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気相固相反応による一軸配向多結晶体の作製と配向機構の解明

結晶粒子がランダムに配列したセラミックス焼結体と気相の間で起こる反応拡散によって、結晶粒子が一軸方向に配向したセラミックス多結晶体の作製に成功した。作製したセラミックスは、アパタイト型ゲルマン酸ランタン(La9.33+2xGe6O26+3x)から成り、そのc軸がセラミックス表面に対して垂直に高配向している。この作製手法は、極めて簡便に多結晶体の配向化が可能であることから、多様なセラミックスへの応用が期待される。セラミックスは結晶粒子の高配向化によってその機能が著しく向上する場合がある。研究代表者は結晶粒子がランダム配向した板状の焼結体基板と反応性ガスを用いることで、アパタイト型ゲルマン酸ランタンのc軸が焼結体表面に対して垂直に高配向(ロットゲーリングファクターは0.81)した結晶配向セラミックスの作製に成功した。この結晶配向セラミックスの酸化物イオン伝導度を複素インピーダンス法で決定し、さらに単結晶X線回折法を用いて結晶構造を解明した。c軸配向方向の酸化物イオン伝導度を623 Kから1073 Kの範囲で求めたところ、温度の上昇に伴い5.5×10-5 S/cmから2.4×10-2 S/cmへ増加した。アレニウスプロットから、イオン伝導に要する活性化エネルギーを求めたところ1.14 eVであった。当該アパタイト配向多結晶体は過剰な酸化物イオンを格子間に含んでいることを明らかにした。研究代表者は、固相と固相の界面で起こる反応拡散法を用いることで、セラミックス結晶粒子が容易に高配向化する現象を報告している。平成25年度は、固相と気相の間で起こる反応拡散を利用することで、結晶配向セラミックスの作製に成功した。最終年度(平成26年度)の研究によって、より高品質な平板状の結晶配向セラミックスを作製し、結晶構造を回折法と分光法を用いて解明するとと共に、酸化物イオン伝導度の測定を行なった。結晶粒子がランダム配向した板状の焼結体基盤に対して、1450°Cで反応性のガスを吹き付けることで、アパタイト型ゲルマン酸ランタン(La9.33+2xGe6O26+3x)のc軸が焼結体表面に対して垂直に高配向(ロットゲーリングファクターの値は0.70)した結晶配向セラミックスを作製した。この酸化物イオン伝導度を複素インピーダンス法で決定し、さらに単結晶X線回折法を用いて結晶構造を解明した。得られた構造モデルには、格子間に過剰な酸化物イオンの存在が示されたことから、ラマン分光法で確認したところ、これを支持する結果が得られた。c軸配向方向の酸化物イオン伝導度を573 Kから973 Kの範囲で求めたところ、温度の上昇に伴い6.3 ×10-7 S/cmから1.04 ×10-2 S/cmへ増加した。アレニウスプロットから、イオン伝導の活性化エネルギーを求めたところ1.2eVであった。当該アパタイト配向多結晶体は過剰な酸化物イオンを格子間に含んでおり、化学式はLa9.68Ge6O26.52(x = 0.17)で表される。無機結晶化学本研究の目的は、反応性ガスと結晶粒子がランダム配向した焼結体基板を1450°Cで反応させる簡便な方法で、アパタイト型ゲルマン酸ランタンのc軸が焼結体表面に対して垂直に高配向(ロットゲーリングファクターは0.81)した結晶配向セラミックスの作製方法を確立することである。先の【研究実績の概要】で述べた通り、当初の目標通りに研究が進行している。さらに液相を介した反応拡散に関する新たな知見が得られているため、計画以上に進展していると判断した。当初の計画通りに本研究を推進する方針である。研究代表者は、これまでの研究過程で反応性ガスと結晶粒子がランダム配向した板状焼結体との反応による結晶配向セラミックスの作製だけでなく、別種の反応性ガスと結晶粒子がランダム配向した別種の板状焼結体などの多種多様な基板材料を用いて、多結晶体を構成する結晶粒子が一軸方向に高配向した多結晶体を作製する計画である。その過程で反応拡散法が多結晶体の高配向化に極めて有効であり、アパタイト型化合物以外の多結晶体にも応用可能な汎用性に富む技術であることを示したい。さらに、反応拡散法とイオン交換法を併用することで、Li+やNa+、Mg2+、Ca2+が一次元トンネル内を高速で伝導する一軸配向多結晶体の作製に発展させたいと考えている。今年度の研究で新規化学組成の結晶配向化合物の着想を得るに至り、さらに効率的な研究費に鑑み、次年度の使用が最適であると判断したため、次年度使用額が生じることになった。先の理由で記載したとおり、今年度の研究で新規化学組成の結晶配向化合物の着想を得るに至った。当該助成金は、この新規化学組成の結晶配向化合物の原料試薬の購入予算に充当する計画である。
完備フィンスラー多様体の凸性

凸性は幾何学のみならず多くの数学の分野に於いて基本的な概念である.本研究では距離関数の非対称性によって引き起こされる種々の現象を捉え,リーマン幾何学とフィンスラー幾何学の相違を明らかにする事が中心的課題であった.凸性やその性質から導かれる諸現象は距離関数の非対称性に影響を受け難い性質がある.凸関数を許容する完備フィンスラー多様体の位相に関する研究は殆ど進み,端点の個数評価,非連結等位集合を許容する多様体は位相的に最小値集合と直線との積多様体に同相となること,及び最小値集合は全測地的超曲面となる事を証明した.更に,狭義凸関数を許容する完備フィンスラー多様体の等長群についても調べた.切断跡と共役跡との関係はリーマン多様体の場合とは異なる現象が起こる事も明らかになった.即ち,切断跡の最小点と共役点に関するBerger-Omoriの基本定理はフィンスラー多様体についても成り立つが,共役点と交わらない最小点に於けるKlingenbergの基本定理はフィンスラー多様体では異なる現象によって解明された.これらの基本的な性質をRauch予想とに関連において議論するとコンパクトなBlaschkeフィンスラー多様体の切断跡に関する重要な結果が示された.Rauch予想は完備非コンパクトなフィンスラー多様体では成立しない事も分かった.ランダース計量を用いてKlingenbergの基本定理に対する反例を構成する事も出来た.この反例はフィンスラー計量とリーマン計量の相違を理解する困難さを表現する極めて重要な反例と言えるだろう.フィンスラー多様体上の測地線はパラメーターを逆転すると測地線の性質を失う.このとき永野哲也は測地線の分岐現象に注目して分岐条件を研究した.ラウチ予想は多様体の切断跡と共役跡との関係を調べる一つのアイデアを提供した。ラウチ予想のフィンスラー版を研究し(Geometric Analysis and Functional Analysis),いくつかの研究成果を上げた。バンガロールではAravinda教授、Gururaja研究員等との研究交流が進み、フィンスラー曲面上の測地流の共役性についての理解が深まり,我々が日本で進めている回転トーラス曲面上のランダース計量の研究が彼らの平坦シリンダー上の測地流の問題との関連が分かった。これにより新しい研究課題が見つかった。Banaras Hindu UniversityのTiwari准教授との共同研究を更に進めて,凸関数の等位集合が定める直径関数の単調性を用いる事無く,凸関数を許容する完備フィンスラー多様体の位相構造を調べる手がかりを得た。この様に我々の研究は予想以上に進展していると言えるだろう。幾何学のみならず,解析学、応用数学等数学の広範な分野に於ける基本的概念である凸性は極めて重要な研究課題の一つである。本研究では前年度に引き続き距離関数の非対称性によって引き起こされる様々な現象を捉え,リーマン幾何学とフィンスラー幾何学の相違を明らかにすべく研究を重ねてきた。前年度得た凸関数を許容するフィンスラー多様体の位相に関する研究では全ての位相的特徴を解明する事が出来なかった。その原因は距離関数の非対称性から生じる直径関数の単調性が証明出来なかった事に起因する。リーマン多様体の切断跡と共役跡に関するBerger-Omoriの定理は曲率条件(Berger)及び計量の実解析的条件(Omori)の元に得られた。研究分担者達との共同研究によってフィンスラー多様体上の切断跡の最小点に於ける新たな性質を見つけ,Berger-Omoriの定理のフィンスラー版を証明し, Blaschke Finsler多様体の研究に用いた。この成果を距離関数の臨界点に於ける指数定理への応用に発展させた。Rauch予想は「コンパクト単連結リーマン多様体上の任意の点での切断跡と共役跡はその点での接空間内で一点を共有する」と主張した。この予想は既にA.Weinsteinによって否定的に解決した。切断跡と共役跡に関するKlingenbergの基本定理はフィンスラー計量では成り立たない事を発見し,更に,非コンパクト完備フィンスラー多様体上ではRauch予想が成立しない現象を捉えた。これらの諸結果は第51回フィンスラー幾何学シンポジウムで発表した。前年度BangaloreのAravinda・Tata Institute教授達と情報交換を行った結果,単位接ベクトル上の測地流の共役性の問題がフィンスラー曲面上でも考えられる事に気付いた。我々が証明しているClairautの定理のフィンスラー版は測地流の共役性に深く関連している。凸関数と等長変換の関連を調べて,リーマン多様体上で分解定理が様々な条件下で成り立つと我々は予想した。これらのアイデアをフィンスラー多様体に持ち込んで,フィンスラー多様体上の等長変換群についての新しい展開が拓けると考えられる。「アダマール多様体上の等長変換群のコンパクト部分群が共通の固定点を持つ」というCartanの古典的結果は狭義凸関数を許容する完備リーマン多様体に拡張され,更にShiohama-Tiwariによって完備フィンスラー多様体にも拡張された。凸関数及び凸性によって定義される様々な関数,例えばlinear function, peakless function, quasi-convex function等を許容する完備リーマン多様体はその上の等長変換との関連に於て分解定理に発展すると予想される。これらの問題のフィンスラー版はフィンスラー計量の複雑さを勘案すると極めて興味深いものが有る。凸性は幾何学のみならず多くの数学の分野に於いて基本的な概念である.

本研究では距離関数の非対称性によって引き起こされる種々の現象を捉え,リーマン幾何学とフィンスラー幾何学の相違を明らかにする事が中心的課題であった.凸性やその性質から導かれる諸現象は距離関数の非対称性に影響を受け難い性質がある.凸関数を許容する完備フィンスラー多様体の位相に関する研究は殆ど進み,端点の個数評価,非連結等位集合を許容する多様体は位相的に最小値集合と直線との積多様体に同相となること,及び最小値集合は全測地的超曲面となる事を証明した.更に,狭義凸関数を許容する完備フィンスラー多様体の等長群についても調べた.切断跡と共役跡との関係はリーマン多様体の場合とは異なる現象が起こる事も明らかになった.即ち,切断跡の最小点と共役点に関するBerger-Omoriの基本定理はフィンスラー多様体についても成り立つが,共役点と交わらない最小点に於けるKlingenbergの基本定理はフィンスラー多様体では異なる現象によって解明された.これらの基本的な性質をRauch予想とに関連において議論するとコンパクトなBlaschkeフィンスラー多様体の切断跡に関する重要な結果が示された.Rauch予想は完備非コンパクトなフィンスラー多様体では成立しない事も分かった.ランダース計量を用いてKlingenbergの基本定理に対する反例を構成する事も出来た.この反例はフィンスラー計量とリーマン計量の相違を理解する困難さを表現する極めて重要な反例と言えるだろう.フィンスラー多様体上の測地線はパラメーターを逆転すると測地線の性質を失う.このとき永野哲也は測地線の分岐現象に注目して分岐条件を研究した.日印自然科学協力事業によってインドの微分幾何学者,特にフィンスラー幾何学者達との交流が初めて進んだ。Ramanujan Math.Soc.の特別講演を日本人として初めて行った結果、多くのフィンスラー幾何学者と知りあう事が出来た。彼らを日本に招待してフィンスラー幾何学の国際研究集会を開催したい。フィンスラー曲面上の測地流の共役関係については多くの未解決問題が見いだされる。特に,アダマール多様体やBusemannの意味での直線フィンスラー多様体上のBusemann関数の挙動が共役関係によってどのように関わるか?此の様に新しい問題が提起されるだろう。前年度に引き続きフィンスラー曲面の単位接束上の測地流の共役性について研究を進め,その延長上にあると考えられる等長変換群と凸関数の挙動の関係を調べ,研究分担者達とのグループ討論によって様々な分解定理を証明したい。すなわち,凸性によって定義される様々な関数を許容する完備フィンスラー多様体に特別な条件(Randers計量,Berwald計量等)を与え,測地流の変化を調べたい。局所非定数凸関数を許容するフィンスラー多様体の位相に関してはほぼ満足すべき結果が得られている。即ち,このような凸関数の等位集合は全てが同時にコンパクトであるか,又は同時に非コンパクトである事を直径関数を用いずに証明出来る感触を得ている。
凖定常状態の統計力学とダイナミクス

多数の要素からなる系は、時間の経過とともに熱平衡状態と呼ばれる、もうこれ以上変化しない状態に落ち着く。熱平衡状態は、エンジンなど熱機関に対する理論の対象として応用上も重要である。しかし相互作用が遠く離れた要素同士にもおよぶ系の場合、熱平衡状態に至る前に、準定常状態と呼ばれる別の状態に長時間トラップされる。こういった系では準定常状態を理解・記述することが重要となる。本研究では、準定常状態を理論的に予測するための非平衡統計力学や、系の時間発展を記述する運動論に対しての貢献がなされた。多自由度ハミルトン系は長時間経過の後に熱平衡状態へと緩和する。しかし長距離相互作用を持つ系の場合は、準定常状態と呼ばれる状態に長時間トラップされるため、観測にかかる時間スケールでは熱平衡状態ではなく準定常状態であることがしばしばある。準定常状態は初期状態の取り方に依存するため、与えられた初期状態に対してどのような準定常状態が実現するか、また準定常状態の安定性や準定常状態からの摂動の時間発展が問題となる。本研究では、非平衡統計力学や運動論を用いてこれらの問題の解決を目指す。多自由度ハミルトン力学系は、初期条件の如何にかかわらず、長時間の経過によって熱平衡と呼ばれる状態に緩和する。そして熱平衡状態は、Boltzmann-Gibbsエントロピーを最大なさしめる分布として記述することができる。そのため、熱平衡状態に対する統計力学は完成した分野と言うことができる。しかしながら、多自由度ハミルトン系が長距離相互作用を持っている場合は、熱平衡状態への緩和の過程で、準定常状態と呼ばれる状態に長時間トラップされることが観測されている。実際、銀河系など多数の星が重力相互作用している系は、熱平衡状態には緩和しきっておらず、準定常状態とみなすことができる。そこで、準定常状態を記述する統計理論が必要となる。本年の研究では、平均場相互作用をもつHamiltonian mean-field(HMF)モデルと呼ばれるモデルに対して、Lynden-Bellによる先駆的な統計理論を応用し、準定常状態における相転移について以下のような知見を得た。(1)Lynden-Bell理論をN体シミュレーションの結果と比較し、これらがよい一致を示すことを見た。(2)HMF系は熱平衡状態では2次相転移のみ起こすが、準定常状態では1,2次の相転移を起こす。(3)2相を分離する臨界曲線を2次元パラメータ空間上に描いたが、準定常状態が初期状態に依存することを反映して、初期状態を表すパラメータが2次元パラメータ空間に含まれる。以上のように、本研究の成果は、準定常状態に対する統計理論の検証のみではなく、熱平衡状態では見られず準定常状態に特有な新たな現象を発見したという見地からも重要かつ意義深いものである。長距離相互作用系では、熱平衡状態に緩和する前に、しばしば準定常状態と呼ばれる状態に長時間トラップされる。トラップされる時間は粒子数とともに増加し、大自由度系では実験的に観測されるのは熱平衡状態ではなく準定常状態となる。そこで、準定常状態における統計力学とダイナミクスが重要な研究テーマとなる。前年には、Hamiltonian mean-field(HMF)モデルと呼ばれる平均場系において、Lynden-Bell統計の有用性を示した。今年度は、モデルを平均場系から1次元自己重力シートモデル(以下、シートモデルと呼ぶ)に変更してLynden-Bell統計の有用性を検証した。従来、シートモデルではLynden-Bell統計は使えないと認識されてきた。なぜならばシートモデルでは、中心付近の高密度のコア部分と、周辺の低密度のハロ部分が形成され、特に力学的な理由によって形成されるハロ部分は統計力学では捉えられないからである。本研究ではそれを逆手に取り、コア部分のみか着目するならばLynden-Bell統計が有用ではないかと考え、このアイディアを数値計算を用いて肯定的に検証した。一方、HMFモデルを用いて準定常状態におけるダイナミクスの研究も行った。電子のみが動くプラズマ系では、複数の移動型クラスターが形成されることが観測されているが、引力系では複数クラスターの存在は明確ではなかった。そこで、HMF系において相互作用を引力型と斥力型としたとき、それぞれかおいて複数の移動型クラスターが形成されるかどうかを理論的か予測し、数値的に検証した。その結果、引力系は斥力系に比ベて複数クラスターを形成しかくいが、初期状態の範囲をGauss分布からLynden-Bell統計に拡げることにより形成が可能となることがわかった。多自由度ハミルトン系は、長時間経過すると熱平衡状態へと緩和する。しかし長距離相互作用を持っハミルトン系の場合、熱平衡状態へと緩和する前に、準定常状態と呼ばれる状態に長時間トラップされることがある。準定常状態は初期状態の取り方に依存するため、与えられた初期状態に対してどのような準定常状態が実現されるかを予測することが重要となる。

報告者と共同研究者は、保存則を取り入れた統計力学によって、準定常状態、特に非平衡状態での相転移をも予測できることを示してきた。しかしLynden-Bellのアイディアに基づくこの統計力学は、waterbagと呼ばれる特殊な初期状態に対して有用であるという制約がある。そのため、本年度は時間発展方程式からオーダーパラメータの時間発展を記述する方法を開発し、これによって準定常状態における相転移を記述することを計画した。具体的には、多自由度Hamiltonian系を1体分布関数で記述し、1体分布が従うVlasov方程式を導出する。さらに、Vlasov方程式をLie-Poisson括弧を用いて再びハミルトン方程式の形式に書き直し化摂動的な方法を用いてオーダーパラメータの時間発展を記述する。Hamiltonian mean-fieldモデルとwaterbag初期状態に対してこの方法を適用したところ、既存のLynden-Bell統計およびN体数値計算の結果と整合する結果を得た。摂動論であるため計算は煩雑となるが、時間発展を直接扱うため初期状態をwaterbagと限定する必要がない。また、Lynden-Bell統計の有用性が低い自己重力系などの系にも適用できる可能性があり、汎用性のある方法であると言える。本研究の対象は、自己重力系やプラズマ系など、2体間の相互作用が長距離におよぶ系である。多数の粒子が運動する様子を、N体の運動方程式ではなく1体分布関数の方程式であるブラソフ方程式によって解析した。特に、安定定常解に与えた摂動がどのような時間発展をするのかを詳細に調べた。安定定常解が空間的に一様な場合には、ランダウによる結果が知られている。これによると、波数と振動数の関係を表す分散関係の根を複素平面で求めることにより振動を伴う指数的な減衰が起こることがわかる。これをランダウ減衰という。しかし、安定定常解が空間的に非一様である場合には、技術的困難もあり形式論を越えた具体的な解析はあまりなく、ランダウ減衰が非一様の場合にも有効な概念であるかどうかが明確ではなかった。一方で、自己重力系で顕著なように、空間非一様解の解析は応用上非常に重要である。その第1歩として、本研究では理論的な取り扱いが行いやすいHamiltonian mean-field (HMF)系を用いることにより、技術的な困難を乗り越えた。具体的には、(a)空間非一様な場合には1体ハミルトニアンから作用・角変数を定める必要があるが、楕円積分を用いてこれを実行したこと、(b)一般には分散関係はサイズ無限の行列の行列式として表わされるが、HMF系ではサイズ2の対角行列で書けることを示したこと、により緩和の予言と数値的検証を可能とした。われわれが得た結果によると、空間非一様な分布の場合にも、空間一様の場合と同様なランダウ減衰が起こることがわかった。ただし、空間一様な場合との差異として、系のエネルギーを増加させて行くと系の時間スケールを決める主たる根の交代が起こることなどを発見した。
触覚による情報獲得過程の生理的多型性-ニューロイメージングによるアプローチ

本研究は触覚による仮現運動感覚の明瞭性および知覚される運動速度の精度計測ならびに仮現運動感覚呈示時の体性感覚野の脳磁界応答計測について研究を行った。その結果,仮現運動感覚は個人ごとに速度情報を正確に感じ取る姿勢は異なることが示唆され、また、8種類の図形を3種の異なる提示手法を用いてその正答率を求めた結果、提示時間が400msの時に93%以上の正答率を得ることができることが分かった。これらの成果はヒューマンインタフェース学会誌に採録されたのをはじめ,国内外で精力的に発表を行った.本研究は触覚による仮現運動感覚の明瞭性および知覚される運動速度の精度計測ならびに仮現運動感覚呈示時の体性感覚野の脳磁界応答計測について研究を行った。これらの成果はヒューマンインタフェース学会誌に採録されたのをはじめ,国内外で精力的に発表を行った.近年、皮膚感覚に対して情報提示を行う触覚インタフェースの研究が盛んに行われている。しかしながら、ヒトの触知覚メカニズムに基づいた触覚インタフェースの設計指針は出揃っているとはいえない。本研究は、1ピンなどの固体を皮膚に当てることなく、各ノズルの噴流に強度と時間差を与えることにより、空気噴流だけで滑らかさや仮現運動感覚を生起させるアレイ型触覚ディスプレイを作成し、2指先の触覚の各機械受容器にかかる応力分布を有限要素法により求め、その応力分布を生じさせるよう触覚ディスプレイの呈示圧力を制御して、機械受容器の神経インパルス発火の状態と触覚との関係を実験的に調べ、3仮現運動感覚とファントムセンセーションをヒトが獲得する際の脳内の情報処理過程を、脳磁界応答を用いたニューロイメージング手法により明らかにし、ヒトの触覚による情報獲得・統合過程の生理的多型性を探るという目的で研究を行った。その結果、1に関しては実際に非接触型触覚ディスプレイを構築することに成功した。このディスプレイを用いてファントムセンセーションを使って図形を表示させ、平均78.3%の認識率で情報を伝達することができた。2に関しては実際に有限要素モデルを構築し、このモデルに指先形状を入力することで力学特性を推定させ、刺激提示時の皮膚変位と知覚反応を関連付けることができた。この2点に関して学会発表を行い、関連の研究者と意義のある議論を進め、論文執筆の準備を進めている。第3の目的であった触覚のニューロイメージングに関しては、多点刺激を示指に提示し、体性感覚誘発磁界を計測する実験を行い、仮現運動感覚と誘発磁界の活動潜時との関係をまとめ、学会で報告した。本年度は(1)触覚による仮現運動感覚の明瞭性および知覚される運動速度の精度計測、(2)ファントムセンセーション呈示実験、(3)仮現運動感覚呈示時の体性感覚野の脳磁界応答計測の3点を中心に研究を行った。(1)については、特に仮現運動感覚に関して、人間の受容姿勢および提示方向の違いにおける速度識別の正確度を測定することで、触覚における速度情報の認知に適した提示手法について検討することを目的として実験を行った結果、個人ごとに速度情報を正確に感じ取る姿勢は異なることが示唆され、また、速度知覚の正確度は提示方向に依存しない可能性が示唆された。さらに、本実験における刺激条件下では、低速領域で正確な速度識別ができる可能性が示唆された。この成果はヒューマンインタフェース学会誌に採録が決定している。(2)のファントムセンセーションについては8種類の図形を3種の異なる経常提示手法を用いてその正答率を求めた結果、正答率は提示時間に大きく依存する結果となり、特に400msの時に93%以上の正答率を得ることができることが分かった。また、提示手法では辺区切り手法が最も適切に情報を伝達できることが分かり、人間工学会等で発表を行った。(3)の脳磁界応答計測については、2点刺激を用いて、提示時間を変化させることによって構築した明瞭度の異なる仮現運動刺激を示指に提示し、その際の脳磁界応答を計測した。その結果、触覚刺激提示による体性感覚野の反応後、運動野が触覚の仮現運動の明瞭度の高い刺激条件に強く関与する可能性が示唆された。本結果は日本生体磁気学会で報告をしたのをはじめ、論文にまとめる作業を行った。近年、皮膚感覚に対して情報提示を行う触覚インタフェースの研究が盛んにおこなわれている。本研究は、(1)ピンなどの固体を皮膚に当てることなく、各ノズルの噴流に強度と時間差を与えることにより、空気噴流だけで滑らかさや仮現運動感覚を生起させるアレイ型触覚ディスプレイを作成し、2)指先の触覚の各機械受容器にかかる応力分布を有限要素法により求め、その応力分布を生じさせるよう触覚ディスプレイの呈示圧力を制御して、機械受容器の神経インパルス発火の状態と触感との関係を実験的に調べ、(3)仮現運動感覚とファントムセンセーションをヒトが獲得する際の脳内の情報処理過程を、脳磁界応答を用いたニューロイメージング手法により明らかにし、ヒトの触覚による情報獲得・統合過程の生理的多型性を探るという目的で研究を行った。

本研究の成果は大きくは2通りあり,1つは新しい空気噴流による非接触型触覚ディスプレイをこれまでの5×5のタイプから12×12の高密度型のものを構築し,これを用いて数々の実験を行ったことである.開発したディスプレイを用いて,掌上に対して触錯覚現象の一つであるファントムセンセーションの明瞭度を実験的に求め,これまで定説となっていた掌上の二点弁別閾の傾向とは異なることを実証することができた.また,もう一つの大きな成果として,触覚による仮現運動感覚を提示することにより,大脳皮質内では実際に運動する際に賦活する運動野に神経活動が現れることを観察することができ,さらに移動間の明瞭さに応じて活動が変化することを初めて計測することができたことである,これらの成果はヒューマンインタフェース学会論文誌を始め,多数の国内外論文等に発表することができた.
医療保険の成立要因に関する研究

わが国の医療保障は、医療保険に基盤を持ち、多種多様な健康保険組合が存在している。その中で、国庫補助率が低く、自主性の高い健康保険組合について、全国的な規模での調査を行うことによって、「医療保険の成立要因」を明らかにしたいと考えた。調査対象は健康保険組合連合会に加盟し、昭和49年度から昭和56年度の8年間にわたって、継続して収支決算書が報告されている1,570の健康保険組合である。まず最初に、健康保険組合の特性を明らかにし得る指標を明らかにする目的で、収支決算書に記載されている各数値について検討した。健康保険組合の構成因子を代表する9つの指標と保健活動状況を代表する4つの指標、医療費支出の状況を代表する6つの指標に、経常収支の指標を加えて総計20の指標について、8年間の平均値を各健康保険組合の代表値として、各指標間の関連を相関係数行列及び経常収支を基準変数とした場合の重回帰式を作成した。その結果、健康保険組合連合会自体の特性を明らかにし得る指標を確定し得ると同時に、各指標間の関連を明らかにし得た。また、健康保険組合の構造的及び運営上の特性を、これらの指標によって説明し得ることを明らかにした。さらに、収支決算の内容によって分類した「財政窮迫組合」と「優良組合」とについて、これら指標を用いて、両群の特性を明らかにした。これらの調査結果により、財政収支に最も影響力の大きい指標として被保険者数と事業所別の被保険者の平均年令との2つの指標について焦点を絞って、総合健康保険組合に例を取って検討した。これらの結果から、財政事情に関連を持つ構造上及び運営上の問題点を指摘し得た。
アルコールの吸収に及ぼすアセトアルデヒドの影響について

ラットの腸管にループを作製し、in situ一回かん流法により、ループ内を4%エタノール(EtOH)溶液でかん流を行った。アルデヒド脱水素酵素(ALDH)の阻害剤であるシアナマイド(CY)で前処理すると、血中アセトアルデヒド(AcH)濃度は、CY投与量に比例して上昇した。これに対し、ピーク血中AcH濃度と吸収速度定数は反比例的に有意に低下した。一方、colored microsphere法でループの組織血液量を測定したところ、CY前処理により血流量は著明に減少したが、血中EtOH濃度の上昇とは相関はみられなかった。これらの結果は血中AcH濃度の上昇によるEtOHの吸収抑制は吸収部位での血流減少が大きな要因の一つと考えられるが、血流以外の要因が存在することが示唆された。また、EtOH同様に水溶性の低分子物質であるブタノンをEtOHとともにかん流したところ、EtOHとほぼ同様の抑制が認められた。このことからAcH濃度の上昇による吸収抑制はEtOHに特異的な現象ではないことが示唆された。これまでの実験でかん流液の回収量がCY前処理により増加し、また肉眼的にかん流部位に強い浮腫が認められることから、ヒスタミンとプロスタグランジンF_2(PGF_2)に注目し実験を継続した。RAによる測定法は十分現在まで確立できず、今後の課題となっている。回収したかん流液中のヒスタミンはCY前処理により有意に増加が認められたが、PGF_2は増加傾向がみられるものの、バラツキが大きく結論を出すに至っていない。今後は組織中のヒスタミン及びPGF_2の変動を検討するため測定法の検討を行う予定である。かん流前に各濃度のシアナマイド(CY)(25,50,100mg)で前処理すると、血中アセトアルデヒド(AcH)濃度は、CY投与量に比例して上昇した。これに対し、ピーク血中EtOH濃度と吸収速度定数は反比例的に有意に低下していった。すなわち、腸管からのEtoHの吸収は血中AcH濃度に依存して減少する知見をえた。一方、Colored microsphere法でループの組織血流量を測定したところ、CYで前処理しない群ではかん流時血流は軽度に増加したが、CYの前処理により著明に血量は減少した。しかし、この血流減少は血中AcH濃度上昇とは相関関係は認められなかった。また、血中AcH濃度の上昇によるEtOHの吸収抑制はEtOHに特異的な現象であるのかを検討するため、EtOHと同様に水溶性の低分子物質であるブタノンをEtOHとともにかん流したところ、EtOHとほぼ同様の抑制が認められた。これまでアトロピン投与により腸管からの吸収抑制が阻害される知見を得ていることから、AcHによる吸収抑制は、AcHを介して自律神経系が関与している可能性が強く示唆されており、今後は神経系の関与について検討する予定である。ラットの腸管にループを作製し、in situ一回かん流法により、ループ内を4%エタノール(EtOH)溶液でかん流した。シアナマイド(CY)で前処理をして血中アセトアルデヒド(AcH)を増加させると、腸管ループからのEtOHの吸収が抑制され、これは吸収部位や門脈の血流低下だけによるものではないことを見い出した。

これまでの一連の実経で、血中AcHが増加した状態ではかん流液の回収量が増加するとともに、腸管粘膜に強い浮腫が観察されており、腸管局所での浮腫や分泌増加が吸収抑制に関与している可能性も示唆された。そこで今回、かん流後回収した溶液中のヒスタミンとプロスタグランジンF_2(PGF_2)について検討を行った。ヒスタミンは生食だけあるいはCYで前処理後に生食でかん流しても溶液中には検出されなかった。一方、EtOHでかん流するとわずかに検出され(0.6【plus-minus】0.08nmol/l)、CYで前処理すると有意に増加した(2.6【plus-minus】0.99nmol/l)。PGF_2については、現在例数が少なく結論づけることは困難であるが、CYの前処理により有意に低下する傾向がみられる。ヒスタミン、PGF_2とも腸管からの分泌を亢進するといわれている。血中にAcHを増加させると回収かん流液中にヒスタミンは有意に増加したが、PGF_2はむしろ低下し、相反する結果となった。今回の実験は両物質がEtOHの腸管からの吸収に何らかの関与を示唆するものと考えられ、今後はこれらの定量の確立と腸管組織内での変動についても検討する予定である。
有機官能基秩序配列を有したペプチド薄膜上での無機結晶析出の解析とその応用

本研究課題では、種々の官能基配列パターンを有するペプチド単分子膜を調製し、析出したリン酸カルシウムのモルフォロジーや結晶相、また膜表面に対する結晶の向きとペプチド表面の官能基パターンとの相関性を調査した。具体的には、カルボキシル基、アミノ基そして鉱化不活性な疎水基の3種類の官能基を組み合わせてペプチド界面パターンを作成した。(COOH)8膜上では、アモルファスリン酸カルシウムナノファイバーの形成が確認された。一方で、(COOH-NH3)4及び(COOH-C2H6)4膜上では結晶性のナノファイバーが確認され、界面パターンの影響が示唆された。バイオミネラリゼーションは常温常圧下において特異な無機構造体を構築する高効率プロセスであり工学的応用が期待されている。そのメカニズムとして、結晶核形成の起点となる有機鎖官能基の種類や空間的配置が結晶形態に影響を及ぼすと考えられている。今回テンプレートに用いるペプチドは、アミノ酸側鎖由来の多種多様の官能基を自在にシークエンスに組み込むができ、タンパク質の一次、二次構造の形成によって官能基を空間的に厳密に配列制御できる。そこで平成23年度は、カルボキシル基およびアミノ基を界面に規則正しく配置したペプチド基板上に、交互滴下法によりリン酸カルシウムのミネラリゼーションを行い、官能基の間隔および官能基種と結晶形態の関係性を評価した。平成24年度は、前年度までに作成した上記のβーシートペプチド単分子膜上での各種界面バイオミネラリゼーションを行い、その構造解析を詳細に行った。無機析出物の構造解析については、析出形態を確認するために電子顕微鏡(SEM)や原子間力顕微鏡(AFM)観察を行った。またCa/P組成比を調べるためにX線光電子分光(XPS)および誘導結合プラズマ(ICP)発光分析測定を実施した。さらに結晶相の決定の要因に析出物の成長速度も重要であると考えられるために、水晶振動子マイクロバランス(QCM)測定により、析出物の成長速度を追跡した。その結果、QCMによる成長速度は両基板ともほぼ同値であることがわかった。これにより今回の系において結晶成長速度は結晶形態の決定には関与しておらず、結晶相の違いは界面の影響であると示唆された。本年度は、過去2年間のペプチド配列上でのリン酸カルシウム析出実験の知見に基づいて、他の元素(酸化チタン)のペプチドナノファイバー表面におけるミネラリゼーションを行った。今回用いるペプチドは疎水性のロイシン(L)、バリン(V)を交互に配しC末端側にポリエチレングリコール(PEG)を配した(LK)8-PEG70を用いた。このペプチドは溶液中でβ-シート構造由来のナノファイバーを形成する。このペプチドナノファイバーとチタン前駆体を水溶液中で混合しミネラリゼーションを行い、析出物の評価を行った。(LK)8-PEG70ペプチドはコンビナトリアルペプチド固相合成法から得た。具体的な実験方法は以下の通りである。0.2 mg/mLのペプチド水溶液(pH11.0)1 mLに50 mMのTitanium bis(ammonium lactato)dihydroxide水溶液100 μLを加え70度、24時間攪拌した。その後、遠心分離で洗浄し凍結乾燥させてサンプルを得た。コントロールとしてポリリジン(K10)、ペプチド添加なしの系も同様に行なった。析出物のSEM画像から、(LK)8-PEG70系では、3次元のナノファイバー構造であったのに対し、K10系では、バルク状の析出物が観察された。これらのモルフォロジーが有機物の形状に影響したいわゆる「テンプレート効果」によるものか確認するために、円偏光二色性スペクトル(CD)を測定した。pH11では、(LK)8-PEG70はβ-シート構造のナノファイバーであったのに対し、K10はランダムコイル構造であったため、有機物のテンプレート効果が示された。以上の結果から、本研究課題で行ったオリジナルなペプチドテンプレートを用いることで、リン酸カルシウムのみならず酸化チタンの構造も制御可能ということが明らかとなり、今後の機能性無機材料の合成手法に大きな指針となる。

最初にカルボキシル基の間隔を0.7,1.4,2.8 nmにそれぞれ制御したβーシートペプチド-PEGジブロック共重合体(LE)8-PEG70,(VEVV)4-PEG70,(VEVV-VVVV)2-PEG70、およびカルボキシル基:アミノ基比が1:1(交互配列)とアミノ基のみのペプチド(LELK)8-PEG70, (LK)8-PEG70を調製した。6.0×10-5 Mのペプチド水溶液にマイカ基板を4°Cで24時間浸漬させペプチド単分子膜を調製した。ペプチド薄膜上で析出したリン酸カルシウム(CaP)のSEM画像と電子線回折像、XRDの結果から(LE)8のCaPは一軸配向した析出形態を示し、アモルファスであった。一方(LELK)4上はハイドロキシアパタイトであることがわかった。一方でQCMによる成長速度は両基板ともほぼ同値であることがわかった。これにより今回の系において結晶成長速度は結晶形態の決定には関与しておらず、結晶相の違いは界面の影響であると示唆された。平成24年度は、平成23年度までに作成した上記4種類のβーシートペプチド単分子膜上での各種界面バイオミネラリゼーションを行うことを目標とした。特に、H24年度は、無機析出物の構造解析について、析出形態を確認するために電子顕微鏡(SEM)や原子間力顕微鏡(AFM)観察を行った。またCa/P組成比を調べるためにX線光電子分光(XPS)および誘導結合プラズマ(ICP)発光分析測定を実施した。さらに結晶相の決定の要因に析出物の成長速度も重要であると考えられるために、水晶振動子マイクロバランス(QCM)測定により、析出物の成長速度を追跡した。以上、当初に掲げた目標をほぼ全て実施して、自己組織化ペプチドテンプレート上でのリン酸カルシウムミネラリゼーション機構を解明した。これらの理由により、研究の進捗については、おおむね順調に進行していると判断する。平成23年度の計画である、βーシートペプチド構造を形成させる4種類のペプチド配列(Leu-Glu)8、(Val-Glu-Val-Val)4、(Leu-Glu-Leu-Lys)4、(Leu-Lys)8を設計し、固相合成によりそれらの合成を完了した。またマイカ基板上への単分子作成も成功している。また平成24年度に実施を計画している「βーシートペプチド単分子膜上での各種界面バイオミネラリゼーションの実施」について、本年度中に予備的な実験を前倒しで行うことで、ペプチド薄膜上でリン酸カルシウムの形成と結晶構造について若干の知見を得ることができた。以上の理由により、研究の進捗については、おおむね順調に進行していると判断する。平成25年度は、平成24年度までに合成・解析された【βーシートペプチド単分子膜上に析出した無機化合物シートの応用研究】として以下の2点に取り組む。1計画通りにリン酸カルシウムが析出したペプチド基板では、基板上へのタンパク質の選択的吸着実験を行う。リン酸カルシウムは、タンパク質やDNAなどの生体分子に対して、高い吸着特性を持つことが知られている。
蝶形骨骨格形成初期におけるRunx2の細胞増殖機構の解明

Runx2は骨芽細胞分化に必須な転写因子である。その一方で、Runx2は間葉系細胞・前骨芽細胞の増殖に対して抑制的に働くという報告が多く認められる。申請者は先行研究の結果に基づいて、Runx2は間葉系細胞・前骨芽細胞の増殖を正の方向に制御するとの仮説を立てた。本研究では、Runx2遺伝子改変マウスを用いて蛍光免疫染色を主とした手法により、Runx2の骨格形成初期における細胞増殖の調節機構を明らかにすることを目的とする。本研究の推進により、Runx2の細胞増殖機能に関する新たな知見が得られると同時に、RUNX2が関わる骨形成異常を呈する遺伝性疾患の治療の新たな基盤構築が期待できる。
B型肝炎ウイルス発癌モデルでの肝臓での特異的発現遺伝子の包括的検索

HBs抗原で免疫した野生型のマウス骨髄細胞を、骨髄細胞を枯渇させたHBsトランスジェニックマウスに移植することによって、急性肝炎→慢性肝炎→前癌状態→肝癌と発症するモデルを用いて、前癌状態において選択的に発現が変化する遺伝子群を、蛍光ディファレンシャル・ディスプレイ(FDD)法にて包括的に検索し、同定した。その結果、(1)5種類の未知遺伝子ならびに、19種類の既知遺伝子の発現が増強していたのに対して、19種類の既知遺伝子の発現が低下していた。(2)5種類の未知遺伝子を定量的RT-PCR法にて検討したところ、このモデルのみならず、diethylnitrosamine投与による肝癌発症モデルでの前癌状態においても、これらの遺伝子発現が肝臓内で発現が増強していることを確認した。(3)このモデルの前癌状態で発現が増強していた既知遺伝子のうち、機能の詳細が不明であるセリン・スレオニン・キナーゼ、pim-3の発現様式について検討した結果、HBs-Tgマウスでの肝癌発症モデルとdiethylnitrosamine投与による肝癌発症モデルとの両者において、前癌状態においてpim-3の発現が増強していることを、半定量的RT-PCR法にて確認した。(4)ヒトpim-3の塩基配列の報告がなかったため、ヒトpim-3の完全長cDNAをクローニングして、その塩基配列を決定した。ヒトpim-3cDNAは全長約2.4kbで、981bp(326アミノ酸)からなるopen reading frameを保有していて、これまでに報告されているマウス・ラットpim-3とアミノ酸レベルで94%一致していることが明らかになった。さらに、ヒト肝癌細胞株でpim-3が恒常的に発現していることも確認した。
交通安全装置の有効性に関する日米比較研究 -シートベルトとエアバックとを中心に-

日本の道路交通事故の特徴の一つとして、いわゆる欧米型の乗車中死者が近年増加しており、そのため車の中にいる人を保護する安全装置の開発が進められてきている。アメリカの場合は、ドア-を開くと自動的にシートベルトが解放され、ドア-を閉めるとシートベルトが肩の方にくるような自動シートベルトが考案され米国に輸出するほとんどの日本車にもこの自動シートベルトは採用されている。この自動式と受動式のシートベルトを日米で比較してみると、アメリカでは自動式シートベルトが設置されている車両が多い反面、日本ではほとんどみかけることは出来ない。近年、数多くの自動車メーカーが使用しているエアバックはの長所としては、特に女性の場合、顔面の損傷を防ぐという美容面での効果などが言われている。シートベルトと比べれば、車の利用者の快適さを損なわないで、安全を確保できるという点で、次世代の安全装置としての可能性を潜めていると思われる。しかし、エアバックはまだ高価であること、健康影響に未知の部分が多い。また、シートベルトとエアバックの両装置は二つ併せて初めて高い安全性を確保するもので、どちらかに偏ってはその安全性を得ることはできないという問題がある。一方、カナダの全国調査結果が裏付けるように、車の購入者にもっとも関心がある部分は車の販売価格であり、例え安全装置が今までと比べてその優先順位をあげてきたとしても、国の法律的な援護なしに車の安全装置の普及は望めない。法律的に定められた受動式のシートベルトの高い普及率を考慮すれば、エアバックを始めとする比較的新しく実用可能な安全装置に対する政策的な配慮の普及率に及ぼす影響は大きいと思われる。その意志決定のための基本資料として、安全装置に対する利用者のニーズ、開発費用及び販売価格、現在の普及率などの状況、そして健康状態についての研究が早急に求められよう。
非生物由来の新しい一時的塞栓物質の開発

水溶性polyvinyl alcohol(PVA)の一時的血管塞栓剤としての特性の評価を行う目的で物理実験の結果を行った。重合度、鹸化度等の物性を変化させて溶解特性の異なるPVAを作成し、これらのPVAを一時的塞栓物質として使用し、実験動物を行い生体内での塞栓および溶解挙動を評価した。作成したPVAは球状粒子で重合度は300、粒子径分布は151200μmに調製しするとともに、粒子の溶解性は鹸化度を変化させることにより調整し、複数のPVA粒子を作成した。これらのPVA粒子を造影剤、新鮮凍結血漿に溶解させ、その溶解度から予測される血管塞栓時間により短時間(数時間以内)、長時間(数日以上)に大別した。上記の物理実験の結果をもとに動物実験を施行した。造影剤(イオパミロン300)に溶解したPVA20%溶液を用いてブタ腎動脈を塞栓し、経時的に腎動脈造影を行い造影所見の経時変化を観察した。その後、腎臓を摘出し、病理所見から生体内での塞栓状況を比較検討した。さらに上記塞栓物質を豚の肝動脈および肺動脈内に注入し、塞栓状況を血管造影で観察するとともに組織を摘出し、肉眼的、組織学的な観察を行った。結果は、血管造影上、短時間型、長時間型のいずれのPVA粒子でも腎動脈、肝動脈、肺動脈の良好な塞栓が確認された。塞栓後の経時的血管造影所見では粒子の鹸化度と画像上の再疎通時間に相関が認められた。病理所見では短時間型ではPVAを注入した血管内にPVAがゲル状に存在しており、長時間型では血管内にPVAが粒子状の形状で存在する傾向が認められた。水溶性PVAは物性の変更により生体内での塞栓の形式や塞栓時間を調整することができ、一時的血管塞栓物質として応用可能な性質を有することが証明された。水溶性polyvinyl alcohol(PVA)の一時的血管塞栓剤としての特性の評価を行うために以下の実験を行った。すなわち、重合度、鹸化度等の物性を変化させて溶解特性の異なるPVAを作成し、これらのPVAを一時的塞栓物質として使用し、実験動物を行い生体内での塞栓および溶解挙動を評価した。作成したPVAは球状粒子で重合度は300、粒子径分布は151200μmに調製した。粒子の溶解性は鹸化度を変化させることにより調整し、複数のPVA粒子を作成した。次いで、造影剤(イオパミロン300)に溶解したPVA20%溶液を用いてブタ腎動脈を塞栓し、経時的に腎動脈造影を行い造影所見の経時変化を観察した。結果は、血管造影上、短時間型、長時間型のいずれのPVA粒子でも腎動脈の良好な塞栓が確認された。

以上より、水溶性PVAは物性の変更により生体内での塞栓の形式や塞栓時間を調整することができ、一時的血管塞栓物質として応用可能な性質を有することが判明した。水溶性polyvinyl alcohol(PVA)の一時的血管塞栓剤としての特性の評価を行うとともに物理実験の結果をもとに動物実験を行った。重合度、鹸化度等の物性を変化させて溶解特性の異なるPVAを作成し、これらのPVAを一時的塞栓物質として使用し、実験動物を行い生体内での塞栓および溶解挙動を評価した。作成したPVAは球状粒子で重合度は300、粒子径分布は151200μmに調製しするとともに、粒子の溶解性は鹸化度を変化させることにより調整し、複数のPVA粒子を作成した。これらのPVA粒子を造影剤、新鮮凍結血漿に溶解させ、その溶解度から予測される血管塞栓時間により短時間(数時間以内)、長時間(数日以上)に大別した。次いで、造影剤(イオパミロン300)に溶解したPVA20%溶液を用いてブタ腎動脈を塞栓し、経時的に腎動脈造影を行い造影所見の経時変化を観察した。その後、腎臓を摘出し、病理所見から生体内での塞栓状況を比較検討した。さらに上記塞栓物質を豚の肝動脈および肺動脈内に注入し、塞栓状況を血管造影で観察するとともに組織を摘出し、肉眼的、組織学的な観察を行った。結果は、血管造影上、短時間型、長時間型のいずれのPVA粒子でも腎動脈、肝動脈、肺動脈の良好な塞栓が確認された。塞栓後の経時的血管造影所見では粒子の鹸化度と画像上の再疎通時間に相関が認められた。病理所見では短時間型ではPVAを注入した血管内にPVAがゲル状に存在しており、長時間型では血管内にPVAが粒子状の形状で存在する傾向が認められた。水溶性PVAは物性の変更により生体内での塞栓の形式や塞栓時間を調整することができ、一時的血管塞栓物質として応用可能な性質を有することが証明された。
タンパク質工学的に高品質化した大豆グリシニンの形質転換植物における発現とその解析

世界が現在抱えている飽食と飢餓という相反する問題を同時に解決するために、成人病誘発の心配のない植物性タンパク質の食品機能を高品質化することが望まれている。本研究では、大豆タンパク質の主要成分であるグリシニンの食品機能をタンパク質工学的に高品質化し、それをコ-ドする改変遺伝子のタバコ植物体における発現挙動を解析することによって、高品質なタンパク質を産出する大豆植物体を開発する基盤を確立することを目的とした。1.グリシニンの構造的特徴と構造・機能特性相関を踏まえて、可変領域欠失、メチオニンが4残基連続したペプチドの可変領域への挿入、ジスルフィド結合の欠失を施こした各種改変グリシニンを大腸菌で生産し、それらの構造構築能と食品機能を解析した。その結果、構造構築能を持つ改変グリシニンのほとんどのものが期待通りに大豆グリシニンよりも優れた性質を示した。2.構造構築能を損なわないと考えられる改変を組み合せた各種の組み合せ改変グリシニンの解析から、各改変は構造構築に全く不都合を引き起こさないことが判明した。これらの組み合わせ改変グリシニンはより高品質な食品機能を示す可能性が高い。3.酵母発現系もグリシニンのタンパク質工学的研究に利用できること、また、構造形成に不都合のある改変グリシニンも蓄積させることができることを示した。4.高品質なグリシニンをコ-ドする改変遺伝子を導入した形質転換タバコ植物体で改変グリシニンの蓄積を確認した。以上のように、高品質なタンパク質を産出する大豆植物体を開発する基盤を確立することができた。植物性タンパク質は動物性タンパク質に比べると経済性、供給量の点で優れているが、栄養性、機能特性の点で劣っている。しかし、植物はコレステロ-ルを含有していない。しかも、大豆タンパク質は血中コレステロ-ル値を低下させることが知られている。そこで、成人病予防のために、動物性タンパク質に匹敵する栄養性、機能特性を持つ高品質なタンパク質を産出する大豆植物体を開発する基盤を確立することを目的として、本研究では大豆タンパク質の主成分であるグリシニンをタンパク質工学的に高品質化し、それをコ-ドする改変遺伝子のタバコ植物体における発現挙動を解析する。本年度の成果は以下の通りである。1.グリシニンの高品質化:グリシニンの構造的特徴と構造・機能特性相関関係を踏まえて可変領域の欠失、4残基のメチオニンが連続したペプチドの可変領域への挿入、ジスルフィド結合の除去などを施こした改変グリシニンに対する各種発現プラスミドを構築した。それらを大腸菌で発現させ、各種グリシニンの構造形成能を超遠心分析によって解析した。その結果、改変グリシニンのいくつかのものが構造形成能を持っていた。また、構造形成能を持っているものの多くが期待通りに大豆グリシニンよりも優れた機能特性を示した。2.酵母発現系のタンパク質工学への利用性:酵母で発現したグリシニンは不溶性であるが、可溶化すると構造形成能を示した。つまり、酵母発現系もタンパク質工学に利用できる。また、発現タンパク質が不溶化するので、構造形成に不都合のある改変グリシニンも蓄積させることができるという利点があることを見い出した。3.次年度の展開:今年度に構築した高品質なグリシニンをコ-ドする改変遺伝子をタバコに導入し、その発現挙動を解析することにより、高品質な大豆植物体を開発する基盤を確立する。植物性タンパク質は動物性タンパク質に比べると経済性、供給量で優れているが、栄養性、機能特性の点で劣っている。そこで、成人病予防のために、動物性タンパク質に匹敵する栄養性、機能特性を持つ高品質なタンパク質を産出する大豆植物体を開発する基盤を確立することを目的として、本研究では大豆タンパク質の主成分であるグリシニンをタンパク質工学的に高品質化し、それをコ-ドする改変遺伝子のタバコ植物体における発現挙動を解析した。

本年度の成果は以下の通りである。1.グリシニンの高品質化:グリシニンの構造的特徴と構造・機能特性相関関係を踏まえて構築した改変グロシニンで、グリシニン本来の構造を構築できると考えられたもののうち、前年度に解析できなかったジスルフィド結合を除去した改変グリシニンの機能特性を調べた。その結果、いずれのものも大豆グリシニンより優れた乳化性を示した。また、そのうち1種は飛躍的に優れた加熱ゲル化性を示した。構造構築に不都合を引き起こさないと考えられた改変を組み合せた各種の“組み合せ改変グリシニン"の構造構築能を超遠心分析によって解析した結果、各改変は実際に全く構造構築に不都合を引き起こさないことが実証された。また、構造の不安定化が機能特性の改善と直接的に関係していることが示された。2.タバコ形質転換植物体の作出と発現解析:栄養性、機能特性とも優れた性質を示した改変グリシニンをコ-ドする遺伝子をカリフラワ-モザイクウイルスの35Sプロモ-タ-を持つTiプラスミドを用いて導入した形質転換タバコにおいて、改変グリシニンの蓄積を確認した。