hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
生活環境におけるユビキタスサービス連携のためのポリシー自動調整と分散協同作成支援

本研究の目的は,生活環境に存在する多様な機器,家具,設備などに,いわゆる知的エージェントを埋め込み,それらが連携協力して,生活者が複数同時に持っている複数の潜在的な目標の達成を支援することである.そのため,サービスポリシー記述言語とその共同執筆環境,ポリシーのトリガーとなるイベントをセンサーによって取得する利用者の状況把握と行動予測,そして,競合するポリシーを自動調整して遂行する実行系の構築を行った.本研究の目的は,生活環境に存在する多様な機器,家具,設備などに,いわゆる知的エージェントを埋め込み,それらが連携協力して,生活者が複数同時に持っている複数の潜在的な目標の達成を支援することである.そのため,サービスポリシー記述言語とその共同執筆環境,ポリシーのトリガーとなるイベントをセンサーによって取得する利用者の状況把握と行動予測,そして,競合するポリシーを自動調整して遂行する実行系の構築を行った.PCや携帯電話といった情報機器を含む,生活環境に存在する多様な機器,家具,設備などをまとめて,「生活環境デバイス」と名付ける.本研究では,「生活環境デバイス」に,いわゆる知的エージェントを埋め込み,それらが連携協力して,生活者が複数同時に持っている多くの目標を,あまり表立たずに(陰ながら)支援することを目的とする.その支援対象が利用者の持つ主たるタスク遂行に限定せず,付随的な目標も含んでいるところが,環境的なサービスの特徴的な点である.もちろん,この支援によって,却って利用者の生活力を奪うようなことがあってはならず,対象となる生活者が置かれている状況において,その生活者にとって,いかなるサービスが適切かを推論し,それに基づいて機器・設備間での連携計画を立案しなければならない.特に,いろいろな意味での安全性(情報セキュリティといった情報的な安全性と,怪我や事故を引き起こさないといった,物理的な安全性)の確保が重要である.それらは,利用者にとって暗黙的であるが必須の目標といえる.本年度は,まず,ポリシー記述言語のプロトタイプをXACMLの拡張の形で実装した.電子カルテ対象としたアクセス制御を題材に,新たに提案した義務記述によって,カード状のパッシブRFIDタグを使ったIDカード認証の強制ポリシーを実際に取り扱えるデモを作成した.これにより記述力を評価中である.また,RFID(とWebカメラ併用による)位置情報管理に基づいた利用者状況推定を一部試みることができた.ポリシー記述のための分散執筆環境は,Wikiベースにテキストレベルのポリシー記述実験を行った.実現可能性評価のために研究計画に含まれているエージェントベースドシミュレーションによるサービス満足度評価に関しては,環境整備ツールの一部を構築した.本研究では,生活環境に存在する多な機器,家具,設備などに,いわゆる知的エージェントを埋め込み,それらが連携協力して,生活者が複数同時に持っている複数の潜在的な目標の達成を支援することを目的とする.平成21年度は以下の4つのサブテーマに取り組んだ.(1)ユビキタス・サービス向けサービスポリシー記述言語の設計,(2)サービスならびに利用者やデバイス状況を記述するオントロジーの構築と状況取得,(3)ポリシー自動調整機能の実現,(4)ポリシー協同執筆支援サーバの構築,である.(1)のサービスポリシー記述言語は,文書情報の各項目に対して役割に基づくアクセス制御ポリシーを規定するためのXACML規格をベースにユビキタス・サービスに拡張することで規定することを試みた.前年度にXACMLにおける義務記述の表記法を規定し電子カルテのためのアクセス制御のデモを作成したが,さらにそのデモに認証強度に関する調整機能を追加して洗練化し,加えてユビキタス・サービスへ展開すべく例題の構築と分析を行った.(2)は,RFIDタグを使った認証に基づき,利用者とその環境の状況を推定し,それらに適応して機能を替える情報家電機器向けリモコンの構築作業を通して実施した.(3)については,文脈を考慮したNet-within-Net意味論に基づくオブジェクト指向ペトリネットで,ポリシー保守のトリガーとなるイベントと保守手続きを記述することで実行タイミングの調整を図る方式を提案し,エディタやシミュレータを含む一部のツールを構築した.モデル検査技法によって,事前にポリシー間め競合を分析することも試みた.これらにより,ユビキタス・サービスのための競合し合う複数のポリシーに基づいた制御の基礎を作ることができた.(4)については,文字情報だけでなくペトリネットのようなグラフ構造のための共同執筆環境の構築に着手した.前年度に引き続き以下のサブテーマに取り組んだ:(1)ユビキタス・サービス向けサービスポリシー記述言語の設計,(2)状況取得手法の実現,(3)ポリシー自動調整機能の実現,(4)ポリシー協同執筆支援サーバ構築である.(1)では,アクセス対象により強度の異なる認証手段を切り替えるように,XACMLに基づく電子カルテ向けアクセス制御デモの高度化を試みた.さらにポリシー記述に慣れない利用者が容易に的確に記述できる「例に基づくインタフェース」を提案し,対象ポリシーの限定の下,実装によって効果を確認した.(2)では,RFIDタグによる部屋単位の人の位置把握に加え,Webカメラによる室内の人物頭部の位置把握(追跡)を試みた.複数カメラを利用しても死角が発生しうる隠蔽(occlusion)問題に対し,魚眼レンズを備えた全周カメラを併用しparticle filter手法の下で情報統合する手法を提案し実験した.その結果,単一人物の直立移動に限るが,隠蔽領域の縮小に貢献できることを確認できた.

この位置把握サブシステムは分散システムとして設計したが,実験用PCの資源制約のため他の状況取得手法とのマルチエージェントシステムとしての統合は見送った.(3)では,昨年度より進めているオブジェクト指向ペトリネット(0PeN)による文脈を考慮したポリシー表現を洗練化した.(4)では,Javaでのサーバ実装とActionScriptでのクライアント実装の組合せで,0PeNの共同執筆環境を実装した.クライアントはFlash Playerの使えるAndroid携帯端末上でも利用可能である.本研究計画では,サブテーマである要素技術を一部制約付きとはいえ実現できた.その統合実験は当初より,別途,進行中のユビキタス・サービス環境開発と歩調を合わせる計画であり今後の課題と位置付ける.
カテーテルに関連する血流感染を低減するための感染管理対策

本研究は、中心静脈栄養(TPN)を受けている患者のカテーテル由来の血流感染(CR-BSI)を低減するために、CR-BSIの感染経路の解明と新たな輸液管理の方法を検討した。CR-BSIの主要な感染経路として、カテーテル刺入部からの菌の侵入、輸液調製時の汚染、輸液ラインハブの汚染について調査した。CVC刺入部皮膚の細菌陽性率は20%であり、このうち9検体(60%)からS.epidermidisがが分離された。CVC先端と他の検体から同一の菌種の分離例には、CVC先端からの菌株と刺入部から分離された菌株のRFLP型が同一であった例が認められ、S.epidermidisはCR-BSIに関与する主要な菌と推測された。次に、中心静脈輸液を行った患者の輸液バッグ内の残液と、輸液ライン内の残液の汚染を検討した。病棟の通常の環境下で調製された輸液バッグからの分離率は5.9%であったが、薬剤部の無菌条件下で調製された輸液からは菌が分離されなかった。一方、輸液ラインでは、閉鎖型のライン内残液からは菌が分離されなかったが、開放型ラインでは菌が分離された(16.6%)。医療従事者の手指に付着した菌による汚染の可能性が示唆されたので、輸液バッグや輸液ラインの菌と医療従事者の手指由来の菌との関係、医療従事者の衛生行動について検討した。作業環境の消毒やケア後の手指消毒の実施率が低く、医療従事者の手指を介して、ラインハブの汚染や菌の伝播が示唆された。ライン交換時の操作やサイトケアなどの管理方法を検討する必要があると考えられたので、現状の感染対策を再検討した。観察調査法により改訂したTPN管理方法を評価した結果、手洗いや手袋の使用などの実施率が上がり、消毒方法が改善されたことが明らかとなった。本年度は、以下の2点について研究を進めた。1.薬剤部による無菌調製と病棟での調製における無菌性の検討:平成13年7月から8月までの期間に、外科系の2病棟において中心静脈輸液を行っていた患者12名について、輸液25バッグ内の残液と、輸液ライン22本、39ヶ所のライン内残液それぞれ25検体、39検体から菌を分離し同定を行った。その結果、輸液バッグ18検体のうち1検体からS.lugdunensisが分離され、輸液ライン34検体のうち3検体からBacillus cereus、S.Lugdunensis、S.auricularisなどが分離された。細菌が分離された輸液バッグは病棟において調製されたものであったが、輸液ラインでは、調製場所にかかわらず菌が分離され、輸液調製時や輸液管理中の汚染の可能性を示唆するものと考えられた。2.高カロリー輸液などの輸液調製者の衛生行動に関する実態調査:前述の外科系の2病棟において、中心静脈輸液を調製して患者に接続するまでの間の21回の輸液調製者の行動を観察した。同時に拭き取り法によって調製前の手洗い後の手指から菌を採取した。その結果、輸液調整前には全員が手洗いを実施していたが、調整後から患者へ接続するまでの実施者の手洗い行動率は10%であった。また、効果的な薬液使用時間を満たした手洗い実施率は、66.7%であった。

手洗い時間が短い場合には、手指から分離された細菌数が多い傾向が認められた。一方、観察中に認められた汚染の可能性のある実施者の行動は、輸液調製中に比べ、調整後から接続までの間の行為に多くみられた。これらの結果は、輸液調整時に限らず、日常の衛生行動の傾向を示すものであり、感染対策のための院内教育に有効な資料となると考えられた。本年度は、平成13年度の研究成果をもとに平成14年度の研究結果をまとめた。1.薬剤部による無菌調製と病棟での調製における細菌学的検討:平成13年7月から8月と平成14年2月から3月までの期間に、外科系2病棟と内科系1病棟において中心静脈輸液を行った患者から、輸液バッグ(シリンジを含む)内の残液と、輸液ライン内の残液から菌を分離し同定を行った。その結果、輸液バッグでは60検体中3検体.輸液ラインからは54本131検体中5検体から綱菌が分離された。輸液バッグではlugdunensis、P. cepaciaが分離され、輸液ラインからはBacillus cereus、S. lugdunensis、S. auricularis, S. epidermidisなどが分離された。細菌が分離された輸液バッグはすべて病棟において調製されたものであり、輸液ラインではラインハブからの操作が行われた場所から菌が分離され、輸液調製時や輸液管理中の汚染の可能性を示唆するものと考えられた。2.高カロリー輸液などの輸液調製者の衛生行動に関する実態調査:前述の3病棟において、中心静脈輸液を調製して患者に接続するまでの間の輸液調製者の行動を観察した。同時に拭き取り法によって行為前後に手指から菌を採取した。薬剤調製前の手洗い実施率は96%であり、そのうちの76%の医療従事者はCDCのガイドラインに準拠した方法で行っており、手洗い後には菌はほとんど分離されなかった。行動調査では、輸液調製時やライン作成時に比べてライン交換時に作業者の手指の汚染リスクが高く、作業後の手指から多数の菌が分離された作業者(4例)が認められた。また、ライン接続部が患者の身体皮膚に密着していない場合に汚染リスクが低い傾向が認められた。以上からライン交換の時の操作方法及びライン管理を再検討する必要があると考えられた。
LD係数を利用した連鎖地図作成法の開発と高次倍数性種への応用

連鎖解析はイチゴ品種「麗紅」の自殖第1世代(S1)とサツマイモ「徐薯18号」のS1集団および「徐薯18号」と「K123-11」の交雑によるF1集団などを用いて行った。従来法による連鎖地図作成ではイチゴ、サツマイモのS1集団では連鎖地図が作成できたが、サツマイモのF1集団では連鎖群の生成が困難だった。一方、解析法の開発ではマーカー間の連鎖不平衡の程度に基づいた連鎖地図作成用のソフトウェアの開発を進め、カイ二乗値に基づく全マーカー間の連鎖不平衡を評価する指標を算出し、その結果に基づいてマーカー間の遺伝学的な位置関係の階層構造を再構築するプログラムを作成した。1解析集団の作成とDNA抽出:サツマイモS1集団の採種を実施した。「徐薯18号」を増殖し、自殖系統個体を234個体作出してDNAを抽出した。また、H29年度に予定している「徐薯18号」を片親としたF1集団作成に向け、サツマイモ遺伝資源の中から「徐薯18号」と和合性を示す系統の選定を行い、「徐薯18号」と「ジェイレッド」「ハイスターチ」「クイックスイート」「K123-11」との交配を計画を先行して開始した。2遺伝子型解析と従来法による連鎖地図作成:トマトF2集団94個体(大規模データ)およびイチゴS1集団188個体(異質高次倍数性)の遺伝子型解析と従来法による連鎖地図の作成を実施した。トマトのF2集団の遺伝子型解析ではRAD-seq解析により両親間で得られた155,952候補遺伝子から1,257SNPsによる連鎖地図を作成した。また、イチゴではAxiomSNPアレイ8,524SNPsによる連鎖地図を作成した。さらにRAD-seqによるサツマイモ「徐薯18号」自殖集団の解析を開始した。3解析法の開発:マーカ間の連鎖不平衡の程度に基づいた連鎖地図作成用のソフトウェア(階層的クラスタリング)の開発に着手し、実際のデータ処理に適用して改善を行った。集団作成については計画どおり「徐薯18号」の自殖個体を得るとともに、計画に前倒ししてF1集団の交配を開始した。連鎖地図作成については予定どおりトマトとイチゴのSNP連鎖地図を作成するとともに「徐薯18号」自殖集団のRAD-seqデータ取得にも着手した。解析法の開発についても順調に進んでいる。(1)解析集団の作成とDNA抽出:サツマイモ品種「徐薯18号」を花粉親、サツマイモの近縁野生種であるI. trifidaの6倍体系統「K123-11」を種子親とした交雑によって得られた種子110粒を播種し、発芽・生育した101個体からなるF1集団を得るとともに、これらの個体の未展開葉からDNAを抽出した。また、正逆交雑となる「K123-11」を花粉親、「徐薯18号」を柱頭親とした交配に着手した。(2)遺伝子型解析と従来法による連鎖地図作成:イチゴではAxiomSNPアレイとSSRマーカーを用いて31連鎖群による連鎖地図を作成した。連鎖群上に位置付けられた座の数は11,574で全長は2816.5cMだった。また、RAD-seqによるサツマイモ「徐薯18号」自殖集団を用いて28,087座による連鎖地図を作成した。連鎖群の数は96で全長は33020cMだった。また、「K123-11×徐薯18号」のRAD-Seq法による解析を開始した。(3)解析法の開発:マーカー間の連鎖不平衡の程度に基づいた連鎖地図(連鎖不平衡ブロックの階層構造)作成用のソフトウェアの開発を進めた。複数種類(≧2)の遺伝子型をもつマーカーを対象にできるように整備を行っている。検体群内での遺伝子型パタンに基づいて、同一の染色体上にある(シス配置)マーカー群、および、染色体を跨がった位置にある(トランス配置)マーカー群の間の遺伝学的な関係の抽出を行う。客観的な指標に基づいた自動処理に加えて手作業による編集機能の開発を進めている。集団作成については「徐薯18号」と和合性を示すサツマイモ野生種I. trifidaの6倍体系統「K123-11」を種子親とした「K123-11×徐薯18号」自殖個体を得るとともに、正逆交雑である「徐薯18号×K123-11」の交配に着手した。連鎖地図作成については予定どおり前年度作成したサツマイモのS1集団の連鎖地図作成を完了し、F1地図の作成を着手している。(1)解析集団の作成とDNA抽出:サツマイモ品種「徐薯18号」を柱頭親、野生種「K123-11」を花粉親とした交配を実施し、110個体の種子を得た。そのうち2個体が不発芽だったため、合計108個体の集団を得た。(2)遺伝子型解析と従来法による連鎖地図作成:「K123-11」と「徐薯18号」のF1集団について、RAD-Seq解析を実施し二倍体野生種(Ipomoea trifida)のゲノム配列を参照配列として合計156,991のSNPsを得た。

フィルタリングを実施し、全検体合計でReference:Altanativeリード比が1:5もしくは5:1に分離するSNPsのみを用いて従来法で連鎖地図作成を試みた。また、2倍体野生種ゲノム配列上でSNPs位置を特定したところ15染色体上に合計21,108のSNPsを座上することができた。得られたSNPsのうち17,713 SNPsを用いて共同研究を実施している岡山大学で塊根の皮色に関するGWAS解析を実施したところ、着色に関わるゲノム領域を推定できた。(3)解析法の開発:マーカー間の連鎖不平衡の程度に基づいた連鎖地図(連鎖不平衡ブロックの階層構造)作成用のソフトウェアの開発を進め、カイ二乗値に基づく全マーカー間の連鎖不平衡を評価する指標を算出し、その結果に基づいてマーカー間の遺伝学的な位置関係(LDブロック)の階層構造を再構築するプログラムを作成した。作成したプログラムにより、複数のクラスタリング手法でイチゴのSSRマーカー遺伝子型を用いて連鎖群の同定を試みた。マーカーが座上するサブゲノムの区別にはWard法によるクラスタリングが最も適していると考えられたが、Minor allele frequencyの処理にさらなる検討が必要だと考えられた。連鎖解析はイチゴ品種「麗紅」の自殖第1世代(S1)とサツマイモ「徐薯18号」のS1集団および「徐薯18号」と「K123-11」の交雑によるF1集団などを用いて行った。従来法による連鎖地図作成ではイチゴ、サツマイモのS1集団では連鎖地図が作成できたが、サツマイモのF1集団では連鎖群の生成が困難だった。一方、解析法の開発ではマーカー間の連鎖不平衡の程度に基づいた連鎖地図作成用のソフトウェアの開発を進め、カイ二乗値に基づく全マーカー間の連鎖不平衡を評価する指標を算出し、その結果に基づいてマーカー間の遺伝学的な位置関係の階層構造を再構築するプログラムを作成した。研究は計画に沿って進んでおり、次年意向も度も当初の計画に従って研究を行う。すなわち、1解析集団の作成とDNA抽出では前年度選定した「徐薯18号」の交配親を用いて生逆交雑をさらにすすめ、個体の育成を図る。2遺伝子型解析と従来法による連鎖地図作成では、SSRおよびRAD-seq配列を用いてサツマイモの連鎖地図作成を進める。3解析法の開発:では1と2の結果出揃ってきた実データを用いてプログラム開発を進める。研究は計画に沿って進んでおり、次年以降当初の計画に従って研究を行う。すなわち、(1)解析集団の作成とDNA抽出では前年度作出した「K123-11×徐薯18号」の正逆交配集団である「徐薯18号×K123-11」の作出とDNA抽出を行う。(2)遺伝子型解析と従来法による連鎖地図作成では、RAD-seq配列を用いてサツマイモのF1集団の連鎖地図作成を進める。(3)解析法の開発では(1)と(2)の結果出揃ってきた実データを用いてプログラム開発を進める。29年度が最終年度であるため、記入しない。植物分子遺伝学29年度が最終年度であるため、記入しない。
化学合成生物の細胞内共生菌の分離培養

今まで困難であった細胞内外共生菌の分離方法を確立した。それにより、ハオリムシ(深海生物)の細胞内外の共生微生物の分離・培養を行った。細胞内共生菌を生きたまま効率よく分離するのに微弱電流を用いた。分離した菌がハオリムシの細胞内共生菌である確認は16SrRNA遺伝子で行った。また、細胞外共生菌として分離した株の多くは新種であった。これらの内Ruegeria属、Sulfitobacter属、Planktotalea属の新種について同定を行った。本研究で用いた微弱電流による吸着分離法が今後の難培養微生物を培養するための一つの手段になると考えられた。本研究の目的は、今まで分離・培養できなかったハオリムシ(深海生物)の細胞内共生微生物を分離・培養する事である。その分離・培養手法を用いて難培養微生物の単離する事である。初年度は採取したサガミハオリムシから細胞内共生菌を単離するために幾つかの条件検討を行った。その結果、細胞内から共生菌を単離する事に成功した。方法の概略は殻から取り出したハオリムシ栄養体を一定時間のエタノール処理、薬剤処理を行う事により生体表面に付着した菌の除去に成功し、細胞内共生菌の一部を死滅させない条件を見いだした。表面処理を行ったハオリムシ栄養体を無菌的に開き細胞を取り出し細胞内の共生菌を破壊しない程度に軽く物理的破砕を行い、バッファに懸濁した。この懸濁液から微弱電流を用いた細菌分離法(小山らの方法)を使用し共生菌を生きたまま電極に吸着回収する事に成功した。分離細菌に関しては16SrRNA遺伝子解析により共生菌であることを確認した。この分離株について各種培地、培養条件にて至適培養条件の検討を行った。その結果2種類の培地・培養条件で、初期培養に成功し菌の増殖が確認された。しかし、培養条件は非常に繊細で僅かな違いでも増殖させることが出来なくなった。現在、継代培養が安定して行える条件を検討している。今後、新鮮なハオリムシが入手困難になる可能性がある。その場合、冷凍保存してあるサンプルを使用する。しかし、単離できる共生菌の量が減る可能性があり今後の進行に影響が出る可能性がある。また、その分離・培養手法を用いて難培養微生物を単離する事である。ハオリムシの共生菌を細胞内から単離する方法は微弱電流を用いた方法が有効である事が分かった。また、純粋分離のためには前処理として抗生物質と70%アルコールでハオリムシ表面に付着した菌を殺菌する事が重要である事が分かった。これらの方法により共生菌の純粋分離に成功している。本年度もサガミハオリムシから純粋分離した細胞内共生菌を各種培地、培養条件にて至適培養条件の検討を行った。培養沈殿物から抽出したDNAの16S rRNA解析は分離時に確認した共生菌の16S rRNAと同一であることが確認できた。その結果、血清を添加した2種類の培地・培養条件である程度の培養に成功した。しかし、菌体量は初期植菌量よりは明らかに増殖しているが、肉眼的に菌の増殖と思われた沈殿物の大部分は血清の沈殿で有ることが分かり、菌体量は当初予想の1/100以下と予想された。また、培養条件は非常に繊細でpH、炭酸ガス濃度、硫化水素濃度が僅かな違いでも極めて増殖が悪くなった。現在、増殖の促進・菌体量の増大・継代培養が安定して行える条件を検討している。現在、新鮮なハオリムシが入手困難な状況にあり、冷凍保存してあるサンプルを使用している。ハオリムシの冷凍保存サンプルは新鮮な生育個体に比べ生存共生菌量が大幅に少ない。そのため、単離できる生きた共生菌の量が減っている。条件設定に使用できる量が限られるため今後の進行に影響が出ている。また、純粋分離のためには前処理として抗生物質と70%アルコールでハオリムシ表面に付着した菌を殺菌する事が重要である事も分かっていた。それにより分離した菌から抽出したDNAの16S rRNA解析は分離時に確認した共生菌の16S rRNAと同一であることが確認できた。本年度は昨年度からの続きとして培養条件の検討を行った。しかし、分離時点では生存試験により生きていることが確認できていた菌の多くは増殖能が低下していた。前処理によりハオリムシ細胞内の菌も表面に近い菌の殺菌以外にもかなり影響を与えている事が予想された。前処理の時間と抗生物質濃度がその後の菌の増殖に大きく影響していることが分かり、これらの方法を見直した。サガミハオリムシから純粋分離した細胞内共生菌を各種培地、培養条件にて至適培養条件の検討を行った。その結果、高濃度血清添加培地で炭酸ガス濃度、硫化水素濃度、酸素濃度が培養条件に重要であることが分かった。また、前処理法を変えた為に細胞外の共生菌が幾つか分離できた。

これらは分離した菌から抽出したDNAの16S rRNA解析により2新属新種、1新種と推定された。現在、新鮮なハオリムシが入手困難な状況にあり、冷凍保存してあるサンプルを使用している。ハオリムシの冷凍保存サンプルは新鮮な生育個体に比べ生存共生菌量が大幅に少ない。そのため、単離できる生きた共生菌の量が減っている。条件設定に使用できる量が限られるため今後の進行に影響が出ている。また、細胞外共生菌の培養は成功しているので同定作業を行う。本年度の研究計画はハオリムシの細胞内から単離した共生菌の安定した培養条件を検討する事であった。現在、ハオリムシ細胞内共生菌を生きたまま、それ以外の菌を除菌する事は成功している。しかし共生菌以外の除去条件が厳しいとその後の共生菌の増殖に大きく影響する事が分かった。このため分離株の安定した培養条件はさらに検討が必要である。ある程度の必要条件は得られてきているが、まだ更なる検討が必要である。また、新鮮なハオリムシが手に入らないため培養条件の検討には制限が掛かっている。以上により計画はやや遅れて進行している。また、細胞外の共生菌については培養に成功しており新属として同定試験を行っている。本研究の目的は、今まで分離・培養できなかったハオリムシ(深海生物)の細胞内共生微生物を分離・培養する事である。また、その分離・培養手法を用いて難培養微生物を単離する事である。本年度は共生菌を生きたまま純粋分離する方法を確立した。ハオリムシの共生菌を細胞内から単離するには生体を殻から出し、前処理として抗生物質と70%アルコールでハオリムシ生体表面に付着した菌を殺菌する事が重要であった。効率よく分離する事と前処理からのダメージを考え生体のルート部分の共生菌が最も多く存在する部位のみを使用した。生体から細胞を絞り出し、細胞破砕を行う際に乳鉢を使用し出来るだけ多くの細胞を潰すようにして細胞内容物をバッファーに懸濁した。懸濁液を培養に用いるよりも懸濁液から共生菌を分離するためには微弱電流パルスを用い電極に吸着させる方法が最も有効であった。それにより分離した菌から抽出したDNAの16S rRNA遺伝子解析は分離時に確認した共生菌の16S rRNA遺伝子と同一であることが確認できた。前処理の時間と抗生物質濃度がその後の菌の増殖に大きく影響し、分離時点では生存試験により生きていることが確認できた菌の多くの増殖能が低下する問題はやや改善していた。新鮮なハオリムシが入手困難なため、冷凍保存してあるサンプルを使用した。冷凍保存サンプルは採取直後新鮮な生育個体に比べ生存共生菌量が大幅に少なく、単離できる生きた共生菌の量は少なかった。サガミハオリムシから純粋分離した細胞内共生菌を各種培地、培養条件にて至適培養条件の検討を行った。その結果、高濃度血清添加培地で炭酸ガス濃度、硫化水素濃度と添加方法、酸素濃度が培養条件に重要であることが分かった。また、前処理法を変えた為に細胞外の共生菌が幾つか分離できた。今まで困難であった細胞内外共生菌の分離方法を確立した。それにより、ハオリムシ(深海生物)の細胞内外の共生微生物の分離・培養を行った。細胞内共生菌を生きたまま効率よく分離するのに微弱電流を用いた。
新規光電子・光イオン断層画像観測法を用いた分子ダイナミクス研究の展開

分子の光イオン化で生じる光電子やイオンの空間分布を測定する荷電粒子イメージング法はダイナミクス研究の強力な手法の一つである。既存の観測法では、レーザーや検出器の配置が制限され、観測困難な現象の存在が指摘されてきた。本研究では、光電子や光イオンの3次元的空間分布のうち、レーザーの偏光面内のみの断層像を直接撮像する新規イメージング装置を開発、設計し、分子や分子クラスターのダイナミクス研究に最適化した。開発した装置によって、分子運動を支配する波動関数(の2乗)を直接的に可視化することが可能となり、分子ダイナミクスを量子性・波動性を含めて理解するための新ツールたりえるものになったと考えている。本研究は分子ダイナミクス研究の強力な手法である光電子・光イオン画像観測法について、独自の測定原理に基づく新規手法(空間的断層画像化法)を設計開発・実用化・展開し、物理化学現象の観測および視覚的理解、さらには画像をもとにした分子制御のためのツールとすることを目的としている。研究1年目の今年度は、新規イオン断層画像観測の原理検証、有用性の実証を行うとともに、いまだ実現されていない光電子画像の直接断層観測を可能とする装置の設計と開発を行った。開発中の時間を縫って、現有のイオン断層観測装置を用いた励起状態分子ダイナミクス研究を、新手法による新たな切り口から展開した。具体的に、光電子断層画像化装置については既存の装置を加工が難しい非磁性材料での再設計、イオンよりも100倍以上高速に運動する電子の検出を可能とするサブナノ秒立ち上がりの高電圧エレクトロニクスの構築、超高速分子ダイナミクスを誘起するためのナノ秒・フェムト秒多重パルス光学系の立ち上げを行った。また、断層イメージング装置の応用として、励起状態分子の選択的観測を行った。ナノ秒紫外光で生成させた励起状態分子に対してフェムト秒クーロン爆発光を照射し、解離イオンの空間分布を断層画像化することで、励起状態の運動固有状態について、波動関数の2乗に対応する分布の測定に成功した。一般に励起状態の観測には基底状態分子が強い背景信号として重なるため、その選択的観測は困難である。本研究では励起状態の高いイオン化確率に着目した検出法によって高精度な観測に成功した。次年度以降の研究では新手法による光電子測定や円2色性を含めた高度な測定によって分子ダイナミクス研究に新しい切り口の導入を目指す。今年度最大の目的であった光電子画像観測装置の初期設計と、断層画像観測装置を用いた励起状態イメージングに遅延なく成功しているため。本研究では、分子ダイナミクス研究の強力な手法である光電子・光イオン画像観測法について、独自の測定原理に基づく新規手法(空間的断層画像化法)を開発し、様々な分子ダイナミクスへの応用を行った。開発した装置は典型的な速度マップ型荷電粒子イメージング装置の、粒子飛行チューブ中に精密断層化スリットを挿入し、2次元検出器を通常のものと直交する配置に設置したものである。本課題研究により、荷電粒子雲を歪みなく断層化し、検出するための精密スリットを設計、製作することができた。得られた画像分解能は既存の装置の1桁上であり、今後様々な高分解能観測が期待できる。本研究においても、開発した装置を分子回転波束の高分解能イメージング、励起状態分子配向の決定実験に適用し、既存の手法では困難だった実験に成功した。前者では、窒素分子に対するフェムト秒多重パルス照射で生成させた、回転量子数Jが10を超える領域の回転波束に対して本手法を適用し、多数の節構造を含む波動性と、そのフェムト秒スケールでのスナップショット撮影に成功した。この成果はパルス照射による分子整列の度合いを正確に評価する新技術としての価値を示すとともに、量子力学的波動のふるまいが、量子数の増加とともに古典的描像に近づくさまを明瞭に可視化したものとして大きな価値があると考えている。また、後者の励起状態分子に関する実験では、ナノ秒紫外パルスによって回転状態選別的に励起された一酸化窒素分子にイメージングパルスを照射し、その空間配向を可視化できることを示した。一般に励起状態分子のイメージングでは、周囲の大多数の基底状態分子が測定の障害となるが、本研究では励起状態の高いイオン化確率に注目することで励起状態選択的なイメージングをも成功させている。2年目には新装置による予備実験からの知見を合わせ、分子ダイナミクスの観測、制御による分子科学を発展させる。まず、理論提案があるのみの新型の光電子円偏光2色性イメージングについて、新手法による実験的観測を目指す。既存の手法では測定効率もしくはカメラアングルや画像分解能に難があった。本研究で開発する装置を用いて、まずはナノ秒レーザーを用いた定常状態イメージングを試みる。もう一つの応用として、画像観測をフィードバック信号にした高度な分子制御を展開する。

通常の画像観測法に比べて数10倍のカウントレートが可能であるため、分子の運動状態を高速に判断することができる。光パルスのデザインと組み合わせることで多自由度系の分子ダイナミクスにおけるモード選択的かつ多段階励起と、構造変化ダイナミクス研究への展開を目指す。物理化学購入予定だった海外製品について、米国の政権交代に伴う輸出入の遅れが若干生じ、年度内の納品ができなかったため。物品が届くまでの時間を予備実験にまわすことで励起状態イメージングに成功しているため、進行に大きな問題は生じていない。次年度使用金は納入が遅れた物品の購入にあてるため、使用計画に大きな変更はない。
新たな人工耳小骨の開発に関する研究

以前より鼓室形成術に用いられる再建材料には硬い材料が適しているとされてきたが、硬性材料では術後に鼓膜浅在化や陥凹が生じると鼓膜から内耳までの距離が変化し、聴力低下を生じる。本研究では柔らかいシリコンスポンジを用いて伝音効率を検討したが、鼓膜から内耳まで距離が変化すると伝音効率の低下を認めた。術後変化に対応しうる新たな人工耳小骨を開発するためには、今後、更に詳細な条件の検討が必要と考えらてた。鼓室形成術の成功には伝音効率の良い耳小骨連鎖の再建が不可欠であり、再建材料は各症例に最も適した形状に細かく加工される。しかし、最良に加工された再建材料を用いても鼓膜浅在化や陥凹といった術後に生じる変化により再建材料が脱落、あるいは挿入位置のずれを起こし、聴力が低下する症例は少なくない。そこで当該研究では術後変化に対応し得る人工耳小骨の開発を目指し、術後の変化に対応して形状が変わる新たな再建材料を検討することが目的である。当該研究では新たな再建材料として網膜剥離の治療で使用されるlabtician ophthalmics社製のシリコンスポンジを用いて検討を行っている。まず、正常の耳小骨連鎖のまま外耳道に80dBの音響負荷を行い、アブミ骨底板の振動を測定した。その後キヌタ骨を除去し、適切な長さのチタン製人工耳小骨をツチ骨とアブミ骨の間に挿入し0.15mmの暑さのスライドガラスを1枚、2枚、3枚と順次挿入後、各条件でのアブミ骨底板の振動を80dBの音響負荷で測定した。その結果、挿入したスライドガラスの枚数に応じて底板の振動が低音を中心に減弱していた。続いて厚さ2mmのシリコンスポンジをツチ骨とチタン製人工耳小骨の間に挿入しアブミ骨底板の振動を80dBの音響負荷で行った。シリコンスポンジの伝音効率はチタン製人工耳小骨のみの伝音効率と大きく変わりなかった。次年度はシリコンスポンジ挿入後にスライドガラスを順次挿入し、伝音効率がどのように変化するか検討する。シリコンスポンジを用いて伝音効率を測定できているので研究はおおむね順調に進んでいる。しかし、最良に加工された再建材料を用いても鼓膜浅在化や陥凹といった術後に生じる変化により再建材料が脱落、あるいは挿入位置のずれを起こし、聴力低下を生じる症例は少なくない。当該研究では新たな再建材料として網膜剥離の治療で使用されるlabtician opthalmics社製のシリコンスポンジを用いて検討を行っている。測定はすべて外耳道に80dBの音響負荷を行いアブミ骨底板の振動を測定した。まず、正常な耳小骨連鎖の伝音効率を測定し、その後キヌタ骨を除去後、適切な長さのチタン製人工耳小骨をツチ骨とアブミ骨の間に挿入し0.15mmの暑さのスライドガラスを0、1、2、3枚と順次挿入し各条件で測定した。続いて暑さ2mmのシリコンスポンジをツチ骨とチタン製人工耳小骨の間に挿入し測定した。シリコンスポンジの伝音効率はチタン製人工耳小骨のみの伝音効率と比べ高音域を中心に低下していた。そこでスポンジの大きさによる伝音効率を確認する目的に、ツチ骨とアブミ骨の間に厚さが2.0mm、2.5mm、3.0mm、3.5mmのシリコンスポンジを挿入し伝音効率を測定した。厚さが2.5mmのシリコンスポンジでは0.5kHzから2kHzにかけて正常な耳小骨連らの伝音効率に近づいたが全体的に伝音効率は低下しており、厚さが増すほど伝音効率は低下していた。このことよりlabtician opthalmics社製のシリコンスポンジよりも柔らかいスポンジが必要であると考えられた。シリコンスポンジにスライドガラスを挿入したり、チタン製の人工耳小骨の長さを変化させ足りすることでツチ骨からアブミ骨までの距離を変化させ、それが及ぼす伝音効率の変化を検討していく医師薬学研究は着実に進んでおり、ヒト側頭骨を用いた伝音解析にて新たな知見が得られつつある。今後これまでの成果をさらに発表を行っていくが、該当年度では論文掲載が進まずその費用が余っている。また除振台などの測定環境整備が遅れていることが原因と考えられる。論文掲載や測定のための周辺環境を整えるために使用する予定である。またデータの採取、記録の媒体にも使用する予定である。
未利用セルロース系バイオマスからの生物燃料直接発酵菌の代謝工学的育種

セルロース系バイオマス資源を直接分解・発酵してエタノールを生産する発酵菌は自然界に存在しない。そのため、代謝工学技術を用いてセルロースおよびヘミセルロースに由来する糖質を直接エタノール発酵転換できる発酵菌を創製し、育種発酵菌を触媒素子とした連続発酵装置を組み込んだ革新的なエタノール変換プロセスの構築が期待されている。このような背景から、本研究では、エタノール高速度生産性の発酵細菌に着目して、セルロース系バイオマス直接発酵細菌の代謝工学的育種を検討した。Zymomonas mobilisは酵母に比べて3-5倍程度のエタノール生産性を示す。そこで、セルロース系バイオマスの前処理糖化液中に混在する部分分解セルロースの発酵性付与を検討した。ルーメン細菌由来のβ-グルコシダーゼ遺伝子をZ. mobilisに導入して細胞表層に提示することにより、新たにセロビオース発酵性を付与することに成功した。また、ヘミセルロースの酸分解により生成するキシロースからエタノール回収を可能とするために、大腸菌由来のキシロース代謝に関与する4種のキー酵素遺伝子を導入することにより、新たにキシロース発酵性を付与することに成功した。Zymobacter palmaeは沖縄の椰子発酵液から単離された新種のグラム陰性細菌である。本菌は酵母やZ. mobilisと同程度のエタノール発酵性をもつが、これまでZb. palameを利用したエタノール生産は報告されていない。そこで、Zb. palmaeの分子育種に不可欠な遺伝子組み換え基礎技術としての宿主・ベクター系を初めて開発した。さらに、開発した宿主・ベクター系を用いてβ-グルコシダーゼ遺伝子、あるいはキシロース代謝系酵素遺伝子群を導入することにより、Zb. palmaeにセロビース発酵性とキシロース発酵性を新たに付与することに成功した。多様な未利用セルロース系資源に対応できるバイオエタノール直接発酵菌の育種を目的とし、1)細胞表層工学、技術を用いたセルロース直接発酵苗の分子育種:Zymomonas mobilisが分泌生産する2種のスクロース分解酵素(levansucrase ; SucZE2、invertase ; SucZE3)は、FITC標識抗体を用いた蛍光顕微鏡観察から、発現する両酵素の90%が細胞表層に提示されることを明らかにした。そこで、これら酵素遺伝子を利用した細胞表層提示技術を開発するために、sucZE3の分泌シグナル領域と膜アンカーリング領域の解析を行った。sucZE3をクローン化して推定し、一次構造にはsucZE3にはGSP(General Secretory Pathway)に必要とされる分泌シグナル配列や膜アンカーリングモチーフは認められず、SucZE3がシグナルペプチド非依存型分泌酵素であることが明らかになった。現在、細胞表層提示酵素であるSucZE3の分泌機能領域を明らかにするために、sucZE3のN末領域あるいはC末領域をGFP(Green Fluorescent Protein)により標識したキメラ酵素を構築するとともに、キメラ酵素の細胞、内局在性を検討するためのZ. mobilis変異株を取得している。2)エタノール生産性大腸菌の代謝工学的育種:木質系バイオマス由来の糖質はヘキソース:ペントース比が約2:1であり、Z. mobilisはペントースを発酵できない。そこで、ペントース資化性に優れた大腸菌にZ. mobilis由来のエタノール生合成のキー酵素であるピルビン酸脱炭酸酵素(Pdc)とアルコール脱水素酵素(Adh)の遺伝子を導入した。構築した組換え大腸菌は、2%キシロースから理論収率のエタノールを生産した。

そのために、代謝工学(メタボリック・エンジニアリング)技術を用いてセルロースおよびヘミセルロースの酸処理糖化液に混在するセルロース部分分解物(セロオリゴ糖)、キシロース、マンノースを同時にエタノール発酵転換できる発酵菌を創製するとともに、育種発酵菌を触媒素子とした連続発酵装置を組み込んだ革新的な省エネルギー型高効率転換プロセスの構築が期待されている。そこで、1)セルロース部分分解物の発酵に関与するβ-グルコシダーゼ遺伝子を、牛の第1胃に生息しセルロース消化に働いている細菌(ルミノコッカス)の染色体DNAからクローン化した。2)β-グルコシダーゼ遺伝子をザイモモナス用発現ベクターに挿入して組換えプラスミドを構築して導入し、高いβ-グルコシダーゼ活性を細胞内で発現させることに成功した。3)ザイモモナスに導入したβ-グルコシダーゼを細胞表層で発現させるために、細胞膜透過遺伝子をβ-グルコシダーゼに連結してキメラβ-グルコシダーゼを構築して導入し、β-グルコシダーゼ活性の50%を細胞表層で発現させることに成功した。4)遺伝子組み換え技術を用いて育種したβ-グルコシダーゼ細胞表層提示ザイモモナスはセルロース部分分解物であるセロビオースを速やかに発酵して、理論収率のバイオエタノールを生産した。本研究で創製した組換えザイモモナスは、木質系バイオマスの酸処理糖化液からの高効率バイオエタノール製造を可能にするものであった。森林間伐材、建築廃材、稲藁・籾殻、および古紙・廃紙、などの未利用バイオマス資源のエネルギー源としての利用は、地球規模でのCO_2バランスを崩さないことから「カーボンニュートラル」とされ、温室効果ガス削減に貢献するエネルギーとして大いに期待されている。既に、経済産業省と環境省は温暖化対策として、2008年からは現行のレギュラーガソリンをエタノールを10%添加したガソリン(E10)に置き換える方針を提示している。本研究は、未利用のセルロース系バイオマス資源からバイオ燃料としてのエタノールを製造し、製造したバイオエタノールをガソリン添加用含酸素化合物や化成品合成原料として、さらには地域の熱源および電力源として利用することを目的として、セルロース系バイオマスを高効率でエタノールに変換する発酵菌の分子育種を行った。建築廃材や森林間伐材の主要な構成成分は、セルロースとヘミセルロースであるが、これらセルロースやヘミセルロースを直接分解・発酵してエタノールを生産する微生物は自然界には存在しない。本研究では、木質系バイオマスの酸処理糖化液中に混在するヘミセルロース成分を高効率でバイオエタノールに変換できる新規な発酵菌を創製した。1)廃木材の酸処理糖化液中にセルロース部分分解物であるセロオリゴ糖とともにヘミセルロースに由来するキシロースの混在を認めた。2)高速度エタノール発酵菌であるザイモモナスにキシロース発酵性を付与するために、大腸菌由来キシロース代謝系の4種の酵素遺伝子をクローニングした。3)大腸菌由来キシロース代謝系酵素
パーキンソン病原因遺伝子DJ-1の抗酸化ストレス機能の解析

DJ-1は家族性パーキンソン病の原因遺伝子PARK7であり、その遺伝子産物DJ-1タンパク質は転写調節・抗酸化ストレス機能・ミトコンドリア複合体I制御など多くの機能をもつ事が明らかとなっている。パーキンソン病は中脳・黒質ドーパミン神経の変性・脱落によって発症し、その原因は酸化ストレスやミトコンドリア障害などが考えられており、DJ-1は家族性パーキンソン病のみならず、孤発性パーキンソン病の発症にも深く関わっていると考えられる。これまでに我々は、DJ-1の抗酸化ストレス機能はDJ-1自身が酸化される事によるものであり、DJ-1が持つ3つのシステイン残基のうちC106の感受性が最も高く、C106を欠損した変異体では抗酸化ストレス機能を失い、酸化ストレスに対して脆弱になる事を明らかとしている。しかしDJ-1がどのようにして酸化されていくのか、抗酸化ストレス機能を発揮する際に相互作用するタンパク質があるのかについては明らかとなっていない。そこで本研究では、DJ-1が過酸化水素によって酸化される際に似た挙動をしめす抗酸化タンパク質ペルオキシレドキシン(以下Prx)に注目し、DJ-1との相互作用を検討した。PrxはDJ-1と同様に自身のシステイン残基の酸化還元により抗酸化機能を持ち、数種類のアイソフォームがある。解析の結果、Prxのアイソフォームの中にDJ-1と結合するタンパク質がある事を見いだした。また、DJ-1のC106以外のシステイン残基がスルホニル化をうけることから、DJ-1がNO(一酸化窒素)による酸化をうけている事が考えられ、NOドナーの添加によってDJ-1が酸化する事を明らかとした。現在、本研究で明らかとなった事を元に、DJ-1の酸化メカニズムの解明と、DJ-1とPrxの相互作用が抗酸化ストレス機能においてどのような影響を与えるかについてさらに解析を行っている。
自己組織化金属ナノ粒子膜へのレーザー光照射によるナノテクスチャ形成と表面機能化

本研究では、レーザープロセッシングというトップダウン的な手法に、金属ナノ粒子/有機分子ハイブリッド材料の自己組織化構造形成というボトムアップ的な手法を導入することによって、金属表面へのテクスチャ構造形成と表面機能化のための新手法を開拓することを目的とした。金属ナノ粒子とPOSS(polyhedral oligomeric silsesquioxane)とハイブリッド膜で形成される自己組織化構造にレーザー光を照射・走査することにより、微細ナノテクスチャ構造を有する金属表面を形成した。銀ナノ粒子からなるマクロポア構造を有する薄膜は、疎水性表面や表面増強ラマン散乱センサー基板としての機能を示した。本研究では、金属ナノ粒子と有機分子との有機無機ハイブリッド材料において形成される自己組織化ナノ構造へのレーザー光照射によって、ナノテクスチャ構造を有する金属表面形成の新手法の開拓とナノ構造形成機構の解明を行うことを目的とした研究を行った。微細なテクスチャを有する表面においては,超擾水性などの機能が発現する。金属ナノ粒子を用いた金属表面のテクスチャリング法の開拓によって,耐久性の高い機能表面の実現が期待される、有機基で修飾されたAgやAu等の金属ナノ粒子と種々の有機置換基を有するPOSSとをトルエン溶媒中で混合し.基板上にスピンコート製膜することによって.金属ナノ粒子/POSS会合体による自己組織化構造を有する前駆体膜を形成した。これらにレーザー光を照射・走査することにより,ナノテクスチャ構造を有する金属膜を形成した。レーザー光源としては,ナノ秒,ピコ秒およびフェムト秒パルスレーザーを用いて,レーザー光照射条件の影響を検討した。Agナノ粒子/POSSハイブリッド膜において形成される自己組織化構造はPOSSの有機置換基の影響を顕著に受け,シダ状構造,球状構造,およびキュービック構造が観測された。シダ状の自己組織化構造を有する銀ナノ粒子/OV-POSSハイブリッド膜に対して,ナノ秒パルスレーザーを用いたシンタリングを行った場合には,自己組織化構造部が凸型で残存した表面構造となった.顕微ラマンスペクトルの測定からは,アモルファスカーボンに帰属されるブロードなラマンバンドとSi-O-Si構造に帰属されるラマンバンドが観測された。このような構造の形成は,ナノ秒パルスレーザーによるシンタリングの場合には,レーザーアブレーションよりも熱的なプロセスが主であるためと考えられた。これに対して,ピコ秒パルスレーザーによるシンタリングの場合には,レーザーアブレーションによって,自己組織化構造部が凹型となった表面構造が形成された。本研究では,金属ナノ粒子と有機分子との有機無機ハイブリッド材料において形成される自己組織化ナノ構造へのレーザー光照射によって,ナノテクスチャ構造を有する金属表面形成の新手法の開拓とナノ構造形成機構の解明を行うことを目的とする。ナノサイズで制御された規則構造を金属表面に形成するための基礎過程を明らかにすることによって,超撥水性あるいは超親水性、反射防止特性などを有する機能性金属表面の形成,さらに,ウェットプロセスによる透明導電膜形成を目指し,基板表面での自己組織化現象を生かしたレーザープロセッシング法の開拓を行っていくことを目指した研究を行った。昨年度においては,銀(Ag)ナノ粒子/POSSハイブリッド膜の製膜条件とレーザー光照射条件の影響を検討し,Agナノ粒子/POSSハイブリッド膜において形成される自己組織化構造へのレーザー光照射によって,シダ状構造,球状構造,およびキュービック状の表面テクスチャを有するAg薄膜表面が形成されることを明らかにしていた。今年度は,それらの表面テクスチャを有する薄膜の機能として,水の濡れ性を検討した,それによって,本来は親水性表面となるAg膜表面が,表面テクスチャ形成によって,高疎水性を示すこをを明らかにすることができた。レーザー光照射による金属微粒子のシンタリングは,非常に高効率かつ高速なプロセスであるというメリットを有するものの,シンタリング面積が広い場合には多数回のレーザー光スキャンが必要であるという問題があった。光学系の工夫によって,レーザービーム形状をライン状に成形し,より均一かつ高速な金属ナノ粒子のレーザーシンタリングを可能とした。本研究では,金属ナノ粒子と有機分子との有機無機ハイブリッド材料において形成される自己組織化ナノ構造へのレーザー光照射によって,機能金属表面形成の新手法の開拓と特異な表面構造形成機構の解明を行うことを目的とした。銀(Ag)ナノ粒子とかご型のSi-O-Si構造を有するシルセスキオキサン(POSS)との有機無機ハイブリッドにおいては、シダ状構造,球状構造,およびキュービック状の表面テクスチャを有する自己組織化薄膜が形成される。その構造は、POSSの有機置換基のみならず、製膜法の違いによっても複雑な変化を示した。スピンコート製膜においてはスピンコート時の回転速度に影響され、ドクターブレード法による製膜においてはスピンコート法とは異なる長周期のシダ状の表面テクスチャの形成が観測された。そのような特異な表面テクスチャ形成は、POSSの結晶化における拡散現象が、Agナノ粒子とのハイブリッド化により影響を受けることにより説明された。Agナノ粒子/POSS

薄膜のレーザー光照射によって、POSSの結晶構造を鋳型としたナノポーラス構造を有する銀薄膜を形成することができた。このようなナノポーラスナ表面テキスチャを有する銀薄膜においては、表面増強ラマン分光法(SERS)に適用可能な機能膜としての可能性が示された。金属ナノ粒子の自己組織化構造の形成は、金属ナノ粒子単体の場合にも、10 nm前後の極めて薄い薄膜へのレーザー光照射過程において観測された。金属ナノ粒子がレーザー光照射によって溶融した際に、基板表面への濡れ性が低下して形成された構造が、レーザー光照射による非平衡な金属層形成過程で定着されるために起こることが、レーザー光スキャン速度依存性等の実験結果から示唆された。この現象によって、ネットワーク状に広がる銀細線とマイクロメートルサイズの細孔から成る透明導電性銀薄膜を形成することができた。26年度が最終年度であるため、記入しない。材料科学26年度が最終年度であるため、記入しない。有機基で修飾されたAgやAu等の金属ナノ粒子と種々の有機置換基を有するPOSSとをトルエン溶媒中で混合し,基板上にスピンコート製膜することによって,金属ナノ粒子/POSS会合体による自己組織化構造が形成できており、これらへのレーザー光照射条件の制御によって、種々の微細構造を有する金属薄膜を形成できている。今年度は,Agナノ粒子/POSSハイブリッド膜において形成される自己組織化構造を用いて,それらのシンタリングによって形成されるシダ状構造,球状構造,およびキュービック状の表面テクスチャを有するAg膜を形成し,それらに形状に依存した表面の濡れ性の変化を明らかにすることができた。本来は親水性である金属表面を,自己組織化金属ナノ粒子膜のシンタリングによって形成した微細表面テキスチャを用いて疎水化することができた。これらの結果を,研究協力者としている台湾工業技術院(ITRI)のC.W.Cheng博士らとの共同研究として論文発表することができた。また,より高効率なレーザーシンタリングが可能な実験系に関する検討を行った。光学系の工夫によって,ライン状ビームを用いたレーザーシンタリングを開発できている。金属ナノ粒子と種々の有機置換基を有するPOSSとの自己組織化とレーザーシンタリングによって種々の微細構造を有する金属薄膜を形成し、それら微細構造の制御条件をさらに明らかにし、またそれらの機能表面としての特性を検討していく。金属ナノ粒子へのレーザー光照射においては,金属ナノ粒子のプラズモン吸収によって,照射するレーザー光の波長に依存して,レーザー光の侵入深さや透過特性,レーザー光の光吸収により誘起されるシンタリング反応の速度が異なってくる。