hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
動画(字幕含む)の提示時間軸処理システムの外国語(英語)教育への適用可能性の研究

映像教材に挿入される字幕は,それがクローズド形式(字幕の表示・非表示の切り替えができる)であるDVDの普及にとももない,英語教育においても活用されている。本研究では,学習者要因としてストループ効果に着目し実験を行った。実験では,字幕提示の有無にかかわらず,ストループ干渉効果がみられない学習者ほど,聴解テストの点数が高くなることが観察された。このことは,学習者のレベルとは別に,学習者の特性を考慮して字幕提示をする必要性を示唆している。一方,長期間経過後の字幕提示における効果では,字幕ありvs.字幕なしの実験で,提示直後には字幕ありのグループにおける聴解の度合いが高かったが, 3箇月後には,逆に,字幕なしのグループの聴解の度合いが高くなった例が観察された。字幕提示と長期記憶保持との関係を学習・教育上考慮する必要性が示唆された。本研究の研究目的は次の通りである。1.音声・映像・字幕情報が一つに束ねられたマルチメディアとしての英語素材の提示時間軸を同期の取れたかたちでリニアに変換し学習者に提示した場合に,素材における元々の時間軸に比して,どのような要素が学習者の視聴取に影響を及ぼし,また,視聴取に効果を生じせしめているのかを明らかにする。2.1.での解析結果に基づきラベルを設定し,英語学習者に有益なデーターベースを作成する。本年度の研究実施計画は(1)音声・映像・字幕情報の時間軸をリニアに変換処理する実験・解析システムの構築。(2)研究者における専門分野の手法に基づき時間軸変換処理を施した素材の解析。(3)(2)の解析結果を検証するための検証実験。(4)ラベルの設定。であった。(1)は3年間に亘り研究を行うための研究環境の土台となるものである。18年度単年度計画であり終了した。来年度はシステムの維持管理に努める。(2)(3)(4)は引き続き平成19年度に継続されていく内容であり,速度負荷対受容度,速度負荷対レトリック,速度負荷対音響的分離度,速度負荷対字幕提示の各要素でラベルの設定を試みた。本年度の研究実施計画は(1)音声・映像・字幕情報の時間軸をリニアに変換処理する実験・解析システムを維持する。(2)研究者における専門分野の手法に基づき時間軸変換処理を施した素材を解析する。(3)検証実験を実施する。(4)ラベルを設定しデーターベース作成に向ける。(5)解析・検証実験から導き出された結果から,提示時間軸変換処理精度の向上につながる部分を抽出・検討し改善を試みる。であった。(1)は研究を行うための研究環境の土台となるものであり引き続き20年度も維持する。(2)(3)(4)は平成20年度に行われるデーターベース作成に向け,引き続き包括的に継続されていく内容であり,速度負荷対受容度,速度負荷対レトリック,速度負荷対音響的分離度,速度負荷対字幕提示の各要素でラベルの設定を試みた。(5)は向上につながる部分の特定に向け検討を継続する。2. 1.での解析結果に基づきラベルを設定し,英語学習者に有益なデーターベースを作成する。であった。

先行研究では,外国語でストループテストを実施した場合,ストループ効果はその言語の修得度の指標と見なすことができるとする研究がある(苧阪1993)。しかし,本研究では,字幕提示の有無に関係なく,ストループ干渉効果が見られないグループほど聴解テストの結果が高くなった。特に,字幕ありについては,被験者内検定において,統計上有意な傾向を示す負の相関も見られた。このことは,外国語におけるストループ干渉効果値を,単純に当該言語の修得度の指標としてみることに対し疑問を投げかけている。また,学習者の特性を考慮して字幕提示をする必要性を示唆している。
パフィアン型微分方程式の解空間の構造と対称空間上の積分幾何

本年度は.引き続き対称空間上の積分幾何と.パフィアン型微分方程式の関係について研究した。具体的には、(i)アファイングラスマン多様体上のラドン変換の像が.どのようなパフィアン型微分方程式により記述されるか?という像の特徴付けの問題(ii)ラドン変換の像から.逆像を再構成する.という反転公式の問題.(iii).(i)に関連して、像を特徴付ける微分方程式の一意性の問題.以上3つの問題に取り組み、極めて満足すべき.結果を得た。尚、この研究は.アメリカ合衆国タフツ大学のフルトン・ゴンザレス準教授との共同研究によるものである。本研究により,パファアン型方程式がグラスマン多様体上のラドン変換と密接な関連がある事が明らかになった。尚,研究成果は.アメリカ合衆国マウントホーリーヨーク・カレッジで開催された研究集会「Radon transforms and Tomography」で発表し、現在論文を投稿中である。平成11年度は、コンパクトグラスマン多様体、及びアファイングラスマン多様体上のラドン変換と、高階のパフィアン型微分方程式系との関係について研究を行なった。得られた結果は以下の通りである。[2]ラドン変換の逆像を再構成する問題に於いて、次の形の反転公式を得た。上記[1][2]の結果は、パフィアン型微分作用素がラドン変換と密接に関係している事を示している。アファイングラスマン多様体の場合も、これに対応する結果を得た。
液・液界面における電荷移動反応の速度論的研究

1.一価カチオンの油水界面イオン移動速度の測定0.1moldm^<-3>テトラペンチルアンモニウムテトラフェニルボレ-トを溶かしたニトロベンゼン溶液(NB)と0.1moldm^<-3>Licl水溶液(W)を接触させて分極性NB/W界面とし、25.0°Cにおける各種四級アンモニウムイオン、Me_3NH^+、ME_4N^+、ME_3EtN^+、Me_3PrN^+、Me_3BuN^+、Me_3(EtOH)N^+、Me_2Et_2N^+、MeEt_3N^+、Et_4N^+、Et_3PrN^+、Pr_4N^+の移動速度を交流分極法で測定した。各イオンの標準イオン移動反応の速度定数K_Sはいずれも0.1cm/sのオ-ダ-であり、従来、報告されている値よりも一桁大きい。溶液中のこれらイオンの極限当量電導度からの直観的な予想とは異なり、イオン半径の増加と共にEt_4N^+まではKsが増加し、Et_4N^+で最大(k_s=0.14±0.03cm/s)、それ以上では逆に減少した。この結果は、界面におけるイオン移動過程ではスト-クス則は成り立たず、界面イオン移動過程を単純にイオンの拡散過程とのアナロジ-で考えることはできないこと、これらイオンの水和の程度が界面通過の速度に大きく寄与すること、を示唆するものである。logkはEにほぼ直線的に変化し、見掛けの移動係数αはいずれも約0.5であった。2.一価アニオンの油水界面イオン移動速度の測定同じ溶液系におけるBF_4^-、PF_6^-、C10_4^-、SCN^-のK_sは0.17,0.16,0.11,0.8cm/sであり、水和の程度が低いものほど、またイオン半径の小さなものほど大きなksを有することがわかった。これはカチオンの結果と一致する。logk vs.Eプロットは上に凸となり、カチオンとは異なる。3.結論と展望油水界面イオン移動に水和、脱水和過程が重要な役割を果たしていることをはじめて明らかにした。イオン移動反応の温度依存性、界面構造の知見をあわせることにより、より詳しい機構解明が可能である。
細胞熱産生におけるジュール熱仮説の検証

本研究の目的は、細胞の生体膜上のチャネルタンパク質における電気化学ポテンシャルで駆動されたイオン流によってジュール熱が発生し、細胞生理機能に関与する酵素活性がこの熱によって調節を受けるという「ジュール熱仮説」を検証することである。今年度は、チャネルタンパク質において発生するイオン流による微小なジュール熱発生を検出することを狙い、高感度な蛍光性温度プローブの開発を目指して試作検討を行った。特に、有望な温度プローブの候補として、(1)異なる蛍光波長帯を有する2つの蛍光タンパク質で構成されるフェルスター共鳴エネルギー移動(FRET)の原理を用いたFRET型温度プローブ、(2)2つの蛍光タンパク質とそれらを架橋するポリペプチド鎖から構成される高分子ゲル様温度感受性を利用したポリペプチドリンカー型温度プローブ、そして(3)温度依存性の2つの吸収帯を持つ2吸収帯型温度プローブの開発に着手した。FRET型温度プローブでは、光スイッチング蛍光タンパク質をドナーに用いることで温度超解像イメージングを狙い、ビルディングブロックとして用いる蛍光タンパク質として様々な組み合わせを試作検討した。その結果、試作したプローブにおいて、FRET、温度感受性、そして光スイッチング能を示すプローブの作製に成功した。ポリペプチドリンカー型温度プローブでは、構成要素である2つの蛍光タンパク質と、それらを架橋するポリペプチド鎖の様々な組み合わせを試作して特性評価を行い、高分子ゲル様の急峻な温度感受性を示すプローブの作製に成功した。2吸収帯型温度プローブは、既存の蛍光タンパク質にランダム変異導入とスクリーニングのサイクルを多段階で行うことで、温度感受性を示すプローブの作製を行った。本年度の研究計画では、温度プローブの開発を行う予定であった。本研究で開発を目指した温度プローブに課した要件は、(A)自家蛍光や光毒性を避けるために、可視光域のできるだけ長い波長の励起波長を有すること、(B)高い温度感受性を有すること、そして(C)温度の絶対値測定のために蛍光比測定によって温度決定が可能なことである。今年度は、(1)異なる蛍光波長帯を有する2つの蛍光タンパク質で構成されるフェルスターエネルギー移動原理を用いたFRET型温度プローブ、(2)2つの蛍光タンパク質とそれらを架橋するポリペプチド鎖から構成される高分子ゲル様温度依存性相転移を利用したポリペプチドリンカー型温度プローブ、そして(3)温度依存性の2つの吸収帯を持つ2吸収帯型温度プローブの開発に着手した。これらはいずれも、可視光域の励起波長・蛍光波長をもち、蛍光比で温度決定をするタイプのプローブである。また、実験結果は予備的であるが、ポリペプチドリンカー型温度プローブと2吸収帯型温度プローブは、バイオイメージングで使用された温度プローブではかつてないくらいに高感度な温度感受性を得ている。今年度は、フェルスターエネルギー移動型温度プローブ、2つの蛍光タンパク質とポリペプチド鎖から構成される高分子の温度感受性を利用した温度プローブ、そして温度依存性の2つの吸収帯を持つ温度プローブの開発に着手した。次年度は、これらの温度プローブの特性改良を試験管内分子進化手法で行う。具体的には、(1)温度変化に対するシグナルの変化率の大きいこと、(2)測定することが望ましい温度範囲で温度応答を示すこと、(3)蛍光強度が高いこと、(4)発色団のMaturaionの速いこと、(5)プローブ同士の会合によって多量体化しないこと、そして(6)様々な妨害因子との交叉反応が少ないことを検討項目として、特性改良を進める。さらに、以上のように開発する蛍光性温度プローブを用いて細胞の温度計測に着手する。まずは、開発した蛍光性温度プローブが細胞内で温度プローブとして機能するかを検証する。これには、蛍光顕微鏡で観察下の培養細胞の培地温度を精密に制御し、細胞内に発現させた蛍光性温度プローブから得られるシグナルを測定して校正データを得る。さらに、光照射によって発熱するミクロンサブミクロンサイズの発熱体を顕微鏡観察の試料に導入し、蛍光顕微鏡の観察中に発熱体に光照射をして発熱させることで、実時間で局所的な温度変化検出を検証する。次に、「ジュール熱仮説」検証のための温度計測として、生体膜を介してイオン流を発生させるタンパク質での温度計測に着手する。特に、ミトコンドリア膜の水素イオン流による熱産生や、細胞の刺激に伴う蛍光性温度プローブ融合チャネルタンパク質のチャネル電流に伴う熱産生を蛍光顕微鏡観察で解析する。

ポリペプチドリンカー型温度プローブでは、構成要素である2つの蛍光タンパク質と、それらを架橋するポリペプチド鎖の様々な組み合わせを試作して特性評価を行い、高分子ゲル様の急峻な温度感受性を示すプローブの作製に成功した。2吸収帯型温度プローブは、既存の蛍光タンパク質にランダム変異導入とスクリーニングのサイクルを多段階で行うことで、温度感受性を示すプローブの作製を行った。本年度の研究計画では、温度プローブの開発を行う予定であった。本研究で開発を目指した温度プローブに課した要件は、(A)自家蛍光や光毒性を避けるために、可視光域のできるだけ長い波長の励起波長を有すること、(B)高い温度感受性を有すること、そして(C)温度の絶対値測定のために蛍光比測定によって温度決定が可能なことである。今年度は、(1)異なる蛍光波長帯を有する2つの蛍光タンパク質で構成されるフェルスターエネルギー移動原理を用いたFRET型温度プローブ、(2)2つの蛍光タンパク質とそれらを架橋するポリペプチド鎖から構成される高分子ゲル様温度依存性相転移を利用したポリペプチドリンカー型温度プローブ、そして(3)温度依存性の2つの吸収帯を持つ2吸収帯型温度プローブの開発に着手した。これらはいずれも、可視光域の励起波長・蛍光波長をもち、蛍光比で温度決定をするタイプのプローブである。また、実験結果は予備的であるが、ポリペプチドリンカー型温度プローブと2吸収帯型温度プローブは、バイオイメージングで使用された温度プローブではかつてないくらいに高感度な温度感受性を得ている。今年度は、フェルスターエネルギー移動型温度プローブ、2つの蛍光タンパク質とポリペプチド鎖から構成される高分子の温度感受性を利用した温度プローブ、そして温度依存性の2つの吸収帯を持つ温度プローブの開発に着手した。次年度は、これらの温度プローブの特性改良を試験管内分子進化手法で行う。具体的には、(1)温度変化に対するシグナルの変化率の大きいこと、(2)測定することが望ましい温度範囲で温度応答を示すこと、(3)蛍光強度が高いこと、(4)発色団のMaturaionの速いこと、(5)プローブ同士の会合によって多量体化しないこと、そして(6)様々な妨害因子との交叉反応が少ないことを検討項目として、特性改良を進める。さらに、以上のように開発する蛍光性温度プローブを用いて細胞の温度計測に着手する。まずは、開発した蛍光性温度プローブが細胞内で温度プローブとして機能するかを検証する。これには、蛍光顕微鏡で観察下の培養細胞の培地温度を精密に制御し、細胞内に発現させた蛍光性温度プローブから得られるシグナルを測定して校正データを得る。さらに、光照射によって発熱するミクロンサブミクロンサイズの発熱体を顕微鏡観察の試料に導入し、蛍光顕微鏡の観察中に発熱体に光照射をして発熱させることで、実時間で局所的な温度変化検出を検証する。次に、「ジュール熱仮説」検証のための温度計測として、生体膜を介してイオン流を発生させるタンパク質での温度計測に着手する。
低次元材料の原子レベル物性評価手法の開発

本研究では、ナノ材料の光学特性と材料の原子構造とを一対一で対応付けることを目的とした、新たな材料評価手法の開発を進めている。昨年度にナノ材料の局所的な光学特性を計測するための前段階として、材料の欠陥制御や欠陥の構造観察、電子状態の評価などを行った。本年度は昨年度の知見をもとに、電子顕微鏡内でカーボンナノチューブ、グラフェン、遷移金属ダイカルコゲナイド(MoS2、WS2等)の光学特性評価を行った。主な成果としてカーボンナノチューブ一本の定量的な光学特性の評価に成功したことが挙げられる。この研究では電子損失分光法により、励起子に起因するカーボンナノチューブの吸収ピークを測定し、これを同一試料(同一カイラリティ)から得られた光吸収スペクトルと比較することで光学定数を算出することに成功した。今回得られた結果は従来のバルク試料を前提とした理論の中で解釈するのは難しく、電子エネルギー損失分光法を用いた光学特性評価という新しい分野の可能性を示した先駆的な成果である。さらに本手法を応用し、カーボンナノチューブに存在する複数の異なる構造を持つ欠陥部から光学伝導度を計測することに成功した。これによって欠陥部における局所的な度励起子寿命を評価することが可能になり、今までブラックボックスであった欠陥と発光の関係の一端を明らかにすることができた。これは原子レベルの欠陥から局所的に定量的な光学特性を計測した世界初の成果である。初年度にカーボンナノチューブ及びカーボンナノチューブ内部に合成した一次元材料を中心に構造制御と局所的な物性評価を行った。本年度はこれをさらに発展させ、モノクロメータで単色化した電子源を用い、カーボンナノチューブ一本から電子エネルギー損失スペクトルを得ることに成功した。また独自の解析手法からカーボンナノチューブ一本の光学定数を得ることにも成功した。さらに本手法を応用して、カーボンナノチューブに内在する欠陥一つから局所的な光学特性の変化を捉えることにも成功した。これによって本研究課題の最終目的であるナノ材料の局所的な光学特性評価の実現に大きく近づいた。大きな成果が得られた一方で、新たな課題も見えてきた。例えば電子エネルギー損失スペクトルと光吸収スペクトルを比較する際、実験条件・試料によっては選択測が異なり等価な情報として扱えないなどの問題が見えてきた。これにはさらに幅広い材料・条件での実験を進め、系統的な理解を進める必要がある。既にグラフェンや遷移金属ダイカルコゲナイドなどの原子層物質を使った計測を始めており、粒界の有無や原子層物質の積み重ね方によって光学特性が変化することが分かってきており、さらなるデータの積み重ねが必要である。また研究を進めていく中でスペクトルの波数成分やフォノンとの相互作用が現象理解に重要な役割を果たしていることがわかってきた。次年度以降はこれまでに得られた知見に加えて、吸収スペクトルの波数成分を取り出す手法を確立するとともに、フォノンとの相互作用についても詳細な検討を行っていく必要がある。前年度にカーボンナノチューブ一本から、光学伝導度を計測することに成功した。さらにナノチューブに内在する欠陥一つから局所的な光学伝導度を計測することにも成功した。これによって欠陥の種類によって、励起子寿命の変化を定量的に明らかにするなど、構造と光物性の対応付けを定量的に行うことができるようになってきた。またこれまでの知見から本研究のコア技術である電子エネルギー損失分光を使った光学特性評価には、スペクトルの波数成分やフォノンとの相互作用が現象理解に重要な役割を果たしていることがわかってきた。スペクトルの波数成分に着目するためには、高いエネルギー分解能と角度分解能が必要になる。そこで今後は高い角度分解能を有する測定手法を確立し、各種材料の光学特性及び振動特性の分散関係の計測にも挑戦したい。特に従来の技術では計測できなかったグラフェンなどの原子層物質を中心に計測を進める。また前年度に新たなに導入した電子顕微鏡用試料ホルダを用い、ナノカーボン材料の状態密度の変化とそれに対応する光学特性の評価についても引き続き行っていく。さらに今後は発展的な課題としてアルカリ金属のインターカレーション等を通じて、様々な電子状態の材料から光学特性を計測し、デバイス応用に向けた幅広い知見の取得を目指す。こちらも前年度に引き続き適宜実験環境整備を行う。

これは原子レベルの欠陥から局所的に定量的な光学特性を計測した世界初の成果である。初年度にカーボンナノチューブ及びカーボンナノチューブ内部に合成した一次元材料を中心に構造制御と局所的な物性評価を行った。本年度はこれをさらに発展させ、モノクロメータで単色化した電子源を用い、カーボンナノチューブ一本から電子エネルギー損失スペクトルを得ることに成功した。また独自の解析手法からカーボンナノチューブ一本の光学定数を得ることにも成功した。さらに本手法を応用して、カーボンナノチューブに内在する欠陥一つから局所的な光学特性の変化を捉えることにも成功した。これによって本研究課題の最終目的であるナノ材料の局所的な光学特性評価の実現に大きく近づいた。大きな成果が得られた一方で、新たな課題も見えてきた。例えば電子エネルギー損失スペクトルと光吸収スペクトルを比較する際、実験条件・試料によっては選択測が異なり等価な情報として扱えないなどの問題が見えてきた。これにはさらに幅広い材料・条件での実験を進め、系統的な理解を進める必要がある。既にグラフェンや遷移金属ダイカルコゲナイドなどの原子層物質を使った計測を始めており、粒界の有無や原子層物質の積み重ね方によって光学特性が変化することが分かってきており、さらなるデータの積み重ねが必要である。また研究を進めていく中でスペクトルの波数成分やフォノンとの相互作用が現象理解に重要な役割を果たしていることがわかってきた。次年度以降はこれまでに得られた知見に加えて、吸収スペクトルの波数成分を取り出す手法を確立するとともに、フォノンとの相互作用についても詳細な検討を行っていく必要がある。本研究では、ナノ材料の光学特性と材料の原子構造とを一対一で対応付けることを目的とした、新たな材料評価手法の開発を進めている。初年度はナノ材料の局所的な光学特性を計測するための前段階として、材料の欠陥制御や欠陥の構造観察、電子状態の評価などを行った。ナノ材料中に存在する空孔などの欠陥は、励起子をトラップし発光を促すなど、光学的に非常に重要な場所であり、欠陥近傍の構成元素を含めて完全な構造を理解する必要がある。近年の電子顕微鏡技術の発展により、ある程度の重さを持つ元素で構成された材料であれば原子分解能像を得ることが可能である。しかしながら従来のイメージング技術では水素やリチウムといった軽元素はほとんどコントラストが得られないため単原子レベルでの可視化は容易ではなかった。そのため空孔状の構造は可視化できるものの、そこに水素やリチウムは含まれず、本当に「空」孔であるかどうかを評価することは非常に困難であった。この課題に対し本研究ではカーボンナノチューブ内部に構成した原子鎖を使って、空孔及び軽元素(リチウム等)による置換部位を見出し、電子エネルギー損失分光法と走査透過電子顕微鏡による暗視野像とを組み合わせた手法によって両者を明瞭に区別することに成功した。また局所光学測定の前段階の一つとしてナノ材料の電子顕微鏡内構造制御にも取り組んだ。
強磁性スピン集団を用いた量子インターフェイスの開発

我々は強磁性マグノンを媒介として光とマイクロ波間でのコヒーレントな情報転送の実現を目指し研究を行ってきた。この二者間をコヒーレントに繋ぐインターフェイスの開発は、量子ネットワークや量子中継機の実現に必要不可欠である。強磁性マグノンは、光・マイクロ波それぞれとコヒーレントに結合させることが可能であるが、本年度、特に強磁性マグノンと光間の相互作用についての基礎的な研究が大きく進展し、新たな知見を得ることに成功した。光ーマイクロ波間のコヒーレントな変換は、3体(光が2モード、マグノンが1モード)の相互作用を用いることによって実現している。しかし、光とマグノンの相互作用の中にはより高次の相互作用が存在する。印加磁場と照射する光の波数ベクトルを平行にした場合、4体(光が2モード、マグノンが2モード)の相互作用が現れることが複素誘電率テンソルの形から予想された。そこで球状強磁性体中の静磁波モードと、細く絞ったレーザー光を用いてブリルアン散乱を観測したところ、コヒーレントな4体散乱の存在を実証することに成功した。観測された信号の中には、異なる2つの静磁波モードの差周波数分だけ周波数変調されたブリルアン散乱光が存在した。この結果は、適当な周波数差をもつ2色のレーザー光を球状強磁性体に照射することにより、あるエネルギーの高い静磁波モードからエネルギーの低い静磁波モードへと変換することが可能であることを示唆しており、新しいマグノン制御の手法に繋がると期待している。これらの結果について現在論文執筆中である。29年度が最終年度であるため、記入しない。強磁性スピン集団を用いた光とマイクロ波間での量子トランスデューサの実現には、強磁性スピン集団と両電磁波との間でのコヒーレントな相互作用を利用する必要がある。マイクロ波と強磁性スピン集団とは「強磁性共鳴(FMR)」を用いて、また光と強磁性スピン集団とは「ファラデー相互作用」を用いることにより実現できると考えた。平成27年度の前半では強磁性体イットリウム鉄ガーネット(YIG)の球状試料を用いることにより通信波長帯の光とマイクロ波間での双方向信号変換を実現した。この成果をまとめた論文は現在査読付き雑誌に投稿中である。この強磁性スピン集団を媒介とする手法によって量子極限での信号変換(例えば単一光子の変換)を実現するには、変換効率の改善が鍵となる。YIGを用いた光ーマイクロ波変換の変換効率に制限を与えているのはYIG中のスピンと光の間でのファラデー相互作用の弱さにあることを、我々は明らかにしている。ファラデー相互作用の強弱は物質中の磁性イオンのもつ遷移周波数と相互作用する光の周波数との離調の大きさに露わに依存することが知られており、吸収が問題にならない程度に離調を小さくした方が強くなる。これまで用いてきたYIG中の鉄イオンの遷移周波数と通信波長帯の光の周波数の離調の大きさは、500テラヘルツ程度と非常に大きい。そこで、YIGを構成する元素の一つであるイットリウム原子を通信波長帯に電子遷移をもつエルビウム原子に置換した、エルビウム鉄ガーネット(ErIG)を用いることにより、離調の大きさを3桁程度小さくできると考えている。このErIGには磁化がゼロになる補償温度が存在し、さらにスピン再配列が起こるなど磁気的に大変興味深い特性があることが知られている。平成27年度の後半ではErIGの単結晶の作製を行い、平成28年度に低温環境下でのファラデー回転やFMRの測定が可能となるよう、装置の設計と構築を行った。YIGを用いて光ーマイクロ波間での双方向信号変換を実現し、本研究課題である強磁性スピン集団を用いた波長変換器の原理実証ができたため。我々は強磁性体中のマグノンを媒介として、光とマイクロ波での間のコヒーレントな情報伝達を実現することを目指し研究を行っている。平成27年度に双方向変換が可能であることを実験的にそして定量的に示し、平成28年5月、Physical Review B誌上で論文を発表した。その2ヶ月後の7月にはNature Photonics誌にResearch highlightsとして取り上げられた。この研究は、全てのスピンが一様に歳差運動しているモード(Kittelモード)を用いて行った。この強磁性スピン集団を媒介とする手法によって量子極限での信号変換(例えば単一光子の変換)を実現するには、変換効率の改善が必要不可欠となる。変換効率は様々な要素によって決定されるが、我々の系は光とマグノンの間の結合強度がボトルネックであることが明らかとなっており、平成28年度、特に私は光とマグノンの結合強度を如何にしたら増強できるかということを念頭に次の2つの指針をもって実験を行った。(1)物質の変更これまで用いてきたイットリウム鉄ガーネット(YIG)をエルビウム鉄ガーネット(ErIG)に変更し、ErIGのファラデー回転量がYIGに比べ大きいことを実証した。(2)マグノンモードの変更光とマグノン間の結合強度は、それぞれのモード体積のオーバーラップがとれている方が強くなり、さらに両方のモード体積が小さい方が強くなるという特性を持っている。これまで用いてきたKittelモードはミリメーターサイズの試料全体にモード体積をもつモードである。そこで光、マグノンともに試料表面に局在するようなモードを使うことによって結合強度を増強できると考え実験を進めた。

(1)物質の変更についてErIGは磁化がゼロになる補償温度(80 K付近)が存在するなど、磁気的に大変興味深い特性をもっていることで知られているが、低温(10 K以下)での観測報告が少ない。平成27年度中にその試料を実際に作成したことは既に報告したが、平成28年度はそれを用いて実際に低温環境下でのファラデー回転を測定し、YIGを用いた時に比べ回転量が増大していることを実証した。一方、マイクロ波を用いたErIG中のマグノンの観測については未達成であるが、平成29年度中に中性子非弾性散乱を用いた測定によって明らかにしたいと考えている。(2)マグノンのモードの変更について平成28年度後半に測定系の立ち上げを行い、既にマイクロ波を用いた表面モード観測には成功している。平成29年度前半で光を用いた測定が可能となるよう、測定系の準備を行った。我々は強磁性マグノンを媒介として光とマイクロ波間でのコヒーレントな情報転送の実現を目指し研究を行ってきた。この二者間をコヒーレントに繋ぐインターフェイスの開発は、量子ネットワークや量子中継機の実現に必要不可欠である。強磁性マグノンは、光・マイクロ波それぞれとコヒーレントに結合させることが可能であるが、本年度、特に強磁性マグノンと光間の相互作用についての基礎的な研究が大きく進展し、新たな知見を得ることに成功した。光ーマイクロ波間のコヒーレントな変換は、3体(光が2モード、マグノンが1モード)の相互作用を用いることによって実現している。しかし、光とマグノンの相互作用の中にはより高次の相互作用が存在する。印加磁場と照射する光の波数ベクトルを平行にした場合、4体(光が2モード、マグノンが2モード)の相互作用が現れることが複素誘電率テンソルの形から予想された。そこで球状強磁性体中の静磁波モードと、細く絞ったレーザー光を用いてブリルアン散乱を観測したところ、コヒーレントな4体散乱の存在を実証することに成功した。観測された信号の中には、異なる2つの静磁波モードの差周波数分だけ周波数変調されたブリルアン散乱光が存在した。この結果は、適当な周波数差をもつ2色のレーザー光を球状強磁性体に照射することにより、あるエネルギーの高い静磁波モードからエネルギーの低い静磁波モードへと変換することが可能であることを示唆しており、新しいマグノン制御の手法に繋がると期待している。これらの結果について現在論文執筆中である。低温下でのErIGの物性を、磁化率、FMR、ファラデー回転、中性子非弾性散乱などの測定を通して理解することを目指す。強磁性スピン集団を用いた量子レベルでの波長変換の実現に向け、希釈冷凍機内部での実験準備も進める予定である。(1)物質の変更についてマイクロ波を用いたErIG中のFMR観測については未達成であるが、平成29年度中に中性子非弾性散乱を用いた測定によって明らかにしたいと考えている。(2)マグノンのモードの変更について平成29年度中に、表面に局在したマグノンと光との結合を観測し、さらに共振器構造を取り入れた系の構築を行う予定である。29年度が最終年度であるため、記入しない。
口腔ケアによる上部消化管癌予防の試み～アセトアルデヒドの産生抑制を介して～

舌の上に白い苔のように付着している汚れ(舌苔)の面積と、口の中のアセトアルデヒド濃度について、健常者65人(男性51人、女性14人)で調査し、舌苔の付着面積が大きい人は、付着面積が小さい人に比べ、口の中のアセトアルデヒド濃度が高くなることを明らかにしました。その理由として、舌苔に含まれる細菌がアセトアルデヒドの産生に関与していると考えられ、舌苔を取り除く舌清掃を行うと、口の中のアセトアルデヒド濃度が減少することも確認しました。現時点で、上部消化管癌患者のべ72症例、健常者58症例、データを収集した。具体的には、横断調査として、初診時のデータが、癌患者46症例、健常者58症例である。また縦断調査として口腔ケア後のデータを、癌患者20症例収集できた。横断調査、縦断調査とともに以下の内容についてデータを収集した。具体的には、年齢、性別、病名、口腔内アセトアルデヒド濃度、アルコール代謝酵素の表現型、舌背のカンジダ(C.albicans,C.krusei,C.tropicalis)菌量のレベル、菌種数、現在歯数、口腔清掃状態、歯周病進行状態、歯磨き回数、歯磨き時間、喫煙習慣、飲酒習慣についてである。統計分析を行ったところ、以下の結果が得られた。横断調査では、口腔内アセトアルデヒド濃度について、癌患者と健常者との間に統計学的有意差はみられなかった。また、癌患者と健常者それぞれにおいて、口腔内アセトアルデヒド濃度と舌苔の付着面積のスコア、口腔内アセトアルデヒド濃度と歯肉の下がり具合、との間に統計学的有意な関係がみられた。縦断調査では、20症例中、12症例に口腔内アセトアルデヒド濃度の減少がみられた。癌患者と健常者において、口腔内アセトアルデヒド濃度の差はみられなかったものの、舌苔の付着面積が大きい人、歯周病の既往があり、歯肉の下がり具合が大きい人のほうが、口腔内アセトアルデヒド濃度が高いということがわかった。このことから、舌苔を除去すること、歯周病を予防することが、口腔内アセトアルデヒド濃度を減少させるかもしれないということが示唆された。さらには、アセトアルデヒドに発がん性がみられることから、舌苔除去、歯周病予防が、癌予防に寄与するかもしれないという、可能性が示めされた。平成24年8月28日平成25年3月31日に岡山大学病院予防歯科を受診し、本研究に同意を得られた上部消化管癌患者25名と、ボランティアで参加した健常者5名を対象とした。このうち、1カ月以内に抗生剤を服用した者1名、測定日前日にアルコールを服用した者1名を除外し、上部消化癌患者23名、健常者5名について比較検討を行った。初診時の評価項目は、年齢、性別、癌の部位、口腔内アセトアルデヒド濃度、アルコール代謝酵素の表現型、舌背のカンジダ(C.albicans,C.krusei,C.tropicalis)菌量のレベル、菌種数、現在歯数、口腔清掃状態、歯周病進行状態、歯磨き回数、歯磨き時間、喫煙習慣、飲酒習慣とした。結果は以下のとおりである。初診時の口腔内アセトアルデヒド濃度は、上部消化癌患者において健常者よりも高い傾向が認められた(t検定、有意差なし)。また、上部消化癌患者では、口腔内のアセトアルデヒド濃度と舌背から採取したカンジダの菌量のレベルとの間に、有意な正の相関が見られた(Spearmanの相関係数、p<0.05)。上部消化癌患者において口腔内アセトアルデヒド濃度が健常者よりも高い傾向にあったことから、口腔内のアセトアルデヒド濃度と上部消化管癌との関連が示唆された。さらに、上部消化癌患者23名のうち10名について、口腔内アセトアルデヒド濃度、舌背のカンジダ(C.albicans,C.krusei,C.tropicalis)菌量のレベル、菌種数、口腔清掃状態、歯周病進行状態を、口腔ケアの前後で比較した。その結果、口腔ケア後には、10症例中7症例で口腔内アセトアルデヒド濃度の減少が認められた(t検定、有意差なし)。口腔ケアを実施することで、口腔内アセトアルデヒド濃度が減少する可能性が示された。平成24年8月平成26年12月に、岡山大学病院予防歯科を受診し、本研究に同意を得られた上部消化管癌患者73症例と、健常者111症例について、口腔内診査、および口腔内アセトアルデヒド測定を実施した。具体的には、横断調査として、癌患者46症例、健常者85症例を、また、縦断調査として癌患者20症例、健常者26症例について、評価項目の測定を実施した。評価項目は、年齢、性別、癌の部位、口腔内アセトアルデヒド濃度、アルコール分解酵素の表現型、舌苔の付着面積、舌背のカンジダ菌の菌量レベル・菌種数、現在歯数、口腔清掃状態、歯周病進行状態、歯磨き回数・時間、喫煙・飲酒習慣とした。横断調査の結果では以下のことがわかった。舌苔の付着面積が小さい(舌全体の1/3以下)者の口腔内

アセトアルデヒド濃度の中央値が100ppbであったのに比べて、舌苔の付着面積が大きい(舌全体の2/3以上)者の濃度は407.0ppbと、統計学的に有意に高かった。癌患者と健常者の間で、口腔内アセトアルデヒド濃度に差はみられなかった。しかし、舌苔付着面積が大きい(舌全体の1/3以上)被験者間で比較すると、健常者(308.8ppb)よりも癌患者(1191.2ppb)のほうが、統計学的有意にアセトアルデヒド濃度が高かった。縦断調査では、舌清掃を中心とした口腔ケアによって、癌患者20人中12人に、健常者26人中17人に、アセトアルデヒド濃度の減少がみられた。得られた結果について、学会で発表を行い、論文にまとめた。以上のことから、舌苔の付着の付着面積と、口腔内アセトアルデヒド濃度に関連があり、舌苔の除去を目的とした口腔ケアによって、口腔内アセトアルデヒド濃度が減少することが確認できた。アセトアルデヒドには発癌性が指摘されていることから、舌清掃で発癌性物質を減少させることにより、癌が予防できるかもしれないという可能性が示された。社会系歯学横断調査では症例を多く収集することができた。一方、平成25年度に進めるべき縦断調査として、健常者の縦断調査の症例数を集めることができなかった。その理由としては、横断調査に関する症例収集に日数を費やしたことがあげられる。横断調査における症例数の収集において、癌患者、健常者ともに30名を予定していたが、現時点で癌患者24症例、健常者5症例と予定人数に達していないため。平成25年度の研究の達成度に対する課題として、縦断調査の症例収集があげられる。平成25年度は研究分担者の変更もあり、平成25年度実施の計画・研究費の一部を平成26年度に繰り越すこととなった。平成26年度は縦断調査の症例数を、岡山大学、北海道大学、双方で収集する予定である。新しい研究分担者は、北海道大学病院のがん治療に関する臨床現場において、責任ある立場で実務を行っているため、症例の収集を容易に行えることが期待できる。症例数の確保が急務である。平成24年度は、倫理委員会への申請書の作成遅延や、癌患者に対する診査体制、健常者への研究協力についての広報に不備が認められた。そのため、症例数の収集が軌道にのるまでに、時間がかかり、短期間での症例収集となった。平成25年度は、この遅れを取り戻すべく、より多くの癌患者の症例収集を行う。一方、健常者群を増やすために広報が必要であるが、予防歯科診療室にこられる外来患者へひろく広報する体制を作ることにより、より多くの健常者の症例数を増やす予定でいる。平成25年度の途中で、研究分担者が変更となり、分担金の分配額に変更があった。そのため、平成25年度に計画していた研究を、平成26年度分とまとめて実施することとなった。平成25年度の研究に使用予定であった物品も、平成26年度にまとめて購入することとなったので、平成25年度の分配金を、平成26年度に繰り越すこととなった。平成25年度使用分を平成26年度に繰り越し、北海道大学でのまとまった縦断調査の症例収集費用にあてる。よって、平成26年度は、当初予定していた研究計画及び平成25年度に実施できなかった、縦断調査を実施することとしており、そのための費用とする。
細菌により誘導される新規リソソーム膜タンパク、SIMPLEの解析

昨年度の報告にあるよう、SIMPLE欠損細胞は野生型細胞と比較し、Lyn依存的なアポトーシスにおいて感受性が増大する事を確認している。また、SIMPLEは転写因子であるNF-κBの分解に関与することが報告されている。これらの事実より、SIMPLEがLynの分解を促す事でアポトーシスに対して耐性を獲得しているとの仮説を立て、その検証を行った。SIMPLE欠損細胞および野生型細胞間においてLynが活性化されるアポトーシス刺激を加え、その状況下におけるLynのタンパク量について検討を行った結果、顕著な差を確認することは出来なかった。多くのリソソーム膜タンパクのリソソームへの局在は、それらタンパクが有する特異な配列により規定されている。一方、申請者が同定した新規リソソーム膜タンパクでさるSIMPLEは、これまでに報告されているリソソーム膜タンパクと相同性を示さず、それらタンパクに見られる特異な配列を有さない。今年度はSIMPLEの局在を規定する領域を明らかにすべく、SIMPLE結合タンパクの同定をYeast-two hybrid法により試みた。結果、酵母においてタンパクの液胞への輸送に関与することが報告されているタンパクとの結合を確認した。そのタンパクはPro-Thr-Ala-Pro配列と結合することが報告されており、SIMPLEにおいても同配列が確認されたことから、両タンパクの結合が同配列に規定されているか検討を行った。結果、SIMPLE配列中のProlineをAlanineに置換したものにおいてそのタンパクとの結合が欠失する事が明らかとなった。現時点で、この結合がSIMPLEの局在を規定し得るか明確では無いものの、SIMPLEの局在を規定する因子として有力視できるものと考えている。申請者が発見した新規遺伝子SIMPLEは、TNF-αの転写因子として報告されているLITAFおよび、p53によるアポトーシス関連遺伝子であるPIG7と高い相同性を示す。今年度はSIMPLEの上記した機能への関与を明らかにすべく実験を行った。まず、SIMPLEの転写因子としての機能について検討を行った。SIMPLEは2型のlysosome膜タンパクであり、転写因子として機能するためには膜から遊離する必要がある。最近、SIMPLEはUbiquitin ligaseとして報告されているNedd4との相互作用が明らかとなったことから、SIMPLEはNedd4によりubiquitin化されproteasomeによる分解を経て膜から遊離すると考えた。そこで、SIMPLEのI)Nedd4との相互作用II)ubiquitin化III)核移行IV)DNA結合能について検討を行った。結果、SIMPLEとNedd4の相互作用は明らかとなったものの、他の現象を確認することはできなかった。次に、SIMPLEのアポトーシスヘの関与について検討を行った。SIMPLE欠損細胞をDT40細胞を用いることで作製し、野生型DT40細胞とのアポトーシス刺激に対する感受性の差について検討を行った。結果、Lyn依存的経路によりアポトーシス誘導を起こす刺激においてのみ感受性の差を確認することができた。LynはNedd4により分解されることが報告されていることから、SIMPLE欠損細胞のLyn依存的な刺激によるアポトーシスヘの感受性の増大はLynの分解が阻害されたためであると考えており、現在、この点を明らかにすべく実験を行っている。最近、SIMPLEはneuropathyの一つであるCharcot-Marie-Tooth病に関与することが報告された。多くの神経変性疾患は異常タンパクの蓄積により引き起こされる神経細胞のアポトーシスを病因とする。申請者は、SIMPLEがタンパク分解に強く関与しているものと考えており、SIMPLE欠損マウスの作製および、その行動異常等について観察検討する次第である。
汎用型離散最適化システムの構築による拡散移動を伴う森林生態系サービスの経済評価

本研究では、生態系サービスの生成過程に見られる基本的なメカニズム(拡散・移動)を的確に捉えた最適化システムを構築し、生態系サービスの経済評価と持続的供給を可能にする資源利用の最適な時空間的制御の実現に向けた経済・政策分析を行う。宮崎県綾町において送粉サービスの指標として、日向夏へのニホンミツバチ訪花数のモニタリングを行った。ミツバチ来訪数と周囲の景観構造との関係を統計モデルにより解析した。周囲に天然林が多く、農地が多いほどミツバチ来訪数が多くなるという結果となった。沖縄島北部を対象として、在来脊椎動物(哺乳類29種、鳥類155種、爬虫類47種、両生類23種)の保全優先地域と、侵略的外来種(フイリマングース)の分布動態(分布確率の増減)の関係を分析し、外来種駆除努力の生物多様性保全効果を検証した。在来種の保全優先地域は、対象地域内の種ごとの希少性を重視した除去規則に基づく空間的優先順位付け法によって特定した。マングース分布確率の時空間動態は、捕獲罠の情報(捕獲有無の時空間分布データ)を用いて、階層ベイズモデルによって推定した。地理情報システム(GIS)に基づくデータベースを利用して、地域毎に経時的に測定されたデータに位置情報を付与することで、時系列と地理空間データに対する融合解析が可能となる(以下、時空間データ)。このような時空間データを分析するための統計手法の開発を行った。具体的には、経時測定されたデータ特有の時点間相関をモデルに組み込み、かつ、説明変数で捉えきれない空間変動の分布型をノンパラメトリックに推定する方法を開発した。開発した分析法は、説明変数の影響を調整した上で、土地利用等の空間分布の時系列的な変化の定量的評価への応用が期待される。時空間最適化モデル構築については、単純な焦点的集約に加え、焦点間連結ネットワーク構築も可能にするようモデル修正を行った。宮崎県綾町における送粉サービスに関しては、継続して日向夏へのニホンミツバチ訪花数モニタリングを行っており、順調にデータが蓄積されている。沖縄島北部を対象とした保全調査については、前年度に予定していた解析を行い、その成果を原著論文として投稿し、受理された。このことから、順調に進捗しているといえる。時空間データを分析するための統計手法の開発については、今年度は、時空間データの分析法の開発と理論面の整備を中心に行った。統計ソフトRを用いて開発した分析法を実装したプログラム開発も行い、順調に進展している。資源利用の最適な時空間的制御に対する離散最適化モデリングについても、順調に進展し、その成果を森林分野ではトップレベルのForest Scienceに掲載している。宮崎県綾町における送粉サービスに関しては、継続して日向夏へのニホンミツバチ訪花数モニタリングを行い、モデリングの精度を上げていく。沖縄島北部を対象とした保全調査については、今後は、マングースだけでなく、他の外来種についても空間情報(出現記録・分布地図)を整備し、保全優先地域との一致性分析を網羅的に行う。外来種ごとの空間分布と保全優先地域の重複度合いから、生物多様性保全効果の観点から見た、外来種の管理優先度のランキングを特定する。これまで入手可能なシェイプファイルを利用して、地理情報システム(GIS)に基づき隣接情報などのデータベースを構築してきたが、さらに、フィールド調査やGISで得られた地理情報も加えることで、データベースの情報充実を進めている。整備が進むデータベースに対して、開発した時系列データ分析法を適用することで、土地利用等の経時的・空間的変化の評価および可視化を進めていく予定である。また、開発した分析法を広く利用してもらうために、ウェブアプリなどの開発も検討していく。資源利用の最適な時空間的制御に対する離散最適化モデリングについては、さらに空間的非線形評価を考慮できるモデルへ進展させる。本研究では,意思決定過程に対し,生態系サービスの生成過程に見られる基本的なメカニズム(拡散・移動)を的確に捉えた最適化システムを構築し,生態系サービスの経済評価と持続的供給を可能にする資源利用の最適な時空間的制御の実現に向けた経済・政策分析を行う。宮崎県綾町の日向夏農園において、生態系サービス(送粉サービス)の指標としてニホンミツバチ訪花数を調査し、景観構造との関係を統計モデルにより解析した。その結果、周囲に天然林が多く、また農地および草地が多い日向夏農園において、ニホンミツバチ来訪数が多くなる傾向が明らかとなった。日本に分布する動植物について、在来種・外来種の空間分布を収集し、生物多様性保全と外来種駆除のエフォート配分の最適化分析に必要なデータセットを整備した。また、在来植物のデータセットを用いて、空間的保全優先度分析を行い、最適なパラメータ設定(種の重みなど)について検討した。その結果、経験的によく用いられる種の保全優先度(絶滅危惧ランク、固有性、有用性)は、保全優先地域分析のアウトプットへの影響が極めて小さいことが明らかになった。地理情報システム(GIS)を用いたデータベース構築の準備を進めた。具体的には、入手可能な既存のGISデータについての情報を収集し、データベース構築のための課題を抽出した。また、空間統計モデリングのための分析手法の基盤となる理論開発を行った。様々な森林生態系サービスの持続的な供給を念頭に入れた、効率的な間伐時期・頻度及び主伐の時期を探索できる森林管理ユニットレベルの最適化モデルを構築した。また、時空間最適化モデル構築に向けて、各林地・農地における施業・営農法連結を考慮できる離散最適化モデルを構築した。

このモデルでは隣接するユニットの集約に最大サイズ制約を課し、施業・営農法の連結を仮定するものである。初年度、検討した森林管理ユニットレベルの最適化モデルを応用することで、各管理ユニットの状態に応じた、最適な管理計画が明らかにできる。最終的に構築するモデルは、数千数万といった森林管理ユニットから構成される森林ランドスケープレベルの管理空間配置を最適化できる離散最適化モデルであるが、予め候補として生成する「管理計画・施業計画」がモデル構築の重要な課題の1つである。森林管理ユニットをクラス分けし、各クラスに対して上記のモデルを応用することで、各クラスごとに適応可能な「管理計画・施業計画」をあらかじめ準備できることが期待できる。また、地理情報システム(GIS)を用いたデータベースについては、コリドー最適化において必要な隣接行列の構築に向けた課題を明らかにした。隣接行列は、対象地区の地理情報をまとめたシェイプファイルに対して、ArcGISあるいは、統計ソフトのRを適用することで作成できるが、シェイプファイルが適切に作成されていない場合(例えば、ポリゴン間の境界線が共有されていない、あるいは、重複している等)、隣接行列の作成が失敗し、最適化モデルを用いた結果が不連続なコリドーになることが確認できた。また、在来種・外来種の空間分布分析などについては、予備解析が可能なデータセットを初年度で準備することができたので、概ね順調に進んでいる。本研究では、生態系サービスの生成過程に見られる基本的なメカニズム(拡散・移動)を的確に捉えた最適化システムを構築し、生態系サービスの経済評価と持続的供給を可能にする資源利用の最適な時空間的制御の実現に向けた経済・政策分析を行う。宮崎県綾町において送粉サービスの指標として、日向夏へのニホンミツバチ訪花数のモニタリングを行った。ミツバチ来訪数と周囲の景観構造との関係を統計モデルにより解析した。周囲に天然林が多く、農地が多いほどミツバチ来訪数が多くなるという結果となった。沖縄島北部を対象として、在来脊椎動物(哺乳類29種、鳥類155種、爬虫類47種、両生類23種)の保全優先地域と、侵略的外来種(フイリマングース)の分布動態(分布確率の増減)の関係を分析し、外来種駆除努力の生物多様性保全効果を検証した。在来種の保全優先地域は、対象地域内の種ごとの希少性を重視した除去規則に基づく空間的優先順位付け法によって特定した。マングース分布確率の時空間動態は、捕獲罠の情報(捕獲有無の時空間分布データ)を用いて、階層ベイズモデルによって推定した。地理情報システム(GIS)に基づくデータベースを利用して、地域毎に経時的に測定されたデータに位置情報を付与することで、時系列と地理空間データに対する融合解析が可能となる(以下、時空間データ)。このような時空間データを分析するための統計手法の開発を行った。具体的には、経時測定されたデータ特有の時点間相関をモデルに組み込み、かつ、説明変数で捉えきれない空間変動の分布型をノンパラメトリックに推定する方法を開発した。開発した分析法は、説明変数の影響を調整した上で、土地利用等の空間分布の時系列的な変化の定量的評価への応用が期待される。
低侵襲マニピュレーションを実現する刺激応答性ハイドロゲルリンクルの創成

ハイドロゲルは水を多量に含んだ弾性体であるため、従来の表面構造の形成手法の適用が難しい。一方で、リンクル構造に代表される表面の三次元構造は材料表面の機能化を可能とする。本研究では、電場印加により高分子電解質をゲル表面に集積することで高弾性率の薄層を形成させ、ゲルとの弾性率差によりリンクル構造を誘起させることを目的とした。カチオン性高分子を内包させたハイドロゲル表面にアニオン性高分子水溶液を滴下し、電場印加することでリンクル構造がゲル表面に形成した。このリンクル構造の波長は印加する電場の大きさやゲルの弾性率を変化させることで制御可能であった。このことから、リンクル構造はゲル表面に集積された高分子電解質が互いに相互作用することで形成するポリイオンコンプレックスの薄層とゲル間の弾性率のミスマッチによって誘起されることがわかった。また、電極表面に絶縁パターンを施すことにより高分子電解質に対する電気泳動が起きる箇所を制限することで、任意の形状にリンクル構造のパターニングを行うことが可能であった。更に、電極を傾斜させることで電場の強度を連続的に変化させると、リンクル構造の波長も連続的に変化した。温度応答性ゲルにカチオン性高分子電解質を内包させ、アニオン性高分子電解質水溶液をゲル表面に滴下した後、電場印加することでリンクル構造を形成させた。このリンクル構造は外部刺激により消失、また再形成させることが可能であった。リンクル構造の形成や解消を十分に制御可能にする刺激応答性ポリイオンコンプレックス層の構築が遅れている。刺激応答性高分子の作製条件の最適化およびリンクル形成条件の最適化に努め、リンクル構造の形成/解消の制御を行う。
膜形態制御分子の解析からひもとくマラリア原虫の寄生戦略の解明

これまでに、PfDyn2のリン脂質との相互作用につき主に解析してきた。PfDyn2は、陰性荷電をもつ膜リン脂質を含む人工球状リポソームに強く結合し膜変形を引き起こす。電顕を用いてチューブ状に変形した膜の表層部に、PfDyn2と考えられるタンパクの層を初めて観察できた。本年度は、この系を用いPfDyn2のGTP加水分解と膜変形との共役機構を(1)ネガティブ染色法と電子顕微鏡(2)高速原子間力顕微鏡(HS-AFM)(3)クライオ電子顕微鏡を駆使して解析した。まず、(1)について、PfDyn2によりチューブ状に変形した膜をネガティブ染色と電顕を組みあわせて観察した。PfDyn2とリポソームの反応時間が短いと球体の真ん中にくびれが生じたリポソームが多数観察された。また、反応時間が長いと径が均一なチューブ状膜が多数観察された。現在、この変形の違いは何を意味するのかについて解析を進めている。変形した膜にGTPを加えるとリポソームは球状に変化した。GTPの存在下ではPfDyn2のリン脂質との結合性が変化した可能性がある。(2)高速原子間力顕微鏡を用いて、膜変形の動態を観察すべくその条件を整えている。リポソームを用いて膜変形を観察する場合には、そのサイズが大きいこともあり、AFMの支持体であるマイカ台にリポソームが付着できないことが判明した。まずは、マイカ台にリポソームを付着する方法を探索している。(3)変形した膜上のPfDyn2の配向を調べるべく、クライオ電子顕微鏡観察を試みた。PfDyn2ーリポソーム混合物を凍結した際に、PfDyn2がリポソームからすべて離れてしまうことが判明した。PfDyn2をリポソーム膜上にとどめるために、化学的に固定する方法も含めてサンプル調製法を検討中である。ネガティブ染色と電顕観察により、PfDyn2の性状解析を大いに進めることができた。しかし、この方法では、PfDyn2の膜上での経時的な動態を観察することができない。そのため、電顕レベルで分子動態が観察できる高速原子間力顕微鏡の観察を試みている。観察条件を改良しつつ、数回の観察を既に行って問題点の抽出に努めた。今後、平面膜などをさらに試して、観察できる系の構築に尽力する。クライオ電子顕微鏡は、実績の項で示したがサンプルの調製に問題点がある。今後、サンプルの調製を改良していく。PfDyn2の膜上の動態、構造解析を高速原子間力顕微鏡及びクライオ電子顕微鏡で観察するための、サンプル調製、観察条件の改良に尽力する。(理由)

今年度分の経費は、効率よく執行できた。今後購入予定の消耗品が残予算では購入できないので、繰り越して次年度予算と合わせて購入することとした。(使用計画)消耗品を購入予定である。
鉄系高温超伝導体を用いた無冷媒高磁場強度バルク磁石の開発

高温超伝導体の応用手法として、その強いピン止め力によって磁場を捕捉させ、永久磁石型の強力なバルク磁石として利用するという試みが行われている。本研究では、申請者らが2016年に発見した鉄系高温超伝導体CaKFe4As4を対象とした高性能超伝導バルク磁石の開発を行う。申請者が得意とする種々の合成・評価手法を活用することにより、高温(20K)で高い磁場(2T)の捕捉が可能な超伝導バルク試料の作製手法を確立する。本研究によって、強力な超伝導磁石が実装された、小型冷凍機で動作可能なポータブル核磁気共鳴(NMR)/磁気共鳴画像(MRI)実用化への道を拓く。