hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
有機色素を触媒とする可視光ペルフルオロアルキル化反応の開発

また、今後、研究計画には未記載である不斉水素化等についても検討を予定している。有機色素を用いた可視光ペルフルオロアルキル化反応の開発を目的とする本研究では、主に4通りの反応について検討し、含フッ素化合物の合成を達成することを目標としている。研究2年度までに、このうちのヨウ化ペルフルオロアルキル化反応及び、脱離を伴う反応の2つについてほぼ達成し、臭化ペルフルオロアルキルに関する反応の検討にも着手していた。最終年度の今年度は、これらの結果を総合的にまとめて、エオシンYを光レドックス触媒とする反応において、反応条件を適宜選択することにより、ヨウ化ペルフルオロアルキル、臭化ペルフルオロアルキル双方をラジカル前駆体として使用可能であることを見出した。また、反応条件により触媒のレドックスサイクルを酸化的、還元的サイクルと切り替えることができ、それぞれの反応条件において得意な反応基質が異なることを明らかにした。このことにより、申請段階では予期しなかった、電子不足なオレフィンへの元素移動型ラジカル付加反応も可能であることを見出すことができた。すなわち、様々な基質に対してのヨウ化-ペルフルオロアルキル化反応、臭化-ペルフルオロアルキル化反応、水素化ーペルフルオロアルキル化反応、ヒドロキシーペルフルオロアルキル化反応を可能とし、これまで入手が困難であった多くの新規含フッ素化合物の合成を可能とした。用いる臭化物、ヨウ化物の検討も行い、様々なペルフルオロアルキル基に対して有効であることも確認している。また、反応機構の検討を行い、反応機構の検証を行った。さらに、この研究の一環として、エナミンを経由するペルフルオロアルキル化反応も可視光照射により進行することも明らかとしている。エオシンYを有機色素とする末端アルケン、アルキンの反応においてはヨウ化ペルフルオロアルキルを用いた場合にはヨウ化ーペルフルオロアルキルが進行し、臭化物を用いた場合には水素化ペルフルオロアルキル化反応が進行すること、その反応機構の違いを明らかにした。今後も、一電子還元を伴う反応など、研究計画に記載した反応の開発を行う。また、基質としては末端オレフィンに限られていることから、その基質拡大についても検討を行う。本研究は順調に当初の期待以上の結果を得ていることから、今後さらに研究を推進し、不斉反応や、単純なオレフィン以外の基質への適用等へ展開する予定である。差額が生じているのは主に物品費であるが、これは研究を行っていく過程で、使用する試薬、溶媒、器具が当初計画していたものよりも一般的で安価なもので済み、費用が削減された。特に、併用すると想定していた水銀ランプの使用時間が短くて済んだため、今年度は交換の必要が生じなかった。研究の経過の中で、低温での反応や、高価な試薬の必要性が生じている。また、今年度は水銀ランプの交換が必要である可能性が高いため、物品費として充当していきたい。
繰り返し高強度運動時の酸素摂取動態の調節機構の解明

6分間の全身性の動的な高強度運動を6分間の安静をはさんで2回操り返すと,2回目の運動(本運動)時には酸素摂取(V0_2)応答が速くなり,VO_2 slow成分が減少する。そこで本研究では,繰り返し高強度運動での2回目の運動時に認められるVO_2応答促進とVO_2 slow成分の減少が,運動肢への血流促進といった酸素運搬系に起因するのか,あるいは,筋動員パターンが関与するような筋側の要因に起因するのかを明らかにする目的で立案,実施された。酸素運搬系の関与を明らかにするために,運動肢への血流を直接測定可能な膝伸展運動を選択し,超音波ドップラー法による連続的な大腿動脈血流測定を行った。操り返し高強度連動プロトコール中の運動肢への血流と肺VO_2動態の関連性を検討した結果,2回目の運動時に見られるVO_2動態に運動肢血流動態は関与していないようであった。それをさらに確認するために,顔面冷却操作による人為的な血流低下条件を設定し,その際のVO_2動態も観察した。その結果,運動肢への血流量の人為的な低下にもかかわらず,VO_2動態は影響を受けず,運動肢への血流動態が関与していないことがより明らかとなった。次に筋側の要因として,運動肢内の筋動員パターンを^1H-MRIによって検討した。MRIのよってえられるT2時間を用いることで,運動時の筋動員の程度が非侵襲的に定量可能となる。そこで,繰り返し運動プロトコール中,1・2回目の運動前後で右脚大腿部の各筋の動員程度を定量化した。その結果,VO_2動態と関連性のある動員を示した筋として,外側広筋,内側広筋,大内転筋があげられた。このような結果は,VO_2動態調節搬構の解明といった基礎的なテーマに貢献するだけでなく,高強度運動によるウオームアップ効果の生理的意義を明らかにするといった実学的な意味での貢献も期待できる成果といえる。最近,我々も含めたいくつかのグループは,ウオームアップ効果を主眼とした,繰り返し高強度運動時のVO_2応答の研究から興味深い結果を相次いで発表している。6分間の高強度脚自転車こぎ運動を,安静を間にはさんで2回繰り返すと,2回目の運動(本運動)時にはVO_2応答が速くなり,VO_2 slow成分が減少するというものである。いいかえると,1回目(ウオームアップ運動に相当)と比較して,本運動ではO_2-deficitが減少し(エネルギー供給に対する解糖系の寄与が相対的に減り),引き続く疲労の進行が押さえられる,すなわち恩恵的なウオームアップ効果があることを意味する。この生理的な成因としては種々の要因が考えられるが,これまでの研究を概観すると,運動肢へいたる血流に起因する(O_2-deliveryが関与)とする考え方と,運動肢内の何らかの要因に起因する(例えば筋繊維内の代謝過程のrate-limitingや筋繊維動員パターン,さらに筋動員パターンが関与)とする考え方に大別される。そこで,本研究ではその成因を明らかにする目的で立案された。本年度は,運動肢内の筋動員パターンの問題をH-MRIによって検討した。MRIのよってえられるT2時間を用いることで,運動時の筋動員の程度が非侵襲的に評価可能である。そこで,上述の繰り返し運動

プロトコールを課し,それぞれの運動前後で右脚大腿中央横断面をMRIで撮影し,各筋群のT2時間を測定して,1回目・2回目の運動それぞれでの変化から,その動員程度を定量化した。その結果,1回目の6分間の運動では,前半3分間は大腿部前面の筋群が比較的多く動員されたのに対して,後半3分では後面の筋群の参画が顕著であった。1回目と2回目の比較では,顕著な違いは見あたらなかった。この結果,VO_2 slow成分の大きさと大腿部前面・後面の筋群動員パターンの関連性が示唆されたが,2回目の運動で特徴的なVO2動態との関連についてはさらなる検討が必要であると考えられる。最近,我々も含めたいくつかのグループは繰り返し高強度運動時のVO_2応答の研究から興味深い結果を認めている。6分間の高強度運動を,安静をさんで繰り返すと,2回目の運動時にはVO_2、応答が速くなり,VO_2slow成分が減少するというものである。これは1回目と比較して,本運動ではO_2-deficitが減少し,引き続く疲労の進行が押さえられる,すなわち恩恵的なウオームアップ効果があることを意味する。この機序としては種々の要因が考えられるが,これまでの研究を概観すると,運動肢へいたる血流に起因する(O_2-deliveryの関与)という考え方と,運動肢内の何らかの要因に起因する(例えば筋繊維内の代謝過程のrate-limitingや筋繊維動員パターン,さらに筋動員パターンの関与)という考え方に大別される。そこで,本研究ではその成因を明らかにする目的で立案された。本年度は、前者の血流に関する要因に主眼をおいた検討を行った。運動肢への血流測定を行うために膝伸展運動を選択した。この運動様式の利点は,大腿鼠径部の大腿動脈上にプローブをあて,超音波ドップラー法による連続的で非侵襲な大腿動脈血流測定が可能な点にある。上述のような基準プロトコール中に,以下のような顔面冷却による血流低下条件を与えて,その際のVO_2応答を定量化した。1回目もしくは2回目の運動開始1分前から運動中3分目まで,冷却した特殊な柔らかいジェルパックを被験者前額部に押しつけ,三叉神経-脳幹-副交感神経緊張(diving reflex)により,中心・末梢循環を低下させた。そういった条件下で運動を開始した際に,果たしてVO_2応答は遅れ,VO_2 slow成分は増大するか否かを検討した。その結果,運動肢への血流量の人為的な低下にもかかわらず,VO_2動態は影響を受けず,運動肢への血流動態が直接的には関与していないのではないかと推察された。平成14年度は,過去2年間の研究結果に基づき,V02 slow成分の成因として,大腿部の筋群の動員様式ならびに各筋内の筋繊維動員パターンが関与するか否かを検討することを目的とした.そのために再び自転車こぎ運動を選択し,また初年度のrepeated-bowts運動プロトコールに対する^1H-MRIの適用上の問題点(すなわち,2回目の運動時での評価の困難さ)から,single-boutにプロトコールを変更して実施した。ただし,より詳細な検討を可能にするために,運動強度をVO2 slow成分の出現のあり・なしが顕著な3段階用意し,また対象とする筋には大腿部の筋群に腰部の大殿筋まで加えた。運動の前後で^1H-MRIによる大腿部横断面撮像を行い,対象とする筋のT2値を測定することで、各筋の動員程度を定量化した。
連続的プラズマ誘起電解による微粒子形成法の確立

本研究では、回転円盤陽極式電解装置を用いて、連続的プラズマ誘起電解を行い、10nm以下のNiナノ粒子の形成を確認した。円盤の回転速度や電解電流値などの電解条件と粒子サイズの関係について検討を行ったところ、円盤の回転速度の増大による形成粒子の微細化・均一化を確認した。また、形成直後のナノ粒子を速やかに回収する本方式では、粒子サイズの電解電流値(0.1-5.0A)への依存は小さくなることがわかった。本年度では、連続的にプラズマ誘起電解を行うための回転円板式連続電解装置を開発し、同装置を用いて、ナノ粒子の作製を行う際の溶融塩の供給速度、円板回転速度、電流値などのパラメータの最適化を試みた。この装置では、供給槽にアルゴン(Ar)ガスを導入することで、槽内に溶融・保持した溶融塩を電解槽へと圧送し、高速回転が可能な陽極円板上に連続的に供給する。そこで、まず溶融塩の供給速度を規定するために、溶融塩を圧送するためのArガスの導入流量と溶融塩の供給速度との関係について検討を行った。その結果、溶融塩を一定の供給速度で安定に供給できるArガス導入流量を見出すことに成功した。次に、陽極円板の回転速度や電解電流値と作製粒子サイズとの関係について検討した。その結果、円板回転速度が増すに伴い、作製粒子が微細化し、特に1,700rpm以上の高回転速度領域で大幅に微細化できる可能性が見出された。また、二次粒子の形成が抑制される電流領域が示唆された。今後は、さらに円板の回転速度を高め、高速回転領域における作製粒子のサイズの変化とその再現性を確認する。次に、電流値と作製粒子のサイズとの関係について、特に、1.0A以下の小電流領域において詳細に検討し、パルス放電に最適な電流波形の条件(波高値、周期、デューティ比、周波数など)の絞込みに反映していく予定である。また、自律型放電維持システムについては既に必要な電気回路の設計・製作を完了している。この回路を用いて、まずは自律型放電維持システムの構築において必要となる放電の駆動方式についての検討を行う。次に、電流波形条件の最適化の結果と組み合わせ、自律型パルス放電維持システムを制作する。そして、このシステムの完成次第、種々の電流波形を用いて作製粒子のサイズ制御について検討する予定である。本研究では、ナノ粒子作製法であるプラズマ誘起電解法において、回転円盤式電解装置を用いた作製粒子のサイズ制御に関する検討とプラズマ誘起電解のための電源システムの設計・製作を行っている。回転円盤式電解装置では、電解浴溶融塩は高速回転させた陽極円盤上に供給され、液膜状に広がって円盤とともに回転し、円盤外部に設けた回収容器へと飛散し、固化する。この円盤上の溶融塩液膜を電解浴に用いて電解を行うことで、成長初期段階にあるナノ粒子を速やかに回収することができる。前年度の検討では、ニッケル粒子の作製を中心に調べたところ、円盤の回転速度が増すにつれて、作製粒子のサイズが微細化し、特に1,700rpm以上の高回転速度領域で大幅に微細化できる可能性が見出された。これまで円盤の回転速度の装置限界は1,700rpmであったが、本年度では3,300rpmの回転が可能になるように円盤回転機構に改良を加え、より幅広い回転速度で検討を行った。その結果、2,000rpm以上の回転速度で、極めて微細な10nm以下のニッケルナノ粒子が得られた。また、当初は作製粒子のサイズと電解電流値との間に相関があると考えられたが、0.1-5.0Aの範囲では電流値を変化させても、粒子サイズの変化は小さかった。これらの結果から、作製粒子のサイズ制御には、円盤の回転速度を変化させることが最も効果的であることが確かめられた。また、放電を安定的に維持し、放電停止時に自律的に放電を駆動する方式について検討したところ、いずれの回転速度・電流値においても30V以下の直流電圧で放電を維持でき、約4kVの直流電圧の印加により放電を開始できることがわかった。次年度では、放電極の多電極化について検討を行い、複数の放電を用いたプラズマ誘起電解が可能な電源システムの構築を目指している。本研究では、新規なナノ粒子作製法であるプラズマ誘起電解法において、回転円盤式電解装置を用いた作製粒子のサイズの制御と、連続的な電解を可能にするための自律型放電維持システムの構築を目的として一連の検討を進めてきた。回転円盤式電解装置では、高速回転させた陽極円盤上に連続的に供給された電解浴においてプラズマ誘起電解を行い、ナノ粒子を形成する。これまでに、円盤の回転速度によって得られる粒子のサイズを制御できることを確認しており、10nm以下の極めて微細なナノ粒子が得られている。一方、電解開始時に3.0kV程度の電圧を瞬間的に電極間に印加し、駆動した放電を20V程度の電圧で維持しながら、ナノ粒子を形成する、新たな放電制御システムを開発した。

さらにこのシステムによって、放電が途切れた際には、電極間に再び3.0kV程度の電圧を自律的に印加して、放電を再駆動することも可能になった。本年度は、電解の電流値について検討を行ったところ、3.0A以上の電流で長時間電解を行った場合に、放電極の著しい消耗が確認された。これは放電部の高温のためであると考えられる。この高温化を抑制するためには、これまで一本の陰極で行っていた放電を、複数電極からの並列的な放電とすることで、放電極1本当たりの電流値を下げる必要があると考えた。そこで、放電極の多電極化について検討を加え、上記の自律型放電制御システムに多電極化機能を付与した新たな放電システムを設計・製作し、この放電システムを用いた多電極放電によるプラズマ誘起電解が可能であることを実証した。
クロムおよびクロム基合金の延性の環境効果と室温脆性の改善

クロムの延性、室温脆性のメカニズムを理論的、実験的に調べ、その本質を理解するための第一段階として、延性の雰囲気による効果について超高純度クロム試料を用いて破壊実験を行い、真空、水素雰囲気等の試験環境相違による環境効果について詳細に検討した。以下にその概要を報告する。1.クロムの室温脆性と環境の効果:超高純度圧延クロム(純度99.98%以上)試料について空気(大気、乾燥空気)、真空、窒素、酸素および水素の各雰囲気で小型パンチ試験および三点曲げ試験による延性評価を行った結果、金属クロムの延性に環境効果がみられ、大気中で最も大きな延性を示すことが判明した。これは大気中の水分による影響が最も大であり、クロム表面の被膜の形成に関与していることが考えられる。事実、水中ではさらに大きな延性を示した。加えて、金属クロムには水素脆化が存在し、変形速度の低下に伴いその現象を顕著に示した。一方、金属クロムの延性一脆性遷移温度は従来の報告よりも低温側に位置し、小型パンチ試験の結果では大気中で約313Kであった。2.室温脆性改善のための方策の検討:金属クロムの延性がクロム表面の被膜に関与することを踏まえて、室温における脆性改善の予備的指針について検討した。Cr-0.5%M(M:3d遷移金属)合金の水溶液腐食試験の結果および購入したパーソナルコンピュータを用いた電子論による理論的検討の結果、NiやMg等数種の添加元素が延性改善に有効な元素として選択できた。今後これら元素の効果を系統的に調べ、合金の最適成分の検討と合金設計による室温脆性の改善について検討し、クロムの新材料としての利用のための可能性について探究する。
造血細胞の増殖・分化におけるGATA-1活性の制御機構の解析

GATA-1は赤巨核球系特異的な転写因子であり、これらの細胞の発生に必須の役割を担う。本研究では、血液細胞の系統決定におけるGATA-1の機能及びその分子機構について検討を行った。骨髄系細胞株M1はIL-6によるマクロファージへの分化誘導とアポトーシス誘導のモデルとして用いられている。このM1にGATA-1を導入すると、M1の系統は骨髄系から赤巨核球系へと変化した。また、GATA-1導入M1ではIL-6によるマクロファージへの分化誘導、アポトーシス誘導が共に阻害された。この機構として、GATA-1はサイクリンD1とbcl-2の持続性発現を介してIL-6の作用を阻害すると考えられた。トロンボポエチンによる巨核球の分化誘導にはRasの活性化が必須である。しかし、Rasの活性化は多くの場合、細胞増殖に関与しており、Rasに反応して巨核球への分化が誘導されるためには特定の細胞内分子が必要と考えられた。実際、赤巨核球系細胞株K562、F-36Pに活性型Rasを発現させた場合、巨核球への分化が誘導されたが、骨髄系細胞株32Dでは細胞増殖が誘導されたのみであった。一方、32DにGATA-1を導入した場合、GATA-1は32Dの系統を赤巨核球系に変化させ、GATA-1導入32Dは活性型Rasに反応して成熟巨核球に分化するようになった。このクローンにおいて、GATA-1は32Dに元来発現していた骨髄系転写因子PU.1、c-mybと直接的に結合し、これらの分子の機能を阻害していた。また、PU.1の機能を阻害しない変異GATA-1では32Dの系統を赤巨核系に変化させる能力が減弱していた。これらの結果から、GATA-1が造血細胞の系統を決定する際には、転写因子としての機能するのみでなく、蛋白蛋白の相互反応を介して他の系統特異的な転写因子の活性を阻害することが重要であると考えられた。
分子の短軸方向に異方性を持つ光学活性な芳香族ポリケトンの合成

モノマーの設計と重合反応[親電子芳香族置換反応]アニソール誘導体と安息香酸誘導体の,直接アシル化とフリーデルクラフツ型の2つの縮合反応を検討した。次いで,アシル受容モノマーとして2,2'-ジメトキシビフェニルと2,2'-ジメトキシジフェニルエーテルに,ジカルボン酸部位をテレフタロイル,イソフタロイル,ナフタレンジカルボニル,オキシビスベンゾイルとする親電子芳香族置換反応を検討した。テレフタル酸クロリドと2,2'-ジメトキシビフェニルの塩化アルミニウムによる速やかな重合で,高分子量で完全非晶性のポリケトンが得られた。[芳香族カップリング反応]ハロゲン化ベンゾフェノンのカップリング反応でのケトンカルボニルの阻害効果を解明し,それを含めて最適反応条件を決定した。ついで,5,5'-ビス(4-クロロベンゾイル)-2,2'-ジメトキシビフェニルを合成し,ニッケル錯体触媒/亜鉛還元剤系の芳香族カップリング重合で,フィルム形成能を有する,新規な全芳香族ポリビフェニレンの合成ができた。側鎖官能基ブロックの構築[アミノ酸導入単位化合物の合成]光学活性なアミノ酸部位を高分子鎖に組み込む構築ブロックとして3つのアクリロイル-L-プロリルアミド誘導体について,その二重結合の高い反応性と疑シス-トランス異性の問題を回避してその合成に初めて成功した。[共重合と側鎖官能基変換反応]側鎖にアルコキシ基を有する高分子量で高耐熱性の芳香族ポリケトンを共重合の手法により合成し,ルイス酸を用いて,保護基のエーテル結合を切断する方法を確立した。最近の研究動向に関する調査最近,特に,芳香族ポリケトンのミクロ構造と物性相関に関する研究の進展がめざましい。そこで,ここ3年の報告を主な範囲とし,芳香族ポリケトンの合成,構造解析,物性研究報告について調査解析し整理して発表した。[モノマー合成および重合のモデル反応としての親電子芳香族置換反応]アニソール誘導体と安息香酸誘導体の縮合反応を,カルボン酸とPPMA(五酸化燐/メタンスルホン酸)を用いた直接アシル化と酸クロリドとルイス酸を用いたフリーデルクラフツ型反応の2つの方法で検討した。基質特異性は見られたが,予定した物質はいずれも良好な収率で得られた。芳香族カップリング反応のモノマーである新規物質の,5,5'-ビス(4-クロロベンゾイル)-2,2'-ジメトキシビフェニルおよびそのモデル化合物はPPMA法により得られた。[アミノ酸導入単位化合物の合成]光学活性なアミノ酸部位を高分子鎖に組み込む構築ブロックとしてのアクリロイル-L-プロリルアミドの3つの誘導体の合成に初めて成功した。これらの化合物の二重結合の高い反応性とアミド結合回りの疑シス-トランス異性のためにこれまで合成が行われていなかったと考えられるが,今回その問題を回避して合成し,異性体の存在も証明することができた。[重合およびそのモデル反応]アシル受容モノマーとして2,2'-ジメトキシビフェニルと2,2'-ジメトキシジフェニルエーテル,ジカルボン酸部位をテレフタロイル,イソフタロイル,ナフタレンジカルボニル,オキシビスベンゾイルとする親電子芳香族置換反応を検討した。テレフタル酸クロリドと2,2'-ジメトキシビフェニルの塩化アルミニウムを用いた反応で,重合が最も速やかに進行し,高分子量で完全非晶性のポリケトンが得られた。また,ハロベンゾフェノン類およびビスベンゾフェノンモノマーのニッケル錯体触媒/亜鉛還元剤系の芳香族カップリング反応の検討では,現在のところ高分子量ポリケトンを得るには至っていない。

ク-ゲルロール簡易蒸留装置はモデル反応,モノマー合成等の小スケール蒸留操作を大きく効率化している。モノマーの設計と重合反応の検討[芳香族カップリング型高分子合成のモデル反応の検討]芳香族カップリング反応を芳香族ポリケトン合成に展開するにあったてケトンカルボニル基を有する芳香族化合物(ハロゲン化ベンゾフェノン)のカップリング反応の挙動を調べた。ハロゲン化ベンゾフェノンの芳香族カップリング反応はこれまで報告がほとんどなかったが,今回のケトンカルボニル基の芳香族カップリング反応における影響の評価検討の結果,ケトンカルボニルが触媒の回転を阻害して反応を大きく抑制すること,また,それは触媒量を増やす(通常の20倍から50倍)ことで解決できることが分かった。その他の反応条件も決定することができた。[芳香族カップリング型高分子合成のモノマー合成と重合反応の検討]ハロゲン化ベンゾフェノン部位を2つ持つ新規なモノマーの開発とその重合方法の検討を試みた。芳香族カップリング反応のモノマーである新規物質の,5,5'-ビス(4-クロロベンゾイル)-2,2'-ジメトキシビフェニルはPPMAを用いる方法にり得られた。このモノマーを用い,モデル反応の最適条件を軸に,フィルム形成能を有する,新規な全芳香族ポリビフェニレンの合成ができた。側鎖官能基ブロックの構築[共重合と側鎖官能基変換反応]側鎖にアルコキシ基を有するポリケトンの合成とその物性の検討およびその脱保護反応の制御を検討した。共重合の手法により,高分子量で高耐熱性の芳香族ポリケトンが得られた。また,ルイス酸を用いて,保護基のエーテル結合を切断する方法を確立できた。最近の研究動向に関する調査最近,特に,芳香族ポリケトンのミクロ構造と物性相関に関する研究の進展がめざましい。そこで,ここ3年の報告を主な範囲とし,芳香族ポリケトンの合成,構造解析,物性研究報告について調査解析し整理して発表した。
鞭毛繊毛に微量しか存在しない新規ダイニンの構造・機能解析

クラミドモナス繊毛には15種類ものダイニンが存在するが、そのうち4種類(DHC3, DHC4, DHC11, DHC12)は、存在量が微量なマイナーダイニンである。本研究では、各マイナーダイニンのin vivoにおける機能を明らかにするために、それぞれの欠失株を単離し、その運動性を野生株のものと比較した。通常遊泳条件では、どの株の運動性も野生株と変わらなかったが、培養液の粘度を上げると、DHC4, DHC12の欠失株は野生株よりも低い粘性下に遊泳が停止することがわかった。この結果は、これら2種は他のダイニンに比べて大きな力を発揮して鞭毛運動に貢献していることを示唆する。鞭毛・繊毛には多種類のダイニンがある。それぞれは異なる位置に配置され、また、屈曲運動において固有の機能を担うと考えられている。個々のダイニンのもつ機能を明らかにし、繊毛運動の発生におけるそれぞれの役割を理解するために、本研究では緑藻クラミドモナスの変異株を用いて以下の実験を行った。(1)特定の繊毛微小管にのみ存在するダイニンDHC12の機能解析: DHC12の機能を調べるために、このダイニンの欠失株の作成を試みた。クラミドモナスゲノムに外来遺伝子を導入して作成した変異株ライブラリーの中から、ダイニン近傍の遺伝子が破壊された株を一つ得た。今後、この株の遺伝子変異状態を調べ、DHC12遺伝子の破壊株かどうかを明らかにし、その運動性を調べる予定である。(2)DHC12の精製:特異的な抗体を用いて、DHC12を分取する手法を確立した。10 Lのクラミドモナス培養液から調整した繊毛を用いて、KIを主体とした抽出液によりダイニンを抽出すると、DHC12が比較的多量に抽出されることがわかった。それを特異的な抗体により免疫沈降することでDHC12を分取した。今後、スライドガラスに固定した抗体を用いてDHC12の精製とガラスへの固定を同時に行い、顕微鏡下で微小管とダイニンの相互作用を調べる予定である。(3)マイナーダイニンDHC4の精製:繊毛根元にのみ局在するダイニンDHC4の機能解析を行うために、その精製法を確立した。DHC4はATPの非存在下に微小管に強く結合する性質をもつ。ATPの非存在下に微小管と強く結合する他のダイニン(外腕ダイニンと内腕ダイニンf)を欠失した変異株の繊毛を出発材料として、繊毛からの抽出物からダイニンを微小管との結合・解離を利用して精製した。今後、この標品を用いて、そのモーター活性を調べる予定である。鞭毛・繊毛の屈曲運動は多種類のモータータンパク質・ダイニンによって駆動されている。最近、緑藻クラミドモナスにおいて、鞭毛根本に局在する微量なダイニン(マイナーダイニン)が新たに見出された。本研究では、このダイニンの機能を調べるために、次の2つの実験を行った。1)マイナーダイニンの変異株の単離クラミドモナスゲノムに外来遺伝子を挿入して遺伝子を破壊する株のライブラリーを作成し、その中からマイナーダイニン重鎖の破壊株を単離した。遺伝子破壊は米国スタンフォード大学のJonikas博士の研究室で作成されたものを用いた。1次スクリーニングでは、破壊箇所のゲノムDNAの部分配列を読み、それぞれの重鎖遺伝子破壊株の候補を得た。2次スクリーニングでは、それらの細胞から鞭毛を単離し、各ダイニン重鎖に特異的な抗体を用いたウェスタン解析により、それが実際に重鎖を欠失しているかを調べた。4種類あるマイナーダイニンのうち、これまでに2種類の欠失株を得ることに成功した。2)ダイニンのモーター活性の解析クラミドモナス鞭毛からダイニンを単離精製し、その微小管モーター活性をin vitroで調べる実験を行った。精製には、陰イオン交換カラムMonoQを用いた。これまでに、このカラムから各マイナーダイニンが溶出される位置を抗体を用いて確認した。4種類のマイナーダイニンのうち、DHC3, DHC12は他のメジャーダイニンとは重ならない溶出位置に分離されたが、DHC4, DHC11は他のメジャーダイニンの溶出位置と重なりうまく分離できないことがわかった。現在、多量の細胞から、前者2つのダイニンを精製し、微小管に対するモーター活性を調べる実験を行っている。1)突然変異株の作成は順調に進み、ほぼ、すべてのマイナーダイニンの変異株が単離できる見通しがたった。2)各ダイニンのモーター活性をin vitroで調べているが、それぞれダイニンの精製法をまだ確立していない。そのため、in vitroの運動解析実験は遅れている。これまで私が用いてきた精製方法では、存在量の多いメジャーダイニンとマイナーダイニンがうまく分離できなかったからである。鞭毛繊毛運動の基礎はモータータンパク質・ダイニンによる微小管の滑り運動である。ダイニンには10種類以上のタイプが存在し、それぞれは固有の機能をもつと考えられている。これらのダイニンの中には、鞭毛内存在量が少ないマイナーなタイプのダイニンも含まれ、それらの多くが鞭毛根元にのみ局在していることが知られている。本研究では、鞭毛繊毛運動におけるこれらのダイニンの機能を探るために、緑藻クラミドモナスの4種類のマイナーダイニン(DHC3, DHC4, DHC11, DHC12)の欠失株を単離し、その運動性を調べた。

スタンフォード大学のMC. Jonikas博士らが作成したクラミドモナス遺伝子破壊株ライブラリーの中から、各ダイニンの重鎖(モーター活性をもつポリペプチド)の遺伝子破壊株を探索し、DHC4を除く3つのダイニン重鎖の欠失株を見出した。それぞれの株の運動性を野生株のそれと比較したところ、鞭毛根元に局在する2種類のマイナーダイニン、DHC3, DHC11間に違いが見られた。DHC3欠失株は野生株よりも運動性がわずかに低下していたが、DHC11株では野生株とまったく差がなかった。一方、興味深いことに、DHC12の欠失株の運動性はこれらの変異株と異なる特徴があった。DHC12は9本ある鞭毛内微小管のうち特定の微小管にのみ局在することが示唆されている。その欠失株は、野生株に比べて運動方向を頻繁に変え、遊泳速度は低下していた。ダイニンの欠失により、細胞の遊泳パターンが変わる株が得られたのは初めてである。本研究では、鞭毛繊毛内の存在量が少ないマイナータイプのダイニンの構造と機能を調べている。これまでに、緑藻クラミドモナスに存在するマイナーダイニン、全4種類のうち、3種類について、その欠失株の単離と解析を行った。現在、残り1種類についても、欠失株の単離と運動性の解析を行なっている。一方、各ダイニンの構造を調べる実験にはこれまで手を付けられていなかった。それらの構造を調べるために、変異株鞭毛軸糸の電子顕微鏡構造解析を開始している。本研究では、クラミドモナスの遺伝子欠損株を用いて、鞭毛繊毛の根元に局在する新しいタイプのダイニンの構造と機能を調べた。クラミドモナスには、15種類もの微小管モータータンパク質・ダイニンが存在するが、そのうち4種類は鞭毛内の存在量が少ないマイナーダイニンである。平成27年度までに、4種類のうち3種類(DHC3, DHC11, DHC12)のダイニン欠損株を単離し、その運動性を調べたが、本年度は残りの1種類(DHC4)のダイニン欠損株を単離し、その運動性を調べた。その結果、どの欠損株でも通常の遊泳条件では野生株と運動性に差は見られないこと、DHC4, DHC11、DHC12の欠失株では、溶液環境の粘度を上昇させると、同じ粘度の溶液下では野生株よりも遊泳速度が遅くなり、野生株より低粘度の溶液下で運動できなくなること、がわかった。一方、DHC3は粘度を上昇させても野生株と差はなかった。高粘性下では細胞にかかる大きな粘性抵抗に抗して遊泳する必要があることから、粘性下にDHC4, DHC11, DHC12はより強い力を発揮するダイニンであることが考えられた。また、ダイニン欠損株鞭毛軸糸のクライオ電子顕微鏡による3次元構造解析を行い、DHC3, DHC12の鞭毛内局在位置を調べた(東京大学大学院医学研究科・吉川雅英教授との共同研究)。不思議なことに、変異株と野生株の構造に全く差が見られなかった。このことから、欠損株で失われるマイナーダイニンは別のダイニンにより置き換えられている可能性が示唆された。今後は、各ダイニンの鞭毛内局在位置を確定させるために、各ダイニンが鞭毛内に局在するために必要な配列にタグをつけた組み替えタンパク質を変異株に発現させ、タグを頼りに構造解析を行う必要があると考えられた。
初期胚の分化機構の解析と胚割球のクロ-ニングによる家畜生産の基礎的研究

(1)核移植されたウシ再構成胚の発育能力は材料として提供される体外成熟・体外受精卵子や卵細胞質の能力に左右されるが、とくに未成熟卵母細胞の体外成熟系において、卵兵細胞が重要な機能を果たしていることが示され、卵細胞質の完全成熟がその後の胚発生に関係することが明らかにされた。(2)人為的に核と細胞質の量的比率を変化させることによって、胚の発生能をしらべると、ラット初期胚では核・細胞質比が通常の2倍を越えると、分裂速度が低下するだけでなく、停止に至ることが示された。核移植によって再構成した胚の発生には適性な核・細胞質比が維持されることが必要なことが示された。供与核の分化全能性能が核移植胚の発生能の基礎になる。前核期卵子の前核に外来遺伝子を導入して、胚の分割期割球での導入遺伝子の分布と遺伝子発現を調べて、胚割球の分化様式を明かにした。導入遺伝子が組織学的に胚割球に検出出来ること、および割球から抽出したDNAを増幅して、遺伝子の検出が可能なことが示された。(3)胚由来の細胞を分化全能性を保持させた胚性幹細胞を供与核としてクロ-ン胚を作出することが考えられている。マウスとウシの胚盤胞期胚の内部細胞塊の分化を停止させて、継代させる基礎培養条件が検討されて、ウシ胚では継代されず、マウス胚では適切なフィ-ダ層上で数代の継代が維持されたが、細胞系列化までには至らなかった。(4)分化全能性を維持した胚割球が受容卵細胞質中で増殖・分化するには、細胞質の機能が重要な要因となる。供与核の受容卵細胞質で膨化・凝縮の過程は卵細胞質中の因子(前核形成因子等)に依存している。卵母細胞に対する活性化刺激が細胞質因子の成立に必要とされるが、供与核と卵細胞質の融合のための電気刺激が、同時に卵細胞質の活性化刺激を誘発していることが示された。牛の核移植によって得られた胚の満期産子への発育は観察されなかった。哺乳動物の初期胚の割球を単離して、遺伝的に相同な個体を多数生産する事を本研究の目的としている。初期胚の発育ステ-ジ毎の割球の発育能力と多分化能を実験小動物で解析し、ヤギやウシの胚へ応用する。マウスやラットの初期胚の増殖・分化に於ける核と細胞質との相互関係が調べられた。ラット2細胞期胚割球を電気融合で単一割球にして、1核を除くか、2核を除いて有核の1/2割球を融合させるか、1核を除いたものと2核を除いたものを融合させることによって、核と細胞質の比が各々1:2、1:3及び1:4の再構成胚の発生を調べた。1:2では初期胚盤胞までの発育が観察されたが、1:4では桑実胚への発育は見られなかった。マウスとラットの前核期胚の核の相互種間移植による再構成胚の2細胞期への第一細胞分裂までの時間を調べた。ラット細胞質中にマウス核を持つ胚はラット胚に近い時間に、マウス細胞質中にラット核を持つ胚はマウス胚に近い時間に2細胞に分裂した。

この様に初期胚に於いては核と細胞質の量的比や細胞質の質的変化が胚細胞の分裂に影響する事から胚細胞の発生・分化能は核と細胞質の相互依存関係にある事が明かにされた。ヤギやウシでは8細胞期胚の単離割球を使って、分割の進んだ割球(8細胞期胚の割球)が内部細胞塊(胎児)に分化し、遅いもの(2細胞期胚の割球)が栄養膜細胞(胎盤)に分化することを利用する割球凝集キメラ法と割球自身の細胞質量を未受精卵細胞質より補完して核を初期化する細胞融合法(核移植法)による再構成胚の発生が調べられた。前者の方法では家兎卵管培養法で胚盤胞へ発育する胚が得られたが、後者の方法では体外培養法で8細胞期へ発育する胚が見られたに過ぎない。特にウシでは発生能の劣る体外成熟・体外受精由来の胚を供試材料とする事が多いため再構成胚の発生能を議論するのに問題点は多い。今後の研究に於いては発生効率を高めるような胚割球の操作法の改善と体外成熟・体外培養法の開発が急務と思われる。牛卵巣卵母細胞を体外成熟・体外受精したものを48時間体外培養して得られた816細胞期胚と、または過剰排卵・人工授精から8日後に子宮から回収した16細胞期胚とから単離した胚割球を除核した体外成熟卵母細胞と電気融合させて再構成胚を作出した。この再構成胚の発生能が卵母細胞の成熟度や活性化の程度、供与核の由来、及び体内や体外の培養条件との関係から、比較された。成熟培養24時間と28時間の卵母細胞を除核した場合の再構成胚の発生能は28時間の方が良好で、矩形波による供与核割球との電気融合は直流1020V、50150μ秒の通電処置が融合率(80%)、分割率(40%)共に良い結果を得た。体外受精発生由来核と体内発生由来供与核を比較した結果、受精率と初期分割率には差は見られなかった。なお除核卵母細胞の細胞質の活性化は融合のための電気刺激がそのまま活性化刺激を伴うので、特別の処置は不必要なことが示された。融合後の再構成胚の発生能を家兎卵管か、または顆粒膜細胞や卵管上皮細胞との共培養系で調べた。何れの発生系においても8細胞期胚への発生率(30%)や胚盤胞期胚への発生率(510%)には差は認められなかったが、立体感などの形態や細胞数については卵管培養胚の方が優れていた。卵管培養胚6例、体外培養胚4例の胚盤胞を受胚牛に移植したが、いずれも妊娠に至らなかった。マウス前核期卵子から得られた雄性前核と、未受精卵母細胞を単為発生的に活性化して得られ、雄性前核を除核した卵母細胞との融合によって作出された再構成胚の発生能を調べて、初期発生過程における雄性ゲノムの発現とその機能を解析しようとした。核移植に於て胚細胞割球のみが移植のための供与核になる点が哺乳動物の特性である。(1)家畜胚のクロ-ニングの材料の内、供与核として分割期(8ー細胞期)の胚、および受容細胞質として、成熟卵母細胞が必要とされる。未成熟卵母細胞の体外成熟系において、成熟卵細胞の卵胞液が卵丘卵母細胞の卵子成熟に重要な機能を果たしていることが示され、卵細胞質の完全成熟がその後の胚発生に関係することが明らかにされた。(2)胚割球は発生の過程を経て分化の道を経て形態形成の道を歩むが、供与核の分化全能性が核移植胚の発生の基礎になる。前核期卵子の前核に外来遺伝子を導入して、胚の分割期割球での導入遺伝子の分布と遺伝子発現を調べて、胚割球の分化様式を明かにしようとした。ヒトエリスロポエチン(EPO)とlacーZの遺伝子を結合したDNAをマウス前核期卵子の雄性前核を導入した。導入遺伝子(LacZ)が染色で組織学的に胚割球に検出出来ること、および割球から抽出したDNAを増幅して、EPO遺伝子の検出が可能なことが示された。(3)胚由来の細胞を分化全能性を保持させたまま末分化の状態で維持されているのが胚性幹細胞である。この胚性幹細胞を供与核としてクロ-ン胚を作出することが考えられている。
精神障害者の生活を豊かにする市町村における地域ケア体制づくりに関する研究

精神障害者(以下障害者とする)を支える市町村地域ケア体制づくりに必要な保健師の視点と活動方法を明らかにするために、H14年度の研究成果を基に質問紙を作成し、障害者の自立と社会復帰の促進を目的とするホームヘルプサービス事業(以下事業とする)を中心に2県118市町村の精神障害者支援に関わる保健師活動を郵送による自記式質問紙調査により調べた。有効回答数(率)は83市町村(70.3%)であった。その結果、市町村において貢献できる障害者の生活の豊かさの側面は、H14年度の市町村保健師5名の活動を対象とした質的研究結果と同様の結果が得られ、また多くを占めていた側面は「基本的な生活力」「生活の営みの支え」「帰属感や人とのつながり」であった。地域ケア体制づくりに必要な保健師の視点として、事業実施に関わる問題の因子分析から、「行政や住民の関心・理解」「ニーズとサービス提供機関準備状況の明確さ」「関係者・機関の関心・理解」が明らかになった。また、事業を中心とした保健師の活動の結果、(1)関係者・関係機関、(1)本人・家族、(3)保健師各々に変化がみられた。(1)は【支援の弾力性】【関係職種・機関の主体性や責任性】【支援の総合性】【制度やサービスの利便性】の面に、(2)は【資源利用の考え方や姿勢】【保健師との関係】に、(3)は【障害者と家族のニーズの明確さ】【支援対象の明確さ】【精神障害者支援方法】に変化がみられた。これらの変化は地域ケア体制づくりによりもたらされた成果と捉えられ、関係者・関係機関、本人・家族、保健師各々について、変化をもたらしたか、あるいは意図的に変化をねらったかという、地域ケア体制づくりに必要な保健師の視点であった。市町村地域ケア体制づくりに関わる活動方法については、ニーズの把握方法、関係者・関係機関を支援し協力し合うための活動方法、新規事業等新たな取り組みの準備のための活動方法、障害者とその家族のニーズに合ったサービスや地域資源づくりとそれらの質を維持・向上させるための活動方法が、明らかになった。市町村において貢献できる精神障害者(以下障害者とする)の生活の豊かさの側面と、市町村保健師が問題解決を図ってきた障害者を支える地域ケア体制の課題と活動方法を明らかにするために、先駆的活動に取り組んできた5市町村の、特に障害者11名へのホームヘルプサービス等の地域資源利用に関わる市町村保健師活動について面接調査を行い、保健師の働きかけた対象、意図、活動に関わる判断と活動方法を調べた。また、前述した市町村の保健師5名に、各市町村の地域ケア体制について【支援の弾力性】【関係職種・機関の主体性や責任性】【支援の総合性】【制度やサービスの利便性】【相互扶助やノーマライゼーション等の価値観の醸成】【精神障害者・住民の参加とエンパワーメント】の側面から評価してもらった。この側面は、筆者の先行研究、並びに、ヘルスプロモーションの視点から地域看護を実践しているカナダBC州の地域看護職、看護教育研究者5名に、地域ケア体制づくりに関わる活動方法についての面接を行い検討した。その結果、市町村において貢献できる障害者の生活の豊かさの側面には「基本的な生活力」「生活の営みの支え」「帰属感や人とのつながり」「自己実現」「精神疾患とともに生きること」「本人・家族の健康」があった。市町村地域ケア体制の課題には(1)ヘルパー等支援提供者による個々に合わせた弾力的な支援提供を可能にすること(2)首長や市町村上層部の理解獲得と、まちづくり計画等における位置づけの明確化(3)地域資源の不足(4)地域住民の障害者に対する不理解や偏見、があった。活動方法には、市町村地区活動で整えてきた資源を基盤に利用可能な資源を拡大する、障害者の病状を考慮し資源利用の適切性について支援提供者と話し合う、会議や同行訪問等により障害者の状況や必要とする支援を首長や市町村上層部、支援提供者に伝え対象理解を促す、精神症状の対応等支援提供者の困っていることを捉え相談にのる、障害者と住民の接点をつくる等して住民に働きかけ障害者の理解を促す等があった。(1)は【支援の弾力性】【関係職種・機関の主体性や責任性】【支援の総合性】

【制度やサービスの利便性】の面に、(2)は【資源利用の考え方や姿勢】【保健師との関係】に、(3)は【障害者と家族のニーズの明確さ】【支援対象の明確さ】【精神障害者支援方法】に変化がみられた。これらの変化は地域ケア体制づくりによりもたらされた成果と捉えられ、関係者・関係機関、本人・家族、保健師各々について、変化をもたらしたか、あるいは意図的に変化をねらったかという、地域ケア体制づくりに必要な保健師の視点であった。市町村地域ケア体制づくりに関わる活動方法については、ニーズの把握方法、関係者・関係機関を支援し協力し合うための活動方法、新規事業等新たな取り組みの準備のための活動方法、障害者とその家族のニーズに合ったサービスや地域資源づくりとそれらの質を維持・向上させるための活動方法が、明らかになった。
植物の枝分かれ微小管形成のin vitro再構成

微小管は植物細胞の分裂や伸長に必須の細胞骨格である。中心体を持たない植物において、微小管がどこでどのように作られるかを明らかにすることは重要な課題である。近年、微小管側面からの微小管新生(いわゆる枝分かれ微小管形成)が見いだされており、この枝分かれにオーグミン複合体とγチューブリン複合体という二つのタンパク質複合体が関与することが示されている。しかしながら、精製したタンパク質を用いて微小管の枝分かれ現象を再現した報告はいまだになく、枝分かれ現象の分子機構の解明には至っていない。本研究では、植物細胞から構造・活性を保持したγチューブリン複合体、オーグミン複合体およびチューブリンを精製し、これらを用いて顕微鏡下で微小管の枝分かれを再現することを目標とした。まずγチューブリン複合体を生理的条件下で精製する方法の確立を目指した。γチューブリン複合体の構成因子であるMzt1aのC末端にGFP-strep tag II-Hisを融合したコンストラクトをシロイヌナズナ培養細胞T87に形質転換した。得られた形質転換体からStrep-Tactinを用いてタンパク質精製を行ったところ、既知のγチューブリン複合体構成タンパク質が得られた。しかし極めて多くの内在性ビオチン化タンパク質の共精製が避けられなかったため、Niカラムを用いた二段階目の精製を行った。結果、γチューブリン複合体が高度に精製された。またこの精製γチューブリン複合体が微小管重合活性を保持していることも確認できた。二段階精製の有効性が確認できたので同様の手法でオーグミン複合体の精製に取り組んだ。しかしながら、オーグミン複合体は解離しやすく、時間のかかる二段階精製には不向きであることが明らかとなった。今後は生理的条件下で、1ステップでかつ高度に精製できる方法(例えば免疫沈降後のペプチド競合溶出など)を検討する必要があると結論づけた。
核酸塩基チオ誘導体におけるS-HX相互作用と水蒸気圧誘起結晶構造転移

生体分子結晶は、水素結合のネットワーク形成を通し高次構造体構築が実現されており、物性発現の観点から興昧ある対象である。核酸の構成要素であるヌクレオチド結晶では、結晶周りの水蒸気圧に依存して結晶水数が変化し、結晶構造転移が引き起こされる。相転移に伴う結晶構造変化の制御は、電子状態制御につながると期待される。そこで本課題では、塩基部分のカルボニル基をチオカルボニル基に置換し、分子間相互作用を修飾することにより相転移にどのような効果がもたらされるかを解析した。チオ誘導体の内、6-チオグアノシンは、塩基間の水素結合鎖により分子の層状構造が形成され、層間に結晶水領域が存在するというグアノシン、イノシンと共通した結晶構造をもつ。グアノシンの構造転移が可逆であるのに対し、2位のアミノ基を持たず塩基間の水素結合が弱いイノシンでは構造転移は不可逆になるが、6-チオグアノシンはグアノシンとシチジンの中間的性格を有する、即ち、相転移は可逆的であるが、ヒステリシスが顕著になることが明らかになった。また、結晶相から結晶相への相転移においては、1.新しい相の核形成が既存の結晶構造環境下で進行するため、溶液からの結晶化とは異なる結晶構造が得られる2.構造転移のエネルギー障壁が低い準安定構造が容易に出現することが見いだされた。以上の結果より、水和サイトの組み込みと分子間相互作用の修飾に基づく結晶設計を行い、水蒸気圧誘起相転移を介した構造変調を加えることにより、新しいタイプの電子状態制御が行える可能性が示された。
シリコン量子ワイヤを用いた次世代太陽電池材料の開発

ナノシリカ粒子をエッチングマスクとすることで、直径30nmという極小の径を有するシリコンナノワイヤ(SiNW)アレイを大面積化が可能なMetal assisted chemicaletching法にて作製することに成功した。光学特性評価では、作製されたSiNWアレイの高い光閉じ込め効果を確認した。また、Al_2O_3を原子層堆積法により、SiNW表面全体を覆うように製膜することに成功し、SiNWアレイを高品質化できることを実証した。最終的に初期的なSiNW太陽電池構造を作製し、その発電を確認することができた。本年度は、無電解メッキ法及びMetal Assisted Etching法により、シリコンナノワイヤアレイの作製を行った。無電解メッキ法では、硝酸銀+フッ酸溶液中にシリコン基板を浸し、銀ドットを析出させた。硝酸銀濃度0.01M以上にて、銀粒子が何層にも積み重なるように析出し、非析出部の形状がシリコンナノワイヤに適したものとなった。これをフッ酸+過酸化水素水に浸し、銀によるシリコンのエッチング効果により、シリコンナノワイヤの形成を行った。走査型電子顕微鏡による構造評価の結果、直径30150nmのシリコンナノワイヤアレイが基板全面に形成されていることを確認した。また、エッチング時間によりワイヤ長を480nm14μmまで幅広く制御することに成功した。光学測定の結果、ワイヤ長1.4μm以上の長さで700nm以下の波長域で反射率3%以下、ワイヤ長7.5μmでは900nm以下の波長域で反射率1%以下と非常に高い光閉じ込め効果を有していることを確認した。これは平坦なシリコン基板では数100μmの膜厚が必要であるところをわずか数四の長さで太陽光を十分吸収できることを示している。ワイヤ径をさらに小さくするため、酸化及びフッ酸溶液による酸化膜エッチングを行った。その結果、ワイヤ径を小さくすることには成功したが、表面張力によるワイヤ先端の凝集が問題となった。そこで、フッ酸溶液の代わりに蒸気フッ酸を用いることにより、酸化膜の除去を行ったところワイヤ先端の凝集を抑制することに成功した。本年度は、ナノシリカ粒子をマスクとし、エッチングを行うMetal Assisted Etching with Silica nanoparticles(MACES)法より、シリコンナノワイヤ(SiNW)アレイの粒径制御を行った。その結果、従来の方法では、直径30150nmのばらつきが存在したが、MACES法ではナノシリカ粒子の粒径(30nm)と同等の直径を有するSiNWアレイの作製に成功した。また、溶液のpHを変化させることで、負に帯電したナノシリカ粒子の濃度を制御し、正に帯電したシリコンウエハ上にクーロン力を用いて吸着させるという方法により、SiNW密度の制御にも成功した。量子サイズ効果を発現させるにはさらなる直径の低減が必要であったため、酸化及びフッ酸蒸気エッチングを行った。その結果、この方法でSiNW粒径を低減することができることを確認した。また、SiNWアレイの品質を向上させるため、シリコンの表面パッシベーション膜として有効なAl_2O_3を原子層堆積法により、SiNW全体を覆うように製膜することに成功し、そのパッシベーション効果により、表面再結合速度の低減を確認した。また、SOI基板を利用して発電層がSiNWである初期的な太陽電池構造を作製し、開放電圧110mVを得ることができた。最後に、量子効果を考慮したデバイスシミュレーションを行い、SiNW直径とともにそのバンドギャップだけでなく、開放電圧も増加させることができることを確認した。
末梢動脈疾患の進展と予後に対する糖尿病の影響の解明

糖尿病およびその関連因子が末梢動脈疾患・重症虚血肢の病態進展(重症度や予後)に及ぼす影響を明らかにすべく、全国多施設の循環器内科・血管外科の協力を仰ぎながら、糖尿病の関連情報を含む末梢動脈疾患・重症虚血肢患者のデータベースの構築を進めた。いずれのデータベースも、本来は血行再建術の治療成績評価を主目的に構築された、あるいは構築される予定のものである。本研究では、研究の作業仮説に応じてこれらを個別に、あるいは統合して、縦断的、および横断的に解析を進めていく計画である。このうち、登録患肢数2000例規模の症候性末梢動脈疾患(重症虚血肢を含む)対する血管内超音波併用下の大腿膝窩動脈領域の血管内治療の多施設前向き観察研究(公開研究名:「大腿膝窩動脈病変を有する閉塞性動脈硬化症患者に対する血管内超音波併用下の血管内治療の安全性と有効性に関する多施設・前向き研究」)に関してはデータ固定が終了し、データ利用が可能になったため、糖尿病と末梢動脈疾患重症度との関連について探索的に検討を進めた。その結果、糖尿病は重症虚血肢の罹患、ならびに、末梢側対象血管径6mm未満や動脈石灰化と関連していることが確認された。これらの因子はいずれも既報で治療抵抗性因子、予後不良因子として報告されているものであり、ひきつづき糖尿病と血管内治療成績との関連の検討を進める予定である。また、糖尿病患者における末梢動脈疾患・重症虚血肢の進展リスクを明らかにすべく、下肢血流障害の進展リスクに関連する情報を含む糖尿病患者の縦断的なデータベースについても、構築を進めた。データベースの構築が当初の計画に比してやや遅れている。ひきつづきデータベースの構築を継続し、得られたデータベースを用いて解析を進めていく。データベースの構築が当初の計画に比してやや遅れており、当初予定していた他施設との協議・ミーティングの開催、データベース構築作業が次年度にずれこむこととなった。次年度は、これらの実施に助成金を充てる計画である。
植物工場における植物生理活動状態モニタリングシステムの開発

本研究では、近年注目を集めている植物工場で利用する植物の生理活性状態モニタリング技術の一つとして、植物の生体電位を利用したシステムの構築を目的とした。特に、植物の生育状態に最も大きな影響を与える環境要因の一つである光照射と生理活性状態との関係を生体電位によって明らかにするために、LED光源を用い、その照射パターンを変更したときの生体電位応答と光合成活性との関連について検討した。その結果、植物の生体電位応答は、連続光並びに点滅光の照射開始、終了時に大きな応答を示し、照射開始時の応答の大きさが、光合成活性の大きさと相関があることを示した。この成果により、植物の生体電位応答のモニタリングによって、植物の状態を把握することが可能となるとともに、その情報を用いることにより、光合成効率を高めるためにより適切な光条件へとコントロールするシステムへの応用も期待できる。本研究は,これまでに行ってきた研究成果を背景とし,植物生体電位計測システムの充実および,植物の生理活性状態モニタリングシステムを開発することで,植物工場で栽培される植物の最適環境条件の評価はもちろん,品質管理や安全性の評価に応用可能なシステムの開発を目的としている。本年度は,光合成との生体電位との関係を明らかにするため,二酸化炭素測定システムを導入し,点滅光照射時の生体電位応答および光合成速度の評価を行った。その結果,様々な点滅周期の光に対し,生体電位は敏感な応答を示すとともに,点滅周期によって電位応答および光合成速度が変化することが明らかとなった。電位応答と光合成速度との間には, 0.9程度と比較的高い相関があることから,植物特有であり重要な生理活動である光合成の活性状態を,電位応答測定によって把握することが可能であることを示した。また,広範囲での測定や部位による違いなど,複数の電位を測定可能にするため多チャンネルシステムを作製した。このシステムを用いることによって,測定効率が向上することはもちろん,植物の情報伝達機構の解明にも寄与できると考えられる。今後は,光照射に対する基礎的な植物の生体電位データの収集を続けることはもちろん,植物生体電位の解釈や利用方法の充実に向けて適切な情報処理手法について検討し提案していく。さらに,植物工場での実際の利用を考慮し,本システムの実用性,安全性,品質評価を他手法と比較し,検討していく予定である。電位応答と光合成速度との間には,0.9程度と比較的高い相関があることから,植物特有であり重要な生理活動である光合成の活性状態を,電位応答測定によって把握することが可能であることを示した。今後は,植物工場での実際の利用を考慮し,本システムの実用性,安全性,品質評価を他手法と比較し,検討していく必要がある。