hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
人工多能性幹細胞を用いた肝がん幹細胞動物モデルの確立と応用

前年度に続いて、肝がん細胞株の上清を用いてマウスiPS細胞より作製したがん幹細胞を、一連の成長因子(アクチビン、FGF2、HGF)を用いて肝細胞系へと分化誘導し、肝細胞特異的遺伝子発現(AFP、アルブミン)を確認した上で、ヌードマウスに経門脈的及び直接肝臓に移植して腫瘍を形成させた。これら腫瘍は胚細胞性腫瘍および三胚葉系由来の細胞が主体であったため、次の方法を試みた。すなわち、これら腫瘍より得られた初代培養細胞より胚様体を形成させ、これを再び肝がん細胞株の上清及び一連の成長因子とともに培養し、肝細胞特異的遺伝子発現を確認した上で、再びヌードマウスに経門脈的及び直接肝臓に移植して腫瘍を形成させた。培養処理により肝特異的な遺伝子発現は確認されたが、ヌードマウスに移植して得られた腫瘍にはやはり胚細胞性腫瘍細胞と三胚葉系由来の細胞が主体であり、組織学的に肝細胞への分化を示す細胞に乏しかった。一方、初代培養細胞をヌードマウスの肝臓に直接移植して腫瘍を形成させ、得られた初代培養細胞のヌードマウス肝臓への移植を繰り返した。それにより形成された腫瘍の遺伝子発現並びに免疫組織学的解析によって、腫瘍内にGlypican-3, AFP及びGFPを発現する細胞集団を認め、肝細胞様細胞への分化あるいは肝がん様細胞の形成が示唆された。しかし、これらの細胞集団は腫瘍の一部に見られるのみであり、腫瘍の主体は種々の胚葉系由来の細胞により形成されていた。そのため、これら肝細胞様細胞あるいは肝がん様細胞を主体とする腫瘍形成が安定的かつ効率的に得られるモデルを作成すべく、iPS細胞由来の内胚葉系ないしは肝細胞系への分化を示した細胞によるオルガノイド作製を用いる方法の確立を試みている。われわれが確立した人工多能性幹細胞(iPS細胞)からがん幹細胞モデルを作製する手法を用いてがん幹細胞を作製し、さらに肝がん幹細胞への分化誘導を行った。すなわち、マウスiPS細胞をヒト肝がん細胞株の培養上清を用いて培養することにより、がん幹細胞を誘導した。このがん幹細胞をヌードマウスの皮下に移植し腫瘍形成させた。同腫瘍の免疫組織学的解析によりGFP陽性の幹細胞を含む胚細胞性腫瘍の組織像とそれより様々に分化したと考えられる腫瘍組織の形成を確認した。さらに同腫瘍より得られた初代培養細胞の解析により、胚様体形成能および幹細胞マーカー発現を認め、がん幹細胞モデルの樹立を確認した。この確立されたがん幹細胞を一連の成長因子(アクチビン、FGF2、HGF)を用いて肝細胞系へと分化誘導することにより作成した細胞において、肝細胞特異的遺伝子発現(AFP、アルブミン)を確認した。続いて、この肝細胞系へと分化誘導した細胞をヌードマウスの腸管に移植することにより、肝に腫瘍形成を認めた。同腫瘍から作成した初代培養細胞の胚様体形成能および幹細胞マーカー発現を認め、がん幹細胞の存在を確認した。しかし、形成された腫瘍の組織解析では腺管上皮を含む種々の分化した組織を認めたが、高度に分化した肝細胞様の組織には乏しかった。そこで、がん幹細胞の分化過程において、胚様体、胚体内胚葉、肝細胞様細胞の各分化過程において肝がん細胞株の培養上清を用いて培養し、肝細胞様に分化したがん幹細胞を効率的に得られる方法を検討し、胚体内胚葉からの肝がん細胞株培養上清の添加が最も適していることを見出した。さらに、分化誘導した細胞から肝がん幹細胞表面マーカーを用いて、肝がん幹細胞に分化した細胞集団をより特異的に選別・濃縮することに成功した。現在、この細胞群をヌードマウスの門脈を介して移植することにより腫瘍形成を試みている。人工多能性幹細胞(iPS細胞)から作成したがん幹細胞を増殖因子により分化誘導することにより、肝がん幹細胞モデルの作成に成功しており、さらに動物モデルとしての免疫不全マウスにおいて腫瘍形成に成功しているため。われわれが確立し、特許権を出願・取得した人工多能性幹細胞(iPS細胞)からがん幹細胞モデルを作製する手法に基づき、肝がん細胞株の上清を用いてマウスiPS細胞よりがん幹細胞を作製し、これをヌードマウスに移植することにより腫瘍の形成を確認した。更に同腫瘍より得られた初代培養細胞をヌードマウスに移植することにより効率的な腫瘍形成を確認し、がん幹細胞によるマウスの腫瘍モデルを作成した。次いで、得られたがん幹細胞を一連の成長因子(アクチビン、FGF2、HGF)を用いて肝細胞系へと分化誘導、肝細胞特異的遺伝子発現(AFP、アルブミン)を確認した。この分化誘導した細胞から肝がん幹細胞表面マーカーを用いて、特異的に選別・濃縮した細胞集団をヌードマウスの門脈を介して移植することにより腫瘍形成を認めた。同腫瘍より得られた初代培養細胞の解析により胚様体形成能および幹細胞マーカーの発現、すなわちがん幹細胞の性質を有することを確認した。形成された腫瘍は組織学的に胚細胞性腫瘍と上皮系細胞を含めた三胚葉系に由来する細胞が主体であった。そこで、これらの細胞及び新たに肝がん細胞株の培養上清を用いて誘導したがん幹細胞を肝臓に直接移植した。その結果、マウス肝に腫瘍形成が得られ、免疫組織学的解析により腫瘍内にGlypican-3, AFP及びGFPを発現する細胞集団を認め、肝細胞様細胞への分化あるいは肝がん様細胞の形成を示唆させる所見が得られた。

同腫瘍から得られた初代培養細胞、マウスの血中循環腫瘍細胞の性状を解析中である。現在、これら肝細胞様細胞あるいは肝がん様細胞を主体とする腫瘍形成が安定的かつ効率的に得られるモデル作成方法の確立を試みている。人工多能性幹細胞(iPS細胞)から作成したがん幹細胞を増殖因子により分化誘導することによりがん幹細胞モデルの作成に成功しているが、肝がん動物モデルとして肝がん幹細胞の性状解析、薬剤感受性などの検討に供するためには、より安定的かつ再現性のある系の確立が必要であるため。前年度に続いて、肝がん細胞株の上清を用いてマウスiPS細胞より作製したがん幹細胞を、一連の成長因子(アクチビン、FGF2、HGF)を用いて肝細胞系へと分化誘導し、肝細胞特異的遺伝子発現(AFP、アルブミン)を確認した上で、ヌードマウスに経門脈的及び直接肝臓に移植して腫瘍を形成させた。これら腫瘍は胚細胞性腫瘍および三胚葉系由来の細胞が主体であったため、次の方法を試みた。すなわち、これら腫瘍より得られた初代培養細胞より胚様体を形成させ、これを再び肝がん細胞株の上清及び一連の成長因子とともに培養し、肝細胞特異的遺伝子発現を確認した上で、再びヌードマウスに経門脈的及び直接肝臓に移植して腫瘍を形成させた。培養処理により肝特異的な遺伝子発現は確認されたが、ヌードマウスに移植して得られた腫瘍にはやはり胚細胞性腫瘍細胞と三胚葉系由来の細胞が主体であり、組織学的に肝細胞への分化を示す細胞に乏しかった。一方、初代培養細胞をヌードマウスの肝臓に直接移植して腫瘍を形成させ、得られた初代培養細胞のヌードマウス肝臓への移植を繰り返した。それにより形成された腫瘍の遺伝子発現並びに免疫組織学的解析によって、腫瘍内にGlypican-3, AFP及びGFPを発現する細胞集団を認め、肝細胞様細胞への分化あるいは肝がん様細胞の形成が示唆された。しかし、これらの細胞集団は腫瘍の一部に見られるのみであり、腫瘍の主体は種々の胚葉系由来の細胞により形成されていた。そのため、これら肝細胞様細胞あるいは肝がん様細胞を主体とする腫瘍形成が安定的かつ効率的に得られるモデルを作成すべく、iPS細胞由来の内胚葉系ないしは肝細胞系への分化を示した細胞によるオルガノイド作製を用いる方法の確立を試みている。新しく見出した肝がん幹細胞の誘導法を用いて、効率的に肝がん幹細胞モデルを量産する。これを種々の肝がん幹細胞マーカーを用いて更に選別してより高濃度かつ均一な肝がん幹細胞群を得ることにより、効率的な肝がん幹細胞動物モデルの作成を目指す。肝細胞系への分化誘導法については、成長因子の他に種々のシグナル伝達阻害剤を用いた分化誘導法によるより特異的かつ効率的な肝細胞系細胞への誘導の応用を試みる。肝がん幹細胞モデルの作成にはほぼ成功したと考えられ、今後は免疫不全マウスにより均一かつ効率的な肝がん様細胞による腫瘍形成が可能な系の確立を目指す。そのために、現在用いている方法の各ステップを再検討するとともに、未分化ながん幹細胞モデルからの分化の過程ごとにオルガノイドを作成し、これを免疫不全マウスに移植することにより、より効率的かつ組織学的に均一なマウス腫瘍モデルの確立を試みる。得られた腫瘍の初代培養系を用いたがん幹細胞の性状解析及び腫瘍の薬剤感受性を順次検討する。作成したがん幹細胞モデルからの肝がん幹細胞への増殖因子を用いた分化誘導自体は予定より順調に進み、肝がん幹細胞モデルの作成に至ることが出来た。そのため、当初予定していた各種増殖因子の使用量が予想を下回った結果、次年度への繰り越しが発生した。
低エネルギー水素による半導体表面パッシベーションの研究

本研究では、熱や遠隔プラズマ等により励起した低エネルギー水素をシリコン系半導体基板上へ照射した場合の表面化学反応過程や表面電子構造への影響を調べている。まず、フッ素処理による自然酸化膜除去時に形成されるフッ素吸着シリコン基板に対し、原子状水素または重水素を照射すると、200°C程度の低基板温度でフッ素が除去されることがオージェ電子分光分析法により確認された。この表面構造を熱刺激脱離分析法により調べたところ、安定な水素被覆表面が形成されていることがわかり、本プロセスがシリコン低温清浄化法として有用なことが示された。フッ素除去過程における反応生成物として、反応初期においてはSiD2F2が、徐々にSiDFが多く生成されることを明らかにした。この結果は、我々の提案したフッ素脱離に関して2次反応から1次反応へ移行すると考える反応モデルで説明することができた。遠隔プラズマ励起水素によるタングステン気相成長において、原子状水素の供給量を増加させると、反応次数が変化すること、低温においても基板の種類に対して非選択成長を示すようになること、形成膜の導電率が増加することが明らかになった。これらの結果は、原子状水素の基板表面への供給により、原料のフッ化タングステンからのフッ素引き抜き反応が促進されたためと考えられた。不純物を含まない多結晶シリコン膜を水素パッシベーションした場合に観測される抵抗率の上昇の原因について検討した。バンド伝導成分と粒界に沿ったホッピング伝導成分の2つの電流成分を考慮した電気伝導モデルを提案し、水素化による抵抗率やその活性化エネルギーの変化の傾向を説明した。水素にはシリコン基板上のフッ素を除去する作用があり、基板前処理やフッ化物原料を用いた気相成長など半導体プロセスにおいて重要な反応系であるが、その素過程には不明な点が多い。本年度は、先ずフッ素吸着シリコン基板に原子状水素を照射し、オージェ電子分光分析法により残留フッ素密度の処理時間依存性を調べることにより反応カイネティクスを検討した。ここで原子状水素はタングステン熱フィラメントにより生成しており、有する運動エネルギーは0.2eV以下である。原子状水素照射開始直後は2次反応が支配的であり、フッ素被覆率の減少とともに1次反応が支配的になる。それらの2次、1次反応の活性化エネルギーとして0.56eV、0.4eVが得られた。また、基板清浄化のための完全なフッ素除去には水素供給量よりも基板温度の方が重要であることがわかった。この方法により200°C程度の低基板温度で水素被覆表面ができると推定されるが、これを熱刺激脱離分析法により確認中である。一方、水素還元タングステン気相成長において、遠隔プラズマによる水素ラジカルを供給することによりシリコン酸化膜上にも低温でタングステン膜が形成できることが明らかになった。この現象は原子状水素が基板表面に供給されることにより、酸化膜からの酸素引きおよび原料のフッ化タングステンからのフッ素引き抜き反応が促進されたためと考えられる。

遠隔プラズマ励起水素によるダングステン気相成長において、原子状水素の供給量を増加させると、反応次数が変化すること、低温においても基板の種類に対して非選択成長を示すようになること、形成膜の導電率が増加することが明らかになった。これらの結果は、原子状水素の基板表面への供給により、原料のフッ化タングステンからのフッ素引き抜き反応が促進されたためと考えられた。不純物を含まない多結晶シリコン膜を水素パッシベーションした場合に観測される抵抗率の上昇の原因について検討した。バンド伝導成分と粒界に沿ったホッピング伝導成分の2つの電流成分を考慮した電気伝導モデルを提案し、水素化による抵抗率やその活性化エネルギーの変化の傾向を説明した。
ベイジアンネットワークを用いた知識学習型接触者健診モデルの構築

健診対象者の属性情報をもとにした接触者健診モデルをベイジアンネットワークの手法を用いて構築し、保健所における接触者健診結果情報からの学習により、IGRA陽性者の感染感染確率についての推定を事前確率のかたちで推定を行なった。ベイジアンネットワークの初発患者ノードには、性、年齢階級、出生国(外国出生)、塗抹検査結果、胸部レントゲン有空洞、受診の遅れ、喫煙を設定した。接触者のノードには、IGRA結果、性、年齢階級、接触タイプ(家族、その他)、喫煙、接触濃厚度(現在のところ接触時間や接触空間等から便宜的に濃厚、非濃厚)を設定した。分析はBAYONET(NTT数理データシステム)上で行なった。保健所データの一部未収集項目データを仮想的に補完したシュミレーション用データによる結果は以下のようになった。属性情報を情報なしを基準とした場合と情報を学習した場合のIGRA陽性患者の感染確率(真の感染確率)を推定し、比較した。学習情報として情報価値の高いものは初発患者有空洞情報、接触タイプ、接触濃厚度、接触者では外国出生の項目となった。用いたシュミレーションデータは集団感染事例が含まれており、接触者対象集団の感染率は比較的高いと考えられるが、推定された感染確率としての事前確率では約1.21.7倍程度の事前確率の上昇がみられた。結果の一例をあげると、初発患者有空洞情報、接触タイプ、接触濃厚度を無情報、外国出生のみありとした場合と初発患者有空洞情報、接触タイプ、接触濃厚度ありとした場合は0.89 / 0.52 = 1.7であった。接触濃厚度、外国出生を無情報、初発患者有空洞情報、接触タイプをありとした場合から、接触濃厚度、外国出生をありとした場合は0.89 / 0.61 = 1.4であった。保健所での実地データの収集、およびデータベース作成のためのネットワーク構築が遅れている。協力保健所での実地データの収集と各保健所データを繋げるデータベース構築を早急に進め、最終分析を行なう。効率的な接触者健診実施のために、これまでに実施された各保健所での接触者健診についての情報を知識として集積、学習していくことが有効と考え、その方法を開発している。本年度は健診対象者の属性情報をもとにした接触者健診モデルをベイジアンネットワークの手法を用いて構築を行なうための基本モデルの構築を行ない、接触者健診実施数とそこから発見された患者数や、IGRAによる結核菌感染陽性者数などを、初発患者、および接触者の属性別による条件付き確率の情報として蓄積することで、新たに行なわれる接触者健診での拡大の意思決定を、健診を拡大した場合に発見される患者や結核菌感染陽性者数を様々な条件下での事後確率として推定するよう進めた。今年度は主に、潜在性結核感染症の発見のための感染診断の部分についての基本部分のモデル化を完了し、シミュレーションデータでの分析を行なったが、IGRA検査の感度92.6%、特異度98.8%としたときの1%の感染集団に対し行なった場合の陽性的中度を無情報時の43.8%から濃厚接触度数(濃厚:非濃厚の感染危険が10:2)、外国出生情報(外国出生とそれ以外でのリスクを10:3、高蔓延国出生を想定)などの設定で89.1%にまで精度が上昇することなどの結果を得た。また、実地データ収集のための保健所協力を、研究内容の説明、期待できる効果などを説明することで進め、現在各保健所での接触者健診情報の管理方法、記録項目などを同時に調査した。これにより、なるべく保健所での日常業務への負担が過度にならないような研究実施のためのプロトコルへの改定を行なった。初年度は協力保健所への研究協力要請と研究内容説明と、ベイジアンネットワークを用いた接触者健診モデルの構築を進めた。協力保健所は5保健所を目標として、訪問説明、学会などの開催時に個別説明などを行なったが、目標数に達していない。ベイジアンネットワークモデルの潜在性結核感染症の発見のための感染診断の部分についての基本部分のモデル化とシミュレーションデータによる分析を行なった。

結果の一例をあげると、初発患者有空洞情報、接触タイプ、接触濃厚度を無情報、外国出生のみありとした場合と初発患者有空洞情報、接触タイプ、接触濃厚度ありとした場合は0.89 / 0.52 = 1.7であった。接触濃厚度、外国出生を無情報、初発患者有空洞情報、接触タイプをありとした場合から、接触濃厚度、外国出生をありとした場合は0.89 / 0.61 = 1.4であった。保健所での実地データの収集、およびデータベース作成のためのネットワーク構築が遅れている。保健所の参加協力を、学会や研究会の場を通じてさらに進めると同時に、実データの収集方法などを詰めていく。また、保健所との協議を経て研究プロトコル完成と倫理審査通過を進める。同時にベイジアンモデルの構築を進め、保健所からのフィードバックを含め精緻化していく。今年度は、ベイジアンネットワークの分析ソフトウェアを購入し、協力保健所への利用のインストラクションも行なう。協力保健所での実地データの収集と各保健所データを繋げるデータベース構築を早急に進め、最終分析を行なう。今年度は主に、保健所への協力要請と説明のための旅費に計上していたが、対象が関東近辺の保健所ということや、学会等での接触もあったこともから当初予定額を使用に至らなかった。次年度も引き続き、協力要請と研究説明を行なうが地域的に拡大することも考慮している。また、残額はベイジアンネットワークのソフトウェア購入へ充てることも考慮している。保健所との実地データ収集についての調整が遅れたため。今年度前期にベイジアンネットワークソフトウェアを購入する予定。
高齢者の定量的な下肢機能評価システムの構築

本研究では,歩行能力,筋力,柔軟性,足爪を評価し,転倒リスクについて推定できるシステムを構築した.その結果,下肢機能を定量的に評価できることがわかり,システムが高齢者に対しても有用であることを示した.本研究では,歩行能力,筋力,柔軟性,足爪を評価し,転倒リスクについて推定できるシステムを構築した.その結果,下肢機能を定量的に評価できることがわかり,システムが高齢者に対しても有用であることを示した.本研究では,下肢機能評価システムと足爪異常の評価システムを用いて定量的に転倒リスクを評価する新しいシステムの構築を目的としている.下肢機能の計測では,高齢者および若年者の歩行能力,下肢筋力,柔軟性の特徴を評価するため,歩行中の動作解析を通し歩行能力の指標を測定する.下肢筋力では足指間圧力,柔軟性として万能角度計などを用いて柔軟性の指標を測定する.足爪異常は足爪の色情報から評価する.本システムの開発には,歩行能力,下肢筋力,柔軟性,足爪の色情報などの関係を明らかにすることが不可欠である.そのため,平成22年度は足爪の画像から毎回定量的に色情報を抽出するため,撮影位置を一定に保った撮影が可能となる足爪撮影用カメラを作成した.さらに,足爪の定量的な色情報を抽出する計測システムを開発するために,作成した足爪撮影用カメラを利用し,足爪画像から足爪の色の抽出を可能とするアプリケーションを開発した.開発したアプリケーションは,マウス操作により足爪色抽出範囲を任意に選択することが可能である.足爪の色の抽出は,利用者の任意選択した範囲で行われる.足爪の色情報の取得は,任意選択された範囲内の各ピクセル内RGB値を参照し,各RGB値の平均値を算出して得ている.また,抽出された足爪の色の情報は,CSVファイルに記録し,エクセルによって解析するができる.しかし,本研究の結果は,全ての被験者に対して同じ場所で撮影したため,窓からの光やその他の擾乱がなかった.今後は様々な場所での撮影を行い,各場所での足爪の色情報の変化を計測し,光の擾乱などからの影響を軽減する方法を検討する必要がある.本研究では,下肢機能評価システムと足爪異常の評価システムを用いて定量的に転倒リスクを評価する新しいシステムの構築を目的としている.本システムの開発には,歩行能力,下肢筋力,柔軟性,足爪の色情報などの関係を明らかにすることが不可欠である.そのため,平成22年度は足爪の画像から毎回定量的に色情報を抽出するため,撮影位置を一定に保った撮影が可能となる足爪撮影用カメラを作成した.さらに,足爪の定量的な色情報を抽出する計測システムを開発するために,作成した足爪撮影用カメラを利用し,足爪画像から足爪の色の抽出を可能とするアプリケーションを開発した。足爪の色の抽出では,利用者が自由に任意選択でき,選択された範囲内の各ピクセルのRGB値を参照し,各RGB値の平均値も算出できる.また,抽出された足爪の色の情報は,CSVファイルに記録し,エクセルによって解析するができる.しかし,本結果では,全ての被験者に対して同じ場所で撮影したことから,窓からの光やその他の擾乱がなかったため,光の擾乱などからの影響を軽減する方法を検討する必要があった.そこで平成23年度は,HSV表色系を用い,足爪の色の画像を抽出する新たな足爪評価アプリケーションを作成した.HSV表色系は知覚的表色系と呼ばれ,人間の知覚に比較的近い表色系として定義されている.さらにHSV表色系は照明などによる反射や陰影の影響を受けにくいという特徴がある.したがって,高齢者施設など,建物内部で想定される照明の影響については,本アプリケーションを利用することで光の擾乱などが軽減され,定量的な足爪の色情報を計測することができる。
マルチ並列配置形高密度表面実装システムの試作研究

本研究では,まず,動的出力変位誤差を検討するために,ヒンジ部に作用するモーメントを弾性変形復元モーメントと粘性減衰モーメントとの和として考え,ヒンジ部の形状寸法によらない等価ばね定数と粘性減衰係数を,実験によるヒンジの振動減衰波形の複数の振幅値から求め,それぞれ,(1.61.9)×10^8(g・mm^<-1>・s^<-2>),および(2.42.8)×10^4(g・mm^2・s^<-1>)であることを明らかにした.ついで,パンタグラフ機構の動的理論解析式を構築し,解析を行うとともに,出力節先端の動的変位誤差を実験により明らかにしている.つぎに,この2自由度パンタグラフ機構に,さらに二つの平行四辺形ループが加わるようにリンクを付加した新しいヒンジとリンクの一体化パンタグラフ機構を提案し,入力運動とは無関係に,出力節の姿勢が一定となるようにし,具体的に製作を行い,本パンタグラフ機構の出力節の姿勢が運動作業中においてほぼ一定となることを確認した.また,パンタグラフ機構の対偶部における大変形ヒンジが大変形した時に生じるトルクを,FEMにより解析し,ヒンジ部の角変位とトルクとの関係を明らかにしている.ついで,FEMを用いてパンタグラフ機構のモデル化を行い,モード特性を明らかにしている.つぎに,マルチボディシステム(以下MBSと呼ぶ)解析により,機構の静・動特性に関する理論解析を行い,FEMおよびMBSが,機構の静・動特性を解析する上で有用であることを確認している.具体的には,固有振動数およびモード形状を明らかにするとともに,大変形ヒンジ部の作用力とモーメントを明らかにし,異なる二つの入力変位に対して,出力点がコの字形の軌跡を描く際の出力点の静的および動的出力変位誤差を明らかにしている.本研究では,まず,動的出力変位誤差を検討するために,ヒンジ部に作用するモーメントを弾性変形復元モーメントと粘性減衰モーメントとの和として考え,ヒンジ部の形状寸法によらない等価ばね定数と粘性減衰係数を,実験によるヒンジの振動減衰波形の複数の振幅値から求め,それぞれ,(1.61.9)×10^8(g・mm^<-1>・s^<-2>),および(2.42.8)×10^4(g・mm^2・s^<-1>)であることを明らかにした.ついで,パンタグラフ機構の動的理論解析式を構築し,解析を行うとともに,出力節先端の動的変位誤差を実験により明らかにしている.つぎに,この2自由度パンタグラフ機構に,さらに二つの平行四辺形ループが加わるようにリンクを付加した新しいヒンジとリンクの一体化パンタグラフ機構を提案し,入力運動とは無関係に,出力節の姿勢が一定となるようにし,具体的に製作を行い,本パンタグラフ機構の出力節の姿勢が運動作業中においてほぼ一定となることを確認した.また,パンタグラフ機構の対偶部における大変形ヒンジが大変形した時に生じるトルクを,FEMにより解析し,ヒンジ部の角変位とトルクとの関係を明らかにしている.ついで,FEMを用いてパンタグラフ機構のモデル化を行い,モード特性を明らかにしている.つぎに,マルチボディシステム(以下MBSと呼ぶ)解析により,機構の静・動特性に関する理論解析を行い,FEMおよびMBSが,機構の静・動特性を解析する上で有用であることを確認している.具体的には,固有振動数およびモード形状を明らかにするとともに,大変形ヒンジ部の作用力とモーメントを明らかにし,異なる二つの入力変位に対して,出力点がコの字形の軌跡を描く際の出力点の静的および動的出力変位誤差を明らかにしている.本研究では,まず,平行四辺形ループを一つ有する従来の2自由度パンタグラフ機構に,さらに二つの平行四辺形ループが加わるようにリンクを付加した新しいヒンジとリンクの一体化パンタグラフ機構を提案し,入力運動とは無関係に,出力節の姿勢が一定となるようにした.具体的には,付加すべきリンクの構成について検討し,16種類の出力節の姿勢一定化が実現可能な新しいパンタグラフ機構の中から,各リンク間の相対角変位および干渉を考慮して1種類のパンタグラフ機構を選定するとともに,その形状寸法を設計した.ついで,この設計されたパンタグラフ機構の入出力変位関係を理論的に明らかにするとともに,パンタグラフ機構の材料となる樹脂の選定を行い,長寿命の特徴を持つポリプロピレンを材料として選定した.つぎに,.変位解析により決定したヒンジ部における各リンクの先端角を考慮して,金型の形状を決定し,ヒンジとリンクの一体化パンタグラフ機構について,金型の製作を行い,ポリプロピレンを材料とするパンタグラフ機構を具体的に製作した.さらに,製作されたパンタグラフ機構について,ピックアンドプレイス作業を行う出力節の姿勢角を実験により求め,パンタグラフ機構のピックアンドプレイス作業時における出力節の姿勢角誤差を求めた結果,提案したパンタグラフ機構の出力節の姿勢がほぼ一定となることを確認した.また,動的出力変位誤差を検討するために,ヒンジ部に作用するモーメントを弾性変形復元モーメントと粘性減衰モーメントとの和として考え,ヒンジ部の形状寸法によらない等価ばね定数と粘性減衰係数を,実験によるヒンジの振動減衰波形の複数の振幅値から求め,それぞれ,(1.61.9)×10^8(g・mm^<-1>・s^<-2>),および(2.42.8)×10^4(g・mm^2・s^<-1>)であることを明らかにした.

今後はこれらの値を用いたパンタグラフ機構の動的理論解析・実験解析を行う予定である.本年度は,研究の最終年にあたり,1年目の研究成果である,実験により得られた等価ばね定数と粘性減衰係数で表される弾性変形復元モーメントと粘性減衰モーメントとの和からなるモーメントをヒンジ部に作用するモーメントとして,理論解析式を構築し,パンタグラフ機構の動的理論解析を行うとともに,出力節先端の動的変位誤差を実験により明らかにしている.この際,非線形弾性変形復元トルクおよび2連節間の相対角速度に比例する粘性減衰トルク(粘性減衰係数は実験より求めた2.7×10^<-6>N・m・sを用いた)の和として与えている.まず,パンタグラフ機構の対偶部における大変形ヒンジが大変形した時に生じるトルクを,FEMにより解析を行っている.これにより,ヒンジ部の角変位とトルクとの関係を明らかにしている.ついで,FEMを用いてパンタグラフ機構のモデル化を行い,モード特性を明らかにしている.つぎに,マルチボディシステム(以下MBSと呼ぶ)解析により,パンタグラフ機構のモデル化を行い,機構の静・動特性に関する理論解析を行い,FEMおよびMBSが,機構の静・動特性を解析する上で有用であることを確認している.具体的には,固有振動数およびモード形状を明らかにするとともに,大変形ヒンジ部の作用力とモーメントを明らかにし,想定する駆動周波数領域では共振の影響を大きく受けないことを示している.さらに,異なる二つの入力変位に対して,出力点がコの字形の軌跡を描く際の出力点の静的および動的出力変位誤差を明らかにしている.
個の医学の確立を目指したジェンダー医療科学研究推進に関する企画調査

本企画調査では「ジェンダー医療科学」共同研究立ち上げを目指し、現状分析、問題点の解析、研究領域・研究テーマの設定を行うため、関係諸団体・医療者に意見聴取、アンケート調査を行うとともに、女性医療・医学研究の先進国である米国の現状と将来動向について分担して調査した。(1)医師・薬剤師・看護職者の再教育システムと医療における性差を考えた全人医療システムの構築、(2)中高年女性の健康度把握調査、(3)女性に特化した健康教育システム及びカリキュラムの開発、(4)性差の見られる疾患の基礎医学研究、(5)性差の見られる疾患の診断並びに治療法の開発、(6)薬物療法における性差発現とリスクマネージメント、(7)性差を考慮した臨床治験研究の構築以下に、各研究分担者の調査報告概要を記した。上野光一:高齢者医療と女性医療の観点から(1),(3),(6)及び全体計画の調整と取り纏めを行い、薬物動態の性差に関する研究を立ち上げる緊急性を指摘した。その他、薬学生及び薬剤師の性差医療に関するアンケート調査を行い、薬学教育に性差医療教育を導入することの必要性を指摘した。天野恵子:(1)、(2),(3),(5)、(7)について検討し、米国NIH、米国女性医学会、コロンビア大学等で動向調査し、その成果をもとに関連学会にてシンポジウムやワークショップを開催した。平井愛山:13年9月より女性外来を開設した千葉県立東金病院院長として調査課題(1)、(2)、(4)、(5)、(7)について調査し、女医による女性外来の有用性を指摘し全国で啓蒙活動を行った。平成16年度より開始される医師臨床研修プログラムに性差医療プログラムを取り入れた計画を立案した。山田勝士:13年5月より女性外来を開設した鹿児島大学附属病院の薬剤部長として、(1)、(3)、(4)、(6),(7)に関し、医師の性差医学に対する意識調査およびTDMならびに治験における性差に関する調査ついて調査し、性差医学教育の重要性及びバルプロ酸血中濃度に性差が存在する事を示した。森恵美:看護学の観点から、(1)、(2)、(3)、(5)についてアンケート調査し、論点整理を行った。生涯にわたる女性の健康維持・増進のため、女性医療に関する専門看護師養成の必要性を指摘した。
ミラー対称性予想とシンプレクティック幾何の展開

昨年度、種数0の境界付き円盤からの擬正則写像のモジュライ空間上に、角付き倉西構造に構成することの詳細を記述した論文を投稿したが、今年度その論文が出版された。今年度はそれに続いて、そこで導入した「障害束データ」の概念をフルに活用することにより、一つのモジュライ空間に対してではなく、モジュライ空間のある系列(線形なもの、樹木系のもの、の2種。それぞれハミルトン系のFloer理論、ラグランジアン交叉に関するFloer理論、を典型例として含む系列)に対して、モジュライ空間の境界と角でcompatibleな倉西構造の系列を構成する方法を組織的に与える論文を発表した。また、得られた倉西構造の一意性も明確にすることができた。これまで数年かけて整備拡張してきた種々の概念,手法が生かされた成果である。また、倉西構造と仮想基本チェインに関する一般理論構築のプロセスにおいて、従来、込み入った多重帰納法を用いて証明を行っていたいくつかの箇所を、今年度は背理法を用いることで議論を大幅に簡易化透明化することができた。元来この仕事は倉西構造と仮想基本チェインの基礎理論を整備拡張し、多くの人々が広く使えるようにすることを目的として行っていたため、この簡略化透明化の結果は今後のために重要な進歩である。以上、深谷賢治氏(SCGP)、Yong-Geun Oh氏(IBS)、小野薫氏(RIMS)との共同研究である。以上とは別に、CH加群、CH接続の概念を導入し、A無限大圏の巡回ホモロジーにz方向微分まで込めた有理型接続を考察した。代数的枠組みの中ではあるが、巡回開閉写像の下でのDubrovinの量子接続とのcompatibilityをチェインレベルで明確にした。これは当科研費で雇用している三田史彦氏との共同研究である。2月の6日間、シンプレクティック幾何に関する大規模な国際研究集会を開催した。2016年に投稿した擬正則写像の貼り合わせの指数減衰評価に関する論文について、いまだにレフェリーレポートを受け取っていない。長い論文で、ほぼ解析的な評価をひたすら行う論文であるので多少レフェリーに時間がかかることは想定していたが、まる2年経過しており、この点はやや遅れていると言わざるを得ない。しかしながら、これはあくまでレフェリーの問題であり、だからといってここで止まっているわけにはいかない。実際、上記「研究実績の概要」で述べた通り、モジュライ空間の族(系列)に対して、境界と角でcompatibleな倉西構造を組織的に構成する論文を完成させた。これは、特にA無限大代数の構成の詳細を明確化することになり、計画は着実に進行している。また、基礎理論の整備拡張については、込み入った多重帰納法によりなかなか理解されにくかった箇所を、簡明、透明化することができたことは大きな進展といってよい。さらに、科研費で雇用している研究支援者と行った共同研究、A無限大圏の巡回ホモロジーにおける有理型接続の研究は、これら幾何学的状況が明確になった後に、次のある新しい方向の研究に向かう際に必要となることである。その意味で、今後の新しい展開への準備と言える仕事にも着手した。倉西構造と仮想基本チェインに関する一般基礎理論構築については、今後も引き続き、深谷賢治氏(SCGP)、Yong-Geun Oh氏(IBS)、小野薫氏(RIMS)たちと連携を密にとりながら国際共同研究を推進していく。今後、2016年に投稿した擬正則写像の貼り合わせの指数減衰評価に関する論文、2017年度に投稿した一般基礎理論の原稿(400ページ超)のレフェリーレポートが返ってくる可能性が高く、加筆修正も込めてその対応をまずもって取り組み、完結を目指したい。また、具体的な応用を念頭においたものとして、擬正則曲線のモジュライ空間の倉西構造、摂動理論について、忘却写像とのcompatibility、開閉写像、閉開写像、などに関する詳細をまとめた論文執筆が必要になる。それに向けて研究を推進していきたい。また、引き続き、1名のポスドクを研究支援者として雇用し、ミラー対称性予想について議論し研究を推進していく予定である。コンパクトトーリック多様体のミラー対称性についての論文(量子コホモロジー環とポテンシャル関数のヤコビ環との環同型およびフロベニウス多様体の対応)がようやく今年度出版された。アクセプトをもらいながらどういうわけだか出版には数年かかった。また、対合とフレアーコホモロジーについての論文は投稿よりほぼ丸6年かかって今年度アクセプトされた.随分加筆することになったが、辛抱強く対応した甲斐があり最終的に正しく理解されたようでよかった。倉西構造の基礎理論の整備について、good coordinate systemを縮めることに関する論文を今年度改訂し短く簡明にすることができ、アクセプトされた。更に,擬正則曲線のモジュライ空間の境界での座標変換の滑らかさについて,貼り合わせ写像の指数減衰評価の解析の詳細とそれを用いた議論を111ページのプレプリント(Kenji Fukaya, Yong-Geun Oh, Hiroshi Ohta, Kaoru Ono, Exponential decay estimates and smoothness of the moduli space of pseudoholomorphic curves. arXiv:1603.07026)としてまとめアーカイブ上で公表し、学術雑誌に投稿した。これらの論文は今後我々の研究を円滑に進める上で大きな意義をもつ。また、12月にミラー対称性予想に関する国際研究集会を主催し、海外の活発な若手研究者を招聘することができ、内容ある議論を行うことで本研究課題を推進する上で大きな収穫があった。また、今年度後期に1名ポスドクを研究支援者として雇用した。

ケーラー曲面の場合にKapustin-Witten方程式の解の特異集合の解析性などKapustin-Witten方程式の数学的基礎の研究で着実な実績をあげた。ここ数年、倉西構造の基礎理論の整備拡張を継続して行ってきているが、その結果、対合とフレアー理論の論文など我々の仕事を正しく理解してもらえる状況が着実に広まってきており、その成果としていくつかの論文が今年度になってアクセプトされるようになってきた。これは、我々の研究が実をなし正しく評価されてきている証である。ホモロジー的ミラー対称性予想特に深谷圏の生成判定に関する論文は主要な部分は完成しているが、その細部を仕上ているころである。基礎理論の整備拡張に時間をとられたため、やや遅延していることは否めないが、むしろ上記のように基礎理論の整備が整うことにより一気に加速することと考えている。今年度は,倉西構造と仮想基本チェインに関する原稿を完成させ投稿することができた.Part 1は既に2015年にアーカイブ上で公開済み(arXiv:1503.0763)である。Part 2を独立したプレプリントとして読めるように修正する作業に少し時間がかかり、2016年度以内にはアーカイブ上で公開することはできなかった。(2017年4月に277ページのプレプリントとしてアーカイブ上で公開することができた。(arXiv:1704.01848))Part 2では倉西構造をもった空間の族に対して、その連続族摂動を同時に行なう一般基礎理論を、線形K-システム(ハミルトン系のフレアーコホモロジーがモデルとなる)および樹木的K-システム(ラグランジアンフレアー理論のA無限大代数がモデルとなる)の場合について、その詳細を与えた。スペクトル不変量のバルク変形の論文(arXiv:1105.5123. p.174. )については、レフェリーの要求に沿って何度か加筆改訂を重ね、5年余りの歳月を経て、今年度アメリカ数学会メモワールシリーズから出版許可を得ることができた。その間随分加筆することになったが、辛抱強く対応した甲斐があり最終的に正しく理解されたようでよかった。深谷圏の生成判定の論文については、その細部のチェックに時間をかけた。まもなく公開予定である。また、今年度6月にはhigher residueに関する研究会、9月にはMatrix factorizationに関する国際研究集会を主催し、海外の活発な若手研究者を招聘することができ、内容ある議論を行うことで本研究課題を推進する上で大きな収穫があった。今年度はポスドクを前期に2名、後期に1名研究支援者として雇用した。1名はVafa-Witten方程式の研究を行い、もう1名はガンマ予想の精密化においてそれぞれ着実な実績をあげた。今年度アクセプトされたスペクトル不変量のバルク変形の論文においてみられたように、レフェリーからの要求の一つとして、倉西構造とその連続族摂動による仮想基本チェインの理論のサーベイを付録として加筆した。
レアアースフリー酸化亜鉛系白色蛍光ナノヘテロ細線の創製と設計

紫外光励起白色LEDへの適用を目的とするレアアースフリー酸化亜鉛系蛍光ナノ細線のベースとなる黄色及び青色蛍光薄膜(以下それぞれVZO及びWZO薄膜)の内、平成29年度はタングステンを含む青色蛍光体薄膜形成プロセスについて、平成30年度は混色制御のために青色及び黄色蛍光体薄膜積層化に係る研究を重点的に推進した。WZOとVZO薄膜は石英基板上にRFマグネトロンスパッタ法を用いて室温にて堆積し、積層シーケンスは1層堆積毎に酸化を施す層毎酸化方式(L型)と2層堆積後に酸化を施す単回酸化方式(B型)を用いた。基板上がWZOの場合(V/W-L、V/W-B)とVZOの場合(W/V-L、W/V-B)の計4構造で発光特性を評価している。VZO及びWZO薄膜の量子効率はそれぞれ約40%と50%となる条件を採用し、膜厚は100もしくは50 nmのものを組み合わせた。先ず、単回酸化方式サンプル(W/V-B、V/W-B)では発光色の混合が見られず、VZO単層に近い黄色蛍光が観測された。これは膜厚にもよるが単回酸化では亜鉛バナデートの析出が生じやすいためである。一方、層毎酸化方式では色の混合が生じ、色度図上でVZO及びWZOの色度座標を結ぶ直線上に発光色が得られた。上層膜厚が薄いものほど量子効率は高まったが、高々34%に留まった。単層で見られていない何らかの消光要素が生じたと疑われるが、その具体的な原因の同定にまでは至っていない。本研究課題では、白色LEDの生産性向上に資すると考える各色蛍光体薄膜並びにその単純積層構造の形成及び発光様態までを明らかにした。リソグラフィを経ずに混色可能な蛍光薄膜形成プロセスを見出した点は工業的に重要な成果である。紫外光励起白色LEDへの適用を目的とするレアアースフリー酸化亜鉛系蛍光ナノ細線のベースとなる黄色及び青色蛍光薄膜の内、平成29年度はタングステンを含む青色蛍光体薄膜形成プロセスについて研究を重点的に推進した。タングステンを導入した亜鉛タングステート(ZnWO4)は460nm付近に発光ピークを持ち、既に一部研究が進行していた黄色蛍光体材料(亜鉛オルトバナデート)の補色を呈する事を期待した。本薄膜は、金属タングステンチップを配置した酸化亜鉛ターゲットを用いてRFマグネトロンスパッタリング法により石英基板上に堆積する。その後、酸化雰囲気中で短時間のランプ加熱処理を施し、蛍光体とする。熱処理前の薄膜は極度の酸素欠乏状態であり、酸化プロセスを経て初めて蛍光を呈する。薄膜中のタングステン対亜鉛モル比率は約0.3から7.0、熱処理温度は700-900°Cの範囲として試作したところ、熱処理温度は酸化を促すために高温であるほど内部量子効率が増加した一方、モル比率は酸化物組成を変えるために内部量子効率に強く影響することが分かった。本蛍光体薄膜はZnWO4だけでなくWO3も含むが、WO3を多く含む場合に量子効率はほぼ0%にまで低下した。文献によると粉状WO3の内部量子効率は数十%と示されており、本薄膜においてその蛍光作用が消失する機構については引き続き検討が必要である。WO3比率が低い蛍光体膜では最高で40%の内部量子効率を示した。この膜の発光色を色度座標で表すと(x, y)=(0.21, 0.29)である。紫外光励起により青色を呈するW-Zn-O系高量子効率蛍光体薄膜の形成プロセスを見出すという所期の目的を達成できたため、おおむね順調に進展していると判断する。

本研究課題では、白色LEDの生産性向上に資すると考える各色蛍光体薄膜並びにその単純積層構造の形成及び発光様態までを明らかにした。リソグラフィを経ずに混色可能な蛍光薄膜形成プロセスを見出した点は工業的に重要な成果である。次年度は研究課題の計画に則り、黄色蛍光体薄膜と青色蛍光体薄膜をリソグラフィにより細線化し、微細線状加工が発光様態に及ぼす効果を検討する。さらに、リソグラフィを用いずに膜を単純積層した場合の発光様態も比較調査する。
Hsp70の発現抑制による関節リウマチ滑膜細胞の増殖制御

関節リウマチにおける病態の一つである滑膜組織の肥厚は、何らかの刺激による線維芽細胞の増殖に起因する。一方、滑液中には、刺激を受けた滑膜線維芽細胞から活性化したMMP(マトリクスプロテアーゼ)が分泌され、MMPが内腔に接する組織を分解することで関節部位の変性が惹起される。著者は、平成20年度において、Hsp70の強制発現が、滑膜線維芽細胞の増殖を制御することで病態の改善に結びつくという著者の仮説を、もとに、前年に続き検証してみた。しかしながら、滑膜線維芽細胞へのHsp70遺伝子の導入効果は観察されなかった。そこで、滑膜線維芽細胞の増殖の機構について再検討した。本細胞の増殖は、炎症の誘起と強く関連している。そこで、増殖・炎症に関与するとされる転写調節因子NFκBに焦点を当てた。NFκBはMMP遺伝子の転写を亢進するとされている。関節リウマチ同様に炎症性関節疾患である顎関節症患者由来の滑液についてMMPを調べた。滑液中のMMP活性およびMMPタンパクは、中期症状過程でMMP-3が有意に増大していた。興味あることには、MMP-3はチロシン残基がニトロ化されていた(本年Oral Maxillofac.Sur.に掲載)。ニトロ化は、一酸化窒素(NO)および活性酸素が結びついてできるパーオキシナイトライトが基質となるが、誘導型のNO産生酵素iNOSも又NFκBで発現が亢進されることから、培養条件下で機械的に炎症刺激したウサギ膝関節由来滑膜線維芽細胞について、NFκBのはたらきを検証した。本刺激はNFκBの活性化とともに炎症性プロスタグランジン合成の初発過程に関与するCOX-2(シクロキシゲナーゼ2)およびiNOSの発現を著しく亢進した。NFκBがこれら炎症性因子の発現に関与していることは、レポーターアッセイならびにNFκB活性化阻害剤を用いた系によっても傍証された(昨年12月の学会にて発表)。よって、MMP-3の発現のみならずiNOS発現を介してNFKBが炎症性関節疾患に深くかかわることが明らかになった。関節リウマチ(RA)の主たる病態である滑膜組織の肥厚は、構成細胞である線維芽細胞の異常増殖に起因する。本研究目的は、我々の以前の報告を含む様々な結果から、その異常増殖の誘因因子としてHsp70および転写因子NFκBの関与を想定し、これら因子が滑膜線維芽細胞の増殖をもたらす機構と、RA患者由来の滑液および滑膜線維芽細胞にHsp70の発現亢進がみられること、その発現亢進を抑制することが滑膜線維芽細胞の増殖制御に結びつくことを証明することにある。本年は、(1)培養滑膜線維芽細胞に外来Hsp70遺伝子導入によるHsp70の強制発現が、細胞に対していかなる作用をもたらすのか?(2)リコンビナントHsp70は、培養滑膜線維芽細胞に対してサイトカイン的作用を及ぼすのか?、(3)抗炎症的に作用することでRAの治療薬になりうると考えられている15dPGJ2は、培養滑膜細胞に対していかなる作用を及ぼすのか?、(4)培養滑膜線維芽細胞における熱ストレスによるHsp70の誘導は、炎症性転写因子の発現にどのように影響するのか?と言った点から、研究を進めた。結果、(1)滑膜線維芽細胞でのHsp70の強制発現は、本細胞のNFκBの活性化には関係しない。(2)リコンビナントHsp70は、滑膜線維芽細胞に対して、NFκBの活性化誘導をもたらすサイトカイン的作用が現時点では検出できなかった。しかしながら、詳細な検証を要すると考えている。(3)15dPGJ2は、滑膜線維芽細胞に対してNFκB依存的なレポーター遺伝子の発現を抑制する一方で、HSF-1依序的なレポーター遺伝子の発現を亢進した。この結果は、15dPGJ2はNFκBが関係する炎症惹起に対して抑制的に作用するが、Hsp70の発現に対しては促進的に作用することを示唆している。(4)熱ストレスによるHsp70の発現誘導は、それに先行してp53とそのコアクチベーターであるPCAFを一過性に消失させた(Tanaka Y., et. al., RyukyuMed.J. 26,113,2007)。この結果は、RAにおける滑膜線維芽細胞の異常増殖にはp53の機能異常によるHsp70の発現亢進が関係すると考える筆者の仮説に近いものである。今後、さらに詳細に検討を加える。

本細胞の増殖は、炎症の誘起と強く関連している。そこで、増殖・炎症に関与するとされる転写調節因子NFκBに焦点を当てた。NFκBはMMP遺伝子の転写を亢進するとされている。関節リウマチ同様に炎症性関節疾患である顎関節症患者由来の滑液についてMMPを調べた。滑液中のMMP活性およびMMPタンパクは、中期症状過程でMMP-3が有意に増大していた。興味あることには、MMP-3はチロシン残基がニトロ化されていた(本年Oral Maxillofac.Sur.に掲載)。ニトロ化は、一酸化窒素(NO)および活性酸素が結びついてできるパーオキシナイトライトが基質となるが、誘導型のNO産生酵素iNOSも又NFκBで発現が亢進されることから、培養条件下で機械的に炎症刺激したウサギ膝関節由来滑膜線維芽細胞について、NFκBのはたらきを検証した。本刺激はNFκBの活性化とともに炎症性プロスタグランジン合成の初発過程に関与するCOX-2(シクロキシゲナーゼ2)およびiNOSの発現を著しく亢進した。NFκBがこれら炎症性因子の発現に関与していることは、レポーターアッセイならびにNFκB活性化阻害剤を用いた系によっても傍証された(昨年12月の学会にて発表)。よって、MMP-3の発現のみならずiNOS発現を介してNFKBが炎症性関節疾患に深くかかわることが明らかになった。
短波長光を活用したＳＰＲ－蛍光近接場断層イメージング法の創製

細胞膜表面や細胞質全体のイメージング技術は飛躍的に進歩しているが、その一方で細胞内の膜近傍に限定した精確な位置情報も含めた局所イメージング技術はまだほとんど未踏分野と言って良い。表面プラズモン共鳴(SPR)と表面プラズモン増強蛍光(SPEF)の同時イメージングを可能にするためにこれまで不可能であった短波長光源でのSPR測定が可能な新規センサ膜を開発しSPRとSPEFの同時測定が可能な新しい近接場イメージング技術を開発した。まず表面プラズモン共鳴(SPR)断層イメージングの基礎実験として光源波長と浸透深さの関係について評価した。ここでは樹脂微粒子のSPR画像の直径から浸透深さを算出した。参照試料として位置によって画像の大きさが変わらない直方体試料を用いた。その結果、光源波長が長いほど浸透深さも長くなることを実証することが出来た。次にSPRイメージングと同時に、その試料の表面プラズモン増強蛍光(SPEF)に基づく蛍光画像を取得するために、2次元SPR装置のセンサチップを設置するプリズム上に冷却CCDカメラを装着した。申請時に導入を予定していたRetiga6000(日本ローバ)は視野が広く解像度が高いものの感度が不充分でSPEFによる微弱な蛍光画像の取得は困難であることがわかったので、バックグラウンドレベルが低く高感度なライカのDFC365FXを導入した。SPRイメージング画像とSPEFイメージング画像の照合・比較プログラムの作成を現在行っている。最後に短波長領域の光源でSPEFが観察できるかを確認した。アルミニウム薄膜(膜厚15nm)基板上にルテニウム錯体をPDMSで固定化したものについて光源波長505nmでSPRイメージング画像とSPEFイメージング画像を計測したところ、SPR吸収が最大となった入射角54°付近で蛍光も最大となった。同様に蛍光微粒子を用いた実験でもSPR角で蛍光強度は最大となり、SPEFが観察できていることがわかった。現在多重層薄膜を設計しSPEFがより強く得られる基板を検討している。以上のように平成27年度に予定していた研究をほぼ計画通り遂行でき順調に進んでいる。平成27年度に予定していた研究計画についてはほぼ予定通りに遂行できた。本課題の経費で導入した冷却CCDカメラを用いたSPEF計測システムにより微弱なSPEF画像の取得も可能となりほぼ満足できる成果が得られた。平成27年度の研究によりSPR(表面プラズモン共鳴)吸収とSPEF(表面プラズモン増強蛍光)の同時測定が可能となり、SPR吸収が最大となった入射角付近で蛍光も最大となるという結果が得られた。しかしSPEFによる蛍光は極めて微弱であり、SPEFではなく単に励起光を観測していた可能性も否定できなかった。そこで短波長光源でも感度の高いアルミ基板を用いてSPEF測定の検証を行った。直径6μmの蛍光微粒子(ex.512nm em.554nm)を用いてSPEF測定を行ったところ、505nmの光源ではSPR角付近で蛍光ピークが見られたが、660nmの光源ではSPR角付近でも蛍光はほとんど見られなかった。銀基板では505nmの光源ではSPR角が測定範囲外となったが、この時505nmの光源でも蛍光は見られなかった。以上のことから確かにSPRのエネルギーで蛍光が励起されていることが示された。このように浸透深さが大で、短波長光源でもSPR測定ができるアルミ基板を用いてSPEFが測定できた。次に溶液中でも使用できるようにアルミ基板上にアルミナ膜を形成したセンサチップを開発した。449nmに励起ピークを有し、500nm程度でも励起されるルテニウム錯体を含むナフィオン膜をセンサ基板上に形成し、505nmの光源を用いてSPR-SPEF同時測定を行った。ルテニウム錯体を含まないナフィオン膜ではSPR、SPEF共、入射角51.0°でピークとなったが、ルテニウム錯体を含むナフィオン膜ではSPR角は52.4°、SPEFの最大値は51.5°で得られ、ルテニウム錯体の有無によるSPEFの増大も見られた。このようにアルミーアルミナ基板でもSPR-SPEF同時計測に成功した。平成27年度の研究においてSPR吸収が最大となった入射角付近で蛍光も最大となるという結果が得られた。しかしSPEFによる蛍光は極めて微弱であり、励起光と蛍光の波長の重なりもあることからSPEFではなく単に励起光を見ている可能性も否定できなかった。本年度は得られる蛍光が励起光ではなく確かにSPEFによるものであることを証明するために多くの時間を費やしたために計画していた実験の一部を遂行することができなかった。本研究ではこれまでSPR(表面プラズモン共鳴)ーSPEF(表面プラズモン増強蛍光)同時測定のためのセンサ基板開発に精力的に取り組んできた。平成29年度はSPEFの感度の一層の向上を図り、安定で機能化も容易な金薄膜をセンサ基板に利用できるようにするため長距離伝搬表面プラズモン(LRSPR)技術を導入した新しいセンサ基板を開発した。プリズムと金薄膜との間に水と屈折率の値が近いアモルファスフッ素樹脂であるCytopの層を挿入した。まずシミュレーション結果を参考にCytop層と金薄膜の最適膜厚を、光源波長が505nm、590nm、660nm、850nmの各場合について求めた。