hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
医薬品による発がんリスク増加に関わる輸送担体の探索とその評価系の開発

本研究では発がん修飾物質の作用点として発がん性物質の細胞内動態に着目して検討を行なった。その結果、ある種の医薬品(ジヒドロピリジン系カルシウム拮抗薬)や食品成分(クルクミン)が異物排泄トランスポーター、特にBCRPの機能を阻害することで、発がん性物質の細胞内濃度を増加させ、その生理作用を増強していることが示唆された。また、発がん性化学物質の体内動態を予測できる重層モデル実験系の作成に成功した。これを用いて、発がん性化学による遺伝毒性の変化を解析することにより、発がん修飾物質の作用機序の解析や検索に大きく貢献することが期待される。本年度は、初年度計画である「発がん性物質の細胞内取込み・排泄に関わる輸送担体の探索」「輸送担体の機能阻害(または発現低下)に伴った発がんイニシエーション作用の増強における実験的検証」について、まだ達成できていない、発現阻害系の確立をまず試みた。siRNA処理による発現阻害系が不完全であったことを踏まえ、CRISPER/Cas9システムによる輸送担体欠損細胞の樹立に取り組んだが、残念ながら輸送担体の発現欠失細胞の樹立には至らなかった。そこで現在、トランスポーターの発現プロファイルが異なる複数の細胞株を用いて解析を進めている。一方、様々なAhR活性化物質を用いた検討から、発がん修飾候補物質(Nic、CUR)とBCRP阻害剤(Ko134、Ko143)は、いずれも同じ化合物に対して増強効果を示したことから、その作用がBCRPの阻害に起因することを明らかとすることができた。なお、本年度より計画していた、「発がん生物質のin vivo体内動態を模倣した新規モデル細胞実験系の構築」については、ヒト小腸細胞Caco-2とヒト肝がん細胞HepG2細胞による重層モデル細胞系の構築をはじめているが、未だ解析結果は得られていない。以上の点から、残念ながら本研究は当初の実験計画よりもやや遅れて進行していると考えざるを得ない。環境衛生学本研究では、大きく分けて「発がん修飾物質による発がんイニシエーション増強作用の機構解析」「発がん性物質のin vivo体内動態を模倣した新規モデル細胞実験系の構築」の2つの研究を行うことを計画している。これまでの研究から、発がん修飾候補物質による発がん性物質(またはAhR活性化物質)の作用増強機構としてBCRPの阻害が示されたことから、その確証をめざして研究を進める。昨年に引き続いて、BCRPを欠損した細胞株の樹立を試みていくとともに、BCRPの発現レベルが異なる複数の細胞株を用いて解析を行っていく。また、「発がん生物質のin vivo体内動態を模倣した新規モデル細胞実験系の構築」について、重層モデル細胞系の構築を開始している。出来るだけ早い時期に、モデル細胞実験系を用いて検討を行い、in vivoを模倣した新規モデル細胞実験系となりうるかを評価していく。初年度の実験計画では、「発がん性物質の細胞内取込み・排泄に関わる輸送担体の探索」「輸送担体の機能阻害(または発現低下)に伴った発がんイニシエーション作用の増強における実験的検証」を予定し、これに基づいて検討を行った。
新規内因性コリン産生経路の分子機構とその生物学的意義

肝臓において膜リン脂質からコリンを取り出す内因性コリン代謝経路の分子的実体としてiPLA2γ→iPLA2θ→GDEという酵素群を見出し、この代謝経路がコリン産生のみならず、肝臓におけるメチオニン再生や肝機能にも関わることを明らかとした。またiPLA2θの欠損により広範囲の脳の萎縮を伴う神経変性や白色脂肪組織の褐色化が起きることから、神経細胞の生存やエネルギー代謝においても我々が同定した内因性コリン産生経路が極めて重要な役割を持つことが分かった。平成27年度は以下の成果が得られた。1Cre-loxPシステムを利用して、肝臓特異的、脂肪組織特異的、神経細胞特異的にiPLA2θを欠損するマウスの作製を行った。2安定同位体で標識したホスファチジルコリン(PC)を培養細胞に導入し、PCの分解による低分子量化合物の産生を同定・定量する実験系の構築を行った。これにより、細胞レベルでPC分解、コリン産生、メチオニン回路と繋がる代謝フラックス解析を行う体制が整った。3コリン補充食やメチル強化食を与えたが、欠損マウスの表現型の劇的な回復は見られなかった。肝臓におけるPC分解と内因性コリンの産生そのものが重要であるか、PCの分解で派生する他の代謝物質も補給する必要がある可能性が考えられた。4内因性コリン産生経路においてiPLA2θの上流に位置する酵素を同定し、下流に位置する酵素の候補を2つに絞った。上流酵素の欠損マウスは肝臓においてiPLA2θ欠損マウスと同様にグリセロホスホコリンやコリンの減少が観察されたことから、両酵素が機能的にカップルしていると考えられた。5iPLA2θの脳は萎縮し、海馬、大脳皮質、視床、線条体などにおいて神経変性が生じており、脳切片を用いた質量分析イメージングにより、iPLA2θ欠損マウスの脳でもPC分解経路の異常やグリセロホスホコリンの減少が生じていることが判明した。iPLA2θは肝臓のみならず、脳の神経細胞の生存においても重要な役割を持つことが明らかとなった。平成28年度に予定していた研究のうち、部位特異的欠損マウスの作製は交配不調によりやや遅れているが、平成28年度に予定していた研究計画を繰り上げて行った。最終年度の研究成果1昨年度iPLA2θにリゾPCを供給する上流酵素としてiPLA2γ(PNPLA8)を見出したが、この酵素の欠損マウスもiPLA2θ欠損マウスと同様に痩せ型となり、肝臓においてコリン-メチオニン代謝関連の一連の化合物が減少していた。一方、メチオニン回路を構成する主要代謝酵素群の発現は上昇したことから、代償機構が存在すると考えられた。2肝臓においてiPLA2θ下流に位置して、グリセロホスホコリンからコリンを生成するグリセロリン酸ジエステルホスホジエステラーゼ(GDE)を同定し、CRISPR/Cas9システムを利用して欠損マウスを作製した。3iPLA2θの肝臓ではFGF21の発現と分泌の増加が生じ、これが白色脂肪組織の褐色化の一因を担うと考えられた。4iPLA2θ欠損マウス由来の初代培養肝細胞においてもFGF21の発現と分泌の増加が再現され、培養液中にメチオニンとコリンを過剰量添加することでFGF21の発現が正常レベルに戻ることを見出した。5多系統萎縮症患者においてiPLA2θの遺伝子多型との相関関係が示唆された。期間全体の研究成果肝臓において膜リン脂質からコリンを取り出す内因性コリン代謝経路の分子的実体としてiPLA2γ→iPLA2θ→GDEという酵素群を見出し、この代謝経路がコリン産生のみならず、肝臓におけるメチオニン再生や肝機能にも関わることを明らかとした。今後は、下記の事項を重点的に進める。安定同位体を用いて、iPLA2θを欠損した肝細胞で代謝フラックスの解析を行う。MRS解析を進め、脳での代謝変化を生存マウスでモニターする。下流に位置する候補酵素の遺伝子欠損マウスを作製し、肝臓における役割を検討する。ヒトの疾患との共通性を検索する。脂質生化学部位特異的欠損マウスの繁殖の遅れにより、次年度分の飼育費用等を確保した。平成28年度に部位特異的欠損マウスの繁殖を本格的に進めるために使用する予定である。
心臓構成細胞分化誘導メカニズムへの理解

(1)心室筋・心房筋分化のプログラミング因子の単離先行研究より、Baf60cの発現以降に心室筋・心房筋の運命決定がなされる事が明らかとなった。この結果を元に、心臓発生時期と出生0日のから心房と心室領域からマイクロアレーを行いmRNA発現プロファイルを作製した。さらにqRT-PCRで時系列発現変化を再確認した後、20候補因子に絞り込みを行った。マウス胚における発現様式を確認したところ、12遺伝子(分泌性6、転写因子4、エピジェネティック2)において興味深い結果が得られた。mRNAの発現領域をマウス胚を用いて確認したところ、6因子において興味深い発現が見受けられた。現在強制発現系を樹立中。分泌性因子に関してはレコンビナントを作製し、ES分化細胞系への投与と心筋初代培養系に投与を行い、心室筋様細胞及び心房筋様細胞に分化する結果が得られている(特許申請中)。(2)心臓前駆・幹細胞のプログラミング因子の探索既知の心臓幹・前駆細胞特異的に発現するマーカー(Islet1、Flk1)を用いて両陽性細胞からマイクロアレーを行い15の候補遺伝子を単離した。この候補遺伝子は1:マウス9日胚における発現様式、2:ES細胞分化誘導系における時系列発現変化様式で絞り込みを行ない、遺伝子破壊マウスの表現型結果と初期胚における発現様式を再確認し、8種類の候補遺伝子に絞り込んだ。結果、心臓中胚葉誘導因子である可能性があるC,Dで、細胞系譜解析(creERT2KIマウスをROSA-YFPレーポーターマウスと交配)を行ったところ、心臓構成細胞(心筋、刺激伝導系、平滑筋、内皮)に分化していることは明らかとなった(論文投稿中)。さらに、これらの細胞を発現した細胞集団は効率よく心臓を構成する細胞群(心筋、刺激伝導系)に分化していた(特許申請済2012年1月23日:国際特許申請済2012年12月22日)。本研究は、特定の細胞運命プログラムを理解し、分化誘導技術を開発することを趣旨としたものである。心臓は形・機能の異なった多くの細胞群が互いに協調的な連携をとることで構成された統合器官であるが、共通の前駆細胞からどのようなメカニズムで特定の細胞に分化していくのか明らかにされていなかった。研究代表者は特定細胞分化に関わる生理活性物質を発見し、この特異な機能を3つの観点(1;心房筋・心室筋特異的分化、2;心臓前駆・幹細胞分化、3;ペースメーカー分化)から理解することをテーマに掲げて研究を行ってきた。1に関しては、生理活性物質の発現量が心筋保持に重要であることが示された(Takeuchi., Nature Comms. 2011)。さらに、幾つか心房特異的、または心室特異的な因子をマウス胎生10.518.5日胚の心室と心房での遺伝子発現アレー結果から単離(神戸理研西川伸一教授との共同研究)しており、まずは心房特異的に発現する因子(8個)について組織化学解析を行なっていく予定である。2においては、心臓前駆細胞誘導候補因子を14個単離し、その後の解析結果によって本研究が評価され研究延長が約束され、別研究として独立させた(さきがけiPSと生命機能5年型)。

3に関しては、現在特定因子の解析系としての開発が終わりES細胞からHCN4-RFPマウスを作製中である(Andy Peng Xiang教授;中山医大;広州、中国)。本年度中には、候補因子の単離を目指す。上記の結果から候補となった因子の機能異常が引き金となって特定の細胞集団の機能異常を齎すのか調べるとともに、ヒト心疾患の原因も引き起こすとも考えられる。引き続き候補因子の詳細な発現パターン解析を行なっていく予定である。本研究は、特定の細胞運命プログラムを理解し、分化誘導技術を開発することを趣旨としたものである。心臓は形・機能の異なった多くの細胞群が互いに協調的な連携をとることで構成された統合器官であるが、共通の前駆細胞からどのようなメカニズムで特定の細胞に分化していくのか明らかにされていなかった。研究代表者は特定細胞分化に関わる生理活性物質を発見し、この特異な機能を3つの観点(1;心房筋・心室筋特異的分化、2;心臓前駆・幹細胞分化、3;ペースメーカー分化)から理解することをテーマに掲げて研究を行ってきた。1に関しては、RNAi法を用いて候補因子の機能阻害実験を行ってきた。その中で、心房誘導に関わる分泌性因子を一つ同定した。現在強制発現を行なうためのウイルス作製を行なっている。さらに、心室筋内において心筋成熟期に連れて発現量が減少するエピ因子を見出した。このエピ因子を恒常的に発現するTGマウスでは心奇形を伴わなかったが、心筋梗塞マウス(MIマウス)においては極度に心不全抑制効果がみられた。2においては、既に特許申請(東京大学知財部管理番号:32B121002-1)を行ない、さらに心臓前駆細胞を誘導する特定のプログラム因子の同定まで至った。現在論文作製中であり、さらに特許申請を行なうと同時に線維芽細胞や皮膚組織を用いてリプログラム可能か、実験予定である。3に関しては、1の候補因子の中に誘導活性を持った因子を見出した。(1)心室筋・心房筋分化のプログラミング因子の単離先行研究より、Baf60cの発現以降に心室筋・心房筋の運命決定がなされる事が明らかとなった。この結果を元に、心臓発生時期と出生0日のから心房と心室領域からマイクロアレーを行いmRNA発現プロファイルを作製した。さらにqRT-PCRで時系列発現変化を再確認した後、20候補因子に絞り込みを行った。マウス胚における発現様式を確認したところ、12遺伝子(分泌性6、転写因子4、エピジェネティック2)において興味深い結果が得られた。mRNAの発現領域をマウス胚を用いて確認したところ、6因子において興味深い発現が見受けられた。現在強制発現系を樹立中。分泌性因子に関してはレコンビナントを作製し、ES分化細胞系への投与と心筋初代培養系に投与を行い、心室筋様細胞及び心房筋様細胞に分化する結果がえられている(特許申請中)。(2)心臓前駆・幹細胞のプログラミング因子の探索既知の心臓幹・前駆細胞特異的に発現するマーカー(Islet1、Flk1)を用いて両陽性細胞からマイクロアレーを行い15の候補遺伝子を単離した。この候補遺伝子は1:マウス9日胚における発現様式、2:ES細胞分化誘導系における時系列発現変化様式で絞り込みを行ない、遺伝子破壊マウスの表現型結果と初期胚における発現様式を再確認し、8種類の候補遺伝子に絞り込んだ。
骨に囲まれた臓器・物質を画像化する超音波システムの開発

本研究では、(1)骨に囲まれた臓器・物質として頭蓋骨に囲まれた脳組織及び頭部血管同定(2)人工再生骨内のBS細胞の同定を中心として、その形状、量、流速計測を目的として研究を行った。(1)に関しては、0.5MHzと1.0MHzの超音波アレイプローブを用いて頭蓋骨形状及び脳表面の画像化に成功した。また、1.0MHzプローブを用いて、骨下のドプラー効果を確認した。(2)に関しては、その細胞量を多変量解析、ニューラルネットワーク、ファジィ推論の各方法で同定することに成功した。本研究の目的は、超音波の骨組織による屈折、吸収、散乱、反射という壁をうち破り、骨組織に囲まれた臓器、物質をリアルタイムに画像化することで、それらの形態学的情報と機能情報のダイナミクスを画像化し、それによって医学診断の高度化、医療の質的向上、医療コストの低減化、装置のポータブル化を実現することである。平成20年度は、以下の研究を行って成果を上げた。(1)人口骨内の非破壊細胞量評価システムの細胞量定量評価法の開発(医学診断の高度化)本システムにより得られた超音波波形を解析して特徴値を抽出し、真値との比較により重回帰分析及びファジィ推論による細胞量推定モデルを構築して細胞量を推定した。それぞれの手法に対して精度評価を行った結果、ファジィ推論により高い精度(感度:2%)することができた。(2)骨の音速と厚み情報を同時取得する方法の開発(装置のポータブル化)本研究では圧力を加えないパルスエコー法による、音速から計算された画像化法を提案する。入射角度の異なる3つのプローブを用いて、音速と厚さを同じ計測・計算し、物体形状の画像化法を開発した。骨と類似した硬組織モデルを用いた実験の結果、誤差率6.0%以下で物体形状を画像化できた。(3)骨盤に囲まれている大腸手術支援のための大腸の厚さ評価システム(医学診断の高度化)実際の直腸がん手術で使用される装置の先に超音波プローブを5つ固定し、各部分の厚みの計測システムを開発した。これにより生態擬似ファントムの厚みを計測委した結果、5.09%の誤差率で求めることができた。さらに実際の豚の腸、厚みを変化させた鶏肉の厚みを推定した結果、厚みの変化を観測することができた。本研究では,中心周波数0.5MHzと1.0MHzの超音波アレイプローブを用い,手動によるアレイプローブの走査を行い溝表面の画像化を行った.アレイプローブは,1度に複数のデータ取得が可能な装置であり,臨床用として必要不可欠な構造である.本研究では脳診断のための脳画像超音波アレイシステムを開発した.まずアレイプローブを用いて取得したデータに対して,骨(頭蓋骨)表面からの反射波を検出し,取得波形との相互相関係数を求めて表面反射波の位置を決定する.次にファジィ推論により3つのルールを用いて骨底面からの反射波の位置を決定する.そして,決定した表面,底面位置及び骨の音速を用いて頭蓋骨の形状を測定する.次に,0.5MHzの超音波アレイプローブによる取得データと1.0MHzの超音波アレイプローブによる取得データを合成したデータより作成したB-mode画像から,骨下にある対象物体(脳)の表面形状を抽出する.実験では,より生体に近い条件として,頭蓋骨として牛の肩甲骨を,脳溝を模した対象物体として鋼製の溝を用いた.本手法を適用した結果,牛の肩甲骨の厚みを真値に近い値で測定できた.0.5MHzのアレイプローブによる取得データと1.0MHzのアレイプローブより取得したデータを合成したデータより作成したB-mode画像から溝部分を抽出した結果,1.0MHzのアレイプローブのデータの強さが80%の場合において,真値との誤差が幅においては2.86mm,深さにおいては0.59mmとなり,0.5MHzのアレイプローブによる取得データのみを用いた場合に比べて精度が向上した.本年度では、以下の3つの研究を行い、3年間の研究を総括した。(1)人工再生骨内の細胞量決定:骨折や骨腫瘍により生じた大規模な骨欠損は自然治癒が困難である。骨欠損を治療する骨補填材として人工培養骨にBMSCs (Bone Marrow Stromal Cells)を注入させた混合物を使用することが考えられている。ここでは、人工培養骨より得られた超音波波形を解析して特徴値を抽出し、ニューラルネットワーク、重回帰分析及びファジィ推論による細胞量推定モデルを構築して細胞量を推定し、ロバストな人工培養骨内細胞のソフトコンピューティング評価システムを提案した。(2)ドプラ効果によるヒト脳血流計測装置の開発:ここでは、中心周波数1.0MHzの超音波アレイプローブを用いて、頭蓋骨下における脳血管の血流速度計測を行う超音波システムを提案した。本手法では、移動物体に超音波が当たるとドプラ効果によって周波数遷移が発生する事を利用して、血流速度計測を行う。

頭蓋骨と脳血管の代用として牛の肩甲骨とシリコンチューブを用いて実験を行ったところ、ドプラ効果によって血流を確認できたため、頭蓋骨下におけるシステムの有用性を確認することが出来た。(3)中心周波数0.5MHzと1.0MHzの超音波アレイプローブを用いた脳画像取得装置の開発:ここでは、中心周波数1.0MHzと0.5MHzの超音波アレイプローブを用いて、頭蓋骨下における脳血管の血流速度計測を行う超音波システムの検証を行った。頭蓋骨として牛の肩甲骨を、脳溝を模した対象物体として鋼製の溝を用いた。本手法を適用した結果、牛の肩甲骨の厚みを真値に近い値で測定できた。0.5MHzのアレイプローブによる取得データと1.0MHzのアレイプローブより取得した波形を合成した波形より作成した画像から溝部分を抽出した結果、0.5MHz或いは1.0MHzのアレイプローブ単体で行った結果より精度の向上を認めた。これにより、複数のアレイ装置を用いてデータを取得する方法が有効であることが明らかになった。
可逆的光異性化反応を利用した粘弾性流体による伝熱制御技術の開発とメカニズム解明

小型熱交換機器類をはじめとする微小流動場における時空間的かつ能動的な熱流動制御の実現に向けて,光刺激によって粘弾特性が変化する光レオロジー流体を伝熱媒体とした新たな制御手法の検討を行った.Azo化合物と界面活性剤を混合した紐状ミセル水溶液を作製し,粘弾性測定ならびに熱伝達率・圧力損失測定を実施した結果,光の波長や照射時間に応じて各特性が可逆的に変化することを確認した.更に染料による流脈線の可視化やPIV測定を行い,光照射条件に応じて二次渦の発生頻度や流れ場の非定常性が変化することを明らかにした.以上より,伝熱媒体の粘弾性を光制御することによる能動的な伝熱・流動制御の可能性を示すことができた.本研究は,微小流れ場における時空間的かつ能動的な流動制御の実現に向けて,可逆的な光異性化反応を呈する光レオロジー流体(PRF)の開発,ならびに,光刺激による流動特性・伝熱特性の制御メカニズムの解明を行う.上記を目的として平成28年度に実施した研究の成果について,詳細を以下に記す.【1光刺激に応じて分子構造が可逆的に変化する感光性物質を含むPRFの作製】:トランス型⇔シス型の光異性化反応を可逆的に起こす感光性物質としてアゾベンゼンジカルボン酸(ADCA)を選定し,界面活性剤水溶液(CTAB)と混合したPRFを作製した.【2作製したPRFの粘弾性測定】:作製したPRFのUV-Vis吸収スペクトルから粘弾性変化に関わる照射光波長を推定した後,水銀ランプを用いてPRFへのUV光・可視光照射を行った.光照射前後のPRFについてレオメータによる粘弾性測定を行った結果,波長に応じてPRFの緩和時間が可逆的に変化することが確認された.【3熱流動特性評価用の実験装置の構築と実験方法の確立】:ミリスケールの蛇行流路を用いた流動場測定用装置ならびに伝熱実験用装置の構築を行い,ニュートン流体であるスクロース溶液を用いて実験系・実験手法の妥当性を確認した.その後,実験的な取り扱いが容易なPRF(不可逆な粘弾性変化を呈するPRF)を利用して,PIV(粒子画像流速計)による速度分布計測や,染料による流脈線の可視化,熱伝達率・圧力損失測定を実施した結果,光照射条件に応じて熱流動特性が変化することが確認された.更に,流れ場と光源が一体化した内照式流路において伝熱実験を行い,数秒程度の光照射によって粘弾特性・伝熱性能・圧力損失が変化することを示した.同様の実験を今後【1】のPRFについて行うことで,PRFによる能動的な熱流動制御の可能性を示し,工業的応用に有用な設計指針を提案することができると考えられる.現在までに,ADCAとCTABから成るPRFについて,粘弾性変化に関わる波長の特定や,照射光波長に応じた可逆的な粘弾性変化の確認に成功している.次年度はこの成果に基づいて溶質の種類や濃度,光照射方法を改良することでPRFの光応答性を更に高めることが可能であると考えられる.また,本年度はPRFの粘弾特性と伝熱性能,流動特性の関連を解明するための実験系・手法を確立するとともに,不可逆な粘弾性変化を呈するPRFについて可視化・伝熱データを蓄積し,流れ場への直接的な光照射の有効性を示すことができた.本年度得られた知見は,可逆的変化を示すPRFの伝熱特性・流動特性の評価および流れ場での実証実験のための足掛かりとなるものであり,平成29年度の研究計画の円滑な遂行に向けて,おおむね順調な進展が得られたと考える.本研究は,微小流れ場における時空間的かつ能動的な流動制御の実現に向けて,可逆的な光異性化反応を呈する光レオロジー流体(PRF)の開発,ならびに,光刺激による流動特性・伝熱特性の制御メカニズムの解明に取り組んだ.平成29年度に実施した研究の成果について以下に記す.【PRFの光応答性の向上】:可逆的な光異性化反応を起こす感光性物質としてアゾベンゼンジカルボン酸(ADCA)を用いたPRFについて,光応答性の改善に取り組んだ.界面活性剤の疎水基の長さと粘弾特性の関連に着目して界面活性剤を選定するとともに,対イオン濃度を減少させることで,短時間で粘弾性が大きく変化するPRFの作製に成功し,光応答性向上を達成するための溶液調合の指針を得た.また,光照射に使用するランプの波長や照射距離が粘弾特性変化に与える影響についても定量的に評価し,光照射方法の最適化によって応答性の向上が望めることを示した.更に,繰り返しの光照射に対してPRFが劣化しないこと,室温において熱異性化の影響が少ないことなど,工業的な応用に際して重要となる特性について確認を行った.【流動場計測および伝熱実験データの蓄積】:前年度に構築した装置を用いて,上記PRFに対して伝熱性能・圧力損失の測定を行った.光照射条件の異なる複数種類のPRFを用意し,それぞれについて測定を行った結果,従来の1/3程度の光照射時間で熱流動特性が可逆的に変化することが明らかとなった.また,光照射と流れ場の様式との関連を明らかにするため,不可逆な粘弾性変化を呈するPRFについてPIV測定や可視化実験を行った結果,流れ方向垂直断面内で二次渦の形状が非定常に変化することが分かった.以上より,本研究課題によってPRFを用いた熱流動制御メカニズムの解明の一助となる結果が得られ,光応答性の高いPRFを用いた能動的な熱流動制御の可能性が示されたといえる.

小型熱交換機器類をはじめとする微小流動場における時空間的かつ能動的な熱流動制御の実現に向けて,光刺激によって粘弾特性が変化する光レオロジー流体を伝熱媒体とした新たな制御手法の検討を行った.Azo化合物と界面活性剤を混合した紐状ミセル水溶液を作製し,粘弾性測定ならびに熱伝達率・圧力損失測定を実施した結果,光の波長や照射時間に応じて各特性が可逆的に変化することを確認した.更に染料による流脈線の可視化やPIV測定を行い,光照射条件に応じて二次渦の発生頻度や流れ場の非定常性が変化することを明らかにした.以上より,伝熱媒体の粘弾性を光制御することによる能動的な伝熱・流動制御の可能性を示すことができた.今後は,本年度得られた成果に基づき,1PRFの光応答性の向上,2流動場計測および伝熱実験データの蓄積,3流れ場への光照射による可逆的熱流動制御の実証実験に注力する.1ー3で得られた知見からPRFによる能動的な熱流動制御の可能性を示すとともに,工業的応用に有用な設計指針を提案する予定である.研究計画を遂行する上での留意点については以下に記す.【1PRFの光応答性の向上】:ADCAとCTABから成るPRFについて光照射装置や溶質濃度等の最適化を行うことで,光応答性の改善に取り組む.また,界面活性剤の疎水基の長さと粘弾特性との関連に着目し,CTAB以外の界面活性剤を利用してより短時間で粘弾性の大きく変化するPRFの作製も試みる.【2流動場計測および伝熱実験データの蓄積】:本年度確立した実験装置・手法に基づいて,可逆的な粘弾性変化を示すPRFを用いた場合の熱流動特性の評価を行う.UV・可視光照射により可逆的に熱流動特性が変化することを確認し,3の実証実験に向けた基礎データを蓄積する.また,不可逆的な粘弾性変化を示すPRFについても本年度に引き続いて実験を継続し,粘弾性と流れ場の様式,伝熱特性との関連やその制御メカニズムを明らかにするための知見の収集を行う.【3流れ場への光照射による可逆的熱流動制御の実証実験】:UV光・可視光照射装置と流路とを組み合わせた実験システムを構築し,流れ場への直接的な光照射による可逆的な熱流動制御を試みる.更に,上記の流れ場における伝熱性能と圧力損失の計測結果に基づいて,伝熱媒体としてニュートン流体を用いる場合と比較した際のPRFの優位性を示す.29年度が最終年度であるため、記入しない。熱流体工学,ナノ・マイクロ工学,光計測29年度が最終年度であるため、記入しない。
社交不安症向け認知行動療法WEBプログラムの文化差を踏まえた改良：日英共同研究

申請者らは、英国Oxford大学のClark氏らと「自己学習+サポート型」の新規WEBプログラムの開発・改良に着手している。このプログラムは、認知行動療法を遠隔で提供できることに加えて、豊富な自己学習モジュールにより患者と治療者のコンタクト時間を短縮できること、さらに、治療者からのメール・ビデオチャットを介したサポートにより対面での治療に匹敵する効果を維持できること、などの特色を持つ。本研究は、このプログラムを文化横断的に実用可能なものにすることを目指し、申請者が蓄積してきた経験(日本の文化的特徴)を活かしたプログラムの改良した上で、日本人の社交不安症に対する有用性・安全性を検討する。本年度は、WEB用自己学習モジュールの作成および標準化を行った。標準化のプロセスとして、1原案を英文で作成、2原案を日本語に翻訳しながら日本の文化を考慮して修正、3修正した日本語文を英語に再翻訳した。さらに、原案と再翻訳文を日英間の研究者らで検討し、モジュールを標準化した。なお、標準化したモジュールのタイトルは次の通りである:「治療の導入」「さあ、始めよう」「自意識を感じること」「安全行動」「注意と安全行動の実験」「自分の会話ビデオを見る」「行動実験」「頭の中から現実世界に飛びだす」「過去を引きずらない」「会話をする」「赤面」「発汗」「震え」「自分はつまらない人間だと感じてしまうこと」「自分はバカな人間だと感じてしまうこと」「破局的思考の緩和」「他者が楽しめないのは自分のせいだと感じること」「前もって心配すること」「社交場面の出来事を後から入念に思い返すこと」「自尊心」「自分を褒める」。当初の計画に従い、モジュールの標準化作業を進めた。引き続き計画に従って研究を進める。現時点で研究遂行上の問題等は生じていない。
開拓保健婦の活動に関する歴史的研究-保健婦が行う生活支援の専門性の探求-

本研究は、北海道開拓保健婦が行った生活支援活動の実態を明らかにするとともに、保健師にとって課題である地域における生活支援のあり方、保健婦活動の専門性を明らかにすることを目的とした。開拓保健婦が活躍した時代、地域の特徴、保健婦の位置づけを明らかにしたうえで、北海道で開拓保健婦として活動していた人を対象にインタビュー調査を行った。その結果、開拓保健婦の活動を次のようにとらえることができた。まず、開拓者個人の抱える健康問題解決のために、生活に入り込み、生活に密着した個別支援活動という形で、求められる活動を展開した。その後、自然環境・社会・生活との関連のなかから、健康問題を個人の責任としてとらえるのでなく問題を生みだしている条件に注目し、生活環境を整え、組織化をすすめ、集団の力で健康問題を解決しようとした。このように求められる活動からつくりだす活動へと展開している。そして、開拓保健婦の持つ視点は、予防という将来を予測する視点と生活者としての視点をあわせもつものであった。この開拓保健婦がもつ視点と活動の展開の特徴は、公衆衛生看護の本質と通じるものであると考える。開拓保健婦が行った生活支援活動の実態を明らかにするとともに、現在の保健師にとって課題である地域における生活支援のあり方、保健師活動の専門性について検討することを目的として、本年度は次の2点を中心に研究活動を行った。1点目は、全国開拓振興会、日本看護協会、北海道庁資料室などにおいて開拓者の当時の社会背景や開拓者の生活に関する資料を収集し、現存する関係資料や文献はすべての収集を終えることが出来た。2点目は、北海道開拓保健婦会の会員名簿から面接可能者をリストアップし、開拓保健婦11名に対し、開拓保健婦としての活動を振り返り、当時の開拓者の生活実態、保健婦の開拓者の生活に対する捉え方、生活支援の内容、活動内容の経時的変化、支援の上での問題点などについて、半構成的面接法でインタビュー調査を実施した。対象者の承諾を得た上で会話の内容を録音し、収集したデータの逐語録を作成し、現在分析中である。その一部を日本公衆衛生学会において報告したところである。次年度は、収集した資料及び調査データをもとに、開拓保健婦の活動について多方面からの分析を行っていきたいと考えている。その分析成果については、、9月に行われる北海道開拓保健婦の会「わらび会」の集まりに出席しグループインタビューを行い確認し、内容を吟味、補完し研究成果としてまとめていきたいと考えている。本研究は、北海道開拓保健婦が行った生活支援活動の実態を明らかにするとともに、現在の保健婦にとって課題である地域における生活支援のあり方、保健婦活動の専門性を明らかにすることを目的とした。本年度は最終年度として、昨年に引き続き北海道開拓保健婦を対象にインタビュー調査を実施するとともに、開拓保健婦が活躍した時代、地域の特徴、保健婦の位置づけを明らかにしたうえで、インタビュー調査結果のデータ分析を行った。その後、自然環境・社会・生活との関連のなかから、健康問題を個人の責任としてとらえるのでなく問題をうみだしている条件に注目し、生活環境を整え、組織化をすすめ、集団の力で健康問題を解決しようとした。このように求められる活動からつくいだす活動へと展開している。
生体防御系における遺伝子間相互作用の解析

本研究は自然・適応免疫系を中心とした生体防御機構について、特にシグナル分子・転写因子の相互作用を中心に解析を行ったものである。まずIRFファミリー転写因子群によるインターフェロン(IFN)系、適応免疫系の調節機構について(i)IRF-1とp48(ISGF3γ)の両因子がIFNによる抗ウイルス応答に必須である、(ii)両因子がIFN応答のみならずIFN産生にも関与している、(iii)IRF-1がTh1型免疫応答の誘導及びナチュラルキラー細胞の分化に必須であることを明らかにした。そしてIL-12、IL-15遺伝子がIRF-1の標的遺伝子であることを発見した。更にIRF-1が癌抑制因子として生体防御に関与することを明らかにした。IRF-1がp53と共調することによって細胞周期、アポトーシスの調節を行っていることも判明した。更に本研究の過程でIFNがウイルス感染細胞に選択的にアポトーシスを誘導することを発見した。一方、リンパ球増殖においてはIL-2受容体の下流にJak-1、Jak-3プロテインチロシンキナーゼ(PTK)が共役すること、またこれらPTK活性化が増殖シグナルの伝達に重要であることを見出した。更にJak3の下流にPyk2PTKが機能分子として関与することを明らかにした。これらシグナル伝達分子の活性化によって活性化される標的遺伝子群がそれぞれ共役して細胞増殖を誘導する証拠を得た。一連の研究は生体防御に関与する細胞群の分化及び応答の分子機構について新知見を提供すると共に、発癌抑制の分子機構についても遺伝子間相互作用の重要性を示す知見を提供するものと考えられる。本研究では生体防御系における細胞応答とその応答を制御する遺伝子間相互作用の分子機構の解明を目的としている。本年度はまず、我々がインターフェロン(IFN)系の転写制御因子として発見したIRF-1の標的遺伝子群の解析を行い、Interleukin-1βconverting enzyme(Ice)を同定した。実際Ice遺伝子は活性化大リンパ球において発現誘導されるがIRF-1欠損マウス由来Tリンパ球では全く誘導が見られなかった。Iceプロモーター領域にIRF-1結合部位を見いだした。更にIRF-1欠損Tリンパ球ではDNA障害によるアポトーシスの誘導が抑制されることを明らかにした。更に新しい標的遺伝子を何種類か同定しつつあり、これらの遺伝子の細胞応答への関与を解明しつつある。一方、IRF-1に加えてIFN系を制御すると考えられる転写因子p48(ISGF3_γ)の欠損マウスの作製に成功した。このマウス由来細胞の解析によって、p48がIFN-α/βの応答のみならずIFN-_γの応答にも必須の役割を果たしていることを明らかにした。p48欠損マウスでは現在のところリンパ球の分化異常が見いだしていない。リンパ球増殖の調節機構を解析するためにインターロイキン-2(IL-2)受容体によるシグナル伝達機構の解析を進め、本年度はbcl-2遺伝子の誘導がJakキナーゼや他の既知の非レセプター型チロシンキナーゼとは独立した経路によって担われていることを明らかにした。HTLV-Iウイルスのp40^<tax-1>の細胞増殖誘導への関与をIL-2シグナル伝達経路に重要なシグナル伝達分子との関係を検討した結果、p40^<tax-1>自身が、lckおよびc-myc遺伝子と協調的に働くことにより細胞増殖を誘導するbcl-2と同様あるいは類似した機能を有していることが示唆された。この結果から、成人T細胞白血病の発症メカニズムとして、p40^<tax-1>がT細胞のIL-2非依存的増殖を誘導していることが示唆された。更に、IL-2のbcl-

2遺伝子の転写誘導に至るシグナル伝達経路はJak3キナーゼを介するシグナル伝達経路とは独立していることを示し、新たにBcl-2結合タンパクであり、アポトーシス阻害作用を有するBAG-1の遺伝子がJak3キナーゼを介するシグナル伝達経路とは独立にIL-2刺激により誘導されることを明らかにした。一方で、癌抑制因子IRF-1欠損胎児線維芽細胞(EF)ではp53欠損EFと同様にDNA損傷時の細胞周期の停止が認められず、CDK抑制因子(CDK inhibitor,CKI)p21(WAF1/CIP1)の発現がIRF-1欠損EF及びp53欠損EFで低下していることを見出した。更に、p21プロモーターの活性化にはIRF-1とp53が協調的に働くことを明らかにした。同時に、IRF-1を欠損するマウスは、タイプ1ヘルパーT細胞(TH1)の分化に異常がありTH2分化が亢進している事を発見した。IRF-1のTH1分化における機能として、TH1の分化に必須であるインターロイキン12(IL-12)のp40サブユニットの転写制御、TH1前駆細胞のIL-12応答性の制御、さらにはインターフェロン-γを産生しTH1分化を促進するナチュラルキラー細胞の分化の制御が明らかになった。本年度は、インターロイキン-2受容体βサブユニット(IL-2Rβ)の細胞質領域のうち、Stat3および5を活性化することが知られているものの、IL-2によって誘導される増殖反応には必須ではなく、その機能が明らかではない亜領域(H領域)について検討を加えた。すなわち、本H領域を欠損する変異IL-2Rβ鎖トランスジェニックマウスを作成し、IL-2Rβ鎖を全く欠損するマウス(IL-2Rβ^<-/->マウス)と掛け合わせたところ、IL-2Rβ^<-/->マウスで見られたT細胞の異常活性化は是正されたものの、ナチュラルキラー(NK)細胞や、特殊なT細胞である小腸上皮内γδT細胞の分化異常は全く更正出来なかった。このことは、これまでの細胞株を用いた検討法によっては不明であったIL-2Rβ鎖を介するシグナル伝達の新しい側面を明らかにしたものである。NK細胞の分化については、一方で転写因子IRF-1が重要であることを昨年度までに明らかにしているが、本年度は、IRF-1欠損マウス(IRF-1^<-/->マウス)で見られるNK細胞の分化異常は、その骨髄中に存在するNK前駆細胞の異常によるのではなく、NK細胞の分化を支持する骨髄内微小環境の異常に起因することが明らかに出来た。さらに、その異常の分子機構として、IRF-1はIL-15遺伝子プロモーターに結合し、その転写を制御しており、為にIRF-1^<-/->骨髄ではIL-15の産生が著しく低下していることを発見した。上記、IL-2RβはまたIL-15の受容体のサブユニットとして知られており、本研究はNK細胞の分化について、NK前駆細胞(IL-2Rβ鎖)ならびに骨髄内微小環境(IRF-1/IL-15)の両面からその分子機構を明らかにするものである。また、昨年度までの成果と総合すると、IRF-1は、生体防御に重要な二つの細胞集団、すなわちTh1細胞とNK細胞の分化に、前者ではIL-12、また後者ではIL-15の異なる遺伝子の発現調節を通じて貢献している必須の転写因子であることが明かに出来た。
金属探針先端の光電場増強による局所非線形分光

本研究費で購入した液体窒素冷却CCD検出器と分光器を既存の走査型トンネル顕微鏡(STM)と組み合わせて、超高真空極低温STM探針増強ラマン分光システムを構築した。そのシステムを用いてAu(111)基板上に分散吸着した単層カーボンナノチューブ(SWNT)のSTM探針増強ラマン分光計測を行った。STM探針はAu線(φ0.4mm)を飽和食塩水で交流電解研磨して作製した。先端の曲率半径が小さいAu探針を作製するために2つの工夫を施した。電解研磨開始時の電解液のpHを塩酸の滴下によって6.8に調整することにより、先端曲率半径が60nm程度のAu探針が作製できた。また、電解研磨中の電解液の温度を20°C以下に保つことによって50nmの先端曲率半径をもつAu探針の作製に成功した。このようにして作製したAu探針(実験に用いた探針の先端曲率半径は100nm)を用いてSWNTのSTM探針増強ラマン散乱を観測した。実験は超高真空中で試料と探針を79Kに冷却して行った。STM像観察により孤立したSWNTバンドルを見つけた後、その直上に探針を固定し、波長785nmのレーザー光(5mW)を試料-探針間隙に照射してラマン・スペクトルを測定した。試料-探針間距離がトンネル領域にある場合のSWNTのG-band1590cm^<-1>)のラマン散乱強度が、リトラクト領域(試料-探針間隔:9μm)にある場合に比べて約2.3倍増強されていることが観測され、金属探針の存在によるラマン散乱強度の増強が確認された。異なるAu探針で測定した場合、5.5倍の増強因子が観測された。また探針に象徴されるナノ構造近傍の光電場の受ける強度変化を探るために、NaCl(110)ファセット面上の太さ4060nmのAuワイヤ列の光第二高調波を解析し、ワイヤ軸と垂直方向の反電場によって外来電場が著しく弱められることを見出した。今年度予算で購入した液体窒素冷却CCD検出器とダブル分光器を既存の極低温走査型トンネル顕微鏡(STM)と組み合わせて、極低温STM探針増強ラマン分光システムを構築した。また、現在並行して光第二次高調波発生の検出システムを構築中である。今年度は、Au(lll)上に単層カーボン・ナノチューブ(CNT)を分散させた試料に対して、探針増強ラマン散乱の実験を行った。試料はCNTをクロロホルムあるいはジクロロエタン中に超音波分散させた溶液をAu(lll)上に大気中で滴下後自然乾燥させることによって作製した。溶液の濃度及び滴下量を最適化することによって、3μm×3μmの範囲内に1本程度のCNTが存在する試料が再現性良く作製できるようになった(STM像を測定して確認した)。このようにして作製した試料に波長785nmのレーザー光を照射し、探針増強ラマン散乱の測定を行った。金基板のフォトルミネッセンスによるラマン・スペクトルのベースラインの上昇を極力抑えるために、近赤外域の励起光を用いた。

試料上に5mWのレーザー光(スポット径:70μm×140μm)を照射したとき、探針が存在しなくてもCNTのradial breathing modeとG modeのラマン・バンドが微弱ながら観測された。これはレーザー光照射領域に存在する極一部のCNTが入射光と共鳴し、ラマン散乱強度が増強されているためである(CNTの状態密度には1次元van Hove特異点による発散が存在するので、非常に強い共鳴ラマン効果が起こる)。STMの走査範囲は3μm×3μm程度であるため、残念ながらまだ共鳴ラマン効果が強く起こっているCNT上にSTM探針を近づけられていない。現在、STM探針を共鳴ラマン効果が起こっているCNT上に固定し、金属探針による電場増強効果の大きさと空間的な広がりの評価をする実験を行っている。Au(111)基板上に分散吸着した単層カーボンナノチューブ(SWNT)の走査型トンネンル顕微鏡(STM)探針増強ラマン分光計測を行った。STM探針はAu線(φ0.4mm)を飽和食塩水で交流電解研磨して作製した。先端の曲率半径が小さいAu探針を作製するために2つの工夫を施した。一つは、電解研磨開始時の電解液のpHを塩酸を滴下することにより6.8に調整したことである(電界研磨終了時のpHは8.1)。これにより、先端曲率半径が60nm程度のAu探針が作製できた。また、電解研磨中の電解液の温度を20°C以下に保つことによって50nmの先端曲率半径をもつAu探針の作製に成功した。pH、温度調整を行わないと150nm程度の先端曲率半径をもつ探針しか得られなかった。このようにして作製したAu探針(先端曲率半径100nm)を用いてSWNTのSTM探針増強ラマン散乱を観測した。実験は超高真空中で試料と探針を79Kに冷却して行った。STM像観察により孤立したSWNTバンドルを見つけた後、その直上に探針を固定し、波長785nmのTi : Sapphireレーザー光(5mW)を試料-探針間隙に照射してラマンスペクトルを測定した。試料-探針問隔がトンネル領域にある場合のSWNTのG-band(1590cm^<-1>)のラマン散乱強度が、リトラクト領域(試料-探針間隔=9μm)にある場合に比べて約2.3倍増強されていることが観測され、金属探針の存在によるラマン散乱強度の増強が確認された。異なるAu探針で測定した場合、5.5倍の増強が観測された。また探針に象徴されるナノ構造近傍の光電場の受ける強度変化を探るために、NaCl(110)ファセット面上の太さ4060nmのAuワイヤ列の光第二高調波を解析し、ワイヤ軸と垂直方向の反電場によってワイヤの内部電場が著しく弱められることを見出した。
反射吸収赤外分光法を用いた金属電極-有機薄膜界面の構造と電場誘起過程の研究

有機化合物の単層ないし数層(膜厚合計,100nm程度)を金属電極で挟んだ構造をもつ発光ダイオードおよび金属,絶縁体,有機薄膜からなる電界効果トランジスターにおける有機化合物の構造や配向を測定する手法として,45度入射赤外反射吸収分光法を開発した.赤外測定を行うために,発光ダイオードの場合は,ITO蒸着ガラス電極のITO蒸着膜の適切な膜厚を求めた.また,電界効果トランジスターの場合には,蒸着する金電極の厚さを約10μm程度として,赤外光が部分的に透過するようにした.測定した偏光赤外反射吸収スペクトルでは,多くの場合,p偏光がs偏光に比較して非常に強く観測された.2および3層構造のモデルを使って,入射波と反射波の干渉により生成する定在波の強度を、計算し,p偏光がs偏光に比べて非常に強いことが原因であることを明らかにした.共役高分子発光ダイオードの赤外反射吸収スペクトルと透過吸収スペクトル測定から,ポリパラフェニレンビニレン誘導体,フルオレンとベンゾチアジアゾール共重合体高分子の混合物に関して,分子配向を決定した.PPV誘導体を材料とした発光ダイオードの電場誘起赤外吸収スペクトル測定では、高分子に注入されたキャリヤーの信号を得ることに成功した.MEH-PPVでは正キャリヤーのみが観測され,キャリヤー注入バランスの悪さを反映していると考えた.ポリチオフェン誘導体を材料として金属・絶縁体(アルミナ)・半導体ダイオードを製作して,電圧誘起赤外吸収スペクトルを測定し,電場効果ドーピングにより生成したキャリヤーを観測した.その結果,ポーラロンが生成していることがわかった.有機デバイスのin situ赤外反射吸収スペクトル測定は,デバイスの活性材料である有機化合物の構造と注入されるキャリヤーの研究手段として非常に有用な測定手段であることを示した.有機化合物の単層ないし数層(膜厚合計,100nm程度)を金属電極で挟んだ構造をもつ発光ダイオードおよび金属,絶縁体,有機薄膜からなる電界効果トランジスターにおける有機化合物の構造や配向を測定する手法として,45度入射赤外反射吸収分光法を開発した.赤外測定を行うために,発光ダイオードの場合は,ITO蒸着ガラス電極のITO蒸着膜の適切な膜厚を求めた.また,電界効果トランジスターの場合には,蒸着する金電極の厚さを約10μm程度として,赤外光が部分的に透過するようにした.測定した偏光赤外反射吸収スペクトルでは,多くの場合,p偏光がs偏光に比較して非常に強く観測された.2および3層構造のモデルを使って,入射波と反射波の干渉により生成する定在波の強度を、計算し,p偏光がs偏光に比べて非常に強いことが原因であることを明らかにした.共役高分子発光ダイオードの赤外反射吸収スペクトルと透過吸収スペクトル測定から,ポリパラフェニレンビニレン誘導体,フルオレンとベンゾチアジアゾール共重合体高分子の混合物に関して,分子配向を決定した.PPV誘導体を材料とした発光ダイオードの電場誘起赤外吸収スペクトル測定では、高分子に注入されたキャリヤーの信号を得ることに成功した.MEH-PPVでは正キャリヤーのみが観測され,キャリヤー注入バランスの悪さを反映していると考えた.ポリチオフェン誘導体を材料として金属・絶縁体(アルミナ)・半導体ダイオードを製作して,電圧誘起赤外吸収スペクトルを測定し,電場効果ドーピングにより生成したキャリヤーを観測した.その結果,ポーラロンが生成していることがわかった.有機デバイスのin situ赤外反射吸収スペクトル測定は,デバイスの活性材料である有機化合物の構造と注入されるキャリヤーの研究手段として非常に有用な測定手段であることを示した.ポリパラフェニレンビニレン(PPV)誘導体の光・電圧誘起過程に関して,赤外分光法などを用いて研究した.バンドギャップを超える光子エネルギーをもつ光を照射すると,ポーラロン(キャリヤー)による特徴的な赤外吸収が観測された.位相・変調測定を行いダイナミックスを研究した結果,光照射により生成した正と負のポーラロンは中性化による2次過程で消滅することが明らかとなった.また,PPV誘導体を材料とした単層型発光ダイオードを製作し,赤外分光法を用いて,PPVの配向,電圧印加時における構造の変化,共役高分子の劣化に関して研究した.ITOを蒸着したBaF_2(赤外光を透過する電極)の上に,スピンコーティング法により,膜厚約100nmのPPV誘導体薄膜を作成した.その上に,電極として金属を蒸着して,発光ダイオードを製作した.製作した発光ダイオードの電界発光スペクトルは,蛍光スペクトルと一致したので,発光は1重項励起子からの発光といえる.製作した発光ダイオードをFT-IRの外部反射装置に取り付けて,in situ反射的赤外吸収スペクトルを測定した.電場誘起赤外吸収には,キャリヤーに起因するバンドが観測された.p型ドーピング,n型ドーピング,光照射で生成するキャリヤーのスペクトルと比較すると,MEH-PPVの電圧誘起スペクトルは,p型ドーピングしたポリマーのスペクトルと類似していた.このことは,電圧印加により正のポーラロンのみが注入され,正のポーラロンが負極まで移動し,電極界面で電子を受け取り励起子となって発光していると考えることにより解釈できる.このような機構では,励起子から電極へのエネルギー移動で発光効率が低下している可能性がある.

ポリパラフェニレンビニレン(PPV)誘導体(4種類)を材料とした単層型発光ダイオードを製作し,in situ赤外反射的吸収分光法を用いて,PPVの配向,電圧印加により注入されるキャリヤー,共役高分子の劣化に関して研究した.ITOを蒸着したBaF_2(赤外光を透過する電極)の上に,スピンコーティング法により,膜厚約100nmのPPV誘導体薄膜を作成した.その上に,電極として金属(Al-Li合金,Mg-Ag合金)を蒸着して,発光ダイオードを製作した.製作した発光ダイオードの電界発光スペクトルは,蛍光スペクトルと一致したので,発光は1重項励起子からの発光といえる.電場誘起赤外吸収には,キャリヤーに起因するバンドが観測された.p型ドーピング,n型ドーピング,光照射で生成するキャリヤーのスペクトルと比較すると,DOO-PPVとMEH-PPV発光ダイオードの電圧誘起スペクトルは,p型ドーピングしたポリマーのスペクトルと類似していた.このことは,電圧印加により正キャリヤー(正ポーラロン)の注入量が負キャリヤー(負ポーラロン)の注入量よりもかなり多く,高分子層にトラップされた正ポーラロンが観測されたと解釈できる.これらの発光ダイオードではキャリヤーバランスが悪く,発光効率も悪い.これらの発光特性が電圧誘起赤外スペクトルに反映されているといえる.また,DMOOP-PPVとその共重合体の発光ダイオードはキャリヤーバランスが良く,発光効率が高い.これらの発光ダイオードの電圧誘起赤外スペクトルには,正キャリヤーに帰属できるバンドの他に,負キャリヤーのバンドと思われるバンドが観測されている.これらの発光ダイオードでは,キャリヤーバランスが良いために,負キャリヤーも観測されたと考えられる.Alq3/TPD発光ダイオード(有機層の厚さ,100nm)を製作して,入射角45度で偏光赤外反射的吸収スペクトルを測定した.p偏光スペクトル強度はs偏光スペクトル強度よりも桁違いに強く観測された.この現象を解析するために,Al/LiF/Alq3の三層構造を製作してLiF層の厚さとp偏光強度/s偏光強度の値を測定した.入射光と反射光の合成で生成する定在波の強度を計算して,定性的に観測値を説明することができた.デバイスの反射吸収スペクトル強度の由来を明らかにすることができた.ポリチオフェン誘導体を材料として金属・絶縁体(アルミナ)・半導体ダイオードを製作して,ゲート電極に電圧を印加することにより電場効果ドーピングを行った.赤外反射的吸収測定法とFT-IR差スペクトル法を組み合わせることにより電圧誘起赤外吸収スペクトルを測定し,電場効果ドーピングにより生成したキャリヤーについて検討した.その結果,ポーラロンが生成していることがわかった.また,電場効果トランジスターを製作して,ソース電極とドレイン電極間すなわちチャンネルの電気伝導度の温度依存性を室温から4Kまで,2端子法で測定した.その結果,半導体的な挙動が観測された.電場効果ドーピングでは,共役高分子に注入されるキャリヤー密度(電荷移動量)は印加する電圧に比例し,今回の実験におけるキャリヤー密度は10^<13>/cm^2弱と見積もられる.ゲート電圧を約40V以上にすると,デバイスが壊れてしまい,キャリヤー密度を10^<14>/cm^2のオーダーにすることができなかった.今後,高い電圧まで壊れないデバイスを作る必要がある.
神経幹細胞の運命決定をになう非対称分裂のメカニズムの解明

脊椎動物の神経発生において、神経幹細胞は非対称分裂をおこない、自己複製をしながら分化したニューロンを生み出すと考えられているが、分化を制御する細胞内因子が不等分配される例はNumbが唯一知られている。申請者のこれまでの研究から、Numbは中間径繊維蛋白質であるTransitinへ直接結合することにより、分裂期の初めに基底膜側に非対称に局在していることがわかっている。さらに、内在性のTransitinやNumbの局在を詳細に調べ、Transitin-GFPの動態をタイムラプス観察した結果、基底膜側に局在したNumb/Transitin複合体は、およそ2/3の分裂で細胞の側方に移動して片方の娘細胞に不等分配され、残りの場合では移動が起こらずに等分配されることがわかった。また、Transitinに対するRNAiによってNumbの非対称な局在が失われ、増殖抑制とニューロン分化の促進が観察された。さらに、免疫染色やTransitin-GFPの側方輸送に対する薬剤処理の効果を調べた結果から、Transitin/Numbは細胞表層のアクチン骨格にアンカーされ、ミオシン2によって基底膜側から側方に輸送されていると考えられた。また、アクチン結合蛋白質であるFilaminBが神経上皮細胞の頂端側に局在することを発見し、FilaminBが神経上皮細胞の極性形成やアクチン骨格の動態の制御に関わっている可能性が示唆された。