hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
正標数を含む代数多様体の数論と幾何に関する研究

K3曲面の数論的動機付け、及び正標数代数幾何学からの研究は上の(2)を参照のこと。(5)代数多様体の符号理論、暗号理論への応用、及びそこから派生する代数幾何学的問題の解決に関し、Artin-Schreier拡大塔を利用した巨大有限体構成法について効率化が行われたが、代数幾何学との相互関連ばまだ見いだされていない。符号ゼータの計算に有効と思われるが今後の課題である。本年度は正標数を含む代数多様体に関し次の5点について研究を行った。(1)病理的現象の根源的原因である単純特異点の等特異軌跡について、すでに得られている分類を変形理論による記述を行うため、対応する関手を定義しようと試みたがその完全な定義はまだ得られていない。しかしながら関連すると考えられる等特異軌跡を含むTjurina数一定軌跡に関して決定を行った。対応して、正標数の標準特異点に関して、余次元2の点を除き分類を与えた。(2)正標数楕円K3曲面でpべきトーションを持つものに関しての分類をより詳細に考察し、そのモジュライ空間の具体的記述を与えた。また、形式的Brauer群の高さを楕円曲面の生成ファイバーの群構造から与える具体的な公式の導出を行った。(3)持ち上げ不可能なCalabi-Yau多様体について、第3Betti数が0ではないものの存在について研究を行ったがまだ具体的成果は得られていない。(4)上述(2)を参照。導来圏理論の正標数への拡張についてはまだ得られていない。(5)これまで得られているArtin-Schreier拡大塔を利用した巨大有限体構成法の応用として、周期の非常に長い新しい疑似乱数生成法を開発しテストを行った。従来知られている革新的方法であるMersenne-Twisterよりも長い周期の疑似乱数生成が可能であり、TestU01でのテスト結果が良好であることから実用化が期待される。本研究の最終年度として本年度は、研究実施計画の4つの項目に関して研究を行った。以下各項目ごとに成果を述べる。A.研究目的(1)にある正標数特異点理論の整備の中心的課題の一つとして、正標数代数多様体への野性的群作用による商多様体及びそこに現れる特異点に関して研究を行った。桂、塩田等による超特異楕円曲線の積への対合作用による商としての曲面およびその上の特異点に関する詳細な解析をより一般化した研究として、有限体上定義されたある種のArtin-Schreier型の曲線の自己積を考え、そこへの位数が有限体の位数と同じ野性的群作用を考え、その結果得られる商代数多様体とその上の特異点に関して詳細な解析を行った。これは作用する群が必ずしも巡回群ではない場合も含み、さらに任意標数での記述も可能とした良い結果である。商多様体の特異点解消として得られた代数曲面は一般型曲面で、種々の不変量を与えることができ、さらに特異点に関する種々の不変量、基本サイクル等基本的な性質がよくわかった。これらの結果はS.Schroeerとの共著論文として発表済みである。今後より一般の野性的群作用問題への発展が期待できる。一方、連携研究者廣門、齋藤との共同研究により、正標数特異点の病理現象として有理二重点を一般化した単純特異点について、その等特異軌跡を完全決定し普遍変形空間内での構造を究明し、3次元標準特異点に関する応用を得た。B.本研究目的(2)の正標数楕円曲面の数論的及び幾何学的研究と(4)K3曲面の研究に関連して、C.Liedtkeとの共同研究で得られた標数pでのp^nトーションセクションを持つ楕円K3曲面の研究に関しても従来の研究をまとめた共著論文に続き、それらのモジェライ空間のより詳細な究明を行った。
アナナスショウジョウバエと近縁種の単為生殖雑種を利用したゲノム解析

アナナスショウジョウバエの単性単為生殖系統(Impaternate)雌とパリドーサショウジョウバエの両性単為生殖系統(Bridge)雄を交雑し、雑種F_1を作製した。ここで、前者はXL(X染色体左腕、以下同様に染色体椀を略号で表わす;Lは左腕、Rは右腕)の可視突然変異yellowによって標識されており、雑種であることはyellow^+の表現型によって確認される。F_1雌は単為生殖によって次世代(F_2)を産生し、単一のF_2雌に由来する系統を266確立した。これらの系統では両種のゲノムがモザイク状でホモ接合になっている。本年度は、それぞれの種間モザイクゲノム系統の遺伝的構成(染色体のどの領域がどちらの種に由来するか)を調査した。細胞学的マーカーとして、アナナスショウジョウバエの染色体逆位In(3R)Aおよびパリドーサショウジョウバエの染色体逆位In(XL)A、In(2L)CD+B、In(3R)Bを用いた。また、分子マーカーとしては、細胞学的位置の明らかな6個のマーカーw(XR)、Om(2D)(2mid)、eyg(2R)、cn(3L)、Amyrel(3mid)、RfaBp(4)および染色体逆位に完全連鎖した2個のRAPDマーカーOPA15-950(2L)、OPA15-1200(3R)を用いた。これにより全系統の遺伝的構成を明らかにすることができた。統計検定の結果、2Lと3Rの間には見かけの連鎖が認められた。このことは、種間モザイクゲノムの遺伝子型によって妊性または生存率の低下を伴うことがある、あるいは減数分裂時に同種由来の動原体が同極に分配されやすい可能性を示唆する。本研究によって確立した種間モザイクゲノム系統は、種特異的形質(配偶行動を含む)を決定している遺伝子のマッピングに今後応用する予定である。アナナスショウジョウバエとパリドーサショウジョウバエには、単為生殖をする系統が知られている。アナナスショウジョウバエのImpaternate yellow(IM y)系統♀とパリドーサショウジョウバエのBisexual bridge(BR)系続♂を交配し、F_1♀を得た。F_1♀は単為生殖によってF_2♀を産生する。F_1♀の減数分裂では組み換えが生じ、卵核(核相はn)の倍化・融合によってF_2♀(2n)が形成される。そのため、F_2♀は2種のゲノムをモザイク状にホモ接合で持っていると考えられる。単一のF_2♀に由来する雑種後代(モザイクゲノム系統)を約300作製した。この中70系統について、以下の調査を行った。(1)各系統のゲノム組成を明らかにするために、20個のRAPD(Random Amplified Polymorphic DNA)プライマーを用い、54個の分子マーカーを設定した。ソフトMAPLを利用して、大まかな連鎖地図を作成した。(2)細胞学的位置の明らかなマーカーを連鎖地図のアンカー(錨)として用いるために、系統間に存在する染色体逆位を利用した。(3)同様の目的で、分子マーカーとしてRFLP(Restriction Fragment Length Polymorphism)マーカーを導入した。各染色体腕に最低1個のマーカーを設定することができた。アナナスショウジョウバエの単性単為生殖系統(Impaternate)雌とパリドーサショウジョウバエの両性単為生殖系統(Bridge)

雄を交雑し、雑種F_1を作製した。ここで、前者はXL(X染色体左腕、以下同様に染色体椀を略号で表わす(Lは左腕、Rは右腕))の可視突然変異yellowによって標識されており、雑種であることはyellow^+の表現型によって確認される。F_1雌は単為生殖によって次世代(F_2)を産生し、単一のF_2雌に由来する系統を約280確立した。これらの系統では両種のゲノムがモザイク状でホモ接合になっている。本年度は、それぞれの種間モザイクゲノム系統の遺伝的構成(染色体のどの領域がどちらの種に由来するか)を調査した。細胞学的マーカーとしては、アナナスショウジョウバエの染色体逆位In(3R)Aおよびパリドーサショウジョウバエの染色体逆位In(XL)A、In(2L)CD+B、In(3R)Bを用いた。また、分子マーカーとしては、細胞学的位置の明らかな6個のマーカーw(XR)、Om(2D)(2mid)、eyg(2R)、cn(3L)、Amyrel(3mid)、RfaBp(4)および染色体逆位に完全連鎖した2個のRAPDマーカーOPA15-950(2L)、OPA15-1200(3R)を用いた。これにより全系統の遺伝的構成を明らかにすることができた。統計検定の結果、2Lと3Rの間には見かけの連鎖が認められた。このことは、種間モザイクゲノムの遺伝子型によって妊性または生存率の低下を伴うことがある、あるいは減数分裂時に同種由来の動原体が同極に分配されやすい可能性を示唆する。本研究によって確立した種間モザイクゲノム系統は、種特異的形質(配偶行動を含む)を決定している遺伝子のマッピングに今後応用する予定である。
肝臓病における血中ADAMTS13活性および抗原測定の意義

ADAMTS13 (a disintegrin-likeand metalloproteinase with thrombospondin type 1 motifs13)は止血機構に関与するvon Willebrand因子(VWF)を特異的に切断する酵素(VWF-cleaving protease, VWF-CP)である。何らかの原因でADAMTS13活性が低下すると、・血液中に過剰のVWFが蓄積して血小板凝集による血栓を起こしやすくなり、血栓性血小板減少性紫斑病(TTP ; thrombotic thrombocytopenic purpura)を発症することが知られている。ADAMTS13は、主に肝臓の星細胞において産生されることが判明している。我々は、この点に着目し、星細胞が選択的に障害されるラットDimethylnitrosamine投与肝障害モデルにおいて血液中ADAMTS13活性が低下すること(発表済み)、および星細胞の増殖が見られるラット胆管結紮モデルでは血液中ADAMTS13活性が上昇することを見出している(発表済み)。しかし、活性測定法は測定が煩雑で測定に時間を要するなどの問題があり、臨床検査への導入には問題があった。そこで、ヒト肝障害において血液中ADA柵S13活性と、三菱〓学メディエンス社小野智子氏と共同研究により開発した自動分析装置で測定可能な血液中ADAMTS13抗原測定法(未発表)で、肝臓の星細胞の活性を反映する可能性や、人の肝障害マーカーとなりえるかについても合わせて検討をおこなった。(未発表)現状で脂肪肝の中でも炎症の強い非アルコール性脂肪肝炎で血中ADAMTS13が高い傾向があること、また、肝障害との関連は無いが、一般検診受診者における検討で、CRPなどの炎症所見との相関が得られている(未発表)。今後、さらに検討を加えていきたい。ADAMTS13 (a disintegrin-like and metalloproteinase with thrombospondin type 1 motifs 13)は止血機構に関与するvon Willebrand因子(VWF)を特異的に切断する酵素(VWF-cleaving protease, VWF-CP)である。
トランスポーターの細胞内局在を支配する遺伝子の網羅的同定

多細胞生物である植物において、長距離の栄養輸送が実現するためには、組織を構成する細胞を横切って栄養素が輸送される必要がある。そのためには栄養素を輸送するトランスポーターは細胞膜に均一に分布していては都合が悪い。細胞内に栄養素を取り込むトランスポーターと細胞外に栄養素を送り出すトランスポーターが細胞の両極に局在していてはじめて細胞を横切る栄養素の流れができることになる。このようなトランスポーターの局在はオーキシントランスポーターについては知られているが、栄養を輸送するトランスポーターについては、最近になって局在している例が報告されるようになってきており、研究代表者のホウ素トランスポーターについても局在が報告されている。本研究は多くのトランスポーターについてこのような細胞の片側に局在するというような現象が見られるかどうかについて、GFP融合タンパク質を各種トランスポーターについて作出し植物での局在を観察することによって、調べるとともに、局在に関する共通配列を見いだそうとしたものである。調査に供したトランスポーターのうち形質転換植物が作出され、さらに局在が観察されたものが複数得られた。これらのトランスポーターについてはこれまで局在は知られていなかったが、それらの中での共通な配列は見いだすには至らなかった。一方で、硫酸トランスポーターについては特に明確な局在は見られなかった。おそらくやどのような元素についても、多くの細胞を横切った輸送がされるためには、トランスポーターが細胞の片側に局在している必要があるが、観察されないトランスポーターも多く、GFPを融合することや形質転換体で発現させての観察のために、局在が見られなくなっている可能性も考えられた。土壌からの養分吸収を担う根は多細胞である。植物における養分吸収や移行は、それぞれの細胞で発現するトランスポーターの種類と量によっても影響を受けるが、より重要な点としては、トランスポーターが細胞のどの面に局在するか、ということが挙げられる。本研究は、これまでに同定されている主要な必須元素トランスポーターについて、細胞内での極在を明らかにする。このような研究から、トランスポーターの極在を支配するアミノ酸配列を推定する。また、これと併せて、極在に変化を及ぼす変異株を検索し、極在を司る遺伝子の同定を試みる。これらの研究から、極在を制御する上で重要なタンパク質側のシグナルと、極在制御に関わる遺伝子が網羅的に同定されるものと期待される。本研究は二つの柱で行うこととした。一つは、主要栄養素の土壌からの吸収や植物体内での栄養素の輸送に関与すると思われるトランスポーターやチャンネルを選抜し、これらの遺伝子について、緑色蛍光タンパク質(GFP)との融合遺伝子を作成、シロイヌナズナに導入するという実験である。NIP遺伝子などについて、GFPタンパク質との融合遺伝子を作成し、シロイヌナズナへの導入を行い、形質転換植物を選抜する段階に至っている。もう一つの研究は、極在を示すホウ素トランスポーターとGFPの融合遺伝子を発現する形質転換体植物を変異原処理し、極在に異常を示す変異株を検索することである。この検索に当たっては、B0R1-GFPを指標にその蓄積が異常となった変異株を検索し、複数の系統を得ている。また、ホウ素トランスポーター異常によって起こると推定される生理的異常を指標とした検索として、低ホウ素栄養条件での生育や根の伸長を指標にしたスクリーニングを行い、複数の系統を得た。さらに、局在するトランスポーターが知られていない栄養素についても、低栄養素条件での生育を指標にした変異株の検索を行った。
学校における環境教育の体系制に関する分析的研究

1.学校における環境教育の体系に関する我が国での議論についてレヴューを行った。またこれに基づいて環境教育の3次元モデルを提示し、環境教育体系化を展望した。そのモデルとは、(1)環境教育の内容領域-自然、社会、文化-、(2)環境教育の類型-in, about, and forの力点-、及び(3)学校教育段階-小学校から高等学校-からなる3次元モデルである。2.小学校から高等学校までの教員約600を対象とした環境教育の実態や彼らの意識に関する調査を行った。その結果、次の諸点等が明らかとなった。(1)どの学校段階でも環境教育の実施状況は不十分と受け止められていること、(2)その主な原因として、時間の不足、専門的知識の不足、副読本などの教材や教具の不足、あるいは環境教育の各教科内での位置づけや環境教育にかかわる教科間の連携の不明確さ等が指摘されたこと、(3)環境教育の内容として、小学校では身近な自然環境の観察や飼育・栽培活動が重視されているが、中学校、高等学校へと学校段階を上るにつれて、都市生活型環境問題や地球環境問題の理解と快適環境の維持や創造の活動が重要視されていること、である。3.アメリカにおける環境教育体系化の議論や優れた環境教育プラン・プログラムを探索、収集し、分析を加えた。即ち、Hungerford,H.R.の環境教育論、カリフォルニア州教育局による環境教育プラン、Project Learning Tree、及びProject WETについて、環境教育の体系性という観点から分析し、それらの特色を抽出した。4.新教育課程における「総合的な学習の時問」における有力な教授・学習プランの1つとして、「環境とSTSとを軸としキャリア教育の要素を加えた総合的な学習」を提案し、その基本理念を解説した。1.滋賀県(琵琶湖学習として環境教育の伝統をもつ)、千葉県(研究者の勤務大学の所在地)、島根県(本年度「全国環境教育フェア」開催)、その他、主要な都道府県レベルの環境教育・環境学習資料をほぼ収集した。2.環境教育の研究校・研究指定校の資料を収集しつつある。3.市販の環境教育関連図書を収集した。4.1及び2の結果のデータベース化を開始した。5.アメリカ・カリフォルニア州の環境教育に関連する文献・資料を州教育局の編纂物を中心に収集した。そのうち「環境教育を統一する諸概念」や、環境教育のテーマ領域毎に作成された「概念マトリクス」を主たる資料として、カリフォルニア州の環境教育体系化の視点を分析し、一部を発表した。6.千葉大学教育学部と付属小学校・中学校との間の連携研究「環境教育」を継続的に開催し、平成10年度の研究テーマの決定にこぎつけた。7.その他、「全国環境教育フェア」(文部省、島根県)におけるパネリスト、「環境教育シンポジウム」のシンポジスト、千葉大学公開講座「現代の環境問題を考える」の講師などとして、考えを発表した。1.新潟県、岡山県等の環境教育や総合学習に関連する資料を収集した。2.千葉県下の環境学習推進拠点校の資料を収集した。4.以上の資料・文献に基づいて、環境教育体系化の視点を検討している。・環境教育カリキュラムの横軸に関わる内容領域の構成については、ある程度の研究が為されており、そこには共通点が認められるが、発達に関連する縦軸については、殆ど研究されていない。・日本の実践報告には体系性が欠落しており、環境破壊が「生態学的危機」であるにもかかわらず、生態学的視点の欠如した(学習活動に自然との接点が認められない)事例が目につく。5.千葉大学教育学部の学部-附属連携研究「環境教育」グループの研究の一環として、環境に対する学習者の意識の変容過程に関するミクロな分析研究を進めた。

これにより、意識変容の幾つかの場面が抽出でき、認知面と情意面とは分離すべきではないこと等を発見してきている。6.小学校高校教員対象調査「環境教育の現状と課題」(930名)結果の単純集計を完了。平成5年の調査結果と比較しつつ、多面的に分析中である。1.学校における環境教育の体系に関する我が国での議論についてレヴューを行った。2.我が国の学校における環境教育について、小学校高等学校教師を対象として、その実態や問題点に関する調査を実施した。3.アメリカの環境教育について、(1)カリフォルニア州教育局による環境教育プランの体系性について分析した。4.H.R.Hungerfordの環境教育論を解明し、彼の所論に基づいて、我が国の環境教育実践に認められる欠点を指摘した。5.新学習指導要領によって設置されることになった「総合的な学習の時間」における有力な授業プランとして、「環境とSTSとを軸としキャリア教育の要素を加えた総合的な学習」を提案した。6.学校における環境教育に関する実践的研究を、小学校について5件、中学校について4件報告した。
農業土木的因子が水田からの一酸化二窒素の発生に及ぼす影響に関する研究

平成16年度には、ECD付きガスクロマトグラフ装置の導入が遅れたので、水田土壌から発生するもう一つの重要な温室効果ガスであるメタンに着目し、制御されたイネのない環境下で、異なる間断日数で間断灌概を行った場合の水田土壌からのメタン放出の特性を把握するために室内実験を行った。不撹乱土壌試料に約1ヵ月間連続湛水し、その後4日湛水4日落水、2日湛水2日落水の間断灌概を行った。メタン放出は湛水時に減少、落水時に増加し、落水時に土壌間隙が大気と連結されるため湛水時に蓄積されたメタンが放出されると考えられた。4湛4落では嫌気的状態がより長く維持され、2湛2落よりも総メタン放出量が高かった。平成17年度には、実際の現場水田2地点で、メタンと一酸化二窒素放出の測定を、田植え後から積雪まで約6ヶ月間、週12回の頻度で行なった。間断灌概時には、酸化状態でメタンが、還元状態で一酸化二窒素が放出されたが、ガス放出のピークは急速な灌水、落水から時間遅れする状況が把握された。また、稲刈り後の水田土壌からの一酸化二窒素の放出は低いが、メタンは突発的に放出された。平成18年度には、降雨の影響を避けてハウス内でイネをポット栽培し、最高分けつの1週間以上前に中干しを開始する早期中干し区と、移植直後から間断灌概を行う早期間断灌漉区を設け、一酸化二窒素およびメタン放出量を慣行区と比較した。早期間断灌概区では土壌の酸化還元の繰り返しにより、早期中干し区では還元化の進行の早期緩和により、メタン総放出量は慣行区のそれの約半分であった。早期間断灌満区では一酸化二窒素放出の変動が大きく、早期中干し区では中干し後に一酸化二窒素放出が上昇した。また、イネのない環境下で、異なる間断日数で間断灌満を行った室内実験の結果、一酸化二窒素およびメタン放出はいずれも湛水時に減少し、落水時に増加する傾向が見られた。本年度は初年度であり、まず、水田土壌から発生するガスの採取と分析の体制を整備することが大きな課題であった。大気中の一酸化二窒素濃度を測定するために、計画調書に記したECD付きのシステムガスクロマトグラフ装置の購入手続きを行ったが、放射性物質取り扱いの認可を受ける手続きに膨大な時間がかかり、装置の導入が大幅に遅れた。そこでこの間、水田土壌から発生するもうひとつの重要な地球温暖化ガスであるメタンに着目し、農業土木的因子が水田土壌からのメタンの発生に及ぼす影響について検討を行った。具体的には、制御された環境下で稲のない状態において、異なる間断日数で間断灌漑を行った場合の、水田土壌からのメタンフラックス変動の特性を把握することを目的として、室内実験を行った。山形大学農学部附属農場水田試験地で土壌試料を不撹乱のまま採取して実験室に持ち帰り、恒温室内で、温度20°Cで一定とし、まず土壌試料に約1ヵ月間連続湛水し、次に4日湛水4日落水、2日湛水2日落水の間断灌漑を同時並行で41日間行った。間断灌漑中に、土壌試料の状態をモニタリングするとともに、チャンバー法によりガス試料を採取し、土壌試料からのメタンフラックスを算出した。その結果、土壌試料からのメタンフラックスは湛水時に減少し、落水時に増加した。

これは、落水時には土壌試料中の間隙が大気と連結されるため、湛水期間中に土壌試料中に蓄積されたメタンが放出されやすい状態になったためと考えられた。4湛4落の場合には2湛2落の揚合よりも総メタン放出量が高かったが、これは、4湛4落では土壌試料中の嫌気的状態がより長く維持され、メタン生成がより活発に行われたためと考えられた。また、間断灌漑を継続すると、落水直後のメタンフラックスの値が大きくなった。これは、間断灌漑により土壌試料中の有機物の分解が促進されたことにもよると考えられた。本年度は,山形県庄内町の実際に営農が行われている水田と,山形大学農学部附属農場水田の2地点で,チャンバー法によるメタンと一酸化二窒素放出の測定および関連する物理パラメータの測定を,田植え後から積雪まで約6ヶ月間,週に12回の頻度で継続して行なった。本研究の主眼である一酸化二窒素放出に影響する農業土木因子の中で,特に代表的な潅漑水操作である間断灌漑に着目して,測定を行った。その結果,以下のような成果が得られた。イネの生育期の水田からのメタンと一酸化二窒素の放出の変動については,メタン放出と一酸化二窒素放出とが,相反する傾向を持つことが確認された。すなわち,メタン放出が増加する時期には一酸化二窒素放出は減少し,一酸化二窒素放出が増加する時期にはメタン放出が減少する傾向が,明瞭に示された。間断灌漑で水田土壌のORPが大きく変化するにつれ,酸化状態ではメタンが,還元状態では一酸化二窒素が放出されやすいことが確認された。しかし,急速な灌水,落水とガス放出のピークとは必ずしも重ならず,ガス放出が時間遅れする状況が把握された。イネの生育状態と,メタンと一酸化二窒素の放出の季節変動との間には明瞭な関係は認められなかった。また,稲刈り後積雪で覆われるまでの水田土壌からのガス放出の観測では,稲刈り後の水田土壌からの一酸化二窒素の放出は低いレベルであるが,メタンについては突発的な放出が観測された。しかし,この点に関しては,本研究での測定頻度では突発的なガス放出のピークを取り逃がしている可能性が指摘された。実際の圃場での観測では,降雨による撹乱の影響を避けられないため,特に間断灌漑時には,かならずしも予定した実験条件どおりの水管理とならないことが,方法上の問題点として挙げられた。また,本年度行われた週に12回の測定頻度では,ガス放出のピークを取り逃がす可能性が指摘された。昨年度に引き続き,一酸化二窒素に加えて,もう一つの重要な水田から発生する温室効果ガスであるメタンをあわせ,代表的な農業土木的因子である水田水管理がこの2種のガス放出に与える影響について検討を行った。メタン放出の抑制方法として中干しおよび間断灌漑が挙げられるが,それによる一酸化二窒素の発生が懸念されている。本年度は,最高分けつの1週間以上前に中干しを開始する早期中干し区と,移植直後から間断灌漑を行う早期間断灌漑区を設け,慣行区との一酸化二窒素およびメタン放出量の比較を行った。降雨の影響を避けるためビニールハウス内でイネをポット栽培し,クローズドチャンバー法でガスフラックスを測定した。また,イネのない単純化された環境下で異なる日数で間断灌漑を行ったことによるフラックスの変化を把握することを目的として室内実験を行った。早期間断灌漑区および早期中干し区の観測期間中のメタン総放出量は慣行区のそれの約半分であった。これは,早期間断灌漑区では土壌の酸化と還元が繰り返されたことでメタンフラックスが慣行区の約半分で推移し,早期中干し区では土壌の還元化の進行が慣行区よりも早い段階で緩和されたためと考えられた。一酸化二窒素に関しては,慣行区では突発的な放出が観測された。
コラーゲン遺伝子発現停止マウスにおける脳毛細血管の生理機能変化

コラーゲン遺伝子が発現され、生体内で機能するためには、翻訳後の修飾を受け、コラーゲン分子形成だけでなく、分子同士が会合することにより超分子会合体を作る必要がある。本研究により、血液のろ過という特異的な機能を有する脳脈絡層基底膜・腎糸球体基底膜と、平滑筋細胞周囲に存在する基底膜では、その分子構成が異なることがわかった。我々は、基底膜IVコラーゲン各鎖に特有的なモノクローナル抗体を使い、マウス脳におけるIVコラーゲンの分布を調査した。その結果、内皮細胞下基底膜は、a1とa2鎖を含んでいることがわかった。血管壁にある平滑筋細胞周囲の基底膜は、a1とa2鎖が存在したが、a5とa6鎖は存在しなかった。piamaterはa1、a2だけでな<a5とa6鎖も含んでいた。これは、グリア境界膜には[a1(IV)]2a2(IV)分子と、[a5(IV)]2a6(IV)分子が含まれていることを示している。対照的に脳毛細血管は常に[a1(IV)]2a2(IV)分子からなる薄い基底膜を有していた。髄液は脈絡叢で血液の濾過を通して生産される。そこに存在する2枚の異なった基底膜はa1抗体とa2抗体によって染色された。内皮細胞下基底膜は、[a1(IV)]2a2(IV)分子から構成されているのに対して、脈絡叢の中の上衣基底膜はa3、a4とa5鎖が強く反応した。これは、a3(IV)a4(IV)a5(IV)分子が存在するところに、ろ過機能があることを意味する。本研究により、脳脈絡叢と腎臓糸球体にa3(IV)a4(IV)a5(IV)分子からなる超分子会合体が特異的に分布していることがわかった。このネットワークは、選択的透過性の機能を持つバリアとして存在している可能性が示唆された。基底膜の主成分であるIV型コラーゲン分子を構成しうるα鎖は6種類存在することが知られている。私たちはこれまで未知であったマウスα5(IV)とα6(IV)コラーゲン鎖の全塩基配列を決定した。この配列情報とこれまでに報告されたα1(IV)α4(IV)コラーゲン鎖の配列情報をもとに6種類全部の合成ペプチドを作り、それぞれに特異的なモノクローナル抗体を作製した。この抗体を使い、マウス上皮基底膜における各α(IV)コラーゲン鎖の発現分布を解析した。その結果、IV型コラーゲン分子として、α1/α1/α2とα3/α4/α5そしてα5/α5/α6の二つの鎖構成をしているらしいことがわかった(Saito K et al. J. Biochem. : 128(3),427-434(2000))。脳の脈絡叢は上皮下基底膜と血管内皮下基底膜を構成するIV型コラーゲン分子に違いが見られた。脳毛細血管内皮の基底腹ではα1/α1/α2分子で構成されていた。しかし脈絡叢の上皮下基底膜はα1/α1/α2とα3/α4/α5分子で構築されていた。α3/α4/α5分子の特異な働きを証明するためにco14a3発現停止マウスをMiner研究室(ワシントン大学)より受け入れ、染色剤エバンスブルーを投与して正常129マウスと比較した。Co14a3発現停止マウスと正常マウスの脳の全体及び切断面を観察し評価した結果、Co14a3発現停止マウスは、正常マウスと比較して脳の染色度合いに違いが現れた。α3/α4/α5分子は脳脈絡叢の他に腎糸球体、肺胞などに存在していた。基底膜の働きの一つに組織特典的な選択的物質輸送のフィルター機能があり、それはα3/α4/α5分子が関与している可能性があることがわかった。内皮細胞下基底膜は、[a1(IV)]

2a2(IV)分子から構成されているのに対して、脈絡叢の中の上衣基底膜はa3、a4とa5鎖が強く反応した。これは、a3(IV)a4(IV)a5(IV)分子が存在するところに、ろ過機能があることを意味する。本研究により、脳脈絡叢と腎臓糸球体にa3(IV)a4(IV)a5(IV)分子からなる超分子会合体が特異的に分布していることがわかった。このネットワークは、選択的透過性の機能を持つバリアとして存在している可能性が示唆された。
広禁制帯幅ナノ構造を計測可能な時間・空間同時分解陰極線蛍光計測法の開発と応用

半導体量子構造や蛍光体においてナノメートル領域で起こる発光の動的観測を実現するには、空間分解能と時間分解能を併せ持つ分光計測系が必要である。我々は、禁制帯幅が広い物質にも電子-正孔対励起が可能な、フェムト秒パルスレーザ励起光電子銃(PEーgun)を走査型電子顕微鏡に組み込みそれをナノメートル台の微小領域に集束する、日本に唯一の、時間・空間同時分解カソードルミネッセンス(STRCL)測定系の高空間分解能化と高感度化を行っている。本装置を用い、ボイド等の構造欠陥や積層欠陥(面欠陥)、転位等の線欠陥、点欠陥が非輻射再結合寿命に与える影響と、ナノ構造サイズが輻射再結合寿命に与える影響を明らかにする。H30年度には、(1)励起用フェムト秒パルスレーザ本体の安定化と、除振台の超微小振動によるレーザ光路のズレを防いでPEーgun全体の時間的、空間的安定性を高め、高輝度パルス電子発生が可能となった。また(2)リターディング機構導入により試料直上でPEに急制動をかけられるようになった。これらの結果、表面近傍の解像度向上と空間分解能の向上がなされた。(3)時間分解能を約一桁向上させ、1ps程度の発光計測を可能とした。(4)高AlNモル分率AlGaNやZnOの発光ダイナミクス計測を行った。(5)マテリアル創成の一環として、ヘリコン波励起プラズマスパッタエピタキシーによるZnO薄膜成長とNiO薄膜の堆積、誘電体分布ブラッグ反射鏡の堆積を行った。研究実績の概要欄に記したように、STRCL装置の改良計画(立案と設計)は予定通り進んだ。一方で、当初計画をしていなかった時間分解能の向上(約10ps程度であったものが1ps以下まで向上した)がなされ、同時に検出感度も約1桁向上した。半導体評価研究成果としては、m面AlInNナノ構造体やAlGaN量子井戸、2次元層状h-BNの評価を行いつつZnO系材料の成長準備も滞りない。また、論文・発表ともに発信している。R1年度は、当初の予定どおりSTRCL装置の空間分解能向上を継続する一方、1フェムト秒パルスレーザ励起光電子銃の高輝度化を更に進めるため、金電極の冷却機構を検討する。2リターディング機構の安定化を行う。3ZnO/MgZnO構造を作製してSTRCL評価を行う。また、AlN、AlGaN、六方晶BNの評価を平行して行う。代表者は試料準備と測定、考察にあたり、分担者は光電子銃の高性能化と測定にあたる。最後に、全期間を通じて得られた成果の発信を行う。研究を阻害する課題は特にない。半導体や量子構造、蛍光体においてナノメートル領域で起こる発光の動的観測を実現するには、空間分解能と時間分解能を具備した分光計測系が必要である。我々は、禁制帯幅が広い物質にも電子-正孔対励起が可能な、フェムトピコ秒パルス電子銃を走査型電子顕微鏡に組み込み、それをナノメートル台の微小領域に集束する、日本に唯一の時間・空間同時分解カソードルミネッセンス(STRCL)測定系の高空間分解能化と高感度化を行っている。また、ボイド等の構造欠陥や積層欠陥(面欠陥)、転位等の線欠陥、また、点欠陥が非輻射再結合寿命に与える影響と、ナノ構造サイズが輻射再結合寿命に与える影響を明らかにする。H29年度の計画は、金フォトカソードの冷却機構開発と高出力フェムト秒Al2O3:Tiレーザの第3高調波により高輝度パルス電子を発生させること、STRCL装置へリターディング機構を導入し、更に陰極線蛍光の検出部に視野制限等を設け、高空間分解能化と高感度化を行うこと、そしてAlNや高AlNモル分率AlGaN、AlInN及びZnO/MgZnO結晶成長とダイナミクス評価を行うことであった。実際に、STRCL装置の改良を推進しつつ成果を発信するため、高輝度パルス電子線の発生とリターディング機構の設計を行い、設備発注目前となった。また、ヘリコン波励起プラズマスパッタ装置の安定動作に用いるプラズマプロセスモニターを導入した。そして、電子線励起が有効な、m面成長AlInN混晶ナノ構造、AlGaN量子井戸に加え、ウルツ鉱構造と異なりsp2混成軌道を基本とする2次元物質である六方晶窒化ボロン(h-BN)微粉末及びエピ層のSTRCL評価を行い、発光メカニズムを明らかにした。さらに、無添加や不純物添加エピ及び基板そのものであるGaNにおける構造欠陥、面欠陥、線欠陥、点欠陥に関する総括的研究を行った。研究実績の概要欄に記したように、STRCL装置の改良計画(立案と設計)は予定通り進んでいる。研究成果としては、m面AlInNナノ構造体やAlGaN量子井戸、2次元層状h-BNの評価を行いつつZnO系材料の成長準備も滞りない。

本装置を用い、ボイド等の構造欠陥や積層欠陥(面欠陥)、転位等の線欠陥、点欠陥が非輻射再結合寿命に与える影響と、ナノ構造サイズが輻射再結合寿命に与える影響を明らかにする。H30年度には、(1)励起用フェムト秒パルスレーザ本体の安定化と、除振台の超微小振動によるレーザ光路のズレを防いでPEーgun全体の時間的、空間的安定性を高め、高輝度パルス電子発生が可能となった。また(2)リターディング機構導入により試料直上でPEに急制動をかけられるようになった。これらの結果、表面近傍の解像度向上と空間分解能の向上がなされた。(3)時間分解能を約一桁向上させ、1ps程度の発光計測を可能とした。(4)高AlNモル分率AlGaNやZnOの発光ダイナミクス計測を行った。(5)マテリアル創成の一環として、ヘリコン波励起プラズマスパッタエピタキシーによるZnO薄膜成長とNiO薄膜の堆積、誘電体分布ブラッグ反射鏡の堆積を行った。研究実績の概要欄に記したように、STRCL装置の改良計画(立案と設計)は予定通り進んだ。一方で、当初計画をしていなかった時間分解能の向上(約10ps程度であったものが1ps以下まで向上した)がなされ、同時に検出感度も約1桁向上した。半導体評価研究成果としては、m面AlInNナノ構造体やAlGaN量子井戸、2次元層状h-BNの評価を行いつつZnO系材料の成長準備も滞りない。また、論文・発表ともに発信している。H30年度は、当初の予定どおりSTRCL装置の空間分解能向上を継続する一方、H29年度に開始したAlGaN、AlInN、h-BNやZnO等の広禁制帯幅半導体の微細領域における発光ダイナミクス評価を継続する。新たな試料入手に関しては、人的制限も考え、他の機関からの資料提供を適宜仰ぎながら結晶成長も進める。研究を阻害する課題は特にない。R1年度は、当初の予定どおりSTRCL装置の空間分解能向上を継続する一方、1フェムト秒パルスレーザ励起光電子銃の高輝度化を更に進めるため、金電極の冷却機構を検討する。2リターディング機構の安定化を行う。3ZnO/MgZnO構造を作製してSTRCL評価を行う。また、AlN、AlGaN、六方晶BNの評価を平行して行う。代表者は試料準備と測定、考察にあたり、分担者は光電子銃の高性能化と測定にあたる。最後に、全期間を通じて得られた成果の発信を行う。プレスリリース(2019年1月30日付)公衆衛生や生活の質的向上に寄与!深紫外発光素子の高効率動作メカニズムを解明(東北大・名古屋大・名城大・創光科学)日経新聞, optronics,東北大,名古屋大,名城大
HIV脳症発症機序解明のための基礎研究:gp120と脳内糖脂質の特異的結合

HIV脳症の特徴には、大脳白質のdiffuseな脱髄、ニューロンの脱落などが報告されているが、その原因には不明の点が多い。gp120がガラクトセレブロシドやGM4などに結合することが報告され、これらの糖脂質はミエリンや神経突起の重要な構成成分であることから、gp120やHIV粒子が、神経系に二次的障害を起こす可能性が考えられる。糖脂質は種を超えた共通性があることから、ラット胎仔脳培養系を主に用いて、gp120の神経系細胞に及ぼす障害性について検討し、gp120の二つの神経障害性を明らかにした。第一に、成熟した神経系細胞を、ミエリンが高率に産生する条件下で培養すると、gp120は、ニューロンに障害性を示さず、オリゴデンドロサイトに機能障害を起こして、ミエリン形成を阻害した。第二に、幼若期の神経系細胞では、gp120添加により、顕著なニューロン死を引き起こした。gp120の神経系細胞に対する結合性を調べると、成熟期では、gp120はオリゴデンドロサイト、一部の2型アストロサイトや小型のニューロンにのみ結合を示したが、幼若期には主にニューロンに対して結合を示した。これらの結果から、gp120によるミエリン形成阻止やニューロン死は、神経系細胞表面分子の、発生に伴う変化と関連していることが予測された。成熟期のオリゴデンドロサイトに対するgp120の結合は、主にガラクトセレブロシドを介していることを確認しており、神経系細胞表面の糖脂質の変化とgp120の結合性に着目して、解析する予定である。これらの神経障害性が作用機序はまだ明らかでないが、神経障害性のあるTNFαの産生は、幼若期、成熟期共にみられなかったことから、別の経路による障害性が考えられ、今後解析を進めたい。以上のことから、gp120はHIV脳症にみられる脱髄、ニューロンの脱落の一つの原因となっている可能性を示唆することができた。今年度は、gp120によるミエリン形成異常の可能性について重点的に研究を進めた。gp120が特異的に結合するガラクトセレブロシド、スルファチド、GM4(ガングリオシドの一種)等は、種を超えて普偏的な物質であるので、ミエリン形成を短期間に起こすラット大脳皮質細胞培養を用いて、gp120の影響を調べた。まず、ラット大脳皮質細胞へのgp120の結合を調べたところ、gp120は主にオリゴデンドロサイトに結合を示した。また一部のGFAP陽性type2様アストロサイトや少数の小型ニューロンの細胞体にも結合がみられたが、ラットのマクロファージもしくはマイクログリアには結合を示さなかった。次に、ミエリンを高率に起こす培養条件下でgp120を高濃度(50-100nM)に加えたところ、対照群に比べミエリン形成が阻害された。この場合、オリゴデンドロサイトの数には変化はなく、細胞体にミエリン塩基性蛋白(MBP)の発現がみられたが、オリゴデンドロサイト特有の突起が抗MBP抗体で染色されなかった。またWestern blotでもMBP産生にgp120添加による影響はほとんどなかったことから、gp120はオリゴデンドロサイトの突起伸長もしくはMBPの突起への輸送に何らかの影響を及ぼしている可能性が考えられた。gp120のneurotoxityの報告もあるので特異抗体でニューロンを調べたが、この系ではニューロン自体には数、形態に異常は認められなかった。

ミエリンを形成後gp120を加えた系でも、gp120添加群ではミエリン消失が速かに起きた。以上の結果から、HIV脳症のdiffuseな脱髄の原因の一つは、gp120によるオリゴデンドロサイトの機能障害である可能性が、考えられた。今年度は、成熟度の異なるラット大脳皮質培養系を用いて、gp120による異なった神経障害性を明らかにした。即ち、成熟した神経系細胞では、gp120はニューロンに障害性を示さず、オリゴデンドロサイトに機能障害を起こして、ミエリン形成を阻害した。一方、幼若な神経系細胞では、gp120添加により顕著なニューロン死を引き起こした。gp120の神経系細胞に対する結合を調べると、幼若期には主にニューロンに対して結合を示したが、成熟期にはオリゴデンドロサイト、一部の2型アストロサイトや小型のニューロンにのみ結合を示した。これらの結果から、gp120によるミエリン形成阻止やニューロン死は、神経系細胞表面分子の、発生に伴う変化と関連していることが予測された。成熟期のオリゴデンドロサイトに対するgp120の結合は、主にガラクトセレブロシドを介していることを確認しており、神経系細胞表面の糖脂質の変化とgp120の結合性に着目して、解析する予定である。これらの神経障害性がどのようなメカニズムで起きるのかは、わかっていないが、一部で議論されている、gp120中のエンドトキシンやマイコプラズマの汚染による影響の可能性については、汚染のないことを確認した。またgp120によって神経障害性のあるTNFalphaの産生もみられなかったことから、別の経路による障害性が考えられ、今後解析を進めたい。以上のことから、gp120はHIV脳症にみられる脱髄、ニューロンの脱落の一つの原因となっている可能性を示唆することができた。
高齢化社会における資産選択と社会保障

この研究でわかったことは、次の4つの論文にまとめられている。成果を簡単にまとめてみる。「個人年金の需要分析と潜在的需要」では、有名なYarriの死亡確率の不確実と年金需要の分析を発展させて、資本市場が不完全な場合では、終身年金型でみられる給付形式が非効率をもたらす可能性のあることを示した。次に、この非効率性が、個人の時間選好率や死亡確率の変化によってどのような影響を受けるかを調べた。そして、この非効率性が個人年金市場の規模が引退期の必要生計費に比して不十分であることの理由になっていることを示した。最後に、年金の給付が個人の最適消費計画に応じて十分になされうるかを調べた。答えはその可能性を否定するものとなった。「Behavior of the Aged under Uncertainty」では、死亡時期の不確実性ではなく、引退後の所得(すなわち年金給付額)の不確実性や、病気等の不時の支出が、高齢者の貯蓄行動にどのような効果があるかを調べた。そこでは個人のリスク回避度が重要な役割を演じていることが確認された。「内部収益率からみた公的年金、個人年金、企業年金の評価」では、それぞれの年金の内部収益率を計算して、それぞれの制度のもっている効率性を吟味した。しかし効率性のみで年金制度を評価するのは一面的すぎると、この論文では主張されている。「Lost of care Bequest」では、遺産動機が親の介護と交換で保持されることに注目して、その経済学的意義を明らかにした。遺産動機が利他的でない時との相違がもつ意味を考慮した。本年度は家計における金融資産選択のモデルを作成することに全力を注いだ。特に高齢者に焦点をあわせて、実物資産(特に住宅と土地)を保有している高齢者と保有していない高齢者の差異に注目して、資産選択の現状を分析できるようなモデルにした。それに加えて、高齢者は公的・私的をとわず年金給付を受けており、その影響力を受けているのであるが、その効果を分析できるような配慮をした。さらに、高齢者の特色を抽出するために、非高齢者との比較をも行なうことに努めた。ここで重要な視点を提供するものとして、家計の危険回避度の役割があるが、本研究ではこの家計危険回避度の影響力が家計の資産選択にどれほどおよぶかを検証できるようにモデル化した。以上のような理論フレ-ム・ワ-クの下でモデルを設定し、現在は計量分析方法の1つであるト-ビット法に立脚して、推定を鋭意続行中である。来年度はこの推計作業を終えて、論文の完成を目指すものである。成果は英語で発表する予定である。使用するデ-タとしては郵政省の編さんしたデ-タ、総務庁の作成した家計調査、東大社会学科の作成したデ-タ等を用いるが、デ-タによっては個表を用いるが、個表の利用可能性がない場合には、公表デ-タを用いるしかない。ト-ビット分析のためには個表の利用が好ましいので極力それを使用できるようにする。本年度は2年間の研究成果をまとめるべく、論文の型として成果を書くことに努めた。以下論文の概要を次のようにまとめてみる。

「Behavior of the Aged under Uncertainty」では、死亡時期の不確実性ではなく、引退後の所得(すなわち年金給付額)の不確実性や、病気等の不時の支出が、高齢者の貯蓄行動にどのような効果があるかを調べた。そこでは個人のリスク回避度が重要な役割を演じていることが確認された。「内部収益率からみた公的年金、個人年金、企業年金の評確」では、それぞれの年金の内部収益率を計算して、それぞれの制度のもっている効率性を吟味した。しかし効率性のみで年金制度を評価するのは一面的すぎるとこの論文では主張されている。
エバネッセント場による光分子ブレーキと光吸収メタマテリアルを用いた高感度振動分光

本研究では,メタマテリアルを装荷したナノ流路に光導波をハイブリッド化させたデバイスを作り,流路を流れるナノ微粒子や分子を光放射圧でブレーキをかけて移動速度を低下させ,メタマテリアルが作り出すホットスポットとの相互作用を高める事で,分子検出感度の高感度化,高S/N化を目指す研究を行った.そして,ゼプトモルレベルの希薄な検体分子の赤外スペクトルを順次取得することで,どんな分子が存在するかを高速かつ高感度に検出・同定できるデバイスのプロトタイプの構築を目指した.光導波路を伝播する光の密度を向上させるため,メタマテリアル-流路ハイブリッド構造にさらにチャネル型光導波路を組み込んだデバイスを設計・作製した.チャネル型導波路は,ガラス基板にマイクロ流路を形成した後,FIB法でナノ流路を加工すると同時にナノ流路の表面の屈折率をイオン交換法で高める事で光導波路のチャネルコアを形成した.その後,ナノ流路ならびに導波路チャネル表面に金薄膜をスパッタリグして,金属薄膜の下にチャネル型導波路が埋没された構造を得た.試作したデバイスを用いて赤外分子スペクトルの測定実験を行い,従来のデバイスと比較して12桁程度の検出感度の向上を実験的に確認した.またメタマテリアルを構成するMIM構造のInsulator部をナノメートルスケールのギャップ層にした共振素子をさらに基板表面に垂直に配向させた新しいセンサー構造の加工法を開発した.このデバイスでは,MIM構造を垂直に配向させることでその集積密度を向上させることに成功し,結果として液体よりも分子密度の低い気体の赤外スペクトルを検出することに成功した.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目標は,メタマテリアルを装荷したナノ流路に光導波をハイブリッド化させたデバイスを作り,流路を流れるナノ微粒子や分子を光放射圧でブレーキをかけてその移動速度を低下させる.そしてメタマテリアルが作り出すホットスポットとの相互作用を高める事で,分子検出感度を極限にまで高める事である.そこでまず,Metal-Insulator-Metal(MIM)構造を用いた光吸収メタマテリアルのInsulator部をナノ流路に置き換えたデバイスを,電子ビームリソグラフィ法や集光イオンビームエッチング法などを用いて試作した.流路の作製では,赤外光を照射・検出するために,この波長領域の光に対して透明なCaF_2を基板材料の1つとして利用した.具体的な加工プロセスでは,流路は微細加工が容易なシリカ基板表面に作製し,これとCaF_2とを貼り合わせる新しいボンディング手法を開発して,流路内部に赤外光を照射できるメタマテリアルー流路デバイスを作製した.また,MIM構造は,シリカ基板の流路側に金ミラーを,またCaF_2基板表面にナノパッチ構造を加工し,2つの基板を貼り合わせた際にMIM構造が形成されるようにした.作製したハイブリッド流路デバイスに極微量のオクタデカン(C_18H_38)分子を含むCCl_4溶液を流して赤外吸収スペクトルの検出実験を行った.その結果,MIM型光吸収メタマテリアルによって抑制された背景光の中にC_18H_38の光吸収に基づく赤外吸収スペクトルを高い信号/背景光比で検出することができた.実験結果から,その測定感度を見積もったところ, 4.4×10^-2 molecules/nm^2の感度を有することがわかった.上記の通り,メタマテリアルとマイクロ/ナノ流路とのハイブリッド構造のデバイスの作製とそれを用いた赤外分子スペクトルの測定に成功した.これ以外にもナノ流路の中に流した水溶液の赤外スペクトルを測定したところ,バルク水のスペクトルに加えて,氷様のスペクトルが同時に得られることを見いだした.バルク水と氷様の2つの赤外吸収線の相対的な強度は,ナノ流路のチャネル幅を狭くするほど,氷様のスペクトル線が強くなることから,試作した赤外分光デバイスは,ナノ空間に閉じ込められた分子特有の振る舞いを反映する信号を検出できる事が明らかになった.これはタンパク室やDNAなどの生体分子が細胞内で機能するときの環境を模した状態で分子の機能を測定できる可能性を示唆するものであり,メタマテリアルとナノ流路のハイブリッド化は,単にメタマテリアルのホットスポット部に分子を選択的に輸送して感度を向上させる手段以上の機能が期待できると考えている.また,平行して分子の流速を減速させるための光放射圧デバイスの加工プロセスの開発も行った.ガラス基板表面に形成した流路をさらに銀イオンを用いたイオン交換法でチャネル型光導波路に加工する手法を開発し,流路とチャネル型光導波路とのハイブリッドな構造の加工実験を進めている.本研究では,メタマテリアルを装荷したナノ流路に光導波をハイブリッド化させたデバイスを作り,流路を流れるナノ微粒子や分子を光放射圧でブレーキをかけて移動速度を低下させ,メタマテリアルが作り出すホットスポットとの相互作用を高める事で,分子検出感度の高感度化,高S/N化を目指す研究を行った.そして,ゼプトモルレベルの希薄な検体分子の赤外スペクトルを順次取得することで,どんな分子が存在するかを高速かつ高感度に検出・同定できるデバイスのプロトタイプの構築を目指した.光導波路を伝播する光の密度を向上させるため,メタマテリアル-流路ハイブリッド構造にさらにチャネル型光導波路を組み込んだデバイスを設計・作製した.チャネル型導波路は,ガラス基板にマイクロ流路を形成した後,FIB法でナノ流路を加工すると同時にナノ流路の表面の屈折率をイオン交換法で高める事で光導波路のチャネルコアを形成した.その後,ナノ流路ならびに導波路チャネル表面に金薄膜をスパッタリグして,金属薄膜の下にチャネル型導波路が埋没された構造を得た.

試作したデバイスを用いて赤外分子スペクトルの測定実験を行い,従来のデバイスと比較して12桁程度の検出感度の向上を実験的に確認した.またメタマテリアルを構成するMIM構造のInsulator部をナノメートルスケールのギャップ層にした共振素子をさらに基板表面に垂直に配向させた新しいセンサー構造の加工法を開発した.このデバイスでは,MIM構造を垂直に配向させることでその集積密度を向上させることに成功し,結果として液体よりも分子密度の低い気体の赤外スペクトルを検出することに成功した.メタマテリアルーマイクロ/ナノ流路ー光導波路ハイブリッドデバイスを完成させ,その流路内に検体分子を流すとともに,反対方向から光導波路内にレーザー光を伝搬させて,光放射圧を用いて検体分子にブレーキをかけて光-分子相互作用を増強することで検出感度のさらなる向上を目指す.光放射圧による分子のブレーキ作用を検証するために,蛍光分子もしくはナノ粒子を混合した試料溶液を流路内に流し,それを蛍光顕微鏡で観察しながら,光圧による分子ブレーキ作用の特性評価を行う.また同時に分子の赤外スペクトルの測定を行い,分子を減速させることによる検出感度の変化を測定することで,提案した手法の有効性を検証する.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。