hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
副甲状腺ホルモンによる骨シアロタンパク質の転写の調節

1.骨芽細胞様細胞であるROS17/2.8細胞にヒト1-34副甲状腺ホルモン(PTH;10^<-8>M)を添加後,RNAを抽出しノーザンブロットを行った結果,BSPmRNA量は6時間後に約5倍に上昇し,その後徐々に低下した。タンパク合成阻害剤であるシクロヘキシミドを同時投与すると,PTH刺激によるBSPmRNAの上昇が消失することから,PTHの効果はタンパク合成を介する間接的なものであると考えられた。次に,PTHがmRNAの安定性に影響を与えるか否かを転写阻害剤を用いて検討したところ,PTHはBSPmRNAの半減期を変化させないことが判明した。2.BSPの遺伝子上流域プロモーターの活性を検索する目的で,ルシフェラーゼアッセイを行った。ルシフェラーゼベクターに,種々の長さに調節したプロモーター遺伝子を挿入し,ROS17/2.8細胞へリポフェクチンにて導入した。PTH刺激によりBSPプロモーターの116塩基上流を含むコンストラクトでルシフェラーゼ活性の上昇が認められた。BSPプロモーターの116塩基上流にはサイクリックAMPレスポンスエレメント(CRE)および下垂体特異的転写活性化因子(pituitary-specific transcription factor-1;Pit-1)結合配列に類似した配列が存在するが,Pit-1配列の上流約半分を欠失したコンストラクトではCRE配列を含んでいるにもかかわらず,PTH刺激でルシフェラーゼ活性の上昇が認められなかった。以上の結果より,BSPプロモーター中のPit-1に類似した配列を介してPTHによる転写の調節が行われていると考えられた。3.BSPプロモーター中のPit-1配列をアイソトープで標識し,ゲルシフトアッセイにて核内タンパク質との結合性の検索を行った結果,Pit-1配列とコンフルエント後のROS17/2.8細胞核内タンパク質との複合体が観察された。この複合体は抗pit-1抗体と反応し,さらにPTH刺激により減少した。PTHはROS17/2.8細胞においてBSPのmRNA量を上昇させることから,Pit-1はBSPの転写を抑制し,PTH刺激によりPit-1が減少してBSPの転写を進行させると考えられた。1.骨芽細胞培養系(ROS17/2.8骨芽細胞様細胞)にヒト1-34副甲状腺ホルモン(PTH;10-^8M)を添加後,RNAを抽出し,ノーザンブロットを行った結果,PTHは添加3時間後にmRNAの発現を約5倍に増加させが,6時間後には約2倍にまで低下した.PTH添加12時間後には再び約5倍に増加し,その後徐々に低下するという2相性の促進が認められた.また,PTHの効果がmRNAの安定性に関与するかどうかを,mRNA合成阻害剤を用いて検討したところ,PTHは安定性には影響しないことが明らかになった.2.ルシフェラーゼベクターに,種々の長さに調節したプロモーター遺伝子を挿入し,骨芽細胞様細胞(ROS17/2.8cells)の中へDEAE-dextran法にてトランスフェクションを行い,PTHで刺激したところ,BSPのプロモーター約116塩基上流を含むコンストラクトでルシフェラーゼ活性の上昇が認められた.BSPプロモーター約116塩基上流にはサイクリックAMPレスポンスエレメント(CRE)および下垂体特異的転写活性化因子(pituitary-specific transcription factor-1;Pit-1)結合配列に類似した配列が存在したが,Pit-1配列の上流約半分を欠失したコンストラクトではCRE配列を含んでいるにもかかわらず,PTH刺激でルシフェラーゼ活性の上昇が認められなかった。以上の結果より,BSPプロモーター中のPit-1に類似した配列を介してPTHによる転写の調節が行われていると考えられた.3.BSPプロモーター中のPit-1配列をアイソトープで標識し,ゲルシフトアッセイにて核内タンパク質との結合性の検索を行った結果,Pit-1配列とROS17/2.8細胞核内タンパク質との複合体が観察された.さらにPTH刺激により核内に存在するPit-1配列結合性の転写因子が減少することが明らかになった.この結果は,PTHによるBSPの転写の調節は,Pit-1配列に結合する核内転写因子が減少することにより行われていることを示唆していた.1.骨芽細胞様細胞であるROS17/2.8細胞にヒト1-34副甲状腺ホルモン(PTH;10^<-8>M)を添加後,RNAを抽出しノーザンブロットを行った結果,BSPmRNA量は6時間後に約5倍に上昇し,その後徐々に低下した。BSPプロモーターの116塩基上流にはサイクリックAMPレスポンスエレメント(CRE)および下垂体特異的転写活性化因子(pituitary-specific transcription factor-1;Pit-

1)結合配列に類似した配列が存在するが,Pit-1配列の上流約半分を欠失したコンストラクトではCRE配列を含んでいるにもかかわらず,PTH刺激でルシフェラーゼ活性の上昇が認められなかった。以上の結果より,BSPプロモーター中のPit-1に類似した配列を介してPTHによる転写の調節が行われていると考えられた。3.BSPプロモーター中のPit-1配列をアイソトープで標識し,ゲルシフトアッセイにて核内タンパク質との結合性の検索を行った結果,Pit-1配列とコンフルエント後のROS17/2.8細胞核内タンパク質との複合体が観察された。この複合体は抗pit-1抗体と反応し,さらにPTH刺激により減少した。PTHはROS17/2.8細胞においてBSPのmRNA量を上昇させることから,Pit-1はBSPの転写を抑制し,PTH刺激によりPit-1が減少してBSPの転写を進行させると考えられた。
時空の大域的因果構造と量子力学

細谷の研究では、(量子)情報珪論と宇宙論・相対論の接点の仕事をパイオニア的に開始し、幾つかの成果が得られた。1.ブラックホール時空における量子場の理論的効果であるホーキング輻射が、量子情報理論の興味深い応用対象になっている。私は、ブラックホール時空における量子的な思考実験を行うことを想定し、観測の後に測定器をブラックホールに放り込む場合の一般化された第二法則を調べた。それによれば、ブラックホール固有のエントロピーと通常の熱力学的エントロピーの和として定義される一般化されたエントロピーの増分は、測定器を放り込まなければ得られたであろう情報量以上である。2.裸の特異点からの放射を1+1次元の場の理論で計算した。考えているのは、境界条件がノイマン条件からディレクレ条件に突然変化する場合で、thunderboltという無限大のエネルギー密度の量子が光速で境界から発せられることが示されている。3.宇宙論に情報理論における重要な概念である相対エントロピーを導入し、宇宙の非一様性を表す尺度とすることを、共同研究者とT.Buchert氏と森田氏と提案した。それによれば、その尺度は物質優勢宇宙に置いては、ある時期に増加すれば以後ずっと増加することが予想される。今のところ線形摂動と球対称非一様解はこの予想を支持している。椎野の研究はブラックホールエントロピーをその事象の地平線の位相構造と関係付けようとしたものである。事象の地平線の空間的トポロジーはその端点の集合によって決まりしかもその構造は広がりを持つのが一般的である。ところが巨視的に球対称ブラックホールは安定であるので、端点集合のミクロな構造がエントロピーを担うことが期待されるのである。実際、鎖状高分子との類推から求められたエントロピーはブラックホールエントロピーと面積との関係を説明する。(1)ブラックホールの力学と熱力学の類似を量子情報理論の観点から研究した。量子エンタングルメント、量子情報及び測定過程間の関係を探るための試みとして、量子情報理論を用いた新しい一般化された第二法則の思考実験を提唱した。まず、実験結果の不確定性を表わす検出器のエントロピーも考慮すると全エントロピーは増加し、通常の熱力学第二法則は成立することを見ている。次に、測定における実験結果に応じて検出器をブラックホールに落下させる思考実験を行なった場合に、ブラックホール外部のエントロピーは落下した検出器の分だけ減少するが、測定に要する仕事を考慮するとブラックホールエントロピーも増加し、一般化された第二法則は成立していることを示した。この研究は下村氏とカルリーニ氏との同研究であり、その内容は出版予定である。(2)量子アルゴリズムさらに、量子計算のアルゴリズムのなかのサブルーティンとして、量子力学的な確率アルゴリズムの一例を示した。そこでは、重ね合わせ状態のまま素数性を判定するプログラムを具体的に示し、それをつかった問題として素数定理のデモンストレーションとそれに類する問題のアルゴリズムを与えた。この研究はカルリーニ氏との共同研究であり、その内容は出版済みである。量子アルゴリズムについては、さらにグローバーのアルゴリズムを任意のエンタグルド状態の場合拡張した。この研究はカルリーニ氏との共同研究であり、その内容は出版予定である。(3)量子計算とデコヒーレンス量子計算中におこるデコヒーレンスのモデルとその計算機シミュレーションを示した。この研究は国内の研究会QIT3で発表。細谷:1.ブラックホールの一般化された熱力学第二法則を、量子情報理論に基づいて示した。

さらに、その発展としてブラックホールにものを落とす場合には、一般化されたエンドロピーの増え分はブラックホールに落ちたものが担う古典的な情報量よりも大きいことが、ホレボの不等式を用いて示された。このことは、長年の懸案であった、ブラックホールの蒸発に伴う情報の喪失問題の解決に重要な示唆を与える。すなわち、情報を得るために行う実験の結果、量子状態が初期の熱的状態から変化する。一方、上記の過程で情報がブラックホールの中へ消えたように見えても、エンタングルした量子状態の中に情報はエンコードされている。やがてそれが熱的状態へと緩和するときに無限遠方に放射されるので、無限遠方の観測者はいつかは情報を受け取ることができる。(投稿準備中)2.古典的な宇宙論において、非一様な宇宙とフリードマン宇宙の違いを定量化するために情報理論を応用して、上記の宇宙の質量分布に対して相対エントロピーを導入した。物質優勢の宇宙の場合に、相対エントロピーが増大する条件を求めた。非一様性が小さい場合は必ず増大することも示すことができた。このことは、重力以外の物理過程では、相対エントロピーは必ず減少する(一様化に向かう)ことと対比されて興味深い。椎野:定常ブラックホールの地平面のトポロジーが球面であることは、,以前に証明と称するものがあるが、ブラックホールが幾つもある時空を考えると不完全なものであることがわかる。時空の光的な無限遠点の未来極限の様子をより厳密に考察することにより、従来あった問題点が解決した。(投稿準備中)細谷の研究では、(量子)情報理論と宇宙論・相対論の接点の仕事をパイオニア的に開始し、幾つかの成果が得られた。1.ブラックホール時空における量子場の理論的効果であるホーキング輻射が、量子情報理論の興味深い応用対象になっている。私は、ブラックホール時空における量子的な思考実験を行うことを想定し、観測の後に測定器をブラックホールに放り込む場合の一般化された第二法則を調べた。それによれば、ブラックホール固有のエントロピーと通常の熱力学的エントロピーの和として定義される一般化されたエントロピーの増分は、測定器を放り込まなければ得られたであろう情報量以上である。2.裸の特異点からの放射を1+1次元の場の理論で計算した。考えているのは、境界条件がノイマン条件からディレクレ条件に突然変化する場合で、thunderboltという無限大のエネルギー密度の量子が光速で境界から発せられることが示されている。3.宇宙論に情報理論における重要な概念である相対エントロピーを導入し、宇宙の非一様性を表す尺度とすることを、共同研究者とT.Buchert氏と森田氏と提案した。それによれば、その尺度は物質優勢宇宙に置いては、ある時期に増加すれば以後ずっと増加することが予想される。今のところ線形摂動と球対称非一様解はこの予想を支持している。椎野の研究はブラックホールエントロピーをその事象の地平線の位相構造と関係付けようとしたものである。事象の地平線の空間的トポロジーはその端点の集合によって決まりしかもその構造は広がりを持つのが一般的である。
キラルらせん構造を持つ電子導電性無機結晶電極による不斉認識界面の構築

光学異性体は、物理的、化学的性質の多くが同一であり、界面での配向性を制御することによりその分離を行うことは容易ではない。不斉認識法として、光学活性有機物を用いる方法があり、実用化もされているが、熱的、化学的、長期的な安定性に問題がある。これに対し、無機化合物はこれらの安定性に優れている。キラルらせん構造を持つ無機結晶の、右水晶(空間群:P3_12)と左水晶(空間群:P3_22)をそれぞれハンマーで砕き、遊星型ボールミルで粉末状にした。この粉末をふるいにかけ、粒径をそろえた。これを純水、アセトン、2-プロパノール、クロロホルム、n-ヘキサン、ジエチルエーテルの順に洗浄をした。これを中圧液体クロマトグラフィーカラムの充填材として用い、DLアミノ酸の光学分割を試み、右水晶をプラズマ表面処理し結晶の表面に水酸基を化学修飾し、DL-アラニンを不斉認識対象分子として用いた場合、(S)-体の方がより強い相互作用を受けることが、また一方、同様にプラズマ処理を行った左水晶を用いたところ、右水晶の場合と逆の選択性を持つことが確かめられた。更に、0.0444MDL酒石酸/0.5MNaOH水溶液を20mlずつ3つに分け、上記の右水晶、左水晶の粉末をそれぞれ5gずつ加え、24h攪拌した。この溶液を1μmの濾紙で濾過し、それぞれの旋光度を測定した。旋光度の変化から、右水晶表面にL酒石酸が、左水晶表面にD酒石酸が選択的に吸着していることがわかった。水晶粉末はアルカリ水溶液中でDL酒石酸の光学分割を行うことが可能であった。
骨のマイクロ・ナノ構造とマイクロサーキュレーションの統合解析とモデリング

骨の構造形態は微視的な骨単位や骨梁などにより構築され,脈管路血管系などのマイクロサーキュレーションが存在する.骨は支持構造であると同時に循環系構造でもあるが,両者の関連については不明な点が多い.そこで本研究では,骨の微視的な構造形態とその力学的機能,循環機能についての関連について解析することを目指した.放射光X線マイクロCT撮影像により皮質骨内部に存在する脈管路ネットワークのマイクロストラクチャ解析を実施した.マイクロ・ナノスケールにおける皮質骨基質と海綿骨骨梁の力学的特性と材料特性との相関解析を行った.廃用による力学負荷環境変化に対するこれらの経時変化を評価した.さらに,骨膜血管における血流計測法の開発に取り組んだ.また,骨マイクロストラクチャの形態モデルに基づき,骨における生理物質輸送モデリングを行った.脈管路ネットワークのマイクロストラクチャ解析により,成長期における脈管路ネットワーク構造は二相性の変化を示し,廃用による力学負荷の低減によりその構造は希薄化することが明らかとなった.X線回折強度解析と微小硬さ試験により,海綿骨のマクロな異方性は,骨梁の配向性による構造特性のみならず,配向に依存した骨梁の力学特性とハイドロキシアパタイト量にも依存することが示された.微小押し込み試験とフーリエ変換赤外分光顕微鏡法解析とを組合せることで成長期ラット脛骨皮質骨における微細スケールでの弾性特性並びに材料組成の関連性を明らかにした.骨における脈管路ネットワーク構造のボクセルモデルを用い,骨細胞系の活動を維持調節する生理物質供給の脈管路内血管における移流拡散と均質化骨基質における拡散の連成現象解析モデルを提出した.骨の構造形態は微視的な骨単位や骨梁などにより構築され,脈管路血管系などのマイクロサーキュレーションが存在する.骨は支持構造であると同時に循環系構造でもあるが,両者の関連については不明な点が多い.そこで本研究では,骨の微視的な構造形態とその力学的機能,循環機能についての関連について解析することを目指した.放射光X線マイクロCT撮影像により皮質骨内部に存在する脈管路ネットワークのマイクロストラクチャ解析を実施した.マイクロ・ナノスケールにおける皮質骨基質と海綿骨骨梁の力学的特性と材料特性との相関解析を行った.廃用による力学負荷環境変化に対するこれらの経時変化を評価した.さらに,骨膜血管における血流計測法の開発に取り組んだ.また,骨マイクロストラクチャの形態モデルに基づき,骨における生理物質輸送モデリングを行った.脈管路ネットワークのマイクロストラクチャ解析により,成長期における脈管路ネットワーク構造は二相性の変化を示し,廃用による力学負荷の低減によりその構造は希薄化することが明らかとなった.X線回折強度解析と微小硬さ試験により,海綿骨のマクロな異方性は,骨梁の配向性による構造特性のみならず,配向に依存した骨梁の力学特性とハイドロキシアパタイト量にも依存することが示された.微小押し込み試験とフーリエ変換赤外分光顕微鏡法解析とを組合せることで成長期ラット脛骨皮質骨における微細スケールでの弾性特性並びに材料組成の関連性を明らかにした.骨における脈管路ネットワーク構造のボクセルモデルを用い,骨細胞系の活動を維持調節する生理物質供給の脈管路内血管における移流拡散と均質化骨基質における拡散の連成現象解析モデルを提出した.本年度は以下の項目について研究した.1.皮質骨マイクロストラクチャ解析:マウス脛腓骨骨幹部のSpring8断層撮影像に基づいて,を皮質骨内のハバース管など骨基質以外がつくるマイクロストラクチャをそのままに表現する3次元ボクセルモデリングを行った.また,ハバース管を中心とするオステオン構造をモデルに組み入れることで,皮質骨の階層的なストラクチャとその結果としての力学的異方性へのマイクロストラクチャからのシステム的解析の可能性を探った.2.海綿骨マイクロストラクチャ解析:牛大腿骨近位部から採取した海綿骨骨梁について,石灰化成分であるハイドロキシアパタイト量のインデックスとして,X線回折強度を観察し,骨梁の配向方向との関係について検討した.また,同骨梁について、微小硬さ試験を行い,両者の相関関係についても検討した.3.骨サーキュレーションシステムの解析:前項1における断層撮影像から,ハバース管とフォルクマン管がつくるネットワーク構造の解析から,骨膜側から骨髄側に至る血管系の分布ならびにその配向性についての定量的なモデル化の方法について検討した.また,マウスを用いて骨マイクロサーキュレーションを観察するためのプロトコルについて検討した.本年度は以下の項目について研究した.1.海綿骨マイクロストラクチャ解析:海綿骨梁単体の微小硬さ試験,曲げ試験及びX線回折強度解析と,海綿骨ブロック試料の圧縮試験とから,海綿骨構造特性と骨梁の力学特性の関係,骨梁内ハイドロキシアパタイト料と骨梁硬さの関係,海綿骨の力学的異方性と骨梁の力学特性の関係を検討した.その結果,海綿骨のマクロな異方性は,骨梁の配向性による構造特性のみでなく,骨梁の硬さといった力学特性にもよることが確認された.また,骨梁そのものの力学特性と骨梁内ハイドロキシアパタイト量とに相関があることが示された.2.骨組織中コラーゲン-アパタイトの力学的挙動観察:骨組織のコラーゲンとハイドロキシアパタイトの構造に着目し,X線回折により外的負荷に対するコラーゲン及びハイドロキシアパタイトのひずみを計測し,その力学的ふるまい観察を試行した.

その結果,広角回折によりアパタイトのひずみを,小角回折によりコラーゲンのひずみを測定することができ,複合材料としての力学的ふるまいを実験的に解析する可能性を確認した.3.骨の微小循環計測法に関する検討:骨内の局所血流計測法として,放射光CTを利用したマイクロスフェア法の可能性を評価した.局所血流トレーサとなるマイクロスフェアを放射光CTで検出するためのラベリングについて,マイクロスフェアを左室投与したマウス脛骨のCT計測に基づいて検討した結果,ジルコニウムラベルが有効であることがわかった.これによりマイクロスフェアと骨形態とが共に検出可能であることを確認した.皮質骨のババース管,フォルクマン管がなす脈管路の構造は,骨組織内の血管ネットワーク構造と直接に関連し,微小循環や骨形成とその以上を考える上で重要である.本年度はこの皮質骨内の脈管路微細構造に着目して次の項目について研究した.1.廃用性適応による皮質骨構造変化:片側後脚に座骨神経切断術を施した成長期実験用小動物(ラット)を一定期間飼育後,実験側ならびに対照側の脛腓骨の脛骨骨幹部より採取した骨試料に対して,放射光X線マイクロCT解析を実施した.これに基づき骨密度,骨体積,骨膜周長,骨内空孔密度,脈管路分岐点密度などの巨視的ならびに微視的構造形態指標を評価した.骨体積および骨膜周長は成長とともに実験側,対照側ともに増加するが,実験側でその程度は小さいこと,脈管路体積分率や脈管路径などは実験側で小さなことなどが明らかとなった2.力学負荷環境と骨構造変化:汎用X線マイクロCT撮影に基づき,実験用小動物脛腓骨全体のボクセルFEMモデルを作成し,骨内部における負荷状態を解析するとともに,前項の微視的構造形態指標を骨膜・骨内膜側ならびに周方向部位ごとに解析することで,力学負荷環境と構造変化の関係を調べた.廃用による脈管路構造の希薄化は骨膜側,特に前方部において顕著であり,これの部分は構造変化観察部位で圧縮ひずみが支配的であるところであり,座骨神経切断による力学負荷低減と密接に関わる変化であることが明らかとなった.本年度は皮質骨脈管路構造ならびに海綿骨骨梁構造について,次の項目について研究した.1.皮質骨の微細スケールでの力学特性と材料特性との相関解析:ナノインデンテーションテストとフーリエ変換赤外分光顕微鏡法解析とを組み合わせることで成長期ラット脛骨皮質骨における微細スケールでの弾性特性並びに材料組成の関連性について解析した.2.生理的・非生理的負荷条件下における骨リモデリングシミュレーションモデル:生理的負荷範囲における骨リモデリングの数理モデルをベースに,廃用的負荷範囲における骨細胞アポトーシス,ならびに過剰負荷範囲におけるターゲットリモデリングの数理モデルを定式化し,生理的・非生理的負荷範囲における統一的な骨リモデリングシミュレーションモデルを提出した.3.脈管路構造による皮質骨における物質輸送拡散現象モデリング:脈管路ネットワークにおける骨血管系および骨基室内の骨細管ネットワークを介して行われる骨のリモデリングにおける骨細胞系の活動を維持調節する生理物質供給を,脈管路内における移流拡散と均質化骨基質における拡散の連成現象としてモデリングし,基本的な条件下で皮質骨内における生理物質濃度解析を行った.
鼓膜透過型赤外線内視鏡装置の開発と、非侵襲赤外線外リンパ瘻診断装置の開発

今回の実験に際して、予備実験として色素の血中投与による内耳リンパ液への移行性をまず検討した。(今回使用した色素は近赤外線領域において蛍光を有しており画像化することが可能である。)まず、モルモットを深麻酔下に、後耳介動脈よりフルオレセインNa(フルオレサイト)をtracerに用いて血中投与を行った。投与後脳脊髄を顕微鏡下に摘出し、蛍光眼底カメラにて撮影した。結果は聴神経は神経根の一部染まっていたが、その末梢側は描出されなかった。また、内耳を一部破壊した外リンパ漏モデルでは、内耳からのリンパ液は描出されなかった。結果、血中色素投与では内耳リンパ液への色素移行性は乏しい、もしくは描出可能な濃度の移行がなされていない可能性があることが示唆された。これは、血液脳(内耳)関門の存在により内耳への物質の移動が制限されていることによるものと考察された。そこで、色素の髄液投与による内耳リンパ液への移行性を検討した。モルモットを深麻酔し、ICG(インドシアニングリーン)をlipoproteinをtracerとして腰椎からクモ膜下腔ヘマイクロシリンジにて投与した。投与後の経時的変化を観察し、脳脊髄を顕微鏡下に摘出し、作成した赤外線CCDカメラにて観察を行った。また、同様に外リンパ漏モデルにおいても観察を行った。結果は、投与4時間後でC-Pangleでの聴神経周囲の描出はあったが、内耳より流出したリンパ液はカメラでの描出は不可能であった。以上の結果より、血中・髄液投与では両者ともに聴神経中枢側への色素移行性は十分に認められたが、予想していた内耳への交通・移行を蛍光色素を用いて検出する事は非常に困難であることがわかった。臨床上髄液と内耳リンパ液との交通は知られているが、今回の動物実験において蛍光を用いて外リンパ液の漏出を鼓室試験開放術の際証明することは非常に困難で、今後臨床応用するには更なる研究が必要である。今回既存の直達内視鏡に光源として今回作成した赤外線装置を用いて、ヒトの鼓膜を経由して鼓室内の透見実験を行った。赤外線発光装置の光源はwavelength 789.8nmを用いた。結果は正常鼓膜では鼓室内が十分ではないものの透見出来たが、個体差があり透見出来ない鼓膜も認めた。この問題点として、赤外線が鼓膜を十分に透過出来ない場合、もしくは鼓膜面での赤外線の反射波と、鼓膜を透過し鼓室粘膜を反射し再度鼓膜を透過してくる反射波が、内視鏡で像として見るとき干渉し減弱する場合の可能性があることが考察された。そこで、モルモットの鼓膜を深麻酔下にて摘出し、ヒトの外耳道に近似させた筒状の装置を作成した。その底面に摘出鼓膜を張り、赤外線分光器にて透過率を測定した。結果は鼓膜面での反射率が高く、鼓膜で約80%程度の反射を認めたため鼓室へ透過できる赤外線は約20%と推定された。さらにこの透過した約20%の赤外線が鼓室の粘膜を反射し再度鼓膜を透過する率は、入力赤外線量の3-4%まで減衰すると推定された。さらに干渉波について、入力赤外線の鼓膜に対して一定の透過・反射波があるか検討を行った。これは特定の反射波が検出された場合、その逆位相波を入力することにより相殺され、鼓室からの反射波が再度鼓膜を透過する赤外線をより検出することが出来る可能性があるからである。実験はモルモットの鼓膜を上記同様に摘出しその鼓膜に赤外線を照射して、その透過・反射波をフィルターに通して特徴的な波長を選択的に検出出来るか試みた。使用したフィルターは740-840nmband-pass filterを用い、赤外線分光器にて測定した。結果は入力赤外線に対して鼓膜面に特徴的な透過・反射波は測定されず、赤外線を用いて鼓室の透見像をクリアに観察することは難しい事が示唆された。

結果は、投与4時間後でC-Pangleでの聴神経周囲の描出はあったが、内耳より流出したリンパ液はカメラでの描出は不可能であった。以上の結果より、血中・髄液投与では両者ともに聴神経中枢側への色素移行性は十分に認められたが、予想していた内耳への交通・移行を蛍光色素を用いて検出する事は非常に困難であることがわかった。臨床上髄液と内耳リンパ液との交通は知られているが、今回の動物実験において蛍光を用いて外リンパ液の漏出を鼓室試験開放術の際証明することは非常に困難で、今後臨床応用するには更なる研究が必要である。
タブレットの時系列情報を利用した実時間筆者照合システム

署名筆記等のタブレット情報を利用した筆者照合に関して以下の項目の検討を行なった。・筆者照会に適した特微量の検討高精細タブレットが出力する、ペン先の位置、筆圧、ペンの方位、高度等の情報の中から筆者照合に適した特微量の検討を行なった。被験者18人に対し、各特微量を用いた照合実験を行なった。この際、照合判定の閾値は、本人受理率(以降、受理率)と詐称者棄却率(棄却率)が同じようになるように決めた。受理率/棄却率は、ペン先の位置:86.9%、筆圧:74.8%、ペンの傾き:91.3%となり、ペンの傾きが照合に有効であることが分かった。・英語筆記体署名に対する照合実験被験者24人に対し英語筆記体署名の照合実験を行なった。受理率/棄却率は、ペン先の位置:72.4%、筆圧:77.0%、ペンの傾き:90.3%となり、英語筆記体署名の照合に対してもペンの傾きが有効であることが分かった。・DPマッチングを用いた時間ずれの補正DPマッチング手法を導入し、各筆記データの時間方向のずれの補正を試みた。受理率/棄却率は、ペン先の位置:73.2%、筆圧:79.9%、ペンの傾き:91.3%となり、線形補間と比べ1から3%程度改善した。・3つの特微量の統合による照合率の改善ペン先の位置、筆圧、ペンの傾きの情報を統合し、受理/棄却の判定を行なった。3つの特微量の寄与率を個人毎に事後決定した場合、受理率/棄却率は99.5%と大幅に改善できることが分かった。・実時間筆者照合システムの実装と評価タブレットが出力する情報を、即時にコンピュータに取り込み処理を行なうシステムを構築した。ここでは、日本語署名にて約1000回実験を行なったところ、受理率74%、棄却率99%を達成した。なお、1回の処理時間は60秒である。署名筆記時のタブレット情報を利用した筆者照合に関して以下の項目の検討を行なった。なお、署名文字は日本語の横書きとし、タブレット上の指定枠内に記入した。・筆者照合に適した特徴量の検討高精細タブレットが出力する、ペン先の位置、筆圧、ペンの方位、高度等の情報の中から筆者照合に適した特徴量の検討を行なった。被験者18人に対し、各特徴量を用いた照合実験を行なった。この際、照合判定の閾値は、本人受理率(以後、受理率)と詐称者棄却率(棄却率)が同じになるように決めた。・偽筆に対する棄却率の検討故意に筆跡を真似た偽筆データに対し、偽筆者棄却率の検討を行なった。被験者21人に対し評価実験を行なったところ、棄却率は、ペン先の位置:75.3%、筆圧:67.0%、ペンの傾き:92.7%となった。ペンの傾きは模倣に対し、優れた特性を示すことが分かった。・経時変化に対する棄却率の検討同様に、10週間にわたる経時変化に対する検討を行なった。

ペン先の位置や筆圧は10%以上棄却率が下がるのに対し、ペンの傾きは5%以内の低下となり、経時変化に対し優れた耐性を有することが分かった。・マスキング照合法による棄却率の改善本人登録データを複数用意し、データ間で分散が大きい時間をマスクする等の処理を施した。これにより、棄却率が3.4%改善された。・照合閾値の動的設定法の検討照合閾値を事後的に決定するのではなく、個人毎に予測設定する方法を検討した。本人登録データの平均と標準偏差を用いた閾値予測法を検討した結果、受理率は96.1%、棄却率は84.3%となった。署名筆記時のタブレット情報を利用した筆者照合に関して以下の項目の検討を行なった。なお、署名文字は主に英語の筆記体とし、タブレット上の指定枠内に記入することとした。●英語筆記体署名に対する照合実験高精細タブレットが出力する、ペン先の位置、筆圧、ペンの傾きの情報を用いて、被験者24人に対し照合実験を行なった。この際、照合判定の閾値は、本人受理率(以後、受理率)と詐称者棄却率(棄却率)が同じになるように決めた。受理率/棄却率は、ペン先の位置:72.4%、筆圧:77.0%、ペンの傾き:90.3%となり、英語筆記体署名の照合に対してもペンの傾きが有効であることが分かった。●DPマッチングを用いた時間ずれの補正DPマッチング手法を導入し、各筆記データの時間方向のずれの補正を試みた。受理率/棄却率は、ペン先の位置:73.2%、筆圧:79.9%、ペンの傾き:91.3%となり、線形補間と比ベ1から3%程度改善した。●DPマッチングとマスキング照合法による照合率の改善本人登録データを5つ用意し、データ間で分散が大きい時間をマスクする処理を施した。これにより、受理率/棄却率がペン先の位置:87.0%、筆圧:85.3%、ペンの傾き:92.5%となり、1から14%程度改善した。●3つの特徴量の統合による照合率の改善ペン先の位置、筆圧、ペンの傾きの情報を統合し、受理/棄却の判定を行なった。3つの特徴量の寄与率を個人毎に事後決定した場合、受理率/棄却率は99.5%と大幅に改善できることが分かった。●実時間筆者照含システムの実装と評価タブレットが出力する情報を、即時にコンピュータに取り込み処理を行なうシステムを構築した。ここでは、日本語署名にて約1000回実験を行なったところ、受理率74%、棄却率99%を達成した。なお、1回の処理時間は60秒である。
軽中等度難聴乳児における補聴器装用支援モデルの開発

本研究の目的は、乳幼児における補聴器装用時間の延長の状況と発達経過を明らかにし、早期の常用を促進する家庭支援モデルを構成することである。平成30年度は、0ー1歳児の装用時間に関与する要因について、2ー3歳児、4ー6歳児の聴力程度別群の結果と比較して統計的に検討した。さらに、家庭指導プログラムへの取り組み(常用の家庭指導)状況について、逐語録を分析して明らかにした。【実態調査】主調査では、聴力程度別2群(軽中等度、高度)について、診断時年齢×観測時期2水準(1カ月、12カ月)の二元配置分散分析を用いた。年齢要因は、中等度群3水準(0ー1歳、2ー3歳、4ー6歳)とした。聴力程度(F(1,50)=29.6, P<0.01)と観測時期(F(1,50)=13.0, P<0.01)の要因の主効果は共に有意であり、装用時間へ関与する要因と考えられた。そこで、聴力程度要因の関与を踏まえて、聴力程度群ごとに常用の家庭指導の逐語録の解析を行なった。【逐語録】取り組み頻度(軽中等度群/高度群)は、常用支援2項目(2.遊び相手になり気を紛らわせる(23.3%/64.2%)、3.補聴器を外したら付け直す(23.3%/64.2%))、4.聴性行動(音に気付かせる)(7.6%/57.1%)、5.音声認識(話声を認識させる)(38.4%/50.0%)、6.話者注目(話し手の口形に注目させる)(23.3%/64.2%)、8.家庭指導(父親に約1時間相手をしてもらう)(7.6%/50.0%)について、高度群での取り組みを半数以上に認めた。高度群の実施者数は、軽中等群より多く、差は統計的に有意であった。0ー1歳軽中等度群では、高度難聴児と比べ、早期補聴器装用に関する家庭指導の意欲が乏しく、一貫した療育指導と補聴器の常時装用に向けた、家族の装用意欲維持に関する支援の重要性が示唆された。平成28年度は、聴力程度が軽中等度で、年齢の低い難聴児における、補聴器装用上の固有の課題を見出し、早期の常用を促進する指導・支援のあり方について検討した。市立療育センターに依頼し、調査を実施して得られた、難聴乳幼児46名の資料について解析した。資料の内訳は、0ー1歳児27名(平均聴力レベル73.7±24.0dB)、2ー3歳児11名(70.0±18.9dB)、4ー6歳児8名(57.0±8.6dB)であった。1補聴器に搭載されているデータロギング機能に記録された装用時間、及び、家庭記録に記載された、2補聴器を外す回数と、3補聴器装用のための家庭での取り組み状況、を用いて、診断後1カ月時点での補聴器の常用(一日6時間以上の装用)について評価した。その結果、補聴器装用時間は、0ー1歳児は4.0±2.8時間、2ー3歳児は7.1±2.8時間、4ー6歳児は5.0±3.7時間であり、年齢発達によって差を認めた。とくに0ー1歳児は、聴力程度に関わらず、装着の不快感から補聴器を外しやすく、常用の阻害要因となっていた。しかし、中等度難聴児(70dB未満)と比較して、高度難聴児(70dB以上)では、診断後、早期に常用に至る傾向を認めた。中等度難聴児の家族では、高度難聴児より補聴器装用に対する取り組み意欲が乏しく、その結果、常用が遅れる傾向が示された。中等度難聴児の家族では、とくに早期の補聴器装用についての一貫した指導と、補聴器の常用に関する家族の理解と意欲を形成する支援の重要性が示唆された。研究の進捗は概ね順調であるが、以下の点について、次年度以降、継続した研究が必要と考える。(1)平成28年度には、対象児46名の補聴器装用時間等の分析変数について、データロギング解析、及び、療育・家庭記録により、初診後より1回/月の頻度で資料を得ているが、次年度には、対象児1名につき12カ月期まで継続して採取する必要がある。(2)装用時間延長のモデル化にあたっては、採取した全データを各種説明変数として投入し、多変量解析等の手法を用いた統計的な解析により、関連する要因を検討する等の研究進捗を必要とする。平成29年度は、0ー1歳児27名(73.7±24.0dB:40110dB)について、2ー6歳児19名(64.5±16.4dB:41.2101.2dB)と比較して、補聴器の装用時間延長と関連する要因について統計学的に検討し、予測モデルを作成した。1中等度群では、1カ月期の装用時間は平均1.8±1.9時間と短く、12カ月期でも4.8±3.2時間と、常用に至らなかった。高度群では、1カ月期に6.2±3.7時間と既に常用しており、12カ月期で9.0±2.1時間と終日装用に至った。2常用に向けた家庭指導では、高度難聴の家族では中等度難聴に比べて、補聴器装用の意向が高いことが示された。中等度難聴児の家族は、装用意欲が乏しく、常用が遅れる傾向が示された。

30ー1歳児における1カ月期の補聴器を外す頻度(平均回数/日)は、中等度群:平均6.5±3.2回、高度群:平均5.7±3.8回であり、群間差を認めなかった。412カ月期の装用時間を目的変数とし、説明変数として聴力レベル、診断時月齢、常用の家庭指導、補聴器を外す頻度の4要因を投入し重回帰分析(ステップワイズ法)を実施した。その結果、平均聴力レベル、診断時月齢、常用の家庭指導の3要因に関与を認め、補聴器を外す頻度は関与を認めなかった。3因子により構成した重回帰モデル(y=0.06x1+0.223x2+0.619x3-2.284)は統計的に有意(F(3,23)=8.6,p<0.01)であり、自由度調整済みR2値は0.49であった。パラメータ推定値について、対象児の平均聴力レベルと家族の指導実施の要因は1%水準、診断時月齢は5%水準で有意であった。0ー1歳児における補聴器の常用には、これら3因子が予測因子として有意な関連が推測された。すなわち、聴力程度が高度で、早期に診断を受け、家族の取り組み意欲が高いと装用時間が延長するといえる。1.0ー1歳児の補聴器装用時間延長について、2歳以上の事例と比較して固有の特徴を示した。2.平均聴力レベルと補聴器装用時間の関連を明らかにした。3.早期の補聴器常用には、家族の装用意欲が関連しており、高度な難聴の家族ほど、装用への取り組み意欲が高いことを明らかにした。4.採取した全データを説明変数として投入し、重回帰分析の手法を用いて、補聴器の早期常用のモデルを作成した。本研究の目的は、乳幼児における補聴器装用時間の延長の状況と発達経過を明らかにし、早期の常用を促進する家庭支援モデルを構成することである。平成30年度は、0ー1歳児の装用時間に関与する要因について、2ー3歳児、4ー6歳児の聴力程度別群の結果と比較して統計的に検討した。さらに、家庭指導プログラムへの取り組み(常用の家庭指導)状況について、逐語録を分析して明らかにした。【実態調査】主調査では、聴力程度別2群(軽中等度、高度)について、診断時年齢×観測時期2水準(1カ月、12カ月)の二元配置分散分析を用いた。年齢要因は、中等度群3水準(0ー1歳、2ー3歳、4ー6歳)とした。聴力程度(F(1,50)=29.6, P<0.01)と観測時期(F(1,50)=13.0, P<0.01)の要因の主効果は共に有意であり、装用時間へ関与する要因と考えられた。そこで、聴力程度要因の関与を踏まえて、聴力程度群ごとに常用の家庭指導の逐語録の解析を行なった。【逐語録】取り組み頻度(軽中等度群/高度群)は、常用支援2項目(2.遊び相手になり気を紛らわせる(23.3%/64.2%)、3.補聴器を外したら付け直す(23.3%/64.2%))、4.聴性行動(音に気付かせる)(7.6%/57.1%)、5.音声認識(話声を認識させる)(38.4%/50.0%)、6.話者注目(話し手の口形に注目させる)(23.3%/64.2%)、8.家庭指導(父親に約1時間相手をしてもらう)(7.6%/50.0%)について、高度群での取り組みを半数以上に認めた。高度群の実施者数は、軽中等群より多く、差は統計的に有意であった。0ー1歳軽中等度群では、高度難聴児と比べ、早期補聴器装用に関する家庭指導の意欲が乏しく、一貫した療育指導と補聴器の常時装用に向けた、家族の装用意欲維持に関する支援の重要性が示唆された。今後の研究は、以下の通り進める予定である。(1)難聴乳幼児の補聴器装用時間/1日、補聴器を外す回数、補聴器装用のための家庭での取り組み状況について、縦断的にデータ採取を進め、各変数の発達的変容経過を解明する。(2)装用時間延長の理論化について、採取した全てのデータを投入し、多変量解析等の手法を用いて、各変数間の関連性を統計的に解析することにより、有意な予測因子で構成されたモデルを構築する。(3)その上で、構築したモデルと装用指導の現状と家族の課題状況とを結びつけ、療育を基盤とした支援の方針策定を進める。
脂肪酸結合蛋白質FABP7による脂質ラフト機能調節メカニズムの解明

脂肪酸の摂取は脳の発達に非常に重要であり、その摂取障害は統合失調症などの精神疾患を引き起こす。しかし、その脳内分子基盤については不明である。本研究では、脳アストロサイトに強く発現し、その細胞内脂質動態を制御する脳型脂肪酸結合蛋白質(Fatty acid-binding protein 7; FABP7)に着目し、その機能発現メカニズムの解明を目指している。これまでに申請者らは、FABP7が細胞外刺激応答において非常に重要な役割を果たす脂質ラフト(カベオラ)の機能制御に関与すること、脂質ラフトの骨格形成に重要な役割を果たすcaveolin-1の発現を調節すること(Kagawa et al. Glia. 2015)を見出した。本申請ではFABP7がcaveolin-1の発現を如何に調節するかに焦点を当てた解析を試みた。その結果、FABP7の発現が増加すると1caveolin-1 mRNAの発現が増加、2DNAのメチル化が減少、3ヒストンのアセチル化が増加する、4ヒストンアセチル基転移酵素の基質となるAcetyl CoA量が増加する、ことを見出した。さらに、FABP7蛋白質のモチーフを基盤とした解析により、FABP7は脂肪酸と結合している時だけATP-citrate synthase(ACLY;核内Acetyl CoA生成に非常に重要な酵素)と相互作用を持ち、その酵素活性制御に関与することを明らかにした。これらの結果より、細胞内脂質環境の変化が新たな蛋白質相互作用を生み出し、エピゲノム変化に影響を及ぼすことが示唆される。さらに詳細な解析を加えることで、FABP7が関与する精神疾患病態や癌バイオロジーの解明及びそれら疾患の治療創薬の開発に大きく貢献できると考える。これまでに申請者らは、FABP7-KOマウスの脳内側前頭前野でニューロンの樹状突起の数、及びシナプスの数が減少している事、FABP7-KOアストロサイト由来の液性因子によるニューロンの支持機能が低下していることを新たに見出した(Ebrahimi M. et al. Glia. 2016)。また、FABP7が細胞外刺激応答において非常に重要な役割を果たす脂質ラフト(カベオラ)の機能制御に関与すること、脂質ラフトの骨格形成に重要な役割を果たすcaveolin-1蛋白質の発現を調節すること(Kagawa et al. Glia. 2015)を見出した。つまり、“FABP7蛋白質欠損による細胞内脂質動態異常により脂質ラフトを介した細胞外部刺激応答が変化し、恒常的にアストロサイトの細胞活性が低下し、神経可塑性変化が引き起こされる"ことが予想される。そこで、FABP7による脂質ラフト機能制御機構の解析に加え、FABP7による脂質動態制御機構を明らかにすることで、脂質ラフトを介してFABP7が関与する精神疾患病態や癌バイオロジーの解明及びそれら疾患の治療創薬の開発に大きく貢献できると考える。FABP7によるcaveolin-1遺伝子転写調節機構を詳細に検討している。caveolin-1転写調節領域におけるFABP7依存性の領域をルシフェラーゼアッセイで検討し、その領域のシークエンスを確認した所、エピゲノム変化の影響を受け易いCpG配列が豊富に存在した。バイサルファイトシークエンス法やヒストンアセチル化を特異的に認識する抗体を用いたクロマチン免疫沈降法による解析で、FABP7は細胞内の発現量に応じて、DNAのメチル化、ヒストンアセチル化を調節することが明らかになった。FABP7はアストロサイトで細胞質・核に発現しており、特に核に強く発現している。この局在に着目し、FABP7に核移行・核外移行シグナルを付与したコンストラクトを用いて、過剰発現系細胞を作製した。FABP7を核局在させた時、caveolin-1の発現及びヒストンアセチル化レベルの増加が、一方で、FABP7を細胞質に局在させた時、その発現、ヒストンアセチル化レベルはコントロール細胞と同等であることが明らかになった。つまり、核内FABP7の発現量がエピゲノム変化を調節し、caveolin-1の転写を制御していることが考えられる。

さらに、FABP7蛋白質のモチーフを基盤とした解析により、FABP7は脂肪酸と結合している時だけATP-citrate synthase(ACLY;核内Acetyl CoA生成に非常に重要な酵素)と相互作用を持ち、その酵素活性制御に関与することを明らかにした。これらの結果より、細胞内脂質環境の変化が新たな蛋白質相互作用を生み出し、エピゲノム変化に影響を及ぼすことが示唆される。さらに詳細な解析を加えることで、FABP7が関与する精神疾患病態や癌バイオロジーの解明及びそれら疾患の治療創薬の開発に大きく貢献できると考える。本研究テーマにおいて、神経可塑性の変化に関与するアストロサイトFABP7の脂肪酸機能を解明することが必須の課題である。そこで、核内移行シグナルを付与したFABP7コンストラクトの“脂質結合ドメインに変異"を加えたコンストラクトを作製し、caveolin-1遺伝子発現およびcaveolin-1転写調節領域におけるエピゲノムの変化を検討する。さらに“脂質結合ドメインの変異"により表現型がキャンセルされた場合、核内でFABP7と結合する脂肪酸を質量分析で同定する。同時にFABP7と相互作用を持つ蛋白質を質量分析で同定し、さらにその相互作用に脂肪酸が関与するかどうかを検討する。コンストラクトは本年度中に作成が完了している。また、FABP7の局在変化が及ぼす脂質ラフト(カベオラ)の形成変化を可視化するために、過剰発現細胞を用いて評価する。本年度は新たに購入した消耗品に加え、これまでに購入していたものを使用し、過剰発現ベクターの構築、過剰発現系細胞の作成など効率的に実施することが出来、次年度使用額が生じた。次年度は表現型解析のため、質量分析などの分子生物学的解析に多くの費用が必要となる。
合成化学的アプローチによる単一分子結線手法の開発

従来型のシリコン半導体を基盤とする情報処理デバイスに代わり、コスト、および更なる微細化の面で分子デバイスの作製が期待されているが、そのためにはナノサイズのギャップを持つ電極間に共役分子を効率良く配線させる技術の確立が重要である。本研究は従来法に比べ、高い再現性と実用性を有する分子結線法の開発を目的とし、高度に被覆された共役分子の合成を行い、これらをナノ空間内でカップリング反応により繋ぎ合わせ、ナノスケールの電極間を被覆共役ポリマーにより配線する新手法の開発を目指し、直線的な遷移状態を経るHayカップリング、および平衡反応を経るオレフィンメタセシスを重合反応に選び被覆型π共役モノマーを設計・合成した。前者には完全メチル化α-シクロデキストリンにより被覆されたオリゴフェニレンエチニレン骨格を持つ分子を、後者にはその両端をアルケニル基へと変換したモノマー分子を合成し、それぞれ対応する電極接着部の分子(共役部位を有するジセレニド分子)の合成にも成功した。合成したモノマー、および接着分子を用い、30nmサイズのギャップを持つ電極間で結線を行ったところ、シクロデキストリンによる被覆の効果で分子の直線性が増加し、さらにπ共役鎖間の相互作用による凝集が抑制されたため高再現性で結線を行うことに成功した。本手法は将来、分子エレクトロニクス分野において安価なウエットプロセスによる実用的な集積化技術として先駆的な研究となるものと期待される。
分極イオンモデルによるイオン性物質の構造と輸送的性質のシミュレーション研究

溶融塩の輸送挙動を分子動力学シミュレーションによって高い確度で評価するために、密度汎関数法に基づく第一原理計算を用いて分極イオンモデルを構築し、単純なアルカリ土類ハロゲン化物の溶融塩や、核融合炉の液体ブランケット材として期待されているフリーベおよびフリナーベ混合溶融塩の物性評価に応用した。さらに、アルカリ土類ハロゲン化物系においては、超イオン電導相における輸送挙動の解明にも応用し、その結果、Green-Kubo公式から得られる正味の電気伝導率と、Nernst-Einsteinの電気伝導率の間の関係の温度依存性を明らかにした。この研究成果は、超イオン電導相におけるイオンの自己拡散係数と巨視的な電気伝導率と間の一般的な関係性を示唆するものであり、超イオン電導相と類似の挙動を示す複合材料系にも有用な知見といえる。さらに本研究では、このモデルを酸化物材料系へと拡張し、アルミノケイ酸塩系における架橋酸素のネットワーク構造の解明に応用した。その結果、Al-O-Alの架橋酸素の双極子モーメントは、Si-O-SiやSi-O-Alの架橋酸素と比べて有意に小さく、架橋酸素の結合角度はより広く分布することが分かった。またAl-O-Alの架橋酸素に関しては、角度分布の修飾子濃度依存性が極端に大きく、とくにその架橋酸素に対するナトリウム配位数が増えると、架橋酸素の角度分布は狭くなることが分かった。さらに修飾子の異なる組成のガラス構造と比較することで、Al-O-Alの架橋酸素の構造は修飾子のイオン種に強く依存することが分かった。これにより、修飾子がガラス構造の体積を圧縮させる際、Al-O-Alの架橋酸素が優先的に歪むことが明らかになった。この研究成果は、ガラスのネットワーク構造と修飾子の関係を導くものであり、強化ガラスや放射性廃棄物含有ガラスの生産プロセスの改良に有用な知見といえる。28年度が最終年度であるため、記入しない。溶融アルカリ土類ハロゲン化物の分極イオンモデルを、第一原理計算を用いて構築し、その輸送挙動を評価した。輸送係数は実験値を良く再現しており、超イオン電導相の発現も確認することができた。これによりアルカリハロゲン化物との違いを反映することができた。またアルミノケイ酸ナトリウム融体では、イオンの分極効果だけでなく、変形効果も考慮して相互作用モデルを構築した。これにより得られた力と双極子モーメントは、第一原理計算の結果と非常に良い一致を示しており、溶融塩系と同等の性能を得ることができた。ガラス状態まで温度を下げても、ケイ素イオンやアルミニウムイオンはガラス特有の4配位構造を形成した。その静的構造因子や17O MQMAS-NMRスペクトル、架橋酸素種の分布も、組成に因らずに実験値と良い一致を示していることから、本研究で構築した相互作用モデルは高い転用可能性をもつことが分かった。そこで強化ガラスの材料であるアルミノケイ酸ナトリウムガラスの架橋構造の特性を調べるため、結合するカチオンの異なる架橋酸素ごとに、架橋結合の角度分布や双極子モーメント、ナトリウムイオンの配位数をそれぞれ評価した。するとAl-O-Alの架橋酸素の双極子モーメントだけがSi-O-SiやSi-O-Alに比べて有意に小さく、その架橋結合の角度もより広く分布していることが分かった。したがって、アルミノケイ酸ナトリウムガラスの架橋酸素の中でも、Al-O-Alの結合強度は他の架橋酸素に比べて有意に弱いことを明らかにした。これまで溶融塩系ではアルカリハロゲン化物とアルカリ土類ハロゲン化物、酸化物ガラス系ではアルカリおよびアルカリ土類イオンを含むアルミノケイ酸ガラスの分極イオンモデルを構築してきた。このモデルを用いた溶融塩の輸送挙動の評価は、すべての単塩系で順調に進行しており、実験値との比較もおおむね完了した。混合溶融塩への拡張はまだほとんど進んでいないが、その一方で酸化物ガラス系では強化ガラスの材料であるアルミノケイ酸ナトリウムガラスとその融体のMD計算をおおむね完了した。その静的構造因子や架橋構造、NMRスペクトルの解析も終えており、アルミノケイ酸塩ガラスの架橋構造における微視的知見も導出することができた。

さらに修飾子の異なる組成のガラス構造と比較することで、Al-O-Alの架橋酸素の構造は修飾子のイオン種に強く依存することが分かった。これにより、修飾子がガラス構造の体積を圧縮させる際、Al-O-Alの架橋酸素が優先的に歪むことが明らかになった。この研究成果は、ガラスのネットワーク構造と修飾子の関係を導くものであり、強化ガラスや放射性廃棄物含有ガラスの生産プロセスの改良に有用な知見といえる。まず溶融アルカリ土類ハロゲン化物の輸送挙動を評価し、アルカリハロゲン化物との比較をするとともに、超イオン電導相の発現の有無が熱伝導や電気伝導に与える影響について調べる。そして酸化物ガラスと似た架橋構造を形成するBeF2をベースとする溶融塩の構造と物性を評価し、アルカリイオンの違いが架橋構造の破壊と物性に及ぼす影響について調べる。酸化物ガラス系では、ケイ酸塩ガラスおよびアルミノケイ酸塩ガラスとその融体の構造と物性を評価し、ガラス構造への冷却過程で生じる架橋構造の変化と、各架橋酸素の強度を調べる。またアルカリイオンとアルカリ土類イオンの添加によって壊れる架橋構造を定量的に比較し、その架橋破壊の役割の差を明らかにする。またアルカリイオンについては、大きさの異なるイオンとの交換が架橋酸素とその周囲の構造に与える影響を評価し、架橋酸素の結合強度を向上させる要因を明らかにする。28年度が最終年度であるため、記入しない。