hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
条件づけが訓練された文脈に対する動物の認知と行動に関する研究

ラットを被験体とし, Y迷路の一方の目標箱(文脈)において食物を強化結果として用いた道具的学習を訓練し,もう一方の目標箱で同じ強化結果を用いたパブロフ型条件づけを訓練した後に,これらの文脈に対する被験体の選好をしらべた。道具的訓練が弁別オペラントであった場合,訓練初期に道具的学習文脈に対する選好(コントラフリーローディング)がみとめられた。道具的訓練がフリー・オペラントであった場合にはコントラフリーローディングは起こらなかった。これらの知見のメカニズムと飼育動物の行動的福祉について議論をおこなった。本年度は,実験で用いる予定の装置の開発,および実験手続きを遂行するためのWindowsプログラミングを主としておこなった。[実験装置の開発]スタートボックスと,2つのゴール区画を備えたY迷路(85×70cm)を装置として製作した。2つのゴール区画は,ラットがこれを弁別できるように,側壁の塗装パタンが異なるものにした。これらのゴール区画に音刺激(ノイズ)を呈示するためのスピーカ,取り外し可能なレバー,ラット用食物ペレットを呈示するためのディスペンサ,およびペレットが呈示される餌皿(マガジン)を設置した。[実験手続きのプログラミング]プログラミングは,VIsal Basic 6.0を用いておこなわれた。具体的な内容は以下のようであった。ある訓練セッションにおいては,ヨークトされた一方のラットをパブロフ文脈に進入させ,同時にもう一方のラットはオペラント文脈に進入させる。この訓練セッションでは両文脈で同時に30秒のノイズを20回(平均刺激間間隔は訓練初期には15秒,学習の完成時には90秒)呈示する。この刺激はパブロフ文脈の中の動物にとってはパブロフ型条件刺激(CS),オペラント文脈の動物にとっては弁別刺激(S^d)として機能する。すなわち,オペラント文脈の動物のノイズS^d呈示中のレバー押しは,変隔(VI)30秒スケジュールで,食物ペレットによって強化される。ノイズS^dが呈示されていない期間のレバー押し行動は強化されない(消去スケジュール;弁別オペラントの訓練)。他方,この被験体にヨークドされているパブロフ文脈のラットは,オペラント文脈のラットが報酬を受けた同時刻に強化され,結果として,ノイズCSと食物ペレットの単純な対呈示を経験する。動物は,自らの自発的な行動遂行が生物学的有意義事象の必要条件となっていることの学習(道具的学習)と,自らの行動遂行とは独立な生物学的有意義事象を予期することの学習(パブロフ型条件づけ)を弁別できるだろうか。適応の様相を異にするこの2つの学習を訓練した実験文脈に対するラットの反応を検討することによってこの問題に対する回答を試みた。それぞれの被験体に対して,Y迷路の一方の目標箱(文脈)において食物を強化結果として用いた道具的学習を訓練し,もう一方の目標箱で同じ強化結果を用いたパブロフ型条件づけを訓練した。このような訓練の合間に,被験体に2つの文脈を自由に選択して進入することを許可したテストをおこなった。実験1では,それぞれの被験体に対してフリー・オペラント訓練と,これに対応したパブロフ型文脈条件づけを訓練した。その結果,テストにおいて被験体はパブロフ型条件づけ文脈を選好することが明らかになった。実験2では,弁別オペラントと,これに対応した離散試行型パブロフ型条件づけを訓練した。この結果,被験体は総じてパブロフ型条件づけ文脈に対する選好を示したが,訓練初期には道具的学習文脈に対する有意な選好がみとめられた。弁別オペラントの訓練初期には,弁別刺激と道具的行動の表象が形態化し,道具的行動の明瞭度を高めたと考えられた。その結果,ラットは自らの行動の遂行とその結果(食物の呈示)の間の制御的な関係をよく検出し,学習性幸福の状態を経験したのだろう。このようにして形成された両文脈間の情動的コントラストが道具的学習文脈に対する選好に内在していたと解釈された。本研究の結果は,動物が道具的学習とパブロフ型条件づけという2つの学習を弁別することを示唆するだけではなく,飼育動物のある種の行動的福祉(コントラフリーローディング)の基礎理論に対する貢献をもおこなった。
コンパクト化されたタイプII型超弦理論とM理論の低エネルギー有効作用

カラビ・ヤウ多様体上にコンパクト化されたII型超弦理論(及びM理論)の低エネルギー有効理論はN=2の4次元超重力理論のハイパー多重項で詳しく調べられている。摂動的な補正(1ループ)と非摂動的な補正(Dインスタントン)の両方を記述する新しい結果は[1,2,4]で主要な研究者によって得られている。ゴールドスティーノの厳密な作用は[3]で導かれた。ゼロでないグラビフォトン背景場は四次元超空間での非可換性を引き起こす。これによる低エネルギー有効理論への寄与は[5,6,7,8]でグラビフォトン場に関するすべての次数で求められた。Dブレインの配置とそのオービフォールドとオリエンティフォールド上でのコンパクト化からのフレーバー構造、湯川結合の構造、結合の選択規則に関する現象論的な予言は[9,10]で得られた。本研究において、5ブレインインスタントン補正が小さい場合についてカラビ・ヤオ3重多様体にコンパクト化したII型超弦の非摂動的低エネルギー有効作用の普遍的な多重項を我々は計算した。得られた作用はU(1)×U(1)同型を持ち、SL(2,Z)-双対不変であってそれらは古典的でかつ1ループおよびD-インスタントン補正を表している。後者はある種の非自明なカラビ・ヤオの3サイクルの周りに巻きついたユークリッド的なD2-ブレインとして現れる。我々は更に普遍多重項のモジュライ空間の対称性のひとつをゲージ化することによって得られたスカラーポテンシャルを求め、その結果を一つの物質多重項の場合に一般化した。デル・プレッツオ面から構成されたある特別なカラビ・ヤオ空間において、4重ゲージーノ相関についてある種の世界面のインスタントン補正を陽に求めた。ドイツのカイザースラウテルン大学のルエール教授のグループとの共同研究は特に有益であり非摂動的な低エネルギー有効作用を求めるための異なる方法の提案に基づいてなされたボソニックなAdS/CFT対応に関する研究の成功は主にこの共同研究による。本研究費により申請者のカイザースラウテルン大学への出張は実行された。以上の結果、第1年目として計画された研究はそれを達成することが出来た。我々の研究の二年目には、カラビ・ヤウ多様多にコンパクト化したタイプII型超弦理論に由来する.N=2超重力有効理論の理解に大きな進展を与えた.我々の研究の初期の時点(一年目)では、数種の物質ハイパー多重項を扱うための幾何学的な枠組みが適していなかったため、N=2超重力に結合しているひとつの物質ハイパー多重項しか扱えなかった.最近、我々は、微分幾何学でペダーセン-プーンの定理として知られる.より一般的な方法を任意の数の物質ハイパー多重項の場合に応用することに成功し、その有効作用を明示的に導いた.N=2超対称性と非反可換超空間を用い、U(1)ゲージ群を持つ非反可換N=2超対象ゲージ理論において、いわゆるBPS方程式の一般化を発見した.さらに我々は、成分場で全作用を計算することでこの結果を、SU(2)ゲージ群を持つ非反可換で非アーベル的なN=2超対称ゲージ理論に拡張することができた.これらの理論はN=2超対称性、ローレンツ対称性のいずれも破っていない.また我々は、オリエンティフォールドT^6/Z_2×Z_2にコンパクト化したタイプII A型超弦理論における交差Dブレインモデルで湯川結合の導入に新しいシナリオを提案した.そして現象論的に興味深い四世代クォーク・レプトンを持つモデルで湯川結合の明確な具体例を与えた.S.ケトフはドイツ、カイザースラウテルン大学へ研究滞在したが、情報を集めたり、W.ルーエル教授とドイツにいる彼の共同研究者たちとアイデアを意見交換することができ、新しい結果を得るために著しく有益であった.非反可換(NAC)に変形された4次元ユークリッド超空間上に定義される、一般的なN=1/2超対称非線形シグマモデル(NLSM)の成分場の構造について詳細に調べた。最も一般的なNLSMは任意のケーラーポテンシャルとカイラルおよび反カイラルスーパーポテンシャルで記述される。NAC変形された超空間上のNLSMのポテンシャルは、カイラル超場がひとつのときにはスプリッティングを起こすのだが、カイラル超場が任意個あるときには、ぼかされる(ファジィになる)ことがわかった。いずれにしてもNAC変形された効果は補助場を伴っている。運動方程式を解くことによって補助場を消去してみると、得られる結果はファジィさを決めている補助場の積分を先にやるか、補助場の消去を先にやるかで違ってくることがわかる。

カイラル超場がひとつのとき、つまりスプリッティングが起きるときには、その不定性はない。また、NAC変形された4次元のN=1/2超対称CP^nNLSMに関して、完全に明示的な結果を導いた。私のドイツ、ハノーバー大学のレフテンフェルト教授との共同研究のための出張では、大変有意義な成果を得ることができた。
1400℃以上での安定使用を可能とする超高温構造材料用シリサイド複相合金の創製

昨年度の研究により明らかにした、適切な組織制御により引き出される複相結晶の優れた力学特性を損なうことなく、高温材料として必要不可欠な組織の熱的安定性を向上させる方策として、本年度は微視的観点からの複相組織ラメラ界面の構造制御に取り組んだ。得られた結果は以下のとおりである。1.遷移金属シリサイドの格子定数評価より、通常の擬二元型複相結晶においては、いずれの相の組み合わせにおいても界面ミスフィットの完全消失は不可能であることを実験等により確認した。そこでこれに代わる手法として、第三元素添加によるラメラ界面への偏析を利用した複相界面構造制御の可能性を検討した。この結果、第三元素としてCrを母合金(Mo_<0.15>Nb_<0.85>)Si_2に対し1%添加するだけで、界面の熱的安定性は飛躍的に向上することを見出した。具体的に、無添加材では1400°C・1週間の焼鈍において、組織の粗大化、平滑なラメラ界面の崩壊が生じ始めるのに対し、Cr添加材においては、同温度にて2週間の焼鈍においてもラメラ組織が安定に維持されることを実証した。2.走査型透過電子顕微鏡(STEM)を用いた原子レベル組成分析を行い、この結果、添加されたCr原子がC11_b/C40界面上の幅約数nmの領域に局所的に偏析していることの直接観察に成功した。この界面でのCr偏析濃度は、母相中に対し約5倍もの高い値を示した。一方、C11_b/C11_b同相界面上ではCrの偏析は確認されなかった。3.TEMを用いたモアレフリンジ解析により、ラメラ界面上での局所ミスフィットひずみは、Cr添加材中では無添加材に比べ約20%も低減していることが確認された。以上のように、複相ラメラ界面の熱的安定性向上には、適切な第三元素の添加による局所ミスフィットの低減が極めて有効な手法となることを明らかにし、本研究により、シリサイド複相材実用化に向け必要不可欠な、広室温力学特性、熱的安定性といった合金特性の改善策に対する、非常に有益な指針を示すことができた。本年度は、方位制御複相シリサイド結晶の特性改善に向け、相構成制御による組織安定性の評価、および、高温変形機構、室温破壊挙動の解明を行った。1.高温にて高い熱的安定性を保持するラメラ組織は、(Mo,Nb)-Si系および(Mo,Ta)-Si系にてのみ得られることが確認された。このうち特に(Mo,Nb)Si_2複相結晶の変形挙動を評価したところ、極めて強い方位依存性の発現が認められた。例えば、複相界面が荷重軸と平行な方位では、1400°Cにおいても約800MPa以上の極めて高い強度を保持するが、この際の延性は非常に乏しい。一方、界面が荷重軸と45°をなす場合には、300MPa程度の高強度を保持しつつ、かつ数%の塑性ひずみを同時に得ることができる。しかしこの方位においても、1200°C以下においては十分な塑性ひずみを得ることができなかった。個々の単結晶(MoSi_2,NbSi_2)の挙動を基にした事前の予想に反し、45°方位の試料においても低温延性が得られない要因として、複相結晶中に存在するC11_b/C11_bラメラ相界面を介し変形が進行する際、{110}<111]すべりのみでは、界面にてひずみの連続性が満足されないためと考えられる。この改善策としては、高温度域でのみ活動する{013}<331]すべりをより低温で活性化することが有効であると考えられ、第三元素添加の効果等について検討していく必要がある。2.上記複相結晶は室温靭性も強い方位異方性を示すことが三点曲げ試験より明らかとなった。例えば、クラックがラメラ界面を伝播する際の破壊靭性は約2.1MPam^<1/2>と極めて低い値を示すものの、界面を横切る方位では約3.2MPam^<1/2>程度まで上昇した。さらにその値は構成C40結晶の結晶方位によっても変化することから、その両者の制御により、破壊靭性の上昇を期待することができる。

2.走査型透過電子顕微鏡(STEM)を用いた原子レベル組成分析を行い、この結果、添加されたCr原子がC11_b/C40界面上の幅約数nmの領域に局所的に偏析していることの直接観察に成功した。この界面でのCr偏析濃度は、母相中に対し約5倍もの高い値を示した。一方、C11_b/C11_b同相界面上ではCrの偏析は確認されなかった。3.TEMを用いたモアレフリンジ解析により、ラメラ界面上での局所ミスフィットひずみは、Cr添加材中では無添加材に比べ約20%も低減していることが確認された。以上のように、複相ラメラ界面の熱的安定性向上には、適切な第三元素の添加による局所ミスフィットの低減が極めて有効な手法となることを明らかにし、本研究により、シリサイド複相材実用化に向け必要不可欠な、広室温力学特性、熱的安定性といった合金特性の改善策に対する、非常に有益な指針を示すことができた。
エンドトキシン血症における好中球接着因子の発現と制御に関する検討

ラットに一定量のLipopolysaccharideを投与して作成した急性エンドトキシン血症モデルに、好中球の接着因子であるLFA-1とMac-1にそれぞれ特異的な合成アンチセンスDNAを投与することで臓器障害の軽減を試みた。LFA-1とMac-1ノアンチセンスDNAを投与したのちに好中球のmRNAを経時的に抽出し、各々の遺伝子レベルでの発現をノザンブロット法やin situ hybridization法により検討したところ、いずれもアンチセンスDNAの投与により早期に抑制されることが示されたが、これらの抑制は一過性のものであった。また、好中球から蛋白質を精製し、LFA-1とMac-1のモノクローナル抗体を用いてこれらの蛋白質レベルでの発現量をウェスタンブロット法などの解析したところ何れも抑制される傾向を示したが、アンチセンスで投与量や投与間隔は更に検討を要するものと考えられた。さらに、アンチセンスDNA投与後の臓器障害の程度を肺・肝などの諸臓器の組織標本を顕微鏡下で観察することと血中逸脱酵素を測定することで評価したが、試みたアンチセンスDNAでは完全に臓器障害を防ぎ得るものではなかった。以上の実験結果より好中球LFA-1とMac-1が臓器障害に深く関与していることが明らかにされ、これらの制御が臓器障害の軽減に有用である可能性が示唆された。今後は臨床応用に向けてより多くの知見を蓄積させたい。
新しい循環調節薬としてのエンドセリン変換酵素抑制薬開発のための研究

エンドセリン(ET)は内皮細胞内でアミノ酸212残基の前駆体(ヒトの場合)より、アミノ酸38残基の中間体(bigET-1)を経て生合成される。bigET-1は血管収縮活性がほとんどない。したがってbigET-1からET-1への変換は生理的に重要であると考えられる。この変換を仲介するエンドセリン変換酵素(ECE)が実際に存在することは今までの研究からわかっていた。本研究計画ではこの変換酵素のcDNAを単離し、発現させ、その基礎的性質を調べ、変換酵素抑制薬開発の基礎とすることを目的とする。本年度はまずこのcDNA単離のための方法として、逆溶血反応法を開発した。ETを分泌していないCHOK1細胞にウシ内皮細胞cDNAライブラリーをトランスフェクトさせる。一方、ET-1の抗体を赤血球に結合させ、このET-1を分泌するCHO-K1細胞を溶血反応を指標として探索した。これによってウシ内皮細胞ET-1cDNAを分泌するCHO-K1細胞を単離し、最終的にECEcDNAを単離した。その結果ECEは蛋白部分の分子量約8万、膜貫通部位を1ケ所もち、亜鉛結合部位を持つ。中性エンドペプチターゼときわめて構造の似た金属プロテアーゼであることがわかった。さらにC末端側に10個のグリコシレーション部位を持つことから、C末端部を細胞外に持ち、したがつて活性部位を細胞外に持つと考えられる。さらにこのECEはbigET-1に特異的であるが、この他にET-3に特異的なECEも存在することがわかった。
走化性を応用した内分泌撹乱化学物質検出システムの開発

本研究は、運動性細菌の有する走化性に基づく化学物質認識能力を応用した内分泌攪乱化学物質(環境ホルモン)検出システムの構築を目指している。昨年度までに環境ホルモンに疑いのあるビスフェノールA(BPA)、p-ニトロトルエン(PNT)、p-tert-ブチルフェノール(PBP)に対して走性を示す細菌(PNT1株)を分離し、その走化性プロファイルを作成することに成功している。そこで本年度は、新たに走化性応答を示す事が明らかとなったクレゾールを走化性プロファイルに追加し、さらにPNT1株の有する走化性センサー遺伝子の単離に関する基礎的知見を得たので報告する。1)走化性センサーの適応状態を利用して、ある誘引物質で適応させたPNT1株における別の誘引物質に対する走化性を測定することにより、両物質が同一の走化性センサーで感知されるかどうかを推定した。その結果PNT1株のp-クレゾールは、BPA、PNT、PBPを感知する全てのセンサーとも異なるセンサーで感知され、逆にニトロベンゼンはBPA、PNT、PBPを感知するいずれのセンサーとも相互作用していることが推察された。2)PNT1株の走化性センサー遺伝子の単離を行うために、塩基配列が既知の緑膿菌由来走化性センサー遺伝子をPCRにより増幅・合成し、それをプローブとしてPNT1株の染色体DNAに対するサザンハイブリダイゼーションを行った。その結果緑膿菌由来走化性センサー遺伝子と相同性を示すDNA断片が約20検出された。今後はこれらのDNA断片の単離、遺伝子破壊株の構築、更にはPNT1株との走化性プロファイルの比較を行い、内分泌攪乱化学物質検出システムの創成に関わる基礎的知見を蓄積する。なお以上の成果については1件の学会発表(荷方ら,日本生物工学会,2005年11月,つくば国際会議場)を行った。本研究は、運動性細菌の有する走化性に基づく化学物質認識能力を応用した内分泌攪乱化学物質(以下環境ホルモンと呼ぶ)検出システムの構築を目指している。平成15年度には環境ホルモンに走化性を示す細菌を分離することを目的として研究を行った。スクリーニングの前段階として、ビスフェノールA(BPA)、p-ニトロトルエン(PNT)、p-tert-ブチルフェノール(PBT)の3種類の環境ホルモンを唯一の炭素源として用い活性汚泥を馴養した。これらの汚泥から各環境ホルモンの資化性細菌を分離し、個々の分離細菌について環境ホルモンに対する走化性を測定したところ、BPAに対して3株、PNTおよびPBTに対してそれぞれ1株の走化性細菌を分離することに成功した。そこで本年度はPNTに対して走性を示す分離細菌のうち、PNT1株について詳細な解析を行った。PNT1株はグラム陰性の桿菌であり、16SrRNA遺伝子の塩基配列に基づく系統学的解析により、本菌はγ-proteobacteriaに分類されるStenotrophomonas maltophiliaと99.6%の相同率を示した。またPNT1株はPNTだけでなく、BPAやPBTのいずれにも走性を示すことが明らかとなった。このようにPNT1株が3種類の環境ホルモンに対して走性を示すということは、本菌がこれらの環境ホルモンをセンシングし得る走化性センサーを有していることを意味しており、今後さらに分子レベルでの詳細な解析を行うことにより本細菌そのものを動的センサーとして、あるいは走化性センサーの部分を固定化センサーとして応用しうる可能性が示唆される。なお以上の成果については2件の学会発表((1)荷方ら,日本環境学会年会,2004,札幌コンベンションセンター、(2)荷方ら,日本農芸化学会年会,2004,広島大学)を行なった。本研究は、運動性細菌の有する走化性に基づく化学物質認識能力を応用した内分泌攪乱化学物質検出システムの構築を目指している。昨年度の研究においてビスフェノールA、p-ニトロトルエン、p-tert-ブチルフェノールに走性を示す細菌(PNT1株)の分離に成功した。そこで平成16年度には、1)PNT1株による環境ホルモンの認識部位の推定、2)PNT1株の走化性センサー遺伝子の単離、について研究を行った。1)PNT1株は、ベンゼン、トルエン、キシレン、p-tert-ブチルベンゼンに対しては走性応答を示さず、フェノール、ニトロベンゼン、p-ニトロフェノールに対して走性応答を示したことから、本菌株の走化性センサーはベンゼン骨格やメチル基よりむしろ、ヒドロキシル基及びニトロ基を認識していることが示唆された。またニトロトルエン、ブチルフェノール、ニトロフェノールの構造異性体のうちオルト体にはいずれも応答しなかった。これは官能基同士が近接して立体障害がおこったためと考えられ、この結果も走化性センサーによる官能基の認識が重要である事を示唆している。2)走化性センサー遺伝子を単離するために、そのタンパク質に高度に保存されているアミノ酸配列(HCD)をもとに、HCDをコードするDNAプローブの合成を行った。これにハイブリダイズするPNT1株染色体DNA断片を4クローン単離し、塩基配列を決定した。その中で、P.aeruginosa PAO1株の走化性センサーと比較的相同性を有するORFが見いだされた。今後はこのORFの欠損変異株を構築し、走化性センサー遺伝子の同定を行う予定である。なお以上の成果については2件の学会発表((1)荷方ら,日本生物工学会,2004年9月,名城大学、

(2)加藤、荷方ら,日本水環境学会,2005年3月,千葉大学)を行った。本研究は、運動性細菌の有する走化性に基づく化学物質認識能力を応用した内分泌攪乱化学物質(環境ホルモン)検出システムの構築を目指している。昨年度までに環境ホルモンに疑いのあるビスフェノールA(BPA)、p-ニトロトルエン(PNT)、p-tert-ブチルフェノール(PBP)に対して走性を示す細菌(PNT1株)を分離し、その走化性プロファイルを作成することに成功している。そこで本年度は、新たに走化性応答を示す事が明らかとなったクレゾールを走化性プロファイルに追加し、さらにPNT1株の有する走化性センサー遺伝子の単離に関する基礎的知見を得たので報告する。1)走化性センサーの適応状態を利用して、ある誘引物質で適応させたPNT1株における別の誘引物質に対する走化性を測定することにより、両物質が同一の走化性センサーで感知されるかどうかを推定した。その結果PNT1株のp-クレゾールは、BPA、PNT、PBPを感知する全てのセンサーとも異なるセンサーで感知され、逆にニトロベンゼンはBPA、PNT、PBPを感知するいずれのセンサーとも相互作用していることが推察された。2)PNT1株の走化性センサー遺伝子の単離を行うために、塩基配列が既知の緑膿菌由来走化性センサー遺伝子をPCRにより増幅・合成し、それをプローブとしてPNT1株の染色体DNAに対するサザンハイブリダイゼーションを行った。その結果緑膿菌由来走化性センサー遺伝子と相同性を示すDNA断片が約20検出された。今後はこれらのDNA断片の単離、遺伝子破壊株の構築、更にはPNT1株との走化性プロファイルの比較を行い、内分泌攪乱化学物質検出システムの創成に関わる基礎的知見を蓄積する。なお以上の成果については1件の学会発表(荷方ら,日本生物工学会,2005年11月,つくば国際会議場)を行った。
カニクイザルにおける革新的採卵システムの開発

前年度に明らかにしたカニクイザルでは2回採卵時にFSH抗体が産生され、この抗体産生によって2回目の採卵数が有意に低下するという研究成果をまとめ日本繁殖生物学会誌に投稿し受理されている(Seita et al., 2019 Journal of Reproduction and Development)。さらにFSHと供に過剰排卵時に投与するヒト絨毛性ゴナドトロピン(hCG)に対する抗体が生成されることも明らかにし、hCG抗体の生成が2回目採卵時に卵成熟率が低下する一因であることも明らかにしている。前年度に、このFSH抗体の産生をを克服する手法として同種のカニクイザルFSH発現プラスミドの作製を行い、CHO細胞を用いてカニクイザルFSH高分泌株を作製したが、ELISAの結果から細胞培養上清への分泌は確認されなかった事から、ベクターに挿入されている分泌シグナルに何らかの不備があることが予想される。今後カニクイザルFSH発現ベクターを精査することが必要である。本研究では卵の数、質を高め、さらに複数回採卵可能なカニクイザルの新しい過剰排卵誘起法を開発することを目的とした。特に2度目の採卵時にヒトFSHに対する反応性が極端に低下することが観察されたことから、その原因を明らかにした。2回採卵を実施した個体の血清を用いてヒトFSHの抗体の測定をELISA法で測定を行った結果、2回目に採卵数が50%以下に低下した個体の血清からのみ、ヒトFSHに対する抗体の上昇が検出された。そこでヒトFSHに対する抗体産生が抗体産生が2度目の採卵数が減少する一因であると考えられ、カニクイザルFSHをヒトFSHの代わりに投与すれば抗体産生が抑制され、複数回の採卵が可能になることが期待されることから、カニクイザルFSHの合成を行った。カニクイザルの卵丘細胞cDNAからFSH遺伝子をクローニングし、薬剤耐性遺伝子を挿入したFSH発現ベクターを作製し、CHO細胞にトランスフェクションを行なった。FSH抗体によるFSH発現の確認、薬剤選抜によるFSH発現細胞の濃縮を行ったのちに、限界機釈法による1細胞由来コロニーを樹立した。FSH-ELISAの構築を行ったのちに、カニクイザルFSH遺伝子を発現させたCHO細胞株の培養上清中に分泌されたカニクイザルFSHをELISAで測定しFSH高分泌株を選抜した。当該年度ではヒトFSHに対する抗体の産生が2度目以降の採卵時のホルモンに対する卵巣の反応低下の原因であるか事を明らかにし、さらにそれを克服することが期待されるカニクイザルFSHの作製に成功した。複数回採卵可能なカニクイザルの新しい過剰排卵誘起法については、2度目以降の採卵時のFSHに対する卵巣の反応低下が、2度目採卵数の低下の原因であるか事を明らかにし、抗体産生が起こらない事が期待される、カニクイザルFSHの作製に成功しているが、卵の数、質を高める過剰排卵法の開発については、インヒビン抗血清の投与に至っていないため、やや遅れているとした。カニクイザルFSHについては、顆粒層細胞を用いてバイオロジカルアッセイを行い分泌されたFSHの有効性を確認した後に、大量作製、各種クロマトグラフィーを用いて精製を行う。また精製されたFSHを未採卵のカニクイザルに投与し卵胞の発育を確認した後に、一度過剰排卵を行なった個体に再度カニクイザルFSHを投与し2度目の採卵の可否を調べる。インヒビン抗血清については入手済みであるので、実際、投与試験を行い血液中のFSHが上昇するかどうかを検証する。インヒビン投与が進まなかったため、それに使用予定であった経費を繰り越した。今年度、インヒビン投与実験に使用予定である。
破壊計測用マイクロ流路による液中反応X線レーザーイメージング

本研究では、溶液中で反応過程にあるナノ粒子や生体試料の高分解能に観察することを目標に、X線自由電子レーザー(X-ray free-electron laser : XFEL)を利用したコヒーレント回折イメージング法と、マイクロ流路デバイスによる液中反応制御技術を組み合わせた新たな顕微法を開発することを目指している。平成30年度は当初の研究計画通り、これまで開発を行っていたXFEL用破壊計測型マイクロ流路デバイスのさらなる高度化と、取得したコヒーレント回折パターンデータの高精度・高効率解析法の開発に取り組んだ。XFELでの計測に対応したマイクロ流路デバイスの開発では、X線透過窓となる窒化ケイ素薄膜を備えた流路構造を、リソグラフィやドライエッチングといった半導体プロセス技術を利用して作製している。昨年度までに、サブμm精度を有するマイクロ流路デバイスアライメント・組立装置を開発し、12 mm角のチップ上にX線照射窓数を528個まで大きく向上させることに成功しているが、さらに従来の4倍程度以上の大面積のチップを利用し、作製プロセスを改善することにより、マイクロ流路デバイス構造を洗練・最適化し、溶液試料保持・導入機構の改善を目指した。また、XFELを利用したコヒーレント回折X線パターン取得の基礎実験では、マイクロ流路デバイス内微小試料解析用に新たに開発したナノ粒子トラッキング解析を利用した溶液試料のオフラインでの試料サイズの評価と、SACLAでのイメージング結果がよく一致することを確認し、液中での試料状態をXFELの実験前も評価可能であることを確認した。また、取得したコヒーレント回折パターンデータの解析に関しても高度化に取り組み、取得した多数のデータに対する自動解析処理プログラムの開発も行った。これまでの研究進捗状況としては、本研究で開発する破壊計測型マイクロ流路デバイスの作製・高精度化を行い、実際にデバイス中のナノ粒子からのコヒーレント回折パターン取得し、オフライン計測でのデータとの比較に成功するなど、当初計画に沿った順調な進展が得られている。破壊計測型マイクロ流路デバイスの作製では、新たに導入したマスクレス描画装置やドライエッチング装置などの半導体プロセス装置を利用して作製したマイクロ流路デバイスの試作・評価を行っており、さらに効率的な計測を目指した高集積化デバイスの作製も行った。SACLAでのXFEL実験では、デバイス内部の金ナノ粒子集合体から、問題なく再構成可能なコヒーレント回折パターンを取得することに成功しており、オフライン計測によるデータとの整合性も取れており、本研究の基本構想に問題がないことを確認できている。これらの成果を元に、令和元年度以降様々な液中試料の計測実験を、マイクロ流路デバイスのさらなる高度化と並行しながら、SACLAを利用して実施していく予定である。計測対象の選定に関しては、北海道大学電子科学研究所の三友准教授などの協力を得て、化学上の意義も考慮しながら選定を行う計画である。これまでの研究成果を踏まえ、今年度はSACLAを利用した液中試料のイメージング実験を行うとともに、本イメージング開発のために必要なXFEL用マイクロ流路デバイスの高度化に引き続き取り組む計画である。SACLAを利用した液中試料のイメージング実験では、まず計測対象とするナノ試料の選定を行う。ナノ試料の選定に関しては、マイクロ流路の流速・流量といったパラメータに適するかといった条件以外にも、科学的な意義も考慮する。本件に関しては、機能性ナノ粒子の合成に関して造詣の深い専門家である、北海道大学電子科学研究所の三友准教授などの協力を得て行う計画である。また、選定した対象をマイクロ流路デバイス中で反応させるための条件最適化を、これまで本研究で開発してきた可視光レーザーを利用したナノ粒子トラッキング解析技術を利用して行う。これらの情報をもとに、条件を最適化された溶液試料をSACLAで計測し、マイクロ流路中に導入した試料のXFELによるフェムト秒イメージングの実現を目指す。また、理化学研究所・高輝度光科学研究センターと共同で開発した多層膜X線集光ミラーを利用した世界最高性能のコヒーレント回折イメージング装置を新たに利用し、最高で数nmに相当する分解能での液中試料の可視化を目指す。本研究では、溶液中で反応過程にあるナノ粒子や生体試料の高分解能イメージングを目指し、X線自由電子レーザー(X-ray free-electron laser : XFEL)を利用したコヒーレント回折イメージング法と、マイクロ流路デバイスによる液中反応制御技術を組み合わせた新たな顕微法を開発することを目指す。平成28年度は当初の研究計画通り、XFEL用破壊計測型マイクロ流路デバイスの開発と、マイクロ流路中での試料反応調整法の検討に取り組んだ。破壊計測型マイクロ流路デバイスの開発では、X線透過窓となる窒化ケイ素薄膜を備えたマイクロ流路構造を、フォトリソグラフィ、反応性イオンエッチング、水酸化カリウムエッチングといった半導体プロセス技術を利用して作製した。窒化ケイ素膜サイズはおよそ20μmと非常に小さいため、マイクロ流路構造を作製するには2枚のウエハの正確な貼り合わせが必須となるが、光学顕微鏡を二台使用した高精度アライメント装置を開発することによって、1 mrad以下の角度誤差でのウエハ貼り合わせに成功した。XFELによる計測ではバクテリアやタンパク質といった高粘度の試料の計測も想定しているが、作製したマイクロ流路の内部にグリセリンといったの高粘度溶液を問題なく導入可能であることを確認した。また、マイクロ流路中での試料反応調整法の検討では、マイクロギャップ中でのナノ粒子粒径分布の評価実験に取り組んだ。

可視光暗視野顕微鏡を用いて直径60 nmの超純水中金ナノ粒子を検出し、個別粒子のブラウン運動を解析することによって、想定通りの粒子径を導出することに成功した。これらの結果を元に、次年度に向けてより微小な粒子径の試料を検出するために必要な光学系の検討を行った。平成28年度までの研究進捗状況としては、本研究で開発する破壊計測型マイクロ流路デバイスの試作を行い、マイクロ流路中試料反応計測技術の原理検証に成功するなど、当初計画に沿った順調な進展が得られている。破壊計測型マイクロ流路デバイスの試作では、北海道大学オープンファシリティ所有の半導体プロセス装置を利用して作製したマイクロ流路デバイス構造の原理検証を行った。本研究の特徴の一つとして、通常のマイクロ流路と異なり、X線の透過率を考慮して数μm以下の狭小なギャップに試料溶液を導入する点がある。こうした狭小なギャップを利用する際の懸念として、タンパク質溶液など粘性の高い試料の導入に困難が生じる可能性があったが、純水の1000倍程度の粘度を持つグリセリンであっても流路内部に導入可能であることを試作したデバイスを用いて確認し、本研究の基本構想に問題がないことを証明できた。こうした結果を元に平成29年度以降、SACLAでの実際の使用を想定した高集積化および精密化を図る計画である。またマイクロ流路中での試料反応調整法の検討では、XFELを用いた実験前の事前検討に使用するマイクロギャップ中でのナノ粒子粒径分布の評価実験に取り組み、ブラウン運動に関するストークス・アインシュタイン式を利用した純水中金ナノ粒子の粒子径算出に成功した。次年度以降、本結果をXFEL用マイクロ流路デバイス内の試料評価に応用する計画であり、当初計画通りに研究を進めることができている。破壊計測型マイクロ流路デバイスの開発では、X線透過窓となる窒化ケイ素薄膜を備えたマイクロ流路構造を、フォトリソグラフィ、反応性イオンエッチング、水酸化カリウムエッチングといった半導体プロセス技術を利用して作製した。昨年度までに、光学顕微鏡を二台使用した高精度アライメント・組立装置を開発し、20 μmという狭小なX線照射窓を有するマイクロ流路デバイスの開発に成功しているが、当該年度は、当初の予定通り液中試料の効率的な計測を目指した高集積化を実現した。マイクロ流路構造を洗練・最適化し、溶液試料導入方法を改善することによって、これまで12 mm角のチップ上に72個程度だったX線照射窓数を、528個まで大きく向上させることに成功した。また、XFELを利用したコヒーレント回折X線パターン取得の基礎実験では、作製したマイクロ流路デバイスをSACLAに持ち込み評価を行った。マイクロ流路デバイス中に封入した金ナノ粒子集合体からコヒーレント回折パターンの取得に成功し、試料像の再構成に関しても問題なく可能であることを確認した。これまでの研究進捗状況としては、本研究で開発する破壊計測型マイクロ流路デバイスの作製・高精度化を行い、実際にデバイス中のナノ粒子からのコヒーレント回折パターン取得に成功するなど、当初計画に沿った順調な進展が得られている。
腸内細菌叢と遺伝子変異の相互作用に着目した滲出型AMDの病態解明

世界に類のない超高齢社会を迎える本邦において、失明原因として増加を続ける加齢黄斑変性は生活の質の維持や医療経済的にも多くの問題を抱えている。新たな治療のブレークスルーには、病態に依存したAMD個別化医療の開発が鍵となる。本研究では、個人の生体反応に大きく関与するとされる腸内細菌叢を次世代シーケンサーで網羅的に解析し、さらに遺伝子変異や酸化ストレスとの相互作用を検討することで加齢黄斑変性の患者層別化に重要なバイオマーカーの同定と創薬ターゲットの探索を行う。
核内受容体PPARγに対する海洋生物由来リガンドによるアレルギー抑制

近年、PPARγのアゴニストがアレルギーを制御する可能性が示唆されているが、この点からアレルギーを抑制する成分を見出す試みはない。また、I型アレルギーは、肥満細胞の脱顆粒に伴って放出される炎症性メディエーターによって誘発されるが、PPARγとの関わりは不明である。本研究の目的は、海洋生物からPeroxysome proliferator-activated receptor γ(以下PPAR)のリガンドを見出し、アレルギー惹起性ケミカルメディエーターの放出抑制を図ることである。これまでに、PPARγアゴニストが脱顆粒を抑制することを確認した。そこで、海洋生物特有のカロテノイドに着目し、フコキサンチン、アスタキサンチン、ゼアキサンチン、ペリジニンについて脱顆粒反応に与える影響を同様に調べたところ、これらの海洋生物カロテノイドもPPARγアゴニストと同様の脱顆粒抑制効果を有することを始めて見出した。しかし、これらの効果は抗原刺激後30分程度の極めて短時間で認められ、核内レセプターを介さない新しい機構で活性を示している可能性が強く示唆された。そこで、肥満細胞に発現している高親和性IgEレセプター(FcεRI)を介したシグナル伝達経路に着目し、細胞内へのCa2+の流入およびそれと平行して起こるプロテインキナーゼC-β,およびδ(PKC-β,PKC-δ)のリン酸化に与える影響を調べた。共焦点レーザー顕微鏡を用いて抗原刺激によるFcεRIの凝集に対する影響を調べた。その結果、実験に用いたすべてのカロテノイドは、抗原刺激に伴う細胞内へのCa2+の流入を有意に抑制した。また、これらのカロテノイドはPKC-βの活性化を抑制し、PKC-δの活性化を増強することを確認した。さらに、抗原刺激によるFcεRIの凝集を阻害することを始めて見出した。近年、PPARγのアゴニストがアレルギーを抑制する可能性が示唆されているが、この点からアレルギーを抑制する成分を見出す試みはない。本研究の目的は、海洋生物からPeroxysome proliferator-activated receptorγ(以下PPAR)のリガンドを見出し、アレルギー惹起性ケミカルメディエーターの放出抑制を図ることである。今年度は、まずPPARγ合成アゴニストであるトログリタゾンを用いて、PPARγを介した脱顆粒抑制効果についてラット由来RBL-2H3細胞及びマウス骨髄由来肥満細胞BMMCを用いて検討した。DNPに特異的なIgE抗体で感作した細胞をDNP-BSAで刺激したときの脱顆粒反応に及ぼすトログリタゾンの影響をβ-ヘキソサミニダーゼの放出を指標として調べた。さらに、ELISA法によりヒスタミン放出量も測定した。また、脱顆粒反応を惹起するメカニズムの一つである細胞内へのCa^<2+>の流入を調べるために、脱顆粒刺激後の細胞内のCa^<2+>濃度変化を測定した。その結果、トログリタゾンはDNP-BSA刺激によるβ-ヘキソサミニダーゼとヒスタミンの放出を有意に抑制し、細胞内へのCa^<2+>の流入も有意に減少させることがわかった。したがって、PPARγのアゴニストは細胞内へのCa^<2+>の流入を抑制することで脱顆粒反応を抑制することが示唆された。そこで、肥満細胞の脱顆粒反応に及ぼす影響について知られていない海洋生物特有のカロテノイドに着目し、フコキサンチン、アスタキサンチン、ゼアキサンチン、ペリジニンについて脱顆粒反応に与える影響を同様に調べたところ、これらの海洋生物カロテノイドもPPARγアゴニストと同様の脱顆粒抑制効果を示した。今後はPPARγを介した脱顆粒抑制のメカニズムを解明し、海洋生物カロテノイドがPPARγのアゴニストとしての作用によるものかどうかを調べる。
超高速スピン応答光デバイス

スピンは円偏光と相互作用を持つので、円偏光を用いて半導体中に任意のスピン偏極を生成することや、逆に半導体中のスピン偏極を円偏光に変換することが可能である。このため、光とスピンを結合させれば、スピンの自由度を利用した新しい光半導体デバイスやシステムを実現できる可能性がある。スピンの応用としては、隣接する量子ドット間の交換相互作用を利用してスピンを制御する量子コンピューティングが提案されている。結合した量子ドット間では反強磁性結合が生じると理論的に予測されているが、量子ドット間でこの演算を実現するほどの大きな交換相互作用が働くかどうかは実験的に検証されていない。本研究では、超高速スピン応答デバイス実現の観点から、量子ドット間の交換相互作用によるキャリアのスピン反転について調べた。実験では、時間分解フォトルミネッセンス測定によって、半導体結合量子ドット間の反強磁性結合の観測に初めて成功した。また、この反強磁性結合は、50-80K以下で存在することが確認された。これによって量子ドット間の交換相互作用のエネルギーがマイナスであることが明らかになり、また、量子ドットのスピンを操作することによって隣接するドットのスピンを制御し得ることが明らかになった。ハイトラー・ロンドン近似を用いて交換相互作用を見積もると、バリア幅8nmと10nmで、シングレットとトリプレットのエネルギー差は、0.58meV(6.7K)と0.12meV(1.4K)となり、実験と比較的よい一致を示した。これらの結果は、電子スピンを利用した超高速スピン応答デバイスに道を開く結果として極めて重要である。また、スピンの操作と検出に円偏光を用いており、光とスピンを結合させた系として量子コンピューティングなどへの今後の発展が期待される。
分泌ペプチドを介した細胞間シグナル伝達による細胞極性形成と分化調節の機構

植物の表皮細胞は、まず、気孔系列か非気孔系列かの運命の選択を行う。気孔系列に入れば不等分裂を行い、小さい方の細胞がメリステモイドとなる。メリステモイドは最終的に気孔を形成する孔辺細胞となる。不等分裂の結果として出来る大きい方の細胞は、非気孔表皮細胞になるか、あるいは不等分裂を行って上に述べた過程を繰り返すことにより、気孔と非気孔表皮細胞を作る。メリステモイドや孔辺細胞からは、隣接細胞の不等分裂の分裂面を制御する何らかのシグナルが出ており、これにより隣接した気孔の形成を防いでいる。この仕組みにより、気孔は隣接して形成されることなく、必ず間に一つ以上の表皮細胞が存在する。私達は、気孔パターニングの制御因子として分泌タンパク質EPF1とEPF2を見いだしている。epf1破壊株では、気孔が隣接して形成される。epf2破壊株では、孔辺細胞を含む表皮細胞の数が増加する。これらのニ重変異株では、表現型は相加的であった。また、EPF1はメリステモイドと孔辺細胞母細胞、孔辺細胞で発現しており、EPF2はメリステモイドとメリステモイド母細胞(MMC)で発現している。EPF1もEPF2も過剰発現すれば気孔の数を減少させ、それらの効果には、TMM(気孔パターニングに働くreceptor like protein)とERECTA-familyが必須であった。マーカー遺伝子を用いた実験から、EPF2過剰発現はMMCへの分化をブロックするのに対し、EPF1過剰発現はメリステモイドを形成する不等分裂を阻害することがわかった。これらのことから、EPF2は最初の運命決定の調節因子であり、MMCとメリステモイドで発現して、気孔系列の細胞の数の負のフィードバックとして働いていること、EPF1は気孔形成において、次に形成される気孔が隣接して形成されることを阻害するシグナルとして働いていることがわかった。多細胞植物の形態形成の必須条件の一つは細胞間コミュニケーションである。本申請では、特に細胞外分泌小ペプチド分子を介したシグナル伝達が、どのように細胞の軸と分化状態を制御するのかという問題に取り組む。その一つのモデルシステムとして、気孔パターニング機構を解明する。双子薬類の気孔は、隣接することなく均一に形成される。孔辺細胞は、メリステモイドと呼ばれる細胞に由来する。メリステモイドが不等分裂すると、小さな細胞はメリステモイド、大きな細胞は通常の表皮へと分化する。メリステモイドはまた、孔辺細胞母細胞を経て孔辺細胞へと分化する。私達は、これまでに、過剰発現すると気孔が形成されなくなる遺伝子としてgene20-9とgene20-10を見出している。これらの遺伝子は、小さな分泌ペプチドをコードしている。gene20-9は、メリステモイドと孔辺細胞母細胞で発現している。gene20-9の破壊株を観察したところ、気孔が隣接して形成していた。これらのことは、気孔系列細胞がgene20-9産物を分泌し、周辺細胞に阻害的に働き、隣接した位置に気孔を作ることを阻害していることを示している。また、gene20-9の過剰発現の効果には、気孔形成経路で働いている受容体TMMが必須であることを見出した。一方、シグナル分子のプロセッシングに関わっていると考えられてきたSDD1は、gene20-9の働きには必要ないことがわかった。gene20-9と、これに似た遺伝子gene20-10の過剰発現の効果は同じであるが、遺伝子破壊株の解析から、gene20-10は、メリステモイド母細胞の数の調節に抑制的に働いているらしいことがわかった。

これらのことから、EPF2は最初の運命決定の調節因子であり、MMCとメリステモイドで発現して、気孔系列の細胞の数の負のフィードバックとして働いていること、EPF1は気孔形成において、次に形成される気孔が隣接して形成されることを阻害するシグナルとして働いていることがわかった。
血管内皮細胞に発現する接着因子とmicrofilamentに及ぼす紫外線の影響

1.目的PUVA療法の作用機序を検討する一助として下記の実験を計画した。ヒト臍帯静脈血管内皮(HUVEC)を用い、アクチンフィラメントとの関連が指摘されるCD44の発現に関して、紫外線照射ならびにサイトカラシン処理前後の変化を、Eセレクチンを対照として発現プロフィールに関してはFACS、形態的変化については共焦点レーザー顕微鏡で検討した。2.実験材料と方法【.encircled2.】HUVECに種々の量の紫外線を照射前もしくは後に、IL-1betaで刺激しCD44とEセレクチンの発現プロフィールの変化をFACSと共焦点レーザー顕微鏡で検討した。【.encircled3.】HUVECを種々の濃度のサイトカラシンDで処理後、IL-1betaで刺激同様にCD44とEセレクチンの変化をFACSと共焦点レーザー顕微鏡で検討した。3.結果【.encircled1.】INF-gamma、IL-1beta、TNF-alphaの刺激によりCD44は刺激4時間後より発現、8時間後にピークに達した後24時間後には正常に復した。Eセレクチンは刺激2時間後より発現、6時間後にピークとなり24時間後には同様に消失した。【.encircled2.】紫外線をIL-1beta刺激の前、後のいずれに照射してもCD44の発現は遅れ、ピークは24時間となった。【.encircled3.】サイトカラシン処理後でも、Eセレクチンの発現は通常と変わらなかった。一方CD44の発現は消失する事なく、かえって増強し48時間後でもなお高度に持続していた。【.encircled4.】共焦点レーザー顕微鏡による観察では、アクチンフィラメントは紫外線処理やサイトカラシン処理でもほぼ同様の変化を示したが、CD44とアクチンフィラメントとの関連は不明であった。結論CD44とアクチンフィラメントとの直接的関係はないように思われる。
軟磁性体粒子によるヒートフラックスコントローラーの開発研究

本研究では、軟磁性体フェライト粒子の磁化の温度依存性を利用し、粒子の挙動を磁場で操作することによって、伝熱面からの熱流束を制御することを目的とした。実験系には、液体で満たされた矩形容器を、上面から加熱、下面から冷却し、液体中に軟磁性体粒子を添加した系を用いる。磁場を印加し粒子を加熱面に引き寄せると、粒子の温度上昇に伴い、次第に磁力の影響は弱まる。そのため粒子に働く力は、重力や、粒子の運動により生じた、対流による抗力が支配的となり、粒子は逆に冷却面へと移動する。冷却面に近づくにつれて、粒子は磁性を回復するので、再び加熱面へと引き寄せられる。その結果、粒子は同様の運動を繰り返し、粒子、加熱面間の直接接触熱伝導や、粒子の運動が誘起する対流攪拌の支配的な要因となって、伝熱が促進される。印加する磁場の強度と粒子の挙動は密接に関わっているので、磁場の強度を変化させることにより、伝熱を制御することが可能になる。以上のような原理を用いた伝熱制御手法に関し、水およびシリコンオイルの二種類の液体を用いて実験を行い、伝熱の評価、およびメカニズムの検討を行った。液体に水を用いた場合、粒子は磁力と重力の作用を交互に強く受け、上下運動を行い、粒子、加熱面間の接触熱伝導が支配的な要因となって、伝熱が促進される。また磁場を変化させることにより、単相の熱伝導時と比較して、約6倍まで熱流束を制御できるとの知見を得た。シリコンオイルを用いた場合は、粘性が大きいため、粒子の運動が流体に組織的な循環運動を起こす。この対流は、伝熱促進の要因として寄与し、また粒子の挙動にも影響を与えて、粒子に同様の循環運動を引き起こす。この場合、熱流束は単相時の約10倍まで制御することが可能であった。また、粒子の径や質量混合比が伝熱に及ぼす影響に対する知見により、効果的に伝熱制御を行うための条件が明らかになった。
近赤外線撮像多天体分光観測装置の開発とhigh-z領域での階層構造進化の研究

近赤外線撮像多天体分光観測装置(以下、MOIRCS)を国立天文台ハワイ観測所と共同で開発し、すばる望遠鏡に取り付けてhigh-z銀河の観測を基に、大質量銀河の空間分布についての研究を行った。MOIRCSは世界の8m級望遠鏡としては高い空間分解能を保ちつつ、最も広い視野を持つ赤外線撮像装置である。従来の10倍近い広視野を得るため、800万画素のHgCdTe赤外線センサー(HAWAII2)を2個搭載し、それに結像するための冷却光学システムを開発した。内部には冷却結晶レンズとしては世界最大の大きさを持つ光学レンズを有する。望遠鏡に取り付けての性能評価試験において、視野の端まで収差のない良好な星像を得ることを確認した。さらに50以上の天体を同時に分光できる多天体分光機能を開発した。スリットマスクを観測中に交換する機能を持つ。19枚のスリットマスクを観測前に設置し、真空引き、冷却の後、ゲートバルブを開け、本体と結合させる。観測中、本体内の焦点面にマスクを引き出して観測を行う。交換可能な冷却マスクを持つ多天体分光器として世界で初めての機能である。その性能評価についても機能試験観測によって当初の仕様を満たすことを確認した。機能試験観測の一環として、z=3.1に誕生間もない原始銀河団が存在すると言われているSSA22領域の観測を行った。8m級望遠鏡としては最も広い視野での広域赤外線サーベイである。その結果、z=3.1の銀河団に付随すると思われる大質量銀河の集団を発見した。私たちのグループがすでに開発した400万画素(2048×2048)HgCdTe赤外線検出器の制御回路を用いて近赤外線多天体分光撮像装置(MOIRCS)に搭載するサイエンスグレ-ドの検出器の性能試験を行った。特に安定性、量子効率、線形性、ダイナミックレンジ、暗電流、リードアウトノイズなどの測定を行い、その課程で明らかになった問題点をもとに回路の改良を行った。光学系レンズシステムの組上げと性能評価を行った。光学糸レンズシステムは28分角の視野は焦点面に置かれた屋根型ミラーによって2光路に分割され、それぞれ4×3.5分角の視野で検出器に結像する。各光路は10枚の組み合わせレンズからなり、設計はすばる望遠鏡の高い光学性能を生かす高い空間分解能(0.12画素)を達成している。そのために高い精度での位置決めと光軸合わせが必要である。そこでレンズの形状を国立天文台(三鷹)の測定装置を用いて測定した。広い域干渉フィルターの製作を行った。本研究で用いる赤外線フィルターは光学系の瞳の位置に置かれ、100Kに冷却される。大きさは直径80mmと赤外線フィルターとしては従来にない大きさである。これはMOIRCSの特徴である広視野を実現するために瞳の大きさも必然的に大きくなるためである。完成したMOIRCSのクライオスタットの真空冷却実験を行った。個々の部品の性能評価の後に光学系、マルチスリット交換機構、焦点デュワー、検出器デュワーをくみ上げ、総合動作試験と性能評価を行い、問題点を明らかにした。さらに光学シミュレータに本装置を取り付けて全体のくみ上げを行った。昨年度までに開発した2048×2048HgCdTe赤外線センサーの駆動回路を改良して、1検出器当たり32チャネルでの同時読出しを実現する回路を設計した。その結果、現在の読出し速度の8倍となり、高い背景放射における条件においても効率の良い観測を可能にした。28分角の視野は焦点面に置かれた屋根型ミラーによって2光路に分割され、それぞれ4×3.5分角の視野で検出器に結像する。平成14年度中に完成した2光路の光学系を光学ベンチの上で組み上げ、当初の設計値通り、レンズマウントが所定の位置に設置されることを確認した。