hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
相互作用化合物に基づくベータバレル型チャネルＶＤＡＣの立体構造と機能の解明

これらの細胞から抗体可変領域遺伝子をクローニングし、構造解析に適した抗体断片(Fab, scFv等)の発現系作成を進めている。2.平成30年度以降の計画として、共結晶構造解析が計画通りに進展しない場合にNMR構造解析を行う予定であったが、代わりに近年の有力な構造解析ツールであるクライオ電子顕微鏡を利用した構造解析を目指し、昨年度に引き続きクライオ電顕用サンプル調製条件検討を行った。1.項で準備を進めている抗体断片を用いることで電子顕微鏡での検出を容易にすることができると期待している。3. VDACチャネル活性評価のために、研究協力者の大崎らへ測定用試料供給を行い、測定条件検討を進めている。共結晶構造解析が計画通りに進展しない場合に行う計画であったNMR構造解析の代わりに、クライオ電子顕微鏡構造解析を行うための準備を進めており、そのための抗体調製も順調に進んでいることから、概ね順調に進んでいると考えた。平成30年度は、結晶化促進のため、VDAC1/2/3各タンパク質に特異的なモノクローナル抗体の取得とそれらの断片化を進め、抗体断片とVDAC1/2/3との複合体結晶化を行う。並行して相互作用化合物との共結晶化にも取りかかる。化合物の共存によってVDACのコンフォーメーションを固定できれば、結晶化促進効果も期待できる。また、クライオ電子顕微鏡用試料調製条件検討も引き続き行う。平成31年度は、VDAC1/2/3を認識するモノクローナル抗体断片との複合体調製条件検討から共結晶化スクリーニングおよび複合体電子顕微鏡観察を行い、複合体構造解析を目指す。相互作用化合物の親和性測定等により、複合体形成条件を再度検討し、化合物結合構造の解析にも挑戦する。平成29年度に結晶を取得した場合に、その結晶測定のためのSPring-8や海外放射光施設への出張を行う予定だったが、良好な結晶を得るに至らなかったため、出張をしなかった。また、それらのデータの解析のために計算機端末を購入予定だったが、次年度以降に結晶測定に進んだ段階で最新の端末を購入するために、今年度は購入を控えた。予定していた第二の解析法として、大量に試料が必要なNMRから、少量の試料でスクリーニングが可能な電子顕微鏡法へ変更したため、試料調製費用が予定より少額で済んだ。代わりに、クライオ電子顕微鏡単粒子解析による構造解析を開始すると高額な消耗器具等が大量に必要となるため、最終年度に残した。
植物モデル系による内生放線菌の分離法の構築と微生物資源の開拓

難培養で未利用な植物内生放線菌が多数存在することから、有用二次代謝産物の探索源として未利用植物内生放線菌を分離・培養し利用することを目的に、植物培養細胞を用いた新しい培養法を開発した。その結果、細胞無添加とは異なる菌株が分離され、植物培養細胞培地でのみ生育する株が得られた。また、植物内生放線菌の分類研究によりKibdelosporangium属の3新種を見出し、植物内生放線菌Allostreptomyces sp. K12-0794の培養液中からは22員環マクロライドである新規物質hamuramicinを見出した。申請者らは、植物の根から多数の放線菌が分離されその中には今までに報告例がない分類群の放線菌もまた多数含まれること、分離できているのはそのほんの一部にすぎないことも明らかにしてきた。そこで、今までに分離培養できていない放線菌群を資源として活用するために、植物培養細胞およびその培養液を用いた植物モデル系を構築し新しい分離法を開発することとした。植物細胞には培養が容易な植物培養細胞Nicotiana tabacum L. BY-2を用い、植物と密接に関連する菌株の共培養法による分離を目指した。植物細胞は液体培養で旺盛に生育し、寒天培地上での培養でも良く生育するが、専用の培地は3% sucroseを含む富栄養培地であるので分離には適さないため、共培養の方法を検討した。その結果、培地には希釈した植物培養用培地および通常放線菌の分離に用いる培地の2種類を用い、培養法として植物細胞を培地に混釈する方法と寒天培地上で培養する方法の2法を用いることにした。植物細胞の代謝産物による影響を調べるために細胞培養液の分離培地への添加を検討したが、培地中のsucroseの分離培地への影響が大きいため検討を後回しにすることとした。上記方法に基づき、表面殺菌処理した植物の根のサンプルからの放線菌の分離を試みた。しかし、植物細胞の添加により放線菌以外の生育の早い細菌の増殖が促進され目的とする放線菌の分離が困難となった。そこで、前処理法を再検討し、放線菌が乾燥に強いことを利用して、表面殺菌した植物試料に60°C、1時間処理によって放線菌以外の細菌を除去できる事がわかった。現在、この方法での植物内生菌の分離を進めている。植物細胞培養用の培地と放線菌の分離培地の違いおよび放線菌以外の生育の早い細菌の生育により分離法の構築が難航したが、すでに分離法を確立したので、現在複数の植物サンプルを用いて分離を進めており、分離株の解析も進んでいる。植物の根からは多数の放線菌が分離されるが、分離できているのはそのほんの一部にすぎない。そこで、今までに分離培養できていない放線菌群を分離し資源として活用するために、植物培養細胞Nicotiana tabacum L. BY-2を用いた植物モデル系による分離法を開発した。分離法は植物試料とNicotiana tabacum L. BY-2との共培養を基本とし、種々の培養法を検討した。培地には希釈した植物培養用培地および、通常放線菌の分離に用いている培地の2種類を使用した。培養法は、分離試料と植物培養細胞を培地に混釈する方法と分離試料の入った寒天培地上で植物培養細胞を培養する方法の2法を用いることにした。当初、植物細胞の添加により放線菌以外の生育の早い細菌の増殖が促進され、目的とする放線菌の分離が困難であった。そこで、植物の根の前処理法を再検討し、放線菌が乾燥に強いことを利用して、表面殺菌した植物試料の60°C、1時間処理によって放線菌以外の細菌を除去できる事がわかった。この方法で複数の植物から放線菌を分離し、分離株を16S rRNA遺伝子解析により簡易同定した結果、新規性が期待される菌株が分離されている事が明らかとなった。現在更なる分離株を得るべく、複数の植物試料からの分離を実施中である。また、分離株の中には植物培養細胞との共培養でのみ生育し、植物培養細胞に近い程生育が促進される株が得られている。資源としての活用を目的に、本株の栄養要求性の調査を開始した。植物モデル系による分離法は概ね確立できた。順次、植物内生放線菌が分離できており、現在その分類結果を蓄積している。また、本方法により特異的に分離されたと考えられる生理性状を示す分離株も得ている。本方法を用いて1種の植物根より細胞添加および無添加で分離した植物内生放線菌121株を16S rRNA遺伝子部分塩基配列解析により分類すると、9属35種に分類された。そのうち15種(約50%)は細胞添加培地でのみ分離され、植物細胞との共培養により生育が促進され分離できた可能性が高いと考えられる。分離株Micromonospora sp. KV-964は細胞添加培地でのみ生育し、植物細胞の添加あるいは植物細胞培養液上清の培地への50%添加により生育が確認されたが、その生育因子の特定に至らなかった。

しかし、Micromonospora sp. KV-964は系統的には新種の可能性が高く、植物細胞添加培地による分離が分類学的に新規な微生物の培養の可能にしたといえる。次に、植物培養細胞Nicotiana tabacum L. BY-2に加えてOryza sativa C5928 Ocを用い2種の植物の根から植物内生放線菌を分離した。現在その分離株についての詳細は解析中であるが、分離時にいずれの植物培養細胞添加培地でも無添加より生育が良好で、また、植物細胞により生育促進する株が複数得られている。2種の植物培養細胞添加および無添加培地の分離株のうちランダムに選択した各々18, 17および15株の16S rRNA遺伝子部分塩基配列解析から、細胞添加培地からのみ希少放線菌(Streptomyces属以外の放線菌)が得られており、今までに分離できなかった未利用な放線菌の分離に成功したと考えている。難培養で未利用な植物内生放線菌が多数存在することから、有用二次代謝産物の探索源として未利用植物内生放線菌を分離・培養し利用することを目的に、植物培養細胞を用いた新しい培養法を開発した。その結果、細胞無添加とは異なる菌株が分離され、植物培養細胞培地でのみ生育する株が得られた。また、植物内生放線菌の分類研究によりKibdelosporangium属の3新種を見出し、植物内生放線菌Allostreptomyces sp. K12-0794の培養液中からは22員環マクロライドである新規物質hamuramicinを見出した。分離法がほぼ確立したので、今後改良を加えながら分離対象の試料を増やし分離を実施する。分離株は16S rRNA遺伝子解析により簡易同定し、植物細胞の有無による分離株を比較する。新規性が高い株については分類研究を行う。また、植物細胞を含む培地のみから得られた分離株および植物細胞を含む培地のみで生育する株については、その機能解析のために植物を使った生育促進あるいは生育阻害効果を調べる。これについては、実験室内で可能な植物内生放線菌による生育制御活性試験法を植物を用いて構築中である。また、分離菌株は、有用物質の探索源として活用し資源として活用するために培養液中に生産される二次代謝産物解析を実施し、有用物質の取得につなげる。確立した分離法によりさらに分離株を蓄積し、16S rRNA遺伝子解析により簡易同定するし、新規性が高い株については分類研究を進め論文発表の準備を進める。また、植物培養細胞との共培養でのみで生育、あるいは生育促進する分離株については、その栄養要求性を調査し、新たな植物内生放線菌の取得を目指す。一方、通常培地で培養が可能な分離菌株は有用物質の探索源として活用するために、培養液中に生産される二次代謝産物解析を実施し、有用物質の取得につなげる。応用微生物学
蓄積画像による地下空間位置推定を用いたモバイル型浸水ハザードマップの構築

近年,温暖化などの影響により,短時間の集中豪雨が頻発する傾向にあり,特に,都市部には地下空間が発展しており,多くの利用者にとって,地上での天気の急変に気づき難く,内水氾濫のリスクが高まっている.本研究では,一般ユーザのモバイル端末で地下水害の予測情報を対話的に表示する可視化システムを提案し,災害時の浸水対策・避難準備に役立つよう,1人称視点で分かりやすく情報提示を実現することを目的とする.対象空間の写真画像の自然特徴に基づいた視点推定によるAR(augmented reality)により,GPSが利用できない地下空間でのユーザ位置推定と予測される水害リスクの可視化を可能とした.本研究では,近年頻発する都市型水害に備え,特に迅速な行動が必要な地下空間での浸水予測状況をその場で具体的に可視化するシステムを実現するための方法論の確立を目指している.個々の市民が防災,減災に努める上では,明確な災害イメージに基づいた行動判断が重要であるが,シミュレーション等による地図上の浸水予測分布からは災害イメージがつかみ難い.しかも,GPSが機能しない地下空間では,位置推定技術が未成熟で,個人の所在位置に特化した動的な被災予測や避難誘導が難しい.本研究は,大量に蓄積した現地の実写画像を3次元空間に配置したデータベースを構築し,ユーザ端末で撮った写真と照合して位置推定技術の実現を目指す,本年度は,基本となる処理校正のプロトタイプを実装した.さらに,実際の駅構内の一部を現場としてデータを収集し,提案方法の検証を行い,その効果と性能評価を行った.本年度は,SfM(structure from motion)を用いた位置推定基盤の確立を目指し,モデルとなる現場を1か所選定し,実地検証を踏まえて一定の成果を収めた.SfMは,複数の画像から3次元復元を行い,被写体の形状モデル作成に用いられることが多い技術であるが,ここでは,3次元復元された画像集合に対して、新たに加えた画像について撮像位置を求めるという使い方を行った.そのために対象となる現場の3次元画像データベース(以降3Dマップと呼ぶ)を構成することが主眼であった.3Dマップには,大量の実写画像に対し,各画像が撮影された地点と視線方向の情報が推定され,格納される.複数の画像に写りこんだ同一の点として抽出された特徴点と,その特徴点および撮像位置の3次元座標のデータを有する.しかし,画像中のどの点が特徴点として抽出されるかは画像内容に依存し,任意の新規画像については,確実かつ十分に3Dマップと照合される保障は無く,精度の点で問題になる場合があるということが実際に技術的課題として明らかとなった.一方で,たとえば,どの改札周辺にユーザが居るかというような前提情報があれば,ユーザの端末カメラがどこを撮影しているかを特定することが可能であることが分かり,システムの基本要素の一つが実現できた.本研究では,近年頻発する都市型水害に備え,特に迅速な行動が必要な地下空間での浸水予測状況をその場で具体的に可視化するシステムを開発する.個々の市民が防災,減災に努める上では,明確な災害イメージに基づいた行動判断が重要であるが,シミュレーション等による地図上の浸水予測分布からは災害イメージがつかみ難い.しかも,GPSが機能しない地下空間では,位置推定技術が未成熟で,個々の所在位置に特化した動的な被災予測や避難誘導が難しい.本研究は,大量に蓄積した現地の実写画像を3次元空間に配置したデータベースを構築し,ユーザ端末で撮った写真と照合することでGPSに依存しない位置推定機能を実現し,さらに予測浸水深を3次元画像化して写真に重畳表示することで,1人称視点での予測親水状況を可視化する技術を開発する.これまで,地下構造物の一角を対象として,SfM(structure from motion)による3次元復元を提案手法に適用させる試みを実施してきたが,出力画像の表現精度に難点が確認され,また対象現場の範囲を広げてスケールを拡張するには計算コストが高く,実現性に問題があることが確認された.そこで,本年度の取り組みとして,実写画像だけでなくレーザスキャナによる3次元データを採り入れる方法を検討し,提案手法の枠組みを生かす形で精度を向上させることに成功した.また,ユーザの位置推定手法についてもやはりユーザ視点での画像に基づいた計算コストの低い手法を新たに開発し,その有効性を確認することができた.したがって,これらの成果を統合し,一連のシステムとして動作させることが今後の取り組みとなる.前年度までに,SfM(structure from motion)による3次元復元技術を用いて,画像情報のみに基づいた位置推定基盤の確立を目指し,実地検証を踏まえて一定の成果を収めた.しかし,研究を進めていく中で,SfMに依存した方法論では,精度や拡張性に限界があることが明らかとなったため,新たにレーザスキャナによる3次元データを併用した枠組みを検討し,やはり実装を踏まえた検証により,これが精度の向上において奏功することが確認された.さらに,ユーザの携帯端末で撮影した画像情報から,地下街構造物内部でのユーザ位置を推定する手法についても,新たに計算コストの低い方法を提案し,地下街の一角を対象として実データを基にした検証を行い,有効性を確認している.このことにより,対象とする現場のスケールを拡張する際に,画像情報に基づいた提案手法の本来の枠組みの利点を生かしつつ,信頼性の高いシステムを実現する方策が得られたことになる.また,今年度,浸水予測情報の蓄積手段として,大阪梅田地区を対象とした具体的な地下浸水予測シミューションのデータを,汎用のリレーショナルデータベースを使ってデータベース化することに成功している.

このことにより,従来参照できる水害予測情報が浸水分布の時間変化に限られていたが,本研究においては,浸水しない避難経路を検索したり,一定の浸水に至る各地の時間分布を提示するなど,場所や浸水被害そのものをクエリとして情報検索を行える仕組みを実現した.本研究は,SfM(structure from motion)による3次元復元技術を用いて,画像情報のみに基づいた位置推定基盤に立脚して,携帯端末上に対話的なAR(augmented reality)表現により,地下空間における内水氾濫による浸水リスクを可視化するシステムを構築した.研究を進めていく中で,SfMだけに依存した方法論では,精度や拡張性に限界があることが明らかとなったため,新たにレーザスキャナによる3次元データを併用した枠組みを検討し,実装を踏まえた検証により,これが精度の向上において奏功することが確認された.加えて,SfMとレーザスキャンデータとを組み合わせることによって,店舗や掲示物などの短期的な経時変化への対応手段についても検討することができた.さらに,ユーザの携帯端末で撮影した画像情報から,地下街構造物内部でのユーザ位置を推定する手法についても,新たに計算コストの低い方法を提案し,地下街の一角を対象として実データを基にした検証を行い,有効性を確認した.このことにより,対象とする現場のスケールを拡張する際に,画像情報に基づいた提案手法の本来の枠組みの利点を生かしつつ,信頼性の高いシステムを実現する方策が得られたことになる.また,浸水予測情報の蓄積手段として,大阪梅田地区を対象とした具体的な地下浸水予測シミューションのデータを,汎用のリレーショナルデータベースを使ってデータベース化することに成功した.このことにより,従来参照できる水害予測情報が浸水分布の時間変化に限られていたが,本研究においては,浸水しない避難経路を検索したり,一定の浸水に至る各地の時間分布を提示したりするなど,場所や浸水被害そのものをクエリとして情報検索を行える対話的なハザードマップの情報源となる仕組みを実現した.近年,温暖化などの影響により,短時間の集中豪雨が頻発する傾向にあり,特に,都市部には地下空間が発展しており,多くの利用者にとって,地上での天気の急変に気づき難く,内水氾濫のリスクが高まっている.本研究では,一般ユーザのモバイル端末で地下水害の予測情報を対話的に表示する可視化システムを提案し,災害時の浸水対策・避難準備に役立つよう,1人称視点で分かりやすく情報提示を実現することを目的とする.対象空間の写真画像の自然特徴に基づいた視点推定によるAR(augmented reality)により,GPSが利用できない地下空間でのユーザ位置推定と予測される水害リスクの可視化を可能とした.今後は,先ずまだ本研究では利用していない携帯端末のセンサ情報を積極的に利用することにより,前年度明らかになった課題に取り組むとともに,広域の空間を対象としてシステムの適用範囲の拡張を図る.一方,浸水予測シミュレーションとの連携を具体的に進めるべく,サービス提供に必要なサーバの機能要件を明確にして,サービス用のサーバのプロトタイプを開発する予定である.次年度は,ここまでに開発したレーザスキャナによるデータを活用する手法に基づいたシステム化の実装を進め,スキャンデータと画像情報を相互に参照する仕組みを自動化するとともに,ユーザの位置情報を推定する技術との統合を図る.
聴覚障害者の教室における音声情報受容のシミュレ-ションビデオの制作に関する研究

聴覚障害者が教室の授業場面で直面するコミュニケ-ションの問題を、その教育に関心を持つ人々に理解してもらうシミュレ-ションビデオテ-プを制作するための内容と方法を検討し、以下の知見を得た。1.聾学校、難聴学級、通常の学級、大学等の、それぞれの教室で授業をうけている聴覚障害者の実際の目と耳の位置から、教師の授業様態を記録・分析した結果、話し方、位置、動き、図・文字提示の仕方、周囲の視覚的・音響的条件等により、様々な情報受容の困難さが現出する実態が明らかになった。2.聞こえの制限を受けている聴覚障害者が、教室で補聴器を使用して話声を聞こうとした場合、聴力障害の特性に合わせた補聴器の音響増幅の調整の仕方で、音声情報を可聴範囲に入れることが可能であるが、極めて歪んだ音で受容されることが明らかになった。3.質的量的に制限を受けて聴覚障害者に受容される聴覚音声言語情報に対して、話者の視覚的言語情報(口唇型、表情、身振り、手話、指文字等)を付加した工夫・配慮が加わることにより、視覚的/聴覚的手掛かりが補完して有効にはたらくことが明らかになった。4.聴聴障害者の聴力型のタイプによる聞こえ方の特徴をシミュレ-ションする方法を検討し、教室における音声の聞こえの歪をデモンストレ-ションするシミュレ-ションテ-プを試作した。また、難聴者の周囲の音響的環境条件の影響で音声を聞き違える異聴の傾向を映像で模式したシミュレ-ションビデオを試作した。5.聴覚障害者のコミュニケ-ション状況を改善するには、聴覚障害とは何かを一般の人が理解できる資料を用意することが先決であるという認識を得て、シミュレ-ションビデオに併せて、テキスト等の解説を作成した。1.聾学校、難聴学校の教室の聴覚障害生徒の位置で得られる話者からの聴覚的・視覚的音声情報の収録を、釧路聾学校、宮城聾学校等において実施した。その資料を分析した結果、教室内の教師の音声を信号とした場合、それに競合する雑音は複数も生徒が同時に話す時の音声であることが分かった。2.聴覚障害者の固有の聴力の損失レベルおよびオ-ジオグラムのタイプにより、雑音下ではどの程度受聴明瞭度が低下するかを把握する目的で、まず10名の成人の音声を同時に合成録音したマルチト-カノイズを作成した。さらに、雑音下での文章了解度を検査するための「日常生活文リスト」を作成しノイズ下の語音聴力検査法を試作した。3.補聴器の電気音響的特性の条件に応じた環境音、音声等の加工処理を行い、難聴者の聴こえと音の歪みをシミュレ-ションする音声テ-プを試作した。これらの音素材を聴覚障害児を持つ親や聴覚障害教育に携わろうとする教師、学生に聞かせることにより、難聴の聞こえの特性と聴覚補償に関する理解が深まることが分かった。4.聴覚障害(児)者の座席の目の位置から教壇の話者を録画記録し画像を分析した結果、平坦な床構造の一般的な教室では、教師の口形、手話、表情が前面の人の身体で頻繁に遮られ、階段状の床構造の教室に比べ著しく視覚情報にマスキングの影響を受ける状況が観察された。5.筑波技術短期大学の聴覚障害学生の授業場面で用いられる予定の「文字情報伝達システム」、「話者口形拡大提示システム」、「補聴システム」を構築し、教師の音声、口形、手指、文字による情報伝達の様相を分析する資料を収集するための機器を装置した。これにより情報受容の困難性を示す代表的な場面を設定し、コミュニケ-ション状況を分析評価することが可能となった。

次年度には、実際の教室場面で聴覚的・視覚的情報マスキングの起こる状況をVTRで録音録画し、シミュレ-ションビデオテ-プの内容構成を検討する予定である。1)補聴器を装用した状態では音声がどの程度聞こえるのか、筑波技術短期大学に存学する50名の聴覚障害学生について、以下の検査を実施し、聴覚の補償の実態を把握する資料を収集した。1)聴力検査ー裸耳の聴力の損失のレベルを測定し、50名の学生の両方の耳のオ-ジオグラムを作成した。2)補聴効果の測定ー補聴器を装用した状態でこの聞こえのレベルを測定し、50名の学生の補聴器を装用した耳の補聴器装用時の域値デ-タを収集した。3)補聴器の特性測定ー使用している補聴器の電気音響的特性を測定し、損失した聴力に対してどれ程の増幅補償を行っているか、50名の学生の音響利得デ-タを収集した。2)筆者らの研究から得られていた長時間平均音声スペクトラム(中川・大沼、補聴器の評価に関する研究ー音声と教室の環境音の音響的検討、1987)を基に、120cm離れた普通の大きさと、30cmに近づいて大きめの発声をした場合の音声の強さのレベルの幅を書き入れた「補聴効果記録用紙」を作成した。これに、上記1)の結果得られた補聴器を装用した時に聴こえる音の強さのデ-タを重ね書きすることにより、個々の学生が平均的な音声のレベルを補聴器を通してどの程度聴き取っているものなのか、オ-ジオグラムの画面上で推測することのできる資料を作成した。一般的に、250Hzから1000Hzにかけては、相当のスピ-チレベルが可聴範囲に入るが、2000Hzから4000Hzになると、音声の高域周波数の情報の入力には限界があるという傾向がみられた。3)これらの結果を基に、難聴者のきこえをシミュレ-ションする材料を作成できる展望が得られた。1.普通小学校の教室における授業中の音を収録し、通常の学級で授業をうけている聴覚障害児の耳に届く音・音声の音圧分布と周波数分布の実態を調査した。2.聴覚障害者の聞こえのシミュレ-ション制作のための電気音響学的手順を検討し、小学校低学年の国語の授業中の音・音声に対し、4種類のオ-ジオグラムに対応させて音声加工した聴力の程度によるシミュレ-ション音声テ-プを試作した。更に、それらの難聴の聞こえに対し補聴器を装用した場合に想定されるシミュレ-ション音声のテ-プも制作した。3.聴覚障害者のコミュニケ-ション状況を改善するには、聴覚障害とは何かを一般の人が理解できる資料を用意することが先決であるという認識を得て、「聴覚障害を理解するための研修用ビデオ」に併せて、テキスト等の解説を作成した。その内容は、聴覚障害の種類について、聴覚障害学生の聴力の実態と補聴効果について、ノイズ下における音声の了解度について、聴覚障害者とのコミュケ-ション上の配慮事項についてなどである。
レーザー延伸過程のオンライン測定による繊維構造形成機構の解明

走行中の繊維に炭酸ガスレーザーを照射して急速かつ均一に加熱することによって、ネック点を任意に固定できることを利用し、ミリ秒オーダーの時間分解能でその場測定することにより、繊維構造形成過程を解析した。本研究で使用されたポリフッ化ビニリデン(Paly(vinylidene fluoride),以下PVDFと略す)は、クレハ合繊株式会社から頂いたPVDF250μm繊維であり、レーザー加熱延伸法を用いてネック延伸を行い、同時に温度、直径、および張力の測定を行った。この時に適用された条件と同じ延伸条件でSPring-8の超高輝度X線を利用して、オンラインX線回折像を撮影した。安定的に延伸できた条件は延伸倍率4.5と5.5倍であり、送出速度は6と12m/minであり、この時の延伸応力は110と242MPaであった。オフラインの予備実験によると、PVDF繊維の内部構造は、100MPa以上の延伸応力が掛けられる場合にはβ結晶だけが形成される。したがって、延伸比5.5倍ではβ結晶だけが、延伸比4.5ではαとβ結晶が混在して現われると思える。オンライン広角X線回折像からX線強度プロフィルを取ってレーザー加熱延伸中のPVDF繊維構造形成を検討した。実際的にPVDFは結晶化速度が速くて、ガラス転移温度がもっと低くて、α結晶の回折が未延伸繊維でも現れる。延伸倍率5.5倍の場合では、ネック変形以前の未延伸繊維部分ではα結晶の(200),(010),(110),(021)面の回折である結晶回折が現れ、経過時間が0.2msからは(021)面の回折は消えて、赤道線上にβ晶の(110)回折スポットが観察され始める。このβ晶の(110)回折スポットの強度は、PVDF繊維の結晶化速度が速いために、経過時間が増加しても変化しなかったのに対し、α結晶の回折は時間の経過と共に消失した。走行中の繊維に炭酸ガスレーザーを照射して急速かつ均一に加熱することによって、ネック延伸点を非接触で空間中に固定できる。固定されたネック延伸点から任意の距離離れた点でのその場測定により、繊維構造形成過程を解析する。今年度は、SPring-8で行ったPETとPTTの時間分解能1ミリ秒以下でのその場測定による繊維構造形成機構の解明の研究に参加すしてオンライン測定のノーハウを学ぶと共に、ポリフッ化ビニリデン(Poly(vinylidene fluoride),以下PVDFと略す)の延伸挙動を解析した。前者では、PETの繊維構造形成におよぼす分子量依存性、およびPETとPTTの繊維構造形成の違いについて研究を行った。この結果、PETでは分子量が大きいほど配向結晶化の開始時間が遅いこと、PTTではPETとは異なりネック変形直後から結晶性回折が観察されること等が明らかになった。また後者では、クレハ合繊株式会社から頂いた直径250μmのPVDFモノフィラメントをレーザー加熱延伸する際の温度、直径、および張力を測定した。このデータは、今後行うオンラインX線回折測定の際の基礎データとして利用する。安定的に延伸できた条件は延伸倍率4.5と5.5であり、送出速度は6と12m/minであり、この時の延伸応力は110と242MPaであった。PVDFのようなオレフィン系の高分子は未延伸状態でα晶が形成されており、ネック延伸過程でβ晶が形成される。すなわち、転移過程で初期のα晶が消滅されβ晶が形成されるかあるいはα晶からβ晶へのコンフォメーションの転移が起こるのかが観察できると思う。またオンライン温度測定について、得られた赤外放射温度計の出力を繊維温度に換算するために温度キャリブレーションを行ったが、誤差が大きかった。この原因は、おそらくPVDFにはカルボニル基がないため、赤外放射温度計のフィルタ(カルボニル基の伸縮振動)と対応しなかったためだと考えており、今後、補正する予定である。

延伸倍率5.5倍の場合では、ネック変形以前の未延伸繊維部分ではα結晶の(200),(010),(110),(021)面の回折である結晶回折が現れ、経過時間が0.2msからは(021)面の回折は消えて、赤道線上にβ晶の(110)回折スポットが観察され始める。このβ晶の(110)回折スポットの強度は、PVDF繊維の結晶化速度が速いために、経過時間が増加しても変化しなかったのに対し、α結晶の回折は時間の経過と共に消失した。
構造変化遅延化色素蛋白質を用いた可視化教材の開発

生命活動に置いて重要な役割を担う蛋白質が作用するときにはその形(構造)を変化させる。通常蛋白質の多くは無色であり、且つその形の変化は極めて速いために、肉眼で見ることはできない。しかしこれが可能になると蛋白が機能するということについて実感を伴いながらの理解に繋がる。バクテリオロドプシンという色素蛋白質に部位特異的アミノ酸置換を導入した変異蛋白質を作製し、ある条件下に置くと光誘起の構造変化速度が約千倍遅延化し、肉眼でも構造変化に伴う色の変化を見ることに成功した。生命体において重要な役割を担う蛋白質がその機能を果たすときにはその形(構造)を変化させる。多くの蛋白質は無色であり、且つその構造変化は極めて速いため肉眼で見ることはできない。この構造変化を肉眼で見えるようにすること(可視化)を可能にする教材の作製が本研究の目的である。それ自身が色を持ち構造変化に伴い色を変える光感受性の蛋白質を材料として、その構造変化を遅くすることができれば、高価な装置なしに広く用いることのできる教材となり得る。研究対象としては、光感受性の色素蛋白質で、光を吸収しても分解せず、安定性の高い細菌型ロドプシンの中からバクテリオロドプシン(bR)を最初に選び、遺伝子操作を用いて特定のアミノ酸残基を別なアミノ酸残基に置換した変異蛋白質を作製するというアプローチを取ることとした。変異蛋白質を得るためには蛋白質の発現系が必要である。現在までには元来bRを持っていた高度好塩菌による発現系と大腸菌を用いるものの2つが知られている。種々検討の結果、高度好塩菌の発現系を用いることとした。その系を用いることによって、発現させた変異蛋白質の精製が遠心分離だけで簡単に行えるようになり、教材化においては大きな長所となりうる。変異蛋白質の中の一種がpH依存的に構造変化を遅くすることが解ってきた。構造変化速度のpH依存性の詳細な測定を行わなければ確実なことは言えないが、有力な候補蛋白質が得られ、初年度としては順調な滑り出しである。生命活動において重要な蛋白質が作用するときにはその形(構造)を変化させる。自身が色を持ち構造変化に伴い色を変える光感受性の蛋白質にアミノ酸置換の変異を導入し構造変化を遅くすることができれば、高価な装置無しで広く用いることのできる教材作製が可能となる。そういう蛋白質分子の構造変化の可視化教材作製を本研究の目的とする。研究対象としては光感受性の色素蛋白質の中で、光を吸収しても分解せず、安定性も高いものが多い細菌型ロドプシンの中からバクテリオロドプシン(bR)を選び遺伝子操作により特定のアミノ酸を別なアミノ酸に置換した変異蛋白質を作製することにした。蛋白の発現系としては元来bRを持っていた高度好塩菌の発現系を用いた。初年度末に有望な変異蛋白質を得たので、大量調製を行い、その各種性質を天然型と比較しながら調べた。その結果、室温でも取り扱える程度には安定性を有することが判明し、教材化の可能性が示唆された。その種のものはほとんど報告されておらず、実現できれば極めて斬新な教材となる。光感受性の色素蛋白質の中で、光を吸収しても分解せず安定性も高いものが多い細菌型ロドプシンに着目し、最初に発見され最も研究が進んでいるバクテリオロドプシン(bR)を研究対象とした。bRは遺伝子操作により部位特異的変異導入が可能であるので、得られていた知見を基に変異蛋白質を作製した。幸運なことに初年度に有望な変異蛋白質を得たので、大量調製を行い種々の性質を天然型蛋白質と比較しながら調べた。その結果構造変化を肉眼で認識できる程度に遅延化(半減期約68秒)させることができ且つ室温で容易に取り扱える程度の安定性を有する変異蛋白質を得ることに成功した。教材とするときにはどのような形で提供すべきかについて、用いる容器についても取り扱いやすさや価格の面からも検討を加えた。結果的に一般の高校の実験室又は教室でも扱うことが可能な教材を得ることに成功した。バクテリオロドプシンという色素蛋白質に部位特異的アミノ酸置換を導入した変異蛋白質を作製し、ある条件下に置くと光誘起の構造変化

速度が約千倍遅延化し、肉眼でも構造変化に伴う色の変化を見ることに成功した。構造変化が遅くなることが期待できる変異蛋白質を昨年度の終わりに得ることができたので、二年目である今年度はその変異蛋白質を大量に調製し、安定性などの種々の性質を調べることができたため。蛋白質化学今年度の研究により、実際に授業でも使える程度に室温での安定性を有することが判明した。これまでの研究では緩衝液に溶かした試料という形で種々の性質を調べてきたが、保存性や取り扱い易さなどの観点から種々の条件検討を行い実際の授業で使えるものとしていく。この研究遂行上で最も大事な点は条件に適うアミノ酸置換変異蛋白質を得るところである。研究初年度にpH依存的に構造変化が遅くなる変異蛋白質を得られたので順調に進んでいると判断できる。pH依存的に構造変化が遅くなる変異蛋白質を用いてその性質を安定性、取り扱い易さ等の点について調べる。教材とするためには安価に多量に試料を得る必要もあるため、そういう観点からの検討も同時に行う。安定で目的に適うものだということとなれば実際に授業で用いる形での試料提供法などの検討も行う。
汎熱帯海流散布植物の分子集団遺伝学的研究:長距離種子散布が種分化に与える影響

汎熱帯海流散布植物が、全世界の熱帯海岸域に広がる広大な分布域をどのように獲得・維持してきたのかを、分子集団遺伝学的手法を用いて解析した。3年間の研究で、代表的な汎熱帯海流散布植物であるオオバヒルギ属、ナガミハマナタマメ、ハマアズキ等について、地理的構造と系統関係を明らかにした。得られた結果を分類群横断的に比較することで、海流による長距離種子散布を妨げる共通の地理的障壁と、散布能力の影響を受ける種分化パターンを明らかにすることができた。(1)本研究は、汎熱帯海流散布植物がどのようにして、全世界の熱帯・亜熱帯の海岸域に一種が一様に分布するという特殊な分布パターンを、獲得・維持してきたのかを、分子集団遺伝学的な手法を用いて明らかにすることを目的とした。(2)当初計画では4年間の研究期間内に、代表的な汎熱帯海流散布植物であるオオバヒルギ属植物、ナガミハマナタマメ、ハマアズキ、オオハマボウ、モダマとそれらの近縁種について、分子マーカーを用いた解析を行って、近縁種との分化のパターンや、集団間の地理的構造を分類群横断的に比較し、海流による頻繁な長距離種子散布が、全球的な分布域の維持にどのように貢献し、また、どのような共通要因のもとで種分化が生じたかを明らかにすることを計画した。(3)2007年から2009年の3カ年で、葉緑体と核の複数の遺伝マーカーを用いて解析を実施することができた。なお、この研究は、研究協力者である高山浩司氏(当時日本学術振興会特別研究員PD)の全面的な協力のもとに行われた。全世界の熱帯・亜熱帯の海岸域に1種が一様に分布する汎熱帯海流散布植物について,複数の分類群の遺伝的分化のパターンを分子マーカーを用いて解析している。分類群横断的な解析を行うことにより,海流による頻繁な長距離種子散布が全球的な分布域の維持にどのように貢献しているかが明らかにできると期待される。本年度は,ナガミハマナタマメとRhizophora mangleについて,2種類の遺伝マーカーを用いた解析を行った。なお,この研究は,研究協力者である高山浩司氏(日本学術振興会特別研究員PD)の協力のもとに実施したものである。1.葉緑体ハプロタイプの解析:Rhizophora mangleとナガミハマナタマメの集団サンプルについて,複数の葉緑体遺伝子領域の塩基配列を決定した。いずれの種においても,塩基配列データとサンプル数を既存のデータに大幅に追加した解析を実施した。ナガミハマナタマメにおける解析では,約8,000bpを用いた系統樹が得られ,汎熱帯域に分布するハプロタイプの存在などが明らかになった。Rinzophora mangleの解析では,新大陸の東西における明瞭な遺伝的分化と,それぞれの地域で近縁種との間に遺伝的交流があることが明らかになった。2.マイクロサテライトマーカーの開発:Rhizophora mangleで14個の複合マイクロサテライトマーカーを開発した。近縁種5種と別属2種を用いた増幅テストにより,6つのプライマーはRhizophora属内で広く利用できることを確かめ,Conservation Genetics誌に発表した。得られた6つのマーカーを用いて予備的な解析を行った結果,ブラジル以南と西アフリカの集団が共通した遺伝的組成を持ち,他の集団からは分化している可能性が示唆された。全世界の熱帯・亜熱帯の海岸域に1種が一様に分布する汎熱帯海流散布植物について、複数分類群の遺伝的分化のパターンを分子マーカーを用いて解析している。分類群横断的な解析を行うことにより、海流による頻繁な長距離種子散布が全球的な分布域の維持にどのように貢献しているかを明らかにできると期待される。本年度は、ナガミハマナタマメ、ハマアズキ、Rhizophora mangleについて、2種類の遺伝マーカーを用いた解析を行った。なお、以下の研究は、研究協力者である高山浩司氏(日本学術振興会特別研究員PD)の協力のもとに実施したものである。1.葉緑体ハプロタイプの解析:ナガミハマナタマメとハマアズキについて、集団解析に使えるマーカーを策定した。その結果、複数領域の部分塩基配列決定とSSCP解析を組み合わせることで、数4kb-6kbの塩基配列で認識されるのとほぼ同数のハプロタイプが区別できることが分かった。得られたマーカーを用いて世界各地の集団から数個体ずつを解析することにより、ナガミハマナタマメでは新大陸の東西で明瞭な地理的構造のある可能性が示唆された。また、ハマアズキは近縁種であるV.luteolaと遺伝的には明瞭に分化していることが示された。2.マイクロサテライトマーカーを用いた解析:前年度開発したマーカーを用いて、太平洋・インド洋地域のオオバヒルギの集団問分化を集団遺伝学的に解析した。琉球、南太平洋、東南アジアの集団内の遺伝的多様性と集団間の遺伝的分化が明らかになった。

3.ハマアズキと近縁種のV.luteolaの系統地理学的関係を明らかにするために、メキシコにおいて現地調査を実施し、研究に必要なサンプルを採集した。全世界の熱帯・亜熱帯の海岸域に1種が一様に分布する汎熱帯海流散布植物について、複数分類群の遺伝的分化のパターンを分子マーカーを用いて解析した。分類群横断的な解析を行うことにより、海流による頻繁な長距離種子散布が、全球的な分布域の維持にどのように貢献しているかを明らかにすることができる。本年度は、ナガミハマナタマメ、ハマアズキ、Rhizophora mangleについて、2種類の遺伝マーカーを用いた集団解析を行った。なお、以下の研究には、高山浩司博士(日本学術振興会特別研究員PD)が研究協力者として参加した。1.葉緑体ハプロタイプを用いた集団構造の解析:ナガミハマナタマメとハマアズキについて、前年度策定した葉緑体マーカーを用いて、汎熱帯域における地理的構造を集団レベルで明らかにした。全世界熱帯域から得られた約40集団のサンプルを解析することにより、ナガミハマナタマメでは他の汎熱帯海流散布植物と同様、新大陸の東西で、明瞭な地理的構造が検出された。また、ハマアズキでは、太平洋の北半球・南半球およびインド洋域といった、地域集団ごとの遺伝的分化が示された。2.核のローコピーマーカーを用いた解析:前年度開発したG3PDH, CesA等の核マーカーを用いて、全世界のオオバヒルギ属植物の遺伝的分化を解析した。その結果、インド洋-西太平洋地域の種と大西洋-東大平洋地域の種が、地域ごとに分化してきた過程と、種分化後の二次的接触により、雑種を形成している実態が明らかになった。。3.海外調査:グアムおよび台湾で現地調査を実施し、ハマアズキ、ナガミハマナタマメ、Entadarheediiの系統地理学的解析に必要なサンプルを収集した。
Lipiodol ultrafluidを担体とするターゲティング癌化学療法

Lipiodolの腫瘍内選択的停滞を利用したターゲティング癌化学療法において、肝細胞癌に対してはすでに本科にて開発し、市販されているSMANCS/Lipiodolにて大部分の症例に対応できた。実際に高い5生率とともに治癒例も多く経験されるようになってきている。しかしながら、Lipiodolの腫瘍内停滞量が少なく、また停滞期間も短い転移性肝癌例に対してはSMANCS/Lipiodolのみでは治療が困難な例も多く、油性制癌剤1ml当たりの抗腫瘍効果の増強を計るべく(SMANCS/Lipiodolでは懸濁液であるため1ml当たりの懸濁液を多くすると末梢血管レベルでの閉塞効果が強く出現し、非癌部にも影響が出現)、Lipiodol中への各種制癌剤の溶解、Solutionの開発を行い、それぞれの至適濃度の決定を試みた。家兎にてVX2癌を肝に移植し、腫瘍が12cmとなった時点で肝動脈より各種油性制癌剤0.2mlの注入を行い抗腫瘍効果と動注領域非癌部への影響とを検討した。SMANCS/Lipiodolでは20%程度にしか得られなかった腫瘍完全壊死が動注非癌部領域に何んらの障害を与えることなく、epirubicin/Lipiodolでは5mg/mlで、nitromin/Lipiodolでは7.5mg/mlで、Vinblastine/Lipiodolでは5mg/mlで、ほぼ100%に得られた。特記すべきはVinblastine/Lipiodolでは7.5mg/ml、10mg/mlで腫瘍完全壊死は当然として、これに加えて腫瘍からの距離、それぞれ1cm以下、12cmと腫瘍周囲の肝組織をも壊死に陥らせることが判明し、目的とした転移性肝癌の治療に最も有用ではないかと考えられた。Lipiodol ultrafluid(Lipiodol)は動脈内投与すると、腫瘍新生血管内外に長く停滞し、非腫瘍部は大略24時間以内には大部分のLipiodolはwash outされる。そのため、Lipiodolは腫瘍内だけに選択的に停滞することになる。Lipiodolの中に制癌剤を溶かしておき、このLipiodolが腫瘍内に選択的に停滞している期間に、溶かしておいた制癌剤がLipiodol外へと溶出する剤型を作製すると、制癌剤を腫瘍局所へターゲティングすることが可能となる。これらの剤型の中で、本年度はアンスロサイクリン系抗癌剤の中でエピルビシンを選択し、これをLipiodol中に溶解(Solution)し、その抗腫瘍効果と副作用について検した。家兎を用い、家兎肝にVX2癌を移植。移植後2週にて腫瘍径が12cmとなったものを実験に供した。全身麻酔下に開腹し、家兎固有肝動脈内へ0.2mlの種々の濃度のエピルビシン/Lipiodolを動注し検討した。(結果)エピルビシン/Lipiodol(10mg/ml)では非癌部肝も影響を受け、壊死がみられることがあり、1mg/mlでは腫瘍の完全壊死がみられないことも多く、この間の6mg/ml、3mg/mlでは非癌部肝に壊死がみられることはなく、VX2癌巣のみの完全壊死がみられた。エピルビシン/Lipiodolに関しては36mg/mlの濃度が至適と考えられた。転移性肝癌例においても原発性肝癌と同様にLipiodol ultrafluidの腫瘍内選択的停滞は認められるものの、その停滞量は肝細胞癌例に比して少なく、また停滞期間も短い、本科にて開発した、ターゲティング癌化学療法剤、SMANCS/Lipiodolのみでは転移性肝癌例の治療に際して、5生率は得られたものの充分満足できる成績とはなっていない。それゆえ、油性制癌剤1ml当りの抗腫瘍効果の増強を計ることが必要となった。

抗癌剤の中でニトロソウレア系からnitromin、アルカロイド系の中からVinblastineを選び、それぞれをLipiodol ultrafluidの中に種々の濃度で溶解したものを作製し、家兎VX2癌を肝に移植し、腫瘍の大きさが12cmとなった時点で肝動脈からこれらの薬剤を0.2ml注入し、動注領域の正常肝組織に障害を与えることなく、腫瘍を完全壊死に陥らせる至適濃度の決定を行った。非癌部に障害を与えることなく、nitromin/Lipiodolでは7.5mg/mlで、Vinblastine/Lipiodolでは5mg/mlの濃度のもので腫瘍完全壊死が認められた。Vinblastine/Lipiodolの7.5mg/ml、10mg/mlのものでは腫瘍完全壊死を示したのは当然であるが、これに加えて腫瘍周囲のそれぞれ1cm以下、12cmの領域の肝実質のみに壊死が認められ、転移性肝癌治療に有用と考えられた。
ヒト腰椎骨折とその治療法の有限要素解析による力学的評価

本研究では,脊椎分離症の発症原因を力学的観点から解明するため,第3腰椎下部,第4・第5腰椎,仙骨・腸骨上部,各椎体間の椎間円板,前縦靱帯,後縦靱帯,横突間靱帯,棘間靱帯,棘上靱帯,腸腰靱帯を取り入れた有限要素モデルを作成した.第4・第5腰椎の部分は皮質骨,海綿骨からなる椎体と後方要素の部分に分け,椎間円板は2層の線維輪と髄核および骨性終盤と軟骨性終盤からなるものとしてモデル化した.各靱帯は引張り荷重のみを受持つ線形弾性トラス要素で構築した.以上の要素に加え,剛体で近似した第3腰椎下部や,不動点で近似した仙骨及び腸骨上部を組み込み,最終的な有限要素モデルを構築した.下位腰椎部が受ける代表的な拘束を再現するため,不動椎である仙骨の椎体上部と上関節面上の軟骨表面を完全拘束した.さらに,約500Nあるいは1000Nの垂直荷重を第3腰椎の椎体上部に作用させ,その上で伸展・屈曲運動の場合には,第3腰椎棘突起先端に伸展・屈曲力を作用させ,回旋運動では回旋モーメントを加えた.また回旋運動においては,旋回軸の位置の影響を検討するために,回旋の中心に脊柱管中心,椎体後端3分の1,椎体中心を選んで解析を行った.その結果,垂直荷重だけの場合と伸展運動では第4・第5腰椎ともに関節突起間部の内側に,屈曲運動では第4・第5腰椎ともに関節突起間部の後側に,回旋運動では第4・第5腰椎ともに引張り側の椎弓根付根部に広範囲にわたる応力集中が見られた.伸展運動の場合,脊椎分離症の発生率がより高い第5腰椎の関節突起間部に第4腰椎に比べ大きな応力が発生することが明らかになった.回旋運動においては第4腰椎の方が高い応力が発生し,また回旋軸の位置の影響はそれほど大きくなかった.他方屈曲の場合には,比較的大きな応力集中が見られるものの,第5腰椎と第4腰椎とではほぼ同じ関係が得られた.本研究では,脊椎分離症の発症原因を力学的観点から解明するため,第3腰椎下部,第4・第5腰椎,仙骨・腸骨上部,各椎体間の椎間円板,前縦靱帯,後縦靱帯,横突間靱帯,棘間靱帯,棘上靱帯,腸腰靱帯を取り入れた有限要素モデルを作成した.第4・第5腰椎の部分は皮質骨,海綿骨からなる椎体と後方要素の部分に分け,椎間円板は2層の線維輪と髄核および骨性終盤と軟骨性終盤からなるものとしてモデル化した.各靱帯は引張り荷重のみを受持つ線形弾性トラス要素で構築した.以上の要素に加え,剛体で近似した第3腰椎下部や,不動点で近似した仙骨及び腸骨上部を組み込み,最終的な有限要素モデルを構築した.下位腰椎部が受ける代表的な拘束を再現するため,不動椎である仙骨の椎体上部と上関節面上の軟骨表面を完全拘束した.さらに,約500Nあるいは1000Nの垂直荷重を第3腰椎の椎体上部に作用させ,その上で伸展・屈曲運動の場合には,第3腰椎棘突起先端に伸展・屈曲力を作用させ,回旋運動では回旋モーメントを加えた.また回旋運動においては,旋回軸の位置の影響を検討するために,回旋の中心に脊柱管中心,椎体後端3分の1,椎体中心を選んで解析を行った.その結果,垂直荷重だけの場合と伸展運動では第4・第5腰椎ともに関節突起間部の内側に,屈曲運動では第4・第5腰椎ともに関節突起間部の後側に,回旋運動では第4・第5腰椎ともに引張り側の椎弓根付根部に広範囲にわたる応力集中が見られた.伸展運動の場合,脊椎分離症の発生率がより高い第5腰椎の関節突起間部に第4腰椎に比べ大きな応力が発生することが明らかになった.回旋運動においては第4腰椎の方が高い応力が発生し,また回旋軸の位置の影響はそれほど大きくなかった.他方屈曲の場合には,比較的大きな応力集中が見られるものの,第5腰椎と第4腰椎とではほぼ同じ関係が得られた.
ナノ構造機能性表面を用いた分子認識センサ受容部の開発

本研究では,化学センサ開発において,最も身近で柔軟な化学物質認識を行っている生体の分子認識に着目し,そこで行われているナノ構造を利用した分子間力による分子認識を行うためのセンサ表面の開発を行った.本研究ではナノ構造表面として,電荷移動相互作用を認識する分子ワイヤセンサ表面を形成した.これは,電荷に偏りをもつ電子受容体と電子供与体が互いに接近したときに形成する電荷移動錯体を利用したセンサ表面である.電子受容体や電子供与体は単独では導電性は低いが,互いに部分的に電荷が移動することによって不完全に満たされた電子準位が発生し,導電性の高い電荷移動錯体を形成する.金属ナノパーティクルに架橋した電子供与性分子を用いて分子ワイヤを構築し,電荷移動相互作用によって分子ワイヤの導電性が変化することから電子受容性分子の吸着を捉えることができる.ナノパーティクルの作成には,スパッタ堆積法による金属薄膜形成の初期過程に見られる不連続な島状構造を利用した.この電極と抵抗測定装置を用いてガスフロー系センサを組み立て,複数のサンプルガス(爆発物として測定需要のあるニトロ化合物など)を測定したところ,センサの応答は俊敏であり,サンプルの電子供与性/受容性の識別を行えているという結果が得られた.このことから,電荷移動相互作用を認識する分子ワイヤセンサを構築できたといえる.本研究では,化学センサ開発において,最も身近で柔軟な化学物質認識を行っている生体の分子認識に着目し,そこで行われているナノ構造を利用した分子間力による分子認識を行うためのセンサ表面の開発を行った.本研究ではナノ構造表面として,電荷移動相互作用を認識する分子ワイヤセンサ表面を形成した.これは,電荷に偏りをもつ電子受容体と電子供与体が互いに接近したときに形成する電荷移動錯体を利用したセンサ表面である.電子受容体や電子供与体は単独では導電性は低いが,互いに部分的に電荷が移動することによって不完全に満たされた電子準位が発生し,導電性の高い電荷移動錯体を形成する.金属ナノパーティクルに架橋した電子供与性分子を用いて分子ワイヤを構築し,電荷移動相互作用によって分子ワイヤの導電性が変化することから電子受容性分子の吸着を捉えることができる.ナノパーティクルの作成には,スパッタ堆積法による金属薄膜形成の初期過程に見られる不連続な島状構造を利用した.この電極と抵抗測定装置を用いてガスフロー系センサを組み立て,複数のサンプルガス(爆発物として測定需要のあるニトロ化合物など)を測定したところ,センサの応答は俊敏であり,サンプルの電子供与性/受容性の識別を行えているという結果が得られた.このことから,電荷移動相互作用を認識する分子ワイヤセンサを構築できたといえる.
製銑製鋼スラグ中の酸化物イオンのEPMAケミカルシフトの分子軌道法による検討

スラグの構造と性質に関する研究は素材工学上最も重要な分野の1つである。しかしながら、高温液体状態に由来する実験の困難さから、構造と物性、構造と塩基度との間には、不明な問題が数多く残されている。本申請研究も、スラグの構造と化学的特性との関係を解明するための1つの試みであり、金属酸化物の含有に伴うOK_αおよびSiK_βEPMAスペクトルを分子軌道法によって解釈し、スペクトルの形状変化の原因をSiイオンおよび酸素イオンの局所的電子状態の変化として捉え、化学的反応性すなわち塩基度を理解することを目的としている。スラグの構造と性質に関する研究は冶金学上極めて重要な分野の1つである.しかしながら,高温液体状態に由来する実験の困難さから,構造と物性,構造と塩基度などの化学的特性との間には,不明な問題が数多く残されている.本研究では,製銑製鋼スラグのEMPAや蛍光X線などのX線発光スペクトルを分子軌道法によって解釈し,酸素イオンの存在形態や化学結合状態を解明し,その上で,化学的反応性や塩基度を評価することを目的としている.スラグの構造と性質に関する研究は素材工学上最も重要な分野の1つである。