hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ODS鋼のバリアント選択規制による粗大フェライト粒創出と高温強度の飛躍的向上

9CrODS鋼に対しAr3温度(780°C)以上のオーステナイト域で熱間圧延を施すと動的フェライト変態が起こる。この変態は冷却中にバリアント選択が規制された状態で起こるフェライト変態ではなく、熱間圧延中にマッシブ変態機構で進行することを初めて明らかにした。マッシブ変態はfcc/bcc界面での鉄原子の並び変えでfccからbcc構造に変化するもので、熱間圧延中の0.044秒という極めて短時間に変態が終了する。これに伴い結晶方位の揃った粗大フェライト粒が形成される。700°Cでの引張試験で期待した引張強度は得られなかった。これは粗大フェライト粒内の低角度粒界で選択的にすべり変形が起こるためと考えられる。マルテンサイト組織を有する11CrODS鋼をメカニカルアロイングと熱間押出しで作製した。その化学成分はFe-11Cr-0.13C-1.3W-0.28Ti-0.34Y2O3-0.07Ex.O (wt%)である。この押出材を用いて、計画通り熱間圧延試験を行った。熱間圧延条件は1050°Cで83%の圧延率とし、圧延後の冷却速度をパラメータに空冷、及びより速い水冷とより遅い炉冷の3条件とした。これらの試料のEBSD解析から、炉冷、空冷のみならず、水冷で急速冷却してもマルテンサイトに変態せず、フェライトであることが判明した。このような速い冷却速度では、冷却中にオーステナイトからフェライトに変態できる時間的余裕が無いにもかかわらず、フェライトであったことは、熱間圧延中に動的フェライト変態が起こっていることを示すもので、ODS鋼では世界で初めての発見である。11CrODS鋼における動的フェライト変態の発生メカニズムを熱力学的に検討した。その結果、熱間圧延方向に伸びたオーステナイト結晶粒界で核発生するフェライトの扁平化率と強加工されたオーステナイト結晶粒界エネルギを実際に即して適切に設定することで、動的フェライト変態が十分起こり得ることを示した。今年度の計画は、ODS鋼試料を作製して粗大な変態フェライトが生成する最適な熱間圧延条件を探索することである。今年度の研究で変態フェライトは冷却中でなく熱間圧延中に生成することを新たに見出した。このことはフェライト生成は冷却速度に拠らないことを意味しており、粗大変態フェライトが生成する条件を絞り込む上で、極めて重要な知見を得た。機械的合金化法により作製された合金粉末に熱間押出を施し、9CrODSフェライト鋼棒材(Fe-9Cr-0.13C-2W-0.2Ti-0.35Y2O3)を作製した。また、酸化物粒子を含有しないフェライト鋼であるF82H板材を入手し、これらに圧延温度(730930°C)と圧延率(50,80%)、冷却速度(WQ,AC,FC)をパラメーターとして、新たにオーステナイト域で熱間圧延を施した。昨年度までの研究では、熱間圧延中に動的フェライト変態が生じたと考えていた。またこの変態は原子の拡散で起こる拡散変態と考えていた。しかし、このような拡散変態で生成するフェライト組織は等軸状で圧延方向に伸長することは無く、かつ圧延中に10μm以上も成長する時間はないことから、拡散変態では説明できない。そこで、いわいる「マッシブ変態」機構を提案した。すなわち、圧延により形成されたオーステナイト粒内の亜粒界で、変位型核生成が起こり原子の短距離拡散によりFCC構造からBCC構造に変態し、小角粒界をもつフェライト同士が合体し1つの粗大なフェライト粒が形成されると考える生成機構である。このマッシブ変態の駆動力はオーステナイトとフェライトの同一組成での自由エネルギー差であり、圧延による転位エネルギー増加によってオーステナイトの自由エネルギーが上昇したことで説明できる。このようなマッシブ変態は9CrODSフェライト鋼だけでなく、酸化物粒子を含まないF82Hでも起こっており、ODSに特有の現象では無いことも確認した。本研究で設定していた課題は2項目あり、1点はフェライト粒の粗大化機構を明らかにすることである。世界各国で、フェライト変態は拡散変態とするのが常識であったが、本研究を通して、熱間圧延中には格子変態による変位型核生成とフェライト/オーステナイト界面律速成長からなるマッシブ変態が優先して起こることを明らかにした。これは世界で最初の発見であり、新たな結晶粒粗大化機構を提案するもので極めて顕著な研究成果である。9CrODSフェライト鋼をAr3点直上(約800°C)で熱間圧延すると、その後水中に焼き入れてもフェライト組織が生成することから、このフェライトは圧延中に動的フェライト変態で生成したと考え、昨年度は動的フェライト変態がマッシブ変態であるとして、その変態機構を議論した。今年度はマッシブ変態であることを次の2種類の実験から検証した。1点目はEPMAを用いてマッシブ変態領域の炭素濃度を測定し製造時の0.13 wt%が維持されていることを確認した。マッシブ変態は炭素拡散を必要とせず鉄原子のfccからbccへのならび変えだけでおこることから、これはマッシブ変態したことの検証となる。

2点目は熱間圧延で導入された転位密度を測定して、熱間圧延材にはマッシブ変態を起こすに必要な駆動エネルギーが蓄積されていることを確認したことである。以上の結果に基づき、9CrODS鋼ではAr3点以上の温度において、熱間圧延で導入された歪エネルギーを駆動力として、0.044秒という極めて短時間にマッシブ変態機構でオーステナイトからフェライトに変態することを検証した。また、酸化物粒子を含まないF82Hでは、熱間圧延中に動的再結晶が起こり歪エネルギーが解放されるため動的フェライト変態が抑制されることから、マッシブ変態はODS鋼に特有の現象であると考えられる。さらに、マッシブ変態で粗大なフェライト粒が生成される原因は、圧延で粗大に伸長したオーステナイト粒の内部からマッシブ変態でフェライト粒が生成したためである。以上の結果を踏まえ、今年度は特にマッシブ変態で生成した粗大フェライト粒から成る9CrODSフェライト鋼の700°C引張試験を行い、高温強度の発現機構について検討した。9CrODS鋼に対しAr3温度(780°C)以上のオーステナイト域で熱間圧延を施すと動的フェライト変態が起こる。この変態は冷却中にバリアント選択が規制された状態で起こるフェライト変態ではなく、熱間圧延中にマッシブ変態機構で進行することを初めて明らかにした。マッシブ変態はfcc/bcc界面での鉄原子の並び変えでfccからbcc構造に変化するもので、熱間圧延中の0.044秒という極めて短時間に変態が終了する。これに伴い結晶方位の揃った粗大フェライト粒が形成される。700°Cでの引張試験で期待した引張強度は得られなかった。これは粗大フェライト粒内の低角度粒界で選択的にすべり変形が起こるためと考えられる。熱間圧延中にオーステナイトが強加工されつつ、フェライトに変態することから、圧延中に方位の揃ったフェライト粒が生成しやすく、それらが合体して粗大フェライト粒へと成長したと考えることができる。今後は生成したフェライトの結晶方位を測定しこの考えの妥当性を検証した上で、粗大結晶粒に対応する高温強度を測定して、高強度マルテンサイト系ODS鋼の開発に繋げていく予定である。H29年度は最終年度であり、H28年度に明らかにしたフェライト粒の新規粗大化プロセス機構を踏まえて、第2点目の課題である粗大フェライト粒と高温強度との関係を明らかにする計画である。材料工学予定していた学会発表を次年度に変更したこと、及び消耗品の合理化による経費節約のため。今年度は組織形成機構の解明を主に実施し、強度試験と試験後の組織解析は次年度に行うことにした。これに伴い、消耗品の削減と施設利用料の合理化が行われたため。研究成果の学会発表(国内外)のための旅費及び論文投稿費に使用する計画である。次年度は強度試験と試験後の組織解析を重点的に行うため、これに必要な消耗品の購入(物品費)と施設使用料(その他)に充当する予定である。
異種膵ランゲルハンス島を用いたハイブリット型人工膵臓の開発

アガロースは生体内で安定であり、化学的にも機械的にも生体に対して不活性であり捨てがたい特性を有している。高濃度の高分子よりなるマイクロカプセル膜を作製するために種々の高分子物質をアガロースと混合させてみた。唯一ポリスチレンスルホン酸がアガロースとよく混和した。アガロース/ポリスチレンスルホン酸(PSS)よりマイクロカプセルを作製し、その異種移植への適用の可能性を検討した。単離ハムスターラ島を5%濃度のアガロースと10%濃度のPSSによりマイクロカプセル化した。さらに、マイクロカプセルからのPSSの溶出を防止するためポリカチオンのポリブレンでさらに、起炎性を低下させるためポリアニオンのコンドロイチン硫酸ナトリウムにより、順次マイクロカプセル表面にポリイオンコンプレックスを形成させた。マイクロカプセル化ラ島の移植による糖尿治療効果を判定するため、ストレプトゾトシンで糖尿病を誘発したマウスにマイクロカプセル化ラ島1000個を移植した。定期的に採血を行ない、随時血糖値を測定した。マイクロカプセル化ラ島移植後2日目には、いずれのマウスにおいても血糖値は正常化し、その後5例全例を50日以上血糖値が正常化した。現在まで、異種動物のラ島を移植した時、全ての例で10日以上血糖値が正常化した報告例は極めて稀である。新しい膜を用いたマイクロカプセルは、ラ島の異種移植を可能にすると期待を抱かせる結果である。今後、さらに移植後の日数と共に血糖値が徐々に上昇している原因を明らかにし、カプセル膜に改良を加える必要があろう。また、将来の臨床への応用を考えると犬などの大動物のモデルを用いて、ハイブリッド人工膵臓の有効性を検討する必要があろう。
先端的分子イメージングによる新規アダプター型CAR-T細胞受容体の開発基盤研究

昨年のノーベル医学生理学賞受賞の対象となった通り、今やがん免疫療法の開発は急速に進んでおり、中でもキメラ抗原受容体T細胞(Chimeric antigen receptor-T cell : CAR-T cell)療法の技術革新と臨床応用は目覚ましい。一方、臨床応用が先行しその作用機序の解明が未解決な点など、残された課題も多い。本応募研究では、革新的イメージングシステムの構築、CAR-T細胞のシグナル伝達経路の可視化、CAR-T細胞のがん細胞傷害機構の解明、細胞内シグナル伝達分子を導入した新たなCARの設計を行い、より高い殺傷機能と容易な活性調節機構をもつ次世代CAR-T細胞の創出を目的とする。まず、分子イメージングを基にhCD19 CAR-T細胞の抗原認識と活性化、がん細胞傷害活性の分子メカニズムを解明する。そしてその結果からTCR下流の細胞内シグナル伝達分子を導入したCAR-T細胞キメラ受容体を作製し、より強力ながん細胞傷害活性を持ち、一方で傷害活性の調節が容易であり、かつ安全な細胞治療が期待できる新規CAR-T細胞の開発基盤を作る。研究計画の方向性として、既存のhCD19 CAR-T細胞の一分子イメージング実験系の構築、アダプター分子を導入した新規CAR-T細胞受容体のデザインと創出、E3ユビキチンリガーゼを導入した活性化調節機構のあるCAR-T細胞受容体のデザインと創出、NSGヒト化マウスを用いた新規CD19 CAR-T細胞のin vivo細胞傷害活性の検証、を予定している。さらにhCD5 CAR-T細胞およびHLA-A2とがんペプチド抗原を認識するTCR-T細胞の分子イメージングの実験系を構築し、それぞれのCAR/TCR-T細胞の細胞殺傷効果をCAR/TCRの1分子イメージング解析によって評価し、より効果的なCAR/TCR-T作成の分子基盤を創出する。hCD19 CAR-T細胞の抗原認識・活性化・がん細胞傷害活性の分子メカニズムを解明するためのイメージングシステム:抗原提示平面脂質二重膜(プレイナーメンブレン)を構築した。hCD19 CAR-T細胞がhCD19発現標的がん細胞とが接着する面、いわゆる免疫シナプス面を共焦点レーザー顕微鏡にて3-D再構した際に観察されたCARマイクロクラスターが、マウスのプライマリーCD8+ T細胞およびマウスCD4 TCR-AND、マウスCD8 TCR-OT-Iハイブリドーマとプレイナーメンブレンとの接着面にも可視化された。その際にCARのみならず自己抗原を提示しているMHC分子とCAR-T細胞に発現している内在性TCRが結合することで、その内在性TCRがマイクロクラスターとして凝集する現象を発見し、CARと内在性TCRとのクロストークの可能性とそれによるCAR-T細胞の活性化惹起に関する分子機構を見出した。これは自己ペプチドに反応するTCRを明確に示した最初の実験と考えている。また、上記分子イメージングによってCARマイクロクラスターにもTCR/CD3下流で機能しTCRとMHC抗原ペプチドとの結合によりTCRマイクロクラスターに会合してくるシグナル伝達分子およびチロシンリン酸化分子の一過性のリクルートを明らかとなり、CARを構成しているCD3zeta鎖とCD28細胞内ドメインがTCRマイクロクラスターと同等のシグナルソーム形成に寄与することを証明した。これらの研究は、ベイラー医科大学Brenner Malcolm博士と議論を重ねながら進めている。また、超解像顕微鏡ユニットN-SIM TIRFMを用いて、CARの1分子イメージングを行った。その結果、TCR/CD3の初期のリン酸化に重要なLckがCARマイクロクラスターとインターラクションしている現象を可視化することができた。新規CAR-T細胞受容体に会合するシグナル伝達分子の検証:アダプター分子として用いたa)SLP-76、b)LAT、c)CARMA-1のさらに下流のシグナル伝達分子が、それぞれの分子やそのドメインに対応してどの程度増幅されているか、1)生化学的方法、2)イメージングによるクラスター形成の増強、の二方向から検証する。SLP-76の導入によるCAR-T細胞受容体のクラスタリング増幅効果の検証: SLP-76の下流のシグナル伝達分子でもあり受容体のクラスタリングにも寄与するアクチン重合関連分子WASP、ADAP、Arp2/3、アクチンを指標として、Inside-outシグナルの増強を判定すると共に、ノックダウン細胞を用いてそのInside-outシグナルの減退を確認する。E3ユビキチンリガーゼCbl-bを応用したオン・オフ調節が可能なCAR-T細胞受容体の作製:インタラクトームとして多様な結合分子を持つCbl-bの調節領域をCAR-T細胞受容体に導入し、Cbl-bとの結合が示されているT細胞シグナル伝達分子:キナーゼZap70、Grb2、Nck、Vav1、イノシトールリン酸化酵素PI3K、アダプター分子CIN85を指標としてCbl-bシグナルソームの形成を評価する。hCD19-CARとhCD5-CARのシグナルソーム形成の検証:臨床的にもhCD5-CARに比較して抗腫瘍効果の高いhCD19の分子メカニズムをシグナルソームの差違から明らかにする。hCD5-CARの分子イメージングシステムをhCD19-CARと同様に樹立し、hCD5-CARにリクルートする細胞内シグナル伝達分子Zap70、SLP-76、LAT、PI3K、PKCθの挙動を観察する。近年加速するがん免疫療法開発の中でも、キメラ抗原受容体T細胞(Chimeric antigen receptor-Tcell : CAR-T cell)療法の技術革新と臨床応用は目覚ましい。

一方、受容体に限ったデザインに留まっている点や、臨床応用が先行しその作用機序の解明が未解決な点など、残された課題も多い。本応募研究では、革新的イメージングシステムの構築、CAR-T細胞のシグナル伝達経路の可視化、CAR-T細胞のがん細胞傷害機構の解明、細胞内シグナル伝達分子を導入した新たなCARの設計を行い、より高い殺傷機能と容易な活性調節機構をもつ次世代CAR-T細胞の創出を目的とする。分子イメージングを基盤とした刷新的な解析技術によって、これまでのCAR-T研究とは異なる見地から斬新なCARの創出が期待できると考えている。まず、分子イメージングの視点からhCD19 CAR-T細胞の抗原認識と活性化、がん細胞傷害活性の分子メカニズムを解明することにした。そしてその結果を基に、TCR下流の細胞内シグナル伝達分子を導入したCAR-T細胞キメラ受容体を作製し、より強力ながん細胞傷害活性を持ち、一方で傷害活性の調節が容易であり、かつ安全な細胞治療が期待できる新規CAR-T細胞の開発基盤を作ることを目指している。研究計画の方向性として、既存のCD19 CAR-T細胞の一分子イメージング実験系の構築、アダプター分子を導入した新規CAR-T細胞受容体のデザインと創出、E3ユビキチンリガーゼを導入した活性化調節機構のあるCAR-T細胞受容体のデザインと創出、NSGヒト化マウスを用いた新規CD19 CAR-T細胞のin vivo細胞傷害活性の検証、を予定している。新規CAR-T細胞の開発基盤を作るため、hCD19 CAR-T細胞の抗原認識・活性化・がん細胞傷害活性の分子メカニズムを解明するためのイメージングシステムを構築した。Glycosylphosphatidylinisotol(GPI)アンカー型hCD19のタンパク質精製を行うための、hCD19の細胞外領域にGPIアンカーモチーフを付加し、そのキメラ分子hCD19-GPIを高発現させたハムスター腫瘍細胞株BHKを樹立した。精製の用いる抗hCD19抗体も確保した。共同研究としてベイラー医科大学Brenner Malcolm博士の研究室への訪問も実現し、定期的にテレビ会議を通して情報交換を行っている。hCD19-EGPFや-HaloTagキメラ分子を作成し、発現細胞株を樹立した。また、マウスのプライマリーCD8+ T細胞に導入しhCD19-CAR-Tがマウス細胞の実験系でも解析可能であることを確認できた。hCD19 CAR-T細胞とhCD19発現標的がん細胞とが接着する面、いわゆる免疫シナプスを共焦点レーザー顕微鏡にて画像取得し3-Dイメージング構築することで、hCD19 CARのクラスタリングを可視化できた。より高度な画像解析のため、分担者町山裕亮講師がイメージングの装置のバージョンアップと数理学的解析のプログラミングを行った。
半導体/酸化膜界面のナノスケール誘電特性評価

はじめに、博士課程1年次、2年次に確立した局所誘電率評価方法をさらに拡張し、3次元での局所誘電率分布の評価方法を開発した。これにより、薄膜中の欠陥近傍の局所誘電率をより詳細に調べることが可能になった。また、第一原理基底状態計算を並列計算により高速化するために必要な環境を整え、大きな系での計算を高速化することに成功した。従来、MOSデバイスの絶縁膜として使われてきたシリコン酸化膜を置き換える高誘電率絶縁材料として有望なハフニウム酸化物の超薄膜モデルを構築し、誘電特性評価を行った。今年度は実際の薄膜中に多く存在する酸素欠損を酸化ハフニウム薄膜中に導入し、誘電特性を評価した。得られた結果を酸化シリコン薄膜の場合と比較し、イオン性の高い高誘電率材料特有の振る舞いを明らかにした。酸化シリコン薄膜においては、酸素欠損近傍で誘電率が大きく増加したのに対し、ハフニウム酸化膜においては酸素欠損によりハフニウムの配位数が一つ減少しても、誘電率の大きな増加は見られなかった。しかし、ハフニウム酸化膜においても配位数が二つ減少した場合は、欠損近傍で誘電率が大きく増加することが分かった。また、酸素欠損がバンドギャップ中に作る準位についても調べ、実験結果と比較を行った。酸化シリコン薄膜は共有結合性が高く、酸化ハフニウム薄膜はイオン結合性が強いという違いが、酸素欠損近傍の局所誘電率の違いとして反映されていることが明らかになった。、はじめに、博士課程1年次までに確立した局所誘電率評価方法の改良を行い、誘電率の空間分布を求める精度、信頼性を向上し、汎用性を高める事に成功した。シリコン酸化膜を置き換える高誘電率絶縁材料として有望なハフニウム酸化物の超薄膜モデルを構築し、誘電特性評価を行った。薄膜表面をハフニウム原子で終端すると、表面近傍に局在した金属状態が現れ、表面近傍で局所誘電率が増加する事が分かった。そこで、表面を水素原子で終端すると表面金属状態が消え、表面効果が抑制されることが分かった。次に、薄膜化の限界を探るため、誘電率の膜厚依存性を調べた。その結果、ハフニウム酸化膜は2分子層厚の超薄膜においてもバルク結晶の誘電率を再現する事が明らかとなり、酸化ハフニウム膜は極限まで薄膜化が可能だと分かった。また、半導体基板上に酸化ハフニウム薄膜を成長させると起こる格子歪みによって、誘電率がどのように影響を受けるかを調べた。ハフニウム酸化物においては、面内方向に引き延ばされる歪み対しては誘電率を大きくし、縮むと誘電率も小さくなる事が分かった。これは正方晶の短軸方向の誘電率が大きくなる事に対応しており、シリコン酸化物の薄膜では見られなかった特徴である。よって、シリコンとハフニウム酸化物の直接接合を作製することが出来れば、界面近傍での誘電率は大きくなることが期待される。現在は2009年度の研究にむけて、電界効果トランジスタの動作に重要な部分である、シリコン基板とハフニウム酸化物の界面近傍における局所誘電率を調べるため、界面構造モデルの検討と構築を行い、研究を開始したところである。、
分子線エピタキシー法による酸化ガリウム系深紫外発光ダイオードの作製と評価

4.8eVの禁制帯幅を持つ酸化ガリウム(Ga_2O_3)半導体に着目し、分子線エピタキシー(MBE)による高品質結晶の育成と伝導性制御により波長300nm以下の深紫外領域での発光ダイオードを目指して研究を行った。結果としてGa_2O_3のキャリア再結合過程が予想以上に複雑であることがわかり、発光ダイオードを実現するには至らなかったが、光検出器やパワー電子デバイスへの展開に大きな道を拓くことができた。平成21年度の研究実績を以下に示す。1.Ga_2O_3基板を用い、O_2ラジカルソースMBEによりGa_2O_3および(AlGa)_2O_3半導体薄膜の成長を行う条件を検討した。Ga_2O_3基板を1000°C程度で酸素雰囲気中で熱処理を行うことで、Al組成0.4までステップフローによる平坦性および結晶性の優れたホモエピ成長膜を得ることができた。2.MBEで得られた薄膜の光学評価を行ったが、バンド端発光を得るに至らなかった。一方光吸収測定では直接遷移型のバンド構造を確認した。このことから、未知の緩和過程があることが示唆され、今後の基本的な光物性研究の必要性を提起した。3.発光機能の探索の一方で深紫外域の受光機能について調べた。Ga_2O_3基板によるショットキー型光検出器を試作したところ、高出力の深紫外光に対しても劣化することなく安定に動作する一方、通常の照明下で1.5nW/cm^2の深紫外光を検出する能力をもつことがわかり、高感度の炎検出を実証した。4.Ga_2O_3のデバイス応用に不可欠なプロセスとしてウェットエッチングの条件を探索し、硫酸、硝酸系溶液によるエッチング条件を見出した。4.8eVの禁制帯幅を持つ酸化ガリウム(Ga_2O_3)半導体に着目し、分子線ニピタキシー(MBE)による高品質結晶の育成と伝導性制御により波長300nm以下の深紫外領域での発光ダイオードを目指して研究を行った。平成20年度の研究実績を以下に示す。1.Ga_2O_3基板を用い、O_2ラジカルソースMBEによりGa_2O_3半導体薄膜の成長を行う条件を検討した。Ga_2O_3基板を1000°C程度で酸素雰囲気中で熱処理を行うことで、ステップフローによる平坦性の優れたホモエピ成長膜を得ることができた。2.発光ダイオード作製に必要な(InGa)_2O_3および(AlGa)_2O_3の成長とバンドギャップエンジニアリングを検討した。前者は相分離が大きいという問題があるが、後者はAl組成0.4までステップフロー成長し良好な表面モフォロジが得られた。3.MBEで得られた薄膜の光学評価を行ったが、バンド端発光を得るに至っていない。この理由を解明し発光のための指針を得ることが今後重要である。4.発光機能の探索の一方で深紫外域の受光機能について調べた。Ga_2O_3基板によるショットキー型光検出器を試作したところ、波長270nm以下の光に対して通常の照明下で1.5nW/cm^2の深紫外光を検出する能力をもつことがわかった。この受光機能は優れたもので、その応用例として高感度の炎検出研を実証した。
新しく加熱食品より分離された変異・癌原物質の研究

1.クレアチニンとアミノ酸と糖類を125°Cで加熱するモデル実験系でアミノ酸を変えてもMeIQxと48-DiMeIQxが非常に生成し易いことを明らかにした。新しい変異原物質の分離同定をアミノ酸をかえて実施している。糖類を加熱したときに生じる酸素ラジカル発生物質としてメチルレダクチン酸とヒドロキシメチルレダクチン酸を同定した。これの分離定量法を確立して加熱食品中の存在量を分析した。2.加熱食品より分離された強力な変異原物質MeIQをマウスに投与したところ肝臓と前胃にがんを発生した。前胃に偏平上皮がんを発生したマウスの約50%が肝臓に転移していた。動物発がん実験で高率に転移が認められたことは珍しいことである。ラットについての発がん実験は進行中である。加熱食品変異原物質の活性化に働くアセチル転移酵素をハムスターから分離精製した。この酵素の性質を調べている。3.糖類の加熱で生じる変異原物質であるジカルボニル化合物は【H_2】【O_2】の共存下で変異原性が増大する。ジカルボニル化合物が【H_2】【O_2】によって分離されて、アシルラジカルまたはアシルカチオンを生成することを明らかにした。これ等による新しい核酸塩基のアシル化修飾について調べている。4.糖類とアミノ酸とのアミノカルボニル反応で生成するフラン類,ピロール類,レダクトン類15種類すべてがSOS誘導能を示した。D-(+)-カテキンが最も強い活性を示した。魚類を加熱したときに生じる変異原性は予め魚を天日乾燥することにより増大した。油脂の過酸化反応に由来するアルデヒド類によると考えられる。アジの干物について変異原性のある4-ヒドロキシ-zt-1ネナールとメチルグリオキザールを分離同定した。5.加熱食品中の変異原性ヘテロサイクリックアミン類を定量する簡便法をブルーコットンによる部分精製と高速液体クロマトグラフィーの組合せで確立し、加熱食品とタバコタールについて分析を行った。
神経膠腫に対する高機能神経画像の開発と標準化

2011年4月1日から2012年3月31日にかけて、3テスラ高磁場MRIを用いた頭蓋内神経膠腫患者研究に向けてのプロトコールを遂行した。プロトコール内容は次のものを含んでいる:T1強調、T2強調、FLAIR画像、通常量及び3倍量造影剤を用いたT1強調、拡散強調、灌流強調、磁化率強調、single及びmultivoxelプロトンMRS撮像である。追加としてCholine、Fluorodeoxyglucose及びMethionine核種をトレーサーとしてPETを撮像した。これらの多くの融合された画像は手術所見と病理所見と共に比較しながら解析された。もっとも、融合画像プロトコールを実施したことで低悪性度から高悪性度までGliomaを分類することが可能であった。加えて、1.5テスラMRI機器での様々な種類の脳腫瘍(神経膠腫、転移性脳腫瘍、髄膜腫、下垂体腺腫など)のMRS解析をretrospectiveながら行った。その結果、MRスペクトルによる病理分類を精錬させると共に、組織の異なる腫瘍の代謝情報と比較させることが可能となった。この分類は、現在我々の3テスラMRIで行っている^1H-MRSデータに十分応用可能であった。幾つかの腫瘍、例えばdysembryoplastic neuroepithelialtumors(DNT)では特徴のある神経画像所見(特にproton MRSやFLAIR)を呈しており、腫瘍自体の診断や他のグリオーマとの鑑別に有用であった。この所見が極めて重要であると考える理由として、これらDNTなどの良性腫瘍はしばしば小児に発生し、成人の神経膠腫と異なる治療戦略が必要で予後も異なると考えられているからである。本研究では、神経膠腫が疑われる患者を対象とし、1.5テスラMRIと各種PET画像ともに新規撮影を行うものである。3テスラMRI装置を用い、3倍量の造影剤を投与後の一般画像に加え、物質組成をみるMRS、拡散強調画像(DWI)、循環強調画像(PWI)を撮影する。摘出手術の際、術中MRIによるリアルタイムナビゲーションを用い、MRIで測定した部位に合致する部位の標本を採取する。摘出標本の一般病理組織学的検討に加え、増殖能力(mib-1)、細胞死(apoptotic index)、予後関連の遺伝子発現(TP53, 1p19q, MGMT, IDH1等)について1年以上経過観察を行う。前向き臨床介入研究であるため、大学内倫理委員会での承認(番号2037)を受けた後、臨床研究賠償責任保険に加入し、40名の対象患者を予定して、現在エントリー募集し研究を継続中である。介入研究の計画概要は大学間データベースに公表し、研究の周知を図った。研究においての検討項目は、病理結果と術前MRI画像(今回の3テスラと従来1.5テスラ)、PET画像と比較し、磁場強度による違い、3倍量造影剤や3テスラによるMRSその他の画像のfeasibilityなどを予定しており、詳細に統計ソフトで解析する。来年度前半は実施したMRIデータを基に、手術前の評価を行ったうえで初期10登録例についてのPreliminary Resultsを報告し、患者への情報提供を迅速に行うことも目標としている。
各種環境に棲息する亜硝酸酸化菌の純粋分離および新規分類指標の開発

亜硝酸酸化菌(NOB)は広汎な自然環境に棲息し、硝化の後段に関与する有用な菌種でありながら、単一菌として分離されている菌株はわずかである。本研究は有用遺伝子資源の探索とその応用はかるため、各種環境からNOBの新規分離菌株を多数獲得し、菌学的性質の検討のための対象菌株の充実を実現した。また、NOBの新規分類指標の探索、開発を行ない、新規指標による分子系統分類を確立し非培養系解析への応用を試みた。本研究は、広汎な自然環境に棲息し、硝化の後段に関与する有用な菌種でありながら、単一菌として分離されている菌株はごくわずかであり、菌株保存機関での保有数も非常に少ない亜硝酸酸化菌(NOB)に着目した。有用遺伝子資源の探索とその応用を視野に入れ、自然界での分布を解析するために、以下の各点について解明しようとするものである。第一に、各種環境からNOBの新規分離菌株を多数獲得することにより、菌学的性質の検討のための対象菌株の充実をはかる。第二に、NOBの新規分類指標の探索、開発を行なう。第三に、新規分類指標による分子系統分類を確立し、非培養系解析への応用を試みる。本年度は、以下の成果を得るに至った。1.新規分離株の分離同定:当研究グループが改良・確立した、平板培地のゲル化剤にゲランガムを用いた分離法を用い、酸性硫酸塩土壌、海水、深海堆積物、植物による汚水浄化装置内の排水、脱臭装置、また、同じく我々が考案・確立した植物根面環境由来物の調製法により得られた根面液等を分離源として、独立栄養性の亜硝酸酸化菌の純粋分離を行った。単一菌として酸性硫酸塩土壌環境由来の分離源から新規分離株2株が得られた。16SrRNA遺伝子による系統分類によりいずれもNitrobacter属と同定された。電子顕微鏡による形態観察、培養特性については解析中である。引き続き他の分離源についても分離を進行中である。2.新規分離NOBおよび当研究グループにより既に得られている多数の分離菌から、亜硝酸還元酵素(NOR)の構成サブユニットのうちの一つをコードするnorBのクローン化および塩基配列決定を行いプライマー設計の基本情報として累積するとともに分子系統分類を行なった。今後非培養解析への応用に向けてプライマー設計および環境サンプルのDGGE解析の基礎的条件の検討に入る。1.新規分離株の分離同定:昨年度に引き続き、当研究グループが改良・確立した、平板培地のゲル化剤にゲランガムを用いた分離法を用い、酸性硫酸塩土壌、海水、深海堆積物、植物による汚水浄化装置内の排水、脱臭装置、また、同じく我々が考案・確立した植物根面環境由来物の調製法により得られた根面液等を分離源として、独立栄養性の亜硝酸酸化菌の純粋分離を行った。単一菌として酸性硫酸塩土壌環境由来の分離源から新規分離株1株が得られた。電子顕微鏡による形態観察、培養特性についても引き続き解析中である。他の分離源についても分離を進行中である。2.プライマーの開発:新規分離NOBおよび当研究グループにより既に得られている多数の分離菌から、亜硝酸酸化還元酵素(NXR)の構成サブユニットのうちの一つをコードする、nxrBのクローン化および塩基配列を決定し、分子系統分類を行なった。得られた情報よりプライマー設計を行い、環境サンプルの非培養系解析への応用をめざし、DGGE解析の基礎的条件を検討した。本研究は、広汎な自然環境に棲息し、硝化の後段に関与する有用な菌種でありながら、単一菌として分離されている菌株はごくわずかであり、菌株保存機関での保有数も非常に少ない亜硝酸酸化菌(NOB)に着目したものである。有用遺伝子資源の探索とその応用を視野に入れ、自然界での分布を解析するために、以下の各点についての解明を目的とした。

第三に、新規分類指標による分子系統分類を確立し、非培養系解析への応用を試みる。本年度は、以下の成果を得るに至った。1.新規分離株の分離同定:昨年度に引き続き、当研究グループが改良・確立した、平板培地のゲル化剤にゲランガムを用いた分離法を用い、酸性硫酸塩土壌、海水、深海堆積物、植物による汚水浄化装置内の排水、脱臭装置、また、同じく我々が考案・確立した植物根面環境由来物の調製法により得られた根面液等を分離源として、独立栄養性の亜硝酸酸化菌の純粋分離を行った。単一菌として酸性硫酸塩土壌環境由来の分離源から新規分離株1株が得られた。16S rRNA遺伝子による系統分類によりいずれもNitrobacter属と同定された。電子顕微鏡による形態観察、培養特性についても引き続き解析中である。他の分離源についても分離を進行中である。2.プライマーの開発:新規分離NOBおよび当研究グループにより既に得られている多数の分離菌から、亜硝酸酸化還元酵素(NXR)の構成サブユニットのうちの一つをコードする、nxrBのクローン化および塩基配列を決定し、分子系統分類を行なった。得られた情報よりプライマー設計を行い、環境サンプルの非培養系解析への応用をはかり、環境中での当該遺伝子解析基礎的条件を確立した。
分布定数モデリングに基づくモーションシステムの制御

本年度はまず、空間方向のダイナミクスを有するモーションシステムにおける運動モードを非干渉化する手法を構築した。一般的に物体の運動には剛体モードと共振モードが存在し、剛体モードは系の重心位置に関する運動を、共振モードは系内の質点の相対位置に関する運動を表す。共振モードを記述するシステム行列の固有値が0となるような座標変換を行うことでモーションシステムのモードが分離されることが明らかになった。このように座標変換を行うと、固有値0に対応する剛体モードの運動を共振モードとは独立に制御することが可能となる。集中定数系で同様に定義される座標変換行列では、剛体モードを示す行列の要素に各質点の質量が表れるが、分布定数系でモデル化した場合はむだ時間要素が表れる。新たに導出した行列の構造は系が内部に有する構造に応じて変更する必要がある。今年度は構造の基本要素である線状および環状構造を有する系に対して、座標変換行列の構造を決定する方法論を確立した。線状および環状構造の大きな差異は、環状構造では運動の伝搬方向が時計回りと反時計回りの2通り存在することである。環状構造を有する系での座標変換は時計回りと反時計回り方向の伝搬時間の差異を行列の各要素に追加することでモードの非干渉化を実現することが可能となった。次に、系の途中点を含めた任意の点において機能を付加するため、座標変換行列の各要素に用いるむだ時間の値を設計する手法を構築した。機能を伝搬させたい空間方向に応じて行列の各要素に用いるむだ時間の値を決定することでモーションシステムにおける剛体モードおよび共振モードが最終的に定義される。非干渉化されたモード上で機能に応じた制御器を用いることにより所望の機能を伝搬させることが可能となった。本年度はここまでで得られた成果を更に拡張させ、人の動作データを含んだ運動座標系に対しても本手法が有用であることを示した。29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では空間方向のダイナミクスを有するシステムに対してモーションコントロール技術が応用できるよう、その理論の拡張を行う。空間ダイナミクスを有するシステム(モーションシステム)は柔軟物に多く見られるが、これまでの集中定数系によるモデリングに基づく制御則では高次振動の抑制を実現するために高次のフィルタを実装する必要があり、離散化誤差の影響等により振動抑制効果が低減してしまうといった問題があった。このような系を分布定数系、今年度では特に波動方程式、を用いてモデリングすることによってシステムをむだ時間要素で記述することを目指した。むだ時間要素は高次フィルタと比べると実装が非常に容易であるという大きな利点がある。また、分布定数系モデルは一般的に集中定数系モデルの極限をとったものであり、これまで考慮することが困難であった高次の振動モードを含む無限の振動モードをモデルに取り入れることを可能にしている。波動方程式を用いた分布定数モデリングを行うためのプラントとして、本年度はまず空間的なダイナミクスを有する分布アクチュエータの制作を行い、本システムの振動モードを低減するための制御則を導出した。こちらの手法はオブザーバ構造を有しており、振動抑制をモーションコントロールにおいて重要となる加速度次元で実現するものとなっている。本手法を用いることによって、システムが有する無限のモードを重心モードのみにノミナル化することに成功した。また、重心モードおよび振動モードを非干渉化するための座標変換手法についてもその理論構築を行った。今年度はまず、空間方向のダイナミクスを有する分布アクチュエータシステムを制作した。本システムは高い線形性を有するリニアアクチュエータをパラレルに6つ配置し、その先にそれぞれバネを配置してそれらが環状に結合されている構造となっている。バネ成分が含まれていることによって本システムは空間ダイナミクスを有する機構となっている。負荷側の制御点の計測については当初予定していたカメラではなく、制御系のマルチレート化を防ぐために加速度センサやジャイロセンサを統合して行った。これにより制御系の広帯域化を可能にした。製作したアクチュエータに対して、アクチュエータに内在する振動モードによる振動を抑制する手法を加速度次元において構築した。これにより制御点の動作を重心モードのみにノミナル化することが可能となった。これは当初予定していた計画におけるダイナミクスのノミナル化を行うとしていた部分に相当する。また、線状構造を有する分布アクチュエータにおいて、システムの重心モードと振動モードを非干渉化するための座標変換手法およびその振動抑制手法を導出した。これは当初の研究計画では予定されていなかった成果である。これらの研究は国内学会発表にて報告および議論を行った。

今年度は構造の基本要素である線状および環状構造を有する系に対して、座標変換行列の構造を決定する方法論を確立した。線状および環状構造の大きな差異は、環状構造では運動の伝搬方向が時計回りと反時計回りの2通り存在することである。環状構造を有する系での座標変換は時計回りと反時計回り方向の伝搬時間の差異を行列の各要素に追加することでモードの非干渉化を実現することが可能となった。次に、系の途中点を含めた任意の点において機能を付加するため、座標変換行列の各要素に用いるむだ時間の値を設計する手法を構築した。機能を伝搬させたい空間方向に応じて行列の各要素に用いるむだ時間の値を決定することでモーションシステムにおける剛体モードおよび共振モードが最終的に定義される。非干渉化されたモード上で機能に応じた制御器を用いることにより所望の機能を伝搬させることが可能となった。本年度はここまでで得られた成果を更に拡張させ、人の動作データを含んだ運動座標系に対しても本手法が有用であることを示した。今後はまず線状構造を有する分布アクチュエータの制作を行う。これは、当初の予定以上に研究が進んだ結果得られたモード非干渉化を実現する座標変換手法の妥当性を検証するためである。本手法を初年度に製作したアクチュエータにも適用できるよう理論の拡張を行う予定である。モードの非干渉化に関する理論が確立され次第、非干渉化されたモードに対する制御剛性の設計論について研究を行う。平成28年度に実現した振動抑制手法は6自由度有するシステムのうちの1自由度に対して行ったものであった。本手法をさらに発展するため、今後は他の5自由度全てに対して同様に振動抑制を実現するよう理論の拡張を行っていく。分布定数系によるモデリングの利点は、アクチュエータの途中点を容易に考慮できるところにもある。初年度までの手法はアクチュエータの端点に対する制御手法であったが、今後はアクチュエータの途中点に対して同様の制御が実現できるように理論の一般化を目指す。これらの研究を通して、「モーションシステムの制御」の理論体系を構築していく。29年度が最終年度であるため、記入しない。
増殖因子拮抗剤を用いた経皮的冠動脈形成術後再狭窄の予防に関する研究

1.前年度チロシンキナーゼ(PTK)阻害剤が血管平滑筋の増殖および遊走を抑制する事を見いだした。今年度はPTK阻害剤の平滑筋増殖遊走抑制の機序を調べる目的で研究し、以下の知見を得た。(1)PTK阻害剤は平滑筋の増殖遊走を抑制する濃度では、増殖因子レセプターのチロシンリン酸化を阻害しない。しかし抗リン酸化チロシン抗体を用いたウェスタンブロットでは、チロシンリン酸化が阻害される蛋白が複数検出される。この蛋白の同定を試みたが成功しなかった。また、同じ抗体を用いた免疫蛍光抗体染色では細胞辺縁に局在する蛋白のチロシンリン酸化が阻害されることが判った。細胞辺縁にはアクチンをはじめとする遊走に関係する蛋白が存在するので、この部位に局在する蛋白のチロシンリン酸化の阻害が細胞遊走の阻害に関係している可能性がある。(2)PTK阻害剤は平滑筋細胞の細胞周期を複数の点(G1,S,M)で阻害する。これはチロシンリン酸化が細胞内情報伝達の複数の部位に関与するという最近の知見に一致する。2.前年度、コルヒチンが培養血管平滑筋の増殖遊走を抑制するが、血管内や腹腔内持続投与では動物モデルの血管平滑筋遊走増殖を抑制しないことを報告した。今年度は目的とする血管局所に薬剤を到達させるシステムとして報告されている、疎水軟膏、親水軟膏、親水性ポリマーなどを用いて、ラット頚動脈バルーン傷害モデルでコルヒチンの効果を検討したが、ヒトにおいて極量とされる以上の量のコルヒチンを投与しても内膜肥厚は抑制できなかった。組織中および血中ではコルヒチンの分解が速やかであることが原因と考えられる。(I)内膜肥厚の原因である血管平滑筋の増殖は、局所で産生される増殖因子により引き起こされる。また増殖因子の作用発現にはtyrosine kinase(PTK)による、チロシンりん酸化が不可欠である。そこで、PTK阻害剤により、増殖因子の作用をブロックすることを試み、次のような知見を得た。(1)市販のgenistein,herbimycin Aおよび開発者より提供を受けたmethyl 2,5-dihydroxy cinnamate(2,5-MC)のいずれもが、血管平滑筋の増殖を阻害した。(2)これら3種の薬剤は血管平滑筋の遊走を阻害したが、protein kinase Cの阻害剤であるH7は遊走を阻害しなかった。(3)genisteinおよび2,5-MCは細胞の間質物質への接着を最高50%阻害ししたが、あらかじめ接着した細胞の遊走も抑制した。(4)これらの薬剤はレセプターの自己りん酸化のみならず、細胞骨格の形成を阻害することがわかった。Western blot分析では分子量30-40Kdの蛋白のチロシンりん酸化阻害が細胞骨格の形成阻害、細胞遊走阻害に関係することが、示唆された。(II)ラット頚動脈内皮傷害モデルを確立し、細胞増殖遊走阻害剤であるコルヒチンの効果を検討した。コルヒチンはすでに他の細胞で報告されているように1-2μg/mlで血管平滑筋の増殖遊走を阻害した。浸透圧ポンプを用い、ヒトの極量に相当する0.2mg/Kg/dayを、傷害前日から2週間後までを3期間に区切り、5日間づつ投与し、2週間後の内膜肥厚を検討した。いずれ投与プロトコールにおいても有意の内膜肥厚抑制は認められなかった。コルヒチンにより内膜肥厚を抑制しようとする試みは、ここ数年国内外で行われているが、われわれの結果からは、通常の全身投与では平滑筋の遊走増殖を抑制する有効濃度に到達しないことが示唆された。局所に薬剤を高濃度に集積させるdrug deliverysystemが必要である。

1.前年度チロシンキナーゼ(PTK)阻害剤が血管平滑筋の増殖および遊走を抑制する事を見いだした。今年度はPTK阻害剤の平滑筋増殖遊走抑制の機序を調べる目的で研究し、以下の知見を得た。(1)PTK阻害剤は平滑筋の増殖遊走を抑制する濃度では、増殖因子レセプターのチロシンリン酸化を阻害しない。しかし抗リン酸化チロシン抗体を用いたウェスタンブロットでは、チロシンリン酸化が阻害される蛋白が複数検出される。この蛋白の同定を試みたが成功しなかった。また、同じ抗体を用いた免疫蛍光抗体染色では細胞辺縁に局在する蛋白のチロシンリン酸化が阻害されることが判った。細胞辺縁にはアクチンをはじめとする遊走に関係する蛋白が存在するので、この部位に局在する蛋白のチロシンリン酸化の阻害が細胞遊走の阻害に関係している可能性がある。(2)PTK阻害剤は平滑筋細胞の細胞周期を複数の点(G1,S,M)で阻害する。これはチロシンリン酸化が細胞内情報伝達の複数の部位に関与するという最近の知見に一致する。2.前年度、コルヒチンが培養血管平滑筋の増殖遊走を抑制するが、血管内や腹腔内持続投与では動物モデルの血管平滑筋遊走増殖を抑制しないことを報告した。今年度は目的とする血管局所に薬剤を到達させるシステムとして報告されている、疏水軟膏、親水軟膏、親水性ポリマーなどを用いて、ラット頸動脈バルーン傷害モデルでコルヒチンの効果を検討したが、ヒトにおいて極量とされる以上の量のコルヒチンを投与しても内膜肥厚は抑制できなかった。組織中および血中ではコルヒチンの分解が速やかであることが原因と考えられる。
ALTの利用形態が中学生の実践的コミュニケーション力育成に及ぼす効果の比較研究

中学生の実践的コミュニケーション能力をより高めるための中学校の英語の授業における外国人指導助手(以下ALT)の効果的な利用形態はどのようなものかをさぐるために、3種類の利用形態((1)中学1年生は外国人教師がT1、日本人教師がT2となる形態(2)中学2年生は日本人教師がT1となり、外国人教師がT2となる形態(3)中学3年生は外国人教師による少人数の生徒を対象としたインタビューレッスン形態)において実践し、生徒の実践的コミュニケーション能力を比較・検証を行った。一学期三学期までそれぞれの学期でインタビューテストを行い、生徒の実践的コミュニケーション能力を測った。その結果、中学1年生の平均達成率は94.3%、言語材料の難易度が上がる二学期で若干低かったが、三回とも90%を超える達成率であった。中学2年生の平均達成率は91.5%であったが、一学期97.3%、二学期92.9%、三学期84.3%と下降していった。中学3年生の平均達成率は97.4%で、どのテストでも96%以上目標を達成していた。また、生徒に対するアンケートの結果、ALTとのインタビューレッスン(ALTとの個人的な会話)を好む生徒が多いのは、三学年中3年生が最も高く、1・2年生はALTとJTEの二人による授業を好んでいた。インタビューレッスンにおいてついた力として、3年生は「ALTの話してFいることが理解できるようになった」「わからないことがあっても対応できるようになった」に加えて、「ALTと個人的に親しくなった」という回答も多かった。ALTとのインタビューレッスンを多く受けることにより、「聞く」「話す」カだけではなく、生徒がcommunication strategyも学ぶことができ、外国人とコミュニケーションを行うことへの意欲も高まり、より実践的コミュニケーション能力がつくと考えられる。
カーボン-金属間アロイング過程における界面反応のその場原子直視観察

高分解能電子顕微鏡を用いた動的原子直視観察法と、種々の特殊な電子顕微鏡内部その場実験法を組み合わせ、以下のカーボン-金属複合材料形成の素過程である合金化の界面反応、およびカーボン素材個々の変形挙動を原子直視的に解明した。(1)カーボン上の金属気相堆積と界面形成過程:非晶質のカーボン上に、金を室温で真空蒸着して堆積させ、その時の核形成と界面形成過程を、原子レベルで連続的に観察した。(2)カーボン/テルル化鉛合金化過程:テルル化鉛にカーボンを真空蒸着し、さらに加熱して、その合金化過程を観察した。非晶質カーボンを300°Cまで加熱すると、界面で反応が始まり、界面の移動が生じた。被覆しているカーボンは、断続的な層状構造に変化した。温度を500°Cに上昇すると、この反応はさらに進み、テルル化鉛の格子も大きく歪むようになった。加熱によるテルル化鉛を構成する原子の拡散促進に、電子照射効果が重畳し、この反応が進んでいると考えられた。また、テルル化鉛上に被覆するカーボンの量が少ないときには、フラーレン状の物質が形成することが、本観察よりわかっった。(3)カーボン/鉄反応過程の1500°C級高温観察:非晶質カーボンとナノ結晶状鉄を混合し、電子顕微鏡内部で1500°Cに加熱し、その合金化過程を、原子レベルで観察した。鉄表面のグラファイト層を800°Cで観察したところ、その最表面には、一層だけのカーボン層の湾曲が観察された。これはグラファイト成長に関わる構造であることがわかった。
交流アクティブマイクロレオロジーを用いたソフトマターのメゾダイナミックスの解明

ソフトマター複雑流体の構造とダイナミクスを解明するためには、そのメゾスケールでの応答に関する知見を得ることが必要である。本研究では、ミクロンサイズの粒子をプローブとして、ソフトマター中に分散し、光ピンセットを用いて粒子を振動させた際の、粒子変位の振幅と位相遅れを測定することで、媒質中の局所力学物性(マイクロレオロジー)測定が可能な交流アクティブマイクロレオロジー測定システムの開発を行った。また、レーザー光でプローブ粒子を照射した際に入射光と散乱光の干渉により生じるホログラムから、複数粒子の3次元変位の同時観測を可能にするホログラフィック顕微鏡を作成し、複数の自己駆動粒子の3次元追跡を実現した。生体系をはじめとするソフトマターからなる複雑流体の構造とダイナミクスを理解するためには、そのメゾスケールでの空間的・時間的構造に関する知見を得ることが必要である。しかし、従来、メゾスケールの空間分解能で、その力学物性を非破壊的かつ3次元的にその場測定できる方法は存在しない。本研究では、まず、局所力学物性(マイクロレオロジー)をメソスコピックスケールの分解能で測定可能な、交流アクティブマイクロレオロジー測定システム開発を目指した。平成26年度はミクロンサイズのプローブ粒子を単純流体中に分散し、それをレーザーピンセットで捕捉しつつ、その粒子位置を測定するシステムの開発を行った。このため、マルチポートの市販の顕微鏡に赤外線レーザーを導入したレーザーピンセットを用いてトラップしたミクロンサイズのコロイド粒子をトラップする。さらに、粒子によるレーザー光の回折像を、光路の後焦点面上に設置した4分割フォトダイオード上に結像させて、その出力信号を用いてナノメートル精度での高速位置測定が可能なシステムの構築を行った。これと並行して高速度カメラを新たに導入し、これを用いた粒子像の高速測定が可能なパッシブマイクロレオロジー測定系を立ち上げた。現在、両者による結果の比較検討を行い、測定系の補正等を行っている。一方、本年度開発予定であったXY2軸光回折器を用いてレーザー光の位置を変化させ、粒子を強制振動した際の粒子位置の変位を測定する交流力学駆動システムの開発は次年度に実施する。本年度は、昨年度に導入した2軸AO光回折装置を用いて、トラップした粒子位置を正弦的に変動させ、プローブ粒子に振幅、周波数を制御した力学的振動刺激を加え、その位置変化を広帯域で高精度検出可能な測定系の構築を行った。位置測定にはレーザートラップされたプローブ粒子から回折光(あるいは粒子像)を4分割フォトダイオード上に結像させてサブナノメートルの精度での高速位置測定を実現した。現在、典型的な粘弾性を示す高分子溶液系における粘弾性スペクトル測定を行い、作成されたシステムの評価をおこなっている。本年度はキャンパス移転があり、その移転時期に関して問題があったため、全体として実験を行う期間が当初の予定より短縮されてしまった。ことに非線形応答測定に関しては本年度は着手することができなかった。本年度はこれまでに作成したアクティブマイクロレオロジー光学系の補正とこれを用いた複素粘性率スペクトル測定法の評価を行った。水中でトラップした数ミクロンのポリスチレン粒子を駆動用のレーザーで強く捕捉し、そのレーザーの方向をAOD回折器によりを周期的に変化させることで、粒子位置を1Hzから5kHzの範囲で正弦的に振動させた。また、粒子位置は位置検出用レーザー光の回折を用いて検出した。この際、測定される両変位信号を4分割フォトダイオードにより電気信号に変換し、コンピュータ上で高速フーリエ変換(FFT)を行ない、その複素振幅を測定した。得られた2つの信号の振幅の比および位相差から、媒質の複素粘性スペクトル測定を1Hzから10kHzの帯域で行った。この際、機械的共振等によると考えられる、印加した振動とは異なる複数の周波数を持つ振動が観察された。このため、より精度の高い測定を行うためには信号検出法としてFFT法よりむしろロックイン検出法が有効であると考えられる。本年度はこれに加えて粒子の3次元位置測定法としてコリメートされたLD照明による得られるホログラムを用いたホログラフィック顕微鏡の開発も行った。その結果、撮影されたホログラムからレーリー・ゾンマーフェルト回折理論を用いて3次元再構築像をデジタル的に計算し、その高い強度部分の重心位置から粒子の3次元位置を決定することが可能となった。今後、光ピンセットによる光駆動と高速度カメラを用いたホログラム観察を結合させた新たなアクティブマイクロレオロジー測定法への応用が期待できる。回折器の納入期間が年度当初の予定より非常に長期化したため、本年度開発予定であったXY2軸光回折器を用いてレーザー光を振動させ、その際の粒子位置の変位を測定する交流力学駆動システムの開発はできなかった。