hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
海塩粒子の生成・拡散・付着等微細機構の解明

海岸において2台のサンプラーで同時捕集した海塩データについて,海塩量と波浪・気象条件の相関に着目し,統計解析を行った.その結果海塩量と波高・波浪周期に明確な正の相関があることが導かれた.また累積質量データから海塩粒度分布を推定する方法,サンプラーの吸引量調整による分級精度の向上,推定した粒度分布の特徴について論じた.吸引量調整により得たデータから推定した粒度分布は,粒径0.2μm10μmにおいて,洋上観測から導かれた粒度分布の特徴と概ね一致する.さらに海塩量,海塩粒度分布と波浪データの対応関係を調べ次の結論を得た.(1)海塩フラックスは波浪エネルギーの散逸率によりほぼ決定される.(2)海塩粒子フラックスは波浪周期の増大とともに増大する.(3)粒径1.5μm以下の粒子に対する粒径1.5μm以上粒子の質量比は波浪エネルギーの散逸率の増大とともに増大する傾向がある.また沿岸砕波帯における海塩粒子の輸送・拡散に関する境界値問題を境界積分法で扱い,汀線付近で観測された海塩濃度粒度分布を基に海面上の海塩粒子フラックス分布を逆推定する方法について論じた.観測粒度分布を基にフラックス源分布を推定する問題は一般に非適切な逆問題となっており,(1)推定値のデータ誤差への感度を緩和する方法として複数高度の粒度分布データを用いる,(2)誤差の許容範囲で目標粒度分布のモデルへの適合-データ同化-を図るなどの処置が必要である.推定法による海塩フラックス源の位置,フラックス強度の時間変動傾向は波浪計算(SWAN)による結果と概ね一致する.汀線から約500m沖までの海塩粒子フラックス強度は,波高0.91.1m,周期79sの波浪条件の下で,外洋(10m高度の風速3m/s)の2040倍であり,さらに波浪エネルギーの散逸率増大により,汀線付近で最大130倍に強められる.海岸において2台のサンプラーで同時捕集した海塩データについて,海塩量と波浪・気象条件の相関に着目し,統計解析を行った.その結果海塩量と波高・波浪周期に明確な正の相関があることが導かれた.また累積質量データから海塩粒度分布を推定する方法,サンプラーの吸引量調整による分級精度の向上,推定した粒度分布の特徴について論じた.吸引量調整により得たデータから推定した粒度分布は,粒径0.2μm10μmにおいて,洋上観測から導かれた粒度分布の特徴と概ね一致する.さらに海塩量,海塩粒度分布と波浪データの対応関係を調べ次の結論を得た.(1)海塩フラックスは波浪エネルギーの散逸率によりほぼ決定される.(2)海塩粒子フラックスは波浪周期の増大とともに増大する.(3)粒径1.5μm以下の粒子に対する粒径1.5μm以上粒子の質量比は波浪エネルギーの散逸率の増大とともに増大する傾向がある.また沿岸砕波帯における海塩粒子の輸送・拡散に関する境界値問題を境界積分法で扱い,汀線付近で観測された海塩濃度粒度分布を基に海面上の海塩粒子フラックス分布を逆推定する方法について論じた.観測粒度分布を基にフラックス源分布を推定する問題は一般に非適切な逆問題となっており,(1)推定値のデータ誤差への感度を緩和する方法として複数高度の粒度分布データを用いる,(2)誤差の許容範囲で目標粒度分布のモデルへの適合-データ同化-を図るなどの処置が必要である.推定法による海塩フラックス源の位置,フラックス強度の時間変動傾向は波浪計算(SWAN)による結果と概ね一致する.汀線から約500m沖までの海塩粒子フラックス強度は,波高0.91.1m,周期79sの波浪条件の下で,外洋(10m高度の風速3m/s)の2040倍であり,さらに波浪エネルギーの散逸率増大により,汀線付近で最大130倍に強められる.海岸における海塩粒子の発生機構と挙動を解明するため,02年8月から03年2月に掛けて,宮崎市近郊の海岸において塩分採集を行い解析した.今回の観測では2台のアンダーセン・サンプラーで同時採集し,データ解析の信頼性を高める方法を採った.(1)アンダーセン・サンプラーの仕様に基づいた質量サイズ分布の計算法を新たに開発したこと,(2)湿度・波高と塩分濃度の間に有意な相関があることを見出したことが今年度得た成果である.(1),(2)について以下に補足する.(1)サンプラー法で得られる累積質量曲線から直接サイズ分布を求める方法(数値微分法等)は分布の極大・極小位置がサンプルごとに変動するといった難点を生じさせる.この難点を解消するため,JIS/K0302(1982年)の衝突率のデータに基づいて,捕集質量と質量サイズ分布の関係を表わす積分方程式を導き,サイズ分布についての最小自乗解を計算する方式を採った.さらに流量の異なる2台のサンプラーで同時採集し,分級精度を上げる試みを行った.この結果,サンプラーと光散乱法によるサイズ分布が対比可能であることが判った.両分布における細部の違いが物理的に有意なのかどうか,データの積み上げにより明らかになると思われる.

(2)気象条件(温度・湿度・風向・風速),波浪条件(波高・周期),潮高と捕集塩分量の相関関係を分析した結果,特に湿度・波高と塩分濃度の間に有意な相関が見出され,夏期における塩分濃度増加が主に湿度に原因することが究明された.塩分量・鳳速の間に直接的相関が見られない点は,少なくとも塩分発生量に関する統計則が外洋・沿岸では異なることを示唆している.塩分量・湿度の相関については,拡散・輸送過程あるいは海塩粒子発生過程のいずれに起因するのか,今後の研究課題が明確となった.海岸における海塩粒子の発生機構と挙動を解明するため,前年度に引き続き、宮崎市・八代市の海岸における塩分採集及びデータ解析を行った。また、観測された粒度分布から塩分発生率(波の状態による発生量の空間変化を含めて)逆推定するため、海塩粒子に関する輸送・拡散方程式の基本解を導き、境界要素法に属する選点法(特異点法)を用い、粒子生成率と粒度分布の関係について、各物理パラメータの感度分析を中心に、調べた。この解析方法が確立されれば、観測塩分量からその発生量を推定する逆推定問題に応用することは容易である。これまでの観測から次のことが確認できた。(1)捕集塩分量と平均波周期・平均波高の間に有意な正の相関があり、特に周期との相関が高い。(2)捕集塩分量と相対湿度に弱い正の相関がある。(3)半径1μm以上の相対的質量粒度分布は波浪・気象条件に依存せず、34μmに最大値をもつ安定した分布になる。(4)半径1μm以下の相対分布は観測例ごとに変動する。また、観測による粒度分布と計算結果の比較から次のことが確認できた。(1)Monahanら(1986)による対数正規型の粒子発生率分布を想定した場合、発生率分布における粒径の平均・分散を遠洋における標準値より大きくとる必要がある。(2)同発生率を想定した場合、観測による半径1μm以下の分布相対値が計算結果より小さくなる傾向がある。今後の研究課題は以下の通りである。(1)塩分量と波浪の周期・波高の相関について更に観測を重ねて確定し、沿岸における海塩粒子発生メカニズムに結びつける。(2)相対湿度と塩分量の相関関係が今のところ微妙であり、これを確定した上で、原因を究明する。(3)粗度長などに関わる波浪と境界層乱流の関係を精密化する。(4)粒度分布に大きな影響を与える粒子沈降速度の定式化を精密化する。前年度に引き続き,宮崎市・日向市・八代市の海岸において海塩粒子の採集を実施したが,日向市・八代市の場合,海岸線が宮崎市に比べて複雑なため,昼間の風が海・湾から吹く確率が低く,本研究の目的に合わないことが判明した.データ解析の面では,宮崎空港沖20kmに設置された国土交通省の波浪計(03年4月まで稼動)のデータにより,SWANプログラム(Deleft University of Technology, Netherlands)により計算した汀線付近の波浪エネルギー散逸率と捕集塩分量との比較を行った.また捕集塩分の質量サイズ分布から塩分生成率分布を逆推定するスキームの開発を試みた.1.波浪状態と捕集塩分量観測結果を整理すると,捕集塩分量が波浪の周期・波高と正の相関を持つことがほぼ明らかである.相関係数はそれぞれ,0.80,0.65と評価され,波高よりも周期-塩分量の相関が高いことが注目される.海塩粒子発生機構に関るこれらの相関関係を統一的に整理する上で,塩分生成率と波浪エネルギー散逸率を結び付けることが有力である.観測地付近の海底地形及びGausssスペクトルを境界条件とするSWANモデルによる計算から,(1)散逸率と波高・周期は正相関にあること,(2)周波数分散と散逸率の関係は周期により異なる[ピーク周期が長い(15s)とき分散・散逸率は負相関,短い場合(8s)とき正相関となる]ことが導かれた.
中高年看護職者のセカンドキャリア就労支援をめぐる経験的研究

看護師・准看護師の就労動向を分析し、平成18年以降、1)都市部でも地方でも常勤よりも非常勤の割合が拡大していること、2)病院で就労する看護師は40代以降急激に減少する状況には変化がないこと、3)介護保険施設では40代、50代が主力となっているが定着が困難であることがわかった。中高年看護職者の就労継続のための支援の必要性が示唆された。また、病院で就労する看護職者の調査では30代、40代が50代よりもワーク・ファミリー・コンフリクトが有意に高く、未就学児をもつ者は持たない者よりもWFCが有意に高かった。子育て期にある看護師をサポートする役割として定年後の看護師の活用が考えられた。1)看護職者のワーク・ライフ・バランスと健康について研究会を開催し、分析内容を検討した。そして、8月9目、山形県内の病院で就労する看護師27名に協力を依頼しワーク・ショップを開催した。年代、経験によって5つのグループに分け、(1)ワーク・ライフ・バランスの現状、(2)家庭が仕事に、仕事が家庭に与える影響(スピルオーバー)、(3)希望する働き方、ほしい支援、についてディスカッションを行い、発表してもらった。その結果、各年代で、仕事環境、家庭の在り方でスピルオーバーは異なり、家族がいる人たちからは、自分の仕事に対する家族の協力に感謝する声が多く聞かれた。仕事と家庭の両立は自分の時間がとれないなどの問題はあるが、概ね仕事の継続にはよい影響を与えているように思われた。さらに、10月9日には、看護経済・政策研究学会第2回シンポジウム「看護職者の多様な働き方を考える-生涯現役を可能とする働き方の探求-」を開催し、(1)戦後の看護労働、(2)医療安全と労働環境の整備、(3)家庭と仕事との両立、(4)看護職者の健康、(5)看護職者のワーク・ライフ・バランスと多様な働き方をテーマに講演を行った。活発な意見交換がなされ、中高年看護職者の活用の重要性を提言することができた。2)看護師が働き続けられる環境を分析することを目的として、首都圏の病院で就労する看護師を対象に看護職のキャリアコミットメントの関連要因を調査した。その結果、経験年数が長いほど、職位が高いほどキャリアコミットメントが高く、就業継続意志がある者がない者よりも、将来目標がある者がない者よりもキャリアコミットメントは高かった。キャリアコミットメントを高めるには、良好な管理システム、良好な人間関係、能力を発揮できるような支援をしていくことの必要性が示唆された。1)平成22年に行った山形県内の看護職のワーク・ライフ・バランスのプレテストを踏まえ、質問項目を精選し、山形県の病院で就労する看護職者4,172人を対象に本調査を実施し、2020部回収された(回収率48,9%)。その結果、年代が上がるにつれて離職回数が増える傾向がみられた。子どもと食事をする頻度は、30代は「週4日以上」が有意に多く、「ほとんどしない」は有意に少なかった。40代は「ほとんどしない」は有意に少なく、逆に50代になると、「ほとんどしない」は有意に少なかった。このことからも子供の成長を含めたライフイベントによって家事の量、性質が変化し、それが離転職にも影響していることが推測された。2)介護保険施設で就労する看護職の雇用マッチングを分析・調査した。その結果、介護保険施設では中高年層が主力となっていること、就職を希望する者は多いが雇用には至っていない、いわゆるミスマッチが生じていること、病院の経験は介護現場での就労に重要であるが、あまりこだわると病院との違いにギャップを感じ離職につながる恐れがあることが明らかになった。中高年看護職者の就労支援には、病院での就労が長くても介護現場で求められるケア理念、技能を研修等によって修得することが重要である。3)看護経済・政策研究学会第7回研究会「看護職者のセカンドキャリア-やりがいのある生涯現役をめざして-」(1月8日、東京)を開催した。(1)中高年看護職者のフィナンシャルプラン、(2)看護を語ろう楽学塾をつくって、(3)キャンナスの活動などの講演から、高齢化が進行する中、組織に雇用されるだけでなく、起業、ボランティア組織の立ち上げなど様々な看護職者の活躍の可能性が示唆された。中高年看護職者が年齢にかかわらず就労を継続できる労働環境を整備する目的で昨年末に行った「東京都23区の病院における看護職者のワーク・ライフ・バランス調査」の分析を行った。

1,623人から回答が得られ(回収率49.7%)、対象者の平均年齢37.8歳、94.9%が女性、看護師としての経験年数の平均は12.8年、離職回数平均1.59回であった。看護師の年齢とワーク・ファミリー・コンフリクト(以下、WFC)との関連を見ると、30代、40代が50代よりもWFCが有意に高く、未就学児をもつ者は持たない者よりもWFCが有意に高かった。また、三交代勤務者は当直有や日勤のみの者に比べてWFCが高かった。その一方で配偶者や未就学児の存在、仕事の裁量は心身の健康と幸福感を高めていた。以上のことからWFCの抑制には子育て期にある看護師の支援は依然として重要であることが示唆され、1案として子育て期にある看護師をサポートする役割として定年後の看護師の活用が考えられた。看護師の就労動向を経年的に把握するために、衛生行政報告例データを厚生労働省より受け取り都道府県別に分析した。以前に比べて最近は地方(山形・秋田)も都市部(東京・神奈川)も常勤割合は減少、非常勤携帯が増加、派遣形態は変化なしの結果が得られた。この成果は看護展望に公表した。また、仕事の裁量をどのようにして確保できるかは今後の課題となった。10月に英国からJames Buchan氏を招聘し研究会を開催し、4年半の研究成果を発表した。また「第4回看護経済・政策研究学会学術集会」を中高年看護職者のセカンドキャリアをテーマに開催し、EU諸国の看護労働事情等の講演を入れて研究成果を報告した。さらに翌日、「看護労働政策研究会」を開催し、中高年看護職の就労継続が日本だけでなく国際的課題であることを確認し国際的動向を見ながら継続して分析することとなった。山形県の病院で就労する看護職者のワーク・ライフ・バランスに関する調査でと比較検討するために、都市部における調査を行うこととした。調査項目は山形県調査とほぼ同様とし、1)基本属性、2)家事時間、介護経験等、3)主観的健康感、自覚症状、4)人生満足度尺度、5)ワーク・ライフ・バランスとワーク・ライフ・コンフリクトとした。この尺度使用については開発者の許可を得た。11月に東京都23区の一般病床を有する病院300床のうち100床以上を無作為抽出し、看護部長に研究趣旨を口頭・文書で説明した。20か所の病院からの協力が得られ、12月に3,323人へ調査票の配布を行った。調査票の回収期限(1月18日)以降も調査票の郵送が続き、回収率をあげる必要から年度末まで回収を行うこととした。回収されている調査票をチェックし、研究会において集計のルール、データクリーニングについて確認した。一昨年実施した看護職者のワーク・ライフ・バランスに関するワーク・ショップの成果を、NET2012 Conference(England,Sep 4-6.2012)で発表、山形県調査の一部、看護師のキャリアコミットメントに関する分析結果などを学会で発表した。衛生行政報告例をみると、介護保険施設においては中高年層の看護師・准看護師の就労者割合が多くなっていることから、介護保険施設が有力な就労先になる可能性が考えられた。介護保険施設で就労する看護職者のインタビュー結果を再度分析しなおし、確かに中高年層が主力になっているが、病院で就労するのとは違い看護職者の職場適応にはいくつかの課題があることが見えてきた。この研究成果を人材育成学会で発表した。県内での大規模調査がスムーズに終了した。また、看護経済・政策研究学会研究会において、様々なセカンドキャリアの在り方を検討できた。中高年看護職者の雇用が期待されている介護保険施設での実態調査がスタートし、さらなるセカンドキャリア就労支援の方策がみえてきた。
根粒共生系における感染と器官発生の同調的進行メカニズムの解明

研究目的は、マメ科植物一根粒菌間の共生の成立において、異なる根の組織間で同時進行する二つの現象、感染と器官発生の相互作用の解明である。前年度、申請者らはnin変異体のアリルである過剰感染糸形成変異体daphneの解析により、NIN転写因子を介して感染を負に制御する新規経路について報告した。今年度は、daphne変異体を用いて、さらにNIN転写因子の下流で感染を負に制御する因子の探索を目的とした。最近、NIN転写因子の直接の下流遺伝子としてCLE-RS1/2ペプチド遺伝子が同定され、CLE-RS1/2ペプチドは根粒数を全身的に負に制御する因子として既に報告されていた。そこで、CLE-RS1/2ペプチドが、感染糸数と根粒数をともに抑制している可能性について解析した。まず、CLE-RS1/2ペプチド遺伝子をdaphne変異体背景で過剰発現させ、感染糸数が劇的に減少することを見出した。次に、CLE-RS1/2ペプチドの受容体として同定されているHAR1やKLAVIERの感染糸形成抑制への関与の有無を接木実験により検証した。その結果、HAR1とKLAVIERは根粒形成の抑制と同様、地上部において感染糸抑制に関与することが明らかになった。しかしながら、har1変異の存在下でもNIN遺伝子の過剰発現により感染糸数が減少したため、NIN転写因子の下流でCLE-RS1/2ペプチドは感染糸数の抑制に機能しているが、それとは独立に機能する別の下流因子の存在も示唆された。さらに、感染糸数と根粒数の制御の共通性が見えてきたことから、根粒数の制御に関与する未解析の遺伝子PLENTYについて研究を進めた。PLENTY遺伝子を新たに同定し、シロイヌナズナにおいて糖鎖修飾酵素遺伝子(HPAT)と相同であり、ミヤコグサPLENTYが糖鎖修飾を介して根粒形成を制御するメカニズムを提案した。本研究課題は平成26年度が最終年度のため、記入しない。研究目的は、マメ科植物-根粒菌間の共生の成立過程において、異なる根の組織間で同時進行する二つの現象、表皮で始まる「感染」と皮層で起こる「器官発生」のシグナリングの相互作用の解明である。既知の非生生変異体はいずれも、「器官発生」と「感染」の両過程に異常を示すことから、二つの現象の独立性や、表皮と皮層の組織間でのシグナル伝達の実体解明に迫ることは難しい。そこで、我々は「感染」は過剰に起こるが、「器官発生」が全く起こらない新規の表現型を示すミヤコグサ変異体daphneを単離した。このdaphne変異体を用いた一連の解析により、「器官発生」が皮層で起こると、NIN遺伝子に依存して、表皮における「感染」が抑制されるという新たなシグナリングの相互作用を見出すことに成功した。具体的には、NIN遺伝子の発現量解析から、daphneでは「感染」による誘導能が低レベルで維持されている一方、「器官発生」に重要なサイトカイニンによる誘導能の完全喪失が明らかになった。逆に、daphneの表皮での空間的な発現パターンは、野生型に比べ増大していた。また、NINの過剰発現により、daphneの「感染」は劇的に減少した。さらに、皮層特異的なNIN発現系の導入により、daphneの表現型は復帰した。これらは、daphneがNINの完全機能喪失変異体であるninとは異なり、NINの機能のうち表皮での「感染」の機能は維持しているが皮層での「器官発生」の機能のみ失った変異体であり、「器官発生」において機能するNINは、「感染」におけるそれを抑制する効果を持つことを示唆した。本成果は、「器官発生」を正に制御するとして知られていたNIN遺伝子に、「感染」を負に制御するという新たな機能的側面を付与するものである(Yoro et al. (2014) Plant Physiology)と同時に、これまで技術的または変異体の不足等により解析が困難であった「感染」-「器官発生」間でのシグナル伝達の実体の一端を解明したという点で、重要な意味をもつ。さらに、NINは根粒共生の進行の鍵となる転写因子であることから、本研究で解明した「感染」と「器官発生」両現象でのNINの異なる機能は、今後のこの二つの現象の共通性と独立性を理解するための、新たな手法や重弾な知見をもたらすことが期待できる。

次に、CLE-RS1/2ペプチドの受容体として同定されているHAR1やKLAVIERの感染糸形成抑制への関与の有無を接木実験により検証した。その結果、HAR1とKLAVIERは根粒形成の抑制と同様、地上部において感染糸抑制に関与することが明らかになった。しかしながら、har1変異の存在下でもNIN遺伝子の過剰発現により感染糸数が減少したため、NIN転写因子の下流でCLE-RS1/2ペプチドは感染糸数の抑制に機能しているが、それとは独立に機能する別の下流因子の存在も示唆された。さらに、感染糸数と根粒数の制御の共通性が見えてきたことから、根粒数の制御に関与する未解析の遺伝子PLENTYについて研究を進めた。PLENTY遺伝子を新たに同定し、シロイヌナズナにおいて糖鎖修飾酵素遺伝子(HPAT)と相同であり、ミヤコグサPLENTYが糖鎖修飾を介して根粒形成を制御するメカニズムを提案した。本研究課題は平成26年度が最終年度のため、記入しない。これまで、NIN遺伝子の表皮での「感染」と皮層での「器官発生」における異なる機能の解明を目指してきた。今後は、この異なる機能を支えている分子基盤、すなわちNIN遺伝子の表皮と皮層という異なる組織間での発現誘導を担う上流因子、「感染」と「器官発生」とで異なる機能を発揮するために必要なそれぞれの現象において特異的なMNと協調して機能する因子や下流因子について解析進めることで、「感染」と「器官発生」間でのシグナル伝達の分子実体の解明に迫ることができると考えている。既に、計画にも記した、野生型とdaphne変異体の遺伝子発現を網羅的に比較するためのトランスクリプトーム解析を現在進めており、NIN遺伝子を介した「感染」と「器官発生」両シグナリング経路の周辺で機能する遺伝子の候補の絞り込み行う予定である。また、現時点でdaphne変異体の成果がある程度まとまったため、上の計画と同時並行して、根粒共生に異常を示す様々な他の変異体の解析も進めていくことにする。
ポリオールプロセスを用いた単分散合金ナノ磁性粒子の製造

磁気記録媒体の高記録密度化には高磁気異方性定数を有する単分散酸化物、金属または合金磁性微粒子の製造が不可欠である。ナノメートルサイズ単分散粒子の生成には様々な方法が考えられるが、その中でも条件の制御が容易な化学プロセスが望ましいと考える。化学合成プロセスを用いて高保磁力を有する磁性ナノ微粒子の合成と物性の研究を行ってきた。酸化物ナノ粒子の中でコバルトフェライトナノ粒子が記録媒体として適していると言われているが、高保磁力を持った単磁区粒子の大きさは数十ナノメトルであり、これまでは適切な合成法は存在しなかった。通常の溶液プロセスである共沈法および酸化法を改善し種粒子としてコバルトフェライトナノ粒子を用いて単磁区サイズに近い直径を持つ微粒子の合成に成功している。それらの方法を用いて合成した粒子は通常の保磁力の0.6kOeに比較して4.3kOeと高保磁力を記録した。一方、遷移金属-白金合金粒子が高記録密度化達成のための究極媒体として候補に挙げられている。本研究では、対象となる物質が酸化雰囲気に弱いことから基本としてポリオールプロセス用い、それを改善することで様々な構造およびサイズを持ったコバルト金属性微粒子の作製および磁気特性について研究を行った。ポリオールプロセスの主な特徴として反応速度を制御する事によって目的とするサイズおよび分布を持った金属微粒子の合成ができることである。本研究では、ポリオールプロセス技術を元にCoPt微粒子の生成に成功している。その結果をもとに、さらに複雑な合金の合成・サイズ制御および物性評価を目指しCoPtRuナノ粒子の合成に成功している。本研究では、これまでの研究成果を用いて、ナノ構造物質製造に有効な溶液化学的手法のひとつであるポリオールプロセスによる、粒径の揃った合金磁性超微粒子を製造することを目的とした実験を行った。この手法は高磁気記録材料の開発だけでなく、新たな機能性材料開発への応用も期待できるので、目的とする合金磁性超微粒子を合成すること以外にも、生成条件の制御や粒子集積機構のより深い理解も目指した。平成14年度は、ポリオール法を用いたCo, Co-Pt微粒子の作製を行い粒子のサイズおよびサイズ分布制御のための生成条件の最適化を行い、また、生成された粒度分布の狭い多分散粒子から単分散超微粒子への精製を目指し、様々な条件のもと溶液化学的手法とともに、水溶液あるいは有機溶剤中でのグリコールによる金属イオンの還元に関する実験を行った。この実験により、ポリオールプロセスでの還元反応速度の向上によってナノ粒子の製造が可能になり、中間体の生成や溶解および核生成と成長に深く関わっていると考えられる水酸化物イオン、酢酸イオンなどの添加量、反応温度、グリコール類の種類、あるいは金属イオンとグリコールの相対比を変化させCo, Co-Pt微粒子を合成した。その結果、反応条件の設定する事によって反応速度の制御が可能になり目的とするサイズ、サイズ分布また結晶構造を持つ微粒子の作製に成功した。平成15年度は、今年度までの結果をもとに、さらに複雑な合金の合成・サイズ制御を目指す物とする。
PETでの網内系・センチネルリンパ節描出のためのGa-68 colloidの開発

今年度は68Ga-colloidの適切な標識条件の探索を行った。まず、68Ga液に混合する金属溶液は塩化スズに決定した。これは99mTc標識スズコロイドが既に臨床で用いられ、スズコロイドの安全性が確立しているからである。研究期間の開始前の予備実験から、68Ga-colloidの生成条件の重要な因子は、68Ge/68Gagenerator関連(generatorの種類、前回の溶出からの時間)、68Geなどの金属コンタミネーションの除去の有無、中和するアルカリ性試薬の種類、中和後pH、アルカリ性試薬の混和後の静置時間、加熱の有無、加熱時間など多岐に渡る。これらの条件を変えて多数の実験を行い、適切な生成条件を評価した。生成したcolloidの性質の確認は、ポリカーボネートメンブレンフィルター(複数の孔サイズ)を用いたcolloid径のサイズ評価、薄層クロマトグラフィー(TLC)によるcolloid化の割合から判断した。結果として、68Ga液と塩化スズ液の混合からの時間の長さに比例して、colloidのサイズが大きくなることが分かった。また、酢酸ナトリウム液で中和するとそのサイズの変化は止まることが分かった。これらの結果から、最適な標識条件を決定した。また、作成した68Ga標識スズコロイドをラットに静注し、小動物用PETで撮像すると、肝臓と脾臓に明瞭な集積亢進を確認した。また、肝クッパー細胞を除去する薬剤を投与すると、その取り込みは有意に抑制された。以上より、我々の作成した68Ga標識スズコロイドは肝臓のクッパー細胞に特異的に取り込まれ、PETで確認することができた。当初の予定では、今年度は68Ga標識スズコロイドの最適な標識条件を決定することで時間がかなりかかると思われたが、実験を頻回に行うことで、標識の最適な条件を決定することができた。そして、その条件で作成した68Ga標識スズコロイドをラットに静注し、小動物用PETで撮像すると、肝臓と脾臓に明瞭な集積亢進を確認した。これらは当初の予定より早い進捗状況である。今後は、肝クッパー細胞を除去する薬剤を投与し、その肝臓への取り込みの変化を確認する。これにより、我々の作成した68Ga標識スズコロイドは肝臓のクッパー細胞に特異的に取り込まれることを小動物用PETで確認する。また、疾患モデルとしてラットでNASH(非アルコール性脂肪肝炎)モデルを作成し、その集積の取り込みの変化を確認する予定である。これにより疾患の診断における有用性を評価する。今年度は予想以上にコストを抑えて実験を進めることができたため、次年度使用額が生じた。しかし、次年度はさらに実験を進めるため、モデルウサギの作成依頼を含む実験などを考えていること、また海外の学術集会での発表も予定していることから、支出は当初予定額よりも大幅に増える予定である。
薬剤性腎障害発現におけるアポトーシスの役割に関する研究

薬剤性腎障害における尿細管細胞死は、これまで、ネクローシス(壊死)と考えられてきた。一方、アポトーシスは、プログラムによる自発的細胞死であり、個体の恒常性維持や生体防御のために必須の機能であると考えられる。そこで、近位尿細管に特有の性質を保持しているブタ腎由来培養上皮細胞LLC-PK_1を用い、腎障害性薬物による障害発現におけるアポトーシス誘導とその役割に関する検討を行った。1.LLC-PK_1細胞のシスプラチン障害におけるアポトーシス誘導とその役割:コンフルエントに達したLLC-PK_1細胞を30μMシスプラチンで処理したところ、24時間後、既にヌクレオソーム単位ごとのDNA断片化及び核クロマチン凝集が認められ、アポトーシスの誘導されていることが明らかとなった。さらに、同条件で培養を継続したところ、培養液中へのLDH遊離、並びに細胞ホモジネート中の頂側膜酵素活性の低下が認められ、障害の発現が確認された。さらに、シスプラチンとグルタチオンとの同時処理を行ったところ、細胞障害及びアポトーシス誘導は共に抑制された。したがって、シスプラチンによるアポトーシス誘導は、細胞障害発現と関連することが示唆された。一方、高濃度(1mM)のシスプラチンでLLC-PK_1細胞を処理したところ、12時間以内に障害の発現が認められたが、DNA断片化及び核クロマチンの凝集は認められなかったことから、高濃度シスプラチン処理における障害発現はネクローシスによることが推察された。2.他の腎障害性薬物によるアポトーシス誘導:他の腎障害性薬物であるゲンタマイシン、シクロスポリンAで24時間処理した場合にも、DNA断片化が認められたことから、種々の薬剤性腎障害の発現にアポトーシスの関与する可能性が示唆された。
x線CTの断層画像に基づく船体構造の寿命評価法の開発

構造解析において,そのモデル生成が大きな負担の一つとなっている.この問題の解決のために,イメージベース解析手法が提案した.特に、X線CTにより現物からボクセルモデルを作成し、それを直接解析に結びつけるシステム、およびそれを用いて現物ベースの船舶の局所モデルを作成し、寿命評価に結びつける方法の検討を行った.X線CTを用いてボクセルモデルを作成した場合、境界条件の与え方が非常に難しい。有限要素法では境界条件は節点単位で与えるため,条件を与えたい境界に節点が配置されている必要があるが,ボクセルモデルにおいて,変位境界条件を与えたい部分に節点が配置されているとは限らず,要素の内部に境界条件を与える必要が出てくる.このような変位境界条件を表現するためには,仮想的なバネを加えるPenalty法が用いられているが,これによって,一般的な反復解法である共役勾配法では,剛性方程式を解くことが出来ないという新たな問題が発生する.大規模問題を扱うには直接解法では限界があるため,このような場合に対応できる反復法が必要とされる.この問題はPenalty法による項のために剛性行列の性質が悪くなることによるが,その解決のために,共役射影勾配法が有効であることを示したまた、FCM解析での境界形状が合わない部分の精度悪化の問題に対して,境界形状を正確に表現したローカルメッシュを重ね合わせるFCM重合メッシュ法を提案し,その計算精度を,理論解を持つモデルで数値解析することで検証した.その結果,自動生成した四面体メッシュと比べて精度が良く,六面体メッシュと比べても,精度はほとんど変わらない解析結果が得られた.FCM重合メッシュ法は,グローバル,ローカルとも自動六面体メッシュすることができるので,複雑形状の剛体モデルに対して,モデリングの面でも簡便性が高まると考えられる.さらに、実構造の溶接部に対してイメージベース解析を行い、疲労寿命を向上させるためにベーシスベクトル法に基づく最適設計を行った。重合メッシュ法を併用することにより、溶接形状のローカルな変更を、全体モデルを変えることなく行うことができるようになった。就航中の船舶に対して検査等で見つかった腐食やクラックの発生状態をX線CTによる断層写真として撮影し、その断層写真をボクセルとして3次元モデルを生成し、その亀裂、腐食のあるモデルに対して解析を行うことによって、補修の必要性、余寿命等の評価をより正確に行うことを目的として研究を行った。ここでは、主に解析手法に焦点を絞り、腐食、クラックのある複雑な経年船の船体構造のモデリング手法、およびそのモデルの解析手法を開発する。モデリング手法としては、検査時にX線CTスキャン等により数多くの断層写真を撮ることによって、ソリッドのボクセルモデルの生成を行う。解析手法としては、複雑な3次元ソリッドに対する解析手法として申請者らが開発してきたボクセル形状の被覆を用いた有限被覆法の拡張を行った。有限被覆法は一種のメッシュレス法であるため,ボクセル解析の問題の一つである物体境界をより滑らかにメッシングすることができる。また,部分的にファインメッシュを切って不連続面を有する構造等のマルチスケール的な解析を行うことも可能である。一方,重合メッシュ法は有限要素同士を重ね合わせるという概念にもとづいているため,従来の有限要素法への適用がスムーズに行える。また,解析精度を一定レベル以上に保つアダプティブ法への拡張が可能である。本研究ではこの二つの手法をボクセル有限要素解析に適用し,より柔軟に実務問題に適用できるようなプログラムを開発を行った。

近年,製造業において,製品データを製造過程の様々な段階で共有するディジタルエンジニアリングが広がりを見せている.これにより,解析,設計,製造などの相互の情報交換をスムーズにし,開発期間の短縮,コストの削減などの実現が期待されている.しかし,現状では,これらの連携が上手くいっているとはいえない.構造解析において,そのモデル生成が大きな負担の一つとなっている.この問題の解決のために,イメージベース解析手法が提案されている.これは,ボクセルを使って規則的に解析モデルを生成できる手法である.この研究ではX線CTにより現物からボクセルモデルを作成し、それを直接解析に結びつけるシステム、およびそれを用いて現物ベースの船舶の局所モデルを作成し、寿命評価に結びつける方法を検討する.X線CTを用いてボクセルモデルを作成した場合、境界条件の与え方が非常に難しい。有限要素法では境界条件は節点単位で与えるため,条件を与えたい境界に節点が配置されている必要があるが,ボクセルモデルにおいて,変位境界条件を与えたい部分に節点が配置されているとは限らず,要素の内部に境界条件を与える必要が出てくる.このような変位境界条件を表現するためには,仮想的なバネを加えるPenalty法が用いられるが,これによって,一般的な反復解法である共役勾配法では,剛性方程式を解くことが出来ないという新たな問題が発生する.大規模問題を扱うには直接解法では限界があるため,このような場合に対応できる反復法が必要とされる.この問題はPenalty法による項のために剛性行列の性質が悪くなることによるが,その解決のために,共役射影勾配法が有効であることを示した.構造解析において,そのモデル生成が大きな負担の一つとなっている.この間題の解決のために,イメージベース解析手法が提案した.特に、X線CTにより現物からボクセルモデルを作成し、それを直接解析に結びつけるシステム、およびそれを用いて現物ベースの船舶の局所モデルを作成し、寿命評価に結びつける方法の検討を行った.X線CTを用いてボクセルモデルを作成した場合、イメージベース解析において,変位境界条件を与えたい部分に節点が配置されているとは限らず,要素の内部に境界条件を与える必要が出てくる.このような変位境界条件を表現するためには,ペナルティ法が用いられるが,これによって,一般的な反復解法である共役勾配法では,剛性方程式の収束が極端に悪化する.この解決のために,共役射影勾配法が有効であることを示した.また、イメージベース解析での境界形状が合わない部分の精度悪化の問題に対して,境界形状を正確に表現したローカルメッシュを重ね合わせるFCM重合メッシュ法を提案し,その計算精度を,理論解を持つモデルで数値解析することで検証した.その結果,自動生成した四面体メッシュと比べて精度が良く,六面体メッシュと比べても,精度はほとんど変わらない解析結果が得られた.FCM重合メッシュ法は,グローバル,ローカルとも自動六面体メッシュすることができるので,複雑形状の剛体モデルに対して,モデリングの面でも簡便性が高まると考えられる.
アモルファスシリコンにおけるバンド端キャリア輸送特性の光誘起変化の研究

乱れた半導体系における微視的・動的電気伝導度に対する繰り込群(あるいはスケーリング)方程式から出発し、周波数と温度をパラメータとした巨視的交流電気伝導度を記述するマスター方程式を構築し、温度・周波数領域での交流電気伝導度のスケーリング則(交流電気伝導度を直流電気伝導度で規格化し、周波数軸を温度とバンド端局在準位幅に関連した有効緩和時間でスケールすると、すべての実験データが同じ理論曲線に乗る)を完成させ、バンド端局在準位幅の定量的評価・解析法を吟味した。さらに、10kHzから100MHzの広い周波数範囲で、交流電気伝導度を測定する評価技術を立ち上げ、これを、プラズマ化学堆積(CVD)法で製膜される標準的なデバイス級i型水素化アモルファスシリコン(a-Si:H)ならびに水素化微結晶シリコン(μc-Si:H)に適用した。この測定の結果を理論的に吟味・解析することによって、a-Si:Hおよびμc-Si:Hの伝導帯裾のエネルギー拡がりが、それぞれ、100meV、20meV程度であるとの知見を得た。これらの値は、従来の関連実験結果と整合するもので、この研究で新規に構築した交流電気伝導度理論の妥当性を確認することができた。また、a-Si:Hに光照射を行い、伝導帯裾の変化を捕えようとしたが、これは検出可能範囲外であった。このことは、光照射によって、価電子帯裾状態にのみ変化が与えられるとした我々の主張を指示するものであると言える。乱れた半導体系における微視的・動的電気伝導度に対する繰り込群、(あるいはスケーリング)方程式から出発し、周波数と温度をパラメータとした巨視的交流電気伝導度を記述するマスター方程式を構築し、温度・周波数領域での交流電気伝導度のスケーリング則(交流電気伝導度を直流電気伝導度で規格化し、周波数軸を温度とバンド端局在準位幅に関連した有効緩和時間でスケールすると、すべての実験データが同じ理論曲線に乗る)を完成させ、バンド端局在準位幅の定量的評価・解析法を吟味した。さらに、プラズマ化学堆積(CVD)法で製膜されるnおよびp型a-Si : Hにおいてコプラナー型電極を設けた試料、および標準的なデバイス級i型a-Si : Hからなるp-i-n接合試料(p側あるいはn側入射の光電流)を準備し、10kHzから100MHzの広い周波数範囲で、交流電気伝導度を測定する評価技術を立ち上げ、予備的な実験結果ながら、新規に構築した交流電気伝導度理論の妥当性を確認することができた。また、p-i-n接合試料において、p側から短波長の変調光を入射させて電子光電流、またp側光入射で正孔光電流を捕え、その周波数依存性から、理論解析モデルを通して電子と正孔の自由キャリア移動度を、算定する新しい実験・解析手法を巡る第一段階的考察を行った。さらに、10kHzから100MHzの広い周波数範囲で、交流電気伝導度を測定する評価技術を立ち上げ、これを、プラズマ化学堆積(CVD)法で製膜される標準的なデバイス級i型水素化アモルファスシリコン(a-Si : H)ならびに水素化微結晶シリコン(mc-Si : H)に適用した。この測定の結果を理論的に吟味・解析することによって、a-Si : Hおよびmc-Si : Hの伝導帯裾のエネルギー拡がりが、それぞれ、1000meV、20meV程度であるとの知見を得た。

これらの値は、従来の関連実験結果と整合するもので、この研究で新規に構築した交流電気伝導度理論の妥当性を確認することができた。また、a-Si : Hに光照射を行い、伝導帯裾の変化を捕えようとしたが、これは検出可能範囲外であった。このことは、光照射によって、価電子帯裾状態にのみ変化が与えられるとした我々の主張を指示するものであると言える。
植物の運動・重力屈性の鍵化学物質の探索

重力刺激によって誘導される成長抑制物質をダイコン黄化下胚軸とトウモロコシ黄化幼葉鞘から種々の精製手段を駆使して単離した。NMRやMS等のスペクトル解析等から、それぞれ,3,6'-disinapoylsucrose(DSS)と2,4-dihydroxy-7-methoxy-1,4-benzoxazin-3-one(DIMBOA)と同定した。これらの物質はいずれも重力刺激後短時間で上側組織で増量し、更にこれらをダイコン黄化下胚軸あるいはトウモロコシ黄化幼葉鞘の片側に投与した場合、いずれも投与側の成長を抑制し、投与側に屈曲させた。これらの結果から、ダイコン黄化下胚軸やトウモロコシ黄化幼葉鞘の重力屈性は重力によって誘導される成長抑制物質DSSやDIMBOAの偏差分布によって偏差成長が起こり、屈曲が誘導されることが示唆された。本研究課題「植物の運動・重力屈性の鍵化学物質の探索」における平成21年度・研究実施計画に基づいて「重力屈性鍵化学物質の本体の解明」の研究を行った。実験植物として申請者らのこれ迄の研究で生理活性物質の知見が蓄積されているサクラジマダイコンの芽生えを用いた。地上における重力1g下と擬似微小重力下及び過重力下におけるダイコン芽生えに含まれる化学物質の動態について比較した。先ず、サクラジマダイコンの種子をロックウールを詰めた培養容器に播種、吸水後、1gあるいは3次元クリノスタットの擬似微小重力下、暗所で4日間培養し、黄化芽生えの先端約2cmの下胚軸を切り出しアセトン中で固定した。次に、3日齢の黄化芽生えを湿らせたキムワイプで内側を被った遠心管に入れ、1gあるいは遠心分離機により作出された過重力(500g)下、暗所で1時間培養し、黄化芽生えの下胚軸(約2cm)を切り出し、凍結した。それぞれのサンプルを80%アセトンで抽出し、濾過後40°C減圧下で濃縮した。濃縮物をメタノールに溶解し一定量をHPLC(ODS-120A, 05min : 0% CH_3CN in H_2O ; 525min : lineargradientfrom 0% to100%CH_3CN ; 2540min : 100%CH_3CN, 2mL/min)に供した。各クロマトグラムを比較したところ、擬似微小重力刺激でよって減少し、逆に、過重力刺激によって増大するピークが検出された。このピークに相当する物質を大量の黄化芽生え下胚軸から、各種セップパックやHPLC等の精製手段を駆使して単離した。NMRとMSスペクトル解析から、3,6'-disinapoylsucroseであることが判明した。この物質をダイコン下胚軸の片側に投与した場合、投与側組織の成長を抑制し、投与側に屈曲させることも分かった。これらの結果から、3,6'-disinapoylsucroseはダイコン下胚軸の重力屈性を制御する鍵化学物質である可能性が強く示唆された。本研究課題「植物の運動・重力屈性の鍵化学物質の探索」における平成22年度・研究実施計画に基づいて「トウモロコシの芽生えからの重力屈性鍵化学物質の探索」と「前年度、ダイコン芽生えから重力屈性鍵化学物質として単離・同定した3,6'-disinapoylsucroseの重力屈性に伴う動態」について研究を行った。4日齢のトウモロコシ黄化芽生えを地上における1g重力下と3次元クリノスタットによって作出される疑似微小重力下及び遠心機によって作出される過重力(500g)下で培養した。それぞれの幼葉鞘を80%アセトンで抽出し、抽出物の一定量をHPLCに供した。各サンプルのHPLCクロマトグラムを比較した結果、1g下より、疑似微小重力下で減少し、500g下で増量するピークを見出した。この物質は、これまで我々がトウモロコシ幼葉鞘から単離・同定してきた数種類の物質のHPLCにおける保持時間及びUV吸収スペクトルと比較したところ、成長抑制物質DIMBOAであることが判明した。トウモロコシ幼葉鞘の重力屈性に伴うDIMBOAの動態を機器分析で調べた結果、重力刺激開始後30分でDIMBOAが幼葉鞘の上側組織で、下側組織の約2倍に増量することが分かった。DIMBOAをトウモロコシ幼葉鞘の片側に投与したとき、投与側の成長が抑制されて、投与側に屈曲することを以前見出していることから、トウモロコシ幼葉鞘の重力屈性はDIMBOAの上側組織における増量に基づく成長抑制によって引き起こされることが示唆された。

次に、ダイコン芽生えの重力屈性に伴う3,6'-disinapoylsucroseの動態を機器分析を用いて調べた結果、この物質も重力刺激後30分で上側組織で増量し、下側組織の含量は変動しないことが分かった。従って、重力屈性は上側組織における成長抑制物質の増量に起因する成長抑制によって、上方への屈曲が誘導されることが示唆され、重力屈性も光屈性と同様に成長抑制物質の偏差分布によって引き起こされる可能性が高い。
量子ナノ構造を用いた光変調デバイスの研究

本研究では、分子線エピタキシー(MBE)法により量子ナノ構造、特に量子井戸や量子ドット構造を作製し、それらの超高速光変調器への応用可能性を探ることを目的としている。(1)MEE法におけるAlGaAs成長の原料供給方法について検討を行い、はじめにAlとAs原子を同時供給した後、GaとAsを交互供給することで、平坦か組成比の均一性の高薄膜が得られることを見出した。(2)(1)の原料供給方法を用いたMEE法により、通常のMBE法における成長温度よりも約100°C低い500°Cにて、高品単一矩形量子井戸(RQW)を作製することに成功した。(3)多重矩形量子井戸(RQW)およびFACQW試料を作製した。フォトルミネセンス法、光吸収電流法により評価を行い、量子閉じ込めシュタルク効果(QCSE)の観測した。その結果、設計通りの構造が作製されていること、および電界誘起吸収係数変化の傾向が理論に一致していることを確認した。(4)自己形成InAs量子ドット構造を作製条件の最適化を図った。その結果、直径2030nm、高さ8nm、高密度(12×10^<11>/cm^2)の量子ドット構造の作製に成功した。(5)InGaAs/InAlAs-FACQW構造の最適化シミュレーションを行った。その結果、GaAs/AlGaAs系と同様、巨大な屈折率変化が得られる構造を見出した。また、層厚ゆらぎが生じた場合の特性劣化について検討を行い、各層厚が±1ML(分子層)揺らいでも、電界誘起屈折率変化量は、本来の値の約半分程度にまでしか低下しないことが判明した。低印加電界において非常に大きな吸収を得ることができ、チャーピングなども抑制できる構造として、ポテンシャル制御量子井戸や量子ドット構造を光吸収層に用いた超高速光変調デバイスの実現を目指している。このような光変調デバイスを実現するためには、井戸層および障壁層の層厚を設計通り精密に制御すること、およびノンドープ層の不純物密度を1-5×10^<15>cm^<-3>台にまで下げることが必要である。本年度は、これらを実現するために、分子線エピタキシー装置について次のような改良を行った。1)ロードロックチャンバーに成長前基板加熱処理装置を設置した。2)反射高速電子線回折装置(RHEED)を増設した。また、ポテンシャル制御量子井戸の一つである5層非対称結合量子井戸(FACQW)の電界誘起屈折率効果について数値計算により詳細に検討した。その結果、以下の知見が得られた。1)FACQWの各層が設計値からずれた場合、障壁層よりも井戸層のずれの影響が大きい。また、2)FACQW全体が一定の割合で層厚が厚く、または薄くなった場合はΔn特性の劣化はほとんどない。3)屈折率変化-印加電界特性において、ある印加電界でのΔnの急激な落ち込み(ディップ)が存在するが、障壁層の位置をわずかに移動させることで除去が可能である。4)井戸層および障壁層各層の膜厚揺らぎがΔn特性に与える影響を見積もった。±1ML程度の揺らきがある場合、全く揺らぎがない場合に比べて最大でΔnが1/3に低下する。
Bromodeoxyuridine 標識法による膀胱前癌病変の観察

雄ラット5匹に0.05%BBNを10週間摂取させ、50mg/KgのBrdUを腹腔内に投与した2時間後に膀胱を摘出、PAP法によりBrdU陽性細胞を同定し観察した。組織学的に、単純性過形成(S)を73、乳頭状あるいは結節状過形成(PN)を57、乳頭腫(Pa)を14病巣観察したが、陽性細胞(S期細胞)の比率の点では、組織のgrade upに比例した有意の増加は認められなかった。陽性細胞の分布様式の検討では、基底膜と離れた細胞(非基底細胞)における陽性所見の有無、及び、基底膜上における陽性細胞の連続性の有無を観察した。その結果、非基底細胞における陽性所見が得られた割合は、Sで11%(8/73)、PNで60%(33/57)、Paで100%(14/14)であった。また、基底膜上で陽性細胞が連続して観察できた病巣の割合は、Sで6%(4/73)、PNで25%(14/57)、Paで50%(7/14)であった。これらはいずれも有意の増加を示していた。以上の結果より、S→PN→Paという発癌の初期の過程で、非基底部分のS期細胞や、基膜評上で連続するS期細胞の出現することが特長的な所見と考えられ、このような観察が癌化の危険を早期に知る手懸かりになると思われた。
スピロヘータの推進力発生メカニズム

本研究では、らせん形細菌レプトスピラの推進力発生メカニズムの解明を目的として、26年度は、3次元顕微計測システムを用いた運動解析、外膜の動態解析、突然変異体の運動解析などを予定していた。1.遊泳中のレプトスピラは、形状の異なる3つのパーツに分けられる。レプトスピラの遊泳と方向転換は、これらの回転の力学的な調和によって成り立っていると予想される。3次元顕微計測システムを用いた運動解析では、細胞前方末端の左巻きらせん(Spiral end)の回転方向は常に反時計回りであるが、細胞後方末端の半円状構造(Hook end)の回転方向は、同一細胞においても変化することが明らかとなった。推進力発生に直接関わらないHook endの回転が、運動における力学バランスの調整に寄与する可能性が示唆された。2.外膜の動態計測を行うために、外膜蛋白質LipL32をターゲットとして、抗体(抗LipL32抗体)修飾金コロイドをレプトスピラ細胞に標識した。レプトスピラの運動に伴う金コロイドの動きが捉えられたが、LipL32が流動的であるか、ペプチドグリカンなどの足場に固定されているかなどが不明であるため、ターゲットとする分子の検討が必要である。3.走化性制御分子CheYを欠損した変異株を得ることに成功し、運動解析を行った。本研究課題において開発し、26年度に発表したアガードロップアッセイ法(Islam et al., 2014 FEMS Microbiol. Lett.)により走化性応答を解析したところ、CheY欠損株では、遊泳方向転換の頻度が誘引物質の影響を受けないことが分かった。また、CheY欠損株では野生型株に比べて方向転換頻度が高く、直線的な遊泳が観察されなかった。これらの結果は外べん毛細菌とは大きく異なるものであり、細胞内べん毛による推進力発生の仕組みを理解する上で極めて重要な現象である。さらに詳細な運動解析と遺伝学的解析が必要である。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、らせん形細菌レプトスピラの推進力発生メカニズムの解明を目的として、以下の3点について研究を行った。<3次元運動解析システムの構築>暗視野顕微鏡で得られた一次暗視野像をビームスプリッターで2光路(光軸1、2)に分割し、それぞれの光路にレンズ(L1)を1枚ずつ置いて平行光とした後、さらにもう1枚ずつのレンズ(L2)を置き、カメラ素子上に拡大像を投影した。この時、光軸1のL1を光軸方向に動かすことによって、光路2とわずかに焦点がずれた像を得た。光軸1と光軸2の像は、同一のカメラ素子面上に並ぶように投影した。その結果、同一細胞について焦点の異なる2つの像を同時に観察することに成功した。本研究の成果は、第51回レプトスピラ・シンポジウム(2014年3月29日開催)で発表した。<運動パラメータの計測>平成25年度は斜光暗視野照明法によって得られた2次元動画の解析を行った。細胞前方末端の左巻きらせん(S-end)、細胞中心の右巻きらせん(PC)、細胞後方末端の半円状構造の回転速度と細胞の遊泳速度を1細胞ごとに同時計測した。その結果、S-endとPCの回転速度がともに100Hz以上であること、レプトスピラのべん毛モーターが4,000 pN nm以上のトルクを発生できることなどを明らかにした。この成果は、Biophysical Journal(vol.106, p.47-54, 2014)に掲載された。<ペリプラスムべん毛の構造解析>レプトスピラ細胞から単離したべん毛を透過型電子顕微鏡で観察したところ、収縮したバネのような環状構造であった。この結果は、過去の報告と一致するものである。細胞全体を氷包埋して観察するクライオ電子線トモグラフィ法(ECT)で細胞内におけるべん毛やモーターを観察することにも成功した。