hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
液柱内マランゴニ対流における対流場の能動的制御の研究

近年では化学,生物分野においてマイクロスケール化が注目されており,試料や試薬等の液滴体積を微小化し,さらに体積の制御とハンドリングが重要な課題となっている.微細ピンを用いたナノ・ピコリットル液滴形の形成を行い,ピン直径,ピン引き上げ速度,ピン表面の濡れ性を変えて液滴形成過程の観察と液滴体積の測定を行った.その結果,ピン端面に形成される液滴体積は,メニスカス崩壊時のピン近傍に現れる円錐形状の体積と一致していることが分かり,メニスカスの動的変形に伴うピン近傍の界面形状からピン端面に形成される液滴体積が決定付けられていることを見出した.濡れ性による液滴体積の変化を調べたところ,親水性のピンではピン端面を覆う液滴が形成され,疎水性のピンではDewettingが発生し,親水性のピンを用いた場合よりも液滴体積が減少することが分かった.これはメニスカス収縮の際にピンのエッジ部分で接触角が減少し,後退接触角よりも小さくなった場合にコンタクトラインがエッジから離脱するためであり,高速度カメラからの観察によってマイクロスケールにおいてピン端面上にDewettingが生じる様子を捉えることに成功した.自由表面上にマランゴニ対流を発生させて液滴体積の制御を試みたところ,キャピラリー数に対して液滴体積が線形に減少する結果を得た.液滴体積が減少するメカニズムを調べたところ,メニスカスの収縮時にピン端面でDewettingが発生し,メニスカス崩壊直前におけるメニスカスの円錐体積が減少することが分かった.従ってマランゴニ対流下における液滴体積の減少は,液滴に分離する直前のメニスカス形状がマランゴニ対流によって変化し,円錐形状の底円直径が減少しているためであることを見出し,キャピラリー数をパラメータとしてロッド端面に形成される液滴体積を容易に予測,制御できることを示した.液柱内マランゴニ対流の三次元振動流に対し,プレデターミナント制御を用いた振動流の抑制実験を行った.液柱自由表面上に局所的な周期変動加熱を与え,加熱量と加熱周期が振動流の抑制に及ぼす影響を調べた.その結果,加熱量が大きいほど温度振動が抑制されることが分かった.この時,加熱量の増加に伴って振動流の定在型モード構造が周方向に移動した後,振幅が減少してゆく過程が観察された.また加熱周期が振動流の基本周波数に近い場合,振動流は抑制されずに励起され,より激しい振動流が発現した.一方,加熱周期を基本周波数よりも2倍以上大きい値に設定すると,振動流は二次元定常流に抑制されることを見出した.従来の制御実験はモード2とよばれる振動流を対象としていたが,本年度はモード3及びモード構造が不明瞭な振動流についてもプレデターミナント制御を行った.その結果,どちらの振動流についても温度振動の抑制に成功した.過去に用いられたフィードバック制御ではモード数の情報がなければ制御ができなかったが,本実験結果はモードに依存しない制御を実現したといえる.以上の研究結果については,第6回実験熱流体に関する国際会議(4月)及び第42回日本伝熱シンポジウム(5月)で発表を行なった.また2005年9月から2006年3月までスウェーデン王立工科大学に滞在し,Prof.Ambergらのグループと共同研究を行なった.マイクロスケールの液滴ハンドリング実験において,任意の液滴体積を高い精度で形成することに成功し,次年度以降の研究を進める上で重要な知見を得た。近年,化学反応のマイクロスケール化が注目されており,液滴体積の微小化と制御,ハンドリングに関する研究が重要な課題となっている.本年度の研究では,マランゴニ対流下におけるロッドを用いた微小液滴の形成実験を行った.加熱した微小ロッドをシリコーンオイルの液膜から引き上げ,ロッド端面上に液滴を形成する.この時,自由表面上に付加された温度勾配によって生じるマランゴニ対流の影響を利用し,液滴体積の制御を試みた.実験では主に液滴体積,及び体積再現性の精度を測定し,高速度カメラを用いて液滴の分離過程を観察した.マランゴニ対流の強さを変化させて実験を行ったところ,対流が強いほどロッド端面上に形成される液滴体積が減少し,、液滴体積の減少は対流強度に対して線形であることが分かった.またマランゴニ速度を考慮したキャピラリー数を用いて液滴の体積変化を整理したところ,本実験のスケール(ロッド直径2mm)では試験流体の粘性(2-20cSt)に依存せず,いずれも同様の減少傾向を示した.従って本実験の範囲では,マランゴニ対流による液滴体積の変化は粘性に依存せず線形的であり,形成される液滴体積を容易に予測,制御できることを示した.高速度カメラ(フレームレート1000fps)での観察を行い,マランゴニ対流の有無による液滴体積の減少メカニズムを調べた.その結果,マランゴニ対流が生じている場合では,液滴分離の瞬間にコンタクトラインがロッドのエッジ部分から離脱し,端面上をDewettingしている様子が捉えられた.一方,対流が無い場合にはDewettingの発生は見られなかった.Dewetting距離はマランゴニ対流が強くなるほど長くなっており,液滴体積の減少メカニズムにロッド端面上のDewettingが強く影響していることを見出した.近年では化学,生物分野においてマイクロスケール化が注目されており,試料や試薬等の液滴体積を微小化し,さらに体積の制御とハンドリングが重要な課題となっている.

微細ピンを用いたナノ・ピコリットル液滴形の形成を行い,ピン直径,ピン引き上げ速度,ピン表面の濡れ性を変えて液滴形成過程の観察と液滴体積の測定を行った.その結果,ピン端面に形成される液滴体積は,メニスカス崩壊時のピン近傍に現れる円錐形状の体積と一致していることが分かり,メニスカスの動的変形に伴うピン近傍の界面形状からピン端面に形成される液滴体積が決定付けられていることを見出した.濡れ性による液滴体積の変化を調べたところ,親水性のピンではピン端面を覆う液滴が形成され,疎水性のピンではDewettingが発生し,親水性のピンを用いた場合よりも液滴体積が減少することが分かった.これはメニスカス収縮の際にピンのエッジ部分で接触角が減少し,後退接触角よりも小さくなった場合にコンタクトラインがエッジから離脱するためであり,高速度カメラからの観察によってマイクロスケールにおいてピン端面上にDewettingが生じる様子を捉えることに成功した.自由表面上にマランゴニ対流を発生させて液滴体積の制御を試みたところ,キャピラリー数に対して液滴体積が線形に減少する結果を得た.液滴体積が減少するメカニズムを調べたところ,メニスカスの収縮時にピン端面でDewettingが発生し,メニスカス崩壊直前におけるメニスカスの円錐体積が減少することが分かった.従ってマランゴニ対流下における液滴体積の減少は,液滴に分離する直前のメニスカス形状がマランゴニ対流によって変化し,円錐形状の底円直径が減少しているためであることを見出し,キャピラリー数をパラメータとしてロッド端面に形成される液滴体積を容易に予測,制御できることを示した.
ダイオキシン暴露と出生児の成長に関する疫学的研究

石川県金沢市のK病院で妊娠中経過観察および出産し、母乳提供に協力の得られた女性44名について,分娩後5-8日における母乳の採取,栄養調査およびアンケート調査を行った。母乳は冷凍保存後,脂肪抽出,ダイオキシン分画を精製分離し,異性体をGC/HRMSにて測定した。その結果、本研究対象者の母乳中ダイオキシン濃度はこれまでに報告されている都市部の濃度に比べ低く、異性体のパターンも相違なかった。アンケートでは喫煙や飲酒習慣、妊娠中の貧血、合併症の有無、分娩、出産後の状況など母体に関する情報と児の性別、生下時身体測定値,1ヶ月時健診時身体測定値など出生児に関する情報、栄養調査については簡易食物摂取状況調査票に魚介類の産地などについての問いを追加して調査を行ない,母乳中ダイオキシン濃度との関連性について解析を行った。母乳中HxCDDは、母親の身長、児性別、在胎週数などの交絡因子を調整しても、児の生下時体重や頭囲との間に負の関連が認められ、胎児期の成長に影響を与えている可能性が示唆された。しかし、1ヶ月健診の児身長とHpCDFは正の相関を示した。このHpCDFは、魚類の摂取が多い母親の母乳中に多い傾向にあり、特に「あじ・いわし・さば」などを好む親に高かった。これらのことから、魚類の摂取が多い母親の母乳は、HpCDFが増えたとしても、出世後の児成長には促進的に働く可能性が示唆された。一方、緑黄色野菜を多く取る母親の母乳中HxCDD濃度は比較的高く、魚だけでなく、野菜も農薬由来のダイオキシン暴露源となり、胎児発育に影響を及ぼす可能性が示唆された。石川県金沢市のK病院で妊娠中経過観察および出産し、母乳提供に協力の得られた女性44名について,分娩後5-7日における母乳の採取,栄養調査およびアンケート調査を行った。母乳は冷凍保存後,脂肪抽出,ダイオキシン分画を精製分離して,GC/HRMSにて測定した。この際,母乳中ダイオキシン類の分析に用いた母乳量は10gであり,従来の方法に比べ少量で測定を行っており,試薬の配分やクロマトグラフの種類など分析方法上の検討を加え,より簡便に精度よく測定できるような方法を確立した。栄養調査については簡易食物摂取状況調査票に魚介類の産地などについての問いを追加して調査を行ない,食物・栄養摂取に関するデータベースをつくった。また,アンケートでは喫煙や飲酒習慣、妊娠中の貧血、合併症の有無、分娩、出産後の状況など母体に関する情報と児の性別、生下時身体測定値,1ヶ月時健診時身体測定値など出生児に関する情報、乳汁分泌状況、母乳採取時刻,1ヶ月健診時母乳分泌状況などの母乳に関する情報を集め,データのクリーニングを行ない,データベースを構築した。これらのデーターベースを解析し,対象者の属性を検討したところ,年齢は20-38歳で,初産婦が43%であり,経産婦が多かった。また,妊娠前の喫煙者は18%と喫煙率は低かったが,非喫煙者でも夫などの喫煙により受動喫煙の可能性がある者は58%と高かった。また,ダイオキシンを多く含むことが知られている魚貝類の摂取は近海ものを週2-3回程度と摂取しているものが50%と多かった。母乳は冷凍保存後,脂肪抽出,ダイオキシン分画を精製分離し,GC/HRMSにて測定した。その結果、本研究対象者の母乳中ダイオキシン濃度はこれまでに報告されている東京、大阪、福岡などの都市部の濃度に比べ低いことが明らかとなった。しかし、異性体のパターンとしては他地域と相違なかった。

アンケートでは喫煙や飲酒習慣、妊娠中の貧血、合併症の有無、分娩、出産後の状況など母体に関する情報と児の性別、生下時身体測定値,1ヶ月時健診時身体測定値など出生児に関する情報、乳汁分泌状況、母乳採取時刻,1ヶ月健診時母乳分泌状況などの母乳に関する情報を集め,データベースを構築した。さらに、栄養調査については簡易食物摂取状況調査票に魚介類の産地などについての問いを追加して調査を行ない,食物・栄養摂取と母乳中ダイオキシン類との関連について検討したその結果、魚の摂り方との関連では、魚の摂取量の多い女性の母乳中TCDDは高く、卵を摂らない女性のTCDFは低い傾向であった。また、妊娠中の貧血検査の値と母乳中のダイオキシン類との関連については、赤血球数とTCDD、PCDD、ダイオキシンの総TEQ、ダイオキシン・フラン類の総TEQとの間に有意な正の相関が認められた。
古典期ペルシア語神秘主義テクストのデータベース化による文体論的研究

本研究は、西暦12世紀初頭、ペルシア語で執筆された、『クルアーン』注釈書の『神秘の開示Kashf al-asrar wa 'Uddat al-abrar』(刊行本で全10巻)中、特に、神秘主義的注解の部分(本テクスト第三部/第三階梯al-nawbat al-thalithah)のペルシア語散文の言語情報すべてのデータベース化を通じて、神秘主義的意味合いを如実に反映する聖典解釈学的世界を展開したペルシア語神秘主義散文の学問史的位置づけを試みることを目的とする。本研究の独創性は、10巻すべてに亘って、それぞれの章句に関する第三部のみの情報をすべてデータベース化し、ペルシア語の説教講話の言語表現の特徴の提示を試みた点にある。本研究の目標は、純然たるタフスィール(『クルアーン』注釈)研究ではなく、本テクスト第三部に関する神秘主義文学的側面からの検討である。本研究は、初年度、現時点で一定の学問的評価を得ている刊行本('Ali Asghar Hikmat等による校訂本)の神秘主義的注解が展開された箇所の入力作業を進めた。次年度において、入カデータの校正とともに、ペルシア語の神秘主義テクストの内容と文体の特徴を浮かび上がらせる検索項目の割り出しの検討を進め、最終的に4項目を設定した。本データベース構築作業は、イラン国内の第一級の研究者との意見交換により、最新の知見を得つつ進められた。入力データの最終校正作業の後、最終年度において、本研究の研究成果をhttp://Kashf-al-asrar.tufs.ac.jp/として公開した。本データベース構築により、イラン国内で今後、本格的な校訂作業が進められた場合も、新たな言語情報を本データベースに反映させる作業により、本データベースの学術的水準は十分に維持される。本データベースにより、ペルシア語神秘主義テクストに関わる多様な研究の可能性がさらに広まった。今年度、本研究は、西暦12世紀初頭に執筆されたペルシア語注釈書『神秘の開示Kashf al-asrar wa `uddat al-abrar』の神秘主義的注釈が展開された箇所(第三部)に関する最新の研究状況の把握のための情報蒐集活動とその成果の整理を行うとともに、本テクストのXMLデータベース構築のための入力作業を完了した。さらに、試験用データベースを構築し、現段階での本研究の成果報告をした。研究代表者は、本テクストに関して世界的に最高水準にあるイラン国内の研究者たちとの意見交換を通じて、本テクストの研究が、『コーラン』注釈書としての研究以外の分野では、ペルシア語散文テクストとしての意義を歴史的に検証する文学史的研究と、アラビア語文献を主流とする初期神秘主義思想のペルシア語テクストへの影響関係に着目する文献学的研究とに大別されている現状を認識した。研究代表者は、現地調査を通じ、本テクストに関して、本テクスト中に登場するペルシア詩をも視野にいれた、ペルシア神秘主義文学の発展史的側面からする本格的研究の欠如している現状に関する知見を得、研究史的現状を踏まえた本研究の今後向かうべき方向性を確認した。イラン国内における研究動向の成果は、来年度に予定されている、主題検索の項目の選択の設定に有効に機能すると期待される。テクスト校訂本(全10巻)の、神秘主義的注釈部分(約2000ページ)のペルシア語、及び、アラビア語の入力作業の過程で、入力テクストとして採用した校訂本中に、誤植とともに、初版校訂本の修正箇所が発見されたため、写本情報を土台とする研究成果を援用しつつ、複数の校訂テクストの内容の具体的な比較検討を行い、入力に際して適宜修正を加えた。

項目索引作成に備え、校訂本に準拠して現時点で公刊されている索引書の検討も開始した。今年度、本研究は、以下の3点の研究成果を得た。1.昨年度(平成16年度)にデータ入力されたペルシア語テクスト校訂本『神秘の開示Kashf al-Asrar wa `Uddat al Abrar』全10巻の校正作業を行った。西暦12世紀初頭の古典籍の校正作業は、語法上の問題点の解明と思想的背景の理解を基に遂行されるため、本テクストに関して現時点で入手し得る研究成果の積極的な活用が不可欠であり、研究代表者と研究分担者はイランにおける代表的な研究者の協力を通じて得られた知見を校正作業にも反映させるべく務めた。校正作業は、さらに精度を上げて来年度も継続する。2.入力データの校正作業と平行して、ペルシア語の説教文としての文体的特徴を明示するための作業としてペルシア語文の文章上の区切りの設定を行うとともに、イスラーム神秘主義的側面から本テクストの学問的価値を明らかにするための検索項目の選択と設定を進めた。研究代表者は、顕著な神秘主義的傾向を示す本テクスト(第3部)に関して、テクスト全10巻の全てに亘って、禁欲主義者と神秘主義者に係わる情報(神秘主義者の文言、逸話)を逐一検討し、選択、設定した。検索対象として決定された箇所を本テクスト本体にXMLタグ付けする入力作業も、文章と選択項目の設定と平行して開始した。さらに、聖典『コーラン』のペルシア語注釈書として重要性を持つ本テクスト中の「アーヤ」(『コーラン』の句)の校正作業も研究分担者と研究協力者との協力体制の中で鋭意進められた。3.本テクストの神秘主義的特徴の抽出の学問史的意義を保証する作業として、近年、イラン国内で評価された本テクスト関連の学位論文を検討すると同時に、本テクスト全体に係わるイラン国外の研究者の研究動向の最新の情報を入手した。これらの情報は、本研究の学問史的将来性と意義を確認させるものであり、来年度に継続される作業と本データベースの活用を土台とする研究遂行のため有益な実績となった。本研究は、古年度(最終年度)において、以下の通り、当初、目的とした研究成果を得た。1.平成16年度にデータ入力され、17年度に第一次校正を経た、ペルシア語テクスト校訂本『神秘の開示Kashf al-Asrar wa `Uddat al-Abrar』第三部、全10巻に関して、最終校正を行った上で、本データベースを公開した。(http://kashf-al-asrar.tufs.ac.jp/)神秘主義的言語表現を反映するペルシア語の説教テクストである『神秘の開示』第三部の情報の検索に有効な検索項目を4項目設定した。(語句総合検索、人名検索、神秘主義者名と関連文の検索、ペルシア詩検索)また、ペルシア語注釈書として重要性を持つ本テクストの聖典『コーラン』の中の「アーヤ」(『コーラン』の句)についても、鋭意、校正作業を行い、本データベースの今後の活用にも道を開いた。2.本研究の最終年度の成果報告の一環として、ペルシア語テクストのデータベースの現状把握と研究史的な観点からの今後の可能性に関する意見交換を目的として、我が国のペルシア語研究と教育の専門家を招いて公開シンポジウムを開催した。(平成18年12月2日)
リアルタイム動態画像解析による下部食道噴門の逆流防止機構の解明

本研究は下部食道噴門の胃から食道への逆流防止機構をリアルタイム動態画像として再構築し、下部食道昇圧帯やHis角などの様々な解剖学的要素の間の機能的連関を明らかにすることを目的とした。これまでに以下の研究をおこない知見を得た。1.生理的状態での観察1)成犬2頭をもちいた。ネンブタール麻酔下に開腹し、まず画像解析の基礎的準備として下部食道横隔膜直下、食道胃接合部のともに左右と、胃底部、左右の横隔膜の食道裂孔より5cmはなれた点の合計7か所にヘモクリップを固定埋没した。またバリウム造影のために頸部食道に外瘻を造設した。2週後に頸部食道から造影しビデオレコーダーに記録した。これを画像処理システムをもちいて解析した。この結果造影剤の通過に伴い各基準点は上下・左右方向へ移動し、各基準点の間の空間距離が変動するため画像を連続的に評価するのが困難であることが明らかになった。この点を解決するため、一つの基準点を選んでその点からの距離によって各点の位置を補正し、各画像フレームを再構築するアルゴリズムが必要になり、現在開発を急いでいる。2)成犬4頭をもちいた。開腹し、下部食道、食道胃接合部(LES)、および横隔膜食道裂孔にシリコンゴム歪みゲージを縫着した。信号をA/Dコンバーターを介してコンピューター(PC9801UV2)に入力した。1)と同様造影をおこないながら歪み信号を記録した。造影剤嚥下後下部食道は強く収縮し、一方LESはきわめてゆっくりと緊張することが認められた。これらの歪み情報によりLESの運動を画像化することを試みた。ここで明らかになった問題は、歪みゲージの信号が運動量を微分した要素が強く、運動の絶対値として求めにくく、それ単独では画像を作れないことである。この点を解決するためビデオ画像上に歪み情報をベクトル形式で重ねて表示し、LESの動きを連続した楕円形画像として再構築することを現在検討中である。
光学的選択吸収膜を用いたレーザ光マイクロエンジンに関する研究

光マイクロエンジンの駆動エネルギ源は光であるが、コンピュータシミュレーションによれば光マイクロエンジン回転翼面の表裏に温度差が生じていることが重要と思われる。そこで、光マイクロエンジン翼表裏の温度差をより大きくすることができる新たな翼構成材料を創製することにより作動トルクを増大させることを試みた。レーザ照射により翼面の表裏に温度差が生じるには、例えば表面は可視光を吸収しやすく裏面は反対に可視光は吸収しにくく反射率が高いことが望まれる。さらに、表面と裏面の間では熱伝導率が低いことも必要である。そこで、(可視光を高吸収し赤外線の放射が低い材料)+(断熱材料)+(可視光を高反射し低吸収の材料)なる選択吸収特性を有するロータを開発した。母材としては、アルミ薄板を用いた。本研究では、SiO薄膜、Ge薄膜およびAl薄膜に可視光高吸収・赤外線高反射機能をもたせ、ナノスケール断熱機能を有するロータを開発した。その結果、光マイクロエンジン回転翼を光学的な選択吸収膜を用い、光マイクロエンジン特性(回転数-Knudsen数、トルク-Knudsen数、翼表面温度差など)を実験的に明らかにし、カーボンブラックに十分対抗できる性能を確認できた。また、レーザ照射された回転翼付近に誘起される巨視的流れに与えるエンジン付近気体分子種などの影響をDSMC法により明らかにすることができた。気体分子の集団移動を利用する光マイクロエンジン翼表裏の温度差をより大きくし作動トルクを増大させ機械的強度を大きくするために、光マイクロエンジン回転翼を光学的な選択吸収膜を用いて創製し、光マイクロエンジン特性(回転数-Knudsen数、トルク-Knudsen数、翼表面温度差など)を実験的に明らかにすることを本研究の目的とする。具体的には(可視光を高吸収し赤外線の放射が低い材料)+(断熱材料)+(可視光を高反射し低吸収の材料)なる選択吸収特性を有する傾斜機能材料を創製する。本年度は傾斜機能材料の母材にアルミ薄板を用い、SiO薄膜、Ge薄膜およびAl薄膜に可視光高吸収・赤外線高反射機能をもたせることを決定し、新たに断熱機能を有する材料探索の必要性が明らかになった。本年度では、常温では固体であるSiO、Geの加熱には抵抗線加熱法を用い、蒸発実験では成膜厚さを均一にするためにSiO薄膜、Ge薄膜を蒸着させるAl基盤は回転基盤下に設置した。蒸着された膜厚分布の面内分布性能が向上した。さらにAl基盤には精密加工を施したマスクをかぶせ、成膜後の位置決めをしやすくする工夫をしたところ、膜厚測定の位地決めが容易になった。さらに、蒸発時間とSiO薄膜、Ge薄膜の膜厚は比例関係にあり蒸発時間により膜厚を制御することが可能であることが明らかになった。また、新たに断熱機能を有する材料探索の必要性が明らかになった光マイクロエンジンの駆動エネルギ源は光であるが、コンピュータシミュレーションによれば光マイクロエンジン回転翼面の表裏に温度差が生じていることが重要と思われる。本研究では、SiO薄膜、Ge薄膜およびA1薄膜に可視光高吸収・赤外線高反射機能をもたせ、ナノスケール断熱機能を有するロータを開発した。

その結果、光マイクロエンジン回転翼を光学的な選択吸収膜を用い、光マイクロエンジン特性(回転数ーKnudsen数、トルクーKnudsen数、翼表面温度差など)を実験的に明らかにし、カーボンブラックに十分対抗できる性能を確認できた。また、レーザ照射された回転翼付近に誘起される巨視的流れに与えるエンジン付近気体分子種などの影響をDSMC法により明らかにすることができた。
多臓器不全を惹起する異常ケミカルメディエ-タ-の病態生理よりみた本症の免疫療法

多方面からの積極的な研究にもかかわらず、未だ不明な点が数多く残っている多臓器不全症(MOF)の発症Mechanismを、動物実験と臨床的研究の両面より押し進めた。《動物実験》の初発臓器は肺が多い。そこで実験動物ラットに盲腸結紮穿刺にて腹腔内感染症から敗血症を作成し、敗血症性呼吸不全(ARDS)の発症Mechanismを肺胞Macrophage(Mφ)の機能変化を通して調べた。肺胞Mφは肺血症状態において活性化されてその進展率を増しさらに組織損傷作用を有する活性酸素の産生、Lysozome酵素の肺胞への放出を増していた。一方好中球の遊走因子であるLeukotoriene B4の産生は低下していた。またこれらの現象は血中および肺胞洗浄液中のEndotoxin(ETx.)濃度の上昇と一致して生じていた。即ち肺胞中へ侵入したETx.によって活性化された肺胞Mφは、各種Chemical Mediatorを産生して肺組織を損傷、さらに好中球の肺への遊走障害は二次的肺感染症の合併の危険性を増加させている。《臨床的研究》腹腔内重症感染症より発症したMOF患者における生体防御機構、即ち好中球機能・リンパ球系機能・補体系機能変化の相互関係を検討した。好中球は血中ETx.濃度に比例して活性酸素・顆粒内酵素を多量に放出し、逆に遊走能は低下している。この好中球機能変動にはClassical Pathwayを通しての補体系活性化が強く関与していた。今後更にMOF時の生体防御機構障害機序の免疫学的検討を勧め、重症感染症からMOFへの過程の予防・予知、そして真に有効な治療法の確立を目指していきたい。初年度は未だ不明な点の多い多臓器不全(MOF)の発症mechanismに関する研究を、動物実験及び臨床的研究により押し進めてきた。研究は二つの柱より成る。まずMOFに於ては、その初発臓器がほとんど肺であることから、動物実験は敗血症性ARDS発症mechanismに焦点を絞った。即ち実験動物ラットに盲腸結紮穿刺法にて敗血症を作成、経時的に好中球、肺胞マクロファージ(Mφ)を採取しその機能変化を測定、同時に測定した液性因子(血中enclotoxin(ETx)血中C3a,C4a,C5a等)の変動との関連を検討。一方、臨床に於ては特に腹部重症感染症に起因するMOF患者について好中球機能と補体系との関連を検討し,以下のことを見出した。敗血症作成後血中ETx及び肺胞洗浄液中ETxの増加に伴い肺胞Mφはその伸展率、superoxide産生能を増加させ、また細胞内顆粒酵素β-Glucronidase(β-Glu)活性は減少した。また末梢血好中球は敗血症伸展と伴に機能亢進から機能低下に向かい、敗血症ARDSに肺胞Mφが強く関与していることが示唆された。現在肺胞Mφのアラキドン酸代謝産物(LTB4.SRS-A.5,12,15-HETE.)産生能をHPLC,RIAにて測定中である。次に臨床的研究として、腹部重症感染症より発症したMOF患者に於て活性化好中球と補体系との関連を検討、重症感染症非MOF症例、一般消化器外科手術後非感染症と比較した。MOFでは血清補体価C4.CH50は低下、補体分解産物C3a.C4a.は増加し、補体標準経路の活性化を示す。非MOFではC3aの増加と比べC4aの増加は軽度で補体第二経路の活性化を示した。

好中球機能は補体C3bi receptor(CR3)の増加に伴い貧食能・脱顆粒が増加、C5aに対する遊走能が低下し、MOFに於て補体系活性化に伴う好中球機能の活性化が示された。今後臨床症例を増やしMOF発症mechanismを検索、更に治療法の一つとして、免疫療法の可能性を検討していきたい。多方面からの積極的な研究にも拘らず、未だ不明な点が数多く残っている多臓器不全症(MOF)の発症Mechanismを、動物実験と臨床的研究の両面より推し進めた。《動物実験》MOFの初発臓器は肺が多い。そこで実験動物ラットに盲腸結紮穿刺にて腹腔内感染症から敗血症を作成し、敗血症性呼吸不全(ARDS)の発症Mechanismを肺胞Macrophage(Mφ)の機能変化を通して調べた。肺胞Mφは敗血症状態において活性化されてその伸展率を増しさらに組織損傷作用を有する活性酸素の産生、Lysozome酵素の肺胞への放出を増していた。一方好中球の遊走因子であるLeukotoriene B4の産生は低下していた。またこれらの現象は血中および肺胞洗浄液中のEndotoxin(ETx.)濃度の上昇と一致して生じていた。即ち肺胞中へ侵入したETxによって活性化された肺胞Mφは、各種Chemical Mediatorを産生して肺組織を損傷、さらに好中球の肺への遊走障害は二次的肺感染症の合併の危険性を増加させている。《臨床的研究》腹腔内重症感染症より発症したMOF患者における生体防御機構、即ち好中球機能・リンパ球系機能・補体系機能変化の相互関係を検討した。好中球は血中ETx濃度に比例して活性酸素・顆粒内酵素を多量に放出し、逆に遊走能は低下している。この好中球機能変動にはClassical Pathwayを通しての補体系活性化が強く関与していた。今後更にMOF時の生体防御機構障害機序の免疫学的検討を進め、重症感染症からMOFへの過程の予防・予知、そして真に有効な治療法の確立を目指していきたい。
メタノールの脱水素二量化によるエチレングリコールの新合成法

メタノールからエチレングリコールを得ることを目的としてジメチルエーテルの酸化カップリング反応を実施した。メタノールを直接反応させるとカップリング反応は進行せず、ホルムアルデヒドおよび酸化炭素類が生成した。これはメタノールの水酸基の反応性が著しく高いためメチル基が容易に反応し、ホルムアルデヒド及び酸化炭素類を与えたものと考えられる。しかし、メタノールの脱水縮合によって得られるジメチルエーテルは反応性の高いメタノール自身によって保護されるため副反応が少ないと考えられる。約40種類の触媒についてジメチルエーテルの酸化カップリング反応を検討した。その結果酸化錫が触媒活性を示すことを見いだした。反応温度は200-300°C圧力は5-20気圧程度が好ましい結果を与えた。生成物はジメトキシエタン及び炭酸ガスが主生成物であり、その他にホルムアルデヒド,ジメトキシメタン,一酸化炭素が少量生成した。酸化錫触媒はまた担体によってもその触媒能が大幅に異なり、MgO,【TiO_2】,CaOなど弱塩基性の担体を用いた場合にジメトキシエタンを与えた。そのほか活性、選択性は低いが、酸化鉛あるいは酸化モリブデンを用いた場合にもジメトキシエタンが生成した。反応は下式に沿って進行すると推定される。2【CH_3】【OCH_3】+1/2【O_2】---→【CH_3】【OCH_2】【CH_2】【OCH_3】+【H_2】O(1)このジメトキシエタンの加水分解によるエチレングリコールの合成を試みたr-アルミナあるいはゼオライトを触媒として200-250°C,気相で水との反応を行った。加水分解は容易に進行し、モノメトキシエタンとエチレングリコールの混合物が得られ、同時にジメチルエーテルが生成した。化学量論は下式で示される。
三角形ナノプレートと脂質膜への誘導システムによる超高感度バイオセンサーの創製

本研究では、金属ナノ構造体が特定波長の光の照射下で示す表面プラズモン共鳴を利用した生体高分子の高感度検出法として、表面増強ラマン散乱測定基材の開発に取り組んでいる。表面プラズモン共鳴は金属ナノ構造体の中でも鋭利な部分で強く増強され、特に狭いギャップ部位において著しく増強されることが知られているが、狭いギャップ部位に大きな生体高分子を導入することは容易ではない。これまで研究実施者はハイドロゲルの体積変化を利用することでギャップ距離を動的に制御する手法により狭いギャップ部位に大きな物質を導入する効率を高める手法を開発してきたが、さらなる高感度化が必要であった。そこで、本年度はゲルを利用した金ナノ構造体間ギャップ距離の制御性について、原子間力顕微鏡観察、電子顕微鏡観察、顕微分光測定とプラズモンスペクトルの計算により、詳細に調べた。その結果、金ナノ構造体作製時の洗浄と表面処理を適切にすることで、金ナノ構造体は数ナノメートルの精度で均一に動かせるようになることが確認され、高い制御性を実現できることが明らかになった。しかしながら、電子線リソグラフィを利用したナノ構造体の作製では鋭利なエッジ構造を作製することは未だ困難であるため、ナノ粒子を適切に配置して利用する手法の開発にも取り組んできた。実際には、基板上に脂質膜を固定化し、その上に鋭利なエッジを有する三角形プレート状ナノ粒子を固定化する手法を開発している。これまでに、脂質および金ナノ粒子の固定化については確認できており、現在は金ナノ粒子が脂質膜上で流動的に動き、最適化な配置の形成が可能であるかの検討を進めている。当該年度においては、基板上に脂質膜を固定化し、その上に鋭利なエッジを有する三角形プレート状ナノ粒子を固定化することに成功している。現在、金ナノ粒子が脂質膜上で流動的に動き、最適化な配置の形成が可能であるかの検討を進めているところであり、まだ確認は完了していないが、想定通りに進んでいると考えている。また、ゲルの上に固定化した金ナノパターンの変化の詳細な解析も完了しており、今後の構造評価において役に立つ知見も得られてきている。今後は、脂質膜固定化基板上で、静電的に吸着させた金ナノ三角形プレートが流動的に動けることを確認する。その上で、ゲルの上に固定化した金ナノ構造体の上に、脂質膜を固定化し、金ナノ三角形プレートを固定化した基板を作製する。ゲルの体積変化によるギャップ距離の制御を行い、三角形金ナノプレートが最適な向きに自律的に配置できるかを確認する。最終的には、脂質分子として糖脂質などを用い、ウィルスなどの検体を積極的に検出するシステムへの展開を検討していく。
心エコーColor Kinesisを用いた大血管麻酔中の心機能と局所壁運動の評価

1.超音波画像のColor Kinesisの解析用のコンピューターソフトの開発をおこない、解析処理法を確立した。この開発した解析ソフトを用いて腹部大動脈瘤切除再建手術予定患者で臨床研究を行なった。経食道心エコー(TEE)を用いたこの研究では現段階で38名の患者で解析を行っているが、これまでの解析結果ではColor Kinesisの解析用ソフトを用いることで十分左心室壁運動異常の定量的評価が行なえることが解った。この解析法を用いて正常な壁運動を有する患者より壁運動の至適範囲を決定しこれにより平均-2標準偏差以上の逸脱を壁運動異常ありとした。術前より壁運動異常のある患者では全症例でその壁運動異常を定量的にもまた画像的に視覚的にも表示することが可能であり臨床応用が十分可能と思われた。2.この解析法を用いて大動脈遮断により壁運動異常を生じるか否かを検討したところ約15%の患者で壁運動異常が生じており、これまで大動脈遮断により壁運動異常が生じるか否かの意見の一致が見られていないがこの結果に影響を与えるものと思われる。また、術前のジピリダモール負荷心筋シンチで虚血の危険があると思われた患者では約22%の患者で大動脈遮断により壁運動異常が生じておりこれまでの報告と同様であるが、一方ジピリダモール負荷心筋シンチでも正常と思われた患者でも約13%の患者で大動脈遮断により壁運動異常が生じている。この結果は最近報告されつつある結果を支持するものと思われるが、この結果も意見の一致をみていないため今後の更なる検討が必要と考えられる。現在論文として作成中である。1.腹部大動脈瘤切除再建手術中の局所左心室壁運動、および心機能に与える影響を経食道心エコーの新しい解析法であるCK(Color Kinesis)を用いて明らかにするため、当該研究により独自に解析ソフトを開発した。この解析ソフトを用いて経食道心エコーから得られたCKの画像を解析処理して腹部大動脈瘤切除再建手術における心筋虚血発生メカニズム、および大動脈遮断および遮断解除時の心機能に与える影響を調べた。心筋虚血および心機能に関してはCKを用いた解析法を独自に開発した解析ソフトを用いて確立することができた。2.1.と平行して、腹部大動脈瘤切除再建手術予定患者で臨床研究を行った。術前の心負荷試験の1つのジピリダモ-ル負荷心筋シンチで予想された心筋虚血部位と同部位に大動脈遮断および遮断解除時に局所壁運動を生じるか否かを客観的に評価することで術前ジピリダモ-ル負荷心筋シンチの意義を再評価した。これまでの解析結果では術前のジピリダモ-ル負荷心筋シンチで陽性であった患者群のうち、腹部大動脈遮断によりその部位に一致して左心室壁運動異常を生じた症例が一部の患者で観察された。術前に心筋虚血が見られなかった患者群では壁運動異常は発生しなかった。ただし症例数が少ないため今後検討を重ねていく必要がある。3.術前の心機能障害の有無による大動脈遮断時の壁運動異常の発生については症例数が少ないため現段階では評価ができず、今後検討を重ねる必要がある。
グラフ閉包演算を用いた頻出飽和部分グラフマイニングの実現とその並列化

本研究では,与えられた部分グラフを包含する飽和部分グラフ(その部分グラフを含むグラフのうち,同じ頻度をもち,かつ最大であるグラフ)を計算するグラフ閉包演算,および同型な部分グラフを効率的に判定する手法を提案し,グラフデータベース中に一定頻度以上の割合で出現する頻出飽和部分グラフを効率よく列挙する頻出飽和部分グラフマイニングシステムを実現するとともに,その並列化プロトタイプシステムを構築した.本研究では,与えられた部分グラフを包含する飽和部分グラフ(その部分グラフを含むグラフのうち,同じ頻度をもち,かつ最大であるグラフ)を計算するグラフ閉包演算,および同型な部分グラフを効率的に判定する手法を提案し,グラフデータベース中に一定頻度以上の割合で出現する頻出飽和部分グラフを効率よく列挙する頻出飽和部分グラフマイニングシステムを実現するとともに,その並列化プロトタイプシステムを構築した.本研究では,与えられた部分グラフを包含する飽和部分グラフ(その部分グラフを含むグラフのうち,同じ頻度をもち,かつ最大であるグラフ)を計算するグラフ閉包演算,および同型な部分グラフを効率的に判定する手法を実現することで,グラフデータベース中に一定頻度以上の割合で出現する頻出飽和部分グラフを効率よく列挙できる頻出飽和部分グラフマイニングシステムを実現することを目的としている.本年度は,当初の研究計画に従い,グラフ閉包演算の基本アルゴリズムと効率的なグラフ同型判定手法を開発した.前者は,独自に考案したグラフ表現法を用いることで,無駄な候補グラフの列挙を排除することを可能としている.後者に関しては,対象を頻出飽和部分グラフに限定し,頻出飽和部分グラフがデータ中に複数現れることに着目することで,その中の代表元を一意に定める方法を導入し,その代表元の比較による効率的な同型判定を実現した.前者の閉包演算は,頻出飽和部分グラフでない候補グラフの列挙を避け,後者のグラフ同型判定は同一の頻出飽和部分グラフを重複列挙することを避けるという点で,いずれの技術も効率的な頻出飽和部分グラフ列挙では重要な役割を果たす.グラフデータベース中に一定頻度以上で出現する頻出部分グラフは,頻出飽和部分グラフの部分グラフとなっていることから,すべての頻出飽和部分グラフを効率よく列挙することで,総数がはるかに多いすべての頻出部分グラフを効率よく発見することが可能となる.そのような頻出飽和部分グラフの列挙法はグラフマイニングの適用範囲をさらに広げることになり,上記の要素技術はその意味においても意義の高いものである.本研究では,与えられた部分グラフを包含する飽和部分グラフ(その部分グラフを含むグラフのうち,同じ頻度をもち,かつ最大であるグラフ)を計算するグラフ閉包演算,および同型な部分グラフを効率的に判定する手法を実現することで,グラフデータベース中に一定頻度以上の割合で出現する頻出飽和部分グラフを効率よく列挙できる頻出飽和部分グラフマイニングシステムを実現することを目的としている.研究期間最終年度の本年度においては,研究計画に従い,前年度に実現したグラフ閉包演算を用いた頻出飽和部分グラフマイニングアルゴリズムの並列化に取り組んだ.具体的には,グラフ閉包演算の内部処理を並列化するというアプローチを取り,利用CPUコア数を増やすことによる効率化を図った.人工的に生成したグラフデータ,化合物データ,および社会ネットワーク上の情報伝搬過程から取得したネットワーク構造などを用いて行った評価実験では,一定の効率改善を確認したが,CPUコア数に対して比例するほどの台数効果が必ずしも得られない結果となった.これは,内部処理の独立性が必ずしも高くなかったこと,および実装上の技術的な問題に起因したものであり,今後,改善が可能である.現時点で数値的な評価結果は当初の予想通りではないものの,並列化による効率改善は確認できており,頻出飽和部分グラフマイニングの大規模データへの適用に向けての道筋をつけるものとして本研究で得られた知見は意義のあるものである.
STMによる複合量子ドットの作製と量子輸送の研究

1.2段階STM加工法による複合量子ドットの作製SEM/STM複合装置を利用し、第一段階でWチップを用いて半導体細線内に微細ホールを作製し、第2段階で金属をコートしたチップを用いてその微細ホールに金属を埋込むこという手法を提案し、実際にInとNiを埋込むことができた。これらはいずれも電界印加加工法によるが、その構造的、電気的評価によれば、加工結果の再現性、制御性に関してはまだ十分ではなく、加工時の細線表面の汚染や用いるチップに関し、改善の余地があることがわかった。すなわち、加工行程が大気中と高真空中とを複数回移動するため、特にハイドロカーボン、水などよる汚染のため加工直前の表面状態が変化しやすい。また、加工物のサイズなどと密接に関連しているチップ先端形状のばらつき(現在曲率半径20nm以下)もまだ満足できる段階ではない。さらに、電子輸送(電気的)特性と関連する加工の際生じるダメ-ジについても検討を進める必要がある。このような諸課題の内初年度は、特に加工時の表面状態の安定化のために小型プラズマ発生装置をSTMヘッドに組み込むことを行なった。その結果現在検討中である。2.複合量子ドットをもつ分割ゲート細線の基本的な輸送特性現在までに、InとNiのドットをそれぞれ埋込んだ分割ゲート細線において、初歩的な段階ではあるが、クーロンブロケードに関連した現象を観測できつつある。例えば、Niドットをもつ細線でNiドットの近傍を通過する場合とその中を通過していると思われる場合のそれぞれで、異なったクローン振動及び、ブロケードの磁場依存性が観測できた(0.3K)。但ししばしば、加工の際のダメ-ジによってできたトラップに起因すると考えられるleakyな特性がbackgroundとして観測され、強磁性体(Ni)ドットの効果は明確ではない。素子構造の最適化、及びベースのヘテロ材料の選択等の点に関し、今後さらに検討を深める必要がある。
複数の自律型水中ロボットの協調による海底の広域・高精度マッピング

本研究では、複数の自律型海中ロボット(Autonomous Underwater Vehicle, AUV)が交互にランドマークとなることで、広範囲かつ高精度な海底画像マッピングを行う手法の研究開発を実施した。キーテクノロジーであるAUV間の相互測位・通信を行う装置を試作し、AUV Tri-Dog 1と海底ステーションを用いた実海域試験を通して手法の有効性を検証した。本研究では、海底を広域かつ高精度に画像マッピングするための手段として、相対測位が可能な複数の自律型水中ロボット(Autonomous Underwater Vehicle, AUV)が交互に着底してランドマークとなることで広範囲・高精度なリアルタイム測位を行う「Leapfrog(馬とび)Positioning」を提案する。そして、移動ランドマークとなる小型のAUVを開発し、申請者らの所有するAUV「Tri-Dog 1」と実際に連携させることで、提案手法の有効性を示す。本年度の実施内容は次の通りである。二台のAUV(親機、子機)による測位モデルを構築するために、複数ロボットによる協調測位、音響測位手法、確率的状態推定手法、を中心に文献調査を行った。そしてシミュレーションやこれまでの研究で得られたデータを踏まえて、まずは親機のセンサ情報だけを用いたモデルを構築した。次に、子機の持つ位置情報を共有することで親機の相対測位精度を向上するための手法を確率論的観点から考慮し、モデルの更新方法について検討した。子機のセンサ情報(水深、方位など)や、子機から求めた親機の位置情報を利用することで、親機はより冗長な情報をもとに自己状態を推定でき、測位精度向上に資することを確認した。2、LAUVの設計移動ランドマークとなるAUVの概念設計を実施するとともに、提案手法の実現のための基幹技術となる音響による相対測位・通信装置の開発を実施した。本システムによりAUV同士が互いの相対的位置関係を認識し、情報を共有することができる。水槽実験およびシミュレーションによって測位精度を調べた。本研究では、海底を広域かつ高精度に画像マッピングするための手段として、相対測位が可能な複数の自律型水中ロボット(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)が交互に着底してランドマークとなることで広範囲・高精度なリアルタイム測位を行う「Leapfrog(馬とび)Positioning」を提案する。そして、移動ランドマークとなる小型のAUV(LAUV)を開発し、申請者らの所有するAUV「Tri-Dog 1」と実際に連携させることで、提案手法の有効性を示す。1、LAUVの設計・開発移動ランドマークとなるAUVの詳細設計および製作を実施した。本AUVは海底付近を移動する必要があることからホバリング型とし、高精度な測位ができるようにドップラ式対地速度計、姿勢センサ、方位センサ、深度計を搭載した。全体設計においては安定性とロバスト性を重視し、実海域での運用に耐えられるようにしたほか、メンテナンス性に配慮し、電池交換を短時間でできるようなデザインとした。平成22年度後半から製作を始め、地震の影響で一月ほど遅れたものの、設計通りのAUVを製作することができた。2、音響相対測位アルゴリズムの実証試験3、1台のAUVと固定ステーションによる実海域試験研究代表者らの所有するAUV「トライドッグ1号」を用いた実海域試験により、実海域における提案手法の有効性を検証すると共に、実際に鹿児島湾の海底環境を画像マッピングし、提案システムの総合的な性能を検証した。実験は海洋研究開発機構の観測船「淡青丸」のKT10-20次研究航海(2010年9月、鹿児島湾主席研究員:巻俊宏)にて実施した。本研究の目的は以下の3点である。(3)LAUVと申請者らの所有するAUV「トライドッグ1号」と共同で実海域実験を行い、提案手法の有効性を検証する。(1)LAUVの調整平成22年度に開発したLAUV(Tri-TON)を水槽にて試験し、各種ソフトウェアの開発ならびにセンサの調整を行った。また、実海域実験に向けて必要となる機器類(通信装置、バラストリリーサー等)を整備した。(2)2台のAUVによる測位手法に関する水槽実験水槽にLAUVと海底設置型の基地局を展開し、協調アルゴリズムに関する水槽実験を実施した。AUV間の相対測位はALOC(平成21年度に開発した音響による通信・測位装置)により、リアルタイムに自己位置推定を行い、海域運用に向けた調整を行った。(3)実海域実験トライドッグ1号、LAUV、海底ステーションを浅海域(OKIシーテック、静岡)に展開し、AUV自身の音響的ノイズおよびALOCの信号強度の計測を行った。また、トライドッグ1号と海底ステーションを鹿児島湾に展開した。その結果、提案手法によりトライドッグ1号をステーションを基準として高精度にナビゲーションすることに成功し、約20×40mの範囲の画像マッピングを行うことができた。これにより提案手法の有効性が示された。(4)研究の総括これまでに得られた実験結果をとりまとめ、学会誌および国際会議にて発表した。
植物の細胞分裂の制御機構

1.タバコサイクリンDの機能解析昆虫細胞発現系により調製したタバコサイクリンD3がCdc2aと複合体を形成し、ヒストンH1とRbタンパク質をin vitroでリン酸化することを見い出した。また、タバコサイクリンDにGFPを融合させて、形質転換BY-2を作出し、細胞内局在性を解析した。野生型は核に局在するが、リン酸化部位変異体(T191A)は主に細胞質に局在することが分かった。T191Aを昆虫細胞発現系により調製したところ、Cdc2aと複合体を形成するがヒストンH1キナーゼ活性が低下し、サイクリンDの191番目のスレオニンが核への局在性とキナーゼ活性に必要であることが示唆された。次に、DNAヒストグラムを解析したところ、野生型の高発現によってG1期の細胞の割合が減少してS期の割合が増加し、タバコサイクリンD3がG1期からS期への移行を促進することが示唆された。また、グルココルチコイド誘導発現系を用いた実験系を確立し、リン酸化部位変異体(S296,300A)は野生型より安定だが、T191Aでは安定性が低いことが分かった。現在、他のタイプのサイクリンD3と供に、タバコRbの推定リン酸化部位を含むペプチドを合成して、各サイクリン/Cdc2a複合体の基質特異性を解析している。2.タバコRbの機能解析タバコRbにある13ケ所の推定リン酸化部位変異体を構築し、誘導発現系を用いて形質転換BY-2を作出した。誘導処理により細胞の成長が抑制されることが明らかになった。また、タバコRb抗体を作製し、Western解析によりBY-2細胞では植え継ぎ後5日目までは蓄積しているが、それ以降の増殖停止期では検出されないことが分かった。mRNAはどの時期でもほぼ同程度蓄積し、阻害剤を用いた解析により、Rbタンパク質が増殖停止期でユビキチン-プロテアソーム系によって分解されることが示唆された。また、[35S]メチオニンの取り込み後Rb抗体による免疫沈降により、増殖停止期でも新規合成は起こっていることが明らかになった。3.タバコE2Fの機能解析イネPCNAプロモーターをレポーターとした一過的な解析系により、タバコE2FがシロイヌナズナDPaと共発現することによって転写活性化が起きることが分かった。この系にタバコRbを発現させると量依存的にE2Fの転写活性化が抑制され、さらにサイクリンD3を発現させることによりRbによる抑制が回復することが示された。また、サイクリンA、BではRbの抑制が回復されないことから、サイクリンD3/Cdc2aによるRbのリン酸化が、RbによるE2Fの転写活性化の抑制からの回復に関与することが示唆された。
ナノ構造設計に基づくイオンチャネルチップの開発

細胞膜構造を人工的に構築した人工細胞膜は,高感度バイオセンサーや薬物スクリーニング系として期待されてきたが,脂質二分子膜は機械的強度が極めて低く,その発展の障害となっていた.本研究課題では,半導体微細加工技術や陽極酸化を用いて作製したナノ構造体と,バイオナノ薄膜である脂質二分子膜とを融合させることにより,人工脂質二分子膜の最大の問題であったその機械的脆弱性の問題を解決し,従来比約10倍の膜寿命と耐電圧特性をもち,かつ溶液交換耐性も兼ね備えた機械的強度の高い人工細胞膜系を構築することに成功した.これにより,人工細胞膜センサーの飛躍的発展のための基礎をつくった.細胞膜構造を人工的に構築した人工細胞膜は,高感度バイオセンサーや薬物スクリーニング系として期待されてきたが,脂質二分子膜は機械的強度が極めて低く,その発展の障害となっていた.本研究課題では,半導体微細加工技術や陽極酸化を用いて作製したナノ構造体と,バイオナノ薄膜である脂質二分子膜とを融合させることにより,人工脂質二分子膜の最大の問題であったその機械的脆弱性の問題を解決し,従来比約10倍の膜寿命と耐電圧特性をもち,かつ溶液交換耐性も兼ね備えた機械的強度の高い人工細胞膜系を構築することに成功した.これにより,人工細胞膜センサーの飛躍的発展のための基礎をつくった.本研究では,半導体微細加工や陽極酸化を用いて作製したナノ構造体とバイオナノ薄膜である脂質二分子膜とを結合させることにより,二分子膜系の最大の問題であったその機械的脆弱性の問題を解決し,チャネルタンパク質に基づくバイオチップやセンサーアレイの構築を目指している.今年度は,窒化ケイ素薄膜を積層したシリコン基板を加工して微細孔を作製し,その孔中で二分子膜形成を行い,構築した膜系の機械的強度について評価を行った.その結果,構築した膜系は,耐電圧±1.V以上,最長寿命43時間であり,チャネルを包埋した状態でも数回にわたる溶液交換に耐える膜安定性を示した.よって,従来の二分子膜に比べて著しく強度の高い二分子膜の形成に成功した(Langmuir 2010, 26, 1949-1952.).しかし,この膜系には,シリコン由来の大きな電気容量のためノイズ電流が大きいという問題があることも分かってきた.そこで,絶縁層の被覆により電気容量を下げた結果,従来の膜系と同等のレベルまでノイズを減らすことに成功した.また,ナノポーラス構造をもつポーラスアルミナ薄膜上での脂質二分子膜形成についても検討し,従来の二分子膜に比べて高い機械的強度と,チャネル電流計測に適した電気特性を兼ね備えた二分子膜の形成に成功した.この他,二分子膜形成時における再現性の向上を目指し,表面赤外分光法を用いた脂質二分子膜形成過程のその場観察を行い,チャネル電流測定には必須のGΩレベルの高い抵抗を持った二分子膜が形成される際には,リン脂質分子のC=O伸縮モードが現れることを見出した(Appl.Phys.Lett.2009, 94, 243096-1-3.)本研究では,半導体微細加工や陽極酸化を用いて作製したナノ構造体とバイオナノ薄膜である脂質二分子膜とを結合させることにより,二分子膜系の最大の問題であったその機械的脆弱性の問題を解決し,チャネルタンパク質に基づくバイオチップやセンサーアレイの構築を目指している.今年度は,ナノポーラス構造をもつポーラスアルミナ薄膜を支持体として用いて,脂質二分子膜の安定化を行うアプローチについて検討した.ナノポーラス構造を用いることにより,個々の膜面積をナノスケールに下げることによる膜安定性の向上と,同時に,大きな総膜面積を保つことによるチャネル包埋確率の向上の2つを兼ね備えた膜系の構築を目指した.その結果,構築した膜系は,耐電圧±1V以上,最長寿命30時間であり,従来の二分子膜に比べて著しく強度の高い二分子膜の形成に成功した(Applied Physics Letters 2010,96,213706.).この他,前年度に報告したシリコン微細加工に基づく安定化脂質二分子膜の電気特性の向上についても検討を行った.この膜系は非常に安定で,ポーラスアルミナを支持体として用いた膜系でも不可能な溶液交換にも耐える非常に高い機械的強度を持つが,シリコン由来の大きな電気容量のためノイズ電流と過渡電流が大きく,高速開閉する生体チャネルのチャネル電流を記録するためには電気特性の改善が必要であった.本年度は,このシリコンチップの電気容量を下げるため,熱酸化膜(SiO_2層)およびテフロン層による絶縁層被覆を行い,このチップ内に形成した二分子膜の電気特性を評価した.その結果,ノイズ電流幅を1-2pA,過渡電流を0.5ms以下にまで下げることに成功した(投稿中).本研究では,半導体微細加工や陽極酸化を用いて作製したナノ構造体と,バイオナノ薄膜である脂質二分子膜とを結合させることにより,二分子膜系の最大の問題であったその機械的脆弱性の問題を解決し,チャネルタンパク質に基づくバイオチップやセンサーアレイを構築することを目的としている.前年に報告したシリコン微細加工に基づく安定化脂質二分子膜では,シリコン由来の大きな電気容量のためノイズ電流と過渡電流が大きいという問題があったが,熱酸化膜(SiO_2層)およびテフロン層を用いた絶縁層被覆を行いシリコンチップの電気容量を下げることにより,ノイズ電流幅を1-2pA(peak-to-peak),過渡電流を1ms以下にまで下げることに成功した(Micro and Nanosystems,2012,4,2-7.).