hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
広範な有機合成反応に活性を示す多機能メタルフリー窒素ドープ炭素触媒の開発

炭素材料にアンモオキシデーション法により窒素を導入して金属,金属酸化物に代わり得るメタルフリー多機能炭素触媒の開発を目標とした。種々の条件で窒素をドープした炭素材料をアルカリや金属が触媒となる有機反応に応用して,その触媒機能を調べた。窒素ドープ炭素はベンズアルデヒドとシアノ酢酸エチルのKnoevenagel縮合に活性を示し,活性と導入された窒素の中でピリジン型窒素量との間に良い相関が認められた。ヒドラジンによるニトロベンゼン還元にも活性が認められ,炭素表面上の窒素と酸素の総量で変化することが分った。更に,キサンテンの空気酸化にも触媒活性を示すことを見出した。本年度は活性炭(AC)の他にポリアクリロニトリルから空気焼成して調製した炭素種(PAN)を出発原料として,窒素ドープ試料を作製した。窒素ドープは,アンモニア処理,空気とアンモニア混合ガスによるアンモオキシデーション処理,一酸化窒素処理で行った。これらの窒素ドープ炭素試料の触媒活性をベンズアルデヒドとシアノ酢酸エチルのKnoevenagel縮合,酢酸エチルとメタノールのエステル交換,およびキサンテンの空気酸化ついて調べた。Knoevenagel縮合の生成物であるシアノケイ皮酸エチルの収率の窒素ドープ法による違いは,ACとPANいずれの炭素種でもアンモオキシデーション処理≒アンモニア処理>一酸化窒素処理>未処理であった。また,この反応に対する触媒活性は出発炭素材料によっても異なり,ACよりもPANの方がより高い活性の触媒を与えることが分かった。X線光電子分光法により炭素表面にドープされた窒素の量と状態を調べたところ,種々の窒素ドープ炭素のKnoevenagel縮合に対する活性はピリジン型表面窒素種の量と良い相関が認められ,この型のドープ窒素が活性発現に関与していると考えられた。Knoevenagel縮合とは異なり,PANに窒素ドープした触媒はエステル交換とキサンテン酸化に全く活性を示さなかった。これらの試料のX線光電子分光測定の結果から,これら二つの反応に対する活性には単にドープした窒素の種類と量だけではなく,表面酸素種の量も重要であり,表面C=O種の量が多いと低い触媒活性となることが分かった。以上のように,窒素ドープ炭素の出発物質を変えるとそれらが活性を示す対象反応も異なることが明らかになった。炭素網面構造内の電子は共鳴構造を持つと考えられるが,その構造が窒素種や酸素種の導入でどのように変化するのかが触媒活性に重要であると思われた。活性炭等の炭素材料の表面や構造内に存在する含窒素基や含酸素基の量や種類を調整すると触媒活性を示す。このようなメタルフリー炭素材料は,既存の希少で高価な金属ベース触媒の代替になることが期待される。本研究では,活性炭を窒素ドープ,酸化処理,還元処理で表面修飾した触媒をニトロベンゼン(NB),スチレン(ST),ニトロスチレン(NS)のヒドラジン還元に応用しその触媒性能・特徴を調べた。市販の活性炭(AC)を原料として,アンモニア単独あるいはこれと空気の混合ガスによる窒素ドープ,過酸化水素水による酸化処理,ヒドラジンによる還元処理を施した種々の炭素触媒を調製した。表面の化学成分はX線光電子分光法(XPS)で調べた。NBの水素化では,ACの触媒活性は還元処理すると低下したが,酸化処理あるいは窒素ドープでは逆に上昇した。XPSで求めたAC上の窒素種と酸素種の表面濃度と触媒活性との関係を調べたところ,活性は酸素種と窒素種の表面濃度の和と良い相関関係にあることが分った。炭素網面構造へヘテロ原子が導入されることに伴う周辺炭素原子の電子状態の変化が触媒としての機能を向上させたと推測した。炭素表面に生じた極性部分にニトロ基が吸着されやすくなるためと推察した。調製したいずれの炭素材料もSTの水素化には不活性であった。STは炭素表面に吸着しないと思われる。しかし,NSの還元には活性で,ニトロ基とビニル基の還元が認められた。炭素表面にニトロ基を介して吸着したNSのビニル基も還元される。このように炭素表面を窒素あるいは酸素で修飾した炭素は,基質選択的な還元反応に有効な触媒となることを見出した。得られた成果は2014年7月京都で開催される触媒化学の国際会議TOCAT7で発表する。本年度は活性炭を出発炭素原料として,種々の方法で窒素ドープ試料を作製した。これらの方法で調製した窒素ドープ炭素試料の過酸化水素分解,Knoevenagel縮合,エステル交換,酸化反応等で調べた。その結果,いずれの反応に対しても窒素ドープにより活性は顕著に向上し,窒素ドープが活性点の生成・発現に寄与していることを確認した。

X線光電子分光法により炭素表面にドープされた窒素の量と状態を調べたところ,触媒活性と窒素ドープ量の間に関連性は認められず,ある特定の型のドープ窒素が活性に関与しているものと推察した。Knoevenagel縮合は,ベンズアルデヒドとシアノ酢酸エチルを反応基質として行った。生成物シアノケイ皮酸エチルの収率は窒素ドープ処理によって異なり,アンモニア処理=アンモオキシデーション処理>一酸化窒素処理であった。エステル交換反応は酢酸エチルとメタノールで行った。生成物酢酸メチルの収率はKnoevenagel縮合の場合と異なり,アンモニア処理>アンモオキシデーション処理>一酸化窒素処理であった。X線光電子分光測定から異なる型の窒素量を見積もり活性との相関を調べたところ,Knoevenagel縮合ではピリジン型窒素と比較的良い相関が認められ,この型のドープ窒素が活性発現に関与していると考えられた。しかし,エステル交換ではどの型の窒素量とも良い相関は認められなかった。活性発現には他の化学種(例えば表面酸素)も関係しているのではないかと思われた。Knoevenagel縮合とエステル交換は塩基性物質が触媒となる反応であるが,本窒素ドープ炭素は金属あるいは金属酸化物を触媒とする空気酸化(キサンテンを基質とした)にも活性を示すことが分った。出発物質の異なる窒素ドープ炭素の触媒活性を調べた結果から,Knoevenagel縮合に対する活性発現にはピリジン型窒素種が関与していると考えられること,一方,エステル交換とキサンテン酸化に対する活性発現には,単にドープした窒素だけではなく,表面酸素種の種類や量も重要な因子であることを明らかに出来た。窒素ドープした炭素材料が,塩基触媒反応と考えられているKnoevenagel縮合やエステル交換反応に活性を示すこと,更に,金属や金属酸化物が触媒となる過酸化水素分野や酸化反応にも活性であることを示すことが出来た。即ち,窒素ドープ炭素材料は触媒として多機能であることを具体的に明らかにすることが出来た。窒素ドープ炭素材料が多機能的な触媒作用を持つためには,ドープ窒素種と表面酸素種の両者をコントロールすることが重要であることを示すことが出来た。しかし,その詳細は十分には解明出来なかった。今後はこれを検討するために炭素網面構造の電子状態が窒素種や酸素種の導入によりどのように変化するのかを計算化学的手法で検討したい。また,これと同時に,窒素ドープ炭素材料を他の化学反応に応用して有効性の展開を図りたい。窒素ドープ炭素材料が,塩基,金属,金属酸化物等が触媒となる複数の反応に活性を示す多機能触媒となり得ることを示すことが出来た。しかし,窒素ドープによってどのような化学構造の活性点が生成しているかは十分には解明出来なかった。今後は窒素ドープ炭素材料を他の化学反応に応用してその有効性を調べるとともに,活性点構造の解明に力を注ぎたい。そのためには活性炭とは異なる炭素を出発材料とするなどの工夫が必要と考ええている。該当なし
レ-ザ-内耳手術の検討

アルゴンレ-ザ-を卵形嚢(モルモット)に照射し、これを摘出して走査電子顕微鏡で観察すると、照射された位置にスポットサイズと同型の陥凹が認められる。透過型電顕により感覚上皮を観察すると、感覚細胞、支持細胞ともに基底膜より遊離している。しかし、結合織ならびに基底膜の変化は軽微である。この感覚上皮の変化は直後は照射のスポットサイズの2倍ほどであるが時間をへるにしたがい周辺に拡大し最終的には感覚上皮は消失し、10週後には一層の扁平な細胞におきかえられる。一方、耳石は局所に遊走したマクロファ-ジに取り込まれ、消化されている様子が観察され、内リンパ腔にはマクロファ-ジが多数散見される。内リンパ嚢では4日後をピ-クとしてマクロファ-ジが多数観察されたが、はっきりした耳石の形を残したものは見られなかった。また、intermediate portionの上皮細胞内では小空胞が多数認められた。耳石は2週後には内リンパ腔から全く消失してしまう。ヒトの内耳においてもアブミ骨を摘出すると耳石斑が透視できる。アルゴンレ-ザ-で膜迷路のdark cell areaを照射すると膜に穿孔を生じることを確かめたが、幸い卵形嚢斑、球形嚢斑の部位にdark cell areaはなく、照射の影響は主に感覚上皮に与えることが認められた。半規管膨大部の照射は前半規管、外側半規管についてはアブミ骨摘出後、角度のついたブロ-ブで膨大部神経を照射することで到達可能である。熱の影響を考え、照射回数を重ねる場合は充分な間隔が必要である。照射による温度上昇は1回照射が1.5w,0.5sの場合は回復に約20秒を要することが判明した。アルゴンレ-ザ-を一側の卵形嚢斑に照射すると麻酔からさめた直後には麻痺性の自発眼振を生じたが1日後には自発眼振は全く認められなくなった。この時に右下、左下頭位で下向性の頭位眼振が確認された動物があった。この頭位眼振も翌日には消失した。1週後位から温度眼振反応の回復がみられた。この間の耳石膜の変化を形態学的に観察すると、術後2日で感覚上皮は耳石とともに基底膜から離脱するが内リンパ腔全体に散らばることはなく感覚上皮直上に存在し、そこにマクロファ-ジの遊走がみられた。多数のマクロファ-ジに耳石がとりこまれ、消化されていく像が観察された。この結果、2週間後には耳石は全く消失してしまった。一方卵形嚢斑表面は一層の立方上皮で覆われ、10週後になると基底膜直下の結合織、神経、血管の退縮がみられた。アルゴンレ-ザ-による耳石器の照射で最も特徴的なことは膜迷路が影響を受けず全く変化しないことである。外リンパ・内リンパ・膜迷路ともにレ-ザ-光がそのまま通過すると考えられる。このように内リンパ腔が正常のまま保たれるということは内耳の機能保全上特に大事である。そのため上述の如く、選択的に卵形嚢を破壊したモルモットでも外側半規管の機能が保たれ温度眼振反応が回復したのだと考えられた。今回我々は顕微鏡装着型とハンドピ-ス型の2種類のアルゴンレ-ザ-を用いた。出力・照射時間・回数が同じであるが、スポットサイズのみ違うので、単位面積当りのエネルギ-が異なると考えられる。しかしどちらのレ-ザ-でも組織上の変化には大差がなかったので、どちらのスポットサイズでも膜迷路の変化はなかった。

アルゴンレ-ザ-を卵形嚢(モルモット)に照射し、これを摘出して走査電子顕微鏡で観察すると、照射された位置にスポットサイズと同型の陥凹が認められる。透過型電顕により感覚上皮を観察すると、感覚細胞、支持細胞ともに基底膜より遊離している。しかし、結合織ならびに基底膜の変化は軽微である。この感覚上皮の変化は直後は照射のスポットサイズの2倍ほどであるが時間をへるにしたがい周辺に拡大し最終的には感覚上皮は消失し、10週後には一層の扁平な細胞におきかえられる。一方、耳石は局所に遊走したマクロファ-ジに取り込まれ、消化されている様子が観察され、内リンパ腔にはマクロファ-ジが多数散見される。内リンパ嚢では4日後をピ-クとしてマクロファ-ジが多数観察されたが、はっきりした耳石の形を残したものは見られなかった。またintermediate portionの上皮細胞内では小空胞が多数認められた。耳石は2週後には内リンパ腔から全く消失してしまう。ヒトの内耳においてもアブミ骨を摘出すると耳石斑が透視できる。アルゴンレ-ザ-で膜迷路のdark cell areaを照射すると膜に穿孔を生じることを確かめたが、幸い卵形嚢斑、球形嚢斑の部位にdark cell areaはなく、照射の影響は主に感覚上皮に与えることが認められた。半規菅膨大部の照射は前半規管、外測半規管についてはアブミ骨摘出後、角度のついたブロ-ブで膨大部神経を照射することで到達可能である。熱の影響を考え、照射回数を重ねる場合は充分な間隔が必要である。照射による温度上昇は1回照射が1.5w,0.5sの場合は回復に約20秒を要することが判明した。
メチル化異常による先天奇形症候群における5－ヒドロキシメチルシトシンの役割の解明

近年、ゲノムDNA中に発見された5-ヒドロキシメチルシトシン(5-hydroxymethyl C: 5hmC)は、5-メチルシトシン(5-methyl C: 5mC)の酸化産物であり、DNA脱メチル化機構の一翼を担っていることから、「第6のDNA塩基」として注目されている。しかしながら、ヒトメチル化異常疾患において、5hmCの解析は現在まで全くなされていない。メチル化異常によるヒト先天奇形症候群症例を集積し、原因となっているインプリンティング調節領域のメチル化異常において5hmCがどのように関与しているかを解明することが本研究の目的である。低メチル化または高メチル化のエピ変異に起因するゲノムインプリンティング異常関連疾患約300症例の末梢血からDNAを抽出し、5mCおよび5hmC特異的抗体を用いた免疫沈降法を行った。沈降サンプルに対し各インプリンティング調節領域(ICR)にプライマーを設定し、定量PCRを用いてICRごとに5mCおよび5hmCのアレル別の分布を調べた。最初に免疫沈降法の条件検討を綿密に行い、5mCと5hmCの交差反応を最小限に最適化した。現在解析が進行中であるが、これまでの解析の結果、ICRにおいては5mCと5hmCは同アレルに存在することが判明した。この結果は、5hmCが脱メチル化と関連し、特に低メチル化のエピ変異において何らかの役割を果たす可能性を示唆する。別の手法(酸化バイサルファイト法)による解析の準備も同時に進めており、ゲノムインプリンティングと5mC/5hmCの挙動の関連が解明されることが今後期待される。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
歯科領域におけるヘルペスウィルスの潜伏・再発機構に関する研究

著者らは,単純疱疹ウイルス(herpes simplex virus:HSV)が,歯肉経由で三叉神経節に急性感染および潜伏感染を起こすが,更には歯科的侵襲によって潜伏ウイルスが活性化されるかを調べることを目的に本研究を遂行した. 5-6週齢Balb/Cマウスの上顎歯肉に, HSVI型F株の106個のウイルスを接種した. Homosenization法およびExplant法で調べた結果,同ウイルスが三叉神経節に急性感染を生じた後,潜伏感染へと移行することが明らかとなった.また,ウイルス感染後に家兎抗HSV抗体で受身免疫をした場合にも,潜伏感染が成立した.同抗体は5週後には検出されず,再感染によって抗体が産生されることが判明した.このことは,血中抗体の測定によって,ウイルスの活性化(再発)を知ることが可能であることを示唆する.従って,従来のようにマウスの三叉神経節を摘出して調べる必要がなくなった.次に同マウスモデルを用いて,ドライアイスおよびストマレーザーによってウィルスの活性化が生ずるかを調べた.ドライアイス(10秒間11回, 9日間)をウイルス接種部位に接触させることによって, 58.3%のマウスにウイルスの活性化が認められた(血中抗体価の測定).一方,歯科治療(再発性アフタ等)に用いられるストマレーザー(0.5mV, 904mm)照射によっては,ウイルスの活性化は生じなかった.以上のように,免疫的操作を加えず,単に神経に刺激を加えること,あるいは上皮に刺激を加えることによって再発が生ずることから,種々の刺激が潜伏ウイルスを活性化するものと考えられる.我々の確立したマウスモデルは,歯科領域における再発因子を調べる際に,また再発抑制因子を調べる際に有用と考えられる.著者らは,単純疱疹ウイルス(herpes simplex virus:HSV)が,歯肉経由で三叉神経節に急性感染および潜伏感染を起こすが,更には歯科的侵襲によって潜伏ウイルスが活性化されるかを調べることを目的に本研究を遂行した. 5-6週齢Balb/Cマウスの上顎歯肉に, HSVI型F株の106個のウイルスを接種した. Homosenization法およびExplant法で調べた結果,同ウイルスが三叉神経節に急性感染を生じた後,潜伏感染へと移行することが明らかとなった.また,ウイルス感染後に家兎抗HSV抗体で受身免疫をした場合にも,潜伏感染が成立した.同抗体は5週後には検出されず,再感染によって抗体が産生されることが判明した.このことは,血中抗体の測定によって,ウイルスの活性化(再発)を知ることが可能であることを示唆する.従って,従来のようにマウスの三叉神経節を摘出して調べる必要がなくなった.次に同マウスモデルを用いて,ドライアイスおよびストマレーザーによってウィルスの活性化が生ずるかを調べた.ドライアイス(10秒間11回, 9日間)をウイルス接種部位に接触させることによって, 58.3%のマウスにウイルスの活性化が認められた(血中抗体価の測定).一方,歯科治療(再発性アフタ等)に用いられるストマレーザー(0.5mV, 904mm)照射によっては,ウイルスの活性化は生じなかった.以上のように,免疫的操作を加えず,単に神経に刺激を加えること,あるいは上皮に刺激を加えることによって再発が生ずることから,種々の刺激が潜伏ウイルスを活性化するものと考えられる.我々の確立したマウスモデルは,歯科領域における再発因子を調べる際に,また再発抑制因子を調べる際に有用と考えられる.本研究の目的はHerpes simplex virus(HSV)【I】型と三叉神経支配領域の歯髄、歯周組織などにおける疾患との病因論的因果関係を動物モデルを用いてウイルス学的に、神経病理学的に追究することにある。61年度の目的は、上記の目的を達成するために、その基本となるHSVの口腔組織経由による三叉神経節内急性増殖感染を確認し、更に同神経節内で潜伏感染へ移行するかを知ることにあった。6-8週齢Balb/cマウスの上顎右側歯肉及び右側下唇にHSV-【I】型の2.5-3X【10^6】PFUを接種した。感染後5日目に、三叉神経節を摘出し、これを乳濁化(ホモジナイズ法)、感染性ウイルスの証明を試みた。その結果、右側上顎歯肉及び右側下唇経由で、HSVが三叉神経節に到達し、急性増殖感染を起すことが認められた。しかも、ウイルス接種を受けた側の神経節のみに感染が成立し、反対側の神経節にはウイルスが到達しないことが明らかにされた。次に潜伏感染が成立したか否かを知るために、感染1か月後に、神経節を乳濁化しin vitroで培養した。一方では、神経節を一魂として培養した(Explant法)。その結果、HSVは右側上顎歯肉経由で、同側三叉神経節に潜伏感染を起すことが示された。その頻度は60%で、残りの40%のマウスからHSVを検出できなかった。これは接種ウイルス量と関係しているかもしれない。現在、我々はn-Butyric acidがin vitroでHSVの感染力を高めることを見い出し、この使用を検討中である。下唇経由でHSVを接種したマウスの三叉神経節にウイルスを証明できなかった。このルートの場合、一般に検出率が悪いと報告されているが、我々の場合、検出が皆無であった。接種ウイルス量、n-Butyric acidの使用の検討の余地がある。

以上の研究結果から、HSVは上顎歯肉経由で三叉神経節に潜伏感染することが証明された。この系を用いて、ウイルスの再発機構及びその因子(抜歯、レザー照射など)の解明の予定である。
地方小都市のアイデンティティとアメニティの評価に関する研究

都市が機能性、利便性のみを追いかけてきた反省として、現在、都市環境にアイデンティティ、アメニティがもとめられている。地方小都市も同様であるが、生活環境整備の手法が大都市のそれとは根本的に異なるにも拘らず、大都市の手法が安易に導入されている現状であり、地域によっては在来の生活環境との間に乖離を生じている状況もみられる。一方、地域研究の方でも、小都市のアメニティ、アイデンティティに関する評価手法は未だ確立されていない状況である。本研究では、地方小都市のアメニティ、アイデンティティの評価手法の確立を目指して、研究を行った。研究成果の概要は、ほぼ次のようになる。先ず、研究の目的にかんがみ、アメニティ、アイデンティティの評価視点の重層性を確認した上で評価視点の秩序付けを行った。次に、研究分担者の専門分野別に、アメニティ、アイデンティティにとって重要と考えられる具体的なテーマを選定し、分野別に評価の手法を検討した。専門分野の主要テーマは自然・歴史資源、水縁空間、ニュー・メディア、イヴェント、地域分類、住民意識である。次に、上記の専門分野別評価に基づき、また、全国事例地の調査を参考にして、アイデンティティとアメニティの関係について考察を試み、さらに、環境造成に関するアメニティ・コードを作成した。アイデンティティはアメニティ造成の際の与件となること、アメニティは社会的背景に基づく総体的価値観であること、アメニティ・コードは大きく5つの条件に分類出来ることを提示した。最後に、新しい造成地、古い町並みの2つのモデル地区を選定し、アメニティ、アイデンティティを考慮した場合の計画の提示を試みた。本研究の進め方は、初年度に於て研究分担者が共通の調査地で調査を行い、共通課題を認識し、次年度からは、個別に調査を行った成果を持ち寄り、評価手法を検討するという方法をとった。1.評価基準の策定研究分担者の討論形式により、アメニティとアイデンティティの評価基準の大綱と、各研究分担者の研究内容の位置ずけを明確化した。アメニティの造成は、アメニティ素材,造成手法,場の効果からなり、それぞれアイデンティティを含む評価尺度が存在すること,アメニティ要素は、「はれ」「け」を一例として多次元分類が必要であること,アメニティ要素結合パターンに、相乗的結合と排他的結合のあること等が、本年度の結論として認識された。2.那珂川流域小都市のアメニティ・アイデンティティの調査解析宮沢・藤本・尾立は、行事,組織,町ずくり,町並みの関連解析を目的とし、烏山町の祭事「山上げ」を中心に、「山上げ」の実態,住民の行事に対する評価等を解析した。古池・永井は、アメニティの地域類型を目的に、那珂川流域小都市の地形,地勢,土地利用,歴史的資源,交通体系を調査し、クラスター分析により地方小都市の地域特性の解析をした。千賀は、農業用水の利水,親水の歴史的把握を目的に、大田原市,湯津上村を中心に農業用水利用の実態調査を行い、変遷過程として上水機能衰退期,遊水機能衰退期,公共機能衰退期の三期が明確に存在することを明らかにした。3.アメニティ要素結合実態調査アメニティ造成におけるアメニティ要素の結合パターンの実態調査として、次のアイデンティティをもつ調査地を()の要素結合関係を主体に、研究分担者が分担して調査した。北海道音威子府村(雪と地場産業),高知県中村市(河川環境と水産資源),大分県湯布院町・玖珠町(行事と町ずくり),滋賀県近江八幡市・岐阜県八幡町(水辺空間と町並み)。

本研究は,大都市のそれとは異る小都市のアイデンティティとアメニティの評価手法を確立しようとするものである.研究実積の主体は,前年度の継続調査であるが,本年度は総合的なアメニティ計画作成の準備段階として,ケーススタディ地区におけるアイデンティティの詳細調査を追加した.1.那珂川流域小都市を中心とするアイデンティティ・アメニティの調査宮沢・藤本・尾立は,継続調査として,烏山町「山あげ」の評価,新規調査として同烏山町における景観形成評価に関する調査を行った.「山あげ」は住民のアイデンティティ意識に大きく影響すること,年令,居住歴,宮座内外で大きく異ることを確認した.古池は,アメニティの情報環境に関し,茂木町CATVを事例として住民意識調査を行い,同シスムが住民意識の均一化に影響を与えていることを明らかにした.永井は,栃木市の蔵の町並に対する住民各層の意識を調査し,蔵の町並の活用策に対する合意形成の可能性を検討した.千賀は,会津若松市,河内町,湯津上村の用水の多重利用調査を行い,地域の分類に基づく水質とアメニティ基準を作成した.2.アメニティ要素結合実態調査アメニティ要素結合パターンの実態調査として,前年度に引き続き,今年度は, ()のアイデンティティをもつ次の調査地を,研究分担者が分担して調査した.北海道占冠村(地場産業と観光),広島県竹原町,津山町(伝統的建造物と景観),福島県三春町,三島町(組織運動と町づくり),福島県泉崎村(人材養成と村づくり)3.アメニティ計画作成のための準備調査総合的なアメニティ形成のための計画作成を目的とし,ケーススタディ地区の一例として,栃木県湯津上村を対象とし,研究分担者全員で,アイデンティティに関する詳細調査を行った.本年度は、前年度までの分野別調査結果に基づき、アメニティ、アイデンティティの評価手法を全体的な立場から調整し総合化することを主眼において研究を行った。研究実績の概要は次のとうりである。1.専門分野別に評価手法の補完調査を行った(自然・歴史資源については景観構造、水縁空間については親水空間の意義づけ、ニュー・メディアについてはCATVの効果、イヴェントについては「ケ」の空間への影響)2.小都市の特徴を把握するため、栃木県内49市町村をアイデンティティの立場から都市分類し、また別に小領域の地区間比較を行うためのモデル都市を選定して地区分類し、それぞれの分類に基づいてアメニティ評価の相違点をアンケートにより検討した。3.上記の調査結果に基づき、環境造成におけるアメニティ・コードを作成した。アイデンティティは環境造成におけるアメニティの与件として考えること、アメニティの評価基準は時代、社会的背景により変化するものである等の推論を提示した。4.モデル地区として新造成地、旧市街地の2ケ所を選定し、地域開発におけるアイデンティティの発掘手法とアメニティの造成方法を提示した。5.研究報告書の作成。報告書の内容は概ね以下のとうりである。(1)アイデンティティとアメニティの基本的考え方(2)専門分野別のアメニティ、アイデンティティに関わる評価視点1)自然・歴史資源2)水縁空間3)ニュー・メディア4)イヴェント5)地域分類6)住民意識(3)アイデンティティとアメニティの評価手法(4)モデル地区におけるアメニティ計画
喘息における疾患パスウェイ解析

研究では同一患者の発作時と非発作時の遺伝子発現を全遺伝子的に比較することにより、喘息発作というイベントにより変化する遺伝子タンパク質群を同定し、疾患パスウェイを構築することを目的とする。小児アトピー性喘息患者を対象としてインフォームドコンセントを得られた患者から発作時(中発作および大発作),非発作時、コントロールの静脈血採血を行い、末梢血から単核球を分離した。単核球からTotal RNAを精製し、蛍光標識したものをIntelliGene HS Human Expression CHIP、およびIllumina BeadArrayを用いて解析することにより、発作時、非発作時で変動する遺伝子を同定した。解析にはGeneSpringを用いた。解析の結果、発作時で発現が有意に変動している26遺伝子を得た。そのうち5つの遺伝子では定量的PCRによりそれらの遺伝子が発作時に有意に変動していることが確認された(Aokiら、論文投稿中)。プロテオーム解析では遺伝子発現解析と同様に作時と非発作時に採取された静脈血から得られ血漿を使用して蛍光二次元電気泳動法を行った。発作時と非発作時において統計学的に有意な変化(p<0.05)であり、かつ非発作時と比較して発作時に1.1倍以上の変化が認められた48スポットを確認した。それらのスポットについて質量分析を行い、39スポット、19タンパク質を同定した。発作時において有意な変動が認められたタンパク質についてELISA法、ネフェロメトリーなどによりさらにサンプルを増やして解析したところ、α1アンチトリプシンおよびcomplement component 7が喘息発作時に有意に増加していることを見出した(Nishiokaら、Proteomics Clin App1, 2008)。本研究では同一患者の発作時と非発作時の遺伝子発現を全遺伝子的に比較することにより、喘息発作というイベントにより変化する遺伝子群を同定し、疾患パスウェイを構築することを目的とする。小児アトピー性喘息患者を対象としてインフォームドコンセントを得られた患者から発作時(中発作以上),非発作時の静脈血採血を行い、末梢血から単核球を分離した。単核球からTotal RNAを精製し、蛍光標識したものをIntelliGene HS Human Expression CHIP、およびIllumina Bead Arrayを用いて解析することにより、同一人物の発作時、非発作時で変動する遺伝子を同定した。そのうち5つの遺伝子では定量的PCRによりそれらの遺伝子が発作時に有意に変動していることが確認された。プロテオーム解析では遺伝子発現解析と同様に発作時と非発作時に採取された静脈血から得られ血漿を使用して蛍光二次元電気泳動法を行った。発作時と非発作時において統計学的に有意な変化(p<0.05)であり、かつ非発作時と比較して発作時に1.1倍以上の変化が認められた49スポットを確認した。現在ELISA法などにより、発作時において有意な変動が認められたタンパク質の解析が進行中である。本研究では同一患者の発作時と非発作時の遺伝子発現を全遺伝子的に比較することにより、喘息発作というイベントにより変化する遺伝子タンパク質群を同定し、疾患パスウェイを構築することを目的とする。単核球からTotal RNAを精製し、蛍光標識したものをIntelli Gene HS Human Expression CHIP、およびIllumina Bead Arrayを用いて解析することにより、発作時、非発作時で変動する遺伝子を同定した。解析にはGene Springを用いた。

プロテオーム解析では遺伝子発現解析と同様に発作時と非発作時に採取された静脈血から得られ血漿を使用して蛍光二次元電気泳動法を行った。発作時と非発作時において統計学的に有意な変化(p<0.05)であり、かつ非発作時と比較して発作時1.1倍以上の変化が認められた49スポットを確認した。それらのスポットについて質量分析を行い、39スポット、19タンパク質を同定した。発作時において有意な変動が認められたタンパク質についてELISA法、ネフェロメトリーなどによりさらにサンプルを増やして解析したところ、α1アンチトリプシンおよびcomplement component7が喘息発作時に有意に増加していることを見出した(Nishiokaら、Proteomics Clin Appl,2008)。
表面処理工程より発生する含クロム・含重金属スラッジの無害化処理

表面処理工業における排水処理より回収されるスラッジは、多くの水分を含むとともにクロムのような重金属の水酸化物を含んでいる。この産業廃棄物を減容・減量するとともに軟磁性材料としてのリサイクルを行なう目的で、スラッジの焼成処理について研究を行なった。これまで焼成条件により6価クロムが生成することが指摘されていたが、その生成割合は、スラッジ中の水分が十分に除去されない400°C付近で焼成した場合に極大を示すことが明らかとなり、比較として行なった試薬の水酸化クロムを焼成する実験でも同様に300°C付近で6価クロムの生成が極大となった。さらに焼成温度を上げ、スラッジがアモルファス状態より結晶化が進行すると、それに従い6価クロム生成量は減少し、試験対象としたスラッジでは900°C以上の焼成温度で環境基準をほぼ満足する6価クロム濃度に低下した。次にスラッジ中に共存する元素の6価クロム生成に対する影響を調査するため、試薬の水酸化クロムに、スラッジの主成分である水酸化ニッケル、水酸化銅、水酸化亜鉛、水酸化鉄の各試薬を混合した人エスラッジを作成し、大気中200°Cから700°Cの各温度で焼成実験を行ない、6価クロム生成割合や結晶形態について調査した。その結果、水酸化クロムと他の水酸化物1種のみを混合し焼成した揚合では、水酸化銅を加えた場合にある程度の6価クロム生成の抑制効果があったものの、水酸化ニッケル、水酸化亜鉛、水酸化鉄との組み合わせでは、水酸化クロム単独で焼成した場合と6価クロム生成割合は大差が無かった。しかしこれらの水酸化物を、研究対象としたスラッジと同様の割合で混合した揚合は実際のスラッジと同様に6価クロムが抑制された。表面処理工場の廃水処理設備より排出されるスラッジは水分を90%近く含んでいる。この水分を除去するには焼成を行うことがまず提案されるが、スラッジにクロムが含まれている場合、焼成条件により6価クロムが生成する。本研究では、スラッジ中の3価のクロムが焼成中に6価に酸化されやすい温度、気相雰囲気、スラッジ組成等について、実際に表面処理工場より回収されたスラッジを用いて実験を行った。その結果、大気中で焼成を行った場合、焼成温度が400°C600°Cでスラッジの結晶形態がアモルファス状態よりスピネル型に変化し、またその温度付近で6価クロム生成量が極大となることがわかった。また各種の添加剤を加え、6価クロム生成の抑制作用について調査したが、活性炭やグリセリン等の還元剤は、多少の6価クロム抑制が見られるものの十分な効果は得られなかった。また硫酸第一鉄および硫酸第二鉄はともにスラッジがアモルファス状態の温度範囲でかなりの6価クロム抑制効果が得られた。焼成温度を600°C以上に上昇させてゆくとスラッジ中の6価クロム生成量は徐々に減少した。スラッジの組成にもよるが、800°C以上で排出基準値を満足する低い6価クロム生成量となることが確認された。磁性材料を作成するために酸化第一鉄あるいは酸化第二鉄を加えた試料では、ともに800°C以上の焼成温度で軟磁性体の材料が合成され、また6価クロム生成量も排出基準値を満足するものが得られた。またスラッジと酸化第二鉄添加割合を変化させることにより、90%以上の磁性体回収率を得ることができた。表面処理工場等の廃水処理設備より排出されるスラッジは水分を多量に含んでいるため、廃棄物として処理する場合に効率が悪い。

そこでスラッジを焼成して減量・減容をはかることが提案されるが、焼成の条件により有害な6価クロムが生成することが知られている。15年度の研究では、実際に工場より排出されたスラッジを焼成し、実験結果として400600°Cでスラッジの結晶形態がアモルファス状態よりスピネル型に変化し、またその温度付近で6価クロム生成量が極大となることなどを明らかにした。それらの結果を受け、16年度の研究では試薬より合成したスラッジを用い、スラッジ中のどのような成分が6価クロム生成に影響を及ぼすかを調査した。具体的には試薬の水酸化クロムに、実スラッジの主成分である水酸化ニッケル、水酸化銅、水酸化亜鉛、水酸化鉄(III)の各試薬をそれぞれ所定のモル比で混合し、それら試料を大気中200800°Cで焼成し、脱イオン水中で6価クロムの溶出試験を行った。その結果、6価クロム生成量が極大となる温度範囲は300400°Cとなり、実スラッジの結果より低温側に移行した。また、ニッケル、銅、亜鉛、鉄の各元素について6価クロム溶出抑制の効果を比較したところ、銅がその効果が最も高く、次いで3価の鉄、亜鉛の順であった。ニッケルについては、逆に6価クロム生成を増加させる結果が得られた。実スラッジと同様の組成となるようクロム(III)、ニッケル、銅、亜鉛、鉄(III)の各水酸化物を混合した合成スラッジを焼成し、6価クロム溶出試験を行ったところ、実スラッジの場合より6価クロムが多く検出された。これらの結果より実スラッジ中の他の成分、例えば硫酸塩などが6価クロム生成を抑える効果があることが推察された。
集団的移動によるがん細胞浸潤の分子機序の解明

がん細胞集団のleadingcell (LC)においてfollowing cell(FC)と比較してintegrin β1の発現が上昇していることを見出し、それが転写調節因子であるRFPとMRTF-Bの協調的な機能によって制御されていることを見出した。LCの先導端において細胞間接着が消失することでRhoの活性化を介してRFP/MRTF-B複合体形成が促進され、この複合体がintegrin β1のmRNAを標的とするmiRNA-124の発現を抑制することでLC特異的にintegrin β1が発現上昇することを明らかにした。これらの結果から、がん細胞集団内においてHeterogeneityがいかに確立されるのか、その分子機構のモデルを提唱する。がん細胞の浸潤に関する研究では、上皮ー間葉転換(Epithelial-Methenchymal Transition: EMT)を経た単一細胞へと変化することが浸潤性を獲得するうえで重要であると着目されてきた。しかし、多くのがんの浸潤過程において細胞が集団を形成して移動する現象(集団的移動)が観察されており、がんの浸潤・転移において非常に大きな役割を担うと考えられている。これらの細胞集団では先端部のleadingcell(LC)とそれに続くfollowing cell(FC)の間に細胞特性の違いがみられ、このような異質性(heterogeneity)が集団的移動に必要とされているが、その違いを生み出す分子機序については不明である。本研究で我々は、がん細胞集団のLCにおいてFCと比較してintegrin β1の発現が上昇していることを見出し、それが転写調節因子であるRFPとMRTF-Bの協調的な機能によって制御されていることを見出した。FCが周囲を他の細胞との接着に囲われているのに対し、LCの先導端にでは細胞間接着が消失しており、それによってRhoの活性化が惹起され、活性化されたRhoによってRFP/MRTF-B複合体形成が促進することを明らかにした。この複合体がintegrin β1のmRNAを標的とするmicroRNA-124(miR-124)のプロモーター上で形成されることでmiR-124の発現を抑制し、LC特異的なintegrin β1の発現上昇を引き起こすことが判明した。これらの結果から、がん細胞集団内においてHeterogeneityがいかに確立されるのか、その分子機構のモデルを提唱した。RFPと相互作用するタンパク質としてMRTF-Bを同定し、A431細胞で細胞間接着が失われた条件下でRFPとMRTF-Bが結合すること、さらにMRTF-Bの172-360アミノ酸の領域がRFPとの相互作用に必須であることを明らかにした。MRTF-Bのノックダウン実験から、MRTF-BがRFP同様にleading cellにおいてintegrin β1の発現を上昇させていることを見出した。これらの結果から、RFPが細胞間接着の有無に依存してMRTF-Bとの結合性を変化させ、leading cellにおけるintegrin β1の発現制御を行なっているという仮説を立て、研究を継続している。転写阻害剤あるいは翻訳阻害剤を用いた実験から、転写阻害剤ではintegrin β1の発現上昇は阻害されない一方、翻訳阻害剤では発現の上昇が見られなくなるという結果を得た。このことからintegrin β1の発現が転写後の段階で行われていると考えられた。この仮説を検討するためにintegrin β1 mRNAの安定性および翻訳活性について調べたところ、leading cellでのintegrin β1の発現上昇はmRNAの安定性及び翻訳活性の上昇によって起こること、その制御にRFPおよびMRTF-Bが関与していることなどを明らかにした。現在RFPおよびMRTF-Bがどのような様態でintegrin β1 mRNAの安定性および翻訳活性を制御しているのかについて、(1)RFP、MRTF-Bが直接mRNAの制御を行なっている、(2)integrin β1 mRNAの制御に関わるタンパク質あるいはmiRNAをRFPとMRTF-Bが制御している、という2つの仮説に基づき検証を行なっている。研究計画では本年度はまず細胞間接着の有無によってRFPとの結合性に変化が生じるタンパク質について探索し、相互作用領域について検討予定であった。上記概要に示したとおり、MRTF-B分子が細胞間接着の失われた条件下でRFPと結合すること、MRTF-Bの172-360アミノ酸が相互作用に必須であることを明らかにし、さらにMRTF-Bがleading cellにおけるintegrin β1の発現上昇に必要であることを見出しており、この部分に関しては当初の計画以上に進展しているといえる。RFPによるintegrin β1 mRNAの制御機構については、mRNAの安定性だけではなく翻訳活性についてもRFPとその結合蛋白であるMRTF-Bが影響を与えていることを見出した。当初の計画における想定とは異なった機構の存在が示唆されてきているが、概ね順調に進展していると考えている。

leading cellにおけるintegrin β1の重要性についてはその検討のためにintegrin β1をノックダウンした細胞株を作成したものの、アッセイ系の樹立が遅れており、当初の計画を達成しているとは言い難い。これらの状況を総合的に鑑み、計画全体としては順調に進展していると判断した。RFPとMRTF-Bの相互作用に必要な領域について、RFP側の領域が特定できていないためその点について検討予定である。さらに、それらの領域を欠いた変異体またはそれらの領域だけを発現させることでRFP/MRTF-B相互作用がintegrin β1 mRNAの安定性や翻訳活性に必要であるかどうか、ひいてはleading cellにおけるintegrin β1の発現上昇に必須であるか否かを検証する。また、細胞間の接着が失われることでなぜRFPとMRTF-Bの相互作用が促進されるのか、その上流のシグナルについても検討予定である。leading cellにおけるintegrin β1の発現上昇の意義については本年度作成したintegrin β1ノックダウン細胞株と親株を混合培養し、wound healingアッセイにおいてintegrin β1ノックダウン細胞がleading cellに来た場合の速度を測定し、親株がleading cellであった場合と比較することで検討する。in vivoでのがん細胞浸潤の検討は当初計画から変更し、扁平上皮癌細胞をヌードマウスの口腔底に移植し、浸潤及びリンパ節転移、integrin β1の発現等について検討する予定である。相互作用領域の検討および変異体の細胞株への導入、タンパク質発現の検討などに必要となる、分子生物学・生化学試薬及び抗体、培養ディッシュ等の細胞培養関連の消耗品の購入に研究費の大部分を充当する予定である。また、in vivoでの検討に必要となるヌードマウス(現在の計画では40-50匹程度)及びがん細胞移植に必要となるハミルトンシリンジ等の器具の購入も予定している。次年度は本研究計画の最終年度であり、国内外の学会における発表を行う予定であり、その旅費、宿泊費等を拠出予定である。
軟骨肉腫幹細胞に注目した、新規軟骨肉腫治療法の開発

軟骨肉腫(Chondrosarcoma: CS)は、腫瘍性軟骨の形成を特徴とする悪性腫瘍である。化学療法・放射線治療に抵抗性で現在でも予後不良であるが、病態解明は進んでいない。本研究では、CSの悪性化機構を特にCS幹細胞に注目して解析し、CS予後改善のための新規治療法の開発を目指した。その結果、CS幹細胞はS100A4蛋白質やTypeI collagenを発現することが示唆された。また、肉腫幹細胞は薬剤耐性とも関与していると考えられるため、CSの薬剤耐性株を作製した結果、薬剤排出ポンプであるP糖蛋白が強発現していることを確認、CSの新規化学療法の分子標的となる可能性が示唆された。本研究では、軟骨肉腫の悪性化機構を特に軟骨肉腫幹細胞に注目して解析し、軟骨肉腫予後改善のための新規治療法の開発を目指す。前年度に引き続き、軟骨肉腫細胞株を用いた解析を行った。脱分化型軟骨肉腫よりより樹立された培養細胞株には多分化能をもつ幹細胞様の性質を持った細胞が含まれている可能性がある。本研究では、脱分化型軟骨肉腫(脱分化型CS)細胞株NDCS-1を用いて、Spheroid colony assayを行った。このassayにより、幹細胞様細胞が濃縮されると予想されるため、通常培養細胞群とspheroid assayを用いて網羅的遺伝子解析を行った。解析には、研究計画にて予定していたDNA microarray法を用いた。その結果、膜表面蛋白質であるS100A4が、spheroid形成に伴うことを見いだし、Real-time PCR法にても確認した。軟骨肉腫臨床サンプルを用いた、免疫染色にても、脱分化型CSでS100A4が発現していることを確認した。これらの結果は、軟骨肉腫細胞の幹細胞性の維持にS100A4が関与していることを強く示唆している。さらに、microarray法では、S100A4以外にも、spheroid形成に伴い複数の遺伝子が発現上昇もしくは低下しており、引き続き今後の解析が必要である。このassayにより、幹細胞様細胞が濃縮されると予想されるため、通常培養細胞群とspheroid assayを用いて遺伝子解析を行った。その結果、spheroid形成により、分化に伴い発現するType II collagenの発現が減少し、Type I collagenの発現が増加することを見いだし、Real-time PCR法にても確認した。さらに、これらの発現変化にはNotch経路が関与されている可能性が示唆された。Notch経路は、幹細胞性維持に重要であることが報告されており、CSの脱分化過程にても重要と予想され引き続き今後の解析が必要である。軟骨肉腫臨床サンプルを用いた解析に先立ち、まず本年度は軟骨肉腫細胞株を用いた解析を行った。本研究では、脱分化型軟骨肉腫(脱分化型CS)細胞株NDCS-1(新潟大学、生越先生よりご供与)を含むCS細胞株より、以下の方法を用いて幹細胞様細胞を濃縮、精製を行うとともに、脱分化型CS細胞株とこれまで報告されている癌幹細胞株における遺伝子発現変異の差異を検討した。また、軟骨肉腫臨床サンプルを用いた、免疫染色やmRNAを含めた遺伝子産物を抽出する方法についても予備実験を行った。

その結果、NDCS-1を用いることで、効率に軟骨肉腫幹細胞の濃縮が可能であると予想される結果が得られた。さらに、実際の臨床サンプルを用いた実験方法の基盤も確立されたため、次年度で有望な結果が得られることが期待される。また、これらの悪性化機構の解明は、薬剤耐性を持つ軟骨肉腫に対する新規治療法の開発につながることが予想され臨床的な意義は高い。軟骨肉腫(Chondrosarcoma: CS)は、腫瘍性軟骨の形成を特徴とする悪性腫瘍である。化学療法・放射線治療に抵抗性で現在でも予後不良であるが、病態解明は進んでいない。本研究では、軟骨肉腫の悪性化機構を特に軟骨肉腫幹細胞に注目して解析し、軟骨肉腫予後改善のための新規治療法の開発を目指す。前年度に引き続き、軟骨肉腫細胞株を用いた解析を行った。脱分化型軟骨肉腫よりより樹立された培養細胞株には多分化能をもつ幹細胞様の性質を持った細胞が含まれている可能性がある。本研究では、脱分化型軟骨肉腫(脱分化型CS)細胞株NDCS-1を用いて、Spheroid colony assayを行った。このassayにより、幹細胞様細胞が濃縮されると予想されるため、通常培養細胞群とspheroid assayを用いて遺伝子解析を行った。その結果、spheroid形成により、分化に伴い発現するS-100A蛋白質の発現が増強していることが見いだされた。さらに、これらの軟骨肉腫の臨床検体においてもS-100A蛋白質が発現していることも確認した。また、NDCS-1の薬剤耐性株を作製し、プロテアソーム阻害剤によりその耐性化が克服されることも発見した。整形外科本年度は、細胞株を用いたspheroid assayの確立、さらに、それらを用いた網羅的解析を行うとともに、臨床サンプルを行った解析も開始した。いずれも、研究手法は再現性を持つ事が確認され、有用な結果も得られており、研究計画は順調に進捗していると判断された。本年度は、前年度に確立した細胞株を用いたspheroid assayを用いて、遺伝子解析を行い、軟骨肉腫幹細胞性維持にNotch経路が関与している可能性を見いだした。この結果は、軟骨肉腫脱分化メカニズムの解明に極めて有用な結果であり、研究計画は順調に進捗していると判断された。これまで、以下の研究成果が得られているため。Spheroid colony assayは非接着性のプレートで培養し,球状のコロニーを形成させる方法であり、神経幹細胞の純化、培養法として開発された。継代を繰り返すことで、幹細胞様細胞が濃縮されると予想される。NDCS-1をこのSpheroid colony assayを用いて培養した結果、濃縮された細胞では幹細胞性に関与する遺伝子(Stemness genes)であるOct3/4が高発現していることを、PCR法にて確認した。ES/iPS細胞などの多能性幹細胞で、細胞分化に関わる遺伝子群は、ヒストンの活性化とポリコーム複合体による抑制を同時に受けていおり、癌幹細胞においても同様の機構があることが報告されている。また、代表的なポリコーム複合体としてBmi1やEZH2があることが知られている。本年度は、NDCS-1におけるBmi1やEZH2の発現が、他のより分化度の高いCSより樹立された細胞株よりも高いことを明らかとした。
表面プラズモンで生じる局所熱発生解析と光熱メタマテリアルの創成

本研究ではナノ構造の光熱発生の理論的、実験的な理解とその応用である光熱メタマテリアルの創成を目的とした。得られた成果は以下の3点である。(a)計算機シミュレーション法を開発した。(b)全反射減衰法を用いた光学系で、アンチストークス蛍光を用いたナノ領域の温度測定に成功した。(c)蓮の葉などの自然界に存在するナノ構造を用いた黒体光熱メタマテリアルの作製に成功した。以上の成果は、医療の分野における光熱治療やナノ構造形成の分野に応用できると考えられる。1.構造設計本年度は、ナノ構造伝熱解析のための基礎プログラムとして、3次元熱伝導方程式を差分化し時間発展をシミュレートするプログラムを作製した。本シミュレーターによって金微粒子のプラズモン共鳴吸収による熱発生(吸収断面積は別途DDSCATにより計算)と熱拡散を計算し、プログラムの妥当性を確認した。また一方で、様々な金属におけるセミシェル構造の吸収断面積をDDSCATにより評価し、効率よい熱源となりうるナノ構造の探索を行った。その結果、貴金属以外では、Al,Mg,Liなどの金属が大きなプラズモン共鳴吸収を示すことがわかった。2.実験による検証633nmのHeNeレーザーによるアンチストークス蛍光を示し、温度による強度の増加が最も大きい色素や量子ドットを探索した。その結果、ローダミン101(Rh101)が最適であることがわかった。高屈折率プリズムを用いた全反射減衰法の光学系を構築し、電気的および光学的(半導体レーザー520nm)にプリズム界面の色素を選択的に加熱し、633nmのHeNeレーザーによるエバネッセントアンチストークス蛍光の観察による温度測定に成功した。エバネッセント蛍光の放射角依存性の測定結果より得られた界面からの温度上昇プロファイルと計算により求められる温度上昇値との比較を行い、両者によい一致をみた。よって、アンチストークス蛍光を用いた温度測定の妥当性が検証された。3.光熱メタマテリアルの創成蓮の葉に金をスパッタすることにより可視領域全体にわたり強い吸収を示す、光熱メタマテリアルを創成した。厚さ10nm程度の金のスパッタリング量で、反射率が2%以下の表面が作製できることがわかった。1.ナノ領域の温度測定に関する研究エバネッセント光による励起および蛍光の観察により、アンチストークス蛍光測定によるナノ領域の温度測定が行える光学系を構築し実験を行った。そのため、冷却CCDを用いて蛍光スペクトルを測定するシステムを構築した。エバネッセント・アンチストークス蛍光の強度が弱いためである。また、別途顕微鏡装置を組み、励起光とエバネッセント光の光軸を正確に一致させられるようにした。以上により、0.1度以下の精度でナノ領域の温度測定が行えるようになった。その結果、アンチストークス蛍光放出に基づく冷却が起こっていることを実証できるようなった。アンチストークス蛍光放出時に周囲の分子振動等からエネルギーが分配されているため冷却が起こる。固体系では報告があるが、液体での報告例はほとんど無く、ナノ領域における冷却の報告は皆無である。当初予想していた以上の成果が得られたことになる。2.光熱メタマテリアルの作製自然界に存在する蓮の葉や里芋の葉の表面に金属をコーティングすることにより、広い波長範囲にわたって光を強く吸収する熱メタマテリアルの作製に成功した。昨年度は予備的な結果が得られただけであったが、本年度は様々な条件で検討し、走査型電子顕微鏡による詳細な構造観察、それを元にした計算モデルの構築、および、電磁界解析結果との比較により光を吸収するメカニズムについて考察を行った。実験および計算の結果は定性的な一致が得られているが、今後は定量的な一致が得られるようにモデルの構築を進める予定である。さらに、前年度作製した3次元熱伝導解析シミュレーターを発展させ、離散双極子プログラムであるDDSCATの出力と連携させるプログラムの実装をおこなった。これにより、プラズモン共鳴吸収によってナノ構造内に生じている熱源の分布をより正確に熱伝導解析に取り込むことができようになった。本研究の目的の一つであるナノ領域の局所的な温度測定法の開発に関しては順調にすすんでいる。さらに、アンチストークス蛍光放出に基づく冷却効果が起こっていることも実証でき、当初予想していた以上の成果が得られた。本研究のもう一つの目的である光熱メタマテリアルの作製については、蓮の葉だけでなく里芋の葉においても同様の性能のものが作製できることがわかった。走査型電子顕微鏡による構造観察の結果、蓮の葉と里芋の葉のナノ構造は全く異なることがわかった。今後は光を吸収するメカニズムについてさらに追求を行う予定である。1.ナノ領域の温度測定に関する研究光吸収によるナノ領域の温度変化について得られた結果を熱伝導シミュレーションの結果を比較しながら温度分布に関する考察を行った。「温度計」として用いたものは、有機色素ローダミン110を用いたアンチストークス蛍光であり、その強度変化とエバネッセント光の浸みだし長の関係から、ナノ領域の温度分布を求めることに成功した。前年度までに作製した3次元熱伝導解析シミュレーターを用いて、ガラス基板に周期的に配置されたセミシェル構造とナノロッドの共鳴吸収による温度上昇の計算を行った。周期構造のナノロッドは、周期が短くなると基板の温度変化が大きく上昇するのに対し、セミシェル構造はガラス基板との接点が小さいため近接させて配置した場合でも温度上昇の値は孤立時とほぼ同じであった。このことはセミシェル構造が熱的に孤立しており周囲のセミシェル構造の影響を受けにくいことを意味している。