hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
IP3 受容体type2 の細胞内局在に関する分子メカニズムの解明

唾液腺細胞内でイノシトール1,4,5三リン酸受容体(IP3R)は管腔側に局在し、これを介した細胞内カルシウムイオン(Ca2+)プールからのCa2+動員は唾液分泌において必須である。しかし現在の所、「なぜIP3Rが特異な細胞内局在を示すのか」という根本的な疑問に対する研究にまでは至っていない。我々はこれまでにIP3R type 2(IP3R2)がDT40細胞内のある局所に集中局在することを発見した。そこで今回、我々は研究課題名を「IP3R2の細胞内局在に関する分子メカニズムの解明」とし、DT40細胞をモデル系として、IP3R2が小胞体に組み込まれた後、ある別の分子がIP3R2特異的に結合し、IP3R2をある特定の小胞体部位に集中局在させているとの仮説をたて、この分子の同定を試みた。まず、野生型IP3R2を発現しているDT40細胞にのみ認められたIRAGの集中局在が、IRAGとIP3R2との特異的結合によるものであることを確実にするために、IP3R2分子内におけるIRAG結合領域の同定を試みた。前々年度、前年度までの実験から、IP3R2分子内の1541番目のバリンから1580番目のアルギニンに挟まれた40アミノ酸領域がIRAG分子との結合に重要である事が判明した。またこの領域を欠損させた変異型IP3R2をクローニングし、変異型IP3R2、IRAG、PKG1βをCOS-7細胞に共発現させ、変異型IP3R2がIRAG/PKG1β複合体と複合体を形成しない事を確かめた。本年度は、同様の事柄をIP3R1とIP3R3に対しても行い、これら2つのサブタイプにおいてもIP3R2と同じ領域でIRAGと結合することを確認した。さらにIRAGとの結合領域を持たない変異型IP3R1はIRAG、PKG1β共存下においてもPKAによってリン酸化されることを確認した。IP_3R2分子内の1541番目のバリンから1580番目のアルギニンに挟まれた40アミノ酸残基がIRAG分子との結合に重要である事が判明したが、さらにこの領域のどのアミノ酸が結合に重要かを調べるために、様々な点変異を加えた変異型IP_3R2をクローニングしたにも関わらず、結果的には同定にまでは至らなかった。このため実験が当初の予定よりもやや遅れている。24年度が最終年度であるため、記入しない。野生型IP_3R2、IRAG、PKG1βを共発現させたDT40細胞からのカルバコール誘導性Ca^<2+>放出は、PKGアゴニストの存在下で有為に減弱させることを見いだしている。そこで同様のDT40細胞での共発現/Ca^<2+>放出系を用いて、野生型IP_3R2の代わりに、IRAGとの結合領域(1541V-1580R)を欠損させた変異型IP_3R2を共発現させることにより、カルバコール誘導性Ca^<2+>放出のPKGアゴニストによる減弱がキャンセルされるかどうかについて調べる。また、野生型IP_3R2、IRAG、PKG1βを共発現させたDT40細胞にのみ認められたIRAGの集中局在が、変異型IP_3R2を発現させることでどのように変化するのかを調べる。
リン酸カルシウム骨セメント注入による骨粗鬆症性損傷椎骨の骨再生に関する研究

リン酸カルシウム骨セメント(以下CPC)はα型リン酸3カルシウムを主体とする粉体と硬化液を混合するとペースト状となり、骨内に注入充填が可能バイオアクティブペーストである。本研究では、実験用雌ビーグル犬の両側卵巣摘出後、低カルシウム飼料飼育を6カ月行い実験的に骨粗鬆犬を作成し、犬腰椎前面に柴田の方法で一定の骨孔を作成してCPCを椎体内に粉液比4.0と2.5にて注入した。更に低Ca飼育を継続し、3、6、12カ月時に骨粗鬆症犬を各2頭ずつ屠殺し椎体を取り出して、X線学的、組織学的、力学的検討を行った。その結果、BMD値は卵巣摘出群(n=6)0.458g/cm2、正常骨質群0.628g/cm2であった。骨粗鬆症犬の椎体海綿骨部貫入試験における極限破壊値平均は粉液比4.0群(n=6)では99.8kgf、粉液比2.5群(n=6)では83.1kgであり粉液比4.0群が有意に高い値を示した。また骨粗鬆症犬の椎体海面骨部貫入試験における仕事量平均も粉液比4.0群(n=6)では87.5kgf・cm、粉液比25群(n=6)では72.0kgf・cmであり粉液比4.0群が有意に高い値を示した。セメント注入重量および体積が全椎体体積に占める割合が少なかった為か、これらの値は正常骨質群(n=6)における無処置椎体の極限破壊値および仕事量には及ばなかった。X線評価では定量化が困難で吸収置換性に関する評価は客観性を欠いた。トルイジンブルー染色による硬組織学的検討でもCPC周囲の類骨形成は3カ月時に最も著しく、6、12ヵ月と経過するにつれ類骨形成が低下する傾向を認めたが、逆に新生骨の形成は増加していた。粉液比の差によるCPCの吸収置換性および周囲の新生骨形成性には個体によるばらつきが大きいうえ検体数も少なく、定量評価が困難であったため、結論は出せなかった。今後の研究課題と思われた。リン酸カルシウム骨セメント(以下CPC)は、α型リン酸3カルシウムを主体とする粉体と硬化液を混合するとペースト状となり、骨内に注入充填できるバイオアクティブペーストであり、骨粗鬆症に伴う脊椎骨折部などに注入することで、早期の除痛と日常生活復帰を可能とする治療として、臨床応用が既に始まっている。しかしCPCが骨内に注入されると、生体骨との相互反応が起こり、骨伝導による新生骨形成や長期的にはリモデリングによるCPCの吸収と骨への置換がなされるものと考えられている。これらのCPC-ホスト骨間の相互反応に影響を与える因子として、生体の骨代謝活性(年齢)や、骨粗鬆症の有無、CPCの粉液比などの因子の関与が臨床例での観察から推測されているがそれもX線所見からの検討でしかない。本研究では、実験的に骨粗鬆犬を作成してから、CPCを椎体内に粉液比を変えて注入し、長期飼育後椎体を取り出して、組織学的、力学的、生化学的検討を行うものであり、現在実験が進行中である。これまで予備実験にて、両側卵巣摘出後、低カルシウム飼料飼育6カ月で作成出来ることを確認し、また椎体へのCPC注入手技も一定の手順にてほぼ均一に行えることを確認した。現在は解析に用いる長期飼育犬を作成しているところであるが、屠殺時期は次年度を予定しているため、現在のところはまだ結果は得られていない。今後はこれらの骨粗鬆犬ばかりでなく、正常骨代謝活性を有する無処置犬とにCPCを注入したものを長期飼育し、骨粗鬆、粉液比、飼育期間別にデータを集積して、コンピューターを用いた画像解析や統計計算、組織、生化学的検討を進めてゆく予定である。

X線評価では定量化が困難で吸収置換性に関する評価は客観性を欠いた。トルイジンブルー染色による硬組織学的検討でもCPC周囲の類骨形成は3カ月時に最も著しく、6、12ヵ月と経過するにつれ類骨形成が低下する傾向を認めたが、逆に新生骨の形成は増加していた。粉液比の差によるCPCの吸収置換性および周囲の新生骨形成性には個体によるばらつきが大きいうえ検体数も少なく、定量評価が困難であったため、結論は出せなかった。今後の研究課題と思われた。
情報システムと組織とのかかわり-特にその相互作用と発展のメカニズムについて-

本研究の目的は、情報システムを導入する際に組織の人々がどのように相互作用して組織の新しい形を形づくっていくのかを明らかにすることである。その際、情報システムの存在が組織の人々の行動及び相互作用に与える影響に特に注目する。情報システムを組織の新しい形を支える土台としてだけではなく、その存在が人々に多大な影響を与えるものとしてみるのである。本研究は、実際に情報システム導入に携わった方々に対する聞き取り調査をもとに行われた。情報システム導入企業・ベンダー・コンサルタント等、様々な立場で情報システム導入に関わった人々に調査に協力していただいた。本研究によって得られた新しい知見としては三つのものがある。一つめは、情報システム導入の際にはその情報システム以外のところから大きな効果が生じることが実際にあるということだ。極端な例では、情報システム導入前にその準備活動だけで非常に大きな効果をあげている企業もある。二つめは、その情報システム以外のところから生じる効果は組織の変革から生じているということだ。ここでいう組織の変革とは組織の線引きの変更、ルーチンの見直しと再構成などのことである。重要なのは、この変革は情報システムに合わせて組織を変えるという変化ではない、ということだ。情報システム導入はきっかけにすぎない。変革の本質は組織の人々が改めて自らの組織の在り方を縣命に見直すということにある。三つめは、その変革を行おうとする人々に対して情報システムの存在が大きな影響を与えているということだ。その影響には、二つのものがある。きっかけと規律である。きっかけを与えられることで、それまで省みられなかった組織の在り方が再考されるようになる。そして、規律が与えられることにより、再考の際の人々の相互作用がまとまりやすくなるのである。本年度、私は様々な先人の研究を見る事で研究を発展させる基盤を築くとともに、実際に企業で情報システムに携わられている方々にインタビューを行いました。1年目の課題として自らの基盤作りにまず重きを置いたこともあり、論文にまとめるには至っていませんが、ただ今鋭意執筆中でございます。以下で論文に盛り込む予定の事柄について、書かせていただきます。本年はSCMなどの比較的大規模な情報システムを中心に、組織との関連を調査いたしました。かねてより情報システムが上手く機能する際には組織との整合が重要である、ということは述べられ来ましたが、私はその重要性は認めつつもどうしても不整合が生じてしまう部分があり、それにより困難が生じるとともにその困難の乗り越えによるプラスのダイナミズムも生じるのではないか、という作業仮説を持って研究してまいりました。複数の事例を検討した結果、確かにそのような不整合による困難やダイナミズムが生じたケースを確認することができました。しかし、同時により現実に即した形で問いを表現する必要に気付きました。その問いとは、「組織・業務改革における情報システムが果たす役割とは何か」というものです。その役割としてはまず、第一に改革の基盤を情報システムが提供する、ということがあります。その優れた能力が改革を支えるというものです。しかし、同時に情報システムは改革のテコとしても機能するのです。字数の関係でそのすべてを書くことはできませんが、その本質は二つのことです。一つは、情報システムがその固定的性質ゆえに改革の強制力となる、というものです。そして、もう一つは情報システムが形式化された情報しか処理しえないゆえに、かえって業務プロセス等の形式化・可視化が促進されるということです。改革の、計画・実施・維持というそれぞれの段階においてこのテコとしての機能が見られることがあるのです。本年はまずミスミとアスクルという二つの企業に関して調査いたしました。共にITも上手く活用して情報を非常に有効に蓄積し、利用している企業です。この二つの調査を通じて組織がITを上手く利用するためにはどのような配慮や手立てが必要なのか、ということを学ぶことが出来ました。また、これまでの研究成果をまとめ組織学会にて発表いたしました。この発表は私がこれまで考えたことを整理し、これからの方向性を定める良い機会になりました。それまでは、ITと組織の関係という漠然とした焦点しか持っていなかったのですが、そうではなくIT導入によって組織がどのように変わるか、IT導入の事実が組織の人々及び人々の相互作用にどのような影響を与えるのか、という事に焦点を当てるべきだ、という事に気付かされました。さらに複数のIT導入コンサルタントと導入企業に聞き取り調査を行いました。それらの聞き取り調査を通じて自分の研究の方向性が間違っていないことを再確認し、また拝聴した事実に触発され、まだまだ荒削りながら、仮説を構築していくことが出来ました。その仮説とは、IT導入の効果はITそのものの性質によるものだけではなく、むしろIT導入という社会的事実が人々の相互作用に与える影響から生じるものの方が大きいのではないか、ということです。具体的には、IT導入の際にそれまで潜在的であった問題点やその解決法が明らかになることで情報や業務の流れが大きく改善する、あるいはIT導入を政治的に利用してそれまで懸念ではあったが実行することができなかった問題点を解決する、そのようなことの影響が非常に大きいのではないか、ということです。引き続きIT導入の関係者に聞き取り調査を行うとともに、仮説を精緻化し論文としてまとめようと考えております。

情報システムを組織の新しい形を支える土台としてだけではなく、その存在が人々に多大な影響を与えるものとしてみるのである。本研究は、実際に情報システム導入に携わった方々に対する聞き取り調査をもとに行われた。情報システム導入企業・ベンダー・コンサルタント等、様々な立場で情報システム導入に関わった人々に調査に協力していただいた。本研究によって得られた新しい知見としては三つのものがある。一つめは、情報システム導入の際にはその情報システム以外のところから大きな効果が生じることが実際にあるということだ。極端な例では、情報システム導入前にその準備活動だけで非常に大きな効果をあげている企業もある。二つめは、その情報システム以外のところから生じる効果は組織の変革から生じているということだ。ここでいう組織の変革とは組織の線引きの変更、ルーチンの見直しと再構成などのことである。重要なのは、この変革は情報システムに合わせて組織を変えるという変化ではない、ということだ。情報システム導入はきっかけにすぎない。変革の本質は組織の人々が改めて自らの組織の在り方を縣命に見直すということにある。三つめは、その変革を行おうとする人々に対して情報システムの存在が大きな影響を与えているということだ。その影響には、二つのものがある。きっかけと規律である。きっかけを与えられることで、それまで省みられなかった組織の在り方が再考されるようになる。そして、規律が与えられることにより、再考の際の人々の相互作用がまとまりやすくなるのである。
近代日本の大学における歴史研究・教育体制と学術行政

本研究は、教育史及び歴史学(史学史)の専門家の共同研究のもと、日本の戦前に設立された官公私立大学がほぼ揃うに至る1920年代30年代の時期を中心にして、大学における史学科及び史学関係講座に注目して研究を行う。具体的には、史学関係の教員・カリキュラムがどのような制度的枠組みのもとに置かれていったのか、それが諸学問における歴史研究・教育の位置づけとどのような関連性をもつのかを検討する。最終的には、教育・研究組織と学術・教育行政という制度的アプローチを通じて、日本の近代学問・大学における歴史研究の位置づけについて解明することを目的としている。
ヒト・モノ・コトのメディア性に着目した地域コミュニティデザインの研究

本年度は,目的を達成するために「行動変容促進プラットフォームの開発と実証実験」と「システムとしてのコミュニティの関係性シミュレーション」を行った.前年度までは,自らが意識せずに発信するデータ(位置情報やすれ違ったかの情報)を中心に収集し,分析することを重点課題としていた.しかし分析の過程で,自発的に発信されたデータの共有による行動変容の促進が地域活性化を促し,地域課題の発見に寄与すると予備的に観察することができた.そこで,住民が地域について気付いたことを写真に収め,それを「散歩におすすめの場所を投稿するマップ」と「子どもにとって危険な場所を投稿するマップ」に投稿でき,その情報が共有できるようにした.次に,この改修によって完成した行動変容促進プラットフォームを用いて,実際に行動が変容し,地域課題の発見に寄与できるかを検証するための実証実験を行った.実証実験の結果,住民は幹線道路周辺,特に交差点の写真を多く投稿しており,交通情報に対して関心があることが分かり,実際に自治体などが発行している交通安全マップと類似点があった.本研究では,関係性を可視化・定量化するための枠組みとして,「関係資産」を定義した.これは,ヒト・モノ・コトとの関わり,相互依存,それらの連携・運動により生じる互酬性と信頼性の規範を意味する.さらに,この関係資産を獲得する方法として,関係資産を応援したい人に贈与し,関係資産の循環を促すためのGift & Circulationモデルを,システムダイナミクスによって構築した.また,Gift & Circulationモデルの導入による行動変化をシミュレーションするために,マルチエージェントシミュレーションも構築した.これらによって,エージェント同士の振る舞いを観測したり,実証実験で収集した実データから生成した関係資産との比較検証をしたりすることが可能となった.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は,「ICTを活用し,住民のアウェアネスを促進することで,住民主体の地域活性化は可能か?」を解明することを通じて,地域課題発見のサイクルを構築し,住民主体の地域コミュニティデザイン法を確立することである.本年度はこの目的を達成するために「アウェアネスのための関係性可視化プラットフォームの開発」「ヒト・モノ・コトの関係性の定量化・可視化」「関係性の可視化による関係性媒介機能のモデル化」を行った.まず,関係性データを収集するために,実験協力者に配布したスマートフォンから行動情報を収集するためのプラットフォームを構築した.スマートフォンに搭載するアプリケーションによって「GPSなどによる位置情報」「Bluetoothによるすれ違い情報」「メールの送受信」「電話の受発信」を収集する.これらをクラウドサービス上に構築した関係性データ収集用プラットフォームに送信する.本プラットフォームは2017年3月現在も安定稼働中であり,来年度以降もこれを用いてデータ収集を続ける.次に,プラットフォームによって収集した関係性データのうち「GPSなどによる位置情報」「Bluetoothによるすれ違い情報」を用いて,ヒト・モノ・コトの関係性の定量化・可視化を試みた.地域においてコミュニケーションが活発な場所を「メディアスポット」と定義し,その推定手法を検討した.推定の過程で,位置情報はデータクレンジングが重要であることが分かった.また,Bluetoothによるすれ違い情報から近くにいた人を可視化し,自らが気付かなかった関係性を可視化する手法について検討し,すれ違い情報の妥当性を確認した.そして,関係性媒介機能(ヒト・モノ・コトのメディア性)をシミュレーションするためのモデルを構築し,この関係性媒介機能モデルを用いてマルチエージェントシミュレーションを行った.本年度に実施予定であった研究課題は具体的に,「アウェアネスのための関係性可視化プラットフォームの開発」「ヒト・モノ・コトの関係性の定量化・可視化」「関係性の可視化による関係性媒介機能のモデル化」の3点であった.これらをいずれも実施し,学会発表などとしてまとめることができたため,この区分を選択した.本研究の目的は,「ICTを活用し,住民のアウェアネスを促進することで,住民主体の地域活性化は可能か?」を解明することで地域課題発見のサイクルを構築し,住民主体の地域コミュニティデザイン法を確立することである.本研究の目標を達成するために,本年度は平成28年度の実験結果を活かし,「収集データの分析・考察」「データ収集用スマートフォンアプリケーションの大規模改修」「関係性媒介機能モデルの精緻化に向けた分析」を行った.これまで収集した「GPSなどによる位置情報」を分析した結果,住民がよく居た場所を密度分布で可視化することができた.そして,この分析結果をまとめ,コミュニケーションが活発な場所(メディアスポット)を導出し,その場所を示す「メディアマップ」を作成することができた.また,「Bluetooth Low Energyによる端末間のすれ違い情報」を分析した結果,人々のつながりの時系列変化を確認できた.分析の過程で,データの分析による地域課題の発見よりむしろ,自発的に発信されたデータの共有による行動変容の促進が地域活性化を促し,地域課題の発見に寄与すると予備的に観察することができた.そこで,データ収集用アプリケーションをデータの発信・共有・可視化に対応させるための大規模な改修に着手した.また,取得したデータを活用して,平成28年度にマルチエージェントシミュレーションによって構築した関係性媒介機能モデルの精緻化を進めるために、実データと比較しながら分析を行った.シミュレーション結果と取得データを用いて導出した実際の地域における結果を比較した結果,一部の結果で近似を確認できた.本年度に実施予定であった研究課題は具体的に「データ収集用スマートフォンアプリケーションの改良」「収集データのパネルデータ分析」「関係性媒介機能モデルの精緻化」の3点であった.これらいずれも着手し,研究目的を達成するためのより有効なアプローチを検討することができた.

さらに,本年度の成果は学術雑誌や学会発表としてまとめることができたため,この区分を選択した.本年度は,目的を達成するために「行動変容促進プラットフォームの開発と実証実験」と「システムとしてのコミュニティの関係性シミュレーション」を行った.前年度までは,自らが意識せずに発信するデータ(位置情報やすれ違ったかの情報)を中心に収集し,分析することを重点課題としていた.しかし分析の過程で,自発的に発信されたデータの共有による行動変容の促進が地域活性化を促し,地域課題の発見に寄与すると予備的に観察することができた.そこで,住民が地域について気付いたことを写真に収め,それを「散歩におすすめの場所を投稿するマップ」と「子どもにとって危険な場所を投稿するマップ」に投稿でき,その情報が共有できるようにした.次に,この改修によって完成した行動変容促進プラットフォームを用いて,実際に行動が変容し,地域課題の発見に寄与できるかを検証するための実証実験を行った.実証実験の結果,住民は幹線道路周辺,特に交差点の写真を多く投稿しており,交通情報に対して関心があることが分かり,実際に自治体などが発行している交通安全マップと類似点があった.本研究では,関係性を可視化・定量化するための枠組みとして,「関係資産」を定義した.これは,ヒト・モノ・コトとの関わり,相互依存,それらの連携・運動により生じる互酬性と信頼性の規範を意味する.さらに,この関係資産を獲得する方法として,関係資産を応援したい人に贈与し,関係資産の循環を促すためのGift & Circulationモデルを,システムダイナミクスによって構築した.また,Gift & Circulationモデルの導入による行動変化をシミュレーションするために,マルチエージェントシミュレーションも構築した.これらによって,エージェント同士の振る舞いを観測したり,実証実験で収集した実データから生成した関係資産との比較検証をしたりすることが可能となった.次年度についても当初の研究計画の通り研究を推進する.本年度の実験結果を活かし,データ収集用スマートフォンアプリケーションを改良する.本年度との比較を行いながら,パネルデータ分析,モデルの精緻化を進める.さらにコミュニケーションが活発な場所を示すメディアマップを表示するための新たなスマートフォンアプリケーションを作成し,実際に提示することによる効果を考察する.次年度についても本年度の知見を生かしつつ,当初の研究計画に沿って研究を推進する.自発的に発信されたデータの共有による行動変容の効果を分析するために,データ収集・発信・共有・可視化のためのアプリケーションを用いた実証実験を行う.
肝微小循環、組織内代謝動態と生理活性物質との関連:術後肝不全病態の解明

本研究においては、肝臓外科における術後肝機能低下または肝不全に至る病態の解明を目的として、肝虚血における肝微小循環及び代謝に焦点をおき、動物実験並びに臨床例において検討した.肝代謝:クレアチンキナーゼを肝特異的に発現させたトランスジェニックマウスを用いた70%肝切除及びエンドトキシン投与モデルにおいて、クレアチンを摂取したマウスでは正常食摂取マウスに比べて、これらの侵襲からの回復が良好であることを見出したが、この事実は、侵襲の際に肝におけるATPの供給が極めて重要であることを反映している.この事に立脚して、酸素貯蔵筋タンパクであるミオグロビンに着目し、ミオグロビン遺伝子をアデノウィルスベクターを用いてラット培養肝細胞に導入することに成功し、これらの細胞においてATP量が有意に高くなることを証明した.現在更に、ラット肝虚血再灌流モデルでミオグロビン遺伝子導入の効果を検討中である.肝微小循環:生体肝移植におけるグラフト肝のviabilityを、近赤外光スペクトロスコピーを用いて肝組織の酸素化状態及び微小循環を測定することにより検討した結果、保存液としては、HTK液がUW液よりも再灌流後の肝組織の酸素飽和度及び微小循環において優れていることが判明した.更に、家兎肝温阻血モデルにおいて、近赤外光スペクトロスコピーによりICGの肝におけるクリアランスを測定し、プロスタグランジンE1がICGクリアランス、即ちanion transportを改善することを証明した.これらの結果より、肝臓外科における術後肝不全発症の機構に、肝エネルギー代謝が大きく関与しており、クレアチニンキナーゼやミオグロビン等の遺伝子導入によりエネルギー状態を改善することにより肝不全発症が回避できる可能性が示唆された.本研究においては、肝臓外科における術後肝機能低下または肝不全に至る病態の解明を目的として、肝虚血における肝微小循環及び代謝に焦点をおき、動物実験並びに臨床例において検討した.肝代謝:クレアチンキナーゼを肝特異的に発現させたトランスジェニックマウスを用いた70%肝切除及びエンドトキシン投与モデルにおいて、クレアチンを摂取したマウスでは正常食摂取マウスに比べて、これらの侵襲からの回復が良好であることを見出したが、この事実は、侵襲の際に肝におけるATPの供給が極めて重要であることを反映している.この事に立脚して、酸素貯蔵筋タンパクであるミオグロビンに着目し、ミオグロビン遺伝子をアデノウィルスベクターを用いてラット培養肝細胞に導入することに成功し、これらの細胞においてATP量が有意に高くなることを証明した.現在更に、ラット肝虚血再灌流モデルでミオグロビン遺伝子導入の効果を検討中である.肝微小循環:生体肝移植におけるグラフト肝のviabilityを、近赤外光スペクトロスコピーを用いて肝組織の酸素化状態及び微小循環を測定することにより検討した結果、保存液としては、HTK液がUW液よりも再灌流後の肝組織の酸素飽和度及び微小循環において優れていることが判明した.更に、家兎肝温阻血モデルにおいて、近赤外光スペクトロスコピーによりICGの肝におけるクリアランスを測定し、プロスタグランジンE1がICGクリアランス、即ちanion transportを改善することを証明した.これらの結果より、肝臓外科における術後肝不全発症の機構に、肝エネルギー代謝が大きく関与しており、クレアチニンキナーゼやミオグロビン等の遺伝子導入によりエネルギー状態を改善することにより肝不全発症が回避できる可能性が示唆された.近赤外光スペクトロスコピーを用いた肝組織内SO2の術後連続測定に関しては、未だに応用例がなかったが、今回、従来、肝移植の禁忌と考えられていた末期肝不全に合併する高度肺内シャント症例の肝移植の術中術後に、新たに開発した体内留置型ファイバーを用いて連続的に肝組織内SO2を測定した。その結果、重症低酸素血症であっても代償的なヘマトクリットの上昇により肝組織内SO2は、比較的維持され、肝組織内SO2が20%まで低下した症例においてもグラフト肝は、耐術できることが判明した。これらの結果により組織内SO2の周術期測定は重症肝肺症候群を伴う肝不全症例における肝移植の適応を明らかにした。術後肝不全の背景に感染症によってもたらされるSIRSの病態が存在することが明らかになっているので、エンドトキシン肝障害モデルにおける接着分子の発現をクレアチンキナーゼを肝特異的に発現させたトランスジェニックマウスにおいて検討した。このトランスジェニックマウスは、ATPのリザーバーとなるフォスフォクアチンが肝臓に集積されエンドトキシン耐性が誘導された。その機序として、肝細胞のICAM-1の発現、更にラジカル産生が抑制されていることが判明した。これらの結果は、肝臓のエネルギー状態が肝細胞の接着分子の発現に影響すること15EA03:肝臓外科では、血行遮断が行われることが多く、長時間の肝阻血は、肝臓に不可逆な変化をもたらし、術後肝不全を発症させる。肝阻血による肝障害を軽減させる肝障害を軽減させる目的で、本来肝臓に存在しないO_2のリザーバーを実現させるべく、アデノウィルスベクターによりミオグロビン遺伝子を肝臓に導入した。ミオグロビン遺伝子の発現をRT-PCR、免疫組織染色により確認し、その結果細胞内及び肝組織におけるATPが高値となることが判明した。これらの結果は、肝臓強化の方法として肝臓外科に応用可能と期待される。
異常タンパク質蓄積による神経変性疾患発症の分子機構の解明

ポリグルタミン病と呼ばれる神経変性疾患群は、原因遺伝子上でトリプレット・リピートが異常に伸長することによってタンパク質内に異常ポリグルタミン領域を生じ、この異常タンパク質が神経細胞内封入体に蓄積し、最終的に変性、脱落することによって発症することが知られている。これら封入体成分は高度にユビキチン化されていることより、ユビキチン・プロテアソーム系によるタンパク質分解が、ポリグルタミン病の病態へ関与していることが示唆されている。我々はポリグルタミン病の病因解明の手がかりとしてMachado-Joseph病の原因遺伝子産物MJD1に対するE3ユビキチンリガーゼを生化学的手法で精製しているが、その過程でMJD1と結合するタンパク質VCPと、VCPに結合してMJD1のユビキチン化鎖の伸長を誘導する酵素UFD2を発見した。そこで本研究では、VCP-UFD2複合体の神経細胞における異常MJD1の分解についての検討を行うと同時に、異常MJD1を発現させたモデル動物に対してVCPとUFD2を過剰発現させ、病理学的・神経学的な変化を解析する。すでにUFD2を過剰発現することによりMJDの分解を促進できることを確認している。そして現在MJDトランスジェニックマウスおよびUFD2ノックアウトマウスおよびタランスジェニックマウスの作製をすすめているところである。個体レベルにおいてもUFD2を神経細胞内に導入することによって、異常MJD1のユビキチン化を促進し、分解を誘導できれば、神経変性疾患の発症の予防、又はその進行を遅延させる効果が期待され、遺伝子治療への応用が可能であると考えられる。
多分岐ポリマーを用いたナノオーダー表面凹凸構造の構築

本研究では,アニオンリビング重合法と定量的な官能基変換反応を用いることで,鎖末端に複数(2,4,6,8,10,16,32個)のパーフルオロオクチル基(C_8F_<17>基)を有する一次構造の制御されたポリスチレンを合成に始めて成功した.このようにして得られたC_8F_<17>基化ポリスチレンは,C_8F_<17>基の導入位置や個数が正確にわかっており,かつ分子量や分布C_8F_<17>基が厳密に制御されているため,ポリマーの分子量,導入したC_8F_<17>基の位置や個数がフィルム最表面の高次構造形成に与える影響を明らかにするには最適のポリマーと考えられる.これらのポリマーフィルムの表面構造を検討するため,接触角,およびX-ray Photoelectron Spectroscopy測定行った結果,C_8F_<17>基化ポリマーよりキャストしたフィルムは,いずれもC_8F_<17>基の大きな表面濃縮能力による高撥水・撥油性が観察され,その濃縮度はポリマー鎖中に導入されたC_8F_<17>基の個数や位置によって大きく影響することが明らかとなった.さらに本研究では,C_8F_<17>基とポリマー主鎖との結合に着目し,ベンジルエーテル,ベンジルエステル,フェニルエーテル,フェニルエステルの極性や自由度の異なる4種類の結合により導入されたC_8F_<17>基の表面濃縮挙動について検討することで,C_8F_<17>基の導入数,導入位置のみならず,導入様式や結合様式がこれらのポリマーフィルムの表面構造を決定する要因として重要な役割を果たしていることを初めて系統的かつ定量的に示した.我々は,鎖末端に複数のパーフルオロアルキル基(Rf基)を有する一次構造の制御されたポリスチレンを合成し,それらのフィルム表面構造解析の結果より,Rf基の表面濃縮挙動がポリマー主鎖の分子量やRf基の導入位置,導入数に依存することを明らかにしてきた.本研究では,Rf基数をこれまでの2,4個から8,16,32個へと増加させ,Rf基の表面濃縮挙動について詳細に検討した.まず,我々が開発した手法により,鎖末端に2,4,8,16個のtert-ブチルジメチルシリロキシメチルフェニル(-PhCH_2OSiMe_2Bu^t)基を有する一次構造の明確なポリスチレンを合成した.-PhCH_2OSiMe_2Bu^t基は,Bu_4NFを用いることで容易に,ヒドロキシメチルフェニル(-PhCH_2OH)基へと変換される.さらに,-PhCH_2OH基とC_8F_<17>COClとの定量的な反応によって,目的とする鎖末端に2,4,8,16,32個の-PhCH_2OC(O)C_8F_<17>基を有する構造の明確なポリスチレンの合成を行った.いずれの場合も,得られた多官能基化ポリマーの収率は定量的であり,目的とする個数の官能基が定量的に導入され,狭い分子量分布と計算通りの分子量を有している.これらの結果は,本合成法が極めて優れた多官能基化ポリマーの合成法であることを示している.このようにして得られたC_8F_<17>基化ポリスチレンは,C_8F_<17>基の導入位置や個数が正確にわかっており,また分子量や分布が厳密に制御されているため,ポリマーの分子量や導入したC_8F_<17>基の位置や個数が,フィル表面近傍,数Åにどの程度のC_8F_<17>基が濃縮するのか,またフィルム最表面の高次構造形成に与える影響を明らかにするには最適のポリマーと考えられる.これらのポリマーフィルムの表面構造を検討するため,接触角,およびX-ray Photoelectron Spectroscopy測定行った結果,C_8F_<17>基化ポリマーよりキャストしたフィルムは,いずれもC_8F_<17>基の大きな表面濃縮能力による高撥水・撥油性が観察された.そしてC_8F_<17>基の濃縮度合いは,ポリマー鎖中に導入されたC_8F_<17>基の個数や位置によって大きく影響することと表面を完全に覆う導入個数が,初めて系統的かつ定量的に示された.本研究では,アニオンリビング重合法と定量的な官能基変換反応を用いることで,鎖末端に複数(2,4,6,8,10,16,32個)のパーフルオロオクチル基(C_8F_<17>基)を有する一次構造の制御されたポリスチレンを合成に始めて成功した.このようにして得られたC_8F_<17>基化ポリスチレンは,C_8F_<17>基の導入位置や個数が正確にわかっており,かつ分子量や分布C_8F_<17>基が厳密に制御されているため,ポリマーの分子量,導入したC_8F_<17>基の位置や個数がフィルム最表面の高次構造形成に与える影響を明らかにするには最適のポリマーと考えられる.これらのポリマーフィルムの表面構造を検討するため,接触角,およびX-ray Photoelectron Spectroscopy測定行った結果,C_8F_<17>

基化ポリマーよりキャストしたフィルムは,いずれもC_8F_<17>基の大きな表面濃縮能力による高撥水・撥油性が観察され,その濃縮度はポリマー鎖中に導入されたC_8F_<17>基の個数や位置によって大きく影響することが明らかとなった.さらに本研究では,C_8F_<17>基とポリマー主鎖との結合に着目し,ベンジルエーテル,ベンジルエステル,フェニルエーテル,フェニルエステルの極性や自由度の異なる4種類の結合により導入されたC_8F_<17>基の表面濃縮挙動について検討することで,C_8F_<17>基の導入数,導入位置のみならず,導入様式や結合様式がこれらのポリマーフィルムの表面構造を決定する要因として重要な役割を果たしていることを初めて系統的かつ定量的に示した.
細胞膜・核膜の切開、平面展開技術の確立と細胞膜・核膜機能の解明

前年度の研究で得られたフェムト秒レーザによる細胞膜-核膜切開技術を用いて展開された生体膜が生理活性を有するか実証するために、細胞核を切開し基板上に固定した平面状核膜が機能を有しているか、その核膜が持つ核膜孔複合体による核-細胞間輸送を観察することで評価した。始めに、微小流体回路を構築するにあたって当研究チームの鈴木孝明が有するsingle-MASK傾斜リソグラフィー技術により複雑な流体回路を簡便に構築し、その回路内にある微小な吸引孔を用いて細胞核の把持しフェムト秒レーザを照射し核膜の加工を行った。この微小流体回路は下記の2つの特徴を持つ。(1)吸引孔が流体回路装置の水平面に対し垂直に配置されており、把持された平面状核膜を顕微鏡視野面に対して垂直に配置することで、核膜孔複合体での物質通過をより詳細に観察できる。(2)吸引孔が2つの流路を跨ぐように配置されており、吸引孔に固定した核膜のそれぞれの面(細胞質側と核質側)に個別に試薬を与えることができるため、細胞質から核側への輸送ならびに核から細胞質側への輸送を、厳密に溶液組成をコントロールした条件化で観察することができる。次に平面状に展開した核膜が核-細胞間輸送活性を有しているか、その輸送通過における分子サイズに依存した篩い機能を有しているか、低分子(蛍光グルコース、分子量500程度)と高分子(蛍光標識抗体、分子量150,000程度)を与えた時に低分子を選択的に通すか蛍光顕微鏡観察により確認した。その結果、平面状に展開した核膜において選択的に低分子の通過が起きることを確認することができた。以上まとめると、(1)密閉された微小流体回路内でフェムト秒レーザを用いることで核膜を平面状に展開し、(2)その回路の特徴を利用した平面核膜へ表裏への自由な薬剤投下を行い、(3)その核膜が有する核膜孔複合体の生理活性を測定することに成功した。マイクロ加工技術とフェムト秒レーザパルス照射技術を導入して、細胞膜を基板上で切開して内側構造を開放するチップアレイ技術を開発した。遺伝病やガンの判定基準として、細胞膜内壁に裏打ちされているタンパク質(c-erbB2タンパク質など)の平面分布や、病状を示す細胞特異的現れる異常性オルガネラ(ミトコンドリア)を検出することが行なわれている。しかし膜裏打ちやミトコンドリアは細胞内部に秘匿されているため外部から直接走査することが困難である。また、細胞膜は光無吸収性・応力抵抗性であるためにレーザにより細胞膜を切開し基板上で切開して内側構造を開放することが困難である。本プロジェクトでは、微細孔を設けたガラス基板の孔上に細胞を吸引固定し配列させた後、フェムト秒レーザを固定した細胞内に照射し細胞内に発生させた気泡により細胞を破裂させ、その細胞膜を気泡により基板上に押し付けることで平面状に展開することを実現した。さらにヒト肺ガンの培養細胞であるKJ細胞の細胞膜の平面展開においては、その細胞のガンマーカーであるc-erbB2の検出に成功した。また一方で、フェムト秒レーザにより細胞膜に穴をあけ細胞内のオルガネラを溶液中へ放出させることに成功しており、レーザを照射した単一細胞のみからミトコンドリアが溶液中へ放出させる様を蛍光染色したミトコンドリアを用いて確認できた。この技術は細胞切開による細胞膜アレイならびにμTAS内での細胞の切開、オルガネラの抽出への利用など医療診断技術への応用が期待される(特許出願中)。この細胞膜の切開、平面展開は球状の浮遊細胞を基板へ固定しフェムト秒レーザによるキャビテーション(気泡の発生)により実現させたことに本研究の新規性がある。

以上まとめると、(1)密閉された微小流体回路内でフェムト秒レーザを用いることで核膜を平面状に展開し、(2)その回路の特徴を利用した平面核膜へ表裏への自由な薬剤投下を行い、(3)その核膜が有する核膜孔複合体の生理活性を測定することに成功した。
層状ホウ化物高温超伝導体の多重秩序変数の磁場異方性と電子格子相互作用

層状ホウ化物MgB_2(超伝導転移温度T_c=39K)の高温超伝導が従来の超伝導理論で説明できるのか,それとも新しい機構によるものかを判断するために,トンネル分光法を用いて調べ数々の新事実を明らかにした.多結晶低温裂開接合トンネル分光から超伝導エネルギーギャップ2Δ=10meVであり2Δ/k_BT_c=5-6の異常な強結合性を示す事を明らかにした.多重ギャップ構造を観測し「相関2ギャップモデル」で記述できることを明らかにした.ギャップの磁場効果の測定から最大,最小ギャップの外挿消失磁場18-22T,7-11Tがab面内,c軸方向の上部臨界磁場と各々等しいことを見出し,多重ギャップの磁場応答を明らかにした.多重ギャップの起源としてB2p軌道σ,πバンド構造に起因した2バンド超伝導機構が挙げられるが,組成不均一性の存在によるその可能性を指摘した.この超伝導機構を深く探るためにポイントコンタクト法で電子対媒介相互作用スペクトルの測定を行い,Bハニカム層の高エネルギー面内フォノンモード(75meV)が電子と強く結合していることが明らかになった.これよりMgB_2の異常な強結合性は従来の強結合理論では説明できないことを示した.なぜなら,この理論では強結合は低エネルギーにより実現されるからである.同じ結晶構造をもつNbB_2とCaAlSiについても測定した.NbB_2では2Δ=2.6meV(T_c=7K),2Δ/k_BT_c=4.3の強結合超伝導体であることを明らかにした.また,MgB_2と同様にB軌道の伝導帯への関与を指摘した.CaAlSiについても2Δ=2.5meV(T_c=6.4K)、2Δ/k_BT_c=4.5が得られ,強結合超伝導体であることを明らかにした.これらの研究から,AlB_2型超伝導体の強結合性を明らかにした.層状ホウ化物MgB_2(超伝導転移温度T_c=39K)の高温超伝導が従来の超伝導理論で説明できるのか,それとも新しい機構によるものかを判断するために,トンネル分光法を用いて調べ数々の新事実を明らかにした.多結晶低温裂開接合トンネル分光から超伝導エネルギーギャップ2Δ=10meVであり2Δ/k_BT_c=5-6の異常な強結合性を示す事を明らかにした.多重ギャップ構造を観測し「相関2ギャップモデル」で記述できることを明らかにした.ギャップの磁場効果の測定から最大,最小ギャップの外挿消失磁場18-22T,7-11Tがab面内,c軸方向の上部臨界磁場と各々等しいことを見出し,多重ギャップの磁場応答を明らかにした.多重ギャップの起源としてB2p軌道σ,πバンド構造に起因した2バンド超伝導機構が挙げられるが,組成不均一性の存在によるその可能性を指摘した.この超伝導機構を深く探るためにポイントコンタクト法で電子対媒介相互作用スペクトルの測定を行い,Bハニカム層の高エネルギー面内フォノンモード(75meV)が電子と強く結合していることが明らかになった.これよりMgB_2の異常な強結合性は従来の強結合理論では説明できないことを示した.なぜなら,この理論では強結合は低エネルギーにより実現されるからである.同じ結晶構造をもつNbB_2とCaAlSiについても測定した.NbB_2では2Δ=2.6meV(T_c=7K),2Δ/k_BT_c=4.3の強結合超伝導体であることを明らかにした.また,MgB_2と同様にB軌道の伝導帯への関与を指摘した.CaAlSiについても2Δ=2.5meV(T_c=6.4K)、2Δ/k_BT_c=4.5が得られ,強結合超伝導体であることを明らかにした.これらの研究から,AlB_2型超伝導体の強結合性を明らかにした.MgB2のトンネル分光実験では強結合ギャップ(2Δ=5-6 kBTc)を観測している.これは銅酸化物以外の超伝導体では最大であり,層状高温超伝導体Li(THF)HfNCl(Tc=26K)での値と同程度である.また,ギャップについては近接効果による「相関2ギャップモデル」で再現可能な多重ギャップ構造を持つことが分かった.この多重ギヤップの起源は2バンド超伝導であるとされているが,本研究では2つ以上のギャップを観測している.その成因をさらに詳しく探るためには純良単結晶を用いたSTMによる測定が必要である.強結合性について系統的に調べるためにTcの低い(5-9K)NbB2の測定も行い,ギャップの大きさが2Δ=4-4.5kBTcであることを明らかにした.これはMgB2での値よりも小さいがPbと同程度であり,やはり強結合超伝導体である.興味深いことに.NbB2においてもTcがほぼ同一で大きさの異なるギャップ構造が観測された.電子構造の異なる両者で似た特性を示す訳であるが,その起源については現在調べている.さらに,MgB2の超伝導機構を探るために,電子フォノン結合スペクトルの測定を行っている.それによると,約60-90meV付近のエネルギー領域に比較的再現性の高い特徴的な構造を観測している.

このエネルギーは面内のB-B stretching(E2g)モードの特性エネルギーに近く,このフォノンモードが超伝導に関与していることを示唆する.しかし,他のエネルギー領域の構造も無視できず,単結晶による詳細な測定が望まれる.また,電子状態の磁場中異方性を探る為に考案作製していた磁場中トンネル分光装置用プローブも完成した.前年度に引きつづいでMgB_2の超伝導機構をさらに深く探るために、ポイントコンタクト接合法を用いて、電子対媒介相互作用スペクトルの測定を行った。中性子非弾性散乱のデータとの比較から、MgB_2の超伝導はフォノンによる電子対媒介に起因しており、特にボロンハニカム層における高エネルギーの面内振動が電子と強く結合することがわかった。なお、この方法でもギャップの多重性や強結合性など、低温裂開法と符合する結果を得ている。ところで、MgB_2の強結合は従来の金属間化合物において成り立つ半経験則では説明できない。なぜなら、この関係では、強結合は低エネルギーによって実現されるからである。これから、MgB_2の超伝導機構は軽量元素の高エネルギー振動が関与した新しいタイプの強結合超伝導体と考えられる。同様の結晶構造をもつNbB_2やCaAlSiについても、測定を行いMgB_2と比較した。まず,NbB_2では強結合超伝導であることが分かった。NbB_2の伝導帯は羊にニオブの4d軌道からなり、ニオブの欠損とともにボロンの2p軌道からの伝導帯への寄与が犬きくなることが予測されているが、NbB_2もMgB_2と同様な強結合超伝導体であり、両者の超伝導機構における共通要素として、ボロン軌道の伝導帯への関与が示唆される。一方、CaAlSiについても強結合超伝導体である事を明らかにした。この結果は光電子分光や比熱測定の結果と良く一致する。これらの研究から、MgB_2とその関連物質について、その最も基本的な特性であるエネルギーギャップおよび電子格子相耳作用について,従来型の超伝導の特徴とは異なる数々の新事実を明らかにした。現在,これらの関連物質のギャップの磁場異方性および電子格子相互作用についての測定を開始している.本年度も引き続き,AlB_2型層状物質MgB_2の超伝導電子状態の特徴を微視的に調べる目的で研究を進めた.これまでの主な成果を述べると,Bハニカム格子の高エネルギー面内振動(75meV)と電子の強い相互作用の存在を明らかにし,これによる強結合性(2Δ/κ_BT_C=5-6)は従来の機構では説明できない事を指摘した.また,MgB_2と同じ結晶構造をもつCaAlSiやNbB_2の測定からAlB_2型超伝導体が強結合的であると結論付けた.さらに,これらを原子レベルで調べるため,極低温超高真空走査トンネル顕微鏡/分光システム(STM/STS)による観測を開始した.STMによるMgB_2の表面原子像の観察では,原子配列の周期的な斑点像が観測され,これらが三角格子構造と六方格子構造の2種類のパターンを構成することが判った.三角格子像の隣接斑点間隔は0.3nm,六方格子像では最近接斑点間隔0.17nmであり,これらはMgB_2のMg面とB面の格子定数とよく一致する.走査トンネル分光(STS)による局所状態密度の測定では,明確な超伝導ギャップ構造が観測された.このギャップ構造は多重ギャップの存在を取り入れた「相関2ギャップモデル」で記述可能である.また,観測された最大ギャップは2Δ=10meVであり,この物質の異常な強結合性の存在を確立した.
一次元量子光学系を使った単一光子による決定論的量子操作の理論

等しい崩壊レートを有するΛ型三準位系が一次元的に伝播する光子を反射するとき,たった一つの光子がΛ系の量子状態を決定論的にスイッチすることが知られている(インピーダンス整合Λ系).本研究では,超伝導人工原子とマイクロ波共振器とが結合している「導波路QED」系において,原子を外部マイクロ波でドライブすることによってできる「着衣状態」を用いてこのΛ系を実装できることを理論的に示し,ドライブ条件を明らかにした.また,この系がマイクロ波光子検出器へと応用可能であることも示した.これらの理論的予言は実験的にも確認され,66%の量子効率を有する世界初のマイクロ波光子検出器を実現することに成功した.超伝導量子ビットを人工原子,伝送線路中のマイクロ波を電磁波モードとして用いる「回路量子電気力学系」において,着衣状態エンジニアリングの手法により,励起状態からの二つの崩壊レートが等しい「インピーダンス整合Λ系」を実装する方法を理論的に提案した.考察の対象とするのは,ドライブされた超伝導量子ビット・共振器・半無限マイクロ波伝送線路の結合した系である.量子ビットと共振器との離調が大きい「分散結合領域」では,分散シフトのために共振器周波数が量子ビットの状態に依存する.よって,量子ビットを外場によりドライブしドライブ周波数での回転座標に移行すると,ドライブ周波数を適切に選ぶことにより,量子ビットー共振器結合系の最低四準位が「入れ子型」の準位構造をとる状況が生じる.それらを下から状態1,2,3,4と呼ぶことにする.弱ドライブ極限では,四準位系の輻射崩壊は4→1,3→2方向におこる.一方,強ドライブ極限では,パリティ選択則により4→2,3→1方向におこる.つまり崩壊経路がドライブ印加によって逆転することがわかる.よって,ドライブ強度を適切に選択することにより,3→1遷移と3→2遷移(または4→1遷移と4→2遷移)の崩壊レートが揃う状況が生じ,1,2,3あるいは1,2,4の三準位を「インピーダンス整合Λ系」として活用できる.半無限伝送線路から入射されるマイクロ波に対するΛ系の光学応答を計算し,インピーダンス整合条件下においては,反射波振幅が完全に消滅し,入射波は一回の反射により完全に周波数下方変換を受けることを示した.これらの結果は,入射された単一光子が決定論的にΛ系のラマン遷移を誘起し,その量子状態をスイッチすることを示唆するものである.前年度確立した「着衣状態エンジニアリング」の手法を応用した「マイクロ波単一光子検出器」の実現可能性について,理論面から考察した.考察の対象とするのは,ドライブされた超伝導量子ビットと共振器とが分散的に結合した系である.この系においてドライブ光の周波数およびパワーを適切な値に調整すると,量子ビットー共振器系の着衣状態により「インピーダンス整合Λ系」と称される輻射崩壊レートの揃ったΛ系を構築することができる(Λモード).この状態では,単一入射光子により超伝導量子ビットを決定論的に励起することが可能となる.一方,ドライブ光を切断すると,本系は超伝導量子ビット状態によって共鳴周波数の異なる共振器としてはたらくため(Iモード),プローブ光を反射させてその位相シフトを測定することにより,超伝導量子ビット状態の量子非破壊測定が可能となる.これら二つのモード間の切り替えは,ドライブ光パワーを時間的に滑らかに変化させることによって,断熱的にスイッチすることが可能である.以上の動力学を,(1)ドライブ光を印加し,マイクロ波パルス中の光子数(0または1)を超伝導量子ビット(基底または第一励起状態)へと転写する「捕獲過程」,(2)ドライブ光を切断し,プローブ光を共振器へと照射して超伝導量子ビットの量子状態を読みだす「読み出し過程」,(3)再びドライブ光を印加してΛ系を構成し,リセット光の照射により超伝導量子ビットを基底状態へと戻す「リセット過程」,のように組み合わせることによって,時間ゲートモードで動作するマイクロ波光子検出器を構成することができる.本検出器には,信号パルスの時間波形によらずに90%超の高効率を達成できる,暗係数が無い,短時間でリセット可能であり高繰り返しレートを達成できる,といった特長がある.平成25年度には,超伝導量子ビットを人工原子,伝送線路中のマイクロ波を電磁波モードとして用いる超伝導回路量子電気力学系において「着衣状態エンジニアリング」を提唱し,励起状態からの二つの輻射崩壊レートが等しい「インピーダンス整合Λ系」を実装する方法を理論的に示した.平成26年度には,着衣状態エンジニアリングを応用した「マイクロ波単一光子検出器」を理論的に提案した.マイクロ波単一光子検出は量子情報科学のみならず宇宙物理学においても重要な基盤技術であるが,光子エネルギーが可視光領域と比較して極めて小さいためにこれまで達成することができていなかった.本提案に基づく実証実験(arXiv:1601.05513)では,単一光子検出効率66%の達成に成功しており,世界初のマイクロ波単一光子検出技術として認識されるに至っている.検出エラーの主要因は量子ビット状態測定中の状態崩壊であるため,量子ビット寿命を改善することにより,単一光子検出効率を更に向上させることができる.この光子検出器は「時間ゲートモード」の単一光子検出器であり,主として光子パルスが検出器に達する時刻を予め知っている状況下において効力を発揮する.平成27年度には,そのような時間ゲートを必要としない「連続測定モード」のマイクロ波光子検出器を理論面から開発した.