と理論との比較研究を通じて、日本における実践的課題の解決に資する具体的な提言を行うことを目指す。
複合材料の疲労損傷機構の解明に関する研究

疲労損傷進行に伴う荷重低下を避けること,一定繰返回数毎の剛性低下率測定やレプリカ採取を確実に行うことなどを目的として,疲労試験機をパーソナルコンピュータから制御するプログラムの開発を行った.疲労試験片のタブ部での破損を防ぐために有限要素法を用いた応力解析により,タブのテ-パ部にウレタンを挿入した試験片の設計を行い,信頼性の高い疲労試験結果を得ることができた.引張繰返荷重を受ける±45度試験片についてはエポキシ母材がPEEK母材より剛性低下率が大きく,破断繰返数はかなり小さいことがわかった.[±45]_<4s>エポキシ母材の場合自由縁のクラック発生密度とAEカウント数については繰返数100回を越えたところで急激に増加する.擬似等方性板が引張繰返荷重を受ける場合については引張荷重方向が変化することによって,また母材の違いによって破損モードが大きく変化することがわかった.圧縮繰返荷重を受ける試験片の場合,積層構成の違いによる破断応力の差はあまり大きくない.繰返数に対する剛性低下率については破断繰返数の30%から低下し,破断直前において60%程度に低下することが明らかになった.エポキシ母材とPEEK母材の破損モードはかなり違っており,エポキシ母材の脆性とPEEK母材の延性の特徴が観察された.複合材料積層板についての理論的な研究については,一般化準3次元古典積層理論によるモード別ひずみエネルギー解放率の計算方法を開発した.この方法は有限要素法による計算結果と比較して有用性を確認しているので,疲労試験による破損進展機構を解明する有力な手段となっている.疲労損傷進行に伴う荷重低下を避けること,一定繰返回数毎の剛性低下率測定やレプリカ採取を確実に行うことなどを目的として,疲労試験機をパーソナルコンピュータから制御するプログラムの開発を行った.疲労試験片のタブ部での破損を防ぐために有限要素法を用いた応力解析により,タブのテ-パ部にウレタンを挿入した試験片の設計を行い,信頼性の高い疲労試験結果を得ることができた.引張繰返荷重を受ける±45度試験片についてはエポキシ母材がPEEK母材より剛性低下率が大きく,破断繰返数はかなり小さいことがわかった.[±45]_<4s>エポキシ母材の場合自由縁のクラック発生密度とAEカウント数については繰返数100回を越えたところで急激に増加する.擬似等方性板が引張繰返荷重を受ける場合については引張荷重方向が変化することによって,また母材の違いによって破損モードが大きく変化することがわかった.圧縮繰返荷重を受ける試験片の場合,積層構成の違いによる破断応力の差はあまり大きくない.繰返数に対する剛性低下率については破断繰返数の30%から低下し,破断直前において60%程度に低下することが明らかになった.エポキシ母材とPEEK母材の破損モードはかなり違っており,エポキシ母材の脆性とPEEK母材の延性の特徴が観察された.複合材料積層板についての理論的な研究については,一般化準3次元古典積層理論によるモード別ひずみエネルギー解放率の計算方法を開発した.この方法は有限要素法による計算結果と比較して有用性を確認しているので,疲労試験による破損進展機構を解明する有力な手段となっている.レプリカ法によって疲労損傷過程を追跡するために,超高級万能写真顕微鏡とイオンスパッタリング装置を設置すると共に,既存の画像処理装置との整合調整を行った.とくにレプリカ法によって微少領域のひずみ測定を行う場合,レプリカフィルムの伸縮性がひずみ測定精度におよぼす影響,レプリカで定着した変位を超高級万能写真顕微鏡を通して画像処理装置に入力する場合の解像度と画像階調劣化,ひずみの3成分を測定する場合の最小3点の変位計測について,3評点の決定方法,3評点よりひずみを計算する方法などの検討を行った.今年度は複合材料積層板の静的な材料定数を測定する計画であり、そのために熱硬化性複合材料と熱可塑性複合材料の積層板を設計製作した.試験片設計にあたり,荷重条件としては一軸引張と一軸圧縮を考え,斜交対称積層板の積層角を0°,45°,90°とした.試験片作製で使用材料についてとくに注意した点は,熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂母材の比較を容易にするために,強化繊維の種類を同一のものとしたことである。研究室で自動熱可塑性複合材料積層板作製装置を完成させ,熱可塑性(PEEK)斜交対称積層板の作製を行って引張・圧縮試験を行い,静的な弾性係数,引張強度を測定した.現在確立が望まれている複合材料の圧縮試験法について,試験片両端を固定するという方法を試み,この方法がかなり有力である試験結果を得た。画像処理モアレ法によって,人工欠陥を有する複合材料の表面ひずみ分布を測定し,ひずみ分布変化が積層構成と初期剥離位置に強く依存するという興味深い結果を得た.理論的に剥離進展開始荷重と最終強度を解析する計算モデルを提案し,実験結果と比較して有効性を確認した.疲労試験機の機種選定と購入に伴い,疲労試験機の調整および疲労損傷機構の解明に重要となるプログラムの開発を行った.

開発したプログラムの内容は,一定荷重サイクルごとにレプリカをとるために疲労試験機を停止する,剥離進展開始から剥離進展速度を推定するため,疲労試験荷重の荷重サイクル数を任意に設定択可能とする,疲労損傷の進展に伴う剛性低下を測定するために一定操返し数毎に荷重をゼロから指定された荷重まで指定されたひずみ速度で負荷する,剥離の大きさを測定するために一定繰返し数毎に荷重の最大振幅位置で荷重を停止する,などである.疲労試験片の設計については,これまで複合材積層板の疲労試験時における試験片タブの近傍における破損が問題となっていたが,タブのテーパ角を変化させたり,タブのテーパ部にウレタンを挿入して,試験片とタブとの境界における剥離応力を最小にする試験片設計法を開発したことにより,タブ近傍破損を防止することが可能であると考えている.また,複合材積層板の疲労強度に重要な影響を及ぼす層間と自由縁との交点における剥離現象を簡易な近似解析法で推定できる方法を開発し,試験片の積層構成決定に使用した.航空宇宙機でよく使用される疑似等方性積層板について,これまでの研究で行われていなかった荷重方向がどの繊維方向とも一致しない場合の疲労損傷について研究を開始した.初期剥離を有する複合材積層板の疲労試験を行い初期剥離開始および剥離進展に関するデータを取得した.レプリカによる疲労試験片のひずみ測定はレプリカの伸縮と画像処理が測定誤差に影響を及ぼすことが分かり,誤差を小さくする研究を行っている.複合材料の疲労損傷機構の解明を行うために,繊維を同一にして母材にエポキシ(熱硬化性樹脂)とPEEK(熱可塑性樹脂)の2種類を使い試験片を作成した。引張繰返荷重に対しては±45,±30度アングル積層構成を2種類に変化させた試験片を使用した。また,疑似等方性積層板の引張荷重方向が変化した場合の疲労特性の違いを研究するために2種類の積層構成を用いた。さらに圧縮繰返荷重を受ける複合材積層板の損傷機構を解明するために±45,±30度アングル積層構成2種類を試験に用いた。いずれの疲労試験においても片振,破断応力の60%以上の最大応力を用いて低サイクル疲労を生じさせた。計測した項目は次の通りである。1.繰返数と剛性低下,2.積層板自由縁の顕微鏡とレプリカによる破損観察,3.AEによる疲労損傷推定,4.剥離進展,5.破断繰返数と破断後の破断モード観察。引張繰返荷重を受ける±45度試験片についてはエポキシ母材がPEEK母材より剛性低下率が大きく破断繰返数はかなり小さいことがわかった。[±45]_4エポキシ母材の場合自由縁のクラック発生密度とAEカウント数については繰返数100回を越えたところで急激に増加する。疑似等方性板が引張繰返荷重を受ける場合については引張荷重方向が変化することによって,また母材の違いによって破損モードが大きく変化することがわかった。圧縮繰返荷重を受ける試験片の場合,積層構成の違いによる破断応力の差はあまり大きくない。繰返数に対する剛性低下率については破断繰返数の30%から低下し,破断直前において60%程度に低下することが明らかになった。エポキシ母材とPEEK母材の破損モードはかなり違っており,エポキシ母材の脆性とPEEK母材の延性の特徴が観察された。
高電圧パルス電界による食品の品質と安全性・安定性を担保した非加熱殺菌技術

昨年度までに開発した炭素材料・シリコン材料をそれぞれ電極ならびに装置構造体として用い、さらに隔膜により高電圧電極側とアース電極側を隔てることにより金属フリーで食品への臭い移りの心配を払拭した高電圧パルス電界(HV-PEF)殺菌装置である隔膜導入型HV-PEF殺菌装置を用いた殺菌処理についてさらなる検討を実施した。少テーマとして計画した「食品中の生体由来分子への影響と長期保存に及ぼす効果」については日本酒をはじめとした液状食品を対象として殺菌を実施した後、低音保存した際の糖、アルコール、タンパク質成分の変化を調査した。その結果1ヶ月の保存期間においてこれら成分に変化は確認されず、HV-PEF殺菌処理により食品中の成分に影響するような因子の生成などは起きないことが確認され、HV-PEF殺菌処理は安全性の高い殺菌技術であることが確認された。また昨年度新たに研究計画として導入した「隔膜導入型HV-PEF殺菌装置を用いた殺菌システムにおける高効率化」としては流通させる冷却水の導電率が殺菌効率に及ぼす影響を調査した。本装置では隔膜により隔てた装置内の高電圧電極側に冷却水、アース電極側に処理液を流通させる構造となっている。冷却水の導電率が高いときは殺菌効果がまったく確認されなくなり、導電率を下げることで殺菌効果が確認され冷却水の導電率が殺菌効果に大きく影響を及ぼすことが明らかとなった。特に冷却水導電率10 mS/cm付近から高い殺菌効果が確認され始め、5 mS/cmとした時最も高い殺菌効果が得られ液温の上昇も40°C以下に抑えられ、高い殺菌効果を得つつ食品への影響を抑えられる効率的な殺菌が可能であることを明らかとした。食品への金属混入を防止するための金属フリーの高電圧パルス電界(HV-PEF)殺菌装置を開発する試みとして、まず電極素材としたこれまでの金属材料に代わり炭素材料を用いたHV-PEF殺菌装置の開発を実施した。炭素材料としてカーボンボード、カーボンメッシュを用い殺菌効果の検証を行った結果、カーボンボードに比べカーボンメッシュを電極材料とした場合に高い殺菌効果が得られた。これは表面が平滑なカーボンボードと異なりカーボンメッシュでは網目構造に由来した不均一な電界が生じることで局所的に発生する高電界により殺菌効果が促進されたものと考えられる。また、流通方式としてカーボンメッシュ電極面と平行または直行する流れを有する連続処理装置の開発し殺菌試験を実施した結果、電極表面の不均一電極場を必ず通過するカーボンメッシュを直行する流れを有する殺菌装置において高い殺菌効果が得らた。また材料の導電性に由来する発熱について金属電極を用いた場合と比較を実施した結果、炭素材料を用いた際には発熱量が幾分大きくなる傾向が確認されたものの、急激な温度上昇には至らず、HV-PEF殺菌の利点である非加熱での液体殺菌を炭素材料を電極材料として用いた場合でも実現可能であることが示唆され、冷却機構を取り入れた装置構造の開発も開始している。HV-PEF殺菌における損傷菌の存在の調査を大腸菌と酵母を指標菌として実施した。HV-PEF殺菌後、損傷菌の回復を促進可能であるとされる低温培養および4°Cにおける13日のインキュベーションを実施したが、生菌数に有意な変化は確認されず、HV-PEF殺菌では高圧殺菌で確認されるような損傷菌は生じないことが示された。これは殺菌処理を実施した食品の保存期間における安全性の担保の観点から重要な知見であり、これまで明らかとなっていなかったHV-PEF殺菌の優位性を示す新たな知見である。申請時の研究実施計画に示した年次計画の目標をほぼ達成した。小テーマとして計画した「食品風味に影響を及ぼさない金属フリーの殺菌処理装置の開発」については初年度の目標であった炭素材料を電極として用いた殺菌効果の確認ならびに発熱量の調査を達成した。発熱の影響を最小限とするための冷却機構を導入した装置開発も開始しており、装置構造のプロトタイプは開発に着手しており詳細な条件検討を実施しているところである。次年度以降に予定しているセラミック製の装置を作成するためのセラミック3Dプリンターの発売が延期されてしまったため、セラミック製装置の3DCADによる試作や強度試験といった予備試験が実施できていない点が当初計画からは遅れてしまっているが、セラミックの代用としてガラスやシリコンなどの素材を用いて装置開発を実施し、装置開発の目処も立ってきている。もう一つの小テーマとして計画した「損傷菌の存在の調査と殺菌技術の開発」については、大腸菌と酵母を指標菌として用いることで、グラム陰性菌ならびに真菌をを対象としたHV-PEF殺菌では損傷菌が生じないことを明らかにし目的を達成した。一方でグラム陽性菌を対象としたHV-PEF殺菌における損傷菌の存在の確認についての調査が未達成である。HV-PEF殺菌ではペプチドグリカン構造が強固なグラム陽性菌は殺菌されにくいため有意な殺菌効果が得られる殺菌条件の検討が課題となっているものの、現在実施している冷却機構を導入した処理液の昇温を押さえながら殺菌を実施可能な装置開発を勧めることで、グラム陽性菌に対しても有意な殺菌条件の確立が可能になるものと考えており、殺菌条件が確立次第、迅速に調査は終了できるものと考えている。金属フリーの高電圧パルス電界(HV-PEF)殺菌装置を実現するため、昨年度に開発した電極材料として炭素材料を用いたHV-PEF殺菌装置の更なる検討を実施した。カーボンメッシュを電極素材として使用し長期間の殺菌試験を実施すると、殺菌効果の減少と殺菌対象とした液体に若干の焦げたような臭いの発生が起こることが確認された。