hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
水を電子源,酸素源とする可視光エポキシ化反応

現在のエポキシ化合物製造技術では金属触媒、酸素化剤を中心として高選択性、高反応性、高安全性をめざして改善努力がなされているが、強力酸化剤、酸素化剤を使用せざるを得ない場合が多く、より安全な手法開発が現在の重要な課題の一つになっている。研究代表者等が見出した水を電子源、酸素源とする可視光エポキシ化反応は安全な反応方法として注目されるものである。本研究では実用化を視野にいれ以下の点に焦点を絞り集中的な検討を行った。1)新規複合反応系の開発:より高効率の増感反応系の開発のため、a)光吸収とそれに続く電子受容体への電子移動によるポルフィリンカチオンラジカルの生成、に最適な反応系とb)ポルフィリンカチオンラジカルを経由した金属オキソ錯体活性種の生成とアルケンとの反応によるエポキシ化反応に最適な反応系を独立に設計し両者をホール移動反応により結合させる新規複合反応系の開発に成功した。2)エポキシ化基質例の拡張と探索:反応基質例の拡張としてシクロヘキセンに加えてノルボルネン、シクロオクテンなどの環状アルケン類、スチレン、スチルベンなどの芳香族アルケン類、1-ヘキセンなどの直鎖アルケン類などのエポキシ化反応について検討した。特にノルボルネンではほぼ100%の選択性と量子収率0.1前後の高反応性を示すことを見出した。3)異方性反応場への展開分子レベルだけではなく巨視的にも異方的な化学反応場として新たに、マイクロチャンネルプレートを化学反応場とする電子伝達反応系構築について検討した。表面化学析出法により二酸化チタン薄膜をチャンネル内壁に析出させ、白金クラスターを担持させ紫外光および色素増感による可視光水素発生を行った。白金クラスターの担持場所と光照射方法を変化させることにより伝導体電子の実質移動距離をはじめて求めることができた。この実測を基礎に、一層の高効率電子伝達反応場構築のため白金薄膜層の上に二酸化チタン薄膜層を積層する二重薄膜構造を有するマイクロチャンネルプレートを試作しその水素発生能の評価を行った。単層薄膜に比べ飛躍的に高効率の水素発生が可能であることを見出した。本研究により水を電子源、酸素源とする人工光合成型物質変換反応について反応の高効率化、反応制御への足がかりを得ることができた。本研究では本反応の実用化を目指して以下の点に焦点を絞り集中的な検討を行った。1)より有効な反応系構築のための新規複合反応系の開発。より高効率の増感反応系の開発のため、a)光吸収とそれに続く電子受容体への電子移動によるポルフィリンカチオンラジカルの生成、に最適な反応系とb)

ポルフィリンカチオンラジカルを経由した金属オキソ錯体活性種の生成とアルケンとの反応によるエポキシ化反応に最適な反応系を独立に設計し両者をホール移動反応により結合させる新規複合反応系の開発に成功した。2)エポキシ化基質例の拡張と探索。反応基質例の拡張としてシクロヘキセンに加えてノルボルネン、シクロオクテンなどの環状アルケン類、スチレン、スチルベンなどの芳香族アルケン類、1-ヘキセンなどの直鎖アルケン類などのエポキシ化反応について検討した。特にノルボルネンではほぼ100%の選択性と量子収率0.1前後の高反応性を示すことを見出した。本年度の検討により高効率反応系開発への指針となる研究成果を得ることができた。現在のエポキシ化合物製造技術では金属触媒、酸素化剤を中心として高選択性、高反応性、高安全性をめざして改善努力がなされているが、強力酸化剤、酸素化剤を使用せざるを得ない場合が多く、より安全な手法開発が現在の重要な課題の一つになっている。研究代表者等が見出した水を電子源、酸素源とする可視光エポキシ化反応は安全な反応方法として注目されるものである。本研究では本反応の実用化を目指して前年度までに得られた研究実績を基礎に以下の点に焦点を絞り集中的な検討を行った。1)より有効な反応系構築のための新規複合反応系の開発。従来は電子供与体として塩化白金酸を用いてきたが、可逆循環使用が可能な電子受容体系の開発として微粒子半導体系への展開を図った。二酸化チタン微粒子上に、増感剤のRuポルフィリンを担持し基質存在下、アセトニトリル水溶液中で光照射することにより選択性よく光エポキシ化反応が進行することを見い出した。さらに、微粒子半導体上に白金クラスターを担持し光エポキシ化反応と同時に水素発生が起こることを見い出した。2)人工光合成型太陽電池への展開水を電子源とする光エポキシ化反応の光エネルギー変換への応用展開として人工光合成型太陽電池を試作した。微粒子半導体を焼結した透明電極上に増感剤のRuポルフィリン誘導体を含浸させた電極を作成した。可視光照射により通常電流の二倍の光電流が流れることを見い出した。光酸素化反応の二電子変換反応を電極上に直接反映させることに成功した。光電流発生と同時に基質のエポキシ化反応も同時進行することを見い出した。上記の検討により高効率反応系開発への指針、人工光合成型太陽電池の設計指針となる研究成果を得ることができた。本研究の最終年度となる13年度では前年度までに得られた研究実績を基礎に以下の点に焦点を絞り集中的な検討を行った。1)新規複合反応系の開発。可逆循環使用が可能な電子受容体系の開発として微粒子半導体系への展開を図った。二酸化チタン微粒子上に、アニオン型およびカチオン型の増感剤Ruポルフィリンの静電吸着による担持、表面水酸基の化学修飾によるアミド結合およびエーテル結合を介した共有結合による担持の4種の吸着法について検討した。アニオン型静電吸着による担持法を用いてアセトニトリル水溶液中で光照射することにより選択性よく光エポキシ化反応が進行することを見出した。さらに、微粒子半導体上に白金クラスターを担持し光エポキシ化反応と同時に水素発生が起こることを見出した。2)異方性反応場への展開前年度までの異方性化学反応場の開発研究を基礎に分子レベルだけではなく巨視的にも異方的な化学反応場として新たに、マイクロチャンネルプレートを化学反応場とする電子伝達反応系構築について検討した。
対流可視化教材とワイヤレスセンサー利用のアクティブラーニング授業プログラムの開発

熱教材の材料となる簡易型サーモグラフィーを入手し開発を進めつつ、収集した画像映像データの処理等にあたった。また、前年に引き続き、ICT活用の新たな取り組み・大学での試行を中心に研究を進めた。サーモグラフィーについては、安価なモデルとしてFLIR社製のC3を入手し、性能評価を行った。簡便な機種であるものの出力をそのまま投影しかつデータ取得するのには若干の工夫が必要であることがわかったので、この点を注意して学校現場には情報提供することが求められる。また、収集データの解析及び編集については、サーモグラフィーと示温インクの比較検討するところがうまくできておらず、この点には課題を残している。一方、最近になり教科書会社等が同様の試みを行い教科書とタイアップした画像データの提供を一部で開始するに至っているので、この方面での幅広いデータ収集という意義は若干薄れた感がある。よって、教科書会社等が行っていないより直接的な比較をできるように今後資源とエフォートを集中することが望まれる。個別実験や演示実験を多用するALの手法については、前年の成果を取り入れながら、完全ワイヤレス化をはかることができた。実際の授業でワイヤレスのセンサーシステムを用い、教員があるいは学生自らが装置を操作し、PCないしタブレット端末にその都度その場実験の結果を確認する授業が展開できた。これらの実践と到達度調査(FCIテスト)結果の一部については、国際会議(ICPE2018)でも発表した。また、物理教育学会の年次大会を香川で主催するのを機に、協力を願っているオレゴン大学のソコロフ教授を招へいし、アクティブラーニングのワークショップを開いてもらい、その後経験交流・情報交換を行うことができた。実績の概要で触れた様に、画像・映像データを整備して現場に提供する課題については遅れつつも準備をすすめることできている。一方アクティブラーニングサイドについては、完全ワイヤレス化も図ることができたので、当初計画より進んでいる。よってトータルでは概ね順調と判断する。今後の展開については、画像・映像データの課題については、一部デジタル教科書として似たものを提供されるに至ったので、若干方針を変更し、もっとも誤概念を生じている熱の伝達と対流(物質の移動)の違いを明らかにする教材に特化して整備提供することを最終年度は目指す必要があると考える。その成果をアクティブラーニングの授業に取り入れて実践を行うことを後期の授業の目標とする。それらの成果を広く行った概念調査と同じ問題を用いて、プレテストポストテストと行い、成果を検証する。平成29年度の当初計画のうち、ICT活用の新たな取り組み・大学での試行を中心に研究を進めた。それは、中心機器となる新型ICTサーモグラフィーの計画及びリリース遅延に伴うものである。よって、熱教材関係の計画を翌30年度に移し、AL(アクティブラーニング)化への課題に注力した。具立木には次の通りである。個別実験や演示実験を多用するALの手法は、高い効果が得られることが示されている(例えば、レディッシュ著「科学をどう教えるか」などに詳しい)が、一方で実験に使われるICT機器であるセンサー類の特性の制限により、使える範囲や用途が限られてしまっている。これを乗り越えるために、一つには現行のものをより使いやすく改良すること、また、プログラムを工夫して機器の性能をカバーする工夫をすることが求められる。パスコ社が米国で販売を開始したワイヤレスのセンサーシステムを備えた力学台車が日本でもスマートカートという名称で島津理化より販売されたので、早速リリース後間もない当該機器を購入して活用した。従来のものとの比較も行う必要があるので、例年旧型のセンサー機器を使用してAL授業を行っている物理学概論Iにおいて、これも例年到達度を測っているFCIテスト(世界標準の力学分野の到達度テスト)を行って評価検証した。それによれば、力学分野での学生の理解度にはそれほど大きな差が出てはいないものの、授業実施者である教師側の装置の使い勝手や準備に格段の進展が見られ、効率化をはかることが出来き、授業時にもワイヤレスの優位点を活かし離れたところからの操作投影などが可能であり、学生の評判も良かった。ワイヤレス教材は、力学台車のみならず、これまでUSBのワイヤーを張り巡らせた実験環境であったものがワイヤレス化可能な製品として出されてきており、現在は映像教材への拡張を目指し研究を進めている。大きく分けて二つの計画のうち、アクティブラーニングプログラムに関しては成果で述べたとおり進んでいるが、もう一つの柱であるサーモグラフィーを用いた教材の開発改良については、メーカーより年度途中での製品リリース案内があり、年度中での物品納入等に困難が生じ対応が遅れてしまったため、30年度計画へ後ろ倒しすることとした。これが遅れの理由である。

よって、教科書会社等が行っていないより直接的な比較をできるように今後資源とエフォートを集中することが望まれる。個別実験や演示実験を多用するALの手法については、前年の成果を取り入れながら、完全ワイヤレス化をはかることができた。実際の授業でワイヤレスのセンサーシステムを用い、教員があるいは学生自らが装置を操作し、PCないしタブレット端末にその都度その場実験の結果を確認する授業が展開できた。これらの実践と到達度調査(FCIテスト)結果の一部については、国際会議(ICPE2018)でも発表した。また、物理教育学会の年次大会を香川で主催するのを機に、協力を願っているオレゴン大学のソコロフ教授を招へいし、アクティブラーニングのワークショップを開いてもらい、その後経験交流・情報交換を行うことができた。実績の概要で触れた様に、画像・映像データを整備して現場に提供する課題については遅れつつも準備をすすめることできている。一方アクティブラーニングサイドについては、完全ワイヤレス化も図ることができたので、当初計画より進んでいる。よってトータルでは概ね順調と判断する。経費の使用が認められたら速やかに必要物品の見積もり発注へとすすみ、教材化への課題に取りかかることとす。また、アクティブラーニングの課題については29年度に行った同一の授業において前年同様新規導入機材を用いた授業を展開し、FCIテストで成果を測ることとする。また、夏にアクティブラーニングの専門家であるD.Sokoloff氏を大学に招き研究討議やワークショップ開催することを計画している。今後の展開については、画像・映像データの課題については、一部デジタル教科書として似たものを提供されるに至ったので、若干方針を変更し、もっとも誤概念を生じている熱の伝達と対流(物質の移動)の違いを明らかにする教材に特化して整備提供することを最終年度は目指す必要があると考える。その成果をアクティブラーニングの授業に取り入れて実践を行うことを後期の授業の目標とする。それらの成果を広く行った概念調査と同じ問題を用いて、プレテストポストテストと行い、成果を検証する。購入予定のもののリリースが遅れたため、それを用いたものを次年度送りとした結果次年度使用額が生じた。新年度の費用が使用可能となり次第見積もりをとり導入を急ぐ予定である。他の物品等については、計画通りの執行予定である。
必須アミノ酸トランスポーターＬＡＴ１のＴ細胞活性化における役割

LAT1は必須アミノ酸を細胞内に取り込むトランスポーターであり、癌細胞の増殖に非常に重要であることがわかっている。しかし、本研究ではヒト末梢血T細胞の活性化によりLAT1の発現が顕著に上昇することに着目し、LAT1のヒトT細胞における役割を解析した。LAT1特異的阻害薬はサイトカイン産生などのヒトT細胞の機能を阻害した。さらに、そのメカニズムとして、LAT1特異的阻害薬により新規アミノ酸欠乏ストレス応答反応が誘起され免疫学的機能を抑制することが明らかとなった。以上の結果から、LAT1はT細胞活性化のために必須のアミノ酸トランスポーターとして機能していることが明らかとなった。LAT1は、これまで癌細胞特異的に発現し癌細胞の生存、増殖において重要な機能を担っていると考えられてきた必須アミノ酸トランスポーターであるが、本研究によりLAT1がヒトT細胞の活性化においても極めて重要であることが明らかとなった。T細胞は特異外来抗原を認識するとサイトカインの産生などを盛んに行い個体の免疫反応を促進する。研究代表者は、ヒト末梢血T細胞が抗原認識前にはLAT1をほとんど発現していない一方で、抗原認識により完全活性化されるとLAT1の発現を顕著に上昇させること、またそのメカニズムとしてT細胞機能促進因子NF-κB及びAP-1を介したLAT1の発現制御を明らかにした。さらに、LAT1特異的阻害薬によりサイトカイン産生などの活性化T細胞の機能が大幅に抑制され、そのメカニズムとしてLAT1機能阻害による転写抑制因子DDIT3の発現上昇、およびDDIT3によるT細胞活性化因子NF-kB及びNFATの機能阻害を明らかにした。以上の結果から、LAT1は活性化T細胞においても重要なアミノ酸トランスポーターとして機能しており、LAT1機能阻害が活性化T細胞における新規アミノ酸欠乏ストレス応答反応を誘起し免疫学的機能を抑制することが明らかとなった。これらの結果をThe Journal of Immunologyに報告した。また、LAT1阻害薬を新規免疫抑制薬として特許登録した。LAT1は癌細胞に高発現するアミノ酸トランスポーターであるが、T細胞を活性化することによってもLAT1の発現が顕著に増大することが研究代表者の結果からわかっている。そこで、T細胞におけるLAT1の機能を解析するために、ヒト末梢血T細胞を活性化し、siRNAを用いてヒト末梢血T細胞のLAT1の発現を減少させ、ロイシンの取り込みを調べた。その結果、LAT1 siRNAによりロイシンの取り込みが顕著に抑制されることがわかった。さらに、LAT1のT細胞における免疫学的機能を調べるために、LAT1 siRNAを導入したヒト末梢血T細胞を活性化しサイトカイン産生量を解析した。その結果、LAT1 siRNAによりサイトカイン産生が顕著に抑制されることが明らかとなった。これらの結果は、LAT1が癌細胞だけでなく、ヒトの正常免疫反応においても極めて重要なアミノ酸トランスポーターとして機能していることを示した、非常に重要な知見である。また、LAT1機能阻害によるT細胞の遺伝子発現変動を調べた結果、ストレス応答分子のDDIT3の発現が上昇することがわかった。この発現上昇は、必須アミノ酸の欠乏によっても見られた。そこで、DDIT3のT細胞における機能を調べるために、ヒト末梢血T細胞にDDIT3を強制発現させて活性化後、サイトカイン産生量を解析したところ、サイトカイン産生量が顕著に減少することがわかった。以上の結果から、LAT1は活性化ヒトT細胞の主要なアミノ酸トランスポーターであり、LAT1の機能が阻害されるとDDIT3の発現上昇により免疫反応が抑制されるという、これまで未知であった活性化T細胞のアミノ酸輸送機構、及びアミノ酸欠乏に対する応答メカニズムの非常に重要な知見が明らかとなった。しかし、本研究ではLAT1の発現がヒト末梢血T細胞の活性化によっても顕著に上昇することに着目し、LAT1のヒトT細胞における役割を解析した。ヒト末梢血T細胞を抗原刺激により活性化するとLAT1の発現が顕著に上昇した。そこで、LAT1がヒトT細胞におけるアミノ酸トランスポーターとして機能することを確認するために、活性化ヒトT細胞にLAT1特異的阻害薬を作用させたところ、ロイシンの取り込みが大幅に抑制された。さらに、LAT1特異的阻害薬により、サイトカイン産生や細胞増殖などのT細胞の機能が阻害された。また、そのメカニズムを調べるためにマイクロアレイを行ったところ、活性化ヒトT細胞においてLAT1特異的阻害薬により転写抑制因子DDIT3の発現が上昇することがわかった。そこで、活性化ヒトT細胞におけるDDIT3の機能を調べたところ、DDIT3がT細胞活性化因子NF-kB及びNFATの機能を阻害することが明らかとなった。また、ヒトT細胞の活性化によるLAT1の発現上昇のメカニズムを調べたところ、LAT1の発現がNF-kB及びAP1により制御されていることが明らかとなった。

以上の結果から、T細胞は活性化により、免疫学的反応を誘起させると同時にLAT1の発現も上昇させ、活性化維持のためのアミノ酸を供給していることがわかった。さらに、LAT1の機能阻害が活性化T細胞における新規アミノ酸欠乏ストレス応答反応を誘起し免疫学的機能を抑制することが明らかとなった。これらの知見より、LAT1特異的阻害薬が新規免疫抑制薬として有用である可能性が考えられた。免疫学研究の目的に記載されている、LAT1がT細胞における主要なアミノ酸トランスポーターであることの証明は概ね完了した。また、LAT1がT細胞の機能においても重要な役割を持つことも明らかにできた。さらに、マイクロアレイを用いた実験から、LAT1特異的阻害薬により、活性化T細胞が新規アミノ酸欠乏ストレス応答反応を誘起し免疫学的機能を抑制することもわかった。当初の計画では、次年度に研究成果を発表する予定であったが、データが早く得られたため、予定よりも早く当該年度に論文を発表することができ、計画以上に進展していると判断した。交付申請書に記載した当初の計画では、平成24年度にLAT1がヒトT細胞の主要なアミノ酸トランスポーターであることを確認する予定であり、この目的は達成出来た。また、LAT1のヒトT細胞における免疫学的機能を調べる実験は、当初、平成25年度以降に行う予定であったが、この実験も平成24年度内に行うことが出来た。さらに、LAT1機能阻害によるT細胞の遺伝子発現変動も平成25年度以降に行う計画であったが、この実験も平成24年度内に始めることが出来、成果が上がっている。以上の理由から、研究の目的の達成度は当初の計画以上に進展していると考えている。T細胞におけるLAT1の重要性についてはin vitroにおける実験で多くのことが証明できた。今後は、これまで得られた知見が、実際に生体においてどれくらい反映できるか検証する予定である。具体的には、アトピー性皮膚炎のモデルマウス、あるいは関節リウマチのモデルマウスに様々な濃度のLAT1特異的阻害薬を投与し、疾患を発症させたときの薬剤の治療効果を検討する予定である。また、マイクロアレイを用いた実験により、LAT1特異的阻害薬によってDDIT3の発現が上昇することが明らかとなったが、DDIT3以外にも多くの遺伝子の発現変動が引き起こされることがわかっていることから、これらの遺伝子のT細胞における機能を調べる予定である。具体的には、候補遺伝子の強制発現ベクターやsiRNAをT細胞に導入し、発現を変動させた時にT細胞における機能変化をサイトカイン産生や細胞増殖などを指標にして調べる。引き続き、T細胞におけるLAT1の機能の解析を継続する予定である。まず、当初の計画にあった、LAT1特異的阻害薬JPH203を用いて、ヒト末梢血T細胞におけるロイシンの取り込み及びサイトカイン産生量を解析する。また、
平成２３年新燃岳噴火被害後の植生再生における偏向遷移の可能性

本研究では2011年に噴火した新燃岳の森林被害と回復過程について調査した。噴火被害は火口の南東側に広がり、顕著な森林被害の範囲は10km2程度であった。火口南東側3km付近に位置するエリアでは、先駆種のアカマツのみが枯死しミズナラやコハウチワカエデなどの遷移後期種の広葉樹が生残したことから、噴火によって遷移が促進されると考えた。また、噴火被害の強度の違いが植生構造の多様性を高めていると考えた。平成23年1月に噴火した新燃岳の森林被害の範囲を明らかにするため、噴火前後の高分解能衛星画像を用いて解析を行った。噴火による森林被害の範囲は火口の東から南東側の3.5kmの範囲に集中しており、約10km2が顕著な森林被害を受けていることが明らかとなった。なかでも、新燃岳火口に近いエリア(火口から1km程度)では、降灰(噴石を含む)や火山ガスなどによって、すべての植生が枯死に至っていた。火口からの距離が遠くなると、樹木への被害は樹種によって異なっており、アカマツを中心に枯死木が確認できた。さらに詳しく樹種による被害の違いを明らかにするため、火口から南東側約3kmの高千穂河原周辺に設置している5つの固定プロットにおいて、樹木の成長および衰退度のモニタリング調査を実施した。各プロットは元々アカマツが優占しその他にミズナラやカナクギノキ、コハウチワカエデなどの落葉広葉樹が混交するアカマツ林であった。噴火による被害はアカマツが最も大きく、噴火後3年が経過した現在ではほとんどの個体が枯死に至っていた。一方、混交している落葉広葉樹の被害は小さく枯死した個体は1割程度で、噴火直後に枝先が枯れるなどした個体も噴火3年目には樹冠の葉量が回復していた。つまり、火口周辺のように被害が大きければ、火山噴火でみられるような通常の一次遷移が始まると考えられるが、火口から離れ被害が中程度のエリアでは先駆性樹種であるアカマツが枯死し、ミズナラやコハウチワカエデなどの落葉広葉樹が優占する林分へ遷移すると推察されることから、むしろ噴火によって遷移が促進されていると考えられた。新燃岳噴火後の樹木被害とその後の更新の可能性を明らかにするため、新燃岳火口の南東側約3kmに位置する高千穂河原周辺に設置している長期観察のための固定試験地において、噴火後の林床植生の変化(被害度、個体数、樹高など)について調査を行った。霧島地域は、噴火以前よりシカの生息密度が高いため、林床植生はシカの不嗜好性植物であるミヤマキリシマやタンナサワフタギ、萌芽力の強いコガクウツギなどが優占していた。これらの林床に生育する木本植物の8割程度が噴火によって何らかの被害を受け、枯死した個体や枝先が枯れた個体などが観察されたが、根元からの萌芽などによって徐々に植生が回復する傾向にあることが観察された。また、堆積した火山灰の上から新たにノリウツギやコガクウツギなどの実生も観察されるようになったが、将来、林冠を構成する高木性木本種の実生の更新個体数は少なく、噴火前に林冠で優占していたアカマツの実生はほとんど存在しなかった。草本類は、凹地型の縁など火山灰の堆積が少ない比較的傾斜の急な場所で個体数が多くみられた。これらのことから、高千穂河原周辺において、林床の植生は噴火からの時間経過によって徐々に回復傾向にあるが、林冠で優占していたアカマツの更新は難しいと考えられた。また、シカの生息密度が高く噴火以前から不嗜好性植物が優占している状態であること、およびシカによる採食の影響から、更新個体が限定され今後の遷移の方向がこれまでの噴火後の遷移と異なる可能性があると考えられた。噴火被害及びシカ食害の影響を広域で把握するため、霧島山系全域において約35年前に実施された調査資料と照らし合わせながら190点の植生調査を行った。平成23年の新燃岳噴火による植生被害は火口周辺に限定されており、植生被害の範囲は噴火時の降灰方向と対応していた。火口周辺の強被害エリアでは火山灰および礫に覆われ完全に植生が消失していた。一方、噴火による被害が中程度のエリアでは、アカマツのみが枯死し、混交するコハウチワカエデやミズナラなどの広葉樹は生き残っていた。また、霧島を代表する低木性木本種であるミヤマキリシマは枝先が枯れるなどの被害がみられた。霧島山系全体では、シカの採食による植生変化が顕著に観察され、下層植生は植被率が減少していた。特に、高標高域ではスズタケが、低標高域ではアオキが減少していた。一方で、タンナサワフタギ、ハイノキ、ツクシコウモリおよびキリシマアザミなどのシカの不嗜好性植物の被度が高くなっていた。新燃岳火口から南東約3kmに位置する高千穂河原においては、既設の5つの固定プロットにおいて、胸高直径5cm以上の樹木について噴火後5年目のモニタリング調査を行った。噴火によって被害を受けたアカマツおよびネジキが衰退し、その他の落葉広葉樹は多くの個体で樹勢が回復していた。また、噴火前と噴火5年後の種の優占順位を比較すると、各樹種の噴火によるダメージの受け方のおよび各プロットにおける噴火の被害程度の違いによって、各プロットによって種の優占順位の変化が異なった。

したがって、この噴火の被害強度の違いが景観的な植生構造の多様性を高めていると考えられた。本研究では2011年に噴火した新燃岳の森林被害と回復過程について調査した。噴火被害は火口の南東側に広がり、顕著な森林被害の範囲は10km2程度であった。火口南東側3km付近に位置するエリアでは、先駆種のアカマツのみが枯死しミズナラやコハウチワカエデなどの遷移後期種の広葉樹が生残したことから、噴火によって遷移が促進されると考えた。また、噴火被害の強度の違いが植生構造の多様性を高めていると考えた。霧島山系における広域の植生調査については中間の取りまとめを行い、植生学会でその成果について口頭発表を行った。また、年輪解析については、現地におけるサンプルの採取をほぼ終えた。既設の固定プロットの樹木衰退度および成長量の測定、林床の植生調査など計画通りに調査が進んでいる。森林生態学現時点で計画通りに調査解析が進行しており、本年度も計画の通りに研究を進め、最終の取りまとめを行う。衛星画像を用いた広域での森林被害範囲の抽出、既設の固定プロットにおける樹木の成長および衰退度のモニタリングを実施し、噴火による森林の被害程度とその後の変化について明らかにすることができ、研究の目的に対して順調に進展している。また、次年度以降解析予定の広域の植生調査および年輪解析についても、順調に調査が進行している。当初予定していたより効率よくデータの収集ができ現地調査の回数が少なくなったため、その分で次年度使用額が生じた。現時点で順調に調査解析が進行しており、当初計画通りに研究を進める。次年度は最終年度であり、試験地の後始末などで出張回数が増える予定であり、旅費として使用する。当初購入を予定していた物品が既存のものが使用できたため、その分で差額が生じた。次年度は出張回数が増える予定であり、旅費として使用する。
格子欠陥ダイナミクスを利用した低次元ナノ炭素材料の自発曲率形成機構の解明

三次元構造体で線欠陥として定義される転位や回位(転傾)では、欠陥の芯となる特異線の周囲に特異応力場が形成される。一方、二次元構造体に欠陥を導入すると、欠陥の周囲の応力場は曲率を変化させる駆動力として作用し、応力場の緩和と形状変化が生じる。このメカニズムを積極的に利用すれば低次元材料の形態制御が可能になると考えられる。本研究では、グラフェンシートやカーボンナノチューブなどの可展面に六員環の周期的配列が写像された低次元ナノ炭素構造体の完全結晶に、欠陥を導入することによって形成される面外変形メカニズムを自発曲率の変化として理解し、欠陥の生成・消滅および移動による面外変形の制御と、ナノ構造体の形態制御の設計原理の獲得を目的とする。設備備品として低次元曲率構造造形装置を導入し、前年度の考案した連続体モデルを用いて、ナノ構造体と相似な力学特性を有するプロトタイプ造形した。応力フリーの状態で固有の曲率を有する薄肉構造体を実際に整形し、その実際の変形特性を助として飛び移りや屈服といった座屈を拡張した構造安定論(広義の座屈理論)による解析を連続体モデルベースで行った。まず軸対象の古典弾性論解析を基礎とし、さらに有限変形を考慮した解析を行った。得られた解析結果から複数の欠陥が弾性的に相互作用問題を考えた。線形論に基づく古典的な転位論ではこのような場は単なる重ね合わせによって評価できるが、低次元材料では面外変形によって、上に凸、下に凸といった解の唯一性が破綻するだけでなく、幾何学的な非線形性が本質的に重要になるためたんなる重ね合わせでは評価できない可能性があった。有限変形を考慮した解析を行った。低次元材料では面外変形によって、上に凸、下に凸といった解の唯一性が破綻するだけでなく、幾何学的な非線形性が本質的に重要になるためたんなる重ね合わせでは評価できない可能性があった。日本機械学会計算力学講演会、M&M材料力学カンファレンス、the 9th Multiscale Materials Modeling (MMMM2018)に参加し、情報収集と成果発表を行った。欠陥の生成・消滅、移動によって、所定の欠陥配置を構成する可能性を調べ、ナノ機能曲面設計論の礎となる理論を構築する。すべりや上昇といった結晶学的な欠陥の移動がナノ炭素構造でも観察されているので、その欠陥の移動に伴う曲面構造の変化を原子シミュレーションによって解析する。さらに、欠陥の移動に必要な活性化エネルギーをNudged Elastic Band (NEB)法を用いて評価する。すでにNEB法を用いたアルゴリズムについては経験を有している。設備備品として導入する大容量構造データ記憶装置に、大量の基本解析データを保存し、欠陥の相互作用のポスト処理、可視化などのために用いる。生成・消滅・移動により動的に構成される欠陥配置を平成29年度の静的な結果と比較し、自発曲率に基づくナノ機能曲面設計論の礎となる理論を構築する。2次元弾性論に基づく従来の転位論では評価できなかった面外変形に対する力学を構築するために、まず具体的に低次元ナノ炭素構造体として、グラフェンシート(Graphene Seet; GS)を用いて、5員環と7員環をひとつずつ含む完全回位モデルを作成し、原子シミュレーションソフトLAMMPSを用いてその安定構造の解析を行った。特に、格子欠陥導入による自発曲率の形成に注目した。さらに、5員環と7員環からなるPentagon-Heptagon(5-7)欠陥を転位とみなして転位列による部分回位モデルを生成し、同様の安定構造の解析と、自発曲率の形成解析を実施した。得られた結果から、面外変位とその二次勾配としての曲率分布を評価した結果、原子モデルによって得られた構造は、連続体シェルモデルを用いた線形理論(曲げ剛性と曲率の二乗の積で曲げひずみエネルギーが評価される)と高い一致を示すことが明らかになった。また、転位列では曲げ剛性が局所的に小さいことを明らかにした。カーボンナノチューブ(Carbon Nanotube; CNT)の原子構造モデルを作成し、複数のStone-Wales (SW)欠陥の相互作用場をサイトポテンシャルエネルギー分布によって解析した。このエネルギー分布は弾性ひずみエネルギー密度と解釈することができ、両者の関係から格子欠陥の曲がった曲面内での面内相互作用を明らかにした。これらの研究結果について、連続体シェル理論を用いた粗視化モデルの構築に結びつけることができる。研究成果については、学会、シンポジウム、国際会議で発表も行っている。また関連する論文発表を行っている。(IJCAET & ISAMPE 2017)などで研究発表を行っており、当初の計画に比べて多くの研究進展が認められた。

設備備品として低次元曲率構造造形装置を導入し、前年度の考案した連続体モデルを用いて、ナノ構造体と相似な力学特性を有するプロトタイプ造形した。応力フリーの状態で固有の曲率を有する薄肉構造体を実際に整形し、その実際の変形特性を助として飛び移りや屈服といった座屈を拡張した構造安定論(広義の座屈理論)による解析を連続体モデルベースで行った。まず軸対象の古典弾性論解析を基礎とし、さらに有限変形を考慮した解析を行った。得られた解析結果から複数の欠陥が弾性的に相互作用問題を考えた。線形論に基づく古典的な転位論ではこのような場は単なる重ね合わせによって評価できるが、低次元材料では面外変形によって、上に凸、下に凸といった解の唯一性が破綻するだけでなく、幾何学的な非線形性が本質的に重要になるためたんなる重ね合わせでは評価できない可能性があった。有限変形を考慮した解析を行った。低次元材料では面外変形によって、上に凸、下に凸といった解の唯一性が破綻するだけでなく、幾何学的な非線形性が本質的に重要になるためたんなる重ね合わせでは評価できない可能性があった。日本機械学会計算力学講演会、M&M材料力学カンファレンス、the 9th Multiscale Materials Modeling (MMMM2018)に参加し、情報収集と成果発表を行った。ナノ構造体と相似な力学特性を有するプロトタイプの造形と構造安定解析を行う。福井大学大学院生と大阪大学大学院生の調査研究補助を得て実施し、9th Multiscale Materials Modeling(MMM2018)、日本機械学会計算力学講演会、日本機械学会M&M材料力学カンファレンス、北陸信越支部定時総会講演会など学会に参加し、情報収集と成果発表を行う。得られた成果は速やかに論文として投稿する。欠陥の生成・消滅、移動によって、所定の欠陥配置を構成する可能性を調べ、ナノ機能曲面設計論の礎となる理論を構築する。すべりや上昇といった結晶学的な欠陥の移動がナノ炭素構造でも観察されているので、その欠陥の移動に伴う曲面構造の変化を原子シミュレーションによって解析する。さらに、欠陥の移動に必要な活性化エネルギーをNudged Elastic Band (NEB)法を用いて評価する。すでにNEB法を用いたアルゴリズムについては経験を有している。設備備品として導入する大容量構造データ記憶装置に、大量の基本解析データを保存し、欠陥の相互作用のポスト処理、可視化などのために用いる。生成・消滅・移動により動的に構成される欠陥配置を平成29年度の静的な結果と比較し、自発曲率に基づくナノ機能曲面設計論の礎となる理論を構築する。研究は順調に進んでおり、当初計画していた出張を次年度に行うため繰越した。一方で、研究はE-mailなどを活用して情報共有をはかっており、進捗に遅れはないが、オフラインでのミーティング等は次年度以降に集中的に行うようにスケジュールを調整した。2017年度に妊娠・出産のために予定していた研究成果の国際会議と国内学会での発表を2018年度と2019年度に行うために未使用額としてが生じた。
共鳴ラマン分光法による電解生成短寿命ラジカル種の構造解析に関する研究

電極反応過程で生成する不安定中間体の溶存状態や反応性、さらに構造の解明は、複雑な電極反応の化学を統一的に理解していく上でも、また電解有機合成や生体系における酸化還元反応など、種々の観点から重要な課題になってきている。本研究において、このような短寿命ラジカル種の新しい構造解析法として、フロ-電解-共鳴ラマン分光法の開発とその基礎検討を行った。まず、前年度構築した電気化学的多機能分光測光システムの検出系についての詳細な評価を行い、イメ-ジインテンシファイア-増感冷却型イメ-ジセンサ-検出器の採用により、100ミリ秒以下の時間分解能で共鳴ラマンスペクトルの測定が可能であることを示した。次に、芳香族アミン類のN,N'-ジメチル-N,N'ジフェニルベンジジン(MPB)のフロ-電解酸化反応について検討した結果、定電位および定電流電解が定量的に進行することを実証した。このMPBの電解酸化過程における時間分解吸収スペクトルの測定から、MPBカチオンラジカル(MPB^<+->)およびダイカチオン(MPB^<2+>)はそれぞれ476nmと512nmに吸収極大をもつので、それぞれアルゴンレ-ザ-の488.0nmと514.5nmの発振線で励起して共鳴ラマンスペクトルを測定し、本法では、電解条件を選択するだけで簡単に、電荷状態の異なるMPB^<+->とMPB^<2+>の共鳴ラマンスペクトルを選択的に観測することができることを実証した。共鳴ラマンスペクトルは、可視吸収スペクトルに比べ構造を反映した鋭いピ-クを与えるために、異なった電荷状態が混在するような溶液中の状態の解析には非常に有効な手段である。さらに、600-700nmの波長域での共鳴ラマン測定を、クリプトンイオンレ-ザ-励起により行い、アントラセン誘導体カチオンラジカル、およびベンジジン誘導体ダイカチオンの共鳴ラマンスペクトルの測定を行った。今後、ラジカルイオンに及ぼす置換基効果について、反応論と構造論の両方の立場から議論を展開して行きたい。有機化合物の電極反応過程において生成する短寿命ラジカル種の新しい構造解析法として、フロー電解・共鳴ラマン分光法の開発とその基礎検討を行い以下の成果を挙げた。1.カラム電極を用いた定電流フロー電解法の開発:非常に大きな電極表面積を有するカラム電極を用いる定電流パルス電解法により、流液中の復極剤を高速、かつ高効率で電解して有機ラジカルイオンを定量的に発生させることができた。2.電解フロー法を用いた共鳴ラマン分光法:この方法の利点は、電解生成イオンラジカルを均一溶液系として、励起光による分解なく測定できることの他、均一溶液のラマン測定において重要となる濃度制御を、電流量と流速の制御によって容易に行えること、また電解条件を変えることによって、カチオンラジカルとダイカチオンのような電荷の異なった活性種を選択的に生成できることなどである。3.連続光源レーザ光源によるチアントレンカチオンラジカルの共鳴ラマンスペクトルの測定:本法によりアセトニトリル中での電解生成チアントレンカチオンラジカルの共鳴ラマンスペクトルの測定に成功し、その構造解析を行った。4.芳香族アミン酸化溶液の共鳴ラマンスペクトルの測定:NーメチルーNーフェニルアニリン(MPA)のアセトニトリル溶液を電解酸化した場合、そのカチオンラジカルは不安定であるために速やかに2量化し、N,N′ージメチルーN,N′ージフェニルベンジジン(MPB)を生成する。

さらにMPB^+・カチオンラジカルやダイカチオンMPB^<2+>を生成する。この場合MPB^+・を488.0nmで、またMPB^<2+>を514.5nmのアルゴンレーザで励起することにより、それぞれの共鳴ラマンスペクトルを別々に測定することができ、解析の結果、MPB^<2+>ではCーC間の2重結合性が増加していることが判った。5.現在、時間分解共鳴ラマンスペクトルの測定やクリプトンレーザ光励起による示差測定法について検討を行っており、今後さらに短寿命種への応用へと発展させる。電極反応過程で生成する不安定中間体の溶存状態や反応性、さらに構造の解明は、複雑な電極反応の化学を統一的に理解していく上でも、また電解有機合成や生体系における酸化還元反応など、種々の観点から重要な課題になってきている。本研究において、このような短寿命ラジカル種の新しい構造解析法として、フロ-電解-共鳴ラマン分光法の開発とその基礎検討を行った。まず、前年度構築した電気化学的多機能分光測光システムの検出系についての詳細な評価を行い、イメ-ジインテンシファイア-増感冷却型イメ-ジセンサ-検出器の採用により、100ミリ秒以下の時間分解能で共鳴ラマンスペクトルの測定が可能であることを示した。次に、芳香族アミン類のN.N-ジメチル-N.Nジフェニルベンジジン(MPB)のフロ-電解酸化反応について検討した結果、定電位および定電流電解が定量的に進行することを実証した。このMPBの電解酸化過程における時間分解吸収スペクトルの測定から、MPBカチオンラジカル(MPB^+)およびダイカチオン(MPB^<2+>)はそれぞれ476nmと512nmに吸収極大をもつので、それぞれアルゴンレ-ザ-の488.0nmと514.5nmの発振線で励起して共鳴ラマンスペクトルを測定し、本法では、電解条件を選択するだけで簡単に、電荷状態の異なるMPB^+とMPB^<2+>の共鳴ラルンスペクトルを選択的に観測することができることを実証した。共鳴ラマンスペクトルは、可視吸収スペクトルに比べ構造を反映した鋭いピ-クを与えるために、異なった電荷状態が混在するような溶液中の状態の解析には非常に有効な手段である。さらに、600700nmの波長域での共鳴ラマン測定を、クリプトンイオンレ-ザ-励起により行い、アントラセン誘導体カチオンラジカル、およびベンジジン誘導体ダイカチオンの共鳴ラマンスペクトルの測定を行った。今後、ラジカルイオンに及ぼす置換基効果について、反応論と構造論の両方の立場から議論を展開して行きたい。
BMPアンタゴニストTsukushiによる形づくりの制御

私達は、レンズ由来で網膜の発生に重要な役割を持つ分子の探索を、ニワトリ胚のレンズを用いたシグナルシークエンストラップ法を行い、新規分泌型タンパク質Tsukushiを単離した。アフリカツメガエル胚を用いたmRNA微量注入法、生化学的解析、ニワトリ初期胚を用いた移植実験等により、Tsukushiが新しいタイプのBMPアンタゴニストとして極めて初期の形づくりに重要な役割を持つコンポーネントであることを示した。アフリカツメガエル胚を用いて、mRNA微量注入法によるTukushiのgain-and loss-of functionの実験を行った結果、神経提前駆細胞に発現しているTsukushiがBMP濃度の微調整を行い、神経提細胞の運命決定に関与していることを明らかにした。網膜におけるTsukushiの発現を調べたところ、Tsukushiが動物種を超えて網膜幹細胞が局在する領域(トリやカエルでは毛様体辺縁部、ヒトやマウスでは毛様体と呼ばれている)に発現していました。ニワトリ胚を用いた実験や生化学的解析から、TsukushiがWnt受容体であるFrizzledに細胞外で直接結合して、Wntが持つ細胞増殖活性を阻害し、網膜幹細胞の細胞増殖を抑えることが明らかになりました。また、Tsukushi KOマウスでは、毛様体が大きくなっていることやsphereの大きさや数が増加することから、Tsukushiが網膜幹細胞の未分化性維持に関与していることが明らかになりつつある。上記のように、Tsukushiは様々な領域の発生に重要な役割を持つことを明らかにした。私達が単離した新規BMPアンタゴニストTsukushiがオーガナイザー形成に関わる重要なコンポーネントのひとつであることは既に報告した(Ohta et al.,2004)。ニワトリ初期胚でのオーガナイザー再生実験において、Tsukushiの発現が将来オーガナイザーになる領域で増幅されるが、この時に原始線条の中心部に位置するNode Inducing Centre(NIC;カエルのNieuwkoop centreに相当する)と呼ばれる領域においてもTsukushiの発現が増幅されていることを見出した。NICではWnt8CとcVg1が共発現しており原始線条の形成を誘導しているが、様々な実験結果から他にも線条形成に関与する分子の存在が示唆されていた。そこでTsukushiとcVg1を本来なら決して原始線条を形成しない領域に共発現させてみると、異所性の原始線条が形成された。また、生化学的にもTsukushiとcVg1は相互作用をした。これらの結果は原始線条の形成にはTsukushi&cVg1とWnt&cVg1の2つのシグナルカスケードが存在することが明らかになった。アフリカツメガエル胚における神経堤細胞形成の分子機構として、正中線領域から分泌されるBMPアンタゴニストと表皮領域に発現するBMPとの濃度勾配のバランスにより、将来神経堤細胞になる細胞の運命決定が行われると考えられている。Tsukushiは将来神経堤細胞になる領域に発現していることから、TsukushiがBMPの濃度を微調整して神経堤細胞への分化決定に関与していることが考えられる。Tsukushiを過剰発現させると神経管が側方に拡張し、逆にTsukushiの機能を阻害すると表皮領域が正中線側に広がった。この結果、Tsukushiが神経堤細胞の特異化に関わっていることが明らかになった。私達がクローニングしたTsukushiは、decorinやbiglycanが属するスモールロイシンリッチプロテオグリカンファミリーのメンバーである。アフリカツメガエル胚を用いたmRNA微量注入法、ニワトリ初期胚での移植実験、生化学的解析により、Tsukushiは新しいタイプのBMPアンタゴニストであることが明らかになった。さらに、TsukushiはBMPアンタゴニストであるchordinと共にBMPに結合して、その活性を強く阻害し、ニワトリ胚の形づくりに重要な役割を持つコンポーネントであることが示された(Ohta et al., Dev.Cell 2004)。

原始線条を用いたRT-PCR法により、C末端の構造が異なる新しいタイプのTsukushiメンバーが単離されたので、今までに報告したTsukushiをTsukushi-A,今回単離したものをTsukushi-Bと名付けた。また、Tsukushi-AはTsukushi-BよりもBMPアンタゴニスト活性が強いことが明らかになった。ニワトリ胚を用いた過剰発現実験やsiRNAによる機能損失実験により、Tsukushi-AはBMP4, Chordinと相互作用することによりオーガナイザー形成に関与すること、Tsukushi-BはVg1との相互作用により原始線条の形成に関わるというモデルを提唱した(Ohta et al., Development 2006)。次に、Tsukushiがアフリカツメガエル胚の神経堤前駆細胞に特異的に発現していることに注目した。アフリカツメガエル胚を用いたmRNA微量注入法によるTsukushiのgain- and loss-of functionの実験により、神経堤前駆細胞に発現しているTsukushiがBMP濃度の微調整だけでなく、NotchリガンドであるDelta-1と直接結合し、その活性を制御することにより、神経堤細胞の運命決定に関与していることを明らかにした(Kuriyama et al., Development 2006)。Tsukushiは、新しいタイプのBMPアンタゴニストとして、極めて初期の形づくりや神経提細胞の運命決定に重要な役割を持つ分子であることが明らかになっている。網膜におけるTsukushiの発現を調べたところ、Tsukushiは動物種を超えて網膜幹/前駆細胞が局在する領域(トリやカエルでは毛様体辺縁部、ヒトやマウスでは毛様体と呼ばれている)に発現していた。ニワトリ胚を用いた過剰発現実験や生化学的解析から、TsukushiがWnt受容体であるFrizzledに細胞外で直接結合して、Wntが持つ細胞増殖活性を阻害し、網膜幹細胞の細胞増殖を抑えることが明らかになった。また、Tsukushi KOマウスでは野生型マウスと比べて、毛様体が大きくなっていることやsphereの大きさや数が増加することから、Tsukushiが網膜幹細胞の未分化性維持に関与していることが明らかになりつつある。Tsukushiは様々な領域の幹細胞が局在する領域に発現していることから、幹細胞においてニッチ分子として機能することが考えられる。
分子分解能を有する３次元構造センサの開発と細胞固液界面構造解析への応用

本研究は、極薄有機膜や固液界面近傍の深さ方向の分子構造変化をナノスケールで観察し、in vivo(生体内)観察・解析をラベルフリーで可能とする革新的なセンシング手法を確立し、分子レベルからの細胞生理機構の研究への応用の可能性を探ることを目的とした。表面増強ラマンを極めて高感度かつ汎用的に適用可能とする透過型プラズモンセンサを用い、自己集積化単分子膜や脂質二重膜、細胞等の表面近傍の化学構造測定に成功した。また膜の深さ方向の構造分布の0.1nmレベルでの測定を実現した。さらに表面修飾によりpH変化の測定にも成功した。本手法は種々の細胞腫の識別や動的測定による代謝の解析など幅広い応用が期待される。本研究はサブナノメートルの三次元空間分解能をもって固液界面、特に細胞など生体表面の観察・解析をラベルフリーで可能とする新規なセンシング手法を確立し、細胞機能の分子レベルからの詳細な解析への応用展開をはかることを目的としている。そのための観察手法として表面増強ラマン散乱分光法を適用し、ナノサイズの金属粒子(Au,Ag等)を配したナノ構造体(プラズモンセンサ)を試料表面に接触させ、金属ナノ粒子近傍の局所電界勾配の急峻化の利用を意図している。本手法により深さ方向の空間分解能0.1nm、面分解能数nmオーダーの達成が見込まれ、細胞表面の機能部位の分子レベルの構造や代謝メカニズムの解明への寄与が期待される。本年度は要素技術の確立を目的に検討を行った。まず従来より検討を進めてきた、いわゆる透過型プラズモンセンサ形成の高度化を進めた。本センサはガラスレンズ表面に金属ナノ粒子を形成したものであり、これを試料表面に接触させることにより高感度計測を行うものであるが、金属ナノ粒子の形状およびその表面における分散状態や均一性が課題であった。そこでシリカ薄膜にナノインプリント法を用いて規則的な微細孔を形成し、その内部に金属を充填形成することにより均一なナノ粒子分散型構造を形成する手法を検討した。これを用いてラマン測定を行ったところ感度の大幅な向上が確認された。加えて測定の信頼性を向上させるため、試料表面に対する接触点を複数化した形式のものについても検討を行った。またシリカ製の微小チューブ配列を形成し多点接触型プラズモンセンサを形成するための微細加工プロセスの最適化を行った。これらの手法を用い、疑似細胞膜として自己組織化単分子膜の表面から界面までの深さプロファイルを0.1nmの分解能で測定し、単分子内の分子配列を解析することに成功した。さらに脂質膜を用いた検討を行い本手法の有効性を確認した。本研究はサブnmオーダーの三次元空間分解能で固液界面、特に細胞など生体表面をラベルフリーで観察・解析できる新規なセンシング手法を確立し、細胞機能の分子レベルからの詳細な解析への応用展開を図ることを目的としている。観察手法として表面増強ラマン散乱分光法を用い、プラズモン電場増強効果をもつ金属ナノ粒子(Au,Ag等)を配したナノ構造体(プラズモンセンサ)を試料表面に接触させ、その近傍の局所電界勾配の急峻化の利用を意図している。本年度は昨年度に得た知見を基に、まず解析のための分解能を安定して向上させる手法の検討を行った。モデル系としてAPTESなど自己組織化有機単分子膜を用い、計測系を最適化することにより、単分子内レベルでの化学構造の解析を実現できる手法を確立した。また、シリカ製微小チューブ配列構造を用いた多点接触型プラズモンセンサ形成プロセスの高度化を図り、高い分解能で計測可能であることを確認した。一方、この型のセンサの課題として、スループット面、および平滑性の高くない試料表面に対する接触性といった面が挙げられるが、それらの解決を検討し、シリコーン樹脂をテンプレートに流し込み固化する手法を適用した。その結果、柔軟性高く試料表面に接触でき、かつ容易に形成できるセンサが得られた。さらに、細胞等の動的状態の解析を行うという観点から、局所のpHを計測可能な手法の開発を行った。p-MBA等のプローブ分子を配し、そのpHによる構造変化のラマン計測から、固液界面における局所的なpH変化を測定可能とする手法を見出した。さらにストークス線/アンチストークス線の比から局所温度を計測する手法も確立した。本年度は、前年度に得られた成果に立脚し、本研究推進のための要素技術の高度化を念頭に研究を進めた。その結果、細胞表面のモデルである単分子膜の膜厚方向という極めて微小な領域に対して十分な分解能を持った解析を可能とする手法を確立できた。さらにそのためのツールとなるプラズモンセンサについても、シリカチューブ配列型のものに加えてシリコーン樹脂型のものの形成技術も確立し、多様な試料に対応できる体制を整えることができた。またこれらをさらに高度化するための形成プロセスの足掛かりを得ることもできた。加えて、細胞表面の動的な解析を行う上で非常に重要な因子となる局所のpHについても、適切なプローブ分子を理論解析から予測すると共に実試料を形成して測定を試み、in situで計測可能とする技術を確立することができた。この点は従来から大きな課題となっていたものであり、固液界面における局所pHのin situ計測を実現したことは大きなブレークスルーである。