hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
力学刺激の減少に伴い起こる培養系筋萎縮は臨床の廃用性筋萎縮モデルになりうるか？

具体的には、モデルとして適切な活動負荷時間・強度・頻度、脱負荷時間と萎縮や肥大の変化を組織学的、生化学的に検証した。そして、本モデルが理学療法効果判定のモデルとして適当かどうかを検証した。蛋白質合成機構については、PI3K/ Akt/ mTOR経路、mTOR/ p70S6K経路、MAPK/MEK/ERK経路などに関わる分子の活性をウエスタンブロット法により検証した。ユビキチンープロテアソーム系の蛋白質分解機構は、ユビキチンリガーゼE1阻害剤(UBEI-41:BIOGENOVA)を培地に添加して、本モデルにおける筋管細胞の横径の減少抑制の有無を検証した。またプロテアソーム阻害剤を培地に添加して、プロテアソームで認識されるK48ポリユビキチン鎖によって修飾されたタンパク質の増加を検証した。オートファジー系の蛋白質分解機構は、オートファジーに重要な分子であるLC3の活性をウエスタンブロット法により確認した。オートファジーの活性は、LC3II/LC3Iの値で評価した。その結果、これまでに明らかになってきた刺激強度のコントロール、刺激時間と休息時間のサイクルに関してその詳細がほぼ明らかになった。これに加えて本モデルが、高負荷トレーニングにおける過負荷時の回復のメカニズムを明らかにするためのモデルとして有効となる可能性も示唆された。前年度に引き続き、実験に適切な培養細胞による筋萎縮モデルの確立のために、筋培養細胞に活動負荷を与えた状態で培養した後、脱負荷状態に切り替えて培養し萎縮の形態学的検証を行う。具体的には、モデルとして適切な活動負荷時間・強度・頻度、脱負荷時間と萎縮や肥大の変化を検討する。また、ユビキチンープロテアソーム系とオートファジー系との両蛋白質分解機構や合成機構が、本筋萎縮モデルで活性化しているかどうか、またそれが必須かどうかを検証する。具体的には、モデルとして適切な活動負荷時間・強度・頻度、脱負荷時間と萎縮や肥大の変化を組織学的、生化学的に検証する。そして、本モデルが理学療法効果判定のモデルとして適当どうかを検証する。肥大・萎縮実験系の詳細条件の検討に時間がかかり、シグナル関連の実験について展開が遅れたため。必要とする抗体2種の選定に時間がかかり、次年度購入となったため。購入が可能になりしだい、早急に購入する予定である。詳細条件が固まりつつあり、予定通りにシグナル関連実験の展開に使用する。
ホスホリパーゼD1/mTORシグナリングによるメラノジェネシス制御機構の解析

我々は,ホスホリパーゼDI(PLDI)が色素細胞の重要な機能であるメラニン色素生合成(メラノジェネシス)の負の制御分子として作用する可能性を見出している。これまでに,PLDIはその下流分子のmTOR(mammalian targetof rapamycin)を介してメラニン生合成酵素の働きをmRNAレベルからネガティブに制御することを明らかにしている。しかしながら,その分子メカニズムについて不明な点が多く,更なる詳細な分子機構解析が必要である。本年度は,PLD1/mTORシグナリングによるメラノジェネシスの抑制機構を解明する事を目的として,mTORの下流で機能するメラノジェネシス制御分子の探索を行った。mTORの選択的阻害剤であるラバマイシンは,B16メラノーマ細胞に対しメラノジェネシスを強く誘導する。ラパマイシンの添加により発現量やリン酸化状態などが変化する分子は,PLD1/mTORシグナリングのエフェクターとしてメラノジェネシスのスイッチング機構に深く関与する可能性が高い。今回,ラパマイシン処理によりリン酸化が誘導されるタンパク質のひとつとしてCREB(cAMP response element-binding protein)を見出した。CREBは、メラニン合成酵素の発現を調節するMitf(microphthalmia-associa tedtranscription factor)の転写制御を担う転写因子であり,メラノジェネシスの制御に深く関与することが知られている。すなわち,PLD1/mTORシグナリングは,CREBのリン酸化(活性化)を抑制することにより,メラニン生合成酵素の働きを転写レベルから負に制御する可能性が示唆された。我々は、ボスホリパーゼD1(PLD 1)が色素細胞の重要な機能であるメラニン色素生合成(メラノジェネシス)の負の制御分子として作用する可能性を見出している。これまでの研究成果から、PLD1/mTORシグナリングがメラニン生合成酵素の働きをmRNAレベルからネガティブに制御することによりメラノジェネシスを司ることがわかってきたが、PLD1の関与とその位置付けをより明確にするために、更なる詳細な分子機構解析が必要であり重要な研究課題として残されている。本年度は、メラノジェネシスを司るPLD1/mTORシグナリングに関与するエフェクター分子の探索を行った。マウスB16メラノーマ細胞にPLD1遺伝子を過剰発現すると、メラノジェネシスが抑制された。また、mTORの選択的阻害剤であるrapamycinは、B 16メラノーマ細胞に対しメラノジェネシスを強く誘導した。PLD 1遺伝子過剰発現やrapamycin添加により発現量が変化する分子は、PLD 1/mTORシグナリングのエフェクターとしてメラノジェネシスのスイッチング機構に深く関与する可能性が高い。そこで、マウスB16メラノーマ細胞おいてPLD1過剰発現やrapamycin処理により、発現量が変動する遺伝子ならびにタンパク質を、DNAアレイ法及び抗体アレイ法で網羅的に解析した。その結果、それぞれの処理によって発現変動がみられる分子がいくつか見出された。現在、それらの分子の発現挙動についてRT-PCR法ならびにウエスタンブロット法を使って解析を進めている。
湿潤熱帯における小動物の行動と進化に関する研究

1979年以来、京都大学を中心とする調査班は東マレ-シア、サバ州、サラワク州において、湿潤熱帯の昆虫・小動物の行動戦略の研究を続けてきた。1991年度は1989年と1990年のサラワク州の調査を総括し、これまでサバ州で得た成果と対照しつつ、湿潤熱帯における変温性小動物の行動の基本戦略の特異性と行動様式を含めた進化の様相の明らかにするために、調査で得られた資料の解析を行ってきた。また、今年度は、カウンタ-パ-トであるサラワク州森林省の森林研究課と国立公園・野生生物課の主任研究員David LabangとAbang Adbul Hamidを招聘して、研究総括のための会議と研究発表を12月7日に行った。招聘した2名は、11月17日ー12月1日まで日本に滞在し、京都大学、東京大学の関連する分野の研究者と、研究交流を行い、サラワク州における調査・研究の協力を要請した。調査資料の整理、解析は進んでおり、整理の済んだ昆虫標本の一部は、サラワク州森林省の森林研究課の昆虫部門に寄贈されている。また、分類学的な調査の結果、両生爬虫類と昆虫で、未記載種が発見され、タイプ標本との比較調査を行い、新種記載を行っている。また、動物相調査の基礎的な仕事として、クロツヤムシ類、クラガタムシ類のボルネオ産の分類学的な整理を行い、トカゲ類についても検索表を作成した。行動学的分野では、クワガタムシ類の生活史、産卵習性等のデ-タの整理が進んでいる。また、クロツヤムシ類では、そのコロニ-構成についてすでに報文を発表した。さらに、トンボ類の行動生態学的解析が行われた。トビトカゲ類については、Draco volansについて、ビデオをおこして、行動学的なデ-タをまとめると同時に、各種のトビトカゲについて、翼の形態学的な比較を行い、性差と行動の関連について論じた。また、渓流に棲む小型の蛇類で、つるつるした岩場を移動するため、蛇行ではなく、サイドワインディングという、砂漠の砂地に棲む蛇と同じ移動様式をとることが、ビデオによる映像資料から確認された。カエル類については、鳴き声の音声学的な解析を進め、その結果がまとめられた。なお、体温デ-タについては、まだ解析の途中である。両棲爬虫類の核型調査は資料の染色、分析を済ませ、その一部はすでに論文として発表し、また、一部は印刷中である。
アクチビンAによる原始外胚葉領域由来幹細胞からの口腔諸器官の誘導

アクチビンAは両生類胚において強い中胚葉誘導能を示し,初期胚の予定外胚葉領域(アニマルキャップ)未分化胚細胞から濃度依存的に胚の腹側から背側の中胚葉組織を誘導できる。さらに,アクチビンA処理後さらに14時間インキュベーション後に,未処理アニマルキャップ二枚で挟み込むアニマルキャップサンドイッチ培養法により,アクチビンAの濃度および処理後時間に依存して,頭部から胴尾部構造が誘導される。これらのことから,アクチビンAと未分化予定外胚葉領域を用いる実験系により,正常胚における発生をin vitroで再現することが出来ると推測される。しかし,中胚葉組織の中でも軟骨は高度に分化した組織で,これまでアフリカツメガエル未分化胚細胞から軟骨への分化は報告されていなかった。そこで,アクチビンAと未分化予定外胚葉領域を用いて顎顔面軟骨の誘導を目標として研究を行った。その結果、アニマルキャップを高濃度のアクチビンAで処理後,1時間後に未処理のアニマルキャップで挟むアニマルキャップサンドイッチ培養条件において,培養7日目でアルシアンブルー陽性の軟骨様細胞や軟骨性組織がexplant内に誘導されていた。同explantにおいて,前方外胚葉由来組織に発現するXenopus Distalless4ならびに頭部腹側に限局して発現するgoosecoidの発現が見られた。以上のことから,前方腹側間葉系細胞に由来する顎顔面領域に相当すると考えられる軟骨,すなわち,顎をin vitroにて誘導したことが示された。この誘導法は,細胞分化のみならず発生におけるパターン形成をも再現し,顎顔面領域に相当する軟骨を選択的に誘導できることから,脊椎動物の顎顔面発生の解析,再生医療への応用に有用なモデル系であると考えられる。アフリカツメガエル胚から予定外胚葉領域片(アニマルキャップ)を切り出し、スタインバーグ氏緩衝液中においてアニマルキャップを種々の濃度のアクチビンAにより処理し、頭頚部領域を誘導する条件の検討を行ったところ、高濃度のアクチビンAを処理したアニマルキャップを未処理のアニマルキャップによりサンドウィッチした条件で誘導できることが明らかとなった。14日間培養を行ったアニマルキャップの組織切片を作製し、アルシアンブルー・PAS二重染色を行ったところ、セメント腺やアルシアンブルーに好染色される軟骨組織が確認され、幼生の顎骨や鰓弓軟骨とよく似た構造を呈していた。また、アニマルキャップにおける遺伝子発現をRT-PCR法で検索したところ、初期発生時に頭頚部領域の軟骨細胞に分化する間様組織のマーカー遺伝子やcollagen type IIの発現を、幼生における顎骨や鰓弓軟骨と同様に認めた。また、in situ hybridization法にてこれら遺伝子の発現を検索したところ、幼生における顎骨や鰓弓軟骨と同様に、アニマルキャップにおける幼弱な軟骨細胞ならびに軟骨組織に発現が認められた。以上の結果から、アフリカツメガエル胚アニマルキャップより頭頚部領域の位置情報をもった軟骨組織を誘導できることが明らかとなった。また、頭頚部領域軟骨組織誘導は高濃度のアクチビンAにより誘導される遺伝子群により制御されていることが示唆された。

その結果、アニマルキャップを高濃度のアクチビンAで処理後,.1時間後に未処理のアニマルキャップで挟むアニマルキャップサンドイッチ培養条件において,培養7日目でアルシアンブルー陽性の軟骨様細胞や軟骨性組織がexplant内に誘導されていた。同explantにおいて,前方外胚葉由来組織に発現するXenopus Distalless4ならびに頭部腹側に限局して発現するgoosecoidの発現が見られた。以上のことから,前方腹側間葉系細胞に由来する顎顔面領域に相当すると考えられる軟骨,すなわち、顎をin vitroにて誘導したことが示された。この誘導法は,細胞分化のみならず発生におけるパターン形成をも再現し,顎顔面領域に相当する軟骨を選択的に誘導できることから,脊椎動物の顎顔面発生の解析,再生医療への応用に有用なモデル系であると考えられる。
アミロイド線維形成の分子機構

1.アミロイド線維形成・分解反応を説明する統一モデルの構築:アミロイド線維形成の重合核依存性重合モデルの全貌を解明するため、(1>従来酸性溶液中でしか行えなかった、β2ミクログロブリン(β2-m)から、透析アミロイド線維を形成する系について検討し、ある種のアルコールによりβ2-mの立体構造を変化させることで、中性pHでも重合核依存性に線維を伸長させる系を確立した。また、この線維伸長反応は、生体のグリコサミノグリカンにより増強されることを示した。(2)アルツハイマー病βアミロイド線維伸長・脱重合反応を高感度に解析するため、表面プラズマ共鳴法を用いた測定系を開発し、伸長過程のみならず、脱重合過程も一次反応速度論形式に従うことを示した。また、この方法により、反応平衡定数を求めることが初めて可能になり、動力学的解析の方法としても有用である。2.アミロイド線維形成及び分解に伴う前駆蛋白質のコンフォメーション変化の解析:酸性溶液中でβ2-mがアミロイド線維を形成する過程の構造変化を系統的に検討した。NMRを用いた重水素交換実験等により、β2-mのN, C末端領域以外の殆ど全ての残基が、立体構造を変え、強固なβシート構造を形成し、線維を形成しいることを示した。また、前駆蛋白質β2-mの分子内SS結合が、アミロイド原性の構造を保持するために重要であることを示した。3.アポE等のアミロイド共存分子、及び沈着組織の様々なマトリックス分子が線維形成に及ぼす影響の解析;表面プラズマ共鳴法による測定系を用いて、βアミロイド線維並びにβアミロイド蛋白質と、アポEやアルブミン等の生体分子の相互作用を定量的に解析する方法を開発した。また、複数の生体分子が共存するシステムにおいて、どの分子が線維形成に対し、促進的あるいは抑制的に作用するのかを、定量的に比較することが可能であることを示した。
脊髄空洞症の成因・治療に関する基礎的ならびに臨床的研究

脊髄空洞症は、以前は稀で治療も困難な疾患とみなされてきたが、近年の画像診断の進歩と顕微鏡下手術の発達により、この疾患が決して稀なものではなく、外科治療の対象となることがわかってきている。脊髄空洞症の発生病態に関しては種々の説が提唱されているが、今なお確立されていない。我々は現在までに140例を越える脊髄空洞症患者の外科治療を行い、その成因に関する臨床研究と手術方法の開発を行ってきた。実験的研究としては、脊髄損傷後に発生する外傷性脊髄空洞症に関して、兎を使用した動物実験により、外傷後では損傷部の癒着性クモ膜炎による髄液の循環障害に加えて、脊髄自体の血流障害が加わって空洞が発生することを示した。しかしながら、最も頻度の高いキアリ奇形に伴う脊髄空洞症に関しては、空洞発生の機序については様々な仮説がたてられているものの、適切な実験モデルがなく、ラットを使用しバルーンカテーテルを用いてキアリ奇形での小脳扁桃の下垂と類似した状態を作成し組織を検討している。臨床研究としてはpre-saturation bandによるcine-MRIを駆使することにより、非侵襲的に患者の髄液循環動態の定量的解析を行い、脊髄空洞症の病態に頭蓋頚椎移行部での髄液動態の異常が深く関与していることを明らかにした。また我々が、独自に開発した空洞-くも膜下腔シャント用チューブ(サッポロシャント)の使用に関してシャント不全を起こさぬような工夫を一層発展させた。又、キアリ奇形に合併した脊髄空洞症の疫学調査の継続を行い、難産、鉗子分娩の有無、新生児仮死、出産時損傷の頻度が脊髄空洞症の患者では有為に多いことを明らかにしている。脊髄空洞症モデルは我々が開発した方法、すなわち兎を使用し、胸髄部クモ膜下腔にカオリンを注入後、不全脊髄損傷をweight drop法により作成した。モデル作成4週間後に兎を屠殺し、病理組織所見を観察したところ脊髄損傷部の近傍の癒着性くも膜炎の部位の脊髄の特に後角部に空洞の発生をみとめた。臨床面ではとりわけ、Chiari奇形を伴った脊髄空洞症患者の疫学調査を押し進め、全例で経ちつ分娩であり、35%に分娩時の異常肢位、出産時損傷、新生児仮死など周産期になんらかの異常を認めた。又生下時の頭位、身長、体重などでは異常はないものの、その後の発育において標準身長を下回る低身長例がやや多く、男性では2SDを下回る症例も多く存在することがわかった。また1.5 Teslaの高磁場のMRIでのcine-MRIを用いたChiari奇形を伴った脊髄空洞症患者における研究では頭蓋頸椎移行部での髄液の流れを定量的に測定した。その結果、空洞症患者の74%において頭蓋頸椎移行部での後方のクモ膜下腔の髄液流に(1)下向きの髄液最大速度の異常、あるいは(2)下向きの髄液の流れのphaseの遅延をみとめた。脊髄空洞症モデルは、兎モデルを使用し、空洞発生の機序を病理学的所見より検討している。この方法は、兎の脊髄クモ膜下腔にカオリンを注入後、脊髄の不全損傷を作成するものであり、我々がはじめて開発したモデルである。現在まで、外傷性脊髄空洞症の発生機序として、癒着性クモ膜炎が後角近傍に生じることが重要であることがわかってきた。また、空洞は、損傷部の脊髄後角に発生しており、頭尾側方向へ灰白質・後索の基底部を中心に伸展していくことが明かとなった。また、臨床面では、キアリ奇形に伴った脊髄空洞症症例の疫学調査を行い、全例経腟分娩であること、35%に分娩時の異常(異常肢位、出産時損傷、仮死など)を伴っていたことが明かとなった。

このことは、キアリ奇形に伴う脊髄空洞症の成因として、先天的要因のみならず、出産時外傷という後天的要因が関与していることを示唆している。また、生下時の頭囲・身長・体重には異常はないものの、その後の発育において標準身長を下回る低身長例が多いことも明らかとなった。高磁場MRIによるcine-MRIを用いた研究では、キアリ奇形に合併した脊髄空洞症症例において、頭蓋頸椎移行部の後方クモ膜下腔の髄液動態の明かな異常が定量的に確認された。すなわち、心拍動に伴った髄液流は、心収縮期に下向きに最大流速をもつが、脊髄空洞症症例では、最大速度の遅延、あるいは髄液が最大速度となるphaseの遅延がみられた。脊髄空洞症は、以前は稀で治療も困難な疾患とみなされてきたが、近年の画像診断の進歩と顕微鏡下手術の発達により、この疾患が決して稀なものではなく、外科治療の対象となることがわかってきている。脊髄空洞症の発生病態に関しては種々の説が提唱されているが、今なお確立されていない。我々は現在までに140例を越える脊髄空洞症患者の外科治療を行い、その成因に関する臨床研究と手術方法の開発を行ってきた。実験的研究としては、脊髄損傷後に発生する外傷性脊髄空洞症に関して、兎を使用した動物実験により、外傷後では損傷部の癒着性クモ膜炎による髄液の循環障害に加えて、脊髄自体の血流障害が加わって空洞が発生することを示した。しかしながら、最も頻度の高いキアリ奇形に伴う脊髄空洞症に関しては、空洞発生の機序については様々な仮説がたてられているものの、適切な実験モデルがなく、ラットを使用しバルーンカテーテルを用いてキアリ奇形での小脳扁桃の下垂と類似した状態を作成し組織を検討している。臨床研究としてはpre-saturation bandによるcine-MRIを駆使することにより、非侵襲的に患者の髄液循環動態の定量的解析を行い、脊髄空洞症の病態に頭蓋頚椎移行部での髄液動態の異常が深く関与していることを明らかにした。また我々が、独自に開発した空洞-くも膜下腔シャント用チューブ(サッポロシャント)の使用に関してシャント不全を起こさぬような工夫を一層発展させた。又、キアリ奇形に合併した脊髄空洞症の疫学調査の継続を行い、難産、鉗子分娩の有無、新生児仮死、出産時損傷の頻度が脊髄空洞症の患者では有為に多いことを明らかにしている。
歯周組織の再生のための歯根膜幹細胞の同定と株細胞の樹立

歯周組織にはセメント質、歯槽骨、線維芽細胞に分化する能力を持った多分化能前駆細胞、すなわち歯周組織の幹細胞と考えられる細胞が存在すると言われてきたが、そのような細胞はいまだ同定されておらず、その性状に関しては不明である。また、現在、臨床的に使用されているGTR法により、歯周組織の再生が得られることが知られている。そこで、我々は、GTR法による歯周組織の再生モデルを確立させ、長管骨の骨折の治癒過程と比較することにより、歯周組織の幹細胞の同定を試みた。ラットの骨折の治癒過程では、骨折3日後に骨折部位に炎症細胞浸潤と共に未分化間葉系細胞が多数出現し、骨折5日後に膜性骨化が、骨折1週間後には軟骨形成が起こり、2週間後には軟骨がほとんど骨に置き換わる。その際に、骨芽細胞系のマーカー遺伝子であるI型コラーゲン遺伝子発現は、腫性骨化の部位では骨膜部で認められ、内軟骨性骨化部では血管侵入や破骨細胞の吸収に伴って軟骨内に生じた結合組織部に発現していた。また、これらの結合織中に未分化間葉系細胞のマーカーでもあるCD34の弱陽性細胞が毛細血管以外の部位に認められ、これらが骨再生時に有効な幹細胞である可能性が示唆された。一方、GTR法による歯周組織の再生モデルでは、手術後1週で新生骨が形成されるが、軟骨形成は見られず、長管骨の再生過程とは異なることが示唆されたが、幹細胞の同定は免疾染色で検討中である。以上、GTR法による歯周組織の再生モデルは歯周組織再生における幹細胞研究に有用な実験モデルであり、歯周組織を再生する幹細胞は骨再生のものとは異なる可能性が推測された。
クラスレート化合物のナノ機能分離構造を利用した磁電・熱電機能素子の開発研究

本研究では、種々のクラスレート化合物を合成し、その熱電気的特性、磁気的特性の研究を行った。熱電クラスレートに関しては、高い無次元性能指数の値として、n型では欠損型K_8Sn_<44>□_2でZT=0. 78、Type-IIK_8Ba_<16> Ga_<40> Sn_<96>でZT=0. 52、p型ではBa_8Ga_ySn_<46-x-y> Ge_xのZT=1. 2の値が得られた。また、Type-VIIIBa_8Ga_<16> Sn_<30>の単結晶試料、多結晶焼結体試料のキャリア散乱現象の解明を行った。一方、磁性クラスレートに関しては、Type-IBa_8Fe_yGa_xGe_<46-x-y>、Type-IIIBa_6Fe_1Ga_xGe_<24-x>は強磁性を示し、それらのキュリー温度は、これまでにない、室温近傍の高い値を示した。これらのクラスレートのキュリー温度はキャリア密度依存性をもち、その磁気特性はRKKY相互作用により説明された。また、これらの薄膜をrfスパッタ法により作製し、強磁性を示す薄膜を得た。熱電クラスレートに関しては、主に、Sn系クラスレートの研究を行った。アルカリ金属を内包させたK_8Ga_8Sn_<38>クラスレートを作製し、アルカリ土類金属内包Ba_8Ga_<16>Sn_<30>クラスレートと物性の比較を行った。K_8Ga_8Sn_<38>クラスレートはキャリア補償原子Gaの置換量が少ないことを反映して移動度が高く、Kイオンのラットリング運動がBa_8Ga_<16>Sn_<30>クラスレートと異なることにより、熱伝導率が高いことを明らかにした。また、Sn系クラスレート化合物で、Snのホストサイトに欠陥を有するK_8Sn_<44>□_2クラスレートと,タイプIII K_4Ba_2Sn_<25>クラスレートを世界で初めて合成し、その熱電気的特性を明らかにした。磁性クラスレートに関しては、タイプIII Ba_6Fe_xGa_yGe_<25-x-y>クラスレートのFeやGaの置換量を変化させた試料を作製し、いずれも強磁性を示す試料が得られた。この強磁性の起源としては、今のところ、Feとその他の構成元素で作られる化合物の磁性不純物とは考えられず、クラスレート相に起因するものと考えられる。Ba_6Fe_1Ga_yGe_<24-y>クラスレートに関しては、Gaの置換量を変化させて、キャリア密度を変化させることができ、そのキュリー温度がキャリア密度に依存して変化して、最大でT_c=270Kと、Geを母体とする化合物の中で、最もキュリー温度が高い値を示した。この磁気特性のキャリア密度依存性は、クラスレート結晶中でFe間の距離が遠く、Fe-Fe間の直接相互作用よりも、キャリアを媒介としたRKKY相互作用によるものと考えられる。さらに、タイプI Ba_8Fe_xGa_yGe_<46-x-y>強磁性クラスレート化合物の作製を試み、クラスレート構造をもつ試料が得られることを確認した。磁性クラスレートの薄膜に関しては、予備実験として、その母体であるタイプI Ba_8Ga_<16>Ge_<30>薄膜の作製をスパッタ法により試み、Si基板上にクラスレート構造の成長を確認した。本年度は、以下の熱電クラスレート、磁性クラスレートの焼結体及び薄膜について研究を行った。熱電クラスレートに関しては、Ge系クラスレートBa_8Ga_<16>Ge_<30>では、籠に挿入する元素をBa以外にSrの2種類を挿入することにより、バンド構造の変化に伴うと考えられる有効質量の増加によって、熱電性能が増加することがわかった。また、Sn系クラスレートBa_8Ga_xSn_<46-x>、では、まだ研究が行われていない基礎的な輸送現象を測定した。

n型、p型とも室温付近から高温では音響フォノン散乱が支配的であったが、低温では、移動度の温度特性が、n型ではほとんど温度変化が無かったのに対して、p型では活性化型の温度特性を示すことがわかった。磁性クラスレートに関しては、タイプIII Ba_6Fe_1Ga_xGe_<24-x>では、Ga組成xの変化に伴うキャリア密度の変化によってキュリー温度が変化し、最高で、キュリー温度T_c=301Kと、これまでこの材料系で報告されている値よりも高いものが得られた。このキュリー温度のキャリア密度依存性について、RKKY相互作用により解析を行い、この相互作用で磁性クラスレートの磁性をほぼ説明できることがわかった。タイプI Ba_8Fe_yGa_xGe_<46-x-y>では、Feの組成y=1、2で、Gaの組成x=215まで変化させた化合物の合成に成功し、クラスレート相によるものと考えられる強磁性が観測された(T_c=230K)。磁性クラスレートの薄膜に関しては、タイプIについて、その母体化合物であるBa_8Ga_<16>Ge_<30>の薄膜成長がスパッタ法により可能となり、磁性イオンFeをドープした薄膜はキュリー温度T_c=220Kを示す磁性を確認した。タイプIII Ba_6Ga_<3.5>Ge_<21.5>に関しても薄膜成長を試みたが、タイプIとタイプIIIの混相となって、タイプIII単一層の成長が得られなかった。今年度は、熱電クラスレート化合物の性能向上の研究を主に行った。Snクラスレート化合物で、焼結体試料のp型の性能を向上させるために、Snの一部をGeで置換したBa_8Ga_ySn_<46-x-y>Ge_xの作製を行った。Ga組成y=19に固定して、Geの組成をx=010と変化させた試料については、このGe置換量の範囲では、格子定数がGe置換量xにほぼ比例して減少し、Geが置換されているものと考えられた。これらの試料のキャリア密度と移動度は無置換の試料に比べて増加し、Ge置換量xの増加に伴って、それぞれ増加した。これは、p型の組成領域では、もともと格子が不安定であるのに対して、Geが格子の中で置換されると、結合長の短いものが導入されて格子が安定化し、アクセプタであるGaの活性化またはキャリアをトラップする欠陥の減少によるキャリア密度の増加、キャリアの伝導を妨げる欠陥や構造の乱れの減少による移動度の増加が考えられる。この結果、出力因子は、Ge置換量x=4で、最大12.4μW/cmK^2(500K)に達した。格子熱伝導率は、Ge置換量xの増加に伴って、x=8までは減少したが、それ以上では、格子定数の減少に伴った、カゴが小さくなり、ラットリング減少が抑制されるために、格子熱伝導率は増加した。熱電性能が最も良かったGe置換量x=8に固定して、Ga置換量yをy=1220まで変化させて、キャリア密度を制御した試料Ba_8Ga_ySn_<27-x>Ge_<19>を作製した。y=14以下ではn型、y=16以上ではp型の伝導を示した。p型試料では、x=20ではキャリア密度はρ=10^<21>cm^<-3>に近いものが得られた。この試料は出力因子の最大値が52μW/cmK^2とこれまでになく異常に高く、無次元性能指数はZT=1.2(450K)を超えた。この値は、これまでの焼結体で得られた値をはるかに超えた。
サルコイドーシスにおけるカテプシンSの意義に関する研究

サルコイドーシスの肺胞マクロファージの網羅的遺伝子発現解析から選び出した分子の一つであるカテプシンS(CTSS)の血清濃度を、サルコイドーシスを含む種々の疾患で測定し、その臨床的意義を血清アンジオテンシン転換酵素(ACE)活性と比較した。CTSSはACEより肺実質性疾患との鑑別能が優れていることが明らかとなった。Transcriptome scanにより選び出した血清カテプシンS(CTSS)濃度の、サルコイドーシスの診断における意義について非呼吸器疾患まで対照を広げて検討した。対象は健常者29名(年齢範囲20-31歳)、サルコイドーシス患者54名(23-84歳)。疾患対照として塵肺患者150名(54-93歳)、肝硬変症患者20名(43-83歳)、甲状腺機能亢進症患者19名(20-72歳)、肺抗酸菌症患者17名(45-83歳)である。血清CTSS濃度は、健常者と比較して今回新たに追加した塵肺、肝硬変症、甲状腺機能亢進症、肺抗酸菌症で上昇していた。サルコイドーシスでは、それら4疾患の内、肝硬変症を除く疾患対照より血清CTSS濃度は有意に高値であった。サルコイドーシスと塵肺の鑑別に関して、ROC解析では曲線下面積は0.869と十分に高値であり、CTSS濃度72ng/mlにおける感度は78%、特異度は79%であった。血清ACE活性は健常者と比較して、肝硬変症と甲状腺機能亢進症で上昇していた。サルコイドーシスと塵肺の鑑別に関して、CTSS同様にROCカーブによる解析を行うと、曲線下面積は0.697で、CTSS濃度より有意に低かった(p<0.05)。ACE活性13.9IU/l 37°Cにおける感度は68%、特異度は69%とやや低値であった。血清CTSS濃度と血清ACE活性は、健常者と全患者を含めると全体として有意な相関を示した(ρ=0.371,p<0.0001)。しかしその相関係数はさほど高値ではなく、両者が高い領域では分布が拡散する様相を示した。以上より血清CTSS濃度は、疾患特異性は高くはないが疾患によってはACEより高い鑑別能を有する有用なマーカーと言える。Transcriptome scanにより選び出した血清カテプシンS(CTSS)濃度の、サルコイドーシスの診断における意義について、高齢健常者を若干増やし、また対照呼吸器疾患を増やした。さらに昨年度は測定機器の制限から正確な測定ができなかった血清ACE活性は、原法に従って反応液の吸光度505nm値から計算した。検討対象は健常者を37名に増やし(年齢範囲20-56歳)、サルコイドーシス患者も76名を測定した(23-84歳)。疾患対照として塵肺患者150名(54-93歳)、間質性肺炎患者22名(35-67歳)、COPD患者12名、喘息患者20名、肝硬変症患者20名(43-83歳)、肺癌患者11名、肺抗酸菌症患者17名(45-83歳)、甲状腺機能亢進症患者19名(20-72歳)である。血清CTSS濃度は、健常者と比較して今回新たに追加した喘息、COPD、肺癌では上昇していなかった。サルコイドーシスでは、肝硬変症を除く疾患対照より血清CTSS濃度は有意に高値であった。サルコイドーシスと塵肺の鑑別に関して、ROC解析では曲線下面積は0.869と十分に高値であり、CTSS濃度75ng/mlにおける感度は75%、特異度は75%であった。サルコイドーシスと塵肺の鑑別に関して、CTSS同様にROCカーブによる解析を行うと、曲線下面積は0.607で、CTSS濃度より有意に低かった(p<0.05)。ACE活性13.9IU/l37°Cにおける感度は65%、特異度は69%とやや低値であった。一方Transcriptome scanでカテプシンD(CTSD)も高い発現が見られており、その血清濃度も測定した。使用したキットはSensoLyte 520 Cathepsin D Assay Kit(Anaspec)である。しかし血清CTSD濃度は、健常者と比較してサルコイドーシス患者では有意な上昇を認めなかった。したがって肺胞マクロファージでのmRNAの発現が、血清蛋白として反映されない場合もあることが分かった。以上よりTranscriptome scanで得られた情報を元にした、血清マーカー検索結果として、現在のところCTSS濃度が、疾患特異性は高くはないが疾患によってはACEより高い鑑別能を有する有用なマーカーと言える。

しかしTranscriptome scanで発現がもっとも亢進していたLRAP(Leucocyte-derived arginine aminopeptidase)については、そのELISA系が未整備であり、そのマーカーとしての可能性についても今後検討の余地があると考えている。
臨界降伏圧を調節するタンパク質yieldinの細胞・生化学的解析

本研究の目標は、細胞壁の酸性化によって誘導される臨界降伏圧(Y)の変化を制御しているyieldin(YLD)というタンパク質の作用機作を明らかにすることであり、それを手がかりにYの実体と細胞壁の伸展過程の分子機構に迫ろうとするものである。そのためにまずYLDの組織内局在性を解析し、さらにそのリガンドを探索することを目的とした。平成13年度の抗YLD抗体を用いた細胞学的研究から、YLDが伸長中、または伸長直前の組織の表皮及び皮層の細胞の細胞壁に局在することが明らかになった。そこで平成14年度には、YLDリガンドの探索を細胞壁を構成する主な成分、つまり細胞壁構成多糖に絞って行った。細胞壁多糖をペクチン分画およびヘミセルロース分画に分画し、得られた画分からYLD固定化アフィニティクロマトグラフィーを用いてYLD親和性多糖を単離した。それらの糖量を測定したのち、(1)酸加水分解産物を薄層クロマトグラフィーを用いて分析するか、または(ii)4-アミノ安息香酸エチルエステルを用いて標識化した各単糖を高速液体クロマトグラフィーを用いて分析することにより、そのYLD親和性多糖を構成する単糖の分離・同定を試みた。その結果、YLDに親和性のある多糖はペクチン分画に多く含まれ、またアラビノースとガラクトースおよびグルコース残基がYLD親和性多糖由来の単糖群中に確認された.さらに(ii)の方法でしか確認されていないが、YLD親和性多糖にはN-アセチルグルコサミン残基が含まれている可能性が示唆された。以上のことから、YLDは細胞壁中に存在するなんらかの構造タンパク質、例えばアラビノガラクタンタンパク質(AGPs)の糖鎖と相互作用している可能性があると思われる。AGPsは多様な植物・器官で発現し、細胞の成長分化になんらかの重要な役割を果たしていると考えられているが、その詳細はまだ明らかにされていない。本研究を通じ、yieldinというタンパク質の作用機作だけでなくAGPsの役割の本質が明らかになるかも知れない。植物細胞壁の不可逆的伸展は細胞の伸長成長や植物体の分化・形態形成の基盤をなす重要な過程である。Lockhartの成長方程式によれば,細胞壁の伸展は、臨界降伏圧(y)や細胞壁の展性(φ)という細胞壁の力学的性質によって規定される。本研究は,これらのパラメータのうちyの調節機構、ひいては細胞壁の伸展の分子メカニズムを解明することを目的としている.その糸口として近年ミトリササゲの伸長成長域から精製された,yを調節するタンパク質yieldin(YLD)の黄化ミトリササゲ芽生えにおける組織・細胞内局在性を抗YLD抗体を用いて解析した。その結果,YLDは地上部(子葉,上胚軸および下胚軸)には存在するが根には存在しないことが明らかになった。上胚軸におけるYLDシグナルの強度は頂部の伸長直前の組織(フック)でもっとも強く,既伸長域に向かうにつれ減少した。さらに異なる発芽段階にある胚軸を用いたティッシュプリントイムノブロッティング解析により,子葉付着点直下にある頂部のYLDが豊富な領域(フックと伸長成長域)は胚軸の伸長に伴って下部に移動することが観察された。これらの結果は細胞中のYLD量が厳密に調節されていることを示唆し,その量と細胞の伸長成長能が相関関係にあることを強く示唆する。また蛍光抗体法を用いた顕微鏡観察によりYLDは胚軸の皮層と表皮の細胞壁に局在することが示された。軸性器官において,その表皮側細胞壁は伸長成長を律速していると考えられている。従ってこれらの結果はYLDがyを調節することにより軸の伸長成長を調節しているという我々の仮説を裏付けるものである。

以上のことから、YLDは細胞壁中に存在するなんらかの構造タンパク質、例えばアラビノガラクタンタンパク質(AGPs)の糖鎖と相互作用している可能性があると思われる。AGPsは多様な植物・器官で発現し、細胞の成長分化になんらかの重要な役割を果たしていると考えられているが、その詳細はまだ明らかにされていない。本研究を通じ、yieldinというタンパク質の作用機作だけでなくAGPsの役割の本質が明らかになるかも知れない。
半導体レーザー励起高効率単一縦モード発振Yb:YAGリングレーザーの研究

本研究では、半導体レーザー(以下、LDと省略)励起Yb:YAGレーザーの基本的特性を明らかにし、このレーザーモデルを確立させると共に、定在波型及びリング型レーザー共振器を構成し、高効率、高安定な単一縦モード発振のための条件を明確にすることを目的として実施された。その結果、以下のような知見を得た。1.LD励起Yb:YAGレーザーの基礎実験とモデルの確立準三準位レーザーであるYb:YAGはレーザー励起により空間的、スペクトル的に強励起を行う必要がある。しかし、LDは他のレーザーに比べ空間的に小さく絞ることが難しい。ここでは、M^2パラメータを用いてLD光のモデル化を行い、固体レーザーを設計する手法を提案した。これにより、従来経験的手法で行なわれていたLD励起固体レーザー設計の定式化が可能となった。さらに、直径330μmのファイバーレンズと直径2mmのシリンドリカルレンズを用いた励起光学系を試作し、高密度励起を実現する光学系の検討を行った。これにより、従来用いられていたアナモルフィックプリズムペアによる光学系に比較し急峻な集光が小型で低損失の構成で実現できた。(レーザー研究,1996.3印刷中)2.単一縦モード発振の検討低閾値、高効率、高安定の単一モード発振Yb:YAGレーザーの実現を目指してLD励起リング型Yb:YAGレーザーの設計を行う。まず、定在波型の複合共振器を試作し、単一縦モード発振実験を行った。(電子情報通信学会論文誌,C-1,1996.4印刷中)さらに、共振器間隔を制御することで、1030nm1050nmまでの約20nm(約7THz)と蛍光幅の2倍以上の広帯域波長可変が可能であることを実証した。また、リング共振器のためのアクティブミラー方式と穴あきミラーによる4パス高密度励起方式を検討し、その基本特性の確認を行った。これらの結果は第43回応用物理学会関係連合講演会(27pZH8,1996.3印刷中)で発表の予定である。
DNA障害後の肝細胞増殖におけるp53の細胞周期制御機能の解析

p53遺伝子の本来の働きは遺伝子不安定性(genetic instability)の防御である可能性が指摘されている。すなわち、細胞がDNA障害を受けた際に細胞回転をGI期で停止させてDNA修復に必要な時間を稼ぐということである。したがって、正常p53遺伝子の機能が失われている細胞ではこのようなcell cycle checkpoint機能が失われ、DNAは障害を持ったまま複製し、染色体異常や突然変異を生じやすくなると考えられる。我々はこのようなp53の働きを分離ラット肝細胞を用いて検討し、以下の結果を得た。(2)これらの細胞に対して、UV,mitomycin C,antinomycin Dの処理によりDNA障害を与えたところ、Gl arrestに陥ること及びその時にp53が核内に異常蓄積すること、さらにこの蓄積の原因はp53の寿命が延長するためであることが明らかになった。また、そのGl arrestは24時間後に解除された。(3)antisense oligonucleotideをp53 cDNAの開始コドンから20merに合わせて合成し、それを培地中に加えることにより、UV照射後のp53の発現を著明に抑制することができた。この条件下でUV照射後の増殖を調べたところGl arrestは約50%解除された。以上の結果は、p53はDNA障害後のGl arrestに直接関わっていることを示すものである。今後、このGl srrest能が肝発癌過程の前癌細胞及び癌細胞でどのように変化するかを検討する予定である。
時間サイクルを軸にした「ものづくり」と競争力に関する研究

本研究は、製造企業のものづくり活動を、時間サイクルという視点から整理、分析を試みたものである。近年のビジネス環境においては、あらゆる側面でスピードが重要視されている。しかし本研究で示したのは、ものづくりにおける長い時間サイクルを活用し競争力に結びつけている企業のケースである。今日の企業間競争を考えるうえで、表層的で目に見えやすく、かつ速いものづくりサイクルの側面にのみ注目していては、企業の競争力の実態を明らかにできない可能性を示した。平成26年度は研究初年度ということで、第1に生産システム論と競争戦略論の中で本研究に関連する先行研究の整理と資料収集を行った。第2に、製造企業の開発と生産プロセスに関する実態把握を行うために企業調査をいくつか実施した。具体的には、8月にトヨタ自動車のヨーロッパ本部(ベルギー)、プジョーシトロエングループとの合弁工場であるTPCA(チェコ)を訪問した(研究代表者が実施)。また、9月にドイツ(ケルン)で行われたカメラの展示会であるPhotokinaを訪問し、各企業担当者への聞き取り調査を実施した(研究分担者が実施)。第3に、上記の調査で得られた情報をもとに研究成果の外部発信を行った。具体的には、ディスカッションペペーパーの発行と学会報告である。・日本経営学会関西部会第610回例会(2014年12月6日、於:高知大学朝倉キャンパス)にて研究発表。タイトルは「時間サイクルを軸にした競争力」(研究分担者が実施)。平成27年度は昨年度に引き続きフィールドリサーチを行い、生産システムと時間サイクルに関するデータ収集を実施した。日本の大手電機メーカーの調査協力を得て、7月にフランス、8月にマレーシア・インドネシア、11月にドイツ・チェコの事業拠点を訪問し、精度の高いデータ収集が可能となった。1月には、アメリカ(ラスベガス)で行われたCES(Consumer Electronics Show)でも企業ヒアリングを実施した。その他、日本国内でも企業訪問調査を実施した。同時に、研究の中間発表として外部発信も下記のように行った。・日本経営学会第89回全国大会(2015年9月4日、於:熊本学園大学)にて研究発表。発表タイトルは、「時間サイクルの組み合わせと競争優位:デジタルカメラ産業の事例」(研究分担者が実施)調査協力企業も新たに追加することができ、予定通り研究データの蓄積を進めることができたため。本研究の目的は、製造企業のものづくりの仕組み(開発と生産システム)に焦点を絞り、時間サイクルという視点から競争力との関係について考察するものである。特に注目したのは、ものづくりにおいて「長い時間サイクル」を効果的に活用することが競争優位へと結びつくロジックである。時間と競争力との関係に注目した多くの既存研究(タイムベース競争戦略、リーン生産研究、製品開発力研究、アジル経営研究、クロックスピード研究、事業システム研究など)では、スピードアップ(短い時間サイクルでの経営活動による競争力)という側面にばかり焦点が当てられており、その背後(底層)に流れる比較的ゆったりとした経営サイクル(長い時間サイクルでの経営活動)の重要性に着目されることは少なかった。とりわけ、ムーアの法則といった言葉にも代表されるように、半導体やインターネットを含めた情報技術(ICT)の進化速度が著しく高い今日、それに比例するようにスピード経営への注目度が加速しているように思われる。しかし本研究を通じて明らかになったことは、現代の企業間競争の論理を考えるうえで、表層的で目に見えやすく、かつ速いものづくりサイクルの側面にのみ注目していては、企業競争力の実態を正確には明らかにできないということである。特に、高い競争力を発揮している企業では、長いものづくりサイクル(長い開発と生産サイクル、ロングセラー製品、長期にわたって活用できる基盤部品や意匠デザインなど)を活用しているという結果が、概ね仮説どおり確認できた。今年度は、本研究の最終年度ということで活動の中心は、主に成果の対外的発表が中心となった。具体的には書籍2冊、論文2本、学会発表3本である。データ収集、調査、中間成果発表と、ほぼ当初計画していた通り順調に研究を進めることができた。ただし、分析フレームワークの構築に関してやや難航しており次年度の課題としたい。平成28年度は、必要に応じてフィールドリサーチを追加しながら、研究の最終成果報告のまとめ作業を行う。下記の学会での発表と論文執筆等を行う予定である。本研究の成果を盛り込んだ生産管理に関する本の執筆も予定している(出版社とすでに約束済み)。生産管理論平成27年度は、初年度と同様に製造企業の開発と生産プロセスに関する実態把握調査を継続する。主として、日本の総合電機メーカーからの協力を得て同社の国際的な調査を実施する予定である(8月9月を予定)。引き続き中間成果発表も行う(6月にスイスで開催される22th EurOMA Conferenceで研究発表の予定)。ディスカッション・ペーパーと論文の執筆も予定している。文献資料の複写依頼をしていたが、その請求が年度をまたいでしまったため(研究分担者)。書籍注文の納品が遅れたため。今年度、文献複写代金の支払いを行う。該当書籍が納品され次第、使用する。
大きな粘性変化のある三次元マントル対流の数値シミュレーション

本年度行われた研究の概要は以下の通りである。粘性変化のある三次元マントル対流の数値計算のためのプログラムの開発した。これは研究室にすでに設置されているワークステーションを用いて行われた。計画では並列計算機向きの方法まで開発される予定であったが、これは将来の課題として残された。三次元モデルではモデルでシミュレートされた現象を把握するためには、適切な結果の可視化を行うことが重要であるため、可視化システムの開発と作業のルーチン化を行った。そのために既設のグラフィックス用ワークステーションにメモリを増設し、画像出力用のビデオを導入した。これらの成果は「シミュレーション」誌に発表した。さらに秋の地震学会等でも口頭発表を行った。開発したソフトウエアを用いて、三次元マントル対流の問題のうち、マントル対流の大規模流と小規模流の相互作用の問題について研究した。本研究によれば以下の点が明らかになった。マントル中に沈み込むスラブは、マントル中に大規模な流れ(スラブに平行な大規模対流セル)を発生すること、また、その大規模な流れと垂直な方向に小規模なロール状の対流を発生することが分かった。このような流れは沈み込み帯から離れるにつれ、一般的な三次元対流へ遷移していく。さらに上部マントルと下部マントルの間に相境界を仮定すると上部マントル中の小規模対流が下部マントルからの上昇流の位置を決めるのに重要な働きをしていることが分かった。これらの成果は、次の地球感星科学関連学会合同大会で口頭発表し、さらに論文を専門誌に投稿する予定である。
生後発達における脊髄痛覚回路の可塑性

生後発達と末梢神経損傷に伴う脊髄内感覚系の可塑的変化を明らかにするため、脊髄スライスとin vivo標本からパッチクランプ記録を行い、膠様質細胞への末梢入力の変化を調べた。成熟ラット(7週齢)のスライス標本では、Aδ線維誘起の単シナプス性EPSCが約50%の細胞に、C線維誘起のEPSCが20%に、残りの30%はAδおよびC線維の入力を受けていた。一方、Aβ線維入力はわずかの細胞にのみ見られ、また、ほとんどは多シナプス性であった。ところが、3週齢ラットでは、C線維からの入力が少なく、Aβ線維からの単シナプス性入力を受けている細胞が著明に多かった。これは解剖学的な観察、すなわち、先ず最初にAβ線維が膠様質に侵入する。発達に伴ないC線維が膠様質に侵入しシナプス結合する。そして、Aβ線維が退縮する結果と一致する。さらに、このような可塑的変化が、末梢神経損傷時にも誘発されるかを、坐骨神経切断モデルラットを用いて検討した。モデルラットでは、膠様質細胞へのC線維入力が減少し、介在ニューロンを介するAβ線維からの入力が著明に増加した。この結果は、坐骨神経切断によりC線維が脱落した結果Aβ線維が軸索発芽を起こし、膠様質に非侵害性の感覚情報を伝えるようになる事を示唆する。膠様質が痛覚伝達と密接に関与している事から、触刺激によって痛みが誘発される、いわゆるallodyniaの発生機序の一つである可能性がある。次に、この膠様質に進入したAβ線維が坐骨神経切断端より末梢に伸びた再生線維によるものかを、in vivoパッチクランプ法を用いて検討した。しかし、切断端より末梢側の刺激では全く応答が見られなかった。以上の結果から、末梢神経損傷時には、感覚回路が可塑的な変化を起こし、幼弱期のそれと類似の回路を再構築する。これは、一種の代償機能か再生過程を示しているのかもしれない。しかし、それが正常時のものとは何らかの点において異なるため、神経因性疼痛などの治療抵抗性の慢性疼痛を引き起こしている可能性が考えられた。
冷却面から垂直一次元方向における各種食材内部の冷却速度の測定と解析

これまでに実施してきた種々の保形性食材を加熱した際に見られる食材内部の熱移動に関する実験研究の結果と対比させながら、今回の研究課題においては、各種の食材冷却時における内部熱移動の詳細を観測し、それを現象論的に記述することを試みた。すなわち、食材を一定温度にまで冷却する操作の開始直後に見られる試料温度の急激な低下は、やがて徐々に収束し続けるようになる。かかる状況は、試料の温度が一定になるまで続く。また、この現象は各食材内部における伝導伝熱により常に出現し、食材の種類や食材成分の相転移、あるいは食材中の水分量や冷却温度範囲等には影響されない。故に、食材の冷却現象は食材に内在する熱エネルギーを緩和させる現象として、時間定数である緩和時間を用いて束一的に取り扱うことができる。一連の食品材料を対象に測定用試料の冷却条件を可能な限り一定にするため、間接加熱実験に用いた熱媒体循環器と同形同サイズの冷媒循環用金属製熱源器を製作し、その上に置かれた試料容器の底部を介して試料の底面が室温から零度以下の範囲内で任意に設定し、一定温度で測定中冷却される方法を実現した。実験には加熱の場合と同様、試料容器内の円筒状試料底面から垂直一次元方向の6箇所の位置に熱電対を設け、温度情報を安立製のデータコレクターに集積し、冷却時間と試料内部各位置における温度との関係を精度良く求めた。これまでの加熱実験との関連性を明らかにするため、冷却操作の対象とした各種食材のうち、本年度は各種の小麦粉ドウ、および水分量の異なる一般食材を取り上げた。小麦粉ドウ系の試料は、保形性を維持しながら水分量を可及的に変化させるために調製されたものであり、食材温度の低下に対する水分の役割を明らかにすることを目的として採用した。試料の調製法の詳細については、既に学会誌に報告済みである。冷却開始時の試料温度T_0°C、冷却中の時間tでの試料温度T_t°C、試料の冷却温度が平衡状態に達したときの温度T_∞°Cとすると、冷却時間tにおける無次元温度φ(t)は次式φ(t)=(T_t-T_0)/(T_∞-T_0)で示される。これまでに得られた小麦粉ドウ系や一般食材試料の冷却操作中の温度下降曲線は、移動速度論における相似則、即ち運動エネルギーの散逸に基づく応力の減衰現象と同等の取り扱いの可能性を示唆し、冷却面から垂直内部温度φ(t)と冷却時間tとの関係は、加熱の場合と同様の形式φ(t)=exp[- t/τ_R(x)]に従うことが明らかであった。τ_R(x)は、熱エネルギーの緩和現象に基づいた、試料内部温度の低下速度に関わる重要な定数である。上記研究課題を有する実験研究の出発点として、試料冷却用および試料温度変化追跡用各装置の設営、被検試料の選定と測定条件の設定、冷却により低下する試料温度の移動速度論的解釈等の各々につき始動した。それらを踏まえ、本年度(平成21年度)に実施した研究の内容とその成果は下記の通りである。冷却操作によって低下する試料温度を、試料の種類や冷却条件を越えて一般化するため、昨年度にテストした無次元温度の有用性を確認し、冷却操作開始時の試料温度T_0、冷却時間tにおける試料温度T_t、最終到達試料温度T_∞を各々用いて無次元温度φ_c(t)=(T_t-T_∞)/(T_0-T_∞)を冷却中の時間tにおける試料温度として全試料を対象に表記することにより、相転移温度が50°Cから100°C付近にまで広く分布するデンプン系食材やそれが30°C付近にあるタンパク質系食材等の多様な冷却曲線を同一スケールで比較することが可能となった。また冷却現象を熱エネルギーが散逸することによる緩和現象として捉え、冷却時間と食材試料温度との関係(冷却曲線)を以下の指数式φ_c(t)=exp[-t/τ_c(x)]として記述することの妥当性を検討した。そのため10種類を越えるデンプン系食材やゼラチン系ゲル等の試料を対象に、各々の冷却曲線から計算される時間定数τ_c(x)が実測された試料冷却速度をどの程度反映するかを、相関係数を求めて検証した。その結果、これまでの測定結果と計算によれば、x=0の冷却面に接する部分を除き実測された冷却曲線は、試料の種類を問わず上記指数式の関係に極めて良く適合する。本研究課題の最終年度(平成22年)では、前年までの研究を総括するため次の二課題を設定した。1)加熱変性の原因成分を含む三種の食材(マーガリン、鶏卵白、小麦粉ドウ)を対象に、加熱後に続く冷却時の各試料内部熱移動の比較。

2)液相と気相とを系内に混合分散させた不安定状態にある三種の食材(ホイップド生クリーム、メレンゲ、ババロア)内部の冷却時における熱移動の比較。その結果、1)脂質の融解(マーガリン系)、アルブミンの熱凝固(鶏卵白系)、デンプンの糊化(小麦粉ドウ系)等の加熱変性は各試料比熱容量の変化に基づき温度上昇曲線に乱れを与える原因になるが、80100°Cから室温までの冷却中に見られる温度降下は試料内部x軸上10mmまでのどの測温距離においても伝導伝熱に基づく熱移動の緩和現象として推移する。さらに、2)分散相に多量の気相が混在する不安定系において、メレンゲは加熱過程で気相が系外に散逸したため、冷却過程での熱移動は対流伝熱として現われ、熱の散逸過程の解析が不能となる一方、ホイップド生クリームとババロアにおいては加熱と冷却の狭く低い温度範囲においても(約20°C→約10°C)、試料温度の低下を伝導伝熱に基づく緩和現象として数式化し、解析し得ることを明らかにした。