hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
相対運動描画ロボットによる媒体的認識の発現

本研究ではメディウムを単なる手段(mean)ではなく、人間の意志に対向し、競合する自律した存在=抵抗物として捉え、この抵抗物との恊働こそが人間精神の創造をうながし技術を成長させるものだと考える。絵画のメディウムとしての支持体(画材、画面)自体を描画者に対等に対向し運動する自律系として捉え、これを趣旨に独自に開発した「相対運動描画ロボット」を用いて、描画主体の拡張と可塑性の発現原理を明らかにした。本装置を実践的かつ徹底的に使いこなすことで、形象も筆圧を変化させても、個々の表現者に内在する筆圧特性=傾向のみを、異なる形象においても、反復的に再現可能であることが示された。具体的には絵画のメディウムとしての支持体(画材、画面)自体を描画者に対等に対向し運動する自律系として捉える。これを趣旨に独自に開発した「相対運動描画ロボット」を用いて、様々な相における媒体的認識(入力情報や出力情報を対象化して捉えるのではなく、それらの変換過程自体を把握する認識)の発現を目指して、研究遂行中である。今年度は、おもに二つのサブテーマを実施した。一つは、相対運動描画ロボットの機能精緻化と描画データ入力インターフェースの開発である。これまでに開発している相対運動描画ロボットの運動を現在よりさらに精緻化、運動の高機能化を行い、描画者の指先の微妙で俊敏な所作も採取できるロボットインターフェースを構築した。具体的には、ロボット制御系の位置決め精度の向上と、データサンプリングの高速化・高解像度化を実施した。また、描画データ入力インターフェースの操作性および汎用性の向上させるため、プラットフォームインデェペンデントなソフトウエアシステムとしてのデータアーカイバ・サブモジュールを構築した。もう一つのサブテーマは、開発した描画データ入力インターフェースを用いた描画データのアーカイブ化作業の開始とワークショップと通した媒体的認識の発現過程の実証的検証である。具体的には、インターフェースソフトは頒布し、芸術家やダンサーなどの多くの表現者らから描画データの入力の協力を得て、描画データアーカイブ作成に着手した。そして、武蔵野美術大学や米国ハーシュホーン美術館、日本学術振興会米国ワシントン支局などで複数回ワークショップを実施し、様々な描画者の応答を詳細に記録、分析し、これらもアーカイブ化した。昨年度は、フェーズI「相対運動描画ロボットの精緻化と実証的検証」を推進した。今年度は、当初の計画通りに、フェーズII「描画応答の分節化と構造化」に着手し、描画者とロボットの恊働関係(主体とメディウム=主体、の交錯、交換、入替え)をより精密に構造化させ展開させる方法論の確立に向けて、研究を前進させた。具体的には、ロボットと描画者の応答を細密に分節化、描画者の手の運動を確率的に予測して先にロボットに運動させる入力プログラムの開発に取り組み、芸術作品の制作に使用できるレベルにまで実装することができた。これにより、描画意図が描画者にのみに帰属するのではなく、むしろメディウム(ロボット)によって誘発、先導される場面をさらに前面化させることができたと考えられる。また描画想起実験をおこない、描画者が忘却していた技術や描画意図がロボット(メディウム)によって誘発され、描画者に再動機化=想起されることが可能になることを明らかにした。これにより忘れていた勘、かつて可能であった身体技能が取り戻される場面を検証することも可能になると考えられる。おおむね順調に進展している。全体として85%程度の達成度である。本研究課題の主たる課題は、独自に開発した「相対運動描画ロボット」を用いて、様々な相における媒体的認識(入力情報や出力情報を対象化して捉えるのではなく、それらの変換過程自体を把握する認識)の発現を促すものであった。今年度は、ロボットインタフェースをさらに洗練させ、描画主体の拡張と可塑性(入力作家と出力ロボットと描画者の3者の協働)を元にした制作を可能にするほどの、「描画応答の分節化と構造化」についての知見を得ることができた。また、描画想起実験をおこなって、失われた勘を取り戻すための支援技術の開発につながる実証データを得ることができた。以上のように、研究が前進したため、全体の研究目的達成度は標記のように判断される。

これを趣旨に独自に開発した「相対運動描画ロボット」を用いて、描画主体の拡張と可塑性の原理を明らかにすることが本研究の目的であった。当初の計画通りに、26年度は、フェーズI「相対運動描画ロボットの精緻化と実証的検証」を、27年度は、フェーズII「描画応答の分節化と構造化」をそれぞれ推進した。これにより、ロボットインタフェースがより洗練化し、入力作家と出力ロボットと描画者の3者の協働という形式で、描画主体の拡張と可塑性が現象化したといえる。最終年度である28年度は、この描画主体の拡張と可塑性の発現原理の探求は革新的な段階に到達することができた。実践的にこの装置を徹底的に使いこなすことで、獲得することのできた膨大な実証的データは、従来、描画主体の個性の表出として理解されてきた、個々人の筆跡特性は、身体と外部環境との函数(にかかる一種の係数)であると仮説を裏付けるに充分なものとなった。当研究が実装した装置は、筆圧変化を計測し、再現する方法ではなく、この函数を可変的に変化可能にし装置に実装化することによって、筆触特性を再現することに成功したのである。すなわち形象再現でも筆圧再現でもなく、形象も筆圧を変化させても、個々の表現者に内在する筆圧特性=傾向のみを、異なる形象においても、反復的に再現可能であることが示されたのである。メディウムとの協働つまり道具を扱う技術によって、個々人の個性を含む、人間精神の構造が形成されるという本研究の考えが、最終年度活動を通じて実証されたと考えられる。本研究ではメディウムを単なる手段(mean)ではなく、人間の意志に対向し、競合する自律した存在=抵抗物として捉え、この抵抗物との恊働こそが人間精神の創造をうながし技術を成長させるものだと考える。絵画のメディウムとしての支持体(画材、画面)自体を描画者に対等に対向し運動する自律系として捉え、これを趣旨に独自に開発した「相対運動描画ロボット」を用いて、描画主体の拡張と可塑性の発現原理を明らかにした。本装置を実践的かつ徹底的に使いこなすことで、形象も筆圧を変化させても、個々の表現者に内在する筆圧特性=傾向のみを、異なる形象においても、反復的に再現可能であることが示された。本研究課題の主たる課題は、独自に開発した「相対運動描画ロボット」を用いて、様々な相における媒体的認識(入力情報や出力情報を対象化して捉えるのではなく、それらの変換過程自体を把握する認識)の発現を促すものであった。今年度は、当初の計画どおりに、ロボットインタフェースの構築とワークショップによる実証的検証を順調に進めることができたため、全体の研究目的達成度は標記のように判断される。平成28年度は、最終フェーズとして、「III内的把握変換群のデータ化」に着手する予定である。これまでに開発した相対運動描画ロボットにより、運動把握が固定点(身体を動かさず、触れる点を固定する)における触覚(質感の変化)によって可能になること、また、この運動把握により視覚像の把握も可能になることは実証された。すなわち触覚→(運動把握)→視覚という変換は検証された。この事実は、触覚→視覚は、それ自体は感覚に対応しない(強度と次元の変数によって構成される)入力情報の時間変移=運動データを媒介にして変換されうることを示唆する。
X線顕微鏡の開発と生物学・医学への応用に伴う諸課題の検討

本年度は、3年目の最終年度であるが、予定通り年2回の研究打合せと報告会をもった。1回目は8月戸隠高原荘で行ない、18件の演題が出され、約30名の出席を得て行われた。また、打合せ会及びワ-キンググル-プの会にも充分の時間をとって当研究班の今後の対応を討議した結果、X線顕微鏡の生物学的な応用を主眼とした総合研究班を組織すべきであるとの結論を得て、木原裕自治医大教授を研究代表者として、平成2年度の科研費として申請することにした。第2回目は平成2年1月つくば研究センタ-で行い、13件の演題が出され、約30名の出席を得て行われた。これらの研究報告会のプログラムは3年分まとめて研究成果報告書に掲載した。研究打合せ会では平成2年度の科研費に2年間の総合研究(A)として申請したことなどが話し合われた。2年目の63年8月の研究会を自治医大で「X線顕微鏡栃木国際集会'88」として内外の約90名の研究者(国外10名)の出席を得て行ったが、そこで発表された成果を、今年の年初に単行本「X-Ray Microscopy in Biology and Medicine」として刊行することができた。これにはその編集委員長を引きうけられた都立臨床医学総研の篠原邦夫氏の労に負うところ極めて大きい。3年間の研究会及びワ-キンググル-プの活動を通して、X線顕微鏡の開発とその応用に関して世界的な現状の把握と将来に対する展望を拓くことができたという点で、有意義な成果を挙げることができたものと思われる。1.62年9月東京で研究班会議を開催し,研究交流,今後の班の進め方についての議論を行った.また,同日三つのワーキンググループ(WG)を発足させメンバーを決めた.製作技術WG:責任者青木貞雄(筑波大,物工)生物・医学への応用WG:責任者篠原邦夫(東京都臨床医学總研)他の顕微法との比較WG:責任者木原裕(自治医大)2.63年2月に第2回の全体発表会を行うこと, 63年8月末に外国からの参加者も交えた第3回全体発表会を行うことを決めた.4.63年2月12, 13日の両日仙台で第2回の全体発表会を行った.また, 8月の国際集会についての準備状況を報告し,了承を得た.5.栃木国際集会のファストサーキュラーは1月に配布され,近くセカンドサーキュラーが印刷配布される予定である.6.研究班員に配分した消耗品費及び旅費の残金の使途について検討し, X線顕微鏡の標準テスト試料として透過型グレーテング(2000本/mm,格子間隔0.5μm)を3ケ購入した.7.各研究班員から研究課題の提出を求め目下まとめつつある.本年度は、3年目の最終年度であるが、予定通り年2回の研究打合せと報告会をもった。

2年目の63年8月の研究会を自治医大で「X線顕微鏡栃木国際集会'88」として内外の約90名の研究者(国外10名)の出席を得て行ったが、そこで発表された成果を、今年の年初に単行本「X-ray Microscopy in Biology and Medicine」として刊行することができた。これにはその編集委員長を引、けられた都立臨床医学総研の篠原邦夫氏の労に負うところ極めて大きい。3年間の研究会及びワ-キンググル-プの活動を通して、X線顕微鏡の開発とその応用に関して世界的な現状の把握を将来に対する展望を拓くことができたという点で、有意義な成果を挙げることができたものと思われる。
電磁ホーン型ESRによる相転移・分域反転時等極端条件下でのフェロ結晶の応用計測

Kバンドの他に、Xバンド、Lバンドの3種類の電磁ホーン型ESR(電子スピン共鳴)装置を開発した。磁場掃引の他に、周波数掃引ESRスペクトルを得ることに成功した。当該電磁ホーン型ESR装置に試料温度可変装置、ESR用1軸・2軸ゴニオメーター、及び1軸性応力(圧力と張力)と電場印加装置等を新たに開発し、硫酸グリシン、亜リン酸グリシン、チタン酸バリウム強誘電体に遷移金属を添加した試料、又はガンマー線照射で結晶中にラジカルを生じさせた試料で、相転移下等の極端測定条件下でのESR計測を行った。1世界で現在のところ当研究室でしか稼働していないマイクロ波透過方式電磁ホーン型ESR装置を大改造して、マイクロ波反射方式電磁ホーン型ESR装置仕様にした。そのため、ESR感度が2桁以上改善されて、電磁ホーン型ESR装置をほぼ実用化の状態に持ってきた。2電磁ホーン型ESR用の単結晶角度回転装置を作製し、重水置換亜リン酸グリシン単結晶にγ線を照射してPO^<2->_3ラジカルを生成し、as grownの巨大結晶のまま、共鳴磁場の角度依存性を測定した。従来の共振器型ESRでの計測と遜色はなかった。今後非破壊で計測可能。4強誘電体TGS:Cu(II)の強誘電軸に垂直な面に電極を設置し、室温から70°CでESRスペクトルと誘電率の同時測定を温度をキュリー温度(49°C)の上下で可変しながら精密計測を行った。電磁ホーン型ESRは共振器型ESRと違い、巨大試料でも、キュリー温度でのように誘電ロスが大きな場合でも計測できる。今後ESR計測と他の種々な計測法との同時計測を検討。5BaTi_<0.8>Zr_<0.2>O_3:Mn(II)キュリー温度0°Cの巨大で幅広のリラクサー誘電異常を示すセラミックスの誘電ロスの木きなキュリー点近傍でのMn(II)イオンのESRスペクトルを計測。6X-band仕様の電磁ホーン型ESRを他の助成金と併せて開発した。当該装置で2,3の新規な機能を設置することを検討中である。1世界で現在のところ当研究室でしか稼働していないX-band及びK-band電磁ホーン型ESR装置を大改造して、感度・精度・操作性が大幅に向上した。諸改造の結果、ESR定量計測性が確立した。2ガンダイオードによるマイクロ波発振の他に、周波数掃引発振器を用いて、周波数掃引ESR計測に固体単結晶試料、粉末試料、水溶液試料で計測に成功した。さらなるESR応用計測性が広がった。3精密1軸試料回転装置を作製し、Cu(II)イオンを添加した強誘電体硫酸三グリシン(TGS)単結晶試料、L-アラニンを添加した強誘電体硫酸三グリシン単結晶にガンマー線を照射した単結晶試料、重水を高濃度に置換した強誘電体亜リン酸グリシン単結晶試料にガンマー線を照射した単結晶試料の共鳴磁場の精密角度依存性を計測した。これらはスタック・ソフトでわかりやすく表示できるようになった。4温度可変装置としてジュワー瓶による液体窒素等の冷媒による低温ESR計測、クーリングサーキュレータ方式による室温近辺の60K程の温度可変が可能になり、現在計測中である。5 Zrを2割添加したBaTiZr03:Mn(II)セラミックス(リラクサー)のキュリー温度での(誘電ロスが大きくて、従来の共振器型ESRでは計測困難な状況)ESRスペクトル計測を行い、ESR計測に成功した。1現在のところ世界で当所でしか稼動していないK-band及びX-band電ホーン型ESR装置に加えて新たにL-band ESR装置開発を行い、電磁ホーン型以外にESR特殊共振器を5機種試作し稼動させた。2上記の電磁ホーン型ESR装置で広範囲周波数掃引ESRスペクトルを得ることができ、特殊位相器を試作し、方解石:Mn(II)、TGS:Cu(II)単結晶等で周波数掃引ESRスペクトルの位相調整ESRスペクトルの計測にほぼ成功した。これらの3周波数帯でのESR計測は強磁性体マルチフェロ結晶に応用できる。3電磁ホーン型ESR装置用の1軸角度回転仕様1軸性応力(圧力と張力)及び電場印加装置を試作し、単結晶の応力印加による歪み研究、強弾性体・強誘電体の分域反転時のESR計測に応用。4電磁ホーン型ESR装置用の2軸ゴニオメーター(角度精度1゚)を試作した。強誘電体重水置換亜リン酸グリシン単結晶のスピンハミルトニアン解析を当ゴニオとウルフネットを用いて解析した。

5電磁ホーン型ESR装置用に、クーリングサーキュレーターを用い-10°Cから60°Cまで試料温度が可変できる精密温度可変装置を試作し、強誘電体TGS:Cu(II)単結晶に電極をつけ、ESRと誘電率の2つの物理量を同時測定をしながら、誘電ロスの大きな従って極端条件下であるキュリー温度(49°C)でのESRと誘電率の同時計測と、キュリー温度前後での数十°Cの温度範囲で同時計測を行った。6Zrを2割添加したBaTiZrO3:Mn(II)セラミックス(リラクサー)のキュリー温度前後50°Cの幅でESRスペクトルの精密測定を行った。(従来の共振器型ESR装置では、当セラミックスのキュリー温度前後での大きな誘電ロスのために計測困難であった。電磁ホーン型ESRで初めて計測に成功した。
鳥類胚迷走神経域の神経堤細胞は腸管分布に関して分節的な意味をもつか

迷走神経域(1-7体節レベル)の神経堤細胞が、腸管分布に関して分節的移動を行うかどうかについて検討を加えた。ニワトリ-ウズラ胚間移植実験系を使って、1-7体節レベルの神経管を3体節あるいは1体節分の長さに区切った置換移植を行い、移植後の腸管(9日胚)におけるウズラ細胞の分布について顕微鏡観察を行った。以下の実験結果が得られた。(1)3体節長の神経管を移植した場合:3-5体節レベルから走出した神経堤細胞は、腸管全域に分布した。数量的にも1-7体節移植のものにほぼ匹敵していた。6-8体節レベルからの神経堤細胞は、砂嚢にのみ少量分布した。砂嚢は、正常3日胚の迷走神経域から神経堤細胞が腸管へ初めて侵入する部位である。また、耳胞-2体節レベル移植の場合、6-8体節レベル移植と同様に前胃と砂嚢に少数分布し、また食道全域にも少数分布した。(2)1体節長の神経管を移植した場合:2体節レベルからの神経堤細胞は、食道から砂嚢までに分布し十二指腸以降には分布しなかった。6体節レベルからの神経堤細胞は、砂嚢のみに分布しそれ以外の腸管部分へは移動していなかった。数量的にも、ごく少数の細胞しか走出していないものと推測された。各3、4、5体節レベルからの神経堤細胞は、腸管全域に分布し、かつ数量的にも他のレベルに比べ、圧倒的に多いことが確かめられた。すなわち、腸管に分布する迷走神経域の中で“3-5体節レベルが主たるSOURCEである"ことが明らかであった。また、これらの実験結果から、迷走神経域の神経堤細胞は分節的な分布域を持たないことが結論された。
破産問題の公理分析におけるヤングの定理とその一般化について

破産問題における配分ルールについての研究を行い次の結果を得た:・本研究では協力ゲームの理論の応用分野の1つである「破産問題」における配分ルールに関する「Youngの定理」について考察した。より具体的には、考慮すべき請求権(claim)の値を自然数に限定することにより、通常は非常に難解とされているYoungの定理の証明が極めて簡単なものになることを示した。Young自身による設定では、各債権者の請求権は任意の実数の値を取りうると仮定していたために、定理の証明が不必要に難解なものとなってしまい、その結果として、この定理がなぜ成り立つのかといったことの理解を妨げてきたといえる。本年度分の研究成果をまとめた、というタイトルの論文を、共同研究者のWilliam Thomson教授(ロチェスター大学)と執筆中であり、論文が完成次第、学術雑誌に投稿する予定である。・また、「破産問題」といろいろな点で似ている「行列間題」についての共同研究をYoungsub Chun教授(ソウル大学)と行い、「行列問題」においてはShapley valueとnticleolusという2つの配分ルールが一致するという結果を得た。この結果をまとめた共著論文破産問題における配分ルールについての研究を行い次の結果を得た:
マクロライド系抗菌剤がポルフィルモナスジンジバリスのバイオフィルムに及ぼす影響

マクロライド系抗生物質であるアジスロマイシン(AZM)とエリスロマイシン(EM)のPorphyromonas gingivalisバイオフィルムに対する効果を,静置系とフローセル系で作製した2種のバイオフィルムを用いて他の抗生物質と比較検討した。AZMは最小発育阻止濃度以下(sub-MIC)で2種のバイオフィルムを,EMを含めた他の抗菌剤に比べ有意に抑制した。そのメカニズムは殺菌的,すなわち抗菌効果ではなく,バイオフィルムの構造やシグナル伝達等に影響したと推察され,AZMの抗バイオフィルム作用によることが示された。Porphyromonas gingivalisはヒトの難治性根尖性歯周炎や成人性歯周炎に密接に関与している。一方、バイオフィルムは抗生物質に抵抗性を示すが、15員環のマクロライド製剤であるアジスロマイシンは、緑膿菌に対しては最小発育阻止濃度(MIC)以下のsub-MIC濃度でクオラムセンシングを担うオートインデューサーの産生を抑制し、バイオフィルム形成を阻害する。本年度は、sub-MIC濃度のアジスロマイシンがP. gingivalisバイオフィルムに及ぼす影響の検索を目的として以下の実験を行った。P. gingivalis381株、W83株、HW24D1株(各MICs:0.5μg/ml)、陰性対照としてRE1株(381株のglycosyltransferaseをコードする遺伝子の欠損株で、アジスロマイシン耐性株)を供試菌株として、まず連続希釈法にて、各々の菌株の浮遊細胞に対するMICを検索した。次に、独自に開発したModified Robbins deviceを用いて、ヒドロキシアパタイトディスク(n=10)上にバイオフィルムを形成させた後、アジスロマイシンの最終濃度が1μg/mlおよびsub-MIC濃度、すなわち0.125μg/mlになるように調整した培養液を3日間添加した。さらに4日間培養液のみを灌流し、バイオフィルムの生物学的活性をATP analyzerで評価するとともに、微細形態学的に検索した。381株、W83株、ならびにHW24D1株のMICはそれぞれ2.5.1.25.>20μg/mlであった。一方、バイオフィルムについては、3株ともsub-MIC濃度である0.125μg/mlのアジスロマイシンの添加によりATP量が有意に低下した(p<0.005)。RE1株ではATP量が増加傾向を示したが、有意差はみられなかった。微細形態学的では、いずれの菌株のバイオフィルムも抑制傾向がみられ、形成領域が縮小した。これらより、低濃度のアジスロマイシンは、P. gingivalisのバイオフィルムに対しては、その成長過程で作用するのではなく、成熟したバイオフィルムの、1)菌体表層のマトリックスに影響を及ぼす、2)致死感受性を亢進させる、などにより抗バイオフィルム作用を発揮した可能性が示唆された。Porphyromonas gingivalisはヒトの難治性根尖性歯周炎や成人性歯周炎の主要病原細菌の1種である。平成19年度は、P.gingivalis 381株、W83株、HW24D1株を用いて、フローセルモデル上で作製したバイオフィルムに対するアジスロマイシンの効果を検索し、3株とも最小発育阻止濃度(MIC)以下のsub-MIC濃度でもバイオフィルム形成細胞数が低下することを報告した。本年度は、マクロライド系抗菌剤、アジスロマイシンの効果を各種抗菌薬と比較検討するため、エリスロマイシン、アンピシリン、オフロキサシン、テトラサイクリン、ミノサイクリンならびにゲンタマイシン(0.015625-640μg/ml)がP.gingivalis 381株のバイオフィルムに及ぼす影響を静置系で検索した。その結果、エリスロマイシンはsub-MIC濃度(Minimum:0.015625μg/ml)でバイオフィルム形成細胞数を有意に低下させた。テトラサイクリンはMICと同等の濃度でバイオフィルムを優位に抑制したが、アンピシリン、オフロキサシン、ミノサイクリンは、MICの20-100倍の濃度でバイオフィルムを有意に抑制した。ゲンタマイシンは、供試したいずれの濃度においてもP.gingivalisには無効であった。続いて、MIC以下でバイオフィルムを抑制した抗菌薬、エリスロマイシンとテトラサイクリンをフローセル系で作製した成熟バイオフィルムに作用させたところ、MIC以上では抑制作用がみられたが、sub-MIC濃度で成熟バイオフィルムを抑制した抗菌薬はみられなかった。MIC以上の濃度では3次元観察においても、バイオフィルムの抑制傾向がみられ形成領域も縮小しており、定量結果の根拠となる画像が得られた。本年度供試した抗菌剤は、P.gingivalisバイオフィルムに対して抗バイオフィルム作用を示さず、バイオフィルムは薬剤抵抗性を示すという一般的に定着した概念を改めて示唆するものであった。

しかしながら、本研究課題で最も着目した抗菌薬であるアジスロマイシンは、昨年報告したようにsub-MIC濃度においてもP.gingivalisバイオフィルムに対し、抗バイオフィルム作用を示したため、研究代表者の育児休業による研究中断期間終了後は、当初の研究計画に基づきアジスロマイシンがP.gingivalisの毒素産生や遺伝子・タンパク発現に及ぼす影響についての研究を再開する予定である。本年度は、フローセル系で作製したバイオフィルムに各種抗菌剤を作用し、アジスロマイシン(AZM)やエリスロマイシン(EM)の効果と比較検討した。さらに、AZMがPorphyromonas gingivalisのクオラムセンシング関連遺伝子の発現に及ぼす影響をリアルタイムPCRにより定量し、バイオフィルム形成時に機能する遺伝子の同定を試みた。AZMは、最小発育阻止濃度以下の0.125μg/mlにおいてフローセル系P. gingivalisバイオフィルムを有意に抑制し,EMと比較してより有用であることが明らかとなった。アンピシリンとオフロキサシンは、最小発育阻止濃度以上で抑制効果がみられ、バイオフィルム菌は抗生物質に抵抗性を示すという一般的な従来の概念に一致した結果となった。ゲンタマイシンはP. gingivalisバイオフィルムを抑制しなかった。3次元像においても,AZMは顕著なバイオフィルム抑制効果が確認されたが,0.125μg/mlでは死菌はほとんど確認されなかった。したがって、この抑制作用は殺菌的ではなく,バイオフィルムの構造自体や,シグナル伝達機構等に影響したものと推察された。MIC以下で臨床応用できれば,耐性菌の出現が抑制可能となり,極めて有意義な薬剤としての地位が確立されると考えられる。一方,これら2種のマクロライド系薬剤のP. gingivalisバイオフィルムに対する作用機序は不明であり,この効果がクオラムセンシング阻害であるか,菌体外マトリックス破壊によるか等,抗バイオフィルム薬としての作用機序を明確にすることが今後の検討課題である。また、研究実施期間内に検索したクオラムセンシング関連遺伝子のうち、AZMやEM作用時に発現量に有意差がみられた遺伝子は無かったが,検索は継続しておりマクロライド系薬剤のクオラムセンシングを介したバイオフィルムへの作用は近い将来明らかになると考えている。
くも膜下出血急性期の病態形成を制御する炎症性サイトカインの機能解明と治療法の開発

くも膜下出血は、約半数の患者が初回の出血で死亡する重篤な疾患である。たとえ出血による急性期の直接的な脳障害を免れた患者でも、2-3週間の内に遅発性脳虚血を生じて生命・機能予後を更に悪くする。近年進歩した免疫システムの研究は、アレルギーや自己免疫疾患のみならず脳虚血においても炎症病態が関与している事を解明した。研究代表者は、くも膜下出血とその後の遅発性脳虚血においても同じような炎症のメカニズムが関与しているのではないかとの着想を得て、本研究を行なっている。すなわち、くも膜下出血急性期の病態形成に炎症性サイトカインが関連しているかどうか、関連しているならばその機能解明と最終的には治療法の開発を目指している。炎症性サイトカインのうち、脳梗塞での関与が明らかとなったIL-23、IL-17をターゲットとして、研究期間内には以下の4点について明らかとしたいと考えている。1. IL-23がくも膜下出血急性期の脳浮腫に対する増悪因子であることを明確にし、その分子機構を明らかにする。2. IL-23が、遅発性脳虚血にも関与しているかどうかを明らかにする。3. IL-17が、くも膜下出血後の脳浮腫、その後の遅発性脳虚血に関与しているか明らかにする。4.くも膜下出血と遅発性脳虚血の新たな治療法の可能性を明らかにする。本年度は、上記1.3.に関連した研究を主に行った。すなわち、IL-23ノックアウトマウス、IL-17ノックアウトマウス、に対して穿通法にてくも膜下出血を生じさせ、24時間後、72時間後の脳浮腫の評価、神経学的評価を行った。また、IL-23については実臨床での髄液検体内測定も行い、IL-23関与の検討も行った。くも膜下出血急性期における脳浮腫の継時的評価は、脳梗塞での既報を参考に、くも膜下出血発症24時間以後を行なっていた。しかし、発症24時間以内の評価も行なったところ、24時間時点よりもより強い脳浮腫を生じる事が判明した。このため、計画していた時系列よりも短い時間での評価を行う必要があり、当初の予定よりも遅れた状況となっている。現在までの研究経過から、IL-23がくも膜下出血後急性期脳浮腫に関与している可能性が強く示唆されている。現在、その継時的評価を行なっている途中である。今後の研究でさらに明確となれば、その後の臨床経過や機能予後にどのように反映されるのか、考察していく予定である。本研究では、くも膜下出血急性期の病態形成に炎症性サイトカインが関連しているかどうか、関連しているならばその機能解明と最終的には治療法の開発を目指している。脳梗塞での関与が明らかとなったIL-23、IL-17をターゲットとして、研究期間内には以下の4点について明らかとしたいと考えている。1.IL-23がくも膜下出血急性期の脳浮腫に対する増悪因子であることを明確にし、その分子機構を明らかにする。2.IL-23が、遅発性脳虚血にも関与しているかどうかを明らかにする。3.IL-17が、くも膜下出血後の脳浮腫、その後の遅発性脳虚血に関与しているか明らかにする。すなわち、IL-23ノックアウトマウス、IL-17ノックアウトマウス、に対して穿通法にてくも膜下出血を生じさせ、24時間後、72時間後の脳浮腫の評価を行った。また、併せて神経学的評価を行った。IL-23ノックアウトマウス、IL-17ノックアウトマウスの交配は予測困難であることもあり、平成29年度には必要症例に到達していない。しかしながら、既に生育途中のマウスも確保できており、平成30年度には必要症例に到達する見込みである。

すなわち、IL-23ノックアウトマウス、IL-17ノックアウトマウス、に対して穿通法にてくも膜下出血を生じさせ、24時間後、72時間後の脳浮腫の評価、神経学的評価を行った。また、IL-23については実臨床での髄液検体内測定も行い、IL-23関与の検討も行った。くも膜下出血急性期における脳浮腫の継時的評価は、脳梗塞での既報を参考に、くも膜下出血発症24時間以後を行なっていた。しかし、発症24時間以内の評価も行なったところ、24時間時点よりもより強い脳浮腫を生じる事が判明した。このため、計画していた時系列よりも短い時間での評価を行う必要があり、当初の予定よりも遅れた状況となっている。IL-23などのサイトカインがくも膜下出血後急性期脳浮腫に関与している可能性がある。今後の研究でそれが明確となれば、どのようにその後の臨床経過に関与しているか、機能予後に反映されるのか、考察していく予定である。平成30年度初頭にて、IL-23やIL-17ノックアウトマウスを用いたくも膜下急性期脳浮腫の評価を確実に行うことを目指している。現在までの研究経過から、IL-23がくも膜下出血後急性期脳浮腫に関与している可能性が強く示唆されている。現在、その継時的評価を行なっている途中である。今後の研究でさらに明確となれば、その後の臨床経過や機能予後にどのように反映されるのか、考察していく予定である。研究がやや遅れている状況で、見込んだ額よりも使用額が少なくなったもの。研究自体は進捗しており、次年度に使用の見込みがある。研究自体がやや遅れている状況で、見込んだ額よりも使用額が少なくなったもの。研究自体は進捗しており、次年度に使用する見込みがある。
次世代シーケンサを用いた沖縄県難聴患者の網羅的遺伝子解析と臨床応用に関する研究

沖縄県の先天性、進行性難聴の51家系に対して次世代シークエンサーを用いた難聴の遺伝子解析を行った。解析対象遺伝子は98遺伝子とした。51家系中25家系において原因と考えられる遺伝子変異を確認した。そのうち14家系が新規変異であった。難聴の原因遺伝子の頻度はSLC26A4やCDH23の頻度が高かった.日本本土の先天性難聴の原因遺伝子として最も頻度の高いGJB2遺伝子変異による難聴は1家系のみであった.今回の結果は沖縄県において、本遺伝子解析が診断に有用である事を示している.GJB2遺伝子変異の解析結果は,沖縄における難聴の原因遺伝子分布が本土と異なる可能性を示唆していると考えられた。本研究は、1次世代シーケンサによる塩基配列の決定、2塩基配列の解析とサンガー法による直接シーケンス法による変異の確認、3疾患の原因となる変異かどうかの解析の3つの部分から構成される。同時に、臨床的に原因遺伝子の推測が可能な疾患に対してはサンガー法による直接シークエンス法により変異の解析も進めている。加えて、次世代シーケンサを活用した、プロモーター領域を含めた遺伝子全長の詳細な解析も試みている。平成25年度は、Noggin遺伝子を対象として、遺伝子上流約3kbを含むNoggin遺伝子のlong-PCRによる遺伝子全長増幅系を構築し、次世代シーケンサによる解析を試行した。現在までにNoggin遺伝子変異に伴う難聴の3症例中、2例において新規変異を確認し現在、論文投稿準備中である。次世代シーケンサによる包括的塩基配列決定のために日本人の難聴遺伝子として報告のある96遺伝子のエクソン領域とターゲットとしたHaloPlex target enrichmentsystem(沖縄版難聴遺伝子診断パネル)を作成した.本難聴パネルを用いて,沖縄県の難聴患者48家系105検体に対して難聴遺伝子解析を行った.解析を行った48家系のうち,22家系(46%)において原因と考えられる遺伝子変異を検出した.判明した遺伝子変異のうち新規変異を認めた,指骨癒合を伴う先天性アブミ骨固着症例については論文投稿をおこなった(J Hum Genet. 2015Jan: 60 (1):27-34).判明した遺伝子変異のうち最も頻度の高いものは前庭水管拡大を伴う非症候群性難聴およびペンドレッド症候群の原因遺伝子であるSLC26A4遺伝子の変異であった.日本本土の先天性難聴の原因遺伝子として最も頻度の高いGLB2遺伝子変異においては沖縄出身者ではGJB2遺伝子多型は認めるもののGJB2遺伝子変異による難聴およびその保因者を認めなかった.また,確認された22遺伝子変異のうち,13変異(59%)が新規変異であった.以上の研究結果は沖縄県が日本本土と異なる遺伝学的背景を有し,難聴の原因遺伝子変異の分布が異なることを示唆している.また,本研究において作成した沖縄版難聴遺伝子診断パネルによる難聴の原因遺伝子検出率は46%であり,これまでの次世代シーケンサを用いた難聴遺伝子診断の報告よりも高い検出率であった.以上より,本研究で作成した沖縄版難聴遺伝子診断パネルは沖縄県の難聴患者における遺伝子診断に有用であると考えられた.沖縄県の先天性、進行性難聴の51家系に対して次世代シークエンサーを用いた難聴の遺伝子解析を行った。聴覚研究対象症例のサンプル採取は順調である。また、次世代シーケンサによる遺伝子解析に用いる難聴遺伝子解析プレートも既に作成済である。現在、次世代シーケンサによる遺伝子解析の予備実験を行っているところである。同時に原因遺伝子が特定可能な症例においては、直接シーケンス法による変異の同定も行っており、研究計画と照らし合わせておおむね順調に進展していると評価する。1平成25年度に引き続き、難聴者(発端者)とその家族より検体(全血10ml)を採取し、gDNA、tRNAの抽出を行う。2難聴原因遺伝子として報告のある96遺伝子のエクソン領域をターゲットとして作成したHaloPlex target DNA enrichmentsystemによる濃縮パネルを用いてキャプチャーし、次世代シーケンサを用いたシークエンス解析または追加アンプリコンシーケンス解析を行う。3次世代シーケンサを用いた解析により得られた塩基配列の解析を行う。1.ヒトゲノムデータベースと照合した変異部位、SNPの抽出:ヒトゲノムリファレンス配列と異なる塩基配列の抽出、アミノ酸配列に影響を与える変異を抽出する。多型の判定には、データベースNCBI dbSNP、1000Genome database、DEAFNESS VARIATION DATABASE等を用いる。2.得られた変異についてはサンガー法による直接シークエンス法により変異の確認を行う。3.確認できた変異については、一般集団における頻度確認も行う。現在、次世代シーケンサの予備実験中であり、蓄積したサンプルの一部のみを解析中のために次年度使用額が生じた。今後、次年度使用額も使用し、現在までに蓄積した全サンプルおよび今後蓄積するサンプルを順次次世代シーケンサによる解析を予定している。

それに伴い、HaloPlex target DNA enrichmentsystemによる濃縮パネルの追加購入等が必要不可欠であり、追加解析目的に使用を計画している。
TLRシグナル伝達を決定するTIRドメイン間の相互作用の立体構造学的研究

本研究では、自然免疫系のアダプター分子MyD88の細胞機能の解明を目指し、MyD88に含まれるTIRドメインの立体構造及び機能の解析を行なった。1)立体構造解析溶液NMRで立体構造決定を行なうために、^<13>C,^<15>Nで標識したMyD88TIRドメインを調製し、各種多核多次元核磁気共鳴(NMR)の測定を行ない、これらの測定データを基に^1H,^<13>C,^<15>N核の化学シフトの帰属作業、各種三次元NOESYの解析を行ない、二次構造要素の同定と^1H間の距離情報の取得を行なった。次に、これらのデータから、立体構造計算を行なった。得られたMyD88 TIRの立体構造は、既に構造が解かれているTLR1やTLR2のTIRドメインと類似しているが、ループ部分の長さや、一部のα-ヘリックスの配向などに差異があることがわかった。2)機能解析MyD88TIRドメインの自然免疫シグナル伝達系における機能解析を行なうべく、HEK293培養細胞系でルシフェラーゼを使ったレポーターアッセイの系を立ち上げた。コントロールのHEK293細胞では、IL-18で刺激することにより自然免疫系のシグナル伝達経路を通してNF-κBが活性化されることを確認した。その一方で、野生型のMyD88 TIRドメインを過剰発現させた場合は、そのDominantNegative効果により、IL-18刺激後のNF-κBの活性が有意に下がることも確認した。現在、立体構造情報に基づいて、種々のアミノ酸置換を導入したMyD88TIRドメイン変異体をこの細胞に発現させて、IL-18刺激後にNF-κBの活性を測定し、どの残基がシグナル伝達に重要なのかを調べている。この他にRAW264.7細胞を使ってリポ多糖による刺激を行なうアッセイ系も確立した。本研究では、自然免疫機構の分子生物学的及び立体構造学的解明を目指し、MyD88の蛋白立体構造及び機能の解析を行なっている。溶液NMRで立体構造決定を行なうために、^<13>C,^<15>Nで標識したMyD88TIRドメインを調製した。この試料を用い、各種多核多次元核磁気共鳴(NMR)測定を行なった。現在までに、MyD88TIRドメイン内の各^1H,^<13>C,^<15>N核の化学シフトの帰属を90%完了した。これらのデータと各種三次元NOESY測定から得られる距離情報から、MyD88TIRドメインの二次構造要素を決定した。その結果は、既に構造が解かれているTLR1やTLR2のTIRドメインと良く一致しているが、ループ部分の長さなどに差異が見られた。現在、これらのデータを合わせて、立体構造計算を行なっている。本研究では、MyD88に結合し、自然免疫系のシグナル伝達経路を決定づける各種蛋白質とMyD88 TIRの相互作用解析も行なう。現在、MyD88TIRドメインと相互作用が指摘されている蛋白質のうち、TLR1、TLR2、IL-18Rβ、TIRAPについて全長またはTIRドメインの大量調製に成功している。現在、in vitro結合実験を行なっている。
蛋白質分離のための磁気クロマトグラフィ用磁場・流体連成シミュレーションの開発

磁気クロマトグラフィによる蛋白質分離のための磁気カラムを開発するために、高精度な磁場・流体連成シミュレーション・ツールを開発した。磁場と流体を同時に扱うマルチ・フィジックス・シミュレーション・ツールを開発する上で、蛋白質と磁気カラム、そしてマグネットのスケールの差が著しく異なるマルチ・スケールを考慮して、開発を行った。本研究では、蛋白質分離を考慮するために、従来はできなかった異種の蛋白質を同時にシミュレーション上で考慮することを可能にし、蛋白質分離の様子をシミュレーションできるようにした。該当年度は、前年度に続き磁場・流体連成シミュレーションの高精度化を目指す。具体的には、スピンの考慮が必要となる。申請者がこれまでに開発した磁場・流体連成シミュレーション・ツールでは、磁性微粒子を想定している。磁性微粒子は、蛋白質よりも小さく、球形状をしていることから、スピンの影響がほぼなく、シミュレーションでは無視してツールを構築してきた。しかし、蛋白質では、スピンの影響は無視できないと考えられ、その考慮が必要となる。前年度に実施するメゾスコピック・スケールの解析に、ミクロ・スケールの特性であるスピンの影響を考慮することで、新たにマクロ的磁気特性を調査してきた。さらに、これまでに開発してきたマクロ・スケールの解析においても、有限要素法では数百万から一千万程度の未知数となることが予想され、一般的なワークステーションでは計算では困難となった。また、2種類以上の性質を持つ蛋白質を同時に計算するには、有限要素法などの部分領域法では計算が現実的ではなく、該当年度では、同じ磁化量を持つなどの制限下でのみ計算が可能となった。これらを踏まえて、粒子法での磁場・流体連成シミュレーション・ツールの開発に新たに取り組んだ。粒子法では、スピン特性も考慮できることなどから、今後の発展も期待できるが、ミクロ・スケール特性をどのように考慮するかという課題が明らかになった。このように開発してきた高精度な磁場・流体連成シミュレーション・ツールがどの程度の精度を持っているかを確認するために、シミュレーションの精度検証実験を岡山大学にて行なった。蛋白質を観測する装置が無かったため、実験では磁気微粒子による実験を行なった。また、岡山大学が所有する超電導マグネットだけでは、磁場が弱かったため、超電導バルクを用いることで、局所的に大きな磁場を生成し、実験を行なった。当該年度は、磁気クロマトグラフィーによる蛋白質分離の開発を支援するためのシミュレーションの開発を主に行った。計画では、(1)2種類以上の蛋白質の同時考慮、(2)テンソル磁化率特性考慮に取り組むことにしていた。実際には、(1)2種類以上の蛋白質の同時考慮は行えるようになり、これまで個別に解析してきた結果と同時に2種類を解析した場合の違いを示すことができた。商用ソフトウェアでは、考慮できない2種類以上の磁気特性を同時考慮するために、積層鋼板を塊として解析する手法を磁性流体解析にも取り組むことで達成した。2種類の異なる磁気特性を持っている場合には、各種類ごとにシミュレーションするよりも僅かながら大きな力が働くことが示せた。僅かな力ではあっても、磁気クロマトグラフィーの十分な長さの流路では、この差は大きくなるので、同時に2種類以上シミュレーションすることの重要性も示せた。この結果は、International Magnetics Conference 2011 (at Taipei)と18th Conference on the Computation of Electromagnetic Fields (at Sydney)の2つの国際会議で発表するに至り、論文IEEE Transaction on Magneticsに2編掲載されるに至った。続いて、(2)テンソル磁化率特性考慮のためのシミュレーションの開発も終えた。しかし、計算負荷が高く、まだ実用性に乏しい。そのため、シミュレーションによる妥当性などが十分に行えていない。そこで、次年度もシミュレーションを進め、その妥当性を確認しだい国際会議で発表する予定にしている。また、計算負荷の高さが示せたことにより、GPUなどのハード的な並列化計算による高速化の達成が重要となった。当該年度に課題に挙げていた2つの項目(1)2種類以上の蛋白質の同時考慮、(2)テンソル磁化率特性考慮したシミュレーションの開発はそれぞれ達成できた。最初の検討項目である(1)2種類以上の蛋白質の同時考慮に関しては、国際会議2回で発表し、2編の論文も掲載されるに至っている。(2)テンソル磁化率特性考慮に関しては、シミュレーション開発は終わっているが、学会発表に十分なデータ収集が終わっていない。そこで、開発は終わっているが、学会発表などの公表がまだ行えていないため、「おおむね順調に進展している」に該当すると思われる。次年度の研究計画としては、当初計画通り、(1)スピンの考慮、(2)解析の大規模・高速化に取り組む。より正確なシミュレーションを行うためにはスピンの考慮が欠かせないと考える。これまでに、開発してきた磁場・流体連成シミュレーション・ツールで蛋白質を対象とするためのステップと位置付けている。スピンを考慮するという技術課題には、マイクロ・マグネティクスの解析技術を導入することを計画している。解析の高速化は特に必要な技術課題となっている。

当該年度で、2種類以上の磁気特性の考慮とテンソル磁化率特性の考慮を達成したが、その検証に時間を要している。その主たる原因は計算負荷の高さにあり、解析の高速化を次年度は検討する必要があると考える。この技術課題にはGPGPUを使用することで、解決を図っていく。また、次年度は簡単なシミュレーションを実施することで、シミュレーションの妥当性の検証も行っていく。前半は、磁気微粒子などを使用し、よりその差異がはっきりと表れる実験でシミュレーションの妥当性を検証していき、後半は蛋白質を使用し、検証していく計画にしている。
第16番染色体に連鎖する常染色体優性遺伝性脊髄小脳変性症の原因と病態の解明

本年度は本疾患の原因遺伝子の同定のためにpositional cloningを進めた。具体的には、昨年度候補遺伝子の存在する領域を約4メガベース(Mb)と決定した(Li M., Ishikawa K., Toru S., et al., J Hum Genet. 2003, in press)が、本年度はまずその範囲内の31個の多型性DNAマーカーについて患者数を全国から集積して40家系に増やし、発症者に共通するハプロタイプを解析した。その結果、発症者全員に共通するハプロタイプは約1Mb以下に限定される領域に絞られ、候補領域をより狭い範囲に限定することができた。またこの領域内において、発症者全員に共通するが健常日本人(50人)には全く認められない極めて連鎖不平衡の高いマーカーを数種類同定した。次にこの限定された領域内に存在する繰り返し配列を第1の候補遺伝子として、その異常伸長の有無を検索した。この範囲内にある繰り返し配列は3塩基以上6塩基以下のもので30個存在し、それらについて逐次PCRを用いて健常者と発症者各3名ずつのゲノムDNAを増幅し、電気泳動により繰り返し配列の異常伸長の有無を解析した。しかし、これらの中には多型性すら有さないものがほとんどで、異常伸長は認められなかった。したがって、本疾患の原因となる遺伝子変異は類縁疾患に共通する繰り返し配列の異常伸長ではない可能性が高いと結論した。次にこの候補領域内に存在する遺伝子を同定し、その遺伝子内の静的遺伝子変異の有無を検索した。コンピュータにより各遺伝子のエクソン・イントロンを同定し、各エクソンについてPCRでゲノムDNAを増幅し、シークエンサーを用いて塩基配列を決定、健常者と発症者での塩基配列の違いを検索した。現在まで多数の遺伝子を解析している。これまで検索した範囲内には原因遺伝子は同定されていないが、同様の検索を行い、また異なった遺伝子変異パターンを視野に入れた変異スクリーニングを行うことで、原因遺伝子の同定を行いたい。
化学工業的利用を目指した微細緑藻由来の新奇エポキシド生成酵素の探索

Botryococcus brauniiは大量の液状炭化水素を生産するため、再生産可能なエネルギー資源として有望視されている微細藻類である。本藻種のB品種は、ボツリオコッセン類と呼ばれるトリテルペンとメチルスクアレン類を生産するとともに、メチルスクアレンエポキシドおよびその誘導体を蓄積する。さらにB品種は長鎖脂肪鎖炭化水素類のエポキシドも生産している。これらの事実は、本種のB品種が幅広いタイプの炭化水素の二重結合に、エポキシ基を導入する能力を持っていることを意味している。そこで本研究はB.brauniiに存在する未知エポキシド合成酵素の諸性状を明らかにすることを目的とした。前年度は、本藻の粗抽出物あるいはミクロソーム画分を用い、トリチウムラ標識したファルネシル二リン酸を基質として反応を行ったが、その反応生成物は目的のスクアレンエポキシドでは無かった。そこで本年度はリコンビナントスクアレン合成酵素を大腸菌で発現させ、これを用いてトリチウム標識したスクアレンを調製し、酵素反応に用いた。しかしながらスクアレンは非常に低極性の物質であるため、酵素反応の条件検討が必要であった。そこでスクアレンへのS-アデノシルメチオニンからのメチル基転位酵素活性を指標にし、活性測定法の検討を行ったところ、0.02%のTween80等の界面活性剤の添加が有効であることが明らかになった。この系を用いてエポキシ基導入活性を調べたが、顕著な活性は認められなかった。今後はEST解析情報を基にエポキシ基導入に関与すると思われる酵素の候補を絞り、活性を調べていく必要がある。Botrycoccusbrauniiは大量の液状炭化水素を生産するため、再生産可能なエネルギー資源として有望視されている微細藻類である。本種には全く異なるタイプの炭化水素を生産するA、B、およびLの3品種が存在する。A品種は直鎖状の炭化水素を生産し、L品種はリコパジエンと呼ばれるテトラテルペンを生産する。それに対しB品種は、ボツリオコッセン類と呼ばれるトリテルペンとメチルスクアレン類を生産するとともに、メチルスクアレンエポキシドおよびその誘導体を蓄積する。さらにB品種はA品種に見られる長鎖脂肪鎖炭化水素類のエポキシドも生産している。そこで本研究はB.brauniiに存在する未知エポキシド合成酵素の諸性状を明らかにし、生物工学的手法を応用することで、グリーン・サステイナブルケミストリーへ応用可能な新規触媒を開発することを目的とする。本藻の粗抽出物あるいはミクロソーム画分を用い、トリチウムラベルしたファルネシル二リン酸を基質として反応を行い、その生成物を順相および逆相薄層クロマトグラフィーにより分析したところ、炭化水素より極性の高い物質の生成が確認された。しかしながらこの物質はテトラメチルスクアレンエポキシドの標品とはRf値が完全には一致せず、メチル基の数の異なる同族体であるのか、あるいは別の物質であるのかは判定できなかった。そこでトリチウム標識したスクアレンを基質に用いることで、この反応が進行する条件を現在検討している。
MEMS技術を用いた複合ナノ熱分析システムの開発

本研究は, MEMS技術で作成される微小カロリメータを電子顕微鏡(SEM)やエネルギー分散型X線分析装置(EDXS)と複合化し,微小試料に対する超高速,高感度熱・質量分析を行う格段に分析能力の優れた複合ナノ熱分析システムの開発を目的としている.このため,カンチレバー型微小カロリメータの共振を利用した極微量質量計測技術, SEMと微小カロリメータを組み合せたナノ熱分析の複合化,微小試料を取り扱うサンプルマニピュレーション技術研究を実施した。結果として, 260 800ミクロン長さの微小なカンチレバー型のカロリメータをMEMS技術で製作し,マイクログラムナノグラム試料を金属,無機試料を対象とした熱分析,質量分析に関し以下の成果を得た。微量質量計測技術に関しては,振動を光学的に検出し共振振動数を計測する方法に加え,歪ゲージを内蔵したカンチレバー型カロリメータを開発し,計測システムの簡素化を実現し,室温から800°Cにわたる広い温度範囲でマイクログラム以下の微小試料に対して熱・質量計測が可能なことが示された。SEMにカンチレバー型カロリメータを内蔵した複合分析器では,低加速電圧式の卓上SEM内に質量計測機能を伴う微小カロリメータを導入し,微小な形状変化を観察しながら吸発熱が計測できる可視化熱分析を示すことができた。また,試料の組成をEDXSで調べる複合計測が可能なことが分かった。微小な試料をマニピュレートする方法としては,ニードル型プローブ表面の水分量を熱的に制御することで,付着力を1 10マイクロニュートンレベルで変化できることが示され,微小試料の付着型マニピュレーションに期待がもてることが示された。本研究は,MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)技術で作成される微小カロリメータをSEM(走査電子顕微鏡)内に導入し,微小試料に対する超高速,高感度熱分析を行う格段に分析能力の優れた複合ナノ熱分析システムの開発を目標としている.そのため,微小な熱分析デバイスの研究,微量質量計測技術の研究,SEM内で行う複合ナノ熱分析の研究,微小試料を配置・除去するマイクロマニピュレーション技術の研究を実施する.本研究は, MEMS技術で作成される微小カロリメータを電子顕微鏡(SEM)やエネルギー分散型X線分析装置(EDXS)と複合化し,微小試料に対する超高速,高感度熱・質量分析を行う格段に分析能力の優れた複合ナノ熱分析システムの開発を目的としている.このため,カンチレバー型微小カロリメータの共振を利用した極微量質量計測技術, SEMと微小カロリメータを組み合せたナノ熱分析の複合化,微小試料を取り扱うサンプルマニピュレーション技術研究を実施した。本研究は, MEMS技術を応用した微小カロリメータをSEMやEDXS分析と複合化し,微小試料に対する超高速,高感度熱分析を行う格段に分析能力の優れた複合ナノ熱分析システムの開発を目標としている.平成20年度には, MEMS技術で製作した500ミクロン長,温度走査用ヒータ,温度計測用熱電対,熱流検出用サーモパイル,補償加熱用ヒータを持つ熱分析デバイスを用い,微小試料を載せたデバイスの共振周波数を自動的に検出し,試料の質量を同定する共振質量計測システムを構築した.質量計測システムはナノグラムの分解能を持ち,数マイクログラムの試料の質量計測ができることが分った.また,小型走査電子顕微鏡(SEM)を導入し,ナノグラム質量計測と高速熱分析機能を持つカロリメータデバイスをSEM内へ設置する準備研究とし,システムのコンパクト化を行い,真空容器内での質量計測,デバイスの熱応答計測を実施した.上記カロリメータでは,空気により付加質量として70ng程度があり,熱コンダクタンスは真空環境に比べ約3倍となっていることなど,不明であったデバイス周囲の空気の影響を評価可能とした.研究期間の2年目として,微小試料に対して熱分析,質量分析,形状観察が可能な複合ナノ熱分析システムの開発に必要なマイクロマニピュレーション技術の研究開発とマイクロカンチレバー式カロリメータによる熱・質量分析の特性研究を実験的に行い,走査型電子顕微鏡へのカロリメータの導入準備を行った。マイクロマニピュレーションの研究では,先鋭化したキャピラリ管に微小ヒータを設置したメニスカスチップを開発した.