hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
主鎖型高分子液晶のスメクチック層構造特性に関する研究

ビベンゾエイトをメソゲンとし、種々の屈曲鎖を有する一連の主鎖型液晶性高分子(BBーn)を合成し、その相転移挙動やスメクチック液晶の相構造特性に関する研究を行ない、次のような知見を得ることができた。(1).スメクチック液晶相は、アルキレン屈曲鎖の炭素数の偶奇に依存して、異なった構造をもつ。偶数系BBーnはSA相であり、奇数系BBーnはSc_2相という新しいタイプの液晶相を形成する。(2)このような偶奇に依存して液晶相が異なって現われるのは、液晶場において高分子のとりうる鎖状形態が異っているためである。高分子鎖状形態に関する計算機シュミレ-ションにより、このことに対する実証を与えた。(3)偶数系BBーnの屈曲鎖に分枝メチル基を導入することで、SA相をSc_1相に変換できることがわかった。分枝メチル基の立体障害により、層内でメソゲン基のチルト充てんが生じたためと考えられた。(3) Sc_2相、Sc_1相は、それぞれ、共重合化を用いた光学活性基の導入により、キラルSc_2相、キラルSc_1相に変換できる。このようなキラルS相は、らせん構造を形成することに加え、反強誘電、強誘電特性も示すことを明らかにした。ビベンゾエイトをメソゲンとする主鎖型液晶性ポリエステル(BB-n)を合成し、そのスメクチック(S)液晶特性を調べ以下の点を明らかにした。1)nが偶数であるBB-nはSa相を形成する。また分枝メチル基の導入により、Sa相はSc相に変換される。いずれもメソゲン軸と高分子軸はともに平行であり、Sa相ではこれら両軸が層に垂直に、Sc相では層に傾いて配向した層構造を持つ。基本的には、低分子を直鎖状に連結した時に期待される層構造を持ち、低分子系SaやSc相と同じ構造特性を有する。光学活性体を用いれば、Sc相はキラルSc^*相に変換される。らせん構造や強誘電特性が観測されることはまた、低分子キラルSc^*と相と類似することも明らかにされた。2)nが奇数であるBB-nは、メソゲンのチルト方位が隣接層間で相互に反転したSc_2相を形成する。その直接的な証左はホメオトロピック配向試料のオルソスコ-プ像の観測から与えられた。このSc_2相にも光学活性基の導入によりらせんが誘起され、キラルSc_2^*相に変化できる。ただしこの場合、メソゲンは隣接層間で逆向きに傾いているため、全体としてπだけ位相のずれた二つのらせんがからみあった構造となる。斜入射による光の特性反射に通常のキラルSc^*相であらわれるフルピッチバンドが、このキラルSc_2^*相では現れないことを確認してこのモデルの妥当性を裏付けた。また対称要素の考察から、このキラルSc_2^*相は反強誘電性であることが期待される。前年度の研究において、ビベンゾエイトをメソゲンとし種々の屈曲鎖を有する一連のポリエステル(BBーn)を合成し、それらが示すスメクチック液晶の構造同定を行なってきた。本年度は、これら液晶の構造と物性の詳細な評価を行ない、高分子スメクチック層構造の特性を以下に示すように明らかにすることができた。また、液晶配向場における高分子鎖状形態とスメクチック層構造特性との相関についても調べ、液晶構造に及ぼす高分子効果もあわせて明らかにした。その主要な結果は以下のとうりである。(1)屈曲鎖炭素数nが偶数であるBBーnは、メソゲン軸、分子軸ともに層に垂直配向したS_A相を示す。一方屈曲鎖炭素数nが奇数のBBーnにおいては、その分子軸は層に垂直配向しているが、メソゲン軸は隣接層間で交互に逆方向にチルトしたSc_2相が形成されることを明らかにした。

(2)以上の結果は、液晶配向場において高分子のとりうる鎖状形態が偶奇両系で異なっていることを示すものであり、このことを回転異性状態近似による計算機シュミレ-ションにより明らかにすることができた。また、ここで抽出された鎖状形態を考慮し、相転移エントロピ-や、層の厚さに見られる偶奇振動を定量的に評価することができた。(3)S_A相とSc_2相の配向秩序、層構造秩序を求め、配向秩序に関しては前者が高く、層構造秩序に関しては後者が高いことを明らかにした。
荒天時の波浪作用下における沿岸・海洋構造物の動的挙動特性とその最適設計

本研究は,異常気象など荒天時下の波浪外力を受ける沿岸・海洋構造物の運動を動的な相互作用の連成運動系として取り扱い,その挙動特性を理論的・実験的に調べて,数値シミュレ-ション手法を確立するとともに,構造物の最適断面決定の為の最適化手法の応用とその指針を目的とした。1.有脚式構造物に作用する砕波波力の特性とその評価に関する研究;(1)円筒形部材の砕波力発生機構を調べる為に,超小型圧力センサ-を用いて波圧分布を測定し,その積分により波力分布の算定を行った。また歪ゲ-ジを用いたモ-メント法により全体波力の動的計測を行った。更に,局所波力の正確な計測と波力分布の時空間分布変動を明らかにする為に,波力の局所計測装置を作製しこれを用いた。これらの結果,波力分布式として,モリソン式に砕波の衡撃圧を考慮した提案式を示した。提案式は基本的には分布形状を近似するが,砕波形態の相遠によっては誤差も生じる為、なお改良の余地がある。(2)砕波過程内部の諸量を調べる為に、SMAC法の改良による砕波過程のシミュレ-ション手法の開発を行った。実験に基づき,砕波による乱れおよび水塊の突入によるエネルギ-逸散の数値モデルを導入し,極めて良く砕波過程を再現できる。2.係留式浮体構造物の動的挙動特性に関する研究;(1)有限振幅運動をする波と浮体との相互運動系の解析方法を示し、さらに(2)荒天時下の係留された浮体のより正確な運動解析のため,これまで課題であった非線形係留索の動的解析手法を開発した。規則波および不規則波中での係留浮体の有限振幅運動特性について種々検討を行った。3.最適化手法による有脚式構造物の構成部材の断面決定:実験結果より提案した砕波波力の分布式に対し,円柱部材の円径を設計変数として,部材応力に関する制約条件の下で円柱の体積を最小にするような最適化を行った。今後は立体構造物に対する最適設計が目標とされる。荒天時の流体力評価や構造物の挙動特性などに関する文献・資料の調査、収集を広範に行い、月1回の割で研究報告・検討会を実施した。1.実験的研究(1)有脚式海洋構造物に対して、まず円柱部材を対象に砕波の波圧、波力の詳細な計測を行った。超小型圧力センサを取付けて波圧の時間・空間的変動特性,波圧の積分による局所波力の時空間的分布特性などを調べた。また円柱に働く砕波の全波力を歪みゲ-ジを用いて動的に計測した。これらの結果、静水面下の最大波力分布は従来のMorison式で評価できるが、静水面より上では衝撃砕波力(Morison式の1.52.0倍)が作用し、その作用点は静水位と波峰高の中間付近に位置する事、また最大波力の作用位相は静水面下では水位のゼロup点で,衝撃圧は水位最大の位相である事などを明らかにした。荒天時下の円柱に働く流体力評価には従来の最大値だけでなく時間空間的分布特性をも考慮すべき事を明確にした。

(2)係留浮体構造物に対して、チェ-ン係留の矩形断面浮体の模型実験を行い,波一浮体の相互運動が大となると有限変位の効果として運動振幅比が低減する事や規則波中でも長周期動揺が出現する事など、理論結果と一致して挙動特性を明らかにした。2.理論的研究(1)砕波中での流体力評価のために、FEMおよびSMAC法を応用した数値解析手法を開発した。非波の乱れに伴うエネルギ-逸散を渦度の時間匂配に比例するレイノルズ応力項とした数値モデルを考案し、従来殆ど不可能であった視雑な砕波過程における流体力を十分に評価できることが実験結果からも検証できた。(2)近以的にカテナリ-理論を導入して、波一浮体一非線形係留系の非定常な連成運動解析法を開発した。実験との比較からも動揺特性を十分評価できることが検証できたが、働撃荷重(スナップ荷重)の作用に対しては誤差があり、係留索そのものの動的挙動解析が必要で、その理論を進展中である。(1)円筒形部材に作用する砕波波力;昨年度は圧力センサ-による波圧の測定を行い,それを積分して波力を求めた。またモ-メント法により歪ゲ-ジを用いて直円柱に作用する全波力を測定したが,今年度は直円柱の任意の場所での局所波力を直接測定できるよう装置を改良し,鉛直および水平設置の円柱波力の時間・空間分布特性を調べた。これらの結果波力鉛直分布の提案式として,Morison式に砕波の衝撃圧を考慮した実験式を提示した。砕波の形状と対応して,実験および提案式との比較を行い,基本的にはその分布形成は近似できるが,砕波形態(特に巻き波砕波)によっては,1,5倍程度にもなり,今後とも修正検討の余地がある。(2)最適化手法による円筒形部材の断面決定:実験的に提案した砕波波力の分布式に対し,円柱部材の内径を設計変数として,部材応力に関する制約条件の下で円柱の体績を最小にするような最適化を行った。今後は立体構造物に対する最適設計が目標とされる。(3)砕波波力をFroudーKrylov力として評価する目的から,砕波過程の数値計算手法の開発を進展した。砕波帯を含む比較的広範囲での波高,流速の測定から渦度,歪度の時空間分布やスペクトル特性を調べ,その結果,砕波過程における乱れや流体塊の突入に伴うエネルギ-逸散の数値モデルとして,渦半径を混合長としたPlandte型および歪度の時間変化(加速度項に相当)を考慮した数値解析モデルを考案した。結果は極めて良く砕波内部の複雑な過程を再現し,十分な力学的評価を行える様になった。(4)荒天時下における係留浮体の挙動をより正確に計算する為に,昨年度までの最後の課題であった係留索そのものの動的解析を進展させ,実験との良い一致を得て,その非線形特性について検討した。規則波および不規則波中における,波ー浮体ー係留系の有限振幅の非線形な相互作用特性について,種々検討を加え,これらの成果を発表した。
眼の色の視覚機能における動きの研究

人間を含む哺乳類の眼や皮膚にはメラニン色素の沈着が起こるが、この色素の個体自身に対する働きは興味深い。本研究では、申請者自身が原因遺伝子を解明した遺伝性心筋症ハムスターが合併するユニークな遺伝性白子症に着目し、眼球色素の視覚機能における働きの解明を目指す。心筋症ハムスターの服色は加齢と共に徐々に赤から黒に変化する。平成12年度の研究により、この眼色のユニークな変化は、網膜色素上皮および脈絡膜に加齢と共に漸増的な色素の沈着が起こるためであり、メラニン色鷹生合成の律速酵素であるチロシナーゼ比活性の低下が原因であることを明らかにした。平成13年度は、心筋症ハムスターにおけるチロシナーゼ遺伝子(TYR)の解析を行った。その結果、そのcDNAの785番目の塩基であるチミン(T)がシトシン(C)に変異し、その結果262番目のアミノ酸がロイシンからプロリンにていることを突き止めた。さらに、このmissens mutationを有するチロシナーゼを培養細胞に発現させたところ、その酵素活性が低下していることが明らかになった。心筋症の原因遺伝子であるデルタ・サルコグリカン(δ-SG)は網膜にも発現しているので、心筋症ハムスターと正常Goldenハムスターを交配させ、δ-SGは正常ホモ、TYRは異常ホモのハムスターを作出することを試みた。約200匹のF2を作り、PCRによる遺伝子診断で、目的のハムスターのオス、メスをそれぞれ数匹ずつ得た。さらに、これらを交配させ、δ-SGは正常ホモ、TYRは異常ホモという新規の疾患モデル動物を創出した。このモデル動物は、網膜色素と視覚機能の関係、さらにはアルビノ患者に対する再生医療のモデル動物として極めて有用である。皮膚の色素が紫外線発癌に対する防御作用を有することはよく知られている。では、眼の色素はどのような働きをするのであろうか。本研究では、申請者自身が原因遺伝子を解明した遺伝性心筋症のモデル動物(心筋症ハムスター)が合併する、ユニークな遺伝性白子症(色素欠損症)に着目し、眼球色素の視覚機能における働きの解明を目指す。心筋症ハムスターは全身の白子症を合併するが、面白いことに眼色が加齢と共に徐々に赤から黒に変化する。通常の白子症では網膜の動脈血が透けて見え、一生赤眼である。心筋症ハムスターにおける眼色のユニークな変化は、心不全による不十分な酸素化により動脈血が黒色化するため、と一般に考えられてきた。しかし申請者は、何らかの原因で眼に徐々に色素沈着が起こるのではないか、もしそうであるならこのモデル動物を活用し、眼における色素の働きを解明できるのではないか、と考えた。まず眼球切片を光学顕微鏡で観察したところ、心筋症ハムスターの網膜色素上皮および脈絡膜には予想通り加齢と共に漸増的な色素の沈着を認めた。そこで次に、メラニン色素生合成の律速酵素であるチロシナーゼを多方面から解析した。免疫組織化学ならびに酵素組織化学法により、肉眼的色素沈着を認めない生後6週の心筋症ハムスターにおいても、網膜色素上皮ならびに脈絡膜に正常と等量のチロシナーゼタンパク質が存在するが、その活性は極めて弱いことを見い出した。RNAブロット解析により、心筋症ハムスターの眼には正常と等量のチロシナーゼ遺伝子の発現を認めた。以上のことから、心筋症ハムスターの眼が加齢と共に黒くなるのは、チロシナーゼの比活性の低下が原因と考えられた。今後、その遺伝子を詳細に解析する予定である。
悪性中皮腫のゲノム情報に基づく新規分子診断・治療法の開発

悪性中皮腫のゲノム異常の主体であるがん抑制遺伝子の変異に着目して研究を進めた。特にNF2遺伝子が制御するHippoシグナル伝達系に係るLATS2遺伝子について検討を進めた。ゲノムワイドプール型レンチウィルスshRNAライブラリーを用い、前年度までに合成致死表現型を示す遺伝子をスクリーニングした。その中で有力候補と考えられた候補遺伝子AはRNA代謝経路(NMD経路:ナンセンス変異依存分解系)およびテロメア制御に係ることが報告されていた因子であったため、どちらの経路が合成致死表現型に関わるかを検討した。その結果、NMD経路に同じく関与する別の因子は候補遺伝子Aとは異なりLATS2変異とは合成致死表現型を示さなかったため、候補遺伝子Aはテロメア制御を介して合成致死表現型に関わることが示唆された。これらの結果はLATS2と候補遺伝子Aが共にテロメア制御系に関与し、それらが同時に破綻することにより細胞致死が引き起こされることを強く示唆した。また、shLATS1/2によるLATS1/2ノックダウン正常中皮細胞株において候補遺伝子Aをノックダウンすると細胞死が起きるが、その際、ヒストンH2Aのリン酸化やp53のリン酸化が観察されたため、DNA損傷が細胞死の原因の一つであることが示唆された。また、Hippo経路の転写共役因子の一つであるTAZの変異株においても候補遺伝子Aのノックダウンで合成致死の誘導が認められた。本研究によって、LATS2変異を有する悪性中皮腫において、候補遺伝子Aの発現抑制による合成致死誘導機構の一端が明らかにされた。以上の結果により、悪性中皮腫に対する合成致死を用いた治療戦略が極めて有望であることを立証した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。特定のがん抑制遺伝子異常を有する場合、別の遺伝子に異常が生じると細胞死が誘導される(“合成致死"と呼ばれる)遺伝子を同定することにより、その遺伝子の新たな分子標的(同時に、効果予測のための分子診断マーカーとなりうる)としての可能性を明らかにすることを目的とした。本年度は、DNA損傷修復やヒストン修飾に関わるBAP1, SETDB1, SETD2遺伝子、およびNF2-ヒッポ細胞増殖抑制シグナル伝達系に関わるLATS2遺伝子に関して合成致死の表現型を示す遺伝子のスクリーニングを行った。解析の結果、DNA損傷修復やオートファジーに関わる遺伝子が候補遺伝子として抽出された。最初に、既存のDNA合成阻害剤、オートファジー阻害剤等について細胞株を用いて増殖抑制アッセイを行った。その結果、予想通りにDNA合成阻害剤は合成致死の表現型を誘導したが、オートファジー阻害剤の効果に関しては、合成致死の表現型は得られなかった。さらに検討の結果、ヒストン脱ユビキチン化酵素をコードするBAP1遺伝子は、別の脱ユビキチン化酵素をコードする遺伝子も合成致死を示す可能性が強く示唆された。一方、LATS2遺伝子に関してはRNAの代謝に関わる遺伝子が合成致死を示す可能性が示唆された。さらに、開発中の各種薬剤について悪性中皮腫における感受性・耐性に関する検討を進めた。その結果、focal adhesion kinase(FAK)阻害剤はNF2陰性所見とともに接着因子(E-cadherin)の発現低下を有する細胞株に極めて効果が高いことが明らかとなった。NF2-ヒッポシグナル伝達系が不活化している細胞株においてはスタチン製剤がより有効であることも明らかにすることができた。悪性中皮腫は、がん抑制遺伝子の変異が主体であるため、個別のがん抑制遺伝子の変異を利用した“合成致死"の表現型を誘導する遺伝子の同定が最も有力な新規治療戦略(同時に効果予測における分子診断マーカーとなりうる)であると考えている。悪性中皮腫細胞を用いてshRNAライブラリースクリーニングが順調に施行され、4つのがん抑制遺伝子に対して合成致死を示す候補遺伝子が順次、同定されている。候補遺伝子に対してshRNAを複数個準備し、実際に合成致死を示すかどうか、確認実験が進んでいる。さらに候補遺伝子の産物(蛋白)あるいはその蛋白が関わると考えられる細胞内シグナル伝達・パスウェイに対する阻害剤が利用できる場合には、阻害剤を直接、細胞に投与し合成致死の表現型が誘導されるかどうかの実験も行っている。解析の結果、合成致死の表現型を示さない遺伝子(shRNAライブラリースクリーニングの結果は疑陽性であったことを反映する)が見つかる一方、合成致死の表現型が再現される遺伝子も確認されており、後者は極めて有力な候補遺伝子であると考えている。現在、さらに細胞株数を増やしての確認実験や、合成致死の表現型を誘導するメカニズムが細胞周期の阻害やアポトーシスの誘導によるものかなど、様々なアッセイ系を駆使して詳細な検討も継続している。さらに、開発中の薬剤(FAK阻害剤)やスタチン製剤について、悪性中皮腫細胞株パネルを用いて解析し、非常に有望な結果を得ている。これらの薬剤に対する感受性・耐性を予測する分子診断マーカー候補(遺伝子異常・発現異常)を同定することができ、さらに、感受性・耐性を規定する詳細な分子メカニズムについても明らかにしつつある。本結果は、悪性中皮腫患者に対するオーダーメード治療の開発に直結する成果と考えられる。このように、本研究計画は、現在まで概ね順調に進捗しているものと考えられる。特にNF2遺伝子が制御するHippoシグナル伝達系の調節異常に着目した。

NF2-Hippoシグナル伝達系の不活性化は転写コアクチベーターであるYAP1の恒常的な活性化を引き起こすが、そのホモローグであるTAZに着目して検討した。TAZの発現および脱リン酸化(活性化)状態を悪性中皮腫パネル(23株)を用いて検討したところ、多くの細胞株で活性化が認められ、YAPよりTAZの活性化状態が上回っている細胞株も明らかにされた。さらに、TAZの発現ベクター(野生型、活性型)およびshRNAを作成し、細胞内への導入効率を検討した。TAZの恒常的活性型変異体(TAZ-S89A)を不死化中皮細胞株に導入したところ核内集積が確認され、活性化状態にあることを確認した。さらに活性型TAZS89Aは細胞増殖能を亢進させる予備的な結果を得た。合成致死に関してはゲノムワイドのプール型レンチウィルスライブラリーを用いて、悪性中皮腫の原因遺伝子(NF2, LATS2, BAP1等)変異に対して合成致死表現型を示す遺伝子を網羅的に探索した。解析の結果、得られた候補遺伝子に対して個別にノックダウンして再現性を検討した。その結果、BAP1変異に対してはDNA修復に関連する因子、LATS2変異に関してはRNA代謝に関わる因子が候補として抽出された。BAP1変異に関しては、培養細胞での表現型、足場非依存性増殖条件下での表現型の再現、阻害剤での表現型の再現を確認した。LATS2変異に関しては、培養細胞での表現型の確認とともにLATS2キナーゼ下流のHippo経路に関しても同様の表現型を示すことが予備的に確認された。また、候補遺伝子産物に対する阻害剤を探索するためにインシリコスクリーニングを行なった。悪性中皮腫はがん抑制遺伝子の変異が主体であるため、個別のがん抑制遺伝子異常がもたらす細胞内シグナル伝達系の変化とそれに対する依存状態(Addiction)の特徴の理解、および合成致死の表現型の探索を行うことが極めて重要と考えている。我々のグループではNF2-Hippoシグナル伝達系の不活性化により、転写コアクチベーターであるYAPの恒常的活性化と悪性形質の増強を今まで明らかにしてきたが、YAPのホモローグであるTAZも同様に恒常的に活性化していることが示唆され、TAZについて今後詳細に検討することが重要であると考えられた。悪性中皮腫細胞におけるTAZの機能解析は順調に開始されたものと考えられる。合成致死表現型に関する検討は、研究を担当する村上(分担研究者)が愛知県がんセンターから順天堂大学へ異動したため、その間、進捗はやや遅れたが、異動後、研究を再開することができた。スクリーニングによって得られた候補遺伝子を個別にノックダウンして検討した結果、BAP1変異に関してはDNA修復に関連する因子、LATS2変異に関してはRNA代謝に関する因子が明らかとなり、これらについて重点的に取り組むこととした。
量子共鳴効果による水素生成促進と改質機構の研究

炭化水素系の水蒸気改質による水素生成に関する検討を行うのに必要なパラメータとして考えられる、反応温度、炭化水素鎖長、炭化水素と水の物質量比、ガス流量、周期構造の周期や開口距離や深さ、周期構造体の材料について系統的に研究を行った。本年度は、まず前年度に得られた実験結果をよく検討した上で、研究をより効率的に遂行するために実験装置の改善を行った。特にガスサンプリングの自動化により長時間継続して計測が可能となった。水素生成量は、反応温度および改質ガス量と水蒸気量の物質量比に大きく影響することが実験結果から明らかとなったため、選択的熱放射を行う周期構造体の周期や開口距離や深さについては、メタンガスの改質が促進されたサイズ値で固定化し、ガス温度だけでなく改質ガス量と水蒸気量の物質量比による改質量およびその効率への寄与を中心に調べた。その結果、波長選択性エミッタにより加熱した場合では、高温状態において一酸化炭素が検出されたことから、シフト反応に比べて改質反応が進んでいることが見出された。このことは、波長選択エミッタによる加熱条件下では、水蒸気/カーボン比が1の条件では、若干水蒸気不足状態になっている可能性があることが示唆された。本研究ではこれまで、触媒が無い状態での水素生成量について検討してきたが、本年度では、流路内に触媒を塗布したプレートを設置することで、触媒表面への光照射の影響の有無について評価を行った。その結果、波長選択エミッタの効果は小さくなるが、光照射の効果があることが確認された。本研究のキーテクノロジーは、炭化水素の水蒸気改質による水素収量を向上させるために、炭化水素のC-H振動準位を選択的に励起させるための熱放射スペクトル制御構造体を開発することにある。炭化水素系の水蒸気改質による水素生成に関する検討を行うのに必要なパラメータとして考えられるのは、反応温度、炭化水素鎖長、炭化水素と水の物質量比、ガス流量、周期構造の周期や開口距離や深さ、周期構造体(選択エミッター)の材料等が挙げられる。初年度はまず、熱電対や放射温度計、温調器を用いて温度制御の調整を行い、実験において得られる測定値の誤差を小さくするために装置の改良を行った。特に熱電対の位置によって得られるガス温度が異なってしまうことがわかり、ガス温度を正しく求めることに注力した。さらに改質後のガス成分をより詳しく調べるために、従来では水素、酸素、窒素、メタンにのみ定量性があったものを装置まわりの改良を行うことで、二酸化炭素や一酸化炭素に対しても定量化が可能となった。このことで、改質に関するより詳しい考察ができるようになった。また、選択エミッターによる熱放射の影響だけでなくヒーター周辺の温度による改質への影響が実験結果から示唆されたため、エミッターやヒーター周りへのガス流入について検討を行うことでこの問題を改善することを試みた。さらに、より効率的な改質をめざすためには、エミッターと流路の高さについても新たに検討する必要性があることがわかった。また、本年度は日本太陽エネルギー学会、日本風力エネルギー学会合同研究発表会において奨励賞を受賞した(タイトル:周期的表面微細構造による自立熱応答材料の熱放射制御)。
地磁気感覚に関与する鉄代謝機構の解明

さまざまな生物の体内から磁性微粒子が発見されている。走磁性細菌は,細胞内に50100 nmのマグネタイト粒子を有しており,磁気を感知できることが知られている。魚類において,磁性細菌のようなマグネタイトを脳神経系の細胞内に有しており,磁気感覚を地球上の行動に利用する可能性が考えられる。そこで,本研究は,魚類における磁気感覚の実態を確認する。
口腔扁平上皮癌においてリンパ節転移を制御する因子の同定

リンパ節転移の有無は口腔癌において,生命予後を決める重要な因子である.われわれは,口腔扁平上皮癌における,リンパ節転移制御因子の検索を行っており,これまでに培養細胞を用いたマイクロアレイ解析で,転移株と非転移株で発現が異なる9遺伝子(KAL1,HPGD, NDN, REGIA, CXCR4,SPOCK, DIAPH2,AIF1,VNN2)を同定した.本研究では,ヒト扁平上皮癌組織における,これら遺伝子の発現をTaqMan-PCRを用いて定量的に解析した.外科的に切除した70症例の癌組織より,RNAを抽出後,逆転写し,cDNAを合成した.合成されたcDNAを鋳型に,内部コントロールとしてGAPDHの発現を検索し,さらに,上皮系細胞の内部コントロールとしてサイトケラチン19(CK19)遺伝子の発現を検索した.今後の定量的検索のために,CK19の値がばらつかないように検体の濃度を調整し検索を進めた.TaqMan-PCRにより定量的に検索した9遺伝子の中で,リンパ節転移腫瘍と,非転移腫瘍で,有意な差がみられたのは,REG1,DIAPH2遺伝子であり,これら遺伝子の発現低下は,転移能の獲得に関連があることが示唆された.両遺伝子の発現は遺伝子産物を免疫染色により検出することにより,容易に検査することが可能であり,現在,前向き試験として,原発巣の遺伝子発現を生検組織で検索し,潜在的な転移能の有無を診断し,臨床にフィードバックしている.本研究の目的は、口腔癌においてもリンパ節転位の有無は生命予後を決める重要な因子であるために、われわれは口腔扁平上皮癌における,リンパ節転移制御因子の同定を試み,これまでに培養細胞を用いたマイクロアレイ解析にて,転移株と非転移株で発現が異なる遺伝子群を同定した(Cancer Sci.,94,609,2003).それら遺伝子のうち,転移株で発現が低下していた8遺伝子(KAL1,REG1A,DIAPH2,AIF1)と,発現が上昇していた1遺伝子(VNN2)の,ヒト扁平上皮癌組織における発現を検索している。研究対象は,当教室で,外科的に切除した24症例の癌組織より,RNAを抽出し,逆転写しcDNAを合成した.合成されたcDNAを鋳型に,内部マントロールとしてGAPDHの発現をPCRにて検索し,遺伝子発現の検索が可能であることを確認した.次に,KAL1,REG1A,DIAPH2,AIF1,VNN2の発現を検索したところ,KAL1の発現は非転移腫瘍で18症例中12症例(67%)に発現がみられ,転移症例では6症例中2症例(33%)にのみ発現が認められた.他の4遺伝子は非転移腫瘍,転移腫瘍ともにほとんどの症例で発現がみられた.以上よりKAL1の発現低下は,転移能の獲得に関連があることが示唆された.現在,外科切除症例を74例に増やすと共に,TaqMan PCRにてこれらの遺伝子発現の定量化を試みている。遺伝子検索は、Primer expressを用いて行い、準備を進めている。リンパ節転移の有無は口腔癌において,生命予後を決める重要な因子である.われわれは,口腔扁平上皮癌における,リンパ節転移制御因子の検索を行っており,これまでに培養細胞を用いたマイクロアレイ解析で,転移株と非転移株で発現が異なる9遺伝子(KAL1,HPGD, NDN, REGIA, CXCR4,SPOCK, DIAPH2,AIF1,VNN2)を同定した.本研究では,ヒト扁平上皮癌組織における,これら遺伝子の発現をTaqMan-PCRを用いて定量的に解析した.外科的に切除した70症例の癌組織より,RNAを抽出後,逆転写し,cDNAを合成した.合成されたcDNAを鋳型に,内部コントロールとしてGAPDHの発現を検索し,さらに,上皮系細胞の内部コントロールとしてサイトケラチン19(CK19)遺伝子の発現を検索した.今後の定量的検索のために,CK19の値がばらつかないように検体の濃度を調整し検索を進めた.TaqMan-PCRにより定量的に検索した9遺伝子の中で,リンパ節転移腫瘍と,非転移腫瘍で,有意な差がみられたのは,REG1,DIAPH2遺伝子であり,これら遺伝子の発現低下は,転移能の獲得に関連があることが示唆された.両遺伝子の発現は遺伝子産物を免疫染色により検出することにより,容易に検査することが可能であり,現在,前向き試験として,原発巣の遺伝子発現を生検組織で検索し,潜在的な転移能の有無を診断し,臨床にフィードバックしている.
光アシスト電着法による化合物半導体薄膜のアトミックレイヤーエピタキシャル成長

種々濃度の二酸化テルル(TeO2)と硝酸カドミウム(Cd(NO3)2)を含む酸性溶液系(pH=1.2)およびアルカリ溶液系(pH=12.5)を用いて電着法によるテルル化カドミウム(CdTe)薄膜の成膜反応機構および、p-Si基板上へのヘテロエピタキシャル成長条件を検討した。その結果成膜反応機構について下記の知見をえた。(i)酸性溶液系ではTeO2の還元析出と同時にCd++のUPD析出によるCdTe生成が起こり、エピタキシャル成長を行う事が非常に困難である。(ii)アルカリ溶液系ではTeO2の還元析出電位とCd++の還元析出電位が異なりまた酸性溶液系で見られたCd++のUPD析出によるCdTe生成が認められないことからアルカリ溶液系でTeおよびCd原子層を交互に析出させCdTe薄膜のエピタキシャル成長の可能性がある。(i)TeO2イオンの還元析出時、成膜基板上に光照射するとCd++イオンの金属Cdへの還元が起こり、Te原子層とCd原子層の交互析出が光照射のon-offで制御可能である。(iii)PL測定から結晶性の高いCdTe薄膜に見られる励起子や浅いドナー準位などが関与した発行ピークが803nm、780nm近傍に認められた。また、これらの発行ピーク強度は基板の表面状態や光照射時間などにより著しく影響される事が判明した。
『大きなマントルウェッジ』(BMW) 内の3次元マントル対流シミュレーション

本研究では、研究代表者が中心となって開発してきたマントル対流のシミュレーションプログラムを発展させ、プレート沈み込み帯の局所的なマントルダイナミクスに注目したシミュレーションプログラムを開発した。新たなプログラムを用いた数値シミュレーションによって沈み込んだスラブの挙動や形態の多様性の原因の検討を行い、沈み込み口である海溝の移動速度やその時間変化の重要性を指摘した。またこれと並行して、プレートテクトニクスと深く関係するマントルダイナミクスの諸問題の解明を意図したプログラムの開発やシミュレーション研究も実施し、今後の高度なシミュレーション研究に資する技術を確立することができた。本年度は、2次元円筒座標系によるスラブ沈み込みモデルの開発・及びこれに基づくシミュレーションを実施した。この開発は、我々が既に開発した2次元箱型形状モデルからスラブ沈み込みのモデル化に必要な機能を抽出し、並行して我々が開発していた2次元円筒座標系内の熱対流プログラムにそれらを導入することで実施した。シミュレーションの結果、スラブは(i)海溝後退速度が大きいほど、低角度でマントル内を沈んでいく、深さ660 kmの不連続面での(ii)負のクラペイロン勾配が急であるほど不連続面上に留まり、(iii)粘性ジャンプが大きいほど下部マントルに到達しにくい、ということが分かった。さらに停滞スラブの上部も含んだ「大きなマントルウェッジ(BMW)」の根元から上昇流が発生する様子も確認された。これらの傾向は従来の2次元箱型モデルで得られたものと定性的に一致しており、かつスラブの沈み込む角度や速度を変化させた場合でも成立したことから、ここで得られたスラブ沈み込みやBMWの挙動の特徴は、マントルの曲率の有無などによらず成立すると期待される。特に660km不連続面におけるスラブの挙動・形態に注目してみると、これらのパラメータの組み合わせによって、(1)下部マントルに即座に「貫入」、(2)不連続面で「蓄積」、(3)不連続面上に「浮揚」、(4)不連続面で水平に横たわるように「停滞」、(5)「停滞」したのちに下部マントルへ「崩落」の5つのタイプに分類することができた。とりわけ負のクラペイロン勾配による浮力の大きさや海溝後退の程度は、下部マントルに到達した後のスラブの挙動・形態にも影響することもわかった。本年度は、2次元円筒座標系によるスラブ沈み込みモデルを用いた数値シミュレーション、及びマントル内火成活動を組み込んだ3次元対流シミュレーションプログラムの開発、の2つを実施した。2次元スラブ沈み込みシミュレーションを広いパラメータ範囲で系統的に実施した結果、地震波トモグラフィーで観測される様々なスラブの形態を再現するものが得られた。特に深さ660 km不連続面におけるスラブの挙動・形態は、(1)下部マントルに即座に「貫入」、(2)不連続面で「蓄積」、(3)不連続面上に「浮揚」、(4)不連続面で水平に横たわるように「停滞」、(5)「停滞」したのちに下部マントルへ「崩落」の5つのタイプに分類することができた。加えて、先行研究によりプレート収束速度と沈み込みの継続時間が分かっているスラブについて、トモグラフィーによる観測結果とシミュレーション結果を比較し、スラブの形態を再現するパラメータの組み合わせの調査を行った。その結果、660 km不連続面のクラペイロン勾配に関する強い制約は得られなかったものの、そこでの粘性ジャンプは10倍以下であるのが最も適当であると分かった。さらにこの条件に加えてプレート収束速度と沈み込みの継続時間も考慮すれば、沈み込んだスラブの形態から海溝後退速度を有意に制約できることが分かった。このことはプレートとプレートの相対速度という観測量からプレートの絶対速度を導き出す上で、沈み込んだスラブの形態が重要な制約条件になり得ることを意味している。またマントル内火成活動を組み込んだ3次元対流シミュレーションプログラムの開発では、対流する固体マントルの上昇域で減圧融解によって生じた液相マグマが浸透流として移動する過程をモデル化するアルゴリズムを考案・実装した。簡単な設定での予備的計算により、マントル内火成活動と固体マントルの対流を結合させた3次元シミュレーションが可能であることを示した。本年度に実施した、広いパラメーター範囲での2次元スラブ沈み込みシミュレーションによって、様々なスラブの形態が再現できたことは、地球科学的に重要な進展であった。加えて、地震波トモグラフィーでみられるスラブの形態と、ここで再現された下部マントル内でのスラブの形態の比較対照によって、660 km不連続面や下部マントルの物性のみならず、海溝後退速度を有意に制約できたことは、今後の3次元シミュレーションで実施すべきパラメーター範囲の制限においても大いに役立つものとなる。またマントル内火成活動を組み込んだ3次元対流シミュレーションプログラムの開発は、それ自体がマントル対流シミュレーションにおける大きな技術的成果である。こうした火成活動とマントル対流とを結合させた系のシミュレーションでは、時間刻みの制約や両者のフィードバックに伴う計算不安定が存在することもあり、これまでは主に2次元モデルによって基本的な性質を解明することに留まっていた。簡単な設定であるとはいえ、その3次元計算に成功したことは、「大きなマントルウェッジ」のより高度なモデル化を可能にするものである。本年度は、2次元円筒座標系によるスラブ沈み込みモデルを用いた数値シミュレーション、3次元デカルト座標系モデルへの拡張、及びマントル内火成活動を組み込んだ3次元対流シミュレーションプログラムの開発、の3つを実施した。

2次元スラブ沈み込みシミュレーションを広いパラメータ範囲で系統的に実施した結果、地震波トモグラフィーで観測される様々なスラブの形態を再現するものが得られた。特に深さ660 km不連続面におけるスラブの挙動・形態は、(1)下部マントルに即座に「貫入」、(2)不連続面で「蓄積」、(3)不連続面上に「浮揚」、(4)不連続面で水平に横たわるように「停滞」、(5)「停滞」したのちに下部マントルへ「崩落」の5つのタイプに分類することができた。加えて、海溝後退速度を時間変化を考慮したモデルを新たに構築し、「停滞」スラブの挙動に注目したシミュレーションを実施したところ、「停滞」スラブが下部マントルへ貫入する際の形態の多様性をも説明しうることが分かった。なおこれらの成果は日本地震学会2016年度秋季大会において学生優秀発表賞を授与された。また2次元沈み込みモデルの3次元化においては、多重格子法を用いて流れ場の原始変数(速度・圧力)を解くソルバに、流入・流出境界条件と内部境界条件を組み込む手法を考案・実装し、その動作を確認した。さらにマントル内火成活動を組み込んだ3次元対流シミュレーションプログラムの開発では、固体マントルの流れ場を(1)液相マグマの移動による質量発生を伴う速度場と(2)伴わない速度場の2段階に分けて求めるように修正したことにより、求解に要する時間を最大で約半分に短縮することに成功した。これによりマントル内火成活動と固体マントルの対流を結合させた3次元シミュレーションが可能であることを示した。本年度に実施した、広いパラメーター範囲での2次元スラブ沈み込みシミュレーションによって、様々なスラブの形態が再現できたことは、地球科学的に重要な進展であった。加えて、海溝後退速度の時間変化を加えることによってスラブの「停滞」のみならず下部マントルへの「貫入」の形態にもさらなる多様性の発現がみられたことは、沈み込むスラブのダイナミクスの解明を目指したシミュレーションで考慮すべきパラメーターの選定においても大いに役立つものとなる。またマントル内火成活動を組み込んだ3次元対流シミュレーションプログラムの開発は、それ自体がマントル対流シミュレーションにおける大きな技術的成果である。こうした火成活動とマントル対流とを結合させた系のシミュレーションでは、時間刻みの制約や両者のフィードバックに伴う計算不安定が存在することもあり、これまでは主に2次元モデルによって基本的な性質を解明することに留まっていた。簡単な設定であるとはいえ、その3次元計算に成功したことは、「大きなマントルウェッジ」のより高度なモデル化を可能にするものである。本年度は、2次元円筒座標系によるスラブ沈み込みモデルを用いた数値シミュレーション、及びマントル内火成活動を組み込んだ3次元対流シミュレーションプログラムの開発と部分球殻形状モデルへの適用、の2つを実施した。前年度に引き続き、2次元円筒座標系モデルによるスラブ沈み込みシミュレーションを行い、地震波トモグラフィーで観測される地球内部での多様なスラブの形態の再現を試みた。
ミオシン軽鎖の脱リン酸化障害とCa^<2+>感受性亢進からみた脳血管攣縮の発生機序の解明

脳血管撃縮が発生するメカニズムについて、最近低分子Gタンパク質であるRhoの活性化、Rho kinaseの活性化、MLC phosphatase(MLCP)の抑制からミオシン軽鎖のリン酸化が維持される機構、すなわちCa^<2+>感受性の亢進機構の関与が部分的に証明されつつある。本研究ではまず、マグヌス装置を利用した等尺性張力実験、張力と細胞内Ca^<2+>濃度の同時計測実験、MLCKのリン酸化程度、Rho kinaseのtargetであるmyosin binding siteのリン酸化程度等を検討し、プロスタグランジン代謝産物や、エンドセリンなどの収縮物質による脳血管の収縮にはRho/Rho kinase系を介したCa^<2+>非依存性の収縮機転が関与することを示した。次に実際の脳血管攣縮を生じた血管では正常な血管に対してCa^<2+>感受性が亢進しているか否かについて、犬two hemorrhage modelから得られた脳底動脈標本を利用して張力と細胞内Ca^<2+>濃度の同時計測実験で検討し、攣縮血管ではCa^<2+>感受性が亢進している傾向を得た。さらにこのRho/Rho kinase系を活性化させる上流物質のなかで、新しい脳血管攣縮の原因物質を探求することも合わせて行った。我々はlysophospholipidの一つで凝固過程で血小板から放出されるspringosine 1-Phosphate(S1P)に着目し、このS1Pが、脳血管攣縮の新しい原因物質である可能性を報告した。主実験機材である細胞内イオン測定装置CAF-110(日本分光社製)及びイージーマグヌス管張力測定装置(いわしや岸本製作所製)の機材の納入が大幅に遅れ(1月下旬)たため、当初の実験計画が遅れている。その間、群馬大学薬理学教室(小濱教授)のもとで以下の基礎実験を行った。(1)平滑筋培養細胞(SM3)を用い、収縮及びカルシウム感受性に関する基礎実験を行った。プロテイン・フォスファターゼ・インヒビターであるCalyculin A(CL-A)を投与すると正常SM3細胞およびミオシン軽鎖キナーゼをノックアウトしたSM3細胞では有意に後者で収縮の遅延が認められたが、カルシウム指示薬であるfura-2を負荷して測定した細胞内カルシウムの変化は両者間で有意な差は認められなかった。このことから、CL-Aによる収縮はカルシウムに依存しない収縮であることが示唆された。(2)平滑筋収縮に関連するミオシン軽鎖キナーゼの発現をmRNAレベルで抑制するアンチセンスDNAを細胞に導入することを目的として、レトロウイルス・ベクターを確立するための実験を行った。現在、機材も揃いウサギ脳底動脈等の摘出血管を用い、各種収縮、弛緩物質に対する収縮及び収縮とカルシウム感受性の同時測定の実験を開始、まず、正常血管を用いノルエピネフリン、プロスタグランジンF2α、ソディウム・ニトロプルシドなどで測定したがほぼこれまでの報告に一致した結果を得、基本的実験系を確立した。現在研究計画に沿い鋭意実験遂行中である。血管の収縮およびその維持機構として、近年Rho kinaseを介した収縮起序が注目されており、脳血管攣縮の発生にも、このRho kinaseを介したCa2+感受性の増加の関与が示唆されている。脳血管におけるRho kinase cascadeの役割をRho kinase inhibitor(Y-27632:ウェルファイド社より譲与)を用い、マグヌス管法および細胞内イオン測定装置(CAF-110)による収縮と細胞内Ca2+同時測定法から検討した。正常血管において高濃度KCl、endothelin-1、prostaglandin F2α、TXA2 analogueのU-46619では収縮と同時に細胞内Ca2+も持続性に増加した。PKC activatorのphorborester、Rho kinase activatorのsphingosylphosphorylcholineによる収縮では細胞内Ca2+の変動は見られなかった。Y-27632は細胞内Ca2+の変動無しにこれらの収縮を抑制したが、phorbor esterによる収縮のみY-27632で抑制されなかった。

2回出血モデルで得られた攣縮血管でも同様の実験を行ったが、正常血管とほぼ同様の反応であり、有意差は認められなかった。以上から1)上記の各種収縮物質による収縮にはRho kinaseを介した収縮起序が部分的全般的に関与していること。2)Y-27632がCa2+非依存性に弛緩反応を示したことから、Rho kinase cascadeがCa2+感受性亢進のメカニズムに関与していること。3)PKCを介した収縮には直接Rho kinaseが関与しないことが判明した。血管の収縮およびその維持機構として、近年Rho kinaseを介した収縮起序が注目されている。我々は脳血管におけるRho kinase cascadeの役割を収縮と細胞内Ca2+の変化から検討してきた。今年度は正常血管において、各種収縮物質投与による収縮時、Rho kinase inhibitorであるY-27632による弛緩時の各段階で、ミオシン軽鎖(MLC-20)、myosin phosphataseの活性化部位であるmyosin binding subunit(MBS)のリン酸化程度をWestern blot法にて定量した。正常血管において高濃度KC1、endothelin-1、prostaglandin F2α、TXA2 analogueのU-46619、Rho kinase activatorのsphingosylphosphorylcholineによる収縮ではMLC-20、MBSともにリン酸化が亢進していることが判明した。これらのリン酸化はY-27632ni投与により有意に抑制された。一方PKC activatorのphorbor esterのphorbor esterによる収縮でもMLC-20、MBSともにリン酸化は亢進していたが、Y-27632に投与ではリン酸化の抑制はみられなかった。このことから、タンパクレベルでもRho kinaseがPKC系とは別個にCa2+感受性亢進のメカニズムを介し脳血管の収縮に深く関与していることが判明した。さらにこのRho/Rho kinase系を活性化させる上流物質のなかで、新しい脳血管攣縮の原因物質を探求することも合わせて行った。我々はlysophospholipidの一つで、凝固過程で血小板から放出されるsphingosine 1-Phosphate (S1P)に着目し、このS1Pが、脳血管攣縮の新しい原因物質である可能性を報告した。
MBE法による酸化物高温超伝導体の構造設計と断面STMを用いた電子状態の研究

酸化物高温超伝導体の特徴は数枚のCuO_2層からなる伝導ブロックと、電荷を供給する電荷貯蔵ブロックが積み重なった、自然の超格子構造である。本研究課題は分子線エピタキシー(MBE)法により酸化物高温超伝導体を原子層のオーダーで制御し、新規な構造を設計することを目的として、各種のヘテロ構造の作製について検討を行った。具体的にはPrBa_2Cu_3O_<7-δ>/YBa_2Cu_3O_<7-δ> (YBCO)/PrBa_2Cu_3O_<7-δ> (PrBCO)および、SrTiO_3 (STO)/SrCuO_2構造の作製を行った。PrBCO/YBCO/PrBCOヘテロ構造の研究家からはYBCOの表面の1ユニットセル層は、最表面層のCuO_<1-δ>層の上にNaCl型のMO原子層を持つ酸化物を成長し、MO-CuO-BaOの原子層からなる、電荷貯蔵ブロックを形成したときに超伝導が発現することを見い出している。これは、表面、界面での超伝導性が重要なトンネル接合や電界効果素子の研究によって重要な知見である。STO/SrCuO_2ヘテロ構造においてはSTOに電界を加えて、誘起した電荷をSrCuO_2層に注入することで、電気抵抗を変化させることに成功した。本研究の主要なテーマである薄膜の走査トンネル顕微鏡(STM)観察では、YBCOでのユニットセルを単位とした二次元成長や、SrRuO_3におけるステップフロー成長を示唆する結果など、今後の構造設計の実施にあたっての重要な知見を得た。今後、構造設計を行ったヘテロ構造試料の断面STM観察により、積層方向での電子状態やキャリアードーピング機構が明かになれば、バルクの系にフィードバックすることで新物質探索の指針とすることが期待できる。以上のように、本研究においてMBE法を用いて酸化物高温超伝導体の超薄膜からなるヘテロ構造を作製することに成功した。最近、高温超伝導体の応用の有力な候補としてジョセフソンプラズマ振動を用いた、ミリ波発振素子が関心を持たれている。そのためには、ジョセフソン結合した超伝導体超薄膜からなる結晶性に優れたヘテロ構造を作製する必要があるが、この結果はその実現にあたり大いに寄与するものと期待できる。本年度は高温超伝導体の構造設計にあたって基本的な構造ユニットになる、YBa_2Cu_3O_<7-δ>(YBCO)、PrBa_2Cu_3O_<7-δ>(PrBCO)、SrCuO_2、SrTiO_3などの分子層成長を行い、これらの酸化物を積層したときの界面での原子層配列について検討した。特にSrCuO_2については、純酸素ガスでは成長が困難であったが、マイクロ波で励起した原子状酸素を用いることで成長が可能になった。SrTiO_3上へYBCO、PrBCOを成長したとき、界面における原子層配列はSrO-TiO_2-BaO-CuO_2-(YorPr)CuO_2BaO-CuO_<1-δ>となっていることが明らかになった。これより、SrTiO_3などのペロブスカイト構造の酸化物の表面はBサイト金属の層が出ており(この場合にはTiO_2)、この上にYBCO、PrBCOなどを成長すると、BaO層が界面層、CuO_<1-δ>層が表面層になるように成長する。この結果から、PrBCOの上にSrCuO_2を成長することで、界面においてBaO-CuO_<1-δ>-Sr(O)の電荷貯蔵ブロックを形成し、SrCuO_2のCuO_2層にキャリアーをドープすることが可能になると期待できる。また、断面STM観察に必要な導伝性基板として、LaをドープしたSr(La)TiO_3を選び、この上へのPrBCO、YBCO、SrTiO_3の成長を検討した。その結果、LaをドープしていないSrTiO_3上に成長したときと同程度の結晶性、特性をもつ薄膜を作製できることが明らかになった。また、YBCO/PrBCO/SrTiO_3/Sr(La)TiO_3などのヘテロ構造の作製も可能になった。本年度設置したSTMを用いて、薄膜の膜面方向からの観察を進めており、酸化物についてのSTM観察条件が明らかになってきた。現在、断面観察に必要な不活性ガス雰囲気を作るためにグローブボックス中での測定を準備中である。

PrBCO/YBCO/PrBCOヘテロ構造の研究家からはYBCOの表面の1ユニットセル層は、最表面層のCuO_<1-δ>層の上にNaCl型のMO原子層を持つ酸化物を成長し、MO-CuO-BaOの原子層からなる、電荷貯蔵ブロックを形成したときに超伝導が発現することを見い出している。これは、表面、界面での超伝導性が重要なトンネル接合や電界効果素子の研究によって重要な知見である。STO/SrCuO_2ヘテロ構造においてはSTOに電界を加えて、誘起した電荷をSrCuO_2層に注入することで、電気抵抗を変化させることに成功した。本研究の主要なテーマである薄膜の走査トンネル顕微鏡(STM)観察では、YBCOでのユニットセルを単位とした二次元成長や、SrRuO_3におけるステップフロー成長を示唆する結果など、今後の構造設計の実施にあたっての重要な知見を得た。今後、構造設計を行ったヘテロ構造試料の断面STM観察により、積層方向での電子状態やキャリアードーピング機構が明かになれば、バルクの系にフィードバックすることで新物質探索の指針とすることが期待できる。以上のように、本研究においてMBE法を用いて酸化物高温超伝導体の超薄膜からなるヘテロ構造を作製することに成功した。最近、高温超伝導体の応用の有力な候補としてジョセフソンプラズマ振動を用いた、ミリ波発振素子が関心を持たれている。そのためには、ジョセフソン結合した超伝導体超薄膜からなる結晶性に優れたヘテロ構造を作製する必要があるが、この結果はその実現にあたり大いに寄与するものと期待できる。酸化物高温超伝導体の特徴は数枚のCuO_2層からなる伝導ブロックと、電荷を供給する電荷貯蔵ブロックが積み重なった、自然の超格子構造である。本研究課題は分子線エピタキシ-(MBE)法により酸化物高温超伝導体を原子層のオーダーで制御し、新規な構造を設計することを目的として、各種のヘテロ構造の作製について検討を行った。具体的にはPrBa_2Cu_3O_<7-δ>/YBa_2Cu_3O_<7-δ>(YBCO)/PrBa_2Cu_3O_<7-δ>(PrBCO)およびSrTiO_3(STO)/SrCuO_2構造の作製を行った。PrBCO/YBCO/PrBCOヘテロ構造の研究からはYBCOの表面の1ユニットセル層は、最表面層のCuO_<1-δ>層の上にNaCl型のMO原子層を持つ酸化物を成長し、MO-CuO-BaOの原子層からなる、電荷貯蔵ブロックを形成したときに超伝導が発現することを見い出している。これは、表面、界面での超伝導性が重要なトンネル接合や電界効果素子の研究にとって重要な知見である。今後、構造設計を行ったヘテロ構造試料の断面STM観察により、積層方向での電子状態やキャリアード-ピング機構が明かになれば、バルクの系にフィードバックすることで新物質探索の指針とすることが期待できる。最近、高温超伝導体の応用の有力な候補としてジョセフソンプラズマ振動を用いた、ミリ波発振素子が関心を持っている。
抗体固定化磁性細菌粒子によるアレルゲンの認識および除去

アレルギ-反応を利用したアレルゲンの検出には皮膚テストやRIST法が行われている。しかしながら、アナフィラキシ-ショックなどの危険を伴うことやその処理について問題があることから新しいアレルゲン検出法の開発が望まれている。また、アレルゲンの除去はアレルギ-反応の予防や治療のためには必要であるが、これまでにこの問題についてはほとんど行われていなかった。そこで本研究では磁性細菌がその菌体内に合成する有機薄膜に覆われた磁気微粒子(磁性細菌粒子)に直接、抗体イムノグロブリンE(1gE)の固定化を行い、抗体固定化磁性細菌粒子を調製し、アレルゲンの検出および除去について検討した。まず、磁性細菌粒子の大量調製のため磁性細菌の大量培養について行ったところ、炭素源としてコハク酸、窒素源として硝酸ナトリウムを用いpHスタットの条件で2.0x10^9cells/mlまで磁性細菌を増やすことができた。このとき、磁性細菌の収量は乾燥菌体の重量の2.5%までに達した。この磁性細菌粒子には蛍光色素FITCで標識したIgE抗体が粒子1mg当り324μg固定化可能であり、有機薄膜を取り除いた磁性細菌粒子と比べて非常に多量の抗体が固定化できることが示された。この抗体固定化磁性細菌粒子を用いてモデルアレルゲンであるDNPーBSA(ジニトロフェニル化した牛血清アルブミン)の検出について検討した。15分間反応させた後、ゼラチンを1%含む緩衝液(pH8.3)中に分散させ蛍光強度を測定した結果、蛍光はアレルゲンであるDNPーBSAとインキュベ-トした場合にのみ減少が見られた。さらに蛍光強度の減少とアレルゲンの濃度(0.110μg/ml)との間に高い相関関係が得られた。このようにIgE抗体固定化磁性細菌粒子にアレルゲン認識能が確認され、高い選択能を示しことから、この粒子を利用したアレルゲン検出システムの作製とアレルゲン除去装置の試作について今後行う予定である。