hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ポリマー超伝導の可能性の探索

ポリマー超伝導の可能性の探索ポリマー超伝導の可能性の探索有機ポリマーで、加圧による超伝導の可能性を探査した。下記に挙げる導電性ポリマーについて、調査した。i)Polypyrrole(+PF_6)、ii)P3HexTh(+In-)、iii)PDA(polydiacetylene)、iv)PEDOT(+PF_6)。これらの物質は低温に向かって大きな抵抗発散を示さなかった加圧による抵抗減少を期待したが、高圧効果を調べた試料で抵抗減少を示すものは見つけるに至っていない。ポリマー超伝導の探索として、抵抗が低温で落ちる傾向のある物質に超高圧をかけて物性をみるという戦略で研究を進めた。以前、石黒らが報告したPPyPF_6における低温での抵抗の減少が、さらなる圧力印加によってどのように変化するか、キュービックアンビル加圧装置を用いて8GPaまでの加圧下で電気抵抗率測定を行った。(PPy : polypyrrole、PF6はdopant。)測定は直流4端子法を用い、0.7×0.2×0.01mm^3程度の大きさの試料へ直径20μmの金線をカーボンペーストにより端子付けし、Daphne7373と共にテフロンカプセルへ封入後、パイロフィライト製ガスケットにセット後、加圧を行った。室温における抵抗率は圧力の印加により抵抗率は減少していくが、6.5GPa程度からは増大し始めることが明らかになった。キュービックアンビル装置各圧力下での抵抗率の温度依存性測定によると測定全温度領域で絶縁体的温度依存性を示し、室温から温度の低下とともに抵抗は増大を続ける。石黒らの報告にあった低温での抵抗率の減少は見られず、原因として試料の劣化等が考えられるが、現時点では詳細は不明である。キュービックアンビル装置による静水圧力の加圧では温度依存性における本質的な変化は起きず、PPyPF_6の電子状態を変化させることはできなかった。しかし、室温での抵抗率は加圧によって減少しており、何らの影響も及ぼさなかった訳ではなく、導電性ポリマーにおいても結晶性有機導体と同様に、電子状態を圧力によって制御できる可能性は存在すると考えられる。引き続いて、次に山本より提供された試料P3HexTh+In^-について測定を行った。この試料は、室温での抵抗が10^6Ω程度と非常に大きく、温度依存性測定が困難であったため、ドーピング前の試料へよう素ドーピングを当研究室で試みている。本研究では、現在最も研究されているπ共役高分子の一つであるpoly(3-hexylthiophene)(P3HexTh)にヨウ素ドープによって電気伝導性を測定することを試みている。そのために、安定したヨウ素のドーピングを行うため、始めから検討しなおした。ドーピング用の容器としてシュレンクを用いて、ドーピング雰囲気から水蒸気の脱気に注意を払った。また、ヨー素のドーピングが安定すること、ドーピング後の試料を圧力容器に移動すること、また圧力容器中での圧力媒体と反応しないことを狙い、ドーピング直後に試料の被覆を試みた。アクリル塗料X22と溶剤X20を等量混ぜた溶液被覆に用いた。被覆なしの試料とアクリル被覆を何度か施した試料を空気中に放置し、電気抵抗率の経時変化を比較し、ヨウ素が抜けるのをどのくらい抑えられるかを調べた。種々の条件を試みた結果、ヨウ素が抜ける速さは、最も遅い試料では被覆しない場合と比べて1/60となることがわかった。これによって、ドープ終了後に時間の余裕ができ、電気抵抗の温度依存性を測定することが可能になった。また、被覆なしの試料とアクリル被覆を何度か施した試料を空気中に放置し、電気抵抗率の経時変化を比較し、ヨウ素が抜ける度合いの抑制度を調べた。試料の条件を色々変えて測定の結果、ヨウ素が抜ける速さは、最も遅い場合では被覆しない場合と比べて1/60となることがわかった。20時間のドープ後、ヨウ素の維持のために、アクリル塗料X22と溶剤X20を等量混ぜた溶液を溶液が表面張力で膨らんだ所に試料を潜らせて塗布し、乾燥させて被覆した。また、塗布とドープを繰り返すなど条件の最適化を行った。また、圧力媒体の特性調査のため、Daphne7373,7474,グリセリンの固化圧力の測定を行った。今回、より結晶性の高い共役性ポリマーの輸送特性を調べ、室温以下の低温電気伝導特性、特に低温での伝導度の向上しそうな新しい物質についての電気伝導特性を探索した。元来、ポリマーは結晶に対比される概念であり、結晶的なポリマーというのは、モノマーが周期性よく重合した物質を指す。今回、トポケミカル重合で作成したポリジアセチレン(PDA)は大阪市立大学の松本章一教授から試料の提供を受けた試料で電気伝導度を測定した。PDAにはいくつかの重合の方法があるなかで、結晶性が抜群によい。ポリジアセチレンは側鎖置換基が化学的に選べることから、Littleの超伝導モデルに近いともいえる。難点は結晶性が良すぎて、ドーピングすら受け付けないことである。電気伝導度は0.010.26S/cmの値を得ている。しかし測定のための接触抵抗がなかなか下がらず500ohm1kohm程度で理想的な測定にはならなかった。

但し、電気抵抗は室温よりヘリウム温度まで抵抗値が増大するが、半導体的な発散はせず、高々10倍以内であったが低温特性に特に抵抗の減少は見られなかった。もうひとつ結晶性がよく経時変化につよいまた安定な、thiophene系の物質が入手できたので、これについて調査研究を行った。PEDOT(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene))-PSS(polystyrenesulfonate))である。輸送現象の研究を行った。PEDOT-PSS自身は常圧でも、低温金属状態は見られていなかったが、類似系の(PEDOT(PF6))は10K以下、金属性を示し、試料の安定性があったため、高圧効果などは測定することに意味があると考えた。その結果は図5に示すように、抵抗比(ρ1K/ρ300K)<10であり、抵抗の低温発散は認められなかったが、圧力に対しては全く変化が見られなかった。しかし、両物質はもう少し掘り下げた研究をしてみる価値がありそうなことが判明した。
口腔の知覚伝達系の発達障害に関する神経機能回復モデル構築

細胞間のシナプス形成と相互作用、形成された神経回路網の情報伝達メカニズムを明らかにして、ヒト口腔の知覚伝達系機能障害の病態解明のための実験モデルを構築することを目的に研究を実施した。これまでの研究により、サーカディアン振動体としての機能が培養系においても維持されることが明らかにされている視交叉上核の細胞群を対象とし、マルチ電極皿の上で分散培養法による初代神経培養を行い、48個の単一神経細胞の細胞外電位を2週間以上同時計測した。その結果、自発発火する神経細胞間にサーカディアンリズムの同調が認められ、そのリズム同調はNaチャンネルブロッカーであるテトロドトキシンの長期投与によって阻害された。この結果は、細胞間のリズム同調の維持にとって、Naチャンネル依存性シナプス連絡が重要であることを示唆している。次に、口腔からの知覚入力を受ける孤束核と、舌の運動神経が存在する舌下神経核を含む延髄神経核群での神経活動について、新生ラット(生後1-14日:P1-14)でのc-fos発現を指標として吸啜運動前後の発現量を比較した。吸啜運動の後では、孤束核と延髄網様体背側部にc-fos蛋白(Fos)免疫反応陽性細胞の著しい増加が認められた。孤束核でのFos陽性細胞数はP5-7で最高となり、P14では減少したが、延髄網様体背側部でのFos発現に日齢による差は認められなかった。舌下神経核では吸啜運動後においてもFos陽性細胞はほとんど認められなかった。また三叉神経中間亜核では腹側部に少数のFos陽性細胞を認めたが、吸啜後の上昇はみられなかった。以上の結果から、吸啜期ラットの摂食行動には孤束核と延髄網様体背側部のニューロン活動が深く関与していることが明らかになった。今後、これら延髄ニューロン群を含む静置器官培養系を確立し、視交叉上核ニューロン群と同様の解析方法により各々の神経核に固有な神経回路網の機能を明らかにしていく計画である。培養神経細胞を用いて、細胞間の相互作用と可塑的変化、また神経回路網の形成メカニズムを明らかにして、ヒト口腔の知覚伝達系機能障害の病態解明のための実験モデルを構築することを目的に研究を実施した。本年度は、個々の神経細胞の機能を明らかにする上で解析法が確立している視床下部、視交叉上核の細胞群を対象とし、マルチ電極皿(MED)の上で、分散培養法、あるいは静置器官培養法による初代神経培養を行った。新生ラットの神経細胞をマルチ電極ディッシュ上で培養し、48個の単一神経細胞の自発発火を同時計測した。複数の神経スパイクの波形ならびに発火タイミングについて、スパイクトリガによる波形の加算平均および相互相関解析を行って、神経細胞間のシナプス形成とその性質について調べた。分散培養においては、サーカディアンリズムが同調している細胞間ではすべて単一スパイク発火も同期していたが、静置器官培養では、サーカディアンリズムが同調している細胞間でもスパイク同期がみられたものはわずかであった。この結果は、細胞間のサーカディアンリズム同調が、シナプス結合以外のメカニズムによっても可能であること、また分散培養においてはそのような細胞間相互作用が失われていることを示唆している。

次年度は、視交叉上核細胞群の神経回路網の解析を進めるとともに、同様の方法で三叉神経核の発火活動を単一細胞外記録により連続測定し、細胞間同期と脱同期過程を空間的に解析する。それらの結果をふまえて、三叉神経節細胞と脳幹の三叉神経核細胞との共存培養により、神経系の機能回復モデルを確立する予定である。また、神経幹細胞およびグリア細胞がこの機能回復モデルにおいてどのように関与するかについても、これらに特異的に発現する蛋白およびmRNAについての解析を行う計画である。培養神経細胞を用いて、細胞間のシナプス形成と相互作用、形成された神経回路網の情報伝達メカニズムを明らかにして、ヒト口腔の知覚伝達系機能障害の病態解明のための実験モデルを構築することを目的に研究を実施した。サーカディアン振動体としての機能が明らかにされている視交叉上核の細胞群を対象とし、マルチ電極皿(MED)の上で分散培養法、あるいは静置器官培養法による初代神経培養を行い、48個の単一神経細胞の自発発火を2週間以上同時計測した。各々の培養条件で自発発火のサーカディアンリズムの同調が認められ、そのリズム同調はNaチャンネルブロッカーであるテトロドトキシンの長期投与によって阻害された。この結果は、細胞間のリズム同調の維持にとって、Naチャンネル依存性シナプス連絡が重要であることを示唆している。次に、腔からの知覚入力を受ける孤束核と、舌の運動神経が存在する舌下神経核を含む延髄神経核群での神経活動について、新生ラット(生後1-14日:P1-14)でのc-fos発現を指標として吸啜運動前後の発現量を比較した。吸啜運動の後では、孤束核と延髄網様体背側部にc-fos蛋白(Fos)陽性細胞の著しい増加が認められた。孤束核でのFos陽性細胞数はP5-7で最高となり、P14では減少したが、延髄網様体背側部でのFos発現に日齢による差は認められなかった。舌下神経核では吸啜運動後においてもFos陽性細胞はほとんど認められなかった。また三叉神経中間亜核では腹側部に少数のFos陽性細胞を認めたが、吸啜後の上昇はみられなかった。以上の結果から、吸啜期ラットの摂食行動には孤束核と延髄網様体背側部のニューロン活動が深く関与していることが明らかになった。今後、これら延髄ニューロン群の細胞培養系を確立し、視交叉上核ニューロン群と同様の解析方法により各々の神経核に固有な神経回路網の機能を明らかにしていく計画である。
グルタール酸尿症の分子遺伝学的解析

グルタール酸尿症1型は、先天性有機酸代謝異常症の一つである。日本人においては頻度が少ない遺伝性疾患であり、現在まで10例程度の症例が報告されている。我々は自験例のはかもう一家系の日本人症例の細胞を島根医科大学小児科山口清次教授より提供を受けて、このGCDH遺伝子解析を行った。解析方法は培養細胞よりRNAを抽出しRT-PCR法によりcDNAを増幅し、蛋白翻訳領域に過不足のないことを確認し塩基配列の決定を行った。また培養細胞よりDNAを抽出しゲノム検索に用いた。結果は自験例においてはエクソン9においてR355H変異をホモ接合体として検出した。また家族のゲノム検索も行い、両親ともにR355H変異をヘテロ接合体で有している事を確認した。またもう一家系においてはエクソン8においてS305L変異を、エクソン9においてM339V変異を検出した。家族のゲノム検索を行い、S305L変異は母より、M339V変異は父に由来することが判明した。またS305Lは軽症のパレスチナのアラブ人家系において報告されていた。今回解析した日本人症例2家系において、両者ともにエクソン9に変異が存在した。しかし海外の遺伝子解析の結果にはエクソン9の報告は少なく、このことが日本人の人種特異性であることが考えられた。日本人症例解析我々は、脳症様のエピソードで発症し尿有機酸分析による化学診断と、白血球の酵素活性測定による酵素診断により確定診断を受け日本小児科学会雑誌に発表されている姉妹例の患者由来培養皮膚繊維芽細胞を、島根医科大学医学部小児科山口清次教授より供与された。この培養皮膚繊維芽細胞を培養し増殖させた後、RNAとDNAを分離した。このようにして得られたRNAを逆転写酵素によりcDNA化した後PCRを行った(RT-PCR)。この際にGCDH遺伝子の蛋白翻訳領域を4分割し互いにオーバーラップするように増幅した。この得られた4つのPCR産物をダイナビーズにより一本鎖にして塩基配列の決定を行った。結果はエクソン8内にS305L変異及びエクソン9内にM339V変異を検出した。これらの変異をゲノムDNA上で確認するためにエクソン8、エクソン9を含むようにイントロン内にプライマーを設計しPCRで増幅した。S305L変異はドットブロットによるASOハイブリダイゼイションで、またM339V変異は得られたPCR産物を正常アレルならNla IIIで消化され、変異アレルであればBsp1286 1で消化されることでゲノム上に両方の変異が存在することを確認した。また同じ方法によりS305L母親より、M339Vは父親より由来していることが確認された。これにより確認されたS305L変異は軽症のパレスチナのアラブ人症例で発見されているものであった。またM339V変異は既報告には存在していなかった。欧米の既報告においてはエクソン9変異はなくR335H変異と伴せてエクソン9は日本人に多い変異部位である可能性が示唆された。
軽度低体温の心筋虚血発生にあたえる影響についての検討

軽度低体温が脳神経外科周術期において心筋虚血を助長させないか検討した。対象は脳神経外科予定手術患者47名。患者の同意のもと無作為に軽度低体温群(H群:24名)と常温群(N群:23名)に振り分けた。麻酔は酸素、笑気、フェンタニルとセボフルランまたはプロポフオールで維持した。体温はH群は鼓膜温34.5度を目標に導入後冷却し、主要な術操作終了後復温した。N群では正常温を維持した。ホルター心電図を入室時に装着しV1とV5誘導を24時間記録した。虚血の基準はST部分の1mm以上の降下または2mm以上の上昇とした。覚醒時のシバリング、合併症、在院日数も調べた。統計学的検定はunpaired Student's ttest chi-square testによりp<0.05を有意とした。両群の年令、体重、身長、性別、麻酔時間、手術時間、出血量、尿量、麻酔法に差はなかった。体温は入室時に差はなく、最低時(34.6±0.5vs35.9±0.6)、退室時(35.9±0.9vs36.5±0.5)に有意差があった。術後のシバリングはH群3例、N群2例で発生率に差はなかった。ホルター心電図でのST低下はH群3例、N群5例で差はなく、両群とも術後に重篤な心血管の合併症を認めず、在院日数にも差はなかった。34.5度までの軽度低体温は正常温に比較して脳神経外科周術期の心筋虚血を増加させなかった。平成9年度6月から3月の間に奈良県立医科大学でおこなわれた脳神経外科開頭手術を対象に軽度低体温が心筋虚血発生に与える影響について検討した。なお当初当施設で実施される開頭手術患者全例にホルター心電図を装着する予定であったが、腹臥位手術は体位の固定に心電図の電極を固定するのが困難なうえに、体位の移動にともなう心臓の変異が心電図においても波形の変化をひきおこすため解析が困難との理由から対象からはずした。残った開頭手術例の無作為に軽度低体温群または常温群に割り振られた34例にホルター心電図を装着した。当初の予定では48時間の装着を企図していたが、現有の機器が1台であることより24時間と変更した。この心電図は現在解析の途中であるが、2群の術中の経過において明白な心筋虚血の発生の増加は認め難い。しかし、現在の対象数では統計学的な有意差を検出するに当ってのパワーが不充分と考えられ、平成10年度も引き続き本研究を続行していく予定である。現段階では入院日数、要した治療の増加、死亡率、手術成績といった患者の予後の検討はなされていないので、これらの項目についても検討を続ける。また、本研究の実行にあたって心筋虚血の鋭敏なモニターとしてホルター心電図を採用したが、本機器により患者の不整脈の発生頻度やPQ時間の変化等の連続記録が同時になされている。これらの不整脈や伝導障害が重篤な循環障害を発生させる可能性を指摘する報告もされてきており、心筋虚血発生の差のみならすこれらの事項の与える影響についても今後検討する予定である。

体温はH群は鼓膜温34.5度を目標に導入後冷却し、主要な術操作終了後復温した。N群では正常温を維持した。ホルター心電図を入室時に装着しV1とV5誘導を24時間記録した。虚血の基準はST部分の1mm以上の降下または2mm以上の上昇とした。覚醒時のシバリング、合併症、在院日数も調べた。統計学的検定はunpairedStudent'st test,chi-square testによりp<0.05を有意とした。両群の年令、体重、身長、性別、麻酔時間、手術時間、出血量、尿量、麻酔法に差はなかった。体温は入室時に差はなく、最低時(34.6±0.5vs35.9±0.6)、退室時(35.9±0.9vs36.5±0.5)に有意差があった。術後のシバリングはH群3例、N群2例で発生率に差はなかった。ホルター心電図でのST低下はH群3例、N群5例で差はなく、両群とも術後に重篤な心血管の合併症を認めず、在院日数にも差はなかった。34.5度までの軽度低体温は正常温に比較して脳神経外科周術期の心筋虚血を増加させなかった。
固相置換反応を利用した反応性通電加圧焼結による高硬度・高靭性セラミックスの合成

まず、反応性通電加圧焼結装置を用いて、固相置換反応B_4C+5W+80WC→4WB+81WCを起こさせながら焼結させ、W-B-C系の複合セラミックス合成のための最適焼結温度を調べた。その結果、1650°C以上で緻密な焼結体が得られることが分かった。1650°Cの焼結体は結晶粒が細かく、硬度が高いが、1700°C以上では非常に粗粒化し、硬度が著しく低下した。このように適切温度範囲が狭いと、品質管理が難しいので、粒成長防止剤を添加して、微細な粒の状態が維持できる焼結温度範囲を広げる必要がある。そこで、WCへの粒成長防止作用のあるVCの添加効果を調べた。VC微量添加のWC粉末を使用して、B_4C-5W-80WCになるように粉末を混合し、反応性通電加圧焼結を行った。VCを含んでいると、1750°C以上で緻密になった。緻密化した1800°Cの焼結体の結晶粒径は原料のWC粉末の粒径からほとんど変化しておらず、優れた粒成長防止効果が認められた。焼結温度1700°Cまでは、WB、W_2B、WC及びW_2Cが生成していたが、焼結温度1750°C以上ではW_2Bが生成せず、WB、WC、及びW_2Cが生成した。添加したVCは、WCには固溶せず、WCの粒界あるいはWBやW_2Bの回りに析出した。かさ密度は1750°Cまで緩やかに増大し、1750°Cを越えるとほぼ15.5gcm^<-3>の一定値を示した。ヤング率は1750°Cまで緩やかに増大し、1750°Cで最大値689GPaになり、その後もほぼ一定であった。ポアソン比は焼結温度に関係なく、ほぼ一定値を示した。ビッカース硬さは焼結温度が高くなっても、粒成長しないため、ほとんど低下せず、焼結温度に関わらず25GPa以上の非常に高い値を示した。破壊靭性値は焼結温度1700と1750°Cの時に最大値5.3MPam^<1/2>を示し、VCを含まない場合より少し低くなった。

VC微量添加のWC粉末を使用して、B_4C-5W-80WCに成るように粉末を混合し、反応性通電加圧焼結を行った。得られた焼結体については、生成相の分析を行うとともに、組織観察、機械的性質の評価を行い、焼結温度の影響について検討した。焼結温度1700°CまではWB、W_2B、WC及びW_2Cが生成していたが、焼結温度1750°C以上ではW_2Bが生成せず、WB、WC、及びW_2Cが生成した。かさ密度は1750°Cまで緩やかに増大し、1750°Cを越えるとほぼ15.5g・cm^<-3>の一定値を示した。ヤング率は1750°Cまで緩やかに増大し、1750°Cで最大値689GPaになり、その後もほぼ一定であった。ポアソン比は焼結温度に関係なく、ほぼ一定値を示した。ビッカース硬さは焼結温度に関わらず、25GPa以上の非常に高い値を示した。破壊靭性値は焼結温度1700と1750°Cの時に最大値5.3MPa・m^<1/2>を示した。VCは顕著な結晶粒成長防止効果を示すため、添加すると非常に高い硬度の焼結体が得られるが、破壊靭性値とヤング率を低下させる。本年度では、高い硬度と破壊靭性値を有するWC系複合セラミックス作るために、前年度の反応機構に関する知見をもとに、WCの粒成長防止剤を探索した。WC-Coサーメットの研究で、VCが最も効果的にWCの結晶粒成長を防止するということが多くの研究で分かっているが、Coを含まない場合に効果があるかは確かめられていない。16年度の研究で、+80WC=4WB+81WCの反応で焼結した材料が、最も優れた機械的性質を持つことが分かっているので、これをベースにして、VCを適量添加した試料で焼結温度を変えて焼結し、得られた試料の組織を調べ、硬度、ヤング率、破壊靭性を測定した。B_4CとWとV量で0.43mass%含むWCを用いて、前記の反応式になるように秤量した後、これを放電プラズマ焼結装置を用いて焼結した。焼結は16001800°Cの範囲で行った。焼結後の試料については、切断、研削、研磨を行った後、密度と気孔率の測定、微細組織の観察と分析、結晶粒径の測定、ビッカーズ硬度の測定、ヤング率の測定を行った。VCを含んでいない場合は、1650°Cで完全に緻密になったが、VCを含んでいると、1750°C以上で緻密になった。緻密化した1800°Cの焼結体の結晶粒径は原料のWC粉末の粒径からほとんど変化しておらず、優れた粒成長防止効果が認められた。添加したVCは、WCには固溶せず、WCの粒界あるいはWBやW_2Bの回りに析出した。緻密な焼結体のヤング率は、VCを含まない場合より少し低かった。硬度は、焼結温度が高くなっても、粒成長しないため、ほとんど低下しなかった。破壊靭性値は、VCを含まない場合より少し低くなった。
新規な高血圧モデルラットを用いたアスコルビン酸摂取の高血圧病態に対する影響の解析

我々の研究室でのみ繁殖・維持しているアスコルビン酸(AsA)合成不能高血圧自然発症ラット(SHR-od)を用いて、下記の研究成果を得た。SHR-od(25週齢、雄、血圧約210mmHg)にAsA無添加飼料を与えて、AsA欠乏を誘発したところ、4週間頃より血圧の低下が観察され、7週間では血圧は110mmHgまで達した。(1)睾丸動脈の壁厚は欠乏群で明らかに減少しており、この変化が高血圧の破綻に寄与している可能性が考えられた。動脈壁の抵抗性には、動脈壁を構成している主要な分子の一つであるコラーゲン(III型、I型、IV型)が重要な役割を持っている。AsA欠乏群の睾丸動脈の電子顕微鏡像の結果から、動脈壁の平滑筋細胞間のマトリクスがAsA欠乏により激減しており、IV型コラーゲンの減少が推定された。AsA無添加食を与えて4週間の時点から大動脈のI、III、IV型コラーゲンα1鎖のmRNAレベルは低下し始め、7週間の時点では対照群に比べて有為に低下していた。これらのことから、AsA欠乏によって動脈壁のコラーゲン量は減少し、動脈構造のリモデリングが起こっていると推定された。そしてその結果、SHR-odの高血圧の破綻が起こっていると考えられた。(2)AsA欠乏による血圧低下の機構を考える上で、昇圧作用を持つノルエピネフリンおよびエピネフリンの合成がAsA欠乏により低下しているのではないかという可能性を考えた。AsAはドーパミンからノルエピネフリンを生成するドーパミンβ-ヒドロキシラーゼのコファクターである点からこの可能性に着目した。しかしながら、個体全体での合成量を反映するとされる尿中ノルエピネフリンおよびエピネフリン量は、AsA欠乏群でむしろ増加していた。また副腎の両物質の濃度もAsA欠乏群で上昇していた。これらの結果からは、AsA欠乏によってノルエピネフリンおよびエピネフリンの産生量が減少したことにより血圧低下が起こった可能性は低いと推定された。2、AsA摂取の高血圧性血管病変の発症抑制効果の検討高血圧症においてはヒトでもSHRでも、腎臓の動脈の形態変化が起こり、血管機能の障害により腎糸球体の機能が低下したり腎機能の損傷が起こる。SHR-odにおいて、AsA無添加飼料を4週間摂取した場合には高血圧には変化が観察されなかったが、腎臓細動脈の高血圧性病変(内膜肥厚、中膜肥厚、血管壊死)の発症が促進されていた。SHR-odに脳卒中易発症性のSHRSP脳卒中発症遺伝子を導入することにより、脳卒中とSHR-odより重篤な高血圧を発症するSHRSP-odを作出することを試みた。SHR-od(雌)とSHRSP(雄)とを交配して得られた子孫(雌)をSHRSP(雄)に戻し交配した世代の中で、od遺伝子に関してod/+(+は野生型)の雌を選抜した。od/+と+/+の判別は、ラットの尾より得たgenomic DNAを鋳型にしたPCRによって行った。そして、このod/+個体をSHRSP(雄)に戻し交配を、8回繰り返してcongenic系統の作成を完了した。現在、このヘテロ(od/+)個体同士を交配して、AsA合成不能ラットを作成している。すなわち、SHRSP-od作出の最終段階を行っている。2、AsA摂取の高血圧性血管病変の発症抑制効果の検討

高血圧症においてはヒトでもSHRでも、腎臓の動脈の形態変化が起こり、血管機能の障害により腎糸球体の機能が低下したり腎機能の損傷が起こる。SHR-odにおいて、AsA無添加飼料を4週間摂取した場合には高血圧には変化が観察されなかったが、腎臓細動脈の高血圧性病変(内膜肥厚、中膜肥厚、血管壊死)の発症が促進されていた。SHR-odに脳卒中易発症性のSHRSP脳卒中発症遺伝子を導入することにより、脳卒中とSHR-odより重篤な高血圧を発症するSHRSP-odを作出することを試みた。SHR-od(雌)とSHRSP(雄)とを交配して得られた子孫(雌)をSHRSP(雄)に戻し交配した世代の中で、od遺伝子に関してod/+(+は野生型)の雌を選抜した。od/+と+/+の判別は、ラットの尾より得たgenomic DNAを鋳型にしたPCRによって行った。そして、このod/+個体をSHRSP(雄)に戻し交配を、8回繰り返してcongenic系統の作成を完了した。現在、このヘテロ(od/+)個体同士を交配して、AsA合成不能ラットを作成している。すなわち、SHRSP-od作出の最終段階を行っている。アスコルビン酸(AsA)合成不能高血圧自然発症ラット(SHR-od)は、通常の高血圧自然発症ラット(SHR)と同様に、雄が顕著な高血圧を呈し、1215週齢時には200230mmHg(正常血圧は110130mmHg)以上となり、それ以降この血圧を維持する。SHR-odは現在、我々の研究室においてのみコロニーが維持されている。25週齢のSHR-od(雄)にAsA無添加飼料(欠乏群)を与えて、血圧が低下し始める実験開始後4週間の時点、血圧の低下が著明な7週間の時点、その後にAsAを投与して高血圧が回復した時点の3点において以下の解析を行った。同時に、AsA添加飼料(通常要求量の300mg/kgを添加)を摂取させる対照群をもうけた。筋型動脈であり、高血圧の発症・維持に重要な役割を持つ睾丸動脈の組織学的解析を行ったところ、欠乏群では4週間の時点で既に動脈壁の薄くなっており、平滑筋細胞間の細胞外マトリクスの明らかな減少が観察された。この現象は7週間でより顕著に見られた。すなわち、AsA欠乏により動脈構造のリモデリングが起こると推定された。細胞外マトリクスの主要な構成成分であるIV型コラーゲン、動脈全体の主要な構成成分であるI、III型コラーゲンの各々のα鎖のmRNAレベルも欠乏群で低下していた。脳卒中易発症性の高血圧モデルラットであるSHRSPの脳卒中発症遺伝子を、SHR-odに導入することにより、脳卒中とSHR-odより重篤な高血圧を発症するSHRSP-odを作出している。SHR-od(雌)とSHRSP(雄)とを交配して得られた子孫(雌)を、SHRSP(雄)に戻し交配し、13回の戻し交配により純系統の作出は完了する。現在、戻し交配は8回目まで、順調に進んでいる。当研究室でのみ維持しているアスコルビン酸生合成不能高血圧自然発症ラット(SHR-od)を用いて、下記の(1)および(2)の項目の実験を行った。また、新たに進行中のアスコルビン酸生合成不能脳卒中易発症性高血圧自然発症ラット(SHRSP-od)の作出過程について(3)に報告する。AsA欠乏によるSHR-odの血圧低下の機構を考える上で、昇圧作用を持つノルエピネフリンおよびエピネフリンの合成がAsA欠乏により低下しているのではないかという可能性を考えた。
河口・沿岸海域の水環境管理のためのコンピューター支援システムの開発

河口・沿岸海域の水環境管理や環境創造の政策を立案、決定する過程で、目に見えた形で物理現象を捉え、物質の輸送・分散過程を把握することが重要である。施策の対案に対して長所・短所は何か、また変更により何がどのように変化するかを、対話しながら、目で見て判断するシミュレーションが必須である。1.中辻は大阪湾の3次元流動の数値実験を継続するとともに、流動と物質輸送過程の時間変化をアニメーションで表現するシステムの開発を図った。また、パソコンレベルで粒子をラグランジェ風に追跡できるシステムを作った。2.綾は地形情報に基づいた格子生成法と入力情報の自動化、CG利用による数値実験結果の可視化処理の技術開発を行った。3.福嶋は前年度に開発した流線・タイムライン法のプログラムを発展させると同時に、動的な流れを容易に把握できるCGプログラムを開発した。4.藤田は洪水時の航空写真や衛生画像を収集し、それらの画像を対象にしてイメージ・スキャナを用いて対話形式で表面流速の画像解析を可能とするパソコン・システムを開発した。5.冨永は前年度に引き続き複断面水路の大規模構造を可視計測する手法の開発を検討した。6.水鳥は人工衛星からの可視・赤外線画像を用いて沿岸海域の物理現象を可視化するとともに、アルチメーターを用いた海面高度解析も行った。河口・沿岸海域の適正な利用のための水環境管理や環境創造の政策を立案・決定する過程で、目に見えた形で河口・海域の物理現象を捉え、物質の輸送・分散過程を把握することが第一義的に重要である。分担者が各自で開発してきた数値モデルや画像解析技術を相補的に利用し合い、さらに衛星写真や航空写真の画像解析技術を駆使して、流れや物質輸送の時間変化を表現できるシステム作りを目指した。得られた成果を分担者別に示せば以下のようになる。1.中辻はワークステーションを用いて大阪湾の三次元流動の数値実験を実施するとともに、流速ベクトルと密度構造を同時に呈示できるCGの開発を行った。2.綾は一般座標系を用いた高精度・高分解能のCG利用による数値実験結果の可視化処理について検討した。3.福嶋は流れのパターンを画面上に表示し、流れに対する理解を深める支援システムの可能性を追求した。具体的には流線、タイムライン等の表示プログラムの作成に努めた。4.藤田は洪水時の航空写真を収集し、それらの画像を対象にしてイメージ・スキャナを用いて表面流速の画像解析を可能とするパソコン・システムを開発した。5.冨永は従来から実施してきた複断面水路の大規模構造を可視計測する手法の開発を行った。6.水鳥は人工衛星からの可視・熱赤外線画像を用いて沿岸海域の物理現象を可視化するとともに、現象の定量化を図る方策について検討した。
アッシャー症候群本邦症例の変異解析:変異-病態スペクトラムの構築と臨床への応用

アッシャー症候群タイプ2患者10人を対象として、USH2Aの遺伝子解析を行い、8人において14種の疾患原変異を同定した。14種の変異の中で11種は新規であり、さらに1種(c.8559-2A>G)は4人に共通して同定された。このことより、本邦では欧米人とは全くことなる変異によりアッシャー症候群を発症していること、c.8559-2A>Gは本邦USH2A患者における高頻度変異である可能性が高いことを明らかにした。アッシャー症候群(USH)は、網膜色素変性症(RP)に感音難聴を伴う常染色体劣性遺伝性疾患である。USHは、臨床症状によりタイプ1からタイプ3の3つのタイプに分類され、さらに原因遺伝子がマップまたはクローニングされたものはサブタイプとして分類されている。現在までに、1B1H、2A、2C、2D、3A、3Bの12のサブタイプが知られている。臨床症状よりタイプ2と診断した10家系11名の患者においてUSH2Aの遺伝子解析を行い、8家系9名の患者において14個の疾患原因変異を同定した。14個の疾患原因変異の中で、11個は新規の変異であり、さらに1つの変異は4家系に共通する変異であった。患者数は少ないが、本遺伝子変異は日本人のタイプ2患者に頻度が高い遺伝子変異であると考えられる。USHでは、難聴の出現よりRPの発症がかなり遅れるため、難聴のみからUSHであることの早期の確定診断は困難であるが、本遺伝子変異を解析することは、USHの早期診断に有効であると思われる。遺伝子変異を同定することができた10家系11名の患者において、2アレルでの変異のタイプの組み合わせ(遺伝子型)と症状(表現型)の関連を検討した。ミスセンス変異をM、ミスセンス変異以外の変異(スプライシング変異、ナンセンス変異、欠失)をNとすると、難聴はMM<MN<NNの順に重篤であった。一方、網膜色素変性症では、遺伝子型と表現型に明らかな相関は認められなかった。環境因子による影響に加え、症状を修飾する他の遺伝子の存在が想定され、その寄与があることが推定された。アッシャー症候群(USH)は、網膜色素変性症(RP)に感音難聴(HL)を合併する常染色体劣性遺伝性疾患である。臨床症状よりタイプ2と診断した患者を対象として、タイプ2の原因遺伝子の1つであり、欧米人患者では最も多くの変異が知られているUSH2Aの遺伝子解析を行った。平成21年度は、2人の患者において、3種の疾患原因変異を同定した。平成20年度に10人の患者において同定した14種の変異と合わせて解析を行った。17種の変異の中で、14種は新規であり、さらに1種(c.8559-2A>G)は4人の患者に共通して同定された。このことより、本邦では欧米人とは全く異なる変異によりUSHを生じている可能性が高いこと、c.8559-2A>Gは本邦のタイプ2患者における高頻度変異である可能性が高いことが示唆されたと思われる。欧米からの報告によると、USH2A遺伝子変異例では、難聴は進行しないことが多いとされている。しかし、疾患原因変異を同定することができた10人の中で1人の患者は、HLが急速に進行し、年齢に比較してRPによる視野狭窄も高度であり、非典型的臨床症状を示す遺伝子変異例と考えられた。本症例では、USH2A変異に加えて修飾遺伝子が臨床症状に影響していると考え、MYO7A、CDH23、USH3Aの遺伝子解析を行ったが、変異を同定することは出来なかった。しかし、USH2A遺伝子変異例の中にも非典型的症状を示す患者がいることは、遺伝子検査を臨床応用する上で留意する必要があると思われる。
脳背景活動の変化に基づくコミュニケーション支援システムの研究

局所的な脳血液動態には脳背景活動の情報が含まれる.脳背景活動は脳の状態変化とともに変化する.脳血行動態と他の生体指標(心拍数,脳波振幅等)の関係を調べ,その関係を筋萎縮性側索硬化症(ALS)患者のための意思伝達支援システムに利用した.脳血行動態,心拍数,脳波振幅の変動間の関係をグレンジャー因果性により検討した結果,それらの関係はALS患者と健常者とで変わらないことが分かった.タスクの実行により関係が変化する現象を利用してYes/No意思伝達を試みたところ,分離度90%を得た.この結果はこの方法が有望であることを示唆する.本研究では,背景活動が局所脳血行動態低周波成分に現れていることを基本的な仮定として,それに関わる重要な因子間の関係によって背景活動を記述しそれを完全閉じ込め状態にある患者のコミュニケーションに利用することを目的とした.平成27年度は1揺らぎ解析ツールの整備,2安静時およびタスク時の局所脳血行動態・脳波振幅・心拍数変動間相互関係の解明,3具体的なBCIシステムの構成を行った.1については,相互の因果関係を表現するGranger因果性と移動エントロピーの関係を確認し,非線形系に対しても適用可という観点から主として後者を用いた.2については,被験者12名に対して安静時および右手指タッピング時の同時計測実験を行った.脳波はC3,C4電極で計測し8-30Hz帯域を対象とした.安静時では,心拍数変動→局所脳血行動態(18%)脳波振幅変動→局所脳血行動態(C3:45%/C4:47%)であった.ここで括弧内数字は局所脳血行動態への寄与率を示す.局所脳血行動態の低周波揺らぎは心拍数と脳波で約60%を説明できた.これに対しタスク時では,心拍数変動→局所脳血行動態(12%)脳波振幅変動→局所脳血行動態(C3:21%/C4:46%)であった.このことから,運動皮質の賦活によって局所脳血行動態・脳波振幅・心拍数変動間相互の因果関係が変わり得ることが示された.3について,近赤外分光(NIRS)計測,脳波計測に基づくブレインーコンピュータ・インタフェース(BCI)システムを構成し,生体信号取得と制御信号送信の原理実験およびNIRS信号による意思判定の有効性確認を終えた.ブレインーコンピュータ・インタフェース(BCI)システムを構成する際,機器の不具合が生じ,それに対する対応が必要になったため,原理実験等を終えるにとどまった.平成28年度は昨年度構成したBCIシステムの有効性を確認し,Yes/No意思判定への応用を試みた.主たる課題は(1)タスクの選定,(2)脳波(EEG)および近赤外分光(NIRS)信号から抽出した局所脳血行動態・脳波振幅・心拍数変動を意思判定に反映するアルゴリズムの考案,(3)意思判定実験による有効性確認である.(1)については4種の想像タスク(無タスクを含む)を選定した.(2)についてはGranger因果性指標を特徴量として3種類の組み合わせをもとに,サポートベクタマシンによる分類を試みた.(3)については,まず, ALS患者,健常者の局所脳血行動態・脳波振幅・心拍数変動の相互関係が本質的に同じであることを確認した.共通の因果関係は,心拍数→脳血行動態,心拍数→脳波(矢印は影響を与える方向を表わす)というものだった.健常者について局所脳血行動態・心拍数変動を用いた場合(特徴量組み合わせ:心拍数→脳血行動態,脳血行動態→心拍数のGranger因果性)の意思伝達では,最適タスク組み合わせを選ぶことにより94%の分離度が得られた(被験者11名).一方,局所脳血行動態・心拍数変動に脳波振幅変動を加えた場合は,被験者によって最適特徴量組み合わせも最適タスク組み合わせも異なる.最適な条件では,91%の分離度が得られ(被験者6名),揺らぎ成分間の因果関係に基づきYes/Noを判定することが有効であることが分かった.以上の結果から,本研究課題の目的である「局所脳血行動態,脳波および心拍を同時計測し,それらに基づき患者の意思を効率的に伝える仕組みを提案し,その有効性を検証すること」は,実質的に達成されたと考えられる.局所的な脳血液動態には脳背景活動の情報が含まれる.脳背景活動は脳の状態変化とともに変化する.脳血行動態と他の生体指標(心拍数,脳波振幅等)の関係を調べ,その関係を筋萎縮性側索硬化症(ALS)患者のための意思伝達支援システムに利用した.脳血行動態,心拍数,脳波振幅の変動間の関係をグレンジャー因果性により検討した結果,それらの関係はALS患者と健常者とで変わらないことが分かった.タスクの実行により関係が変化する現象を利用してYes/No意思伝達を試みたところ,分離度90%を得た.この結果はこの方法が有望であることを示唆する.昨年度構成したBCIシステムの有効性を確認し,YES/NO意思判定への応用を行う.入力には近赤外分光(NIRS)および脳波(EEG)信号を用い,局所脳血行動態・脳波振幅・心拍数変動を抽出し,想像タスク等の遂行によるそれらの関係の変化を意思判定に利用する.

平成28年度の主たる課題は1タスクの選定,2EEG信号およびNIRS信号から抽出された局所脳血行動態・脳波振幅・心拍数変動の相互関係変化を意思判定に反映するアルゴリズムの考案,3意思判定実験による有効性確認である.1については想像タスクを中心に有効なタスクを検討する.2については昨年度の結果に基づき比較的簡単なアルゴリズムを考案する.3では,まず,健常者において局所脳血行動態・脳波振幅・心拍数変動の3変数から2変数への絞り込みを行い,その後,本格的な検討を行う.脳科学主たる理由は,10か月間(2015年5月21日2016年3月20日)使用した脳血流計測機器のレンタル料の支払いが2016年4月末になったためである.2016年4月中に脳血流計測機器のレンタル料金(108,000円)を支払い,残額13,543円は実験消耗品等に使用する予定である.
光磁気二重共鳴を用いたPr^<3+>の状態選択NMRによるLaF_3の結晶場の研究

Pr^<3+>の電子励起状態^3P_0は全角運動量J=0で真空中では核四重極子相互作用を持たない。しかし結晶中では結晶場の影響により核四重極子分裂をおこすため、結晶中での核四重極子分裂を調べることによりイオンの周囲の環境についての情報が得られる。LaF_3結晶中のPr^<3+>について、^3P_0からの発光を利用した光とラジオ波の二重共鳴分光を行った。単色のcwレーザー光をPr^<3+>の^3P_0への遷移に共鳴させてラジオ波を掃引する。励起状態内で磁気遷移を起こした原子からの発光は励起光と磁気遷移の分だけエネルギーがずれており、この発光を励起光と重ねると2つの光の周波数の差で強度に変調が生じる。この強度変調を検出することにより^3P_0状態の核四重極子遷移を測定した(ラマンヘテロダイン法)。核四重極子分裂はフォトンエコーの実験からは0.73MHzと1.12MHzと報告されているが、今回のcwの実験では全く異なった結果を得た。フォトンエコーの結果が示す1MHz近傍は、レーザー由来のノイズが大きいものの目だった遷移は見らず、2MHzより上の領域に多数の遷移が現れる。核スピンI=5/2のPr核の核四重極子遷移は2本なので、この2本の遷移が何らかの環境との相互作用でさらに分裂しているか、あるいは結晶中に複数の環境が存在することが考えられる。吸収スペクトルは結晶中の複数の環境の存在の可能性を示唆しているが、磁気遷移の励起波長依存性から少なくとも磁気的環境は単一であることが分かった。磁気的パラメータの情報を増やすために外部磁場中でのゼーマン分裂の測定を行ってその解析を進めており、この解析から相互作用についての手掛かりが得られると考えている。
気泡圧壊誘導による集中放電穿孔法による針なし気泡注射器の創成

本研究はこれまで確認されてきた高速発射気泡圧壊現象(キャビテーション)の先鋭形状ガスに放電現象を誘導かつ集中させて,物理的かつ電気的な穿孔を同時に達成し,これまでにない低侵襲かつ穿孔深度の深い穿孔能力を生み出す革新的技術を生み出すものである.これまでの研究において気泡圧壊現象と気液界面に付着する薬剤や遺伝子を用いて細胞レベルの遺伝子導入を達成してきたが,より大きいスケールにおける注射器としての機能を十分に発揮させるためには,より深い穿孔能力と試薬輸送能力が求められる.本研究ではプラズマキャビテーション現象を制御し,またMEMS技術を用いた高密度多筒式インジェクタを作成することによって皮内注射器等実用化レベルの新しい気泡注射器を生み出すことを目標として研究を行った.1年目の研究成果として,2次元多筒式気泡噴出チップのプロトタイプを完成し,それぞれの筒からの気泡発射を確認し,さらに薬液放出機構を追加し,オンデマンド薬液放出チップを達成した.2ー3年目の成果として,未解明であったプラズマ誘起気泡の発生メカニズムの解明に努め,気泡発生の制御性の向上を目指すため,気泡発生のメカニズムについて詳細に計測を行った.特に超高速度カメラを用いることによって,気泡とプラズマの発生する順番や,これまで熱分解か電気分解によって発生していたと考えられていた気泡発生メカニズムを解明することができ,結果としてより効率的に気泡を発生する安価な最適化設計について数多くの知見を得ることができた.気泡発生時におけるプラズマ放電による気液界面には数多くの機能性を有することもわかり,それを用いた新たなアプリケーション(めっきペン等)を生み出すことにも成功し,最終的には生体試料へのアプローチへと導くことに成功した.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究はこれまで確認されてきた高速発射気泡圧壊現象(キャビテーション)の先鋭形状ガスに放電現象を誘導かつ集中させて,物理的かつ電気的な穿孔を同時に達成し,これまでにない低侵襲かつ穿孔深度の深い穿孔能力を生み出す革新的技術を生み出すものである.これまでの研究において気泡圧壊現象と気液界面に付着する薬剤や遺伝子を用いて細胞レベルの遺伝子導入を達成してきたが,より大きいスケールにおける注射器としての機能を十分に発揮させるためには,より深い穿孔能力と試薬輸送能力が求められる.本研究ではプラズマキャビテーション現象を制御し,またMEMS技術を用いた高密度多筒式インジェクタを作成することによって皮内注射器等実用化レベルの新しい気泡注射器を生み出すことを目標として研究を行いました.1年目の研究成果として,まず多筒式気泡噴出部の設計値の最適化を達成し,3次元構造の気泡噴出と変わらない威力で基板上より気泡を高速で発射することに成功した点が挙げられる.気泡噴出部の内径・外径比や先端気泡リザーバのアスペクト比及び隣り合う筒の間隔により気泡噴出と回りの流体環境がどのように変化するかについての知見を得たことより最適設計に繋げることができた.またもう一つの成果として気泡噴出部を膜で覆われたユニット部にパッケージングすることにより,オンデマンドに薬剤を噴出することのできるインプラント注射としての構成を得ることにも成功した.本研究成果により埋込式もしくはパッチ式2次元注射器としての電界誘起気泡の応用展開の拡張性を広げることについても達成したと言える.これまでの研究において気泡圧壊現象と気液界面に付着する薬剤や遺伝子を用いて細胞レベルの遺伝子導入を達成してきたが,より大きいスケールにおける注射器としての機能を十分に発揮させるために,より深い穿孔能力と試薬輸送能力を達成すべく本研究を進めた結果,初年度の成果として,目標の一つである試薬輸送能力の向上について多筒式インジェクタの実現により達成したといえる.またインプラント注射器などの実用化への応用展開に発展しつつあることより,本研究プロジェクトは概ね順調に進展しているといえる.目標のもう一つである深い穿孔能力にしては,気泡の中に放電が走る特異な現象を制御する研究を進めており,再現性のある気泡の発射の完成まで間近である.この研究項目についても2年目以降もメカトロを専門とする研究者等と連携しながら鋭意研究を進めていきたい.本研究はこれまで確認されてきた高速発射気泡圧壊現象(キャビテーション)の先鋭形状ガスに放電現象を誘導かつ集中させて,物理的かつ電気的な穿孔を同時に達成し,これまでにない低侵襲かつ穿孔深度の深い穿孔能力を生み出す革新的技術を生み出すものである.これまでの研究において気泡圧壊現象と気液界面に付着する薬剤や遺伝子を用いて細胞レベルの遺伝子導入を達成してきたが,より大きいスケールにおける注射器としての機能を十分に発揮させるためには,より深い穿孔能力と試薬輸送能力が求められる.本研究ではプラズマキャビテーション現象を制御し,またMEMS技術を用いた高密度多筒式インジェクタを作成することによって皮内注射器等実用化レベルの新しい気泡注射器を生み出すことを目標として研究を行った.1年目の研究成果として,2次元多筒式気泡噴出チップのプロトタイプを完成し,それぞれの筒からの気泡発射を確認し,さらに薬液放出機構を追加し,オンデマンド薬液放出チップを達成した.一方で,プラズマ誘起気泡の発生メカニズムは未解明な点が多くあった.そこで2年目となる今年度の研究成果として,気泡発生の制御性の向上を目指すため,気泡発生のメカニズムについて詳細に計測を行った.

特に超高速度カメラを用いることによって,気泡とプラズマの発生する順番や,これまで熱分解か電気分解によって発生していたと考えられていた気泡発生メカニズムを解明することができ,結果としてより効率的に気泡を発生する安価な最適化設計について数多くの知見を得ることができた.一方,気泡発生時におけるプラズマ放電による気液界面には数多くの機能性を有することもわかり,それを用いた新たなアプリケーションを生み出すことにも成功している.今後は生体試料へのアプローチを行いさらに実用化レベルへ展開していく.これまでの研究において気泡圧壊現象と気液界面に付着する薬剤や遺伝子を用いて細胞レベルの遺伝子導入を達成してきたが,より大きいスケールにおける注射器としての機能を十分に発揮させるために,より深い穿孔能力と試薬輸送能力を達成すべく本研究を進めた.初年度には試薬輸送能力の向上のための多筒式気泡発生チップのプロトタイプの完成,並びにオンデマンド薬液放出機構などの開発を行ったが,2年目である今年度は,再現性良くプラズマ誘起気泡を発生させるためのメカニズムの解明,並びにその制御性の向上を行い,その気泡発生メカニズムにおいて数多くの知見を得ることができ,結果として今後の気泡発生部の設計に大きな改善に繋がることとなった.このような状況より順調に進展しているとして判断している.今後もより実用化につながる研究を行っていく.本研究はこれまで確認されてきた高速発射気泡圧壊現象(キャビテーション)の先鋭形状ガスに放電現象を誘導かつ集中させて,物理的かつ電気的な穿孔を同時に達成し,これまでにない低侵襲かつ穿孔深度の深い穿孔能力を生み出す革新的技術を生み出すものである.これまでの研究において気泡圧壊現象と気液界面に付着する薬剤や遺伝子を用いて細胞レベルの遺伝子導入を達成してきたが,より大きいスケールにおける注射器としての機能を十分に発揮させるためには,より深い穿孔能力と試薬輸送能力が求められる.本研究ではプラズマキャビテーション現象を制御し,またMEMS技術を用いた高密度多筒式インジェクタを作成することによって皮内注射器等実用化レベルの新しい気泡注射器を生み出すことを目標として研究を行った.1年目の研究成果として,2次元多筒式気泡噴出チップのプロトタイプを完成し,それぞれの筒からの気泡発射を確認し,さらに薬液放出機構を追加し,オンデマンド薬液放出チップを達成した.2ー3年目の成果として,未解明であったプラズマ誘起気泡の発生メカニズムの解明に努め,気泡発生の制御性の向上を目指すため,気泡発生のメカニズムについて詳細に計測を行った.特に超高速度カメラを用いることによって,気泡とプラズマの発生する順番や,これまで熱分解か電気分解によって発生していたと考えられていた気泡発生メカニズムを解明することができ,結果としてより効率的に気泡を発生する安価な最適化設計について数多くの知見を得ることができた.気泡発生時におけるプラズマ放電による気液界面には数多くの機能性を有することもわかり,それを用いた新たなアプリケーション(めっきペン等)を生み出すことにも成功し,最終的には生体試料へのアプローチへと導くことに成功した.今後の予定としては,もう一つの目標であるより深い穿孔能力の達成にむけた研究を進めるものとする.構造設計の最適化を進めることのベクトルと印加パルスの最適化を進めるベクトルの2つの方向から目標を達成させるべく,研究を進める.