hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
スパッタリング薄膜の組成均一性に及ぼす原子の放出角度分布の影響

1.集積回路のメモリの配線に用いられるモリブデンシリサイド膜は,直流マグネトロンスパッタ装置によって作製される。タ-ゲットと基板の距離やタ-ゲットの消耗の分布を変えた時に膜厚や組成の分布がどのように変化するかを調べ,その結果を,モリブデン原子とシリコン原子の放出角度分布を考慮したモデルによって説明した。また,モリブデン原子とシリコン原子の放出角度分布の測定を試み,モリブデン原子はタ-ゲット法線方向に対し約60度の方向に放出されやすいこと,シリコン原子はほぼ等方的に放出されることを確認すると共に,得られた角度分布を用いてマグネトロンスパッタ装置による膜の組成分布を計算し,測定で観察されるような組成の不均一が現れることを示した。ところで,集積回路では,基板即ちシリコンウェハの表面には凹凸があり,膜はウェハ面に対して傾いた面や段の陰になった部分にも堆積する。モリブデンとシリコンの角度分布が異なると,そのような部分では膜の組成が平坦部分と異なるということが予想される。今後,測定で得られた角度分布を用い,計算機シミュレ-ションによってこの問題を検討する予定である。2.本研究テ-マの題名からはやや外れるが,原子の放出角度分布が膜の均一性に影響するという点で本研究テ-マと深く関係する問題,即ち,複合タ-ゲットによる合金膜の組成分布,さらには金属膜の膜厚分布に関しても研究を行った。扇形の複合タ-ゲットのモザイク模様の分割数と組成の均一性の関係を調べ,均一な膜を得るには分割数を16程度以上にする必要があることを示した。金属膜については,放電電圧を変えてアミニウム,銅,モリブデンの膜厚分布を調べた。得られた膜厚分布は,電圧が高くなるに従って垂直方向に放出されやすくなることを示唆するような振舞を示した。スパッタ法,例えば直流マグネトロンスパッタ法,で作成される合金薄膜の組成は広い基板面積にわたってみるとしばしば不均一を呈するが,その原因として,スパッタ原子の放出角度分布が原子の種類によって異なることが重要であると考えられる。そこで,スパッタ原子の放出角度分布を調べるために,イオンビ-ムスパッタ装置を製作した。イオンガンには,最大加速電圧2KVのものを用いた。この装置を使い,LSIの配線に用いられるモリブンシリサイドのタ-ゲットに,エネルギ-500eV,直径約5mmのArイオンビ-ムを照射し,照射部分を取り囲むように配置した10枚の5mm角の硝子基板の上に厚さ数nmの膜を堆積した。膜中の単位面積当りのMoとSi原子の数をRBS法で測定することによって,スパッタ原子の放出角度分布を求めた。その結果,Moはタ-ゲット面に対し斜め約45度の方向に放出されやすいこと,また,SiはMoに比較して垂直方向に放出されやすいことが分かった。さらに,得られた角度分布に基づき,マグネトロンスパッタ装置によって作成されるモリブデンシサイド薄膜の組成分布を計算した。計算はタ-ゲットと基板間の距離やタ-ゲットのエロ-ジョンの分布を様々に変えた場合について行ったが,その結果は実験結果とほぼ一致した。以上の結果から,モリブデンシリサイド薄膜の組成不均一は,スパッタ原子の放出角度分布がMoとSiで違うことによって引き起こされることが明かになった。今後,タングステンシリサイドとチタンシリサイドについても同様の検討を行う。1.集積回路のメモリの配線に用いられるモリブデンシリサイド膜は直流マグネトロンスパッタ装置によって作製される。これまで,その組成が不均一を呈すること,また,組成不均一はタ-ゲットからのモリブデンのシリコンの放出角度分布が違うと仮定することによって説明できることを示した。

今年度は,モリブデンとシリコンの角度分布の測定を試み,モリブデン原子はタ-ゲットほ法線方法に対し約60度の方向に放出されやすいこと,また,シリコン原子はほぼ当方的に放出されることを確認した。さらに,得られた角度分布を用いて,マグネトロンスパッタ装置による膜の組織分布を計算し,測定で観察されるような組成の不均一が現われることを示した。ところで,集積回路では,基板,既ちシリコンウェハの表面には凹凸があり,膜はウェハ面に対して傾いた面や段の陰になった部分にも堆積する。モリブデンとシリコンの角度分布が違うと,そのような部分では,組成が平担部分と異なるということが予想される。今後,今回得られた角部度布を用い,計算機シミュレ-ションによってこの問題を検討する予定である。2.本研究テ-マの題名からはやや外れるが,原子の放出角度分布が膜の均一性に影響するという点で本研究テ-マと深く関係する問題,即ち,複合タ-ゲットによる合金膜の組成分布と金属膜の膜厚分布に関しても研究を行った。扇形の複合タ-ゲットのモザイク膜様の分割数と組成の均一性の関係を調べ,均一な膜を得るには分割数を16程度以上にする必要があることを示した。金属膜については,放電電圧を変えてアミニウム,銅,モリブデンの膜厚分布を調べた。得られた膜厚分布は,電圧が高くなるに従って原子が垂直方向に放出されやすくなることを示唆するような振舞を示した。
ブラジルのコウモリ由来野外狂犬病ウイルス弱毒株の分子疫学的解明

ブラジルで流行している狂犬病ウイルス(RABV)のゲノム配列データを用いて分子疫学的解析を行い、以下の結果を得た。1)FTAカードを用いた分子疫学調査に有用な効率的ウイルスRNA抽出法および保存法を確立した。2)RABVの遺伝的多様性が大きいブラジル北東部においてコウモリ由来狂犬病の分布域および動物間伝播経路を明らかにした。3)ブラジル中央部のフサオマキザルから分離されたRABVは、コウモリ由来RABV系統に大別されたが,既知のコモンマーモセットRABVとは独立したクラスターを形成することを明らかにした。2010年にブラジル中央部のMato Grosso州で、狂犬病を発症したフサオマキザル(Cebus apella)から狂犬病ウイルス(RABV)が分離された。そこで、コウモリ由来RABVのヒトおよび家畜への伝達性および分布域を解明する一環として、本株(BRmk1358株)の分子疫学的解析を行った。南米において、サルはヒトへの狂犬病媒介動物として注目されつつあるが、サルの間で狂犬病ウイルス(RABV)の感染環がどのように維持されているかは不明である。BRmk1358株のゲノムのN,P,M,Gおよびnon-coding G-L遺伝子領域の塩基配列を決定し、分子系統解析を行ったところ、本株は翼手目由来RABVのクラスターに大別されたが、既存のコウモリ由来RABV系統やブラジル北東部のコモンマーモセットから分離されているRABV系統とは異なり、独立した系統を形成した。すなわち、フサオマキザルとコウモリの間にはRABVの感染環が存在することが示唆されたが、感染源となるコウモリの種類は特定できなかった。また本研究によって,フサオマキザルと既知の報告があるコモンマーモセットは異なるRABV感染環を維持していることが明らかになった。野生フサオマキザルの一集団を対象としたRABVの血清疫学調査において、抗体を保有する個体が報告されていることから、本株を含めたサル分離株およびコウモリ由来分離株の継続的な分子疫学調査が必要であると考えられた。ブラジル北東部は、コウモリを含む各種の野生動物やウシなどの家畜において狂犬病が多発し、最も狂犬病ウイルス(RABV)の遺伝子学的多様性が大きい地域であると考えられる。したがって、同地域においてコウモリなどの野生動物やその媒介によって狂犬病を伝播される家畜から分離されるRABVの分子性状を解析することは、野外における弱毒化ウイルスの探索にとって有益である。しかし、同地域でのRABVの継続的な疫学調査はなく疫学情報は乏しい。そこで、近年、同地域でコウモリを含む野生動物や家畜から分離されたRABVの分子疫学的解析を行った。その結果、同地域におけるRABVの疫学的特徴として、食虫コウモリ由来系統には既知のものとは異なる新たな系統が存在すること、キツネおよび吸血コウモリ由来系統は調査期間を通じて大きな系統の変化が起きていないことが明らかにされた。さらに同地域における吸血コウモリ由来RABVが1系統であったため、山脈等の地理的要因によって、他の地域のRABV系統を保有した吸血コウモリ集団とは隔絶されている可能性が示唆された。現在、野生のサルにおける狂犬病の分子系統樹解析は、ブラジル北東部のコモンマーモセットの報告に限られており、野生のサルでRABVの感染環がどのように維持されているのかは不明である。今回、ブラジルに広く分布している1頭のフサオマキザルからRABVが分離されたので、その塩基配列を決定した。分子系統樹解析においてフサオマキザル分離株は、コウモリ由来RABVに分類されたが、既知のコウモリやコモンマーモセットから分離されたRABVとは異なる新たな系統を形成した。以上、これらの遺伝子情報から、近年ヒトが感染・発症後に回復する報告例並びにコウモリ間の感染様式を明らかにする目的として動物やヒトに対して毒力の弱い弱毒ウイルス株を探索し、分子疫学的立場から解明する糸口が確保された。最終年度は,ヒトをはじめ家畜および伴侶動物の狂犬病の感染源であるコウモリについて,特にその疫学情報に不明な点が多い食果コウモリから分離される狂犬病ウイルス(RABV)の遺伝子解析に取り組んだ。研究代表者らは,これまでにブラジルの食果コウモリ(Artibeus sp.)分離RABVが,吸血コウモリ分離RABVと分子系統学的に近縁で,疫学的に何らかの関連性があることを見いだした。そこで,調査で得られた16検体の食果コウモリ分離RABV株のゲノム配列を決定し,分子系統解析を行った結果、吸血コウモリ分離RABVのクラスター形成には地域性が認められ、サンパウロ州で得られた吸血および食果コウモリ分離RABVは,近隣地域のRABVとクラスターを形成し、さらに4つの分子系統に区分された。そのうちの2系統は主に食果コウモリ分離RABV

株によって構成され、吸血コウモリおよび牛分離株が混在していた。従って、RABV伝播は吸血コウモリと食果コウモリ間の双方向で起きており、食果コウモリは吸血コウモリ由来RABVの病原巣となりうることが示唆された。本研究を通じて,ブラジルのフサオマキザルからRABVの分離を世界で初めて報告できた。分子系統樹解析よりフサオマキザル分離株は、コウモリ由来RABVに分類されたが、既知のコウモリやコモンマーモセット由来のRABVとは異なる新たな系統を形成した。このフサオマキザル分離RABVは,食虫コウモリ分離株と関連性があることが推察された。本研究で解析したサル分離RABVの起源、感染環および病原性を解明するために今後の継続的な疫学調査が不可欠である。以上、本研究で調査を行ったブラジルのコウモリ由来RABVの遺伝子解析情報によって,コウモリからサルへの種間伝播およびコウモリ種間における双方向伝播などの新知見が見出されたことは学術上有益と考えられた。獣医疾病予防学本研究におけるこれまでの研究成果は、公表論文3報および投稿中の論文1報および投稿準備中の論文1報がある。これらはいずれも、コウモリをはじめとするブラジルの野生動物から分離された狂犬病ウイルス(RABV)の分子疫学的解析から得られた成果であった。本研究課題は、コウモリ由来RABVがヒトや家畜に対してどのような病原性を有するか否か、またその分子性状を解明することが重要であるが、今年度、世界的に極めて稀なフサオマキザルからのRABV分離株が、コウモリ由来であることを分子疫学的に明らかにした意義は大きい。フサオマキザルの血清疫学調査から、野外においてRABV抗体を保有する健康個体が見いだされていることはRABV弱毒株の存在を示唆するので、同地域におけるRABVの継続的な分子疫学調査が強く望まれる。平成24年度および平成25年度の調査によって、同地域を含めブラジル各地で250検体以上のRABV遺伝子サンプルが確保されており、一部コウモリ由来RABVが含まれるので、これらの分子疫学的解析を遂行する。本年度の研究成果として公表論文1報および現在投稿中の論文1報がある。これらはいずれもブラジルの野生動物から分離された狂犬病ウイルス(RABV)の分子疫学的解析から得られた成果であり、特にフサオマキザルから分離されたウイルスの性状解析はファーストレポートであり世界的にも大変珍しい。このRABVはコウモリ由来であることが本研究成果によって明らかになり、宿主を超えたこのRABVが野生のサル集団において維持されているか否かについて明らかにすることは、本研究課題である自然界に存在することが推測される弱毒化ウイルスの探索につながることが確信される。特にヒトが狂犬病に罹患した場合、その致死率はほぼ100%であるが、アメリカ大陸においての狂犬病の回復例や不全感染症例の報告は、食虫コウモリや吸血コウモリ由来ウイルスの曝露が原因と推測している我々の考え方を支持する貴重な研究成果と考えられる。これまで申請者らが得た多数の野外RABV
録音盤に基づく対東アジア・プロパガンダ放送の研究

第一に、プロパガンダ・ラジオ放送を行ったOWIのアジア太平洋地域における組織体制を明らかにした。第二に、OWIがアジア太平洋地域では日本語、中国語放送を重視した一方で、朝鮮語放送は1944年まで一段低い位置にあったこと、また、朝鮮語放送の番組内容、放送方針、スタッフの構成の実態を解明した。第三に、OWI中国語及び日本語放送ではAPなどの通信社配信のニュースが用いられたこと、北京語並びに広東語なども含まれ多言語構成であったことを明らかにした。第四に、OWI英語放送の殆どが論評であり、「中国の勝利」シリーズなど在米中国人向けの番組と、1945年の戦後の連合国軍の番組が含まれることを明らかにした。2016年度は、米国議会図書館から録音盤130ファイル以上を購入し、朝鮮語による放送だけでなく、英語、中国語及び日本語の放送の録音も収集することができ、それらのリストを作成し内容の分析を始めた。研究成果としては、分担者である小林聡明が「冷戦期アジアの米軍心理戦ー東アジアから東南アジアへの展開と拠点としての沖縄」を韓国冷戦学会で韓国語で発表し、さらに同内容を日本語論文「冷戦期アジアの米軍心理戦ー東アジアから東南アジアへの展開と拠点としての沖縄」(『インテリジェンス』早稲田大学20世紀メディア研究所、第17号、2017年3月)として発表した。これは、本研究課題の東アジアにおけるアメリカのプロパガンダに関して「後史」として接続する内容であり、プロパガンダ・ラジオの歴史的展開という長い射程において、OWIのプロパガンダ放送を位置づけることを可能とした。また、分担者である小林聡明は、「韓国戦争期対韓半島UNラジオと英米協力」を韓国放送学会で韓国語で行い、朝鮮戦争時の国連軍放送の実態を明らかにし、第二次世界大戦時のOWIのプロパガンダ放送との関連を明らかにする手がかりを提示した。代表者の土屋礼子による論文「占領軍の翻訳通訳局(ATIS)のインテリジェンス活動」(同前『インテリジェンス』17号、2017年3月)は、米軍によるプロパガンダ放送にも影響を与えていたATISの占領期における活動を論じ、OWIの活動の背景を明らかにした。また分担者である小林聡明は、海外研究動向「韓国のメディア・ジャーナリズム関連研究の動向:2016年度」(『ジャーナリズム&メディア』日本大学法学部新聞学研究所、2017年3月)をまとめて発表したが、これは本研究課題の対象に含まれる朝鮮語放送の研究意義とその独創性を再確認するものとなった。第一に、録音盤を130ファイル以上を購入し、1年目に想定していた以上の成果が得られている。当初はOWI朝鮮語ラジオ放送のみを対象として収集する予定であったが、2年目の前半に予定していた中国語放送と日本語放送の録音盤収集も、一部、先取りして実施することができた。第二に、OWI組織についての解明が進んでいることである。これまでOWI、とりわけ太平洋局の組織は、十分に明らかにされておらず、どこの部局で、いかにプロパガンダ放送が実施されたのかという基本的な問いは、解明されないままであった。1年目は、米国立公文書館に所蔵されているOWI文書を活用し、OWIの組織構成や指揮命令系統、要員構成を明らかにしつつある。以上のように、資料と分析の二つの観点から、重要な基盤となる作業が1年目にほぼ予定通りに進行しているからである。本年度は、主として、次の3つの点から研究を進めた。第一に、OWIが行ったアジア言語によるラジオ放送の実態解明に向けた論文(「アジア太平洋地域における戦時情報局(OWI)-朝鮮語放送の実態解明に向けた基礎的分析」『政経研究』2017年9月)を執筆したことである。同論文は、1OWIの組織体制について、アジア太平洋地域でのプロパガンダ活動に着目して明らかにし、2OWIラジオが、アジア太平洋地域でどのように行われたのかを解明し、3OWI朝鮮語放送が、いつ、どのように開始され、いかに行われていたのかを分析するものであった。第二に、収集済みの朝鮮語および中国語によるOWIラジオ放送番組の録音記録について整理を進めた。だが、音質の悪いものも見られため、完全なデータベース化は完成にいたっておらず、継続して作業を続けているところである。第三に、アメリカ国立公文書館で番組台本資料の確認を行ったほか、OWIに関する文書資料のさらなる調査を進めたことである。番組台本は、すでに収集の目途が立っている。OWI文書の追加調査では、OWIが活動を停止し、その機能が国務省に引き継がれていく様相を示す資料と、番組制作過程を示す資料の発見・収集に力を注いだ。以上のとおり、本年度は、論文執筆、録音記録の整理、文書資料の追加調査という3つの軸で研究を進めた。なお、本年度の成果の一部は、先述した論文のほか、共著書「冷戦アジアの米軍の心理戦と拠点としての沖縄」『熱戦のなかの冷戦、冷戦のなかの熱戦-冷戦アジアの思想心理戦』(韓国語、2018年6月、チンインジン(ソウル)327-360頁)のほか、口頭発表「戦後東アジアの新聞学/マスコミ研究の系譜学ー冷戦とアメリカの視点から」(日本マスコミュニケーション学会メディア史研究部会、2017年10月28日)に含まれている。

第二に、OWIがアジア太平洋地域では日本語、中国語放送を重視した一方で、朝鮮語放送は1944年まで一段低い位置にあったこと、また、朝鮮語放送の番組内容、放送方針、スタッフの構成の実態を解明した。第三に、OWI中国語及び日本語放送ではAPなどの通信社配信のニュースが用いられたこと、北京語並びに広東語なども含まれ多言語構成であったことを明らかにした。第四に、OWI英語放送の殆どが論評であり、「中国の勝利」シリーズなど在米中国人向けの番組と、1945年の戦後の連合国軍の番組が含まれることを明らかにした。第一に、引き続き録音盤の収集に努めることである。1年目は、中国語と日本語の一部まで収集することができたため、残りの録音盤の収集を2年目の前半に完了させる。第二に、これら収集した録音盤のリスト化と内容分析をすすめることである。その際、米国立公文書館に所蔵されるOWIの文書史料の分析と同時に進めることが、プロパガンダ放送の分析に立体性を与えることとなる。第三に、OWIによる朝鮮語、中国語、日本語放送の実態を解明し、言語・対象別の放送の間で、どのような相違点、同質点があったのかを浮き彫りにすることである。それは、OWIが東アジアで実施したプロパガンダ放送の全貌を明らかにする重要なポイントとなる。以上、三つの課題の解明を通じて得られる成果を、積極的に発表する。具体的には、1年目の成果について、できるだけ早いうちに論文を発表し、残りも2年目の後半に口頭発表や論文の形式にて発表する予定である。メディア史2017年度1月に米国議会図書館にOWIによるプロパガンダ放送の音盤複製ファイルの購入を依頼したが、依頼した量が多く、結果的に今年度予算の残額を超える請求額となった。しかし、議会図書館には一括で購入代金を支払う必要があり、とりあえず研究代表者のクレジットカードでの一括支払いを行い、今年度予算の残額を次年度に回すことにした。上記の理由に記したように、次年度に回した残額と新年度の予算を合わせて、研究代表者が仮払いしている、一括購入した音盤の支出にあてる。
簡易モデルによるスワールシミュレーションと色層可視化画像計測による検証

省エネルギーや地球規模の環境汚染対策としては、熱エネルギーの有効利用が最も効果があり、エネルギー変換の多くの部分を担っている熱機関の効率と燃焼性の向上が重要である。従来より乱流燃焼の解析には、燃焼と密接な関係にあるエンジン内の流速の予測または計測が必要であり、近年は詳細な計測やより厳密な予測計算が多く行われるようになってきている。本研究では、平均的な流れを簡便に早く予測するために簡易モデル(領域分割したモデルにより角運動量と摩擦トルクから平均的な流速を求める)によるシミュレーションを実施しているが、この検証が十分ではないこと、およびシミュレーションの具体的な使用例が十分ではないことから、計算上の問題点を解決しつつ、実験値との比較を行うために従来より開発してきた色層可視化(色層によって深さ方向の情報を得る)の方法を利用して、モデル装置における3次元的な流速測定を行い、シミュレーションとの対比によりその検討を行うこととした。色層可視化計測の実験は光学系の再設計や製作に思いの他時間を浪費し、部分的にモデル実験は行えたものの、測定精度などに多くの問題を残し、不本意ながら殆ど進展は見られなかった。シミュレーションについては、まず内燃機関のシリンダー内に流入する気体がガス流動(旋回流)としての運動量にどの程度変換されるかを定常流モデル装置によって実験的に求めた。また、計算では内燃機関の弁時期がシリンダー内に流入する新気の量を左右するとともに、弁時期によっては同じ新気流入量であっても筒内流動を増減させる効果があることを明らかにすることができ、一応の成果があげられた。総合的に評価すると、シミュレーション計算ではある程度の新知見が得られたものの、シミュレーションの検証という重要なテーマについては殆ど進展がなく、悔いの残る結果となった。今後の課題として継続的に取り組んでいきたい。省エネルギーや地球規模の環境汚染対策の一つとして、熱機関の効率向上が急務であるといえる。そのためには乱流燃焼の解析が必要であり、燃焼と密接な関係にあるエンジン内の流速を予測たまは計測することが重要である。従来の研究の主流は厳密計算であるがこれだけでは時間経費とも膨大になり、多くの問題が残されることになる。また計測についても同様なことが言える。このような観点から予測精度は劣るものの、平均的な流れを簡便に早く予測することも重要であり、この考え方に基づいた簡易モデルによるシミュレーションを実施した。しかし、このモデルの検証は十分ではなく、その検討が必要とされている。この目的に対して平成4年度は先ず(1)色層可視化計測手法の確立のために、従来から行っている基本的な計測方法について検討し、(1)ハロゲンランプを使用して光源の輝度向上を行った。しかし全体の照度は上がったものの、分光特性は赤に偏ったものであり、結果としてこの計画は失敗した。また(2)画像処理については、モノクロTVカメラ、フィルター、イメージメモリーボードのシステムを組み上げ、その精度を上げた。これは一応の成果を上げることができた。(2)次にシミュレーション計算の境界条件として、エンジンの弁部流速を可視化によって求めた。シュラウドの有無、ポートとシリンダのオフセットなどの数種の条件において、弁部流速を3次元的に求めることができ、一応の成果を上げることができた。総合的に見ると、画像処理システム、弁部流速の計測は成果が出たものの、従来から問題になっている色層可視化計測は進展せず、不本意な結果となった。省エネルギーや地球規模の環境汚染対策の一環として、熱エネルギーの有効利用を取り上げ、エネルギー交換の多くの部分を担っている熱機関の効率と燃焼性の向上が研究テーマとした。

熱機関の効率向上には乱流燃焼の解析が必要であり、エンジン内のガス流動が燃焼と密接な関係にあることから、近年は詳細な計測やより厳密な予測計算が多く行われようになってきている。研究らは、平均的な流れを簡便に早く予測するために簡易モデル(領域分割したモデルにより角運動量と摩擦トルクから平均的な流速を求める)によるシミュレーションを実施しているが、この検証が十分でないこと、およびシミュレーションの具体的な使用例が十分でないことから、計算上の問題点を解決しつつ、実験値との比較を行うために従来より開発してきた色層可視化(色層によって深さ方向の情報を得る)の方法を利用して、モデル装置における3次元的な流速測定を行い、シミュレーションとの対比によりその検討を行うこととした。色層可視化計測の実験は従来の光源そのものに問題があることから、光学系の再設計や製作を行ったが、これに思いの他時間を浪費し、モデル実験について可視化計測が部分的に行えるようになったものの、測定精度などに多くの問題を残し、不本意ながら殆ど進展は見られなかった。シミュレーションについては、まず内燃機関のシリンダー内に流入する気体がガス流動(旋回流)として運動量にどの程度変換されるかを定常流モデル装置を製作して可視化実験により求めた。また、計算では内燃機関の弁時期がシリンダー内に流入する新気の量を左右するとともに、弁時期によっては同じ新気流入量であっても筒内流動を増減させる効果があることを明らかにすることができ、一応の成果があげられた。シミュレーション計算ではある程度の新和見が得られたものの、その検証という重要なテーマについては殆ど進展がなく、悔いの残る結果となり、今後の課題として継続的に取り組んでいきたい。
発生期の脳組織中で神経幹細胞の維持と分化を制御する機構の解明

発生の進行に伴って神経幹細胞がどのように遺伝子発現パターンを変化させていくのかを、マウス大脳原基由来の神経幹細胞を対象に、単一細胞レベルの遺伝子発現情報を用いて描出した。神経幹細胞集団内で、Notchシグナル関連遺伝子の発現レベルの分散程度が発生時期に応じて変化すること、神経幹細胞の中で発生の時を刻む「時計」の進行に、Notchシグナルの振動、細胞周期の進行や細胞分裂が必須ではないことを明らかとした。(1)神経幹細胞の発生時期に応じた性質の違いに関与する分子の検討哺乳類大脳の発生過程で、神経幹細胞の維持と分化のバランスは発生時期に応じて変化することが知られており、そのバランスの維持と変化のシステムを知ることは重要である。単一細胞由来cDNAのマイクロアレイデータを基にして、発生時期に応じて神経幹細胞内で発現レベルが変動する遺伝子を同定した。このリストの中から選んだ候補遺伝子に対して、in vivoエレクトロポレーションによりマウス胎児脳への過剰発現、あるいはsiRNAによる発現抑制実験を行い、神経幹細胞の増殖および分化に与える影響について検討した。また、これまで得ていたマウス胎生11日目、14日目、16日目に加え、胎生12日目、13日目の神経幹細胞の単一細胞cDNAを新たに作成した。これらの神経幹細胞由来サンプルに対して、リアルタイムPCRを用いて各種遺伝子の発現レベルの解析を行い、発生時期に応じて神経幹細胞の細胞集団が具体的にどのように変化しているのかを明らかとすることができた。(2) ClustII-1による細胞形態の変化が神経幹細胞の運命決定へ与える影響の検討胎生中期において、誕生直後のニューロン前駆細胞で発現する遺伝子ClustII-1の機能を探るため、内在性のClustII-1に対する抗体を用いて免疫染色を行いその局在を同定した。またClustII-1のmRNAの発現を効果的に抑えることのできるsiRNA配列を決定した。これを用いてノックダウンした場合に、ニューロン前駆細胞の脳室面からの離脱と形態にどのような変化が見られるのかを調べるため、Cre-1oxpΦのシステムを使ってまばらに細胞をラベルし観察する実験系を確立した。哺乳類大脳の発生過程で、神経幹細胞の維持と分化のバランスは発生時期に応じて変化することが知られている。そのバランス変化を来す要因として、神経幹細胞の遺伝子発現パターンの経時的な変化が考えられる。これまでの研究で得られた単一細胞由来cDNAのマイクロアレイデータを基に、各発生段階において、神経幹細胞の細胞集団がどのようにして遺伝子発現パターンを変化させるのかを詳細に解析した。その結果、(1)神経幹細胞の遺伝子発現の変化を、2次元上で分化軸と時間軸とに分離し記述できることが分かった。パスウェイ解析の結果、分化軸の構成成分はNotchシグナル経路であるが、時間軸の構成成分の中に特徴的な既知のシグナル経路は抽出されなかった。一方、(2)各発生段階の神経幹細胞の遺伝子発現プロファイルを比較し、神経幹細胞内での時間軸変化を代表する遺伝子セット(21個)を同定した。(1)と(2)の清報を利用して、Notchシグナルを人為的に常に活性化した状態での神経幹細胞内での時間軸方向の遺伝子発現変化を検討した。その結果、活性型Notch存在下で強制的に神経幹細胞の未分化性を維持させた場合においても、神経幹細胞内での遺伝子発現パターンは経時的に変化していることが明らかとなった。このことは、時間軸方向への発現変化に関わる機能を調べたい遺伝子が同時に分化にも関係していて従来の解析では困難と思われた場合でも、活性型Notchと共発現させて解析することができることを示唆している。そこで、本条件下で初期胚へのエレクトロポレーション法による遺伝子導入を行い、前駆細胞で発現する遺伝子や細胞周期関連分子が、神経幹細胞の時間軸に沿った遺伝子発現変化に、どのような影響を及ぼしているのかの検討を行った。哺乳類の大脳の発生過程で、未分化な前駆細胞である神経幹細胞の分裂パターンは、発生時期に応じて変化することが知られている。胎生初期においては、神経幹細胞の多くは、分裂により自分自身を2つ生み出す「対称分裂」をする。次いで胎生中期になると、分裂により生じた2つの娘細胞娘のうち、一つが神経幹細胞、そしてもう一つが分化した細胞(ニューロン、あるいはニューロンしか産生しない中間前駆細胞)になるという、「非対称分裂」が増加してくる。発生の進行に伴って神経幹細胞がどのように遺伝子発現パターンを変化させていくのかを、発生時期の異なるマウス大脳原基由来の神経幹細胞を対象に、DNAマイクロアレイを利用した単一細胞レベルの遺伝子発現情報により描出した。神経幹細胞集団内で、Notchシグナル関連遺伝子の発現レベルの分散程度が発生時期に応じて変化すること、神経幹細胞の中で発生の時を刻む「時計」の進行に、Notchシグナルの振動が必須ではないことなどを明らかとした。発生の進行にともなうNotch

シグナルの発現レベルの分散程度の変化は、対称分裂の時期から非対称分裂の時期へ移行する過程で、神経幹細胞の維持が、集団内での相互の分化抑制から、分化しつつある細胞によるいわゆる側方抑制へとモードを変化させていることを反映していると考えられた。神経幹細胞の未分化性の維持や、経時的な遺伝子発現パターン変化に関与する可能性のある遺伝子群について、その機能解析には初期胚への遺伝子導入が必要であるが、得られるサンプル数が実験の回数に対して少なく、当初予定していたよりも実験の遂行に時間がかかったため。24年度が最終年度であるため、記入しない。初期胚へのエレクトロポレーション法による遺伝子導入後に得られるサンプルが少ない問題は、実験手技の改良と、新たな施術者の確保により改善をおこなっており、ある程度定期的にサンプルを得られるようになってきている。この手法を用いて、今後は神経幹細胞の遺伝子発現変化へ影響する因子について、特に細胞周期進行に関わる因子に注目し、過剰発現およびノックダウン実験を行い検討する予定である。
放線菌トリプシンの構造と機能の相関に関する研究

備品として、東ソー(株)のHPLC用ポンプ、コントローラ、インジェクション、バルブ(樹脂仕様)を8月に購入した。消耗品として、HPLC用カラム、カラム充填用樹脂を購入した。これらと既存のカラム類との組合せにより、放線菌トリプシン(SET)の精製を行うことにより、従来と比べ収率が一割以上向上し、期間も大幅に短縮された。その他、結晶化用トレイ、シャーレを購入し、SETと阻害剤との複合体の結晶化などに使用した。X線フィルム、ポラロイドフィルム、キャピラリー等は、X線写真による複合体形成のチェック及び高エネルギー物理学研究所PFでのデータ収集に使用した。旅費は、結晶学会年会(11月大阪)での研究発表や研究打合わせに使用した。SETの1、7〓分解能の分子モデルを構築し、最小自乗法により構造の精密化を行った。しかし、精密化の目安であるR値が改良されないことから、モデルの再検討を行った。その結果、牛トリプシン(BT)と比較して、SETでは2つのドメイン中の構造はほぼ一致しているが、その相対的配向が異なっていることが示された。SETではBTと比べドメイン間のクレバスが狭く、ドメイン間の相互作用が強いと考えられる。クレバス中に酵素の活性に関与する3残基が位置しており、その機能を解明していく上で興味ある結果といえる。このことはSETの安定性にも関与していると思われ、ドメイン間の相互作用の解明を続けている。更に、SETのCaイオン結合部位は、BTのそれと比べ位置も異なり分子内部に存在しているなど有意な差が明らかとなった。SETの阻害機構の解明のために、阻害剤ロイペプティンとの複合体の調整を検討し、X線データを収集した。そのデータを処理している段階であるが、複合体形成によるドメイン間の相互作用の変化の検討も進めていく。
水中用振動分布計測可視化システムの開発

反射型光学式センサユニットにより水中の振動体を非接触で多点同時計測し、その振動分布を3Dアニメーション表示として可視化するシステムを研究開発した。各センサユニットは光ファイババンドルと2つの凸レンズで構成されており、光学系と光電変換回路の最適化により10nmの振動変位分解能と1MHzまでの帯域を実現した。振動の可視化には最大32チャンネルのセンサユニットを6mmの間隔で使用する。超音波洗浄器を使用した計測では振動面の変位を明瞭に観測できた反射型光学式センサユニットにより水中の振動体を非接触で多点同時計測し、その振動分布を3Dアニメーション表示として可視化するシステムを研究開発した。超音波洗浄器を使用した計測では振動面の変位を明瞭に観測できた本研究は、水中の振動体を非接触で多点同時計測し、その振動分布を3次元アニメーション表示として可視化することを目的としている。H22年度はその初年度として、主に水中用の光学式変位センサユニットの開発と、高周波数対応とを中心に研究を実施した。以下、研究項目ごとに詳述する。1、水中用光学式変位センサユニットの試作評価:センサユニットは、先に開発した高空間分解能光振動分布計測システムの光ファイバ型変位センサユニットをベースに試作した。このユニットは送受光用ファイバの先端にレンズをつけて集光し、焦点近傍に置かれた被計測反射面からの反射受光量変化により変位を計測するものである。この方式を屈折率の異なる水中に応用するため、光学系の変更を検討した。同方式のセンサユニットの感度,ダイナミックレンジ,ワークディスタンス等の特性はトレードオフの関係にあり光学系で決まるため、試作評価を繰り返してバランスをとる必要があった。そこでまず、各種レンズ交換が可能な評価用水中センサユニットを開発した。この試作ユニットはサイズが大きくて多チャンネル化には向かないものの十分な防水性能が確認され、基礎特性評価に役立った。机上での光学的検討によりあらかじめ抽出した各種レンズを試作ユニットに装着して特性を評価を繰り返した結果、従来の空気中用センサと同等の性能を保ちつつ水中での使用が可能なレンズの組み合わせを決定した。次年度以降はこれをベースに小型化したユニットを研究開発する。2,周波数帯域の拡張:周波数帯域を拡張する目的で電子回路部の試作評価を行った。しかし従来の空気中用システムのSNを保ちつつ帯域を拡張することは、電子回路部の改良だけでは困難であった。唯一の対応策は光電変換部の光学的カップリングを改良することで特性を改善することとの結論が得られ、次年度以降はこの方針で研究開発を進めることとする。本研究は、水中の振動体を非接触で多点同時計測し、その振動分布を3次元アニメーション表示として可視化することを目的としている。H22年度の研究において水中用光学式変位センサユニットの光学系機能評価を完了し、また周波数帯域の拡張に関し光電変換部におけるカップリング最適化の必要性が明らかとなった。これらの成果を受け、H23年度は主に実用的なセンサヘッドの開発と、光電変換部の光学系の改良に注力して研究を行った。1.小型水中用光学式変位センサユニットの開発:H22年度の光学系評価の結果選定された平凸レンズを2枚組み合わせる構成で小型化したセンサユニットを設計開発した。防水加工は必須であるが、空間分解能を確保するためにはセンサ直径を抑える必要があり防水パッキンの使用は困難であった。そこで耐水特性の良好な接着剤を選定し、レンズの固定と防水処理を兼ねる事とした。完成したセンサユニットは3mmのレンズ2枚を内蔵しつつ最大外径は5mmに抑えられている。先に空気中用に開発したユニットと比べ外径は一回り大きくなってしまったが、感度はほぼ同等の特性を実現した。2.周波数帯域の拡張:SNを確保しつつ周波数帯域を従来の80kHzから600kHz以上まで拡張するためには光電流増加が不可欠であった。H23年度当初はカップリング調整での対応を試みて試作評価を繰り返したが、十分な特性が得られなかったため光電変換素子の見直しを行った。従来システムの開発以降数年が経過しており、その間光半導体部品の進歩もめざましいものがあったため、最適な素子を選定でき、800kHzの帯域を確保した。1,2により完成した単体のセンサを使用して超音波洗浄器の振動を測定してキャビテーションの影響を評価した結果、大きな影響は見られないとの結論を得た。H23年度までの研究において小型水中用光学式変位センサユニット自体は単体としてほぼ完成し、空気中用のセンサユニットとほぼ同等の感度とダイナミックレンジを実現しつつ周波数帯域を従来の80kHzから800kHzへと拡張することに成功した。これらの成果を受け、研究の完成年度であるH24年度は主に多チャンネル化に注力して研究を行いシステムとして完成させた。1.センサユニットの多チャンネル化:H23年度に研究開発したセンサユニットをベースに32チャンネル分を量産したが、当初特性に大きなばらつきが生じる結果となった。

2枚のレンズとファイバの微妙な位置関係が特性に大きく影響したためである。感度低下を防ぎつつ特性を揃えるための調整手順をトライアンドエラーで見出し、比較的特性のそろった32チャンネル分のセンサユニットを完成した。2.電子回路系の多チャンネル化:32チャンネル分の光電変換回路と後段アンプとからなるシステムを研究開発した。使い勝手を考え、直流分の打ち消し設定やアンプゲインの切替をPICで制御して1台で8チャンネル分をカバーする装置を4台開発した。3.振動分布のアニメーション表示:1,2により完成したシステムを用いて超音波洗浄器底部の振動分布計測・可視化を試みた。空気中用のシステムと同様に振動面の状態をアニメーション表示で直感的にとらえる事が可能であった。ただし、当初計画していた機械人工弁の測定については、人工弁駆動用のシミュレータ開発が予定通りに進まなかったため未実施である。本研究による測定システム自体は完成しているので、シミュレータが完成すればいつでも測定可能である。本年度当初の計画はほぼ達成した。唯一、8チャンネル程度の多チャンネル化のみ実現できなかったが、一方でキャビテーション対策はほぼ不要との結論が得られた。そのため、H24年度内にはほぼ計画通り終了できる見込みである。24年度が最終年度であるため、記入しない。計画通り多チャンネル化を推進し、32チャンネルまでの水中用振動分布計測可視化システムとして完成させる予定である。問題点はほぼクリアされたため、計画の変更は無い。
学校全体で取り組むピア・メディエーション―イギリスでの取り組みを参考にして―

本研究では,わが国の学校内で起きるいじめ及び対立場面に対して、学校全体が取り組むことのできるピア・メディエーションプログラムを開発し、導入実践を行うことを目的とした。その目的を達成するために,本研究ではおおむね以下のような手続きをとった。1)海外視察と海外の研究者との交流, 2)研究会の開催による実践と研究の交流, 3)授業プログラム開発, 4)授業プログラムの実践, 5)実践のデータの収集と評価(アンケート及び意見聴取), 6)実践プログラムの改善と研修プログラムの開発ピア・メディエーションの授業プログラムの実践は,研究代表者の勤務校の大阪府寝屋川市だけでなく、吹田市の小学校においても、研究代表者のコンサルテーションのもと実践を行った。その結果, 2つの小学校での授業実践によって、学校適応感の向上、けんか・もめごと対立問題数の減少、そして子どもの向社会的行動の増加が見られた。また、寝屋川市の実践では、プログラムを受けた5年生が下級生のもめごとを解決する、ピア・サポート活動にも取り組んだ。これらの結果については、論文投稿、図書、学会シンポジウム、そして寝屋川市内で行われた教育実践発表会にて、発表を行った。実践、そして研究の成果ははっきりとした数値、そして子どもの質の向上となって表れたといってよい。ただ,もともと学校適応が低い子や発達に課題を抱える子、また学級の状況によっては実践が難しいことが考えられ、これらについての分析については,まだ十分ではない。今後,集められたデータをさらに詳細に分析し,ピア・メディエーションの授業プログラムの実践のあり方についての示唆を得る予定である。
陸海域を統合した物質フローバランスに基づく流域圏再生政策に関する研究

本研究は,流域という一体的な空間的圏域を単位として,対象とする流域圏における社会経済的活動と環境への影響を総合的な視点から定量的に分析し,海域との相互関係を包括的に捉えた物質フローバランスを評価することで望ましい流域圏再生政策について検討することを目的としている.本年度は,対象とする東京湾流域圏に関する分析のための環境・経済システムモデルの構築を念頭に置き,対象年代の選定およびモデル分析のために必要となる主なデータの収集を行った.まず,過去の対象年代をプロト工業化時代としての明治時代とし,現在との比較分析を行うこととした.データに関しては,主に地形図や海図をもとに明治時代の東京湾流域における陸域空間情報を収集した上でデジタルデータとして整理を行い,海岸線の推定および流域圏の設定を行った.そして同圏域内における土地利用情報の収集および同デジタルデータの構築と,これに基づいた土地利用のパタンと定量的解析を行った.また,社会経済データの収集にも着手し,対象地域および対象年代の人口や漁業などを含む経済データに関する文献や資料の調査とデジタルデータ作成のために,これらのデータの整理を行った.以上の各種のデータ収集および整理とあわせ,陸域と海域を統合した物質フローバランスモデルの枠組みに関して検討を行い,陸域における物質フローシステムと海域への環境的インパクトについて考慮したプロトタイプモデルを構築した.本研究は,流域という一体的な空間的圏域を単位として,対象とする流域圏における社会経済的活動と環境への影響を総合的な視点から定量的に分析し,海域との相互関係を包括的に捉えた物質フローバランスを評価することで望ましい流域圏再生政策について検討することを目的としている.本年度は,対象とする東京湾流域圏に関する分析のための環境・経済システムモデルの構築を念頭に置き,対象年代の選定およびモデル分析のために必要となる主なデータの収集を行った.まず,過去の対象年代をプロト工業化時代としての明治時代とし,現在との比較分析を行うこととした.データに関しては,主に地形図や海図をもとに明治時代の東京湾流域における陸域空間情報を収集した上でデジタルデータとして整理を行い,海岸線の推定および流域圏の設定を行った.そして同圏域内における土地利用情報の収集および同デジタルデータの構築と,これに基づいた土地利用のパタンと定量的解析を行った.また,社会経済データの収集にも着手し,対象地域および対象年代の人口や漁業などを含む経済データに関する文献や資料の調査とデジタルデータ作成のために,これらのデータの整理を行った.以上の各種のデータ収集および整理とあわせ,陸域と海域を統合した物質フローバランスモデルの枠組みに関して検討を行い,陸域における物質フローシステムと海域への環境的インパクトについて考慮したプロトタイプモデルを構築した.
白色脂肪細胞における MIC/TRPM7 チャネルの生理機能の解析

本研究では、マウスより単離した白色脂肪細胞においてMIC/TRPM7電流の機能的な発現、およびTRPM7のmRNAの発現を確認した。また、白色脂肪細胞においてMIC/TRPM7は過酸化水素による酸化ストレスによって抑制されることを見出した。また求電子剤であるN-methylmaleimide (NMM)によっても抑制されることを見出した。これらのMIC抑制効果を持つ薬剤は、白色脂肪細胞におけるインスリン依存性グルコース取り込みを阻害することを明らかにした。本年度は白色脂肪細胞に発現するMICチャネルの活性化因子を探索することに重点をおいて研究を行った。これまでに他の細胞において、MICはPIP_2によって活性が制御されることが報告されている。パッチピペット内液(すなわち細胞内液)をATP freeにするとMICはrundownするが、PIP_2を予め添加しておくとrunadownは起こらない。このため、ATP依存性にPIP_2が産生されてMICチャネルの活性を維持するものと考えられている。白色脂肪細胞においてもATP freeによってMICのrundownは観察されたが、驚くべきことにPIP_2の添加によってもrundownは防ぐことができなかった。他の細胞での報告では、加水分解されないATPアナログであるAMP-PNPではrundownが起こるので、ATPの加水分解によるPIP_2の産生がMICの活性を維持していると考えられる。しかしながら脂肪細胞のMICでは、AMP-PNPの添加によってもATPと同様にMICの活性が維持されたことから、脂肪細胞ではATPの加水分解およびPIP_2は活性制御に関わっていないことが示唆された。また、MICと同一分子と考えられているTRPM7は、過酸化水素などの活性酸素によって活性化されることが報告されている。そこで白色脂肪細胞にホールセルクランプ下で過酸化水素を添加したところ、MICの不可逆的な抑制が観察された(IC_<50>=187μM)。これらの結果から、白色脂肪細胞に発現するMICは、これまでに報告されているMIC/TRPM7とは活性制御機構が異なることが明らかとなった。本年度は、MICチャネルの分子同定を目的とし、これまでMICチャネルの分子実体と考えられてきたTRPM7と白色脂肪細胞に発現するMICチャネルの違いについてより詳細な検討を行った。昨年度の研究により明らかとなったMICチャネルとTRPM7の違いは以下の2点である。1)チャネル活性のPIP_2依存性。TRPM7は、細胞内PIP_2の枯渇によりrundownすることが報告されている。しかしながら白色脂肪細胞のTRPM7であると考えられるMIC電流は、PIP_2によって活性が維持されない。2)活性酸素に対する感受性。異所性に発現されたTRPM7は活性酸素によって活性化することが報告されている。しかし白色脂肪細胞のMIC電流は、活性酸素によって不可逆に抑制される。本年度明らかとなったのは、1)PIP_2存在下でもMg^<2+>の存在によってrundownが起こる。Rundownには細胞内Mg^<2+>が重要である。2)活性酸素だけでなく、システイン残基を修飾する薬剤によってもMIC電流の抑制が起こる。また細胞内Mg^<2+>をキレートすると抑制が減弱する観察から、システイン残基の修飾はMICの細胞内Mg^<2+>に対する感受性を増加させることによって電流を抑制していることが予測された。これらの特異な性質は白色脂肪細胞に特異的なものである可能性、またはマウスTRPM7とヒトTRPM7の種差の可能性がある。そこでヒト胚腎臓細胞であるHEK293T細胞に発現するMICについて、活性酸素に対する感受性について検討を行った。HEK293T細胞のMIC電流もマウス白色脂肪細胞のMIC電流と同様に、活性酸素によって抑制され、その抑制はシステイン残基の修飾によるものであることを明らかにした。したがって、上記の2つの相違点は組織特異的なものでも種差のあるものでもないことが明らかとなった。本申請研究によって、白色脂肪細胞に発現するmagnesium inhibited cation channel(MIC)について以下のことを明らかにした。1MICの分子実体と考えられているTRPM7のmRNAの発現を、白色脂肪細胞において確認した。MIC電流は細胞内マグネシウム濃度依存性、および細胞外二価陽イオン感受性など、TRPM7とおおむね性質が一致している。2TRPM7は細胞内PIP2によって活性が維持されていると報告されているが、白色脂肪細胞のMICは細胞内PIP2投与によってもrundownが観察される。3TRPM7は神経細胞等で活性酸素によって活性化されると報告されているが、白色脂肪細胞では活性酸素である過酸化水素によって不可逆に抑制される。4MICを阻害するreagent(過酸化水素、2-アミノピリジン、Nメチルマレイミド)は白色脂肪細胞のインスリン依存性グルコース取り込みを抑制することを明らかにした。しかしながらこれらのMIC阻害剤はどれも特異性が低く、他の分子にも影響していることが考えられるため、遺伝子レベルでTRPM7を抑制するために、3T3L1細胞にTRPM7のsiRNAを導入することを試みた。

現在までのところ、脂肪細胞へのsiRNAの導入効率が極めて低いため、グルコース取り込みにおけるTRPM7の関与については決定的な証拠は得られていない。また、これまでに様々な細胞でMICの機能的発現が確認されておりその分子実体はTRPM7であると信じられているが、異所性に過剰発現したTRPM7分子とMICでは、異なる点も本研究によって明らかになった(2および3)。今後の研究により、MICがTRPM7と同一かどうか、TRPM7は別の分子と相互作用することによって、MICのような性質へと変化する可能性についても検討していく。実験計画の段階で予定していた、白色脂肪細胞内Mgイメージングを試みたが、今のところポジティブなデータは得られていない。その理由として、Mgはもともと細胞内外の濃度が同程度なため、シグナルとして検出されにくいということが考えられる。また、MICチャネルを活性化する刺激が見つかっていないということも理由の一つである。24年度が最終年度であるため、記入しない。最終年度である24年度は、脂肪細胞の生理にMICチャネルがどのように関わっているかを中心に検討していく。特にグルコース取り込みに関して、MICチャネルが活性酸素などによって抑制されている場合に、どのような影響を受けるのかを明らかにする。
パルス電界処理による細胞動態の定量評価および泳動診断システムの確立

本研究は、パルス電界処理による酵母細胞の電気定数(誘電率および導電率)変化を誘電泳動速度から導出するとともに、マクロなモニタ電気信号(細胞群の泳動集積によるインピーダンス変化)と膜活性・生育活性の相関を定量的に検証して、迅速かつ簡便な動態診断システムを構築するものである。主要な成果として、核酸染色変化から膜損傷度を導出し、加熱とパルス電界印加による閾値の違いを特定した。酵母細胞の泳動速度や電極間のインピーダンスを計測し、等価電気回路モデルを用いた電気定数変化を示した。また、損傷酵母の遺伝子発現を検出し、生物学的変異の判断指標を決定した。さらにパルス条件の違いによる検出応答を精査した。本研究の目的は、パルス電界処理による細胞動態の変化を細胞電気定数から定量的に検証するとともに、マイクロ電極間に泳動濃縮された菌体群のインピーダンス値から細胞動態を迅速に把握できる診断システムを確立することである。期間内において、(1)パルス幅に対する酵母細胞の活性および不活性領域(通常、膜損傷、アポトーシス誘導、生育促進)を蛍光染色により特定する、(2)誘電泳動速度計測から上記に示した4状態の酵母細胞に対する電気定数を導出する、(3)インピーダンス変化と膜損傷率・細胞増殖速度との相関を誘電泳動周波数ごとにマッピングし、各細胞動態に対応した特異点を選定する、(4)上記データからインピーダンスに対する診断用の検量線を作成する、(5)複数電極リアクタを導入して、泳動診断システムを構築する、(6)パルス条件の違いによる検出応答からリアクタ構造や検量線の妥当性を検証する、といった各目標を達成するとともに成果の有機的連携により研究全体を推進する計画である。本年度(平成25年度)は予備的な研究期間と位置付け、【課題1】加熱およびパルス電界印加に対する酵母細胞の膜活性および生育活性の生化学的評価、【課題2】加熱およびパルス電界印加時における細胞電気定数の導出、を行った。【課題1】に関しては、各処理条件において核酸染色による蛍光色度変化から膜損傷度を導出した。また、加熱とパルス電界印加による閾値の違いを特定した。【課題2】に関しては、処理条件の異なる酵母細胞の泳動速度を計測し、等価電気回路モデルから電気定数変化を定量的に示した。本研究の目的は、パルス電界処理による細胞動態の変化を細胞電気定数から定量的に検証するとともに、マイクロ電極間に泳動濃縮された菌体群のインピーダンス値から細胞動態を迅速に把握できる診断システムを構築することである。期間内において、(1)パルス幅に対する酵母細胞の活性および不活性領域(通常、膜損傷、アポトーシス誘導、生育促進)を蛍光染色により特定する、(2)誘電泳動速度計測から上記に示した4状態の酵母細胞に対する電気定数を導出する、(3)インピーダンス変化と膜損傷率・細胞増殖速度との相関を誘電泳動周波数ごとにマッピングし、各細胞動態に対応した特異点を選定する、(4)上記データからインピーダンスに対する診断用の検量線を作成する、(5)複数電極リアクタを導入して、泳動診断システムを構築する、(6)パルス条件の違いによる検出応答からリアクタ構造や検量線の妥当性を検証する計画である。昨年度は予備的な研究期間と位置付けた研究を行っている。具体的には各処理条件において核酸染色による蛍光色度変化から膜損傷度を導出した。さらに、処理条件の異なる酵母細胞の泳動速度を計測し、等価電気回路モデルから電気定数変化を定量的に示した。以上の結果を踏まえ、本年度(平成26年度)は、簡易診断の基盤としてインピーダンス応答を計測し、細胞動態との定量的な相関を検証した。すなわち、【課題1インピーダンス応答と膜損傷率・細胞増殖速度との定量相関】の具体的な成果として、等価回路解析との比較からインピーダンス変化量と捕集菌量の定量的関係をより明確にした。また、損傷酵母の遺伝子発現を検出し、生物学的変位の判断指標を補強した。昨年度は、簡易診断の基盤としてインピーダンス応答を計測し、細胞動態との定量的な相関を検証した。具体的には、等価回路解析との比較からインピーダンス変化量と捕集菌量の定量的関係をより明確にした。以上の結果を踏まえ、本年度(平成27年度)は、最終段階である細胞動態に対する迅速かつ簡便な泳動診断システムの構築を試みた。