hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
糖鎖変異マウスを用いたスフィンゴ糖脂質の生体内機能の解明

本研究では、シアル酸を含む酸性スフィンゴ糖脂質であるガングリオシド糖鎖が、主に神経系組織において果たしている役割と、その分子メカニズムに関して、その合成酵素(糖転移酵素)遺伝子のノックアウトマウスを用いて解析した。対象としたノックアウトマウスは、複合型ガングリオシドを欠損するGM2/GD2合成酵素ノックアウト、b-系列ガングリオシドを欠損するGD3合成酵素ノックアウトマウス、上記2種類ノックアウトマウスを交配して得たダブルノックアウトマウス、そしてこれらの前駆体であるラクトシルセラミドの合成酵素であるβ4ガラクトース転移酵素6小脳などである。複合型ガングリオシド欠損マウスでは、加齢とともに末梢神経および脊髄の変性、破壊が認められ、また小脳においても著明な萎縮・変性が認められた。一方、b-シリーズガングリオシドを欠損するGD3合成酵素ノックアウトマウスでは、一見して明らかな異常は見られなかったが、行動異常解析でオスにおいてのみ明らかな高次機能の異常が認められた。また、これらのダブルノックアウトマウスにおいては、幼弱マウスでも明らかな神経変性が認められ、12週齢ころより顔面と頚部を中心に、難治性皮膚損傷が出現した。その発症メカニズムとして、末梢神経の変性に基づく痛覚の低下が原因となって、損傷部に対する頻回の掻爬行動がくり返されることがトリッガーとなっているものと思われた。これまで、DNAアレイやcDNAサブトラクション法により、糖鎖変異マウスにおいて発現レベルが大きく変動している遺伝子の同定を行ってきたが、まだ決定的に重要な遺伝子を同定するには至っていない。今後、特定部位からのRNA抽出法と、微量RNAを用いた発現レベルの比較検討により、変性と再生に関わる遺伝子を同定し、それらの分子機能を明らかにする予定である。1)まずGM2/GD2合成酵素遺伝子ノックアウト(KO)マウスの異常表現型とメカニズムの解明に関しては、加齢に伴う歩行障害等の詳細な検討により特に小脳の機能異常の存在が考えられた。病理組織学的検討により、KOマウスの小脳の萎縮とプルキンエ細胞の消失を確認し、電顕観察ではアポトーシス像を認めた。よって複合型ガングリオシドがプルキンエ細胞の生存に必須であることが示された。2)初代ニューロン培養法の確立のため、まず野生型マウスの脊髄後根神経節よりニューロンを培養し、その突起伸長とviabilityを種々の条件下で比較検討した。結論としてコラーゲンをプレートにコートした時に、ニューロンのviabilityが高く、突起の伸長も著明となり、培養2日目から検出されることが判明した。また、Ara-Cの濃度を適度に調節して、glia cellを低レベルてで生存させると、ニューロンのviabilityが高くなることを明らかにした。現在、KOマウス由来の脊髄後根神経節ニューロンを初代培養し、その基本的な性状につき検討中である。3)野生型マウスとKOマウスの脊髄よりRNAを抽出し、KOマウスにおいて特異的に発現が低下又は消失する遺伝子の同定を行った。これらの中で、真に変性に関連する遺伝子を、cDNAの発現ベクターを構築して神経系培養細胞に導入して検討する予定である。4)GD3合成酵素遺伝子のKOマウスの神経機能を解析し、脳の形態形成に大きな異常を認めなかったが、舌下神経の切断、再生実験で明らかな舌下神経核ニューロンの死滅の上昇と再生能の低下が見られた。よって、b系列ガングリオシドが神経修復に重要であることが示された。GM2/GD2合成酵素遺伝子KO(ノックアウト)マウスにおける神経変性のメカニズムの解明として、(1)脊髄における遺伝子発現プロフィールの変化、(2)小脳におけるガンダリオシド発現と形態の変化、(3)脊髄後根神経節ニューロンの初代培養細胞の検討、などを行った。

脊髄の遺伝子発現プロフィールに関しては、野生型マウス由来RNAよって、KOマウス由来のRNAをサブトラクトした後のcDNAをクローン化し、ドットブロットハイブリダイゼーションによって、KOマウスで発現低下する遺伝子、上昇する遺伝子を同定した。同時に、マウスcDNAチップを用いて、発現レベルの変化が変動する遺伝子を検討したところ、種々のサイトカイン遺伝子およびその制御下にある遺伝子のup-regulationが明らかになった。よって、KOマウスにおける、恐らくグリアの反応性増殖に基づくサイトカインの合成・分泌の促進が示唆された。小脳においては、生後1年以上経過すると小脳の萎縮が明らかになると共に、ブルキンエ細胞の破壊、脱落が顕著に認められた。ガングリオシド分画の検討では、GM3、GD3の蓄積以外に、新たな未知の成分の増強がTLC上で認められ、ガングリオシド欠損の補正としてup-regulationがかかっていることが示唆された。初代培養系として、後根神経節のニューロン培養が可能となり、その細胞数、突起伸長、生存日数、NGF依存性などにつき比較検討しているが、現在のところ明らかな差は認められていない。GM2/GD2合成酵素とGD3合成酵素のダブルKOマウスに関しては、高率に発現する難治性皮膚損傷と神経変性との関わりを解析した。ホットプレートテストとvon Freyテストで知覚異常を比較検討したところ、ダブルKOでは機械刺激に対して鈍感になっていたが、熱刺激には却って高い感受性を示し、その間に解離が見られた。現在、痛覚受容器の機能変異、免疫学的メカニズムの介在の有無につき検討中である。酸性スフィンゴ糖脂質の糖鎖が神経系の維持と再生において果たす役割について糖鎖遺伝子ノックアウト(KO)マウスを用いて検討した。これまで加齢に伴う末梢神経および中枢神経の変性が認められていたが、更に複合型ガングリオシド欠損マウスにおいて小脳の変性萎縮が著明に認められた。50週齢でプルキンエ細胞が約半数に減少し、100週齢になると約20%にまで減少することが判明した。電顕では、プルキンエ細胞の破壊像と細胞質における空砲、ミトコンドリアの変性が著明に認められた。これらの所見はマウスにみられた進行性の歩行障害とよく一致していた。小脳変性のメカニズム解明のため、小脳細胞の初代培養を確立し、特にプルキンエ細胞の数と突起伸長に注目して解析を進めた。KOマウスのプルキンエ細胞は野生型の1/3くらいしか見られず、生後間もない時点での生存能力に著しい産量が見られた。さらに、複合型ガングリオリドを欠損するGM2/GD2合成酵素のKOマウスとb-シリーズガングリオリドを欠損するGD3合成酵素のKOマウスを交配して、ダブルノックアウトマウス(D-KO)を作成した。GM3のみと発現するD-KOマウスは、幼若時より末梢神経の変性と破壊が認められ、12週齢頃より、顔面や頚部に難治性の皮膚損傷が出現した。はじめに比較的小規模の外傷が発生し、それを頻回に掻爬することで損傷部が拡大するものと推定された。その要因として、神経変性に基づく痛覚の低下が考えられた。
心ペースメーカーリズム発生と調節のメカニズム

ウサギ心臓の洞房結節よりペースメーカー細胞を単離し、そのイオン電流をパッチクランプ法により解析した。過分極で活性化される陽イオン電流については、電流の活性化の速度が膜電位だけでなく外液の陽イオン組成により影響されることを発見した。外液Na濃度の減少で過分極による活性化の速度が遅くなることは、時定数と膜電位の関係がNa濃度の減少に伴い負電位側に平行移動することによる。外液の陽イオン種を換えてもそれらの速度が変化する。開閉機構を説明するため、二つの閉状態と三つの開状態を仮定したモデルを作成し、陽イオン電流の関与を計算すると全電流の10-20%であることが解った。Ca電流については拡張期緩徐脱分極の電位範囲で活性化するものを保持電位を-70-80mVにして検索したところ、L-あるいはT-型電流と異なる電流を発見した。この電流は-60mVより脱分極側で活性化され、電流の最大振幅はL-型電流の約20%程度であるが、不活性化は拡張期電位の範囲では極めて遅い。Ca拮抗薬によって抑制されカテコラミン刺激によって増大することから、Caチャネル類似の構造を有すると考えられる。この新たな電流系はペースメーカー電位発生に重要な寄与をしていると考えられる。背景電流としてイオン選択性の弱い陽イオン電流成分が記載されているが、我々はムスカリン受容体によって制御されるKチャネルの自発活動による電流の関与を調べた。外液を高K液にするとこのチャネル活動に基づく電流が増幅され、それには明かなチャネルの開閉による微小ノイズが伴っていた。チャネルの自発活動は細胞内のMg、ATPに依存することが解っているが、この高K液により増幅された電流はこれらの物質を細胞内から除去すると消失した。雑音解析で単位電流振幅やチャネルのキネティックスを求めると、ムスカリンチャネルの性質と良く一致していた。背景電流のうち、外向き電流は殆どこのチャネルによることが示唆された。(1)細胞標本作成法の改良。心臓ペ-スメ-カ-細胞はきわめて豊富な結合組織によって囲まれ、細胞の単離に工夫が必要であった。いろいろな酵素や処理法について比較検討したが、次のような手順で実験に充分使用できる細胞を得ることが出来た。まず、人工呼吸下に開胸し、大動脈にカニュ-レを挿入し、正常塩溶液による潅流を開始し、その状態で心臓を摘出し、潅流装置に固定する。Caを含まない塩溶液約150mlを潅流後、40mg/300mlのコラゲナ-ゼ液によって20分間処理、続いて約5分間15mg/150mlのプロテア-ゼ処理を行う。洞房結節を切り出し、これを細切し、15mg/25mlのコラゲナ-ゼによって更に20分の処理をし、高K、低Cl、無Ca塩溶液中で細胞を分離する。得られる細胞はかなりの比率で正常な細長い形を保ち、これにパッチクランプ法を適用した。(2)イオン電流の解析。過分極によって活性化するイオン電流の本体について明かにする目的で調べた結果、この電流はNaイオンとKイオンによって運ばれ、Clイオンは電流を運んでいないこと、Clイオンを外液から取り除くと、電流は消失するが、これはClイオンによるチャネルの活性化を仮定しないと説明できないこと、Kイオンを外液から取り除くと、やはりチャネルのコンダクタンスは完全に消失した。いろいろな濃度でのチャネル活性化のキネチックスを調べたが、明かな変化を認めることはできなかった。チャネルは外液のCsイオンやRbイオンによってブロックされるが、内向き電流についていろいろな電位で比較したが、明かな電位依存性を認めることはできなかった。細胞内のKイオンをCsイオンによって置き換えても、内向き電流は全く影響を受けなかった。パッチクランプ法のoutsideーoutの方法でこの電流を記録できたが、単一チャネルに基づくと思われるようなノイズを検出することは出来なかった。心ペ-スメ-カ-リズムの発生は主として、Caチャネル、遅延整流Kチャネル、それに背景電流によっているとの我々の説に対して、過分極で活性化される陽イオンチャネルが重要な役割を担っているとするDiFrancesco等の説がある。我々はまずこの過分極で活性化される陽イオンチャネルの性質を明らかにする目的で、今回は外液CIイオンの影響を調べた。このチャネルは陽イオンチャネルであるにも関わらず、CIイオンを取り去ると電流が消失するという全く意外な性質を示す。実験の結果、(1)細胞外のCIイオンをisethionate、glutamate,acetateやaspartateに置き換えると、電流が消失し、I、NO_3ではコントロ-ルと同じ電流が得られる。(2)細胞体から剥離した細胞膜でも同じ結果であることから、これらの効果はイオンチャネルへの直接効果であることがわかった。(3)Cl濃度と電流の大きさの関係はヒル定数1で、半飽和値が11mMである。(4)電流活性化の電位依存性はCl濃度変化によっては影響されない。これらの結果に基づいて、このチャネルの外側に面した開口部には正の固定電荷が存在し、これをClイオンのような負イオンが電気的に消去した状態で、陽イオンがチャネルを通り抜けることが出来るのではないかと考えられた。大きな陰イオンはこの結合部位に到達出来ないのではないか。細胞内のKイオンをCsで置き換えると遅延整流Kチャネル電流をほとんど抑制した状態で、陽イオン電流を記録できるが、この電流の活性化の閾値はほぼー70mVであった。

文献的にはー30ー70mVと細胞によって異なると報告されているが、我々の実験では極めて一定の活性化曲線が得られた。この電流の積極的な関与はペ-スメ-カ-機転では考えられない。これらの成果についてはJournal of Physiologyに近く掲載される。ウサギ心臓の洞房結節よりペースメーカー細胞を単離し、そのイオン電流をパッチクランプ法により解析した。過分極で活性化される陽イオン電流については、電流の活性化の速度が膜電位だけでなく外液の陽イオン組成により影響されることを発見した。外液Na濃度の減少で過分極による活性化の速度が遅くなることは、時定数と膜電位の関係がNa濃度の減少に伴い負電位側に平行移動することによる。外液の陽イオン種を換えてもそれらの速度が変化する。開閉機構を説明するため、二つの閉状態と三つの開状態を仮定したモデルを作成し、陽イオン電流の関与を計算すると全電流の10-20%であることが解った。Ca電流については拡張期緩徐脱分極の電位範囲で活性化するものを保持電位を-70-80mVにして検索したところ、L-あるいはT-型電流と異なる電流を発見した。この電流は-60mVより脱分極側で活性化され、電流の最大振幅はL-型電流の約20%程度であるが、不活性化は拡張期電位の範囲では極めて遅い。Ca拮抗薬によって抑制されカテコラミン刺激によって増大することから、Caチャネル類似の構造を有すると考えられる。この新たな電流系はペースメーカー電位発生に重要な寄与をしていると考えられる。背景電流としてイオン選択性の弱い陽イオン電流成分が記載されているが、我々はムスカリン受容体によって制御されるKチャネルの自発活動による電流の関与を調べた。外液を高K液にするとこのチャネル活動に基づく電流が増幅され、それには明かなチャネルの開閉による微小ノイズが伴っていた。チャネルの自発活動は細胞内のMg、ATPに依存することが解っているが、この高K液により増幅された電流はこれらの物質を細胞内から除去すると消失した。雑音解析で単位電流振幅やチャネルのキネティックスを求めると、ムスカリンチャネルの性質と良く一致していた。背景電流のうち、外向き電流は殆どこのチャネルによることが示唆された。
析出相及び双晶組織の微小領域X線回折法による評価法の確立

酸化物超伝導体のような複雑かつ異方性の著しい結晶構造の化合物から成る材料の臨界電流密度のような特性向上を目的とした試料作成では、結晶組織の形態と、組織を形成する結晶相の方位を制御することが重要な課題の一つである。本研究では、X線回折法により非破壊で組織を形成する結晶相を同定し、結晶形態を観察し、更に、結晶相相互の方位関係などの情報をも得ること目的とし、組織中の微小領域でのX線回折法の確立を課題とした。4軸型単結晶回折計に類似のω、χ、φの3軸による試料方位の制御と湾曲型比例計数管の活用を併せ、結果として、510μm程度の領域にある結晶相の方位、格子定数などの決定、回折強度の測定などを可能とした。さらに、試料面内xーy微動移動装置の制御のソフトウエアの開発を現在行なっており、ω、χ、φ、x、yの制御を同時に行なうことにより、近い将来、結晶相相互の方位関係に基づく組織観察が可能となる。この方法を熔融(QMG)法で得たYBa_2Cu_3O_<7ーx>試料(123相)J_c>10^4A/cm^2,1T,77K、文献)の組織解析に適用した。30μmのX線束(40KV、30mA、CuK/Ni)により、研磨試料表面の種々の位置について、123相が単晶として存在するか、複数の区域から構成されるかなどを識別した。いずれの位置も斜方晶c軸の方位はほぼ一致し、c軸の周りの回転は相互に610度程度であることが分った。また、特定の結晶面での回折条件を満足するように試料方位を保ち、研磨試料面内で平行移動することにより、結晶方位を同一とする区域の分布を得た。結果として、熔融法で得たYBa_2Cu_3O_<7ーx>試料は、試料全体にわたり斜方晶の最長軸cを共有し、cmの程度の大きさの区域の中に数ミリメ-トル程度の区域構造、更にその中に10010μmの微細な区域構造を示すことを明らかにした。
高いスケーリング性能と高精度性を併せ持つ次世代固有値・特異値分解ライブラリの開発

科学技術計算や大規模データ解析の基盤技術である行列の固有値・特異値分解について,次世代の大規模並列スーパーコンピュータ向けに,並列性能と計算精度に優れた新しいライブラリを開発する.特に,申請者らが海外共同研究者らと共同で開発してきた並列動的オーダリング型ブロックヤコビ法と呼ばれる新しい固有値・特異値分解手法の実用化に向け,海外共同研究者と連携して理論的解析,高性能実装,機能拡張などの課題に取り組む.また,開発したライブラリを著名な電子状態計算ソフトに組み込み,普及を促進するとともに,欧州の学会でのオーガナイズドセッションを実施し,研究成果の発信と研究者ネットワークの拡大を図る.科学技術計算や大規模データ解析の基盤技術である行列の固有値・特異値分解について,次世代の大規模並列スーパーコンピュータ向けに,並列性能と計算精度に優れた新しいライブラリを開発する.特に,申請者らが海外共同研究者らと共同で開発してきた並列動的オーダリング型ブロックヤコビ法と呼ばれる新しい固有値・特異値分解手法の実用化に向け,海外共同研究者と連携して理論的解析,高性能実装,機能拡張などの課題に取り組む.また,開発したライブラリを著名な電子状態計算ソフトに組み込み,普及を促進するとともに,欧州の学会でのオーガナイズドセッションを実施し,研究成果の発信と研究者ネットワークの拡大を図る.
生活習慣に関連した健康障害をもつ思春期の子どものヘルスプロモーションに関する研究

生活習慣に関連した健康障害をもつ思春期の子どもの生活習慣に関する認識・行動、自己効力感、ソーシャルサポート、親の生活習慣に関する認識・行動と子どもの健康状態との関係を明らかにすること、また、ヘルスプロモーションのためのセルフケア技術を高める看護介入を行い、その有効性を検討することを目的に研究を行った。対象者は10歳18歳の子どもとその親7組で、病名は肥満5名、糖尿病1名、高脂血症1名であった。看護介入前の調査結果としては、一般の同年齢の子どもに比べ、自己効力感の得点は低く、ソーシャルサポートの得点は高い傾向が見られた。子どもの健康生活の自己管理に対する認識では、7名中6名が今の調子で生活を管理していたら何らかの健康障害を起こすかも知れないと思っていたが、やせたいなど健康管理上の目標を持っていたのは3名のみであった。子どもも親も肥満を健康障害と捉えていなく、親は生活習慣に問題があると思っていたが、子どもの生活習慣の改善は難しいと思っていた。また、介入前の子どもの行動変容の段階は、熟考前が3名、熟考が1名、実行が1名、維持が2名であった。4時点のデータが得られた5名の子どもの介入後の変化としては、3名に3カ月後に自己効力感の得点の増加、病状の改善が見られた。また、介入1年後には4名の子どもに自己効力感の得点の増加が見られ、そのうちの3名に病状の改善が見られた。この3名は、いずれも介入前に行動変容の段階が「熟考」以上であり、健康管理上の自分の目標を持っていた。そのため、ヘルスプロモーションモデルを用いた看護介入は行動変容の「熟考」以上の段階にいる子どもへの看護介入としては有効であると考えられる。しかし、看護介入3カ月後に病状が改善した子どもでも、6カ月後、1年後と徐々に病状が悪化していく傾向が見られた。そのため、継続的に看護介入を行うことが必要であると考えられる。思春期の子どもへのヘルスプロモーション及びその看護介入方法に関する文献検討を行い、以下のことが明らかになった。思春期の子どもには自分の行動パターンとそれに対する認識にずれがあった。自己効力感・自尊感情・健康の認知的利益は健康行動・健康危険行動の回避と正の相関関係にあり、これらの変数を促進させる介入の重要性が示唆されていた。伝統的な教育的介入は知識を増やすためには効果的であったが、QOLと血糖コントロールの改善には効果がなく、心理社会的介入はQOLと血糖コントロールの改善の両方に効果的であったとの報告など、心理社会的な看護介入を行った研究は極少なかったが、思春期の子どもの健康行動を改善させるために有効であることが提示されていた。そのため、食事、運動、摂食習慣の指導を行うという末梢からのアプローチではなく、生活習慣の認知を矯正するために精神構造を改革するという,中枢からのアプローチが重要である。Health Promoting Lifestyle Profileは、包括的な健康の概念に基づいたPender Health Promotion Modelに基づき開発されたものであるが、既存研究における対象年齢の下限が18歳であったため、中・高校生への使用には限界があると考え、それの使用を取りやめ、面接の中にライフスタイルに関する認識と実際の行動についての内容を盛り込むことにした。そして、成田らが開発した特性的自己効力感尺度に加えて、人間関係の影響を捉えるために中村らが開発したソーシャルサポート尺度を用いることにした。両方の心理測定尺度に関しては、著者に使用許可及び使用上の注意等の助言を頂いた。

また、調査及び看護介入に必要な物品の準備を行い、A病院に文書と共に調査協力依頼のための説明に伺い、許可が得られたため、4月から外来研修ならびに調査を開始する予定である。平成14年度は、生活習慣に関連した健康障害をもつ思春期の子どもの生活習慣に関する認識・行動、自己効力感、ソーシャルサポート、親の生活習慣に関する認識・行動と子どもの健康状態との関係を明らかにすること、また、ヘルスプロモーションのためのセルフケア技術を高める看護介入を行い、その有効性を検討することを目的に2施設で調査を行った。対象者は10歳18歳の7名で、男子3名、女子4名であった。病名は、肥満5名、糖尿病1名、高脂血症1名であった。また、看護介入6ヵ月後までの3時点のデータが得られている者が2名、看護介入3ヵ月後までの2時点のデータが得られている者が3名であった。介入前の調査結果としては、自己効力感の得点は、一般の同年齢の子どもに比べ、低い子どもが多かった。また、ソーシャルサポートの得点は、一般の同年齢の子どもに比べ、高い子どもが多く、特に、親と友達からのサポートの得点が高い傾向にあった。健康生活の自己管理の認識は、親に言われなくてもある程度自分でできると答えた者は3名のみで、ストレスが多いと感じている者は2名のみであった。今の調子で生活を管理していても自分には何も起こらないと思っていた者は1名のみで、ほとんどの者が何らかの健康障害を起こすかも知れないと思っていた。しかし、やせたいなど健康管理上の目標を持っている者は3名のみであった。親子の認識の相違が大きかった生活習慣は、間食、睡眠、遊びであった。子どもも親も肥満を健康障害と思っていなく、親は生活習慣に問題があると思っていたが、生活習慣の改善は難しいと思っていた。また、介入後のデータが得られている5名のうち、介入前に行動変容の計画・準備の段階、実行の段階にあった3名は、介入後、自分で設定した目標を達成し、HbAlc値・肥満度の改善が見られている。平成15年度は、平成14年度に引き続き、生活習慣に関連した健康障害をもつ思春期の子どもと親にペンダーのヘルスプロモーションモデルを用いて看護介入を行い、その有効性を検討した。看護介入前のデータが得られたのは7名であったが、そのうち介入前、介入3カ月後、6カ月後、1年後の4時点のデータが得られたのは5名であった。7名の介入前の行動変容の段階は、熟考前が3名、熟考が1名、実行が1名、維持が2名であった。4時点のデータが得られた5事例の介入後の変化としては、介入前に比べ、3カ月後に自己効力感の得点が増加した者は5名中3名(事例3,5,7)であった。病状の改善が見られた者は5名中3名(事例1,5,7)で、そのうちの1名である事例1は自己効力感の得点が増加していなかった。しかし、子どもが「間食を食べずに我慢できる」「友達にも私、食べないって言った」と発言したり、母親が「以前は隠れて体重を測っていたが、今は私の前で堂々と体重計で測っています」と発言していたことから、自己効力感が上がっているのではないかと考えられた。また、介入1年後では5名中4名に自己効力感の得点の増加が見られ、そのうち3名は病状の改善が見られた。この3名は、いずれも介入前に行動変容の段階が「熟考」以上であり、健康管理上の自分の目標をもっていた。一方、介入前に「熟考前」の段階にいた子どもは、病状の改善が見られなかった。
英語スピーキングテストでの発話者のジェスチャーが発話の流暢さと正確さに及ぼす影響

本研究では、発話者のジェスチャー使用がスピーキングの流暢さと正確さに及ぼす影響を、日本人英語学習者を対象に検証した。使用したタスクはPicture Descriptionと呼ばれる、4コマ漫画の内容を口頭で叙述するもので、ジェスチャーの定義を「発話者が発話中に行う自然発生的な手の動き」とした。調査方法としては、近年、脳科学分野で活発に研究が行われている“ミラーニューロン"(人間の脳にある無意識的に他者の動作を自分の動作の中に取り込もうとする神経部位のこと)による効果を予測し、以下のような実験群、及び統制群を設定した:実験群-タスクの説明を行う際、教師が意図的にジェスチャーを使用し、生徒たちにモデルを示したクラス統制群一タスクの説明の際、教師が一切ジェスチャーを使用せずに、口頭のみでモデルを示したクラス実験の結果、以下の内容が明らかになった:1.ジェスチャー使用頻度(1分間あたりに使用するジェスチャー回数)は、実験群の方が有意に高かった2.ジェスチャー使用頻度と発話の流暢さには、低い正の相関が認められた3.ジェスチャー使用頻度と発話の正確さには、正の相関が認められた以上の結果から、日本人英語学習者にジェスチャーを用いてスピーキング活動を行うように推進することは、発話者のスピーキングパフォーマンスを向上させる上で有効な手段だということが明らかになった。なお上記の研究は論文としてまとめられ、2016年2月20日に英語授業研究学会の研究紀要(全国誌)に投稿された。現在掲載の有無を査読中である。また、研究の一部は2015年8月に行われた「英語授業研究学会第27回全国大会」において発表された。
ソルボサーマル法を駆使するゼロリコンビネーション光触媒の開発

本研究では、有機溶媒の多様性を利用して、さまざまなソルボサーマル技術を新たに開発する。これらを駆使して様々なTiO_2光触媒系を調製し、その光触媒特性の評価や新規反応系を開拓するとともに、その量子効率の向上およびゼロリコンビネーション化を目指した。1)ソルボサーマル法によるブルカイト型酸化チタン光触媒の合成と光触媒特性評価TiO_2はアナタース、ルチル、ブルカイトの3つの結晶系で存在する。その中でアナタースとルチルはよく知られており、これらの合成および光触媒や触媒担体への応用に関する研究例は多い。一方、純粋なブルカイト型TiO_2は合成が困難であるため、その物性や光触媒特性についてはあまり研究されていない。そこで、ソルボサーマル法によるブルカイト型TiO_2の合成を種々検討した。その結果、チタン源にチタンオキシアセチルアセトナート、溶媒にエチレングリコール-水混合系、共存物質に各種ナトリウム塩を用いるとブルカイト型酸化チタンのナノ結晶が生成することを見いだした。これを複数の光触媒反応系に用いたところ、ブルカイト酸化チタンの最適な物性は反応系に依存して大きく異なること、および、最適な物性を付与された試料は、市販高活性品P-25やST-01と比べても遜色ない特性を示すことが明らかになった2)ソルボサーマル法を用いる酸化チタン-吸着剤コンポジットの合成とその評価気相中に拡散した物質の分解・無害化反応を効率的に進めるためにはTiO_2-吸着剤コンポジットが有効であると考えられる。しかし、高活性な光触媒を吸着剤と複合化されるのはかなり難しい。ソルボサーマル合成条件時に吸着剤を系内に共存させ、吸着剤上に直接高活性TiO_2を生成させる手法を開発し、これが期待通り優れた光触媒特性を示した。本研究では酸化チタンを用いた光触媒反応によるNO_3^-のN_2への還元無害化を検討した。TiO_2(50 mg)を硝酸(または亜硝酸ナトリウム)水溶液(50μmol、5 cm^3)に懸濁させ、正孔捕捉剤として所定量のシュウ酸(OA)、金属助触媒源として塩化銅または塩化パラジウムを加え、水酸化ナトリウムにてpH調整後、磁気撹拌、アルゴン雰囲気下、室温で高圧水銀灯の紫外光(> 300 nm)を照射した。0.5 wt%Cu-TiO_2を用いたとき、懸濁液のpHを上げると生成物はNH_3からNO_2^-へと変化した。次に触媒に銅パラジウム-酸化チタン(CuPd-TiO_2)を用いてpH12で12 h光照射するとNO_2^-は生成せず、代わりにN_2が生成し、光触媒によるNO_3^-のN_2への還元無害化が可能であることを見出した。照射時間が短い領域でNO_2^-が一時的に生成するが、時間を延ばすとNO_2^-はすぐに減少し検出されなくなった。一方、N_2の生成は誘導期を伴って増加した。つまり、NO_3^-のN_2への還元はNO_2^-を中間生成物とする逐次反応で進行していることが推察される。CuおよびPdの担持量の影響を検討したところ、TiO_2に対してCuが0.5 wt%、Pdが1.0 wt%のときに最大活性となり、いずれかの成分をさらに増加させると活性は減少した。次にNO_3^-のN_2への還元をさらに明らかにするために基質をNO_2^-に代え、触媒としてパラジウム-酸化チタン(Pd-TiO_2)を用いてアルカリ性条件下で光触媒還元を行うと、NO_2^-は誘導期を持たずにN_2へと還元された。触媒にCuPd-TiO_2を用いるとN_2が選択的に生成するもののPd-TiO_2と比べるとその生成量は減少し、Cu担持量が増えるにしたがって生成量はさらに減少した。またCu-TiO_2触媒を用いた場合、N_2生成は見られなかった。以上のことから水中NO_3^-の光触媒還元による無害化反応においてCuPd-TiO_2触煤が有効に作用する。助触媒のCu、Pdの機能は異なり、CuはNO_3^-の酸素を引き抜く2電子還元の過程に、PdはNO_2^-からN_2を生成する3電子還元の過程に有効であると考えられる。

これを複数の光触媒反応系に用いたところ、ブルカイト酸化チタンの最適な物性は反応系に依存して大きく異なること、および、最適な物性を付与された試料は、市販高活性品P-25やST-01と比べても遜色ない特性を示すことが明らかになった2)ソルボサーマル法を用いる酸化チタン-吸着剤コンポジットの合成とその評価気相中に拡散した物質の分解・無害化反応を効率的に進めるためにはTiO_2-吸着剤コンポジットが有効であると考えられる。しかし、高活性な光触媒を吸着剤と複合化されるのはかなり難しい。ソルボサーマル合成条件時に吸着剤を系内に共存させ、吸着剤上に直接高活性TiO_2を生成させる手法を開発し、これが期待通り優れた光触媒特性を示した。
有機-無機ハイブリッド型光触媒による選択的物質変換

本研究では、無機光触媒材料への有機種の導入による有機-無機ハイブリッド型光触媒材料の開発とその機能解明を進めてきた。平成21年度は、光触媒活性を水溶液中の有機酸の種類と濃度により制御できるハイブリッド型光触媒を開発した。本研究では、二酸化チタン粒子を含有するメソポーラスシリカを合成し、メソポーラス内に界面活性剤を残した状態で1-[3-(トリメトキシリル)プロピル]ジエチレントリアミン(DETA)と反応させることで、外表面にDEIA基を修飾したハイブリッド型光触媒を開発し、反応溶液中における有機酸の濃度等に対する光触媒活性の変化を調べた。本触媒は、シュウ酸やクエン酸(各5mM、pH3付近)を加えた水溶液中では、ニトロベンゼンの光還元反応を触媒しないことを見出した。これに対し、DETA基を修飾していない触媒を用いた場合には反応が進行する。pHの低い水溶液中でDETA基がプロトン化する。これにより、細孔の出入口付近に修飾されたDETA基は静電反発により大きく広がるため、細孔を塞ぎ、ニトロベンゼンの細孔内への拡散が抑制されるためと考えられる。また、酸の濃度を下げると反応は徐々に進行するようになる。これは、酸濃度が低下することでDETA基の静電反発が弱くなり、基質の細孔内への拡散が抑制されにくくなるためと考えられる。一方、ギ酸存在下(5100mM)では、本触媒でもニトロベンゼンの光還元反応が進行する。これは、DETA基の開きかたが、アニオン種のイオン半径に依存しているためと考えられる。このように本研究では、表面をDETA基で修飾した簡単な構造の光触媒が、溶液中の酸の種類や濃度の変化にともなうDETA基の構造変化により触媒活性を制御する特異的な機能を発現することを明らかにした。本研究では、無機光触媒材料への「有機種」の導入による有機-無機ハイブリッド型光触媒材料の開発とその機能解明を進めている。平成20年度は、光触媒活性を溶媒極性により制御できるハイブリッド型光触媒を開発した。本研究では、TiO_2粒子を含有するメソポーラスシリカを合成し、細孔内に界面活性剤を残したままオクタデシル(OD)トリクロロシランと反応させることで、外表面に疎水性のOD基を修飾したハイブリッド型光触媒を開発し、OD基の修飾量に対する、触媒粒子の溶液中への分散挙動および光触媒活性の変化を調べた。本触媒は、OD基を修飾したことで、粒子表面の疎水性が増加しているため、水溶液表面に浮く。これにより、水溶液中でフェノールの光酸化反応を行うと、細孔内のTiO_2粒子へのフェノールのアクセスが抑制され、フェノール転化率はほぼゼロとなる。一方、水より極性の低いアセトニトリルを加えていくと、溶液の極性が減少するため、OD基の溶解度が高くなり、触媒は溶液中に分散し始める。この時、OD基の修飾量の少ない触媒ほど少量のアセトニトリルの添加でも溶液中へよく分散することを明らかにした。これにともない、フェノールの細孔内への拡散が促進されるため、フェノールの転化率は大きく増加し始める。さらに、アセトニトリル量が50vol%以上になると、活性は大きく減少する。これは、溶液の極性が減少したことでOD基の溶解度がさらに増加し、OD基がバルク溶液に向けて大きく伸び、基質の細孔内への拡散を抑制するためと考えられる。このように本研究では、表面をOD基で修飾した簡単な構造の光触媒粒子が、落液の極性の変化にともなう粒子の分散性および疎水基の構造変化により触媒活性を制御する極めて特異的な機能を発現することを明らかにした。本研究成果は、学術論文として現在投稿準備中である。

このように本研究では、表面をDETA基で修飾した簡単な構造の光触媒が、溶液中の酸の種類や濃度の変化にともなうDETA基の構造変化により触媒活性を制御する特異的な機能を発現することを明らかにした。
増殖刺戟下における細胞の変異原・癌原物質に対する染色体切断の発生機序

1.増殖刺激を受けている標的細胞では変異原・癌原物質により染色体切断頻度が増加する.増殖刺激及び抑制がある場合には染色体間分布はそれほど変動しないが染色体内分布では切断部位の分布はpeakの出現が増殖刺激がある場合にはより強調され,増殖抑制がある場合にはpeakの出現は明らかではない.染色体内分布では, No.1染色体では動原体から相対距離で40%の部位に, No.2染色体では30%, 55%, 80%の部位に切断が頻発した.2.細胞増殖刺激があるとクロマチッド交換は著明に上昇し,増殖抑制があると交換頻度は減少した.姉妹クロマチッド交換の染色体間分布では変わらずNo.1.2染色体にいずれも高頻度であった.クロマチッド交換部位の染色体内分布は, DMBA,NMUともに類似し, No.1染色体では動原体からの相対距離で40%の部位に, No.2染色体では30%, 55%, 80%の部位に交換が頻発するが,細胞増殖刺激があるとクロマチッド交換部位の染色体内分布は,やはり同部位にクロマチッド交換が頻発した.3.染色体切断と姉妹染色分体交換は増殖ないし抑制刺激により同様の変化を示す事が明らかとなり,関連した現象である事が推察される.4.これは増殖中の細胞で休止状態ではヒストンないし非ヒストン蛋白で防備されているDNAが無防備の状態になっている可能性を示唆している.5.白血病の発生の頻度では男性ホルモン(testosterone)存在の有無が白血病発生に大きく関与している.即ち, testosteroneの過剰な存在下では白血病発生は著明に低下する.これに対し女性ホルモン(esterogen)の存在の有無は白血病に大きな影響を示さなかった.1.増殖刺激を受けている標的細胞では変異原・癌原物質により染色体切断頻度が増加する.増殖刺激及び抑制がある場合には染色体間分布はそれほど変動しないが染色体内分布では切断部位の分布はpeakの出現が増殖刺激がある場合にはより強調され,増殖抑制がある場合にはpeakの出現は明らかではない.染色体内分布では, No.1染色体では動原体から相対距離で40%の部位に, No.2染色体では30%, 55%, 80%の部位に切断が頻発した.2.細胞増殖刺激があるとクロマチッド交換は著明に上昇し,増殖抑制があると交換頻度は減少した.姉妹クロマチッド交換の染色体間分布では変わらずNo.1.2染色体にいずれも高頻度であった.クロマチッド交換部位の染色体内分布は, DMBA,NMUともに類似し, No.1染色体では動原体からの相対距離で40%の部位に, No.2染色体では30%, 55%, 80%の部位に交換が頻発するが,細胞増殖刺激があるとクロマチッド交換部位の染色体内分布は,やはり同部位にクロマチッド交換が頻発した.3.染色体切断と姉妹染色分体交換は増殖ないし抑制刺激により同様の変化を示す事が明らかとなり,関連した現象である事が推察される.4.これは増殖中の細胞で休止状態ではヒストンないし非ヒストン蛋白で防備されているDNAが無防備の状態になっている可能性を示唆している.5.白血病の発生の頻度では男性ホルモン(testosterone)存在の有無が白血病発生に大きく関与している.即ち, testosteroneの過剰な存在下では白血病発生は著明に低下する.これに対し女性ホルモン(esterogen)の存在の有無は白血病に大きな影響を示さなかった.【I】.増殖刺戟下の変異原・癌原物質投与後の染色体切断効果:正常ラットにDMBAを投与した時は、骨髄細胞において投与後3時間より染色体切断頻度は増加しはじめ、18時間で60%と最高に達し、その後切断頻度は下降し72時間で対照群まで下降した。投与6時間の時点で種々の刺戟下での切断頻度を比べると対照群は27.6%、貧血ラットに投与した場合は45.3%と切断頻度は著明に上昇した。逆に多血症ラットでは切断頻度は17.3%と減少した。多血症ラットでもエリトロポイエチンを6unit前投与すると切断頻度31.5%と再び上昇した。DMBA誘発ラット白血病の頻度がエリトロポイエチン投与により上昇することが知られているが、これは染色体切断頻度の変化とよく一致する。NMUをラットに投与した場合では、切断頻度は1時間目から10.0%と上昇しはじめ3時間で最高に達する。貧血及び多血の同様の処置によって、この頻度はDMBAの場合と同じく変化した。構造の異なる変異原・癌原物質でも増殖刺戟かの作用は同一であった。更に、増殖刺戟の存否が標的細胞における染色体切断の増減に直接的に影響することは明らかである。【II】.増殖刺戟下での姉妹染色分体交換の変動:ラット線維芽細胞、肝細胞、骨髄細胞を用い、それぞれ線維芽細胞増殖因子、肝細胞増殖因子、エリトロポイエチン存在下で変異原・癌原物質を投与し、標的細胞の染色体に及ぼす作用について姉妹クロマチッド交換の発生頻度、分布部位を検索している。現在、その分析を急いでおり、実験結果をinvivoの系と比較検討する予定である。【III】.その他:男性ホルモンなどの蛋白同化ホルモンもまた細胞・組織の増殖にかかわっているが、テストステロンおよびエステロゲンのDMBA誘発ラット白血病の発生率に及ぼす影響を観察した。この実験では、テストステロン投与により白血病発生頻度は著明に低下した。(71.6%→31.3%)。
水温(-1℃)における長時間心保存の効果

我々は0°C以下の心筋未凍結温度領域である水温(-1°C)における長時間心保存効果を実験的に検討した.1.氷温保存における心機能の評価;A群=4°C保存群,B群=氷温保存群(各群n=6)の2群間で6時間保存後の心機能の回復律をラット摘出灌流心を用いて比較した.大動脈流量回復率(A群53.1±16.6%,B群78.8±13.5%),心拍出量回復率(A群60.9±13.1%,B群77.1±11.4%),大動脈収縮期圧回復率(A群79.4±10.9%,B群100.9±8.1%)においてB群はA群より有意(p<0.05)に高値を示した.冠灌流量回復率(A群80.0±21.9%,B群73.8±9.7%),心拍数回復率(A群98.7±17.1%,B群101.7±8.2%)には有意差を認めなかった.2.氷温保存における心筋代謝の評価;心筋内高エネルギーリン酸化合物を6時間保存後と再灌流70分後に,Luciferin-Luciferase法を用いて測定した.6時間保存後におけるATP(A群5.6±1.9μg/mg protein,B群13.0±2.0)Total adeninenucleotides(A群13.2±4.4μg/mg protein,B群23.1±1.7)においてB群はA群よりも有意(p<0.01)に高値を示した.しかし,ADP,AMP,creatinephosphateでは有意差がみられなかった.また再灌流70分後の心筋内高エネルギーリン酸化合物において両群間に差は認められなかった.再灌流70分後の心筋水分含有率はB群(82.0±0.9%)がA群(84.3±1.8%)よりも有意(p<0.05)に低値を示した.これらの結果から本実験において,氷温(-1°C)保存は4°C保存よりも良好な心保存効果のあることが示唆された.さらにマウス培養心筋細胞を用いた実験を現在進めており,倒立型システム顕微鏡で形態観察や収縮機能の測定を行っているところである.我々は0°C以下の心筋未凍結温度領域である水温(-1°C)における長時間心保存効果を実験的に検討した.1.氷温保存における心機能の評価;A群=4°C保存群,B群=氷温保存群(各群n=6)の2群間で6時間保存後の心機能の回復律をラット摘出灌流心を用いて比較した.大動脈流量回復率(A群53.1±16.6%,B群78.8±13.5%),心拍出量回復率(A群60.9±13.1%,B群77.1±11.4%),大動脈収縮期圧回復率(A群79.4±10.9%,B群100.9±8.1%)においてB群はA群より有意(p<0.05)に高値を示した.冠灌流量回復率(A群80.0±21.9%,B群73.8±9.7%),心拍数回復率(A群98.7±17.1%,B群101.7±8.2%)には有意差を認めなかった.2.氷温保存における心筋代謝の評価;心筋内高エネルギーリン酸化合物を6時間保存後と再灌流70分後に,Luciferin-Luciferase法を用いて測定した.6時間保存後におけるATP(A群5.6±1.9μg/mg protein,B群13.0±2.0)Total adeninenucleotides(A群13.2±4.4μg/mg protein,B群23.1±1.7)においてB群はA群よりも有意(p<0.01)に高値を示した.しかし,ADP,AMP,creatinephosphateでは有意差がみられなかった.また再灌流70分後の心筋内高エネルギーリン酸化合物において両群間に差は認められなかった.再灌流70分後の心筋水分含有率はB群(82.0±0.9%)がA群(84.3±1.8%)よりも有意(p<0.05)に低値を示した.これらの結果から本実験において,氷温(-1°C)保存は4°C保存よりも良好な心保存効果のあることが示唆された.さらにマウス培養心筋細胞を用いた実験を現在進めており,倒立型システム顕微鏡で形態観察や収縮機能の測定を行っているところである.
界面液体のFM-AFM計測：固液界面における構造接続のメカニズム解明

液体中で10 pNオーダーの微弱力を検出しうる原子間力顕微鏡を利用して、固体に接する液体の構造(密度分布)を分子スケールの位置分解能で断面計測する研究を展開した。グラファイト・カルサイト(炭酸カルシウム鉱物)・有機化合物結晶などに接する液体の断面構造を計測した結果を報告する。さらに、統計力学的な考察と分子動力学シミュレーションの結果をあわせて、原子間力顕微鏡による計測結果をギブズ自由エネルギー分布をもとに解釈する方法論を提案した。本研究では、固液界面に存在する「構造化した界面液体」の断面構造(界面垂直な平面にそった密度分布)を周波数変調方式の原子間力顕微鏡(FM-AFM)を使って計測する。固体表面が界面液体とどのように構造接続するかを実験によって明らかにすることが目的である。固体と液体の化学組成と分子構造という構造要素(サイズ0.1-1 nm)が、界面液体層の大域構造(サイズ1-10 nm)を規制するメカニズムを分子論的に解明して、複雑系の理解と制御を指向する新世代のサイエンスとテクノロジーにとって意義あるコンセプトを提案したい。2013年度の研究実績は(1)炭酸カルシウム結晶と水またはアルコール界面、および(2)サリチル酸結晶と有機溶媒界面を対象として、固液界面の構造接続をFM-AFMを用いて観測したことである。以下に各々の概要を述べる。(1)炭酸カルシウムはセメント・真珠・骨などの主要成分であり人間生活に密着した無機化合物である。常温常圧で最も安定な結晶であるカルサイト(方解石)の(104)結晶面と、水および2-プロパノールの界面をFM-AFMで計測した。主な実験は2012年度に完了しており、2013年度には測定結果の解釈と学術論文発表をおこなった。カルサイトに接する液体水がこれまで報告された界面水のなかで最も明瞭な液体構造を形成することを指摘して、その原因がカルサイトの高いイオン性、または結晶表面の著しい凹凸構造にあることを提案した。(2)固体表面の凹凸が界面液体の構造化を促進することを証明するために、著しい凹凸を呈するがイオン性をもたないサリチル酸結晶と有機溶媒(デカン・ヘキサデカン・フェニルオクタン・OMCTS)の界面をFM-AFMで計測した。予想外に強い界面液体の構造化を観測したので、構造化要因を明らかにすべくAdam Foster教授(海外共同研究者)らと分子動力学シミュレーションによる共同研究を開始した。本研究の目的は、固液界面に存在する「構造化した界面液体」の断面構造(界面垂直な平面にそった密度分布)を周波数変調方式の原子間力顕微鏡(FM-AFM)を使って計測することである。(1)固体表面が界面液体とどのように構造接続するか、および(2)界面液体がバルク液体とどのように構造接続するかを実験によって明らかにすることが目的である。同時に、計測に用いるAFM探針が計測結果におよぼす影響を統計力学にもとづくシミュレーションによって評価する。固体と液体の化学組成と分子構造という構造要素(サイズ0.1-1 nm)が、界面液体層の大域構造(サイズ1-10 nm)を規制するメカニズムを分子論的に解明して、複雑系の理解と制御を指向する新世代のサイエンスとテクノロジーにとって意義あるコンセプトを提案することをめざしている。第二年次となる平成26年度には(1)結晶表面にナノメーターサイズの「みぞ」をもつサリチル酸結晶に接する有機溶媒の断面構造計測をおこなった。さまざまな分子形状(鎖状・球状など)もつ有機溶媒を使って、液体分子形状と固体表面の「みぞ」とのマッチングが界面液体の構造におよぼす影響を評価した。また(2)炭酸カルシウム結晶(方解石)および粘土鉱物の表面構造を水中観察した。これらは天然に広く存在する鉱物であり、表面を構成する原子を水中で顕微鏡観察することは鉱物結晶の成長過程を理解する基礎となる。さらに炭酸カルシウムと粘土はともにイオン性の結晶であるが、前者の表面は原子サイズで凹凸をもち、後者の表面は平坦である。表面に存在する原子分子サイズの凹凸が接触する液体の構造におよぼす影響を評価する対象として次年度に利用することを想定している。固体と液体の接触面で、固体内に侵入できない液体分子が層状に整列する現象は「界面液体の構造化」として知られている(図1左)。構造化した界面液体が電荷移動・物質移動・化学反応・摩擦・伝熱などの現象に深く関係する可能性は1960年代から指摘されてきた。しかしながら、両側を凝縮相に挟まれた埋没界面に存在し、しかも軽元素からなる流体である界面液体の構造を実験的に計測することは簡単ではない。代表者は原子間力顕微鏡で固液界面を走査し、顕微鏡探針が液体分子から受ける力の強弱分布を計測することで、不均一な界面液体を平均化せずに断面計測する可能性に着目して実験方法論の整備を進めてきた。本研究では固液界面に存在する「構造化した界面液体」の断面構造(界面垂直な平面にそった密度分布)を周波数変調方式の原子間力顕微鏡(FM-AFM)を使って計測した。(1)固体表面が界面液体とどのように構造接続するか(2)界面液体がバルク液体とどのように構造接続するかを実験によって明らかにすることが目的である。同時に、計測に用いるAFM探針が計測結果におよぼす影響を統計力学的な考察と分子動力学シミュレーションを併用して評価する。

固体と液体の化学組成と分子構造という構造要素(サイズ0.1-1 nm)が、界面液体層の大域構造(サイズ1-10 nm)を規制するメカニズムを分子論的に解明して、複雑系の理解と制御を指向する新世代のサイエンスとテクノロジーにとって意義あるコンセプトを提案することを目的とした。最終年度であるH27年度は(1)FM-AFMに中性子反射率解析を組み合わせて潤滑界面の構造組成分析の方法論を開拓し(2)統計力学的な考察によって、原子間力顕微鏡探針が存在しない場合の界面液体構造を、原子間力顕微鏡による計測結果をもとに決定する手法を考案して有効性を実証した。液体中で10 pNオーダーの微弱力を検出しうる原子間力顕微鏡を利用して、固体に接する液体の構造(密度分布)を分子スケールの位置分解能で断面計測する研究を展開した。グラファイト・カルサイト(炭酸カルシウム鉱物)・有機化合物結晶などに接する液体の断面構造を計測した結果を報告する。さらに、統計力学的な考察と分子動力学シミュレーションの結果をあわせて、原子間力顕微鏡による計測結果をギブズ自由エネルギー分布をもとに解釈する方法論を提案した。3年を要する研究計画の第二年次として、固体表面の物理的形状(凹凸)が接触する液体の構造に伝搬する現象に焦点をあてて研究を展開した。研究のまとめとなる最終年次にむけて順調に進展している。27年度が最終年度であるため、記入しない。界面分子科学これまでの研究では単一組成の液体を対象をしてきた。最終年次となる平成27年度には、二種類の有機溶媒を混合した液体を対象として研究を進める。界面液体の組成(二種溶媒の混合比)はバルク溶液と異なる可能性があり、FM-AFMだけではその組成を決定できないため、J-PARKにおける中性子反射率測定を併用して研究を進める。さらに統計力学にもとづいて界面液体構造の形成要因を明らかにする研究も進展させる。(1)カルサイト結晶については前年の計測結果を解釈することで予定どおりの成果をあげることができた。(2)サリチル酸結晶と有機溶媒の界面については、予想外に明瞭な界面液体構造化を観測し、海外共同研究者との共同研究を予定より早期に実施することとなった。博士研究員人件費が当初予定より67,000円あまり少なかったために残額を平成27年度に繰越した。(1)カルサイト結晶と水溶液界面については当該分野に経験ある博士研究員を2014年度に雇用して、バイオミネラリゼーションのメカニズム解明を目指した研究を展開する。(2)サリチル酸結晶については分子サイズの異なる有機溶媒を用いた実験を進めると共に、海外共同研究者とのシミュレーション研究によって、固体表面の凹凸が界面液体構造に転写するメカニズムを解明する。平成27年度の博士研究員人件費に充てる。H25年度交付申請書に記載した支出予定のうちアクティブ除振台一台を購入する必要なくなった。研究の進捗にともなってH26年度に博士研究員一名を雇用する必要が生じたため、H25年度残高を26年度に繰越して、26年度配分と合算して、博士研究員人件費に充てることとしたため。学術推進員(博士研究員)一名の人件費としてH26年度中に全額を使用する。
古人骨の化学分析から見た水田稲作農耕による食生活・生業形態の変化

今年度は、本格的な人骨試料の分析に先立ち、大学・博物館等に保管されているに人骨試料の調査・収集した。また大量の資料を迅速かつ高精度に測定するために、元素分析計と安定同位体比質量分析計の連結を実施した。資料収集に関しては、東京大学総合研究博物館所蔵人骨資料より弥生時代に属する6遺跡22個体を採取し、これらを用いて前処理および分析方法の検討を実施した。また、九州大学社会比較社会文化研究科、東北大学医学部、札幌医科大学医学部収蔵の弥生時代人骨に関して保存状態等を調査し、管理責任者に来年度以降のサンプリング計画を申請している。先史時代人類集団によって消費されていたと考えられる食糧資源に関しては現生動植物試料の最終と予備的分析を開始した。食糧資源に関しては並行して文献データの収集・解析を実施した。現在ところ、肉類・魚類・穀物・堅果類・イモ類等に関してSr/Ca比、Ba/Ca比、Zn/Ca比による分類を実施した。その結果、肉類や穀物はZn/Ca比で、また一部の堅果類ではBa/Ca比で特徴があることが明らかになった。今後、生育環境の相違等による元素含有量への影響を引き続き検討する必要がある。来年度の本格的な人骨試料な分析にむけ、元素分析計と安定同位体比質量分析計の連動を実施した。炭素ではδ^<13>Cでは±0.5‰、δ^<15>Nでは±1‰程度の再現性を実現しているが、より高精度化するために確度改善に調整が必要である。これによって安定同位体分析における分析時間の大幅な短縮と試料の微量化が期待される。