hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
水素を用いた硝酸汚染地下水の原位置(In Situ)脱窒法の開発

硝酸汚染が最も深刻な浅層地下水等を対象とし、このような箇所に予め電極を埋設し、電解水素を帯水層内に注入する新しい原位置脱窒法を提案した。先ず、実際の地下水あるいは帯水層のような貧栄養下で脱窒反応が進行するのかについて検討した結果、リン酸塩無添加条件でもH_2の供給によって長期間安定した脱窒処理が可能であることが分かった。また、微生物増殖による帯水層の閉塞は起こらず、水素の利用は特に帯水層等の貧栄養条件下の浄化に優れていることが分かった。次に、脱窒処理の高効率化を図るために電極の形状と配置等について検討した結果、脱窒効率は電極形状とその配置に大きく影響され、特に、金属電極を地下水流れ方向に配置すると分極によって帯水層内のpHがアルカリ側に大きくシフトし脱窒反応が阻害されることが分かった。したがって、帯水層が電場の影響を受けないような電極配置(例えば電極を流れに対して直交して配置)にすること等が有効であると考えられた。一方、帯水層内の硝酸イオン濃度分布や電位分布を表す二次元数理モデルを構築し、実験結果と比較した結果、帯水層内の脱窒反応は系内の硝酸イオン、水素ガス等の移流、分散及び泳動過程に大きく影響されることが分かった。また、自然エネルギーを原位置脱窒法に利用する場合の可能性について、3つのケーススタディー結果を示した。本研究の原位置脱窒法に要する電力は、地域によっては市販されている風車あるいはソーラーパネルを用いて充分に得ることができると考えられた。実験室規模のモデル帯水層内に形状及び性状の異なる電極を埋設し、種々の通電条件における脱窒性能について実験的検討を行い、以下のような知見を得た。なお、実験には略0.02mg-TP/Lのリン濃度を含有する大学の井戸水に硝酸Naを溶解させたものを用いた。1.通性嫌気性菌を接種した砂質帯水層内に電極を埋設して直流電流を印加することにより、帯水層内の硝酸イオンを窒素ガスまで還元除去することができる。ここで、脱窒量は電流値の増加につれ増加するが、電流値がある程度以上大きくなると電流値によらずほぼ一定となる傾向にあった。2.帯水層の脱窒速度は、電極性状あるいは電極配置に影響された。すなわち、炭素電極を用いた場合には通電量に応じて硝酸イオン除去率は090%で変化し、また安定した脱窒処理が行われたが、金属電極を用いた場合では電極配置によって脱窒反応が進行する場合としない場合とがあった。ここで、金属電極の間隔が大きいほど硝酸イオン除去率は上昇する傾向にあった。3.本研究の脱窒法は直流電流の印加とその調整のみによって脱窒反応を制御でき、優れた処理操作性と制御性を有していると考えられた。ここで、電極間電圧は数V、消費電力は除去窒素量当たり0.040.06kWh/g-Nと小さく、風力や水力などの自然エネルギーの利用が可能である。4.微生物増殖に伴う帯水層の閉塞は、実験期間中観察されなかった。したがって、従来の他栄養性微生物を用いた原位置脱窒法に比べて優れている。水素を用いた原位置(In Situ)脱窒法の処理効率を向上させることを目的として、栄養塩類無添加条件下における脱窒性能に及ぼす電極の形状と配置等の影響について検討した。その結果、電極材料として炭素電極及び金属電極が使用できるが、脱窒効率は電極形状とその配置に大きく影響されることが分かった。特に、金属電極を地下水流れ方向に配置すると、分極によって帯水層内のpHがアルカリ側に大きくシフトし脱窒反応が阻害される場合があることがわかった。したがって、帯水層が電場の影響を受けないような電極配置(例えば電極を流れに対して直交して配置)にするか、または通電密度を下げ低窒素負荷条件に適用するか、あるいは炭素材の使用等が有効であると考えられた。

また、帯水層内の硝酸イオン濃度分布や電位分布を表す二次元数理モデルを構築し、実験結果と比較した結果、帯水層内の脱窒反応は系内の硝酸イオン、水素ガス等の移流、分散及び泳動過程に大きく影響されることが分かった。また、モデルは実測値の傾向を良好に表すが、貧栄養下のポプレーションダイナミックスについての研究がさらに必要であることを指摘した。
アルツハイマー、プリオン、及びパーキンソン病の治療薬開発の為の構造化学的基礎研究

1.Aβ、プリオン蛋白(PrP)、およびNACのαヘリックス構造を安定化させることの出来るオリゴペプチドをこれらのアミノ酸配列から選び出す指標を見つけるために、Naチャネル関連ペプチドをモデルペプチドとして、オリゴペプチドによるモデルペプチドのαヘリックス構造の安定化作用を検討した。モデルペプチドおよびオリゴペプチド共に疎水性アミノ酸残基を有すること、またオリゴペプチドの両端は塩基性アミノ酸リジンの場合が最も効果的にαヘリックス構造を安定化させた。2.Aβのアミノ酸配列の中から種々のオリゴペプチドを合成してAβとの相互作用を検討した。Ac-ELVFFAKK-NH_2だけが特異的にAβのαヘリックス構造を不安定化すると共に、βシート構造の割合を増大させAβの凝集を促進した。3.PrPの中からPrP(129-154)およびPrP(192-213)領域を選び、種々のオリゴペプチドとの相互作用を検討した。Ac-EFGNK-NH_2とAc-EYYEK-NH_2はPrP(129-154)のαヘリックス構造を安定化させた。しかしPrP(192-213)に対しては、すべてのオリゴペプチドがαヘリックス構造を不安定化した。5.Aβペプチド及びNACに関する以上の結果より、それぞれのペプチド内に存在するアミノ酸配列を含んだオリゴペプチドがAβペプチド及びNACのαヘリックス構造を不安定化させる場合は、アミロイド線維化を促進すると結論した。この結論から、実際の生体内においてもAβやNACのフラグメントを含有する小さなオリゴペプチドはそれらのアミロイド線維化を引き起こし、アルツハイマー病やパーキンソン病の原因となり得る事が示唆された。1.Aβ及ぴプリオン蛋白(PrP)のアミノ酸配列からオリゴペプチドを選び出す指標を見つけるために、Naチャンネル関連ペプチド(MP-1A ; Ac-GGQDIFMTEEQK-NH2)をモデルペプチドとしたオリゴペプチドによるα-ヘリックス構造の安定化作用を検討した。その結果、モデルペプチドおよぴオリゴペプチド共にIFMモチーフを有すること、及びペンタペプチドの両端はリジンの場合が最も効果的にモデルペプチドのαヘリックス構造を安定化させる事が分かった。MP-1Aのアミノ酸配列を含むペプチドの構造をNMRによって研究した結果、KIFMKによるαヘリックス構造の安定化には、モデルペプチドそのものがαヘリックス構造を採っている必要がある事が分かった。2.Aβのアミノ酸配列の中から種々のオリゴペプチド(KVHHQE, EVHHQK, ELVFF, KLVFFAED, KKVGSNE, EDVGSNK)を合成してAβとの相互作用を検討した。ELVFFAKKだけが特異的にAβのαヘリックス構造を不安定化すると共に、βシート構造の割合を増大させてAβの凝集を促進することが分かった。一方、プロリンを含むペプチドLPFFDはAβの二次構造には影響を与えないが、凝集抑制には効果的に作用する事が分かった。3.PrPのモデルとしてPrP(129-154)およびPrP(192-213)を選ぶと共に、PrP(129に対してはEPMME, EFGNK, KWKK, KWKKE, KEYYE, EYYEK, EYYRKをPrP(192-213)に対してはKNFTK, KTKIE, EIMKE, KEVVKを合成し、相互作用を検討した。PrP(129-159に対してEFGNKとEYYEKはαヘリックス構造を安定化させ、残りはすべて不安定させた。PrP(192-213)に対しては、用いたすべてのオリゴペプチドがそのαヘリックス構造を不安定化した。1.オリゴペプチドによるモデルペプチドのαヘリックス構造の安定化作用が燐酸緩衝液中に於いて起きるかどうか検討した。

EK17(Ac-AEAAAAEAAAKAAAAKA-NH_2)及びAAA8-10IFM置換したIFM17に対して、Ac-EIFMK-NH_2およびAc-KIFME-NH_2はEK17のαヘリックス構造を安定化した。しかし、βシート構造を取ったIFM17に対して、これらのオリゴペプチドは無力であった。オリゴペプチドによるモデルペプチドのαヘリックス構造の安定化には、モデルペプチドがαヘリックス構造を取る必要がある事が分かった。2.PrP^cからPrP^<Sc>への変化に伴って、βシート構造に変化すると考えられるPrP(129-154)およびPrP^cからPrP^<Sc>への変化を介在するProtein Xの結合部位近傍に位置するPrP(192-213)の構造的性質を種々の界面活性剤を用いて検討した。PrP(129-154)は、界面活性剤の種類に関わらずβシート構造を形成し、PrP^cからPrP^<Sc>への変化が起こりやすい領域であった。PrP(192-213)は、界面活性剤の種類に関わらず濃度に応じてαヘリックス構造の増加が観測され、Protein Xとの結合に対して構造の多様性を持ち合わせていることが分かった。3.NACの二次構造に影響を与えるオリゴペプチドを探索した。90%TFE中のNAC(19-35)に対して、オリゴペプチドAc-ETVK-NH_2及びAc-KTVE-NH_2はαヘリックス構造を大きく(約10%)減少させたが、90% TFE中のNAC(1-35)の二次構造に対しては、全く影響を与えなかった。しかし、水溶液中のNACに対して、チオフラビンTを用いた蛍光測定の結果、Ac-ETVK-NH_2はNACのアミロイド線維化を促進した。4.PrP(129-154)に対するアンチセンスペプチド3'→5'PrP(129-142)との相互作用を燐酸緩衝液中でCDスペクトルを用いて検討した。しかし、両者の間に特異的な相互作用は見られなかった。
環境疾患-環境改変にともなう感染症出現機構の解明-

非結核性抗酸菌症は患者報告数が1990年代以降先進国を中心に増加し、水環境からの暴露が感染の要因と考えられているものの、いまだその感染経路は明らかとなっていない。そこで本研究では、微生物学と疫学、バイオインフォマティクスを総合し、非結核性抗酸菌症の出現機構の解明を目指した。その結果、ヒトへの暴露という観点から浴室環境がM.aviumのリザバーとなる可能性を確認した。また、日米間の比較により、水道水中の残留塩素がM.aviumの生残に影響を与えている可能性を示した。すなわち、「水道の整備に伴う塩素消毒→塩素耐性をもつ非結核性マイコバクテリウムの生残→感染症の出現」というつながりが考えられた。微生物学と疫学、バイオインフォマティクスを総合し、環境改変にともなう感染症の出現機構を解明することを大目的として、非結核性マイコバクテリウムおよびレジオネラをモデル微生物として、以下の研究を行なった。1)水環境の改変と感染症発生の関係について、論文を中心とした調査を行なった。2)水環境および生活環境における非結核性マイコバクテリウムの動態解析を行なうために、定量的PCRの条件を検討し、生活環境中の淡水を対象として、その現存量の測定を開始した。その結果、浴槽水ではM.avium、洗面台ではM.kansasiiが多い傾向が見られた。家庭内における非結核性マイコバクテリウムの分布は、水を使用する環境によって変化する可能性が見出された。3)生理活性をもつマイコバクテリウムをシングルセルレベルで迅速に検出するために、蛍光二重染色法を作成した。4)機器分析法を用いたマイコバクテリウムのタイピング法の検討を開始した。5)データベース上に公開されているマイコバクテリウム標準株のゲノム情報を分子進化系統樹解析法などを用いて解析するために、数種のマイコバクテリウムのゲノムを対象として、解析方法の検討を進めた。6)gyrB遺伝子を対象とした変性剤濃度勾配ゲル電気泳動法を検討した結果、増殖している細菌を本方法により選択的に同定することができた。微生物学と疫学、バイオインフォマティクスを総合し、環境改変にともなう感染症の出現機構を解明することを大目的として、非結核性マイコバクテリウムおよびレジオネラを例として、以下の研究を行なった。2)水環境および生活環境における非結核性マイコバクテリウムの動態解析を行なうために、定量的PCRの条件を再検討した。その結果、リボソーム合成に関与する遺伝子が有用である可能性を見出した。3)生理活性をもつマイコバクテリウムをシングルセルレベルで迅速に検出するために、作成した蛍光二重染色法の特異性を標準株により確認した。その結果、呼吸活性をもつ病原性の非結核性マイコバクテリウム(M. aviumやM. intracellulareなど)を特異的に90分以内で検出可能であることを示した。4)生理活性をもつマイコバクテリウムをシングルセルレベルで迅速に検出するために、蛍光抗体-活性染色法および活性染色-蛍光in situハイブリダイゼーション法の検討を開始した。5)自然環境および水を循環使用する環境から分離したLegionella pneumophilaの血清群を評価した結果、自然環境では多様化し、水を循環使用する環境では血清群1に収束することがわかった。7)データベース上に公開されているマイコバクテリウム標準株のゲノム情報を入手し、系統樹を作成した結果、病原性により系統樹が分岐する可能性を見出した。微生物学と疫学、バイオインフォマティクスを総合し、環境改変にともなう感染症の出現機構を解明することを目的として、非結核性マイコバクテリウムを例として以下の研究を行なった。1)水環境および生活環境における非結核性マイコバクテリウムの動態解析を行なうために、定量的PCRの条件を最適化した。その結果、病原性非結核性マイコバクテリウムとして臨床上重要とされるMycobacterium avium、M.intracellulare、M.kansasiiを種レベルで定量可能とした。2)呼吸活性をもつマイコバクテリウムを特異的に検出するために当研究室で開発した蛍光二重染色法、および最適化した定量的PCR法を用いて、住環境中の非結核性マイコバクテリウムの動態を解明した。その結果、マイコバクテリウムは浴室、台所の排水口に高い割合で存在し、いくつかの地点においては活性をもっていた。米国では、水道水中の残留塩素濃度の基準が日本と比較して高濃度に設定されており、M.aviumはシャワーヘッドから検出されるのに対し、本研究では風呂釜と浴槽をつなぐパイプ中のみでしか検出されなかった。

3) M.avium臨床分離株の遺伝学的特徴について遺伝的多様性の観点から精査した。その結果、わが国では欧州諸国からの報告とは異なり、ヒト分離株とブタ分離株の遺伝的相同性は低く、ブタ感染個体のヒト感染への影響は極めて限局的と考えられた。また、浴室環境分離株とヒト臨床分離株の遺伝的相同性は高かった。ヒトへの暴露という観点から浴室環境がM.aviumのリザーバーとなる可能性を確認した。また、日米間の比較により、水道水中の残留塩素がM.aviumの生残に影響を与えている可能性が推察される。すなわち、「水道の整備に伴う塩素消毒→塩素耐性をもつ非結核性マイコバクテリウムが生残→感染症の出現」というつながりが考えられる。
高純度化に伴う先端鉄鋼材料の特性劣化と有効不純物元素による最適合金設計

本研究では、先進の耐熱鋼の高温特性に対する不純物の有効性について検討を行った。特に、Mo, W, Reといった耐火金属元素を多く含む高Crフェライト系耐熱鋼およびオーステナイト鋼の高温水蒸気酸化性に対するSの効果を詳細に調べ、以下の事を明らかにした。(1)Sは、水蒸気酸化試験温度である650°Cでは、Pなどの他の不純物元素と同様に鋼の表面に速やかに偏析する。それに伴い、Sと結合性の強いCrも同様に鋼の表面に濃化する。その結果、Sを含む鋼では、含まない鋼に比べて酸化の初期から、Cr_2O_3の形成が速やかに行われる。2)したがって、低Crフェライト鋼では、このS効果はあまり顕著でない。(3)Cr_2O_3形成後、Sは酸化物下層、あるいは酸化物/金属界面に存在し、Cr欠乏層の生成を抑えるものと考えられる。事実、S効果は1000時間以上の水蒸気酸化試験でも確認された。次に、一般に大気中では、Sの存在により耐熱鋼の耐酸化性は劣化することが知られている。大気中と水蒸気中の環境の差に着目して、S効果のメカニズムについて検討した。これまで、大気中と異なり、水蒸気酸化雰囲気では揮発性のCr水酸化物(CrO_2(OH)_2)の形成にともなう重量減少が報告されている。これに関し、次の事が明らかとなった。すなわち、(1)S含有鋼では、水蒸気酸化に伴う重量減少が抑えられる。(2)Cr_2O_3単体の水蒸気酸化試験を行った結果、酸化物重量が減少するが、不純物Sを添加したCr_2O_3ではその重量減少が抑制された。以上の結果から、鋼にSが存在する場合、Cr_2O_3の生成を助長し、かつCr_2O_3の揮発を抑制する効果のあること.が明らかとなった。この効果は50-100ppmで顕著に現れることから、強度等への影響を考えるとS量を50100ppmとすることが合金設計上、最適であると結論された。これまで、材料中の不純物元素は極力下げた方が良いと考えられてきた。しかし、諸特性のバランスが要求される多くの金属材料では、適量の微量元素は有害ではなくむしろ必要である。本研究は、金属材料の中の「微量元素の役割」を再評価し、微量元素の積極的な利用によって安価かつ高性能な材料を創製するための基礎研究である。具体的には、超々臨界圧火力発電プラント用材料として重要な高クロム・フェライト系耐熱鋼に対象を絞り、微量元素(イオウ(S)、ホウ素(B))による特性向上のメカニズムを、最新のミクロ領域の解析技術とDV-Xα分子軌道計算を併用して明らかにすることを目的としている。平成11年度の研究では、特に、イオウ(S)に注目して研究を進め、以下の成果を得た。(1)高クロム・フェライト鋼の中にイオウが40ppm程度あると、6ppmのときに比べて、水蒸気酸化が半減した。(2)試料表面のSEM視察ならびにEDX分析の結果、イオウはクロムの酸化皮膜の下層に分布していることがわかった。このことはイオウの効果はクロムと関係していることを示唆している。(3)比較のために、実用オーステナイト系ステンレス鋼の水蒸気酸化試験を行ったところ、フェライト鋼同様、イオウによって水蒸気酸化が抑制されることがわかった。この外、現在、DV-Xα分子軌道計算を行っている最中である。最近では、イオウ量を10ppm以下に落とした材料が先端鉄鋼材料の主流であり、この過度の高純度化に対して、本研究結果は警鐘を鳴らすものである。

以上の結果から、鋼にSが存在する場合、Cr_2O_3の生成を助長し、かつCr_2O_3の揮発を抑制する効果のあること.が明らかとなった。この効果は50-100ppmで顕著に現れることから、強度等への影響を考えるとS量を50100ppmとすることが合金設計上、最適であると結論された。これまで、材料中の不純物元素は極力下げた方が良いと考えられてきた。しかし、諸特性のバランスが要求される多くの金属材料では、適量の微量元素は有害ではなくむしろ必要である。本研究は、金属材料中の「微量元素の役割」を再評価し、微量元素の積極的な利用によって安価かつ高性能な材料を創製するための基礎研究である。具体的には、超々臨界圧火力発電プラント用材料として重要な高クロム・フェライト系耐熱鋼に対象を絞り、微量元素(イオウ(S)、ホウ素(B)による特性向上のメカニズムを、明らかにすることを目的としている。平成12年度の研究から以下の成果を得た。(1)モデル合金を用いて、650°Cでの水蒸気酸化試験を行い、微量のイオウ(S)の存在により、高クロム・フェライト鋼の耐水蒸気酸化特性が著しく改善されることを確認した。(2)さらに、表面のオージェ電子分光分析より、イオウ(S)は鋼中のCrの表面への拡散を促進し、安定なCr_2O_3皮膜を作る効果があることを明らかにした。(3)またFe-100ppmBの試験片を作り、微量のホウ素(B)の効果を、陽電子消滅法を用いて調べた。その結果、ホウ素(B)は原子空孔と結びつきやすく原子空孔の易動度を減らす効果があることがわかった。このため、ホウ素(B)には、原子の拡散を抑え、高温での組織安定性を高める効果がある。このようにイオウ(S)およびホウ素(B)の効果についての有用な知見を得た。従来、材料中の不純物元素は極力下げた方がよいと考えられてきたが、諸特性のバランスが要求される多くの金属材料では、適量の微量元素は有害ではなくむしろ必要である。本研究は、金属材料の中の「微量元素の役割」を再評価し、微量元素の積極的利用によって、安価かつ高性能な材料を創成するための基礎研究である。具体的には、超々臨界圧火力発電プラント用材料として重要な高クロム・フェライト系耐熱鋼を対象に絞り、微量元素、特にイオウ(S)による特性向上のメカニズムを明らかにし、耐熱鋼の設計の指針を得ることを目的としている。本年度は以下の成果を得た。(1)Sは、水蒸気酸化試験温度である650°Cでは、Pなどの他の不純物元素と同様に鋼の表面に速やかに偏析する。それに伴い、Sと結合性の強いCrも同様に鋼の表面に濃化する。その結果、Sを含む鋼では、含まない鋼に比べて酸化の初期から、Cr_2O_3の形成が速やかに行われる。(2)Cr_2O_3形成後、Sは酸化物下層、あるいは酸化物/金属界面に存在し、Cr欠乏層の生成を抑え。(3)Cr_2O_3単体の水蒸気酸化試験を行った結果、酸化物重量が減少するが、不純物Sを添加したCr_2O_3ではその重量減少が抑制された。以上の結果から、鋼にSが存在する場合、Cr_2O_3の生成を助長し、かつCr_2O_3の揮発を抑制する効果のあることが明らかとなった。この効果は50100ppmで顕著に現れることから、強度等への影響を考えるとS量を50100ppmとすることが合金設計上、最適であると結論される。
RC構造物および立地地盤の損傷・変状評価と修復計画策定支援システムの構築

地震を受けるコンクリート構造物の損傷と立地地盤変状を精度よく予測し,設計における耐震性評価と損傷構造物の復旧計画策定を支援する解析システムの開発を目的とした。構造物の損傷状態を定量評価する数値指標を提案し,樹脂注入工法を用いた修復による性能回復程度を明らかにした。また,構造物-地盤全体系の地震時挙動解析に用いるモデル化手法について検討し,地盤変状予測のための地盤材料モデルおよび対策工としての地盤改良を対象に改良体モデルを提案した。柱・梁などのRC棒部材を対象として,特にせん断損傷に着目し,有限要素解析から得られる要素ひずみを空間平均化することによって,斜めひび割れの発生およびせん断破壊点を判定しうる力学的損傷指標を提案し,その妥当性を実構造物の地震応答解析に適用することによって検証した。これによって有限要素解析を用いた耐震性能照査がより合理的に行えると言える。また,異なるせん断損傷履歴を受けた柱部材に樹脂注入を施すことによる力学性能の回復効果を解明することを目的とした載荷実験を行った。軽微な損傷を与えた試験体に比べ,より重度の損傷を与えた試験体の方が,修復後の力学性能の回復程度が高いことが明らかとなった。つまり,実構造物の損傷程度に応じて,効果を発揮する修復方法の選定が重要であることを意味するものである。この結果を,前述した損傷指標と関連づけることによって,被災後の修復効果までを定量評価可能な工学指標へ昇華させることが可能となる。本研究課題の一つの軸でもある,地盤と構造物の連成地震応答解析および地盤の変状評価の観点から,杭基礎-地盤系の3次元連成地震応答解析を実施し,境界条件などのモデル化方法について詳細な検討を行った。連成解析のモデル化手法は確立された方法がまだ存在しないため,このようなモデル化に関する詳細な検討は非常に重要である。併せて,地盤の詳細な材料構成則の導入を行った。具体的には,飽和砂地盤の土粒子骨格と間隙水の連成を考慮した材料構成則を,せん断強度の拘束圧依存性と繰り返しせん断履歴に伴うダイレイタンシーを考慮して構築し,現有の解析プログラムに組み込んだ。そして,既往のせん断土槽を用いた砂地盤-杭基礎系の液状化実験結果を利用して,導入した構成則の検証を行うとともに,構造物-地盤連成解析への適用性を検証した。これによって,構造物のみならず,地盤の詳細な挙動をも解析的に追跡可能となり,地盤変状評価への進展が期待される。前年度に開発したせん断損傷指標をより合理的に得るための検討として,繰り返し載荷を受けるRC柱部材を対象とした載荷実験を行い,ひび割れに着目した損傷指標の検討を行った。載荷サイクル毎に柱に発生したひび割れを測定し,ひび割れによって生じた内部空間の総和を求め,これを損傷指標に適用した。最終破壊形態と鉄筋配置を実験パラメータとして検討した結果,ひび割れを指標としてせん断損傷レベルを定量的に評価しうる道筋を得た。さらに,実際に被災した構造物の修復費用算定などを念頭に,載荷時のみならず除荷時にも同様の計測を行った結果,地震力が作用していない状態では最大経験損傷の70%程度の損傷が目視で確認できることが明らかとなった。このことは,被災構造物の復旧を行う際に,構造物が経験した最大損傷を地震後に推定する上で非常に有用な情報となるものと考え照れ,定量的な復旧性評価に貢献するものと考え照れる。また,研究計画において地盤変状に対する対策の一つとして考えていた地盤改良についても検討を行った。地盤改良工法は様々提案されているが,今回はセメント系固化材による地盤改良を念頭に置き,改良体を含む構造物一地盤系の地震時性状および改良効果の評価のための解析手法の確立を目的として,セメント改良砂の材料試験を行い,改良体に適用する材料構成則の検討を行った。セメントとベントナイト混入したモルタル試験体を作製し,圧縮強度・曲げ引張強度・弾性係数の測定を行った。その結果,通常のコンクリートと同様,高水セメント比のセメント改良砂においても,引張強度や弾性係数が圧縮強度の関数として推定しうることが明らかとなった。さらに,既存のコンクリート用構成則の適用を念頭に置いて,繰り返し圧縮試験を行い,除荷剛性と塑性ひずみの推移を測定した結果,既存のコンクリートモデルを微修正することで,その挙動を精度よく追跡可能と考え照れた。
下・排水の高度処理と連携させた水再利用システムの構築

塩素消毒した下水処理水を修景用水として用いている安春川を下水再利用のケーススタディとして取り上げ、小河川の生態系を構成する付着藻類の増殖に及ぼす遊離塩素および結合塩素(モノクロラミン)の影響を検討した。遊離塩素および結合塩素が残留する放流口から2km地点より上流部ではChlorolobion brauniiおよびChlorolobion sp.が優占種として出現し、2kmより下流ではChlorolobion sp.の増殖も観察されるが、緑藻類、珪藻類および藍藻類などが出現し、上流部に比して出現種数は多いことが判った。ChlorolobionbrauniiおよびSelenastrum capricornutumを供試藻類として用い、遊離塩素および結合塩素の藻類増殖への影響をバイオアッセイによって評価した結果、Selenastrum capricornutumはChlorolobion brauniiに比して極めて高い感受性を示し、この結果は安春川における藻類種の分布を反映している。Chlorolobion brauniiは遊離塩素より結合塩素に対して高い感受性を示した。界面活性剤およびその分解生成物は微量汚染物質の中では、下水や自然水域に多く含まれ、生態系に悪影響を及ぼすとされている。本研究ではノニルフェノールエトキシレート(NPnEO ; n=エトキシ基数)とその分解物の下水処理過程および自然水域での挙動について調査研究を行った。創成川処理場では最初沈殿地処理水のNPnEO濃度が流入下水の約1/2に減少し、活性汚泥処理水では極めて低濃度であり、エトキシ基がカルボキシル基に酸化され、親水性のノニルフェノールカルボキシレート(NPnEC ; n=14)として存在した。疎水性の強い短鎖NPnEOは活性汚泥相へ移行したと考えられる。自然水域ではノニルフェノールが極微量(0.2ppb以下)検出され、NPnEC(n=14)が水中に低濃度(数ppb)存在した。また茨戸湖の上部および下部湖盆の底泥中には0.50.7μ/g dwのノニルフェノール化合物(NPおよびNPnEC、n=1)が検出された。中部湖盆では、底泥の深さ方向に濃度分布(NP=0.38μ/g dw、NPnEC(n=1)=0.611μ/g dw)が観察された。この濃度分布はNPnEOの使用量を反映しているものと考えられた。嫌気性流動層バイオリアクターと接触ばっ気槽を連設した高度処理システムをスケールアップしたパイロットプラント(それぞれの容積、約20m^3)を下水処理場に建設し、高濃度のリンおよび窒素を含有する返流水(全リン濃度、約60mg/l、全窒素濃度、約400mg/l)を連続処理し、実証実験を行った。平均滞留時間45時間に設定し、脱窒のための炭素源として初沈汚泥を利用したプロセスでは、リンおよび窒素の除去率はそれぞれ約85%および約90%に達し、高度処理システムとして機能することが判った。

下水にはノニルフェノールエトキシレート(NPnEO)などの非イオン界面活性剤が含まれ、その分解物のノニルフェノール(NP)は外因性内分泌撹乱物質として知られている。そこでNPnEOの下水処理過程および湖沼等の自然水域における動態について検討した。NPnEOの約65%が活性汚泥に吸着あるいは分解された。処理水中にはNP、NPnEO(n=14)およびカルボン酸誘導体、ノニルフェノールカルボキシレート(NPnEC、n=14)が検出されるが、親水性の強いNPnECが処理水や自然河川水中に最も高濃度に含まれた。下水処理水は修景用水として再利用されるなど、都市の水循環に重要な位置を占めるようになってきている。下水処理水を修景用水として利用している小河川(札幌市安春川)を対象として、下水処理水の河川生態系への影響、特に付着藻類相に及ぼす影響について検討した。上流部では残留塩素の影響を受けて、塩素耐性の緑藻類Chlorolobion braunniが優占種であった。下水や自然水の水質評価法として、三次元励起・蛍光スペクトル(EEM)法を提案し、フルボ酸、蛋白質様物質、合成界面活性剤、蛍光増白剤や入浴剤などの蛍光物質の定性・定量分析を行った。EEM法で得られる実験データをPLS (Partial Least Sguares)法で解析すると、精度の良い定性・定量が可能であった。塩素消毒した下水処理水を修景用水として用いている安春川を下水再利用のケーススタディとして取り上げ、小河川の生態系を構成する付着藻類の増殖に及ぼす遊離塩素および結合塩素(モノクロラミン)の影響を検討した。遊離塩素および結合塩素が残留する放流口から2km地点より上流部ではChlorolobion brauniiおよびChlorolobion sp.が優占種として出現し、2kmより下流ではChlorolobion sp.の増殖も観察されるが、緑藻類、珪藻類および藍藻類などが出現し、上流部に比して出現種数は多いことが判った。ChlorolobionbrauniiおよびSelenastrum capricornutumを供試藻類として用い、遊離塩素および結合塩素の藻類増殖への影響をバイオアッセイによって評価した結果、Selenastrum capricornutumはChlorolobion brauniiに比して極めて高い感受性を示し、この結果は安春川における藻類種の分布を反映している。Chlorolobion brauniiは遊離塩素より結合塩素に対して高い感受性を示した。界面活性剤およびその分解生成物は微量汚染物質の中では、下水や自然水域に多く含まれ、生態系に悪影響を及ぼすとされている。本研究ではノニルフェノールエトキシレート(NPnEO ; n=エトキシ基数)とその分解物の下水処理過程および自然水域での挙動について調査研究を行った。創成川処理場では最初沈殿地処理水のNPnEO濃度が流入下水の約1/2に減少し、活性汚泥処理水では極めて低濃度であり、エトキシ基がカルボキシル基に酸化され、親水性のノニルフェノールカルボキシレート(NPnEC ; n=14)として存在した。疎水性の強い短鎖NPnEOは活性汚泥相へ移行したと考えられる。自然水域ではノニルフェノールが極微量(0.2ppb以下)検出され、NPnEC(n=14)が水中に低濃度(数ppb)存在した。また茨戸湖の上部および下部湖盆の底泥中には0.50.7μ/g dwのノニル
乳腺デジタルトモシンセシスによる乳癌画像診断システムの開発

乳腺X線診断領域において、近年デジタルトモシンセシス(DBT)が開発され、臨床導入されてきている。本装置は、従来のFFDM 2D画像のマンモグラフィと異なり、スライス画像や3D画像が収集可能となることで、乳癌診断における精度向上に寄与しうる新たな画像診断モダリテイとして期待されている.本研究では、トモシンセシスにおける診断能向上の結果がえられたことで、臨床での有用性のエビデンスが得られた。また、研究協力者である企業側開発本部担当者らとともに新たな再構成画像処理パラメータの開発も行い、臨床評価において従来の画像処理との比較した結果、描出能がすぐれていることが証明され、有用であることが証明された。最近の画像工学とコンピュータ技術の進歩を背景として,医用画像情報におけるデジタル化が急速に進行している.各乳房撮影装置についても、従来のマンモグラフィ画像と異なり、管球を移動して撮影することにより、断面ごとの撮影が可能となる最新乳房撮影装置であるデジタルトモシンセシスが、欧米での臨床評価において、その有用性が立証されてきている。デジタルトモシンセシスは、乳腺内病変の描出能向上および乳腺の重なりによる擬陽性の軽減により、乳がんにおける精査においては病変精度の向上、検診においては擬陽性病変の減少による不要な精査の減少に貢献しうるとして、精査と検診両面において期待されている。さらに、従来の2Dマンモグラフィ画像と異なり、3Dデータとしてのデジタル画像情報に基づいたコンピュータ支援検出装置、新たな画像診断および画像解析システム開発等のデジタル系画像の応用が可能である。本研究では臨床評価におけるデジタルトモシンセシスの有用性に関するエビデンスの確立と、デジタル画像データを用いたコンピュータ支援診断を含む画像診断、解析システムを、研究協力者であるデジタルトモシンセシス撮影装置メーカー開発本部とともに共同で行うものである。本年度においては、デジタルトモシンセシスの精査診断における化学療法前後の症例における他の撮影モダリテイとの効果判定評価において、デジタルトモシンセシスの有用性が示唆された。読影装置の開発においては、研究協力者である撮影機器メーカーと共同で臨床における新たな読影システムの構築につき、現状のマンモグラフィ専用読影装置における問題点を含めた検討をおこなった。乳腺X線診断領域において、近年デジタルトモシンセシスが開発され、臨床導入されてきている。本装置は、従来の2D画像のマンモグラフィと異なり、スライス画像や3D画像が収集可能となることで、乳癌診断における精度向上に寄与しうる新たな画像診断モダリテイとして期待されている。本研究においては、同撮影装置を用いた新たな画像診断および画像解析システムの開発研究を、研究協力者である撮影装置メーカー開発部(Siemens社SP Groupドイツ開発本部)とともに共同で行うものである。当施設は豊富な乳癌症例に関するデータを有しており、短期間かつ実践的臨床応用に反映する画像診断システムを開発することが可能である。これにより、現在わが国において増加の一途をたどり大きな問題となっている乳がんの早期診断、早期治療を行い、乳がん患者の予後、QOL改善を得ることに本研究は貢献できるものと考える。平成23年度および平成24年度における検討により開発されたシステムについて、実臨床症例を用いてデジタルトモシンセシス対応画像処理アルゴリズムおよび診断支援システムについての改良点、問題点につき引き続きSiemens社ドイツ開発本部担当者と研究代表者が共同で行った。さらに、これらの検討結果をもとに画像処理アルゴリズムを実臨床機器へ導入し、実践的臨床利用が可能となることを目指すとともに、得られた結果を取りまとめ、成果発表を行った。最近の画像工学とコンピュータ技術の進歩を背景として,医用画像情報におけるデジタル化が急速に進行している.各種デジタル検査装置の高性能化により診断画像は高精細化し,診断能の向上に大きく貢献している.乳がん診断におけるマンモグラフィの分野では、フィルム系アナログマンモグラフィとデジタルマンモグラフィが共に使用されている現況であり、今後はデジタルマンモグラフィが主流となるものと考えられる。乳房撮影装置についても、従来のマンモグラフィ画像と異なり、管球を移動して撮影することにより、断面ごとの撮影が可能となる最新乳房撮影装置であるデジタルトモシンセシスが、海外において開発臨床導入されてきており、欧米での臨床評価において、その有用性が立証されてきている。さらに、従来の2Dマンモグラフィ画像と異なり、3Dデータとしてのデジタル画像情報に基づいたコンピュータ支援検出装置(CAD)、新たな画像診断および画像解析システム開発等のデジタル系画像の応用が可能である。

本研究では臨床評価におけるデジタルトモシンセシスの有用性に関するエビデンスの確立と、デジタル画像データを用いたコンピュータ支援診断(CAD)を含む画像診断、解析システムを、研究協力者であるデジタルトモシンセシス撮影装置メーカー開発本部とともに共同で行うものである。乳癌診断に関する画像処理の高速化と、画像ワークステーションにおける新たな画像処理および解析システムについて民間組織(SIEMENS社)と共同研究にて開発を行った。今年度はスライス画像であるトモシンセシスにおいての弱点である石灰化像描出の向上を目的とした3D構築した画像(RM:Rotating Mammogram)およびトモシンセシスの新たな再構成画像処理パラメータをドイツSIEMENS開発部とともに開発することに成功し、同画像の臨床的有用性について検討した。1)臨床例50例、6名の放射線診断医にてトモシンセシスのみとトモシンセシス+RM、2Dの診断能に関する評価を行った。トモシンセシスのみとトモシンセシス+RMの画像は2Dのみと比較し、有意差をもって診断能が向上した。石灰化の視覚評価において、トモシンセシスとRMの画像比較において、RMが有意差をもって描出能が優れていることが示された。2)トモシンセシスの再構成画像処理であるFBP (Filter Back Projection)における新たな画像パラメータの開発を行い、従来の再構成画像と新たな再構成画像との比較を臨床例54例、55病変の臨床画像を用い、各画像におけるノイズ、腫瘤(n=27)、石灰化(n=28)、大胸筋の描出、画質について、3名の放射線診断医7段階の視覚評価を行い、新たな再構成画像が有意差をもって、従来の再構成画像と比較し優れていることが証明された。3)乳癌化学療法における治療効果において、トモシンセシス画像と造影MRI画像との所見についての比較検討を行い、トモシンセシスの有用性について検討した。同研究内容につき、日本医学放射線学会、日本外科会定期学術集会、日本乳癌学会総会、国際学会(IWDM2014、RSNA2014)において口演発表および論文発表をおこなった。放射線医学平成23年度において臨床症例の検討により、デジタルトモシンセシスの精査診断における有用性が示唆され、本年度においては化学療法前後の症例における他の撮影モダリテイ(MMG、超音波検査、MRI,CT)との効果判定評価において、デジタルトモシンセシスの有用性が示唆された。これにより、原発巣の評価において術前外科症例にとどまらず、内科的治療におけるデジタルトモシンセシスの有用性が確認でき、より臨床における適用性、必然性が示唆された。読影装置の開発においては、研究協力者である撮影機器メーカーと共同で臨床における新たな読影システムの構築、および画質、診断能向上を目的とする新たなデジタルトモシンセシス対応画像処理アルゴリズムの開発を検討した。成果については、精査目的の診断における臨床応用に関する検討についての論文発表、口演を行った。
Superstring Compactification with Flux

超対称性の力学的な破れを示す現象論的に興味深いモデルであるスピン表現を一つ持つSpin(10)超対称性ゲージ理論の研究を行った。特にこの理論の強結合領域を記述する弱結合ゲージ理論が存在するという双対性が存在する。一般に、理論がSuperconformal固定点にあるということは4次元の超共形(Superconfomral)対称性をもつことを意味するが、強結合領域にあるこのような理論の詳細について解析を行うことは通常の場合には困難である。しかしながら、この理論のSuperconformal固定点について、この双対性とa-Maximizationという手法を用いて、その詳細を明らかにした。さらに、この研究を進めて、このモデルにスピン表現をもう一つ加えたものに拡張した場合についても詳細な結果を得ることに成功した。また、大栗氏と同じくカリフォルニア工科大学の大河内氏とともに、ある種のFluxコンパクト化を用いることによって現象論的に好ましい性質をもつGauge Mediation Modelを弦理論において実現することが可能であることを示した。最近、Metastable真空を用いた超対称性の破れを起とす非常に簡単なモデルが提案されたが、このモデルを用いた現象論的に好ましいGauge Mediation Modelが提唱された。このモデルはこれまでのものと違って複雑な機構や力学に訴えることなく作ることができることが大きな一つの利点である。このような理論が弦理論のある種のFluxコンパクト化において自然に構成できることを我々は示した。これまで弦理論でのGauge Mediationの実現化は複雑なコンパクト化に訴えなくてはならなかったことが今回との大きな違いである。通常の開弦の世界面の境界を実数体からp進数体に置き換えたものをp進数体開弦理論と呼ばれるが,この理論は有効作用が厳密に知られているため,通常の弦理論のトイモデルとして弦理論の力学を理解する助けになってきた。特に,近年のタキオン凝縮の力学に関する知見を深めるために、このモデルは大きな役割を果たしたことが知られている。ところが、この理論は時空が平坦な場合に限り摂動論的に定義されており,この理論をいろいろな状況に拡張することが望ましい。このような見方から考察した場合には,この理論を曲がった時空やある種のフラックスに類似するような効果を取り上げる試みをすることは今後の弦理論の研究を進めるにあたり、価値のあることであろう。このような研究はこれまでのところ公表されたことはない。そこで、今回,私は,非自明な背景場のない平坦な時空以外で多分考えうる一番簡単な場合の一つである定数の2階反対称テンソルを背景場にもつ平坦な時空上のp進数体開弦理論をDebashis Ghoshal氏とともに考察した。通常の弦理論では、このような時空上で開弦理論を考えると,その有効作用は非可換な時空の上で定式化された理論になる。したがって,p進数弦理論の場合にも同じような非可換な効果が現れることが期待される。今回の研究では,形式的に2階反対称テンソル場への相互作用項に相当するであろうものを考えて,その効果を計算したところ、形式的には非可換な時空上での開弦理論になっているように見える。しかしながら,この相互作用項は、通常の弦理論の世界面にあるメゼウス変換に関する対称性に相当するものを破ってしまっているために,あまり好ましいものではないことがわかり、その項による有効作用への効果は非可換な効果を生み出すだけではなく,さらに他の非局所的な項を生成してしまうことも明らかになった。スピン表現とベクトル表現を物質場に持つ超対称N=1 Spin(10)ゲージ理論を考察した。この理論は,以前行った研究から,ある数の物質場が導入された場合には,低エネルギーにおいてSuperconformal Fixed Pointにフローしていると考えられているNon-Abelian Coulomb Phaseになると考えられているモデルである。それゆえ,低エネルギーでは,Superconformal対称性を用いることができるが,残念ながらこれまでの研究では,このモデルが,R-symmetryを含めて,二つのアノマリーを持たないU(1)対称性が理論に存在したために,Superconformal代数のR-symmetryを決めることが,不可能であったため,Superconformal対称性を十分に活用することが出来なかった。Intriligator氏とWecht氏が最近提唱したa-maximamizationは,このようなモデルに対して,Superconformal代数のR-symmetryを決める方法である。また,以前の研究から,このモデルにはある種の双対性があると考えられており,強結合領域をよく記述できる双対なモデルの存在が知られていた。この双対性にa-maximamizationを併せて使うことで,これまでよく理解されていなかった,この理論の低エネルギーでのFixed Pointにおける物理を明らかにすることが出来た。特に,どのゲージ不変なオペレータが,Superconformal対称性の帰結として,低エネルギーで自由場になるとほぼ決定できた。このことは,また,今考えている理論から異なるSuperpotentialをもつ理論に低エネルギーに向かってフローしていることを意味しており,そこで自由になる場が高エネルギー領域Superpotentialにもっている質量項が低エネルギーに向かって小さくなることを示唆していることがわかった。しかしながら,このような現象はこれまでの経験則と直感的にそぐわない面もあり,更なる検証が必要であると考えている。一般に、理論がSuperconformal

固定点にあるということは4次元の超共形(Superconfomral)対称性をもつことを意味するが、強結合領域にあるこのような理論の詳細について解析を行うことは通常の場合には困難である。しかしながら、この理論のSuperconformal固定点について、この双対性とa-Maximizationという手法を用いて、その詳細を明らかにした。さらに、この研究を進めて、このモデルにスピン表現をもう一つ加えたものに拡張した場合についても詳細な結果を得ることに成功した。また、大栗氏と同じくカリフォルニア工科大学の大河内氏とともに、ある種のFluxコンパクト化を用いることによって現象論的に好ましい性質をもつGauge Mediation Modelを弦理論において実現することが可能であることを示した。最近、Metastable真空を用いた超対称性の破れを起とす非常に簡単なモデルが提案されたが、このモデルを用いた現象論的に好ましいGauge Mediation Modelが提唱された。このモデルはこれまでのものと違って複雑な機構や力学に訴えることなく作ることができることが大きな一つの利点である。このような理論が弦理論のある種のFluxコンパクト化において自然に構成できることを我々は示した。これまで弦理論でのGauge Mediationの実現化は複雑なコンパクト化に訴えなくてはならなかったことが今回との大きな違いである。
筋拘縮型エーラス・ダンロス症候群の病態解明に基づくデルマタン硫酸の統合的理解

筋拘縮型(古庄型)エーラス・ダンロス症候群は、デルマタン硫酸の合成に必要な酵素の先天性の欠損により、先天性多発関節拘縮、皮膚過伸展性・脆弱性、全身関節弛緩・脱臼・変形、巨大皮下血腫などを生じる疾患です。研究代表者が発見し、疾患概念を確立、世界の研究をリードしてきました。本研究は、ALL JAPANの研究体制を基盤に、患者様由来の組織、iPS細胞、マウスモデルを用いた包括的解析を行い、デルマタン硫酸欠乏が、細胞・組織・臓器にどのような影響を及ぼすか解明することを目的としています。デルマタン硫酸の発生・結合組織維持における普遍的意義が明らかになることが期待されます。
固液界面のナノ反応解析のための単一分子感度・ナノメータ空間分解能のラマン分光法

固液界面のナノラマンイメージングの実現のために、(1)金属ナノ粒子を、分析目的分子との相互作用を利用した近接安定化の手法を開発し、色素分子、DNA塩基、チオール系化学種の捕捉と状態分析に成功した。(2)ナノラマンイメージング用プローブの問題点を改善し、再現性よく1個のナノ粒子をチップ先端に形成する手法を開発した。入射・集光系の高効率化により、信号検出効率を約100倍改善できた。本研究により、今後の固液界面の局所反応解析のために着実な研究成果が得られた。固液界面のナノラマンイメージングによる1分子レベルの挙動解明のために、(1)単一分子感度ラマン分光の確立に関して、金属-吸着分子の電子的相互作用の解明のために、溶液中に分散した、ハロゲン化物で残留物を置換した負電荷を帯びた銀ナノ粒子が、極微量のキサンテン系及びトリフェニルメタン系カチオン性色素添加により、静電的に近接安定化を引き起こす。すなわち単一分子レベルで、ナノギャップに色素分子が存在し、それにより巨大SERS活性が出現すること、さらに電子的相互作用により、色素の蛍光ピークが長波長シフトすることを初めて見出した。この結果は、単一分子感度ラマン発現メカニズムの解明という点で極めて重要な結果である。このとき、色素の分子構造を変えた測定により、分子内の共役二重結合の両端に存在する部分的に正電荷を持ったアミノ基が、平面的に金属表面に吸着する構浩が示された.(2)SERSデバイス形成について、(1)シェル構造体間のカップリングによる付加的なSERS増強、(2)加熱した基板で蒸着した金属薄膜のナノギャップ領域の増大による付加的なSERS増強、さらに、(3)銀ナノ粒子添加による付加的な増強を得た。これらの実験的工夫により従来の増強度を10^3倍改善した。(3)固液界面のナノ反応解析に必要な金属ナノ粒子と金属基板の間に形成されるギャップモードの共鳴条件の理論計算と実験解析を行った。その結果、実測値と理論計算結果の良い一致が得られ、さらに、1個の金属ナノ粒子と金属薄膜基板の間のギャップモードによる極微量吸着分子のSERS検出に成功した。これにより、孤立ナノ粒子をカンチレバー先端に固定し近接場ラマンプローブとして利用するための基礎ができた.固液界面のナノラマンイメージングによる1分子レベルの挙動解明のために、(1)単一分子感度ラマン分光の確立に関して、前年度、銀ナノ粒子表面電荷が、色素との排他的な静電的相互作用を与えていることを見いだした。今年度は、化学的に安定で酸化被膜形成の問題がない金ナノ粒子の表面電荷の制御により、化学的相互作用による近接安定化と巨大ラマン散乱の観測を試みた。結果として、組成や化学還元条件により表面電荷を制御した金ナノ粒子を用いて、カチオン性色素だけでなく中性化した色素分子の金表面へのアミノ基の配位結合を用いて、金ナノ粒子を近接安定化し、10^8-10^9倍のラマン増強度が得られることを初めて見出した。これにより、溶液中の幅広い化学種と金属ナノ粒子の静電的及び化学的相互作用を用いて、単一分子ラマン検出が可能となった。(2)固液界面のナノ反応解析のために、1個の金属ナノ粒子をカンチレバー先端に固定し近接場ラマンプローブとして利用するための、顕微鏡と分光器をつなぐ集光系の効率化を進めた。金属ナノ粒子固定法について、最適化を進めた。固液界面のナノラマンイメージングによる1分子レベルの挙動解明のために、(1)単一分子感度ラマン分光の確立に関して、前年度、金ナノ粒子の表面電荷の制御により、カチオン性色素だけでなく中性化した色素分子の金表面へのアミノ基の配位結合を用いて、金ナノ粒子を近接安定化し、10^8-10^9倍のラマン増強度が得られることを初めて見出した。本年度、吸着分子の配向性や、金表面との相互作用を明らかにすることができた。色素だけでなく、DNA塩基の高感度検出が可能であることを見いだした。これにより、生体分子系への単一分子ラマン分光の適用性が示唆された。(2)固液界面のナノ反応解析のために、チップのナノスケール研磨、SAM膜による化学的固定など金属ナノ粒子固定法について、最適化を進めた。FDTD計算により、チップ形状の空間分解能と吸着分子のラマン増強について系統的に評価を行い、実用性の高い高性能金属ナノ構造を見いだした。(3)ギャップモードに関して、伝搬性プラズモンとの複合化による超巨大ラマン信号検出に成功した。理論計算を進め、金属ナノ粒子の近接場プローブとしての有用性を確かめた。[1]平成24年度に、(1)単一分子感度ラマン分光に関して、金属ナノ粒子のflocculation法により、金ナノ粒子と5つのDNA・RNA塩基の間の選択的な吸着性を見いだした。金属表面と吸着分子の詳細な相互作用の違いを利用して、詳細な吸着状態を明らかにした。