hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
流体力学的特性に優れた液晶材料の開発

液晶の流体力学的特性を応用した新たな液晶デバイスとして液晶アクチュエータがある.液晶アクチュエータの性能を最大限に発揮するためには,流体力学的に優れた液晶材料を開発する必要がある.本研究では数値シミュレーション手法を用いて,液晶材料の物性値(粘性係数,弾性係数,誘電率異方性)が液晶アクチュエータの駆動性能に及ぼす影響について調べた.結果より,液晶アクチュエータに最適な物性値を明らかにした.さらに,異なった物性値を持つ液晶材料を用いたアクチュエータの駆動実験より,シミュレーション結果の妥当性が確認されるとともに,従来の2倍以上の駆動速度を得た.本課題で明らかにしようとする内容は,液晶材料の新規応用分野として期待される液晶アクチュエータおよび液晶発電デバイスに最適な液晶材料特性を明らかにするとともに,その液晶材料の合成および液晶アクチュエータおよび液晶発電デバイスの性能評価を行うことである.さらに,最適化された液晶アクチュエータおよび液晶発電デバイスの応用分野について提案を行う予定である.この課題遂行のための一連の研究の内,平成27年度の計画は,1.液晶アクチュエータの分子動力学シミュレーションソフトの開発および計算,2.液晶アクチュエータの実験装置の開発,3.液晶アクチュエータに最適な液晶材料の選定(分子設計の指針)と発注である.現在までに,回転楕円体ポテンシャルを用いた分子動力学ソフトウエアの開発を行い,計算を行った.また,実験装置の改良については液晶セルの配向膜処理を行うためのラビング装置の設計を行い,試作したところである.しかし,分子動力学解析で用いた回転楕円体ポテンシャルは,液晶分子を1個の回転楕円体として近似しており,液晶の巨視的物性と液晶の挙動の関係については解析できたものの,物性と分子設計を結びつける知見は得られていないのが現状である.そこで,今後はシミュレーションと実験の併用によって,アクチュエータに最適な液晶分子設計の指針を探索することにし,液晶材料メーカーから数種類の液晶材料サンプルの提供を受けたところである.これらの液晶材料を用いてアクチュエータの実験を行うことで,液晶の巨視的挙動について実験とシミュレーションとの比較を行うことが可能となる.これまでの研究により,作成した分子動力学シミュレーションソフトウエアで用いた回転楕円体ポテンシャルが液晶分子の形状あるいは液晶分子間力を過度に粗視化しており,分子設計の指針を明らかにするのに適さないことが分かった.そのため,作成したソフトウエアを実行してデータの収集を行う前に,液晶分子のより微視的状態を再現できるポテンシャルを用いたシミュレーションソフトウエアを再構築する必要性がでてきた.そのため,シミュレーションの部分については,当初計画より少し遅れが出ている.ただし,液晶材料メーカーより提供を受けた液晶材料サンプルを用いたアクチュエータ駆動実験をシミュレーションと併用することにより,この遅れは十分にカバーできる.本課題では,液晶材料の新規応用分野として期待される液晶アクチュエータおよび液晶発電デバイスに最適な液晶材料特性を明らかにするとともに,その液晶材料の合成および液晶アクチュエータおよび液晶発電デバイスの性能評価を行うことである.さらに,最適化された液晶アクチュエータおよび液晶発電デバイスの応用分野について提案を行う.この課題遂行のための一連の研究の内,平成28年度の計画は,1.液晶アクチュエータの駆動特性の評価,2.液晶発電機の分子動力学シミュレーションソフトウエアの開発および計算,3.分子動力学シミュレーションに基づき,液晶アクチュエータに最適な液晶材料設計の検討および液晶材料メーカーへの合成依頼である.上記の計画に対して,平成27年度末に液晶材料メーカーより提供を受けた液晶サンプルを用い,液晶アクチュエータの駆動実験を行った.同時に,液晶アクチュエータ駆動についてのコンピュータシミュレーションを行い,液晶の物性値の違いが液晶アクチュエータの駆動特性に及ぼす影響を実験とシミュレーションの両面から検討した.その結果,液晶材料の物性値の内,ある特定の物性値が液晶アクチュエータの駆動特性に強く影響を及ぼすという知見を得た.その検討結果に基づいて,アクチュエータの駆動特性に最適な液晶物性値を有する液晶材料の合成を液晶材料メーカーに依頼した.合成された液晶材料を用いて,液晶アクチュエータの駆動実験を行ったところ,これまでの液晶材料を用いた液晶アクチュエータと比較して,格段の駆動性能の向上が見られ,液晶アクチュエータの実用化に向けて研究が大きく進展した.本課題では,平成28年度までに液晶アクチュエータに最適な液晶材料の物性値を明らかにするとともに,最適な物性値を持つ液晶を液晶材料メーカーに合成依頼した後,実際に液晶アクチュエータの駆動性能の向上が見られるかを調べることを中間達成目標として研究を行ってきた.コンピュータシミュレーションと液晶材料メーカーから提供された液晶サンプルを用いた実験により,液晶材料の代表的な物性値である誘電率,弾性係数,粘性係数の内,特に弾性係数と粘性係数が液晶アクチュエータの性能に大きく影響を及ぼすことを明らかにした.

具体的には,弾性係数が大きく粘性係数が比較的小さい液晶材料の場合,電場印加および解放時における液晶分子の応答速度が向上し,結果として液晶アクチュエータの駆動性能の向上に貢献することが期待できる.液晶材料物性値に関する検討結果に基づいて,液晶材料の合成を液晶材料メーカーに依頼し,液晶アクチュエータを試作および駆動実験を行ったところ,従来比約2倍の駆動速度を得ることができた.本課題では,液晶を利用した新たな機械要素の実現に向けて,力学的特性に優れた液晶材料の材料物性に関する提案を行う.液晶ディスプレイに利用されている液晶材料に求められているのは光学特性および電磁気学特性である.一方,新たな液晶用途である機械要素には,液晶ディスプレイと異なった液晶材料物性が重要となることは自明である.そこで本課題ではまず,液晶アクチュエータのシミュレーションプログラムの開発・実行を行い,液晶物性値の内,誘電率,弾性係数,粘性係数がアクチュエータの性能に大きく影響を及ぼすことを明らかにした.その後,上記の物性値が異なった液晶材料を液晶材料メーカーより入手し,アクチュエータの駆動実験を行い,シミュレーション結果との比較検討を行った.この結果より,弾性係数が大きく粘性係数が比較的小さい液晶材料の場合,電場印加および解放時における液晶分子の応答速度が向上し,結果として液晶アクチュエータの駆動性能の向上に貢献することを明らかにした.本年度は,シミュレーションにおけるパラメータ範囲を大幅に拡大し,上述の全ての液晶物性値と液晶アクチュエータの駆動性能との関係について解明し,液晶アクチュエータに最適な液晶物性値の同定に成功した.本研究のシミュレーション結果に基づいた新たな液晶材料を用いた液晶アクチュエータの駆動実験では,従来の液晶アクチュエータの駆動性能の2倍を上回る結果を得るに至った.一方,液晶発電に関する実験では,液晶流動による電圧の不規則な発生原因の特定のため,流動領域全体の偏光顕微鏡観察を行い,液晶欠陥構造と電圧の不規則性との関係を明らかにするとともに,発電に適した液晶流動条件の提案を行った.以上より,課題の成果は液晶アクチュエータの実用化を大きく後押しするのと同時に,液晶材料の新規応用分野の開発につながる.液晶の流体力学的特性を応用した新たな液晶デバイスとして液晶アクチュエータがある.液晶アクチュエータの性能を最大限に発揮するためには,流体力学的に優れた液晶材料を開発する必要がある.本研究では数値シミュレーション手法を用いて,液晶材料の物性値(粘性係数,弾性係数,誘電率異方性)が液晶アクチュエータの駆動性能に及ぼす影響について調べた.結果より,液晶アクチュエータに最適な物性値を明らかにした.さらに,異なった物性値を持つ液晶材料を用いたアクチュエータの駆動実験より,シミュレーション結果の妥当性が確認されるとともに,従来の2倍以上の駆動速度を得た.上述したように,分子動力学シミュレーションソフトウエアの改良を行うと同時に,数種類の液晶材料を用いた液晶アクチュエータの駆動実験を行う.また,分子動力学シミュレーションの改良が完成したら,直ちに液晶アクチュエータのシミュレーションと液晶発電機のシミュレーションを並行して行い,データの蓄積を行う.得られた結果より,液晶アクチュエータに最適な新規液晶の分子設計に関する指針を策定し,液晶材料メーカーに合成依頼を行う.入手した新規液晶材料を用いて,液晶アクチュエータの駆動特性を評価する.
破骨細胞の分化過程における接着分子の発現調節機構に関する研究

骨は巧みな適応性を備え、添加と吸収の調和のとれたリモデリングにより、内部構造や形態を変化させ適切な調和を維持する。骨吸収を司る破骨細胞の分化過程に関する研究は活発に行われている分野であるが、未知の部分が多い。本研究は破骨細胞の分化過程と接着分子の発現と消退を詳細に検討することにより、どのような分子がどの形成stepでcriticalな役割を果たしているのかを明らかにし、さらにそのstepを制御する因子を同定することを目的とする。本年度の研究において明らかになったことを以下に示す。(1)ヒト末梢血より、Ficoll-Isopaqueによる比重遠心法でヒト末梢血中に存在するリンパ球・単球画分(PBL)を採取し、10%FBS添加αMEM培地中で、PBLを培養すると、経日的に破骨細胞の特徴である酒石酸抵抗性酸ホスファターゼ活性陽性の多核巨細胞(TR (+) MNC)の形成が増加した。(2) PBLをM-CSF (マクロファージコロニー刺激因子)存在下で培養すると4日目から非付着性と付着性細胞が増加し、PBLのDNA合成は7日にピークが示された。すなわち、分画された末梢血リンパ球・単球はM-CSFに対して感受性があり、そのレセプターを有していることが示唆された。(3) M-CSFによりwell中のTR (+) MNCの総数は増加するが、単位細胞あたりのTR (+) MNCの数は減少した。(4) 1α, 25 (OH)2D3を培養開始時に添加するとTR (+)MNCの形成は抑制され、培養7日目以降の添加でその数は増加した。活性型ビタミンD3は、分化段階によってその作用が異なることが示唆された。(5)牛歯根切片上で培養すると培養14日目以降で吸収窩の形成がわずかに認められた。すべてのTR (+) MNCが骨吸収活性を有してはいなかったが、一部の細胞は吸収活性を有していた。ヒト末梢血中に存在するリンパ球・単球画分(PBL)から誘導されるTRAP陽性の多核巨細胞は、破骨細胞としての特徴をある程度有する細胞が誘導されることが明らかになった。細胞膜表面に発現している接着分子についてはマクロファージ分化抗原とともに現在検索中である。
新しい気候モデルの設計と気候変動研究の方針

本総合研究の目的は、気候システム研究センタ-設立を目指して、日本のアカデミック・コミュニティ-における気候モデリングの構想を練り、中期的研究計画や研究体制について検討することである。このため全国関連研究者の会合を開いた。1.関連研究機関代表者およびマナベ博士との連絡・検討会:平成2年6月21日。アメリカ海洋大気庁地球流展研究所主任研究員で、気候モデリングの世界最高権威であるマナベ博士が来日された機会に、気候システム研究センタ-の設立準備に関わっている研究者が集まって研究計画案を発表し、同博士からアドバイスを受けた。同時に、気候モデリングを実行中の気象庁、気象研究所および気候モデリングをこれから始めようとしている国立環境研、公害資源研、防災科学技術研の関係者にも参加してもらって、それぞれの研究機関での気候モデル研究についてどのような特色をもたせ、相互に協力して日本全体として効率よく研究を進めるにはどうすればよいのかについて討論した。その結果各研究機関の特色について了解が得られた。2.各大学関連研究者による気候研究体制検討会:平成3年2月8、9日。気候システム研究センタ-設立が平成3年度予算政府原案で認められたので、東北大・東大・名大・京大・九大の関連研究者が集まって、新センタ-における研究体制について検討し、原案を作成した。これは、今後、全国共同利用施設として運営して行くための基礎となるものである。また、気候モデリングのセンタ-が設立されるので、それと相補的な気候の観測的研究の体制及び両者間の交流・協力体制についても検討した。
投資家主導の情報入手が投資意思決定に与える影響についての実験研究

本研究は、企業から一方向的に法定開示される財務情報は、投資意思決定の形式的スクリーニングに用いられ、実質的に投資家が有用であると納得する情報は、投資家主導で入手されたものであるという仮説のもと、投資家主導の入手情報の効用を検証する実験、開示システム改善のための提案およびその実行可能性の検証実験を3年間に亘り積み上げた。1年目に実施した実験では、情報利用者が主導的に入手した情報の方が投資結果の成否にかかわらず納得感情が高いことを示したものの、追加インタビューでは、判断材料となる情報が意思決定を左右している感覚は希薄で、個人投資家は、より情動的(気分的)なものに左右されている感覚があることが判明した。その中でも特に心身状態が判断材料の質よりも総合的判断を含む場面では重要であることが明らかになった。上記を踏襲し、2年目以降は研究の主軸を「情報利用者の心身状態」と「意思決定・判断能力」の関係の探求にシフトした。ストレス状態と財務情報を用いた判断作業の関係を実験し、ビジネス環境に特有のテクノロジーストレスの存在を確認した。さらに最終年度は芸術療法の一環である色彩療法の知見をビジネス文書に施し、ストレス増減が観察されるかの実験で、色彩療法の定説とは異なる特定の色彩においてストレス減が見られる結果を得た。一連の実験から、情報利用者である「人」は身体を有している以上、ビジネス環境に物理的反射反応を起こして情動を発現する生き物であり、情報利用による頭の判断以前に、物理的環境要因に大いに左右されていることが確認された。法定開示が複雑化する中、情報が判断材料として有用に機能する以前に、現場のストレスを増やすという意図せざる結果を生んでる現状を指摘することができた。今後は、有用性追求による開示複雑化を防止し、意思決定判断能力をクリアにする開示デザインの工夫をすることも有効な道である。実験は、同時に同一室内において、学部3-4年生レベル118名(会計学基礎終了)および社会人を含む大学院生7名の合計125名への質問票への回答結果を集計する方法で行った(被験者にはインフォームドコンセント済み。回答の自由、回答結果が成績評価に無関係であることの説明を含む。)。統計処理上の制約はあったものの、単純集計値から仮説を支持する傾向が確認された。仮説に対する検証結果は以下。投資家は積極的に追加情報入手の権利を行使する。追加情報入手の権利行使した場合、ネガティブリターンにも納得を示す。有料の追加情報には、その情報内容に高い信頼性を期待する。有料追加情報を得てネガティブリターンであった場合、感情的に納得しない。また、追加ヒアリングから、任意開示は必要とするものの強制開示内容の方を高く信頼する傾向も判明した。現在は、ヒアリングで得た回答事実から、情報開示を認知科学の視点からとらえた人体実験を追加して行う準備中である。企業情報開示の利用側(投資家)の感情的納得形成を観察し、開示と情報入手の一連行為に影響を与えるファクターを明らかにし、新しい開示デザインに役立てるインプリケーションを得ることが本挑戦的研究の課題である。H28年度に行った上記実験の結果、開示デザイン、開示手段、開示環境からも投資家が影響を受けることが判明し、それは投資家の専門知識に左右されるような類のものだけではなく、よりプリミティブな「認知」の問題も関係していることが判明した。追加実験として、ハワイ大学の臨床心理学者2名、会計学者1名と共同で開示デザインから受ける投資家の心理、記憶、判断の追加実験をH29年度に予定している。現在、ハワイ大学の治験審査の結果待ちである。当初の計画では、質問票による行動実験の限界、被験者が学生に限定されることで実社会現象が説明できない可能性がある限界などを懸念していたが、臨床心理学者との実験準備プロセスで情報入手→知覚→判断→付随感情という現象を物理的に眺める価値を見出し、広く「情報を受け取る人の反応」として企業情報開示を捉えるに至った。H29年度に実施する実験では、視点を変更して研究課題に挑む。昨年度において明らかにした情報利用者の納得形成のメカニズムを踏まえ、情報利用者の認知にあらたに焦点を当てた。被験者へのヒアリング結果から、意思決定時における身体状況の影響が大きくクローズアップされた。過去にファンドマネージャーに行ったインタビュー調査においても、意思決定の正確性は多分にその時の身体状況(心と身体の両方を含む)から影響を受けることが語られていた。その過去のインタビュー結果にも立ち返り、新たに、あらゆるビジネス環境における知覚刺激が意思決定と判断能力に与える影響を体系的に実験調査し理論化することが可能ではないかとの着想を得た。そこで、情報開示(文書)のデザイン、色などから受ける影響を第一段階に実験調査する計画を立て、コロンビア大学のペンマン教授が公開している財務情報デザインを基盤に、あらゆる実験計画を練った。2016年11月から2017年にかけてハワイ大学のフランククドウ教授(会計)、キースサクダ准教授、ゲイリーツル准教授(臨床心理)等と財務情報のデザイン、色彩が意思決定能力に与える影響についての実験を準備してきた。この計画を練る段階で物理的刺激と意思決定判断能力についての先行研究レビューをかなり蓄積した。しかし、途中、人体ストレス測定を含む実験には実施大学の治験資産が必要となり、ハワイ大学の治験審査の順番待ちを長く強いられ、4回の書き直しと再提出をしている状況にあった。2017年1月には、治験審査待ちを一度断念し、試料採取しないストレス測定方法を学び、再度新たな実験計画に書き換えた。

日本人被験者を募り、2018年7月までに実施できる運びとなった。結果は、心理統計的分析が行われ、2本の論文が既に国際学会発表のアクセプトを受けている状況である。2017年度に実施予定であったハワイ大学での実験は、治験審査の4回の差し戻しと再提出により時間を要したものの、そのやり取りの過程で多くの収穫があり、適切なインフォームドコンセントの理解、行動実験上の注意事項を踏まえ、日本での実験を実現させた。当初予定していた、ビジネス文書の色彩が意思決定と判断に与える影響の他に、電子情報が意思決定と判断に与える影響、ならびに光反射方法のことなるブラウザの情報開示が人体に与える影響まで実験を発展蓄積させることができた。特に色彩に関する実験計画をポルトガルの大学において研究セミナーで検討する機会を得ることができ、ポルトガル人と日本人の色彩から受けるインパクトの違いをはっきりとデータとして得ることができ、この事実も論文にしている。現地での議論から、このような知覚センサーの民族・文化間の相違を明らかにするような行動実験結果が、今後、多文化ビジネス環境における不具合を改善する鍵になるかもしれないとの評価を受け、共同研究の立ち上げに向けて新たな一歩を踏み出すことができている。また、このように本年度に進展した新たな展開により、萌芽研究を新開拓領域研究へと順調に発展させていることを申し添える。本研究は、企業から一方向的に法定開示される財務情報は、投資意思決定の形式的スクリーニングに用いられ、実質的に投資家が有用であると納得する情報は、投資家主導で入手されたものであるという仮説のもと、投資家主導の入手情報の効用を検証する実験、開示システム改善のための提案およびその実行可能性の検証実験を3年間に亘り積み上げた。1年目に実施した実験では、情報利用者が主導的に入手した情報の方が投資結果の成否にかかわらず納得感情が高いことを示したものの、追加インタビューでは、判断材料となる情報が意思決定を左右している感覚は希薄で、個人投資家は、より情動的(気分的)なものに左右されている感覚があることが判明した。その中でも特に心身状態が判断材料の質よりも総合的判断を含む場面では重要であることが明らかになった。上記を踏襲し、2年目以降は研究の主軸を「情報利用者の心身状態」と「意思決定・判断能力」の関係の探求にシフトした。ストレス状態と財務情報を用いた判断作業の関係を実験し、ビジネス環境に特有のテクノロジーストレスの存在を確認した。さらに最終年度は芸術療法の一環である色彩療法の知見をビジネス文書に施し、ストレス増減が観察されるかの実験で、色彩療法の定説とは異なる特定の色彩においてストレス減が見られる結果を得た。一連の実験から、情報利用者である「人」は身体を有している以上、ビジネス環境に物理的反射反応を起こして情動を発現する生き物であり、情報利用による頭の判断以前に、物理的環境要因に大いに左右されていることが確認された。法定開示が複雑化する中、情報が判断材料として有用に機能する以前に、現場のストレスを増やすという意図せざる結果を生んでる現状を指摘することができた。
難治性うつ病に対する薬物治療ストラテージの分子薬理遺伝学的研究

本研究は、三環系抗うつ薬とその代謝物血中濃度に関するデータ収集とその解析、これらの薬物代謝に関与する酵素の遺伝子レベルでの解析を行って、難治性うつ病の生物学的要因を探索し、新たな治療戦略を開発することを目的としている。クロミプラトン(C)で治療されている日本人精神疾患患者108名でCの代謝の個体差について検討し、日本人におけるCの脱メチル化能、水酸化能、抱合能の個体差は各々、36、14、28倍と算出された。このデータをもとにCで治療中の気分障害57名での薬物血中濃度と臨床効果について検討したところ、79%の割合で臨床効果の予測が可能であった。ノルトリプチリン(NT)の水酸化にはCYP2D6が関与しているが、NTにて治療中の患者31名におけるNTおよびその代謝物血中濃度とCYP2D6の変異遺伝子であるCYP2D6Chとの関係について検討した。体重当たり投与量で補正した各個体の平均NT血漿中濃度は、Wt/Wt群=267±128nM/mg/kgBW、Wt/Ch=326.3±61.1nM/mg/kgBW、Ch/Ch群=488.6±103.8nM/mg/kgBW、Ch/L_1=221.8nM/mg/kgBW、Wt/L_1群=260.3±81.7nM/mg/kgBWであり、Wt/Wt群と比較してCh/Ch群は約1.8倍高い値を示した(p=0.0096)。NTの水酸化率(nortriptyline/trans-10-hydroxynortriptyline)の各群での平均値はWt/Wt群=0.89±0.29、Wt/Ch=1.11±0.30、Ch/Ch群=2.97±0.83、Ch/L_1=0.75、Wt/L_1群=1.05±0.31であり、Wt/Wt群と比較してCh/Ch群は約3.4倍高い値を示した(p=0.006)。このことからCYP2D6Chの存在がNTの水酸化を著名に低下させることがわかった。本研究は、三環系抗うつ薬(クロミプラミン、アミトリプチリン、デシプラミン)およびその代謝物血中濃度に関するデータ収集とその解析、これらの薬物代謝に関与する酵素の遺伝子レベルでの解析を行って、難治性うつ病の生物学的要因を探索し、新たな薬物治療ストラテジーを開発することを目的としている。平成7年度のデータ収集を含めて、これまでにクロミプラミンの血漿サンプルは108名に達し、その分析から、水酸化代謝物のグルクロン酸抱合体には非抱合体に比べて約23倍の高濃度で血中に存在していること、抱合率には大きな個体差が認められること、ベンゾジアゼピン系薬物の併用が抱合率を有意に低下させ、女性は男性に比べて抱合率がやや低い傾向が明らかにされた。また、臨床データの得られた大うつ病患者は65名に達し、クロミプラミンの脱メチル化が低いほど臨床効果が得られやすいことが確認された。またアミトリプチリンの血漿サンプルは73名に達し、その水酸化代謝と脱メチル化代謝には、それぞれ8倍、19倍もの大きな個体差が認められた。

しかしいずれの代謝経路においても代謝不全者の存在は確認されなかった。大うつ病患者47名を対象とした分析の結果、アミトリプチリンおよびその脱メチル化・水酸化代謝物の血中濃度測定によって、約70%の患者で、その後の臨床改善度を正しく予測できるという所見が得られた。尚、上記の所見については、日本精神神経学会、日本臨床精神神経薬理学会での学会発表、および論文発表を行った。酵素の遺伝子型決定のためのサンプル収集も順調で、現在までに20近いサンプルが得られており、今後も引き続きサンプル収集と遺伝子型解析を行う予定である。本研究は、三環系抗うつ薬(クロミプラミン、アミトリプチリン、デシプラミン、ノルトリプチリン)およびその代謝物血中濃度に関するデータ収集とその解析、これらの薬物代謝に関与する酵素の遺伝子レベルでの解析を行って、難治性うつ病の生物学的要因を探索し、新たな治療戦略を開発することを目的としている。平成7年度には日本人108名でのクロミプラミンの水酸化・脱メチル化・抱合の個体差に関して既に論文報告したが、平成8年度では気分障害患者57名の薬物血中濃度および最終臨床改善度のデータを分析した結果、79%の症例でクロミプラミン、およびその代謝物血中濃度から臨床効果を正しく予測できることがわかった。また、この結果から治療効果の予測においては親化合物、水酸化代謝物および脱メチル化代謝物と同様に薬理効果のないグルクロン酸化合物の血中濃度も薬理効果のある親化合物・代謝物の血中濃度に影響をあたえることによって、間接的に臨床効果に影響を与える可能性があることが示唆された。この結果は論文報告を既におこなった(森田ら、精神医学、38(2):181-185,1996)。また、デシプラミンで治療中のうつ病患者よりのサンプルの脱メチル化代謝物を含む薬物血中濃度定量は既に終了し、現在データを解析中である。またデシプラミンと同種の2級アミン三環系抗うつ薬であるノルトリプチリンで治療中の患者からのサンプルの収集も行っており、現在、薬物血中濃度の定量をおこなっている。これら2級アミン三環系抗うつ薬にて治療中のうつ病患者の遺伝子型決定についてはCh変異を中心に方法論を確立し、現在、患者からのサンプルを遺伝子変異の解析中である。本研究は、三環系抗うつ薬およびその代謝物血中濃度に関するデータ収集とその解析、これらの薬物代謝に関与する酵素の遺伝子レベルでの解析を行って、難治性うつ病の生物学的要因を探索し、新たな治療戦略を開発することを目的としている。ノルトリプチリン(NT)は代表的な抗うつ薬のひとつであるが、NTの水酸化にはCYP2D6が関与している。平成9年度はNTを投与中の患者31名におけるNTおよびその水酸化代謝物血漿中濃度とCYP2D6の変異遺伝子であるCYP2D6Chとの関係について検討した。NTの水酸化率(nortriptyline/trans-10hydroxynortriptyline)は0.3984.04と約10倍の個体差をみとめた。各遺伝子型の出現頻度は野生型(Wt)型=0.584、Ch型=0.339、L_1型=0.113であった。体重当たり投与量で補正した各個体の平均NT血漿中濃度はWt/Wt群=260.3±81.7nM/mg/kgBWであり、Wt/Wt群と比較してCh/Ch群は約1.8倍高い値を示し、両群の間には有意差を認めた(p=0.0096)。NTの水酸化率の各群での平均値はWt/Wt群=0.89±0.29、Wt/Ch=1.11±0.30、Ch/Ch群=2.97±0.83、Ch/L_1=0.75、Wt/L_1群=1.05±0.31であり、Wt/Wt群と比較してCh/Ch群は約3.4倍高い値を示し、両群の間には有意差をみとめた(p=0.006)。このことからCYP2D6Chの存在がNTの水酸化を著明に低下させることがわかった。
P.gingivalis線毛の成人型歯周疾患ワクチンへの応用に関する基礎的研究

私どもはすでにP.gingivalis線毛が歯肉繊維芽細胞やマクロファージによるInterleukin-1、Tumor necrosis factor-αなどの炎症性サイトカインの産生を誘導することを明らかにしている。これらサイトカインは強い骨吸収活性を有することから、本線毛がこれらサイトカインの産生を介して骨吸収活性を誘導することが考えられた。また最近、興味あることに本線毛免疫ラットを用いた研究より、P.gingivalisで誘導される歯槽骨の破壊が有意に防御できるということが示された。これらの知見は本菌線毛が成人型歯周疾患の病態である歯肉の炎症ならびに歯槽骨の吸収に深く関与していることを強く示唆する。ゆえに、本研究では本線毛の骨吸収刺激作用、さらに本線毛抗体がその刺激作用を抑制することができるのかについて検討した。これらの研究は本線毛が本疾患のワクチンとして将来応用できるか否かについて検討するうえで意義がある。その結果、以下に示すようにいくつかの新たな知見を得た。1)マウス頭蓋冠骨細胞系を用いてP.gingivalis線毛の破骨細胞分化作用と骨吸収作用を調べた所、明らかなその分化作用と骨吸収刺激作用を示した。2)その刺激作用は本線毛により誘導産生されたInterleukin-1に強く依存した。3)本線毛による破骨細胞の分化作用と骨吸収刺激作用は本線毛に対するpolyclonal並びにmonoclonal antibodyによりほぼ完全に抑制された。本研究の結果は成人型歯周疾患の本線毛のワクチンに関する応用に向けての可能性を示唆した。Porphyromonas gigivalis(P.gingivalis)の線毛が歯周囲疾患の発症において重要な役割を果たしていることを既に私どもは報告している。しかし歯周疾患の病態の一つである骨吸収に、この線毛がどのような作用を示すかはまだ十分に検討されていない。この点は本線毛のワクチンへの応用を試みる上で重要のように思える。そこで、本年度研究においてこの骨吸収刺激作用とその作用機序について企画した。〔材料および方法〕1)線毛の精製;P.gingivalis ATCC33277株よりYoshimuraらの方法に従い精製した。2)頭蓋冠細胞の調製;妊娠マウス14日目の胎児頭蓋冠を採取し、酵素法にて骨細胞を調製したのち、研磨した牛大腿骨骨片上に頭蓋冠細胞を移植した後、P.gingivalis線毛を含む10%FBS添加alpha-MEM下で培養した。一定期間培養後その細胞をTRAP染色しその陽性細胞の存在と、骨吸収窩の形成を主走査型電子顕微鏡にて観察し、その面積を求めた。〔結果および考察〕骨吸収窩の面積はP..gingivalis線毛4mug/mlで濃度依存的に増加した。そしてその骨吸収活性はindomethacin(200ng/ml)で抑制した。このことはP..gingivalis線毛の骨吸収活性にはプロスタグランジンが開与していることを示唆した。また骨吸収系において、破骨細胞の前駆細胞に対するプロスタグランジンの骨吸収活性は、1alpha25,(OH)_2D_3(10^<-8>M)で一日処理が必要である。またindomethacinとP..gingivalis線毛を同時に6時間処理し洗浄した後、indomethacin添加した24後の培養上清とプロスタグランジンを破骨細胞の前駆細胞に作用させた結果、プロスタグランジン濃度依存的に骨吸収活性を増加させた。これはP..gingivalis線毛の骨吸収活性におけるプロスタグランジン関与はP..gingivalis線毛による培養上清中に出るある因子の関与が必要あることを示唆した。P.gingivalisが成人型歯周疾患の病原性細菌であることは多くの知見により現在広く支持されている。現在まで、本菌の病原性機構の解析はその産生する酵素やリポ多糖体の生物学的活性を中心に進められてきた。

しかし、病原性細菌の発症と成立機構を考察するとき、その組織への付着ならびに集落形成に拘わる本菌線毛の機能的役割を無視することはできない。この点を支持する興味ある研究が報告されている。すなわち、本線毛に対する有意に高い抗体価が成人型歯周疾患患者血清中に認められること、さらに、本疾患患者歯肉組織には本線毛に対する特異的局所免疫が成立していること、さらに、私どもは以前より本線毛が歯肉線維芽細胞やマクロファージによる炎症性サイトカインの産生を誘導することを明らかにしている。極く最近、興味あることに本線毛免疫ラットを用いた研究より、P.gingivalisで誘導される歯周組織の破壊が有意に防御できるということが示された。これらの知見は本菌線毛が成人型歯周疾患の病態である歯肉の炎症ならびに歯槽骨の吸収に深く関与していることを強く示唆する。ゆえに、本線毛はP.gingivalis感染の初期過程からその病態の発症、成立に強く関与しているものと考えられる。したがって、本線毛が本疾患のワクチンとして応用できるか否かについて検討するにあたり、本線毛の歯周組織破壊機構、特に本線毛による炎症並びに骨吸収機構とその治療方法について詳細に研究をすることは意義がある。従い、本研究はこの点を解明するとともに、本線毛の成人型歯周疾患へのワクチン応用に向けて可能性について検討した。
衛星表面への微小物体の超高速衝突にともなう電磁プラズマ現象の解明

軌道上の衛星とデブリなどの微小浮遊物体との相対速度は10km/s以上であり、1mm程度のサイズの微小物体でも衛星表面に衝突した場合は、表面にクレーターを生じるだけでなく衝撃プラズマを発生させる。本研究は超高速物体の衝突時に発生するプラズマとその電磁的な性質を調べることにより、(1)固体同士の高速衝突で発生するプラズマの生成機構と輸送現象、(2)衝撃プラズマの電磁的振る舞い、を解明することを目的としている。本年度は、200ミクロン及び100ミクロンのアルミシート、50ミクロン及び2mmの銅シートに対し合計6回の衝撃実験を実施した。前方に伝播するプラズマと後方に拡散するプラズマをダブルプローブアレイで検出するとともに、その発光を高速度カメラで観測した。また分光器によりプラズマの温度の計測も試みた。本年度の実験でも前方にはプロジェクタイルの速度とほぼ同じ速度でドリフトする高速プラズマ、後方には二極性拡散速度で拡散するプラズマがプローブで観測され、高速度カメラでもその振る舞いが確認された。データは再現性があり、本年度の結果から、軌道上で太陽電池パネル面にデブリが衝突した場合どの程度の領域までプラズマの影響(放電など)が及ぶかを推測することができるようになった。また分光観測でも信号が捕らえられたが、温度・密度同定のためには光量がさらに必要であることがわかった。本研究では、宇宙空間において宇宙デブリのような超高速飛翔体と宇宙機が衝突した際に発生する電磁波に関して、その発生メカニズムの解明と将来的には宇宙機へのデブリ衝突の検出への応用を目的としている。平成14年度は宇宙研科学研究所のレールガンを使用した超高速飛翔体による高速度衝突実験時の電磁波計測システムを構築し、いくつかの材料に関して計測を行うとともに、デブリ衝突をパルスレザで模擬した実験装置の整備を行った。超高速飛翔体衝突時に発生する電磁波の主要要因は、衝突時に発生するプラズマに由来すると考えられ、そのため我々の実験においては、プローブアレーによるプラズマ計測と電磁波計測を同時に行う。電磁波計測ではヘテロダイン周波数計測装置を用い、多チャンネル計測により数種類の周波数帯の同時計測を行う。レールガンの実験に用いた材料は厚さ0.1mmのアルミ、鉄、ニッケル、ニオブ、銀、及び厚さ1mmのポリイミドである。プローブ計測から衝突時に発生したプラズマの電子密度は10^<11>10^<12>(cm^<-3>)であり、このときのプラズマ周波数は約39GHzである。周波数計測は20GHzまで行った。一方、パルスレーザを用いた実験では、波長が1064nm、パルス幅が10ns、出力が約10mJのYAGレーザーを使用し、レーザー照射時に発生するプラズマと電磁波の同時計測を行う。,レーザー実験ではプラズマはターゲットの表面物質の気化と電離により生成される。したがって、レールガンによる衝突実験の結果とレザーによる実験結果の比較により、電磁波の発生がプラズマに起因するものか、あるいは衝突破壊時のターゲットの内部から発生しているのかを特定できると考えている。本年度はターゲットとしてアルミニウム、ユーピレックス、ポリエチレンテレフタレート(PET)、銅を使用して実験を行った。ターゲットの前後に多数の円形電極ダブルプローブを三次元的に配置して発生する衝撃プラズマの伝搬を計測した。プローブによる計測の結果、プロジェクタイルの進行方向側にはプロジェクタイルと同程度の速度を持つプラズマが、後方側にはプロジェクタイルよりはるかに低速で拡散するプラズマが観測された。本研究に関連して2枚の薄膜ターゲットを用いて前方ターゲットで発生したイジェクタが後方ターゲット与える熱的、機械的破壊についての研究も行った。イジェクタは、ターゲットの破片、溶融する材料の場合は溶融滴、蒸発した高温ガス、発生したプラズマ、で構成される。ターゲットの破片や溶融滴などのフラグメントの内、大きいものは後方ターゲットを物理的に破壊して貫通するが、小さいものは後方ターゲット上にクレーターを形成する。蒸発した高温ガスとプラズマは後方ターゲット上に熱損傷を与えるとともに付着する。薄膜の場合のフラグメントは全て後方に飛散するが、ガスとプラズマはターゲットの前後方向に伝搬すると考えられる。

データは再現性があり、本年度の結果から、軌道上で太陽電池パネル面にデブリが衝突した場合どの程度の領域までプラズマの影響(放電など)が及ぶかを推測することができるようになった。また分光観測でも信号が捕らえられたが、温度・密度同定のためには光量がさらに必要であることがわかった。
糖尿病克服を目指した活性化型アディポネクチン受容体の構造解析

アディポネクチン受容体(AdipoR)は、エネルギー代謝と食欲を制御する膜タンパク質であり、メタボリックシンドロームの創薬標的として注目されている。2015年、我々はAdipoRの立体構造を明らかにし、AdipoRは、7本の膜貫通部位内に空洞があり、その空洞内に金属イオンを配位しているなど新しい知見を報告した。本研究では、アディポネクチン受容体の作用機序の解明および新規薬剤デザインの構造的基盤提供を目的としている。昆虫あるいは哺乳類細胞発現系を用いて、AdipoR1、AdipoR2とその変異体を発現し、抗体を用いたアフィニティーおよびゲル濾過精製を行い、結晶化サンプルの調製を行った。モノオレインあるいはイソプレノイド型脂質を用い、高親和性抗体との複合体として、脂質メソフェーズ法により結晶化を行った。得られたAdipoR1、AdipoR2およびAdipoR1変異体の結晶について、放射光施設SPring-8 BL32XUにてX線回折実験を行なった。AdipoR1、AdipoR2、AdipoR1変異体、それぞれ複数の結晶から回折データを取得した。これら複数の回折データを統合し、一つのデータセットとし、構造解析を行なった。AdipoR1、AdipoR2について、以前よりも分解能が向上したデータが得られ、構造解析を終了した。AdipoR1変異体に関しては、分解能2.8オングストロームで構造解析を終了した。以前に報告した構造とは異なる構造が得られ、新たな知見を得ることができた。現在、論文執筆中である。AdipoR1変異体に関して、分解能2.8オングストロームで構造解析を終えた。以前よりも電子密度が改善され、今まで不明瞭であった脂質様の電子密度も改善された。また、AdipoR1、AdipoR2については、以前に報告した構造とは異なる構造が得られた。これらにより、AdipoRの機能についての新たな知見が得られつつある。ただ、AdipoRとリガンド複合体については、未だ得られていない。引き続き、結晶化条件を検討し、回折点を得られるような良質なAdipoR-リガンド複合体結晶の作成に尽力する。2015年に、我々は世界に先駆けAdipoRの立体構造を決定し、7本の膜貫通部位内に空洞があり、その空洞内に金属イオンを配位しているなど新しい知見を報告した。本研究では、アディポネクチン受容体の作用機序解明および新規薬剤デザインの構造的基盤提供を目的としている。昆虫あるいは哺乳類細胞発現系を用いてAdipoR1/R2とその変異体を発現し、抗体を用いたアフィニティーおよびゲル濾過精製を行い、結晶化サンプルの調製を行った。モノオレインおよびイソプレノイド型脂質を用い、Fv抗体との複合体として、脂質メソフェーズ法により結晶化を行なった。得られたAdipoR1、AdipoR2、AdipoR1変異体の結晶について、放射光施設SPring-8 BL32XUにてX線回折実験を行い、AdipoR1およびAdipoR2は複数の結晶、AdipoR1変異体は一つの結晶からの回折データを取得した。AdipoR1およびAdipoR2については、複数の回折データを統合し、一つのデータセットとした。AdipoR1およびAdipoR2について、以前よりも分解能が向上したデータが得られて、現在、詳細にデータ解析を行なっている。AdipoR1変異体に関しては、分解能2.9オングストロームで構造解析を終了した。AdipoR単体の分解能向上については、当初の予定通りである。ただ、AdipoRとリガンド複合体については、低親和性の影響か結晶は得られていない。大腸菌無細胞系でのAdipoRの機能発現については、発現コンストラクトの作成までは終了している。部位特異的にAmber変異を導入した哺乳類細胞発現用のAdipoRについてもコンストラクトまで作成している。

AdipoR1変異体に関しては、分解能2.8オングストロームで構造解析を終了した。AdipoR1変異体に関して、分解能2.8オングストロームで構造解析を終えた。以前よりも電子密度が改善され、今まで不明瞭であった脂質様の電子密度も改善された。これにより、AdipoRの機能についての新たな知見が得られつつある。ただ、AdipoRとリガンド複合体については、未だ得られていない。アディポネクチン受容体(AdipoR)は、エネルギー代謝と食欲を制御する膜タンパク質であり、メタボリックシンドロームの創薬標的として注目されている。2015年、我々はAdipoRの立体構造を明らかにし、AdipoRは、7本の膜貫通部位内に空洞があり、その空洞内に金属イオンを配位しているなど新しい知見を報告した。本研究では、アディポネクチン受容体の作用機序の解明および新規薬剤デザインの構造的基盤提供を目的としている。昆虫あるいは哺乳類細胞発現系を用いて、AdipoR1、AdipoR2とその変異体を発現し、抗体を用いたアフィニティーおよびゲル濾過精製を行い、結晶化サンプルの調製を行った。モノオレインあるいはイソプレノイド型脂質を用い、高親和性抗体との複合体として、脂質メソフェーズ法により結晶化を行った。得られたAdipoR1、AdipoR2およびAdipoR1変異体の結晶について、放射光施設SPring-8 BL32XUにてX線回折実験を行なった。AdipoR1、AdipoR2、AdipoR1変異体、それぞれ複数の結晶から回折データを取得した。これら複数の回折データを統合し、一つのデータセットとし、構造解析を行なった。AdipoR1、AdipoR2について、以前よりも分解能が向上したデータが得られ、構造解析を終了した。以前に報告した構造とは異なる構造が得られ、新たな知見を得ることができた。現在、論文執筆中である。また、AdipoR1、AdipoR2については、以前に報告した構造とは異なる構造が得られた。これらにより、AdipoRの機能についての新たな知見が得られつつある。引き続き、結晶化条件を検討し、回折点を得られるような良質なAdipoR-リガンド複合体結晶の作成に尽力する。引き続き、結晶化条件を検討し、回折点を得られるような良質なAdipoR-リガンド複合体決勝の作成に尽力する。学会発表を考慮し出張旅費を申請したが、今年度は学会発表を行わなかった。(理由)学会発表の回数が少なかったため、想定していたよりも出張旅費がかからなかった。(使用計画)結晶化サンプル調製を行うため、昆虫あるいは哺乳類細胞用の培地の購入、精製用の界面活性剤、脂質、樹脂の購入に充てる予定である。
分子エレクトロニクスの化学

分子エレクトロニクスに関する多様なアプローチからの研究成果を報告し、現在までに提起されている課題を整理し議論を深めることで、将来へ向けての研究の方向性を提示すると共に、今後の分子エレクトロニクス研究の目標・テーマ設定を行った。そのためのワークショップを開催し、分野を越えた共同研究の端緒とした。特に、化学以外の分野に積極的に参加を呼びかけたところ、学際的・分野横断的な共同研究の萌芽を数多く作り出すことができた。具体的には以下の項目を重点的に検討した。1.単分子エレクトロニクスデバイスへのアプローチデバイスを構成する機能性分子の合成。スイッチ、ロジックゲートなどの設計。分子と電極とのコンタクトの形成、界面の評価。ナノ電極の作製。単分子の電子物性評価、プロープ顕微鏡等の開発と単一分子計測。単分子の電子物性理論。2.分子集合体からのアプローチ有機導体のデバイス展開。有機磁性体のデバイス展開。ナノ構造の構築と表面・界面の構造・物性。周期性が破綻した領域での機能設計と物性評価。強相関電子系のデバイス展開のための物性理論。3.自己集積化と自己組織化分子および分子集合体の集積化。分子間相互作用と機能の複合化。自己集積化によるデバイス構造の構築。表面・界面への分子集合体の吸着。分子集合体の構造および機能の時空間制御。分子集合体の自己組織化(散逸構造形成)。4.コンピューテイングアーキテクチャと分子エレクトロニクス量子コンピューティング。デバイスの非線形性、熱揺動と確率共鳴。欠陥耐性のあるコンピューティングシステム。また分子エレクトロニクス研究の現状と将来展望について、議論の結果を冊子にまとめ、今後の研究領域の発展に資するべく、単行本の編集を行った。ナノ電極の作製。
固液界面の単一分子挙動解析のための超高感度・超解像振動分光法の確立

1.単一分子感度ラマン分光法の確立:(a)化学的増強メカニズムに関して,Agナノ粒子は,アモルファスカーボン等に覆われており,色素の第1層吸着が抑えられるために,大きなSERS増強度は得られない。(b)しかし,塩化物イオン等を添加すると,表面化学種が置換され,カチオン性色素が静電的に強く吸着できるようになる結果,銀粒子間のナノギャップに存在する色素が,巨大SERS信号を与える。このとき色素の発光スペクトルがバルク状態とは大きく変化し,銀ナノ粒子と色素間に電子移動相互作用が働いていることが判明した。(c)これに対して,シアン化物イオン等は排他的に吸着し,表面化学種と銀ナノ粒子を溶解する結果,SERSがクエンチされる。3次元時間領域差分法で,平均ナノギャップがハロゲン化物イオン添加前の1nmから2nmにわずかに開くことで,活性化の過程で測定されたLSPピークの短波長シフトが再現された。以上のように,SERSの化学的増強効果に関して,アニオンによるSERS活性化およびクエンチの微視的過程が,ここで初めて明らかになった。また,単一分子感度までは得られないが,通常の金属蒸着膜やコロイド集合体よりは2-3桁大きな増強度を再現性よく与える金属ナノ構造を,電子ビーム,ナノ粒子オーバレーヤなどのリソグラフィ技術を用いて形成し,生体分子への超高感度分析・定量分析性を確かめた。2.近接場振動分光法の確立:AFM型近接場ラマン分光を電極/溶液界面に適用するために,倒立型顕微鏡のX-Yステージを改良し,ITO電極を基板とする3電極式溶液セル,AFMや分光器を有する測定装置を構築した。この装置により,溶液中のナノ構造体のトポグラフィやその近接場イメージと,チップ増強ラマン信号の検出に成功した。感度と空間分解能改善のために,プローブへの金属ナノ構造形成を進めた。1.単一分子感度ラマン分光の確立金属ナノ粒子の接合部に色素分子が吸着したときに、接合部に巨大電場が形成されるという我々の「ギャップモデル」について、それを指示する実験的証拠を得た。(1)理論計算により、分子の電子状態を媒介として、近接銀ナノ粒子の局在プラズモンが効率的にカップルすることで、本来電場が減衰するはずの分子内部に、共鳴波長で巨大な電場が形成されることが初めて明らかになった。電磁気学的共鳴により単一分子感度が得られるとの示唆を得た。同等の結果を金ナノ粒子について得た。(2)また電子移動相互作用(化学増強効果)がどのように寄与しているかを明らかにするために、表面増強ラマン散乱(SERS)活性化剤として一般に用いられる塩化物イオンの濃度とSERS増強度の関係について検討した結果、塩化物イオンは、銀コロイド調製時に表面に残留するクエン酸系化合物を置換し、ローダミンなどのカチオン系色素の静電的吸着を助ける役割を担っていることを直接確認した。今後、基板上に固定した孤立または接合する金属ナノ粒子への塩化物イオンの添加によるSERS活性の変化を解析することで、局所的電子状態形成とそのSERS増強への寄与を詳細に解明する。(3)局所電場の理論計算の予測に基づいて、ナノ粒子リソグラフィ法で形成したナノ三角柱構造の精密な形状制御により、単一分子感度を効率的に与える金属ナノ粒子配列構造を構築し、吸着分子の単一分子ラマン感度を確かめる。エッジをできるだけシャープにするために基板とポリスチレン粒子及び銀の密着性や蒸着条件の制御を行い、Tiの下地膜を利用して、表面の平滑さを数nm以下に改善し、水溶液系で安定な金ナノ三角柱の調製に成功した。

数値計算で局在プラズモン電場を最大化した金ナノ構造を得たのち、実際にSi基板上にポリマーレジストの電子ビームリソグラフィとリフトオフ法により、形成しSERS活性を測定し、有用性を確かめた。今後、近接金属ナノ粒子やシャープなエッジ構造の形成を行うことで、超高感度SERSデバイスの実現を進める。単一分子感度ラマン分光の確立:(1)巨大増強のメカニズムについて,化学的増強効果の本質を明らかにするために、化学還元法で形成した溶液中の銀ナノ粒子について、ハロゲン化物イオンのSERS増強度や色素分子の吸着に与える効果を検討した。基板上に固定した銀ナノ粒子について,ハロゲン化物イオン添加によるSERS活性の変化、及びAFMやSEM、XPSによる観察を併用して、形状の変化と付加的な(化学的)増強効果を分離する方法を見出した。これにより、ハロゲン化物イオンは、銀表面残留物を置換し、カチオン性色素を強く吸着させ、Agと吸着分子の間の電子移動相互作用を誘起することで、電磁気学的増強を変えることなく、化学的増強を活性化することが明らかとなった。また、チオ硫酸イオンは、逆にAgナノ粒子を溶解することなく、Agカチオンのみを溶解することで、R6Gを同時に溶出させ、化学的増強を失活することが明らかとなった。(3)局所電場の理論計算と電子ビームやナノ粒子リソグラフィを用いて、単一分子ラマン感度を有する金及び銀ナノ構造配列を形成する方法を検討した。従来の電子ビームの空間分解能を超えて、かつ金属蒸着時の粒子状成長を抑え手法について,見通しを得た。その最適化により、定量分析に利用できるSERS活性金属ナノ構造配列を形成するための指針を得た。(4)生体分子に適用し、DNA塩基配列の違いやハイブリダイゼーション、アミノ酸・ポリペプチドの同定など高感度での分子認識、定量分析可能性が確認できた。単一分子感度ラマン増強メカニズムの完全な解明のために、1)ギャップをナノメータザイズで制御した金属ナノ構造を電子ビームリソグラフィ等での形成を試みた。基本的なEBL実験技術の習得を完了し、マシンタイムの制限内で、ナノ構造制御を進め、光学的性質を明らかにした。今後さらに精密な構造制御とラマンへの利用を進めるための基礎ができた。2)ハロゲン化物イオン以外のアニオンの及ぼす化学的増強効果の解析を進めた。従来不明瞭であったハロゲン化物イオンによる化学的増強の活性化の微視的メカニズム:銀ナノ粒子表面のカーボンや酸化物がハロゲン化物イオン添加により置換され、ナノギャップが開きそこに色素カチオンが静電的に吸着し、ギャソプモードが活性化されるというメカニズムを、世界で初めて明らかにした。3)金属ナノ構造体をナノ粒子リソグラフィを用いて、基板上に形成し、超高感度ラマン分光法を、DNAやオリゴマーに適用し、定量分析法としての確立を進めた。銀蒸着時のナノオーバレーヤ構造の制御により、蒸着膜とは根本的に異なるナノ構造と付加的な100-1000倍の増強が得られることを見出した。これを用いて、DNAのハイブリッド化の過程をほぼ定量的にモニタ・検出することに成功した。今後さらに高感度化、定量化を進める基礎ができた。