hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
重力偏差計データの有効利用に向けた引力探査の提案とその基礎的研究

地下の質量(密度)異常に起因する重力の鉛直成分のみを考慮する重力探査が、これまで良く用いられてきた。本研究では、重力ベクトルの水平成分と鉛直成分を用いて原因物体の位置を推定する逆解析手法を考案し、瀬戸内海から別府湾にかけての地域に適用した。また同時に提案された寄与率についても同地域に適用し、盆地形状の鮮明化をはかった。これらの他、重力偏差を用いた断層傾斜角推定手法の開発を行い、中部九州の構造線やカルデラ構造の断層や構造境界の傾斜角を推定した。いずれも現実的な解を得ることに成功した。本研究の目的は、引力探査を提案することである。引力の鉛直成分のみを考慮する重力探査が、これまで良く用いられてきたが、鉛直成分だけでなく、水平成分も構造推定に考慮できる新しい探査法を考案する。これが引力探査である。初年度では、まず、引力ベクトルの水平成分と鉛直成分を用いて、原因物体の位置を推定する手法を考案した。幾つかのモデルについて数値計算を行ったところ、引力場を乱す原因物体の位置を正確に推定することが可能であることが示された。この手法は、2次元問題解析時と3次元問題解析時で解の形が異なり、前者は線形問題として、後者は非線形問題として問題を解くことになることが明らかにされた。また、ある地下構造が地表で観測される引力にどの程度寄与しているかの定量的に評価できる「寄与率」の提案を行った。この寄与率によって、実フィールドデータを見た場合、堆積盆地の形状がより鮮明に見えるようになることが示された。これらの研究の基礎となる、任意形状物体の引力の水平成分を計算する解析解の導出もおこなった。この解は、原因物体を水平薄層の集合体で表現するTalwani (1965; Geophysics)のモデルに基づいている。本研究による解の導出により、Talwani (1965; Geophysics)に従って構築したモデルを用いて、重力異常だけでなく、引力の水平成分の計算も行えるようになった。これらの他、次年度の研究の準備として、重力偏差テンソルを用いた研究のレビューをおこなった。また、既存研究で示される手法の評価や発展させた解析手法(例えば、重力偏差テンソルの固有ベクトルと水平勾配の組み合わせによる、構造傾斜角推定手法等)の提案等も行った。初年度に計画していた基本的な部分については、成果を出せたと考えている。しかしながら、実データへの適用とその解釈が十分とは言えず、論文としての公表が遅れている。引力探査と並行して研究を進めた重力偏差テンソルの研究の方は、主に海外で多くの研究がなされており、お手本が多く存在することから、研究も大きく進み、論文発表も順調である。本年度は、昨年度開発した、重力異常gzだけでなく、水平引力成分gxとgyを用いた構造解析手法を瀬戸内海から別府湾にかけての地域に適用した。水平成分gx, gyは計測されていないため、重力異常データベースを用いて、フーリエ変換により推定している。本手法については、まだ改善の余地があり、重み付きのダンプ付きの最小二乗法を応用したインバージョン解析に拡張することを現在試みている。またこの解析に重力偏差テンソルを入れ込むことを検討している。既存研究では、gx, gy成分を解析に取り入れたインバージョン解析はない。そのため、新規性はあるが、重力偏差のインバージョン同様、解析に用いる成分の選択方法に構造依存性があるかどうかという辺りが議論の鍵となる。重力偏差単独を用いた解析では、実フィールドへの適用を多く試みている。重力偏差探査はごく限られた地域でしか行われていないため、既存の重力異常データベースからフーリエ変換を用いて重力偏差テンソルを推定し、解析に用いている。これまで、中部九州の構造線やカルデラ構造の断層や構造境界の傾斜角を推定した。特に4月14日に発生した熊本地震の震源断層についても、既存重力異常データを用いた断層傾斜角推定を行ったところ、GNSS観測結果を説明する断層傾斜角とほぼ同じ断層傾斜角が推定された。以上のほか、本研究の基礎的事項でもある、重力偏差データと地下構造の関係、パワースペクトルと構造境界深度の関係についての研究も行った。この研究を基に、引力成分や重力偏差テンソルの各成分に対して行うべきフィルタリングの研究を進めている。引力探査そのものについては、原因位置推定では、現状、やはり実用的あるいは社会的要求からまだ少し離れたところにある。そのため、重力探査や重力偏差探査で求められるような構造解析(密度分布解析)への方向転換を考えるに至った。手法の開発についてはこれまでの経験から理論的な青写真はあり、実際、計算プログラム等を組み上げることはできた。重力偏差を用いた解析では、重力偏差テンソルの最大固有ベクトルを用いた正断層や高密度岩体の傾斜角推定手法は、ほぼ実用段階に入った。本年度は実フィールドへの適用を通して、本手法の実用性と有用性を示すことが出来たと考えている。この手法について、物理探査学会より学会賞が授与された。また、重力偏差テンソルの各成分が、地下構造とどのような関係にあるのかということを定量的に示すことが出来た。本年度は、gzz成分についてのみ、その特性についての論文を発表した。他成分についても順次論文を作成中である。重力探査は,鉱床,油田といった様々な地下構造調査のために広く用いられてきた。

近年は,重力偏差計を用いた重力勾配テンソルの計測が精力的に行われてきており,テンソルを用いた半自動解釈手法やインバージョン手法の開発が積極的に進められてきている。しかしながら,テンソル6成分を用いた解析はそう多くはない。多くは,gzzやgzx, gzyを用いた解析であり,宝の持ち腐れの状態となっている。また,重力異常の原因物体の水平引力成分(gx, gy)は,空中重力探査時の重力計の姿勢制御に用いられるだけで,地下構造解析に必要とされることが少ない。そのため,これまでほとんど研究対象になってこなかった。本研究では,gzだけではなくgxやgyを用いた探査方法の構築と,これに偏差テンソルを加えた探査法の基礎的研究を行った。研究では,任意形状物体のgx, gy成分を計算する解析解の導出(フォワード手法),gx, gy, gz成分を用いた構造推定手法(インバージョン手法)の開発,重力偏差テンソルの固有ベクトルを用いた断層傾斜角推定手法の開発を初年度から2年目にかけて行った。3年目は,より一般的なインバージョン手法の開発,これまでの研究や重力偏差探査の根幹をなす構造の疑似深度とパワースペクトルの関係,フィルタリング手法についての研究を進めた。重力偏差テンソル6成分とgx, gy, gzを用いたインバージョン手法の開発はまだ完成していない。一方,後者2点については,(1)鉛直微分gzzを除いて,全ての重力偏差テンソル成分は,方位依存性があり,疑似深度推定やフィルタリングに従来の方法が使えない(2)この新しい問題を解決するために,方位依存性を考慮したフィルタリング手法の開発を行った。地下の質量(密度)異常に起因する重力の鉛直成分のみを考慮する重力探査が、これまで良く用いられてきた。本研究では、重力ベクトルの水平成分と鉛直成分を用いて原因物体の位置を推定する逆解析手法を考案し、瀬戸内海から別府湾にかけての地域に適用した。また同時に提案された寄与率についても同地域に適用し、盆地形状の鮮明化をはかった。これらの他、重力偏差を用いた断層傾斜角推定手法の開発を行い、中部九州の構造線やカルデラ構造の断層や構造境界の傾斜角を推定した。いずれも現実的な解を得ることに成功した。今後は、初年度に提案した引力探査手法を実データに適用し、フィールドデータに対する事績を挙げていくことが重要であると考えている。フィールドとして、北海道中部の堆積盆地群をターゲットに、解析を進めていく予定である。また、この際には、重力偏差テンソルを用いた構造解析も実施・比較し、両者の長所と短所を明らかにしてゆきたいと考えている。鉛直成分gzの他に水平成分gx, gyを用いたインバージョン解析では、重力偏差テンソルを入れ込むことを検討している。既存研究では、gx, gy成分を解析に取り入れたインバージョン解析はない。そのため、新規性はあるが、重力偏差のインバージョン同様、解析に用いる成分の選択方法に構造依存性があるかどうかという辺りが議論の鍵となる。重力偏差データをどのような組み合わせで解析に組み込んでゆくかが今後の課題である。重力偏差
フレキシブル有機電子デバイスのためのプラズマプロセシング

1.パッシベーション膜の高機能化有磯エレクトロルミネセンスデバイスに特徴的な逆テーパ型カソードセパレータに対して、陰の部分も含めたコンフォーマル被覆がプラズマ化学気相堆積法によって可能であることを実証した。しかし、ガスバリア性が不十分であり加速試験により発光デバイスにダークスポットが発生した。これを改善するために、ガスバリア性の高いSi-N結合を導入すべくHexamethyldisilazaneとの共重合を試み、有機・無機ハイブリッド化が可能であることを明らかにした。2.超低誘電率ナノポーラスa-C:F膜の創成高周波伝送デバイスに必要な低誘電率薄膜として空隙含有a-C:F膜の成膜を行った。昨年度は成膜後の加熱を必要としたが、本年度は高温成膜によって成膜直後に誘電率2以下となることを明らかにした。3.FTIRによるプロセスその場診断による反応機構の解明パッシベーションで用いたC_5F_8プラズマでは、付着確率が0.1程度の高次ラジカルが成膜に寄与しているために、陰の部分でさえも被覆することが可能となっていることを明らかにした。低誘電率膜用に用いたC_6F_8については、親分子の構造である6員環構造を保ちつつ成膜に寄与しており、その6員環構造が耐熱性向上に寄与していることを明らかにした。また、偏光解析法とFTIRとの組み合わせによって構築した反射分光法を用いることによって、このようなカーボン系の有機薄膜のプラズマドライエッチングプロセスのその場診断を行い、プロセスモニターツールとして有益であることを明らかにした。4.大気圧プロセスによる有機膜のプロセシングの可能性についてフィラメント放電を生成する誘電体バリア放電において、フィラメントが規則正しく整列することを見いだし、マスクレスエッチングが渇望されている有機薄膜のプロセシングにおいて重要な発見となった。次世代電子デバイスとして注目されている有機デバイスのプロセス工学における一つの要素技術である薄膜堆積プロセスに注目し、実用可能な膜堆積手法を確立するための研究をおこなった。C_5F_8を用いた高周波(RF)プラズマ化学気相堆積(PE-CVD)法では、プラスチック基板を変質させることなく最大500nm/minという実用レベルの高速成膜を達成した。水の接触角は、テフロン相当の107°であった。プラスチック基板の曲げによる薄利は観測されなかった。透明性については、CF系特有の若干褐色を帯びる点が今後の改善課題である。走査型電子顕微鏡による成膜後の断面の観察により、高段差被覆性能を有する条件を探索した。高RF電力下では陰の部分が被覆されず、劣悪であった。一方、低RF電力下においては陰の部分も被覆するという、優れた段差被覆性を達成した。その原因を明らかにするために、その場赤外吸収分光法による気相診断を行った。高RF電力下では原料の解離が進行し、成膜前駆体が低分子量のラジカルであった。低RF電力下では、原料の部分的な解離が生じ、高分子量の成膜前駆体が寄与している可能性があり、優れた段差被服実現に有効な前駆体と考えられる。また、成膜速度を向上させる方法として、不飽和のC_5F_8では、イオン衝撃が有効であることを明らかにした。また、現行ULSIに必要とされる有機系低誘電率膜作製法としてC_6F_6/C_5F_8を用いたPE-CVDについても着手し、高速信号処理時の配線間容量を低減できる低誘電率2を実現した。更に、アニールによる多孔質化を必要とするが、誘電率1.6を実現することができた。同時に、有機系低誘電率膜のドライエッチングプロセスに関してもそのメカニズムを解明すべく、その場反射赤外吸収分光法を適用し、表面観察によるメカニズム解明の可能を示した。

4.大気圧プロセスによる有機膜のプロセシングの可能性についてフィラメント放電を生成する誘電体バリア放電において、フィラメントが規則正しく整列することを見いだし、マスクレスエッチングが渇望されている有機薄膜のプロセシングにおいて重要な発見となった。
形状記憶合金を用いた新しい少数歯欠損補綴法の開発

健全な隣在歯をもつ少数歯欠損に対して,接着ブリッジより歯質削除量が少なくかつ十分な機能を発揮する形状記憶合金を用いた新しい少数歯欠損補綴法の開発を試みた結果,操作性が良く,維持力が高い形状記憶合金を用いたポンティック維持固定装置の試料が完成した.形状記憶合金であるTi-Ni合金は温度に敏感であるため,オートグラフに装着した恒温装置(一部科学研究費にて購入)を用いて,Af点の違いが維持力に及ぼす影響ならびに形態の違いが維持力に及ぼす影響について検討を加え,下記の知見を得た.1.Af点の違いが維持力に及ぼす影響:口腔内で十分な形状記憶効果を発揮し,優れた維持力を得るためには,室温の影響を受けるため,Af点の温度設定に自由度があまりないことが判明した.したがって,今回の試料は,これらの条件を満たす42°Cに設定した.2.形態の違いが維持力に及ぼす影響:様々な形態の試料について検討を行った結果,設計時に維持力が高いと推測される形態でも,加工による形態付与時ならびにピンホール形成時の困難さから設計にある程度の制限を受けることが明らかとなった.以上より,ピンの維持力は規格化した穴に対して適合の良いピンを挿入し,かつ形状記憶効果を発揮することにより如何に維持効果を生じさせるかにあることが判明した.したがって,挿入時には径0.9mmで,挿入後形状回復させることにより維持力が増大する試料を開発した.以上のことから,今回一応の試料は,いまだ検討の余地を残すものの,新しい少数歯欠損補綴法として,その維持力に関して十分有効であることが示唆された.今後,さらに強力な維持力を発揮する形態及び臨床操作性について,検討を重ねていく予定である.健全な隣在歯をもつ少数歯欠損に対して,接着ブリッジより歯質削除量が少なくかつ十分な機能を発揮する形状記憶合金を用いた新しい少数歯欠損補綴法の開発を試みた結果,操作性が良く,維持力が高い形状記憶合金を用いたポンティック維持固定装置の試料が完成した.形状記憶合金であるTi-Ni合金は温度に敏感であるため,オートグラフに装着した恒温装置(一部科学研究費にて購入)を用いて,Af点の違いが維持力に及ぼす影響ならびに形態の違いが維持力に及ぼす影響について検討を加え,下記の知見を得た.1.Af点の違いが維持力に及ぼす影響:口腔内で十分な形状記憶効果を発揮し,優れた維持力を得るためには,室温の影響を受けるため,Af点の温度設定に自由度があまりないことが判明した.したがって,今回の試料は,これらの条件を満たす42°Cに設定した.2.形態の違いが維持力に及ぼす影響:様々な形態の試料について検討を行った結果,設計時に維持力が高いと推測される形態でも,加工による形態付与時ならびにピンホール形成時の困難さから設計にある程度の制限を受けることが明らかとなった.以上より,ピンの維持力は規格化した穴に対して適合の良いピンを挿入し,かつ形状記憶効果を発揮することにより如何に維持効果を生じさせるかにあることが判明した.したがって,挿入時には径0.9mmで,挿入後形状回復させることにより維持力が増大する試料を開発した.以上のことから,今回一応の試料は,いまだ検討の余地を残すものの,新しい少数歯欠損補綴法として,その維持力に関して十分有効であることが示唆された.今後,さらに強力な維持力を発揮する形態及び臨床操作性について,検討を重ねていく予定である.
ヒト末梢血CD133陽性細胞移植を用いた新たな勃起不全治療アプローチの開発

重症勃起不全患者への治療応用を目的に、ヒト骨髄由来CD133陽性細胞移植による陰茎海綿体組織の再生効果を検討した。ヌードラットの片側陰茎海綿体を切除し、切除群、アルギン酸ゲルシート貼付群(シート群)、貼付シートにCD133陽性細胞を移植した群(CD133群)、sham手術(対照)群を設定した。各群で陰茎海綿体内圧/平均動脈圧を測定し、CD133群(p=0.02)および対照群(p=0.03)で切除群に比較し有意に高値であった。CD133群では対照群と同等の血管および神経再生を認め、さらにCD133群はシート群と比較して、有意にVEGF(p<0.01)、NGF(p=0.03)の発現を認めた。勃起不全(erectile dysfunction以下ED)患者は急激に増加しており、有効な治療法がないため再生医療による新たな治療が期待されている。CD133陽性細胞は従来用いられていたCD34陽性細胞よりもさらに増殖能や分化能が高く幼弱な細胞集団であり、神経再生や血管再生に対して非常に重要な役割を持つ。神経や血管の再生における分化転換による直接的な作用だけでなく、VEGF(Vascular endothelial growth factor:血管内皮増殖因子)などを分泌する間接的な作用により再生を促進することが知られている。本研究では、薬剤抵抗性重症EDへの治療応用を目指し、ヒト骨髄由来CD133陽性細胞移植による陰茎海綿体組織の再生効果を検討した。8週齢雄ヌードラットの片側陰茎白膜(2X2 mm)を陰茎海綿体と併せて切除、陰茎海綿体損傷モデルを作成し、切除したのみの群(切除群、n=8)、切除部位に足場としてアルギン酸ゲルシートを貼付した群(Alg群、n=6)、貼付したシートにヒト骨髄由来CD133陽性細胞を移植した群(CD133群、n=9)、およびsham手術を施行した群(sham群、n=5)を設定した。各群において、12週後にmajor pelvic ganglionの電気刺激下に陰茎海綿体内圧(intracavernous pressure; ICP)/平均動脈圧(mean arterial pressure; MAP)比を測定し、陰茎海綿体再生の程度を機能的に評価した。ICP/MAPの平均値は、切除群が0.0580±0.0831、Alg群が0.25640±0.0960、CD133群が0.34258±0.0831、sham群が0.37228±0.1051であった。Alg群のICP/MAPは切除群と比較して有意な改善を認めなかったが(p=0.1318)、CD133群およびsham群のICP/MAPは切除群に比較して有意に高く(CD133群p=0.0238、sham群p=0.0280)、CD133陽性細胞移植による機能的再生効果が示唆された。勃起不全(ED)患者は急激に増加しており、再生医療による新たな治療が期待されている。CD133陽性細胞は従来のCD34陽性細胞よりもさらに増殖能や分化能が高い幼弱な細胞集団であるため、組織再生における分化転換による直接的な作用だけでなく、血管内皮増殖因子(VEGF)や神経成長因子(NGF)を分泌する間接的な作用により再生を促進し、より強力な神経・血管再生が可能となる。重症EDへの治療応用を目指し、ヒト骨髄由来CD133陽性細胞移植による陰茎海綿体組織の再生効果を検討した。8週齢雄ヌードラットの片側陰茎海綿体(2X2 mm)を切除、陰茎海綿体損傷モデルを作成し、切除のみの群(切除群)、切除部位にアルギン酸ゲルシートを貼付した群(Alg群)、貼付シートにヒト骨髄由来CD133陽性細胞を移植した群(CD133群)、およびsham手術群(sham群)を設定した。各群において12週後にmajor pelvic ganglionの電気刺激下に陰茎海綿体内圧(ICP)/平均動脈圧(MAP)を測定し機能的再生を評価した。ICP/MAPの平均値は、切除群が0.058、Alg群が0.256、CD133群が0.343、sham群が0.372であった。CD133群(p=0.024)およびsham群(p=0.028)では切除群に比較してICP/MAPは有意に高く、CD133陽性細胞移植による機能的再生効果を認めた。組織再生評価目的にHE染色およびαSMA、S100による免疫染色を施行した。

切除群およびAlg群においては切除組織に組織再生を認めなかったが、CD133群ではsham群と同等の血管および神経再生を認めた。再生機序の解明のため、CD133群およびAlg群においてアルギン酸ゲルシートを4日目に摘出、定量リアルタイムPCR法によりラット由来VEGFおよびNGFを測定した。CD133群はAlg群と比較して、有意にVEGF(p<0.001)およびNGF(p=0.031)を発現しており、ラット由来内因性growthfactorのupregulationを認めた。CD133陽性細胞移植による陰茎海綿体組織再生は、陰茎海綿体の再生手段として新たな選択肢になりうることを示した。再生医学陰茎海綿体損傷モデルラットに対してCD133陽性細胞移植を施行した結果、CD133群におけるICP/MAPは切除群に比較して有意に高く、CD133陽性細胞移植による機能的再生効果を証明した。現在、免疫染色による神経再生や血管再生など組織学的評価を施行中であり、CD133陽性細胞移植による陰茎海綿体組織再生を評価する。
動的分光トモグラフィによる物質系動態追跡法の研究

細胞やキャピラリ内での物質の化学反応および物質動態の観測を目的とし、我々が開発した光CT法を基本として、分光および時間スライスのための顕微測定法を開発した。以下に具体的成果を述べる。1.4波長レ-ザCT顕微鏡の開発:光CT顕微鏡に、物質の分光情報を得るため4波長レ-ザを導入した。物質の分光情報と3次元分布の同時観測可能である事を確認した。2.多眼CT顕微鏡の開発:運動中の細胞や組織の立体像再成を可能とするため、4眼CT顕微鏡を開発した。4枚の投影像を同時に取り込み、非負抱束付き再生アルゴリズムによって42μm間隔のスライシングに成功した。3.位相差CT顕微鏡の開発:染色前処理なしでは観測出来なかった透明生体試料を対象とした位相差CT顕微鏡を開発した。復数枚の位相コントラスト像より3次元屈折率分布の再構成を行なう。タバコ培養細胞の断面形状の再構成が出来る事を確認した。4.蛍光マッピング分光顕微鏡の試作:試料の動的振舞いを顕微鏡下で追跡するため、物質からの蛍光寿命をマッピングする分光顕微鏡を試作した。蛍光の動的追跡ならびに混合試料中の成分物質分布やその局所的分離への応用を試みた。われわれが開発した3次元トモグラフィ顕微方式に分光情報と時間情報を導入し、ミクロならびにメソスコピック領域での物質系動態を追跡可能なシステムの試作を行い、下記の成果を挙げた。1)マルチイベント型タイムスライス顕微パタ-ン測定法の確立2次元の顕微視野内でのタイムスライス測定法を確立するため、位相法とパルス法を原理とした2方式を開発した。前者は変調光に対する2次元試料上での位相変化をイメ-ジディセクタで検出する新手法であり、後者は光子列同時検出法を原理とした高感度ダイナミック法を採用したものである。両者を、ラベルされた有機物のライフタイムの2次元分布測定に応用し、サブナノ秒のタイムスライスに成功した。2)シングルイベント型タイムスライス光CT顕微鏡の研究活動中の微生物に含まれる物質動態を促えるため、4波長レ-ザを用いたビデオレ-トでのCTを目指すシステムを試作した。シングルイベントのタイムスライスでは検出光強度に問題があるため、白色光源に代えてHeーNe4波長レ-ザを採用すると共に回転プリズムによる偏斜照明系を併用した。初期段階として低速走査を用い、90×90×36ボクセル、分解12μmの3次元像を得ることに成功し、更にシャッタ付CCDと高速走査の併用システムについて実験を遂行中である。3)共焦点レ-ザ走査顕微鏡によるタイムスライストモグラフィの研究われわれは蛍光型の標記顕微鏡について理論解析を進めてきた。今回は、タイムスライスシステムでの光量不足に対処するため、アパチュアサイズと3次元分解能の相互関係について計算を拡張し、良好な解析結果を得ることができた。既に1)でえられたマルチイベントタイムスライスの手法と顕微鏡本体とを結合させ、ライフタイムの3Dパタ-ンを取得しうるシステムを検討中である。顕微鏡下の試料に対して、吸光ならびに蛍光情報を対象とした2次ならびに3次元空間画像の動的追跡手法に関し、幾つかのシステムを試作すると共にその検証実験を行い、生物細胞への応用を試みた。<1)マルチチャネルレ-ザCT顕微鏡の開発>___ー:白色光源とフィルタを併用した分光トモグラフィ顕微鏡の試作結果を基礎とし、4波長HeーNeレ-ザを光源としたCT顕微鏡への拡張を続けている。偏斜照明系をアパチュア回転方式から、ペチャンプリズムを用いたレ-ザ走査方式に変更し、投影像収集時間を短縮すると共にSN比を飛躍的に向上させることができた。またレ-ザのコヒ-レント性に基づくスペックル防止策を検討し、空間分解13μmで良質なる次元イメ-ジの再構成に成功した。<2)4眼光CT顕微鏡の試作>___ー:顕微鏡下で運動する微小生物の3次元観察には、各方向からの偏斜投影像の短時間同時収集が必要である。上述した走査方式とは全く異なる4眼顕微鏡システムを考案試作し、動的試料のタイムスライスCTへの可能性を検証した。

倍率4ならびに8倍の対物系を用いてCCDカメラを介して512×512の4フレ-ムデ-タを収集し、CT像再生法によってホシミドロの40μm間隔の断層像を得ることができた。<3)動的蛍光顕微測光法による2次元寿命マッピング法の研究>___ー:顕微鏡下における2次元動的蛍光測定システムを、ポイント走査型の方式から蛍光画像時間スライス方式に変更するため、ナノ秒の時間分解を持つゲ-ト付イメ-ジインテンシファイアを採用する新しい手法を提案し、システム試作を行った。寿命のパタ-ン化の高速化のため、2チャネルゲ-ト法を併用する簡易寿命算出アルゴリズムを採用し、寿命マップの短時間作成を可能とした。また、分光特性が殆ど同一の2成分蛍光の寿命マップから、2成分の分布パタ-ン分離を行う手法について検討した。顕微鏡下の試料に対して、吸光ならびに蛍光情報を対象とした2次ならびに3次元空間画像の動的追跡手法に関し、特に屈折率分布をもつ試料を対象に、3次元屈折率分布の計測を試みた。我々が開発を行なってきた透過型CT顕微鏡では、透明試料を何らかの形で染色して観測せざるを得ない場合が少なくなかった。透明試料の屈折率差を利用する観測法には、位相差顕微鏡があり、それを3次元化するためのCTの試みもあるが多くの難点があった。そこで、輪帯照明とZ方向走査を併用する新しい方法を提案し、予備実験を行なった。透過型顕微鏡のコンデンサレンズの前側焦点面に内径1.6mm、外径1.8mmの輪帯状のスリットを持つフィルムを配し、輪帯照明を実現した。単色化のために干渉フィルタを挿入した場合の照明光が、CCDカメラを用いて十分なSN比で観測できる明るさであることを確認した。タバコ培養細胞を試料として観測した画像セットから逆フィルタリングにより奥行き方向の分解5μmの良好な再構成像を得ることができた。新たに、我々が開発したレ-ザCT顕微鏡に改良を施し、屈折率分布計測に適した偏斜照明顕微鏡を開発した。この顕微境の持つ3次元光学的位相伝達特性を理論及び実験により求め、屈折率分布測定に適することを確認した。さらに、3次元屈折率分布計測実験を行ない、再構成像からおよそ7μmおきに存在するコウジカビ細胞の空間的相互位置関係を特定することができた。また、光学ファイバを試料とした実験を行ない、屈折率値において小数点以下2相目の変化が計測できることを確認した。
日本語母国語話者の英語の音声語彙認識における心内辞書の役割について

本研究は日本語母国語話者の外国語における心内辞書の影響をさらに明らかにするために、6つの実験を実施した。これらの実験結果を基にImai et al.(2006)のスペイン語母国語話者の第二言語(英語)の語彙理解に関する研究と研究代表者が平成16年・17年に科学研究費(若手研究(B))で行った日本語母国語話者の第二言語(英語)の語彙理解における研究の2つの相違点について検討を行った。その結果、上述の2つの相違点は、刺激語の違いと日本人実験参加者の英語力(英語初級・英語上級)に基づく可能性が高いことが明らかになった。本研究は日本語母国語話者の外国語における心内辞書の影響をさらに明らかにするために、6つの実験を計画している。これらの実験はImai et al.(2006)のスペイン語母国語話者の第二言語(英語)の語彙理解に関する研究と申請者が行った日本語母国語話者の第二言語(英語)の語彙理解における研究の2つの相違点について検討を行うものである。平成18年度は2つの研究の相違点は、使用した刺激後の違いにおけるものであるという可能性について検討を行った。日本語母国語話者と英語母国語話者の比較対象研究として、2つの実験参加者群(英語母国語話者と日本語母国語話者(英語初級者))と2つの刺激語群(英語母国語話者によって録音された刺激語と日本語母国語話者によって録音された刺激語)の組み合わせによる4つの実験(実験14)について行う予定であった。実験では、Imai et al.(2006)で使用した同様の刺激語を用いている。隣接語(高い語群と低い語群)と語彙頻度(高い語群と低い語群)が考慮されている。刺激語は英語母国語話者と日本語母国語話者によって録音された。日本語母国語話者については、発話される英単語には日本語の音韻特徴が顕著に見られるが、英単語とはっきりとためらいなく発話できる話者によって録音されたものである。実験方法は、刺激語をノイズの中で提示し、単語がわかった時点でボタンをおし、その単語をロニマ字で入力するというものであった。本年度予定していた4つの実験のうち、日本語母国語話者(英語初級者)を対象とした2つの刺激語群を用いた実験(実験1・実験2)を実施し、現在、実験データについて分析を行っている。しかしながら、英語母国語話者の実験については、本年度は実施することができなかった。平成19年度に予定している2つの実験とともにに引き続き行う予定である。本年度はこのほかに、日本語母国語話者の日本語における心内辞書における語彙間の隣接効果について明らかにする研究の一部を成果として発表した。平成18年度は、3つのパイロット実験を行った。今回のパイロット実験は、刺激語はImai, et. al.(2005)で使われた刺激語を用い、3つの異なる被験者群(日本語母国語話者、日本語母国語話者で英語能力が高い者、英語母国語話者)に対して、同一の実験を行った。今回は、Imai,et. al.(2005)で使われたノイズ(multi-talker babbling)ではなく、自身の先行研究と同じノイズ(white noise)を用いている。パイロット実験の結果としては、ノイズについては、white-noiseよりもmulti-talker babblingを用いたほうが有効である可能性があることが明らかになった。また、このmulti-talker babblingを刺激語に加工する場合に、英語母国語話者と日本語母国語話者の個々の話者に対応して加工したほうが、よりよい刺激語が作れることが明らかになった。平成19年度は、その分析結果に基づき、刺激語への修正を行い、本実験を夏休みには完了したいと考えている。その後、研究成果を論文等に発表していきたいと考えている。本論文では、実験的手法を用いたデータに基づき、日本語のレキシコンと音韻構造やその語彙表示についての問題について論じた。本研究の目的は、日本語母国語話者の英語音声語彙認識における語彙間の隣接効果に関しての実験を行うことにより、その実在性と心内辞書の英語語彙の音韻表示について更に検討を行うことである。特に、申請者が行ってきたImai et al. (2006)のスペイン語母国語話者の第二言語(英語)の語彙理解に関する研究と申請者が行った日本語母国語話者の第二言語(英語)の語彙理解における研究の結果の2つの相違点について検討を行い、第二言語認識における語彙間の隣接効果の影響について検討を行うものである。研究計画したすべての実験は平成18年度、平成19年度に完了しているため、平成20年度は4つの追加実験を7月から8月にかけてミネソタ州立大学において行った。実験は、2つの刺激語群(日本語母国語話者録音と英語母国語話者録音)を2つの異なる実験参加群(英語母国語話者と日本語母国語話者(米国滞在者) )でそれぞれ実施した。

英語母国語話者は、ミネソタ州立大学の学生であった。日本語母国語話者(米国滞在者)は、長期米国滞在者であり、英語を使うことに全く問題がない英語力を有すると思われるミネアポリス近郊に住む日本語母国語話者であった。実験結果はこれまで行ってきた日本語母国語話者とのパターンとは異なるものであった。平成20年度は研究の3年間の最終年度にあたり、その研究成果を今後学術雑誌に投稿するべく準備を進めた。平成20年度は、このほかに心内辞書の音声表示と音声知覚の関係についての論文を発表した。
強磁性/反強磁性積層膜の微細組織・界面構造制御による巨大交換磁気異方性の導出

超清浄雰囲気スパッタ法を用い熱酸化膜付きSi基板ならびにMgO単結晶基板上にSub./U.L./Mn-Ir/Co-Fe積層膜を作製しその交換磁気異方性について検討を行った.{11O},{001},{111}の各結晶配向面を有するMgO上へエピタキシャル成長させた積層膜を用い、磁気トルク解析の手法を用いてMn-Ir膜の各結晶配向面内での磁気異方性エネルギーを決定した。また、結晶配向面の異なるそれぞれの積層膜について一方向異方性定数(J_K)の反強磁性層厚依存性を検討した。その結果、反強磁性層の臨界膜厚(d_<AF^<cr>>)は、結晶配向面に依らず約30Å一定であったのに対して、J_Kの最大値は、(110)面で0.73erg/cm^2、(111)面で0.48erg/cm^2、(001)面で0.28erg/cm^2の各値を示し、強い結晶配向面依存性があることが明らかとなった。一方、熱酸化膜付きSi基板上に作成したMn-Ir/Co-Fe積層膜は、基板面に平行に(111)面が配向した膜面内無配向の多結晶膜となった。多結晶積層膜におけるJ_Kは、積層界面における異種原子の相互拡散を生じないような低温(<300°C)で、磁界中で熱処理を行うことによって、熱処理時間の増大に伴って徐々に増大してゆき、熱処理温度250°Cの条件下で200時間の熱処理後に、室温で最大0.87erg/cm^2の極めて大きな値を示した。この値はこれまでに報告された如何なる強磁性/反強磁性積層膜の一方向磁気異方性定数よりも大きなものであり、加えてその導出に必要な反強磁性層厚が50Åと極めて薄いことから、超高密度ハードディスクの再生磁気ヘッド用スピンバルブ薄膜への応用に極めて有用であることを示した。超清浄雰囲気スパッタ法で熱酸化膜付きSi基板ならびにMgO{001}単結晶基板上へSub./U.L./Mn-Ir/Co-Fe積層膜を作製しその交換磁気異方性について検討を行った。積層膜の単結晶化を意図し、MgO上への成長には基板とMn-Irの格子定数を考慮し、下地層(U.L.)として種々の合金単層膜ならびに積層膜を用いた。下地層材料ならびに印加基板バイアス等の成膜条件を詳細に検討した結果、基板バイアス印加を行わずに形成したCu200Å単層膜下地層の場合にもっともMn-Ir(002)からの回折線強度が増大し、良好なエピタキシャル成長が実現されることが判った。熱酸化膜付きSi基板上に作成したMn-Ir/Co-Fe積層膜は、基板面に平行に(111)面が配向した膜面内無配向の多結晶膜となった。多結晶積層膜において強磁性Co-Fe層の組成を変化させた結果、300°Cの熱処理後の積層膜の交換磁気異方性は、強磁性層組成依存性を示すことが明らかとなった。一方向異方性定数(J_K)は、Fe濃度3040at%付近において、0.5erg/cm^2を超える値を示した。

また、熱処理温度を変化させた検討から、Mn-Ir層厚100Åの積層膜においては、J_Kの値は、熱処理温度400°Cまで上昇し0.6erg/cm^2を超える値を示した。この値はこれまでに報告された積層膜の組み合わせすべてに比較して最も大きな値である。今後は、(110),(111)等結晶面配向の異なるエピタキシャル積層膜を作成し、多結晶積層膜の結果との比較から、交換磁気異方性に及ぼす結晶配向面影響等について検討を行う。超清浄雰囲気スパッタ法を用い熱酸化膜付きSi基板ならびにMgO単結晶基板上にSub./U.L./Mn-Ir/Co-Fe積層膜を作製しその交換磁気異方性について検討を行った。{110},{001},{111}の各結晶配向面を有するMgO上へエピタキシャル成長させた積層膜を用い、磁気トルク解析の手法を用いてMn-Ir膜の各結晶配向面内での磁気異方性エネルギーを決定した。また、結晶配向面の異なるそれぞれの積層膜について一方向異方性定数(J_K)の反強磁性層厚依存性を検討した。その結果、反強磁性層の臨界膜厚(d_<AF^<cr>>)は、結晶配向面に依らず約30Å一定であったのに対して、J_Kの最大値は、(110)面で0.73erg/cm^2、(111)面で0.48erg/cm^2、(001)面で0.28erg/cm^2の各値を示し、強い結晶配向面依存性があることが明らかとなった。一方、熱酸化膜付きSi基板上に作成したMn-Ir/Co-Fe積層膜は、基板面に平行に(111)面が配向した膜面内無配向の多結晶膜となった。多結晶積層膜におけるJ_Kは、積層界面における異種原子の相互拡散を生じないような低温(<300°C)で、磁界中で熱処理を行うことによって、熱処理時間の増大に伴って徐々に増大してゆき、熱処理温度250°Cの条件下で200時間の熱処理後に、室温で最大0.87erg/cm^2の極めて大きな値を示した。この値はこれまでに報告された如何なる強磁性/反強磁性積層膜の一方向磁気異方性定数よりも大きなものであり、加えてその導出に必要な反強磁性層厚が50Åと極めて薄いことから、超高密度ハードディスクの再生磁気ヘッド用スピンバルブ薄膜への応用に極めて有用であることを示した。
抗接着分子抗体を用いたマウス心移植における免疫学的寛容の維持機序の解析

BALB/cマウスをdonor,C3H/Heをrecipientとして,腹腔内異所性心移植を行い,移植後,6日間,抗LFA-1抗体(KBA),抗ICAM-1抗体(KAT-1)を各50μg併用投与しトレランスを誘導した。1)混合リンパ球培養(MLR)を,未移植群(以下N:Naive),トレランス群(T:Tolerant),拒絶群(R:Rejected)を反応細胞,BALB/cマウスの脾細胞を刺激細胞として,^3Hの取り込みを比較した。各群で取り込みは著明に増加しているが,R群で特に増加し,N群,T群では差がなかった。また,rIL-2の添加を行っても有意な変化がなかった。移植,30,60,100日後に行ったがいずれも同様な傾向であった。3)移植心を摘出,RNAを抽出し,IL-2の発現を検討したが,T群,R群ともにはっきりとした発現を得られなかった。このトレランスの維持機序として,clonal deletionよりも,anergyの関与が示唆されるが,今回の実験ではその確証は得られず,今後の検討を必要とする。
新生児慢性肺疾患におけるmiR-21の役割解明と臨床応用に関する研究

新生児慢性肺疾患(CLD)は未熟児の重篤な合併症の一つで、さらなる病態解明が望まれる。申請者は、高濃度酸素暴露により作製したCLDマウス肺において、miR-21が発症や重症化に関わることを明らかにした。本研究の目的は、1miR-21欠損CLDマウスを用いて、CLDにおけるmiR-21の役割を解明する2野生型CLDマウスにmiR-21の阻害剤(inhibitor)を投与後、生理学的、分子生物学的に評価し、miR-21が治療標的になるかを検証する3早産児の臍帯血中エクソソームのmiRNAの発現解析を行い、CLDの低侵襲的な早期診断、重症化予測のバイオマーカーを探索することである。実験結果は、1)早産児の血清中のmiR-21の発現を臍帯血、日齢28、修正36週で解析した。CLD児では日齢28、修正36週でExosome中のmiR-21の発現が上昇していることがわかった。2)miR-21 KO新生仔マウスとWT新生仔マウスを7日間酸素暴露したところ、miR-21 KOマウスではmiR-21の標的遺伝子であるPtenの発現が上昇していた。3)miR-21 KOマウスと野生型マウスの8週齢時の体重はそれぞれ26.0±0.6g、25.8±0.4gで、酸素暴露後3日目の体重はmiR-21KOで21.1±0.7g、WTで21.5±0.4gと同様に減少していた。4)miR-21 inhibitor投与群では、miR-21の発現はPBS投与群に比べ、20%程度まで減少していた。さらにmiR-21 inhibitor投与群ではPBS群に比べ、酸素暴露後日齢14での体重(6.2g±0.3g vs 5.8g±0.2g)が有意に増加し、分時換気量(21.3±0.9ml vs 18.2±1.2ml)、呼吸数(361±21 bpm vs 314±11 bpm)ともに改善していた。Exosome中のmiR-21の発現は、出生時は低いものの、生後28日で上昇し、修正36週でも高値が持続するため、日齢28の時点で血中ExosomeのmiR-21の発現が上昇する場合、CLD発症の予測になり得る可能性が示唆されたが、出生時の値は非CLD児より低いため、出生時よりCLDの発症を予測するのは難しいと考えられた。今年度は、尿中や気管吸引物中のmiR-21の発現解析も行う予定である。一方、マウスの酸素暴露の実験ではmiR-21 inhibitor投与により呼吸生理学的に改善が得られていることから、miR-21が治療標的になり得る可能性が示唆され、今後、miR-21 KOマウスでも同様の実験を継続して検証していく予定である。初年度はヒト検体の解析とマウスを用いた実験を行った。早産児の血清中からエクソソームを単離し、miR-21発現解析を行った。慢性肺疾患患児では日齢28のmiR-21の発現が上昇していることがわかった。また、血清中のエクソソームを含んだ粒子数は慢性肺疾患患児と非罹患児で差はなかった。miR-21 KOマウスの作製においては、miR-21ヘテロマウスの搬入までは行えたが、マウスがヘリコバクターピロリに感染したため、クリーニング作業に時間を要した。平成29年10月から平成30年4月まで繁殖できない期間があったため、miR-21 KOマウスの繁殖は平成30年度に行うこととした。また、miR-21 inhibitorをday1,day4にC57BL/6マウスに皮下注射したところ、日齢7のマウス肺ではコントロール(PBS投与群)に比べ、miR-21の発現が減少していることを確認した。現在、miR-21 inhibitor投与マウスを7日間の酸素暴露し、慢性肺疾患モデルマウスを作製し、PBS投与群と比べ、呼吸生理学的、病理学的に改善するかどうかを検討予定である。miR-21 KOマウスには時間を要したが、現在はクリーニング作業も終了し、miR-21 KOマウスの繁殖段階に入っている。さらに、他の実験計画は予定通り進行している。

2)miR-21 KO新生仔マウスとWT新生仔マウスを7日間酸素暴露したところ、miR-21 KOマウスではmiR-21の標的遺伝子であるPtenの発現が上昇していた。3)miR-21 KOマウスと野生型マウスの8週齢時の体重はそれぞれ26.0±0.6g、25.8±0.4gで、酸素暴露後3日目の体重はmiR-21KOで21.1±0.7g、WTで21.5±0.4gと同様に減少していた。4)miR-21 inhibitor投与群では、miR-21の発現はPBS投与群に比べ、20%程度まで減少していた。さらにmiR-21 inhibitor投与群ではPBS群に比べ、酸素暴露後日齢14での体重(6.2g±0.3g vs 5.8g±0.2g)が有意に増加し、分時換気量(21.3±0.9ml vs 18.2±1.2ml)、呼吸数(361±21 bpm vs 314±11 bpm)ともに改善していた。miR-21 KOマウスで慢性肺疾患モデルマウスを作製し、WTと比べ、呼吸生理学的、病理組織学的に改善が得られるかどうか確認する。Exosome中のmiR-21の発現は、出生時は低いものの、生後28日で上昇し、修正36週でも高値が持続するため、日齢28の時点で血中ExosomeのmiR-21の発現が上昇する場合、CLD発症の予測になり得る可能性が示唆されたが、出生時の値は非CLD児より低いため、出生時よりCLDの発症を予測するのは難しいと考えられた。今年度は、尿中や気管吸引物中のmiR-21の発現解析も行う予定である。一方、マウスの酸素暴露の実験ではmiR-21 inhibitor投与により呼吸生理学的に改善が得られていることから、miR-21が治療標的になり得る可能性が示唆され、今後、miR-21 KOマウスでも同様の実験を継続して検証していく予定である。miRNA発現解析やmiRNA in situハイブリダイゼーション等に使用予定である。
関節拘縮に伴って起こる痛みのメカニズムに関する電気生理学的研究

関節拘縮モデル動物では、脊髄後角細胞は関節運動に対して過敏に反応する細胞の分布が増加し、同時に、細胞自体の性質が変化することによって非侵害刺激から侵害刺激まで広く反応する性質を持つ広域作動性ニューロンの割合が増加していることが知られている。この変化の原因としては、関節の不動化により1、関節周囲の感覚受容器(メカノレセプターなど)から脊髄への信号が減少すること、2、関節周囲の感覚受容器や筋紡錘が形態学的変化を起こし異常な信号を出力することなど、一次感覚線維を介して脊髄へ入力される信号の変化に影響されていると考えられる。そこで我々は、関節拘縮モデル動物を用いて一次感覚線維から単一活動電位を検出することで、拘縮関節の周囲の感覚受容器や筋紡錘から出力される異常な信号を捉える研究を進めている。これまで、正常ラットの膝関節への運動刺激や機械的皮膚刺激に対して反応する単一神経活動電位を伏在神経から導出し、正常データの集積に努めてきた。同時に、ラットで膝関節拘縮モデル、および、高濃度の局所麻酔薬を用いた膝関節神経障害モデルの作製を試みてきた。現在、これらのモデルの伏在神経からデータを集積しており、正常データと比較検討中である。さらに、膝関節拘縮モデルに通常の関節運動を再開させ、拘縮が回復した時点での脊髄後角細胞および一次感覚線維の反応を観察することで、脊髄および末梢レベルでの神経の可塑的変化の有無についても調査を行うつもりである。今後は、これらのモデル動物をさらに改良し、それらを用いた電気生理学的実験を遂行していく予定である。関節拘縮モデル動物では、脊髄後角細胞は関節運動に対して過敏に反応する細胞の分布が増加し、同時に細胞自体の性質も痛みなどの侵害刺激から非侵害刺激まで広く反応する性質を持つ細胞(広域作動性ニューロン)の割合が増加していることが知られている。この変化の原因として一次感覚線維を介して脊髄後角細胞に入力されるシグナルの変化が考えられる。すなわち関節の不動化により(1)動作によって関節周囲の感覚受容器(メカノレセプターなど)から脊髄へ送られていた信号が滞ること、(2)不働化により形態学的変化を起こした関節周囲の感覚受容器や筋紡錘が異常なシグナルを脊髄後角細胞に送った為に起こったことが考えられる。そこで我々は関節拘縮モデル動物を用いて一次感覚線維から単一神経活動電位を検出する事で拘縮関節の周囲の感覚受容器や筋紡錘から出力される異常な信号を捉える研究を進めている。現在までのところ正常ラットの膝関節の運動刺激及び関節周囲組織に対する機械的皮膚刺激に対して反応する単一神経活動電位を伏在神経から導出することに成功しており、現在は正常データの集積につとめている。また、同時に膝関節拘縮モデルラットおよび高濃度局所麻酔薬を用いた膝関節神経障害モデルの作成を試みてきた。何れも、現在までのところプロトタイプではあるがモデル動物自体の作成には成功している。今後はこれらのモデル動物をさらに改良しそれを用いた電気生理学的実験を進めていく予定である。
高性能ウラン濃縮菌の検索とウランのバイオプロセッシングに関する解析調査

世界的にエネルギー資源の枯渇が予想される現在,ウラン,トリウム等の未利用核燃料資源の開発利用は,われわれ人類に課せられた重要な研究課題である。一方,核燃料の採鉱,製精錬,加工に伴って排出されるウラン等の放射性核種による自然環境の汚染は,人間の生存に大きな脅威を与えている。申請者は,ここ十数年来,ウランの生体濃縮について総合的解析を行い,放射菌,糸状菌などの微生物が優れたウラン濃縮能を持っていることを見出した。これらの微生物の中には,キレート樹脂に匹敵するか,それ以上の濃縮能を持っているものが存在する。本調査研究では,これらの知見をもとにして,世界の主要ウラン生産国であるアメリカ,カナダのウラン鉱山地域,及び,温泉,砂漠,湿地などの特殊環境地域に分布している高性能ウラン濃縮菌を広く検索し,これらの微生物を利用するウランのバイオプロセッシングについて総合的に解析し,未利用ウラン資源の総合開発を図ることを目的とする。以上の目的を遂行するため,平成57年度にかけて,カナダ,米国のタイプの違ったウラン鉱床帯,及び,温泉,砂漠,湿地などの特殊環境地域に棲息している微生物について,そのウラン濃縮能を解析した。800種以上の分離菌について,ウラン濃縮能のスクリーニングテストを行った結果,これらの微生物のなかには,ウラン濃縮能の低い菌種から高い菌種まで,幅広く分布していることがわかった。カナダ,米国のウラン鉱床地域で分離した数百種の微生物から,Arthro-bacter属,Bacillus属に属する細菌も含めて、高性能ウラン濃縮菌数種を分離することができた。これらの高性能ウラン濃縮菌の1種,Arthrobactersp.は,極めて優れたウラン濃縮能を持っており,菌体1g当りに,600mgにも及ぶ多量のウランを濃縮することができる。この菌のウラン濃縮容量は,5mEg/gを示し,このウラン濃縮能は,実に,市販キレート樹脂の2倍にも達する。北アメリカのウラン鉱床で新たに発見したArthrobacter sp.は,極めて優れたウラン濃縮能を持っているが,該菌のウラン取り込みが細胞のどの部分で行われるかを,高性能ウラン濃縮菌の1種であるBacillus subtilisと対比しながら,電子顕微鏡で解析してみた。その結果,Bacillus subtilisにおいては,ウラン細胞の表面に濃縮されているが,これと対照的に,Arthrobacter sp.では,ウランは細胞内部に強く濃縮されていることが明らかになった。また,Arthrobacter sp.は,ウランのみならず,トリウムに対しても優れた濃縮能を示す。15mgの該菌体は,4×10^<-5>Mトリカム溶液(pH3.5)100mlから,定量的にトリウムを濃縮することができる。また,該菌(15mg)は,ウランとトリカムの等モル混合溶液(各イオン4×10^<-5>M,pH3.5)100mlから,40%のウラン,100%のトリウムを,それぞれ濃縮することができる。このように,該菌は,pH3.5では,ウランよりもトリウムに対して高い選択濃縮能を示す。また一方、Arthrobacter sp.菌体を,ポリアクリルアミドゲルで包括固定した菌体も,ウランをよく吸着することができる。固定化菌体に吸着されたウランは,0.1M炭酸ナトリウム溶液で,容易に脱着することができるので,この溶液を脱着剤として,ウランの吸脱着操作を繰り返し行うことができる。吸脱着を数回繰り返しても,固定化菌体のウラン吸着能は劣化しない。北アメリカのウラン鉱床地帯で新たに発見したArthrobacter sp.Bacillussp.などの細菌は,ウラン,トリウムなどの核燃料元素に対して極めて高い濃縮能を示すが,これらの菌体を利用して,ウラン精錬廃水などの含核燃料廃水から,ウランなどの核種を,極めて効率的に回収することができた.以上のように,本研究で分離したArthrobacter sp.などの微生物は,キレート樹脂の2倍以上のウラン濃縮能を持っている。該菌のウラン吸着特性を種々の角度から詳しく解析した結果,これらの高性能ウラン濃縮菌は,ウランの採鉱,製錬,加工などのバイオプロセッシングに適用できることが実証された。

カナダ,米国のウラン鉱床地域で分離した数百種の微生物から,Arthro-bacter属,Bacillus属に属する細菌も含めて、高性能ウラン濃縮菌数種を分離することができた。これらの高性能ウラン濃縮菌の1種,Arthrobactersp.は,極めて優れたウラン濃縮能を持っており,菌体1g当りに,600mgにも及ぶ多量のウランを濃縮することができる。この菌のウラン濃縮容量は,5mEg/gを示し,このウラン濃縮能は,実に,市販キレート樹脂の2倍にも達する。北アメリカのウラン鉱床で新たに発見したArthrobacter sp.は,極めて優れたウラン濃縮能を持っているが,該菌のウラン取り込みが細胞のどの部分で行われるかを,高性能ウラン濃縮菌の1種であるBacillus subtilisと対比しながら,電子顕微鏡で解析してみた。その結果,Bacillus subtilisにおいては,ウラン細胞の表面に濃縮されているが,これと対照的に,Arthrobacter sp.では,ウランは細胞内部に強く濃縮されていることが明らかになった。また,Arthrobacter sp.は,ウランのみならず,トリウムに対しても優れた濃縮能を示す。15mgの該菌体は,4×10^<-5>Mトリカム溶液(pH3.5)100mlから,定量的にトリウムを濃縮することができる。また,該菌(15mg)は,ウランとトリカムの等モル混合溶液(各イオン4×10^<-5>M,pH3.5)100mlから,40%のウラン,100%のトリウムを,それぞれ濃縮することができる。このように,該菌は,pH3.5では,ウランよりもトリウムに対して高い選択濃縮能を示す。また一方、Arthrobacter sp.菌体を,ポリアクリルアミドゲルで包括固定した菌体も,ウランをよく吸着することができる。固定化菌体に吸着されたウランは,0.1M炭酸ナトリウム溶液で,容易に脱着することができるので,この溶液を脱着剤として,ウランの吸脱着操作を繰り返し行うことができる。吸脱着を数回繰り返しても,固定化菌体のウラン吸着能は劣化しない。北アメリカのウラン鉱床地帯で新たに発見したArthrobacter sp.Bacillussp.などの細菌は,ウラン,トリウムなどの核燃料元素に対して極めて高い濃縮能を示すが,これらの菌体を利用して,ウラン精錬廃水などの含核燃料廃水から,ウランなどの核種を,極めて効率的に回収することができた.以上のように,本研究で分離したArthrobacter sp.などの微生物は,キレート樹脂の2倍以上のウラン濃縮能を持っている。該菌のウラン吸着特性を種々の角度から詳しく解析した結果,これらの高性能ウラン濃縮菌は,ウランの採鉱,製錬,加工などのバイオプロセッシングに適用できることが実証された。われわれは,ここ十数年来,ウランの生体濃縮について総合的解析を行い,放線菌,細菌,糸状菌などの微生物が優れたウラン濃縮能を持っていることを見出した。これらの微生物の中にはキレート樹脂に匹敵するか,それ以上の濃縮能を持っているものが存在する。