hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高精度マイクロマシニングによる超センシング

これらの技術は顕微鏡だけでなく、高密度記録などにも応用できる。厚さ0.1μmほど極端に薄いダイヤフラムを用いて、近接場光でナノパターンを転写する研究にも成功した。走査型トンネル顕微鏡の技術を用いて描画し、微細なワイヤグリット偏光子を形成したマスクをこれに用いている。この他、熱型赤外線イメージャを目的に熱絶縁と小形化を高感度で応答が速い熱型赤外線センサの開発を進めている。半導体微細加工技術を発展させた「マイクロマシニング」を用いると、微細構造を持つ小形のセンサを作ることができる。微細構造は小さなエネルギでしかも速く動くため、高感度で応答が速いセンサを実現できる。マルチプレクサ回路や容量検出回路などを集積化することで、多数並んだアレイセンサや静電容量型センサなどが可能になる。さらにアクチュエータを集積化することで、高感度な振動型センサ、あるいはサーボ型センサや自己診断機能付センサなども実現できる。高精度マイクロマシニングや異種要素の集積化およびナノマシニングにより、現状の計測技術の限界を越えた超センシングの世界を開拓する。高感度な容量型圧力センサであるダイアラム真空センサ、容量型加速度センサ、三脚音叉による返動ジャイロ、静電浮上モ-タとして高速回転する高精度回転型ジャイロなどをシリコンマイクロマシニングで開発してきた。これらはガラスとシリコンを接合した真空パッケ-ジとして作られており、静電浮上モータは毎分千回転できることを確認した。この他せまい隙間でのスクイーズドフィルム効果を用いた遅延型加速度スイッチを試作した。薄い片持ち梁を歪み無しに製作して利用すると、対向電極構造で静電容量により梁の撓みを検出したり、静電引力で動かしたりすることができる。これによって容量型原子間力顕微鏡(AFM)用プロ-ブなどを開発してきた。また先端の突起に直径20mm程の孔を形成し近接場走査型光顕微鏡としても利用している。このプローブは近接場光を強くできるので高密度光記録にも有望である。検出と駆動の機能を持つプローブを多数配列させたマルチプローブ、先端に微小な発熱体を形成した熱記録用プロ-ブなども開発した厚さ60mm程の極端こ薄いシリコンの片持ち梁を用いて、表面状態が振動子のQファクタヘの影響を研究し、表面を水素原子で覆うことでQを大きくできた。これは高感度な振動型センサに役立つ。この他、高感度赤外反射分光で表面分析を行うための、赤外線用の偏光変調器を2種類製作した。これは透過型の可動回折格子と、マイクロエアタービンでワイヤーグリッド偏光子を高速回転させるものである。半導体微細加工技術「マイクロマシニング」を用い微細構造を持つ小形センサを作ることができる。
生体シグナルの日周リズムを基盤とした新規がん性疼痛治療法の構築

超高齢化が進む我が国においてがん患者は漸増し続けており、終末医療の対策は喫緊の課題である。特にがん性疼痛は患者の約70%が経験する慢性の痛みであり、がん患者の生活の質にとって深刻な問題である。その一方でがん性疼痛は現在の治療では十分な除去が困難である。本研究では、生体内のシグナル伝達に関わるタンパク質を介したがん性疼痛の発現機構と、体内時計機構との関わりに着目し、新規の疼痛緩和療法を構築することを目指す。
ダイナミン様蛋白による神経細胞障害の生体内におけるメカニズムの解明

ダイナミン様蛋白質であるDRP1のS-ニトロシル化がミトコンドリアの過剰な分裂を引き起こし、このことがアルツハイマー病の原因であるかどうかを研究した。Glyceryl trinitrate投与時のDRP1のS-ニトシル化は、通常の野生型と比較してtriple transgenic mice (3xTg)においては増加していた。神経細胞内ミトコンドリアの形状をmito-DsRed2で観察すると、分裂したミトコンドリアが数多く認められ、3xTgにおいては顕著であった。以上のことから、成体脳においてもアミロイドβ存在下ではDRP1のS-ニトシル化が亢進し、ミトコンドリアの分裂が神経細胞内で促進されることが示唆された。ダイナミン様蛋白質であるDRP1のS-ニトロシル化が生体内においてもミトコンドリアの過剰な分裂を引き起こすか否か、それによる樹状突起や神経細胞本体、周囲グリア(アストロサイト、オリゴデンドロサイト)にどのような変化が生じるかを観察することにより、アルツハイマー病の原因、治療を模索する。この目的のために、B6;129-Psen1^<tmlMpm>Tg(APPSwe,tauP301L)1Lfa/Jを導入し繁殖させた。ELISA法によるAβ1-42、タウタンパク、リン酸化タンパクの測定、MRIによる軸索輸送の計測、MRSによる脳の生化学的変化測定を行っている。Mgを用いた軸索輸送の計測では、Tgマウスは野生型と比べて軸索輸送に問題があることが判明した。現在、これにともなうタウ蛋白、神経細胞内アミロイドとの関係を研究中である。MRSは、グルタミンとグルタミン酸の脳内濃度を分離計測する方法をシムレーションにより算出し、Tg、野生型それぞれを経時的にvivoで計測中である。NAA、myo-inositolもあわせて測定している。今後、慢性的なNO負荷を行い、DRP1のS-ニトロシル化の導入がin vivoで可能であるか、可能であった場合の神経細胞のミトコンドリアに生じる変化を、形態学的、生理的、生化学的に観察することにより、アルツハイマー病における神経細胞の変性の原因を究明するとともに治療法を模索する予定である。ダイナミン様蛋白質であるDRP1のS一ニトロシル化が生体内においてもミトコンドリアの過剰な分裂を引き起こすか否か、それによる樹状突起や神経細胞本体、周囲グリア(アストロサイト、オリゴデンドロサイト)にどのような変化が生じるかを観察することにより、アルツハイマー病の原因、治療法を模索す目的のために、B6;129-Psenl^<tmlMpm>Tg (APPSwe, tauP301L) 1Lfa/Jを用いた。ELISA法によるアミロイドβ(Aβ1-42)、タウタンパク、リン酸化タンパクの測定、MRIによる軸索輸送の計測、MRSによる脳の生化学的変化測定を行っている。Mgを用いた軸索輸送の計測では、Tgマウスは野生型と比べて軸索輸送に問題のあることが判明した。次に大脳皮質に定位的にglyceryl trinitrate (GTN)を投与するとダイナミン様GTPase(DRP1)のS一ニトロシル化が起きることを確認した。Western blotによりこの反応は容量依存性に増加すること、Tgマウスに比べ野生型(Wt)のマウスではこの変化が少ないことから、Aβがこの反応を増強している可能性が示唆された。さらに、WtマウスよりもTgマウスにおいて3-nitrotyrosineの量が増加していることが判明した。これは、GTN投与後のNO産生がTgマウスにおいて亢進していることを示唆する結果であった。次に神経細胞内ミトコンドリアを形態学的に観察すると、Tgマウスにおいて小型のミトコンドリアが多数認められた。しかしながら、Tgマウス、WtマウスともにGTN投与周辺の神経細胞のミトコンドリアの形状にあまり変化はなく、GTNによるミトコンドリアの分裂を証明するには至らなかった。GTNはミトコンドリアのaldehyde dehydrogenaseを介してNOを発生させると考えられている。そこでミトコンドリアを介さないNOドナーを用いたときのTgとWtマウスの比較をすることにより、TgマウスにおけるNOの作用増強にミトコンドリアが関与しているかどうかを明らかにする必要があると考えている。また、Aβの存在がどのような機序でDRP1のS-ニトロシル化を促進するのかを調べる必要があると考えている。ダイナミン様蛋白質であるDRP1のS-ニトロシル化がミトコンドリアの過剰な分裂を引き起こすことがアルツハイマー病の原因にあるかどうかを研究した。この目的のためにTriple transgenic miceを用いた。

ELISA法によるアミロイドβ(Aβ1-42)、タウタンパク、リン酸化タンパクの測定、MRIによる軸索輸送の計測を行った。Mgを用いた軸索輸送の計測では、Tgマウスは野生型と比べて軸索輸送に問題のあることが判明した。次に大脳皮質に定位的にglyceryl trinitrate (GTN)を投与するとダイナミン様GTPase (DRP1)のS-ニトロシル化が起きることを確認した。Western blotによりこの反応は容量依存性に増加すること、Tgマウスに比べ野生型(Wt)のマウスではこの変化が少ないことから、Aβがこの反応を増強している可能性が示唆された。さらに、WtマウスよりもTgマウスにおいて3-nitrotyrosineの量が増加していることが判明した。これは、GTN投与後のNO産生がTgマウスにおいて亢進していることを示唆する結果であった。次に神経細胞内ミトコンドリアを形態学的に観察すると、Tgマウスにおいて小型のミトコンドリアが多数認められた。しかしながら、Tgマウス、WtマウスともにGTN投与周辺の神経細胞のミトコンドリアの形状にあまり変化はなく、GTNによるミトコンドリアの分裂を証明するには至らなかった。現時点では、脳内NOに発生によるDRP1のS-ニトロシル化が神経細胞の変性をきたす直接証拠はないが、アミロイドβはNOの慢性的な脳内での発生を促進し、かつ、ダイナミン様GTPase (DRP1)のS-ニトロシル化を誘発させることにより、脳内ミトコンドリアの分裂を惹起させ、このことがアミロイドβによる神経変性の原因と推測された。NO負荷がDRP1のS-ニトロシル化を引き起こすこと、この現象はアミロイドβ存在下で促進されることを明らかにできた24年度が最終年度であるため、記入しない。今後は、DRP1のS-ニトロシル化が神経細胞の変性に寄与するかどうか、寄与するとしてその機序はどうか、治療法はないか、を検討する。24年度が最終年度であるため、記入しない。
開心術心停止再潅流モデルにおける遠隔臓器一過性虚血による心筋保護効果

H14年度およびH15年度で確立した非重要遠隔臓器一過性虚血モデルを使用し、心筋虚血再灌流状態を作成し、心筋代謝、心筋形態より各々の心筋保護効果を検討した。[1]実験動物:New Zealand白兎20羽を使用した。[2]実験方法:全身麻酔及び人工呼吸管理下に、総腸骨動脈の一過性虚血(15分)を行い、血流再開60分後に開胸し左前下行枝を30分遮断する。血流再開60分後に心摘出を行い、心筋保護効果を検討した。[3]実験群: Control群;遠隔臓器一過性虚血を行わない群(n=5)FAO群;総腸骨動脈一過性遮断を行う群(n=5)[4]測定項目(1)心筋代謝:心筋生検を行い乳酸、ATP、ADP、AMP及びdegradation productsの心筋細胞内含有量をHPLCにより測定した。動脈血及び冠静脈血を採取し心筋酸素消費量、CK-MB遊出量を測定した。(2)心機能:左室内バルーンにより左室収縮期圧、左室拡張末期圧、+dp/dt及び-dp/dtを測定した。[5]結果:心筋ATP含有量はPina群およびAdeno群でControl群に比較し高値で+dp/dtはAdeno群がControl群に比較し高値であった。[6]考察:遠隔臓器一過性虚血により得られる心筋保護効果はATP-sensitive potassiumchannelのadenosineによるactivationが関与している可能性が示唆された。H14年度は、冠動脈バイパス術を想定したグラフト採取に関わる領域での非重要遠隔臓器一過性虚血モデルの確立を行い、臨床に関連した問題点を検討した。[1]実験動物:New Zealand白兎25羽を使用した。[2]実験方法:全身麻酔及び人工呼吸管理下に、開腹し腸管膜動脈、腎動脈、上腕動脈あるいは総腸骨動脈の一過性虚血(15分)を行い、血流再開後の血液生化学検査(CK、LDH、GOT、GPT、乳酸)よりその虚血効果を検討した。[3]実験群:Control群;遠隔臓器一過性虚血を行わない群(n=5)MAO群;腸管膜動脈一過性遮断を行う群(n=5)RAO群;腎動脈一過性遮断を行う群(n=5)BAO群;前腕動脈一過性遮断を行う群(n=5)FAO群;大腿動脈一過性遮断を行う群(n=5)[4]結果MAO群、FAO群で有意なCK、LDHの上昇を認めた。MAO群では一羽が腸管壊死のため死亡した。[5]考察本年度の研究により腸管膜動脈、腎動脈、上腕動脈あるいは総腸骨動脈などの非重要遠隔臓器一過性虚血モデルの確立が可能となった。MAO群では腸管壊死を認め臨床応用への問題点となる可能性が示唆される。非重要遠隔臓器一過性虚血モデルを使用し、心筋虚血再灌流状態を作成し、心筋代謝、心筋形態より各々の心筋保護効果を検討した。[2]実験方法:全身麻酔及び人工呼吸管理下に、開腹し総腸骨動脈の一過性虚血(15分)を行い、血流再開60分後に開胸し左前下行枝を30分遮断する。[3]実験群:Control群;遠隔臓器一過性虚血を行わない群(n=5)FAO群;総腸骨動脈一過性遮断を行う群(n=5)[4]測定項目(1)心筋代謝:虚血部位および非虚血部位の心筋生検を行い乳酸、ATP、ADP、AMP及びdegradation productsの心筋細胞内含有量をHPLCにより測定した。(2)心筋形態:走査電子顕微鏡により摘出心の形態学的変化を半定量化し評価した。[5]結果H14年度およびH15年度で確立した非重要遠隔臓器一過性虚血モデルを使用し、心筋虚血再灌流状態を作成し、心筋代謝、心筋形態より各々の心筋保護効果を検討した。
血栓形成の動物種差に関わる血小板コラーゲンレセプターのシグナル伝達系に関する研究

コラーゲンによる血小板凝集は止血にとって最も重要である。コラーゲンによる血小板活性化は動物種差が大きく、ヒト以外の動物の血小板活性化メカニズムに関する知見はわずかしかない。コラーゲンが血小板を活性化するとき、コラーゲンは内因性ADPを放出し、アラキドン酸カスケード活性化によりトロンボキサンA_2 (TXA_2)を産生し、それらが2次的に凝集を強める。本研究では主にヒト、ウシ、ラットの血小板のコラーゲンによる凝集におけるADPやTXA_2の役割の相違、凝集や放出反応に関わるシグナル伝達系の相違を検討した。ヒト血小板のコラーゲンによる凝集はTXA_2依存性が高く、ラット血小板ではADP依存性が高かった。ウシ血小板では低濃度コラーゲンによる凝集はTXA_2とADPの両方に依存し、両者のいずれかの関与が欠けるとほとんど凝集しなかった。しかしヒト血小板と異なってウシ血小板ではTXA_2のアナログU46619は単独ではほとんど凝集あるいは血小板内Ca^<2+>上昇を起こさないが、ADPが共存すると凝集を起こし、TXA_2はADPに協力することで凝集に寄与することが明らかとなった。コラーゲンによるTXA_2産生量(TXA_2の代謝物TXB_2で測定)はウシ血小板ではヒト血小板より少なかった。遺伝性疾患Chediak-Higashi症候群(CHS)はウシでは出血が重篤に現れる。CHSウシの血小板ではTXA_2産生はそれほど抑制されていないが、ADP放出はきわめて少なかった。これは濃染顆粒内のADP量が少ないためであった。上述のようにウシ血小板ではADPが共存しないと、TXA_2は凝集に寄与しないので、TXA_2/ADP協力関係が発揮できないことがウシのCHSでは出血が顕著に現れる原因であると考えられた。ヒトのCHSでは血小板からのADP放出が少なくてもTXA_2だけでかなり凝集に寄与できるので出血が重篤とならないと考察した。興味深いことにCHS血小板ではコラーゲン刺激からATP放出やTXA_2産生に至るシグナルは正常であるのに対して、コラーゲンの直接作用に関与するシグナルは弱く、コラーゲンによる血小板活性化にはCHSでシグナルが低下している系と正常に作動する系の二つが存在することが示唆された。コラーゲンによる血小板凝集は出血に対する止血機構で最も重要なイベントである。コラーゲンによる血小板活性化には大きな動物種差があり、ヒト血小板の凝集機構はかなり明らかにされているが、他の動物についての知見はわずかしかない。

コラーゲンによる血小板活性化はコラーゲン単独で起こるものではなく、コラーゲンが内因性ADPを放出させたり、アラキドン酸カスケードを活性化して、トロンボキサンA_2(TXA_2)を放出し、それらが2次的に凝集を強めるよう働いているのでADPやTXA_2の関与に動物種差があるかについて検討した。セロトニン(5-HT)はADPと同じく濃染顆粒に貯蔵されて、放出されるので[^3H]5-HTを血小板に負荷して、コラーゲンによる[^3H]5-HT放出量をADP放出の指標として測定したところ、低濃度ではウシ血小板からの[^3H]5-HT放出はヒト、ラット血小板に比べて低かった。しかし、外因性ADPによる凝集はウシで強かったことから、ウシ血小板ではADP放出は少なくてもADP感受性が高いことで補償されていることが分かった。一方、ヒト血小板はADP放出量が大きいにもかかわらず、ADP感受性が低く、ラット血小板は放出量はヒトと同程度でADP感受性が高いため、結果的にコラーゲン凝集の内因性ADP依存度はラット>ウシ≧ヒトの順となった。次に、コラーゲン凝集のTXA_2依存度をTXA_2合成を阻害するアスピリンを用いて検討したところヒトとラット血小板はTXA_2の関与が大きく、ウシ血小板はTXA_2にほとんど依存しなかった。そこでヒトとウシの血小板でTXA_2放出を比較するためTXA_2の代謝物TXB_2産生量を測定した。ヒトと比べて量的には少ないもののウシ血小板はコラーゲンによってTXB_2放出を起こした。外因性にTXA_2のアナログU46619を投与するとヒト血小板では凝集を起こしたが、ウシ血小板では起こさなかった。このことからウシ血小板にはTXA_2のレセプターがないか、あるいはあってもレセプターに連結したシグナル伝達系に欠陥があることが示唆された。コラーゲンによる血小板凝集は止血における最も重要な段階である。コラーゲンによる血小板活性化は動物種差が大きく、ヒト以外の動物の血小板凝集機構に関する知見はわずかしかない。コラーゲンが血小板を活性化するとき、コラーゲンは内因性ADPを放出させたり、アラキドン酸カスケードを活性化して、トロンボキサンA_2(TXA_2)を放出し、それらが2次的に凝集を強めるよう働いている。本年度は主にヒトとウシの血小板におけるADPやTXA_2の役割の相違について検討した。【平成16年度の成果】ウシ血小板では低濃度コラーゲンによる凝集はTXA_2とADPに全面的に依存し、両者のいずれかが欠けるとほとんど凝集しなかった。しかしTXA_2のアナログU46619は単独ではほとんど凝集あるいは血小板内Ca^<2+>上昇を起こさないことから、ウシ血小板ではTXA_2はADPに協力することで凝集に寄与することが明らかとなった。一方、ヒト血小板ではTXA_2はADPが存在しなくても充分な凝集を起こした。ウシとヒトの血小板でコラーゲンによるTXA_2放出量(TXA_2の代謝物TXB_2で測定)を比較すると、ウシ血小板での放出量はヒトより少なかった。遺伝性疾患Chediak-Higashi症候群(CHS)はウシでは出血が重篤に現れる。CHSウシの血小板ではTXA_2産生はそれほど抑制されていないが、ADP放出はきわめて少ないことが示された。上述のようにウシ血小板ではADPが共存しないと、TXA_2は凝集に寄与しないので、TXA_2/ADP協力関係が発揮できないことがウシのCHSでは出血が顕著に現れる原因であると考えられた。ヒトのCHSでは血小板からのADP放出が少なくてもTXA_2だけでかなり凝集に寄与できるので出血が重篤とならないと考察した。これまでウシ血小板ではTXA_2は生理的意義を持たないと考えられていたが、本年度の研究でウシでもTXA_2は重要な役割を果たすことが示された。現在、ADPとTXA_2の協力関係のメカニズムを検討中である。
畜産領域におけるモノクローナル抗体の開発と利用に関する基礎的研究

各家畜の赤血球抗原に対するモノクローナル抗体を作成し、抗体の特異性を分析するとともに、それらを用いて血液型の判定を行い家畜における血液型判定用モノクローナル抗体の開発と利用のための基礎的研究を目的とした。さらに肉種鑑別用モノクローナル抗体の開発にも着手した。研究成果の概要は以下のごとくである。1.開発された血液型判定用モノクローナル抗体は、牛用がA、B,C,F,S及びZシステムに属する計38種、馬用がA,C,Pシステムに属する8種、水牛用が13種、山羊用が9種であった。2.これらモノクローナル抗体の特異性を分析したところ、これまで同一システム内の亜型関係にあるとされてきた抗原を認識する抗体はいずれも量的反応を示した。すなわち、牛のAシステムにおけるA_2抗体は低希釈倍率ではA_2抗原を、また高希釈倍率ではA_1抗原を認識することが判行した。同様の成績はFシステムにおけるFc/F_1、SシステムにおけるS_2/S_1、U_3(SU)/U_2/U_1、また馬におけるAシステムのAa/Ac、PシステムのPa/Pc、水牛におけるNW-3/NW-8/NW-2において認められた。3.モノクローナル抗体は単一の抗原エピトープをとらえる特性を保有することより、各家畜における共通性抗原を分析したところ、牛AシステムのA_2、H、FシステムのFc、Sシステム抗原のいくつかは水牛と山羊にも、またCシステムのX_2抗原は水牛にも存在することが判明した。4.肉種鑑別用モノクローナル抗体を開発するため、まず馬ミオグロビンを抗原として作成を試みた。得られた抗体につきELISA法により分析を実施したところ、9株が馬肉汁に強く反応した。このうちの1株は馬に特異的であり、クローニングにより馬の肉汁に対するモノクローナル抗体が得られる可能性を認めた。モノクロ-ナル抗体は、一つの抗原決定基のみを認識し、かつ均一な抗体を大量に繰り返し作ることができる利点を持つ。本研究の目的は、畜産領域においてもモノクロ-ナル抗体を開発し、それらを有効に利用するための基礎的研究を行うことであり、今年度は牛、馬および水牛の赤血球抗原に対するモノクロ-ナル抗体を作製し、それを用いて赤血球抗原のより詳細な解析を行い、さらに肉種鑑別用モノクロ-ナル抗体の開発にも着手した。牛については、1990年の国際比較同定試験で同定した結果、血液型抗原AシステムのA_1、A_2、A dose、Z'、D、BシステムのI_1、O_1、O_1like、O_4、Y、E'_2like、E'x、CシステムのC_2like、X_2、FシステムのFa、Fb(=F_1)、F_1like、F_2like、Fc、Fc dose、V_1、V_2、SシステムのS_1、S like、S_2、H'、H'like、S_1U_1、U_1、U_2およびZシステムのZ_1、Z_1dose、Z_2をとらえる抗体を得た。馬については、得られた抗体を1990年国際比較同定試験で同定した結果、AシステムのAa、A_2、CシステムのCa、PシステムのPa、Pcの5種であることが判明した。水牛については、NWー1、NWー2、NWー3、NWー4およびNWー5の5種が得られた。このうちNWー1は著者らがこれまでに同種免疫により作製したポリクロ-ナル抗体Wh2と一致するものであった。

得られた細胞株は現在すべて安定して抗体を産生しており、また産生抗体は培養上清で11,000培、腹水で20050,000倍の高力価であることから、これらモノクロ-ナル抗体は家畜の血液型判定に供するには極めて有効であると判断した。肉種鑑別用モノクロ-ナル抗体の開発は、まず馬ミオグロビンを抗原として作製を試みた。得られた抗体につき、ELISA法により交叉試験を実施した結果、9株が馬肉汁に強く反応した。このうちの1株は馬に特異的であり、クロ-ニングにより馬の肉汁に対するモノクロ-ナル抗体が得られる可能性を認めた。前年度の研究にひきつずきマウスあるいはラット由来のハイブリド-マ細胞より牛、水牛、山羊および馬の赤血球抗原に対するモノクロ-ナル抗体を作成し、腹水化により高力価抗体の量的確保に努めると共に、牛については1991ー1992年の国際比較同定試験に参加した。試験結果については平成4年8月の国際学会において専門委員会により明らかにされる。牛においてこれまでに作成された抗体は33種であり、これらを用いて牛、水牛、山羊の赤血球抗原を分析した結果、AシステムのA_2やFシステムのFc抗原が牛のみならが水牛や山羊にも共通抗原として存在することが判明した。牛、水牛では全個体がFc抗原を保有していたのに対し、山羊では69頭中11頭が、逆にA_2抗原は全個体が保有していた。水牛で作成された抗体は12種である。NWー1とNWー2抗体のとらえる抗原は対立関係にあり、これら抗原の有無により沼沢水牛は2グル-プに分類された。またNWー2とNWー3抗原は直線的亜型関係にあると思われた。得られた抗体のうち3種、即ちNWー4およびNWー11抗体は牛のAシステムのA_2およびH抗原を、またNWー6抗体はSシステムのSとUとの共通原部位を認識する抗体であった。馬においてこれまでに作成された抗体はAシステムのAa,A_2,CシステムのCa、PシステムのPa,Pcであったが、今回AシステムのAbを得、計6種となった。これを用いて分析した結果、AaおよびCa抗原の出現頻度は軽種馬が0.890および0.390であるのに対し、重輓馬では0.485および0.763と両者間で異なる値を示した。また抗体に対する重輓馬のCa抗原反応性(平均3,200倍)は軽種馬のそれ(平均800倍)に比べ明らかに強いという興味深い成績を示した。前年度の研究にひきつずき牛、水牛、山羊および馬の赤血球抗原に対するモノクローナル抗体を作成し、これまでに作成された抗体との同定や特性の解析を行うとともに、必要に応じて腹水化により高力価抗体の量的確保に努めた。牛において本年度に新たに作成された抗体は3種であり、国際比較同定試験の結果そのうちの1種はSシステムに属する抗原(仮称S_0抗原)をとらえる抗体であると考えられた。また他の2種については現在同定中である。水牛で新たに作成された抗体は1種であった。これまでに作成された抗体について、新たにタイ水牛集団を用いその特性を分析した結果、NW-3抗体を高希釈倍率にした場合はNW-2抗体と同一の反応を示し、中程度の希釈倍率の場合はNW-8抗体と同一の反応を示した。さらにNW-8抗体を高希釈倍率にした場合、NW-2抗体と同一の反応を示すことが明らかとなった。従って、これらの抗体がとらえる抗原は同一システムに属するものと考えられた。馬において新たに作成された抗体(1A-3,1E-3)は、腹水化し抗体力価を上昇させた後、50倍から100倍にした場合、AシステムのAa抗体と同一の反応を示し、高希釈倍率(800倍から6,400倍)にした場合Ac抗体と同一の反応を示した。
在宅重症心身障害児の栄養チューブに関する細菌看護研究

1.在宅における重症心身障害児の経管栄養に関する看護上の問題を把握するために,アンケート調査を実施した.2.経管栄養施行の30名中,経管栄養のみは22名で,8名は経管栄養と経口の併用だった.約3割は「やせ過ぎ」で,約7割に呼吸器感染症の入院既往があり,体力や抵抗力の低下に留意し,感染症を予防する必要性が再確認された.3.経管栄養施行の30名中約4割は口腔ケアが実施されていなかった.4.在宅介護における母親の負担は大きく,毎日平均810時間を子どもの食事のために費やしていた.5.母親の約4割にチューブ交換で困ることや経管栄養に対する不安があった.その内容は様々で,個別指導の重要性が示唆された.6.栄養チューブの留置期間は7日が最多で,20日が最長だった.7.栄養チューブの細菌検査を5名に実施し,(1)1名からMRSAがチューブ先端5cmの部位に検出された.これには,人工呼吸器装着に伴う数回の入院が関連していることが推察された。(2)1名ずつ計2名から,Esherichia coliとPseudomonasが,培地面に数コロニー検出された.8.MRSAを認めない4名のチューブ留置期間は全員1週間だった.9.在宅で経鼻胃管栄養を実施している重症心身障害児について,1週間の経鼻胃管留置期間は適切であることが示唆された.1.在宅における重症心身障害児の経管栄養に関する看護上の問題を把握するために,アンケート調査を実施した.2.経管栄養施行の30名中,経管栄養のみは22名で,8名は経管栄養と経口の併用だった.約3割は「やせ過ぎ」で,約7割に呼吸器感染症の入院既往があり,体力や抵抗力の低下に留意し,感染症を予防する必要性が再確認された.3.経管栄養施行の30名中約4割は口腔ケアが実施されていなかった.4.在宅介護における母親の負担は大きく,毎日平均810時間を子どもの食事のために費やしていた.5.母親の約4割にチューブ交換で困ることや経管栄養に対する不安があった.その内容は様々で,個別指導の重要性が示唆された.6.栄養チューブの留置期間は7日が最多で,20日が最長だった.7.栄養チューブの細菌検査を5名に実施し,(1)1名からMRSAがチューブ先端5cmの部位に検出された.これには,人工呼吸器装着に伴う数回の入院が関連していることが推察された。(2)1名ずつ計2名から,Esherichia coliとPseudomonasが,培地面に数コロニー検出された.8.MRSAを認めない4名のチューブ留置期間は全員1週間だった.9.在宅で経鼻胃管栄養を実施している重症心身障害児について,1週間の経鼻胃管留置期間は適切であることが示唆された.今年度は,在宅における重症心身障害児の「食事」および「経管栄養」の実態と在宅介護の状況,問題等について,質問紙を用いて調査した.調査用紙は経管栄養の児用と非経管栄養の児用の2種類を独自に作成した.調査方法は北海道,東京都,神奈川県,山口県,鹿児島県,沖縄県の重症心身障害児施設,肢体不自由児施設等の外来に通院している,在宅の障害児をもつ父母を対象に,医師を通じて調査用紙を配付した.配布は105部(経管栄養用55部,非経管栄養用50部),平成13年3月4日現在の回収部数は46部(経管栄養用29部,非経管栄養用17部),回収率は43.8%である.予想以上に調査用紙の回収に時間を要したため,調査期間の計画を変更し,平成13年4月から12月までを平成14年3月までに延長した.回収資料の分析は今後実施予定である.なお,当初の計画では沖縄県のみの調査予定であったが,研究代表者の転勤に伴い,調査場所,方法等を一部変更して実施した.今年度は昨年度に引き続き、在宅における重症心身障害児の「食事」および「経管栄養」の実体と在宅介護の状況、問題等に関するアンケート調査の集計とまとめを実施した。さらに、留置していた栄養チューブを提供して貰い、チューブの細菌検査に協力の得られる見通しがついた。アンケート調査は北海道、東京都、神奈川・山口・鹿児島・沖縄県における重症心身障害児を持つ父母を対象に、経管栄養用または非経管栄養用の調査用紙を医師に配布して貰い、最終の回収部数は46部(経管栄養用29部、非経管栄養用17部)、回収率は43.8%だった。対象の内訳は男性21名、女性22名で、年齢は生後9ヶ月から39歳、平均年齢は11.1歳だった。診断名は脳性麻痺が18名で最も多く、次に染色体異常が6名(ダウン症候群3名、5p-症候群2名、詳細不明1名)、てんかん2名、その他23名だった。経管栄養は27名、経管栄養ではないが食事介助が必要な者は19名だった。経管栄養の実施期間は9ケ月から14年で、平均年数は5.94年、栄養チューブの挿入部位は鼻腔から20名、口腔から1名、胃瘻から4名で、栄養チューブの更新は口・鼻腔は7日が最も多く11名、最短は2日、最長は23ケ月で、胃瘻は34ケ月だった。

19名(70.1%)はチューブを再利用せずに更新の都度新しいチューブを使用し、5名(18.5%)は水洗または消毒後に再利用していた。消毒薬はミルトン使用が2名、除菌可能な洗剤1名、煮沸消毒1名だった。チューブの挿入は殆ど母親が実施しており24名、医療者が実施するのは胃瘻の症例のみ3名だった。間欠的経管栄養法(食事の注入毎にチューブを挿入し、注入終了時には抜去する方法)を実施していたのは3名で、22名はチューブを更新するまで、チューブを留置していた。間欠的経管栄養法について知っていた母親は10名で、8名は知らなかった。1.経鼻胃管栄養を行っている重症心身障害児5名(患児A,B,C,D,E)を対象に、適切なチューブ交換時期を検討する目的で、交換のために抜去した留置中の栄養チューブを採取し、細菌学的検査を実施した。3.検査を実施した患児5名中、口腔・消化管内常在菌ではない細菌が検出されたのは1名(患児E)で、MRSAがチューブ先端5cmの部位に検出された(培地面1/4に発育)。また、消化管内常在菌ではあるが、患児の全身状態によっては重症な致死的感染の原因となるEsherichia coliをEに(培地面に数コロニー)、PseudomonasをDのチューブ先端に認めた(培地面に数コロニー)。4.患児からのMRSA検出は、人工呼吸器使用に伴う数回の入院が関連していると推察された。5.患児A,B,C,Dからの検出菌の細菌叢に、著名な変化は認められなかった。6.Eを除く4名のチューブ留置期間は、全員1週間だった。Eは23週間だった。7.在宅で経鼻胃管栄養を実施している重症心身障害児について、1週間の経鼻胃管留置期間は適切であることが示唆された。MRSAが検出された患児の経鼻胃管の留置期間と看護ケアは、今後の検討課題である。
超高頻度トリガシステムのデッドタイムレス化の研究

本研究では30 kHzの超高頻度で起きる事象のトリガを約1,000個の読み出し機器に可能な限り遅延なく分配し、パイプライン方式で読み出されるデータが帯域幅を越えない仕組みを保ちつつデッドタイムを十分無視できる程度に小さくする方法を考案した。このトリガ分配を効率良く行なうためのシリアル通信プロトコルを新たに設計し、またプロトコルをFPGAの論理回路として実装するための回路モジュールFTSWを製作した。このシステムはポアソン分布の疑似トリガによる試験やビームや宇宙線を用いた検出器の動作試験で検証され、間もなく開始されるBelle II実験の主要な構成要素として使用される。平成22年度は研究計画通り主に高エネルギー加速器研究機構のBelle II実験を想定した超高頻度トリガシステムにおいてトリガ信号とクロック信号を分配する方法を研究するための試験回路基板の設計および製作を行うことを主に行った。この基板にはXilinx社のVirtex5FPGAを使用し、ISERDES/OSERDESと呼ばれるシリアルリンク機能一枚の基板で計42ポート実装することによりトリガ信号の分配を高速に行うことを可能としている。より安価なSpartan6FPGAの使用も検討したが、機能面で不足があることが判明した。この基板をまず2枚製作して、基本的な機能の動作を確認した。これらの基本的な機能には、VMEおよびネットワーク経由による基板の制御機能、クロックの受信、ジッタクリーナによるジッタの低減および分配、JTAGプロトコルを遠隔に使用できるための機能、ISERDES/OSERDES機能などが含まれるが、多少の基板上での回路の修正の後にすべて動作することを確認した。この試験結果をもとに、部品の実装方法などを多少見直して、同じ基板を追加で3枚製作した。追加で製作した基板を用いて、ISERDES/OSERDES機能による基板間の信号伝達の基礎的なファームウェアの部品を開発することや、クロック分配することによるジッタの劣化や、ジッタクリーナによる回復の様子を測定することがすでに出来ている。初年度で本研究に最低限必要な試験回路基板を用意することが出来たことにより、平成23年度以降のトリガシステムのデッドタイムレス化の研究に必要なアルゴリズムを実証するためのファームウェアを開発する実行環境を構築することができた。平成23年度は研究計画通り、主に平成22年度に製作したトリガ信号とクロック信号を分配する回路を用いて、トリガ信号とクロック信号を分配する方法の研究を行った。クロック分配については、クロック信号が大規模実験全体を同期させるための非常に重要な信号であるが、同時に分配するトリガ信号からの干渉によりジッタが大きくなる現象が発生する場合があることがわかり、その影響を最小限に抑える方法を開発した。また、デッドタイムを抑制するためにはトリガ分配およびステータス収集に要する時間を最小限に抑える必要があるが、それと同時に多数の検出器読み出し回路にトリガ信号に加えてトリガの生成元や生じた時間の詳細情報などを同時に一本のシリアル信号線を用いて分配する必要があり、これをパラレル・シリアル変換やプロトコル変換の時間ロスが無視できない。平成23年度には、これらの情報についての洗い出しを行った。例えば毎秒254メガビットのシリアルデータ転送で8b10b変換を行った場合にデータの最小単位は約40ナノ秒ごとになるが、その中に5ビットの時間情報を埋め込むことにより約2ナノ秒単位でのトリガ生成時間を分配できる。また、トリガ情報用と他のデータ用とでビットの使用方法を分けることにより、トリガ信号を表す余分なデータとそれにかかる時間を必要としない。これらをC言語で記述したシミュレーションにより実証できることを確認した。ここで開発した方式によりトリガ生成から収集したステータスによる状態判定までの遅延時間を1マイクロ秒程度まで抑えることができ、トリガ分配におけるデッドタイム抑制の基本ステップのひとつをクリアすることができた。平成25年度の前半は、これまでプロトタイプ的扱いであったデータ転送プロトコルの見直しを行い、大規模データ収集システムにおける約1000台の読み出し基板を同時に扱うことに耐え得るだけの機能を盛り込んだものに発展させた。また、FPGAの種類依存の部分とそうでない部分との切り分けを行い、世の中で広く使用されているXilinx社の評価基板に照準をあてたサンプル実装を行うことにより、機能追加などの拡張性を高めた。平成25年度の後半は、これまで開発してきたトリガ分配基板とファームウェアを用いてビームテストによるデータ収集試験に臨んだ。最初のテストは平成25年10月にBelle II実験用飛跡検出器でSpring-8の電子ビームを用いて読み出す試験であった。ここではデータ収集はある程度行うことが出来たものの、トリガ分配についていろいろな問題点を洗い出すことが出来た。ここでの教訓を元に多数のファームウェアの問題点を修正し、平成26年1月のDESY研究所におけるピクセルおよびシリコン崩壊点検出器の読み出し試験に臨んだ。実験開始まで問題の解明を行い、読み出し試験自体は問題なく終えることが出来た。これにより本研究で開発してきたトリガ分配システムの実現性をある程度実証することが出来たと言える。

平成24年度の前半は、平成22年度に製作したトリガ信号とクロック信号を分配する回路を用いて、トリガ信号を分配する方法の研究で平成23年度に開発したデッドタイム最小化のためのトリガ情報転送プロトコルをFPGAのファームウェアとして開発し、シリアルデータ転送のクロック間隔より細かい時間情報を正しく伝達できること、またシリアルデータ転送の空き時間を使って同時に他の必要な情報も同期送信できること、予想通りの伝達時間で信号伝達が可能であることを確認した。アルゴリズムはC言語により記述したシミュシーョンに基いており、その結果を検証できた。ファームウェアはVHDL言語で記述したため一般には通常の計算機言語で記述したアルゴリズムを移植することは困難であるが、今回はVHDL言語を意識した記法により移植が容易になった。平成24年度の後半は、クロック信号のジッタ軽減のために回路基板の改版を行った。クロック信号のジッタは、このクロックを基準クロックとして使用する高速データ転送システムが正しく動作するために10ピコ秒代前半である必要があった。前回製作した回路基板ではクロックとトリガ信号を同一のFPGAで扱っていたためトリガ信号がクロックに干渉し、ただしトリガ信号はクロックに同期した信号であるため、その位相を一定の範囲にとどめておくと干渉の影響を受けにくいことがわかったため、そのつど位相をチューニングをしていた。クロック分配用に別の素子を使用するのが望ましいことはわかっていたが、安価なタイプのFPGAにその役目を負わすことが出来ることが試験回路を用いて判明したため再設計を行うことにした。素子を追加することになるため基板設計の制約が増えたが、期待通りにチューニングなしで低ジッタのクロック分配の可能な回路基板を平成24年度内に製作することが出来た。平成26年度は、本研究の総仕上げという形で、高エネルギー加速器研究機構において本格化するBelle II実験の設置作業に伴う形での超高頻度トリガシステムのBelle II検出器への設置および実証を行うことが出来た。特にBelle II検出器の電磁カロリーメータおよび飛跡検出器はそれぞれ52台および300台の読み出し基板を必要とする最大規模のデータ収集系を擁し、実機を用いてBelle IIの本実験とほぼ同じ規模での試験運転を兼ねた実証試験を行うことが出来た。トリガのデッドタイムを極力なくすために新たに開発したシリアルデータ転送を用いたタイミング制御プロトコルのタイミング信号分配モジュールのFPGAのファームウェアには本年度開始時には大規模システムでの運用時に発生する様々の不安定要素が残っていたが、これらの実装上の問題点も本年度の一連の試験でほぼ解消し、信頼できる基幹システムになった。
ウイルスとバイオマテリアルの相互作用

前年の検討により、適切な組成のコポリマーと接触させることでウイルスの感染価が劇的に減少することが観察された温度応答性のN-イソプロピルアクリルアミド、正荷電のN,N-ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、疎水性のブチルメタクリレートの3つのモノマーから成るランダムコポリマーと弱い界面括性を有するポリエチレンオキシドとポリプロピレンオキシドから成るブロックコポリマーであるプルロニックのセンダイウイルス感染価への効果について比較した。F68,F108,L61,L101などポリエチレンオキシド鎖とポリプロピレンオキシド鎖の分子量が異なる9種類について比較したところ、両鎖が最も短く、疎水性度が最も高いL61で、感染価が80%減少した。それに続く4060%の減少を示したのが、P84とL101もL61についで疎水性が高いポリマーであった。以上より、センダイウイルスの感染価を下げる効果で疎水性相互作用が主要な役割を果たしていることがわかった。これに対し、温度応答性のコポリマーでは、ウイルス感染価の減少は99.9%と大きかった。この違いの原因として考えられるのは、温度応答性高分子のみにある正荷電か、ブチルメタクリレートとN-イソプロピルアクリルアミドによって得られる適切な疎水性によると考えられる。また、温度応答性コポリマーで得られたウイルス感染価減少効果がウイルス特異的であるかを調べるために感染価を90%減少させるポリマー濃度と、LLCMK2細胞へのIC50の濃度比を求めたところ、11以上と大きな値であった。これに対し、低分子界面活性剤のSDSではこの値が2と小さかった。以上より、温度応答性コポリマーで得られたセンダイウイルスへの作用は、かなりウイルス特異的であることがわかった。温度応答性のN-イソプロピルアクリルアミド(IPと略す)、正荷電のN, N-ジメチルアミノプロピルアクリルアミド(DAと略す)、疎水性のブチルメタクリレート(BMと略す)の3つのモノマーから成るランダムコポリマーを3種類合成した。DAのモル割合は727%、BMのモル割合は516%、残りはN-イソプロピルアクリルアミドであった。分子量は6.07.5万である。また、ポリマーの相転移温度は2829°Cであった。これらの3種のポリマーとセンダイウイルスを緩衝液中で2時間混合した後、サル腎細胞LLCMK2に対する感染価を測定したところ、DAの27%でBMの16%のコポリマーを37°Cでセンダイウイルスと混合した場合のみ、感染価が1/1000以下に減少した。このポリマーでも4°Cでセンダイウイルスと混合した場合は、感染価は減少しなかった。また、ポリリシンやN-イソプロピルアクリルアミドとDAのみの2成分からなるポリマーでは37°C、4°Cどちらの温度でも感染価は減少しなかった。以上のことから、適切な組成のコポリマーと接触させることでウイルスの感染価が劇的に減少し、それが温度応答性のこのコポリマーの凝集挙動と関連していることがわかった。また、このウイルス感染価の減少の度合いは、37°Cでコポリマーと接触させる時間(1時間4時間)に依存していることが観察された。一般に、有機溶剤や界面活性剤によるウイルスの不活性化は接触のごく短い時間で完了することが知られており、現にセンダイウイルスをSDSで処理すると1時間以内に不活性化は完了する。よって、このポリマーは従来知られているウイルス粒子の破壊機構とは異なり、高分子との相互作用を通しての新規なウイルス粒子破壊を示唆していると考えられる。
ルアペフ火山の火口湖決壊・火砕流に伴う自然環境資源の大規模撹乱と修復に関する研究

研究計画に予定したとおりに、2007年3月18日11時にニュージーランド北島に位置するルアペフ火山の火口湖が決壊し、130万トンの湖水が一気に火山泥流(ラハール:Lahar)となってタスマニア海まで流下した。本研究の開始当時からの約2年間に及ぶ観測体制の整備と観測機材の準備とにより、世界で初めてラハールの動態が完全に捉えられた。本研究では、ラハール自体の流下プロセスの撮影に成功しただけでなく、流速、流量、濃度、振動などを観測し、発生前後の地形変動を把握し、さらに発生直後の生態系破壊の実態を調査することができた。また、ラハールに対して、地域がいかに監視・防災体制を敷いたか、住民はどのように受け止めたかという社会的な側面でも多くの知見が得られた。特に、ラハールの被害予測手法の確立、自然環境資源の被害修復戦略の解明(社会基盤の復旧、生物資源の修復、観光資源の再利用、先住民族の災害対応)について観測データ・現地調査データを元に解明し、わが国での火山災害への提言を行った。地形および水文学、水理学、生態学、社会学の4つの研究グループを設けて検討し、それぞれの手法に基づいて研究を進めるとともに、お互いの成果を総合して、火山災害対策や環境資源の保全に向けて共同作業を行った。そのため、研究会議を2回(札幌と現地)と国際ワークショップを札幌で開催した。この研究成果により、世界有数の火山国である日本においても、世界遺産などを含む火山山麓の自然環境資源の保全と活用に大きな貢献がもたらされるであろう。2005年7月18日23日(ウェリントン)事前打ち合わせ(1名)2005年11月3日15日(ルアペフ火山山麓)現地調査(11名)火口湖決壊、ラハール観測および自然環境資源の撹乱について現地調査を行った。(1)火口湖の水位上昇と決壊プロセスの解析のため、地形測量データおよび水位変動データを入手した。また、決壊シミュレーションのための画像撮影装置をセットアップした。輸送中、器材の一部が破損したため、翌年度4月に修理及び設置のため2名派遣することにした。(2)決壊した湖水と土石の混合過程の解明のため、ラハール流下の予想流域において、自然資源の被害規模と土石の分布状況を踏査した。流下経路の一部が軍演習地のため、調査に制約を受けることが判明した。(3)ラハール流下距離と影響範囲の予測のため、空中写真(一部)、地形図などを入手し、解析した。発生後には、レーザープロファイラーによる地形測量データを入手する契約をした。(4)ラハールによる自然資源被害とその回復予測を行うため、影響範囲における自然環境資源の被害を数量化し、道路、橋梁などの社会基盤、植物および動物資源、観光資源、集落の家屋の調査をおこなった。簡単な植生の調査を現地で行った。(5)警戒警報システムの配置について、現地調査および研究者との協議を行った。(6)火砕流併発の可能性は当面低いため、今回は行わなかった。2006年2月4日(札幌)研究打ち合わせ調査データおよび分析結果の検討、GNSおよびNIWAの観測データ収集状況、解析状況の報告を行い、本年度の調査計画と結果とりまとめ方針の検討を行った。2005年11月ルアペフ火山山麓における現地調査(12名)火口湖決壊、ラハール観測および白然環境資源の撹乱について現地調査を行った。(2)ラハール火口湖決壊プロセスの解析のため水位変動データを入手。予想されるラハール流下経路に沿ったレーザープロファイラー(LiDER)データを入手。(3)ラハール流下における土石の混合過程の解明のため、濁水サンプラーおよび水位計の設置。観測サイト建設、観測準備およびデータ回収準備。(4)ラハール影響範囲における自然環境資源の被害を数量化のために、山麓の自然生態系の踏査および植生調査プロットの設置。プロットにおける植生調査および地形測量。

(5)警戒警報システムの稼働について現地調査および聞き取り調査。2006年2月2日(札幌)研究打ち合わせ(全員)調査データおよび分析結果の検討、GNSの観測データ収集状況、解析状況の報告を行い、本年度の調査計画と結果とりまとめ方針の検討を行った。2006年3月18日(午前10時06分)本研究計画の当初の予想どおり、火口湖が決壊、ラハール発生・流下。GNS設置の観測施設、Massey大学およびManawatu県の観測施設、本研究プロジェクトの観測施設がすべて連動して稼働。世界ではじめてのラハールのモニタリングに成功。緊急調査チームを4月に派遣する(予定)。研究計画に予定したとおりに、2007年3月18日11時にニュージーランド北島に位置するルアペフ火山の火口湖が決壊し、130万トンの湖水が一気に火山泥流(ラハール:Lahar)となってタスマニア海まで流下した。本研究の開始当時からの約2年間に及ぶ観測体制の整備と観測機材の準備とにより、世界で初めてラハールの動態が完全に捉えられた。本研究では、ラハール自体の流下プロセスの撮影に成功しただけでなく、流速、流量、濃度、振動などを観測し、発生前後の地形変動を把握し、さらに発生直後の生態系破壊の実態を調査することができた。また、ラハールに対して、地域がいかに監視・防災体制を敷いたか、住民はどのように受け止めたかという社会的な側面でも多くの知見が得られた。特に、ラハールの被害予測手法の確立、自然環境資源の被害修復戦略の解明(社会基盤の復旧、生物資源の修復、観光資源の再利用、先住民族の災害対応)について観測データ・現地調査データを元に解明し、わが国での火山災害への提言を行った。地形および水文学、水理学、生態学、社会学の4つの研究グループを設けて検討し、それぞれの手法に基づいて研究を進めるとともに、お互いの成果を総合して、火山災害対策や環境資源の保全に向けて共同作業を行った。そのため、研究会議を2回(札幌と現地)と国際ワークショップを札幌で開催した。この研究成果により、世界有数の火山国である日本においても、世界遺産などを含む火山山麓の自然環境資源の保全と活用に大きな貢献がもたらされるであろう。
プラズモニックチップによる光応答性分子薄膜界面の局所的構造制御

プラズモニックチップは波長サイズの周期構造をもつ金属薄膜でコートされた基板のことで、これまで我々は銀薄膜や金薄膜でコートされたプラズモニックチップを作製し、これによる増強蛍光を利用した高感度バイオセンサーや高感度蛍光イメージングツールの開発を行ってきた。本研究では、プラズモニックチップが電場増強を与えるという性質を利用して、プラズモニックチップ上の光化学反応を促進させ、ジアリールエテン薄膜のような光応答性分子薄膜のミクロな異性化とそれに伴うマクロな結晶化の関係を明らかにすることを目指した。まず、UV光の波長領域で増強電場を形成できるアルミニウム薄膜で覆われたプラズモニックチップを作製し、その光学特性を明らかにした。そして、このアルミニウムプラズモニックチップの上にジアリールエテン(DAE)薄膜を調製した。UV光照射によってDAEは開環体から閉環体へ光異性化することが知られているが、顕微鏡上にDAE薄膜をコーティングしたチップをおき、UV光照射を行うと、平坦な部分と比べ、プラズモニック構造上で異性化が促進されることがわかった。一方で、この異性化とともに針状結晶化が起こることも報告されている。そこで、顕微鏡上でin-situで基板側(膜の裏側)からのUV光照射し、異性化・結晶化を観察した。すると、異性化は起こるが、針状結晶化は見られなかった。また、膜表面側からのUV光照射では、異性化した後、数時間で針状結晶化が見られた。この結晶化のメカニズムについては今後のより詳細な実験が必要である。28年度が最終年度であるため、記入しない。ジアリールエテン(DAE)は紫外光で開環体から閉環体に異性化し、可視光で開環体に戻すことができる光応答性化合物である。このDAE薄膜をガラス基板上に調製し、正倒立顕微鏡のキセノンランプ光の照射によって光異性化を誘起しながら、DAEの形状と吸光度をハロゲンランプ光でin situ計測した。uv光照射によって閉環体に異性化した数時間後、針状結晶が現われた。また可視光照射によって開環体に戻すと、すぐに針状結晶も消失することがわかった。このように分光器を挿入した顕微鏡は、試料を置いたまま照射、分光観察、形状観察が可能な装置となり、DAEの異性化と結晶化を議論するのに有効なツールであることが示された。次に、アルミニウムプラズモニックチップを作製した。作製したプラズモニックチップでは、波長633nmの光で共鳴が起こることを確認し、さらにuv光でも共鳴が起こることを実験と計算で確認した。このチップ上にDAE薄膜を調製し、uv光照射によるフォトクロミック反応を顕微鏡で追跡した。その結果、ガラス基板上と同様のプロセスを観察することができた。今後、プラズモン共鳴効果が異性化や結晶化に与える影響を調べていく予定である。構築した顕微鏡で、DAE薄膜のフォトクロミック過程のin situ観察ができたこと、ならびにアルミニウムプラズモニックチップが作製できたことは、課題を順調にクリアしてきたことになるため。アルミニウムプラズモニックチップ上でプラズモン効果を取り入れたDAEの異性化ならびに結晶化を考察していくとともに、非線形な応答(2光子励起)についても取り組んでいく。