hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
殻成長率パターンから見た貝殻形態の潜在的多様性と実際の多様性

貝殻は殻の縁に少しずつ殻物質を付け加えながら大きくなる.従って,どこにどれだけの量が加わるかによって,貝殻の形は決まっているはずである.両者の関係を明らかにすることは,生物進化を遺伝子レベルから形態レベルまで統合的に理解するという究極目標への重要なワンステップになる.本研究では,両者の関係について調べるための形態解析手法を開発・整備した.また,これらの方法を駆使した解析により,上記の殻成長率の分布に保守性を仮定すると,貝殻形態に見られる幾つかの特徴同士の相関をある程度説明できることがわかった.貝殻は殻の縁に少しずつ殻物質を付け加えながら大きくなる.従って,どこにどれだけの量が加わるかによって,貝殻の形は決まっているはずである.両者の関係を明らかにすることは,生物進化を遺伝子レベルから形態レベルまで統合的に理解するという究極目標への重要なワンステップになる.本研究では,両者の関係について調べるための形態解析手法を開発・整備した.また,これらの方法を駆使した解析により,上記の殻成長率の分布に保守性を仮定すると,貝殻形態に見られる幾つかの特徴同士の相関をある程度説明できることがわかった.カサガイ類の殻形態について,笠の高さ,殻の巻きの程度,殻頂の位置に関する三つのパラメターでその成長を表す理論形態モデルを考案した.この理論形態モデルに基づいて,殻口を楕円で近似し,上記三つのパラメターを様々に変化させ,それぞれの場合について殻の成長縁に沿った殻成長率勾配パターン(AGM)をシミュレートした.AGMの高さ,尖度,基本的な形状に注目したところ,これらは笠の高さ,殻の巻きの程度,殻頂の位置の変異の交互作用によって複合的に決まることがわかった.そこで,現生カサガイ類9種478個体について,上記三つのパラメターとAGMを計測した.その結果,種毎にAGMの高さがある範囲に保たれる範囲に殻形態の変異が偏っていることがわかった.このことは,カサガイ類の殻形態の変異性において,成長速度の速い部位と遅い部位の差の限度が重要な制約条件になっていることを示唆する.また,カサガイや二枚貝のように螺環拡大率が大きい殻形態と,アンモノイドや巻貝のように密に巻く殻形態の変異と異質性を共通の形態空間中で比較・解析するために,従来型のデカルト座標系形態空間ではなく,球面型形態空間を考案した.上記カサガイ標本に加えアンモノイド164種207個体について理論形態パラメターを計測した結果,デカルト型形態空間ではカサガイとアンモノイドのどちらかがその値の分布に極端な歪みを生じたのに対して,球面形態空間ではいずれも歪の無い分布が得られた.これによって,AGM集合と形態空間との写像を考える上で,様々な形態の貝殻を同じ空間中で解析することが可能となった.さらに,海底洞窟性二枚貝について,付加成長しない原殻の輪郭の変異性について形態測定学的解析及び進化解析を行った結果,従来知られている一般的な傾向とは逆に,サイズと比較して形状の方が変異しやすいことがわかった.これは,AGMのパターンに制約されない様式で形成される原殻の形態の可塑性を示唆している.前年度は,殻の成長縁に沿った殻成長勾配率パターン(AGM)のシミュレーションをするために,カサガイとアンモノイド(平巻)とで異なる理論形態モデルを用いていたが,AGMは用いる理論形態モデルに依存する.そこで,カサガイ,巻貝,二枚貝,アンモノイドなどのAGMを共通の基盤で比較するために,全ての管状殻体を表すことのできる統一モデルを開発した.また,AGM空間と理論形態空間との対応関係を解析するために,カサガイとアンモノイドのように全く巻き方が異なる形状同士を同時に座標づけられる球面型形態空間を開発・確立した.こうした理論モデルと理論形態空間は,本研究のみならず,貝殻の理論形態モデルを用いる研究全般に広く利用することができる.また,AGMパターンを表した関数は周期関数にならないので,AGM同士を比較して座標付を行う際には,従来のフーリエ解析などの方法をそのまま適用できない.そこで,開曲線の座標関数のような非周期関数記述子に適用できる手法として,固有形状解析を改良した方法を考案した.この成果は,AGMのような比較的単純なパターンの解析のみならず,アンモノイドの縫合線のような複雑な開曲線の形態測定学に広く適用することができる.また,二枚貝類の殻形態の三次元形態測定を可能にするために,電磁気式三次元位置センサーPatriot System(Polhemus)を元にした三次元デジタイザタブレットを作成し,センサーの位置と向きのデータから自作して装着したデジタイジングポイントの三次元座標を計算するプログラムを開発した.この計測システムを用いて,二枚貝の成長線上の決まった点を繰り返し測定し,x,y,z座標のそれぞれについて測定誤差を見積もった.貝殻の外形とそれを決める成長素過程との対応関係は,付加成長殻体の形態形成過程を理解する上で極めて本質的であるが,従来ほとんど注目されて来なかった.そこで本研究では,殻の成長縁に沿った殻成長率勾配パターン「殻口マップ」と殻の外形との関係を明らかにし,そうした観点から貝殻形態の変異や多様性を再評価することを目的として研究を行った.今年度は,殻口マップから外形への写像関係を系統的に明らかにするために,螺環重複部の扱いが比較的容易な平面巻きの殻を有し,かつ外形の個体発生変異が顕著なアンモノイド類に注目し,これらの個体発生変異の傾向が「成長を通じて殻口マップを一定に保つ」という構成形態パラダイムでどこまで成長できるか,理論形態学的方法によって検討した.

その結果,1)様々な形状の殻口を持つ殻形態がほぼ同様なパターンの殻口マップから形成し得ることと,2)螺環の拡大率が小さい外形を持つものでは,殻口マップパターンや螺環拡大率を変えることなく臍の広さのみを容易に変えられること,3)同じ殻口マップを用いると,螺環拡大率が大きいもの程,螺環拡大率と臍の広さの間に顕著な負の相関が必然的に生じることなどを理論的に予測した.実際に様々な種のアンモノイドの化石標本についてこの予測を検証したところ,例外が一部見られたものの,概ね理論形態学的に予想された傾向が認められた.また,成長とともに殻口マップパターンを大きく変更しなければならない不等成長様式は実際のアンモノイドでは稀であった.以上の結果は,個体発生のみならず系統発生においても,殻口マップパターンの保守性が殻形態の多様性を制約する作用を有している可能性を示唆する.
真空吸引脱ガス法による融体の脱ガスの高効率化に関する研究

本研究においては、真空吸引脱ガス法により、溶鉄の脱炭、脱水素、脱酸に関する実験を行い、溶鉄の脱ガス操作の高効率化について検討した。本脱ガス法は、ガス透過性、融体不透過性の多孔質耐火物により融体と外界を仕切り、外界を真空(減圧)にすることにより、融体と多孔質耐火の界面で生成したガスを吸引、除去することができ、さらに反応界面積を任意に設定できるため、脱ガス速度の大幅な増加も可能である。溶鉄の脱炭に関しては、固体酸化物による脱炭速度の大幅な向上を目的として、Al_2O_3-230%Fe_2O_3多孔質管を用いて脱炭実験を行った。脱炭速度は、Fe_2O_3含有率の増加とともに大きくなったが、浴中酸素濃度も増加した。しかし、Fe_2O_3含有率が大きいときには、熱間強度た不足し、管内圧力が低くなると実験中に多孔質管が変形し、ガス透過性が不良になり、脱炭速度も減少した。このため、先に脱炭実験に使用したAl_2O_3-SiO_2管に比較してAl_2O_3-Fe_2O_3管の方が優れているという結果は得られなかった。溶鉄の脱水素実験は、溶鉄表面にはArを吹き付け、Al_2O_3多孔質管を浸漬した場合としない場合について行った。脱水素速度は、ガス側と液側の物質移動の混合律速であることを明らかにし、浴表面と溶鉄-多孔質管界面についてガス側、液側物質移動係数を混合律速モデルを用いて求めた。溶鉄-多孔質管界面から管内へのガス側物質移動係数は多孔質管のガス透過性がよいほど大きくなった。溶鉄の脱酸には、MgO-1030%Cの組成の多孔質管を用いた。溶鉄中の酸素は多孔質管のCおよびMgO-C反応により生成したMg蒸気と反応して、脱酸が進行することを明らかにした。さらに、MgO多孔質管にMgOとCの混合粉末を入れ、生成したMg蒸気による脱酸実験を行い、脱酸に対するMg蒸気の寄与を明確にした。本年度においては、真空吸引脱ガス法により、溶鉄の脱炭、脱水素、脱酸に関する実験を行った。本脱ガス法は、ガス透過性、融体不透過性の多孔質耐火物により融体と外界を仕切り、外界を真空(減圧)にすることにより、融体と多孔質耐火物の界面で生成したガスを迅速に吸引、除去するため、反応界面積を大幅に増加し、脱ガスを促進することができる。なお、使用した多孔質耐火物は新たに購入した冷間等方圧プレスにより自作した。溶鉄の脱炭に関しては、比較的低炭素濃度域(数百ppm以下)において、管内を減圧(数mmHg200mmHg)にしたAl_2O_3-30%Fe_2O_3多孔質管を浴中に浸漬して実験を行った。Fe_2O_3含有率の増加とともに脱炭速度が顕著に増加するが、浴中酸素濃度が高くなる傾向があった。なお、Fe_2O_3含有率が30%の場合、多孔質管の高温強度が不足したため、実験中に変形し、ガス透過性が不良になった。

溶鉄の脱水素実験は、Al_2O_3多孔質管を浸漬して行った。溶鉄の脱炭と同様に、本脱ガス法は有効であり、脱水素速度を増加させることができた。なお、この場合脱水素は浴表面においてもかなり進行するため、浴表面と多孔質管表面における脱水素速度を分離して評価した。溶鉄の脱水素反応機構を検討した結果、反応速度は液側とガス側の物質移動の混合律速であることが明らかになった。溶鉄の脱酸は、MgO-1030%Cの組成の多孔質管を用いた。この場合の脱酸反応機構はかなり複雑であり、まだ完全には解明されていないが、現時点ではつぎのような機構が考えられる。溶鉄中の酸素は、多孔質管に含まれる炭素と直接反応してCOを生成する他に、MgOがCによって還元され、生成したMgとの反応によってMgOを生成することにより、脱酸が進行することが推定された。真空吸引脱ガス法を用いて溶鉄の脱水素、脱酸、脱錫実験を行った。実験では、高周波溶解炉を用い、MgOるつぼ中に電解鉄を溶解し、溶鉄中の水素、酸素、錫、硫黄などの各濃度を調整した後、種々の気孔率、気孔径を持つAl_2O_3、MgO、Al_2O_3-SiO_2、Al_2O_3-C、MgO-C製多孔質管を浸漬し、管内を数mmHgまで減圧にして実験を行った。なお、実験中浴表面にはアルゴンを吹付けた。溶鉄の脱水素については、反応速度がガス側、液側の物質移動によって律速されることを明らかにし、混合律速モデルを用いて実験結果を解析することにより、浴表面および溶鉄-多孔質界面のガス側、液側物質移動係数を求めた。これより、1)ガス側、液側物質移動係数は浴中の酸素、硫黄濃度の影響を受けないこと、2)浴表面の液側物質移動係数は、拡散係数の相違を補正すれば、従来の溶鉄-窒素間反応で得られている値にほぼ一致すること、3)多孔質管を介した脱水素の寄与も大きいが、溶鉄-多孔質管界面のガス側、液側物質移動係数は、浴表面の各物質移動係数の約1/2であること、などがわかった。溶鉄の脱酸については、1)MgO-C製の多孔質管を用いることにより、酸素濃度が1000ppmから20ppm以下まで迅速に低下すること、2)多孔質管の炭素含有率を抑制することにより、溶鉄の脱酸、脱炭が同時に進行すること、3)非金属介在物が生成するAl、Siなどの脱酸剤を使用しないで溶鉄の脱酸が可能であること、などを明らかにした。なお、当初MgO-C管の炭素により溶鉄の脱酸が進行すると想定していたが、実際にはMgO+C=Mg+CO、Mg+O=MgOの反応が脱酸に寄与していることがわかった。今後この反応を利用した新しい溶鉄の脱酸法の可能性についても調べる予定である。溶鉄の脱錫についても実験を開始し、これまでに溶鉄の脱錫はSn+S=SnS(g)の他にSn+O=SnO(g)の反応によっても進行することを明らかにした。本研究においては、真空吸引脱ガス法により、溶鉄の脱炭、脱水素、脱酸に関する実験を行い、溶鉄の脱ガス操作の高効率化について検討した。本脱ガス法は、ガス透過性、融体不透過性の多孔質耐火物により融体と外界を仕切り、外界を真空(減圧)にすることにより、融対と多孔質耐火物の界面で生成したガスを吸引、除去することができ、さらに反応界面積を任意に設定できるため、脱ガス速度の大幅な増加も可能である。溶鉄の脱炭に関しては、固体酸化物による脱炭速度の大幅な向上を目的として、Al_2O_3-230%Fe_2O_3多孔質管を用いて脱炭実験を行った。脱炭速度は、Fe_2O_3含有率の増加とともに大きくなったが、浴中酸素濃度も増加した。しかし、Fe_20_3含有率が大きいときには、熱間強度が不足し、管内圧力が低くなると実験中に多孔質管が変形し、ガス透過性が不良になり、脱炭速度も減少した。このため、作に脱炭実験に使用したAl_2O_3-SiO_2管に比較してAl_2O_3-Fe_2O_3管の方が優れているという結果は得られなかった。溶鉄の脱水素実験は、溶鉄表面にはArを吹付け、Al_2O_3多孔質管を浸漬した場合としない場合について行った。
マルチスケール手法によるナノメータ浮上磁気ヘッドの気液2層潤滑ダイナミクス評価

本研究の目的は、超高密度磁気ディスク装置用のヘッド機構実現を目指して、5nm程度の超微小すきまで相対すべり運動する記録ヘッドの動的挙動を、ミクロ/ナノメータ領域における分子気体および分子液体による力学作用を考慮して詳細に解析しうるシミュレーションおよび物性評価の基本技術を開発し、これによりヘッド形状設計のための指針を得ることである。このため、分子レベルからマクロレベルにわたって、着目するスケールに応じた最適な解析手法を選択・駆使し、その結果を融合することにより(マルチスケール手法)、分子レベルのレオロジーからマクロレベルのスライダ動特性までを包括する解析手法の確立を目指した。平成17年度の研究実績を以下に示す。(1)液体超薄膜を考慮したインターフェースモデルの構築(液体メニスカスによるヒステリシス現象の解明):弾性変形する単一突起(球面)と液体ナノ薄膜で覆われた固体間の押し付け・引き離しの素過程に関するメニスカスの取り扱いについて、新たに、i)液体ナノ薄膜の不安定性によるメニスカスの形成、ii)液体ナノ薄膜より形成されるメニスカスの形状と表面力、iii)メニスカスの破断を総合的に考慮した固体間インターフェースモデルを構築した。(2)液体超薄膜の流動・変形特性の数値シミュレーション(種々の境界・初期条件による生ずる変形):液体超薄膜の変形・流動特性を、液体界面の変形を支配する長波方程式の時間発展問題として数値的に解き、予め存在する固体面粗さ、表面張力分布、液膜段差形状等によって変形する液膜形状の時間変化を定量的に求めた。さらに、メニスカスを有する液体薄膜ダイナミクス特性解明のためのLB膜による接触角制御データ、AFMを用いた凝着力計測データをそれぞれ蓄積するとともに、超微小すきまのダイナミクス解析で有用なCIP法を新たに有限幅スライダに適用し変動圧力を定量的に求めた。このため、分子レベルからマクロレベルにわたって、着目するスケールに応じた最適な解析手法を選択・駆使し、その結果を融合することにより(マルチスケール手法)、分子レベルのレオロジーからマクロレベルのスライダ動特性までを包括する解析手法の確立を目指す。平成15年度は、まず、研究代表者が確立した分子気体潤滑(MGL)方程式の数値計算手法の精緻化の検討を行った。具体的には、数値拡散の少ないCIP (Cubic Interpolated Propagation)法をMGL方程式に適用し、計算の高精度化、高速化を確認した。次に、気液2層潤滑シミュレーションのためのプログラミングに着手した。気液2層潤滑膜の気体部分についてはMGL方程式、液体部分については長波方程式を適用し、これらを連立して繰り返し計算により収束させ、気体発生圧力と液体表面形状を求める手法を検討した。また、無限幅ヘッドスライダの浮上特性解析のための基本ソフトウェアを作製し、磁気ディスクのヘッド・媒体インターフェース(HDI)における気液2層潤滑の基本特性を明らかにした。さらに、分子レベルの液体超薄膜のレオロジー特性評価手法の基本検討として、原子間力顕微鏡(AFM)を用いたダイナミック計測時のカンチレバーの振動特性を理論的に検討し、光てこ法でカンチレバーの振動振幅を測定した場合、高精度計測のためには補正係数が必要であることを明らかにした。液体超薄膜の最も基本的な特性把握のため、LB膜形成の基本検討に着手した。

本研究の目的は、超高密度磁気ディスク装置用のヘッド機構実現を目指して、5nm程度の超微小すきまで相対すべり運動する記録ヘッドの動的挙動を、ミクロ/ナノメータ領域における分子気体および分子液体による力学作用を考慮して詳細に解析しうるシミュレーションおよび物性評価の基本技術を開発し、これによりヘッド形状設計のための指針を得ることである。このため、分子レベルからマクロレベルにわたって、着目するスケールに応じた最適な解析手法を選択・駆使し、その結果を融合することにより(マルチスケール手法)、分子レベルのレオロジーからマクロレベルのスライダ動特性までを包括する解析手法の確立を目指す。平成16年度の研究実績を以下に示す。(1)液体反力を考慮した気液界面変形の解析:走行面上の液体超薄膜の流動性を、液体界面の変形を支配する長波方程式の時間発展問題として数値的に解き、van der Waals力による界面の不安定現象、分布する気体圧力による液面変形等を定量的に明らかにした。(2)複合膜間に働くファンデルワールス力算出の精緻化と浮動ヘッド浮上特性への適用:すでに導出した一般的な複合層に適用できる汎用的近似式を、有限幅の傾斜平面スライダおよびトライパッド形スライダに適用し、静特性、動特性を明らかにした。(3)メニスカスを有する液体薄膜ダイナミクスの理論モデル解析とその実験的検証:これまでの3つの理論モデル(境界位置変化モデル、接触角変化モデル、それらの融合モデル)に加え、新たにスリップモデルを提案し、その特徴を吟味し有用性を示した。超微小すきまのダイナミクス解析で有用なCIP法を、新たに有限幅スライダに適用する手法を構築した。このため、分子レベルからマクロレベルにわたって、着目するスケールに応じた最適な解析手法を選択・駆使し、その結果を融合することにより(マルチスケール手法)、分子レベルのレオロジーからマクロレベルのスライダ動特性までを包括する解析手法の確立を目指した。平成17年度の研究実績を以下に示す。(1)液体超薄膜を考慮したインターフェースモデルの構築(液体メニスカスによるヒステリシス現象の解明):弾性変形する単一突起(球面)と液体ナノ薄膜で覆われた固体間の押し付け・引き離しの素過程に関するメニスカスの取り扱いについて、新たに、i)液体ナノ薄膜の不安定性によるメニスカスの形成、ii)液体ナノ薄膜より形成されるメニスカスの形状と表面力、iii)メニスカスの破断を総合的に考慮した固体間インターフェースモデルを構築した。(2)液体超薄膜の流動・変形特性の数値シミュレーション(種々の境界・初期条件による生ずる変形):
線条体シナプス終末におけるD2タイプ受容体とカルシウムチャネルの動態解析

生後12-20日齢ラット脳スライスを用いて、線条体のアセチルコリン性介在ニューロンへのGABA性シナプス伝達に対するドーパミンの修飾機構の解析を行なった。アセチルコリン性ニューロンから記録されるGABA性抑制性シナプス後電流は、外液中に投与したドーパミンにより濃度依存的に抑制された。また、ドーパミン受容体アゴニストおよびアンタゴニストを用いた解析、自発性抑制性微少シナプス後電流の解析、さらに、N型およびP/Q型カルシウムチャネルブロッカーを用いた解析を行い、シナプス前D_2タイプ受容体活性化により、N型カルシウムチャネルを通るシナプス前終末へのカルシウム流入が阻害され、GABA遊離が抑制される、という結果を得た。これは、伝達物質遊離を制御するシナプス前ドーパミン受容体と特定のカルシウムチャネルサブタイプとの共役を同定した最初の仕事である(Momiyama & Koga, Journal of Physiology, 523:479-492, 2001)。最近の報告によれば、いくつかの中枢シナプスでは、生後2-3週までに、N型カルシウムチャネルの関与が消失することが明らかになっている(Iwasaki et al., 2000)。この線条体シナプス伝達において生後発達変化を明らかにするために、生後21-60日のラット脳スライスを用いた解析を行なった。N型チャネルの関与は生後発達とともに減少し、それに伴ってシナプス前D_2型受容体を介する抑制も減弱したが、D_2タイプ受容体とN型チャネルとの共役は保たれたままであった(Momiyama, Journal of Physiology, 546:483-490, 2003)。これは中枢シナプス伝達を制御するカルシウムチャネルの生後発達変化を、それを修飾するGタンパク共役型受容体の生後発達と関連づけて解析した最初の仕事である。生後12-20日齢ラット脳から作成した線条体を含む脳スライスにホールセルパッチクランプ法を適用し、線条体のアセチルコリン性介在ニューロンへのGABA生シナプス伝達に対するドーパミンの修飾作用を解析した。これまでに報告されている他の中枢シナプスと同様に、このシナプス伝達にも複数種のカルシウムチャネルが関与しているという結果を得たが、シナプス前ドーパミンD_2タイプ受容体活性化により、N型カルシウムチャネルが選択的に遮断され、シナプス前終末へのカルシウム流入が阻害されてGABA遊離が抑制される、ということが明らかとなった。これは、シナプス前ドーパミン受容体と特定のカルシウムチャネルサブタイプとの共役を同定した最初の仕事である(Journal of Physiology533,479-492,2001)。上述のように、中枢神経系のシナプス伝達には複数種のカルシウムチャネルが関与しているが、いくつかのシナプスでは生後2-3週齢までに、N型チャネルの関与が消失して、P/Q型のみが関与するようになることが報告されている(Iwasaki et al.,J.Neurosci.,2000)。線条体アセチルコリン性ニューロンへGABA性シナプス伝達に関与するカルシウムチャネルサブタイプの生後発達変化、それに伴うD_2型受容体を介するGABA性シナプス伝達抑制作用の変化、さらに、D_2型受容体と共役するカルシウムチャネルサブタイプの変化を解析し、生後60日齢までにN型チャネルの関与が徐々に減少するが完全には消失しないこと、そして、これと並行してシナプス前D_2型受容体を介するGABA性シナプス伝達抑制作用の程度も減少することが明らかとなった(論文投稿準備中)。

アセチルコリン性ニューロンから記録されるGABA性抑制性シナプス後電流は、外液中に投与したドーパミンにより濃度依存的に抑制された。また、ドーパミン受容体アゴニストおよびアンタゴニストを用いた解析、自発性抑制性微少シナプス後電流の解析、さらに、N型およびP/Q型カルシウムチャネルブロッカーを用いた解析を行い、シナプス前D_2タイプ受容体活性化により、N型カルシウムチャネルを通るシナプス前終末へのカルジウム流入が阻害され、GABA遊離が抑制される、という結果を得た。これは、伝達物質遊離を制御するシナプス前ドーパミン受容体と特定のカルシウムチャネルサブタイプとの共役を同定した最初の仕事である(Momiyama & Koga, Journal of physiology,523:479-492,2001)。最近の報告によれば、いくつかの中枢シナプスでは、生後2-3週までに、N型カルシウムチャネルの関与が消失することが明らかになっている(Iwasaki et al.,2000)。この線条体シナプス伝達において生後発達変化を明らかにするために、生後21-60日のラット脳スライスを用いた解析を行なった。N型チャネルの関与は生後発達とともに減少し、それに伴ってシナプス前D_2型受容体を介する抑制も減弱したが、D_2タイプ受容体とN型チャネルとの共役は保たれたままであった(Momiyama, Journal of Physiology,546:483-490,2003)。これは、中枢シナプス伝達を制御するカルシウムチャネルの生後発達変化を、それを修飾するGタンパク共役型受容体の生後発達と関連づけて解析した最初の仕事である。
ビデオレターを活用した異文化理解・交流のための外国語教育の実践研究

2018年度に実施したのは以下の4点。(1)イギリスの著名なメディア・リテラシー研究者デイビッド・バッキンガム氏を招いたシンポジウムおよび同氏による福島県内の四倉小学校、広野中学校の実践見学、(2)中国大連市立第16中等学校と伊奈学園総合高校とのビデオレター交流の実施、(3)須賀川市立白方小学校とネパールのチャンディカデビ小学校、ガネッシュバラティ小中学校とのビデオレター交流実践の実施、(4)いわき市立四倉小学校とインドネシアのネゲリ第31小学校とのビデオレター交流実践の実施である。(1)についてはソーシャル・メディア時代の最新のメディア・リテラシー教育理論を共有するとともに、いわき市立四倉小学校と広野町立広野中学校での映像教育実践の意義を確認することができた。(2)から(4)については、法政大学情報メディア教育研究センターの協力を得て、映像交流に動画共有サイトOATubeを用いることができた。動画共有サイトの導入はこれまで1対1だった交流から多国間多学校間の交流を可能にした。今年は、動画共有サイトを用いて白方小学校と四倉小学校間の交流が行われた。また、とりわけ(3)については、小学校英語にCLIL(内容言語統合型学習)を取り入れた授業実践を行い、英語を用いたビデオレター制作および手描きカードの交換を行った。ネパールでは二つの学校を訪問し、福島とネパール双方でCLILの評価基準を用いた実践評価のためのアンケート調査を行い分析を行った。さらにビデオレター交流の基本原理と授業方法を論文としてまとめた。今後、新学習指導要領の実施とともに、ビデオレター交流による小学校英語教育およびESDの需要はますます高まると考えられる。今年度の研究成果はその第一歩となるものである。2018年度の目標は、CLIL(内容言語統合型学習)とMIL(メディア情報リテラシー)+ESDという二つの領域の理論を統合し、すべてのプロジェクトの評価基準となるルーブリックを開発すること、およびビデオレター発信学校におけるアクション・リサーチの実施であった。今回、最初の試みとして、白方小学校およびネパールのガネッシュバラティ小中学校で、CLIL理論による評価基準を用いたアンケート調査を実施した。現在、調査結果を分析中であり、その結果に基づいて翌年度にはルーブリックを開発する予定である。一方でMIL+ESDについては、近年急速に展開しつつあるデジタル・シティズンシップを含むソーシャル・メディア時代のMILを整理し、デジタル・テクノロジーが広範囲に普及するとともに、デジタル・デバイドがますます大きくなる世界状況に対応したデジタル時代にふさわしいESD理論の構築をめざす。とりわけ、2018年度はデジタル・シティズンシップの重要性について整理を行った。次年度以降は、さらに小学校からのICT活用に対応したESDのあり方を検討する。また、初年時におけるネパールでの実践では、ネパール固有の問題があることが明らかとなった。例えば、ネパールの学校では音楽や美術教育、さらにICT機器を用いるためのインフラが不十分なため、単にビデオレターの交流実践を行うだけではなく、こうした現状に対応した教育支援が必要である。2018年度は白方小学校から楽器の贈与を行い、実験的に音楽を用いたビデオレター制作を試みた。今年度以降は、こうした現地の実情に合わせた実践が必要不可欠である。さらに、2018年度は動画共有サーバーを導入することができた。その結果、一対一ではなく、マルチラテラルな交流が可能となった。今後、その利点を生かし、より多くの学校参加をめざす。初年度の成果をもとに、今年度は第一にCLILの評価基準をもとにしたルーブリックの開発を重点的に行う。初年時は、地域調査担当の寺崎がCLILの評価基準をもとにしたアンケート調査を実施しており、今年度も寺崎が引き続き、地域調査からCLILの評価基準をもとにしたアンケート調査分析担当へ変更とする。また、ルーブリック研究担当の村上は寺崎と協力して、CLILとMIL+ESDを統合したルーブリックの開発を行い、今年度中にその成果を論文にまとめる。また、坂本ひとみと坂本旬はアクション・リサーチの手法を用いて、白方小学校の教員と協力しながら、初年時の白方小学校での実践の問題点を整理し、その改善策を踏まえた実践計画を立案し、実行する。その途中経過は日本ESD学会で報告を行う。ネパールでの実践については、坂本旬がビデオレター交流、長岡が現地の地域調査、寺崎がアンケート調査を担当し、3月にネパールを訪問して各学校に応じた実践を行う。2018年度の実践により、芸術教育の必要性が認められたため、絵画や音楽を統合したビデオレター交流を実施する。そのため、今年度より、音楽教育の専門家を研究協力者とする。他方で、ICTの活用方法の研究を担当する菅原が就職のため、本研究への参加が困難となった。そのため、ICT活用方法の研究については坂本旬が引き継ぎ、法政大学情報メディア教育研究センターの協力を得ることとする。

(2)から(4)については、法政大学情報メディア教育研究センターの協力を得て、映像交流に動画共有サイトOATubeを用いることができた。動画共有サイトの導入はこれまで1対1だった交流から多国間多学校間の交流を可能にした。今年は、動画共有サイトを用いて白方小学校と四倉小学校間の交流が行われた。また、とりわけ(3)については、小学校英語にCLIL(内容言語統合型学習)を取り入れた授業実践を行い、英語を用いたビデオレター制作および手描きカードの交換を行った。ネパールでは二つの学校を訪問し、福島とネパール双方でCLILの評価基準を用いた実践評価のためのアンケート調査を行い分析を行った。さらにビデオレター交流の基本原理と授業方法を論文としてまとめた。今後、新学習指導要領の実施とともに、ビデオレター交流による小学校英語教育およびESDの需要はますます高まると考えられる。今年度の研究成果はその第一歩となるものである。2018年度の目標は、CLIL(内容言語統合型学習)とMIL(メディア情報リテラシー)+ESDという二つの領域の理論を統合し、すべてのプロジェクトの評価基準となるルーブリックを開発すること、およびビデオレター発信学校におけるアクション・リサーチの実施であった。今回、最初の試みとして、白方小学校およびネパールのガネッシュバラティ小中学校で、CLIL理論による評価基準を用いたアンケート調査を実施した。現在、調査結果を分析中であり、その結果に基づいて翌年度にはルーブリックを開発する予定である。一方でMIL+ESDについては、近年急速に展開しつつあるデジタル・シティズンシップを含むソーシャル・メディア時代のMILを整理し、デジタル・テクノロジーが広範囲に普及するとともに、デジタル・デバイドがますます大きくなる世界状況に対応したデジタル時代にふさわしいESD理論の構築をめざす。とりわけ、2018年度はデジタル・シティズンシップの重要性について整理を行った。次年度以降は、さらに小学校からのICT活用に対応したESDのあり方を検討する。また、初年時におけるネパールでの実践では、ネパール固有の問題があることが明らかとなった。例えば、ネパールの学校では音楽や美術教育、さらにICT機器を用いるためのインフラが不十分なため、単にビデオレターの交流実践を行うだけではなく、こうした現状に対応した教育支援が必要である。2018年度は白方小学校から楽器の贈与を行い、実験的に音楽を用いたビデオレター制作を試みた。今年度以降は、こうした現地の実情に合わせた実践が必要不可欠である。さらに、2018年度は動画共有サーバーを導入することができた。その結果、一対一ではなく、マルチラテラルな交流が可能となった。今後、その利点を生かし、より多くの学校参加をめざす。初年度の成果をもとに、今年度は第一にCLILの評価基準をもとにしたルーブリックの開発を重点的に行う。
シグナル伝達による糸状菌細胞壁α－１，３－グルカンの生物機能発現と細胞壁構築機構

本研究では細胞壁多糖α-1,3-グルカン(AG)の分子量と接着性の関係性を明らかにすることを目的とする。1.AG合成酵素AgsA, AgsBが合成する細胞壁AGと菌糸接着性ーAgsA, AgsBの合成多糖の接着性に違いをもたらしていたAGの平均分子量を定量し、AgsAがAgsBに比べて約4倍大きいことが明らかになった。また、分子量が異なることにより、細胞壁内での空間分布にも変化が生じていることが明らかになった。2.AG合成関連遺伝子agtAの機能解析ーAgsAとAgsBが合成するAGの分子量差をもたらす要因に迫るため、agtAが高発現株および遺伝子破壊株を作製した。その結果、agtA高発現株で細胞壁AGの分子量が減少することを見出した。agtAはagsA, agsBの発現に依存せずにAGの分子量を減少させたことから、別な因子がAgsAとAgsBの合成AGの分子量制御に寄与していることが示唆された。3.有性生殖に関与するシグナル伝達経路活性化時のAG合成酵素遺伝子の発現解析ーシグナル伝達経路活性化時、予想とは異なり、agsAで発現が低く、agsBで発現が高いことが明らかとなった。4.細胞外多糖ガラクトサミノガラクタン(GAG)の菌糸接着への寄与の解析ー麹菌AspergillusoryzaeにおいてはAGに加えてGAGも菌糸接着することをこれまでに見出していたが、本期間において培養上清からGAGを精製する方法を確立した。この精製GAGを菌糸と混合することにより凝集が再現されたことから、GAGが菌糸接着に直接的に寄与することが強く示唆された。AGの分子量の変化により細胞壁内の空間分布が変化したことは予想できなかったことである。さらに、AgsAとAgsBが生産するAGの分子量差をもたらした要因を明らかにするためagtA高発現を作製したが、AgtAがAgsA, AgsBどちらが発現していてもそれに依存せずAGの分子量が減少した。すなわち、agtAがAGの分子量を減少させることが明らかになっただけでなく、AgsAとAgsBが合成するAGの分子量制御は別な要因によって行われていることが示唆されたことから、次年度に更に解析を進めたい。AgsAとAgsBが合成するAGの分子量差がもたらされる要因を解析することを通してAGの生合成メカニズムに迫るため、AgsAとAgsBのキメラタンパク質発現株を作製し、その分子量の測定を試みる。また、agtAの高発現により分子量が減少したメカニズムについても糖質生化学的な手法を用いて迫りたい。
低温ショック蛋白質の精子形成における役割に関する研究

低温ショック蛋白質Cirpの精子形成における機能とその作用機序を明らかにし、軽度低温の生物学的意義を明らかにすることを目的とした。1.CirpはDyrk1bを抑制して未分化精原細胞の増殖を促進した。2.Cirpは体内時計遺伝子の制御により概日リズムの安定化に関与した。3.Cirpは細胞外から作用して炎症を増悪させた。マウスに実験的に肝がんや大腸がんを誘発すると、Cirp欠損マウスでは、炎症や発がんが抑制された。低温ショック蛋白質が、細胞の保護、増殖促進といった有益な作用だけではなく、炎症や発がんの促進という不都合な作用も示すことが明らかになった。1,7回以上C57BL/6にバッククロスを掛けたRbm3ノックアウトマウスを野生型マウスと、あるいはRbm3ノックアウトマウス同士を掛け合わせたが、妊娠、出産への影響は検出できなかった。また、精巣の重さ、形態、組織構築、精子の形態にも異常がなかった。また、Rbm3とCirpのダブルノックアウトマウスもメンデル遺伝に従って生まれ、形態学的にも異常を認めなかった。精巣の重さ、形態、組織構築も正常であった。2,マウス皮膚線維芽細胞、皮膚上皮細胞及びNIH/3T3線維芽細胞株に、CirpあるいはRbm3を発現させても細胞増殖の促進効果はなかったが、細胞運動の亢進が認められた。ノックアウトマウス個体においても、皮膚細胞の運動能が低下していた。3,重傷出血性ショックの患者血清、出血性ショックや敗血症のモデルマウス、ラットの血清中にCirpタンパク質を検出した。細胞外のCirpがTLR4を介してサイトカインの分泌を亢進させ、全身性炎症反応症候群を起こすこと、Cirpノックアウトマウスでは全身性炎症反応症候群を起こしにくいことを明らかにした。4,炎症性サイトカインTNFやTGFがCirpの発現を抑制することにより、体内時計の遺伝子発現を抑制していることを明らかにした。5,マウスを軽度の低温環境下におくと、実験的劇症肝炎による致死率が低下すること、これが活性酸素の産生を抑制するためであることを示した。哺乳類低温ショック蛋白質CirpとRbm3の精子形成における機能とその分子機序を明らかにし、低温ショック蛋白質の臨床的意義を明らかにすることを目的として研究を行った。1. cirp遺伝子ノックアウトマウスでは、形態的な異常や妊孕性の変化を認めなかったが、未分化精原細胞の数が有意に低下していた。また、Busulfan投与後の未分化精原細胞数の回復が遅延した。2.マウスspermatogonia細胞株及び線維芽細胞株にCirpを過剰発現、あるいは発現抑制した結果、Cirpの細胞増殖促進活性を見いだした。Cirpが結合する蛋白質を酵母2ハイブリッド法で同定し、Cirpの細胞増殖促進活性はCirpがDyrk1b蛋白質に結合してそのキナーゼ活性を抑制し、基質であるp27蛋白質の不安定化及びcyclin D1の安定化を起こして細胞周期を進行させるためであることを示した。4.一過性トランスフェクション法を用いて、cirpゲノムの5'領域に存在する5'-TCCCCGCC-3'配列が軽度低温応答エレメントであると同定した。この配列に結合する転写因子はSp1であり、軽度低温によるCirpの発現誘導にはSp1が必要であった。哺乳類の低温ショック蛋白質CirpとRbm3の精子形成における機能とその作用機序を明らかにし、軽度低温環境の生物学的・臨床的意義を明らかにすることを目的として研究を行い、以下の結果を得た。1.Cirp遺伝子ノックアウト(KO)マウスでは未分化精原細胞が減少し、DNA損傷からの回復も遅れた。しかし、妊孕性の低下は認められなかった。CirpとRbm3とのダブルKOマウスにおいても同様であった。CirpとRbm3は細胞増殖を促進する場合も抑制する場合もある。マウス皮膚線維芽細胞や上皮細胞では増殖に影響せず、細胞運動能を亢進した。この作用のシグナル伝達経路を明らかにした。また、KOマウスはともに実験的な皮膚創傷の治癒が遅れた。2. Cirpは細胞外に存在すると、炎症性サイトカインの分泌を促進して炎症を増悪させる。マウスに実験的に肝がんや大腸がんを誘発すると、Cirp-KOマウスでは、炎症や発がんが部分的に抑制された。3.ヒト精巣腫瘍症例を免疫組織染色し、がん蛋白質ガンキリンが正常精母細胞だけではなく一部の腫瘍で高発現していることを見いだした。さらに低温ショック蛋白質について解析中である。低温ショック蛋白質が、細胞の保護、増殖促進・抑制といった有益な作用だけではなく、炎症や発がんの促進という不都合な作用も示すことが明らかになった。

軽度の低温環境は、精巣だけではなく皮膚等の臓器にも関係し、その生物学は臨床的にも重要であることが示唆された。分子医学2,マウス皮膚線維芽細胞、皮膚上皮細胞及びNIH/3T3線維芽細胞株に、CirpあるいはRbm3を発現させたときに細胞増殖よりも細胞運動の亢進を認め、その機序に関与する分子を見いだした。3,ヒト精巣腫瘍細胞株でCirpの高発現を見いだしたが、細胞へのトランスフェクションがうまくいかず、機能解析が行えていない。平成24年度の研究実施計画のうち、低温ショック蛋白質の細胞増殖に対する影響の解析については、マウスspermatogonia細胞株および線維芽細胞株にCirpを過剰発現させ、あるいはRNAiでCirp発現を抑制し、Cirpが結合する蛋白質を同定して、細胞増殖促進の分子機序をあきらかにできた。さらに計画以上に、Cirp発現誘導機序の解明およびCirp結合RNAの同定ができた。また、Rbm3ノックアウトマウスを順調に繁殖させることができ、産子数等の妊孕性への影響の解析もある程度進んだが、Rbm3ノックアウトマウスにストレスを負荷した後の精巣回復過程の解析や細胞でのRbm3機能解析等がやや遅れた。1,Rbm3ノックアウトマウスやRbm3とCirpのダブルノックアウトマウスの生殖能や精子形成細胞の解析、ストレス抵抗性の解析を進め、見いだされる変化の分子機序を明らかにする。2,CirpあるいはRbm3を発現させたときに細胞運動の亢進する機序、シグナル伝達経路を明らかにする。3,ヒト精巣腫瘍細胞株CirpおよびRbm3蛋白質の発現を変動させ、細胞増殖、運動能への影響を解析する。さらに臨床例でCirpおよびRbm3蛋白質の発現を解析し、臨床的意義を検討する。Rbm3ノックアウトマウスの生殖能や精子形成細胞の解析を進め、見いだされる変化の分子機序を明らかにする。さらに当初計画通りにRbm3とCirpのダブルノックアウトマウスの作出と解析を行うとともにヒト精巣腫瘍細胞株でCirpおよびRbm3蛋白質の発現を解析し、臨床的意義を検討する。マウスの飼育、細胞培養、細胞分子生物学的解析を行うために、消耗品費と一部実験補助への謝金が必要。また情報収集及び研究発表のために旅費が必要。
地域一般住民前向き追跡研究からのハイリスクメタボリックシンドロームの同定

地域一般住民におけるメタボリックシンドローム(MetS)、高感度CRP、尿中8-OHdGと心血管疾患、総死亡との関連について検討を行った。断面調査ではMetSに該当しさらに高感度CRPが高値を示すものが、心血管疾患のハイリスク者であることが示された。前向き調査においては、MetSに該当し尿中8-OHdGや高感度CRP高値の群で総死亡リスクが高い傾向を示したが、統計学的な有意差は検出できなかった。追跡期間が短くイベント数も少なかったことが影響していると考えられ、さらなる追跡を行うことでMetSとの組み合わせによる有効性を検討できる可能性が示唆された。平成22年度の住民健診受診者は615名であり、全例早朝空腹時に腹囲、安静坐位血圧値、空腹時血糖値、総コレステロール値、中性脂肪値、HDLコレステロール値、高感度CRP(hsCRP)値を測定した。問診により、現在治療中の疾患や内服薬の詳細を調査した。平成22年度の断面調査の結果より、メタボリックシンドローム(MetS)に該当する者は男性26.1%(69/264)、女性12.5%(44/351)であった。狭心症・心筋梗塞や脳卒中の既往のある心血管疾患(CVD)既往者は21名(3.4%)であった。615名の健診受診者からhsCRP≧0.5mg/dl以上の者を除外した592名を解析対象とした。対象をMetSの有無で2群に分け、さらに男女別のhsCRPの中央値で高hsCRP群と低hsCRP群の2群に分けた。MetS(-)低hsCRP群、MetS(+)低hsCRP群、MetS(-)高hsCRP群、MetS(+)高hsCRP群の4群に分けて、CVD既往の有無を従属変数としたロジスティック回帰分析を用いて解析を行った。年齢、性別、喫煙、高血圧・糖尿病・脂質異常症の治療の有無で調整し、MetS(-)低hsCRP群を1としたオッズ比は、MetS(-)高CRP群で2.03(95%CI:0.49-8.36)、MetS(+)低hsCRP群で4.21(95%CI:0.60-29.53)、MetS(+)高hsCRP群で9.24(95%CI:2.17-39.41)であり、MetSに該当してhsCRPも高値である群がCVD既往との関連が最も強いという結果であった。よってMetsに該当し高感度CRPが高値の群はよりCVD既往者リスクが高い者として、健診・保健指導の場においても優先的に生活習慣への介入を行う必要がある可能性が考えられた。今回は断面調査の結果であるが、今後は前向きの追跡結果も検討する予定である。平成23年度の住民健診受診者は617名であり、前例早朝空腹時に腹囲、安静坐位血圧値、空腹時血糖値、総コレステロール値、中性脂肪値、HDLコレステロール値、高感度CRP値、脳性利尿ナトリウムペプチド(BNP)値を測定、問診により現在治療中の疾患や内服薬の詳細の調査を行い、データベース化した。2008年に受診した638名中、酸化ストレスマーカーである尿中8-Hydroxydeoxyguanosine (OHdG)を測定し得た369名(男性159名、平均年齢63.6±14.1歳、女性210名、平均年齢64.1±12.5歳)を解析対象とした。メタボリックシンドローム(MetS)の頻度は、男性で13.2%、女性で12.9%であった。尿中8-OHdG値は男女間で有意差を認めていた(男性:8.7±3.7ng/mg・Cr、女性:10.6±4.0ng/mg/Cr)。2011年12月まで追跡したところ、平均追跡期間が3.0±0-4年で、死亡が11名、転出が4名であった。初年度のデータに基づきメタボリックシンドローム(MetS)の有無で2群に分け、Kaplan-Meier法による累積生存率を比較したが、有意な差は認められなかった。OHdGの中央値(男性:8.3ng/mg・Cr、女性:10.2ng/mg・Cr)で2群に分けて、Kaplan-Meier法による累積生存率を比較すると、高8-OHdG群において有意に生存率が低下する結果であった(Log rank test : p=0.030)。MetS判定と8-OHdGの高低に基づいて、MetS(-)低OHdG群、MetS(-)高OHdG

群、MetS(+)低OHdG群、MetS(+)高OHdG群の4群に分類し、Kaplan-Meier法による総死亡に対する累積生存率を比較したが、統計学的な有意差は認められなかった。追跡期間が短く、イベント発生も少ないため、現時点ではMetSの死亡に対するリスクを見いだすことはできなかった。しかし、酸化ストレスマーカーである尿中8-OHdG高値の群においては、死亡に対するリスクが高かったことから、将来のイベント予測マーカーとして利用できる可能性が考えられた。今後もさらに長期にわたって追跡を行い、MetSと8-OHdGの組み合わせにより、心血管疾患ハイリスクのMetSの抽出が可能となるかを検討していく予定である。
腰部脊柱管狭窄症における酸化ストレスの関与と抗酸化物質の効果

腰部脊柱管狭窄症は脊椎の退行性変化によって生じ,黄色靭帯の肥厚による硬膜管の圧迫によって歩行障害を生じる疾患である.腰部脊柱管狭窄症の病態に一酸化窒素などの酸化ストレスの関与を示唆する報告があり,抗酸化物質は本疾患の治療薬となる可能性がある.腰部脊柱管狭窄症の病態に酸化ストレスによる神経組織への化学的因子の関与があることを明らかにするため,以下の実験を行った.1.成体ラット(週齢4-6週,雄)を用いて腰部脊柱管狭窄症のモデルの作製を行った.2.成体ラットの正常神経組織,黄色靭帯の組織標本を作製し,組織学的評価を行った.実験1については,週齢4-6週のラットの椎弓は非常に小さく,脊柱管狭窄のモデルの作成に時間を要した.モデル作成に際し専用器具を購入し,顕微鏡視下での安定した手術手技を確立する必要がある.また週齢の異なったラットによるモデル作成も考慮している.実験2については,ラットの神経組織,黄色靭帯などの組織標本を作製し組織学的評価を行っているが,正常の成体ラットにおいては有意な酸化ストレスの発現は見られなかった.今後は更なる組織学的評価と老齢のラットの組織学的評価,更に脊柱管狭窄症モデルの組織学的評価を行う必要がある.更に臨床での腰部脊柱管狭窄症患者の手術で切除した黄色靭帯について,組織学的評価を行う予定にしている.以上の実験を更に継続し,腰部脊柱管狭窄症の病態に酸化ストレスによる馬尾神経や神経根への化学的因子の関与があることと,酸化ストレスを打ち消す抗酸化物質によって馬尾神経や神経根への酸化ストレスが減少することを明らかにし,腰部脊柱管狭窄症の病態解明に繋げたいと考える.腰部脊柱管狭窄症は脊椎の退行性変化によって生じ,黄色靭帯の肥厚による硬膜管の圧迫によって歩行障害を生じる疾患である.腰部脊柱管狭窄症の病態に一酸化窒素などの酸化ストレスの関与を示唆する報告があり,抗酸化物質は本疾患の治療薬となる可能性がある.腰部脊柱管狭窄症の病態に酸化ストレスによる神経組織への化学的因子の関与があることを明らかにするため,以下の実験を行った.1.成体ラット(週齢4-6週,雄)を用いて腰部脊柱管狭窄症のモデルの作製を行った.2.成体ラットの正常神経組織,黄色靭帯の組織標本を作製し,組織学的評価を行った.実験1については,週齢4-6週のラットの椎弓は非常に小さく,脊柱管狭窄のモデルの作成に時間を要した.モデル作成に際し専用器具を購入し,顕微鏡視下での安定した手術手技を確立する必要がある.また週齢の異なったラットによるモデル作成も考慮している.実験2については,ラットの神経組織,黄色靭帯などの組織標本を作製し組織学的評価を行っているが,正常の成体ラットにおいては有意な酸化ストレスの発現は見られなかった.今後は更なる組織学的評価と老齢のラットの組織学的評価,更に脊柱管狭窄症モデルの組織学的評価を行う必要がある.更に臨床での腰部脊柱管狭窄症患者の手術で切除した黄色靭帯について,組織学的評価を行う予定にしている.以上の実験を更に継続し,腰部脊柱管狭窄症の病態に酸化ストレスによる馬尾神経や神経根への化学的因子の関与があることと,酸化ストレスを打ち消す抗酸化物質によって馬尾神経や神経根への酸化ストレスが減少することを明らかにし,腰部脊柱管狭窄症の病態解明に繋げたいと考える.
光硬化樹脂の応用による光配線を実現するための接続技術と光デバイスの研究

【はじめに】光配線の実現に必要な光固有の実装技術として端末モジュールとファイバ接続の課題がある.とくに,光信号の入出力については多くの技術課題がある.本研究では,光硬化樹脂を用いた自己形成光導波路による光接続技術の確立をはかり,アライメントフリーで高効率な光実装技術の普及に貢献することを目的とした.【多層化光配線における樹脂マイクロレンズつき縦型光導波路の検討】垂直共振器型面発光レーザ(VCSEL)上に樹脂マイクロレンズ付きの縦型光導波路(光ピラー)を作製し,樹脂マイクロレンズの曲率半径を制御しコリーメート光を得ることで,VCSELから光配線への結合損失を抑える効果が期待できる.昨年度提案した樹脂マイクロレンズ付き光ピラーの形状評価および光学特性評価を行った.当研究室にて開発した「フォトマスク転写による自己形成導波路作製技術」を用いて,12本の光ピラーを同時に作製し(アレイ化光ピラー),その端面にさらにコアと同じ屈折率をもつ光硬化樹脂を付着し,樹脂の粘性を利用して半球型に近いマイクロレンズを作製した.12本の樹脂マイクロレンズ付き光ピラーからの出力光を計測し,ほぼ同様の近視野像(NFP)を得ることができた.NFP計測により,樹脂マイクロレンズ付き光ピラーからの出力光の方が樹脂マイクロレンズ無しの光ピラーからの出力光よりも光強度が高く,その集光効果を確認した.次に,樹脂マイクロレンズの作製における形状再現性の向上と形状制御の可能性を検討した.光硬化樹脂を付着させる際の離脱速度が速いほど樹脂マイクロレンズの曲率半径のばらつきが小さく,また,光硬化樹脂の温度が低いほど,曲率半径のばらつきが小さく,形状再現性の向上が見込めることを確認した.多層化・アレイ化・分岐などの高機能化が要求されるボードレベル光インタコネクションにおける光配線の光実装技術の普及へ貢献できる可能性を得た.【はじめに】光配線の実現に必要な光固有の実装技術として端末モジュールとファイバ接続の課題がある.本研究では,光硬化樹脂を用いた自己形成光導波路による光接続技術の確立をはかり,これらの技術によって,アライメントフリーで高効率な光実装技術の普及に貢献することを目的としている.【光配線板一体型V溝の作製】V溝は,複数の光ファイバを同一方向・等間隔に高精度に配列するためのデバイスである.一般にV溝にはシリコン基板が用いられ,近年は,ガラス基板をモールドによって形成したものや,高分子材料をフォトリソグラフィとウェットエッチングあるいはドライエッチングにより加工したものが報告されているが,いずれもプロセスが複雑であるため,高価であることが課題である.そこで,我々が提唱している「マスク転写式自己形成法」を用いて,作製プロセスを極端に簡易化したV溝基板作製法を提案した.シリコンフォトニクスの光モジュールでは基板上に垂直光接続導波路を作製し,その周囲をクラッドで覆う必要がある.光硬化性樹脂を用いることにより,V溝作製と同時にクラッド部の作製が可能であり,さらに,光配線との結合がアライメントフリーで実現できる.周期的に矩形開口部を設けたフォトマスクに対し,ある角度で交差するように2方向から紫外光照射を行うことによりV溝を作製した.作製されるV溝傾斜面の角度は,フォトマスク上に設置するプリズムの頂角および紫外光の波長,光硬化性樹脂およびフォトマスク基板の屈折率等を用いて制御可能であり,ピッチ250μm,高さ240μmの,光配線一体型V溝へ適用するために必要な高さを有するV溝を作製した.当初,作製されたV溝の内部には上面と下面の内部に,試料によって異なる形状の構造が確認されていたが,光源およびプリズムの位置合わせ,光硬化性樹脂の種類を検討し,その構造は確認されていない.交付申請書において,量産化に対して期待できると記載したが,量産化に関する具体的な検討まで至らなかった.現状,V溝を構成する傾斜面の角度において理論値と実測値の差異が大きく,さらなる検討が必要である.これまで,デジタルマイクロスコープによる形状評価のみを行っていたが,電子顕微鏡による計測環境を整えたこと,および紫外線光源の照射光学系を制御することでさらなる形状制御が期待される.【はじめに】光配線の実現に必要な光固有の実装技術として端末モジュールとファイバ接続の課題がある.本研究では,光硬化樹脂を用いた自己形成光導波路による光接続技術の確立をはかり,これらの技術によって、アライメントフリーで高効率な光実装技術の普及に貢献することを目的としている.【90度光路変換】当研究室で開発した「フォトマスク転写による自己形成導波路作製技術」は,従来知られているレジストワークとは全く異なり,最大1000μm程度の厚みを有する樹脂に精密なパターンを硬化することが容易にできる.すなわち紫外光を照射することによって,フォトマスク上の開口パターンを厚さ1000μmの樹脂に精密に転写することができる.通常のアライナ技術を用いると,マスク上の開口パターンは,目標とする対象物に対して,精密にアライメントすることが可能である.設計したパターンをクロム蒸着によって作製したマスクの上方から紫外光を入射し,基板とマスクとの間に注入しておいた光硬化性樹脂を用いて,基板との間に自己形成導波路を作製した.自己形成導波路の端面を導波路の光軸に対し45度の角度で作成する.