hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ヒトの睡眠時エネルギー代謝に関する時系列解析を用いた検討

この方法を用いることにより、睡眠寝具の違いによる睡眠構造の違いや、睡眠時無呼吸症候群の治療として用いられるマウスピースの有り無しでの睡眠構造の違いについて、今まで以上に細かく解析できる可能性が示唆された。さらに、筑波大学国際統合睡眠医科学研究機構の先生方ともコンタクトをとるようになり、以前と比べて医学的な立場、さらに動物実験を行っている立場からさまざまなアドバイスをもらって研究を遂行できる環境になってきた。これまで測定を積み重ねてきた、29名の健常者の睡眠ポリソムノグラフィーで睡眠段階を記録したデータを用いて、睡眠開始後の睡眠段階と時間の影響を分け、睡眠時エネルギー代謝の特徴を明らかにするために、セミパラメトリック回帰分析を用いて評価した。その結果、エネルギー消費量および炭水化物酸化量は、各睡眠段階間で異なることが分かり、両指標とも覚醒の23時間前から上昇に転じることが示唆された。1日の中で最も長い絶食期間である睡眠中に、エネルギー代謝のパラメーターに変化が生じることは、疫学研究によって報告されている短時間睡眠と肥満の関連について解明する一助となる可能性がある。また、所属している運動栄養学研究室では、数年前より災害活動に従事する消防隊員に必要な“食"に関する研究を続けてきており、東日本大震災後に緊急消防援助隊として活動した消防隊員に質問紙調査等を行ってきた。今年度は、過去の先行研究やアスリートを参考として、消防隊員が食べる発災直後に現場で食べる活動食の必要要件や、災害に備えて備蓄している食糧の現状、消防と同様に有事の際に活動する自衛隊・警察の備蓄食の現状との比較など、これまでの研究成果を形にすることができた年となった。睡眠に異常のない健常男性を対象に、就寝直前に青色光暴露もしくは真っ暗な中で2時間過ごすことにより、直後の睡眠構築にどのような影響を及ぼすのか、また翌日午前中の覚醒水準やエネルギー代謝にどのような影響を与えるのかを検討した結果、R&Kによるレム睡眠、ステージ3/4の深睡眠といった睡眠構築、また周波数解析によるデルタ波やシータ波などの各周波数のパワーには両試行間で有意な差は認められなかったものの、翌日午前中の朝食後の食事誘発性熱産生が青色光暴露試行では低下し、覚醒水準も低下するという結果が得られた。我々は、日常生活を送る中で気づかないうちにテレビやパソコン、携帯電話などさまざまな青色光に暴露されており、今回のようなかなり弱い青色光でも翌日の生体データに影響を及ぼしていることから十分気をつける必要があるということが示唆されたため。今後の方針としては、血液(白血球)から抽出したRNAが、顆粒球由来なのかリンパ球由来なのかといった白血球のポピュレーションを検討するとともに、被験者を追加して国内外の学会発表を行うと同時に、投稿論文を作成する予定である。また、睡眠中の脳波解析について、睡眠構造ごとに分類して累積パワーについて比較する方法を検討中である。28年度が最終年度であるため、記入しない。ヒトの睡眠時エネルギー代謝に時計遺伝子発現の振幅や位相も関係していることは明らかである。そのため、非侵襲的に採取可能な唾液を用い、唾液中の時計遺伝子発現を測定し、エネルギー代謝に関係する生理学的パラメータの時系列解析の一つに加えようと考えている。
次次世代ニッケル基ナノ合金の計算科学的手法によるデザイン

ニッケル基合金は高温強度に優れ、耐高温強度が要求されるジェットエンジンやガスタービンのブレードなどに広く使用されている。しかしながら、昨今のさらなる熱機関のエネルギー高効率化やCO2削減などの環境負荷低減への要請から、材料には一層の高温強度の向上が求められている。昨年度までは、一般的な結晶材料の高温変形の支配方程式を獲得することを目的として、系を比較的高温に置くことで、クリープ変形を加速させた分子動力学解析を行い、クリープ変形を支配している素過程を抽出し、それが熱活性化過程に支配されていることを用いて、様々な温度や応力下でのクリープメカニズムを説明することに成功した。本年度は本解析を、ニッケル基の合金に適用した。具体的には、ニッケル基合金のナノ部材の引張り変形解析を行った。その結果、部材サイズによって変形様式が相変態によるものから双晶形成によるものに遷移するなど、強い部材サイズ依存性を示すことが分かった。また、これとは別に、昨年度までの研究では、粒径を構造を特徴づける唯一の長さパラメータとして検討を進めてきたが、近年、双晶を粒内に組み込んで強度と延性を両立させる実験結果が多数報告されつつある現状を踏まえて、粒内に双晶を人工的に埋め込んだモデルを作成し、その双晶の幅を新たなパラメータとして、クリープ解析を実施した。その結果、双晶を有する結晶は双晶がない結晶に比べてクリープ強度が大きく向上することが分かった。その実現のために、我が国をはじめ世界中で多くの努力が払われてきているが、ニッケル基合金がなぜ高温強度に優れるかについての理解が不十分なため、絨緞爆撃的に合金組成や内部組織を変化させるなど、その開発は試行錯誤的になっているのが現状である。そこで本研究では、新たに開発する原子・電子レベルの時間加速モデリング法に立脚して、原子・電子レベルからその優れた高温強度発現のメカニズムを明らかにするとともに、ナノスケールで内部構造を制御された次次世代の高強度高温構造材料の開発に向けてのユニバーサルな設計指針を確立し、新たなナノ高温強度材料の提案を目指す。高温下では、原子拡散現象に起因する結晶中の各種欠陥挙動が結晶材料全体の機械的特性に大きな影響を与える。しかし、これらの挙動は原子振動の時間スケールに比べ極めて長時間で起こるため、これまでの原子・電子レベルのモデリング手法では時間スケールの問題により、取り扱うことができなかった。そこで、高温強度発現メカニズム解明に向けての初期研究として、本年度はまず、時間を加速することができる時間加速分子動力学手法を新規に確立することで、拡散現象を原子スケールで詳細に取り扱うためのツールを獲得した。そして、本手法を結晶中の不純物拡散問題に適用し、実験データーとの比較検討から手法の有効性を明らかにした。さらには、次年度以降に実施する、ニッケル多結晶体の変形メカニズム解明に本手法を適用するための理論構築をおこなった。多結晶体のクリープ変形が転位の運動と原子の拡散によって支配されていることはよく知られているが、原子レベルでの変形の具体的な描像は必ずしも明らかになっていない。その主な理由は,原子レベルの動的シミュレーションの時間スケールが,通常のクリープ試験の時間スケールに比べて極めて短いことが原因となっている。そこで、本研究では、系を比較的高温に置くことで、クリープ変形を加速させた分子動力学解析を行い、クリープ変形を支配している素過程を抽出し、それが熱活性化過程に支配されていることを用いて、様々な温度や応力下でのクリープメカニズムを説明することに成功した。具体的には,分子動力学計算法を用いて、ニッケルおよび銅のナノ多結晶体を単軸一定応力下に置き、一定のひずみ速度が達成された状態を獲得し、クリープ変形の解析を行った。解析によって得られた印加応力とひずみ速度関係の傾き(応力指数)が,低応力では1程度,高応力では4程度になることを示した。このような応力指数の変化は実験でも確認されている典型的な変化であり、モデル化したクリープ変形が妥当であることが確かめられた。次に、応力指数の変化と実際の変形様式がどのように関連しているかを原子構造変化の詳細な解析より明らかにした。原子構造の変化の解析の結果、応力指数1の条件下では、結晶粒界での原子拡散が変形を支配し,応力指数が増加するにつれ,粒界移動が支配的になり,さらに応力指数が上昇すると,粒界からの転位の生成による変形が支配的になることがわかった.また、詳細な解析の結果、これらの素過程の活性化エンタルピーが、温度によって変化するという新しい知見を獲得することができた。

具体的には、ニッケル基合金のナノ部材の引張り変形解析を行った。その結果、部材サイズによって変形様式が相変態によるものから双晶形成によるものに遷移するなど、強い部材サイズ依存性を示すことが分かった。また、これとは別に、昨年度までの研究では、粒径を構造を特徴づける唯一の長さパラメータとして検討を進めてきたが、近年、双晶を粒内に組み込んで強度と延性を両立させる実験結果が多数報告されつつある現状を踏まえて、粒内に双晶を人工的に埋め込んだモデルを作成し、その双晶の幅を新たなパラメータとして、クリープ解析を実施した。その結果、双晶を有する結晶は双晶がない結晶に比べてクリープ強度が大きく向上することが分かった。ナノ結晶の高温での変形メカニズムの解明については予定どおり行うことができた。一方材料が純ニッケルおよび純銅に限られており、ニッケル合金を用いた解析が終了していない。合金設計にむけて、23年度までに蓄積した変形メカニズムについての知見をもとに、合金系での解析を実施し、変形特性の合金組成依存性を明らかにする。
クリプキ意味論の拡張と認識論理・ゲーム理論への応用

認識論理のなかでも、相互認識的推論を記述できる多様相認識論理を主に扱った。ゲーム理論によって設定される「ゲーム論的意思決定過程」の分析に、多様相認識論理を適用する、というアイデアによって、ゲーム理論と認識論理の関係に関する新しい知見が得られた。今後の研究にも多くの示唆が得られた。特に、ゲーム論的意思決定過程における相互認識的推論の浅い水準(shallow depths)への制限可能性が限定合理性の重要な一側面であることが解った。限定合理性は、ゲーム理論において最近注目されている概念である。また、クリプキ意味論を拡張することによって、多様相認識論理のクリプキ意味論を構築できた。以下に関連する主な成果を挙げる。1.ゲームプレイヤー間の相互認識的推論においては、浅い水準(shallow depths)への制限可能性が重要であることが解った。また、これを理論的に取り扱える枠組みを、多様相認識論理で構築できることを示した。この制限下での多様相認識論理の証明論とクリプキ型意味論を構築した。2.層における自然変換や圏における関手を拡張クリプキ意味論の立場から解釈した。この手法を用いて、非古典述語論理におけるHallden-completenessを研究し、命題論理の場合と詳しく比較した。3.計算機科学関連では、距離空間の論理の公理化と決定可能性に関して具体的な知見が得られた。4.代数系のfuzzy部分代数束で成立する束等式が、通常の部分代数束で成立する束等式と一致する。5.幾つかのfuzzy論理のstandard完全性の証明。ゲーム理論に関連した多くの研究者と連携することにより、ゲームプレイヤー間の相互認識的推論とその極限としての共通知の役割について、基本的な問題点が明らかになりつつある。この成果の一部は、計算機科学特に人工知能の研究とも関連し、ウイーンで開かれたワークショップWorkshop on Modal Logic in AI, Vienna, Austria,(2001)で発表し好評を得た。また、計算機科学関連では、距離空間の論理の公理化と決定可能性に関して具体的な知見が得られた。さらに、幾つかのfuzzy論理のstandard完全性の証明が与えられた。以下に各研究分担者ごとに分けて成果を述べる。・(鈴木)層における自然変換や圏における関手を拡張クリプキ意味論の立場から解釈することを考え研究した。また、King's College Londonの計算機科学科Michael Zakharyaschevと緊密に連絡を取って距離空間の論理に関する成果を精密化しつつある。さらに、Fuzzy universal algebraとの関連を研究した(蔵岡誉司との共同研究)。・(小野)代数的な意味論の新局面について、現在の問題点を調べ、Esteva and Godo's logicについての成果を得た(F.Montagnaとの共同研究)。・(金子)ゲーム理論における実例の検討を行った。鈴木と協力して、ゲーム論的意志決定とその過程におけるゲームプレイヤー間の相互認識的推論とその極限としての共通知の役割について成果を得た。多くの研究者との連携により、ゲーム理論的意志決定の相互認識的推論について、重要な問題点が解ってきた。様相論理の国際会議の中でも重要な,"Advances in Modal Logic"(於:トゥールーズ(フランス))に参加し、海外での最新の動向を得た。今後、より完成度の高い成果を得るための重要な情報となる。国内では、今年度のMLG数理論理学研究集会をorganize(永山操氏と共同)し、小野の成果を含むproceedingを作成した。また、計算機科学への時相認識論理の応用に関して成果を得た。これはクリプキ意味論の応用を考える上で、重要な可能性を開くものと言える。・(鈴木)Hyperdoctrine意味論において、層の自然変換や圏の関手によって表現されるものを、拡張クリプキ意味論の視点から研究した。

その研究をもとに、超直観主義述語論理におけるHallden完全性とその周辺について成果を得た。また、O.Kutz、M.Zakharyaschevらと共同して、距離空間の論理に関する成果を精密化した。・(小野)代数的な意味論について、residual束の観点からの見通しを与えた。また、幾つかのfuzzy論理のクリプキ意味論のついて、F.Montagnaと共同して成果を得た。さらに、時相認識論理とその証明探索手続きについて、丸山晃生らと共同して成果を得、計算機科学関連の学術雑誌に発表した。・(金子)ゲーム理輪における応用を検討し、鈴木と協力して、ゲーム論的意志決定の相互認識的推論について成果を得た。研究分担者相互の連携により,ゲームプレイヤー間の相互認識的推論においては,浅い水準(shallow depths)への制限可能性が重要な点であることに注目した。この制限下での認識論理の証明論と(Kripke型)意味論を構築した。距離空間の論理について具体的な知見が得られた。また,fuzzy universal algebraとresiduated latticeに関する研究を行った。以下で項目分けして概説する。(括弧内は,主に行った研究代表・分担者。)1.(鈴木)層における自然変換や圏における関手を拡張クリプキ意味論の立場から解釈することを考え,これを用いてHallden-completenessを研究した。2.(鈴木)距離空間の論理の公理化と決定可能性を示した(F.Wolter, M.Zakharyaschev他との共同研究)。4.(小野)代数的な意味論の新局面について,特に,residuated latticeによる展開についての成果を得た。5.(鈴木・金子)ゲーム論的意志決定状況でのプレイヤー間の相互認識的推論のshallow depthsへの制限と,それを記述する認識論理の証明論と(Kripke型)意味論の構築に成功した。また,これをゲーム理論に応用し、成果を得た。
健康リスクテイキング行動のメカニズムの解明

本研究は、健康リスクテイキング行動のメカニズムを解明するため、刺激希求、自己制御能力、社会規範が健康リスクテイキング行動に与える影響を解明することを目指した。一連の研究から、(1)刺激希求、仲間の飲酒規範、親の飲酒規範が青年の飲酒行動にそれぞれ直接的な影響を与えること、(2)刺激希求は仲間の飲酒規範を媒介して間接的にも青年の飲酒行動に影響を与えること、(3)その影響は年齢や性別によりが異なること、を明らかにした。喫煙、飲酒、肥満などの健康リスクテイキング行動を防止・抑制することは、健康長寿社会の構築に資する重要な課題である。本研究は、健康リスクテイキング行動のメカニズムを解明するために、刺激希求、自己制御能力、社会規範が健康リスクテイキング行動に与える影響ならびにそれらの相互関係の解明をめざしている。平成25年度は、幅広い年代を対象に、健康リスクテイキング行動に伴う健康リスクの認知について、自己制御能力、刺激希求、社会規範の相互関係を捉えた健康リスクテイキング行動のメカニズムの解明を試みた。具体的には、年齢や性別などの基本属性、健康リスクテイキング行動の種類によるメカニズムの差異について明らかにすることを試みた。平成24年度に行った、刺激希求、自己制御能力、社会規範が青年の飲酒に与える影響を検討した調査について追加調査を行い、データ数を増加させた検討を行った。その結果、刺激希求、自己制御能力、社会規範が青年期の飲酒に与える影響は男女で異なることが明らかになった。この結果は、健康リスクテイキング行動の防止・抑制のためのプログラムを開発するうえで性差を踏まえた検討が必要であることを示しており、非常に有意義な結果といえる。平成25年度は、これらの結果を国際学会において学会発表、ならびに審査論文として発表し、研究成果を社会に還元することに努めた。本研究は、健康リスクテイキング行動のメカニズムを解明するために、刺激希求、自己制御能力、社会規範が健康リスクテイキング行動に与える影響ならびにそれらのの相互関係の解明をめざしている。平成24年度は、刺激希求、健康リスクテイキング行動に対する仲間や家族などの集団規範、自己制御能力が青年の飲酒に与える影響を解明するための調査を行った。刺激希求は青年用刺激希求尺度(柴田, 2008)を、自己制御能力は自記式質問紙により、金銭課題を用いた時間割引率を算出した。親や家族などの集団規範と本人の飲酒行動については主観的な測度を用いた。その結果、刺激希求、仲間の飲酒規範、親の飲酒規範はそれぞれ青年の飲酒行動に直接的な影響を与えることが認められた。また、刺激希求は、仲間の飲酒規範を媒介して間接的にも青年の飲酒行動に影響を与えていることが明らかになった。この結果は、青年期の飲酒行動について、刺激希求をはじめとするパーソナリティ特性が中核的な役割を果たしており、飲酒行動の背景に刺激希求に基づく友人選択過程が影響を与えている可能性を示唆するものである。さらに、平成24年度は、種々の政府統計資料に基づき、青年期の飲酒・喫煙行動の特徴を書籍としてまとめた。書籍刊行により、我が国における青年期の健康リスクの理解、ならびに、健康リスクテイキング行動を解明する重要性を広く啓発することに努めた。本研究は、刺激希求、自己制御能力、社会規範が飲酒や喫煙などの健康リスクテイキング行動に与える影響について、個々の影響ならびにそれらの相互作用に着目することで、健康リスクテイキング行動のメカニズムを解明することを目的としている。平成26年度は、縦断研究の実施に向けて、平成25年度に実施した調査データのさらなる検討を行った。結果からは、個々の要因が健康リスクテイキング行動に与える影響が年齢により異なることが認められた。しかしながら、分析を進めるなかで、データにおける年齢群の偏りが認められた。そこで、調査結果が各年齢群の母集団を十分に反映したものとなるよう、平成25年度の調査と同じ調査票を用い、幅広い年齢のデータをより確実に得ることができるweb調査を実施した。縦断研究のデザインを精錬させるために以上のデータについて分析を進めており、縦断研究の開始時期が遅れた。また、平成26年度は、妊娠・出産・育児のため研究時間を十分に確保することができず、研究の全般的な遂行に遅れが生じた。そこで、補助事業期間延長を申請した。期間延長が認められたため、平成26年度に実施する予定であった研究は、平成27年度に実施する予定である。本研究は、健康で豊かな社会の構築に資するため、飲酒や喫煙など直近ならびに将来的な健康リスクを有する健康リスクテイキング行動のメカニズムを解明することを目的としている。具体的には、刺激希求、自己制御能力、社会規範が健康リスクテイキング行動に対して個々に直接的に与える影響、ならびに、それらの要因の相互作用に着目した実証的研究を行うものである。平成27年度は、平成26年度に承認された期間延長を利用し、平成26年度に実施予定であった研究を継続して遂行した。標本の年齢ならびに性別の偏りを補正するために行ったWEB調査の結果からは、刺激希求、自己制御能力、社会規範が健康リスクテイキング行動に与える影響は、年齢、性別により異なることが認められた。特に、わが国でそれらの摂取に関して法律的な年齢制限を有する喫煙と飲酒については、弱年齢であるほど刺激希求、自己制御能力、社会規範がリスクテイキング行動に強い影響を与えることが明らかになった。また、弱年齢層では特に社会規範の影響が強く、友人関係が飲酒や喫煙を開始もしくはその使用を促進している可能性が示唆された。

さらに、縦断研究の実施に向けて、簡便な刺激希求尺度の作成を行った。欧米で広く使用されているBrief Sensation Seeking Scale(Hoyle et al, 2002)の翻訳許可を取得して調査を実施した。大学生を対象とした調査からは、日本語版Brief Sensation Seeking Scaleが元尺度と同様に頑健な一因子構造を持ち、かつ、十分な信頼性と妥当性を有する尺度であることが明らかになった。本研究は、健康リスクテイキング行動のメカニズムを解明するため、刺激希求、自己制御能力、社会規範が健康リスクテイキング行動に与える影響を解明することを目指した。一連の研究から、(1)刺激希求、仲間の飲酒規範、親の飲酒規範が青年の飲酒行動にそれぞれ直接的な影響を与えること、(2)刺激希求は仲間の飲酒規範を媒介して間接的にも青年の飲酒行動に影響を与えること、(3)その影響は年齢や性別によりが異なること、を明らかにした。刺激希求、自己制御能力、社会規範が飲酒や喫煙などの健康リスクテイキング行動に与える影響について年齢群における差異が認められた。縦断研究のデザインを精錬させるためにはデータを追加した検討を行い、結果の信頼性を高める必要性があると考えられた。そこで、幅広い年齢のデータを確実に得ることができるweb調査を実施した。以上のデータについて分析を進めており、縦断研究の開始時期が遅れた。また、平成26年度は、妊娠・出産・育児のため研究時間を十分に確保することができず、研究の全般的な遂行に遅れが生じた。パーソナリティ心理学平成26年度は、妊娠・出産・育児のため、研究時間を十分に確保することができず、研究の遂行に遅れが生じた。そこで、補助事業期間延長を申請した。期間延長が認められたため、平成26年度に実施する予定であった研究は、平成27年度に実施する予定である。平成27年度は、当初平成26年度に行う予定であった縦断研究の実施を予定している。縦断研究の遂行においては参加者の負担軽減が重要である。そこで、これまでの調査結果に基づき、簡便な尺度を使用することで、参加者の負担軽減を目指す。平成25年度は、自己制御能力、刺激希求、社会規範の相互関係を捉えた健康リスクテイキング行動のメカニズムについて、年齢や性別などの基本属性、健康リスクテイキング行動の種類によるメカニズムの差異について明らかにすることを試みた。未成年者に対する飲酒や喫煙の調査では、調査が匿名であっても、それらの行為が法律違反であることを理由に実施が断られるケースがいくつかあった。しかしながら、予定よりも多くの調査参加者を得ることができたため、当初の計画どおりに研究は遂行できた。当初の研究目的では、自己制御能力の測度の信頼性と妥当性を明らかにすることに主眼を置いていた。自己制御能力の諸測度について信頼性と妥当性を検討したところ、いくつかの尺度については十分な信頼性が認められないことが明らかになった。
放射線による電子励起を利用した半導体放射線電池の開発

本研究では、半導体電極へのX線照射することにより電子-正孔対を発生させ,これにより起電力を得ることで、放射線のエネルギーを電気工ネルギーに直接変換する新しいタイプの電池の開発を目的として研究を展開した.本研究では,半導体としてはTiO_2の多孔質半導体電極をアノードに、白金等の安定な材料をカソードに用い、電解質にはヨウ素/ヨウ化物イオンの混合溶液などを用いて,電池の設計・製作を行い放射線電池開発の可能性を検討した.本電池の原理は次の通りである.放射線が照射されるとアノードの半導体電極が励起され,二酸化チタンの電位は負となる.一方,二酸化チタンの基底準位にできた正孔に電解質中のI^-が電子e^-を渡し,3I^-→I_3^-+2e^-の酸化反応が進み,カソードはこのI_3^-に電子を取られ正の電位を示す.半導体電極に関しては,安定した起電力を得るためには,電極は放射線(X線)による損傷が少なく,かつ,放射線によって発生する電子-正孔にもとづく起電力によっても自己溶解することがない物理的・化学的に安定な電極であることが必要である.本研究では,基本的にはアノードとして二酸化チタンなどの電極を用い,溶液との接触面積を大きくするために多孔質として表面積を大きくしたものを用いた.カソードには黒鉛や白金を,電解質にはヨウ素/ヨウ化物イオンの混合溶液を用いた.本研究ではアノードとして用いられる二酸化チタンを作成し,放射線の代わりとして,紫外線ランプを用いて起電力の生じるのを確認した.これはよく知られている本田・藤島効果によるものである.しかし本来の目的である放射線では起電力が小さくほとんど電気が流れなかった.これは紫外線ランプとX線との光子数の差が原因と思われる.このような電池タイプの電池を改善するには,X線に対する感度の向上,または線源の光子数が多いことが求められる.1.放射線電池用半導体電極,および放射線のセルの設計半導体電極に関しては,安定した起電力を得るためには,電極はγ線(またはX線)などの放射線による損傷が少なく,かつ,放射線によって発生する電子-正孔にもとづく起電力によっても自己溶解することがない物理的・化学的に安定な電極であることが必要である.具体的にはアノードとして二酸化チタンTiO_2などの電極を用い,溶液との接触面積を大きくするために多孔質の二酸化チタンとする.カソードには黒鉛や白金を試し,電解質にはヨウ素/ヨウ化物イオン,具体的にはヨウ素/ヨウ化カリウムの混合溶液を用いる.本電池の原理は次の通りである.放射線が照射されるとアノードの半導体電極が励起され,二酸化チタンの電位は負となる.一方,二酸化チタンの基底準位にできた正孔に電解質中のI^-が電子e^-を渡し,3I^-→I_3^-+2e^-の酸化反応が進み,カソードはこのI_3^-に電子を取られ,正の電位を示す.本研究ではアノードとして用いられる二酸化チタンを作成し,放射線の代わりとして,紫外線ランプを用いて起電力の生じるのを確認した.これはよく知られている本田・藤島効果によるものである.本来の目的である放射線では今後実験の予定である.2.放射線電池用セルの設計使用されるセルは,放射線が半導体電極に可能な限り効果的に当たり,かつ,水の放射線分解などの影響を排除するために放射線が水溶液にはなるべく当たらないように遮蔽を施したセルを設計した.本研究では、半導体電極へのX線照射することにより電子-正孔対を発生させ,これにより起電力を得ることで、放射線のエネルギーを電気工ネルギーに直接変換する新しいタイプの電池の開発を目的として研究を展開した.本研究では,半導体としてはTiO_2の多孔質半導体電極をアノードに、白金等の安定な材料をカソードに用い、電解質にはヨウ素/ヨウ化物イオンの混合溶液などを用いて,電池の設計・製作を行い放射線電池開発の可能性を検討した.本電池の原理は次の通りである.放射線が照射されるとアノードの半導体電極が励起され,二酸化チタンの電位は負となる.一方,二酸化チタンの基底準位にできた正孔に電解質中のI^-が電子e^-を渡し,3I^-→I_3^-+2e^-の酸化反応が進み,カソードはこのI_3^-に電子を取られ正の電位を示す.半導体電極に関しては,安定した起電力を得るためには,電極は放射線(X線)による損傷が少なく,かつ,放射線によって発生する電子-正孔にもとづく起電力によっても自己溶解することがない物理的・化学的に安定な電極であることが必要である.本研究では,基本的にはアノードとして二酸化チタンなどの電極を用い,溶液との接触面積を大きくするために多孔質として表面積を大きくしたものを用いた.カソードには黒鉛や白金を,電解質にはヨウ素/ヨウ化物イオンの混合溶液を用いた.本研究ではアノードとして用いられる二酸化チタンを作成し,放射線の代わりとして,紫外線ランプを用いて起電力の生じるのを確認した.これはよく知られている本田・藤島効果によるものである.しかし本来の目的である放射線では起電力が小さくほとんど電気が流れなかった.これは紫外線ランプとX線との光子数の差が原因と思われる.このような電池タイプの電池を改善するには,X線に対する感度の向上,または線源の光子数が多いことが求められる.
脱細胞化臓器と増殖因子導入ゲルから成る肝臓の再構築技術の創出

肝組織再構築が移植医療の問題解決のために望まれているが、現在臓器規模の肝組織は構築できていない。その大きな原因として、肝細胞を維持するためには臓器規模の血管網構築が不可欠であるが血管網構造のように複雑な形状の担体を人工的に作製できないことがあげられる。本研究では肝臓から細胞を抜き去った脱細胞化肝臓を足場として用い、臓器規模の血管網を有する構造体の作製、及び肝細胞を取り巻く機能性ゲルの開発により、十分な治療効果を持つ肝組織を構築を目指した。平成25年度の研究としては、この作製した肝組織体の評価を行った。具体的には作製した肝組織体の培養による評価と、血液体外循環系の構築である。培養による評価においては、脱細胞化肝臓に対してラット肝初代細胞を充填して作製した肝組織体を培地循環培養し、静置培養時との機能発現を比較した。その結果、同じ細胞密度で播種し、培養した静置培養時よりも、培地循環培養を行った際の方が播種細胞数あたりの肝機能発現量が高いことが示唆された。これは、培地循環培養時において、脱細胞化肝臓内の血管構造を利用して培地が流れ、酸素供給が行われていたことが期待される。つまり、再細胞化肝臓内においても血管構造が維持されていたと期待され、本基材を足場とした臓器規模の血管網の構築が可能なことが期待される。一方、血液体外循環系の構築においては、ラット頸動脈から血液を引出し、ポンプを介して頸静脈に戻すという循環回路の安定した作製に成功した。さらに、肝臓を組み込んだ回路の構築に成功した。そこで、作製した肝組織を組み込む回路の作製に取り組んだところ、回路内の圧力損失が大きな課題となったが、作製した肝組織をゲルに包埋することや、回路を短くすることで、血液体外循環に成功した。非常に困難でチャレンジングな研究課題であるにも関わらず、申請時の目標に非常に近い形まで研究を進めることができたため。研究期間は本年度で終了するが、本研究の今後の展望としては、血液体外循環系を用いた作製した肝組織の機能評価や、血管吻合による移植を行い、ドナー肝臓に代わる新たな肝組織創出につながることが期待される。臓器規模の血管網構築の足場として、本研究は脱細胞化肝臓を足場として用いる。そのため、この足場の血管構造が重要である。しかし、その構造は樹脂によりかたどりした後、外観でしか評価されてこなかった。そこで、かたどりした樹脂を3D-CTにかけることで、その数値データの取得をおこなった。得られたデータから、組織断面積あたりの血管密度を比較したところ、実現象に即した妥当な評価法を確立でき、さらに脱細胞化肝臓が正常肝臓とほぼ同等の緻密な血管構造を維持していると示唆された。一方で、脱細胞化肝臓に含まれるDNA量を正常肝臓と比較したところ、非常に少ないことが示唆された。また、脱細胞化肝臓内部の血管網周囲に肝細胞を配置する方法の最適化を行った。取得した脱細胞化肝への肝細胞の播種方法としては、コラーゲンゾルに懸濁した肝細胞を針付きシリンジで周囲から複数個所注入して播種する方法が最適であると示された。本研究では肝臓由来の酵素である組織トランスグルタミナーゼを用い増殖因子の固定化とゲル化を同時に行う。そこで、酵素の基質部位を付与した組み換え増殖因子(bFGF-tag)を設計し、レトロウイルスベクターを用いてCHO細胞において生産を行った。生産したbFGF-tagが活性を有し、定量的に測定可能なことが示唆された。さらに組織トランスグルタミナーゼにより生産したbFGF-tagが固定化可能なことが期待された。脱細胞化肝臓を足場として作製した肝組織の移植を行うために、今まで門脈しか確保してこなかったが、肝静脈も確保するようにした。ラットの頸動脈から血液を体外循環し、脱細胞化肝臓を経て頸静脈から血液を戻すという循環ラインの構築を行った。

さらに、肝臓を組み込んだ回路の構築に成功した。そこで、作製した肝組織を組み込む回路の作製に取り組んだところ、回路内の圧力損失が大きな課題となったが、作製した肝組織をゲルに包埋することや、回路を短くすることで、血液体外循環に成功した。本年度に予定していた研究計画はステップアップ的なものであったが、実際は各ステップごとにそれぞれ研究を進め、肝臓の再構築という大きな目標に対して、複数の要素技術を開発することができた。具体的には、前年度までに確立した臓器鋳型を用いて、その内部の血管鋳型の構造解析や血管網構築後の肝細胞播種方法の最適化、構築した肝臓を評価するための肝不全ラットに対する適用法等の様々な要素技術を確立した。さらに、医学や機械科学等の研究者達と積極的に連携し、自身の知識と考え方を広げ、課題の達成に向けて大きく前進することができた。非常に困難でチャレンジングな研究課題であるにも関わらず、申請時の目標に非常に近い形まで研究を進めることができたため。脱細胞化肝臓の解析については、取得した血管構造の3次元数値データを基に、血液流入やそれによる酸素供給量から周囲に配置する肝細胞密度の最適化を行う。また、脱細胞化肝臓に含まれるDNA量の再現性の評価や、脱細胞化肝臓の組成評価を行う。増殖因子導入ゲルの開発については、固定化量や固定化効率のより定量的な評価を行い、固定化後の活性評価やゲル化能の評価等に進んでいきたい。移植用肝組織の作製については、ラットにおいて体外循環ラインにより、内皮化した脱細胞化肝臓の評価や作製した肝組織の機能評価を予定している。研究期間は本年度で終了するが、本研究の今後の展望としては、血液体外循環系を用いた作製した肝組織の機能評価や、血管吻合による移植を行い、ドナー肝臓に代わる新たな肝組織創出につながることが期待される。
自動車電子化推進のための自動車-半導体産業間技術共同開発の在り方

リーマン・ショック等により当初予定していた自動車産業、半導体産業を対象とした研究遂行は困難となった。そこで、調査対象産業を広げて研究の目的である情報の抽象化と構造化を通じた産業間での技術共同開発に際し考慮すべき基本的かつ実際的な要素の解明を行った。「技術移転の条件」「必要とされる技術・製品に対する認知レベルの統合度」「技術開発に求められる人材像」の三つについて学術的にも実際的にも基本的で重要な知見が得られた。福田政権による政策変更のため、経済産業省で予定されていた自動車メーカー、電装メーカー、半導体メーカーの自動車電子化責任者レベルを集めての懇談会は概算要求の筆頭項目の一つとなっていたにもかかわらず不実施となった。しかし、予定していたBosch、BMW、IMEC、Freescale、Intel、Xilinx、日産自動車、ルネサステクノロジ、と言った国内外の研究機関、自動車電子化関連企業へのインタビューを実施し、自動車電子化に関して会社を代表して意見を述べることができる方(主査、事業部長、副社長、取締役、クラス)からお話しを伺うことができた。また、日産自動車とルネサステクノロジでは自動車電子化に関わる技術者を対象とするアンケートを実施することもできた。インタビューからは、欧州の自動車電子化の中心はBosch社であること。Autosarの設立など自動車電子化での自動車-半導体共生システムの構築において日本よりも進んでいると思われた欧州であるが、実体は停滞しており、ソフトウェアの開発は問題視しているものの、半導体素子までは考慮が及んでいないこと。Bosch社は半導体素子の開発も推進しているが、今後期待されている高集積化素子まで踏み込むかどうかの決定はしていない。この間、Intel、Xilinxが自動車用半導体の供給を進めており、特にIntelはPCにおけるビジネスモデルと同様の生態系を創り出すことに力を注いでいること。などがわかった。アンケートでは、予想したほど技術に対する考え方に隔たりはなく、それよりも、自動車のコモディティ化に対する懸念の強さ、ロードマップに対する考え方、等に関し両社の技術者の間で大きな違いがあることがわかった。また、本件で意図しているアーキテクチャレベルで技術開発の在り方を方法に関しては、自動車メーカーも半導体素子メーカー関心を示すと共に、期待感をもっていただいた。初年度までの研究の成果、自動車産業と半導体産業が次世代車載半導体素子開発において利益相反関係にあること、さらに技術に対する考え方の違いがあり、それが相互理解を阻害している可能性があること、を国内(組織学会)、国外(Euro MOT)で発表した。また、異なる産業間での共生的発展メカニズムモデル構築のために半導体産業と化学産業、半導体産業と精密機械産業との関係の調査を行った。半導体産業と化学産業の関係ではレジストやバックエンド・テープの事例を調査し、新たな製品が市場性を持つためには、in-putとしての要素(材料、製造装置など)に関する評価技術と評価方法、加工技術と加工方法、out-putとしての上位システムもしくは顧客の製品評価技術と評価方法に関する三つの方法を伴う技術知識が必要であることがわかった。すなわち、企業単位で言えば、自社が加工技術と加工方法を有する場合、上流の要素技術の知識と下流の顧客の製品評価基準がわかれば、他産業への参入ができると言うことである。このことも昨年度前半に国内(組織学会)、国外(ISPIM)で発表した。昨年度後半はこの技術伝播の三要素についてターボ分子ポンプを例として半導体産業と精密機械産業の間でも調査した(未発表)。また、アーキテクチャを用いた理論モデルの構築も行っている(本年度前半に発表予定)。研究の一方で、自動車-半導体の利益相反とそれを解決するための自動車用半導体素子の開発に関しては関係各所に研究成果を説明した結果、昨年度12月3月の間に開催されたNEDOの「電今後の電子情報産業の技術開発プロジェクトの在り方を考える検討会」でも遡上に上がり、今後行うプロジェクトの候補の一つとして検討されることになった。研究成果であるが、半導体-半導体材料産業間での技術伝播についての理論モデルについて国内外で発表した。また、半導体製造装置産業-機能部品産業間の技術伝播についても国内発表を行い未投稿ではあるが論文も執筆中である。さらに、エンジンの外注などオープン化が進む大型商用車と乗用車をアーキテクチャの観点から分析し、乗用車では居住性の顧客訴求効果が高く、それが空間制約となってオープン化に対する制約となっていることを明らかにした。このことは学生の修士論文としてまとめられたが、24年度に海外学会において発表を行う。この他にも、抽象的な知識の結合に関して多大の進歩が得られた。他分野の知識をアナロジとして用いることにより市場インパクトのある新製品を生み出すことができる可能性が高いことが知られているが、開発現場において俗に「優秀な人(ハイパフォーマー)」と思われている人は抽象的な知識を組み合わせ、新たなシステムを構築する能力が高く、かつその能力は経験年数に依存しないことが分かった。このように、自動車一半導体に限らず、広く他産業の知識を組み合わすための基礎的な要件のいくつかを確認できた。実務面では、リーマン・ショックによる不況、半導体産業の再編などにより開催が困難となっていた自動車産業-半導体産業間共同開発を考えるための懇談会を開催できたことである。

具体的には我々の働きかけを受け、今般は経済産業省自動車課と情報通信機器課が合同で懇談会を開催した。産業界からは自動車業界から自動車業界だけで会いたいとの希望があり、トヨタ、日産、ホンダ、の制御系担当の部長職が出席した。この懇談会において、2009年の本研究プロジェクト開始時に想定した課題は基本的に変わっておらず、状況はより深刻になりつつあることが確認された。十分に今後の研究の指針となるデータが得られた。
中途失明者の歩行訓練過程の解析-新しい知覚システムと空間表象系の獲得に焦点を当てて

視覚が利用できない事態でのナヴィゲーションはどのように行われるのか?そのことを知るための一つの方法として中途失明者の歩行訓練を観察した。中途失明すると通常ほぼ1年に及ぶ歩行訓練の過程を経て、単独歩行が可能になる。それは視覚以外の感覚的情報の意識化と、新しい「地図表現系」の成立によって可能となる。例えば、それまでは外界の見えが制御していた直線歩行の情報は横を走る車の音、路面の特徴の足裏での認知などが提供する。また絶対的方位系としての「東西南北」基準系の使用が視覚の代わる確実な地図的枠組みとなる。このような特殊な事態での人と環境との相互作用についての詳細な分析を行った。晴眼者がナビゲーションに用いている情報系についての基礎的情報を提供することができた。さらに実際の非視覚的ナヴィゲーションがどのように進行するのかについて調査を都内の地下街で行った。報告書には以下のデータとそれに基づく議論が記載された。(1)国立所沢リハビリテーションセンターで行われる中途失明者の歩行訓練の全プロセスを縦断的(36か月)な観察。(2)都内地下街での非視覚的ナヴィゲーションについてフィールドワーク。国立身体障害者リハビリテーションセンター(埼玉県所沢市)での中途失明者を対象とする歩行訓練の全プロセスを縦断的に観察記録し解析した。平成4年度までに4名の中途失明者(20歳代が2名と40歳台が2名)の訓練過程を観察・記録した。現在訓練過程での会話データを分析しているが、そこでは、1)相互的な会話において、中途失明者の発話量が訓練過程の進行とともに増加する傾向がみられる。2)それとともなって、中途失明者の口頭による空間表現に質的な変化が見られる、ことが明らかになった。このような事実は当初の歩行訓練は空間についての「表現系」の変化を引き起こすという仮説を支持していると思われる。現在二つの方法でこの問題をさらに検討している。一つはこれまでに収集した4名の会話資料をさらに詳細に分析するという方法であり、第2は大学生を被験者として、両者が視覚的にコミュニケーション可能(お互いの姿が見える通常の会話場面)な事態と、視覚的なコミュニケーションが禁止される(両者の間に壁がおかれる)事態での会話内容を比較することで空間についてのコミュニケーション事態における視覚的な情報の影響を検討する、という方法である。3種の観察、実験を行った。【.encircled1.】中途失明者への歩行訓練の参加観察:4名の中途失明者への歩行訓練の過程(3か月6か月)を観察した。訓練過程の訓練士と被訓練者の会話をすべて記録し、そのプロトコル起こしをした。プロトコルの内容を、a)盲人の身体の使用の仕方や杖の使用の仕方など、歩行者側の要因について言及している部分、b)環境の側にある非視覚的なナヴィゲーションに利用できる情報についての言及している部分、c)環境の「地図」についての会話、の3種に分類し、その訓練過程での変化について分析した。【.encircled2.】実際の歩行場面に利用される情報の解析:池袋の地下街の特定のルートを歩行するという課題で、盲人と晴眼者大学生の遂行能力を比較した。盲人では一度ガイドされて歩いた未知のルートを二回目からは単独でナヴィゲーションできることが明らかになった。しかし目隠しをした晴眼者ではそのようなことが不可能であった。両者の違いの原因にあると思われる、盲人が利用している、ナヴィゲーションをガイドする情報について彼らが歩行時に述べたプロトコルから解析した。【.encircled3.】非視覚的なナヴィゲーションのメディア分析:ルートの説明時に説明者と被説明者がお互いに見える場合と見えない場合ではジエスチャがどのように異なるのかから、非視覚的なコミュニケーションに特有な「表現」の方法について解析した。
難病患者のニーズに適合したIT機器の活用と心のケアに関するネットワークの構築

初年度の計画を継続した。IT機器を活用したメール通信の対象者は8名の筋萎縮性側索硬化症(ALS)の患者である。E・メールにて送信した内容は・花の写真・患者の外出写真・米国での研究の進展・日本での研究の進展・パイプオルガン・薬草と音楽・食事アンケートである。「薬草と音楽のCD」、「パイプオルガンのコンサートのCD」は郵送した。「食事アンケート調査」、介入前後における「5つの関心事等QOLの調査」は郵送も合わせて行なった。メール送信内容に関する送信者側、受信者側における視覚スケール評価に有意な差は見出せなかったが、両者とも病気の治療に関する情報提供に最も関心が高かった。患者の年齢(±1)、性別を一致させた対照者のSEIQoL評価は73.2±14.9(n=15)、患者では介入前に関心事(キュー)が得られたのは6名、SEIQoL評価は62.6±15.0(n=5)。介入後では関心事(キュー)が得られたのは7名、SEIQoL評価は63.3±18.7(n=7)とSEIQoL評価に介入前後で有意な差は認められなかった。SEIQoL評価に協力の得られなかった47歳の男性は終始narrativeな返信をメールで送ってもらい、また音楽やこのようなメール通信に大変理解と感謝を示してくれたが、SEIQoL評価に関しては全く回答が得られず、無理強いはしなかった。学生時代は哲学を専攻し、無回答は彼の信条によったものと思われた。しかし、全体での介入前後で得られた関心事(キュー)の数は介入前は2.88±1.94(n=8)、介入後は3.75±1.87(n=8)で片側t検定で有意差(p<0.05)を持って増加が認められた。実際、narrativeな回答においても介入後「インターネットからパイプオルガンの音楽が聞けて驚いた、パイプオルガンの曲をもっと聴きたくなった」「患者さんが外出する写真を見て、自分も2年間外へ出ることがなかったが、外出してみたくなった」など明らかに関心の増大、行動の変容が認められた。一方、IT機器を活用したメール通信にはハード面での改良、患者教育も重要と考えられた。関係者が集う研究会は延10回、後半は毎回30人を越える参加者となった。また海外との情報交換、比較検討もe-メール等を介して行なうことができ、旅費はハード面での改良費に当てた。研究会における研究のまとめの総括冊子、英語論文(ALSに投稿予定)も現在準備中である。平成17年度岐阜県内の筋萎縮性側索硬化症(ALS)特定疾患申請者100名のうち、日本ALS協会岐阜県支部の会員および岐阜県連絡会議でケアをしている患者46名に、岐阜大学倫理委員会の承認のもと、アンケート調査を行った。回答者は15名、インターネットでの通信に興味のある患者が多かったと思われるが、療養上の悩みに対する対応では全体の1/3のみが満足ないしやや満足であった。またインターネットでのメール通信が出来る方が4名であったが、全体の3/4の患者が興味を示し、やってみたいという回答であった。岐阜県内の患者の年齢層は7074歳がピークで22名、新規登録者はなんと7579歳が6名と最も多かった。人口構成の高齢化、医療の進歩により他疾患での死亡が減り、かつ診断技術の進歩により、ALSは高齢者の病気といった感を呈してきている。しかし、インターネットの使用状況は5559歳が4名で最も多く、やってみたいという人を含めほとんどが64歳くらいまでで、65歳以降ではできる、やりたいという患者は少なくなる。患者のQOLの測定にはSEIQoL法を採用し、コントロール約60名について測定した。ALSの患者においては測定における関心事を引き出すのが困難で、インターネットを介して1名、他に面談で6名を測定した。その情報はインフォームドコンセントをうけて、地域ケアのネットワークで役立てている。インターネットを介し、医療とくに最新の治療薬に関する情報、草花の写真、音楽など送信を行い、一方患者の返信による心理的分析から最も良い心のケアのあり方を検討している。"IT機器を活用した難病心のケアシステム構築の研究会"を立ち上げ、これまで6回開催し、各症例の検討と多専門職を含めた学習会を継続している。介入後では関心事(キュー)が得られたのは7名、SEIQoL

評価は63.3±18.7(n=7)とSEIQoL評価に介入前後で有意な差は認められなかった。SEIQoL評価に協力の得られなかった47歳の男性は終始narrativeな返信をメールで送ってもらい、また音楽やこのようなメール通信に大変理解と感謝を示してくれたが、SEIQoL評価に関しては全く回答が得られず、無理強いはしなかった。学生時代は哲学を専攻し、無回答は彼の信条によったものと思われた。しかし、全体での介入前後で得られた関心事(キュー)の数は介入前は2.88±1.94(n=8)、介入後は3.75±1.87(n=8)で片側t検定で有意差(p<0.05)を持って増加が認められた。実際、narrativeな回答においても介入後「インターネットからパイプオルガンの音楽が聞けて驚いた、パイプオルガンの曲をもっと聴きたくなった」「患者さんが外出する写真を見て、自分も2年間外へ出ることがなかったが、外出してみたくなった」など明らかに関心の増大、行動の変容が認められた。一方、IT機器を活用したメール通信にはハード面での改良、患者教育も重要と考えられた。関係者が集う研究会は延10回、後半は毎回30人を越える参加者となった。また海外との情報交換、比較検討もe-メール等を介して行なうことができ、旅費はハード面での改良費に当てた。研究会における研究のまとめの総括冊子、英語論文(ALSに投稿予定)も現在準備中である。
光受容膜蛋白質の時間分解X線結晶構造解析

光駆動プロトンポンプとして知られるバクテリオロドプシンの反応中間体の立体構造を求めることを目指して研究を行った。我々は、これまでに、膜融合を利用して膜蛋白質を結晶化することを試み、脂質分子を含んだバクテリオロドプシンの三次元結晶(平面膜が積層してできた結晶)を作成する技術の開発を行ってきた。本研究において、この結晶化法をさらに改良し、また、低温X線回折測定法を適用してX線損傷の影響の軽減を図り、目標としていた水分子を識別できる程度の分解能(2.5オングストローム分解能)の構造解析を実現した。基底状態の構造解析から、脂質分子がプロトン輸送反応に重要な影響を及ぼしうる位置に結合していることなど幾つかの新知見を得ることができた。さらに、バクテリオロドプシンの反応中間体の構造解析を行うため、光照射下で結晶を急速凍結する方法を開発し、また、単結晶のX線回折と吸収スペクトルの同時測定を行うための装置も作成した。このような開発研究を積み重ねることにより、バクテリオロドプシンのプロトン輸送サイクルにおける重要な5つの反応状態のうち、K中間体ならびにM中間体の構造決定を行うことができた。特にM中間体の構造解析から、蛋白質を構成する7本のヘリックスのうち一本(Gヘリックス)が膜面に垂直方向にスライドすることが明らかになり、このヘリックスがピストン運動することでプロトンの一方向の流れが生じるという分子機構が強く示唆された。また、バクテリオロドプシンの研究で培われた技術を応用し、他の光受容体膜蛋白質(エンドウ葉緑体の光捕集クロロフィル蛋白質複合体(LHC-II)およびウシ・ロドプシン)の結晶構造解析も企てた。LHC-IIについては、結晶化条件でウイルス様球殻状集合体(正二十面体構造)を形成し、これが積層して三次元結晶ができることを見出した。また、結晶化条件を少し変えると別の結晶形(平面膜が積層してできた結晶)も得られた。これと類似の現象がバクテリオロドプシンの結晶化において観測されているので、膜融合を利用した結晶化法を発展させる上で重要な成果であると考えている。ロドプシンについては、研究分担者の一人である岡田博士が良質の三次元結晶を作成し、2.8オングストローム分解能で立体構造を求めるという成果を導いた。光駆動プロトンポンプとして知られる膜蛋白質バクテリオロドプシン(bR)およびエンドウの葉緑体のチラコイド膜より抽出した光補集クロロフィル蛋白質複合体(LHC-II)のX線結晶構造解析を行なった。bRについては、プロトン輸送にとって重要である水分子を同定できる程度まで分解能を向上させること、および、プロトン輸送サイクルにおける蛋白質の構造変化を検出すること、を目指して研究を行った。実験には平面膜が累積してできた六方晶を用い、これを100Kに冷やしてX線回折測定を行った。基底状態の構造に関しては、SPring8にて収集した2.5A分解能の回折データを基に解析を行い、昨年度までに求めた立体構造を確認すると同時に、バクテリオロドプシン三量体の中心および周辺に存在する脂質分子を新たに同定した。

反応中間体の構造に関しては、反応サイクルにおける重要なステップであるM->N転移が結晶中においては阻害され、M中間体の寿命が室温で1秒程度まで長くなることを示し、強力な光照射の下で結晶を急速凍結することによりほとんどの蛋白質がM中間体にトラップされた結晶状態を実現させた。これにX線を照射し2.8A分解能の回折データを収集した。LHC-IIについては、高分解能の構造解析に適した三次元結晶を作成することを目指して研究を行った。界面活性剤としてノニルグルコシド、結晶析出剤として塩化カリウムを用いてLHC-IIの結晶化を行うと、同じような条件で二種類の結晶(正八面体の結晶と複屈折性を示す六方晶)が得られた。正八面体の結晶については12A分解能のX線回折像が得られ、結晶の空間群(P2(1)3)および格子定数(390A)が求められた。基本構造単位が径27nmの球殻状集合体で、これが立方最密充填して結晶ができていることが分かった。その大きさから60個のLHC-IIからなる正二十面体構造が予想される。一方、複屈折性を示す六方晶は球殻状集合体の安定度が低くなる条件おいて効率的に成長した。空間群P6(3)22に属し、格子定数はa=b=129A,c=137Aと求められ、この結果から、LHC-II三量体の平面状集合体が基本構造単位であり、これが積層して六方晶ができていることが示唆された。この結晶を用いることで2.5A分解能のX線回折斑点が観測できた。光駆動プロトンポンプとして知られる膜蛋白質バクテリオロドプシン(bR)およびエンドウの葉緑体のチラコイド膜より抽出した光補集クロロフィル蛋白質複合体(LHC-II)のX線結晶構造解析を行った。bRのの構造解析には、平面膜が積層してできた三次元結晶を用いた。基底状態の構造解析から、結晶中の各平面膜においてバクテリオロドプシン三量体が蜂の単格子状に配置されていること、三量体の構造は紫膜の電子線構造解析から求められたものとほとんど同じであること、三量体中の隣り合う蛋白質間に強く結合している脂質分子が糊付けの役割を果たしていること、などを明らかにした。また、反応サイクルにおける重要なステップであるM->N転移が結晶中においては阻害され、M中間体の寿命が室温で1秒程度まで長くなることを示し、強力な光照射の下で結晶を急速凍結することによりほとんどの蛋白質がM中間体にトラップされた結晶状態を実現させた。この状態についても2.5Aの分解能の構造解析を行い、基底状態の構造との差から、M中間体の形成に伴い、レチナールの結合しているLYS216やARG82などのアミノ酸残基の構造が大きく変化すること、膜を貫通する7番目のへリックスが膜面に対して垂直方向にスライドすること、などを明らかにした。LHC-IIについては二種類の結晶(複屈折性を示す六方晶と正八面体の結晶)を作成し、六方晶については2.5A分解能のX線回折斑点を観測することができた。また、正八面体の結晶については、基本構造単位が径27nmの球殻状集合体で、これが立方最密充填して結晶ができていることを明らかにした。回折強度の回転相関の計算結果から、結晶中の球殻状集合体が正二十面体の対称性を持つこと、すなわち、LHCIIの三量体が20個集合して球殻構造を形成していることが示された。