hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ハイブリッド型リボザイムライブラリを用いた新規がん転移関連遺伝子の同定と機能解析

リボザイムはRNAを構成成分とし,標的mRNAを認識して切断する.リボザイムのmRNA認識部位である約20塩基をランダム化させ,理論上あらゆるmRNAを認識するリボザイムライブラリーを発現ベクターに組みこんだハイブリッド型リボザイムライブラリーを作成した(東大多比良研究室にて)。ヒト大腸癌由来でヌードマウスにおいて脾臓から肝臓へ転移するがん細胞や、ヒト腎臓がん由来で転移能を獲得していない親株細胞と,転移能を獲得した子細胞株(親株をヌードマウス腎臓皮膜に移植し,肺転移する細胞を繰り返し選抜して得られた)を中心に3種類のがん細胞を準備し、各々の性状を解析し確認した。そこで作成したハイブリッド型リボザイムライブラリーをこれらのヒト癌由来がん細胞に導入して、浸潤能に関する形質が変化することを指標に、転移に関わる遺伝子の同定を試みた。実験担当者の長期病気療養があって初年度の研究計画が大幅に遅れたため転移に関わる新規遺伝子の同定には至っていない。しかし成果が期待できる研究であるため、引き続き研究を継続し、転移能獲得に必要な遺伝子群を必ず同定したい。転移能を喪失する系と転移能を獲得する系の両方で分子群を検索する。候補遺伝子が同定できれば、組換えアデノウイルスに組み込み,細胞レベルでの形質転換を確認する。さらにヌードマウスを用いたin vivoの系で転移を規定する遺伝子であるかどうかを確認したい。本研究成果はまだ論文発表できていない。研究活動状況を示す参考までに研究代表者の2004年度の発表論文を添付した。ヒト大腸癌由来でヌードマウスにおいて脾臓から肝臓へ転移するがん細胞や、ヒト腎臓がん由来で転移能を獲得していない親株細胞と,転移能を獲得した子細胞株(親株をヌードマウス腎臓皮膜に移植し,肺転移する細胞を繰り返し選抜して得られた)を中心に10種類のがん細胞を準備し、各々の性状を解析し確認した。そこで作成したハイブリッド型リボザイムライブラリーをこれらのヒト癌由来がん細胞に導入して、浸潤能に関する形質が変化することを指標に、転移に関わる遺伝子を同定する計画であったが、実験担当者の長期病気療養やその後の移動があり、計画の実施が遅れている。今年度は新規採用した助手を中心に遅れていた研究計画を急ぎ前進させ、転移能獲得に必要な遺伝子群を同定したい。
革新的噴霧注入型熱・非熱ハイブリッドプラズマ流によるナノ光触媒粒子の高機能化

本研究では、革新的な熱・非熱ハイブリッドプラズマ流動システムの作動条件を最適化し、ハイブリッドプラズマ流を用いて金属の表面処理の効果に有効性があることを示す。1.最適化するため、イメージ解析、放電特性と熱流動特性を明らかに金属表面の親水性効果を定量化することにより、単独のプラズマ流と比較した。このシステムは、非熱プラズマに印加する高電圧強度によりプラズマは敏感に変化する。ある印加電圧から熱・非熱ハイブリッドプラズマ流は、DCプラズマジェットとDBDプラズマ反応器の電極の間に新たなプラズマ柱が生じる。DCプラズマジェットから飛び出したイオンや電子はDBDプラズマ反応器に構成された高電場からエネルギーを得て、プラズマ柱が生じると考えられる。この高いエネルギーを有している荷電粒子は、DBDプラズマと混合され、DBDプラズマを高活性化させる。しかし、荷電粒子を注入してもDBDプラズマの電圧波形の大きさは変わらず、DBDプラズマは活発化される。2.革新的な熱・非熱ハイブリッドプラズマ流動システムは、DBDプラズマの印加電圧の強度によってプラズマ柱の安定性から二つのモードが存在することがわかった。印加電圧を増加すると、ある以上の印加電圧からは電圧波形が変化し、安定だったプラズマ柱が動き始め、結局不安定になる。以上の特性を解明した上で金属の表面処理による金属の親水性を評価した。アルゴンを用いた革新的な熱・非熱ハイブリッドプラズマ流動システムは、DCプラズマジェットとDBDプラズマを単独に使うことにより金属の親水性を向上させた。また、安定なプラズマ柱が生成される作動条件の範囲でDBDプラズマの印加電圧を増加すると、金属の親水性が最大2.5倍向上した。プラズマ処理された金属の表面は、吸収酸素の濃度が増え、高い酸素の濃度は、表面の親水性と緊密な関係があることをわかった。本研究課題は平成26年度が最後年度のため、記入しない。本研究では、二つのハイブリッドプラズマ流動システムを用いて研究を行った。一番目は、DC-RFハイブリッドプラズマ流動システムを用いた液相微粒子プロセスより高機能性ナノ光触媒粒子の創製と評価、二番目は、革新的な熱・非熱ハイブリッドプラズマ流動システムを新たに構築し、表面改質や液相有機物質を分解する。(1)DC-RFハイブリッドプラズマ流に液相微粒子原料を噴霧すると、プラズマ流によって気化し、チタン、高濃度の炭素と低濃度の酸素が生成されることを分光法で確認した。(2)より低濃度の液相微粒子原料を用いて創製した高機能性ナノ光触媒粒子は、可視光だけ照射しても光触媒反応が活発になり、メチレンブルーの脱色率が高くなった。(3)高機能性ナノ光触媒粒子の回収位置は、DCプラズマジェットの出口から100mm離れたところで回収したものより、195mmで回収したもののメチレンブルーの脱色率が高かった。(4)システムの作動圧力の変化は、高機能性ナノ光触媒粒子に入っている酸化チタンのAnatase/Rutile結晶の含有量の変化と密接な関係があり、これがメチレンブルーの脱色率に影響を与えることがわかった。本実験の範囲では、より低い作動圧力で創製した高機能性ナノ光触媒粒子がより高いメチレンブルーの脱色率を示した。2.革新的な熱・非熱ハイブリッドプラズマ流動システムの構築と表面改質や液相有機物質の分解(1)世界でも新しい概念である熱源としてのアークと活性種提供源としてのDBDプラズマをハイブリッド化し、革新的な熱・非熱ハイブリッドプラズマ流動システムの構築に成功した。(2)熱プラズマジェットのみより、熱・非熱ハイブリッドプラズマ流を用いた方が高効率の金属表面改質を示した。

プラズマ処理された金属の表面は、吸収酸素の濃度が増え、高い酸素の濃度は、表面の親水性と緊密な関係があることをわかった。本研究課題は平成26年度が最後年度のため、記入しない。微粒子プロセス分野を統合化する視点で、2種類の熱プラズマのハイブリッド化、また、熱・非熱プラズマのハイブリッド化により革新的な高機能プラズマ源を短時間に構築し、その有効性を明らかにしたためである。その結果、DC-RFハイブリッドプラズマ流動システムを用いた液相微粒子プロセスによる商用ナノ光触媒粒子より高機能性ナノ光触媒粒子の創製に成功した。また、熱・非熱ハイブリッドプラズマ流動システムを用いて金属表面改質の効率を向上した。液相有機物質の高分解率を目指すため、熱・非熱ハイブリッドプラズマ流動システムに液相有機物質を注入し、熱プラズマジェットより気化および分解され、非熱プラズマより生成された活性種による反応を促進させる。このシステムを最適化し、液相有機物質の二段階分解の有効性を明らかにする。その結果を国内学会で発表し、世界一流雑誌に掲載する。また、アメリカのミネソタ大学で研究している最新微粒子プロセスを導入し、半導体で使われる高機能性微粒子を創製する。
アフリカツメガエル卵母細胞における転写因子TFIIEのDNA修復との関わり

昨年度は,アフリカツメガエルTFIIEαの発現構築体は成功しているが,βサブユニットの発現体の構築が困難のため,ヒトTFIIEα抗体がアフリカツメガエルのそれを認識することを確証後,主としてヒトTFIIEα及びβタンパク質並びに抗体を用いて研究を進めた。(1)ヒトTFIIE抗体によるアフリカツメガエル卵母細胞抽出液に対するウエスタンブロッティングアフリカツメガエル卵母細胞抽出液を電気泳動し,ブロッティング後,ヒトTFIIEα及びβ抗体が内在性TFIIEを認識するかどうか検討した。元来,アミノ酸配列の相同性において両者は8085%の相同性があったが,きちんと認識することを確認した。(2)非転写性プラスミドの紫外線損傷に対するアフリカツメガエル卵母細胞核抽出液を用いたTFIIEα並びにβ抗体のDNA修復アフリカツメガエル卵母細胞核抽出液を既報(Oda,et al.J.Biol.Chem,1996)に従い,調製した。紫外線損傷プラスミドDNAはpSP65 plasmidを用い,5random CPD/plasmidとなるよう紫外線照射後,CsCl濃度勾配の超遠心で,cccDNAを精製した。これら卵母細胞核抽出液とDNAを用いて,既報(Oda,et al.Science,1996)に従い,紫外線損傷DNAの修復アッセイを行った。その結果,ヒトTFIIEα及びβ抗体ともDNAの修復を阻害した。しかしながら,これら抗体は,卵母細胞核抽出液を用いた一本鎖から二本鎖のDNA複製にはなんら阻害を示さなかったことから,ヒトTFIIEα及びβ抗体は,卵母細胞のDNA反応に対する一般的な阻害剤として働くのではなく,pSP65 plasmidの紫外線損傷DNAに対するDNA修復に特異的に働いていると考えられる。これらヒトTFIIEα抗体で阻害されたDNA修復が,外来性のヒトTFIIEα蛋白質で回復するかどうか調べたところ,阻害が回復した。そのためpSP65 plasmidのDNA修復にTFIIEが関与していると考えられる。(3)転写性プラスミドの紫外線損傷に対するアフリカツメガエル卵母細胞核抽出液を用いたTFIIEα並びにβ抗体のDNA修復の阻害効果TFIIEは本来転写因子であるため,その転写活性との関連を調べるため,プロモーター含有プラスミドを大量調整した。pSP65-CMV-CATを用いたが,興味深いことにそれらのDNA修復に対してはヒトTFIIEα及びβ抗休は阻害しなかった。現在,この現象の意味について考察中である。アフリカツメガエルTFIIEはαとβの2つのサブユニットからなっており、それぞれについて平成9年度の進行状況を以下に記す。αサブユニットについては、大腸菌発現ベクターpET15bへPCR法にてサブクローニングした。得られた構築体はDye terminator法による塩基配列決定で目的とするものであることを確認した。BL21(DE3)並びにBL21(DE3)pLysSを形質転換し、発現を試みた。予想される大きさの蛋白質が得られたので、ニッケルカラム等で精製し、現在大量調整精製中である。一方TFIIEβサブユニットについても同様に発現体の構築を試みたが、βサブユニットが部分フラグメントでしか得られておらず、未だ全配列の発現構築体を得るに至っていない。以上のように当初の計画に対して遅れが生じているため、ヒトTFIIE蛋白質並びにそれら抗体を用いて実験を行った。まず、大阪大学大熊先生からのヒトTFIIEα並びにβヒト抗体によるウエスタンブロティングから、ヒトTFIIEα並びにβ抗体はアフリカツメガエルTFIIEのそれらを認識すると考えられた。そのため、ヒトTFIIE抗体で紫外線損傷プラスミドpSP65に対するDNAの修復をアフリカツメガエル卵母細胞DNA修復系で試みたところ、ヒトTFIIE抗体は紫外線損傷したDNAの修復を阻害した。そのため、TFIIE蛋白質はDNA修復に何らかのかたちで関与している可能性が考えられる。平成10年度は、ヒトTFIIE抗体を用いて、アフリカツメガエル卵母細胞によるDNA修復(主としてヌクレオチド除去修復)について詳細な解析を行う予定である。

しかしながら,これら抗体は,卵母細胞核抽出液を用いた一本鎖から二本鎖のDNA複製にはなんら阻害を示さなかったことから,ヒトTFIIEα及びβ抗体は,卵母細胞のDNA反応に対する一般的な阻害剤として働くのではなく,pSP65 plasmidの紫外線損傷DNAに対するDNA修復に特異的に働いていると考えられる。これらヒトTFIIEα抗体で阻害されたDNA修復が,外来性のヒトTFIIEα蛋白質で回復するかどうか調べたところ,阻害が回復した。そのためpSP65 plasmidのDNA修復にTFIIEが関与していると考えられる。(3)転写性プラスミドの紫外線損傷に対するアフリカツメガエル卵母細胞核抽出液を用いたTFIIEα並びにβ抗体のDNA修復の阻害効果TFIIEは本来転写因子であるため,その転写活性との関連を調べるため,プロモーター含有プラスミドを大量調整した。pSP65-CMV-CATを用いたが,興味深いことにそれらのDNA修復に対してはヒトTFIIEα及びβ抗休は阻害しなかった。現在,この現象の意味について考察中である。
神経免疫性疾患におけるγδT細胞のレパートリーの解析と病態意義について

【目的】γδT細胞レセプターを発現しているγδT細胞はRAなどの自己免疫疾患や、MS患者で増加しており、病因との関連が示唆されている。今回、我々はMS患者の末梢血におけるIL-2反応性γδT細胞について健常者と比較検討し、またMBP反応性T細胞株(MBP株)に対する末梢血γδT細胞の反応性の有無について検討した。【対象】MS患者12例(平均年齢31.0±5.83)と健常対照7例(平均年齢33.58±11.3)。【方法】末梢血より単核球を分離、IL-2(100U/ml)を含む培養液で短期培養を行い、γδT細胞%(TCRδ-1^+CD3^+細胞のCD3^+細胞に対する割合)をフローサイトメトリーを用い検討した。またMS患者の末梢血単核球から確立したMBP株8株におけるγδT細胞%を検討した。つぎにMBP特異的T細胞に対する末梢血中γδT細胞の反応性の有無をみるため非刺激時および活性化MBP株と末梢単核球の混合培養を行った。【結果と考察】1.IL-2に反応するγδT細胞%について、健常対照群は培養前は6.63±2.50%、培養7日目は10.43±2.64%、MS患者群はそれぞれ7.54±3.46%、18.21±3.46%で有意差は認められなかったがMS患者群でγδT細胞%が高値を示す例が認められた。2.末梢血単核球から短期培養法で確立したをMBP株におけるγδT細胞%を検討した。γδT細胞%は1.4%77%とMBP株によってかなり異なり、高値を示すものは培養維持が困難であった。3.また末梢血単核球をMBP株とともに培養を行ったところ、活性化MBP反応性T細胞を刺激原としたとき、γδT細胞%とγδT細胞のIL-2R αchain発現の増加がみられた。以上から、これらのγδT細胞は抗原特異的T細胞に対し反応性を有する可能性があり、MSの病態に関与している可能性が示唆された。
悪性中皮腫におけるATBF1リン酸化状態と細胞内局在-悪性度との関連性の究明-

悪性中皮腫におけるATBF1の役割を探索する目的で、ヒト悪性中皮腫細胞株(NCI-H2452、MSTO-211H、NCI-H28)と良性中皮細胞株(Met-5A)の培養を行った。Met-5A株からATBF1ノックアウト株を作製した。それらのMet-5A亜株とMSTO-211H、NCI-H28株にLuc遺伝子の導入を行い、ヌードマウスの腹腔内に移植した。発光量の変化を観察したところ、MSTO-211Hでは順調に腹腔内に腫瘍の増殖が確認できたが、Met-5A、NCI-H28株では2週間程度で腫瘍の増殖が確認できなかった。現在のところ、ATBF1のノックアウトのみでは、腫瘍化されない可能性がある。ヒト悪性中皮腫細胞株3種(NCI-H2452、MSTO-211H、NCI-H28)と良性中皮細胞株1種(Met-5A)を培養し、継代を安定化した。形態学的観察とともに、主に酵素抗体法により、表現型の確認を行い、定量PCRによるATBF1 mRNAの発現量を解析した。酵素抗体法では、いずれもサイトケラチンやビメンチンなどの中間系フィラメントが陽性で、サイトケラチン5/6が陽性であり、中皮細胞としての性格を有するものと考えられた。扁平上皮のマーカーであるp63は陰性で、また腺癌のマーカーであるBER-EP4やCEA、TTF-1は陰性であった。3種の抗ATBF1抗体を用いた酵素抗体法では、N末端側を認識するとされるMB034抗体では、Met-5Aで主に核に、H2452、H28では主に細胞質に染色され、211Hでは核小体様の陽性像がみられた。中央部を認識するとされるD1-120抗体では、いずれの細胞株も主に核に陽性を示した。C末端側を認識するとされるAT-6ではいずれも主に細胞質に染色性がみられたが、211Hでは核小体様の陽性像がみられた。ATBF1の染色性や細胞内局在において、抗体種や細胞株による相違が見られ、今後その意義を検討する必要がある。ATBF1のmRNA量の測定では、Met-5Aに比し、3種の中皮腫細胞株でATBF1mRNA量が減少しており、ATBF1の癌抑制遺伝子としての可能性が示唆された。とくに211Hに比し、H2452とH28で減少がみられ、酵素抗体法の結果はある程度mRNA量を反映している可能性がある。また、Met-5Aの亜株を作成したところ、亜株によりATBF1mRNA量に差異が認められ、同系統の細胞でもその増殖状態によりATBF1量が異なる可能性が示唆された。この点はさらに追試し確認する予定である。ATBF1の酵素抗体法ではmRNAの少ない亜株で、染色性の低下が見られ、やはり蛋白発現がある程度mRNA量を反映している可能性が示唆された。悪性中皮腫における癌抑制遺伝子ATBF1の役割を探索する目的で、ヒト悪性中皮腫細胞株3種(NCI-H2452、MSTO-211H、NCI-H28)と良性中皮細胞株1種(Met-5A)の培養を継続している。本年度は特にMet-5Aの亜株を中心にATBF1遺伝子変化との関連性を探索した。Met-5Aのそれぞれの亜株に、ATBF1のshRNA発現レトロウイルスを加え、ATBF1のノックダウンモデルを作成した。リアルタイムPCRでATBF1のmRNAが対照に比較し、2亜株で減少していることを確認した。また、同様にATBF1のノックアウトモデルとしてCRISPR処理を試みた。Met-5Aの20亜株に数種のCRISPRを試みたところ4株に遺伝子挿入変異が確認できた。また、プラスミドを用いてATBF1-EGFPを取り込んだ細胞株を作成した。ATBF1の細胞増殖能における影響をみるため、上記の処理を加えたMet-5Aの亜株に、対照を含めそれぞれLuc遺伝子の導入を行った。それらの細胞がルシフェラーゼ活性を有していることを発光イメージングシステム(IVIS)を用いて確認後、それぞれの細胞をヌードマウスの腹腔内に注入し、現在発光量の変化を観察中である。当初はATBF1のリン酸化の有無を中心に検討する予定であったが、新しい遺伝子操作技術であるCRISPRが可能になったことから、直接ATBF1遺伝子を細胞レベルで変異させ、マウス生体内での細胞増殖能の変化をみることを優先した。今後各種悪性中皮腫細胞株と良性中皮細胞株においてATBF1遺伝子をノックダウンあるいはノックアウトさせ、複数のマウス体内での細胞増殖の変化をみることと、セルブロック作成によるATBF1蛋白発現量の変化とその細胞内局在、ウエスタンブロット法による蛋白量の変化をみることで、ATBF1の悪性中皮腫における癌抑制遺伝子としての可能性を解明できると思われる。悪性中皮腫における癌抑制遺伝子ATBF1の役割を探索する目的で、ヒト悪性中皮腫細胞株3種(NCI-H2452、MSTO-211H、NCI-H28)と良性中皮細胞株1種(Met-5A)の培養を継続し、ATBF1遺伝子変化との関連性を探索した。

Met-5Aのそれぞれの亜株に、ATBF1のshRNA発現レトロウイルスを加え、ATBF1のノックダウンモデルを作成した。また、同様にMet-5AにCRISPR処理を行い、ATBF1のノックアウトモデルを作製した。ATBF1遺伝子のノックアウト、ノックダウンに関してはそれぞれ定量PCRを用いてATBF1mRNAの減少を確認した。またセルブロックを作製し、抗ATBF1抗体(D1-120)を用いてATBF1量の発現が低下していることを確認した。Met-5Aを用いCRISPRによるATBF1ノックダウン3株を作製することができた。これらのMet-5A亜株3種とMSTO-211H、NCI-H28細胞にそれぞれLuc遺伝子の導入を行い、EGFPを挿入したもの、全く遺伝子操作を行なわない対照を含めこれらの細胞をヌードマウスの腹腔内に移植した。発光イメージングシステム(IVIS)を用いて経時的に発光量の変化を観察したところ、MSTO-211Hでは一か月後も順調に腹腔内に腫瘍細胞の増殖が確認できたが、Met-5A、NCI-H28株では2週間程度で細胞量が急激に低下し、その後の腫瘍の増殖が確認できなかった。現在のところ、ATBF1のノックダウンのみでは、腫瘍化が確認できておらず、ATBF1のノックダウンのみでは、腫瘍化されない可能性がある。ただし、悪性中皮腫株であるNCI-H28でも移植に成功しておらず、まだ確定的ではない。悪性中皮腫におけるATBF1の役割を探索する目的で、ヒト悪性中皮腫細胞株(NCI-H2452、MSTO-211H、NCI-H28)と良性中皮細胞株(Met-5A)の培養を行った。Met-5A株からATBF1ノックアウト株を作製した。それらのMet-5A亜株とMSTO-211H、NCI-H28株にLuc遺伝子の導入を行い、ヌードマウスの腹腔内に移植した。発光量の変化を観察したところ、MSTO-211Hでは順調に腹腔内に腫瘍の増殖が確認できたが、Met-5A、NCI-H28株では2週間程度で腫瘍の増殖が確認できなかった。現在のところ、ATBF1のノックアウトのみでは、腫瘍化されない可能性がある。今年度の予定であった複数種のヒト悪性中皮腫細胞株と良性の中皮細胞株を入手し、継代を安定化させることができた。それらの細胞形質も酵素抗体法で各種解析することができ、来年度の一部予定であったATBF1 mRNAの定量にも手技的に成功した。これらの点に関しては、ほぼ予定通り進行しているが、未だウエスタンブロット法に成功していない。その理由としてATBF1は分子量400 kDaを越える巨大な蛋白であり、分解されない状態で回収をして再現性の高いデータを出すことが難しいことが考えられる。細胞からのタンパク質の回収方法と、メンブレンへの転写方法を最適化するために時間がかかっているために実験予定が長引いている。shRNAによるATBF1遺伝子のノックダウンやCRISPRによるノックアウトする方法を用いて、複数のマウス体内での細胞増殖の変化をみることと、セルブロック作成によるATBF1蛋白発現量の変化とその細胞内局在、ウエスタンブロット法による蛋白量の変化をみることで、ATBF1の悪性中皮腫における癌抑制遺伝子としての可能性を解明できると思われる。さらにATBF1のリン酸化や脱リン酸化の有無に関しても解析していきたい。病理学温度と時間、ゲル濃度を変化させウエスタンブロットを成功させる。また、定量PCR法の再現性を各細胞で確認する。その上で、ATBF1の分子量の変化やリン酸化の有無を確認し、細胞内局在との関連性を解析していきたい。
心血管系自律神経機能および免疫機能を指標とした競技者のストレス状態評価の研究

本研究の目的は男性競技者のストレス課題とリラクセーション技法中の免疫および自律神経活動を評価し,両変数の関連性を明らかにすることである.実験には男性陸上競技選手が参加し,ストレス課題およびリラクセーション技法を一セッションとして実施した.ストレス課題はSIgA濃度と交感神経活動を賦活し,リラクセーション技法の実施後にはそれらが低下することが示された.このことから,内分泌機能および心拍変動は競技者のストレスおよびリラックス時の心身の状態を評価しうることが示唆された.本研究の目的は男性競技者のストレス課題とリラクセーション技法中の免疫および自律神経活動を評価し,両変数の関連性を明らかにすることである.実験には男性陸上競技選手が参加し,ストレス課題およびリラクセーション技法を一セッションとして実施した.ストレス課題はSIgA濃度と交感神経活動を賦活し,リラクセーション技法の実施後にはそれらが低下することが示された.このことから,内分泌機能および心拍変動は競技者のストレスおよびリラックス時の心身の状態を評価しうることが示唆された.本年度は基礎的検討に基づく学会発表を一回行った。陸上競技短距離の競技者を対象としてストレス課題(暗算課題)およびリラクセーション法を実施し、スポーツ選手の身体的指標の変化傾向と心理的変化の関連を検討することを目的とした。大学生競技者10名を実験参加者とし、ストレス課題(加算課題)およびリラクセーション法を実施し、心電図を測定した。前後に唾液採取と心理的指標としてSTAIを行った。心電図波形は周波数分析を行って心・血管系の自律神経機能を、採取した唾液はELISA法を用いて免疫機能をそれぞれ定量化した。その結果、副交感神経機能(RRHF)はストレス課題後の低下、リラクセーション後の上昇傾向が認められ、状態不安も低下する傾向が認められたことから、リラクセーション法のストレス低減効果が示唆された。しかしながら全体的な結果としては個人によって変動傾向の違いが認められ、実験方法についても再考の余地が残されたといえる。本年度は研究計画にもある通り、実験室における検討とフィールド研究を並行して行った。実験室における検討では昨年度と同様の手続きを用いて、リラクセーショントレーニング(AT)の効果について、ストレス課題後に実施してその生理的反応の測定を行った。本年度は昨年度免疫系指標として用いた唾液中SIgAとともに、内分泌系の指標として唾液中のコルチゾールも同様に測定した。また今年度はコントロール条件での実験も行い、その違いを検討することも目的とした。心理的指標(STAI)及び唾液中コルチゾール濃度においては、ストレスに対する上昇とATによる減少が確認された。コントロール条件との比較では明確な違いは認められず、特に安静時データにやや変動が認められた。また、フィ-ルド測定では、沖縄県で行われている体育系大学陸上部員の合宿地に赴き、就寝時、起床時及び起床後30分の唾液検体を採取した。全体合宿におけるストレス状態の定量化を目指して本年度分析を行い、成果公表を行う予定である。また、第36回日本スポーツ心理学会大会において発表を行った。これまで実施してきた実験室的検討における心拍変動高周波成分に着目してデータを処理し、検討を行った。スポーツ選手に対するストレス反応やリラクセーション反応において高周波成分が副交感神経活動の指標として有効な指標たりうることが示された。また大阪体育大学紀要において論文として投稿し、採択された。本年度は研究計画にある通り、研究成果の公表を積極的に行った。The 16th Asian Games Science Congress;中国広州)や精神神経内分泌免疫学(Psycho Neuro Endocrino Immunology ; PNEI)研究集会(徳島大学)をはじめ、多数の学会、研究集会において発表を行い、研究成果を公表した。特に後述するコルチゾール起床時反応のスポーツ科学分野への応用は反響があり、来年度日本心理学会でのワークショップにおいて、発表を依頼されている。そのほかに論文としては大阪体育大学紀要において投稿し、原著論文1編が採択された。本年度は特にストレスの整理・生化学的指標に着目して新たにデータを採取した。特に唾液中コルチゾールを用いた起床時反応については慢性的ストレス状態が比較的頑健に定量化できることが確かめられたことから、来年度以降さまざまな観点から本指標を用いて検討することが可能となると期待される。
高濃度酸素ドープによる高温超伝導薄膜の大面積・高速成膜法の開発

1.レーザアブレーションによる高品質YBaCuO超伝導薄膜の作製得られた膜の超伝導特性をさらに詳細に調べるため、実用上重要となると考えられる次の2点について重点的に実験を行った。2.YBaCuO薄膜の磁束ピン止め特性の評価超伝導体の磁束ピン止め特性の解明は、高電流密度化、磁束雑音の低減、電流-電圧特性の理論表式の導出など、実用上極めて重要となる。上述した薄膜を用い、電流-電圧特性の温度・磁場依存性を10桁以上の広い電界領域に亘って詳細に計測し、理論的考察を加えることによって、臨界電流の統計的局所分布を明らかにすると共に、輸送特性の温度・磁場依存性を定量的に記述する理論表式の導出に成功した。3.YBaCuO薄膜のマイクロ波特性の評価移動体通信用の高周波素子として需要が期待されるYBaCuO高温超伝導薄膜の高周波損失、磁場侵入長等、高周波領域における基礎的パラメータの測定を行った。
小・中学校における地学(火山・地震・地層)学習カリキュラムの研究

中学1年で学ぶ「大地の変化」のうち、火山に関する部分の学習プログラム(全9時間)をつくって授業実践した。1時間目:火山噴火とは2時間目:火山噴出物とマグマ3、4時間目:火山の形、溶岩の色、噴火の様子とマグマ5時間目:火山がつくる地形・地層と人間生活6、7時間目:火成岩と鉱物8時間目:火山の災害と恵み9時間目:火山について調べよう当初計画していた地震と地層については、教材をいくつか作成するに留まり、学習プログラムをつくるまでには至らなかった。作成した火山学習プログラムには、ITを利用したデジタル教材を多用した。デジタル教材はリアルでわかりやすい表現を可能にしただけでなく、これまでできなかった新しい表現方法も生み出した。しかし、デジタル教材だけで学習プログラムを作成してもよい授業ができないことがわかった。従来のアナログ教材にも捨てがたい長所がある。古くからある教材に工夫を加えて使ったり、独創的なアイデアで新しい教材を開発するなどしてアナログ教材も使い続けるべきである。両者を併用して、バランスの取れた学習プログラムを作成するのが望ましい。本研究で新規作成あるいは改良した教材のうち主なものは次のとおりである。アナログ教材:コーラ噴火、減圧発泡、カルメ焼き、弁当パック立体模型、かざんきっずデジタル教材:カシミール3D、ウェブ紙芝居(立体地形編、自然史編、おはなし編)、噴火勤画、かざんくいず、噴火カタログ、噴火史料データベース、浅間山の北麓地質図、浅間山の火山灰を測ろう、オーロラカメラ、地震波シミュレーションITを利用した下記の教材を新たに作成した。火山学習ポータルサイト「火山の教室」で公開している。噴火史料データベース日本の古記録・古文書に書かれた噴火記録のうち1606年までの468件からなるデータベースを作成した。西暦、和暦、火山名、噴火マグニチュード、史料名で検索することができる。浅間山の火山灰を測ろう近い将来の浅間山噴火に備えて作成した。浅間山の爆発で降灰があったとき、降灰量を測定して小中学校単位で報告してもらう。浅間山の風下に当たる群馬県や長野県などの小中学校1104について専用ページを用意した。オーロラカメラ8月から12月までスウェーデンに設置した。8月22日に初めてオーロラをとらえ、その後も美しい画像をインターネットで送信してきた。時差を利用することによって、日本の学校の授業時間に教室で、スウェーデンの夜空で乱舞するオーロラを生で見ることができることを実証した。赤城山の成り立ちウェブ紙芝居新作。20万年前から現在に至る赤城山の噴火と山崩れの歴史を、利根川と渡良瀬川の流路変遷を交えて、図解した。浅間山の1783年噴火ウェブ紙芝居新作。江戸時代の1783年に起こった浅間山の噴火を、5月から9月まで時間を追って図解説明した。中学1年で学習する「大地の変化」のうち火山部分について、9時間からなる学習プログラム例を作成した。これは、実際に中学校で2ヵ年に渡って授業して効果を確認したものである。この研究計画で作成したIT教材をたくさん用いている。富士山のハザードマップを中学校と高校の理科授業に利用した。10月に富士宮市内の中学校2年生3クラス、1月に静岡市内の高校1クラスを対象に、富士山ハザードマップを用いた理科の出前授業を実施した。小中高校生といっしょの野外学習を、浅間山、燧ヶ岳、日光白根山でおこなった。アナログ教材:コーラ噴火、減圧発泡、カルメ焼き、弁当パック立体模型、かざんきっずデジタル教材:カシミール3D、ウェブ紙芝居(立体地形編、自然史編、おはなし編)、噴火勤画、かざんくいず、噴火カタログ、噴火史料データベース、浅間山の北麓地質図、浅間山の火山灰を測ろう、オーロラカメラ、地震波シミュレーション
低侵襲かつ客観的、定量的に測定可能なバイオマーカー探索技術の開発

疾患発症の分子メカニズムに基づいた画期的治療薬の開発に期待が寄せられている一方、疾患の治療方針を決定するためのバイオマーカーは数少なく、『低侵襲かつ客観的、定量的に計測出来る臨床評価』のための有効なバイオマーカー開発が待ち望まれている。疾患の診断には疾患組織に効率よく集積する抗体等の分子プローブが必要不可欠であるが、分子プローブの標的となる有効なバイオマーカー探索技術基盤が未熟なため、効率よく病巣部位を可視化できる分子プローブは殆どないのが現状である。そこで本課題では、『低侵襲かつ客観的、定量的に計測出来る臨床評価』の確立を目的に、疾患の診断に有効なバイオマーカーを探索するための技術開発を行った。我々独自の方法であるin vivo biotinylation法を用いて、GalN/TNF投与により肝炎を誘導したモデルマウスのプロテオーム解析を行った。その結果、500種類以上もの有用なマーカー候補分子を見出した。今後、これらの結果をもとに、上記バイオマーカーと肝炎との連関ならびに、診断法の確立等に有効活用する予定である。近年のオミクス解析の進展に伴い、疾患発症の分子メカニズムに基づいた画期的治療薬の開発に期待が寄せられているが、一方で、これら疾患の治療方針のための、マーカー蛋白質(バイオマーカー)の同定は遅れており『低侵襲かつ客観的、定量的に計測出来る臨床評価』のための有効なバイオマーカーの同定技術の開発が必要不可欠である。また、疾患の診断には、疾患組織に効率よく集積する抗体等の分子プローブが必要不可欠であるが分子プローブの標的となる有効なバイオマーカー探索技術基盤が未熟なため、効率よく病巣部位を可視化できる分子プローブは殆どないのが現状である。そこで本申請課題では、『低侵襲かつ客観的、定量的に計測出来る臨床評価』の確立を目的に、疾患の診断に有効なバイオマーカーを探索するための技術開発を行った。我々独自の方法であるin vivo biotinylation法を用いて、Ga1N/TNF投与により肝炎を誘導したモデルマウスのプロテオーム解析を行い、健常マウスと比較検討した結果、Vitronectin等の細胞外マトリクスやDipeptidy 1 peptidase 4等の細胞膜蛋白質等の複数のマーカー分子が同定されていた。今後、これらの蛋白質に関して、実際に肝炎時のどの細胞種(内皮細胞、肝実質細胞等)やオルガネラ(細胞表面、ER等)に発現しているのかを確認するために、組織切片などを用いて免疫染色し、その発現動態に関する検討を行う予定である。疾患発症の分子メカニズムに基づいた画期的治療薬の開発に期待が寄せられている一方、疾患の治療方針を決定するためのバイオマーカーは数少なく、『低侵襲かつ客観的、定量的に計測出来る臨床評価』のための有効なバイオマーカー開発が待望されている。この疾患の診断には、疾患組織に効率よく集積する抗体等の分子プローブが必要不可欠であるが分子プローブの標的となる有効なバイオマーカー探索技術基盤が未熟なため、効率よく病巣部位を可視化できる分子プローブは殆どないのが現状である。前年度までの結果から、我々独自の方法であるin vivo biotinylation法を用いて、GalN/TNF投与により肝炎を誘導したモデルマウスのプロテオーム解析を行い、幾つかの有用なマーカーを見出した。本年度は、さらなるプロテオーム解析の結果、膜タンパク質のうち、67kDalaminin ReceptorやProtein NipSnap homolog 1を同定することが出来た。現在、これらの膜タンパク質に関して、肝炎における局在を免疫組織染色により評価しており、さらに血中へのこれらの膜タンパク質の放出が見られるのかに関する検討を順次行っているところである。これらの結果をもとに、上記バイオマーカーと肝炎との連関ならびに、診断法の確立等に有効活用する予定である。
粘液の物理化学メカニズム

近年発見したクラゲ由来ムチンは、構造が判明したシンプルなムチンの稀少例で、これを用いて構成したモデル粘液系の中で起きる物理化学作用をいくつか取り上げ、構造と動的挙動の関係を調べた。金属イオンとの相互作用を重点的に調査し、モルフォロジー変化、化学反応による吸着現象のダイナミクスを明らかにした。特にサンゴ粘液による珊瑚柱形成時のバイオミネラリゼーションをクラゲ粘液成分によって人工的に再現することに成功した。本実験で、動的光散乱法やAFMを用いて、精度のよい粘液作用メカニズムの解析を行うためには、用いる粘液成分を物質として純度の高いものとして取り出すことが必要である。本研究年度では、実験に用いるクラゲ由来ムチン試料の精製方法を再検討して、純度を上げ、さらに詳しい構造解析により構造の曖昧さを解消する実験を行った。すなわちムチンの精製については共存する水溶性コラーゲンが不純物として存在し、一旦抽出してしまうと高速液体クロマトグラフ法などによる精製によっても除去するのが困難である。そこで採取した抽出前の新鮮なクラゲに対して、分解酵素の阻害ならびに腐敗防止のための前処理を行うことによって、採取しムチンの純度を飛躍的に増大することに成功した。そして、抽出後のムチンに対して、ペプチド構造解析ならびにNMRによる糖鎖構造解析を行ったところ、純度が高く均一性の高いムチンが得られたことが証明された。一方、クラゲと同じ刺胞動物であるイソギンチャク類の粘液成分を同様に採取し、構造解析を行った。イソギンチャクの粘液成分はムチンではなく別種の糖タンパク質であることが明らかになった。またムチン類は、精製後金属イオンや硫酸イオンの共存状態で分解反応や硫酸エステル化反応が進み、水に対する不溶化が進行することを見いだした。目的としている分光学的な測定において測定セルなどとの相互作用が懸念されるので、現在詳しい解析を現在進めている。本実験で、動的光散乱法やAFMを用いて、精度のよい粘液作用メカニズムの解析を行うためには、用いる粘液成分を物質として純度の高いものとして取り出すことが必要であったが、昨年度までに実験に用いるクラゲ由来ムチン試料の精製方法を再検討して、純度を上げ、さらに詳しい構造解析により構造の曖昧さを解消する実験が完了した。採集直後のムチンはミネラル成分との化合物であるが,陰イオン交換樹脂との相互作用によってナトリウム塩に置き換えることにより、溶解度の高い均一なムチンとなることを見いだした。このナトリウム塩を用いて、ムチンが金属イオンとどのように作用するかを調べた。ムチンは天然のイオン交換樹脂として働き、周期律表の上での30種類以上の金属イオンと反応することを見いだした。この吸着反応により、ムチンは不溶化し沈殿する。これはクラゲのバイオミネラリゼーションに大きく関わっていると推察した。この沈殿を乾燥した固体を用いてXPS測定を行い、金属とリン原子の原子比を測定した。このほかに希土類イオンを吸着して蛍光性を持たせたムチンや、銀イオンを吸着して光感受性を持たせたムチンを作った。またDLSを用いて、ゼータ電位を測定することにも成功した。昨年度までに純度の高いクラゲ由来ムチン(クニウムチン:Q-mucin)を作ることができたので、これらを用いて様々な実験を行い、ムチンの溶液中のモルフォロジーを制御する試みを行った。特に陽イオン(ミネラルイオン)との相互作用を重点的に解析した。Q-mucinとカルシウムイオンの反応系を真空紫外領域の円二色性分散測定により測定し、180-220nm付近のスペクトル変化から、結合定数が10^5から10^6M^<-1>程度であることが判明した。さらに平衡透析法を用いて、溶液側に残ったカルシウムを蛍光センサー分子で定量し結合定数が3.7×10^6M^<-1>となることがわかった。Q-mucinの側鎖のリン酸基あるいはホスホン酸基がカルシウムイオンと相互作用し、天然かつ生分解性を持つ陽イオン交換ポリマーとして働くことを示した結果であり、これが粘液の中でも重要な物理化学的作用であることが明らかになった。一方、Q-mucinと金属イオンを相互作用させ、マイカ基板上でAFM測定を行った。マイカ基板上を金属イオンによってコーティングし、そのあとにムチンを吸着させる。このとき、金属イオンの種類によってどのようにムチンのモルフォロジーとマイカ表面への吸着能が変化するかを観察した。金属イオンとしてはMg^<2+>,Ni^<2+>,Cd^<2+>を用いた。このうちNi^<2+>では最もひも状の構造を取るムチンが観測され、吸着状態も良好であることがわかった。これらの相互作用は粘液内でのムチンの物理化学的作用に大いに関係がある。

たとえば、カタツムリの粘液が疎水表面に膜を作る基礎過程であると位置づけられる。また、サンゴが出す粘液によって珊瑚礁が作られる基礎反応をQ-mucinで再現する実験を行った。Q-mucinをカルシウムと反応させた固体をシャーレに取った蒸留水中に分散させ、外部から炭酸ガスを、アンモニアガスとともに約一週間供給し、その経過をX線結晶回折で追跡した。反応の途中では(NH_4)HCO_3が生成したが、最終的にはカルサイトの信号が得られ、これによって生成量を定量することができた。
定在エバネッセント波双極ポテンシャル中の二次元原子格子の研究

近接場レーザー分光は,自由空間の伝搬光では得られない特徴をもつ,原子の運動や状態を2次元的に制御し操作する新しい手法をもたらす可能性をもつ.これは,光近接場が光と物質の結合モードであるという性質によりもたらされる.本研究では,誘電体表面近傍に発生するエバネッセント波の作る,光学ポテンシャルにおいて2次元のレーザー冷却原子の格子を創製し,光と原子の相互作用における,広い意味での共振器量子電気力学効果としての,新奇な量子光学現象を探究することを提唱し,このために,必要とされる基本的な近接揚分光技術の開発と,光近接場における光子と原子の相互作用の量子力学的側面を研究する基礎となる,量子光学理論の構築を行った.本研究では,特に交差して伝搬するエバネッセント波の重ね合せで発生する,局所的な回転電場を原子のスピン状態制御に利用できる,新しい光近接場光ポンピングを提唱し,実験的にそのような局所回転電場が存在することを,微小誘電体プローブによる散乱実験によりはじめて明らかにした.この過程で,安定にそのような回転電場パターンを発生できる光学系と,微小誘電体球プローブおよび先鋭化光ファイバープローブ,および冷却CCDカメラを応用した散乱光の超高感度偏光分析装置を開発した.誘電体表面近傍での原子のスピン状態観測を行う手法として,エバネッセント波を用いた,スピン選択的共鳴2光子イオン化分光法を確立し,さまざまな改良によって,Cs-D_2線における10カウントレベルの分光計測に成功した.この技術を,蛍光面付きマイクロチャンネルプレートおよび冷却CCDカメラからなる,イオン化顕微鏡に拡張し,予備実験において,Cs-D_2線の超微細構造の顕微観測と分光計測の両立に成功した.理論的基盤として,本研究で導入した検出器モードに基づいて,エバネッセント波を含む,近接電磁場の第二量子化理論を確立し,これを応用して,任意の次数の励起多重極子の放射特性の解析を行い,一般化された共振器量子電気力学効果を明らかにした.近接場レーザー分光は,自由空間の伝搬光では得られない特徴をもつ,原子の運動や状態を2次元的に制御し操作する新しい手法をもたらす可能性をもつ.これは,光近接場が光と物質の結合モードであるという性質によりもたらされる.本研究では,誘電体表面近傍に発生するエバネッセント波の作る,光学ポテンシャルにおいて2次元のレーザー冷却原子の格子を創製し,光と原子の相互作用における,広い意味での共振器量子電気力学効果としての,新奇な量子光学現象を探究することを提唱し,このために,必要とされる基本的な近接揚分光技術の開発と,光近接場における光子と原子の相互作用の量子力学的側面を研究する基礎となる,量子光学理論の構築を行った.本研究では,特に交差して伝搬するエバネッセント波の重ね合せで発生する,局所的な回転電場を原子のスピン状態制御に利用できる,新しい光近接場光ポンピングを提唱し,実験的にそのような局所回転電場が存在することを,微小誘電体プローブによる散乱実験によりはじめて明らかにした.この過程で,安定にそのような回転電場パターンを発生できる光学系と,微小誘電体球プローブおよび先鋭化光ファイバープローブ,および冷却CCDカメラを応用した散乱光の超高感度偏光分析装置を開発した.誘電体表面近傍での原子のスピン状態観測を行う手法として,エバネッセント波を用いた,スピン選択的共鳴2光子イオン化分光法を確立し,さまざまな改良によって,Cs-D_2線における10カウントレベルの分光計測に成功した.この技術を,蛍光面付きマイクロチャンネルプレートおよび冷却CCDカメラからなる,イオン化顕微鏡に拡張し,予備実験において,Cs-D_2線の超微細構造の顕微観測と分光計測の両立に成功した.理論的基盤として,本研究で導入した検出器モードに基づいて,エバネッセント波を含む,近接電磁場の第二量子化理論を確立し,これを応用して,任意の次数の励起多重極子の放射特性の解析を行い,一般化された共振器量子電気力学効果を明らかにした.誘電体表面へのレーザー入射で作る定在エバネッセント波を重ね合せ,冷却原子団の2次元格子状配列を作り出すことのできる,双極子力表面ポテンシャル格子に関する研究を目的とし,超高真空下での冷却Cs原子散乱実験装置の開発を行うとともに,誘電体表面近傍での原子と光の共鳴相互作用の量子論的考察を進めた。双極子力表面ポテンシャル格子発生の基礎技術を開発するため,現有の超高真空排気装置に小型補助チェンバーを設置し,原子源および観測系に対して微調整のできる変形プリズムをもち,温度変動などの外乱に対し安定な定在エバネッセント波発生の光学系構築を押し進めた。光学系が電磁場の減衰によって半空間に対して開かれていることによる現象の直接測定の容易性を活用した観測系として,散乱原子の運動変化の高分解測定系および二次元原子配列観測系の研究を押し進め,光近接場共鳴2光子イオン化および位置分解イオンカウンティング系の改良を行った。これと並行して,定在エバネッセント波と原子相互作用の素過程を調べ,自然放出波長より間隔の狭い二次元原子格子の振る舞いの理論的研究を進めた。特に,エバネッセント波によるポテンシャル格子の特徴である,伝播ベクトルと直交する強度勾配,互いに直交する擬運動量・擬角運動量を用いたトラップの制御性などを,場の量子理論で取り扱うための基盤として,これまで開発に取り組んできた検出器モードのエバネッセント波の量子化を発展させ,近接場多重局放射による自然放出寿命変化などを定量的に評価した。

これに基づき,自然放出光の波長以下の間隔に並べられた励起原子団のフォトン場を介しての量子的振る舞いなど,真空中の冷却原子格子とは異なる系での量子光学効果の検討を進めている。定在エバネッセント波の重ね合せによる,冷却原子団の2次元格子状配列創出する基礎技術の開発を目的とし,双極子力表面ボテンシャル格子に関する理論実験両面からの研究を行った.今年度は,伝搬光では得られない電磁場の擬運動量・擬角運動量を利用した制御性と,半空間に対して開かれた系による直接測定の容易さを生かすことのできる光学系開発と,真空中の冷却原子格子とは異なる近接場フォトンとの相互作用理論の構築を行った.超高真空下でのCs原子線散乱実験装置においては,電子増倍管とイオンカウンティング装置を用いた,エバネッセント波光イオン化分光法におけるの感度を,主として散乱光の除去により飛躍的に高めることに成功し,磁気光学トラップで捕獲された原子団を用いた散乱実験が可能となった.あわせて定在エバネッセント発生のための光学系を改良し,光軸を平面内に揃えゼロデュアガラス上に構築するとともに,マイケルソン干渉系を作り付けることによって光路差の検出を行い,定在波の空間的配置の安定化が可能となった.この光学系と本研究で新しく開発した微小誘電体球プローブを用いて,初めて合成エバネッセント波の局所的円偏光の観測にも成功し,擬角運動量による原子の制御性を明らかにすることに成功した.現在,蛍光面型マイクロチャンネルプレートと,冷却CCDカメラによる位置分解イオン検出装置とを組み合わせ,二次元原子ポテンシャル格子との相互作用の検出系を完成しつつある.これと並行して,本研究で開発した検出器モードに基づくエバネッセント波の第二量子化理論を発展させ,自然放出寿命の角運動量依存性を研究した.誘電体表面における定在エバネッセント波の重ね合わせによる双極子ポテンシャルを用いた,冷却原子の2次元格子状配列を創出する基礎技術の開発を目的とし,最終年度は,共鳴光波長以下の距離の表面近傍で,アルカリ原子の光ポンピングとスピン偏極を可能にする,エバネッセント波の合成による局所的円偏光に相当する電磁場状態が作れることを初めて実験的に実証することに成功し,また,表面近傍での原子の振る舞いを観測するための基礎となる,超高感度で準位選択しかつ位置分解検出できる共鳴光イオン化顕微スペクトロスコピーの基礎実験に成功した.併せて,表面近傍での原子の量子光学過程を取り扱うために有用な,新しい検出器モードでの量子光学理論を展開し,原子の放射寿命や遷移の選択則を評価するとともに,これを励起のトンネル過程としてとらえ,光近接場における原子の運動制御の性質を研究する基礎を固めた.局所回転電場分布は,微小球プローブおよび金属コート光ファイバープローブを用い,冷却CCDカメラを利用した超光感度検出器を改良することにより,局所的な散乱光の偏光が理論予測どおりにストライプ構造をもつことで観測した.さらに微小電極探針とマイクロチャンネルプレートによる静電レンズ系を持つ,共鳴イオン化顕微鏡システムを構築し,その動作を予備実験で確認し,準位選択的な原子分布の顕微スペクトロスコピーができることを確認した.これらのシステムを冷却原子団散乱系と組み合わせる実験系もほぼ完成に近付き,今後理論実験両面から原子の低次元量子系における諸性質を解明する.
極小流における横断的ディスタル性

本研究では,3次元多様体にどのくらいの種類の極小流が入るかという問題について研究しました.はじめに,横断的接ディスタル流を定義しました.従来,接ディスタル流は接空間全体についてのディスタル性を考えていました.しかし,これでは多様体の幾何構造に強い制約が加わります.横断的接ディスタル流では,流に対して垂直な方向しか考慮しないため,流の位相的性質だけを見ることができます.また,接ディスタル流について,時間変換普遍性を示しました.力学系理論では,流を軌道の集まりと考えます.従って,ディスタル性のように時間変換に依存する概念は,軌道の位相的性質を考える上で障害を生じます.この点で,横断的接ディスタル流はディスタル流を進化させたものであるといえます.次に,横断的ディスタル流の例を調べ,ホロサイクル流と放物型同型の懸垂流が横断的ディスタルになることを示しました.これにより,現在知られている2階微分可能極小流の例がすべて横断的ディスタル流であることがわかりました.3次元多様体の極小流の知られている例を全て含んでいる点と時間変換によらない点で,横断的ディスタル流は極小流の研究において重要な意味が見込まれます.最後に,横断的ディスタル流の定性的な特徴付けを行い,伸びない方向を集めてできる集合が位相的にバンドルになることを示しました.このバンドルが微分可能であれば流が葉層構造に接します.従って,特に3次元球面にそのような横断的ディスタル流が存在しないことを示せます.これはファーステンバーグの定理の横断的接ディスタル版を証明したことになります.本研究では,3次元多様体にどのくらいの種類の極小流が入るかという問題について研究しました.はじめに,横断的接ディスタル流を定義しました.従来,接ディスタル流は接空間全体についてのディスタル性を考えていました.しかし,これでは多様体の幾何構造に強い制約が加わります.横断的接ディスタル流では,流に対して垂直な方向しか考慮しないため,流の位相的性質だけを見ることができます.また,接ディスタル流について,時間変換普遍性を示しました.力学系理論では,流を軌道の集まりと考えます.従って,ディスタル性のように時間変換に依存する概念は,軌道の位相的性質を考える上で障害を生じます.この点で,横断的接ディスタル流はディスタル流を進化させたものであるといえます.次に,横断的ディスタル流の例を調べ,ホロサイクル流と放物型同型の懸垂流が横断的ディスタルになることを示しました.これにより,現在知られている2階微分可能極小流の例がすべて横断的ディスタル流であることがわかりました.3次元多様体の極小流の知られている例を全て含んでいる点と時間変換によらない点で,横断的ディスタル流は極小流の研究において重要な意味が見込まれます.最後に,横断的ディスタル流の定性的な特徴付けを行い,伸びない方向を集めてできる集合が位相的にバンドルになることを示しました.このバンドルが微分可能であれば流が葉層構造に接します.従って,特に3次元球面にそのような横断的ディスタル流が存在しないことを示せます.これはファーステンバーグの定理の横断的接ディスタル版を証明したことになります.
タンパク質(コンカナバリンA)の結晶成長過程の動的研究

タンパク質の良質単結晶育成の物理化学的基礎を築くために、これまで主にリゾチームというタンパク質について得られた結晶成長学的知見を他のタンパク質に拡張することを目的とした。今回の助成期間中には、コンカナバリンAをモデルタンパク質とし、以下14)の成果を得た。また、二光束干渉法を応用することにより、5)の手法を開発した。1)ファセットの張ったコンカナバリンA結晶を再現性良く作成するための、結晶化条件および結晶化操作を確立できた。2)コンカナバリンA結晶の格子定数を測定し、各結晶面の指数を決定したところ,コンカナバリンA結晶は(nln)面(n=711)という特異な面を持つことを初めて明らかにした。この(nln)面は面全体がマクロに見て一つの傾きを持つ微斜面であり、タンパク質結晶はもちろん低分子結晶においてもまだ観察されていない非常に特異な結晶面である。3)結晶中でのコンカナバリンAの分子配列を元に、結晶表面上のステップへのコンカナバリンA分子の取り込み過程を考察したところ、コンカナバリンA分子回転拡散を律速過程とするモデルで(nln)面の生成理由を説明できた。4)(nln)面の面成長速度Rを種々の過飽和度σにおいて測定し、Rのσ依存性を種々の結晶成長モデルで解析した。Rとσの関係は、低過飽和度ではらせん成長モデルで、高過飽和度では付着成長モデルで最も良く説明できた。上記24)の結果はリゾチームについてのこれまでの知見とは異なり、タンパク質分子の特性が結晶成長過程に大きな影響を及ぼすことが示唆された。その詳細については今後の課題である。5)二光束干渉法を応用して、タンパク質結晶の溶解度測定のための新規な手法を開発した。本手法を用いると、リゾチーム結晶の溶解度を、少量のサンプル(66μL)で2時間以内に決定できた。本手法が必要とするサンプル量は従来法とほぼ同じであるが、溶解度決定に要する時間は従来法の1/41/12であり、タンパク質結晶の溶解度測定の飛躍的な高速化に成功した。