hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
多重積層電子デバイス内のミクロ熱移動の解明と沸騰伝熱との達成による除熱促進

多重積層電子素子の冷却において重要となる基板内の微小発熱素子からのミクロスケール熱移動と沸騰伝熱による除熱促進につき実験的・理論的研究を行った。理論解析として素子近傍のミクロスケール伝熱とマクロスケールで生じる対流冷却を扱うため領域分割法を用い、さらに周期加熱を扱うため基礎式をフーリエ変換して解く方法を用いることにより、基板内熱伝導と対流冷却が連成した非定常問題を広範囲の幾何学的条件および冷却条件について数値的に解いた。その結果より発熱周波数、基板・素子寸法等の条件と素子温度上昇の関係について無次元整理を行い、素子温度上昇を支配する伝熱機構の遷移を無次元パラメータのマップ上に示すととも、マップ上の部分領域について簡易予測法が成立することを示した。さらに沸騰伝熱による除熱促進を図るためプール沸騰および微細流路による強制対流沸騰実験を行った。その結果、基板内に離散的に存在する微細発熱素子からの沸騰では、素子温度は基板熱伝導の影響を強く受けること、気泡の生成・離脱に伴い素子温度が変動することなど従来の連続加熱面とは伝熱挙動が異なることを示すとともに、素子の大きさ,個数,間隔などの影響を明らかにした。さらにミクロンオーダーの微細構造内の温度測定法としてポイントコンタクト熱起電力に注目し、表面酸化膜がある場合には電子トンネル効果によって、また酸化膜がない場合には点接触に固有の非平衡効果によって熱起電力が生じることを理論解析により示すとともに、これらの解析により測定結果がよく説明できることを示した。電子デバイスの集積度の増加とともにその熱設計の重要性は益々重要となっているが、集積回路素子内部は、半導体、抵抗、絶縁層、リ-ド配線など、様々な熱伝導率を持つ要素がミクロンオーダーで複雑かつ不規則に入り交じっており、この極度に不均質な材質のミクロ的な熱移動が外部流のマクロ的な熱伝達と連成している。このような複合伝熱問題を解明するため以下の研究を行なった。まず不均質な微細構造内の温度分布を測定するため、ポイントコンタクト熱起電力を利用した極微小点の温度測定法を明らかにした。すなわち金属針と金属平板を点接触させ、その電流-電圧特性を種々の金属について測定した結果、表面に酸化膜が存在する場合には、ある電圧以上で電流が急激に増加し、酸化膜厚さが電子波長程度まで薄いことによる電子トンネル効果が支配的なことが分かった。さらにシュレディンガ方程式に基づく解析を行ない、熱起電力と温度の関係を理論的に求め実測値をよく説明しうることを示した。一方、酸化膜がない場合、電流-電圧特性は直線的であるがやはり熱起電力を生じ、接触径が電子の平均自由行程と同程度まで小さいことによる温度非平衡がその機構であり、ボルツマン方程式に基づく理論解析は実測値とよく一致することを示した。次に複数の微小発熱面とリ-ド部をガラス基板表面に形成した2次元不均質面を用い、素子単独、および種々の数および間隔の複数素子を発熱させた場合の素子温度を調べた。なお冷却条件はフロリナ-トFX3250のプール沸騰とした。さらに基板内熱伝導の数値解析を行ない実験結果と比較し、素子単独の場合の素子温度はリ-ド部の存在を考慮した解析結果とよく一致すること、また複数の隣接素子が発熱する場合の温度上昇と素子間距離の関係、および素子数の影響を明らかにした。さらに気泡の生成離脱に伴い素子温度は時間的に変動し、微小発熱素子温度は表面の伝熱状態を鋭敏に反映することが分かった。多重積層電子素子の冷却において重要となる基板中の微小発熱素子からのミクロスケールの熱移動と沸騰伝熱による除熱促進につき実験的・理論的研究を行った。まず実際の素子の発熱は非定常的であることから発熱素子が周期加熱される場合の理論解析を行った。ここで素子近傍のミクロスケール伝熱とマクロスケールで生じる対流冷却を扱うため領域分割法を用い、さらに周期加熱を扱うため基礎式をフーリエ変換して解く方法を用いることにより、基板内熱伝導と強制対流冷却が連成した非定常問題を広範囲の幾何学的条件および冷却条件について数値的に解いた。

その結果より発熱周波数、基板・素子寸法等の条件と素子温度上昇の関係について無次元整理を行い、ある条件下では素子温度上昇が素子近傍の熱伝導支配による温度上昇、および基板寸法を代表長さとして従来の対流伝熱相関式により与えられる基板の平均的な温度上昇の和として表されることなどを明らかにした。また沸騰伝熱による除熱促進につき昨年度行ったプール沸騰実験に続き微細流路による強制対流沸騰実験を行った。その結果、離脱気泡径および離脱周期は流速の影響を強く受け、低流速の場合には流路断面が大気泡で覆われ伝熱性能が低下するが、流速が大きい場合には離脱気泡径および離脱周期が著しく減少し熱伝達が増加することを示した。またある加熱量以上で核沸騰から膜沸騰状態となるが、通常の連続加熱面と異なり、離散的な発熱素子の場合には基板熱伝導の影響により素子の焼損に至るような急激な温度増加は生じないことなど、ミクロスケール素子の沸騰に特有の伝熱特性を明らかにした。
口蓋粘膜の歯形成上皮へのリプログラミング

歯と口蓋皺壁の発生中における発現分子の違いを、マウスを用いて検索した。口蓋皺壁の間葉は、歯胚と同様に、神経堤由来であることが確認された。口蓋皺壁の発生中に、Bmp4やLrp4等多くの歯の関連遺伝子の発現が認められ、Shh、Bmp等の歯の発生で認められるシグナルも発生中の口蓋皺壁で活性化していた。一方、Msx1は口蓋皺壁発生で発現していなかった。口蓋皺壁に発現する遺伝子の改変マウスでも口蓋皺壁の走行に異常が認められた。口蓋皺壁から歯へのリプログラミングを試みから、歯と口蓋の進化メカニズムの解明に挑み、新たな歯の発生研究の展開を図る。すべての器官の発生過程は、進化の経緯の痕跡を残しているため、器官発生の分子レベルでの解析にも進化の観点からのアプローチは重要である。近年、歯の発生の分子機構の完全解明のために、新しいアプローチの研究が求められている。発生の初期形態や、発生期間中の発現遺伝子など様々な共通点をもつ歯と口蓋皺壁の分子比較を通して、口蓋皺壁のリプログラミングを試み、そこから新たな歯の発生研究の展開を計ることを目的とする。本研究成果は歯学のみならず発生生物学の発展に貢献するとともに再生療法の確立に寄与する。口蓋皺壁と歯の発現遺伝子比較に先立ち、両組織の同一形態を示す発生ステージ間での比較を可能にするため、口蓋皺壁の発生程度を詳細に細分化した新たな口蓋皺壁の発生ステージが必要であり、その確立に成功した。すべての器官の発生過程は進化の過程の痕跡を残しているため、器官発生の分子レベルでの解析にも進化の観点からのアプローチは重要である。本研究は口蓋皺襞から歯へのリプログラミングの試みから、歯と口蓋の進化メカニズムの解明に挑み、新たな歯の発生研究の展開を図ることを目的として、本研究計画が立案された。歯の発生の分子機構の完全解明のため、スター悪しいアプローチの研究が求められている。本研究では発生の初期形態や発生期間中の発言遺伝子などさまざまな共通点を物歯と口蓋皺壁の分子比較を通して、口蓋皺襞のリプログラミングを試みた。口蓋皺襞と歯の遺伝子の比較に崎田阿智、両組織が同一の形態を示す発生段階間での比較を容易にするため,口蓋皺襞の発生程度を詳細に細分化した新た阿口蓋皺襞の発生ステージを確立した。次に我々は歯と口蓋皺壁の発生期間中における発現分子の違いを、マウスを用いて検索した。口蓋皺壁の発生期間中に、Bmp4やLrp4など多くの歯の関連遺伝子の発現が認められ、Shh, Bmpなどの歯の発生で認められるシグナルも発生中の口蓋皺壁で活性化していた。一方、Msx1など一部の歯関連遺伝子が口蓋皺壁発生で発現していないことが明らかとなった。それら口蓋皺壁に発現する遺伝子の改変マウスで、口蓋皺壁の走行に異常が認められた。本研究成果は歯学のみならず発生生物学の発展脳研すると共に、歯の再生医療の確立に貢献できると考える。胎生の同日齢間での比較でなく、同一形態を示すステージ間での比較が、この研究遂行の大きな鍵となる。胎生齢に頼らない口蓋皺壁の発生ステージの細分化の成功は、今後の実験を可能なものとする。歯学今年度に確立した細分化された口蓋皺壁の発生ステージを指標に、同一形態を示す歯と口蓋皺壁を抽出し、そこで見いだされる分子の検索から、歯、口蓋皺壁それぞれに必須な分子の同定を目指す。organ culture法やrecombination法などによるin vitro、妊娠母親マウスを用いたin vivo実験に、SiRNA、antagonist、agonisなどを駆使することにより、同定分子による発生のリプログラミングを試みる。大型改修計画による研究室の一時的移転等の関係で、使用できなかった旅費、消耗品が生じた。次年度には、予定の使用計画で予算を執行可能である。前述した推進方策にしたがい、必要な実験動物、試薬等の消耗品類を購入する。また、国内外の学会における成果発表の旅費に充てる。
財閥から企業集団への変貌過程についての基礎的研究

本研究では,戦時統制経済期から戦後高度成長期にいたる日本の財閥・企業集団における企業間結合の変貌過程の実証研究のための基礎的資料の収集とデータ整理にとりくんだ.企業間結合分析の指標として,(1)株式所有,(2)資金調達(供給),(3)人的結合,(4)生産・流通過程での連関の4点を設定したが,今年度は,戦前期の三井財閥傘下の金融期間である三井銀行,三井信託,三井生命保険について,(2)(3)に関する資料収集とデータ整理を中心とする以下の作業をおこなった.1.三井銀行,三井信託,三井生命保険の資金供給,人材派遣などの変遷を長期間にわたって把握するために,3社の取締役会議録をパーソナルコンピュータを用いてデータベース化した.2.三井銀行の大口貸出先との取引関係を把握できる「抜粋大口貸出先」のデータをパーソナルコンピュータに入力し,整理した.3.人的結合関係把握のために,三井財閥傘下各社の職員録などをデータベース化する作業の準備を進めた。4.以上の作業に必要な資料のマイクロフィルム収集と印画紙焼きつけを行った。これらのデータの分析から,戦前期の三井財閥傘下金融機関の資金供給が極めて限定された数の大口取引先に集中していた実態が鮮明になるとともに,3金融機関の分業体制の存在が明瞭となった。また,戦時期における財閥横断的強調融資の展開も具体的に把握できた。三井以外の財閥における金融機関を軸とした資金供給関係,また三井も含めて第二次大戦後における変貌,上記分析指標(1)株式所有,(4)生産・流通過程での連関などについての資料収集・分析に引き続き取組みたい。
哺乳類卵外被マトリックスの精子認識ドメイン

ウシ卵外被は3種類の糖タンパク質ZP2, ZP3, ZP4から成るスポンジ状物体である。ZP3の中央付近ヒンジ領域内Trp-156からArg-160の領域がZP4との複合体形成に関わることを見出した。さらに、その近傍のAsn-146に付加するN結合型糖鎖が複合体の精子結合能に関わることを見出した。競合阻害法では各糖タンパク質単独では阻害活性を示さず、ZP3/ZP4複合体のみが阻害活性を示すが、新しく開発した直接結合法によりZP4が単独で精子結合活性を示すことが判明した。この活性には糖鎖は必要なく、ウシ卵外被の精子結合部位は糖鎖だけではなくタンパク質骨格にも存在することが示唆された。哺乳類卵子を包む透明帯は受精時に精子と種特異的に結合し、受精成立に伴い結合能を失う。この機能は種の保存に必須であるが機構はまだ解明されていない。我々はブタおよびウシを研究対象とし、この機構解明に取り組んでいる。特に本研究課題ではバキュロウイルス-Sf9細胞発現系を用いた組換えタンパク質作製により透明帯構成タンパク質の精子結合部位同定並びに構成タンパク質間の相互作用部位同定を進めている。ウシ透明帯構成タンパク質はZP2,ZP3,ZP4の3種類であるが、ZP3とZP4との複合体が精子結合能を有する。ZP3の一連の断片を作製し、ZP4との相互作用の有無並びに複合体の精子結合能を調べた。その結果、ZP3のN末端から156番目160番目の5アミノ酸残基から成る領域がZP4との相互作用に必要であることがあきらかになった。この相互作用領域近傍に付加するZP3のN結合型糖鎖が精子結合能に必要であることもあきらかになった。しかし、糖鎖が直接精子と結合するのか、それとも構造安定化などタンパク質の機能に影響を与えるのか、など糖鎖の機能については不明である。ここまでの内容は学会並びに専門誌で報告した。ウシZP4をプラスチックプレートに吸着させるとZP3がなくても精子結合能を示すことを見出した。吸着によりZP4が多価化することが重要であると考えている。この新規手法によりZP4の精子結合部位のうち1カ所はN末端領域に存在することがあきらかとなった。興味深いことにブタZP4では対応する領域がタンパク質成熟の過程で消失しており、ブタとウシとの精子結合機構が異なることが示唆された。この内容は学会で報告した。研究費配分が11月であったため、当初の実施計画を進める時間が足りなかった。ZP3/ZP4複合体の精子結合部位同定並びに相互作用部位同定はほぼ計画通り進んだと思われる。しかし、組換えタンパク質の収量が低く大量精製が困難であり、複合体の構造解析が思うように進まなかった。一方、プラスチックプレートに組換えタンパク質を吸着させるだけで精子結合能を示す、という単純ではあるが意外な結果が得られ、精子結合部位同定を他グループとは異なる独特の方法で進めることができる状況を得ることに成功した。ウシ透明帯について平成27年度には、ZP3のN結合型糖鎖付加部位の一つAsn146をAspに変異させるとZP3フラグメントとZP4との複合体の精子結合活性が有意に低下することを見出した。しかし、糖鎖が直接の精子結合部位なのか、それとも複合体構造安定化などタンパク質部分の機能に影響を与えるのか、は不明であった。平成28年度には、Asn146をGlnに変異させた場合も精子結合活性が有意に低下することを見出した。複合体の見かけの分子量を調べた結果、Asn146の変異による影響はなかった。複合体をpeptide-N-glycosidaseで処理しN結合型糖鎖を遊離させても有意な活性低下は見られなかった。以上から、N結合型糖鎖は精子結合活性には必須ではないが、ポリペプチド鎖が折りたたまれ精子結合部位が形成されるときに必要である可能性が考えられた。平成27年度に開発した新規精子結合活性測定法を用い、ウシZP4の精子結合部位同定を進めた。N末端領域に加えヒンジ領域周辺にもより低いながらも活性があることを見出した。N結合型糖鎖付加部位をすべて変異させても精子結合活性への有意な影響は見られず、O結合型糖鎖付加部位をすべて変異させても有意な影響は見られなかった。ZP3には活性がなかったことから、ZP4はZP3との複合体の状態でN末端領域およびヒンジ周辺が精子と結合し、糖鎖はこの結合に必要ないことが示唆された(論文投稿準備中)。ウシ透明帯の精子結合部位並びに構成タンパク質間相互作用部位の同定は順調に進んでいる。精子側のZP4結合因子を検索する目的でZP4多量体作製を行ったが精子結合活性を示す多量体が得られず、精子側因子の検索を開始することができなかった。また、ZP3フラグメントとZP4との複合体の構造解析は、収量が低く必要量が得られなかったため、開始することができなかった。哺乳類卵子を包む透明帯は受精時に精子と種選択的に結合し、受精成立に伴い結合能を失う。ウシ透明帯構成糖タンパク質の一つZP4が固相吸着させた状態で単独で精子結合活性を示すことを我々は平成27年度に見出した。

これに基づき、ZP4を人工的に多量体化した場合、精子結合活性を示すかどうかを調べ、平成29年度はビオチン標識ZP4をストレプトアビジンに結合させ多量体化させた場合に精子結合活性を示すことを見出した。ZP4結合精子タンパク質の検索に、このビオチン標識ZP4が利用できると考えられた。ウシZP4のN末端領域は固相吸着させた場合にウシ精子結合活性を示したが、ブタZP4の相当する領域はウシとのアミノ酸配列相同性が高いにもかかわらずウシ精子結合活性を示さなかった。この結果に基づき、両者のアミノ酸配列を入れ替えることにより精子結合部位の特定を進めることができると考えられた。受精成立に伴いZP2のN末端領域が1ヵ所特異的プロセシングを受けることがわかっているが、ZP2のN末端領域の立体構造は不明である。バキュロウイルス-Sf9細胞発現系でZP2のN末端断片を発現させ結晶化条件検討ならびに小角X線散乱測定を行った。結晶はまだ得られておらず、凝集しやすい性質を有することがわかった。それぞれの手法について凝集を抑えるための条件検討が必要であることがわかった。ウシ卵外被は3種類の糖タンパク質ZP2, ZP3, ZP4から成るスポンジ状物体である。ZP3の中央付近ヒンジ領域内Trp-156からArg-160の領域がZP4との複合体形成に関わることを見出した。さらに、その近傍のAsn-146に付加するN結合型糖鎖が複合体の精子結合能に関わることを見出した。競合阻害法では各糖タンパク質単独では阻害活性を示さず、ZP3/ZP4複合体のみが阻害活性を示すが、新しく開発した直接結合法によりZP4が単独で精子結合活性を示すことが判明した。この活性には糖鎖は必要なく、ウシ卵外被の精子結合部位は糖鎖だけではなくタンパク質骨格にも存在することが示唆された。平成27年度の成果に基づき、ZP3とZP4との相互作用部位をアミノ酸残基レベルで同定するとともに、精子結合活性を保持している複合体の四次構造解析を行う。ZP4のN末端領域の精子結合部位をアミノ酸残基レベルで同定するとともに、精子側結合因子の同定を進める。ウシZP4多量体をリガンドとしたアフィニティー樹脂の作製を継続するが、多量体形成用の融合タグについては平成28年度に試みた軟骨マトリクスタンパク質以外のタンパク質を試してみる。平成28年度までZP3とZP4との間の相互作用部位同定を主に進めてきたが、ZP2とZP3、ZP2とZP4についても相互作用部位同定を行い全体像を得る。本研究課題で開発した精子結合活性測定法を利用し、ウシ精子結合部位へのブタ精子結合活性を調べることにより種特異性の分子基盤を解明する。構造生物化学
シリコン原子細線自己組織化膜の形成と発光デバイスへの応用

Si-Si結合が連続して原子細線状につながったオリゴシランのσ電子は、通常の有機物のσ電子とは異なって非局在化したσ超共役状態にある。このことから、オリゴシランは特異な光及び電気的特性を有している事が期待される。σ超共役性は主鎖のコンフォメーションに依存して変化するものと予想される。オリゴシランの合成法について検討し、その結果得られたオリゴシランを用いた。オリゴシランの自己組織化膜を基板表面に形成して光学特性等を計測し、溶液中やスピンコート法で作製した薄膜と比較した。溶液中やスピンコート膜と比べて自己組織化膜の方が、紫外/可視光スペクトルにおける330350nm付近のσ-σ^*遷移による吸収ピークが長波長側にシフトする傾向が認められた。量子化学計算法によってHOMO-LUMOエネルギーギャップを求めたところ、トランス配座の方がねじれたゴーシュ配座よりも0.1eV以上小さいことがわかった。基板表面に固定した自己組織化薄膜状態では直線状のトランスジグザグ状態で、σ超共役が伸びやすくなっているのに対して、溶液中やスピンコート膜中ではゴーシュ配座を含み曲がったコンフォメーションで、σ超共役が伸びにくいと推定される。これらの検討の結果、基板上へ分子端を固定して自己組織化膜を形成することは、オリゴシランの光・電気特性の制御にとって有効な手段の一つであることが明らかとなった。これを用いたEL素子などの光デバイス作製のための基盤的知見を得ることができた。またさらに、自己組織化膜形成のための基盤的研究として、アルキル鎖を有するアルキルチオール分子を用いた自己組織化膜の形成を行うとともに、それを用いた電子素子の研究を行った。この研究の過程でこの自己組織化膜がトンネル絶縁膜として働き、これを表面に付けた金ナノ粒子を規則正しく並べ、電気特性を計測したところ室温に置いて量子的電導現象が認められた。オリゴシラン自己組織化膜を用いた発光デバイスの開発を目指して下記の研究を遂行した。(1)チオールを末端に有するオリゴシランの合成R-(Si)_nR′R′′-Rでnが810程度のオリゴシランの合成を目指した有機合成実験に着手した。合成の基本方針はアミノクロルシランとクロルシランのカップリング反応を繰り返すことによってオリゴシランの分子量を逐次的に増大することを目指している。なお、本カップリング反応の触媒としては金属リチウム粉末を用いた。モノシランからジシランへのへの反応収率80%以上であった。現時点では、n=4のオリゴシランの合成を実現するまでに至っていて、今後これらをカップリングすることによって、当初の目的であったn=810のオリゴシランが近い内に合成可能となるものと考えられる。なお、末端チオール化はオリゴシランの形成後末端基をチオール基に置換することで実現可能と考えている。(2)金ナノコロイドの形成それを用いた量子効果現象の確認オリゴシラン自己組織化膜を形成するための下地材料としてきわめて制御された状況の金が必要である。我々は、数nm十数nmの粒径を持つ金ナノ粒子を自己組織的に形成する方法の開発のその形成メカニズムについて検討した。金原料として塩化金酸を用い、有機系の還元剤で湿式法で還元することによって粒径分布が10%以下の高度に制御された金微粒子が形成できることが明らかとなった。

また、この金微粒子の表面にアルカンチオール系自己組織化膜を形成したものについて、室温で量子効果の一種であるクーロンブッロケード効果を確認することに成功した。Si-Si結合が連続して原子細線状につながったオリゴシランのσ電子は、通常の有機物のσ電子とは異なって非局在化していて、芳香族有機化合物で認められるπ共役に似た電子的性格を有することからσ超共役状態と呼ばれる。このことから、オリゴシランは特異な光及び電気的特性を有している事が期待される。σ超共役性は主鎖のコンフォメーションに依存して変化すると予想される。発光ダイオード作製を目指してオリゴシラン薄膜の作製を試みた。オリゴシラン自己組織化膜を基板表面に形成してUV/可視およびPLスペクトルなどの光学特性等を計測し、溶液中やスピンコート法で作製した薄膜と比較検討した。この結果、溶液中やスピンコート膜と比べて自己組織化膜の方が、UV/可視光スペクトルにおける330350nm付近のσ-σ^*遷移による吸収ピークが長波長側にシフトする傾向が認められた。また、量子化学計算法によってHOMO-LUMOギャップを求めたところ、ねじれたゴーシュ配座の方が直鎖状のトランス配座よりも0.1eV以上大きいことがわかった。基板表面に固定した自己組織化薄膜状態では直線状のトランスジグザグ状態で、σ超共役が伸びやすくなっているのに対して、溶液中やスピンコート膜中ではゴーシュ配座を含み曲がったコンフォメーションで、σ超共役が伸びにくいものと推定される。これらの検討の結果、基板上へ分子端を固定して自己組織化膜を形成することは、オリゴシランの光・電気特性の制御にとって有効な手段の一つであることが明らかとなった。これを用いた光デバイス作製のための基盤的知見を得ることができた。またさらに、自己組織化膜形成のための基盤的研究として、アルキル鎖を有するアルキルチオール分子自己組織化膜を表面に有している金ナノ粒子を規則正しく大面積に配列する研究も展開し、分子自己組織化膜のデバイス応用のための技術開発ができた。
生理的多型性の基盤となる遺伝子的背景の解析法開発

1.マウスC57BL/6 strainを用いた寒冷刺激によって変動する遺伝子群の解析Suppression Subtractive Hybridization法によって、寒冷条件下で発現し,正常な状態(寒冷ストレスのない22度C飼育環境下)では発現しないmRNAを検定しcDNAとしてシークエンスした。実績があり、信頼性の高いInvitrogen社とClontech社の製品を用い、プロトコールに基づいて行った。具体的にはPCR-Select cDNA Subtraction法であるため、わずかな発現の差も検出可能であるが、偽陽性の確率も高まる。そのため、実験は3回行って寒冷刺激を与えたマウスでのみ、コントロールとハイブリダイズせず発現が増強しているものを選択し、56クローンが得られた。この中で、あきらかに偽陽性と考えられる遺伝子を除き、40クローンが侯補となった。現在報告されている、明らかな機能につなげられるシグナル伝達系に属するグループに分けることはできなかった。2.マウスBalbC strainを用いて上記1と同様の実験を行った。結果は候補として30クローンの遺伝子が得られたが、C57BL/6 strainとはかなり異なる結果であった。3.今回の研究結果について実際はヒトにおける寒冷刺激によってうごく遺伝子があるのかどうか、生理的多型性というものが、遺伝子的レベルでも示唆できるかどうかが今回の萌芽研究の目的である。今後ヒトから採血して、genomic DNAを抽出し、アフィメトリックス社などのDNAアレイキットを用いて、寒冷ストレスに関係するSingle Nucleotide Polymorphism(SNP)を行い、その解析と解釈に今回のマウスのデータを有効に用いることができると考えている。生理的多型性の背景となるべき寒冷に対するヒトの適応反応が、どのような遺伝子によって調整されているかの知見は現在の時点で明らかにされていない。しかし、多くの研究からストレス反応は、出芽酵母、線虫、ショウジョウバエ、そしてマウスに至るまで共通する遺伝的背景を持つことが、現在では仮定でき局面を迎えている。本年はその仮定に基づいて、ヒトの寒冷反応の生理的多型性の遺伝的背景を探るために、先ずマウスを用いた寒冷反応へのシステムの構築とパイロットスタディを行った。評価系1.モデル動物マウス(C57BL/6ストレインから始める)を選択した。酵母や線虫を用いた、ストレス反応に関わる遺伝子候補群を基礎として、マウス個体にて検討する。2.寒冷刺激に対するストレス反応の指標候補(1)ミトコンドリアでのエネルギー代謝・酸化ストレス反応に関わる分子(2)中枢性、あるいは末梢性に自律神経制御に関わる分子群2.評価系一定時間4-5度の寒冷刺激を与えたマウスより、褐色細胞・脳下垂体などいくつかの組織を採取する。寒冷刺激をあたえないマウスをコントロールとする。3.評価方法寒冷刺激を与えたマウスと、与えないコントロールマウスからの同一組織を用いてRNAを抽出し、cDNAライブラリーをそれぞれ作製する。それぞれのライブラリーで発現に差をみとめる遺伝子をPCRにて増幅する。差を認めた遺伝子を解析(シークエンス)して同定し、各評価指標に基づいたグループに分ける。遺伝子の発現の差に、多型性・機能と結びつくものを認めるかを評価する。
柔軟多指ハンドを持つ高性能アッパーリム式ピッチングマシンの開発

本研究では,実投手の投球動作を再現し得る野球用改良型アーム式ピッチングマシンおよびソフトボール用ウインドミル式ピッチングマシンを研究開発した.改良型アーム式ピッチングマシンは,ハンドの開閉時間を調節することにより,ボールの球速とスピン数を任意に制御することが可能である.他方,ソフトボールマシンは,実投手と同様のウインドミル投法が可能であり,球速を可変可能で,投球精度も高く実用性のあるマシンである.本研究の目的は,実投手の投球動作を再現し得る野球用アッパーリム式ピッチングマシンを開発することである.開発するマシンは,個性豊かな実投手の独特な投球フォームと全く同じ投球動作で投球をすること,ボールを握るハンド部は,ヒトの皮膚触感を持つ指を有し,硬式野球ボールの縫い目に合わせてボールを握り高速リリースが可能なことを特徴とする.また,柔軟ハンドのリリースのタイミングを遅延させてボールのスピン量を制御可能なピッチングマシンの開発を行う.本年度は,ボールの縫い目を合わせて把持が可能な指のハンド部を設計,試作した.試作したハンドを用いて硬式および軟式野球ボールを把持させた結果,全く問題なく把持できることが確認された.また,試作したハンドを既存のアーム式ピッチングマシンのハンド部に装着し,投球実験を行った.その結果,投球後のボールのスピン量は,投球時のリリース状態に大きく影響することが明らかになった.このため,投球シミュレーションを実施し,ボールのスピン量と指の長さ,指のリリース動作時間の関係について検討を行った.また,試作した柔軟ハンドをマシンに搭載させて,16mの的に向かって実際に投球する実験を行った.その結果,球速一定の条件下において,指のリリース動作時間を遅延させると,ボールのスピン量が約500min-1低下した.これより,試作したハンドを用いれば,アーム式ピッチングマシンでは従来困難であったスピン制御ができるようになった.他方,このピッチングマシンの投球精度は,ホームベース上で180mm(ボール2.5個分)未満であり,市販のアーム式ピッチングマシンに比べて高い投球性能を有していた.ボールを把持する柔軟ハンド部を設計・試作に成功し,試作したハンドを用いて硬式および軟式野球ボールを把持させた結果,全く問題なく把持できることが確認できている.また,試作した柔軟ハンドを用いて,リリースのタイミングを遅延させボールのスピン量を制御できるアーム式ピッチングマシンが製作できた.本研究の目的は,実投手の投球動作を再現し得る野球用アッパーリム式ピッチングマシンとソフトボール用ウインドミル式ピッチングマシンを開発することである.開発するマシンは,個性豊かな実投手の独特な投球フォームと全く同じ投球動作で投球をすること,ボールを握るハンド部は,ヒトの皮膚触感を持つ指を有し,野球ボールやソフトボールの縫い目に合わせてボールを握り高速リリースが可能なことを特徴とする.また,柔軟ハンドのリリースのタイミングを変化させて,ボールの球種やスピンを制御可能な実用的なマシンの開発を行う.本年度は,風車のように2回転させてから投球をするウインドミル投法が可能なソフトボール用アーム式ピッチングマシンを設計,試作を行った.このため,一番重要なキーテクノロジーであるソフトボール用ボールの把持とリリースが可能な指および柔軟ハンドの設計,製作を行った.製作したハンドの試験を行い,問題なく把持動作とリリース動作できることを確認した.また,試作したマシンの投球シミュレーションを実施し,ウインドミル投球時のボールのリリースのタイミング(指の開閉動作時間)と投射角(投球コース位置)との関係について検討を行った.さらに,製作した柔軟ハンドを本マシンに搭載させ,11mの的に向かって投球する実験を10球行い,球速や投球精度を測定した.その結果,引張バネの伸張量が100mmの条件下では,平均球速は約77.2km/hであった.一方,投球精度は,標準偏差が縦方向450mm,横方向50mmであり,横方向の投球精度はボール半個分の高い精度であった.一方,縦方向の精度があまり高くないため,リリースのタイミングをさらに検討し,改善していく予定である.ボールを把持する柔軟ハンド部を設計および製作に成功し,試作したハンドを用いてソフトボール用ボールを把持した結果,全く問題なく把持できることが確認できた.また,試作した柔軟ハンドを用いて,現在まで未開発であったウインドミル投法が可能なソフトボール用のアーム式ピッチングマシンが試作できた.本研究の目的は,実投手の投球動作を再現し得る野球用アッパーリム式ピッチングマシンとソフトボール用ウインドミル式ピッチングマシンを開発することである.開発するマシンは,個性豊かな実投手の独特な投球フォームと全く同じ投球動作で投球をすること,ボールを握るハンド部は,ヒトの皮膚触感を持つ指を有し,野球ボールやソフトボールの縫い目や卓球ボールの強度に適合した握りを実現することを可能にする.また,柔軟ハンドのリリースのタイミングを変化させて,希望するボールの球種やスピンを制御可能な実用的なマシンの開発を行う.本年度は,風車のように投球するウインドミル投法が可能なソフトボール用アーム式ピッチングマシンを試作し,投球評価を行った.また,試作したマシンの投球シミュレーションを実施し,ウインドミル投球時のボールのリリースのタイミング(指の開閉動作時間)と投射角(投球コース位置)との関係について検討を行った.11m先の的に向かって投球する実験を実施し,球速や投球精度を測定した.

その結果,球速は約80km/h,球種は直球とカーブが投球できる.一方,投球精度は,標準偏差が縦方向450mm,横方向50mmであり,横方向の投球精度はボール半個分の高い精度であった.縦方向の精度があまり高くないため,リリースのタイミングをさらに検討し,改善していく予定である.また,ジャイロボールが発射可能な卓球マシンを製作した.本卓球マシンを用いて発射実験を行い,最高発射速度は150km/h,トップスピン,サイドスピン,ジャイロスピンのすべての球種が発射可能であった.また最高スピン数8,000rpmを超え,高い発射性能を有していた.本研究では,実投手の投球動作を再現し得る野球用改良型アーム式ピッチングマシンおよびソフトボール用ウインドミル式ピッチングマシンを研究開発した.改良型アーム式ピッチングマシンは,ハンドの開閉時間を調節することにより,ボールの球速とスピン数を任意に制御することが可能である.他方,ソフトボールマシンは,実投手と同様のウインドミル投法が可能であり,球速を可変可能で,投球精度も高く実用性のあるマシンである.試作した柔軟ハンドの把持およびリリース動作の確実にし,さらに高速化させることを行う.また,実投手の多様な投球フォーム画像を詳細に分析し,逆動力学およびCAEによる投球シミュレーションを行い,上腕の投球動作と各関節動作を同定した投球アルゴリズムを開発する.このアルゴリズムを用いて製作したピッチングマシンで投球実験を行い,投球フォーム,投球ボールの球速,球種および投球精度を検討する.柔軟ハンドの把持およびリリース動作を確実かつ高速に行えるように改良する.また,実投手のウインドミル投法のフォーム画像を詳細に分析し,逆動力学およびCAEによる投球シミュレーションを行い,投球動作と各関節動作を同定した投球アルゴリズムを開発する.このアルゴリズムを用いて試作したソフトボール用ピッチングマシンを用いて,投球フォーム,投球ボールの球速,球種および投球精度を検討する.スポーツ科学
噴霧熱分解法による非酸化物ナノ複合粒子の合成

SiC分散アルミナ系について、二流体ノズル噴霧方式および超音波噴霧方式により、粉末合成を試み、それぞれの方法で作製した粉末の性状の評価を行った後、さらに、それらの粉末を用いて焼結体を作製し、その機械的性質を明らかにした。原料溶液は、0.3mol/lの硝酸アルミニウム水溶液に、分散材である平均粒径0.26ミクロンのSiC粉末を分散した懸濁液を使用した。二流体ノズル噴霧方式では、改良した溶液注入系を用いることにより、定常的に混合粉末の合成が可能であった。さらに、通常、圧縮空気噴霧であるが、窒素ガス噴霧も可能であることを確認した。単位時間当たりの合成量は約50gであった。合成粉末は、約50nmの一次粒子が中空球状に集合した数10ミクロンの二次粒子であり、比表面積が約30m^2/gであり、アルミナ成分は、非晶質であった。合成粉末中のSiC含有量は、原料溶液の混合量に比べて30-40%減少したが、30vol%複合材まで作製可能であった。超音波噴霧方式により合成した粉末は、1ミクロン程度の粒径のそろった、中実球状粒子であったが、合成粉末中のSiC含有量は、原料溶液組成から著しく減少した。単位時間当たりの合成量は、二流体ノズル噴霧方式の1/10以下であった。二流体ノズル噴霧合成粉末を、解砕後、1700°Cにて、ホットプレス焼結した。SiC添加量が、30vol%まで、相対密度95%以上にち密化し、焼結体のアルミナ粒径はSiCの添加に伴い著しく減少した。曲げ強度は、SiCの添加に伴い著しく増加し、ボールミル混合した粉末に比べ、SiC添加量がより多い組成で最大値を示した。以上より、噴霧熱分解法により、非酸化物ナノ複合粒子が合成可能であることを明らかにした。SiCナノ粒子分散アルミナセラミックスの合成溶液の調整では、アルミナ源として硝酸アルミニウムの水溶液を用い、イビデン社製微粒子Sic粉末(平均粒径0.25ミクロン)を分散させた溶液を調整した。この時、懸濁液が安定に存在するための条件として、各種の分散剤の効果をSicの濃度との関係で明らかにし、溶液調整の手法を明らかにした。この溶液を用いて、超音波噴霧様式において、試作した噴霧熱分解装置を用いることにより、粉末を合成した。得られた合成粉末を用いて大気中1500°Cで焼結体を作成し、その微構造を電子顕微鏡で観察することによりSicの分散状況を明らかにした結果、アルミナ粒内にSicが分散(ナノコンポジット化)していることを確かめた。さらに、新規に購入した噴霧熱分解装置については、二流体ノズルの性状を確認し、溶液の脈動を押さえる工夫をした後、上記と同様の溶液を炉内温度800°Cで1時間に1リットルの噴霧が行えることを確かめた。粉末の回収率は70%であった。この粉末をX線回折で調べたところ、非晶質のアルミナとSic粒子からなっており、本粉末製造法が原理的に有効であることが確かめられた。得られた粉末は、極めて比表面積の大きな粉末であり、そのままプレス成形して焼成したところ、十分な密度の焼結体は得られないことがわかった。また、大気中での熱処理では、Sicはアルミナと反応して、ムライトとなってしまうことが明らかとなった。今後、粉末の処理法および、焼結雰囲気についても検討していく予定である。SiC

分散アルミナ系について、二流体ノズル噴霧方式および超音波噴霧方式により、粉末合成を試み、それぞれの方法で作製した粉末の性状の評価を行った後、さらに、それらの粉末を用いて焼結体を作製し、その機械的性質を明らかにした。原料溶液は、0.3mol/lの硝酸アルミニウム水溶液に、分散材である平均粒径0.26ミクロンのSiC粉末を分散した懸濁液を使用した。二流体ノズル噴霧方式では、改良した溶液注入系を用いることにより、定常的に混合粉末の合成が可能であった。さらに、通常、圧縮空気噴霧であるが、窒素ガス噴霧も可能であることを確認した。単位時間当たりの合成量は約50gであった。合成粉末は、約50nmの一次粒子が中空球状に集合した数10ミクロンの二次粒子であり、比表面積が約30m_2/gであり、アルミナ成分は、非晶質であった。合成粉末中のSiC含有量は、原料溶液の混合量に比べて30-40%減少したが、30vol%複合材まで作製可能であった。超音波噴霧方式により合成した粉末は、1ミクロン程度の粒径のそろった、中実球状粒子であったが、合成粉末中のSiC含有量は、原料溶液組成から著しく減少した。単位時間当たりの合成量は、二流体ノズル噴霧方式の1/10以下であった。二流体ノズル噴霧合成粉末を、解砕後、1700°Cにて、ホットプレス焼結した。SiC添加量が、30vol%まで、相対密度95%以上にち密化し、焼結体のアルミナ粒径はSiCの添加に伴い著しく減少した。曲げ強度は、SiCの添加に伴い著しく増加し、ボールミル混合した粉末に比べ、SiC添加量がより多い組成で最大値を示した。以上より、噴霧熱分解法により、非酸化物ナノ複合粒子が合成可能であることを明らかにした。
産婦ケア実践能力獲得に向けたハイブリッド型シミュレーション教育プログラムの開発

本研究は、助産学生の産婦ケア実践能力獲得に向けたハイブリッド型シミュレーション教育プログラムを開発することを目的とする。本研究では模擬産婦、ローテクノロジー生体シミュレーター及びコンピューターベースの生理学的データ(産婦のバイタルサイン及び胎児心拍数モニタリングデータ)など、多様なシミュレーション機能を組み合わせ、ビデオディブリーフィング機能を統合した、臨場感のあるリアリスティックな産婦ケア実践場面を再現するハイブリッド型シミュレーション教育プログラムを開発することを目指す。
縮退4光波混合を用いる導波形光双安定素子の基礎研究

これまでにない新しい光機能デバイスとして縮退4光波混合を用いた光双安定素子の可能性を考究しその実現性を確かめることを目的として研究を進めた。当該研究者は、先に基礎的解析および数値計算を行ない、3次の非線形光学効果を有する光導波路において縮退4光波混合を行なうことによって、入出力光強度特性に双安定特性が得られる可能性のあることを見出した。これに関してさらに研究を深め、その特性を理論的・実験的に確かめるべく研究を展開した。具体的には、[1]理論ならびに数値解析を充実し動作の発現機構、特性などを解明すること、[2]新機能としてこの特性を利用する場合の素子の設計手法を明らかにすること、[3]基礎的な動作確認実験を行ない双安定特性を実証すること、などを研究課題とした。1.動作特性の解析:縮退4光波混合を記述する結合モ-ド方程式を導波光モ-ドに適用し、数値計算によって特性を解明した。さまざまな条件についての解析を進め、結果を集積してこの形式の光双安定特性の特徴を明らかに。場合によっては同じ境界条件に対して結合系内部に3つの独立な解が存在し得ることを見出した。2.光双安定デバイスの設計:非線形ガラス導波路、半導体MQW光導波路など、実際的な非線形導波路材料を想定して、適切な導波回路構成法、ポンプ・信号光などの具体的な結合法を考慮したデバイス構成法を考究して、期待される性能を評価した。双安定特性の実験的確認のための具体的な構成パラメ-タを決定した。3.試作および動作実験:半導体ド-プ非線形ガラス基板にイオン拡散によって光導波路を形成する基本的な手法を確立し、作成条件の最的化を進めるべくアルゴンレ-ザを光源ととした光導波実験により導波路パラメ-タを測定しつつある。残念ながら時間的制約から双安定特性の確認には至っていない。
教育におけるアドホックネットワークの活用に関する研究

平成30年度は,ICT機器を用いた教育支援の有効性を調べることを目的として,以下のようなタブレット用アプリケーションを開発し,教育効果の評価を行った.(1)小学生向けのプログラミング学習アプリケーションを開発した.このアプリケーションでは,マップ上を動くキャラクターに対する移動・方向転換命令や,繰り返し動作,条件付き繰返し動作の書かれたカードを適切な順序に並べて,キャラクターを目的地まで導くプログラムを作成することにより,プログラミングの概念を学ぶことができる.このプログラミング学習アプリケーションによって,プログラミングの基礎となる繰り返し動作などを小学生に理解させることができるか確認するために,このアプリケーションを使用したプログラミングの講座を実施し,タブレット用アプリケーションによる教育支援の有効性を評価した.(2)硬貨による代金支払いを題材とした論理的思考力育成アプリケーションを開発した.このアプリケーションでは,与えられた条件を充足する解を模索させることによって,論理的思考力を育成できることが期待される.このアプリケーションを小学生に利用してもらい,アプリケーションを使用することにより解けるようになった問題について調査することや,アプリケーションの操作性などに関するアンケートを実施することなどによって,アプリケーションの評価を行った.平成29年度までの研究により得られた知見に基づいて,タブレットによるアドホックネットワークを構築し,相互に直接通信を行うことによって,上記のようなアプリケーションを使用した教育を,Wi-Fi環境が整備されていない学校においても効果的に実施することができると考えられる.平成27年度に得られた研究成果は以下の通りである.(1)教室内でアドホックネットワークを活用した教育を行うことを想定し,Wi-Fi DirectおよびBluetoothを利用したタブレット間通信の遅延特性を調査した.教室環境において2台のタブレットの間に着席する人数を変化させる実験などを行ったところ,Wi-Fi Directによる通信は人体により影響を受けるが,Bluetoothによる通信は人体によりほとんど影響を受けないことなどが判明した.(2) 2台のタブレットを用いて,タブレット間通信の特性を調査した.2台のタブレットの間で描画画面を共有するペイントアプリケーションを作成し,往復遅延時間を計測する機能も実装して計測を行った.Wi-Fi,Wi-Fi Direct,Bluetoothで比較したところ,Wi-Fiにおいては手による描画動作が遅延時間に大きく影響するが,Bluetoothにおいてはほとんど影響しないことなどが判明した.(3) 7台のタブレットでBluetooth通信によるツリー型のアドホックネットワークを構成し,教室内でタブレット間のマルチホップ通信によるメッセージの送受信が行えることを確認した.また,校外活動におけるアドホックネットワークの活用の可能性を探るために,屋外において約425mの距離を6台のタブレットで繋ぎ,メッセージの送受信が行えることを確認した.当初計画していた通り,タブレット間通信の特性などを調べることができたため.平成28年度に得られた研究成果は以下の通りである.(1) Bluetooth通信により構成されたアドホックネットワークであるスキャッタネットを利用して,グループ学習の成果物を複数のタブレット間で共有することにより,受講者全員が成果物を詳細に確認できるようにするためのアプリケーションを開発した.また,最大15台のタブレットを用いて,送信にかかる時間に関する性能評価を行った.(2)受講者がグループを構成してKJ法による意見整理を行う際に,Bluetoothで接続されたタブレットを1人1台利用して,タブレット間で画面共有を行うことにより,意見整理を円滑に進めることができるシステムを開発した.また,大学院の授業で実証実験を行い,動作遅延,使いやすさ,利便性などについてアンケートによる評価を行った.(3)タブレットを用いて計算の演習を行う際に,タブレット間をBluetoothで相互に接続することにより構成されたスキャッタネットを利用して,教員と児童との間で問題の解答を送受信する答案送受信システムを開発した.また,大学生に教員役と児童役を演じてもらうロールプレイを取り入れた実験により,教員が指導を要する児童を机間巡視に比べて早期に発見することができ,児童がどこでつまづいているのかについても早く正確に判断できることを示した.(4)通信環境の整備が難しい校外において,Bluetooth通信によりタブレット間で位置情報の共有を行うことによって,校外での活動を安全に行うことができるようにするアプリケーションを開発した.また,7台のタブレットを用いて屋外で実験を行うことにより,タブレット間の距離や建物の有無が通信に及ぼす影響について調査した.当初計画していた通り,Bluetooth通信により構成されたアドホックネットワークであるスキャッタネットを活用した教育アプリケーションを開発し,実験により評価を行うことができたため.平成29年度に得られた研究成果は以下の通りである.(1)前年度に開発した,Bluetooth通信により構成されたアドホックネットワークを利用して,グループ学習の成果物を複数のタブレット間で共有するアプリケーションの改良を行った.具体的には,データを当面受信する予定のないタブレットに対するポーリングを抑制することにより,データの送受信にかかる時間を短縮した。また,ネットワークトポロジーの最適化を施すことにより,データの送受信にかかる時間をさらに短縮した.あるタブレットから14台のタブレットに対して画像を送信する実験を行ったところ,送信にかかる時間が従来の約8分の1となった.(2) ICT機器を用いた教育支援の有効性を調べることを目的として,電気回路の性質に関する実験を模擬的に行うことができるタブレット用アプリケーションを開発した.また,アプリケーション使用前後における児童の理解度調査およびアンケートにより,タブレット用アプリケーションによる教育支援の有効性を評価した.(3)道案内を題材として論理的思考力の育成を行うタブレット用アプリケーションを開発した.このアプリケーションは,地図上に示された目的地に到達する手順を組み立てるもので,近年重要性が指摘されているプログラミング的思考の基礎が身に付くことが期待される.

アプリケーションを使用する前と後で,児童に論理的思考力を問う問題を解いてもらうことなどにより,アプリケーションの有効性を評価した.アドホックネットワークを用いたデータの送受信手法を改良することができたことに加えて,前年度の実施状況報告書に記載した「今後の研究の推進方策」の通り,教育現場においてどのような課題があるかについてヒアリング調査を行い,その課題を解決するためのシステムを開発して評価を行うことができたため.平成30年度は,ICT機器を用いた教育支援の有効性を調べることを目的として,以下のようなタブレット用アプリケーションを開発し,教育効果の評価を行った.(1)小学生向けのプログラミング学習アプリケーションを開発した.このアプリケーションでは,マップ上を動くキャラクターに対する移動・方向転換命令や,繰り返し動作,条件付き繰返し動作の書かれたカードを適切な順序に並べて,キャラクターを目的地まで導くプログラムを作成することにより,プログラミングの概念を学ぶことができる.このプログラミング学習アプリケーションによって,プログラミングの基礎となる繰り返し動作などを小学生に理解させることができるか確認するために,このアプリケーションを使用したプログラミングの講座を実施し,タブレット用アプリケーションによる教育支援の有効性を評価した.(2)硬貨による代金支払いを題材とした論理的思考力育成アプリケーションを開発した.このアプリケーションでは,与えられた条件を充足する解を模索させることによって,論理的思考力を育成できることが期待される.このアプリケーションを小学生に利用してもらい,アプリケーションを使用することにより解けるようになった問題について調査することや,アプリケーションの操作性などに関するアンケートを実施することなどによって,アプリケーションの評価を行った.平成29年度までの研究により得られた知見に基づいて,タブレットによるアドホックネットワークを構築し,相互に直接通信を行うことによって,上記のようなアプリケーションを使用した教育を,Wi-Fi環境が整備されていない学校においても効果的に実施することができると考えられる.アドホックネットワークを利用した教育アプリケーションを考案・開発して,実証実験により評価を行う.学生へのアンケートにより教育効果を確認するだけでなく,遅延時間などの測定も行いたい.教育現場においてどのような課題があるかについて詳細に調査を行い,その課題を解決するためのシステムを開発して評価を行いたい.
量子ドットイメージング法による癌細胞の多様性と治療効果との関連性の検証方法の開発

以下の案件について解析を実施した。(2).多光子レーザ分子不活性化法(MP-CALI)効果の類似方法の開発。[実験計画][結果](1)Her2のみがBT474細胞膜に観察され、MCF-7、Cos-7細胞には認めなかったが、E-Cadherin、ZO-1は、すべての細胞に観察された。複数蛋白の同時検出は可能であったが、機能考察は更なる解析を要する。(2)Ultra Violet C(UVC)-Pulse Flash Ray(UVCPFR)照射により、MP-CALIとは異なる新しい効果を発見した。ある閾値のUVCPFR照射で、腫瘍細胞のみに細胞質の委縮、細胞膜の破壊による細胞死を来たし、非腫瘍細胞は、細胞萎縮を伴うも修復され生存していた。すなわち、腫瘍細胞を特異的に殺傷する方法を開発した。本法は、近紫外線(UVC,230-270nm)パルス光を標的細胞に照射、腫瘍細胞特異的な高紫外線感受性を活用し、選択的に腫瘍細胞のみを殺傷・破壊する方法を開発である。新たながん治療方法の一つになりうると確信する。
紫外共鳴ラマン分光による調節蛋白一遺伝子相互作用とその動的過程

本研究は3つの段階に分けられる。第1は紫外ラマン分光装置の製作,第2はタンパク質,核酸の高次構造を反映する紫外ラマンマ-カ-バンドの表の充実,第3は,第1と第2の成果を踏まえて、遺伝情報の転写を調節する調節タンパク質の紫外共鳴ラマンスペクトルを測定,解析して,その調節機構の一端を構造化学的に理解することである。1.紫外ラマン分光装置の製作:既存の可視ラマン分光装置を改良し,紫外光源としてNd:YAGレ-ザ-(第2,3,4,5高調波)とラマンシフタ-を併用し,マルチチャンネル紫外ラマン分光装置を作製した。2.タンバク質・核酸構造マ-カ-バンド表の充実と応用:タンパク質主鎖のアミド結合,イミド結合(Pro),芳香族側鎖(Trp,Tyr,Phe,His),核塩法であるプリン,ピリミジン環の紫外ラマンバンドに関する基礎的な研究を行い,「ラマンマ-カ-バンド表」の充実を行った。また,ス-パ-オキシドジスムタ-ゼやバクテリオロドプシンの紫外共鳴ラマンスペクトルを初めて観測し,表に基づいて解析して有用な構造知見を得た。3.調節タンバク質CRPとそのcAMP複合体の水溶液中の構造:調節タクパク質の1つであるcAMP受容タンパク質(CRP)は2量体として存在し,cAMP取り込みにより構造変化して特定の塩基配宣列に強く結合する。CRP同士が会合していない希薄溶液(50μM)について紫外鳴ラマンスペクトルを測定し解析したところ、一方のサブユニットの逆平行βバレルにcAMPが取り込まれると,そのサブユニットのみならず他方のβバレル構造も大きく変化することがわかった。また,取り込まれたcAMPはsyn型であり,アデニン環のN7位,C6NH_2位とタンパク質との水素結合により安定化されている。1.本研究の目的にかなった紫外可視ラマン分光用光源として,YAGパルスレーザーシステム(真空冶金LH8701ーDCR3G)を選定し,既存のラマン分光用ダブルモノクロメーターと組み合せ,紫外分光用集光系,フィルター等を取付けて,可視・紫外(266nmまで)両用マルチチャンネルラマン分光光度計を作製した.今後,測定可能領域をさらに短波長へひろげる計画である.2.サイクリックAMPという小分子を取り込むことによって構造が変化してDNAの一部(オペレーター)と結合し,これによってRNA合成酵素の働きを調節する蛋白,CRPがある. CRPを量産する大腸菌を培養し,単離・精製した.様々な目的の実験に使用するために,今後さらに多量を精製する.3.オペレーター部位のDNA22マーを液相法により合成した.その円偏光二色性スペクトルを測定し,二本鎖B型構造をとっていることを確認した.これに,cAMPを取り込んだCRPを添加すると,22マーの構造が一部C型に変化することを見出した.これらのラマン分光による本格的な研究は,予定通り,来年度以降に行う.4.蛋白によるDNAの認識は,特定の配列をしたアミノ酸側鎖と塩基との相互作用によると考えられる.基本的なオリゴペプチドとしてLys-Trp-LysとLys-Tyr-Lysを合成し,ポリアデニル酸やポリ(αAーαT)との相互作用を調べた結果,これらのペプチドは,特徴的な水素結合やスタッキングによりヌクレオチドと相互作用していることが明らかとなった.5.DNAオリゴマー,TATAATとTTGACAの特定