hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
集積化化学システムのための多機能型弾性表面波アクチュエーターの提案

近年、試薬が少なく処理時間が短い等の利点より集積化化学システム(μTAS)が注目され、構造が簡単な弾性表面波(SAW)アクチュエーターの研究がされている。そこで、我々は連続流体用のSAWアクチュエーターを最適化するため、櫛歯電極(IDT)形状と流体駆動の関係を実験により調べた。その結果、液体の粘度によって最適なIDTピッチが異なることが明らかになった。次に、高効率SAWアクチュエーターの設計支援のため、粒子法を用いた数値解析によりSAWによる連続流体駆動の物理メカニズムを調べた。この結果、SAWによる流体駆動は流体の粘性および波打った基板面と流体の相互作用に影響され、SAWの持つエネルギーによって生じていることが証明された。最後に、これら実験と解析結果を基にして、高効率の2液混合化学反応チップを設計し製作した。そして、このチップを用いることにより、局部的で迅速な化学反応が行われていることが確認できた。弾性表面波(SAW)デバイスは構造が簡単なため、複数の小型デバイスを集積化する微小化学分析システム(μTAS : Micro Total Analysis System)の有望な要素部品として期待が持てる。そこで、我々は新規の流体アクチュエーターを提案し、液滴駆動しかできなかったSAWアクチュエーターを連続流体の駆動への適応を可能とした。しかし、現状においては、SAW流体アクチュエーターの最適設計化までは至っていない。そこで、平成21年度は、SAWと流体との物理的な相互作用に焦点を当てて、SAWを発生させる櫛歯電極(IDT : Interdigital transducer)の形状等をパラメーターにした流体駆動の実験データの収集し、そのデータを基に弾性力学と流体力学等を駆使して数値解析に用いるSAWの液体駆動モデルについて検討した。実験においては、IDTの対数は駆動開始電力とは関係なく、IDTピッチのみにそれが関係することがわかった。ちなみに、水においては200μmのIDTピッチにおいて、最も効率良く流体を移動できることがわかった。これら実験データから、弾性表面波による流体駆動の様子を計算する方法として、界面の大変形や衝突時に発生する飛沫をも網羅できることから有限要素法ではなく粒子法を用いることに決定した。具体的には、弾性体表面に乗せた水滴の挙動を弾性体表面形状を変化させ水に分子間力と重力を与えて計算するモデルを使用することにした。このモデルを用いた数値解析については次年度に行う予定である。弾性表面波(SAW)デバイスは構造が簡単なため、複数の小型デバイスを集積化する微小化学分析システム(μTAS)の有望な要素部品として期待が持てる。そこで、平成21年度は、SAWと流体との物理的な相互作用に焦点を当てて、SAWを発生させる櫛歯電極(IDT)の形状等をパラメーターにした流体駆動の実験データの収集し、そのデータを基に弾性力学と流体力学等を駆使して数値解析に用いるSAWの液体駆動モデルについて検討した。その結果、実験においては、IDTの対数は駆動開始電力とは関係なく、IDTピッチのみにそれが関係することがわかった。これら実験データから、弾性表面波による流体駆動の様子を計算する方法として、界面の大変形や衝突時に発生する飛沫をも網羅できることから有限要素法ではなく粒子法を用いることに決定し、簡単なシュミレーションを行い、良好な結果を得る可能性があることがわかった。今年(平成22年)度は、この粒子法によるシュミレーションの精度を上げるために、レーザードップラー振動計によりSAWの振幅を測定し、それとIDTへの供給電力と関係およびSAWの伝播の様子を調べた。その結果、供給電力を増加させるとSAWの振幅もほぼ線形的に増加することがわかった。また、SAWの伝播の様子から、圧電基板の結晶方位により発生するSAWの物理的特性が異なることもわかった。最終年(平成23年)度は、SAWによる流体駆動実験を行い、SAWと流体との練成のシュミレーションを完成させる予定である。SAWと流体が相互作用すると、流体が振動、流動、飛散する現象が起こることが実験により確認されている。

そこで、飛散現象が存在することから計算する空間領域を限定しない粒子法を用い、これら3つのSAWによる流体駆動現象の物理メカニズムを解明するため、Lennard-Jones potentialを用いた粘性流体モデルによる数値計算を行った。その結果、実験結果と同じく、3つのSAWによる流体駆動現象のモードが得られた。具体的には、流体の粘性が並進方向のポテンシャルを上回る場合は流体が流動せず振動のみのモードになり、並進方向のポテンシャルが上回った場合は流動現象がみられることがわかった。更に、SAWによるエネルギーが粒子間相互作用ポテンシャルを超える場合は、飛散現象がみられることもわかった。以上より、3つの駆動モードは流体の粘性、SAWの持つエネルギー、流体と壁面の相互作用に起因した現象であることが証明され、本粘性流体モデルにより物理メカニズムが解明された。この解析結果と実験結果を基に、駆動源をSAWのみとする連続流体用の2液混合化学反応チップを設計・作製した。このチップでは、SAWで駆動する2つのポンプと1つの混合器、およびY型流路で構成される。2つのSAWポンプは合流前の流路にそれぞれ配置し、SAW混合器は合流後の流路に配置した。そして、このチップを用いて、ルミノール反応による化学実験を行い、その時の様子を高感度カメラで撮影した。その結果、ルミノール反応の発光状態より、SAWを用いることで連続流体の局部的で迅速な化学反応が行われ、本混合チップのリアクターとしての有用性が明らかになった。
「事実上の国際政府」論の再検討

本年度も、引き続き、基本的資料の収集・読解に重点を置いた。初年度の報告書でも述べたように、この作業については、短期聞で明確な成果を生むことを期待するよりも、精密にテキストを読み進む作業を続けるほかないと考えられる。また、初年度からの継続的作業として、国際政治学・国際関係論、さらには哲学・政治思想の観点から「世界帝国」を扱った文献の読解も試みた。「事実上の国際政府」概念は、ヨーロッパ協調に起源を持ち、ウィーン会議(1814-1815)、パリ会議(1856)、ベルリン会議(1878)などの会議外交を経て、第一次世界大戦・第二次世界大戦の戦後処理過程においてより明確に現れることとなった。とりわけ、このような実行についてある程度の理論化が図られたのは第一次世界大戦・第二次世界大戦の戦後処理の過程においてであるため、第二次世界大戦の戦後処理過程の分析は重要である。この点、本年度は、2ヵ月の短期在外研究の機会を得たため、フランス外務省外交史料館において、第二次世界大戦の戦後処理過程において「大国」が果たした役割について、大量の一次史料を渉猟する機会を得ることができた。これら研究の成果は、残念ながら最終年度である今年度内に発表することはできなかった。しかし、来年度の前半にはある程度まとまった形でフランス語で発表する論考に本研究の成果を示すことにしており、現在、フランス語の校閲と校正の過程にある。本年度は、基本的な文献資料の収集・読解に重点を置いた。「事実上の国際政府」という概念については、それに触れる文献は少なからず存在するものの、これを包括的に論じたものはほとんどない。したがって、19世紀来刊行された主たる体系書をまずは時系列的に丁寧に読み進める作業によるほかなく、当初から予期されたことではあるが、この一年で何らかの明確な展望が得られるには至っていない。しかしながら、このような地道な方法以外に手段はないものと思われるため、来年度もそれを継続して少しでも進捗させるよう努力する。上記の作業に並行して、逆に、21世紀の今の時点から時代を遡る作業も行っている。とりわけ9.11後のアメリカ合衆国の一方的行動への傾斜から、「唯一の超大国・派遣国・世界帝国としてのアメリカ合衆国」についての検討が国際法の分野においてもなされるようになっており、そのような研究がどのような視点に基盤を置きつつなされているかを理解することによって、上記の歴史研究をより現代にrelevantなものにすることができると考えている。本年度も、昨年度に引き続き、基本的資料の収集・読解に重点を置いた。昨年度に19世紀に刊行された基本的な体系書を丁寧に読む作業に取り組んだことを受け、今年度は、その作業と継続すると共に、20世紀に刊行された文献も読み進むようにした。昨年度の報告書でも述べたように、この作業が短期間で明確な成果を生むことは当初から期待しておらず、精密にテキストを読み進む作業を続けるほかない。このように、先の見えない作業であるため、方向性を見失ってしまったり、あるいは自己満足的に古典を読むに終わってしまうことが危惧される。そこで、古典的文献を読む作業と並行して、ごく最近の事例で「事実上の国際政府」論と関連するであろう問題を含むものを採り上げ、国家実行の分析を行うと共に、それが生ぜしめた"le pouvoir dedernier mot"あるいは"the right of last resort"概念について、理論的な検討を加えた。また、これも昨年度に引き続いて、国際政治学・国際関係論、さらには哲学・政治思想の観点から「世界帝国」を扱った文献も渉猟している。イラク戦争以来よく見られる議論であるが、それに限らず、世界史的観点から問題を扱った文献を読み、国際法の歴史研究をする上で何らかの方向性をつかむ手がかりを得ようと努力している。
可換 Banach 環及び Banach modules の分類とその応用

擬位相と呼ばれる新しい概念を導入する事によって、これまでに4つのクラス分けに成功して来た。このクラス分けにより、井上純治名誉教授の協力を得て、Prof. H. Reiterによる局所コンパクト可換群上のSegal環を一般の可換Banach環の場合に拡張した抽象Segal環や局所A-関数によって導かれる新しいSegal環のBSE-性及びBED-性を明らかにした。更に応用面では半単純可換Banach環によって構成されてLau環の乗作用素の決定問題、Ulam型安定性に関するある種の安定問題、凸関数に関するある種の不等式の分野及び実数上の位相半群構造の分野で幾つかの成果を上げている。本研究はGelfand変換像及びHelgason-Wang変換像を特徴付ける事により、可換Banach環の分類を行い、その本質を探る事が主目的であった。実際これらの特徴付け問題から可換Banach環を4つのクラスに分類したのであるが、我々はこの分類に関連し、主として応用面で以下の実績をあげた。一つは新潟大教授三浦毅氏等の協力を得て、Banach空間に値を取るある種の線形微分方程式がHyers-Ulam安定性を持つ為の必要十分条件を与えた。またその応用として、定数係数の線形微分方程式がHyers-Ulam安定性を持つ為には、その特性方程式の任意の解の実部が常に零でない事が必要十分である事を示した。一つは放送大学の中筋康夫氏の協力を得て、可換位相半群から他の可換順序位相半群への連続な凸関数に関する有限型Jensen不等式を得た。その応用として、ある種の平均不等式の細分を得た。これは凸解析の分野で更なる発展が期待される。また一昨年の国際会議で半単純可換Banach環の分類に関する講演を行い、そのProceedingsが最近刊行された。それをもとに、ある種のイデアル環を中心にこの方面の分類問題の進展を図っている。これらの結果はしかるべきジャーナルに掲載された。詳細は研究発表の欄を参照されたい。本研究はGelfand変換像及びHelgason-Wang変換像を特徴付ける事により、可換Banach環の分類を行い、その本質を探る事及びその応用が目的であった。実際これらの特徴付け問題から可換Banach環を4つのクラスに分類したのであるが、我々はこの分類に関連し、主としてSegal環の調査及び応用面で以下の実績をあげた。一つは米子高専助教古清水大直氏等の協力を得て、ある種の関数空間の間の実線形等距離写像は、ある種の分離条件のもとで、絶対値1の連続関数と位相写像によって表現される事を示した。またこの分離条件を外すと表現定理が成り立たない事も示した。一つは北大名誉教授井上純治氏の協力を得て、H. Reiterによる可換群環のSegal環を一般の可換Banach環の場合に拡張し、その代数的性質を調査した。更に局所A-関数によって導かれる新しいSegal環を構成しそのBSE-性及びBED-性を調査した。一つは新潟大学教授三浦毅氏等の協力を得て、2項演算に関するalternative準同型写像を導入しそのUlam型安定性問題を調査した。得られた結果は幾つかの重要な関数方程式に関するUlam型安定性問題に適用された。一つは放送大学在籍の中筋康夫氏の協力を得て、実数の区間上の狭義単調連続関数の作るある種の商空間に順序を導入し、その商空間上で定義された新しい平均関数が順序を保存する事を示した。更にこの新平均関数を用いて、負の荷重を持つJensen型不等式を導いた。一つは、通常の位相と順序を持つ実数全体Rにそれらと両立する半群構造を入れたとき、Rのある種の開区間はアルキメデス群になり、それは加法群Rに同型である事を示した。これはC. R. Storeyとは異なる手法を用いている。実際これらの特徴付け問題から可換Banach環を4つのクラスに分類したのであるが、我々はこの分類に関連し、主として応用面で主に以下の実績をあげた。一つは信州大学教授高木啓行氏等の協力を得て、半単純可換Banach環が構成するLau環の乗作用素(multiplier)の特徴付けをもとのBanach環の乗作用素の言葉で与えた。またその応用として、I型Banach環のLau環への遺伝性と可換C*-環と同型でないI型Banach環を調査した。更にLau環に関連したBSE性及びBED性が考察された。一つは分担者と共に実数体または複素数体上の連続な分数演算を通常の分数で完全に記述した。更に複素数体の場合は、その上の分数演算の同値類全体に自然な位相が入りその位相空間は単位閉円板に同相である事を示した。一つは米国Tulsa大学のM. D. Riva氏の協力を得て、任意の半群とその上の非自明な自己準同型写像が与えられたとき、その半群を含むより大きな半群への準同型拡大が消滅元を考慮する事によって調査された。またいくつかの興味ある例が示された。

一つは分担者と共に実数区間上のアルキメデス位相半群を調査し、ある種の実関数を用いてそれらの完全分類を与えた。またそれらの分類は非可算無限個あることを構成的に示した。これはR. C. Ricciとは異なる手法を用いている。一つは新潟大学教授三浦毅氏、放送大学の安部清司氏等の協力を得て、R及びR2上のある種の半群演算が通常の和や積と分配律で結ばれる為の必要十分条件を与えた。これらの結果は学会その他で講演した。更にしかるべきジャーナルに掲載されたかまたは投稿中のものである。詳細は研究発表の欄を参照されたい。擬位相と呼ばれる新しい概念を導入する事によって、これまでに4つのクラス分けに成功して来た。このクラス分けにより、井上純治名誉教授の協力を得て、Prof. H. Reiterによる局所コンパクト可換群上のSegal環を一般の可換Banach環の場合に拡張した抽象Segal環や局所A-関数によって導かれる新しいSegal環のBSE-性及びBED-性を明らかにした。更に応用面では半単純可換Banach環によって構成されてLau環の乗作用素の決定問題、Ulam型安定性に関するある種の安定問題、凸関数に関するある種の不等式の分野及び実数上の位相半群構造の分野で幾つかの成果を上げている。自然な擬位相の構成に関する研究や新しいSegal環の構成が進展していないため当初の計画よりやや遅れている。しかしながら可換Banach環の分類に関連して、安定性問題や不等式問題、また関連した半群構造の分類問題の解明はやや進展している。数物系科学1. Doss型の定理を満たす可換Banach環の研究を進める。3. Ulam安定性問題、抽象Jensen型不等式の調査及び実数上の連続半群の構造の調査を進める。1.自然な擬位相の構成に関する研究が進展していないため。2.可換Banach環の分類に関連して安定性問題や不等式問題の解明はやや進展している。研究打ち合わせのための出張が、当初予定していた回数より減ってしまったため。1. Doss型の定理を満たす可換Banach環の研究を進める。2. Ulam安定性問題及び抽象Jensen型不等式の調査を進める。研究打ち合わせ他、調査のための旅費や研究推進のためのパソコンおよび図書の購入に当てる。研究会等が少なく出張をあまりしなかったため。当初の計画通り研究打合せや、調査等のための旅費のほか、書籍やパソコン等の器具購入に当てる。
口腔細菌が形成した病原性バイオフィルムの効果的破壊法の提示と臨床応用

1)ヒト歯垢の酸素耐性ヒトの歯垢中の細菌がどの程度の割合で生存し、バイオフィルムの状態でどの程度酸素耐性を持つかを共焦点レーザー顕微鏡を用いて検討した。口腔内から陳旧性の歯垢を採取し、浮遊菌の状態と塊のままの状態(バイオフィルム)の2群に分け、さらに好気、嫌気保存により24時間後の生菌死菌の割合を算出した。その結果、採取時歯垢中の細菌は15%が死菌であり、バイオフィルムの状態で24時間好気および嫌気保存したものの死菌数も同程度で有意差はないが、浮遊菌の状態で好気保存したものは約50%が死菌となった。バイオフィルムの状態で生存することにより酸素に対する耐性を高めていることを示唆している。2)口腔細菌叢内での細菌の生死口腔内各部位に形成された細菌叢における生菌死菌の割合を比較することを目的として新生歯垢(付着後3日経過)、陳旧性歯垢、舌垢、唾液に形成された歯垢の生菌率を検討した。その結果、陳旧性歯垢は80%が生菌であり、新生プラークは50%程度が生菌であった。生菌の割合は、陳旧性>新生>舌垢後方>舌垢前方>唾液の順に低かった。新生プラークはむしろ生菌の割合が低く、成熟し厚みがある場合により生菌率が高いことが示唆された。口腔内の嫌気性菌がバイオフィルム構造によって保護されている可能性が高いと思われる。3)口腔ケアとしてのホームブリーチング10%過酸化尿素ジェルとフッ化ナトリウムと塩酸クロルヘキシジンが配合されたジェルコートFによるホームブリーチングの口腔内殺菌効果およびバイオフィルムの付着抑制効果を検討した。その結果、個々の薬効は軽微であるがトータルでのう蝕リスクを抑制する効果が期待でき、口腔衛生状態を改善する一助となる可能性を示唆した。4)ニッケルチタンファイルの湾曲根管に対する切削特性ニッケルチタンファイルの使用による有益性が報告されているが、その各種ファイルの切削特性を検討した。In vivoにおいて細菌は生体自身やカテーテルなどの医療材料に付着、定着し、glycocalyxと呼ばれる菌体外多糖を産生しbiofilmを形成することにより菌単独の場合よりもはるかに抵抗性を獲得する。そのため、in vitroにおいて十分な殺菌力が認められる抗菌剤を用いてもしばしば再燃を繰り返し難治化することが問題となっている。本実験は偏性嫌気性菌がbiofilmを形成することにより酸素に対してどの程度抵抗性を獲得するかを検討した。少量の液体培地が細菌叢に供給されるよう工夫した人工biofilm modelを作製し、難治性根尖病巣からしばしば検出されるPeptostreptococcus anaerobiusを嫌気グローブボックス中でTSB培地を供給しながら培養し細菌ろ過膜上にバイオフィルムを形成させた。バイオフィルム形成後TSB培地をリン酸緩衝液で置き換え、好気条件下で大気への被爆による細菌の生死を蛍光染色し共焦点レーザー顕微鏡を用いて解析したところ以下の結果を得た。a)Peptostreptococcus anaerobiusを始めとする偏性嫌気性菌の一部の菌は生体活性により蛍光を発する蛍光色素(SYTO9)で染色されない。そのため本実験ではPIと位相差像を組み合わせて生存率の判定を行った。b)24h後の酸素耐性(生存)率は、biofilmにおいて96.2%、floating bacteriaにおいて66%であった。このことはPeptostreptococcus anaerobius biofilmは、高い酸素耐性をもち、また難治性根尖病巣において多くの細菌はbiofilmを形成することで抵抗性を亢進するため現在広く行われている根管治療法では除菌されない症例が存在する可能性があり、効果的な破壊法をin vitro, vivoを通じて確立、応用することが必要である。3)口腔ケアとしてのホームブリーチング10%

過酸化尿素ジェルとフッ化ナトリウムと塩酸クロルヘキシジンが配合されたジェルコートFによるホームブリーチングの口腔内殺菌効果およびバイオフィルムの付着抑制効果を検討した。その結果、個々の薬効は軽微であるがトータルでのう蝕リスクを抑制する効果が期待でき、口腔衛生状態を改善する一助となる可能性を示唆した。4)ニッケルチタンファイルの湾曲根管に対する切削特性ニッケルチタンファイルの使用による有益性が報告されているが、その各種ファイルの切削特性を検討した。
戦中政治史の研究―陸海軍を中心に―

本年度の研究成果の一つとして、「昭和十八年九月三十日の御前会議-国策と戦争指導の相剋-(附)オーストラリア国立戦争記念館所蔵、草鹿任一日誌」(『東京大学日本史学研究室紀要』第8号2004年3月)が挙げられる。従来、昭和十八年九月三十日の御前会議で決定した絶対国防圏については、陸軍と海軍の対立で語られることが多かった。そこで、陸海軍内部の上下対立や、中央と現地軍との対立に注目し、絶対国防圏の設定が日本の国家戦略上どのような意味を持っていたのかを明らかにした。それは、軍事的にみれば、ラバウルに地上部隊を投入するのと同時に、ラバウルを放棄するという矛盾に満ちた非情な決定であった。後方の防備を固めるためには、ラバウルで出来るだけ長く「持久」する捨て石部隊が必要であった。一方、政治的にみれば、絶対国防圏の設定によって陸海軍内部に亀裂が生じ、その結果、陸海軍大臣の統帥部長就任と、海軍中堅層の海相更迭運動とが発生した。そして、両者は、東条内閣総辞職の原因となる。オーストラリア国立戦争記念館に所蔵されている南東方面艦隊司令長官兼第十一航空艦隊司令長官草鹿任一中将日誌の一部の活字化も行った。草鹿は、ラバウルを中心とするソロモン方面の海軍作戦の最高責任者であり、現地軍の史料としてきわめて貴重である。本資料は、連合軍が戦後、草鹿より没収したため、国立戦争記念館に残されている。太平洋戦争においては制空権が重要な意味を持ち、その点では小さな島々の持っていた価値はきわめて高かった。これらは、航空機の発進基地となったのである。太平洋戦争は、いわば、飛行場の争奪戦であったといえる。小さな島々の陥落は、軍事的にも政治的にも大きな衝撃を国内政治に与え、国内体制の崩壊速度を加速させていったのである。戦争末期の政治史は、継戦派と終戦派の対立として描かれることが多い。だが、終戦に重要な役割を果たした人物は、そのほとんどが陸海軍軍人であり、彼らの軍事面に対する関心はきわめて高かった。昭和天皇も例外ではない。戦局が悪化する中では、軍事的な見通しこそが、政治的な判断の基礎となるはずである。本年度の研究は、従来看過されがちだった軍事面に注目し、軍事的諸構想や対立を明らかにした。本年度の研究成果の一つとして、「遠藤三郎と終戦戦前から戦後へ(附)遠藤三郎関係史料目録」(『東京大学日本史学研究室紀要』第7号2003年3月)が挙げられる。遠藤三郎は軍需省航空兵器総局長官として、日本の国力と戦局とを知り得る軍人であった。そして、遠藤の分析を通じて、軍人の作戦思想と戦争終結に対する考え方との関係を明らかにした。また、狭山市立博物館が所蔵する遠藤三郎関係史料の整理を行い、日記を中心とした仮目録を作成し、紀要に公表した。総力戦の段階においては、国力をともなわない作戦は成立し得ない。また、陸軍と海軍では作戦思想が根本から異なる。必然的に、参謀本部、軍令部、陸軍省、海軍省の四者の間では摩擦が生じるのである。現在、陸相東条英機と海相嶋田繁太郎が、統帥部長を兼任したことをとりあげ、これらの対立がどのような政治的影響をもたらしたかを解明している。また、昭和天皇の軍事思想の解明も課題の一つである。国内を二分した政治対立においては、昭和天皇の発言は決定的な意味を持ち得た。今後は、昭和天皇の軍事思想が、沖縄戦や終戦の決定にどのような影響を与えていたのかを明らかにしていく予定である。

太平洋戦争は、いわば、飛行場の争奪戦であったといえる。小さな島々の陥落は、軍事的にも政治的にも大きな衝撃を国内政治に与え、国内体制の崩壊速度を加速させていったのである。
視覚イメージの復元に基づく三葉虫類の適応放散様式の解明

本研究は,複眼視覚と行動の関係性に基づいて,絶滅動物三葉虫類の適応放散様式を解き明かすことを目的としている.三葉虫類は,古生代に多様な形態バリエーションを獲得し,様々な海洋環境へ進出した節足動物である.中でも,コリネクソカス目に属する三葉虫種は,明確な体区分の分化が認められ,各体区分での機能的な特殊化がうかがえる.当該年度は,コリネクソカス目に属する三葉虫種エオブロンテウスを研究対象とした.本種は,極めて扁平な外骨格とうちわ状の大きな尾部をもつ.複眼は,片眼で水平方向300°を超える視野範囲を持ち,左右の複眼の視野範囲が重複する両眼視領域が生じている.複眼形態と,その独特の骨格形態の関係性を明らかにするために,視野前方,及び側方の視軸分布様式と,体サイズの異なる3個体の複眼形態の変化様式を検討した.複眼を構成する個眼の視軸の分布様式を計測した結果,視覚解像度の分布様式が視野前方と側方で大きく異なり,前方では仰角20°領域,側方では水平0°領域に解像度の高い領域が分布していた.つまり,本種は扁平な外骨格により海底面に極めて近い視点から水平線を高い解像度で見ており,前方領域では左右の複眼で仰角20°付近を高い解像度で両眼視していたこととなる.サイズの異なる複眼の微細形態を比較した結果,個眼の配列様式や形状に大きな変化はなかった.しかしながら,レンズサイズは背側領域を除き,直径120μmで抑制される傾向が観察された.これは,本種の複眼が成長を通して外界の光環境との整合性を図っていた可能性を示す重要な結果である.当該年度の研究によって,派生的な外骨格形態をもつ三葉虫種に高度な視覚が備わっていた可能性が示された.初年度に研究対象とした形態の異なる近縁種ステノパレイアや祖先種と視覚特性,骨格形態を比較検討することで,三葉虫種の適応放散様式の理解を深めることができると期待できる.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は複眼視覚と行動の関係性に基いて,絶滅動物三葉虫類の適応放散様式を解き明かすことを目的としている.当該年度は,複眼視覚特性の解明に必須となる試料の収集と計測機器の立ち上げに重点を置いて研究を遂行した.個眼の測定に必須となる測定機器は,光学顕微鏡と旋盤機器を基本とするシステムに,デジタル角度計や特注ステージを組み込むことで組み上げた.本装置の完成により,複眼表面に配列する個眼視軸の分布様式を特定し,複眼が取得していた視覚情報を復元することが可能となった.試料採集は8月1229日の期間に,スウェーデンのダーラナ,及びゴットランド島にて行い,研究対象種の4種: Remo-pleurides dalecarlicus, Eobronteus laticauda, Stenopareia oviformis, Encrinurus punctatusを主とする計7種の三葉虫複眼を採集した.複眼形態の大きく異なる4種を採集したことで,三葉虫類の視覚パターンを網羅的に捉えることが可能となった.当該年度は,上記の中から3種の三葉虫種の複眼について測定した.その中で,遊泳性三葉虫R. dalecarlicusでは,視野内に分布する高解像度領域を明らかにし,この領域が遊泳時の姿勢の感知を行うジャイロ機構と同様の働きをすると結論付けた.本成果は, 6月の日本古生物学会年会で優秀ポスター賞を受賞した.定住性三葉虫S. oviformisでは,全個眼視軸の分布様式を明らかにすることで,視野内解像度の分布様式を明らかにした.本種の視野水平斜め前方領域にスポット状の高解像度領域は,群れで定住生活を行う本種において,同種の形態やサイズの認識に優れる領域であることが示唆された.現生節足動物の複眼視覚特性と比較検討が可能となる高精度な情報を得た当該年度の研究成果は,化石生物の生命活動の理解を深めるといった古生物学の究極的目標に切り込んでいける素地を築いた重要な成果である.本研究は,複眼視覚と行動の関係性に基づいて,絶滅動物三葉虫類の適応放散様式を解き明かすことを目的としている.三葉虫類は,古生代に多様な形態バリエーションを獲得し,様々な海洋環境へ進出した節足動物である.中でも,コリネクソカス目に属する三葉虫種は,明確な体区分の分化が認められ,各体区分での機能的な特殊化がうかがえる.当該年度は,コリネクソカス目に属する三葉虫種エオブロンテウスを研究対象とした.本種は,極めて扁平な外骨格とうちわ状の大きな尾部をもつ.複眼は,片眼で水平方向300°を超える視野範囲を持ち,左右の複眼の視野範囲が重複する両眼視領域が生じている.複眼形態と,その独特の骨格形態の関係性を明らかにするために,視野前方,及び側方の視軸分布様式と,体サイズの異なる3個体の複眼形態の変化様式を検討した.複眼を構成する個眼の視軸の分布様式を計測した結果,視覚解像度の分布様式が視野前方と側方で大きく異なり,前方では仰角20°領域,側方では水平0°領域に解像度の高い領域が分布していた.

つまり,本種は扁平な外骨格により海底面に極めて近い視点から水平線を高い解像度で見ており,前方領域では左右の複眼で仰角20°付近を高い解像度で両眼視していたこととなる.サイズの異なる複眼の微細形態を比較した結果,個眼の配列様式や形状に大きな変化はなかった.しかしながら,レンズサイズは背側領域を除き,直径120μmで抑制される傾向が観察された.これは,本種の複眼が成長を通して外界の光環境との整合性を図っていた可能性を示す重要な結果である.当該年度の研究によって,派生的な外骨格形態をもつ三葉虫種に高度な視覚が備わっていた可能性が示された.初年度に研究対象とした形態の異なる近縁種ステノパレイアや祖先種と視覚特性,骨格形態を比較検討することで,三葉虫種の適応放散様式の理解を深めることができると期待できる.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。曲該年度は複眼視冤特性の解明に必須となる試科の収集と計測機器の立ち上げを予定していた.試料収集は,対象とする種の産出状況を予め把握していたため、計画通りに多数の良質な試料を揃えることができた.計測機器の立ち上げでは,異なる器具同士の位置合わせや組み合わせに,度々調整を要したために完成が予定より遅れてしまった.計測手法の確立も,予定外の予備作業が必要となるなど若干難航したが,当該年度中に完了した.したがって,研究計画は順調に進展しているといえる.次年度は,採集した複眼のデータ計測と論文執筆を重点に置き研究を遂行する.初年度に立ち上げた視軸測定器と,収集した試料を用いて各三葉虫複眼の視軸分布様式データを蓄積し,各種が備えていた視覚特性を解明する.まずは,初年度に全個眼の視軸計測が完了し,論文を執筆中であるStenopareia oviformisの研究成果を国際誌へ投稿する.その後,同所的に産出し,外骨格形態の対照的な三葉虫Eobronteus laticaudaの視軸分布様式を解明し, S. oviformisと比較検討することで,同環境における形態と行動様式の分化について議論する予定である.複眼の形態が大きく異なることで,視軸測定装置の微調整が必要となる問題については,初年度と同様に専用ステージを設計し,業者に特注することで解決を試みる.
事前対応型の修学指導支援システムの開発

これまで事後的な対応が主であった大学における修学指導について,学生の学習状況や,履修計画におけるリスク度などを分析することで,学生が単位を落としてしまう前に適切な指導を実現する事前対応型の修学指導支援システムの開発に取組んだ。現行カリキュラムを基に修学要件などをデータベース化し,それと学生の成績を用いて修学状況を分析し,教員に対してその学生への適切な指導をアドバイスする支援エージェントを開発した。大学等の高等教育機関において教育の質の向上が求められてきている。これに伴い、大学の教育プログラムはより厳格化し、落とした単位を留年せずに取り戻すことが不可能となるケースも多く発生する。そのような学生を自己責任で切り捨てるのは容易であるが、修学支援の観点から「何らかの手段」で「落とさせないようにする」ような支援が求められている。本研究では、学生の取得済単位と現時点での履修状況等を知識として持ち、履修計画の立案及び履修中の科目を修得できなかった場合のリスクを予測し、履修計画の再計画を行い、回避不能の可能性の警告等の対応や、現在履修している当該科目の担当教員に対して指導依頼を行う修学支援エージェントを開発する。これにより、学生自身が単位を落とす前に落とした場合に予想されるリスクを把握し、事前に的確な対応を取れる様な修学環境の実現を目指している。これまでの成果として、所属機関の現行システムにおける成績管理データベース及び科目情報データベースの仕様に合わせた同様の実験用データベースを実装し、さらに学則で定められる進級要件、卒業要件などのルールベースを実装した。そしてこれらの情報を用いて個々の学生の修学状態を把握し、適切なアドバイスを行う支援エージェントの開発を行った。具体的な機能として、(1)学生の単位取得状況等に基づき学生の修学状況を把握する機能、(2)修学状況に基づき、今後の修学計画を立案する機能、(3)現在履修中の科目を含めたリスク計算を行う機能について実装を行った。また、本支援エージェントの試験運用環境として学内Webネットワーク上で利用できるシステムとして利用インタフェースを開発し、評価実験を行う環境を整備した。これにより、学生自身が単位を落とす前に落とした場合に予想されるリスクを把握し、事前に的確な対応を取れる様な修学環境の実象を目指している。そして、実際の本学に所属する学生の成績情報を用いての運用実験を行い、進学要件判定業務及び、チュータ指導において本システムを用いた修学指導を行なった。その結果に基づき、インタフェースの再設計、出力する支援情報の検討、新たに求められる機能の分析などを行った。これまでの成果として、所属機関の現行システムと同等の実験用データベースを構築し、所属部局において教員・学生を被験者とした運用実験を実施した。その実験の結果を分析し、システムの問題点、効果について考察を行った。また、所属大学の学科再編に対応するために、組織の改編に柔軟に対応できるようなデータベースの再設計を実施した。さらに、本システムで構築したデータベースを利用した、修学支援情報の検索システムについても研究を進め、学生や教員が修学、修学指導を行なう上で有用なデータを柔軟に検索できるシステムについても検討を進めた。
相互作用論に基づく動態的・文脈的パーソナリティ検査法の開発

本研究では、相互作用論的なパーソナリティ理解を基盤に、測定技法として未整備な文脈的・動態的性格検査の開発を目的とした研究を行った。報告書では、アプローチの基盤となる動態的なパーソナリティ研究の最新の動向についてまとめを行うとともに、動態的検査法として、マウス・パラダイムを用いた5つの実証的研究の成果をまとめた。具体的には、刺激として文脈的に呈示される場面や関係性に対する接近-回避的心性を、マウスの動き、すなわち移動距離、焦点距離、移動スピード等の動態的指標を用いて把握しうる検査の開発をめざした。第一研究から第三研究では、複数の場面もしくは関係性を連続的に画面に呈示することにより文脈的な変化とみなし、場面および関係性系列間の動態的指標と自記式評定法の相関の相違を検討した。検査は、二重焦点と単一焦点の2つの様式で行い、妥当性の指標としてビッグ・ファイブ(基本性格5因子)との相関を検討した。結果として、動態的指標の個人内安定性が示されたが、文脈的な影響は明確に把握できなかった。動態的指標と自記式尺度との相関も一部で有意な結果が得られたものの、関連性は全般に低かった。そこで、第四研究、第五研究では、刺激への接近-回避の継時的変化という動態的側面に焦点をあわせ、汎用的な検査法の開発をめざす研究を行った。第四研究では、接近-回避的心性と関連が深いと考えられる欲求の測定指標として動態的指標を利用し、EPPSの測定項目をターゲット刺激として利用する二重焦点試行により、自記式尺度や経験サンプリング法により測定された日常的感情指標との相関を検討した。その結果、動態的指標と自記式尺度および感情指標の間に、比較的高い相関がみられた。さらにその様相には動態的指標の種類による相違もみられ、これらの指標による測定の妥当性・弁別性が確認された。また第五研究では、関係×場面での主観的充実感の動態的変化を測定l、自記式評価や感情指標との相関を検討し、同様に有効な測定技法となるとの結論を得た。本研究では、状況的要因として対人的相互作用における場面と関係性に注目しつつ、時系列性・潜在性を有する動態的(ダイナミック)なアプローチを基盤とする、人と状況の相互作用研究を行い、新たな視点を有するアセスメントツールの開発をめざす。本年度は、マウス・パラダイムを用いた「状況選択」「状況評価」のコヒアランス(首尾一貫性)を測定しうる作業検査ツール(動態的文脈対応検査法と仮称する)の開発を主目的とする予備的検討を行った。具体的には、辞書的な状況分類を参考に、試行的に8つの場面(場所)を抽出し、マウス・パラダイムのプログラムを試作したうえで実験的研究を行った。1)単一焦点試行:コンピュータの画面中央に直径約1cmの赤の二重円が呈示され、その上に30ポイントのゴシック体で場面が表示された。被験者は、それらの場面を次々と経験しているようにイメージしながら、親しみを感じるならマウスのカーソルを中心に近づけ、感じないなら中心から遠ざけるように求められた。場面の呈示時間は5秒で、最後の2秒についてブリンクさせた後、次の刺激が呈示された。2)二重焦点試行:中点をはさんで左右に直径約1cmの二重円を赤で表示し、それぞれの円の上に場面を表す言葉を呈示した。

被験者には、2つの場面を比較し、どちらにより親しみを感じるかによって適当だと判断する方向にカーソルを動かすこと、どちらにも親しみを感じられないなら双方からカーソルを遠ざけるよう教示した。呈示時間は5秒、ブリンク2秒とし、左右交互に刺激を変化させた。平行して、短縮版ビッグ・ファイブ尺度に回答を求め関連を検討した。データとして、カーソルの移動距離、次刺激呈示直前の座標、焦点からの距離、移動のスピード、移動距離の標準偏差、最大値、停留の長さ等の指標を算出した。単一焦点試行の結果は、測定結果の安定性を示したが、文脈的な影響は明確にならなかった。二重焦点試行の結果は、誘因が左右に移動する文脈では、誠実性や情緒安定性の高さが状況選択を慎重にさせる可能性を示した。また、系列ごとにみた焦点からの距離と性格評定の相関から、協調性の高い者が講義より雑踏、病院より図書館を好むこと、また、外向性の高い者は自宅より飲食店、図書館より雑踏を好むことなどが明らかになった。本研究では、状況的要因として対人的相互作用における場面と関係性に注目しつつ、時系列性・潜在性を有する動態的(ダイナミック)なアプローチを基盤とする、人と状況の相互作用研究を行い、新たな視点を有するアセスメントツールの開発をめざしている。本年度は、パーソナリティおよび社会心理学領域における関連文献を収集し、相互作用論的アプローチに関する理論的精緻化を図るとともに、昨年度に引き続きマウス・パラダイムを用いた「状況選択」「状況評価」のコヒアランス(首尾一貫性)を測定しうる作業検査ツール(動態的文脈対応検査法と仮称する)の開発を主目的とする研究を行った。昨年度は場面と文脈を中心に検討を進めたが、本年度は関係性と文脈を中心に検討を進めた。具体的には、辞書的研究を基盤に抽出した8人の役割人物(自分、家族、同性友人、異性友人、先生、苦手、雇用者、初対面)について、2つの呈示系列を作成し、昨年度の報告に示した単一焦点型による実験パラダイムにより反応を求め、移動距離、移動速度等の行動指標を算出し、これとNEO-PI-Rにより測定した5因子性格特性との関連について検討を行った。その結果、場面と同様に、関係文脈刺激を用いても、被験者の行動指標には安定した個人差が認められた。また、家族・同性友人におけるポインタの移動距離と調和性、異性友人との距離と情緒安定性にそれぞれ負の相関が認められるなど、行動指標と性格特性の間に中程度の相関が認められ、マウス・パラダイムによる指標が、個人差を示す心的指標として妥当な意味を有することが示唆された。一方で、文脈による効果は、場面とともに関係刺激でも明確にならず、相互作用論的研究手法としての有効性は検証できなかった。現在、最終年度の研究に向けて、Windowsベースで稼働する、より汎用性の高いマウス・パラダイムのプログラムを開発中であり、このプログラムを使用して、認知レベル・動機レベルの個人差特質との関連について検討をすすめ、認知・感情システム理論に示されるボトム・アップ的なパーソナリティの理解の仕方にとって有益な研究手法とすべくツールとしての整備を行い、最終報告をまとめる予定である。本研究では、状況的要因として対人的相互作用における場面と関係性に注目しつつ、時系列性・潜在性を伴う動態的(ダイナミック)なアプローチを基盤とする、パーソナリティ研究法の呈示と、アセスメントツールの開発をめざしている。
Hirschsprung病と腸管ペースメーカー細胞との関係についての形態学的解析

Hirschsprung病は新生児の約5000人に1人の割合で発現し、乳幼児に腸管閉塞を起こす。この病気の特徴は、直腸或いは遠位結腸狭小部の壁内神経節細胞の先天的欠如(Aganglionosis)であることが確かめられているものの、消化管運動制御に関わるもう一つの要素、腸管のペースメーカ細胞(Cajalの介在細胞)とHirschsprung病の関係について論及した報告は、現状では、皆無といえる。本研究では、Aganglionosisラット狭小部、拡張巨大部と同腹の正常ラット腸管を材料として、Cajalの介在細胞の存在部位として知られる筋層間神経叢及び深部筋神経叢の全載伸展標本を作製し、ヨウ化亜鉛オスミウム酸(ZIO)法とVimentin免疫染色法を用いて、Cajalの介在細胞の全体像を明らかにすると共に、透過型電子顕微鏡的観察によりCajalの介在細胞の微細構造上の特徴について検索を行った。結果:同腹正常ラットは勿論、先天性無神経節腸管ラットの狭小部、拡張巨大部を通じて、筋層間神経叢及び深部筋神経叢に相当する部位には、ZIO陽性細胞のネットワークが観察された。Vimentinモノクロナル抗体による免疫染色でも、これらの細胞はVimentin陽性細胞として観察され、先天性無神経節腸管にも、Cajalの介在細胞の存在することが明らかとなった。また、透視型電子顕微鏡による検索では、これらの細胞は豊富な中間系フィラメントやよく発達したゴルジ装置を含む線維芽細胞様の細胞として観察され、細胞突起間には、大きなGap Junctionsが認められた。最近の研究報告によれば、Cajalの介在細胞が腸管のペースメーカーの役割を演じているとする仮説は強く支持される傾向にあり、先天性無神経節腸管ラットにおけるこれらの細胞がペースメーカー機能を保持しているか否か、更には、無神経節腸管の狭小化機序への関与の有無等について、今後、一層の検索を通して明らかにしたいと考えている。
バリスティック電子放射顕微鏡による金属半導体界面のエッジにおける電気的特性の測定

今年度には、バリスティック電子放射顕微鏡(BEEM)の設計およびその組立を行った。これまでのBEEMでは大気中あるいは液体窒素中で実験が行われており、そのため試料の清浄度の問題や表面の吸着物による影響が指摘されてきた。こうした点を避けるために、BEEMユニット全体を超高真空内に入れて研究を行う計画である。そのためのイオンポンプやターボポンプなどを真空系等の設計を行い、現在10^<-11>台の超高真空状態が得られる状態になっている。また試料処理・蒸着用のポートも作製しており、界面面積を小さくするためのマスウなども取り付けて、真空内で作製した試料をそのままBEEMに搬送して表面および界面の状態を原子レベルの分解能で観察出来るようになっている。除振対策に関しては除振台を超高真空内に組み込んだ形のものを採用し、コンパクトな本体となるようにした。またBEEMでは検出する電流が極めて微弱であり、そのノイズ対策が重要である。電流検出用のアンプを自作して真空内に入れ、試料からの距離を出来るだけ小さくしてノイズの影響を減らそうとしている。またBEEMスペクトラム読み込み用の波形記憶装置を設計しパーソナルコンピュータで制御することによって、測定の高速化・平均化を行い、他からのノイズを避けS/N比を高める工夫を行っている。現在STMを用いてその性能の確認を進めており、従来に比べ10倍ほど測定時間を短縮できさらにノイズも少ないことから、十分な効果があることが判ってきている。
細胞外ATPのマイクロドメインにおける代謝と受容体活性化機構に関する研究

最近、脂質ラフト構造と呼ばれる細胞膜上の微小構造(マイクロドメイン)が、細胞内Ca^<2+>濃度上昇機構において必須であることが報告され、局所的な情報伝達の重要性が指摘されはじめている。しかし、ATP刺激による情報伝達系のマイクロドメインの関与については、ほとんど報告されていない。そこで、本研究では、ATPの細胞膜上の局所的な作用に関する情報伝達機構を明らかにすることを目的として研究を行った。NG108-15細胞はATPやUTPによって活性化されるP2Y_2受容体が発現している。本受容体を刺激すると、三量体Gタンパク質Gqを介してイノシトールリン脂質の水解反応が促進され、細胞内Ca^<2+>濃度上昇がもたらされる。脂質ラフトは、コレステロールに富んだ構造をしており、コレステロールを取り除く作用を有するβ-シクロデキストリンによってその微細構造が破壊されることが知られている。NG108-15細胞にβ-シクロデキストリンを処理するとATPやUTPによる細胞内Ca^<2+>濃度上昇やイノシトールリン脂質代謝が顕著に抑制された。一方、蔗糖密度勾配遠心法によって、脂質ラフトを分画したところ、そのマーカータンパク質であるフロティリンの存在が確認された。一方、β-シクロデキストリン処理によって脂質ラフト構造が破壊されることが明らかになった。したがって、P2Y_2受容体の情報伝達を担う機能分子は脂質ラフト構造に集積し、脂質ラフト構造はシグナル伝達の場として重要な役割を担っていることが明らかになった(XIth World Congress of Pharmacology, San Franciscoで発表)。一方、ATPはecto-nucleotidaseによって速やかにアデノシンへと代謝されるが、アフリカツメガエル卵母細胞に、代謝酵素とともにA_<2B>受容体を発現させたところ、アデノシンデアミナーゼによって抑制されない、ATPによるA_<2B>受容体を介したサイクリックAMPの上昇作用が認められた。したがって、ATPの代謝によるアデノシン生成と、生成したアデノシンによる受容体刺激は、極めて局所的なマイクロドメインにて行われていることを明らかにした(Mol. Pharmacol. 61, 606-13, 2002)。NG108-15細胞におけるecto-nucleotidaseの発現についてRT-PCRにより確認したところ、この細胞は主にecto-phosphodiesterase/pyrophosphatase-1(PDNP1)及びecto-alkaline phosphataseが発現していることが明らかになった。実際、それぞれの酵素の基質を用いて酵素活性についても確認した。また、近年コレステロールを豊富に含むラフト構造が細胞情報伝達に重要であることが知られている。本細胞において観察される、ATPがecto-nucleotidaseに代謝されてアデノシンになり、アデノシン受容体を刺激する情報伝達機構に対しても、ラフトが関与している可能性が考えられた。そこでます、ラフトを破壊することが知られているmethyl-β-cyclodextrin(MβCD)の効果についての基礎的な検討を試みた。NG108-15細胞にはGqに関連しphospholipase C活性化を介した細胞内カルシウム濃度上昇を起こすP2Y2受容体が発現していることから、この情報伝達系に対するMβCDの効果を検討したところ、ラフト破壊によりP2Y2受容体を介する情報伝達が抑制された。今後はMβCDを用い、PDNP1、ecto-alkaline phosphataseによる代謝を介するATPのアデノシン受容体刺激機構に対するラフト構造の役割について検討する予定である。

したがって、ATPの代謝によるアデノシン生成と、生成したアデノシンによる受容体刺激は、極めて局所的なマイクロドメインにて行われていることを明らかにした(Mol. Pharmacol. 61, 606-13, 2002)。
大脳基底核における関節インピーダンス調節機構の解明

強化学習モデルを運動制御機構にもちい、このときの学習文脈情報に基づき関節インピーダンスを調節する機構が効果的に学習を進行させることを明らかにした。マニピュランダムを用いて発散場を構築し、この環境下で到達運動をおこなうことで手先インピーダンスが変化することを明らかにした。また、手先インピーダンスのみならず、フィードバック制御系が重要な役割を担っていることをあきらかにした。fMRI実験に用いるマニピュランダムの開発を行った。マニピュランダムはモータで駆動されるため、非磁性対応であるひつようがある。これまでこのような、マニピュランダムは存在しなかった。そのため、アクチュエータとして超音波モータを選択し、開発を行った。本研究の目的は、運動中に変化する外部環境における基底核の役割を明らかにすることである。本研究はこれまでに、不安定な環境下における運動制御モデルを構築し計算実験によりその有効性を確かめた。また、提案モデルを元に心理物理実験を行い、モデルの実証とパラメータの推定をおこなった。最終的には、関連する脳活動を計測する。モデルのうちの一つとして、強化学習を運動制御機構に適用し、このときの学習文脈情報に基づき関節インピーダンスを調節する機構が効果的に学習を進行させることを明らかにした。また、フィードフォワード制御機構とフィードバック制御機構および関節インピーダンス制御機構を含む運動制御モデルを構築した。また、手先インピーダンスのみならず、フィードバック制御系が重要な役割を担っていることを明らかにした。さらに、フィードバック制御機構とインピーダンス制御機構の重みを最尤推定法から求め、学習の進行と共に、二つの役割が変化することを示した。また、心理物理実験により視覚運動系における反射ゲインが視覚刺激の期待値に依存することを示した。以上より、不安定な環境がフィードバック制御のゲイン調整に影響を与えることを示した。マニピュランダムはモータで駆動されるため、非磁性対応である必要がある。
人工塩基対を用いた転写系によるRNAの部位特異的蛍光標識化

研究代表者の所属研究室で開発された転写で機能する人工塩基対は、人工塩基対の相補性にしたがってRNA中へ部位特異的に人工塩基を導入することができる。本研究は、RNA中に転写反応により部位特異的に導入することのできる蛍光性人工塩基を利用し、核酸の蛍光プローブとしての有用性を明らかにすることを目的として研究を行った。代表的な蛍光性塩基である2-アミノプリン(AP)の蛍光と比較して、2-アミノ-6-(2-チェニル)プリン(s)や2-アミノ-6-(2-チアゾリル)プリン(v)の蛍光性人工塩基が一本鎖DNA中に導入された場合、どのように蛍光強度が変化するか調べた結果、APの蛍光強度はヌクレオシドの蛍光に比べて6%まで大きく消光されてしまうが、sやvの蛍光は隣接する核酸塩基の消光作用をあまり受けずに、ヌクレオシドの蛍光強度に対して49%(s),36%(v)保持していることを明らかにした。さらにsやvを含むDNA断片が二本鎖を形成した場合、ヌクレオシドの蛍光強度に対して23%(s),10%(v)に消光されるが、二本鎖形成に伴う蛍光強度変化はAPに比べて大きく、核酸の構造変化を感度よく追跡できる蛍光プローブとして利用できることがわかった。またsやvの発光極大は、フルオレセインのUV吸収と重なりが存在するため、フルオレセインへの蛍光共鳴エネルギードナーとしても利用することが可能であることもわかった。さらに最近所属研究室により開発されたDs-Pa塩基対は、複製(PCR)と転写で機能する人工塩基対である。Ds塩基は、370nmに発光極大を有する蛍光性人工塩基で、その蛍光量子収率は0.19である。このDs塩基の蛍光量子収率は、sやvよりも小さく、短波長側に発光極大が存在するため、sやvに比べて蛍光プローブとしての実用性は少ない。そこで、このDs塩基を改良したDss塩基を化学合成したところ、発光極大はsやvとほぼ同様の460nmに長波長側にシフトし、蛍光量子収率も0.32と大きいことから、このDss人工塩基は実用レベルの蛍光性人工塩基になる可能性があることがわかった(特許出願準備中)。本研究は、蛍光性人工塩基を、転写によりRNA中に部位特異的に導入することにより、機能性RNA分子の構造や反応の追跡を可能とする蛍光プローブとしての可能性を詳細に検討し、その蛍光シグナルを有効に利用して、機能性RNA分子の微細な構造変化やそれらが関わる生体反応機構を解明することを目的としている。初年度である17年度は、われわれが開発に成功した転写で機能する蛍光性人工塩基6-(2-チエニル)-2-アミノプリン(s)や6-(2-チアゾイル)-2-アミノプリン(v)のヌクレオシドおよびヌクレオチドの蛍光特性を、代表的な蛍光性塩基として知られている2-アミノプリン(AP)と比較することにより調べた。最初にそれぞれのヌクレオシドの蛍光特性を調べた結果、APの発光極大が370nmを示すのに対し、sは434nm、vは457nmとプリン環6位の置換基の種類によってその発光極大は長波長側にシフトすることがわかった。また、蛍光性人工塩基対の蛍光量子収率は、APが0.68であるのに対し、sは0.41、vは0.46と大きな量子収率を保持していることがわかった。次に、核酸中に導入された蛍光性人工塩基の蛍光特性を調べるため、まずDNA(12mer)の中央にsを導入したオリゴヌクレオチドを化学合成により合成して、ヌクレオチドレベルでのsの蛍光特性がどのように変化するかを調べた。その結果、一本鎖DNA中に導入されたAPの蛍光は、ヌクレオシドレベルの約6%に消光されてしまうのに対し、sを導入した一本鎖DNAの蛍光はヌクレオシドレベルの約47%にしか消光されず、隣接する天然の核酸塩基による消光作用をあまり受けないことがわかった。また、sの蛍光は二本鎖DNAの融解挙動に対応して変化することから、APよりも感度よく核酸の構造変化を追跡できる蛍光プローブとして利用できることがわかった。この蛍光性人工塩基sは、鋳型中のイミダゾリン-2-オン(z)に対して転写でRNA中に導入できるが、さらにピロール-2-カルバルデヒド(Pa)に対して選択的にしかも効率よくRNA中に転写で導入できることも新たにわかり、効率のよいRNAの部位特異的標識化の手法もあわせて確立することができた。代表的な蛍光性塩基である2-アミノプリン(AP)の蛍光と比較して、2-アミノ-6-(2-チェニル)プリン(s)や2-アミノ-6-(2-チアゾリル)