hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
TRP分子標的嗅覚刺激による高齢者アノレキシアの中枢機序解明と新規治療法の開発

人咽喉頭知覚神経節終末TRPV1及びTRPM8作動刺激、人島皮質刺激の黒胡椒嗅覚刺激(JAGS2006)により、これまでの誤嚥予防薬を飲用不可能患者に対し、ドラッグガスデリバリーである黒胡椒嗅覚刺激パッチ製剤(特許)、及び、カプサイシン含有トローチ(現在、口腔内テープ剤)、メンソール含有誤嚥防止用ゼリー(特出)を産学連携開発し、段階的摂食再開ストラテジーを開発した。このストラテジー施行群は、非施行群に比べて、肺炎発症を抑制した(JAGS2010)。黒胡椒の匂いの前帯状回活性化作用を用いた食欲低下の施設入所障害児において、食事量・体重増加・栄養状態改善が認められた(Tohoku J Med,特出)人咽喉頭知覚神経節終末TRPV1及びTRPM8作動刺激、人島皮質刺激の黒胡椒嗅覚刺激(JAGS2006)により、これまでの誤嚥予防薬を飲用不可能患者に対し、ドラッグガスデリバリーである黒胡椒嗅覚刺激パッチ製剤(特許)、及び、カプサイシン含有トローチ(現在、口腔内テープ剤)、メンソール含有誤嚥防止用ゼリー(特出)を産学連携開発し、段階的摂食再開ストラテジーを開発した。黒胡椒の匂いの前帯状回活性化作用を用いた食欲低下の施設入所障害児において、食事量・体重増加・栄養状態改善が認められた(Tohoku J Med,特出)蛋白エネルギー栄養障害(Protein-Energy-Malnutrition : PEM)は「寝たきり」の主要な一因であるが、高齢者のPEMの原因として、主要な要因は、摂食・嚥下障害とAging Anorexiaである。前帯状回の活性低下が、器質的疾患のないAging anorexiaと深く関与している可能性が高い。一方、人の適切な摂食行動には視床下部摂食関連ペプチド神経ネットワークが多く寄与することがわかってきた。以上から、Aging anorexiaの発症には前帯状回活性低下が視床下部摂食関連ペプチドのバランス不均衡に関与している可能性がある。そこで、今回、私は、既実験で得られた、Black Pepper Oil嗅覚刺激の意欲・motivationを司る前帯状回活性化作用を利用して、器質的疾患のないAging anorexiaの高齢者に対する摂食行動低下改善を調査している。H20年度は、多施設の入所者(計約100名)を無作為に割り付けし、実際に毎日1枚、この芳香成分を含んだパッチ(24時間芳香する)を貼布し(対象群はプラセボパッチ)、ブラックペッパーオイル嗅覚刺激によるホルモ量・食事量・栄養状態の動向を調査した(H21年度も続行)。蛋白エネルギー栄養障害(Protein-Energy Malnutrition : PEM)は「寝たきり」の主要な一因である。高齢者のPEMの原因として、主要な要因は、摂食・嚥下障害とAging Anorexiaである。前帯状回の活性低下が、器質的疾患のないAging Anorexiaと深く関与している可能性が高い。一方、人の適切な摂食行動には、視床下部摂食関連ペプチドのバランス不均衡に関与している可能性がある。そこで、今回、私は、既実験で得られた、Black Pepper Oil嗅覚刺激の意欲・motivationを司る前帯状回活性化作用を利用して、器質的疾患のないAging Anorexiaの高齢者に対する摂食行動低下改善を調査している。H20年、H21年度と計3施設における介入研究が終了し、ほぼデーターの収集が終了している。今後、まだ未測定の検体の測定や、データーの解析を行う。現時点でまとまっている結果としては、Black Pepper Oilの嗅覚刺激群は、Placebo群と比較し、肺炎発症率が低い傾向を示している。また、誤嚥・摂食障害の原因となる転倒についても、きBlack Pepper Oil嗅覚刺激群のほうが、有意に転倒回数を抑制する結果がでている。また、この嗅覚刺激群のなかには、全体的な意欲上昇とともに、食欲改善するものも出てきている。また、食欲低下している高齢者の血液データーでは、血清レプチン値が低値を示している傾向が認められている。人咽喉頭知覚神経節終末に存在するTRPV1及びTRPM8を、それぞれのアゴニスト(Capsaicin : Ebihara T. Lancet 1993, J Am Geriatr Soc(]AGS)1995,Menthol : Ebihara T.Br J Clin Pharmacol 2006)を刺激することにより、また、人嚥下上位中枢の島皮質を刺激する匂い(黒胡椒精油)による嗅覚刺激(Ebihara T. JAGS 2006)により、これまで、私たちが提唱してきた誤嚥予防薬(ACE阻害剤・ドーパミン剤・PDE-III阻害剤)を飲用できない患者に対するケアとして、ドラッグガスデリバリーを用いた黒胡椒嗅覚刺激によるパッチ製剤(特3762969号)、及び、カプサイシン含有トローチ(現在、テープ剤を開発、三和化学より販売)、メンソール含有誤嚥防止用ゼリー(特許出20062768)を世に送り出した。これまで、入院高齢者の摂食再開時に、現状の誤嚥防止用ゼリーすら誤嚥し、再度肺炎を繰り返し経管栄養になる高齢者に対し、これらのデバイスを用いた段階的摂食再開ストラテジーを開発した。

このストラテジーを用いた摂食再開施行群は、非施行群に比べて、肺炎発症を抑制した(Ebihara T et al. JAGS 2010)。また、複数の老人保健施設で行った、黒胡椒(パッチ製剤)を用いた嗅覚刺激による肺炎予防効果をみた研究(RCT)(UMIN000003918)も終了しており(2010年日本老年医学会老年医学研究基金受賞講演(神戸)で一部発表)、現在投稿中。こら一連の研究成果は、Pulm Pharmacol Ther 2010にReviewとして発表した(印刷前Epub状態)。同様に、J J Pharmacol Socに掲載受託済。又、意欲を司る前帯状回を活性化することが判明している黒胡椒の匂い(JAGS 2006)を用いて、市近郊の3老人保健施設で行った一年間にわたる嗅覚刺激は、偽群に比べて、刺激群は有意に食事量の増加が認められた(低栄養にある患者の食欲不振改善のための薬剤特許出願(公開):WO2007084515)。その際の中枢性の食欲関連ペプチドにも有意な相関が認められ、現在、投稿中である。また、同じテーマを、東北大学小児科と行った施設入所の、食欲低下の障害児に行った研究結果でも、安全に、この嗅覚刺激で、食事量が増え、栄養状態改善・体重増加が認められたEbihara T etal. Tohoku J Med)
胎生期前立腺発生因子であるGDNF-RET系を介した前立腺肥大症発生機序の解明

私たちはこれまでに胎児ラットの前立腺原器である泌尿生殖洞を成体雄ラットの前立腺被膜下に移植することで得られる間質増生主体の前立腺肥大症モデルを作成し研究してきた。その結果、GDNF(grial cell-derived neurotrophic factor)が正常前立腺に比較して前立腺肥大モデルに高発現していることが確認された。ヒト前立腺由来の細胞株へGDNFを投与した結果、間質由来成分の増殖能が増大した。また、ヒト前立腺肥大症組織において、前立腺体積とRETの発現が相関する傾向が見られた。これらより、前立腺肥大の発生機序の1つにGDNFシグナル系が関与していることが示唆された。前立腺肥大症は高齢化とともに患者数が増加し、社会的に重要な疾患である。現在、前立腺肥大症に対する内服治療は、α1ブロッカーと広義の抗アンドロゲン薬が用いられている。しかし、アンドロゲンの作用を低下させても、前立腺の上皮細胞数は減少するものの、間質細胞数は影響を受けない。前立腺肥大症の病理組織は間質成分が70%を占めるため、間質成分を標的とした新しい治療薬の開発が求められている。近年、私たちは胎児ラットの前立腺原器である泌尿生殖洞(urogenital sinus; UGS)を成体雄ラットの前立腺皮膜下に移植することで、病理学的にヒトと類似した間質増生主体の前立腺肥大症モデルを作成した。このモデルは形態がヒト前立腺肥大症と似ているだけでなく、アンドロゲン受容体を発現していること、bFGFとTGFβ1の発現が亢進していることなど、ヒトの前立腺肥大症に近い性質を持つ。私たちはこれまでに、ヒト前立腺肥大症にGDNFが発現し、前立腺サイズとGDNF受容体遺伝子の発現に関連があることと、正常前立腺由来の培養細胞にGDNFおよびその受容体が発現していることを確認している。本研究においては、間質優位前立腺肥大症モデルにおけるGDNFの役割の詳細を明らかにするため、GDNFの受容体の下流経路の詳細を検討する。前立腺肥大症は排尿困難、頻尿をきたす加齢と共に増加する疾患で有り、QOLの低下をもたらす。高齢化の進行と共に患者数は増加し、社会的に重要性が増加している。現在、前立腺肥大症に対する内服治療はα1ブロッカーと講義の抗アンドロゲン薬が用いられている。前立腺肥大症の病理組織は間質成分が約7割を占めるため、間質成分を標的とした新規の治療薬の開発が求められている。近年、私たちは胎児ラットの前立腺の原器である泌尿生殖洞(urogenital sinus; UGS)を成体雄ラットの前立腺皮膜下に移植することで病理学的にヒトと類似した間質増生主体の前立腺肥大症モデルを作製した。このモデルは形態がヒト前立腺肥大症と似ているだけで無く、アンドロゲン受容体を発現していること、FGFとTDFβIの発現が更新している点などヒトの前立腺肥大症に近い性質を持つ。私たちはこれまでにヒト前立腺肥大症にGDNFが発現し、前立腺サイズとGDNF受容体遺伝子の発現に関連があることと、正常前立腺由来の概要細胞にGDNFおよびその受容体が発現していることを確認した。本研究課題では前立腺肥大症におけるGDNFの役割の詳細を明らかにするため、GDNFの下流経路の詳細を検討し、その一端としてGZF1やRETのリン酸化経路などが関与していることを見いだした。本研究では、胎児ラットの泌尿生殖洞を成体ラット前立腺被膜下に移植して得られる前立腺肥大症モデルと、ヒト前立腺由来の細胞株の2つの研究材料を用いて検討を行っている。これらのうち後者について、GDNF受容体とその下流経路の反応をWestern blotting法や細胞増殖能の測定を行い検討している。しかし、購入したヒト前立腺由来細胞の株によって、GDNFに対する反応性に大きなばらつきが見られ、検討に支障をきたしている。このばらつきは加齢による前立腺の増大速度がヒトにおいて個人差をもたらしている原因であろうと考えられる。現在のところこの差をもたらしている直接の要因を解明するには至っておらず、目標の達成はやや遅れていると判断する。高齢化が急速に進行するのに伴い、前立腺肥大症の罹患率、患者数は増加傾向にあり、社会的な対策の必要性が増している。内服治療として現在α1ブロッカー、広義の抗アンドロゲン薬などが用いられている。しかし、アンドロゲンの作用を低下させても、前立腺の上皮細胞数は減少するが、間質細胞数は影響を受けない。ヒト前立腺肥大症の病理組織は間質成分が70%を占めるため、抗アンドロゲン薬による前立腺体積の減少は限定的である。このため、間質成分を標的とした新しい治療薬の開発が求められているが、間質有意の増殖が起こるメカニズムは明瞭ではない。私たちは、胎児の泌尿生殖洞を成体ラットに移植することで、ヒト類似の間質優位な前立腺肥大モデルが得られる事実に着目し、胎生期の因子が前立腺肥大発症に関与する可能性について検討してきた。その結果、前立腺に胎生期に発現する因子であるGDNFが、上記ラットモデルおよびヒト前立腺肥大症患者において発現していることをRT-PCRおよび免疫染色で確認した。また、GDNFはこれまでの報告からRETシグナル経路をその下流に持つことが知られていることから、ヒト由来前立腺細胞株を用いてRET癌原遺伝子およびその下流シグナル分子であるGZF1遺伝子の発現の有無をRT-PCR法を用いて確認したところ、正常前立腺細胞由来細胞株において発現が確認された。

前立腺内戚の体積の増加とGDNFおよびその受容体であるGFRA、RET遺伝子の発現強度との間に相関があるかどうかをqPCR法を用いて解析したところ、スピアマン相関係数において相関を見ることができた。これらより、ヒト前立腺肥大症患者においてGDNFおよびその下流経路が前立腺体積増大に関連している可能性が示唆された。私たちはこれまでに胎児ラットの前立腺原器である泌尿生殖洞を成体雄ラットの前立腺被膜下に移植することで得られる間質増生主体の前立腺肥大症モデルを作成し研究してきた。その結果、GDNF(grial cell-derived neurotrophic factor)が正常前立腺に比較して前立腺肥大モデルに高発現していることが確認された。ヒト前立腺由来の細胞株へGDNFを投与した結果、間質由来成分の増殖能が増大した。また、ヒト前立腺肥大症組織において、前立腺体積とRETの発現が相関する傾向が見られた。これらより、前立腺肥大の発生機序の1つにGDNFシグナル系が関与していることが示唆された。私たちはこれまでに、ヒト前立腺肥大症にGDNFが発現し、前立腺サイズとGDNF受容体遺伝子の発現に関連があること、および、正常前立腺由来の培養細胞にGDNFおよびその受容体が発現していることを確認している。今後、間質優位前立腺肥大症モデルにおけるGDNFの役割の詳細を明らかにするため、GDNFの受容体の下流経路の詳細を検討中である。上記の通り、ヒト正常前立腺由来細胞を用いた検討を行ってるが、株によりGDNFを投与した場合の反応に大きな差が見られ、このため達成度がやや遅れている。本研究では、胎児ラットの泌尿生殖洞を成体ラット前立腺被膜下に移植して得られる前立腺肥大症モデルと、ヒト前立腺由来の細胞株の2つの研究材料を用いて検討を行っている。これらのうち前者について、肥大症モデルの発生におけるアンドロゲンの役割を確認するため前立腺肥大症治療薬の1つであるアボルブ(デュタステリド)の作用を観察することで、肥大症モデルの前立腺間質、前立腺上皮それぞれにおけるアンドロゲンの作用の影響を観察する。また、後者(ヒト前立腺由来細胞株を用いた検討)について、GDNFに対する感受性をもつ株が絶滅してしまったため、再度GDNF高感受性株を得られるよう別ロットの細胞株を購入し、GDNFへの反応を観察する予定である。泌尿器科学本研究では、前立腺肥大症の発生誘引物質としてのGDNFの可能性について検討を行っている。現在、GDNF下流であり、GDNF誘導遺伝子として知られるGZF1(GDNF inducible zinc finger protein 1)やSEP1などの経路の活性化を定量PCR法で検討中である。しかし、現在、ヒト前立腺由来細胞株の株間の薬剤感受性にかなりの差異が見られることが判明した。使用しているヒト前立腺由来細胞株は、がん細胞から樹立された株では無く、正常前立腺から得られた株であるため、分裂能、分裂回数は有限である。
ディ-ゼル機関を含む複合電力システムのシミュレ-ションによる最適化手法

電力発生源をディ-ゼル機関とは限定せず、排気タ-ビン過給機側に動力源を求めるシステム、熱源あるいは排熱利用としての熱交換器を付加した機関などの多様な複合動力システムの総合熱効率を、実機設計時の検討に活用できる精度で推定するシミュレ-ションプログラムの作成を目的として、下記の成果を得た。1.複合動力システムとして、今後有用になって来ると予想されるディ-ゼル機関、過給機、ガスタ-ビン、熱交換器などを組合せたシステムの検討を行い、これらシステムの性能予測を目的として、作動状態の数値シミュレ-ションが可能な汎用プログラムの基本構成を確定した。これを基に今後、プログラムの完成を目指すことになる。2.排気タ-ビンあるいは圧縮機の特性を等価絞りで代表する場合、絞り面積が運転条件で変化しないように、回転数を用いて補正して表示する方法を案出した。圧縮機あるいはタ-ビンの特性を簡単に絞り面積で表示することにより、最適過給機の調査を簡単に行えることを示した。3.シミュレ-ション計算によって、過給機関の過度特性を検討した。一段、二段過給方式に較べ、圧縮機1台とタ-ビン2台を1軸に結合し、低機関回転数では、2段タ-ビン、高回転数に対しては高圧タ-ビンのみを作動させる方式が、良好な過度特性を示すことを明らかにした。4.ディ-ゼル機関の性能は、吸気弁孔部の流動状態、すなわちスワ-ル強さおよび吸入空気量の影響を強く受ける。複合動力システムに組み込まれたディ-ゼル機関の吸気弁孔部の三次元流動解析にポロシティ法を導入して、三次元流動状態の予測法を完成した。また、流路形状の影響を精度良く表現することが可能なように、境界適合格子法とタンク・アンド・チュ-ブ法を組合せ、効率的な流動解析を行うことのできる手法を明らかにした。動力発生源をディーゼル機関とは限定せず、排気タービン過給機側に動力源を求めるシステム、熱源あるいは排熱利用としての熱交換器を付加した機関などの多様な複合動力システムの総合熱効率を、実機設計に利用できる精度で推定するシミュレーションプログラムの作成の第一段階として、本年度の研究では、下記の成果を得た。1.複合動力システムとして、今後有用になって来ると予想されるディーゼル機関、過給機、ガスタービン、熱交換器などを組合せたシステムの検討を行い、これらシステムの性能予測を目的として、作動状態の数値シミュレーションが可能な汎用プログラムの構想図をほぼ確定した。これを基に今後、プログラムの作成を進めることになる。2.排気タービンあるいは圧縮機の特性を等価絞りで代表する場合、絞り面積が運転条件で変化しないように、回転数を用いて補正して表示する方法を案出し、それを用いて過給機端の境界条件式を表した。この式を用いると、圧縮機あるいはタービンの、特性を簡単に絞り面積で表示でき、最適過給機の試行錯誤による調査を簡単に行えることが判った。3.ディーゼル機関の性能は、吸気弁孔部の流動状態、すなわちスワール強さおよび吸入空気量の影響を強く受ける。複合動力システムに組み込まれたディーゼル機関の吸気弁孔部の三次元流動解析にポロシティ法を導入して、複合システムとしての実作動状態における三次元流動状態の予測法を完成した。4.吸・排気マニホールドの流動特性改善を目的として、複雑な形状を持つ流路内の三次元流動解析を行うに当たり、流路形状の影響を精度良く表現することが可能なように、境界適合格子による流動解析プログラムの開発を始めた。タンク・アンド・チューブ法を拡張し、効率的な流動解析を行うことのできる手法を明らかにした。

動力発生源をディ-ゼル機関とは限定せず、排気タ-ビン過給機側に動力源を求めるシステム、熱源あるいは排熱利用としての熱交換器を付加した機関などの多様な複合動力システムの総合熱効率を、実機設計時の検討に活用できる精度で推定するシミュレ-ションプログラムの作成を目的として、本年度の研究では、下記の成果を得た。1.複合動力システムとして、今後有用になって来ると予想されるディ-ゼル機関、過給機、ガスタ-ビン、熱交換器などを組合せたシステムの検討を行い、これらシステムの性能予測を目的として、作動状態の数値シミュレ-ションが可能な汎用プログラムの基本構成を確定した。これを基に今後、プログラムの完成を目指すことになる。2.排気タ-ビンあるいは圧縮機の特性を等価絞りで代表する場合、絞り面積が運転条件で変化しないように、回転数を用いて補正して表示する方法を案出した。圧縮機あるいはタ-ビンの特性を簡単に絞り面積で表示することにより、最適過給機の調査を簡単に行えることを示した。3.シミュレ-ション計算によって、過給機関の過度特性を検討した。一段、二段過給方式に較べ、圧縮機1台とタ-ビン2台を1軸に結合し、低機関回転数では、2段タ-ビン、高回転数に対しては高圧タ-ビンのみを作動させる方式が、良好な過度特性を示すことを明らかにした。4.ディ-ゼル機関の性能は、吸気弁孔部の流動状態、すなわちスワ-ル強さおよび吸入空気量の影響を強く受ける。複合動力システムに組み込まれたディ-ゼル機関の吸気弁孔部の三次元流動解析にポロシティ法を導入して、三次元流動状態の予測法を完成した。また、流路形状の影響を精度良く表現することが可能なように、境界適合格子法とタンク・アンド・チュ-ブ法を組合せ、効率的な流動解析を行うことのできる手法を明らかにした。
高エネルギー物理学における数値解析法の確立

高エネルギー実験の複雑な実験データを用いてモデルの正否を決定し、さらにモデルに含まれるパラメータを精密に測定するためには、信号・バックグランド双方に対して、提案された理論に基づいて大規模かつ高度な数値計算を行い、実験と理論とを有機的・整合的に結びつけることが必要となる。このような方法を「数値解析法」と呼ぶ。本研究では、場の量子論の摂動論に基づく理論計算を迅速にまた数値的に安定して遂行するための数値計算法を確立した。それを用いて実験により得られた測定値と物理モデルに基づく理論的予言とを結びつけるための本質的な役割を担う、イベント・ジェネレータを開発した。特に、量子色力学に基づいた高次補正を含むイベント・ジェネレータの開発を行った。物理過程としては、陽子・陽子散乱によるWボソン+ジェット生成、2光子生成等を扱った。また、散乱振幅を生成し、数値を与えるためのプログラム・システムの開発や、輻射補正に現れる積分(ループ積分)を遂行するためのプログラムの開発をおこなった。さらに、摂動論による高次補正を計算する際に現れるループ積分に対して、数値的解析法を適用する方法を開発した。これは、ファインマン・パラメータ積分を直接数値積分することにより、複雑な複素多重積分を組織的に計算する方法である。数値計算の精度の確保と数値積分法の改良により、モンテ・カルロ積分では5桁に止まっていた数値精度を十数桁まであげる、という成果を得た。これにより、電弱相互作用の2-loop補正を組織的に行うための基本的な知見が得られた。大規模数値計算では計算精度の制御が問題となる。ファインマン振幅の自動計算システムGRACEは現在までのところ1-ループ振幅までの断面積の計算が可能であるが、標準理論や超対称性理論による被積分関数は膨大なものとなっており、また解析的な表式に桁落ちが予想される部分があるので、数値計算結果の精度を組織的に検証する必要がある。このため今年度は4倍精度を上回る浮動小数点計算、具体的には8倍精度、16倍精度の数値計算を検討した。更に、その数値計算の演算では何ビットの桁落ちが発生するかをモニタするソフトを導入した。その結果GRACEでの数値計算を実行中に桁落ちがどこでどれだけ発生するかをモニタし、桁落ちに合わせて計算精度を上げて所期の計算精度を保って結果をだすことに成功した。ファインマン振幅の自動計算で1-ループを超える計算には2-ループのファインマン積分を組織的に数値化する必要がある。同グループではこれまでに数種の数値解析手法を提案し2-ループの頂点関数の数値化を行ってきた。今年度はそのうちの一つの手法である、ε-算法を用いた加速法により2-ループの4点関数の数値化を研究した。4点関数は頂点関数に比べ被積分関数の振動が激しくなっている。数値積分法としてGAUSS-KRONROD法を採用し、並列計算に適した次数の係数を計算した。来年度は具体的な計算結果の達成に至ると思われる。来年開始予定のLHC実験にはNLO-QCD計算の組織化が急務となっている。今年度は1-ループ4点関数のファインマン積分を超幾何関数で表す計算を行い、現在のところ隣り合う2つの外線が質量を持つ場合まで数値的に扱いが可能となっている。フランスの共同研究者が開発した計算プログラムと一致を見ており、現在、相対する2つの外線が質量を持つ場合を計算中である。超幾何関数で現す計算は従来までの計算より広い範囲で数値的に安定することが期待される。昨年度に引き続き、LHC実験で重要な役割を果たすQCDプロセスの高次効果(NLO-QCD)を含む、イベント・ジェネレータを作成するための研究を行った。高次効果の計算で必要となるループ積分は従来のリダクションと呼ばれる方法では、位相空間の一部で数値的に不安定となる欠点がある。本プロジェクトでは数値的に安定で計算時間が短くなる独自の方法を開発している。

これは、ループ積分をテンソル積分も含めて、超幾何関数で表現し数値化する方法で、特に今年度は2、3本の外線が質量を持つ場合について、数値積分を組み合わせた方法によるループ積分プログラムを開発した。一方、具体的な反応過程としてqq-bar→W+jetを取り上げ、NLO高次補正の計算を行った。この過程のパートンレベルに対するNLO高次計算はすでに成されているが、終状態のjetと始状態に陽子の構造関数とを矛盾なく取り込んだ計算はまだ存在しない。当該年度ではQCDの1-ループ補正と1-グルーオン放出過程との間の発散が消えていることを確認した。いったん計算手続きが確定すればそれを自動化し数多くのNLO高次計算を遂行することが容易になる。その手続きがほぼ確定した。これまでに数値積分法によりループ積分を数値化する方法は世界中で試みられてきたが、赤外発散を持つループ積分に関しては解析的手法を適用せざるを得なかった。その主な理由は被積分関数が特異なふるまいをするために、桁落ちが生じやすかったためと考えられる。本プロジェクトの目的のひとつにはこうした状況を数値解析の手法で打破を試みることにあった。そこで当該年度では、多倍長計算の実行によりこの問題を克服できるかの検討を行った。結果、1-ループの3点関数に関しては、8倍精度で計算を行えば、十分小さく光子の質量を設定しても積分が可能であることを示した。高エネルギー実験の複雑な実験データから、モデルの正否を決定しモデルに含まれるパラメータを精密に測定するためには、信号・バックグランド双方に対して、提案された理論に基づいて大規模かつ高度な数値計算を行い、実験と理論とを有機的・整合的に結びつけることが必要となる。このような方法を「数値解析法」と呼ぶ。本研究では、場の量子論の摂動論に基づく理論計算を迅速にまた数値的に安定して遂行するための方法を確立した。それを用いて実験により得られた測定値と物理モデルに基づく理論的予言とを結びつけるための本質的な役割を担う、イベント・ジェネレータを開発した。特に、量子色力学に基づいた高次補正を含むイベント・ジェネレータの開発を行った。物理過程としては、陽子・陽子散乱によるWボソン+ジェット生成、2光子生成等を扱った。また、散乱振幅を生成し、数値を与えるためのプログラム・システムの開発や、輻射補正に現れる積分(ループ積分)を遂行するためのプログラムの開発をおこなった。さらに、摂動論による高次補正を計算する際に現れるループ積分に対して、数値的解析法を適用する方法を開発した。これは、ファインマン・パラメータ積分を直接数値積分することにより、複雑な複素多重積分を組織的に計算する方法である。数値計算の精度の確保と数値積分法の改良により、モンテ・カルロ積分では5桁に止まっていた数値精度を十数桁まであげる、という成果を得た。これにより、電弱相互作用の2-loop補正を組織的に行うための基本的な知見が得られた。
国際社会における日本語についての総合的研究

各班の進捗状況の概要は以下のとおりである。総括班:公開シンポジウム(「多言語世界の課題-グローバルネットワークと日本語-」)および研究報告会(2回)を実施するとともに,総括班会議(2回),研究班代表者会議(2回)を召集し,本プロジェクトの評価および企画推進に努めた。研究班1(センサス):「日本語観国際センサス」に関する既存資料の収集を継続するとともに,調査票原案をほぼ確定した。また,アメリカにおける日本語からの借用語の意識調査,外国人留学生を対象とした阪神大震災における情報伝達状況の聴取調査等を行った。この他,国内でメディア調査を継続した。研究班2(文化摩擦):日本語形成史,国際関係における言語の位置の理論的考察をもとに,海外におけるマイノリティーの言語状況,国内における言語接触等の調査分析を行った。さらに国内の諸地域間,および日本語非母語話者と日本人間の言語伝達状況を刺激ビデオ調査,観察調査等の方法で調査し分析を行った。研究班3(実験言語):文字研究チームは,文字言語認知の文献目録を作成した。また,語表記の調査を継続しデータベース化に着手した。音声研究チームは,韻律処理プログラム開発を進め,日本語学習者のアクセント知覚テストの分析を進めた。計算機実験チームは,分類語彙表を機械辞書化したうえで,日本語表記変換用の機械辞書を作製した。研究班4(情報発信):同時通訳研究チームは,訳出された日英語の構文分析および研究動向の調査を行った。漢字符号研究チームは,4バイトコード漢字の異字体を表現する漢字符号の実験を行った。コーパス研究チームは,明治期雑誌の計算機入力を行った。言語教育研究チームは,言語教育政策懇談会,および国語教育・日本語教育の実態調査に関する準備調査を行った。
人工媒質を用いた平面アンテナの最適設計アルゴリズムの開発に関する研究

人工媒質を組み合わせた平面アンテナの特性の解析を行い、所望の特性のアンテナを設計するアルゴリズムを構築した。最初に、人工媒質を基板に用いたマイクロストリップアンテナの電磁界解析を時間領域で行うために、3次元のFDTD法を適用した.人工媒質は周波数分散性を示すため、ADE-FDTD法による解析を行った。次に、さまざまな媒質定数におけるアンテナ特性について数値的検討を行い、アンテナの各設計変数とアンテナ各種の特性との関係について検討を行った。その結果、特定の周波数帯においてユニークな放射パターンが得られ、提案するアンテナが指向性アンテナとして有効であることがわかった。また、基板の媒質定数とアンテナの放射パターンとの関係を明らかにした。更に,最適化法に基づく電磁波逆散乱問題の研究に参加し、得られた知見をアンテナの最適設計アルゴリズムの基礎となる降下法に応用した。最後に、基板の媒質定数に着目した設計アルゴリズムを構築し、その有効性を数値的に示すことができた。本研究課題の目的は,負屈折率媒質に代表される人工媒質を用いたアンテナの最適設計のアルゴリズムを開発することである.一般に,電磁波用デバイスの設計には専門的な知識が必要であるため,初心者による作業は容易ではない.従って,本研究課題では所望のアンテナ特性を入力すれば,アンテナの各種設計変数が得られる最適設計のアルゴリズム及びプログラムの開発を目指す.平成19年度の研究計画では,1.人工媒質内部での電磁波伝搬の解析2.電磁波散乱問題を解析する3次元プログラムの開発及び計算シミュレーションの実施を予定していたが,計画通りに研究が進み,その成果を各種学会及び原稿に投稿している具体的には,1.人工媒質のモデル式として,2種類の異なる周波数分散モデルを取り上げた.2.これらのモデル式を用いて,時間領域での3次元解析プログラムを完成させた.3.人工媒質を基板材料に用いたマイクロストリップアンテナを取り上げ,このアンテナの各種特性について数値シミュレーションを行い,この媒質の有効性に確認することが出来た.また,シミュレーションを行った結果,提案するアンテナについて以下のような特徴を持つことが明らかになった.1.基板の屈折率がゼロの場合,特徴的な放射パターンが得られた.2.基板の屈折率が負となる場合にも,さまざまな放射パターンを示し,アンテナが機能することがわかった.得られた研究成果は,国内の研究会及び学会,あるいは国際会議においても発表を行った(国内:4件,国際会議:1件).更に,19年度に得られた研究成果は.論文として電子情報通信学会に投稿しており,現在は査読結果待ちである.人工媒質を基盤材料に用いた平面アンテナの最適設計を行うための設計アルゴリズムについて研究を行った.具体的には以下の点について検討を行った.○人工媒質を用いた平面アンテナの基本特性の解析1.アンテナの設計変数とアンテナの特性の関係を明らかにするために数値的検討を行い,データの蓄積及び解析を行った.2.その結果,一般の誘電体基板を用いたアンテナでは得られない特徴的な特性が得られることが明らかになった.3.更に○アンテナの最適設計アルゴリズムの構築1.アンテナの設計変数とアンテナの特性の関係を明らかにするために数値的検討を行い,データの蓄積及び解析を行った.2.アンテナの媒質定数に着目することにより,所望の特性を持つアンテナが設計できることが明らかになった.
プラズマ加速を用いた温室効果ガスの地球外排出

地球極域における発散磁場を利用し、磁気ノズル加速を人為的に行うことで二酸化炭素など温室効果ガス種を地球外に排出することを目的として、磁気ノズルによるイオン加速とディタッチメント効果の研究を実施した。二酸化炭素と質量の近いアルゴンのほか、種々の希ガスを動作ガスとして、高周波を用いたプラズマ生成実験とともに、磁気ノズルにおけるイオン加熱・加速効果を検証した。さらに磁気ノズル場中におけるプラズマ流のイオンマッハ数、アルヴェンマッハ数の変化を観測し磁力線からの離脱現象について検討を行った地球極域における発散磁場を利用し、磁気ノズル加速を人為的に行うことで二酸化炭素など温室効果ガス種を地球外に排出することを目的として、磁気ノズルによるイオン加速とディタッチメント効果の研究を実施した。さらに磁気ノズル場中におけるプラズマ流のイオンマッハ数、アルヴェンマッハ数の変化を観測し磁力線からの離脱現象について検討を行った現在の環境問題の最優先課題として温暖化ガス排出削減問題がある。省エネ対策や低炭素社会を目指した研究開発が多数進められている。本研究は、地球極域における発散磁場を利用することで二酸化炭素など温室効果ガス種のイオン加熱と磁気ノズル加速を人為的に行い、地球外に温室効果ガスを排出する技術を確立することを目的としている。本研究では、微量含有分子性ガスの選択的イオン加熱の検証と高効率化、および地球磁場を模擬した磁気ノズルによるイオン加速とディタッチメント効果を実験的に明らかにし、温室効果ガス削減に向けた直接的手法としてその研究基盤の確立を目指す。本研究の目的であるプラズマ加速を用いた温暖化ガスの地球外排出手法を確認するために、微量含有分子性ガスの選択的イオン加熱の検証と高効率化、および地球磁場を模擬した磁気ノズルによるイオン加速の実験を行った。昨年度では、模擬ガスとして二酸化炭素と質量の近いアルゴン、またさらに重いクリプトンガスを動作ガスとして高周波を用いたプラズマ生成実験を行い、磁化プラズマ中での波動励起とプラズマ化への検討を行い高密度生成に成功した。さらに、磁気ノズレにおけるイナン加速効果を検証するため、磁気ノズル場へプラズマ流を流入させ、個々のイオン流のマッハ数変化を観測した。プラズマ中のイオンはその熱エネルギーを軸方向エネルギーへと変換し、軸方向への加速効果が観測された。同時にイオンマッハ数、アルヴェンマッハ数などを計測し、磁力線からの離脱について検討を行った。現在の環境問題の最優先課題として温暖化ガス排出削減問題がある。本研究の目的であるプラズマ加速を用いた温暖化ガスの地球外排出手法を確認するために、選択的なイオン加熱の検証と高効率化、および地球磁場を模擬した磁気ノズルによるイオン加速と離脱実験を行った。H22年度では、模擬ガスとして二酸化炭素と質量の近いアルゴン、またさらに重いクリプトンガスを動作ガスとして高周波を用いたプラズマ生成実験とともに、磁気ノズルにおけるイオン加速効果を検証し、さらに磁力線からの離脱についてイオンマッハ数、アルヴェンマッハ数などの検証を基に磁力線からの離脱条件について検討を進め、磁気ノズル条件に対して必要なプラズマ密度やマッハ数を与える指標を得た。地球極域における発散磁場を利用し、磁気ノズル加速を人為的に行うことで二酸化炭素など温室効果ガス種を地球外に排出できれば、現在問題となっている温暖化問題が解決出来る可能性がある。本研究では、この着想を評価するために、その基盤技術を確立することを目的として実施された。本研究では、多種混合ガスのイオン加熱の検証と高効率化、および地球磁場を模擬した磁気ノズルによるイオン加速とディタッチメント効果を実験的に明らかにし、温室効果ガス削減に向けた直接的手法としてその研究基盤の確立を目指す。H23年度では、模擬ガスとして二酸化炭素と質量の近いアルゴンのほか、水素、ヘリウム、ネオン、またさらに重いクリプトンガス等希ガスを中心に動作ガスとして用い、高周波を用いたプラズマ生成実験とともに、磁気ノズルにおけるイオン加熱・加速効果を検証した。特に磁場形状が与える加速効果について実験を行い、プラズマ中に流れる反磁性電流やホール電流と、発散磁場成分とによるローレンツ力が、プラズマを加速することを見いだした。さらに磁力線からの離脱についてイオンマッハ数、アルヴェンマッハ数などの検証を基に磁力線からの離脱条件について検討を進め、磁気ノズル条件た対して必要なプラズマ密度やマッハ数を与える指標を得た。
ヘテロLB膜のポテンシャル井戸形成と電気的特性の評価

本研究では,アラキジン酸(C20)とC_<15>TCNQ分子を用い,有極性と無極性の層を持つヘテロ構造LB膜を作製し,その構造と電気的特性についてC_<15>TCNQのみのLB膜と比較し,検討を行った。ヘテロ構造LB膜は,Y型として累積されほぼ無極性となるC20分子を用いたLB膜を下部としZ型として累積され有極性となるC_<15>TCNQ分子を用いたLB膜とした順積層膜,およびC_<15>TCNQを下部としC20を上部とした逆積層膜の2種類について作製した。また,上部および下部電極にはAlを用いた。まず,これらのLB膜について電流(I)-電圧(V)測定を行い,電気伝導特性について検討した。その結果,IがV^<1/2>に比例することなどから電気伝導はショットキー効果によることがわかった。また,順積層膜では上部に正電圧を印加した順バイアスとその逆の逆バイアスでは,電流値やI-V^<1/2>特性の傾きに大きな違いが現れた。これに対し,逆積層膜では順バイアスと逆バイアスでは電流値や傾きにあまり違いが観測されなかった。これは,順積層膜ではLB膜内にポテンシャル井戸が形成されており,逆積層膜ではポテンシャル障壁が形成されていると考えると説明できることがわかった。次に,熱刺激電流(TSC)測定を行い検討した。C_<15>TCNQのLB膜には2つのピークが観測され,低温側のピークは双極子の脱分極によるもの,高温側のピークは電荷の巨視的な移動に伴うもので電極からの注入キャリアか可動イオンに起因するものと考えられた。そして,同じバイアス電界に対して,C_<15>TCNQのみのLB膜および順積層膜と逆積層膜でTSCスペクトルの形や電流値の大きさがかなり変化することがわかった。この原因も電流-電圧特性と同様に,ヘテロLB膜内のポテンシャル井戸あるいは障壁によるものと考えられた。
後期上方読本の小説史上の位置についての研究

山東京伝・曲亭馬琴などの江戸読本においては、〈因果応報〉の理念が長編全体を覆う構成原理となっているが、同時期(19世紀初頭)の上方読本においては、人間の行動や感情のごとき人的要因の連鎖が全体の構成を決定付けるという、大きな傾向が認められる。上方読本の中でも、特に速水春暁斎の〈絵本もの〉読本は、実録を読本にアレンジするにあたり、特にこの点を明瞭に意識している。人物と人物との離合や事件の発生について、因果の作用としたり単なる偶然の産物とすることなく、人間の言動の一つ一つを連結させ、そこに避けられぬ必然性があったものとして描く。また速水春暁斎よりも後の作者・栗杖亭鬼卵の作のうち、実録を種とする作について、典拠と対比しながらその作法を分析すると、人間の感情の連鎖の結果事件が生まれるように書いていることが解り、すなわち春暁斎の〈絵本もの〉の流れを汲んでいることが明らかになった。春暁斎の作風は、その後、京伝・馬琴の江戸風が上方にも入って来て以降も、依然として生き続けていたのである。後期上方読本の代表作者の一人である馬田流浪の作においては、人間の性格というものへの関心が見て取れ、人物の一々の言動をその性格との連関の中で記すという方法が用いられている。全体から、人的要因の描写を基盤として長編を構成するという上方読本の特性を見て取ることができる。曲亭馬琴の作を中心とする江戸読本においては、<因果応報>の理法が長編全体を総括する構成原理となっているが、同時期(19世紀初頭の享和・文化・文政期)の上方読本においては、人間の行動や感情のごとき人的要因の連鎖が構成のあり方を決定付けている。大きな傾向としてはこのように把握できるが、たとえば江戸読本作者であっても、小枝繁においては、作品の冒頭などに表立って(因果応報)を掲げながらも、作中で実際に筋を運ぶに際しては人的要因に大きく拠っているなどのことが見られることを確認した。本年は、上方読本の中でも特に速水春暁斎の絵本読本を主たる分析対象とした。敵討ちを素材とする実録を紛本として絵入りの読み物に作り上げるに当たり、人物の内面の描写を大きく増補する手法を用いていることを把握し得た。速水春暁斎も作品の冒頭、また作中折に触れて<因果応報>を掲げるが、実際には各人物の内面的必然に導かれて事件が展開し収束するように作られている。但しそれは、<因果応報>が空虚なものとして単におかれているに過ぎないということではない。人間のなす業が実際にはその人間の結末を規定しているとしても、それがあたかも奇遇、与えられた運命のごとく感じられるという状況を描き出して、そこで読者が懐くであろう感慨を<因果>の語で表そうと意図していると解することができる。そしてこのような手法は、上述した小枝繁などの江戸読本作者にまで影響を及ぼしていると考え得る(論文「因果応報-長編小説に内在する理念-」。後期読本に関して、前年度本研究において、上方読本が江戸読本に与えた影響にっいて論究したが、本年度はそれを踏まえながら、江戸から上方への影響に関して考察した。すなわち江戸読本の隆盛期である文化5,6年以降の上方読本の諸作品を検討したところ、上方にそれ以前から存した<絵本もの>の作法を基盤としつつも、江戸の<稗史もの>の方法をそこに融合させた作風が見られるようになっていることが認められた。江戸読本に倣って、<因果>の理法を長編たる全編を統括する原理に据える方法を上方読本でも用いるようになるが、その一方で人物が一定の命運を辿る理由付けを、その人物の生き方や心情そのものに求めるという態度が顕著に見られ、結局のところ、<因果>は絶対的な決定要因とはなっていない。また善悪対立の構図を掲げながら、悪人の側の心中に分け入って描く(迷いや改俊について大きく取り上げる)という方法が見られる。またある人物に関して、その人物の心情の理解者を設定し、理解され扶助されるなどしながらその人物の命運が開けて行くというパターンの話の作り方が頻出することも見出した。

このような作法の基本は、上述の上方<絵本もの>に早くから存したものであるので、<絵本もの>の作法を基盤に江戸風を取り入れ融合させたと解するのが妥当である。なお上方読本の代表的作者の一人である栗杖亭鬼卵の作品二点(『再開高台梅』『北野霊験二葉の梅』)の典拠である実録を発見したので、相互に対比しながら作者による翻案のあり方について分析し、新たな人物の設定、役割の改変など、一定の傾向が認められることを把握した。後期上方読本の代表作者の-人である馬田流浪の作に関して分析を行い、その特質を解明した。流浪の作法には、山東京伝・曲亭馬琴などの江戸読本のそれとは異なるところがあり、且つ上方作者の中においても際立っていると言えるも。その際立った点とは、人間の性格への関心である。『朧月夜恋香繍史』『不知火草紙』には、主人公の性格を明瞭に描くということに留意しつつ、その一々の言動をその性格との連関の中で記すという方法が用いられている。『朝顔日記』においては、主人公を「徳」ある人物と規定するが、その徳とは周囲の人間の心を惹きつける人間的魅力のことと書かれる。彼の人格に惹かれて感化される人々の様が描かれ、そのことを「徳化」と称するが、それが決して観念的なものとはならず、人が人の心に惹かれることとして、その内実が描かれている。また同じく後期上方読本の代表作者・栗杖亭鬼卵の『二葉の梅』、『再開高臺梅』が、それぞれ実録『北野聖廟霊験記』『敵討氷雪心誌録』を典拠とすることについて報告し、実録の利用から見える鬼卵読本の作法上の特質について論じた。『二葉の梅』において、「深雪丸の霊剣」なるものを提示するが、江戸読本流のごとく、この剣に因果を内在させるなどのことはなく、これを所持する悪漢が、剣の霊威を人々に見せ付けて自分を崇めさせることで、庇護を得たとする。また『再開高臺梅』では、実録には登場しない剣術指南の人物を設定し、主人公の最大の理解者という役割を与えた。鬼卵は、人間の心情にまで描写を及ぼし、心情の連鎖が事件を生むように書く。文化期後半の上方読本界にあって、鬼卵も江戸風の摂取融合を意識しつつ、実録の読本化という点においては、既に享和期以来速水春暁斎が提示していた上方〈絵本もの〉の方法に大きく拠ったと見られる。なお島根大学堀文庫に関して、近世後期から明治初期にかけて津和野において営業した貸本蔵書群であること、読本を主に構成されることについて調査し報告した。
ナノインプリント法を用いたLSPRセンサの開発と多成分生体分子計測への展開

近年、金属ナノ構造を利用したプラズモニックデバイスの研究開発がさかんに行われている。昨年度までに、金属のナノ構造をナノインプリント法により精緻な構造を一括、大面積に作製した。これをマイクロフルイディクス中に実装することにより疾病マーカーの一種であるTNF-αの測定を行った。一方これらの金属ナノ構造は金属薄膜で構成されていることから、作用電極として同時に用いることが可能であり、電気化学的な側面からも研究が行われている。通常SPR法を用いた小分子の測定は測定の原理上難しいとされているが、金表面に修飾したレドックス膜を用いることでシグナルの増幅に成功した。そこで本年度は、昨年度に作製した金ナノホール構造を作用極としても使用できるようなデバイスを構築し、その表面にオスミウム錯体を修飾し電位を走査したときの反射光中のSPRディップの挙動を解析した。FE-SEMを用いて観察した金ナノホール構造から、直径300nmのホール構造が正確に転写されていることを確認した。続いてOs-gel-HRPを修飾する前後の反射スペクトルを観察した。膜修飾前の反射スペクトルより730nm付近に鋭いディップを確認することができた。これは表面プラズモン共鳴による光の吸収のためによると考えられる。一方膜を修飾すると、ディップ波長は約20nm長波長側にシフトした。同時にディップの形状がブロードに変化した。ディップ波長のシフトとサイクリックボルタモグラム(CV)の同時測定の結果より、酸化電流が測定されるに従い、ディップ波長が低波長側にシフトされることを確認した。また還元電流が測定されるに従いディップ波長が長波長側にシフトした。電位スキャン後、ディップ波長は再び測定前の波長に戻ることを確認した。最後に検討したデバイスを用いて、モデル物質である過酸化水素の測定を行った。その結果10-250μMの濃度領域において過酸化水素濃度の定量が可能であることが示された。近年研究が盛んに行われているプリズムを利用した表面プラズモン共鳴(SPR)法は低濃度の疾病マーカーをその場で測定可能という利点がある一方で、今以上の安価、小型な装置を作製することは、光学系の問題から困難であった。今回我々はより簡便な光学系で従来のSPR法と同様の測定なLSPR法に注目し、簡便に大面積のサンセ表面を構築可能なナノインプリント法を用いて、多検体生体分子計測を目指したLSPRセンサの作製を行った。はじめにナノインプリントに用いる精密たグラッシーカーボンモールドを作製した。作製したモールドでインプリントを行う際、数十ナノメートルオーダーの形状を制御するため、光硬化性ポリマーの種類、紫外光露光時間などの条件を検討した結果、ポリウレタン糸のポリマーを用いることで、耐久性と柔軟性を持ち合わせた基板を作製することを可能とした。形状は走査型電子顕微鏡及び原子間力顕微鏡を用いて評価した。ポリマーの膨潤もしくは収縮は確認されず、正確に形状が転写できていることが確認できた。次に、作製した局在プラズモン素子の深さ方同を変化させたときの特性変化を調べた。その結果、深さを浅くするほどシャープな吸収ピークを得られることが確認された。また、深さを50nmに統一した後、ホールの中心間距離を変化させることで、さらなる感度の向上を目指した。測定の結果、中心間距離が600nmの時、可視光領域での生体分子測定において最適の感度が得られた。プリズムを利用した表面プラズモン共鳴(SPR)法は低濃度のバイオマーカーをその場で測定可能という利点がある一方で、今以上の安価、小型な装置を作製することは、光学系の問題から困難であった。本年度は、昨年度作製したナノ構造のパターンから得られた反射スペクトルを、実験、計算両面から解析した。実験では白色光を真上から導入し、その反射光をバンドルファイバーにて補足したのち分光し、スペクトルを得た。一方計算ではFDTD法を用いて、実験条件と同じ環境を再現し、スペクトルに関する考察を行った。その結果、実験、計算結果ともに対応する反射スペクトルの結果を示した。また、ホールの深さが深くなるにつれて、ディップがブロードになる点に関しても同様の結果となった。これは、深さが深くなるにつれて、上下金膜が分離され、異なるモードが発生するからと考えられる。続いて、最適化された金ナノホール基板を用いてイムノアセイを行った。基板には、流路が形成されたPDMSのカバーを装着した。金基板上には、自己組織化膜を用いて抗TNF-α抗体を固定化した。固定化にはカルボジイミドのカップリング反応を利用した。抗体固定化後、種々の濃度のTNF-αをセンシングデバイス中に導入した。その結果、抗原抗体反応がおこるにつれて、反射スペクトル中のディップが長波長側にシフトした。測定から、約10ng/mLの濃度のTNF-αが測定できることが示唆された。

一方これらの金属ナノ構造は金属薄膜で構成されていることから、作用電極として同時に用いることが可能であり、電気化学的な側面からも研究が行われている。通常SPR法を用いた小分子の測定は測定の原理上難しいとされているが、金表面に修飾したレドックス膜を用いることでシグナルの増幅に成功した。そこで本年度は、昨年度に作製した金ナノホール構造を作用極としても使用できるようなデバイスを構築し、その表面にオスミウム錯体を修飾し電位を走査したときの反射光中のSPRディップの挙動を解析した。FE-SEMを用いて観察した金ナノホール構造から、直径300nmのホール構造が正確に転写されていることを確認した。続いてOs-gel-HRPを修飾する前後の反射スペクトルを観察した。膜修飾前の反射スペクトルより730nm付近に鋭いディップを確認することができた。これは表面プラズモン共鳴による光の吸収のためによると考えられる。一方膜を修飾すると、ディップ波長は約20nm長波長側にシフトした。同時にディップの形状がブロードに変化した。ディップ波長のシフトとサイクリックボルタモグラム(CV)の同時測定の結果より、酸化電流が測定されるに従い、ディップ波長が低波長側にシフトされることを確認した。また還元電流が測定されるに従いディップ波長が長波長側にシフトした。電位スキャン後、ディップ波長は再び測定前の波長に戻ることを確認した。最後に検討したデバイスを用いて、モデル物質である過酸化水素の測定を行った。その結果10-250μMの濃度領域において過酸化水素濃度の定量が可能であることが示された。
微生物の複合体型カチオン/プロトン対向輸送体の研究

pha遺伝子群(phaAB-G)は、根瘤菌Sinorhizobium melilotiの細胞内寄生に必須の遺伝子群として同定され、変異体の表現型解析からK+/H^+ antiporterをコードすると考えられていたが、直接的な証拠は提示されていなかった。本研究では、大腸菌を用いた異種発現系によりPhaシステムの詳細な輸送特性の解析を試み、Phaシステムが確かにK+/H+ antiport活性を持つこと、及びNa+の輸送も行うことを見出した。さらに、PhaシステムがpHによってそのイオン選択性を変化させる特異な輸送体である事を示す新規の知見を見出した。pha遺伝子群(phaAB-G)は、根瘤菌Sinorhizobium melilotiの細胞内寄生に必須の遺伝子群として同定され、変異体の表現型解析からK^+/H^+ antiporterをコードしていると考えられている。Phaシステムと類似の配列をもつ複合体型cation/H^+ antiporter(CPA-3 family transporter)は、枯草菌を始め数種の細菌からも同定されており、遺伝学的解析および大腸菌を用いた異種発現による機能解析が報告されている。興味深い事に、輸送活性が確認されているCPA-3 family輸送体のほとんどはNa^+選択性が極めて高く、K^+の輸送は行わないことが明らかとなっており、Phaシステムとは異なることが示唆されている。しかしながら、Phaシステムの酵素学的特性ついては、S.melilotiにおけるイオン輸送の解析が技術的に困難であるため、ほぼ未知であった。そこで我々は、イオン輸送の解析手法が確立されている大腸菌を用い、異種発現によりPhaシステムの詳細な酵素学的特性の解析を試みた。大腸菌の主要な三つのNa^+(K^+)/H^+ antiporterを欠損させた株(TO114株、nhaA^-,nhaB^-,chaA^-)を用い、Phaシステムがこの株のアルカリ感受性およびNa^+感受性を相補するか否かを指標にcation/H^+ antiport活性の評価を行ったところ、Phaシステムがアルカリ条件下でK^+/H^+ antiport活性を持つことが示唆された。さらに、大腸菌から反転膜小胞を調製し、アクリジンオレンジ消光法により輸送活性の詳細な解析を行ったところ、Phaシステムが確かにK^+/H^+ antiport活性を持ち、かつNa^+の輸送も行うことが示された。以上より、Phaシステムが他のCPA-3 family輸送体とは大きく異なる特性を持つことが初めて明らかとなった。昨年度までにおいて、Sinorhizobium melilotiの複合体型カチオン/プロトン対向輸送体(CPA-3family輸送体)であるPhalシステムの大腸菌における発現系を確立した。作製した菌株を用いてPhalシステムの機能解析を行った結果、Pha1システムが既知のCPA-3familyの輸送体と異なりK^+輸送能を持つこと、K^+だけでなくNa^+の輸送能を持つこと、またNa^+/K^+選択性がpHによって変化することを明らかとした。さらに興味深い事に、Na^+輸送とK^+輸送が異なる機構によって制御されている可能性も見出した。これらの知見については昨年論文に纏め、現在査読中である。一方で、他のCPA-3 family輸送体に見られないK^+輸送能に必須のPhalサブユニットの特定を目的として、Na^+選択性の高い複合体型カチオン/プロトン輸送体である枯草菌のSha(Mrp)システムとPhalシステム間でのサブユニット置換を試みた。しかしながら発現系の検討過程において、Shaシステムの大腸菌用高発現ベクターへの導入が困難である事が判明した。そこで、すでに他の細菌由来のCPA-3 family輸送体の大腸菌での高発現に成功していた東洋大学伊藤政博准教授に依頼し、Baeillus pseudofirms OF4由来のmrp_(BsOF4)遺伝子群全長のクローン、およびsingle subunitのdeletion cloneの譲渡を受けた。現在これらのクローンを基にサブユニット置換実験に必要な発現プラスミドの構築を進めている。昨年度までにおいて、Sinorhizohium melilotiの複合体型カチオン/プロトン対向輸送体(CPA-3 family輸送体)であるPhalシステムの大腸菌における発現系を確立し、Phalシステムの機能解析を行った。その結果、Phalシステムが既知のCPA-3 familyの輸送体と異なりK^+輸送能を持つこと、K^+だけでなくNa^+の輸送能を持つこと、またNa^+/K^+選択性がpHによって変化することを明らかとした。これらの知見については2009年にMicrobioligy誌に掲載された。