hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
植物ミトコンドリアゲノム編集技術による雄性不稔細胞質の創出

私たちが最近開発した,植物のミトコンドリアゲノム標的遺伝子破壊技術,mitoTALEN法を用いて,ナタネとシロイヌナズナを用いて植物ミトコンドリアゲノムの撹乱と新規雄性不稔個体の創出を狙っている.ナタネについては先行研究で用いた標的配列破壊mitoTALEN発現ベクターを用いて既に複数の形質転換植物体を得ており,そのミトコンドリアゲノム配列の変化をPCRや次世代シークエンスを用いて解析した.その結果,ミトコンドリアゲノムは標的配列部分の欠失を中心に,ゲノム構造の大きな変化がみられた.これによって,新たなキメラ遺伝子創出を期待している.シロイヌナズナについては,mitoTALEN導入によるミトコンドリアゲノム改変は初めてであり,その開発に挑戦した.mitoTALENの設計標的配列によっては,その破壊による致死性が考えられるため,標的遺伝子を二種類,標的部位を計4種類設計し,検討した.また,mitoTALENの発現の場所や量が影響する可能性を考え,プロモーター配列を三種類,mitoTALENの種類(二分子型と一分子型)の組合せ,総24種類のコンストラクトを作製し,これを順次シロイヌナズナの核ゲノムに形質転換した.その結果,2つの遺伝子のうち,1つについては欠失型の配列を採ることに成功したため,まずはモデル植物シロイヌナズナでも初のミトコンドリアゲノム編集/標的遺伝子破壊を行うことに成功することができた.そのほか,活性の高いプロモーター種類の選抜とmitoTALENの二分子型がよいことなどが明らかとなった.イネ・ナタネともにmitoTALEN法を改良しつつ適用しており,それぞれミトコンドリアゲノム改変株を得ることに成功している.それぞれについて,その個体数を増やしており,当初目的である雄性不稔株スクリーニングの為に十分な植物個体を得るべく選抜を行える道筋がつきつつある.あらたに開発に成功したモデル植物シロイヌナズナを用いて,また,その標的破壊が生育不全を示さず,しかしミトコンドリアゲノムの撹乱が可能な標的配列をもつmitoTALENベクターが完成しているため,これを用いてミトコンドリアゲノム撹乱個体を増やしていく.これらを生育させ,種子稔性をみて,不稔のものについて,雄性不稔を確認して選抜していく.私たちが最近開発した,植物のミトコンドリアゲノム標的遺伝子破壊技術,mitoTALEN法を用いて,ナタネとシロイヌナズナを用いて植物ミトコンドリアゲノムの撹乱と新規雄性不稔個体の創出を狙っている.ナタネについては先行研究で用いた標的配列破壊mitoTALEN発現ベクターを用いて既に複数の形質転換植物体を得ており,そのミトコンドリアゲノム配列の変化をPCRや次世代シークエンスを用いて解析した.その結果,ミトコンドリアゲノムは標的配列部分の欠失を中心に,ゲノム構造の大きな変化がみられた.これによって,新たなキメラ遺伝子創出を期待している.シロイヌナズナについては,mitoTALEN導入によるミトコンドリアゲノム改変は初めてであり,その開発に挑戦した.mitoTALENの設計標的配列によっては,その破壊による致死性が考えられるため,標的遺伝子を二種類,標的部位を計4種類設計し,検討した.また,mitoTALENの発現の場所や量が影響する可能性を考え,プロモーター配列を三種類,mitoTALENの種類(二分子型と一分子型)の組合せ,総24種類のコンストラクトを作製し,これを順次シロイヌナズナの核ゲノムに形質転換した.その結果,2つの遺伝子のうち,1つについては欠失型の配列を採ることに成功したため,まずはモデル植物シロイヌナズナでも初のミトコンドリアゲノム編集/標的遺伝子破壊を行うことに成功することができた.そのほか,活性の高いプロモーター種類の選抜とmitoTALENの二分子型がよいことなどが明らかとなった.イネ・ナタネともにmitoTALEN法を改良しつつ適用しており,それぞれミトコンドリアゲノム改変株を得ることに成功している.それぞれについて,その個体数を増やしており,当初目的である雄性不稔株スクリーニングの為に十分な植物個体を得るべく選抜を行える道筋がつきつつある.あらたに開発に成功したモデル植物シロイヌナズナを用いて,また,その標的破壊が生育不全を示さず,しかしミトコンドリアゲノムの撹乱が可能な標的配列をもつmitoTALENベクターが完成しているため,これを用いてミトコンドリアゲノム撹乱個体を増やしていく.これらを生育させ,種子稔性をみて,不稔のものについて,雄性不稔を確認して選抜していく.当初の予定では,シロイヌナズナのミトコンドリアゲノム編集技術の開発はもう少し遅れると考えてその遂行と解析に金額のかかるナタネの実験を組み込んでいたが,実験の寄やりやすい前者の開発が進んだため,実験の順序を入れ替えた.
プレス成形性と強度・剛性を考慮した軽量多孔質積層板最適設計技術の開発

新たな軽量板材として,小円孔を規則的に配列した多孔質板をコア層とし,その両面に薄いスキン層を拡散接合した三層構造の軽量多孔質積層板を考案・試作した.この多孔質積層板について二軸応力状態下における等塑性仕事曲面を調査してその塑性変形挙動を明らかにするとともに,成形限界線図の調査によりそのプレス成形性を明らかにした.これらの結果から軽量多孔質積層板の構造とその変形挙動・成形性の関連を把握し積層板の設計指針を与えることが可能となる.新たな軽量板材として,小円孔を規則的に配列した多孔質板をコア層とし,その両面に薄いスキン層を拡散接合した三層構造の軽量多孔質積層板を考案・試作した.この多孔質積層板について二軸応力状態下における等塑性仕事曲面を調査してその塑性変形挙動を明らかにするとともに,成形限界線図の調査によりそのプレス成形性を明らかにした.これらの結果から軽量多孔質積層板の構造とその変形挙動・成形性の関連を把握し積層板の設計指針を与えることが可能となる.新たな軽量板材として,小さな円孔を規則的に配列(正三角形格子配列)した多孔質板をコア層とし,その両面に薄いスキン層を拡散接合した3層構造の軽量積層板である多孔質積層板を試作した.素材としては拡散接合性の良い銅板を用いた.多孔質積層板とその構成素材であるコア層の多孔質板,素材の銅板について二軸引張り試験を行うことで二軸応力状態下における多孔質積層板の変形挙動を表現する等塑性仕事曲面を調査し,多孔質積層板のマクロな変形挙動を表現することを試みた.その結果,素材である純銅単一板の等塑性仕事曲面はほぼvon Misesの降伏曲面に一致した.コア層である多孔質板の等塑性仕事曲面については,マクロ降伏応力レベルは大幅に低下し,その曲面形状は孔の最密配列方向の応力とその直交方向の応力の比が0:1となる方向では応力レベルが高く,1:1となる方向では低くなるような面内異方性を示した.また多孔質積層板の等塑性仕事曲面は,マクロ降伏応力レベルは構成素材である単一板,多孔質板の中間程度となり,その曲面形状は2つの等塑性仕事曲面の特徴を平均したような形となり,結果としてvon Misesの降伏曲面にやや近づいた.これはコア層である多孔質板の有する面内異方性がスキン層によって緩和された結果と考えられる.また,均質化法およびFEM解析により多孔質積層板,多孔質板の等塑性仕事曲面を解析的に取得した.さらに,実験により得られた多孔質積層板の等塑性仕事曲面からマクロ降伏関数を選定し,多孔質積層板の張り出し成形解析を行った.その結果を用いて均質化法による局所化解析を行って多孔質積層板の円孔またはその配列が局所変形に及ぼす影響を調査した.前年度に引き続き,小さな円孔を規則的に配列(正三角形格子配列または正方形格子配列)した多孔質板をコア層とし,その両面に薄いスキン層を拡散接合した3層構造の軽量積層板である多孔質積層板(素材:純銅板)について等塑性仕事曲面や成形限界線図(FLD)の調査を行った.今年度はコア層の孔の配列パターンや孔サイズがこれらの諸特性に及ぼす影響について注目した考察を行った.多孔質積層板の成形限界は(通常の単一板とは異なり)等二軸引張りにおいて最も低く,単軸引張りにおいて最も高くなる傾向が見られた.また,当然ながら多孔質積層板の成形限界は素材の単一板よりも低くなったが,多孔質板コア層のみの成形限界よりは高くなった.多孔質積層板の成形限界はコア層の孔サイズが大きいものほど低くなった.また,コア層の孔を正方格子状に配列した場合と正三角形格子状に配列した場合を比較すると,空孔率が互いに等しければ多孔質積層板の成形限界もほぼ同程度になることがわかった.以上のことから,多孔質積層板の成形限界に影響を及ぼす支配的因子は空孔率であり,孔の配列パターンの影響は比較的小さいものと考えられる.また,FEM解析により多孔質積層板および多孔質板コア層の成形限界におけるひずみ分布や破断亀裂の発生について検討を行った.多孔質板コア層のみの変形では孔の配列パターンに応じた顕著なひずみ集中が見られたが,これにスキン層を積層した多孔質積層版ではひずみ集中が緩和され,このことが成形限界向上に寄与している.多孔質積層板の孔部スキン層に非常に大きなひずみが発生しており,孔部スキン層の断裂が全体の成形限界を律している可能性が高い.一昨年度,昨年度に引き続き,小さな円孔を規則的に配列(正三角形格子配列または正方形格子配列)した多孔質板をコア層とし,その両面に薄いスキン層を拡散接合した3層構造の軽量積層板である多孔質積層板(素材:純銅板)について等塑性仕事曲面や成形限界線図(FLD)の調査を行った.成形限界に関しては,スキン層厚さが成形性に及ぼす影響について注目した検討を行った.スキン層厚さを0.2,0.4,0.6mmと3段階に変化させた多孔質積層板(多孔質コア層厚さは0.6mmで固定)とそれぞれの構成素材について張出試験による成形限界調査を行い,FLDを取得した.多孔質コア層の成形限界は極めて低いが積層板の成形限界はスキン層と同等のレベルとなり,スキン層を積層することによる成形限界向上効果が確認された.またスキン層の成形限界には板厚依存性があり,厚さが大きいものほど成形限界が高くなった.

そのため積層板の成形限界もスキン層厚さが大きいものほど高くなった.ただし多孔質コア層の剥離・断裂が生じる限界ひずみが存在するので,それ以上の成形限界向上効果は見られない.等塑性仕事曲面(マクロ的降伏曲面)については,主として解析的検討により昨年度までに得られた実験結果,計算結果の見直しを行った.素材銅板の等塑性仕事曲面はほぼvon Misesの降伏曲面に一致した.多孔質コア層の等塑性仕事曲面については,その曲面形状は等二軸引張状態とその近傍で降伏応力が低下する(von Misesの降伏曲面の内側に入る)傾向を示し,マクロ的降伏挙動に対する静水圧応力の寄与が見られた.また若干ながら孔の最密配列方向の応力とその直交方向の応力の比が0:1となる方向では(1:0となる方向よりも)応力レベルが高くなる異方性が見られた.多孔質積層板の等塑性仕事曲面はスキン層の積層効果により概ねvon Misesの降伏曲面に一致した.多孔質積層板の拡散接合の品質が安定しないこと,薄いスキン層の成形限界が低くなることにより実験結果のばらつきが大きくなり,予想した多孔質積層板の特性が得られていない.また多孔質積層板の等塑性仕事曲面取得実験におけるマクロ応力・マクロひずみの評価が困難で,等塑性仕事曲面の正確な測定に困難をきたしている.24年度が最終年度であるため、記入しない。上記項目11.の問題点から,今後はFEM解析による検討に中心を移し,コア層の孔の配列パターンや孔サイズが等塑性仕事曲面や成形限界線図に及ぼす影響を考察し,所望の材料特性を得るための最適孔配列設計を行うことを試みる.24年度が最終年度であるため、記入しない。
強い結合力を持つヒトモノクローナル抗HCMV中和抗体のファージ発現系による作製

骨髄移植などの臓器移植医療では潜在ヒトサイトメガロウイルス(HCMV)の再活性化、つまりHCMV感染症が大きな問題となっている。これを予防する目的で、免疫グロブリン製剤が使用されるがその効果は万全とは言えない。そこでより有効な免疫グロブリン製剤を作製する目的で、抗HCMV中和抗体価が高いヒトのB細胞から抗体遺伝子をクローニングし、ヒトモノクローナル抗体を作製する技術に取り組み、いくつかの点で進歩があった。(1)末梢血B細胞よりmRNAを抽出し、RT-PCRで抗体のL鎖およびH鎖を増幅し、pRPLS/Fablベクターにクローニングして、大腸菌に導入した。この実験の過程で、H鎖は大腸菌に毒性を示すことが判明した。そこで、H鎖に耐性を示す株の発見につとめ、DH21株が目的にかなうものであることを見出した。その後発現実験を行い、SDS-PAGEやWestern Blotで解析した結果、両鎖ともに発現していることが確認できた。(2)HCMVを構成する蛋白質のうち、中和エピトープを持つ蛋白質は3種知られている。そのうちgB蛋白質に対する抗体(抗gB抗体)が最も強力な中和活性を示す。抗gB抗体を特異的に分離する為には、gB抗原の調整が必用である。抗原の調整はいくつかの方法があるが、ここでは組み換えgB蛋白質の調整をめざした。gB蛋白質は分子内に2ヶ所の中和エピトープを持つため、これらの領域をPCRで切り出し、発現ベクターにクローニングした。発現ベクターは4種を試用したが、MBPと融合して発現させる方式のpMALベクターが最も有効であり、2つのエピトープ部分とも発現することに成功した。両エピトープは精製し、パニングに使用する体制は整った。(3)上記の過程を経て、ヒトモノクローナル抗体のライブラリーを作製し、抗HCMV中和抗体をスクリーニングした結果、中和活性を持ついくつかのクローンが分離できた。今後は、より高いKd値をもつクローンの分離をめざす。
高蒸気圧反応器による植物性物質の加水分解と資源化

本研究は、高温高圧水蒸気による加水分解反応と瞬間的な減圧操作からなる爆砕法によって木質物質を分離、低分子化し、酵素および発酵操作によってエネルギー化するまでの一連の操作のプロセス工学的研究を目的としている。本年度は、爆砕生成物の抽出分離、糖化、発酵のそれぞれのシステムの特性と効果および爆砕リグニンの樹脂化について研究した。爆砕操作は広葉樹に限らず針葉樹についても構成物質の低分子化とその成分の分離に非常に有効であることがわかった。爆砕生成物を酵素(メイセラーゼ)で糖化した後、その糖液に酵母(発研2号)を接種してアルコール発酵を行なった。アルコールの生成量は、水蒸気圧力および蒸煮時間などの操作条件によって大きく変化した。アルコールを多量に得るためには高圧短時間の爆砕操作が樹種にかかわらず効果的であることがわかった。次に、アルコールの生成量を高めるために種々の培養操作方法について検討した。爆砕生成物の糖化とアルコール発酵を同時に行なう同時発酵およびアルギン酸カルシウムゲル内に酵母を包括する固定化培養は、爆砕生成物を酵素で糖化した後に酵母でアルコール発酵する培養よりもより多くのアルコールを得ることができることがわかった。一方、爆砕リグニンの資源化については、リグニン分解性担子菌による微生物的資源化だけでなく、リグニンの樹脂化について検討した。爆砕リグニンをエピクロルヒドリンに溶解させた後、水酸化ナトリウム溶液を添加することによってリグニンエポキシ樹脂を合成した。爆砕リグニンから得られたエポキシ樹脂は市販のビスフェノールA系樹脂よりも分子量分布が大きく、官能基数が多いことから、耐熱性および熱硬化性に優れていることがわかった。本研究は、操作が容易で後処理の必要のない水蒸気の蒸煮と爆砕からなる前処理操作によって木質物質を分離・低分子化し、酵素および発酵操作などによってエネルギー化するまでの一連の操作のプロセス工学的研究を目的としている。本年度は、種々の水蒸気圧、蒸煮時間等の操作条件の下での爆砕効果とその特性、低分子化された物質の糖化・発酵に関する基礎的研究を行なった。爆砕生成物の粒径分布や低分子化されて容易に抽出されたセルロース、ヘミセルロース、リグニンなどの成分量を爆砕の操作条件に対応づけて材質、形状等に及ぼす爆砕の効果を検討した。蒸煮と爆砕操作は広葉樹に限らず針葉樹についても構成物質の低分子化とその成分の分離に非常に有効であることがわかった。爆砕生成物のセルロース分解酵素による糖化と醗酵によるアルコールなどの可燃性物質の生成は爆砕条件によって大きく変化した。から松では水蒸気圧力4.51MPa、蒸煮時間5minで最大糖化率が得られ、乾燥木材重量当り約40%の還元糖が得られた。一方、ユーカリでは3.53MPa、3minで最大糖化率に達っし、乾燥木材重量当り約60%の還元糖が得られた。アルコールの生成量についてもユーカリの方がから松の約1.5倍であった。次に、蒸気発生、加水分解、保温、生成物回収、凝縮、放熱などの一連の操作における必要熱量、放熱量、生成物の燃料化による熱量を計算し、熱収支を明らかにした。必要熱量を最小にして爆砕効果を高めるための操作条件を推算した結果、高圧短時間の爆砕操作が樹種にかかわらず効果的であることがわかった。一方、多段系爆砕操作と爆砕生成物の糖化と発酵を同時に行なう同時糖化発酵は、エネルギー生産のための有効な方法であると考えられる。次年度はこれらの一連の操作の合理化をプロセスシステム工学的に検討する計画である。本研究は,高温高圧水蒸気による加水分解反応と瞬間的な減圧からなる爆砕法によって木質物質を分離・低分子化し,酵素および発酵操作などによってエネルギー化するまでの一連の操作のプロセス工学的研究を目的としている.

本年度は,省エネルギー型多段系爆砕,成分の抽出分離,糖化,発酵のそれぞれのシステムの特性と効果および爆砕リグニンの資源化について研究した.爆砕生成物を酵素(メイセラーゼ)で糖化した後,その糖液に酵母(発研2号)を接種したアルコール発酵を行なった.アルコールの生成量は,水蒸気圧力および蒸煮時間などの操作条件によって大きく変化した.アルコールを多量に得るためには高圧短時間の爆砕操作が樹種にかかわらず効果的であることがわかった.次に,各段階によって操作条件を変えることによって効果的な前処理が可能と期待される多段系爆砕操作について検討した.メタノール可溶性リグニンの数平均分子量を1段と数段の爆砕操作について検討した. 1段の操作では数平均分子量が1000になるためには20mm以上の蒸煮を要したが, 1分間の爆砕を3回繰り返す3段の操作のとき,数平均分子量は1000に低下した.また, 1分毎に10回繰り返す10段の爆砕操作ではその分子量は500まで減少した.これらの結果から,多段系爆砕操作はリグニンの低分子化に著しい効果を持つことがわかった.一方,爆砕リグニンの資源化については,リグニン分解性担子菌による微生物的資源化だけでなく,リグニンの樹脂化についても検討した.爆砕リグニンから得られたエポキシ樹脂は市販のビスフェノールA系樹脂よりも耐熱性および熱硬化性にも優れていることがわかった.以上の実験結果にもとづいた爆砕からエネルギー変換までのトータルシステムの最適化の研究は次年度の課題である.本研究は、高温高圧水蒸気による加水分解反応と瞬間的な減圧操作からなる爆砕法によって木質物質を分離、低分子化し、酵素および発酵操作によってエネルギー化するまでの一連の操作のプロセス工学的研究を目的としている。本年度は、爆砕生成物の抽出分離、糖化、発酵のそれぞれのシステムの特性と効果および爆砕リグニンの樹脂化について研究した。爆砕操作は広葉樹に限らず針葉樹についても構成物質の低分子化とその成分の分離に非常に有効であることがわかった。爆砕生成物を酵素(メイセラーゼ)で糖化した後、その糖液に酵母(発研2号)を接種してアルコール発酵を行った。アルコールの生成量は、水蒸気圧力および蒸煮時間などの操作条件によって大きく変化した。アルコールを多量に得るためには高圧短時間の爆砕操作が樹種にかかわらず効果的であることがわかった。次に、アルコールの生成量を高めるために種々の培養操作方法について検討した。爆砕生成物の糖化とアルコール発酵を同時に行なう同時発酵およびアルギン酸カルシウムゲル内に酵母を包括する固定化培養は、爆砕生成物を酵素で糖化した後に酵母でアルコール発酵する培養よりもより多くのアルコールを得ることができることがわかった。一方、爆砕リグニンの資源化については、リグニン分解性担子菌による微生物的資源化だけでよく、リグニンの樹脂化について検討した。爆砕リグニンをエピクロルヒドリンに溶解させた後、水酸化ナトリウム溶液を添加することによってリグニンエポキシ樹脂を合成した。爆砕リグニンから得られたエポキシ樹脂は市販のビスフェノールA系樹脂よりも分子量分布が大きく、官能基数が多いことから、耐熱性および熱硬化性に優れていることがわかった。
内殻電子励起に伴う価電子及びイオンの動力学的挙動の理論研究

一昨年末以来,各方面で問題になっている高温超伝導材料に於ける伝導機構に就いては未だ明確な解答はなく,各種の実験手段を用いてこの材料の種々の物理的,化学的性質が調べられて居るのが現状である.特に内殻電子励起を用いた共鳴光電子スペクトルは価電子帯電子の有力な情報を与える.文献1)-3)は銅酸化物の銅の3d,酸素の2p混成軌道と格子系との相互作用を考慮したもので,ポーラロン効果によって混成の効果は減少するが反強磁性的交換相互作用は減少せず,ポーラロン効果が十分大きいときにはs波とd波の束縛状態が生じることを示したものであり光電子分光で得られたフェルミ準位近傍の状態密度の変化を解明している.文献4)は光励起した反導体ドーピング超格子の蛍光スペクトルを理論的に取り扱ったもので,先ず電子・正孔系の有効質量方程式と超格子内の電場に対するポアソン方程式を自己無撞着に解くことにより電子状態を決定し,次に電子-正孔の再結合確立を計算してキャリヤ濃度,ピークエネルギーの励起光強度依存性を求め,実験結果を定量的に解析している.文献5)はフェルミ準位より上の空準位状態を調べる為に用いられる制動輻射等色線セペクトル(BIS)の強度を理論的に求めたもので,内殻空孔の存在をその要因とするX線吸収スペクトルの微細構造(EXAFS)とは全く異なる機構をもちながらBISの強度がEXAFSと類似した微細構造を示す理由を明らかにしている.本研究ではBISの場合の電子状態を始状態,終状態ともBloch状態で記述し電子とイオンとの散乱をボルン近似の3次の項までを考慮して輻射強度を求めたが,波動関数を通して現われる結晶の周期性の効果がEXAFSの場合と同じような微細構造を与えていることが示された.実際の計算は銅に対して行なわれ,最近Speier等によって測定された実験結果と頗る良い一致を示している.一昨年末以来,各方面で問題になっている高温超伝導材料に於ける伝導機構に就いては未だ明確な解答はなく,各種の実験手段を用いてこの材料の種々の物理的,化学的性質が調べられて居るのが現状である.特に内殻電子励起を用いた共鳴光電子スペクトルは価電子帯電子の有力な情報を与える.文献1)-3)は銅酸化物の銅の3d,酸素の2p混成軌道と格子系との相互作用を考慮したもので,ポーラロン効果によって混成の効果は減少するが反強磁性的交換相互作用は減少せず,ポーラロン効果が十分大きいときにはs波とd波の束縛状態が生じることを示したものであり光電子分光で得られたフェルミ準位近傍の状態密度の変化を解明している.文献4)は光励起した反導体ドーピング超格子の蛍光スペクトルを理論的に取り扱ったもので,先ず電子・正孔系の有効質量方程式と超格子内の電場に対するポアソン方程式を自己無撞着に解くことにより電子状態を決定し,次に電子-正孔の再結合確立を計算してキャリヤ濃度,ピークエネルギーの励起光強度依存性を求め,実験結果を定量的に解析している.文献5)はフェルミ準位より上の空準位状態を調べる為に用いられる制動輻射等色線セペクトル(BIS)の強度を理論的に求めたもので,内殻空孔の存在をその要因とするX線吸収スペクトルの微細構造(EXAFS)とは全く異なる機構をもちながらBISの強度がEXAFSと類似した微細構造を示す理由を明らかにしている.本研究ではBISの場合の電子状態を始状態,終状態ともBloch状態で記述し電子とイオンとの散乱をボルン近似の3次の項までを考慮して輻射強度を求めたが,波動関数を通して現われる結晶の周期性の効果がEXAFSの場合と同じような微細構造を与えていることが示された.実際の計算は銅に対して行なわれ,最近Speier等によって測定された実験結果と頗る良い一致を示している.
身体負担からみたバリアフリー施設整備の評価に関する研究

本研究では,傾斜の調整が可能なトレッドミルを用い,車いす利用の走行と車いす介助者,健常者の歩行による水平移動およびスロープ移動に対する身体的な影響を運動生理学的(運動によって起こる生体の反応を学ぶ学問)見地から調査した.またその結果より勾配の変化が及ぼす身体的負担の変化の定量化を試みるとともに,それを用いた工学への応用例の提案を行った.以下に調査結果を述べる.(身体的負担の分析)・歩行者の負担の変化は水平移動時に対して勾配の増加に伴い緩やかな直線的に増加するのに対して,車いす利用者は二次曲線的に増加することがわかった.同様に,車いす介助者に関しても車いす利用者ほどの増加量はなかったが,二次曲線的に増加した.・車いす利用者において現行規定である勾配5%および8%は,水平時と比較するとかなり高い身体的負担度(5%:4.1倍,8%:7.5倍)になった.(調査結果を用いた工学への応用)・車いす利用者にとって身体的負担からみた最適な勾配は,3.9%の勾配のスロープが理想的であると提案した.・調査結果をもとに,車いす利用者,車いす介助者および歩行者が駅やターミナル等の乗り換えや移動の際に生じる身体的負担を推定することができた.・移動に生じる負担を定量化する事により,EVやESといった移動補助施設の設置による,身体的負担低減効果の定量化や設置位置の優先順位を提案することができた.以上のように,本論文は運動生理学から車いす利用者等がスロープに移動に生じる身体的負担の量化を行い,工学へのアプローチを試みたものである.国土交通省近畿技術管理局近畿技術事務所が管理するバリアフリー比較体験コースを利用し,身体負荷を測定した.同コースは,「通行が不便な典型的なモデルコース」と「望ましいモデルコース」に分かれている.身体負荷の指標は,各モデルコースを走行中の心拍を計測した.測定個所としては,コース全体(左・右コース)のR-R間隔時間の連続測定を検討した.また,走行中の大きな問題となるものとして,スロープ勾配(5%,8%,12%コース)と段差(0cm3cmコース)を取り上げ,これらについても個別に測定した.その結果を以下に示す.「望ましいとされるバリアフリーのコース」の平均R-R間隔時間は,上り=614.1,下り=633.3msecであった.また,「通行が不便な個別の典型的なコース」の平均R-R間隔時間は,上り=609.5,下り=656.1msecであった.共に上りの条件時の方がR-R間隔時間が短く,心拍数の増加を示した.スロープの上り条件の平均R-R商隔時間は,5%勾配=634.1,8%勾配=641,8,12%=630.0msecであった.また,下り条件の平均R-R間隔時間は,5%勾配=674.6,8%勾配=654.1,12%=647.4msecであった.一条件当りの走行が短いため,あまりR-R間隔時間の違いがみられなかった.一番心拍数の増加を示したのは,勾配12%の上り条件時で,平均R-R間隔時間630.0msec,標準偏差54.6を示した.段差上り条件の平均R-R間隔時間は,0cm=689.9,1cm=688.0,2cm=687.5,3cm=667.9msecであった.また,下り条件の平均R-R間隔時間は,0cm=679.5,1cm=682.0,2cm=690.9,3cm=676.8msecであった.段差高3cmのR-R間隔時間が最も短く,段差を上る時には667.9msecで最も短くなり,心拍数は増加を示した.これらより,個々のバリアによる身体負荷が定量的に示された.本研究では,傾斜の調整が可能なトレッドミルを用い,車いす利用の走行と車いす介助者,健常者の歩行による水平移動およびスロープ移動に対する身体的な影響を運動生理学的(運動によって起こる生体の反応を学ぶ学問)見地から調査した.またその結果より勾配の変化が及ぼす身体的負担の変化の定量化を試みるとともに,それを用いた工学への応用例の提案を行った.以下に調査結果を述べる.(身体的負担の分析)・歩行者の負担の変化は水平移動時に対して勾配の増加に伴い緩やかな直線的に増加するのに対して,車いす利用者は二次曲線的に増加することがわかった.同様に,車いす介助者に関しても車いす利用者ほどの増加量はなかったが,二次曲線的に増加した.・車いす利用者において現行規定である勾配5%および8%は,水平時と比較するとかなり高い身体的負担度(5%:4.1倍,8%:7.5倍)になった.(調査結果を用いた工学への応用)・車いす利用者にとって身体的負担からみた最適な勾配は,3.9%の勾配のスロープが理想的であると提案した.・調査結果をもとに,車いす利用者,車いす介助者および歩行者が駅やターミナル等の乗り換えや移動の際に生じる身体的負担を推定することができた.・移動に生じる負担を定量化する事により,EVやESといった移動補助施設の設置による,身体的負担低減効果の定量化や設置位置の優先順位を提案することができた.以上のように,本論文は運動生理学から車いす利用者等がスロープに移動に生じる身体的負担の量化を行い,工学へのアプローチを試みたものである.
哺乳類の雌雄生みわけに関する新技法の開発に関する研究

本研究目的は、従来困難とされていた哺乳動物の雌雄生みわけを可能にする新しい方法の開発である。そのための第一段階として実験動物のマウスで検討を行う。すなわち、生殖工学的生産にマウスの雌雄50(%):50の性比に人為的な偏りをかけることにより、雄あるいは雌を多く作製する技術の開発を試みた。先ず、Y精子体部にはSRYタンパクが分泌されていると報告されていたので、SRY抗体とCy3の複合体を精子のいる培地へ加え、蛍光顕微鏡下で観察してみた。その結果、Cy3による蛍光を発している精子と蛍光を発していない精子が観察された。さらに蛍光を発している精子をピックアップし、顕微授精を行ったところ、36匹のマウス乳子のうち31匹の雄マウスを得ることができた(86.1%)。次に、Cy3を磁気ビーズに置き換え精子のいる培地へ添加し、磁力によりSRY抗体-磁気ビーズと結合した精子を培地底面に引き寄せ、X精子が多く存在していると思われる培地上部を体外受精に用いた。その結果、平均67.3%の比率で雌を多く生産することができた。従って、雄の生み分けにはSRY抗体-Cy3複合体を用いたICSIが有効であると言える。一方、雌の生産のための磁気ビーズによる分離を用いた方法は、その比率が少し低く改善の余地が求められるものの、2つ以上の変異遺伝子マウスを作製時に、最初の体外受精で多くのホモあるいはヘテロ雌を作製する場合には有効であると思われる。1)マウス精子におけるSry遺伝子発現の確認基礎研究の第一として、マウスの精子でSry遺伝子発現の有無について、RT-PCRにより検討した。Sry遺伝子は単一のエキソンであるため、プライマーをエキソン内に設計したcDNA検出用、そしてSry遺伝子開始コドンの上流からエキソン内を挟むgenomic DNA用の2セットのPCRによりマウス精子のSry遺伝子発現を確認した。その結果、マウスの精子でもヒト(Modiら,2005)と同様にSry遺伝子を発現している事が明らかになった。2)蛍光基で標識されたSRY抗体とマウス精子の結合に関する検討次に、1)でSry遺伝子が精子で発現していることの確認結果と、Modiら(2005)が示したSRY蛋白はヒト精子の体部で産生されている結果を総合して、マウス精子の体部でもSRY蛋白を産生していると仮定した。蛍光基Cy3でSRY抗体を標識し、マウス精子との結合の有無を視覚的に検討した結果、SRY蛋白が精子体部に産生されていることを確認した。以上の結果から、Cy3を磁気ビーズに置き換えることにより、磁力を用いてのX精子とY精子の分離が可能であることが期待された。雌雄生みわけによる雌動物の獲得は家畜生産で渇望されているため、その例として、体外受精および胚移植の容易なマウスを用いた雌雄の生みわけを試みる。マウスにおいても体外受精では、雄は媒精のため1匹いれば十分であるが、その一方で雌は1匹当たり1020個の排卵数にも関わらず、胚移植後に得られる産子は排卵数の3割程度であるため、より多くの匹数を必要とされる。哺乳動物の例として、生殖工学的生産によって作製されるマウス乳子の雌雄50(%):50の性比に人為的な偏りをかけることにより、雌マウスを多く得る技術の確立を目指した。初年度は、第一にマウス精子でのSry遺伝子発現の有無についての定性解析および蛍光基で標識されたSRY抗体とマウス精子の結合について検討した。その結果、マウス精子においてもSry遺伝子は発現しており、Y精子と推測される精子にてSRY抗体およびCy3との結合による発光を顕微鏡下にて確認した。

さらに、この発光している精子を顕微授精した結果、80%の確率で雄を得ることが出来た。次年度では、Cy3を抗体精製用の磁気ビーズに置き換え、体外受精への応用を試みた。すなわち、精子を採取した培地内へSRY抗体・磁気ビーズの複合体を添加し、磁石によりこれと結合した雄精子を培地底面に引き寄せ、培地上部の雌精子を媒精に用い、胚移植を行った。その結果、約7:3の割合で雌を多く得ることが出来た。過去に報告された産み分け技術に比べ精度は落ちるが、マウスのような実験小動物でのルーチンワークでの応用には十分にかつ簡便に活用できる技術であると思われた。
コヒーレントパルステラヘルツ光による極限物性測定

テラヘルツ領域の新規分光法として、近年様々な分野で応用が始まっているテラヘルツ時間領域分光法を、強磁場極低温下の物性研究に応用するため、周辺のシステムも含めて様々な技術開発を行った。その結果、テラヘルツ時間領域分光法によるInGaAs2次元電子試料のサイクロトロン共鳴の観測に成功した。また1THz以下のミリ波、サブミリ波領域における高電子濃度半導体2次元電子試料の磁気透過測定で、特異な量子振動を観測した。本年度は、極限物性研究用テラヘルツ光源を完成させるために、テラヘルツ光を発生、検出する光伝導スイッチの最適化と光ファイバの光伝導スイッチへの取り付けを行った。光伝導スイッチに関しては、電極幅が5umから10umのもの、100umから400umのものに関してテラヘルツ発生出力の印加電圧と入射レーザー強度依存性を調べた。その結果、入射レーザー強度と印加電圧に関しては、狭い幅の素子の方が低電圧、低入射強度でテラヘルツ出力が十分になるため有利であるが、光ファイバとの接合時の位置調整がかなり難しくなるという問題点が出てきたため、結果的に100umから400um幅の素子を採用した。但し、かなり入射レーザー強度と印加電圧を上げないとならないため、光ファイバを通した場合、励起パルス光の分散補償を行っても非線形効果により元のパルス幅より広がることが予想される。よって50umから100um程度の電極幅の素子に関しても調べる必要があると考えている。光ファイバと光伝導スイッチとの接合に関しては、熱膨張率などが比較的近い適当な接着剤を用いて行った。極低温下にさらしても接着部分がとれないことを確認しており、現在テラヘルツ光発振を最適化した状態での接着が行える様に、マニピュレーションシステムを使った顕微鏡下での接着システムを作成中である。来年度は、光ファイバが接続された光伝導素子によるテラヘルツ発振検出を早期に行い、強磁場、極低温での測定に応用する。本年度は、昨年度までに完成させた光伝導スイッチに光ファイバを接合することを中心的に行った。適当な治具を作成し、固定した光伝導スイッチに対して光学顕微鏡下で光ファイバを光伝導スイッチに電極中央に移動させ、先の光学接着剤を光ファイバ周辺に滴下した。光のロスを極力減らすために、接着剤には紫外線硬化タイプの光学接着剤を用いた。結果、物理的な接着には成功したが、問題点が幾つか明らかになった。一つは接着剤が光ファイバのコア部分に流れ込んでしまうと、接着剤が光学的に透明にもかかわらず、大幅に光電流が下がり、使い物にならない点である。また光ファイバの中心と光伝導スイッチの中心を幾何学的にかなり正確に合わせても、レンズ系で集光した場合に比べてその光電流が期待されたレベルまで行かない場合が多いことが分かった。これらの問題点を回避するために今後、フェルールと呼ばれる光ファイバ素線の先端をカバーできる治具を利用し、接着剤の流れ込みを防止すると共に、より精度の高い接着位置調整の方法でファイバ型光伝導スイッチの高性能化を試す。また今年度は、問題となっていた光ファイバ端の反射に伴うフェムト秒レーザーの不安定化を回避するために、ファラデーアイソレーターを導入し、光伝導スイッチ手前までのコンパクトな光学系、分散補償系と合わせ、1m光ファイバ端での光パルス幅は概ね入射パルス幅と同程度にできることを確認した。来年度は、より長い光ファイバ(5m程度)での測定及び、光強度依存性に関する測定を早期に行い、ファイバ型光伝導スイッチによるテラヘルツ発振検出測定の完成を目指す。テラヘルツ領域の新規分光法として近年様々な分野で応用が始まっているテラヘルツ時間領域分光法を、強磁場極低温下といった特殊環境での物性研究に応用するために、離れた場所にある強磁場磁石との融合を目指して技術開発を行った。問題となっていた要素技術は3点で、1:光ファイバによる超短パルス光の伝送、2:光ファイバと光伝導スイッチとの結合、3:磁場中での測定である。1に関してはグレーティングを使用したシステムを構築し、光ファイバの長さに応じた逆分散を施した光パルスを光ファイバに導入することで、出口で50mW、約200fsのパルス光の伝送を実現した。これによりある程度広いギャップを持つ光伝導スイッチでも原理的にはテラヘルツ光発振が可能となり、光伝導アンテナとの結合が容易になった。2に関しては、前年度光ファイバと光伝導スイッチとの直接的な接合に挑戦してきたが、光ファイバとギャップの位置合わせの精度や接着による問題が多いため直接的な接合でなく、極小レンズ等による光伝導スイッチへの集光を行った。その結果、室温で光伝導スイッチに光電流が流れることを確認した。3では、まず今回開発中のテラヘルツ光システムによる実験結果との比較のため、既存のサブミリ波磁気分光システムで1THz以下の領域でのサイクロトロン共鳴測定をZnOやInGaAs2次元電子系試料に関して行った。

ポーラロン効果やラシュバ効果に起因する様々な興味深い実験結果を得ることに成功し、様々なところで発表を行った。この後InGaAs2次元電子系の試料に対し、光学台上での短い距離ではあるものの、1Tの強磁石を利用し、テラヘルツ時間領域分光法によるサイクロトロン共鳴の測定を室温下で行い、共鳴吸収によるディップを観測することに成功した。
AKI発症早期検知のための尿中酸素分圧リアルタイムモニタリングの研究

尿中酸素分圧Urine oxygen tension(Puo2)が腎髄質の酸素分圧を反映することは以前から報告され、当研究室の貝沼らは成人心臓手術においてPuo2を持続測定しその有用性を報告した。現在Puo2持続測定のためのFiber optic probeが開発されている。本研究では、Puo2モニタリングを心臓血管手術あるいは各種ショック病態に臨床使用し、AKIの早期検知と重症度評価における有用性について研究する。
スペーサ分子混合LB法による有機分子超薄膜の結晶構造制御

本研究では、平成9年度から平成11年度にかけて、3次元的に空間制御したスペーサ分子混合LB膜の構造方法を確立し、これを「分子ふるい」に応用した。スペーサとしては球対称構造をもつフラーレン分子を用い、LB膜分子としては典型的なLB膜材料であるアラキジン酸を用いた。スペーサ分子数を調整することで、LB膜分子間の間隔の平均値を調整した。その結果、LB膜の分子専有面積を22Å32Åまで調整可能となった。しかも、アラキジン酸LB膜状にフルオロカーボンLB膜などのような大きい分子を積層する場合には、下層のLB膜の分子間隔を上層にあわせて調整することによって、分子配向性が著しく上昇することが、原子間力顕微鏡を用いた観察によって明らかになった。そこで、我々は、本研究で構築した分子間隔制御されたLB膜の分子間隔制御性を確認するため、また、この空間制御された構造から新機能の発現をめざして、分子間隔制御したLB膜により、大きさ・形状の異なるガス分子のふるい分けを試みた。具体的には、新規作製したLB膜を感応膜として水晶振動子の電極上に累積した。その結果、高感度かつ、高選択性のガスセンサが構築できた。また、このLB膜は生体細胞の構造を模倣して、ポリマーによる裏打ち構造を設計することにより、耐久性・感度・選択性を高めることができることを見出した。さらに、ポリマー濃度および累積層数、作製時の累積条件を最適化することにより、α-ピネンの蒸気等、疎水性の強いガス分子に対して、センサ応答が70100倍に増大することを見出した。また、薄膜断面構造の原子間力顕微鏡による観察によって、センサ感度の増大が、感応膜の配向特性に起因することが立証された。有機機能性分子を単分子のオーダーで配向させ、積層する技術としてLangmuir-Blodgett膜成膜法(LB法)が注目されている。このLB法は、常温、常圧で成膜可能であり、成膜コストも安価であるため、超高密度集積化デバイスの実現をめざした機能素子の構築が期待されている。しかし、実際に成膜された有機分子の配向を評価した結果、基板原子の格子定数と積層する分子の大きさの相違や、異種分子間の格子定数の整合、不整合が問題となり初めている。基板と格子定数が大きく異なる分子を積層する場合でも、中間に整合をとるようなバッファー層があれば、良好な分子配向が期待できると考えられる。我々は、これまでにLB膜中にスペ-サ分子を混合することにより、LB膜分子の分子間隔を調整できることを見いだした。平成9年度は単分子層複合有機超薄膜の2次元面内における構造制御を中心に超薄膜の作製、評価を行なった。材料としてはアラキジン酸分子のような飽和直鎖脂肪酸、フッ素化脂肪酸のようなやや大型の分子や、サッカーボール型の球対称構造をもつフラーレン分子を用い、直鎖脂肪酸とは分子サイズの大きく異なる分子層を積層した。この際、先に示したアラキジン酸分子等に小形スペ-サ分子を混合することで分子間隔を調整したバッファー層を設けることにより、分子配向が一段と向上することが原子間力顕微鏡(AFM)を用いた観察により確認された。したがって、スペ-サ分子混合によるLB膜の分子間隔制御により、格子定数の整合のとれた良好なヘテロ接合LB膜の形成が可能であると考えられる。本年度は昨年(平成9年度)度の混合LB膜の面内構造制御に関する結果を基に、異種分子層間の格子定数の調整を詳細に試みた。昨年の実験結果より、第1層目の分子配向は、基板の清浄性に大きく依存することがあきらかになった。

具体的には、一見同様と思われるマイカの襞開面を使用しても、基板表面の親水性が強く、清浄な基板ほどその上に累積するLB膜分子層の格子定数を再現性よく調整できることが分かった。3次元的な分子空間制御で達成するためには、第1層の格子定数を再現性良く制御することが不可欠である。そこで、本年度は設備備費品費を受けて、UVオゾンクリーナーを購入し、累積直前に、基板表面の静浄度を高め、親水性をコントロールした。その結果、第1分子層の格子定数を再現性良く調整することができた。またこの後、第2、第3層と積層し、スペーサ分子を含んだ分子層が、格子の整合性を極力保ちながら、格子定数を変化させていく過程をAFMを用いて明らかにした。さらに、分子占有面積の異なる層との整合性を詳細に検討した。複合有機分子結晶の安定化構造の設計においては、前年度2次元の分子配列に関して行った計算機シミュレーションを3次元に拡張し、そのために取り扱う分子数を増加した。計算にあたっては周期的境界条件を導入して、必要最小限の原子数に抑えるが、計算時間は扱う原子数の約2乗で増加するため、演算時間の超過に応じて、学内共有設備である大型計算機(スーパーコンピュータOrigin2000等)を利用した。その結果、スぺーサ分子はLB膜分子の配向する同一面内に分散して分子占有面積を変化させるだけでなく、層間にも入って安定化することがわかった。層間にもスペーサ分子が入るというこの計算機シミュレーションの結果は、スペーサ分子数の増加とともに、膜厚も増加するというエリプリメトリーを用いた測定結果ともよく一致した。この実験結果を基に、LB膜分子の分子間隔を制御し、分子のふるい分け機能を構築することができた。本年度は平成9年度及び平成10年度の成果に基づき、3次元的に空間制御されたフラーレン混合LB膜を作製し、これを「分子ふるい」に応用した。具体的には、水晶振動子電極上に分子間隔制御したLB膜を累積し、分子サイズの異なるガス分子(αピネン、リモネン、βカリオフィレン、シトラール、n-オクタデカン等)のセンシングを試みた。センサとしては、1ngのガス吸着で、1Hzの周波数シフトが起こるように回路パラメータを設定した。その結果、分子量が小さいほど、また1分子あたりの占有体積が小さいほどセンサ応答は増大した。これは小さい分子ほどLB膜中深いところまで入り込む機能が構築されたことを示す。センサとしての耐久性を上昇させるため、さらに、各層のLB膜に生体細胞の裏打ちタンパクの構造を模倣した、ポリマーによる裏打ち構造を組み込んだ。その結果、(1)センサの識別能力(2)温度変化時における安定性、(3)センサ感度は、いずれも著しく上昇した。特に、200層の分子間隔制御LB膜においては、センサ応答は、従来の100200Hzから7000Hzへと一気3070倍改善された。こうした高感度センサの実現は、3次元的に空間制御されたLB膜の高度な秩序性を示す一つの証拠といえる。また、ガス分子の吸着のメカニズムに関しては、スペーサとして用いたフラーレン分子よりもむしろ、LB膜の疎水基に吸着するものが多いことが明らかになった。これは、生体膜の基本構造そのものが匂いの受容に関与しており、特異的受容タンパクがなくとも匂いの識別が可能である、という学説とも一致した。したがって、本研究の実験は、匂いの識別に関してきわめて簡単化した人工脂質膜系モデルの構築に成功したともいうことができる。
動的ホローコーン照明による球面収差と色収差の同時補正

本研究では、電子顕微鏡の2種類の照明系偏向コイルをコンピュータ制御することで高精度な動的ホローコーン照明システムを開発し、色消し結像条件を利用した球面収差と色収差の同時補正を実現して、軸上照明法における情報限界を超えた空間分解能で位相像・振幅像の分離再生を行うことに成功した。さらに、3次元フーリエフィルタリング法を傾斜照明下に適用し、球面収差、色収差、コマ収差、3回非点収差の同時補正を行うことで、1. 4倍の分解能向上を達成した。本研究課題では、我々が科学技術振興調整費で完成させた「超コヒーレント・バイオ位相差電子顕微鏡」に、高精度な動的照射角変調機構(高精度動的ホローコーン照明機構)を新たに開発して組み込み、球面収差と色収差の同時補正を実現して、軸上照明法における情報限界を超えた空間分解能で位相像・振幅像の分離再生を実現することを目的としている。本年度は、高精度な動的ホローコーン照明を実現するために、コマ収差量を高精度に決定できるスルーティルト計測法を新たに提案し、コマフリー・アライメントを実現して、高精度動的ホローコーン照明の実現につなげた(論文執筆中)。更に、我々が独自に開発した波動場再構成法である3次元フーリエフィルタリング法を傾斜照明下に適用できるように改良し、球面収差と色収差の同時補正を実現する新しいアルゴリズムを提案した。更に実験により、傾斜照明下では色収差の影響が著しく軽減されていることを確認し、加えて3次元フーリエフィルタリング法による球面収差補正が同時に実現されていることを、非晶質構造の高分解能電子顕微鏡像を利用した実験により証明することに成功した。達成された分解能は、色収差の補正効果が著しく寄与し、軸上照明の場合の1.4倍に改善されることを証明することができた(論文執筆中)。上記の電子顕微鏡システムは、将来の拡張を見越して、あらゆる偏向コイル系、収差補正コイル系、高速度フォーカス変調、試料ステージ、照射系シャッター、CCDビデオカメラなどが自由にコンピュータ制御できる形で基本設計されている。電子顕微鏡のハードウエアの改良として高精度な傾斜角変調機能が実現できるように、現在照明角偏向コイル系の湿度上昇を抑える電気回路を設計している。本研究は、電子顕微鏡の2種類の照明系偏向コイルをコンピュータ制御することで高精度な動的ホローコーン照明を実現し、色消し結像条件を利用した球面収差と色収差の同時補正効果により軸上照明法における情報限界を超えた空間分解能で位相像・振幅像の分離再生を達成することを目的としている。昨年度は、統合型制御動的ホローコーン照明システムシステムを完成させ、傾斜照明下における3次元フーリエフィルタリング法を新たに導入することで、球面収差と色収差の同時補正効果により、軸上照明法における情報限界を1.5倍上回る分解能が達成できた事を実験により実証した(国際会議報告ならびに論文執筆中)。本年度は、球面収差と色収差の同時補正をより理想的に実現すするために、(1)偏向コイル系の改良、(2)照射位置及び照射角の制御方式の改善を行い、(3)コマフリー軸アラインメント調整を実現する新しいアルゴリズムの開発と、(4)試料ドリフト補正操作を含む波動場再構成プログラムの開発を行った。その結果、傾斜照明下におけるコマ収差量と高次非点収差量の同時計測アルゴリズムを独自に開発することができ、これらの影響を同時に補正した波動場再構成に成功した(論文執筆中)。また、動的ホローコーン照明下の色消し結像成分はコマ収差の影響を受け難いことを理論と実験の両面から証明し、実質的に球面収差、色収差に加えてコマ収差の影響も補正されていることを証明した(論文執筆中)。また、試料ドリフトの補正を組み入れた波動場再構成アルゴリズムを完成させ、再構成像がこれまで以上の分解能を有することを確認することができた(論文執筆中)。現在マニピュレーション用顕微鏡システムを用いて特殊対物ホルダーの製作に取りかかっており、最終年度には高S/N比観察を実現して、更に高い分解能を達成する計画である。本研究は、電子顕微鏡の2種類の照明系偏向コイルをコンピュータ制御することで高精度な動的ホローコーン照明を行い、色消し結像条件を利用した球面収差と色収差の同時補正を実現して、軸上照明法における情報限界を超えた空間分解能で位相像・振幅像の分離再生を達成することを目的としている。昨年度までに、(1)統合型制御動的ホローコーン照明システムを完成させ、(2)球面収差と色収差の同時補正効果を確認し、(3)試料ドリフト補正を考慮した波動場再構成プログラムを開発して、(4)コマ収差量と3回非点収差量の同時計測補正機能を統合型システムに組み込んだ。本年度は、上記の機能拡張された統合型システムを用いて、各種補正効果の実証ならびに超高分解能達成の実証と同システムを用いた応用研究を中心に展開した。

その結果、当初の目的であった球面収差と色収差の同時補正効果により1.5倍の分解能向上が達成されていることを複数種類のサンプルで確認し、グラフェン単原子層の1個1個の炭素原子の配列を解像することに成功した。また球面収差と色収差に加えてコマ収差と3回非点収差の同時補正を実現して、、シリコン結晶のダンベル原子対の配列を解像することに成功し、格子欠陥を含む結晶の原子配列をより正確に解像できることを実証した。これらの結果は各種収差補正の重要性を示すものであり、現在論文を3件執筆中である。また、同システムを用いた応用研究として、コバルト触媒粒子からグラフェンシートが形成される様子を原子分解能で動的にその場観察することに成功した(1件論文受理、2編目を執筆中)。また、酸化モリブデンのカーボンナノチューブへの内包現象を新たに発見し(特許申請済み)、内包結晶の結晶構造を収差補正された原子分解能像から決定することに成功した。(論文執筆中)