hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
アデノシン受容体に特異的に作用する分子の探索と開発

当研究室では、カフェインとδ-carbolineおよびβ-carbolineとのハイブリッド化合物を種々合成し、アデノシンレセプター(AR)のサブタイプA3に対してより選択的に親和性を示すリガンドを開発してきた。本研究では、当初開発したリガンドのピリジン環に酸素原子を介して側鎖を加えた誘導体を種々合成し、ARのそれぞれのサブタイプに対する親和性を調べた結果、親和性および選択性が低下した。一方、キサンチン骨格のN-Me基をN-Pr基に置換し、ピリジン環に酸素原子を介してプロピル基を導入した化合物は、当初開発したリガンドよりもARのサブタイプA_3に対してより親和性および選択性が高いことを明らかにした。コーヒーなどに含まれるカフェインは身近な化合物の一つであるが、その機能は多岐にわたり、気管支拡張作用、強心・利尿・血管拡張作用、および疲労感軽減や覚醒作用などの中枢刺激作用が知られている。これらの作用は、カフェインがアデノシンレセプター(AR)を遮断することが主な理由の一つと考えられているが、その詳細が未解明のものも少なくない。当研究室では、カフェインとδ-carbolineおよびβ-carbolineとのハイブリッド化合物を種々合成し、ARのサブタイプA_3に対してより選択的に阻害作用を示すリガンドを開発してきた。本研究では、開発したリガンドのさらなる構造活性相関を検討することで、ARのサブタイプA_3に対してより親和性および選択性の高いカフェインの機能解明に有用な化合物を開発することを計画した。当初開発したリガンドのキサンチン骨格部分のN-Me基をN-Pr基に置換し、ピリジン環に酸素原子を介して側鎖を加えた誘導体を種々合成した。合成した化合物について、ARのそれぞれのサブタイプに対する親和性を調べた結果、ピリジン環に酸素原子を介してプロピル基を導入した化合物は、当初開発したリガンドよりもARのサブタイプA_3に対してより親和性および選択性が高いことがわかった。今後さらなる構造活性相関を検討する事により、ARのサブタイプA_3に対してより親和性および選択性の高いリガンドの開発を行っていく予定である。当研究室では、カフェインとδ-carbolineおよびβ-carbolineとのハイブリッド化合物を種々合成し、ARのサブタイプA_3に対してより選択的に親和性を示すリガンドを開発してきた。当初開発したリガンドのピリジン環に酸素原子を介して側鎖を加えた誘導体を種々合成した。合成した化合物について、ARのそれぞれのサブタイプに対する親和性を調べた結果、親和性および選択性が低下した。一方、キサンチン骨格のN-Me基をN-Pr基に置換し、ピリジン環に酸素原子を介してプロピル基を導入した化合物は、当初開発したリガンドよりもARのサブタイプA_3に対してより親和性および選択性が高いことがわかった。
低利用資源植物アマランサス種子の非栄養成分の分析と抗菌活性・抗酸化活性

アマランサス種子(Amaranthus Hypochondoriacus K-343)の溶媒抽出物のうち、抗酸化活性を有した(前年度奨励研究で報告)塩化メチレン抽出物のシリカゲルカラムクロマトグラフィー酢酸エチル30%溶出区分(Fr.C1-16)とアセトン抽出物をオープンカラム、HPLC等を組み合わせてさらに精製を行なった。Fr.C1-16はSephadex LH-20カラムでさらに精製を行ないFr.C1-16-1Fr.C1-16-4を得、アセトン抽出物に関しては、まずメタノール可溶部と不溶部に分け、メタノール可溶部についてSephadex LH-20を用いたカラムクロマトグラフィーを行ない8つのフラクション(Fr.A1A8)を得た。これらのうちFr.C1-16-2,Fr.C1-16-3とアセトン抽出物メタノール不溶部、Fr.A3,Fr.A4,Fr.A5について、リノール酸を基質とした水-アルコール系でロダン鉄法とTBA法の二種類の抗酸化活性を測定した。Fr.C1-16-2には抗酸化活性が認められたが、Fr.C1-16-3には認められず、かえって酸化を促進するような結果が得られた。また、アセトン抽出物の各フラクションに関しては、どれも基のアセトン抽出物よりも抗酸化効果は弱いという結果となった。これらについては今後さらに精製を行ない、抗酸化活性をもつ成分があるかないか、さらに活性の弱い成分どうしの相乗効果としての抗酸化効果を確認したい。活性を有するFr.C1-16-2については、さらに精製を行ないNMR等の機器分析を行なったところ2種類の物質が得られた。1つは400MHz^1H-NMRスペクトルおよびマススペクトルから脂肪酸(パルミトオレイン酸、オレイン酸)の混合物であることが示唆された。もう1つは、400MHz^1H-NMRスペクトルからベンゼン環上のプロトンとの酸素に隣接する炭素上のプロトンが観察され、さらに500MHz H-HCOSYを測定し、その構造について精査しているところである。今後も引き続き各抽出物の精製を行ない、成分とその各種生理効果について解明していく予定である。
多軸応力下の材料構成則へのニューラルネットワークの適用性に関する研究

金属材料の硬化現象を再現するために、様々な材料構成則が提案されている。中には、複雑な現象を精度よく再現可能な構成則もあるが、多くの仮定を要し、計算負荷が大きい。一方、計算負荷を小さくするために、ニューラルネットワーク(ANN)を利用した構成則がすでに提案されている。この手法では、全ひずみの入力に対して応力を出力するため、応力計算における計算負荷が小さいが、内部変数および整合接線係数を計算しないため、有限要素解析の残差ベクトルの収束過程で膨大な時間を要する。この課題を克服するためにANNにより内部変数を計算する、すなわち、ANNと古典的な構成則のハイブリッド手法により、新たな構成則の提案を行う。
粘膜細菌感染における Foxp3陰性IL-10産生制御性T細胞の分化・機能の解析

制御性T(Treg)細胞のマスター転写因子Foxp3を発現せず、抑制性サイトカインIL-10を産生するI型制御性T(Tr1)細胞は、細菌感染による慢性炎症を抑制すると考えられたため、その分化制御について解析した。IL-27を用いてin vitroにおいてTr1を分化する際に、脂質リン酸化酵素の1種であるPI3Kを阻害するとTr1分化が抑制され、反対に増強すると分化が促進されることから、PI3KシグナルがTr1分化を正に制御していることが示された。粘膜組織における細菌感染による慢性炎症の誘発・持続には、ヘルパーT(Th)細胞が重要な役割を果たし、特にTh1やTh17細胞などの炎症性細胞が病態の悪化に関わっている。一方でこれら炎症性細胞に対し、炎症を抑制するTh細胞も誘導され、行き過ぎた炎症性細胞の活動を抑制し、炎症反応を終息させるよう働く。粘膜組織における炎症抑制には、抑制性サイトカインであるIL-10が深く関わっていることから、IL-10を産生するFoxp3陰性Th細胞(Tr1細胞)の分化制御機構を明らかにすることが重要である。本研究では、まずIL-10産生細胞の割合がなるべく高くなるような、Foxp3陰性IL-10産生細胞(以下Tr1細胞)の分化の条件を検討した。また、樹状細胞を用いて抗原特異的なTr1細胞を分化させる条件についても併せて検討した。さらにTr1分化に関与するシグナル分子に関して探索を試みた。すなわちTr1細胞を分化させる時に様々な阻害剤を加えることにより、そのうちのいくつかが分化を抑制することを見出し、Tr1分化におけるシグナル経路の候補を見出した。また、Foxp3発現細胞およびIL-10産生細胞を同定するには、通常は細胞を固定しなければならず、その後の遺伝子発現解析やタンパク発現解析ができないため、Foxp3発現細胞表面にヒトCD2分子を発現するマウスおよびIL-10産生細胞で蛍光タンパクを発現するマウスを導入して飼育を開始した。粘膜組織における細菌感染による慢性炎症の誘発・持続には、ヘルパーT (Th)細胞が重要な役割を果たし、特にTh1やTh17細胞などの炎症性細胞が病態悪化に関わっている。一方でこれら炎症性細胞に対し、炎症を抑制する細胞も誘導され、行き過ぎた炎症性細胞の活動を抑制し、炎症反応を終息させるように働く。粘膜組織における炎症抑制には、抑制性サイトカインであるIL-10が深く関わっていることから、IL-10を産生するFoxp3陰性Th細胞(Tr1細胞)の分化制御機構を明らかにすることが重要であると考えられる。本研究では、ナイーブ細胞からTr1細胞の分化条件の最適化について検討していたが、このTr1細胞がIFNgも産生してしまう、すなわちTh1様の性質を持ってしまうことに気づき、IFNgが産生されないような条件を検討し最適化をはかった。その上でTr1分化に関わる経路を探索し、PI3K経路が分化を正に制御することを見出した。また、Tr1細胞(Foxp3陰性IL-10産生Th細胞)をin vivoで同定するために、すでに飼育を開始していた、Foxp3発現細胞表面にヒトCD2分子を発現するマウス(Foxp3<hCD2><CD52>マウス)およびIL-10産生細胞に蛍光分子(Venus分子)を発現するマウス(IL-10 Venusマウス)の交配をはじめ、実験に必要な数を確保するため飼育しているところである。Tr1分化において、PI3K経路がその分化を正に制御していることを見出したが、その詳細な解析に向けてシグナル解析に必要なウェスタンブロット法に加え、フローサイトメトリーによるシグナル分子のリン酸化解析法も取り入れ、条件設定を終えている。また、in vivoにおけるTr1細胞の検出のためのマウスの作製も順調であり、Tr1細胞の機能解析に必要な腸炎モデルの作製も行っており、in vivoにおける解析ができる状態にある。これまでにin vitroにおいて、IL-27によるTr1分化がPI3K阻害剤によって抑制されることを見出した。また逆に、PI3Kの下流分子であるAktを活性化できる細胞を用いてTr1細胞を分化すると、Tr1分化の割合が上昇することを確認した。すなわち、PI3K-Akt経路によってTr1分化が正に制御されることが明らかになった。また、昨年度作出したTr1細胞をフローサイトメーターで見分けることのできるマウスを用いて、in vivoでTr1分化におけるPI3Kの関与を検討した。すなわち、マウスに抗CD3e抗体を投与して3日後に誘導されるIL-10産生Th細胞の割合を調べたところ、PI3K阻害剤を同時投与することによって有意に抑制された。以上の結果から、in vitroおよびin vivoのいずれにおいても、PI3KがTr1分化を正に制御することが明らかとなった。

制御性T(Treg)細胞のマスター転写因子Foxp3を発現せず、抑制性サイトカインIL-10を産生するI型制御性T(Tr1)細胞は、細菌感染による慢性炎症を抑制すると考えられたため、その分化制御について解析した。IL-27を用いてin vitroにおいてTr1を分化する際に、脂質リン酸化酵素の1種であるPI3Kを阻害するとTr1分化が抑制され、反対に増強すると分化が促進されることから、PI3KシグナルがTr1分化を正に制御していることが示された。これまでに、30%以上のTr1細胞を、in vitroにおいて誘導することができるようになり、ウェスタンブロット法によるシグナル解析などのために充分な誘導効率でTr1細胞を得るための分化条件を設定した。また、抗原特異的Tr1細胞を作製し、in vivo解析に必要な遺伝子改変マウスも導入したため、Tr1細胞に関する詳細な解析を行う準備が整いつつある。今後は、Tr1分化に関与するPI3K経路の下流分子の同定を行う。また、in vivoにおけるTr1細胞の機能解析については、当初は細菌感染マウスモデルを用いる予定であったが、施設上の問題で感染体を用いたマウス実験ができないため、粘膜組織における炎症ということで腸炎モデルを用いて解析を行うことに変更して実験を行うこととする。28年度が最終年度であるため、記入しない。免疫学今後は、シグナルの下流に存在する分子の詳細な解析を行う予定である。また、導入した2種類のマウスを掛け合わせたマウスを作製し、実際に粘膜細菌感染モデルを用いて、in vivoにおけるTr1細胞の解析にも着手する予定である。
4つのトンネル時間の物理的意味の解明

粒子がポテンシャル障壁を通過するのに要する時間として文献に登場する4つの「トンネル時間」の物理的意味の解明を行った。障壁に取り付けた時計で測ったトンネル時間の平均的な値がラーモア時間であり、その周りの揺らぎの幅がビューテッカ・ランダウア時間であること、および粒子に取り付けた時計で測ったトンネル時間の平均的な値がボーム・ウイグナー時間であり、その周りの揺らぎの幅がポラック・ミラー時間であるとの結論あるいは示唆が得られた。1.ラーモア(LM)時間とビューテッカ・ランダウア(BL)時間について:量子時計の手法を用いることにより,LM時間は滞在時間型トンネル時間(滞在時間)の「平均的な値」として,またBL時間は滞在時間の「幅」として解釈できることが明らかになった。量子時計を用いたアプローチはこれまでにもあったが,本研究では従来の計算では無視されてきた「トンネル状況下での透過振幅の位相」を正しく考慮した計算を行うことによって,前述の結果を得た。2.ボーム・ウイグナー(BW)時間とポラック・ミラー(PM)時間について:透過波束に関して,近似的ではあるがきわめて精度の高い解析式を導出することに成功し,それを用いることによって,BW時間とPM時間がトンネル過程で果たす役割が明らかになった。すなわち,BW時間は粒子が障壁を通過する際に生じる「ピークの前倒し」に関係し,PM時間は粒子が障壁を通過することによって生じる「加速効果」に関係する。3.非干渉汎関数について:トンネル粒子と環境の自由度が相互作用する場合の非干渉汎関数を書き下すことはできたが,それを実際に計算するための手法を開発するまでには至らなかった。上記の1,2は非干渉汎関数を用いた解析がうまく行った場合の「結果」をあらかじめ予見させるものであり,その検証は今後の課題である。ただし,本研究の目標は4つのトンネル時間の物理的意味の解明であって,非干渉汎関数はそのための道具(として当初有望視したもの)である。目的と手段を混同することなく,何が最も適切な手法であるのかを常に考えながら目標の達成をはかることが必要であると考える。1.散乱波束の解析表現トンネル時間の意味を明らかにする直接的な方法は,波動関数の時間変化にトンネル時間がどのように関わっているのかを示すことである。そのためには波動関数の時間変化の解析的な表式を知ることが望ましいが、これはポテンシャルがある場合には一般に不可能である。しかし、前年度の研究によって特定の初期条件(波束)の場合に、透過領域の波動関数の解析的表現を近似的に求めることが可能なことが明らかになった。本年度はこれをさらに発展させ、透過領域の波動関数の厳密に解析的な表現を無限級数の形で求めた。また、この方法の「適用範囲」(波束の空間幅がある程度以上に狭くなると無限級数は発散し、本方法は使えなくなる)について議論を行った。2.ポラック・ミラー(PM)時間と透過確率との関係前年度の研究によって、PM時間は粒子が障壁を通過することによって生じる「加速効果」に関係することが明らかになっているが、これを直接観測するのは容易ではないと思われる。本年度の研究によって、波束の透過確率の表式のなかにPM時間が登場することが明らかとなった。透過確率を測定から求めることに原理的な困難はなく、この結果を使うことによって、測定からPM時間を求めることが困難なく可能になるものと考えられる。3.到達時刻の問題におけるKijowski分布の位置づけトンネル時間の問題と関係深い問題として「到達時刻の問題」がある。これは、「ある場所を出発した粒子が、別の場所に到達する時刻は量子力学的にどのようになるか」という問題である。トンネル時間の問題と共通な要素を持ちながらも問題設定がよりシンプルであるため、無矛盾履歴法がこの種の問題に対してどのような「予言」を行うのかを調べるには格好の例題である。本年度の研究によって、到達時刻の問題の「正しい」分布であると広く考えられているKijowski分布を、無矛盾履歴法から「近似的に」導出できることがわかった。これはKijowski分布が「はじめにありき」のものではないことを示しており、Kijowski分布の位置づけに再考を促す結果となった。(1)量子時計の方法に基づいたトンネル時間の意味の解明「トンネル粒子に時計を取り付けると、その時計の針はどう動くか」という問題に取り組んだ。前年度の研究によって、時計が障壁の中だけで動作する場合には、時計の針は平均的にラーモア時間を指し、針のゆらぎはビューテッカ・ランダウアー時間となる、ということがわかっている。本年度は、障壁の内部でも外部でも時計が動作する場合を考え、ボーム・ウイグナー時間とポラック・ミラー時間を時計の針の運動と関係付けることを試みた。解析は完全には終わっていないが、「時計の針は平均的にボーム・ウイグナー時間を指し、針のゆらぎの幅はポラック・ミラー時間の程度になる」ことを示唆する結果を得た。

(2)反射波束の解析解に基づいた反射粒子のトンネル時間反射粒子に対するトンネル時間を議論するために、反射波束の解析解を求め、そのなかに反射粒子に対するボーム・ウイグナー時間とポラック・ミラー時間がどのように含まれているのか調べた。その結果、反射波束のピークの運動から反射粒子に対するボーム・ウイグナー時間が自然に得られることが判明した。また、反射粒子は入射粒子よりも「速く」運動するが、その加速の程度が反射粒子に対するポラック・ミラー時間によって決まっていることが判明した。定常位相的な扱いを一切行うことなしに、波束の運動におけるボーム・ウイグナー時間とポラック・ミラー時間の役割が理解できたことは大きな成果である。このように、透過粒子、反射粒子いずれの場合にも、定常位相法に頼ることなしに波束の運動におけるトンネル時間の意味を議論できるようになったことは、トンネル時間の研究にとって重要な成果である。1外部自由度の影響がトンネル時間の定義可能性に及ぼす影響:滞在時間型トンネル時間の場合において、外部自由度の影響を取り入れたトンネル時間確率分布が、トンネル障壁に依存しなくなる、という奇妙な結果が他の研究者によって報告されている。このことの物理的理由について検討を行い、「トンネル時間を無限の時間分解能で測定しようとすると、トンネル粒子と外部自由度との間に、任意の大きさのエネルギーのやりとりを許すことが必要となり、トンネル粒子から見るとトンネル障壁の存在が感じられなくなるためである」ことが明らかになった。2「時計」を使ってトンネル時間をはかる試み:通過時間型トンネル時間の場合に、「物理的時計」によりトンネル時間を測定するモデルを構築することを試みた。滞在時間型トンネル時間の場合と異なり、外部自由度とトンネル粒子との相互作用から「通過時間×エネルギー」の形の項を単純な形で取り出すことができず、今のところモデルの構築に至っていない。今後も引き続き取り組んでいく予定である。3透過波束の近似的解析解の、他の近似的解析解との比較:本研究を進める過程で得られた透過波束の近似的解析解を、他の近似的解析解と詳細に比較した結果、Phys. Rev. B, 67 045301(2003)のEq. (26)、Phys. Rev. A, 75 012111(2007)のEq. (27)、Phys. Rev. B, 72, 165331(2005)のEq. (9)、Europhys. Lett., 74, 327(2006)のEq. (10)よりも良い結果が得られた。これは本研究で得られた近似的解析解の有用性を明確に示すものである。通過時間型トンネル時間の研究にとって大変有用なツールが開発できたものと考える。
磁場を利用した選択的遺伝子導入系、および遺伝子発現操作系の開発

実験動物体内への遺伝子の導入手法にはウィルスベクターや非ウィルス性のカチオン分子が広く利用されており臓器によっては高効率での導入が可能である。非ウィルス性の遺伝子導入試薬に関しては近年、高効率化、低毒性化が顕著であり、取り扱いも比較的容易であることから広く基礎研究に用いられている。また、非ウィルス性のカチオン分子等による遺伝子導入に関しては、その効率を光により制御し任意の部位への遺伝子導入効率の増強、抑制が可能なケースも報告されている。これら光による遺伝子導入効率の制御に関しては有用性が認められるものの、生体組織深部への光の作用は限定的であり依然として技術的な困難を伴う。本研究は生体深部に対しても比較的容易に作用する磁場を利用し局所的な遺伝子導入効率の制御を行う手法を確立することを目的とする。上記のような技術が確立できれば基礎研究分野に新たな研究手段を提供できるほか、薬剤送達や遺伝子治療等の新たな手法の確立にもつながるものと考えられる。平成29年度においては遺伝子導入担体としての効果を持つ種々の化合物に関して一様な磁場、および勾配を伴った磁場を作用させ培養細胞への遺伝子導入の効率に変化があるか検証を行った。これらの検証の結果、磁場に依存して遺伝子導入効率が変化する化合物を複数同定した。同一の化合物であっても用いる条件により磁場への応答が大きく異なることから、最適な使用条件を決定すべく実験を行った。平成30年度においては対象とする細胞種を増やしそれぞれについて最適な使用条件を決定したほか、導入効率が磁場の作用により変化するメカニズムを一部解明した。また、当該化合物を用いてマウス体内への遺伝子導入を行い、磁場により導入効率を操作する手法の確立に取り組んだ。マウスを用いた実験では安定した系を確立することに多くの時間を費やしたことから当初の予定よりやや遅れている。培養細胞を用いた実験計画に関しては概ね完了しており、2019年度に関しては主として実験動物を対象とした実験系の最適化に取り組む。当初予定していたよりも多くの化合物を対象としさまざまな条件で検証を行ったため全体としてやや遅れている。最適な使用条件が求められた化合物から順次、実験動物を用いた検証を行う。

誘導条件の検討に時間を要したことから動物実験の実施に至らなかった。実験動物を用いた実験系の実施が当初の予定より遅延したため次年度使用額が生じた。2019年度は動物実験を主とした作業を実施し予算を使用する。
リン酸化酵素フォールディング中間体を新規標的とした革新的創薬技術基盤の構築

本研究では、DYRK1Aフォールディング中間体阻害の分子機序を解明し、その成果を活用して、化合物ライブラリを対象とした中間体阻害剤スクリーニングを実施する。この一連の技術基盤を活用し、他のリン酸化酵素のフォールディング中間体が触媒する自己リン酸化を特異的に阻害する化合物を探索することで、創薬の課題解決に取り組む。平成29年度は、以下の二つの項目の研究を実施した。項目2:DYRK1Aフォールディング中間体を標的とした化合物スクリーニング平成28年度に明らかにしたDYRK1A必要最小領域を活用したin vitro翻訳・自己リン酸化カップリング系を構築した。この評価系の有効性をFINDYなどの既知阻害剤を用いて実証し、小規模化合物ライブラリを対象としたスクリーニングを実施した。さらにハイスループット化を進めるため、検出系の高感度化を進めた。また、DYRK1A活性ドメインに存在する、リン酸化酵素活性に関与することが示唆されているアミノ酸残基のうち、どの領域が自己リン酸化に関与するかを点変異導入により解明し、基質リン酸化と自己リン酸化の構造的な違いについての知見を得た。項目3:ヒット化合物の構造展開項目2の評価系を用いて、化合物スクリーニングを実施し、既知の化合物の中から、中間体特異的阻害剤へと構造展開可能なものを選別した。この化合物、及び、FINDY構造類縁体のドッキングシミュレーション・共結晶構造解析などを実施し、FINDYの結合するフォールディング中間体構造を予測した。この構造予測を元に、中間体特異的阻害剤への変換の化合物構造設計を行い、そのライブラリ化に向けた合成準備を進めた。平成29年度は、平成28年度に遅れていた化合物スクリーニングを実施し、既知の化合物ではあるが、中間体特異的阻害剤へと構造展開可能な化合物を同定でき、項目3のヒット化合物の構造展開へと進めることができるようになった点を踏まえ、「おおむね順調に進展している」と判断した。またスクリーニング評価系については、さらなるハイスループット化を目的とした改善を平成30年度も進め、最終的には大規模化合物ライブラリを対象としたスクリーニングを実施可能なレベルへと改良する予定である。また、これまでに他のリン酸化酵素において必要とされてきた活性ドメインのアミノ酸残基について、点変異の導入を行い、その自己リン酸化における必要性を解析した。その結果、基質リン酸化と自己リン酸化は、活性ドメインのアミノ酸残基においては、必ずしも一致せず、その反応機構に違いがあることが明らかになった。これは自己リン酸化を特異的に阻害するFINDYの存在からも予測されていたが、さらに分子生物学的な実験からも支持される結果となった。さらに、フォールディング中間体の構造を予測するため、いくつかのFINDY構造類縁体については結晶構造解析に取り組み、その構造を解くことに成功した。この解析結果は、平成30年度に実施する化合物構造展開において極めて有効であり、論理的な構造設計が可能になると期待される。しかし一方、FINDYとDYRK1Aの構造解析には難航しており、さらなるブレイクスルーが必要であると考えられる。本研究の項目3では、新規のDYRK1Aフォールディング中間体特異的阻害剤の同定を目指しており、この新規の化合物であれば、中間体の構造解析が可能になる可能性もあり、今後のさらなる研究が重要である。平成30年度は、以下の二つの項目の研究を実施し、DYRK1Aフォールディング中間体を標的としたハイスループット阻害剤スクリーニング系の構築、新規フォールディング中間体特異的阻害剤の同定、フォールディング中間体の自己リン酸化の分子・構造基盤の解明を目指す。項目2:DYRK1Aフォールディング中間体を標的とした化合物スクリーニングin vitro翻訳・自己リン酸化カップリング系のさらなるハイスループット化を進め、大規模化合物ライブラリを対象としたスクリーニングを実施するための実験系の構築を進める。具体的には、検出系の高感度化・定量化により、マルチウェルプレートでの評価が可能となるシステムの構築を進める。また、DYRK1A活性ドメインにあるアミノ酸残基の機能解析を進め、基質リン酸化と自己リン酸化の構造的な違いを明らかにし、フォールディング中間体と規定する分子基盤を解明する。項目3:ヒット化合物の構造展開検討を進めたヒット化合物からの構造展開の設計に基づいて化合物合成を実施し、新規フォールディング中間体特異的阻害剤の取得を目指す。また、これまでに同定した化合物、及び、新規に得られた化合物を活用した構造解析を実施し、フォールディング中間体の構造解析に挑戦する。これらの成果、またシミュレーションなどを取り入れることで、フォールディング中間体の構造基盤を解明する。代表者(喜井)は、リン酸化酵素DYRK1Aに対する低分子阻害剤の作用機序を研究する中で、DYRK1Aのフォールディング途中に、一過的に存在する「中間体構造」を標的とする自己リン酸化阻害剤FINDYを発見し、それはリン酸化酵素ファミリー間で極めて高い特異性を示すことを見出した。本研究では、このDYRK1Aフォールディング中間体阻害の分子機序を解明し、その成果を活用して、大規模化合物ライブラリを対象とした中間体阻害剤スクリーニングを実施する。平成28年度は、項目(1)FINDYによるDYRK1Aフォールディング中間体阻害メカニズムの解明に取り組み、FINDYによる分子内自己リン酸化阻害に必要なDYRK1A最小領域を同定した。

必要最小領域は、DYRK1AのSer97を含むN末端周辺とリン酸化酵素活性ドメインのみであり、C末端ドメインは一切必要ではないことがわかった。さらに、この必要最小領域に対して、FINDYは直接結合して作用することを明らかにした。加えて、この研究の過程で、なぜ自己リン酸化がフォールディング中間体でのみ起こるかを説明できるかもしれない現象を発見した。すなわち、必要最小領域の中に、自己リン酸化に必要な領域を発見し、その部分のフォールディングの成否が自己リン酸化の進行を決定することを見出した。この結果は、フォールディング中間体の構造的な示唆を有しており、フォールディング中間体の構造を解く手がかりになると期待される。また、項目(2)フォールディング中間体を標的とした化合物スクリーニングの研究に取り組み、in vitro translationを用いた活性評価系の構築を完了し、そのハイスループット化を進めた。項目(1)FINDYによるDYRK1Aフォールディング中間体阻害メカニズムの解明の研究を進めている途中で、様々な発見をする機会に恵まれ、そのより詳細な分子メカニズムを解明することに時間を多く使うことにした。そのため、項目(2)フォールディング中間体を標的とした化合物スクリーニングの研究の進捗が思わしくなく、現時点でハイスループット化の目処は立っているが、化合物ライブラリを用いたスクリーニングまでは進んでいない。そのため、「やや遅れている」と判断している。項目(2)の化合物スクリーニングを行うにしても、より本質的な部分で分子メカニズムを理解した上で構築されたスクリーニングシステムを用いる方が、正しいヒット化合物が得られると考え、項目(1)の研究をさらに推進することとした。項目(1)の研究において、フォールディング中間体の構造を解くための手がかりとなる知見を得ることに成功している。これを生かし、より効率的なスクリーニングシステムや、構造からの理論的な中間体特異的阻害剤の設計などが可能になると期待される。平成29年度は、項目(1)の知見を生かしつつ、様々な方向からの化合物スクリーニングシステムの構築を進め、最適な方法で、FINDYに続く、新しいフォールディング中間体特異的阻害剤となり得る新規骨格の取得を目指す。本研究では、DYRK1Aフォールディング中間体阻害の分子機序を解明し、その成果を活用して、化合物ライブラリを対象とした中間体阻害剤スクリーニングを実施する。この一連の技術基盤を活用し、他のリン酸化酵素のフォールディング中間体が触媒する自己リン酸化を特異的に阻害する化合物を探索することで、創薬の課題解決に取り組む。平成29年度は、以下の二つの項目の研究を実施した。項目2:DYRK1Aフォールディング中間体を標的とした化合物スクリーニング平成28年度に明らかにしたDYRK1A必要最小領域を活用したin vitro翻訳・自己リン酸化カップリング系を構築した。
位相振動子モデルにより解明する脳波協調の神経計算論

昨年度まで複数周波数間の振動子ネットワークを推定する手法の提案と検証を行っていた。当該年度では実データへの適用と検証を行った。脳波データに推定手法を適用し結合関数を計算することは可能だが、本当に正しく推定されたのかを判断することは非常に難しい。そこで、現実の時系列データでも正しく推定できることを確認するために、電子回路を用いて因果関係がわかっている振動子ネットワークを構築した。この回路の電位を計測し、その時系列データを用いて結合関数を推定した。この実験データはノイズの影響や電子素子の誤差などの影響で必ずしも理論通りには変化しない。それにもかかわらず、同一周波数、複数周波数のどちらでも理論値と一致する結合関数を推定することを確認した。実データにおいても、振動子間のネットワークを推定する場合においては正しく推定することを確認した。しかし、脳波が振動子と見做せるかについては良く分かっていない。そこで、推定で用いている位相振動子モデルを用いて脳波データを説明できることを確認した。今回は音声データと音声を聞いているのときの脳波データを用いて、脳波と音声間の結合関数を推定している。この場合、脳波から音声への結合は存在しないため、正しく結合関数が推定されていれば音声から脳波への結合関数だけが同期に影響を与えるはずである。この推定を14人分の脳波データに適用し、実験協力者間で一貫性のある結合関数を推定されていることと、音声から脳波への結合関数しか同期に影響を与えていないことを確認した。28年度が最終年度であるため、記入しない。生物は生きていくうえで様々なリズム運動を利用している。人間の脳内の神経活動においても振動する活動が存在し、脳波計測などで観測することが可能である。この活動により認知や知覚といった脳の高次機能が実現されていると考えられているもののどのようなメカニズムで実現しているのか不明である。本研究では脳波の同期現象に着目し、脳機能に依存した脳波間ネットワークの同定を試みる。脳波間ネットワークを推定するために、脳波を振動子と見做し、実験データから振動子ネットワークを推定する。従来の振動子ネットワークの推定手法は同一周波数での結合関数を推定するものであった。これに対して本年度では、異なる周波数間の振動子ネットワークが推定可能なように拡張した。また、この推定手法の妥当性を検証するためにニューラルマスモデルと言う脳波のモデルを用いてテストデータを生成し、正しく推定できることを確認した。その後、実験で得られた脳波データに対して、振動子ネットワークを推定し、脳機能により異なるネットワークの推定を行った。研究の進捗としてはおおむね期待通りの進展している。"脳波生成モデルを用いた推定手法の検証"と"脳波データへの適用"に関してはおおむね完了しており、申請書に記載した年次計画よりも早いペースで進んでいる。"脳波生成モデルを用いた手法の検証"では異なる周波数をもつ脳波間の相互作用を振動子と見做すことで脳波間ネットワークを推定した。従来の推定手法として同一周波数間の結合関数を推定する手法がある。この手法を異なる周波数間の結合関数が推定可能なように拡張した。実験データに適用する前にニューラルマスモデルという脳波生成モデルを用いて脳波データを生成し、これに推定手法を適用することで手法の妥当性を検証した。同一周波数、複数周波数ともに適切な結合関数を推定することに成功した。"脳波データへの適用"では実験データに対して推定手法を適用し、脳波間の相互作用を結合関数として同定した。実データに今回の手法を適用するためには、頭皮上の電極ごとに得られる脳波を個々の振動子としての脳波に分離する必要がある。そこで、電極ごとに得られる脳波データに対して独立成分分析を適用し独立な脳波を同定した。この独立な脳波を用いて、デルタ波とシータ波間の結合関数を被験者ごとに推定した。そして、結合関数の大きさを相互作用の大きさと見做し,被験者間で統計学的な検定法を用いて,課題に依存した振動子ネットワークを同定した。しかしながら論文投稿には手が回っておらず来年度は頑張っていきたい。

この推定を14人分の脳波データに適用し、実験協力者間で一貫性のある結合関数を推定されていることと、音声から脳波への結合関数しか同期に影響を与えていないことを確認した。脳波データを用いて課題に依存した振動子ネットワークを同定した。しかしながら、脳波の空間的解像度の低さから、対象としている脳波活動がどの脳領域の活動なのか不明である。このままでは先行研究との比較が困難であり、同定した振動子ネットワークの妥当性を検証することが難しい。そこで脳波とfMRIの同時計測データに対して結合関数の推定手法を適用し、脳領域間の振動子ネットワークの同定を試みる。また、同時計測データに対しての結合関数の推定を達成した後、その結果を考慮したうえで経頭蓋磁気刺激法(Transcranial magnetic stimulation: TMS)を用いて、音声聴取成績のコントロールを試みる。脳波データを用いた結合関数の推定結果から、音声を聞いている時と音声を聞いていない時では異なる振動子ネットワークを構成していると考えている。同時計測の解析を行うことで音声聴取中の振動子ネットワークに関わる脳領域を同定し、そこにTMS刺激を与えることで,音声刺激が入る前に音声知覚のネットワークへの切り替えを試みる予定である。28年度が最終年度であるため、記入しない。
否定辞・数量詞の意味論的記述とGB理論の論理形式との関係について

ドイツ語の数量詞には,jed-,all-,viel-,nicht wenig-,ein-,nicht jed-,nicht all-,nicht viel-,wenig-,nicht ein-,kein-があげられる.この数量詞は,Horn(1972),Gazdar(1979)が指摘している意味で,階層をなしていると考えられる.jed-,ein-を例に取れば,語順とスコープの取り方は大いに関連している.例えば,in jedem Dorf wirdeinmal im Jahr groβgefeiert.(あらゆる村では年に一度大きなお祭りがある)において,このjed-がein-に先行する限りにおいて,スコープは,jed->ein-となる.つまり単に数量詞の意味論的な性格だけでなく,語順という統語的要因を考慮に入れなければならないことがわかる.このスコープの違いは,定動詞第二位と,定動詞末尾の構文においても違いが見られない:daβviele Leute gelegentlichkeinen Hundfuttern(viel-,gelegentlich>kein-),Trotzdem sollen viele Leute gelegentlich keinen Hund futtern.(viel-,gelegentlich>kein-).この事実は、ドイツ語の主文と副文の構造は基本的に同一であり、定動詞第二位構文はGPへの動詞のX^0移動と、CP-Specへの任意の要素の移動によって派生されるという主張を支持するものである。数量詞否定辞の意味論的特性と、語順によってその文の解釈をある程度得ることができる.ゆえに、Chomskyが主張するような統語的なLF(論理形式)の存在は、数量詞、否定辞の解釈に関する限り、支持されるものではない。
フランスの中等教育における進路指導と教育課程に関する研究

標記研究主題に基づき,つぎのような研究を行い,知見を得た。(1)フランスは,進路指導を制度化しており,さらに生徒の適正・能力等に応じた進路選択と指導を模索してきた。進路指導期と呼ばれてきた前期中等教育(コレージュの4年間)は,そのためのものであり,後期中等教育(リセを中心とする32年間)に進学する際に進路を決定するが,その後,後期中等教育においても転科を認めようとし,そのための装置を設けたところに特徴がある。転科を容易にし,転科による支障をすくなくするために特別の学級が作られた。これは「橋渡し学級」(classes passerelles)と総称される「特別第2級」,「適応第1級」であり,転科に大きな役割を果たすことが期待された。しかし,実際にはそれほどの転科を可能にはしなかった。これは,フランス人の能力観に基づくものと思われる。しかし,この制度自身は示唆に富む物である。(2)中等教育の修了証書と同時に大学入学資格なるバカロレアは,後期中等教育の大衆化と専門化による再分化が進み,文化,理科,社会・経済,技術,職業系としてA,B,C,D,D^',E,F,G,G^',H,Bpro,のように約10種類に分かれコースを形成し,それに向かったカリキュラムが組まれてきた。この場合,コース間転科が行われることが期待されたが,実際には困難であった。職業系から高等教育に進むことのできる「技術者バカロレア」に準備させるために設置されたのが,上述の「橋渡し学級」である。この学級は,転科を可能にする目的をもっていたが,現実にはごく少数しか可能にしなかったようである。このような専門化されたコースの意味について論議され,1995年からは,その内部で細分化はなされているものの普通バカロレア,技術バカロレア,職業バカロレアの三つに再編され,この再編によって,グループ内での転科が比較的容易になったといえる。このように,特別の学級「橋渡し学級」を設置し,生徒の希望に応じた進路指導は,必ずしも上首尾に進展しなかったが,生徒の能力適正や人生の見通しに応じた進路指導を可能にする制度として多くの示唆と可能性を有しているといえる。平成9年度の研究実施計画にしたがってつぎのような準備と研究を進めた。1.フランスの教育制度、進路指導についての現状を詳細に述べた文献資料を収集した。2.パリで開催されたフランス語圏比較教育学会の準備大会で研究発表を行ったが、その際、パリにある国立職業指導研究センター、国立教育研究所等で面接調査と資料収集を行った。3.転科については、事例研究が不可欠であると判明し、日本の高等学校にあたるリセの訪問と関係者への面接調査を試みたが、短い滞在であったために、双方の時間が合わずに実現しなかった。この点については、1998年7月にヨーロッパ比較教育学会での発表に渡欧する予定であり、その際実現させたい。

4.転科を可能にする教育課程については、容易に入手できると想定していたが、具体的に明記された課程については難しいようであり、フランスの中等教育で進路指導カウンセラ-をしている知人や研究者と交信を続け、具体的な事例を求めたいと努力している。5.転科、転学を含めた生徒の進路についての統計に関しては、昨年パリに行った際、教育省教育統計・予測局で入手することができ、いま図表化をしている。6.これまで集積した資料等を分析し、所期の研究目的を遂行していくつもりである。平成10年度の研究実施計画にしたがってつぎのような準備と研究を進めた。1.当初の研究計画で予定していたように、研究の必要性や妥当性等についてフランスの研究者からレビューを受けるために、1998年7月8日から16日の6日間、パリを訪れた。滞在中、国立職業指導研究センター(INETOP)の所長のギシャール教授(心理学)、ユトー教授(教育社会学)等から、この研究の必要性と妥当性について論議し、また研究に関する多くの示唆を得ることができた。2.生徒の進路指導の制度化と実践をとおして教育および教育制度の民主化を主張してきたルイ・ルグラン教授(国立教育研究所INRP元研究部長)からも同様の示唆を受けることができた。このようなレビューは、パリ第5大学のラングエット教授(教育社会学)、中等教育進路指導専門員のローシュ氏、国立職業・進学進路情報センター(ONISEP)のルフール女史などからも受け、研究上きわめて有意義であった。3.国立職業指導研究所、国立教育研究所、国立職業・進学進路情報センター、文部省教育統計・予測局等において貴重な文献および統計資料を入手することができた。4.このような文献や統計資料の分析を行い、中等教育における生徒の進路を図表化する試みを行った。5.フランスにおいてコース間転科を可能にしているのは、子どもの能力観である。それは、子どもの適性・能力は固定してなく、たえず変化しているという考えである。これは、我が国と異なる点であり、このことについて日本とフランスの比較を行い、その検討の結果をフランスの教育専門誌の一つである「カイエ・ペダゴジック」(Cahiers Pedagogiques)の1999年5月号に掲載する予定になっている。平成11年度は,つぎのような研究を行い,知見を得た。今年度は研究の最終年であり,この研究成果と参考となる資料を印刷物にまとめる予定である。(1)フランスは,進路指導を制度化しており,さらに生徒の適正・能力等に応じた進路選択と指導を模索してきた。進路指導期と呼ばれてきた前期中等教育(コレージュの4年間)は,そのためのものであり,後期中等教育(リセを中心とする32年間)に進学する際に進路を決定するが,その後,後期中等教育においても転科を認めるところに特徴がある。その際に,転科を容易にし,転科による支障をすくなくするために特別の学級が作られた。これは,「橋渡し学級」(classes passerelles),「適応学級」(classes d'adaptation)と呼ばれており,転科に大きな役割を果たした。これについて,過去の制度となっている部分もあるが考察を加えた。(2)中等教育の修了証書と同時に大学入学資格となるバカロレアは,後期中等教育の大衆化と専門化による細分化が進み,文科,理科,社会・経済,技術,職業系としてA,B,C,D,D',E,F,G,G',H,Bproのように約10種類に分かれ,それに向かったカリキュラムが組まれてきた。この場合におけるコース転科は上述の転科を可能にする学級を通って行われた。
農村女性のキャリア形成に関する研究

農業者の意識を明らかにすることが重要であると考え、意識調査を実施した。平成17年8月から12月にかけてアンケート用紙を784通配付し、回収は437通、55.7%の回収率であった。就業意識・農業観、農業に対する不安・不満、農業に対する自信の3尺度について、一つの尺度をすべて回答していないものは除外し、387通を有効回答として分析を行った。3尺度の相関はすべて正の相関が見られ、特に就業意識と農業に対する自信の相関係数は.699と強い正の相関が見られた。これに対して農業に対する不安・不満と農業に対する自信は微弱の正の相関が見られた。これらから、就業意識を高く持っている農業者は自信をもって仕事に当たっているということが実証できたのではないか。また、3尺度の項目についてそれぞれの共通因子を抽出した。「常に新しいことに挑戦しようとする意識を持っている」こと、「地域の変化や情報欠如に関する不安が高いこと」、「プロの農業者として自信を持って仕事に当たっている」ことが第一因子として挙げられた。女性農業者から半構造化面接法で聞き取りを行った。女性農業者のサクセスストリーを整理した結果、自己実現には、地域の同業者とのネットワークの構築、パートナーや家族との関係、新しい作物や技術的情報の入手が大きく関係していることが分かった。また、家族経営協定の締結が農村女性のキャリア形成にとって有効であることも分かった。この制度は法制上の拘束力はないが、家族経営において、この政策を推進していくことが農村女性の地位向上につながるとともに家族経営の発展につながると確信できた。今後は、さらに農村女性のキャリア形成が地域農業の発展に貢献するという仮説をたてて研究を進めたい。今年度は農村女性のキャリア形成のための理論的位置づけを明確にするため、主として基礎的研究を行った。非農業分野における女性のキャリア形成に関する先行研究、およびキャリア論の先行研究をレビューした。農村女性を支援する行政組織の活動について調査研究をおこなった。また、家族経営協定の締結推進を積極的に実施している九州農政局が主催した農村女性のシンポジウムに参加した。他には岡山、名古屋にて開催された農村女性対象の会合、農山漁村女性の目などの会合に出席した。九州農政局管内での家族経営協定の普及推進実態を知ることができた。形骸化されない、生きて活用される協定であるための方策を新たに取り決め、締結数の拡大とフォローアップによる見直し活動へと活動が進んでいることを理解した。会合参加によって、農村女性の意欲的に活動している労働実態とその高い意識を確認することが出来た、と同時に男女共同参画社会推進に向けた行政の支援を知る機会となった。日本全国各地で意欲的に活動し、地域貢献を図りながらキャリアを形成している多くの農村女性の実像を確認することができた。農村女性について研究を行っている(社)全国農業改良普及支援協会の阿倍澄子氏のほか農村女性の研究者と面会し、女性が農業を生業としている場で主体的に活動できる労働環境や、研究成果について学習した。聞き取り調査を実施している神戸市西区神出町のNさんの活動についての追跡調査と、兵庫県の女性農業士の活動と労働意識について情報収集するなど、農村女性のキャリア形成における理論的研究のための情報収集を行った。本研究は女性農業者のキャリア形成のメカニズムを解明することを目的としている。最初に、女性農業者のキャリア形成に関する理論的考察からキャリア形成の理論的枠組みを提示し、ついで、女性農業者に対する聴き取り調査やアンケート調査を実施し、その結果を整理して女性農業者のキャリア形成過程に関する実証分析を行った。女性農業者のキャリア形成に関する理論的考察から、キャリア形成の構成要素として自己概念と職業観があり、それらは相互作用によって変化すること、また自己概念と職業観は外部要因である情報の刺激によって変化することを明らかにした。

こうした女性農業者のキャリア形成に関する理論的枠組みを実証するために、農村女性への聞き取り調査及びアンケート調査を実施した。九州農政局と兵庫県農林水産部、兵庫県農業普及開発センターおよびJA兵庫西の協力を得てアンケート票を配布した。女性農業者の研修会に参加した方にはその場で記述後、アンケート票を回した。研修会参加者の家族、パートナーへのアンケートを依頼が可能な方にはアンケート票を持ち帰り、記述後郵送で回収した。平成17年8月から12月にかけて784通配布し、回収は437通であり55.7%の回収率であった。このようにして収集した情報・データの分析から、女性農業者のキャリア形成の構成要素は外部要因である情報の刺激によって変化することが分かった。聴き取り調査を行った女性農業者の事例分析から、職業キャリア、人生キャリアを蓄積することにより、農村女性が生き生きと働ける環境が創出されている実態を明らかにすることが出来た。こうした分析結果は、キャリア形成に関する理論的枠組みを支持するものであった。多くの女性農業者のキャリア形成に関するサクセスストーリーを分析・整理することから女性農業者のキャリア形成に対する支援策を構築する手がかり得られると考えられる。女性農業者の事例研究数は現在13名にとどまっているので、今後より多くの農村女性への聞き取り調査を継続することを計画している。本研究で得られた研究成果の一部を、平成17年10月に三重大学で開催された地域農林経済学会大会において発表した。
マイクロカンチレバープローブの非線形振幅制御と完全非接触ナノバイオセンシング

探針(カンチレバー)先端と測定対象に働く原子間力の変化から、物質の表面形状をナノメータスケールで測定できることが知られている。生体試料の測定においては、カンチレバーの振動振幅を微小な値にコントロールし、生体試料への接触を避ける必要がある。その実現に向けて新しい視点にたった(システムの非線形性を積極的に利用する)制御法を理論的に提案し、実験によってその性能検証を行い、非接触ナノバイオセンシングの基礎的な方法を確立した。本研究の目的は、生体試料を生きたまま生理機能を乱さずに、ナノスケールの解像度で、リアルタイムに動画観察可能な、計測システムを開発することにある。すなわち、申請者がこれまで開発を続けてきた原子間力顕微鏡(AFM)用van der Pol型自励発振マイクロカンチレバープローブの発振原理をさらに発展させて、1MHzオーダーの高周波数応答とオングスロームオーダーの低振幅応答が可能な自励発振型マイクロカンチレバープローブを実現し、生体試料に対し完全非接触でダメージを与えずに液中観察可能な計測システムを開発する。2010年度は、低振幅定常自励発振が可能な制御法を構築し、さらに定常自励発振制御法構築のための試作装置を開発した。そして提案制御法により、振幅1nm以下すなわちオングストロームオーダーの大きさでマイクロカンチレバーが定常自励発振することを実験的に確認した。一方、今後の液中観察においてはカンチレバーの挙動をより正確にシミュレートする必要がある。そこで、原子間力をレナードジョーンズポテンシャルから得られる力として近似した場合のマイクロカンチレバーの特性を理論的に考察した。すなわち、マイクロカンチレバーの運動方程式を導出し(非線形偏微分方程式)、多重尺度法を利用して、カンチレバーが自励発振した時の応答振幅の大きさ、カンチレバーを試料表面に近づけた場合の応答振動数と応答振幅の変化について、理論的な考察を行った。さらに、市販AFMを購入して改造を行い、その画像処理機能を利用した新たなFM-AFM装置の製作に取り掛かった。前年度において理論的に提案された、非線形フィードバックを用いたマイクロカンチレバープローブの振幅制御法を実用化するため、その非線形特性に関する理論解析と実験を行った。カンチレバープローブを自励発振させるために、光てこ装置によって測定されるカンチレバーのたわみ角の正帰還フィードバックを行い、さらに非接触計測実現のため、非線形フィードバックを適用して、自励発振振幅の低減化を図るという手法を理論的に提案し、線形フィードバックゲインと非線形フィードバックゲインの大きさをパラメータとして分岐解析を行い、その特性を理論的に調べた。その結果を用いて、本制御系の実機実験装置への実装を試みた。理論と同等の自励発振を実現し、理論に沿った非線形フィードバックを実行するため、積分回路の特性が理想に近い値(1/4周期遅れた値)を出力するような回路を開発した。また安定な非線形フィードバックをおこない低振幅定常自励発振を実現するためには、カンチレバーが微少振動している状態で、変位信号が雑音レベルよりも十分に大きくなる必要があり、雑音除去とともに観測信号が雑音に埋もれずに強い変位信号を発生できる光てこアンプ回路が必要であるため、これを設計製作した。理論的にはカンチレバーの定常応答振幅を無限小にできることが確認されたが、実際にはそれは不可能であり、実装回路を理論に即した理想的なものにどれだけ近づけられるかが大きな課題であった。上記のような回路が完成したことにより、オングストローム程度の振幅を維持して自励発振するマイクロカンチレバーの実現へ大きな一歩を踏み出したことになる。またこれにより、液中生体試料の完全非接触計測が容易になる。前年度までに提案したvan der Pol発振型のマイクロカンチレバープローブについて、振幅制御の実験を行った。非線形フィードバックを大きくすることによって、前年度から引き続き行われた実験により定常振幅の大きさを0.8nm程度にできることを確認した。定量的な振幅値の評価は通常とは異なり、以下のようなより直接的な方法によって行われた。すなわち、サンプルステージの上下方向変動を直接長さの単位で測定し、カンチレバーをサンプルステージに接触した状態で、光てこ出力を電圧の単位で測定する。そして上下方向変動と光てこ出力との関係式を導き、これを用いて、直接的にカンチレバー先端の変位を長さの単位で求める方法である。さらに物質形状の3次元測定を行った。これには、ステージの3次元方向の移動とその結果により得られる物質形状の凹凸の測定値の画像処理、および3次元画像の提示が必要になるが、このような後処理は、AFMの高機能・高性能化には副次的なものであるため、本研究では、画像処理の部分は市販の装置を用いた。すなわち市販の装置のカンチレバーの制御部分を本研究で提案したvan der pol型の発振法に改良して、計測を行った。非線形フィードバックの大きさを変えて、応答振幅の大きさによる3次元測定を試みた。

この結果、19nmの凹凸を持つ試料サンプルの非接触3次元測定に成功した。さらに、近接場での測定を可能にするため、光てこに用いられているレーザーの雑音低減化、van der Pol発振回路の雑音低減化装置を作成した。今後このシステムを用いた計測を行い、さらなる応答振幅低減化を実現し、試料により近接した状態での、精密な画像取得を行う計画である。回路設計をおこなうにあたり、予想以上に実験を繰り返す必要があったため、回路の完成が遅れ、それに伴って、実験開始が予定よりも遅くなった。24年度が最終年度であるため、記入しない。本年度完成した非線形フィードバック用の回路を原子間力顕微鏡装置に実装して、オングストローム以下の振幅を持つ低振幅定常自励発振マイクロカンチレバーを実現する。さらに本回路で市販AFM装置の制御部分を置きかえることにより、低振幅定常自励発振カンチレバープローブを用いた非接触液中画像観察を試みるとおもに非接触状態での生体試料観察を可能にする。