hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
大型浮体のダイナミックポジショニングシステムによる高精度位置制御に関する研究

浮体式海洋構造物の位置保持システムとしては、鎖等による係留システム、係留とスラスターを組み合わせたスラスター・アシステッド・ムアリングシステム、スラスター単独による位置制御システムがあり、目的に応じて選択され使用される。この内スラスターを使用する場合、波浪と同じ周期の運動は、振幅は小さいが起振力は大きいため、スラスターがこの運動に反応することはエネルギーの浪費につながる。そこで、この問題を回避し、最小のエネルギーで最大の位置制御性能を引き出すシステムの開発が望まれている。本研究は波浪中の浮体式海洋構造物の高精度位置制御を目的とするエネルギー効率の良い制御システムを開発し、計算機によるシミュレーション及び模型実験により性能検証を行ったものであり、以下の成果を得ている。(1)スラスター・アシステッド・モアリングシステムを取り上げ、長周期動揺を効率的に抑制する、H_∞制御理論を用いた位置保持用コントローラを開発し、その性能を実験と数値シミュレーションによって検証した。また、スラスター・アシステッド・ムアリングシステムでは、潮流変動に応じて係留ライン長さを調節して係留張力を制御することにより、大幅な位置保持エネルギーの節約が期待できることを示した。(2)スラスター単独による浮体式海洋構造物の位置制御システムについて、H_∞制御理論を基本とする制御システムにゲインスケジューリング手法を導入することにより、エネルギー効率の良い高精度位置制御用コントローラの開発を行い、シミュレーション計算及び模型実験により、開発されたシステムの優秀性を示した。浮体式海洋構造物は潮流・風・波等の外乱下において一定位置を保持することが要求される。一般に位置保持の為には、鎖等によりカテナリー係留する方法、浮体にスラスターを取り付けそれらを制御する事によって位置を保持する方法が考えられる。しかしながら前者の方法では共振現象である長周期動揺が生じ、後者の方法では潮流・風等の順定常的な漂流力に対抗して常にスラスターを駆動しておかなければならず、位置保持の為に多大なエネルギーを必要とする。本研究では、係留による位置保持とスラスターによる位置保持を組み合わせたスラスターアシステッドモアリングシステムを考える。このシステムでは、スラスターは長周期動揺を抑止することにのみ使用される。2つのシステムを併用することにより、位置保持性能を上げ、長周期動揺をなくし、消費エネルギーも少なくすることが期待できる。このシステムを実現する為には、(1)波浪中で動揺する浮体を表す精度のよい数学モデルを作ること(2)係留ラインの張力が浮体運動に及ぼす影響を正確に計算できる係留系の数学モデルを作ること(3)スラスターの発生する推力をモデル化し、推力をコントロールできること(4)波周期の運動にスラスターが反応せず、長周期動揺のみに反応する、フィルター機能を持ったコントローラーを構築できることが必要である。(1)、(2)については規則波中及び不規則波中での模型実験を行い、計測された動揺、張力を計算結果と比較することにより、精度の良い数学モデルを作ることができた。(3)については回転角速度にフィードバックをかけることにより推力を精度よくコントロールできることがわかった。(4)についてはH_∞コントロールを採用することにより、望ましいフィルター機能を持ったコントローラーが設計できることがわかった。以上の研究成果を結合使用し位置保持模型実験を行った結果、少ないエネルギーで高精度の位置保持が可能であった。大水深の海域で稼動する浮体式海洋構造物は係留索を使用せず、スラスター等の推進器を制御することで、風・潮流・波等の外乱のもと2次元平面内において定点保持ができ、且つ、ある範囲内で精度よく位置を調節できることが要求される。洋上において浮体が受ける力は、波・潮流・風による漂流力及び波による線形波浪外力であるが、エネルギー効率の良い制御を行うためには、波周波数領域の運動に反応しない位置制御コントローラの設計が必要となる。使用するスラスターの種類としては固定式のものと首振り式のものが考えられる。

本研究ではまず、固定式スラスターを使用し、特定帯域の外乱を選択的に抑制する問題に有利で、高度な周波数整形が可能であるH_∞制御理論を用い、波周波数領域の運動に反応しない位置制御用コントローラの開発を試み、数値シミュレーション及び模型実験を行った。その結果、設計されたコントローラを用いるとスラスターが波周波数領域の運動にほとんど反応せず、エネルギーを無駄遣いすることなく精度の良い位置制御が可能であることが検証された。しかし、このコントローラは定点保持を主体として設計されており、回頭角指令値が大きくなると応答が振動的になり、制御性能が劣化してしまう。このため、操業開始時や移動を要する場合等、回頭角指令が大きくなる際には問題を生じると考えられる。そこで次に、大きな回頭角指令に対応できるゲインスケジュールドコントローラの開発を行い、シミュレーション計算・模型実験によりその性能向上を確認した。最後に、波・潮流等の外乱の入射方向の変化に応じて、スラスターの方向を変えることのできる首振り式スラスターを用いた位置制御システムの設計・模型実験を行い、固定式スラスターとの制御性能を比較検討を行った。
ゾウリムシの概日リズムに対する共生クロレラの主導的制御

クロレラを共生している単細胞生物ミドリゾウリムシは、接合活性や集光性に概日リズムが見られる。この概日リズムの周期の長さや位相の決定に対して共生クロレラが主導的に影響を与えていることがわかった。この影響は明期でのみ見られることや光合成阻害剤などで消失することから、クロレラの光合成産物であるマルトースや酸素が主要な働きをしていることが考えられ次のようなことがわかった。1、白色細胞にマルトースを与えリズムを測定すると、周期の長さが緑色細胞と同じになる。2、概日リズムを現さない変異株にマルトースを与えるとリズムが発現する。3、接合活性を現さない変異株にマルトースを与えるとリズムが発現する。4、白色細胞中や暗期の緑色細胞中にはマルトースは存在しないが明期の緑色細胞中には存在する。5、明期の緑色細胞中にはマルトースの他に3糖や4糖も存在していることがわかった。6、マルトース系列の3糖(トリマルトース)もマルトースと同様の効果があることがわかった。一方、ミドリゾウリムシは一度接合すると、その後一定分裂回数の間は接合することのできない未熟期という期間がある。この未熟期の長さが概日リズムの周期の長さとどのような関係があるのか、概日リズムの周期の長さの短い突然変異体を単離して調べた。その結果、周期の短い細胞は接合後の未熟期の長さも短いことがわかった。さらに、同じ細胞でクロレラを持っている緑色細胞とクロレラを含んでいない白色細胞での未熟期の長さを比べたところ、緑色細胞の方が短いことがわかった。緑色細胞と白色細胞では緑色細胞の方が概日リズムの周期は長くなるのに、なぜ未熟期の長さは短くなるのかは今後の課題として残された。クロレラを共生している単細胞生物ミドリゾウリムシは接合活性や集光性に概日リズムが見られる。この概日リズムの周期の長さや位相に対して共生クロレラが主導的に影響を与えていることがわかっている。この影響は明期でのみ見られることからクロレラの光合成産物であるマルトースに注目してミドリゾウリムシの概日リズムに対する影響を調べ次のようなことがわかった。4、白色細胞中や暗期の緑色細胞中にはマルトースは存在しないが、明期の緑色細胞中には存在する。今後は、これらの結果を踏まえてマルトースを分解する酵素(グルコシダーゼ)の細胞内の消長を調べる。さらに、クロレラの光合成産物を利用するミドリゾウリムシのミトコンドリアの形態的変動や機能的変動を調べていく。この影響は明期でのみ見られることや光合成阻害剤などで消失することから、クロレラの光合成産物であるマルトースや酸素が主要な働きをしていることが考えられる。マルトースに関しては、マルトース分解酵素のグルコシダーゼの日周期的消長を測定しようとしたが、うまく行うことはできなかった。

酸素の関しては、酸素を利用してエネルギー生産を行っているミトコンドリアの機能および形態が日周期リズムを発現しているか調べた。ミトコンドリアを蛍光色素で染め、その動態を観察した。その結果、ミトコンドリアは昼間核の周辺に来て、夜は細胞表面に移動する傾向が示すことがわかった。しかし、ミトコンドリアでのATP生産のリズムの確認や、ATP自身の機能に関しては今後の問題として残されている。一方、ミドリゾウリムシは一度接合すると、その後一定分裂回数の間は接合することのできない未熟期という期間がある。この未熟期の長さが概日リズムの周期の長さとどのような関係があるのか、概日リズムの周期の長さの短い突然変異体を単離して調べた。その結果、周期の短い細胞は接合後の未熟期の長さも短いことがわかった。さらに、同じ細胞でクロレラを持っている緑色細胞とクロレラを含んでいない白色細胞での未熟期の長さを比べたところ、緑色細胞の方が短いことがわかった。緑色細胞と白色細胞では緑色細胞の方が概日リズムの周期は長くなるのに、なぜ未熟期の長さは短くなるのかは今後の課題として残された。
摂食嚥下機能の発達を促すための舌機能訓練法の開発と評価

本研究の目的は、舌の機能的な発達遅延により準備期から口腔期に問題を有する発達障害児者に対する効果的な摂食機能療法に資するため、視覚的フィードバックを用いた舌の筋機能訓練を開発、発達障害児者に応用することである。バルーン型の舌圧測定器から得られる測定値を患者の知的能力にあわせて視覚的にフィードバックできるシステムを開発した。精神発達遅滞を伴う脳性麻痺の患者1名を対象とし、口唇・顎介助を行いながら本システムを用いて舌挙上訓練を実施した。舌の機能的な発達遅延により準備期から口腔期に問題を有する発達障害児者に対する効果的な摂食機能療法に資するため、本研究では視覚的フィードバックを用いた舌の筋機能訓練を開発、Down症者に応用し、その効果を嚥下時舌圧による舌機能の客観的評価、舌の挺出状態の観察評価、食塊の口腔内残留の状態によって判定することを目的とする。バルーン型の舌圧測定器から得られるリアルタイムの測定値を患者の知的能力に合わせて視覚的にフィードバックできるシステムの開発を目指し、本年度はその前段階として岩手大学工学部機械システム工学科の協力により、バルーン型の舌圧測定器から得られる測定値をリアルタイムで経時的にグラフ化して視覚的にフィードバックするプログラムを製作した。舌機能向上を図る方法のひとつとして舌の間接訓練が挙げられるが、機能訓練によって食べる楽しみが損なわれてはならないことは基本であり、楽しんで訓練を行うことができるよう舌の機能訓練をゲーム仕立てにすることには、意義がある。バルーンを舌と口蓋で押し潰す際に目標とする圧力値の設定については、接触センサーシステム(スワロースキャン、ニッタ)を用いた先行研究にて、Down症者9名の口蓋正中前方部における5ml水嚥下時の舌圧最大値が3.3±3.0kPa(平均±SD)、健常者10名の同部位における5ml水嚥下時の舌圧最大値が15.2±7.5kPaであることを確認しており、これらの結果を基にプロトコールの検討、作成を行った。本研究の目的は、舌の機能的な発達遅延により準備期から口腔期に問題を有する発達障害児者に対する効果的な摂食機能療法に資するため、視覚的フィードバックを用いた舌の筋機能訓練を開発、発達障害児者に応用し、その効果を嚥下時舌圧による舌機能の客観的評価、舌の突出状態の観察評価、食塊の口腔内残留の状態によって判定することである。岩手大学工学部機械システム工学科の協力により、バルーン型の舌圧測定器から得られるリアルタイムの舌圧の測定値を視覚的にフィードバックできるシステムが開発された。東北大学病院障害者歯科治療部摂食支援外来に通院する脳性麻痺の患者1名を被験者とした。患者は、出生時より哺乳・嚥下障害があり、経管栄養を使用している。かぼちゃペースト(やわらかおかずかぼちゃの含め煮、キューピー)摂食時の外部観察評価では、舌の上下運動がほとんど見られず、ペーストを口腔内に貯留することが頻繁に見られ、口腔から咽頭に送り込みを行うことができるものの一部を口から出してしまう様子が見られた。被験者に対して上記のシステムを用いてゲーム仕立てにした舌機能訓練を行った。舌機能訓練の実施にあたっては、舌圧プローブの把持に介助を要した。また、訓練当初は舌圧プローブを舌でつぶすことを本人が理解できず、開口してしまったが、口唇・顎介助により、舌圧プローブを舌で押しつぶすことは可能であった。被験者の協力が得られず、十分な評価を行うことはできなかったが、本システムを用いた舌機能訓練の発達障害児者への応用が可能であることが示唆された。今後、被験者の数を増やし、有効性の検討を行うことが必要である。舌圧測定器から得られる測定値をリアルタイムで情報処理する際に必要となるプログラムの製作に予定よりも時間を要し、舌機能訓練システムの開発が終了していないため、倫理委員会への実験計画書の提出が遅れている。27年度が最終年度であるため、記入しない。障害者歯科学バルーン型の舌圧測定器から得られる測定値を用いて舌機能訓練をゲーム仕立てにするシステムを引き続き製作する予定である。その後、倫理委員会に実験計画書を提出、承認を得た上で健常者、Down症者を対象として舌の筋機能訓練を実施し、訓練効果の検証を行う予定である。
地域における情報教育支援のオン・デマンド・ライブラリーの構築

大学に設置したサーバーを通して,VODで,県下の学校や,教員・生徒の自宅から,ネットワークを介して高品質な動画像や特色ある映像コンテンツを受信することができるライブラリーシステムを構築した。ここでは,各教員の自己研修の支援や,教育実践での教材支援環境を目指した。それと同時に,児童・生徒が「自ら学び自ら考える」学習環境としての支援が行えるようにしている。このシステムでは,学校から大学への接続において,インターネットからSINET経由ではボトルネックがあり十分な利用環境とならないため,地域の学校専用のプライベートネットワークに接続し,ビデオ映像をなるべく高品位で使えるようにした。ただし,この接続において使用するビデオコーデックと,セキュリティーを考えた対策が大変重要であることが判った。このようなシステムでは,活用できるコンテンツをどれだけ蓄積しているかが,よく利用される必要条件である。そこで,データーベースを使い,我々が作っていくコンテンツだけではなく,学校の教員が作った映像コンテンツを,簡単な操作でこのシステムに登録できるようにしている。そのほか工夫として,このシステムを充実させるために,それぞれのコンテンツの利用回数を把握する工夫と,コンテンツに対するコメントが書き込めるようになっている。このシステムを使って,我々は,本研究の目的の1つである,VODコンテンツを授業の教材として使う研究を行った。理科の授業において,100Mbpsのブロードバンドネットワークに接続している中学校と大学の間でVODを使った。なめらかな動きときれいな映像をVODで使った授業では,生徒たちの評価も大変好評で,このような授業に関心があることが判った。今後,授業での利用では多くの実践研究を行っていくことが重要である。同時に,教員の研修などでの有効な活用方法などもさらに研究していきたい。地域の多くの教員が利用できるコンピュータに関する支援システムとして,ネットワークを通して利用できるVODライプラリーのシステムの構築を目的としている。H13年度では,はじめにこのシステムを開設するため,現有システムとの調整を行う際に必要となる機器やシステム環境の整備を行った。(1)システムの運用のサーバーとしてWindows2000を採用し,ライブラリーのデータ管理としてSQLサーバーを準備した。(2)現在Mpeglまでの品質のcodecは自由に閲覧できるが,ブロードバンドの普及を考えてMpeg2までのcodecの利用を考慮した。(1)については,大岩によりライブラリーを運用するためのプロトタイプが完成している。(利用者のアクセスログ等を収集し,関心の把握など利用実態の分析などを行うための利用システム)(2)では,いくつかの映像圧縮codecを用意しているので,現行で利用可能な帯域のコンテンツを今年度は試作した。映像の品質は,利用者にとっては理解を深める上での1つの要因になると思われる。広帯域の高品質な映像については,H14年度にGigabitネットワークが研究用として県内全域と結ばれるので,2年目ではMpeg2以上の品質の配信を検討中である。ライブラリーの準備として,タイピングやワープロ,表計算ソフト使用法のVODなどいくつかのコンテンツを作成し,Video映像でどの程度の圧縮帯域までが有効か,また表示技術(SMIL等)がどのように有効なものかなどを検討した。調査・研究では,大学におけるVODシステムを遠隔学習等でどの様に活用しているのかテキサス大学とサンフランシスコ州立大学で調査した。また企業(SGI社)も訪問し、地域における大学,学校間で情報教育支援等のためにVOD等のシステムをどの様に提供しているか調査した。H14年度では地域での本格的な利用を実施し,各種データを集めまとめていく。

このシステムでは,学校から大学への接続において,インターネットからSINET経由ではボトルネックがあり十分な利用環境とならないため,地域の学校専用のプライベートネットワークに接続し,ビデオ映像をなるべく高品位で使えるようにした。ただし,この接続において使用するビデオコーデックと,セキュリティーを考えた対策が大変重要であることが判った。このようなシステムでは,活用できるコンテンツをどれだけ蓄積しているかが,よく利用される必要条件である。そこで,データーベースを使い,我々が作っていくコンテンツだけではなく,学校の教員が現場で必要として作った映像コンテンツを,簡単な操作で登録できるようにしている。そのほか,システムを充実させために利用動向の調査を行えるような仕組みや,映像情報の理解をサポートする仕組みなども組み込んだ。今回の研究で,一般的にブロードバンドが普及しつつあると言われているが,学校の属する自治体の取り組み姿勢や,セキュリティーの関係などにより障害が多いことがわかった。そこで,それらの障害を少しでも解決して使用できるように,県の教育センターや,関心のある学校現場の先生方と取り組み,100Mbpsで接続している中学校とで実践を行った。なめらかな動きときれいな映像をVODで使った授業では,生徒たちの評価もすこぶる好評で,このような授業に関心があることが判った。今後,多くの実践研究を行っていくことが重要である。
検索文献情報の概念的扱いを可能とする電子図書館のためのユーザインタフェース設計

質問や文献の内容が,キーワードの代わりに概念階層中の語義に置き換えて表されており,それらの間の概念的な関連性を考慮に入れた検索ができるとしよう。すると,質問や文献のキーワード間に表記上の違いがあっても概念階層を通じてこれら違いを吸収でき,より優れた検索結果が期待できる。本報告で1つ目の話題として取り上げるのは,優れた検索結果を導きながらかつ,簡潔で質問との概念的な関連も明確になるような,文献や質問の内容表現を得る方法についてである。2つ目の話題は,個人のもつ適合概念を学習しながらかつ,優れた検索結果を導く方法についてである。ユーザの意向を対話的に学習し,検索効率を上昇させるにはどのようにすればよいかが中心になる。最初の話題で利用した概念階層は,それを利用する各人の共通認識の上に立って編集された,いわばグローバルに通用する概念が体系化された辞書である。しかしながら,グローバル辞書を使っただけでは,各人固有の物事に対する捉え方を十分反映できない。この問題に対し,検索結果を電子図書館の形でまとめ直し,その中をブラウジングしながら,望む文献を探すという枠組みを提案する。ブラウジングの際,ユーザの種々に変動する検索意向を「適合概念」として対話的に学習し,学習の結果を以降のブラウジングに反映させてゆくことで,効率的な検索を可能にするのである。学習される適合概念は,グローバル辞書に対峙させて,個人用のローカル辞書といってよい。提案したこれら方法の有効性は,検索システム評価用のコレクションを用いて確かめた。最後に,ブラウジングを繰り返すうち,文献配置の全体像が自然と明らかになってゆくような電子図書館とこれを扱うためのナビゲータを,インタフェース面を含めて設計した。自由な言葉で質問でき,整理された情報空間をブラウジングながら要求に合致する文献を探せる,電子図書館のためのユーザインタフェースの設計・製作を目指した。これには,(1)質問や文献を概念的に扱う機構と,質問・文献相互間の概念的な関係を反映した(2)仮想の情報空間をブラウジングする機構を作って対処した。1番目に関連して,専門分野(計算機科学と医学分野)の文献とそこでの概念体系(CRカテゴリー体系、MeSHシソーラス)を準備した。質問や文献中のキーワードを概念体系中の語で再表現した状況で,質問と文献間の関連性を数量化する方法を定式化した。このとき,キーワードが多義性を持つ場合,どの概念語に置き換えるかが問題となる。ここでは,概念語による表現中で,検索効率を低下させる概念語を一塊でうまく取り除く方法を開発し,有効性を検証した。次いで,この方法をインターネット上の一般的な記事に適用した。概念体系としては,それぞれWordNet(英文記事用)とEDR発行の概念辞書(和文記事用)を用いた。この場合は,良い結果は得られなかった。理由は,これら辞書が言語解析用として作られているためと思われる。現在,どのような場合でも概念的検索が可能となるよう,検索用辞書の自動作成法を検討している。2番目に関連して,研究者が提案してきているAclブラウジング法を適用した機構とし,このブラウジングを視覚的に行えるユーザインタフェースを,現実の図書館に習って実現した。具体的には,文献をそれら相互間の概念的な関連性をもとに線形順序付けておく。ブラウジング時は,質問との概念的に関連性が大きい文献を含むクラスタおよび,その隣接クラスタを逐次調べるという形である。この機構の有効性をシミュレーションによって示したところで,今後,WWWを介しても働くよう改良する。自由な言葉で質問でき,整理された情報空間をブラウジングしながら要求に合致する文献を探せる,電子図書館のためのユーザインタフェースの設計・製作を目指した。これには,(1)質問や文献を概念的に扱う機構と,

(2)電子図書館を概念的にブラウジングする機構,を作って対処した。(1)に関連して,平成11年度には,質問や文献中のキーワードを概念体系中の語で再表現した状況で,質問と文献間の関連性を数量化する方法を定式化した。この方法は,専門分野の文献の検索には非常に有効であったが,Web上にあるような一般の文献に対しては有効性を確認できなかった。平成12年度も,概念階層としてWordNetやEDR発行の専門用語辞書を使って種々の実験を試みたが,やはり有効性は確認できなかった。検討の結果,これら辞書が検索用に作られていないのが大きな原因と結論づけた。(2)に関連して,ユーザの意向を「適合概念」として動的に学習しながら,電子図書館中を効率よくブラウジングする方法を定式化した上で,ブラウジング用のナビゲータを設計した。ブラウジングの基本は,適合文献は,質問以外にもユーザが既に適合と判断した文献に対し大きな類似度を示す,と考えるところにある。ユーザの適合判断状況を逐次的に学習し,以降のブラウジングに利用するのである。この場合,ユーザが繰り返し電子図書館を利用するうち,そこでの文献配置も次第に明らかになっていくよう配慮した。提案手法の有効性は,従来からの方法との比較の上で,実験的に確かめた。ナビゲータを設計する際には,ユーザの認知負荷の面も十分考慮して行った。
Helicobacter pylori毒素VacAの遺伝子解析による分類

Helicobacter pylori感染症の病態は多様であり,潰瘍や胃癌の発生に関しては,菌株および宿主について何らかの病態規定因子が存在するものと推測される。この菌が産生するタンパクVacAは空胞化細胞毒性を持つ。一部の菌株はVacAを産生せず,病原性が弱いことが,欧米から報告されている。そこで本研究では,我が国におけるVacA産生および非産生のH.pylon株について,宿主側の臨床的特徴を明らかにするとともに,その病原性の分子レベルにおける解明を目標とした。我が国で分離されたH.pylon菌株はVacA産生株が圧倒的に多いことが判明した。培養上清の空胞化毒素活性はほぼすべての菌株で陽性であった。また,vacA遺伝子の塩基配列の解析では,すべての菌株が,空胞化毒素分泌型に属していた。さらに大腸菌で組換えVacAを発現させ,これと反応する患者血清中の抗VacA抗体を検出するとともに,特異的抗VacA抗体を作製し,臨床分離株のVacA産生を検証したが,宿主側の病態とは無関係に,我が国のH.pylonの大部分がVacA産生株であることが明らかとなった。同様に、組換えCagAおよび抗CagA抗体を作製して,イムノブロット法により,患者血清中の抗CagA抗体および臨床分離株のCagAタンパク産生を調べたが,CagA陽性株が9割以上を占めていた。すなわち,我が国のH.pylonの大部分はいわゆる強毒素であり,病態規定因子としては,VacA,CagA以外の因子についても検討する必要がある。また,我が国の胃癌発生率が先進国のなかで著しく高いことと強毒株感染が多いこととの関係も検討する必要があると考えられた。わが国において,Helicobactor pylori(HP)感染は高頻度でみられるが,宿主側の胃粘膜障害の程度は症例により様々である.HP持続感染による胃粘膜萎縮と胃癌発生との関連が議論されるなかで,HP感染症の病態規定因子の解明は特に重要であると考えられる。そこで本研究では,HPの一部の株が持つ細胞空砲化毒素であるVacAと患者病態との関連性を検討している.平成8年度の検討により、わが国のHP臨床分離株ではVacA陽性株が圧倒的に多いことが示された.すなわち,(1)VacA遺伝子S領域の塩基配列解析により,わが国のHP臨床分離株のほとんどは毒素分泌型のS1タイプであること,(2)培養細胞を用いた検討において,大部分のHP分離株培養上清に細胞空砲化活性がみられること,(3)HP感染者血清中に特異的な抗VacA抗体が高率でみられることが判明し,また,(4)いずれの方法でみてもVacA陽性率は宿主側の病態,すなわち胃粘膜萎縮の程度や胃・十二指腸潰瘍,胃癌の有無などとは関連無く高値であった.これらの成績は既に学会などに発表し,現在論文化しつつある.従来の海外からの報告では,VacA陽性株は十二指腸潰瘍症例などから高頻度に分離されるといわれているが,今回本研究で得られた成績からは,少なくともわが国において,この毒素が宿主病態を規定する主要因子であるとは考えにくい.ただし,VacAが高頻度で陽性であることが,わが国のHP感染症の病態を特徴づけている可能性は考えられる.このような観点も含めて,本研究を続行している。

一部の菌株はVacAを産生せず,病原性が弱いことが,欧米から報告されている。そこで本研究では,我が国におけるVacA産生および非産生のH.pylori株について,宿主側の臨床的特徴を明らかにするとともに,その病原性の分子レベルにおける解明を目標とした。我が国で分離されたH.pylori菌株はVacA産生株が圧倒的に多いことが判明した。培養上清の空胞化毒素活性はほぼすべての菌株で陽性であった。また,vacA遺伝子の塩基配列の解析では,すべての菌株が,空胞化毒素分泌型に属していた。更に大腸菌で組換えVacAを発現させ,これと反応する患者血清中の抗VacA抗体を検出するとともに,特異的抗VacA抗体を作製し,臨床分離株のVacA産生を検証したが,宿主側の病態とは無関係に,我が国のH.pyloriの大部分がVacA産生株であることが明らかとなった。同様に,組換えCagAおよび抗CagA抗体を作製して,イムノブロット法により,患者血清中の抗CagA抗体および臨床分離株のCagAタンパク産生を調べたが,CagA陽性株が9割以上を占めていた。すなわち,我が国のH.pyloriの大部分はいわゆる強毒株であり,病態規定因子としては,VacA,CagA以外の因子についても検討する必要がある。また,我が国の胃癌発生率が先進国のなかで著しく高いことと強毒株感染が多いこととの関係も検討する必要があると考えられた。
古墳出土木製品の全国集成とその総合的研究

16・17年度に引き続き、古墳周濠出土木製品の観察所見・実測図・写真・樹種・時期・出土状況・共伴遺物などの項目に分けたデータベース化作業を実施し、追加事例の有無などの確認作業を行った。また、これまで古墳周濠出土木製品で確認できた13器種のなかで、古墳時代を通じて墳丘規模・地域に関わらず普遍的にみられる掘削具と、時期・地域的に限られ、集落遺跡からは出土しない木製樹物・威儀具などに焦点をあて、各所蔵機関にて調査を行った。各個体の形態・大きさ・加工痕・使用痕・木取りなどの観察を中心に、実測図の作成及び写真撮影を行い、考古学的な情報を収集した。これらの調査を通じて、周濠の掘削・墳丘の盛土・埋葬施設の構築など古墳造営にかかわる工具・掘削具・運搬具などの器種は、墳丘規模・地域に関わらず、各地の集落遺跡出土木製品と同様の形態・用材の木製品が使用される傾向が看取された。一方で、木製樹物・古墳専用の威儀具などは、地域を越えて一定の規範のもとに製作されており、埴輪のあり方と共通する。このような墳丘の装飾、祭儀に関わる木製品は分布が限定され、用材もコウヤマキ・ヒノキにほぼ限定される。これには、その古墳の特性や階層性が現されている可能性がある。このように古墳周濠から出土する木製品には、古墳築造に使用された後、周濠に埋置されるような古墳時代を通じて普遍的にみられるものと、その古墳の特性あるいは階層性が示されるような木製品があり、古墳出土木製品の性格を理解する上で大きくまずこの二者に分離されることが明らかとなった。このような分析を経て、器種組成・出土量・形態・樹種などからみた各古墳出土木製品の比較と、そこに現れる時期による古墳間での共通性・非共通性、階層性、地域性を考察した論文を作成した。西日本を中心とした古墳出土木製品の集成の結果、分布が集中する地域は、奈良盆地、滋賀湖南・湖東地域、大阪河内平野で、「木のはにわ」出土古墳の分布とほぼ重なることが明かとなった。そのなかの滋賀県草津市狭間遺跡1・3号墳で、新たな出土例を確認した。5世紀後半の1号墳には、石見型・笠形・鳥形木製品の「木のはにわ」と儀仗形(さしば状)・刀形木製品の威儀具・祭祀具が確認された。この器種組成はこれまで奈良県橿原市四条1号墳、同県天理市小墓古墳・御墓山古墳でしか知られていなかったもので、奈良盆地以外の地域では初めての確認例である。両地域が、木製品の樹立・使用・製作などで密接な関係にあったことが改めて確認できた。ただし、後三者には前者にはみられない木製品があり、また各品目の出土量も圧倒的に多く、木製品器種組成・出土量においての格差も認められた。このような傾向は両地域のほかの木製品出土古墳を比較しても認められるところであり、分布の中心の地域間で格差が存在することがわかった。北陸地方や関東地方においては、弥生時代古墳時代の集落遺跡から多くの木製品が出土しているにも関わらず、古墳出土木製品がほとんど確認できなかった。前述の分布の中心から離れると古墳要素のなかから棺以外の木製品の使用・樹立という属性が欠落していく可能性が考えられる。一方で、石見型木製品などが出土している福岡県前原市釜塚古墳のように、遠隔地にあっても分布の中心域と何らかの関係をもった古墳が存在している。奈良盆地、大阪平野の前・中期の巨大古墳の周濠から木製品が出土する例はほぼ普遍的に認められ、古墳に関わる儀礼、古墳の装飾において重要な要素となっていたことがわかる。その一方で中期以降、同地域の中小古墳の事例をみると、同じような立地環境にあって、木製品の出土する古墳、しない古墳があり、またその組成・出土量にも差異が認められる。おそらく巨大古墳を中心とする木製品の樹立・使用形態から、いくつかの諸属性が欠落する中小の古墳、全く存在しない中小の古墳が存在し、木製品における古墳間の格差があったと考えられる。そして周辺地域との間では更に格差が生じるのではないかと考えられる。昨年度に引き続いて、古墳出土木製品の集成、各木製品の器種・樹種・実測図・写真などのデータ入力、新規に確認された古墳出土木製品の調査などを行い、研究を進めた。現状での古墳出土木製品の分布は、関東から南九州までであることが明らかとなったが、近畿以外の確認例はきわめて少ない。そのなかで、近畿の古墳出土木製品に普遍的にみられる掘削具が、関東、中部、南九州の各古墳周濠から出土しており、地域を越えた共通性が確認された。また、これまでに集成された古墳出土木製品の整理を行い、工具、掘削具、運搬具、紡織具、容器、調度、発火具、武器、祭具、威儀具、楽器、建築・土木部材、木のはにわ、用途不明品の13器種があることを明らかにした。そのなかで前期後期を通じて古墳周濠から出土するものには、工具、掘削具、容器、威儀具、建築・土木部材があり、特に掘削具は巨大古墳にも中小の古墳にもみられ、前述の列島各地域に存在していることと合わせ、普遍的な古墳要素となっていたとみられる。出土古墳の時期が限定されるものには、紡織具、調度、発火具、武器、祭具、楽器、木のはにわがある。

集落遺跡での出土は、木のはにわ以外比較的多く確認できるのであるが、古墳においては出土数が非常に少ない。木のはにわは、ほとんどがコウヤマキ製であり、一方同時期の集落遣跡からのコウヤマキ製品の出土はきわめて少ない。これはコウヤマキが古墳用の材として意識されていたことの現れとみられ、木棺と同様に木のはにわが古墳用の木製品であることが改めて確認された。また、笠形・鳥形木製品の初出が、古墳時代中期の古市・百舌鳥古墳群中の巨大古墳に確認できることから、その造営にともなって新しく考案された樹立物であったとみられる。この背景としては、前期の巨大古墳で木棺に盛んに使用されたコウヤマキが、前期後半以降石棺に取って代わられることから、古墳にとって必須の用材であるコウヤマキが木のはにわに姿を変え、再び巨大古墳において使用されるようになったと考えられる。また、笠形木製品の木取りからみて、大型古墳ほど幹の大きいコウヤマキを使用しており、かつて木棺の用材として管理されていたコウヤマキを、大型古墳へ優先的に供給するようなシステムが再び構築されたと推測される。以上の内容の一部は、京都大学生存圏研究所第26回生存圏シンポジウム「木の文化と科学V先人に学ぶ木の利用」において『古墳時代の木の利用-木製威儀具の時代-」と題して口頭で研究発表し、同講演要旨集に文章化している。また、「古墳周濠から出土する木製品」と題した論文も今年度発表予定である。16・17年度に引き続き、古墳周濠出土木製品の観察所見・実測図・写真・樹種・時期・出土状況・共伴遺物などの項目に分けたデータベース化作業を実施し、追加事例の有無などの確認作業を行った。また、これまで古墳周濠出土木製品で確認できた13器種のなかで、古墳時代を通じて墳丘規模・地域に関わらず普遍的にみられる掘削具と、時期・地域的に限られ、集落遺跡からは出土しない木製樹物・威儀具などに焦点をあて、各所蔵機関にて調査を行った。各個体の形態・大きさ・加工痕・使用痕・木取りなどの観察を中心に、実測図の作成及び写真撮影を行い、考古学的な情報を収集した。これらの調査を通じて、周濠の掘削・墳丘の盛土・埋葬施設の構築など古墳造営にかかわる工具・掘削具・運搬具などの器種は、墳丘規模・地域に関わらず、各地の集落遺跡出土木製品と同様の形態・用材の木製品が使用される傾向が看取された。一方で、木製樹物・古墳専用の威儀具などは、地域を越えて一定の規範のもとに製作されており、埴輪のあり方と共通する。このような墳丘の装飾、祭儀に関わる木製品は分布が限定され、用材もコウヤマキ・ヒノキにほぼ限定される。これには、その古墳の特性や階層性が現されている可能性がある。このように古墳周濠から出土する木製品には、古墳築造に使用された後、周濠に埋置されるような古墳時代を通じて普遍的にみられるものと、その古墳の特性あるいは階層性が示されるような木製品があり、古墳出土木製品の性格を理解する上で大きくまずこの二者に分離されることが明らかとなった。このような分析を経て、器種組成・出土量・形態・樹種などからみた各古墳出土木製品の比較と、そこに現れる時期による古墳間での共通性・非共通性、階層性、地域性を考察した論文を作成した。
腹部肥満におけるインスリン抵抗性改善薬の抗炎症作用と単球機能解析

本研究では肥満・MetSにて(1)アディポサイトカイン分泌異常と単球機能の関連、(2)インスリン抵抗性改善薬の単球機能改善効果を検討し、脂肪単球連関の分子基盤の解明と有効な治療法の確立を目指した。1)ヒト単球系培養細胞THP-1を用いた検討:ヒト単球系培養細胞THP-1の分化後、PPARリガンド;TZDs(Pioglitazone 6μM)の24時間投与により炎症性蛋白IL-6やMMP-9発現量が、EPA50μMの24時間投与にてCD14,TNFα,MCP-1,MMP-9やTLR4の発現量が有意に低下し、アディポネクチンが上昇した。2)ヒト単球・Mψを用いた検討:肥満・糖尿病・MetSの血液からMACSまたはFicoll-Paque法により末梢血単核球分画を分離後、単球機能を比較検討した。i)肥満・MetSでは単球中TNF-α,IL-6,MCP-1の遺伝子発現がreal-time PCR法にて正常者より亢進しており、MetSの危険因子重積度と有意に関連した。ii)FACS法では、正常と肥満者の単球特異的マーカー(CD14)の分布・活性に有意差はなかったが、糖尿病にてCD14活性上昇、非活性化M2マクロファージ(Mψ)の有意な低下を認めた。Iii)TZDsの3ヶ月間投与により、単球中の炎症性サイトカインTNF-αやCD14活性の有意な改善を認めた。3)肥満・MetSにおけるEPAの動脈硬化惹起性リポ蛋白や高感度CRPの改善効果を報告した(Diabetes Care 27:144,2007)。またヒト肥満・遺伝性肥満ob/obマウスにてEPAによる血中アディポネクチンの増加や脂肪組織の炎症性変化の抑制を認め報告した(ATVB27:1918,2007)。脂肪単球連関を検討する上で、血中アディポサイトカインと単球機能との関連を更に解析することは展開医療として重要である。1)肥満症・メタボリックシンドローム(MS)のヒト単球機能の検討:肥満症・MSの血液からFicoll-Paque法により末梢血単核球分画を分離後、単球機能を正常者と比較検討した。ii)FACS法では、正常者と肥満症の単球特異的マーカー(CD14、CD36、CD68)の分布・活性に有意差はなかった。iii)インスリン抵抗性改善薬:TZDsや高脂血症薬:エイコサペンタエン酸(EPA)の添加にて、MSの単球中のTNF-α、IL-6、MCP-1の発現低下が認められた。2)ヒト肥満の単球機能に及ぼすTZDsとEPAの影響:本研究では肥満・MetSにて(1)アディポサイトカイン分泌異常と単球機能の関連、(2)インスリン抵抗性改善薬の単球機能改善効果を検討し、脂肪単球連関の分子基盤の解明と有効な治療法の確立を目指した。2)ヒト単球・Mφを用いた検討:肥満・糖尿病・MetSの血液からMACSまたはFicoll-Paque法により末梢血単核球分両を分離後、単球機能を比較検討した。i)肥満・MetSでは単球中TNF-α,IL-6,MCP-1の遺伝子発現がreal-

time PCR法にて正常者より亢進しており、MetSの危険因子重積度と有意に関連した。ii)FACS法では、正常と肥満者の単球特異的マーカー(CD14)の分布・活性に有意差はなかったが、糖尿病にてCD14活性上昇、非活性化M2マクロファージ(Mφ)の有意な低下を認めた。iii)TZDsの3ケ月間投与により、単球中の炎症性サイトカインTNF-αやCD14活性の有意な改善を認めた。3)肥満・MetSniokeru]EPAの動脈硬化惹起性リポ蛋白や高感度CRPの改善効果を報告した(Diabetes Care27:144,2007)。またヒト肥満・遺伝性肥満ob/obマウスにてEPAによる血中アディポネクチンの増加や脂肪組織の炎症性変化の抑制を認め報告した(ATVB27:1918,2007)。脂肪単球連関を検討する上で、血中アディポサイトカインと単球機能との関連を更に解析することは展開医療として重要である。
イネの紫外線抵抗性と感受性品種間におけるピリミジンダイマー光修復酵素の構造の違い

以下に平成13年度の課題とその成果について記す。(1)紫外線抵抗性イネ品種(ササニシキ)からの光修復酵素遺伝子の単離---イネ紫外線抵抗性品種ササニシキのcDNAから、光修復酵素をコードする遺伝子のクローニングに世界で初めて成功し、光修復酵素遺伝子の全塩基配列、並びに推定アミノ酸配列を決定した(投稿準備中)。また獲得した遺伝子を、光修復活性を欠損している大腸菌を用いて、GST-fusion系で大量発現させてタンパク質を精製したところ、シクロブタン型ピリミジンダイマーを特異的に修復する活性を有していることを確認した。なお、本研究成果については、現在特許出願中(特願2001-320138)である。(2)紫外線抵抗性・感受性イネ品種間での、光修複酵素遺伝子のアミノ酸配列の比較と変異部位の決定---抵抗性品種ササニシキとササシグレ、および感受性品種農林1号とハツニシキ4品種の光修復酵素遺伝子の配列をダイレクトシークエンス法により決定し、推定アミノ酸配列を比較した。その結果、抵抗性の2品種は、126番目のアミノ酸残基がグルタミン、感受性の2品種ではアルギニンであることが分かり、この1アミノ酸の違いから酵素活性に違いが生じている可能性が考えられた。また、現在インド型品種で紫外線抵抗性の異なるイネ品種Marich-bati(抵抗性)とSurjamkhi(感受性)の光修復酵素遺伝子の塩基配列の比較を行っている。(3)抵抗性品種ササニシキ、および感受性品種農林1号の、光修複酵素の特性について---ササニシキからクローニングした遺伝子を、GST-fusion系で大量発現させてタンパク質を精製し、その遺伝子産物の酵素的性質を調べた。本酵素の吸収スペクトル、および蛍光スペクトルを測定した結果、本酵素が持つ2つの光受容体の一つはFADであることがわかった。なお、もう一つの光受容体の同定はできなかった。現在、農林1号からクローニングした遺伝子の遺伝子産物の精製を行っており、精製され次第、光受容体の同定、および酵素活性の比較を行う予定である。以下に平成12年度の課題とその成果について記す。(1)紫外線抵抗性・感受性イネ品種からの光修復酵素遺伝子の単離、および感受性品種における光修復酵素遺伝子の変異部位の決定まず、感受性品種の光回復酵素活性低下の要因が、細胞内の酵素量の低下によるのか、光修復酵素遺伝子の構造的変異によるのかについて、シングルフラッシュ法により解析した。その結果、感受性品種の光修復酵素は、抵抗性品種と比較してCPDと結合し難く、温度安定性も低いことから、遺伝子が構造的に変異していることが強く示唆された(Hidema et al.Plant Cell,2000)。また、抵抗性品種からCPD光修復酵素をコードする遺伝子のクローニングに成功した。現在、感受性品種からの遺伝子のクローニングを行っており、その一部は既に明らかにしている。(2)光修復酵素の活性の低下が、紫外線感受性を導く主要因であることの検定インド型UVB抵抗性品種で光回酵素復活性の高いMarich-batiと感受性品種農林1号を交配した後代株(F2、F3)を用いて、後代株の紫外線感受性と光修復酵素の親型との関係について解析を行い、農林1号の光修復酵素活性の低下が、紫外線感受性を決定している主な要因であることを実証する。(結果)イネSSRプライマーを用いたマイクロサテライト法によって、親株間でのイネ12染色体上での多型解析を行い、マーカーとなるプライマーの選択を行った。現在、後代株F3種子を獲得した。今後は、後代F3、150系統を材料に紫外線抵抗性の調査と、バルク間でのホモ型の多型を解析し、(1)で得られたcDNAをプローブに用いて、農林1号の光修復酵素活性の低下が、紫外線感受性を決定している主な要因であることを実証する。(3)様々な植物葉から、高分子の状態でのDNAを抽出・電気泳動し、DNA上の損傷量(シクロブタン型ダイマー:CPD)を測定する方法を確立した。この方法の確立によって、より生体内でのDNA損傷量を反映した結果をえることができ、これまで知られていなかった、紫外線誘導CPDの生物学的意義の解析に貢献した(PV Bennet et al.Crop Science 2001)。

その結果、抵抗性の2品種は、126番目のアミノ酸残基がグルタミン、感受性の2品種ではアルギニンであることが分かり、この1アミノ酸の違いから酵素活性に違いが生じている可能性が考えられた。また、現在インド型品種で紫外線抵抗性の異なるイネ品種Marich-bati(抵抗性)とSurjamkhi(感受性)の光修復酵素遺伝子の塩基配列の比較を行っている。(3)抵抗性品種ササニシキ、および感受性品種農林1号の、光修複酵素の特性について---ササニシキからクローニングした遺伝子を、GST-fusion系で大量発現させてタンパク質を精製し、その遺伝子産物の酵素的性質を調べた。本酵素の吸収スペクトル、および蛍光スペクトルを測定した結果、本酵素が持つ2つの光受容体の一つはFADであることがわかった。なお、もう一つの光受容体の同定はできなかった。現在、農林1号からクローニングした遺伝子の遺伝子産物の精製を行っており、精製され次第、光受容体の同定、および酵素活性の比較を行う予定である。
包接体結晶を利用した新しい反応系の設計

分子が規則的に配列している結晶内で反応を起こさせ、反応を規則的、立体選択的に行わせるのが目的であり、昨年度は結晶中の光反応を不斉選択的に行わせることを行い、初期の目的を達成した。本年度は、この結晶内での反応を通常の有機化学反応に発展させて、数多くの選択的固相有機化学反応を実現させることに成功した。溶液中で行うと異性体の混合物を与えるピナコール転移反応を固相で行うと選択的に反応が進行し、単一の生成物が得られた。この際、ピナコールをホスト化合物に取り込ませた包接化合物を固相で酸と反応させると、更に良い選択性が発現した。ケトンの固相還元も円滑に進行した。この際、ケトンを光学活性ホストに包接させておき、固相でNaBH_4又はボランーエチレンジアミン錯体と接触させると不斉選択的還元が起こり、光学活性アルコールが得られた。フェノール類のFeCl_3による一電子還元的二量化反応は通常含水アルコール中で行われるが、この反応を固相で行うと、極めて能率良く反応が進行し、純度の高い生成物が得られた。固相反応はグリニヤール反応にも適用できることが判明し、且つ固相グリニヤール反応は付加生成物よりも還元生成物を多く与えると言う選択性があることがわかった。ベンジル酸転移反応も固相で能率良く進行した。興味深いことに、溶液中で転移反応を起こすLiOH、Sr(OH)_2は固相では転移を起こさないのに対して、溶液中では能率良い転移反応を起こさないCsOH、RbOH及びBa(OH)_2が固相では能率良い転移を起こすことがわかった。その他、マイケル付加、アルドール縮合、ロビンソン縮環等の重要な炭素-炭素結合生成反応を光学活性ホストとの包接化合物中固相で行うと、不斉選択的に反応が進行することが判明した。最も興味深い発見は、光学活性ホストが固相で酵素的に働く事実である。例えば、光学活性ホスト存在下でのβ-ヨノンオキシドの固相動力学的分割に成功した。
腸管上皮オートファジーによる新規免疫調節機構の解析とクローン病新規治療標的の抽出

我々はこれまでの研究結果から、本研究では腸管粘膜の免疫恒常性は腸管上皮細胞のオートファジー機能と粘膜内リンパ球とのクロストークによって制御され、その破綻がIBDの本態となるという概念を提唱しつつ、大腸上皮特異的Atg5欠損マウス、大腸上皮細胞の初代(三次元)培養・移植技術、生体イメージング技術等々、我々が既に独自に樹立している技術を融合し、さらに上皮細胞のオートファジーによる腸管粘膜の新規免疫調節機構という新しい概念に着眼する。
超高感度半導体バイオセンサの実現に向けた３Ｄインテリジェント界面の設計

生体埋植型・貼付型センサをはじめとする、次世代医療技術の発展には、健康状態の指標となるバイオマーカーを迅速、正確、かつ簡便に計測するバイオセンシング技術が必要である。中でも、電位応答性バイオセンサは、分子の吸着により生じたセンサ界面の微小な電位変化を検知するため、低分子の高感度計測に有効であるが、一方で分子選択性の獲得が課題となっている。これを解決するには、対象分子のみをセンサ表面に吸着させ、表面電位変化を誘導する設計が重要とされてきた。しかし、申請者のこれまでの研究から、低分子夾雑物のセンサ表面への非特異吸着の抑制は困難であり、この方針には限界があると考えた。そこで、本研究では、夾雑物をフィルターにより除去し、狙った分子のみを高感度計測界面に透過させるという新たな設計方針のもと、高分子ナノフィルターを擁する3層界面を提案し、そのプラットフォーム化を目指している。当該年度の研究においては、特に、タンパク質応答の抑制に向けたアンカー層の設計と、実サンプルのモデルとなるストレスマーカー計測に向けた界面設計の改良・評価を行った。前者の研究においては、アンカー層の修飾により、高分子の電位応答が著しく抑制され、低分子は、高分子が存在する環境下においても十分な応答を示すことが確認された。また、後者においては、光制御型ATRPによりフィルター層を作製することで、従来に比べ高いフィルター効果を持つ界面を実現した。電界効果トランジスタ(FET)バイオセンサは、分子の吸着・結合により生じたセンサ/溶液界面の微小な電荷(電位)変化を検出するため、低分子バイオマーカーを高感度に計測可能な手法として注目されている。本研究では、Au電極との反応により低分子バイオマーカーを計測し夾雑物によるノイズシグナルを抑制する新たな高分子ナノフィルター界を提案する。当該年度では、種々の低分子バイオマーカーとの間で強い相互作用を示すAuをゲート電極としたExtended-gate FETを用い、Au電極表面において、夾雑物は到達せず一方で対象とする低分子バイオマーカーのみが到達しAuとの反応を計測する高分子ナノフィルター、具体的にはフェニルボロン酸(PBA)とのジオール結合を利用したドーパミンフィルターの作製に成功した(ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 5561)。さらに、高分子ナノフィルターの最下層となるアンカー層の分子密度を制御し(Langmuir 2019, 35, 3701)、一方で今後高分子ナノフィルターへの展開を想定し、特定の低分子バイオマーカを選択的に捕捉する分子鋳型高分子膜の作製(ACS Omega 2018, 3, 5382)や電気信号に寄与するPBAと低分子シアル酸との結合状態を明らかにした(ChemistryOpen 2018, 7, 513)。以上のように、当該年度の目的となる高分子ナノフィルター界面の実証だけでなく、今後の展開を見据えた成果が得られ、計画以上の研究成果があったと言える。本研究では、これまでに、ストレスマーカー計測に向けた界面設計により高分子ナノフィルターの効果を実証してきた。特に、セロトニンを主ターゲットとして計測するために、夾雑物となるカテコールアミン系低分子、ストロイド系低分子、タンパク質等の高分子を除去し、セロトニンのみがセンサ界面に到達する界面を設計し、その効果を検証してきた。前年度の研究において、ステロイド系低分子は、当センサの特性上、無視できる程度の微弱な信号しか発さないことを示したほか、フィルターの設計により、カテコールアミン系低分子、タンパク質の応答を80%程度抑制することが可能となった。以上を踏まえ、本年度は、1)タンパク質応答抑制効果の向上、2)フィルターの多層化を主目的として研究を遂行していく。1)前年度までの研究により、フィルターの密度制御により、タンパク質応答を80%抑制することが可能となった。すなわち、フィルターの密度を上げることで、ターゲットとしての低分子はセンサ表面まで透過可能であるが、タンパク質等のマクロ分子は透過できず、応答が抑制された。本年度はこれをさらに進め、フィルター表面に、多層構造となる親水性ポリマーを重合することで、タンパク質の応答の抑制効果向上を目指す。2)本研究では、より広範囲の夾雑物の影響を抑制する手段として、フィルターの多層化を検討している。フィルターの多層化は、表面開始型の原子移動ラジカル重合法により、実現可能であると考えられる。本研究では、前年度までに、フェニルボロン酸とカテコールアミンの可逆結合に着目し、フェニルボロン酸含有フィルターを設計することで、カテコールアミン系低分子の応答の抑制効果を実証してきた。本年度は、非共有結合性相互作用により、より幅広い種類の分子に対応可能なフィルターの創製を目指す。