hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
随伴解析に基づいたマイクロ熱プロセスの最適制御に関する研究

本研究では,随伴解析に基づいた熱プロセスの最適制御手法を構築すること,および本制御の有効性を実験的に検証することを目的としている.マイクロデバイスにおける熱プロセスにおいて,時空間的な温度分布制御を実現し,定常かつ空間的に一様な従来型の熱管理技術の高度化を図ることを主眼とする.本研究では,半導体パルスレーザーを具体的な制御対象とし,随伴熱伝導解析に基づいた温度均一化のための最適熱制御手法を開発した.本研究では,理論的・数値解析的アプローチにより随伴解析に基づいた熱プロセスの最適制御手法を構築すること,およびMEMS技術を用いたテストベンチにおいて,本制御の有効性を実験的に検証することを目的としている.特に,マイクロデバイスにおける熱プロセスにおいて時空間的な温度分布制御を実現し,定常で空間的に一様な従来型の熱管理技術の高度化を図ることを主眼としている.本研究では,具体的なアプリケーションとして半導体パルスレーザーを想定した最適温度制御手法を開発し,以下に示す成果が得られた.1.多層薄膜構造を持つ半導体パルスレーザーにおいて,デバイス上部に積層した薄膜ヒーターを用いて発光部における温度変動を最小化するための最適温度制御スキームを構築した.半導体基板の側面からレーザーを出射する端面発光レーザー,および半導体基板と垂直に出射する面発光レーザーを制御対象とした.後者の面発光型のレーザーモデルについて,面内温度分布を有する多次元熱伝導を考慮した最適温度制御手法を開発し,本手法の有用性を示した.2.MEMSデバイスを用いた評価実験とリンクした薄膜内物性値推定スキームを組み込んだ最適制御手法を開発した.3.本制御スキームの有効性を検証するため,MEMSデバイスを用いた実証実験を行った.MEMS技術を用いた実験デバイスの製作プロセスを確立し,計測可能な時間スケールに拡大したラージスケールモデルを製作した.最適制御実験により本最適温度制御手法の有効性を定量的に評価した.本研究では,随伴解析に基づいた熱プロセスの最適制御手法を構築すること,および本制御の有効性を実験的に検証することを目的としている.マイクロデバイスにおける熱プロセスにおいて,時空間的な温度分布制御を実現し,定常かつ空間的に一様な従来型の熱管理技術の高度化を図ることを主眼とする.本研究では,半導体パルスレーザーを具体的な制御対象とし,随伴熱伝導解析に基づいた温度均一化のための最適熱制御手法を開発した.近年,さまざまな熱プロセスを内在したマイクロデバイスの開発が盛んになり,熱管理技術の高度化に対する期待が高まっている.例えば,半導体パルスレーザーにおいては,多層薄膜の屈折率の温度依存性(1)や光共振器の熱膨張に起因したレーザー波長のドリフトを低減するため,パルス発振に伴う熱散逸による急激な温度変動を抑制することが重要である.しかし,従来の冷却技術では,熱容量が大きいために時間応答性が不十分なため,例えば1 μsオーダーの半導体素子の熱時定数に対応できない.一方,著者らは,高時間応答性を有した温度制御としてヒーター加熱によるフィード・フォワード制御手法を開発し,その有効性を理論的および実験的に実証してきた.平成24年度には,既に開発済みの1次元随伴熱伝導解析を拡張し,円筒座標系における2次元最適熱制御スキームを構築した.レーザー出射方向が基板面と垂直となる面発光レーザー(VCSEL)を制御対象とし,素子上面のリング状ヒーターによる活性層内温度分布のパルス時間内均一化制御を試みた.特に,制御用ヒーターの加熱位置の影響を調べ,さらに詳細な知見を得ることを目的とした.本最適制御スキームを適用することにより,面発光レーザーモデルの活性層内温度変動を顕著に抑制できることを示し,ヒーター加熱位置による制御効果の違いを明らかにした.本研究では,理論的・数値解析的アプローチにより随伴解析に基づいた熱プロセスの最適制御手法を構築すること,およびMEMS技術を用いたテストベンチにおいて,本制御の有効性を実験的に検証することを目的とする.特に,マイクロデバイスにおける熱プロセスにおいて,時空間的な温度分布制御を実現し,定常で空間的に一様な従来型の熱管理技術の高度化を図ることを主眼としている.平成24年度には,半導体基板と垂直に出射する面発光レーザー(VCSEL)を対象とした円筒座標系における2次元最適熱制御スキームを構築し,多次元熱伝導問題における本制御手法の有効性を明らかにした.平成25年度に予定しているマイクロ熱プロセスの最適制御手法の開発に向けて,重要なステップをクリアしており,おおむね順調に進展しているものと考えられる.現在までに構築してきた数値解析手法およびMEMS技術を用いた実験技術をさらに発展させ,平成25年度の研究計画を推進する.本制御手法の有効性を実験的に評価するためのMEMS技術を用いたテストベンチ製作に必要となる経費,実験装置の購入費として使用する.また,国内学会・国際会議での成果発表や海外の関連研究者との研究交流のための旅費として使用する.
地域とともにつくる高校教育を実現するカリキュラム・マネジメントの展開倫理

本研究の目的は、地域とともにつくる高校教育を実現するカリキュラム・マネジメントの展開論理についての研究である。昨今の教育改革において「共通性の確保」と「多様性への対応」を基調としてその方向性が示されてきた。生徒たちには外発的な動機ではなく、内発的な動機から、主体的な学習、協働を通じた学習、そして何より探究的な学びが求められていることから、それらを支える教育活動については本校でも柔軟に進められてきた。しかし、現実には単発の活動「プロジェクトベース」の実践では継続されず、持続性を担保できないという課題がある。これが本研究の出発点である。本研究では、本校がこれまで取り組んできた「地域連携」「教科横断型教育」の学習プログラムをベースとして、卒業生を含む生徒達のポートフォリオ等を整理し、生徒達(在校生・卒業生)にインタビューを行った。さらに、職員研修や地域の協力者との意見交換会を実施し、地域資源「ヒト・モノ・コト」を活用した本校の教育実践のあり方について、それぞれのリフレクションを持ち寄って成果指標を導き出そうと試みた。本研究を通じて「地域と共につくる高校教育を実現するカリキュラム・マネジメント」の一端を明らかにすることができた。それは、これまでの教育課程の編成・実施・評価・改善という一連のサイクルを学校内部完結型で実施していた形態を、地域の協力者と共に、生徒達の成長や課題を話し合いながら、計画的・組織的に既存の教育課程をブラッシュアップしてゆく形態への移行である。これらの条件整備にあったては、これまでの固定概念を捨て、高校側が地域に教育現場の実態を丁寧に伝え、継続的に連携・協力するためのコミュニティづくりが大切であった。さらに、こうした新しい学びを生徒たちに提供するには、教員自身も学び続け、変化し続ける社会の環境に自ら入り込むことが必要不可欠である。
ミャンマーにおけるイネ紋枯病原因菌類の化学分類とその生物的防除

ミャンマー在来イネ品種に激しい病気を引き起こすリゾクトニア属菌およびスクレロチウム属菌を対象として、以下のような研究目的で実験を行った。(1)従来の分子生物学的手法による分類指標を再検討するために,化学分類学的手法による分類同定の簡素化かつ容易化を目指した新規分類基盤の確立を目指す。(2)従来の農薬使用による化学的防除法に依存しない拮抗微生物の抗菌・殺菌作用を利用した土壌伝搬菌の生物的防除法を確立する。本年度における研究実施と成果について、(1)の課題に関しては、培養菌体細胞の脂肪酸分析試験から、ミャンマー産リゾクトニア属菌およびスクレロチウム属菌には、飽和脂肪酸および不飽和脂肪酸の構成比率の違いが分離地区によって特徴的であることが明らかとなった。特に、マンダレー地区の内陸部で分離したリゾクトニア属菌は、不飽和脂肪酸の構成比率が極めて高く、脂肪酸に関する細胞構成成分に地域間差異が認められた。本研究成果は、イネリゾクトニア属菌のルーツを探索する上で、きわめて興味深いデータであることを示した。(2)の課題に関しては、薬草および香草植物に含まれる抗菌・殺菌成分を抽出したリゾクトニア属菌を含む各種イネ紋枯病原因菌の抗菌スペクトラムを調査した結果、70%エタノール抽出法によって、クローブ(オイゲノール)、ローズマリー(イソフラボン)およびカワラヨモギ(カピラリン)の各抗菌活性成分が土壌病害の抑制効果の高い成分であることをほ場実験から検証した。また、ミャンマー水田土壌から、本病害の生物防除に適した土壌微生物をスクリーニングした結果、抗菌作用がある細菌8種、糸状菌12種が分離・同定され、中でも、トリコデルマ属菌2種がほ場試験において高い病害防除効果を示した。これらの抗菌・殺菌成分の分析および耕種的・生物的防除法への応用研究については継続して行う予定である。イネ紋枯病および紋枯類似症病斑部から分離したミャンマー産リゾクトニア菌株を対象として、(1)従来の分子生物学的手法による分類指標を再検討するために,化学分類学的手法による分類同定の簡素化かつ容易化を目指した新規分類基盤の確立を目指す。(1)に関しては、従来の菌体脂肪酸分析技術の更なる改良を行うために、菌体培養の簡素化並びに脂肪酸の抽出方法の迅速化を図るために、脂肪酸抽出に最適な菌体培地組成の検討および最適な培養期間について調査した。培地組成は同様にNutrient Broth培地を用いることにより、生育状況が均一の培養菌体が得られた。さらに、ミャンマー産イネ紋枯病原因菌類(リゾクトニア属菌)の菌体脂肪酸分析から、従来の研究結果との比較解析を行っているところである。加えて、菌体からユビキノンおよび脂質成分を迅速・簡易抽出するための実験系を確立するための予備試験を行っている。(2)に関しては、イネ科、シソ科、キク科などの各種香草・薬用植物、計20種類から抗菌作用の高い成分を抽出し、リゾクトニア属菌を含む各種イネ紋枯病原因菌の抗菌スペクトラムを調査した結果、70%エタノール抽出法によって、クローブ、ローズマリーおよびカワラヨモギ抽出物から抗菌活性の高い成分が抽出され、特に、オイゲノールを含むクローブとカピラリンを含むカワラヨモギは、供試菌株の生育を著しく阻害する効果を示した。
蛋白質のミトコンドリア膜識別と膜透過の分子機構

ミトコンドリアに局在する蛋白質の大部分は核DNAにコ-ドされ、ミトコンドリア外部で合成された後に内部に移行する。ミトコンドリアの外で合成されたこれらの蛋白質が細胞内の多くの膜系の中でいかにしてミトコンドリア膜を特異的に認識し、膜を通過して内部へ移行するかという問題は医学・生物学上きわめて重要な課題である。われわれはミトコンドリア蛋白質の多くがN末端に延長ペプチドを持つ前駆体の形で合成されることを動物ではじめて明らかにすると共に、前駆体を単離ミトコンドリアへ取り込ませる再構成実験系を確立した。さらに遺伝子工学の手法を用いてラット・オルニチントランスカルバミラ-ゼ(OTC)前駆体を大腸菌内で大量に発現させ均一に精製した。これらの成果を基に次の結果を得た。1.ラットOTC前駆体と同様に成熟型OTCを大腸菌に発現させ、変性条件下で均一に精製した。前駆体、成熟型共に尿素より希釈後0°Cでインキュベ-トすることにより1020%の酵素活性を回復した。活性化OTC、活性化前駆体は共に三量体を形成していることが示された。したがって、延長ペプチドは必ずしも前駆体の成熟酵素部分のfoldingを阻害しないことが明らかとなった。2.われわれは以前に、OTC前駆体のミトコンドリア移行にはサイトソ-ルの蛋白質因子が必要であることを明らかにしている。今回、精製前駆体と特異的に複合体を形成する因子を精製しPresequence Binding Factor(PBF)と名付けた。精製前駆体をリガンドとするアフイニティ-クロマトにより赤血球ライセ-トよりPBFをほぼ均一に精製した。精製PBFは精製OTC前駆体のミトコンドリア移行を促進した。PBFの遺伝子クロ-ニングの準備をはじめている。ミトコンドリアに局在する蛋白質の大部分は核遺伝子にコードされ、ミトコンドリア外部で合成された後に内部に移行する。ミトコンドアリ外部で合成されたこれらの蛋白質が細胞内の多くの膜系の中でいかにしてミトコンドリア膜を特異的に認識し、膜を通過としてミトコンドリア内へ移行するかという問題は医学・生物学上きわめて重要な問題である。われわれはミトコンドリア蛋白質の多くが延長ペプチドを持つ分子量の大きい前駆体の形で合成されることを動物の系ではじめて明らかにすると共に、3種のミトコンドアリ蛋白質cDNAを単離し、その中2種について構造を決定した。これらの成果を土台として研究を発展させ、つぎの結果を得た。(1)オルニチントランスカルハミラーゼ前駆体cDNAを入ファージPLプロモーター支配下に太陽菌内に発現させたところ、全菌体蛋白質の510%の高発現が見られた。この前駆体は封入体を形成しているためまず封入体を精製し、6M尿素で可容化することにより前駆体をほぼ均一に精製した。精製前駆体を単離ミトコンドリアとインキュベートするとミトコンドリア内に取り込まれて成熟酵素に転換された。したがって精製リコンビナント前駆体は膜透過可能な状態であることが示された。(2)オキソアシルCoAチオラーゼはミトコンドリア蛋白質としては例外的に延長ペプチドを持たず、成熟酵素内に非切断性のミトコンドリア識別シグナルが存在するはずである。本酵素cDNAの種々の部分をレポーター蛋白に結合させた融合蛋白を培養細胞に発現させてその局在を調べることにより、N末端の61アミノ酸残基がミトコンドリア識別シグナルとして働いていることが明らかとなった。

ミトコンドリアに局在する蛋白質の大部分は核DNAにコ-ドされ、ミトコンドリア外部で合成された後に内部に移行する。ミトコンドリアの外で合成されたこれらの蛋白質が細胞内の多くの膜系の中でいかにしてミトコンドリア膜を特異的に認識し、膜を通過して内部へ移行するかという問題は医学・生物学上きわめて重要な課題である。われわれはミトコンドリア蛋白質の多くがN末端に延長ペプチドを持つ前駆体の形で合成されることを動物ではじめて明らかにすると共に、前駆体を単離ミトコンドリアへ取り込ませる再構成実験系を確立した。さらに遺伝子工学の手法を用いてラット・オルニチントランスカルバミラ-ゼ(OTC)前駆体を大腸菌内で大量に発現させ均一に精製した。これらの成果を基に次の結果を得た。1.ラットOTC前駆体と同様に成熟型OTCを大腸菌に発現させ、変性条件下で均一に精製した。前駆体、成熟型共に尿素より希釈後0°Cでインキュベ-トすることにより1020%の酵素活性を回復した。活性化OTC、活性化前駆体は共に三量体を形成していることが示された。したがって、延長ペプチドは必ずしも前駆体の成熟酵素部分のfoldingを阻害しないことが明らかとなった。2.われわれは以前に、OTC前駆体のミトコンドリア移行にはサイトソ-ルの蛋白質因子が必要であることを明らかにしている。今回、精製前駆体と特異的に複合体を形成する因子を精製しPresequence Binding Factor(PBF)と名付けた。精製前駆体をリガンドとするアフイニティ-クロマトにより赤血球ライセ-トよりPBFをほぼ均一に精製した。精製PBFは精製OTC前駆体のミトコンドリア移行を促進した。PBFの遺伝子クロ-ニングの準備をはじめている
核分裂と核融合に必須な酵母核膜タンパク質Nep98pの機能解析

申請者らは,酵母接合時の核内膜融合に必須な因子として,小胞体内腔の新規DnaJホモログJem1pを発見,さらにJem1pと相互作用する核膜タンパク質Nep98pを同定した。Nep98pは核膜融合に関与するが,増殖に必須であり,その変異株はG2/M期で細胞周期の進行が停止し,紡錘体形態に異常が見られた。そこでNep98pの機能を明らかにするために以下の実験を行った。(1)GFPとNep98pの融合タンパク質(NEP98遺伝子の破壊株の致死性を相補できる)は,過剰生産しない状態で核膜の特にSPB(スピンドル極体)に局在することが明らかになった。したがってNep98pがSPB形成および機能発現に関わっている可能性を支持する結果が得られた。(2)Nep98pの様々な部分欠失体を用いた解析から,Nep98pの内腔側は核膜局在に必要ないが,Nep98pのサイトゾル側の65145残基が核膜局在に必須であること,この領域が核膜融合の特に内膜融合よりも前のステップに必須であること,Nep98pの431650残基は酵母の増殖およびJem1pとの相互作用に必須であることを見いだした。また(3)Nep98pのJem1p相互作用領域をbaitとして酵母two-hybrird法を用いたスクリーニングを行い,Nep98pと相互作用する因子の検索を行った。その結果,Yfl042pおよびYlr072pという内在性膜タンパク質と思われる候補を得た。しかしこの二つのタンパク質の遺伝子を同時に破壊しても増殖や核融合に影響が見られら無かったので,それらがNep98pの真のパートナーであるかどうかは,さらに解析が必要である。
固相検出法による内分泌かく乱物質の迅速・高感度簡易計測法の開発

1.擬似エストロジェン作用を示す内分泌撹乱物質は、生物の生殖や健康に深刻な影響を及ぼす。ビテロジェニン(V_g)は本来雌の魚類血中に特異的に発現するタンパク質であるが、環境水の内分泌撹乱物質汚染により、雄にも発現するようになることが知られている。従って、雄の魚類血中におけるVgの存在は、環境水の内分泌撹乱汚染状況に対する重要な指標となる。本研究では、Vg測定法の簡便化及び迅速化を目的とし、抗体固定化磁性マイクロビーズを用いるフロー免疫測定法について検討した。2.本法のフロー系は、シリンジポンプ、ホールディングコイル、バルブ、化学発光検出器からなる。磁性ビーズにはFe_2O_3をAgarose gelで被覆したものを用いた。抗体の固定化は、ビーズ表面のヒドロキシル基をエポキシ化したのち、これと抗体のアミノ基とをカップリングすることにより行った。この抗体固定化磁性ビーズを、作製したセルに導入し、サマリウム磁石で捕捉した。トリス緩衝液で十分潅流した後、Vg試料、西洋わさびペルオキシダーゼ標識抗体を順次導入した。最後にルミノール/H_2O_2溶液を導入し、このとき化学発光する光強度を光電子増倍管により測定した。3.磁性ビーズは、濃度250μg/mLの懸濁液300μLを流量5μL/sのキャリヤー液でセルに導入することにより、再現よく検出部に捕捉できることがわかった。フロー系の最適化を行うことによって得られたVgの検量線は、Vg濃度50ppb以上では、プラトーとなっている。これは抗体固定化にアミノ基を会しているために、抗体の抗原結合部位の失活や不適な配向性のために、ビーズ表面の活性な固定化抗体密度が低いことが原因と推測される。本法では250ppbの濃度範囲でVgの測定が可能である。4時間程度の測定時間を要する従来のマイクロプレート法と比べ、反応中の溶液の振とうが可能であり、ビーズの1粒子(100μm)が通過できる程度の流路において反応を効率的に行うことができるため、同程度の感度ながら測定時間を1時間に短縮できた。【緒言】近年、生物の内分泌系を撹乱する化学物質(内分泌撹乱物質)の生態系に及ぼす影響が社会問題になっている。これは内分泌撹乱物質がホルモン様作用を持つためである。例えば、女性ホルモンであるエストロジェンと類似作用をもつ内分泌撹乱物質が雄の魚類に摂取されると、元来雌の魚類にのみ存在するタンパク質であるビテロジェニン(Vg)が、雄の魚類に検出される。このことは雄の魚類中におけるVgの存在が内分泌撹乱物質による汚染の指標となることを意味している。従来、Vgの測定はマイクロプレートを用いる酵素免疫法により行われているが、操作が煩雑で時間を要する。本研究では、内分泌撹乱物質の指標であるVgの迅速な測定を行うことを目的として、抗体固定化マイクロビーズを用いるシークエンシャルインジェクション分析法を検討した。【実験】まずプロテインAを用いてVgの1次抗体であるヒト免疫グロブリンGの固定化を行った。

ビーズの懸濁液をセルに導入した後、測定対象のVg溶液をセルに導入した。次いで、ペルオキシダーゼにより酵素標識した抗Vg抗体を加え、Vgをサンドイッチ状に挟んだ複合体を形成させた。更に発色剤のο-フェニレンジアミン(OPD)溶液をセルに導入し、酵素反応生成物の吸光度を測定した。【結果及び考察】Vg測定感度に及ぼす1次抗体とVgの反応及びその複合体と2次抗体の反応時間について検討し、それぞれの反応時間を2時間及び1時間と決定した。また、標識酵素とOPDとの反応条件を検討し、感度と測定時間を考慮して反応時間を20分とした。この条件で、5から120ppbの濃度範囲のVgと吸光度の間には良好な直線関係が成立した。OPDの酵素反応生成物の吸光度は酵素量に比例したので、この検量線より、Vgと酵素標識した二次抗体が1:1の結合関係にあることが分かった。本法の検出下限は510ppbであり従来法のそれとほぼ同程度であった。1.内分泌撹乱物質とされている物質には女性ホルモンであるエストロジェンに類似した構造と作用を有しているものがある。これらは遺伝子に誤った情報を与えることにより生物の内分泌系を撹乱する。ビテロジェニン(Vg)は本来魚類等の雌にのみに存在するタンパク質であるが、魚類棲息環境水の内分泌撹乱物質による汚染のため、このタンパク質が雄にも発現するようになることが知られている。このことは、雄の魚類中におけるVgの存在の有無が環境水中の内分泌撹乱物質による汚染状況の指標となることを意味している。本研究では、Vgの測定法の簡便化、迅速化を目的とし、抗体固定化マイクロビーズを用いるシークエンシャルインジェクション分析法について検討した。2.フローセルには、ビーズの捕捉や灌流が容易で、その開閉によってビーズの脱着が可能なジェットリングセルを用いた。抗体のFc部分に特異的に結合するprotein AによってVgの1次抗体を固定化したセファデックスビーズを調製した。まず、このビーズをセルに導入した。次に、一定のシークエンスに従って、試料、ペルオキシダーゼ標識抗Vgの2次抗体をセルに導入した。最後に、発色剤のo-フェニレンジアミン(OPD)を含むH_2O_2溶液をセルに導入し、セル内に備えた光ファイバーを通じて、酵素反応生成物の吸光度を測定した。3.1次抗体とVgの反応時間及びその複合体と2次抗体との反応時間はVgの測定感度に大きな影響を及ぼすことがわかった。それぞれを2時間及び1時間と決定した。また、標識酵素存在下におけるH_2O_2とOPDとの反応時間を、測定の感度と迅速性の観点から20分とした。用いたビーズの濃度は1mg/mlであり、予備的実験により1次抗体の結合量は1.5ng/mg-乾燥ビーズであることがわかった。また、セル内に導入するビーズの量は約0.3mgであり、セル容積が8μlであることから、ビーズに固定化した1次抗体の量は12pgと推定される。試料濃度が7.8125ng/mlのVgを300μlセルに導入した。加える標識2次抗体の濃度を0.4μg/mlとし、OPDで発色されて得られたVgの検量線から、5から120ppbの濃度範囲のVgと吸光度の間には良好な直線関係が成立することがわかった。この直線の検量線は、ビーズに固定化された1次抗体と結合したVgの量に比例して2次抗体が結合していることを示している。実験の再現性から判断して、本法の検出下限は5ng/mlであった。1.擬似エストロジェン作用を示す内分泌撹乱物質は、生物の生殖や健康に深刻な影響を及ぼす。
キチン・キトサンへのラクチドのグラフト化による環境調和型高分子材料の設計

天然多糖キチン・キトサンの物性を改変し、より使いやすい環境調和型高分子材料を創製することを意図して、キチン・キトサンおよびその誘導体を幹鎖、生分解性高分子であるポリ乳酸を枝鎖とするグラフト共重合体の合成を試みた。キチンまたはキトサンへのラクチドの開環グラフト共重合により、グラフト化物を得ることはできたが、枝鎖として導入されたラクチル基はわずかであり、顕著な物性改変はもたらされなかった。一方、キトサンを一旦フタロイル化したフタロイルキトサンを幹鎖とすると、比較的多数のラクチル基が枝鎖として導入され、これに伴い溶解性や熱物性等が変化することが明らかとなった。本研究では、新しい環境調和型高分子材料の創製を意図して、キチン・キトサンをオリゴ乳酸鎖で化学修飾した誘導体を合成し、得られた誘導体の構造や物性を解明することを目的とする。平成19年度中に得られた主な知見は以下の通りである。まず、次の2通りの方法により、キチンおよびキトサンへのラクチドのグラフト化を試みた。(1)キチンを塩濃度58%程度のLiC1/N,N-ジメチルアセトアミド溶液に溶解し、ここにのL-ラクチドを加え、窒素雰囲気下、約130°Cに加熱しながら撹拌する。(2)キトサンをN,N-ジメチルアセトアミドに分散させ、ここにL-ラクチドとLiC1を加え、不均一系のまま、窒素雰囲気下、130°Cに加熱しながら撹拌する。次に、得られた生成物について主にIR、NMR等を用いてキャラクタリゼーションを行った。上記(1)、(2)のどちらの場合も、幹鎖となるキチンまたはキトサンにオリゴ乳酸鎖が導入された誘導体が得られたことを確認できた。ただし枝鎖として導入されたラクチル基の数は非常に僅かであり、キチンまたはキトサンのくり返し単位1つあたり、最大でも2つ程度のラクチル基が導入されただけであることが、NMRデータより明らかとなった。また、導入された枝鎖の量が僅かであったため、各種溶媒への溶解性の向上といった物性の変化は、顕著にはあらわれなかった。ただし、比較・参照実験として、上記(1)、(2)と類似の方法で、セルロースエステルを幹鎖、オリゴ乳酸を枝鎖とするグラフト化物の合成を試みたところ、所望のグラフト化物が得られ、種々の物性改変が可能になることがわかった。そこで今後は、より効果的にキチン・キトサンへのラクチドのグラフト化反応が進行するように、合成方法や反応条件について再検討したうえでグラフト化物を合成し、熱物性や力学物性を含めた種々の特性が改善されたキチン・キトサン-オリゴ乳酸系グラフト化物を得たいと考えている。本研究では、環境調和型高分子材料の創製を意図して、キチン・キトサンをオリゴ乳酸鎖で化学修飾したグラフト化物を合成し、その構造や物性を解明する。前年度は、キチンまたはキトサンへ直接ラクチドを作用させてのグラフト化を試みたが、枝鎖として導入されたラクチル基の量は僅かであり、キチン・キトサンの物性改善も効果的には達成されなかった。そこで今般、キトサンを一旦誘導体化した後にグラフト化を行うという手順での合成を試みた。まずキトサンに無水フタル酸を作用させて、フタロイル化キトサンを合成した。^1H NMRデータより、フタロイル化反応が進行したこと、およびキトサンのくり返し単位1つあたり平均して約2個のフタロイル基が導入されたことを確認した。次に、得られたフタロイル化キトサンをN, N-ジメチルアセトアミドに溶解させ、ここにL-ラクチドおよびLiClを加え、窒素雰囲気下、125°Cで撹拌し、ラクチドの開環グラフト化反応を行った。IR測定の結果、得られた生成物は、キトサン幹鎖にオリゴ乳酸鎖が導入されたグラフト化物であることを確認した。このフタロイル化キトサン-オリゴ乳酸系グラフト化物は、キトサンおよびフタロイル化キトサンのどちらも不溶な溶剤に対して良好な溶解性を示した。またこのグラフト化物に対し力学試験を行ったところ、おそらくフタロイル化の影響により若干脆くはなるが、弾性率は向上する傾向にあることが示唆された。このように、キトサン幹鎖に対してオリゴ乳酸鎖を導入すると、物性の改変がもたらされる可能性が示唆された。

現在、フタロイル化キトサン-オリゴ乳酸系グラフト化物からの脱フタロイル化を試みており、最終的な目的物であるキトサン-オリゴ乳酸系グラフト化物が得られたら、熱・力学物性、および分解性などをさらに詳細に調べ、環境調和型高分子材料としての利用の可能性を探る。本研究では環境調和型高分子材料の創製を目指して、キチン・キトサンをオリゴ乳酸鎖で化学修飾したグラフト化物を合成し、その構造・物性を明らかにする。今年度は、まずキトサンに無水フタル酸を作用させてフタロイル化キトサンを合成し、次いでこれをN, N-ジメチルアセトアミドに溶かし、L-ラクチドとLiClを加え、窒素雰囲気下125°Cで撹拌し、ラクチドの開環グラフト化を行った。その結果、ポリ(オリゴ)乳酸が枝鎖として導入されたグラフト化物が得られた。なお、フタロイル化キトサンに対するL-ラクチドの添加量を変えることで、モル置換度MS(キトサンのくり返し単位1個あたり何個のラクチル基が導入されたか)が1.425程度のグラフト化物が得られることをNMRデータより確認した。このフタロイル化キトサンーポリ乳酸グラフト化物(PHCS-g-PLA)は、種々の有機溶剤に可溶であった。またキトサンおよびフタロイルキトサンは200°C以下で明確な熱転移を示さないが、MSがおよそ5程度のPHCS-g-PLAは85°C程度で、MSが約25のPHCS-g-PLAは5560°C程度で、ガラス転移を示すことが明らかとなった。一方、グラフト化に伴い引張特性も変化し、枝鎖の導入量の増加により延伸性が増す傾向がみられた。さらに、PHCS-g-PLAをアルカリ水溶液で処理すると、ポリ乳酸枝鎖の加水分解が生じうるのが認められた。なお、ラタロイル化キトサンにヒドラジンを作用させるとフタロイル基が脱離することがよく知られていることから、本研究で得られたPHCSg-PLAも、ヒドラジンと反応させることにより、キトサン-PLA系グラフト共重合体へ変換可能と考えられる。これより、原料キトサンに比べて種々の物性が改変されたキトサン-ポリ乳酸系グラフト共重合体を合成できる可能性が示唆された。
ヴィジュアルテキストを創造的に読む力を育てる教材開発・授業開発

本研究の最大の目的は,「ヴィジュアルテキストの創造的読みを支援する授業モデル」をつくることである(授業開発)。この目的を達成するために絵図及び写真を用いた数多くのヴィジュアルテキストを開発した(教材開発)。開発したヴィジュアルテキストを活用し,以下の成果をあげた。看図作文方式を用いた物語作文指導法のシリーズ化。景観教育・社会科教育に役立つ授業モデルの提案。さらに研究の副産物として「書」と「美術」をつなぐ教科横断的な授業モデルも構成した。1.絵図をテキストにした創造的読みの授業モデル国語の学習指導要領では,指導内容に物語作文を書かせることを含んでいる。しかしこれまで,体系化された,物語作文指導方法は確立されていない。そこで筆者らは,21年度の研究において,看図作文を活用し,物語作文指導をシリーズ化することを試みた。実験的実践を反復することにより,「シリーズ化した看図作文授業モデル」の,「物語作文指導法としての有効性」を確かめた。2.写真をヴィジュアルテキストを創造的に読み解く能力の「活用」テキストにした創造的読みの授業モデルに関わる研究も行った。これらの研究では写真テキストを創造的に読み解かせる方法を開発した。このテーマに関しても,実験的実践を反復することにより,景御教育・社会科教育(とくに見学指導)に役立つ授業モデルを提案した。さらに,研究の副産物として,「書」と「美術」をつなぐ教科横断的な授業のモデルも構成した。ヴィジュアルテキストの創造的読みは,さまざまな教科の授業づくりに活用可能であることを確かめた。3.研究成果の社会的有用性の確認開発した授業モデルに基づく,ワークショップ及び公開授業を行った。ワークショップは愛知県H小学校で,全教員を対象にして行った。公開授業は北海道H小学校において,3つの学年で看図作文授業を公開した。1.絵図をテキストにした創造的読みの授業モデル最も大きな成果は,看図作文を教員養成カリキュラムに取り入れる方法を提案したことである。看図作文方式によるシナリオヲイティングを「教職実践演習」に取り入れる詳細な授業モデルを構成した。「教職実践演習」は教員養成課程で必修化される新設科目である。看図作文を教員養成教育に役立てる道も開拓できた。また,作文能力の高い学習者を継続的に指導する看図作文授業も試みた。他にも看図作文授業の適応範囲を広げる研究をいくつか行った。2.写真をテキストにした創造的読みの授業モデルヴィジュアルテキストを創造的に読み解く能力の「活用」に関わる研究も行った。とくに「水」をキーワードにした「まちづくり概論」の授業づくりを行った。この授業モデルは,社会科教育にも役立つものである。3.研究成果の社会的有用性の確認開発した授業モデルに基づく,ワークショップ及び講演を行った。ワークショップは久留米市教育委員会からの依頼によるもの1件。札幌市内民間教育研究団体からによるもの2件。日本協同教育学会での1件である。講演は札幌市立A小学校で行った。さらに科研費を支給される以前に行った研究を著書としてまとめ公刊した。1.創造的読みの対象となるヴィジュアルテキストの作成どのようなヴィジュアルテキストであっても「創造的読み」が可能なわけではない。適度な「曖昧」や「意味的空白」を備えたヴィジュアルテキストが必要である。とくに,看図作文に用いる絵図テキストはこの条件を備えていなければならない。平成23年度は,確実に看図作文授業に使用できる絵図を10幅以上制作した。さらに,「景観教育」「まちづくり教育」に活用可能な写真テキストも数多く収集した。これらの写真は社会科教育等にも活用可能なものである。2.絵図をテキストにした創造的読みの授業モデル最も大きな成果は,これまでに構成してきた看図作文授業モデルを追試する段階に入ってきたことである。「大学生の作文意欲向上をめざした試み」「学習者による看図作文用絵図の創作の試み」等,新しい観点も取り入れた追試を行った。また,筆者らの授業モデルを活用してくれる実践校も増えてきている。3.写真をテキストにした創造的読みの授業モデルヴィジュアルテキストを創造的に読み解く能力の「活用」に関わる研究も行った。昨年度に引き続き,「水」をキーワードにした「まちづくり概論」の授業づくりを行った。4.研究成果の社会的有用性の確認開発した授業モデルに基づく,ワークショップ及び公開授業を行った。ワークショップは累積科学国語教育研究会からの招待によるもの1件。公開研究会は,2012年3月7日,札幌市立A中学校で行った。研究目的に3つの事項を記した。各事項ごとに研究実績を報告する。1.ヴィジュアルテキストの作成ー創造的読解が可能なヴィジュアルテキストを作成した。これらは著書1編,論文7編として発表した。

2.授業モデルの構成ー小学校低学年用の看図作文授業モデルを2つ構成した。さらにヴィジュアルテキストの読解を取り入れた大学授業のモデルを3つ構成した。3.研究の活用ー看図作文方式を絵本づくりに活用する授業開発も行った。さらに研究成果を「読書と作文のまちづくり」に活用する可能性を検討する論文も発表した。看図作文に関する研究は追試段階に入ってきた。新しい観点も取り入れた授業モデルの追試を行ってきた。うち2本を論文としてまとめている。写真をテキストにした創造的読みの授業モデル構成研究も継続して行っている。これに関する研究は論文1編としてまとめている。ワークショップ及び公開授業により,研究成果の公開も2回行った。24年度が最終年度であるため、記入しない。研究計画等の変更はない。次の課題を達成していく。1・ヴィジュアルテキストの作成-創造的な読み解きが可能な写真教材のライブラリ化を行う。また,看図作文に活用可能なオリジナル絵図を豊富化していく。2・授業モデルの構成-実際の教科書を用いた授業に導入可能な授業モデルを提案する。そのため,できるだけ,単元レベルでの授業モデルを提案していく。3・活用-これまでの研究を継続し,研究成果の国語教育への活用を第一に探っていく。さらに,社会化・道徳・食育等への研究成果の活用方法も探っていく。4・研究成果の公開-研究成果は論文にまとめる。計4編以上を数値目標とする。また,公開授業・ワークショップ等で積極的に研究成果を公開していく。計4回以上を数値目標とする。
海水の熱水活動による生成物の電子顕微鏡による研究

熱水の影響下に生息するバクテリアが生成する鉱物とその生成プロセスを、主に電子顕微鏡を用いて、ミクロンオーダーで研究した。アイスランドとニュージーランドの間欠泉で採集したバイオマットを位相差偏光顕微鏡、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡、エネルギー分散分析により観察と分析を行った。バイオマットは、珪藻、緑藻、褐藻、球菌、桿菌などからなり、シリカやカルシウムを細胞壁に厚く沈着させているのが観察された。シリカは、大部分非晶質であり、カルシウムはカルサイトやアラゴナイトの炭酸塩鉱物を生成していた。バイオマットを樹脂包埋し、超薄切片を作成して、透過型電子顕微鏡でバクテリアの細胞の断面を観察すると、細胞壁のみならず細胞の内部にも多量の小球粒状のカルサイト結晶が認められた。これらの観察結果は、40-90度と言う高温の熱水環境下において、耐熱性バクテリアは生体鉱物化作用を行い、炭酸ガスの固定に重要な役割を果たしていることを示した。CO_2が地球の温暖化の原因として問題になっている今日、バクテリアによるCO_2の固定を無視することはできない。さらに今後、深海底における熱水噴出孔ブラックスモーカーの周辺におけるバクテリアの挙動を調べる必要がある。ニュージーランドの間欠泉跡の粘土中に、多量の〓素が検出された。温泉水の中には、多少の〓素が含まれていることがあるが、この〓素をバクテリアが濃集して、固定した可能性がある。これらの研究結果を、国際学会と国内学会、“海洋フラックスシンポジュウム"で発表した。
環境温度に安定な光通信用半導体レーザの開発

光ファイバーを用いた光通信においてはGalnPAs/InP系レーザダイオードが用いられているが、閾値電流の温度変化が大きいという問題がある。希土類元素はf軌道より外側に電子分布を持つ閉殻構造の5s、5p殻のために発光線は鋭く温度の影響をあまり受けないという特徴がある。本研究では、閾値、発光強度、発振波長が温度変化に安定な光通信用レーザダイオードの開発をめざし希土類添加半導体の結晶成長、それらの光学的性質、構造的性質を明らかにしデバイス化技術を確立することを目的とした。1.5ミクロン帯発光にはErを、可視領域発光にはEuを用い母体材料にはGaNを用いた。Eu:GaNは濃度およそ2%でEu発光強度が最大となる。この時、EuはT_d対称より対称性の低いC_<3v>対称をとっていることをRBS, EXAFS等により明らかにした。また、母体励起されたエネルギーはトラップを介してEuにエネルギー移動するメカニズムを明らかにした。さらに、発光スペクトル、X線回折結果等の解析より、Euは濃度2%付近から格子間サイトを占めるようになり、これが母体励起に関与していることを明らかにした。Erは約4%でその発光強度は最大を示す。1%程度の濃度ではErはGaN中でT_d対称を保っていることが示唆されたが、4%付近では対称性が低下していることが分かった。また、トラップも形成されていることがわかったが、Eu:GaNの場合のように、エネルギー移動に関わる準位が共鳴するような系ではなく、エネルギー移動がスムースに行なわれていないことを明らかにした。すなわち、InやA1を添加し、バンドギャップを変化させ、トラップの準位を変えることでエネルギー移動のしやすさをコントロールすることで発光強度の増大が見込まれることを示した。また、Euと同様、2%付近からErは格子間サイトを占めることがわかり、これらが発光に寄与している可能性を明らかにした。格子間サイトを占める割合は成長中のV/III比で変化することも明らかにした。これらの結果より、トラップ準位制御(バンドギャップ制御)および格子間サイト制御(V/III比制御)によりデバイス化に必要な発光強度を得る指針を確立した。希土類添加GaN結晶成長条件の最適化および光学的特性の評価を行った。結晶成長はアンモニアを用いたガスソース分子線法で行い、基板にはサファイアヤ(0001)を用いた。希土類を添加しないアンドープGaNの最適成長温度は900C程度であるが、この温度でEu,Tb,Er等の希土類を添加してもほとんど取り込まれない。成長温度の低温化で希土類の結晶中への取り込み率は上がることが見出された。発光強度が高く、比較的取り込み率も高い条件として、希土類の種類によらず700C程度であった。希土類発光の濃度依存性をしらべ、最適(発光強度が最も強い)濃度として、希土類によらず23%であることがわかった。希土類の種類によらず成長温度や最適濃度が一致するのは希土類の化学的性質がほぼ同じであるからと考えられる。希土類濃度23%までは単結晶成長するが、より高濃度では多結晶となる。

3%以上では希土類の窒化物が検出されたことから、濃度消光の原因は希土類元素の偏析が一つの原因となっていることがわかった。EXAFS解析の結果から、Eu,Tb,Erともに再近接原子はNで、4配位している構造と同定された。フォトルミネセンス測定、励起スペクトル測定により光学的性質を調べた。Eu,Tb,Er,それぞれ3価イオンに対応する発光ピークが測定された。発光の半値幅は10meV程度(77K)であり、温度変化によりピーク位置のシフト、強度変化は、GaNのバンド間遷移に比べ、1桁2桁変化が小さく、温度変化に対して安定な発光であることがわかった。励起スペクトルよりEu,Tb,Erともに母体励起であることがわかった。このことは、希土類添加GaNを活性層に用いてキャリアの注入により発光させることが可能であることを示しており、温度変化に対して極めて安定な発光デバイスの作製の可能性を示すことができた。発光強度は同程度の添加量でEu,Er,Tbの順番で弱くなり、これらは希土類に配位する窒素の配置構造の違いに起因していると考えている。GaNはバンドギャップエネルギーが約3.6eVと大きく、赤色や赤外発光の場合励起のエネルギー損失が大きい。そこで、母体材料としてZnO,Cu2Oなどの検討も開始した。Eu添加GaNはフォトルミネセンス、カソードルミネセンスともに強い発光を示すが、活性層に用いた注入型では発光しにくい。この原因を明らかにするため、発光のプロセスを調べた。発光ピークは3本からなっておりこれらの励起スペクトルでは、2本はGaNのバンドギャップより小さい400nm付近からピークをもつ。1本はGaNのバンドギャップ近傍にピークをもつ。これらのことから、前者の2本のピークは電荷移動励起、後者の1本のピークは母体励起により発光するプロセスが考えられる。電荷移動励起の場合、価電子帯を構成する窒素由来の電子がEuの励起状態に励起される過程であるから、注入型による電子とホールの形成では電荷移動励起は起きない。すなわち、注入型デバイスにおいては、電荷移動励起によるピークは発光に寄与しない。デバイス作製には、電荷移動励起のピーク強度を下げ、母体励起のピーク強度を上げることが必要である。これらの制御が可能であるか検討するため、発光ピークのEu濃度依存性、結晶成長時におけるV/III比依存性を調べた。母体励起で発光するピークは濃度が1%以下で強くなることが明らかになった。Eu発光強度は濃度、23%で最大を示すため、従来これらの濃度がデバイス作製に用いられてきたが、過剰であることがわかった。また、V/III比が小さいほうが母体励起の発光ピークが増大することが見出され、母体励起と電荷移動の割合の制御が可能であることが明らかとなった。Erにおいても同様に光プロセスを明らかにし来年度はデバイス作製に移行する。GaN中のErは母体励起で発光強度が弱いため、発光強度が高いGaN中のEuの原子配列構造の特徴などをGaN中のErと比較検討することによりErの発光強度を上げる試みを行い、デバイス化への指針を得た。Eu:GaNは濃度およそ2%でEu発光強度が最大となる。この時、EuはTd対称より対称性の低いC_<3v>対称をとっていることをRBS,EXAFS等により明らかにした。
ＳＯＩ技術を用いたピクセル崩壊点検出器の世界初の実用化に向けた研究

PIXORと呼ばれる新たな読み出し機構を搭載したSOIピクセル検出器を世界で初めて製作しその性能を評価した。PIXORとは位置分解能を向上させつつ読み出しチャンネルを減らす画期的な読み出し機構である。最初に製作したPIXOR1チップを用いてX方向とY方向に同程度の電荷が収集されていることを発見し、PIXOR読み出しの核を実証した。また、PIXOR2のデジタル読み出し回路の性能評価を行い、Belle II実験に使用する際に十分な機能と読み出し速度を持っていることを確認した。Belle II実験での実用化が可能な否かを実証するためにPIXOR1とPIXOR2を元にしたPIXOR3を開発した。平成24年度に発覚したPIXOR1チップにおける検出効率の閾値依存性の問題についてさらなる検証を行い、ディスクリミネータにおける干渉が一つの原因となっていることを突き止めた。いくつかの対症療法を行い状況は改善されたが、それでも干渉が起こるため、チップのレイアウトの時点で干渉を減らすような配置・配線をPIXOR3では採用した。また、Double SOI構造のPIXOR1の性能評価を行った。Double SOI構造のPIXOR1ではbackgate effectが抑制されることを確認し、Circuit-on-Sensor構造で世界で初めてシグナルを検出し、しかも同量の電荷がX方向とY方向に分割されることを確認した。これは大きな進展である。しかし、すべての場合において問題を解決したわけでは無くチップ依存性があるため、現在その原因を探っているところである。OR数を16にし、すべての機能をCircuit-on-Sensorにし(それに付随しピクセルサイズを大きくし)、デジタル回路を強化した、実機に近いPIXOR2チップの性能評価を行った。アナログ回路に関しては寄生容量の増加に伴いゲインが約6分の1になっていることを確認した。これはSPICE simulationで再現出来たため設計通りである。PIXOR3ではゲインを改善するように設計を改善した。またデジタル回路ではスーパーピクセル上にヒットのあったチャンネルのアドレスのみをFIFOに格納し高速転送する機能を搭載した。デジタル回路の機能をテストパルスを用いて検証し、予定通りの動作をすることを確認した。上記の問題を解決すべくPIXOR3を開発し、25年度の終わりに納入された。今後はPIXOR3を用いビームテストに向けて研究を行う。また、上記の研究は現在論文にまとめている最中である。前年度に開発を行ったPIXOR1チップが納入された。PIXOR1チップはPIXOR読み出し機構をテストする為に、機能を分割した回路(TEG:Test Element Group)からなる。センサーから読み出すアナログ回路のみのTEG、デジタル回路のみのTEGなどである。センサーの読み出しにはダイオードが使われるが、複数の読み出し方式のダイオードを用い、最適な方式を選ぶことが可能となっている。まず、デジタル回路のみの試験を行った。デジタル回路はアナログ回路から送られてきた信号をクロックと同期させ、遅延したトリガー信号と同期した場合にデータを取得する事を主な目的とする。テストパルスによる疑似信号を用い、信号がトリガーと同期した場合にのみ出力され、正常に動作をすることを確認した。次にアナログ回路のみの試験を行った。PIXOR読み出し方式ではX方向の読み出しとY方向の読み出しに同量の電荷が収集される事が重要である。109CdからのX線を複数の読み出し方式のダイオードを用いたTEGに照射し、アナログ回路から増幅、整形した信号を読み出した。その結果PS2方式と呼ばれる方式によってほぼ同量の電荷が収集され、ノイズも十分に小さい事を確認した。基本的な動作確認が出来た為、クラスターサイズの測定の為に信号を入力せず閾値を上げていき検出効率測定(Sカーブ測定)をしていたところ、一度下がった検出効率が再度上がるという予期しない振る舞いが起こった。PIXOR1チップの共同開発を行ったA-R-Tech社と議論し新たな解決策を試している最中である。また、バックゲート効果を押さえる為にPIXOR1を二重シリコン構造にした新チップと、すべての機能をセンサー上におけるようにピクセルサイズを最適化したPIXOR2を開発した。平成24年度の研究計画については1ストリップ読みだしの概念及び設計が正しいかを検証することと2センサーからの信号を読み出す際に問題が起こるかを検証する事である。109CdによるX線の試験から、PS2方式のダイオード読みだしにより1と2はほぼ検証済みである。唯一クロストークについては閾値回路の問題がある為、定量的な評価はまだ行っていないが、アナログ信号を見る限り検出効率を大幅に変えるほど大きくない為、設計を大幅に変更することは無いと思われる。まずはPIXOR1の閾値回路の検証を第一に行い、現在のチップが正常な動作をするか確認する。仮に正常な動作をしなければA-R-Tech社と対策を考え、PIXOR3にフィードバックをする。

正常な動作をするのであれば、クラスターサイズの測定を90Srによって行い、シグナルの広がりが十分小さいか、崩壊点検出器として使えるか否かを検証する。その検証が終わり次第、ビームテストによる検出効率と位置分解能の測定を行う。PIXOR1は読み出し機構の検証の為のチップである為、すべての機能をセンサー上に置いたPIXOR2でビームテストを行う。ビームテストに関してはCERNのSpSもJ-PARCもシャットダウン中である為、Fermilabのビームラインが使えないか、議論中である。また、高速化の機能に関してはPIXOR2には載せていない為、同時にPIXOR3の開発し動作検証を行う。次年度使用額444,686円となっているが、すでに平成24年度3月に物品費として予算を使用しており、平成25年4月に予算執行される予定である。購入したものは、SOI検出器の可視光での応答を簡易に見る為のレーザーポインター、オシロスコープでの測定をしやすくする為のアダプター、成果を発表するのに必要なソフトウェアといずれも必要なものである。
糸球体腎炎の発症・進展過程におけるチロシンホスファターゼの病態生理学的意義

チロシンホスファターゼ(PTP)の腎臓における役割を明らかにしていくことを目的として研究を進めた。まず腎臓よりPTPのcDANクローニングを行い2種類のPTPcDNAを得た。そのうち膜貫通型PTPであるLRPに関してはその腎における機能を探るための最初のアプローチとしてそのラット腎臓における発現分布をreverse transcription polymerase chain reaction(RT-PCR)法,ノーザンブロット法,免疫組織化学法により検討した。その結果,ノーザンブロット法ではLRPのmRNAは髄質内層>髄質外層>皮膚の順に豊富であった。各ネロフロンセグメントを単離しRT-PCRによりLRPmRNAを半定量的に解析したところIMCD>PCT=OMCD>CCD>MTAL=G1mの順でLRP mDNAの発現が認められた。さらにこのLRP遺伝子発現は,我々が作成した抗LRPポリクローナル抗体を用いた免疫組織化学的検討により裏付けられた。LRPの発現が腎髄質内層部の集合尿細管に豊富であるとの結果はLRPのこの部位における機能一例えば尿濃縮機構と関わる可能性を示すもので興味深い。以上の成果はAm.J.Physiol.誌に掲載予定である。またもう1種のPTPは膜貫通領域を欠く細胞質型のPTPであり,これまでに報告されていない新種の分子であることが明らかとなりこれをRKPTPと命名した。RKPTPはin vitroでPTPase活性を有しており,またそのラットにおける臓器別遺伝子発現をノーザンブロット法により検討したこところ腎臓>肺>脾臓>脳>肝臓の順であった。またラットgenomic DNAを用いたサザンブロットによりRKPTPをコードする遺伝子は単一コピーであることが明らかとなった。このRKPTPのcDNAクローニングに関する成果はFEBS Letters誌に発表した。現在、RKPTPにSH3(src homolgy 3)の結合部位と考えられるプロリンに富む領域のあることから同領域とSH3配列を有する情報伝達分子との相互作用を検討している。(1)LRP C末端側の合成ペプチドを家兎に免疫し、高力価のポリクローナル抗体を得た.(2)ラット腎を皮質,髄質外層,髄質内層に3分割し,RNAを調製しノザン法によりLRPの遺伝子発現を検討したところ,いずれの分画においてもmRNAは検出されたが,とくに髄質内層においてLRP mRNAの豊富なことが明らかとなった.また,ラット腎よりmicrodissectionにより糸球体,近位尿細管,太いヘレンの上行脚,皮質集合管,髄質外層集合管,髄質内層集合管を単離し,reversetranscription-polymerase chain reaction(RT-PCR)法により各尿細管セグメントにおけるLRPmRNAの発現を検討し,LRPmRNA発現が特に髄質部集合管に豊富であることを見いだした.(3)メサンギウム細胞におけるLRPの遺伝子発現はangiotensinII,endothelin-1,arginine vasopressin等の血管作動性ペプチドで誘導されることを見いだした.(4)LRPのアンチセンスRNAを強制発現させた細胞株を樹立し(LRP-AS)解析を行なったところ,LRP-ASにおいてはLRP蛋白発現が低下していた.またLRP-ASは対照細胞と比較して,偏平な形態を呈しており,増殖速度も対照に比し著明に低下していた.(5)LRP遺伝子上流調節領域の解析を行なうため,LRP遺伝子5'上流調節領域を単離し塩基配列を決定した.(6)新種チロシンホスファターゼのcDNAクローニングを行い,全長cDNAクローニングを得た.

(7)得られた新種チロシンホスファターゼcDNAを大腸菌発現ベクターに組み込み,組み換え蛋白を発現させin vitroにおけるチロシンホスファチーゼ測定を行い,このcDNAが実際にチロシンホスファターゼをコードすることを明らかにした.(2)新種チロシンホスファターゼの解析.昨年度全長cDNAクローニングを行なった新種PTPase(RKPTPと命名)のラットにおける臓器別遺伝子発現をノーザンブロット法により検討したところ腎臓>肺>脾臓>脳>肝臓の順であった.またラットgenomic DNAを用いたサザンブロットによりRKPTPをコードする遺伝子は単一コピーであることが明らかとなった.このRKPTPのcDNAクローニングに関する成果はFEBS Letters誌に発表した.現在.RKPTPにSH3(src homology 3)の結合部位と考えられるプロリンに富む領域のあることから同領域とSH3配列を有する情報伝達分子との相互作用を検討している.