hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
計算力学と折紙工学融合による新しい軽量コア構造の機能創出と製造法に関する研究

また簡単に持ち運べる程度の軽量化が要求されるOAフロアに対し、剛性と衝撃強度の試験にパスすべく多目的最適化解析を行い実用化を得た。ダブルトラスコアをサンドイッチ状にして更に強度向上を図り列車床構造への適用検討を行った。この4枚構成のパネルでは、接合を全て溶接で行うのは難しく、溶接と接着の複合接合を考え、強度と接着のしやすさとダイアコアの切隅、面離など折り紙パラメータとの同時最適化解析により検討を進めた。伸縮可能な反転螺旋型円筒折り紙コア構造(RSC)を対象に段数、辺数、反転角を設計パラメータとする最適化解析を行い現行自動車の強度部材の1.8倍ものエネルギー吸収特性を与える形状を得、ハイドロフォーミングによって比較的安価に試作できることを示した。これらRSCの成果は一般雑誌に紹介された。折り紙の特長である平坦に折り畳めることを必ずしも要求しない立体折りはデザインやファッションに新機軸を切り開くものと期待されるが自由度が増える分、一般化は困難とされていた。これに対し、従来の直線折りに対し、微小な直線の連続と見なす曲線折りによって様々な立体折り紙が得られることを見出した。「ひらめき☆ときめきサイエンス」プログラムで中高生やその父兄を対象に一般公開した。関連の学会誌で「折紙工学の現状と課題」の特集号を企画した他、関連の学協会で「折紙工学」の発表会を主宰した。幾何学を集大成し、全米優良図書に輝いたた大著「Connections」を研究会メンバーで翻訳し、萩原他2名監訳「デザインサイエンス百科事典-かたちの秘密をさぐる-」と題し5月に朝倉書店から発行されることとなった。トラスコアパネルは遮音材では対応が困難な低中周波数域での遮音特性が2重壁より基本的に優れていることを実験と解析で確認した。これはパネル剛性が高いためパネル面の曲げ振動で発生するコーインシデンス効果による劣化が低中周波数域で生じないこと、パネル形状によって2重壁の距離が場所によって異なる為に2重壁で課題になる共鳴透過現象が発生しないためと考察した。反転らせん構造の自動車産業への応用をめざした衝撃吸収部材の設計最適化を行った。衝突の際、吸収部材は圧潰し高エネルギーを吸収し、かつピーク荷重を極力小さくすることによりドライバーに伝わる衝撃力を低減するという相反する2つの特性を満たす必要がある。従来の殻構造では高エネルギー吸収という観点では十分な性能を発揮したが、衝撃荷重は極めて高く安全上必要とされる目標値には遠く及ばなかった。そこで反転らせん構造に着目した。反転らせん構造はらせんを構成する角度を調節し折り畳みの性質を制御することによって衝撃荷重を低く抑えることが可能である。設計最適化を行い、両条件を共に満たす、反転らせんと角柱を組み合わせた構造物を提案することができた。某大手自動車メーカーで試作および製品開発が進んでいる。折り線の成す角によって構造特性が変化する折り紙モデルをデザインするには都合が良く。
FPC発症におけるがん遺伝子とがん抑制遺伝子の役割

大腸腫瘍発生においては、がん遺伝子であるKi-ras遺伝子の点突然変異、がん抑制遺伝子であるp53、DCC、APC遺伝子の変異が重要であり、これらの変異が蓄積されることにより腺腫からがんへと進行して行くと考えられている。しかし、これらの遺伝子変異が腫瘍発生においていかなる生物学的意義を持つのか、また相互にどのように関連し合っているのかについては未だ不明な点が多い。本研究では、大腸がん細胞株におけるこれらの遺伝子変異を明らかにした上で、活性化Ki-ras遺伝子変異の意義を直接的に解明する目的で、homologousrecombination(HR)による活性化Ki-ras遺伝子の破壊にともなって起こる変化を検討した。対象とした大腸がん細胞株は、Ki-ras遺伝子のコドン13に同じ点突然変異(Gly→Asp)を有するが、その他の遺伝子変異は異なるDLD-1、HCT116の2種とした。HRのスクリーニングは、PCR-SSOP法によって行い、サザン法により確認した。両細胞株から活揚化Ki-ras遺伝子の破壊されたクローンを各々3株得た。いずれのクローンとも、親株と比較して、形態学的変化を認め、さらに増殖速度の低下、軟寒天培地におけるコロニー形成態の低下ないし消失、およびヌードマウスにおける造腫瘍性の消失を認めた。また、invitroにおける増殖速度に関係なくc-myc遺伝子の著明な発現の減少を認めた、これらの結果は、ras遺伝子がc-myc遺伝子と協調することにより発がん寄与していること、またその破壊ががん化を抑制することを直接証明したものであり、がんの遺伝子治療の可能性を示唆する。さらに、これらの活性化Ki-ras遺伝子破壊細胞株は、Ki-ras遺伝子の機能、シグナル伝達および大腸がん発生におけるKi-ras遺伝子とその他のがん遺伝子あるいはがん測制遺伝子との相互作用を明らかにする上で有用であると考えられる。
数値計算による超弦理論・M理論・AdS/CFT対応の直接検証

本年度は、M2ブレーンの低エネルギー理論の候補であるABJM理論と呼ばれる3次元の超対称性理論を数値的に解析することにより、M2ブレーンの場合のAdS/CFT対応を直接検証する研究を行った。この超対称性理論の数値的な解析は今まで大変難しいと考えられてきた。そこで我々はまず、最近発展してきた局所化と呼ばれる解析的手法とモンテカルロ法を組み合わせることにより、ABJM理論の物理量を数値的な解析を行った。このシミュレーションによりM2ブレーンの場合のAdS/CFT対応を直接検証すると共に、対応する重力理論に関して幅広いパラメータ領域での予言を行った。また、ABJM理論と並んでM2ブレーンを記述していると考えられているBLG理論と呼ばれる理論があるが、両理論の超共形指数を計算することによりあるパラメータ領域ではこの理論がABJM理論と等価であるという強い証拠を提示した。さらに、様々な次元のDブレーンの低エネルギー理論である極大超対称ヤン・ミルズゲージ理論に対して、この理論が様々な曲がった時空上で定式化された際に超対称性の性質がどのように変化するかを詳細に解析した。本年度は、D3ブレーンが記述する4次元の超対称性理論を数値的に解析することにより、D3ブレーンの場合のAdS/CFT対応を直接検証する研究を行った。そこで、我々は最近提唱された、数値的な解析が比較的容易なPlane Wave Matrix Modelと呼ばれる1次元のモデルとこの理論との等価性を用いることでこれを進めている。特に本年度においては、場の理論側であるスカラー場の多点関数を数値的に計算し、その結果が対応する重力側で得られた結果と一致することを確認した。また、ここで我々が用いた等価性は、高次元の場の理論と低次元の場の理論の間の等価性である、江口・川合等価性を拡張したものである。もしこの等価性が他の理論同士でも成り立てば、数値的な解析が困難な高次元の超対称性理論を、低次元の場の理論を用いて比較的容易に数値的な解析を行うことができる。そこで我々は、3次元球面上のYang-Mills理論において、この等価性の検証を数値的に行った。特に本年度においては、場の理論側であるスカラー場のウィルソンループと多点関数を数値的に計算し、その結果が対応する重力側で得られた結果と一致することを確認した。そこで我々は、3次元球面上の幅広い超対称性理論と各々に対応する行列模型との間の等価性をある仮定の下に証明した。さらに、我々はM2ブレーンの低エネルギー理論の候補であるABJM理論の数値シミュレーションを行った。このシミュレーションによりM2ブレーンの場合のAdS/CFT対応を直接検証すると共に、対応する重力理論の自由エネルギーに関して幅広いパラメータ領域での予言を行った。ABJM理論の数値シミュレーションは申請当時非常に難しいと考えていた。しかし、他の研究者によりABJM理論がある行列模型と等価であることを示され、我々はこの模型に対して数値シミュレーションを行うことうことで、M2ブレーンの場合のAdS/CFT対応の研究を期待以上に進展させた。平成23年度はABJM理論の自由エネルギーの数値シミュレーションを行ったが、平成24年度はそれ以外の物理量に関しても数値シミュレーションを行う。
ポルフィロモナス・ジンジバリス特異的T細胞クローンの確立と機能的検索

初年度の結果より、Porphyromonas gingivalis(P.gingivalis)に対する血清抗体価の高い歯周炎患者の末梢血単核細胞が、P.gingivalis外膜(OM)抗原刺激により、高い増殖反応を示すことが明かとなったが、2次刺激以降、増殖反応が抑えられることがわかった。そこで、P.gingivalisOM刺激で誘導されてくる細胞について補助刺激分子(CD28,CTLA-4,CD40L)の発現とサイトカインmRNA発現(IFN-γ,IL-4,IL-10,TGF-β)に関して検索した。その結果、歯周炎患者においてP.gingivalisOM刺激後のCD4陽性T細胞中のCTLA-4陽性細胞の割合が、健常人に比較して有意に多かった。サイトカインmRNA発現に関しては、IFN-γmRNA発現が、健常人と患者の両群でP.gingivalisOM刺激で増強されたが、TGF-βに関しては、有意に抑制された。CTLA-4の機能的な役割を検討するために、1次刺激後、誘導されてきた細胞を、CTLA-4Ig存在下で、P.gingivalisOMで再刺激をして増殖反応を調べたところ、有意に抑制され、CTLA-4がT細胞の活性化、増殖を促進する作用があることが示唆された。しかし、2次刺激以降、細胞増殖が抑えられることから、アポトーシスの可能性が示唆され、それを確認するため、Fas(CD95)及びFasL抗原の発現を検索した。その結果、CD4_+CD95_+細胞は増加したが、FasLmRNA発現の増加はみられず、アポトーシスの可能性は認められなかった。以上のことから、歯周炎患者の末梢血由来T細胞は、P.gingivalisOMに対して増殖反応を示すが、それには補助刺激分子であるCILA-4を介したシグナル伝達が重要な役割を担っている可能性が示された。ポルフィロモナス・ジンジバリス外膜蛋白(P.gOMP)刺激したときに、2次培養で細胞増殖が抑制されたので、P.gOMPにかなり含まれているエンドトキシンなどを除く目的で、硫安による塩析によってタンパク成分を精製した。SDS-PAGE分析を行った結果、主な蛋白質は、100,52,48,43,30,20,16kDaであり、特に52kDaの外膜蛋白を多く含んでいた。得られたP.gOMPが実際に歯周炎患者の血清と反応するかを調べる目的で、P.gに対する血清抗体価の高い歯周炎患者3名の血清を用いてウエスタンブロットを行った。その結果、52kDaの外膜蛋白に歯周炎患者で強い反応がみられた。健常人血清では、ほとんど反応しないか、弱い反応であった。そこで、P.gに対する血清抗体価の高い歯周炎患者の末梢血を用いてP.g特異的T細胞クローンの確立を開始した。1次刺激では、比較的よく細胞の増殖、5日目ぐらいから、IL-2R陽性CD4+T細胞がみられたが、2次刺激以降細胞の増殖が弱かった。2次刺激以降の至適濃度の検索をしたところ、PgOMP濃度が2mug/mlでStimulation Index(SI)が、2前後となり、以前は殆ど増殖しないか、逆に抑制がかかっていたのに、少なくとも増殖するようになった。1次培養後、すぐに限界希釈条件でクローニングに入り、T細胞の増殖因子として、IL-2/IL-4を添加する方法で、歯周炎患者1名より1クローンを得た。そのphenotypeは、CD4+CD45RO+であったが、特異性のアッセイを行ったところ、未刺激でも増殖していまい、P.gOMPでは、強い増殖反応を示さなかった。すなわち、自己の抗原提示細胞に反応すると思われる細胞が得られた。以上のことから、歯周炎患者の末梢血単核細胞のP.gOMP刺激で増えてくるT細胞は、1次刺激で増殖するが、2次刺激以降増殖しない可能性があり、今後T細胞の補助刺激因子などを含めた性状を解析していくことが必要となった。

しかし、2次刺激以降、細胞増殖が抑えられることから、アポトーシスの可能性が示唆され、それを確認するため、Fas(CD95)及びFasL抗原の発現を検索した。その結果、CD4_+CD95_+細胞は増加したが、FasLmRNA発現の増加はみられず、アポトーシスの可能性は認められなかった。以上のことから、歯周炎患者の末梢血由来T細胞は、P.gingivalisOMに対して増殖反応を示すが、それには補助刺激分子であるCILA-4を介したシグナル伝達が重要な役割を担っている可能性が示された。
超高感度局在場可視化技術創出による触媒機能発現機構解明と高機能触媒の開発

本研究では、1keV領域での低加速走査型電子顕微鏡をベースとした作動増幅型の超高感度の電子線偏向角度検出機構を開発し、10μRadの電子線偏向角と0.1V/μmの局在電場を検出しうる超高感度局在場検出技術を創出した。グラフェン担持体や触媒微粒子体上の局在電荷の発現や移動をリアルタイムに可視化計測して、担持体の結晶構造、触媒構造やサイズに依存した触媒機能発現機構の解明に向けて研究を展開した。本研究では走査電子顕微鏡を用いた低加速電子線による高感度局在電場可視化技術の創出を目指して研究を行った。先行研究では先鋭化したWプローブに電圧を印可し、プローブ先端近傍に生じる局在電場によって電子線をRutherford散乱させ、電子線の偏向角を検出することで局在電場の可視化を行っている。本研究では新たに導入した固体Siダイオードによる透過電子検出器を用いて、先行研究と同様に局在電場可視化が可能であるかを検証した。新たな電子光学系では散乱長を150mmと、従来のものより約1桁長く改造したために、局在場に対する電子線偏向量を大きく稼ぐ事ができるようになった。その結果、10keVの電子線加速を用いることで、従来の検出感度よりも2桁小さい10 v/μmオーダーの電場強度に対しても感度よく検出することが可能となった。また、新たな検出器に搭載された4分割の環状暗視野検出器を用いた電場方向検出方法も検討した。従来の円環状検出器では、電場強度の絶対値の分布、すなわち等高線のみの検出となり、電場ベクトル分布の方向異方性を検出することは困難である、一方で、4分割検出器を用いることで、散乱面内での電場ベクトルの向きを検出できることになり、実際に新規開発の計測システムの中で、電場分布の方向依存性を画像化することに成功した。さらに、球面収差補正型超高分解能TEMに対しても、同様の4分割固体Si半導体検出器を導入し、200keVの高加速領域ではあるが、超高分解能STEM画像中での局在場の検出が可能であることを実証できた。本研究では、高加速超高分解能透過電子顕微鏡装置、および高分解能低加速走査透過電子顕微鏡装置の2種類の電子顕微鏡装置を用い、触媒試料の活性部位における電荷局在状態をリアルタイムに可視化し、触媒反応機構を解明するとともにその知見を元にさらなる高機能触媒の開発を目的としている。触媒微粒子上に単一電荷が存在したとき、その単一電荷から100 nmの距離における電場は2000V/m程度となる。そこで、本年度は、高感度のSi検出器の開発と導入、さらに電子線偏向角検出系の開発整備を行う事に重点を置いた。分割Siダイオード検出器を新規に開発導入し、また、電子線散乱長を150mmと十分に大きくとることで、10keVの電子線に対する散乱角検出限界をmRadまでの高検出感度化を達成し、そのときの検出局在電場強度は約2 V/μm程度となり、従来技術から2桁の感度向上が達成できた。さらに、走査透過電子顕微鏡(STEM)装置系への作動排気機構を取り付け、10Pa程度の低真空環境でも電子線散乱実験が可能である事が実証できた。一方で、球面収差補正型の超高分解能STEM(ARM200)に対しても同様の4分割Siダイオード検出器を導入し、200keV電子線を用いた超高分解能観察状況においても高感度に電子線偏向検出が可能であることを実証した。CS補正超高分解能電顕によるグラフェン上金属クラスターの原子レベル構造解析をこない、担持方法、低ダメージ観察条件、元素特定技術の確立を行った。さらに触媒反応の起源となる金属クラスターとグラフェン欠陥との関連についても新たな知見が得られた。金属クラスターがグラフェン欠陥にとらわれた場合、金属によってはエッチングや炭素原子配列再構成など金属と炭素の結合状態などによって異なったふるまいをすることが分かった本研究では、走査電子顕微鏡を用いた低加速電子線による高感度局在電場可視化技術の創出を目指して研究を行っている。これまでの研究では、先鋭化したタングステンプローブに電圧を印加し、プローブ先端近傍に生じる局在電場によって電子線をRutherford散乱させ、電子線の偏向角を検出することで局在場の可視化を行った。また、新たに導入した固体Siダイオード透過電子線検出器と、新規開発の電子光学系の導入により散乱長を150 mmと大幅に増大させ、、局在場に対する電子線偏向量を従来型検出系よりも約1桁以上の検出感度向上を達成することができた。その結果、10keVの電子線を用いた検出光学系において、従来よりも約2桁小さい10V/μmオーダーの局在電場に対しても感度良く検出することが可能となった。H28年度では、半導体検出器自体を超薄型のpn接合を持つダイオード検出素子に変更改良し、100eVの一次電子線をも検出し得る高感度化を達成した。空間分解能と検出感度のトレードオフを考慮して、実際の検出では1keVの一次電子線を用いた局在電場検出を実施し、その検出感度が1V/μm以下にまで向上させる事に成功した。この新たな検出系を用いて、枝分かれした複数のCNT先端領域(CNTフォレスト)の複数箇所に同時出現する局在場をマッピングすることが可能となった。

該当局在場領域には約100個の電子が局在し、約100nm離れた領域で1V/μmの局在場が形成されている事になる。さらに、液体金属触媒であるGaを用いると、グラフェン核周囲でのエッジ成長が室温でも継続成長することを13C炭素ラベリング法を用いて実証することができた。裏返すと、メタンの分解反応が液体Ga触媒上で室温でも進行し、グラフェンエッジ成長が進行している事になる。本研究課題では、高加速高分解能透過走査電子顕微鏡、並びに低加速走査透過電子顕微鏡の2種類の電子顕微鏡装置を用い、触媒試料の活性部位における電荷局在状態をリアルタイムに可視化し、触媒反応機構の解明を行うとともに、その知見をもとに、より高機能な触媒材料や触媒構造の開発を目的としている。局在微粒子上に単一電荷が存在したとき、その単一電荷から100nm離れた位置での電場強度は0.002V/μmとなる。触媒反応中の局在電荷が約100個集まると、0.2V/μmの電場が形成され、これは、現時点での局在場検出系で検出可能なレベルである。現在、電子線の加速電圧のさらなる低減化、さらに当初の計画通りに一次電子線に対する高周波摂動とロックインアンプ機構の導入により、さらなる1桁の感度向上は容易に実現可能であると想定された。つまり、次年度最終年度での研究として、局在電荷として10個レベルの触媒反応部位の検出を達成できる見込みとなった。さらに、検出系の開発と同時にGa液体金属触媒を用いた超低温グラフェン合成も順調に進展し、50°Cというほぼ室温レベルでのグラフェンエッジ成長を実現することができた。つまり、グラフェンに担持されたGa微粒子表面近傍では室温レベルの低温でも触媒反応が進行し、原料のメタンが分解して炭素と水素が生成され、これらの反応過程を電荷局在の観点から調べることで、新たな視点から触媒反応機構解明が進展すると期待される。本研究では、作動増幅型の超高感度の電子線偏向角度検出機構を開発し、超高感度局在場検出技術を創出した。グラフェン担持体や触媒微粒子体上の局在電荷の発現や移動をリアルタイムに可視化計測して、担持体の結晶構造、触媒構造やサイズに依存した触媒機能発現機構の解明に向けて研究を展開した。比較的薄い試料表面での電子局在と電子線散乱は、試料面垂直方向の電場分布をラザフォード散乱で取り込むことで解析的な取り扱いが可能であり、微弱な電子線偏向を検出することで、極めて微弱な局在場の検出が可能となる。本研究では、日立S4800走査電子顕微鏡とDeben社製4分割Si半導体検出器を組み合わせた局在場検出機構を創出した。局在場の高感度化と高分解能化を両立させるために、対物レンズを励磁した集束電子線を用い、検出器面での電子線の広がりを考慮した検出輝度分析と散乱角の同定を行った。微小局在場の検出例として、-30VにバイアスされたCNT先端には局在場が形成され、1keV電子線を検出プローブとして用いた場合にはCNT先端に誘起されている点電荷から17um離れた位置で0.8V/umの局在場が検出可能であった。この場合約200個の電子がCNT先端に誘起されており、FEMシミュレーションとも良く一致した。本研究に於いては、空間に分散したCNT枝先端での局在場の分布状況を捉える事にも成功した。さらに、、触媒反応に関連して、CNT表面に分散している直径50nmの金微粒子に対して2Vの負のバイアス電位を与えると、CNT表面には電荷集積や帯電は見られないものの、金微粒子の面は表面から20nmの領域には550V/umに達する局在場が形成される事を見出し、これは約150個の電子の局在に相当する。
多層構造をもつセラミックス微粒子の合成に関する研究

セラミックス微粒子の形態や表面状態などは微粒子の製法および生成条件に依存し変化し,それによって物性も大きく異る。これを利用すれば,組織構造の積極的な制御・修飾によって多層構造もしくは傾斜型微細構造を有するセラミックス微粒子を作成することができる。本研究は,このようなセラミックス微粒子を超音波噴霧熱分解法で作成し,その作成条件と微細構造との関係を明かにすることを目的として行った。まず,ヘマタイト粒子を硝酸鉄(III)溶液の噴霧熱分解により調製した。添加剤無しの水溶液からは表面の滑らかな粒子が得られ,大きめの粒子は厚い殻と中心部に空洞をもち,また平均粒径程度の粒子は内部まで緻密であった。グリセリンなどの添加剤を含む溶液からは薄い殻の中空球が得られ易く,分解ガスによって膨張の後収縮したため表面には凹凸が観察された。次に,酢酸カルシウムおよび乳酸カルシウムとリン酸二水素アンモニウム混合水溶液を超音波噴霧して,アパタイト微粒子を作成した。原料・添加物の有無により粒子の表面形態は変化したが,全体として噴霧時の焼成が進む系ほど表面は粗であった。粒径は約0.5μm程度であった。溶液濃度と噴霧粒子径との関係から,噴霧液滴径は溶液に依存せずほぼ一定であることが分かった。乳酸カルシウムとリン酸二水素アンモニウムの混合溶液および硝酸鉄(III)水溶液を所定量混合し,モル比HAP/ヘマタイト=1/0.51/9の複合微粒子を噴霧熱分解により作成した。粒径は0.20.6μmの狭い範囲にあり,HAPの混合比が大きいと表面はシワが多く,ヘマタイトの割合が大きいと表面は滑らかであった。やや大きめの粒子(0.8μm)は殻ー核二層構造をしており,そのような複合構造粒子が生成する機構は,炉内で滴表面が加熱されそれによってCaーEDTA結合が切断されてアパタイトが表面より生成されることであると推測した。本研究は超音波噴霧器と加熱反応炉を用いた噴霧熱分解法により単一層ならびに異種相が複層した構造のセラミックス微粒子の合成を試みている。本年度は主として単一相の合成条件と特性との関連を検討した。1.アパタイト系酢酸カルシウムまたは乳酸カルシウム,EDTAおよびリン酸二水素アンモニウムをCa/P=5/3(モル比)となるように混合した試料溶液を4001000°Cに保った縦型電気炉中で噴霧熱分解した。生成した微粒子の粒度分布の中心は0.6μmであった。また生成粒子は噴霧時にはいずれのCa源の場合もアモルファスであったが,炉温1000°Cでアパタイト生成濃度が0.005mol/1の溶液からは,酢酸塩を原料とする場合にはアパタイトがわずかに見られたが,乳酸塩を原料とする場合は比較的結晶性よくアパタイトが析出した。一方,酢酸塩を原料とし生成濃度が0.00750.01mol/1であるときの粒子はコンペイトウ状であり,400°Cで再加熱すると焼結した。その他の場合は滑らかな表面を持つ中空状緻密な粒子が得られ,乳酸塩を原料とすると緻密な粒子が得られた。2.酸化鉄系硝酸第二鉄水溶液およびエタノ-ルならびにグリセリンをそれぞれ20vol%含む溶液を噴霧熱分解した。

アルコ-ル無添加およびエタノ-ル系では表面の滑らかな厚い殻の球状粒子が得られ,600°C以上で再加熱するとアモルファス状態からヘマタイトへ変化し,800°C以上では粒子同士の焼結が観察された。粒度は0.20.6μmの範囲にその80%以上が存在し中心は0.4μmで,アパタイト系よりやや小さい粒子が得られている。グリセリン系や添加物としてEDTAを含む溶液からは表面の粗な粒子が得られた。酸化スズ系についてもほぼ同様な結果が得られている。現在は,酸化鉄ーアパタイト系について原料の選択を含め複層構造粒子の合成についての検討を行っている。本研究は,核ー殻複層構造を有する微粒子を,金属化合物溶液の超音波噴霧熱分解法により作製することを目的としている。昨年度のアパタイトおよびヘマタイト単一相微粒子の成果を基に,本年度はそれらの核ー殻複合化を試みた。実験Ca:Pのモル比が5:3となるよう乳酸カルシウムおよびリン酸二水素アンモニウムならびにEDTAを含む水酸アパタイト(HApで0.01mol/l)系水溶液を調製した。これと,別途調製した硝酸鉄(II)(ヘマタイトで0.09mol/l)水溶液とHAp:ヘマタイト=1:91:0.5となるように混合し,噴霧溶液とした。酸素ガス気流(4l/mol)により900°Cに保った縦型炉内に導き熱分解させ,さらに補集粉体を大気中<1000°Cで再加熱処理した。結果と考察噴霧直後の生成粉体はいずれもアモルファスであるが,再加熱するとHAp/ヘマタイトが析出した。噴霧粒子の粒径は,混合比により0.4ー0.5μmを中心とする0.2ー0.9μmの範囲に分布している。また,SEM観察から,0.8μm程度のやや大きめの粒子においてのみ二層構造が見られた。この核ー殻複層構造は次のような機構で生成するものと結論した。すなわち,HAp/ヘマタイト混合溶液の液滴が炉内で外側から内部に向かって加熱されると,最も弱いカルシウムイオンとEDTA間のキレ-ト結合がまずはじめに破壊され,直ちにHApの沈澱粒子層が液滴表面に形成される。大きめの粒子では中心と表面との温度差が比較的大きいことから,HApとヘマタイトとは一定の時間おいて析出するために傾斜分布の鋭い二層構造が得られが,小さい粒子ではその温度差が小さいため,組成の傾斜度は緩やかで核ー殻構造が認められないが,炉内での加熱時において表面と内部の収縮の歪みのため,表面のへこみや割れが観察された。
配位－有機ブロック高分子材料の創製

ポリシランはケイ素が一次元で連結した構造をもち、蛍光性や高いホール移動度、光分解性などの性質をもつ機能性ポリマーとして知られている。ポリマーの物性は主鎖上にσ電子が非局在化したσ共役に由来するためコンフォメーションに大きく依存する。一方、有機配位子と金属イオンとの自己集積により均一な細孔をもつ多孔性金属錯体が大きな注目を集めている。本研究では細孔サイズの異なる二種類の多孔性金属錯体にポリシランを導入し、細孔内でのポリシランのコンフォメーションについて考察を行った。比較的低分子量に制御されたポリメチルプロピルシラン(PMPrS; Mn= 3,460)を合成した。一次元チャンネルを有する多孔性金属錯体[Al(OH)(L)]n(1a; L=2,6-naphthalenedicarboxylate, 1b; L=4,4 ́-biphenyldicarboxylate)をPMPrSのヘキサン溶液に浸漬した後、真空下、120°Cで5時間加熱することで、PMPrSを1に導入し、複合体(1⊃PMPrS)を得た。PMPrSと1の細孔サイズより、細孔内でPMPrSは一本鎖状態で存在していると考えられる。細孔内のPMPrSの主鎖構造を比較する為に、複合体のラマン分光測定を行った。650cm-1付近のSi-C伸縮振動に由来するピークの相対強度は、1aの細孔中に存在するPMPrSの方が1bに比べて大きいという結果になった。Si-C伸縮のピークの相対強度は、ポリシランの主鎖構造と相関関係があることが知られており、主鎖がトランスになるほどこのピークの相対強度は大きくなることから、細孔サイズが小さい1aでは、1bに比べて主鎖がよりトランスに近いと考えられる。このことはMDシミュレーションからも示唆された。以上の結果より、細孔にポリシランを導入することで、その主鎖構造を制御することが可能であると分かった。26年度が最終年度であるため、記入しない。高分子粒子は様々な分野で応用されており、一般的には乳化重合や懸濁重合によって合成されている。しかしこれらの方法では真球状の粒子しか得られず、それ以外の多様な形状をした粒子を合成するための研究は少ない。合成条件を調整することで、サイズや形状を制御した配位高分子の結晶を用意し、それを鋳型として用いることで、ホストPCPのモルフォロジーを反映した高分子粒子を合成することを試みた。[Zn2(1,4-bdc)2(dabco)]n (1) (1,4-bdc = 1,4-benzenedicarboxylate, dabco = 4-diazabicyclo[2.2.2]octane)においては、反応温度や時間を調整することで直方体状、ロッド状、六角柱状の1の結晶が得られる。スチレン(St)と重合開始剤を1の細孔内に導入し、窒素雰囲気下、70°Cで加熱することでラジカル重合を行い、複合体(1-PSt)を得た。SEM測定よりStの重合後も、1-PStがホスト錯体の形状を保持していることを確認した。次にキレート剤であるNa-EDTAの水溶液を用いて、1-PStから1の骨格を除去し、PStを単離した。TG測定よりバルクで重合したPStと同様の質量減少が見られること、XRD測定から1に対応するピークが見られなかったことより1を完全に除去できていると判断した。SEM画像より、単離したPStはそれぞれホスト錯体の形状を反映していることがわかった。また、St以外のビニルモノマーを使用してもStのときと同様にホスト錯体のモルフォロジーを反映した高分子粒子を得られた。単離した高分子が粒子を形成する条件や、粒子内での高分子鎖の運動状態についても検討を行った。

650cm-1付近のSi-C伸縮振動に由来するピークの相対強度は、1aの細孔中に存在するPMPrSの方が1bに比べて大きいという結果になった。Si-C伸縮のピークの相対強度は、ポリシランの主鎖構造と相関関係があることが知られており、主鎖がトランスになるほどこのピークの相対強度は大きくなることから、細孔サイズが小さい1aでは、1bに比べて主鎖がよりトランスに近いと考えられる。このことはMDシミュレーションからも示唆された。以上の結果より、細孔にポリシランを導入することで、その主鎖構造を制御することが可能であると分かった。26年度が最終年度であるため、記入しない。多孔性配位高分子を用いて有機高分子を制御する手法の確立が進み、これまでには合成が難しかった異方性有機高分子微粒子の作成が可能になった。本研究は論文発表も行っており、おおむね順調に研究が施行している思われる。多孔性配位高分子の細孔内に有機高分子を補足した新しいタイプのナノ複合材料の展開を行う。高分子鎖一本から数本で細孔内に導入できるので、低次元拘束に基づく新しい機能開拓が期待できる
リモートセンシングデータ解析による月と火星の地下溶岩チューブ存否検証・分布調査

月と火星には,様々な惑星科学の科学的課題解決の鍵を持ち,また放射線や隕石から守られる将来の基地としても有用な,溶岩チューブが地下にあるとされる.本研究では,最新のリモートセンシングデータを利用し,その存在,分布を検証した.月,火星において,画像データから溶岩チューブの天窓となりそうな縦孔(凹み構造)を,新たに確認し,さらにレーダデータ,重力場データから,月での溶岩チューブの存在可能性を高める知見を得た.こうした成果は,論文などで発表され,公開されている.また,関連して,地下空洞に縦孔が開くことの検証を計算機シミュレーションで行い,実際,縦孔は溶岩チューブ構造に開いた可能性を高いことを示した.平成26年度、月や火星で見つかっている縦孔構造をSELENE「かぐや」等の探査画像データによって、溶岩チューブ存否の検証を行った。「かぐや」が見いだした月のマリウス丘、静の海、賢者の海の縦孔については,周辺地形の起伏や、周辺の溶岩溝(リル)との間の確実な関係は見られなかった。一方、縦孔底で地下空洞が接続していると考えられる特徴が確認された。次に、死の湖の孔の解析を行った。やはり、周りに溶岩チューブのような特徴は見られなかった。一方で、平行して走る直線上の溝が見いだされた。死の湖の孔の形成は断層起源の可能性がある。なお、死の湖の孔の底では地下空洞に連なっていない可能性が高いことが見いだされた。今年度の成果は、月着陸探査、将来の月基地建設に重要な情報となる。火星のアルシア、パボニス、アスクラウスの三連山付近にて、底の様子がわかる5つの縦孔を見出した。これらは、近くに同様の孔があったりするため、地下空洞の存在可能性は高い。北緯85°付近においては、クレバス状の縦孔が一つ発見された。この孔は高緯度に存在することから、孔内での水集積が期待され、生命発現の可能性がある。ガリと呼ばれる、水が流れた痕と言われる地形が多く見つかっている南緯3050°で縦孔の存在を調べたが、縦孔は発見できなかった。これらの成果は、火星の生命探査に資する重要な情報である。なお今年度、一次調査として、比較的温度環境が安定していて将来の基地建設に適する地域である月の北緯/南緯3060°において、解像度500mの解像度で確認される溶岩谷付付近の縦孔の存否調査を行った。一部、天井の崩壊により谷が形成されていると見なされる証拠が発見されたが、縦孔・横穴とみられるものは無いことが確認された。地下探査用レーダデータ、磁場データを使っての、縦孔とその付近の地下構造との関連性の調査は、現在進行中である。本年度(平成27年度)は、昨年度に引き続き月や火星で見つかっている縦孔構造を「かぐや」「LRO」「MRO」等の画像データによって、地下空洞存否の検証を行った。また、計画に先行して、縦孔形成についての研究も進めた。本年度は、死の湖ならびに虹の入り江の陥没地形周りについて、マルチバンドイメージャ分光データを用いて、地質分類を行った上で、年代決定の詳細化を行った。これら陥没地形は縦孔とはなっていないが地下空洞構造上に出来たと思われる地形的特徴を備えている。加えて中緯度に存在し、熱的に探査をしやすい環境にある。調査の結果、死の湖の陥没地形の周辺領域は、複数回の溶岩噴出が認められること、虹の入り江の陥没地形よりも直径100ー500 mのクレータの個数密度が低くなっていること、直径500 m以上のクレータの個数密度が高いことなどがわかった。こうした結果は、今後の科学探査や活動拠点としての適性の議論に資された。火星については、昨年度は、南緯30°50°の範囲に続いて、0°南緯30°(マリネリス峡谷などが存在し、水が地下に有るのでは無いかと考えられている)において、縦孔の存否の調査を行った。結果としては、タルシス三連山の付近についてのみ、縦孔を認めただけであった。火星では、高山で無ければ、縦孔、溶岩チューブの形成、残存が認められないのかもしれない。認められた縦孔の標高、底の様子などが整理された。更に、本年度、前倒し的に一次調査として、縦孔形成について、計算機実験を行った。その結果、地下空洞への衝突の結果、空洞の天井側には、衝突表面側以上に大きなクレータが形成される背面飛散現象、縦孔壁でのクラックなどが確認出来た。今後、詳細な解析をしていく予定である。本年度は、死の湖と虹の入り江の月の縦孔(陥没地形)について、マルチバンドイメージャ分光データを使って、周辺地質を調査し、その上で年代決定などの解析を試みた。これらの地形は、月の中緯度帯に存在しており、熱的に将来の探査や基地建設に好ましいとされる。死の湖の陥没地形はGoogleXprize参加の日本のハクトチームが着陸を目指す候補地でもある。また、近く予定されているSLIM計画でも中緯度での着陸を検討している。

こうした着陸探査の要請に応えるべく、結果は、配布報告物(宇宙科学研究所報告書)にまとめるに至るなど、研究は順調に進められている。また、火星の縦孔については、MROデータについて、昨年度の南緯30-50°に加え、0°-南緯30°の領域の縦孔調査を行った。概ね、予定通り、火星の調査は進んでいる。月の溶岩チューブにおける縦孔形成についても考察を進めるために、前倒しで、計算機実験を行い、縦孔形成を再現するに至っている。一方、サウンディングレーダや磁場データと縦孔の解析は、継続している。これまでの研究では、縦孔近くの溶岩チューブの形成についてはまだ確証は得られていない。地球観測衛星による分光画像観測データ(たとえば、「TERRA」ASTER)を購入し、ENVIなどを利用して地球上の溶岩チューブとの比較検証を行うことは十分ではなく平成28年度、積極的に取り組む必要がある。本年度は、成果の一部を日本語で報告書にまとめ出版することが出来た。来年度は、詳細なデータ解析、科学的な知見を付与し、国際学術誌にて発表することを目指す。海外からの研究者招聘については、今年度は、海外で地下空洞の大規模な会合がありそこでの議論でもって代替した。来年度、これまでの成果をまとめつつ、海外の関連研究者を招聘し、これまでの成果を確認してもらうことを考えている。本年度(平成28年度)、SELENE搭載レーダサウンダーデータの月溶岩チューブ調査では、マリウス丘の縦孔近傍で得られたエコーに地下空洞からの反射を示唆するものが確認された。これは、深さにして100m付近の深さからのものであり、米国探査機LROによる縦孔斜め観測から得られている縦孔底の深さに比すると若干深めである。この結果は、昨年度得られていた縦孔形成の計算機シミュレーションによる結果、すなわち天井の崩落部分が、縦孔底に溜まっていて、実際、奥へと続く溶岩チューブの底はもっと低くある、という仮説に調和的とも考えられる。こうした結果が得られている中、平成28年度中頃に、月の地下空洞の存在について、米国GRAILデータの重力場解析から地下の質量欠損領域の報告が明らかになった。これは地下に空洞、たとえば溶岩チューブの存在を示唆するものであり、レーダサウンダーデータの解析結果とよく一致するものであった。そこで、GRAILデータ解析チームとも議論を開始し、すでに、国際学会(月惑星科学会議:平成29年年3月、米国)で速報的に発表した。月と火星について溶岩チューブ候補分布全球マップならびに重要候補地詳細地質図の作成については、本年度は、月においては、特に最大規模クラスの(マリウス丘、静の海、賢者の海の)縦孔について調査領域を約100kmx100kmに拡大し、地質区分し年代測定などを行うなどして、整理した。また、火星については、過去に大洋に囲まれていた可能性の高いエリシウム山の麓に多数の縦孔を同定し、それらの深さや、内部の様子などをリスト化し、JAXA宇宙科学研究所リサーチメモランダム(平成29年3月)として公表している。これらの成果は、学会や研究会で議論に資されている。月、火星の縦孔・溶岩チューブについての調査、様々なデータでの相互比較は順調に進んだ。SELENE搭載レーダサウンダーデータの月溶岩チューブ調査では、マリウス丘の縦孔近傍で得られたデータに、表面からではない、極めて強い地下からのエコーが同定された。この結果は、米国GRAILデータの重力場解析から地下の質量欠損領域の報告(平成28年度中頃)と、地下に空洞、たとえば溶岩チューブの存在の示唆という点で、調和的であり、国際学会(月惑星科学会議:2017年3月、米国)で速報的に発表した。
重金属類汚染修復に向けたハイパーアキュムレーターの機能解明とその応用

本研究ではモエジマシダとハクサンハタザオの2種のハイパーアキュムレーター(高蓄積植物)に関し、有害元素(ヒ素とカドミウム)の吸収・蓄積機能を遺伝子レベルから圃場の植物レベルまで多次元的な解析を行い、これらのハイパーアキュムレーターの有害元素吸収・蓄積のメカニズムを解明する。それらの結果に基づき、これらのハイパーアキュムレーターを用いて重金属類で汚染された土壌や水環境を修復するために必要となる指針を示していく。本研究課題は、重金属の蓄積能力の高い植物を用いて、これらの植物の分子レベルでの重金属類の吸収・蓄積メカニズム解明を行い、また、吸収・蓄積の仕組みを植物体レベルで明らかにする。そして、重金属類の吸収・蓄積機能の全体像を明らかにし、重金属類汚染修復に向けたファイトテクノロジーへの本格的な応用につなげる。シダなどの高蓄積植物を利用して、重金属類汚染修復を目的としたハイパーアキュムレーターの機能解明とその応用は重要な課題であり、今後の発展が期待される。ヒ素とカドミウムを吸収蓄積する植物について、植物体内の動態解析を分子学的レベルから個体レベルで行うものであり、その蓄積機構を明らかにする学問的なブレークスルーが生まれることが期待される。
出芽酵母のオートファゴソーム形成に必須なApgタンパク質群の形態的な相互作用解析

真核細胞は栄養飢餓に直面したとき、自己の構成成分を分解し、再利用するオートファジーというシステムを持っている。オートファジーは、飢餓シグナルの感知と伝達、脂質二重層の二重膜からなるオルガネラであるオートファゴソームの形成、オートファゴソームのリソソーム/液胞への融合、オートファゴソームの分解という一連の過程を取ることが知られている。これまで、遺伝学的解析のしやすい出芽酵母の系を利用して、オートファジーに欠損を示すapg(現在ではatgと改称)変異株が16種類得られている。これらの変異株では、オートファゴソーム形成が不能となり、それに伴って栄養飢餓時の生存率が低下する。ATG遺伝子の機能解析が進められた結果、Atgタンパク質がいくつかの機能群を形成していることが明らかとなってきた。二つのユビキチン様タンパク質修飾システム、ホスファチジルイノシトール3リン酸キナーゼ複合体、タンパク質キナーゼ複合体などである。私は蛍光顕微鏡を用いたAtg8とAtg5の解析を通じて、オートファゴソーム形成に必須な構造体、pre-autophagosomal structure (PAS)を見いだした。その後の解析から、多くのAtgタンパク質がPASへの局在を示すことが明らかとなってきた。本年度は、遺伝子スクリーニングの結果、新たなATG遺伝子を同定することが大きな成果として挙げられる。真核細胞は窒素源などの飢餓にさらされたとき、自己の構成成分を分解し、再利用するオートファジーというシステムを持っている。オートファジーは、飢餓シグナルの感知・伝達、二重膜構造体オートファゴソームの形成、オートファゴソームのリソソーム/液胞への融合、オートファゴソームの分解という一連の過程からなる。これまで、遺伝学的解析のしやすい出芽酵母の系を利用して、オートファジーに欠損を示すapg(現在ではatg)変異株が16種類得られている。これらの変異株は全てオートファゴソーム形成が不能となり、それに伴って、窒素飢餓時の生存率が低下する。Atg1タンパク質キナーゼ複合体、ホスファチジルイノシトール3リン酸キナーゼ複合体、2種類のユビキチン様タンパク質結合システムなどが挙げられる。ユビキチン様タンパク質結合システムを介して、Atg8は脂質ホスファチジルエタノールアミンと共有結合し、Atg12はAtg5と共有結合する。
超電導技術による電気エネルギーの輸送と貯蔵の高効率化

本研究は、超電導技術を開発して、超電導発電機・ケーブル及びSMESを実用化して高効率・高密度・高安定性の新型の電力機器と電力系統の構築及びその特性の解明を目指すものであり、本年度の成果としては昨年度に続き(1)発電機励磁用超伝導エネルギー転送回路の構成について基礎実験に成功すると共に、更に回路設計、制御方法の検討を行うため、計算機シミュレーションプログラムを作成し、これを用いて回路の最適設計、最適制御を計算機上で実施した。また、フラックスポンプを用いたブラシレス化と、電機子巻線をも超電導化した小型モデル機の運転(出力2.3KW)に成功した。(2)超伝導ケーブルとしては、構造単純で信頼性の高い押し出しPE型を採用したが、その温度収縮特性に問題があるため、PEの代わりにEPRを使用し、基礎実験を行い、従来の難点除去の目途を得た。また、超伝導線材の交流損失の測定を行った。(3)大容量の超電導ケーブルを巨大中枢都市に導入完了後、その最大負荷時の故障を想定し、もし標準的潮流条件ならば系統動揺は、4秒程度で収束できるという結果を得た。また、小型の超電導変圧器を試作し在来型に較べ同一重量で60倍の容量を得、ケーブルとの接続の可能性を得た。(4)SMESを日、及び週負荷調整用として利用する際、SMESの容量のスケールメリットを考慮して揚水代替案、火力代替案との比較により検討し、SMESが有利となるGW容量、GWh容量の領域を明らかにした。(5)制御性のよい高耐電圧、高安定、高信頼度SMES用マグネットの開発を目指し、液体Heの中での絶縁破壊特性及び低交流損失エポキシ含浸コイルの交流損失と冷却特性を解明し、またクエンチ保護方式の新提案を行った。(6)SMESを安定化制御に用いる場合について、他の各種安定化対策との協調、競合とを明らかにし、また高エネルギー密度の新型SMESを提案した。
ケイ素-ケイ素飽和結合の特性解明と機能性ケイ素ポリマー開発への応用

主鎖がケイ素-ケイ素結合とπ電子系の繰り返しで構築されるポリマーは,新しい共役系ポリマーとして注目されている.本研究では高分子主鎖中のケイ素-ケイ素σ結合とπ電子系との軸道間相互作用(σ-π共役)が,ポリマー電子状態に与える影響を明らかにする目的で,π電子系としてフェニレン,チエニレン,アントラセン環を有するσ-π共役ポリマーを合成し,それらの電気化学的性質,導電性,耐熱性,ホール輸送性などを検討した.その結果,ケイ素-π電子系交互ポリマーの機能性はケイ素およびπ電子系ユニットの広がりによって大きく影響を受けることが明らかになった.例えば,π電子系が広がるにつれてポリマーの酸化電位は低電位側に移動し,酸化ドープした際の伝導度も向上した.同じような傾向はπ電子系を固定してケイ素ユニットをモノシラン,ジシラン,トリシランと長くしていくことによっても見られたが,その変化の度合いはπ電子系が広がるに従って小さくなった.ポリマーのホール輸送性もやはりπ電子系が広がるにつれて向上し,アントラセン環を有するものは良好なホール輸送材料として利用できることを見出した.このポリマー層を含むELデバイスの作成にも成功している.また,主鎖がケイ素-フェニレンの繰り返しで構造されるポリマーは高い耐熱性を示すことがわかった.その他,ビチオフェンのβ-位をシリレン架橋したジチエノシロールを合成した.さらに,このものをπ電子系として組み込んだσ-π共役ポリマーも合成した.これらのポリマーはジチエノシロールに由来した低いLUMOを有し,新しい電子材料として期待できる.主鎖がケイ素-ケイ素結合とπ電子系の繰り返しで構築されるポリマーは,新しい共役系ポリマーとして注目されている.本研究では高分子主鎖中のケイ素-ケイ素σ結合とπ電子系との軸道間相互作用(σ-π共役)が,ポリマー電子状態に与える影響を明らかにする目的で,π電子系としてフェニレン,チエニレン,アントラセン環を有するσ-π共役ポリマーを合成し,それらの電気化学的性質,導電性,耐熱性,ホール輸送性などを検討した.その結果,ケイ素-π電子系交互ポリマーの機能性はケイ素およびπ電子系ユニットの広がりによって大きく影響を受けることが明らかになった.例えば,π電子系が広がるにつれてポリマーの酸化電位は低電位側に移動し,酸化ドープした際の伝導度も向上した.同じような傾向はπ電子系を固定してケイ素ユニットをモノシラン,ジシラン,トリシランと長くしていくことによっても見られたが,その変化の度合いはπ電子系が広がるに従って小さくなった.ポリマーのホール輸送性もやはりπ電子系が広がるにつれて向上し,アントラセン環を有するものは良好なホール輸送材料として利用できることを見出した.このポリマー層を含むELデバイスの作成にも成功している.また,主鎖がケイ素-フェニレンの繰り返しで構造されるポリマーは高い耐熱性を示すことがわかった.その他,ビチオフェンのβ-位をシリレン架橋したジチエノシロールを合成した.さらに,このものをπ電子系として組み込んだσ-π共役ポリマーも合成した.これらのポリマーはジチエノシロールに由来した低いLUMOを有し,新しい電子材料として期待できる.
加齢、肥満が舌筋に及ぼす影響

我々は10週間高脂肪食を摂取させたラットの舌筋において組織学的に脂肪の沈着と筋線維の直径を解析し,μCTにより上気道の形態、体積、を解析した。オトガイ舌筋、オトガイ舌骨筋において脂肪の沈着量は肥満群ラットにおいて対照群ラットのそれよりそれぞれ3.6,2.5倍多かった。オトガイ舌筋、オトガイ舌骨筋の遅筋線維直径は肥満ラット群において対照群のそれと比較し約20%大きかった。上気道体積は肥満ラット群において対照群のそれと比較し12%小さかった。これらの結果により、上気道容積は舌筋の形態と関連することが示唆された。本研究は閉塞性睡眠時無呼吸の病因の一つと考えられる加齢または肥満が舌の機能、特に易虚脱性に与える影響を明らかにし、最終的には舌筋またはその支配神経を刺激する理学的な治療や薬物療法の開発を目的としている。平成19年度の研究計画において、肥満、加齢動物実験モデルの作製が実施された。8週齢wistar ratに高脂肪食餌を10週間与え、肥満ラットモデルを作製した。肥満グループの平均体重は492±35g(n=7)でコントロールグループの平均体重326.5±35.1g(n=6)より有為な差で増加していた(p<0.00001)。両グループの上気道形態を小動物用マイクロCTで撮影後、咬筋、オトガイ舌筋、オトガイ舌骨筋の筋サンプルを生化学、組織学的解析のためそれぞれ採取した。現在、リアルタイムPCRにより肥満グループとコントロールグループの咬筋、オトガイ舌筋、オトガイ舌骨筋筋線維タイプmRNAの発現量、アセチルコリンレセプターの発現量を比較している。引き続き組織学的な解析とCT画像による上気道の形態的変化を計測予定である。加齢動物モデルの作製は6ヶ月齢のwistar ratを,12,18,24ヶ月と自然に老齢化させている。現在6,12ヶ月齢の実験群で上気道の小動物用マイクロCTを撮影し、咬筋、オトガイ舌筋、オトガイ舌骨筋の筋サンプルを組織化学、生化学的解析のため採取し凍結保存中である。今後は24ヶ月齢までのサンプル採取を予定している。加齢、肥満によるホルモンやグロースファクターの変化による舌筋の機能的変化を明らかにすることは閉塞性睡眠時無呼吸の今後の根本的治療の開発に不可欠である。本研究平成20年度に計画している具体的な解析結果は大変重要と思われ期待している。脂肪餌を摂取したラット(正常ラット郡)の体重は普通餌を摂取したラット(正常ラット郡)の体重より重かった。オトガイ舌骨筋とオトガイ舌筋において肥満ラット群では正常ラット郡に比較し、著しく脂肪滴の沈着が増加していた。しかし咬筋において両郡で差は認められなかった。正常ラット群ではmyosin heavy chain (MHC)I mRNAの発現が咬筋、オトガイ舌骨筋、オトガイ舌筋において異なる分布を示したが肥満ラット群では認められなかった。肥満ラット群ではMHC IId mRNAの発現が咬筋、オトガイ舌骨筋、オトガイ舌筋において異なる分布を示したが正常ラット群では認められなかった。脂肪食摂取が筋の脂肪滴沈着と筋線維タイプ分布におよぼす影響はオトガイ舌骨筋、オトガイ舌筋に観察されたが咬筋においては認められなかった。これらの結果によりオトガイ舌骨筋、オトガイ舌筋における脂肪食摂取の影響は咬筋におけるその影響に比べ大きいことを示唆する。今後、筋組織の持久性に関わると思われる筋線維脂肪沈着と筋線維タイプのトランスフォーメーションの相互関係を解析する研究が必要である。自然老齢ラットモデルを作成するため平成19年度より6ヶ月齢のラットを飼育し、6, 12, 18, 24が月でオトガイ舌骨筋、オトガイ舌筋、咬筋を筋サンプルとして採取した。また上気道体積を比較するため筋線維採取時にラット頭頸部のマイクロCT撮影を行った。今後それぞれの筋のMHC mRNA発現量の経時的変化を解析する。また筋組織の代謝酵素であるcarbonic anhydrase IIIとglucose-phosphate isomeraseのmRNA発現量も解析し、加齢による筋線維の変化とエネルギー代謝の相互関係を明らかにする。また組織学的には脂肪染色(oil red O staining)を行い加齢による筋の脂肪変性を解析する。睡眠中に上気道の閉塞を繰り返す閉塞性睡眠時無呼吸症候群(OSAS)の発症は肥満、加齢が関連することが示唆されている。OSASの病態である上気道の開放性の低下には舌筋の機能および形態の変化が考えられる。そこで本研究の目的は肥満が舌筋と上気道体積に与える影響を明らかにすることである。そこで我々はラット肥満モデルを確立し、オトガイ舌筋、オトガイ舌骨筋、咬筋の脂肪の沈着量を肥満群と対照群とで比較した。

肥満群ラットのオトガイ舌筋、オトガイ舌骨筋の脂肪沈着量は対照群ラットのそれよりそれぞれ3.6,2.5倍増加することを示した。そこで平成21年度は舌筋の筋線維を組織化学的に早筋、遅筋に染色し、それぞれの直径を計測した。そしてμCTにより上気道の形態、体積、を解析した。咬筋は早筋が優位であった。オトガイ舌骨筋は早筋、遅筋が同じ割合で分布していた。オトガイ舌筋は遅筋が優位であった。オトガイ舌筋、オトガイ舌骨筋の遅筋線維直径は肥満ラット群において対照群のそれと比較し約20%大きかった。またオトガイ舌骨筋、咬筋の早筋線維直径は肥満ラット群において対照群のそれと比較し約10%大きかった。上気道体積は肥満ラット群において対照群のそれと比較し12%小さかった。骨格筋において遅筋線維に特異的に脂肪が取り込まれることが報告されている。このことから速筋が大部分の咬筋より遅筋の割合が多い舌筋に脂肪が多く取り込まれるのは筋線維タイプの分布の違いによることが考えられた。またμCT結果により、上気道容積は舌筋の形態と関連することが示唆された。老齢ラットモデルからの舌筋サンプルの採取も完了し今後は加齢と舌筋の機能と形態の変化を解析予定である。