hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
津波消波ブロックの水理実験における時間的に変化する波の高さの３次元測定

津波を想定した水理実験で消波ブロックによる波の高さの3次元計測システムを作った.カメラ画像に歪があっても空間座標を記憶しておく方法に成功した,特徴点の無い水面に発泡ビーズを浮かべ実験を行った.その際,水面上の解析点を分離するために発砲ビーズに色を付けた.また,発砲ビーズの直径がわかっているので,それを利用したプログラムで特徴点を検出できた.静止水面における測定データの標準偏差は2.7[mm]であり,その程度の誤差が生じると考えられる.東日本大震災以降、津波に関する研究は様々な方向から行われている。津波によりケーソン式防波堤(高さ8m,厚さ20m)は決壊、破損した。津波の破壊力を低減するための消波ブロックとしてテトラポットや傾斜堤消波ブロックがあるが、津波によりそれらを飛散する結果となっている。津波を堰き止めるのではなく、破壊力を打ち消す構造の消波ブロックの検討も必要である。本研究は、消波ブロック設計のための水理実験において、時間的に変化する水面の高さを3次元で測定する手法の検討とその測定精度の向上を目的としている。基本原理はステレオ写真法であり、一般には物体を2台のカメラで撮影し、同一点のずれから物体上の座標を得るものである。本研究では基準となる格子線を物体の前後で移動させて、予め撮影しておくことで、その近辺に置かれた物体の同一点の座標を求める方法である。基準を置くことで、レンズの歪の影響などを取り除くことができる。さらに複数のカメラを用い、測定精度を高めるとともに、測定面が消波ブロックの死角になる問題も解決できる。高速度カメラを用いることで、時間的な変化もとらえる。26年度において(1)2台の高速度カメラを用いた測定装置の製作を行ったことと(2)基本的解析プログラムの作成を行った。27年度には測定装置の調整や(3)基本的解析プログラムの修正を行った後、(4)複数のカメラを使用する装置の改良によって測定の精度や感度向上を行い、それに合わせた(5)応用解析プログラムの作成を行う。28年度には(6)津波の条件や消波ブロックの形状を様々に変えた水理実験を行う。本26年度は予定通り(2)までを行い。測定の感度や精度の確認を行った。また、水面上の目印となる浮遊物がつながるなどの問題と、水理実験における測定感度等の要求が高くなっており、今後それらの問題を解決する必要がある。東日本大震災以降、津波に関する研究が様々な方向から行われている。津波の破壊力を低減する消波ブロックとしてテトラポットや傾斜堤消波ブロックがあるが、津波によりそれらを飛散する結果となっている。津波の破壊力を打ち消す消波ブロックの検討が必要である。本研究は消波ブロック設計のための水理実験において、時間的に変化する水面の高さを3次元で測定する手法の検討とその測定精度の向上を目的としている。測定の基本原理はステレオ写真法であり、一般的には2台のカメラで撮影し、同一点の位置のずれから計算により座標を求める方法である。特に本研究では予め基準となる格子線を測定対象の前後で移動させて撮影し、空間座標を記憶しておくことで、カメラレンズの歪を無くすことができる。さらに複数のカメラを用いることで、測定精度を高める同時に死角を減らすことができる。また、高速度カメラを用いることで、時間的な変化をとらえることができる。26年度において(1)2台の高速度カメラを用いた測定装置の製作を行い、(2)基本的プログラムを作成し、簡単な実験を行った。その時に、測定対象である水面に浮かべた粒子が繋がるために、測定ミスや測定誤差があった。27年度には、それらの問題を解決するために(3)基本的なプログラムを修正した。(4)装置として複数のカメラを取付けたが、それらを使ったプログラムが遅れ、測定精度向上には至らなかった。(5)高速度カメラを使った時間的変化を解析する応用プログラムによる実験はできた。28年度の予定として、遅れている(4)のプログラムおよび(6)津波の条件を変えた水理実験を行う。26、27年度までに(1)装置の製作、(2)基本プログラム、(3)基本プログラムの修正、(4)複数カメラの使用、(5)応用プログラムの5つの項目までを行う予定だったが、(2)項目の後に行った実験において、測定対象である水面に浮かべた粒子が繋がるために、測定ミスや測定誤差があった。この問題を解決すための(3)基本プログラムの修正が遅れたが、解決に至った。そのため(4)の複数のカメラによる測定精度の向上に関して遅れている。一方で(5)時間的に変化する津波の様子を解析する実験に成功している。したがって、目標5項目に対して4項目の進行状況である。特に本研究では予め基準となる格子線を測定対象近辺で移動させて撮影し、空間座標を記憶することで、カメラレンズの歪を無くすことができる。

さらに複数のカメラを用いることで、測定精度を高めると同時に死角を減らすことができる。また、高速度カメラを用いることで、時間的な変化をとらえることができる。26年度において(1)2台の高速度カメラを用いた測定装置の製作を行い、(2)基本的プログラムを作成し、簡単な実験を行った。その時に、測定対象である水面に浮かべた粒子が繋がるために、測定ミスや測定誤差があった。27年度には、それらの問題を解決するために(3)基本的なプログラムを修正した。(4)装置として複数のカメラを取り付けたが、それらを使ったプログラムが遅れ、測定精度向上には至らなかった。(5)高速度カメラを使った時間的変化を解析する応用プログラムによる実験ができた。最終の28年度は遅れていた(4)のブログラムおよび(6)津波の条件を変えた水理実験および消波ブロックの形状を変えた実験を行った。また、それらを学会で発表した。その結果0.3秒間隔で水理実験における津波面形状を精度2mm程度で測定でき、適した消波ブロック形状や様々な条件で起こる津波の実験を解析するために役立つと考えられる。津波を想定した水理実験で消波ブロックによる波の高さの3次元計測システムを作った.カメラ画像に歪があっても空間座標を記憶しておく方法に成功した,特徴点の無い水面に発泡ビーズを浮かべ実験を行った.その際,水面上の解析点を分離するために発砲ビーズに色を付けた.また,発砲ビーズの直径がわかっているので,それを利用したプログラムで特徴点を検出できた.静止水面における測定データの標準偏差は2.7[mm]であり,その程度の誤差が生じると考えられる.26年度に予定していた(1)2台の高速度カメラを用いた測定装置の製作を行うことと(2)基本的解析プログラムの作成を行うことができた。基準となる格子線を物体の前後で移動させる装置の製作、および予め撮影する手順等について確認することができた。その結果、必要とされた最低の測定感度1mmは達成できた。解析は2台のカメラで行ったが、装置は初めから4台のカメラを付けることを想定したものとした。したがって、27年度に予定の(4)複数のカメラを使用する装置の改良はほぼ終えている。さらに、消波ブロックの無い状態での水面形状の測定に関する実験を行うことができた。28年度(最終年度)では、遅れている(4)の複数台のカメラを有効に使い測定精度を高めるためのプログラムを作る。また、(6)津波の条件を変えた実験とその解析を行う。学会への発表を行い、本研究をまとめる。工学新たな問題点として、水面上で目印となる浮遊物が連なることが分かり、その問題をソフトウエアにより解決しなければならないという追加プログラムが必要となった。これは27年度予定の(3)基本的解析プログラムの修正である。また、予想通りであるが2台のカメラでは消波ブロックの陰に浮遊物が存在することがあり、(4)複数のカメラを使用する装置の改良に伴う解析プログラムの作成を27年度に行わなければならない。さらに、水理実験における測定の感度向上の要求は高まり、そのために画素数の多いカメラは必要になると思われる。
抗MRSA薬バンコマイシンによる腎障害発症に関わる危険因子の探索

【目的】塩酸バンコマイシン(VCM)投与の際には腎障害の発現を回避し、かつ十分な効果が得られるように薬物血中濃度モニタリング(TDM)の実施が推奨されている。一方、薬物動態学的-薬力学的(PK-PD)パラメーターである血中濃度-時間曲線下面積/最小発育阻止濃度(AUC/MIC)は、VCMの有効性と良好な相関を示すと言われているが、本邦の患者を対象としたVCMのPK-PDパラメーターの検証は未だ十分になされていない。そこで、VCMによる腎障害発症状況を調査し、腎障害発症への危険因子の探索を行うと共に、PK-PDパラメーターを指標として加えた新たなVCM投与設計法を検討した。【方法】VCMを投与された患者を対象とし、薬物血中濃度測定やMIC調査、PK-PDパラメーター算出やモンテカルロシュミレーション、腎障害発症状況調査を行った。【成果】過去1年間のTDM結果を解析した結果、5.5%の症例が目標域以下、59.5%の症例が目標域、35.0%の症例が目標域以上であった。MICは68%が1μg/mL以下、32%が1-2μg/mLであった。PK-PDパラメーターを算出した結果、AUCは210.0-1405.0の範囲であり、平均514.6であったほか、AUC/MICもほぼ同様な値であった。また、AUCとトラフ値の関係はY=26.734X+136.57(r=0.899)であり良好な相関を示したことから、AUC/MICが明確でない症例においてはCmin/MICで代用できることが示された。一方、正確な腎機能を評価可能であった症例を対象として調査した結果、危険因子として年齢やトラフ値が示唆され、60歳以上でトラフ値が15μg/mL以上の場合には慎重な投与設計が必要であると考えられた。以上のことから、PK-PDパラメーターを指標とした投与設計は、VCMのより有効かつ安全な使用に有益である。
復旧・復興期における乳幼児のいる被災家族への市町村保健師の育児支援モデルの開発

本年度は、発災後及び復旧・復興期に被災地で育児の支援を行った被災地の子育て支援施設へのインタビューデータを用いて、被災前の活動・ネットワーク・被災後の活動について、質的帰納的に分析した。その結果、被災前の活動・ネットワークは、「日常の活動の組織間のネットワーク」、「個人的ネットワーク」、「地域ネットワーク」、「日常活動における物的備え」、「日常生活の活動の共有」、「地域住民の把握」、「積極的な地域貢献活動」、被災後の活動は「日常の活動の組織間・個人的ネットワークをいかした支援の依頼」、「地域ネットワークの支援」、「行政からの支援」から、被災した乳幼児のいる家族の支援を行っていることが明らかになった。今後、本分析結果をもとに、過去3年間の日常活動の実態と被災時の乳幼児のいる家族に対する活動内容との関連を明らかにするために、3年以内に台風、大雨で特別警報が出た都道府県の子育て支援施設を対象に質問紙調査を行う。また、研究代表者の所属機関所在地の自治体において、災害時に実働できる日頃からのネットワークの構築を目的に、災害時公衆衛生看護活動ネットワーク会議を発足した。本会議のキックオフミーティングにおいて、本研究成果を「日頃のつながりの大切さ」として報告した。本ネットワーク会議は、地域の保健・医療・福祉関連の公的私的施設の参加を広く募り、継続的に開催し、日頃からの備えが最大の減災になることを共有しネットワークを構築していく予定である。本年度、研究代表者が研究開始1年後に所属大学の異動による業務多忙により研究の遂行の遅れが生じた。その為、本年度行う予定であった、質問紙調査及び海外先進地における災害時の地域団体の協働による支援体制の整備に関する視察は行えなかった。平成31年度は、本研究へのエフォートを確保し、年度前半に、質的分析をふまえて調査用紙の作成・倫理申請・海外視察を行い、後半に、地域子育て支援施設に対する質問紙調査を行う。本研究の目的は、地震の復旧・復興期における乳幼児のいる被災家族への市町村保健師の育児支援モデルの開発である。本研究は、被災が乳幼児のいる家族の育児に与えている影響と家族のニーズ、被災地における被災内外の支援グループ及び市町村保健師の育児支援の実態と課題を明らかにする。そして、被災地で直接支援を行うとともに健康課題に関する被災地内外の支援グループのコーディネーターの役割を担う、市町村保健師が行う育児支援モデルを構築するものである。本研究において、被災した乳幼児の健康を維持し、被災で生じる育児に関する課題を家族が解決していくための、市町村保健師の育児支援のあり方を提言する。本年度は、被災地で育児を支援している被災地内外の活動団体の活動・連携・協働の実態と課題、及び市町村保健師の被災家族への育児支援(育児支援団体との連携・協働含む)の実態と課題の明確化のために、熊本地震の復興期に被災地で育児支援を行った被災地内外の活動団体にインタビュー調査を行っている。インタビュー対象者の調整に時間を要した。そのため、倫理審査委員会の承認を得るのが遅くなり、結果として進捗が遅れている。今後、インタビュー調査、分析を進め、把握している家族の育児環境及び育児の実態、及び活動の実態及び活動の課題について整理する。その結果を元に、被災地で生活する乳幼児のいる家族に対する質問紙調査を行う。本年度、インタビュー調査の人数が確保できなかったため、旅費・データ起こしの費用が縮小した。次年度のインタビュー調査及び分析費用として使用する予定である。代表者の職場異動に伴い、本年度行う予定であった質問紙調査及び海外視察が行えなかったため、次年度使用額が生じた。次年度前半に質問紙調査及び海外視察を実施する予定である。
ＮＭＲによる電位依存性イオンチャネルの動的構造と機能発現機構の解明

電位依存性イオンチャネルは、膜電位に応じてイオンの膜透過性を変えることにより活動電位などの生理現象において中心的な役割を担っている。一般に電位依存性イオンチャネルは、電位センサードメイン(VSD)と、イオン透過路(細胞内ゲートおよびイオン選択性フィルター(SF))を有するポアドメイン(PD)からなる。本研究では、VSDを有しPDを持たない電位依存性プロトンチャネルVSOPと、PDのみからなるpH依存性カリウムチャネルKcsAを解析対象とし、溶液NMR法を用い、電位依存性イオンチャネルの機能に直結したVSDとPDの構造揺らぎの解明を目的とする。1 KcsAをディスク状の脂質二重膜に再構成し、NMRにより構造揺らぎを解析したところ、膜環境に摂動を与えるトリフルオロエタノールを添加した際に、その構造平衡が不活性型から活性型にシフトした。平面二重膜上での電気生理解析では、NMR解析と同じ濃度のトリフルオロエタノール添加時に、チャネルの開口確立の増大が観測された。このことは、KcsAの構造揺らぎが膜環境に依存して変化することを示している。イオンチャネルが機能するときの構造変化・構造揺らぎを、部位特異的にとらえることに初めて成功した。2 VSOP(VSD)のIle, Leu, Valの1残基変異体のスペクトルと野生型のスペクトルを比較することにより、メチル基の帰属を行った。また、メチル基間のNOEの解析を行うことにより、電位依存性イオンチャネルの静止状態の立体構造を解明することに成功した。24年度が最終年度であるため、記入しない。1 KcsA(PD)の活性化・不活性化の各構造間の遷移速度を、13C-zz exchange法で定量的に求めた。また、遷移速度の温度依存性から、高温で活性化構造のpopulationが高くなるのは、不活性化状態が不安定化するのではなく、活性化状態が安定化することによることが分かった。2 VSOPをリポソームに再構成することにより、電位依存的なVSOPのプロトン透過活性を確認した。VSOPはこれまでに亜鉛イオンにより阻害されることが知られているが、我々が調製した試料でもZnによる阻害が観測されたことから、調製したVSOPが適切な構造をとり、機能を有していることが明らかとなった。3 VSOP(VSD)のIle,Leu,Valの1残基変異体のスペクトルと野生型のスペクトルを比較することにより、メチル基の帰属を行った。また、メチル基間のNOEの解析を行うことにより部分的に構造情報が得られた。VSOPについては調製したタンパク質のプロトンチャネル活性を確認することができ、さらに良好なNMRスペクトルを与えた。VSOPのメチル基のNMRシグナルの帰属は難航することが予想されたが、これまでに変異体を用いた帰属がほぼ完了できた。これらは当初の計画通りであるため、(2)の区分であると判断した。今後、メチル基間のNOEなどの構造情報取得し、VSOPの立体構造を明らかにし、運動性パラメータを定量的に記述する。リポソームに再構成したタンパク質の膜電位存在下でのNMRシグナル観測法を確立する。高分解能のNMRシグナルの観測が困難である場合には、膜電位依存的な構造変化様式を、Cys導入およびその修飾反応の可否により明らかにする。
シリコン中でのキャリアスピン物理の解明とスピンデバイスへの応用

本研究で実現を目指すスピンMOSFETは、ソースドレイン電極に強磁性体金属を用いる。この時、スピン依存伝導効果と高出力特性を両立するためにシリコンチャネルとの実効的なショットキー障壁高さを低減する必要がある。これを実現するために、(1)イオンインプラによる方法、と(2)結晶成長中のオートドーピング効果による方法、の二つについて試行した。前者はAsを15keVで注入した後にFeを堆積してシリサイド化の方法により強磁性FeSiを作製した。インプラの条件とシリサイド化温度の最適化により、低い反応温度で障壁高さの低減と高出力特性を得られる作製条件を見出した。後者は、エピタキシャル強磁性MnAsの結晶成長をおこない、デバイスの試作とスピン依存伝導効果の測定をおこなった。結果として、50K以下の低温では、スピン依存伝導効果と考えられるヒステリシスが得られた。また、このヒステリシスが得られるバイアス範囲をプロットして、シリコン二次元電子チャネルにおけるスピン拡散長について考察を行った。シリコン集積回路の高性能化をさらに持続させるためには、これまでのスケーリング則とは異なる材料、構造、自由度を用いた新規デバイスの開発が必要であり、キャリアスピン自由度を用いたスピンデバイスが非常に有望である。スピンデバイスとして、特に本研究ではスピン電界効果型トランジスタ(スピンMOSFET)に注目し、この実現を最終目的としている。従来のデバイスとシリコンプラットホーム上で融合可能な、高性能シリコンベーススピンMOSFETを実現するためのシリコン中でのキャリアスピン物理の解明をおこなうことを目的としている。これまで、Rapid thermal annealingによるシリサイド化の方法での強磁性Fel-xSixのSOI基板上への作製と、これを電界効果型トランジスタ(Metal-oxide-semiconductor field effect transistor : MOSFET)のソースとドレインに用いたスピンMOSFETの試作をおこなってきた。今年度の目標は、キャリアスピンの電気的検出を行うことであった。特に、チャネルドープや接合界面作製条件とスピン依存伝導特性の相関関係により、スピン物理の解明を行うことであった。年度中からFel-xSixをもちいたデバイスに加え、Fe電極をもちいたMOSFETの作製をおこなった。これはスピン依存伝導によるシグナルを、材料、デバイス構造によって分類し、その詳細を明らかとするためである。これらデバイスのトランジスタ特性を評価したところ、良好な特性を示したことから、作製条件に関しては要求の第一水準を満たしていると判断した。次に、スピン依存伝導に起因したシグナルを取得するための測定系の構築をおこなった。スピン伝導に起因するシグナルは数100nV程度と非常に微弱であるため、ノイズを最小限に抑えた測定系が必要なためである。年度末辺りから、スピン伝導に起因したと考えられるシグナルが取得され始めた。・研究の目的シリコン集積回路の高性能化をさらに持続させるためには、これまでのスケーリング則とは異なる材料、構造、自由度を用いた新規デバイスの開発が必要であり、キャリアスピン自由度を用いたスピンデバイスが非常に有望である。スピンデバイスとして、特に本研究ではスピン電界効果型トランジスタ(スピンMOSFET)に注目し、これを実現することを最終目的としている。従来のデバイスとシリコンプラットホーム上で融合可能な、高性能シリコンベーススピンMOSFETを実現するためのシリコン中でのキャリアスピン物理の解明をおこなうことを研究期間内の目的としている。・該当度に実施した研究の成果シリコン中でのキャリアスピン物理解明に用いるデバイスの試作をこれまで行ってきた。単純なデバイス構造でのスピン依存現象を解明する目的で、Silicon-on-insulator(SOI)基板にリンをハイドープした基板とFeを用いたデバイスを試作して評価を行った。デバイス形状としては様々な構造を作製して、測定シグナルに与える影響等を調べた。室温および低温(10K)においてデバイス出力特性と磁気伝導効果の測定を行った。特に磁気伝導効果は非局所測定、局所測定と呼ばれる測定配置にておこない、比較検討を行った。結果として、デバイス形状が最適でない場合には、スピン依存伝導効果以外の磁性電極による効果がシグナルに重畳することが明らかとなった。結果の考察により、スピン依存伝導効果を測定するデバイス構造の最適化を行った。

従来のデバイスとシリコンプラットホーム上で融合可能な、高性能シリコンベーススピンMOSFETを実現するためのシリコン中でのキャリアスピン物理の解明をおこなうことを目的としている。・該当年度に実施した研究の成果本研究で実現を目指すスピンMOSFETは、ソースドレイン電極に強磁性体金属を用いる。この時、スピン依存伝導効果と高出力特性を両立するためにシリコンチャネルとの実効的なショットキー障壁高さを低減する必要がある。これを実現するために、(1)イオンインプラによる方法、と(2)結晶成長中のオートドーピング効果による方法、の二つについて試行した。前者はAsを15keVで注入した後にFeを堆積してシリサイド化の方法により強磁性FeSiを作製した。インプラの条件とシリサイド化温度の最適化により、低い反応温度で障壁高さの低減と高出力特性を得られる作製条件を見出した。後者は、エピタキシャル強磁性MnAsの結晶成長をおこない、デバイスの試作とスピン依存伝導効果の測定をおこなった。結果として、50K以下の低温では、スピン依存伝導効果と考えられるヒステリシスが得られた。また、このヒステリシスが得られるバイアス範囲をプロットして、シリコン二次元電子チャネルにおけるスピン拡散長について考察を行った。
昆虫の脳に存在する低分子量GTP結合蛋白質の機能特性

昆虫は、その微小な脳のなかの特定の細胞で神経ペプチドホルモン、時計関連遺伝子などを合成している。これらの神経ペプチドや時計関連蛋白質は、温度や光などの刺激を受けて、脳の特定の細胞で合成される。そして最終的には、昆虫特異的な現象である羽化、休眠、変態を引き起こす。本研究では、これら神経ペプチドや生物時計関連蛋白質の合成・分泌機構の解明を最終的な目標として、蛋白質の細胞内輸送に関与する低分子量GTP結合蛋白質の一種であるrabに焦点を合わせて研究を行った。(研究の目的)昆虫脳は、前胸腺刺激ホルモン、羽化ホルモン、ボンビキシンなど様々な神経ペプチドホルモンを特定の細胞で合成し体液中に分泌することが知られている。これらの神経ペプチドは、温度や光などの刺激を受けて、脳で合成され分泌されることにより、昆虫特異的な現象である羽化、休眠、変態を引き起こす。本研究では、これら神経ペプチドの分泌機構の解明を最終的な目標として、蛋白質の細胞内輪送に関与する低分子量GTP結合蛋白質の一種であるrab蛋白質に焦点を合わせて研究を行った。(研究内容)まず、カイコの組織からmRNAを抽出後、RT-PCRを用いて2種類のrabのcDNAを得た。次に、これらのcDNAを大腸茵発現ベクターに挿入し、融合蛋白質として2つのrab蛋白質を発現させた。それぞれの蛋白質を精製後、その生化学的機能を解析した。その結果、2種類のrab蛋白質(BRabN1, BRabN2)はGDPに結合し、GDP/GTP交換活性、GTPを分解する活性(GTPase活性)を有していた。この結果から、2種類のrab蛋白質は、GTP結合蛋白質としての機能を持つことが示された。更に、BRabN1はATPase活性を有する新規の蛋白質であることを明らかにした。次に、マウスを用いてモノクローナル抗体を2種類作成し、カイコの様々な組織を用いてイムノブロッテイングを行ったところ、BRabN1は精巣にBRabN2は脳に特異的に発現した。また、ゴキブリの脳を用いて、rabの抗体を用いた免疫組織化学的解析を行ったところ、神経ペプチドで変態を引き起こすホルモンである前胸腺刺激ホルモンと同じ脳の細胞にrabが発現していること、脳内でのシグナル伝達に関与するプロテインキナーゼであるPKCと同じ脳細胞に発現していることを明らかにした。以上の結果より神経ペプチドの分泌にrabが関係することを明らかにした。(研究の目的)昆虫は、その微小な脳のなかの特定の細胞で神経ペプチドホルモン、時計関連遺伝子などを合成している。(研究内容)まず、カイコの脳からmRNAを抽出後、RT-PCRを用いて4種類のrabのcDNAを得た(rab11,rab7,rab6,rab10)。次に、これらのcDNAを大腸菌の発現用ベクターに挿入し、大腸菌を形質転換させた。それぞれの蛋白質を大腸菌内で発現・誘導、アフイニテイーカラムクロマトグラフイーにより精製後、それらを抗原にし、マウスとウサギを用いて抗体を作成した。この抗体を用いて各種カイコの組織のイムノブロッテイングを行ったところ、rab11は、全組織に、rab7は脳、精巣、卵巣に発現した。また、カイコの脳の組織切片を用いて免疫組織化学的解析を行ったところ、rab7とrab11は、脳内の特定の細胞で発現していた。次に、抗体を用いた蛍光2重染色法を行ったところ、Rab7とrab11は、カイコの脳内の同じ細胞で発現していることが明らかとなった。rab6,rab10,rab14,rab1についても、それぞれ大腸菌で発現・誘導させ、精製後、それらの蛋白質を電気泳動により、確認した。(研究の目的)低分子量GTP結合蛋白質であるrabは、蛋白質やペプチドの細胞内での移動や細胞外への分泌に関与する事が知られている。一方、昆虫は微小脳の中の特定の細胞で変態や羽化を引き起こす神経ペプチドや生物時計に関連する蛋白質を合成している。これらの神経ペプチドや時計関連蛋白質は、温度や光などの刺激を受けて、脳の特定の細胞で合成され、細胞内で移動し分泌される。本研究では、これら神経ペプチドや生物時計の合成や分泌におけるrabの役割を明らかにするために以下の研究を行った。(研究内容)

まず、昆虫であるカイコ(Bombyx mori)のrab6, rab7, rab8, rab11, rab14のcDNAをカイコ脳mRNAを用いたRT-PCRにより得た。次に、これらのcDNAを大腸菌の発現用ベクターに挿入し、大腸菌を形質転換させた。発現蛋白質をアフィニティーカラムクロマトグラフィーにより精製後、それらを抗原にしてラットとウサギを用いて抗体を作成した。次にこれらの抗体とカイコの脳の組織切片を用いて免疫組織化学的解析を行った。蛍光2重染色を行った結果、rab7とrab11は、同じ脳の細胞に存在した。Rab7とrab83も同じ脳の細胞に存在した。次に生物時計関連遺伝子であるperiodの抗体を用いて蛍光2重染色を行ったところ、rab8とrab11はperiodと同じ脳の細胞に局在した。Rab14とrab6についても、抗体を用いた組織染色の結果、カイコの脳の特定の細胞に存在した。また、rabの制御蛋白質であるGDI (GDP Dissociation Inhibitor)についてもカイコの脳mRNAからRT-PCRによりcDNAを得た。
歯髄・根尖部歯周組織の創傷治癒メカニズムの解明と再生療法への応用

歯の神経(歯髄)や根の先の周りの骨(根尖部歯周組織)に異常が生じる疾患において、これらの傷害が治癒するメカニズムを詳細に調べることで、従来とは異なる新しい治療法の確立に向けた包括的な研究を試みた。その結果、歯髄・象牙質・骨組織の再生への足がかりとなるデータを多く得ることができた。今後更に研究を発展させることで、臨床応用の可能な治療法の開発へと繋がるものと期待される。現在までに、歯髄・根尖部歯周組織の創傷治癒メカニズムの解明に関して研究を行い、以下のような実績が得られた。1)根尖性歯周炎における骨吸収は、根尖病変内に浸潤した各種免疫担当細胞より産生された種々のメディエーターにより破骨細胞が誘導された結果として惹起される。今回、ラット実験的根尖病変において、破骨細胞分化に中心的な役割を果たすと報告されているRANKLの動態を定量PCR法および免疫組織学的手法を用いて経時的に解析するとともに、RANKL発現を直接あるいは間接に修飾している種々のメディエーター発現について定量PCR法にて検討した。その結果、病変の拡大が開始される時期である露髄解放後2-3週において、明らかなRANKL発現の増加が認められた。同時にTNF-α、IL-1などの起炎症性サイトカインおよびIL-10といった抗炎症性サイトカインの発現の増加が観察され、RANKL発現にサイトカインネットワークが重要な役割を果たしている可能性が示唆された。2)根尖性歯周炎の治癒過程に発現が変化する遺伝子を網羅的に解析することを目的として、ラット臼歯を切削・露髄させ根尖性歯周炎を誘導した。未治療群(炎症期)と根管充填群(治癒期)の組織をレントゲン画像および組織学的に検索し、根尖組織からRNAを回収してAffymetrixマイクロアレイにより遺伝子発現を網羅的に解析したところ次の結果を得た。炎症期で、203種の遺伝子発現量が有意に増加し、864種が減少した。炎症期に比較して治癒期で、133種の発現量が増加し、50種が減少した。上記のうち、代表的な遺伝子(IL-1a/b,caspase-8,defensin-a5など)の発現量および局在を定量PCRおよび免疫組織染色にて確認した。以上より、遺伝子発現プロファイルは、根尖性歯周炎の治癒診断に有用であると考えられる。3)歯髄アポトーシスと歯髄細胞増殖・分化の関係および各種刺激が歯髄細胞に与える影響を明らかにする目的で、象牙芽細胞の特質を有した培養歯髄細胞株樹立と歯髄再生におけるb-FGFの関与を検討した。ラット歯髄から歯髄細胞株を樹立してその特徴を検討した、また、b-FGF徐放性ゼラチンハイドロゲル粒子をラット臼歯露髄部に移植後に組織観察を行った。その結果、象牙芽細胞の特性を示す歯髄細胞株を樹立できた。また、b-FGF徐放により修復象牙質形成とは異なる新生象牙質形成が誘導されることが明らかとなった。4)根尖病巣の上皮化形成にアクアポーリン(AQP)が関与するのではという仮説のもと,摘出された根尖病巣組織のAQP発現の有無について調べた。タンパクを抽出し、ウェスタンブロットにてAQPタンパクの発現を確認した。また、採取した組織の切片を作製しAQP-1抗体にて免疫染色を行った。その結果、根尖病巣組織ではコントロールに比較してAQP-1の発現量が多く、コントロールに比較して上皮組織に多くのAQP-1陽性細胞が存在することが分かった。(1)現在の歯科医療では治療困難な傷害を受けた歯髄および根尖部歯周組織の再生療法を確立するという研究目的を達成するために、象牙芽細胞様細胞株樹立と露髄部へのFGF-2応用に関する研究を行なった結果、象牙芽細胞の形質を有する象牙芽細胞様細胞株が樹立され、FGF-2を露髄部で徐放することにより象牙質欠損部に再生象牙質形成が誘導されることが示された。(2)歯髄細胞におけるNotch関連遺伝子の発現と歯髄細胞分化におけるNotchシグナルの役割について検討した結果、歯髄細胞においては多様なNotch関連遺伝子の発現が認められた。また、歯髄細胞分化に伴いNotchシグナルの主要な転写調節因子であるHey1発現の抑制が認められたことから、歯髄細胞の分化・機能においてNotchシグナルは重要な働きを担っており、またHey1を介するシグナルは歯髄細胞分化を抑制する方向に働いているこどが明らかになった。(3)マウス象牙芽細胞の石灰化結節形成における炭酸ガスレーザーの効果を解明する研究を行なった結果、レーザー照射はHSP47(コラーゲン特異的シャペロン)の遺伝子およびタンパク質発現を24時間以内に誘導したことから、象牙芽細胞様細胞にコラーゲン産生に必須の役割を持つ熱ショックタンパク質であるHSP47の発現が誘導され、細胞によるコラーゲン産生量が増加し石灰化を促進することが示唆された。(4)ラットの実験的根尖

病巣モデルを用いて根管治療中における遺伝子発現のプロファイリングを行なったところ、炎症期と治癒期においては上昇および下降する遺伝子群の数と種類が異なっていたことから、プロファイルは根尖病変の治癒過程を診断する上で有用であることが示唆された。(5)Nd:YAGレーザーの炎症抑制効果を明らかにすることを目的として、ヒト歯髄細胞を用いて炎症性サイトカイン(IL-6,IL-8)発現に及ぼす影響を調べた結果、ペプチドグリカン刺激によって誘導されるIL-6・IL-8のmRNA発現とタンパク質分子産生促進は、レーザー照射によって照射時間依存的に有意に抑制されたことからNd:YAGレーザー照射は細胞レベルで炎症抑制効果を有することが示唆された。以上の結果は、歯髄・根尖部歯周組織の創傷治癒メカニズムの解明と再生療法への応用に向けた研究を促進すると考えられる。(1)根尖病巣治癒メカニズムの解明を目的に、骨芽細胞の根尖病巣の治癒過程におけるIL-1α/-βのマウス骨芽細胞様細胞MC3T3-E1に対する影響を調べた結果、両者はp38MAPK系を介して細胞の増殖活性を有意に亢進することとMC3T3-Elの細胞接着能がIL-1α刺激によって亢進することが分かった。(1)Nd:YAGレーザー照射がペプチドグリカン存在下におけるヒト歯髄細胞の炎症性サイトカイン発現に及ぼす影響を調べ結果、ペプチドグリカン刺激によって誘導されるIL-6産生促進には、p38のリン酸化が関与していることが明らかになった。(1)ラット実験的根尖病変の進展期において、転写調節因子Rorgt・サイトカインIL17/IL21/IL22/IL23の発現が確認されたことは、根尖病変の初期よりTh17浸潤が誘導され、Th17由来のサイトカインが根尖病変の病態を深く修飾している可能性が示唆された。(4)根尖病巣の治癒機序における水分子チャネル、アクアポーリンの作用機序を調べるために、歯根膜細胞・象牙芽細胞・歯髄細胞におけるアクアポーリンの発現を調べたところAQP-2/4/5の発現が強かった。SiRNAをトランスフェクトした細胞における形体を調べたところ収縮率が減少した結果より、アクアポーリンの細胞の形態維持への関与が示唆された。(5)細菌由来リポ多糖刺激に対して樹立した象牙芽細胞様細胞株は炎症応答を示すことと断髄部での適切な濃度のFGF-2徐放により象牙質欠損部に侵入した歯髄組織表層にdentin bridge様再生象牙質が誘導された。(6)塩基性線維芽細胞増殖因子を歯髄・象牙質複合体領域へ応用する際の炎症の影響および歯髄細胞の結節形成段階でのアポトーシス発現について検討した結果、炎症は歯髄・象牙質複合体の再生を抑制し歯髄細胞が結節形成する前段階で既にアポトーシスが発現している可能性が示唆された。以上の結果は、歯髄・根尖部歯周組織の創傷治癒メカニズムの解明と再生療法への応用に向けた研究を促進するのに役立つと考えられる。
その場X線回折法による金属、半導体中の水素の研究

本研究は金属(Pd,Ni,Cu,Mo,Fe,SUS等)に水素を強制的に電解法により注入し、物質の状態変化、水素の拡散挙動、トラップ状態をX線回折その場測定から明らかにするものである。格子定数変化の精密測定から水素による格子体積変化、水素化物の生成(Pd,Ni等)、X線プロファイル解析から水素濃度深さ分布、およびその時間分割測定からX線回折法による拡散係数測定法の開発、などを行うものである。この目的のために、電解水素注入その場X線回折装置を製作した。試料はH_2SO_4のflow(8cm/sec)に置かれている。X線は液によって減衰するので液の厚さを0.3mmにしてある。試料を陰極として電圧をかけることにより電解注入をおこなうものである。単結晶を用いた2結晶回折法で、比較的容易に高精度測定(Δa/a=1x10^<-5>)が可能である。回折強度も非常に大きい。まず、Pdについて以下の研究を行った。格子定数の水素注入量依存性測定から、注入量の増大と共に格子は膨張するが、やがて減少に転ずる。これは水素化物生成によるスピノーダル分解であって、固溶水素は水素化物に優先的に吸収されるためである。注入on/offによるマトリックス格子膨張・緩和、および固溶水素量の増大は拡散中のすいそとトラップされた水素を分離して見積もり得ることを示した。時効中の格子定数回復の測測定から水素の拡散係数を決定した。本測定法は拡散係数測定法として新しいものである。次に316SS単結晶に電解水素注入をおこない、水素誘起マルテンサイト変態過程の研究をおこなった。位置敏感型X線検出器を用いて2次元、3次元X線回折強度分布を測定した。HCP-およびBCCマルテンサイト相の生成挙動、積層不整、水素固溶による格子歪を詳細に調べた。水素の金属中での拡散挙動の研究のため時間-、深さ分割X線回折法を開発した。まず、熱拡散についてLiF単結晶を用いた実験をおこない、この方法の有効性を確認した。本研究は金属(Pd,Ni,Cu,Mo,Fe等)に水素を強制的に電解法により注入し、物質の状態変化、水素の拡散挙動、トラップ状態をX線回折その場測定から明らかにするものである。本年度、電解水素注入その場X線回折装置を製作した。水素注入量も1-100mA/cm^2で・0.1mAで安定し、回折強度も非常に大きい。Pdについて以下の研究を行った。注入on/offによるマトリックス格子膨張・緩和、および固溶水素量の増大は拡散中のすいそと

トラップされた水素を分離して見積もり得ることを示した。時効中の格子定数回復の測測定から水素の拡散係数を決定した。本測定法は拡散係数測定法として新しいものである。本研究は金属(Pd,Ni,Cu,Mo,Fe,SUS等)に水素を強制的に電解法により注入し、物質の状態変化、水素の拡散挙動、トラップ状態をX線回折その場測定から明らかにするものである。格子定数変化の精密測定から水素による格子体積変化、水素化物の生成(Pd,Ni等)、X線プロファイル解析から水素濃度深さ分布、およびその時間分割測定からX線回折法による拡散係数測定法の開発、などを行うものである。この目的のために、電解水素注入その場X線回折装置を製作した。試料はH_2SO_4のflow(8cm/sec)に置かれている。X線は液によって減衰するので液の厚さを0.3mmにしてある。試料を陰極として電圧をかけることにより電解注入をおこなうものである。単結晶を用いた2結晶回折法で、比較的容易に高精度測定(Δa/a=lx10^<-5>)が可能である。回折強度も非常に大きい。まず、Pdについて以下の研究を行った。格子定数の水素注入量依存性測定から、注入量の増大と共に格子は膨張するが、やがて減少に転ずる。これは水素化物生成によるスピノーダル分解であって、固溶水素は水素化物に優先的に吸収されるためである。注入on/offによるマトリックス格子膨張・緩和、および固溶水素量の増大は拡散中のすいそとトラップされた水素を分離して見積もり得ることを示した。次に316SS単結晶に電解水素注入をおこない、水素誘起マルテンサイト変態過程の研究をおこなった。位置敏感型X線検出器を用いて2次元、3次元X線回折強度分布を測定した。HCPおよびBCCマルテンサイト相の生成挙動、積層不整、水素固溶による格子歪を詳細に調べた。水素の金属中での拡散挙動の研究のため時間、深さ分割X線回折法を開発した。まず、熱拡散についてLiF単結晶を用いた実験をおこない、この方法の有効性を確認した。
曲面構造がπ共役系炭素触媒に及ぼす影響：ドーパント効果の解明

ヘテロ原子ドーピングにより形成されるカーボンアロイの触媒活性とドーパントサイトの構造との相関関係を明らかにするため、π共役系炭素材料のモデル物質であるグラファイトにB, N, Pなどをイオンビームによりドーピングし、ドーパントサイトの電子構造を吸収端近傍X線吸収微細構造(NEXAFS)分光法により分析し、スペクトルをDV-Xα分子軌道計算により解釈した。電気化学測定による触媒活性との相関関係から、Pドーピングに対しては曲面構造をとる場合に酸素還元反応の触媒活性が向上することを解明した。また、B, N共ドーピングで形成される材料に対してはB, C, N間の原子配置を決定する分極ルールを提案した。H24H25年度において実施した研究から以下の成果を挙げた。Pドープグラファイトの触媒活性酸素還元反応に対するPドープ炭素触媒の触媒活性と結合状態との相関関係を調べた。イオンドーピングにより作製した試料に対して吸収端近傍X線吸収微細構造(NEXAFS)分光法による分析を行った。高温(700800°C)ドーピングを行った試料と室温ドーピングを行った試料を比較すると、前者はP K端NEXAFSスペクトルに明瞭な偏光依存性が観測されたのに対し、後者は偏光依存性が低下する傾向を示した。偏光依存性の低下がイオンフルエンスにほとんど依存しないこと、また理論計算によるNEXAFSスペクトルの解析から、我々は偏光依存性の変化がPサイトにおける立体配置の違いに起因することを明らかにした。さらに、偏光依存性の異なる試料に対して酸環境下で電気化学測定を行ったところ、高温ドーピングの試料で触媒活性がほとんど見られなかったのに対して、室温ドーピングの試料では触媒活性が見いだされた。我々はドーパントサイトの立体配置が触媒活性に影響を及ぼすことを明らかにし、高活性の炭素触媒を得るには曲面構造の導入が重要であるとの設計指針を得た。BもしくはNの単一ドーピングに比べ、B, N共ドーピングにより炭素触媒が高い活性を持つシナジー効果が報告されている。触媒機能はB, C, N間の配置に大きく依存するが、構造の複雑さのためその原子配置には不明な点が多い。我々はB, N共ドーピングを行ったグラファイトに対してB及びN K端NEXAFSスペクトルを測定すると共に、原子配置の異なる幾つかのモデル構造を用いて密度汎関数理論計算を行い、得られた電子構造とNEXAFSスペクトルとの比較から、B-N間の分極を促進するようにドーパントが配置されるという分極ルールを見いだしたヘテロ原子ドーピングにより形成されるカーボンアロイの触媒活性とドーパントサイトの構造との相関関係を明らかにするため、π共役系炭素材料のモデル物質であるグラファイトにB, N, Pなどをイオンビームによりドーピングし、ドーパントサイトの電子構造を吸収端近傍X線吸収微細構造(NEXAFS)分光法により分析し、スペクトルをDV-Xα分子軌道計算により解釈した。H24年度は1ガスハンドリングシステムの製作検討と2Nドーピングした試料の分析を行った。1に関しては用いる反応性ガス・部品の選定、設計などの仕様を決定した段階にある。2に関しては、グラファイト(HOPG)基板にN2+イオン照射によるNドーピングを行い、XPSと電気化学測定による分析を行った。イオン銃から発生したN2+イオンビームをHOPG基板に照射し、イオンビームのフルエンスと基板温度を変えながら試料作製した。基板加熱にはYAGレーザーを用い、室温と710°CでのNドーピングを行った。また、ポストアニール効果を調べるため、室温照射した試料に対しYAGレーザーによるアニーリングを650°C、800°Cで実施した。またイオンビームによる基板損傷の効果を調べるため、Ar+イオンビームを照射した試料についても比較実験を行った。これらの試料について硫酸0.5M水溶液中でのサイクリックボルタンメトリー(CV)測定を行い、酸素ガス置換した水溶液と窒素ガス置換した水溶液中でのCVの変化を調べた。Ar+イオン照射したHOPGでは両者に全く差がなかったのに対し、Nドーピングした試料では酸素ガス置換した水溶液中で還元電位が高電位側にシフトすることが観測された。この結果はNドーピングしたHOPG表面が酸素還元反応(ORR)の活性を持つ事を示唆している。還元電位はアニール温度と共に高電位にシフトし、より活性が高くなった。またフルエンスが高い試料において高い還元電位が得られた。XPS分析から炭素3配位のNサイトが活性に寄与することがわかった。また、710°Cで高温ドーピングした試料と800°Cでポストアニールした試料では高温ドーピングした試料の方が還元電位が高くなる結果が得られた。高温Nドーピングでは曲面構造が優先的に形成されることから、この結果は曲面構造がORR活性中心であることを示唆していると考えられる。H26年度において実施した研究から以下の成果を挙げた。1)Pドープグラファイトの触媒活性H25年度まで三塩化リンを原料ガスとしたPドーピングにより吸収端近傍X線吸収微細構造(NEXAFS)によるドーパントサイトの局所構造分析とサイクリックボルタンメトリーによる触媒活性の有無について調べた。その際に微量の塩素の有無が触媒活性に与える影響が問題になった。そこでトリメチルホスフィンによるPドーピングを行い、この場合にも室温ドーピングと高温ドーピング(700800°C)では触媒活性に差が生じることを確かめた。

また、平面構造を持つ2、3,4配位のPサイトに対してDV-Xα分子軌道法による電子状態計算を行い、NEXAFSスペクトルとの比較から高温ドーピングで形成されるPサイトの大多数が3配位の構造を持つことを明らかにした。2)P及びNドープグラファイトの脱硫特性ヘテロ原子ドーピングした炭素材料の吸着特性を調べるため、P及びNドープグラファイトに対してチオフェン吸着量を調べた。飽和条件でのチオフェン吸着量をX線光電子分光法で調べた結果、PがNよりも1020倍程度大きいチオフェン吸着能を持つことを明らかにした。また、室温ドーピングで作製したPドープ試料は高温ドーピングで作製したPドープ試料よりも10倍程度大きいチオフェン吸着能を持つこともわかった。これらの実験結果を解釈するため、半経験的分子軌道法を用いた解析を行い、チオフェン分子がPサイトにおいて安定な吸着構造をとるのに対してNサイトでは不安定となることを明らかにした。さらに5員環を含む曲面構造をとるPサイトがグラファイト的な平面構造のPサイトよりも大きいチオフェン吸着エネルギーをとることも明らかにした。これらの結果は実験結果と良い一致を示し、ドーパントの種類と曲面構造の形成が炭素材料の吸着脱硫特性に重要であることを明らかにした。放射光科学、材料科学1.反応性ガスハンドリングシステムを作製し、これを用いてグラファイトへのP及びBドーピングを行った。Pドーピングの試料については前述の通りNEXAFSを用いた偏光依存性測定と密度汎関数理論計算による解析からPサイトの立体配置がドーピング時の試料温度により平面構造・曲面構造と異なることを明らかにした。また立体配置と触媒活性との相関関係を調べ、曲面構造のPサイトが増えることで触媒活性が向上することを示した。Pドーピングについては当初の目的をほぼ達成し、この結果については昨年度Carbon2013国際会議において発表した。2.高い触媒活性を持つB, NドープグラファイトについてはNEXAFSを用いた構造解析により原子配置に関する分極ルールを見いだした。この結果はCarbon誌に掲載された。またBドーピングについてはドーピング時の試料温度に依存してB K端NEXAFSスペクトルの偏光依存性が変化することを見いだした。3.チオフェンを原料ガスに用いてグラファイトへのSドーピングを行い、S K端NEXAFSの偏光依存性と触媒活性との間に相関関係があることを見いだした。これにより、B, N以外のドーパントについても酸素還元反応の触媒活性を付与できるものがあることを示すと共に、ドーパントサイトの立体配置が触媒活性に影響を及ぼすことを明らかにした。4.PドーピングとNドーピングについてはチオフェン吸着特性の比較を行い、PドーピングはNドーピングの約20倍大きいチオフェン吸着能を示すことを見いだした。これによって、ヘテロ原子ドーピングが炭素材料の吸着脱硫特性という別の機能についても有効であることを示した。
木材組織の周期構造的解析に関する研究

本研究では、木材を周期構造の集合物として捕らえ直すことにより、木材研究に新しい展望をもたらすことを目指している。そこでまず、(1)周期構造を生み出す樹木の生育環境と年輪周期の形成過程、(2)マクロからミクロにわたる木材の三次元的形態の周期性の解析、(3)周期性に起因する木材材質の発現、具体的には木材材質の異方性解析の重要な手段である誘電特性、材面に現れわる視覚的な木理、楽器材において重要な意味を持つ音響効果などについての検討、(4)木材の主要成分分布の周期性とくに細胞壁中での微細配向、など項目についてこれまでの研究を見直すとともに、新しい研究を開始した。そして形態的な周期性の検出と解析には、従来の顕微鏡観察法に加えて、コンピュータを利用した画像解析法やフーリエ変換の手法が導入された。その結果、樹木の生育に関与する環境条件を年輪周期構造の解析から読み取る糸口が得られた。そして木材の細胞構成が織りなす三次元的異方性に光学的フーリエ変換法が活用され、針葉樹の仮道管配列の特性すなわち放射方向と接線方向の配列に加えて、斜め方向の並びが検出され、同時に任意の方向における配列の数量的評価が可能となった。またこれまで極めて曖昧な把握にとどまっていた放射組織の分布についても明解な特性が解明された。この様な形態的周期性と関連して、木材の物性が検討され、楽器用材における伝統的な木材の木取り法の効果や、誘電特性における木材構造の異方的周期がシュミレーションで実証された。さらに木材の製材面に現れる木理パターンについても、コンピュータによる年輪周期の人為的操作により表現できるようになった。成分分布においては、長年の課題であるセルロースミクロフィブリルの面配向の可能性が指摘され、リグニンの多様性と年輪内変動についての新しい問題提起がなされた。昭和61年11月に、全体会議を伊勢市で開催し、まずわが国における最も伝統的な木材加工法を伝える伊勢神宮工作所において、神宮造営用のヒノキ材における用材の選別法などを調査した。そののち木材の特性というものを周期構造の面から解明するために、木材の周期性を生物的および組織構造的な観点から論議し、その後に物理的・材料学的観点から討議した。また周期性の数学的解明法の一つとしてフーリエ変換法の実用例が紹介された。そして、まず木材の持つ周期性というものを、年輪や細胞の配列などといった比較的明瞭なリズムからより不規則なものへと順に整理していった。この不期則なリズムは木材の不均一性の主要な原因であり、材料としての使いにくさにつながるが、一方ではこの不均一性を否定的に捕らえるのではなく、この不均一性というものを生物材料に特有な不規則な周期構造として積極的に評価すべきであるとの見解がだされた。すなわち人工物の幾何学的あるいは作為的な規則性と、完全な不規則性の間に位置する曖昧な周期のリズムが木材の貴重な持ち味として今後の重要な研究項目になろう。この様な曖昧なリズムについては、これまでは経験者による直感的な把握に頼ってきたが、本総合研究を機会として数量的に捕らえる方策を各々の研究者がこうじることになった。また本総研の一つの課題として全体を通しての共通の木材試料を用いることを目指したが、研究対象が材の表面の木理模様のようなマクロなものから、細胞壁構造のようにミクロなものまで多岐に渡るため、無理に全体的な共通試料を設定せずに、分担研究者が相互に連絡を取り合って出来るだけ共通の試料を研究に用いることにした。この研究試料の共通性によって、タイプの異なる研究法の成果が比較対照出来ることになり、木材についての新しい見解が生まれよう。

昭和62年10月16日と17日の両日,京都大学農学部林産工学教室および同木材研究所において,研究打合せ会議を開催した.この会議において,木材表面の木理パターンや年輪などのマクロレベルの周期構造,広葉樹の道管の配列と分布,針葉樹の仮道管配列などの木口断面に現れる細胞配列や,板目断面に現れる放射組織などのミクロレベルの周期構造,そして細胞壁成分分布の周期的特異性について討議した.そしてこのような観察対象における特徴的な周期的特性が,木材形成の生物学的特異性とどのような関係をもつのかについて総合的討論を行なった.そして,生物材料の特性として,木材形態が明確な周期性と非周期とのはざまの,あいまいな,いわゆるゆらぎの周期性を示し,この材料のありまいさが,人間の生活環境にゆとりをもたらす長所であるとの共通的理解に達した.そしてこのあいまいな周期性をどのように数量化して解析するのかという課題について,各分担研究者がそれぞれの解析方法を紹介し,それぞれの方法の特徴,長短所について意見交換した.そしてこの解析方法の一つとして,ヘリウムーネオンガスレーザー光束の回折現象を利用した,木材組織形態の二次元的フーリエ変換法について,実際の装置を用いて,解析の手順と結果の評価法について,研究分担者が持ち寄った試料で試験した.このようにして,木材のもつあいまいな周期性の解析方法に共通性,一般性をもたらし,分担課題の結果の比較対照が可能となし得る方策を具体化する目途を得た.一方,木材の周期的構造が,音響的性質をはじめとする木材の材料学的特性におよぼす影響について検討した.そしてこれまで別個に解析されてきた組織形態学的試験法と,材料学的試験法を,まったく同一の試験片を用いて実行することが重要であるとの結論を得た.昨年度末には各分担研究者の中間成果をとりまとめて、中間成果報告書を作成した。昭和63年度の研究はこの中間成果の報告内容の検討から開始した。そして研究分担者相互の意見交換を行いながら、各々の研究を進め、昭和63年10月12,13の両日に、各分担課題の報告を行い、本総合研究の取りまとめについて討議した。主な討議内容は次のとおりである。まず樹木の生育環境が生み出す年輪構造について、スギの樹冠率調整の影響と、臨海地域における塩害の影響についての解析例が報告された。そして1年輪内部の細胞壁密度変化や、これらの繰り返しによって生み出される年輪周期の解析法が提案された。これらの研究により良質材生産の観点、すなわち造林学的な立場に加えて、環境保全的な観点からも周期構造の解析が有用であることが示された。つぎに木材形態の中に含まれるミクロの周期性について、フーリエ変換法の適用事例が示された。そして二次元形態のフーリエ変換の結果であるパワースペクトルパターンの数学的解釈が可能となり、この方法が木材形態の異方性解明に重要な展開をもたらすであろうことが期待できるようになった。また広葉樹の道管分布について年輪内変動の樹種特性解明法が提案された。一方木材細胞壁中における化学成分分布の周期性については、これまでの課題であったセルロースミクロフィブリルの面配向についてその可能性が指摘されるという重要な問題提起がなされた。またリグニンについても、1年輪の早期に代謝・堆積されるものと、後期のものでは化学構造が異なることが指摘された。