hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
過酸化脂質の生体免疫系破壊に関する研究

酸化油脂を経口摂取したときの生体毒性の発現機構を知るため,リノール酸メチルヒドロペルオキシドおよびその二次酸化分解生成物(主にカルボニル化合物)を経口投与したときのマウス免疫系組織への影響を調べた.C67BL/6系雄マウス(体重2030g)に精製リノール酸メチルヒドロペルオキシド(過酸化物価=6100meq/kg)を90, 190, 270, 310mgずつ経口投与した.また別にヒドロペルオキシドの分解物(カルボニル化合物)を経口投与した.投与24時間後に,臓器重量正測定するとともに,各種臓器組織をHE, PASおよびズダンIII法で染色し,組織像(肝臓,胸腺,脾臓,パイエル板など)を光学顕微鏡で調べた.また,血清GOTとGPTの活性を測定した.リノール酸メチルヒドロペルオキシドなどの脂質過酸化物を投与したときの胸腺細胞をフローサイトメトリーによるドットプロット分析に供し,胸腺細胞の変化を調査した.リノール酸メチルヒドロペルオキシドなどの脂質過酸化物を経口摂取したマウスの免疫系組織(胸腺,脾臓)の重量は顕著な低下を示した.とくに胸腺上皮組織では,浸潤しているリンパ球の著しい壊死が観察できた.この時胸腺ホモジネートからの自発的な極微弱化学発光量は顕著な増加を示した.また脂質過酸化物を摂取したマウスの脾臓においてはヘモグロビンの変性を示すヘモジゼリンの蓄積が認められ,一方,小腸パイエル板においてはリンパ球の壊死が顕著に認められた.ヒドロペルオキシド投与マウス胸腺のリンパ球をフローサイトメトリーで分析すると,免疫応答能の欠落した容積の小さいリンパ球群の出現が新たに認められた.これらの結果から,脂質加酸化物を摂取した場合に生体の免疫系組織に大きな障害のあらわれることが明らかになった.酸化油脂を経口摂取したときの生体毒性の発現機構を知るため,リノール酸メチルヒドロペルオキシドおよびその二次酸化分解生成物(主にカルボニル化合物)を経口投与したときのマウス免疫系組織への影響を調べた.C67BL/6系雄マウス(体重2030g)に精製リノール酸メチルヒドロペルオキシド(過酸化物価=6100meq/kg)を90, 190, 270, 310mgずつ経口投与した.また別にヒドロペルオキシドの分解物(カルボニル化合物)を経口投与した.投与24時間後に,臓器重量正測定するとともに,各種臓器組織をHE, PASおよびズダンIII法で染色し,組織像(肝臓,胸腺,脾臓,パイエル板など)を光学顕微鏡で調べた.また,血清GOTとGPTの活性を測定した.リノール酸メチルヒドロペルオキシドなどの脂質過酸化物を投与したときの胸腺細胞をフローサイトメトリーによるドットプロット分析に供し,胸腺細胞の変化を調査した.リノール酸メチルヒドロペルオキシドなどの脂質過酸化物を経口摂取したマウスの免疫系組織(胸腺,脾臓)の重量は顕著な低下を示した.とくに胸腺上皮組織では,浸潤しているリンパ球の著しい壊死が観察できた.この時胸腺ホモジネートからの自発的な極微弱化学発光量は顕著な増加を示した.また脂質過酸化物を摂取したマウスの脾臓においてはヘモグロビンの変性を示すヘモジゼリンの蓄積が認められ,一方,小腸パイエル板においてはリンパ球の壊死が顕著に認められた.ヒドロペルオキシド投与マウス胸腺のリンパ球をフローサイトメトリーで分析すると,免疫応答能の欠落した容積の小さいリンパ球群の出現が新たに認められた.これらの結果から,脂質加酸化物を摂取した場合に生体の免疫系組織に大きな障害のあらわれることが明らかになった.
異時相4次元MDCTによる肺局所血流量の定量評価コンピュータ支援診断システム構築

1.肺局所血流解析:肺の血流異常を診断するために、造影・非造影のMDCT画像を用いた肺血管ベースの非剛体レジストレーションによるサブトラクションアルゴリズムを開発した.このアルゴリズムの開発のために肺のボリュームデータから肺血管を末梢に至るまで詳細に自動抽出できるアルゴリズムの開発をおこなった.この血管抽出アルゴリズムはびまん性肺疾患の診断をおこなうためのCADアルゴリムにも適用した.また、肺の局所血流異常の代表的な疾患である、急性肺塞栓症を対象とした血栓検出のためのCADアルゴリズムも開発した.2.肺呼吸機能解析:肺呼吸機能解析は肺局所血流解析とともに肺機能解析において重要であり、慢性気管支炎や肺気腫などのCOPD(慢性閉塞性肺疾患)をターゲットとして気管支の抽出をおこなった.さらにCOPDの診断をおこなうために気管支の径の測定をおこなった.また、肺気腫の定量評価のために肺を葉ごとに分割するアルゴリズムの開発をおこなった.吸気と呼気のCTデータにおける肋骨や横隔膜の変位量を求めることにより肺の動きを定量化することもおこなった.3.びまん性肺疾患解析:本研究においては、HRCT画像を用いた特発性間質性肺疾患の鑑別を目的としたCADアルゴリズムの構築を最初に試み、その研究成果を基礎として、次に3次元のボリュームデータを対象としたびまん性肺疾患のCADシステムの構築を試みた.そして最終的には肺全体のびまん性陰影を7種類のパターンに自動的に分類可能なシステムを構築した.4.肺聴診音解析:肺聴診音の解析は、肺の機能解析においては非常に重要である.われわれは、ラ音と正常音に関して90%以上の識別率がえられており、実用性が十分に高いと考えている.1.肺局所血流解析:肺の血流異常を診断するために、造影・非造影のMDCT画像を用いた肺血管ベースの非剛体レジストレーションによるサブトラクションアルゴリズムを開発した.このアルゴリズムの開発のために肺のボリュームデータから肺血管を末梢に至るまで詳細に自動抽出できるアルゴリズムの開発をおこなった.この血管抽出アルゴリズムはびまん性肺疾患の診断をおこなうためのCADアルゴリムにも適用した.また、肺の局所血流異常の代表的な疾患である、急性肺塞栓症を対象とした血栓検出のためのCADアルゴリズムも開発した.2.肺呼吸機能解析:肺呼吸機能解析は肺局所血流解析とともに肺機能解析において重要であり、慢性気管支炎や肺気腫などのCOPD(慢性閉塞性肺疾患)をターゲットとして気管支の抽出をおこなった.さらにCOPDの診断をおこなうために気管支の径の測定をおこなった.また、肺気腫の定量評価のために肺を葉ごとに分割するアルゴリズムの開発をおこなった.吸気と呼気のCTデータにおける肋骨や横隔膜の変位量を求めることにより肺の動きを定量化することもおこなった.3.びまん性肺疾患解析:本研究においては、HRCT画像を用いた特発性間質性肺疾患の鑑別を目的としたCADアルゴリズムの構築を最初に試み、その研究成果を基礎として、次に3次元のボリュームデータを対象としたびまん性肺疾患のCADシステムの構築を試みた.そして最終的には肺全体のびまん性陰影を7種類のパターンに自動的に分類可能なシステムを構築した.4.肺聴診音解析:肺聴診音の解析は、肺の機能解析においては非常に重要である.われわれは、ラ音と正常音に関して90%以上の識別率がえられており、実用性が十分に高いと考えている.【目的】本研究の目的は,多列検出器型CT(MDCT)装置から得られる,造影・非造影の時相の異なる時系列3次元(異時相4次元)データを用いて,肺末梢の局所血流病態を客観的に分析・定量化することにより肺の病変の診断や手術支援をおこなうコンピュータ支援診断システムを開発することである.【実績】われわれの研究成果の概要は以下のとおりである.(1)肺領域のセグメンテーション:肺領域を高精細にセグメンテーションするアルゴリズムの開発を試みている.二値化アルゴリズムを基礎とした手法のみならず,胸壁にコンソリデーションが存在してもセグメンテーションが可能な形態学的特徴を考慮したアルゴリズムを開発している.(2)肺の気管支領域の抽出:対象の近傍領域でのCT値の類似度を基礎とした気管支領域をセグメンテーションするアルゴリズムの開発をおこない,現在,56次分岐までの抽出を可能としている.(3)肺血管領域の抽出:セグメンテーションされた肺野領域に対して,血管強調フィルタを適応し,さらに血管抽出処理などをおこない血管を末梢まで追跡し抽出を可能とした.これらの抽出された血管は,肺のレジストレーション処理やびまん性肺疾患解析のために用いられる.(4)肺のサブトラクション処理:抽出された血管をもとに肺のサブトラクション処理をおこない,造影・非造影の時相の異なるCTのサブトラクション処理をおこなった.この結果は疑似カラーによるマッピングを用いることにより視覚的にわかりやすく表示し,放射線科医による解析を行っている.(5)肺のレジストレーション処理:肺のサブトラクション処理のロバスト性を高めるために,肺血管を用いる方法以外のレジストレーションアルゴリズムを開発している.現在,非剛体レジストレーションアルゴリズムの検討を行っている.さらに,これらのアルゴリズムをワークステーションに実装し,放射線科医の診断支援に用いるべく開発をおこなっている.【目的】

本研究の目的は,多列検出器型CT(MDCT)装置から得られる,造影・非造影の時相の異なる時系列3次元(異時相4次元)データを用いて,肺末梢の局所血流病態を客観的に分析・定量化することにより肺の病変の診断や手術支援をおこなうコンピュータ支援診断システムを開発することである.【実績】われわれの研究成果の概要は以下のとおりである.(1)肺領域のセグメンテーション:前年度に引き続き,肺領域を高精細にセグメンテーションするアルゴリズムの開発を試みた.特に,コンソリデーションのある場合を想定したアルゴリズムの開発に取り組んだ.さらに肺葉単位で解析をおこなうために肺葉分割のアルゴリズムを開発している.(2)肺の気管支領域の解析:昨年に引き続き気管支領域をセグメンテーションするアルゴリズムの開発をおこない精度を向上させた.さらに,COPD診断のための気管支径の測定のアルゴリズムの開発を行っている.(3)肺血管領域の解析:肺葉分割やサブトラクション処理のための高精細な気管支抽出アルゴリズムの開発を行った.これはびまん性陰影の解析のためにも用いられる.(4)造影・非造影サブトラクション処理:抽出された血管をもとに肺のサブトラクション処理をおこない,造影・非造影の時相の異なるCTのサブトラクション処理をおこなった.この結果は疑似カラーによるマッピングを用いることにより視覚的にわかりやすく表示され,放射線科医による解析を行っている.(5)吸気・呼気サブトラクション処理:吸気と呼気のCT画像に対して,非剛体位置あわせ処理によるサブトラクションのアルゴリズムを開発した.さらにその変移量をベクトルとして可視化するアルゴリズムを開発した.(6)共通プラットフォームの開発:開発したCADアルゴリズムを実装して医師にも使いやすいようなインターフェースを備えた共通プラットフォームを開発した.【目的】本研究の目的は、多列検出器型CT(MDCT)装置から得られる、造影・非造影の時相の異なる時系列3次元(異時相4次元)データを用いて、肺末梢の局所血流病態を客観的に分析・定量化することにより肺の病変の診断や手術支援をおこなうコンピュータ支援診断システムを開発することである。【実績】われわれの研究成果の概要は以下のとおりである。肺血流を評価するための末梢血管まで抽出可能な肺血管抽出アルゴリズムの開発を行い、これを用いた造影・非造影時系列3次元データを用いたサブトラクションアルゴリズムを開発した。さらに肺末梢の局所血流を可視化するアルゴリズムの開発をおこない臨床例を用いた有用性の評価をおこなった、これらの研究に加え、肺に病変が存在する場合を考慮した肺領域のセグメンテーション手法の開発や肺の気管支領域の抽出や気管支径計測アルゴリズムの開発をおこない、さらに詳細な肺機能評価が行えるようにすることをめざした。またこれらの結果を実装可能な三次元ビューアを開発し、我々開発したCADアプリケーションの実装をおこなった。
頭針治療直後に現れる位相性卒中麻痺軽減時における脳内過程のMRI解析

高血圧性卒中易発症ラット(SHR-SP)、及び中大脳動脈閉塞(MCAO)ラットに対し、頭針(Scalp Acupuncture;SA)治療とその過程における脳内MRI画像解析を行った。SAR-SP卒中発症に特徴的な脳内変化は、Blood-Brain-Barrier(BBB)透過性の増大と、その結果現れる血管由来性浮腫の急激な拡大(T2画像で検出)であり、細胞毒性浮腫(拡散画像で検出)は認められない。10分間のSA処置後麻痺の緩和と全身症状の改善が見られ、1日後には血管由来性浮腫の顕著な縮小がすべてのラット(n=7)で認められた。SA治療を施さないラットでは、麻痺の進行と浮腫の拡大が認められた(n=7 out of 9)。すなわち、SHR-SPにおける卒中発作は血管由来性浮腫の発現を伴い、浮腫の軽減は内因性の水排出作用によるが、SAはこの内因性作用を著しく増強することが強く示唆された。一方、MCAOラットにおいては、1時間の閉塞により広範な細胞毒性浮腫が現れ、片方前肢に麻痺を起す。このとき血管由来生浮腫は発現しない。再灌流1日後血管由来生浮腫が広がり、全身症状の悪化を引き起こすが、これは再灌流時に発生するフリーラジカルによる血管内皮細胞損傷と、それによるBBB透過性上昇によると考えられている。SAは、細胞毒性浮腫、血管由来性浮腫に対しても、麻痺に対しても効果は認められない。すなわちSHR-SPとMCAOラットでは神経障害発症の脳内過程は異なり、従ってそれぞれの発症原因により治療法も異なる。我々の実験は、脳血管障害による麻痺治療に対して重要を与える。すなわち高血圧に起因する卒中発症に伴って発現する血管由来性浮腫は、脳神経機能障害の要因の一つであり、不可逆的な(あるいは回復の遅い)機能障害に至る前にこの浮腫を取り除くことの重要性である。血管由来性浮腫は、静水圧によりBBBを超えて血管内から脳組織中の隙間への等張性水溶液の漏洩により生じるものであるが、我々の実験は、内因性の浮腫除去機能の存在と、この内因性機能を活性化するための治療手段があることを示した。
三次元集積回路の動作発熱に起因する薄化チップの動的局所変形と電気特性変動の研究

次世代の集積回路として三次元集積回路(Three dimensional integrated circuit: 3D IC)が期待されているが、異種材料間の熱膨張係数差により局所応力の影響が懸念される。本研究では局所応力がトランジスタに与える種々の影響を評価した。テスト構造による評価の結果、異種材料間の熱膨張係数差で生じる局所曲げ応力は薄化Si基板に大きな歪を与え、トランジスタ特性にも大きな影響を与えることが判明した。三次元集積化回路の実用化展開のためには異種材料間の熱膨張係数差によって生じる機械応力の影響を抑制することが喫緊の課題である。本研究は三次元集積回路(3D IC)内の異種材料間の熱膨張係数差が薄化ICチップに与える局所曲げ応力の影響を調査するものである。特に回路動作の発熱に起因した有機系接着剤の熱膨張による影響についての詳細を定量評価することを目的とする。本年度は曲げ応力の影響を定量測定するための評価試料を作製し、作製した試料を用いることでマイクロバンプと有機系接着剤間の熱膨張係数差による局所曲げ応力を薄化したICチップに印加した。薄化したICチップ上に形成された最も基本となる電子回路であるCMOSインバータの入出力特性を測定した。結果、局所曲げ応力の印加前後でのCMOSインバータのスイッチング電圧の上昇確認に成功した。CMOSインバータは圧縮応力が印加される箇所に設置されており、圧縮応力に起因したnMOSFETの駆動電流低下とpMOSFETの駆動電流増加がスイッチング電圧の変動原因と考えられる。このようなマイクロバンプと有機系接着剤間の熱膨張係数差によるCMOS回路の特性変動の取得はこれまでに類がなく、非常に優位な知見であるといえる。さらに、作製した試料を過熱ヒーターに設置し、温度変化による薄化ICチップ上のMOSFETの電流ー電圧特性を測定した。結果、局所曲げ応力を印加していないMOSFETの測定では熱印加に起因した移動度低下による駆動電流の大幅な低下が観測されたが、曲げ応力を印加したMOSFETの駆動電流は大きく低下しなかった。これは曲げ応力により移動度が向上したためと考えられる。このように、発熱に起因した有機系接着剤の熱膨張による影響の測定の成功は、高い信頼性を有する3D ICの実現に必要不可欠であると考える。以上のように発熱の影響測定の他にも回路特性の変動という当初の想定以上の結果を得ることに成功した。本研究は三次元集積回路(3D IC)内の異種材料間の熱膨張係数差が薄化されたICチップに与える局所曲げ応力の影響を調査するものである。特に回路動作によって生じる発熱に起因した有機系接着剤の熱膨張による影響についての詳細を定量評価することが本研究の目的である。本年度は様々な密度のマイクロバンプを形成し、それぞれの場合における局所曲げ応力がMOSFETの特性変動へ与える影響を評価した。種々の密度のマイクロバンプを有する基板上に薄化した分光分析による応力評価用のSiチップおよびMOSFETの特性変動評価用のICチップを積層し、基盤とICチップ間に有機系接着剤を注入することで評価試料を作製した。SiチップおよびICチップの厚さ依存性も評価するため様々な厚さのSiチップとICチップを用いて評価した。結果、マイクロバンプの密度上昇に伴い熱膨張係数差による曲がり量および曲げ応力が低下することが判明した。一方で、チップの薄化に伴い曲げ応力の大きさが上昇することが判明した。3D ICの性能向上はマイクロバンプの高密度化とICチップの薄化によってなされると考えられることから本結果は3D ICの設計指針に対し非常に意義のある結果といえる。さらに、有限要素法によるシミュレーションを用いた解析も実施した。シミュレーションにより昨年度実施した熱による有機系接着剤の膨張の効果、および本年度実施したマイクロバンプの密度による曲げ応力の変化に非常に近しい結果を得ることに成功した。このことからシミュレーションによる評価も非常に有用であることが判明した。以上により当初の目標として掲げた3D IC内に発生する熱膨張係数差によって生じる局所変形のシミュレーション、回路の動作発熱により膨張した有機系接着剤がMOSFETに与える影響、マイクロバンプの密度とMOSFETの特性変動の依存関係の解明を成したと判断する。半導体工学申請書における平成25年度の計画は計算による曲げ形状の予測、局所曲げ応力の影響評価試料の作製、MOSFETの特性変動の取得であった。曲げ形状の予測は材料力学の知見を元に計算した結果と十分に一致しており、作製した局所曲げ応力の影響評価試料により静的および動的のいずれの場合においてもMOSFETの特性変動を取得していいる。よって、当初の計画どおりおおむね順調に進展していると判断する。平成26年度は当初の計画通りに研究を遂行する。具体的にはバンプサイズや密度、ICチップの厚さなどを変化させて様々な状況での曲げ応力の影響評価を行い、有機系接着剤の熱膨張係数、薄化チップの厚さ、動作温度を入力変数とした3D ICの動作

熱による機械変形のモデル化のためのパラメータ最適化を行う。さらには3D ICの信頼性向上のために、局所曲げ応力の抑制手法も提案する予定である。申請予算額からの減額により当初予定していた外注LSIチップの個数が半数となった。そのため、外注LSIチップを全て平成26年度での研究に充てるように計画を変更したため、当初平成25年度発注予定であったLSIチップの外注試作費が次年度使用額として残した。次年度使用額として残した予算はLSIチップの外注試作費に充てる。本事業で外注試作予定のLSIチップは平成25年度および平成26年度の両方で使用予定であったが、申請予算からの減額により平成26年度のみ本事業で外注試作したLSIチップを使用する計画へ変更する。
高圧下における疎水性水和現象を利用した無加熱食品加工および殺菌に関する研究

1.目的食品の調理、加工、貯蔵において一般に使われている加熱操作は、栄養成分や風味の劣化などを伴い、生の良さを生かす加工法としては理想的な方法とはいえない。本研究では、無加熱高圧加工プロセスとして、前年度に引き続き不活性ガスを溶存させて高圧処理する食品加工あるいは殺菌について検討した。2.方法供試菌として低温での高圧処理では死滅させることができない芽胞をもち、しかも食品中に比較的広く存在するBacillus cereusを選んだ。Bacillus cereusの栄養細胞を完全に死滅させ、芽胞のみの状態にしたものを、標準菌液とした。標準菌液を直径3cm、長さ22cmの円筒状のアルミパウチ袋に詰め、アルゴンガスを溶解させた。これに加圧処理を施した。加圧処理を行った試料は、Nutrient Agar培地で30°C、48時間培養し、出現したコロニー数を生菌数として測定した。殺菌効果は、加圧後の生菌数を加圧前の生菌数で割った生存率で評価した。3.結果500MPaで処理した結果は、処理温度40°Cではアルゴンを添加していない試料で30分加圧で4オーダーの殺菌効果があり、60分加圧でさらに殺菌効果が高まった。一方アルゴンを添加した試料では60分加圧でも3オーダーの殺菌にとどまり、アルゴンの添加は殺菌を抑制した。処理温度30°Cでは、アルゴンを添加していない試料及び添加した試料いずれも、60分の加圧で2オーダーの殺菌効果となり、アルゴン添加の影響は認められなかった。一方処理温度20°Cでは、40°Cの場合と異なり、生存率はアルゴンを添加していない試料に比べアルゴンを添加した試料の方が低下し、アルゴンの添加は殺菌を促進した。すなわち疎水性水和が増大する条件では、芽胞菌胞子の生存率が低下した。加圧時間が長いほどその影響は顕著であった。以上の結果から、アルゴンを溶存させることにより、芽胞菌胞子をより穏和な条件で殺菌するのに効果があることが示された。1.目的食品の調理、加工、貯蔵には一般に加熱操作が使われている。加熱操作は独特の風味や食感を作り出し、殺気にも欠かせない。その一方で、加熱操作は栄養成分や風味の劣化などを伴い決して理想的な方法とはいえない。本研究では、2種類のタンパク混合溶液に加圧処理を施し、高圧下における疎水性水和現象と物性変換との関係について実験的に検討することを目的とした。2.方法スキムミルク溶液を12.5%、25%、30%、40%に調製し、絹フィブロイン溶液、卵白、豆乳をいずれも6%に調製した。試料はスキムミルク溶液と絹フィブロイン溶液(卵白あるいは豆乳)をそれぞれ1:1に混合したものを用いた。蔗糖を8%添加した試料も併せて調製した。試料を直径2.5cmの円筒形のポリエチレン製の袋に詰め、圧力400MPa、温度を5°Cとし、10分間加圧処理を施した。高圧発生装置は、三菱重工業製MFP-4000を用いた。ゲル化しなかった試料についてはコーンプレート型回転粘度計を用いて粘度の測定を行い、ゲル化した試料はクリープメーターを用いて破断特性の測定を行った。測定温度は5°Cとした。3.結果スキムミルク溶液濃度12.5%では絹フィブロインと混合した系のみがケル化し、スキムミルク溶液20%で卵白と混合した系もゲル化した。スキムミルクと豆乳を混合した系はゲル化しなかった。加圧ゲルの破断特性値を比較すると絹フィブロインと混合した系がもっも硬いゲルとなった。絹フィブロインが卵白、豆乳を比較すると、絹フィブロインはスキムミルクのゲル形成を促進させる方向が働くが、卵白と豆乳はゲル形成を阻害する傾向がみられた。蔗糖の添加はゲル化を促進し、ゲル強度を高めた。2種類のタンパク混合溶液の加圧処理と加熱処理の違いをみると、加圧処理ではスキムミルクに絹フィブロインを混合した試料のみがゲル化した。一方加熱処理でゲル化した試料はスキムミルクと卵白の混合溶液のみであった。

一方アルゴンを添加した試料では60分加圧でも3オーダーの殺菌にとどまり、アルゴンの添加は殺菌を抑制した。処理温度30°Cでは、アルゴンを添加していない試料及び添加した試料いずれも、60分の加圧で2オーダーの殺菌効果となり、アルゴン添加の影響は認められなかった。一方処理温度20°Cでは、40°Cの場合と異なり、生存率はアルゴンを添加していない試料に比べアルゴンを添加した試料の方が低下し、アルゴンの添加は殺菌を促進した。すなわち疎水性水和が増大する条件では、芽胞菌胞子の生存率が低下した。加圧時間が長いほどその影響は顕著であった。以上の結果から、アルゴンを溶存させることにより、芽胞菌胞子をより穏和な条件で殺菌するのに効果があることが示された。
低着火性燃料に対応した物理的手法に基づく蒸発性・着火遅れ評価モデルの構築

本研究では,直鎖系の分子構造を持つ燃料だけではなく,一環,二三環の芳香族分もほぼ同等に含まれている舶用燃料を対象にして,燃料物性を利用して物理化学的な現象面や燃料性状を考慮する液滴蒸発,着火に関する評価モデルを提案,構築することを目標にしている。本年度は,液滴蒸発モデルの拡張を行っている。本研究内で実施する内容は,液滴界面における非平衡性,燃料物性における非理想性,液体内の流動性であるが,非平衡性と非理想性を考慮した液滴蒸発プログラムをコーディング,論文での実験データを基に検証を行った。界面の非平衡性は,界面付近の非平衡領域であるKnudsen層内を対象に弱い蒸発を仮定した気体の分子運動論に基づくSchrageの式を用いて考慮し,理想性は圧縮係数を考慮するため,Redlich-Kwong状態方程式を用いた。まず,これらを2成分系の燃料蒸発に適用,評価することで,プログラム,モデルの検証を行った。これらの現象を考慮した計算結果は,2成分混合比を変更した実験結果とほぼ一致し,液滴温度が一方の燃料の臨界温度を超える時に,その燃料が蒸発し切るまで蒸発速度が減少することが再現できた。本検証によって,作成プログラム検証,モデルの有効性が確認できた。また,モデル燃料及び実燃料での着火性実験は準備のみを行った。次年度には,燃料の着火性推定モデルを作成し,プログラム化する。また定容容器による燃料の着火性実験を行い,着火性推定モデルの検証用データを取得する。モデル検証に時間を要したため,本年度,次年度に渡って行う予定であった定容容器による着火性実験が準備のみで,実施ができていない。そのため,次年度実施分と含めて本年度前期にて実験を実施する予定である。次年度は,前期に前記の定容容器による燃焼,着火性試験を行うことと,燃料着火性推定モデルを作成する。実験燃料については,モデル検証している2成分系燃料として,メチルナフタレンとヘキサデカンの混合燃料を使用する。実燃料としては,燃料性状(蒸発特性,燃料中分子構造割合等)がわかっている舶用留出油および基材を対象にする。モデル作成については,実燃料と各炭化水素における物性から実燃料中の分子量,分子構造の割合を推定し,各炭化水素の着火性の重み付き平均を行い,実験結果との比較によりモデル定数を調整する。計上していた計算機が入札の結果,想定以上の低価格にて購入できたため,計算機,計算関係備品,実験用消耗品等に充当することとする。
持続可能な「くらし」像の構築―家政教育の再構築をめざして―

平成14年度の成果にもとづいて、以下の諸点から調査を行い、分析・考察を行い報告書としてまとめた。(1)日本家政学会での1980年代からの「環境」を切り口とした研究の取り組みの実態について投稿論文、発表論文等の動向を調査した。その結果、1992年のブラジルサミット以降、「環境」関連の論文は増えているが、学会としての共通理解に至っていない。(2)日本の家庭科教育の動向を探るために、平成14年度からの学習指導要領の内容分析と、教大協家庭科部門での家政教育に係わるカリキュラムの提案を今析した。(3)イギリスで収集してきた文献を解読し、持続可能性のための「生活の質」の指標等を分析・考察した。(4)ドイツの実態を知るために、環境ジャーナリストでドイツ在住の今泉みね子氏が訪日した機会に面接調査を行い、ドイツ市民の環境に対する意識の高さの背景や状況を分析した。(5)アメリカの家政学会のスコッツデイルをまとめた「家政学未来への挑戦」について、福田はぎの氏へ面接調査し、家政学における専門性について分析・考察した。(6)日本において「持続可能な地域づくり」に取り組んでいる自治体を訪問調査し、生活の場である地域、住民、行政、学校教育現場が協働できる条件等を分析・考察した。<調査地:兵庫県西宮市、山形県長井市、岩手県葛巻町、新潟県聖籠町、鹿児島県屋久島など>(7)以上の調査結果を、生活と廃棄物、環境共生型住まい・まちづくり、生活とエネルギー、情報化とライフスタイルなどの視座から分析し、「持続町能なくらし」構築のために生活者の主体性育成にむけた家政教育のカリキュラムの枠組みを提案し、報告書としてまとめた。研究概要をまとめると以下のようになる。1987年の「環境と開発に関する世界委員会」によって提言された「持続可能な開発(発展)」やその後、展開されてきている「持続可能性」をめぐる概念を、自然の条件の重視、世代間の公平性、人権・平和・価値などの高次の観点から(森田ら、1992年)整理し、持続可能な社会や「くらし」を考察してきた。さらに次のような作業、分析を通して、家政教育の枠組へ再構築への考察を続けている。(1)米国家政学会におけるレイクプラシッド会議(1899-1908年)以降の家政教育概念の変遷をたどり、特に、1993年開催された全米スコッツテイル会議で提示された家政学のガイドラインのための11のモデルと資料等について、家政学会原論部会の所属して、それらの言説をめぐる議論に参加し、生活・家庭生活の再概念化の動向を踏まえ、家政教育のパースペクティブへの視座を得た。(4)中国を訪問し、北京師範大学環境教育センターおよび日中友好環境保全センターにおける取組みを調査し、人口問題と持続可能性について討議し、公正性、公平性についての視座を得てきた。(5)西宮市、奈良市を訪問し、地域における取組みやNPOによる実践活動の実態調査を行った。以上の成果を全体的に考察し、さらに1997年の「環境と社会に関する国際会議」で宣言された「テサロニキ宣言」の「環境と持続可能性のための教育」の観点から環境教育への考察を進め、論文としてとりまとめている。
Cathepsin J(C)の糖鎖及びプロペプチドの構造と機能相関の解析

この研究はCathepsin J(C)の構造と機能相関を解明することを目的としている。Cathepsin J(C)はPreprocathepsin J(C)として生合成され、その後プロセシングを受けて、成熟型Cathepsin J(C)となる。我々によって完全精製したCathepsin J(C)は成熟部位を構成する重鎖と軽鎖以外にPro鎖の一部を含み、各々4量体から成るオリゴメリックな構造をしている。我々は主なPro鎖断片、20-24kDaと18kDaは15kDaと11kDaのペプチドに、各々糖鎖が3本と2本付加しているPro鎖断片であることを明らかにした。また、重鎖に糖鎖が1本付加していて、軽鎖には認められなかった。これらの付加糖鎖のうち、Pro鎖断片の糖鎖はEndo Hに感受性が高くハイマンノース型と推定され、重鎖のそれはEndo H抵抗性糖鎖が多くを占めていたことから、コンプレックス型が主であることが明らかになった。そこで、ピリジルアミノ(PA)化法による詳細な糖鎖構造の解析を行い、次のことが明らかになった。約40%はマンノース4-7ヶのハイマンノース型糖鎖であり、シアル酸まで揃ったコンプレックス型の2本鎖は約13%で、このほとんどはリソゾーム酵素によって部分的に分解されたものである。約7%を占めるマンノース3ヶから成る糖鎖はリソゾームのマンノシダーゼの基質特異性から、ハイマンノース型由来とは考え難く、コンプレックス型由来とみなされる。そしてハイブリット型糖鎖も若干認められた。以上の結果は、Cathepsin J(C)はPro鎖が内側に成熟酵素の重鎖が外側に向くような形でオリゴマー構造を保っていて、Pro鎖の糖鎖はリソゾーム酵素に比較的さらされ難い状態にあり、重鎖の糖鎖はリソゾーム酵素によく曝された状態にあることを示している。Cathepsin J(C)は細胞障害性及び骨髄性細胞に、高いレベルで発現し、これらの細胞の顆粒内に局在するSerine proteaseの活性化に関与していることから、阻害剤の開発と創薬の観点から、特に注目されている。1)プロ鎖、成熟型重鎖、軽鎖ペプチドの分離-精製ラットCathepsin J(C)をCM化し、逆相HPLCを行って、プロ鎖、成熟型重鎖及び軽鎖ペプチドを分離した。2)Endoglycosidase処理による糖鎖構造の推定-Cathepsin J(C)のcDNAから、プロ鎖に3ヶ所、成熟型酵素に1ヶ所のAsn結合型糖鎖結合部位のあることが推定された。そこで各々のペプチドについて、Glycopeptidase F(GPF)及びEndo H処理、SDS-PAGEを行った。プロ鎖(20-24kDa,18kDa)の場合、両酵素処理で15kDaと11kDaのバンドにシフトした。N末アミノ酸配列分析及びゲルシフトから、24kDaのバンドはAsn結合型糖鎖が3本、18kDaには2本付加していると考えられ、これらの糖鎖はEndo H感受性であることから、いずれもハイマンノース型と推定された。成熟型酵素の重鎖(24kDa)の場合、GPF処理で21kDaのシフトし、Endo H処理抵抗性糖鎖が多くを占め、21kDaにシフトしたのはわずかであった。

このゲルシフト、N末アミノ酸配列分析から、重鎖にはcDNAから推定されたようにAsn結合型糖鎖の付加には1ヶ所でコンプレックス型糖鎖が主であることが示唆され、同様な処理で軽鎖には糖鎖付加は認められなかった。これらのデータをもとに糖鎖のピリジルアミノ化法にて詳細な糖鎖構造の解析を進めている。Cathepsin J(C)は細胞障害性及び骨髄性細胞に高いレベルで発現し、これらの細胞の顆粒内に局在するSerine proteaseの活性化に関与していることから、この研究はCahtepsin J(C)の糖鎖構造を解析してその機能相関を解明することを目的としている。平成11年度の研究で、Cathepsin J(C)のPro鎖に3ヶ所、成熟酵素に1ヶ所結合しているAsn結合型糖鎖のうち、Pro鎖のそれは主にハイマンノース型で成熟酵素のそれはコンプレックス型であることを明らかにした。そこでピリジルアミノ(PA)化法とHPLCシステムによる順相及び逆相カラムクロマトグラフィーによってこれらの糖鎖の詳細な糖鎖構造の解析を行った。まず順相カラムで、アシアロ、モノシアロ、ジシアロ画分を分離し、それらについてシアリダーゼ、β-ガラクトシダーゼ、β-N-アセテルへキソサミニダーゼ消化をおこない順相および逆相カラムクロマトグラフィーでの溶出パターンと既知糖鎖のそれとの比較によって解析を行った。精製Cathepsin J(C)の糖鎖は約40%がマンノース47ヶのハイマンノース型糖鎖でシアル酸まで揃った2本鎖のコンプレックス型は13%でこのほとんどはリソゾーム酵素によって部分的に分解されたものである。約7%を占めるマンノース3ヶから成る糖鎖はリソゾームのマンノシダーゼの基質特異性から、コンプレックス型由来とみなされる。そしてハイプリット型糖鎖も若干認められた。以上の結果から、Cathepsin J(C)はPro鎖が内側に成熟酵素の重鎖が外側に向くような形でオリゴマー構造を保って、Pro鎖の糖鎖は重鎖の糖鎖にくらべてリソゾーム酵素にさらされにくい状態であることをしめしている。
公共政策が子供への健康投資行動に与える影響に関する実証研究

平成30年度は本研究課題の最終年度(3年間のうち)にあたるため、期間全体の成果を簡潔に報告する。本研究課題は、(1)公共政策による健康知識の普及が小児期の子供の死亡率に与えた影響、(2)大気環境政策によって健康投資としての家計の居住地選択がどのように変化したか、の2つのテーマで構成されている。(1)のテーマでは、昨年度にRevise and Resubmitになっていた論文がEconomic Development and Cultural Changeに採択された。また、外生的な変動による母親の教育水準の向上が小児期の子供の病気の治療を介して死亡率を減少させたことを明らかにした。(2)のテーマでは、2000年代前半に1都3県(日本)で実施されたディーゼル車排出ガス規制に着目し、大気環境の改善に対して人々がどの程度の便益を感じているのかを調べた。このプロジェクトを通じて、これまでのストーリーおよび分析方法を見直し、また、議論すべきアウトカムを増やした。これまでの分析では、大気汚染物質としてSPMに着目し、公示地価の調査地点の大気汚染濃度を予測し、近隣のディーゼル車の交通量が多い地点ほど、内生変数である大気汚染濃度を低下させ、地価を向上させるという分析を行ってきたが、着目している政策はSPM以外にもNOXを削減しているため、この分析フレームワークでは論理的な整合性に問題があると考え、Currie, Davis, Greenstone, Walker (2015 Ame Econ Rev)と同様に、まずは複数の大気汚染が減少したかどうかを調べ、その後に、同じ分析のフレームワークで地価が減少するのかを調べることとした。予備的な分析結果は得られており、推定モデルを精緻化しても結果は頑健で阿東と思われる。今後は、さらに、乳幼児の健康をアウトカムとした分析を追加し、論文を関せさせる。平成28年度は本研究課題の1年目(3年間のうち)にあたる。平成28年度におけるそれぞれの研究課題の進捗状況は以下の通りである。(1)のテーマでは、タイで2002年に実施された医療福祉政策による健康知識の普及という処置効果の強さが母親の教育水準によってことなることを通じて、健康知識と子供の死亡率の関係を調べた。本年度は、教育の内生性の問題を解決するために1970年代に実施された教育政策の自然実験的な状況を利用した。この状況を利用するための情報として1950年代から1990年代までの県別の教育資源、年齢別人口、各教育水準への就学者数の情報を収集し、分析を行った。分析の結果、母親の教育水準が小学校卒業以下の場合、中学校進学以上の母親に比べて、医療福祉政策の導入よって小児期の子供の死亡率が千人あたり6人も多く減少していることがわかった。この成果を国内学会で報告した。現在は海外の学術誌へ投稿するために論文を執筆している。分析では、排出ガス規制以前の交通量と年の交差項を操作変数として、大気環境と地価の内生性の問題に対処した。本年度は、分析のためのデータセットの構築、分析、草稿の執筆までを行った。共著者が応用計量経済学カンファレンスで本研究を報告し、優秀論文賞を受賞した。本テーマでは今後、1都3県で実施された規制が1都3県の外部にもたらした影響について調査する。公共政策による健康知識の普及が小児期の子供の死亡率に与えた影響に関する研究の情報収集において、アジア経済研究所の研究者の協力を得ることができたため、収集のための様々なコストを大幅に圧縮することができた。大気環境政策によって健康投資としての家計の居住地選択がどのように変化したかを調べる研究を共同研究として行うことができたため、テーマ1と並行して研究を進めることができた。具体的には、交通量などの空間情報のデータセット構築を共同研究者が行った。平成29年度は本研究課題の2年目(3年間のうち)にあたる。平成29年度におけるそれぞれの研究課題の進捗状況は以下の通りである。(1)のテーマでは、タイで2002年に実施された医療福祉政策による健康知識の普及という処置効果の強さが母親の教育水準によってことなることを通じて、健康知識と子供の死亡率の関係を調べる。この研究に先立ち行っていたタイの医療福祉政策の導入と家計の予測できない医療支出に対する貯蓄行動の関係をしらべた論文が4月にRevise and Resubmitになったためこの改定作業を行い3月に再投稿した。(2)のテーマでは、2000年代前半に1都3県(日本)で実施されたディーゼル車排出ガス規制に着目し、大気環境の改善に対して人々がどの程度の便益を感じているのかを調べる。

これまではアウトカムとして地価に着目してきたが、医療費などもアウトカムにできないか多面的に検討を行ったが、本研究の分析のフレームでは識別が困難であることがわかったため、現時点で論文をファイナライズすることに決めた。大気環境と地価の関係を構造的にとらえるために、地価だけでなく医療費もアウトカムとする研究について新たな計画をたて既に開始している。(1)、(2)のどちらのテーマについても、当初の計画における分析等は全て完了した。テーマ(1)においては、母親の教育水準が高いほど子供が入院すべき病気の時により、病院を受診しやすいことを二つの自然実験を利用することで明らかにした。テーマ(2)においては、ディーゼル車排出ガス規制による大気汚染の改善は、ディーゼル車の交通量が多いところほど大きく、また、地価は上昇していることを識別した。さらに、これの改善の経済厚生を計算し、疫学的な便益と人々が認識する経済厚生の差を測った。平成30年度は本研究課題の最終年度(3年間のうち)にあたるため、期間全体の成果を簡潔に報告する。本研究課題は、(1)公共政策による健康知識の普及が小児期の子供の死亡率に与えた影響、(2)大気環境政策によって健康投資としての家計の居住地選択がどのように変化したか、の2つのテーマで構成されている。(1)のテーマでは、昨年度にRevise and Resubmitになっていた論文がEconomic Development and Cultural Changeに採択された。また、外生的な変動による母親の教育水準の向上が小児期の子供の病気の治療を介して死亡率を減少させたことを明らかにした。(2)のテーマでは、2000年代前半に1都3県(日本)で実施されたディーゼル車排出ガス規制に着目し、大気環境の改善に対して人々がどの程度の便益を感じているのかを調べた。このプロジェクトを通じて、これまでのストーリーおよび分析方法を見直し、また、議論すべきアウトカムを増やした。これまでの分析では、大気汚染物質としてSPMに着目し、公示地価の調査地点の大気汚染濃度を予測し、近隣のディーゼル車の交通量が多い地点ほど、内生変数である大気汚染濃度を低下させ、地価を向上させるという分析を行ってきたが、着目している政策はSPM以外にもNOXを削減しているため、この分析フレームワークでは論理的な整合性に問題があると考え、Currie, Davis, Greenstone, Walker (2015 Ame Econ Rev)と同様に、まずは複数の大気汚染が減少したかどうかを調べ、その後に、同じ分析のフレームワークで地価が減少するのかを調べることとした。予備的な分析結果は得られており、推定モデルを精緻化しても結果は頑健で阿東と思われる。今後は、さらに、乳幼児の健康をアウトカムとした分析を追加し、論文を関せさせる。公共政策による健康知識の普及が小児期の子供の死亡率に与えた影響に関する研究については、学会報告の際に、かなり建設的なコメントを頂くことができたため、草稿からの大幅な改訂を行っている。平成29年度中にディスカッションペーパーにし、海外の学術誌へ投稿することを目指している。
医療イメージング応用に向けた高感度３次元コンプトンカメラの開発

本年度は、昨年度開発した医療用コンプトンカメラと画像再構成アルゴリズムを用いて、実際の分子イメージングにおける多核種3次元イメージングに向けた応用検討を行った。臨床応用に向けたファーストステップとして、マウスを用いた生体内での多核種同時イメージングの実証実験を実施した。生体内において互いに異なる臓器に集積する特徴を持つ131I(364keV)、85Sr(514keV)、65Zn(1116keV)の3核種を一匹のマウス(8週齢)に注入し、麻酔下状態で12方向からデータ測定を行った。測定時間は各10分である。3核種各々のエネルギーピークがスペクトル上で明瞭に確認できるとともに、イメージングの結果から各々の核種が甲状腺・骨・肝臓の標的臓器に正しく集積している様子が確認できた。また撮像後に甲状腺と肝臓を摘出し、集積RI強度の測定を行ったところ、再構成イメージ上の相対強度比は20%以下の精度で再現されていることが確認できた。本カメラの高感度性により、半導体検出器ベースの従来研究では十時間以上を要していたマウス生体撮像から大幅な撮像時間短縮化を実現した。本研究では検出器コスト低減の観点から1台のコンプトンカメラを順次回転させることでマルチアングルデータ取得を行ったが、将来的に複数台のカメラをガントリ状に配置することで測定時間をさらに1/10以下にまで短縮することが可能である。これらの結果は従来の単色を基調とする核医学診断を脱却し、多様なトレーサーを複合的に用いた新たな画像診断の扉を拓く3次元マルチカラーイメージングの実現可能性を示したものである。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、分子イメージングにおけるガンマ線撮像可能エネルギーの拡張に向けた3次元シンチレータ式コンプトンカメラの開発を目的とするものである。本年度は、医療用コンプトンカメラプロトタイプ機の開発及び3次元画像再構成アルゴリズム開発に特に焦点をあて研究を行った。コンプトンカメラプロトタイプ機の開発においては、シミュレーションによる検出器構成の最適化を基に製作した実機の基礎性能評価を実施した。その結果、従来のコンプトンカメラのおよそ2倍の高解像度化を達成し、137Cs点線源を用いたイメージング評価では約3mmという良好な解像度が得られた。また3次元イメージングの実現のために、最尤推定期待値最大化法を基にしたコンプトンカメラ画像再構成アルゴリズムを開発した。通常2次元の投影平面上で行われるコンプトンカメラの画像再構成を3次元空間へ拡張し、加えてデータ欠損によって生じる画像の位置不定性を補うための測定手法を新たに導入したところ、3次元的にほぼ等方なイメージングの確立に成功した。これらハード面・ソフト面のシステムを統合し、これまでに実際に様々なガンマ線源の3次元イメージング実験を実施した。その結果、シリンジのような構造体の短時間での3次元イメージングや、複数の異なるエネルギーの線源の同時マルチカラーイメージングの実証に成功している。これらの結果は核医学診断における使用薬剤の拡張の実現に向けた大きな一歩である。当初の計画では、27年度では(1)コンプトンカメラプロトタイプ機の開発、(2)検出器特性の基礎性能評価、(3)イメージング性能評価を予定していたが、これらのすべての項目に加えて、(4)3次元画像再構成アルゴリズムの開発、(5)単純な被写体を用いた複数視点のデータ取得による3次元イメージングの実証実験も実施することができた。実際の性能評価の結果においても、4.5°という良好な角度分解能が得られ、当初目的としていた角度分解能4°をおおむね実現しているといえる。本年度の成果と課題を基に、今後は以下の様に研究を推進していく予定である。

・現状使用しているよりも更にエネルギー特性の優れた光検出器MPPCを使用することで、コンプトンカメラプロトタイプ機の高解像度化を図る。・現状では単純な被写体でのイメージングには成功しているが、複雑な構造体の画像再構成時には強いアーチファクトが出現し画像が正しく結像しないという問題が生じている。現状の画像再構成アルゴリズムの精査を行うことで、この問題の解決を図る。・複数のエネルギーの放射性トレーサーを使用したファントムイメージング・小動物(マウス)イメージングを実施し、本研究課題の最終的な目標である3次元マルチカラーイメージングの有用性の実証を行う。28年度が最終年度であるため、記入しない。
ヨーロッパと東アジアにおける歴史教科書対話の役割と限界についての比較研究

初年の研究の重点は、日韓歴史教科書対話のドイツ・ポーランド間教科書会議との比較における経過、現状、結果に関する先行研究の検証におかれている。その際、日韓歴史教科書対話におけるドイツ・ポーランド間の対話には見られない、後述のような特徴が浮かび上がった。日韓歴史教科書対話においては、様々なアクターとの教科書対話の2つのプロセスを明確に分けてとらえる必要がある。一方では、教科書の内容について、日韓間の対話が民間で盛んに行われた。それを代表する最も重要なグループである、「歴史教育研究会」と「歴史教科書研究会」(以下「民間対話」)が、研究の中心となる。他方では、政府の主導で作られた「日韓歴史共同研究委員会」(以下「政府間対話」)が、教科書の記述内容に関する対話を行った。教科書対話のこのような2つのプロセスは、人材面ではあまり接触点がなく、それぞれに異なる結果をもたらした。民間対話では、それぞれの歴史観に相違は残ったものの、日本と韓国の歴史研究者の間に、かなりの共通認識が見られ、学校教材資料というかたちで、一連の具体的な結果が生まれた。これに対して、政府間対話では、これまでのところ、双方の見解の相違が確認されるに留まり、対立する歴史観を歩み寄らせる手がかりもあまり見いだされていない。議事録や報告書を使った政府間対話の詳細な分析は、前堤となった目標設定と実際の目標の乖離を示している。相反する歴史観の間の相互理解という前提の目標設定は、対話においては、自国の歴史観の正当性を主張するという、実際の目標の背後に退いている。このような自己主張のための対話としての教科書対話の傾向は、民間対話の初期にも見られるが、そこではその後、相反する歴史観の歩み寄りのための努力によって回避された。議事録や報告書を使った政府間対話の詳細な分析は、前提となった目標設定と実際の目標の乖離を示している。本研究の進歩状況が遅れている理由は主に3つある。1)平成23年3月の東日本大震災の弘前大学のスケジュールへの影響(週に9コマあった担当授業が8月、9月に繰り越されて行われた)

2)研究計画調書を作成したときに予想できなかった研究代表者の管理業務の負担増加(入学・広報委員会、入学試験総合問題作成委員会)3)研究代表者の健康不振平成23年度に予定されていたが、上記の理由のため実施できなかった国内調査と韓国での調査を、平成24年8月、9月、および平成25年2月、3月に実施する予定である。研究実施計画が遅れたため、平成24年度に予定されていたドイツでの調査を、平成25年8月から9月にかけて実施する予定。その他の最終年度の研究活動は計画通りに実施する見込みである。平成23年度に実施できなかった国内調査と韓国での調査を、平成24年8月、9月、および平成25年2月、3月に実施する予定である。それ以外の研究活動は計画通りに実施する見込みである。
微小分散液滴を利用したバイオメディカル分析法の開発

T字ジャンクション構造のマイクロチャンネル・2つの入口リザーバ・1つの出口リザーバを有するポリジメチルシロキサン(PDMS)製のマイクロ流体チップを減圧下で脱気し、その後大気圧下に戻し、一方の入口リザーバに油相、もう一方の入口リザーバに水相を加えることにより、単分散性の高い油中水滴を自動的に調製する新技術を開発した。生成した油中水滴に単一DNA分子とPCR試薬を内包させPCR増幅を行い、蛍光を示す油中水滴の割合を計数したところ、ポアソン分布から予測される割合と良好な一致を示した。以上のように、PDMSマイクロ流体チップを利用した新たなドロップレットデジタルPCRプラットフォームが確立された。研究実施計画に記した通り、平成25年度は本研究課題における第一ステージと位置付け、微小分散液滴を基盤とした変異解析プラットフォームを構築するためのプロセス要素技術の開発に取り組んだ。とりわけ、分散液滴調製プロセスの開発に重点的に取り組んだ。まず、マイクロミキサーやホモジナイザーを用いることで油中水滴の作製を試みたが、目的とする単分散性および安定性の高い液滴を調製することはできなかった。そこで、ポリジメチルシロキサン(PDMS)製のマイクロ流体チップを新たに設計し、極めて粒径の揃った油中水滴を作製することを試みた。チップ上のマイクロチャンネルの寸法、油相・水相の組成および送液速度など様々な因子の最適化を行うことにより、極めて単分散性の高い油中液滴を作製することに成功した。生成した液滴の平均粒径はおよそ90ミクロンであり、その多分散インデックスは2%以下であった。また、このような粒径の揃った液滴5万個をおよそ100分で作製することが可能であった。ここで得られた液滴数は、試料中のDNA分子の個々に対して微小反応容器と成り得る充分な数である。そこで、これらの単分散液滴にDNA一分子ずつを内包させ、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)を行った。35回の熱サイクル後の液滴を観察したところ、液滴の崩壊は観られず本液滴の高い安定性が示された。また、液滴内にて一分子からのPCR増幅が進行しているか確認したところ、増幅が達成されたことを示す蛍光シグナルが一部の液滴において観られ、この蛍光を示した液滴の数はポアソン分布から予測される値と良好な一致を示した。平成26年度は、ポリジメチルシロキサン(PDMS)製のマイクロ流体チップの高いガス溶解性を利用した自律的マイクロ流体送液法を適用することにより、外部ポンプを必要とせず、デッドボリュームも伴わないハンズフリーな単分散液滴ジェネレータの開発に引き続き取り組み、本ジェネレータの基本性能を評価するとともに、生成した液滴がドロップレットデジタルPCR(ddPCR)の微小反応容器として機能するか検証した。Tジャンクションを有するPDMS製のマイクロ流体チップを新規にデザインし使用した。カバーガラスを用いて出口リザーバをシールした状態でデシケータの中に入れ、真空ポンプを用いて90分間脱気を行った。その後、本チップをデシケータから取り出し、二つの入口リザーバに油相および水相をそれぞれ加えた。注入された油相および水相は、自律的に出口リザーバへと輸送され、Tジャンクションにおいて油中水滴の生成が確認された。生成速度は、生成開始からおよそ40分後に最大(ca. 10 Hz)となった後、なだらかに低下していった。しかし、このような生成速度の変化にも関わらず、液滴の粒径は生成開始から終了まで約90 μmでほぼ一定であり、標準誤差は各測定時間における平均粒径の0.3%以内であった。このように、本法によって単分散性の高い油中水滴を再現性よく自律的に生成させられることが実証された。次に、変異型DNAサンプル溶液をそれぞれ水相に用いて液滴を調製し、PCR終了後、1,000個以上の液滴の蛍光強度を測定しヒストグラムを作成した。液滴数に対して変異型DNA分子の数を10%とした場合では、蛍光強度解析した液滴の10.1%の液滴が閾値以上の蛍光強度を示しており、ポアソン分布から予想される割合(9.5%)とほぼ一致した。この結果より、液滴内で一分子からのPCR増幅が成功したと結論付けることができる。最終年度は、前年度までに確立したポリジメチルシロキサン(PDMS)マイクロ流体チップを用いた単分散油中水滴の自律的調製技術をさらに発展させる研究に取り組んだ。具体的には、前年度まではPDMSシートとガラス基板とを永久接着させたマイクロ流体チップを用いていたのに対し、最終年度はPDMSの自己接着性を利用し、PDMSシートとガラス基板とが可逆的に貼りあわされたマイクロ流体チップを用いて上記と同様の手法で液滴の自律的調製が可能であるか検証した。液滴の生成速度、粒径、およびそれらの再現性を調査した結果、これまでとほぼ同等の液滴調製が可能であることが実証された。今後、非永久接着のマイクロ流体チップを適用することにより、酸素プラズマのような高価な装置を使用する必要がなくなるためコストを低く抑えられるだけでなく、異物が混入することによってマイクロ流路が閉塞した場合も容易にリカバリーすることが可能である。研究期間全体を通して実施した研究により、単分散性の高い油中水滴を自律的に生成させられる新規性の高い技術を確立することができた。