hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
血清N-結合型糖鎖の網羅的質量解析による腎盂・尿管癌の糖鎖バイオマーカーの開発

膀胱癌(UCB, 177例)、上部尿路上皮癌(UTUC, 60例)および前立腺癌(PC, 96例)患者の血清、および岩木町住民検診より採取された健常人(339例)の血清のイムノグロブリン分画を精製し、glycoblotting法と質量分析法を組み合わせたN-glycomicsにより、血清イムノグロブリン由来のN-glycanプロファイルを同定した。判別分析によりUC検出に関連する5種のN-glycanを選択した。選択した5種のN-glycan濃度と判別分析により得られた判別関数を乗算し、積算したスコアをdiagnostic N-glycan score(dNGScore)とした。dNGScoreによる尿路上皮癌の診断に関するROC解析からUCの診断精度を既存検査と比較し、その有用性を検証した。N-glycomicsで同定された32種の血清イムノグロブリン由来N-glycanのうち、5種のN-glycan(2分岐型m/z 1606、1769、2074およびbisect型m/z 2118、2423)がUCの検出に関連する糖鎖として選択された。健常検体、UCおよびPC検体のイムノグロブリン分画における5種のN-glycanの血中濃度と合成経路の関係から、特にproinflammatory糖鎖であるasialo bisecting N-glycan(m/z 2118)および(m/z 2118)にシアル酸が付加したmonosialyl bisecting N-glycan (m/z 2423)糖鎖修飾血清イムノグロブリンがUCB患者で蓄積することが明らかとなった。さらにUTUCでは、asialo bisecting N-glycan(m/z 2118)が顕著に蓄積していたことから、UCBとUTUCのイムノグロブリンN-glycanプロファイルが少し異なることが明らかとなった。これまで腎癌、前立腺癌、膵臓癌、肝細胞癌などにおいて血清N-glycanとの関連性が報告されているが、本研究は尿路上皮癌における血清Nーglycanの有効性を、多数症例を用いて示した唯一の報告である。平成29年度の研究成果により非侵襲的な手法で尿路上皮癌の診断法の確立に貢献できる可能性が出てきた。平成29年度に予定していた上部尿路上皮癌の血清N-glycanの網羅的解析により、診断マーカーとして有望な糖鎖を同定できたため、概ね順調に進展していると判断した。非侵襲的な手法で尿路上皮癌の診断法の確立に貢献できる可能性が出てきた。平成29-30年度に予定していた上部尿路上皮癌の血清N-glycanの網羅的解析により、診断マーカーとして有望な糖鎖を同定できたため、概ね順調に進展していると判断した。現在症例を蓄積し、糖鎖変化のメカニズムについて検討を開始している。N-glycanスコアは診断には有益であるが、癌の病期や進行度との関連については今後の課題である。また、血清N-glycanの測定は癌によって起こされた結果を見ているにすぎず、なぜこのような現象が起きるのかは不明である。癌に伴う糖鎖変化の原因として、腫瘍から産生される可能性、腫瘍に対する応答として産生される可能性が考えられる。また、血清糖鎖はfree N-glycanとして存在するものと、免疫グロブリン等のタンパク質に付加されたものとが存在する。残念ながら、本研究手法ではそれらを区別できないため、血清N-glycanのcarrier proteinや起源については更なる検討が必要である。そこで、carrier proteinの同定のため、免疫グロブリンや炎症性タンパク質不可糖鎖を検討するためにレクチンアレイなどを用いた検討を予定している。健常検体、UCおよびPC検体のイムノグロブリン分画における5種のN-glycanの血中濃度と合成経路の関係から、特にproinflammatory糖鎖であるasialo bisecting N-glycan(m/z 2118)および(m/z 2118)にシアル酸が付加したmonosialyl bisecting N-glycan (m/z 2423)

糖鎖修飾血清イムノグロブリンがUCB患者で蓄積することが明らかとなった。さらにUTUCでは、asialo bisecting N-glycan(m/z 2118)が顕著に蓄積していたことから、UCBとUTUCのイムノグロブリンN-glycanプロファイルが少し異なることが明らかとなった。これまで腎癌、前立腺癌、膵臓癌、肝細胞癌などにおいて血清N-glycanとの関連性が報告されているが、本研究は尿路上皮癌における血清Nーglycanの有効性を、多数症例を用いて示した唯一の報告である。平成29年度の研究成果により非侵襲的な手法で尿路上皮癌の診断法の確立に貢献できる可能性が出てきた。平成29年度に予定していた上部尿路上皮癌の血清N-glycanの網羅的解析により、診断マーカーとして有望な糖鎖を同定できたため、概ね順調に進展していると判断した。膀胱癌(UCB, 177例)、上部尿路上皮癌(UTUC, 60例)および前立腺癌(PC, 96例)患者の血清、および岩木町住民検診より採取された健常人(339例)の血清のイムノグロブリン分画を精製し、glycoblotting法と質量分析法を組み合わせたN-glycomicsにより、血清イムノグロブリン由来のN-glycanプロファイルを同定した。判別分析によりUC検出に関連する5種のN-glycanを選択した。選択した5種のN-glycan濃度と判別分析により得られた判別関数を乗算し、積算したスコアをdiagnostic N-glycan score(dNGScore)とした。dNGScoreによる尿路上皮癌の診断に関するROC解析からUCの診断精度を既存検査と比較し、その有用性を検証した。N-glycomicsで同定された32種の血清イムノグロブリン由来N-glycanのうち、5種のN-glycan(2分岐型m/z 1606、1769、2074およびbisect型m/z 2118、2423)がUCの検出に関連する糖鎖として選択された。健常検体、UCおよびPC検体のイムノグロブリン分画における5種のN-glycanの血中濃度と合成経路の関係から、特にproinflammatory糖鎖であるasialo bisecting N-glycan(m/z 2118)および(m/z 2118)にシアル酸が付加したmonosialyl bisecting N-glycan (m/z 2423)糖鎖修飾血清イムノグロブリンがUCB患者で蓄積することが明らかとなった。
胃-腸-骨連関による骨の慢性炎症の解明

胃切除を行ったラットにおいて骨の代謝異常が起こることを報告したが、多臓器への影響は明らかではない。本研究では、胃切除による肝臓への影響を、遺伝子発現変化と、血清および組織学的に解析を行った。胃切除により、肝臓で573遺伝子の発現変化を認め、ステロイドシグナルと脂質代謝に関連する可能性をパスウェイ解析により見出した。また、血清ALTが胃切除により上昇し、胃切除ラット肝臓で小滴性脂肪を有する肝細胞を認めた。更に、胃切除により致死イベントが有意に起きることを明らかにした。胃全摘後の肝機能障害についての症例が報告されており、本研究はこの報告のメカニズムを説明できる可能性がある。本研究の目的は、胃切除による、大腸をはじめ各消化管での遺伝子発現変化をMicroarrayで網羅的に解析し、Ingenuity Pathway Analysis (IPA)を用いて、Net work解析、Pathway解析などのBioinfomaticsの手法でdata miningすることにより、慢性炎症のネットワークを解明すること、一方、先行研究で明らかにした骨でkeyとなる9遺伝子、20種類の血清蛋白質の役割を骨の組織化学的手法で解析することである。胃摘出を行い、食道と十二指腸を端々吻合し、長期生存させたラットと、体重の変化を胃摘出群と合わせた対照群を用いた。十二指腸、空腸、回腸、結腸、直腸、大腿骨(左右)を採取して、RNAを抽出して、Microarray法で胃摘出群と対照群で発現レベルに差がある遺伝子群を抽出した。脂肪肝が骨代謝に影響する可能性があり、このモデルの検討も行った。また未固定非脱灰の新規の方法(川本法)で、骨の組織切片を作成した。これを、破骨細胞や骨芽細胞、骨細胞を染め分ける抗体、染色法の検討を行った。本研究は、胃切除による大腸などの各消化管でのマイクロアレイによる網羅的な遺伝子発現解析を行い、さらにIngenuity Pathway Analysis (IPA)を用いて、ネットワーク解析およびパスウェイ解析といったバイオインフォマティックスの手法をもとにデーターマインニングを行い慢性炎症のネットワークを解析し、また並行して先行研究で明らかにした胃切除により血清蛋白質量の変化が生じる20種類のタンパク質の役割を骨組織サンプルより免疫組織化学の手法を用いて解析を行うことにより胃切除による胃ー腸ー骨連関の分子メカニズムを明らかにすることを目的とする。前年度は胃摘出ラットを作製し各消化管および大腿骨における遺伝子発現解析をマイクロアレイを用いて行い、胃切除により発現変化が生じる遺伝子群の抽出に成功した。また、胃や腸から骨への血流を介したパスウェイを考慮したとき、経由臓器である肝臓における胃切除の影響を解析することが重要である。このため組織学的に入念な解析を行ったところ、脂肪肝の所見を見出すことができた。本年度は、胃切除ラットにおける消化管での遺伝子発現変化との関与が期待される生物学的機能やシグナルパスウェイについてパスウェイ解析を行った。十二指腸ー小腸では脂質代謝に変化が生じている可能性を見出し、結腸ー直腸では免疫機能に変化が生じている可能性を見出した。さらにパスウェイ解析結果を基に組織学的な解析を行ったところ、直腸の特定部位でリンパ球の著明な浸潤を認めたパスウェイ解析の結果を反映した組織学的な変化を同定できた。本研究は、胃切除後の骨障害の病因を解明するため、胃ー肝臓ー骨軸の仮説で研究した結果、大腸での炎症→骨の慢性炎症という新しい仮説に至る。消化管から炎症因子が出て、骨で慢性炎症が起こる。その炎症因子を同定し、骨の病態を解明、新規のバイオマーカーの確立を目標にする。前々年度までに、胃切除により肝臓や下部消化管において病的変化を見出し、特に直腸においてはリンパ球の著明な浸潤を認めた。またcDNAマイクロアレイおよびIngenuity Pathway Analysisによるパスウェイ解析により、下部消化管にて発現変化を認めた遺伝子群と、炎症反応に関するパスウェイの間に統計学的有意な関係性を認めた本年度は、胃切除により起こる事象は、胃から分泌される内因子が原因と考えLC-MSによる血液中タンパク質の解析を行ったところ、胃切除後5週間のラット全血で発現が有意に増加または減少するタンパク質を認めた。さらにそのタンパク質の一部については、胃切除後翌日のラット肝臓においてコードする遺伝子も同様に発現変動を認めた。このため、胃由来の内分泌因子が肝臓の恒常性を保つために必要であり、胃切除によりこの内分泌因子が失われることにより炎症性の遺伝子発現変化や組織像の変化が認められた可能性が考えられる。来年度は、ラット由来株化細胞を用いて、培養液中に発現増加を認めたタンパク質を添加し、炎症性の反応を認めるか解析を行う予定である。研究計画通りに、研究は進んでおり、予定通り来年度にデータをまとめて論文にて発表を行う予定である。以前の研究において、胃切除ラットにおいて骨形成と骨吸収が亢進する病態を見出したため、胃から放出される内因性の物質が骨代謝の亢進を制御する可能性性が考えられる。そこで、本研究では胃切除動物の血清中の特定のタンパク質濃度に変化が生じ、その結果、骨代謝に関係する遺伝子発現変化が骨で起きていると考え、血清中タンパク質と骨由来mRNAの両サンプルについて、胃切除モデルで変化するタンパク質または遺伝子を網羅的に探索した。血清中タンパク質の網羅的解析では、胃切除で濃度変化を生じるタンパク質の大半が面白いことに肝臓より分泌されるタンパク質であった。

骨において発現が2倍以上に変化した遺伝子群で起こりうる生物学的イベントについてIngenuity Pathway Analysisを用いてパスウェイ解析を行ったところ、炎症に関する遺伝子ネットワークを中心とした、遺伝子ネットワークが存在する可能性を見出すことができた。以上より、胃から分泌される内因性物質が門脈を経由し肝臓に作用し、更に肝臓において特定のタンパク質が分泌するのを制御していたが、胃切除により変化したのではと考え、胃切除後の肝機能について解析を行ったところ、生化学解析により軽微な肝障害を確認した。本研究では、胃から分泌される因子が明らかではないが、胃切除によって軽微な肝障害を認めたため、胃の内因性物質が肝保護的に働いており、切除することにより保護能を失っている可能性の一部を明らかにすることができた。その結果により、骨の炎症を中心とした分子メカニズムが働いている可能性が考えられる。しかし、胃の内因性物質と、骨の炎症に関わる肝臓の内因性物質を特定できていないため、この二つを明らかにする更なる研究が必要であるが、胃切除が肝機能に影響を及ぼすことを本研究で明らかにすることができた。胃切除を行ったラットにおいて骨の代謝異常が起こることを報告したが、多臓器への影響は明らかではない。本研究では、胃切除による肝臓への影響を、遺伝子発現変化と、血清および組織学的に解析を行った。胃切除により、肝臓で573遺伝子の発現変化を認め、ステロイドシグナルと脂質代謝に関連する可能性をパスウェイ解析により見出した。また、血清ALTが胃切除により上昇し、胃切除ラット肝臓で小滴性脂肪を有する肝細胞を認めた。更に、胃切除により致死イベントが有意に起きることを明らかにした。胃全摘後の肝機能障害についての症例が報告されており、本研究はこの報告のメカニズムを説明できる可能性がある。モデル動物の作成、遺伝子解析は以前より行っている。骨の組織化学も初年度ではあるが、試行錯誤の上、予備検討ができた。肝臓においても組織学的な変化を認めたためこの変化が骨代謝に影響を与えている可能性が考えられるため肝臓における解析を進める。研究のまとめとして、in vivoで得られたデータをin vitroに戻し、実証できることを確認し論文化する。消化器疾患Microarray法で胃摘出群と対照群で発現レベルに差がある遺伝子群は、さらにNet work解析、Pathway解析などのBioinfomaticsの手法でdata miningする。骨組織の組織学的検討を続ける。特に先行研究で明らかにした骨でkeyとなる9遺伝子の局在を明らかにする抗体を検索する。組織学的解析が予定より安価に行うことができたため。実験系の確立にやや時間がかかり、1万円程度の未使用分が発生した。購入した試薬が年度内で余ったため肝臓・骨における組織学的解析に用いる。次年度の培養細胞系の実験に用いる予定である。予定通り、実験を進める
雪氷路面におけるゴムの摩擦メカニズムに関する研究

0°C付近における氷上のゴムの摩擦係数は著しく低い。そのため、実用の自動車用タイヤにおいては重大な問題である。この0°C付近での摩擦係数を増大させるために、摩擦の掘り起こしの頃を利用したスパイクタイヤが実用化されている。しかし、このスパイクタイヤは路面の摩耗を生じさせるため、その改善が望まれている。スパイクピンの作用力が0°Cよりも高い温度で弱まり、0°C以下の温度では通常の作用力を示す温度順応性スパイクタイヤの基礎実験を行い、すべり摩擦時の路面損傷を軽減できることがわかった。現在ではスパイクタイヤの製造禁止が行われるため、スタッドレスタイヤの基礎研究として氷とゴムとの摩擦が重要となってきた。そしてゴムと氷との摩擦係数に及ぼす温度、接触圧力、摩擦速度及びゴム材質の影響について研究を行い、以下の結果を得た。1.氷とゴムとの摩擦係数に及ぼす温度及び接触圧力の影響各ゴム試料とも-20°C及び-15°Cでは比較的高い摩擦係数を示すが、-10°Cにおいては摩擦係数は著しく低下し、-5°Cから0°Cにおいては0.2以下という低い値を示した。さらに接触圧力の増大とともに摩擦係数は減少し、天然ゴム試料では0.8MPaのときの値は0.2MPaのときの約半分の摩擦係数である。2.氷とゴムとの摩擦係数に及ぼすゴム材質の影響天然ゴム及びブタジエンゴムと氷との摩擦を行ったところ、ブダジエンゴムに比べ天然ゴムの方が-20°Cから-15°Cにかけて摩擦係数は約2倍高い値を示したが、-5°Cから0°Cにかけてはあまり大きな差はみられず低い値を示した。この摩擦係数の違いは接触面におけるせん断強さの違いによるものと考えられる。0°C付近における氷上のゴムの摩擦係数の低下の原因究明と,摩擦係数低下の防止のためのゴム材料の改善について研究を行った.摩擦中の摩擦係数の測定と同時に,接触面を直接観察し,ビデオカメラで撮影を行うための氷摩擦試験機を作製した.また,その摩擦試験機を用い, -20°Cから0°Cの温度において各種硬度のゴムと氷との摩擦を行った.本年作製した氷摩擦試験機の概要及び得られた実験結果は次の通りである.1.作製した氷摩擦試験機の性能の概要直径260mmの氷円板と各種ゴム試料とを摩擦するピンーデイスク型の摩擦試験機であり,摩擦力とゴム試料の垂直変位が測定可能である.荷重及び摩擦速度は任意に変えることができる.試験機全体が恒温槽に入れられ, -20°Cから0°Cの間で温度が冷却空気供給装置を用いて調節可能である.摩擦面の観察は,氷円板の容器下部のガラスを通して行い,ビデオカメラで撮影できる.この装置によってスタッドレスタイヤの基礎研究が可能である.2.ゴムと氷との摩擦に及ぼす温度及びゴムの硬さの影響研磨紙1500番で仕上げた氷面と,直径30mmの円柱ゴム試料との摩擦を-20°Cから0°Cの範囲で行った.なお,ゴム試料としては,硬さ(Hs)が56, 66, 67の3種類の天然加硫ゴムを用い,接触圧力0.2MPa,摩擦速度1cm/sで摩擦係数を求めた.得られた結果は次の通りである.(1)各硬さのゴム試料とも, -20°Cから-10°Cに温度が上昇すると急激に摩擦は減少する. -10°Cから-5°Cの間では,その減少はゆるやかであり,また, -5°Cと0°Cの間では摩擦係数はほぼ0.2の等しい値を示した. (2)-20°Cにおいては常温の硬さがそれぞれ, 56,

66, 67のゴムでは摩擦係数が0.9, 0.7, 0.6の値を示した. -20°Cから-10°Cの間では柔らかなゴムほど摩擦係数が高くなる傾向がみられた.0°C付近における氷上のゴムの摩擦係数の低下の原因究明と、摩擦係数に及ぼす接触圧力、摩擦速度の影響について研究を行った。さらにゴム材料の種類によって摩擦係数がどのように変化するかについても検討を行った。実験はピン-ディスクの摩擦試験機を用い、-20°Cのから0°Cの範囲でゴムピンと氷ディスクとの摩擦を行い、摩擦係数の測定及び氷裏面からの接触面の観察を行った。得られた研究結果は以下の通りである。1.氷とゴムの摩擦に及ぼす温度及び接触圧力の影響天然ゴム(NR)を氷とほぼ0.2MPaの接触圧力で摩擦したところ、-20°Cでは摩擦係数は1.4であり、-15°C、-10°C、-5°C;0°Cと温度が高くなると、それぞれ1.3、0.5、0.3、0.2と低下した。このように-15°Cから-10°Cとにかけての摩擦係数の低下は著しく、また、-5°CかS0°Cにかけては極端に低い値を示している。各摩擦係数は高接触圧力になるほど低下を示し、接触圧力が0.8MPaでは、0.2MPaの値の約半分に低下した。表面観察より、接触面のせん断強さは単調に圧力に比例した。2.氷とゴムとの摩擦に及ぼす摩擦速度の影響-15°C、接触圧力0.6MPaにおいて、摩擦速度0.0415cm/sの範囲で氷と天然ゴムとの摩擦係数を測定した。0.04cm/sの低速では0.4と擦係数は低いが、速度の増加とともに上昇し、4cm/s付近では極大に達し、0.9の値を示した。より高速では摩擦係数は低下し始め、15cm/sでは0.7までさがり、このように氷とゴムの摩擦係数は速度に依存する。3.氷とゴムとの摩擦に及ぼすゴム材質の影響天然ゴム及びブタジエンゴムと氷との摩擦を行ったところ、ブタジエンゴムに比べ天然ゴムの方が-20°Cから-15°Cにおいて摩擦係数は約2倍を示し高いが、-5°Cから0°Cにかけてはあまり差のない低い値を示した。
II-VI,III-V族ワイドバンドギャップ半導体発光デバイスの劣化機構解明と制御

H18年度は本研究で進めてきたワイドギャップ半導体光デバイスの動作劣化の系統的なエージング試験結果、およびミクロ点欠陥の増殖反応をもとに各光デバイス(ZnSe-白色LED,InGaAlN-GaN系青-紫外LED,ZnSSe-PIN光検出素子)の劣化メカニズムの判定とその制御手法の開発を進めた。主要な成果を以下にまとめる:(1)順バイアス(キャリア注入)で動作させるLED, LD素子の劣化の要因はp型クラッド層中のミクロ点欠陥の増殖(大部分は電子的刺激による欠陥増殖)によって生じる。p型での欠陥(アクセプター原子であるN原子の複合欠陥)増殖のドライビング・フォースは欠陥が形成する深い欠陥準位でのREDR効果(電子-正孔・非発光再結合促進反応)であり、この電子的刺激と素子中の歪効果がリンクして欠陥の増殖・移動・凝縮が進行し、素子劣化を引き起こす→対策はp型クラッドでのREDR反応の人口的制御(後述):III)で可能。(2)逆バイアス(高電界下)で動作させるPIN, APD型Photodiodeにおいてミクロ点欠陥は関与しない。この要因は、点欠陥の増殖が全てREDR(少数キャリア注入)反応で生じており、高電界下では欠陥の顕著な増殖・移動は生じないことによる。この幸運は、逆バイアス・高電界動作のワイドギャップ・Photo-voltaic素子の実用化にとって非常に有利となる。GaN系LED(青-白色)の順バイアス動作でのミクロ点欠陥増殖は、ZnSSe系のそれより二桁小さく、数万時間動作でもp-クラッドの劣化は無視できる。GaN系の高輝度LEDのSLOW-MODE劣化は、量子井戸活性層での非発光型点欠陥の増殖が要因となる。欠陥発生のドライビング・フォースはZnSeと同様、REDR効果であることから、その人工的制御が可能である(IIIで記述)。[III]ワイドキャップ半導体の高輝度LED素子(緑-青-白色)の超・長寿命化技術の開発)欠陥増殖の起源となるREDR反応を人工的に制御する「電流パルス幅制御」を見出し、素子動作の飛躍的な長寿命化(15-40倍の寿命改良:ZnSe-白色LED、InGaAlN-GaN紫外LED)を実際の加速・エージング試験で検証した。本手法は、増殖するミクロ欠陥のキャリア捕獲時間(=再結合レート)以内に電流パルス幅を制御して動作させるもので、輝度低下をさせずにLEDの長寿命化(>数万時間)を実現する新手法である。今後の超・高輝度LEDの動作寿命確保に重要な技術となるものと思われる。ZnSe系、およびGaN系発光デバイスのAging-試験(Slow-Mode劣化)とミクロ欠陥挙動本年度は、ZnSe系発光デバイス(_緑色および白色LED)、GaN系紫外LED(AlInGaN-GaN)の詳細なaging-testの実験を行い、素子の輝度・効率劣化について、種々の条件に於ける詳細なデータを収集した。

本aging-testと並行して劣化の原因となるミクロ点欠陥の反応(増殖・拡散+凝縮(マクロなdark-spot化)過程をトレース(in-situ測定)し、以下の知見を得た:発光素子のaging-test過程で、素子のp型クラッド層においてのみ、顕著な欠陥増殖+拡散(活性層側)が発生し、II-VIデバイスでは、それらが活性層で再凝縮してマクロ化(dark-spot化)することを検証。GaN系素子では、暗点形成はなく、微小な暗電流の増加を誘発する。ZnSe, GaN系素子の劣化モードの顕著な差は、:ミクロ欠陥種の反応性(熱-電子的増殖レート)とマクロ-ミクロ欠陥の相互作用(マクロによるミクロの吸収)の強さの明確な差が発現している。(b)ZnSe系白色LEDのミクロ点欠陥の制御I(素子の歪制御)ZnSe系緑色LEDおよび白色LED素子のミクロ点欠陥(HO-Center : N原子複合欠陥)の反応(特に生成過程)は素子加工プロセス(チップ工程と熱処理工程)での加工歪が直接の要因であることを検証した。加工歪を低減したプロセスの改良で、HO欠陥の発生と増殖を90%制御しうることを見出し、素子の実用化への基礎技術(第一ステージ)を確立した。H17年度はII-VI(ZnSSe-系)およびIII-V(GaN-系)LED,LD、PIN,APD素子の動作劣化機構と制御について、ミクロ点欠陥の立場から研究を進めた。以下に得た成果(知見および制御技術)を列記する。1-1.ZnSe系LED(白色)およびLD(青緑色)素子劣化のメカニズムの解明マクロ欠陥が完全に制御(抑制)された高品質・発光素子(LED,LD)の最終劣化ステージ(ミクロ点欠陥によるSLOW-MODE劣化)の劣化機構は異なる2種類の劣化プロセスによることが判明した。*第1ステージは、素子のp型クラッド層(pZnMSSe層)のN原子複合欠陥が電流通電により増殖と拡散(活性層へ)を促進し、量子井戸活性層において凝縮(暗点形成)する機購である。この劣化は、素子作製プロセス(MBE成長)で導入されたミクロ欠陥(N原子(アクセプタ)の複合欠陥:HO中心)が中心的な役割を果たしている。*第二ステージは、暗点の発生がなく、発光エリア(活性層)全体の輝度がゆっくりと劣化するMODEである。このSLOW-MODE劣化(ZnSe系素子の最終劣化ステージ)は、p型クラッド層の有効キャリア濃度の減少として発現する。つまり素子動作においてアクセプタを補償する深いドナー性欠陥の増殖に起因する。現在はこのドナー欠陥の起源とその制御手法の確立に注力している段階である。1-2.ZnSe白色LEDの劣化制御技術の開発上記第1ステージの劣化(HO中心が起源)は、HO中心の欠陥増殖・移動の人工的制御により完全に克服されることが判明した。この技術のポイントは、HO中心の増殖の駆動力となる非発光・電子-正孔再結合を通電する電流のパルス幅により制御する手法である(特許出願)。この技術により、ZnSeLED.LDの暗点発生による素子劣化は完全に制御できることを確認した。また、HO中心は電界印加(逆バイアス素子)では全く増殖せず、PIN,APD素子(逆バイアス型光検出素子)の長寿命動作が実証された。ミクロ欠陥の人口的制御が本質的に素子動作寿命を大幅に改善した実証例と言える。2.GaN-系
顎舌骨筋筋紡錘求心線維の形態学的および電気生理学的特徴について -HRP細胞内標識法による検討-

顎舌骨筋の筋紡錘を支配する三叉神経中脳路核(Vmes)ニューロンの形態的・機能的特徴について以下の如く検討した。顎舌骨筋を支配する顎舌骨筋技への電気刺激、もしくは顎舌骨筋の伸張によって発生する活動電位を指標にして同定される顎舌骨筋筋紡錘VmesニューロンのHRP細胞内標識と、細胞内の電位記録を試みた。しかし、顎舌骨筋筋紡錘Vmesニューロンの数が少なく実験結果の解析は困難を極めた。2)顎舌骨筋枝への組伊注入と電子顕微鏡による観察末梢神経(顎舌骨筋枝)にhorseradish peroxidase-wheatgerm agglutinin(HRP-WGA)を注入することによって標識された顎舌骨筋筋紡錘Vmesニューロンの微細構造、および同ニューロンと顎舌骨筋運動ニューロンとのシナプス接合様式について電子顕微鏡によって観察した。電子顕微鏡による観察では顎舌骨筋筋紡Vmesニューロンの細胞体表面は凹凸不整で、鯨様の突起が多数存在することが明らかになるとともに、この細胞体と他のニューロンの終末とのシナプス接合が観察された。この結果より顎舌骨筋筋紡錘VII訪ニューロンは、上位中枢ニューロンからの入力を受けることが示唆された。また、顎舌骨筋筋紡錘Vmesニューロンと顎舌骨筋運動ニューロンのシナプス接合については、同運動ニューロンの細胞体および樹状突起の両者に観察されたが、その数は少なかった。顎舌骨筋の筋紡錘を支配する三叉神経中脳路核(Vmes)ニューロンの形態的・機能的特徴について、以下の方法によって検討している。顎舌骨筋枝への電気刺激、もしくは顎舌骨筋の伸張によって発生する活動電位を指標にして同定される顎舌骨筋筋紡錘VmesニューロンのHRP細胞内標識と、細胞内の電位記録を試みている。今後は、細胞内標識法によってHRPに標識された顎舌骨筋筋紡錘Vmesニューロンの脳幹における投射部位について、形態学的な解析を行う予定である。2)電子顕微鏡学的観察抹消神経(顎舌骨筋枝)にhorseradesh peroxidase-wheatgerm agglutinin(HRP-WGA)に注入することによって標識された顎舌骨筋筋紡錘Vmseニューロンとその周囲の微細構造について、電子顕微鏡によって観察している。平成9年度の研究成果としては、顎舌骨筋筋紡錘Vmesニューロンが、上位中枢ニューロンなどの他のニューロンからの入力を受けることを示唆する。今後さらに詳細な会席を行い、顎舌骨筋筋紡錘Vmesニューロンの細胞体表面は凹凸不整で、棘様の突起が多数存在することが明らかになるとともに、この細胞体と他のニューロンの終末とのシナプス接合が観察された。この結果は顎舌骨筋筋紡錘Vmesニューロンが、上位中枢ニューロンなどの他のニューロンからの入力を受けることを示唆する。今後さらに詳細な解析を行い、顎舌骨筋筋紡錘Vmesニューロンがどのような入力をうけているかを検討する必要がある。
模擬実験と隕石分析による星間有機物から生命構築分子系への進化シナリオの構築

模擬星間物質に重粒子線などを照射して合成した「模擬星間有機物」と、炭素質コンドライト中の有機物を分析し、両者と生命起源の関連について考察した。模擬星間環境実験では分子量数千の複雑態アミノ酸前駆体が生成する。これが星間や隕石母天体中での放射線・紫外線・熱などでの変性により隕石有機物となったことが示唆された。原始地球へは宇宙塵の形で有機物が供給された可能性が高く、その分析が必要である。宇宙ステーション上で宇宙塵を捕集する条件を検討中である。1.メタノール・アンモニア・水の混合物を凍結したものを模擬星間物質として用い、これに放医研のHIMACからの炭素ビームを照射し、「模擬星間有機物」を合成した。そのキャラクタリゼーション法として、熱分解GC/MS、NMR、ゲルろ過HPLC、MALDI-TOF-MS、加水分解後のアミノ酸分析などの適用を試みた。その結果、星間で分子量数千の複雑な構造を有するアミノ酸前駆体が生成しうることが示唆された。2.隕石中の有機物を計測するシステムを構築した。既存のクリーンベンチを改良し、さらに、これを新規に購入した移動式クリーンルーム内に置くことにより、アミノ酸分析におけるブランクの低減を可能にした.本システムを用いて、海底熱水系より採取したチムニー試料中のアミノ酸や酵素活性の分析を行い、チムニー部位によるアミノ酸や酵素活性濃度の大きな差異があることを見いだした。また、岩石中の複雑有機物の解析法として、固体NMR法や蛍光分析法の適用も検討した。3.紫外線や放射線による有機物の変成を調べる方法を構築した。放射線による変成は、放医研のHIMACからの重粒子線が利用することとし、試みに、タンパク質水溶液への照射し、その変成過程をMALDI-TOF-MSやゲルろ過HPLC法などにより行った。この結果、放射線による変成は熱変成と違う過程を辿ることが示唆された。紫外線照射のためには、ランプを用いるよりは放射光施設を利用する方が定量的に行えることがわかったため、その利用のための打合せを行った。4.星間での不斉の発現を検証するためには、高精度のアミノ酸のエナンチオ分離が不可欠である。このため、クロロホルメイト誘導体化-GC/MS法の高感度化を試みた。また、HPLC法による新規エナンチオ分離のため、AQC誘導体化-逆送HPLC法の適用の可能性について検討した。1.「模擬星間有機物」の作成とその分析:一酸化炭素・アンモニア・水の混合物にヴァンデグラフ加速器からの陽子線を照射し、「模擬星間有機物」を作製した。比較として、一酸化炭素・窒素・アンモニア・水の混合物に陽子線を照射したところ、窒素を加えたことにより、加水分解後により多様なアミノ酸を与えることがわかった。また、メタノール・アンモニア・水の凍結混合物に重粒子加速器HIMACからの炭素線、鉄線等を照射、あるいは分子科学研究所の自由電子レーザを用いた紫外線照射を行い、アミノ酸のエネルギー収率を比較した。2.宇宙・地球試料のキャラクタリゼーション:昨年度作成した隕石有機物の分析のためのクリーン分析システムを利用し,南極土壌を用いた極微量の有機物(アミノ酸・ホスファターゼ)のキャラクタリゼーション法について検討した。フッ酸分解を行うことにより、従来の熱水抽出法よりも多くの有機物を取り出すことができることがわかった。次年度は、隕石分析に本手法を適用する予定である。3.紫外線・放射線による模擬星間有機物の変成:模擬星間有機物、タンパク質(ヒト血清アルブミン)、アミノ酸に(1)HIMACからの炭素線、(2)KEK-フォトンファクトリーからのX線を照射し,その変成過程を調べた。有機物は一般的にγ線よりも重粒子線に対して安定なこと、タンパク質への照射によりアミノ酸残基の分解よりは2,3次構造に大きな影響が出ることなどがわかった。4.円偏光照射実験:DL-イソバリン水溶液に自由電子レーザからの円偏光紫外線を照射したところ、主要分解生成物がアラニンであることがわかった。また、不斉分解の検証のため、HPLCおよびGC/MSを用いた新たなエナンチオ過剰測定法を検討した。今後、生成物のD/L比を測定することにより不斉創生の可能性を検証する。1.「模擬星間有機物」の作成とその分析:一酸化炭素・アンモニア(または窒素)・水の混合物にヴァンデグラフ加速器(東工大)またはTIARAタンデム加速器(原研)からの陽子線を照射したもの(CAW(CNW)と略記)および、メタノール・アンモニア・水の凍結混合物に重粒子加速器HIMACからの重粒子線を照射したもの(MeAWと略記)を「模擬星間有機物」とした。これらはいずれも加水分解によりアミノ酸を与える「アミノ酸前駆体」である。

2.隕石中アミノ酸の抽出・分析:マーチソン隕石(CM2)から熱水でアミノ酸を抽出した残渣をフッ酸分解し,アミノ酸を分析したところアミノ酸が検出された。つまり隕石中に熱水抽出で出てこないアミノ酸が多く含まれることがわかった。3.紫外線・放射線・熱等による模擬星間有機物の変成:模擬星間有機物(CAW)および遊離アミノ酸に(1)HIMACからの炭素線照射、(2)分子研UVSORII-FELからの紫外線照射(3)宇宙研レールガンを用いた高速衝突。(4)フローリアクターを用いた200-400°Cでの加熱を行った。いずれの実験においても,CAW(複雑なアミノ酸前駆体)は遊離アミノ酸よりも高い安定性を示した。変成過程の追跡法として熱分解GC/MSやNMR法の検討も行った。4.惑星間塵捕集法の検討:宇宙ステーション曝露部で直接惑星間塵を捕集し,有機物を分析する計画を立てた。高速で飛来するダストを低密度シリカゲルで捕集する予備実験として二段式軽ガス銃でマーチソン隕石やアミノ酸を吸着したシリカゲルを高速で飛ばしたものを捕集した。隕石中のアミノ酸>シリカゲルに吸着させたアミノ酸>アミノ酸粉末の順に回収率が高く,惑星間塵中の複雑態アミノ酸(前駆体)が捕集・分析可能なことが示唆された。1.「模擬星間有機物」の作成とその分析:一酸化炭素・アンモニア(または窒素)・水の混合物にヴァンデグラフ加速器(東工大)またはTIARAタンデム加速器(原研)からの陽子線を照射したもの(CAW(CNW)と略記)および、メタノール・アンモニア・水の凍結混合物に重粒子加速器HIMACからの重粒子線またはTIARAサイクロトロン(原研)を照射したもの(MeAWと略記)を「模擬星間有機物」とした。これらはいずれも加水分解によりアミノ酸を与える「アミノ酸前駆体」である。2.隕石および南極土壌中アミノ酸の抽出・分析:マーチソン隕石(CM2)および南極昭和基地周辺土壌から熱水でアミノ酸を抽出した残渣をフッ酸分解し,アミノ酸を分析したところアミノ酸が検出された。つまり隕石や土壌中に熱水抽出で出てこないアミノ酸が多く含まれることがわかった。また、超低密度シリカゲルにより、宇宙ステーション曝露部で惑星間塵を採取するための実験条件の検討を行った。3.放射線や水熱反応による模擬星間有機物の変成:分子雲で生成した複雑有機物の星間や隕石母天体中での変成過程を調べるため、模擬星間有機物(CAW, CNW, MeAW)に(1)HIMACからの炭素線照射、(2)TIARAサイクロトロンからの陽子線(3)オートクレーブ中での水熱反応、(4)フローリアクターを用いた200-400°Cでの水熱反応を行った。いずれの実験においても,複雑なアミノ酸前駆体は遊離アミノ酸よりも高い安定性を示した。また、TEMでの観察により、CNW乾燥物中に微小な構造体が見られたが、水熱変成によりその構造変化が観察された。4.以上の結果から、分子雲で生成した高分子量複雑有機物が星間および隕石母天体中での変成を受け、隕石有機物や彗星有機物に進化した、というシナリオが示唆された。模擬実験生成物と隕石有機物とは、芳香族化合物の割合などが異なるが、これは分子雲中の炭素粒子の寄与や、放射線や水熱反応での芳香族化などによるものと推定された。
組織間のXMLデータの流通を促進する「スキーマ部品」データベースの研究

本研究課題では、開かれたネットワーク環境におけるデータ交換や流通、再利用を促進する「公開型データ」の実現に取り組んでいる。本年度は、前年度に開発した「スキーマ部品化」の基礎理論をよりシステム的な側面から検証を行い、理論の精錬と応用システムの探求を行った。成果は、以下の3点に大別することができる。データタイプのオントロジー化.データタイプは、スキーマ定義からオントロジー技術まで広く受け入れられたスキーマ部品である。我々は、データタイプとそのタイプ変換からフォーマルオントロジーシステムを構築することが可能であることを発見した。このシステムを用いることで、データタイプの共有、拡張性、更に相互運用性は大きく向上する。概念アウェアなWebサービス.Webサービスは、モダンなデータ交換システム(データ指向の分散コンピューティングシステム)のアーキテクチャであり、Web上の多様性に対する意味相互運用性の向上が成功の鍵である。我々は、スキーマ部品化の理論をWebサービスで十分に扱うことが可能な程度の単純さで適用し、交換されるメッセージの概念を解釈し、自動的にデータ翻訳を行う新しいタイプの翻訳器を開発した。意味的なクエリーを可能にするストレージ.データ表現における意味的なギャップは、データ(記述者)とその利用者の間にも存在する。データとクエリー間のギャップを解消しながら、大量のデータを処理するストレージが必要となる。我々は、データタイプの同値類からストレージを構成する手法を提案し、その予備的な検証として数十万オーダーのデータセットによるパフォーマンス評価を行った。
南海トラフ巨大地震に備えた津波避難ビル指定の有効性に関する研究

2018年度には、費用的には新たな研究に必要な機材(パソコン)と徳島市への出張(1泊2日)の旅費が中心であった。徳島市では1泊2日で、徳島市、徳島県の防災関係者に会うことができ、津波避難ビルも約20棟、現地見学を行った。徳島市は、東日本大震災のあと2年のうちに、(大阪市に次いで)全国で二番目に多い数の津波避難ビルを指定している。その経緯と、現状の課題を伺うことが目的であり、なぜ多くの津波避難ビルを短時間に指定できたか、その理由がわかった。また現在最も頭を悩ましている(内閣府の)指定基準の見直し問題も、直接伺うことができた。初日(8月30日)の午後は、内町地区と昭和地区の津波避難ビルを、8月31日の午前には西富田地区と新町地区の津波避難ビルを訪問した。合計で約20棟に上るが、管理者から直接話を伺えたのは、そのうちの1棟(新町コミュニティセンター)であった。この調査の結果は、本年度開始の科研費C(代表者、安藤)に基づくものであり、今後その成果を発表していく。初年度である2018年度は、過去に収集していた津波避難ビルの情報と、まずは徳島市を例に比較を行った。ハザードマップや地域防災計画から得られる情報に加え、直接指定担当者からヒアリングを行うことにより、より詳細な実態が分かった。徳島市以外の自治体でも、同様の課題を抱えているのか、2019年度以降調査を実施する。特に、2017年に内閣府・国土交通省が示した新たな指定のガイドラインで、指定する津波避難ビルが津波による水平力を受けても倒壊しないことの確認が求められている。2019年度には、徳島市に加え、数の上で指定した津波避難ビルが最も多い大阪市、想定津波浸水深が10mを超える、和歌山県、三重県、徳島県、高知県などの沿岸市町村の実態を調査する予定である。また、同時に有効性を分析する指標を検討し、一棟当たりの収容人数などを用いて分析を行う。調査旅費として徳島市で使用したほか、他の南海トラフ沿岸市町村へは2019年度以降において調査する予定であるため。
Benzodifuran環系幻覚薬の分析び代謝に関する研究

標準品の合成は、Pizarroらが報告している合成法を一部改良することで効率的に合成する事ができた。また、合成した標準品を用いて、生体資料への応用も考慮し、法化学分野で汎用されるガスクロマトグラフィー質量分析(GC-MS)及び液体クロマトグラフィー質量分析(LC-MS)による高感度分析法を検討した。GC-MSでは、遊離塩基のままでも分析が可能であるが、無水トリフルオロ酢酸を用いたトリフルオロアセチル(TFA)化を行う事でピーク形状が飛躍的に向上し、高感度分析が可能であった。ただし、無水トリフルオロ酢酸を用いたTFA化を行なう場合、通常の覚せい剤等フェネチルアミン類のTFA化を行なう方法では、FLY類が脱水素反応を受けて対応するDragonFLY類に一部変化してしまう現象が見られたが、トリエチルアミンを加えることで分解を抑制する事が可能であった。一方LC-MSでは、フェニルtypeのカラムを使用しグラジエント分析することで6種類を完全にbase line分離が可能となった。また、分析時の分解等の心配もないことから、(Benzodifuranyl)aminoalkane類の分析にはGC-MSよりむしろLC-MSの方が適していると考えられ、LC-MS-MSを使用することでより選択的かつ高感度分析が可能であり、生体資料の分析に適していると考えられる。今後は予想される代謝物の合成も試みる。
石灰化球とその形成に関与する非コラーゲン性蛋白質の分析学的及び免疫組織学的研究

哺乳類において、外套象牙質の石灰化は基質小胞による石灰化であるが、それ以外の髄周象牙質の石灰化はコラーゲン線維に関連する石灰化様式で形成される。歯冠部の象牙前質において、球状の石灰化球が認められた。歯根部の根尖側の象牙前質では石灰化球は認められず、石灰化したコラーゲン線維が観察された。石灰化球の発達や分布に種差が見いだされた。ヒトやウシなどの有根歯の歯根部とラットやウサギなどの無根歯のセメント質に覆われる舌側部とでは、歯冠部より、石灰化球の形態や大きさが大きく異なっていた。有袋類オポッサムでは歯頸部周囲のみに石灰化球がよく発達していた。爬虫類ワニでは、石灰化球の大きさは哺乳類のものより小型であり、表面に線維状の構造が観察された。ヒト、ウシ、オポッサムの石灰化球のCa/P比では歯冠部と歯根部で有意の差が見出された。無根歯であるラットやウサギ、あるいは多生歯のワニでは差異が見出されなかった。歯の形成機構の違いが石灰化球の形態形成に関与すると考察される。石灰化球の形態形成を分析電子顕微鏡で検索した結果では、石灰化球の形成には、カルシウムやリンの主要な元素以外のMg,S,K,Alの元素が微量に検出された。石灰化球の形成には、カルシウムやリンの主要な元素以外の微量な元素のうち、特にMgが重要な役割を持つことが分析電子顕微鏡の観察から明らかになった。Mgは象牙質のアパタイト結晶の物理化学的安定性に寄与し、石灰化球の形成初期に多く検出された。これは石灰化球の形態形成初期の核形成に関与すると思われる。また、Sの局在は石灰化球中に非コラーゲン性蛋白質であるプロテオグリカンの存在を意味すると考察される。プロテオグリカン内の硫酸基のSが検出されたと判断される。ワニの石灰化球は小さく、歯頸部から歯根部にSが分布していた。プロテオグリカンはコラーゲン線維形成に関与し、さらにCaと親和性があることから、石灰化球の形成を制御すると考察された。ヒト臼歯を抗ヘパラン硫酸抗体で染色した場合、冠部歯髄と根部歯髄で免疫反応態度が異なっていた。この所見は歯冠部と歯根部での石灰化球の形態や発達程度の相違と関連があると考察される。歯冠の象牙前質においては、象牙質が形成されつつある部位でよく反応が見られた。石灰化前線には石灰化球が存在しており、石灰化球の形成とヘパラン硫酸の局在に関連があることが示唆された。

石灰化前線には石灰化球が存在しており、石灰化球の形成とヘパラン硫酸の局在に関連があることが示唆された。外套象牙質の石灰化は基質小胞による石灰化であるが、それ以外の髄周象牙質の石灰化はコラーゲン線維に関連し、球状石灰化,板状石灰化,あるいは鐘状石灰化による。歯冠象牙質では球状石灰化が優位である。ヒトやウシなどの有根歯の歯冠部とラットやウサギなどの無根歯のエナメル質で覆われる唇側部では、球状石灰化による石灰化球の形態や大きさが異なっていた。歯根象牙質は板状石灰化が優位である。ヒトやウシなどの有根歯の歯根部とラットやウサギなどの無根歯のセメント質に覆われる舌側部とでは、歯冠部より、石灰化球の形態や大きさが大きく異なっていた。特にヒトでは根尖部で石灰化球は観察されず、石灰化した基質線維のみが認められた。原始的な有袋類のオポッサムでは歯頸部周囲のみに石灰化球がよく発達していた。爬虫類のワニでは、石灰化球の大きさは哺乳類のものより小さかった。石灰化球の形態形成を分析電子顕微鏡で検索した結果では、石灰化球の形成には、カルシウムやリンの主要な元素以外の微量な元素が重要な役割を持つことが判明しており、本研究ではMg,S,K,Alなどの元素が微量に検出された。Sの局在は基質形成に寄与する非コラーゲン性蛋白質であるプロティオグリカンとの関連において、重要である。Ca/P比において有根歯では歯冠部で高い値を示し、歯根部で低い値を示すことが判明し、無根歯では差があまり明瞭な差がなかった。さらに石灰化球の結晶形成を探るために、高分解能X線回折法で検索した。無根歯のラットやウサギの切歯のエナメル質で覆われる唇側とセメント質に覆われる舌側では結晶の配向性に差異が見出され、舌側で基質線維の配列に平行な配向性が見出された。象牙芽細胞の形態や活性、あるいは象牙前質の微小環境が石灰化球の形態及び化学組成、結晶の配向性、基質線維の方向性、さらに石灰化様式を決定することが示唆され、今後さらに詳細に検索していきたい。石灰化球の発達や分布に種差が見いだされた。有袋類オポッサムでは歯頸部周囲のみに石灰化球がよく発達していた。ヒト歯根部の根尖側では石灰化球は認められず、石灰化したコラーゲン線維が観察された。爬虫類ワニでは、石灰化球の大きさは哺乳類のものより小型であり、表面に線維状の形態が観察された。2生歯性のヒト、ウシ、オポッサムの石灰化球のCa/P比において歯冠部と歯根部で有意の差が見出された。無根歯のラットやウサギ、あるいは多生歯のワニではCa/P比に差異が見出されなかった。歯の形成機構の違いが石灰化球の形態形成に関与すると考察される。石灰化球の形成には、カルシウムやリンの主要な元素以外の微量な元素が重要な役割を持つことが分析電子顕微鏡の観察から明らかになった。そのうちSの局在は石灰化球中に非コラーゲン性蛋白質であるプロテオグリカンの存在を意味すると考察される。ワニの石灰化球は小さく、歯頸部から歯根部にSが分布していた。プロテオグリカンはコラーゲン線維形成に関与し、さらにCaと親和性があることから、石灰化球の形成を制御すると考察された。顕微レーザーラマン分光法において、タイプIコラーゲンに起因するラマンスペクトルが検出された。しかし、非コラーゲン蛋白質に起因するラマンスペクトルはまだ見いだされなかった。石灰化球形成におけるプロテイオグリカンの関与に関して、現在免疫組織化学的手法を用いて引き続き検索中である。X線回折法において、歯冠象牙質では無配向であった。エナメル質が覆う象牙質では結晶の配向性が球状石灰化により不規則になると考察される。歯根象牙質では配向性が認められた。舌側象牙質では成長線が明瞭に認められ,結晶の配向は成長線の方向やコラーゲン線維の配列と平行であった。ワニの歯では、歯冠部では成長線が明瞭であり,結晶の配向性が認められた。
環境にやさしい粘弾性ゲルの形成に関する研究

低分子量の界面活性剤が形成する「ひも状」ミセルは、一つ一つの構成分子が離合集散を繰り返す動的な分子集合体である。そのため、通常の高分子溶液とはストレスに対する応答特性を異にしており、新しいソフトマテリアルとしての利用が期待されている。本研究では、天然由来の非イオン性界面活性剤に、界面活性剤助剤と呼ばれるもう一種類の天然界面活性剤あるいは油やアルコールを共存させることで、水をベースとした粘弾性流体の調製をめざしている。今年度は界面活性剤としてポリオキシエチレンコレステリルエーテル(ChEO20)を利用し、その水溶液に界面活性剤助剤としてラウロイルジエタノールアミド(L-02)あるいはポリオキシエチレンドデシルエーテル(C12EOm、m=3ないし4)を添加することでひも状ミセル溶液を得てきた。L-02とC12EOmはいずれも親油的な非イオン性界面活性剤であり、ChEO20の球状ミセルを一次元的に成長させ、極めて長いひも状ミセルに構造変化させる。その結果、長く成長したひも状ミセルは互いに絡み合い、高い粘弾性を発現した。また、小角X線散乱測定と低温透過型電子顕微鏡観察により、粘弾性挙動とひも状ミセル構造との間には強い相関性があることを明らかとした。ここで得られた知見は理学的に興味深いばかりでなく、高い生分解性や生体適合性、さらにはイオン強度の変化に対する鈍感性などが要求される香粧品やパーソナルケア製品分野での基盤技術として有用である。そのため、通常の高分子溶液とはストレスに対する応答特性を異にしており、新しいソフトマテリアルの一つとして研究が進められている。本研究課題では、生体適合性や生分解性に富む「グリーンな界面活性剤」による粘弾性流体(ひも状ミセル)の調製を目指している。具体的には、グリーンな界面活性剤の水溶液に第三物質(界面活性剤、油、アルコール等)を添加することで、水をベースとした粘弾性流体を得ていく方針である。すなわち、形成される分子集合体の曲率を第三物質の添加により如何に制御していくかがポイントとなる。今年度はオキシエチレン鎖を親水基、コレステロールを疎水基として有する非イオン性の界面活性剤(ChEO20)に着目した。コレステロールは天然由来の物質であり、ChEO20もグリーンな界面活性剤と捉えることができる。この界面活性剤は水中で、球状ミセル相の濃度領域を経てミセル状キュービック相に相変化する。ここにアルカノールアミドの一種(C-11S)を添加すると、C-11SはChEO20の分子集合体中に可溶化され、球状ミセルからロッド状ミセルへの構造変化を引き起こした。結果として、ChEO20/C-11S/水の三成分混合系は、目的とする粘弾性流体になることが、動的粘弾性と小角X線散乱法(SAXS)による測定から明らかとなった。このような検討から得られる知見は、食品、化粧品、パーソナルケア商品等の処方に際し有益な学術情報となる。