hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
イネの生活環とオートファジー

本研究では、イネの生活環においてオートファジーが果たす役割について解析を進め以下の成果を得た。(1)オートファジー欠損変異体イネを単離した。(2)蛍光タンパク質マーカーを発現する形質転換体を作成しイネにおけるオートファジーの可視化・評価系を構築した。(3)変異体イネでは、生殖成長が遅延し出穂が遅れること、さらには花粉や葯の発達が不完全となり雄性不稔となることを明らかにした。(4)変異体イネでは、栄養成長期に葉緑体タンパク質の分解や窒素転流が滞り、個体の窒素利用効率や乾物生産が低下することを明らかにした。本研究は、イネのライフサイクルにおいて、細胞内タンパク質分解システム・オートファジーが果たす役割について明らかにすることを目的とし、その成果を基盤に米の生産性や品質のさらなる向上に向けた応用研究の展開を目指すものである。より具体的には、逆遺伝学的に同定したオートファジーに必須の遺伝子(autophagy-related gene ; ATG)を欠損するイネ変異体の一生、すなわち発芽、成長、生殖、登熟、の各段階における表現型とその要因について、生理・生化学および形態・細胞生物学の主に2つの方向からプロファイリングを行う。それらを手がかりにオートファジーがイネの作物としての重要形質にどのように寄与しているのかについて分子・細胞レベルで明らかにしていく。今年度は、イネのオートファジー遺伝子欠損(atg)変異体、Osatg7およびOsatg9が示す表現型の基礎的な解析を行った。その結果、これらのイネatg変異体はいずれも不稔であることが分かった。この結果は、life cycleを支障なく完結することができるシロイヌナズナのatg変異体とは明らかに異なっていた。またOsatg変異体の発芽から栄養成長過程における成育は、最適条件下においても野生体に比べ常に30%程度劣っていた。また窒素欠乏条件下での成育は、Osatg変異体の方が野生体よりも著しく劣っていた。表現型解析と並行して、オートファジーやRCB経路のin vivoでの可視化系の構築に必要な材料、具体的にはGFP-ATG8、RFP-ATG8、RBCS-GFP、及びRBCS-RFPを発現するイネの作出を進めた。より具体的には、逆遺伝学的に同定したオートファジーに必須の遺伝子(autophagy-related gene; ATG)を欠損するイネ変異体の一生、すなわち発芽、成長、生殖、登熟、の各段階における表現型とその要因について、生理・生化学および形態・細胞生物学の主に2つの方向からプロファイリングを行う。今年度は主に以下の2項目について解析を進めた。(1)栄養成長期におけるオートファジーの役割オートファジー関連遺伝子OsATG7の欠損変異体(Osatg7-1)は、低窒素栄養条件になるほど野生体に比べ成育が低下した。またOsatg7-1では老化葉でのRubiscoや主要な可溶性タンパク質の分解が遅延し、個体内の窒素転流が抑制された。蛍光タンパク質(GFP-ATG8、RFP-ATG8、RBCS-GFP、及びRBCS-RFP)を用いたイネにおけるオートファジーやRCBの可視化・評価系を構築した。(2)発芽時の貯蔵タンパク質の分解とオートファジー発芽過程の種子の解析において、種子タンパク質の分解には野生型とOsatg7-1で差は無く、種子タンパク質分解に、オートファジーの明確な関与は認められなかった。その一方で、WTの乾燥種子、発芽初期の種子でOsatg7 mRNAが検出され、種子の発芽初期にオートファジーが機能している可能性が高いことが示された。それらを手がかりにオートファジーがイネの作物としての重要形質にどのように寄与しているのかについて分子・細胞レベルで明らかにすることを目的にした。今年度は以下の点を明らかにした。イネのオートファジー欠損変異体Osatg7-1は、野生体よりも初期成育の時点で個体サイズが小さく、その差は低窒素栄養や弱光条件になるほど広がった。初期成育の差は、種子栄養の幼殖物への転流がやや滞っていることで生じることが示唆された。Osatg7-1では水耕液からの窒素吸収は野生体と差がなかったが、老化葉でのオルガネラやタンパク質の分解が遅延することで個体内の窒素転流が抑制されていた。また転流窒素の減少により葉面積や分けつ数が減少した。結果としてOsatg7-1では個体の窒素利用効率とバイオマスが減少した。

本研究は、イネのライフサイクルにおいて、細胞内タンパク質分解システム・オートファジーが果たす役割について明らかにすることを目的とし、その成果を基盤に米の生産性や品質のさらなる向上に向けた応用研究の展開を目指すものである。今年度は、光合成速度が低下しエネルギーが制限される弱光環境下において、オートファジーがイネの栄養成長にどのように貢献しているのか解析した。イネのオートファジー欠損変異体(Osatg7-1)と野生(コントロール)体を播種後42日までガラス温室内にて同一条件で水耕栽培した後、対照区と約20 %の光強度とした弱光区を設け播種後70日目まで栽培した。播種後70日目の段階で、遺伝子型に関係なく弱光区では対照区と比べて個体バイオマスが低下した。弱光区でのバイオマスの低下は野生体でより大きく、対照区において見られたOsatg7-1と野生体とのバイオマスの有意な差は、弱光区では見られなくなった。一方で70日目の個体の窒素量は、対照区と弱光区、また遺伝子型間においても差が無かった。そのため単位窒素量当たりの乾物重で表される窒素利用効率は、Osatg7-1では野生体より両区で低下するが、弱光区では両者の差が対照区よりも縮まった。このことから、弱光環境での窒素利用効率にはオートファジーはあまり寄与していないことが示唆された。そこで弱光処理を行う前の42日目の段階で完全展開していた葉身が、弱光処理下でどのように老化していくか調べた。その結果、弱光区では対照区と比べてクロロフィルや可溶性タンパク質といった窒素成分の分解が抑制されており、老化が緩やかに進んでいることが分かった。以上より、イネの栄養成長におけるオートファジーの貢献度は、光合成速度が低下し生育が抑制される弱光環境下よりも、光合成速度が保たれて成長が促進される光十分環境のほうが高いことが明らかとなった。本研究では、イネの生活環においてオートファジーが果たす役割について解析を進め以下の成果を得た。(1)オートファジー欠損変異体イネを単離した。(2)蛍光タンパク質マーカーを発現する形質転換体を作成しイネにおけるオートファジーの可視化・評価系を構築した。(3)変異体イネでは、生殖成長が遅延し出穂が遅れること、さらには花粉や葯の発達が不完全となり雄性不稔となることを明らかにした。(4)変異体イネでは、栄養成長期に葉緑体タンパク質の分解や窒素転流が滞り、個体の窒素利用効率や乾物生産が低下することを明らかにした。本研究では、イネの一生、すなわち発芽、成長、生殖、登熟、の各段階においてオートファジーが果たす役割について、明らかにすることが目的である。これまでにオートファジー関連遺伝子の欠損変異体を単離し、その各段階における表現型について解析を進めてきた。生殖過程については、Osatg7-1では、オートファジーが機能しなくなることで出穂時期が遅れること、さらには花粉や葯の発達が不完全となり雄性不稔となることを明らかにした。さらに栄養成長には、Osatg7-1の葉では主要なタンパク質の分解や窒素転流が滞り、個体の窒素利用効率や乾物生産が低下することを明らかにした。また蛍光タンパク質を用いてイネにおけるオートファジーやRCBの可視化・評価系を構築することができた。
脊髄損傷急性期における細胞内ATPのリアルタイムモニタリング

脊髄損傷では直達障害により血管が破綻し脊髄が圧迫される。損傷部は血栓、血腫、浮腫が生じ血流が低下し、組織虚血から細胞内ATPの低下・枯渇を引き起こす。脊髄損傷急性期に細胞内ATPが時間的空間的にどのような変化を起こすかは不明な点が多い。本研究では、個体内で細胞レベルのATP量を非侵襲的かつ定量的に計測する事ができる細胞内ATP可視化マウスを用い、脊髄損傷急性期の細胞内ATPのリアルタイムモニタリングを行い、脊髄損傷後の細胞内ATPの時間的空間的変化を明らかにする。そして急性期の細胞内エネルギー代謝変化が脊髄2次損傷の増悪に与える影響を評価する。
ガバナンス・システムに関する法制度の変更が会社の業積に与える影響の分析

監査役会制度を廃止し、委員会等設置会社制度を採用した企業(2004年度6月末において67社。うち上場企業は46社)に対し、その採用理由・時期・構成員の人数の変化等について調査を行った。またいくつかの採用企業にヒアリング調査を行い、その他の各企業のホームページ、EDINETにより取得した有価証券報告書、学術雑誌の調査結果の内容等も利用して、実態の把握に努めた。アンケートの結果からは、新制度を採用した企業数が予想よりも少なく、これは平成13年の議員立法による監査役設置会社における社外監査役の候補者確保のため、施行年である平成18年の定時株主総会がガバナンス・システムの選択を実際に迫られる時期であると考えられ、様子を見ている企業が多数であることが考えられる。また、すでに委員会等設置会社に移行した企業を分析すると、次の4点が特徴として確認できる。(1)海外の証券取引所に上場するなど、外国人株主の所有割合が高い企業が多い。(2)法改正以前から、コーポレート・ガバナンスの改革に積極的に取り組み、業務執行機能と監督機能の分離を実現している企業が採用しているケースが多い。特に、グループ企業にこの傾向が顕著に見られる。(3)会社再建のために、支援してくれる債権者間の調整を図り、経営者を監督する手段として、委員会等設置会社を採用するケースも複数ある。本研究では法制度がガバナンス・システムの選択を可能としたことで、企業の効率性にどのような影響を及ぼすかを測定する一手法として、委員会等設置会社を採用した企業46社の株価の動きを、採用した目から前後1年間に亘り、同時期のTOPIXを基準に回帰分析を行った。サンプル数が少ないので、分析結果の信頼性については疑問の余地はあるものの、新制度を採用した企業は平均4%の株価の上昇が見られる結果となった。この数値を素直に読めば、委員会等設置会社制度が会社の効率性を向上させていると解釈できるが、実証研究の分析結果の解釈は非常に微妙で、これらの企業は新制度を導入すると同時に他の経営改革を行っているケースが多い(例取締役を減員し、規模を縮小させている。事業部ごとのカンパニー制の導入等)。従って純粋に法制度の変更が与えた影響と理解するのは早計である。新聞報道等により、監査役会制度を廃止し、委員会等設置会社制度を採用した企業(2003年度8月末において67社)に対し、その採用理由・時期・構成員の人数の変化等について調査を行った。またいくつかの採用企業に協力を求め、ヒアリング調査や各企業のホームページ、EDINETにより取得した有価証券報吉書、学術雑誌の調査結果の内容等も利用して、実態の把握に努めた。アンケートの結果からは、多くの企業にとっては、平成13年の議員立法による監査役設置会社における社外監査役の強化が求められる平成18年の定時株主総会がガバナンス・システムの選択を迫られる時期であると考えら、現在は様子を見ている状況であることが窺える。また、すでに指摘されているところであるが、実際に現在、委員会等設置会社に移行した企業の傾向を見ると、次の4点が特徴として確認できる。(2)法改正以前から、コーポレート・ガバナンスの改革に積極的に取り組み、業務執行と監督の分離を実現している企業が採用しているケースが多い。(3)会社再建のために、支援者間の調整を図り、経営者を監督する手段として、委員会等設置会社を採用するケースもある。予定では、平成16年度は委員会等設置会社を採用した企業の株価の動きを、採用した日から前後1年間に亘り、同時期のTOPIXを基準に統計分析を行うはずであったが、新制度は手続き上、定款変更のための株主総会の承認が必要であり、採用時期が平成15年6(あるいは12月)の株主総会の時期に集中しているため、1年間の期間を経ておらず、分析作業は未だ完了していない。今後も、採用企業数は増加するはずであり、それらを追跡調査すると共に、平成16年の6月(あるいは12月)をまって、株価の動きの分析作業を行うつもりである。

本研究では法制度がガバナンス・システムの選択を可能としたことで、企業の効率性にどのような影響を及ぼすかを測定する一手法として、委員会等設置会社を採用した企業46社の株価の動きを、採用した目から前後1年間に亘り、同時期のTOPIXを基準に回帰分析を行った。サンプル数が少ないので、分析結果の信頼性については疑問の余地はあるものの、新制度を採用した企業は平均4%の株価の上昇が見られる結果となった。この数値を素直に読めば、委員会等設置会社制度が会社の効率性を向上させていると解釈できるが、実証研究の分析結果の解釈は非常に微妙で、これらの企業は新制度を導入すると同時に他の経営改革を行っているケースが多い(例取締役を減員し、規模を縮小させている。事業部ごとのカンパニー制の導入等)。従って純粋に法制度の変更が与えた影響と理解するのは早計である。
大規模機能的コネクトミクス法の創出

増強したスパインとともに、シナプス前・後部神経細胞を神経活動依存的に同時標識する方法を確立し、学習時に活動した特定のニューロン集団(セル・アンサンブル)と、学習に伴い増強するシナプス群(シナプス・アンサンブル)を大規模に標識する手法の創出を目指す。このような目的に使用するプローブの理想的な遺伝子発現は、神経活動に伴い迅速かつ比較的強い遺伝子発現とともに速やかに分解される性質を持つべきと思われる。そこで神経活動依存性プロモーターや蛍光タンパク質の種類、蛋白質分解誘導ペプチドの付加などの条件検討を行い、コンストラクトの最適化を行った。シナプス前部プローブ(mTq-VAMP2)、シナプス後部側の神経細胞形態マーカー(tdTomato、フィラー)を作成は、プロモーターと蛋白質分解シグナルとして機能するPEST配列を付加することにより、適切な分解効率を有するシナプス前部および後部側神経細胞フィラーを選出した。これらのシナプス前部プローブ、シナプス後部側の神経細胞形態マーカー、AS-PaRac1-mCloverを発現するトリプル・トランスジェニック(TG)マウスを作成し、大規模かつ定量的な「機能的」コネクトミクスのための技術基盤の準備をおこなった。トランスジェニックマウスのファウンダーが15匹(シナプス前部マーカー)、9匹(シナプス後部マーカー)生まれており、現在、ファウンダーマウスを繁殖させ、今後F1世代を用いて発現量と発現細胞の密度が適正な系統を選別している。今後は、これらのTGマウスを用いて、ストレスに対する脆弱マウス(脆弱群)と疾患抵抗マウス(抵抗群)の差が如何にして生じるのかについてシナプス・アンサンブルの観点で定量的かつ大規模に可視化及び操作する。コネクトミクスとは、神経系内の神経細胞間の詳細な接続状態を表した地図、つまりシナプスを接続部とした詳細な神経回路地図のことであり、電子顕微鏡の3D再構築画像を用いた「形態的」コネクトミクスが欧米で精力的に推進されています。一方で、如何に詳細な地図を作ろうとも、どの神経神経回路が実際に使用され、強化もしくは減弱されたかを示すことは出来ません。そこで、シナプスの可塑性の情報を含めた「機能的」コネクトミクスは今後必要な技術と思われます。申請者は、神経活動依存性に増大もしくは新生した興奮性シナプスのシナプス後部(樹状突起スパイン)を特異的に標識するAS-PaRac1を作成し、スパインの形態可塑性を大規模に標識する技術開発に従事してきました。しかし、AS-PaRac1はシナプス後部だけを標識し、神経回路における主要な可塑性がシナプスの前部と後部の同調した活動(Fire together, wire together)が必要であることを考えれば、シナプスの前後を同時かつ2重に標識することでより精度の高い「機能的」コネクトミクスが達成出来るはずです。試験的に子宮内電気穿孔法でAS-PaRac1とともにシナプス前部マーカー(mTurquoise fused VAMP2, mTq-VAMP2)、神経形態マーカー(Filler、Venus)を活動依存的に発現させると、神経活動依存的にシナプス前部および後部を標識できることが示されました。そこで、これら3コンストラクトを発現するトリプル・トランスジェニックマウスを作成し適正な系統を選別、徹底的に特性解析します。このマウスと透明化などの最先端イメージング技術を組み合わせることで、シナプス可塑性を定量的に大規模に検出することが可能になり、各種学習モデルや疾患モデルに適応することで、新規の機能的コネクトミクスの技術基盤の開発に挑戦します。本研究課題の骨子は、シナプス前部マーカー、シナプス後部マーカー、シナプス後部神経形態マーカーの3つの蛍光プローブを発現するトリプルトランスジェニックマウスを作成することであり、複数のコンストラクを作成し、各々の発現効率や蛍光蛋白質としての安定性、他の脳領域への輸送に必要な時間などを定量化し、最適のコンストラクトの選出を終了した。現在、上記3つのトランスジーンを発現するトランスジェニックマウスを作成している最中であり、実験の進捗状況は、当初予定したペースで進行している。加えて、H30年度に用いる行動実験に関しても準備が進行しており、全体的に見ても、順調と思われる。

今後は、これらのTGマウスを用いて、ストレスに対する脆弱マウス(脆弱群)と疾患抵抗マウス(抵抗群)の差が如何にして生じるのかについてシナプス・アンサンブルの観点で定量的かつ大規模に可視化及び操作する。発現する神経細胞種、標識細胞密度、発現量の観点から、適正にシナプス前部および後部が標識されるマウスのラインを選出します。シナプス前部マーカーであるDIO-mTq-VAMP2は約100%に迫る遺伝子導入効率を示し、シナプス後部を標識するAS-PaRac1とFillerは比較的まばらに標識する系統を選び出します。灌流固定による切片標本とin vivo2光子励起観察を組み合わせスクリーニングします。本研究室で扱う前頭野領域(PFC)において、活動に応じてAS-PaRac1が新生・増大した記憶スパインを特異的に標識すること、異なる脳領域間におけるシナプス前部および後部が適切な標識密度であること、最後にスパインを特異的に光学的消去できるかを確認し、新規イメージング技術に耐えうるTGマウスとして特性解析します。このマウスと透明化などの最先端イメージング技術を組み合わせることで、シナプス可塑性を定量的に大規模に検出することが可能になります。使用する行動モデルはSocial defeat model(SDS)をPTSDモデルとして適応することで、新規の機能的コネクトミクスの技術基盤の開発に挑戦します。前述したとおり、H29年度は数多くのDNAコンストラクトを作成・選別する分子生物学的作業を行い、少量の消耗品しか必要とせず、既に研究室で所有する消耗品の一部を使用するだけで事足りるレベルであった。一方で、現在はトランスジェニックマウスを作成している最中であり、この経費の支払いはH30年度になり、3系統のマウス作成のために合計240万円を計上している。更に、このファウンダーマウスの組織解析や行動実験には多くの実験が伴うことが想定され、そのための物品費に160万円、マウスの管理維持のための研究補助員の人件費に100万円、500万円を予定している。
ミトコンドリア呼吸阻害による軸索変性誘導機構の解明とパーキンソン病への展開

申請者はミトコンドリアに局在するSARM1がミトコンドリア呼吸を阻害し、神経細胞の軸索変性に関与することを示唆する解析結果を得た。本研究ではSARM1やその結合タンパク質の機能解析を行い、SARM1を介したミトコンドリア呼吸阻害がいかにして軸索変性を誘導するのかを解明する。またパーキンソン病患者由来の神経細胞を用いた解析で、SARM1の異常活性化や軸索変性誘導を確認しているので、SARM1を標的とすることによってパーキンソン病の病態改善が可能かどうかを検証する。
「書き」困難解消に向けた行動・神経基盤評価と板書スキル支援による学習効果の検討

本研究は,定型発達児・発達障がい児・大学生を対象に,書き困難の原因を分析し,個別の書き困難に対応した支援方法を開発・構築し,その支援効果について学習・行動・神経基盤の評価方法を用いて解明することを目的とした。その結果,書き困難評価研究では大学生に比べて,発達障がい児群の方が,視写中の視線停留回数と,平均注視時間が長くなったことを明らかにした。また,書き困難に対する介入研究においては,時系列的な刺激提示を観察することを参加者に求めた。その結果,書き困難児が漢字書字を獲得し,さらには文章の視写中の画面注視割合も高くなったことを明らかにした。平成28年度の研究実施状況は以下の3点であった。1書き困難評価研究の実施:大学生を対象に,書字を行っている際の視線機能の分析と運動機能との関連を検討した。その結果,協調運動が苦手な成人群の方が,画面注視割合が低くなり,「見る」ことと「書く」ことの分離が困難であったことを示した。また,大学生群においては,文章の読み書きの間で,視線停留回数や平均注視時間には差が見られなかったも明らかにした。これらの成果は国内外の学会でそれぞれ発表した。2書き困難の評価・支援研究の伝播:第28回日本発達心理学会において,「書く」ことへの合理的配慮:行動を基盤にした評価と支援という表題で自主シンポジウムを開催した。その際に,書き困難同定のための行動評価指標や行動支援について討議し,研究成果を紹介した。3書き介入教材の開発評価:漢字のパーツを1つずつ順番に呈示し,それを観察することを求める書字支援教材を作成し,先行研究で明らかにしていた漢字全体を1つずつ順番に呈示する教材との比較・検証を行った。その結果,5名の書字が苦手な定型発達児と発達障がい児は漢字パーツを順番に呈示する教材の方が,漢字書字の獲得が早く,維持も長くなったことを示した。この研究成果は国際誌に投稿済みであり,現在再査読に向けて修正中である。また,上記の3点の成果や展望について,University of Oviedo(スペイン)のDr. Luis P&eacute;rez-Gonz&aacute;lezの研究グループと集中討議を行い,国際共同研究として,連携可能な基盤を構築した。学会発表を3件行い,英語論文も1本執筆し,査読後の修正中であるため。大学生を対象にした書字の際の視線機能の分析を行い,運動機能や読み能力との関連や有意味・無意味文章間の相違,言語間の相違について検討し,それぞれ成果を上げている。これらの研究成果は国内外の学会において発表済みである。また,第一著者として,英語論文を執筆し,投稿した。同論文において,5名の書字が苦手な定型発達児と発達障がい児は漢字パーツを順番に呈示することで,漢字書字の獲得が早く,維持も長くなったという結果を国際誌であるThe Psychological Recordに投稿し,Major revisionという評価を受けた。しかし,多くの指摘は手続きの明確化を求めるものであり,結果や着想についての評価は高く,現在再投稿に向けて指摘について修正中である。平成29年度の研究実施状況は以下の4点であった。1板書スキル支援研究の実施:発達障がい児5名と定型発達児5名に対して,空間的な位置関係を保持したまま時系列的な刺激提示を行い,それを見つつ手元を見ない連続書字を獲得するかを検討した。その結果,発達障がい児の書字所要時間が減少し,画面注視割合が向上したことを明らかにした。2読み書き間の視線の比較研究:第29回日本発達心理学会でのポスター発表において,発達障がい児と定型発達児各5名が読み書きを行っている際の視線機能を比較した。その結果,発達障がい児群では,有意味文章の方が無意味文章の視写したときに比べて平均注視時間や視線停留回数が多くなっていたことを示した。3支援の再構成と書き介入教材での成果発表:昨年度開発した漢字パーツの継次的な提示と漢字全体の同時提示の学習効果を比較した研究が,The Psychological Recordに採択された。また,学習時における視線機能を発達障がい児と定型発達児各2名で比較・検討したところ,経次的な刺激提示の方が,刺激の同時提示よりも刺激に対する注視時間や注視割合が高くなったことを明らかにし,第35回日本行動分析学会年次大会においてポスター発表を行った。4結果の伝播と展開:学習と視線機能の関係を解明する本研究の成果から,心理学における「注意」機能に着目することとなった。それについて実験心理学の各分野から討議することを第29回日本発達心理学会において,自主シンポジウムで実施した。また、継続していた内容も含め、2年間で関連領域の論文が合計4本採択された。

本研究は,定型発達児・発達障がい児・大学生を対象に,書き困難の原因を分析し,個別の書き困難に対応した支援方法を開発・構築し,その支援効果について学習・行動・神経基盤の評価方法を用いて解明することを目的とした。その結果,書き困難評価研究では大学生に比べて,発達障がい児群の方が,視写中の視線停留回数と,平均注視時間が長くなったことを明らかにした。また,書き困難に対する介入研究においては,時系列的な刺激提示を観察することを参加者に求めた。その結果,書き困難児が漢字書字を獲得し,さらには文章の視写中の画面注視割合も高くなったことを明らかにした。研究の推進方策としては,前年から引き続き,書き困難を同定するための評価と改善のための支援を継続して行う。特に,定型発達児と発達障がい児の評価研究データを追加し,その上で書き能力向上に付随した発達・行動・神経基盤の変容を検討する。研究を遂行する上での問題点は,視線追跡装置(Tobii)を用いての測定の際に,文章刺激の視写を行うため,疲れや嫌悪感を示す場合がある可能性がある。その際には課題間に適宜休憩を挟み,課題を実施する。1つの課題は研究協力者の書字速度にもよるが,8分以内には終了するように課題構成をしている。また,標準化検査の実施が想定よりも長くなってしまう可能性がある。その際にも実施を焦らず,15分を目安に休憩を挟みながら,検査を実施する。研究協力者と保護者の希望がある場合は,課題や検査ともに途中で中断し,再度ご来所頂いたうえで研究を再開出来る旨を事前に伝える。29年度が最終年度であるため、記入しない。特別支援教育29年度が最終年度であるため、記入しない。
歯科用タービンの滅菌処理に伴う特性変化

本研究の目的は,オートクレーブ処理後のTHP内部の特性変化とオートクレーブに変わる有効な滅菌法の開発の一つとしてプラズマの特性について検討することである.【オートクレーブ処理後のTHP内部の特性変化】8種の新品のタービンハンドピ-ス(THP)について,121°C、15分間の条件で,100回,オートクレーブで処理した後の特性変化について検討し,次の結果を得た.1.ベアリングの各部品の表面構造を実体顕微鏡で観察すると,全THPにおいてボールの転がり面に、異物の付着や,鈍い光沢をもつなし地を呈した表面構造がみられた.また,潤滑油などが熱で変色したいわゆるテンパーカラーの所見を示したTHPも存在した.2.THPの回転音の周波数分析において,処理後のローターの回転の周波数が,処理前に比較して著明に減少した例や,雑音が生じた例では,ベアリングの損傷が高くなる傾向がみられ,回転音の周波数分析と部品の損傷程度との間に対応がみられた.【酸素プラズマの特性】酸素プラズマ装置(低温灰化用プラズマリアクター:PR31-ヤマト科学社製,酸素ガスボンベ,真空ポンプなどより構成)について,その特性を調べたところ,以下の結果を得た.1.口腔内細菌(10^410^6CFU)にて汚染した金属試料を300Wの出力にてプラズマ処理した結果,25試料すべて陰性培養を示した.2.オートクレーブ,乾熱およびプラズマ処理をした切削バ-の表面構造を走査電子顕微鏡にて観察した.その結果,プラズマ処理(100W、10分)したバ-が最も清浄な表面構造を示した.本研究の目的は,オートクレーブ処理後のTHP内部の特性変化とオートクレーブに変わる有効な滅菌法の開発の一つとしてプラズマの特性について検討することである.【オートクレーブ処理後のTHP内部の特性変化】8種の新品のタービンハンドピ-ス(THP)について,121°C、15分間の条件で,100回,オートクレーブで処理した後の特性変化について検討し,次の結果を得た.1.ベアリングの各部品の表面構造を実体顕微鏡で観察すると,全THPにおいてボールの転がり面に、異物の付着や,鈍い光沢をもつなし地を呈した表面構造がみられた.また,潤滑油などが熱で変色したいわゆるテンパーカラーの所見を示したTHPも存在した.2.THPの回転音の周波数分析において,処理後のローターの回転の周波数が,処理前に比較して著明に減少した例や,雑音が生じた例では,ベアリングの損傷が高くなる傾向がみられ,回転音の周波数分析と部品の損傷程度との間に対応がみられた.【酸素プラズマの特性】酸素プラズマ装置(低温灰化用プラズマリアクター:PR31-ヤマト科学社製,酸素ガスボンベ,真空ポンプなどより構成)について,その特性を調べたところ,以下の結果を得た.1.口腔内細菌(10^410^6CFU)にて汚染した金属試料を300Wの出力にてプラズマ処理した結果,25試料すべて陰性培養を示した.2.オートクレーブ,乾熱およびプラズマ処理をした切削バ-の表面構造を走査電子顕微鏡にて観察した.その結果,プラズマ処理(100W、10分)したバ-が最も清浄な表面構造を示した.HIV,B型肝炎,MRSAなどの感染者の増加に伴い,院内感染に対する関心が高まり,大部分の器材は滅菌処理が行われるようになった.しかし,歯科で多用されるタービンハンドピ-スは切削片や血液による汚染が著しいにもかかわらず,アルコール綿花で清拭するにとどまっており,滅菌の盲点となっている.その理由の一つタービンは精密器械であるので,滅菌処理によって内部部品の損耗が予想されるが,その程度が不明であることが挙げられる.そこで,タービンに対する各種の滅菌処理がタービンに及ぼす影響を調べ,以下の結果を得た.1.ヒト唾液で汚染したタービンを3種の消毒処理を行った後,Brain Heart Infusion培地に投入して,37°C,72時間,好気的条件で培養してその消毒効果を調べた.その結果,オートクレーブ(121°C,15分)では陰性培養を示した.酸素プラズマ放電処理では,100w-15分の条件では陽性培養を示したが,300w-15分の条件では陽性培養となった.消毒用アルコール液に15分浸漬した処理法では,例数の60%で陰性培養を示した.2.消毒処理を繰り返し行ったタービンについて回転数を調べた結果,オートクレーブ処理では変化はみられなかったが,アルコール処理では回転数の低下が認められた.3.ノイズが見られたり,回転数が低下したタービンについて,タービンを分解して,内部部品を実体顕微鏡にて観察した.その結果,Oリングの損傷や,ベアリングを構成しているミニチュアボールに深い無数の凹面の形成が認められた.8種の新品のタービンハンドピ-ス(THP)について,120°C、15分間の条件で,100回,オートクレーブ(クレーブトロン,長田電機工業株式会社)で処理した後の特性変化について検討し,次の結果を得た.1.THPのヘッドから取り出したカートリッジは,ローターの前後をベアリングで保持され,各ベアリングは,内輪,外輪,ボールおよびリテーナーによって構成されていた.形状や材質で,メーカーによる差が大きかった部品はリテーナーであった.2.ベアリングの各部品の表面構造を実体顕微鏡で観察すると,全THPにおいてボールの転がり面に、異物の付着や,鈍い光沢をもつなし地を呈した表面構造がみられた.

また,潤滑油などが熱で変色したいわゆるテンパーカラーの所見を示したTHPも存在した.3. THPの回転音の周波数分析において,処理後のローターの回転の周波数が,処理前に比較して著明に減少した例や,雑音(ローターの回転に依存しない周波数域でピークがみられたもの)が生じた例では,ベアリングの損傷が高くなる傾向がみられ,回転音の周波数分析と部品の損傷程度との間に対応がみられた.以上の所見から,オートクレーブを含めた一連の処理により,ベアリングの構成部品に何らかの変形や変質を生じ,異物の侵入や潤滑油などの付着が容易になった可能性が考えられる.また,注油は異物の洗浄と潤滑を目的として行われるが,今回の結果で異物の付着が全例に見られたことより,より洗浄効果の高い注油法について再検討する必要があると思われた.
革新的血管機能解析マイクロデバイスの開発

本研究では、血流を模擬する環境下で生理的に適切な血管モデルを構築し、「血管透過性」「血管新生(細胞増殖と遊走能)」などを計測・評価する新規方法を開発する。今年度は応用実験として血液細胞産生モデルについての検討をした。哺乳類の発生初期において胚の大動脈で産生する血液細胞は、中胚葉、造血幹細胞、造血前駆細胞を経て各種血液細胞に分化する。このプロセスに血流が関わっていることが示唆されている(Nature 2009)。そこでマイクロデバイス内でES細胞を血液細胞に分化させる際に血流に見立て培地を送液して、分化効率へ影響するかどうか調べた。ポリジメチルシロキサンPDMSで作製したマイクロデバイスの流路内にマウスのストロマOP9細胞をフィーダー細胞として培養し、そこにES細胞から分化誘導した中胚葉細胞を一定量播種し共培養した。培地をシリンジポンプで送液し3日目以降に血液細胞の産生の有無を観察したところ、送液の有無で産生数はほぼ変わらず、仮説と異なり送液の刺激で分化誘導は促進されないことがわかった。拍動流を与えるポンプで培養した場合にも、血液細胞数は増えなかった。一方、OP9細胞の馴らし培地をES細胞の分化誘導に用いると血液細胞の産生数が増加することが示された。さらに細胞に伸展刺激を与えるデバイスでOP9細胞を培養して得た培養上清では、多くの血液細胞が得られたことから、OP9細胞の伸展刺激により分化誘導因子の放出量が増加する可能性が示唆された。細胞に伸展を与えるデバイスで培養したOP9細胞の培養上清は、ES細胞から血液細胞への分化を促進することが示されたが、この実験系は、培養皿の実験では構造的に困難なアッセイである。さらに伸展で分化誘導因子が作られる可能性が示されたことは、これまでに報告のないポジティブなデータである。本研究の目的に合致した成果が得られたことから、おおむね順調に進展しているとした。OP9細胞に伸展を与えたときに分泌量が増えるサイトカインや発現量が増える遺伝子を同定し、分化誘導との関係を調べる。本研究では、血管内皮細胞の培養条件を詳細に調べ周囲の細胞や間質とともに再構成することで、生理的に適切な血管モデルを構築し、「血管透過性」「血管新生(細胞増殖と遊走能)」「間質成分との関係」を計測・評価する新規方法を開発する。今年度は、基盤技術の開発としてデバイス作製と細胞培養を行った。デバイス作製:微小血管やリンパ管に相当する深さ・幅の流路を有するデバイスをポリジメチルシロキサンPDMSまたはゼラチンとカバーガラスを材料として作製した。PDMSのデバイスでは血管の拡張を模倣する伸展する培養基板を組み込んだデバイスを構築した。ゼラチンとカバーガラスの接合は、ガラス表面をアミノ修飾してグルタルアルデヒドによりゼラチンと共有結合させた。ゼラチンのデバイスでは導入孔にPTFEの管を液漏れせずに配管する方法を開発した。一晩の送液でカバーガラスとゼラチンは剥がれないことを確認した。デバイス内細胞培養法の確立:デバイス内に臍帯静脈内皮細胞HUVECまたは肺の血管平滑筋細胞を培養した。内壁に吸着させる間質成分としてはフィブロネクチンを用いた。肺の血管平滑筋細胞は伸展する培養基板上で剥がれずに培養が出来ることを確認した。ゼラチンデバイス内に流路内壁全体にコンフルエントにHUVECを培養することが出来、血管内皮細胞のマーカーであるCD31の発現を免疫染色で確認した。デバイス内での細胞の代謝を調べるために、流路から回収した培地中のグルコースおよび乳酸を定量した。送液法の検討:血管の流れに対応する送液システムとして、シリンジポンプを用いて、吐出流量や周期などを制御した送液および空気圧ポンプで拍動流を模倣した送液を試みた。応用研究として具体的な病態モデルを構築するためのデバイス作製はできている。しかし、ヒトの正常な血管由来の細胞は増殖が遅く、機能の維持が難しい。アッセイを進めるために必要な量を培養する技術が確立できていないため、概ね順調とした。

さらに細胞に伸展刺激を与えるデバイスでOP9細胞を培養して得た培養上清では、多くの血液細胞が得られたことから、OP9細胞の伸展刺激により分化誘導因子の放出量が増加する可能性が示唆された。細胞に伸展を与えるデバイスで培養したOP9細胞の培養上清は、ES細胞から血液細胞への分化を促進することが示されたが、この実験系は、培養皿の実験では構造的に困難なアッセイである。さらに伸展で分化誘導因子が作られる可能性が示されたことは、これまでに報告のないポジティブなデータである。本研究の目的に合致した成果が得られたことから、おおむね順調に進展しているとした。応用研究として具体的な病態モデルを構築する。肺高血圧症モデルとして拍動を模擬した刺激を与えたときの血管平滑筋細胞の増殖について調べる。血液細胞産生モデルとして、流れや拍動を模擬した刺激を与えたときのES細胞から血液細胞への分化について調べる。OP9細胞に伸展を与えたときに分泌量が増えるサイトカインや発現量が増える遺伝子を同定し、分化誘導との関係を調べる。
可変質量粘弾性モデルを用いたパラメータ同定によるランニング着地衝撃の特性把握

本研究では一般的な着地衝撃の特性を捉えるために,複数被験者におけるパラメータの違いや同一条件におけるパラメータのばらつきの個人差などを検討した.実験は5名の被験者について行い,各被験者は3種類の走速度(3,4,5m/s)における定速走行中に埋設されたフォースプレートに右足で着地をするように走路を走り抜ける.その際,フォースプレートの前後約4mの区間を走路側方からビデオ撮影を行い,フォースプレートへの着地瞬間と離地瞬間における鉛直方向の身体重の入・反射速度を画像分析によって算出した.なお,各被験者の各走速度における試技数は成功試技が20回となるまで行った.測定された着地衝撃とその前後の身体重心の入・反射速度を用いることにより,著者らの先行研究で行われた方法により全ての試技についてパラメータ同定が行われた.同定精度の指標となる着地衝撃の相対標準誤差と離地瞬間における身体重心の鉛直方向速度の相対誤差は非常に小さく,いずれの試技においても高い精度でパラメータ同定が可能であった.同定されたパラメータを各被験者の走速度ごとにまとめ,それぞれのばらつきを検討した結果,走速度に伴うばらつきの変化は被験者によって異なり,一定のパターンは見られなかった.しかし,着地衝撃波形のばらつきが小さいにも関わらず同定されたパラメータのばらつきが大きくなることは全ての試技条件で確認された.これらのパラメータのばらつきが着地衝撃に反映されない理由としては生体での内部調節機構の関与が考えられる.つまり,あるパラメータのばらつきは他のパラメータのばらつきで相殺され,全体としてはばらつきが小さく収まるように調整されていると考えられる.以上のことから,着地衝撃の有効な緩衝作用を検討するためには着地衝撃波形そのものだけでなく,その着地衝撃を生成する為のパラメータの特性に着目する必要があることが示唆された.本研究では一般的な着地衝撃の特性を捉えるために,複数被験者におけるパラメータの違いや同一条件におけるパラメータのばらつきの個人差などを検討した.実験は5名の被験者について行い,各被験者は3種類の走速度(3,4,5m/s)における定速走行中に埋設されたフォースプレートに右足で着地をするように走路を走り抜ける.その際,フォースプレートの前後約4mの区間を走路側方からビデオ撮影を行い,フォースプレートへの着地瞬間と離地瞬間における鉛直方向の身体重の入・反射速度を画像分析によって算出した.なお,各被験者の各走速度における試技数は成功試技が20回となるまで行った.測定された着地衝撃とその前後の身体重心の入・反射速度を用いることにより,著者らの先行研究で行われた方法により全ての試技についてパラメータ同定が行われた.同定精度の指標となる着地衝撃の相対標準誤差と離地瞬間における身体重心の鉛直方向速度の相対誤差は非常に小さく,いずれの試技においても高い精度でパラメータ同定が可能であった.同定されたパラメータを各被験者の走速度ごとにまとめ,それぞれのばらつきを検討した結果,走速度に伴うばらつきの変化は被験者によって異なり,一定のパターンは見られなかった.しかし,着地衝撃波形のばらつきが小さいにも関わらず同定されたパラメータのばらつきが大きくなることは全ての試技条件で確認された.これらのパラメータのばらつきが着地衝撃に反映されない理由としては生体での内部調節機構の関与が考えられる.つまり,あるパラメータのばらつきは他のパラメータのばらつきで相殺され,全体としてはばらつきが小さく収まるように調整されていると考えられる.以上のことから,着地衝撃の有効な緩衝作用を検討するためには着地衝撃波形そのものだけでなく,その着地衝撃を生成する為のパラメータの特性に着目する必要があることが示唆された.
PCR法を用いたHTLV-I母児感染の機序および疫学に関する研究

本研究では真の母児感染の機序と疫学の実態を解明し、母児感染の予防対策と児のための最善の哺育方法を確立するために研究を行い次のような成果を得た。1.PCR法により初乳中のリンパ球中にproviral DNAを検出する方法を開発し、この方法により末梢血中にもproviral DNAを検出し、provirascopy数の半定量法を確立した。2.全血からのDNAについて簡易抽出法を確立した。3.抗体法により哺乳方法別に児のキャリア化率を明らかにした。その結果母乳哺育児群のキャリア化率6.1%,凍結母乳投与児群7.7%,人工乳投与児群0%であった。キャリア母の末梢血provirus copy数が児のキャリア化に最も高い相関性を示した。このことからPCR法によるprovirus copy数の半定量法を正確な定量法へと発展させ、確立した。キャリア母のp40^<tax>抗体も高い関連性を示したが、有意差はみられなかった。キャリア母の抗体価、授乳期間は、児のキャリア化に相関性を示さなかった。4.母乳感染率とその他の経路による感染率との間には有意差はみられなかった。5.その他沖縄県におけるHTLV-Iキャリア妊婦の頻度(キャリア化率)は6.5%であり、経産婦は初産婦よりHTLV-Iキャリア化率が有意に高かった。以上のことから我々の研究成績では母乳感染率が他の報告より低く、画一的な母乳哺育中止に対して疑問を抱かせる結果となった。またキャリア母の末梢血provirus copy数が児のキャリア化に相関性を示し、母児感染の有用な指標となりうることが示唆された。子宮内・産道感染については有意差がみられず、今後さらに検討する必要があろう。Human Tcell leukemia virus typeI(HTLVーI)母児感染は現在までの研究の集積により,母乳を介した経路が最も重要とされている。しかし母乳哺育児のキャリア化率は抗体法にて検索した多くの研究者の報告によると1040%であるから、残りの6090%の児は母乳哺育を行なっても感染していないことになる。我々はこの児のキャリア化におよぼすキャリア母の因子を明らかにするため、キャリア母のHTLVーI抗体価,p40^<tax>抗体、PCR(polymerase chain reaction)法によるprovirusの検出およびその定量化、すなわちprovirus copy数などの検索を行った。さらに授乳期間の検討も加えた。また人工乳投与を行なった例(人工乳投与)と凍結解凍処理を行なった乳母を投与した例(凍結母乳投与)においても児のキャリア化について検討を行なった。その結果、1)母乳哺充児群のキャリア化率が6.1%,凍結母乳投与児群が7.7%,人工乳投与児群は0%であった。これらの検索はすべて抗体法で求めた。2)児のキャリア化に最も相関性を示した因子はキャリア母のprovirus copy数であった。次いでp40^<tax>抗体が高い関連性を示したが、有意差はみられなかった。3)児のキャリア化はキャリア母の抗体価、授乳期関とは相関性を示さなかった。以上我々の研究成績では母乳感染が他の報告と比較して低かった。また凍結母乳と人工乳投与の児を合せた感染率が2.8%認められ母乳感染以外の子宮内・産道感染が示唆された。この子宮内・産道感染率と母乳感染率とは有意差がみられなかった。以上我々の研究結果は、従来行なわれている画一的な母乳哺育中止の方針に疑問を抱せるものであり今後検討を要する。

またキャリア母の末梢血provirus copy数が児のキャリア化に相関性を示し、母児感染の有用な指標になることが示唆されたが、これらの結果については更に症例を増やして検討したい。1.昨年度の研究によりHTLV-I母児感染における母乳ルートの感染成立における関係する因子として、キャリア母のProvirus copy数の多寡が重要であることを問題視した。このProvirus copy数の測定法を従来の半定量法から正確な定量法へと改良を加え測定したところ、HTLV-I母乳感染では母のProvirus copy数の多寡がその児のキャリア化と相関していることがより明確となった。1)HTLV-Iキャリア母63例におけるIgM抗体陽性率は28.6%であった3.母乳感染以外の子宮内、産道感染については未だ確定的なことは言えない。今後の問題点として残される。〔目的〕第1年度の研究結果の1つとして、キャリア母の末梢血provirus copy数が児のキャリア化に相関性を示し母児感染の有用な指標となりうることが示唆された。そこで今回、このprovirus copy数の測定を、従来の半定量法から正確な定量法へと発展させ、母乳感染の成立とvirus量とが如何に関係しているか、さらに明確にすることを試みた。〔方法〕PCR法によりprovirus copy数の半定量法を行ない、定量法にはそのPCR法で得られたDNAの放射活性を、イメージアナライザーにより測定しDNA量をcopy数として算出した。〔結果〕1、キャリア母28例のprovirus copy数は10^<-3>copy/cell以上が15例、10^<-4>copy/cell以下が13例であり、前群の児31例中8例が(25.8%)キャリア化し、後群の児21例中にキャリア化はなかった。2.母28例のうち、定量しえた12例、児52例のうち34例について、provirus DNA量を検討した。母のDNA量は0.1240.0009copy/cellの範囲にあった。キャリア化した児1例ではDNA量が0.054copy/cellで、その母のDNA量は0.008copy/cellであった。〔結論〕HTLV-I母乳感染では、母のprovirus copy数の多寡が、その児のキャリア化と相関する。HTLV-I provirus DNAの正確な定量法が確立され、この方法で定量するとキャリア化した児の中には、その母より多量のprovirus DNAを保育している例がある。
老化脳における神経栄養因子の濃度とその調節機構に関する研究

脳における神経栄養因子の濃度が、神経細胞の生存を左右し、老化脳にみられる神経細胞の変性、脱落を起こすか否かを明らかにするため、本年度は、神経成長因子(NGF)の測定系を用いて以下の実験を試みた。1.脳のどの部位に、NGF濃度の加齢変化があらわれるかを明らかにするため、まず、ラットおよびマウスを用いて、脳の各部位のNGF含量を酵素免疫測定法により測定した。この結果、海馬のNGF含量が老齢ラットで低下していた。この低下は、雌で非常に顕著であった。一方、マウスでは、NGF含量に雌雄差のみられる部位があったが、少なくとも、生後一年までは加齢にともなうNGF含量の変化は観察されなかった。2.記憶障害を持つ老化促進マウスでは、海馬および大脳皮質のNGF含量が、対照群でも老化促進マウスでも8カ月齢で急激に減少していた。しかしながら、老化促進マウスのNGF含量は、対照群に比べ高い値を示した。この結果から、老化促進マウスの老化は自然老化とは状況が少し異なること、NGF含量の変化には系統差のあることが示唆された。3.脳の部位を用いたNGF含量の検索では、老化とNGF含量の間に必ずしも一定の関係が得られなかったので、神経細胞のNGF含量の測定を計画した。まず、NGF測定の感度上昇をはかるため、高感度酵素免疫測定法とNADHサイクリング法を組み合わせ、54x10^<-18>モルのNGFを2.5X10^<-9>モルまで増幅できた。以上の結果から、老化と神経栄養因子の濃度との関連を深るには、神経細胞の神経栄養因子の含量せ測定することが必要であること、高感度酵素免疫測定法とNADHサイクリング法を組み合わせることにより、それが可能になることが明らかになった。
界面情報の多重化による高機能感性化学感覚センシング

味や匂いを計測するには,単に化学物質組成を決定するだけでは不十分で,人の感性に関連する要素を決定する必要がある.これは味や匂いが多くの化学物質を受容し,総合的な結果として味覚や嗅覚を生じるため,その基本的な部分が感性情報となっているためである.従って,化学分析のための機器分析的な手法から味や匂いを再現することは非常に難しく,工学的にも近道で無い.そのため,計測する場合に,化学物質が持つ情報を変換する手段として生物の受容メカニズムを模倣し,その基本的部分を抽出する必要がある.本研究ではそのような基本メカニズムとして化学物質が持つ極性情報に着目した.そのために電極の極性を制御し,測定対象となる化学物質が持つ極性に関する部分を大きく反映するようなセンサ用トランスデューサの構築を行った.また,化学物質の界面への吸着性にも着目した.これは化学物質によりもたらされる味や匂いがその極性,表面への吸着性に大きく左右される事を反映させるためである.このようなセンサ用トランスデューサは界面の状態を積極的に変化させ,制御することで,界面における情報を多重化させ,必要な化学物質情報を抽出することに対応する.本研究では白金電極の界面電位を制御し,その表面インピーダンスを電気化学的に測定し,界面に物質の状態をトランスデューサの出力として反映させた.その結果,様々な化学物質を高い感度で計測可能であり,その感度が人の化学感覚の序列に合致すること,得られるインピーダンスの電位プロファイルパターンが化学物質の感覚としての質と同じ分類が可能であること,界面情報を多重化する手段として電極表面処理も用いることができることが分かった.これらの結果は,今後の高機能な化学物質のセンシングシステムのトランスデューサとして用いる事ができる.科学物質センサの高機能化を達成するにはセンサのトランスデューサと化学物質の相互作用メカニズムを明らかとし,測定対象となる化学物質とトランスデューサ電極表面が適切な作用を及ぼしあうようなデザインを行なう必要がある.本研究ではトランスデューサ表面と化学物質の相互作用を表面分極により制御し,化学物質の種類に関する情報を得る.また,トランスデューサ材料の表面を設計することでセンサ情報を増やし,高感度化を行なった.トランスデューサの表面分極の制御は,電極電位を通じて表面電荷密度を制御する方法を試みる.電位規制により分極制御を行なう場合は電極インピーダンスがセンサ情報になる.これらのセンサ出力が化学物質に関する情報を有するかどうが重要であるが,トランスデューサ開発という立場から,まず化学物質を作用させた場合の表面状態を電気化学インピーダンスを測定することにより調べた.電気化学インピーダンスからは電極表面,界面電気2重層,および溶液の状態が測定でき,分極を制御した際に化学物質が電極表面とどのように相互作用するかが推定できる.化学物質と分極表面との相互作用は,正および負分極状態では対となる極性の電荷および分極を持つ化学物質の部位との間で生じる.一方,非分極状態では中性物質および分子中の疎水性部位が疎水性相互作用により界面へ吸着する事が分かった.このような相互作用を電極電位および電気化学インピーダンス解析装置によって調べた.その結果,分子の部分構造に依存した応答パターンが得られること,人の味覚に近い応答特性が得られることが分かった.また,応答パターンの解析によりその化学感覚の質に関する情報を解析可能であることが分かった.味や匂いを計測するには,単に化学物質組成を決定するだけでは不十分で,人の感性に関連する要素を決定する必要がある.これは味や匂いが多くの化学物質を受容し,総合的な結果として味覚や嗅覚を生じるため,その基本的な部分が感性情報となっているためである.従って,化学分析のための機器分析的な手法から味や匂いを再現することは非常に難しく,工学的にも近道で無い.そのため,計測する場合に,化学物質が持つ情報を変換する手段として生物の受容メカニズムを模倣し,その基本的部分を抽出する必要がある.本研究ではそのような基本メカニズムとして化学物質が持つ極性情報に着目した.そのために電極の極性を制御し,測定対象となる化学物質が持つ極性に関する部分を大きく反映するようなセンサ用トランスデューサの構築を行った.また,化学物質の界面への吸着性にも着目した.これは化学物質によりもたらされる味や匂いがその極性,表面への吸着性に大きく左右される事を反映させるためである.このようなセンサ用トランスデューサは界面の状態を積極的に変化させ,制御することで,界面における情報を多重化させ,必要な化学物質情報を抽出することに対応する.本研究では白金電極の界面電位を制御し,その表面インピーダンスを電気化学的に測定し,界面に物質の状態をトランスデューサの出力として反映させた.その結果,様々な化学物質を高い感度で計測可能であり,その感度が人の化学感覚の序列に合致すること,得られるインピーダンスの電位プロファイルパターンが化学物質の感覚としての質と同じ分類が可能であること,界面情報を多重化する手段として電極表面処理も用いることができることが分かった.これらの結果は,今後の高機能な化学物質のセンシングシステムのトランスデューサとして用いる事ができる.化学物質センサの高機能化を達成するにはセンサのトランスデューサと化学物質の相互作用メカニズムを明らかとし,測定対象となる化学物質とトランスデューサ電極表面が適切な作用を及ぼしあうようなデザインを行なう必要がある.本研究ではトランスデューサ表面と化学物質の相互作用を表面分極により制御し,化学物質の種類に関する情報を得た.

また,トランスデューサ材料の表面を設計することでセンサ情報を増やし,高感度化を行なった.トランスデューサの表面分極の制御は,電極電位を通じて表面電荷密度を制御した.電位規制により分極制御を行なう場合は電極インピーダンスがセンサ情報になる.これらのセンサ出力が化学物質に関する情報を有するかどうが重要であるが,トランスデューサ開発という立場から,味物質,匂い物質および環境ホルモン様物などの化学物質を作用させた場合の表面状態を電気化学インピーダンスを測定することにより調べた.電気化学インピーダンスからは電極表面,界面電気2重層,および溶液の状態が測定でき,分極を制御した際に化学物質が電極表面とどのように相互作用するかが推定できる.化学物質と分極表面との相互作用は,正および負分極状態では対となる極性の電荷および分極を持つ化学物質の部位との間で生じる.一方,非分極状態では中性物質および分子中の疎水性部位が疎水性相互作用により界面へ吸着する事が分かった.このような相互作用を電極電位および電気化学インピーダンス解析装置によって調べた.その結果,分子の部分構造に依存した応答パターンが得られること,人の味覚に近い応答特性が得られることが分かった.また,応答パターンの解析によりその化学感覚の質に関する情報を解析可能であることが分かった.