hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高周波単一電子トランジスタを用いた高速高感度走査電荷顕微鏡の開発

3年間の研究結果の概要として、2Kまでの低温で動作可能な、先鋭化した光ファイバーをプローブとした剪断力顕微鏡を導入し、このプローブ先端に単一電子トランジスタを作り込むプロセスを開発した。また、走査電荷顕微鏡としての動作に適した高速測定回路を開発した。しかし、残念ながら、この研究期間にすべての要素を組み合わせた電荷顕微鏡動作を得るまでには至らなかった。まず、剪断力顕微鏡型の低温表面走査機構については、室温から2Kまでの温度で走査領域1mm角以上、走査分解能0.1μm以下(x,y,z方向)、温度安定度0.1Kの性能を得ている。単一電子トランジスタ・プローブについては、光ファイバーの曲率半径10nm程度の先端にAlおよびCrをベースとした素子を作製し、帯電エネルギー10K100Kの素子が作製できているが、プロセスでの歩留まりを高くすることができなかった。ゲート応答については、プローブとゲート電極間300μmで400V周期のゲート応答を得ることができた。動作回路については、当初高周波単一電子トランジスタ回路の導入を計画したが、より簡易で汎用性の高い高速計測回路を2種独自開発した。一つは市販のC-MOS構成のオペアンプを4.2Kに置いた低温電流増幅器型の回路で、利得10^6V/A、動作帯域100kHz以上、雑音1pAIHz^<1/2>以下(<100kHz)での動作が可能である。また他方は3重同軸ケーブルを用いて、中央導体を信号電圧で駆動することにより高速化を図った室温回路で、利得10^6V/A、動作帯域1MHz以上、雑音1pA/Hz^<1/2>以下(<50kHz)での動作が可能である。3年計画の第1年度であり、当初予定した1.低速の走査電荷顕微鏡の実現2.高周波単一電子トランジスタ技術の導入という2つの目標に向けて研究を行った。まず、第1点については、東京大学においては光ファイバーの先端角7度程度への先鋭化技術、および先鋭化した光ファイバーへの金属蒸着・酸化による接合形成プロセスを確立し、センサー作製まで今一歩というところに来ている。筑波大学においては、電子線リソグラフィを用いて、帯電エネルギー10meV程度で、4.2Kで十分動作可能なプレーナ型の単一電子トランジスタの作製に成功している。また、極低温試料表面走査装置の整備を行い、センサーの開発状況とともに、低速の電荷顕微鏡の実現までいま一歩という段階に達している。第2点の高周波単一電子トランジスタ技術の導入に関しては、現段階では、当初予定より2,3ヶ月遅れている状況にある。高周波用冷凍機の作製、RF・マイクロ波計測装置の導入を済ませ、次にRF・マイクロ波回路の構築に取りかかる段階にある。ファイバー型センサーの電極の静電容量を評価し(6pF程度)、現実的なキャリア周波数として100MHzを選び、次年度でこの帯域での高周波単一電子トランジスタを実現する。特に低雑音化のために、この帯域での低温バランス型増幅器の設計・作製も予定している。高速走査電荷顕微鏡の要素技術として、走査顕微鏡を高速動作させるための回路の開発を行った。当初RF技術を用いた高速回路を採用することを考えていたが、より簡易で汎用性があり、かつ広い動作帯域をもつ回路の開発を行った。計測回路の帯域を制限する要因は、単一電子トランジスタ自身の高いインピーダンスと、信号ケーブルの浮遊容量である。前者は、定電圧印加のコンダクタンス計測型回路を用いる場合には問題とならない。そこで、信号ケーブルの浮遊容量を物理的にあるいは実効的に小さくできるコンダクタンス計測回路を2種類開発した。そのひとつは、浮遊容量を物理的に小さくするもので、回路を単一電子トランジスタ・センサーの近く、4.2Kに置く低温回路である。C-MOSのみから構成されている

市販のオペアンプで入手が容易なものの低温動作を調べ、コンダクタンス計測回路としての帯域が広く、かつ雑音が低いものを見いだした。利得10^6V/A、動作帯域300kHz、雑音1pA/Hz^<1/2>以下(<300kHz)のコンダクタンス計測回路を実現できている。また第2は、実効的に浮遊容量を小さくするもので、同軸ケーブルの外側導体に信号電圧と同じ電圧をフィードバックするものである。動作帯域1MHz以上、利得10^6V/A、雑音1pA/Hz^<1/2>以下(<50kHz)のコンダクタンス計測回路を実現できている。また、走査顕微鏡のテスト試料として強誘電体単結晶を用意し走査顕微鏡動作の確認の準備を進めた。3年間の研究結果の概要として、2Kまでの低温で動作可能な、先鋭化した光ファイバをプローブとした剪断力顕微鏡を導入し、このプローブ先端に単一電子トランジスタを作り込むプロセスを開発した。また、走査電荷顕微鏡としての動作に適した高速測定回路を開発した。しかし、残念ながら、この研究期間にすべての要素を組み合わせた電荷顕微鏡動作を得るまでには至らなかった。まず、剪断力顕微鏡型の低温表面走査機構については、室温から2Kまでの温度で走査領域1mm角以上、走査分解能0.1μm以下(x, y, z方向)、温度安定度0.1Kの性能を得ている。単一電子トランジスタプローブについては、光ファイバーの曲率半径10nm程度の先端にAlおよびCrをベースとした素子を作製し、帯電エネルギー10K100Kの素子が作製できているが、プロセスでの歩留まりを高くすることができなかった。ゲート応答については、プローブとゲート電極間300μmで400V周期のゲート応答を得ることができた。動作回路については、当初高周波単一電子トランジスタ回路の導入を計画したが、より簡易で汎用性の高い高速計測回路を2種独自開発した。一つは市販のC-MOS構成のオペアンプを4.2Kに置いた低温電流増幅器型の回路で、利得10^6V/A、動作帯域100kHz以上、雑音1pA/Hz^<1/2>以下(<100kHz)での動作が可能である。また他方は室温回路で、利得10^6V/A、動作帯域1MHz以上、雑音1pA/Hz^<1/2>以下(<50kHz)の、信号ケーブルのガードを信号電圧で駆動する電流増幅器型の回路である。
カオス的な力学系の再帰時間のPoisson法則及び量子カオスの数学的問題

量子カオスは近年物理の分野でさかんに研究されているが、特に数学の問題として定式化されているのは量子力学における固有値の分布と波動関数の漸近挙動である。特にKicked rotator modelの固有値分布の問題はエルゴード的力学系の(規格化した)再帰時間の分布の問題と深く関係しており、先に、Axiom A系については、ほとんど全ての点のε-近傍への再帰時間の分布が、ε→0の極限としてPoisson分布になること、及び、周期点はその反例になることを示した。平成6年度はさらに一般の力学系に対して、同様の問題を調べ、"自己混合性"という条件を満せば、弱ベルヌイ程強い条件がなくても(φ-混合性の下で)Poisson分布が現われることを示した。また、一次元力学系に対してもいろいろな条件の下でPoisson分布が現われることを確めた。以上の結果は、平成6年5月の"International Conference of Dynamicol Systems and Chaos"で発表した。また、10月には、国内の力学系研究者を集め、理論物理学者も交えて、量子カオスをテーマとする研究集会を企画し、実行した。この研究集会ではSinaiを中心とした研究者達の固有値分布と平面閉曲線内の格子点の分布との関連についての結果をまとめ、私自身の結果との関係について講演した。
アワビ筋萎縮症の原因ウイルスに関する研究

主としてクロアワビの筋萎縮症に対象を絞り、疫学的調査、病理組織学的検討、各種感染実験、アワビ血球細胞の初代培養、ウイルス分離・培養、および電子顕微鏡観察などにより以下の結果を得た。1.病理組織学的観察により、京都府など9府県で生産されたクロアワビ稚貝に本症が発生していることが確認された。2.同居感染実験により、親貝や感染耐過2年貝から本症原因体が容易に稚貝に水平感染する事が確認され、種苗生産施設における水平感染防止の重要性が示された。3.罹病貝の磨砕濾液を注射することにより、稚貝に筋萎縮症を再現することができ、本症は濾過性病原体による感染症であることが確認された。4.アワビの血リンパから得られた血球細胞を改変したL-15培地にて1525°Cで培養したところ、細胞は単層シートを形成し、約1ヶ月間維持した。5.上記の初代培養細胞に罹病アワビの磨砕濾液を接種したところ、細胞の球形化、細胞塊の形成および剥離を特徴とする細胞変性効果(CPE)が認められた。6.上記のCPEを呈した細胞を電子顕微鏡観察に供したところ、直径約120nmの球形ウイルスが観察されたが、その上澄を接種したアワビでは筋萎縮症が再現されなかった。以上の結果から、本症の原因は濾過性病原体であることが確認され、原因体と考えられるウイルスを分離することはできたが、その病原性を確認するには至らなかった。しかし、本研究の結果から、水平感染の防止を中心とした現場における予防対策が見い出された。まず、各地で発生しているクロアワビ稚貝の大量死が筋萎縮症によるものであるかどうかを病理組織学的手法により調べた。また、原因ウイルスを分離・培養するための培養細胞としてクロアワビ細胞の初代培養を試みた。その初代培養細胞を利用して、罹病稚貝からウイルスの分離を試み、分離されたウイルスの病原性をクロアワビ稚貝を用いて調べた。それぞれの研究結果の概要は以下の通りである。1)発生状況調査:神奈川県、福井県、和歌山県、京都府、島根県、高知県、福岡県、宮崎県、および長崎県の9府県から得られた稚貝に、筋萎縮症に特有な病変(腹足神経幹における腫瘍様病変部の形成)が認められ、本病が西日本において広く流行していることが明らかになった。2)クロアワビ細胞の初代培養:血リンパから得られた血球を改変L-15培地を用いて1525°Cで培養したところ、血球細胞は培養容器の基底面に付着して単層シートを形成し、20°Cでは概ね1か月程度維持された。3)ウイルスの分離:上記の初代培養細胞に罹病貝からのホモジネート濾液を接種し、20°Cで培養したところ、細胞塊の形成を特徴とする細胞変性効果(CPE)が認められ、電顕観察により直径約120nmの球形ウイルスが細胞外に認められた。4)分離ウイルスの病原性:罹病貝のホモジネート濾液および上記の分離ウイルスをクロアワビ稚貝に接種したところ、2ないし3か月後に、ホモジネート濾液接種群に発症と死亡が認められたが、ウイルス接種区では筋萎縮症の発生はみられなかった。以上の結果から、本病は濾過性病原体による感染症であることが確認されたが、分離されたウイルスの病原性を確認することはできず、病原体を特定するには至らなかった。昨年度はクロアワビ稚貝の筋萎縮症の原因は濾過性病原体であることを確認し、クロアワビ血球初代培養細胞を用いてウイルスを分離することに成功したが、その病原性を確認することはできなかった。

そこで本年度は、原因体である濾過性病原体が紫外線および熱に感受性を示すことを確かめ、改めて原因体がウイルスであることを確認してから検討を進めた。確実に病気を再現し得ることが確かめられている病貝磨砕濾液を出発材料に原因ウイルスの特定を試み、以下の結果を得た。1.筋萎縮症自然発症クロアワビの磨砕濾液を20-35-50%%ショ糖不連続密度勾配遠心にかけ、得られたバンドに基づき20-35%および35-50%ショ糖密度分画に分けた。2.上記の両分画を電子顕微鏡にて詳細に観察したところ、35-50%分画には大きさ150200nmの球形ウイルス様粒子が散在的に認められたが、20-35%分画にはそのような粒子は認められなかった。3. 35-50%分画をクロアワビ稚貝に接種し、140日間観察し、死亡貝および生残貝を病理組織学的に検査したところ、筋萎縮症が再現されたことが確かめられた。4.罹病クロアワビ磨砕濾液を220nmと100nmのメンブレンフィルターで濾過し、それぞれをクロアワビ稚貝に接種したところ、220nm濾過液にのみ病原性が認められ、原因体の大きさは100nm220nmの間にあることが分かった。以上の結果から、35-50%分画に認められた大きさ150-200nmの球形ウイルスが本症の原因体であると判断されたが、念のために調べた外見的健康貝にも同様の粒子が観察され、結論を下すには至らなかった。本年度は現場における本症の感染経路を解明するするために、本症原因ウイルスを保有していると考えられる親貝や感染耐過貝を感染源に用いて感染実験を実施した。また、ウイルス分離のための細胞培養の培養液の改良を試み、それを用いて再度ウイルス分離を行った。また、ウイルスの検出系を作るために、ウイルス粒子の精製およびモノクローナル抗体の作製を試みた。1)感染耐過したクロアワビ2年貝の飼育排水を導入した水槽で稚貝を飼育したところ、それらの稚貝に筋萎縮症が発生した。2)クロアワビ親貝の飼育水槽に稚貝を5日間同居させたところ、約3ヶ月後にそれらの稚貝が本症に罹った。3)上記の2つの実験から、筋萎縮症の原因は水を介して容易に稚貝に伝播することが明らかになり、種苗生産施設における水平感染の防止が重要であることが分かった。4)先にクロアワビの血球細胞の培養に牛胎児血清の添加が有効であることを示したが、今回の検討により、牛胎児血清よりアワビ血清を添加(10%)するほうが優れていることが分かった。5)改良した血球細胞の初代培養に罹病アワビの磨砕濾液を接種したところ、細胞の球形化および剥離を特徴とする細胞変性効果が認められたが、その球形化細胞を接種した健康なクロアワビに筋萎縮症の発現は認められなかった。6)罹病アワビの磨砕濾液からウイルスの精製を試みたが、材料中のウイルス量が少ないためか精製は出来ず、モノクローナル抗体の作製も失敗した。
条件付きY染色体遺伝子改変マウスの開発

本研究ではY染色体の非相同組み換え領域に座位するDBYおよび多コピー遺伝子RBMYの組織特異的遺伝子改変マウスを開発することを目的とした。挿入型ベクター法及びCRISPR/Cas9法によりDby floxマウスを取得した。これらflox系統と生殖細胞特異的Cre発現マウス、神経細胞特異的Creマウスとの交配により、組織特異的Dby遺伝子欠損マウスの作出に成功した。一方、Y染色体上の多コピー遺伝子については、3種の人工miRNAをタンデムにつなげた発現ベクターを構築し、30コピー以上存在するRbmy遺伝子ノックダウン・トランスジェニックマウスの作出に成功した。哺乳類における雄性化のプロセスは、Y染色体と男性ホルモン作用により制御される。近年、雄性化における内分泌制御についてはアンドロゲン受容体を介したリガンド依存的転写調節機構や生体内高次機能の詳細が明らかとなっている。一方、Y染色体遺伝子群に関しては精巣決定遺伝子SRYを除き、分子機能および生理機能の殆どが不明である。そこで本研究ではY染色体の非相同組み換え領域に座位するDBYおよび多コピー遺伝子RBMYの組織特異的遺伝子改変マウスを開発することにより、技術的に困難であったY染色体の生体内機能の解析系を確立し、ひいてはY染色体特異的RNAプログラムを介した雄性化機構の解明を目指すことを目的とした。1)標的相同部位が一カ所で組み換えを起こす原理に基づき、置換型ベクターに比べ高頻度で組み換えを起こす挿入型ベクターを用いDBY floxマウスの作出を試みた。ES細胞にてターゲティングを2回行う必要があるため、ネオマイシンとピューロマイシンを用いた2段階の相同組換え体選別法を構築し、相同組換え体の取得に成功した。2)GC-1細胞株を用いDBYのノックダウンおよび過剰発現により変動を受ける標的miRN群を同定した。3)多コピー遺伝子RBMYを標的とした人工miRNA(amiRNA)を構築し、培養細胞にてノックダウン効率を検討した結果、3種類の機能的amiRNAを取得した。これらをタンデムにつなげたamiRNA発現vectorを構築し、多コピー遺伝子の効率的ノックダウン法を確立した。Y染色体の95%は減数分裂時にX染色体と相同組み換えを起こさない非相同領域(雄性特異的領域)が占めることから、Y染色体は従来の置換型遺伝子ターゲティング法による遺伝子欠損マウスが作出されていない唯一の染色体である。また、Y染色体遺伝子欠損マウスは不妊を呈すると予想されるため、floxマウスを介した組織特異的欠損マウスを開発する必要がある。本年度は置換型ベクターを用いることでES細胞におけるDBY遺伝子座への2カ所のloxP配列の挿入に成功した。また、Y染色体常に30コピー以上存在するRBMYに対するmiRNAを人工的に設計し、Y染色体多コピー遺伝子を効率でノックダウンすることにも成功しており、平成27年度の研究は概ね順調に進展していると言える。近年、雄性化に対する内分泌制御についてはアンドロゲン受容体による転写調節機構や生体内高次機能の詳細が明らかとなっている。一方、Y染色体遺伝子群に関してはSRYを除き、その分子機能および生理機能の殆どが不明である。そこで本研究ではY染色体の非相同組み換え領域に座位するDBYおよび多コピー遺伝子RBMYの組織特異的遺伝子改変マウスを開発することにより、技術的に困難であったY染色体の生体内機能の解析系を確立を目指す。前年度に取得した挿入型ベクターを用いたDBY遺伝子座へのloxP配列挿入ES細胞を用い、アグリゲーション法によりキメラマウスを作出した後、定法によりfloxマウスの作出に成功した。また同時に、エレクトロポレーション法によるマウス受精卵への核酸導入技術とCRISPR/Cas9法によるゲノム編集技術を組み合わせることでDBY floxマウスを取得した。これらflox系統と生殖細胞特異的Cre発現マウス、神経細胞特異的Creマウスとの交配により、組織特異的DBY遺伝子欠損マウスの作出に成功した。一方、Y染色体上に30コピー以上存在するRBMY遺伝子については、人工miRNA(amiRNA)発現によるノックダウンマウスの作出を試み、培養細胞にてノックダウン効率の高かった3種のamiRNAをタンデムにつなげた発現ベクターを構築し、定法によりトランスジェニックマウスの作出に成功した。これらの研究により、条件付きY染色体遺伝子欠損マウスとY染色体多コピー遺伝子ノックダウンマウスの作出法が確立し、Y染色体遺伝子群の高次生体機能の解析が可能となった。平成28年度においては以下の実験に注力する。1)置換型ベクターを用いたDBY遺伝子座相同組換えES細胞から、凝集キメラ法によりfloxマウスを作出し、精巣

特異的DBY遺伝子欠損マウスにおける表現型を解析する。また、CRISPR/Cas9システムを用い受精卵にてDBY遺伝子座へloxP配列を挿入し、floxマウスを作成する。2)DBY遺伝子欠損マウスの精巣サンプルを用い、RNA-Seq解析を施行し、変動する標的miRNAを検索する。3)RBMYを標的としたamiRNAベクターを用い、定法によりトランスジェニックマウスを作出し、特に減数分裂期におけるXY bodyの形成と変動する精巣特異的な選択的スプライシングアイソフォームを同定する。4)個体レベルでの評価が得られた標的RNAに関しては、in vitro processing assay系にて確かに基質であることを確定する。分子生物学
新型トリポット錯体による加水分解金属酵素機能モデルの構築

1.cis,cis-1,3,5-トリアミノシクロへキサン(以後TACHと略す)を配位子とするCu(II)及びZn(II)錯体を合成し、X線構造解析した。どの錯体でも歪んだ三方両錐構造を取り、TACHはM-N結合の一つがやや伸びた三座配位子として作用した。なお、ペプチドは末端アミノ基とアミドのC=O酸素とでM(II)TACHにキレート配位することが分かった。4.φX-174DNAのformIからformIIへの加水分解速度を測定し、pH9.5では反応が半減期約5分で進行した(加速効果=1×10^8倍)。反応速度のpH錯体濃度、及びDNA濃度依存性および錯体とDNAとの結合定数から、反応は協奏的なM-OH機構で進行することが推定された。5.ジペプチドの加水分解速度を測定し、反応が錯体によって20-60培加速されることが分かった。反応速度のpH、pep濃度、及び錯体濃度依存性から、反応は[CuTACH(pep)]^+(pepはNH_2とアミドC=O酸素配位)を中間体として経由することが分かった。1.TACH配位子の化学修飾(N-メチル化、N-エチル化、N-ヒドロキシエチル化)に成功した。N-メチル化及びN-エチル化物のCu(II)錯体は、pBR322 DNAの切断に対して比較的高い活性を示したが、pHおよび錯体濃度効果がCu(II)TACHのものと異なるため、現在、詳細に検討中。2.酵素法(サンガー法の活用)によるDNA切断位置決定法を新規に開発した。この方法を用いてCu(II)TACH錯体によるpUC-19DNAの切断位置(塩基配列)を決定し、Cu(II)TACHは塩基に関してほぼランダムにDNAを切断する事が判明した。3.Cu(II)TACHによる4種DNA (pUC-19、pBR322,ΦX174、colE1)の切断を比較した結果、DNA間で切断パターンが異なり、明瞭なDNA鎖長依存性があることを見出した。このことは錯体の加水分解切断活性がDNAによって大きく変化することを意味し、錯体の活性を比較する上で非常に重要である。その原因を探るため、イオン強度効果、温度効果、freeCu(II)の効果について検討した。4.2-アミノメチルピリジンシの化学修飾(アミノ基へのβ-シクロデキストリンの導入)に成功した。その配位子のZn(II)錯体のジペプチド加水分解能を検討した結果、70°C、pH8.1でPheSerの場合に大きな加速効果があることを見出した。5.ジペプチドの閉環・開環および加水分解速度の測定を行い、ペプチド加水分解の基礎データを蓄積した。1.Cu(II)-TACH錯体による環状DNA(pHSG398,pUC19,pBR322,φX174,colE1)の切断速度に及ぼすDNA鎖長依存性(同一bp濃度では、長鎖の方が速い)を検討し、理論式を誘導した。それに基づき、pUC19DNAは歪んだ構造をとり、特異なpH依存性を示すことが示唆された。2.Cu(II)TACH錯体への置換基導入効果(CH_3,C_2H_5,C_3H_7)を検討し、置換基数、置換基の笠高さが増えると、錯体は単核種として存在する確率が増え、DNA切断能が向上すること、及び、錯体の歪が大きくなり、より酸性pH域でDNAを切断することが分った。3.β-シクロデキストリン(CD)を導入した2-アミノメチルピリジンの亜鉛(II)錯体によるジペプチド(GlyGly,GlyLeu,LeuGly,PheSer,GlyPhe,PheGly)の加水分解速度を測定し、PheSerとPheGlyの加速効果が他よりも高いことを見い出し、^1HNMRからCDへの包摂を確認した。
蛍光顕微マニピュレーションによる複合系からの液体分離培養法の確立

本研究では,蛍光顕微マニピュレーターを用いて,固体平板培地を用いた分離培養法では取得が難しい微生物を,液系のみで効率良く純粋分離するための手法を確立することを目的とした.まず,キャピラリー,プレート,オイルなどについて選択し,ドロップレットの配置,洗浄方法,生細胞の蛍光染色剤による判別法の導入,移植後の増殖観察法などについて最適化を行った.その結果,1細胞の分離に要する時間の短縮,マイクロコロニーの形成率向上が得られた.本法を用いて,超高温コンポストの集積培養液から液系分離を試み,既知の微生物と形態が大きく異なる高度好熱菌,および既知の常温性細菌と系統学的に近い高度好熱菌などの純化に成功した.本研究では蛍光顕微鏡にマイクロマニピュレーターを搭載した装置を用いて,複合微生物系や環境試料中から通常の分離培養法では純粋分離が困難な未分離・未同定微生物を,蛍光情報をもとに液体培養系で純粋分離あるいは最小共生系を確立し,同定をするための新規な手法を開発することである.平成26年度は,蛍光顕微鏡-キャピラリーシステムの起ち上げ,基本性能設定と,分離前と分離後の液体培養系のポジショニング,キャピラリー操作可能なディッシュの設計,分離操作の確立を完了した.本年度は(1)昨年度起ち上げたシステムとプロトコールの改良および(2)高度好熱菌集積系からの液系胃分離の試みを行った.その結果,(1)BacilluscoagulansおよびCalditerricola sp.を用いて,ドロップレットの配置,キャピラリーの口径,FDAを用いた生細胞と死細胞や無生物粒子との判別などの改良により,1細胞あたりの分離に要する時間を大きく短縮することが出来た.また,移植ドロップレットあたりのマイクロコロニー形成効率が2倍以上向上した.(2)超高温コンポストについて各種集積を行い,そのDGGEバンドパターンから興味深いと思われる条件を設定した.その結果コンポスト添加培地を用い,嫌気条件下,75°C,1日加温の条件下で多くの未分離高度好熱菌と思われるバンドの出現が確認された.本試料より,15連の分離を試み,マイクロコロニーの形成を経て,2株の液系継代可能な分離株を得た.本研究では,蛍光顕微マニピュレーターを用いて,固体平板培地を用いた分離培養法では取得が難しい微生物を,液系のみで効率良く純粋分離するための手法を確立することを目的とした.まず,キャピラリー,プレート,オイルなどについて選択し,ドロップレットの配置,洗浄方法,生細胞の蛍光染色剤による判別法の導入,移植後の増殖観察法などについて最適化を行った.その結果,1細胞の分離に要する時間の短縮,マイクロコロニーの形成率向上が得られた.本法を用いて,超高温コンポストの集積培養液から液系分離を試み,既知の微生物と形態が大きく異なる高度好熱菌,および既知の常温性細菌と系統学的に近い高度好熱菌などの純化に成功した.これまでに無い方法を指向しているため,装置の起ち上げ,操作の最適化,培養容器や分離容器の設計,設定には種々の試行錯誤を要したが,それらを克服することで,次年度に具体的な分離操作を始めることが可能となった.土壌環境微生物学次年度は,存在が確認されているものの,従来法で分離不可能なコンポスト減量中高度好熱菌,複合発酵系種菌中の多糖,オリゴ糖利用性好熱性L-乳酸生産菌などをターゲットとして本手法による蛍光による液系分離と同定の最初の事例を提示したい.
グラフェン太陽電池の開発

グラフェン材料は、次世代の電子材料として期待されています。しかし、材料機能を制御するためには、一部の炭素を炭素とは異なる元素に置き換えること(ドーピング)が必要です。このドーピング技術は、シリコンをもとにつくる半導体の分野では、従来から行われてきた技術です。シリコン半導体分野では、このドーピング技術を駆使し、様々な半導体デバイスが生み出されており、我々の生活を豊かにしてくれています。一方、グラフェンへのドーピングでは、異種元素の導入にともない、そのグラフェンの特性の起源とも言うべき平面性が失われるという問題点があったため、カーボンデバイス開発に向けた大きな障壁となっていました。本研究では、まず、n型グラフェンとして、ソリューションプラズマ合成技術により、EMIM-DCA(1-エチル-3-メチルイミダゾリウムジシアナミド)を原料として陽イオン性注窒素の導入を行いました。その結果、その平面性を維持することを可能にしました。窒素の含有率は重量比で16.5%です。15%以上の窒素を含み、かつ、高い結晶性・平面性を有するグラフェンとしては、世界で唯一の材料と言えます。この半導体特性を調べた結果、p型半導体特性を示すことが分かりました。通常、窒素をドープした場合は、n型半導体注特性を示すことが一般的です。今回は、陽イオン性窒素を導入したことにより、正孔(ホール)をキャリアとして機能させることに成功しました。さらに、n型グラフェン半導体、p型グラフェン半導体の材料合成を進めました。アニリンを原料としたテログラフェンの合成でも、p型グラフェンの合成に成功しました。一方、ピリジン及びボロン酸混合溶液から合成では、n型グラフェンの合成に成功しました。しかし、現在、キャリア密度が十分に導入できておらず、物質合成プロセスの最適化を進めていています。研究の予定は、p型、n型が合成できたことから概ね順調に進捗している。ただし、ホール効果測定において、p型及びn型半導体の判別は可能であるが、その性能では、予想する値よりも小さい。この原因は二つあると考えられる。まず、ヘテロ原子(ここでは、窒素及びボロン)が、期待している以外の電子状態でドープされている。窒素の場合、XPSの測定上、全体の窒素のドープ量に対して30%台にとどまっている。次に、合成において、目的外物質を多く含んでいるということである。目的物質の分離精製が必要である。合成後の後プロセスの開発を行う。化学処理により、所定の化学結合状態を有した窒素及びボロンの化学結合状態を変化させる。次に、合成カーボンの分離精製プロセスの開発を行う。以上より、現在までの進捗にあげた問題解決を行う。太陽電池の作製に経費を次年度に研究計画上変更したため。
放射線誘発塩基損傷クラスターの量的・質的解析による放射線生物効果の機構解明

この研究は、放射線特異的損傷として知られるクラスターDNA損傷の質的・量的解析と、その照射後の修復プロセスを解析し、重粒子放射線生物影響の分子機構を解明することを目的とする。CHO細胞を炭素、ケイ素、アルゴン、鉄の各イオン線で照射し、細胞ごと電気泳動を行い、染色体に生じたクラスターDNA損傷を分析した。各イオン線のLETは13、55、90、200 keV/μmである。電気泳動の結果、LETの増加に応じて、クラスターDNA損傷の収率が低下することがわかった。一方、照射後培養実験の結果から塩基除去修復酵素遺伝子の欠損が重粒子線の生物効果表出に関わっていることが示唆された。放射線生物効果の作用機序は、遺伝情報を担うDNA分子の損傷に主として起因すると考えられる。放射線によるDNA損傷は、そのトラック構造に由来する損傷の高い局在性、すなわちクラスターDNA損傷に特徴づけられると考えられるが、その知見については、その一形態であるDNA二重鎖切断のみに集中し、塩基損傷を含むような複雑なもの(塩基損傷クラスター)については不明な点が多い。本研究では、照射細胞内における塩基損傷クラスターの量的・質的検討、ならびにその生物効果について検討することにより、放射線生物効果の分子機構を明らかにすることを目的とする。今年度は、照射細胞内における塩基損傷クラスター生成収率の解析(量的解析)を主たるテーマとして検討を行った。私はこれまで精製DNAを標的分子に試験管実験を行い、照射DNA中の塩基損傷クラスターの生成収率がLET依存的に低下することをみてきた(Terato et al., 2008)。ここでは、培養細胞を用いて照射実験を行い、照射細胞染色体DNAの塩基損傷クラスター定量を行った。細胞はチャイニーズハムスターオバリー(CHO)細胞AA8株を用い、ガンマ線、炭素線、ケイ素線、アルゴン線、鉄線を照射した後、細胞を回収し、アガロースゲル電気泳動分析を行った。各線質のLETは、0.9、13、55、90、200 keV/umである。塩基損傷のうち酸化プリン損傷はOGG1を、酸化ピリミジン損傷はEndonuclease IIIという特異的DNAグリコシラーゼを用いて分析した。その結果、照射細胞内においても、塩基損傷クラスターの生成収率はLET依存的に低下することが分かった。一方、細胞の生存率はLET依存的に低下し、生物学的効果比(RBE)はLETと連動する結果が得られたことから、塩基損傷クラスターの質的解析が重要であることが示唆された。放射線生物効果の作用機序は、遺伝情報を担うDNA分子の損傷種として起因すると考えられる。放射線により生じるDNA損傷の構造は、放射線のトラック構造に由来する損傷の高い局在性、すなわちクラスターDNA損傷に特徴づけられる本研究では、クラスターDNA損傷のうち、その研究が未だ進んでいない塩基損傷クラスターについて、その量的、質的解析を行い、放射線生物効果をクラスターDNA損傷という「言葉」で記述することを目的とする。前年度は、照射細胞内における塩基損傷クラスターの生成収率の解析(量的解析)を主たるテーマとして検討を行い、塩基損傷クラスターを含むクラスターDNAM損傷の生成収率が、放射線のLET(線エネルギー付与)に対して、負の相関を見せることを明らかにした。この結果は単なるクラスターDNA損傷の量が、放射線生物効果を規定しているのではないことを意味し、クラスターDNA損傷の質的解析(クラスター内部の微細構造解析)ならびに修復等のプロセスの関与の検討が必要であることを示すものである。この結果を受け、今年度はクラスター塩基損傷の修復が放射線生物効果に及ぼす影響を検討した。塩基除去修復経路(BER)に関与する2種類のDNAグリコシラーゼ(OGG1, NTH1)およびBER特異的リガーゼ活性に関与するXRCC1のそれぞれ欠損細胞株に対し、放射線を照射し、その生存率と照射後修復動態を観察したところ、DNAグリコシラーゼを欠損すると抵抗性となり、一方でXRCC1を欠損すると感受性を増大させるとともに、照射後培養中にDSBの蓄積が認められた。このことはクラスター塩基損傷の修復プロセスが、その修復中間体としてのDSBを増加させ、かえって放射線感受性を高めることを示唆している。つまりクラスター塩基損傷の修復が放射線生物効果に影響を与えることが分かった。放射線生物効果の作用機序は、遺伝情報を担う細胞内DNAの損傷に起因する。電離放射線によって生じるDNA損傷の構造は、放射線がビームとして通過した周辺のみの損傷が局在するクラスターDNA損傷に特徴づけられると考えられる。本研究では多様なクラスターDNA損傷種のうち、塩基損傷を含有塩基損傷クラスターについて、その量的、質的解析を行うとともに、その修復プロセスが放射線生物効果に与える影響を検討することにより、重粒子線生物効果の分子機構を明らかにした。まず、重粒子線によって生じる照射細胞内の塩基損傷クラスターの生成収率を分析した結果、塩基損傷クラスターの生成収率は放射線の線エネルギー付与(LET)に対し、負の相関を示すことが分かった。このことは、LETの増加に伴う放射線生物効果の重篤化の分子機構の解明には、損傷の量的効果だけではなく、質的効果を明らかにする必要を示唆している。次に、DNA修復遺伝子の欠損株を用いて、塩基損傷クラスターの発生後プロセスによる生物効果の修飾について検討を行った。検討したDNA修復遺伝子は、NTH1ならびにOGG1というそれぞれチミンおよびグアニンの酸化塩基損傷に応答するDNAグリコシラーゼならびに塩基除去修復経路の最終段階でDNA鎖切断の結合に預かるXRCC1である。DNAグリコシラーゼ欠損株は重粒子線照射後、野生株に対して感受性の低下を示し、すなわち、より高い耐性を示した。

このことは塩基損傷クラスターがDNAグリコシラーゼの活性によって修復中間体であるDNA二本鎖切断(DSB)に変換しないためと考えられた。また、XRCC1欠損株は高い感受性と照射後DSBの増加が認められ、先の結果と合わせ、塩基損傷クラスターの生物効果表出に塩基除去修復活性が関わっていることが明らかとなり、損傷の質的効果が示唆された。この研究は、放射線特異的損傷として知られるクラスターDNA損傷の質的・量的解析と、その照射後の修復プロセスを解析し、重粒子放射線生物影響の分子機構を解明することを目的とする。CHO細胞を炭素、ケイ素、アルゴン、鉄の各イオン線で照射し、細胞ごと電気泳動を行い、染色体に生じたクラスターDNA損傷を分析した。各イオン線のLETは13、55、90、200 keV/μmである。電気泳動の結果、LETの増加に応じて、クラスターDNA損傷の収率が低下することがわかった。一方、照射後培養実験の結果から塩基除去修復酵素遺伝子の欠損が重粒子線の生物効果表出に関わっていることが示唆された。本研究は、(1)塩基損傷クラスターの量的解析、(2)塩基損傷クラスターの質的解析、(3)塩基損傷クラスター修復機構の解明、という3本柱で検討を行う計画である。過去2年の計画年度において、(1)ならびに(3)のサブテーマについて大きな進展が得られ、本研究の目的である、塩基損傷クラスターが放射線生物効果に与える影響についての解明が達成できていると考えられる。よって、研究は概ね順調に進展していることが言える。特に、塩基損傷クラスターの塩基除去修復によるプロセスとその生物効果に与える影響については、重要な結果と考えられる。今年度の成果ならびに関連成果は原著論文3報、国際学会発表1回、国内学会発表4回で公表し、成果の社会的還元に努めた。放射線生物学今後は、本研究の3本柱である(1)塩基損傷クラスターの量的解析、(2)塩基損傷クラスターの質的解析、(3)塩基損傷クラスター修復機構の解明、のうち、(2)塩基損傷クラスターの質的影響、すなわちクラスター内部の微細構造が放射線生物効果に与える影響に関する検討を進め、放射線生物効果をクラスターDNA損傷という「言葉」で記述することを目指していく。本研究1年目の目的である、細胞内塩基損傷クラスター生成収率の解析がほぼ達成できたことから、本研究はおおむね順調に進展していると考えられる。今年度の成果は、原著論文1報、国際学会発表1回、国内学会発表3回にて公表を行った。今年度の結果は、照射細胞内において、塩基損傷クラスターを始めとするほぼ全てのDNA損傷が、その生成収率をLET依存的に低下させることを示した。一方で、細胞の生存率はLET依存的に低下したことから、放射線生物効果と、その原動力であるDNA損傷の生成収率が、LETを指標に相反する結果となった。
分数階微積分モデルの感覚情報フィードバックによる小型船舶用操舵支援システムの構築

自動車では、ドライバは視覚、筋肉刺激、運動刺激の情報を得て操縦している。一方船舶では、視覚情報以外のフィードバックが乏しいため、経験の浅い操船者の操舵事故が起こりやすい。本研究では熟練者の操舵モデルによるビギナーへの支援システムを構築することにより操船事故を減らすことを目的としている。この熟練者モデルを求めるため、一つ目に、操船シミュレータを用いて、操船に対する人間機械系モデルを作成し、ヒトによって制御される小型船舶運動の安定性解析を行った。二つ目に、ドライビングシミュレータを用いて車両を運転する際の体感情報と視覚情報の有無による、運転操作の違いを評価した。一般に自動車では、運転者は主に視覚、筋肉刺激、運動刺激の3種類の情報を得て操縦できる。その一方、船舶では、操縦者は視覚情報のみで操縦しており、それ以外のフィードバック情報が著しく乏しい。このことは、経験の浅い操船者(ビギナーパイロット)が船舶の操船事故を引き起こす主要因の一つとなっている。そこで本研究では、ビギナーパイロットによる操船事故を減らすため、分数階微分の理論により熟練操船者(エキスパートパイロット)の操舵モデルを求め、操舵シミュレータと3D加振テーブルによって、パイロットへ感覚情報を支援するシステムを構築することを目的としている。上記の目的を達成するため、1つ目に、支援システムにおいて要求される性能を精査し、必要とする機器の調査を行った。このため研究協力者らと必要に応じて要求仕様の打ち合わせを行い、支援システム環境の妥当性や実現における問題点を抽出した。つづいて2つ目に、想定される要求性能を基に、操舵シミュレータの再設計と追加製作、および3D加振テーブルの設計・製作を行った。設置スペースに限りのある実船での実装を念頭に置き、操舵シミュレータと統合が可能な機構の導入可能性を十分に検討した。以上の実施内容と並行して、予備実験の結果を踏まえ、感覚情報をフィードバックできる操舵シミュレータを用いて、数名の被験者による操舵実験を行った。これにより人間の操作を含むデータを取得し、操縦および船舶挙動の解析を行った。上記の目的を達成するため、前年度に引き続いて操舵モデルの提案、操舵機構の開発を行い、本年度は特に、1.操舵機構の操作性評価、および2.船舶運動の安定性解析、について研究を行った。1.操舵機構の操作性評価については、まず障害物の緊急回避を想定したシミュレーションタスクを設定し、そのシミュレーションタスクに対して操作性の3つの評価項目である有効性、効率、利用者の満足度の評価を行った。有効性の評価に操船者の視線停滞率、効率の評価に視線移動率をそれぞれ加えて評価した。視線に関する評価項目を加えたことにより、操船動作を効果的に評価し、その評価に至った要因を明確に分析することが可能となった。本手法の基本的な有効性は、被験者10名に対する操船シミュレーションにより確認した。2.船舶運動の安定性解析については、まず小型船舶の操船に対する人間機械系モデルを構築し、ヒトの比例動作によって制御される小型船舶運動の安定性を解析した。その結果、ヒトの前方注視点距離が長いほど小型船舶運動の安定領域が広いこと、船速に対して比例ゲインhの上限がほぼ比例する形で増加することが分かった。人が自動車を運転するとき、旋回した際に体に伝わる遠心力などの体感情報、ステアリングから伝わる筋肉刺激情報、運転席から見える景色などの視覚情報を得て操縦している。そこで本研究では、ビギナーパイロットによる操船事故を減らすため、分数階微分の理論により熟練操船者(エキスパート)の操舵モデルを求め、パイロットへ感覚情報を支援するシステムを構築することを目的としている。上記の目的を達成するため、1つ目に、支援システムにおいて要求される性能を精査し、必要とする機器の調査を行うことにより、支援システム環境の妥当性や実現における問題点を抽出した。2つ目に、想定される要求性能を基に、操舵シミュレータの再設計と追加製作、および3D加振テーブルの設計・製作を行った。設置スペースに限りのある実船での実装を念頭に置き、操舵シミュレータと統合が可能な機構を設計し、操舵機構の操作性評価および船舶運動の安定性解析を行った。3つ目に、エキスパートの操舵モデルを求めるため、ドライビングシミュレータを用いて車両を運転する際の体感情報と視覚情報の有無による、運転操作の違いを評価した。その結果、体感情報が少ないほど、平均操舵角、平均操舵角速度の増加や体感速度の減少が見られ、運転性能が悪化した。また熟練運転者なほど体感情報・視覚情報がない場合に平均操舵角、平均操舵角速度が大きくなり運転性能が悪化することが分かった。以上より運転の熟練度により体感情報

・視覚情報の有無の場合での平均操舵角、平均操舵角速度等の指標を用いて、操舵熟練度のモデルを構築できることが分かった。自動車では、ドライバは視覚、筋肉刺激、運動刺激の情報を得て操縦している。一方船舶では、視覚情報以外のフィードバックが乏しいため、経験の浅い操船者の操舵事故が起こりやすい。本研究では熟練者の操舵モデルによるビギナーへの支援システムを構築することにより操船事故を減らすことを目的としている。この熟練者モデルを求めるため、一つ目に、操船シミュレータを用いて、操船に対する人間機械系モデルを作成し、ヒトによって制御される小型船舶運動の安定性解析を行った。二つ目に、ドライビングシミュレータを用いて車両を運転する際の体感情報と視覚情報の有無による、運転操作の違いを評価した。設置スペースに限りのある実船での実装を念頭に置き、操舵シミュレータと統合が可能な機構の構築の導入可能性を十分検討できたこと、また感覚情報をフィードバックできる操舵シミュレータを用いて、数名の被験者による操舵実験を行えたことから、研究はおおむね順調に進展している。制御工学操船実験の試作機の性能が、要求仕様に対して不十分であったため、その差を埋めるべく、機構の簡素化や再設計および試作機の改良を行う。設計した機構の製作をより簡易に速く行えるよう、卓上CNCフライス器を導入する予定である。また研究代表者が所属する長岡高専の技術協力会と情報交換を重ねるとともに、研究代表者も委員の一人として活動している「運動と振動の制御に関するサイバネティクス研究分科会」(日本機械学会)などに参加し、関連研究者と意見交換を行いながら、常に研究方針、研究手法を検討する。1年目に予定していた3D加振テーブルの設計・製作がやや遅れている。要求仕様と予測される実機の性能との差を埋めるべく、機構の簡素化や再設計を図るなど、研究代表者が所属する長岡高専の技術協力会と情報交換を重ね、当初の計画通り2年目後半に予定しているハードウェア試作機の製作に間に合うよう、加振テーブルの設計・製作のペースを向上させる。また、研究代表者も委員の一人として活動している「運動と振動の制御に関する人間中心設計」研究分科会委員(日本機械学会P-SCD375研究分科会)などに参加し、関連研究者と意見交換を行いながら、常に研究方針、研究手法を検討する。当初予定していた3D加振テーブルの設計が遅れ、製作のための仕様が完了しなかったため、一部の物品で翌年度に購入する必要が生じたため。3D加振テーブルの設計が完了でき次第、製作予定の試作機のための物品を購入する。
レーザー衝撃パルスによる高密度格子欠陥の新導入プロセスと高度制御

本研究の目的は、新しい塑性加工プロセスとして"レーザー衝撃法"を提唱し、この手法を用いてこれまで容易に成し得なかった塑性加工を行い、かつ微細組織形成過程を定量的に解明することである。大気中でフェムト秒レーザーを照射した純アルミニウム断面の結晶方位変化を電子線後方散乱回折法によって調べたところ、照射部近傍の結晶方位が変化していることがわかった。透過電子顕微鏡で照射部近傍の組織を観察したところ、高密度な転位の集合体が確認された。フェムト秒レーザー駆動衝撃圧力負荷による高密度転位の導入は、高ひずみ速度塑性変形、ならびに急冷効果により達成されると考えられる。本研究の目的は、新しい塑性加工プロセスとして"レーザー衝撃法"を提唱し、この手法を用いてこれまで容易に成し得なかった塑性加工を行い、かっ微細組織形成過程を定量的に解明することである。高強度レーザーを物質に照射すると、アブレーション時の反跳力によって物質表面に衝撃波が駆動され、固体内を伝播する。このレーザー衝撃波によって、従来法では困難なCuやAlの変形双晶形成が可能である。レーザー衝撃プロセスによって高密度格子欠陥の導入が容易に可能であるが、レーザー衝撃プロセスによる微細組織形成過程は定量的に調べられておらず、理解されていない。今年度は、空気中でアルミニウムにフェムト秒レーザーを照射し、XRD法、微小押し込み硬さ試験によって、照射部近傍の格子面間隔および硬度を測定した。ターゲット材料として、鏡面研磨した純アルミニウム(純度99.999%)を用いた。空気中で、波長800nm、パルス幅130fsのフェムト秒レーザーパルスを焦点距離70mmの平凸レンズで試料表面に集光し、XRD測定用試料に対して、パルスエネルギー2.7mJ、照射径80μm、照射間隔80μm、硬さ試験用試料に対して、パルスエネルギー0.7mJ、照射径70μm照射間隔1.75μmの条件で照射した。照射部表層に対して、ディフラクトメーター法と斜入射法によるXRD測定を行い、照射部近傍の断面に対して、ナノインデンテーション法による微小押し込み硬さ試験を行った。硬さ試験の結果、照射部から約15μmまで硬化しており、最高硬度は母材の硬度の約8.7倍であることがわかった。また、XRD測定の結果、ディフラクトメーター法、斜入射法の両方で、レーザー未照射のものよりピークが高角側にあらわれた。硬化の原因として、加工硬化や結晶粒微細化が考えられる。今年度は、純鉄表層のレーザー衝撃誘起加工硬化を試みた。レーザー照射部近傍断面における微小押し込み硬さ試験結果から、大気中でフェムト秒レーザーを照射することで純鉄表層が硬化することが確認された。照射パルスエネルギーを増加させることで、最高硬さおよび硬化深さが増大する傾向を示した。さらに、レーザー強度一定の下、照射パルス数を増加させることでも、最高硬さ及び硬化深さが増大する傾向が見られた。次に、硬化の原因を検証するため、レーザー照射表面に対するX線回折を行った。X線回折の結果、レーザー照射後の純鉄表層における不均一格子歪みの導入が確認された。以上のことから、硬化の原因はフェムト秒レーザー照射時に誘起される衝撃波によって純鉄表層が塑性変形を受け、格子欠陥が増大したことによるものであると考えられる。今年度は、フェムト秒レーザー駆動衝撃波が純アルミニウム試料表層から数百umまでの領域の結晶に及ぼす影響を調べた。大気中でフェムト秒レーザーを照射した純アルミニウムを、フッ酸により腐食し、光学顕微鏡で結晶粒径を測定したところ、変化は見.られなかった。

電子線後方散乱回折法によって照射部近傍の結晶方位変化を調べたところ、深さ20umから30umの領域の結晶方位が変化していることがわかった。透過電子顕微鏡で照射部近傍の組織を観察したところ、高密度な転位の集合体が確認された。電子線マイクロアナライザ法を用いて酸素の元素分析を行ったところ酸素は検出されなかったので、硬化に寄与するのは酸化物では無く、加工硬化であることが示された。フェムト秒レーザー駆動衝撃圧力負荷による高密度転位の導入は、高ひずみ速度塑性変形、ならびに急冷効果により達成されると考えられる。
部分多様体の微分幾何学的研究及び研究成果の効果的な情報交換システムの研究

微分幾何学は3次元Euclid空間における曲線や曲面の研究に端を発し、部分多様体論はその中心的な研究課題である。本研究の目的の一つは、部分的多様体の微分幾何学的研究及びそれに関連する分野の研究を推進、もう一つはこの分野における効果的な研究情報交換システムを構築し運用することである。そのために、平成9年度に、代表者と分担者で実施計画を検討し、各分担課題における研究目標の設定と重点項目の選定を行い、各分担者を中心とした研究組織を構成して研究活動を開始した。先ず、研究を進める上で効果的な情報交換を可能にするために、中村と濱田が中心になってメイリングリストシステムを構築して運用を開始した。現在では世界中のこの分野の研究者246名がメンバーになっている。各分担者の周辺で行われる研究の成果を報告したり、隣接分野から情報を得るために、平成9年度に4回、10年度に4回研究集会を開催した。これらは研究を推進する上で極めて有意義であり、特に外国人研究者を招聘した研究会は視野を広げる効果が大きかった。分担者が海外で開催された国際研究集会に参加して研究成果を報告し、諸外国の研究者達と情報交換をすることが出来たことも研究推進上大きなプラスになった。その結果は、リーマン多様体内の曲線(閉測地線、円、螺旋)およびそれによる部分多様体の研究においては、荻上、前田・足立、宇田川らが中心となり非常に大きな成果をあげてこの領域を多いに深めた。球面や複素射影空間内の曲面や実超曲面の研究に関して、前田・高木・北川らにより多くの興味ある結果が与えられた。特筆すべきことに、宮岡がE.Cartan以来の問題の球面内の等径超曲面の分類問題において目覚しい成果をあげた。また、S.S.Chernの研究に始まる複素空間形内の定ガウス曲率の極小曲面の分類問題で、釼持が大きな進展を与えた。リーマン面から対称空間への調和写像およびそれに関わる極小曲面の研究においては、江尻・大仁田・宇田川らが可積分系理論と関わる重要な前進を与えた。特異点論、結び目理論、ゲージ理論、モジュライ空間、可積分型の理論などの他の周辺分野から観点からも泉屋・大原・大仁田らにより本研究課題の研究がなされ新しい研究が与えられた。この研究課題の成果に基づき、今後の研究の新展開も大いに期待される。宇田川・大仁田・Guest・戸田・富岡等は可積分系の理論、gauge理論、twistor理論、loop群論等との関連を踏まえて調和写像の理論及び平均曲率一定な部分多様体・極小部分多様体の研究を推進している.1月には、極小曲面論や調和写像論で先進的な研究を展開している米国Massachusetts大学のFranzPedit教授を招併聘して研究集会「微分幾何における可積分性の研究」を開催し研究成果のreviewを受けた.伊藤・剱持・戸田・宮岡等は平均曲率一定な曲面の研究を多角的に推進している.

特に、平均曲率一定な曲面に対する「剱持の公式」は極めて有用である.江尻はEuclid空間内の全曲率が有限な極小曲面の研究を推進している.塚田は一般化されたHopf多様体の研究及び全測地的部分多様体の研究をし幾つかの具体的な多様体の全測地的部分多様体を決定した.足立・荻上・高木・前田等は多様体上の測地線・円・螺旋の形状を研究し、複素空間形の円及び螺旋の形状を完全に決定した.更に、部分多様体を測地線や円の外的形状によって決定する問題を研究し、特に各種射影空間標準的埋め込みに対して完全な結果を得ている.泉屋は同様な問題をMinkowski空間で研究している.塩浜は非負定曲率空間内の完備部分多様体が球面と同相になるための条件を決定した.宇田川・大仁田・Guest・戸田・宮岡等は可積分系の理論、gauge理論、twistor理論、loop群論等との関連を踏まえて調和写像の理論及び平均曲率一定な部分多様体・極小部分多様体の研究を推進している.9月には、調和写像論で先進的な研究を展開している英国Bath大学のFrancis Burstall教授を招聘して研究集会「調和写像の幾何学と解析学」を開催し研究成果のreviewを受けた.伊藤・剱持・戸田・宮岡等は平均曲率一定な曲面の研究を多角的に推進している.特に、平均曲率一定な曲面に対する「剱持の公式」は極めて有用である.江尻は2次元トーラスから3次元実射影空間へのエネルギー最小な調和写像の研究を推進している.塚田は一般化されたHopf多様体の研究及び全測地的部分多様体の研究をし幾つかの具体的な多様体の全測地的部分多様体を決定した.足立・荻上・高木・前田等は多様体上の測地線・円・螺旋の形状を研究し、複素空間形の円及び螺旋の形状を完全に決定した.更に、部分多様体を測地線や円の外的形状によって決定する問題を研究し、特に各種射影空間標準的埋め込みに対して完全な結果を得ている.泉屋は同様な問題をMinkowski空間で研究している.塩浜は共形平坦な部分多様体及び部分多様体の剛性を研究した.
微小管モーター蛋白質の運動方向決定機構の研究

モーター蛋白質の運動機構の解明において、運動方向の決定機構の解明は重要課題のひとつである。本研究では一次構造が類似する反面、運動方向性の異なる2種類の微小管モーター蛋白質、キネシンとNCDを用いてその解析をおこなった。まず第一に、モータードメインのN末端から約1/4、2/4、そして3/4がNCDで残りの部分がキネシンのキメラ蛋白質をPCR法をにより作製し大腸菌により産生した。得られた蛋白質について性質をしらべたところ、これらすべての蛋白質は微小管に結合するもののATPによる微小管からの解離はみられず、また微小管によるATPase活性の活性化が全く検出されなかった。よってこれらのキメラ蛋白質ではキATPase活性自体に致命的な欠陥が生じているものと考えられる。次に、N末端から約1/4がキネシンそしてその次の1/4がNCD、そして最後の2/4がキネシンのキメラ蛋白質、またN末端約2/4がキネシン、次の1/4がNCD、そして最後の1/4がキネシンのキメラ蛋白質についても作製し、同様に微小管との結合・解離性について、そしてATPase活性についても検討したが、これらのキメラ蛋白質においてもATPase活性に致命的な障害が生じていた。これらのことは、キネシン、NCDにおいてはできるかぎり全体の分子構造を損なわない形で分子を改変していく必要があることを示唆している。そこで、現在は改変する領域をアミノ酸10から13残基に限定したものを様々な領域で作製し、その生化学的性質および運動性について検討を行っている。予備的な結果ではあるが、これらのいくつかは微小管によるATPase活性の活性化の性質を保持していることが明らかになっている。今後、これら狭い領域を改変したキメラ蛋白質について運動方向性について詳細な検討をおこなう。