hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
量子井戸・メタ表面の融合による低毒性中赤外検出器の開発

有害なHg、Cdに依存したMCT検出器に代わる低毒性中赤外検出器として、量子井戸のサブバンド間遷移を利用する量子井戸赤外検出器(QWIP)が有望とされてきた。しかし、遷移の選択則という強い原理的制約により、十分な感度は実現されていない。本研究では、メタ表面の電場回転・電場増強機能により、入射光を完全に吸収して電流に変換し、10μm帯にて、従来のMCT検出器に匹敵する量子効率50%、検出能5×10^10cmHz^1/2/Wをわずか数層の量子井戸で実現することを目指している。平成28年度の第一の課題は、メタ表面の素材となる量子井戸のエピ層状態での感度、および、それを別の基板に移植して作製したメタ表面状態での感度の測定手法を確立させることであった。まず、液体窒素温度でのIV特性や感度スペクトルの測定が可能な測定系を構築した。また、ブリュースター角入射による移植前のエピ層自体の感度測定手法を確立した。第二の課題は、量子井戸自体の吸収スペクトルの帯域を拡大することであった。量子井戸の吸収は基底状態から励起状態へのサブバンド間遷移で起こるが、励起状態をバリア層のエネルギーより高い位置に設定するBound-to-continuum型の量子井戸設計により、連続状態へ励起し、感度帯域をこれまでよりも拡げることができた。第三の課題は、低ノイズ化であった。これも量子井戸自体の設計に関わる問題である。初年度に完成した量子井戸構造の設計プログラムを駆使して、バイアス不要で、バイアスに伴う暗電流がないためにノイズが小さいことが知られている光起電力型QWIPを設計することを試みた。同一機関に所属する研究分担者との有機的な協力体制が極めて有効に機能し、順調に進展していると判断している。また、初年度に確立した個々の技術を利用することにより、本年度の個々の課題を強力に推進することができた。特に極薄エピ層移植技術が確立したことに伴い、多数のメタ表面を作製し、実際に特性を調べることができた。ただし、歩留まりが必ずしも高くなく、欠陥のある素子が多く、改善の余地は多い。また、低ノイズ量子井戸構造として、これまでに報告のない新しい構造を発見したが、その原理の把握や設計指針の確立に時間を要し、予定していた外注加工による大規模基板接合実験に供出する試料の作製が遅延し、外注加工費を次年度に繰り越す事態が発生した。本研究の目標は、極薄エピ層移植技術を確立してIII-V族半導体多重量子井戸(MQW)をAu基板・Auストライプから成るメタ表面に挟み込み、高感度・低雑音で高温動作可能な中赤外検出器を実現することである。平成29年度の第一の課題は、設計通りの特性をメタ表面化後にも維持するための、コンタクト層高抵抗化問題の解決であった。系統的な接触比抵抗測定、ホール測定による電荷密度実測、SIMS分析により、接触比抵抗は顕著なドーパント濃度依存性、結晶成長温度依存性を示すことがわかり、最適な濃度域、温度域を特定することができた。これは赤外検出器に限らず、量子カスケードレーザなどの量子井戸デバイスにも有効な汎用性の高い技術である。特許出願および学会発表を行った。
中・東欧新興資本市場の比較制度分析

本研究の課題は、2008年のグローバル金融危機を経て激動期にある中・東欧諸国の新興資本市場を、マクロ制度分析と、金融市場のミクロ分析を結合することによって、総合的に分析することである。研究代表者は、主としてマクロ経済・制度側面を分析した。その結果、グローバル金融危機がもたらした中・東欧諸国への影響は均一ではなく、政策対応の相違により異なっていることが明らかにされた。例えば、バルト3国の場合、固定為替相場制度が危機をより一層深刻化させた。しかしながら、同じく固定為替相場制度を採用しているブルガリアでは、緊急財政政策の実施により、金融危機の影響はそれほど深刻ではなかった。他方、ルーマニアでは、危機以前からの財政赤字が拡大し、国際的金融支援を仰がなければならなかった。研究分担者は、主として金融市場のミクロ分析を行った。ルーマニアを初めとした中・東欧諸国、日本を初めとした先進諸国、そしてBRICs諸国などの新興経済発展国における、債券・エネルギー・金属等の多様な市場での最高値と最低値の循環性を、ジュグラー、キチン等のマクロ経済における景気循環サイクルとアナロジーで分析した。これらの分析により、グローバル金融危機を初めとした景気循環に対し個別投資家がどのようなヘッジを行うことが望ましいかが明らかとなった。受入研究者においては、平成20年度は、本研究の初年度として、ルーマニアを含めた中・東欧新興市場国の資本市場の現況を確認するという計画に従い、平成20年12月にウィーンおよびブカレストにおいて現地調査・資料収集を実施し、現地研究者との面談を行うと共に、ルーマニア国立銀行、ブカレスト証券取引所等の現地機関を訪問し、中・東欧新興市場国のマクロ経済ならびに金融・証券市場の現況を確認し、また必要な資料収集を行った。特別研究員においては、中・東欧新興市場国の資本市場だけでなく、ロシア等の新興市場国の資本市場に研究の対象を広げながら、その実証比較分析を行った。このような研究の成果は、平成21年2月に京都大学で行われた欧州比較経済体制学会のワークショップで報告された。これらの研究により次のような点が明らかとなっている。・ルーマニアを含めた中・東欧新興市場経済のマクロ経済状況は、平成20年秋に起きたグローバル金融危機により、危機的な状況となっており、例えばルーマニアの場合、19年までの高度経済成長から一転し、21年にはゼロあるいはマイナス経済成長が予想される。・このようなマクロ経済の不安定化に伴い、証券市場は機能停止状態にあり、例えば、ブカレスト証券取引所の取引指数は最盛期の3分の1以下に下落している。・ロシア等のBRICs諸国の証券取引指数は長期(1012年)・短期(3640ヶ月)のサイクリカルな上昇・下落を繰り返しており、現在はその変動期にある。受入研究者においては、平成20年度に実施した国内実証研究およびウィーンおよびブカレストにおける現地調査・資料収集を基礎として、中・東欧新興市場国のマクロ経済ならびに金融・証券市場の現況に関するさらなる実証研究を行った。この研究の成果は、「グローバル金融危機の中東欧経済への影響」として出版される。・ルーマニアを初めとする中・東欧新興市場国へのグローバル金融危機の影響は、既EU加盟国大手銀行による資本の引上げを第1の原因とした、土地・証券バブルの崩壊により既加盟国よりも大きなものとなっている。・中・東欧新興市場経済は、グローバル金融危機から回復傾向にあり、資本市場の回復も、サイクリカルな上昇・下落特徴を持つ証券取引指数の回復傾向にも現れている。・しかし、グローバル金融危機を経た結果、とりわけルーマニアにおける資本市場では、企業・家計の資金調達条件、とくに金利・満期期間などで変化が生じている。
NMRを用いたメタボロミクス分析法の開発及び応用

核磁気共鳴法(NMR)は簡単な前処理、穏やかな環境下で測定が可能であり、成分の変質、損失を最小限に抑える事ができる;糖類、脂質、有機酸、アミノ酸等、化学的性質の異なる幅広い成分を1回の実験で測定可能であり、スペクトルには多くの情報が同時に含まれていることから、混合物の「指紋」とも呼ばれ、食品科学においてもNMRは様々な代謝物分析に応用されている。そこで、我々は世界で最も多くの国で飲用されている嗜好飲料であるコーヒーに注目し、NMRを用いてコーヒー豆抽出物の非破壊測定を行い、詳細なシグナル帰属を行った上で、品種・産地の異なる生豆および焙煎度の異なる焙煎豆の抽出物をプロファイリングし、NMRを用いてコーヒー豆抽出物の化学的特徴をつけることができた。通常市販されているコーヒー豆はコーヒー生豆ではなく、焙煎したコーヒー豆のケースが多い。現在日本のコーヒー企業では、官能試験によってコーヒー豆の産地と風味などを評価しているが、そういう方法は評価者の主観に大きく左右されるため、より客観的、科学的な評価方法が求められている。ここでは、さらに我々はNMRに基づくメタボロミクスと人間の官能試験との組み合わせにより、コーヒー豆の品種・焙煎程度による味の変化を明らかにし、人間の舌の代わりにNMRを用いた味の予測法を開発した。コーヒー豆の品種と焙煎程度は抽出されたコーヒーの味に大きく影響している。本研究では、品種・焙煎程度の異なるコーヒー豆を使用し、NMRを用いて組成を解明することと同時に人間での官能試験を行った。さらに、NMRデータをX変量とし、官能試験の結果をY変量にした予測分析(OPLS)モデルを構築し、コーヒー豆抽出物の組成と味のデスクリプターの間の相関を探索した。最後に、NMRに基づくメタボロミクスで市販コーヒー豆の味の特徴を予測し、NMRはコーヒー豆抽出物の味の予測に有効であることを証明した。これらNMR情報に基づくコーヒー豆抽出物の味の予測法では、官能試験を行わなくても、食品の品質評価を簡単にかつ精度よく予測することが可能になった。(抄録なし)コーヒーの品質に大きく関わるコーヒー生豆の品種および産地の識別は、コーヒーの品質管理にとって非常に重要な課題である。核磁気共鳴法(NMR)は簡単な前処理と穏やかな環境での測定が可能であるため、成分の変質、損失を最小限に抑える事ができる。そこで、我々はNMRを用いて生豆成分に基づく品種・産地の非破壊鑑別法を確立した。まず、コーヒー生豆抽出物の1次元および2次元のNMRスペクトルの帰属により、生豆成分であるカフェイン、クロロゲン酸類、トリゴネリン、ショ糖、アミノ酸、キナ酸などの16種類の化合物がNMRで観測できることを確認できた。さらに、アラビカ種とロブスタ種の合計6産地の生豆の抽出物を測定し、NMRスペクトルの主成分分析により、すべての生豆試料をアラビカとロブスタの品種によって区別することができた。各品種に特徴的な成分を確認するための判別分析と帰属情報から、アラビカ品種のコーヒー生豆にはショ糖、トリゴネリンなどの成分がより多く、ロブスタ品種の生豆にはクロロゲン酸、カフェイン、コリンが多いことが明らかになった。また、コーヒー生豆の原産地を区別するためにアラビカ品種の4産地の生豆サンプルのNMRスペクトルを主成分分析し、第3主成分までの展開により原産地ごとに識別することができた。ロブスタ品種2産地の生豆の主成分分析および判別分析では、産地を区別することができ、帰属の情報から各産地の生豆の特徴成分を同定することに成功した。これらの結果から、NMRはコーヒー豆の品種、原産地、偽和の有無の識別に有効な分析手法だと考えられる。

最後に、NMRに基づくメタボロミクスで市販コーヒー豆の味の特徴を予測し、NMRはコーヒー豆抽出物の味の予測に有効であることを証明した。これらNMR情報に基づくコーヒー豆抽出物の味の予測法では、官能試験を行わなくても、食品の品質評価を簡単にかつ精度よく予測することが可能になった。本課題の目的は、非破壊的に測定できる高感度NMR技術を用いて、食品混合物のメタボロミクス分析を行い、シグナルを帰属することで食品の成分分析、品質管理、食品の真正評価、食安全の確保などに応用することである。本年度は、NMRを用いたコーヒー生豆の品種・原産地の鑑別に成功した。これらの成果は論文1報として国際雑誌に掲載され、計画通りに順調に進展している。NMRスペクトルは食品混合物の「指紋」として、各食品の化学的特徴を示す。NMRを用いたプロファイル分析を食品の原産地、原材料偽装などの真正評価における実用性を探索しながら、食品の組成から風味特徴の判定への有用性にも展開していきたい。そして、NMRを用いて食品成分の特徴を明らかにする上で風味の特徴を予測できる技術の開発へ進めていきたい。(抄録なし)
炭素繊維を曲線配置した織物への電着樹脂含浸によるCFRPの立体成形

電着を用いたCFRP(炭素繊維強化複合材料)の樹脂含浸法の改良を進め、得られるCFRPの強度の向上を確認した。この方法は、炭素繊維の織物を電着液に浸し、通電することによって、樹脂が含浸析出させることで、容易にCFRPを得ることができる。電着時の電流・電圧・通電時間の制御方法が重要となるが、それはほぼ確立することができた。そして、セルロースナノファイバーを疎水化処理することなく、電着で樹脂含浸したCFRPの試験片の表面にコーティングし、強度試験を行った。その結果から、最適なセルロースナノファイバーの分散量を求め、強度の向上を確認した。電着液は水系であるため、セルロースナノファイバーとの親和性が高い。電子顕微鏡観察の結果、CFRPの表面近傍において、樹脂の中にセルロースナノファイバーが埋め込まれていることが判明した。樹脂と強固に密着し、ボイド等はなかった。セルロースナノファイバーの弾性率は樹脂よりも桁違いに高いため、CFRPの表面が強化されて、その結果、強度が向上したものと考えられる。これまでは、矩形の試験片を製作して開発を進めてきた。電着を用いた樹脂含浸法の場合、I型断面のはりを作ることも容易である。VARTM法のように真空バギングは不要である。CFRPのI型断面の曲げ試験を行い、その表面にセルロースナノファイバーを塗布した場合には曲げ強度が約10%向上することを確認した。有限要素法による解析を実施中で、表面が強化された場合の定量的な効果について検討を進めている。なお、成果の一部は、日本機械学会及び日本航空宇宙学会で発表し、国際学術誌に掲載されている。電着は自動車の塗装技術として古くから用いられてきたが、環境への負荷をできるだけ小さくするため、水系溶媒の電着液が開発されている。今回使用している電着液は活性型で、この電着液とセルロースナノファイバーの親和性が予想していた以上によい。そのため、想定したよりも順調に研究は進捗している。電着による樹脂含浸法の特徴を生かした製品、構造を念頭に、研究を推進する。CFRPでは、例えば、繊維を発生する主応力に沿って配置すれば、極めて効率的な構造となるが、樹脂含浸が難しい。I型断面など、やや複雑な試験片の形状、特に、繊維配置が曲線とする場合について、樹脂含浸性の検討を進める。また、その際、表面にセルロースナノファイバーを塗布し、強度の向上が達成されるか、さらに手法の改良を進める。セルロースナノファイバーを塗布した場合についての有限要素解析を推進し、定量的に効果を確認し、実験結果の理解を深めることで研究の発展性を高めていく予定である。物品購入等における見積誤差による。平成30年度、物品費及び旅費に充当する予定である。
企業内研究開発における研究テーマ構築に関する調査

技術によるブレークスルーから長期的な収益を上げることが難しい昨今の状況で、企業の研究所は、市場の機会を見据えた研究を立ち上げることが求められている。しかし、市場のニーズが明確である研究に投資をするという方向性に流れる傾向が強く、研究所として新しい市場を生み出すような研究を否定することになりかねない。本研究では、二つの企業の研究所の調査で、研究者自身が研究の初期の段階からその後の全ての段階で、市場機会の検討・検証に積極的に関わり、そこから研究の方向性を柔軟に修正していくことを明らかにした。これは、研究を市場(応用、プル)か科学・技術(基礎、プッシュ)かの二分法で捉える以外の第三の方法につながる。論文の執筆と調査の継続・分析を行なっている。論文の方では、2本論文(英文)を執筆した。1本は異分野での新しい研究開発テーマの立ち上げにおける組織の連続性の論文であり、ジャーナルに投稿したところ、理論的な概念を提示していたが、レビューによると過度な理論構築を避け、データ分析に即した事例論文でいいのではないかというフィードバックを受け、その方向性でリバイズしている。例えば、全く異分野の研究でも既存技術領域と関連させることや、異分野であることで正統性が得られない場合に正統性を構築するなどの活動を通して、連続性を構築している。2ヶ月以内には仕上げて再投稿する。もう1本は2012年8月のAcademy of Management AnnualMeetingと三菱UFJ財団国際カンファレンスでの発表を経て執筆が完了している。現在、調査先の会社の公開許可を待っている状態である。こちらは、研究開発テーマの立ち上げにおける市場機会の検討と確認を研究者自身が研究の内部で行うという事例を基に、一歩踏み込んだ市場機会と研究の間の関係について議論している。例えば、当初技術のアイデアが固まっていない時期には、研究と市場機会の探索・確認を反復的に実施する。そして研究が始まると、今度は市場について詳しい外部の専門家を研究プロジェクト内部に取り込み、日々横で研究するというスタイルを取ることがある。公開許可が得られ次第、ジャーナルに投稿する。調査では、研究開発における研究者の提案する最初のアイデアに注目し実施したインタビューの分析を進めている。アイデアの発想の起点と、その中で市場機会をどのように理解しているのかを類型化し、そのアイデアがどのように提案し研究プロジェクトとして立ち上げられるのかに注目している。いくつかの分析の視点と理論的な枠組みを検討している。この分析の論文執筆も進める。ある企業での研究テーマ立ち上げプロセスに関する英文論文をジャーナルに投稿中である。この論文では、8つのプロジェクトのテーマ探索と立ち上げ過程を、研究者と非研究者がどのように市場機会の探索と検証を行うのかを明らかにしている。特に、研究立ち上げの初期には研究者自身が市場機会の探索を主導するなどの過程を明らかにした。また、研究テーマ発想における創造的な真似に注目し、ミメーシスの理論的概念を中心に分析している。例えば、新しいテーマを立ち上げるときに、次世代技術から始めることや、10年後のロードマップから始めるのではなく、発想の面白い技術に注目し、それと同じ問題を別の方法で解くことを考えることによって、真似しながら創造的なテーマを発想することができる。ギリシャ語ミメーシスには、このような過去との連続性と未来の創造性が融合されており、この概念を中心に理論構築を進めている。最後に、この研究を通して、多くのITやエレクトロニクス企業がサービスにシフトしていることに応じて、サービスに関連した研究開発に注目した。企業研究者はこれまで技術中心の研究テーマを探索することに慣れているが、サービスとなると難しさに直面している。その中で、近年議論が活発になっているサービスデザインの考え方に注目し研究した。国内でサービスデザインについての実践者と研究者を集めワークショップ(Service Design Roundtable下記URL)を主催し、サービスデザインの理論的枠組みについて議論した。サービス学会での発表を進め、その国際会議ICServでService Design Networkを主催しているBirgit Mager先生などとワークショップを主催するための準備を進めている。調査対象の会社との調整に難航したが、23年度終りからY社で調査を開始した。Y社は、日本の従業員数10万人以上の大きな技術系企業であり、その研究所の一つである材料系の研究所で調査している。まず、米国の研究期間で実施した調査に基づき、日本の研究所でどのような違いが見られるのかを、探索的に調査している。そのため、研究所の管理者や研究者へのオープンなインタビューから始めている。半独立に運営されている米国研究機関との違いとして見えるのは、事業部との連携がより必要である点である。これはある意味アプリケーション側の情報が得やすいということでもあるが、研究テーマを選択する上で足枷にもなっている。また、材料系の研究は、不確実性が高く、時間的な地平も遠く、研究の早い段階で市場を巻き込むという活動がしにくい。

特に、特許を申請するタイミングが研究に投資をしてから時間がかかるため、外部の組織との連携は難しい。この組織も、他の企業研究所と同じく、事業に即した研究を行うように方向付けられている。しかし、研究テーマの選択は非常に難しいという印象である。新しい技術(シーズ)という観点から研究は、数年投資をした後結局ものにならないという経験が多く聞かれた。しかし、市場でのアプリケーションを目指した研究では、次世代の製品に組込む技術は効率的に開発しているが、新しい事業の創造にはつながっていない。他の多くの研究所が同様の問題を抱えていることから、この組織のあり方をさぐるということが研究のテーマとしていいのではないかと考えている。実際にこの研究所のマネージャーは、現在、組織のあり方やデザインについて頭を悩ませている。当初2社で実施する予定であったが、予定していた1社との調整が合わず断念し、別の1社で調査を開始した。現時点では1社での調査を進めている。その後、別の会社にも打診したが、十分なアクセスが得られる、今後2社目に広げるよりも、この1社のデータの分析とそれまでに取得したデータとの比較分析に注力したい。震災の影響や部門長の変更などの関係で、当初予定していた調査先企業(O社)との調整がうまく行かず、調査を開始することができなかった。そのため、すぐに別の会社(Y社)にアプローチした。Y社との関係作りに時間がかかり、本社の企画部門と調整し、研究所を選定し、そしてその研究所の所長に説明した。調査への了解が得られ、23年度終りからインタビュー調査を開始した。現在投稿直前の論文1本を投稿すると同時に、リバイズ中の論文1本をリバイズし、再投稿する。同時に、調査している分析を基に、それらの研究を進め、新しい論文の執筆を進める。現在調査している研究開発プロジェクトを継続的に追い掛けるために、調査も継続する。24年度は調査を継続すると同時に、分析を開始する。オープンなインタビューがある程度形になり、組織の全体像が見えてくると、焦点を定めて、データ収集を行う。技術プッシュかニーズプルかという二元論的な分析を越えて、難しさのメカニズムを解明することを目指したい。特に、材料研究の技術の可能性と、市場におけるニーズとの間には、とても距離がある。その距離をどのように埋めていくのか考える。次のステップとしては、4つ程度(あるいはそれ以上)のプロジェクトを選び、フォーカスしたインタビューを通してケーススタディーを実施する。今年度は、この調査を継続し、学会発表を目指す。論文の執筆のために英文校閲の外注、分析補助のための学生謝金、国内・海外学会発表での旅費、調査のための旅費、データの書き起こしのための外注、その他書籍や消耗品の購入を計画している。
多層ネットワーク上での包括的数理交通モデルの構築と実証

この研究では、多層ネットワークの包括的数理モデルの提案,モデルの実証に関する理論の構築,また,具体的な数理モデルの実証例の提示を行うことを目的としている多層ネットワークの包括的数理モデルとして,容量制約条件が課された時空間ネットワークにおける利用者行動の理論モデルの特性を分析することを行った.本モデルでは交通混雑は本質的には交通機関の容量制約を補償するために起こるものと考え,混雑を,容量超過した需要を他の選択肢に導くためのコストとして解釈している.本モデルの均衡状態の解法および性質について分析を行い,その結果として,均衡状態においては,混雑に対する不効用が迂回(時間方向および空間方向)の不効用よりも大きい利用者が優先的に容量を占有することがわかった.このことは均衡状態と最適状態の等価性についても知見を与える.すなわち,最適状態のボトルネック出発時刻選択と経路選択の2つの行動は,均衡状態のものと同一である.このことはFirst Bestの混雑解消政策立案に重要な知見となる.本研究では需要が追加されたときの限界費用問題についても分析を行った.それにより,限界費用の大きい利用者特性の特徴を示した.また,利用者行動を自由に変更できない状況でのSecond Bestの政策立案に関する知見も示している.さらに,より複雑なネットワーク(ボトルネックが直列するネットワーク)についても研究を行っている.モデルの実証のための理論を構築するために,都市高速道路における車両検知器データから利用者行動を分析することを試みた.道路上の交通量と旅行時間を測定できる検知器データは,網羅性においては優れているものの,個人の行動を確実に追うことができない.本研究ではこれらのデータをネットワークモデルの検証に活かすためにいくつかの実証的研究を行った.併せて,個人を追跡するプローブデータによる検証も行っている.この研究では、多層ネットワークの包括的数理モデルの提案,モデルの実証に関する理論の構築また,具体的な数理モデルの実証例の提示を行うことを目的としている.本年度は,前者2点に関する研究を行った.多層ネットワークの包括的数理モデルとして,容量制約条件が課された時空間ネットワークにおける利用者行動の理論モデルの特性を分析することを行った.本モデルでは交通混雑は本質的には交通機関の容量制約を補償するために起こるものと考え,混雑を,容量超過した需要を他の選択肢に導くためのコストとして解釈している.本モデルの均衡状態の解法および性質について分析を行い,その結果として,均衡状態においては,混雑に対する不効用が迂回(時間方向および空間方向)の不効用よりも大きい利用者が優先的に容量を占有することがわかった.このことは,均衡状態では,遅れ時間部分を別とすれば,利用者行動は最適状態と同一であることを示している.また,本研究では需要が追加されたときの限界費用問題についても分析を行った.それにより,限界費用の大きい利用者特性の特徴を示した.また,遅れ時間の増加が外部費用の増加と等しいことも示した.モデルの実証のための理論を構築するために,都市高速道路における車両検知器データから利用者行動を分析することを試みた.このために,まず渋滞のしばしば発生する都市高速道路上の車両検知器データを,約1年分に渡って実務者より受けた.このデータは膨大なものになり,通常の方法ではあつかいきれないため,分析のための専用のシステムをコンピュータ上に構築した.それを用いて断面交通量と旅行時間の関連を統計学的に分析し,混雑と利用者の時空間迂回の存在を示唆する相関関係が存在することがわかった.この研究では、多層ネットワークの包括的数理モデルの提案,モデルの実証に関する理論の構築,また,具体的な数理モデルの実証例の提示を行うことを目的としている多層ネットワークの包括的数理モデルとして,容量制約条件が課された時空間ネットワークにおける利用者行動の理論モデルの特性を分析することを行った.本モデルでは交通混雑は本質的には交通機関の容量制約を補償するために起こるものと考え,混雑を,容量超過した需要を他の選択肢に導くためのコストとして解釈している.本モデルの均衡状態の解法および性質について分析を行い,その結果として,均衡状態においては,混雑に対する不効用が迂回(時間方向および空間方向)の不効用よりも大きい利用者が優先的に容量を占有することがわかった.このことは均衡状態と最適状態の等価性についても知見を与える.すなわち,最適状態のボトルネック出発時刻選択と経路選択の2つの行動は,均衡状態のものと同一である.このことはFirst Bestの混雑解消政策立案に重要な知見となる.本研究では需要が追加されたときの限界費用問題についても分析を行った.それにより,限界費用の大きい利用者特性の特徴を示した.また,利用者行動を自由に変更できない状況でのSecond Bestの政策立案に関する知見も示している.さらに,より複雑なネットワーク(ボトルネックが直列するネットワーク)についても研究を行っている.モデルの実証のための理論を構築するために,都市高速道路における車両検知器データから利用者行動を分析することを試みた.道路上の交通量と旅行時間を測定できる検知器データは,網羅性においては優れているものの,個人の行動を確実に追うことができない.本研究ではこれらのデータをネットワークモデルの検証に活かすためにいくつかの実証的研究を行った.併せて,個人を追跡するプローブデータによる検証も行っている.
神経内分泌系とヒトの気質・性格の関連性についてのPET研究

神経内分泌系とヒトの気質・性格の関連性を研究をするため、ヒト生体内での分子の挙動を定量的に測定できる新規PETプローブの開発・評価を行っている。現在、オキシトシン受容体新規PETプローブおよびエストロジェン受容体新規PETプローブの開発に取り組んでいる。オキシトシンは、利他行動や信頼といった社会性や、対人行動など社会性に問題をもつ自閉症スペクトラム障害に関わるとされている。現在のところ、前年より引き続きオキシトシン受容体可視化新規PETプローブの候補化合物Aの評価を行っている。マカクサルとマーモセットを用いてPET実験およびin vitro組織を使った結合実験などを行っている。PET実験ではPET核種で標識された化合物Aの、マカクサルおよびマーモセット脳内での不均一な分布が示され、それがオキシトシン受容体への特異的結合を示唆している可能性があった。それを詳細に検討するため、マーモセットの脳切片および脳組織ホモジネートを使用して、化合物Aとオキシトシン受容体に結合する別の化合物Bの競合実験を行った。その結果、化合物Aの結合は化合物Bによって置換されず、つまり現在のところ化合物Aのオキシトシン受容体への結合の特異性は認められていない。しかしオキシトシン受容体の結合部位は複数個所あるため、別の化合物を使って今後より詳細に検討していく。また化合物Aの類縁体の合成も完了しているため、それらのPETプローブ化も同時に進めていく。また、オキシトシンを一部制御しているエストロジェン受容体を可視化する新規PETプローブの候補化合物については、そのエストロジェン受容体に対する特異性・親和性を評価するための別のPETプローブ合成の最適化が完了したため、今後速やかに評価する。霊長類を用いたPET実験では、オキシトシン受容体可視化PETプローブ候補化合物Aは順調な脳移行性を示し、また脳内で不均一な分布を示し、特異的な結合をしていると考えられていたが、より詳細な検討を行うため、他のオキシトシン受容体に結合する化合物で競合実験を行うと、化合物Aの結合は置換されなかった。つまり、化合物Aのオキシトシン受容体への特異的結合は現段階では証明されていない。そのためヒト臨床試験のための安全性試験へ進めないでいる。オキシトシン受容体の結合部位はひとつではないので、複数の競合化合物を用いて化合物Aの特異的結合を見極めるため動物組織を用いた詳細な研究を進める。並行して進んでいる類縁体のPETプローブ化も進める。エストロジェン受容体可視化新規PETプローブの候補化合物を評価するためのPETプローブ合成の最適化が完了したため、候補化合物の評価を速やかに進める。ヒトでの気質・性格と神経内分泌系との関連性を研究するため、ヒト生体内での分子の挙動を解析できる新規PETプローブの開発を行っている。今までにEstrogenをAndrogenに変換する酵素aromataseの生体脳内イメージングに成功しているが、そこから発展させて他の分子との相互作用も研究するため、新たにEstrogen系と相互作用関係があることが示唆されているoxytocin系のイメージングPETプローブとして、oxytocin受容体可視化PETプローブの開発に着手している。また引き続きEstrogen受容体可視化PETプローブの開発も行っている。現在、Oxytocin受容体可視化新規PETプローブの候補となる複数化合物の合成を検討および実施しており、そのうち1化合物の合成に成功した。またその化合物をPET核種である18Fで標識することにも成功した。それを用いてラットでin vitro, in vivo実験を行ったところ、既報の化合物に比して脳内移行性は高かったが、明確な特異的結合は見られなかった。血中動態を解析したところ、代謝の速さが原因と考えられる。ただし、oxytocin受容体を発現させた細胞を用いた実験では、oxytocin受容体に対する高い選択性が確認されている。また、すでに開発済みのEstrogen受容体可視化新規PETプローブの候補化合物の溶解・投与条件の検討が完了したため、今後動物実験に移行する。Oxytocin受容体可視化新規PETプローブの候補となる1化合物の合成に成功し、またその特性の検討がおおむね順調に進んでいるため。ヒトでの気質・性格と神経内分泌系との関連性を研究するため、ヒト生体内での分子の挙動を解析できる新規PETプローブの開発・評価・応用を行っている。現在、利他行動や信頼といった社会性に関わるとされているoxytocin系およびそのoxytocin系を制御する可能性が示唆されているestrogen系のPETプローブの開発を行っている。Oxytocin受容体可視化新規PETプローブの候補化合物Aに、PET核種である18Fで標識し、アカゲザルとマーモセットを用いて、このAの評価を行っている。以前行ったラットを用いたPET実験では、Aの脳内移行性は確認されたが、比較的速やかに脳外に排出されたため、ラット脳内のoxytocin受容体を定量することはできなかった。今回行ったアカゲザルとマーモセットを用いたPET実験では、どちらの種においてもAの高い脳内移行性が確認された。また、Aは脳外に速やかに排出されることはなく、PET画像は脳内において不均一な分布を示した。これは脳内oxytocin受容体に特異的に結合している可能性を示唆している。今後、この結合の選択性・親和性について詳細に検討する。

Estrogen受容体可視化新規PETプローブについては、現在2つの候補化合物の合成に成功しているが、これらの化合物にPET核種で標識することにはまだ着手していない。これらの化合物の脳内移行性・選択性・親和性を確認するための別のPETプローブの合成は確立されているが、安定した合成のための条件検討に現在時間を要している。評価用PETプローブの安定した合成方法が確立次第、新規候補化合物の評価を進める。Oxytocin受容体可視化新規PETプローブの候補となる化合物Aの合成・標識に成功し、霊長類を用いた評価系実験が進んでいるため。神経内分泌系とヒトの気質・性格の関連性を研究をするため、ヒト生体内での分子の挙動を定量的に測定できる新規PETプローブの開発・評価を行っている。現在、オキシトシン受容体新規PETプローブおよびエストロジェン受容体新規PETプローブの開発に取り組んでいる。オキシトシンは、利他行動や信頼といった社会性や、対人行動など社会性に問題をもつ自閉症スペクトラム障害に関わるとされている。現在のところ、前年より引き続きオキシトシン受容体可視化新規PETプローブの候補化合物Aの評価を行っている。マカクサルとマーモセットを用いてPET実験およびin vitro組織を使った結合実験などを行っている。PET実験ではPET核種で標識された化合物Aの、マカクサルおよびマーモセット脳内での不均一な分布が示され、それがオキシトシン受容体への特異的結合を示唆している可能性があった。それを詳細に検討するため、マーモセットの脳切片および脳組織ホモジネートを使用して、化合物Aとオキシトシン受容体に結合する別の化合物Bの競合実験を行った。その結果、化合物Aの結合は化合物Bによって置換されず、つまり現在のところ化合物Aのオキシトシン受容体への結合の特異性は認められていない。しかしオキシトシン受容体の結合部位は複数個所あるため、別の化合物を使って今後より詳細に検討していく。また化合物Aの類縁体の合成も完了しているため、それらのPETプローブ化も同時に進めていく。また、オキシトシンを一部制御しているエストロジェン受容体を可視化する新規PETプローブの候補化合物については、そのエストロジェン受容体に対する特異性・親和性を評価するための別のPETプローブ合成の最適化が完了したため、今後速やかに評価する。霊長類を用いたPET実験では、オキシトシン受容体可視化PETプローブ候補化合物Aは順調な脳移行性を示し、また脳内で不均一な分布を示し、特異的な結合をしていると考えられていたが、より詳細な検討を行うため、他のオキシトシン受容体に結合する化合物で競合実験を行うと、化合物Aの結合は置換されなかった。つまり、化合物Aのオキシトシン受容体への特異的結合は現段階では証明されていない。そのためヒト臨床試験のための安全性試験へ進めないでいる。Oxytocin受容体可視化新規PETプローブの候補となる1化合物を用いて、より代謝速度が遅いと考えられる霊長類で実験を行う。平行して、類縁体の合成・標識化を行う。Estrogen受容体可視化新規PETプローブ候補化合物の結合特性などの検討をラット・サルを用いて行う。
金属錯体の精密二次元集積による新規触媒機能の創出

従来の触媒化学は、触媒分子を設計・合成して溶液中で用いる均一系の触媒(分子触媒)と金属あるいは金属酸化物表面の特性を利用する不均一系触媒に大きく二分されてそれぞれが発展してきた。高効率・低環境負荷の物質変換プロセスの開発が希求される現在、触媒化学が果たすべき役割は大きい。触媒化学が社会に対して今後も継続的に貢献を行うためには、従来の学問分野の枠組みを超えた新しい触媒設計の概念が必要であろう。そこで本研究では、触媒調製の新しいアプローチとして、金属錯体を規整表面上に精密に集積することによって特異な触媒反応場を構築する手法を開発した。今年度は、メソポーラス担体の細孔内部に選択的かつ精密に導入した触媒活性中心による特異な触媒機能の創出を目指した。ナノメートルサイズの規則的な細孔構造を有するメソポーラス材料の細孔空間を特殊な反応場ととらえて特異な触媒機能の発現を期待した。検討の結果、ビピリジンを骨格に有する規則性メソポーラス有機シリカの細孔表面上に固定化したルテニウム錯体が、アダマンタンなどのアルカンの3級C-H結合の選択的酸化反応に非常に高い選択性と触媒活性を有することを見出した。また、触媒の繰り返し利用性と安価な酸化剤であるNaClOを利用できる点も本系の特徴である。放射光施設でのXAFS測定により、活性な触媒種の同定を行うとともに、本触媒系を適用可能なアルカン基質の範囲を探索した。26年度が最終年度であるため、記入しない。従来の触媒化学は、触媒分子を設計・合成して溶液中で用いる均一系の触媒(分子触媒)と金属あるいは金属酸化物などの表面の特性を利用する不均一系触媒に大きく二分されて発展してきた。そこで本研究では、触媒調製の新しいアプローチとして、金属錯体を規整表面上に高密度かつ精密に集積することによって特異な触媒反応場を構築する手法の開発を行っている。今年度は、隣接する金属錯体間での協奏的な触媒機能を鍵とする特異な分子活性化機構の創出を目的として、申請者が重点的に取り組み始めた金表面上のジイソシアニド単分子層を用いて種々の触媒活性中心の近接集積構造を作製して触媒機能を検討した。その結果、金表面上に形成したジイソシアニド単分子層を介して高密度にロジウム種を固定化した表面は、α,β-不飽和カルボニル化合物水素付加反応に高い触媒と回転数と繰り返し利用性を示した。また、対応する均一系触媒条件よりも高い選択性で1,4-還元体を与えた。高密度な金属中心の存在が選択性発現の要因と考えられる。複核中心の存在を活用したより高度な触媒反応場の構築に利用可能と期待される。単分子層の形成に用いたジイソシアニド分子を間隔を制御して配置した金属粒子の間に導入する試みにも着手した。その結果、数十nmのサイズの銀ナノ粒子の間の数nmのギャップに導入したジイソシアニド分子が表面増強ラマンスペクトルにより非常に顕著に観察された。この現象は、極度に分極した電界場に分子が存在することを示唆しており、これまでに開発してきた金属表面上でのジイソシアニド金属錯体単分子層を利用した特異な触媒反応場の構築への応用が期待される。年度当初の目標をほぼ達成したため。本年度確立した金属錯体の2次元集積手法を他の種々の触媒反応に適用することにより、本手法の汎用性を確立する。また、ナノサイズの空間における高密度単分子層の形成技術をさらに高めることにより、特異な触媒機能の発現を目指す。
地域資源の有効利用と環境保全型農林業システムの確立

地域資源の有効利用と環境保全型農林業システム確立に関する研究を遂行するに当たり,(1)資源経済学,(2)環境経済学,(3)森林保全学,(4)地域計画学,の4つの側面から検討を行った。資源経済学の側面からは,生ゴミ堆肥化による廃棄農産物リサイクルの可能性について検討を行った。堆肥化した生ゴミを地域内農業に利用する政策と,生ゴミに対する課税政策とを適切に組み合わせることにより,社会的経済厚生水準を最大化できることを明らかにした。環境経済学の側面からは,香川県内における溜池を対象に,ヘドニック法ならびにコンティンジェント評価法を用いて,溜池の環境資産としての評価をおこなった。溜池は,水田に水を供給する水資源貯蔵の機能だけでなく,地域住民に景観あるいは憩いの場としての公益的サービスを提供していることが明らかとなった。森林保全学の側面からは,長野県木曽地方を事例とし,ヒノキ林の資源保護と環境保全とを可能にする施業システム構築の可能性について検討を行った。そのために,木曽ヒノキ林の種組成,林分維持機構に関して実態調査を実施し,ヒノキの天然更新の初期過程に関与する要因を明らかにするとともに,望ましい森林管理方法のあり方を明らかにした。地域計画学の側面からは,土地利用計画論のタイプを規定する地域特性の抽出と,計画論のタイプによる地域区分の理論的枠組みについて検討した。なかでも,中山間地域における地域資源の利用・管理計画のマニュアルを作成した。資源経済学の側面からは,生ゴミ堆肥化による廃棄農産物リサイクル化の可能性について検討を行った。堆肥化した生ゴミを地域内農業に利用する政策と,生ゴミに対する課税政策とを適当に組み合わせることにより,社会的経済厚生水準を最大化できることを明らかにした。環境経済学の側面からは,香川県を対象に,ヘドニック法を用いて水田の外部経済効果を測定した。また,コンティンジェント評価法により,溜池の環境資産としての評価をおこなった。森林保全学の側面からは,長野県木曾地方を事例とし,ヒノキ林の資源保護と環境保全とを可能にする施業システム構築の可能性について検討を行った。そのために,木曾ヒノキ林の種組成,林分維持機構に関して実態調査を実施し,ヒノキの天然更新の初期過程に関与する要因を明らかにするとともに,望ましい森林管理方法のあり方を明らかにした。次年度に残された課題としては,(1)地域資源の保全・管理に向けた公共経済学的側面における理論面での深化,(2)都市地域と山村地域とを有機的にリンクするための,農林生産技術的側面,社会経済的側面および法・制度面からの検討がある。

そのために,木曾ヒノキ林の種組成,林分維持機構に関して実態調査を実施し,ヒノキの天然更新の初期過程に関与する要因を明らかにするとともに,望ましい森林管理方法のあり方を明らかにした。地域計画学の側面からは,土地利用計画論のタイプを規定する地域特性の抽出と,計画論のタイプによる地域区分の理論的枠組みについて検討した。なかでも,中山間地域における地域資源の利用・管理計画のマニュアルを作成した。
静脈血塞栓症の分子標的治療

本研究では、血小板上に特異的に発現しているCLEC-2蛋白を遺伝子導入により静脈壁に過剰発現させ、血小板凝集を惹起するPodoplanin蛋白の機能を競合的に抑制することにより、局所での静脈血栓形成を抑制可能か否かを検討した。この結果、局所への遺伝子導入により、ラットの静脈血栓モデル血管において目的蛋白の持続的発現および抗血栓効果の可能性が示唆されたが、更なる検討の必要性も考えられた。〈研究目的〉本研究では、血小板上に特異的に発現している分子を遺伝子導入により静脈壁に発現させることにより、局所での静脈血栓形成を抑制することを検討する。CLEC-2は膜蛋白であり、がん細胞上に発現しているPodoplaninと結合することにより、血小板凝集を惹起するといわれている。さらに最近の研究では、動脈硬化性病変など血管壁の異常状況においてはPodoplaninが過剰発現しており、これが血栓形成を引き起こすことが示されてきている。したがって本研究においては、静脈壁にCLEC-2を過剰発現させ、静脈壁でのPodoplaninの機能を競合的に抑制することにより、これらの異常状況下での血小板凝集を抑制しようとするものである。〈研究内容と結果〉1、培養細胞への導入実験CLEC-2の組換えアデノウイルスを作製した.培養したヒト血管平滑筋細胞に対し、この組換えアデノウイルスにて遺伝子を導入した結果、持続的に目的蛋白が発現することを確認した。また、同様にラットの血管平滑筋細胞でも同じ結果が得られた.これらの細胞を用いて、生体外で血小板凝集反応への影響を検討すると、有意に血小板凝集を抑制する可能性が示唆された。3、動物実験モデルの作製、遺伝子導入、評価静脈血栓モデルは、SDラットの下大静脈を露出・結紮して作製した。今後,この静脈血栓モデルの再現性等を評価した後に,遺伝子導入による抗血栓効果の有無を検討する予定である。<研究目的>本研究では、血小板上に特異的に発現している分子を遺伝子導入により静脈壁に発現させることにより、局所での静脈血栓形成を抑制することを検討する。<研究内容と結果>平成22年度の実験結果を踏まえ、まずラット静脈における抗血栓効果の評価を継続し,検討した。組換えアデノウイルスベクターを用いてSDラットの下大静脈に遺伝子導入を行ったのち、蛋白発現量、酵素活性測定を行った。静脈血栓モデルは、SDラットの下大静脈を露出・結紮して作製した。結果として,遺伝子導入後の静脈血栓モデルにおいては,静脈血栓量が少ない状況が示唆されたが,その差は少なかった。実験計画ではラットにおける評価を行ったのち,ウサギによる検討も考慮していた。しかし,ラット静脈血栓モデルにおいて実験計画当初に予想していた程度の差は認めなかったため,平成23年度はラットでの評価を継続し,今回の実験ではウサギは使用していない。遺伝子導入が静脈血栓量に影響を与える可能性が示唆されたが、その程度にはラット静脈血栓モデルにおける血栓の性状やアデノウイルスに対する炎症反応等が影響した状況が考えられる。
蜜腺の形成と消失機構

多くの被子植物の花の内側基部には、蜜を分泌する特殊化した器官である蜜腺がある。この蜜を餌とするチョウやハチなどの昆虫などが開花時に訪れることで、受粉の効率が高められる。蜜線は、開花にともなって蜜を分泌し、受精後には素早く細胞死を起こすと考えられている。蜜腺は進化の過程で、多様な種分化を生み出した重要な因子と考えられるが、蜜腺がどこでどのように作られて、そして消えていくのかという分子メカニズムは、まだ分かっていない。本申請研究では、シロイヌナズナの蜜腺をモデル系として蜜腺の形成と消失を制御する遺伝子カスケードを解明することにより、新種誕生にいたる進化の分子的基盤の理解をめざす。
信頼性評価を適用した新しい船体構造設計手法の研究

波浪中を航海する船舶の船体応答の統計量、例えば、上下加速度の標準偏差や平均船速は、海象や操船等により時々刻々変化する。その統計量の時間変化を簡単な確率微分方程式で数学的にモデル化し、それを解くことで理論的に船体応答の統計量の確率分布を求めた。モデル化は、(1)船体応答の統計量は海象により上下するが常にある値に収斂しようとする、(2)ブラウン運動を行う正規分布で表される確率的な外乱が存在する、と仮定して行った。季節影響や嵐影響などは(2)の確率的な外乱に含まれる。したがって、定期航路だけではなくWorld-Wideの航路に対してもこのモデルは適用できる。このモデルから得られる確率分布は、ある条件では統計量の分布として従来用いられてきたレーリー分布となる。実測された船体応答の統計量の時系列から求められたモデルのパラメータを用いて表される確率密度関数と、実測された船体応答の統計量の正規化された頻度分布を比較すると、概ね良い一致が見られ、モデルの妥当性が示された。また、このようにモデル化することで、少ないデータ量でもデータが(1)(2)の特徴を有していれば安定した評価ができることがわかった。このことは、1年間程度の航海分のデータを用いて、20年間の船体応答の極値分布の長期予測が精度良く行えることを示している。また、モデルのパラメータは、概ね航路と船種に依存するので、実測された船体応答の統計量を用いてパラメータをデータベース化すれば、船舶設計への利用が可能となる。実船で取得された船体応答の実船モニターデータを船舶の線型開発や構造設計に有効に活用することを目的として、従来、設計段階で用いられてきた船体応答の統計モデルを、実船モニターデータに対してあてはめて、数航海分(数ヶ月1年間)の実船モニターデータから20年間の船体応答の長期予測を行い、その信頼区間を評価する手法を提案した。統計モデルは、統計的性質が定常とみなせる短期間の船体応答の極値分布をレーリー分布で表し、船体応答の統計的性質の長期的な変動をワイブル分布、または対数正規分布で表した。各種船体応答(運動、波浪変動圧、応力等)の統計的性質の長期的変動を、実際に北太平洋航路で取得された実船モニターデータで評価したところ、1航海分のモニターデータは、ワイブル分布、または対数正規分布に良くあてはまるが、数航海分のモニターデータは、必ずしもそれらの分布にあてはまらないことが確認できた。これは、数航海分のモニターデータでは、季節影響や嵐影響、またはそれらに伴う操船の影響など、ワイブル分布や対数正規分布だけでは表せない実海域での統計的構造が現れ、数航海分のモニターデータでは統計的母集団を表現できないためであると考えられる。そこで、ワイブル分布を例にとり、季節変動を考慮するため、分布パラメータを1周期を1年とする三角関数で表したところ、数航海分のモニターデータから2年間の船体応答の極値分布を、設定した信頼区間で推定することができた。ただし、この手法は季節影響が強く表れる定期的に一定の航路を航海する船舶(定期航路船)に対してのみ適用可能である。今後は、定期航路船だけでなくWorld-Wideの航海に対しても適用できるモデルの開発と効率的なモニターデータの取得時期についての検討を行う。
レプリカ膜を用いた超高分解能走査電顕像に関する基礎的研究

超微形態をレプリカ膜で観察するため、クロム薄膜レプリカを作製し、走査電顕(SEM)、透過電顕(TEM)、原子間力顕微鏡(AFM)や走査トンネル顕微鏡(STM)を用いて観察した。レプリカ試料はコンタミネーションのため、通常の方法では走査電顕で観察ができなかったが、加熱ステージを用い、試料を加熱しながら観察したところ、試料汚染のない超高倍率像を得ることができた。レプリカSEM法では試料破断面に対応する面を観察しているので、本来突出している構造物は陥凹構造として観察された。SEM像では膜内粒子はピット状の陥凹構造としてとらえられた。これまでのTEMで観察された膜内粒子は比較的大きさや形が均一であるのに対し、SEMで観察された膜内粒子はいびつな形を呈しているものが多かった。クロム薄膜は膜の粒状性が小さく優れていたが、透過電顕で観察すると充分なコントラストが得られず、微細形態の観察と不可能であった。そこで、クロムと白金カーボンの二重蒸着法を考察し、TEM像とSEM像の対比を試みた。この方法によってTEM像とSEM像の対比が可能になった。TEM像ではとらえることができなかった膜内粒子よりも小さい小陥凹構造がSEM像で多数観察された。この様な微細な構造物は従来のTEMによるレプリカ法では明らかにされていなかったものである。超高分解能SEM法は、これまでのTEM法よりもさらに微細な分子レベルでの形態を明らかにできることが示され、今後本法がギャップ結合などの膜結合蛋白の微細形態の解明に役立つものと信じている。また、このレプリカSEM法で得られた試料は原子間力顕微鏡(AFM)や走査トンネル顕微鏡(STM)の試料として用いることができる可能性がある。これまで、AFMやSTMを用いて応用を試みたが、試料作製法と観察法に解決しなければならない問題点が多く、また十分満足のできる所見は得られていない。細胞内の超微形態を観察する方法の一つとして透過型電子顕微鏡(TEM)のための凍結レプリカ法があるが、レプリカ膜の厚みのために本来の微細形態を正確に捉えることはできない。本研究は超高分解能走査型電子顕微鏡(SEM)を用いてレプリカ膜の裏面(フラクチャー面に対応するレプリカ面)を観察するものであるが、このレプリカ膜の裏面は構造物の鋳型であるので、微細構造の表面を忠実に反映したものと考えられ、これまでのTEMの像を上回る所見が得られることが期待された。本年度は、この超高分解能SEM試料作製法の確立を目指した。レプリカ金属としてはこれまで用いられてきた白金カーボンよりもクロムのほうが粒状性の点で優れていることが明らかになった。しかし、クロムのみのレプリカではTEMで像のコントラストを得ることはできず、白金カーボンとクロムの二重蒸着をおこなってレプリカ膜を作製することによって、TEM像とSEM像の対比が可能となった。SEM観察中のコンタミネーションの防止には加熱ステージを用いる方法が有効であるが、試料を300400°Cに加熱しても、レプリカ試料そのものにはなんら影響がないことを確認した。

本年度は膜内粒子を中心に超高分解能レプリカSEM法の検討をおこなったが、得られた画像をスキャナーによってコンピューターに取り込み、膜内粒子の大きさを計測し、これまでのTEM像と今回のSEM像を検討した結果、これまでのTEMによる膜内粒子の像は蒸着の厚みによって10%程度ほど大きく計算されていることが明らかになった。来年度は膜内粒子の真の形態に迫るとともに、ギャップ結合蛋白等の超高分解能レプリカSEM法による観察をおこないたい。超微形態をレプリカ膜で観察するため、クロム薄膜レプリカを作製し、走査電顕(SEM)、透過電顕(TEM)、原子間力顕微鏡(AFM)や走査トンネル顕微鏡(STM)を用いて観察した。レプリカ試料はコンタミネーションのため、通常の方法では走査電顕で観察が出来なかったが、加熱ステージを用い、試料を加熱しながら観察したところ、試料汚染のない超高倍率像を得ることが出来た。レプリカSEM法では試料破断面に対応する面を観察しているので、本来突出している構造物は陥凹構造として観察された。SEM像では膜内粒子はピット状の陥凹構造としてとらえられた。これまでのTEMで観察された膜内粒子は比較的大きさや形が均一であるのに対し、SEMで観察された膜内粒子は、いびつな形を呈しているものが多かった。クロム薄膜は膜の粒状性が小さく優れていたが、透過電顕で観察すると充分なコントラストが得られず、微細形態の観察は不可能であった。そこで、クロムと白金カーボンの二重蒸着法を考察し、TEM像とSEM像の対比を試みた。この方法によってTEM像とSEM像の対比が可能になった。TEM像ではとらえることができなかった膜内粒子よりも小さい小陥凹構造がSEM像で多数観察された。この様な微細な構造物は従来のTEMによるレプリカ法では明らかにされていなかったものである。超高分解能SEM法は、これまでのTEM法よりもさらに微細な分子レベルでの形態を明らかにできることが示され、今後本法がギャップ結合などの膜結合蛋白の微細形態の解明に役立つものと信じている。また、このレプリカSEM法で得られた試料は原子間力顕微鏡(AFM)や走査トンネル顕微鏡(STM)の試料として用いることができる可能性がある。これまで、AFMやSTMを用いて応用を試みたが、試料作製法と観察法に解決しなければならない問題点が多く、まだ十分満足のできる所見は得られていない。