hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
体細胞核の転写リプログラミングを誘起する卵無細胞系の確立

多細胞生物における細胞の分化能調節の分子機構解明は生命科学の重要課題の一つである。カエル卵における核のリプログラミングには核のF-アクチンが重要との、Gurdonらの近年の報告に基づき、本研究では、カエル卵無細胞系を用いて核内アクチン動態を再現する核質抽出液を調製し、これを用いて、転写制御における核F-アクチンの役割検討を試みた。核質抽出液の調製法は確立されなかったが、カエル卵で核にF-アクチンを発達させる、初期胚特異的なアクチン調節機構を見いだした。アクチンフィラメントの細胞内動態を再現するツメガエル卵無細胞系(N-EE: native egg extract)の調製法を確立し、これを用いて、精子クロマチンを基質に形成された核におけるアクチンの動態を調べた。その結果F-アクチンが時間経過とともに核に蓄積すること、また60分以降は一定密度となることがわかった。本研究では、N-EEで形成された核の核質を抽出して用いる予定だったが、N-EEでは従来の卵抽出液と異なりF-アクチンが発達し、それが微小管や膜小胞などと相互作用するために、従来の遠心分離法では形成された核と細胞質画分の分離が不充分であることが判明した。そこで、できるだけ純度の高い核質抽出液(N-NPE)を調製するため、超遠心分離後のいくつかの画分を組み合わせることで、核形成に必要な膜小胞を含みかつ細胞質由来成分を減少させることが可能となった。次に卵母細胞の核抽出物やN-NPE調製のために、緩衝液の検討を行い、核アクチンを多量に含む未成熟卵母細胞の巨大な核(GV)を摘出して緩衝液中で破砕し、Fアクチンが維持されない緩衝液やF-アクチン維持に適する組成の緩衝液を調製した。N-EEよりN-NPEを効率的に調製するため、無細胞系で形成されたF-アクチンの核内の構造および分布を調べた結果、核膜直下のラミナ層に高密度に、またクロマチン繊維の間隙に網目状に密に発達することがわかり、核F-アクチンを効率的にクロマチン繊維から分離する手法が必要となった。一方、N-EEで核の形成を誘起すると、N-EEによっては核がダンベル型に成長することが判明した。このような核ではF-アクチンはクロマチンと分離して蓄積することが示され、遠心破砕した核膜からF-アクチンを抽出可能であることがわかった。ダンベル型の核を高率で誘起する条件の検討が必要である。ツメガエル卵母細胞の核内において、発達したF-アクチンに依存して体細胞核の転写リプログラミングが誘起されることが報告された。本研究ではそれを試験管内で誘起できる卵無細胞系の開発を目指し、これまでに報告がないF-アクチンを保持する核質画分(N-NPE)の調製法に取り組んだ。まずアクチンフィラメントの細胞内動態を再現するツメガエル卵無細胞系(N-EE: native egg extract)の調製法を確立し、これに精子クロマチンを加え、形成された核にF-アクチンが時間経過とともに蓄積し、また60分以降は一定密度となることを明らかにした。一方、N-EEではF-アクチンの発達により、細胞質および核質の粘性が上昇すること、さらにF-アクチンと膜成分の親和性が高いためと推定される細胞質の凝集体形成により、従来の遠心法では卵抽出液から核が単離されず、高純度の核質成分の調製が難しいことが判明した。その打開策として、N-EEを超遠心してオルガネラやミトコンドリアなどを沈殿させ除き、さらに分画化して、アクチンを含む可溶性細胞質画分および核膜形成に預かる膜小胞画分を組み合わせることを検討した。その結果、発達したF-アクチンを含み、回収可能な核を再構築できる卵抽出液の調製が可能であることが示唆された。上記手法によるN-NPEの調製が予想以上に難航したため、代替案として、F-アクチン形成を阻害する条件で核質抽出液(NPE)を調製し、NPE調製後にアクチン重合阻害剤を除いたのち、N-NPEにおけるF-アクチンの形成を促進することとした。この系がまだ確立していないため、転写リプログラミング実験の実施には及んでいないが、並行して行っていた研究から核内F-アクチンの形成促進に関わるアクチン制御因子をつきとめることができた。これを用いて転写リプログラミングを誘起する無細胞系の確立が可能となることが期待される。N-EEで形成された核を、細胞質F-アクチンやそれらと相互作用する微小管、膜小胞、色素粒などから効率的に分離して調製する方法を確立し、F-アクチンの構造維持に適した緩衝液を調製した。

さらに、N-NPEを抽出するにあたり、核内F-アクチンの分布を詳細に解析した結果、当初の計画にはなかった、核内F-アクチンを核膜や核内クロマチンから効率的に分離することがN-NPE調製に必要となった。これにはN-EEにおいてダンベル型の核を形成させることが有効であることが判明したが、この形態を効率的に形成させる条件を確立する必要が生じた。細胞生物学精子クロマチンを基質に用いてN-EEで多数の核を同調性よく形成する系が確立されたが、核におけるF-アクチンの発達により、細胞質および核質の粘性が上昇すること、さらにF-アクチンと膜成分の親和性が高いことによると推定される細胞質の凝集体形成により、従来の遠心分離法では卵抽出液から核が単離されず、高純度の核質成分の調製が困難であることが判明した。その打開策として、N-EEを超遠心して、オルガネラやミトコンドリアなどの膜成分を沈殿させて除いた後で、さらに分画化して、アクチンを含む可溶性細胞質画分および核膜の形成に預かる膜小胞などの画分を組み合わせることを検討した。その結果、発達したF-アクチンを含み、回収可能な核を再構築できる卵抽出液の調製が可能であることが示唆されたので、まず、その調製法を確立する必要がある。その上で、核質度および核F-アクチン度の高いN-NPEを作製し、体細胞核の転写リプログラミングに用いる。一方、核におけるアクチンの重合度を高める方法として、核でF-アクチンの発達を促進する制御因子がつきとめられたことから、それを人為的に増加させることで核質におけるアクチン重合度の上昇を誘起することができるかを並行して検討する。N-EEを出発材料としてN-NPEを得るためのプロセスに、研究計画にない条件検討が必要となったため、途中で計画を変更し、N-NPEの調製法をさらに改良した上でリプログラミングを行うこととしたため、未使用額が生じた。N-NPEの調製法の改良とそれを用いるリプログラミングの検討を次年度に行うこととし、未使用額はその経費と成果発表に充てる予定である。
担子菌キノコの形態変化を制御するリン酸化シグナリングの解析

Ca^<2+>/calmodulin依存性プロテインキナーゼ(CaMK)はすべての真核生物に存在し、動物では神経機能の調節、植物においては微生物との共生の制御にかかる。一方で、真菌類におけるCaMKの機能はほとんどわかっていない。これまで我々は担子菌Coprinopsis cinereaの新規CaMK遺伝子CoPK12を同定した^<(1)>。CoPK12は担子菌キノコ特有の活性化機構を有しており、その活性がC. cinereaの菌糸成長と関わることが示唆された。当該年度では、CoPK12が担子菌キノコ特有の細胞内局在を示すCaMKであることを明らかにした。菌糸細胞を細胞分画したところ、CoPK12は菌糸細胞の細胞膜に局在していた。一方で、内在性プロテアーゼによって生じる46kDaの分解断片は細胞質に局在していた。in silico解析によりCoPK12はN-ミリストイル化を介した脂質修飾を受けることが推測された。そこで、放射性同位体を用いたin vitroN-ミリストイル化アッセイによりCoPK12のN-ミリストイル化の可能性を調べたところ、CoPK12は有意にN-ミリストイル化を受けることが明らかになった。酵母細胞に発現させたCoPK12は細胞膜に局在したが、N-ミリストイル化部位を変異させたところ、細胞内局在が細胞質に変化した。このことから、CoPK12はN-ミリストイル化を介して細胞膜に局在するCaMKであることが示唆された。CaMKの多くは細胞質に局在することが知られており、N-ミリストイル化を受けるCaMKは前例がない。さまざまな生物種のCaMKのアミノ酸配列を用いてアライメント解析を行ったところ、担子菌キノコのCaMKが特異的にN-ミリストイル化を受けることが示唆された。一方で、担子菌キノコのCaMK間でN-ミリストイル化周辺のアミノ酸配列がほとんど相同ではなかった。このことから、担子菌キノコのCaMKの膜局在は、それぞれの遺伝子が独自に進化したことによるものだと考えられた。これらのことから、CoPK12の膜局在化は担子菌キノコ特有の現象であることが強く示唆された。担子菌キノコの菌糸成長に関与すると考えられるCoPK12の細胞内局在を明らかにすることができた。一方で、細胞内局在の生理的機能についてまだ明らかにすべき点が残されているため。CoPK12が細胞膜に局在することを明らかになったため、CoPK12が介在するシグナル伝達は膜上で行われているものと推測される。そこで質量分析計を用いて、細胞膜タンパク質を基質にしたCoPK12の生理的標的因子を網羅的に同定する。Coprinopsis cinereaは担子菌キノコの分子生物学的・生化学的なモデル生物として用いられている。C. cinereaの生活環は、担子胞子から発芽した菌糸同士が核融合を伴わない細胞融合をすることで二核菌糸となり、二核菌糸体に光刺激が加わることで巨大な子実体が形成され、子実体の傘の裏で減数分裂が行われることにより担子胞子が形成されて一巡する。このようにC. cinereaはその一生で劇的な形態変化を遂げるが、その分子メカニズムは未だ不明な点が多い。そこで、真核生物の生命現象と深く関与するタンパク質リン酸化を介したシグナル伝達機構がC. cinereaの形態変化に関与すると推測し、解析を行った。まずC. cinereaに発現するタンパク質リン酸化酵素(PK)を取得するため、網羅的にPKを認識できるMulti-PK抗体を用いた発現クローニングを行った。その結果、複数の陽性クローンを取得し、そのうちの一つであるCoPK32について酵素学的諸性質や生理的な機能について調べた。CoPK32は酵母のmitogenactivated protein kinase-activated protein kinaseと相同性を示したことから、環境刺激に関与するPKであることが推測された。CoPK32はC. cinereaの菌糸体、特に菌糸先端に多く発現していた。CoPK32のスプライスバリアントであるCoPK32Sも菌糸体で見出されたが、CoPK32と比べてPK活性は顕著に弱く発現量も少なかった。菌糸体に発現するCoPK32は浸透圧ストレスによって活性の上昇や発現量の増加がみられた。また、その活性化はmitogen activated protein kinaseの阻害剤によって抑制された。CoPK32のPK触媒領域以外の機能を調べるためC末端領域を欠損させた変異体を作製したところ、変異体のPK活性はwild typeと比べて高く、基質特異性が変化していた。以上のことから、CoPK32はC. cinereaの菌糸先端においてストレス刺激を伝達するPKであり、CoPK32のC末端領域は活性化や基質認識に重要な役割を果たしていることが推測された。C.cinereaの生活環は、担子胞子から発芽した菌糸同士が核融合を伴わない細胞融合をすることで二核菌糸となり、二核菌糸体に光刺激が加わることで巨大な子実体が形成され、子実体の傘の裏で減数分裂が行われることにより担子胞子が形成されて一巡する。このようにC.cinereaはその一生で劇的な形態変化を遂げるが、その分子メカニズムは未だ不明な点が多い。そこで、真核生物の生命現象と深く関与するタンパク質リン酸化を介したシグナル伝達機構がC.cinereaの形態変化に関与すると推測し、解析を行った。

まずC.cinereaに発現するプロテインキナーゼ(PK)を取得するため、網羅的にPKを認識できるMulti-PK抗体を用いた発現クローニングを行った。その結果、複数の陽性クローンを取得し、そのうちの一つであるCoPK32について酵素学的諸性質や生理的な機能について調べた。CoPK32はC.cinereaの菌糸体、特に菌糸先端に多く発現していた。CoPK32のスプライスバリアントであるCoPK32Sも菌糸体で見出されたが、CoPK32と比べてPK活性は顕著に弱く発現量も少なかった。菌糸体に発現するCoPK32は浸透圧ストレスによって活性の上昇や発現量の増加がみられた。CoPK32のPK触媒領域以外の機能を調べるためC末端領域を欠損させた変異体を作製したところ、変異体のPK活性はwild typeと比べて高く、基質特異性が変化していた。以上のことから、CoPK32はC.cinereaの菌糸先端においてストレス刺激を伝達するPKであり、CoPK32のC末端領域は活性化や基質認識に重要な役割を果たしていることが推測された。次に、担子菌の生活環と関わるプロテインボスファターゼを調べるため、C.cinereaの各成長ステージの抽出液に含まれるホスファターゼ活性をポリアクリルアミドゲル内で検出した。その結果、生活環の進行に伴い活性が顕著に増加するホスファターゼ活性が見出された。活性を指標に、クロマトグラフィーによる精製方法を検討している。Ca^<2+>/calmodulin依存性プロテインキナーゼ(CaMK)はすべての真核生物に存在し、動物では神経機能の調節、植物においては微生物との共生の制御にかかる。一方で、真菌類におけるCaMKの機能はほとんどわかっていない。これまで我々は担子菌Coprinopsis cinereaの新規CaMK遺伝子CoPK12を同定した^<(1)>。CoPK12は担子菌キノコ特有の活性化機構を有しており、その活性がC. cinereaの菌糸成長と関わることが示唆された。当該年度では、CoPK12が担子菌キノコ特有の細胞内局在を示すCaMKであることを明らかにした。菌糸細胞を細胞分画したところ、CoPK12は菌糸細胞の細胞膜に局在していた。一方で、内在性プロテアーゼによって生じる46kDaの分解断片は細胞質に局在していた。in silico解析によりCoPK12はN-ミリストイル化を介した脂質修飾を受けることが推測された。そこで、放射性同位体を用いたin vitroN-ミリストイル化アッセイによりCoPK12のN-ミリストイル化の可能性を調べたところ、CoPK12は有意にN-ミリストイル化を受けることが明らかになった。酵母細胞に発現させたCoPK12は細胞膜に局在したが、N-ミリストイル化部位を変異させたところ、細胞内局在が細胞質に変化した。このことから、CoPK12はN-ミリストイル化を介して細胞膜に局在するCaMKであることが示唆された。CaMKの多くは細胞質に局在することが知られており、N-ミリストイル化を受けるCaMKは前例がない。
腎尿細管障害における細胞内Na+制御とミトコンドリア分裂・融合の役割の解明

通常食(STD)と高脂肪食(HFD)のC57BL6Jマウスを作製した。STD群に比べHFD群で体重・血糖値が有意に増加し、HFD群にPLZ(フロリジン)投与群では血糖値が投与前に比べ有意に低下した。SBF-SEMで近位尿細管セグメント1の3次元超微形態解析を行った。STD群では尿細管細胞に巨大なMitと頂上部にLyが認められたが、HFD群では小型のMitとオートファゴソーム(At)が認められた。HFD群にPLZを投与すると巨大Atは減少し分枝状Mitと小型中型のLyがみられた。ヒト尿細管培養細胞の高濃度D-glucose400mg/dlで分断化したMitにPLZを投与して再構成が確認された。1.糖尿病マウスモデルとして、DIO(60Kcal% fat Diet Induced Obesity : C57BL/6J mice)を作製した。通常食飼育(16Kcal% fat Diet)マウスと比較して、12週齢・20週齢のDIOマウスの体重及び血糖値で優位な上昇が見られた。12週齢・20週齢のDIOマウスと通常食飼育マウスに、SGLT阻害剤(フロリジン)投与実験[フロリジン/DMSO/薬剤非投与群]を行った。12週齢・20週齢のDIOマウスのフロリジン投与後のみに、優位な血糖低下がみられた。(1)12週齢の非投与群・20週齢の各実験群での近位尿細管の3D超微形態像を取得した。20週齢DIOマウス近位尿細管において、オートファゴソーム形成が著名に見られた。(2)ポスト(包埋後)免疫染電顕法を用いて、通常食マウス近位尿細管S2の微絨毛・頂上空砲にSGLT1膜蛋白(S2マーカー)を15nmGold標識した。DIOマウス近位尿細管全般に頂上側の微絨毛・頂上空砲の形質膜上に発現亢進が認められた。(3)腎臓150μmスライスを作製し、プレ(包埋前)免疫電顕染色法(SGLT1)を行った。DIOマウス近位尿細管全般にSGLT1の発現亢進を確認された。2.酸欠モデルマウスとして、酸欠薬剤(ヨード酢酸・アンチマイシンA)の腹腔内投与と腎動脈投与法を検討した。腎動脈投与法を用いると、腎臓のみに薬剤を投与する事が可能となった。現在、酸欠薬剤を投与した腎臓のミトコンドリア制御蛋白(OPA1・DRP1)の発現を腎臓皮質組織の膜蛋白・ミトコンドリア膜蛋白・細胞質蛋白ごとにカラムにより分離し、ミトコンドリア制御蛋白(OPA1・DRP1)の発現を確認している。正常ヒト近位尿細管培養細胞の継代培養を行った。正常ヒト近位尿細管培養細胞中におけるミトコンドリア制御蛋白(OPA1・DRP1)の発現を、免疫染色法を用いて確認した。4週齢雄マウスに20週齢まで通常食(STD)もしくは高脂肪食(HFD)を与えた。12週・20週で体重・血糖値ともに、STD群に比べHFD群では、有意に増加した。20週齢のSTD群に比べHFD群にPLZ(フロリジンーSGLT阻害剤)投与した群では血糖値が投与前に比べ有意に低下した。また、STD群・HFD群共にBUN・クレアチニンに変化ないが、早期糖尿病性尿細管障害を示す尿中L-FABPがHFD群では有意に増加していた。3次元微細構造解析が可能なSBF-SEMを用いて、近位尿細管のSGLTを介した糖の再吸収の盛んなS1S2の解析を中心に行った。STD群では尿細管細胞全体のミトコンドリア(Mit)とライソゾーム(Ly)の立体再構築を行った。基底陥入構造に沿い複雑に分枝する大きなMitと細胞頂上部に散在する小さなLyが認められたが、HFD群では、小型で円筒状のMitと巨大なオートファゴソーム(At)が認められた。HFD群にPLZを投与すると巨大AtはS1を中心に減少し、比較的大きな分枝状のMitと多数の小型中型のLyがみられた。また、ヒト尿細管培養細胞を無血清培地(RELAR medium)にて、D-glucose濃度100mg/dlと400mg/dlで4日間培養した。Mitマーカー(Tom20・VDAC)とオートファジーマーカー(LC3)で免疫染色した。D-glucose濃度400mg/dlでMitは断片化し、Atの増加を認めた。

3日目にPLZ 0.10.5mMを加え、培養4日目に同様に細胞を固定した。D-glucose濃度400mg/dlで分断化したMitがPLZを加える事でMitは再度伸張していた。近位尿細管上皮細胞において高血糖状態がMit動態とオートファジーの異常を惹起すること、さらにSGLT阻害剤が尿細管上皮細胞に保護的に作用する可能性が示唆された。人体解剖学平成25年度に計画されていた動物実験をほぼ予定通りに遂行した。3D電顕試料作製と腎臓組織および尿の凍結保存を行った。新規の3D電顕試料作製法と免疫電顕法の技術開発を行い、腎ネフロンの3D電顕解析を促進させた。(1)生体内凍結ー凍結置換固定(IVCT-FS)もしくは還流固定法により作製した腎臓試料に水溶性還元オスミウムによる導電染色法を施した。これらの水溶性導電処理により、コントラスの高い電顕像での取得が容易となった。これらの試料は、3D電子顕微鏡[SBF-SEM:自然科学研究所生理学研究所/FEI OSIRIS:山梨大学]を用いて、近位尿細管の超微細立体構造の解析を行っている。(2)3Dエポン包埋試料超薄切片(7080nm)の加熱処理によるポスト(包埋後)免疫染電顕法の開発を行った。免疫電顕超薄切切片は、透過型電子顕微鏡[H7500(日立):山梨大学]を用いて解析している。(3)腎臓スライス(約150μm)を用いた、プレ(包埋前)免疫染電顕法の開発を行った。腎臓尿細管ネフロンの管腔構造をスライスする事により、尿細管Na+関連膜蛋白をHRP-DAB免疫染色により標識したのち3D電顕試料を作製できるようになった。実験遂行の際には、研究協力者(代表者所属研究室大野伸彦准教授・自然科学研究機構生理学研究所客員准教授)の技術的支援および意見交換を十分に行うことにより、3D電顕試料作製・画像取得が行えた。同研究テーマは、26年度自然科学研究機構生理学研究所共同研究計画課題番号237に採択された。現在は、3D電顕データをミトコンドリアを中心に解析を進めている。H25年度の動物実験で作製した3D電顕試料の解析を進める。Na+関連膜蛋白発現調節に伴うミトコンドリアの形態変化を中心に解析して行く。また、腎臓皮質組織を膜蛋白・ミトコンドリア膜蛋白・細胞質蛋白ごとにカラムで分離してNa+関連膜蛋白の発現の生化学解析を行う。正常ヒト近位尿細管細胞を用いた実験では、以下の点に注意を払いながら実験を遂行して行く。Na+・Ca2+インジケーターを用いたイメージング実験を中心に行う予定である。タイムラプス蛍光顕微鏡での経時的蛍光画像処理とマイクロプレートリーダーによる吸光度測定法を用いて、Na+・Ca2+インジケーター定量化を行う。ヒト近位尿細管培養細胞のNa+・Ca2+インジケーターが変化する条件で免疫染色・電顕試料作製および生化学解析を行う。動物実験の結果と比較して行く。1.糖尿病モデル実験では高グルコース濃度(400mg/dl・200mg/dl)において12週間の継代代培養が成功している。グルコース濃度培養が正常ヒト近位尿細管培養細胞でのSGLT1&2膜蛋白発現の変化を免疫染色と生化学解析で培養条件を確認してから行う。2.酸欠モデル実験では、当初のヒト近位尿細管培養細胞の実験系に変更を加えた。酸欠薬剤(ヨード酢酸・アンチマイシンA)下での、酸欠効果の判定にミトコンドリア膜電位インジケーターを用いる。酸欠薬剤により、ヒト近位尿細管培養細胞のミトコンドリア膜電位が変化する濃度を決める。
擬似雑音系列のコンプレクシティ評価法の比較とそのスペクトル拡散通信,暗号への応用

スペクトル拡散通信や暗号の分野では、complexity(予測し難さ、解読し難さ)の大きな擬似雑音系列が必要であり、complexity評価法としてはLinear Complexity(LC)が従来用いられている。本研究では、系列の僅かな変更に対して値の変化の少ないcomoplexityが望ましいという見方に立って、系列のcomplexity評価法の比較検討を行なった。1.先ず周期系列の3種類の最小変更(1周期中の1記号置換、1記号挿入、1記号削除)に対するLCの不安定な振る舞いを一般的に明らかにした。特に1記号置換の場合については完全に解析出来た。次にLCにおける線形差分式の制限をなくしたMaximum Order Complexity(MOC)を用いると上記のLCの不安定性が大きく改善されることを、m-系列の最小変更について明らかにした。今後は下記の課題についてさらに研究したい。1.MOCの値の理論的な評価法を開発し、最小変更に対するMOCの評価をm-系列以外の系列についてもしたい。2.相関特性の優れた周期系列がガロア環上で構成されているので、このような系列についても検討したい。1.疑似雑音系列のコンプレクシティ(予測し難さ、解読し難さ)の実用的で便利な評価法として従来用いられているLinear Complexity(LC)の弱点を示す典型的な例として、GF(q)上の周期N=q^n-1のm-系列の最小変更(1周期中の1か所の値を変更すること)により得られる系列のLCが最大値(N)を取ることを証明した。これはm-系列のLCが周期Nの周期系列の中では最小の値(n)を取ることを考慮すると極端過ぎる。3.周期N=q^n-1のGF(q)上の系列で最小変更によりLCが最大となるものは、q=2でNが素数ならばm-系列だけであるが、その他の場合にはm-系列以外の系列でもそのような性質を持つものがあることを、具体的に系列を構成することにより示した。4.周期2^nの2元周期系列のLCの計算についてはGames-Chanによる高速計算法が知られている。本研究ではこの計算法の簡単な導出法を提案し、GF(p)上の周期N=p^nの系列のLCの高速計算法を提案した。その応用としてこのような系列のLCの値の分布と指定されたLCを持つ周期p^nの系列の構成法とを求めた。スペクトル拡散通信や暗号の分野では、系列のcomplexity(予測し難さ、解読し難さ)の評価法としてはLC(Linear Complexity)が良く用いられている。本研究では、先ずLCの弱点を示す典型的な例として次の事項を明らかにした。・GF(q)上の多くの周期系列のLCは、最小変更(1記号置換、1記号挿入、または1記号削除)により極端に増加する。本研究を始めた時点では、このことはm-系列について1記号置換(1周期中の1箇所の記号の値の変更)の場合のみが著者等により明らかになっていた。本研究を進める中で、その他の最小変更、即ち、1記号挿入(周期が1だけ増える)と1記号削除(周期が1だけ減る)についても同様の現象が起きることを明らかにした。1記号変更に対するLCの変化については一般的に解明出来た(未発表、昨年11月に訪中した時の中国科学院の載教授との共同研究)。本研究の動機は、系列のcomplexityの評価法としては上記のどの最小変更に対しても評価値の変化が少ないものが望ましいという考えに立っている。LCはその点からは良い評価法とは言えない。他の評価法を用いるとどの程度改善されるかを比較するために、本研究ではLCのフィードバック関数を非線形関数に拡張して得られるMOC(Maximum Order Complexity)について調べた。その結果・m-系列の最小変更のMOCは、m-系列のMOC(=LC)の2倍または3倍以下であること(m-系列についてはLCよりもMOCの方がはるかに優れていること)を示すことが出来た。今後は、その他の評価法と多くの系列について系列の最小変更に対する振る舞いを調べその応用上の意義を検討したい。特にStamp(1993)のk-error LCについて検討したい。
3次元計測をベースとした光造形システムの研究

股関節手術の術前シュミレーションとして、これまではCT画像をもとに三次元ソリッドモデルの生成を行い患部の位置や疾患の程度を評価する方法があった。本研究は、股関節の三方向の単純X線像からその三次元モデルを生成すること、光硬化樹脂による立体モデルの作成が目的でる。今回は股関節の大腿骨側のモデル作成を目的に、股関節X線画像から基本となるデータをテレビカメラで抽出しデータベースとしモデル生成を行った方法としては、三次元座標測定機によるサンプルの三次元データと直交二軸を同時にX線撮影することにより得られた二次元データから、大腿骨側の形状の特徴をとらえた三次元データを算出し、光造形法により生成を行った。この方法により、従来から行われていた石膏から削り出し法によりモデルを生成する方法よりも、更に現実的な大腿骨側モデルを生成することが可能となった。また光造形法によるモデル生成では、樹脂の種類を変えることで生成モデルに容易に切れ込みを入れること、外観の形状データとともに内部の形状データを組み込むことにより内部情報を有する形状を生成することが可能である。本法は股関節疾患に対する人工関節置換術の術前検討に有用であるのみでなく、CT画像からモデルを生成する方法に比し簡便で安価な方法と考える。
細胞周期制御による高等植物のジーンターゲッティング効率の向上

遺伝子相同組換えは、生物の遺伝子を外から入れた遺伝子で置き換える際に必要な仕組みであるが、植物においてはその効率が低く、遺伝子の置き換えは困難である。相同組換えは、細胞分裂の過程において、DNAが複製するS期から、複製したDNAが二つに別れる前のG2期の間にその効率が高いと考えられていることから、本研究では、細胞周期を制御する因子の変異体を作出し、相同組換え効率に違いが見られるかを解析した。その結果、S期の進行が進まないシロイヌナズナでは相同組換え効率が下がることが明らかとなった。オープンなクロマチン構造や姉妹染色分体の存在がHRに有利であること、HR関連因子の発現が細胞周期S-G2期に高いことを考慮すると、S-G2期にある細胞の割合を高めることでHRならびにGT効率が向上すると期待される。そこで本課題では、G1/S期の移行促進、G2/M期移行抑制、二つのアプローチによりS-G2期にある細胞の割合を高め、効率的なGTへの応用を目指す。H21年度は、G1/S期の移行に働き、かつHR関連因子のリン酸化にも関与すると考えられるCAK(CDK activating kinase ; CDKF ; 1, CDKD ; 2, CDKD ; 3)のノックアウト、過剰発現シロイヌナズナの解析を行ない、CAKノックアウトではHR効率が低下し、DNA損傷感受性も高いことを明らにした。一方、CAK過剰発現体では、細胞周期非依存的にDNA二重鎖切断を誘導するブレオマイシン処理では野生型との間にHR効率の違いは見られなかった。本結果から、CAKによるDNA損傷シグナルカスケードはS-G2期に生じたDNA損傷特異的に働く可能性が示唆された。イネにおいてはG1/S期の移行促進のため、wheat dwarf virus由来のRepA過剰発現体を作出した。RepAはウイルス感染細胞において、G1/S期の進行抑制に働くE2F-Rbの結合を解消することで、S期進行を促進することが報告されている。目的遺伝子産物が発現している事を確認したが、Splicing variantも存在していることが判明したので、イントロンのスプライシングを防ぐ変異を入れ、目的産物の効率的な発現が可能なコンストラクトを作成に着手した。遺伝子相同組換え(HR)修復は細胞周期S-G2期にその効率が高いことから、S-G2期にある細胞の割合を高めることでHRならびにジーンターゲッティング(GT)効率が向上すると予想される。そこで、本研究では、(1)シロイヌナズナ、イネを材料に、薬剤処理や細胞周期制御因子の変異がHR効率に及ぼす影響を評価し、(2)HR効率の向上に効果のあった変異体および、薬剤処理について、GT効率を評価する。近年、高等動物において、HRの初期反応において重要な役割を担うCtIPのリン酸化がS-G2期特異的であることが報告されたことから、H23年度(1)として、シロイヌナズナ疑似リン酸化CtIP過剰発現コンストラクトを構築し、GUS遺伝子を利用したHRレポーターコンストラクトを有する植物体への形質転換体を行い、HR効率の評価に着手した。また、(2)として、GT効率を正確かつ迅速に評価する為のアッセイ系を構築した。まず、meganucleaseであるI-SceIの認識配列のコード領域内への挿入により不活性型となったluciferase遺伝子と、誘導的I-SceI発現カセットを導入したイネ、およびシロイヌナズナを作出した。次に、I-SceIの発現誘導とともに、レポーター遺伝子上のluciferase遺伝子を相補するGTベクターを形質転換し、機能的なluciferaseの発現によってGTが生じた細胞の検出が可能であることを確認した。
医療安全に対する直接効果を発揮するインシデントレポート管理システムの開発と評価

研究成果の概要(和文):医療安全管理上インシデントレポートの電子化が普及したが、既存システムは直接的な医療安全効果に乏しい。我々は「レポートの閲覧促進」「再発防止策の徹底評価」「専用Eラーニング機能」により直接安全効果を得るシステムを開発した。導入後レポート閲覧数は毎年増え、H26年度月平均20,151.2件、重篤度の高い「3b」以上例の発生率は低下し、同年度0.75%(27件)と直近6年間で発生数、率ともに最低だった。Eラーニング機能により安全研修会かEラーニングのいずれかを受講したH26年度総受講率は92.1%と極めて高かった。以上により本システムが医療安全に対し極めて有効と判断した。医療安全分野では、インシデントレポートのオンライン運用が普及しているが、従来システムは医療安全への直接効果を狙ったものではない。我々は、「インシデントレポートの積極的閲覧促進」と「再発防止策の確実な評価」および「医療安全に特化したEラーニングシステム」により、直接的な安全効果を発揮するシステムを開発した。本研究は、本システムの医療安全効果の長期的な評価が目的である。インシデントレポートによる安全管理上、必要条件となる報告数については、本システム導入前の973件(H18年度)に対し導入後、1,907件、1,908件、2,700件、3,192件、3,647件、3,740件、3,647件と年々増加した。インシデント事例の周知を反映する月平均レポート閲覧数も1,738.9件、5,178.0件、8,755.7件、10,815.7件、15,091.3件、16,640.3件、17,979.0件と年々増加し、8年目のH25年度では導入1年目(H19年度)の10.3倍に達した。インシデントの重篤度を示す影響レベルの評価では、影響レベル「3b」以上のインシデントが、運用前のH18年度3.49%(34件)に対し、1年目(H19年度)1.16%(22件)、2年目(H20年度)1.27%(24件)、3年目(H21年度)0.98%(26件)、4年目(H22年度)1.78%(56件)、5年目(H23年度)1.38%(50件)、6年目(H24年度)1.32%(49件)、7年目(H25年度)1.55%(56件)と導入後は、導入前より全て発生率が低かった。一方、本システムに導入した研修会内容のビデオ配信であるE-ラーニングシステムの利用状況は、H23年度、24年度、25年度の平均受講者数が921.0人、721.5人、816.7人であり、研修会未受講者のE-ラーニング受講率は75.3%、66.7%、75.9%と、H25年度が最も受講率が高かった。研修会受講者とE-ラーニング受講者を加えた総受講率はそれぞれ、85.6%、83.0%、88.0%と受講率は極めて高く医療安全教育研修への参加者の増加に貢献しているものと思われる。以上により本システムが医療安全に対し有効と判断した。医療安全管理では、インシデントレポートの電子化が普及しつつあるが、従来のシステムは、オンライン報告とデータベース化が目的であり医療安全に直接効果を示すものではない。我々は、「インシデントレポートの積極的閲覧」と「再発防止策の確実な評価」により、直接的な安全効果を発揮するシステムを開発した。インシデントレポート数は本システム導入後年々増加し(H24年度はH25年1月までを補正)、本システム導入前の973件(H19年度)に対しH23年度は3,647件、H24年度は3,718件だった。インシデント事例の周知状況を示す月平均レポート閲覧数も年々増加し導入初年度1,738.9件(H20)に対しH23年度は15,091.3件、H24年度は16,612.4件と、H24年度では導入1年目(H20年度)の9.6倍に達した。

インシデントの重篤度を示す影響レベルは、3b以上が、運用前のH18年度3.5%(34件)に対し、1年目(H19年度)1.2%(24件)、2年目(H20年度)1.3%(22件)、3年目(H21年度)0.98%(26件)、4年目(H22年度)1.78%(56件)、5年目(H23年度)1.37%(50件)、6年目(H24年度)1.39%(43件)と導入後は、導入前より全年度において発生率が低かった。一方、本システムに導入した研修会内容のビデオ配信であるE-ラーニングシステムの利用状況は、H22、23、24年度の平均受講者数が785.0人、921.0人、762.3人であり受講率は38.9%、43.6%、34.6%だった。その結果、研修会受講者とE-ラーニング受講者を加えた総受講率はそれぞれ、60.4%、85.6%、84.2%と極めて高く、本E-ラーニングシステムも医療安全教育研修への参加者の増加に貢献しているものと思われる。以上により本システムが医療安全に対し有効と判断した。医療安全においてインシデントレポートの電子化が進んでいるが、既存システムに直接的な安全対策機能はない。我々は、「インシデントレポートの閲覧促進」「再発防止策の確実な評価」「医療安全に特化したEラーニング機能」により、直接的な安全効果を発揮するシステムを開発した。本研究は、本システムの医療安全効果の長期的な評価が目的である。インシデントレポート数は、本システム導入前が973件(H18年度)導入後は、1,907件、1,908件、2,700件、3,192件、3,647件、3,740件、3,653、3,681件と年々増加した。インシデント事例の周知の指標である月平均レポート閲覧数も1,738.9件、5,178.0件、8,755.7件、10,815.7件、15,091.3件、16,640.3件、17,979.0,20,151.2件と年々増加し、8年目のH26年度では導入1年目の11.6倍に達した。インシデントの重篤度を示す影響レベルの評価では、影響レベル「3b」以上の報告が、運用前のH18年度3.49%(34件)に対し、導入後は1.16%(22件)、1.27%(24件)、0.98%(26件)、1.78%(56件)、1.38%(50件)、1.32%(49件)、1.55%(56件)、0.75%(27件)と導入後は、導入前より全て発生率が低く、H26年度は過去最低の発生率であり最近6年間で発生数も最低だった。一方、本システムに搭載した研修会内容のビデオ配信であるE-ラーニングシステムの利用状況は、H23、24、25、26年度の平均受講者数が921.0人、721.5人、779.8、1,297.7人であり、研修会未受講者のE-ラーニング受講率は75.3%、66.7%、60.5%、88.2%と、受講者数受講率ともにH26年度が最も高かった。研修会受講者とE-ラーニング受講者を加えた総受講率はそれぞれ、85.6%、83.0%、76.9%、92.1%と受講率は極めて高く医療安全教育研修への参加者の増加に大きく貢献しているものと思われる。以上により本システムが医療安全に対し極めて有効と判断した。社会医学平成24年度計画により医療安全に特化したEラーニングシステムはほぼ完成し順調に運用しており、平成24年度からは医療安全同様実施と受講が義務付けられている感染管理研修にも本システムのEラーニングシステムを利用し始めたほか、ME機器研修、薬剤研修等にも利用している。今後は安全管理関連研修以外の分野においても本システムのEラーニングシステムを利用予定である。なお、本システムの医療安全効果についてインシデント影響レベルで評価した結果、H25年度の影響レベル「3b」以上の報告率は1.55%と本システム導入前のH18年度3.49%に対しH24年度同様低率を維持している。一方、影響レベル「0」の報告率は19.51%で本システム導入前H18年度および導入後の7年間の中で最も高く、影響レベル「1」以下の報告率はH20年度の68.5%の次となる66.4%と高い結果を示した。影響レベル「3b」以上の報告率が高い点は重篤なインシデントの発生率が低いことを示し、影響レベル「1」以下の報告率あるいは影響レベル「0」の報告率が高い点は、影響度の低いインシデントの集積を意味しハインリッヒの法則に基づく対策の充実が可能な点と職員の安全意識啓蒙の向上に起因することから医療安全効果に好影響を与えるものと思われる。
弾性線維蛋白質会合体:多様な特性を有する新規生体機能材料としての展開

1.はじめにー研究目的及び研究費補助金の使途ー蛋白質生合成のキ-ステップである細胞外空間での前駆蛋白質の自己集合組織化を、エラスチン関連ポリペプチドの温度依存性コアセルベ-ションとして試験管内で再現し、機能の基礎となる構造と物性を検討する。又、エラスチン構成要素として細胞外マトリックスとしての多様な機能を分担している繰り返しペプチド配列を模したモデルペプチドを合成し、生体機能材料としての展開を図る。研究費補助金はペプチド合成試薬を中心に消耗品費に充当した。2.今年度中に得た成果並びに途中経過ー(1)弾性線維蛋白質コアセルベ-ト:分子会合条件と会合状態に関し静的及び動的光散乱測定法を適用し、牛項靭帯由来αーエラスチンの分子会合初期過程を詳細に検討し、物性制御の基礎的知見を得た。(2)カルシュウムとの特異的相互作用機構と生体機能:カルシュウムの特異的作用機構解明は、弾性発現、動脈硬化症と関連する重要な課題である。イオンとの相互作用を評価する新しい系として開発した蛋白質液体膜としてのコアセルベ-ト膜系を用い検討した。(3)モデルポリペプチドの合成と物性評価:エラスチンを構成する繰り返しペプチド配列に基づくモデルポリペプチドを合成し、生体機能材料としての物性評価を行う。弾性とコアセルベ-ト特性に関連するポリペンタペプチドについて検討を行った。(4)その他:弾性線維蛋白質会合体の構造、物性、機能に関連して、示差走査熱量測定、NMR測定等を行った。3.今年度の研究経過の反省と今後の計画及び展望ー細胞外領域での生合成に対応する空間的制約の効果が、弾性線維蛋白質の特異な機能の基礎となる会合体の構造形成に大きな寄与をしている可能性が高い。現在、研究の手法等について検討を進めている。
赤外表面増強場を用いた振動誘起表面反応の制御

Siプリズム上に微粒子構造を形成したPt薄膜に赤外パルスを照射すると表面に垂直な方向にのみ強い赤外電場が形成される。本研究はこの強い光電場を振動誘起表面反応の制御と反応過程の観察に利用しようとするものである。Pt電極表面にポンプ光を照射した際の吸着分子の変化をピコ秒時間分解観察する中で、電極界面の水分子が加熱されるとその配向が変化して電位が変化し、吸着したCOの振動数が変化する現象を見いだした。本年度は、この振動数変化を利用して、電気二重層界面における溶媒分子の配向変化速度を調べた。電解質にLiClO_4、溶媒にH_2O,CH_3OH,NH_2CHO,CH_3CNを用いた場合、配向変化の速度はH_2O(250ps)>CH_3OH(150ps)【approximately equal】NH_2CHO(150ps)>CH_3CN(100ps)の順に速くなり、溶媒間に働く水素結合の強さが配向変化速度を支配することが分かった。次に、H_2Oの場合、電解質にLiClO_4,HClO_4,過塩素酸テトラエチルアンモニウム塩(TEA^+ClO_4^-),臭化ブチルエチルアンモニウム塩(TBA^+Br^-)を用いると、強く水和するLi^+,H^+イオンの場合には水の配向変化に200-250psかかるのに、疎水性イオンでできたアルキルアンモニウム塩を使うと、アルキル基が長くなるにつれて150から100ps以下に遅くなった。これは、水和イオンは電気二重層の水分子と強力な水素結合ネットワークを形成して配向変化を遅くするのに対し、疎水イオンは水分子間の水素結合を破壊して配向変化を加速することを意味している。電気二重層界面の溶媒分子の配向変化速度は電子移動速度や物質輸送速度を決定する重要な役割を果たしているが、ほとんど調べられていない。バルク中の水の配向緩和速度は8ps程度であり、本研究の結果は電気二重層界面における水分子の特異性を示している。本年度は、赤外ポンプ光照射による振動誘起表面反応を制御する前段階として、無電解メッキ法でSiプリズム上に赤外表面増強場を作製し、この表面に可視光ポンプパルスを照射した際の吸着分子の挙動を波長可変赤外ピコ秒パルスを用いて高感度時間分解観察する方法を確立した。Siプリズム上にPt薄膜電極を作製し、単分子吸着層(CO)のピコ秒時間分解赤外吸収スペクトルの測定に成功した。COが吸着した表面に、可視光ポンプパルスを照射すると、COの伸縮振動数が光照射後200ピコ秒かけて、約6cm^<-1>低波数シフトする様子を見いだした。このCOの低波数シフトは、表面温度上昇により励起されたCO束縛振動モードとのカップリングによる成分(約1cm^<-1>)と、電極電位の変化による成分(約5cm^<-1>)とに分離された。前者の時間挙動は表面の温度上昇と一致し、ポンプ光のパルス幅(35ピコ秒)で最大になるのに対し、後者は約200ピコ秒の遅延があった。この遅延時間はレーザー照射による電位変化に要する時間と電位変化後表面からCO分子への逆電子供予に要する時間の和を反映している。レーザー照射による電位変化は、電気二重層領域にある水分子の配向が温度によって変化するためであるが、観測された-5cm^<-1>のシフトは-160mVの電位変化に対応し、これは水単分子層の2度以下の配向変化に対応することが分かった。本研究で見いだされた手法は、他の電極反応ダイナミクスの研究に応用出来る。電極ダイナミクスの研究には従来外部電位を印加する方法がとられてきたが、電気二重層の充放電効果によりミリ秒からマイクロ秒の時間領域に制限されていた。本研究の手法は、ピコ秒領域の電位変化を可能にし、しかも電極のフェルミ準位を動かすため、実際の反応条件下における界面電荷移動過程の研究に結びつけることが出来る。

次に、H_2Oの場合、電解質にLiClO_4,HClO_4,過塩素酸テトラエチルアンモニウム塩(TEA^+ClO_4^-),臭化ブチルエチルアンモニウム塩(TBA^+Br^-)を用いると、強く水和するLi^+,H^+イオンの場合には水の配向変化に200-250psかかるのに、疎水性イオンでできたアルキルアンモニウム塩を使うと、アルキル基が長くなるにつれて150から100ps以下に遅くなった。これは、水和イオンは電気二重層の水分子と強力な水素結合ネットワークを形成して配向変化を遅くするのに対し、疎水イオンは水分子間の水素結合を破壊して配向変化を加速することを意味している。電気二重層界面の溶媒分子の配向変化速度は電子移動速度や物質輸送速度を決定する重要な役割を果たしているが、ほとんど調べられていない。バルク中の水の配向緩和速度は8ps程度であり、本研究の結果は電気二重層界面における水分子の特異性を示している。
システム速度向上のためのLSIパッケージ用微細配線構造作製プロセスに関する研究

本研究は、近年のユビキタス情報社会の実現に向けた情報携帯端末等の小型電子機器におけるシステム速度上昇を目指し、LSIチップ間接続およびLSIパッケージの配線長の縮小のためのミクロンサイズの配線構造について、配線遅延の減少のために低誘電率な絶縁膜材料にポリイミドを、高周波伝送による損失低減のためにストリップライン配線構造を用いた、微細高密度ストリップライン配線構造に関する研究を行った。ピコ秒オーダーの超高速信号速度の伝送も可能とする配線構造として、高周波損失を防ぐための従来の集中定数線路に代わり分布定数線路の配線構造と、配線長の縮小のためのミクロンサイズにおける配線構造とを組み合わせた、微細高密度ストリップライン配線構造を用いた。このミクロンサイズの配線構造実現には、微細プロセス技術の確立が不可欠であり、従来のスクリーン印刷等の技術では実現が困難であったため、新たにLSI半導体プロセスからの応用手法を提案した。層間絶縁層は、誘電率の違いにより配線間の静電容量成分が増減するため、配線遅延減少のためには低誘電材料を用いることが不可欠である。ここで低誘電率材料をLSIパッケージ等に応用するためには、絶縁膜特性が高いだけでなく、化学変化や温度変化に強く、物理的強度も高い材料として、本研究では新しく開発されたブロック共重合ポリイミドに感光性を付与したブロック共重合感光性ポリイミドを絶縁膜に用いた。実際のストリップライン配線構造実現には、絶縁層や信号層からなる多層構造が必要になるため、これらの作製プロセス技術の確立を目指し、多層配線構造作製へのプロセス最適化を行った。これにより10Gbpsの超高速デジタル信号伝送を想定したLSIパッケージ用微細ストリップライン構造をもつLSIチップ接続基板(微細高密度インターポーザ)の作製に成功した。
トンネル電流検知捩れ秤によるカシミール力補正項の研究

1.微小力測定装置の開発,性能評価捩れ秤のノイズ振動を測定し、その結果を元に、捩れ秤の動きを制御するためのフィードバック機構を開発した。このフィードバック機構は、捩れ秤の動きを光てこで読み取り、それを打ち消すような電気力をアナログ回路を用いて生じさせ、捩れ秤に力を加えて制御するものである。このフィードバック機構の作成及び性能評価を行い、安定に動作することを確認した。これにより、測定中に試料の間隔を常に十分な精度で一定に保つことが可能となった。特に微小力測定装置の改良においては、装置の感度を決めるノイズ源が1mHz1Hzの地面振動水平成分であることを示し、その地面振動からねじれ振動への伝達関数を小さくすることにより高感度化を行った。さらに、この帯域での地面振動が地震研究所より1桁小さい環境(神岡鉱山など)に装置を移行すれば、カシミール力の有限温度による補正項の測定が可能であることを示した。これらの経過は日本物理学会平成15年秋の分科会にて学生1名が発表した。2.試料間に働く力の測定次に微小力測定装置を用い、地震研究所地下実験室において、試料間隔が2から10μmの領域で、試料間に働く力の距離依存性を測定した。この測定データから、試料間に働く力の中で最も大きな寄与は、電気力の距離依存性を持つことを確かめた。この電気力は試料間の配線を異なる種類の金属で行っていることによって生じる接触電位差で説明が可能である。試料間に働く力の測定データから接触電位差による電気力を解析的に差し引き、そのあとに残る力をカシミール力の理論値と比較した。この結果、測定データはプレリミナリーではあるがカシミール力の理論値とは矛盾のないことを確かめた。これらの経過については学生1名が日本物理学会の平成15年第58回年次大会で発表を行った。まずカシミール力検出のための装置の開発を行った。カシミール力を生じさせる試料として、表面精度の良いガラスレンズの基材に金を蒸着したものを作成し捩れ秤に取り付けた。また、試料間の間隔を安定に制御する機構として、マイクロメータステージにピエゾアクチュエーターを組み込んだ駆動系を作成し、これらの装置を真空チェンバーの中に組み込んだ。次に捩れ秤のノイズ振動を測定し、その結果を元に、捩れ秤の動きを制御するためのフィードバック機構を開発した。このフィーバック機構を用いて、試料間隔が2から10μmの領域で、試料間に働く力の距離依存性を測定した。この結果、測定データはカシミール力の理論値とは矛盾のないことを確かめた。
自励振動式ヒートパイプの高性能化と性能予測手法の研究

加熱部を銅板とし、その内部に直径2mmの孔を24個設け、この孔に内径2mmの銅管24本を接合して断熱部および冷却部とした多管型12ターンの自励振動ヒートパイプ(以下、PHPと略記)を用い、作動媒体として水、エタノールおよびR141bを用いて種々の設置姿勢について実験を行った。その結果、熱輸送量が中程度以下ではR141bの方が、熱輸送量が大きい領域では水の方が優れた性能を示すことが分かった。さらにR141bにダイヤモンド微粒子を加えることにより性能が向上し、全加熱量範囲で水のボトムヒートを上回る性能が得られた。また銅管の配置を従来の1層から2層とし加熱部の幅を半分にする実験を行った結果、両者でほぼ同じ熱輸送性能が得られことが分かった。以上の多管型PHPに加え、アルミ板上の矩形溝流路で形成した平板型PHPにつき、両端の流路を接続して閉ループとするための接続流路も加熱部・冷却部間を往復させる新型流路パターンについて実験を行い、作動媒体としてエタノールを用いた場合には新型流路パターンの方が従来型よりも高性能であることを明らかにした。さらに性能予測手法確立の基礎となる最も単純化したPHPとして、両端が閉じた1本の直線流路の両端部を加熱、中央部を冷却し、この流路内の1個の液柱の自励振動につき実験を行った。液柱振動の高速度ビデオ撮影と気体部分の圧力測定の比較から気体部分の体積変化と圧力変化の位相差により正味仕事が発生していることが分かった。また振動液柱による顕熱輸送の厳密な数値計算を行った結果、液柱振動による熱輸送における顕熱輸送と潜熱輸送の寄与は同程度であることが分かった。自励振動式ヒートパイプの高性能化と性能予測手法確立のため実験および数値解析を行った。ヒートパイプの構造上の工夫として加熱部は銅板とし、その内部に直径2mmの孔を24個設け、この孔に内径2mm、外径3mmの銅管24本を接合して断熱部および冷却部とし、12ターン流路を形成した。これにより発熱素子と加熱部の間の熱抵抗が低減されるとともに冷却部において高い対流熱伝達が得られる。作動媒体は水およびR141bであり、封入率は50%とした。作動媒体に水を用いた場合、設置角度の影響として鉛直ボトムヒート、水平、鉛直トップヒートの順に性能が優れ、熱輸送量増加とともに設置角度の影響が減少した。またR141bに比べ熱輸送量増加に対する加熱部・冷却部温度差の変化が小さい。一方、R141bの熱輸送特性は設置角度の影響をほとんど受けず、熱輸送量増加とともに加熱部・冷却部温度差が単調に増加した。いずれの場合にも本実験範囲である熱輸送量1000W以下では熱輸送限界は生じなかった。おおまかな傾向として熱輸送量が中程度以下ではR141bの方が、熱輸送量が大きい領域では水の方が優れた性能を示した。水の場合について壁温変動の詳細測定を行った結果、熱輸送量が小さい領域では間欠的振動あるいはサーモサイホン的動作など特徴的な動作状態が生じること、また冷却部側に形成されるU字形液柱の振動が生じていることなどが分かった。さらにR141bにダイヤモンド微粒子を加える実験を行い、微粒子添加により熱輸送性能が向上することが分かった。実験に加え、振動液柱内の流れ場と温度場を厳密に解くとともに断熱部管壁の非定常熱伝導も厳密に解く数値解析を行い、水平設置の水の場合について実験結果の傾向に近い計算結果が得られた。解析上の問題として、蒸発および凝縮について簡単化のための仮定がなされており、その厳密化が課題である。

加熱部を銅板とし、その内部に直径2mmの孔を24個設け、この孔に内径2mm、外径3mmの銅管24本を接合して断熱部および冷却部とした12ターンの自励振動ヒートパイプ(以下、PHPと略記)につき実験を行い、以下の結果を得た。まず作動媒体として昨年度の水およびR141bに加えエタノールを用いた実験を行い、作動媒体による熱輸送性能の相違を明らかにした。また壁温変動の多点高速サンプリング測定により液柱の振動が隣接流路間を伝播することが分かった。さらに24本の銅管の配置を昨年度の1列から2列とし加熱部銅板の幅を約半分にする実験を行った結果、熱輸送量と加熱部・冷却部温度差の関係は1列の場合と2列の場合でほぼ同じであり、管を2列とすることにより加熱部の熱流束を増加できることが分かった。以上の多管型PHPに加え、アルミ板上の矩形溝流路で形成した平板型PHPにつき、両端の流路を接続して閉ループとするための接続流路も加熱部・冷却部間を往復させる新型流路パターンについて実験を行い、作動媒体としてエタノールを用いた場合には新型流路パターンの方が従来型よりも高性能であること、また冷却部壁温の影響を調べた結果、冷却部壁温が高い場合の方が熱輸送性能が高いことが分かった。さらに最も単純化したPHPとして、両端が閉じた1本の直線流路の両端部を加熱、中央部を冷却し、この流路内の1個の液柱の自励振動につき実験を行い、液柱振動の高速度ビデオ撮影と気体部分の圧力測定の比較から気体部分の体積変化と圧力変化の位相差により正味仕事が発生していることが分かった。さらに振動液柱による顕熱輸送の数値計算を行った結果、液柱振動による熱輸送における顕熱輸送と潜熱輸送の寄与は同程度であることが分かった。