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大正期から昭和期における「皇室映画」の研究活用に向けた基礎調査

本研究における研究計画のひとつとして掲げている、国内外に残存する「皇室映画」の所蔵確認を開始し、2018年度は、フランスのフィルムアーカイブに焦点を絞って調査をおこなった。その結果、幾つかの貴重なフッテージを確認することができた。これらの映像素材については、今後の調査研究に活用していく予定である。そのほかの研究成果として、研究代表者の紙屋牧子は、「動く」皇族が写る映像としては最初期のものと思われる、有栖川宮威仁が1905年に英国を訪問した際に撮影されたフィルムに関する研究論文「最初期の「皇室映画」に関する考察:隠される/晒される「身体」」を執筆し、『映像学』100巻(2018年7月刊行)に掲載された。さらに、最初期の皇族の映像メディアへの露出に関して考察した研究発表「天皇・皇族の身体の可視化/不可視化について:大正期から昭和初期の映画を手がかりに」を、第69回美学会全国大会(2018年10月)にておこなうなどした。研究分担者の森暢平は、皇室とメディア報道に関する調査を進め、論文「近代皇室における「乳人」の選定家庭と変容」を執筆、『史林』102巻2号(2019年)に掲載された。研究分担者の高木博志は、歴史学者の立場から近代天皇制と社会とのかかわりについて考察した研究論文「明治維新50年、60年の記憶と顕彰ー近代の主役は普通の市民(明治150年を見つめ直す)」を執筆し、『新聞研究』803号(2018年6月)に掲載された。国内外に残存する「皇室映画」の所蔵調査は、本研究において最も重要といっても過言ではないく、2018年度を終えた段階では網羅的な調査にまで至っていないものの、フランスのフィルムアーカイブにおいて、本研究が射程とするフィルムの現存を幾つか確認することができたことは本研究にとって大きい成果と位置付けることが可能である。また、一定の研究成果を発表・公開しており、従って、「おおむね順調に進行している」と言い得る。前年度の引き続き、国内外に残存する「皇室映画」の所蔵調査を遂行する。併せて、2018年度に現存を確認した映像素材を含む「皇室映画」に関する研究発表または論文執筆を遂行する予定である。
マグネター級の強磁場中性子星を含む連星系の探査

中性子星(NS)の磁場は10の12乗ガウス程度が標準とされるが、近年ではその1001000倍もの超強磁場をもつ孤立NSとして、マグネターの存在が確立してきた。マグネータの生成環境およびその超強磁場の起源を探るべく、今年度は以下の4つの研究を並行して進めた。[1]マグネターなみの超強磁場をもつNSを、連星X線源の中に探査すること。理研の谷田部らの協力を得て、国際宇宙ステーション搭載MAXI装置のデータを解析した結果、連星X線パルサーX Perseiがマグネターに匹敵する超強磁場を持つことを観測から突き止めることに成功し、論文として出版した。[2]東大の米田らとともに、「すざく」およびNuSTARのデータから、ガンマ線連星LS 5039が8.96秒の自転周期をもつNSであることを発見し、超強磁場をもつ可能性も高いことを検証しつつあり、学会発表を行った。[3]超強磁場天体が連星中に見出された場合、連星環境を利用し、標準磁場NSと質量の違いがあるか調べること。これに関してはPerseiが太陽質量の2.03+-0.17倍の質量をもち、通常NSの質量(太陽質量の1.4+-0.2倍)より有意に重いことを世界で初めて突き止めた。またLS5039も同様な性質をもつ可能性が高いことを発見した。[4]マグネターの自由歳差運動の検出例を増やし、内在磁場の情報を増やすこと。マグネター4U 0142+61の自由歳差運動(スリップ周期55 ksec,「すざく」で発見)を、NuSTARのデータを用いて追認することに成功し、論文として出版した。東大の丹波および會澤の協力の下、「すざく」とNuSTARで観測されたマグネターSGR1900+14からも、スリップ周期42 ksecをもつ自由歳差運動を発見し、この挙動を示す三例目のマグネターとして学会発表した。・X Perseiは1970年代から知られた連星X線パルサーで、その挙動にはいくつかの特異性が報告されていた。それらの特異性が、(0.4-2.5)×10^{14}ガウスという超強磁場のためであると解明できたことは快挙と自負する。・LS 5039ではパルスの発見により、この天体がブラックホールかもしれないという説を完全に否定することに成功し、またこの天体からのTeVエネルギーに達するガンマ線放射は、主星からの星風がマグネターの強烈な磁場に衝突し、電子が加速される結果という描像を得て、新しい粒子加速機構に光を当てることに成功した。・X PerseiおよびLS 5039が、ともに標準的NSより重い可能性が高いという発見は、NS核物質の状態方程式や、超強磁場の起源に、大きな知見であり、世界に誇る独創的成果と言える。・SGR 1900+14からの自由歳差運動の発見は、牧島がこの5年ほど追求して来たテーマを強化するものであり、世界で誰ひとり着想しなかった独創的な成果である。これによりマグネター内部に潜む超強磁場の様子がわかってきた。・以上のように研究は、予想以上にスムーズに進みつつある。2019年度は、以下の4つの研究を並行して進める。(1) LS 5039に含まれるNSが、マグネター並の超強磁場と通常NSより重い質量をもつことを確立し、論文として出版する。(2)マグネター1E 1547+54から「すざく」で検出した、スリップ周期36 ksecの自由歳差運動を、NuSTARのデータを用いて追確認する。すでに目星はついており、あとは論文執筆である。(3)新たにSGR 1900+14から発見した自由歳差運動の解析を完遂し、論文として出版する。(4) X Perseiと同様な長周期をもつパルサーとして、4U 0114+65のデータ解析に着手する。

[4]マグネターの自由歳差運動の検出例を増やし、内在磁場の情報を増やすこと。マグネター4U 0142+61の自由歳差運動(スリップ周期55 ksec,「すざく」で発見)を、NuSTARのデータを用いて追認することに成功し、論文として出版した。東大の丹波および會澤の協力の下、「すざく」とNuSTARで観測されたマグネターSGR1900+14からも、スリップ周期42 ksecをもつ自由歳差運動を発見し、この挙動を示す三例目のマグネターとして学会発表した。・X Perseiは1970年代から知られた連星X線パルサーで、その挙動にはいくつかの特異性が報告されていた。それらの特異性が、(0.4-2.5)×10^{14}ガウスという超強磁場のためであると解明できたことは快挙と自負する。・LS 5039ではパルスの発見により、この天体がブラックホールかもしれないという説を完全に否定することに成功し、またこの天体からのTeVエネルギーに達するガンマ線放射は、主星からの星風がマグネターの強烈な磁場に衝突し、電子が加速される結果という描像を得て、新しい粒子加速機構に光を当てることに成功した。・X PerseiおよびLS 5039が、ともに標準的NSより重い可能性が高いという発見は、NS核物質の状態方程式や、超強磁場の起源に、大きな知見であり、世界に誇る独創的成果と言える。・SGR 1900+14からの自由歳差運動の発見は、牧島がこの5年ほど追求して来たテーマを強化するものであり、世界で誰ひとり着想しなかった独創的な成果である。これによりマグネター内部に潜む超強磁場の様子がわかってきた。・以上のように研究は、予想以上にスムーズに進みつつある。2019年度は、以下の4つの研究を並行して進める。(1) LS 5039に含まれるNSが、マグネター並の超強磁場と通常NSより重い質量をもつことを確立し、論文として出版する。(2)マグネター1E 1547+54から「すざく」で検出した、スリップ周期36 ksecの自由歳差運動を、NuSTARのデータを用いて追確認する。すでに目星はついており、あとは論文執筆である。(3)新たにSGR 1900+14から発見した自由歳差運動の解析を完遂し、論文として出版する。(4) X Perseiと同様な長周期をもつパルサーとして、4U 0114+65のデータ解析に着手する。論文投稿料(2点の合計)が、予想よりやや安かったため。
In-situ赤外分光法によるゼオライト細孔内のプロトンのダイナミックス

基礎および実用的見地双方から重要な基本的気体分子や反応性気体分子とゼオライトとの相互作用を主にin-situ赤外分光法を用いて低温から高温まで検討し、触媒反応で果たすゼオライト水酸基の役割、特にその動的挙動を解明することを目的として研究した成果を報文として発表したものを中心にまとめた。(1)等核二原子分子や希ガスなどの基本的気体分子の吸着まず、研究代表者による従来からの研究を発展させ、等核二原子分子(N_2,O_2,H_2)や希ガス(He,Ar,Kr,Xe)等の基本的気体分子との相互作用を詳細に検討した。ヘリウムを除くこれらの気体分子はゼオライトの酸性水酸基に水素結合を通して吸着し、このときの赤外バンドの挙動から、ゼオライトの酸点をキャラクタライズできることを明らかにした。(2)N_2の酸点のプローブ分子としての特徴特に、N_2が酸点のプローブ分子になることを明らかにし、その性質を詳細に検討した。また、プローブ分子として最近よく用いられているCOとの比較を行った。(3)反応性気体分子の吸着および反応さらに、実用的見地から重要な反応性の高い気体分子としてメタノール(MeOH)との相互作用を、室温から200°C付近まで検討した。MeOHをH-ZSM-5に吸着させ200°Cまで昇温すると脱水反応を起こし、酸性水酸基上に吸着したジメチルエーテル(DME)種を生成した。この吸着状態は、DME単独の吸着スペクトルとの比較から水素結合状態と結論した。さらに高速赤外分光法により、広い温度範囲にわたって吸着MeOHが吸着DMEに変換していく様子を観測した。また、MeOHと吸着構造が類似している水分子の吸着について検討した。H_2^<18>Oを用いることにより水素結合で吸着していることを直接的な証拠から明らかにした。また、高速赤外分光法により水の動的吸着観測した。我々は、今までに、メタノールをH-ZSM-5に室温で導入し昇温していくと200°C付近で赤外スペクトルの顕著な変化が見られ、H-ZSM-5に吸着したジメチルエーテル(DME)種に帰属される吸収バンドが観測されることを報告してきた。このバンドは従来の報告ではプロトン化したDME種に帰属されているが、実際にH-ZSM-5上のブレンスッテド酸点(B酸点)から吸着DME種へのプロトン移動が起きているかを本研究で検討した。ジメチルエーテルのH-ZSM-5への単独吸着を-140200°Cの温度範囲で赤外分光法により検討した。その実験結果およびabinitio計算の結果と併せて、われわれが200°Cでのメタノール吸着で観測した赤外バンドはDME吸着種によるものであるが、プロトン化までは致らずB酸点に強く水素結合した状態に帰属する方が妥当であるとの結論に達した。また、-140°Cでは強い水素結合状態が観測されず、酸性のないシラノール基に弱く水素結合したDME種によるバンドのみが観測される。これらの帰属は従来のものとは異なる。また、-130°Cに昇温するとこの吸着種がB酸点に強く水素結合した状態になることを見出した。一方、ガスクロを購入し、既存の閉鎖循環系に接続し、現在測定を準備している。準備が整い次第、メタノールの反応測定・赤外測定を同時に進める予定である。また、新しい赤外分光器による高精度・秒単位のスペクトル測定を準備している。

一方、ゼオライトの酸点のプローブとして我々が新しく報告した窒素分子と、従来から用いられている一酸化炭素分子を比較検討し、これらの吸着系で観測される吸収バンドの吸光係数の比を決定し、酸点を定量する指針を与えた。この結果は、J.Phys.Chem.誌に投稿中である。1.H-ZSM-5へのジメチルエーテル吸着を低温から高温まで検討した。(1)その結果、従来プロトン化吸着状態のジメチルエーテル種に帰属されていた赤外バンドは、強く水素結合した状態に帰属されることを明らかにした。(2)また、酸性のないシラノール基および酸性水酸基に吸着したジメチルエーテル種の赤外バンドを識別した。この結果をJ.Phys.Chem.に投稿した。2.窒素分子がゼオライトの融点プローブになることを見いだしたが、本研究の課題の一つとして従来からプローブとして用いられてきた一酸化炭素との直接比較を行ない、その結果をJ.Phys.Chem.誌に発表した。(1)その結果、両者は酸点の存在に対して一致した結果を与え、酸点のプローブとして適切であることを示した。(2)また、吸光係数の相対比を求め、一酸化炭素はブレンステッド酸点に対する感度が非常に高いことおよびルイス酸点に対する感度が相対的に低いことを明らかにした。(3)一方、窒素はルイス酸点に対する感度が相対的に高いことを示した。(4)また、本研究で求めた窒素と一酸化炭素のブレンステッド酸点に対する感度比は、本研究とほぼ同時期に独立に発表されたKnozingerらによるab initio計算の結果とほぼ一致した。3.希ガス、酸素、水素など基本的無極性気体分子のH型ゼオライトへの吸着を赤外分光法により系統的に検討し、これらの気体分子は酸性水酸基と水素結合を形成し、相互作用の強さからゼオライトの酸性度に関する議論ができることを示した。この結果はJ.Phys.Chem.誌に発表した。4.^<18>Oの水を用いることにより、従来から盛んに論争されてきたH型ゼオライトへの水吸着で観測される赤外バンドの帰属は、水が酸性水酸基に水素結合で吸着した状態に帰属できることを、初めて直接的に示した。本年度は、(1)H-ZSM-5上でのメタノールの反応により生成する表面メトキシ種の反応性、および(2)H-ZSM-5への水吸着の動的挙動を、赤外分光法を用いて検討した。(1)160°C以上でH-ZSM-5にメタノールを導入すると、脱水反応が進行し、表面にジメチルエーテル吸着種(DME_<ad>)が生成する。気相成分を排気すると熱安定性の異なる複数のメトキシ種が存在することがわかった。このメトキシ種の反応性を重水素標識化合物を用いて検討し、反応性の異なる3種のメトキシ種が存在することが判明した。表面水酸基の挙動を同時に検討することにより、このメトキシ種の生成サイトを、反応性の高い順に、酸性水酸基、細孔内欠陥シラノール、外部表面シラノールに帰属した。メタノールを導入すると前2者からDME_<ad>が生成することを観測した。(2)H-ZSM-5への水吸着の初期課程を高速赤外分光法を用いて検討した。その結果、水は吸着平衡に達した後も動的な吸脱着を行っており、酸性水酸基と水素交換を動的に行っていることを直に観測した。以上の結果は国際シンポジウム等で発表するとともに論文として印刷公表した。さらに、前年度までに得られた結果を論文としてまとめ、印刷公表した。その内容は次の通りである:
生涯学習社会における知識創造型学習法に関する総合的研究

平成13年度は次の3つの領域での文献収集による理論的研究と国内の事例調査研究を行った。(1)「学校教育における知識創造型学習法の研究」(欧米の事例研究として、スウェーデン及びフィンランドにおける高等教育機関やメディア教育機関への訪問調査を行い、多様な学習法について理論と実践の資料を収集した)(2)「地域社会における知識創造型学習法の研究」「企業における知識創造型学習法の研究」(地域と企業の生涯学習活動における実践を、特にアメリカの実例について、理論と実践に関する総合的な研究を行った。)(3)以上の調査結果を踏まえ、収集した文献と会わせて、理論と実践に関する討議を踏まえ、最終的な報告書の作成を行った(4)研究の役割分担「学校教育に関する知識創造型学習法の事例調査」担当(山田、沖、鬼頭)「企業における知識創造型学習法の事例調査」担当(笹井、山本)「地域社会の知識創造型学習法の事例調査」担当(廣瀬、赤尾)「諸外国における知識創造型学習法の事例調査」(岩崎、吉田、澤野)平成13年度は次の3つの領域での文献収集による理論的研究と国内の事例調査研究を行った。)(3)以上の調査結果を踏まえ、収集した文献と会わせて、理論と実践に関する討議を踏まえ、最終的な報告書の作成を行った(4)研究の役割分担「学校教育に関する知識創造型学習法の事例調査」担当(山田、沖、鬼頭)「企業における知識創造型学習法の事例調査」担当(笹井、山本)「地域社会の知識創造型学習法の事例調査」担当(廣瀬、赤尾)「諸外国における知識創造型学習法の事例調査」(岩崎、吉田、澤野)平成12年度は次の3つの領域での文献収集による理論的研究と国内の事例調査研究を行う。(1)「学校教育における知識創造型学習法の研究」(小学校、中・高校、大学を対象とし、ユニークな創造的学習法を行う学校について、学習法やその内容につき面接調査を行う。)(2)「地域社会における知識創造型学習法の研究」(生涯学習組織を住民参加型により実施している地域や人材バンク等の「智恵の活用」を図る地域の実例から、それぞれで用いられているユニークな学習法を探った。)(3)以上の調査結果と収集した文献の理論的な整理を行った,(4)研究の役割分担「学校教育に関する知識創造型学習法の事例調査」担当(山田、沖、鬼頭)「企業における知識創造型学習法の事例調査」担当(笹井、山本)「地域社会の知識創造型学習法の事例調査」担当(廣瀬、笹井)「諸外国における知識創造型学習法の事例調査」(赤尾、岩崎)平成13年度は次の3つの領域での文献収集による理論的研究と国内の事例調査研究を行う。(1)「学校教育における知識創造型学習法の研究」(欧米の事例研究として、スウェーデン及びフィンランドにおける高等教育機関やメディア教育機関への訪問調査を行い、多様な学習法についての理論と実践の資料を収集した)(2)「地域社会における知識創造型学習法の研究」「企業における知識創造型学習法の研究」(地域と企業の生涯学習活動における実践を、特にアメリカの実例について、理論と実践に関する総合的な研究を行った。)(3)以上の調査結果を踏まえ、収集した文献と会わせて、理論と実践に関する討議を踏まえ、最終的な報告書の作成を行った。(4)研究の役割分担「学校教育に関する知識創造型学習法の事例調査」担当(山田、沖、鬼頭)「企業における知識創造型学習法の事例調査」担当(笹井、山本)「地域社会の知識創造型学習法の事例調査」担当(廣瀬、赤尾)「諸外国における知識創造型学習法の事例調査」(岩崎、吉田、澤野)
非定常流れにおけるはく離の遅れ機構の研究

非定常流れにおけるはく離発生は、定常流れと較べて、加速流れでは著しく遅れ、減速流れでは逆にはやめられて、ヒステリシスが存在する。この様なヒステリシスに基づく流れの非線形性は、定性的にも定量的にも不明な点が多い。本研究は、上記のような流れの非線形挙動の解明を目的として、正の時間加速度による遷移遅れからはく離にいたるメカニズムを、内部流れ及び外部流れに対して検討したものである。内部流れとしては、円管流れにおける急拡大路を用いて、加速流れと準定常流れとの差異を検討した。その結果、わずかの加速度があるだけで乱流遷移が著しく遅れるため、急拡大部では層流はく離を生ずること,また加速流れにおいては境界層の発達が著しく遅く、通常の発達した円管内層流とは全く異なった速度分布を呈するので、外部流れにおけるはく離をさらに検討するには、乱流遷移の機構に対する加速度の影響を基礎的に解明する必要があることが指摘された。外部流れとしては、円柱まわりの加速流れを対象として理論的及び実験的に検討した結果、流れの加速度は境界層の生成を著しく遅らすものの、円柱表面上のはく離点はほとんど変化しないことが明かとなり、つねに層流はく離の状態を保っているものと考えられる。そのため、はく離点を固定した離散渦法を用いた理論解析法が良好な解析結果を与え、また円柱の揚力及び抗力特性は、各瞬間において加速度がない準定常を仮定した揚力及び抗力に、付加質量に基づく抗力の補正を加えるだけでほぼ見積り得ることが明かとなった。以上のように、流れの時間加速度は、とくに内部流れのはく離に対して著しい影響を及ぼすこと、また外部流れに対してはつねに層流はく離が引き起こされることが明らかにされた。
マムシ科ヘビ毒膜アイソザイムの普遍的加速進化

ハブ(徳之島)及びグリーンハブ(台湾)の毒腺ホスホリパーゼA_2(PLA_2)アイソザイム(12種)は、相同な一次及び高次構造をもつが、それぞれが独立した生理機能(筋壊死、筋収縮、浮腫形成、細胞膜脱分極作用など)をもつ。PLA_2アイソザイムの遺伝子の塩基配列の相互比較の進化額的数理解析は、これらの遺伝子が加速進化をしてきたことを示した。本研究の目的は、(1)PLA_2アイソザイム遺伝子の加速進化が、成熟タンパク質領域の速い進化によるのか、或いは非翻訳領域(イントロン)の遅い進化によるのか、のいずれであるか、及び(2)他の毒腺アイソザイム系でも加速進化が普遍的に起こっているかどうか、を調べることである。(1)PLA_2アイソザイム遺伝子と通常の遺伝子であるTATAボックス結合タンパク質(TBP)遺伝子のイントロンの進化速度を比較した。ハブとグリーンハブのTBP遺伝子をクローニングして塩基配列(約17000bp)を決定した。両TBP遺伝子の比較におけるイントロンの座位あたりの塩基の相違度(K_N)はPLA_2アイソザイム遺伝子のイントロンのK_N値とほぼ同じであった。これは、PLA_2アイソザイム遺伝子と通常遺伝子のイントロンの進化速度が同じであることを示し、PLA_2アイソザイム遺伝子の加速進化は成熟タンパク質領域のみの加速進化によることが明らかとなった。(2)ハブ及びグリーンハブ毒のセリンプロテアーゼアイソザイムをコードする8種のcDNAをとり、塩基配列を決めた。非翻訳領域に比べて翻訳領域の相同性が低く、PLA_2アイソザイムcDNAと同じ傾向を示した。同義座位あたりの塩基の相違度(K_S)に対する非同義座位あたりの塩基の相違度(K_A)の比はおしなべて1より大きく、セリンプロテアーゼアイソザイム遺伝子が加速進化していることがわかった。毒腺アイソザイム系の加速進化は普遍的と考えられる。
安静時fMRIと構造MRIの聴覚中枢解析手法を用いた聴覚疾患の診断と予後判定

1安静時fMRIと構造MRIの聴覚中枢ターゲット解析手法を用いて、聴覚関連領域の脳機能的結合と中枢聴覚伝導路のミエリン量に関する各年代コントロールデータベースを作成する。2聴覚疾患(感音難聴、耳鳴、聴覚情報処理障害)を対象に聴覚関連領域脳機能的結合と中枢聴覚伝導路ミエリン量を測定し、コントロールとのカットオフを策定する。3脳機能画像(安静時fMRI、構造MRI)技術を利用した聴覚中枢検査により聴覚疾患の診断、予後判定の前向き臨床試験を行う。
膜ろ過による下水2次処理水中微量汚染物質の除去:ろ過膜及び微量汚染物質特性の影響

1.膜ろ過処理による水環境中溶存有機物質DOMの抽出・濃縮方法の開発精密ろ過膜(MF)、限外ろ過膜(UF)および逆浸透膜(RO)を連続的に利用して、水環壌中DOMを非破壊的に、しかもその分子量に応じて、分画・抽出・濃縮する方法を開発した。尚、水環境中に存在する無機陽イオンを除去するために陽イオン交換樹脂を前処理として利用した。2.膜ろ過処理による微量有機汚染物質除去特性の解明水環境中の微量有機汚染物質の一部は、水環境中に共存する溶存性有機物質(DOM)と物理化学的に結合することがわかった。このDOMとの結合により、微量有機汚染物質は、膜ろ過処理においてDOMと同様な挙動を示し、膜による除去効率が減少することがわかった。また、使用する膜の材質によって膜ろ過による除去特性に違いがあることも考慮に入れる必要があることもわかった。更に、DOMと微量有機汚染物質に関して、膜ろ過処理による除去特性を表すためのモデルを構築する完めの基礎データを獲得することができた。3.膜ろ過処理におけるファウリング原因物質の解明実際の膜ろ過処理に使用される膜の寿命は、元々は処理対象水中に存在する種々雑多な無機・有機物質によって、膜表面あるいは内部に目詰まり(ファウリング)が発生することにより短くなってしまう。ファウリング原因物質として、水環境中DOMの構成成分と考えられる化学物質を利用して実験したところ、藻類等が生産する有機物質がその原因となっていることが示唆された。1.文献調査膜ろ過処理による微量汚染物質あるいはDOMの除去、微量汚染物質とDOMとの相互作用、膜ろ過処理における物理化学的除去モデル、等のそれぞれに関して、日本、米国、欧州、オーストラリア等の先進研究国で発表されている既存の文献を調査・検討した。2.微量汚染物質およびろ過膜の選択膜ろ過処理による下水2次処理水中の再利用を考える際に重要となる微量汚染物質として、内分泌攪乱物質(ビスフェノールA、17βエストラジオール)、農薬(アトラジン、アルデカーブ)、医薬品(イブプロフェン、ジクロフェナック)を選択した。また、ろ過膜(RO膜とNF膜)を選択した。3.膜ろ過処理による微量汚染物質除去特性の解明(清水、松井、松田担当)上記2で選択したろ過膜を利用して、膜ろ過処理による微量汚染物質の除去実験を、pH、イオン強度、無機イオン種・濃度、および下水2次処理水DOM濃度、等をパラメータとして行った。また、微量汚染物質とDOMとの結合特性についても同時に測定した。1.膜ろ過処理による微量汚染物質除去特性の解明下水2次処理水より溶存性有機物(DOM)を抽出し、膜ろ過処理による下水2次処理水中の再利用を考える際に重要となる微量汚染物質との結合特性を測定した結果、疎水性の有する微量汚染物質(PAHs:多環性芳香族炭化水素類)は、DOMの比較的高分子成分と結合すること、一方、極性基を有する内分泌攪乱物質(ビスフェノールA、17βエストラジオール)、農薬(アトラジン、アルデカーブ)、医薬品(イブプロフェン、ジクロフェナック)は、DOMの比較的低分子成分結合しやすいことがわかった。2.パイロット実験実際の低圧逆浸透膜装置を利用して、下水2次処理水から抽出したDOMを共存させた条件で、微量汚染物質の膜除去特性を測定した結果、上記1で述べた微量汚染物質と結合しやすいDOMの分子量の相違により、疎水性微量汚染物質の方が極性微量汚染物質よりも、膜ろ過による除去効率が高いことがわかった。3.モデルの構築上記1と2の成果より、DOMと微量汚染物質成分のそれぞれの組み合わせに関して、膜除去特性を表すためのモデル構築の基礎データを獲得することができた。1.膜ろ過処理による微量汚染物質除去特性の解明下水2次処理

水中の比較的高分子の溶存性有機物(DOM)と結合する疎水性の有する微量汚染物質(PAHs:多環性芳香族炭化水素類)等は、膜ろ過処理におりて溶存有機物と同様な挙動を示し、除去効率が上昇すること、比較的低分子の溶存有機物と結合する極性基を有する内分泌攪乱物質(ビスフェノールA、17βエストラジオール)、農薬(アトラジン、アルデカーブ)、医薬品(イブプロフェン、ジクロフェナック)等の膜ろ過処理による除去効率はこの結合により上昇はしないことが確認された。2.パイロット実験実際の低圧逆浸透膜装置を利用して、下水2次処理水から抽出したDOMを共存させた条件で、微量汚染物質の膜除去特性を測定した結果、上記1で述べた微量汚染物質と結合しやすいDOMの分子量の相違により、疎水性微量汚染物質の方が極性微量汚染物質よりも、膜ろ過による除去効果が高いことがわかった。また、カルシウムイオンの共存により膜ろ過処理における除去効率が低下することもわかった。尚、使用する膜の材質によって除去特性に違いがあることも考慮に入れる必要があることもわかった。3.モデルの構築上記1と2の成果より、DOMと微量汚染物質成分のそれぞれの組み合わせに関して、膜除去特性を表すためのモデル構築の基礎データを獲得することができた。また、使用する膜の材質をモデルに組み込むための基礎データを得ることができた。
仮骨延長時の顔面骨骨膜における骨系細胞動員ならびに分化誘導に関する研究

平成15年度の実験は、前年度の結果を受けて大筋の実験系は変更せず、若干の予備的調査を加えた。平成14年度におけるin vitroでの実験では、大きく分けて2つの事象が観察された。1つは、骨細胞はメカニカルストレスに対して、細胞内にカルシュウムを流入させ器質化を強める役割を行っていて(J.Biol.Chem.275)、実際に骨延長では、その主役は未分化な間質細胞とそれらが分化した骨芽細胞であることが判明している(Ishigame M.et al.J.B.M.R2002)。そして、超音波刺激のような、低出力でHsp72を上げることなく、細胞に刺激を与える系では、骨芽細胞がその刺激に対してアナボリックな反応を起こすことが観察された。もう一つは、細胞へのメカニカルストレス付与時のCOX-2 mRNAの上昇である。NS398のようなCOX-2のブロッカーを用いた場合、骨芽細胞の超音波刺激に対するアナボリックな反応が消失したことから(J.B.M.R2003)、COX-2PGE2産成の系が、骨芽細胞の骨形成(増殖または分化)効果に大きな影響を与えていることが推測された。骨延長においても、緩徐に仮骨を延長していく過程が、COX-2の上昇をみることからPGE2合成系の影響と、各種成長因子との関係を調べることが重要と考え、平成15年のin vivoの実験計画として、高齢COX-2ノックアウトマウスの延長前仮骨の治癒過程について、組織学的に追跡した後、骨膜延長実験を行った。その結果、高齢COX-2ノックアウトマウスの延長前仮骨治癒は、Wild-Typeに比べて遅延し、さらに超音波刺激による骨形成効果の観察が全くみられないという結果が得られた。すなわち、各種成長因子の枯渇した高齢マウスはCOX-2PGE2合成系によっての骨形成にバックアップされるのみで、さらにCOX-2PGE2合成系は機械的刺激の骨形成効果としてのシグナルを伝達する重要な役割を果たすことが判明した。そしてさらに、超音波照射によるCOX-2PGE2合成系による骨形成効果は、形成仮骨の外側部における骨膜由来と考えられる組織に大きく影響し、膜性骨化に、より効果があることが判明した。現在さらに骨膜器官培養でその効果を調べようと試み、COX-2PGE2合成系を調節することで、どの成長因子が影響を受けるかについて調査を行っている。1、マウス頭蓋冠骨膜細胞の単離と培養生後4日後のddYマウスを用いて、マウス頭蓋冠骨膜採取、24時間のインキュベーションの後、上清を生食にて洗浄、底に接着した細胞を使用した。これを3週間培養し70%コンフルエントになったところで、0.25mMのアスコルビン酸またはDexamethasone(1x10^<-8>M froma 1-M stock solution in ethanol)を加え、その後実験に使用した。生化学的な試料のばらつきはほとんど問題にならない事が確認されている。2、未分化骨膜細胞に対する機械的外力の負荷機械的外力はフレクサーセル社製の細胞伸張装置(神奈川歯科大学に設置されている)を用い(Endocrinology vol.137及びB. B. R. C. vol.264)、培養皿の底のコラーゲンコートしたシリコン膜の上に細胞を移し、接着培養する独自の方法を採っている。伸張刺激の強度は、細胞の等倍延長を1E(ストレイン)として、0.4%の延長すなわち4000μEとした。負荷後の時系列的な変化を観察する。また様々な負荷周期と強度による応答の差についても検討する予定である。また、帝人社製低出力超音波パルス装置(図3:神奈川歯科大学に設置されている)を用い(B. B. R. C. vol.268)、20分間超音波刺激を与え、刺激前、刺激開始後15分、6時間、24時間後の細胞の応答を観察する。3、未分化骨膜細胞に対して機械的外力が及ぼす影響の検討骨系細胞が機械的外力の負荷された状態で示す増殖、基質合成や石灰化の変化は、既に報告した方法(J. Bone Miner. Res. vol.10及びCalcif. Tissue Int.vol.57)で基本的には調べる。しかし本研究は対象が未分化な骨膜細胞である故、分化の方向性を検討する必要がある。今回はDNAチップを用いた発現遺伝子の検出のまえに、骨系のマーカーを用いて、RT-PCRをおこなった結果、COX-2の上昇がみられ、また、ALPも軽度に上昇したことから、骨膜細胞から骨芽細胞への分化にCOX-2が関与していることが示唆された。

もう一つは、細胞へのメカニカルストレス付与時のCOX-2 mRNAの上昇である。NS398のようなCOX-2のブロッカーを用いた場合、骨芽細胞の超音波刺激に対するアナボリックな反応が消失したことから(J.B.M.R2003)、COX-2PGE2産成の系が、骨芽細胞の骨形成(増殖または分化)効果に大きな影響を与えていることが推測された。骨延長においても、緩徐に仮骨を延長していく過程が、COX-2の上昇をみることからPGE2合成系の影響と、各種成長因子との関係を調べることが重要と考え、平成15年のin vivoの実験計画として、高齢COX-2ノックアウトマウスの延長前仮骨の治癒過程について、組織学的に追跡した後、骨膜延長実験を行った。その結果、高齢COX-2ノックアウトマウスの延長前仮骨治癒は、Wild-Typeに比べて遅延し、さらに超音波刺激による骨形成効果の観察が全くみられないという結果が得られた。すなわち、各種成長因子の枯渇した高齢マウスはCOX-2PGE2合成系によっての骨形成にバックアップされるのみで、さらにCOX-2PGE2合成系は機械的刺激の骨形成効果としてのシグナルを伝達する重要な役割を果たすことが判明した。そしてさらに、超音波照射によるCOX-2PGE2合成系による骨形成効果は、形成仮骨の外側部における骨膜由来と考えられる組織に大きく影響し、膜性骨化に、より効果があることが判明した。現在さらに骨膜器官培養でその効果を調べようと試み、COX-2PGE2合成系を調節することで、どの成長因子が影響を受けるかについて調査を行っている。
新しいプロテアソーム阻害法の開発と花芽形成機構解明への応用

プロテアソームは生体内の多くの機構制御に重要な役割を果たしているタンパク質分解酵素であり、分解される基質タンパク質には分解シグナルとしてユビキチン(Ub)鎖が付加される。現在Ub・プロテアソームの研究のために市販のプロテアソーム阻害剤が用いられているが、市販の阻害剤はその吸収率の問題から植物では培養細胞やリーフディスクなどでしか使用できず、植物個体で効果的に作用する阻害剤(法)の開発が必須である。そこで本研究では、植物個体で効果的に作用する新しいプロテアソーム阻害法の開発を行うとともに、花芽形成機構解明へと研究を発展させることを目的とする。平成21年度から平成22年度初期はN. benthamianaを利用して、タバコに対するプロテアソーム阻害法の利用効果を調べた。しかし、予期せぬトラブルによりタバコを利用した研究が進まなかったこと、さらにはタンパク質発現はしても利用できる阻害効果を得ることができなかったため、タバコの系に固執することはやめ、タバコを利用した研究を中止した。さらに、平成21年度から平成22年度にかけては、シロイヌナズナでの花芽形成過程の研究に焦点を絞り研究を行った。花芽の中でも稔性に直結する重要組織(雄性配偶体)は将来的な稔性制御へ向けた応用研究に役立つと考えられる。そこで、私たちは雄性配偶体に着目して研究を進め、雄性配偶体におけるユビキチン化タンパク質の精製・同定を行った。同定された因子の中でホスホエノールピルビン酸デカルボキシラーゼ(PEPC)に着目して研究を行い、雄性配偶体の発達におけるユビキチン化制御機構の研究を行った。現在Ub・プロテアソームの研究のために市販のプロテアソーム阻害剤が利用されているが、市販の阻害剤はその吸収率の問題から植物では培養細胞やリーフディスクなどでしか使用できず、植物個体で効果的に作用する阻害剤(法)の開発が必須である。そこで本研究では、植物個体で効果的に作用する新しいプロテアソーム阻害法の開発及びそれを用いた応用研究を目指している。平成20年度は新しい阻害法の開発のために平成19年度に作出した形質転換植物(Ub hydrolase-insentive Ub鎖を発現させるDEX誘導型シロイヌナズナ)を大量に育成して種子を集めた。この形質転換植物を用いて、プロテアソームの阻害効率を評価したところ、2つUbがつながったUb鎖では阻害効果がなく、4つUb鎖がつながったUb鎖ではプロテアソーム活性を十分に阻害することが明らかとなった。また、6つUbがつながったUb鎖では阻害効率が高すぎてDEX誘導前でも形質転換植物の生育が著しく抑制されることが明らかになった。新しい阻害法の応用として花芽からのUb化タンパク質の精製・同定のために、平成20年度は予備実験として野生型植物の花芽を用いてUb化タンパク質の精製を行い、同定に十分量の精製サンプルを得るために必要な材料の量を見積もった。また、形質転換植物の花芽を大量に採取して、形質転換植物の花芽からのUb化タンパク質の精製を行った。再現性を得るために現在反復実験を行っている。プロテアソーム阻害法の応用として、平成19年度に作出した形質転換植物(Ub hydrolase-insensitive Ub鎖を発現させるDEX誘導型シロイヌナズナ)を利用して花芽形成時でのUb化タンパク質の網羅的解析を行うため、形質転換体の花芽からUb化タンパク質の精製・同定を引き続き行った。しかし、実際に質量分析機で解析を行うと予想に反しほとんど同定できなかった。そこで確実な解析法を確立するため、すでに精製法が確立している芽生えを用いてUb化タンパク質の質量分析を行い、これに関して論文報告した。花芽での解析は芽生えでの成功法を元に手法改変を行い、継続中である。次にシロイヌナズナ以外の植物でもプロテアソーム阻害法の効果を検証するために、イネに着目し形質転換体の作出を試みた。しかし、イネでは平成20年度での形質転換体作出の失敗同様、その後の研究に使用できる形質転換体の作出が出来なかった。イネの研究は長期を有するため、イネ研究に固執することはやめ、実験を停止した。

そこで本研究では、植物個体で効果的に作用する新しいプロテアソーム阻害法の開発を行うとともに、花芽形成機構解明へと研究を発展させることを目的とする。平成21年度から平成22年度初期はN. benthamianaを利用して、タバコに対するプロテアソーム阻害法の利用効果を調べた。しかし、予期せぬトラブルによりタバコを利用した研究が進まなかったこと、さらにはタンパク質発現はしても利用できる阻害効果を得ることができなかったため、タバコの系に固執することはやめ、タバコを利用した研究を中止した。さらに、平成21年度から平成22年度にかけては、シロイヌナズナでの花芽形成過程の研究に焦点を絞り研究を行った。花芽の中でも稔性に直結する重要組織(雄性配偶体)は将来的な稔性制御へ向けた応用研究に役立つと考えられる。そこで、私たちは雄性配偶体に着目して研究を進め、雄性配偶体におけるユビキチン化タンパク質の精製・同定を行った。同定された因子の中でホスホエノールピルビン酸デカルボキシラーゼ(PEPC)に着目して研究を行い、雄性配偶体の発達におけるユビキチン化制御機構の研究を行った。
超音速フリージェットPVDによる高保磁力ナノ結晶NdFeB膜の開発

NdFeB系磁石は,永久磁石の中で最大のBHmaxを有する優れた硬磁性材料である.本研究は,超音速フリージェットPVDによりこれまで研究報告例の少ないNdFeB厚膜磁性膜の形成を試みた.超音速フリージェットPVDは,生成直後の活性なノ粒子を,超音速ガス流により加速させ基材に堆積させることにより成膜する新規成膜技術である.本法では,ナノ粒子の堆積により厚膜の形成が可能である.本法を用い,厚膜(最大膜厚165μm)とナノ結晶組織(結晶粒径5-30nm)を両立する緻密なNdFeB膜の成膜に成功した.また,保磁力154 kA/mを有するNdFeB磁性膜の形成を達成した.永久磁石材料において最も大きな最大エネルギ積(BHmax)を示すNdFeB系磁石は,組織・構造をナノメートルサイズで制御することにより硬磁気特性の向上が図られることが知られている.現在,10μm以下の薄膜NdFeB系磁石では,高いBHmaxを有する膜の形成に成功している.しかし,MEMSや磁界駆動型マイクロマシンへの応用を念頭にした磁気デバイスの場合,10μm以上の膜厚が必要であると言われているが,優れた磁気特性(高Hc,高BHmax)を有する10μm以上の厚膜NdFeB系磁石の形成は克服し難い技術的課題が存在すると指摘されている.超音速フリージェットPVDは,生成直後の活性なナノメートルサイズの粒子(ナノ粒子)を,5km/s以上の超音速ガス流により加速させ,基材にナノ粒子を積層させ成膜する新しい成膜法である.本申請は,超音速フリージェットPVDを用いて,高い保磁力及び最大エネルギ積BHmaxを有する数μm数百μm厚の厚膜ナノ結晶NdFeB膜の開発し,MEMS及び磁界駆動型マイクロマシンなどの磁気デバイスに使用する優れた硬磁気特性を有する永久磁石厚膜の実用化を目指す.平成27年度は,Nd20Fe70B10焼結ターゲットを用いてAl(A1050)および石英ガラス基材上にNdFeB膜を形成し,成膜条件が及ぼす膜組織・膜構造への影響ならびに磁気特性への影響を検討した.基板材質の差異に関わらず,本法により形成されるNdFeB膜は(1)緻密な多結晶体を呈していること,(2)ターゲットに照射するレーザーのフルエンスが膜組織に影響を及ぼし,フルエンスの差異により膜組織が数nm35nmの範囲で変化することを明らかにした.また,成膜条件が及ぼす成膜速度への影響についても調査し,数μm数百μmの範囲で膜厚制御したナノ結晶NdFeB膜の形成を達成した.1.超音速フリージェットPVDにより,A1050アルミニウム及び石英ガラス基板上に膜厚数μm数百μmのナノ結晶NdFeB膜が形成可能であることを示し,100μmを越える厚膜NdFeB膜においても35nm程度のナノ結晶粒組織を呈する皮膜を形成させることに成功した.2.成膜条件が及ぼすNdFeB膜性状(組織及び構造)への影響並びに成膜速度の支配因子を明らかとし,膜厚μm数百μmの範囲(最大膜厚154μm)で膜厚を制御した膜を形成させることに成功した.以上の研究成果は,設定した研究計画に対して概ね順調に進展していると判断でき,良好な研究進捗状況と言える.永久磁石材料において最も大きな最大エネルギ積(BHmax)を示すNdFeB系磁石は,組織・構造をナノメートルサイズで制御することにより硬磁気特性の向上が図られることが知られている.現在,10μm以下の薄膜NdFeB系磁石では,高いBHmaxを有する膜の形成に成功している.しかし,MEMSや磁界駆動型マイクロマシンへの応用を念頭にした磁気デバイスの場合,10μm以上の膜厚が必要であると言われているが,優れた磁気特性(高Hc,高BHmax)を有する10μm以上の厚膜NdFeB系磁石の形成は克服し難い技術的課題が存在すると指摘されている.超音速フリージェットPVDは,生成直後の活性なナノメートルサイズの粒子(ナノ粒子)を,5km/s以上の超音速ガス流により加速させ,基材にナノ粒子を積層させ成膜する新しい成膜法である.本申請は,超音速フリージェットPVDを用いて,高い保磁力及び最大エネルギ積BHmaxを有する数μm数百μm厚の厚膜ナノ結晶NdFeB膜の開発し,MEMS及び磁界駆動型マイクロマシンなどの磁気デバイスに使用する優れた硬磁気特性を有する永久磁石厚膜の実用化を目指す.平成28年度は,Nd20Fe70B10焼結ターゲットを用いてC1020基材上にNdFeB膜を形成,さらにNdCuターゲットを用いてNdFeB膜上にキャップ層としてNdCu膜を形成させたNdCu/NdFeB多層膜を成膜し,成膜条件が及ぼす膜組織・膜構造への影響ならびに磁気特性への影響を検討した.本法により形成されるNdCu/NdFeB多層膜は,緻密な多結晶体を呈し,フルエンスの差異により膜組織の結晶粒径が数nm30nmの範囲で変化することを明らかにした.また,成膜条件が及ぼす成膜速度への影響についても調査し,数μm数百μmの範囲で膜厚制御したナノ結晶NdCu/NdFeB多層膜の形成を達成した.1.超音速フリージェットPVDにより,C1020基板上に膜厚数μm

数百μmのナノ結晶NdCu/NdFeB多層膜が形成可能であることを示し,100μmを越える厚膜NdFeB膜においても30nm程度のナノ結晶粒組織を呈する皮膜を形成させることに成功した.2.成膜条件が及ぼすNdFeB膜性状(組織及び構造)への影響並びに成膜速度の支配因子を明らかとし,膜厚μm数百μmの範囲で膜厚を制御した膜を形成させることに成功した.以上の研究成果は,設定した研究計画に対して概ね順調に進展していると判断でき,良好な研究進捗状況と言える.永久磁石材料において最も大きな最大エネルギ積(BHmax)を示すNdFeB系磁石は,組織・構造をナノメートルサイズで制御することにより硬磁気特性の向上が図られることが知られている.現在,膜厚10μm以下の薄膜NdFeB系磁石では,高いBHmaxを有する膜の形成に成功している.しかし,MEMSや磁界駆動型マイクロマシンへの応用を念頭にした磁気デバイスの場合,10μm以上の膜厚が必要であると言われているが,優れた磁気特性(高Hc,高BHmax)を有する膜厚10μm以上の厚膜NdFeB系磁石の形成は克服し難い技術的課題が存在すると指摘されている.超音速フリージェットPVDは,生成直後の活性なナノメートルサイズの粒子(ナノ粒子)を,5km/s以上の超音速ガス流により加速させ,基材にナノ粒子を積層させ成膜する新しい成膜法である.本研究は,超音速フリージェットPVDを用いて,高い保磁力及び最大エネルギ積BHmaxを有する数μm数百μm厚の厚膜ナノ結晶NdFeB膜の開発し,MEMS及び磁界駆動型マイクロマシンなどの磁気デバイスに使用する優れた硬磁気特性を有する永久磁石厚膜の実用化を目指す.本研究では,Nd15Fe77B8およびNd20Fe70B10を膜原料ターゲットとしアークもしくはQスイッチパルスレーザーにより加熱蒸発させ,各種材質の基板(石英ガラス,A1050,C1020)上にNdFeB膜を形成,成膜条件が及ぼす成膜速度,膜組織・膜構造への影響ならびに磁気特性への影響を検討した.本法により形成されるNdFeB膜は,基材の材質に関わらず緻密な多結晶体を呈し,膜組織の結晶粒径が30nm以下のナノ結晶粒であることが確認された.また,成膜条件が及ぼす成膜速度への影響についても調査し,数μm数百μmの範囲で膜厚制御したナノ結晶NdFeB膜の形成を達成した.NdFeB系磁石は,永久磁石の中で最大のBHmaxを有する優れた硬磁性材料である.本研究は,超音速フリージェットPVDによりこれまで研究報告例の少ないNdFeB厚膜磁性膜の形成を試みた.超音速フリージェットPVDは,生成直後の活性なノ粒子を,超音速ガス流により加速させ基材に堆積させることにより成膜する新規成膜技術である.本法では,ナノ粒子の堆積により厚膜の形成が可能である.本法を用い,厚膜(最大膜厚165μm)とナノ結晶組織(結晶粒径5-30nm)を両立する緻密なNdFeB膜の成膜に成功した.また,保磁力154 kA/mを有するNdFeB磁性膜の形成を達成した.本法によるNdFeB膜では,成膜条件により膜組成が変化することが明らかとなり,膜中のNd組成の変化に伴い,膜中のα-Nd及びNd2Fe17の体積割合が変化することが明らかとなった.膜中に含まれるα-Nd及びNd2Fe17の存在は,保磁力及び最大エネルギ積BHmaxなどの硬磁気特性に影響を及ぼしているため,膜組成及び膜中に含まれる構成相の制御により硬磁気特性の向上を図ることを検討していく予定である.本法によるNdFeB膜では,成膜条件により膜組成が変化することが明らかとなり,膜中のNd組成の変化に伴い,膜中のα-Nd及びNd2Fe17の体積割合が変化することが明らかとなった.
オンチップ電気泳動キャピラリーにおけるスケーリング則とその小型高性能化の研究

本研究では、加工に容易な新しい基板材料に微細加工技術を駆使し,DNAを含めた生体物質を電気泳動分析することのできるオンチップマイクロキャピラリーを作製し,実際に電気泳動分析をおこない,また電気泳動を含むマイクロ流体デバイスにおける物質の挙動を共焦点レーザ走査型顕微鏡を駆使し詳細に調べた。基板材料には感光性ガラスを用いて、微細加工特性を詳細に示している。この基板を実際のデバイスとして応用している例は少なく、本研究においてマイクロデバイスへの応用の有用性を示した。また同様にポリシラザン溶液を用いることで流路表面の平滑化、基板と上面カバーガラスとの接着を実現しており、これは今後の流体デバイスへの応用に向けて素晴らしい材料であることが証明された。これらの新規材料を駆使し、生体物質を分離分析することのできるオンチップ電気泳動キャピラリーを作製し、実際に蛍光色素単体、アミノ酸、DNAを電気泳動分離し、分析した。結果はどの分析においても従来の電気泳動装置の結果よりも短時間で分析することができ、これにより電気泳動キャピラリーを小型することによる、分析時間の短縮が図れた。同様に使用したサンプル量の低減も実現している。また共焦点レーザ走査型顕微鏡を用い、従来の光学顕微鏡では見ることの出来なかったキャピラリー内部での電気泳動現象の様子を詳細に観察した。これと平行して半導体デバイスシミュレータMEDICIを用いて、電気泳動時のキャピラリー内の電界分布をシミュレートし、観察結果と比較することで、内部での電界分布の違いを捉えることに成功した。今年度我々が得た結果は以下のとおりである.(1)我々が作製した感光性ガラス基板マイクロキャピラリーチップに、アクリルアミドコーティングを行なった。そのコーティングの効果を評価するために、電気的に中性試料であるローダミンBをコーティング有り、無しのチップで電気泳動し、電気浸透流が制御できていることを確認した。またコーティング無しのチップの電気浸透流速度を測定した。(2)またコーティングの効果測定として、蛍光修飾剤であるフルオレセインをコーティング有り、無しのチップで電気泳動しチップの特性を評価した。コーティング有りのチップのほうが、分散が抑えられ、検出所要時間も短く、鋭いピークを得ることができた。またチップの特性を表す理論段数を算出することができ、コーティング無しのチップでは22455段、コーティング有りのチップでは44757段となり、約2倍の性能を得られることがわかった。(3)コーティングを施したマイクロキャピラリーチップを用いて、蛍光修飾された3種類のアミノ酸を電気泳動し、分離、検出することができた。アミノ酸の分離、検出は、タンパク質の1次構造を知るために非常に重要であり、有用である。また、その分離された1つのピークに注目し、その結果から分散を計算し、我々のチップは熱放出において改善の余地があるという結論を得た。(4)またコーティングを施したマイクロキャピラリーチップを用いて、DNAラダーを電気泳動し分離した。100塩基ごとに分離できピークを得ることができたが、600塩基から以降の大きなDNAでは移動度にあまり差がなく、現在のチップでは完全に分離することは困難であった。この点に関しては、キャピラリー長さを確保するために折れ曲がり形状のチップを作製することにより、移動度の差が小さくても分離が可能になるであろうと考えられた。本年度、われわれは感光性ガラスを基板とした、ハイアスペクト比構造のキャピラリーを持つオンチツプキャピラリーにおいてDNAラダーの分離を行い、共焦点レーザー走査型顕微鏡による観察を行い、次のような知見を得た。1)クロスポイントから3mm、5mm、8mmの位置で分離検出を行った。クロスポイントからの距離が長くなるほどサンプルプラグは時間をかけて分子ふるいにかけられるため、うまく分離が行えた。2)HEC濃度を0.25%、0.5%、0.75%、1.0%と変化させて分離検出を行った。

0.25%ではHECの分子ふるい効果が弱く塩基ごとにはっきりとした分離はできなかった。0.5%、0.75%では100塩基ごとにピークが得られた。特に0.75%では隣り合う塩基ごとの分離度がすべて基準値1.5を越えた。0.75%では非常に良い分離が行えたといえる。1.0%では100塩基のピークが現れず、200塩基の検出強度が弱かった。3)印加電圧を400V、500V、700Vと変化させて分離・検出を行った。400V、500V、700Vと印加電圧が小さいほうが分離はうまくいった。DNAラダーの電気泳動分離は分子ふるい効果を利用して分離を行うため、印加電圧を大きくすることによって、それによる影響が強くなり、相対的に分子ふるい効果による影響が弱められると分離はうまくいかなくなる。4)今回の実験結果・考察から、DNAラダー分離の最適条件はSeparationlength8mm、HEC濃度0.75%、印加電圧400Vの条件であった。今後、より長いSeparationlengthを得るためのチップデザインの開発、より小さい印加電圧での電気泳動実験、印加電圧とHEC濃度との相互関係の考察、DNAラダー全体の分離度のさらなる改善を行うべきである。今年度我々が得た結果は以下のとおりである.[1]キャピラリー形状依存性検証(A)試料導入部形状依存性前年度までに試料導入部であるキャピラリークロス部が従来の形状では電界が扇型に分布するため,試料がその部分で急激に細くなり,プラグの変形の原因になっていることが分かった.これを抑制するために導入部形状を工夫し,キャピラリー幅より長さの短いプラグを導入した.(B)キャピラリー長依存性キャピラリーが長いほど分解能は向上するが限られたチップ面積上でそれを長くするためにはキャピラリーの折り返しが必要となる.この折り返しを導入した場合,それが与える影響を詳しく調べた.[2]温度依存性測定(A)周囲温度依存性プラグの拡散定数を温度依存性より正確に求める方法を確立する.バッファー溶液が凍結しない低温から蒸発しない高温までの温度範囲で測定温度を変化させられる装置をセットアップを行った.(B)ラジエーター構造の効果検証我々が提案しているラジエーター構造を持つオンチップキャピラリーに関し,その効果を検証を行った.本研究では、加工に容易な新しい基板材料に微細加工技術を駆使し,DNAを含めた生体物質を電気泳動分析することのできるオンチップマイクロキャピラリーを作製し,実際に電気泳動分析をおこない,また電気泳動を含むマイクロ流体デバイスにおける物質の挙動を共焦点レーザ走査型顕微鏡を駆使し詳細に調べた。基板材料には感光性ガラスを用いて、微細加工特性を詳細に示している。この基板を実際のデバイスとして応用している例は少なく、本研究においてマイクロデバイスへの応用の有用性を示した。また同様にポリシラザン溶液を用いることで流路表面の平滑化、基板と上面カバーガラスとの接着を実現しており、これは今後の流体デバイスへの応用に向けて素晴らしい材料であることが証明された。