hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
メイラード反応がビタミンの動態に与える影響の網羅的解析

次に、得られた標品を用いてLC/MS/MS(LCMS-8030, Shimadzu)によるMRM最適化とHPLC分離条件の確立を行った。完成した定量メソッドを用いて、各種反応パラメータ(温度、pH、キレート剤の有無、糖の種類、緩衝液の濃度など)を変化させた際のXP-1生成量に及ぼす影響について検討した。反応溶液2 mLからXP-1 7.6 mgを精製することができた。得られた標品を用いてLC/MS/MSによる定量メソッドを構築した。本定量メソッドを用いてXP-1生成における各種反応パラメータの影響を検討した。pHの影響を検討した結果、弱酸性・中性条件下での生成は確認されたが、アルカリ条件下では生成が確認できなかった。また、50°C以上の高温条件で顕著に生成したことから、XP-1は食品中での高温短時間の加熱調理によって生成する可能性が示唆された。さらに、キレート剤の添加によりXP-1の生成量は増加し、五炭糖だけでなく六炭糖からも生成することが明らかとなった。食品化学、食品分析学これまでに見出されていないメイラード反応生成物の探索と同定という目的を達成するために、極性の高い物質の分離が得意な分析カラムを戦略的に用いることで、当初の狙い通りに新規なピリドキサミン由来メイラード反応生成物を見出すことに成功した。また、本物質を定量するためのLC-MS/MSメソッドも構築することが出来たので、おおむね当初の計画通りに進展しているといえる。平成24年度の計画の目的であった各種ビタミンがメイラード反応に及ぼす影響について基礎的なデータを得ることが出来たとともに、キシロース-ピリドキサミン由来のメイラード反応生成物を探索できたため。今回新たに見出されたピリドキサミン由来メイラード反応生成物XP-1について、各種反応条件がXP-1生成に与える影響や実際の食品中の動態について明らかにしていきたい。また、XP-1の化学構造から抗酸化活性が高いことが推測されるため、本物質の生理的意義についても検討していく予定である。今回見出された五炭糖とピリドキサミンのメイラード反応生成物の単離と構造解析を進める。また、ピリドキサミン由来のメイラード反応生成物を網羅的に解析することを目的として、LC-MS/MSメソッドの構築についても検討する。昨年度からの繰り越し金額があったため。また、物質を単離する際に各種クロマトグラフィー操作でもう少し試行錯誤するかと予想していたが、比較的単純な操作のみで物質の単離作業が進行したため、作業に関わる消耗品代を抑制することができた。今後はLC-MS/MSを用いてモデル溶液や食品由来のサンプルを分析するため、サンプル前処理の検討を行うことになる。これら前処理用の消耗品や、LC-MS/MS用の試薬、溶媒など、ランニングコストが比較的高い消耗品代に使用する予定である。化合物の単離のため各種クロマトグラフィーを行う必要があり、そのための試薬代として使用される。また、新たにLC-MS/MSメソッドを構築する必要があるため、新しい分析カラムの購入やその溶媒に使用される。
アモルファス複合ナノ粒子を用いた配向組織セラミックスのin-situ型高次構造制御

本研究では、高強度セラミックスである炭化ケイ素(SiC)について、強度および破壊靭性を向上させるために配向組織の制御や自己複合組織化技術の開発を目的とし、炭化ケイ素の微粒子合成と焼結体作製を昨年度から行ってきた。昨年度の研究結果から、SiC-TiC複合体または助剤にTiO_2を使用したSiC単体において、SiC著しい柱状成長が観察された。焼結助剤に酸化物系を用いた場合、焼結中に形成されるガラス相(のちに粒界層となる)への溶解と再析出によりSiCは柱状成長することが知られている。そこで、本年度は、透過型電子顕微鏡により粒界層の組成分析を行った。その結果、チタンを含む粒界層が幾つか観察された。この粒界層へのチタンの溶出がSiCの柱状成長に関連していることが明らかになった。以下に本研究の結果をまとめるが、TiCの添加量の最適化により、複合効果と柱状粒子により、高い靭性をもつSiCセラミックスが得られると考えられる。・テトラメチルシラン-四塩化チタン-水素系の気相反応法で、非晶質な粒径100nm程度のSiC粒子およびSiC-TiC複合粒子が合成できた。・合成した非晶質粉体では、アルミナ(Al_2O_3)-イットリア(Y_2O_3)系助剤を用いた場合柱状組織であった。また、アルミナ-チタニア系では非常に微細な柱状組織であった。この結果から、焼結時に形成される液相とチタン成分がSiCの柱状成長に関与していることが示唆された。・単体について破壊靭性を測定した結果、2wt%Al_2O_3-1wt%Y_2O_3で最も高く(約7MPa・m^<1/2>)の値を示し、柱状粒子によるクラックの偏向が観察された。・SiC-TiC複合系では、焼結体組織において、TiC量が増加すると柱状成長が抑制される傾向にあり、今後、複合量の最適化が必要である。なお、以上は論文投稿準備中である。本研究では、高強度セラミックスである炭化ケイ素(Sic)について、強度および破壊靭性を向上させるために配向組織の制御や自己複合組織化技術の開発を目的としている。本年度は気相法によって非晶質炭化ケイ素ナノ粒子および炭化ケイ素(SiC)-炭化チタン(TiC)複合ナノ粒子を合成し、種々の条件でホットプレス焼結を行い、自己複合組織および配向組織の形成に不可欠である柱状粒子の成長について調査した。得られた結果は以下の通りである。・SiC単体を2000°C-3hでホットプレス焼結した結果、市販粉体では等軸組織であったが、合成した非晶質粉体では、アルミナ(Al_2O_3)-イットリア(Y_2O_3)系助剤を用いた場合柱状組織であった。・単体について破壊靭性を測定した結果、2wt%Al_2O_3-1wt%Y_2O_3で最も.高く(約7MPa・m^<1/2>)の値を示し、柱状粒子によるクラックの偏向が観察された。・SiC-TiC複合系の破壊靱性は、TiC量が増加すると柱状成長が抑制されたため3vol%までは低下したが、それ以降はTiCとの複合効果により増加した。以上の結果を日本セラミックス協会秋季シンポジウムで学会発表した。

この結果から、焼結時に形成される液相とチタン成分がSiCの柱状成長に関与していることが示唆された。・単体について破壊靭性を測定した結果、2wt%Al_2O_3-1wt%Y_2O_3で最も高く(約7MPa・m^<1/2>)の値を示し、柱状粒子によるクラックの偏向が観察された。・SiC-TiC複合系では、焼結体組織において、TiC量が増加すると柱状成長が抑制される傾向にあり、今後、複合量の最適化が必要である。なお、以上は論文投稿準備中である。
「大正デモクラシー」の総合的研究

本年度は大正知識人の思想に関する包括的研究を明らかにした飯田泰三氏(元法政大学)にインタヴュー調査を2回実施した。飯田氏の著作『大正知識人の思想風景』(法政大学出版局)『批判精神の航跡』(筑摩書房)『戦後精神の光芒』(みすず書房)を中心に検討会を開催し質問項目を決定した。その内容は、1東京大学学部・院時代の学問と関心、修論高山樗牛論について、2吉野作造研究について、3大正知識人研究(長谷川如是閑、柳田国男)、4丸山眞男研究について、5先行研究について、6昭和マルクス主義について、7大正期の東アジア思想研究について、8今後の政治思想史学について、である。回答は多岐にわたる充実した内容となったため補足質問の機会を設けた。実施後各自で分担して書き起こし作業と統合・校正作業、補注をいれる作業を実施した。現在は活字化し紀要等に公開する準備を進めている。また、各自が地域におけるデモクラシー思想、具体的には岐阜県、福岡県、岩手県に関する史料収集、文献調査を実施している。主に新聞、雑誌など当該地方でしかみられない資料を活用し、「大正デモクラシー」の地方における実態解明を進めている。そして飯田氏の次に政治史研究者である木坂順一郎氏のインタヴュー調査を計画しており、そのための文献リスト作成、文献収集、調査を各自遂行し準備を進めているところである。今後はインタヴューを実施し、公開の準備を進めていく予定である。当初計画していた研究者へのインタヴューと公開が順調に進んでいる。またインタヴューできなかった研究者についても文献研究において補う準備を実施し、インタヴュー範囲を拡大して実施することができている。今後もインタヴュー調査を継続し、公開の準備を進めることを第一の方針とし、あわせて各自のデモクラシー思想研究を遂行し発表することを第二の方針とする。さらに研究成果を一般に問うような出版活動について模索する。当該年度においては、まず「大正デモクラシー」研究を牽引した研究者インタビュー記録公表に向けて作業を行い、「松本三之介氏インタヴュー記録ー日本政治思想史をふり返るー」と題して同志社大学人文科学研究所発行『社会科学』47巻4号(2018年2月)にてインタビュー成果を公表するに至った。残る1名の研究者のインタビュー記録についても公表の準備を進めており、本年度中にインタヴュー成果を公表する予定である。また、他の研究者へのインタビューを前提として研究文献の収集と具体的なインタビューに向けての検討会を開催した。しかしインタヴュー調査の出来ない事例も生じており、今後はそうした場合を想定して文献調査をより詳細に行っていく必要があるとともに、質問項目の検討に関する課題もみえてきた。本研究に関わる内容に限定せず広くインタビュー項目を設定する必要を感じた。さらに、各人が計画に従い「大正デモクラシー」研究を進めた。すなわち、九州北部地域における「大正デモクラシー」の戦後民主主義、労働組合運動への影響、愛知・岐阜のマスメディアにおける「大正デモクラシー」思想の受容と展開、「大正デモクラシー」思想とアジアという各テーマにより資料収集および調査を行った。九州北部地域の研究では、戦後の労働運動で活躍した人物の関係資料を収集し、検討を進めた。東海地区の研究では、岐阜日日新聞を収集し新愛知、名古屋新聞などとあわせて状況を検討している。各人の研究成果としては田澤晴子『吉野作造と柳田国男ー大正デモクラシーが生んだ「在野の精神」』(ミネルヴァ書房、2018年3月)、平野敬和「「大正デモクラシー」研究の成果と課題ー三谷太一郎『近代日本の戦争と政治』第I部(岩波書店、1997年)を中心に」、藤村一郎「吉野作造とクロポトキン:『吉野作造政治史講義』を活用して」、日本政治学会(大会web公開論文、2017年9月受理)などがある。これまで実施してきたインタヴューの成果を公表することができ、今後のインタヴューに関しても順調に検討が進んでいる。インタヴューを断られた場合においても、文献研究の成果を共有したことにより、今後の各人の研究展開において基礎的な認識となることが予想される。また、各人における史料収集においても進捗がみられ、今後の研究成果に期待をもつことができる。

そして飯田氏の次に政治史研究者である木坂順一郎氏のインタヴュー調査を計画しており、そのための文献リスト作成、文献収集、調査を各自遂行し準備を進めているところである。今後はインタヴューを実施し、公開の準備を進めていく予定である。当初計画していた研究者へのインタヴューと公開が順調に進んでいる。またインタヴューできなかった研究者についても文献研究において補う準備を実施し、インタヴュー範囲を拡大して実施することができている。本年度は研究者に対するインタヴュー調査を継続し、記録にまとめること、戦後における「大正デモクラシー」研究の成果と課題に関する総括的な研究あるいは報告を実施する。一方で各人の研究を進め、進捗状況について2回程度の研究報告会を開催し、研究を共有し、相互に意見を出し合いながら、研究成果をまとめ、論文化を進めていく予定である。今後もインタヴュー調査を継続し、公開の準備を進めることを第一の方針とし、あわせて各自のデモクラシー思想研究を遂行し発表することを第二の方針とする。さらに研究成果を一般に問うような出版活動について模索する。物品費額の計算間違いにより差額が生じたが、些少額であるため、次年度計画の物品費に組み入れる。翌年度以降に研究成果を出版する予定があるため、その印刷諸費用として計上する。
胎児心電図装置を活用した胎児用薬品評価システムの開発

マウス胎仔心拍数評価システムを構築し、胎齢12.5日目以降18.5日目までの計測を実施した。MgSO4製剤およびアトロピンを母獣腹腔に滴下し、90分計測する急性実験系と、母獣尾静脈からMgSO4製剤を投与し、10分間だけ観察する超急性実験を行った。急性実験系ではMgSO4製剤およびアトロピンの腹腔投与実験では胎仔に有意な変化を検出できなかった。超急性実験では胎仔心拍変動の変化を伴わない心拍数の低下を認めた。慢性実験としては妊娠7.5日目にビタミンA 7500IUを母獣に投与し胎齢13.5日目に心電図を計測したところQTの延長を確認し、mRNAレベルでの知見と矛盾しないことを確認した。急性実験:Atropine投与実験Atropineが自律神経機能発達途上の胎仔循環へ及ぼす影響を評価する目的で胎齢13, 15, 18日目にAtropine(0.02mg/kg)を母獣に投与した。いずれの胎齢でも母獣の心拍数、血圧の増加を認めたが、胎仔の心拍数、心電図波形への効果は観察されなかった。Atropineはヒトでは胎盤通過性が確認されており、母体への投与で胎児心拍が増加することが知られているが、マウスにおいては母獣経由での循環器への影響は観察できなかった。これは胎盤通過性の差違、あるいは自律神経系機能の発生速度の差違などが原因と推定される。次年度以降、胎仔へのAtropine直接投与を実施し、胎盤通過性の検証を実施する。急性実験:Magnesol投与実験Atropineが胎齢にかかわらず胎仔の心拍数、心電図波形への効果が観察できなかったことから自律神経機能に関係ないCalcium拮抗剤であるMagnesol(500mg/kg)投与実験を追加した。この実験は胎齢15, 18日目に実施した。Magnesol投与では母獣からおよそ20分遅れて心拍数減少が観察された。一方でR波振幅低下などの波形変化は観察されなかった。心筋のCalcium受容体はL型とT型存在する。その内、T型は胎仔特異的である。次年度以降、T型受容体特的な拮抗剤やNatrium受容体拮抗剤などを投与し、心拍数と波形変化への影響を精査する。27年度はヒストンのアセチル化を促進するビタミンAの経母獣的な投与によって多様な奇形を誘導することに成功した。妊娠7.5日目、9.5日目、11.5日目にビタミンAを4000/7500/15000IUの容量で母獣に投与した。その内、満期で娩出に成功した群は妊娠11.5日目に投与した4000/7500IUの2群のみで有り、他の妊娠期および15000IU投与した群は胎生致死となった。娩出に成功した2群では用量依存性に成長の抑制が見られた。また、妊娠9.5日目に投与された群では容量依存的に骨形成(特に四肢で)が抑制されることをマイクロCTによる画像解析で確認した。一方、胎生致死であった妊娠7.5日目投与群では胎齢13.5日の仔の心電図を解析した結果で、伝導障害を確認した。マウスの胎齢7.5日目は心原基の形成時期であり、胎齢9.5日目では前肢芽および後肢芽が形成される時期である。経簿獣的なビタミンA投与が時期特異にヒストンのアセチル化を促進し奇形が誘導されたと考えられる。本結果から心臓発生におけるエピジェネティック修飾薬剤の効果を心電計で検出することに成功したと評価する。27年度はヒストンのアセチル化を促進するビタミンAの経母獣的な投与によって胎仔の心奇形の誘導に成功し、伝導障害を胎仔心電計で計測することに成功した。これによって経母体的なエピジェネティック修飾薬剤の生理学的な評価の基礎となった。当初の計画と使用する薬剤が変更になったがそれ以外は計画通りであり、概ね順調に進展していると判断できる。前年度までに実施したMGSO4製剤の母獣腹腔内投与実験における心拍変動の解析を行った結果、薬剤の効果が著明な区間が検出出来なかった。その為、薬剤投与ルートを母獣血中への薬剤到達が明示できる母獣尾静脈からに変更し、投与後10分間計測を行う超急性実験を行った。使用したマウスを尾静脈の確保が容易なICRマウスに変更し、計測の胎令を15.5日目および17.5日目に設定した。MgSO4製剤を50mg/Kg投与した群と対照として同量の5%グルコース液を投与した群を作成した。それぞれ、投与前5分間と投与後10分間の計測を行った。自律神経の活動指標である瞬時心拍変動(STV)および心拍数を指標に解析を試みた。投与前の胎仔の状態にバラツキがあり統計量として評価するのは難しい状態だったが、胎令17.5日目の胎仔ではMgSO4製剤投与によって心拍数が減少する際、STVの低下を伴わない傾向が見られた。一方、胎令15.5日目の胎仔ではこの様な傾向は認めなかった。引き続き、周波数解析および心電図の波形解析を実施している。

慢性実験ではヒストンのアセチル化を促進するビタミンAを母獣皮下に投与し、胎仔心臓発生への影響を評価する実験系で、心電図波形の精査を行った。スクリーニングにおいてlong QTの発症が疑われた。心電図波形のT波終了時点を確定するために超音波による胎仔心臓の血流計測と胎仔心電図の同時計測によってT波の終了時点を確定した。T波の終了時点を検出するアルゴリズムを開発し、心電図波形の精査を行った。妊娠7.5日目にビタミンAを投与した群の胎仔が13.5日目でQTcが増大していた。同時に行ったmRNAレベルでの検討でlog QTと診断して矛盾のない結果を得た。分子生物学的な既存のプラットフォームなどが併用可能なマウスを用いた胎仔心電図装置は胎児用薬物評価システムとして活用の目処がついたと考えられる。マウス胎仔心拍数評価システムを構築し、胎齢12.5日目以降18.5日目までの計測を実施した。MgSO4製剤およびアトロピンを母獣腹腔に滴下し、90分計測する急性実験系と、母獣尾静脈からMgSO4製剤を投与し、10分間だけ観察する超急性実験を行った。急性実験系ではMgSO4製剤およびアトロピンの腹腔投与実験では胎仔に有意な変化を検出できなかった。超急性実験では胎仔心拍変動の変化を伴わない心拍数の低下を認めた。慢性実験としては妊娠7.5日目にビタミンA 7500IUを母獣に投与し胎齢13.5日目に心電図を計測したところQTの延長を確認し、mRNAレベルでの知見と矛盾しないことを確認した。当初予定してた様な自律神経系による胎仔心拍数および心電図波形の調節は観察できなかった。しかし、Calcium受容体による心拍数調整が波形変化とは独立していることが判明した。Atropineの胎盤通過性の検証やCalcium受容体による心拍数調整と波形変化の同時比較によって得られた知見は胎仔心電計以外では観察できない項目で有り、胎仔を対象にした薬物の安全性・有効性試験システム開発としてはおおむね順調に進展していると理解している。本年度までの成果であるMagnesolによる心拍変動およびvitamin Aによる伝導障害に関して心電図による経時的な解析を含むより詳細な解析を進める。同時に超音波画像診断による心筋収縮や血流の評価、Real-time PCRによる関連遺伝子群の発現量評価など、生理学および分子生物学の手法の解析を実施する。これらの併用によってマウス心電計を中心とする本システムを胎児への薬効を多面的に評価することが可能な胎児用薬品評価システムとして提案する。周産期医学引き続き、急性実験を継続する。次年度以降、胎仔へのAtropine直接投与やT型受容体特的な拮抗剤やNatrium受容体拮抗剤などの投与実験を実施し、自律神経系や各受容体による心拍数や波形の調整機能を精査する。急性実験と同時に、慢性実験として薬剤投与による胎仔心臓分化への影響を生理学的側面と分子生物学的側面で同時に解析する。投与薬物として所属研究室で使用実績があるvitamin Aを1500-4000IU母獣へ投与する。生理学的解析は心電図と超音波で電気的、形態および拍出能を評価する。分子背定理学的にはmRNA発現評価をPCRにて実施予定である。次年度使用額は今年度の研究を効率的に推進したことに伴い発生した未使用額である。平成28年度請求額と合わせ、平成28年度の研究遂行に使用する予定である。次年度使用額は、平成27年度請求額と合わせ、平成27年度の研究遂行に使用する予定である。
電子衝突による多価イオンの励起過程

電子衝突による多価イオンの励起過程の研究において、R-行列法は今日最も精度の高い励起断面積を求めることができる近似法である。特に、入射電子のエネルギーが低い場合、衝突過程に起こる共鳴をよく導出できる。本研究では、本重点領域研究の計画研究において「電子と多価イオン衝突における実験研究」で進められている多価イオンの励起過程の研究に呼応して、多価イオンであるArVIIIの励起過程についてR-行列法を用いて研究した。R-行列法において、7個(3s,3p,3d,4s,4p,4d,4f)および11個(7状態プラス5s,5p,5d,5p)の標的の状態を考慮した研究を行った。各々の場合に基底状態からnl(n=3,4,l=0,1,2)状態への励起における積分断面積と微分断面積を求めた。3s-3p遷移の積分断面積については、本研究の結果は米国の研究グループの唯一の実験結果と実験誤差の範囲内で一致した。また、微分断面積については、100eVの入射電子のエネルギーにおいて唯一実験がなされているが、これらの結果ともよい一致を得た。各遷移において衝突における多価イオン特有の多くの共鳴を得たが、これらは今日まで実験的に確認はされていない。本重点領域研究の実験グループが確認できるものと期待している。この研究の結果は平成7年7月にカナダにおける国際学会に報告する。この研究を、さらに、ナトリウム様の他の多価イオンであるSiIVおよびSVIに適用して、ナトリウム様イオンについての物理的性質を研究している。
血糖降下、血圧降下ペプチドの生合成調節機構

1.(1)ヒトVIP遺伝子の全構造を決定した。(2)ヒトVIP遺伝子が第6染色体q26→27に局在することを明らかにした。(3)VIP遺伝子の転写がcyclic AMPとphorbol esterで誘導されることを見出し、また、この誘導に必要なシスエレメントとシランス作用因子を同定した。(4)VIP生合成の最終段階であるC末端アミド化を触媒する酵素(“α-アミド化酵素")をラット脳、ウマ血清から精製し、アミド化の中間体を同定した。(5)VIP同様C末端がアミド化されているPancratic PolypeptideのcDNAおよび遺伝子の構造を明らかにし、“モザイク進化"という遺伝子進化の新機序を提唱した。2.(1)ラットインスリン産生腫瘍(インスリノーマ)cDNAライブラリーから145アミノ酸の蛋白をコードする新しい遺伝子を分離し、rig(rat insulinoma gene)と命名した。(2)rigはインスリノーマのみならず種々のヒト腫瘍や正常細胞の増殖期でも発現していることを見出した。(3)ヒトゲノムにおけるrig多重遺伝子群の構造と発現rig遺伝子の全構造を明らかにした。(4)rig遺伝子の産物であるrig蛋白がS期に核に集積することやrig mRNAに対するアンチセンスオリゴヌクレオチドを細胞に注入するとDNA合成が阻害されたことから、rigは細胞増殖とくにDNA複製に関係していることが考えられた。(5)ラット再生膵島cDNAライブラリーから、165アミノ酸の分泌性蛋白をコードしインスリン産生β細胞の再生増殖期に発現する新しい遺伝子を分離し、reg(regenerating gene)と命名した。(6)ヒトreg cDNAおよび遺伝子を単離して構造を決定した。(7)rig・reg遺伝子を大腸菌・yeastで発現させてrig蛋白・reg蛋白を大量精製し、reg蛋白についてはその高次構造を明らかにした。1)Humangenomic libraryからVIP/PHM-27cDNAをプローブとしてVIP/PHM-27遺伝子を取り出し、その塩基配列をDideoxy法で決定した。その結果、VIP/PHM-27遺伝子の全長は約8.8kilobase pairであり、7個のエクソンと6個のイントロンから成り、第2番目のエクソンにシグナルペプチド、第4番目のエクソンにPHM-27、第5番目のエクソンにVIPがcodeされていることが明らかになった。2.インスリン産生ランゲルハンス島B細胞の癌化・再生増殖機構。1)ストレプトゾトシンとニコチン酸アミドで誘発した膵B細胞腫で特異的に発現している遺伝子を単離し、その構造を決定した。この遺伝子は75アミノ酸から成る塩基性タンパク質をcodeしており、その構造はこれまで知られている癌遺伝子や増殖関連遺伝子のいずれとも異なっていた。また、この遺伝子はアロキサンとニコチン酸アミドで誘発したB細胞腫でも発現しており、一般的にB細胞腫で特異的に発現している遺伝子と考えられ、rig(Rat Insuliroma Gene)と名付けた。2)再生B細胞ではDNAへのthymidineの取り込みは著しく増加していた。分離用超遠心機等の備品、放射性化合物等の消耗品は60年度に行われた研究に有効に使用された。1.1)ヒトVIP遺伝子の調節領域を明らかにした。すなわち、約2,000塩基対のヒトVIP遺伝子5 ́隣接領域の全構造を決定した結果、転写開始部位から28,145,772,900塩基対上流に4個のTATAboxが見出され、このうち28塩基対上流のTATAboxがcyuLic AMPとphorbol estersで誘導されるプロモーターとして同定された。2.1)BKウイルスで誘発したハムスターインスリノーマ、手術摘出ヒトインスリノーマから作製したcDNAライブラリーよりrig(rat insulinoma gene)homologuesを単離しその構造を決定した。

その結果、ラット・ハムスター・ヒトrigの構造は、塩基配列で90%以上、コードする145アミノ酸の配列では100%一致し、rigはその構造が進化上きわめてよく保持されてきた遺伝子であることが明らかにされた。2)ラットインスリノーマからgenomicライブラリーを作製しrig遺伝子を単離した。rig遺伝子は全長約4,000塩基対で3個のエクソンと2個のイントロンから構成されることが推定された。本年度購入の細胞自動解析分離装置(セルソーターシステム)、DNAシークエンサーはそれぞれ染色体・遺伝子の分離、DNAの塩基配列決定に有効に使用された。1.ラットインスリノーマからgenomic rigを単離し,その全塩基配列を決定した.その結果, rig遺伝子は全長2150塩基対で3個のexonと2個のintronからなり,また, Rig遺伝子の5′隣接域約1キロ塩基対中に転写調節elementすなわちTATA box, CAAT box, 12個のenhancer core配列が存在していた.2.化学合成したrig蛋白質を抗原として抗体を調節し,免疫組織化学染色体, Westernブロッティングにより, rig蛋白質が核に局在することを明らかにした.また, rig mRNAに相補的なアンチセイスオリゴヌクレオチドをインスリノーマ細胞に注入すると, DNA合成が著明に低下することが見い出され, rigはDNA合成に関与する新しいnuclear oncogeneと考えられた.3.ラット再生膵B細胞で特異的に発現している転写産物を単離し,その構造を決定した結果,この転写産物は分泌蛋白質と推理される165アミノ酸の蛋白質をコードしており,その塩基配列・アミノ酸配列は既知のどの遺伝子や遺伝子産物とも異なることから,対応する新しい遺伝子をreg(regenerating gene)と命名した.4.VIP同様C末端がアミド化されているPancreatic PolypeptideのcDAおよび遺伝子を単離し構造を決定した.その結果, Pancreatic Polypeptide遺伝子は進化速度の速い領域と遅い領域からなることを見い出しし,「モザイク進化」という遺伝子進化の新しい考え方を提唱した.本年度購入の炭酸ガス細胞培養装置,マイクロ冷却遠心機,上皿電子天秤はインスリノーマ細胞へのオリゴヌクレオチド注入実験,微量組織・核酸の分離,秤量などに有効に使用された.1.(1)ヒトVIP遺伝子は第6染色体上に位置していた。(2)ヒトVIP遺伝子の発現調節領域を明らかにした。すなわち、VIP遺伝子の転写開始点から7593
LFA-1接着"時間"制御機構の一分子解析

獲得免疫応答時に形成される超分子構造,免疫シナプス(IS),上でのLFA-1の時空間制御機構を解明する目的で,全反射顕微鏡を用いたLFA-1/ICAM-1一分子結合計測実験系をIS上で確立し詳細な解析を行った.その結果, LFA-1結合時間の分布はIS上で一様ではなく, Rap1やKindlin-3等のLFA-1活性化因子の局在箇所にのみ長いLFA-1/ICAM-1結合が起こり, Rap1/Kindlin-3等の欠損細胞では長期型結合数が減少し細胞接着も低下した.以上から, IS上のLFA-1制御は細胞内因子の空間的な配置による結合時間調節により担われていることが示唆された.本年度は、平面脂質二重膜上に形成させた免疫シナプス(IS)上でのLFA-1とICAM-1相互作用の一分子測定をより長時間行う目的で、光安定性の極めて高い蛍光物質でICAM-1を標識し測定を行ったところ、最長3分以上の一分子イメージングに成功した。この最適化された実験系を用いて、LFA-1/ICAM-1相互作用がIS上のどこで起こるかを精査したところ、結合時間の短い相互作用は、既知のLFA-1/ICAM-1のIS上での局在領域であるpSMAC領域全域に亘って起こるのに対し、3秒以上の結合時間の長い相互作用はpSMAC領域の中心部で特異的に起こることが明らかになった。LFA-1とICAM-1の結合時間と、LFA-1のコンフォメーション状態との密接な相関が既報であることを鑑みれば、短い結合時間のイベントはLFA-1低親和性型の寄与によるもの、長い結合時間のイベントはLFA-1高親和性型によることが示唆された。また、各イベントの軌跡の解析から個々の拡散係数を計算したところ、低親和性型は激しく揺ぐ傾向であるのに対し、高親和性型の動きは制限されていることが明らかになった。次に、細胞内因子と蛍光蛋白質/HaloTagの融合蛋白質をT細胞内で発現させ、LFA-1/ICAM-1一分子結合イベントと細胞内因子との同時可視化を行ったところ、リンパ球の接着性を亢進するRap1, Mst1, Kindlin-3がpSMACの中心部に集積し、高親和性LFA-1と共局在することが明らかになった。また、これらの因子をノックアウトしたマウスから単離した、もしくは、これらをノックダウンした初期培養T細胞を用いてIS/一分子解析を行ったところ、接着頻度の減少とpSMAC構造の減弱化に加えて、高親和性型LFA-1の割合が減少することが明らかになった。以上から、Rap1/Mst1/Kindlin-3を含むシグナル伝達分子複合体のpSMAC領域中心部での局在により、LFA-1高親和性型の形成が促進され、その結果、pSMAC構造が形成されること明らかになった。光安定性の極めて高い蛍光標識物質の導入により、長時間測定が可能な安定した一分子測定実験系を最適化することが出来た。これにより当初計画していた、LFA-1/ICAM-1結合イベントの詳細な解析が容易になり、統計学的な解析を行うために十分な数のイベントを取得することが出来るようになった。また、LFA-1関連遺伝子欠損マウスの作製と、それらから単離したT細胞を用いた一分子測定も順調に進んでおり、長期結合型/高親和性型LFA-1の形成にそれらが関与していることのみならず、pSMAC構造の形成自体に影響を及ぼすことを発見することが出来たため、研究目的の達成に近づいていると考えられる。外来抗原に対する獲得免疫応答等において,T細胞ー抗原提示細胞(APC)間の特徴的超分子構造"免疫シナプス(IS)"が形成される.ISの特異性と接着時間は,その後の細胞運命を決定づけるため厳密に制御される必要があるが,その分子制御メカニズムの詳細は未だ不明な点が多い。本研究では,接着分子リンパ球インテグリンLFA-1に注目し,IS上でのLFA-1結合時間制御機構に焦点を絞り研究を進めた.先ず,LFA-1とそのリガンドICAM-1との結合を一分子レベルで可視化する目的で,平面脂質二重膜に提示した蛍光標識化ICAM-1とマウス由来初期培養T細胞上のLFA-1との相互作用を全反射顕微鏡を用いて観測する系を立ち上げ,解析をおこなったところ,ICAM-1/LFA-1の結合時間は細胞接着面状で一様ではなく接着面の領域によって異なり.3秒以下の短い結合時間を持つICAM-1/LFA-1はIS内でLFA-1/Talin-1等の局在が知られているドーナツ型のperipheral SMAC領域全体に渡って分布するのに対し,10秒以上の長い結合時間を持つICAM-1/LFA-1は,pSMAC内部に位置しTCR/pMHC/PKCtheta等の局在が知られるcentral SMAC辺縁領域に集積することが明らかになった.細胞内因子を標識した初期培養T細胞を用いて上記の解析を行ったところ,活性型Rap1やKindlin-3等のLFA-1活性化に重要な因子がpSMAC領域内側に局在し,長期結合型LFA-1と共局在することが明らかになった.

また,Rap1やKindlin-3を欠損/ノックダウンしたT細胞では長期結合型LFA-1の割合が顕著に減少したことから,pSMACとcSMACの間に新規の領域が存在し,それが足場となり安定なLFA-1ーICAM-1相互作用を助けていることが示唆された.獲得免疫応答時に形成される超分子構造,免疫シナプス(IS),上でのLFA-1の時空間制御機構を解明する目的で,全反射顕微鏡を用いたLFA-1/ICAM-1一分子結合計測実験系をIS上で確立し詳細な解析を行った.その結果, LFA-1結合時間の分布はIS上で一様ではなく, Rap1やKindlin-3等のLFA-1活性化因子の局在箇所にのみ長いLFA-1/ICAM-1結合が起こり, Rap1/Kindlin-3等の欠損細胞では長期型結合数が減少し細胞接着も低下した.以上から, IS上のLFA-1制御は細胞内因子の空間的な配置による結合時間調節により担われていることが示唆された.長期結合型/高親和性LFA-1の減少が接着頻度の低下のみならず、pSMAC形成の破綻をもたらしたことは予想外ではあったが興味深い発見であると考えられる。今後は当初の目的を更に進展させるために、高親和性LFA-1が免疫シナプスの空間的な秩序形成にどのような因子を介して影響を及ぼしているかを、他の細胞内因子を可視化もしくは欠損/ノックダウンすることにより検討したいと考えている。また、LFA-1自身の可視化に関しては未だ困難を伴うが、LFA-1の変異体やLFA-1を恒常的に高親和性型にする試薬などを導入し、本研究で確立した一分子LFA-1/ICAM-1結合時間測定系を利用して、LFA-1の親和性と結合時間のより詳細な相関関係を明らかにしていきたい。タンパク質科学,一分子生物学,免疫学,細胞生物学
単一量子ドットの形成とそのナノ光学物性に関する研究

走査トンネル顕微鏡/分光(STM/STS)を用いて、量子井戸の断面構造、基板上の量子ドットの構造と分布を調べるとともに、単一量子ドットの電子状態、界面単位などを調べる研究を行った。1)微傾斜GaAs(001)基板上InAs量子ドットの形成ドット形成に対する微傾斜面の影響を調べるために、[010]方向に16゚傾斜した微傾斜GaAs(001)基板上にInAsドットをMBE成長させた。超高真空チャンバー内で試料を加熱蒸発させることによってAsキャップ層を取り外し、InAsドットのSTM像を観測して、ドットの高さ、サイズ、密度を調べた。微傾斜GaAs(001)基板を用いることによって、ドット直径を小さくすることができるが、同時に高さも減少してより2次元的になり、ディスクに近づくことがわかった。2) STSによる単一InAs量子ドットの評価GaAs(001)基板上にMBE成長させたInAsドットとwetting layerの電子状態をSTSによって調べた。高さが5nmのドットの場合、ギャップの値は約1.3eVになるのに対し、wetting layerのスペクトルは約1.5eVのギャップを示し、その値はドットよりも大きい。これらの値は低温のフォトルミネセンスから予想されるギャップの値とほぼ一致することから、STM/STSによって、構造と対応させながら個々のドットのギャップを評価できることがわかった。3) InGaAs量子井戸の断面STM観察InGaAs/InP多重量子井戸の断面STM測定を行い、量子井戸の厚さに対応した縞状のSTM像を観測した。量子井戸構造の断面STM像の測定は可能になったが、STS測定によって電子状態の情報を得るには到っていない。
負性電子親和力・GaN/AlN超格子による次世代電子エミッターの開発

本研究ではGaN/AlN超格子構造を有するピラミッド構造の電子エミッターを作製するために以下のような知見を得ることができた。(1)選択成長によるピラミッド構造の作製方法と先鋭化条件(2)ファセット制御選択横方向成長による高品質下地GaN基板の作製方法(3)反応性イオンエッチングによる微細構造作製方法具体的な成果を以下に示す。(1)選択成長によるピラミッド構造の作製方法と先鋭化条件GaN/AlN超格子構造によるピラミッド構造作製を作製するために、GaNでピラミッド構造を減圧MOVPE法で作製し、先鋭化条件の検討を行った。先鋭化したピラミッド構造を作製するためには高い圧力または低い温度で{1-101}ファセットが現われやすい条件で成長を行えばよいことが明らかになった。(2)ファセット制御選択横方向成長による高品質下地GaN基板の作製方法(1)で得られたファセット制御に関する知見を応用して、下地GaN基板の高品質化を行った。ファセットによってサファイア基板からの貫通転位が折れ曲がることを利用して、2段階のファセット制御による選択横方向成長を行い、転位密度が106cm^<-2>台である低転位密度の下地GaN基板を得ることができた。(3)反応性イオンエッチングによる微細構造作製方法より微細なピラミッド構造を得るためには、選択成長前のパターン作製において反応性イオンエッチングを用いることが有効である。GaNのドライエッチング中に発光するプラズマの発光スペクトルを測定することで、エッチング深さの制御が容易になることを見出した。GaN/AlN超格子構造を作製するための基礎的検討として、AlN上へのGaNエピタキシャル成長を行い、決勝成長条件の検討を行った。高品質なAlN基板上にクラックが少ないGaNエピタキシャル層を得ることに成功した。この結果を利用することで、GaN/AlN超格子構造の作製が可能になるものと考えられる。本年度は昨年度に得られたピラミッド構造が成長条件特に成長温度や成長圧力で制御できる機構について考察し、ピラミッド構造が先鋭化するための成長条件を検討した。さらに下地基板の高品質化を目指した。実験はサファイアC面上に34μm厚GaNの成長を行った下地基板上に、窓の直径が5μmのドットパターンのSiO_2マスクを作製したものを基板として用い、減圧MOVPE装置で選択成長を行った。ピラミッド構造の形成について考察するために同様な実験をストライプパターンでも行った。ピラミッド構造では高い圧力または低い温度で{1-101}ファセットが現われるにのに対して、低い圧力または高い温度では(0001)が現われやすいことがわかった。この結果を考察するために{1120}及び{1100}ストライプパターンを用いて同様な実験を行ったところ、{1-101}ファセットは窒素のポラリティを持っているために低温または高圧で安定な面になるものと考えられる。一方、低い圧力または高い温度では{1101}ファセットが不安定になるため、より安定な(0001)が現われるものと考えられる。以上の結果から、ピラミッド構造の先鋭化を実現するためには、低い温度または高い圧力で(0001)が現われにくい条件を用いることが必要であると考えられる。本研究では成長圧力及び成長温度によってファセットを制御できることが明らかになった。この実験結果を横方向成長に応用することでSiO_2マスクを埋め込み低転位密度のGaNエピタキシャル層を得ることにも成功した。これによって電子エミッタ作製用下地基板の高品質化を図ることができた。昨年までに、ファセットを制御しながら選択成長を行うことで、ピラミッド構造を得られることを明らかにした。

また、この技術を応用することで、低転位密度のGaNエピタキシャル層を得ることができ、デバイス作製用下敷き版の高品質化を図ることができた。本年度はAlN/GaN超格子構造を有するピラミッド構造を得るために次のことを行った。(1)ファセット制御選択横方向成長を利用した低転位密度GaN下地基板の特性評価(2)AlNエピタキシャル成長層上へのGaNの選択横方向成長(3)反応性イオンエッチング法によるGaNのドライエッチング具体的な成果を以下に示す。(1)ファセット制御選択横方向成長を利用した低転位密度GaN下地基板の特性評価ファセット制御選択横方向成長を利用して作製したGaN下地基板の結晶性及び光学的特性をX線回折、フォトルミネッセンス及びカソードルミネッセンスで評価した。マスク幅と窓幅を最適化することで、転位密度が10^7cm^<-2>の高品質な基板結晶を得ることに成功した。(2)AlNエピタキシャル成長層上へのGaNの選択横方向成長AlN/GaN超格子構造を得るために、AlN上へのGaNの成長条件の検討を行った。AlNエピタキシャル層上にGaNの成長を行うことで、クラックが少ないGaNエピタキシャル層を得ることに成功した。この結果を応用することでAlN/GaN超格子構造の作製が可能になるものと考えられる。(3)反応性イオンエッチング法によるGaNのドライエッチングより微細なピラミッド構造を作製するためには、パターン作製において反応性イオンエッチングを用いることが有効である。GaNのドライエッチング中に発光するプラズマの発光スペクトルを測定することで、エッチング深さの制御が容易にできることを見出した。これらの成果を踏まえ、AlN/GaN超格子構造を有するピラミッド構造を得るための見通しを得ることができた。
広重が描いた浮世絵風景画にみる景観の構図に関する研究

絵画と現地の風景との比較を行った。以下のことが明らかになった。(1)どこにでも誰でも見ることが出来る生活景を描いた。(2)「俯瞰化」「移動配置」「デフォルメ」「スケールダウン」「削除」などの手法を用いて「絵になる景観」とした。(3)遠景要素の山は、仰角10度以下であり、平均4.9度の山を活用している。広重が描いた「東海道五十三次」「木曽街道六十九次」の中の河川景観を決定づける要素としては、水視率と流軸角の2つの要素である。景観の構図は、この2つの要素によって、次の4つのタイプの構図を見いだした。(1)水視率が小さな対岸景(50m以下の小河川)、(2)水視率が小さな流軸景(50m以下の小河川の場合と500m以上の大河川の場合)、(3)水視率が大きな対岸景(100m以上の河川)、(4)水視率が大きな流軸景(200m以上の河川9である。描かれた樹木の画面上の配置から、樹木の実用的機能以外に構図的機能をもつことを明らかにした。それは、次の4つの機能が見いだせる。(1)画面両側に樹木を配置する場合で額縁的機能、(2)画面の片側に樹木を配置する場合で奥行表示機能、(3)画面の中央部に樹木を配置する場合で画面分割機能、(4)画面に連続的に樹木を配置する場合で視線誘導機能である。さらに3ケ年の総括として、前年度までの分析結果を活用し、浮世絵風景画に類似した景観の構図を現代の都市空間の中に求めるための視点場探索のチェックリストを作成し、それに基づきプログラムを構築した。つまり景観資源と考えられる景観要素を地図上から抽出し、ついで近景、中景、遠景の各距離景に必要な構成要素を示し、仰角と俯角の条件から「絵になる景観」を眺望できる視点場を推定しうる手順を示した。そして、それぞれの視点場の現地写真を用いて、被験者にアンケート調査で評価して、手順の妥当性を示した。まず、浮世絵風景画とヨーロッパ印象派風景画の構図の特徴について考察した結果、両者がきわめて類似していることを明らかにした。ついで、浮世絵風景画の統計的分析の結果、従来の定説である近景、中景、遠景の3つに加えて、超近景の存在を明らかにすることができた。ついで、超近景、近景、中景、遠景の各距離景ごとに描かれている物理的構成要素(河川、海、田畑、並木、樹木、林、山、丘陵地、街道、建物等)を列挙し、数量化III類分析、クラスター分析を行い、5つの基本的構成要素と8つの典型景観を明らかにした。すなわち「山間」「田園」「海」「河川」「街中」の基本的構成要素で浮世絵風景画が描かれていること、そして「山間の街道の景観」「田園に街道のある景観」「田園に河川のある景観」「河原の景観」「海辺の景観」「街道と建物の景観」「湖を見下ろす景観」「街中の景観」の8つの典型景観の構図があることを明らかにした。まず、浮世絵風景画に描かれている「水」「緑」「建物」の各要素を個別に把握した。(1)湖、海の景は、俯瞰景が多く、視点場は水際まで移動することはない。

河川では多様な機能が描かれる。生活用水としての水景など親水性あふれる様子が描かれる。(2)緑の景では、アカマツ、クロマツ等の樹種が多く描かれている。それは、並木、屋敷林、宿場の出入口に配した樹木等、緑が実用的機能をもっていること、同時に樹木を画面の左右に配した景観的機能ををもっていることが明らかとなった。(3)建物の景では、草葺き、板葺き、瓦葺き等の屋根、格子、障子、引き戸等多様な形態の開口部が描かれ、宿の2階が視点場となっている様子も描かれた。ついで、絵画と現地の風景との比較を行い、以下のことが明らかになった。(1)街道上のアプローチが容易な視点場から描いている。当時どこでも見られたであろう日常的な生活景が描かれている。(2)実際の風景からの比較から、浮世絵風景画には「俯瞰化」「実景描写」「移動配置」「デフォルメ」「スケールダウン」「削除」「付加」といった手法が用いられている。(3)遠景要素の山は、仰角10度以内、平均で4.9度である。10度以上の山を描くとき、「スケースダウン」して描かれている。(4)都市部では、実景に近い描写、平野部では構成要素が「デフォルメ」され、遠景に山等が「付加」されている。水景では、中遠景で、実現には見られないような山を「移動配置」して描いている。山間部の描写では、中遠景で、あるべき山等が「削除」されて描かれている。広重が描いた「東海道五十三次」「木曽街道六十九次」の中の河川景観を決定づける要素としては、水視率と流軸角の2つの要素である。景観の構図は、この2つの要素によって、次の4つのタイプの構図を見いだした。(1)水視率が小さな対岸景(50m以下の小河川)、(2)水視率が小さな流軸景(50m以下の小河川の場合と500m以上の大河川の場合)、(3)水視率が大きな対岸景(100m以上の河川)、(4)水視率が大きな流軸景(200m以上の河川9である。描かれた樹木の画面上の配置から、樹木が構図的機能をもつことを明らかにした。それは、次の4つの機能が見いだせる。(1)画面両側に樹木を配置する場合で額縁的機能、(2)画面の片側に樹木を配置する場合で奥行表示機能、(3)画面の中央部に樹木を配置する場合で画面分割機能、(4)画面に連続的に樹木を配置する場合で視線誘導機能である。さらに3ケ年の総括として、前年度までの分析結果を活用し、浮世絵風景画に類似した景観の構図を現代の都市空間の中に求めるための視点場探索のチェックリストを作成し、それに基づきプログラムを構築した。つまり景観資源と考えられる景観要素を地図上から抽出し、ついで近景、中景、遠景の各距離景に必要な構成要素を示し、仰角と俯角の条件から「絵になる景観」を眺望できる視点場を推定しうる手順を示した。そして、それぞれの視点場の現地写真を用いて、被験者にアンケート調査で評価して、手順の妥当性を示した。
高配向脂質膜を用いた高識別能力を持つ化学感覚認識システムの開発

生物の化学感覚が有する高い能力を実現するには、高い配向性を持った脂質膜を構成することが必要である。自然界に存在する様々な種類の化学物質を受容し、情報処理する。高感度高識別能なセンシングシステムを生物は既に持っている。高い能力を有する化学センサを構築するにはまず、トランスデューサ部に生体膜に近い構造の脂質膜を用いることが必要である。多くの匂い物質や苦味物質が生体膜の脂質2分子膜構造を乱すことによって受容されている。これまでに用いてきた表面電位検出型の脂質膜トランスデューサでは上記の物質を検出することは困難であった。この欠点は脂質分子を高い配向性で構築した脂質膜を用いることにより解決される。本研究では、申請設備備品のラングミューア・ブロジェット膜作製装置を用いて、配向性が優れた脂質膜(LB膜)を貼り、この電極の特性を調べた。以下の事実が明かとなった。1)5基本味を呈する味物質に対する膜電位に応答は、それぞれの種類の味物質に対して明瞭に異なっており、この結果から、5つの味をLB膜で識別できることがわかった。2)応答の閾値は、苦味や酸味物質では約1uM、塩味物質では約0.1mM、甘味物質では約1mM、うま味物質では約10uMであり、これは生体系よりもかなり低い濃度であった。つまり、LB膜を受容部に用いた味覚センサは、人よりも高い感度を持ち得ることが示された。3)非電解質である甘味物質に対しても、1mMという低濃度から応答が観測され、LB膜が非電解質に鋭敏に応答することが示された。更に、感覚認識の新しい方法として非線型ダイナミクスを利用することを試みた。4)適当な方法で膜系を構成すると、ある条件下でカオスが観測されるが、味物質の膜系への投与によりアトラクタが物質の種類に応じて構造変化することが見いだされた。カオスを用いることで、膜の状態に関するより多くの情報が得られることが示唆された。脂質膜を用いて生物が持つ化学感覚が持つ高い能力を実現するには,高い配向性を持った脂質膜を構築することが必要である。すなわち,自然界に存在する性質が異なる様々な化学物質を高い感度と識別能力で受容するには,やはり生体膜に近い構造の脂質膜をセンサのトランスデュ-サとしなければならない。このような事実は,多くの匂い物質や苦味物質が生体膜の主要構成要素である脂質二分子膜の構造を乱すことによって受容されている事実からも類推できる。実際,これまでに用いてきた表面電位検出型の脂質膜では上記の物質を検出することは困難であった。これは,従来の電位検出型の膜が主にイオン分布変化をその電位出力としていたため,脂質膜の構造の乱れが電位に反映されていなかったためであった。上述の欠点は脂質を高い配向性で構築した脂質膜を用いることにより解決される。つまり,高配向脂質膜はその配向性の高さゆえ,構造の乱れをより鋭敏に電位へと反映させる。これらの事実が研究を推進していく過程で明らかとなった。そこで,現段階で最も高い配向性を実現可能なラングミュア・ブロジェット法を用い脂質膜を作製した。作製にあたって,脂質配向性を決定する上で重要な表面圧・面積特性をまず詳細に測定した。その上で,脂質膜を電極基板上に累積しセンサのトランスデュ-サとした。

その結果ラングミュア・ブロジェット膜をセンサに用いるには,電極基板の電気化学的性質,さらに脂質膜の厚さが重要であることがわかった。以上の研究により高配向脂質膜を用いたセンサシステム開発が可能であることがわかった。今後の課題は,センサの認識部の開発と高配向脂質膜の性能の限界を見極めることである。本研究では,申請設備備品のラングミューア・プロジェクト膜作製装置を用いて,配向性が優れた脂質膜(LB膜)を貼り,この電極の特性を調べた。脂質材料としてリン酸ジヘキサデシルを用い,以下の事実を明らかにした。1)膜の層数5以上の層をもつLB膜では,膜抵抗や膜電位は層数への依存性は見られなかった。膜抵抗も数GΩ・cm^2とかなり高く,よく知られた黒膜(BLM)と同程度であった。水溶液中での安定性もかなり良好であった。2)5種類の味物質に対する膜電位の応答は明瞭に異なっており,この結果から,5つの味をLB膜で識別できうることがわかった。3)応答の閾値も,苦味や酸味物質では約1μM,塩味物質では約0.1mM,甘味物質では約1mM,うま味物質では10μMであり,これは生体系よりもかなり低い濃度であった。つまり,LB膜を受容部に用いた味覚センサは,人よりも高い感度を持ちうることが示された。4)非電解質である甘味物質に対しても,1mMという低い濃度から応答が得られ,LB膜が非電解質に鋭敏に応答することが示された。以上の結果から,高配向LB膜は当初の目的どおり,味物質検出に高感度を有することが判明した。さらに本研究では,感覚認識システムのソフト部としてカオスを利用することを試み,カオスアトラクタの変化は各味質に固有であり,味の認識方法として有望であることが示された。また化学物質の中でも,麻酔薬はその作用が可逆的であるという特徴をもつが,麻酔薬についても脂質膜の電気的特性の変化を用いて,その相互作用メカニズムが調べられた。その結果,脂質膜は麻酔薬にも生体系と類似の応答をすることが判明した。以上のように本研究は,化学感覚を代行する認識システムのハード面・ソフト面の両方において,実用化レベルにほぼ達することができた。