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子ども・子育て期の親が復興の主体となる支援システム―３つの大震災を事例として―

学会発表、論文の投稿(査読有)、著書の刊行とそれに伴う新聞・雑誌等のインタビューを受けた。【意義・重要性】(a)文献調査...東日本大震災から5年、中越大震災から12年、阪神・淡路大震災から21年が経過したことから、節目の年に取り組まれた活動の報告書・資料等を中心に収集した。(b)インタビュー調査...石巻市子どもセンター職員の支援行為および中越大震災で自ら被災した市民団体メンバーの支援行為がどのようにシステムへ転化していくかに焦点を当てて、調査分析を行った。(c)研究の公表...13を踏まえて、石巻市における震災後の子ども参加意識に関わる調査を分析し、学会発表と論文として発表した(査読有)。14を踏まえて、単著『災害と子ども支援』を出版した。「全私学新聞」「今日新聞」「河北新報」「週刊教育史料」『We Learn』に単著が紹介され、『子どもの権利研究』『ジェンダー研究21』に書評が掲載された。学術誌だけでなく、ひろく一般向けに紹介されている点は重要であると考える。特に大きな問題は見受けられない。2016年度は阪神・淡路大震災と東日本大震災を中心とした調査を予定していたが、中越大震災被災地域での調査研究が地域を巻き込みながら進んだことから、東日本大震災と中越大震災を中心に調査を展開し、阪神・淡路大震災については成果をまとめることに力点をおいた。既に震災後20年が経過した阪神・淡路大震災や、10年が経過した中越大震災の分析から明らかとなったのは、1.震災を契機に浮上した課題が長期にわたって子どもや親・地域に蓄積され、より見えにくくなっていくこと、2.年月の経過とともに震災が風化していくのに対し、誰がどのように語り継いでいくかが大きな課題であり、そのなかで子どもをどう位置付けていくかが問われている。東日本大震災から6年が経過し、同様の状況が東日本大震災の被災地域でも見られるようになってきたことを踏まえて、研究をまとめていきたい。本研究の目的は、子ども・子育て期の親が復興の主体となることを可能とする支援システムがどのように構築されうるのかを、支援者の専門性の観点から実証的に明らかにすることである。阪神・淡路、中越、東日本の3つの大震災の被災地域における子ども・子育て支援者が直面した不安・葛藤すなわち「ゆらぎ」に着目し、その後生じる支援者の自己変容と環境への働きかけに至る過程をシステム構築の発芽とみなし「ゆらぎ」が新しい支援システムを生み出していく過程を可視化した。その結果、1子どもの回復と成長のありよう、2支援のありよう、3支援者のゆらぎと実践の省察サイクル、そして成長、4支援行為から支援システムへの4つの点が浮き彫りになった。ここでは特に4について述べる。阪神・淡路大震災の教育復興担当教員は、当初教職員定数算定の特例措置によって被災地域の学校運営や教育上の指導が円滑に行われるようにし、震災後の児童生徒の心の健康に関する相談に対応するための追加加配であった。教員に心のケアの専門性はなかったが、子どもに寄り添う支援を積み重ねることでソーシャルワークの視点を有した支援システムへと転化していった。
無転位シリコンカーバイド結晶成長の研究

省エネ半導体材料として注目されている炭化ケイ素の結晶欠陥(転位)低減の研究を行った。炭化ケイ素の表面を改質して、成長前後の欠陥の変化を観察した。その結果、表面改質をおこなうと基底面転位を貫通転位に転換できた。さらに欠陥の少ない基板を使い、横方向へ成長させることにより成長層の欠陥抑制を行った。横方向成長領域では基板の転位が伝播しにくいことが分かった。シリコンカーバイド(炭化珪素,SiC)はSiの限界を超える次世代パワー半導体として期待されており、電力や自動車の省エネルギーを目的として活発に開発が行われている。通常供給されるSiCウエーハには転位が1平方センチあたり10,000ヶ以上存在して電子デバイスの実用化が阻まれ、デバイス設計に必要な正確なSiCの基礎電子物性も明らかではない。これら課題の解決には転位密度ゼロ目指すことが本質的に重要であることを申請者は痛感している。本研究は、これまでの研究成果を活用・発展させて無転位SiCの結晶成長を行うことである。この年度では、(1)熱エッチングを使った表面改質を行い、(2)結晶欠陥、特に転位だけを選択的にあらわにし、(3)その部分の再成長を実施した。SiCはデバイスで最も重要な{0001}面を重点的に行う。本手法では一般的なフォトリソグラフを使った選択成長とは大きく異なり、欠陥領域だけをエッチングして選択成長するので、大幅な欠陥の低減が期待できる熱エッチングによるSiC転位の位置を可視化した。申請書の方法ではアルカリ元素を使わないため、清浄なエッチング面を得るだけでなく、高濃度の不純物があっても転位の種類を明確に判別できた。エッチピット面は転位の種類依存することを初めて見出し、それらは結晶学的に安定な面であることを明らかにした。転位を可視化したエッチング表面に化学的気相堆積(CVD)法を用いてSiCをエピタキシャル成長した。成長前後の結晶欠陥をカソードルミネッセンス法と電子線起電流法を併用して解析した結果、基底面転位は貫通転位に転換されていることが判明した。その転換率はオフ角度に依存している傾向が見られた。この年度では、(1)基板オフ角度を制御した転位の選択除去、(2)SiC横方向成長の活用を試みた。転位の選択除去では欠陥領域だけをエッチングし、その領域で転位種の転換を行う。これにより、素子特性に悪影響を与える転位の低減が期待できる。オフ角度を0度から45度まで変えた基板を用意し、まず欠陥領域のエッチングを行った。20度以上のオフ角度では欠陥領域だけを選択的にエッチングすることができない事を初めて見出した。また0度に近いオフ角度の方が転位の転換率が高いことを見出した。SiC横方向成長は産業的に重要な{0001}面と特性が優れている{11-20}面について行った。横方向成長を行うために、これまでの成果である熱エッチング法を使ってSiC基板上に凸型(メサ)構造を形成した。凸型構造中には転位が存在しないよう、そのサイズを幾通りか用意した。横方向成長は困難が予想されるが、成長中にシリコン種が多くなる条件で行った。その結果、横方向成長が実現できたことを確認した。シリコンカーバイド(炭化ケイ素,SiC)はSiの限界を超える次世代パワー半導体として期待されており、電力や自動車の省エネルギーを目的として活発に開発が行われている。この年度ではSiCの横方向成長とその領域の転位評価を中心に行った。横方向成長は基板にあらかじめ凸型構造を作り、それをもとに成長した。横方向成長速度はオフ角度が0度に近いほど速く、転位の転換率が高い。横方向成長領域の転位は、電子線起電流法とエッチピット観察により評価した。その結果、凸構造の底部に転位があると、成長層中にそれが引き継がれることがあった。

そこで凸構造ではなく、逆円錐状のSiC基板を用意し、それを種に横方向成長を行った。逆円錐状のSiCは本研究期間中に確立したエッチング法を用いて形成した。またこれまでの知見を活用し、気相雰囲気中でシリコン種が多くなる条件で成長を行った。その結果、逆円錐状のSiCの先端から横方向へ延びる成長が確認できた。その領域では成長領域を貫通する転位が減った。特に基板のオフ角度が小さいとき、基板よりも転位密度が低かった。
粘弾性及び間隙弾性を考慮した巨大地震の余効すべり分布の解明

粘弾性と間隙弾性の両方を考慮した余効すべり分布の推定方法の開発を行った。粘弾性の効果は、本震時のすべりだけでなく、余効すべりによる粘性緩和も取り入れ、間隙弾性の効果は、排水・非排水の差によってモデルに取り込んだ。実際の地震に適用した結果、弾性体のみで解析した結果とは大きく違う結果が得られた。これは、余効すべりの解析において、粘弾性と間隙弾性の効果は必ず取り入れなければならないということを示している。本年度は、この研究の3つの目的、(1)粘弾性を考慮した媒質での巨大地震余効すべりの時空間分布の推定、(2)粘弾性と間隙弾性を考慮した媒質におけるすべり応答の定式化とプログラム開発、(3)地震サイクルモデルを適用した地震前変動からのすべり遅れ分布の推定、のうち、主に(1)と(2)について研究を行った。(1)については、粘弾性を考慮するので、地震後のある期間の変動は、その期間に起こった余効すべりとその期間以前のすべり(地震時すべりと余効すべり)によるアセノスフィアの粘性緩和をたし合わせたものになる。そのため、観測方程式は弾性体のみの場合と比べてかなり密な行列となる。この方程式を解く方法として、本年度は、観測方程式は下三角行列のような形をしているので、時間ステップごとに解いていくというパラメータ数が少なくて済む方法を採用した。この方法を用いて、2003年十勝沖地震の余効すべりの解析を行った。その結果、6ケ月後までの半年間の余効すべりの分布をみてみると、粘弾性を考慮した媒質で解析したほうが弾性体として解析するより、地震時すべりの分布とより区別されることがわかった。また12ヵ月後まででは、プレート面の浅い場所での余効すべりが小さくなり、深い場所に余効すべりが集中していることもわかった。これらの結果は、数か月という短い期間でも、粘弾性の効果が重要であるということを示している。(2)については、上層を間隙弾性体、下層を粘弾性体として、その間をプロパゲーター行列でつないでしまうという方法を試みたが、間隙弾性の表式が複雑で、簡単にはつなげられないことが判明した。現在、打開策を検討中である。(1)については、昨年度に引き続き2003年十勝沖地震の余効すべりの解析を進め、また、解析方法の高度化も進めた。解析においては、時間ステップを3ヵ月と短くし、2004年の釧路沖地震までの期間を解析した。その結果、粘弾性効果を考慮した場合、余効すべりは、深い場所に集中し、12ヶ月後から14ヶ月後(釧路地震直前)では、根室付近まで余効すべりが起こっていることがわかった。これは、従来の十勝沖の余効すべりがプレート境界全体で東に広がって釧路沖を誘発したというのではなく、プレート境界の深い部分を東に広がって下から釧路沖を誘発したことを示している。解析方法の高度化は、観測方程式を時間ステップごとに解くのではなくそのまま解く方法を試みたが、解の安定に問題があり引き続き検討する。(2)については、表式が複雑であるので、まず、簡単な排水、非排水での表式を求めた。これは、弾性定数の値を排水、非排水に合わせたものに設定するだけでよい。これにより、地震後数週間での間隙弾性の効果を取り入れることができるようになった。上層を間隙弾性体、下層を粘弾性体として、その間をプロパゲーター行列でつないでしまうという方法での定式化は、ラプラス変換上では出来そうであるが、その逆変換が解析的に出来ないということが分かり、検討を続けている。本年度は、この研究の3つの目的、(1)粘弾性を考慮した媒質での巨大地震余効すべりの時空間分布の推定、(2)粘弾性と間隙弾性を考慮した媒質におけるすべり応答の定式化とプログラム開発、(3)地震サイクルモデルを適用した地震前変動からのすべり遅れ分布の推定、について研究を行った。(1)については、観測方程式を時間ステップごとに解くのではなくそのまま解く方法は、安定性や計算時間に関しての問題に加えて時間方向になめらかであるという仮定に問題があることがわかったので、時間ステップごとに解く方法がよいということになった。これは、2007年のインドネシアの地震を解析したところ、最初の6か月は深部でのすべりが卓越するのに対して、6か月以降は、浅部でのすべりが卓越することがわかったからである。この解析では、最初の3カ月のデータを用いて最適な粘性率もABICを用いて求めた。その結果、粘性率は2.5x10^18 Pasとなり、粘性緩和の影響が大きいことが示された。

(2)については、結局、排水、非排水での表式を求めた。これは、弾性定数の値を排水、非排水に合わせたものに設定するだけでよい。これにより、地震後数週間での間隙弾性の効果を取り入れることができるようになった。この表式を用いて、2007年インドネシアの地震に適用したところ、間隙弾性の効果は主に浅部でのすべり分布にかかわることが示された。(3)については、Hashimoto et al.,Nature geosciences,2009によって求められていることがわかったので、我々が求めた2003年十勝沖地震の余効すべり分布は、Hashimoto et al.,が求めたすべり遅れ分布からのずれであると言うことが正しい表現である。
確率過程論を用いた非完備市場における価格付け理論の研究

Good deal boundsの研究に現れるショートフォールリスク測度に関する研究の総仕上げを行った.ショートフォールリスク測度とは,条件付請求権の売り手がうまく戦略を組んでショートフォールリスクをある閾値以下にできる最低価格を表す凸リスク測度である.このショートフォールリスク測度により,条件付請求権の価格の候補を求めることができる.平成21年度の前半では,20年度までに得られた結果を,原資産価格過程が非局所有界である場合に拡張すると共に,admissible戦略が凸錘や凸に制約された場合についても論じることに成功した.さらに後半では,inf-convolutionに関する研究を行い,これをショートフォールリスク測度の表現の導出へ応用した.その結果,これまでに得られていたショートフォールリスク測度の表現は,Orlicz空間のうちOrlicz heartと呼ばれるものを対象としてきたが,これを完全に一般のOrlicz空間に拡張することに成功した.Good deal boundsの研究に現れるショートフォールリスク測度に関する研究の総仕上げを行った.ショートフォールリスク測度とは,条件付請求権の売り手がうまく戦略を組んでショートフォールリスクをある閾値以下にできる最低価格を表す凸リスク測度である.このショートフォールリスク測度により,条件付請求権の価格の候補を求めることができる.平成21年度の前半では,20年度までに得られた結果を,原資産価格過程が非局所有界である場合に拡張すると共に,admissible戦略が凸錘や凸に制約された場合についても論じることに成功した.さらに後半では,inf-convolutionに関する研究を行い,これをショートフォールリスク測度の表現の導出へ応用した.その結果,これまでに得られていたショートフォールリスク測度の表現は,Orlicz空間のうちOrlicz heartと呼ばれるものを対象としてきたが,これを完全に一般のOrlicz空間に拡張することに成功した.平成19年度の前半は,前年度後半からの継続ある非対称関数に基づいた最小ヘッジ戦略問題を扱った.解の一意存在のための条件と特性について,関数解析の一般論を用いて研究した.研究成果を論文「Optimal hedging strategies on asymmetric functions」にまとめた。さらに後半は,no good dealという概念から導かれる請求権価格の上下限と凸リスク測度の関係について研究した.非完備市場における請求権の価格を無裁定条件から導こうとすると,価格は一意に定まらず,価格の候補となる範囲のみが与えられる.しかもこの価格の範囲は非常に広く実用性に乏しい.そこで,何らかの指標を基に,それがある閾値を下回るか上回る場合を,投資家にとって良い投資機会(good dealであると定義する.請求権の価格は,買い手売り手双方にとってgood dealにならないような値を取るはずである。そのような価格の範囲をgood deal boundと呼ぶ.これは,無裁定条件から導かれる価格の範囲よりも狭くなる.私は,期待ショートフォール(損失額の重み付け期待値)を基にしたgood deal boundの研究を行った.まず,投資家が上手く戦略を組んで期待ショートフォールをある閾値以下にできる場合をgood dealと定義した.つまり請求権の価格は,買い手売り手共にどんなヘッジ戦略を組んでも期待ショートフォールをある値以下にできないような値である.このような値の上下限を,凸リスク測度を用いて表現した.成果を論文「Good deal boundsinduced by shortfall risk(現在審査中)」にまとめた.さらに,3月に入ってからOrhcz space上での最適ヘッジ戦略とそれに関連するマルチンゲール不等式の研究を行っている.この研究に関連した研究連絡を行うためにスイスを訪問した.平成20年度は2つの研究を同時に行った.一つは,平成19年度に始めた共同研究である.共同研究者は,スイス連邦工科大学チューリッヒ校のSchweizer教授とカナダ・アルバータ大学のChoulli准教授である.この研究は,Orlicz空間上での最適ヘッジ問題とそれに関連するマルチンゲール不等式に関するものである.最適ヘッジ問題に関しては,最適解が一意存在するための十分条件を得ることに成功した.しかし,マルチンゲール不等式に関する研究は平成21年度に持ち越すこととなった.もう一つの研究テーマは,Orlicz空間上の凸リスク測度に関する研究である.これも昨年度からの引き続きである.19年度末に論文「Good deal bounds induced by shortfall risk」をまとめたが,20年度はこの成果の拡張を行った.19年度の論文では,条件付請求権の売り手がうまく戦略を組んでショートフォールリスクをある閾値以下にできる最低価格を,Orlicz heart上の凸リスク測度で表現することに成功した.これに対し,投資家の選好を表す損失関数や投資家が選択できる戦略のクラスを拡張するためには,この最低価格をOrlicz空間上の凸リスク測度で表現することが必要となる.そのための必要条件と表現定理の導出に成功し,論文を改訂することに成功した.この成果を得ることができたきっかけは,平成20年7月にロンドンで開催された国際学会に科研費を使用して参加したことによる.その学会において,私は19年度末に得られた成果を発表した.それに対して,凸リスク測度の研究で最近大きな成果を得ているイタリア人研究者であるミラノ大学のFrittelli教授から色々とアドバイスを頂き,今回の拡張を行うことを提案してもらったのである.平成21年度は,19年度から始めたGood deal boundsの研究に現れるショートフォールリスク測度に関する研究の総仕上げを行った.

ショートフォールリスク測度とは,条件付請求権の売り手がうまく戦略を組んでショートフォールリスクをある閾値以下にできる最低価格を表す凸リスク測度である.このショートフォールリスク測度により,条件付請求権の価格の候補を求めることができる.21年度の前半では,20年度までに得られた結果を,原資産価格過程が非局所有界である場合に拡張すると共に,admissible戦略が凸錘や凸に制約された場合についても論じることに成功した.この結果を,19年度末に書いた論文「Good deal boundsinduced by shortfall risk」の改訂版に書き加え学術論文雑誌に投稿した.さらに後半では,Orlicz空間上の凸リスク測度の一般論の研究,特にinf-convolutionに関する研究を行った.Inf-convolutionは,最適リスク分配問題などに登場するリスク測度の分解方法であり,これまでは有界確率変数上のリスク測度に対する研究しか行われてこなかった.今回はそれを一般のOrlicz空間上のリスク測度にまで拡張した.これをショートフォールリスク測度の表現の導出へ応用した.これまでに得られていたショートフォールリスク測度の表現は,Orlicz空間のうちOrlicz heartと呼ばれるものを対象としてきたが,これを完全に一般のOrlicz空間に拡張することに成功した.一般のOrlicz空間は順序連続性を持たないため,リスク測度の表現を得るためには順序下半連続性を論じる必要がある.そこでinf-convolutionを用いてショートフォールリスク測度を2つのリスク測度に分解し,それぞれの下半連続性を調べた.この結果を論文「Convex risk measures on Orliczspaces : inf-convolution and shortfall」にまとめ,学術論文雑誌に投稿した.
Model synthesisによる鋼組織情報に基づく脆性亀裂停止性能の定量予測

鉄鋼材料の微視的組織と脆性亀裂伝播抵抗の関係性を定量的に予測するために,(a)ミクロスケール劈開亀裂伝播モデル,(b)有限要素解析モデル,(c)マイクロスケール脆性亀裂伝播モデル,を統合したマルチスケールモデルを構築した.さらに,開発モデルの精度向上を目的として,(i)材料の亀裂停止性能における粒径依存性を評価するためのDCB試験,および,(ii)劈開面間距離がティアリッジ形成に伴うエネルギー吸収量に与える影響を評価するための微小試験,という2種類の実験を実施した.本研究では,従来の研究で未解明であった鉄鋼材料の微視的組織と脆性亀裂伝播抵抗の関係性を定量的に予測するために,脆性亀裂伝播による破壊形態の微視的メカニズムを考慮したミクロスケールモデルと,連続体力学に基づくマクロスケールモデルを連成させるためのモデル統合化(Model synthesis)に関するアルゴリズムを提案し,それに立脚したマルチスケール統合化モデルを構築することを目的とする.研究1年目ではまず,モデル統合化によるマルチスケール統合化モデルのフレームワーク構築を行った.具体的には,(a)結晶粒スケールの微視的なへき開亀裂伝播を模擬するミクロスケールモデル,(b)巨視的な鋼板全体の亀裂伝播から亀裂先端ごく近傍の局所応力を取得する有限要素解析モデル,(c)鋼板の巨視的な脆性亀裂伝播を模擬する統合化モデルとしてのマクロスケールモデルの開発,を段階的に行った.(a)のミクロスケールモデルでは,結晶粒径や結晶方位の分布を入力条件として与えることから,各試行の結果に大きなばらつきが生じることとなる.このため,マイクロスケールモデルとの連成にはモンテカルロ・シミュレーションを用いた.また,簡単のために,上記の3段階のモデル解析の連成は物理量を各ユニットセルに内挿によって割り当てる一方向の弱連成によって行った.本モデルを厚さ方向の微視組織に不均一な分布を有する鋼板のアレスト試験に適用し,実験結果との比較を行うことで,モデルの妥当性検証を行った.その結果,亀裂停止時のスプリット・ネイルと呼ばれる特異な亀裂前縁形状,シェブロン・パターンの形成状況に関して,解析結果および実験結果の両者は良い一致を示した.しかしながら,亀裂停止距離に及ぼす温度の影響に関しては実用上十分な精度得るには至っておらず,今後の課題である.研究初年度にて,最も重要なモデル統合化の枠組みを確立できた.今後は統合化モデルを構成する要素モデルの精緻化を図り,鋼板の脆性亀裂停止性能として最も重要な特性である,アレスト靭性の温度依存性を定量予測技術の確率を図る.平成29年度では,平成28年度までに開発したモデルの精度を改善するために,劈開亀裂伝播の微視的機構および最も基本的な組織単位である粒径が劈開亀裂伝播抵抗に及ぼす影響に関する実験的な検討を実施した.結晶粒径は微視組織を記述する最も基本的な特徴量であるが,これと劈開亀裂伝播抵抗との関係に関して必ずしも系統的な実験による定量的な整理は行われていない.そこで,化学組成が同一とみなせ,結晶粒径のみが異なる3種類の鋼を用いて複数の温度におけるDCB試験による劈開亀裂伝播抵抗の評価を行った.材料の劈開亀裂伝播抵抗の指標として局所限界破壊応力を採用し,これを試験結果として得られた破壊発生時の切り欠き部開口変位と亀裂停止位置を考慮した有限要素解析によって評価した.その結果,結晶粒径の大きい鋼ほど劈開亀裂伝播抵抗が大きいということが実験的に示された.次に,劈開亀裂伝播における破面形成エネルギーの支配因子と考えられるティアリッジ形成に必要なエネルギーを定量化するために,粗大結晶粒を有する単相材を使用した微小試験を提案した.具体的には,マイクロスケールの微小な試験片を作成し,隣接する2個の結晶粒内に粒界へ到達する鋭いスリット状の切欠きをFIBで加工することで劈開面を模擬し,引張試験を実施するものである.加工した切欠き間の距離を変化させることで,ティアリッジ形成に及ぼす劈開破面間距離の影響を定量化した.この結果より,ティアリッジ形成に伴うエネルギー吸収量は劈開面間距離の2乗に比例するという実験式を得た.これは連続体力学に基づく近似式と整合するものであり,粒界近傍の微視的な影響は軽微であることを示唆するものである.鉄鋼材料の微視的組織と脆性亀裂伝播抵抗の関係性を定量的に予測するために,(a)ミクロスケール劈開亀裂伝播モデル,(b)有限要素解析モデル,(c)マイクロスケール脆性亀裂伝播モデル,を統合したマルチスケールモデルを構築した.さらに,開発モデルの精度向上を目的として,(i)材料の亀裂停止性能における粒径依存性を評価するためのDCB試験,および,(ii)劈開面間距離がティアリッジ形成に伴うエネルギー吸収量に与える影響を評価するための微小試験,という2種類の実験を実施した.アレスト靭性値の温度依存性を定量的な予測に向けて,微視的な劈開破壊に伴うエネルギー吸収機構の解明が重要であると考え,その支配因子であるティアリッジ形成に伴う塑性仕事の実験的定量化を試みる.らに,その実験事実を踏まえてミクロスケールモデルのエネルギー吸収量の評価算定式の修正を行い,全体の統合化モデルにおけるマクロ的な脆性亀裂伝播挙動への影響を検証する予定である.工学
画像処理による光学顕微鏡・電子顕微鏡結像光学系コマ収差補正手法に関する研究

本研究の目的は、過去の科研費の「能動型画像処理方式による結像光学系収差除去・補正」に関わる研究をベースにして、透過型電子顕微鏡電子レンズのコマ収差あるいは高次の反対称型波面収差をもつ収差の補正理論の確立と、画像処理に基づく実時間コマ収差補正装置を開発することである。これに沿い平成11年度には既存の3次元結像理論にコマ収差を含む高次反対称型波面収差関数を組み入れた結像理論体系を確立し、収差補正の障害となる非線形結像効果のシミュレーションを行なっている。この結果より、試料による位相遅れが1/20波長程度以上では非線形結像成分が必ずしも無視できなくなり、コマ収差補正にも悪影響を及ぼす事が確認された。さて本コマ収差補正手法はフーリエ空間上での単純2次元位相補正フィルターに基づくものであり、平成12年度ではコマ収差補正装置のシステム設計とプログラム開発を行った。プログラム上の問題から、ビデオデーター収集用PCとフィルター処理用WSを分離しLANを介して非同期転送処理を行うオンライン方式を採用した結果、データー収集からコマ収差補正画像表示までに30秒程度が必要となり、当初予定の数分の1秒程度を大きく下回った。大部分の処理時間がPCでのビデオデーター収集と処理画像表示に費やされているので、ビデオデーター収集ドライバーをうまく作成し、データー取り込みとフィルター処理を同一のPC上で実施することで、当初予定に近い処理速度を実現できるよう努めたいと考えている。一方電子顕微鏡の分野においては実時間コマ収差補正の意義は大きく、目下適用を検討中である。本研究の目的は、過去の科研費の交付を受けた「能動型画像処理方式による結像光学系収差除去・補正」に関わる研究をベースにして、透過型電子顕微鏡電子レンズのコマ収差あるいは高次の反対称型波面収差をもつ収差の補正手法に関する関連理論の確立と、画像処理に基づく実時間コマ収差補正装置を開発することである。この目的に添って、平成11年度にはまず既存の3次元結像理論にコマ収差を含む高次反対称型波面収差関数を組み入れた結像理論体系を確立した。さらに収差補正の障害となる非線形結像効果のシミュレーションを行なった。さらにコマ収差を含む電子顕微鏡を模擬した光学顕微鏡でコマ収差補正を試みたところ、シミュレーションの結論と同様に、非線形結成分に対しコマ収差補正が過剰に作用する様子が確認された。さて本コマ収差補正手法はフーリエ空間上での単純な2次元位相補正フィルターに基づくものであり、近年高速化の著しいPC上で数分の1秒程度の時間内で実現可能である。目下このような実時間コマ収差補正装置のシステム設計とソフトウエアーの開発を並行して実施中である。一方今後予定している透過型電子顕微鏡への応用に関しては、共同研究者からのデータ提供を受けてその実現可能性を前向きに検討中である。電子顕微鏡の分野においてはこの様な実時間コマ収差補正が実現できればその意義はきわめて大きい。これに沿い、前年度には既存の3次元結像理論にコマ収差を含む高次反対称型波面収差関数を組み入れた結像理論体系を確立し、収差補正の障害となる非線形結像効果のシミュレーションを行なっている。さて本コマ収差補正手法はフーリエ空間上での単純な2次元位相補正フィルターに基づくものであり、本年度においてはコマ収差補正装置のシステム設計とプログラム開発を行った。

これについてプログラム上の問題から、ビデオデーター収集用PCとフィルター処理用WSを分離し、LANを介して非同期転送処理を行うオンライン方式を採用した。この結果、ビデオデーターの収集からコマ収差補正画像の表示までに30秒程度が必要となり、当初予定の数分の1秒程度を大きく下回る結果になった。大部分の処理時間が旧式PCでのビデオデーター収集と処理画像の表示に費やされているのでビデオデーター収集ドライバーをうまく作成し、データー取り込みとフィルター処理を同一のPC上で実施する方針を取ることで、当初予定に近い処理速度を実現できるよう努めたいと考えている。一方電子顕微鏡の分野においてはこの様な実時間コマ収差補正が実現できればその意義はきわめて大きいと期待され、その実現可能性を前向きに検討中である。
シフト勤務看護師の概日リズム実態調査とAI解析による是正生活パターンの検証

本研究の目的は、睡眠と糖代謝の視点でシフト勤務を行う看護師の生体リズムである概日リズムの乱れを調査し、人工知能の機械学習解析を用いて概日リズムの乱れを是正する生活パターンを見出し、提案することである。乱れた体内時計(概日リズム)を整える必要性についてはすでに明らかにされているが、シフト勤務者に対し変則生活に添った概日リズムの調整を行う生活を整える看護の視点の是正行動は明らかにされていない。本研究の成果は、シフト勤務者の概日リズムの乱れによる肥満や生活習慣病の発症の予防につながり健康を保持でき、さらに生活習慣病の患者に対して新たな看護援助を提供できる可能性がある。
ビタミンDレセプター遺伝子多型と骨代謝マーカーおよび骨塩量に関する研究

今回の検討ではBsmIビタミンDレセプター遺伝子多型の頻度はBB2%、Bb26%,bb72%であり(n=302)、白人(n=518)のBB17%、Bb50%,bb33%に比べ、B遺伝子を持つものの頻度が日本人では少ないことが明らかとなった。閉経前健常成人女性151人を対象に行った結果ではBb型とbb型で腰椎骨密度で6.3%(0.55SD)Bb型の方が低く、骨代謝マーカーにおいてもBb型がbb型に比べ血清オステオカルシン、骨型アルカリファスファターゼの高値を認めており、ビタミンDレセプター遺伝子多型が日本人の骨代謝に影響を及ぼしていると考えられた(BB型は統計処理上十分な対象が得られなかったため、Bb,bbで比較)。またBsmI RFLPにApal、TaqIの結果を用いてハプロタイプを利用した遺伝型解析を行った。最も多かった対立遺伝子はbaTでありこれをハプロタイプ1とした。またBAtをハプロタイプ2、bATをハプロタイプ3とするとこの3つのハプロタイプの組み合わせにより6種の遺伝型で話せる。我々の結果では、(2、2)、(3、3)は頻度が少なく、(1、1)、(1、2)、(1、3)、(2、3)の4つの遺伝型で95%を占めてれたいた。この4つの遺伝型と閉経前健常成人女性の骨密度の相関を示す。この解析を用いることによって(2、3)、(1、1)の腰椎骨密度に0.94SDの差が表現された。これらの傾向は閉経後日本人女性においても認められている。従来活性型ビタミンDの骨粗鬆症に対する治療の有効性については世界中で論議のあるところであったが、今回のビタミンDレセプター遺伝子多型頻度の人種差がこれらの議論の解決の糸口になるかもしれない。また遺伝型に応じた活性型ビタミンD投与量を設定することで治療あるいは予防効果の向上をもたらす可能性も考えた。
車両と遊戯施設の水平振動を対象とした振動感覚に及ぼす音の影響に関する研究

本研究は車両等の振動環境を想定した水平振動を対象として,振動感覚に音が与える影響を検討した実験的研究である。実験は振動と音を同時に暴露し,質問紙調査による心理反応測定と心電図等の生理反応測定を実施した。心理反応はME法と7段階評定法により振動の感覚的強さと不快感を測定し,生理反応測定は心拍数,LF/HF,鼻部表面温度,指尖容積脈波を測定した。前年度までの音量・振動感覚曲線(振動と音を同時に暴露した時に両者を同等の大きさに感じる等価騒音レベルと振動レベルの関係を示した曲線),及び振動と音の同時暴露実験の結果から,一部の条件で音量が大きくなると振動の不快感が増加する傾向がみられたため,等感覚音(振動と音を同等の強さに感じる音量)よりも小さい音量における振動感覚への影響を調べた。振動感覚に及ぼす音の影響について生理反応の時間変化も調べるために,1条件あたりの振動暴露時間を30秒から10分に拡張して実験を行った。心拍数,LF/HF,鼻部表面温度,指尖容積脈波の測定結果から,多くの振動・音条件で安静状態とほぼ同じか副交感神経系が優位に働く傾向がみられた。LF/HFと指尖容積脈波は振動の暴露時間に着目して解析したが,いずれも暴露時間による大きな変化はみられなかった。振動の感覚的強さは振動レベルに比例して増加する傾向がみられ,振動の不快感は振動加速度レベルが増加すると大きくなる傾向がみられた。振動条件が同じ場合,生理反応,心理反応のいずれの結果も本研究で使用した音条件(WN,楽音等)による違いはみられなかった。以上の結果から,本研究で実施した車両環境を想定した水平振動は,生理学的には疲労が発現するほどの大きな生体負担にはなっておらず,心理学的には振動の感覚的強さは音による影響は小さいが,振動の不快感は振動加速度レベルにより振動単独に対して不快感が軽減された音条件が複数認められた。本研究は,振動加振機上の椅子に被験者を着座させて,振動と音を同時暴露したときの心理・生理反応量を測定する実験室的研究である。これらの実験により,振動や音を構成する物理量と相関が高い因子を明らかにし,振動感覚に及ぼす音の影響を定量的に評価する方法の確立を目的としている。実験で使用した振動刺激は自動車や鉄道車両で発生する振動を想定して周波数,振動加速度レベルを設定しており,音刺激は楽音,雑音を用いた。本年度は,音と振動の同時暴露実験を行う前に,音量・振動等感覚曲線(音と振動を同等の強さに感じる音量)の作成を実験により試みた。また,水平振動の振動感覚と比較するために鉛直方向振動における心理反応測定に重点を置いて実験を行った。音量・振動感覚曲線を作成するために,振動と音が同等の強さに感じる等価騒音レベルを調整法により測定した。その結果,測定した等価騒音レベルと振動レベルには強い相関がみられ,直線関係が成立することを確認した。また,振動感覚に及ぼす音刺激の影響を調べた結果,音刺激を同時暴露したときの振動の感覚的強度は振動加速度レベル(VAL)が80dB以下のとき,基準とした振動単独条件(振動のみを暴露した条件)に対して減少する傾向がみられた。これに対して,振動の不快感はVALが80dBより大きくなると増加する傾向であった。しかし,本年度に測定した範囲内では,音刺激における音量や音の種類による違いは認められなかったため,次年度以降に詳細な検討を進める予定である。本年度は,音量を決定するための基準となる音量・振動感覚曲線の作成を目的とした実験,及び振動と音を同時暴露した場合の心理反応測定実験を主として実施した。音量・振動感覚曲線を作成するための実験では,測定した等価騒音レベルと振動レベルに強い相関がみられ,直線関係が成立することを確認できた点はおおむね予定通りの進捗状況といえる。振動と音の同時暴露実験では,ME法により振動の感覚的強度を,7段階評定法により振動の不快感を測定する心理反応測定を実施した。振動感覚は音刺激により影響を受けることは確認できたものの,音刺激を構成する要素(音量やテンポ等)の違いによる差は明確にはならなかったため,次年度以降は音刺激選定の再検討も含めて研究を進める。本研究では,振動加振機上の椅子に被験者を着座させ,振動と音を同時暴露したときの生体反応(心理・生理反応)を測定する実験的研究を行っており,車両や遊戯施設から発生する振動を対象として,振動感覚に及ぼす音の影響を検討することを目的としている。本年度は,まず実験で得られた水平振動の音量・振動感覚曲線(振動と音を同時暴露した時に両者を同等の大きさに感じる等価騒音レベルと振動レベルの関係を示した曲線)を精査し,これまでに実施した鉛直振動の結果との比較を行った。その結果,振動と音を同等の大きさに感じる等感覚音量は,1つの値で定まるものではなく,15dB程度の帯域幅をもつことを明らかにした。また,振動感覚は鉛直振動の方が水平振動よりも大きく,その差は振動レベルで1015dB程度であったことから,鉛直振動の方が水平振動よりも感度が高いことが分かった。次に,振動感覚に与える音量の影響について,前年度よりも設定条件範囲を広げて実験的に検討した。その結果,振動の不快感について,一部の条件で音量が大きくなると不快感が増加する傾向が認められたが,振動単独(振動のみの暴露条件)に対する有意差はほぼ確認できなかった。

最終年度に当たる次年度は,1条件あたりの暴露時間を拡張し,生理・心理反応の経時変化に主眼を置いて実験・分析を進める。また,感覚器が異なる振動と音の優位性について実験的に調べ,振動と音の同時知覚のメカニズムについても検討を進め,研究成果をまとめる予定である。本年度は,水平振動暴露の実験から得られた音量・振動感覚曲線を精査し,これまでに実施した鉛直振動との比較を行った。また,水平振動と鉛直振動の感度について検証した。実験の結果,振動と音を同等の大きさに感じる等感覚音量は15dB程度の帯域幅をもつことが明らかになり,鉛直振動の方が水平振動よりも感度が高いことを示すことができた点はおおむね予定通りの進捗であったといえる。振動感覚に与える音量の影響について検討した結果からは,振動不快感は一部の条件で音量の増加により増加する傾向がみられたが,振動単独に対する有意差はほぼ確認できなかったため,生理反応との関連性を含めた解析も含めて研究を進める。本研究は車両等の振動環境を想定した水平振動を対象として,振動感覚に音が与える影響を検討した実験的研究である。実験は振動と音を同時に暴露し,質問紙調査による心理反応測定と心電図等の生理反応測定を実施した。心理反応はME法と7段階評定法により振動の感覚的強さと不快感を測定し,生理反応測定は心拍数,LF/HF,鼻部表面温度,指尖容積脈波を測定した。前年度までの音量・振動感覚曲線(振動と音を同時に暴露した時に両者を同等の大きさに感じる等価騒音レベルと振動レベルの関係を示した曲線),及び振動と音の同時暴露実験の結果から,一部の条件で音量が大きくなると振動の不快感が増加する傾向がみられたため,等感覚音(振動と音を同等の強さに感じる音量)よりも小さい音量における振動感覚への影響を調べた。振動感覚に及ぼす音の影響について生理反応の時間変化も調べるために,1条件あたりの振動暴露時間を30秒から10分に拡張して実験を行った。心拍数,LF/HF,鼻部表面温度,指尖容積脈波の測定結果から,多くの振動・音条件で安静状態とほぼ同じか副交感神経系が優位に働く傾向がみられた。LF/HFと指尖容積脈波は振動の暴露時間に着目して解析したが,いずれも暴露時間による大きな変化はみられなかった。振動の感覚的強さは振動レベルに比例して増加する傾向がみられ,振動の不快感は振動加速度レベルが増加すると大きくなる傾向がみられた。振動条件が同じ場合,生理反応,心理反応のいずれの結果も本研究で使用した音条件(WN,楽音等)による違いはみられなかった。以上の結果から,本研究で実施した車両環境を想定した水平振動は,生理学的には疲労が発現するほどの大きな生体負担にはなっておらず,心理学的には振動の感覚的強さは音による影響は小さいが,振動の不快感は振動加速度レベルにより振動単独に対して不快感が軽減された音条件が複数認められた。次年度は,心理反応測定に加えて,生理反応測定による水平振動と音刺激の自律神経系への影響調査に重点を置いて研究を進める。振動刺激による生理反応の指標には,自律神経への影響を調べるために,心電図から算出する心拍間隔やLF/HF,皮膚温度変化等の測定を行う予定である。また,基準電極導出法により脳波を測定し,α,β波帯域における周波数解析から振動,音刺激によるストレス反応を測定する。脳波からのストレス反応の評価指標にはα波とβ波のパワー比率を用いる。つまり,α波ブロッキングを捉えることでストレス反応の評価を試みる。
ヘテロメリックCALHM1/CALHM3チャネルによる味覚神経伝達

味細胞へのIn vivoでの遺伝子導入は非常に困難であり、これまで効果的な手法は報告されていなかった。研究代表者グループと生理学研究所との共同研究により、リコンビナントアデノウイルス数種を用いたマウス茸状乳頭味細胞へのIn vivo遺伝子導入を試みた。その結果、アデノウイルスのセロタイプのうち、AAV-DJにおいて最も効果的な遺伝子導入が可能であることが明らかとなった。また、味細胞のうちI型III型の細胞腫全てに遺伝子発現が確認されたことから、これらの細胞種のすべてに本手法が適用可能であることが証明された。遺伝子改変マウスのin vivo解析に先行し、in vitro強制発現系を用いたCALHM1-3ヘテロメリックチャネルの解析を行った結果、糖鎖および脂質の付加による翻訳後修飾がチャネルの膜輸送制御およびチャネル機能調節に関わること、また味細胞のモデルとして用いた極性を有する上皮様細胞において基底膜へ非対称性に膜輸送されることを明らかとした。さらに、CALHM1の可視化が可能となるCalhm1遺伝子改変マウスの作出に成功し、現在当該マウスの免疫組織解析を進めている。CALHM1チャネルが非対称性に膜輸送される現象を明らかとすることができ、味細胞における機能を明らかとするうえで非常に有益な現象をとらえることができた。また、遺伝子改変マウスの作出についても、当初の計画から若干の遅れはあるものの、成功裏に進んでいる。また、味細胞のうちI型III型の細胞種すべてに遺伝子導入が確認されたことから、これらの細胞腫のすべてに本手法が適用可能であることが証明された。論文および学会において本研究成果の発表を行ったところ、味覚研究者からの大いなる反響があったことから、当研究成果が味覚研究に多大な進歩をもたらすものと期待できる。今後、遺伝子改変マウスの解析を進めるとともに、CALHM1チャネルの膜輸送機構について分子基盤を明らかとする。生理学
肝癌化学療法に対する遺伝子治療併用の基礎的研究

Huh7肝癌培養細胞株を用いたIn vitroの系で,CAGプロモーター下にp53を発現するAxCA.p53を用いてp53の5-FUの抗腫瘍作用の増強効果を検討した.p53を有さないAxCA. nullをコントロールとして,MOI 3,10,30でこれらのアデノウイルス感染させた後,培養上清中に5-FUを12.5μmol/L,50μmol/Lで添加し,48時間後の増殖阻止率を検討した.MOI10では,コントロールに比較して32%の増殖抑制効果の差を示したものの,有意差を認めなかった.またMOI30では,74%の増殖抑制効果の差を認め有意差を示した.このことよりp53発現ウイルスベクターにて5-FUの抗腫瘍作用の増強効果を確認できたものもMOIから検討すると現実的ではなく,さらに発現系などの改善が必要であると考えられた.またCMVプロモーター下にマウスIL-12(mIL-12)を発現する組換え型アデノウイルスAd.mIL-12を用い,Huh7肝癌培養細胞を,ヌードマウスに移植し,In vivoで抗腫瘍効果の検討した.AxCA.nullをコントロールとしてAd.mIL-12の直接投与を検討した.腫瘍周囲の注入場所により,抗腫瘍効果が安定せず,手技の安定に時間がかかった.Ad.mIL-12を用いても抗腫瘍作用の増強はコントロールに比較し,+11±8%であり,コントロールを有意な差を認めなかった.また組織学的には,CD8陽性細胞の集積はみられなかった.このことより,IL-12の効果を得ためには,マウス樹状細胞にIL-12を導入し,それを腫瘍周囲に注入するなどの工夫が必要と判断し,マウス樹状細胞にAd.mIL-12を感染させ,検討中である.Huh7肝癌培養細胞株を用いて,5-FUを培養上清中に0,6.25,12.5,25,50,100μmol/Lで添加し48時間後の生細胞をMTT assayにて測定した.増殖阻止率を5-FUを添加していないコントロールと比較して計算した.5-FU濃度6.25μmol/Lでは,18%の抗腫瘍率を示し,濃度依存性に増加し,100μmol/Lでは62%であった.このため,p53発現アデノウイルスの抗腫瘍効果の測定には,12.5μmol/L,50μmol/Lに設定した.遺伝子組み換え技術を用いてCAGプロモーター下にp53を発現するAxCA.p53を作成し,Huh7細胞に感染させ,免疫染色により,コントロールベクターと比較してp53タンパクの発現増強を確認した.またWester blottingにてタンパク発現を確認した.p53を有さないAxCA.nullをコントロールとして,MOI3,10,30でこれらのアデノウイルス感染させた後,培養上清中に5-FUを添加し,48時間後の増殖阻止率を検討中である.MOI3では,有意差はなく,MOI10を検討中である.CMVプロモーター下にマウスIL-12を発現する組換え型アデノウイルスAd.mIL-12を作製した.マウスIL-12の発現は,マウス樹状細胞にAd.mIL-12を感染させ10^5細胞あたりの発現を培養上清中のIL-12p70濃度をELISA法にて測定した.MOI330で検討した結果MOI依存性の産生を確認した.次年度は,5-FUに引き続き,シスプラチンの効果の測定を同測定系で行い,IL-12の作用を検討する予定である.Huh7肝癌培養細胞株を用いたIn vitroの系で,CAGプロモーター下にp53を発現するAxCA.p53を用いてp53の5-FUの抗腫瘍作用の増強効果を検討した.p53を有さないAxCA. nullをコントロールとして,MOI 3,10,30でこれらのアデノウイルス感染させた後,培養上清中に5-FUを12.5μmol/L,50μmol/Lで添加し,48時間後の増殖阻止率を検討した.MOI10では,コントロールに比較して32%の増殖抑制効果の差を示したものの,有意差を認めなかった.またMOI30では,74%の増殖抑制効果の差を認め有意差を示した.このことよりp53発現ウイルスベクターにて5-FUの抗腫瘍作用の増強効果を確認できたものもMOIから検討すると現実的ではなく,さらに発現系などの改善が必要であると考えられた.またCMVプロモーター下にマウスIL-12(mIL-12)を発現する組換え型アデノウイルスAd.mIL-12を用い,Huh7肝癌培養細胞を,ヌードマウスに移植し,In vivoで抗腫瘍効果の検討した.AxCA.nullをコントロールとしてAd.mIL-12の直接投与を検討した.腫瘍周囲の注入場所により,抗腫瘍効果が安定せず,手技の安定に時間がかかった.Ad.mIL-12を用いても抗腫瘍作用の増強はコントロールに比較し,+11±8%であり,コントロールを有意な差を認めなかった.また組織学的には,CD8陽性細胞の集積はみられなかった.このことより,IL-12の効果を得ためには,マウス樹状細胞にIL-12を導入し,それを腫瘍周囲に注入するなどの工夫が必要と判断し,マウス樹状細胞にAd.mIL-12を感染させ,検討中である.
ナノ構造配列および自己集積単分子膜を用いた一分子イメージング法の開発

今年度DC奨励研究費で行った研究の成果は、大きく分けて二つあります。1、ナノ構造配列基板を用いた一分子イメージング法の開発本研究の成果は、計算機シミュレーションを用いて本手法の実行可能性を評価したことである。本手法では、(1)ナノ構造内へのタンパク質1分子固定、(2)固定されたタンパク質と結合できるタンパク質を溶液中に高濃度で浮遊、(3)その結合・解離の様子を1分子観察する。結合・解離の様子を1分子観察するためには、結合の際の蛍光シグナル強度が解離した際の背景光シグナル強度を上回る必要がある。蛍光シグナル強度と背景光シグナル強度ともに、ナノ構造の形状に依存している。また、背景光シグナルは、濃度の増加共に大きくなる。ナノホールの形状と分子濃度をパラメータとして用いて計算機シミュレーションを行い、このシグナル強度と背景光強度の関係を明らかにした。2、自己集積単分子膜(SAM)を用いた一分子イメージング法の開発本研究の成果は、末端基の異なるSAMレジストの電子線照射効果を明らかにしたことである。本手法では、SAMを電子描画用のレジストして用いており、これまでの研究成果の中でSAMの末端基の違いだけで電子線感度が異なるという現象を世界で始めて見つけた。この現象を理解するために、電子線照射システムを複合したシリコン内部反射型赤外吸収装置を開発した。本装置では、真空チャンバー内で電子線照射と赤外吸収評価を同時に行えるため、電子線照射したSAMの組成変化を定量的に評価できる。結果、SAMのアルキル鎖中のCHボンドへのダメージに差が生じていることが明らかになった。今年度の研究成果は、大きく分けて二つあります。・ナノ構造配列基板を用いた一分子イメージング法の開発本研究の研究成果は、10μMの色素を浮遊させた条件で一分子観察が可能なナノ加工スライドガラス基板の作製に成功したことである。ナノ加工スライドガラス基板の作製においては、シミュレーションを用いた理論実験と実際に基板を作製する試作実験を繰り返すことにより、成し遂げられた。シミュレーションを用いた理論実験では、解析ソフトEMFlexを用いてS/N比の最適化を図った。この際、シグナルは検出できる蛍光強度であり、ノイズは背景光ということになる。理論解析の結果、これまで報告されていた構造よりも40nm程度深く高さをとった新構造が良いということが判った。これを基に実際に半導体微細加工技術を用いて基板を作製し、高濃度色素を浮遊させた状態での1分子観察を行った。その結果、上記に示した10μMの色素を浮遊させた条件での一分子観察に成功した。また、モデルタンパク質であるGroELとGroES間の相互作用の解明に向け研究も進めた。GroELのナノ構造上への固定化条件、S/N比の改善を得て、要約相互作用の一分子イメージングが可能になり始めた。国外発表;二件、国内発表;1件・自己集積単分子膜(SAM)を用いた一分子イメージング法の開発本研究の研究成果は、非特異的な吸着を抑制可能なSAMの探索、S側の電子パターニングの条件出し、パターニングしたSAM基板を用いた生体分子の固定条件出しの終了である。非特異的な吸着を抑制可能なSAMの探索に関しては、Gelest社から購入したSAM試薬を用いてシリコン酸化膜上に成膜し、成膜した基板にさまざまな生体分子を浮遊させ、基板上に吸着した量を蛍光顕微鏡を用いて測定した。その結果、OH基を末端に有したSAMが吸着を抑えることを発見し、これを生体分子固定用のテンプレートに応用することにした。次に、OH末端SAMにパターンを作製するために、電子線描画の条件出しを行った。OH末端SAMは現像液である硫酸/過酸化水溶液や希釈緩衝フッ酸に対して耐性を有し、電子照射を行うことにより分子サイズ(18nm)のパターンをOH末端SAMに作製することが可能となった。ここまでの結果を論文にまとめ英国誌Chemical Physics Lettersに掲載された。また、パターニングしたSAM基板上への生体分子の固定条件出しを開始し、250nmサイズのパターン上に生体分子を2.5μm間隔で固定することに成功した。研究論文;1件、国外発表;2件、国内発表;1件今年度DC奨励研究費で行った研究の成果は、大きく分けて二つあります。・ナノ構造配列基板を用いた一分子イメージング法の開発本研究の研究成果は、ナノ加工スライドガラス基板を用いてモデルタンパク質であるGroELとGroES間の相互作用を細胞内濃度条件下でリアルタイム観察し、GroELとGroES間の解離定数を明らかにしたことである。ナノ構造内にIc5でラベルされたGroEL(Ic5-GroEL)を一個づつ固定する手法および固体表面上に固定したGroELの活性を維持する固定化技術を考案した。この基板上に1μM(細胞内濃度と同値)のCy3でラベルされたGroES(Cy3-GroES)を浮遊させ、GroEL-ES間の相互作用を蛍光顕微鏡を用いてリアルタイムに観察した。Cy3-GroESが固定されたGroELに結合および解離した時間をヒストグラムにした。結果、GroESの解離は低濃度条件で明らかにされていたTwo-timer modelを示し、解離定数もほぼ同値であることがわかった。・自己集積単分子膜(SAM)を用いた一分子イメージング法の開発本研究の研究成果は、非特異的な吸着を抑制可能なSAMテンプレート上への生体分子の配列固定化技術を開発したことである。昨年度までに、タンパク質の非特異吸着を抑制可能な末端基がOH基であること、またOH末端SAMへの電子線パターニングは終了している。

今年度は、このテンプレート基板上ヘタンパク質を選択的に固定する試みを行った。タンパク質を固体表面上に固定する際、タンパク質の機能失活が問題となる。機能失活を防ぐためには、固体表面の修飾技術が重要となる。我々は、ストレプトアビジンをクッション分子として使った。結果、パターン外への非特異吸着は抑制された。これにより、GFPを250nmサイズのパターン上に2.5μm間隔で固定することに成功した。今年度DC奨励研究費で行った研究の成果は、大きく分けて二つあります。1、ナノ構造配列基板を用いた一分子イメージング法の開発本研究の成果は、計算機シミュレーションを用いて本手法の実行可能性を評価したことである。本手法では、(1)ナノ構造内へのタンパク質1分子固定、(2)固定されたタンパク質と結合できるタンパク質を溶液中に高濃度で浮遊、(3)その結合・解離の様子を1分子観察する。結合・解離の様子を1分子観察するためには、結合の際の蛍光シグナル強度が解離した際の背景光シグナル強度を上回る必要がある。蛍光シグナル強度と背景光シグナル強度ともに、ナノ構造の形状に依存している。また、背景光シグナルは、濃度の増加共に大きくなる。ナノホールの形状と分子濃度をパラメータとして用いて計算機シミュレーションを行い、このシグナル強度と背景光強度の関係を明らかにした。2、自己集積単分子膜(SAM)を用いた一分子イメージング法の開発本研究の成果は、末端基の異なるSAMレジストの電子線照射効果を明らかにしたことである。本手法では、SAMを電子描画用のレジストして用いており、これまでの研究成果の中でSAMの末端基の違いだけで電子線感度が異なるという現象を世界で始めて見つけた。この現象を理解するために、電子線照射システムを複合したシリコン内部反射型赤外吸収装置を開発した。本装置では、真空チャンバー内で電子線照射と赤外吸収評価を同時に行えるため、電子線照射したSAMの組成変化を定量的に評価できる。結果、SAMのアルキル鎖中のCHボンドへのダメージに差が生じていることが明らかになった。