hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
AFM/STMを用いた局所キャリアダイナミクスの時間分解測定

走査トンネル顕微鏡と原子間力顕微鏡の複合装置を基盤として、探針から試料表面に注入した局所電荷(電子・正孔)の緩和ダイナミクスを計測する手法(時間分解走査プローブ顕微鏡)を開発した。本装置の原理を半導体表面上で検証した結果、過渡的な局所電荷の発生に伴う静電気力の変調を周波数シフト量として検出することに成功した。一方、金属表面上での検証結果から、検出された静電気力の変調は、試料表面から探針へ注入された過渡的電荷に由来する(つまり、本装置は、探針に注入された局所電荷の緩和を計測している)ことが明らかとなった。平成28年度は、原子間力顕微鏡を基盤に時間分解走査プローブ顕微鏡システムを構築した。現在、装置の構築はほぼ完了し、今後、測定原理の実証を行う段階にある。一方、本装置で測定の対象となる各試料に対して、以下の研究を行い、一定の成果が得られた。(1)超ナノ結晶ダイヤモンド薄膜における電界電子放出特性の向上化超ナノ結晶ダイヤモンド(UNCD)薄膜は、優れた電界放出(FE)特性から次世代の冷陰極材料として注目されている。今年度は、走査型トンネル顕微鏡/原子間力顕微鏡複合装置(AFM/STM)を用いて、熱処理やイオン注入によりUNCD薄膜のFE特性が飛躍的に向上する現象をナノスケールで確認し、そのメカニズムを明らかにすることに成功した。本成果の内容は、学術論文として取りまとめた。(2)下地層の改質によるペロブスカイト太陽電池の高性能化ペロブスカイト系材料を用いた太陽電池は、低コストで簡便に量産可能でありながら、シリコン系太陽電池に迫る変換効率が期待できることから、大きな注目を集めている。今年度は、ペロブスカイト層の下地となる多孔質金属酸化物層を従来の酸化チタンから酸化ニオブへ変更し、その諸特性を研究した。その結果、酸化ニオブを用いた際に、1ペロブスカイト層の膜質が向上する、2ペロブスカイト層-金属酸化物層界面における光励起電子輸送が効率的に行われる、ことを明らかにした。さらに、酸化ニオブを用いた際には、太陽電池としてのエネルギー変換効率も大幅に向上することを確認した。本成果は現在論文として取りまとめている。時間分解走査プローブ顕微鏡に関しては、当初の予定通り、構築が完了した。一方、構築した装置の性能は、未だ実証されていない。一つは、装置を構成する任意波形発生器が故障したため、その修理に一定の期間を費やしたことが挙げられる。一方、今後、本装置で測定の対象となる超ナノ結晶ダイヤモンド薄膜およびペロブスカイト太陽電池の研究に関しては、一定の結果が得られた。特に、ペロブスカイト層の下地となる多孔質金属酸化物層の改質により、太陽電池としてのエネルギー変換効率が、大幅に改善されることを見出したことは、重要な成果として挙げられる。このようなエネルギー変換効率の向上は、光励起キャリアの緩和過程と密接に関連していると考えられ、平成29年度に実施する励起キャリアダイナミクスの時間分解測定において実証が期待される。本研究では、走査トンネル顕微鏡(STM)と原子間力顕微鏡(AFM)の複合装置を基盤に、ナノメートル領域に生じた励起電子・正孔の緩和課程を測定する手法(時間分解走査プローブ顕微鏡:TR-SPM)の開発を行う。具体的な研究の柱は以下の二点にある。(1)TR-SPMの構築を行い、その動作検証を行う。(2)TR-SPMにより、局所電荷の緩和過程を計測可能か検証を行う。平成28年度は、(1)TR-SPMの構築を行った。本装置は、1AFM/STMと、2プローブ電圧出力システム、から構成される。1には、光干渉方式の超高真空AFM/STMを用いた。導電性カンチレバーには、SiをPt-Irで被覆したものを採用した。AFM測定には周波数変調方式を採用した。一方、2は、パルス電圧出力用の任意波形発生器、およびカンチレバー振動に同期させたパルス電圧をモニターするオシロスコープから構成される。パルス電圧の振幅・遅延時間は、自作プログラムにより制御した。動作検証の結果、本装置により、89ナノ秒の時間幅を有するトンネル電流(ポンプ電流)を探針-試料間に流せることを確認した。平成29年度は、TR-SPMで、(2)局所電荷の緩和過程を測定可能か検証した。半導体表面をテスト試料に用いた実験から、過渡的な局所電荷に伴う静電気力の変調を周波数シフトとして検出することに成功した。しかしながら、金属表面を用いた実験から、静電気力の変調は、探針へ注入された電荷に由来する(つまり本装置は、探針に注入された局所電荷の緩和を計測している)ことが明らかとなった。本結果は、注入された電荷が、探針表面の不純物等に捕獲されていることを示唆する。この課題解決には、現在の探針清浄化処理(イオンスパッタリング法)を改善する必要がある。今後は、上記の研究結果を論文にまとめると共に、電子衝撃法も含めた探針の清浄化を検討する。

一方、金属表面上での検証結果から、検出された静電気力の変調は、試料表面から探針へ注入された過渡的電荷に由来する(つまり、本装置は、探針に注入された局所電荷の緩和を計測している)ことが明らかとなった。平成29年度は、平成28年度に構築した時間分解走査プローブ顕微鏡の測定原理を実証する。現在、装置の構築はほぼ完了しており、シリコン基板を用いて、正常な信号が検出されるところまでは確認している。今後、試料としてペロブスカイト太陽電池を用いて、本装置の時間分解顕微鏡としての性能を調べ、その諸性能(時間分解能・S/N比)について検討を行う。一方、上記計画と並行して、対象試料となるペロブスカイト太陽電池の作製条件を最適化も行う。現在、本装置の測定原理を実証する上で、高性能なペロブスカイト太陽電池を再現性良く作成できないことが課題として挙げられる。今後、平成28年度に行った情報収集を基に、電池作成環境の改善、作成方法の一部見直しを行う。また、真空蒸着法を利用した電池作成についても検討を行う。総合理工
砂層内における微細粒子の移動に関する研究

本研究では干潟地盤内での生態環境を創造するため,砂層内における地下水流れと微細粒子の移動機構を明らかにすることを目的とする.昨年度に引き続いて,本年度は太田川放水路中流域の干潟地盤内で現地実験を行うとともに,室内で二次元浸透流による砂層内での微細粒子の輸送実験を行った.本年度に得られた成果:(1)地下水流れによる微細粒子の残留特性の推定本年度では提案した微細粒子の残留質量の推定モデル,および微細粒子の残留による透水係数低下の推定モデルと圧力損失モデルを二次元浸透流での微細粒子の残留に適用した.実験結果から,デュピー・フォルヒハイマーの仮定が成立する二次元浸透においても砂層の透水係数の低下比90%以内では提案したモデルが適用できるとわかった.この結果,浸透流速,砂地盤の特性,および微細粒子の濃度がわかれば微細粒子の残留特性(量と分布)および砂地盤の透水性の変化を推定可能になった.(2)現地地盤での微細粒子残留の測定法の提案現地干潟地盤では,潮汐変動に伴う河川および地盤内の水位が変動し,浸透流の方向が変化すると予想される.室内実験では,微細粒子の浸透方向と異なる浸透流(逆浸透流)での残留した微細粒子の流出特性を検討した.逆浸透流によって残留した微細粒子の一部が流出するため,浸透流の方向変化は微細粒子の侵入による砂層の目詰まりの抑制効果があるとわかった.さらに,現地での微細粒子残留の測定法を提案するため,境界水が上下方向に周期的に変動する浸透流による砂層内でのピエゾ水頭変動の推定式を提案した.提案方法の妥当性を検討するため,現地実験を行った.現地実験結果から,河川と地盤内の水位変動を測定することで砂地盤の間隙率を推定でき,経時的測定すれば砂地盤間隙率の変化から微細粒子の残留を検討可能になる.砂層内における微細粒子の移動を解明するために,太田川放水路中流域の干潟地盤内で現地実験を行うとともに,室内で砂層内での微細粒子の移動・流出実験を行った.現地実験では洪水により器材を流出する等の被害があり,十分な成果は得られなかったが,室内実験では微細粒子の輸送・残留メカニズムを力学的に解明することができた.砂層内での有機泥(粒径75μm以下の有機微細粒子)の輸送による圧力損失と砂層内に残留する有機泥量との関係から,従来の浸透理論を発展させた理論式を提案した.さらに,提案式を用いて砂層内での微細粒子の移動に及ぼす砂層の特性,浸透流速,および微細粒子に含まれる有機物の性状等の影響を明らかにした.上述の研究と並列して,砂層内での微細粒子の移動機構を化学的側面から明らかにするための研究を進めた.具体的には有機泥の分解特性と沈降特性を把握するための研究を行った.有機泥の分解試験では有機泥にアルカリ溶液(酸化カルシウム溶液)と酸性溶液(過酸化水素水)を混合した.有機泥に酸性剤を混合する場合は有機物が分解され,有機泥の性状(粒径,有機物量,分解度)が変化する結果を得た.有機泥にアルカリ剤を混合すると有機物成分が液中に溶出する等アルカリ分解特有の特徴を有することを明らかにした.また,沈降実験では有機性状が沈降速度に及ぼす影響を考察し,有機性状をパラメータとした沈降速度のモデル化を行った.これにより,微細粒子の粒子特性をフラクタル次元で現わすことを行い,砂層内を移流する微細粒子のモデル化を行うための基盤を構築することができた.本研究では,次世代型の沿岸環境に関する問題を解決する技術開発を行うことを目的としており,本年度は人工干潟造成時の問題点である生物多様性を向上するため,地盤内浸透での微細粒子(有機物が付着したシルト以下の土粒子,粒径75μm以下)の供給機構のモデル化に成功した.さらに,砂層内における微細粒子の移動挙動を解明するために,昨年度に引き続いて,太田川放水路中流域の干潟地盤内で現地観測・実験を行うとともに,室内で砂層内での微細粒子の輸送実験を行った.本年度に得られた成果は(1)干潟地盤内への微細粒子輸送の解明(現地観測・実験):現地干潟で鉛直方向に試料を経時的に採取し,試料の有機物含有量(強熱減量),粒度分布,および細留分含有率を測定した.試料の測定結果により,有機物含有量および細留分含有率が経時的に増加しており,粒度分布は経時的に変化していることがわかった.これらの結果から,浸透流によって地盤内へ微細粒子が輸送されることが明らかになった.また,間隙水圧計を用いた独創的な測定方法を確立し,地盤内での間隙水圧の変動を測定でき,浸透流の挙動を検討することが可能になった.(2)砂層内での微細粒子の残留モデルと透水係数の低下モデルの提案(室内実験):本年度では,砂層内での微細粒子の挙動をモデル化するために微細粒子の移動に及ぼす浸透流速と間隙体積の効果を実験的に定量化した.具体的には,間隙体積,および浸透流速と微細粒子の残留量や残留状態との関係を明らかにした.また,これらの効果を考量した砂層内での微細粒子の一次元残留モデルと,微細粒子の残留による砂層の透水係数の低下モデルを提案し,微細粒子の浸透・残留による砂層内での流動性の低下を推定可能になった.

本研究では干潟地盤内での生態環境を創造するため,砂層内における地下水流れと微細粒子の移動機構を明らかにすることを目的とする.昨年度に引き続いて,本年度は太田川放水路中流域の干潟地盤内で現地実験を行うとともに,室内で二次元浸透流による砂層内での微細粒子の輸送実験を行った.本年度に得られた成果:(1)地下水流れによる微細粒子の残留特性の推定本年度では提案した微細粒子の残留質量の推定モデル,および微細粒子の残留による透水係数低下の推定モデルと圧力損失モデルを二次元浸透流での微細粒子の残留に適用した.実験結果から,デュピー・フォルヒハイマーの仮定が成立する二次元浸透においても砂層の透水係数の低下比90%以内では提案したモデルが適用できるとわかった.この結果,浸透流速,砂地盤の特性,および微細粒子の濃度がわかれば微細粒子の残留特性(量と分布)および砂地盤の透水性の変化を推定可能になった.(2)現地地盤での微細粒子残留の測定法の提案現地干潟地盤では,潮汐変動に伴う河川および地盤内の水位が変動し,浸透流の方向が変化すると予想される.室内実験では,微細粒子の浸透方向と異なる浸透流(逆浸透流)での残留した微細粒子の流出特性を検討した.逆浸透流によって残留した微細粒子の一部が流出するため,浸透流の方向変化は微細粒子の侵入による砂層の目詰まりの抑制効果があるとわかった.さらに,現地での微細粒子残留の測定法を提案するため,境界水が上下方向に周期的に変動する浸透流による砂層内でのピエゾ水頭変動の推定式を提案した.提案方法の妥当性を検討するため,現地実験を行った.現地実験結果から,河川と地盤内の水位変動を測定することで砂地盤の間隙率を推定でき,経時的測定すれば砂地盤間隙率の変化から微細粒子の残留を検討可能になる.来年度の研究内容の一部をすでに実行した.来年度では砂層内における微細粒子の移動挙動を解明するために,本年度に引き続いて太田川放水路中流域の干潟地盤内で現地観測・実験を行う.また,室内で砂層内での微細粒子の輸送実験,および数値実験を行い,研究を当初に作成された研究計画の通りに完成させる.
ボルネオ島におけるビントロングの半着生イチジクの種子散布者としての有効性の評価

昨年度はおもにこれまでの野外調査で集めた量的、質的有効性のデータの解析を行い、まとめた。量的有効性は、各果実食性動物が散布した種子数で評価した。半着生イチジクの結実木でビントロング、テナガザル、オナガサイチョウの観察を行い、各種半着生イチジクの結実木一本で一日に消費する果実の量を推定した。推定消費果実量は、各種の採食速度と結実木での滞在時間をかけ合わせて算出した。次に、その推定果実量に種子数をかけ合わせて、各果実食性動物が散布した推定種子数を割り出した。その結果、ビントロングの推定散布種子数が他の2種よりも圧倒的に多かった。質的有効性は、各果実食性動物に散布された半着生イチジク種子の発芽率、各果実食性動物の種子の散布先の微環境の2点から評価した。対象動物3種の腸管を通過した種子は一定数発芽し、発芽率はイチジクの種や動物種によってばらつきがあるが、基本的に正の効果を与えることが分かった。また、各動物種の種子散布微小環境と半着生イチジクの実生の発芽環境の類似性を比較した結果、ビントロングは半着生イチジクの実生の発芽環境と非常に似通った環境に種子を散布することが分かった。量的、質的有効性両方の点から各動物種の半着生イチジクの種子散布者としての有効性を比較したところ、ビントロングが最も有効な散布者であること、熱帯雨林において非常に重要な種子散布動物として認識されていたテナガザルとサイチョウが、半着生イチジクの種子散布への貢献度が低い、ということが示唆された。これらの結果を1本の投稿論文、2回の学会で公表した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、宿主となる木の樹上の水分を含む基質の上、という特殊な発芽環境を必要とする、半着生(絞め殺し)イチジクの種子散布動物の有効性を評価することを目的としている。有効性は、散布した種子の量(量的有効性)と種子散布先の環境(質的有効性)の二点に着目し、ボルネオ島に生息する、果実食性動物ビントロングと、他の果実食性動物2種を比較することで評価を行った。前年度は、主に質的有効性を中心に研究を行った。2015年度に捕獲したビントロング2個体、およびイチジク食傾向が強いボルネオテナガザルとオナガサイチョウを個体追跡し、種子散布(排泄)先の環境の特定を行った。これまでに、ビントロング、ボルネオテナガザル、オナガサイチョウの種子散布場所をそれぞれ9か所、9か所、4か所特定した。各散布場所を、着生植物、木の又、枝、下層の葉、地面の5つの微小環境に分類した。3種すべては樹上で排泄をしたが、このなかで半着生イチジクの種子の潜在的な発芽場所は、着生植物と枝の上である。こうした環境に散布した動物は、ビントロングのみであった。したがって、上記3種のなかでは、ビントロングが質的に有効性な半着生イチジクの種子散布者であることが示唆された。ビントロングが着生植物や木の又に散布した種子の運命を追跡するために、4か所にタイムラプスカメラを設置し、現在も長期観察を行っている。また、半着生イチジクの果実を食べたビントロングの糞と、同じ結実個体のイチジク果実から同数の種子を回収し、発芽率を比較したところ、ビントロングの糞由来の種子の発芽率が高いことが示唆された。このことからも、ビントロングは、半着生イチジクの種子散布者として、質的に有効であることが示唆された。今年度は、引き続き質的有効性の評価に加えて、量的有効性の評価についても調査を行う予定である。前年度は、主に半着生イチジクの種子散布動物の質的有効性の評価を行った。サンプル数はまだ少ないものの、現地アシスタントの協力のもと、データを順調に蓄積している。2017年度はビントロング及び比較対象となるオナガサイチョウ、テナガザルに散布された種子の発芽率や種子散布環境の比較など、質的有効性の解明を中心に研究を行った。発芽率の実験では、半着生イチジクで採食したビントロングとオナガサイチョウの糞から採取した種子を用いた。テナガザルについては、体内滞留時間が長く(24時間以上)、どの結実木由来の種子か断定できなかったため、先行研究(McConkey 2000)のデータを参考にした。同じ結実木で採食した個体の糞を発見することができなかったため、各種の発芽率を統計学的に比較することはできないが、ビントロングとの比較対象動物2種を含むすべての種で、腸管を通過した種子の発芽率は、イチジク由来の種子よりも発芽率が高い傾向にあることが明らかになった。各果実食性動物の種子散布環境の比較では、ビントロング、テナガザル、サイチョウを追跡し、種子散布(排泄場所)の微小環境を記録した。その結果、ビントロングとオナガサイチョウのみが半着生イチジク種子の潜在的な発芽環境に種子を散布することが分かった。特にビントロングは、そうした環境に指向性散布を行っていることが明らかになった。

これらの結果と量的有効性を合わせて総合的な半着生イチジクの種子散布者としての有効性を評価すると、ビントロングは今回調査した3種の果実食動物の中では、著しく有効性が高いことが分かった。しかし、半着生イチジクの種子の発芽に適さない環境に種子散布をした場合は、他の2種と同様の値を示す。これらの結果をまとめ、第65回日本生態学会で発表した。前年度は、主に半着生イチジクの種子散布動物の質的有効性の評価を行った。量的有効性のデータについては、イチジクの結実状況や天候などに左右されるため十分なデータは集まっていないが、これまでの結果をまとめることは可能である。計画通り、野外調査により必要なデータを集めることができた。昨年度はおもにこれまでの野外調査で集めた量的、質的有効性のデータの解析を行い、まとめた。量的有効性は、各果実食性動物が散布した種子数で評価した。半着生イチジクの結実木でビントロング、テナガザル、オナガサイチョウの観察を行い、各種半着生イチジクの結実木一本で一日に消費する果実の量を推定した。推定消費果実量は、各種の採食速度と結実木での滞在時間をかけ合わせて算出した。次に、その推定果実量に種子数をかけ合わせて、各果実食性動物が散布した推定種子数を割り出した。その結果、ビントロングの推定散布種子数が他の2種よりも圧倒的に多かった。質的有効性は、各果実食性動物に散布された半着生イチジク種子の発芽率、各果実食性動物の種子の散布先の微環境の2点から評価した。対象動物3種の腸管を通過した種子は一定数発芽し、発芽率はイチジクの種や動物種によってばらつきがあるが、基本的に正の効果を与えることが分かった。また、各動物種の種子散布微小環境と半着生イチジクの実生の発芽環境の類似性を比較した結果、ビントロングは半着生イチジクの実生の発芽環境と非常に似通った環境に種子を散布することが分かった。量的、質的有効性両方の点から各動物種の半着生イチジクの種子散布者としての有効性を比較したところ、ビントロングが最も有効な散布者であること、熱帯雨林において非常に重要な種子散布動物として認識されていたテナガザルとサイチョウが、半着生イチジクの種子散布への貢献度が低い、ということが示唆された。これらの結果を1本の投稿論文、2回の学会で公表した。今年度は、これまで行ってきた半着生イチジクの種子散布者としての質的有効性の評価に加え、量的有効性についても調査を行う予定である。また、2017年3月に、これまで個体追跡をしてきたビントロング2頭のテレメトリー発信機の電池が切れた、という報告を現地アシスタントから受けたので、新たにビントロングの捕獲・追跡を行い、調査を進める予定である。今年度は、これまでに得たデータをまとめ国際誌での公表を行う。また、適宜シンポジウムや国内・国際学会で発表する予定である。学会だけでなく、野外調査を行っているマレーシア・サバ州でも一般向けの講演などを行い、成果の普及を図る。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
計装化ウルトラミクロトームの開発と生体組織/異種物質界面との界面密着性評価

計装化ウルトラミクロトームに関する研究は国内では皆無であった。海外では1996年になってLulea大学M.L.Ericsonの研究がある。本研究では主として生体組織/インプラント(異種物質)界面の密着性(力学的強度)、あるいは産業製品における積層構造材料を評価する手法として、計装化ウルトラミクロトームを開発した。これにより従来あいまいな評価でしかなかった生体組織/インプラント材界面の密着力ないしは積層構造材料を評価する手法を確立した学術的意義は大きい。1)計装化ウルトラミクロトームの概念設計と製作を重点を置き、切削時における要素を解析した。「せん断エネルギー」と「摩擦エネルギー」が大きく関与していることを明らかにした。2.計装化ウルトラミクロトームの試作(開発研究)をおこなった。試料切削時の切削力を評価する方法として、試料ホルダー側あるいはナイフ側に歪み検出器を取り付けた。3.既存ウルトラミクロトームの試料ホルダー部に圧電アクチュエータを組み込み、せん断エネルギー(切削力)などを計測できるシステムを試作し、完成させた。4.圧電アクチュエータからの出力を、RS232Cを介してパソコンに入力し、画像解析するためのソフトを構築した。5.切削時における切削力と切削時間特性曲線(切削力プロファイル)のパターン解析をおこない、試料の切削断面積形状とパターンの関連性を明らかにした。6.具体的には人工物を用いて材料評価と界面密着性評価をおこなった。(1)in vivo試料(すでに力学的強度が明らかな人工物界面を有する試料)を用いて、材料評価をおこなった。7.人工物としては金属、高分子、セラミック、また集積膜(多層膜)における単層の切削強度(せん断応力)、物性的特性との関連性を明確にした。8.積層膜の各層の密着性を定量的に求めることができる可能性を明らかにした。事故や関節リウマチ、変形性関節症などの関節障害により、機能回復が望めない場合に「人工関節」は有望である。人工関節を固定させるには、1)人工関節と骨とを密着させる、2)スクリューやスパイクによって機械的に固定させる、3)人工関節と骨との間に骨セメントを充填させて固定させる、4)多孔性材料に骨組織を侵入させて固定させるなどの方法が採用されている。なぜ、これらの多様な方法が採られているかは、生体組織とインプラントされた異種物界面の密着性、つまりは力学的・化学的な密着強度が評価できないことに原因がある。そこで本研究では異種物質界面の密着性と生体適合性の視点から計装化ウルトラミクロトームを開発し、生体組織と金属、セラミック、有機材料などとの密着性(力学的強度)を定量化することを目的とした。本年度の研究概略は以下のとおりである。(1)主として計装化ウルトラミクロトームの概念設計に重点を置き、切削における要素を解析した。この結果、せん断エネルギーと摩擦エネルギーが大きく関与していることが明らかになった。(2)切削の要素解析を行った結果に基づき、既存ウルトラミクロトームの試料ホルダー部に圧電アクチュエータを組み込み、せん断エネルギー(応力)や摩擦エネルギーなどを計測できるシステムをメーカに発注し、試作機ができた。(3)切削エネルギーの計測にはダイヤモンドナイフを用いた。生体組織/異種物質界面との密着性強度(あるいは剥離性)の関連性については新たに密着性評価治具を考案した。(4)圧電アクチュエータからの出力を、RS232Cを介してパソコンに入力し、画像解析するためのソフトを構築中である。

材料系試料の場合、単に超薄切片を切削し、薄片化できればよいという要望だけではなく切削エネルギー、せん断応力など力学的特性を求めたいという要求がある。この背景には人口生体材料の力学的特性、あるいは生体組織とインプラントされた異種物質界面(たとえば骨と金属、高分子系材料など)の密着性などを、何らかの手法によって定量的に評価する方法が模索されている。本研究は既存ウルトラミクロトームの試料ホルダー部に力検知ホルダーを作製し、高感度力変換器(水晶測定素子)を取り付けた。切削する試料、あるいは密着性を評価する試料はサンプルを押えねじによってによって円柱試料、平板試料の形状が固定できる。測定子の全長は、63.7mm、直径約10mmである。なお素子の力測定範囲は数mN50N(約1g5000g)までが測定できる。この力変換器によって発生した電荷信号を、チャージアンプに供給し、力に比例した電圧信号に変換される。つぎにアナログ信号をデジタル信号に変換するためAD変換器に供給し、さらにパーソナルコンピュータによって出力データを処理する。一例であるが切削面積0.5mm×1mm、5:5で重合硬化したブロックの切削時における切削応力の経時的変化およびに切削応力と切削厚さの関係を調べた。この結果、切削応力は同一の切削面をもった同じブロックでも切片の厚さ、切削速度によって変化し、切片が厚く、切削速度が速くなるほど大きくなることが明らかになった。このように既存のウルトラミクロトームに計装化パーツを取り付けることによって、(1)切削時の応力が計測できるばかりではなく、(2)ナイフと試料のあたり(接触)の感知、(3)振動(チャター)の有無、(4)厚さ分布、(5)試料の切削枚数、(6)密着性の評価などの確認が容易にできることが明らかになった。研究成果は2000年の日本電子顕微鏡学会で報告(2編)する。
マントルウェッジカンラン岩のレオロジーと変成プロセス

本研究では,かんらん岩の主構成鉱物であるかんらん石の結晶方位ファブリックとマントルのテクトニックな背景との関係について世界中のかんらん岩について精査した.かんらん石の変成鉱物として生じた蛇紋石(アンチゴライト)の結晶方位ファブリックの特徴とかんらん石ファブリックの関係を定量的に明らかにした.かんらん石とアンチゴライトの結晶方位の異なる岩石について弾性波速度を実測して,それぞれの鉱物の結晶方位異方性の強さが地震波異方性にどのような変化を与えるのか明らかにした.青色片岩の主構成鉱物である藍閃石とローソン石のファブリックの発達度合いから沈み込んだ海洋地殻のレオロジーと地震波異方性の効果を示した.本研究では,かんらん岩の主構成鉱物であるかんらん石の結晶方位ファブリックとマントルのテクトニックな背景との関係について世界中のかんらん岩について精査した.かんらん石の変成鉱物として生じた蛇紋石(アンチゴライト)の結晶方位ファブリックの特徴とかんらん石ファブリックの関係を定量的に明らかにした.かんらん石とアンチゴライトの結晶方位の異なる岩石について弾性波速度を実測して,それぞれの鉱物の結晶方位異方性の強さが地震波異方性にどのような変化を与えるのか明らかにした.青色片岩の主構成鉱物である藍閃石とローソン石のファブリックの発達度合いから沈み込んだ海洋地殻のレオロジーと地震波異方性の効果を示した.本研究の目的は,スラブ起源流体によるマントルウェッジの変形変成作用である蛇紋岩化のプロセスと研究代表者がこれまでに進めてきたカンラン岩の研究と総合して,マントルウェッジの流動・変成過程を明らかにすることである.平成22年度は,申請書に要望していた本研究の核となる分析装置:走査型電子顕微鏡(HITACHI S-3400N, Oxford Channe 15+INCASynergy)を導入した.研究実績としては以下の通り.研究計画に従ってマリアナ海溝南部陸側斜面の海底面調査をしんかい6500によって実施した.その他パレスベラ海盆ゴジラメガムリオンの蛇紋岩の弾性波速度測定を予察的に行い,非常に遅い弾性波速度をもつことを明らかにした.蛇紋岩の高温高圧変形実験に加え,天然に産する蛇紋岩の変形組織解析を行った.その結果,伊豆小笠原弧の深海底から採取された蛇紋岩はマントル条件での剪断変形を受けていることが分かり,強い結晶選択配向を示した.このことは,伊豆小笠原弧のプレート境界に産すると期待される蛇紋岩が顕著な地震波異方性を持つことを意味し,地震波異方性からマントル内部での蛇紋岩の存在(ならびに水の存在)を検出できることを示唆している.蛇紋岩試料中のオリビン,アンチゴライトの結晶方位分布と,これらの鉱物単結晶の弾性定数を用いて,弾性波速度のフォワード計算を行い,測定データとの比較を行った.その結果,測定された速度は,下限であるReuss平均に近い低速度であることが分かった。とくに,この傾向は,岩石の面構造に垂直に伝播する波について顕著であった(Watanabe et al., in press).このような低速度をもたらす要因として,(1)アンチゴライトのつくる層構造,(2)薄い板状という形状が考えられる.単純なモデル計算を行ったところ,(1)の寄与はあまり大きくないことが分かった.今年度はさらに(2)について計算法の開発を進める.本研究の目的は,スラブ起源流体によるマントルウェッジの変形変成作用である蛇紋岩化のプロセスと研究代表者がこれまでに進めてきたカンラン岩の研究と総合して,マントルウェッジの流動・変成過程を明らかにすることである.静岡大学チームは,海洋底の岩石研究の成果がまとまった他,カンラン岩捕獲岩の研究でも一定の成果があった.また,蛇紋岩の構造解析として蛇紋石相による変形様式の変化を夜久野オフィオライト待ちの山岩体で確認した.富山大学チームは,構成鉱物の弾性定数および結晶方位分布から蛇紋岩の弾性定数を推定するための計算方法の研究を進めた.アンチゴライトのような弾性的異方性が強い鉱物を含む場合,従来のVoigt平均,Reuss平均による見積もりは不確定性が大きい.これは,鉱物粒子の形状や配列等が考慮されていないためである.われわれは,実測値がReuss平均に近い低速度であることに着目し,アンチゴライト粒子の形状を考慮した蛇紋岩の弾性定数の計算方法を開発した.従来に比べて格段に地震波速度の推定精度が向上した結果を得た.広島大学チームでは,蛇紋岩の実験研究を進めた.沈み込むプレートから脱水反応により放出された流体は,一般的にその浮力のため直上に移動すると考えられているが,プレート境界に存在する蛇紋岩では剪断変形による面構造が著しく発達しているため透水率に異方性が生じ,流体移動が面構造(応力場)に制約される可能性がある.蛇紋岩の透水率異方性を検証する透水試験を行った結果,蛇紋岩の片理に垂直な浸透率は片理に平行なものに比べ系統的に低い値を示した.このことから.脱水反応によりマントルへ放出された流体は蛇紋岩の面構造に沿いプレート境界方向に選択的に移動すると予想される.当研究課題の目的は,(1)スラブ起源流体によるマントルウェッジの変形変成作用である蛇紋岩化のプロセスを結晶構造レベルから明らかにすること,(2)蛇紋岩化がマントルの地震波速度(観測可能物性)およびレオロジー(プロセス支配物性)に与える影響を明らかにすること,(3)これまでに進めてきたカンラン岩の研究と総合して,マントルウェッジの流動・変成過程を明らかにすることである.

当研究課題によって,研究代表者の実験室に新しい岩石中の鉱物の結晶方位解析をするための装置SEM-EBSD-EDSを導入できた.すでに成果としてMichibayashi & Oohara (2013, EPSL),Michibayashi at al. (2012, Tectonophycis)やNishiiet al. (2011, JSG)を報告している.その他,研究分担者も弾性波解析(Watanabe et al., 2011)や蛇紋岩の実験(Katayama et al., 2011Geology, 2012 Nature Geoscience)など順調に成果を出すことができた.また最終年度であったが,2013年度のトンガ海溝調査のための旅費を支出し,これまで未知であったホライゾン海淵の地形構造を明らかにするとともに5000mよりも浅い陸側斜面に新鮮なかんらん岩が存在することを発見した.本研究の目的は,スラブ起源流体によるマントルウェッジの変形変成作用である蛇紋岩化のプロセスと研究代表者がこれまでに進めてきたカンラン岩の研究と総合して,マントルウェッジの流動・変成過程を明らかにすることである.本年度は,北海道日高帯幌満かんらん岩体と東北地方の宮守・早池峰岩体の調査を実施して前弧側かんらん岩の実体調査を進めた.さらに比較研究としてタスマニア産のかんらん岩捕獲岩の構造岩石学的特徴を明らかにした他,石英の結晶粒成長過程について高温高圧装置を使って明らかにした.また走査型蛍光X線分析顕微鏡を用いた層状はんれい岩の組織解析を試行した結果を報告し,オマーンオフィオライトの海洋地殻ーマントル境界に発達した延性剪断帯と加水による軟化作用を詳細に解明した.静岡大学で当初予定であったEBSDシステムのアップグレードに成功し,分析も順調に進んでいる.さらに富山大学や広島大学においても理論研究と実験研究に進展があった.研究組織チームの夏休み合同セミナーも開催しており.今後のさらなる発展が期待されるから.25年度が最終年度であるため、記入しない。静岡大学チームは,トンガ海溝とマリアナ海溝の調査が進展し,マントルウェッジの初期発達構造についての知見が得られる見通しが立った.また,前弧側の蛇紋岩化作用に関して,定常的な沈み込み帯が確立する以前から蛇紋岩ゾーンが存在している可能性を見出した.富山大学チームは,アンチゴライトの粒子形状を考慮した弾性定数の計算を行った.われわれは,前年度に開発した粒子形状を考慮した計算方法を応用して,等方的な蛇紋岩の弾性波速度(常温,常圧)を求め,P波,S波それぞれ,6.70 km/s,3.78 km/sという値を得た。これから得られるVp/Vsは1.77であり,実測で得られている1.8とほぼ一致する。この結果を地震波速度トモグラフィの解釈に応用すると,紀伊半島下のウェッジマントルなどで得られている1.8を大きく超えるVp/Vs(Hirose et al., 2008)は,蛇紋岩化だけでは説明できず,流体が存在を意味していると考えられる。広島大学チームでは高圧透水変形実験により,沈み込み帯を構成する岩石の浸透率を測定している。これまでのところ,マントルと水が反応し形成される蛇紋岩では浸透率の異方性が確認され,プレートからマントルへ放出される水はプレート境界方向に選択的に移動することが分かった。今後の推進方策について,現在の研究組織の運営はすこぶる順調である.
メロン種子遺存体の分子遺伝学的解析：選抜された果実の特性とその背景の推定

本研究では果実形質が選抜されていたことを検討するために,果肉色(CmOr)や果実の酸味(CmPH)に関連する遺伝子についてDNAマーカーを開発するとともに,それらのマーカーを用いてメロン種子遺存体を分析した.分析により,メロン種子遺存体の解析によって,近世の商業都市である大坂城・城下町ではメロン仲間の選択において酸味や果肉色に好みがあったこと,それらのメロン仲間が日本在来のマクワやシロウリと関連があることを示していたことがわかった.今後,作物への嗜好と選抜との対応,これに関わる社会や政治的背景を研究するため,これらDNAマーカーを幾つかの時代のメロン種子遺存体に適用する.申請者は作物に選抜が加えられたことを解明するために,メロン仲間の種子遺存体の分析に取り組んだ.具体的には,1大阪府から出土したメロン種子遺存体について,形状分析と既報で開発したDNA分析を実施するとともに,果実形質に関わるDNAマーカーの開発を行った.1では,メロン仲間の種子長は,弥生時代,奈良時代,平安時代へと移行するにつれて長くなっており,岡山県鹿田遺跡と同じく,数タイプのメロン仲間が時代の経過と共に導入されていることがわかった.一方,中世末から近世にかけては,さらに大型の種子長が認められ,メロン仲間の導入はさらに進められていた.これらのメロンにおいて細胞質型は主にIaであり,日本に固有の在来メロンであるマクワやシロウリと同じタイプであった.以上の結果は,近世まで大坂城周辺において数種類のメロンが利用されたこと、それらのメロン仲間が主にIa型の母系から普及しており,現生メロンの育成系譜と関連があることを示していた.2では,果実の糖度や酸味に関連する遺伝子(CmPH),果肉色に関連する遺伝子(CmOr)および果実の大きさと連鎖しているDNA領域(locus A, CMAT144)について種子遺存体用のDNAマーカーを設計した.これらのうち,CmPHとCmOrでは,現生メロンについて系統解析を行い,果実形質と対応していることを確認できたので,今後,大阪府や鹿田遺跡で出土したメロン種子遺存体で分析を進める.本年度において,研究申請時の計画は先に開発したDNAマーカーを用いて大阪府のメロン種子遺存体を解析すること,ならびに果実形質に関連するDNAマーカーを開発することであった.解析および開発とも当初の目標を達成した.成果公開では,研究結果は今夏に開催される日本文化財科学会(奈良大学・奈良市)や国際古民族植物学会(フランス・パリ)にて発表が確定している.また,先の研究での成果は『Genetic Resources and Crop Evolution』誌にて公開されることになった.既存研究を含めた研究の成果は,国内外で紹介することになり,分析の普及に努めることができた.故に,研究は解析と発表において計画を順調に達成していると,判断された.申請者は作物に選抜が加えられたことを解明するために,メロン仲間の種子遺存体の分析に取り組んだ.具体的には以下の通りである.1近畿地方や中国地方におけるメロン仲間の遷移を検討するために,大坂城下ならびに岡山県鹿田遺跡の遺跡周辺の遺跡から出土したメロン種子についてサイズを分析した.近畿地方におけるメロン仲間の種子長は,弥生時代,奈良時代,平安時代,中世へと移行するにつれて大型になっており,メロン仲間の導入が進められていたことを示していた.一方,中世から近世にかけてのメロン種子は大型の種子または小型の種子で主に構成されており,選抜が進められていることを示していた.また,同時期の岡山県鹿田遺跡周辺においてもメロン種子は主に小型の種子であり,独自に選抜が進められていたことを示していた.2これらメロン系統のメロンタイプを推定するために,135系統の現生メロンについて種子長の頻度構成を調査した.調査結果に基づくと,中世から近世において利用されていたメロンは,大坂城下ではマクワ,シロウリ,ならびに南アジアに起源するモモルディカメロンであるのに対し,同時代の岡山県ではマクワと, 2つの遺跡周辺でメロンに対する嗜好が異なることを示していた.3メロンへの嗜好を検討するために,前年に開発したDNAマーカーを用いて既報で利用した大坂城下ならびに岡山県鹿田遺跡のメロン種子を分析した.なお,前年に開発したDNAマーカーは,果実の糖度や酸味に関連する遺伝子(CmPH),果肉色に関連する遺伝子(CmOr)および果実の大きさと連鎖しているDNA領域(locus A, CMAT144)のマーカーである.PCR増幅法によりCmPHやCmOrでは,DNAを増幅することができたので,現在,これらのDNAについて塩基配列の解析を進めている.本年度において,研究申請時の計画は大坂城下や岡山県鹿田遺跡周辺のメロン種子のサイズを調査することと,前年に開発したDNAマーカーを用いて大坂城下のメロン種子遺存体と岡山県鹿田遺跡のメロン種子を解析することであった.解析では当初の目標を達成した.加えて,現生メロンの種子サイズ調査によって,2つの遺跡周辺でメロンタイプが選抜された可能性も検討できたので,研究は順調に進んでいる.研究結果は日本文化財科学会(奈良大学)や国際古民族植物学会(フランス)だけでなく,書籍や市民セミナー(岡山大学)においても紹介したので,国内外の研究者や一般に公開できた.故に,研究は解析と発表において計画を順調に達成していると,判断された.

申請者は作物に選抜が加えられたことを解明するために,これまで,メロン仲間の種子遺存体に適用可能な果実の酸味や果肉の色に関連するDNAマーカー(CmPH, CmOR)を開発した.そこで,本年度,これらのマーカーを用いて,大坂城と城下町より出土した近世のメロン仲間の種子遺存体について解析した.なお,果実の甘さに関わるショ糖や果糖の合成が有機酸の代謝と競合するため,有機酸の代謝関連遺伝子の機能はショ糖の蓄積量に影響している.従って,有機酸の代謝に関わる遺伝子(CmPH)は,果実の糖の含量とも関連しており,大坂城と城下町にて利用されていたメロン仲間の食味を推定できる.解析により,酸味が低い現生メロンや緑色の果肉の現生メロンに相当するDNA配列が認められた.既報の種子長の解析では,マクワの変異を示す種子が検出されており,細胞質型はマクワと同じタイプであった(田中ら2016, Tanaka et al. 2016).マクワの果実は,成熟時におけるショ糖の蓄積により甘くなるため,同じ日本の在来メロンであるシロウリとわけることができる.これらのことは,大坂城と城下町にて酸味が低いメロン仲間が利用されていたとする考えを支持していた.一方,南アジアに固有のモモルディカメロンに相当する長さの種子が大坂城と城下町では認められている(田中ら2016, Tanaka et al. 2016).このため,近世の大阪城周辺ではマクワを含む多様なメロンが生産され都市部に運ばれていたことが推察された.本研究では果実形質が選抜されていたことを検討するために,果肉色(CmOr)や果実の酸味(CmPH)に関連する遺伝子についてDNAマーカーを開発するとともに,それらのマーカーを用いてメロン種子遺存体を分析した.分析により,メロン種子遺存体の解析によって,近世の商業都市である大坂城・城下町ではメロン仲間の選択において酸味や果肉色に好みがあったこと,それらのメロン仲間が日本在来のマクワやシロウリと関連があることを示していたことがわかった.今後,作物への嗜好と選抜との対応,これに関わる社会や政治的背景を研究するため,これらDNAマーカーを幾つかの時代のメロン種子遺存体に適用する.申請者は,今年度に供試した材料に加えて,弥生時代(鬼虎川遺跡,池上曽根遺跡),古墳時代(古留遺跡),奈良時代(難波宮跡,平城京),平安時代(長岡京,平安京),鎌倉時代(鳥羽離宮),ならびに岡山県鹿田遺跡のメロン種子についても解析を進める予定であり,これらの解析が近畿地方における作物の選抜について検討できることを期待している.成果公開では,早期に結果を公開するために,当初,最終年度に予定していた国際古民族植物学会での公開を前倒しして,次年度に行う.2017年度が研究の最終年度にあたるので,申請者は,DNA分析を早期に完了して成果公開に務める.DNA分析では「研究実績の概要」の末尾で述べた塩基配列の解析といくつかの分析試料に残存しているDNAの解析を行う.これらの解析が大坂城下や岡山県鹿田遺跡という2つの地点周辺間における作物の選抜について検討できることを期待している.成果公開では,国内学会(日本文化財科学会)や国際学会(第14回国際ナス科・第3回ウリ科合同学会)にて行うとともに,これまでの研究成果を集成して学術誌に投稿する.植物遺伝育種学DNA分析に係る消耗品の購入に際して,大量一括購入,ならびに割引時における購入により,物品費を当初計画より縮小できた.これにより,残余が出た.今年度において研究消耗品は計画的購入と比較的安価に購入できる時期に購入を進めたことで支出を抑えることができた.この結果,次年度使用額が生じた.
脊髄損傷異所性骨化モデルマウスにおける超音波照射の影響

脊髄損傷異所性骨化モデルマウスに超音波を照射した結果、照射強度0.1W/cm^2では、有意に異所性骨の形成を抑制したが、0.5W/cm^2、1W/cm^2では有意な効果は得られなかった。本年度の研究は,脊髄損傷異所性骨化モデルマウスを,正確に作成することに重点を置いた.脊髄損傷を発生させた7日後にBMPカプセルを移植し,異所性骨化を惹起させるわけであるが,脊髄損傷を発生させる手術中の術中死と脊髄損傷を発生させた13日後に死亡するケースがしばしばあり,手術方法を検討した.麻酔の程度,切開部の場所等の変更と,手術時間を短縮した結果,死亡のケースは減少し,安定した脊髄損傷モデルを作成することが可能となった.脊髄損傷の程度としては,臨床でも多くを占めている不全麻痺を作成することとし,先端が直径約2mmのプラスチック棒を露出した脊髄に当て,そこに3gまたは5gの金属錘を25cmの高さから落下させ損傷を起こすweight drop法を選択した.これによって,マウスの麻痺の程度を評価する改変版MFS(hindlimb motor function score)の38程度(中等度)の脊髄損傷モデルマウスが作成された.安定した脊髄損傷モデルマウスを作成後,1匹のマウスの両大腿にBMPを移植し,一肢に超音波を3週間照射し,もう一肢は非照射のコントロールとして,現在9例18肢のサンプリングを終えている.超音波の照射条件は,照射出力0.1W/cm2,照射時間10分間,照射率20%として,毎日照射した.軟X線画像上では,超音波照射側において,非照射足よりも異所性骨の形成が抑制されていた.今後,サンプリングした下肢から軟X線画像をもとに異所性骨化部を摘出し,灰分重量の測定を行っていく予定である.さらに,超音波の照射条件を3条件程度行い,異所性骨化を抑制するための適切な照射条件を検索していく予定である.
遺伝子置換ノックインマウスを用いた、視覚機能多様性に関する研究

薄明視と昼間視を司る桿体視細胞と錐体視細胞では、光感度や光応答の速度が異なることが知られている。しかし、両視細胞に発現する光情報伝達蛋白質のどのような性質の違いにより違いが生じるのかはよくわかっていない。本研究では、光情報伝達蛋白質群の最上流に位置する視物質が、視細胞の光応答特性に果たす役割を検証する為に、桿体視細胞に発現する視物質ロドプシンをマウス緑錐体視物質に置換したノックインマウスを作製し電気生理学的に表現型解析を行った。吸引電極法を用い単一視細胞の光応答を詳細に解析した結果、視物質の光反応量当たりの光感度は野生型に対しマウス緑ホモマウスでは1/4倍に低下することが分かった。ウエスタンブロット法により視物質以外の光情報伝達蛋白質の発現量の定量を行い、それらが光感度に与える影響を考慮した結果、マウス緑ホモマウスにおける光感度の低下は置換した視物質の性質の違いに由来することが示唆された。この結果をさらに詳細に検証するため、吸収極大波長が短波長側にシフトしたロドプシン変異体とマウス緑との交配により、互いに吸収極大波長が異なる視物質が同一の視細胞に共発現するヘテロマウスを作製し、刺激光の波長依存的に両視物質の反応比率が変化するという性質を利用して解析的に視細胞の光感度をロドプシンとマウス緑で比較した。その結果、ロドプシンからマウス緑への置換により桿体視細胞の光感度は0.33±0.14倍に低下することが明らかになった。一方、光応答のピークに達するまでの時間に関してはロドプシンとマウス緑で有意な差は観察されなかった。薄明視と昼間視を司る桿体と錐体視では、それぞれに含まれる視物質の分子特性が異なることが知られている。生体内においてこれらの諸性質が果たす役割を検証するため、申請者が作製した視物質置換ノックインマウスの表現型解析を行なった。ノックインにより桿体視物質をマウス緑及びニワトリ緑錐体視物質に遺伝子置換したマウスを2系統作製し、その解析を行った。表現型解析として、まず、置換された遺伝子の転写量や翻訳量をRT-PCR法や分光学的手法により測定した。その結果、導入した錐体視物質の転写量(発現量)は、それぞれ野生型に比べ60%(10%)、60%(10%)であった。更に、免疫組織化学法により、発現蛋白質の細胞内の局在を解析した結果、錐体視物質が桿体視細胞外節に輸送されることが分かった。また、視物質等の光情報伝達に関わる遺伝子改変は、網膜の形態に多大な影響を与える可能性が高いことが知られている。そこで、各遺伝子型における網膜組織の形態の観察を行ったところ、錐体視物質を発現する視細胞は加齢に従って変性を起こすことが分かった。また、網膜電位図(ElectroRetinoGram)を記録し、視細胞に由来するa波を指標として、視細胞の光感度を解析した。その結果、桿体視物質から錐体視物質へ置換されたことにより、光情報伝達効率と光感度の低下がおこっていることが分かった。これらの結果、遺伝子置換した視物質は光受容蛋白質として機能し、桿体と錐体の視細胞の特性の一部は、視物質の性質の違いにより引き起こされることが示唆された。薄明視と昼間視を司る桿体と錐体視細胞では、それぞれに含まれる視物質の分子特性が異なることが知られている。光情報伝達過程においてこれらの諸性質が果たす役割を検証するため、申請者が作製した2系統の錐体視物質ノックインマウス(桿体視物質をマウス緑・ニワトリ緑錐体視物質に置換)の表現型解析を行なった。網膜電位図(ERG)を記録し、視細胞に由来するa波を指標として、桿体視細胞の光感度を解析した結果、視物質の置換により、光感度の低下(野生型に対しマウス緑は1/25、ニワトリ緑は1/8)がおこっていることが分かった。一方、発現視物質量を分光学的に測定すると、野生型のロドプシンに対してマウス緑は1/10であったが、ニワトリ緑が1/5であることが分かった。これらの結果、視物質の性質の違いにより光感度の低下が引き起こされることが示唆された。さらに,吸引電極を用いてノックインマウスの単一視細胞記録を記録し、光感度や応答速度を細胞レベルで調べた。桿体視物質をマウス緑錐体視物質に置換したマウスと野生型での視細胞応答を比較した結果、ノックインマウスは野生型に比べて33倍の感度低下が起こっていることがわかった。この結果はERGで測定された結果と対応しているため、確かに視細胞レベルで感度の低下が起こっていることが判明した。これと並行して錐体視物質ノックインマウスの桿体視細胞外節を調製し、錐体視物質の生体膜中での性質を分光学的に測定した。その結果、生体膜中においても錐体視物質の分子特性(中間体の挙動)が、ロドプシンと大きく異なり、活性中間体の寿命が数百倍短いことが分かった。

本研究では、光情報伝達蛋白質群の最上流に位置する視物質が、視細胞の光応答特性に果たす役割を検証する為に、桿体視細胞に発現する視物質ロドプシンをマウス緑錐体視物質に置換したノックインマウスを作製し電気生理学的に表現型解析を行った。吸引電極法を用い単一視細胞の光応答を詳細に解析した結果、視物質の光反応量当たりの光感度は野生型に対しマウス緑ホモマウスでは1/4倍に低下することが分かった。ウエスタンブロット法により視物質以外の光情報伝達蛋白質の発現量の定量を行い、それらが光感度に与える影響を考慮した結果、マウス緑ホモマウスにおける光感度の低下は置換した視物質の性質の違いに由来することが示唆された。この結果をさらに詳細に検証するため、吸収極大波長が短波長側にシフトしたロドプシン変異体とマウス緑との交配により、互いに吸収極大波長が異なる視物質が同一の視細胞に共発現するヘテロマウスを作製し、刺激光の波長依存的に両視物質の反応比率が変化するという性質を利用して解析的に視細胞の光感度をロドプシンとマウス緑で比較した。その結果、ロドプシンからマウス緑への置換により桿体視細胞の光感度は0.33±0.14倍に低下することが明らかになった。一方、光応答のピークに達するまでの時間に関してはロドプシンとマウス緑で有意な差は観察されなかった。