hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ブナ科植物とそれに付く植食性昆虫の遺伝構造比較による照葉樹林の分布変遷の解明

本研究の目的は,日本周辺の照葉樹林の中でシイ林とカシ林の優占樹種およびそれに種特異的に寄生する複数の植食性昆虫に注目し,植物と昆虫両者を含めた系としてのシイ林およびカシ林の分布変遷の比較・解明を目標とする。平成25年度に行った研究および得られた成果は以下である。1.シイ類の葉緑体DNA多型の解析シイ類の葉緑体DNAの塩基配列多型を30領域についてスクリーニングし,比較的多くの変異が検出された4領域について解析を行った。その結果,九州以北地域内ではほとんど多型が検出されなかった。そこで,さらに葉緑体のSSRマーカー24対について多型を探索し,比較的多くの多型が得られた6対について,遺伝的変異の地理的パターンを解析した。その結果,九州以北地域内で東集団と西集団間での遺伝的分化がみられた。これは,これまでに核DNAのESTに由来するSSRマーカーを用いて解析した結果とほぼ一致する結果である。2.ノミゾウムシ類の系統解析シイの新葉に潜葉するヒラセノミゾウムシについては,日本の20地点でそれぞれ約16個体を採集し, mtDNAの約2300塩基の配列を解析した。集団間のハプロタイプ頻度の比較から遺伝距離を計算しデンドログラムを作成した。シイとシイシギゾウムシと同様,シイとヒラセノミゾウムシについても,それぞれの種内の集団間の分化パターンがほぼ一致することが示された。本結果により,シイ林に生活する種群が共通した分布変遷を経てきたことが強く示唆された。日本の照葉樹林の優占種であるシイについては,これまで葉緑体DNAの変異量が少なく,地理的変異パターンが得られなかった。本研究では,葉緑体SSRマーカーを使うことで多くの種内多型が得られ,遺伝的分化パターンが得られた。得られた優占樹木の地理的分布パターンと植食性昆虫のパターンの共通性を見ることによって,照葉樹林の分布変遷をより詳しく推定する。本研究の目的は,日本周辺の照葉樹林の中でも異なる分布変遷を経てきたと考えられるシイ林とカシ林の優占樹種およびそれに種特異的に寄生する複数の植食性昆虫に注目し,植物と昆虫両者を含めた系としてのシイ林およびカシ林の分布変遷の比較・解明を目標とする。平成22年度に行った研究および得られた成果は以下である。1.シイに付く植食性昆虫類における種内のmtDNA多型の解析シイの新葉に潜葉するヒラセノミゾウムシについて,これまでシイとその種子食昆虫シイシギゾウムシを解析したのと同じ日本の20地点でそれぞれ約16個体を採集し,mtDNA(CO1,CO2,ND5)の約2300塩基の配列を解析した。現在,集団間のハプロタイプ頻度の比較から遺伝距離を計算しデンドログラムを作成中である。植物とそれに付く複数の昆虫の種内系図が一致すればシイ林に生活する種群が共通した分布変遷を経てきたことが示唆される。2.植物シイのEST-SST多型データの解析植物シイについては,ESTに由来するマイクロサテライトマーカーを開発し,その多型の地理的分布パターンを解析済みである。このデータを使用してさらに,集団サイズ変動のモデルを複数構築・比較した。氷期のレフュジアが花粉化石証拠の多い九州南部のみにあった場合,本土西部と東部に2つあった場合という2タイプのモデルを構築した結果,「レフュジアが本土西部と東部に2つあった」場合の方がモデルに適合することが示された。3.カシに付く植食性昆虫類における種内のmtDNA多型の解析ツヤコガ,モグリチビガは潜葉性昆虫であり,新葉の葉柄へ産卵すると同時に葉を落葉させる。46月に地面に落ちている新葉に潜葉している昆虫を日本の数地点で採集した。このサンプルをもとに,現在mtDNAの塩基配列の増幅チェックおよび離れた地点で採集したサンプル間での変異の探索中である。平成23年度に行った研究および得られた成果は以下である。1.シイに付く植食性昆虫類における種内のmtDNA多型の解析シイの新葉に潜葉するヒラセノミゾウムシについて,これまでシイとその種子食昆虫シイシギゾウムシを解析したのと同じ日本の20地点でそれぞれ約16個体を採集し,mtDNA (CO1, CO2, ND5)の約2300塩基の配列を解析した。2.シイ・カシに付く植食性昆虫類における種内のmtDNA多型の解析ツヤコガ,モグリチビガ,ホソガは潜葉性昆虫であり,新葉の葉柄へ産卵すると同時に葉を落葉させる。

ツヤコガについては,mtDNA(CO1)の配列を389塩基について解析した結果,シイ類(スダジイ,オキナワジイ)に潜葉するものとカシ類(アラカシ,シラカシ,ウラジロガシ)に潜葉するものは遺伝的にはっきりと分化していることがわかり,これらはおそらく別種であると予想される。また,シイ類に潜葉するツヤコガ内には太平洋岸に分布するタイプと日本海岸に分布するタイプの間に地理的分化もみられた。本研究の目的は,日本周辺の照葉樹林の中でシイ林とカシ林の優占樹種およびそれに種特異的に寄生する複数の植食性昆虫に注目し,植物と昆虫両者を含めた系としてのシイ林およびカシ林の分布変遷の比較・解明を目標とする。平成25年度に行った研究および得られた成果は以下である。1.シイ類の葉緑体DNA多型の解析シイ類の葉緑体DNAの塩基配列多型を30領域についてスクリーニングし,比較的多くの変異が検出された4領域について解析を行った。その結果,九州以北地域内ではほとんど多型が検出されなかった。そこで,さらに葉緑体のSSRマーカー24対について多型を探索し,比較的多くの多型が得られた6対について,遺伝的変異の地理的パターンを解析した。その結果,九州以北地域内で東集団と西集団間での遺伝的分化がみられた。これは,これまでに核DNAのESTに由来するSSRマーカーを用いて解析した結果とほぼ一致する結果である。2.ノミゾウムシ類の系統解析シイの新葉に潜葉するヒラセノミゾウムシについては,日本の20地点でそれぞれ約16個体を採集し, mtDNAの約2300塩基の配列を解析した。集団間のハプロタイプ頻度の比較から遺伝距離を計算しデンドログラムを作成した。シイとシイシギゾウムシと同様,シイとヒラセノミゾウムシについても,それぞれの種内の集団間の分化パターンがほぼ一致することが示された。本結果により,シイ林に生活する種群が共通した分布変遷を経てきたことが強く示唆された。シイの堅果を食害するシイシギゾウムシ,および新葉に潜るヒラセノミゾウムシのミトコンドリアDNAの遺伝構造を寄主植物シイのEST-SSR多型の解析結果と比較することができた。その結果,シイに種特異的に寄生し,移動性も少ないと考えられる複数の植食性昆虫間で遺伝的変異パターンの共通性が発見できた。ある植生帯に属する植物とそれと密接に関係して生活している昆虫間で遺伝的変異パターンを比較した研究例はこれまでにほとんどみられない。興味深い結果であり,学術的にインパクトのある論文になると考える。日本の照葉樹林の優占種であるシイについては,これまで葉緑体DNAの変異量が少なく,地理的変異パターンが得られなかった。本研究では,葉緑体SSRマーカーを使うことで多くの種内多型が得られ,遺伝的分化パターンが得られた。シイ・カシに付く植食性昆虫の中には,シイに種特異的なもの,カシの種それぞれに種特異的なもの,またシイとカシ両方に付くもの等,様々なものがいる。これらシイ林とカシ林の優占樹種につく植食性昆虫の多様性を明らかにしつつ,いくつかの代表種で遺伝的変異パターンの共通性および相違点をみることによって,照葉樹林全体の過去の気候変動の影響および分布変遷をより詳しく推定できると考える。得られた優占樹木の地理的分布パターンと植食性昆虫のパターンの共通性を見ることによって,照葉樹林の分布変遷をより詳しく推定する。
風化カコウ岩山地における土砂流出現象

本年度の主な研究成果は、風化カコウ岩荒廃山地の裸地斜面における降雨時の流水・土砂移動現象を明らかにしたことである。従来、植生被覆の乏しい荒廃山地では地表付近の透水性が小さいため、ホートン型の表面流が発生して土粒子の個別運搬による土砂移動が生じると考えられてきた。一方、滋賀県南部の田上山地における荒廃斜面では、地表付近の透水性が大きく土層が薄いため、ホートン型の表面流の発生はまれであり、降雨の大部分が土層に浸透して飽和型の表面流が発生すると考えられている。また、田上山地の裸地斜面および荒廃流域(701800m^2)では凍結・融解によって規定された毎年ほぼ一定の土砂生産(500010000m^3/km^2)があり、リルの形成・発達を伴う土砂流出があるといわれている。これらのことから、田上山地の裸地斜面および荒廃流域では、飽和型の表面流の発生に伴うリルの形成・発達による土砂移動が卓越すると考えられるが、想像の域を出ない。さらに、表面流の発生状況および土砂移動状況を降雨時の観察から明らかにした報告はなく、その実態は十分に明らかでない。比較的大きな土砂流出を発生させる降雨の頻度は必ずしも高くなく、表面流の発生状況と土砂移動状況を降雨時にタイミングよく観察することは容易でないことが一因として挙げられる。そこで、滋賀県南部の田上山地の若女裸地谷において斜面スケールの人工降雨実験を行い、降雨時の表面流の発生状況および土砂移動状況の実態を明らかにした。その結果、以下の知見が得られた。(1)降雨に伴い斜面部の部において飽和型の表面流が発生する。(2)浅い地中流および飽和型の表面流が集中する地点において、土砂が侵食されてリルが形成される。(3)リル底の侵食およびリルの側壁と源頭部での小規模な崩壊によって供給された土砂は、小規模な土石流となって斜面末端まで流下する。(4)斜面末端における土砂濃度は、降雨強度と流出強度がほぼ定常であっても、突発的で小規模な土石流の発生によって13オーダーほど上昇する。これまで田上山地の裸地斜面における土砂流出は、表面侵食によるものとして扱われてきたが、リルの形成・発達に伴う小規模で突発的な土石流の発生による土砂流出があることを明らかにした。
NADHoxidase系の導入による微細藻類炭酸固定能の強化

著者らは、呼吸鎖と過酸化物分解酵素を欠如する細菌(Amphibacillus)に過酸化物と余郵酸素を同に除去する酵素系(NADH, oxidase-AhoC系)を見い出した。本申請はこの酵素系を葉緑体で発現させ、光合成反応中に生じた過酸化水素と余剰酸素の除去による炭酸固定能の強化法開発を目的としている。本申請では、葉緑体モデル系としてランソウSynechocystis sp PCC6803を用いた。1.ランソウのAhpC類似タンパク遺伝子のクローニングと発現Synechocystis sp PCC6803の染色体DNAを調製し、PCRクローニング法によりAhpCタンパク類似遺伝子をクローニング後、発現ベクターpTrac99Aに導入し大腸菌にて発現させた。この大腸菌を多量培養し同タンパクを精製し、ランソウAhpCタンパクを取得した。2.ランソウのAhpC類似タンパク電子伝達活性および、過酸化物分解活性の検討細菌A.xylanusNADH oxidaseのランソウAhpCに対する電子伝達活性は低かった。しかし、ランソウの無細胞抽出液中にはランソウのAhpCとNAD(P)H存在下で、過酸化アルキルを分解する活性が検出された。以上のことから、ランソウでは、細菌と異なるタイプの酵素系がAhpCを還元し、A.xylanusのNADH oxidase-AhpC系をランソウで発現させた場合、これらの酵素は互いに競合しないことが示唆された。そこで同遺伝子系のランソウへの導入と発現を試みた。遺伝子導入系がすでに確立されているSynechococcus sp. PCC7942と大腸菌とのシャトルベクター(荷村、,吉川1998)を基にSynechocystis sp PCC6803染色体DNAの一部を組み込んだ同菌における遺伝子発現ベクターを構築した。これにA.xylanusのNADHoxidiase-AhpC系遺伝子を組み込み、Synechocystis sp PCC6803に遺伝子導入した。スペクチノマイシン耐性をマーカーとして形質転換株を10^4/μgDNA得たが、NADHoxidase-Ahpc系遺伝子の発現は見られなかった。A.xylanusのNADHoxidase-AhpC系を含むベクターのランソウへの導入に成功したが、遺伝子発現に至らなかった。タンパク発現系を再構築後、同遺伝子の発現を試みる予定である。著者らは、呼吸鎖と過酸化物分解酵素を欠如する好気性菌(Amphibacillus)に過酸化水素と余剰酸素を同時に除去する新規の酵素系(NADH oxidase-AhpC系)を見い出した。本酵素系は非常に高い過酸化水素分解活性を有す。本申請はこの酵素系を葉緑体で発現させ、光合成反応中に生じた過酸化水素と余剰酸素の効率的除去による炭酸固定能の強化法開発を目的としている。本申請では、葉緑体モデル系としてAhpCタンパク類似遺伝子が発見されたランソウSynechocystis sp PCC6803を用いる。

1.ランソウのAhpC類似タンパク遺伝子のクローニングと発現Synechocystis sp PCC6803の染色体DNAを調製し、PCRクローニング法によりAhpCタンパク類似遺伝子をクローニング後、発現ベクターpTrac99Aに導入し大腸菌にて発現させた。この大腸菌を多量培養し同タンパクを精製し、ランソウAhpCタンパクを取得した。2.ランソウのAhpC類似タンパク電子伝達活性および、過酸化物分解活性の検討細菌A.xylanusNADH oxidaseのランソウAhpCに対する電子伝達活性は低かった。しかし、ランソウの無細胞抽出液中にはランソウのAhpCとNAD(P)H存在下で、過酸化アルキルを分解する活性が検出された。さらに、AhpC非依存性の分解活性も検出された。以上のことから、ランソウでは、細菌と異なるタイプの酵素系がAhpCを還元すること、さらに過酸化物分解系としてAhpC非依存性の酵素系も存在することが示唆された。A.xylanusのNADHoxidase-AhpC系をランソウで発現させた場合、これらの酵素系と競合する可能性がある。そこで次年度はランソウのAhpC依存、非依存性の過酸化物分解酵素系の代謝化学的検討をおこなう。遺伝子導入系がすでに確立されているSynechocossus sp.PCC7942と大腸菌とのシャトルベクターを基にSynechocystis sp PCC6803染色体DNAの一部を組み込んだ同菌における遺伝子発現ベクターを構築中である。次年度はこれを相同組み替え法にて遺伝子導入する予定である。著者らは、呼吸鎖と過酸化物分解酵素を欠如する真性細菌(Amphibacillus)に過酸化水素と余剰酸素を同時に除去する新規の酵素系(NADH oxidase-AhpC系)を見い出した。本酵素系は非常に高い過酸化水素分解活性を有す。本申請はこの酵素系を葉緑体で発現させ、光合成反応中に生じた過酸化水素と余剰酸素の効率的除去による炭酸固定能の強化法開発を目的としている。本申請では、葉緑体モデル系としてランソウSynechocystis sp PCC6803を用いた。以上のことから、ランソウでは、細菌と異なるタイプの酵素系がAhpCを還元し、A.xylanusのNADHoxidase-AhpC系をランソウで発現させた場合、これらの酵素は互いに競合しないことが示唆された。そこで同遺伝子系のランソウへの導入と発現を試みた。
パルプ漂白で生じる高分子有機塩素化合物の構造的特徴

3種類の製紙用クラフトパルプ(針葉樹未晒クラフトパルプ,広葉樹未晒クラフトパルプ,酸素前漂白した広葉樹未晒クラフトパルプ)を塩素漂白して塩素化パルプを調製した。充分に水洗した塩素化パルプから、5060%含水ジオキサンで高分子有機塩素化合物を抽出・単離した。本研究を行う以前の各種性状分析から、この高分子有機塩素化合物は、クラフトパルプ中に残存するリグニンの芳香核が塩素により酸化的な開裂を受けて生じるムコン酸型の構造、あるいは、その2重結合に塩素・塩酸・次亜塩素酸・水などが付加した構造を主体としているとの推測をしてきた。本研究では、この高分子有機塩素化合物をアルカリ処理(70°C)することにより生じる低分子化合物のうち量的に多いものを中心に、^1H-NMR,イオンクロマトグラフ(検出器:電気伝導度)等で同定・定量した。その結果、3種類の塩素化パルプから単離された高分子有機塩素化合物の全てから、アルカリ処理により酢酸・ギ酸・グリコール酸・二酸化炭素が生成することが認められた。これらの低分子化合物がパルプ・製紙工場の排液に含まれることは、既に多くの研究者から報告されているが、その起源物質については明礒ではなかった。今回の実験結果(アルカリ処理による上記4種の低分子化合物の生成)は、リグニンが塩素により冒頭で述べたようなポリカルボン酸型の構造に変化したと考えることで、合理的に説明できる。また、高分子有機塩素化合物のテトラヒドロフラン可溶区分について、高速液体クロマトグラフを用いたゲル浸透クロマトクラフィー分析(検出器:フォトダイオードアレイ紫外可視、及び、示唆屈折計)を行った結果、針葉樹由来のものに比べて広葉樹由来のものの方が低分子化合物が多く、樹種を問わず、低分子区分には、ムコン酸類・糖類・糖変性物(フルフラールなど)と考えられる化合物が高分子区分に比べて多かった。充分に水洗いした塩素化パルプから、5060%含水ジオキサンで高分子有機塩素化合物を抽出・単離した。これまでに行った各種性状分析から、この高分子有機塩素化合物は、クラフトパルプ中に残存するリグニンの芳香核が塩素により酸化的な開裂を受けて生じるムコン酸型の構造、あるいは、その2重結合に塩素・塩酸・次亜塩素酸・水などが付加した構造を主体としているとの推測を行ってきた。また、この高分子有機塩素化合物はアルカリ処理(70°C)とすると、様々な低分子化合物を生じるという結果も得ている。今回は、アルカリ処理により生成する低分子化合物のうち量的に多いものを中心に、^1H-NMR,イオンクロマトグラフ(検出器:電気伝導度)等で固定・定量した。その結果、3種類の塩素化パルプから単離された高分子有機塩素化合物の全てが、アルカリ処理により酢酸・ギ酸・グリコール酸・二酸化炭素を生成することが認められた。これらの低分子化合物がパルプ・製紙工場の排液に含まれることは、既に多くの研究者から報告されているが、その起源物質については明確でなかった。今回の実験結果から、リグニンが塩素により冒頭で述べたようなポリカルボン酸型の構造に変化している考えると、アルカリ処理により上記4種の低分子化合物が生成されることが合理的に説明できる。しかし、確認された低分子化合物は、全体のごく一部であり、その他のものについても分析する必要度が大きい。現在、有機酸以外の低分子化合物を高速液体クロマトグラフ(検出器:UV-VIS)を用いて同定・定量するための予備実験を進めている。

また、高分子有機塩素化合物のテトラヒドロフラン可溶区分について、高速液体クロマトグラフを用いたゲル浸透クロマトクラフィー分析(検出器:フォトダイオードアレイ紫外可視、及び、示唆屈折計)を行った結果、針葉樹由来のものに比べて広葉樹由来のものの方が低分子化合物が多く、樹種を問わず、低分子区分には、ムコン酸類・糖類・糖変性物(フルフラールなど)と考えられる化合物が高分子区分に比べて多かった。
熱中症リスク評価を目的とした皮膚温・心拍数の利用法に関する研究

ウェアラブル端末から得られるライフログを利用して体内温を予測するために、1518歳の男子高専生の運動習慣と20mシャトルランテストの回数から推定された最大酸素摂取量(VO2max)との関係を検証した。17歳でVO2maxが最も高くなり、殆ど毎日運動している学生ほど心肺能力は高いことが明らかとなった。また同じ運動量の場合、殆ど毎日運動している学生の運動量起因の体内温は、運動しない学生よりも0.2°C前後低いことを推定した。さらにウェアラブル端末から得られる運動の記録を利用してVO2maxを推定するために、高専5年生の男子学生7人にPolarの心拍計(A360)を手首に装着してもらい、2018年11月から2019年1月にかけて運動時間を記録した。ウォーキング等の中等度以上の運動を60分程度、ランニング等の高度の運動を10分程度毎日続けることで、高いVO2maxを維持できる可能性があることが示された。次に疲労評価のために、任意の作業強度における作業継続可能時間を疲労度別に定義した。疲労度は5段階(1.軽, 2.中, 3.強, 4.非常に強い, 5.疲労困憊)に分類され、本研究では、疲労度2(中程度)において作業可能な時間に到達すると疲労率100%になると定義した。実際の建設現場での作業中にウェアラブル端末から得られた心拍数より疲労率を計算した結果、概ね100%に達する前に休憩が取られていたが、心拍数が高い状態で作業を続けると100%を超える場合があることが示された。日ごろの運動習慣と最大酸素摂取量の関係を推定するためのデータについて冬期のみ取得しており、運動量が多いと思われる夏期の結果を取得できていないためである。また,体内温の推定について検討できていないため。夏期の運動習慣のデータを取得し、最大酸素摂取量との関係を把握する。また、体内温の推定式について検討する。平成28年度は,部位として手首に着目し,その手首皮膚温と平均皮膚温の関係を被験者実験で検証し,ウェアラブル端末を用いた皮膚温モニタリングの熱中症リスク評価への有効性を検討した。健康な男子学生5名を対象として恒温恒湿室で被験者実験を行った。温度条件は26,28,30°C,相対湿度は50%の3条件で設定した。実験では代謝量3.8metのトレッドミルによる走行運動を120分間行わせた。最終30分間の各被験者の平均値を解析対象とした。平均皮膚温と手首皮膚温の間には高い相関が示されたことから,熱中症予防の一つの方法として,ウェアラブル端末を用いて手首皮膚温をモニタリングすることの有効性が示された。次に,熱中症リスクを評価する一つの方法として,ウェアラブル端末で簡便に測定できる心拍数に着目した。心拍数を体力的疲労の評価に利用するため,体力的疲労PFを尺度化した。さらに任意の作業強度%VO2maxで任意の体力的疲労レベルに達する時間をTPFとし,算定式を提示した。心拍数HRと%VO2maxの関係を整理し,TPFをHRの関数で表した。またHRと直腸温度tcrの関係を導いた。作業開始後,任意の時刻tjにおける時間幅dtの平均HRjを測定し,そのHRjから許容疲労レベル(PLPF)に対応するTPFjを求め,dt/TPFjの累積値(%)を疲弊率PPFと定義した。被験者実験で疲労困憊に達した時間が,実測した心拍数を用いて本方法で予測したPPF=100%となる時間と概ね一致し,心拍数が体力的疲労評価に適用可能であることを確認した。また取得した心拍数と皮膚温をスマートフォンに送信し、アプリケーション上で熱中症リスクを表示する手法を検討した。手首皮膚温と平均皮膚温の関係を示せたことと,心拍数を用いた新たな体力的疲労評価方法を提案できたため。本年度は,前年度に引き続き、心拍数と体力的疲労度の関係について検討した。作業環境における心拍数の上限には、厚生労働省が示した作業を中止する上限心拍数=180ー(年齢)がある。これを体力的疲労に基づいて評価した結果,この基準は高齢になるほど安全側であることを示した。そこで体力的疲労に基づいて上限心拍数を求めた結果、新たに170ー0.6×(年齢)という式が得られた。次に、測定が容易でない最大酸素摂取量VO2maxをウェアラブル端末から得られるライフログを使用して推定する方法を検討した。まず、最大酸素摂取量と運動習慣の関係を調べるために、本校14年生の体育の授業で行われている新体力テストの結果を用いた。その中で20mシャトルランの項目があり、その結果とVO2max推定表を用いてVO2maxを推定した。またアンケートの項目として、1か月の運動日数と1日の運動時間などが得られており、この2つの項目とVO2maxとの関係について検証した。次に、学生にPolarの心拍計A360を手首に装着して生活してもらい日々の運動習慣を記録し、その結果とVO2maxの関係を調べた。1518歳の年齢別、男女別に最大酸素摂取量VO2maxと1ヶ月の運動日数、1日の運動時間の関係について検討した結果,1日の運動時間を用いることでVO2maxを推定できる可能性があることが示された。

また、BMI別のVO2maxと1日の運動時間の関係を検討した結果、BMIが大きくなるにつれて、VO2maxは小さくなることが示された。ウェアラブル端末から得られた運動時間(中程度と高程度の合計時間)とVO2maxの関係については、データ数が少ないことやライフログを取得した時期が冬だったことなどの理由により明確な結論に達することができなかった。実験期間を延ばし長期的なデータを取得する必要があると考えられた。最大酸素摂取量の推定に時間がかかったため。ウェアラブル端末から得られるライフログを利用して体内温を予測するために、1518歳の男子高専生の運動習慣と20mシャトルランテストの回数から推定された最大酸素摂取量(VO2max)との関係を検証した。17歳でVO2maxが最も高くなり、殆ど毎日運動している学生ほど心肺能力は高いことが明らかとなった。また同じ運動量の場合、殆ど毎日運動している学生の運動量起因の体内温は、運動しない学生よりも0.2°C前後低いことを推定した。さらにウェアラブル端末から得られる運動の記録を利用してVO2maxを推定するために、高専5年生の男子学生7人にPolarの心拍計(A360)を手首に装着してもらい、2018年11月から2019年1月にかけて運動時間を記録した。ウォーキング等の中等度以上の運動を60分程度、ランニング等の高度の運動を10分程度毎日続けることで、高いVO2maxを維持できる可能性があることが示された。次に疲労評価のために、任意の作業強度における作業継続可能時間を疲労度別に定義した。疲労度は5段階(1.軽, 2.中, 3.強, 4.非常に強い, 5.疲労困憊)に分類され、本研究では、疲労度2(中程度)において作業可能な時間に到達すると疲労率100%になると定義した。実際の建設現場での作業中にウェアラブル端末から得られた心拍数より疲労率を計算した結果、概ね100%に達する前に休憩が取られていたが、心拍数が高い状態で作業を続けると100%を超える場合があることが示された。日ごろの運動習慣と最大酸素摂取量の関係を推定するためのデータについて冬期のみ取得しており、運動量が多いと思われる夏期の結果を取得できていないためである。また,体内温の推定について検討できていないため。手首皮膚温から体内温度を推定する方法を検討すると共に,心拍数での体力的疲労評価や体内音推定に必要な最大酸素摂取量をウェアラブル端末から推定する方法を検討する。また、体力的疲労評価結果を表示するアプリの開発も引き続き行う。最大酸素摂取量の推定法の検討を引き続き行うとともに、ヒートファクターによる熱中症リスク表示の方法の検討やアプリ開発を続ける。また、実際の作業現場における心拍数等の結果を用いて体力的疲労度の検証を行う。夏期の運動習慣のデータを取得し、最大酸素摂取量との関係を把握する。また、体内温の推定式について検討する。日常生活と心拍数のデータ収集を今年度は行わなかったため、人件費に残額が生じた。本年度論文投稿ができなかったため、次年度論文投稿し、投稿料として使用したい。手首皮膚温を測定する被験者実験を行う際に皮膚温ロガーのチャンネルが足りないため、次年度の物品費と合算して皮膚温ロガーを購入する予定である。
インプラント術後骨形成促進を指向するヒドロキシアパタイト壁マイクロカプセルの調製

複合エマルションを利用する界面反応法によりヒドロキシアパタイト・ナノ粒子から構成されるマイクロサイズの中空ミクロスフィアを調製し,内部に抗菌剤を含浸させてマイクロカプセルとして活用することを試みた。インプラント術から数日間抗菌剤を徐放させることによって感染症を防止し,骨形成の阻害を防ぐことを目的とした。チタンねじ表面にミクロスフィアを付着させ,生分解性ポリマーで被覆したモデルインプラントを作製し,その有効性を検討した。複合エマルションを利用する界面反応法により多孔質低結晶性ヒドロキシアパタイト(HAp)ミクロスフィアの調製を実施した。pHを調整したK_2HPO_4水溶液を内水相とし,水溶性界面活性剤を溶解したCa(NO_3)_2水溶液を外水相とした。油溶性界面活性剤を溶解したシクロヘキサンを油相とし,ここに内水相を加えて高速撹搾し,W/0エマルションを調製した。これを外水相に投入して撹搾し,W/0/Wエマルションを調製した。生成するHAp粒子の結晶相は内水相pHが11以上でHApの単一相となった。Ca/P比は1.381.49となり,Ca欠損型のHApであることを示唆した。これらはSEMにより粒径が0.21.2μm程度のミクロスフィアであることが観察された。TEMにより,これらは針状粒子が放射状に凝集した中空ミクロスフィアであることが観察された。X線結晶子径はD(002)が4060nm, D(211)およびD(310)が約10nmと求められ,TEM観察の結果と一致した。すなわち,本研究で調製したHApミクロスフィアはナノスフィアとしての高い活性とミクロスフィアとしての取り扱いの容易さの両方を有する材料であるものと期待された。本系におけるHApの生成過程を熱力学計算によってシミュレートし,相図を作成した。以上の結果を取りまとめ,「医療工学・薬物送達系および治療系に関するアメリカ-日本合同会議(サンフランシスコ・アメリカ,平成18年11月)」にて発表した。得られたHApミクロスフィアをチタン表面に固定するためにはチタンの表面を適切に前処理することが必要である。種々のエッチング条件によってチタン表面に規則的な起伏を導入し,ミクロスフィア付着との関係を調査した。その結果は「第6回国際歯科チタンシンポジウム(京都,平成19年6月)」にて発表する。内水相としてリン酸水素二カリウム(K_2HPO_4)水溶液,外水相として硝酸カルシウム(Ca(NO_3)_2)水溶液,油相媒体としていくつかの有機液体をそれぞれ用いて複合エマルションを調製し,50°Cで324h撹拌を維持する界面反応法によりヒドロキシアパタイト(HAp)ミクロスフィアを調製した。K_2HPO_4-Ca(NO_3)_2系におけるHApの合成に関して,化学ポテンシャルに基づく熱力学計算を実施し,相図を描画することにより実験条件の妥当性を評価した。油相媒体種は化学反応式には関係しないにもかかわらず,生成するHApミクロスフィアの形態に影響を及ぼすことを見出した。ヘキサンあるいはシクロヘキサンを用いた場合に真球状で凝集の少ないミクロスフィアが得られた。ベンゼンあるいはトルエンを用いた場合には不規則形状で凝集が著しい生成物が得られた。また,油相媒体種によりX線結晶子径が変化する傾向を見出した。以上の結果について,結晶成長速度に対する油相媒体種の粘度と油相中のイオンの移動速度の影響に関して考察した。今後,マイクロカプセル壁材として形態を制御するための重要な知見および指針が得られた。鏡面研磨したチタンをフッ化水素酸(HF)によってエッチングし,HApミクロスフィアの付着量および被覆率に対するHF濃度の関係を調査した。チタン表面にHApミクロスフィアの粒径に匹敵する寸法の起伏を形成した条件において,付着が最大となった。さらに,処理温度プロファイルを工夫することにより付着を向上させることができた。この結果から,HAp壁マイクロカプセルを被覆したチタンインプラントの製造においては,HAp中空粒子を被覆した後,芯物質を含浸させる手順が簡便に実施可能であるものと示唆された。りん酸水素二ナトリウム水溶液を内水相とし,シクロヘキサンを油相とした。これらを混合し,ホモジナイザで高速撹絆してW/0分散系を調製した。硝酸カルシウム水溶液を外水相とし,ここに先に調製したW/0分散系を投入し,ディスクタービン翼で撹拌してW/0/W分散系を調製した。所定時間撹拌を継続し,ヒドロキシアパタイト(HAp)中空粒子を得た。チタン円盤表面を溶剤処理し,ここに疑似体液に分散したHApミクロスフィアを付着させた。チタンの表面処理条件および付着方法の最適化を検討した。得られた成果は歯科材料系雑誌に論文投稿しており,現在審査中である。実際のインプラントを模擬するために,JIS2種チタンねじを用いて表面処理し,HApミクロスフィアを付着させた。

研磨した円盤の場合と比較して,最適溶剤濃度に違いが認められた。中空粒子に含浸させる有用物質としては,歯科医師からの助言により抗菌剤であるアンピシリン(Amp)を用いた。HAp中空粒子によって抗菌剤を保持する空間を確保することができ,生分解性プラスチックであるポリ乳酸で被覆することにより徐放性を付与できた。マイクロカプセル壁物質としての有用性を向上させるために,HApミクロスフィアの溶解性をin vitroで評価した。その結果,溶解速度が市販の化学量論的HApに比べてきわめて大きいことが確認された。インプラントの基材となるチタンの精密鋳造のための条件を検討した。熱伝導性の高い材質を利用することにより,鋳造物の高温反応を効果的に抑制することができ,高精度化に寄与できることを見出した。
分子性の電子伝達系を用いた水可視光分解システムの構築

本研究課題では、天然で構築されている高度な電子伝達系を模倣した水可視光分解システムの構築を試みた。その結果、天然の光合成に類似した反応過程で水から水素生成反応を駆動する分子システムの構築に成功した。また、犠牲剤を利用しない人工光合成系の構築のために不可欠とされる高活性酸素発生分子性触媒の開発にも成功した。さらに、太陽光エネルギーの有効活用の観点から重要視される近赤外光駆動水素生成分子システムを構築し、その詳細な光触媒過程を解き明かした。最後に、それらのコンポーネントを二相系反応場に分けた水光分解システムの構築にも成功した。本課題では、分子性の電子伝達系を用いた水可視光分解システムの構築を試みる。その中で、電子伝達剤としてビオローゲンを複数導入したルテニウム錯体を合成し、その光触媒機能評価を行った。犠牲還元剤存在下で可視光照射を行ったところ、本ルテニウム錯体一分子で最高8電子の貯蔵を観測した。また、ビオローゲン一電子還元種の単量体がより選択的に形成される系で、同様に犠牲還元剤存在下で可視光照射を行ったところ、白金コロイドを触媒とする水素生成反応が他の系と比較して、より促進されることを見出した。この結果は、従来より観測されていたビオローゲン一電子還元種の二量体よりも、より負の酸化電位を示す単量体の方が水素生成に大きな駆動力を示すことにより説明された。一方、ビオローゲン電子伝達系を導入した白金錯体の触媒機能を評価したところ、本錯体はこれまでに例の無い3電子還元種を経由した光水素生成反応を駆動することが明らかとなった。本白金錯体系においても、ビオローゲン一電子還元種の二量体からの水素発生ではなく、さらなる一電子還元過程により生じる化学種によって水素生成が進行することが明らかとなり、ルテニウム錯体の系と同様の挙動を示したといえる。他方、光増感剤、電子伝達剤、及び水素生成触媒を二相分離型溶液系に溶解させた水可視光分解システムの構築にも取り組んだ。その結果、水素生成触媒の非存在下において、光増感剤から電子伝達剤への相間光電子移動の進行を示唆する結果が得られた。当初から予定していた電子伝達剤を導入した光触媒系の構築に成功しただけではなく、二相系光触媒分子システムの構築に不可欠な相間光電子移動系の実現にも至った。以上の点を踏まえ、おおむね順調に進展していると判断できる。本課題では、分子性の電子伝達系を用いた水可視光分解システムの構築を試みた。酸素発生触媒系の開発に関する研究では、新規に開発したルテニウム三核錯体触媒が、光化学的な酸素発生反応に対し触媒回転数(TON = 610)、触媒回転頻度(TOF = 0.90 s-1)と既報の中で最も優れた活性を示すことを明らかにした。次に、酸素発生初速度の錯体触媒濃度依存性を調べたところ、一次の相関が認められたことから、本ルテニウム三核錯体は律速段階において単一の分子性触媒として酸素を生成していることが明らかとなった。水素生成触媒については、電子伝達部位であるビオローゲン部位を白金ターピリジン錯体に導入した新規白金ターピリジン誘導体について新規に合成を行い、その光水素発生触媒特性の評価を行った。犠牲還元試薬の存在下光の照射を行ったところ、水素が生成した。12時間の光水素生成実験の結果得られた触媒回転数(21.5-25.2)は従来の白金ターピリジン誘導体より著しく高く、優れた触媒特性が示された。一方、同様の実験条件において光照射下における吸収スペクトルの時間変化を測定したところブロードな吸収帯の生成が観測され、ビオローゲン部位の電子貯蔵が観測された。その反応機構解析から、本錯体の第一還元電位を駆動力とする二電子還元種からの水素生成は進行せず、後続の光化学過程により生成する三電子還元種が水素生成を駆動するという興味深い知見が得られた。他方、光増感剤、電子伝達剤、及び水素生成触媒を二相分離型溶液系に溶解させた水可視光分解システムの構築にも前年に引き続き取り組んだ。水相に光増感剤、及び水素生成触媒、並びにイオン液体相に電子伝達剤を溶解した系において、光照射下において水素ガスの生成が認められた。水素生成系、酸素発生系について当初の研究計画の通り優れた触媒系の構築に成功している。一方、相分離型の電子伝達系を用いた水可視光分解システムの構築に関しても、半反応ではあるもののその開発に成功している。以上をもっておおむね順調に進展していると判断した。天然の光合成は、チラコイド膜内外に種々の反応場を設け物質変換反応を高度に制御している。本研究では、水-イオン液体二相系を反応場に用いる新しい人工光合成モデルの創出を試みた。具体的には、光水素生成分子システムを二相系に組み込むことにより従来の系にはない反応場の構築を目指した。その結果、本系において光増感剤から電子伝達剤への電子移動反応が主として水溶液中で進行し、その後電子伝達剤の一電子還元種がイオン液体相中へ相間移動することが強く示唆された。さらに、プロトン共役電子移動(PCET)に基づく一電子還元過程が進行することで知られる伝達剤を用いところ、効果的な光水素生成が確認された。他方、水からの光水素生成の分子システムに用いられてきた光増感剤は600 nm付近の波長まで吸収を持たず、太陽光全体のエネルギーの20%ほどしか利用できないことが問題として挙げられる。

そこで、800 nm付近までの近赤外領域を用いることによって、より効率的な水の可視光分解システムの構築を試みた。そこで、具体的には三核化配位子HAT (1,4,5,8,9,12-hexaazatriphenylene)を中心骨格として有し、800 nmまでの長波長域に吸収を有するルテニウム(II)三核錯体の合成を行った。本三核錯体を光増感剤、白金コロイドを水素生成触媒、及びアスコルビン酸を犠牲還元剤とするpH = 4.1の水溶液に700-800 nmの波長域の光を照射したところ、水素生成反応が進行することが確認された。この成果は、700 nm以降の近赤外領域の光での水素生成反応を分子システムにおいて実現する初めての例となった。本研究課題では、天然で構築されている高度な電子伝達系を模倣した水可視光分解システムの構築を試みた。その結果、天然の光合成に類似した反応過程で水から水素生成反応を駆動する分子システムの構築に成功した。また、犠牲剤を利用しない人工光合成系の構築のために不可欠とされる高活性酸素発生分子性触媒の開発にも成功した。さらに、太陽光エネルギーの有効活用の観点から重要視される近赤外光駆動水素生成分子システムを構築し、その詳細な光触媒過程を解き明かした。最後に、それらのコンポーネントを二相系反応場に分けた水光分解システムの構築にも成功した。二相系光触媒分子システムの構築に必要な、光増感剤、水素生成触媒、並びに酸素発生触媒の開発に取り組む。また、本光電子移動系を最も効果的に駆動する光増感剤、電子伝達剤、及び溶媒系の組み合わせを探索する。可視光応答性の向上を期待し、近赤外光駆動の光増感剤の開発を行う。また、分子性カプセルを用いた水素発生系の構築を試みる。一方、二相系水可視光分解システムの効率の大幅な向上を目指す。29年度が最終年度であるため、記入しない。錯体化学29年度が最終年度であるため、記入しない。
超弦理論の現象論的性質についての研究

超弦理論から導かれる4次元低エネルギー有効理論の研究を行った。超弦理論から標準模型を導出するのに有望と思われるオービファルド上のヘテロ型弦理論と背景磁場をもつブレーン模型を出発点にその4次元低エネルギー有効理論の解析を行った。特に、その有効理論に現れる離散対称性を調べ、特定の非可換離散フレーバー対称性が現れることを示した。そして離散対称性のアノマリーに関しても普遍的な関係式があることを示した。さらに、弦理論の振幅の計算を行い、場の理論の対称性の言葉では簡単に理解することができない弦理論特有の結合の選択則があることをしめした。超弦理論は、重力を含む統一理論の有力な候補である。超弦理論が素粒子物理学として本当に意味がある理論であるならば、4次元低エネルギー有効理論として、標準模型を再現するはずである。また、素粒子論のみならず、ダークエネルギー、ダークマターインフレーションの機構などの様々な宇宙論的な問題についても明確な説明を与えてくれるであろう。このように、「超弦理論から我々の世界がどのように導かれるか」ということを探求することが本研究のテーマである。現状ではかなり多くの弦理論の真空が存在することが分かっている。したがって、有望と思われるコンパクト空間上の超弦理論の現象論的性質を系統的に解析し、どのような場合に標準模型の群構造や世代構造が導出されるのか、更にゲージ結合や湯川結合の値などを計算することが重要である。このような系統的な解析や宇宙論的性質も含め、弦理論から現実世界への道筋を明らかにすることが本研究の目的である。超弦理論が本当に素粒子物理として、意味がある理論であるならば、低エネルギー有効理論として標準模型を再現するはずである。本研究の目的は、素粒子物理学の様々な現象論的性質が超弦理論の枠組みからどのようにして導出かれるのかを研究することである。低エネルギー有効場の理論を研究する際に重要なことは、許される結合項を支配する対称性の研究である。特に、超弦理論から導かれる有効場の理論では可換、および非可換離散対称性が重要な働きをしている。そのアノマリーついては、これまであまり詳細な解析がなされていなかった。本年度我々はヘテロ型オービフォルド弦模型において、離散対称性のアノマリーについて系統的な解析を行った。そして、そのアノマリーがdilaton(のaxion)によるGreen-Schwarz機構において相殺することが可能であることを示した。また、そのアノマリーの構造がU(1)ゲージ群のアノマリーの構造と密接な関係があることを示した。一方で、超弦模型から導出可能な非可換離散対称性の現象論への応用として、レプトンセクターの現実的な質量行列を導出する可能性、およびそのときのスーパーパートナーの質量のパターンの予言等の研究を行った。更には、新たな超弦模型の提案として、背景磁場のあるオービファルド模型を提案し、そのフレーバー構造の解析を行った。この模型では、余剰次元方向のゼロモードプロファイルの準局在化ということで比較的単純に現実的な質量行列が導出可能であることを示した。また、モジュライの宇宙論的な側面についても研究を行った。本研究の目的は、素粒子物理学の様々な現象論的性質が超弦理論の枠組みからどのようにして導出されるのかを研究することである。本年度我々は、背景磁場のあるコンパクト化により導かれる4次元有効理論の様々な現象論的性質を解析した。それは、導出されるゼロモードのスペクトルが現実的かどうか、そしてそのようなゼロモード間の4次元有効理論における結合の強さの計算やその結合項などを支配する対称性などの研究である。特にそのようなコンパクト化において、特定の離散的な非可換フレーバー対称性が現れることを示した。一方で、そのような非可換離散フレーバー対称性の現象論への応用として、超対称模型の枠組みでレプトンセクターの現実的な質量行列を導出する可能性、および、そのときのレプトンのスーパーパートナーの質量のパターンの予言等の研究を行った。また、上述のような研究とは独立に超対称性の破れの一般的なゲージ伝達シナリオの枠組みで、どのようなシナリオが現在の様々な実験バウンドをクリアしつつ、ウィークスケールを導出するためには、どのようなゲージ伝達機構がもっとも模型の微調整が少なくて済むのかについて系統的な解析を行った。

本研究の目的は、素粒子物理学の様々な現象論的性質が超弦理論の枠組みからどのようにして導出されるのかを研究することである。本年度我々は、F理論による現実的な模型の構築、背景磁場をもつ模型の構築、および、そのフレーバー構造の解析を行った。F理論は、IIB型超弦理論強結合理論を記述すると考えられ、最近その現象論的な応用が盛んに研究されるようになった。我々は、E8群から大統一理論を経ずに直接標準模型を導出するシナリオを研究した。さらに、別の模型として、背景磁場のあるプレーン模型において、現実的な模型の構築を行った。一方でそのようなブレーン模型の現象論的な性質、特にフレーバー構造についての研究を行い、特定の非可換離散群がフレーバー対称性として現れることを示した。今後はこの解析の結果を生かし、現実的なクォーク・レプトンの質量行列を導出する研究を行う予定である。また、弦理論に常に現れるもモジュライの安定機構を研究し、インフレーション中でもモジュライが安定化され、低エネルギーで超対称性が破れるシナリオの提案を行った。今後はその解析をさらに進め、宇宙背景放射などについて、詳しい解析をする計画である。超弦理論は、重力を含む統一理論の有力な候補である。超弦理論が本当に素粒子物理として、意味がある理論であるならば、低エネルギー有効理論として標準模型を再現するはずである。実際にこれまで様々な方法で現実的な模型へ向けた構成が行われ、ぞのゼロモードスペクトルに関しては、標準模型と似たものが再現されている。このような段階で次の課題は、そのような現実的なスペクトルをもつ弦模型が導く低エネルギー有効理論が、現実的であるかどうかを検証することである。そのような有効理論の解析に関して、どのような項が許されて、そのような項が禁止されるのかを調べていくことが重要である。本年度はヘテロ型弦理論をオービファルド上にコンパクト化した理論の低エネルギー有効理論に関して、そのような観点から研究を行った。禁止される結合項に関しては低エネルギー有効場の理論の対称性という観点で理解できるものもあるが、具体的な弦理論の摂動計算を行ってはじめてわかるような禁止則も存在することを示した。今度はこのような解析をクォーク・レプトンの質量行列の再現や陽子崩壊の抑制などへの応用を考えていくことが重要であると考えている。また、弦理論には常に現れるモジュライの安定化機構と超対称性の破れや宇宙論的側面についての研究を行い、多くのアクシオンが軽く残る可能性について研究し、そのようなシナリオにおいては、超対称性の破れが重要で、その破れのスケール、グラビティーの質量と軽いアクシオンの質量の関係等の解析を行った。
骨粗鬆症及び骨折の新規治療標的としてのマイクロRNAに関する検討

初代培養骨芽細胞の分化におけるmiRNAの発現について網羅的に検討し、これまでに骨芽細胞分化において報告のないmiRNA-2137の発現が変動することを見出した。そこで、骨芽細胞様細胞株MC3T3-E1及び初代培養骨芽細胞に対してmiRNA-2137を過剰発現すると、その分化は促進され、逆にノックダウンすることにより、その分化は抑制された。更に、マウス骨髄除去モデルにおいて、骨髄内にmiRNA-2137を注入することにより、有意な新生骨形成の増加を認めた。以上より、miRNAによる骨芽細胞分化の新たな調節機構が明らかとなり、臨床的にも骨形成促進薬としてのmiRNAの可能性が考えられた。人間の骨量は骨形成を担う骨芽細胞及び骨吸収を担う破骨細胞の代謝を調整する機構(リモデリング)により維持される。近年の分子生物学の発展により、骨リモデリングの分子レベルでの理解が進んだが、不明な点も多く残されている。そこで、申請者は新たな視点から骨形成の分子機構を研究すべく、マイクロRNA(以下miRNA)に注目してきた。本研究では、これまでの知見の蓄積を生かして、骨粗鬆症や骨折といった疾患における治療標的としてのmiRNAについて検討し、それら疾患における新たな治療戦略を構築することを目的とする。平成25年度は下記の実験を行った。骨粗鬆症及び骨折の治療標的となりうるmiRNAの同定In vitroにおいて、初代培養骨芽細胞にBMP2を用いて骨分化誘導を行い、マイクロRNAの発現をマイクロアレイにて解析した。そして、分化の過程において発現が増加したmiRNAを新たに同定した。また、CHIPアッセイを用いたmiRNAのクローニングも現在行っている。miRNAの機能解析In vitroにおいて、骨芽細胞様細胞株(MC3T3-E1)及び初代培養骨芽細胞に1で同定したmiRNAを過剰発現およびノックダウンし、アルカリフォスファターゼ染色及び活性、リアルタイムPCR法を用いてmiRNAの機能解析を行い、新たに同定したmiRNAが骨芽細胞分化に対して促進的な作用を持つことを見出した。骨折の治療標的としてのmiRNAについての検討1及び2により同定されたmiRNAを過剰発現するLNAオリゴを作成し、マウス骨折モデルの骨折部に局所投与し、miRNAの骨折治癒過程に与える影響についてマイクロCTにて現在解析中である。人間の骨量は骨形成と骨吸収のバランスを調整する機構(リモデリング)により維持されている。そして、骨リモデリングの破綻による骨粗鬆症は、人間の罹患する疾患のうちもっとも頻度が高く、さらに今後増加が見込まれている。そして、骨粗鬆症は転倒に引き続く骨折をもたらす。また、骨粗鬆症性骨折はしばしば難治化し、外科技術の進歩した今日にあっても未だに治療に難渋することが多い。近年の分子生物学の発展により、骨リモデリングの分子レベルでの理解が進んだが、不明な点も未だ多く残されている。これまでに、申請者は新たな視点から骨形成の分子機構を研究すべく、マイクロRNA(以下miRNA)の骨代謝における働きについて注目してきた。今回の研究目的は、生体における骨量減少に対してmiRNAを標的とした新規治療法を開発することである。まず、我々は骨芽細胞分化に促進的に作用するmiRNAを同定すべく、骨芽細胞分化モデルにおいてmiRNAの発現について網羅的に検討した。すると、これまでに骨芽細胞分化においてこれまでに報告のないmiRNA-2137の発現が変動することが見出された。そこで、骨芽細胞様細胞株MC3T3-E1及び初代培養骨芽細胞に対してmiRNA-2137を過剰発現すること、その分化は促進された。更に、MC3T3-E1に対してmiRNA-2137の発現をノックダウンすることにより、その分化は抑制された。また、qPCR法により、実際に骨芽細胞においてmiRNA-2137が発現していることを確認した。更に、マウス骨髄除去モデルにおいて、骨髄腔内にmiRNA-2137を注入することにより、negative control群と比較して有意な新生骨形成の増加を認めた。骨代謝当初の実験計画はほぼ実施できている。但し、骨粗鬆症モデルとしての卵巣切除マウスを使用した実験については、進展がやや遅れている。平成26年度に再度作成し、検討を再開する予定である。今後の推進方策については、当初の予定通り実験を進行していく予定である。研究計画にのっとり研究費を使用していたが、残額が小額生じたため。消耗品費として計上する予定である。
SiMISトンネル・エミッタ・トランジスタ(SiMISTET)の研究

本研究は,Si MISトンネル・エミッタ・トランジスタ(Si MIS TET)を高速動作させるために必要な微細化プロセスの開発および高速動作の実験的評価を目的に行われた.微細化プロセスの開発にあたっては,その基礎となる信頼性の高いプロセスの開発に成功した.高速動作性の評価に関しては,実験的による実証までは及ばなかったが,その理論的解析方法の指針を得た.以下に本研究の成果について述べる.Si MIS TETがバイポーラトランジスタとして安定に動作していることを明らかにし,低温においても電流増幅率は低下しないという通常のSiバイポーラトランジスタでは見られない特徴を見出した.それに加え,電流増幅率の値は過去のSimmonsらの報告よりも4倍大きいという結果が得られ,製作プロセスの信頼性が実証された.また,Si MIS TET動作時のベース電流が立ち上がるために要する電圧は大きく,この低減化のためには仕事関数の大きなエミッタ金属材料が必要であることを明らかにした.さらに,Si MIS TETの動作電流密度は,通常のSiバイポーラトランジスタのそれよりも1桁以上小さいが,反転層ベースの特徴より高速動作が可能であることが明らかにされた.特に,高速動作評価の基礎となるキャリアのベース走行時間について理論的に解析し,通常のSiバイポーラトランジスタのそれよりも,2桁以上高速であることが明らかにされた.本研究は,Si MISトンネル・エミッタ・トランジスタ(Si MIS TET)を高速動作させるために必要な微細化プロセスの開発および高速動作の実験的評価を目的に行われた.微細化プロセスの開発にあたっては,その基礎となる信頼性の高いプロセスの開発に成功した.高速動作性の評価に関しては,実験的による実証までは及ばなかったが,その理論的解析方法の指針を得た.以下に本研究の成果について述べる.Si MIS TETがバイポーラトランジスタとして安定に動作していることを明らかにし,低温においても電流増幅率は低下しないという通常のSiバイポーラトランジスタでは見られない特徴を見出した.それに加え,電流増幅率の値は過去のSimmonsらの報告よりも4倍大きいという結果が得られ,製作プロセスの信頼性が実証された.また,Si MIS TET動作時のベース電流が立ち上がるために要する電圧は大きく,この低減化のためには仕事関数の大きなエミッタ金属材料が必要であることを明らかにした.さらに,Si MIS TETの動作電流密度は,通常のSiバイポーラトランジスタのそれよりも1桁以上小さいが,反転層ベースの特徴より高速動作が可能であることが明らかにされた.特に,高速動作評価の基礎となるキャリアのベース走行時間について理論的に解析し,通常のSiバイポーラトランジスタのそれよりも,2桁以上高速であることが明らかにされた.