hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
MRIを用いたトップアスリートの大腿骨の形態的・力学的特性の解析

骨と運動特性(力学的負荷)の関連を検討するため、トップアスリートを対象にMRIを用いた大腿中央部の骨形態および力学的指標の解析と骨代謝マーカーを測定した。力学的負荷の相違から、アスリートを5群に分けた。その結果、男女とも骨に加わる衝撃が高い群ほど低い群と比較して、皮質骨面積や皮質骨外周囲が増加し、力学的指標が大きいことが明らかとなった。一方、骨代謝マーカーには群間の差はほとんどみられなかった。JISS既存の女性アスリート144名のMRI画像を解析対象とした。運動様式の相違から、Non-Impact群(競泳、シンクロナイズドスイミング選手)、Low-Impact群(陸上中・長距離、競歩、クロスカントリースキー、スピードスケート)、Odd-Impact群(サッカー、ソフトボール)、High-Impact群(バレーボール、バスケットボール)に群分けした。右大腿骨中央部の皮質骨外周囲、皮質骨面積、骨髄腔面積、最小断面2次モーメント等を算出した。一元配置分散分析の結果、High群が他の群と比較して全ての項目において有意に高い値を示し、骨の外側方向への肥大が確認された。また、Odd群はNon群およびLow群よりも有意に高い値を示したが、Non群とLow群の間には有意な差はなかった。一方、身長を共変量とした共分散分析の結果、High群とOdd群の間には有意差はなかったが、他の群と比較すると骨髄腔面積を除く全項目は有意な高値を示した。また、皮質骨面積や断面2次モーメント等はNon群よりもLow群が有意な高値を示した。以上の結果から、荷重運動であり、骨に加わる負荷が高い種目ほど、骨の肥大とそれに伴う力学的特性(骨強度)の増加が顕著であることが明らかとなった。これまでバレーボールのようなジャンプ運動が骨に高い効果があると報告されてきたが、サッカーなどでみられるダッシュやカッティング動作などの負荷においても、骨に十分な効果があることが明らかとなった。また、数少ない骨横断面に関する先行研究ではQCTやpQCT法にて骨形態や力学的特性を分析することが多かったが、今回はMRIを用いX線の被爆なしに十分な骨の解析が出来ることが明らかとなった。本研究の目的は、力学的負荷の相違が大腿骨の骨幹中央部骨形態に及ぼす影響について検討することであり、様々な種目のトップアスリートを対象にMRI画像から骨形態を分析した。今年度実施した種目は、モーグル(男女)、陸上競技・競歩(男女)、陸上競技・7種(女)、トライアスロン(男女)、クロスカントリースキー(男女)、レスリング(女)、ソフトテニス(男)、スノーボード(男女)、ウィンドサーフィン(男女)、ウェイトリフティング(男女)、一般人(男女)であった。MRI撮影以外に、空気置換法による体組成の測定、超音波法による踵骨の骨強度測定、骨代謝マーカー(骨型アルカリフォスファターゼ、オステオカルシン、ICTP、NTx、カルシトニン)の分析および運動歴、運動量、月経(女性選手のみ)、常用薬等に関するアンケートを併せて実施した。骨形態の解析項目は、皮質骨内周囲、皮質骨外周囲、皮質骨面積、骨髄腔面積、最小および最大断面2次モーメントであった。近年、運動が骨形態に及ぼす影響について関心が高まっているが、運動特性(力学的負荷)と骨形態に関する研究は少なく、特に大腿骨に関するデータが非常に少ないこと、性差についての検討が少ないこと、などが問題として挙げられる。日本においても、アスリートを対象とした骨関連データ(骨強度、骨形態、骨代謝マーカー等)はほとんどない。しかし、本研究ではトップアスリートのみを対象とし、これらについて分析していることから、運動特性と骨との関連をよりよく評価できると考えられ、運動と骨に関する基礎的資料を提供できるものと考えられる。本研究の目的は、運動様式(力学的負荷)の相違が大腿骨の骨幹中央部骨形態に及ぼす影響について検討することであり、トップアスリートを対象にMRI画像から骨形態を分析した。今年度実施した種目は、シンクロナイズドスイミング(女)、陸上競技・混成10種競技(男)、新体操(女)、自転車競技(男女)、バレーボール(女)、バスケットボール(男)、フェンシング(男)、陸上ホッケー(男)、競泳(男)および一般人(男女)であった。MRI撮影以外に、空気置換法による身体組成の測定、超音波法による踵骨の骨強度測定、骨代謝マーカー(骨型アルカリフォスファターゼ、オステオカルシン、1型コラーゲンC末端テロペプチド、1型コラーゲン架橋Nテロペプチド)の分析および運動歴、運動量、月経(女性選手のみ)、常用薬等に関するアンケートを併せて実施した。近年、運動が骨形態に及ぼす影響について関心が高まっているが、運動様式(力学的負荷)と骨形態に関する研究は少なく、特に大腿骨に関するデータが非常に少ない、性差についての検討が少ない、などの問題が挙げられる。また、アスリートを対象とした骨関連データ(骨強度、骨形態、骨代謝マーカー等)はほとんどない。

そこで、本研究は、力学的負荷の特徴と骨との関連についてよりよく評価できると考えられるトップアスリートのみを対象とし、昨年度に引き続きさらに多くのデータを得ることが出来た事から、運動と骨に関する基礎的資料を提供できるものと考えられた。
認知機能低下をともなう入院高齢者を対象としたせん妄予防プログラムの開発と評価

2年目になるH30年度は、2年間のHELPを実施したデータを積み重ね、日本版HELPプログラム内容の有効性の評価をし、さらに教育と現場のそれぞれの効果を明確化することが主な目的であった。日本版HELPプログラムの有効性評価においては、H30年度(H30年4月1日H31年3月31日)に実施されたHELP回数は12回だった。治療的アクティビティ(1回における複数種類の組み合わせあり)では、マッサージ5回、散歩4回、回想法4回、新聞・雑誌記事読み語り1回、フリーコミュニケーション3回であった。満足度(0-10点)の平均は、7.75点であった。今後、データの積み重ねから、治療的アクティビティの種類とVitality Index、満足度の関連、およびせん妄出現の有無を詳細に分析し、日本版HELPのプログラム内容の有効性評価を検討していくことが必要と考えられた。教育の効果を明確化することを目的に、また学生へのHELP導入時の支援を検討するために、学生の期待度と初回実施後の振り返りの内容を学年別に比較し、HELP in SLの体験を学生がどのように認識しているのか分析した。その結果、初回参加前の看護学生ボランティアのアンケートからは、ほとんどの学生がHELP in SLに対して期待を持って参加していることが伺えた。リフレクションシートへの記載内容からは、2、3年生は科目での学習内容をもとに、対象者の反応を見ながら治療的アクティビティが行えている状況が理解できた。今後の学生への導入時の支援としては、2、3年生は科目での学習内容とせん妄予防のための治療的アクティビティをつなげ、1年生には教員や上級生とともに実施すること、4年生には対象者の反応をより深く観察する実施方法を検討することが必要であると考えられた。これらの結果をもとに、今後も老年看護学教育へのHELP活用方法を見出していく予定である。定期的なプログラム実施、またプログラムを提供したことによる看護学生側の学びのデータは蓄積されつつあると考えられる。研究実績の概要からも、年度の目標は達成できてはいる。しかしながら、病院スタッフ側の都合により、今年度のプログラム開催は前年度と比較するとやや減少している状態である。最終年度はそのことも踏まえ、病院スタッフ側のインタビュー調査を実施し、現場と教育の一体化した老年看護学教育の在り方、および院内システム化するための最良の方策を考えていくことが課題である。H30年度に関しては、コーディネーターの部署移動があり、週2回実施していた活動が週1回へと制限がかかってしまった。またその影響も受け、学生のリクルート活動も縮小せざるを得なくなったため、H30年度のHELP実施回数、学生参加数も減少している。また、看護学部および病院スタッフによる協働という部分の実証がまだ行えていないため、連携システムを明示していく上で、このことは必須の研究課題でもある。今後は、病院スタッフへのフォーカスグループインタビューなどを実施し、現場と教育が一体化した老年看護学教育の在り方を明確化するとともに、院内システム化できるための最良の方策が提示できるよう調査計画を立案、調査し最終年度の報告としていく。初年度である平成29年度は、本研究の目的に基づき、以下の3点について計画を立案した。1せん妄等を予防するプログラム(日本版HELP)内容の有効性評価、2看護教員と病院スタッフの相互作用により生じる効果の明確化、3老年看護学教育へのHELP活用方法の検討である。1については、HELPに参加同意の得られた65歳以上の高齢者から実施中の様子や満足感を評価し、プログラム内容の有効性を検討した。実施したプログラム内容は、「回想法」「アロマフットケア」「散歩」が多く実施された。実施中には対象者が生き生きと話す場面が観察され、「笑顔があった」(90.5%)、「注意散漫でなかった」(86.5%)と集中して楽しんでいる様子が示された。満足度は、平均8.6±1.6点で「楽しかった」「気持ちよかった」「次は食堂でお茶したい」等の感想があり、プログラムを通して対象者の精神活動が促進され、入院高齢者に快適さ、楽しさを提供でき、高い満足感が得られていると考えられた。2については、プログラム導入への期待度および運営上の課題となることについて、病院スタッフのアンケート調査からプログラム導入時、6か月後、9か月後の3時点における経時的変化について調査した。開始時は認知機能の低下の軽減を期待する者が多かったが、6か月後、9か月後ともに入院中のケアへの満足度に期待することへ変化しており、プログラム導入による高い評価をえていた。課題としては、スタッフとボランティア、コーディネーター間の情報共有・コミュニケーションについて更なる改善が必要であると考えられた。3については、学生にとっては高齢者との関りが肯定的な体験となっており、「人」を知ることについて基本的な術を修得しやすい機会となっていることがわかった。定期的なプログラム実施、またプログラム提供をしたことによる看護学生側の学びのデータは蓄積されつつある。平成29年度の3つの目標と計画、研究実績概要からも考えると、おおむね順調に進んでいると考えられる。

治療的アクティビティ(1回における複数種類の組み合わせあり)では、マッサージ5回、散歩4回、回想法4回、新聞・雑誌記事読み語り1回、フリーコミュニケーション3回であった。満足度(0-10点)の平均は、7.75点であった。今後、データの積み重ねから、治療的アクティビティの種類とVitality Index、満足度の関連、およびせん妄出現の有無を詳細に分析し、日本版HELPのプログラム内容の有効性評価を検討していくことが必要と考えられた。教育の効果を明確化することを目的に、また学生へのHELP導入時の支援を検討するために、学生の期待度と初回実施後の振り返りの内容を学年別に比較し、HELP in SLの体験を学生がどのように認識しているのか分析した。その結果、初回参加前の看護学生ボランティアのアンケートからは、ほとんどの学生がHELP in SLに対して期待を持って参加していることが伺えた。リフレクションシートへの記載内容からは、2、3年生は科目での学習内容をもとに、対象者の反応を見ながら治療的アクティビティが行えている状況が理解できた。今後の学生への導入時の支援としては、2、3年生は科目での学習内容とせん妄予防のための治療的アクティビティをつなげ、1年生には教員や上級生とともに実施すること、4年生には対象者の反応をより深く観察する実施方法を検討することが必要であると考えられた。これらの結果をもとに、今後も老年看護学教育へのHELP活用方法を見出していく予定である。定期的なプログラム実施、またプログラムを提供したことによる看護学生側の学びのデータは蓄積されつつあると考えられる。研究実績の概要からも、年度の目標は達成できてはいる。しかしながら、病院スタッフ側の都合により、今年度のプログラム開催は前年度と比較するとやや減少している状態である。最終年度はそのことも踏まえ、病院スタッフ側のインタビュー調査を実施し、現場と教育の一体化した老年看護学教育の在り方、および院内システム化するための最良の方策を考えていくことが課題である。看護学部および病院スタッフによる協働という部分からの実証は今後、連携システムを明示していく上で重要必須事項となる。しかしながら、スタッフおよび教員側へのフォーカスグループインタビューは実施出来ていない状況であるため、計画立案を再度検討していく必要がある。また、プログラムがせん妄予防のプログラムであるため、ケアを受けた対象者がせん妄を発症せず、予防としての効果となっているのか今後も評価していく必要がある。H30年度に関しては、コーディネーターの部署移動があり、週2回実施していた活動が週1回へと制限がかかってしまった。またその影響も受け、学生のリクルート活動も縮小せざるを得なくなったため、H30年度のHELP実施回数、学生参加数も減少している。また、看護学部および病院スタッフによる協働という部分の実証がまだ行えていないため、連携システムを明示していく上で、このことは必須の研究課題でもある。
素材の物理的性質との比較による動的質感知覚の解明

本研究の目的は、視覚的な運動から知覚される多様な質感について、物理的に定義される各種素材に関するパラメータ(物性パラメータ)と心理学実験による質感の評定値との比較から、動的な質感知覚の規定要因を解明することである。水平方向のバネ振り子運動について、その際のバネの本数と伸びをそれぞれ系統的に変化させることでバネ定数や弾性係数などの物性パラメータを操作したところ、そのモーションを観察した際の傾向が2種類に分かれたものの、弾性係数の変化と関連して視覚による弾性判断が系統的に変化することが示された。このことから、動的な視覚による弾性判断は、素材の物理的特性との関連から説明できる可能性を示した。本研究の主たる目的は、視覚的な運動から生じる多様な質感について、物理的に定義される各種の材質に関するパラメータ(物性パラメータ)と心理学実験による質感の評定値との比較から、動的な質感知覚メカニズムを解明することである。動的な質感の知覚と関連して、正方形の主観的輪郭を生じさせる誘導図形の垂直線分を、正方形の頂点を始点として振り子運動させると、上下の振り子運動間の位相差により、主観的な面の素材が異なって知覚されることが(Masuda et al., 2013)、また、この振り子運動の減衰や速度変化が主観的な面の弾性や粘性の評定と関連している可能性が示唆されている(Masuda et al., 2015)。質感知覚と物性との関連を精査するためには、各種素材と関連する粘性や弾性等の物性パラメータを操作した運動を作成し、それを観察した際の質感の評定値との対応を検討する必要がある。そのため、2015年度は、物性パラメータを系統的に操作した運動を実験に用いるための運動パターンの測定を行った。本年度は水平方向のバネ振り子運動に焦点を当て、バネの本数を複数段階で変化させ、バネ定数や弾性係数などの物性パラメータを操作した複数条件下での振り子運動の測定を行った。この測定値を精査することで次年度に行う心理学実験の為の準備を行った。測定の結果、振り子運動に物理教育で用いられるエアトラック滑走台を用いたことで、それぞれのバネ定数に対応する運動情報を比較的ノイズの少ない状態で得ることができ、次年度の心理物理実験に用いるための視覚パターンの準備を行うことができた。2015年度は、バネ振り子運動について、ばね定数や弾性係数などの物理パラメータを操作した複数条件下での運動の測定を行い、この測定値を精査することで次年度に行う心理学実験の為の準備を行った。当初の計画では2015年度はバネ振り子以外にも、粘度や塑性と関連すると思われる運動についても実際の対象の運動について測定を行い、それらの運動成分から物性の違いによる光学的パラメータの定式化を試みる予定であったが、実験で用いることが可能なバネ振り子運動の条件の決定に時間がかかったことと、申請者の異動に伴い実験環境のセットアップに時間を要したため、今年度はバネ振り子以外の種類の運動の測定及び、測定したばね振り子運動の光学的パラメータの検討には至らなかった。これらの実現のため、現在も引き続き運動の撮影および動作解析の準備を行っている。一方で、バネ振り子運動に関しては測定した運動にノイズが非常に少なく、定式化が比較的容易であると考えられるため、2015年度の計画は想定よりもやや遅れたものの、次年度予定している心理物理実験への適用は計画よりもスムーズに行うことが可能であると考えられる。本研究の主たる目的は視覚的な運動から知覚される多様な質感(素材感)について、物理的に定義されている各種材質パラメータ(物性パラメータ)と心理物理学実験により測定した評定値との比較により動的な質感知覚メカニズムを解明することである。そのためには、物性パラメータを系統的に変化させ、それに対応した視覚的な質感の評定値との対応を検討する必要がある。2015年度には水平方向のバネ振り子運動について、バネの本数と運動開始時のバネの伸びを段階的に変化させることでバネ定数や弾性係数などの物性パラメータを系統的に操作し、光学的モーションキャプチャシステムによる測定を行った。2016年度は、これらの装置で測定した振り子運動のモーションデータをCGで作成したモデルに組み込み、運動情報以外の視覚情報を同一にしたパターンを作成した。これらのパターンを観察した際の視覚による動的質感について、測定に使ったバネと同様のものを実験参加者が指で引っ張った際の触覚による弾性感を基準とした評定実験を行った。結果として、評定値の傾向は、バネの本数の増加に伴い弾性の評定値も増加していく群と、その逆に減少していく群との2種類に分かれた。前者の群の評定値の変化は物理的な弾性の変化と合致しており、視覚による弾性判断が物性パラメータに応じて可能であることを示している。一方で、後者の群は物性パラメータの変化とは逆傾向となることと、開始時のバネの伸びの変化により評定値が変化しなかったことから、今後教示を含めたさらなる検討の必要がある。

水平方向のバネ振り子運動について、その際のバネの本数と伸びをそれぞれ系統的に変化させることでバネ定数や弾性係数などの物性パラメータを操作したところ、そのモーションを観察した際の傾向が2種類に分かれたものの、弾性係数の変化と関連して視覚による弾性判断が系統的に変化することが示された。このことから、動的な視覚による弾性判断は、素材の物理的特性との関連から説明できる可能性を示した。2016年度は、バネ振り子以外の運動の測定と、並行してバネ振り子運動に関する質感評定に関する心理物理実験を行い、質感に関する評定値と物性パラメータとの対応を検証する。バネ振り子に関しては心理物理実験における実験参加者の判断に測定に用いたものと同様の物性パラメータを持つバネに触れた感覚を基準として判断させることで、視覚による質感判断と物理量あるいは物性パラメータとの対応について検討する予定である。測定した運動データのノイズが想定よりも少なかったため、心理物理実験の提示パターン作成は当初の予定よりも迅速に作成可能であることが期待でき、当初の計画に沿って、運動データを組み込んだ実験パターンを用いた心理物理的実験の実施により、動的な質感知覚に関する検討を試みることを予定している。実験心理学次年度使用額が生じた理由として、申請者の異動に伴い当初の計画よりも研究活動の進行が遅れたこと、また初年度であり研究成果が学会発表の水準に達しなかったことから、学会発表の為の出張に関する旅費が計画よりも少なかったことがあげられる。併せて、各種素材の物性試験や実験用プログラムの外部受注を行わなかったことが挙げられる。生じた次年度使用額の金額の使用計画として、2015年度に実施しなかった、測定した動作パターンデータの解析及び実験用プログラム作成の為の外部受注をすることを計画している。
アンモニアの常温常圧合成のための高効率プラズマ触媒反応法の開発

本年度は下記の2項目について検討し、予定以上の成果を得ることができた。1.プラズマによる窒素分子活性化法の最適化1プラズマが発生している条件下で紫外可視近赤外発光スペクトルを測定し、N2*(活性化窒素分子)やN2+(カチオン化窒素分子)等が生成していることを認めた。2これらの活性種の出現強度とプラズマ発生法(プラズマ周波数、電圧、電流、パルスシーケンス)の関連を検討し、10ー50 kHzの減衰型正弦波を用いた場合にN2*の強度が最も強くなることを見いだした。3これらの検討に触媒検討を組み合わせた。今年度は銅細線電極上での触媒作用を調べた。銅細線を用いることによりNH3合成活性が大きく向上し、その活性はN2*発現強度と比例していることを認めた。2.プラズマ法触媒が備えるべき機能の抽出とその機能を具備した触媒系の創出4まず触媒として種々の金属細線を用いた場合の結果を整理した。金属細線の活性序列はAu>Pt>Pd>Ag>Cu>Fe>Mo>Ni>W>Ti>Alであった。プラズマ法アンモニア合成では従来のハーバー・ボッシュ法とは異なる触媒が活性であることがわかった。なお、Ruは金属細線の入手が困難なため実験できなかった。5最高活性を与えたAuやPt、Cuでは実験回数とともに触媒活性が向上した。これは反応管内壁に電極金属が飛散付着し、新たな活性点となるためであることがわかった。最終的にNH3収率は3.5%に達した。6この反応系での触媒の活性発現機構はほとんど検討されていないので、対応する窒化物の物性、水素活性化能、誘電率、比表面積等を指標として金属種と触媒活性の関連を検討したが、良い相関を与えるものは見いだせなかった。7次に、DFT計算によって表面状態を検討した。その結果、金属表面での窒化物生成熱(=窒素原子の吸着熱)とNH3合成活性が良く相関していることを認めた。今年度は上に記したように2項目について検討したが、いずれの項目においても当初計画以上の成果を達成することができた。1まず、活性化窒素分子の選択的生成では、活性種がN2*であることを確定できたばかりでなく、減衰正弦波適用や周波数制御によってN2*が生成活性種の90%以上になる励起系を実現できた。活性種の選択的生成では、適切な活性種の生成を促進するため、ペニング効果ガスの添加等も計画していたが、このような処置が必要なくなったのでエネルギー効率の悪化を避けることができた。2AuやPt、Cu等が高いNH3合成活性を示し、常温常圧の流通系反応で収率3.5%という高い値を実現できたことも望外であった。常温常圧のプラズマ反応系では、特殊な膜状反応管触媒等を除けば、NH3収率はわずか0.23%程度であることを考えると、本実験の収率が文字通り桁違いに高いことがわかる。この点については来年度以降の実験でさらに伸ばせるように努めたい。3反応活性序列を制御している因子は、当初は全く不明であったが、DFT計算で金属表面での窒素原子の吸着エネルギーを計算したところ、このパラメーターと活性が非常に良く相関していることが明らかになった。表面吸着窒素原子のエネルギー値は実測が大変困難であるので、DFT計算が有効に機能した良い例ということができる。本研究ではハーバーボッシュ法とプラズマ触媒法では触媒に求められる機能が大きく異なることを主張してきた。前者では、窒素分子への電子供与、三重結合の切断機能等が求められる。後者では窒素分子の活性化はプラズマ部が担当し、活性化された窒素分子の効率的な反応場を提供することが触媒の第一義となる。今年度の結果はこの考え方が正鵠を射ていたこと、すなわち「これまでのアンモニア合成触媒とは全く異なる触媒設計概念の導入、それに基づく最適触媒の探索」が必要であることを示している。順調に展開できているので、当初の方針通りに研究を進める。ただし、研究開始時には1ー2パーセントのアンモニア収率(従来報告値の約10倍の収率)を達成できれば成功と考えていたが、既に収率3%程度を実現できたので収率の目標値を5%以上に引き上げる。

なお、Ruは金属細線の入手が困難なため実験できなかった。5最高活性を与えたAuやPt、Cuでは実験回数とともに触媒活性が向上した。これは反応管内壁に電極金属が飛散付着し、新たな活性点となるためであることがわかった。最終的にNH3収率は3.5%に達した。6この反応系での触媒の活性発現機構はほとんど検討されていないので、対応する窒化物の物性、水素活性化能、誘電率、比表面積等を指標として金属種と触媒活性の関連を検討したが、良い相関を与えるものは見いだせなかった。7次に、DFT計算によって表面状態を検討した。その結果、金属表面での窒化物生成熱(=窒素原子の吸着熱)とNH3合成活性が良く相関していることを認めた。今年度は上に記したように2項目について検討したが、いずれの項目においても当初計画以上の成果を達成することができた。1まず、活性化窒素分子の選択的生成では、活性種がN2*であることを確定できたばかりでなく、減衰正弦波適用や周波数制御によってN2*が生成活性種の90%以上になる励起系を実現できた。活性種の選択的生成では、適切な活性種の生成を促進するため、ペニング効果ガスの添加等も計画していたが、このような処置が必要なくなったのでエネルギー効率の悪化を避けることができた。2AuやPt、Cu等が高いNH3合成活性を示し、常温常圧の流通系反応で収率3.5%という高い値を実現できたことも望外であった。常温常圧のプラズマ反応系では、特殊な膜状反応管触媒等を除けば、NH3収率はわずか0.23%程度であることを考えると、本実験の収率が文字通り桁違いに高いことがわかる。この点については来年度以降の実験でさらに伸ばせるように努めたい。3反応活性序列を制御している因子は、当初は全く不明であったが、DFT計算で金属表面での窒素原子の吸着エネルギーを計算したところ、このパラメーターと活性が非常に良く相関していることが明らかになった。表面吸着窒素原子のエネルギー値は実測が大変困難であるので、DFT計算が有効に機能した良い例ということができる。本研究ではハーバーボッシュ法とプラズマ触媒法では触媒に求められる機能が大きく異なることを主張してきた。前者では、窒素分子への電子供与、三重結合の切断機能等が求められる。後者では窒素分子の活性化はプラズマ部が担当し、活性化された窒素分子の効率的な反応場を提供することが触媒の第一義となる。今年度の結果はこの考え方が正鵠を射ていたこと、すなわち「これまでのアンモニア合成触媒とは全く異なる触媒設計概念の導入、それに基づく最適触媒の探索」が必要であることを示している。順調に展開できているので、当初の方針通りに研究を進める。ただし、研究開始時には1ー2パーセントのアンモニア収率(従来報告値の約10倍の収率)を達成できれば成功と考えていたが、既に収率3%程度を実現できたので収率の目標値を5%以上に引き上げる。
イオン駆動型トランスポーターとチャネルの構造・機能協関

ヒト先天性グルコース・ガラクトース吸収不全症の症例について、Na^+/グルコースシンポータのArg135がTrpに変換していることを明らかにした。Na^+/メリビオースシンポータについては、多数のキメラ体の作製と解析、部位特的変異導入による解析などから、大腸菌のメリビオース輸送タンパク質のIle304とVal312がH^+共役に関与していること、Asn58がNa^+認識に関与していることを明らかにした。また、ヒトH^+/オリゴペプチドシンポータの活性調節に関わるpH感受性制御因子をクローン化し、構造・輸送制御特性を明らかにした。H^+/テトラサイクリンアンチポ-タについて、部位特異的Cys変異体を用いて膜貫通領域を正確に決定する方法を確立した。また、基質入口のゲート部位にあるGly64の解析から、膜を隔てた遠隔コンフォーメーション効果の存在を明らかにした。大腸菌と腸炎ビブリオのNa^+/H^+アンチポ-タNhaA系について膜内配向性が明らかになり、また機能に重要なアミノ酸残基が多数同定された。H^+/ノルフロキサシンアンチポ-タ遺伝子がクローニングされ一次構造が明らかになった。H^+/クロラムフェニコールアンチポ-タとともに構造と機能の関係が明らかになりつつある。一方、心筋のNa^+/Ca^<2+>アンチポ-タとNa^+,K^+ポンプがNa^+を介して密接に相互作用することが明らかになった。膵β細胞のATP感受性K^+チャネルは、4分子のSURIと4分子のKir6.2から構成されている可能性が示された。また、SURIとKir6.2の遺伝子異常が家族制低血糖症の原因になりうることが示された。ATPはSURIのNBF-1と高親和性で結合し、この結合はMgADPがNBF-2と結合することにより拮抗されることが示された。代表者・分担者それぞれが開拓し解析しているイオン駆動型トランスポータとイオンチャネルにつき、構造面と機能面から分子レベルでの解析(分子構造、分子機序)を行った。代表者は主として大腸菌のメリビオース輸送系(Na^+/基質シンポータ)とNa^+/H^+アンチポ-タについて遺伝子操作技術による解析により、イオン認識部位・基質認識部位の同定を行った。また、新たにいくつかのNa^+共役型トランスポータの遺伝子クローニングに成功した。一方、笠原と協力し、一次構造上良く似た輸送系同士のキメラを細胞内相同組換えにより作成し、基質認識部位の同定を行った。また、笠原はラット消化管におけるNa^+駆動型グリコース輸送体の局在を明らかにすると共に、酵母細胞での発現系を構築した。乾は、PCR法及び卵母細胞発現系を用いて薬物トランスポータ群及び輸送調節因子のcDNAクローニングと機能解析を行った。野間は心筋のNa^+/Ca^<2+>交換輸送タンパク質について、それぞれのイオンの輸送の速度論的解析を行うと共に、遺伝子面からの解析により、イオン認識部位、調節部位の同定を行った。特に、塩基性アミノ酸残基の多いループ領域の役割を明らかにした。北里は、膵β細胞においてグルコースによって惹起される律動的なスパイクバーストに対するNa^+、Ca^<2+>の影響を解析した。清野は膵β細胞で発現されるイオンチャネルについて解析し、新たなK^+チャネルファミリーメンバーのBIRをクローニングすると共にスルホニル尿素受容体SURとを細胞内で再構成した。そしてATPによりこのK^+チャネルが制御されることを見いだした。この発見はグルコースがインスリン分泌を引き起こすメカニズムの分子基盤を知る上で極めて重要な発見である。イオン駆動型トランスポータとイオンチャネルについて、構造、機能、分子機構、制御機構、各系の相互協力関係等を、主として分子面から解析することを目指し、以下のような成果が得られた。Na_+/メリビオースシンポータについて、キメラ体の作製と解析、部位特的変異導入による解析などから、イオン認識、基質認識、機能制御に関わる領域とアミノ酸残基が明らかになった。H_+/オリゴペプチドシンポータについても遺伝子クローニングと構造解析が進み、機能に重要なHis残基が同定された。Na_+/H_+アンチポ-タについて、膜内配向性がほぼ明らかになり、また部位特異的変異導入法により機能や阻害剤の作用に重要な残基が同定された。新たに黄色ブドウ球菌で見つかったNa_+/H_+アンチポ-タはサブユニットが7つもある極めてめずらしいタイプのアンチポ-タであることがわかった。心筋のNa_+/Ca2_+アンチポ-タの特定のループ領域が自己調節能を有することがわかった。そして、この領域の部位特異的変異体の解析から、機能制御とイオン親和性に関与するアミノ酸残基が同定された。薬物トランスポータである有機アニオントランスポータの遺伝子クローニングと構造解析が行われた。酵母のグルコース輸送体とガラクトース輸送体のキメラ作製とその解析から、基質認識に最も重要なアミノ酸残基が2つ(Tyr446とTrp455)が同定された。膵β細胞のATP感受性K_+チャネルは、ABCトランスポータであるスルホニルウレア受容体(SUR)と内向き整流性K_+チャネルBIRから構成されていることが明らかにされた。膵β細胞のインスリン分泌過程におて、Na_+,K_+ATPaseとATP感受性K_+チャネルが機能的に協力しあっていることが明らかになった。

ヒト先天性グルコース・ガラクトース吸収不全症の症例について、Na^+/グルコースシンポータのArg135がTrpに変換していることを明らかにした。Na^+/メリビオースシンポータについては、多数のキメラ体の作製と解析、部位特的変異導入による解析などから、大腸菌のメリビオース輸送タンパク質のIle304とVal312がH^+共役に関与していること、Asn58がNa^+認識に関与していることを明らかにした。また、ヒトH^+/オリゴペプチドシンポータの活性調節に関わるpH感受性制御因子をクローン化し、構造・輸送制御特性を明らかにした。H^+/テトラサイクリンアンチポ-タについて、部位特異的Cys変異体を用いて膜貫通領域を正確に決定する方法を確立した。また、基質入口のゲート部位にあるGly64の解析から、膜を隔てた遠隔コンフォーメーション効果の存在を明らかにした。大腸菌と腸炎ビブリオのNa^+/H^+アンチポ-タNhaA系について膜内配向性が明らかになり、また機能に重要なアミノ酸残基が多数同定された。H^+/ノルフロキサシンアンチポ-タ遺伝子がクローニングされ一次構造が明らかになった。H^+/クロラムフェニコールアンチポ-タとともに構造と機能の関係が明らかになりつつある。一方、心筋のNa^+/Ca^<2+>アンチポ-タとNa^+,K^+ポンプがNa^+を介して密接に相互作用することが明らかになった。膵β細胞のATP感受性K^+チャネルは、4分子のSURIと4分子のKir6.2から構成されている可能性が示された。また、SURIとKir6.2の遺伝子異常が家族制低血糖症の原因になりうることが示された。ATPはSURIのNBF-1と高親和性で結合し、この結合はMgADPがNBF-2と結合することにより拮抗されることが示された。
ES細胞から心筋細胞分化における核内転写調節蛋白のアセチル化制御機構の解明

我々は胚性幹細胞(ES細胞)から心筋細胞への分化に必要な新規因子を網羅的に探索するため、心筋マーカー遺伝子であるNkx2.5の下流にGFPをノックインしたマウスES細胞株を用い、ランダム変異のハイスループット・スクリーニングを行った。レトロウイルスによって変異を挿入したES細胞を96-wellプレートで平面培養し、転写調節因子GATA-4の脱アセチル化を抑制するトリコスタチンA (TSA)によって心筋分化を誘導した。分化効率をGFPを指標にしたフローサイトメトリーによって測定した結果、有意に心筋分化が抑制されたクローンを複数得ることができた。3'RACEにより、クローンの一つでcAMP依存性タンパク質リン酸化酵素(PKA)の調節サブユニット遺伝子(PRKAR1B)が欠損していることを特定した。PRKAR1BはPKAと結合することによってその酵素活性を阻害し、cAMPと結合することによってPKAから解離する。cAMP/PKAシグナルがES細胞の心筋分化に関わっているかを調べるため、IBMXを投与して細胞内cAMP濃度を上昇させたES細胞の心筋分化効率を測定した。ES細胞からハンギング・ドロップ法により形成した胚様体に培養初期から継続的にIBMXを投与した結果、これらの胚様体ではTSAによる心筋分化効率が減少した。また、Nkx2.5およびGATA-4の発現量をRT-PCRによって定量した結果、IBMXを投与したES細胞ではこれらのRNA量が著名に減少していることがわかった。以上の結果は、PRKAR1BがES細胞の心筋分化に必要であり、cAMP/PKAシグナルの活性化が、心筋分化を抑制していることを示している。本研究はES細胞から心筋分化における新しいシグナルの探索として、その医学的・生物学的意義は大きいと考えられる。
視覚障害児・者の知覚・行動特性と環境の相互依存性を考慮した歩行支援手法の開発

本研究では、視覚障害者が移動中に起こした事故やヒヤリハット事例を収集し、その原因を分析し、対策案を検討した。階段・段差やエスカレーター・エレベーターの事故防止策として検証した「バリアフリー・マーク」は、全国の150基のエスカレーターに敷設され、視覚障害者の安全環境づくりに寄与することができた。また、ハイブリッド車等の音の静かな車が視覚障害者の移動に及ぼす影響に関する研究成果は、具体的な安全対策に寄与することができた。視覚障害のある児童・生徒・学生や高齢者が通学したり、学内で活動したり、社会参加をする際には、安心して、安全に学習できる環境の整備が必須である。特別支援学校では、安全・安心について、環境面でも教育面でも十分な配慮がなされているが、それ以外の教育機関では十分とは言えず、通勤・通学中やキャンパス内で視覚障害者が事故に遭遇するケースはある。そこで、本研究の目的は、安心して、安全に移動できる歩行方略のトレーニングプログラム作成と環境づくりに資することを目的に、視覚障害児・者の知覚・行動特性と環境との相互依存性を考慮した歩行支援手法を検討することである。本年度は、(1)事故等の事例の収集・分析、(2)階段・段差やエスカレーター・エレベーターの安全・安心を支える要因の分析を行った。事故事例の収集・分析研究においては、a)通学中にマンホールに転落した事例(全盲)、b)エスカレーターの上下方向を見間違えて転倒した事例(ロービジョン)、c)車両と接触事故を起こしそうになった事例(ロービジョン)を中心に分析を行った。その結果、すべてのケースにおいて、事故原因を自身の不注意と帰属していることがわかった。しかし、いずれのケースも、単独歩行が十分に出来ており、高い歩行能力を持っていながら、事故に遭遇していることを考慮すると、環境の改善も必要になると考えられる。階段・段差やエスカレーター・エレベーターの安全・安心を支える要因分析研究においては、a)階段・段差を移動する際の眼球運動測定、b)階段・段差を移動する際の視野制限実験、c)エスカレーター利用時の眼球運動測定、d)エスカレーターの進行方向をわかりやすくするためのバリアフリーマークの考案、e)バリアフリーマークの有効性に関するフィールド実験等を実施した。本年度は、昨年度の事故事例分析を踏まえ、JR東日本及びエーディの協力を得て、階段・段差やエスカレーター・エレベーターの事故防止策(バリアフリー・マーク)の提案を行い、その有効性を確認するために駅でのフィールド実験を実施した(カナダで開催された「9th International Con ference on Low vison」や日本ロービジョン学会等で発表)。また、交通エコロジーモビリティ財団及び東京都盲人福祉協会の協力を得て、公共交通機関を安全に利用するための環境要因の抽出を行い、それを踏まえ、視覚障害者の移動支援のための教育訓練プログラムを試作・試行した(日本福祉のまちづくり学会や視覚障害リハビリテーション研究発表大会等で発表)。さらに、視覚障害が環境と相互依存性を持つことを理解してもらうためのワークショップ手法を立案・試行し、その教育効果を測定した(日本福祉のまちづくり学会や日本特殊教育学会等で発表)。来年度実施予定の特別支援学校における視覚障害児・者への教育と環境的支援に関する全国調査、ハイブリッドカーが視覚障害者の移動に及ぼす影響に関する実験的研究、視覚障害者用誘導ブロックの効果的な敷設方法に関する実験的研究の予備調査も実施した。そこで、安心して、安全に移動できる歩行方略のトレーニングプログラム作成と環境づくりに資することを目的に、視覚障害児・者の知覚・行動特性と環境との相互依存性を考慮した歩行支援手法を検討した。本研究では、まず、視覚障害者が移動中に起こした事故やヒヤリハット事例を収集し、その原因を分析した。

階段・段差やエスカレーター・エレベーターの事故防止策としてJR東日本及びエーディの協力を得て検証したバリアフリー・マークは、首都圏だけでなく広島、岡山、大阪等の鉄道に約80機、商業施設に約40機が敷設され、視覚障害者の安全対策に寄与することができた。また、ハイブリッド車等の音の静かな車が視覚障害者の移動に及ぼす影響に関する研究成果は、国土交通省の「ハイブリッド車等の静音性に関する対策検討委員会」や「日本福祉のまちづくり学会」の情報障害特別委員会等で活用され、具体的な安全対策に寄与することができた(NHKニュース、毎日新聞、朝日新聞、点字毎日新聞等に掲載)。さらに、交通エコロジーモビリティ財団等と共に作成した交通事業者教育訓練プログラム(BEST)の試行研修の実施、東京都盲人福祉協会等との共同研究による商店街を安全・安心に利用するための調査研究の実施とワークショップへの展開することが出来た。なお、本研究の成果は、自治体の福祉のまちづくりにおいても注目されており、研究代表者が審議会等のメンバーとして指名されている。
CMOSイメージセンサーで切り開くX線撮像分光の新たな地平

X線CCDは高い空間分解能とエネルギー分解能を併せ持つ検出器としてX線天文分野において標準的な焦点面検出器として活躍している。しかし、時間分解能が数秒と極めて低いため、天体のミリ秒程度の変動や、明るい天体を苦手としていた。そこで、CCDの持つ高い能力を維持しながら、時間分解能を格段に向上させるべく、CMOSイメージセンサに注目した。近年開発が進んだ可視光用の低ノイズCMOSイメージセンサを用いて、X線に対する光子計測方式での検出、撮像能力、分光能力の世界初の機能検証を実施し、今後の開発への礎を築くこと目的とする。今年度は、かねてより購入を検討していたイギリスアンドールテクノロジー社のsCMOSカメラZylaをX線直接撮像用にカスタマイズして、購入した。センサーの全面に配置していあるカバーガラスを取り除き、ICFフランジのインターフェースを施工してもらった。CMOSイメージセンサーは、当然、可視光にも高い感度を持つため、X線撮像の際には、可視光の混入を防ぐことが必須となる。将来的には、空気によるX線吸収の影響を排除することも可能なチェンバーを設計し、撮像分光実験を行った。結果、常温下でX線照射による透過像(いわゆるレントゲン写真)が撮像でき、露光時間が数秒と短ければ、暗電流の影響をほとんど受けないことが分った。また、照射X線フラックスを十分低くした、光子計測モードによるデータ取得にも成功し、常温下で密封線源55Feからの5.9keVX線(Mn-Ka)のスペクトル取得に成功した。X線のあたってない画素の信号から算出されるノイズレベルは、電子数換算で約3e-と非常に低くいことが分った。一光子から生成された電荷が一画素には収まらず、3x3あるいは5x5画素に渡って拡がっていることが分り、複数画素に股がった信号を足し合わせて入射X線のエネルギーを計算して得られたスペクトルは半値幅で291eVであった。信号電荷が予想以上に拡がっていることが課題であるが、スペクトル形状は低エネルギー側へのテールもなく、常温、高計数率でKaとKb(6.0keV)を明確に分離できるだけの性能を示せたことは意義深い。これらの結果は、2013/11 “The 12th Symposium on X-ray Imaging Optics"でポスター発表を行った。X線の撮像分光には不必要な回路上のデジタル処理の機能や、マイクロレンズアレイの取り外しなど、メーカーと交渉を続けつつ、研究を進める予定である。今年度は、昨年度購入したイギリスアンドールテクノロジー社のsCMOSカメラZylaを用いたX線の撮像分光能力の機能検証を行った。常温で実験できるため、冷却と真空を必要としていたX線CCD実験にくらべ実験実施が非常に簡便化されることは、大きなメリットである。昨年度の実績により、Zyla sCMOSカメラが微弱可視光撮像デバイスであったため、バックグラウンドレベルの画像上の補正処理がデータ取得の初期段階で施されてしまっている事が判明した。この点について、今年度はメーカーと協力してFPGA処理部の改良を施した。改良後、X線の光子計測モードによるスペクトルデータを取得しているが、データ解析については、今後の課題である。一方、CCDに比べ格段に高い時間分解能を有するCMOSカメラの有効性を検証するため、RI線源ではなく、実験室における大強度のX線発生装置(KEVEX社製X線発生装置)を最大強度(50kV, 1mA)で10cm離れたカメラに照射し、カメラ直前に配置した被写体について、フラックスモードでX線の画像のみを取得する実験を実施した。特に、高いエネルギー時間分解能の実証するため、ランダムに運動する被写体の高速X線撮影を実施した。被写体としては、ダンゴムシを選び、結果、常温動作で、1msecの時間分解能でのX線動画撮影に成功し、X線帯域における高い時間分解能をデモンストレーションした。これらの結果を論文にまとめた。現在、NIM(Nuclear Instruments and Method)への投稿準備中である。X線CCDは、高い空間分解能と元素を弁別できる中程度のエネルギー分解能を併せ持つ撮像分光検出器として、X線天文分野において活躍してきた。CMOSイメージセンサーは、信号読み出しに数秒かかるというCCDの難点を1000倍程の高速読み出して解決できる可能性を秘めたデバイスである。そこで、本研究では、可視光用に開発された低ノイズCMOSイメージセンサを用いて、X線光子計数による撮像と分光の能力を世界で初めて検証することを目指した。用いたCMOSイメージセンサーは、アンドールテクノロジー社製、Zyla sCMOSカメラである。本年度前半は、研究代表者の所属変更に伴い、新任地での研究設備の整備に時間を割いた。後半は、前年度購入済みのZyla sCMOSカメラのセットアップ、基礎動作確認を経て、前年度改修を施したオンボードFPGA処理の改修効果の機能検証を実施した。用いたX線限は55FeからのMn-Ka(5.9keV)とMn-Kb(6.5keV)である。QL解析の結果、単一X線光子から生成される信号電荷が単一画素に収まりきらず、複数画素にまたがって検出されている例(X線イベント)が多数見られた。これらの結果は、学部4年生の卒業研究としてまとめあげた。次に、ADCを16bitにしたデータ取得を試みることと、エネルギーの低いX線を入射X線限として用いるための二次ターゲット式のX線発生装置開発を進めている。

必要な装置、材料の入手を完了したので、次年度も引き続きCMOSイメージセンサを用いたX線撮像分光の性能検証実験を進めたい。X線CCDは高い空間分解能とエネルギー分解能を併せ持つ検出器としてX線天文分野において標準的な焦点面検出器として活躍している。しかし、時間分解能が数秒と極めて低いため、天体のミリ秒程度の変動や、明るい天体を苦手としていた。そこで、CCDの持つ高い能力を維持しながら、時間分解能を格段に向上させるべく、CMOSイメージセンサに注目した。近年開発が進んだ可視光用の低ノイズCMOSイメージセンサを用いて、X線に対する光子計測方式での検出、撮像能力、分光能力の世界初の機能検証を実施し、今後の開発への礎を築くこと目的とする。研究代表者が他大学に異動することとなり、これに伴う様々な諸作業により、エフォートが当初の予定より下がってしまったことが要因である。X線天文学、X線撮像分光器開発昨年度、スペクトル情報取得の際に問題となっていた、前段回路での画像補正を施さないデータ取得は可能となった。今年度は、これらの新しいデータ取得を行い、スペクトル性能、ノイズ性能の評価、性能の温度依存性についてまとめあげ、論文としてまとめる予定である。本研究費交付前より、アンドールテクノロジー社とは購入のための打ち合せをしていたため、交付決定後、購入までの手続きは非常にスムーズであった。ただ、申請額より交付額が減額され、資金の調達には若干手間がかかった。申請者はこれまでX線CCDを用いた実験に習熟しており、CCDを基本としてCMOSイメージセンサーの開発計画を立てていた。しかしながら、予想以上に取り扱いが簡便であったため、始めて取り扱うための手間取りはあったものの、予定通りの実験を進める事ができた。また、興味を共有する東京大学の大学院生が共同実験に参加してくれたことも大きな要因である。一方、分高性能の確認実験に於いて、一光子から生成された電荷が一画素に全て集められるケース(一画素イベント)が一つもなく、数十画素に拡がってしまうという予想しなかった結果を得た。これについては、カメラ側での処理機能が原因であると考えており、解決策をメーカーと相談しているが、解決はH26に持ち越すこととなる。以上より、概ね順調であると考えている。予定していた近距離出張を取りやめたためH25年度の研究で、始めてアンドールテクノロジー社のCMOSイメージセンサーを使ってみた。常温で実験できるため、冷却と真空を必要としていたX線CCD実験にくらべ実験実施が非常に簡便化されることは、大きなメリットである事を実感した。ただし、本購入品は、微弱可視光撮像でバイスであったため、バックグラウンドレベルの画像上の補正処理がデータ取得の初期段階で施されてしまっている事が判明した。H25年度に得られたノイズレベルや分高性能は、この前端処理を施した後の異なる画素間での信号レベルの揺らぎを計測していることになるので、真の分高性能を得るには至っていない。現在、メーカーと補正処理をしないデータを抽出する方策を検討中であり、これをじつげんすることで、各画素ごとのノイズレベルを正しく評価できれば、H25年度に示した分高性能を向上できると考えている。
黄砂粒子に付着している微生物の定量分析同定法の確立

本研究では,黄砂を介した微生物の拡散を評価できるアプローチを構築し,黄砂に関わる微生物の調査を行った.九州西岸で計測した結果、空気中に1立米あたりおよそ1万10万セルの総菌数が常に存在していたが,高気圧時において,総細菌の約83%が単体で浮遊し,その生存率は74%であった.低気圧の前線前には,総細菌の約56 %が単体で浮遊し,その生存率は88%であった.一方,大陸性寒気団においては72%の細菌が浮遊粒子の表面に付着し,その生存率は50%以下であった.このような九州西岸地域における細菌の濃度と生存率の変動は低気圧/高気圧の通過に伴う大陸性気団の入れ替わりが左右していることが明らかになった.本研究では,黄砂を介した微生物の拡散を評価できるアプローチを構築し,黄砂に関わる微生物の調査を行った.九州西岸で計測した結果、空気中に1立米あたりおよそ1万10万セルの総菌数が常に存在していたが,高気圧時において,総細菌の約83%が単体で浮遊し,その生存率は74%であった.低気圧の前線前には,総細菌の約56 %が単体で浮遊し,その生存率は88%であった.一方,大陸性寒気団においては72%の細菌が浮遊粒子の表面に付着し,その生存率は50%以下であった.このような九州西岸地域における細菌の濃度と生存率の変動は低気圧/高気圧の通過に伴う大陸性気団の入れ替わりが左右していることが明らかになった.本研究では,黄砂に関わる微生物の定量評価を目的とし,黄砂を介した微生物の拡散を正確で効率的に評価できるアプローチを提供する.平成25年度には、粒径別黄砂粒子のフィルターサンプル中の微生物の付着実態とその生死状態を定量評価する方法を開発,並びに,黄砂粒子のみに含まれる微生物の遺伝子配列を解析した.また,熊本市において,上記の方法で浮遊粒子に関わる微生物の計測と同定の試験調査を行った.方法の開発においては,LIVE/DEAD染色計数法を用いて粒径別黄砂粒子のフィルターサンプル中の微生物の付着実態とその生死状態を定量評価する染色計数法を確立した.当初では透析式染色法と計画したが,染色液の透過性を検証した結果,市販品には適用のフィルターがなかった。そのため,粒径別の粒子サンプルをバッファー液に下して,染色計数を実現した.従来の透過式フィルターサンプル(トータル粒子サンプル)をコントロールとして微生物の総数とその生死状態を照り合わせて検証した結果,ほぼ一致したことが確認され,バッファー液を利用して粒径別粒子サンプル中の微生物の染色と計数が充分可能であることを立証した.黄砂粒子のみのサンプル作成では個別粒子を孤立させることは実現されたが,微生物の分離方法は検討中である.試験調査においては,熊本市内での試験調査は終了した.粒径別黄砂粒子のフィルターサンプル中の微生物の数濃度と生死状態の調査を行うために,平成26年3月下旬に熊本県天草半島の西海岸で確立された方法を利用して本格的な調査を開始した.3月の集中観測期間中に採集されたサンプルは現在分析中である.本研究では,黄砂粒子に関わる微生物の定量評価を目的とし,黄砂を介した微生物の拡散を正確で効率的に評価できるアプローチを提供する.研究期間中には,LIVE/DEAD染色計数法を用いて粒径別黄砂粒子中の微生物の付着実態とその生死状態を定量評価する方法を開発,並びに,黄砂粒子に関わる微生物の遺伝子配列の解析方法も確立した.試験調査は熊本市において行った.熊本県天草半島西岸,中国沿岸都市青島市,中国北西部テンゲリ砂漠において,上記の方法を利用して黄砂などの浮遊粒子に関わる微生物の計測を行った.高気圧・前線前・大陸性寒気団・高気圧接近の4つの天気パターンに分類し,浮遊粒子の粒径に対する生菌・死菌の分布を求めた.空気中にはおよそ1万10万cells/m3の総菌数が常に存在していたが,高気圧において,総細菌の約83%が単体で浮遊していると推察され,その生存率は74%であった.また,前線前における総細菌の約56 %が単体で浮遊していると推察され,その生存率は88%であった.一方,大陸性寒気団においては72%の細菌が粒子状物質の表面に付着し,その生存率は50%以下であった.これらの結果から,高気圧や前線前においては,単体で浮遊している観測地周辺域由来の細菌,大陸性寒気団や高気圧接近時においては,粒子に付着して長距離輸送される細菌が主であることがわかった.このような細菌濃度の変動は,より都市域である熊本市における観測でも得られており,九州西岸地域における細菌の生存率の変化は低気圧/高気圧の通過に伴う大陸性気団の入れ替わりが左右していることが明らかになった.また,気団の動きが少ない高気圧時には沿岸域特有のローカルな気象現象である海陸風の形成が見られ,この風の変化も細菌濃度の日変動に影響していることが示唆された.その他の観測で得られたサンプルの分析は、平成27年4月現在進行中である.大気環境学粒径別黄砂粒子のフィルターサンプル中の微生物の付着実態とその生死状態を定量評価する方法の開発は予定より早く,使用して観測を実施する段階に進んできた.平成26年3月の集中観測の結果から黄砂粒子に付着している微生物と付着していない粒子の区別について初期段階の結果が得られた.平成26年度に実施する調査に独創的な成果が得られる見込みがある.

平成26年度には,次のように当初計画のとおりに本研究を推進する予定である.1.観測と分析:春季に天草西海岸において,夏季には中国砂漠地域において黄砂サンプルを採集し,確立された微生物の分析方法を利用して,黄砂粒子表面に付着して拡散している微生物及びその生存状態について定量的に計測する。2.とりまとめと社会への発信:得られたデータから,黄砂に伴って東アジアの広域に拡散している微生物の拡散実態とメカニズムの解明に新しい知見をまとめる.学術討論会や講義及び公開講座を通じて,本研究の結果を発信し,学術論文として専門雑誌に投稿する.3.これまでの研究成果を踏まえ,本研究で確立された方法及びその知見に基づいて,東アジアにおけるバイオエアロゾルの長距離拡散の実態解明を目指して新たな国際共同研究を提案する.大気を介した微生物の広域拡散について自然環境の進化中の働きと病原菌類の陸間移動の実態とメカニズムの解明に独創的に推進し続ける.本研究の調査対象が黄砂などの越境拡散の大気汚染物質であり、最も適な観測時期は毎年の3月5月である.平成26年3月下旬(会計年度の末)に実施された観測に要した旅費と人件費などの事前精算は困難であったため、概算額を上回る額を準備して観測を実施した。そのため、少々の残額は生じた。残額は次年度の物品費に充当する。