hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
非生理的人工循環に対する生体の順化-分子生物学的手法を用いた適応機序の解明

慢性実験に先立ち、大動物の急性実験を行い人工循環の拍動性が局所の循環調節に及ぼす影響について実験を行った。雑種成犬13頭を用い、左心補助人工循環モデルを作成。拍動流、無拍動流での局所循環調節能を検討し以下の結果を得た。1)無拍動流と比較して拍動流では血管内皮由来NO生産量は多く、末消血管抵抗は低値を示した。またNO産生阻害剤(L-NAME)による末消血管抵抗増加率は拍動流において顕著に認められた。2)reactive hyperemia(大腿動脈を20秒遮断後し、遮断解放後の血流変化)ではpeak flow(血流の最大値)は差がないものの、hyperemiaの時間、その間の血液量は無拍動流と比較して拍動流で多く、血管内皮由来NO関与が認められた。3)拍動流及び無拍動流においてepinephrine,norepinephrine,Angiotenisne II濃度に有意差は認められなかった。ヒト内皮培養細胞を用いたin vitroの実験にいける内皮細胞のNitric Oxide産生能の報告はあるが、in vivoにおける実験は報告がない。慢性実験に先立つ急性実験にて本研究の実験系は確立された。今回の結果をふまえて、慢性実験における更なる実験成果が期待できる。血流の拍動性が末梢血管内皮細胞の局所循環調節機能に及ぼす影響について1.同一の体血流量(80ml/kg/min)では拍動流の方が無拍動流に比べ末梢血管抵抗は低く、大腿動脈血流は多い傾向を示した。また血中の血管内皮由来一酸化窒素(EDNO)の代謝産物であるNOx濃度は拍動流で高いことから、強力な血管内皮由来の拡張物質であるEDNOの血流刺激による放出が無拍動流で低下しており、これが無拍動流での末梢血管抵抗の上昇に関与している可能性が示唆された。2.末梢血管抵抗、血中乳酸濃度、酸素消費量は90ml/kg/minの高流量では拍動流、無拍動流で大きな差はなかったが、70ml/kg/min以下の低流量では拍動流の方がより有利に末梢循環を保持することが示された。以上の結果は慢性、覚醒下でのデータであるが、いずれも完全人工循環後24時間以内のものであり、それ以降の変化、生体の無拍動流への適応過程は観察されていない。そこで現在、無拍動流への経時的適応を分子生物学的に検討するため、血管内皮細胞及び血小板中のEndothelium type constitutive nitric oxide synthase(eNOS)のmessenger RNA発現量をRT-PCR法、Northern blotting法を用いて測定する評価法を確立させている。さらに来年度はColored microsphereを用いた血流分布評価、肺機能、腎機能など各臓器機能の変化も経時的に検討し、非生理的人工循環への生体の適応過程を調べていく予定である。慢性実験に先立ち、大動物を用いた急性実験において人工循環の拍動性が血管内皮由来NO産生に及ぼす影響について拍動の頻度、脈圧の程度に分け検討を行った.雑種成犬10頭を用い、左房一左室脱血、胸部下行大動脈送血で左心補助人工循環を作成.遠心ポンプと空気駆動拍動ポンプを直列に接続.ポンプ流量を一定とし以下の実験を行った。(1)脈圧を50mmHgに固定し、拍動数を0,30,60,120/minと変化させ血行動態の変化および血中NO^2-/NO^3-濃度を測定した.(2)拍動数を120/minに固定し、脈圧を0,20、50mmHgと変化させ同様の測定をした.これらを(1)合成酵素阻害剤(L-NAME)の投与前後で比較した.また血圧および血流の最大変化率を求め比較した.この結果拍動数および脈圧の増加に伴い灌流圧および体血管抵抗値は有意に低下.血中NO^2-/NO^3-濃度は増加を示した.L-NAME投与により拍動数および脈圧の変化に伴う血行動態は有意に抑制された.

これにより、体血流における拍動の頻度は独立した血管内皮由来NO産生刺激因子であり、脈圧の増加による血管内皮由来NO産生作用はそれに伴う血流変化速度の増大が影響しているものと考えられた.ヒト内皮培養細胞を用いたin vitroの実験にいける内皮細胞のNitric Oxide産生能の報告はあるが、in vivoにおける実験は報告がない.慢性実験に先立ち急性実験にて実験系は確率された.今回の結果をふまえて、慢性実験における更なる実験成果が期待できる.
超高圧を用いるα,α-ジ置換グリシンおよびそれらを含むペプチドの合成

α,α-ジ置換グリシンのなかでも持に嵩高いα,α一ジイソプロピルグリシン(Dip)およびα,α一ジフェニルグリシン(Doh)を含むペプチドの、主にUgi反応を用いる合成を超高圧(9kbar)および常圧の条件下で検討した。1.ジイソプロピルケトンとベンジルアミンとのシッフ塩基と数種のZ-アミノ酸およびイソシアノ酢酸メチルを超高圧下で縮合させ、初めてDip残基を含む数種のトリペプチドの合成に成功した。種々の条件検討の結果、超高圧下と比較して収率はやや劣るものの常圧下でもDip含有ペプチドを簡便に得ることができることを明らかにした。2.上記Dip含有トリペプチドからのN-ベンジル基の接触水素化分解による除去は、子想外の双環性アシルアミジンを与えた。N-ベンジル基除去の問題は未解決であるが、このヘテロ環系の生成も興味深いものであるので今後の課題にしたい。3.上記シッフ塩基、蟻酸、およびシクロヘキシルイソシアニドの縮合生成物から酸水解および接触水素化分解により好収率でDipを初めて得ることが出来た。このDipのN端およびC端の反応性を検討した。ただし、超高圧下でもほとんどの場合目的物は得られなかったが、超高圧下でHCI/MeOHを作用させた場合にDip-OMe・HCIが10%の収率で得られた。4.上記と同様のUgi反応でイソシアノ酢酸メチルを用いた縮合生成物からの接触水素化分解で初めてDip含有ジペプチド(HCO-Dio-Gly-OMe)を得ることが出来た。5.ジフェニルメタンイミンを用いるUgi反応により種々のDph含有トリペプチドを合成できた。そのうち6種についてX線結晶構造解析をした結果、そのうち3種は従来の説とは異なりβ-ターンをとっていることが判明した。6.シクロヘキサノンオキシムを用いるUgi反応によりN-ヒドロキシトリペプチドを合成でき、それからケン化および縮合によりN-ヒドロキシテトラペプチドに導くことが出来た。α、αージ置換グリシンの中でも特に嵩高いα、αージイソブロピルグリシン(Dip)およびα、αージフェニルグリシン(Dph)を含むペプチドを、9千気圧の超高圧下にUgi反応を行なうことにより合成することを検討した。主な成果は次の通りである。1.ジイソプロピルケトンとベンジルアミンより予めシッフ塩基を調製し、これとZーValおよびイソシアノ酢酸メチルを超高圧下で縮合させ、初めてDipを含むトリペプチドの合成に成功した。溶媒や濃度等の条件検討を行ない、最高61%の収率を達成できた。2.上記のシッフ塩基にギ酸とシクロヘキシルイソシアニドを超高圧下で反応させることにより、Dip誘導体を71%の収率で得ることができた。この誘導体を加水分解および加水素分解することにより、Dipを遊離のアミノ酸として得ることにも初めて成功した。これは今までに合成できたアミノ酸の中では最も側鎖が込み合っているものであると考えられ、今後、このアミノ酸の化学に関する研究を展開してゆくつもりである。3.シッフ塩基としてジフェニルメタンイミンを用いて種々のZーアミノ酸およびイソシアニドと超高圧下に反応させ、Dphを中間に含むトリペプチドを好収率で合成することに成功した。

この場合、Zーアミノ酸およびイソシアニドが比較的嵩高くない場合は常圧下でもほぼ同程度の収率であり圧力効果は認められなかったが、大変嵩高いα、αージ置換グリシンが連なったトリペプチドの合成の場合はやはり超高圧による加速効果が認められた。たとえば、ZーDph、ジフェニルメタンイミンおよびDphから誘導させたイソシアニドのUgi反応では(Dph)_3誘導体が常圧で10%しか得られなかったが、9千気圧では48%の収率であった。4.前記の方法を応用して、鎮痛活性物質エンケファリンおよびデルモルフィンのDph置換アナロ-グの合成にも成功した。α,αージ置換グリシンのなかでも特に嵩高いα,αージイソプロピルグリシン(Dip)およびα,αージフェニルグリシン(Dph)を含むペプチドの合成について、超高圧および常圧の条件下での検討を行なった。今年度の主な成果は次の通りである。1.ジイソプロピルケトンとベンジルアミンとシッフ塩基とVal、Leu、Ala、Glyなど数種のZーアミノ酸およびイソシアノ酢酸メチルを9kbarの超高圧下で縮合させ、Dip残基を含む数種のトリペプチドの合成に成功した。種々の条件検討の結果、高濃度での反応により超高圧下と比較してやや劣るものの常圧下でも中程度の収率で目的物が得られ、Dip含有ペプチドを簡便に得ることができることが明らかになった。2.上記Dip含有トリペプチドからのNーベンジル基の除去を接触水素化分解により行なったが、目的物が得られず予想外の双環性アシルアミジンが中程度の収率で得られた。このヘテロ環系の生成は興味深いものであり、Nーベンジル基の除去の問題と共に今後さらに検討したい。3.DipのN端およびC端の反応性を検討したが、超高圧下でもほとんどの場合目的物は得られず、わずかに9kbarでHCl/MeOHを作用させた場合にDip-OMe・HClが10%の収率で得られたに過ぎなく、非常に反応性が低いことが明らかになった。4.蟻酸、上記塩基、およびイソシアノ酢酸メチルの縮合生成物からの水素化分解で初めてDip含有ジペプチド(HCO-Dip-Gly-OMe)が得られた。5.昨年度得られたDph含有トリペプチドのうち6種についてX線結晶構造解析ができた。その結果、そのうち3種は従来の説とは異なりβ-ターンをとっていることが判明した。6.シクロヘキサノンオキシムを用いるUgi反応によりNーヒドロキシトリペプチドを合成でき、それをケン化および縮合によりNーヒドロキシテトラペプチドに導くことが出来た。
シクロデキストリンを有する新規ポリマーゲルの開発

先ず、モノアミノ化したα、β、及び、γ-CDとPEGジカルボン酸を用いたトポロジカル・ブランチポリマーの合成とその構造解析を行った。CDの種類に関わらず、モノアミノCDと分子量3000のPEGジカルボン酸の縮合生成物中には、PEGの両末端をCDで修飾しただけのダンベル型分子のほかに、CDがPEGを「疎」に包接して架橋点となっているトポロジカル・ブランチポリマーが含まれていることを明らかにした。また、縮合生成物のGPC溶出曲線を波形分離して、全縮合生成物中の架橋高分子の割合、縮合生成物中の架橋点として関与しているCDの割合、PEG鎖1本を包接しているCDの平均分子数を定量的に評価する方法を確立した。いずれのパラメータも縮合反応時のモノアミノCDとPEGジカルボン酸の濃度が高いほど高い値を示したことから、トポロジカルな架橋点の形成、即ち、「疎」なモノアミノCD/PEGジカルボン酸包接形成は平衡反応に支配されていることを明らかにした。次に、得られた縮合生成物中のCD/PEG分子内包接構造について調べた。低分子化合物とCD間の包接複合体形成に関わる結合定数の定量法を応用して縮合生成物中の空のCDを定量する方法を確立し、縮合生成物中のCD分子の状態を、架橋点形成CD、分子内包接CD、空のCDに定量的に分類した。さらに、縮合生成物中のトポロジカル架橋点数の、PEG分子量に対する依存性を評価した。縮合反応において、PEGの分子鎖数は一定にし、EGユニットの濃度を分子量と比例して変化させたところ、PEG分子量の増大とともに縮合生成物中のトポロジカル・ブランチポリマーの割合の増加が示唆されたことから、「疎」なCD/PEG包接複合体形成能がPEGの分子鎖末端数ではなく、繰り返し単位であるエチレングリコール(EG)ユニットの濃度に依存することがわかった。縮合反応におけるジアミノCDとPEGジカルボン酸濃度を高くすることによりゲル化が見られたことから、ジアミノCD/PEGジカルボン酸包接化合物形成がゲル化に寄与していることがわかった。また、得られたゲルは水だけでなく、ジメチルホルムアミド、クロロホルム中でも膨潤することを明らかにした。D-グルコースの環状オリゴ糖であるシクロデキストリン(cyclodextrin ; CD)とポリエチレングリコール(polyethyleneglycol ; PEG)から合成される高分子化合物の構造解析を目的として行った。CDは溶液中でPEGと包接化合物を形成し、ロタキサンを形成することが報告されている。従って、アミノ基を導入したCDと両末端にカルボキシル基を導入したPEGを溶液中で縮合した場合、両者から成る包接化合物はアミノ基とカルボキシル基を有することが予想され、包接化合物間で縮合反応が起こると、CD分子が動く架橋点となる高分子化合物が生成することが考えられた。このような、動く架橋点を有するポリマーは現在までにほとんど合成されておらず、構造を詳細に明らかにすることは大変興味深い。我々が、アミノ基を1つ導入したαCD(NH_2-αCD)と両末端にカルボキシル基を導入したPEG(PEG-diCOOH)を縮合することにより得た縮合生成物中には、CD-PEG包接構造が含まれ、分子量が増加した高分子化合物が含まれていることが見出され、溶液中でNH_2-αCDとPEG-diCOOHが包接化合物を形成したことが分かった。また、アミノ基を2つ導入したαCD(diNH_2-αCD)PEG-diCOOHを縮合すると透明なゲルが得られた。得られたゲルは、水中で膨潤し、60°C100°Cで加熱するとゾル化し、2度とゲルには戻らない物理ゲルであった。diNH_2-αCDとPEG-diCOOHが包接化合物を形成すると、2個以上のアミノ基と2つのカルボキシル基を有する包接化合物であるため、3次元ネットワークの形成がゲル化の主要因であると考えられたが、もし、ネットワークが形成されていればポリアクリルアミドゲルに代表される化学ゲルと同等の構造を有するので、アミド結合が切断しない限りゾル化は考えにくい。ゲル構造の詳細については現在検討中である。

低分子化合物とCD間の包接複合体形成に関わる結合定数の定量法を応用して縮合生成物中の空のCDを定量する方法を確立し、縮合生成物中のCD分子の状態を、架橋点形成CD、分子内包接CD、空のCDに定量的に分類した。さらに、縮合生成物中のトポロジカル架橋点数の、PEG分子量に対する依存性を評価した。縮合反応において、PEGの分子鎖数は一定にし、EGユニットの濃度を分子量と比例して変化させたところ、PEG分子量の増大とともに縮合生成物中のトポロジカル・ブランチポリマーの割合の増加が示唆されたことから、「疎」なCD/PEG包接複合体形成能がPEGの分子鎖末端数ではなく、繰り返し単位であるエチレングリコール(EG)ユニットの濃度に依存することがわかった。縮合反応におけるジアミノCDとPEGジカルボン酸濃度を高くすることによりゲル化が見られたことから、ジアミノCD/PEGジカルボン酸包接化合物形成がゲル化に寄与していることがわかった。また、得られたゲルは水だけでなく、ジメチルホルムアミド、クロロホルム中でも膨潤することを明らかにした。
人間・機械・環境系に関する基礎的研究

本研究は人間・機械・環境系、特に機械系を二輪車とした解析の有効手段と考えられるドライビング・シミュレ-タ計画にあたり基礎資料作成の為に実施された。実施にあたり操縦者が二輪車に与える制御入力を明かにする点、および操縦者へ与えられる各種情報の2点に注目した。1.操縦者の制御入力操縦者が二輪車に与える各種入力を実車走行実験、台上実験を行なうことにより明らかにし、次の結論を得た。・操縦者が与える入力のうち、ハンドルトルク入力が卓越して大きい影響を与える。次に操縦者のx軸回り姿勢変化が大きく他は非常に小さい。・台上試験装置を作成し、その結果より操縦者の姿勢変化と重心点に与える各軸回りのモ-メント及び横力の関係を明らかにした。・上記を入力とする二輪車の運動方程式(4自由度)を誘導した。2.操縦者への各種入力情報操縦者へ与えられる各種情報を検討するため、実車走行実験および簡易型ドライビング・シミュレ-タを作成しこれを用いた。シミュレ-タの構成は画像投影部、演算処理部、及び塔載部分よりなり、また演算処理および制御には32ビットパ-ソナルコンピュ-タを使用した。・被験者に与える模擬加速度をジミュレ-タ本体の傾斜もしくは移動により作り出すが、本研究では実車走行実験によりその加速度を明かにすると共に前後方向および横方向における運動開始時点の瞬間回転中心を求めた。これによりシミュレ-タ本体制御用の基礎資料が得られた。・簡易型シミュレ-タ制御用プログラムは将来の拡張性を考慮してC言語で記述した。画像はサイクル速度を上げるために線画とし、1演算サイクルを71ms程度におさえ、8名による官能試験の結果作画速度に関する問題は特に指摘されない程度の連続画が得られた。本年度行なった研究概要を交付申請書の実施計画の順に記載し,また新たに付加した研究内容は関係項目の後に記載する.1.人間の視覚情報および環境場の検討本項目では既存の実験用二輪車を本研究用に改造し,二輪車上の人間の操縦姿勢の計測,人間の各部および車体の加速度の計測,人間の頭部および車体にビデオカメラを設置し視覚情報の計測を可能とした.この結果操縦時の人間は,頭部をほぼ地面と水平に保っており(本実験では対地車体角±22度に対し頭部角±4度程度),このため頭部にかかる横向加速度が他に比べ非常に大きくなっていることが分かった(肩,腰部に比べ3倍程度).そこでドライビングシミュレータ作成時に人間の各部に異なった加速度場を与える必要があり,視覚情報との関連を十分に検討する必要がある.2.人間の入力検討(当初昭和63年度の計画)ドライビングシミュレータ作成時に人間の入力をどの様に計測するかが問題となる.そこで台上試験装置を製作し,上記項目で計測した人間の操縦姿勢変化を台上で再現し,重心点回りモーメントおよび横力の計測を行った.またこれらから得られた結果を基に,これらモーメントおよび力の影響を計算モデルを用い把握した.なお本項目の次年度以降の課題として台上試験装置の計測周波数帯の拡大が上げられる.3.パーソナルコンピュータによる連続画像の検討単純な線画ではある程度の連続画像を作成可能であるが,二輪車操縦時の人間が違和感がない程度の画像の連続作成は現段階では行なえていない.次年度使用言語の検討をも含め,このプログラムの全面改良が必要である.なお研究施行計画年度の変更のため,研究経費内訳に若干の変更を生じた.本年度行なった研究概要について、交付申請書の実施計画で示した内容の順に記載する。1.パーソナルコンピュータによる連続画の作成およびその投影法パーソナルコンピュータによる連続画の作成は、前年度購入のNEC PC-9801 VX21において行なった。

画像は直線路の線画とし、このプログラム作成には今後の拡張性を考慮しC言語を使用した。現状では秒20画面程度の作成が可能となった。しかし各種入力のA/D変換、運動方程式の解法およびシミュレータの動作制御を行なうと秒数画面程度になり、人間に違和感を与えない程度の画像作成は行なえない。そこでパーソナルコンピュータを使用する場合、運動解析およびシミュレータの動作制御等は別のコンピュータにまかせ並列処理を行なう必要があり、次年度の課題とする。画像の投影は大型のオーバヘッドプロジェクタを改造し、CRT上の映像を直接投影する方法を採用した。これにより安価な大画面(縦1800mm、横2700mm)を実現することができた。但し光量不足のため、暗室内での投影となる。2.人間の周辺視野の操縦に対する影響十分な検討が行なえなかったため、次年度の課題とする。3.人間の各種入力の相互関係および応答感度に対する検討台上に試験装置による人間の各種入力と応答への影響(感度および与えられる入力の大きさ等)を把握し、特に操縦に対して大きく寄与している入力はハンドルトルクおよび操縦者のリーン角であることが明らかとなった。またこの結果を踏まえ、操縦者の熟練度の違いを実車実験により確認した。この結果、ハンドルトルク及びリーン角の与え方が、熟練度合により大きく異なることが明らかとなり、今後の人間・二輪車・環境系の研究に対する指針を得た。本研究は人間・機械・環境系、特に機械系を二輪車とした場合の解析の有効手段であるシミュレ-タ製作の基礎資料作成のために計画された。本年度はシミュレ-タ本体の画像作成及び官能評価等の資料作成のため実施された。交付申請書の実施計画に示した内容に沿って記載する。1.車両挙動の演算と画像作成について本研究では簡易型ドライビングシミュレ-タを作成し、これを用い検討を行なった。その構成は画像投影部のビデオプロジェクタ、演算処理部のパ-ソナルコンピュ-タ、及び搭乗部よりなる。搭乗部からの入力(ハンドルトルク、ロ-ル軸回りモ-メント)をA/D変換し、その値を入力として運動方程式を解き、その結果から画像作成を行っている。車両運動計算をも含みこの全体を制御するプログラムは将来の拡張性を考慮してC言語で記述した。画像はサイクル速度を上げるために線画(力→車両の運動計算→画像作成)には現在約71ms(毎秒14画面)程度かかるが、8名による官能試験の結果作画速度に関する問題は特に指摘されない程度の連続画が得られた。2.シミュレ-タ本体の制御について車両の運動演算結果に応じて、被験者に与える模擬加速度をシミュレ-タ本体を傾斜もしくは移動させ作り出す必要がある。本研究では実車走行実験を行い被験者が受ける加速度を明らかにすると共に、前後方向及び横方向における運動開始時点の瞬間回転中心を求めた。これによりシミュレ-タ本体制御用の基礎資料が得られた。尚、当初シミュレ-タ本体を可動させ官能評価を行う予定であったが本年度の研究では固定型の簡易シミュレ-タによる検討にとどめ、今後の課題とする。
物質拡散に及ぼす応力勾配の影響評価手法の開発

拡散現象は工学における様々な反応の素過程のひとつである.例えば金属中に侵入した水素は,金属内部の水素濃度勾配と応力勾配を駆動力として拡散/凝集することで水素脆化と呼ばれる機械的性質の低下を引き起こす.このような拡散反応を予測するには,高精度な解析技術が必要となる.本研究では原子シミュレーションを用いた解析を行い,応力勾配に応じて拡散係数が変化することを明らかにした.さらに水素マイクロプリント法を用いて拡散係数を導出し,応力勾配下では見かけの拡散係数が増加することを確認した.水素をエネルギー源として利用するには,金属材料の強度信頼性確保が課題である.水素による金属材料強度の劣化(いわゆる水素脆化)は,1金属中への水素侵入,2破壊起点(き裂,格子欠陥)への水素の拡散・凝集,3水素による材料強度低下の3つのプロセスが考えられる.水素脆化を予測し未然に防ぐ為には,破壊起点への水素の拡散・凝集を高精度に予測する手法構築が重要である.金属中の水素拡散は濃度勾配と応力(静水圧)勾配を駆動力とした拡散方程式で表される.現在の水素拡散シミュレータの多くは濃度勾配項と応力勾配項に乗じる重み係数を無視した線形結合による一次近似拡散方程式を基礎式としており,高精度な拡散方程式の構築による解析結果の定量性向上が期待されている.本研究では,応力勾配の影響を適切に評価した水素拡散方程式の構築を目指した基礎的研究として,特に拡散係数に着目した研究を行った.まずα鉄を対象として分子動力学法を用いた解析を行い,拡散係数に及ぼす体積ひずみと外力の影響が微小であることを確認した.次に分子静力学法を用いた拡散係数評価手法を用いて応力勾配下での拡散係数を算出した.その結果,応力勾配に応じて拡散係数が変化することが示唆された.さらに,解析によって得られた結果の妥当性を評価するため,応力勾配下での拡散係数の測定が可能になると考えられる水素マイクロプリント法を用いた実験を実施し,SUS304の拡散係数を導出した.得られた結果は既報の値と定量的によく一致することが確認された.さらに本手法を用いて,応力勾配を負荷した試験片における見かけの拡散係数を評価した結果,見かけの拡散係数の増加が確認された.以上の一連の研究によって,物質拡散に及ぼす応力勾配の影響を適切に評価するための拡散係数評価手法の基礎が構築できた.拡散現象は工学における様々な反応の素過程のひとつである.例えば金属中に侵入した水素は,金属内部の水素濃度勾配と応力勾配を駆動力として拡散/凝集することで水素脆化と呼ばれる機械的性質の低下を引き起こす.このような拡散反応を予測するには,高精度な解析技術が必要となる.本研究では原子シミュレーションを用いた解析を行い,応力勾配に応じて拡散係数が変化することを明らかにした.さらに水素マイクロプリント法を用いて拡散係数を導出し,応力勾配下では見かけの拡散係数が増加することを確認した.水素をエネルギー源として利用するには,金属材料の強度信頼性確保が課題である.水素による金属材料強度の劣化(いわゆる水素脆化)は,1金属中への水素侵入,2破壊起点(き裂,格子欠陥)への水素の拡散・凝集,3水素による材料強度低下の3つのプロセスが考えられる.水素脆化を予測し未然に防ぐ為には,破壊起点への水素の拡散・凝集を高精度に予測する手法構築が重要である.金属中の水素拡散は濃度勾配と応力(静水圧)勾配を駆動力とした拡散方程式で表される.水素拡散シミュレータ等では濃度勾配項と応力勾配項に乗じる重み係数を無視した線形結合による一次近似拡散方程式を基礎式としており,高精度な拡散方程式の構築による解析結果の定量性向上が期待されている.本研究では,応力勾配の影響を適切に評価した拡散方程式の構築を目指した基礎的研究を行った.本年度は,分子静力学法を用いた解析により,応力勾配下での拡散係数に異方性が発現することが示唆された.また,水素マイクロプリント法を用いた実験により簡易的に拡散係数を測定する手法の構築を進めた.分子静力学法を用いて,応力勾配下での拡散係数を導出した.分子静力学法による拡散係数導出方法の定量性向上に向けた指針を獲得した.得られた結果より応力勾配に依存して拡散係数に異方性が生じることが示唆された.さらに,湿式水素チャージした試験片に水素マイクロプリント法を施すことで水素拡散係数の簡易測定手法構築を進めた.これらの研究を通して対外発表を行い,活発な議論とともに他研究者にも大いに興味をもたれた.分子静力学法を用いた拡散係数導出手法の高精度化にむけて,知見の獲得を継続して進める.また,構築した手法を用いて,空孔拡散への応用を進める.また,実験による水素拡散係数の簡便な導出方法の構築は,試験数を増加させることで定量性向上をはかるとともに,試験片に4点曲げ応力を負荷することで,応力勾配下での拡散係数導出を試みる.これらの研究を通じて,拡散方程式の高精度化に資する基礎的知見の蓄積に邁進する.本年度は計算機環境の再整備を実施することで,計算の効率化をはかるため計算機を追加導入する.また,実験の本格化に伴い,4点曲げ応力を負荷する試験機の導入を行う.得られた成果の対外発表を行う.
「力学の基本問題」と多次元トンネル効果

ポアンカレによって「力学の基本問題」として強調された古典非可積分性は複素空間を撹乱することによって、まず量子トンネル効果の乱れとして顕在化する。この逆説的な主張の諸相を探求する。非可積分性は複素領域に自然境界とよばれる特異点集積を形成しその近傍にトンネル軌道が集積する。非常に高次の可積分近似を基にした摂動理論によって最初の非可積分トンネル過程への遷移が解明され従来の解釈と異なる事が明らかになった。昨年度の研究実施計画としてあげた諸課題の進捗状況は以下のとおりである。1.定常領域でのCSUM機構とカオス的トンネル効果の研究この研究は概ねメドがたちつつあるが目下緊喫の課題である2.を優先させた。したがってこの研究はあまり進展していないが、今年からこの課題を再開する。2.インスタントン-CSUM転移の研究可積分的なインスタントン機構からCSUM機構へ遷移する過程を研究は今もっとも緊急の課題である。昨年度は自然境界がトンネル効果を支配するという劇的効果を明らかにし現象論を論文にまとめた。更にこの研究を純量子論的に記述する繰り込み摂動論を発展させる事に成功し、転移の量子論は完成しつつある。又写像系から踏み出し連続写像系に発展させつつある。3.仮想可積分アプローチと複素半古典解析R.Ketzmerick教授(ドイツDresden工大、Max-Planck複雑系物理研究所MPIPKS)との共同研究を推進した。ドレスデングループが発展さた「仮想可積分アプローチ法」を我々が開発した複素領域半古典理論によって解析し、人工的だが過減衰な境界条件の下では複素半古典論が量子論の結果と整合する事が明らかになった。4.大自由度系のトンネル現象と古典量子競合の研究大自由度系、特にフォノン系に於ける周期状態が消滅する現象の存在をあきらかにした。標準型摂動論によって不安定化とそれに伴う大自由度固有のカオス輸送を解明しつつある。1.長時間スケールでのCSUM機構とカオス的トンネル効果の研究を実施した。我々が発展させてきた独自理論の時間領域複素半古典理論に基づいて量子写像系を長時間で扱う実際的な計算法を開発実装した。これにより定常トンネル領域での(複素)古典軌道計算が可能になりつつある。この研究によって我々が言うLaputa chainとジュリア集合の関係が実際の長期間過程でどのように定常性を記述するか、特に美しいフラクタル構造のトンネル軌道における意味が解明されつつある。2.可積分トンネル効果の基本過程であるインスタントントンネルがカオス的トンネル効果へ転移する最初の転移現象が量子写像系では目覚しいトンネル確率の増大転移として観測される。この転移の様相の量子論が可積分部分を最大繰り込んだ摂動理論によって解明された。この方法は様々の量子写像系に応用され、従来resonance assisted tunnelとして理解されていた転移過程が不安定サドル近傍チャネルを使う全く異なる機構による転移である事が解明された。3.大自由度系におけるアーノルド拡散のFPUモデルによる研究を発展させた。非線形フォノンモードの不安定化がアーノルド機構を誘起し大自由度における緩慢な拡散樣現象が起きるまでの様相、特に不安定化の機構が標準形理論に繰り込み群の方法を導入することによって明らかにされた。4.量子カオス拡散現象をactive diffusionとpassive diffusionにわけてその拡散-非拡散転移の臨界現象を統一的に研究し、もって我々が発展させてきた波動関数の複素解析構造の研究につなげる試みを開始。passive diffusionの典型であるアーノルド拡散を<常拡散現象>として理想的に実現できる量子写像系が提案され奇妙な臨界現象の存在が示唆された。1、前年度に導入発展させた可積分部分を最大繰り込んだ摂動理論(繰り込み摂動論)をその成果を2編の論文として出版した。この理論の骨子は高次可積分系基底の遷移行列要素に見られる異常にある。それを解明するべく実半古典論、複素半古典論の研究が開始された。一方この理論に導かれて、可積分基底の波束動力学過程によって正しい非可積分的トンネル効果が動的に再現されるという新奇な現象を発見し、速報にまとめた。繰り込み摂動全体を総括する論文も執筆中である。2、量子カオス研究の重要な課題の一つが非可逆過程の研究である。その一例が昨年度から継続中の拡散現象の研究である。我々が提案した不規則量子系の写像モデルによって不規則系の動的局在拡散転移の臨界現象としての諸性質が量子カオス系のそれらと比較しつつ総合的に解明されつつある。臨界値の動的自由度依存性の異常敏感性、臨界指数が従来の平均場理論の結果で説明できない事等がはっきりしてきた。成果を総括する論文執筆に着手した。系の非可逆性を観察する方法としてfidelityが知られているが、もっと直接に非可逆性を拡散としてmapし定量化する新しい一般的方法が提案され、系が生成する「時間の矢の寿命」として研究が進展しつつある。

3、FermiPastaUlam問題に関し多自由度系の古典不安定性を研究してきた。Lie摂動論を用いて非共鳴的な摂動項を消去することで、周期解と共鳴的にカップルするモードからなる有効ハミルトニアンに縮約し、この有効ハミルトニアンの分析により、周期解を励起することによって、カスケード的に多数のモードが誘起されることが明らかになった。26年度が最終年度であるため、記入しない。物理学26年度が最終年度であるため、記入しない。上記課題2.を1.に優先させ重要な成果を出す事ができた。3.は予想どおりの成果。4.に関してはあまり知られていない多自由度カオス系輸送過程の解明への重要な礎石となる基礎研究を発展させた。研究そのものは計画どおりに進行しているが、結果の出版がかなり遅れている。理由は代表者の現大学からの退職に伴う諸々の雑用増加、分担者のかなり深刻な体調不良、研究協力者の移動等が重なったためである。この為に出版予定であった4本の論文、が未だ査読中、乃至は準備中の状態にある。課題1.の再開、課題2.転移過程の実半古典論、最終目標である複素半古典論の完成をめざす。課題3.に関しては過減衰条件を外した場合への適合可能性を探る。4.は基礎作業を終えてフォノン系のダイナミクス解明にあたる。研究計画そのものには大幅な変更はない。しかし上記のように既に出た成果の出版にとどこおりがでており、準備中出版物の出版を急ぐ為に共同研究者間の対面による討論の機会を増やすようにしたい。繰越金は一回分の研究打ち合わせ旅費にあてる金額が個人的事情で出張不能となったため生じた。本年度の予算とあわせ研究打ち合わせ旅費に充当する。計算サーバーの購入にあてる為の予算が、サーバーのunix-OS搭載性能に問題がある事が分かり、3月時点で購入を中止せざるをえなくなったため。急遽代替のサーバーを検討中である。
１３族－遷移金属系準結晶・結晶におけるクラスター機能設計による熱電変換材料の開発

世の中で大量に捨てられている廃熱から電気エネルギーを取り出せる熱電発電用の高性能熱電材料を開発するための基礎研究を行った。複雑な構造を持つ固体の熱電性能を向上させる設計指針を得るために、構造単位となっているクラスター(原子集団)の構造と電子状態から、固体の電子構造を理解し、熱電特性を制御する方法を確立することを試みた。今後、高い性能を持つ電子構造の起源を理解でき、高性能材料を開発できる見通しを立てることができた。本年度は、下記3つの研究目的について進展が得られたが、成果がまとまった2)について詳述する。1)我々が提案した熱電性能向上の設計指針「重く強固なクラスターが弱く結合した固体」を実証してきたAl系正20面体クラスター固体の熱電性能を明らかにする。2)上記とは別の設計指針「広いバンドと狭いバンドの重畳」を我々が実現したGa2Ruの最適ドープ特性を明らかにする。3}我々が発見して「擬ギャップ」を持つことを確かめた正10角形クラスターを持つBTiRu系近似結晶の熱電特性を明らかにする。Ga2Ruにおいて、リジッド・バンドを仮定してドープにより価電子数を変化させた時の800Kでの無次元熱電性能指数を計算した。非ドープでの無次元熱電性能指数は0.5付近で実験を再現しており、このとき格子熱伝導率は理論的最小値の数倍となっているが、ドープ後は最小値になると仮定した。ホールドープ、電子ドープ共に無次元熱電性能指数の向上が期待され、特に電子ドープでは2.0を越える可能性があった。Ruを価電子数が1多いCo、Rh、Irおよび2多いNi、Pdで置換することにより、電子ドープを試みた。ゼーベック係数の絶対値のキャリア密度依存性は、非ドープ・ホールドープと電子ドープで異なる傾向を示し、電子ドープの方が有効質量が大きいことが示唆された。価電子数が2多いNiやPdの方がd軌道のエネルギーが深く、ドープ電子密度が小さくなってしまった。価電子数が1多いCo、RhやIrの方がドープ電子密度は大きかったが、置換組成から予想されるよりは一桁以上小さかった。Ir置換の場合に、n型で最大の性能指数0.31が得られた。これは、これまでに報告されたこの種の化合物においてn型では最大の値である。非ドープ(p型)より性能指数が小さいのは、移動度が一桁以上小さいためである。格子熱伝導率は、ドーピング効果により低下した。本年度は、下記2つの研究目的について進展が得られた。1)我々が発見して「擬ギャップ」を持つことを確かめた正10角形クラスターを持つBTiRu系近似結晶の熱電特性を明らかにする。α相では、平均価電子数を変化させることで、擬ギャップ内でフェルミエネルギーをシフトさせ、電気伝導率とゼーベック係数を制御することに成功した。δ相とζ相は、α相と異なり、フリップサイト、RuとTiの混合サイト、大きな格子定数を持ち、熱伝導率が低下することが予想されたが、実際には低下せず、熱電性能指数は向上しなかった。この研究の過程で、第2相として存在したTi10Ru19B8結晶の単相を作製し、熱電性能を評価したところ、ZT=0.1という比較的大きい値を得た。ドーピング等により、さらなる向上が期待できる。2)水素化Alのクラスターと、水素化Bクラスターを比較することにより、正20面体クラスターの特徴を明らかにする。クラスターの軌道エネルギーの順番とWoods-Saxonポテンシャルにおけるそれを比較することにより、金属結合で安定なクラスターと、不安定なクラスターや共有結合のクラスターを区別できることが分かった。また、クラスターが安定か不安定かと、HOMO軌道が結合的か反結合的かに相関があることが分かった。これらにより、水素化していない場合、Alでは正20面体クラスターが安定であるのに対して、Bでは平面クラスターが安定である理由が明らかになった。1)第一原理分子軌道計算により、金属結合クラスターであるAl13-(正20面体)とSi10はWoods-Saxonモデルと一致したが、共有結合クラスターであるB12H122-とAl12H122-とSi10H16は一致しなかった。クラスターのHOMO軌道に着目すると、安定なクラスターはHOMO軌道が結合性になったが、不安定なクラスターは反結合性になった。以上から、Woods-Saxonモデルを用いることで金属的結合性を判定でき、クラスター構造の安定性がHOMO軌道の結合性、反結合性に起因すると分かった。2)実在する近似結晶を対象にバンド計算による探索を行ったところ、アルミニウム、銅、イリジウム系のC2相が半金属的なバンドギャップを有する可能性を見出した。そして、この近似結晶のアルミニウムの一部を珪素で置換したモデル等、幾つかの元素置換モデルにおいて半導体化の可能性を見出した。残念ながら実験的には現在までに半導体化に成功していないが、(少なくとも計算上は)

半導体となる具体例が得られた事は意義深い。これらのモデルを詳細に解析する事で、半導体探索のより具体的な指針が得られると考えられる。多くの近似結晶では特徴的なクラスターをその構造中に見出す事が出来る。そこでクラスターの分子軌道を基底として解析を行う事で、クラスターの構造、クラスターの配置等と、バンド構造との関連性を明らかに出来ると期待できる。我々は解析の道具として、バンド構造の表現に有用な分子軌道を抽出する手法を開発した。この方法は軌道の混成を最大限に考慮し、かつ部分状態密度のピーク構造を際立たせる様な条件下で分子軌道を決定するものである。アルミニウム、銅、イリジウム系C2相中のマッカイクラスターに対し本手法を適用し、分子軌道を抽出した結果を用いて議論した。26年度が最終年度であるため、記入しない。金属物性26年度が最終年度であるため、記入しない。Ga_2Ruの最適ドープ特性については、ホールドープについて1元素、電子ドープについて5元素で試み、すでに〓了した。Al系正20面体クラスター固体や正10角形クラスターを持つBTiRu系近似結晶の熱電特性も明らかにしつつある。また、クラスター機能設計のための計算手法についても進展している。当初の計画にはなかった下記の2つの進展があったからである。BTiRu系近似結晶の熱電特性を明らかにする過程で、予想外のTi10Ru19B8結晶が比較的高い熱電性能を持つことを発見した。クラスターの軌道エネルギーの順番とWoods-Saxonポテンシャルにおけるそれを比較することにより、金属結合で安定なクラスターと、不安定なクラスターや共有結合のクラスターを区別できることが分かった。明らかにしつつあるAl系正20面体クラスター固体や正10角形クラスターを持つBTiRu系近似結晶の熱電特性をまとめる。また、クラスター機能設計のための計算手法を確立する。明らかにしたAl系正20面体クラスター固体や正10角形クラスターを持つBTiRu系近似結晶、および新たに発見したTi10Ru19B8結晶の熱電特性をまとめて、投稿論文とする。具体的には、最局在ワニエ関数を用いて、RuGa2等のバンドギャップを持つ金属間化合物や、新たに発見した実在する近似結晶から出発してバンドギャップが出現したものの、ギャップの形成機構を明らかにし、バンドギャップを持った半導体準結晶創製への道筋を付ける。四重極イオントラップ用ターボ分子ポンプが年度末に故障したが、機種選定が間に合わず、次年度に購入する。ほぼ計画通り、使用することができたが、端数が残額として残った。研究に必要な小額の物品を購入予定。
ヒト免疫不全症候群ウイルス(HIV)の潜伏持続感染・再活性化機構の研究

HIV-1には9種の遺伝子が同定されている。今年度は試験管内で作製した45種の変異株の生物学的性状を解析した。2.リンパ球に対する細胞変性能はほぼ感染性と一致していた。ただし、vif遺伝子変異株は使用する細胞の種類により細胞変性効果が弱く、容易に持続感染を成立された。3.今まで機能が全く不明であったvpr遺伝子に関して、その変異株の性状から、ウイルス増殖をポジティブに制御することが明らかとなった。4.各種変異株間で機能相補が認められ、complementationはよく起こることがわかったが、recombinationの有無については不明である。5.LTR内のTAR配列はウイルス粒子産生に必須である。6.比較対照のため、HIV-2及びSIVの感染性DNAクローンを分離した。7.SIVの変異株を9種作製し、表現型をHIV-1のものと比較した結果、両者は非常に類似のウイルスであることがわかった。8.SIVのpol遺伝子変異株とHIV-1のenv遺伝子変異株は機能相補した。9.HIV-1とSIVの間で生物活性のある遺伝子組み換え型ウイルスの作製に成功した。以上のごとく、持続感染の成立に関係があると思われる遺伝子、Comple-mentationによる変異株同士の活性化等の新知見を得た。HIV-2やSIVを利用した実験も可能となり、今後さらに研究を進めていきたい。
椎間板変性の抑制に関する基礎的研究-再挿入髄核の活性化の検討-

In vitro実験【目的】幼若細胞である骨髄間葉系細胞と髄核細胞との共培養にて、髄核細胞活性化を試みた。【方法】家兎骨髄より骨髄液を採取、培養した。次いで、同種家兎御椎間板より髄核細胞を回収した。髄核細胞を5×10^4個ずつ12穴のカルチャープレートに播種し、各ウェル中に底面が膜孔径0.45μmのカルチャーインサートを留置した。インサート内に骨髄間葉系細胞を同数播種したN+B群、インサート内に骨髄間葉系細胞の上清を添加したN+F群、インサート内に播種や添加を行わないN群、以上3群を作製した。【結果】N+B群、N+F群の髄核細胞の方が単層培養を行った髄核細胞より明らかな細胞増殖を認めた。BrdUの取り込みは、N+B群:3.419±0.178nm、N+F群:3.407±0.151nm、N群:2.827±0.152nmであった。N+B群、N+F群の方が有意に高値であった。In vivo実験【目的】骨髄間葉系細胞との共培養で得られた髄核細胞の再挿入による椎間板変性過程の影響についてin vivoで検討した。【方法】家兎10羽に椎間板変性モデルを作製した。2週間後対側より展開し、4/5椎間板にB群、5/6椎間板にF群、6/7椎間板にN群をそれぞれ0.02cc挿入し、3/4椎間板には再度穿刺のみ(S群)を行い、2/3椎間板はコントロール(C群)とした。再挿入後、2、4週で5羽ずつ屠殺し評価した。【結果】C群は変化なく、S群で線維輪は強い蛇行と断裂を認めた。B、F、N群では髄核が残存しており、線維輪の蛇行はS群と比較して軽度であった。とくにB、F群の椎間板ではN群よりさらに変性変化は抑制されていた。【考察】今回、骨髄間葉系細胞との共培養で活性化された髄核細胞の再挿入は、単層培養した髄核細胞よりさらに椎間板変性の経時的進行を遅らせることができ、臨床応用の可能性が期待された。椎間板組織の変性進行は非可逆的とされ、通常の加齢変化以上に進行した腰椎椎間板変性は、腰痛や下肢症状の原因となる。その治療のため、脊柱の重要な機能の一つである関節機構を犠牲とした椎間固定術が臨床上多用されている。一方、我々は、変性が生じた椎間板を可及的に温存し、本来の関節機構を温存する臨床的な取り組みを行ってきた。その方法として髄核組織あるいは活性化髄核細胞の再挿入術を考案し、変性抑制効果を実証した。しかし、十分量の髄核組織を得ることは困難であり、臨床応用の効率を高めるためには、髄核細胞の活性度をより高くまた十分な量を確保する必要がある。

近年、骨髄間葉系幹細胞を用いた再生医療は目覚しく発展している。そこで、この骨髄間葉系幹細胞に注目し、我々が考案したcoculture法を用いて髄核細胞と骨髄間葉系幹細胞とのcocultureを行い、髄核細胞の細胞増殖数、活性度(DNA合成能、プロテオグリカン合成能)、および培養液からWestern blotting法にてタンパクレベルでの解析などの検討を行った。その結果、我々が従来行ってきた髄核細胞と線維輪細胞とのcoculture法と比較して、髄核細胞数、DNA合成能、プロテオグリカン合成能すべて飛躍的な亢進を認めた。また、タンパクレベルの解析では髄核細胞の活性因子といわれている種々のサイトカインやGrowth factorの発現を認めた。以上から、骨髄間葉系幹細胞を用いたcoculture法は、髄核細胞を優位に亢進させうることが証明された。【目的】今回骨髄間葉系細胞とのcocultureで得られた髄核細胞の再挿入による椎間板変性過程の影響についてin vivoで検討した。【方法】幼若日本白色家兎10羽を経腹膜外経路にて展開し、腰椎3/46/7椎間板の髄核を吸引、椎間板変性モデルを作製した。また、同種家兎より採取した骨髄液を培養し、骨髄間葉系細胞およびその液性成分を回収した。さらに別の同種家兎より髄核細胞を回収し,骨髄間葉系細胞とcoculture(B群)、液性成分を添加してculture(F群)およびmonoculture(N群)を行った。2週間後対側より展開し、4/5椎間板にB群、5/6椎間板にF群、6/7椎間板にN群をそれぞれ0.02cc挿入し、3/4椎間板には再度穿刺のみ(S群)を行い、2/3椎間板はコントロール(C群)とした。再挿入後、2、4週で5羽ずつ屠殺し、椎間板を取り出し、固定、脱灰後、パラフィン切片を作製した。評価はHE、サフラニン-OおよびII型コラーゲンを染色し光顕的観察を行った。【結果】再挿入時の細胞はほぼconfluentであり、異形細胞は認めなかった。C群はいずれの時期においても髄核、線維輪組織は形態的に保たれていた。S群は髄核はほとんど消失し、繊維輪は強い蛇行と断裂を認めた。B、F、N群は髄核の空胞を有する細胞の減少は認めるも残存しており、線維輪の蛇行はS群と比較して軽度であった。とくにB、F群の椎間板ではN群よりさらに変性変化は遅くなっていた。また、B、F、N群で線維輪内層部に軟骨様細胞の出現を認めるが、今までの我々の報告同様、2、4週例ではII型コラーゲンの染色は認めなかった。【考察】骨髄間葉系細胞とのcocultureにて活性化した髄核細胞は、monocultureした髄核細胞よりさらに椎間板変性の経時的進行を遅らせることができ、臨床応用の可能性が期待された。
澱粉を高分子鎖の視点から見つめて発想したテーラーメイド型高加工性澱粉の開発

本研究の目的は、様々な品種の米について澱粉の分子鎖構造と米粉を原料とした製品の成形性の関係を明らかにすることである。具体的には、1)澱粉の構造については、分岐の数や長さまでを明らかにし、2)生地物性について貯蔵弾性率、損失弾性率などのレオロジー的性質から評価する。3)製品の成形性は、製造される米粉製品の品質によって評価する。1、2)を通して、米の品種改良に向けた分子構造の指針を得ること、また、米の品種を用途ごとに分類することである。これを踏まえ、当該年度での研究成果は以下の通りである。試料の作製としては、鎖長分布及び分子量分布の解析結果より澱粉の分子鎖構造が明らかとなっている品種を選定し、粉砕を行なった。その後、基本的な米粉の特徴や熱物性を調べた。米粉の特徴としては、米粉へ加工した際に生じる水分量の変化や品種ごとの粒径の違いを明らかにした。また、熱物性に関しては、品種間における澱粉の糊化速度や糊化温度の違いを明らかにした。また、これら2点に関しては、品種ごとに現れる特徴の違いを分子鎖構造の違いによる観点から明らかにした。製品の成形性に関しては、米粉パンと米粉クッキーについて検討した。米粉パンでは、直鎖成分であるアミロースが米粉生地の発泡性に与える影響を明らかにした。米粉クッキーでは、アミロース含量とアミロペクチンの分子鎖構造が親油性に与える影響について検討した。今後は米粉クッキーに関して、熱物性や機械的物性を明らかにしていく予定である。本研究課題の進捗状況は、おおむね順調に進展している。理由及び具体的な研究の成果は下記の通りである。研究成果として、当初予定していなかったが、これまでの研究成果を前進させる形で米粉パンの研究を行なった。米澱粉の分子鎖構造に着目した際に米粉パンの発泡には直鎖成分であるアミロースが働いていることを明確にした。その結果を踏まえ、合成高分子における発泡メカニズムと米粉パンの発泡メカニズムの一致点と相違点を明確にした。本内容に関しては、近日中に論文投稿を予定している。また、並行して澱粉の分子鎖構造の違いが植物油脂を含む生地の成形加工性と品質に与える影響を検討した。アミロースが多い系統とアミロースを全く含まない系統において、澱粉を糊化させなくても生地は結着性を発現することを示した。現在までに得られた成果については、国内外で開催された5件(うち3件は英語発表)の学会に参加し、積極的に発表を行うと同時に、情報収集に務めた。特に日本食品化学工学会平成30年度東北支部大会では、若手奨励賞を受賞した。以上のことを総合的に判断し、研究活動においておおむね順調に研究が進展していると判断した。本年度は米粉または米澱粉を用いて焼き菓子の作製と生地のレオロジー測定を行う。これによって、薄力米粉に適した米澱粉の分子鎖構造を明らかにする。また、米澱粉の分子鎖構造はこれまでに様々なモデルが提唱されてきたが、正確な構造は未だ明らかになっていない。そのため、昨年度に引き続き分子鎖構造の調査及び米粉クッキーの研究を進める。以下に具体的な実施内容を記す。試料には、市販の品種の他に共同研究機関より提供いただいた特殊な分子鎖構造を有する欠損変異体を用いる。試料となる米を加工することで、結晶性米粉、非晶性米粉、精製澱粉を作製する。結晶性米粉は、気流粉砕により作製する。非晶性米粉は我々が独自に開発した新規粉砕技術により作製する。精製澱粉は、冷アルカリ浸漬法により作製する。米粉クッキーを作製し、内部構造の解析と品質の評価に用いる。内部構造においては、広角X線回折測定から結晶構造を明らかにする。また、電子顕微鏡観察によって焼き菓子内部の微細構造を明らかにする。また、米粉生地の熱特性を明らかにするためにレオロジー測定を行う。クッキーの作製時に米粉生地がオーブン内で受ける温度変化を再現した条件に設定し、測定を行う。これにより、クッキーが焼ける過程での米粉生地の硬さの変化等を明らかにする。上記の検討により、米澱粉の分子鎖構造と焼き菓子の成形性の関係が明らかにできる。さらには、薄力米粉に適した米澱粉の分子鎖構造を明らかにすることができる。研究成果については国内外の学会や論文等で公表する。

米粉の特徴としては、米粉へ加工した際に生じる水分量の変化や品種ごとの粒径の違いを明らかにした。また、熱物性に関しては、品種間における澱粉の糊化速度や糊化温度の違いを明らかにした。また、これら2点に関しては、品種ごとに現れる特徴の違いを分子鎖構造の違いによる観点から明らかにした。製品の成形性に関しては、米粉パンと米粉クッキーについて検討した。米粉パンでは、直鎖成分であるアミロースが米粉生地の発泡性に与える影響を明らかにした。米粉クッキーでは、アミロース含量とアミロペクチンの分子鎖構造が親油性に与える影響について検討した。今後は米粉クッキーに関して、熱物性や機械的物性を明らかにしていく予定である。本研究課題の進捗状況は、おおむね順調に進展している。理由及び具体的な研究の成果は下記の通りである。研究成果として、当初予定していなかったが、これまでの研究成果を前進させる形で米粉パンの研究を行なった。米澱粉の分子鎖構造に着目した際に米粉パンの発泡には直鎖成分であるアミロースが働いていることを明確にした。その結果を踏まえ、合成高分子における発泡メカニズムと米粉パンの発泡メカニズムの一致点と相違点を明確にした。本内容に関しては、近日中に論文投稿を予定している。また、並行して澱粉の分子鎖構造の違いが植物油脂を含む生地の成形加工性と品質に与える影響を検討した。アミロースが多い系統とアミロースを全く含まない系統において、澱粉を糊化させなくても生地は結着性を発現することを示した。現在までに得られた成果については、国内外で開催された5件(うち3件は英語発表)の学会に参加し、積極的に発表を行うと同時に、情報収集に務めた。特に日本食品化学工学会平成30年度東北支部大会では、若手奨励賞を受賞した。以上のことを総合的に判断し、研究活動においておおむね順調に研究が進展していると判断した。本年度は米粉または米澱粉を用いて焼き菓子の作製と生地のレオロジー測定を行う。これによって、薄力米粉に適した米澱粉の分子鎖構造を明らかにする。また、米澱粉の分子鎖構造はこれまでに様々なモデルが提唱されてきたが、正確な構造は未だ明らかになっていない。そのため、昨年度に引き続き分子鎖構造の調査及び米粉クッキーの研究を進める。以下に具体的な実施内容を記す。試料には、市販の品種の他に共同研究機関より提供いただいた特殊な分子鎖構造を有する欠損変異体を用いる。試料となる米を加工することで、結晶性米粉、非晶性米粉、精製澱粉を作製する。結晶性米粉は、気流粉砕により作製する。非晶性米粉は我々が独自に開発した新規粉砕技術により作製する。精製澱粉は、冷アルカリ浸漬法により作製する。米粉クッキーを作製し、内部構造の解析と品質の評価に用いる。内部構造においては、広角X線回折測定から結晶構造を明らかにする。また、電子顕微鏡観察によって焼き菓子内部の微細構造を明らかにする。また、米粉生地の熱特性を明らかにするためにレオロジー測定を行う。クッキーの作製時に米粉生地がオーブン内で受ける温度変化を再現した条件に設定し、測定を行う。これにより、クッキーが焼ける過程での米粉生地の硬さの変化等を明らかにする。上記の検討により、米澱粉の分子鎖構造と焼き菓子の成形性の関係が明らかにできる。さらには、薄力米粉に適した米澱粉の分子鎖構造を明らかにすることができる。研究成果については国内外の学会や論文等で公表する。