hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
外来侵入アリの分布拡大と在来アリ群集撹乱評価の統計モデリング

2000-2012年の廿日市市内の多数の調査地点で得られたアリ群集の動態データにもとづき,ベイズ統計モデルを使って外来侵入種であるアルゼンチンアリの分布拡大の特徴ならびにこれが日本在来のアリ群集に与える影響を評価した.アルゼンチンアリの分布拡大を左右する地理的な要因は発見されなかったが,在来の各種アリの個体群密度を低下させる効果についてはデータにもとづいて定量することに成功した.2000-2012年の廿日市市内の多数の調査地点で得られたアリ群集の動態データにもとづき,ベイズ統計モデルを使って外来侵入種であるアルゼンチンアリの分布拡大の特徴ならびにこれが日本在来のアリ群集に与える影響を評価した.アルゼンチンアリの分布拡大を左右する地理的な要因は発見されなかったが,在来の各種アリの個体群密度を低下させる効果についてはデータにもとづいて定量することに成功した.本年度は,2000-2009年の10年間にわたるアルゼンチンアリの廿日市市内での分布拡大のデータを解析した.2000年以来継続している廿日市市周辺の定点観察地77か所のアリ相調査を実施し,1か所で新たにアルゼンチンアリの侵入が確認された.11年間で侵入地点は27か所から46か所に増加し,緩やかではあるが分布が拡大していることが示された.同定作業はまだ中途段階だが,侵入後に在来アリ相が変化していく過程を多数の地点で追跡することが出来た.2000年以来のアルゼンチンアリの侵入と分布拡大の様相および在来アリ相の変化を定量的に分析するために第一段階として,これまで得られたアリ相にをデータベイス化し,一覧できるようにした.これにもとづいて,空間統計モデルの設計を開始した.このようにして得られた廿日市市のアルゼンチンアリ分布変遷のデータにもとづく,アリ分布拡大のパラメーター推定方法を検討している.観測データとの対応づけを考慮した,空間構造のある一般化状態空間モデルの試作に着手し,潜在的なアリ分布をあらわす変数をガウシアン確率場で表現する方法について検討し,廿日市市内の道路・河川についてのさまざまな属性がアルゼンチンアリの分布拡大に与える影響の推定に適したデータ構造とアルゴリズムの研究を進展させた.さらに,これらの研究と関連のある,動物の時空動態モデリングの予備的な研究ならびにアリの形態に関する統計判別に関する予備的な研究の論文を発表した.2000年以来継続している廿日市市周辺の定点観察地77か所のアリ相調査を実施し,1か所で新たにアルゼンチンアリの侵入が確認された.しかし,採集状況が不自然であったため,定期調査以降に4回にわたって新侵入地とその周辺を探索したが,アルゼンチンアリを発見することができず,定期調査で採集された個体は,調査者の衣服等に付着していたものが偶然採集された可能性が高いと考えられ,そうすると2011年度は新侵入地が記録されなかったことになる.侵入後に在来アリ相が変化していく過程を多数の地点で追跡し,その置き換わりの過程がほぼ明確になってきた.またアルゼンチンアリ分布拡大の状態空間モデルを開発し,局所的な環境がアルゼンチンアリの侵入・定着それぞれのプロセスに与える効果を推定できた.2006年の土地利用細分データ(公開データ)にもとづいて,モデリング対象地域内を100mグリッド単位での土地利用(幹線道路・森林農地・水域)を特定し,それらがアルゼンチンありの侵入・定着過程に与える影響を調べた.低密度から中密度に移行する侵入過程においては,近傍のアリ密度ならびに幹線道路の密度が正の影響を与えているらしいと判明したが,これに対して高密度に定着する過程では周辺の環境要因は重要ではないらしいことがわかった.また,在来アリ群集に与える影響に関する統計モデルもほぼ完成し,現在よりよい予測を可能とするための改良を続けている.時系列構造を考慮したアリ間の競争行列を使った統計モデルであり,外来性侵入アリであるアルゼンチンアリの密度増加に対する反応性の推定にあたって階層ベイズモデルを設計し,MCMC法を使ってデータにあてはめている.このような群集モデルの妥当性を事前に検証するために,樹木群集の特性を階層ベイズモデル化して生態学データに応用する方法を確立し,論文として発表した.広島県廿日市市内における,外来侵入生物であるアルゼンチンアリの分布拡大によって,在来アリ群集がうけた影響について評価した.これは研究分担者の伊藤が2000-2012年の12年間にわたる調査によって得たデータである.最新の調査では,新規にアルゼンチンアリが侵入した調査地は発見されなかったので,分布拡大の速度が低下している可能性が示唆された.このデータに見られる外来アリ(アルゼンチンアリ)と在来アリ群集(主要6種)の時間変動とアリ間の相互作用をうまく推定できるような,時系列構造をもつ階層ベイズモデルを設計し,MCMC法によって動態モデルのパラメーターの事後分布を推定した.その結果,外来アリが在来アリの個体群密度を低下させるとする明瞭な結果が得られた.一方で,外来アリは他のアリから影響を受けずに高密度することがわかった.この結果は,侵略的な外来生物が在来生物群集にネガティブな影響を与えているひとつの証拠になりうると考えられる.現在,解析結果をとりまとめて国際学術誌に投稿している.またアリ集団のデータを時系列構造のある階層ベイズモデルで解析する研究を3年間継続した経験を反映させて,生態学研究者たちがベイズモデルによる生態学研究を支援するために,久保が「データ解析のための統計モデリング入門-一般化線形モデル・階層ベイズモデル・MCMC -」と題する書籍を2012年5月に刊行し,一年間で5000部以上が販売された.

アルゼンチンアリ分布拡大モデルの開発に時間がかかったため,分布拡大と在来アリ群集に与える影響を予測する論文については予定どおり発表する予定であるが,領域的な問題については今年度中の発表は不可能になるかもしれない.24年度が最終年度であるため、記入しない。統計モデルに関してはほぼ完成したので,これを論文として国際学術誌に発表していく作業に時間をさく予定である.24年度が最終年度であるため、記入しない。
大腸菌の細胞分裂におけるGroELシャペロンの役割

ペニシリン処理した大腸菌細胞では、まず細胞中央(分裂予定面)にバルジが形成され、そこから溶菌が引き起こされることが知られている。透過型電子顕微鏡での観察によりバルジ形成部位に小胞状の構造体が見いだされた。小胞を分離しそのタンパク質を分析したところシャペロンとして知られるGroELタンパク質が濃縮されていることを見いだされた。そこで間接免疫蛍光染色法によりGroELの細胞内局在性を調べたところ、細胞中央に特異的に局在することを見いだした。GroEシャペロンの小サブユニットGroESタンパク質は小胞内には検出されず、細胞中央への局在も認められなかった。様々な細胞分裂変異株でのGroELの局在をしらべたところ、ftsZ変異株では局在が見られないが、その他の変異株では分裂予定面への局在が観察された。このことからGroELの細胞中央への局在は分裂環(FtsZリング)の形成に依存するが、その他の細胞分裂タンパク質には依存しないことが示された。また、groEL変異株でのFtsZリングの形成を調べたところ、その異常が認められた。精製FtsZタンパク質とGroELとの相互作用を調べたところ、GroELはFtsZモノマーには結合しないが、FtsZ重合体に特異的に結合することが判明した。これらのことから、GroELは細胞分裂においてFtsZリングの形成に伴って分裂面に局在化して分裂装置の形成や維持に機能していると考えられた。
全自動化インターネット認知行動療法による妊娠うつ病・産後うつ病の予防

妊娠中のうつ病は頻度が高く、本人の心身および児の成長発達に与える悪影響も大きく、さらに産後うつ病の予測因子でもあることから、予防の必要性が高い。対面式の予防介入はコストの観点から社会実装するには限界が大きいため、一次予防法としてインターネット認知行動療法(iCBT)が最も有望視されているが、妊婦を対象としたiCBTによって妊娠うつ病および産後うつ病の発症予防効果を示したランダム化比較試験(RCT)は世界的にもない。そこで、本研究では妊娠中期の妊婦を対象とした大規模なRCTを行い、妊娠後期のうつ病および産後のうつ病発症に対するiCBTの予防効果を明らかにする。うつ病の一次予防法としてインターネット認知行動療法(iCBT)が有望視されている。妊婦を対象としたiCBTによって妊娠うつ病および産後うつ病の発症予防効果を示したランダム化比較試験(RCT)は世界的にも皆無である。全自動化によって運用コストを抑えたiCBTプログラムを開発し、その予防効果を明らかにする研究である。妊娠うつ病および産後うつ病の発症率は増加傾向にあり、自殺にも進展する重大な周産期精神保健の問題であるため、予防に向けた取り組みが期待されている。全自動化インターネット認知行動療法による予防効果が明らかになれば、多くの妊婦が安価にそれを利用でき、周産期の妊娠うつ病および産後うつ病の改善に有用である。
バイオフィードバックを用いたユーザと人工物との持続的なインタラクションの構築

本研究は人間と人工物の持続的なインタラクションをバイオフィードバックを使用して実現することを目的とした.主に研究は,ユーザの状態を推定する部分を重点的に行なった.実験の範囲内ではあるが,ユーザ状態を検知・推定し,その状態を人工物に反映させたシステムを構築し,いくつかの生体情報やアンケートを用いてそのユーザ状態推定精度の評価を行った.応募者は,人間と人工物との持続的なインタラクションを実現するシステムの構築を目的としており,持続的なインタラクションを可能とするためには,人間側の動機を維持することが必要となる.そこで応募者は,ユーザとインタラクションを行う人工物の振る舞いについて,人間の興奮をより促すような一種のバイオフィードバック系を構成することで,インタラクションにおけるユーザの動機の持続を試みた.具体的には,ユーザの状態を理解しその状況に対してバイオフィードバックを用いて,最適な人工物の振る舞いを付与することができるシステムの開発を本研究の目的とする.またその際に,本研究ではユーザの状態を行動学的・言語学的な特徴ではなく,どのタイミングで,ユーザが行動・発話を行ったのかの外部状態と,ユーザの生体信号から得られる内部状態とを同時に記録し,両者のインタラクションにおける時系列的・物理的な特徴に注目することで上記のシステム構築を目指した.構築したシステムは,「ユーザの内部状態をリラックスさせたり,興奮させたりできる」というバイオフィードバックの特徴に着目し,ユーザの状態を時系列的・物理的な情報を定量的な数値データとして,人工物に付与することで,一種のポジティブ・バイオフィードバックを構築させた.また,人と人工物の状態変化やそれにともなう人工物への印象などを調べるユーザ評価を行った.また,その評価をもとにして,構築したシステムの更なる改良を行った.本研究は人間と人工物の持続的なインタラクションをバイオフィードバックを使用して実現することを目的とした.主に研究は,ユーザの状態を推定する部分を重点的に行なった.実験の範囲内ではあるが,ユーザ状態を検知・推定し,その状態を人工物に反映させたシステムを構築し,いくつかの生体情報やアンケートを用いてそのユーザ状態推定精度の評価を行った.応募者は,人間と人工物との持続的なインタラクションを実現するシステムの構築を目的としている.持続的なインタラクションを可能とするためには,人間側の動機を維持することが必要となる.そこで応募者は,ユーザとインタラクションを行う人工物の振る舞いについて,人間の興奮をより促すような一種のバイオフィードバック系を構成することで,インタラクションにおけるユーザの動機の持続を試みることを目的としている.本研究ではユーザの状態を行動学的・言語学的な特徴ではなく,どのタイミングで,ユーザが行動・発話を行ったのか等の外部状態と,ユーザの生体信号から得られる内部状態とを同時に記録し,両者のインタラクションにおける時系列的・物理的な特徴に注目することで上記のシステム構築を目指す.時系列的・物理的な特徴から,ユーザの状態を理解し,バイオフィードバック的に必要なタイミングをロボットの動作トリガーとし,人工物の振る舞いを表現することとする.現在では,主に内部状態としてのユーザの動機の抽出を行っており,リアルタイムかつ簡単に数種類の生体信号取得を行える装置を構築した.また,ユーザの行動や言動を,対象となる人工物に取り付けたカメラやマイクなどのセンサから取得し,それらのデータから,ユーザの外部状態を推定した.それらの内外の状態について,ユーザの言動と行動(アクション)と人工物側の言動・行動(イベント)を対応付け,ユーザ状態を把握するシステムを開発する.本研究では,ユーザの状態を理解し,その状況に対してバイオフィードバックを用いて,最適な人工物の振る舞いを付与することができるシステムの開発を行うことが,目的である.ここで扱うユーザの内部状態については,内部状態として生体信号を取得することで抽出しているが,個人差の問題をクリアでき,一般化できるユーザ状態推定システムの調整に時間がかかっている.把握したユーザ状態を反映させる人工物としてロボットを使用し,ロボットが持つ動作パターンに対して任意のユーザ状態の情報を付与することで,そのユーザ状態がロボットの動作を特定し,ユーザにとって最適なタイミングでイベントを発生させるトリガーとなるシステムを開発する.そして,このシステムが適切にユーザの状態を反映しているのかを調査する評価実験を行う.システムの評価としてユーザ実験を行うため,謝金を使用する予定があり,その実験で用いる生体情報取得に関する諸々の消耗品類を購入する.また,測定機器の改良にともない,部品類の購入を予定している.そのほか,研究成果をまとめ論文投稿を行ったり,研究発表・調査研究として論文投稿費や旅費の申請を予定している.加えて,提出した計画書では,前年度にロボットの購入を予定していたが,科研費の支給が遅れたこともあり,ユーザ状態推定のプロトタイプを作成することを優先した.今年度では,その未使用額を当初の予定の通り,ロボットの購入に使用する予定である.
視床下部CRF遺伝子発現を指標とした口腔・顎顔面領域における慢性痛発症機序の解明

三叉神経領域の痛み刺激が延髄より高位の中枢に及ぼす影響については未だ明らかにされていない。本研究では、舌の痛みストレスに対する視床下部の応答を詳細に検討するために、舌にcapsaicin溶液及びそのvehicleを注入し血漿ACTH、corticosteroneと視床下部paraventricular nucleus(PVN)のcorticotropin releasing factor(CRF)遺伝子を指標として解析した。その結果、舌へのcapsaicin注入による痛みは、HPA axisを活性化すること、また、CRF hnRNA遺伝子発現はストレスの遺伝子転写活性の指標として有用であることが示された。近年、生体のストレス応答である視床下部-下垂体-副腎系[hypothalamic-pituitary-adrenocortical(HPA)axis]を介し、慢性痛による痛み感作が惹起した場合、心理的刺激によって痛みが誘発されることが報告された。すなわち、侵害刺激の繰り返しの入力により末梢および中枢が感作され、このストレッサーが、HPA axisを介し、ホルモン系、自律神経系、免疫系との相互関係を経て、最終的には大脳辺縁系一前頭葉系に影響を与える。これらの系が感作されると心理的刺激によっても痛みの感覚および感情が誘発される。したがって、顎顔面領域の慢性痛疾患に対する診断および治療を確立するためには、三叉神経伝導系{三叉神経節一延髄(三叉神経脊髄路核)-視床(後内腹側核)}の変化のみならず、痛みによって惹起されるストレス反応の程度を知ることが重要である。平成19年度は、痛みストレスがHPA axisに及ぼす影響について明らかにすることを目的とし、舌のカプサイシン注射により痛みストレスを負荷したラットモデル(急性痛モデル)を用い、血漿中ACTHとcorticosterone量についてsham群と比較検討した。方法として、舌のカプサイシン注射30分後に採血(0.3ml)し、氷の中に放置後、さらに4°C、3000rpmで510min遠心し、血漿成分を採取した。その後、血漿中ACTHおよびcorticosterone量をEIA法にて定量した。その結果、舌カプサイシン刺激後30分で血漿中ACTHに統計学的有意差がみられたが、corticosteroneには有意差がみられなかった。生体には、ストレスから自らを守り、恒常性を保つための極めて巧妙な仕組みが備わっている。痛みは歯科臨床において頻繁に遭遇する身体的ストレスであり、基礎的・臨床的に広範囲な研究がなされているが、三叉神経領域の痛み刺激が延髄より高位の中枢に及ぼす影響については未だ明らかにされていない。以上より、舌へのcapsaicin注入による痛みは、CRH遣伝子をupregulationし、hypothalamic-pituitary-adrenal axis(HPA axis)を活性化することから、三叉神経刺激による痛みストレスとして視床下部に情報伝達され、生体はストレス反応を起こすことが示された。また、hnRNA遺伝子発現はストレスの遺伝子転写活性の指標として有用であることが示された。以上より、舌へのcapsaicin注入による痛みは、hypothalamic- pituitary-adrenal axis(HPA axis)を活性化することから、三叉神経刺激による痛みはストレスとして視床下部に情報伝達され、生体はストレス反応を起こすことが示された。
水溶液及び鉱物表面・粒界の水の物理化学

地球表層の土壌や岩石中の水溶液は,鉱物・岩石の粒間に多く存在し,多様な水・鉱物相互作用を行い,地球表層の物質循環を支配している.このような相互作用は鉱物表面や粒界面近傍で行われると考えられ,従ってこのような場での水溶液の物理化学的な性質の解明が必要となる.そこで主に,減衰全反射赤外分光法(ATR-IR)を用いて,水溶液の赤外吸収スペクトルを調べた.昨年度,水の構造を水素結合距離の異なる水分子の集合体(クラスター)4成分で表現できたので,今年度は,NaCl-Na_2CO_3の混合水溶液,またNaCl-NaClO_4,CaCl_2-Ca(ClO_4)_2混合水溶液などの系統的な測定を行い,イオンのまわりに束縛される「水和水」の成分解析を行っている.NaCl水溶液中では水分子間の水素結合の距離が長くなり,水のクラスターサイズが小さくなる傾向があり,一方,Na_2CO_3水溶液では,水分子間の水素結合の距離が短くなり,水のクラスターサイズが大きくなる傾向があった.NaCl-Na_2CO_3の混合水溶液では,混合比を変えるにつれ上記4成分の相対量が変化するが,NaClモル比0.5の前後で,その傾向に違いが見られた.また,薄膜水の構造を調べるため,様々な厚さの金蒸着を行ったCaF_2窓板を用いた薄膜セルの試作を行い,厚さの異なる薄膜水の赤外分光測定を開始した.さらに,角度可変ATR赤外分光法を用いて,Ge結晶の上においた純水の赤外スペクトルを30-60度程度入射角を変化させながら測定した.この方法によって,Ge結晶上純水の薄膜200nm程度の領域の赤外スペクトルが得られた.現在,赤外光のもぐりこみ深さ,純水の光学定数の波長による変化などを考慮した補正を行っているところである.地球表層の土壌や岩石中の水溶液は,鉱物・岩石の粒間に多く存在し,多様な水・鉱物相互作用を行い,地球表層の物質循環を支配している.このような相互作用は鉱物表面や粒界面近傍で行われると考えられ,従ってこのような場での水溶液の物理化学的な性質の解明が必要となる.そこで主に,減衰全反射赤外分光法(ATR-IR)を用いて,水溶液の赤外吸収スペクトルを調べた.昨年度,水の構造を水素結合距離の異なる水分子の集合体(クラスター)4成分で表現できたので,今年度は,NaCl-Na_2CO_3の混合水溶液,またNaCl-NaClO_4,CaCl_2-Ca(ClO_4)_2混合水溶液などの系統的な測定を行い,イオンのまわりに束縛される「水和水」の成分解析を行っている.NaCl水溶液中では水分子間の水素結合の距離が長くなり,水のクラスターサイズが小さくなる傾向があり,一方,Na_2CO_3水溶液では,水分子間の水素結合の距離が短くなり,水のクラスターサイズが大きくなる傾向があった.NaCl-Na_2CO_3の混合水溶液では,混合比を変えるにつれ上記4成分の相対量が変化するが,NaClモル比0.5の前後で,その傾向に違いが見られた.また,薄膜水の構造を調べるため,様々な厚さの金蒸着を行ったCaF_2窓板を用いた薄膜セルの試作を行い,厚さの異なる薄膜水の赤外分光測定を開始した.さらに,角度可変ATR赤外分光法を用いて,Ge結晶の上においた純水の赤外スペクトルを30-60度程度入射角を変化させながら測定した.この方法によって,Ge結晶上純水の薄膜200nm程度の領域の赤外スペクトルが得られた.現在,赤外光のもぐりこみ深さ,純水の光学定数の波長による変化などを考慮した補正を行っているところである.
微量金属と軽元素安定同位体を用いた農産物・食品安全の生育環境トレーサビリティ研究

1.より一層高精度な産地推定技術を確立できる可能性があることから、安定同位体比分析と微量金属元素組成分析を組み合わせた生育環境トレーサビリティの高精度化技術に関し、国立研究開発法人「農研機構食品研究部門」鈴木主任研究員の協力を得て、提供したコメ試料へ応用する前提で、日中のリンゴ試料3点を用いて事例研究を推進した。その成果をElsevier出版社へ共同投稿し出版された。2.グルタミン酸の酵素的脱アミノ化中の安定な窒素同位体(15 N / 14 N)の分画理論を踏まえた安定同位体比のみを用いる質量分析法によれば、中国における素性の確かな中国産コメの試料収集し、西安、杭州、温嶺3都市を訪問して大学教員および大学生等に依頼して17検体の素性の確かな中国産コメ試料を収集した。その中国産コメ試料17種の産地データベースの作成を試みたところ、コメ4軽元素(H,C,N,O)についてある程度まで産地判別が可能であることが分かった。3.国際会議の招待講演により、素性の正しい中国試料の入手等で今後の研究展開につながるルートが開拓できたので、東京大学において次につながる研究成果が得られた。4.西安交通大学医学部・葯学院から第7届国際会議に招待され、科研費の採択課題に関する招待講演を行い、好評を博した。特に、座長から日本の伊永教授の発表は中国の漢方薬事業推進にとって、今後大変重要となる漢方薬の効能と産地特定問題に解釈を与える可能性が高い共同研究すべき課題であるとの指摘を受けた。5.中国産コメ試料17種について、安定同位体比による産地判別の精度を確実に高める目的で、微量金属元素のICP-MSによる定性・定量分析を行うための共同実験の内容検討を、最終年度に向けて進めた。(1)グルタミン酸の酵素的脱アミノ化中の安定な窒素同位体(15 N / 14 N)の分画理論解明に関し、生物圏における質量およびエネルギー移動に対する意味の解明を踏まえて、産地判別データベースの作成に向けて、日中のコメ試料について4軽元素(H,C,N,O)の安定同位体比を質量分析法により測定し、専門事業者によるクロスチェックを行った。(2)素性の確かな中国産コメ試料を中国全土で収集した。(3)西安交通大学医学部・葯学院から第7届国際会議に招待され、農産物・食品等の生育環境トレーサビリティの高精度化に関する科研費の採択課題について招待講演を行った結果、米国人座長から日本の伊永教授の発表は中国で今後大変重要となる漢方薬の効能と産地特定問題に解釈を与える可能性が高い研究成果であり、共同研究すべき課題であるとの指摘を受けた。本件に伴い、西安交通大学医学部・葯学院から別室において客座教授および名誉教授の称号を授与された。(4)この国際会議の招待講演により、素性の正しい漢方薬試料の入手等でも今後の研究展開につながるルートが開拓できたことは、次の課題申請につながる成果が得られた。(5)最終年度に残された安定同位体比分析と微量金属元素組成分析の組合せによる生育環境トレーサビリティの高精度化については、より一層の高精度な産地推定技術の確立を目指せる可能性があるため、農研機構食品研究部門の支援を得ながら、共通のコメ試料を用いて事例研究を鋭意進める(1)生育環境のトレーサビリティを可能にするデータベースの作成では、グルタミン酸の酵素的脱アミノ化中の安定な窒素同位体(15 N / 14 N)の分画に反映し、生物圏における質量およびエネルギー移動に対する反応性を解明する必要があるため、日本のコメ試料を農研機構食品研究部門へ送り、4軽元素(H,C,N,O)の安定同位体比質量分析法により測定し、微量金属元素の測定に向けた共同作業を行った。(2)中国産コメ試料17検体について、外部機関による安定同位体比クロスチェックを経て測定精度を向上させることに成功した。(3)より一層の高精度な産地推定技術の確立を目指すため、安定同位体比分析と微量金属元素組成分析の組合せによる高精度な生育環境トレーサビリティ技術を踏まえた産地推定技術の確立を目指すため、農研機構食品研究部門の支援を得て、国産および中国産の共通コメ試料を用いた事例研究を現在進めている。農研機構食品研究部門のクロスチェック結果と本研究の結果が合致すれば、本研究のゴールも見えてくる。(4)西安交通大学医学部・葯学院から第7届国際会議に招待され、招待講演を行った結果、今後は漢方薬の効能と産地特定問題の解明に寄与できる可能性が高いことを認めた。残された安定同位体比分析と微量金属元素組成分析の組合せによる生育環境トレーサビリティの高精度化については、一層の高精度な産地推定技術の確立を目指せる可能性があるため、農研機構食品研究部門の支援を得て、最終年度の日中コメ試料を用いた事例研究に向けて鋭意研究推進している1.わが国で代表的な農産物であるコメに絞って、4軽元素(H,C,N,O)の安定同位体比の質量分析法により、データベースの作成に向けて、昨今の異常気象、異常降雨による異常値を気象データと照合しながら研究調査を開始した。3.安定同位体比分析と微量金属元素組成分析の組合せによる生育環境トレーサビリティの高精度化については、長所・短所が存在するが、複数の分析法を組み合わせることによって、高精度な産地推定技術の開発を目指せる可能性を秘めているため、公定法化をめざしコメの事例研究を積極的に推進している。

1.平成29年2月に「週刊ダイヤモンド」誌上で報告されたとおり、JAグループ京都の米卸が販売するコメの産地判別検査を実施した結果、「滋賀産」や「魚沼産」として販売されていたコメに中国産が混入している疑いがあることが分かった。この事件が起きることは想定範囲内であったが、以来、中国産コメの生育環境データを収集する重要性が増したことから、当初計画通り、中国3都市出張を実行した。2.わが国で最も代表的な農産物であるコメに評価対象を絞って、4軽元素(H,C,N,O)の安定同位体比の質量分析データを用いる産地推定を高精度化することを本研究の目的としているが、同位体比データベース作成において昨今の異常気象がもたらすコメの出穂期の異常降雨による影響が避けられないことが判明し、平成28年度の研究では、生育環境トレーサビリティ研究の視点からみて異常データといえる値を探索して見つけ出し、データベースから削除する運びである。3.素性の確かな中国産コメの現地調査、試料収集のため、西安、杭州、温嶺3都市の大学等を訪問し学術交流を行う今後の計画について、平成29年3月現地訪問を実施した。4.平成28年度の交付申請書に記載のとおり、コメ分析データ中の異常気象、異常降雨の影響を受けた異常値の発見、中国産コメ試料の現地調査とコメ資料収集、測定データのクロスチェック、高精度化、生育土壌由来の微量金属元素分析について、実験検討を行ったので、平成28年度においては当初の研究計画通りに進展していると考えられる。1.安定同位体比の質量分析法により、産地判別データベースの作成に向けて、日本のコメ2300検体に絞り4軽元素(H,C,N,O)について気象データと照合しながら昨今の異常気象、異常降雨による異常値を除外することに成功した。2.中国における素性の確かな中国産コメの試料収集のため、昨年度訪問した西安、杭州、温嶺3都市の大学教員および大学生等に依頼して17検体の素性の確かな中国産コメ試料を収集できた。3.西安交通大学医学部・葯学院から第7届国際会議に招待されて、科研費の採択課題"Advanced chemical information on reliabilityevaluation of the food origin certification by stableisotope ratio mass spectrometry"に関し、中国製PCとパワーポイントを用いて英語による招待講演を行い、好評を博した。特に、座長から日本の伊永教授の発表は中国の「一帯一路」政策を推進する上で、今後大変重要となる漢方薬の効能と産地特定問題に解釈を与える可能性が高い研究成果であり、共同研究すべき課題であるとの指摘を受けたことは、非常に名誉ある発言があったことは記憶に新しい。今回の国際会議の招待講演により、素性の正しい漢方薬試料の入手等で今後の研究展開につながるルートが開拓できたので、次の科研費課題申請につながる成果が得られた。4.安定同位体比分析と微量金属元素組成分析の組合せによる生育環境トレーサビリティの高精度化については、より高精度な産地推定技術の確立を目指せる可能性を秘めているため、農研機構食品研究部門の支援を得て、共通のコメ試料を用いて事例研究を推進中である。(1)産地判別データベースの作成に向けて、日本のコメ2300検体について4軽元素(H,C,N,O)の安定同位体比を質量分析法により測定し、専門事業者によるクロスチェックを経て異常気象による異常値を除外することに成功した。(2)素性の確かな中国産コメ
骨形成に最小十分なシグナルの解明と皮膚細胞からの新規骨再生法の開発

本研究では、再生医療の3要素(分化誘導シグナル・細胞源・足場)のうち、分化誘導シグナルと細胞源に関して検討を行うことで、量的限界のある骨髄間質系幹細胞に代わって、採取が容易で増殖能も高い線維芽細胞を細胞源とした骨再生法の基盤技術を開発することを目標とした。その結果、下記の知見を得た。1.骨芽細胞分化スクリーニングシステムの開発:細胞を生かしたままで簡便に骨分化をスクリーニングできるシステムとして、骨芽細胞に分化した場合にのみ緑色蛍光を発する細胞株を作製した。2.骨形成に最小十分なシグナルの同定:スクリーニングシステムを用いた網羅的な検討から、骨形成に最小十分なシグナルがBMPシグナルとRunx2の組合せであることを見出し、その分子メカニズムも明らかにした。3.骨欠損動物モデルによる骨再生能の検討:上記の最小十分シグナルを活性化させることで、皮膚線維芽細胞を用いて骨再生を誘導できることを動物実験によって示した。4.ヒト骨再生様線維芽細胞の分離・培養法の確立:ヒト皮膚線維芽細胞においても、上記のシグナルの組合せによって骨分化を誘導できることを確認した。「皮膚線維芽細胞からの骨再生法の基盤技術の開発」という本研究の目標は達成されたものと考えられる。臨床応用を考えた場合、生体適合性の高い遺伝子導入法や、骨形成性低分子化合物の利用を含めた検討も今後必要であると考えており、引き続き実用化に向けた研究を行っていきたいと考えている。1.骨芽細胞分化検出マーカー遺伝子を利用した骨芽細胞分化スクリーニングシステムの開発骨芽細胞特異的に発現するラットI型コラーゲン遺伝子プロモーター2.3kb断片の下流にGFPを付けたマーカーコンストラクト(Col1GFP)を恒常的に有するCol1GFP細胞株(C3H10T1/2・MC3T3-E1)をそれぞれ樹立した。また、Col1GFPトランスジェニックマウスからES細胞・皮膚線維芽細胞を分離・採取した。2.骨芽細胞分化に最小十分な分子シグナルの同定【アデノウィルスベクターの作成】骨芽細胞分化に量小十分な分子シグナルの構成要素として、従来から強力な骨形成因子として報告されているBMP・Hh・Wnt・Runx2・IGF-1シグナル伝達系を対象に、それぞれのシグナル伝達系を活性化あるいは抑制する遺伝子を組み込んだアデノウィルスベクターを作成した。作成したアデノウィルスベクターの全組合せをCol1GFP-ES細胞に導入し、GFPの蛍光発色を指標に1週間以内に骨芽細胞分化を誘導するシグナルのスクリーニングを行った。その結果、BMPシグナルとRunx2シグナルを活性化した組合せ(caALK6+Runx2)が上記の条件を満たす最小の組合せであった。【初代皮膚線維芽細胞による骨芽細胞分化誘導に最小十分な分子シグナルの確認】更に、caALK6+Runx2はES細胞・ヒト骨髄間質系幹細胞等の幹細胞においてのみならず、ヒト線維芽細胞・上皮系細胞株等の終末分化成体細胞においても、オステオカルシン・アルカリフォスファターゼ・骨シアロ蛋白といった骨芽細胞分化マーカー遺伝子の著しい発現上昇と石灰化を10日以内に強力に誘導した。1.骨芽細胞分化誘導分子シグナルの作用機序の解明昨年度の骨形成性シグナル経路の組合せのスクリーニングより、骨形成性最小十分シグナルユニットとして明らかとなったBMPシグナルとRunx2シグナル(caALK6+Runx2)の分化誘導機序の解明を試みた。Runx2の転写共役因子であるCbfbに着目した。Runx2の導入によってCbfbのmRNA発現量は変化しないものの蛋白量が増加した。ユビキチンプロテアソーム阻害剤の添加によってもCbfbの蛋白量が増加したことから、ユビキチンプロテアソーム系によって分解されるCbfbはRunx2によって安定化されることが示唆された。さらにBMPシグナルはRunx2とCbfbの結合とオステオカルシンプロモーター上への誘導を促すことが明らかとなった。以上よりBMPシグナルとRunx

2シグナルの組合せは、Cbfbの安定化・Runx2-Cbfb複合体の形成と標的遺伝子プロモーター上への誘導を介して骨形成性最小十分シグナルユニットとしてはたらくことが示唆された。2.動物骨欠損モデルにおける骨形成能の検討(小動物)(1)臓器の構成caALK6+Runx2をマウス背部より分離・培養した皮膚線維芽細胞に導入し、アテロコラーゲン膜・PLGAといった足場材料上に播種して培養した。導入後1週間で石灰化と骨芽細胞分化マーカー遺伝子の発現上昇が認められたことから、これらの細胞が足場材料上で骨様組織を形成したことが示唆された。(2)マウス臨界骨欠損モデルの確立マウス頭蓋部に直径4mmの円形骨欠損を作製し、放射線学的(X線写真・CT)に6ヶ月まで経時的に観察し、その自然経過に関する基礎データを蓄積した。術後2ヶ月より、欠損辺縁部から少量の骨形成を認めたことから、術後2ヶ月以内であれば本モデルは臨界骨欠損モデルとして利用できることが示唆された。1.動物骨欠損モデルにおける骨形成能の検討昨年度までに骨芽細胞様細胞に分化した皮膚線維芽細胞シートの作製に成功し,マウス,ラットの臨界骨欠損モデルを確立した。本年度はマウスおよびラットの非荷重部(頭蓋,顎顔面領域)に作製した臨界骨欠損部に移植した。コントロールグループ(LacZ導入線維芽細胞を播種した足場材料を移植)で,放射線学的(X線写真,CT)に6ヶ月まで経時的に観察し,自然治癒の無いことを確認し,自然経過に関する基礎データを蓄積した。術後2ヶ月より,欠損辺縁部から少量の骨形成を認めたことから,術後2ヶ月以内であれば本モデルは臨界骨欠損モデルとして利用できることが示唆された。そこで,caALK6+Runx2をマウス背部より分離,培養した皮膚線維芽細胞に導入し,アテロコラーゲン膜上に播種して培養した。培難1週で石灰化を確認した後にマウス頭蓋部の直径4mmの円形骨欠損部に移植したところ,移植後4週で旺盛な骨形成が認められた。移植部周囲組織における炎症反応の有無を炎症性細胞浸潤を指標に検討したところ,顕著な炎症反応は認められなかった。2.骨再生用ヒト皮膚細胞の培養法,骨芽細胞分化誘導法の確立市販のヒト皮膚線維芽細胞においても,caALK6+Runx2の導入により,オステオカルシン,アルカリフォスファターゼ,骨シアロ蛋白といつた骨芽細胞分化マーカー遺伝子の著しい発現上昇と石灰化が10日以内に誘導されることをin vitroで確認した。
有機燐農薬の遅発性神経毒性を検出するための新しい実験動物系の確立

わが国の農林水産省は1985年に新農薬登録時に必要な毒性試験実施要領を改正し,有機燐農薬について遅発性神経毒性試験を新たに加えた。すなわちニワトリに急性中毒の際の半数致死量以上を1回経口投与し,アトロピンで救命した後,異常歩行など運動神経障害発症の有無を21日間観察することが義務づけられた。本毒性に対する感受性は動物の種によって著しく異なり,実験動物として普及しているマウスやラットでは神経障害が全く発症しない。本毒性を検出するためにニワトリが国際的に賞用されているが,体重1.52kgのかなり大型な動物であり,数十羽を同時に処理する際の飼育スペースや実験に要する労力は容易でない。そこで筆者らはわが国古来の小型の家きん,日本ウズラ(体重100150g)に着眼した。投与経路として皮下注射を用い,また1回投与でなく麻痺が出現する限界量を分割して反復投与することによって本毒性が強く現われる(既報)ので,45回反腹投与法を試みた。さらに近年アメリカで経費投与が急性中毒を抑え,しかも遅発性神経障害をより強く発症させるすぐれた投与方法であることが報告されたので,追試を試みた。その結果経皮投与は農林水産省が指定する現行の経口投与よりも容易で確実な方法であることが明らかになり,またウズラは本毒性を検出するための新しい実験動物系としてニワトリに代り得ることがわかった。あたかもウサギに代えてマウスを用いるようなものであり,研究の進展に利すること多大なものがあると考える。有機燐化合物は動物のコリンエステラ-ゼ活性を阻害して急性中毒を起こす。この作用が殺虫剤に応用されている。ところで少数の有機燐剤では急性中毒から回復して13週後に発症する特異的な遅発性神経毒性が認められる。両側性に下肢の運動失調で始まり、麻痺は次第に上行して重症例では呼吸筋麻痺で死に致る。本毒性が最初に発見されたのはトリオルトクレシル燐酸(TOCP)であり、1930年に合衆国で発生した大規模な中毒事故が契機となった。TOCPは現在わが国でプラスチック可そ剤として大量に使用されている。その後有機燐殺虫剤の中からも本毒性をもつミパホックス(1951年)、レプトホス(1971年)、シアノヘンホス(1979年)が発見され、いずれも生産中止となった。農林水産省は1985年に新農薬登録時に必要な毒性試験実施要領を改正し、遅発性神経毒性試験を新たに加えた。ニワトリに急性中毒の際の半数致死量以上を経口投与し、アトロピン等で救命した後、21日間、歩行などの運動神経障害の有無を観察することが義務付けられた。筆者らはニワトリに代えてウズラを本毒性検出のための実験動物として確立しようと試みている。1989年にStumpf(ミシガン州立大)らは、フェレット(ヨ-ロッパ毛長いたち)にTOCPを投与した実験で、経口投与よりも経皮投与の方がはるかに強く本毒性を発現させると報告した。そこでわれわれも追試を行った。はじめにゴルフ場で大量に使用されているEPNでも本毒性を認めたという報告(但し量反応関係が不明確)があるため、EPNを塗布する実験から開始したが、急性毒性が強すぎるためアトロピンを使用しなければならないことがわかった。その前に本毒性の陽性モデル物質とされているTOCPを用いて、基準となる投与方法を確立することが望ましいと考えて実験を繰返している。経皮投与は農林水産省が指定する現行の試験法よりも容易で確実な方法であることが次第に明らかになりつつある。有機燐化合物の一部に急性中毒から回復して13週後に発症する特異的な神経障害を起こすものがある。症状は両側性に下肢の運動失調ではじまり、麻痺に進み次第に上行する。重症例では呼吸筋麻痺で死に致るが、その量は急性中毒における半数致死量よりもはるかに少ない。

本毒性が最初に気づかれたのは、トリオルトトリル燐酸であり、1930年に合衆国で発生した大規模な中毒事故が契機となった。その後有機燐殺虫剤の中からも同じ神経毒物としてミパホックス(1951年)、レプトホス(1971年)、シアノヘンホス(1979年)が発見されいずれも生産中止となった。わが国の農林水産省は1985年に新農薬登録時に必要な毒性試験実施要領を改正し、遅発性神経毒性試験を新たに加えた。すなわちニワトリに急性中毒の際の半数致死量以上を経口投与し、アトロピン救命した後、21日間、歩行など運動神経障害の有無を観察することが義務づけられた。筆者らはニワトリに代えてウズラを本毒性検出のための実験動物として確立しようと試みている。1989年にアメリカから、経口投与よりも経皮の方がはるかに強く本毒性を発現させるという報告があった。そこでわれわれも追試を行った。まず、本毒性の陽性モデル物質とされてるトリオルトトリル燐酸を用いて、基準となる投与方法を確立することが望ましいと考える実験を繰返している。経皮投与は農林水産省が指定する現行の経口投与法よりも容易で確実な方法であることが次第に明らかになりつつある。
心筋虚血再灌流傷害・梗塞後リモデリングにおけるミトコンドリア制御分子の役割解明

本研究の目的は「マクロファージDrp1は炎症性マクロファージへの分化誘導を通じ心筋虚血再灌流傷害、梗塞後左室リモデリングを促進する」との仮説を検証することである。この目的を達成するため、マクロファージDrp1欠損マウスを用い、心筋虚血再灌流傷害、梗塞後リモデリングの病態におけるマクロファージDrp1の生体内における役割について明らかにする。以上を通じ、マクロファージDrp1の役割が明らかになれば、これまでとは全く異なる概念の抗炎症治療法を提唱することが可能となる。
新しい情報伝達タンパク質研究から迫る咬合と脳機能の関連-基礎歯科学からの先駆的情報発信-

新しいタンパク質分子、PRIPを見いだした。この分子を持っていないマウス(変異マウス)を作製して多方面から解析した。脳の機能は興奮と抑制のバランスで保たれているが、変異マウスは抑制に関わるGABA_A受容体の機能と細胞膜への輸送に異常が認められ、PRIPはGABAへ受容体が適切な機能を発揮するためには必須の分子であることが分かった。一方、正しい咀噛が出来ないようなマウスでは脳内のPRIPの量に変化は認められなかったが、GABA_A受容体の機能と関連すると思われる情動に関する異常行動を示した。(1)PRIP-1/PRIP-2のダブルノックアウトマウス(DKO)の作製を完了し、行動学的解析を行った。DKOは自発運動が非常に低下しており、運動調節がうまく行えなかった。また、ベンゾジアゼピン系薬剤(ターゲットはGABA_A受容体のα-およびγ-サブユニット)が無効であった。培養ニューロンを用いて、GABAアゴニストやベンゾジアゼピン拮抗薬を用いたリガンド結合実験を行ったところ、GABAアゴニスト結合量は増加していたが、ベンゾジアゼピン拮抗薬の結合量は低下しており、γ-サブユニットの含量の少ないGABA_A受容体が多く発現していることを示唆した。更にはニューロンの電気生理学的解析においてもリガンド結合実験で得られた結果と一致する結果を得た。COS細胞に、GABA_A受容体の各サブユニット遺伝子を発現させ、膜表面に発現した受容体を定量化したところ、PRIP遺伝子の導入によって細胞表面に発現する受容体量が減少し、上述のDKOマウスの多面的解析結果を支持するものであった。(2)DKOではGABA_A受容体β-サブユニットのリン酸化程度が著しく低下していた。この現象を説明するために脳抽出液のリン酸化酵素活性には違いは無いものの、脱リン酸化酵素活性が高くなっていることを突き止めた。これまでにPRIPと脱リン酸化酵素との結合や活性調節に関して得られた結果などを踏まえて、PRIPはGABA_A受容体に対して脱リン酸化酵素の足場として働いていることを解明した。(3)小動物に長期に亘って咬合不全を起こすための手段を検討した。通常食とそれを粉にした餌を与えようとしたが、「粉の餌」はラットもマウスもあまり食べなかったので、食事量は変わらずに咬合不全にするような手段を検討しており、次年度の研究に備えている。(4)野生型とDKOマウスの三叉神経中脳路核のGABA_A受容体の機能解析を行うように準備が整った。1.PRIP1/-2のダブルノックアウトマウス(DKO)を用いた解析は、γサブユニット含量の少ないGABA_A受容体が発現していることを示唆した。PRIP分子がGABARAPとγサブユニットとの結合を阻害することを考えると、この現象は予想と反することであった。PRIPがβサブユニットと結合することがこの説明不可能な現象に関わっているのではないかと考え、この結合を阻害するようなペプチドを培養細胞株やニューロンに導入して、発現する受容体の分布やサブユニット構築について検討した。その結果、DKOで観察されたようなγサブユニット含量の少ないGABA_A受容体がペプチド導入によって観察された。この結果はPRIP分子はβサブユニットと結合することを介して、γサブユニットを含んだ受容体をニューロン膜上に運搬するのに必須の働きをしていることを示唆している。2.脳由来神経成長因子(BDNF)は野生型ニューロンでは一過性のGABA_A受容体の活性上昇と引き続く活性低下が認められたが、DKOではGABA_A受容体活性が暫増した。この時間経過はβサブユニットのリン酸化程度の変化と良い相関を示した。またリガンド結合実験で得られたニューロン上の受容体量ともほぼ一致した。この結果はPRIPがGABA_A受容体に対して脱リン酸化酵素(PP1とPP2A)の足場として働き、βサブユニットのリン酸化レベルを調節して、クラスリン依存性の受容体内包化を調節した結果であることを示唆した。3.大脳皮質バレル野における興奮伝導の時空間パターンの相違を検討し、DKOでは空間認知がよりシャープで、より早い情報処理が行われる可能性を見いだした。三叉神経中脳路核ニューロンについては、細胞体・軸索、及び、その投射を受ける運動ニューロンを含むスライス標本作成の準備を整えた。4.DKOマウスの顎運動解析と口腔痛覚伝導を解析する準備を整えた。PRIP分子のノックアウト(DKO)マウスのGABA_A受容体α、βサブユニットの発現量は、mRNA、タンパク質ともに野生型より増加していた。リガンド結合実験の結果、DKOマウスにおいて細胞膜上の[^3H]muscimol結合部位(α/βサブユニット量を反映)は増加している一方で、[^3H]Ro15-1788(flumazenil)結合部位(α/γ2サブユニット量を反映)は減少していた。

電気生理学的および行動学的な解析においてもジアゼパム感受性の低下を示唆する結果が得られた。PRIPとβサブユニットとの直接的な結合をPRIP結合ペプチドで阻害したところ、GH3、HEK293及びラット海馬神経細胞膜表面におけるγ2サブユニットの発現量が抑えられた。GABARAPはγ2サブユニットと結合することによってGABA_A受容体の膜への輸送を促進すると考えられているが、PRIPを欠くDKO神経細胞では、GABA_A受容体と相互作用するGABARAPの量が著しく減少していた。以上のことから、PRIPはGABARAPの機能を補助する、つまりGABA_A受容体とGABARAPとの橋渡しの役割を果たすことで、γ2サブユニットを含むGABA_A受容体の細胞膜表面への輸送を調節していることが分かった。粉末の食餌と通常の固形食餌を与えたマウスを1年間という長期間飼育した。これらのマウスを用いて種々の行動学的解析を行った。粉末食餌マウスは、自発運動が低下し、不安感が強く、新奇物体に対する認知能力に劣るという傾向が認められた。(1)野生型(WT)ならびにPRIPノックアウト(KO)マウスから脳スライス標品を調製した。インスリンで刺激するとWTではGABAによって誘導される内向き電流が増加(GABA_A受容体の増加に相当)したが、KOでは増加は認められなかった。(2)この現象にサブユニットのリン酸化が関わることが示唆されているので、インスリン刺激時のβサブユニットのリン酸化を検討した。WTでは早期のリン酸化を認めたが、KOでは認められなかった。ホスファターゼ活性をオカダ酸によって阻害したが、KOではリン酸化の変化(GABA誘導性電流から推定)は見られなかった。したがって、キナーゼ活性がβサブユニットをリン酸化するのに適切な所に存在しないためと思われた。(3)そこで、インスリンシグナリングに関わるキナーゼはAktであることは分かっているために、培養細胞系を構築してインスリン刺激に伴うAktの活性化ならびにこのキナーゼのGABA_A受容体への結合を検討した。PRIPの有無によって受容体への結合程度が異なることが分かった。(1)粉末食餌(咬合を必要としない)と通常の食餌を与えたマウスを比較的長期間飼育している。新奇環境への適応、運動量、不安感などのいくつかの行動学的な検討を行った。粉末食餌マウスでは、行動学的には、自発運動量が少なく、新奇物体に対する興味をあまり示さない傾向が強く認めらた。また、高架式十字迷路試験で粉末餌給餌群マウスでは不安感が強い傾向が認められた。(2)これらの結果とGABA_A受容体の量的な関連を調べるために、受容体の発現量を調べるためにGABAリガンドの結合実験を行ったが、著明な相違は認められなかった。(1)野生型(WT)ならびにPRIPノックアウト(KO)マウス脳から初代神経培養細胞を調製し、インスリンシグナルの素過程、すなわちインスリン受容体やAktの発現量、Aktの活性化を検討したが、明らかな相違は認められなかった。しかしGAGA_A受容体のβサブユニットのリン酸化レベルはKOマウスで著しく低下していた。
微細表面構造を持つパリレン膜流路と操作用磁気プローブを組合わせた流体デバイス

μ-TASなどにおいて微量な液滴の搬送を可能にするための表面設計の指針を得るため,微細な突起を形成した表面における液滴の転落加速度の特性を明らかにした.突起の全面積を基板全面積で割ったものを突起面積比と定義した(以下面積比).面積比と転落加速度の関係,一定の面積比において突起サイズと転落加速度の関係,基板の撥水性や液体の粘度,表面張力による影響を明らかにした.基板はシリコン,突起は15μm角の正方形(高さ約20μm),基板傾斜角を20°とした.液体は水とした(520μl).面積比が小さくなるにつれて転落加速度は大きくなり,面積比が約2%以下では転落加速度は摩擦がない滑り加速度に近い値となった.面積比が約1%以下では、液滴は突起間に落下した.面積比が増加するにつれて転落加速度は徐々に低下し,面積比が20%以上では大きな低下が見られた.突起の面積比を一定にし(約6%)突起のサイズを変化(530μm角)させた場合,突起のサイズが小さくなるにつれて転落加速度は増加したが,顕著な増加ではなかった.基板の撥水性を変化させた場合の影響を調べた.面積比が2%と5%の基板にフッ素プラズマによる撥水処理を行った.この場合に静的接触角は元の155°からわずかに増加したが,転落加速度の変化はほとんどなかった.液体の粘度および表面張力を変化させた場合の転落加速度を調べた.粘度の変化(増加)はグリセリン水溶液,また表面張力の変化(低下)はエタノール水溶液を用いた.粘度の増加および表面張力の低下により転落加速度は低下したが,面積比を下げることで加速度の低下は抑制でき,これらの液滴においても搬送が促進されることを確認した.なお本測定の面積比において液滴は球状でほぼ滑り挙動であったが,面積比が大きい場合や表面張力が小さい場合は接触面積が増加し,これが転落加速度の低下の要因と考えられる.本研究では化学分析やバイオテクノロジー等に関連した微小液滴の搬送方法に関する基礎的な検討を行うことを目的としており,以下の方法を検討した.1パリレン薄膜を用いたマイクロ流路の製作流路を薄膜で形成し,膜を介しての液滴の分離・合成,機械的な振動を与えて撹拌するなどの操作を行うことを目的としている.機械的特性に優れ,化学的に安定で生体適合性も高いパリレンを材料として選択し,リソグラフィやドライエッチングといった一般的なMEMSプロセスによって流路膜を製作する方法を検討した.2表面微細構造による液滴の搬送性能の基本特性表面に微細な突起を形成することにより,液滴下部に空気をトラップさせ搬送を容易にするいわゆるロータス効果の性能向上に関して,突起の面積比の最適化や,その場合の転落特性(転落角や転落加速度など),液滴の粘性を変えた場合の影響などを調べた.3リキッドマーブルを用いた液滴の搬送方法の基本特性微小液滴の搬送法として,バイオミメティクスを応用したリキッドマーブルのころがりによる搬送方法の基本特性を調べた.搬送後液滴から粒子を磁場によって分離させるため,粒子は撥水性磁性粒子とした.液滴が非常に小さくなると上記の突起を用いた方法が適さなくなる(突起の間に液滴が侵入する現象が生ずる)ため,その代替案として位置付けている.今回,リキッドマーブルの粒子に着目し,分離の観点から撥水性磁性粒子を選択した.この場合の動力学特性を実験的に検討した.1パリレン薄膜を用いた流路シリコンを基板としてMEMSプロセスによりマイクロ流路を製作し,その上にパリレン膜を蒸着して形状を転写し,基板をドライエッチングで除去する方法により流路を製作できた.流路は幅250μm,深さ50μmの溝で,エッチング時の耐熱性のため,パリレンHTを使用した.また流路の角部で熱応力によるクラックが生じやすいので,対策としてコーナー部への微小Rの付与,熱応力緩和膜としてのアルミニウム蒸着膜の付加を試し,有効性を確認した.2表面微細構造による液滴の搬送性能の評価円柱状の突起を並べたものを流路のテクスチャーとし,ピラーの面積比をパラメータとして液滴の転落加速度等の特性を評価した(径:30μm,高さ:30μm,ピッチ:105175μm,傾斜角:20度,液量:35μl).面積比が小さくなるにつれ(範囲:2%6%)転落角の減少や転落加速度の上昇が確認でき(加速度:20002600 mm/s2)),また液滴の粘度を変えた場合(グリセリン,濃度050%)にも転落し易くなることが確認できた.これらはCassieモデルによる効果と考えられるが,面積比を小さくすると液滴が突起間に転落しWenselモデルとなりやすくなるので,ピラーの形状等を工夫する必要がある.3リキッドマーブルを用いた液滴の搬送リキッドマーブルは,撥水性粒子を用いて液滴の形状を安定化できるので,液滴のころがり搬送に応用できると考え,転がり角や転がり加速度等の特性を調べた,最小0.1μL(径0.6mm)のリキッドマーブルを約15°の傾斜面(材料:ガラス,平坦面)において転落させることが可能であった.微細な磁性粉を用いた場合にリキッドマーブルは転がり易いことが確認できた.表面観察により,粒子が流動しやすく液滴の変形を妨げないためであることがわかった.本研究では化学分析やバイオテクノロジー等で使われる微小液滴の搬送方法に関する基本的な特性を把握することを目的としており,当該年度は以下の方法を検討した.