hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
排気バッファ室付きバルブレスパルス燃焼器の高周波数運転による準定常高温噴流の生成

燃焼器を周波数100Hzでバルブレス運転し、高速度ビデオカメラ(1200コマ/秒)によって排気噴流を直接観察するとともに、排気バッファ室出口から100mmの位置に設置した圧力変換器に排気噴流を直接吹き付けることでよどみ点圧力の時間変化を測定した。なお、使用した燃料はエチレン、酸化剤は酸素、希釈剤およびパージガスはアルゴンである。噴流の定常性は、主として、排気噴流を直接吹き付けた圧力変換器の出力波形によって評価した。排気バッファ室を全く使用しない場合の排気噴流持続時間が約2.5msであったのに対し、排気バッファ室を使用した場合の排気噴流持続時間は運転周期に相当する10msにまで伸びた。すなわち、切れ目なく噴流を取り出すことができた。また、排気噴流のよどみ点圧力の脈動の大きさは、排気バッファ室の体積が大きい場合の方が小さく、また、同じ体積の場合には長さが長い場合の方が小さくなることがわかった。
拡張現実感における注視駆動型情報提示技術の開発

拡張現実感における注視駆動型情報提示を実現するため,接触型・非接触型視線計測技術の改良を行った.非接触型の計測システムでは,複数カメラによる計測を実現し,計測範囲の改善を実現した.また,装着型の計測システムでは,Simultaneous Localization and Mappingを用いて頭部位置を推定し,観測された自然特徴点に関連づけて三次元注視点を推定する手法を確立した.また,従来困難であった頭部装着型装置で計測された注視情報を,環境情報に関連づけて記録し,画像に重畳表示することを実現した.拡張現実感における注視駆動型情報提示を実現するため,接触型・非接触型視線計測技術の改良を行った.非接触型の計測システムでは,複数カメラによる計測を実現し,計測範囲の改善を実現した.また,装着型の計測システムでは,Simultaneous Localization and Mappingを用いて頭部位置を推定し,観測された自然特徴点に関連づけて三次元注視点を推定する手法を確立した.また,従来困難であった頭部装着型装置で計測された注視情報を,環境情報に関連づけて記録し,画像に重畳表示することを実現した.拡張現実感の利用環境は,ウェアラブルコンピュータのような装着型のシステムやヘッドアップディスプレイなどの非装着型のシステム等がある.そのため,平成20年度は拡張現実感における注視駆動型情報提示技術を実現するため,接触,非接触式の視線計測技術の開発を行った.非装着型の計測システムの問題としては,これまで計測範囲が狭くユーザの大きな動きに対応することが困難であることが挙げられたが,本研究では単眼カメラによる顔情報計測システムの技術を発展させ,計測範囲の拡大を行った.これまで単眼カメラで行っていた計測は,アルゴリズムの拡張によって最大の4台のカメラが利用可能となり,観測結果の統合によって高速かつ頑健な顔情報計測を実現した.カメラの配置については,評価実験にて直線や円に沿った配置での動作を確認し,精度は±3[mm], ±3[deg]程度であることを確認した.これにより非装着型のシステムを用いて,車内等の大きな動きが想定される状況での利用も可能と考えている.また,非装着型の視線計測システムとしてはオープンソースソフトウェアであるOpenEyesを用いて視線計測システムを実現した他,ディスプレイ上の注視点に応じて情報を提示するアノテーション機能の実装を行った.アノテーションの提示方法に関しては,画像中の領域の複雑さ定義し,動的な表示を行った.また,開発した評価システムを用いて提示手法の有効性を確認した.今後は,人間の視覚特性を考慮した情報提示手法の提案及び評価を行っていく予定であるウェアラブルシステムにおける注視駆動型情報提示システムの実現を目指し,平成21年度は,装着型視線計測装置を用いて3次元注視点の推定を行った.従来研究で注視点は,視線計測装置に搭載されている環境カメラの画像上の点(2次元)として推定が行われてきた.しかしながら,これでは人が何を見たのかを正確に記録することが困難である.そこで本研究では,環境カメラから取得された動画像を処理し,注視点を画像から得られる自然特徴点と関連づけて記録した.また,注視点情報を自然特徴点で構成された空間上に投影することで3次元位置を推定し,カメラの運動に影響を受けずに記録することが可能となった.頭部位置,姿勢の推定にはロボット工学で研究されているSimultaneous Localization and Mappingを用いているが,単眼カメラで行った場合にスケールを決定することが困難である.計測ごとにスケールが異なると注視判定が困難となることやオブジェクトの描画位置が異なるなどの問題がある.そのため本研究では画像データベースを用いた初期化を行うことでこの問題を解決した.さらに,注視点軌跡の描画方法は様々な手法が提案されているが,人が自由に動く場合は可視化することが困難である.この問題に対しては,環境情報に関連付けされた注視点軌跡を生成し,拡張現実感で用いられるように画像上にカメラの位置姿勢を考量して,重畳表示することで解決した.これによって拡張現実感上のオブジェクトや実空間の対象の注視を記録することが可能となり,注視駆動型情報提示の実現可能性を示す成果が得られた.
震災復興のための国立公園における環境ガバナンス変容に関する研究

種差海岸は馬の放牧など伝統的な土地利用に基づいてつくられた自然景観である。馬の放牧終了後、その美しさの保持には住民による管理が不可欠であり、八戸市内の多様な主体の参加により意思決定と作業が実行されてきた。この管理継続の要因は基礎自治体が主導権を発揮しやすい国の名勝制度が用いられたことに起因している。震災後、種差海岸は国立公園に指定され、以前のガバナンスを変更しなければならない可能性が生じた。しかしながら国立公園当局者側は、種差海岸のこれまでのガバナンスの有効性を明確に認識しており、これまでのガバナンス体制を保持・強化に取り組んでおり、国立公園においても参加型ガバナンス構築の可能性が示唆された。国の名勝であり青森県立自然公園に指定されていた種差海岸は2014年、三陸復興国立公園として正式に編入された。編入による影響が経済的・環境的に地域にどのように影響を与えるかを検討する上で、本年は震災以降の種差海岸を取り巻くステークホルダーの動向を追跡し、さらに将来の集客利用を踏まえてどのように現地において対応がなされているかを中心に調査を行った。第一に現地においては青森県から福島県に至るロングトレイルとしての「みちのく潮風トレイル」あるいはその他の公園施設の設置に先立ち合意形成のために会議や踏査がなされるなど多様なステークホルダーの参加による意思決定が試みられている。もちろん、完全なる全員一致は望むべくは無いものの、議論を経て意思決定がなされており、その過程そのものを対象に調査を行った。決定までの時間の短さ、利用促進に傾きがちではないかなどの疑問点も呈されており、迅速な震災対応の必要性とはいえ、注意すべき点も明らかとなった。第二に二次的自然景観としての種差海岸維持にかかわる取り組みに関わり、馬の放牧再開を志す地域の取り組みやクロマツ林等の伐採・利用に関わる資源利用と震災の関係に関する調査を実施した。これらについて国立公園としては種差海岸より南部になるが岩手県内の沿岸森林管理にかかわる調査結果を論文・共著書として発表した。第三に海外における自然公園利用にかかわる先進事例調査としてヨーロッパの地域性自然公園において公園指定や資源利用が地域生活に及ぼす影響について調査を行った。国の名勝・県立自然公園である種差海岸は、震災・津波からの復興を目的に新設の三陸復興国立公園への編入が決定した。この編入が経済的・環境保全的側面から、地域にどのような影響を与えるかを検討するうえで本年は現地の資源管理の状況を正確に把握し、記録することに努めた。我が国の自然公園は公的主体が所有権を持たず範域を指定する「地域制」故に、その管理には多様なステークホルダーの協働によるガバナンスの形成が不可欠であり、本研究の対象地である種差海岸は馬の放牧により形成された芝生草原などの里山的生態系を特徴とし、人為による植生管理が欠かせず、その実行には意思決定・費用負担などの環境ガバナンスが不可欠である。以上のことから復興と環境保全を両立しうる自然公園における環境ガバナンスのあり方を解明することを目的とし、第一に「計画策定段階からの参画の必要性、各主体に求められる役割、費用分担、管理運営組織の育成の考え方」を明らかにするために、地域のステークホルダーへの聞き取り調査を重点的に実施した。その結果、対象地域では国の名勝指定を根拠に、管理方針を決意するための会議を八戸市教育委員会が主催し、ステークホルダーのラウンドテーブル会議が開催されていることが明らかとなった。予備調査を含めステークホルダーへの聞き取りを重点に調査を行った結果、詳細な現地の環境ガバナンスの有様を明らかにすることができたことから、共著書に事例として発表をした。第二に本研究対象地のような地域性自然公園における持続可能な資源利用と住民参加によるガバナンス形成について学ぶべくドイツを訪問し、持続可能な地域資源利用とりわけ震災復興において注目されている再生可能エネルギー利用における住民参加と資源管理ガバナンス形成について事例調査をおこなった。東日本大震災の被災地であり、また国の名勝・県立自然公園でもあった青森県八戸市種差海岸は、津波からの復興を目的に新設の三陸復興国立公園に編入された。この編入のもたらす影響を解析することが本研究の目的であった。具体的には我が国の国立公園は国が所有権を持たず範域を指定する「地域制」故に、その管理には多様なステークホルダーの協働によるガバナンスの形成が不可欠であり、その形成可能性について調査することが中心となった。くわえて対象地は馬の放牧により形成された芝生草原などの里山的生態系を特徴とし、人為による植生管理が欠かせず、その実行には意思決定・費用負担などの環境ガバナンスが不可欠であるものと位置づけられた。調査の結果、国立公園編入以前の状況としては、地域住民、観光関係者、基礎自体行政等の協働により二次的景観の保全が継続されていたことが明らかとなった。

また編入以前に調査地に適用されていた県立自然公園と国の名勝という二つの保護制度のうち、より地元ステークホルダーの関与が得やすい名称の制度を通じて意思決定がなされるなど地域環境ガバナンスが形成されていたことも明確となった。国立公園指定後、知名度の向上や施設整備の影響もあり入込客の集客範囲が増え、また地元主体による体験学習メニューが整備されるなど公園サービスの向上が明らかとなった。しかしながら名勝制度を通じた協議体制は国立公園化に伴い解消され、地域のステークホルダー間の情報交換や協働体制の構築に障害が生じていることも明らかとなった。こうした状況に鑑み、地域に配置された自然保護管と調査者が協働し、研究の成果を紹介しながら、地域のスタークホルダーが集うプラットホームを再構築し、地域環境ガバナンスの向上を実現できた。このほか国内外の類似のガバナンス形成の事例収集に努めた。森林政策学種差海岸の国立公園編入についての地元自治体・観光関係者・環境保全系NPOなどこれまで種差海岸の二次的自然環境保全にかかわってきたステークホルダーの意向や動向などについて把握することができた。基本的に公園編入に対しては好意的であり、自然環境保全と公園指定を期に拡大が予想される観光利用との共存をいかに実現するという問題意識が共有されている点なども確認された。また観光関係者は歴史的な海岸利用である馬の放牧再開を観光資源として位置づけるべく新たな取り組みを開始している。さらに地域において公園施設としてのビジターセンターの在り方を検討する中で、公園管理と自然資源管理を一体化できるよう地域のステークホルダー間での話し合いがもたれるなど研究開始当初の問題意識を地域の関係者がアダプティブに解決していこうとしている状況などを把握できたことも一定の成果である。また公園に存する資源としてのクロマツなど木材利用等について現地のみならず三陸地域全体として抑えることができたことも成果の一部といえよう。国の名勝・県立自然公園である種差海岸は、津波からの復興を目的に新設の三陸復興国立公園に編入されることとなったが、編入前時点における環境ガバナンスがいかに構築され、機能しているかについての把握はおおむねできたものと考えている。詳細には対象地は馬の放牧により形成された芝生草原などの里山的生態系を特徴とし、人為による植生管理が欠かせず、その実行には意思決定・費用負担などの環境ガバナンスが不可欠であり、それが地域住民による牧畜的利用による外部経済効果として実施されてきた構造が崩壊し、保全目的そのものをずらしながら、あらたなステークホルダーとして観光関係者、環境保全に関心ある市民、林業関係者、行政などの多様な主体による管理に置き換えられてきたことを把握できた。以上のことから国立公園編入を控えた現地における環境ガバナンスのあり方を解明することは実現できたものといえるだろうしかしながら昨年度の時点ではいまだ流動的部分も多かった、国立公園編入後に起きうるであろう状況の変化あるいはその予測部分については、関係者もまだ情報不足であり、次年度以降の課題として持ち越すことになった。具体的には国立公園化が地域に何をもたらすのかについて、まだステークホルダーが明確なイメージを持てていないのが現状であり、今後事業の進展とともに聞き取りを継続する必要がある。
局所構造解析による金属錯体の溶液内反応動態の研究

昭和6263年度にわたって実験室系EXAFS装置の光学系、検出系、及び解析系を試作導入した。光学系に関しては本学部に設置される回転対陰極のX線発生装置を使用する、検出系関しては平成2年4月に試作予定のHamamatsuフォトニクス製の半導体リニアアレイ検出器を用いるなどの今後検討すべき課題を残した。一方、解析ソフトの開発は順調に進み、(1)解析のすべてをパソコン上で可能にする、(2)グラフィックを駆使したビジュアル感覚の解析ができる、(3)わずかなキ-入力以外はすべてマウス操作で行なえ解析効率が高く、パソコン対解析者のコミュニケ-ションを容易にする、(4)フ-リエ変換に基数2のFFTル-チンを採用し、演算速度を高めるなど、解析系に関しては多くの新しい試みを行った。EXAFS法を通常のUV,IRを測定する感覚で容易に操作・測定・解析できるスタティク実験室系EXAFS装置を試作し、錯体化学・溶液化学領域への適用を試みるという本研究のひとつの目的が達成された。動的EXAFS法に関しては、上記スタティク実験室系EXAFS装置にX線吸収用ストップドフロ-装置を組み込み右図のようにすべて完成した。この装置を用い、世界ではじめて溶液内電子移行反応をX線吸収スペクトルの時間変化として追跡することに成功した。今後は実験室レベルでの強力なX線源の開発と検出器の改良により、動的EXAFS法が時間分解局所構造解析法として有力な手段となることが期待される。本年度は主に実験室系EXAFS装置の(A)試作・導入及び(B)測定・解析時間の短縮化,装置のシステム化の二点に焦点を絞って研究を遂行した.全体の構成図を右に示す.(A)X線発生装置は,フィリップス社製高性能ファインフォーカス型(W又はMoターゲット)を使用した.検出器は高感度冷却型マルチチャンネルの為高速時間測定(20ms/1024Ch)が可能である.まず性能チェックの為510μ厚のFe,Co,Ni,Cu箔のEXAFSスペクトルを測定した.ラボのEXAFS測定での一番の問題点はX線の質(高調波の混入)と量(強度)の調和である.Wターゲット使用時のときは,多くの金属のスペクトルにおいて特性X線が重なり(特にNi系),解析に支障をきたす.そのような時は強度(I=kiZV^2)の点でWより弱いがMoを用いた.(B)ゴニオメータ部等は,すべてコンピュータライズされており,操作は簡便で高精度である.たとえば5μのCu foilでは, gate time 2s,積算100回で解析に耐え得るdataがとれた.今後,各金属foilの基礎dataを蓄積し,さらに実際の粉末・液体試料の測定を試みる.またグラッフィクスに重きをおいた解析ソフトの開発にも留意したい.以上,試作にかなり手間どったが,今後も(1)光学系, (2)検出系, (3)データ処理系の開発・整備への地道な努力が軽視されてはならないと思う.Staticな実験室系EXAFS装置の光学系、検出系に関してはほぼ完成しているが、解析ソフトに若干改良の余地がある。マイコンでの解析、大型計算機センターと研究室をON LINEでつないで行なう解析の2通りの方法を試みている。また、現在稼動中の実験室EXAFS装置の光学系に関しては問題は特にないがX線強度が弱いので結晶による集光、検出器の高感度化が必要である。パルスX線源に関しては予備的実験のみを行なった。その結果、μsからmsの瞬時の強力X線は発生できるが、EXAFS装置のパルスX線源としては、ポイントフォーカスを得ることができず、分解能が著しく落ちるなどの問題があり、実用化が困難であることが判明した。今後の改良にはかなりの手間と金額が必要である。但し、この線源はパスルX線源としては使えそうである。現在、これにかわるものとして溶液急速凍結装置の導入を考えている。以上、X線源、検出系、データ処理系の改良

・試作に手間どり、実際の反応系に本装置を適用する段階にはまだいたっていないが、さらに努力する所存である。並行して進めている、各種溶液内反応の動態解析の研究は進歩している。昭和6263年度に完成した実験室系EXAFS装置の光学系と検出系の改良をまず検討した。前者に関しては本学部に設置される回転対陰極のX線発生装置を使用すること、後者に関しては今後の検討課題にすることにした(平成2年4月にHamamatsuフォトニクスから入手予定)。一方、解析ソフトの開発は順調に進み、(1)解析のすべてをパソコン上で可能にする、(2)グラフイックを駆使したビジュアル感覚の解析ができる、(3)わずかなキ-入力以外はすべてマウス操作で行なえ解析効率が高く、パソコン対解析者のコミュニケ-ションを容易にする、(4)フ-リエ変換に基数2のFFTル-チンを採用し、演算速度を高めるなど、解析系に関しては多くの新しい試みを行った。EXAFS法を通常のUV、IRを測定する感覚で容易に操作・測定・解析できるスタティク実験室系EXAFS装置を試作し、錯体化学・溶液化学領域への適用を試みるという本研究のひとつの目的が達成された。動的EXAFS法に関しては、上記スタティク実験室系EXAFS装置にX線吸収用ストップドフロ-装置を組み込み右図のようにすべて完成した。この装置を用い、世界ではじめて溶液内電子移行反応をX線吸収スペクトルの時間変化として追跡することに成功した。今後は実験室レベルでの強力なX線源の開発と検出器の改良により、動的EXAFS法が時間分解局所構造解析法として有力な手段となることが期待される。
遺伝子改変マウスを用いた大脳基底核変性疾患の病態機能生理学

本年度は線条におけるシナプス可塑性の役割に注目した。その理由は線条体が大脳皮質の全ての領野から感覚、運動その他の行動に関する全ての情報を受けて、その処理の結果を大脳基底核の諸核から、視床、そしてまた大脳皮質へと伝えるループを形成していること、そのループの機能の異常の理解にシナプス可塑性が重要な働きをしていると考えられるからである。その過程で本年度は以下の2点の事実が明らかとなった。(1)線条体cholinergic interneuronのシナプス可塑性。線条体cholinergic neuronにおいてグルタミン酸シナプスにおけるEPSPのLTPが起こると同時に、テタヌス刺激後線条体の他のGABAニューロンを介した抑制性シナプス後電位(IPSP)がcholinergic interneuronに入るようになることが明らかとなった。すなわち、disynaptic IPSPのfailure rateが減少し、presynapticなLTPを惹起すことを明らかにした。EPSPのLTPの機序については、カルシウムチャネルからのカルシウム流入とドーパミンD5受容体の活性化が必要であることがわかった。この二重に起こる可塑性がサルで見られた条件付け感覚応答の機序ではないかと考えられた。(2)線条体GABA/parvalbumin interneuronにおけるシナプス可塑性とmediumspiny neuron。このニューロンは非常に速い発火を示し、この細胞同士が互いにgap junctionにより電気的に結合していることから、線条体の情報処理上極めて重要な細胞であると考えられている。我々は、この細胞が白質のテタヌス刺激によりEPSPのLTPを示すことを見出した。しかも、medium spiny neuronとの同時記録により常にこのニューロンからmedium spiny neuron方向に脱分極性のIPSPを与えること、したがってテタヌス刺激により見掛け上のLTPをmedium spiny neuronに惹起すことを見出した。
インスリン受容体2段階切断機構がもたらす病態メカニズムの解明

可溶性インスリン受容体(soluble Insulin Receptor; sIR)はヒト血液中に存在し、その濃度は血糖値に比例する。我々はカルパイン2がエクソソーム系を介して細胞外でインスリン受容体βサブユニットを切断し、さらにγセクレターゼが細胞膜通過ドメインを切断することを明らかにした。インスリン受容体の切断はインスリンシグナルを抑制し、切断の阻害はインスリンシグナルを回復した。抗糖尿病薬であるメトホルミンはインスリン受容体の切断を抑制した。さらに、2型糖尿病患者において血中sIR値はインスリン感受性と負に相関した。一方で、女性ホルモンがインスリン受容体の切断を促進する可能性も示した。インスリン受容体はインスリン結合部位であるαサブユニットとチロシンキナーゼドメインを持つβサブユニットからなり、インスリンが結合すると細胞内インスリンシグナルを活性化しインスリン作用を発揮する。我々は、インスリン受容体細胞外ドメインがヒト血中に遊離し可溶化していることを発見し、可溶性インスリン受容体(soluble Insulin Receptor; sIR)と名付けた。この分子のELISA測定法を独自に確立し、糖尿病患者群において健常者群より血液中のsIRが有意に増加していることを見出した。すなわち、sIRは生体の血糖値の水準を反映して血中および尿中の濃度が変動するため新たな血糖値マーカーとしての可能性を有している。一方、細胞レベルではある種のタンパク質分解酵素が細胞膜上でインスリン受容体を切断し、高グルコース(高血糖)状態がこれを促進していると予想された。我々はこの分子機構を解明するためインスリン受容体切断のモデルとなる培養細胞系の構築を行った。本研究では、インスリン受容体切断モデル培養細胞系を用いてインスリン受容体の切断を担うカルシウム依存性蛋白分解酵素の同定に成功し、本酵素が細胞外でインスリン受容体を切断する背景を明らかにした。さらに、インスリン受容体は細胞外での切断に続いて細胞膜通過ドメインが切断されることを分子生物学的に証明した。前者はshedding、後者はregulated intramembrane proteolysis (Rip)と呼ばれ生化学的に既に知られた事象であるが、本研究成果はインスリン受容体二段階切断モデルを分子生物学的に実証するものとなった。本年はカルシウム依存性蛋白分解酵素を同定し、その細胞外での働きを実証することによりインスリン受容体二段階切断仮説を分子生物学的に証明できた。さらに、本成果はインスリン抵抗性改善剤の新たな作用機序の解明の一端に進展しており概ね順調に進展していると考えている。インスリン受容体はインスリン結合部位であるαサブユニットとチロシンンキナーゼドメインを持つβサブユニットからなり、細胞外でインスリンが結合すると細胞内インスリンシグナルを活性化しインスリン作用を発揮する。我々は、インスリン受容体の細胞外ドメインが切断され可溶性インスリン受容体(soluble Insulin Receptor; sIR)が血清中に存在していることを世界で初めて報告し、この分子のELISA測定法を確立することにより、治療中を含む糖尿病患者群において健常者群より血中のsIRが有意に増加していることを見出した(Diabetes, 2007)。先行する基礎研究においてヒト培養細胞株(HepG2)を用いて本事象を再現するin vitro系を構築し、インスリン受容体が細胞膜上で切断されsIRを産生していることを証明した(Yuasa et al.,BBRC, 2014)。本年は、in vitro系の詳細な解析により、インスリン受容体はカルシウム依存性プロテアーゼであるカルパイン2により細胞外で切断され、続いてγセクレターゼにより細胞膜通過ドメインで切断されるという二段階の切断を受けていることを証明した。本来細胞内に局在するカルパイン2はexosome系によって細胞外に分泌されていることも示した。同時にインスリン受容体の切断はインスリン抵抗性の要因となることを示した。臨床医学的にはインスリンクランプ法を用いて血中sIR値が2型糖尿病患者のインスリン感受性と負に相関することを報告した(Yuasa et al.,Diabetologia, 2016)。インスリン受容体の切断とそれがもたらすインスリン抵抗性の分子機構について、その全容を明らかにし報告することができたため概ね順調に進展していると考えている。前年度までに本事象を再現するin vitro系(Yuasa et al.,BBRC, 2014)を用いてインスリン受容体の切断分子機構を明らかにした。すなわち、インスリン受容体はカルパイン2により細胞外で切断され、続いてγセクレターゼにより細胞膜通過ドメインが切断されるという二段階の切断を受けていることを証明した。これは、インスリンクランプ法を用いて血中sIR値が2型糖尿病患者のインスリン感受性と負に相関することと一致した(Yuasa et al.,Diabetologia, 2016)。本年度は、妊娠においてインスリン受容体の切断が果たす役割について、分子メカニズムに関する基礎研究と臨床研究を並行して行った。血中sIR値が血糖値非依存性に高値を示す群が女性優位であることから、月経周期によりsIR値が変動する可能性を見出した。さらに、妊婦血清中のsIR値は女性ホルモンとのみ正に相関しており、血糖値や体重といった他のマーカーとは相関を認めなかった。in vitro系では、女性ホルモンが培養液中sIRを増加させインスリン抵抗性を惹起していることが確認された。

妊娠糖尿病は妊娠時にはじめて指摘される糖代謝異常であり、胎盤性ホルモンにより惹起されるインスリン抵抗性がその主因とされるがその病態の解明は不十分であったが、女性ホルモンがインスリン受容体の切断を介してインスリン感受性を調節する可能性を示唆する知見が得られた。可溶性インスリン受容体(soluble Insulin Receptor; sIR)はヒト血液中に存在し、その濃度は血糖値に比例する。我々はカルパイン2がエクソソーム系を介して細胞外でインスリン受容体βサブユニットを切断し、さらにγセクレターゼが細胞膜通過ドメインを切断することを明らかにした。インスリン受容体の切断はインスリンシグナルを抑制し、切断の阻害はインスリンシグナルを回復した。抗糖尿病薬であるメトホルミンはインスリン受容体の切断を抑制した。さらに、2型糖尿病患者において血中sIR値はインスリン感受性と負に相関した。一方で、女性ホルモンがインスリン受容体の切断を促進する可能性も示した。インスリン受容体二段階切断機構の分子生物学的実証に基づき、今後はその全体像の解明を進める。具体的には、インスリン受容体の切断を担うカルシウム依存性蛋白分解酵素の細胞外局在機構の詳細を明らかにする。一方、本年の成果を踏まえ臨床研究にも着手し検体の収集を開始する。in vitro系で明らかになったインスリン受容体の切断によるインスリン抵抗性機序を踏まえて、予定していた臨床研究を推進していく。生化学分子生物学糖尿病学予定していたin vitro系の検討事項について一部実施できていない実験があるため。一部予定していたin vitro実験が必要なくなったため。未検討の事項につき順次実験を進めていく。実験計画を改め新たな方法論によるin vitro実験を実施する。
子宮頸癌発生に関わるp72遺伝子の臨床検体における発現および細胞株における強制発現

p72発現量を、頸癌、正常子宮頸部の間で比較を行った。結果、両者の間に変化は見られず、他法を用いた結果とは異なる結果となった。また、p68、β-カテニンの発現を、頸癌、正常子宮頸部において比較したところ、p72とp68、β-カテニンの発現と相関は明らかではなかった。p72は、頸癌発生と必ずしも相関しているとは結論できなかった並行して行った、p72を強制発現する株を用いた実験では、p72の発現と関連して変化する約20個の蛋白を検出した。さらにこれらの蛋白より、癌の進展に直接関与する蛋白の同定を進めている。今年度の計画においては、まずp72遺伝子の発現を、子宮頸癌の他の組織においても確認するため、子宮頸癌16例(角化型扁平上皮癌、非角化型扁平上皮癌)において、p72遺伝子の発現量をreal-timePCRを用いて測定し正常の子宮頸部上皮20例と比較を行った。結果p72の発現量は角化型扁平上皮癌、非角化型扁平上皮癌ともに正常上皮に比べて優位な発現量の変化は見られず、マイクロアレイを用いて検出を検索とは異なる結果となった。これの原因については実験の手法や検出感度の差異が考えられ、結果の妥当性について検討を行う必要がある。また、関連遺伝子であるp68、β-カテニンについてp72の発現を解析するため免疫染色法を用いて子宮頸癌20例、正常子宮頸部上皮20例をもとに同一切片上で比較検討を行ったところ、p72蛋白の発現には染色上正常上皮に比べ発現低下を認めたが、その発現量はp68、β-カテニンの発現と相関は明らかではなかった。これらと並行してp72を強制発現させた場合の変化について、子宮頸癌細胞株Helaに遺伝子導入を行う実験も進めており、現在までにp72を有意に強制発現する株の作成に成功している。今後この細胞株を用いて増殖速度、浸潤に関する解析を非強制発現株と比較しつつ行っていく予定である。以上の実験について今年度は発表されなかったが、21年度中に産婦人科学会及び雑誌上で報告できる準備を現在進めている。今年度、p72蛋白の発現を、免疫染色法を用いて解析する実験を引き続いて進めた。子宮頸癌及び正常子宮頸部に加え、前癌病変である子宮頸部異形成においても検討を加えたところ。異形成の段階においてもp72に発現低下がみられ、その傾向は病変の程度、つまり癌への進行とも相関があることが示唆された。この結果はp72が異形成の段階での癌への進行を予測する因子となり得ることを示唆し、異形成での癌への進行とp72発現の相関の解析を進めている。また、関連遺伝子であるp68、β-カテニンについて免疫染色法を用いて同一組織内での比較を行ったが、癌においても前癌病変においても発現の有意な相関は見られず、これら関連遺伝子と発癌の関係や、p72が頸癌発生に及ぼす経路については未だ判明していない。これらと並行してp72を強制発現する株を用いた実験では、非強制発現株との2次元電気泳動を用いた蛋白発現の比較を行い、p72の発現と関連して変化する約20個の蛋白を検出した。以上の実験についての発表については未発表であるが、解析が終了次第順次、22年度中の産婦人科学会及び雑誌上で報告できる予定である。
マウス網膜神経変性後の自殺遺伝子導入胚性幹細胞による神経再生と腫瘍化の抑制

研究成果が5編の論文として国際雑誌に掲載された。これら論文には、基礎研究としての海馬神経細胞、眼球光彩色素細胞の研究も含まれる。OCT-4遺伝子プロモーター下流に自殺遺伝子thymidine kinaseを挿入したES細胞(OCT-TK-ES細胞)を3次元培養し、ganciclovir投与により選択的に未分化ES細胞の増殖を抑制し、神経分化蛋白発現の変化を検索し、ganciclovir投与により未分化細胞成分のみが除去され、神経分化を示すことが示された。正常な臓器や組織に障害をきたした際、その失われた機能を取り戻すため、様々な臓器・組織の再生が研究されている。なかでも網膜を含む神経組織再生の試みは近年注目されているものの、実際の臨床応用に関しては進んでいない。神経組織に関してはその構造の複雑さ故に、未だ、生体内での機能を伴った神経組織の再生の報告はほとんどない。実際、in vitroでの知見が必ずしもin vivoでは、実現できていない。その理由の一つとして、胚性幹細胞(ES細胞)を組織再生に利用した場合、しばしば奇形腫として正常組織まで破壊して腫瘍性増殖をきたすことがあげられる。ES細胞移植後の腫瘍発生を抑制するため、自殺遺伝子thymidine kinaseをES細胞の未分化維持に関わるOCT-4遺伝子プロモーター下流に挿入したES細胞を網膜移植に使用し、移植後、網膜に定着した時点でganciclovirを投与して未分化状態の腫瘍性ES細胞を除去し、より純粋な神経組織成分からなる網膜の再生を最終目的として研究を進めることとした。平成19年度はOCT-4遺伝子プロモーター下流に自殺遺伝子thymidine kinaseを挿入したES細胞(OCT-TK-ES細胞)を3次元培養し、その後、ganciclovir投与により選択的に未分化ES細胞の増殖を抑制し、アポトーシスあるいは分化誘導について、遺伝子発現、神経分化蛋白発現の変化を検索した。3次元培養されたES細胞は、ganciclovir投与により未分化細胞成分のみが除去され、神経分化を示すことが示された。臓器や組織に機能障害をきたした際、様々な臓器・組織の再生が研究されている。平成20年度の実績として、研究成果が3編の論文が国際雑誌に掲載された。さらにOCT-4遺伝子プロモーター下流に自殺遺伝子thymidine kinaseを挿入したES細胞をマウス網膜に移植し、その後、ganciclovir投与により選択的に未分化ES細胞の増殖を抑制しうるかどうか、またganciclovir投与により未分化細胞成分のみが除去され、神経分化を示すか否か、動物実験を行い、結果を組織学的に解析している。
イノシトール3燐酸レセプターの微細局在とその制御機構

1)マウス小脳より精製されたイノシトール1,4,5-3燐酸レセプター(IP3R)に対するモノクローナル抗体を用いて、免疫細胞化学的および免疫化学的にIP3Rの細胞内微細局在について検討した。モノクローナル抗体の内の一つ(4C11)は、成熟マウスの血管内皮細胞、平滑筋細胞、表皮角化細胞において、IP3RあるいはIP3Rに極めて類似した240kDの蛋白質と反応した。また、凍結超薄切片上のコロイド金による標識は、平滑筋細胞を除いて細胞内のオルガネラには認められず、細胞膜の小陥凹であるカベオラ(caveola)に集中して観察された。2)培養血管内皮細胞を膜不透過性のビオチン化試薬で処理したのち、膜蛋白質を可溶化して固定化ストレプトアビジンで回収すると、240kD蛋白質は回収画分、すなわちビオチン修飾を受けた画分に見出された。これにより、240kD蛋白質が細胞表面に露出していることが証明された。3)培養マウス角化細胞株(PAM212)およびウシ大動脈内皮細胞においては、240kD蛋白質はアクチン線維の一部に沿って分布することが認められた。4)細胞膜カルシウムポンプ(カルシウムATPase)に対するポリクローナル抗体を作成し、細胞内微細局在について検討した。その結果、血管内皮細胞、平滑筋細胞含む種々のマウス細胞において、細胞膜カルシウムポンプがカベオラに局在することが明らかになった。5)240kD蛋白質の機能は現段階では不明であるが、IP3Rとの類似性から考えて、カルシウム流入に関与している可能性がある。今回の研究結果は、カベオラが細胞膜を介したカルシウムの出入を司るオルガネラであることを強く示唆する。マウス小脳より精製されたイノシトール1,4,5-3燐酸レセプター(IP3R)に対するモノクローナル抗体を用いて、免疫細胞化学的および免疫化学的にIP3Rの細胞内微細局在について検討した。1)成熟マウスの表皮角化細胞、血管内皮細胞、平滑筋細胞の凍結超薄切片を作成し、コロイド金免疫電顕法により検索した。その結果、IP3RあるいはIP3Rに極めて類似した240kDの蛋白質は、平滑筋細胞を除いて細胞内のオルガネラには認められず、ほとんど細胞膜にのみ存在した。しかも大部分の標識は、細胞膜の小陥凹であるカベオラ(caveola)に集中した。2)上記の240kD蛋白質が細胞表面に露出していることを免疫化学的に検索した。すなわち、培養血管内皮細胞を膜不透過性のビオチン化試薬で処理したのち、膜蛋白質を可溶化し、固定化ストレプトアビジンで回収した。対照として用いた小胞体の蛋白質はビオチン修飾を受けないことから、この実験の有効性が確かめられた。240kD蛋白質は回収画分、すなわちビオチン修飾を受けた画分に見出され、細胞表面に存在することが証明された。3)マウス角化細胞株(PAM212)およびウシ大動脈内皮細胞を培養し、240kD蛋白質の分布を蛍光抗体法により観察した。PAM212においては細胞間接着面に存在し、アクチン線維束が同部位に形成されるとともに集中の度合が増した。ウシ大動脈内皮細胞では、アクチン線維の一部に沿って分布することが認められた。以上の結果より、240kDのIP3R様蛋白質が細胞膜カベオラに局在することが証明され、またアクチン線維との関連が示唆された。

1)マウス小脳より精製されたイノシトール1,4,5-3燐酸レセプター(IP3R)に対するモノクローナル抗体を用いて、免疫細胞化学的および免疫化学的にIP3Rの細胞内微細局在について検討した。モノクローナル抗体の内の一つ(4C11)は、成熟マウスの血管内皮細胞、平滑筋細胞、表皮角化細胞において、IP3RあるいはIP3Rに極めて類似した240kDの蛋白質と反応した。また、凍結超薄切片上のコロイド金による標識は、平滑筋細胞を除いて細胞内のオルガネラには認められず、細胞膜の小陥凹であるカベオラ(caveola)に集中して観察された。2)培養血管内皮細胞を膜不透過性のビオチン化試薬で処理したのち、膜蛋白質を可溶化して固定化ストレプトアビジンで回収すると、240kD蛋白質は回収画分、すなわちビオチン修飾を受けた画分に見出された。これにより、240kD蛋白質が細胞表面に露出していることが証明された。3)培養マウス角化細胞株(PAM212)およびウシ大動脈内皮細胞においては、240kD蛋白質はアクチン線維の一部に沿って分布することが認められた。4)細胞膜カルシウムポンプ(カルシウムATPase)に対するポリクローナル抗体を作成し、細胞内微細局在について検討した。その結果、血管内皮細胞、平滑筋細胞含む種々のマウス細胞において、細胞膜カルシウムポンプがカベオラに局在することが明らかになった。5)240kD蛋白質の機能は現段階では不明であるが、IP3Rとの類似性から考えて、カルシウム流入に関与している可能性がある。今回の研究結果は、カベオラが細胞膜を介したカルシウムの出入を司るオルガネラであることを強く示唆する。
RCT肉腫株細胞の自己分泌サイトカインとくに血管内皮透過性の変化と転移抑制法

(1)マウス未分化肉腫由来のRCT(+)高肺転移株およびRCT(-)低肺転移株の両株において、Zymographyにより、ゼラチナーゼ産生能の差異を明らかにした。各種の線維芽細胞(胎児、皮膚、肺由来)を分離樹立し、線維芽細胞によりRCT肉腫のゼラチナーゼ産生能が調節されていることを解明した。本腫瘍の発生母地である皮膚由来の線維芽細胞とRCT(+)の混合培養は他の線維芽細胞との混合栄養と比較して有意にゼラチナーゼ産生能を上げ、そのゼラチナーゼは105Kdであることを証明した。RCT(+)はRCT(-)と比較し105Kdのゼラチナーゼ産生能により基底膜への浸潤能および遊走能が有意に高くなっており(浸潤能p=0.0047、遊走能p=0.0078)、それが両株の転移能の差の一因となっていると考えられた。(2)RCT(+)およびRCT(-)と各種の血管内皮細胞との重層培養により、腫瘍細胞の浸潤能の差異を明らかにした。細胞蛍光標識法による接着能では、RCT両株ともに転移の標的臓器である肺由来が高かった。特に、RCT(+)と能由来血管内皮細胞の接着率では60.4±5.2%、肝由来62.8±4.1%、肺由来では70.3±10.4%と有意に肺由来で高かった(p<0.01)。血管内皮細胞の培養上清にたいする遊走能に関してはRCT(-)の場合、各臓器に対し差は認めないが、RCT(+)においては浸潤能と同様に肺由来で有意に高かった(p<0.01)。このことは転移の臓器特異性に関与していると考えられる。また、RCT両株の培養上清中のIL-1、IL-6、GM-CSFのサイトカインをELISA法にて測定し、RCT(+)はRCT(-)に比べサイトカインの自己産生能が多いことを明らかにした。これらサイトカインにより処理された血管内皮細胞は腫瘍細胞との接着率を最大10.3%引き上げた。このことも、両株の転移能の差の一因となっていると考えられた。
マラリアワクチン開発の基礎的研究

マラリアは今なおコントロールが困難な世界再大規模の感染症であり、年間300万人もの生命を奪い続けている。マラリア原虫は宿主の防御免疫を回避する機構を備えており、例えば、抗原の多様性、抗原の変異が良く知られている。またマラリア患者では強力な免疫抑制も認められ、これらのメカニズムは感染に対する終生免疫が得られにくい、あるいはワクチンの開発が困難となっている要因である。マラリアにおける免疫回避機構を解明することはマラリア撲滅への足掛かりとなりうる。本プロジェクトでは上記知見を基盤とし、マウスのマラリアモデルにおいて免疫抑制に焦点を絞りその詳細を解明することを目的とする。とくに、近年報告された、CD4^+TCD25^+制御性T細胞の関与を中心に検討した。マウスのマラリア原虫Plasmodium yoelii (Py)の致死感染を起こす強毒株(PyL)と一過性感染を起こす弱毒株(PyNL)を感染させたマウスにおける免疫応答を原虫に対する特異抗体価、増殖反応で検討した。マラリア原虫感染マウスにおける、制御性T細胞を解析した。また感染に先立って制御性T細胞を除去することで、生体内でのこの細胞群の役割を検討した。致死感染を起こすPyL感染マウスでは一過性感染を起こすPyNLに比較して著しく免疫応答が抑制されていた。強毒株感染マウスの脾臓中にはCD4^+CD25^+T細胞が多く存在し、そのT細胞増殖抑制機能も亢進していた。さらに、強毒株感染の前に制御性T細胞を除去しておくと、すべてのマウスが感染抵抗性になり、抑制されていた免疫応答は改善した。以上の事実はマラリア原虫感染マウスにおける免疫抑制が抑制性T細胞によって引き起こされたことを示す。すなわちマラリア原虫は制御性T細胞を活性化し、エフェクターT細胞を抑制し宿主免疫から回避することが明らかとなった。マラリアワクチン開発が困難である理由の一つに感染時に宿主免疫が抑制されることで終生免疫が得られにくいことが挙げられる。マラリア原虫感染時の免疫抑制の機序を明らかにすることでワクチン開発に重要な知見をもたらせると思われる。本研究では、マウスマラリアモデルにおける免疫抑制に抑制性T細胞が関与している可能性を検討した。マウスマラリア原虫Plasmodiumyoelii強毒株をマウスに感染させると高度の虫血症を呈し感染後12日までに全例死に至る。弱毒株を感染させると一過性の虫血症を経過した後25日目には原虫は排除される。弱毒株感染マウスでは原虫抗原特異的な抗体価の上昇、Tリンパ球の増殖反応が見られたが、強毒株感染マウスではそれらは著しく抑制されていた。さらにこのマウスにおいては脾臓中のCD4陽性CD25陽性抑制性T細胞が増加していた。強毒株を感染させる前に抑制性T細胞を除去すると、原虫に対する抗体反応、T細胞の増殖能の増強に伴い感染抵抗性をもたらすことができたが、弱毒株感染前の抑制性T細胞の除去は感染経過に影響を及ぼさなかった。また、抑制性T細胞の除去によって増強された感染抵抗性にはCD4T細胞、CD8T細胞のいずれもが必要であった。以上の結果から、致死性感染を起こす強毒株はCD4陽性CD25陽性抑制性T細胞を選択的に活性化することによって感染抵抗性にはたらくT細胞の機能を抑制し、宿主免疫からエスケープしていることが明らかとなった。
分子鎖の主鎖および側鎖を配向配列制御した高機能性高分子薄膜の創製

機能性高分子材料の優れた特徴を十分活かした薄膜を創製するために、有機分子を基板上に水平または垂直に配列するだけでなく(分子鎖軸方向の配列制御)、配列・配向(例えば、芳香環の向き、双極子の向きなど)制御した高分子薄膜を真空蒸着法により作成した。交互蒸着重合法により分子鎖が整然と配列したナイロン66薄膜を作成した。この薄膜は、膜厚が分子鎖長に対応した高分子単結晶で構築されている。この様に配向した薄膜の電気電動度の温度、湿度依存性を調べた。膜厚方向と膜面内方向の電気伝導度は、膜面内方向のほうが、膜厚方向より1-2桁大きな電気伝導を示した。この電気電動度は、温度、湿度に大きく依存した。さらに、ナイロンの交互蒸着重合過程において、櫛型電極を用いて分子鎖軸と垂直方向に電場印可して、分子鎖の双極子が一定方向に配列した3次元配向制御薄膜の作成に成功した。このような高分子薄膜は、圧電性を示した。芳香族系ポリ尿素薄膜を蒸着重合により作成した。この尿素薄膜は、圧電、焦電性、非線型光学特性などが確認され、耐熱性のある機能性高分子薄膜への応用が考えられる。さらにこの蒸着重合尿素薄膜を利用した超薄膜コンデンサーが作成できる。この様に、蒸着重合法で作成した薄膜は、微細加工技術と組み合わせることにより多くの応用応用分野に展開できる。機能性高分子材料の優れた特徴を十分活かした薄膜を創製するために、有機分子を基板上に水平または垂直に配列するだけでなく(分子鎖軸方向の配列制御)、分子鎖の異方性を考慮して、分子鎖軸と垂直方向の向きを薄膜面内においても配列・配向(例えば、芳香環の向き、双極子の向きなど)制御した高分子薄膜を真空蒸着法により作成した。ポリ弗化ビニルオリゴマーを蒸発源温度、基板温度を制御することにより、基板面対して垂直に配向し、さらに圧電焦電特性を示すベータ型結晶からなる薄膜の作成に成功した。この基板面に対し垂直に配向した分子鎖をさらに膜面内で配向制御するために、櫛型電極を用いて、電場印可しながら薄膜を作成した。櫛型電極上に形成された薄膜の分子鎖は、基板に対し垂直に配向しているだけでなく、膜面内でも櫛型電極の電場方向に分子鎖の双極子が一定方向に配列した3次元配向制御薄膜の作成に成功した。このような高分子薄膜は、圧電性示し、さらに薄膜表面に吸着したガスの誘電率の大きさに比例した脱分極電流も観測された。このガスの吸脱着過程は完全に可逆的に起こり、吸着したガスの種類により脱分極電流が異なることから、異なるガスの種類を判別できる。この薄膜の応用として、匂いセンサーや、有毒ガス検知器、湿度センサーなどへの応用が考えられる。また、交互蒸着重合法で作成したナイロン薄膜では、膜厚方向と膜面内方向の電気伝導度に大きな異方性が現れ、膜面内方向のほうが、膜厚方向より1-2桁大きな伝導を示した。さらに伝導度の温度、湿度依存症も大きく変化することから、温度検知機、湿度センサーなどへの応用が考えられる。

さらに、ナイロンの交互蒸着重合過程において、櫛型電極を用いて分子鎖軸と垂直方向に電場印可して、分子鎖の双極子が一定方向に配列した3次元配向制御薄膜の作成に成功した。このような高分子薄膜は、圧電性を示した。芳香族系ポリ尿素薄膜を蒸着重合により作成した。この尿素薄膜は、圧電、焦電性、非線型光学特性などが確認され、耐熱性のある機能性高分子薄膜への応用が考えられる。さらにこの蒸着重合尿素薄膜を利用した超薄膜コンデンサーが作成できる。この様に、蒸着重合法で作成した薄膜は、微細加工技術と組み合わせることにより多くの応用応用分野に展開できる。
強磁性ドット(列)をもつ半導体細線におけるスピン制御伝導のシクロ解析

Niなどの遷移金属強磁性体と組み合わせて複合微細構造を実現する半導体ヘテロ接合としてわれわれはInGaAsを井戸層としたものを用いてきた。その中で、最近われわれ自身で開発した高In組成(>0.6)ヘテロ接合は、当初予想した低温での高電子移動度や金属とのSchottky障壁が無いという特徴のほかに、ゼロ磁場でのスピン分裂が従来調べられてきた材料に比べ2、3倍程度大きいという魅力的な性質をもつことがわかった。そこでこの1年は、主にそのヘテロ接合のスピン分裂の様子を詳細に調べることに精力をそそいできた。その結果、1)スピン分裂が大きい原因として、2次元電子の波動関数の両側のbarrierへの浸み出しの非対称性がわれわれの系ではきわめて大きいこと、2)スピン軌道結合定数の方位依存性はHall bar試料では殆ど無いこと、3)順方向ヘテロ接合に特有のスピン軌道結合定数のゲート電圧依存性、等が明らかになった。特に2)、3)は従来報告が無く、spin-FETを含む半導体/磁性体ハイブリッド微細構造/素子の設計、試作に具体的、かつ極めて有効な見通しを得ることが出来た。
ＵＶ‐ＬＥＤ励起蛍光法と代謝酵素を組合せた、超高感度な蛍光式匂い成分モニタリング

光学素子であるUV-LEDを利用したNADH蛍光計測システムを開発し、自家蛍光の少ない高分子材料PMEHを独自に合成し、代謝酵素の固定化に用い、また自作の洗浄システムを組み合わせることにより、匂い成分を選択的かつ高感度に連続モニタリング可能な生化学式ガスセンサシステムを開発した。本センサはホルムアルデヒドガスを高感度に検出でき、750ppt(1兆分の1)より定量可能であった。また他の脱水素酵素を適用することで多様な匂い成分の測定が可能であった。本課題の目的は、匂い情報つまり揮発性化学情報について、匂い成分の認識素子として生体触媒である酵素群を用い、その電子受容体の蛍光特性の変化を調べ、高感度に匂い成分を計測可能なセンサシステムを構築することである。H23年度にはまず励起光源系の設計を行い、小型かつ光学安定性に優れたUV-LEDにバンドパスフィルターを組み込むことで、蛍光物質に対するピーク波長のズレを補正した。またこれに伴う光強度の低下を抑えるために、多連装式のUV-LED光源システムを組み込み、励起光源としての光強度を増大させた。さらに多連装光源での励起を効率的に行い、蛍光へと誘導するために、蛍光検出用の光ファイバ(1軸)を中心とし、周辺に6軸の光ファイバを配した7軸の光ファイバを導入した。加えて、蛍光ファイバ側から光検出器(光電子増倍管)への間にも蛍光を効率的に計測するため、バンドパスフィルターを設置し、ノイズの低減を図った。構築したシステムを用いてこれまでにアルデヒド脱水素酵素を認識素子として用いて、アルデヒド化合物をその電子受容体である酸化型NADより生じる、蛍光特性を有する還元型NADH(励起波長340nm)をピーク波長335nmのUV-LEDを用いることで、溶液系にて検出することに成功した。次にアルデヒド化合物の一つであるアセトアルデヒドについて、溶液中にて蛍光出力の変化を調べたところ、溶液濃度に伴う出力増加が確認された。本課題の目的は、匂い情報つまり揮発性化学情報について、匂い成分の認識素子として酵素群を用い、その電子受容体の蛍光特性の変化を調べ、高感度に匂い成分を計測可能なセンサシステムを構築することである。25年度には、これまでの蛍光検出系において、さらに光源系の最適系を導入し、また低濃度複合標準ガス発生装置を用いて、匂い成分の高感度計測でのセンサ特性を評価した。光学系の高度化において、これまで自家蛍光の少ない高分子材料PMEHを独自に合成し、酵素の固定化に用い、また自作の洗浄システムを光ファイバ先端に取り付け、酵素反応に不可欠な酸化型NAD溶液の循環システムを組み込むことで、匂い成分をノイズの低いレベルで、かつ連続的に測定することを可能とした。25年度ではさらに高輝度なUV-LED光源装置として深紫外LEDランプ&モジュールを導入し、センサデバイスの更なる高感度化を測った。また開発したセンサシステムでは、ppb(10億分の1)より低いガス濃度の測定が可能であることから、ppt(1兆分の1)レベルで匂い成分を発生できる装置として「低濃度複合標準ガス発生装置」を用い、開発した高感度匂いセンサの特性評価などを調べた。その結果、シックハウス症候群を誘発するホルムアルデヒドガスを対象ガスとして調べたところ、低濃度検出限界:750pptにてホルムアルデヒドガスを連続的に測定できることに成功した。またガス計測に用いた酵素はホルムアルデヒドを特異的に触媒することから、既存の無機材料のガスセンサに対して極めて高いガス選択性を示した。なお本センサはバイオセンサ技術を利用していることから、湿度の影響やキャリアガス成分のノイズを受けない特徴が確認された。さらに認識素子として用いる各種脱水素酵素を用いることで、エタノールやアセトアルデヒドなどの多様な匂い成分の計測が可能であった。24年度には、初年度の光学系の最適化による高感度な蛍光検出系にて、匂い成分の高感度計測を進めた。光学系の高度化において、生体触媒での反応部を最適化では酵素触媒を光ファイバ端面に装着する固定化法の検討が不可欠であった。既存の酵素固定化材である光架橋性樹脂は材料自身の自家蛍光がノイズを発生することから、包括固定化用の高分子材料PMEHを独自に合成した。PMEHは生体適合性材料MPCの一種で、細胞膜と同様なリン脂質基を有し、親水基と疎水基を有する両親媒性の高分子材料で、光学特性にも優れている。そこでMPCモノマーをベースにEHMAモノマーを加えて、ラジカル重合を行い、透析分離と乾燥工程を経てポリマーを合成した。このPMEHで酵素触媒をH-PTFE膜に包括固定化し、その酵素膜を光ファイバの感応部に装着して、蛍光計測プローブとしたところ、自家蛍光に伴うノイズが観察されず、良好なNADH計測及びガス計測が可能となった。

また初年度に励起光源系の設計として、バンドパスフィルター、多連装式のUV-LED光源系、7軸光ファイバにより構成したシステムを導入したが、感応部に匂い成分やその代謝産物が蓄積して、光学出力値の初期値へのシグナル復帰機能が得られなかった。そこで嗅覚の粘膜層に相当する自作の洗浄システムを光ファイバ先端に取り付け、酵素反応に不可欠な酸化型NAD溶液の循環システムを組み込んだ。これにより酸化型NADを常時供給しながら、匂い成分の連続的な計測が可能となり、ホルムアルデヒドガスなどのガス成分を嗅覚閾値以上の感度で連続モニタリングすることに成功した。光学系を導入&改良することでシステムを構築し成果を得たものの、他の成分測定系への対応が遅れている。25年度が最終年度であるため、記入しない。光学系を改良し、自家蛍光の少ない酵素固定化用高分子材料を合成し、ガス成分の蛍光計測に利用したことで、ノイズの少ない蛍光計測が可能となった。加えて、自作の洗浄システムを光ファイバ先端に取り付けることで、匂い成分の連続的な計測が可能とし、概ね計画通りの成果を達成している。また得られた研究成果を学術論文1報(Sensors and Actuators B-Chemical, 161(2012)486-492)と招待講演1件(E-MRS 2012 SPRING MEETING, Strasbourg, France,2012/5/14-18)、一般講演1件(第二回次世代センサ研究発表会、東京、2012/10/10-12)にて発表を行った。光学系及び酵素反応系を再検討して、他成分への対応を進める。25年度には、構築した高感度な蛍光式匂いセンサシステムについて、低濃度の複合標準ガス発生装置を用いて、低濃度レベルでの連続計測特性を調べ、新規な人工嗅覚へと発展させる。また高感度な匂いセンサの開発において、単成分の出力比較だけではなく、多様な匂い成分が混じりあった複合臭気でのセンサ特性(選択性)評価が極めて重要である。そこで複合標準ガス発生装置を用いて計画通り、開発した高感度匂いセンサの特性評価(検出下限界、選択性、連続計測能)を行う。また研究成果を国内外の学術会議や学術雑誌にて発表する。