hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
リーマン多様体の総合的研究

n次元リーマン多様体Mに対して、p次のロイデン代数をApであらわす。Apに対応する理想境界を構成し、その調和境界をΔpであらわす。Δp≠ΦのときApのロイデン分解が成り立つことを得た。すなわちApの任意の関数fはポテンシャル関数とp-調和な関数との一意的な和としてあらわされる。以下に主な成果を記載する。(1) p-調和関数に対する最大値の原理が成り立つ。すなわち、p-調和関数はΔp上で最大値および最小値をとる。さらに、準線型楕円型偏微分方程式で、その構造定数が有限正なものに対する解もやはり最大値および最小値をΔpでとることを得た。すなわち、この方程式に対して新らたに理想境界を構成する必要はない。(2)つぎに、Δpの構造について述べる。p≠nの場合Mの体積が有限かどうかに従ってΔpの構造の間に大きな差異が生ずるが、p=nの場合には差異が生じない。(3)上記の研究成果を利用して、擬正則写像の研究を行った。この研究を通じて、正則関数の2次固有の性質を得た。今後はΔpの構造を十分詳しく調べることにより、p-調和関数のなす空間の研究や、リーマン多様体の構造、リーマン多様体からリーマン多様体への擬正則写像の研究を進めたい。
わが国における人材育成システムの構造

1、この研究は、わが国の人材育成システムに関する研究である。研究の中心は自動車・電機・鉄鋼各産業の人材育成と職業能力開発短大・同促進センターの実践的教育についてである。2、従来、人材育成の中心は自己啓発とOJTであり、Off・JTはそれらを補完するものとして位置づいていた。しかし、最近、Off・JTの比重は高まり、人材育成の中心を成すに至っている。3、Off・JTは事業場別研修と職能別研修に大別される。教育訓練センターはそれらを支援する形で、それぞれに幹部教育、管理教育、技術教育、技能教育、その他を実施している。4、幹部教育では経営幹部層に対する経営理念・経営戦略の教育が、また管理教育では中間管理者、監督者、各種リーダー、トレーナーに対するマネジメント教育が行われている。5、急激な技術進歩に対応して、技術教育の必要性が増大している。技術者に対しては基礎から応用にいたる技術・知識の教育が、また技術責任者に対してはマネジメントの教育が行われている。6、技術開発と国際化の動向は、生産部門にも著しい変化をもたらした。自動化・情報化に対応して、先端技術の活用を含む高度な技能教育が行われている。7、職業能力開発短期大学校は全国に26校あり、それぞれに2年制の専門課程と短期間の能力開発セミナーがある。専門課程では技術革新に対応できるテクニシャンの養成を、能力開発セミナーでは在職者を対象に各種の教育訓練を行っている。8、職業能力開発促進センターは、求職者や在職者のために多様なセミナーを用意すると同時に、使用者のために教育訓練に関する相談・支援業務を行っている。1、本年度は、研究実施計画にしたがって鉄鋼、電機、建設等の調査と資料収集を行った。2、従来、企業の人材育成方法の中心であった社立学校は、今でも鉄鋼業・電機産業の一部において位置づいている。1つは中卒者を対象とする3年間の事業内認定校、2つは高卒者を対象とする2年制の事業内認定短大校である。テクニシャンの養成を目的とする後者が今日の主流であるが、企業により異なるテクニシャンの中身の分析が緊要である。3、日本的人材育成の特徴はOJTを基調とするものであった。しかし、ME(マイクロ・エレクトロニクス)段階の特徴として、Off・JTの比重が高まっている。かって、Off・JTはOJTや経験で得てきた技能・知識を後追い的に理論化するものであり、そういう点でOJTの補足手段といわれてきた。その考え方は現在でも有力であるが、実際にはOff・JTの比重は高まり、それとともにOJTとの関係も変わってきた。4、Off・JTは垂直的なキャリア形成をする職制はもとより、水平的なキャリア形成をする一般技能職においても重要になっている。一般技能職における経験的要素の習得(OJT)には、今やOff・JTがその前提条件として不可欠である。それは新しい仕事に就く際のOff・JTだけでなく、その後のOff・JTにも当てはまる。これらのOff・JTはそれが単にそれまでの仕事の経験を理論化する場合でも、その後の問題解決能力を一段と高めるし、それ以上に上位の仕事に就く際の知的熟練のレベルアップに不可欠である。5、企業外部の教育諸機関の利用もこうしたことを背景に活発化した。そこで行われる教育訓練=Off・JTは企業内教育への包摂・従属という側面を有しながらも、両者の連携・連続性が生じつつあり、そういう意味では従属性と連続性のはざまにある。1、本年度は、研究実施計画に従って自動車・電機産業を中心とする事業内認定短期大学校の調査、実施計画には出てないが事業内学校として有名なNEC・日立の社立学校の調査、およびポリテクカレッジの一部の調査と資料の収集を行った。2、社立学校(事業内認定学校を含む)は大別すると、第1に中卒者を対象とする3年制の学校、第2に高卒者を対象とする2年制の学校、第3に高・大卒者を対象とする学校に分かれる。

3、まず、3年制の技能者養成学校は、各産業ともごく一部でみられるだけであるが、卒業生は高い忠誠心と企業帰属意識をもっている。そのことは、企業がこの種の学校を継続させる要因となっている。ただし、中卒労働市場の衰退の中で、この種の学校は存続の危機に立たされている。4、つぎに、2年制の学校はテクニシャン養成が主目的で、今日の事業内認定学校の主流を占めている。ME階段に必要な新たなタイプの熟練(経験的熟練とMEに関する知識と技術)がこの種の学校をもたらしたのである。このことは、従来のOJT中心の教育訓練からOJTとOff・JTの併存する教育訓練へ人材育成システムがシフト化しつつあることを示している。5、最後に、高・大卒者を対象とする学校は技術者の教育訓練をする学校である。この種の学校は電機産業に多く見られる。コンピュータ段階の特徴として技術者の質・量が高まったことが、影響している。6、ポリテクカレッジはテクニシャン養成を主目的としているが、卒業生の動向からみて、ほぼそれは達成されている、と言える。卒業生の大半は中小企業の「設計・開発部門」「生産技術管理部門」あるいは「専門的・技術的職業」「事務的職業」に従事している。1、本年度はポリテクカレッジ、同センターおよび韓国の労働技能大学校等の調査を実施した。2、ポリテクカレッジには専門課程だけの短大学校と応用課程を併せ持つをもつ大学校がある。両大学・両課程ともテクニシャン養成を目的とするが、大学校の応用課程は企画開発力や生産管理能力をもつ、より高度なテクニシャンの養成である。3、ポリテクカレッジは自社の教育訓練体制が不十分な中小企業にとって、テクニシャン養成・供給の重要な機関として位置づいている。同時に、地域の産業にとっても向上教育や再教育の場として、また技術開発・改良のパートナーとして、独特な地位を築きつつある。4、ついでポリテクセンターは、在職者を対象とする短期課程(12時間以上、6カ月未満)の教育訓練が中心である。同センターは「高度」から「地域密着型」まで5段階のレベルがある。いずれも短期間の教育訓練であるが、向上教育の場として重要な位置を占めている。また、中小企業の教育訓練計画の共同作成者・立案者としても大きな貢献をしている。5、かって、ポリテクセンターの教育訓練は、企業が行うOJTの補足手段として位置づいていた。しかし、今は違う。ポリテクセンターが行うセミナーは、企業の教育訓練システムに有機的に接合しながら、その基礎部分を担っている。企業との接続性という意味では、ポリテクカレッジよりも濃厚である。6、韓国の労働技能大学校は、わが国のポリテクカレッジに相当する。同大学校の生徒は在学中に産業技士(多技能工)の資格を取得するが、彼らが将来、技能工かテクニシャンのどちらを指向するかは、社会に出てから取得する資格で決まる。前者が技能長の資格であり、後者が技士、技術士の資格である。
TNF-αの新しい転写因子LITAFが歯周病病態に果たす役割

抗LITAFモノクロナール抗体を用いてTHP-1細胞を免疫染色した結果,LPS-induced TNF-αfactor(LITAF)は刺激のない状態では細胞質に存在するが,LPS刺激すると核内で豊富になることが判明した。ウエスタンブロット解析によって,THP-1の細胞質内と核内のそれぞれおけるLITAFタンパクの動態を示すことができた.すなわち,LPSで2時間刺激すると核内LITAFの量が上昇するが,その後24時間まではもとのレベルに戻った。他方,細胞質内LITAF量はLPSで刺激しても有意な変化は見られなかった。これらの結果から,LITAFタンパクはLPS刺激によって細胞質内から核内へと輸送されることが示唆された。LITAFタンパクは核移行シグナルを有さないので,他のDNA結合タンパクがその輸送に必要なのかも知れない。ヒトゲノムライブラリからLITAFプロモーターの1.2kbをクローニング・シークエンスした。これについて詳細なレポータープラスミドを構築し,これをヒトT細胞株に導入してプロモーターアッセイを行った。プロモーター活性は-76から-43の領域で最大を示し,ここには既知のコンセンサスシークエンスが存在しなかった。LITAFの転写にはこの未知のシークエンスが重要な役割を果たすことが示唆された。【研究目的】TNF-αは,多くの免疫担当細胞に炎症性サイトカイン産生を促す働きがあり,歯周炎の慢性化に与っている。さらに,このサイトカインは破骨細胞の成熟に直接的に関わるという特徴がある。従って,TNF-α産生のメカニズムは歯周病の病態を理解する上で重要な研究課題である。従来,ヒトTNF-αの遺伝子発現はNF-κBによって制御されると理解されてきた。最近我々は,LPS刺激したヒト単球からこれとは全く異なる新規転写因子LITAF(LPS-Induced TNF-αFactor)を同定することに成功した。そして,LITAFantisense RNAを発現するTHP-1細胞においては,LPS刺激によるTNF-α遺伝子の転写は抑制されることを示した。従って,TNF-α遺伝子発現のメカニズムはLITAFを介する経路から捉える必要がでてきた。本研究では,LPS刺激した細胞において,LITAF遺伝子の発現動態をmRNAとタンパクレベルで明らかにするとともに,LITAF遺伝子の転写制御因子について調べた。【材料と方法】1.LITAFのmRNAとタンパクの検出:LPS刺激したTHP-1細胞あるいはJurkat細胞において,mRNAは定量RT-PCR法で検出し,タンパクの局在は免疫染色法で調べた。2.プロモーター領域塩基配列の解析:LITAFのプロモーター領域のDNAをクローニング,シークエンスした。そして,どの部位に既知の転写因子が結合可能であるのかは,TFSEARCHならびにMOTIFプログラムを利用して解析した。3.プロモーターアッセイ:上記DNAはレポータープラスミドにサブクローニングし,THP-1細胞とJurkat細胞に導入してプロモーターアッセイを行った。【結果と考察】いずれの細胞においても,LITAF mRNAはLPS刺激によって増加した。LITAF遺伝子の転写活性は,その転写開始点の上流209塩基から43塩基の領域に最も高い値を検出した。この領域にはAP-1とAP-2が結合可能な配列が存在したので,LPS刺激時にはこれらの転写因子を介してLITAF遺伝子が活性化される可能性がある。LITAFタンパクは無刺激の状態でも細胞質と核内の両方に検出し,LPS刺激ではその直後から核内のLITAFタンパク量が増加した。LITAFはnuclcear localization signalが無いので,他のタンパクと結合して核内へ輸送されるのか,あるいは未知のメカニズムで輸送されるのかも知れない。ウエスタンブロット解析によって,THP-1の細胞質内と核内のそれぞれおけるLITAFタンパクの動態を示すことができた。すなわち,LPSで2時間刺激すると核内LITAFの量が上昇するが,その後24時間まではもとのレベルに戻った。

他方,細胞質内LITAF量はLPSで刺激しても有意な変化は見られなかった。これらの結果から,LITAFタンパクはLPS刺激によって細胞質内から核内へと輸送されることが示唆された。LITAFタンパクは核移行シグナルを有さないので,他のDNA結合タンパクがその輸送に必要なのかも知れない。ヒトゲノムライブラリからLITAFプロモーターの1.2kbをクローニング・シークエンスした。これについて詳細なレポータープラスミドを構築し,これをヒトT細胞株に導入してプロモーターアッセイを行った。プロモーター活性は-76から-43の領域で最大を示し,ここには既知のコンセンサスシークエンスが存在しなかった。LITAFの転写にはこの未知のシークエンスが重要な役割を果たすことが示唆された。
胎児性胆汁酸生合成機構の解明と先天性代謝異常症の病態解析

胎児性胆汁酸生合成経路の解明のために,以下の事項を検討した.1)胆汁酸生合成中間体の合成胆汁酸生合成中間体であるC_<27>-胆汁酸およびそれらの立体異性体を新たに開発した合成法を用いて化学合成した.また胎児性胆汁酸生合成前駆体と推定されたC_<27>-胆汁酸の合成も行った.2)胆汁酸生合成中間体の分析法の開発上記合成標品を用いて,ガスクロマトグラフィー・質量分析計および高速液体クロマトグラフィーによる的確な微量一斉定量分析法を開発した.3)ラット肝を用いた代謝研究胎児性胆汁酸前駆体と推定されるC_<27>-胆汁酸を基質としてラット肝による代謝産物の定量分析を行った.その結果,胎児性胆汁酸生合成経路の解明に向けた新たな知見が得られた.さらに,胆汁酸生合成経路におけるβ-酸化系酵素の基質特異性について検討し,ステロイド母核上の水酸基数が側鎖開裂にも影響を及ぼすことを明らかにすることができた.また,生合成中間体の立体化学についても検討し,中間体である24-水酸化コレスタン酸は(24R,25R)-及び(24S,25S)-体が主として生成することを明らかとした.4)先天性胆汁酸代謝異常症の解析Zellweger患者尿中の胆汁酸を定量分析を行った。その結果、胆汁酸生合成中間体であるC_<27>-胆汁酸が大量に蓄積し,明らかに酵素欠損による異常が認められた.さらに,従来認められていなかった(24Z)-3α,7α,12α-trihydroxy-5β-cholest-24-en-26-oic acidの存在が確認された.胎児性胆汁酸生合成経路の解明のために,以下の事項を検討した.1)胆汁酸生合成中間体の合成胆汁酸生合成中間体であるC_<27>-胆汁酸およびそれらの立体異性体を新たに開発した合成法を用いて化学合成した.また胎児性胆汁酸生合成前駆体と推定されたC_<27>-胆汁酸の合成も行った.2)胆汁酸生合成中間体の分析法の開発上記合成標品を用いて,ガスクロマトグラフィー・質量分析計および高速液体クロマトグラフィーによる的確な微量一斉定量分析法を開発した.3)ラット肝を用いた代謝研究胎児性胆汁酸前駆体と推定されるC_<27>-胆汁酸を基質としてラット肝による代謝産物の定量分析を行った.その結果,胎児性胆汁酸生合成経路の解明に向けた新たな知見が得られた.さらに,胆汁酸生合成経路におけるβ-酸化系酵素の基質特異性について検討し,ステロイド母核上の水酸基数が側鎖開裂にも影響を及ぼすことを明らかにすることができた.また,生合成中間体の立体化学についても検討し,中間体である24-水酸化コレスタン酸は(24R,25R)-及び(24S,25S)-体が主として生成することを明らかとした.4)先天性胆汁酸代謝異常症の解析Zellweger患者尿中の胆汁酸を定量分析を行った。その結果、胆汁酸生合成中間体であるC_<27>-胆汁酸が大量に蓄積し,明らかに酵素欠損による異常が認められた.さらに,従来認められていなかった(24Z)-3α,7α,12α-trihydroxy-5β-cholest-24-en-26-oic acidの存在が確認された.胎児性胆汁酸生合成経路の解明のために、今年度は中間体の的確な分析法の開発を検討した.1)胆汁酸生合成中間体標品の合成C24-胆汁酸(コール酸,ケノデオキシコール酸)メチルエステルを出発原料として,DMSOと縮合させた後,メチル化し,胆汁酸生合成中間体と同一の炭素数27を有するケトスルホキシドを得た.次いで,熱分解反応により,α,β-不飽和ケトンへと導き,これを鍵化合物として,一次胆汁酸の生合成中間体である3α,7α,12α-trihydroxy-及び3α,7α,-dehydroxy-5β-cholestan-26-oic acidを合成することができた.また,上記中間体より導かれる生合成中間体である24-水酸化体(3α,7α,12α,24-tetrahydroxy-及び3α,7α,24-trihydroxy-5β-cholestan-26-oic acid)も併せて合成した.これらの化合物は立体異性体の混合物として得られたために,各種クロマトグラフィーを利用して,各異性体に分離せいた.この結果,胆汁酸生合成における立体化学的検討を含めた研究が可能となった.2)胆汁酸生合成中間体の分析法の確立上記合成標品を用いて,キャピラリーガスクロマトグラフィーを用いる胆汁酸生合成中間体の一斉微量定量分析法の開発を行った.本分析法を利用して,ラット肝ホモジネートを酵素源とする胆汁酸生合成実験における中間体の定量を行うことができた.更に,生合成中間体の立体化学を検討するために,新規蛍光ラベル化試薬を用いる高速液体クロマトグラフィーによる生合成中間体の各立体異性体の微量分離定量法を確立することができた.

この分析法を用いてラット肝ホモジネートを用いるインキュベーション代謝産物を検討し,生合成に関与する酵素の立体特異性について検討した.胎児性胆汁酸生合成経路の解明のために,前年度に確立した基質の合成及び分析法を用いて,以下の事項を検討した.1)ラット肝を用いた代謝研究胎児性胆汁酸前駆体と推定される1β,3α,7α,12α-及び3α,6α,7α,12α-tetrahydroxy-5β-cholestan-26-oic acidを基質としてラット肝ホモジネート800xg上清とインキュベートし,その代謝産物の定量分析を行った.その結果,上記C27-胆汁酸も一次胆汁酸(コール酸,ケノデオキシコール酸)の生成と同一の経路で胎児性胆汁酸(1β-及び6α-水酸化コール酸)を生成することが判明し,胎児性胆汁酸生合成経路の解明に向けた新たな知見が得られた.さらに,胆汁酸生合成経路におけるβ-酸化系酵素の基質特異性について検討し,ステロイド母核上の水酸基数が側鎖開裂にも影響を及ぼすことを明らかにすることができた.また,生合成中間体の立体化学についても検討し,中間体である24-水酸化コレスタン酸は(24R,25R)-及び(24S,25S)-体が主として生成することを明らかとした.先天性胆汁酸代謝異常症の解析前年度に確立したガスクロマトグラフィーによる分析法を用いて,胆汁酸代謝異常症であるZellweger患者尿中の胆汁酸の定量分析を行った.その結果,胆汁酸生合成中間体であるC27-胆汁酸が大量に蓄積し,明らかに酸素欠損による異常が認められた.さらに,従来認められていなかった(24Z)-3α,7α,12α-trihydroxy-5β-cholest-24-en-26-oic acidの存在が確認され,本化合物を経由する他の胆汁酸生合成経路が存在する可能性も示唆された.本分析法は上記疾患の容易な診断法の一つとなるものと考えられる.
閉塞性大腸癌における自己拡張型金属ステントの腫瘍学的安全性の評価

閉塞性大腸癌に対する大腸ステントによる減圧処置は、腸管穿孔や腫瘍に対する物理学的刺激による遠隔転移助長の可能性など、近年腫瘍学的長期予後悪化が懸念されている。本研究では、大腸ステント留置の腫瘍学的安全性を明らかにし、閉塞性大腸癌の治療戦略を確立する。以下の項目について、従来使用されていた経肛門的減圧管と比較検討する。1.新規循環腫瘍細胞(CTC)解析装置によるステント留置前後のCTC数のモニタリング2.ステント拡張の物理的刺激による、上皮間葉転換(EMT)誘導のメカニズムの解明3. Droplet Digital PCRを用いた大腸ステント留置後の循環腫瘍DNA(ctDNA)のモニタリング閉塞性大腸癌に対する大腸ステントによる減圧処置は、腸管穿孔や腫瘍に対する物理学的刺激による遠隔転移助長の可能性など、近年腫瘍学的長期予後悪化が懸念されている。1.新規循環腫瘍細胞(CTC)解析装置によるステント留置前後のCTC数のモニタリング2.ステント拡張の物理的刺激による、上皮間葉転換(EMT)誘導のメカニズムの解明3. Droplet Digital PCRを用いた大腸ステント留置後の循環腫瘍DNA(ctDNA)のモニタリング
膀胱平滑筋ムスカリン受容体の結合特性と情報伝達機構に関する研究

膀胱ムスカリン受容体サブタイプの生理的役割および情報伝達反応を、各サブタイプ選択性拮抗薬、百日咳毒素の膀胱収縮反応におよぼす影響をみることにより検討した。【方法】雄SDラット(200-220g)を2群に分けた。1)百日咳毒素(PTX)処置群:PTXを100μg/100g体重静注2)対照群:同量の生食水を静注。4日間飼育後、膀胱を摘出し平滑筋条片を作製し、37°Cで酸素化したKrebs-Henseleit液で満たした筋浴槽内に懸垂固定した。各濃度のM_1,M_2,M_3サブタイプ選択的拮抗薬(それぞれpirenzepine,methoctoramine,4-DAMP)で前処置後、10^<-8>10^<-2>Mのアセチルコリン(Ach)を累積的に加え収縮反応を等尺性トランスジューサ-を解して記録した。【結果】PTX群では、対照群に比べ自発収縮反応が増加した。両群ともAchによって用量依存性的に収縮したが、最大収縮力、ED_<50>は両群で有意差なかった。M_1M_3サブタイプ拮抗薬によりAch用量反応曲線は用量依存性に右方移動した。収縮抑制効力は4-DAMP>methoctoramine>pirenzepineの順で、両群で有意差はなかった。【結論】ラット膀胱平滑筋は主にM_3サブタイプを介して起こる事が示唆された。PTXはAch収縮反応、選択的拮抗薬による収縮抑制には影響しなかったが自発収縮が大きく、PTX感受性G蛋白は膀胱緊張の安定化に貢献しているものと思われた。
コリンオキシダーゼ遺伝子を導入した形質転換植物におけるストレス応答の解析

塩耐性植物は塩ストレスを受けると、適合溶質と呼ばれる化合物を合成し、細胞内の浸透圧を調節する。その遺伝子操作は植物の塩耐性を増大させ、環境ストレスに強い農作物作製への応用が期待されている(第1章)。グリシンベタインも適合溶質の一つであり、浸透圧調節、タンパク質の変性の抑制、光合成活性の安定化に効果があると考えられている(第2章)。本研究計画では土壌細菌、Arthrobacter globiformisのグリシンベタイン合成酵素、コリンオキシダーゼの遺伝子をシロイヌナズナに導入し、この形質転換植物におけるストレス応答を解析した。得られた形質転換体では発現したコリンオキシダーゼの大部分が葉緑体に局在し、また生葉1gあたり1μmoleのベタインが蓄積していた。この形質転換体は100mMのNaClを含む培地上で発芽し、生育を続けた。また通常の栄養塩で水耕によって生育させた後200mMNaClを含む溶液に移した場合、野生株は数日後に枯死したが、形質転換体は生存を続けた。400mMNaClを含む溶液で48時間処理した場合、野生株では光化学系II活性が10%以下に減少したのに対し、形質転換体では50%以上活性が残っていた。低温環境(5°C)おける発芽と生長は野生株よりもグリシンベタインを蓄積した形質転換体の方が速かった。また形質転換体の種子は吸水時の低温ストレスに対し、発芽、生長とも野生株に比べ、耐性を示した。種子を低温ストレス下で発芽させた場合、形質転換体の種子の方が野生株の種子より早く発芽し、発芽後の成長も速く、種子におけるグリシンベタインの蓄積が低温耐性を増大させていることが明らかになった。このようにコリンオキシダーゼ遺伝子の導入により、植物体としての塩ストレス耐性が改善されたのみならず、光合成の塩ストレスに対する耐性、生長時、発芽時、種子の吸水時における低温耐性も増大することが明らかとなった(第3章)。適合溶質の一つであるグリシンベタインの合成に関与する酵素、コリンオキシダーゼの遺伝子を放線菌、Arthrobacter globiformisから単離し、シロイヌナズナに導入した。得られた形質転換体では発現したコリンオキシダーゼの大部分が葉緑体に局在し、また生葉1gあたり1μmoleのベタインの蓄積が確認された。得られた形質転換体は100mMのNaClを含む培地上で発芽し、速度は遅いものの生育を続けた。また通常の栄養塩で水耕によって生育された後200mMNaClを含む溶液に移した場合、野生株は数日後に枯死したが、形質転換体は生存を続けた。また400mMNaClを含む溶液で処理した場合、48時間後に光化学系II活性が野生株では10%以下に減少したのに対し、形質転換体では50%以上活性が残っていた。このようにコリンオキシダーゼ遺伝子の導入により、植物体としての塩ストレス耐性が改善のみならず、光合成の塩ストレスに対する耐性も増大することが明らかとなった。

また通常の条件下で約1ヶ月生長した植物を2日間で低温(5°C)明条件で処理した後、通常の温度に戻した場合、野生株では葉の傷害が顕著になったのに対し、形質転換株ではほとんど傷害が見られず、また低温、明条件下において低下した光合成活性は、形質転換体の方が野生株より常温において早く回復した。この結果はグリシンベタインを蓄積した形質転換体では低温におけるD1タンパク質の再生速度が野生株より速く、光阻害からの回復が起こるものと考えられる。即ち、植物の塩耐性に必要とされる適合溶質の一つであるグリシンベタインが、低温下における光合成の活性保持、恒常性の維持に何らかの役割を果たしていると考えられる。グリシンベタインは適合溶質の一つであり、浸透圧調節の他にも、タンパク質の変性の抑制に効果がある。コリンオキシダーゼはコリンから、一段階の反応でグリシンベタインを生成する酵素である。この遺伝子をシロイヌナズナに導入して得られた形質転換体は塩ストレスのない条件下でグリシンベタインを蓄積し、野生株よりも塩耐性が増大していた。本年度の研究計画では、1.グリシンベタインを蓄積する形質転換体における低温ストレス耐性の解析、2.細胞内のグリシンベタイン合成酵素の局在性の違いによる塩ストレス耐性への効果についての解析を行った。購入した紫外可視分光光度計は、グリシンベタインおよび光合成活性測定の際のクロロフィル定量に使用した。形質転換体は吸水時の低温ストレスに対し、発芽、生長とも野生株に比べ、耐性を示した。また、種子を低温ストレス下で発芽させた場合も、形質転換体の種子の方が野生株の種子より早く発芽し、発芽後の成長も速かった。形質転換体の種子にはグリシンベタインが含まれており、種子におけるグリシンベタインの蓄積が吸水時および発芽時の低温耐性を増大させていることが明らかになった。また、グリシンベタインの合成酵素が細胞質局在型の形質転換体では、塩ストレス下での発芽においては、野生株に比べ発芽率は高かった。しかし、塩ストレス下での生長においては、野生株と差はなく、塩耐性効果はみられなかった。昨年度解析したグリシンベタイン合成酵素が葉緑体局在型の形質転換体では塩ストレス下において、野生株より生育が速く、塩耐性効果が見られた。よって、生長時の塩ストレス耐性についてはグリシンベタイン合成酵素が葉緑体に存在することに重要な意味があると考えられる。
本邦における原発性腹膜癌に関する多施設共同研究

■本邦における原発性腹膜癌の臨床病理学的多施設共同研究前年度に引き続き、さらに症例数を増やした上で、国内の8施設における腹膜癌患者の臨床病理学的特性を後方視的に検討した、GOGの診断基準の基づき診断された腹膜癌症例115例を対象とし、各施設の研究協力者が診療記録より各臨床病理学的因子を調査し、集計したデータを統計学的に解析した。その結果、(1)主たる腫瘍占拠部位は大網、腹膜、腸間膜、横隔膜などの上腹部臓器であること、(2)高頻度に後腹膜リンパ節転移を認めること、(3)初回手術時の手術完遂率(optimal率)は、術前化学療法(NAC)群が初回腫瘍減量術(PDS)群より高い傾向を示すこと、(4)化学療法の効果は、NACの奏効率が92%、術後一次化療の無増悪率が86.8%であり、いずれも有用であること、(5)累積生存率はPDS群が26.2%、NAC群が48.3%で、後者が予後良好の傾向であること、(6)腫瘍減量手術の成功が予後を改善する傾向にあり、その反面適切な腫瘍減量を行えなかった場合は、極めて予後不良であること、などの特性が改めて確認された。■腹膜癌組織における遺伝子発現プロファイルの網羅的解析■本邦における原発性腹膜癌の臨床病理学的多施設共同研究腹膜癌患者の予後因子を含めた臨床病理学的特性を後方視的に検討した。国内の8施設において、GOGの診断基準の基づき診断された腹膜癌症例83例を対象とし、各施設の研究協力者が診療記録より各臨床病理学的因子を調査し、集計したデータを統計学的に解析した。その結果、(1)主たる腫瘍占拠部位は大網、腹膜、腸間膜、横隔膜などの上腹部臓器であること、(2)高頻度に後腹膜リンパ節転移を認めること、(3)初回手術時の手術完遂率(optimal率)は、術前化学療法(NAC)群が初回腫瘍減量術(PDS)群より高い傾向を示すこと、(4)化学療法の効果は、NACの奏効率が91%、術後一次化療の無増悪率が88.1%であり、いずれも有用であること、(5)累積生存率はPDS群が28.3%、NAC群が50.2%で、後者が予後良好の傾向であること、(6)腫瘍減量手術の成功が予後を改善する傾向にあり、その反面適切な腫瘍減量を行えなかった場合は、極めて予後不良であること、などの特性が判明した。■腹膜癌の術前診断法の確立-臨床的腹膜癌の診断基準の検討-代表者らが提唱する「臨床的腹膜癌の診断基準」に基づいて、前述の83例を後方視的に検討した結果、術前に腹膜癌と診断可能であった症例は、全体の84%に上り、術前診断は十分可能であることが示唆された。■腹膜癌の診断における細胞学的検討-子宮内膜細胞診における有用性の検討-子宮内膜細胞診への腹膜癌細胞の出現状況としては、全体の34%に出現することが判明し、しかもその細胞像としては、腹水中に認められる非常に異型の強い腺癌細胞と同様のものであった。腹膜癌の診断における子宮内膜細胞診の有用性が示唆された。■腹膜癌組織における遺伝子発現プロファイルの網羅的解析
泌尿器癌の悪性度に及ぼす受容体型癌遺伝子c-erbB-2とそのリガンドの意義

c-erbB-2遺伝子は膀胱癌の増殖と進展への関与が示唆されている。そこで本腫瘍におけるc-erbB-2とそのリガンドhuman NDFの発現を検索し、両者の相互作用について検討した。膀胱癌(32例)ではc-erbB-2遺伝子の増幅が2例(6.3%)に認められたが、human NDF遺伝子に増幅あるいは再編成といった異常は認められなかった。一方、c-erbB-2遺伝子の増幅に対するp53遺伝子の関わりをみるため、SSCP法でp53遺伝子の差異を検索した。その結果、p53遺伝子の点突然変異が32例中9例(28.1%)に認められた。しかし、癌遺伝子の増幅例のうちp53遺伝子の変異は1例(3.6%)のみであり本腫瘍のc-erbB-2遺伝子の増幅にはp53遺伝子の変異は必須ではなかった。c-erbB-2遺伝子は膀胱癌の10例(31%)で正常組織に対して過剰発現していた。一方、human NDF遺伝子は膀胱癌,正常組織ならびに膀胱癌株細胞(5637)において低レベルの発現がみられた。以上の結果から、膀胱癌にはc-erbB-2とhuman NDFの自己分泌機構が存在し、c-erbB-2の過剰発現は癌の発生と進展を促進することが示唆された。c-erbB-2の活性化のためには受容体型膜蛋白HER4の存在が必要とされている。そこで、腎細胞癌におけるhuman NDF、c-erbB-2、およびHER4遺伝子の発現を検索してみた。その結果、腎細胞癌20例ではhuman NDF遺伝子の過剰発現を1例(5%)に認めたが、c-erbB-2遺伝子の過剰発現は認められなかった。一方、HER4遺伝子は正常腎組織ではすべてで発現を認めたが、癌組織では発現を検出できなかった。human NDF遺伝子過剰発現の1例では、c-erbB-2遺伝子の発現は正常組織に比較して低レベルであった。これらのことから、腎細胞癌の増殖と進展にはhuman NDFとc-erbB-2の自己分泌機構の関与は少ないと考えられた。c-erbB-2遺伝子は泌尿器癌では膀胱癌または精巣腫瘍で過剰発現し,癌の増殖と進展への関与が示唆されている。本遺伝子産物は受容体型膜蛋白であるため,その活性化のためにはリガンドの結合が必要である。最近クローニングされたhuman NDFはc-erbB-2のリガンドのひとつと考えられている。そこで膀胱癌においてc-erbB-2とhuman NDFの発現を検索し,両者の相互作用について検討した。膀胱癌と正常粘膜から抽出したDNAとRNAをサンプルとして,human NDFのcDNAをプローブとしたサザンブロットハイブリダイゼーションにより遺伝子の解析を行うとともに,cDNAの塩基配列をもとにオリゴヌクレオチドプライマーを合成し,RT-PCRによりhuman NDFの発現を検索した。その結果,膀胱癌ではc-erbB-2とhuman NDF遺伝子に増幅あるいは再編成といった異常は認められなかった。RT-PCRでは膀胱癌と正常組織の全てにc-erbB-2の発現がみられたが,正常組織より癌に発現量が多かった。また,human NDFも膀胱癌,正常組織ならびに膀胱癌株細胞(5637)において低レベルの発現がみられた。

以上の結果から,膀胱癌にはc-erbB-2とhuman NDFの自己分泌機構が存在すると考えられた。膀胱癌におけるc-erbB-2遺伝子の増幅と過剰発現とNDF遺伝子の発現を検索した。膀胱癌ではc-erbB-2とhuman NDF遺伝子に再編成は認められなかった。c-erbB-2遺伝子の発現は膀胱癌と正常組織の全てでみられたが,正常組織より癌に発現量が多かった。また,human NDF遺伝子も膀胱癌,正常組織ならびに膀胱癌株細胞(5637)において低レベルの発現がみられた。この結果から、膀胱癌にはc-erbB-2とhuman NDFの自己分泌機構が存在することが示唆された。Human NDFは受容体型膜蛋白c-erbB-2のリガンドとみなされているが,c-erbB-2の活性化のためには受容体型膜蛋白HER4の存在が必要とされている。そこで、腎細胞癌におけるこれら3種の遺伝子の発現を検索し,それらの相互作用を検討してみた。その結果、腎細胞癌(20例)ではhuman NDF遺伝子の過剰発現を1例(5%)に認めたが,c-erbB-2遺伝子の過剰発現は認められなかった。一方,HER4遺伝子は正常腎組織ではすべてで発現を認めたが,癌組織では発現を検出できなかった。human NDF過剰発現の1例では,c-erbB-2遺伝子の発現は正常組織に比較して低レベルであった。これらのことから、腎細胞癌の増殖と進展にはhuman NDFとc-erbB-2の自己分泌機構の関与は少ないと考えられた。これらの知見は第28回と第29回の日本癌治療学会総会で発表した。c-erbB-2遺伝子は膀胱癌で過剰発現し,癌の増殖と進展への関与が示唆されている。本遺伝子産物は受容体型膜蛋白であるため,その活性化のためにはリガンドの結合が必要である。最近クローニングされたhuman NDFはc-erbB-2のリガンドのひとつと考えられている。そこで膀胱癌においてc-erbB-2とhuman NDFの発現を検索し、両者の相互作用について検討した。膀胱癌と正常粘膜から抽出したDNAとRNAをサンプルとして、サザンブロットハイダイゼーションとノーザンブロットハイブリダイゼーションにより解析を行った。その結果、膀胱癌(32例)ではc-erbB-2遺伝子の増幅が2例(6.3%)に認められたが、human NDF遺伝子に増幅あるいは再編成といった異常は認められなかった。c-erbB-2遺伝子の発現は膀胱癌の10例(31%)で正常組織に対して過剰発現していた。一方、human NDF遺伝子は膀胱癌,正常組織ならびに膀胱癌株細胞(5637)において低レベルの発現がみられたが、膀胱癌における本遺伝子の過剰発現はみとめられなかった。以上の結果から,膀胱癌にはc-erbB-2とhuman NDFの自己分泌機構が存在し、c-erbB-2の過剰発現は癌の発生と進展を促進することが示唆された。c-erbB-2の活性化のためには受容体型膜蛋白HER4の存在が必要とされている。そこで、腎細胞癌におけるhuman NDF、c-erbB-2、およびHER4遺伝子の発現を検索し、それらの相互作用を検討してみた。
ＭＩＮＴ教科の教育が生徒の人格形成に果たす役割と寄与度についての日独比較研究

我が国の場合には学習指導要領に基づいて行われる学校教育は、全体として人格の完成をなし遂げることができているのかどうか、また、それに対して理系教科が果たす寄与の多寡を日独比較の形で明らかにすることを本研究の目的とし、1人格の個々の特徴(要素)の完成度を測る尺度と調査法を開発、2小・中・高3つの学校段階で調査を実施、3それぞれの学校段階で学校教育によって達成される人格の全体図を描き出す、4各教科やその他の活動が人格の形成にどのように寄与するのか明らかにする、5MINT教科の果たす役割について明かにする、の5点について、ドイツの研究者と共同して日独比較の形で研究を行う。
航空機エンジン用耐熱複合材の高温での損傷評価を可能にする新規光ファイバAE計測法

本研究では、光ファイバセンサを用いたアコースティック・エミッション(AE)技術に基づき、高温環境下で耐熱材料における損傷進展を評価可能なIn-situ非破壊検査(NDT)手法と、苛酷環境下で適用可能な構造物の健全性モニタリング(SHM)技術を構築することを目的としている。上記の目的のもと、補助事業の初年度では下記の2つの研究課題を実施した。課題1遠隔AE計測法による高温環境下でのラム波伝播特性の解明:航空機エンジンの部品に多く使われている薄肉構造におけるAE波はラム波として伝播する。損傷進展を評価するためのAE信号解析法の構築にとって、高温環境下における温度変化によるラム波の複雑な伝播特性(多モード性と分散性)への影響を解明することが極めて重要である。しかし、今まで高性能な高温AEセンサがなかったため、その影響を解明する研究もほとんどない。そこで、2018年度では、独自で開発した光ファイバセンサ用遠隔AE計測法を用い、レーザで励起したラム波を計測する実験に基づき、300°Cまでの温度変化による波の伝播特性を解明した。波形信号からラム波モードを抽出して調べた結果、温度上昇に伴う各周波数成分の伝播速度の低下を定量的に評価できた。数値解析に基づき、その変化は、温度上昇による材料の弾性特性の低下に起因することが分かった。課題2高性能な耐熱光ファイバRFBG超音波センサの構築:これまでの研究で開発した、高温用光ファイバ超音波RFBGセンサの性能を向上させるため、RFBGを形成するシードグレーティングの条件を検討した。具体的には、屈折率が周期的に変化するグレーティングの中央に180度の位相シフトを導入したシードFBGに対して、アニーリング処理を行うことでRFBGを形成した。その結果、有効センサ長が極めて短くなり、より広い周波数帯域にわたって超音波を受信可能となった。光ファイバ超音波センサによる高温用NDT手法とSHM技術を構築するという目的を達成するため、申請時に次の3つの課題を実施することを計画した:[A]遠隔AE計測法による高温環境下でのラム波伝播特性の解明;[B]遠隔AE計測法を用いる高温環境下での材料中の内部損傷評価法の構築;[C]高温RFBG超音波センサを用いる健全性モニタリングシステムの構築。前述の「研究実績の概要」で報告した課題1、つまりラム波モードの伝播挙動に与える温度変化の影響の解明は、計画課題[A]に対応しており、計画課題[B]を遂行するための基礎研究と位置づけている。温度変化がラム波モードにもたらす影響を理解することで、高温AE計測によるより適切な損傷評価法を構築することができる。一方、課題2は計画課題[C]の一部である。より高性能な耐熱性光ファイバRFBG超音波センサの構築は、有用性に優れたSHMセンシングネットワークの開発にとって重要である。以上の理由で、進捗状況はおおむね順調に進展していると評価した。前述の3つの計画課題に基づき今後の推進方策を述べる。推進方策[A]3001000°Cまでの温度環境におけるラム波の伝播特性の解明:初年度に実施した、300°Cまでの高温環境下における超音波伝播挙動の解明で得られた知見を基に、本研究で想定している適用温度である1000°Cまでの温度範囲で、複合材料を伝わるラム波の伝播挙動を明らかにすることを試みる。推進方策[B]遠隔AE計測法を用いた高温環境下での材料中の内部損傷評価法の構築:温度変化のラム波伝播挙動への影響を考慮した上で、高温環境における耐熱複合材料の内部損傷の形態とAE信号中のラム波モードとの関係を明らかにする。高温下での材料試験中に計測したAE信号から損傷形態を推定できれば、様々な温度条件と荷重条件下で、どのような損傷が発生するのかを判断できる。そこにより、損傷進展挙動を把握可能にする。ただし、内部損傷を的確に評価するためには、損傷の位置標定が必要となる。そこで、損傷形態の同定と並行して、本研究の遠隔AE計測法を用いた損傷の位置評定方法を検討する。推進方策[C]高性能な高温用RFBG超音波センサを用いた健全性モニタリングシステムの構築:上記の2つの課題で使用する遠隔AE計測法は、高性能でNDT手法の構築にとっては有効であるが、センサ部を常に常温環境に設置しなければならないため、SHM技術に適用することが困難である。一方で、RFBGは耐熱性に優れるため、直接高温環境に設置することができる。よって、初年度に構築した高性能な光ファイバRFBGセンサを利用し、苛酷環境下で運用する構造物に設置可能な、SHM用センシングネットワークを開発することを試みる。

しかし、今まで高性能な高温AEセンサがなかったため、その影響を解明する研究もほとんどない。そこで、2018年度では、独自で開発した光ファイバセンサ用遠隔AE計測法を用い、レーザで励起したラム波を計測する実験に基づき、300°Cまでの温度変化による波の伝播特性を解明した。波形信号からラム波モードを抽出して調べた結果、温度上昇に伴う各周波数成分の伝播速度の低下を定量的に評価できた。数値解析に基づき、その変化は、温度上昇による材料の弾性特性の低下に起因することが分かった。課題2高性能な耐熱光ファイバRFBG超音波センサの構築:これまでの研究で開発した、高温用光ファイバ超音波RFBGセンサの性能を向上させるため、RFBGを形成するシードグレーティングの条件を検討した。具体的には、屈折率が周期的に変化するグレーティングの中央に180度の位相シフトを導入したシードFBGに対して、アニーリング処理を行うことでRFBGを形成した。その結果、有効センサ長が極めて短くなり、より広い周波数帯域にわたって超音波を受信可能となった。光ファイバ超音波センサによる高温用NDT手法とSHM技術を構築するという目的を達成するため、申請時に次の3つの課題を実施することを計画した:[A]遠隔AE計測法による高温環境下でのラム波伝播特性の解明;[B]遠隔AE計測法を用いる高温環境下での材料中の内部損傷評価法の構築;[C]高温RFBG超音波センサを用いる健全性モニタリングシステムの構築。前述の「研究実績の概要」で報告した課題1、つまりラム波モードの伝播挙動に与える温度変化の影響の解明は、計画課題[A]に対応しており、計画課題[B]を遂行するための基礎研究と位置づけている。温度変化がラム波モードにもたらす影響を理解することで、高温AE計測によるより適切な損傷評価法を構築することができる。一方、課題2は計画課題[C]の一部である。より高性能な耐熱性光ファイバRFBG超音波センサの構築は、有用性に優れたSHMセンシングネットワークの開発にとって重要である。以上の理由で、進捗状況はおおむね順調に進展していると評価した。前述の3つの計画課題に基づき今後の推進方策を述べる。推進方策[A]3001000°Cまでの温度環境におけるラム波の伝播特性の解明:初年度に実施した、300°Cまでの高温環境下における超音波伝播挙動の解明で得られた知見を基に、本研究で想定している適用温度である1000°Cまでの温度範囲で、複合材料を伝わるラム波の伝播挙動を明らかにすることを試みる。推進方策[B]遠隔AE計測法を用いた高温環境下での材料中の内部損傷評価法の構築:温度変化のラム波伝播挙動への影響を考慮した上で、高温環境における耐熱複合材料の内部損傷の形態とAE信号中のラム波モードとの関係を明らかにする。高温下での材料試験中に計測したAE信号から損傷形態を推定できれば、様々な温度条件と荷重条件下で、どのような損傷が発生するのかを判断できる。そこにより、損傷進展挙動を把握可能にする。ただし、内部損傷を的確に評価するためには、損傷の位置標定が必要となる。
PINK1の作動機構解明からミトコンドリアホメオスタシスと神経変性の核心に迫る

助成対象者(松田憲之)は、PINK1とParkinが異常ミトコンドリアをユビキチン化し、細胞内から除去する仕組みを解析してきた。このプロセスにおける最上流イベントは“PINK1が異常ミトコンドリアの外膜に局在化すること"である。正常なミトコンドリアではPINK1は膜電位に依存して分解されており、膜電位が低下すると分解を免れたPINK1が機能する仕組みが知られている。しかしながら、分解が停止するだけではPINK1はマトリクスや細胞質に局在化するはずであり、異常ミトコンドリア外膜に局在化するための特別な仕組みが必要である。助成対象者(松田憲之)はPINK1が異常ミトコンドリア外膜に局在化する仕組みの詳細な解析を行い、既知の仮説とは異なる新しい仕組みを明らかにした。PINK1のN-末端のMTSの前にマイナスチャージのアミノ酸を付加してMTS機能を阻害すると、PINK1が自己リン酸化され、Parkinの移行と活性化も誘導可能であった。つまり、ミトコンドリアの膜電位と無関係に、N-末端MTS機能の阻害だけでPINK1を活性化できること(MTS機能阻害が必要十分条件であること)を見出した。さらにPINK1のミトコンドリア外膜局在化に必要な領域を同定する実験から、従来提唱されていた領域(94 - 110 a.a.)は不要であり、この領域を欠いたPINK1でも異常ミトコンドリア外膜への局在化・自己リン酸化・Parkinの移行誘導が可能であることを示した。最終的にMTS機能が阻害されると、新奇な外膜局在化領域(30 - 94 a.a.)が機能することで、PINK1が異常ミトコンドリアの外膜に局在・機能すると結論した。27年度が最終年度であるため、記入しない。申請者は既に2013年に、ParkinのSer65がPINK1依存的にリン酸化されることや、このSer65リン酸化がParkinの機能に重要であることを報告している(Iguchi, JBC, 2013)。にもかかわらず、PINK1の機能がParkinのリン酸化だけで説明できるかというと、決してそうではない。というのも、ParkinのSer65リン酸化模倣変異体(S65D, S65E)が細胞内でPINK1機能をバイパスして活性型ユビキチン連結酵素(E3)に変換されることはないし、変異Parkinはミトコンドリアにも移行しないからである。これらの結果は、Parkin以外にも重要な未同定のPINK1基質が存在することを強く示唆している。そこで申請者らは新しいPINK1基質の同定を目指したスクリーニングを行い、昨年度にユビキチンこそが未同定であったPINK1の鍵基質であることを見出した。具体的な実験の成果として、1) PINK1免沈産物をsourceとして用いて試験管内でユビキチンのリン酸化を再構成できること、2) MS解析や変異導入法からユビキチンのリン酸化部位がSer65であること、3)ユビキチンのリン酸化模倣変異体(S65D)をin cellで共発現した時にParkinがミトコンドリア状態非依存的に活性化されること、4)上記の現象はcell free系で試験管内再構成可能であること、などを見出した。細胞内のミトコンドリアの品質管理がどのように行なわれており、それがどのようにパーキンソン病の発症を予防しているのかについて、PINK1/Parkin/ubiquitinの3者が協調して機能するプロセスの全体像を明らかにしつつあり、研究はおおむね順調に推移している。

パーキンソン病の発症を予防している細胞内のミトコンドリアの品質管理について、PINK1によってリン酸化されたユビキチンがParkinに対して果たす役割を中心に、今後も引き続き未解明点の解明を進める。27年度が最終年度であるため、記入しない。
コレステリック液晶の配向制御とレーザーデバイス応用

コレステリック液晶は一次元螺旋周期構造を有するため、光を反射させる、あるいは閉じ込める光学特性を示す。そのため、コレステリック液晶はカラーチューナブルな反射型ディスプレイやレーザーデバイスとしての応用が期待される。このようなデバイスの実用化には、電気的な反射バンドチューニングをいかにして実現させるかといった問題がある。一般的にコレステリック液晶は電界を印可すると、液晶分子の配向状態を変化させ、電界除去後に元の配向状態に戻らない不可逆的な応答特性を示す。このような問題を解決する手法として、コレステリック液晶の一部の成分を重合させフィルム化する構造を提案した。このポリマー1液晶複合系では、螺旋秩序を有するポリマー部分は電界に反応せず固定されているが、ポリマー中に分散されているコレステリック液晶が電界に応答し、可逆的な反射バンドチューニングを実現することが可能となる。複合系の良特性のひとつとして、電界変調の際の光学的な安定性がある。これまでにも、コレステリック液晶の電界チューニングはいくつかの研究グループで実現されてきたが、それらほとんどが電界印可に際して反射強度の劣化を引き起こす光学的な不安定性を示した。これに対し、本素子では、ポリマー中の20nm程度の極微小な空間領域にコレステリック液晶が分散しており、電界印可に際してはその局所空間に閉じ込められた液晶分子の再配向により反射バンドが変調される原理であるため、光学的な安定性を有する。コレステリック液晶は一次元螺旋周期構造を有するため、光を閉じ込める、あるいは反射させる光学特性を示す。コレステリック液晶をレーザーデバイスとして応用する場合、前者の性質を利用するDFBレーザーが一般的であるが、この場合、液晶に溶けない発光体(通常は色素)は利用することができない。これに対し、後者の性質を利用したDBRレーザーの場合、コレステリック液晶層と発光層を分離することができ、全ての発光材料を利用できるため、特性の改善が見込まれる。そこで我々は、DBR型のコレステリック液晶レーザー素子を設計・作製し、レーザー発振特性を解析した。DBR型コレステリック液晶レーザー素子として、2枚のコレステリック液晶ミラーにより、色素を分散させたイオン液体の発光層を挟んだものを作製した。ここで、色素は一般的なDFB型コレステリック液晶レーザーでは利用できないが、量子収率が95%程度と発光能力の高い色素であるローダミン6Gを用いた。従来のDFB型コレステリック液晶レーザーのエネルギー変換効率は11%程度であったが、本研究で作製したDBR型コレステリック液晶レーザーでは16%で、およそ1.5倍に改善された。この改善は、発光能力の高い色素を利用したことに起因しており、発光材料の選択に制限のないDBR型コレステリック液晶レーザーは、変換効率改善に効果的なデバイス構成であると考えられる。今後さらに高量子収率量子ドットなどの発光材料を利用することで、効率の改善が期待される。このようなデバイスの実用化には、電気的なカラーチューニングをいかにして実現させるかといった問題がある。一般的にコレステリック液晶は電界を印可するとカラーではなく液晶分子の配向状態を変化させてしまうため、電界に対する不可逆的な散乱変化しか起こさない。このような問題を解決する手法として、コレステリック液晶の一部の成分を重合させフィルム化する構造(液晶性ポリマー分散型コレステリック液晶:APDLC(Anisotropic polymer-dispersed cholesteric liquid crystal)を提案した。APDLCでは、らせん秩序を有するポリマー部分は電界に反応せず固定されているが、その中に分散されているコレステリック液晶が電界に応答し、可逆的なカラーチューニングを実現することが可能となる。このAPDLCは新規デバイス構造であり、特許出願中(K20110085)である。APDLCの良特性のひとつとして、電界変調の際の光学的な安定性がある。これに対し、APDLCでは、ポリマー中の20nm程度の極微小な空間領域にコレステリック液晶が分散しており、電界印可に際してはその局所空間に閉じ込められた液晶分子の再配向によりカラーが変調される原理であるため、400700nmの波長を有する可視光に対して高い光学的な安定性を有する。実際、この光学的安定性を利用した電界チューナブルなコレステリック液晶レーザーの実現に成功し、その成果が認められ、Advanced Materialsに掲載された。

複合系の良特性のひとつとして、電界変調の際の光学的な安定性がある。これまでにも、コレステリック液晶の電界チューニングはいくつかの研究グループで実現されてきたが、それらほとんどが電界印可に際して反射強度の劣化を引き起こす光学的な不安定性を示した。これに対し、本素子では、ポリマー中の20nm程度の極微小な空間領域にコレステリック液晶が分散しており、電界印可に際してはその局所空間に閉じ込められた液晶分子の再配向により反射バンドが変調される原理であるため、光学的な安定性を有する。特許を申請した新規デバイスの特性は、超高速応答性、光学的安定性、高透明性、液晶材料全般に適用できる汎用性など、さまざまな観点から判断しても、大きな技術革新をもたらす発明であると言え、当初の計画以上にレーザーデバイス特性の改善をもたらしたから。新規デバイス構造を用いることで、これまでの液晶光学デバイス(ディスプレイ、光シャッター、マイクロレーザー、エタロン、波長版、スマートウインドウなど)に超高速応答性および光学安定性を付与することができるため、レーザーデバイスのみならず、多種多様なチューナブル光学デバイスの開発を優先する、