hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
分子セルフアセンブリ法による導電性高分子多層ヘテロ構造素子の作製と機能性

薄膜作製技術は,これらの優れたデバイスを作製し,その機能を最大限に発揮させるためにきわめて重要であり,個々の有機層を規則正しく配列したり,種々の異なった機能を有する分子を個々の有機層に組み込んだ,いわゆる超分子構造の薄膜を形成する技術には非常に関心が持たれる。本研究では,上述のような観点から超分子構造の薄膜を作製する新しい技術として分子セルフアセンブリ法を用い,分子レベルで膜厚を制御した多層ヘテロ構造薄膜の製膜条件の把握とそれを用いた電子デバイスの作製を試みている。本手法は,基本的に互いに反対極性に荷電した電荷間の静電引力が製膜の起源となるので,スルホン化ポリアニリン,ポリチオフェン-3-酢酸などのポリアニオンおよびポリフェニレンビニレン前駆体,ポリジヘキシルプロパギルアンモニウムブロマイドなどのポリカチオンを合成し,その製膜条件を確立した。即ち,基板の性質(親水性,疎水性,正に荷電,負に荷電),電解質溶液の濃度,pH,イオン強度などが密着性,膜質,膜厚などに大きく影響することを明らかにし,ヘテロ界面では基底状態で相互作用はなく,吸光度と層数の間に線形関係が認められることから,分子組成が正確に制御できることを示した。更に,これらの多層ヘテロ構造超薄膜の光照射効果を調べた結果,例えばポリチオフェン-3-酢酸/ポリジヘキシルプロパギルアンモニウムブロマイドからなる系では,蛍光スペクトルの著しい消光現象と光伝導の強調現象が観測され,明らかに光誘起電荷分離が生じていることを明らかにした。これらの現象は用いた高分子の電子状態を考慮して説明可能である。更に,スルホン化ポリアニリン/ポリフェニレンビニレンからなる系電界発光素子を試作し,その基本特性を調べた。特に,発行が中性の一重項励起子を経由して起こることを指摘し,ヘテロ薄膜の厚さを薄くするにつれて発行スペクトルは高エネルギー側に移行し,膜厚が分子レベルに近づくにつれて有効に励起子が閉じ込められ,無機半導体で見られるような量子サイズ効果が認められた。この現象については,ヘテロ界面の性質が全く明らかになっていないこと,製膜の揺らぎなどから,量子化したエネルギー状態の存在にまだ議論の余地が残されているが,。本研究で得られた知見は,特徴的な電子的・光学的性質を分子レベルで制御できる上,有機層の厚さが分子スケールに近づくにつれて量子効果を実現でき,更に超薄層の層数が多くなると界面の得意な性質がバルクの性質を凌駕し,素子全体の性質として発現できるなどの可能性を秘めており,エレクトロニクス素子機能を分子で代行させようとする将来の分子電子素子を実現する上での基礎研究に大いに貢献するものと考えられる。π共役電子構造を有する導電性高分子の合成,物性,応用などに関する研究が目覚ましい勢いで進展しているが,最近,特に導電性高分子を光電池,FETあるいはLEDといった電子素子・デバイスへ活用しようとする開発が活発に行われている。これら素子は機能を最大限に発揮させるため基本的に導電性高分子の薄膜を用いて作製することが肝要で,その薄膜作製技術でも規則正しく配列したり,機能分子を組み込んだりして,いわゆる超構造,素構造の薄膜を得ることに関心が持たれている。本研究では,このような観点から超分子構造の薄膜を作製する新しい技術として分子セルフアセンブリ法を用い,分子レベルで膜厚を制御した多層ヘテロ構造薄膜の成膜条件の把握とそれを用いた種々の電子デバイスの作製を試み,その動作機構の検討も行ってきた。
看護師としての倫理観を身につけていく過程―学生のナラティブから―

本研究は、臨床実習を経験した看護学生のナラティブより、いかにして倫理観を身につけていくのかその過程を明らかにすることを目的とした。対象は臨床実習を行う看護大学の学生(1・2・3年生)とし、基礎看護学実習を終了した時点に調査を行った。H17年度は、F大学という教育施設へ研究調査協力の依頼を行い、その教育施設の倫理委員会から承認された。参加協力に承諾が得られた看護学生を対象に、ナラティブを録音し逐語録を作成し質的に分析した。<<調査結果>>・看護学生(1年生)は、患者に対し対等な目線で患者と接し優しさを醸し出し、患者と身近な存在で居れることは、看護師として重要であると考える傾向にあった。・看護学生(2年生)は、看護師が医療行為を行う場合必要とされている専門的な知識や技術の活用ができることやコミュニケーションスキルの熟達が看護師には必要であると考える傾向があった。・看護学生(3年生)は、具体的な実習体験から、患者との関係性から生じる調整・気づき・反省など重要視し、患者と看護師の間での心の通い合いが重要だとしていた。さらに、多面的な見方ができ専門的なケア技術提要や地域や他診療科への連携がとれ、より患者にあった医療を提供することが看護師として重要であると考える傾向にあった。これらの調査結果を踏まえ、今後それぞれの看護学生がどのような経験を積み、どのような倫理観を身につけていくのか縦断的に調査していくことが必要である。今後の縦断的な調査を行い、それらの結果から具体的な看護倫理教育の内容を検討する計画である。
骨伸長障害に対するCNP/GC-B系賦活化治療の基盤構築

哺乳類の骨は、まず鋳型としての軟骨が形成され、それが骨に置き換わる「内軟骨性骨化」と呼ばれる様式で形成される。骨の伸長はこの複雑な様式に依存するため、単一のシグナル伝達を介して促進することは困難であった。しかし、我々は、近年C型ナトリウム利尿ペプチド(CNP)およびその受容体グアニル酸シクラーゼB(GC-B)が強力な骨伸長促進因子であることを発見した。本研究では、骨の伸長障害をきたす疾患に対する将来的な臨床応用を見据えて、その生理学的な作用メカニズムの解明を試みた。1)CNP/GC-B系賦活化の内軟骨性骨化による骨伸長促進作用の機序の解明1軟骨あるいは骨特異的CNPあるいはGC-Bノックアウトマウスの作製と解析:Cre-loxPシステムによるCNPあるいはGC-Bの軟骨特異的ノックアウトマウスを作製・解析した結果、ともに著明な体長や各骨長の伸長障害が認められた。また、軟骨特異的CNPあるいはGC-Bノックアウトマウスにおいて、著明な成長板幅の短縮と、軟骨細胞の増殖抑制傾向が確認された。2骨折治癒機転におよぼすCNP/GC-B系賦活化の作用の検討:生後6週齢のマウスに対し、髄内釘を用いた大腿骨骨折モデルを確立し、SAP-CNP-Tgマウスと野生型マウスの治癒部位の組織学的解析をおこなったところ、SAP-CNP-Tgマウスにおいて仮骨の吸収の促進が認められた。2)CNP/GC-B系の骨伸長促進作用におけるCNPの代謝機構の意義の解明:C受容体ノックアウトマウスの供与を受け、骨格系に関する詳細な解析をおこなう準備を進めている。3)CNP/GC-B系と他経路・他分子との相互作用の解明1CNP/GC-B系とGH/IGF-I系の相互作用の解明:野生型マウス胎仔脛骨器官培養において、CNPあるいはIGF-I、さらにこれらの共添加による相加的伸長促進効果を確認し現在GSK3βリン酸化の状態を評価している。2軟骨におけるCNP過剰発現トランスジェニックマウスおよびノックアウトマウスを用いたマイクロアレイによる関連分子の探索:上記マウスの脛骨成長板よりRNAを採取し、マイクロアレイをおこなった。現在、変化を認めた遺伝子の同定をおこなっている。1)CNP/GC-B系賦活化の内軟骨性骨化による骨伸長促進作用の機序の解明:平成26年度に引き続き、骨における特異的発現を可能とする1型コラーゲンプロモーターを用いたCreトランスジェニックマウスを使用して、Cre-loxPシステムによるCNPあるいはGC-Bの骨特異的ノックアウトマウスを作製した。昨年度作製した、2型コラーゲンプロモーターCreトランスジェニックマウスを用いた軟骨特異的ノックアウトマウスと異なり、これらのマウスでは低身長、各骨の伸長障害を認めなかった。骨密度等骨形態の変化につき、現在解析中である。2)CNP/GC-B系の骨伸長促進作用におけるCNPの代謝機構の意義の解明:C受容体ノックアウトマウスの軟骨・骨組織の解析:前年度までに供与を受けたC受容体ノックアウトマウスについて、成長曲線、各骨長の解析をおこない、既報通り内軟骨性骨化により形成される骨の過伸長を確認した。現在、このマウスに認められる骨の過伸長が、内因性CNPのクリアランス低下によるものか否か、あるいはその寄与度をin vivoにて検証するために、C受容体ノックアウトマウスをCNPノックアウトマウスと交配させてCNPかつC受容体ノックアウトマウスを作製中である。3)CNP/GC-B系と他経路・他分子との相互作用の解明:CNP/GC-Bの下流であるとされるcGKIIのノックアウトマウスを用いた胎仔器官培養において、CNP添加による伸長促進作用の消失の有無を検討したが、骨伸長促進が認められる傾向を認めた。現在さらに詳細な検討をおこなっている。特に進捗に問題はありません。平成27年度に引き続き、骨における特異的発現を可能とする1型コラーゲンプロモーターを用いたCreトランスジェニックマウスを使用して、Cre-loxPシステムによるGC-Bの骨特異的ノックアウトマウスを作製し、解析を継続した。各群サンプル数約20の骨特異的GC-Bノックアウトマウスおよびその対照マウスの大腿骨の骨形態計測を、マイクロCTを用いておこなったが、サンプル間でのばらつきが大きく、最終的には両群間の差を認めなかった。今後、週齢数や固定時間をより厳密に統一し、再検することを検討している。C受容体ノックアウトマウスの軟骨・骨組織の解析:前年度までに引き続き、供与を受けたC受容体ノックアウトマウスをCNPノックアウトマウスと交配させてCNPかつC受容体ノックアウトマウスを作製した。その結果、C受容体ノックアウトマウスに認められる骨の過伸長はCNPノックアウトマウスのbackgroundでは発現せず、C受容体ノックアウトマウスに認められる骨の過伸長が、内因性CNPのクリアランス低下によるものであることが明らかとなった。3)CNP/GC-B系と他経路・他分子との相互作用の解明前年度施行したcGKII (CNP/GC-Bの下流分子)のノックアウトマウスを用いた胎仔脛骨器官培養において、CNP添加による骨伸長促進について確認し、組織学的解析をおこなった。また、今回はCNP/GC-Bの下流との相互作用が想定されているMAPK経路のERKの阻害剤を用いて、その作用を検討した。ERK阻害剤は胎仔脛骨器官培養における培養体の伸長を促進した。今後、CNPとの相互作用を検討する予定である。

哺乳類の骨は、まず鋳型としての軟骨が形成され、それが骨に置き換わる「内軟骨性骨化」と呼ばれる様式で形成される。骨の伸長はこの複雑な様式に依存するため、単一のシグナル伝達を介して促進することは困難であった。しかし、我々は、近年C型ナトリウム利尿ペプチド(CNP)およびその受容体グアニル酸シクラーゼB(GC-B)が強力な骨伸長促進因子であることを発見した。本研究では、骨の伸長障害をきたす疾患に対する将来的な臨床応用を見据えて、その生理学的な作用メカニズムの解明を試みた。平成26年度の計画は概ね順調に遂行されている。研究開始当初の計画を進捗させる予定です。内分泌学これまでの研究の進捗に大きな問題はなく、今後計画通りに研究を進める予定である。マイクロアレイについては、成長板軟骨の採取が均一な軟骨細胞のみではなかった可能性があり、今後の解析が困難となる可能性がある。今年度計画が金額的に効率よく遂行されたため、約2万円の余剰が出ました。免疫染色等詳細な組織学的解析、μCTによる骨密度測定、マイクロアレイの解析等、大きな支出を平成27年度以降に計上する予定である。来年度の研究費に計上し、最終的な研究計画遂行に使用する。平成27年度以降に上記研究を施行し、研究費に計上する予定である。
超高感度磁気センサを用いた電磁的非破壊検査装置のモバイルロボット化

本研究では、地磁気(約50μT)などの環境磁気雑音が存在する環境で、現在最も高感度なSQUID磁気センサを移動させて構造物の非破壊検査が可能なモバイル型検査装置の開発を目的とした。そこで、まずH17年度では、SQUID磁気センサ移動時に鎖交する環境磁気雑音をリアルタイムに相殺することによりセンサ移動を可能にするアクティブシールド技術の開発を行った。アクティブシールド技術として、SQUID磁気センサに鎖交する環境磁気の出力電圧を利用して、センサ近傍に設置した補償コイルから相殺磁気を発生させて、環境磁気を打ち消す帰還回路を開発した。本帰還回路には、狭帯域遮断フィルタを導入して非破壊検査に用いる特定周波数の磁気信号は相殺せずに、検査信号以外の全周波数帯域の磁気雑音を相殺するという特徴を持たせた。本アクティブシールド技術により、磁気ノイズの増加なしに32mm/sの速度でSQUID磁気センサの環境磁気中移動が可能となった。また、雑音の相殺を行った状態でSQUID磁気センサを二次元移動させて、ロケットなどの構造物に使用されている先進複合材料であるC/C(炭素繊維炭素強化複合材料)の非破壊検査を行い、深さ15mmに位置する欠陥を非破壊、非接触で検出することができた。H18年度では、本科研費にて購入したロボットアームにこのSQUID非破壊検査を実装した。この際、ロボットアーム本体が移動できるような機構を導入した。また、実用性を考慮してSQUIDの冷却に取り扱いの容易なパルス管冷凍機を導入した。本研究では、ロボットが動作する際に発生する数μTの磁気ノイズがSQUIDに侵入して安定動作を妨げることが分かった。そこで、SQUIDよりも感度の点では数桁劣るが、数μTの磁場中でも安定動作するフラックスゲート磁気センサをSQUIDの代用に用いたアクティブシールドを開発し、ロボット式SQUID非破壊検査装置に適用した。この結果、ロボット動作時のノイズを相殺して、かつSQUID安定動作と二次元移動が可能な検査装置の開発に成功した。現在最も感度の高いSQUID磁気センサを用いた電磁的非破壊検査は、従来の非破壊検査技術では検出困難な微小欠陥や深部欠陥を検出できる能力を持つ。このため、大型構造物に対する新しい非破壊検査技術として実用化が望まれてきた。しかし、SQUID磁気センサの超高感度特性(最小磁場感度約10-^<14>T)のため、それよりはるかに大きな地磁気(約5×10^<-5>T)を含む環境磁気中では、地磁気が測定限界を超える磁気雑音となり、センサを移動させた構造物の走査が実施できなかった。そこで、本年度の研究では、SQUID磁気センサ移動時に鎖交する環境磁気雑音をリアルタイムに相殺することによりセンサ移動を可能にするアクティブシールド技術の開発を行った。アクティブシールド技術として、SQUID磁気センサに鎖交する環境磁気の計測出力を利用して、センサ近傍に設置した補償コイルから相殺磁気を発生させて、環境磁気を打ち消す帰還回路を開発した。本帰還回路には狭帯域遮断フィルタを導入して、非破壊検査に用いる特定周波数の磁気信号を相殺することなく、検査信号以外の全周波数帯域の磁気雑音を相殺するという特徴を持たせた。この帰還回路内の抵抗値を最適化することにより、環境磁気中を、磁気ノイズの増加なしにSQUID磁気センサを32mm/sの速度で移動することが可能となった。また、この雑音の相殺を行った状態で、SQUID磁気センサを二次元移動させて、ロケットなどの構造物に使用されている先進複合材料であるC/C(炭素繊維炭素強化複合材料)の非破壊検査を行い、深部15mmに位置する欠陥を非破壊、非接触で検出することができた。また、本年度購入したロボットアームにこの非破壊検査装置を実装した。次年度は、非破壊検査装置を実装したロボットアームを自走化、およびSQUID磁気センサの冷却に扱いの容易な冷凍機の導入を行い、本技術の実用化を図る。本装置を用いて、実際の構造物に対して検査試験・性能評価を行う。

そこで、SQUIDよりも感度の点では数桁劣るが、数μTの磁場中でも安定動作するフラックスゲート磁気センサをSQUIDの代用に用いたアクティブシールドを開発し、ロボット式SQUID非破壊検査装置に適用した。この結果、ロボット動作時のノイズを相殺して、かつSQUID安定動作と二次元移動が可能な検査装置の開発に成功した。
食細胞機能抑制マウスにおけるM.avium complex感染症の解析及び治療

Mycobacterium avium complex(MAC)感染症は発生機序に不明な点が多く、その感染防御に関してリンパ球とならんで、マクロファージが重要とされる。MAC感染症の病態の解析に資することを目的としてマクロファージ活性化機能を抑制したマウスにおけるMAC感染症モデルの作成ならびに治療実験を行った。1)低蛋白食を投与した際のマウス食細胞機能の変化蛋白含有量2.5%の低蛋白食を与えたマウスでは腹腔マクロファージの活性酸素産生が低下した。2)低蛋白食を投与したマウスでの感染モデルの作成感染は当研究所保存のM.intracellulare、31F093T株を尾静脈からの経静脈感染及び腹腔感染によって行った。蛋白含有量24%の通常蛋白食を投与した対照マウスに比べて、臓器重量当たりの臓器内生菌数は増加し、一方、肺での肉芽腸形成は軽度であった。3)上記実験モデルにおける治療実験治療薬剤としてMACに対して優れたMICが報告されているKRM1648を用い、感染第2日目より20mg/kg/日を経口投与した。次の4群を設定した。A群通常蛋白食における対照群B群通常蛋白食でのKRM1648投与群C群低蛋白食における対照群D群低蛋白食でのKRM1648投与群。KRM1648を投与したB群、D群はA群、C群に比べて有意に臓器内生菌数は減少した。KRM1648は食細胞機能低下時においても十分有効であると結論された。KRM1648は低栄養な患者においてもMAC感染症に対して、有望と考えられた。次の4群を設定した。
イオノミクスを利用した環境ストレス応答解析

植物に含まれる元素の集合体であるイオノームに与える養分欠乏およびアルミニウムストレスの影響を調査した。窒素、リン、カリウムの欠乏は植物のイオノームプロファイルを大きく変動させた。測定した元素のうち、モリブデンとセシウムの変動が特に顕著だった。窒素欠乏下でのモリブデン含有率の上昇には窒素固定微生物が関与すると予想された。アルミニウムストレスもイネのイオノームプロファイルに影響した。本年度はまず、三要素試験圃場(完全区、-N区、-P区、-K区、-NPK区)にてコムギ、トウモロコシ、ダイズ、ヒマワリの4作物種を栽培し、生育応答とイオノームプロファイルの変動を測定した。葉の分析結果では、欠乏させた三要素以外のほとんどの元素(必須・非必須の両方)の含有率が変動した。変動の傾向は欠乏させた三要素により大きく異なり、作物種による変動の違いも認められた。N欠乏下では、コムギとヒマワリの葉におけるMo含有率が大きく上昇したのに対し、ダイズでは逆に減少した。Moは生物的窒素固定におけるニトロゲナーゼの構成要素であるため、窒素固定微生物との関わり方の違いが影響していることが予想される。Moが実際、各種作物の微生物を介したN獲得に寄与しているかどうかを明らかにするため、圃場試験とは別にポットを用いた窒素制限とモリブデンの関係を調査する試験を行った。一方、P欠乏下のヒマワリでは重金属吸収が高まった。これはP欠乏により根からの分泌が誘導された、有機酸などP可溶化物質が根圏における重金属の可給度を高めたためと推定される。K欠乏は全ての作物種で様々な陽イオン元素の吸収を高めた。K吸収低下に体内でのチャージバランスを維持するため、他の陽イオン吸収を高めたのかもしれない。本研究は施肥法による植物の元素集積制御の可能性を示し、重金属や放射性元素(セシウム、ストロンチウム)などの有害元素で汚染された土壌のファイトレメディエーション効率化や、逆に作物の有害元素蓄積量低減化への応用が期待される。昨年度の三要素圃場試験で各種植物を栽培しその分析を行った結果から、植物の元素集積プロファイルは養分欠乏の影響を大きく受け、その変動は欠乏するそれぞれの三要素に特異的なものであることが明らかとなった。その中でもN欠乏下での含有率上昇が著しかったモリブデンと、福島第一原発事故の問題への対応のためのセシウムを中心に解析を行った。まずコムギを用いて、圃場試験と同様の-N、-P、-K、-S、-NPKの処理を施した培養液に毒性濃度以下の各種非必須微量元素を添加し、水耕実験を行った。その結果、-K処理については圃場と同様にセシウムを含む多くの元素で葉における含有率の上昇が認められた。一方.圃場で窒素欠乏条件下で葉における含有率が大きく上昇したモリブデンでは、水耕条件では含有率の上昇は全く認められなかった。ポット実験(土耕)により窒素欠乏のモリブデン吸収に及ぼす影響を調べたところ、圃場条件と同様の結果が得られた。土壌溶液中のモリブデン濃度が窒素欠乏下で高まったわけではないため、圃場・土耕栽培条件下でのモリブデン含有率の上昇には根圏土壌あるいは体内(内生)の窒素固定微生物か関わっていることも考えられ、今後さらに研究を進める必要がある。昨年度の研究で植物のセシウム含有率がカリウム欠乏土壌では上昇し、窒素欠乏土壌では低下することを示した。今年度は放射性セシウム汚染土壌のファイトレメディエーションの効率化を目的として、セシウム吸収能が高い植物種を圃場で栽培し、N施肥とK施肥の影響を調べた。しかし、圃場の場合、KおよびNはこれまでに十分施与されているため、処理の有意な効果は認められなかった。特にKについては圃場中に多量に存在するため施肥によるK吸収の制御は困難であると考えられた。Alストレスがイネのイオノーム変動品種間差に及ぼす影響についても調査したが、特筆すべき影響は認められなかった。
日本人駐在員による英語使用の実態調査：グローバル人材育成のための英語教育に向けて

グローバル化が進む中、経済の国際化に対応するための実践的英語教育がますます必要とされている。本研究プロジェクトでは、まず、アジア諸国で働く日本人ビジネスパーソンが現場で用いている英語の実態について現地でのインタビューと質問紙を通して調査した。調査結果から、特にニーズが高い英語スキルとしてパブリックスピーキングスキルが示唆された。更に、その効果的な指導法を探るため、日本人学習者と英語母語話者それぞれのデータを分析した。分析結果から、質の高いパブリックスピーキングを行うための、音声上・動作上の具体的な指標を得た。本研究は、海外で一定期間以上働いている、もしくは働いたことのある日本人ビジネスパーソンが、現地でどのように英語を使用しているかに関するニーズ分析を行う。具体的な英語使用場面や、ビジネスパーソンが今後英語スキルをより伸ばしたいと感じている場面などを明らかにすることで、日本の英語教育をより実践的に改善することを目的とする。今年度の調査結果から、特に、現地での英語のスピーキング能力(日常会話、英語プレゼンテーション、英語スピーチ、ビジネスにおける交渉など)の不足が明らかになった。調査結果を基に、英語パブリックスピーキング能力の教育に役立てるため、日本人英語学習者の英語パブリックスピーキングのパフォーマンスを分析し、良いパフォーマンスのための音声リズムやジェスチャーに関する知見を得た。今年度の主な研究成果は以下の通りである。1)タイ(バンコク)、ベトナム(ホーチミン、ハノイ)、ミャンマー(ヤンゴン)、フィリピン(マニラ)にて、現地在住の日本人ビジネスパーソンにインタビュー調査を行った。2)タイ、ベトナム、ミャンマー、フィリピン、カンボジアなどに住む日本人ビジネスパーソンにアンケート調査を実施した。3)アンケート調査の選択肢質問項目の結果を分析し、第42回KASELEにて学会発表した。アンケート調査の自由記述項目をテキストマイニングし、第139回東アジア英語教育研究会にて発表した。4)日本人の英語パブリックスピーキングデータを収集しマルチモーダルコーパスとしてまとめ、分析した。更に日本における大学入試の波及効果について調査分析を実施した。グローバル化が進む社会の中で、ビジネスの国際化に対応するための実践的英語教育がますます必要とされている。そこで本研究の目的は、アジア諸国で働く日本人ビジネスパーソンが現場で用いている英語の実態を調査し英語教育に応用することである。最終年度である平成26年度には、前年度の調査で必要性が明らかになった「英語によるパブリックスピーキング・スキル」に着目し、日本人英語学習者と英語母語話者による英語スピーチを録画・録音し分析することで教育に役立つ指標を得た。まず、日本人英語学習者について、日本の大学で開催された英語スピーチ大会を録画・録音し、マルチモーダルデータベース化した。録画データをコンピュータ・ビジョンベースのモーショントラッキングを用いて分析し、効果的なスピーチ・パフォーマンスに必要なアイコンタクトに関して、頭部の動きに着目して調べた。分析結果から、評価の高いスピーカーに共通するアイコンタクトの特徴が明らかになった。評価の高いスピーカーは一定間隔で左右に向けて顔を動かしており、聴衆全体とアイコンタクトを取っていた。音声データは音声分析ソフトウェアを用いてポーズ(無音区間)に着目して分析し、話者ごとのポーズ分布の特徴を調べた。その結果、評価の高いスピーカーはコンマ・ピリオド・それ以外の位置のポーズが英語母語話者に近い分布を見せていることが分かった。英語母語話者のデータについても同様の分析を行い、ポーズ分布の特徴を蓄積した。研究期間全体のまとめとして、本研究によってグローバル人材に必要な英語力の特徴が明らかになり、その一つである英語パブリックスピーキングの教育に役立つ指標が得られた。今後はより多くのデータを分析し、また分析手法を構築していくことで、効果的なパブリックスピーキング指導へつなげていく。応用言語学ニーズ分析の調査が当初の予定通り進展している。更に、ニーズ分析の結果を生かし、英語パブリックスピーキングスキル教育のためのデータ収集と分析が進行している。・カンボジアにてインタビュー調査を行う。・アンケート調査の回答数を更に伸ばす。・5月以降、インタビュー調査の結果分析を行い、国内外の学会で成果発表を行う。・英語パブリックスピーキングスキルの教育に関して、収集したパフォーマンスデータの分析を基に、教育法を考察し、日本人学習者に対して試行する。25年度は、データ入力の雇用費を予定よりも安く抑えることができたため、3813円の未使用額が発生した。なお、当該未使用額は本研究を誠実に遂行した結果生じたものであり、平成26年度に使用することによって、より研究が進展することが期待できる。26年度のインタビュー調査のデータ入力雇用費に充て、研究の遂行をスムーズに実施する。
励起錯体における分子間および分子内相互作用

励起状態における分子間および分子内相互作用によって生成する励起錯体の化学的特性を明らかにし、新しい高選択的光化学反応を開発することを目的として研究を行い、以下の知見を得た。1.分子内にナフタレン環と置換アルケンをもつ化合物を合成し、その光化学的挙動を検討した。1-シアノナフタレンとアルキル置換アルケンとをエーテル結合で連結した化合物では、分子内エキシプレックスを経由して(2π+2π)分子内光環化付加反応が進行するが,その効率ならびに位置選択性は溶媒の極性ならびにアルキル基の数に依存することを明らかにした。すなわち,トリおよびテトラアルキル置換アルケンでは,ベンゼンまたはアセトニトリルいずれの溶媒中でも1-シアノナフタレンの1,2-位への付加が優先的に起こるが,モノアルキル置換アルケンでは,アセトニトリル中でのみ3,4-位への環化付加が進行した.また,ジアルキル置換アルケンでは,アルキル基の置換位置によって反応性が異なり,1,2-位への付加は溶媒効果をほとんど受けないが,3,4-位への付加は顕著な溶媒効果を受けることがわかった.2.1-メトキシカルボニルナフタレンとアルキル置換アルケンとを連結した化合物の光反応では,ナフタレン環への(2π+2π)分子内光環化付加体の生成とエステルの水素引き抜きに由来する8員環ケトンの生成が競争的に進行した.後者の水素引き抜き反応の同位体効果はk_H/k_D=2.4であった.また,アルケンのかわりに2-メチルフェノキシ基をもつ化合物の光反応では,水素引き抜きに由来する8員環化合物は生成せず,C-O結合の開裂に由来する転位生成物を与えた.励起状態における分子間および分子内相互作用によって生成する励起錯体の化学的特性を明らかにし、新しい高選択的光化学反応を開発することを目的として研究を行い、以下の知見を得た。すなわち,トリおよびテトラアルキル置換アルケンでは,ベンゼンまたはアセトニトリルいずれの溶媒中でも1-シアノナフタレンの1,2-位への付加が優先的に起こるが,モノアルキル置換アルケンでは,アセトニトリル中でのみ3,4-位への環化付加が進行した.また,ジアルキル置換アルケンでは,アルキル基の置換位置によって反応性が異なり,1,2-位への付加は溶媒効果をほとんど受けないが,3,4-位への付加は顕著な溶媒効果を受けることがわかった.2.1-メトキシカルボニルナフタレンとアルキル置換アルケンとを連結した化合物の光反応では,ナフタレン環への(2π+2π)分子内光環化付加体の生成とエステルの水素引き抜きに由来する8員環ケトンの生成が競争的に進行した.後者の水素引き抜き反応の同位体効果はk_H/k_D=2.4であった.また,アルケンのかわりに2-メチルフェノキシ基をもつ化合物の光反応では,水素引き抜きに由来する8員環化合物は生成せず,C-O結合の開裂に由来する転位生成物を与えた.
前立腺癌の骨転移におけるガレクチンー３の制御機構の解明

ガレクチンー3が強発現するLNCaP細胞と、発現を低下させたPC-3細胞を使用し、ガレクチンー3がLNCaP、PC-3細胞で浸潤能、遊走能を有意に促進させることが判った。LNCaP細胞ではガレクチンー3が細胞のPSA転写活性を有意に促進し、抗アンドロゲン剤(エンザルタミド、ビカルタミド)によるPSA減少に抵抗性を示した。ガレクチンー3によって破骨細胞マーカーのTRAP陽性細胞が1.7倍と有意に増加しガレクチンー3が破骨細胞の活性化を促進させた。これらの結果はガレクチンー3が前立腺癌細胞の浸潤、転移、アンドロゲンレセプターの転写活性、破骨細胞を調節し、腫瘍の進展に関与していることを示唆した。1、前立腺癌細胞株(LNCaPおよびPC-3)におけるガレクチンー3の浸潤能、遊走能への関与の検討ガレクチンー3が発現していないホルモン感受性前立腺癌細胞株(LNCaP)とすでに構築したガレクチンー3強発現細胞株(LNCaP-Gal3)、および、ガレクチンー3が強発現しているホルモン非感受性前立腺癌細胞株(PC-3)とガレクチンー3の発現を90%以上ノックダウンさせたPC-3細胞株(PC-3si)を構築して、前立腺癌細胞の浸潤、遊走能に及ぼすガレクチンー3発現の影響を検討した。その結果、ガレクチンー3はLNCaP細胞、PC-3細胞ともに細胞増殖には影響しないものの、LNCaP細胞、PC-3細胞のいずれの細胞においても浸潤能、遊走能を有意に促進させることを見出した。これらの成果は第23回泌尿器科分子・細胞研究会で報告した。現在、すでに構築しているPC-3およびPC-3si細胞を用いて、マウスの骨転移の系を構築中である。2、前立腺癌患者における血清ガレクチンー3発現の評価前立腺癌患者における血清ガレクチンー3の発現を評価した研究は少なく、血清PSAが4.0 ng/mL以上で前立腺生検を施行した患者群で、血清ガレクチンー3濃度を前立腺癌の有無で比較検討した。その結果、前立腺癌患者では有意に血清ガレクチンー3濃度が高いことを見出した(前立腺癌患者血清3012.93pg/mL vs非前立腺癌患者血清3012.93pg/mL、p=0.000329)。現在、ホルモン感受性とホルモン非感受性前立腺癌におけるガレクチンー3発現の差を検討中である。3、ホルモン耐性とガレクチン-3の関連の評価ガレクチンー3がホルモン非感受性株のみに強発現することから、前立腺摘出標本からアンドロゲンレセプターとの関連を免疫染色で確認したところ、アンドロゲンレセプターの発現とガレクチンー3の発現に負の相関を認めた。現在、ホルモン不応性前立腺癌の手術検体を採取し、検討中である。1.ガレクチンー3が破骨細胞および骨芽細胞におよぼす影響の検討われわれは、リコンビナントガレクチンー3蛋白質を作成し、破骨細胞株(MC3T3-E1)および骨芽細胞株(hFOB 1.19)にそれぞれ添加し、破骨細胞および骨芽細胞の増殖マーカーを定量し、ガレクチンー3が破骨細胞と骨芽細胞におよぼす影響を検討した。その結果、破骨細胞においてガレクチンー3蛋白質を添加することでTRAP陽性細胞が1.7倍と有意に増加し、ガレクチンー3が破骨細胞の活性化を促進させることが示唆された。2.ガレクチンー3のsiRNAの作成と評価ガレクチンー3の発現を抑えるsiRNAを網羅的に作成し、前立腺癌細胞株(PC-3)でのガレクチンー3の発現抑制効果と腫瘍の増殖への影響を検討した。その結果、前立腺癌細胞株(PC-3)におけるガレクチンー3の発現を約40%低下させるPC-3細胞を構築した。現在ガレクチンー3の発現抑制効果をさらに上げるsiRNAや様々な条件を検討中である。3.前立腺癌細胞株におけるガレクチンー3の浸潤能の検討ホルモン感受性前立腺癌細胞株(LNCaP)と、われわれが構築したガレクチンー3発現細胞株(LNCaP-Gal3)、および、ホルモン非感受性前立腺癌細胞株(PC-3)を用いて、浸潤および遊走アッセイで前立腺癌細胞の浸潤能に及ぼすガレクチンー3の影響を検討した。その結果、LNCaP細胞においてはガレクチンー3による浸潤能、遊走能への有意な影響はなく、ガレクチンー3が強発現したPC-3細胞が最も浸潤能が高かった。今後、すでに構築しているガレクチンー3の発現を抑制したPC-3細胞を用いて、マウスの骨転移の評価を行う予定である。

前立腺癌患者における血清ガレクチンー3の発現:血清PSA値が4.0 ng/mL以上のコントロール群、未治療前立腺癌群、去勢抵抗性前立腺癌群で患者血清ガレクチンー3濃度を比較検討した。その結果、去勢抵抗性前立腺癌患者では未治療前立腺癌群およびコントロール群と比較して有意に血清ガレクチンー3濃度が高かった(6178 pg/mL、3021pg/mL、1671 pg/mL、いづれもp<0.01)。(第73回日本癌学会学術集会(2014年)で発表)前立腺癌細胞株(LNCaP、PC-3)におけるガレクチンー3の浸潤能、遊走能への関与:ホルモン感受性LNCaP細胞とガレクチンー3強発現細胞株(LNCaP-Gal3)、および、ホルモン非感受性PC-3細胞とガレクチンー3ノックダウン細胞株(PC-3si)を構築し、前立腺癌細胞の浸潤、遊走能に及ぼすガレクチンー3発現の影響を検討した。その結果、ガレクチンー3はLNCaP、PC-3細胞のいずれの細胞においても浸潤能、遊走能を有意に促進させた(第73回日本癌学会学術集会(2014年)で発表)。ガレクチンー3が破骨細胞および骨芽細胞におよぼす影響:リコンビナントガレクチンー3蛋白質を作成し、破骨細胞株(MC3T3-E1)および骨芽細胞株(hFOB 1.19)にそれぞれ添加した結果、破骨細胞においてガレクチンー3蛋白質を添加することでTRAP陽性細胞が1.7倍と有意に増加し、ガレクチンー3が破骨細胞の活性化を促進させることが示唆された。抗アンドロゲン剤耐性とガレクチン-3の関与:LNCaP細胞ではガレクチンー3が細胞のPSA転写活性を有意に促進し、抗アンドロゲン剤(ビカルタミド、エンザルタミド)投与時のPSA低下に抵抗性を示し、薬剤耐性に関与することを見出した(第23回泌尿器科分子・細胞研究会(2015年)で発表)。医歯薬学前年度の成果も踏まえて現在までに1、ガレクチンー3が破骨細胞の活性化を促進させること2、LNCaP細胞およびPC-3細胞において、ガレクチンー3は浸潤能および遊走能を有意に促進させること3、ガレクチンー3が強発現したPC-3細胞が最も浸潤能が高く、ガレクチンー3の発現を抑えたPC-3si細胞では有意に浸潤能、遊走能が抑制されること4、PC-3細胞を大腿骨に注入することで前立腺癌骨転移を作成することを確認していることから、今後、マウスの骨転移モデルを用いてガレクチンー3の骨転移に及ぼす影響を評価する準備は進んでいると考えられる。現在までに、1ガレクチンー3が破骨細胞の活性化を促進させること、2LNCaP細胞においてはガレクチンー3による浸潤能への有意な影響はなく、ガレクチンー3が強発現したPC-3細胞が最も浸潤能が高いこと。3siRNAによるガレクチンー3の発現を抑制したPC-3細胞を構築していることから、今後、マウスの骨転移モデルを用いたガレクチンー3の骨転移に及ぼす影響を評価する準備は進んでいると考えられる。今後は1、前立腺癌細胞株LNCaP細胞およびPC-3細胞においてガレクチンー3が骨転移を促進させるかを、骨転移モデルを利用し小動物用CTを用いてin vivoで検討し2、ガレクチンー3が破骨細胞、骨芽細胞の活性化やアポトーシスに及ぼす分子機構を検討する。さらに3、ホルモン非感受性前立腺癌がホルモン感受性前立腺癌と比較して、血清ガレクチンー3の発現に有意差を認めるか、あるいは、ガレクチンー3の発現とアンドロゲンレセプター発現との相関を解析する予定である。その結果、ホルモン治療耐性となりやすい前立腺癌の骨転移に対するガレクチンー3をターゲットにした分子標的治療の可能性についても検討する。
酵母から発見した新規NADの神経細胞分化誘導・保護作用に関する研究

Candidaの生育形態を酵母形から菌糸形に変化させる能力を有する物質をCandidaの菌体から発見した。その組成分析と構造解析の結果に基づいて物質を化学合成し、NADの類似体であるL-RibNADを化学合成した。得られた合成標品の神経細胞に対する作用について、in vitroでの試験を行った。試験結果は以下のとおりである。1)ラット胎児脳神経細胞(初代培養細胞)に対する効果。(1)合成標品の添加量(0.011μg/ml)に比例して神経突起が対照と比較して約1.5倍の長さに伸長することが観察された。また、神経突起の分岐数も増加することが分かった。さらに、伸長した神経突起の表面には多数のバィコシティーが形成され、シナップス形成の体制が整っていることも伺われた。2)ヒト由来神経芽腫細胞(NB-1)に対する効果。(2)ラット胎児脳神経幹細胞を分化誘導培地で培養し、これに合成標品を添加して培養した結果、合成標品は神経幹細胞をニューロンあるいはグリア細胞へと特定の細胞に分化させることはなく、神経突起の伸長をもたらすことが分かった。3) DNAマイクロアレーによる遺伝子発現解析。ラット胎児脳神経細胞およびNB-1に合成標品を添加して培養し、培養2 4日にRNAを抽出し、マイクロアレー解析を行った。この結果、いずれの細胞においてもNervous System Development and Functionに関与する一連の遺伝子群が顕著に発現することを認めた。4)この研究で神経細胞の突起を伸長させ、飢餓環境においてはサバイバル効果を発揮する物質を合成することができた。この成果は神経疾患治療薬の創製に新たな進展をもたらすものであり、今後、高齢者社会を襲う脳神経疾患の対応に重要なメッセージになると考える。本研究は、平成21年度23年度の期間に、1)神経細胞増殖・活性化因子を化学合成し、合成標品の安定供給の確立。2)合成標品の生物活性の確認と実証。3)新規医薬品としての可能性を検証することを目的として行われるものである。平成21年度は化学合成と精製を行った。得られた成果は以下の通りである。1.新規β-L-NADの化学合成。予備試験でβ-L-NADの合成が可能であることが確認されたので、合成用素材として、ニコチンアミドやアデノシン、リボースなどを用い、レトロ合成方法により以下に示す化学合成標品を得た:3-(アミノカルボニル)-1-[5-O-[[1-(6-アミノ-9H-プリン-9-イル)-1-デオキシ-β-D-リボフラノース-5-O-イル]ホスホニルオキシ(オキシラト)ホスフィニル]-β-L-リボフラノシル]ピリジニウム。この化合物はβ-L-リボースを構成糖とするNADとリボース部分が天然型のD-リボースであるAMPとのリン酸エステル結合反応を行うことにより製造することができる。合成物/原材料重量比はおよそ65%であり、合成効率は概ね良好と考えるが、kg単位の合成を行うことになれば、効率はさらに向上すると考える。2.活性炭およびイオン交換カラムを用いた合成票品の精製。21年度の最大の収穫はこの「精製」であった。合成過程で生じる未反応物や触媒などの不純物は活性炭やイオン交換カラムクロマトにより効果的に除去する方法を見出すことができた。この精製方法では、操作中における試料のロスは全体でおよそ10%であり、十分な量が回収された。本研究課題は平成21年度から23年度にかけて段階的に内容を進める計画で開始した。平成21年度から22年度にかけて、菌体から抽出した有効成分の組成分析ならびに構造解析を行った結果、NADの類縁体であることがわかった。

そこで解析結果に基づいて化学合成を行い、合成標品を得た。平成22年度の後半は合成標品の効果を確認するために各種培養細胞を用いて試験を行った。この結果、NB-1細泡に対しては、細胞から神経突起の著明な伸長が観察され、神経突起伸長作用を有していることが示唆された。また、ラット胎児初代培養の中枢神経細胞(ドーパミン細胞)を用いて試験を行った結果、1)神経突起の著明な伸長と、神経突起の分岐皮が数多く出現することが観察された。さらに、伸長した神経突起上には神経伝達物質を含む小胞を蓄積し、放出する部位と考えられている多数のバリコシティが形成されることも確認された。2)ラット胎児ドーパミン細胞に合成標品を添加して培養し、2日後に細胞からRNAを抽出してDNAマイクロアレイ解析による遺伝子発現を調べた結果、神経細胞や神経組織の生育や発達に深く関係する一連の遺伝子群が優位に発現していることが確認された。この結果から、化学合成で得た酵母に由来する新規NAD類縁体は神経細胞の突起伸長作用とバリコシティ形性能を有していることが明らかにされ、これがさまざまな神経疾患の治療薬としてその応用ならびに展開が大いに期待されると考える。Candidaの生育形態を酵母形から菌糸形に変化させる能力を有する物質をCandidaの菌体から発見した。その組成分析と構造解析の結果に基づいて物質を化学合成し、NADの類似体であるL-RibNADを化学合成した。得られた合成標品の神経細胞に対する作用について、in vitroでの試験を行った。試験結果は以下のとおりである。1)ラット胎児脳神経細胞(初代培養細胞)に対する効果。(1)合成標品の添加量(0.011μg/ml)に比例して神経突起が対照と比較して約1.5倍の長さに伸長することが観察された。また、神経突起の分岐数も増加することが分かった。さらに、伸長した神経突起の表面には多数のバィコシティーが形成され、シナップス形成の体制が整っていることも伺われた。(2)ラット胎児脳神経幹細胞を分化誘導培地で培養し、これに合成標品を添加して培養した結果、合成標品は神経幹細胞をニューロンあるいはグリア細胞へと特定の細胞に分化させることはなく、神経突起の伸長をもたらすことが分かった。2)ヒト由来神経芽腫細胞(NB-1)に対する効果。(1)NB-1を飢餓環境で培養し、細胞の形態、特に神経突起の伸長とサバイバルについて合成標品の効果を調べた。この結果、合成標品を0.51μg/ml添加すると、神経突起は顕著に伸長し、神経突起によるネットワークが形成されることが観察された。また、合成標品添加例では細胞の生存日数が約、1.7倍延長され、サバイバル効果も確認された。3)DNAマイクロアレーによる遺伝子発現解析。ラット胎児脳神経細胞およびNB-1に合成標品を添加して培養し、培養24日にRNAを抽出し、マイクロアレー解析を行った。この結果、いずれの細胞においてもNervous System Development and Functionに関与する一連の遺伝子群が顕著に発現することを認めた。
Quasi-Frobenius環を中心にした環論・表現論の総合的研究

(1)分担者の越谷、花木との共同研究で、体Kと5次以下の対称群Sn,交代群Anに対して群環KSn,KAnがseialになる場合を調べあげて、それらをskew-matrix ringによる表現で視覚的に展示することができた。その研究成果は研究代表者が名古屋大学多元数理科学研究科で開催された研究集会「環論とその周辺」で`Artin環そのトピックス'と題して発表した論文の一部をなすものである。この講演では、1903年のFrobeniusのFrobenius多元環に関する研究から発展してきたアルチン環についての百年の歴史について解説し、研究代表者の研究成果を基盤にして最近のアルチン環についてのトピックスについて3時間の講演を行った。この研究集会は、研究代表者、分担者の西田、佐藤、花木、研究協力者の伊山が計画し、研究代表者の科研から報告集や旅費などの開催費を支援した。(2)Radical 3剰ゼロの局所QF-環の構成方法に関する、基礎的研究を行い、その成果を広島大学で開催された第39回環論・表現論で、吉村、菊政との共同研究として`Aconstruction of local QF-rings withradicalcubed zero'なる題で成果発表を行った。この研究集会は、研究代表者、分担者の佐藤、久田見が計画し、本研究の科研費から報告集や旅費などの開催費を支援した。この研究集会では、本科研で招聘したイギリス、マンチェスター大学のEaton氏が本研究に関連する群のモジュラー表現に関する講演を行った。(3)研究代表者は、オハイオ大学、オハイオ州立大学を訪問し、代数談話会で上記の研究成果などについて講演を行った。(1)18年度に分担者の菊政、吉村との共同研究で、Radical 3剰ゼロのgradedライプである局所QF-環の構成方法の基礎的研究を行ったが、19年度は、より精密にsplitタイプの構成方法を研究し、第5回日-中-韓環論国際研究集会で発表した。(2)Skew-matrix ringの応用として、与えられた置換に対応するNakayama置換をもつQF-環の構成に成功し、研究協力者の宇原、永富との共同論文として、第5回日-中-韓環論国際研究集会で口頭発表し、論文としても、そのレフェリー付きの報告集に投稿している。研究代表者の長年の研究成果を基盤にして作成中の上記レクチャー・ノートは、英文、内容とも推敲が完了し、いよいよ完成である。出版会社WSPCと交渉し、8月までには、投稿できる段階に来ている。20年度も、18年、19年度に続きHarada ring, skew matrix ring, serial group algebra, Faith予想、局所QF-環の研究を行った。Harada環に関しては、内部に核となるqusi-Frobenius環が存在し、この環からもとの環が構成されている。この内部の環の一意性が問題となるが、小池(分担者)、馬場(連携者)との共同研究によりこの一意性を示すことが出来た。この結果は、しかるべき学会で発表を予定している。本研究の最大の目標は本研究を基盤にしてアルチン環の底流を明確にする専門書(Classical Artinian Rings and Related Topics)を作成することであった。今年度ようやくこの本が完成し、シンガポールのWSPC社から2009年に出版されることになった。この本は国内外の多く環論研究者の協力により完成した。とりわけOtago大学のClark教授,分担者の越谷、花木、小池、吉村、連携者の菊政らの協力ははかりしれない。この本が出版されることで本研究は一応の完結をみた。
化合物半導体多重量子井戸構造におけるSTMを用いた極微細構造制御

レーザーダイオードなどの発光デバイスには専らIII-V族等の直接遷移型化合物半導体が用いられている。しかし、近年まで発光材料とはなりえないとされていた間接遷移半導体である単結晶Siもフッ酸溶液中で陽極化成して多孔質とすると室温で光励起により可視発光することが報告され、発光のメカニズムという物理的見地からも発光素子の作製という応用的見地からも一挙に関心が高まってきている。本研究では作製条件によるポーラスシリコンの微細構造の違いと光学的特性との関連性をSTM及びAFMを用いて調べた。ポーラスシリコンを作製する際、発光強度の強い試料を得る手法としてハロゲンランプ等を用いて光照射しながら陽極化成する方法が見いだされているが、この光照射による発光強度増大、発光スペクトル変化の原因は明かにされていない。本研究では現象を単純化するため、レーザー光を用いることにより波長を限定し、ハロゲンランプを照射した場合との相違を調べた。その結果、走査型電子顕微鏡(SEM)では微細粒子は観察されなかったが,STM/AFMによる観察の結果、ハロゲンランプを照射した部分の粒径は不均一であるのに対し、HeNeレーザーを照射した部分の粒径は均一であることがわかった。また、光学的特性に関しても、同じパワー密度の光を照射してもレーザー光を用いた方が発光強度が高く、また、実験の再現性が高いことから、粒径の均一性が発光特性の改善および制御性の向上に大きく起因していると考えられている。このことから、発光に起因すると考えられる微細構造はSEMで観察されるmumオーダーの構造ではなく、STM/AFMで観察されるnmオーダーの極微細構造であることがわかった。半導体の光学的特性の制御においてこうしたSTM/AFMを用いた極微構造の観察が効果的であることがわかった。なお,ポーラスシリコンのレーザー照射効果を応用した情報記憶媒体コンパクトディスクを提案し、現在特許申請中である。
チタン表面への生体分子および細胞接着挙動のナノレベル・2次元・リアルタイム測定

チタンは医学・歯学の分野において人工歯根・人工骨の材料として重要な位置を占めており,その用途・規模は年々拡大している。本研究はチタンを用いた人工歯根・人工骨の治療期間短縮ならびに適応範囲拡大を目指し,チタン表面での生体物質の相互作用をnmオーダーでかつ多点で解析するシステムとして,2次元イメージング表面プラズモン解析装置(SPR)に適したイメージングSPR用チタンセンサーの設計・チタンSPRセンサー作製を目指した。本研究のチタンSPRセンサーは二酸化チタンを直接表面に被覆せず,金属チタン表面を大気中で酸化させた。測定結果より,本研究で開発したチタンSPRセンサーは,タンパク質吸着量をng/mm^2のオーダーで精密に測定できることが明らかとなった。また,このセンサーを用いることにより,タンパク質の吸着過程を経時的に測定することも可能となった。これより,チタンセンサーは大気中で酸化された金属チタン表面での生体分子の相互作用を求める上で極めて有用であることが示唆された。また,今回作製した2次元イメージングSPRは,(1)表面に存在する極微量の物質をpgng/cm^2のオーダーでリアルタイムに定量可能,(2)多数の生体分子間相互作用に関するデータを瞬時に取得可能,(3)2次元平板上で同時に起こる複数(数1,000種類)の反応をパラレル分析することが可能であった。さらにユニークな特徴として(4)イメージングSPRでありながら正確な入射光角度-反射光強度のSPRスペクトルを測定可能であり,他のイメージングSPRと比べてより正確な物質吸着量を求めることができるなどの優れた長所を有していることも明らかとなった。以上より,2次元イメージングSPRとチタンSPRセンサーはチタン材料の生体適合性の研究に重要な役割を果たすことが期待できる。チタンはインプラント材料として多用されているものの,それ自体は組織再生能を有しておらず,治療期間の短縮ならびに適応範囲の拡大を目指し,さらなる改良が望まれている。骨誘導能を有する機能性インプラントを開発するにはチタン表面を分子生物学的に改質しなければならないが,そのためにはチタン表層での生体分子相互作用をナノレベルで解明する必要がある。そこで本研究では,チタン表面における生体分子の結合・解離特性ならびに細胞接着特性について,その2次元像をナノレベルかつリアルタイムで検出できる分析手法を開発することを目的として,2次元イメージング表面プラズモン解析装置(SPR)に適したイメージングSPR用チタンセンサーを作製することを目指した。実験を開始するにあたって,チタンの薄膜を蒸着することにより,SPRセンサーとしての機能を発揮するかを検討するとともにセンサーとしての感度を上げるために最適な膜厚を決定する必要がある。そこでまず,ガラスプレート(材質:S-LAL10,屈折率:1.71,15φx1t)に,クロムを1nm,金を49nmの厚さに蒸着し,続いてチタンを5,10,20nmの厚さに蒸着したものを作製し,SPR用センサーとして機能するか,さらに,十分な感度を有するかを検討した。その結果,チタン膜厚5nmで優れた感度を得られることが示唆された。これらの知見をもとに現在は2次元イメージングの装置を作製中である。本研究はチタン表面におけるタンパク質など生体分子や細胞の挙動について,ナノレベルかつリアルタイムで2次元像を検出できる分析手法の開発を目指す極めて独創的な研究であり,本研究の成果が上がればチタン表面改質でしのぎを削っているこの研究分野で新たな技術革新となりうる。