hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
可視光エネルギーを利用した水の酸化触媒の開発

二核化配位子1,8-ビス(ターピリジル)アントラセン(btpyan)を用いて、(3,6-t-Bu_2q)Ru(OH)(3,6-t-Bu_2q=3,6-ジ-tert-ブチル-1,2-ベンゾキノン)部位を向かい合わせに架橋した[Ru_2(OH)_2(3,6-t-Bu_2q)_2(btpyan)](SbF_6)_2は水の四電子酸化による酸素発生反応を効率よく触媒する。ジオキソレン配位子上の置換基は触媒活性に大きく影響し、3,6-t-Bu基の代わりに4-NO_2,3,5-Cl_2が置換した錯体では酸素発生反応に対する触媒活性を示さなかった。そこで、錯体の電子状態に対するジオキソレン配位子上の置換基効果を明らかにするため、一連の[Ru(OAc)(L)(terpy)]錯体(L=3,5-t-Bu_2C_6H_2O_2,4-t-BuC_6H_3O_2,4-ClC_6H_3O_2,3,5-Cl_2C_6H_2O_2,Cl_4C_6O_2,terpy=2,2':6',2"-ターピリジン)を合成し、その電子状態をEPRで検討したところRu(L)部位はRu^<II>(sq)(sq=semiquinone)とRu^<III>(cat)(cat=catecholato)の中間的な電子状態をとり、置換基の電子供与性が増加するほどRu^<II>(sq)に、電子吸引性が大きいほどRu^<III>(cat)に近いことが明らかになった。DFT計算を用いて、酸素発生反応の機構に関して検討を行ったところ、[Ru_2(OH)_2(3,6-t-Bu_2q)_2(btpyan)]^<2+>は二つのプロトンを解離することにより分子内でラジカル的にO-O結合を形成することが示唆された。また興味深いことに、酸素発生に必要な四電子の酸化を錯体内の中心金属であるルテニウムではなく、ジオキソレン配位子が担っていることが分かった。これらの結果はこれまでに提唱されていない全く新しい酸素発生機構であり、同研究領域に大きな影響を与えるものと考えられる。
核マトリクス・ノンコーディングＲＮＡ複合体によるエピジェネティックな発現制御解析

ヒトやマウスのゲノムからは大量のタンパク質をコードしないノンコーディングRNAが転写されている。それらの多くは、クロマチン制御因子と複合体を形成し、エピジェネティックな遺伝子発現を制御しているのではないかと考えられている。本研究ではX染色体の不活性化を制御するノンコーディングRNAであるXistの染色体局在を制御する核マトリクスタンパク質、hnRNP Uに注目した機能解析を行い、hnRNP UがXist以外のノンコーディングRNAによるエピゲノム制御にも関わっていること、hnRNP Uをノックダウンした細胞では複数の相同染色体特異的な遺伝子発現が影響を受けることなどを明らかにした。昨年度までの研究において、核マトリクスタンパク質であるhnRNP Uをノックダウンした細胞では、相同染色体上の対立遺伝子の発現(ゲノムインプリンティングによる制御を受ける遺伝子発現)が影響を受けることが明らかとなっていた。つまり、通常では母方由来の染色体から発現しないような遺伝子が、hnRNP Uをノックダウンした細胞においては、父方由来の染色体からもある程度発現するようになったのである。そこで、hnRNP Uがそれぞれの対立遺伝子上における結合を、クロマチン免疫沈降法を用いて解析した。その結果、従来は染色体上に一様に結合していると考えられていたhnRNPUが、ゲノムインプリンティングを受けるような領域においては、発現抑制されている方の相同染色体により多く結合していることが明らかとなった。これらの結果は、AirnやKncqlot1などのゲノムインプリンティングを制御する長鎖ノンコーディングRNAが父方もしくは母方から発現しており、それらの転写産物がhnRNP Uを介して転写部位付近の染色体にシスに集積してクロマチン修飾酵素を呼び込んでいるという結果を強く指示していた。また、X染色体を不活性化する長鎖ノンコーディングRNA XistのhnRNP Uへの結合サイトを同定するためにクロスリンク免疫沈降法を最適化し、エクソン-エクソン結合部位が集中するXistの中間領域にhnRNP Uがより多く結合していることを明らかにした。本研究では、核マトリクスタンパク質であるhnRNP Uによるエピジェネティックな遺伝子発現制御機構の解明を目的としている。本年度は、F1ハイブリッドから由来したES細胞を用いてhnRNP Uをノックダウンし、次世代シークエンサーを用いてRNAシークエンシングを行うことで、アリル間で異なる発現を示すインプリンティング遺伝子の発現様式に変化が見られるかどうか、ゲノムワイドな解析を行った。これまでの研究により、hnRNP Uをノックダウンした細胞では、Kcnq1ot1によって制御されるインプリンティング遺伝子のアリル特異的な遺伝子発現に変化が見られる事がqPCRによる解析で分かっているが、そのような遺伝子発現変化は実際に次世代シークエンサーによる解析でも確認する事が出来た。さらに興味深い事に、これまでインプリンティング遺伝子として同定されていなかった複数の遺伝子座において、アリル間で偏りをもった遺伝子発現が見られる事、さらにその発現比はhnRNP Uのノックダウンによって変化する事も明らかとなった。近年、ゲノムから転写される多くのノンコーディングRNAが、転写部位付近のクロマチン修飾を制御しているのではないかという考え方が提唱されている。そこで、新たに発見したアリル特異的な遺伝子発現をする遺伝子の近傍をデータベース上で探索したところ、隣接する領域からノンコーディングRNAが転写している事が分かった。さらにそれらのノンコーディングRNAが実際に発現しているのかをin situ hybridizationで確認したところ、アリル特異的な発現をしている事が分かった。これらの結果から、ノンコーディングRNAによるアリル特異的な遺伝子発現制御が予想以上に一般的なものである事が示唆された。つまり、通常では母方由来の染色体から発現しないような遺伝子が、hnRNP Uをノックダウンした細胞においては、父方由来の染色体からもある程度発現するようになった。今年度はこの知見をさらに広げるため、より多くの候補遺伝子についてアリル特異的な発現の変化がhnRNP Uのノックダウンによって見られるかどうかについて検証を行った。その結果、複数の遺伝子で同様の効果が見られる事が確認できた。また、繰越金を用いた研究により、従来は染色体上に一様に結合していると考えられていたhnRNP Uが、ゲノムインプリンティングを受けるような領域においては、発現抑制されている方の相同染色体により多く結合しているという予備的な結果が得られていた。この解析ををさらに多くの遺伝子座についておこない、AirnやKncq1ot1など、ゲノムインプリンティングを制御する長鎖ノンコーディングRNAが父方もしくは母方から発現いる場合にはhnRNP Uのアリル特異的な結合が見られる事が一般的な現象である事が分かりつつある。

また、核内に局在するノンコーディングRNAであるMalat1のノックアウトについても解析を行い、これらの変異マウスが外見上大きな以上を示さない事、しかしながら遺伝子座で隣に位置する別の核内ノンコーディングRNA Neat1の発現が特定の細胞で低下しており、それに伴ってNeat1が骨格成分として働いている核内構造体パラスペックルの数や大きさが減少している事が明らかとなった。hnRNPUをノックダウンした際に対立遺伝子特異的な遺伝子発現制御が影響を受けることを確認することが出来た。また、hnRNP Uによるクロマチン免疫沈降で対立遺伝子特異的な結合が検出できるという予想外の成果も得られている。25年度が最終年度であるため、記入しない。核マトリクス成分であるhnRNP Uの機能解析は順調に進んでいる。これまでhnRNP Uはゲノム上の特定の領域(特にマトリクス結合領域と呼ばれる領域)に結合する事は示されていたが、同じ配列を持つ相同染色体間で異なる結合をしているという事は一部の例外(X染色体)を除いて全く予想されていなかった事である。この成果は当初の計画以上の予想外のものである。また、当研究室においては核マトリクスに存在する核内ノンコーディングRNAの機能解析も進めているが、これに関しても、ノックアウトマウスの解析を行い、一定の結果を得る事が出来ている。一方、当初の研究計画の一つとして、核マトリクスタンパク質に対して設計されたsiRNAライブラリーのスクリーニングする予定であったが、上記の課題に割く時間が多く、スクリーニングの条件決定の段階で止まっている。以上総合的に考えて、おおむね順調に進展しているという自己評価としたい。従来染色体全体にほぼ一様に結合していると考えているhnRNP Uが特定の対立遺伝子付近の染色体に異なる結合様式を示すという我々の発見は極めて予想外であり、重要であると考えられる。当初の研究計画ではhnRNP U以外の核マトリクスタンパク質についてもノンコーディングRNAの局在を制御するものがあるかをスクリーニングする予定であったが、残り少ない本研究課題の研究実施時間を考慮し、hnRNP Uの染色体結合様式をゲノムワイドで解析する実験に集中してゆく。核マトリクスに局在するノンコーディングRNAのノックアウトマウスの表現型の解析は現在材料もそろい、最も確実な研究テーマでもあるため、ある程度の時間を投資しながら進めてゆく。現在、Malat1とNeat1というノンコーディングRNAに関しては、それぞれ通常の飼育条件下においては明らかな異常を示さないものの、ストレスを加えたり、特殊な条件下において明らかな表現型が出る事が分かっている。また、核マトリクスタンパク質であるhnRNP Uの機能解析に関しては順調に成果が得られているので、継続して解析を進める。
脳アミロイドアンギオパチーの進行抑制因子SRPX1をスペーサーとする病態解析

脳アミロイドアンギオパチー(CAA)は、アミロイドベータ(Aβ)が脳血管に沈着、脆弱化し脳出血を発症する。アミロイドーシス研究において、共存タンパク質が疾患解明の鍵として認識されるようになっている。ところが、CAAにおける共存タンパク質はこれまで検討されておらず、代表研究者はCAAの共存タンパク質の研究がCAAの病態生理の解明、ひいては治療法開発に結びつく可能性があると考え、プロテオミクス解析によりCAAに罹患した脳血管における共存タンパク質を複数同定した(Inoue et al. Acta Neuropathol.2017; 134: 605-17)。その中からEnzyme Xに着目した。Enzyme Xは、生命現象に深く関与する酵素として広く研究されている生理活性物質であるが、それ以外の機能については長らく不明であり、in vitroにおいてAβの毒性発現にいかなる影響を及ぼすか検討を行うことを目的とした。【方法】チオフラビンT蛍光色素を用いたAβ線維形成過程の評価、透過型電子顕微鏡によるAβの形態学的評価、脳血管平滑筋培養細胞を用いたカスパーゼ3/7を指標としたAβ細胞毒性評価を行った。【結果】Aβは、単量体が時間経過と共に次第に凝集しAβ線維形成に至るが、その過程で形成されるAβオリゴマー、Aβ線維が細胞毒性を示す。今回、我々はEnzyme Xが1Aβオリゴマー形成、およびAβ線維形成を抑制すること2一旦形成されたAβ線維を分解すること、さらには3Enzyme XをAβと共に添加するとAβによる細胞毒性が軽減されるという新しい作用機序を見出し、治療応用への可能性を示した。【考察】Enzyme XがAβの重合過程の阻害、さらにAβ線維分解を介して、細胞毒性を軽減することを明らかにした。これらのメカニズムについて、検討を進めている。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。1.脳アミロイドアンギオパチー(CAA)モデルマウスを用いたSRPX1の機能解析先行研究では、SRPX1誘導による脳血管平滑筋細胞へのアポトーシス効果をin vitroで示し、この効果を生体内で検証すべくCAAモデルマウスであるAPP23マウスとSRPX1ノックアウトマウスを交配させ、アポトーシス抑制を介しCAAが改善するか否かを検討するスキームを描いていた。しかし、SRPX1ノックアウトマウスの作成に当初の予想以上の時間を要することが判明したこと、および脳に特異的なSRPX1のノックダウンを行うことがより正確なCAAの病態を反映すると考えられたこと。以上の点より、siRNAベクターを脳室内へ投与する方針へ変更する。投与予定となるAPP23マウスは順調に生育している。APP23マウスの脳内にSRPX1組み替えタンパクを投与することによるCAAの病態への影響を、病理所見、認知機能の面から評価する点については、投与予定となるAPP23マウスは順調に生育し、可及的に実験を開始する。2.SRPX1のCAAのバイオマーカーとしての有用性の検討CAA患者群が目標人数に達していないことから、ELISAによる解析を見合わせている。コントロール症例としての非CAA患者群の血液、髄液は目標サンプル数に達している。CAA患者が目標人数に達していない場合であっても、統計学的解析が可能な人数であれば、解析を平成30年度中に行う。当初の予定していた研究計画を前述の通り変更する必要に迫られたため、全体の進捗がやや遅れることとなった。

当初、研究計画に遅れが生じたため、研究資源やエフォートをより効率的に使用するべく、SRPX1に関連するシグナル伝達経路の解明、SRPX1の一塩基多型(SNP)とCAA有病率、重症度との相関、以上2項目の検討を見合わせ、モデルマウスを用いたSRPX1の機能解析と髄液、血清中のSRPX1濃度測定によるバイオマーカーとしての有用性の検討の2項目に対象を絞り研究を遂行することとする。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
抗痴呆症薬の分子設計と有機合成研究

<培養・精製>生産菌をUV処理することで目的の合成原料のジャー培養を可能とし,また大量培養における分離精製法も確立した。さらに,培養液への添加実験により生合成経路を推定した。大量培養の結果,目的化合物の類縁化合物もいくつか得られたためそれらの構造を決定し,化学修飾を行うことで構造活性相関を調べた。その結果,水酸基部位が活性発現に重要であることが明らかとなった。<誘導体合成>培養によって得た目的原料(territrem)を用いて誘導体を数十種合成した。ステロイド骨格部位の特にα,β不飽和ケトンが活性発現に重要な役割をはたしていることが明らかとなった。ピロン-ベンゼン環部位を変換した新規誘導体は元化合物と同等の強い活性を示し,いくつかの誘導体は元化合物の問題点の一つであった難溶性が改善された。<化学変換>構造類似の別化合物(pyripyropene)を申請者が確立した合成法で部分分解・再構築することで天然物territremからの誘導は不可能であった芳香環部位(E環)を変換したアナログ体を合成した。芳香環部位が複素環であっても活性を発現することを明らかとした。<コンピュータ解析>コンピュータを用いて酵素への結合位置を推定した。これには水素結合の他に静電ポテンシャル・ダイポールモーメントが重要な役割をはたしていることが示唆された。現在,実際に酵素との複合体のX線結晶構造解析を行っており,計算結果を確認している。1.出発原料となるピリピロペン(ACATの選択的阻害剤)およびアリスガシン(アセチルコリンエステラーゼの選択的阻害剤)をそれぞれ培養・精製によって得た。培養条件検討の結果、生合成中間体と考えられる化合物の添加で両化合物とも生産性の向上が認められた。副生成物の単離を含めて精製条件の検討を行い、目的化合物を得た。2.ピリピロペンを出発原料として、アリスガシンのアナログ体に変換する反応条件を検討した。いくつかのアリスガシン-アナログを合成したところ、いくつかの化合物は弱いながらもアセチルコリンエステラーゼに対して阻害活性を示し、しかもいずれの化合物もACAT阻害活性は認められなかった。これらの結果からアリスガシンの芳香族メトキシ基が活性発現に重要な役割をはたしていると考えられた。3.アリスガシンを出発原料として誘導体合成を行った。α,β-不飽和ケトン部位、水酸基、およびメトキシ基について化学修飾したところ、二重結合のエポキシ化やメトキシ基の脱メチル化等で阻害活性の向上が認められた。一方、水酸基を修飾すると活性が低下したことから、水酸基が受容体との水素結合に関わっている可能性が高いと考えられた。有機電解酸化も行ったが、現時点ではまだ反応生成物の選択性が確立できていない。プロテインデータバンクに登録してあるアセチルコリンエステラーゼのX線結晶解析の3次元座標データを元にして受容体部位をコンピューターで調べた。受容体部位は中程が狭く、また活性中心は約20Åの深さにあると認められた。一方、阻害剤であるアリスガシンの3次元構造はほぼフラットであり、最大長の長さが約20Åであることから、アリスガシンはアセチルコリンエステラーゼの受容体部位に突き刺さる様にして結合しているのではないかと推察している。
蓚酸カルシウム結石発生における尿中高分子物質の作用機序解明に関する研究

1細胞・結晶の相互作用の検討:crystal-cell interactionの検討に適した、蓚酸カルシウム(CaOx)結石形成実験モデルが確立された。本実験モデルにより、尿中蓚酸排泄量やCaOx結晶の増加に伴い、腎集合管細胞の細胞膜外方へのphosphatidylserineの露出の増加が、定量的に確認された。また同時にapoptosis pathwayも活性化されていた。2結石関連蛋白の分離精製及び分子生物学的分析:osteopontin(OPN)とcalprotectinの精製がおこなわれた。MDCK細胞へのCaOx結晶の付着は、OPNによって促進され、逆にthrombinやantisense oligonucleotideにより阻害された。尿路結石症患者のOPN-DNA polymorphismは、OPN蛋白合成に関わるenhancer領域などの部位の変異に関係している可能性がある。3 OPN antisense遺伝子導入:尿細管細胞へのOPN antisenseの遺伝子導入により、腎でのOPN発現とCaOx結石形成が抑制された。尿細管培養細胞へのOPNとvitronectinの添加により、細胞内のOPN発現の増加とFocal adhesion kinaseのリン酸化促進が観察された。Catechinは、酸化ストレスによるapoptosis抑制を介し、CaOx結晶形成を抑制した。4 Antisenseを用いた尿路結石抑制物質の検討:ヒトsyndecan-1発現腎尿細管上皮細胞が樹立され、ヘパラン硫酸(HS)やHS proteoglycanは、蓚酸曝露に対する細胞傷害とCaOx結晶の細胞表面への付着を抑制していた。HSは細胞表面のcharge barrierとして、蓚酸イオンの細胞内流入を阻止することで細胞傷害を防ぐことが示唆された。5結石関連蛋白質のmRNA発現コントロールによる結石形成、結石抑制への影響:ラット腎において腎由来プロトロンビンF-1(RPTF-1)のmRNAの発現が確認され、CaOx形成ラットではその発現強度が増加した。尿細管細胞へのCaOx結晶暴露後のマクロアレイ解析では、RPTF-1蛋白質以外に、複数の炎症系の遺伝子やOPN遺伝子が増加していた。1細胞・結晶の相互作用の検討では、旭川医科大学のグループにより、蓚酸カルシウム結石形成モデルにおけるcrystal-cell interactionの検討に適したin vivo実験系の確立がおこなわれた。その結果、従来の実験系であるethylene glycol、塩化アンモニウムの投与濃度や期間をmodifyすることにより、腎障害を最小限に抑制し、かつ蓚酸カルシウムの結晶尿のみが惹起される条件の設定が可能となった。従って、In vitroでのcrystal-cell interactionに関する実験結果は、in vivo実験においても応用できることが確かめられた。2結石関連蛋白の分離精製及び分子生物学的分析については、近畿大学のグループにより、オステオポンチン(OPN)、カルプロテクチンの精製がおこなわれ、これらにコラーゲンやフィブロネクチン等の基質を付着させ、蓚酸カルシウム結晶の凝集・成長に与える影響が検討された。その結果、コラーゲン顆粒をcoatingしたOPNは、蓚酸カルシウム結晶の凝集・成長を促進する作用が認められた。3 OPNのantisense遺伝子導入については、名古屋市立大学のグループにより、遺伝子導入による結石形成抑制の試みと尿細管細胞における発現機構の検討がおこなわれた。

その結果、コントロールベクターを導入した腎では蓚酸カルシウムのプラークが形成されたが、OPN antisenseの遺伝子導入によりOPN発現と蓚酸カルシウムのプラーク形成が抑制された。OPNは結石形成に重要な物質であり、将来、遺伝子治療の標的遺伝子となりうる可能性が示唆された。4 Antisenseを用いた尿路結石抑制物質の検討では、久留米大学のグループにより、ヒトsyndecan-1(ヘパラン硫酸)発現腎尿細管上皮細胞株の樹立がおこなわれた。その結果、ヒトsyndecan-1を発現するMDCK細胞が樹立され、これらの細胞の陰性荷電が強いことやsyndecan-1,antisenseの導入により、syndecan-1は細胞質内と核内に存在することが確認された。これらにより、蓚酸カルシウム結石形成過程におけるcrystal-cell interactionに関するヘパラン硫酸の役割が明らかになるものと思われる。5結石関連蛋白質のmRNA発現コントロールによる結石形成、結石抑制への影響については、金沢医科大学のグループにより、ラット腎におけるプロトロンビンmRNAの発現の確認と発現制御についての検討がおこなわれた。その結果、ラット腎より抽出されたRNAから腎由来プロトロンビンF-1のmRNAの発現が確認され、結石形成ラットにおいてその発現強度に変化が見られることが確認された。1実験的尿路結石モデルでのcrystal-cell interactionは、旭川医科大学のグループにより、蓚酸カルシウム(CaOx)結石形成モデルにおける腎集合管細胞でのphosphatidylserine(PS)発現とその定量的評価が検討された。細胞膜表面へのPSの露出は、尿路結石形成の初期過程におけるCaOx結晶の接着を規定する要因の一つであり、PSを特異的に認識するAnnexin Vを用いたflowcytometryにより検討した結果、CaOx結石形成ラット群において、腎集合管細胞において有意にPS発現細胞が増加していることが明らかとなった。2結石関連蛋白の培養細胞での発現とその機能的検討は、近畿大学のグループにより、CaOx結晶のMDCK細胞への付着およびthrombin、osteopontin(OPN)antisense処理後の細胞への付着が、^<45>Ca測定および走査型電子顕微鏡により検討された。その結果、MDCK細胞へのCaOx結晶の付着はOPN蛋白によって促進されること、またそれはthrombinやantisense oligonucleotideにより阻害されることが明らかとなった。3実験的CaOx結石モデルへのOPNのantisense遺伝子導入と各種サイトカイン、接着分子については、名古屋市立大学のグループにより、細胞内情報伝達系におけるOPNの発現機構と結石形成との関係が検討された。
Ｋチャネル選択性のメカニズムの解明

代表的なKチャネルであるKcsAチャネルを使用し、脂質平面膜法で単一イオンチャネル電流を計測する電気生理学的実験を行い、Kイオン選択性のメカニズム解明に挑んだ。Kイオンよりも小さな直径のNaイオンやLiイオンは、Kチャネルの途中までは入り込むことができるが、Kチャネルを通過できないことが明らかになった。また、Naイオンの方がLiイオンよりも容易にKチャネルに入り込みやすいことがわかった。原発性アルドステロン症の原因の一つとして、KチャネルのKイオン選択性の消失であることが明らかにされた。特定のイオンだけを通し、それ以外のイオンは通さない機能はイオンチャネルの根本的機能保一つである。疾患に対する根本的治療を含む新たな方法の探索のためにもKイオンの選択性に関する基礎的研究は不可欠である。X線結晶構造解析等の研究が進められてきているが、未だ明らかなメカニズムの解明に至っていない。本研究では、代表的なKチャネルであるKcsAチャネルを使用し、脂質平面膜法で単一イオンチャネル電流を計測する電気生理学的実験を行い、メカニズムの解明に挑んだ。KcsAチャネルのうち、不活性化が起こらないE71A変異型を用いた。電解質は、KイオンおよびKイオンよりも直径の小さなイオンであるNaイオンとLiイオンを用いた。人工的に作成した脂質二重膜に単一Kチャネル分子を組み込み、Kイオン電流に対するNaイオンとLiイオンのKチャネルへの通りやすさとKイオン電流に対する影響を調べた。まず、E71A変異型チャネルにKイオン電流が計測されることを確認した。次にNaイオンまたはLiイオンを流れるように電位をかけたが、これらの電流を直接計測することはできなかった。この後再びKイオンを流すよう電位をかけたが、Kイオン電流をすぐに観測することはできず、流れ始めるまでに時間が必要だった。このことから、NaイオンとLiイオンはKチャネルの中に入り込むことができるが、Kイオンの様にチャネルを通り抜けることはできず、チャネル内に留まることが示唆された。チャネル内にKイオン以外のイオンが留まっているため、Kイオンの流れをブロックしてしまうというメカニズムである。さらに、NaイオンとLiイオンでは、Naイオンの方がKチャネル内に入り込みやすく、抜け出しやすいことが明らかになった。特定のイオンだけを通し、それ以外のイオンは通さない機能はイオンチャネルの根本的機能の一つである。X線結晶構造解析等の研究が進められてきているが、いまだに明らかなメカニズムの解明に至っていない。本研究では代表的なKチャネルであるKcsAチャネルを使い、脂質平面膜法で単一イオンチャネル電流を計測する電気生理学的実験を行った。KcsAチャネルのうち不活化が起こらないE71A変異型を用いた。電解質は、KイオンとKイオンよりも直径の小さなイオンであるNaイオンとLiイオンを用いた。人工的に作成した脂質二重膜に単一Kチャネル分子を組み込み、Kイオン電流に対するNaイオンとLiイオンのKチャネルへの通りやすさ、およびKイオン電流に対する影響を調べた。Naイオン、Liイオン共にKチャネルを透過することは確認できなかった。その後で、再びKイオンを流そうとすると、Kイオンはすぐに流れることはなく、流れ始めるまでに時間が必要だった。Naイオン、LiイオンはKチャネルの中に入り込むことができるが、チャネルを通り抜けることはできずチャネル内に留まる、そしてKイオンが透過するのをブロックするということ示唆された。実験に必要である人工的に作成した脂質二重膜に単一イオンチャネル分子を組み込み、さまざまな条件で電圧をかけることに対して、安定した電流を計測することが可能となった。初年度で、実験に必要な電流計測を安定して測定することが可能となった。今年度は、電流の測定条件をさらに厳しくし、Kチャネルを通り抜けることができないイオンが本当にチャネルを通り抜けることができないのか、そして通り抜けられないとするならばチャネルのどの部分まで入り込むことができるのかを明らかにする予定である。初年度では、安定に測定することが可能になったが、チャネルの研究者が多く集まる海外での学会に発表できるまでの結果が得られなかった。本年度はさらなる実験結果を出すべく、実験に必要な薬品、ガラス器具、国内外の学会出席、研究成果発表費用等に使用する予定である。
侵略的外来生物アルゼンチンアリ撲滅メカニズム解明に向けた基礎的研究

侵略的外来種アルゼンチンアリのベイト剤(毒エサ)による撲滅が、一部地域で成功したメカニズムについて、その原因が単なるアリ個体の薬剤感受性のみならず、そのアリが獲得したエサを他個体に分配する能力=社会性の違いにあるのではないかという仮説に基づいた研究を行う。具体的には、アルゼンチンアリと在来アリの餌獲得速度と餌の消費量、さらには資源分配能力の差異について、野外・室内試験と安定同位体分析を行い、これらの結果をアリの社会性と関連づけて解析する。本研究により、ベイト剤で駆除しやすいアリとそうでないアリの特性を明らかにし、今後、我が国に侵入した外来アリの防除対策に役立つ情報を提供する。
大気粉塵中微量元素の選択的分析のための温度制御型レーザー加熱・イオン化源の開発

大気粉塵中に含まれる元素の選択的な分析法の確立を目指して、新たなイオン化源の開発を行った。赤外レーザーにより試料を載せた金属基板を加熱し、レーザーの強度を変化させることにより蒸発する原子の種類をコントロールした。蒸発させた原子は、紫外レーザーによりイオン化し、質量分析計によりイオンを検出した。その結果、赤外レーザーの強度に依存した質量スペクトルの変化が観測され、温度制御による元素選択的な分析が可能であることが示された。本研究では、大気粉塵等の高精度分析に必須の元素の選択的イオン化技術として「温度制御型レーザー加熱・イオン化源」の新規開発を目指している。その手法は、金属板上の試料を赤外レーザー光で加熱して着目元素のみを選択的に蒸発させ、その蒸気に紫外レーザー光を照射してイオン化を行うものである。本年度(初年度)は、実施計画に則り主に前半ではイオン化源の試験装置及び計測装置を整備して動作試験を行い、後半ではレーザー加熱試験を含むイオン化特性試験を実施した。各種金属板(Ta,W,Zn,Fe,Cu,Al,Zr)を用いた加熱試験本研究では、大気粉塵等の高精度分析に必須の元素の選択的イオン化技術として「温度制御型レーザー加熱・イオン化源」の新規開発を行った。本年度(最終年度)は、昨年度セットアップした「温度制御型レーザー加熱・イオン化源」を用いてイオン化試験を行い、その有効性を評価した。試験に用いた試料は、金属溶液、金属粒子、酸化物粒子、土壌及び大気粉塵である。まず、種々の金属溶液試料をタンタル板上に塗布して行ったイオン化試験では、それぞれのイオンを検出することに成功するとともに各元素が検出されるタイミングがレーザー出力に依存していることを確認した。また、混合溶液を用いて行った試験では、各元素を蒸発温度の違いによって相互分離して検出できることが示された。次に、固体状試料についても同様にイオン化か可能であるかを検証するために、金属及び金属酸化物粒子を用いて試験を行った。その結果、試料が粒子状であっても同様にイオン化か可能であること及び得られる質量スペクトルのレーザー出力依存性を確認することができた。最終的に土壌及び大気粉塵への適用を行い、同様にレーザー出力に依存した質量スペクトルが得られることを確認し、これらの結果を分析化学に関する国際会議(Pittcon 2009)で発表した。本研究により、大気粉塵中の微量元素の選択的分析を可能とする方法の確立への見通しを得ることができた。今後、検出感度の向上や定量性に関して検討を重ねることにより、新たな元素分析方法として確立できるものと考えられる。
高専エンジニア教育をベースにしたSTEM+Robot教育プログラムの開発

本研究ではロボット交流を題材に、アジア地域から高い評価を得ている日本発の高専教育に、理数系に対する教育の見直しとして国際的に推進されているSTEM教育を統合する。そこで本研究では、高専学生を核にいろいろな人との協働プロジェクトを進めていく教育システムを開発する。さらにそのシステムを活用したアクティブラーニング環境を構築し実践していくことを目的とする。そこで、本研究における高専エンジニア教育をベースにしたSTEM + Robot教育プログラムではロボット利用促進プロジェクト活動を通してSTEMレベルを向上させていく。またそのプロジェクト活動を通して知識・情報を基に自分の考えで物事を判断していくことの重要性を学ぶ教育プログラムも検討する。また、単発イベント型の教育の実践ではなく協働で何かを成し遂げることができる(経験できる)ものを検討する。30年度はロボット利用促進Iとして、1)ロボット競技に関する情報共有ツールを検討し、それに必要な教育プログラムを開発した。ロボットの制御に関する情報をクラウド上または外部メディアに蓄え、その成果を交流の場において表現できるようにした。2)STEM教育として効果的なロボット演技教材を検討するため、国外における調査を実施し、台湾、シンガポール、マレーシアの研究協力者を訪問した。また、国内における調査先として本学近郊の中学校、高等学校を訪問した。3)1および2で検討した事項を反映させ、STEM教育における共通プログラムとしてのロボット活用実践の可能を検討した。ロボット競技システムに関する基盤部分ができたため。また、国内外における交流参加校との講座実施についての調整をさらに進め、STEM + Robot教育プログラムに関するプロジェクトの理解を促進できたため。次年度も今年度と同様にロボット競技システムの基盤部分の構築およびSTEM + Robot教育プログラムの開発を進めていく。また、ロボット競技システムを活用した交流プロジェクトを検討する。次年度は今年度の経験を生かしより充実した内容にしていく。
効果的心不全栄養療法に向けたカルニチン欠乏・ダイナペニア・横隔膜機能障害連関解明

社会の高齢化とともに心不全患者が急増しており、心不全パンデミックと呼ばれている。心不全は患者の生命予後およびQOLを損なう進行性の病態である。我々は、四肢骨格筋の筋力低下、呼吸筋のひとつである横隔膜の機能障害、栄養障害の各々が心不全患者の運動能やQOLを低下させることを明らかとした。栄養素の中では、カルニチンの欠乏が心不全患者の退院後の予後と関係していることを報告している。この研究では心不全患者における四肢骨格筋の機能、横隔膜の機能、カルニチンレベルの相互関連を観察研究で明らかとし、カルニチン投与に有効性が期待できる患者群を見出し、介入研究に結びつけることを目指している。
真核生物の相同組換えの分子メカニズムの解明

相同組換えはDNA-染色体の間の交換反応であり,体細胞分裂期にはDNA2重鎖切断の修復に、減数分裂期には染色体の分配に重要な役割を果たす。体細胞分裂期の組換えの分子メカニズムを解明するため,細胞内でたった1つの組換え反応を誘発し,その場に集合,解離する蛋白質の挙動を解析した。その結果,従来考えられてきた事とは異なり,組換えに関わる蛋白質は複数の因子が複合体を動的に形成し,機能する事が明らかになり、組換えに関する新しいモデルを提唱した。減数分裂期の組換えの大きな特徴の1つとして、空間的に遠く離れている相同染色体間で起きる事が挙げられる。減数分裂期特異的な因子がその特異性を生み出す事が知られているが,中でも減数分裂期特異的RecAホモログであるDmc1が体細胞分裂期型のRecAホモログRad51と共同的に働く。これまでRad51では協調的に働く因子が複数同定されていたのに対し,Dmc1と協調的に働く因子の存在は知られていなかったが,我々の解析から,減数分裂特異的な複合体Mei5-Sae3がDmc1と複合体を形成し、相同染色体間の相同鎖検索反応に関わることを明らかに出来た。Mei5-Sae3複合体を精製した所,この複合体がDNAに強く結合する事が分かった。現在,Dmc1の活性への影響を検討し、試験管内での組換え反応の構築を目指している。Rad51を含めた,組換えに関わる蛋白質はDNA2重鎖切断部位に特異的に結合していると考えられた。クロマチン免疫沈降法を用いて、個々の蛋白質の結合様式を解析した所,DNA2重鎖切断を挟んで,非対称的に結合している事が分かった。このような非対称的分布のさらに確認し、その組換えにおける機能について,さらに検討した。また、減数分裂特異的に発現する遺伝子の欠失株の網羅的解析より,減数分裂期の組換えに関わる新規遺伝子を3つ(SPO16,CSM4,YDR015C)を同定出来た。これらの因子はすべて相同検索反応に関わる因子である事が分かった。DNAの交換反応である相同組換えは体細胞分裂期にはゲノムの傷を修復する事でゲノムの安定化に寄与している。相同組換えの破綻はゲノムの不安定化を引き起こし、発癌や不妊の原因になる。中でも相同鎖検索、DNA鎖交換反応は組換えの中心的な反応であり、この過程には大腸菌RecAホモログのRad51が関わる事が知られている。興味深い事に減数分裂期の相同鎖検索反応にはRad51に加え、減数分裂期特異的なRecAホモログのDmc1が必要である。減数分裂期の組換えの分子メカニズムを明らかにするために、この過程に関わる新規因子の同定を試みた。In silicoの解析から、Mei5,Sae3と言う因子が候補として見つかり、その変異株並びに蛋白質の局在の解析から、Mei5,Sae3が複合体を作り、減数分裂期特異的なRecAホモログDmc1の集合に関わる因子である事を明らかにした。さらに、相同鎖検索反応はDmc1-Mei5-Sae3複合体によって行われる事も示唆するデータも得る事ができた。このような発見は減数分裂期の組換えの分子メカニズムを知る上で重要な知見を考えられる。

また、これら因子の人、マウスでの相同遺伝子も同定し、これらがヒトの不妊の原因遺伝子の候補になる可能性もある。相同組換えはDNA-染色体の間の交換反応であり,体細胞分裂期にはDNA2重鎖切断の修復に、減数分裂期には染色体の分配に重要な役割を果たす。減数分裂期には相同組換えは父,母由来の染色体の間に物理的な結合の形成することで、染色体の分離の物理的な基盤を作り出し,分配を促進する。減数分裂期の組換えの大きな特徴の1つとして、空間的に遠く離れている相同染色体間で起きる事が挙げられる。減数分裂期特異的な因子がその特異性を生み出す事が知られているが,中でも減数分裂期特異的RecAホモログであるDmc1が体細胞分裂期型のRecAホモログRad51と共同的に働く。これまでRad51では協調的に働く因子が複数同定されていたのに対し,Dmc1と協調的に働く因子の存在は知られていなかったが,我々の解析から,減数分裂特異的な複合体Mei5-Sae3がDmc1と複合体を形成し、相同染色体間の相同鎖検索反応に関わることを明らかに出来た。Mei5-Sae3複合体を精製した所,この複合体がDNAに強く結合する事が分かった。現在,Dmc1の活性への影響を検討し、試験管内での組換え反応の構築を目指している。Rad51を含めた,組換えに関わる蛋白質はDNA2重鎖切断部位に特異的に結合していると考えられた。クロマチン免疫沈降法を用いて、個々の蛋白質の結合様式を解析した所,DNA2重鎖切断を挟んで,非対称的に結合している事が分かった。このような非対称的分布のさらに確認し、その組換えにおける機能について,さらに検討した。また、減数分裂特異的に発現する遺伝子の欠失株の網羅的解析より,減数分裂期の組換えに関わる新規遺伝子を3つ(SPO16,CSM4,YDRO15C)を同定出来た。これらの因子はすべて相同検索反応に関わる因子である事が分かった。
モノカルボン酸による局所麻酔増強効果

局所麻酔薬(プロカイン,リドカイン)の麻酔作用を増強する、一群の麻酔増強物質を発見した。麻酔増強効果は、モノカルボン酸イオンに特有の現象であった。アメリカザリガニの腹側巨大神経と鋏脚神経,ラットの迷走神経と坐骨神経,更にヒト痛覚を対象として調べると、麻酔増強物質存在下では、麻酔発現時間が短縮し、麻酔持続時間が延長した。また、同じ麻酔効果を得るのに必要な麻酔薬濃度は、QQ1WW4RRQQ1WW10RRに低下する。麻酔増強の程度は、直鎖型のモノカルボン酸では炭素鎖が長くなるにつれて強くなり、芳香族カルボン酸では更に強力であった。また、ジカルボン酸,スルホル酸等のイオンでは、全く麻酔増強が起らない。局所麻酔薬の作用を、神経膜に対する広い意味での吸着現象とみて吸着モデルを作り、紫外吸収実験で得られたパラメ-タを利用すると、麻酔発現時間の麻酔薬濃度依存性(電気生理学的実験結果)をよく説明する。電気生理学的実験結果を、このモデルで解析した結果,ザリガニ鋏脚神経では、(1)神経膜に局所麻酔薬分子の吸着サイトが約40μmol/g存在し、(2)プロカインの場合、サイトの45%が占有された時に麻酔が発現することが判明した。また、モノカルボン酸イオンには、(3)神経膜に対する局所麻酔薬分子の吸着率を上げ,脱着率を下げる作用と、(4)麻酔発現に必要な臨界吸着率((2)の45%)を、3020%にまで低下させる作用があった。麻酔増強効果はin vivoの実験系でも顕著であったが、炭素数が3(プロピオン酸)以上の直鎖型カルボン酸では、麻酔持続時間が短縮した。水素クリアランス法を用いた実験の結果,これらのモノカルボン酸は、局所の組織血流量を増大させる作用が大きいことが判明した。ザリガニ巨大神経膜に対する局所麻酔薬プロカインの吸着は、ラングミュア型の吸着反応を示しており、その吸着率、脱着率、更に吸着量の濃度依存性から、最大可能吸着量と麻酔発現に必要な最小量が求められた。これによると、最大可能吸着量の45%(臨界吸着比)で電気生理学的な麻酔が発現していることが明らかになった。ところが、最大可能吸着量は約40μmol/gで、臨界吸着比が45%であることを考えると、麻酔発現時には神経膜面積の半分近くが麻酔薬分子で覆われることになる。一方、麻酔増強効果を持つモノカルボン酸イオンの存在下では、プロカインの神経膜に対する吸着率が増加し、脱着率が減少する傾向がみられたが、特に臨界吸着比の低下が顕著であった。即ち、添加したモノカルボン酸イオンの炭素鎖が長くなるにつれて、より少量の麻酔薬が神経膜に吸着すれば麻酔が発現する。芳香族カルボン酸では、この麻酔増強効果が更に大きく現れた。また、ジカルボン酸、スルフォン酸等の添加では、電気生理学的な麻酔増強効果が認められなかったが、今回の紫外吸収を利用した実験結果からも、プロカインの神経膜に対する吸着率、脱着率、臨界吸着比のいずれも変化しないことが判明した。以上の結果は、局所麻酔薬並びに麻酔増強効果を有するモノカルボン酸イオンの神経膜に対する作用機序がNaチャンネルに対する特異的なものではなく、周囲のリン脂質を通じた相互作用を考慮しなければならないことを示唆している。この考え方にそって、Naチャンネルについてのより分子論的な検索を行なう為に、現在ツメガエル卵を膜電位固定して、膜電流の変化を観測すべく準備を進めている。

局所麻酔薬と神経膜との相互作用を吸着現象として解析し、吸着率、脱着率、更には麻酔発現の為の臨界吸着比が、麻酔増強物質存在下でどう変化するかを、プロカインに特有な紫外吸収を示標にして検索した結果、以下の事が明らかになった。モノカルボン酸イオンの存在下でプロカインの神経膜への吸着は、吸着率が増大し、脱着率が低下する傾向が観測された。しかし、最も顕著に現われた効果は、臨界吸着比の低下であった。即ち、プロカイン単独投与では、吸着サイトの45%(臨界吸着比)を占有しなければ麻酔が発現しないが、直鎖型モノカルボン酸イオン存在下では3730%になり、炭素鎖が長くなるにつれて臨界吸着比が低下した。更に、芳香族モノカルボン酸イオン存在下では23%前後まで低下し、麻酔増強作用がより強力であることを裏付けている。一方、スルホン酸、ジカルボン酸等イオンの存在下では、吸着モデルに現われるパラメ-タのいずれをも変化させず、麻酔増強作用がみられないことを示していた。この紫外吸収実験で得たパラメ-タを吸着モデルに用いて、神経束麻酔の時間経過をシミュレ-トすることによって、先に電気生理学的実験によって得られた各条件下(モノ、ジカルボン酸、スルホン酸イオン等の存在下)での麻酔時間経過を、ほぼ完全に再現できた。直接Naチャンネル電流を観測して、これに対する局所麻酔効果並びに麻酔増強作用を調べる為の、ツメガエル卵を利用した実験では、ラット脳由来のmRNAの翻訳が安定して行なわれる段階にまで達していない。卵膜に本来備わっているClチャンネルについては、電流の時間依存性がホジキン・ハクスレ-の単一イオンゲ-トモデルで記述できることが示された。ザリガニ巨大神経に対する局所麻酔において発見されたモノカルボン酸イオンによる麻酔増強効果は、ラット坐骨神経とヒト痛覚においても確認された。摘出したラット坐骨神経束に、0.1%プロカインを30分間作用させると、活動電位の大きさは約1/4になり,洗浄によって徐々に回復する。各種モノカルボン酸ナトリウム0.7%を添加すると、モノカルボン酸の炭素鎖長に応じて、著しい麻酔発現時間の短縮と麻酔持続の延長が観測された。一方、血流が存在する生体内での麻酔増強効果を調べてみると、摘出神経束で得られたものと一部異なる結果を得た。バルビタ-ル麻酔下のラット坐骨神経を、大腿部で切開露出し、プロカインによる麻酔経過を観測した。サリチル酸ナトリウム存在下では、摘出神経束の場合と同様に、強い麻酔増強が認められたが、プロピオン酸等の直鎖型で炭素鎖の長いイオンの存在下では、麻酔発現時間は短縮されたものの、麻酔からの回復が逆に早くなった。そこで、これらのイオンの存在によって神経束内の局所血流量が受ける影響を、水素クリアランス法を用いて調べた。この結果、プロピオン酸イオン存在下で約30%の組織血流量の増加、一方、サリチル酸イオンでは17%の減少(共に有意)が起っていることが判明した。即ち、生体内での局所麻酔も、サリチル酸添加によって著しい麻酔増強が起るが、これは局所麻酔薬の臨界濃度を下げる等の神経膜に対する直接的な効果と、局所血流量を抑えて麻酔薬濃度の低下を遅らせる作用とによって、一層効果的に麻酔増強が起ると考えられる.ヒト上腕部皮膚でのプロカインによる痛覚鈍麻を調べた実験でも、サリチル酸イオン存在下では、約4倍の麻痺持続が観測された。
ロボットを用いたOS教育支援環境に関する研究

本研究の目的は,情報教育において, OSや組込みシステムなどのシステムソフトウェア学習を,ロボットの利用によって理解を支援,促進することの効果を検証することである.システムソフトウェアは動作が直接見えないため,従来のテキストや実習装置ではシステムソフトウェアの内部動作や構造のイメージがつかめず,内部動作の概念の理解が難しい現状がある.そこで本研究では自律型の自走ロボットの挙動を利用し、システムの内部動作を可視化することで,システムソフトウェアの動作概念を挙動によって具体化した教材環境の開発,実践,評価を行う. PCおよびLEGOロボット(以下LEGO-Mindstorms)を利用し,ロボットの挙動のビデオキャプチャによって動作の再現性を確保し,ロボットの内部動作,ソースコード,挙動を一元的,直観的に理解できる環境を整えた.これにより,システムソフトウェアの概念を視覚的,直観的に理解することができることを明らかとする.研究によって次の2点が明らかとなった.・内部動作の可視化によって生徒の理解が促進されることを確認本環境を用いた母集団と,従来環境を用い母集団とで評価実験を行った.本環境を用いた場合の課題クリア時間が最も短く,ソースコードの改善,パラメータ調整の回数が最も少ない.また、アンケート結果においても生徒が直観的に理解できていることが明らかとなった.可視化環境では,生徒が開発したロボットのソースコードや設定したパラメータがどのような状況で動作に関連しているのかを本環境によって示すことができることから,原因の特定が容易になっていると考えられる.・統合的な教育環境が導入教育では必要であることを確認専門系の学科を設置する高校では,発展的な学習や実習について行けず,学習意欲を低下させる場合が多い.本環境は生徒のアンケートからは学習効果に肯定的な評価が多く,生徒の学習意欲を維持向上させるのに貢献していることが明らかとなった.ロボットや,可視化および統合環境を提供し,制御やシステムの動作を分かりやすく示すことで,生徒が初期段階で躓くことを防いでいる.このことから統合的かつ直観的に学習できる環境によって,導入教育段階において生徒の理解を促進することができることを確認した.また,ロボットのように興味を引く教材を用いることで,生徒の学習意欲を得ることができることを確認した.今後はドローン等を用いた学習環境の応用等が考えられる.本研究の目的は,情報教育において, OSや組込みシステムなどのシステムソフトウェア学習を,ロボットの利用によって理解を支援,促進することの効果を検証することである.システムソフトウェアは動作が直接見えないため,従来のテキストや実習装置ではシステムソフトウェアの内部動作や構造のイメージがつかめず,内部動作の概念の理解が難しい現状がある.そこで本研究では自律型の自走ロボットの挙動を利用し、システムの内部動作を可視化することで,システムソフトウェアの動作概念を挙動によって具体化した教材環境の開発,実践,評価を行う. PCおよびLEGOロボット(以下LEGO-Mindstorms)を利用し,ロボットの挙動のビデオキャプチャによって動作の再現性を確保し,ロボットの内部動作,ソースコード,挙動を一元的,直観的に理解できる環境を整えた.これにより,システムソフトウェアの概念を視覚的,直観的に理解することができることを明らかとする.研究によって次の2点が明らかとなった.・内部動作の可視化によって生徒の理解が促進されることを確認本環境を用いた母集団と,従来環境を用い母集団とで評価実験を行った.本環境を用いた場合の課題クリア時間が最も短く,ソースコードの改善,パラメータ調整の回数が最も少ない.また、アンケート結果においても生徒が直観的に理解できていることが明らかとなった.可視化環境では,生徒が開発したロボットのソースコードや設定したパラメータがどのような状況で動作に関連しているのかを本環境によって示すことができることから,原因の特定が容易になっていると考えられる.・統合的な教育環境が導入教育では必要であることを確認専門系の学科を設置する高校では,発展的な学習や実習について行けず,学習意欲を低下させる場合が多い.本環境は生徒のアンケートからは学習効果に肯定的な評価が多く,生徒の学習意欲を維持向上させるのに貢献していることが明らかとなった.ロボットや,可視化および統合環境を提供し,制御やシステムの動作を分かりやすく示すことで,生徒が初期段階で躓くことを防いでいる.このことから統合的かつ直観的に学習できる環境によって,導入教育段階において生徒の理解を促進することができることを確認した.また,ロボットのように興味を引く教材を用いることで,生徒の学習意欲を得ることができることを確認した.今後はドローン等を用いた学習環境の応用等が考えられる.
ナノ/マイクロトライボロジーの表面化学的研究

叢は、マイクロX線光電子分光法(XPS)や飛行時間型二次イオン質量分析計(TOF-SIMS)などの先端表面分析装置を用い、ナノ/マイクロトライボロジー挙動を化学的・分子論的に解明することを目的とし、昨年度に下記の研究を行ってきた。1.磁気ディスクにおける潤滑油薄膜の摩擦による分解に関する表面化学的研究高感度な表面分析装置であるTOF-SIMSのメインチャンバー内で極低荷重の摩擦実験を行い、その摩擦面を分析することにより、摩擦初期における潤滑油の分解プロセスの解析を試みた。また、スライダー材質の潤滑油の分解反応に対する影響を検討した。結果として、スライダーのAl_2O_3が磁気ディスク表面の潤滑油と反応して化学摩耗を起こすこと、潤滑油が末端基から分解することがわかった。Al_2O_3やTiNスライダーより、DLC、c-BNをスライダー材質に用いた場合には、潤滑油の分解を抑制できることがわかった。したがって、潤滑油の分解を抑制し、ヘッド・ディスク・インタフェース(HDI)の信頼性を向上するには、潤滑油と反応しにくいDLCやc-BNのような材質を使う必要がある。2.ハードディスクの耐久性に対する環境因子の影響様々な要因によって発生するコンタミネーションをモデル化して、実機のハードディスクの動作が再現するためCSS(Contact Start/Stop)テスターを用い摩擦挙動を調べた。飛行時間型二次イオン質量分析計(TOF-SIMS)を用いスライダーの表面を分析した。コンタミネーションは、スライダーへのディスク潤滑油の大量を引き起こし、HDIの高摩擦係数に関与していることがわかった。移着および摩擦を低減するため、低表面エネルギーのフッ素系自己組織化単分子膜(SAM)をスライダー表面に成膜した。スライダー表面にSAMを成膜することによりコンタミネーションによる潤滑油の移着量が抑えられ、HDIのトライボロジー特性を改善した。以上の結果より、スライダーの表面処理によるHDIの耐久性を向上する方法を提案した。叢は、マイクロX線光電子分光法(XPS)や飛行時間型二次イオン質量分析計(TOF-SIMS)などの先端表面分析装置を用い、ナノ/マイクロトライボロジー挙動を化学的・分子論的に解明することを目的とし,昨年度に下記の研究を行ってきた。1.セラミックスの摩擦面上におけるトライボ化学反応機構の解明大気に敏感な反応膜を正確に分析するため、XPSの分析チャンバーに摩擦試験機を接続し、摩擦面を大気に暴露することなしに表面化学状態が観察できる摩擦装置に改装した。各種のセラミックスを用い,反応性がある雰囲気中で摩擦させ、トライボ化学反応生成物とトライボロジー特性との関係を検討した。各種セラミックスの摩擦面における境界膜の化学構造の解明ができた。2.磁気ディスクにおける潤滑油薄膜の摩擦による分解に関する表面化学的研究高感度な表面分析装置であるTOF-SIMSのメインチャンバー内で極低荷重の摩擦実験を行い、その摩擦面を分析することにより、摩擦初期における潤滑油の分解プロセスの解析を試みた。3.ハードディスクの耐久性に対する環境因子の影響実機のハードディスクの動作を再現することのできるCSS(コンタクト・スタート・ストップ)テスターを用い、様々な要因によって発生するアウトガスによるHDIへの影響について検討した。アウトガスの影響でスティクションが増加したことが判明した。スティクションの増加を防止するため、自己組織化単分子膜をスライダーにコーティングすることによりスティクションを制御できた。4.DLC薄膜のトライボロジー特性と表面化学分析Ti元素を添加したダイヤモンドライクカーボン(DLC)被膜は、従来のDLCと比較してエンジンオイル中で低摩擦係数を示した。その潤滑機構を解明するため、XPS及びTOF-SIMSを用い、Ti添加DLC薄膜の微細構造を調査している。一方、摩擦面の表面分析を行い、低摩擦係数の実現機構などについて考察している。2.ハードディスクの耐久性に対する環境因子の影響

様々な要因によって発生するコンタミネーションをモデル化して、実機のハードディスクの動作が再現するためCSS(Contact Start/Stop)テスターを用い摩擦挙動を調べた。飛行時間型二次イオン質量分析計(TOF-SIMS)を用いスライダーの表面を分析した。コンタミネーションは、スライダーへのディスク潤滑油の大量を引き起こし、HDIの高摩擦係数に関与していることがわかった。移着および摩擦を低減するため、低表面エネルギーのフッ素系自己組織化単分子膜(SAM)をスライダー表面に成膜した。スライダー表面にSAMを成膜することによりコンタミネーションによる潤滑油の移着量が抑えられ、HDIのトライボロジー特性を改善した。以上の結果より、スライダーの表面処理によるHDIの耐久性を向上する方法を提案した。