hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
圧電素子を用いた疲労損傷モニタリング技術の開発

船体の隅肉溶接部近傍に発生する疲労き裂をモニタリングする超音波送受信システムを構築した.送信用と受信用の探触子を配置し,挟まれた領域で発生伝搬する疲労き裂をモニタリングできる.透過波と反射波計測を組み合わせることで,信頼性が向上する.船体の実疲労き裂では,き裂部に作用する船体運動による変動応力が存在するため,モニタリング計測のタイミングが重要であることが分かった.十分な精度を得るためには,疲労き裂が完全に開口する実働応力振幅の高応力振幅側での計測が必要である.船体の隅肉溶接部近傍に発生する疲労き裂をモニタリングする超音波送受信システムを構築した.送信用と受信用の探触子を配置し,挟まれた領域で発生伝搬する疲労き裂をモニタリングできる.透過波と反射波計測を組み合わせることで,信頼性が向上する.船体の実疲労き裂では,き裂部に作用する船体運動による変動応力が存在するため,モニタリング計測のタイミングが重要であることが分かった.十分な精度を得るためには,疲労き裂が完全に開口する実働応力振幅の高応力振幅側での計測が必要である.船舶の環境において疲労き裂を確実に検出するために,送受信用圧電素子を配置し,送信用圧電素子を任意の波形で励振して超音波(ラム波含む)を発生させ,伝搬してきた超音波を受信圧電素子で検出し解析するシステムを構築した.その際,指向性圧電素子(探触子含む)を設計・製作し,送受信用の圧電素子として使用した.まず、板厚10mmの鋼板において,送受信の圧電素子間隔を変えて伝搬特性を調査した.励振周波数が2MHz付近では減衰による振幅低下が大きいため,長距離の計測には適していないが,伝搬時間が高精度で求められた.周波数が低い30kHz付近では,減衰が少なく長距離の測定に適している.伝搬モードは,伝搬速度から前者がクリーピング波,後者がSOモードと考えられる.次に,超音波計測に及ぼすスリットの影響について検討した.2つの圧電素子の間にスリットが存在する時には,伝搬時間が増大し,受信波形の振幅が低下した.この現象はスリットを迂回した超音波を受信したもので,き裂評価に利用できると考えられる.2MHz励振に較べ,30kHz励振では振幅低下が小さく,計測しやすい事が分かった.また,スリットの直角方向からの超音波が回り込んでスリットに沿って伝搬する現象も,受信圧電素子をスリットに沿って配置することにより確認できた.この結果,感度が低いがスリットの長さの計測に利用できる可能性が確認できた.最後に,2つの圧電素子の間に溶接ビード(隅肉溶接及び突き合わせ溶接)を位置させた計測を行い,超音波の振幅と伝搬時間に与える影響を検討した.2MHz励振と30kHz励振の超音波は共に,溶接ビードの影響は少ないことが分かった.溶接ビードに邪魔されない計測が可能と考えられる.船舶において疲労き裂が発生する確率の高い隅肉溶接部近傍および突き合わせ溶接部近傍にスリット加工を施した試験体を用いて,疲労き裂検出のためのセンサの最適配置(送信受信位置)の検討を行った.また,22年度は,指向特性の改善と波のモードの影響を検証した.異なる波のモード(縦波,横波,表面波)を使用しても,スリットの検出が可能であることが確かめられた.また,指向性の改善は,計測のSN比向上に有益であった.ただし,送受信間隔については,縦波を用いた場合には,波の減衰の程度がやや大きいため,広く取れないことが分かった.次に,疲労予き裂を導入した中央貫通切欠試験片(W=100mm, a_0=6mm, a_R=15mm)を用いて,疲労き裂の検出とき裂長さの評価精度を検証した.疲労き裂の検出性能と長さの評価性能は,疲労予き裂の開閉口挙動に影響されることが分かった.小さいき裂(長さ30mm)の場合には,疲労き裂が完全に開口する0.6σ_<MAX>以上において,計測条件を整えることにより,き裂長さを正しく評価できることが分かった.送受2つのセンサによるき裂長さの評価は,波の伝搬時間の測定誤差が大きな影響を与えることが分かった.そのため,受信波の時刻測定精度を左右する受信波形の改善が重要である.特に,受信波の持続時間が長かったり,後続の波形と分離しにくい場合には,き裂長さを過大評価する傾向がある.計測法と波形解析の改良が必要である.船体における疲労き裂発生の主要部位である隅肉溶接部近傍に貫通スリット加工を施した試験体を用いて,疲労き裂の発生伝播をモニタリングする超音波送受信システムの機能を検証した。前年度は、モニタリングのためのセンサの配置や波のモード(縦波、横波(SV,SH)、表面波)等について、透過波と反射波を組み合わせた適切な適用方法を明らかにした。今年度は、き裂進展の定量評価を目的に4つの波モードの特質を検討した。SHモード横波が波形伝搬に伴う歪みが少なく適用しやすく,表面波は隅肉による減衰を受けやすいものの、き裂表面開口部のみに着目した評価ができるなど、波モードに特有の性質を反映した評価性能を示した。定量評価のためには、伝播時間(TOF)の変化を利用した方法と振幅変化を使用した方法がある。前者は理論式が適用できるが、一般的なセンサ配置においては伝播時間の変化が小さいため、限定的な利用になると考えられた。

後者の方法は、ほぼ指数分布を基に検量線を定める事により、き裂サイズの定量化に利用できると考えられた。また、前年度同様に疲労き裂を発生させた試験体を用いて、応力作用下の疲労き裂評価性能を検証した。中央貫通き裂(KA40鋼、一定荷重振幅試験、応力比0.1)では、き裂が開口している応力範囲、すなわち最大応力の約50%以上の応力で疲労き裂長さを評価する必要があることが分かった。一方、片側疲労き裂ではこのような現象は観測されなかった。片側疲労き裂(KA40鋼、一定荷重振幅試験、応力比0.1)は開口しやすいことが原因として考えられた。船体における疲労き裂のモニタリングにおいては、き裂の開閉口挙動にも留意し,船体運動との同期した計測による適切なデータ取得が重要である。
ニューロフィラントの分子解剖学的解析

ニューロフィラメント(NF)の機能的意義について、特にそのリン酸化と形態学的構成について4つの新知見が得られた。1.牛脳から分離精製したNFサブユニット蛋白質(NF-L,NF-M,NF-H)を種々の組合わせで再構成させ急速凍結ディープエッチ電顕法で観察した。その結果NF-HがNFの本質的構造であるクロスブリッジの形成に最も重要であることがわかった。2.次にNF-Hは蛋白質の中で最もリン酸化されていること、またリン酸化の程度は軸索で大きく、樹状突起、細胞体で小さいこと、更に軸索と樹状突起でNFの形態学的構成が極めて異なることから、NF-Hのリン酸化の変化がNFの形態にどのように影響するかをin vitroの切片法、低角度回転蒸着法及びディープエッチ法で検索した。脱リン酸化するとクロスブリッジが太く、分枝が多くかつ頻度が減少し、コアフィラメント間の間隔が狭くなることがわかり、正常なクロスブリッジ形成にNF-Hのリン酸化が必要と考えられた。3.更にニューロン内において何故NF-Hが軸索ではリン酸化され他のコンパーメントではそうでないかを明らかにするため、ラット神経細胞の樹状突起を用いて免疫細胞化学的に検索した。その結果NFが単独で存在する場合はNF-Hはリン酸化されないが、NFが複数集合するとリン酸化されることがわかった。すなわちNF-HがNF間のクロスブリッジを形成するためにリン酸化が必要であり、他の蛋白質と相互作用する場合は非リン酸化が必要なことが示唆された。4.更に上記の結果から、NF-Hのリン酸化の程度でクロスブリッジの構造が変化することが考えられ、アルミニウム投与したウサギ脳を用いて、神経細胞の細胞体と樹状突起に蓄積したNFを軸索NFと比較し、前者のNF-Hは後者よりリン酸化の程度が低く、コアフィラメントの配列が不規則で、クロスブリッジの頻度が小さく分枝する傾向にあった。以上よりNF-Hのリン酸化がよく発達した規則的なクロスブリッジを形成するために必要なことがわかり、NF蛋白質のリン酸化とNFの形態学的構成との間に相関関係が示唆された。ニュ-ロフィラメント(NF)の各サブユニットに対する抗体を用いてラット及びウサギの小脳プルキンエ細胞と脊髄前角細胞の細胞体、樹状突起及びその周囲に存在する軸索及び軸索終末を用いてニュ-ロン内におけるNF蛋白質の分布を明らかにした。最近入手したNFーHの非リン酸化epitopeのみを認識する抗体も用いて、より明確に理解できたことであるが、NFーHに関してはその分布がリン酸化の具合により著しく異なることがわかった。すべてのニュロンがNFをもつのではなく、ある種の細胞はいずけの抗体でも染色されず、またここではNF構造も見られずNFが存在しないと考えられる。NFーHとNFーMのリン酸化したepitopeを認識する抗体は軸索を特異的に染めるが、NFーHをリン酸化の程度にかかわらず認識する抗体及びNFーHの非リン酸化epitopeのみを認識する抗体はニュ-ロンの全体を染色する。しかし太く長い樹状突起ではNFーH,NFーMがリン酸化され、ここではNFが束を作り平行に走行し軸索のそれに類似している。

NF蛋白質は細胞体、樹状突起と軸索終末では微細管、ミトコンドリアの分布に一致していることがわかり、また軸索終末では非リン酸化NFーHのみならずリン酸化したものも軸索同様にみられ、リン酸化と脱リン酸化の相互変換は今まで考えられていたような軸索終末のみではなく軸索全体に渡って行われていると考えられる。非リン酸化NFーHの存在状態については不明であったが、リン酸化NFーHと同様NFに組込まれファラメントを形成していることが、コロイド金標識で明らかになり、リン酸化しなくても他の細胞骨格系、細胞質蛋白質と相互作用することが示唆される。塩化アルミニウム処理ウサギの脊髄前角細胞体に集積したNFを用いて、NF間のクロスブリッジの規則性がNFーHのリン酸化の程度が増すにつれて増加する傾向が有することがわかり、平行なNFの配列には発達したクロスブリッジが必要なことが考えられる。個体発生学的検索ではラットプルキンエ細胞において(ここではNFーHのリン酸化されたものは存在しない)津後5日にNFーHが出現し、これ以前のNFはNFーLのみ(NFーMについては不明)から成り、その後NFーHが付加されトリプレットのNFが形成される知見を得た。本年度はニューロフィラメント(NF)、特にその本質的機能を担うと考えられているNF-H形態、すなわちprojectionあるいはcrossbridgeが脱リン酸化によりどのように影響されるかをin vitroの再構成NFを用いて明らかにしたことが主な収穫である。牛脊髄の有髄線維からNFを単離し、そのサブユニット蛋白質(分子量の小さい方からNF-L,NF-M,NF-Hとする)を分離精製し、各サブユニットを再び重合させトリプレットNFを作製した。更にNF-Hのみを重合させてNF-H NFも作製した。この2種類の再構成NFをアルカリフォスタファーゼで脱リン酸化することによりどのようにNF-Hの担う形態が変化するかを主に低角度回転蒸着法(projectionのみ観察可能)と雲母を用いた急速凍結ディープエッチ法(projectionとcrossbridgeの両方観察可能)で検索した。その結果、低角度回転蒸着法による検索では従来の報告通り、projectionの形態には変化がみられなかった。しかし急速凍結ディープエッチ法による検索ではcrossbridgeの形態に定性および定量的な変化がみられた。すなわち脱リン酸化するとcrossbridgeの出現頻度が有意に減少し、かつcrossbridge自体に分枝が増加しsmoothでなくなることがわかった。この現象は両方の再構成NFでみられ、NF-Hがリン酸化されないとsmoothで規則的なcrossbridgeができにくくなることがわかった。現在packing densityの変化があるかどうかを超薄切片法で検索中である。更に今回得られたin vivoでの所見であるが、神経細胞内のリン酸化及び非リン酸化NF-Hの存在状態について共にNFに組込まれていることは以前報告したが、細胞体、樹状突起においてはリン酸化NFの方が非リン酸化NFに比べてより小さい分子すなわちオリゴマーとして存在することが多いことがわかった。この意義については不明であるが、神経変性疾患及びアルミニウム中毒により神経細胞のこの領域でのリン酸化NF-HをもつNFが増加することに関与していることが推測される。ニューロフィラメント(NF)の機能的意義について、特にそのリン酸化と形態学的構成について4つの新知見が得られた。1.牛脳から分離精製したNFサブユニット蛋白質(NF-L,NF-M,NF-H)を種々の組合わせで再構成させ急速凍結ディープエッチ電顕法で観察した。
マウス歯胚形成におけるＣＣＮファミリーの包括的解析

胎生11.5日及び,13.5日のマウス上下顎骨から採取した歯胚を10%FBS,100mg/ml ascorbic acid, 2mM L-glutamine,添加器官培養系で,リコンビナントCCN1, 2, 3, 4, 5及び6タンパクを培地に添加して培養した組織をX線μCTを用いて評価するため、まずワイルドタイプマウス歯胚を等方VOXELで撮影し、3D Tri-Bonで3次元構築した後,体積,最大歯冠長など歯冠の形態計測,及びCT値を骨塩量ファントムにより規格化し,石灰化による硬組織形成度の評価を行った。CCNファミリー遺伝子の発現を解析するため,野生型マウス胎仔から,胎生9.5日,11.5日,13.5日,及び18.5日の歯胚を含む上下顎組織を採取し,パラフィン包埋した後,組織切片を作製し、組織切片上でのCCNファミリーのmRNA発現パターンを検討するため,in situハイブリダイゼーション法を行うジゴキシジェニンラベリングプローブの作成中である。各CCNモジュラー断片の役割を調べるため、胎生9.5日マウス臼歯歯胚から間葉組織と上皮組織の分離を行う方法を確立した。現在タンパク質PCRで調整した各ドメインcDNAを鋳型として作成した発現プラスミドを作成し、歯関連転写因子と分化マーカーの解析を行っている。また,胎生11.5日及び,13.5日のマウス上下顎骨から採取した歯胚を10%FBS,100mg/ml ascorbic acid, 2mM L-glutamine,を添加したDulbecco's modified eagle medium培地を用いた器官培養系で,リコンビナントCCN1, 2, 3, 4, 5及び6タンパクを培地に添加して培養を行った組織をX線μCTを用いて評価するため、まず、ワイルドタイプマウス歯胚を等方Voxelで撮影し,3D Tri-Bonで3次元構築した後,体積,最大歯冠長など歯冠の形態計測,及びCT値を骨塩量ファントムにより規格化し,石灰化による硬組織形成度の評価を行った.胎生11.5日及び,13.5日のマウス上下顎骨から採取した歯胚を10%FBS,100mg/ml ascorbic acid, 2mM L-glutamine,添加器官培養系で,リコンビナントCCN1, 2, 3, 4, 5及び6タンパクを培地に添加して培養した組織をX線μCTを用いて評価するため、まずワイルドタイプマウス歯胚を等方VOXELで撮影し、3D Tri-Bonで3次元構築した後,体積,最大歯冠長など歯冠の形態計測,及びCT値を骨塩量ファントムにより規格化し,石灰化による硬組織形成度の評価を行った。歯の発生は多数の遺伝子,及びその産物が空間的・時間的に順序だって連鎖的に作用して生じる,上皮間葉相互作用の産物である.この上皮間葉相互作用では上皮・間葉間において,細胞同士の直接接触,基底膜や細胞外基質を介した情報交換,及びホルモンや成長因子を介した情報伝達等が幾重にも交錯している.CCNファミリー遺伝子もその一つで、6つのメンバーからなる構造的に類似した細胞外タンパク質群であり,CCNファミリーは細胞分化,遊走,増殖及び接着といった非常に多くの生物学的プロセスを制御している.CCNファミリーの内,歯胚形成時において,CCN2は上皮組織,間葉組織双方に発現しエナメル芽細胞及び象牙芽細胞の分化増殖を制御しており,歯胚の形成への関与を示す報告がされているが,その機能の詳細,及び他のメンバーの歯胚の発生に関する役割はまだ明らかにされていない.本研究では,現在,歯胚におけるCCNファミリーの経時的,空間的発現パターン,及び機能を系統的に解析するため,in vivo及びin vitro実験として,1.胎生期野生型マウスの歯形成過程におけるCCNファミリー遺伝子発現の解析,2.リコンビナントCCNが歯胚発生に及ぼす影響の形態学的解析,3.リコンビナントCCNが歯胚発生におけるRNA及びタンパク質発現に及ぼす影響の解析,4.器官培養系マウス顎骨におけるマウスCCN機能亢進,機能抑制実験,5.CCNノックアウトマウスの歯胚の表現型と歯の発生関連因子の発現解析,6. CCNタンパク質の各モジュラードメインが歯胚に与える影響の解析,を行っているCCNファミリーの介在する歯胚形成時期,部位について未だ明確でないところがあるため.また,器官培養系マウス顎骨を用いた実験系の確立が遅れているため.前年度の研究実績を踏まえ,実施されていない課題について,研究計画通り遂行し、歯胚におけるCCNファミリーの経時的,空間的発現パターン,及び機能を系統的に解析を進めていく。残余使用額は、今年度の研究を効率的に推進したことに伴い発生した未使用額であり、平成25年度請求額と合わせ、平成25年度実験遂行に使用する予定である。
組織幹細胞の分化異常がもたらす皮膚腫瘍形成のメカニズム

イノシトールリン脂質代謝の要の酵素であるホスホリパーゼC(PLC)の中でも、進化的に最も古いデルタタイプの遺伝子欠損マウスを網羅的に作製し、デルタタイプPLCが生命の基本的現象に関与する可能性を検討した。この中で、PLCδ1遺伝子欠損(KO)マウスは、ヌードマウス様の毛のないマウスとして生まれ、生後8日には表皮での異常増殖が観察された。また生後15日頃には,脂腺の拡大とCystと呼ばれる空胞状の分化異常を示す構造が顕著に観察され、表皮幹細胞が毛包へ分化できず、代わりに脂腺と表皮に分化していることが判明した。これらの結果は、PLCδ1が表皮幹細胞の増殖と分化のスイッチングと、毛包や表皮、脂線への分化の方向性の決定に重要であることを示唆している。更にPLCδ1遺伝子欠損マウスでは、生後3か月までに約20%のマウスで皮膚腫瘍が生じることを見出した。そこで、次にどの様なメカニズムで表皮幹細胞の増殖と分化の方向性が決定されていくのか、また組織幹細胞の分化の異常と癌の形成がどの様に関わっているのかを明らかにすることを試みた。多くの癌細胞が幹細胞の性質である自己複製能を持ち、分化異常と癌発症には深い関係があることから、PLCδ1KOマウス表皮幹細胞の性質を検討した。表皮幹細胞をヒゲのbulge部分から単離し新生児の表皮に移植した所、野生型マウスからの表皮幹細胞をPLCδ1KOマウスに移植した場合には、毛包へのシグナルが観察されなかった。このことは、表皮幹細胞自体の異常ではなく、誘導側、即ち表皮幹細胞を取り囲む微細環境の異常、または、表皮幹細胞と微細環境のシグナルの受け渡しに何らかの異常があることを示唆している。
LPLの肥満における機能解明-トランスジェニックウサギを用いた研究

本研究では,我々が開発したヒトリポ蛋白リパーゼ(LPL)を過剰発現する遺伝子組み換えウサギ(LPL Tgウサギ)を用い肥満発症におけるLPLの役割についてin vivoを中心に検討を行った。その結果,1)普通食飼育下において,LPL Tgウサギでは血中のLPL活性は,通常のウサギの3-5倍に上昇しており,血漿中のトリグリセリド(TG)の値は雌で約1/2,雄で1/5に低下していた。また,2)雄ではTG値のみならず,総コレステロール(TC)値,高比重リポ蛋白(HDL),遊離脂肪酸(FFA)の値も有意に低下していた。さらに10%高脂肪食を負荷してLPL Tgウサギの脂質代謝の変化および肥満に関する検討を行ったところ,3)LPL Tgウサギおよび対照群で高脂肪食負荷後の体重増加率に有意差は認められなかったが,LPL Tgウサギで少ない傾向を示した。4)MRI検査では,LPL Tgウサギにおいて腹腔内の脂肪の沈着量が少ないことが観察された。実際に解剖して脂肪重量を測定したところ,LPL Tgウサギで対照群に比べ有意に低値を示した。5)高脂肪食負荷後,血中のグルコース値およびインスリン値は対照群で有意に増加したが,LPL Tgウサギでは高脂肪食負荷前と差はなかった。6)さらに,糖負荷試験を実施したところ,LPL Tgウサギの血中グルコース値,インスリン値,FFAの曲線下面積は対照群と比べて有意に低い値を示した。8)病理学的観察では,LPL Tgウサギの腹腔内脂肪細胞は対照群と比べて細胞の大きさが小さいこと,肝臓ではTGの沈着によると考えられる脂肪肝を生じていることが観察された。以上のように,LPL Tgウサギを用いた研究成果から,LPLは高脂肪食負荷による脂肪沈着を抑制すること,さらには肥満に伴って出現するインスリン抵抗性など糖代謝異常を改善することが示唆された。平成14年度実施結果ウサギは神経質な動物でありマウスと異なりその繁殖には高度な技術と広い実験スペースが必要である。現在までに繁殖によって得られたLPL Tgウサギを用い以下の結果を得ている。今後さらにN数を増やしてこれらの検討の継続を行う。1)普通食飼育下でのLPL Tgウサギの脂質代謝特性LPL Tgウサギでは血中のLPL活性は通常のウサギの3-5倍に上昇していた。その結果,血漿中のトリグリセライド(TG)は雌で約1/2,雄で1/5に低下していた。2)高脂肪食負荷によるLPL Tgウサギの脂質代謝の変化および肥満に関する検討10%高脂肪食の負荷により,LPL Tgウサギおよび対照(Non-Tg)ウサギの体重は増加したが,両者の間に有意な差は認められなかった。高脂肪食負荷後16週目の脂肪測定では,LPL Tgウサギの雄で対照に比べ皮下脂肪,腹腔内脂肪が有意に少なかった。また,血中のグルコース値およびインスリン値は,高脂肪食負荷16週目において対照群で値の増加が認められたが,LPL Tgウサギでは高脂肪食負荷前の値とほぼ同様であった。以上のことより,対照群では高脂肪食の負荷により血中のグルコース値およびインスリン値が上昇し,インスリン抵抗性の発現が示唆されるが,LPL Tgウサギではこれらの値の上昇が見られなかったことより,高脂肪食負荷により生じるインスリン抵抗性の発現を抑制していることが考えられる。平成15年度実施結果

平成14年度から引き続き例数を増やして,1)普通食飼育下でのリポ蛋白リパーゼ(LPL)トランスジェニック(Tg)ウサギの脂質代謝特性,2)高脂肪食負荷によるLPL Tgウサギの脂質代謝の変化および肥満に関する検討を実施した。1)普通食飼育下でのLPL Tgウサギの脂質代謝特性LPL Tgウサギでは血中のLPL活性は,通常のウサギの3-5倍に上昇しおり,血漿中のトリグリセリド(TG)の値は雌で約1/2,雄で1/5に低下していた。また,雄ではTG値のみならず,総コレステロール(TC)値,高比重リポ蛋白(HDL),遊離脂肪酸(FFA)の値も有意に低い値を示した。2)高脂肪食負荷によるLPL Tgウサギの脂質代謝の変化および肥満に関する検討10%高脂肪食の16週週間負荷後の体重増加率に有意差は認められなかったが,LPL Tgウサギで少ない傾向をしめした。解剖して脂肪重量を測定したところ,LPL Tgウサギの雄で対照(Non-Tg)に比べ有意に少なかった。また,TG値はNon-Tg高脂肪食負荷後有意,TC,HDL値は有意に低下した。いっぽう,LPL Tgウサギでは,高脂肪食負荷前と比較して有意な差は認められなかった。さらに,血中のグルコース値およびインスリン値は,高脂肪食負荷16週目においてNon-Tgでそれぞれ有意に増加したが,LPL Tgウサギでは高脂肪食負荷前の値とほぼ同様であった。Lipoprotein lipase(LPL)の肥満における機能解明を目的に,ヒトLPLを過剰発現する遺伝子導入ウサギ(Tg)を用いて実験を行った。LPL Tgウサギに10%高脂肪食を16週間負荷し,体重,血漿脂質の変化,脂肪の沈着,耐糖能等について検討を行った。10%高脂肪食の16週間負荷後の体重増加率に有意差は認められなかったが,LPL Tgウサギで少ない傾向を示した。MRI検査では,LPL Tgウサギにおいて腹腔内の脂肪の沈着量が少ないことが観察された。実際に解剖して脂肪重量を測定したところ,LPL Tgウサギで対照(Non-Tg)に比べ有意に低値を示した。血漿脂質では,LPL TgウサギのTrigryceride(TG)の値は対照と比較して有意に低く約1/5であった。高脂肪食負荷後,対照群ではTG値は上昇,Total cholesterol(TC), High density lipoproteincholesterol(HDL-C)値は低下した。さらに,高脂肪食負荷後,血中のグルコース値およびインスリン値はNon-Tgでそれぞれ有意に増加したが,LPL Tgウサギでは高脂肪食負荷前の値とほぼ同様であった。さらに,高脂肪食負荷16週目において実施した糖負荷試験では,LPL Tgウサギの糖負荷後の血中グルコース値,インスリン値,遊離脂肪酸(FFA)の曲線下面積はNon-Tgと比べて有意に低い値を示した。LPL Tgウサギの病理学的観察では,LPL Tgウサギの腹腔内脂肪細胞は対照群と比べて細胞の大きさが小さいこと,肝臓ではTGの沈着によると考えられる脂肪肝を生じていることが観察された。以上のようにLPL Tgウサギを用いた実験から,LPLは高脂肪食負荷による脂肪沈着を抑制すること,さらには肥満に伴って出現するインスリン抵抗性など糖代謝異常を改善することが示唆された。
要介護高齢者に対する脱水症のリスク評価：唾液を用いた簡易アセスメント指標の開発

老人ホームの看護管理者に対するアンケート調査を行った。看護管理者は、高齢者は、脱水症の診断をすることが難しいと認識しており、新たな指標が必要だと感じていた。次に、老人ホームの高齢者に対して、血液検査、唾液の採取、口腔内水分量、脇の下の温度、湿度、体内水分量を測定した。その結果、脱水症のリスク評価指標として有効なのは、脇の下の温度であり、唾液成分は、脱水症のリスク評価指標としては活用できないことが明らかになった。1.高齢者の脱水症予防に関する我が国の研究の動向:我が国の研究論文のレビューから、高齢者の脱水症の実態ならびにケアの現状を明らかにし、今後の課題について検討した。その結果、我が国の高齢者は、生活の場の違いにかかわらず脱水症のリスクの高い者が多いことが示唆された。また、脱水症のアセスメントについては、高齢者特有のアセスメント指標の開発に関する研究も行われているが、依然としてアセスメントの難しさがあることがうかがえた。さらに、脱水症予防は、水分摂取が第一選択のケアであるが、アセスメントならびにケアの評価が難しいため、「飲んでもらわなければならない」という強迫観念が看護職、介護職ともにあることが推測された。以上より、今後は、脱水症予防のケアの実態やケアする側の心理的影響を含めてさらに調査する必要がある。また、高齢者の脱水症のリスク評価を行うための簡便なアセスメント指標の開発の必要性が示唆された。2.調査研究:介護施設における脱水症のリスク評価の困難度および困難度に影響を及ぼす要因を明らかにし、介護施設における脱水症のリスク評価の現状と課題について検討することを目的とし、全国の特別養護老人ホーム1000か所の看護管理者に対する質問紙調査を行い、アセスメントを行う上での困難の有無と程度、困難な内容と要因などを明らかにした。その結果、リスク評価の基準として、特定の評価尺度を使用している施設は2割弱だった。アセスメントの視点では、飲水量の減少や尿量の減少など特定の項目が抽出された。脱水症の危険性を評価する指標は約4割が必要であると考えていた。アセスメントを行う上での困難な内容は、脱水を疑っても血液検査が行えないことやスタッフの知識や人数の問題などがあげられた。スタッフには飲水に対する強迫観念があることが示唆された。今後、客観的な指標を開発する必要性があると考える。要介護高齢者の脱水症のリスク評価指標としての「唾液」活用の有用性を検証するために、まずは、特別養護老人ホームの看護管理者に対する無記名自記式質問紙調査を行い、脱水症のリスク評価をどのように行っているかを調査した。全国6000か所の特別養護老人ホームのうち、1000か所を対象に調査を行い、330通の回答があった。その結果、特別養護老人ホームにおいて、脱水症のリスク評価を行うことが難しいと回答した者は、全体の約6割であった。脱水症のリスク評価の困難さに影響を及ぼす因子として、リスク評価の指標の有無、介護職の水分摂取に対する認識、リスクの高い人のリストアップの有無、ケアカンファレンスの実施の有無、個別のケアプラン作成の有無、高齢者の反応からアセスメントすることの困難度、水分摂取の効果評価の難しさ、チーム体制を整えること、経験年数の少なさなどが影響を及ぼしていた。新しく脱水症のリスク評価指標が必要であると回答した者は全体の4割であったが、必要がないと回答した者は全体の1割にも満たなかった。以上より、特別養護老人ホームにおける脱水症のリスク評価を容易に行うための新たな簡易指標を開発する必要性が示唆された。今年度は、特別養護老人ホームにおいて、要介護高齢者を対象に、血液データを目的変数として、唾液の成分、脇の下の温度、湿潤度、体内水分量、主観的評価との関連性を調査する予定である。すでに、2か所の特別養護老人ホームで行うことが決まっており、6月から調査を開始する予定である。その結果をもとに、唾液あるいは脇の下の湿潤度を新たな脱水症のリスク評価の指標として活用可能であるか検討する。平成23年度は、介護施設で実施されている脱水症予防のケアの効果を評価するために、特別養護老人ホームの看護職や介護職に対して、アセスメントおよびケアの現状に対するアンケート調査を行う準備を行った。脱水症のアセスメントやケアを行うことが困難な高齢者の特徴と脱水症の発症との関連を明確にし、アセスメント上の課題を抽出する。全国の特別養護老人ホームの看護職と介護職に対する「脱水症予防のアセスメントの現状と課題」に関するアンケート調査を計画している。研究目的は、介護施設に入居している要介護高齢者に対する脱水症予防のためのアセスメントと脱水症予防のためのケアの実態を明らかにし、アセスメント上の課題を検討することである。研究方法は、全国の特別養護老人ホーム約6000か所のうち、1000カ所で働く看護管理者1000名を対象として、郵送法による無記名自記式質問紙調査を行う予定である。

今年度は、調査を行うための準備として文献検索を行い、質問紙の作成を行った。文献検討により、質問項目を以下の通り設定した。まず、施設で行っている脱水症予防のためのアセスメントの内容とケアの実際、ケアの評価の実際、次に、脱水症予防のためのアセスメントとケアを行うことが困難な高齢者の特徴とアセスメントおよびケアに関する困難な内容と課題、脱水症を予防するための看護職や介護職などチームアプローチの実際と課題、施設における脱水症の発症の実態と発症に至るプロセス、簡便なアセスメント指標の必要性に対するニーズである。質問紙がほぼ完成し、次年度調査を行う予定である。初年度には、特別養護老人ホームの看護管理者に対するアンケート調査を行った。その結果、看護管理者は、脱水症のアセスメントを行うことをやや難しいと認識している者が多かった。その理由としては、高齢者は典型的な症状が出ないことや確定診断としての血液検査を行うことが難しいこと等であった。そのため、新たなリスク評価指標が必要であると認識していた。最終年度は、特別養護老人ホームに入居している要介護高齢者90名に対する調査を行った。調査内容は、血液検査、唾液成分、口腔内水分量、腋窩の温度、湿度、皮膚水分量、体内水分量、バイタルサインを測定した。血清浸透圧値が292mOsm/kg・H20未満を正常群,292 mOsm/kg・H20以上を高リスク群とした。血清浸透圧値を従属変数として,年齢,性別,部屋の温度,湿度,生理学的指標としての血圧,脈拍,体温,口腔内水分量,腋窩の表面温度,腋窩の湿度,腋窩の皮膚水分量,総水分量,体水分率,細胞内液量,細胞内液率,細胞外液量,細胞外液率,血液データと唾液成分のすべての項目,個人的要因としてのBMI,要介護度,食事形態,水分摂取量,唾液採取の可否,口腔内水分量の測定可否を独立変数として,単回帰分析を行った。その後,単回帰分析にて有意差のあった項目のうち,血液データと部屋の温度・湿度を除くすべての項目を二項ロジスティック回帰分析(変数減少法)を行った。その結果、血清浸透圧値と有意な関連がみられたのは、腋窩の温度のみであった。唾液成分は、有用な指標とはなりにくいことが明確化された。腋窩の温度は、脱水症の新たなリスク評価指標として有用であることが示唆された。老年看護学本来であれば、実験研究を行う予定であったが、前年度行うはずだった調査研究に時間がかかってしまい、データの集計や分析などを実施したことにより、遅れている。現在は、調査研究から得られたデータをもとに実験研究のプランをたてている段階である。早急に着手する予定である。平成25年度で研究は終了予定であったが、1年間の延長申請を行い、承認されたため、今年度で調査が完了し、目的を達成することが可能であるため。調査用紙の作成は、本研究全体の基盤となるものである。そのため、慎重に検討を重ねている。今年度中に調査を行う予定であったが、脱水症の調査ということもあり、初夏から夏季の時期に行う方がより現状を明確にすることが可能であると考え、無理に2月、3月の寒い時期に行うのではなく、的確に現状を捉えることができる時期の発送を行うことにしたため。老人保健施設において、高齢者を対象に実験研究を行う予定である。
葉酸による神経管閉鎖障害の予防の分子機構解明

本研究の目的は神経管閉鎖を含む胚発生と母体からの葉酸ーメチオニン代謝系の物質供給との関係を解明することである。Cited2欠損胚は胎生014日の母体への葉酸投与により胚の神経管閉鎖障害発症を予防できる神経管閉鎖障害モデルマウスである。Cited2欠損胚の神経管閉鎖障害発症率の解析等から、神経管閉鎖が開始する胎生814日にかけて神経管閉鎖障害発症率が増加し、胚の葉酸需要も増加する可能性が考えられた。葉酸代謝と密接に関連するメチオニン代謝経路の代謝産物は胚発生に必要なDNAやタンパク質の合成、メチル化に重要であるが、肝臓はその主要な代謝器官である。胎生8日以降に母体肝臓でメチオニン代謝経路が変化し、胎児への代謝産物供給が変化するのではないかと考え、検証を試みた。メチオニン代謝経路はメチオニンが代謝され複数の代謝産物を介した後ホモシステインが合成され、再びメチオニンにつながるサイクルである。妊娠8、12日の母体肝臓におけるRNA-seq解析を行ったところ、メチオニンを代謝しホモシステインを合成する方向の酵素発現が一様に低下していた。同時にホモシステインの代謝酵素発現は上昇していた。よって、葉酸需要が高まる発生期に母体肝臓でのメチオニン消費が抑制され、ホモシステイン消費が促進される機構が示唆された。しかしメチオニンやSAM等メチオニン代謝経路代謝産物の母体肝臓中量は妊娠期に変化が見られなかった。またHydro Dynamic injection法を用いたin vivoでの妊娠期母体肝臓細胞へのメチオニン代謝経路酵素を含むいくつかの代謝酵素の過剰発現を試みたが、対照遺伝子は過剰発現された一方で代謝酵素発現上昇は見られなかった。よって、妊娠期母体肝臓ではメチオニン、SAM量の維持を含む胚発生に適正な栄養状態を保つ強固な機構が機能している可能性が考えられた。29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は、神経管閉鎖を含む胚発生において、母体からの栄養供給、特に葉酸ーメチオニン代謝系(One-carbon metabolism)の物質供給がどのように関わっているかを解明することである。Cited2欠損胚は胎生14日での神経管閉鎖障害発症が知られており、胎生014日の母体への葉酸投与によって胚の神経管閉鎖障害の発症を予防できるとされる神経管閉鎖障害モデルマウスであるが、胎生10.5日のCited2欠損胚では神経管閉鎖障害を示した胚は27%(3/11)だった。よって、神経管閉鎖が開始する胎生8日から胎生14日にかけて、CITED2欠損による神経管閉鎖障害発症率が増加し、胚の葉酸需要も増加するのではないかという可能性を考えた。一方で、葉酸代謝経路と密接に関連するメチオニン代謝経路の代謝産物SAMはDNAやタンパク質、脂質などのメチル化に重要であるが、肝臓で多く合成されることが知られている。哺乳類では胎生8日以降に母体の肝臓が肥大化することから、この発生期に母体肝臓でSAMの合成が増加、消費が減少し、胎児へのSAM供給が増加するのではないかと考えた。(1)非妊娠マウス、妊娠8.5日、12.5日マウスの母体肝臓重量を測定し、妊娠8.5日、12.5日の母体において肝臓の肥大化が見られることを確認した。(2)非妊娠マウス、妊娠8.5日、12.5日マウスの母体肝臓におけるメチオニン代謝経路の酵素発現変動を調べるため、RNA-seq解析、プロテオーム解析を行った。また、qRT-PCR、ウェスタンブロットによっても確認した。非妊娠マウスと比べて、妊娠8.5日、12.5日の母体肝臓ではメチオニン代謝の酵素に変動があった。胎生10.5日のCited2欠損胚における神経管閉鎖障害発症率を調べたところ、27%(3/11)であり予想外に低い値であった。そこでCited2欠損胚の神経管閉鎖障害発症率が胎生1014日にかけて増加することを現在再確認している。また、この結果から、神経管閉鎖が開始する胎生8.5日から胎生14日の間にCited2欠損胚の葉酸需要も増加するのではないかと予想された。これまで妊娠812日にかけて母体の肝臓が肥大化することが確認されており、また、肥大化した肝臓でメチオニン代謝酵素発現が変動していることを、一部の酵素のmRNAレベル、タンパク質レベルの測定によって明らかにした。Cited2欠損胚は胎生14日での神経管閉鎖障害発症が知られており、胎生014日の母体への葉酸投与によって胚の神経管閉鎖障害の発症を予防できるとされる神経管閉鎖障害モデルマウスである。胎生10.5日のCited2欠損胚の神経管閉鎖障害発症率等の解析から、神経管閉鎖が開始する胎生8日から胎生14日にかけてCITED2欠損による神経管閉鎖障害発症率が増加し、胚の葉酸需要も増加するのではないかという可能性が考えられた。一方で、葉酸代謝経路と密接に関連するメチオニン代謝経路の代謝産物SAMはDNAやタンパク質、脂質などのメチル化に重要であるが、肝臓で最も多く合成されることが知られている。

哺乳類では胎生8日以降に母体の肝臓が肥大化することから、この発生期に母体肝臓でSAMの合成が増加、消費が減少し、胎児へのSAM供給が増加するのではないかと考え、検証を試みた。妊娠期に変動する遺伝子群を調べるため、妊娠8.5日、12.5日の母体肝臓におけるプロテオミクス解析、RNA-seq解析を行ったところ、妊娠8.5日、12.5日の母体肝臓でSAM合成酵素の発現は上昇している傾向にあった。また、SAMを消費する酵素発現は減少している傾向にあった。さらに、SAM代謝経路の変動と同時に一連の細胞増殖関連遺伝子等、いくつかの生物学的な経路が亢進していることがわかった。SAM代謝経路の変動と同時に変動する細胞増殖等のいくつかの生物学的経路がRNA-seq解析から予想されており、当初予期されなかった胚発生に重要な母体肝臓の役割を解明できる手がかりが得られている。また、本研究で明らかになった妊娠期に発現変動する遺伝子を母体肝臓で操作するため、妊娠期の母体肝臓で遺伝子操作する系を確立した。妊娠0日目に、肝臓特異的な遺伝子発現を可能にするpLiveベクターをHydro Dynamic injection法(HDi法)により母体肝臓に導入することで、妊娠期に母体肝臓のヘパトサイトで遺伝子操作をすることが可能となる。このHDi法によって母体肝臓でlacZを過剰発現させた際、妊娠日数、産まれた仔の数、仔の体重には影響が見られなかった。従ってこの方法で、妊娠期母体肝臓でのSAM代謝による胚発生への影響を調べることができると考えられる。本研究の目的は神経管閉鎖を含む胚発生と母体からの葉酸ーメチオニン代謝系の物質供給との関係を解明することである。Cited2欠損胚は胎生014日の母体への葉酸投与により胚の神経管閉鎖障害発症を予防できる神経管閉鎖障害モデルマウスである。Cited2欠損胚の神経管閉鎖障害発症率の解析等から、神経管閉鎖が開始する胎生814日にかけて神経管閉鎖障害発症率が増加し、胚の葉酸需要も増加する可能性が考えられた。葉酸代謝と密接に関連するメチオニン代謝経路の代謝産物は胚発生に必要なDNAやタンパク質の合成、メチル化に重要であるが、肝臓はその主要な代謝器官である。胎生8日以降に母体肝臓でメチオニン代謝経路が変化し、胎児への代謝産物供給が変化するのではないかと考え、検証を試みた。メチオニン代謝経路はメチオニンが代謝され複数の代謝産物を介した後ホモシステインが合成され、再びメチオニンにつながるサイクルである。妊娠8、12日の母体肝臓におけるRNA-seq解析を行ったところ、メチオニンを代謝しホモシステインを合成する方向の酵素発現が一様に低下していた。同時にホモシステインの代謝酵素発現は上昇していた。よって、葉酸需要が高まる発生期に母体肝臓でのメチオニン消費が抑制され、ホモシステイン消費が促進される機構が示唆された。しかしメチオニンやSAM等メチオニン代謝経路代謝産物の母体肝臓中量は妊娠期に変化が見られなかった。またHydro Dynamic injection法を用いたin vivoでの妊娠期母体肝臓細胞へのメチオニン代謝経路酵素を含むいくつかの代謝酵素の過剰発現を試みたが、対照遺伝子は過剰発現された一方で代謝酵素発現上昇は見られなかった。よって、妊娠期母体肝臓ではメチオニン、SAM量の維持を含む胚発生に適正な栄養状態を保つ強固な機構が機能している可能性が考えられた。
微小試験片を用いた強度試験方法の確立

セラミックスの曲げ強さ試験はJIS R1601によれば、大きさ3×4×36mmの試験片を多数必要とするが、部材中の強度の局所的分布、高価あるいは大試料作製不能な物質では、微小試験片でなければ強度測定は望めない。また、中性子照射の実験では、照射体積の有効利用などの理由から微小試験片が必要とされている。本研究では、最も小さいもので0.2×2×7mm程度の試験片を対象として、これら微小試験片を用いた強度試験方法の確立に必要となる基礎的な研究及びその応用を行った。セラミックスの強度は試験片の形状、大きさ及び表面状態並びに試験条件の影響を受けやすいので、測定時の誤差が生じにくい試験方法を選択することが大事となる。またセラミックスの強度は試験片寸法に大きく依存するために、微小試験片から体積の大きな部材の強度を予測するには、強度の寸法効果が明らかでなければならない。そこでまず、測定誤差が生じにくく、かつ取り扱いが容易である曲げ治具と、構造が簡単で小型の微小曲げ試験専用の強度試験機を試作した。また、微小試験に生じる誤差の原因として表面加工の影響、ねじれの影響、歪み速度の影響を調べ、誤差の少ない試験に必要となる試験片形状、表面粗さ、試験条件について検討を行なった。これらの治具と試験方法を用い、同一の試料から大きさの異なる試験片を取り出して強度測定を行い、試験片寸法が強度に及ぼす効果を調べた。ワイブルの寸法効果式の適合性について検討し、有効面積を用いた単一モードの寸法効果式が成立していることを明らかにした。この結果から、微小試験片の強度から標準試験片の強度を予測する方法を検討した。なお、実際に微小試験片を用いた強度試験の応用として、中性子照射したAlNの強度測定を行った。1.同一のセラミックス焼結体を用い3×4×40mmの標準試験片から、0.2×2×8mmの微小試験片まで、5段階に寸法を変化させた試験片を作製し材料強度に及ぼす試験片寸法の効果を測定した。その結果、従来行われている単一モードのワイブル寸法効果補正式ではデータが整理できないことがわかった。これは、試験片の微小化にともない体積に占める表面積の割合が増加して表面欠陥からの破壊が増加したためである。そこで、2種類以上の破壊源を考慮した多重モードワイブル補正式を用いると粒径3μm以下の試料では比較的良い近似を与えるが、粒径3μm以上の試料では成立しないことがわかった。2.微小試験片作製において従来の手作業による方法では、試験片を研磨して薄片化(0.5mm以下)すると、試験片の厚さにバラツキが生じ均一な試験片を作ることが難しかった。また、試験片表面の粗さの状態が強度を大きく左右することからも、良好な試験片を作製するには新たな手法を開発する必要があることがわかった。3.微小試験片用に改良型の強度測定治具を作った。主な改良点は、(1)支点の中心位置が正確で、繰り返し使用しても位置のズレが生じないようにした。これにより、強度測定時の誤差が減少した。(2)治具の支点に、円柱状のアルミナ支点を使用した。これにより、高荷重においても支点が変形せず、また誤って破損した場合に交換することができるようになった。この他に、この支点は円柱状であるために、荷重時の試験片と支点との摩擦を減少し、摩擦による強度測定時の誤差を減らすものと考えられる。1.微小試験片の曲げ強度測定のため、クロスヘッド速度を低速にすることができる、小型で安価な試験機を作製した。負荷の発生機構に積層圧電アクチュエーターを使用したことにより、負荷機構を簡単にでき、クロスヘッド速度の制御を容易に行うことができた。

試験片の変位量を直接測定する機構を追加することにより、微小試験片の強度だけでなく、静的弾性率の測定も行うことができた。本試験機による強度測定値の信頼性は、市販の万能試験機による測定値の信頼性と同程度であり、本試験機が微小試験片の曲げ強度を測定する上で有効な装置であることがわかった。2.微小試験片の強度に影響を与えると考えられる因子として、試験片の表面粗さ、ねじり応力、荷重速度の影響を評価した。この結果、今回用いた試料ではJISR1601に定められている表面粗さを用い、試験片の幅と厚さと長さの比がほぼ一定となるように試験片を微小化し、各サイズの試験片で歪み速度が等しくなるように荷重速度を設定した場合には、これらの影響による測定誤差は生じにくいことがわかった。3.数段階に寸法を微小化させた試験片を用いて、強度測定を行った結果、各寸法の試験片の測定強度はワイプル分布による強度の整理が可能なことがわかった。また、今回用いた試料では破面のSEM観察の結果、破壊源はどの試料でも主に表面破壊であり、ワイブル係数は最も小さい試験片を除きほぼ一定の値を示した。これから、ワイブル係数が一定である場合には、表面積を用いた単一モードの寸法効果式が成立すること、そして、微小試験片の測定強度から標準試験片の強度が予測できることがわかった。
キラル非対称な化合物の鏡像異性体の一方のみを定常的に生成し続ける開放化学系の開発

自然界におけるホモキラリティーの発現を、散逸構造としてのキラル対称性の破れ、すなわち非平衡開放化学系においてゆらぎが成長した自己組織化構造とみなしたモデルが、約20年前に提唱された(D.K.Kondepudi, G.W.Nelson, Neture,1985,314,438)。しかし、実際にこのモデルにしたがって、自発的ホモキラリティーの発現が確認された研究例は無かった。そこでまず、1,1'-ビナフチルの過冷却融液中からの結晶化について研究を行なった。1,1'-ビナフチルは、145°C以上158°C:以下においてキラル結晶として析出することが知られており、またその結晶化挙動は、キラル自触媒的であることも確認されていた(D.K.Kondepudi, J.Laudadio,K.Asakura,J.Am.Chem.Soc.,1999,121,1448)。結晶成長フロント温度が145°C以上158°C以下の場合には、結晶相の光学純度はほぼ60%前後で一定となり、この現象については、結晶化系における温度分布、結晶相のX線回折から、結晶相の成長フロントという開放化学系において、キラル対称性の破れ転移が起こったためであることが確認された。また、このキラル対称性の破れ転移を説明する非線形動力学モデルを作成し、ラセミ環境が不安定化するメカニズムの検討を行なった。この研究と平行して、不斉アミノアルコールを触媒補助剤とした不斉増幅現象のメカニズムを解析する研究も行なった。本研究の最終目標は、有機化学反応系においてKondepudi & Nelsonモデルに対応するキラル対称性の破れ転移を実現させることである。その候補としてSoaiらにより発見されたキラル自触媒反応(K.Soai, et al.,Nature,1995,378,767)があるが、不斉増幅現象が観察される化学系は、関与する分子がこのキラル自触媒反応と非常に類似している。この不斉増幅反応を解析したところ、Michaelis-Menten型の中間体が存在することが予想された。本年度は、1)1,1'-ビナフチルの過冷却融液中からの結晶化における自発的キラリティーの発現2)不斉アミノアルコールを触媒補助剤としたベンズアルデヒドと有機亜鉛による不斉アルコールの合成反応における不斉増幅現象についてそれぞれ検討を行った。1)は、1,1'-ビナフチルの過冷却融液中から生成された多結晶体が、自発的に鏡像異性体のどちらかで独占される現象であるが、その結晶化の際の温度測定を行ない、結晶化前の融液表面の温度が均一な状態であるならば、生成する多結晶体の光学純度の絶対値のばらつきは小さくなることが認められた。Kondepudi及びNelsonにより提唱されたキラル対称性の破れのモデル(D.K.Kondepudi, G.W.Nelson, Nature, 1985, 314, 438)に本現象を当てはめると、自発的なキラリティーの発現は、結晶成長フロントというキラル自触媒的に結晶化が進行する開放系におけるキラル対称性の破れとみなすことが可能であった。また、結晶化の際の潜熱の発生による温度変化はかなり大きく、最初の核生成とその後の多結晶体としての成長は異なった温度で進行することを見出した。

2)は、反応に用いる触媒補助剤の光学純度よりも、生成物の光学純度の方が高くなる現象であるが、Oguniらにより報告されたPDBを触媒補助剤とした反応系(N.Oguni, et al., J. Am. Chem. Soc., 1988, 110, 7877)について速度論解析を行った。その結果、触媒補助剤と有機亜鉛を反応系に加える順序を逆とすることで、反応速度が大きく異なることが認められた。またこの順序は、反応により生成される不斉アルコールの光学純度にも、大きな影響を与えることが見い出された。本年度は、昨年度に引き続いて1)1,1'-ビナフチルの過冷却融液中からの結晶化における自発的キラリティーの発現2)不斉アミノアルコールを触媒補助剤とした不斉合成反応における不斉増幅現象について検討を行った。1)は、1,1'-ビナフチルの過冷却融液中から生成された多結晶相が、自発的に鏡像異性体のどちらかで独占される現象であるが、その結晶化の際の温度測定及び得られた多結晶相のX線回折による分析を行なった。そして、結晶成長フロント温度がキラル結晶のみが析出する領域で、実際にラセミ混合物が多結晶相中に混入していないことが確認された場合は、その光学純度の絶対値はほぼ60%前後の一定の値となることを見い出した。また、光学純度は結晶相のサイズには依存しなかったことから、Kondepudi及びNelsonにより提唱されたキラル対称性の破れのモデル(D.K.Kondepudi, G.W.Nelson, Nature, 1985,314,438)に対応させ、結晶成長フロントというキラル自触媒的に核生成が進行する開放系におけるキラル対称性の破れとみなすことが可能であった。さらに、Kondepudi及びNelsonのモデルよりも実験系に近いモデルを考案し、シミュレーションによる検討も行なった。2)は、反応に用いる触媒補助剤の光学純度よりも、生成物の光学純度の方が高くなる現象であるが、Oguniらにより報告されたPDBを触媒補助剤とした反応系(N.Oguni, et al., J.Am.Chem.Soc.,1988,110,7877)について解析を行った。その結果、触媒補助剤と有機亜鉛を反応系に加える順序を逆とすることで、反応速度及び生成される不斉アルコールの光学純度が、大きく影響を受けることを見い出した。また、この機構を説明するモデルを考案し、シミュレーションを行なったところ、実験結果を再現することができた。本研究計画の最終年度に当たる本年度も、一昨年度及び昨年度に引き続いて1)1,1'-ビナフチルの過冷却融液中からの結晶化における自発的キラリティーの発現2)不斉アミノアルコールを触媒補助剤とした不斉合成反応における不斉増幅現象の2つの化学系を対象として研究を行なった。1)については、過冷却融液中で成長している1,1'-ビナフチル結晶相の成長フロントという開放化学系において、キラル対称性の破れ転移が起こり、その結果として自発的にキラリティーが発現したことが実験的に予想された。そこで、そのメカニズムを説明するための非線形動力学モデルを作成し、安定性解析およびシミュレーションにより検討を行なったところ、キラル自触媒的過程の速度が他の過程よりも速くなることで、ラセミ的環境がゆらぎに対して不安定化し、キラル対称性の破れ転移が起こることが確認された。このように、結晶成長フロントという開放