hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
材料分離および乾燥収縮を合理的に考慮できるコンクリートの調合設計法の確立

材料分離および乾燥収縮を合理的に考慮できるコンクリートの調合設計法の確立を最終的な目的とした各種の検討を行った。材料分離に関しては、スランプ試験や円筒貫入試験における材料分離のメカニズム、コンクリートの分離度合いに対する使用材料や調合の影響、分離度合いが構造体コンクリートの各種品質に及ぼす影響などを明らかにした。また、乾燥収縮に関しては、複合理論に基づく乾燥収縮予測式に必要な各種セメントの入力値データを整備した。このほかに、外部環境が乾燥収縮に及ぼす影響、収縮ひび割れの幅が人の印象に及ぼす影響などについても明らかにした。(1)ワーカビリティーに関する検討研究の第1段階では、スラグ骨材の種類を変化させて、骨材の粒形などがワーカビリティー(分離抵抗性および流動性)に及ぼす影響をモルタルレベルで検討した。そして、1スラグ細骨材の混合率が高いほどモルタルの流動性が高くなり、その傾向は銅スラグ細骨材の場合に著しい、2スラグ細骨材の粒形判定実積率が大きいほどモルタルの流動性は向上する、などの知見を得た。また、研究の第2段階では、スラグ骨材混入の影響をコンクリートレベルで検討し、次の知見を得た。すなわち、1コンクリートにスラグ骨材を混合した場合であっても、通常通りの調合設計を行えば、骨材とマトリックス間の分離に対する抵抗性は、天然骨材を用いた場合とほぼ同程度に確保される、2マトリックスモルタルの降伏値が小さくなるようなスラグ骨材ほど、スランプを同一とするためのコンクリートの単位水量を低減できる。(2)乾燥収縮に関する検討調合を同一とし、一般的に入手可能な8種類のセメントを用いたセメントペーストの乾燥収縮ひずみを測定し、各種セメントを用いたセメントペーストの乾燥収縮ひずみの予測に必要なデータを整理した。また、これらのデータを利用して、研究代表者が過去に提案した予測式により各種セメントを用いたコンクリートの乾燥収縮ひずみを予測できることを確認した。さらに、各種スラグ骨材を用いたモルタル薄片の乾燥収縮試験を行い、その結果から、筆者らの既往の研究結果に基づいて、スラグ骨材自身の乾燥収縮ひずみを推定した。そして、1スラグ骨材の乾燥収縮ひずみは天然骨材に比べて小さく、特に、銅スラグ骨材の乾燥収縮ひずみは小さい、2スラグ骨材を用いたコンクリートの乾燥収縮ひずみは、骨材の乾燥収縮ひずみと弾性係数を基に複合理論により説明できる、などの知見を得た。本年度に予定していた1分離度合いを評価するための標準試験方法の確立、2分離度合いに対する調合条件の影響の検討、3セメントペーストの乾燥収縮ひずみに対するセメント・混和材種類などの影響の検討、の3つの検討課題のうちの1と3については検討を概ね修了した。また、課題2については、研究の進行の都合上次年度以降に取り組むことし、その代わりに、本年度は、元々次年度に予定してた4分離度合いに対する使用材料の影響の検討、に先に着手し、検討をほぼ終えた。なお、上記の課題1の検討過程において、「コンクリートの材料分離の度合いに対しては、マトリックスモルタルの流動性が支配的な影響を及ぼす」との本研究の基盤となる考え方は、天然骨材の範囲では成立しても、スラグ骨材のような特殊な骨材に対しては適用できないことが明らかになった。この点については、次年度以降の研究で改めて検討する必要がある。(1)分離度合いが構造体コンクリートの品質に及ぼす影響の検討:障害鉄筋を配置した小型壁試験体に様々な種類やワーカビリティーのコンクリートを打ち込み、各種材料分離の度合いを調べた。また、それらが構造体コンクリートの品質にどのような影響を及ぼすかを検討した。その結果、1普通コンクリートが分離すると、狭隘鉄筋間通過時のブロッキングおよび振動締固め時の粗骨材沈降に対する抵抗性が低下する、2粗骨材とモルタル間の分離により、構造体コンクリートの部材内で、水和熱に伴う温度上昇量、ヤング係数、乾燥収縮ひずみに大きな差が生じるが、圧縮強度および表層品質に大きな差は生じない、などの知見を得た。(2)突固めがスランプコーン内のコンクリートのレオロジー定数分布に及ぼす影響の検討:スランプ試験における分離メカニズムの解明を目的とし、突固めの有無を要因としてスランプ試験を行うとともに、高さ方向の粗骨材量の分布を調べた。そして、スランプコーン内のコンクリートにおける高さ方向のレオロジー定数の分布を求めた。その結果、1コンクリートの材料分離の有無にかかわらず、粗骨材は、スランプ試験で突固めを行わないと沈降せず、突固めを行うとスランプコーン内で著しく沈降する、2突固めを行うと、コンクリートの降伏値はスランプコーン内の下部ほど大きくなり、材料分離したコンクリートではその傾向がより顕著になる、などの知見を得た。(3)外部環境がコンクリートの乾燥収縮に及ぼす影響に関する検討:実環境下の異なる場所で乾燥収縮試験を行い、外部環境の温湿度や降雨などがコンクリートの乾燥収縮ひずみに及ぼす影響を調べた。その結果、1構造体コンクリートの乾燥収縮ひずみに対しては雨掛かりの有無が支配的な影響を与える、2雨掛かりのない部位の構造体コンクリートの乾燥収縮ひずみに方位による差異は見られない、などの知見を得た。本年度に予定していた「(1)分離度合いが構造体コンクリートの品質に及ぼす影響の検討」については、当初の計画よりも大規模な実験を行い、十分な研究成果を得た。また、この検討課題に関しては、未消化な試験・測定なども特に残っていない。

本年度は、このほかに、当初の年次計画に含まれていなかった「(2)突固めがスランプコーン内のコンクリートのレオロジー定数分布に及ぼす影響の検討」および「(3)外部環境がコンクリートの乾燥収縮に及ぼす影響に関する検討」も実施し、検討をほぼ終えた。ただし、検討課題(2)に関しては、MPS法によるコンピューターシミュレーションにおいて十分な成果が得られなかったため、次年度も継続して検討を実施する。また、検討課題(3)に関しては、新たに、建築物周辺の地面の種類と構造体コンクリートの乾燥収縮ひずみの関係の検討が重要であることが判明したため、次年度に、この点を調べるための新たな実験を実施する。なお、当初予定していた「分離度合いの経時変化の調査」は、上記の様々な検討を優先させたため、本年度は実施できなかった。この課題については、次年度に、「構造体コンクリートにおける分離度合いの検査方法に関する検討」と併せて、実際のコンクリート工事を対象として実施する。(1)ペーストの流動性に対する粉体の粒子形状および粒度の影響の検討:各種粉体を用いたペーストの流動性に対する粉体の粒子形状、粒度分布、および混和剤の添加に伴う粉体の分散の影響を検討した。その結果、フロー試験でペーストが流動を開始する水粉体体積比(拘束水比)は、粉体の粒径が大きくて、粒子形状が丸みを帯びているほど低くなる、などの知見を得た。(2)円筒貫入試験による分離評価値に対する使用材料および調合条件の影響の検討:広範な実験要因を設定し、コンクリートの材料分離抵抗性を円筒貫入試験により評価した。その結果、コンクリートの分離抵抗性に対しては、マトリックスモルタルに関わる要因が大きな影響を及ぼし、粗骨材に関わる要因は大きな影響を与えない、などの知見を得た(3)細・粗骨材量が構造体コンクリートの分離度合いに及ぼす影響の検討:障害鉄筋を配置した小型壁試験体に12種類のコンクリートを打ち込み、細・粗骨材量がコンクリートの鉄筋間通過能力(単に通過しやすいか否かという能力)および鉄筋による粗骨材のブロッキングに対する抵抗性に及ぼす影響を検討した。その結果、1粗骨材量が多いほどコンクリートの狭隘鉄筋間の通過能力は低下する、2粗骨材量が多いほど、また、細骨材量が少ないほど、ブロッキングに対する抵抗性がやや低くなる、などの知見を得た。(4)地面の違いがコンクリートの乾燥収縮に及ぼす影響の検討:地面からの水蒸気の蒸発がコンクリート構造物の乾燥収縮に及ぼす影響を検討するために、建物周辺の地面を土面と舗装面の2種類として、コンクリート部材内部の相対湿度・乾燥収縮ひずみや環境の相対湿度などの高さ方向の分布を測定した。その結果、地面から1m程度の高さまでは環境の相対湿度が高くなっており、コンクリートの乾燥収縮ひずみもそれに応じて小さくなる、などの知見を得た。材料分離および乾燥収縮を合理的に考慮できるコンクリートの調合設計法の確立を最終的な目的とした各種の検討を行った。材料分離に関しては、スランプ試験や円筒貫入試験における材料分離のメカニズム、コンクリートの分離度合いに対する使用材料や調合の影響、分離度合いが構造体コンクリートの各種品質に及ぼす影響などを明らかにした。また、乾燥収縮に関しては、複合理論に基づく乾燥収縮予測式に必要な各種セメントの入力値データを整備した。
3Dバーチャルライブラリのための3次元情報工房の構築

従来の仮想図書館・博物館機能を包含した新たな3Dバーチャルライブラリのための3次元コンテンツ制作を担当する「3次元情報工房」の構築を試みた。問題の本質を含む題材として,下記のように「陶芸作品や工芸品の創作・保存・分類・検索」を取り上げ,3次元情報工房の構成法を考案し,3次元コンテンツ制作・利用環境への一般化と高速ネットワークでの利用環境への拡張を図った。(1)3次元コンテンツ制作支援機能対話型進化計算(IEC)を幾何形状の自動生成と変形に応用することで,新しい形の創作を支援する3次元モデラの構成法を実現した。また,手書き入力を利用して自由な造形が可能となる入力機能を開発した。さらに,同様の手法を用いて3次元アニメーションを創作する機能を実現した。(2)カラーイメージ創作支援機能利用者が作成したコンテンツに対して,既存のコンテンツから抽出された配色情報を反映させる新たな手法を考案し、この手法を利用したカラーイメージ創作支援ツールを実現した。(3)陶磁器を用いたディジタルデータベースの構築陶磁器の分類・検索を考慮する上で,陶磁研究で求められる検索のポイントを調査研究し,柴田コレクションの有田陶磁皿について,検索や分類作業に必要となる形状情報と色情報に関して検討した。(4)高速ネットワーク環境への拡張インターネットでの実時間更新や高速流通などに対応するため,大分県の高速大容量「豊の国ハイパーネットワーク」での利用を考えた。高負荷時のパケット損失や通信遅延の問題を解決するため,地域IXの実装に関して考察した。関数表現に基づき自由な3次元形状の生成・変形・保存し更新(「3次元情報工房」)からその分類・検索・再利用(「3次元電子図書館」機能)までの一連の過程を,インターネットを介した分散環境で行う系統的手法の開発とその仮想環境の構築に関して,下記の研究を実施した。(1)「3次元情報工房」の構築:3次元仮想造形システムの開発およびそのネットワーク化(1)超2次関数表現による3次元形状制作に加え,これを形状部品として補間・補外・混合演算による新たな複雑形状の自動的・実時間生成機能と進化計算による未知形状生成機能等を実装した。(3)関数表現によるデータ圧縮効果を生かしたインターネット上で超高速に3次元形状データの更新・共有が可能な手法および形状ベースの確立と実装を試みた。(4)現物を原形として最終的な形に仕上げてしていくために,陶芸作品の現物を取込んでディジタル化し,形状ベース上に「3次元陶芸データベース」として構築する手法について検討した。(2)「3Dバーチャルライブラリ」の構築:3次元コンテンツ対応への電子図書館機能の拡張(1)検索機能に加えて,情報(2次元)の書込み・統合・整理・再配架機能などを備えた開発済の電子図書館に,3次元情報(主として形状)に対する同様の機能を追加する方法について考察した。(2)形状サンプルやテクスチャなどの情報を与えて,3次元類似コンテンツを探し出す方法について考察し,プロトタイプを実装した。(2)カラーイメージ創作支援機能利用者が作成したコンテンツに対して,既存のコンテンツから抽出された配色情報を反映させる新たな手法を考案し,この手法を利用したカラーイメージ創作支援ツールを実現した。(3)陶磁器を用いたディジタルデータベースの構築

陶磁器の分類・検索を考慮する上で,陶磁研究で求められる検索のポイントを調査研究し,柴田コレクションの有田陶磁皿について,検索や分類作業に必要となる形状情報と色情報に関して検討した。(4)高速ネットワーク環境への拡張インターネットでの実時間更新や高速流通などに対応するため,大分県の高速大容量「豊の国ハイパーネットワーク」での利用を考えた。高負荷時のパケット損失や通信遅延の問題を解決するため,地域IXの実装に関して考察した。
超高輝度・高偏極度電子源の高効率化

精度の高い超音波式流量制御系により「歪み補償超格子構造」を最大90ペアーまで成長できた(従来は12ペアーが限界)。そのため、当初予定していた「張り合わせ」という困難なプロセスは不必要となり、取り止めた。また、格子整合系で透明な基板としてZnSeが利用可能となり、この基板上への成長に成功しており、ここでも張り合わせは不必要となった。ファイバー付き半導体レーザーによる励起により、励起系が小型化できた。また、状態密度の平坦部(770780nm)で偏極度が最大となり、量子効率も4倍の増加を得た。超格子層に引張り歪みを導入するため、GaAs 500nmを中間層として導入してきた。これが高いスピン偏極度を保ったまま超高輝度を実現した鍵である。しかし、GaAsは励起光(1.55eV)を吸収し、1/2に減衰する。引張り歪みを導入するためにはGaAsでなくてもAl_<0.4>Ga_<0.6>ASに置き変えることで可能な筈である。従って、まずはここでの無駄な減衰を抑えるために、Al_<0.4>Ga_<0.6>ASを中間層とするフォトカソードを作製する。更に、励起光入射側のGaP基板での反射を防ぐため、反射防止膜を付ける。これらの改良により、超格子層に到達する励起光強度を3倍以上にできる筈である。これを実際に作製し、確認する。次いで、透明基板への貼り合わせフォトカソードの基本となる、GaAs基板に格子整合した歪み補償型超格子を作製する。伝導帯ミニバンドが高いエネルギー位置にあるGaInP/AlInP系を選ぶ。この超格子の作製条件を確立し、表面照射型での特性評価を行い、事年度以降の貼り合わせ法に対する準備とする。平成23年度は、まず、超格子層の組成と厚さの制御精度を1桁上げるため、成長装置の改造を行う。超高輝度・高スピン偏極度を実現している装置においてである。III族の原料供給精度が決定的であるため、超音波方式の流量計を併設する。III-V族化合物半導体の世界では、原子1層を制御して成長するのが普通になりつつある。15年前のコンセプトで旧式に属する本装置の制御精度を一新する。高いスピン偏極度を持つ超高輝度のフォトカソードとして世界的に認知されはじめている半導体歪み超格子フォトカソードの量子効率を上げること(1%以上)が本研究の目的である。その為に、1基板側に反射防止膜を設ける、2歪み補償超格子の層数を増やす、3負電子親和力の大きいGaInP系超格子の作製条件を確立する、を本年度の実施計画とした。その結果、1については励起光のエネルギーを増加させることで、1%以上を容易に達成できることを示した(例えば、従来の850nmを785nmとすることで2.1%を達成)。そのため、反射防止膜では1.4倍程度の増加と表面保護の役割もあるが、後の実験とした。2は36ペアーで0.5%を達成したが、これ以上の層数の増加は輸送途中のスピン・フリップによる偏極度の低下を招き、また、輸送時間が伸びるため時間応答特性の低下も招くことから、量子効率の向上手法としては適切でないことが分かった。3としてはまずGaInP薄膜フォトカソードでの実験を行った。523nmの励起光で14%の量子効率と6.5psの時間応答を得た。今後GaInP/AlInP系歪み超格子へと展開する。これらを踏まえ、次年度以降の計画として、反射防止膜付きGaInP/AlInP系歪み超格子(523nmの励起光にも透明でGaInP系に格子整合するZnSe基板上)の作製および表面がより安定なGaN系フォトカソードの作製を考えている。いずれも結晶成長にすでに成功している。GaN系フォトカソードは歪みの大きいGaInN/GaNとなるため臨界膜厚のその場測定が可能な結晶成長装置を製作し、すでに実験を積み上げている。平成23年度は、歪みの印加調整のため中間層にAlGaAsを用いることにより、GaAs中間層による吸収を抑制すると共に、GaP基板に反射防止膜を設けることにより、偏極度90%を保ったまま、量子効率を0.1%から0.4%へと4倍の増大に成功した。また、中間層なしの場合の超格子厚さの変調発生原因と中間層による抑制の機構を、ナノビーム電子顕微鏡による観察結果より明らかにした。これらの成果に基づき、平成24年度では新たにAl0.1Ga0.9As0.81P0.19を中間層に採用するに至った。この中間層は、励起光(1.55eV)に対して透明であるとともに、超格子を構成するGaAsとGaAs0.64P0.36の中間の組成であり、GaP基板の格子を緩和した後は、超格子の歪み補償構造となる。

従って、従来のGaAsやAlGaAs中間層では歪の蓄積を免れず、超格子ペアー数に制限があった(12ペアーにとどめていた)点が解除され、24ペアー、36ペアーでの成長が可能となった。このことは、フォトカソードによる励起光の吸収率が増加することを示し、従って量子効率が増大することに至る。これは実験的に確認され、12ペアー、24ペアー、36ペアーの超格子を持つフォトカソードを作製し、いずれも90%の偏極度を保ったまま、量子効率はそれぞれ0.1%、0.4%、0.5%へと確実に増加した。これらはいずれもGaP基板側の反射防止膜なしでの値である。今後の課題は、反射防止膜による量子効率の増大と、ペアー数増大による時間応答の変化の追及である。また、励起光のエネルギーに対する時間応答と電子ビームのエネルギー分布の測定である。(1)中間層をGaAsからAlGaAsに置き換え、かつ、GaP基抜裏面に反射防止膜を設け、量子効率を4倍に向上させた(当初目標は3倍)。(2)透明基板への張り合わせを提案したが、より現実的で欠陥密度を低減できるZnSe基板上への歪み補償型超格子構造を提案し、その成長条件を見出しつつある。(3)III族原料の流量制御装置3系統を高精度なものに置き換えた。現在、その精度を確認中である。25年度が最終年度であるため、記入しない。Al0.1Ga0.9As0.81P0.19を中間層に採用することにより、超格子の歪み補償構造を成し、超格子ペアー数の制限(12ペアーにとどまっていた)点が解除され、24ペアー、36ペアーでの成長が可能となった。これにより、12ペアー、24ペアー、36ペアーの超格子を持つフォトカソードを作製し、いずれも90%の偏極度を保ったまま、量子効率はそれぞれ0.1%、0.4%、0.5%へと増加した。これは、本研究の当初目標の3倍を超える成果である。もう一点の当初目標であった透明基板への張り合わせ法は、その技術とプロセスがあまりにも煩雑であるため、一度の成長過程で作製可能な上記の中間層での歪み補償法に切り替えた。(1)中間層をAlGaAsから更にAlGaAsPに置き換えることで、GaAs/GaAsP超格子層を歪み補償型とすることが出来る。そのため、従来12ペアーで構成していた光吸収部を24ペアー、36ペアーへと増やすことができ、量子効率の更なる向上を目指す。(2)透明基板への張り合わせ方はプロセスが困難なため、より現実的で欠陥密度を低減できるZnSe基板上への歪み補償型超格子構造を提案した。今後、これによる全層が格子整合型のフォトカソードを構成する。(3)III族原料の流量制御装置3系統を高精度なものに置き換え、超格子の組成と層厚を再現性の高いものとする。すでに当初目標を超える4倍の量子効率を得ているが、GaP基板側の反射防止膜なしでの値である。
データマイニングによる自己抗体の診断能,費用効果性のEBM的研究

我々は、抗CCP抗体に関節リウマチの診断能に関してメタアナリシスを行い、診断能の客観的評価を行った。37の抗CCP抗体研究と50のRF研究から、感度、特異度、陽性・陰性尤度比をまとめた。抗CCP抗体についてプールされた感度、特異度、陽性・陰性尤度比はそれぞれ67%、95%、12.46、0.36であった。IgMRFに関する値は、69%、85%、4.86、0.38であり、抗CCP抗体のほうがより優れていることを見出し、報告した。(Ann. Intern Med.2007Jun 5;146(11):797-808)この論文に関しては、臨床上有用であるとしてACPジャーナルクラブなどに引用されている。しかし、この論文においては、早期診断に関する検討が充分ではなく、また予後評価に関しても定性的レベルにとどまっていた。以上の反省から早期関節リウマチに関しても検討を行い、プールされた感度、特異度はそれぞれ56%と96%であり、IgMRFに関する値は、62%と87%であり、AUCで比較した場合有意に抗CCP抗体が優れていることを見出している。更に、予後予測因子としてもCCP陽性者のRAの発症リスクはオッズ比9.68と高く、関節破壊に関してもオッズ比4.72と高いことが明らかになった。以上の結果に関しては2007年のアメリカリウマチ学会で報告した。また、神戸大学における検査データを用いて、データマイニングを行い、従来救急領域などで感染症マーカーとして注目されてきたプロカルシトニンを自己免疫疾患において応用し、従来感染症と活動性の自己免疫疾患との弁別が零難であったCRPに代わり、明確に弁別することが可能であることを証明し、免疫抑制状態の患者の感染症モニタリングに発症早期において極めて有用であることを証明した。(J Reumatol. 2008Jan; 35(1):114-11)本年度は、データマインニング研究の準備として1)メタアアナリシスによる既存エビデンスの評価2)本院検査部データとリンクさせたデータマインニング用ソフトの開発3)2)を用いた基礎的データ検討を行った。またKL-6の膠原病肺に対する診断性能など他の抗体の診断性能などを検討し、その有用性を明らかにした上で、2006年アメリカリウマチ学会において発表された。2)に関しては基礎的準備を終え、3)の初期段階にあり、低アルブミン血症、およびプロカルシトニンが膠原病における感染リスク予測に関して有用であることが見出された。両者に関しては更に症例を集積して論文発表の準備を進めた。プロカルシトニンに関しては昨年度のアメリカリウマチ学会で発表された。(J Reumatol. 2008Jan; 35(1):114-11)
創造的な鑑賞力を育成する鑑賞教材の開発

本研究は、美術科学習指導要録にある美術科としての教科性の「創造としての教科性」に焦点を当て、鑑賞学習における鑑賞教材を、完成された作品として見るだけではなく、作家の創造過程の中からも捉えさせるという「創造的鑑賞」による鑑賞学習を基盤に、「鑑賞力」を養う鑑賞教材を開発することを目的として研究実践を行った。鑑賞教材としては、マチス(マチスは、彼自身が自分の制作過程を撮影し、完成作品と共に展示する試みを実際行っており、創造的鑑賞に適した作家と考えた)に焦点を絞り、地元の美術館である、ひろしま美術館所蔵のマチスの作品「ラ・フランス」を教材化する中で、新しい視点を加えた鑑賞授業モデルを作成した。その研究実践は、ひろしま美術館主催の鑑賞ワークショップで実物の作品を前にしての鑑賞授業モデルの実践や日本美術連盟主催の夏期研究会に於いて研究発表など(口頭発表・研究題目:創造的な鑑賞力を育成する鑑賞方法の開発マチスの作品鑑賞を通して)行ってきた。また、授業実践から出てきた色々な意見を基に鑑賞授業モデルに対する効果の分析を行った。本研究の実践結果は、日本教育美術連盟の研究紀要や、広島市中学校研究会の研究集録に掲載される予定である。(発行及び掲載予定:平成20年度)また、研究発表時において、教科書出版社からも本研究に関しての高い評価をいただいた。現行の教科書には、作家の創造過程を掲載した例は、モンドリアン、モネ、ブランクーシなどいくつか見られるが、いずれの図版例も完成された作品を時代ごとに変化していく様子を示したもので、マチスの作品「ラ・フランス」のように一枚の作品の画面が変化していく創造過程の資料を取り扱った事例はなく、今後小学校・中学校いずれの教科書掲載図版としても「鑑賞力」を養うことができる効果的な鑑賞資料として提案していく意義はあるのではないかと考えている。
角度分解光電子分光法を用いた層状遷移金属酸化物における酸素同位体効果の研究

本年度は、銅系高温超伝導体における酸素同位体置換効果(^<16>O→^<18>O)の振る舞いを明らかにすることを目的として、低エネルギー励起光を用いた角度分解光電子分光法(ARPES)による研究を行った。その結果、以下に示すように、(1)Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ>(Bi2212)における酸素同位体効果のドープ量依存性、(2)Bi_2Sr_<1.6>Ln_<0.4>CuO_<6+δ>(Bi2201)における酸素同位体効果に関して知見を得ることが出来た。(1)Bi2212における酸素同位体効果のドープ量依存性前年度の研究から、最適ドープBi2212においては、電子系とボゾンとの結合によると考えられているバンドの折れ曲がり(キンク)に、数meVほどの微小な酸素同位体効果が存在することがわかっている。この酸素同位体効果がドープ量に対してどのように振る舞うかを検証するため、過剰ドープ側の試料に対して、低エネルギー励起ARPESによる検証を行った。その結果、酸素同位体効果はドープ量とともに減少しているような結果が得られた。しかし、この結果は電子系と結合するフォノンモードを単一として考えた際に得られたものであり、今後は複数のフォノンモードが電子系と結合すること可能性を考えて、酸素同位体効果のドープ量依存性の起源に関して考察する必要がある。(2)Bi2201における酸素同位体効果の検証単層系Bi2201において、Lnをイオン半径の異なるLa,Nd,Eu,Gdにすることで、面外の乱れを制御することが出来る。そこで、これらの面外の乱れの効果と酸素同位体効果の関係に関して検証を行った。その結果、面外の乱れと酸素同位体効果には相関があることが判明した。このことは、酸素同位体効果と擬ギャップにおいて相関がある可能性を示唆している。本年度は、銅系高温超伝導体Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ>(Bi2212)における酸素同位体置換効果(^<16>O→^<18>O)を角度分解光電子分光法(ARPES)によって明らかにすることを主目的とし研究を行った。またそのために、酸素同位体効果を精密に検証するための手法の整備を進めた。(1)極角、仰角、偏角を自由に制御できる高精度6軸試料マニュピュレータを使用することにより、試料の面内回転角の調整を行い、試料の測定方位を精密に決定する手法を確立した。これにより、同一波数空間内における^<16>O試料と^<18>O試料のARPESスペクトルを効率的に得ることが可能となった。(2)Bi2212は二重層間相互作用により、結合バンド及び反結合バンドが存在し、複雑な電子構造を示す。一方で、低エネルギー領域においては、ARPESスペクトルにおける二枚のバンドの強度は終状態効果により著しく変化する。そこで低エネルギー領域におけるバンドの励起光エネルギー依存性を詳細に研究し、バンドの選択的測定が可能であることを見出した。また、各バンドに適した励起光エネルギーを用いることで、二枚のフェルミ面の面積を精密に求め、ドープ量をARPESにより決定することが可能となった。(3)エネルギー・運動量分解能に優れた低エネルギー励起光を用いたARPESにより、最適ドープBi2212試料における酸素同位体効果を精密に検証した。その結果、第一ブリユアン帯対角線方向(ノード方向)のキンク構造(バンドの屈曲)において、従来のARPESでは成し得なかった微小な酸素同位体効果の観測に成功した。今後、酸素同位体効果の波数依存性、温度依存性、ドープ量依存性を検証し、高温超伝導体における電子・格子相互作用の理解を図る。(2)Bi2201における酸素同位体効果の検証

単層系Bi2201において、Lnをイオン半径の異なるLa,Nd,Eu,Gdにすることで、面外の乱れを制御することが出来る。そこで、これらの面外の乱れの効果と酸素同位体効果の関係に関して検証を行った。その結果、面外の乱れと酸素同位体効果には相関があることが判明した。このことは、酸素同位体効果と擬ギャップにおいて相関がある可能性を示唆している。
協調の精度を保証した協調制御系の実現と実験による検証

通信理論と制御理論の融合という数理的展開を背景に、ネットワーク上での通信の利用を前提とした、複数制御対象の協調制御に関する研究が進展している。本研究では、メカニカルシステムの協調動作などへの応用を念頭においた協調制御系の設計法を提案した。また実システムの制御では大きな問題となる入力拘束の存在を考慮し、協調動作の促進および入力拘束の達成を実現する目標値整形機構の設計法を提案した。これらの制御則は、ロボットマニピュレータのなどの制御系に実装され、その有効性が実験的にも検証された。協調制御系の実現には、協調の達成とそれが零に収束することが等価となる協調を達成すべき個々の制御系間に定義される適切な偏差信号が重要となる。本研究では、適切な偏差信号を導入し、またこの偏差信号が従う偏差系の動特性に着目することで、つぎの新たな協調制御系の設計手順を与えた。まず、外部目標値信号の生成器となる外成システムを補償器の内部に含む個々の追従制御系を仮定し、これら追従制御系の協調を促進させる補助入力の設計手順を与えた。また、外部目標値信号への追従を達成する通常の意味でのフィードバック制御が施された個々の制御系を仮定し、これらフィードバック制御系の協調を促進させる目標値入力修正機構の設計手順を与えた。提案する協調制御系の有効性は、シミュレーションおよび実験により検証されている。しかしながら、協調制御系の設計には、偏差信号の定義時に導入される個々の制御系に対する重み変数など、高い自由度が存在する。このため、効率の良い協調制御系設計の実施には、異なる重み変数を設定した際の容易なシミュレーションの実施などを可能にする制御系設計CADの充実が重要になっている。制御系設計CAD環境の整備およびこれらを利用した実験による有効性の検証が、今後の研究課題として挙げられる。協調制御系の実現には、協調の達成とそれが零に収束することが等価となる、個々の制御系間に定義される適切な偏差信号の導入が重要となる。本研究では、適切な偏差信号を導入し、またとの偏差信号が従う偏差系の動特性に注目することで、新たな協調制御系の設計手順を与えた。一方現実の制御系では、アクチュエータの性能限界などに伴い、利用可能な制御入力の大きさに関する制限が存在する。このような信号の大きさに関する拘束条件を無視した制御系の運用は、著しい制御性能の劣化や制御系の不安定化を引き起こすことが知られている。本研究により提案する協調制御系においても、拘束条件の存在が協調の性能劣化を引き起こすことをシミュレーションにより確認している。そこで、協調の性能促進に加え、制御系に存在する拘束条件の達成を保証する目標値入力の整形機構の設計手順を与えた。これにより、拘束条件を達成した上で、協調の促進を実現する制御系の設計が可能となっている。今後の課題として、提案する制御系設計法の有効性を実験により検証することが挙げられる。このため、複数の位置決め制御系からなる協調制御系への適用、ロボットマニピュレータの協調動作への適用により、提案する協調制御則の有効性検証を実施する。本研究では、適切な偏差信号を導入し、またこの偏差信号が従う偏差系の動特性に注目することで、新たな協調制御系の設計手順を与えた。提案する協調制御則の設計を効率よく実施するため、制御系設計CADおよび協調制御系のシミュレーション環境を構築した。またこの制御系設計環境を利用し設計した協調制御則を、複数の位置決め制御系から構成される実システムの協調制御系に実装した。この実験により、提案する協調制御則の有効性が、実験的にも検証された。
呼吸に依存しない迷走神経興奮パラメータの探索と心理生理学的応用

1.実験1呼吸周期が圧反射感度(BRS)に及ぼす影響を、27名の男子大学生を被験者として検討した。被験者には500Hzの短音に合わせて3分間自然に呼吸するように教示した。条件間に2分の休憩を入れ、周期条件は3s(F)、5s(M)、10s(S)の3条件からなる6通りの実施順序に被験者をランダムに割り付けた。BRSはシーケンス検索法で測定し、呼吸性不整脈(RSA)と比較した。その結果、(1)RSAはS>M>Fの関係が認められたが、BRSおよび心拍数(HR)には条件差は示されなかった。(2)RSAとBRSは、安静時及び各周期条件において、中程度の有意な相関(r=.54.66)が認められた。(3)BRSとHRには各周期条件において有意な相関が認められた(r=-.35-.43)。2.実験2暗算ストレスの予期(4分間)、遂行(10分間)、回復(4分間)時のRSAとBRSの抑制を男子大学生30名の被験者で比較した。その結果、RSAは同時に生じた呼吸数の増加と相関した抑制が認められたのに対して、BRSには呼吸変数とは独立した抑制が認められた。3.実験2におけるBRSの経時変動を因子分析で解析した結果、BRSの抑制はストレス負荷直後1分で最大となる速応答性抑制因子、2分目から7分目まで長く持続する持続性抑制因子、8から10分目に最大化する遅応答性抑制因子、および、回復期に活動する回復期因子が認められた。これら4因子は、交感神経指標である心収縮性、血行力学指標、及び、呼気ガス指標との関係においても異なった性質を示した。これらの結果から、シークエンス検索法によって無侵襲的に推定できるBRSが呼吸に依存しない迷走神経の指標として、ストレス研究に有用な指標であることが実証された。今後は、交感神経指標と併用することで、心臓の自律神経平衡の解析に応用する計画である。
分子プローブによる複雑液体における密度揺らぎの観測

ガラス状態を形成する数種のモノマー及びポリマー媒質に、マラカイトグリーン色素分子を微量ドープし、そのマラカイトグリーン色素分子の蛍光寿命の測定から、ガラス形成媒質のガラス転移点近傍におけるミクロなダイナミックスを研究した。その結果測定した3種のモノマー全て、すなわち1-プロパノール、プロピレングリコール、グリセロールおよび側鎖を持たないポリマーであるポリブタジエンにおいて、通常知られている熱量的な異常を示すガラス転移点Tgの他に、それより数十度高い温度において、新たな転移点Tcが存在することが見出された。この転移点はミクロな分子運動論の立場によるモード結合理論が示唆する動的ガラス転移だと考えられる。この転移点の観測は通常のマクロな測定法ではとらえることがきわめて困難であったが、本研究における特殊な分子プローブを用いたミクロな鎖を持つポリマー媒質、すなわちポリビニルアセテート、ポリメチルメタクリレート、ポリエチルメタクリエ-トではガラス転移点以下でも凍結されない側鎖基回転運動に隠されて動的転移点での異常は確認されなかったが、熱量的なガラス転移点Tgより低い温度において側鎖基の回転運動に帰因と考えられる異常が認められた。さらにまた、マラカイトグリーン色素分子を生体細胞にドープし、レーザービームを光学顕微鏡で各細胞の任意の位置に照射することにより、その蛍光寿命から、個々の細胞の微視的な粘性の測定を行うことができることを示した。
妊婦の概日リズムや食事時間のパターンと栄養代謝との関連の解明

時間生物学分野での研究から食事摂取時間や一日の最初の食事から最後の食事までの時間間隔(eating duration)と栄養代謝や体重増加の関連が明らかにされつつあります。また慨日リズムの観点からchrono-type(朝型タイプと夜型タイプ)によって食事の質が異なり、夜遅い食事や欠食は体重増加や低い満腹感に関連するという報告もあります。本研究は横断観察研究で、妊婦を対象に食事時間パターン(朝型・夜型)や食事間隔(eating duration)、夜間の絶食時間(night-fasting interval)と栄養代謝の関連をみることを目的としています。
マイクロサテライト不安定性を呈する大腸癌のゲノム・エピゲノム解析

1)さらに19例を追加し、次世代シーケンサーを用いた全エクソン解析を行った。ミスマッチ修復遺伝子の生殖細胞系列変異を有するリンチ症候群随伴大腸腫瘍とミスマッチ修復遺伝子の体細胞変異を有するいわゆるリンチ様大腸腫瘍の変異プロファイルが類似し、それらはMLH1メチル化大腸癌とは変異プロファイルが異なることが明らかとなった。KRAS、APC、TCF7L2変異はリンチ症候群随伴またはリンチ様大腸癌により多く、BRAF、RNF43変異はMLH1メチル化大腸癌により多く認めた。リンチ様大腸癌はMLH1メチル化大腸がんと比べて若年発症であることが示された。また、TP53変異や、NTRK1、NTRK3、RET、BRAFの融合遺伝子が複数の症例で認められた。2)全エクソン解析で同定された候補遺伝子変異について遺伝子発現ベクターを作成し、細胞生物学的な実験(ルシフェラーゼアッセイ、3T3細胞を用いたトランスフォーメーションアッセイ、ヌードマウスを用いた造腫瘍能の検討)を行った。ERBB2(L755S)およびERBB2(L841I)が発がんドライバー変異であることが示された。3) DNAミスマッチ修復蛋白の免疫染色を行い、MSH2欠損腫瘍では、MSH2およびMSH6の免疫染色が陰性であり、MLH1とPMS2の免疫染色が陽性であることを確認した。また、シーケンスによる変異情報と対比することにより変異が妥当であるということが示された。これまでにマイクロサテライト高度不安定性を呈する(MSI-H)大腸がんの収集を精力的に進めてきた。2000年から2015年までに本学医学部附属病院大腸・肛門外科で切除した大腸がんに対しマイクロサテライト不安定性検査を行ったところ、MSI-H大腸がんは120人(122箇所)であった。がんの局在は、盲腸15例(20%)、上行結腸26例(35%)、横行結腸19例(26%)、下行結腸3例(4%)、S状結腸10例(14%)、直腸1例(1%)であった。既に57例の次世代シーケンサによる全エクソンシーケンスが終了した。1例あたり、一塩基置換が平均1088個、欠失または挿入変異が平均356個認められた。KRAS、BRAF、APC、RNF43、TP53などの既知の変異や、複数の検体で見られる新規の遺伝子変異が確認された。現在、候補遺伝子変異について、遺伝子発現ベクターを作成し、細胞生物学的な実験(ルシフェラーゼアッセイ、3T3細胞を用いたトランスフォーメーションアッセイ)により発がんへの寄与を検討している。さらに、全エクソンシーケンスを元にコピー数解析を行う。全クローンに生じている変異か(その中でも両アレル変異か片アレル変異か)、サブクローンにのみ生じている変異かを検討する。癌抑制遺伝子領域のコピー数減少や、癌遺伝子領域のコピー数増加が癌の発生に関与することが知られている。また、コピー数の変化を伴わない異常として片親性ダイソミー(Uniparental disomy;UPD)があり、2本ある染色体のうち片親由来の一定領域が消失する。UPDが多発している領域から癌の原因遺伝子が同定され得る。既に57例の次世代シーケンサによる全エクソンシーケンスが終了し、解析中であり、概ね予定通り進行している。1)既に130例の高頻度マイクロサテライト不安定性を呈する大腸腫瘍の次世代シーケンサーによる全エクソンシーケンスが終了した。ミスマッチ修復遺伝子の生殖細胞系列変異を有するリンチ症候群随伴大腸腫瘍とミスマッチ修復遺伝子の体細胞変異を有する所謂リンチ様大腸腫瘍の変異プロファイルが類似し、それらはMLH1メチル化大腸癌とは変異プロファイルが異なることが明らかとなった。MLH1メチル化大腸癌は、リンチ症候群随伴大腸癌より右側に多く発症し再発後の予後が不良であった。また、KRAS、BRAF、PIK3CA、APC、RNF43、TP53などの既知の変異、NTRK1、NTRK3、RET、BRAF等の融合遺伝子が複数の症例で認められた。2)網羅的解析で同定された候補遺伝子変異について遺伝子発現ベクターを作成し、細胞生物学的な実験(ルシフェラーゼアッセイ、3T3細胞を用いたトランスフォーメーションアッセイ、ヌードマウスを用いた造腫瘍能の検討)を行った。BRAF(K601E)がBRAF(V600E)と同様な発がんドライバー変異であることが示された。3) DNAミスマッチ修復蛋白の免疫染色を行い、MLH1メチル化群ではMLH1とPMS2の免疫染色が陰性であり、MSH2とMSH6の免疫染色が陽性であることを確認した。当初の予定以上にマイクロサテライト不安定性を呈する大腸がん症例を収集でき、高頻度マイクロサテライト不安定性を呈する130の大腸腫瘍の全エクソン解析を行うことができた。

KRAS、APC、TCF7L2変異はリンチ症候群随伴またはリンチ様大腸癌により多く、BRAF、RNF43変異はMLH1メチル化大腸癌により多く認めた。リンチ様大腸癌はMLH1メチル化大腸がんと比べて若年発症であることが示された。また、TP53変異や、NTRK1、NTRK3、RET、BRAFの融合遺伝子が複数の症例で認められた。2)全エクソン解析で同定された候補遺伝子変異について遺伝子発現ベクターを作成し、細胞生物学的な実験(ルシフェラーゼアッセイ、3T3細胞を用いたトランスフォーメーションアッセイ、ヌードマウスを用いた造腫瘍能の検討)を行った。ERBB2(L755S)およびERBB2(L841I)が発がんドライバー変異であることが示された。3) DNAミスマッチ修復蛋白の免疫染色を行い、MSH2欠損腫瘍では、MSH2およびMSH6の免疫染色が陰性であり、MLH1とPMS2の免疫染色が陽性であることを確認した。また、シーケンスによる変異情報と対比することにより変異が妥当であるということが示された。引き続き、MSI-H大腸癌約60症例についてのゲノム解析を行う。MSI-H大腸癌より抽出したRNAの質をバイオアナライザまたはtapestationで評価し、RNA Integrity Numberが高い試料については、次世代シーケンサを用いたRNA配列・発現・融合遺伝子解析を行う。さらに、次世代シーケンサを用いたbisulfite sequencingによりメチル化DNA解析を行い、DNAミスマッチ修復遺伝子のサイレンシングを検討する。さらに症例を集積し、予後などの臨床情報を詳細に解析することで、高頻度マイクロサテライト不安定性を呈する大腸がんを鳥瞰することを目指す。
先天性血小板異常症の遺伝子解析

先天性血小板機能異常症の簡易診断法としてDNA分析による方法が待たれている。本研究では,血小板機能異常症の代表的疾患である血小板無力症の遺伝子異常について検討した。対象:血小板無力症タイプI患者1名,タイプII患者2名につき検討した。方法:(1)DNA解析;高分子のジェノミックDNAはMillerらの方法に準じ行って抽出した。DNAと各種のプライマ-の組合せを用いTaqpolymeraseにてDNAthermal cyclerでタ-ゲット部位の増幅を行った。これを数種類のendonucleaseを用い,R FLPの検討を行い,一部はsequenceを行った。(2)血小板RNA解析;Chomzynskiらの方法に準じ,GIT法にてCsClクッションを用い分離した。これよりMMLV revuse transcriptaseにてcDNAを作成した。次いでDNAと同様の方法でタ-ゲット部位を増幅,分析を行った。結果:(1)DNA解析:3名の患者について,数種類のsenseーprimer,antisense prinerの組合せで,増幅をした。DNAを1.2%アガロ-スゲルで泳動し,EB染色をしたが,タ-ゲットの部位とほぼ同じ大きさのDNAが固定された。従って,3名の患者には大きなDNAのdeletionやinsertionはないと考えられた。(2)血小板RNA解析においても3名の患者で,特に大きな異常を検出しえなかった。以上,今回検討した3名の血小板無力症患者においては,明らかな遺伝子異常を検出できなかった。しかし,今後他の部位のプライマ-を組合せて実験を行うと共に,sequenceを行う考えである。
New Data-Driven Tools to Quantify Heterogeneous Microenvironments in Live Cell Images

ラマン顕微鏡は、生きた細胞について豊富な画像を提供してくれます。ラマン信号というのはそもそもが弱い信号であるため、その処理および分析には十分に注意を払わなければいけません。ここでは、データの汚染を詳細かつ正確に処理することに焦点を当てることで、さらなる分析を行った際に適切な特性を示すことに成功しました。
有機薄膜太陽電池におけるキャリア輸送過程の解明

有機薄膜太陽電池のさらなる高性能化を実現するためには、動作メカニズムの解明、特にキャリアの輸送過程を明らかにすることが重要である。本研究課題ではそのために必要となる、実デバイスにおけるキャリア移動度をはじめとする各種物理量を評価する実験手法を構築した。一例をあげると、有機薄膜太陽電池に逆バイアスを加えて光誘導吸収測定を行えば選択的に正孔移動度が決定できることを明らかにし、さらに変調光電流測定と組み合わせれば、電子と正孔の両方の移動度が決定できることも見出した。本研究課題ではこれらの実験手法の構築と同時進行で様々な有機薄膜太陽電池の試作も行い、それらの輸送過程についても調べた。本研究の目的は、各種変調分光を駆使し、有機薄膜太陽電池の動作機構、特にマイクロ秒からミリ秒の範囲におけるキャリア輸送過程を明らかにすることである。これまでの研究から、変調分光法の一種である光誘導吸収測定により、開放回路条件ではキャリアの二分子再結合による寿命が決まり、短絡回路条件では単分子再結合過程に従う何らかの「寿命」が求まることが分かっていた。今回、逆バイアスを印加して光誘導吸収を測定し、さらにインピーダンス分光により求めた走行時間と比較することで、それが走行時間に対応した時間(実際には半導体層の半分の膜厚を走行する時間)であることが確認された。したがってその時間より正孔のドリフト移動度が決定できることも分かった。また半導体層の膜厚依存性の検討からは、一定以上の膜厚になると、走行時間ではなくディープトラップ寿命が求まること、またその境界膜厚が、太陽電池の変換効率が最大となる最適膜厚に近いことが分かった。つまりそれ以上に厚い半導体層では効率的なキャリア取り出しが出来ていないこと、ひいてはそれが最大変換効率を制限する一因であることが分かった。これらの評価を順構造の太陽電池に加え、逆構造の太陽電池についても行い、正孔の流れる向きに依存しないことも明らかにした。なお、初年度は測定系の改良と太陽電池の高性能化についても取り組んでおり、その結果として上述の研究成果が得られたことを付け加えておく。測定系の改良やデバイスの高性能化が当初の見込み通りに進展したおかげで、評価に関しても研究計画通りに順調に進展している。例えば、順構造太陽電池と逆構造太陽電池の両方で同程度の変換効率が安定して得られるようになったため、キャリアの輸送方向の影響についても検討できるようになった。以上の理由により、「おおむね順調に進展している」と判断している。二年目は、一年目で構築および改良した実験手法を駆使し、半導体層の膜厚を変えることでキャリアの輸送過程にどのような変化が生まれるか、さらにそれが順構造と逆構造の太陽電池でどのような差があるかを調べた。さらに経時変化についても調査した。興味深い点としては、半導体層の膜厚が厚くなると取り出し効率が低下することが一般に予想されるが、ある特定の条件で作製したデバイスでは、極端に膜厚が高いにも関わらず非常に良好な特性を示し、かつ通常の有機薄膜太陽電池では見られないような高いホール移動度が実現しているという点である。三年目はこの現象の理解を深めるとともに、この現象を利用した高性能デバイスの実現についても検討したい。二年目はこういった評価に加え、強度変調光電流測定と強度変調光電圧測定のための実験系を構築した。この目的は、本研究で中心的な役割を果たす光誘導吸収測定やインピーダンス測定よりも、もっと標準的な評価手法を手に入れることと、それらを改良してアドバンスドな評価手法を新規開発するためである。標準的な評価手法としては実験手法に加え、解析方法についてもほぼ構築することができたので、三年目は多くのデバイスに適用して経験を積むとともに、アドバンスドな評価手法の開発に務める。一年目に測定系の改良やデバイスの高性能化が順調に進んだため、二年目は最終年の内容を先取りして取り組むことができている。したがって、「おおむね順調に進展している」と判断した。本研究の目的は、各種変調分光法を駆使し、有機薄膜太陽電池の動作機構、特にマイクロ秒からミリ秒の範囲におけるキャリアの輸送過程を明らかにすることである。まず評価手法について述べる。これまでにもインピーダンス分光法や光誘導吸収測定を用いて実デバイス中のキャリア輸送過程を調べる方法について検討を行ってきたが、光誘導吸収測定では電子の情報が得られないなどの問題点がいくつかあった。そこで本研究計画の二年目から開放起電力や短絡電流をモニターしながら変調分光を行う方法について検討を試みてきた。その結果、短絡電流からは二つの移動度が決定できることが分かり、光誘導吸収測定を組み合わせれば、電子と正孔の両方の移動度が同時決定できることとなった。一方、開放起電力からは、二分子再結合過程に加え、トラップの情報が得られることも分かった。さらに変調周波数の二倍の周波数で信号検出すれば、キャリア輸送のドライビングフォースに関する情報が得られることも分かった。また素子作製については、結晶性ポリマーと非晶質ポリマーを用いた順構造と逆構造の太陽電池を作製し、特に取り出し効率の膜厚依存性に注目して評価している。その中で、結晶性ポリマーを用いて厚い半導体層を持つ太陽電池を作製すると、時間とともに特性が向上する様子が確認された。これは、相分離構造が時間経過とともに最適構造に近づいていくためであると考えられる。

時間経過に伴う諸特性の変化も調べており、この知見を活用すれば、高効率デバイスの作製条件の探索が効率化されるものと期待している。なお、本研究課題では上記の結果に加え、素子の経時劣化や、移動度の膜厚依存性についても評価した。有機薄膜太陽電池のさらなる高性能化を実現するためには、動作メカニズムの解明、特にキャリアの輸送過程を明らかにすることが重要である。本研究課題ではそのために必要となる、実デバイスにおけるキャリア移動度をはじめとする各種物理量を評価する実験手法を構築した。一例をあげると、有機薄膜太陽電池に逆バイアスを加えて光誘導吸収測定を行えば選択的に正孔移動度が決定できることを明らかにし、さらに変調光電流測定と組み合わせれば、電子と正孔の両方の移動度が決定できることも見出した。本研究課題ではこれらの実験手法の構築と同時進行で様々な有機薄膜太陽電池の試作も行い、それらの輸送過程についても調べた。研究計画を変更しなければならないような事案は特段発生しておらず、当初計画通りに進める予定である。ただし、研究成果が思ったようにパブリケーションできていないため、最終年度は特にその点に力を入れる。29年度が最終年度であるため、記入しない。有機エレクトロニクス29年度が最終年度であるため、記入しない。
タンパク質復元に基づく古細菌、真正細菌、全生物の共通祖先の研究

翻訳系酵素(GlyRS)、代謝系酵素(IPMDHとNDK)、複製系酵素(ジャイレース)の祖先型酵素を作製した。翻訳系と複製系の酵素に関して、細菌祖先型酵素の作製に成功し、高度好熱菌よりも高い耐熱性を持つことが明らかとなった。代謝系酵素では、以前より研究を進めていたNDKに関していくつかの変異酵素を作製することにより、細菌、古細菌、全生物共通祖先の祖先型酵素が何れも非常に高い(100°C以上)耐熱性を持つことを明らかにした。全生物の共通祖先が存在しているかどうか、またその数や性質に関しては議論がある。本研究では、三つの共通祖先(全生物、真正細菌、古細菌)遺伝子を再生し、その解析を行う。その解析から、1)翻訳系、複製系に関して古細菌の祖先と真正細菌の祖先酵素を推定し全合成することから、古細菌の祖先と真正細菌の祖先がどの程度の温度に生育し得たかに関する情報を得る。2)さらに、代謝系酵素を材料として全生物の共通祖先の遺伝子を推定し全合成することから、全生物の共通祖先がどの程度の温度に生育し得たかに関する情報を得る。まず、研究対象とする酵素遺伝子の配列をもとにデーターベースを検索して相同な配列を探し出した。配列のアライメントを行った後、立体構造を考慮したアライメントの修正を行った。最尤系統樹を作成し、得られた系統樹を用いて祖先配列を推定した。次いで、推定した遺伝子のアミノ酸配列を大腸菌の高使用頻度を用いて逆翻訳した。全体を20塩基ほど互いに重複する100-120塩基のオリゴヌクレオチドに分割し発注した。これらを混合してPCRにより遺伝子合成を行った。配列を確認した祖先型遺伝子を、発現ベクターに導入し、適当な宿主で発現し、発現タンパク質を精製した。DNAジャイレースBサブユニットおよびそのN末端ドメインの真正細菌祖先型の酵素の推定、遺伝子合成、発現、精製を行った。その耐熱性を調べたところ、BサブユニットのN末端ドメインが80°C以上の安定性をもつことが明らかとなった。また、Gly-RS(グリシルtRNA合成酵素)の古細菌祖先型酵素遺伝子の全合成とIPMDH(イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素)全祖先型酵素遺伝子の全合成を完了した。以上、真正細菌の複製系が高い耐熱性をもつことが明らかとなった。今後、古細菌の翻訳系および、全生物の共通の祖先の代謝系遺伝子に関する情報を得るための遺伝子作製を行った。【DNAジャイレースBサブユニット】以前推定した祖先型アミノ酸配列中の一部にギャップの扱いに誤りがあることに気づいた。この誤りを修正し、新しい祖先型アミノ酸配列をコードする遺伝子を合成した。遺伝子を大腸菌内で発現、精製した。祖先型DNAジャイレースBサブユニットの1段階目の変性中点は約66°C、2段階目は約82°Cであった。1段階目はC末端ドメインの変性、2段階目はN末端ATPaseドメインの変性に対応していると思われる。【イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素(IPMDH)】全生物共通の祖先型IPMDNのアミノ酸配列を推定し、その配列をコードする遺伝子を人工合成した。その遺伝子を大腸菌内で発現させ、精製した。耐熱性を測定したところ、変性中点温度は約55°Cであった。ただし、この祖先型IPMDHの活性は見られなかった。現存IPMDHのマルチプルアライメントを見直したところ、アライメントの正確性に疑問が残る箇所が見られた。そこで、マルチプルアライメントの修正を行い、祖先型アミノ酸配列を推定しなおした。この修正した配列をコードする遺伝子を合成した。【ヌクレオシドニリン酸キナーゼ(NDK)】古細菌祖先型NDKと真正細菌祖先型NDKはどちらも高い耐熱性を示すが、古細菌祖先型NDKの変性温度が約113°Cであるのに対し、真正細菌祖先型NDKは約100°Cと13°C異なる。しかし、2つの祖先型NDKのアミノ酸配列を比べるとわずかに12残基が異なるのみである。そこで、真正細菌祖先型NDKの古細菌祖先型NDKと異なっているアミノ酸部位に、古細菌祖先型アミノ酸を導入した12個の1アミノ酸置換体を作製し、その耐熱性を測定した。その結果、12改変体のうち真正細菌祖先型NDKよりも耐熱性が損なわれたのは一つのみで約4°C変性中点温度が低下した。残りの改変体のうちの6つは耐熱性に変化がなく、5つは35°C程度耐熱性が上昇した。このことから、真正細菌祖先型NDKと古細菌祖先型NDKの13°Cの耐熱性の違いには、2つの祖先型酵素間で異なっているアミノ酸のうちの約半分が寄与していることが示された。NAジャイレースBサブユニットに関して、祖先型DNAジャイレースBサブユニットのN末側ドメインに相当するATPaseドメインの解析を行った。