hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
利得変調半導体レーザーを光源とした低コヒーレンス干渉計とその応用

研究期間の最終年度となるH14年度は,利得変調半導体レーザーを光源とする低コヒーレンス干渉計を距離計として応用することについて検討した.一般的に知られる超音波距離計と比較すると,1.可視および近赤外光を用いることにより測定点が特定できる,2.小型装置で比較的容易に空間分解能0.1mm以下を実現できる.3.測定点が斜面上にあっても散乱光を利用して同一系で測定可能である,などの利点を持つ.一方,4.半導体レーザーを用いた場合,多くの縦モードフリンジが出現するため,場所の特定が困難になる,5.長距離の光ファイバー干渉計では,両アームの温度差によって敏感にフリンジ位置が変化してしまう,などの欠点がある.実験では,理想的な散乱体をターゲットに用いて,光ファイバー出力端からターゲットまでの距離をパラメータとして,フリンジ振幅の変化を調べ,システムのダイナミックレンジが約70デシベル程度であることを確認した.また,ターゲット面への光の入射角度をパラメータとして,フリンジ振幅およびその幅の変化を調べた.その結果,入射角60度においても,空間分解能0.1mm以下を保持しつつ有効なフリンジ振幅が得られることを確認した.また,欠点として上に挙げた半導体レーザーの縦モードフリンジについては,周波数チャープの利用や光波合成法の適用によって制御可能であることを実験的,数値的に見積もるとともに,温度変化対策として,両アームがほぼ同じ経路となる装置配置を提案した.以上の得られた結果は,国内で開催される学会で口頭発表する予定であり,論文発表のため現在投稿準備中である.本年度は,利得変調半導体レーザーを低コヒーレンス光源とする新規な干渉計を構成し,標準散乱体と見なした養殖真珠を測定試料として,真珠層の屈折率および膜厚測定を行った.まず,波長,発振出力,素子構造の異なる市販のファブリーペロー共振器型半導体レーザーを数種類購入し,利得変調特性を調べた.その結果,変調周波数12ギガヘルツにおいて,数テラヘルツのスペクトル広がりが観測され,フリンジ干渉幅として約100ミクロンが得られた.この際,異なる素子間の差異はほとんど見られなかった.そこで,散乱光を除去するため,1.55ミクロン帯の光ファイバー出力半導体レーザーを光源に採用し,全光ファイバー化した低コヒーレンス干渉計を構成した.フリンジ波形を得るためには,参照光を掃引する必要があり,この機構を空間モードで構成することが一般的に行われている.しかし,光軸調整の猥雑さや掃引による雑音の発生を避けるために,本装置では,圧電セラミックスに光ファイバーを巻き付け,ここに交流電圧を印加して,光ファイバーの伸縮を引き起こすことにより,参照光に対する距離掃引を達成した.直径5cmの圧電体に長さ20mの光ファイバーを巻き付け,400Vの交流電圧を印加することにより,約1mmの遅延距離が得られた.この方法では,空間モードに光を取り出す必要がないので,参照側の光ファイバーの終端に金コートを施し,ここで参照光を全反射させることにより,光学調整を必要としない構成を実現した.さらに,試料側のアーム内にも圧電セラミックスを挿入し,参照アーム内のそれとプッシュプル動作させることによって遅延距離2mmを得た.こうして,構成した低コヒーレンス干渉計を用いて,真珠層に対する膜厚および屈折率を測定した.その結果,白,黒真珠など比較的大きい試料に対しても屈折率1.51.7,層厚0.22mmの範囲で測定可能であることを確認した.研究期間の最終年度となるH14年度は,利得変調半導体レーザーを光源とする低コヒーレンス干渉計を距離計として応用することについて検討した.一般的に知られる超音波距離計と比較すると,1.可視および近赤外光を用いることにより測定点が特定できる,2.小型装置で比較的容易に空間分解能0.1mm以下を実現できる.3.測定点が斜面上にあっても散乱光を利用して同一系で測定可能である,などの利点を持つ.一方,4.半導体レーザーを用いた場合,多くの縦モードフリンジが出現するため,場所の特定が困難になる,5.長距離の光ファイバー干渉計では,両アームの温度差によって敏感にフリンジ位置が変化してしまう,などの欠点がある.実験では,理想的な散乱体をターゲットに用いて,光ファイバー出力端からターゲットまでの距離をパラメータとして,フリンジ振幅の変化を調べ,システムのダイナミックレンジが約70デシベル程度であることを確認した.また,ターゲット面への光の入射角度をパラメータとして,フリンジ振幅およびその幅の変化を調べた.その結果,入射角60度においても,空間分解能0.1mm以下を保持しつつ有効なフリンジ振幅が得られることを確認した.また,欠点として上に挙げた半導体レーザーの縦モードフリンジについては,周波数チャープの利用や光波合成法の適用によって制御可能であることを実験的,数値的に見積もるとともに,温度変化対策として,両アームがほぼ同じ経路となる装置配置を提案した.以上の得られた結果は,国内で開催される学会で口頭発表する予定であり,論文発表のため現在投稿準備中である.
細胞内カルシウム動態と生理活性物質の分泌のリアルタイム同時測定の開発

牛培養副腎髄クロマフィン細胞及びPC12細胞をマイクロビ-ズ接着培養し、独自に設計開発した小型潅流用蛍光セルに詰め、カルシウム蛍光色素のなFuraー2を取り込ませた。細胞内遊離カルシウム濃度(〔Ca^<2+>〕_i)変化は、蛍光光度計を用いて、340nmと380nmで励起した時の、500nmの蛍光強度の変化及び、その比(340nm/380nm)の変化を指標に測定した。カテコラアミン分泌の測定は小型潅流用蛍光セルの直後にFlowタイプの電気化学的検出器用電極を接続し電気化学的検出器で測定した。PC12細胞においてKC1,nicotine,ATPのパルス刺激に伴い340nm励起時の500nm蛍光強度は上昇し、380nm励起時の500nm蛍光強度は減少した。また、340nm/380nmは上昇し、こりらの蛍光強度は、〔Ca^<2+>〕_i変化を反映しているものと考えられた。また、〔Ca^<2+>〕_i上昇に伴い、カテコラミン分泌の急速な増加が認められた。培養牛副腎髄質クロマフィン細胞を用いた際にもスルバミルコリン及びKCL刺激に伴い濃度依存的な両指標の変化が認められた。本研究により、潅流系においてカテコラミン分泌と〔Ca^<2+>〕_i変化を経時的かつ同時に測定することが可能となった。この方法は脱感作現象の解析に有用であるばかりでなく、蛍光指示薬を用いた細胞内pHの測定など、細胞内の変化を生理活性質の遊離と同時に測定することができることから細胞の機能とそのメカニズムを研究する上で有用な実験系と思われる。刺激ー分泌連関の研究において、刺激に伴い急速に活性化され且つ不活性化される生理的反応を、分泌された物質の二次的な影響の少ない条件で、解析する手段として灌流系は優れた実験系と考えられる。本研究では、PC12h細胞及び培養牛副腎髄質クロマフィン細胞をマイクロビ-スに接着させて小型蛍光用セルに詰め、Furaー2を用い細胞内遊離カルシウム濃度を経時的に測定すると同時に、カテコラミン分泌を電気化学的検出器を用い測定する方法の開発を試みた。(1)マイクロビ-ズを用いた細胞の接着培養:PC12h細胞はDulbecco′s Modified Eagle′s mediumに10%熱非働化馬血清、5%牛胎仔血清を補った培養液にMEMnonーessential amino acids(x100)を1ml/100ml加えた培養液中で行い、ビ-ス表面の約50%以上に細胞が接着したところで実験に用いた。牛副腎髄質クロマフィン細胞は単離して、differential platingによる精製の後、PC12h細胞と同様の方法でマイクロビ-ズに接着させた。マイクロビ-ズと混合後、5ー7日目に実験を用いた。(2)小型灌流用蛍光セルの開発:試作品であるが、日本分光工業株式会社の協力により分解洗浄可能でデッドスペ-スが約70mlのセルが完成した。接着細胞数や灌流液流量によっては液漏れが生じることがあり、さらに改良を進めている。(3)本灌流系での各種刺激薬物の効果:PC12h細胞において高カリウム、ATPの各刺激により340nm励起の蛍光強度の上昇と380nm励起の蛍光強度の減少、又その比の上昇が見られ、その反応に伴いカテコラミン分泌が認められた。一方、培養牛副腎髄質クロマフィン細胞においても、高カリウムまたはニコチン、によって、濃度依存的な細胞内遊離カルシウム濃度の上昇と、カテコラミン分泌の増加が認められた。

この方法により、灌流系においてカテコラミン分泌と同時に細胞内遊離カルシウム濃度変化を測定しうる事が示唆された。牛培養副腎髄質クロマフィン細胞及びPC12細胞をマイクロビ-ズに接着培養し、独自に設計開発し前年度の反省に基ずきフイルタ-などを改良した小型潅流用蛍光セルに詰め、カルシウム蛍光色素のFuraー2を取り込ませた。細胞内遊離カルシウム濃度(〔Ca^<2+>〕_i)変化は、蛍光光度計を用いて、340nmと380nmで励起した時の、500nmの蛍光強度の変化及び、その比(340nm/380nm)の変化を指標に測定した。カテコラアミン分泌の測定は小型潅流用蛍光セルの直後にFlowタイプの電気化学的検出器用電極を接続し電気化学的検出器で測定した。前年度までは各種刺激薬物でのパルス刺激の効果につき検討したが今年度は持続的刺激の効果を検討した。PC12細胞をKC1及びATPで持続的に刺激したところ、KC1(56mM)の持続的刺激により〔Ca^<2+>〕_iとカテコラミン分泌は持続的に上昇したが、ATP刺激ではATPが存在しているにもかかわらず両指標の減弱が認められた。この結果より、受容体刺激とKC1刺激とでは〔Ca^<2+>〕_i上昇機構の性質が異なっていること、また容容体刺激によって活性化される機構のほうが脱感作され易く、その結果カテコラミン分泌の減弱がより早く発現することが示唆された。潅流系による解析に加え、牛副腎髄質クロマフィン細胞を培養用ディッシュに単層培養し、〔^3H〕イノシト-ルをり込ませ各種刺激によるイノシト-ル三リン酸、ー四リン酸,ー五リン酸等の生成変動を検討した。各種刺激によりイノシト-ル三リン酸、ー四リン酸、ばかりでなく、急速なイノシト-ルー五リン酸の生成が認められた。最近イノシト-ルー五リン酸やー六リン酸が中枢神経系においてセカンドメッセンジャ-として働いている可能性が示唆されており、牛副腎髄質クロマフィン細胞におけるカテコラミン分泌機構にこれらイノシト-ルリン酸の生成が何らか関与している可能性も考えられる。
マウスの腫瘍におけるがん幹細胞の存在の証明

正常組織に存在する組織幹細胞とがん幹細胞の共通性に着目し、マウスの大腸腫瘍におけるがん幹細胞の存在を検討した。はじめに、正常大腸組織における細胞の分化および増殖の制御機構を検討し、β-カテニンの高度な発現誘導によりにより幹細胞が出現し、同細胞は遅い細胞周期を示すことを明らかにした。次いで、マウスの大腸腫瘍におけるβ-カテニンの発現と細胞周期を検討し、周囲のがん細胞よりもβ-カテニンを強く発現し、かつ遅い細胞周期を示す幹細胞様の細胞が存在することを見出した。近年、「がんは"がん幹細胞"を起源に発生する」という新しい説が提唱されている。ヒトでは様々な腫瘍においてがん幹細胞が存在することが相次いで報告されたが、実験動物の腫瘍については、その存在自体が立証されていない。そこで、本研究では、がん幹細胞の特徴的な細胞周期に着目し、生体内で細胞周期をGFPで標識する独自の技術を用いて、マウスの腫瘍において"がん幹細胞"が存在することを証明することを目的としている。本年度、マウスの消化管において細胞周期を標識することが出来るか検討し、Hisotoneタンパク質をGFPで標識することが可能なトランスジェニックマウスであるHistone-GFP inducibleマウスを用いることでGFPの強度により細胞周期が識別可能であることを見出した。GFPで標識することにより、細胞周期の異なる細胞をFACSで分取することが可能になり、腫瘍細胞にこの方法が出来れば、腫瘍組織中から細胞周期の遅いがん幹細胞を選択的に分離する有用な方法となる。しかしながら、同時に、導入遺伝子であるGFPの発現が加齢に伴い減少することが確認された。がんの形成には時間を要するため、担がん動物はある程度の週齢に達してしまうため大きな障害になると考えられたが、この問題を解決すべく、現在、同マウスと早期に消化管腫瘍を多発するApc(Min/+)マウスの交配を進めている。Apo(Min/+)マウスはデキストラン硫酸の飲水投与により、より早期に大腸腫瘍が誘発出来ることが報告されており、加齢によるGFPの発現減少の問題は解決出来ると考えている。また、同時に、消化管組織の細胞培養および組織培養系の確率を進めている。これは、in vitroで腫瘍幹細胞としての性質を検討するためには必須の実験系である。近年、がん組織内にはがん組織の起源となるがん幹細胞が存在することが明らかにされ、注目されている。また、がん幹細胞は組織幹細胞ががん化することにより生じると考えられており、両者には多くの共通点が存在することが明らかにされている。そこで、本研究では、腸管上皮細胞の増殖および分化制御を司るWnt/β-cateninシグナルに注目し、大腸の組織幹細胞の特性を明らかにすることにより、マウスの大腸腫瘍内におけるがん幹細胞の存在ならびにその特性を明らかにすること目指した。β-catenin誘導マウスを用いて、β-cateninの強制発現により大腸上皮細胞においてWnt/β-cateninシグナルを高度に活性化すると、大腸陰窩が分裂する像が多数観察され、また、同時に、腸管幹細胞マーカーであるLgr5およびMusasi-1の発現上昇も認められ、Wntシグナルの高度活性化により腸管幹細胞が増殖することが明らかとなった。そこで、マウス大腸腫瘍内のβ-cateninの発現パターンを詳細に検討したところ、β-cateninの発現は均一ではなく、高度に発現上昇する細胞では、周囲組織と比較して細胞周期が遅く、幹細胞様の性格を示すことが明らかとなった。現在、腸管幹細胞マーカーであるLgr5発現細胞をGFPで標識可能なトランスジェニックマウスを用いて、β-catenin高度発現細胞がLgr5を発現し、さらには、同細胞ががん幹細胞の性格を示すか検討中である。がん幹細胞は、治療抵抗性を示し、治療後のがんの再発の主因となっており、大腸がんにおけるWntシグナルによるがん幹細胞の制御機構を明らかにすることは、大腸がんの根治的治療の開発に繋がると考えられる。
ゲノム情報を活用した人類学研究の新ストラテジー構築

ゲノム情報からヒトにおいて環境適応に関連してきた可能性のある多型が見つかる。これらについて(1)機能解析を行うための実験モデル生物としてメダカ(Oryzias latipes)が有望であることが明らかになった。また(2)ゲノム中で人類集団間での対立遺伝子(アレル)頻度が大きく異なることが知られていたアルコール脱水素酵素(ADH)遺伝子クラスターについて、全ヒト多様性のうち、東アジアにおいて正の自然淘汰の強い証拠が検出された。これらの成果はヒトゲノム多様性の進化的意義を知る上で有用な知見である。霊長目ADH遺伝子クラスターの比較ゲノム解析ヒト肝臓で発現し、アルコール代謝の中心的役割を担う3つのクラスIアルコール加水分解酵素(ADH)遺伝子について霊長目(チンパンジー、ボノボ、ゴリラ、オランウータン、ヒヒ)でイントロンの塩基配列決定とヒトとの比較解析をおこなった。その結果、調べた霊長類には少なくとも3つクラスI ADH遺伝子が存在し、それらは互いに非常に高い相同性を示すが、遺伝子変換による均質化の証拠は見られず、それぞれ独立に進化したパターンを示した。この結果から、これら3つのADH遺伝子は、それぞれの種で3つそれぞれ異なる役割と機能を担って進化してきた可能性を示唆した(Oota, et al., 2007)。ヒト高Fst-SMPをもつ遺伝子の野生メダカ地域集団における多型スクリーニングHapMap、dbSNPなどのデータベースを活用し、ヒト適応進化の観点からヒト集団間で高F_<st>-SNPを示す12遺伝子座について着目し、これら遺伝子について野生メダカ29集団を用い多型スクリーニングを行なった。その結果、THEA2遺伝子で日本メダカとフィリピンメダカの間に、ヒトと同じ位置に非同義置換を発見した。また同様にRTTN遺伝子では、南日本メダカ、北日本メダカ、東韓メダカ、西韓メダカにおいて、ヒトで多型が見つかる同じエクソンを含む領域に非同義置換を発見した。驚くべきことに、この領域では同義置換は皆無で、しかも非同義置換は地域集団特異的であった。THEA2は温度感受的発現を示す遺伝子で、RTTNは体軸形成と関係があると考えられている遺伝子である。このように着目したヒトで適応進化のシグナルを示す遺伝子は、メダカにおいても適応進化の可能性を示し、脊椎動物で共通に環境適応と関係する可能性のある遺伝子をこの方法で効率よくスクリーニングできることを示した(論文投稿中)。霊長目ADH遺伝子クラスターの比較ゲノム解析霊長類でADH遺伝子がどのように遺伝子重複し、そのクラスターが進化してきたかを明らかにすることを目的とし、旧世界ザル3種、新世界ザル2種、原猿2種とコウモリのADH遺伝子クラスター全体(ヒトで約380kb)をカバーするBACクローンのショットガン塩基配列決定を行う。BAC-end塩基配列決定およびコロニーPCRによりアカゲザル、ミドリザル、コモンマーモセット、ヨザル、ワオキツネザル、グレイマウスレムール、コウモリのオーバーラップ・クローンをピックアップした。現在までにバブーンのADH遺伝子クラスター全長の決定が完了し、さらにアカゲザル、ミドリザル、ワオキツネザルの各BACクローンのドラフト・アセンブリーが完了した。ヒト集団遺伝学のモデル生物としての野生メダカ地域集団解析ヒトで集団間多様度の高い遺伝子について、メダカをモデル生物として生体を用いた機能解析を行なうために、野生メダカ地域集団における遺伝的多様性を明らかにする必要がある(Matsumoto et al.in press)。そこで2つのサンプリング方法で得られた多様性からニホンメダカの集団構造の解析を行った。1つ目のサンプリング方法は、複数地域から1個体ずつサンプリングするgrid-based sampling、2つ目は生殖集団から複数個体サンプリングするdeme-based sampling。これらをミトコンドリアゲノムのD-loop領域およびcytochromeb遺伝子領域の塩基配列決定を行うことにより分析した。その結果、野生メダカ地域集団はある程度の集団内多様性を持ちながら互いに遺伝的分化が進んでいることがわかった。この結果から、本研究において、SNPスクリーニング段階ではgrid-based samplingが、適応進化を検出する段階ではdeme-based samplingが必要であることが明らかになった(Katsumura et al.in press)。
光起電力効果の機能物性と光モータへの応用

誘電体の光起電力材料としては、バルク焼結体が用いられてきたが、次のような問題点があり、実用的な応用が進んでいなかった。1)出力電圧はkVレベルと高いものの、電流量がnAレベルであるため、静電気分野に応用が限定される。2)光起電力効果が表面近傍のみで起こっており、特性の利用上の出力調整制御が困難である。3)電極間距離がmm以であり、応答性の向上が課題である。最近、提案者らにより、誘電体の光起電力材料を縦型の積層構造体とする検討が行われ、従来はnA程度であった光起電流がμA以上に3桁以上向上し、さらに出力制御も従来のバルク体に比べて精度良く容易に行うことが可能である事が示された。この技術については、基本構造を特許出願し、基本性能については論文投稿を行い著名な国際学術誌(Applied Physics Letters)に掲載が決定している。このような積層型膜構造体では電流量が大幅に向上しただけでなく、その出力制御が格段に容易になった。例えば、出力電圧は膜厚、電流は光の照射面積に比例し、電極間距離が短くなった事により応答性の向上にも寄与することとなり、実用上の大きな利点である。さらに、通常は膜構造化に伴って特性が劣化することが懸念されるが、プロセス上の工夫により、焼結体とほぼ同等の性能を示すことを明らかにした。光起電力効果の現象解明のために、光起電力特性の精密測定を行った。ここでは、エレクトロメータによる微小電流測定を行ったが、これまで以上の測定精度を得るために強度の強いランプ光源を用い、また併せて光源と素子の間に均一照射レンズを導入した。これにより、従来より一桁大きな強度範囲において測定が可能になり、また素子に光が均一に照射されるようになり、精密計測が可能となった。以上の光学系を用いて、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛(PLZT)セラミックスを対象として計測を行った。その結果、光起電圧及び光起電流に関してこれまでよりも幅広い照射光強度範囲において特性計測を行うことが出来た。これから暗導電率、光起電力定数等を算出した。とくに、照射光強度の20mW/cm2以下の領域においては、これまで互いに反する結果が報告されてたが、いずれも測定精度不足であったことを明らかにし、現象解明に新しい知見を与えた。また、光モータへの応用に関しては電源部となるPLZT素子の出力特性について検討し、薄膜構造体化するためにアイデァを特許化した。薄膜化することにより、出力電流は3桁程増加し、一方電圧は3桁減少する。構造体の上部電極としては透明性のある材料を用いることで、構造の簡素化及び積層化を実現した。予備的な実験により、性能試験を行い、光起電力特性の基本性能は確認された。今後は薄膜構造体の性能及び構造についてさらに検討を進め、最適な形状や組成を明らかにする。
数学的一般化の過程における社会的相互作用に関する分析

平成13年度に引き続き,下記の3点に関する研究を行った。1.本研究における「一般化」の理論的枠組みについては,オーストリアの数学教育研究者であるDorflerの一般化モデルを参考にしている。本年度も,昨年度の研究において提案した「Dorflerに基づく一般化分岐モデル」に関する理論的精緻化を図った。また,「分岐モデル」を用いて,「小数でわるわり算」と「分数でわるわり算」の理解過程の違いを一般化の視座から明確にした。つまり,前者の意味理解は「内包的一般化」に対応するのに対し,後者のそれは「外延的一般化」に対応しており,こうした一般化の質的相違が,「分数でわるわり算」の困難性の本質的な要因となっていると考えられる。2.「分数でわるわり算」の指導の改善を図るために,次のような対案を提案した。つまり,立式のためには,「比較」のスキーマを前提とし,計算アルゴリズムの説明には,既有の数学的知識を仮定する教授学的介入である。対案に基づく教授実験を行った結果,その有効性が確認された。3.「分数でわるわり算」の指導について検討するにあたり,その基礎的な作業として,算数科教科書の分析を行った。その中で,算数・数学教科書に現れる様々な数学的認識の質が問題となった。そのため,本年度の研究では,算数・数学教科書を分析するための具体的方法を提案しながら,算数・数学教科書本文に現れる数学的認識を7種に類型化した。その上で,現代化学習指導要領および現行の学習指導要領に準拠した小,中学校の算数・数学教科書を対象としながら,実際に教科書の記述を比較検討した。その結果,「算数」と「数学」における認識の違いや経年的な変化を指摘することができた。本年度は,下記の3点に関する研究を行った。本年度は,平成10・11年度の奨励研究(A)の研究成果を発展させながら,「Dorflerに基づく一般化分岐モデル」の精緻化を図った。具体的には,創造工学の創始者であるGordonの知見を援用しながら,一般化には「外延的一般化」と「内包的一般化」という2つの異なる過程があることを理論化した。2.「Dorflerに基づく一般化分岐モデル」に基づいて,「分数でわるわり算」と「小数でわるわり算」の理解過程を比較検討した。双方のわり算に関する実態調査も実施した上で,「分数でわるわり算」に関する立式の達成度が「小数でわるわり算」のそれよりも極端に低い原因として,両者の一般化の質的差違があげられることを指摘した。なお,この研究成果については,日本数学教育学会・第34回数学教育論文発表会において,「Dorflerに基づく一般化分岐モデルによる「÷分数」の意味理解に関する質的考察」と題する論文として報告している。3.Dorflerも指摘するように,数学的一般化に果たす「記号」の役割はきわめて大きい。氏のモデルにおいても,それは「記号の対象化」として具体化されている。一方,近年の構成主義,相互作用主義,社会文化主義に基づく研究では,社会的相互作用によって展開される学習過程を「記号化」の過程として分析する研究が活発に行われている。本年度の研究では,Cobbらの研究を整理しながら,数学的意味の「創発(emergence)」に果たす数学的表記の役割を考察した。
材料科学の融合による新しい核酸バイオナノテクノロジー

1,カチオン性くし型共重合体と核酸の完全可溶性高分子電解質複合体の形成研究において、合成高分子による核酸高次構造の制御を目的に、カチオン性くし型共重合体(PLL-g-Dex)の設計を行った。親水性側鎖としてデキストランを高密度に配したくし型共重合体は、通常ポリカチオンと核酸との高分子電解質複合体で見られるコイル-グロビュール転移が抑制され、完全に可溶性の高分子電解質複合体を形成することを見いだした。このようなカチオン性共重合体は、核酸間の静電反発を緩和し、2重鎖核酸や3重鎖核酸を顕著に安定化することが見いだされた。さらに高分子材料の合理設計法も推進した。2,共重合体による2重鎖形成の加速ハイブリッド形成に及ぼすカチオン性くし型共重合体の速度論的影響を検討した。蛍光共鳴エネルギー動法を利用し2重鎖形成過程を追跡した結果、共重合体はナノモル濃度で2重鎖形成を200倍速めることを見いだした。20mM Mgイオンに比較しても40倍高い効果であった。3,共重合体による核酸ナノマシンの応答強化核酸ナノマシンは、その作動条件に多くの制約を持ち、とりわけ生理的塩濃度、温度、低い核酸濃度の動が困難である。そこで、生理的条件下、核酸ナノマシンの作動を改善する手法がこれらのバイオテクノロジー、医療への応用に不可欠となる。くし型共重合体によりナノマシンの作動を改善することを検討した。共重合体を共存させるだけで、核酸ナノマシンの応答性を顕著に高められることがわかった。核酸の正確なハイブリッド形成を促す核酸シャペロン活性を持つ高分子材料の設計を、既に研究代表者らが見いだしてきたカチオン性くし型共重合体の構造を考慮し検討した。特に、カチオン性基の種類、ポリカチオン主鎖の構造、分子量のシャペロン活性に与える影響を評価した。カチオン性共重合体として、これまでの一級アミンをもつポリリシン-g-デキストランくし型共重合体(PLL-g-Dex)からカチオン基をグアニジノ基型に変換した共重合体(GPLL-g-Dex)および強カチオン性基である四級アンモニウム塩基に変換したMPLL-g-Dexを新規調製した。GPLL-g-DexはPLL-g-Dexに比べ核酸ハイブリッドに与える安定化効果が低下した。さらに、この共重合体の核酸シャペロン活性を、核酸鎖交換反応により解析した結果、一級アミシを持つ共重合体より活性が数十倍高いことが見いだされた。主鎖骨格の分子量を低下させると、DNAとの複合体形成能が低下するが、GPLL-g-DexはPLL-g-Dexに比較して、いずれの分子量でも結合性が高いことが見いだされた。一方、2重鎖安定化機能は、主鎖の分子量を小さくすると低下し、結果的に低分子量のグアニジノ基型共重合体は、2重鎖核酸を不安定化する機能が有ることが見いだされた。以上より、共重合体の核酸ハイブリッド安定化機能や核酸シャペロン活性は、カチオン基の種類や主鎖の分子量を変化させることで、幅広く制御できることがわかった。本研究課題では、昨年度に引き続きカチオン性高分子材料の核酸シャペロン機能の発言メカニズムの解析と核酸シャペロン機能の核酸ナノテクノロジーへの応用を推進した。核酸シャペロン機能の発現メカニズムの解明を目的に、高分子材料が核酸の二重らせん形成に及ぼす影響を、各磁気共鳴スペクトルおよび円二色性スペクトルにより解析した。その結果、共重合体は塩基対の構造にほとんど影響を与えることなく相互作用し、かつ二重らせん構造の安定化していることがわかった。つまり、共重合体は局所的にも二重らせん構造を不安定化することなく核酸シャペロンとして機能を発現することが示唆された。

また、共重合体のハイブリッド安定化機能は、核酸シャペロン活性の発現に、不利に働くと考えられる。そこで、カチオン性官能基および分子量を制御した共重合体を新規調製し検討した結果、ハイブリッド安定化機能を抑えたより高活性のシャペロン高分子が実現できた。一方、近年注目されている核酸を利用したナノマシンの機能を、共重合体のハイブリッド安定機能およびシャペロン活性を利用して向上することを検討した。四重鎖形成と2重鎖形成の転移を利用した伸縮制御型核酸ナノマシンをモデルに、その動作を高分子材料の存否で検討した。その結果、共重合体の添加により核酸ナノマシンの作動レスポンスを数十倍高められることが確認された。また、核酸ナノマシンは、温度や塩強度などの環境因子にその動作が左右されることが課題であったが、共重合体によりこれらの課題も緩和できることが明らかになった。核酸シャペロンの機能を人工的に再現した材料は、正確なハイブリダイゼーションを促すことで、核酸に関わるバイオテクノロジー及びナノテクノロジーを支える新しい要素技術として極めて有用と考えられる。我々は、ポリ(L-リシン)主鎖とデキストラン側鎖から成るくし型共重合体(PLL-g-Dex)が、鎖交換反応を加速し、核酸シャペロンとしての機能を発現することが見いだした。一方、共重合体は、二重鎖を安定化する機能も有するが、このことは核酸シャペロン活性にとって不利だと考えられた。本研究では、二重鎖に対する安定化効果を抑制するために、単鎖核酸に対する高い親和性が期待できる新規共重合体の設計を行ない、共重合体の構造と核酸シャペロン活性の相関関係を評価した。その結果、共重合体の1級アミノ基をグアニジノ基に変換した共重合体では、2重鎖核酸に対する安定化機能が抑制されることがわかった。グアニジノ基へ変換することにより、変換前の共重合体に比べ、より単鎖選択親和性が高くなっており、2重鎖核酸に対する安定か効果を抑制できたと考えられた。グアニジノ化した共重合体は、より高い鎖交換反応加速効果を発現することが見いだされた。1、カチオン性くし型共重合体と核酸の完全可溶性高分子電解質複合体の形成本研究において、合成高分子による核酸高次構造の制御を目的に、カチオン性くし型共重合体(PLL-g-Dex)の設計を行った。親水性側鎖としてデキストランを高密度に配したくし型共重合体は、通常ポリカチオンと核酸との高分子電解質複合体で見られるコイルーグロビュール転移が抑制され、完全に可溶性の高分子電解質複合体を形成することを見いだした。このようなカチオン性共重合体は、核酸間の静電反発を緩和し、2重鎖核酸や3重鎖核酸を顕著に安定化することが見いだされた。さらに高分子材料の合理設計法も推進した。2、共重合体による2重鎖形成の加速ハイブリッド形成に及ぼすカチオン性くし型共重合体の速度論的影響を検討した。蛍光共鳴エネルギー移動法を利用し2重鎖形成過程を追跡した結果、共重合体はナノモル濃度で2重鎖形成を200倍速めることを見いだした。20mM Mgイオンに比較しても40倍高い効果であった。3、共重合体による核酸ナノマシンの応答強化核酸ナノマシンは、その作動条件に多くの制約を持ち、とりわけ生理的塩濃度、温度、低い核酸濃度の作動が困難である。そこで、生理的条件下、核酸ナノマシンの作動を改善する手法がこれらのバイオテクノロジー、医療への応用に不可欠となる。くし型共重合体によりナノマシンの作動を改善することを検討した。
成形修復用グラスアイオノマーセメントの表面強化用塗布材の開発と強化機構の解明

本研究は,成形修復用グラスアイオノマーセメント(GIC)の硬化初期における機械的性質改善のための表面強化用塗布材の開発と強化機構の解明を目指し,カルシウム溶液に浸漬したGIC表面のビッカース硬さの測定と表面分析を行った.高濃度塩化カルシウム水溶液への短時間浸漬により,GICの表面硬さは顕著に増加した.表面分析の結果から,溶液中のカルシウムイオンがGIC表面のマトリックス中に存在する未反応のカルボキシル基と結合することが示唆され,その結果表面硬さが増加したと推測された.以上から,高濃度塩化カルシウム水溶液への短時間浸漬が修復用GICの硬化初期の機械的性質の改善に有効であることが明らかになった.成形修復用グラスアイオノマーセメントは,硬化初期の機械的性質が十分でなく,長期耐久性が低いことが臨床で問題となっている.本研究は,成形修復用グラスアイオノマーセメントの硬化初期における機械的性質を改善するための表面強化用塗布材の開発と強化機構の解明を目的としたものである.アクリル製の窩洞に充填し硬化させたグラスアイオノマーセメント試料を,42.7 wt%塩化カルシウム溶液に浸漬し,浸漬時間が表面硬さに及ぼす影響を評価した.試料表面のビッカース硬さは,溶液浸漬時間が長くなるほど有意に増加した.溶液浸漬後の試料表面について,走査型電子顕微鏡を用いた観察およびエネルギー分散型X線分光器を用いた元素分析を行った結果,溶液中のカルシウムが選択的にグラスアイオノマーセメントのマトリックス表面に存在するのが確認された.試料表面のカルシウム濃度は,溶液浸漬時間が長くなるほど有意に増加した.溶液浸漬後の試料表面について,赤外分光分析およびX線光電子分光分析を行った結果,得られたピークはポリアクリル酸カルシウムのピークと近似しており,試料表面にポリアクリル酸カルシウムの存在が示唆された.これらのことから,塩化カルシウム溶液中のカルシウムイオンが,グラスアイオノマーセメントのマトリックス中に存在する未反応のカルボキシル基と結合したことが示唆された.そしてその結合により,グラスアイオノマーセメント試料表面のポリカルボン酸の構造体が強化され,表面硬さが増加したと推測された.成形修復用グラスアイオノマーセメント(GIC)は,硬化初期の機械的性質が十分でなく,長期耐久性が低いことが臨床で問題となっている.本研究は,成形修復用GICの硬化初期における機械的性質を改善するための表面強化用塗布材の開発と強化機構の解明を目的とし,カルシウム溶液に浸漬したGIC試料表面のビッカース硬さの測定を行った.浸漬溶液には,塩化カルシウム水溶液および乳酸カルシウム水溶液を用いた.試料は,従来型GICまたはレジン添加型GICをアクリル製の窩洞に充填し硬化させて作製した.高濃度カルシウム溶液への短時間浸漬がGICの表面硬さに及ぼす影響を評価するため,試料を42.7 wt%塩化カルシウム水溶液または蒸留水に60分間浸漬した後,1週間蒸留水中で保管し,表面硬さの変化を測定した.従来型・レジン添加型GICともに,塩化カルシウム溶液浸漬直後の表面硬さは,蒸留水浸漬試料と比較して有意に大きな値を示した.蒸留水中保管1週間後の表面硬さは,塩化カルシウム溶液浸漬試料と蒸留水浸漬試料で有意な差は認められなかった.以上の結果から,GICの種類に関わらず高濃度塩化カルシウム溶液への浸漬がGICの硬化初期の表面硬さを向上させることが示唆された.一方,高濃度塩化カルシウム溶液浸漬後の試料表面には,亀裂の発生が認められた.そこで,試料表面を劣化させず機械的性質を改善する効果のある溶液を探索する目的で,5%乳酸カルシウム水溶液に1週間浸漬した試料の表面硬さの測定を行った.溶液浸漬後の試料表面には,目立った亀裂の発生は認められなかった.従来型・レジン添加型GICともに,乳酸カルシウム溶液浸漬1日後の表面硬さは,蒸留水浸漬試料と比較して大きな値を示したものの,有意な差は認められなかった.引き続き,GICの硬化初期における機械的性質の改善に最適な条件の探索を行う予定である.本研究は,成形修復用グラスアイオノマーセメント(GIC)の硬化初期における機械的性質改善のための表面強化用塗布材の開発と強化機構の解明を目指し,カルシウム溶液に浸漬したGIC表面のビッカース硬さの測定と表面分析を行った.高濃度塩化カルシウム水溶液への短時間浸漬により,GICの表面硬さは顕著に増加した.表面分析の結果から,溶液中のカルシウムイオンがGIC表面のマトリックス中に存在する未反応のカルボキシル基と結合することが示唆され,その結果表面硬さが増加したと推測された.以上から,高濃度塩化カルシウム水溶液への短時間浸漬が修復用GICの硬化初期の機械的性質の改善に有効であることが明らかになった.現在までの研究は,おおむね順調に進展している.本年度は,グラスアイオノマーセメントの表面強化用溶液の開発と,その特性および強化機構の解明を目的とし研究を行った.具体的には,塩化カルシウム溶液を用いてグラスアイオノマーセメントの処理を行い,ビッカース硬さ試験による強化深さの評価と,種々の分析方法を用いた試料表面の解析を中心に行った.次年度は,臨床に応用可能な実用形態の表面強化塗布材の開発と最適な処理時間の探索,および口腔内に存在するイオンとの複合作用の評価を行う予定である.27年度が最終年度であるため、記入しない。歯科理工学

本年度は,塩化カルシウム溶液によるグラスアイオノマーセメントの表面強化の確認と,表面強化機構の解析を中心に研究を行ってきた.次年度は,本年度に得られた知見をフィードバックし,臨床に応用可能な実用形態の表面強化塗布材の開発と最適な処理時間の探索,および口腔内に存在するイオンとの複合作用の評価を行う予定である.月に一度,東京医科歯科大学先端材料評価学分野,生体材料加工学分野,部分床義歯補綴学分野に所属する研究協力者の合同ミーティングを行い,研究の進捗状況を確認し,ディスカッションを行う予定である.研究成果については随時学会発表,論文発表を行う.27年度が最終年度であるため、記入しない。
大強度直流ビームのための非接触型ビーム強度モニタの実用化

本研究は、JーPARCハドロン実験施設において、加速器からDC的に取り出される大強度陽子ビームの強度を、非接触かつ10%以下の精度で監視できるビームモニタを開発することである。試作された残留ガスビーム強度モニタを大阪大学核物理研究センターの50MeV陽子ビームを用いて信号応答測定試験を行った。試験の結果、真空度一定の条件でビーム強度の直線性からのずれは最大7%であった。その後試作機をハドロン実験施設に移設して、30GeV陽子ビームの強度を測定した。30GeV陽子ビームに対しても相対的な安定性は10%以下であり、このビーム強度モニタは、安定して使用できることがわかった。平成23年度に大阪大学核物理研究センター(RCNP)で実施したテスト実験のデータをとりまとめ、平成24年8月に大阪大学豊中キャンパスで開催された日本加速器学会のポスターセッションで発表した。次に、RCNPに置いてあった残留ガスビーム電流モニタ本体及びその他の物品を、KEK東海キャンパスのハドロン実験施設に移送した。残留ガスビーム電流モニタ本体をハドロン実験施設のスイッチヤードビームライン内に設置し、J-PARC加速器からの30GeV陽子ビームを使って試験できる準備を整えた。ビームモニタの電荷信号は、高精度エレクトロメータ(Keithlay 6514)を用いて積分し、データを取得する。J-PARC加速器は6秒周期で運転されており、そのうち約2秒間連続ビームが取り出される。ビームON時とビームOFF時の時間帯で電荷を積分し、ビームON時の値からビームOFF時の値を差し引き、バックグラウンドの影響をキャンセルした。また、ビームに同期したタイミング信号に従ってエレクトロメータを制御し、データを加速器制御ソフトウェアEPICS(Experimental Physics and Industrial Control System)上で記録できるようにデータ収集システムを構築する必要がある。これらの制御は、横河電機製のPLC(Programmable Logic Controller)と、リアルタイムLinux-CPUコントローラを用いて構築された。最終年度においては、残留ガスビーム強度モニタをJーPARCハドロン実験施設の1次陽子ビームラインに設置した。残留ガスビームモニタで収集された電子の電荷量を高精度で測定するため、高感度のエレクトロメータを使用した。また、収集されたデータはEPICS(Experimental Physics and Industrial Control System:加速器関係で汎用的に使用されているデータ収集システム)で表示・記録できるように整備を行った。30GeVの陽子ビームに対して最大24 kW相当のビーム強度(1回のビーム取り取り出しにつき3×10^13個)で実際の陽子ビーム強度を測定した。残留ガスの真空度がほぼ一定(0.2 Pa以下)の条件では、残留ガスビーム強度モニタの相対的な変動は10%以下であり、相対的なビーム強度モニタとしては、十分実用性がある性能があることが確認できた。最終年度は残念ながらビーム運転時間が非常に限られていたため、十分な量のデータを蓄積することができなかったが、残留ガスを用いたビーム強度モニタが十分実用性があることが確かめられた。研究期間全体を通して、残留ガスビーム強度モニタの大強度ビームに対する精度、直線製、及び安定性についての性能が大阪大学核物理研究センターでの3.5μAビームやJーPARCの30GeV-24kWビームに対して確認することができ、DC的なビームにおいて有効な残留ガスビーム強度モニタが実用化できた。今年度は、開発中の残留ガスを用いた大強度陽子ビーム強度モニタの信号を、実際の陽子ビームで試験するため、大阪大学核物理研究センター(RCNP)においてテスト実験を実施した。当初の研究計画では東北大学サイクロトロンRIセンター(CYRIC)に於いてテスト実験を実施する予定であったが、東日本大震災による被害のためCYRICの利用が不可能となったため、RCNPでテスト実験を行った。RCNPのサイクロトロン施設で利用できる65MeV-4μAの陽子ビームを用いて、信号応答を観測した。陽子ビームのエネルギーはJ-PARC 50GeV陽子ビームと比べて約1/1000だが、残留ガスのエネルギー損失率は約9倍まで大きくなるので、低いエネルギーの陽子ビームでも相対的にJ-PARCの大強度ビームと同等な環境でテストが可能である。RCNP東実験室のENNコースに残留ガスビーム強度モニタとリファレンス用のファラデーカップ型電流モニタを設置し、残留ガスビーム強度モニタの電荷信号を高精度のエレクトロメータで積分して測定した。ビーム強度、真空度、ビーム位置等を変化させてリファレンス用のファラデーカップの信号と比較しつつ測定を行った。テスト実験の結果、ビーム強度及び真空度に対して良好な直線性が得られ、ビーム強度モニタとして十分活用できる目処が立った。大阪大学核物理研究センターにおいて、1μAまでの大強度ビームでビーム試験を行い、基本的な動作確認が完了した。

現在実際の30GeV陽子ビームでのビーム試験の準備が整っており、今後十分にデータを収集することで当初の目的を達成できると考えられる。大阪大学核物理研究センターの65MeV-4μAの陽子ビームを用いて、実際のビームでの信号応答を測定し、ビーム強度や真空度の変化に対する直線性を確認することができた。当初の計画通り、おおむね順調に進展していると考える。4月から6月のビーム運転において十分にデータを蓄積し、ビーム強度モニタとしての長期安定性を確認する。8月以降の加速器運転停止時に、ビームダクト内の真空度を精度よく測定するための真空ゲージ(キャパシタンスマノメータ)を放射線の影響を受けないようにトンネル内に設置し、既存のピラニゲージとの比較を行う。ビーム運転時に真空度の変動による補正を行い、ビーム強度モニタとしての精度・安定性を評価する。今後の研究推進については、大阪大学核物理研究センターで試験した残留ガスビーム強度モニタをJ-PARCハドロン実験施設の一次ビームラインに移設し、加速器から取り出された30GeV陽子ビームに対しての信号応答を試験する予定である。次年度使用額が発生した事由として、大阪大学核物理研究センターからJ-PARC施設への搬送費用が当初の予定よりも少なくて済んだためである。次年度の計画としては、真空度を高精度に測定できるキャパシタンスマノメータをビームライントンネルに設置し、トンネル内の放射線の影響で故障しないように十分な量の遮蔽体で囲む、もしくはビームダクトから可能な限り離すことで、キャパシタンスマノメータを動作させ、真空度の変動によるビーム強度測定値の変動をキャンセルすることを試みる。研究費使用計画としては、大阪大学核物理研究センターからのビームモニタ輸送、J-PARCハドロン実験施設一次ビームラインへの設置作業、信号配線作業、読み出し回路及び制御システムの整備に充てられる予定である。前年度に未使用額が発生した状況は、当初計画していた真空度調整装置を購入する必要がなくなったためと、未使用額を次年度のビームモニタ搬送費用に充当することが適切と考えたためである。
プラズマナノ製造プロセスによる機能性材料の高能率ダメージフリー加工

大気圧下において不安定なアーク放電に移行しやすい現状の高周波電源(f = 13.56 MHz)の連続波モードの適用を代替する方式として、誘導結合プラズマ(ICP)方式を適用することによりアーク放電への移行を防止し、高電力投入による反応種密度の増大を図った。ICP発生用の電源として周波数40.68 MHzの高周波電源を適用し、Arベースの高ミチュ度プラズマを発生させることに成功した。減圧型のプラズマ援用研磨においては単結晶ダイヤモンド基板の研磨レートを向上するためのプラズマ生成パラメータの最適化を行い、アルゴンガスに窒素を5%程度添加することで研磨レートが5倍程度増加し、2.1 μm/hの研磨レートを得た。大気圧雰囲気下での加工に用いるICP型装置の立ち上げを完了し、当初の計画通り2019年度において本装置を用いた加工実験を開始できる状況にある。当初の計画通りに研究が進捗しており、今年度は計画を前倒しして遂行できるよう研究開発を実行する。
動的再構成技術に基づく4次元FPGAアーキテクチャの研究

動的再構成FPGAを3次元積層した4次元FPGAの最適アーキテクチャは立方体構造である。ただしタイル数が1000個以下の小規模FPGAは例外で、3次元積層しない方が高集積度になることがわかった。時通信モジュールと時分割アルゴリズムを用いた動的再構成FPGAは、ロータリーコンピュータ方式のエミュレーションを行っても速度性能は一定に保たれる。このことは4次元FPGAも同様である。4次元FPGAの今後の課題は高速配置配線アルゴリズムと発熱である。日本の半導体産業の中心であるSOCは短期間設計、高性能、低消費電力、低コスト化が重要であるが、これらの要求を満たすには、FPGAをSOCに組込むことが必須である。本研究の目的は、動的再構成技術に基づき、4次元FPGA (空間(X, Y, Z) +時間(T) )の最適アーキテクチャと配置配線アルゴリズムを追及し、3次元積層SoCに適合するエンベデッドFPGAを創出することである。1.バーチャル配線の開発マルチコンテクストFPGA上の異なるコンテクストに配置された回路間を結ぶ配線のことをバーチャル配線と呼ぶ。バーチャル配線の通信を実現するシフトレジスタ型TCM(Temporal Communication Module)を開発し、バーチャル信号の読出書込レイテンシを1桁低減することが可能となった。2.バーチャル配線アルゴリズムの開発バーチャル配線と実配線を融合した時空間配線ネットワーク上に回路を配置配線するアルゴリズムを開発した。クリティカルパス優先FDS (Force-Directed Scheduling)アルゴリズムを用いて回路を複数のコンテクストに分割後、コンテクスト毎に空間分割アルゴリズム(KL-FM法)を適用してPE (Processing EIement)アレイ上に配置する。配線アルゴリズムは、NN (Nearest Neighbor)に対応するFDSベースのアルゴリズムを開発した。3.バーチャル配線の評価と3次元積層FPGAへの応用90nm 6層配線プロセスを用いて動的再構成FPGAを設計・試作し、LSIテスタで評価した結果、マルチコンテクスト実行においてもスループットは低下しないことを明らかにした。ISCASベンチマーキングの結果、回路を4次元FPFAに均等に配置した場合、実配線チャネル数は従来の2次元FPGAよりも最大1/4まで低減できることがわかり、本研究の有効性を確認した。今日の高度情報社会ではLSIの用途が多様化し、多種多用な品種を短期間に少量生産することが要求される。設計現場でアプリケーションに応じて個別にカスタマイズ可能なFPGAは期待が大きい。FPGAの性能と規模の向上のために、System-In-Package(SiP)を用いた3次元積層化が提案されている。本研究では、これらの3次元FPGA積層技術と動的再構成技術を組み合わせることにより、新しい4次元(3次元空間+時間)FPGAの基礎を確立した。1.バーチャル配線の開発マルチコンテクストFPGA上の異なるコンテクストに配置された論理素子間を結ぶ配線をバーチャル配線と呼ぶ。積層数が少ない3次元FPGAの配線遅延は2次元FPGAのそれと殆ど変わらないことがわかった。一方、バーチャル配線の高速通信を実現するシフトレジスタ型TCM (Temporal Communication Module)は4次元FPGAでも有効に機能することを回路シミュレーションで確認した。2.4次元FPGAの配置配線CADの開発本研究ではTronto大学のVPRを基に新しい4次元配置配線CADを作成し評価した。ISCASベンチマーク回路の配置配線結果から、従来は50%程度のところが4次元FPGAでは80%以上の配置効率となり、高密度な4次元FPGAを実現できることを示した。一方、VPRを基に作られた4次元配置配線CADはSimulated Annealing法を用いるため、大規模回路の配置配線には非常に長い時間が必要であることが判明した。今後、KL-FM法等のよりGreedyでHeuristicなアルゴリズムが必要である。3.4次元積層FPGAアーキテクチャの検討TSMC社65nm・10層配線プロセスを4層積層化した場合、同一論理密度で配線総数と総シリコン面積を約1/2にできることがわかった。
有機ハロゲン系環境汚染物質代謝物による内分泌かく乱作用の評価法の開発

長期保存した乳脂肪および食品中のPCBを高分解能GC/MSを用いて、アイソマー分析を行い、経年的推移を明らかにした。母乳と食品(食事)中のアイソマー別のPCB濃度を分析・考察した結果、2位と4位に塩素を持ち、かつ塩素数の多い、mono-ortho、di-ortho PCB異性体が、体内に吸収・蓄積されやすいことがわかった。GC/MSによる生体試料中の水酸化PCBs(OH-PCB)の高感度かつ簡易な分析法について検討した。一般にOH-PCBの分析法としては、L.Hovander et al.の方法(J.Anal.Toxicology,24,696-699(2000))が用いられることが多い。これは血漿中のフェノール性物質を分析する方法であるが、クロロフォルムやジクロロメタン等、有機溶剤を多量に使用するため、環境への負荷の観点からこれらを用いない方法が望ましい。また、誘導体化についても危険性の高いジアゾメタンを発生させ用いることから、実験者への安全性が問題である。今回、OH-PCBのみにターゲットを絞ることで、これらを用いない方法を開発した。酵母Two-Hybrid法の操作過程にS-9 mix処理を組み込み、代謝物のエストロゲン様作用を評価する方法を確立した。本法を用いて代謝が速いと考えられる18塩素化ビフェニルのS-9 mix代謝物のエストロゲン様作用を評価した。13塩素化ビフェニルにエストロゲン様作用が認められた。ポリ塩素化ビフェニール(PCB)の生体内濃度を明らかにするため、高分解能GC/MSを用いて、PCB個々のアイソマー、特に毒性の強いコプラナーPCB(Co-PCB)の母乳中濃度の経年変化(1973年から2000年)を測定した。測定に用いた乳脂肪は、1973年以降PCB汚染調査のために冷凍保存していたもので、年齢等のファクターを最小限におさえるため、年齢2529才初産婦のみを対象とし、母乳採取年度別に等量混合(3滴5滴)(各年度1932人)し、1973年から2000年まで(1987年を除く)合計27検体について、分析を行った。測定したCo-PCBは、WHOの毒性等価係数(TEF)の定められたノンオルソ体4種とモノオルソ体8種の計12種である。その結果、PCBの検出のパターンは各年とも類似しており、母乳中のPCB濃度は、70年代をピークに急激に減少していた。また、その減少度は塩素数の少ないPCBほど高く、四塩化の3.3',4,4'-TeCBでは、27年間で1/40にまで減少していた。五塩化、六塩化のモノオルソ体もそれぞれ1/7から1/3に減少していたが、六塩化のノンオルソ体、3,3',4,4',5,5'-HxCBのみ、ほとんど減少していなかった。これらの原因については、汚染源および代謝の両面から現在検討中である。今後、TEF値のない、PCBアイソマーについても検討する。水酸化PCB(PCB-OH)については、負化学イオン化質量分析装置付きガスクロマトグラフィー(GC/MS-NCI)を用いた高感度分析を目的として、Pentafluorobenzyl Bromideによるフェノール性水酸基の誘導体化について検討を行った。しかしながら、一部導入できないPCBアイソマーがあった。これは構造的な障害によるものと考えられる。従って、今後他の誘導体化あるいは、GC/MS/MSを用いた方法等について検討を行う。PCBおよびPBDEの基本骨格となるビフェニルおよびビフェニルエーテルのS-9代謝物にエストロジェン様作用を明らかにした。現在、母乳中に含まれるPCBアイソマーのS-9代謝物についてエストロジェン様作用を評価している。