hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
定量的磁化率マッピングを用いた高精度線量計算システムの開発

本研究では,MRI画像から算出される磁化率分布を用いて放射線治療時の患者体内線量分布の算出を目指すものである.磁化率値は分子に固有の値となっていることから,磁化率分布から画像中の各ボクセルを占める分子を同定することで線量分布算出へ応用する計画であった.磁化率値は,分子に固有のパラメータであるものの,画像ボクセルサイズが比較的大きく,ボクセル内に多様な分子が混在する点や,カルシウム,鉄といった強磁性体の影響を微小量であっても強く受けてしまう点から,磁化率分布から分子の同定には至らなかった.また,磁化率分布のみから線量分布算出への応用も困難であることが判明した.本研究では,磁気共鳴断層撮像装置で撮像されたMRI画像から算出される磁化率分布を放射線治療に応用することである.現状の放射線治療のシステムでは,放射線治療計画を行う際にX線断層装置で撮像したCT画像を用いている.CT画像を取得するには放射線被ばくを伴うが,本研究で提案する方法が確立することで被ばくを伴うことなく,放射線治療計画を立案することが可能となる.本研究で提案する方法では,近年新たに定量評価することが可能となった磁化率を使用する.磁化率は物質に固有のパラメータとなっていることから,磁化率を測定することで被写体を構成する物質を定義することが可能となる.磁化率の算出は,MRI画像を用いて逐次近似画像再構成を行うことで推定することができる.平成27年度は,この逐次近似画像再構成アルゴリズムである定量的磁化率マッピング(QSM)のプログラムの開発及びシミュレーション,実測を用いたプログラムの検証を行った.QSMアルゴリズムの開発には当初の予定よりも時間を有したが,シミュレーション,実測を用いた検証は順調に終了した.当初は,構成元素,水に対する相対電子濃度(rED),物理密度といったパラメータが既知となっている試料を撮像し,磁化率-rED,磁化率-実効原子番号変換テーブルの作成を計画していた.当院の実臨床で使用しているCT値-電子濃度変換テーブル作成用試料を用いてMRI画像の取得を計画していたが,MRIに対応している試料が少ないことから,計画の変更が必要となった.今後は新たな方法を提案し,検証及び臨床への応用の可能性を検討していく.平成27年度中は,MRI画像から磁化率を推定するアルゴリズムである定量的磁化率マッピング(QSM)のプログラムの開発及び開発プログラムの検証を主に行った.QSMを行うには,QSMアルゴリズム以外にも位相巻き戻しを用いた磁場分布の算出,被写体外からの磁場への影響を除くBack Ground Field Removalといった処理が必要となり,その1つ1つを自作する必要がある.当初は,平成27年度中に構成元素,水に対する電子濃度(rED),物理密度が既知となっている試料をMRI撮像し,磁化率-電子濃度もしくは磁化率-実効原子番号といった変換テーブルを作成する計画であった.しかし,QSMやQSMを行うために必要となるいくつかのアルゴリズム開発に時間を要したことや実測に使用する予定だったMRI装置の故障といった事象が生じたため,当初の計画よりも遅れが生じた.また,当院実臨床で使用しているCT値-電子濃度変換テーブル作成用試料を用いることで磁化率-電子濃度,磁化率-実効原子番号といった変換テーブルを作成する予定であったが,MRIに対応した試料が少ないことから,当初の予定とは異なる方法を用いて磁化率から各種パラメータを推定する必要が生じた.本研究の目的は,磁気共鳴断層撮像装置(MRI)で取得した人体の磁化率値を電子濃度へ変換し放射線治療計画の立案に応用,MRI画像を元にした治療計画(MRI-based RTP)を行うことである.昨年度までは,MRI画像から磁化率分布を取得するのに必要となる定量的磁化率マッピング(QSM)のアルゴリズム開発と適切な撮像パラメータ,画像再構成パラメータの検討を行ってきた.当初は電子濃度が既知となっている試料を撮像し,磁化率-電子濃度変換テーブルを作成する計画であったが,電子濃度が既知となっている試料でMRI撮像に対応したものがなかったことから別の方法で変換テーブルの作成を試みた.ボランティア1名の頭部を撮像し,取得した磁化率分布と電子濃度分布間でボクセルごとに対応を評価することで磁化率-電子濃度変換テーブルの作成を行った.しかし,磁化率と電子濃度の間で特徴的な関係性を得ることができず,磁化率-電子濃度変換テーブルを用いた方法は実現困難となった.当初の想定では,磁化率値は分子によって異なる値を持っていることから,磁化率分布からボクセルを占める主な分子の同定を行うことで電子濃度を取得することができると考えていた.磁化率は分子によって異なる値を示すものの,磁化率分布のボクセルサイズが比較的大きく1ボクセルに多様な分子が含まれることや鉄,カルシウムといった強い磁性体の影響を強く受けることなどから特徴的な関係性がみられなかったと考えられる.以上のの内容を2016年にアメリカで開催された国際学会AAPMで報告し,現在論文を学会誌に投稿,査読中である.また,磁化率分布を用いて閾値処理することで組織分割が可能であるかどうかを現在検討中である.昨年度までに磁化率分布の算出に必要となる定量的磁化率マッピング(QSM)のアルゴリズム開発と適切な画像再構成パラメータの検索,および磁化率-電子濃度変換テーブルの作成を行ってきた.

上述した通り,磁化率-電子濃度変換テーブルの作成は困難であったことから,磁化率値からボクセルごとに鉄,カルシウムの濃度を算出し,線量計算へ反映させる方法を新たに考案した.鉄,カルシウムは比較的高原子番号物質であることから線量分布への影響も大きく,これらを線量計算に反映させることができるだけでもMRI-based RTPの可能性を見出すことができると考えた.しかし,骨や石灰以外の軟部組織領域では,これら鉄,カルシウム成分の絶対的な量は微小であり線量分布への影響も微小であることが想定された.また,モンテカルロシミュレーションを用いた線量分布の描出を試みたが,ボクセルごとに成分量を変更した場合の計算アルゴリズムの複雑さやシミュレーションに多大な計算時間が必要となること,臨床への影響が微小であることなどを理由に,鉄,カルシウムの濃度を反映した線量計算を断念した.現在は,これまでの成果をまとめ学会誌に投稿し,査読中である.また,磁化率分布を閾値処理することで組織分割が可能かどうか,それを線量計算へ応用することが可能であるかどうかも評価中である.本研究では磁気共鳴断層撮像装置(MRI装置)で取得した磁化率値を放射線治療計画の線量分布算出に応用することである.れまではComputed Tomography装置を用いて人体各部位を構成する構成元素や電子濃度といった情報を取得し,線量分布算出に使用してきた.近年,定量値である磁化率値がMRI画像から取得できるようになった.磁化率値から電子濃度を逆算することが可能となれば,MRI画像を元にした新たな線量分布算出法(MRI-based RTP)が可能となる.この技術が完成すれば,世界中で研究開発されている放射線治療装置MRI-Linacへの応用も期待されるのみでなく,被ばくを伴うことなく放射線治療計画の実施が可能となる.本研究ではこれまでに磁化率値を算出するアルゴリズム(定量的磁化率マッピング:QSM)の構築とQSMに必要となる各種パラメータの検討や脳組織の電子濃度と磁化率値の関係性を評価してきた.脳組織における電子濃度と磁化率値の関連については,特徴的な関係性を見出す事ができず,磁化率値のみを用いて直接電子濃度へ変換することは困難であることが判明した.磁化率値は分子ごとに異なる値をもっていることから,磁化率分布の各ボクセルを占める主な分子の同定を行うことで電子濃度を取得できると考えていた.しかし,1ボクセルの大きさが比較的大きくボクセル内に多様な分子が混在してしまう点や磁化率値が鉄,カルシウムといった強磁性体の影響を強く受けてしまい,1つの組織に対して1つの磁化率値を示さなかったために,特徴的な関係性を発見できなかったと考える.これらの内容を論文にまとめ,学術雑誌に採択された.また,脳の磁化率分布を用いて白質,灰白質,脳脊髄液等の各部位に分類することが可能かどうかを閾値処理と人工知能を用いたsegmentationについても現在追加で検討している最中である.本研究では,MRI画像から算出される磁化率分布を用いて放射線治療時の患者体内線量分布の算出を目指すものである.磁化率値は分子に固有の値となっていることから,磁化率分布から画像中の各ボクセルを占める分子を同定することで線量分布算出へ応用する計画であった.磁化率値は,分子に固有のパラメータであるものの,画像ボクセルサイズが比較的大きく,ボクセル内に多様な分子が混在する点や,カルシウム,鉄といった強磁性体の影響を微小量であっても強く受けてしまう点から,磁化率分布から分子の同定には至らなかった.また,磁化率分布のみから線量分布算出への応用も困難であることが判明した.
加速器BNCTのための符号化イメージング法を用いた中性子線量評価法の開発

p-Li核反応を原理としたBNCT用加速器中性子源から中性子束をエネルギー群ごとに評価可能な検出法を開発している。研究では1/v法則が適用される範囲の中性子束を対象としておよそ800keV程度を計測可能エネルギーの上限としている。実験では吸収体の厚さを変更しながら中性子計数率の変化を測定する。あらかじめモンテカルロシミュレーション計算にて導出された厚さ位置ごとの反応率データを応答関数とし、計数率データから逆問題を解くことでエネルギー群ごとの中性子束を推定する。本年度は解析手法として、勾配降下法とベイズ推定法を用い、両者の違いについて研究を進めた。エネルギー5群の中性子分布(推定値)を乱数で10000通り作成し、検出器応答関数を通した値(測定値)から2つの手法を用いて推定し、推定結果との差を検討した。エネルギー群は0.5100eV, 100eV1keV, 1kev10keV, 10keV100keV, 100keV800keVに分けて解析を行ったが、最も良好に推定できたのが100keV800keVであり、次いで0.5100eVの領域であった。また全エネルギー群で概ね80%以上の一致が得られたがベイズ推定法の方が勾配降下法よりも推定値が全般に良好であった。これら研究成果について3件の学会発表を行った。次に、中性子を検出するセンサー部の銀活性硫化亜鉛(ZnS(Ag))に窒化ホウ素粉を添加したシンチレーターを製作すると共に、リチウム6ドープされたZnS(Ag)についてもその検出特性を実験的に評価した。中性子によるシンチレーター光は集光レンズと光ファイバーを通すため光量のロスが生じる。窒化ホウ素粉末+ZnS(Ag)の方が発光量が大きくS/Nが高いことが実験的に明らかになった。しかしながらリチウム6ドープされたZnS(Ag)に加えて感度の点では劣ることが分かった。本研究では中性子束の検出器の開発を行っており、それには強い中性子場が必要である。当初の研究計画では大阪大学の強力中性子発生装置を利用して装置を開発する予定で準備を進めていたが、2018年6月の大阪北部地震により当該中性子発生用加速器は不幸にも動作不能となってしまった。この影響により予定していた環境での検証実験が当面不可能となったため実験的研究面において遅延が生じている。大阪大学の強力中性子発生装置は2019年度に復旧する予定であり、改めて実験を行う予定であるが、学内に所有する中性子源を用いた実証実験も並行して進める予定である。また中性子束推定法のさらなる改良については、パラメーター不要の勾配法などについてより検討を深める。またベイズ推定法では誤差データを含む場合の影響について評価する。検出器の開発においてはマルチアノード型の光電子増倍管を用いることでより高度化を目指す。今年度の研究としてまず,検出システムを構成するファイバーや使用する光検出器デバイスの検討を行った。開発中の検出器では中性子の核反応による微弱なシンチレーター光を効率よく収集する必要がある。また,光計測を行う光電子増倍管などの電子デバイスは強い放射線場の影響を避けるため検出部より遠く離れた位置に設置する必要がある。このため光発光部とそれを検出する検出部は約10m程度の距離が生じる。この2つの間を効率よく光を伝送するために本研究では光ファイバーを用いることを予定しており,検出器に光を導入するファイバーの特性評価が重要である。今年度の研究において複数の光ファイバーにおける光伝送を実験的に計測した結果,径が2mm程度の大きいアクリル系のファイバーが集光に関して優れており,当該研究の要求を満たす性能を持っていることが明らかとなった。また光電子増倍管の選択には,シンチレーター光の濃淡を2次元イメージングする予定であることからも, MAPMT(マルチアノード光電子増倍管)が適用できることが調査と検討の結果明らかとなった。またホウ素含有物質と有機シンチレーターとの接合と光発光特性などについてもモンテカルロシミュレーション等を用いて検討を行った。その結果としては,中性子の進行方向に向かって近い側に薄いホウ素含有材料を吸収材として配置し,その後,多段階に徐々にホウ素濃度が高くなるよう配置することで,熱,熱外,高速の成分の信号分離が可能であることが判明した。また濃度を適切に変更することにより,高線量場にて開発のための実験ができない場合にも,低線量中性子場でも応答特性を評価できることが計算により明らかになった。光ファイバーでのシンチレーター光の伝送についての予備実験も既に終了し,ごく微弱な光発光も計測可能であることが実験的に明らかになった。また,シンチレーター光のパターンの画像化についてはマルチアノード光電子増倍管を用いることで可能となることが研究の進展に大きく貢献した。加えてモンテカルロシミュレーション等における事前の特性評価も順調である。本開発中の検出器では、中性子との核反応によって生じたアルファ線をZnS(Ag)シンチレーターによって検出し、その発光を10m程度の長い光ファイバーにて遠方の光電子増倍管へ伝送する。これはBNCTにおける治療場の高線量場を想定しており、ファイバー伝送によりノイズ低減を目指している。今年度はこのような光ファイバーを用いた試験機器を作成し、本学が有するガンマ線の高線量場での応答特性について評価した。

シンチレーター物質に薄膜を使うことでガンマ線への感度を極力低減し、また大口径の光ファイバーならびに集光レンズを組み合わせることで1MeV程度のエネルギーまでのアルファ線について検出できることを実験的に明らかにできた。本研究において必要な、ガンマ線場での光ファイバー応答の試験に関連して下記の国際学会にて報告した。次に、開発中の検出器では窒化ホウ素厚みの関数として中性子束はエネルギーごとに変化し、各厚みを透過後の反応率から入射中性子束を複数のエネルギー群に分割して評価する。このため中性子のエネルギー群と窒化ホウ素厚みの違いによる反応率は行列要素となる。この検出器の出力である厚みごとの計数(率)から逆に、各中性子のエネルギー群における中性子束強度を推定する必要がある。これを実現するためには従来から取り組んでいる"ベイズ推定法"に加えて"最大勾配降下法"や"確率的勾配降下法"について試行している。中性子束強度の推定はおおむね良好だが、熱外と熱中性子を明確に分離するためにはパラメータ設定を今後より検討が必要であることが分かった。今後は中性子源を用いた実測を行う予定である。検出器の製作は順調であり、バックグラウンドとなるガンマ線信号に関しては感度が低いことが実験的に証明された。また、アルファ線源を用いた模擬実験でも計測が可能であることが十分裏付けられた。p-Li核反応を原理としたBNCT用加速器中性子源から中性子束をエネルギー群ごとに評価可能な検出法を開発している。研究では1/v法則が適用される範囲の中性子束を対象としておよそ800keV程度を計測可能エネルギーの上限としている。実験では吸収体の厚さを変更しながら中性子計数率の変化を測定する。あらかじめモンテカルロシミュレーション計算にて導出された厚さ位置ごとの反応率データを応答関数とし、計数率データから逆問題を解くことでエネルギー群ごとの中性子束を推定する。本年度は解析手法として、勾配降下法とベイズ推定法を用い、両者の違いについて研究を進めた。エネルギー5群の中性子分布(推定値)を乱数で10000通り作成し、検出器応答関数を通した値(測定値)から2つの手法を用いて推定し、推定結果との差を検討した。エネルギー群は0.5100eV, 100eV1keV, 1kev10keV, 10keV100keV, 100keV800keVに分けて解析を行ったが、最も良好に推定できたのが100keV800keVであり、次いで0.5100eVの領域であった。また全エネルギー群で概ね80%以上の一致が得られたがベイズ推定法の方が勾配降下法よりも推定値が全般に良好であった。これら研究成果について3件の学会発表を行った。次に、中性子を検出するセンサー部の銀活性硫化亜鉛(ZnS(Ag))に窒化ホウ素粉を添加したシンチレーターを製作すると共に、リチウム6ドープされたZnS(Ag)についてもその検出特性を実験的に評価した。中性子によるシンチレーター光は集光レンズと光ファイバーを通すため光量のロスが生じる。窒化ホウ素粉末+ZnS(Ag)の方が発光量が大きくS/Nが高いことが実験的に明らかになった。しかしながらリチウム6ドープされたZnS(Ag)に加えて感度の点では劣ることが分かった。本研究では中性子束の検出器の開発を行っており、それには強い中性子場が必要である。
病変局所のIL-23産生マクロファージを標的とした炎症性筋疾患の新規治療開発

多発性筋炎、皮膚筋炎は自己反応性リンパ球を中心とした免疫抑制療法が行われてきたが、治療反応性が不十分であったり治療による有害事象が多く存在することから、新規の治療法開発が必要である。本計画では、病変における筋細胞死が導く自然免疫系細胞に注目し、局所に存在する病態悪化のマクロファージを患者の筋生検検体から採取してsingle-cell RNA -seqにより解析して同定する。また介在する分子としてパターン認識受容体に注目して解析することで、新規治療法の開発を行う。本研究により、筋に特徴的な炎症環境の形成や新規の治療法を提唱することが可能となりうる。
亜臨界CO2飽和溶液の溶媒特性制御による表面修飾ナノ粒子の合成とその構造制御

CO_2膨張溶液中での圧力誘起相分離を利用したマイクロおよびナノ粒子の表面修飾技術について検討した。表面修飾による粒子の分散特性を向上させるために、高圧下でも利用可能な超音波分散システムを開発した。超音波キャビテーションの崩壊により発生する衝撃波により、粒子の凝集構造を崩壊可能であることがわかった。得られた表面修飾粒子は、金属酸化物中空粒子、多孔質膜、高濃度で金属酸化物ナノ粒子が分散した高分子フィルムとして利用可能であった。本研究では、環境適応型の機能性溶媒として期待されているCO_2膨張溶液および超臨界二酸化炭素中で形成される分子集合体において表面修飾ナノを合成し、これらを材料基板やバルク中で完全分散および配列化する技術について検討した。まず、ナノ粒子の分散および配列するための基盤技術として、ビニル基を有するシランカップリング剤により表面修飾を施した酸化チタンやシリカなどのナノ粒子表面からの超臨界二酸化炭素中でのグラフト重合について検討した。シランカップリング処理を施したナノ粒子を擬分散安定剤として用いることで、特殊な界面活性剤を用いることなく超臨界二酸化炭素中でもビニルモノマーの重合が進行した。得られた粒子は、分子量が数万オーダーのポリマーグラフト鎖を有する複合粒子であり、有機溶媒中においても安定に分散することがわかった。また、高圧二酸化炭素中でのナノ粒子の分散技術として、高圧下でも超音波キャビテーションの発生可能な高圧装置を試作することに成功した。本装置を利用することで、高圧二酸化炭素雰囲気下においても超音波キャビテーションの発生が可能であり、これらを利用したナノ粒子の分散プロセスの構築が可能であることを示した。本技術を利用することで、10μmオーダーの粒子径を有するタルク等の板状粉体のナノ粒子によるパウダーコーティングが応用可能であることを示した。これらをナノ粒子分散技術は、ナノ粒子の自己組織化を利用した材料合成の基礎技術として、今後の展開が期待できる。本研究では、CO_2膨張溶液および超臨界二酸化炭素中で形成される分子集合体において表面修飾ナノを合成し、これらの材料基板やバルク中での完全分散化技術について検討した。まず、表面修飾ナノ粒子を合成するための基盤技術として、高圧容器内に超音波ホモジナイザーを導入した装置を試作した。耐圧性観察窓を通して、高圧下においても超音波ホーンからキャビテーションが激しく発生していることを確認した。本装置を利用することで、高圧二酸化炭素雰囲気下においても超音波キャビテーションの崩壊により発生する衝撃波によりナノ粒子の分散が可能であることを示した。また、これらの超音波技術を利用して、10μmオーダーの球形状の高分子(PMMA)粒子とガラスナノ粒子の複合体を完全なドライプロセスで形成可能であることを示した。超音波照射によりPMMA粒子表面にガラスナノ粒子が分散した状態で均一に付着していることが確認できた。一方、水中での超音波処理を試みた場合、水の除去の際に生じる界面張力のため、ナノ粒子が凝集し、乾燥状態でPMMA-ガラス粒子複合体の形成は困難であった。さらに得られたPMMA-ガラス粒子複合体を空気中で加熱処理することで、PMMA粒子の除去とガラスナノ粒子の焼結が可能となり、多孔質ガラスが形成可能であることがわかった。また、シランカップリング剤により表面処理を施したZnO蛍光ナノ粒子を用いて、超臨界二酸化炭素中でのMMAモノマーの重合処理によりPMMA鎖を有するPMMA-ZnO複合粒子を合成可能であることを示した。得られた複合粒子を溶剤中に溶解させ、スピンコーティング処理することで、蛍光特性を有するPMMAフィルムを形成可能であることを示した。
海馬錐体細胞シナプス入力の距離依存的な標準化におけるAMPA受容体の関与

当初の目的は海馬におけるAMPA受容体の定量であったが、錐体細胞のシナプスには距離依存的な濃度変化が予想に反して認められなかったことから、運動学習に伴う小脳のプルキンエ細胞のシナプスにおけるAMPA受容体の定量を行った。プルキンエ細胞にはGluR2とGluR3が発現しているため、これらのサブユニットの役割を調べる目的で、GluR2がプルキンエ細胞に欠損している遺伝子改変マウス、およびGluR3の遺伝子が欠損している遺伝子改変マウスを用いて、視機性眼球運動の短期適応現象を解析した。その結果、GluR2を欠損しているマウスのみで学習の障害が認められ、正常では認められるAMPA受容体の減少も起こらないことが明らかとなった。海馬CA1の錐体細胞における興奮性シナプスは、細胞体より数百ミクロンはなれた遠位樹状突起と細胞体により近い近位樹状突起で異なるIh電流、およびHCN1/2チャネルの分布を持っている。この距離依存的なHCNチャネル分布は、シナプス入力のキネチィックスを標準化する役割を持っている。一方、シナプス入力の大きさを標準化には、AMPA型グルタミン酸受容体の数を遠位ほど多くすることが一つのメカニズムと考えられるが、シナプス上のAMPA型グルタミン酸受容体数を正確に測定した例はない。そこで我々の研究室で最近開発された定量的なレプリカ免疫電顕法を用いてこれを明らかにすることが本研究課題の目的である。今年度はまずAMPA型グルタミン酸受容体すべてを認識する抗体を用いて標識を行ったところ、シナプス部位に多くの受容体が集まっているだけでなく、シナプス外の細胞膜に非常に密度の高い受容体が認められた。しかし、遠位樹状突起と近位樹状突起でシナプスの受容体数を比べてみたところ、予想されたほどの差異は検出されなかった。その理由として、まずすべてのシナプスを平等にサンプリングしていない可能性、単なる受容体数でなく特定のサブユニットの数が影響している可能性、シナプス外の受容体が大きさを決めている可能性、などが考えられる。来年度はこれらのことを念頭に解析を進める予定である。
精神障害者社会復期施設と地域社会における精神障害者の活動についての研究

平成11年度は,昨年度の研究で得られた結果のうち,特に中高齢精神障害者における精神科デイケアの利用方法とその特徴,および利用期間の長期化について着目し,追加研究を行なった。デイケアの全利用者を対象とし,デイケアの記録物から,年齢や性別,デイケア利用開始時年齢,デイケア利用期間などのデータを追加調査した。その結果,デイケアの長期利用と関連する利用者側の要因としては,年齢やデイケア利用開始時の年齢が高いこと,精神病の罹病期間が長いことが明らかになった。また,青年・成人期の利用者と比較した結果,中高齢利用者のデイケア利用期間は有意に長かった。中高齢利用者に限って分析した結果,同居者の有無によってデイケア利用期間に差はなかったが,単身者はデイケアの近隣に住んでいることがわかった。事例調査より,デイケアの利用やスタッフによる援助は,中高齢者の地域社会生活の基盤としての役割を果たしていた。しかし,中高齢利用者は,デイケアを利用することによって地域社会生活を継続しているため,利用期間が長期化すると考えられた。看護婦・士をはじめとするデイケアスタッフの取り組みとしては,中高齢者の地域社会生活の継続に対する支援システムの役割分担をすすめ,デイケアの長期利用に対処して行くことが重要であると思われた。平成10年度は,山形県内の精神科デイケアと精神障害者小規模作業所を利用中の精神障害者13名を対象に,施設活動への参加観察と対象者への非構造的インタビュー,施設職員への聞き取りによるケース・スタディを実施した。その結果,以下の知見を得た。1.精神科デイケアや小規模作業所における精神障害者の活動:精神科デイケア利用中の障害者は,日常生活を維持することに支援を必要としている者から,就労を目指す者までと幅広かった。特に,ひとり暮らしの中高年齢の障害者は,様々な生活支援を受け,地域社会における生活の基盤としてデイケアを利用していた。また,精神障害者のデイケアにおける活動状況は,通所期間よりも,病状やその変化が大きく影響していた。小規模作業所における活動の大きな特徴は,例えば,障害者作業による工賃を楽しみにする者,作業は全くせず居場所としている者,指導員へ相談するために通所する者,将来作業所の指導員を目指す者など,障害者各人の利用目的の多様性であった。したがって,地域の作業所がそれぞれ個性をのばすことの重要性と同時に,障害者自身が,地域に多数ある作業所の中から,自分に適した施設を選択できる機会の提供が必要である。2.精神障害者が地域社会で利用している社会資源や生活行動範囲:精神障害者の利用する社会資源や生活行動範囲は,各人の興味と関連して個性的であった。また,自分の意志で利用する資源が多い者程,その後の生活が拡大していく可能性が高いことが推察された。精神障害者の地域社会における活動の特徴は,経済活動や消費活動に関する資源が乏しいことであり,障害者の就労の困難さや経済的基盤の弱さが改めて明らかになった。
女性高齢者における身体活動量と骨代謝マーカーとの関係

143名の健康な日本人女性高齢者(71.5±5.5歳64歳87歳)を対象として,歩行数で評価した身体活動量が踵骨超音波指標や骨吸収マーカーに与える影響について検討した。Lunar社製A-1000を用いて,右踵骨のSOS, BUA, Stiffnessを測定した。歩行数は七日間連続記録し,歩数/日を算出した。マーカーは92名のピリジノリンとデオキシピリジノリンを測定した。尿サンプルには午前10時前後の随時尿を用いた。重回帰モデルによって交絡因子(閉経後年数およびBMI)を調整した超音波指標を算出した。これらの調整値と歩行数との関係に2次回帰曲線を当てはめたところ, SOS, BUA, Stiffness調整値は10,00012,000歩/日をピークとする有意な曲線を示した。したがって,このレベルの歩行数までは踵骨超音波指標を高いレベルに維持する効果があるが,これ以上歩行数が多くなってもプラスの効果は認められない可能性が示された。また,マーカーは全員では測定できなかったが, 12,000歩/日程度までの歩行数はマーカーを抑制するが,それ以上の歩行数では,さらなる抑制効果は認められない傾向であった。これらの結果から,骨の脆弱性を抑制するための身体活動量の上限として, 12,000歩/日程度の歩行数が提案できると思われた。また,昨年度測定した20名の追跡調査を行った結果, 2年間とも8,000歩/日程度の歩行数が維持されており,骨量及びマーカーに有意な変化は認められておらず,身体活動性の維持が骨の維持に貢献していると考えられた。本年度は女性高齢者20名を対象として,日常歩行数調査,尿中デオキシピリジノリン・ピリジノリン測定を行った。我々の先行研究(平成910年度,奨励研究)において,加齢に伴う日常活動量の低下がこれらの骨吸収マーカーの上昇をもたらすことを報告したが,本研究の対象者を加えて例数を増やすことによって重回帰分析を行った。その結果,歩行数低下によってマーカー値が上昇すること,閉経後年数の経過に伴いマーカー値は低下することが確認された。これらの結果から,閉経に伴う女性ホルモン消失による骨吸収亢進は年数の経過とともに抑制されるが,加齢に伴う身体活動量低下という骨吸収亢進要因が新たに加わるため,高齢者では結果としてマーカーの高値が持続するものと思われた。本年度に得られた新たな成果を以下に示す。女性では70歳代で身体活動量が急速に低下し,身体脆弱性が亢進することことが知られている。そこで,どの程度の身体活動量を維持すれば,脆弱性を抑制できるか検討するため,70歳代の女性を対象として,歩行数を層別化し,尿中デオキシピリジノリン・ピリジノリンおよび踵骨骨量(超音波法によるStiffness)を比較することによって,歩行数の多少が骨組織,軟骨組織,結合組織の脆弱性に及ぼす影響について検討した。歩行数平均値5000歩/日群(下位群),7000歩群(中位群),10000歩群(上位群)の3群(年齢,閉経後年数に差なし)で比較した結果,下位群ではマーカーが有意な高値,Stiffnessが有意な低値を示した。また,中位群と上位群間では差は認められなかった。これらの結果から,下位群と中位群の間の歩行数,すなわち50007000歩/日の歩行によって骨組織等の脆弱性が抑制される可能性,それ以上の歩行数ではマーカーは一定レベルに維持されている可能性が示された。なお,疾患群の測定は13年度に予定している。
多細胞システムを構築する集団細胞移動の動作原理

細胞は個体形成の過程で、単純から複雑に変化をとげる。組織が作られる課程では、個々の細胞が多彩なふるまい(分裂・移動・変形・細胞死など)をし、それらが協調・統合されてグローバルな形の変化を成し遂げる。個々の細胞のふるまいを制御する分子メカニズムは、これまでの研究によって理解が進んできたが、一方で、それら個々のふるまいを統合させて、どうやってグローバルな変化を生み出すことが出来るのか、そのメカニクスの研究は近年始まったばかりである。研究代表者は、ローカルな細胞動態がどのようにしてグローバルな組織へと展開するかを理解する為に、ショウジョウバエ蛹期の雄性生殖器の回転形成に注目した。この移動は、個々の上皮細胞が左右非対称につなぎ替わることで進行することを、実験と数理モデルによって明らかにした。平成29年度、前年度に同定したキラリティ制御候補因子について、詳細な解析を行っている。左右非対称な細胞接着面のつなぎ替えは、接着面を90度回転させる為、一旦逆のキラリティに変化してしまう。そのため、つなぎ替えとその後のキラリティ修正を瞬時に起こすメカニズムが必須である。代表者らは、つなぎ替え(細胞接着面の収縮)を引き起こす、細胞接着面に局在したアクトミオシンが、接着解離した両細胞側で、新しく出来た細胞接着面を伸長することに寄与することを見いだした。加えてこの現象には、3細胞接着結合(トリセルラージャンクション)局在タンパク質が関与していることを示唆する実験データを得た。これらの結果を集積させ、キラリティを維持・制御するメカニズムについて報告すべく、論文準備中である。集団細胞移動のタイミング制御に関与するメカニズムについては、細胞の基底側に存在する細胞外マトリックスの制御が重要であることを示し、こちらも論文準備中である。ショウジョウバエの蛹個体を生かしたままで、1細胞レベルの、分子レベルの高い解像度が必要となる、細胞骨格動態のライブイメージングを可能としたことで、遺伝学を組み合わせた分子動態の詳細な解析が可能となった。本年度は特に、細胞レベルの局所における細胞骨格の不活性化操作を行うことで、時空間的な細胞骨格の人工的制御による、分子機能評価を可能にした。この解析により得られた結果を次年度でまとめていく。細胞の局所レベルにおけるアクチン動態の観察及び人工的な不活性化の手法については、今年度に確立したため、人工的な活性化手法についても挑戦する。最終年度であるので、得られた結果を論文にまとめる。平成28年度はまず、左右対称な上皮細胞の非対称性を破壊する時空間的制御メカニズムの解析を行った。線虫胚の一細胞期では、アクチン細胞骨格のキラルな流れにより決まった方向にトルク(物体を回転させるための力)が発生しており、それらが細胞動態の左右非対称性に関与するとの報告がある。そこで、細胞骨格が内在的にトルクを発生している可能性を検証するために、移動する細胞のアピカル側でのアクチン動態をライブイメージングにより観察した。その結果、非常に低いシグナルではあるが、細胞質に向かうアクチンファイバーの流れが検出された。この流れは、回転が途中で停止する遺伝子ノックダウン系統において、異常となった。今後、分子メカニズムと共に解析を行っていく。加えて、RNAseqおよび回転異常を指標にin vivo RNAiスクリーニングを行い、複数のキラリティ制御候補分子が同定された。それらのうち3遺伝子について、ミオシンの局在と細胞辺のつなぎ替えに異常があることが確認された。ショウジョウバエの蛹個体を生かしたままで、1細胞レベルの、分子レベルの高い解像度が必要となる、細胞骨格動態のライブイメージングは、熟練のサンプリング技術と最適な顕微鏡の条件設定が必要となる。本年度は観察の条件検討に時間を要したが、研究計画通り、本年度の間にアクチン動態の観察を可能にしたことで、次年度以降の計画へと順調に進行することが期待できる。

左右非対称な細胞接着面のつなぎ替えは、接着面を90度回転させる為、一旦逆のキラリティに変化してしまう。そのため、つなぎ替えとその後のキラリティ修正を瞬時に起こすメカニズムが必須である。代表者らは、つなぎ替え(細胞接着面の収縮)を引き起こす、細胞接着面に局在したアクトミオシンが、接着解離した両細胞側で、新しく出来た細胞接着面を伸長することに寄与することを見いだした。加えてこの現象には、3細胞接着結合(トリセルラージャンクション)局在タンパク質が関与していることを示唆する実験データを得た。これらの結果を集積させ、キラリティを維持・制御するメカニズムについて報告すべく、論文準備中である。集団細胞移動のタイミング制御に関与するメカニズムについては、細胞の基底側に存在する細胞外マトリックスの制御が重要であることを示し、こちらも論文準備中である。ショウジョウバエの蛹個体を生かしたままで、1細胞レベルの、分子レベルの高い解像度が必要となる、細胞骨格動態のライブイメージングを可能としたことで、遺伝学を組み合わせた分子動態の詳細な解析が可能となった。本年度は特に、細胞レベルの局所における細胞骨格の不活性化操作を行うことで、時空間的な細胞骨格の人工的制御による、分子機能評価を可能にした。この解析により得られた結果を次年度でまとめていく。アクチン動態の流れが観察されたため、その秩序だった動きについて解析を行う。左右軸が反転する遺伝子ノックダウンを用いて、流れの秩序を見いだす。また、個々の細胞から集団細胞への変化を捉えるためにも、顕微鏡下で細胞骨格系を操作する光遺伝学系を用いて、アクチン動態の活性化と不活性化を個々の細胞レベルで誘導し、周辺細胞への影響を観察する。細胞の局所レベルにおけるアクチン動態の観察及び人工的な不活性化の手法については、今年度に確立したため、人工的な活性化手法についても挑戦する。最終年度であるので、得られた結果を論文にまとめる。
真菌が形成するマンガン酸化物と金属イオンの複合系を用いた有害アニオン種の濃縮除去

マンガン酸化真菌が形成するマンガン酸化物と金属イオンの複合系を用いた有害オキソアニオン種の濃縮除去の可能性を検討した。KR21-2株は、Co(II), Ni(II), Zn(II)の初期濃度が50 μM, 15 μM, 80 μM以下の濃度範囲でMn酸化物の形成が認められ、効率良く吸着除去された。オキソアニオン種のMn酸化物への吸着選択性は、W >V > Mo > As > Sb > Ge>Cr>Seであり、特にWの高い吸着性が認められた。しかしながら、これらのオキソアニオン種のMn酸化物への吸着量は、カチオン種に比較して一桁以上小さいことが明らかとなった。申請者が単離したマンガン酸化真菌KR21-2株が形成したマンガン酸化物は、84%のMn(IV)と16%のMn(II)で構成されていることがXANESの測定により明らかとなった。つまり、KR21-2株によって形成されるMn酸化物は、不溶態Mn(IV)上にMn(II)が吸着している状態であることが確かめられた。Mn酸化酵素の単離に成功し、XANESの測定からMn(IV)が酵素により形成される過程を明らかにすることができた。TEMおよびSEM観測により、形成されたMn酸化物は、薄片上の微細は構造を持つことが明らかとなった。また、単離したMn酸化酵素のゲルろ過-ICP質量分析による活性金属を分析したところ、酵素一分子あたり二分子のCuが検出され、KR21-2株のMn酸化酵素がMulticopper oxidaseであることが明らかとなった。オキソアニオン種であるSb,Mo,Se,Te,V,Cr,W,As,Ge,SnについてKR21-2株の増殖に対する阻害は認められなかった。一方、Teについては、Mnの酸化活性を阻害する傾向が認められた。その他のオキソアニオン種Sb,Mo,Se,V,Cr,W,As,Ge,Sn(20μM)存在下でも、KR21-2株は、初期濃度1mMからMn酸化物の形成が認められた。Mn酸化物への吸着選択性は、W(IV)>V(V)>Mo(VI)>As(V)>Sb(V)>Ge(IV)>Cr(VI)>Se(VI)であり、特にW(V)の高い吸着性が認められた。近年、様々な分野でレアメタルが使用されており、環境保全とともに顕著する地下資源の枯渇化の観点からも、環境負荷が少ないレアメタルの回収処理技術の開発が不可欠である。本研究は、マンガン酸化真菌KR21-2が形成するマンガン酸化物を用いて、Sb(V),Mo(VI),Se(VI),Te(VI),V(V),Cr(VI),W(VI),As(III・IV),Ge(IV)のオキソアニオン種の濃縮除去の可能性を検討することを目的としている。本研究で用いたマンガン酸化真菌KR21-2株が形成したマンガン酸化物は、TEMおよびSEM観測により、形成されたMn酸化物は、薄片上の微細は構造を持ち、比較的高い比表面積を有するために、種々の元素に対し高い吸着能が期待される。Teを除くオキソアニオン種(10から20μM)の共存下で、KR21-2株は、初期濃度lmMからMn酸化物の形成が認められた。Mn酸化物への吸着選択性は、W>V>Mo>As>Sb>Ge>Cr>Seであった。これらのオキソアニオン種の吸着は、平衡濃度20μM以下の範囲で、Freundlich吸着等温線に従うことが明らかとなった。比較的高い吸着が認められたSb(V),Mo(VI),V(V),W(VI),As(IV)について、マンガン酸化物形成率と吸着率について詳細に検討したところ、As(V),V(V)は溶存Mn(II)存在下でより高い吸着を示すのに対し、Mo(VI)は、溶存Mn(II)の共存により吸着率が低下することが分かった。Sb(V),W(VI)の吸着は、マンガン酸化物形成量とほぼ一次の関係にあり、共存Mn(II)による吸着の影響が少ないことが示唆された。このように、オキソアニオン種間において、マンガン酸化物形成時の吸着様式が異なることが示唆された。

本研究課題では、マンガン酸化真菌が形成するマンガン酸化物と金属イオンの複合系を用いたSb,Mo,As,W,Se,Te等の有害オキソアニオン種の濃縮除去の可能性を検討することを目的とした。比較的高い吸着が認められたSb(V),Mo(VI),V(V),W(VI),As(IV)について、マンガン酸化物形成率と吸着率について詳細に検討したところ、As(V),V(V)は、溶存Mn(II)共存下で高い吸着(金属イオンと共吸着)を示すことが明らかとなった。一方、Mo(VI)は、溶存Mn(II)の共存下で吸着率が低下し、その吸着は金属イオンと競争的に生じることが示唆された。Sb(V),W(VI)に対する共存Mn(II)の影響は少ないことが示された。Co(II),Zn(II),Ni(II)の共存下によるオキソアニオン種の吸着挙動を検証するために、Co(II),Zn(II),Ni(II)共存下におけるKR21-2株のマンガン酸化物形成能について検討した結果、Co(II)で50μM Zn(II)で80μM,Ni(II)で15μM以上の濃度でマンガン酸化物形成能が失われることが明らかとなった。一般的な廃水では、多種の有害元素が含まれているので、これらの重金属イオンによるマンガン酸化物形成能の阻害を避けることがマンガン酸化真菌を用いた微量有害金属除去システムを構築するために重要であることが示された。
ルテニウム(II)錯体の光配位子置換反応における反応中間体の構造

1.単座配位のdmbpy(=3,3'ージメチルー2,2'ービピリジン)と水分子とが配位した六配位反応中間体、の中の配位水分子が単座配位子Lと置き換わる熱置換反応速度は、この中間体のモデル物質とみなせる[Ru(bpy)_2(py)(OH_2)]^<2+>(py=ピリジン)中の水分子とLとの置換反応速度に比べて2ー3桁大きいことがわかった。これは中間体で反応の活性化エンタルピ-が小さくなる為であり、単座配位dmbpyの立体障害効果によるRu(II)と水分子との配位結合の歪が原因と考えられる。2.この中間体の光配位子置換反応性は第六配位座を占める単座配位子Lの種類によって大きく異なり、例えばL=SCN^-では単座のdmbpy配位子が光反応で取れるが、L=CI^-では、CI^-が取れることがわかった。3.[Ru(bpy)_2(dmbpy)]^<2+>の閃光光分解の実験の結果、光照射の30μ秒後に生じている中間体は既に水分子が配位した六配位中間体であることがわかった。4.高速液体クロマトグラフィ-により第六配位座に水分子が配位した中間体、アセトニトリルが配位した中間体を分離することができた。後者の中間体の寿命は室温で数十分と大変安定であった。又、生成した中間体溶液にNaSCNを添加することによりSCN^-が配位した中間体の単離に成功した。5.中間体の構造を検討する為、錯体溶液のレ-ザ-光照射前、中、後の^1H nmr測定(100MHz)を行ったが測定感度が不十分で中間体のシグナルは検出できなかった。6.アスコルビン酸イオン誘起の光配位子置換反応における反応中間体については未だ同定に至っていない。
プラズマ中強結合微粒子群へのテスラ級超強磁場の効果

(1)現有設備の超電導マグネット(最大磁場強度4テスラ,内直径40cm,長さ40cm)の内側に直線型真空容器(20cm角,長さ60cm)を設置し,真空容器内部に高周波電極(直径10cm)と,そこから約2cm上に接地電極(直径10cm)を設置する.接地電極は同心円状に2分割されており,外側の電極は接地,中央の透明電極には外部から直流電位を印加できるようになっている.高周波放電アルゴンプラズマを生成し,そこに,外部から粒径10μmの単分散アクリル微粒子を注入し,プラズマ中に微粒子雲として浮遊させる.微粒子の挙動は,径方向からレーザーを微粒子雲に照射し,その散乱光を上方向からCCDカメラで撮影して解析する.(2)昨年度の実験結果から,垂直方向に磁場を印加し,中央の透明電極に電位を印加することで,微粒子雲が水平面上で剛体回転を始め,その回転方向,速度が透明電極電位に依存していることが分かっている.(3)本年度は先ず,この微粒子雲回転運動の磁場強度依存性を観測した.その結果,磁場の増大とともに回転速度は増加していくが約1テスラで最大になり,その後は磁場の増大とともに回転速度は減少し次第に飽和していくことが,テスラ級の強磁場を印加することによって初めて明らかになった.(4)次に,アルゴンガス圧力を変化させて(3)と同様に磁場強度依存性を観測したところ,ガス圧力の増加とともに微粒子雲回転速度が最大になる磁場強度が正にシフトしていくことが分かった.これらの結果は,微粒子雲の回転がアルゴンイオンとの衝突により駆動され,そのアルゴンイオンの衝突時の運動量がイオンサイクロトロン周波数とイオン-中性ガス衝突周波数との関係で決まるためと考えられる.微粒子雲回転速度が最大になる時,これらの周波数がほぼ一致していることも明らかになった.(5)微粒子雲に衝突するイオンの軌道をモデル化し,微粒子雲回転速度の数値計算を行ったところ,ほぼ実験結果と一致し,テスラ級強磁場中での複雑な微粒子雲の回転機構を説明することができた.(1)現有設備の超電導マグネット(最大磁場強度4テスラ,内直径40cm,長さ40cm)の内側に直線型真空容器(20cm角,長さ60cm)を設置し,真空容器内部に強磁場印加時においても安定な高周波放電プラズマ生成用の高周波電極(直径10cm)と,そこから約3cm上に接地電極(直径10cm)を設置する.接地電極は同心円状に2分割されており,外側の電極は接地,中央の透明電極には外部から直流電位を印加できるようになっている.プラズマはアルゴンガス圧力約100mTorrのもとで,高周波電極に約5Wの電力を印加することによって生成される.そこに,外部から粒径10μmの単分散アクリル微粒子を注入し,プラズマ中に微粒子雲として浮遊させる.微粒子の挙動は,径方向からレーザーを微粒子雲に照射し,その散乱光を上方向からCCDカメラで撮影して解析する.(2)中央の透明電極に負電位を印加し,垂直方向に磁場を印加したところ,数100ガウスから微粒子雲は水平面上でサイクロトロン運動と同じ方向に回転を始め,数テスラまでの磁場強度の増加とともに回転速度が速くなることが明らかになった.また,その回転方向,速度は透明電極電位に依存しており,電位を正にしていくことによって次第に回転速度が減少し,ある閾値で回転方向が逆転することが分かった.(3)この時,微粒子が浮遊している領域でのプラズマ密度及び浮遊電位の半径方向分布を測定したところ,透明電極電位の変化に伴い浮遊電位の半径方向勾配が顕著に変化することが観測された.また透明電極電位の変化により,プラズマ中のアルゴン正イオンフローの向きが周方向で変化しており,それが微粒子雲の回転方向と一致していることも観測されている.以上の結果から,(2)で観測されたテスラ級の強磁場下での微粒子雲の回転運動は,アルゴン正イオンがプラズマ中の半径方向密度,電位勾配により加速,減速されることでフロー方向が変化し,それが微粒子に衝突することで微粒子を駆動しているためであると考えることができる.(1)現有設備の超電導マグネット(最大磁場強度4テスラ,内直径40cm,長さ40cm)の内側に直線型真空容器(20cm角,長さ60cm)を設置し,真空容器内部に高周波電極(直径10cm)と,そこから約2cm上に接地電極(直径10cm)を設置する.接地電極は同心円状に2分割されており,外側の電極は接地,中央の透明電極には外部から直流電位を印加できるようになっている.高周波放電アルゴンプラズマを生成し,そこに,外部から粒径10μmの単分散アクリル微粒子を注入し,プラズマ中に微粒子雲として浮遊させる.微粒子の挙動は,径方向からレーザーを微粒子雲に照射し,その散乱光を上方向からCCDカメラで撮影して解析する.(2)昨年度の実験結果から,垂直方向に磁場を印加し,中央の透明電極に電位を印加することで,微粒子雲が水平面上で剛体回転を始め,その回転方向,速度が透明電極電位に依存していることが分かっている.(3)本年度は先ず,この微粒子雲回転運動の磁場強度依存性を観測した.その結果,磁場の増大とともに回転速度は増加していくが約1テスラで最大になり,その後は磁場の増大とともに回転速度は減少し次第に飽和していくことが,テスラ級の強磁場を印加することによって初めて明らかになった.

(4)次に,アルゴンガス圧力を変化させて(3)と同様に磁場強度依存性を観測したところ,ガス圧力の増加とともに微粒子雲回転速度が最大になる磁場強度が正にシフトしていくことが分かった.これらの結果は,微粒子雲の回転がアルゴンイオンとの衝突により駆動され,そのアルゴンイオンの衝突時の運動量がイオンサイクロトロン周波数とイオン-中性ガス衝突周波数との関係で決まるためと考えられる.微粒子雲回転速度が最大になる時,これらの周波数がほぼ一致していることも明らかになった.(5)微粒子雲に衝突するイオンの軌道をモデル化し,微粒子雲回転速度の数値計算を行ったところ,ほぼ実験結果と一致し,テスラ級強磁場中での複雑な微粒子雲の回転機構を説明することができた.
π共役ポリマーの超高速伝導光スイッチ

光応答性など外場応答機能を有する多機能型導電性高分子に注目が集まっており、数多くのポリチオフェン(PTh)類縁体が研究されている。本特定領域研究では、PTh主鎖にm-phenyleneリンカーを組み込んだ1,3-ビス(ビチエニル)ベンゼンが電解重合によって良質な導電性高分子薄膜を形成することを見いだした。さらに、PThの光機能化を図ることを目的として、可視光領域に強い吸収帯を持つ亜鉛ポルフィリンを側鎖に有するビチオフェン誘導体を合成し、電解重合により得られたPTh薄膜の光化学特性について検討を行なった。合成したポリマーの薄膜デバイスにおける光導電性および光起電力特性を明らかにすることを目的として、ITOガラス電極上に電解重合により50nm程度の高分子薄膜を形成した後、Alを真空蒸着しITO/ポリマー/Al非対称セルを作製した。ポルフィリンのSoret帯およびQ帯の吸収波長領域にあたる400700nmの可視光を用い、作製したITO/ポリマー/Alセルの光化学特性の検討を行なった。ITO側から光照射し電流-電圧特性の測定を行なったところ、電流値は小さいものの、暗電流に比べ、きわめて大きな光電流が見られ、光導電性が確認された。-1V印加時の光電流と暗電流の比は118:1であった。小さな電流値は、このポリマーの導電性が低いことを示しており、これは電解吸収スペクトルから示唆されたポーラロンおよびバイポーラロンの局在化に由来するものであると考えている。また、短絡電流の光応答性測定の結果より、光照射開始にともない、スパイク状の電流が観測され、良好な光応答性が見られた。これにより、本デバイスが光起電流特性を持つことが明らかとなった。照射光強度16.5mW/cm^2時の短絡電流密度は-0.43μA/cm^2、開放電圧は0.34Vであった。
刊本蘭学辞書・単語集の基礎的研究

江戸時代後期に出版されたオランダ語・日本語対訳の辞書や単語集の編纂方法や書誌について、未解明となっている部分を明らかにする。対象とする資料は、単語集の『類聚紅毛語訳』(1798年序刊)・『改正増補蛮語箋』(1848年刊)、蘭日辞書の『波留麻和解』(1796年刊)・『訳鍵』(1810年刊)・『和蘭字彙』(1855-58年刊)・『増補改正訳鍵』(1857年刊)の六点である。『類聚紅毛語訳』については主な底本である『西洋医言』との関係について詳しく調査し、『改正増補蛮語箋』については「草」部と「木」部の編纂方法を解明する。蘭日辞書については日本全国の図書館等に存する伝本の書誌的異同を明らかにする。
共焦点レイリー散乱相関顕微分光装置の開発と神経細胞群の動的イメージングへの応用

非染色、非侵襲で、分化に伴う細胞間相互作用を経て組織形成に至る一連の過程を分子論的に理解することを可能とする新規手法の開発が望まれている。本研究では検出信号としてレイリー散乱に着目し、顕微広帯域レイリー散乱分光により試料の静的な分光情報を、顕微動的光散乱により試料の動的な分子拡散に関する情報を、高空間分解能で同時に得ることのできる装置の構築を目的とした。Ti : Sapphireレーザーの基本波(800nm,160fs,80MHZ)をフォトニック結晶ファイバーに導入し得られたフェムト秒白色光を倒立顕微鏡に導き、対物レンズを通して試料表面に集光する。試料からの後方散乱光を同じ対物レンズで集め、ピンホールを通した後にCCD分光器とフォトダイオードに同時に導く。金ナノ粒子(粒径;60nm)を試料として、面方向に200nm、光軸方向に650nmとサブミクロンの空間分解能を実現し、450-800nmの領域で分光測定が可能であると確認した。動的光散乱計測部はバンドパスフィルターで波長を切り分けて検出し、カウンティングボードにより自己相関曲線を導出することができる。作製した上記装置を用い単一マクロファージ細胞の計測を試みたところ、試料高さの増大に伴い細胞の散乱像の面積が減少しており、三次元像が明確に得られた。レイリー散乱は屈折率差が生じている箇所で発生するため、像はすなわち細胞内における空間ごとの分子濃度勾配を反映していると理解でき、スペクトルはその箇所に存在する分子群の電子スペクトルに対応する。本装置は生細胞イメージングに有効な計測装置であると確認した。Ti : Sapphireレーザーの基本波(800nm, 200fs)をフォトニック結晶ファイバーに導入し得られたフェムト秒白色光を倒立顕微鏡に導き、油浸対物レンズを通して試料表面に集光する。試料からの後方散乱光を同じ対物レンズで集め、ピンホールを通した後にCCD分光器に導く。本装置を用い、マウス繊維芽細胞NIH3T3のレイリー散乱スペクトル・イメージを500-800nmめ波長領域について非染色で測定することに成功している。金ナノ粒子(粒径; 100nm)を試料として空間分解能を調べたところ、面方向に300nm、光軸方向に800nmとsubμmの空間分解能を実現している、動的光散乱計測部に関しては、現在顕微鏡および分光CCDカメラとの同期プログラムを作製中であり、間もなくの完成が見込まれる。作製した上記装置の評価を兼ねて、金ナノ粒子を担持したゼオライト結晶の三次元レイリー散乱分光・イメージングを試みた。ゼオライトの輪郭内に輝点が分散しているのが確認され、散乱スペクトルの計算との比較からそれらがおよそ粒径50nmの単一金ナノ粒子であり、結晶内部に完全に担持されていることが分かった。このように、高空間分解能で広帯域レイリー散乱分光イメージを得ることのできる本装置によって、金とゼオライトのように異種の化学組成の空間分布を分光スペクトルによって切り分けて見ることが可能であり、生細胞のような空間ごとに異なる化学組成を示す分子高次系に有効な計測装置であると考えられる。