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新奇な視覚情報の知覚的学習過程と脳内機構の解明及び人間工学的応用のためのモデル化

されているのかを明らかにするための心理物理実験を行った.視覚探索課題において,探索アイテムめ半数を常に固定して反復呈示するOLD条件と全てのアイテムの呈示位置がランダムに変化するNEW条件において,標的の探索時間を計測した.実験は学習セッションとテストセッションに分けられており,テストセッションでは,学習セッシヨンで呈示されたOLD条件の探索画面のうち半数は学習セッションと同様に呈示した(OLD-OLD条件)が,残り半数の画面では固定配置の呈示位置を変化させて呈示した(SHIFT条件).これらの事態において固定配置の呈示位置の変化が標的の探索処理に及ぼす影響を検討した.その結果,次の3点が明らかになった.(1)学習セッションのOLD条件では,固定配置と共にノイズ(半数のアイテムの空間配置の変化)を含むが,そのような事態であっても視覚画面を反復経験することによって,標的の探索処理はNEW条件に比べて有意に早くなった.(2)テストセッションにおいて,SHIFT条件の探索処理はOLD-OLD条件に比べて遅延し,NEW条件との間に反応時間の差は認められなかった.これらの結果は,画面内にノイズを含む事態であっても一部の固定された空間的配置情報は反復経験によって記憶内に保持されるが,固定配置の呈示位置が変化することによって獲得された配置情報は探索処理に利用できないと解釈される.さらに,位置変化による影響が固定配置とノイズの相対的な位置関係に依存するのか,画面内における固定配置の絶対位置に依存するのかについて検討した結果,(3)絶対位置の変化は探索処理の速度に影響しないことが明らかになった.以上の結果は,反復呈示されることによって獲得される空間的配置情報は,ノイズとの相対位置関係の情報を含んで記憶内に保持されていることを示唆するものであり,人間の視覚情報処理過程において視覚対象間の相対位置関係が重要な役割を果たすという関連研究の知見とも整合するものである.本研究の目的は,人間の知覚的学習のプロセスを解明し,人間工学的応用を視野に入れた知覚的学習モデルを構築することである.平成15年度は,心理物理的手法を用いて,知覚的学習の生起因について検討した.複数の無意味輪郭図形を視覚呈示し、その中から特定の標的図形を探索させる視覚探索課題を繰り返し行うことによって,いかなる視覚情報(ここでは,呈示図形の全体的配置関係,呈示図形の組合せ)が知覚的学習(標的図形の探索時間の短縮)をもたらすのかを明らかにする実験を実施した.その結果,次の点が明らかになった.1.「呈示図形の全体的配置関係」と「呈示図形の組合せ」という異なる2種類の視覚情報が,それぞれ標的図形の形状と呈示位置と連合した事態において,(1)2種類の視覚情報の組合せを同時に学習させる条件では,「呈示図形の全体的配置関係」に対する学習のみが観察された(視覚情報の選択的な学習).(2)2種類の視覚情報がランダムに視覚呈示される条件では,それぞれの視覚情報に対する学習が同時に生起し,またそれぞれの学習効果の加算は,2種類の視覚情報の組合せに対する学習効果に等しいことが明らかになった.2.「呈示図形の全体的配置関係」が標的図形の形状と連合し,「呈示図形の組合せ」が標的図形の呈示位置と連合した事態において,2種類の視覚情報がランダムに視覚呈示される条件では、「呈示図形の組み合せ」に対する学習のみが観察された.以上の結果は,2種類の視覚情報に対する知覚的学習が個別かつ選択的に生起することを示しており,また学習の選択性は,所与の課題(視覚探索課題)において重要な情報(標的図形の呈示位置)の予測に有用な視覚情報に依存することを示している.これらの知見は,知覚的学習の促進に寄与する要因を特定し,学習モデルを構築する上で,学習の生起パタンの違いを考慮することが重要であることを示唆するものである.されているのかを明らかにするための心理物理実験を行った.視覚探索課題において,探索アイテムめ半数を常に固定して反復呈示するOLD条件と全てのアイテムの呈示位置がランダムに変化するNEW条件において,標的の探索時間を計測した.実験は学習セッションとテストセッションに分けられており,テストセッションでは,学習セッシヨンで呈示されたOLD条件の探索画面のうち半数は学習セッションと同様に呈示した(OLD-OLD条件)が,残り半数の画面では固定配置の呈示位置を変化させて呈示した(SHIFT条件).これらの事態において固定配置の呈示位置の変化が標的の探索処理に及ぼす影響を検討した.その結果,次の3点が明らかになった.(1)学習セッションのOLD条件では,固定配置と共にノイズ(半数のアイテムの空間配置の変化)を含むが,そのような事態であっても視覚画面を反復経験することによって,標的の探索処理はNEW条件に比べて有意に早くなった.(2)テストセッションにおいて,SHIFT条件の探索処理はOLD-OLD条件に比べて遅延し,NEW条件との間に反応時間の差は認められなかった.これらの結果は,画面内にノイズを含む事態であっても一部の固定された空間的配置情報は反復経験によって記憶内に保持されるが,固定配置の呈示位置が変化することによって獲得された配置情報は探索処理に利用できないと解釈される.さらに,位置変化による影響が固定配置とノイズの相対的な位置関係に依存するのか,画面内における固定配置の絶対位置に依存するのかについて検討した結果,(3)絶対位置の変化は探索処理の速度に影響しないことが明らかになった.以上の結果は,反復呈示されることによって獲得される空間的配置情報は,ノイズとの相対位置関係の情報を含んで記憶内に保持されていることを示唆するものであり,人間の視覚情報処理過程において視覚対象間の相対位置関係が重要な役割を果たすという関連研究の知見とも整合するものである.
がん性疼痛患者のオピオイド誘発性便秘症に対する鍼灸治療の有用性に関する研究

本研究では、緩和ケアチームを有する医療機関において鍼灸師の参画を行い、がん性疼痛患者のオピオイド誘発性便秘症に対して、鍼灸治療の有用性を検討する。がん疼痛治療に欠くことのできないオピオイド鎮痛薬の投与中によくある副作用として、「便秘」がある。本研究によって、がん患者の便秘に対する鍼灸治療の効果を明かにできるとともに、鍼灸師が病院において緩和ケアチームの医師らと協調しながら鍼灸治療を行うことで、西洋医学を補完し、患者の症状の緩和やQOLの向上に寄与することができると期待される。
シュレディンガー方程式の準古典解析

当研究期間における主な研究成果は以下の3つである.(1)古典力学系の双曲型不動点において,対応する量子力学系の特異性伝播の定理を得た.双曲型不動点に付随する安定多様体上で準古典波面集合が空集合であれば,不安定多様体上でも準古典波面集合が空集合であるという定理を証明することに成功した.(2)行列値ポテンシャルを持つシュレディンガー作用素のスペクトルシフト関数は,スカラーの散逸関数を持つとき,準古典において完全な漸近展開を持つことを証明した.(3)行列値ポテンシャルを持つシュレディンガー作用素の量子共鳴の準古典漸近分布を,エネルギー交差が起きる一次元2×2の典型的なモデルに対して研究を行った.今年度は主に2つの研究を行った。それぞれについて述べる。まず第一は、ホモクリニック、ヘテロクリニック軌道によって生成される共鳴の準古典分布の研究である。これはJean-Francois Bony (Univ. Bordeaux), Thierry Ramond (Univ. Pairs 11), Maher Zerzeri (Univ. Paris 13)との共同研究である。この一連の研究の最終段階として、考えるエネルギー超曲面上の捕捉集合が、有限個の双曲型不動点と、それに付随するホモクリニック、ヘテロクリニック軌道からなる場合の共鳴極の準古典分布を明らかにし、250ページにおよぶ大部の論文としてまとめた。現在投稿中である。もう一つは、一次元連立のシュレディンガー作用素の共鳴の準古典分布を調べる、Andre Martinez (Univ. Bologna)と渡部拓也(立命館大学)との共同研究である。対角成分がシュレディンガー作用素で、非対角成分に小さな相互作用があるとする。二つのポテンシャルが交差する場合に、そのエネルギーの近傍に現れる共鳴極の準古典分布を明らかにした。相互作用は1階の準古典微分作用素とするとき、0階の項が消えない場合については論文として受理され、0階の項が恒等的に0の場合についても、成果が得られた。特に前者の場合は、共鳴の虚部はhの5/3乗のオーダー、後者の場合はhの7/3乗のオーダーであること、およびその主要部の係数がエアリ関数を使って表現できることを明らかにした。科研費の本研究課題で予定していた3つの研究主題のうち、上記の通り2つが成果を得て論文として執筆を終えることができたことは、予定通り、あるいはそれ以上である。第3のスペクトラルシフト関数についても、その端緒となる固有値の交差が起こらない場合については、Marouane Assel, Mouez Dimassi (ともにUniv. Bordeaux )との共同研究によって成果を得つつある。本年度の研究実績を以下に列挙する。1.J.-F.Bony, T.Ramond, M.Zerzeriとの共同研究において、新たな進展があり、2つの研究成果を得た。一つはハミルトン力学系の双曲型不動点における、対応するSchroedinger作用素の解の特異性の伝播定理を解析性をもたないポテンシャルに対して証明した。また、これを用いてポテンシャルの非退化な最大点が生成する共鳴の準古典極限における漸近分布を明らかにした。もう一つは、超局所コーシー問題の一意性とレゾルベントの(準古典パラメータに関する)多項式オーダーの評価が同値であることを示した。これら2つの研究成果は投稿中である。2.M.Assal, M.Dimassiとの共同研究で、行列値Schroedinger作用素のスペクトルシフト関数の準古典極限における漸近挙動について成果を得た。これはスカラーのSchroedinger作用素に対するRobert-田村の結果の行列値への拡張である。時間発展作用素を用いたRobert-田村の方法とは異なる、レゾルベントのトレースの解析接続を用いる方法を用いたことにより、行列値の場合に生じる困難な点を回避することに成功した。この結果は投稿中である。3.J.Wittstenとの共同研究で、円周上のZakharov-Shabat作用素の固有値の、準古典極限における漸近分布について成果を得た。これはfocusingな非線形Schroedinger方程式の逆散乱法に現れる非自己共役な一階連立作用素である。実軸および虚軸に現れる固有値の量子化条件を、完全WKB法を用いて厳密に計算することに成功した。この研究成果は現在投稿中である。上記研究業績の概要に記述した1、2は当初から予定していた研究計画で、これらにおいて既に順調に研究が進展しているのに加え、当初予定していなかった、非自己共役なZakharov-Shabat作用素の研究も始まり、すでに3の研究成果があがった。この方面では、非線形Schroedinger方程式の初期値問題との関連でS.Kamvissisとの共同研究も進みつつある。その他、A.Martinez,渡部拓也との共同研究である行列値Schroedinger作用素の共鳴の漸近分布に関する研究も進展しつつある。これらは2における行列値Schroedinger作用素の研究と深く関係しており、行列値作用素の漸近理論の構築を期待している。最終年度に実施した主な研究を内容ごとに概要を述べる.(1)古典力学系の双曲型不動点における特異性伝播の定理を得た.双曲型不動点に付随する安定多様体上で準古典波面集合が空集合であれば,不安定多様体上でも準古典波面集合が空集合であるという定理を,生成作用素,消滅作用素を用いて証明することに成功した.また,この特異性伝播の定理を用いて,解析的でない滑らかなポテンシャルの非退化な最大点が生成する量子共鳴の準古典極限における漸近分布を明らかにした.

(2)行列値ポテンシャルを持つシュレディンガー作用素のスペクトルシフト関数(固有値の個数関数を連続スペクトルに拡張したもの)は,スカラーの散逸関数を持つとき,準古典において完全な漸近展開を持つことを証明した.これは,単独のシュレディンガー作用素に対するRobert-Tamuraの定理の連立作用素への一般化である.行列値ポテンシャルの固有値の交差するとき,連立の場合特有の難しさが生じるが,時間発展作用素を用いる従来の方法を用いず,レゾルベントによる作用素の関数の表示を用いる方法によって,困難を回避した.(3)行列値ポテンシャルを持つシュレディンガー作用素の量子共鳴の準古典漸近分布を,エネルギー交差が起きる一次元2×2の典型的なモデルに対して研究を行った.エネルギー交差のレベルでの量子共鳴の分布についての結果を得た後,交差レベルより高いエネルギーでの量子共鳴の分布の研究を開始した.後者に対しては,前者で導入した解の構成法に加えて,超局所的な手法を用いて共鳴の幅の漸近挙動を調べている.(4)非自己共役なZakharov-Shabat作用素を単位円周上で考察し,完全WKB法を用いて固有値の量子化条件を求め,その漸近分布を明らかにした.当研究期間における主な研究成果は以下の3つである.(1)古典力学系の双曲型不動点において,対応する量子力学系の特異性伝播の定理を得た.双曲型不動点に付随する安定多様体上で準古典波面集合が空集合であれば,不安定多様体上でも準古典波面集合が空集合であるという定理を証明することに成功した.(2)行列値ポテンシャルを持つシュレディンガー作用素のスペクトルシフト関数は,スカラーの散逸関数を持つとき,準古典において完全な漸近展開を持つことを証明した.(3)行列値ポテンシャルを持つシュレディンガー作用素の量子共鳴の準古典漸近分布を,エネルギー交差が起きる一次元2×2の典型的なモデルに対して研究を行った.ホモクリニック軌道が生成する共鳴極の分布についての研究はとりあえずひと段落ついたが、これを連立の作用素に拡張する問題、それから散乱行列の漸近挙動を求める問題など、様々な問題に発展させることができる。一方、連立のシュレディンガー作用素の交差エネルギーの近傍での共鳴の分布の問題は、もっと上のエネルギーレベルでの共鳴の分布の問題に対する興味を引き起こす。そしてスペクトルシフト関数の研究も、シュタルク効果を持つ作用素について用いた方法を生かして、連立の作用素の研究を進めつつある。こうして、独立して始めた3つの研究が、連立の作用素、エネルギー交差といったキーワードの元に相関し、一つの大きな研究課題となりつつある。こうした分野の教科書執筆も始める。上記研究業績の概要に記述した1、2に関しては研究の継続はもとより、成果の発表に努める。研究集会での講演や、若手研究者のための講義を国内外で予定している他、専門書も1、2双方についてそれぞれ執筆中である。3については、ポテンシャルの非退化な極値における固有値の漸近分布を調べる予定である。
ヴァイマール共和国期の財政調整法理論

今回の研究に際して設定した諸目的のうち、この2年間は、主に、資料収集、および、アルベルト・ヘンゼルの財政調整法理論の発展ないし変化の検証を中心とした。対象の広さや他の研究(市町村合併など)との兼ね合いもあり、予定より遅れているが、ヴァイマール共和国期における理論の問題点の検証を続け、今後も公表を続ける予定である。連邦国家において、財政調整は、連邦・州間の財政調整と州内部の地方財政調整との2段階に分かれて存在する。ヘンゼルの理論は、当初、連邦・州間の財政調整のみを対象としていた。両者の国家としての性格にかんがみ、財政高権は対象高権(立法権限)と収入高権とに区別される(その後、行政高権が追加される)。これは、地方財政調整にも引き継がれ、ドイツ連邦共和国となった後の公法学にも受け継がれている。しかし、地方自治体に財政高権を認める前提が不明確である。また、ヘンゼルは、ヴァイマール共和国中期になってから地方財政調整について論じているが、基本的に地方自治体には州税の付加税などしか認めないという態度をとり、自主課税に否定的である。また、ヘンゼルは、ドイツ帝国の分担金モデル(分権的と言いうる)を、連邦国家として問題の多い制度であったと評価する。州の予算が不確定となること、連邦の財政を複雑なものとすること、などによる。アメリカ合衆国のような分離型モデルも考えられるが、財政調整という用語の発祥地であるスイスの憲法制度の分析などから、交付金モデルによる財政調整を是としたのである。しかし、これは中央集権型財政の肯定を意味する。なお、今回の研究成果の一部は、平成14年11月16日、日本租税理論学会第14回大会(中央大学駿河台記念館)における報告「ヘンゼルにおける地方財政調整論」として公表している(同学会による租税理論研究叢書に掲載される予定)。また、課題と関連するものとして、平成15年3月15日、日本財政法学会第21回大会における報告「地方税財源法制度の国際比較福祉国家型:ドイツ」があり、ヴァイマール憲法下の制度にも言及している。今年度は、研究計画において示した通り、主に、資料収集、および、アルベルト・ヘンゼルの財政調整法理論を中心としている。課題名にヴァイマール共和国期をあげているが、理諭的考察に際してはドイツ帝国期を対象に加えることにより、ドイツ帝国憲法および財政関連諸法律と、ヴァイマール憲法および州租税法(財政調整法)との対比、そして理諭の形成に与えた影響を検討することとした。日本において、財政調整の理論的研究は、主に財政学において行われている。しかし、ヘンゼル以外、ドイツにおいては国法学(憲法学)においても研究がなされている(というより、そもそも国法学の概念であった)。国法学的見地からすれば、財政調整は、連邦自体と連邦構成国(いずれも国家高権を備える)の財政高権間の調整である。連邦国家において、構成国の国家高権が制約されるならば、財政高権も制約されると考えられがちであるが、必ずしもその通りとは言えない(これは、日本国憲法下の地方分権や地方税財政を考察する際にも参考になるであろう)。ヘンゼルは、当時の連邦国家(アメリカ合衆国やスイスなど),を検証し、国家高権と財政高権とが、少なくとも連邦憲法において同方向性にないことを証明しようとした。その際、彼が用いた概念が、対象高権と収入高権である。対象高権は主に租税関係法律の立法権限を、収入高権は公課の収入の帰属に関する権限である。この両者が連邦自体と構成国とにどのように配分されるかにより、財政調整の基本的制度が決定される。ヘンゼルは、対象高権と収入高権とを用いて交付金システムと分担金システム(など)のモデルを構築し、妥当性を実証していくのである(日本の法律学においては対象高権と収入高権の区別自体がなされていない。また、交付金システムおよび分担金システムの検討もなされていない)。その上で、分担金システムの優位性を主張する。また、財政調整法理論を検討する際、この言葉の発祥の地でもあるスイス連邦を忘れてはならない。今年度の研究においては、19世紀のスイス連邦の財政調整制度をも対象に加え、ヘンゼルの検討を中心に扱った(これも、日本においてはほとんど検討されてこなかった)。財政調整という概念自体が、財政における中央集権化(連邦構成国の対象高権への制約)に対する一種の補償である。スイスの制度が、ヘンゼルを通じてヴァイマール共和国の財政制度に影響を与えた可能性が高いのである。

また、ヘンゼルは、ヴァイマール共和国中期になってから地方財政調整について論じているが、基本的に地方自治体には州税の付加税などしか認めないという態度をとり、自主課税に否定的である。また、ヘンゼルは、ドイツ帝国の分担金モデル(分権的と言いうる)を、連邦国家として問題の多い制度であったと評価する。州の予算が不確定となること、連邦の財政を複雑なものとすること、などによる。アメリカ合衆国のような分離型モデルも考えられるが、財政調整という用語の発祥地であるスイスの憲法制度の分析などから、交付金モデルによる財政調整を是としたのである。しかし、これは中央集権型財政の肯定を意味する。なお、今回の研究成果の一部は、平成14年11月16日、日本租税理論学会第14回大会(中央大学駿河台記念館)における報告「ヘンゼルにおける地方財政調整論」として公表している(同学会による租税理論研究叢書に掲載される予定)。また、課題と関連するものとして、平成15年3月15日、日本財政法学会第21回大会における報告「地方税財源法制度の国際比較福祉国家型:ドイツ」があり、ヴァイマール憲法下の制度にも言及している。
細胞外マトリックスによる細胞制御

動物細胞の多くは、細胞外マトリックス基質に接着してはじめて増殖でき、その後の細胞機能を果たすことができる。これらの細胞外マトリックスの細胞表面レセプターも同定されている。本研究では、フィブロネクチンやラミニンへの細胞接着が細胞機能発現とどのように関連しているのか調べ、細胞外マトリックスによる細胞制御機構を明かにする探ることを目的とした。1.ヒト胎盤における細胞表面レセプターの発現を組織化学的に蛍光抗体法で調べた結果、初期胎盤絨毛の栄養膜細胞にVLA5フィブロネクチンレセプターの発現が基底側に観察された。一方、満期胎盤絨毛の合胞体栄養膜細胞はVLA6ラミニンレセプターを基底側に発現していた。すなわち、胎盤絨毛上皮細胞は上皮基底膜成分に対応したレセプターを発現しており、このレセプターの基底側へのクラスタリングが観察されたことから、接着情報がレセプターのクラスタリングの形で細胞内へ伝達されていき、細胞独自の機能を発現するものと考えられた。2.3LL細胞の高転移性株と低転移性株のmRNAレベルを比較検討した結果、67K-ラミニンレセプターmRNAは変わらないがラミニンmRNAレベルは低転移性株の方が高いことがわかった。この結果から、ラミニンが未結合のラミニンレセプターが転移性に関係している可能性が考えられた。3.3LL細胞のフィブロネクチンへの接着に対し、5種類のカテキン類の影響を調べた結果、ガレート基をもつ(-)エピカテキンガレートおよび(-)エピガロカテキンガレートがこの癌細胞の接着を阻害することがわかった。この結果によって3LL細胞の転移がカテキン類で阻害されるという事実を説明できる。以上のように本研究によって、細胞外マトリックスへの細胞接着がいかに細胞活動を制御しているかを明らかにすることができた。多くの動物細胞の増殖・移動・分化などの基本的活動には細胞外マトリックスへの接着が必須である。本研究では、細胞接着機構と接着情報の伝達機構の解明を目的としている。1.マウス肺がん3LL細胞のフィブロネクチンへの接着は20μg/mlのサイトカラシンBで87%抑制されたことから、接着にはアクチンフィラメントを含む細胞骨格の再編成が必要であり、この再編成は細胞表面レセプターのクラスタリングに伴って起こると考えられた。従って、細胞接着に伴う細胞骨格の再編成が接着情報となっていると考えられる。2.このがん細胞のフィブロネクチンへの接着がガレート基をもつカテキン類によって阻害されることがわかった。この阻害作用は、カテキン類がフィブロネクチンおよび3LL細胞の両方に結合して作用する結果であることがわかった。カテキン類が3LL細胞表面タンパク質に結合し、レセプターのクラスタリングを阻害している可能性がある。3.これらのカテキン類が3LL細胞のウシ血管内皮細胞への接着を阻害することを明らかにした。この場合は、カテキン類が内皮細胞へ作用するのではなく、3LL細胞に作用する結果、接着阻害が起こることがわかった。すなわち、カテキン類と結合するタンパク質を検索することにより、内皮細胞への接着に関与するがん細胞表面タンパク質を同定できる可能性がある。4.細胞接着に伴うミオシン軽鎖のリン酸化については、マウスおよびウシミオシンを調製し、抗体を作製した。細胞接着に伴うミオシン軽鎖のリン酸化の変化については、細胞剥離法に問題が生じ、まだ結果を得るまでに至っていない。今後培養細胞からの有効なミオシン抽出方法を検討・確立し、ミオシンのリン酸化を追究していく予定である。

動物細胞の多くは、細胞外マトリックス基質に接着してはじめて増殖でき、その後の細胞機能を果たすことができる。この基質の成分としてフィブロネクチンやラミニンがあり、これらに対する細胞表面レセプターも明らかになっている。本研究では、1.ヒト胎盤成熟に伴う細胞の変化と細胞外マトリックス成分の変化を細胞表面レセプターに注目して解析し、2.癌細胞のテミニンやラミニンレセプターを解析して転移能との関係を探ることにより、細胞外マトリックスによる細胞制御機構を探ることを目的とした。1.ヒト胎盤における細胞表面のレセプター(インテグリン)の発現を組織化学的に蛍光抗体法で調べた。その結果、初期胎盤絨毛の栄養膜細胞基底側にalpha5beta1インテグリンが発現されていることがわかり、フィブロネクチンレセプターを介して基底膜に接着しているものと考えられた。一方、満期胎盤絨毛では合胞体栄養膜細胞がalpha6beta4インテグリンを基底側に発現しており、このラミニンレセプターを介して基底膜に接着していると考えられた。すなわち、胎盤絨毛上皮細胞は上皮基底膜成分に対応したレセプターを発現しており、このレセプターの基底側へのクラスタリングが観察されたことから、接着情報がレセプターのクラスタリングの形で細胞内へ伝達されていき、細胞独自の機能を発現するものと考えられる。先に明らかにした細胞接着に必要なミオシンのリン酸化は、このクラスタリングに伴う細胞内骨格の再編成に関係していると思われる。2.次に、3LL細胞の高転移性株と低転移性株のラミニンと67K-ラミニンレセプターのmRNAレベルを比較検討した結果、ラミニンレセプターmRNAは変わらないが、ラミニンmRNAレベルは低転移制株の方が高いことがわかった。この結果から、ラミニンが未結合のレセプターが転移性に関係している可能性が考えられた。以上のように本研究によって、細胞外マトリックスへの細胞接着による細胞機能発現制御の機構の一端が明らかになった。
電磁誘導加熱・樹脂流動制御射出成形金型によるフィラー充填樹脂成形品特性の改善

本研究では、電磁誘導加熱・冷却金型内に、可動コアピンを用いて樹脂流動方向を制御できる樹脂流動制御機構を新たに設けた電磁誘導加熱・冷却流動制御射出成形金型を設計・製作し、本金型を用いて成形品の外観と機械的強度の両方の改善を試みた。本金型を長・短ガラス繊維強化ポリプロピレンの成形に適用し、その結果、電磁誘導加熱に加えて樹脂流動制御を行うことによって、成形品表面へのガラス繊維の露出が抑えられた平滑な面が得られること、成形品の曲げ強度が向上することなどの本金型の有効性を実証する結果が得られた。さらに、本金型をアルミフレーク充填樹脂に適用して、色むら状のウェルドラインが抑止できることも明らかにした。近年、プラスチック製品には、高い強度と意匠性が求められている。そこで、強度を向上させるために、長さが0.2mmから10mm程度のガラス繊維や、意匠性を向上させるためにメタリックフレークなどのフィラーが母材の樹脂の中に充填される。これらフィラー充填樹脂の射出成形では、金型内での樹脂流動の影響を受けて、フィラーが成形品内で強く配向し異方性が発現することにより、逆に、成形品の外観や強度が低下することが問題となっている。本研究では、電磁誘導を用いて金型を急速加熱できると同時に、可動コアピンの駆動により樹脂流動が制御できる電磁誘導加熱・樹脂流動制御射出成形金型を開発する。そして、金型加熱や流動制御が、フィラー配向にいかに作用し、その結果、成形品の外観と強度にいかなる影響がもたらされるかについて明らかにすることを目的としている。平成26年度は、金型内に電磁誘導用のコイルと、樹脂流動制御用の可動コアピンが設置された電磁誘導加熱・樹脂流動制御射出成形金型の設計・製作を行った。具体的は、内部に加熱用のコイルと冷却用の水管、さらに、樹脂流動制御用の可動コアピンが内蔵されたキャビティ入れ子とモールドベースを設計・製作した。ここでは、有限要素法を用いた熱伝導解析により、キャビティ部の温度ができるだけ均一になるようなコイルと水管の配置方法を明らかにした。また、キャビティ中央のフローフロント合流界面生成部において内部流動を生成させるために、ランナ部に樹脂溜まりと樹脂溜まりの入口に可動コアピンを設けて、ピニオンギアとラックを介して油圧シリンダにより可動コアピンを駆動させる機構の設計・製作を行った。本研究では、電磁誘導を用いてプラスチック射出成形金型を急速加熱できると同時に、可動コアピンの駆動により金型内において樹脂流動が制御できる電磁誘導加熱・冷却樹脂流動射出成形金型を開発する。そして、金型の加熱や流動制御が、ガラス繊維やメタリックフレークなどのフィラーの配向にいかに作用し、その結果、成形品の外観と強度にいかなる影響がもたらされるかについて明らかにすることを目的としている。平成26年度は、電磁誘導加熱・冷却樹脂流動射出成形金型の設計・製作を行った。そして、平成27年度は、設計・製作した本金型を用いて、ガラス繊維強化ポリプロピレンにおける成形実験を実施した。その結果、成形中に可動コアピンとキャビティ入れ子との間でカジリが発生し、ピンが回転しなくなるという不具合が発生した。そこで、キャビティ入れ子に可動コアピンと同材質のスリーブをピンの外周に挿入すること、また、ランナ形状を変更することで、カジリの発生を解決した。樹脂流動制御機構が円滑に動作するようになったので、ガラス繊維強化ポリプロピレンを用いて、成形条件を変更しながら再度成形実験を実施した。その結果、誘導加熱を行うことにより、成形品表面へのガラス繊維の露出が抑えられ平滑な表面性状が得られること、樹脂流動制御を行うことにより、成形品の曲げ強度が、2点ゲートの成形品の場合の約2倍に向上し、その結果、1点ゲートの場合に近い値が得られることなど、本金型により、成形品の外観と強度の両方が同時に改善されることが明らかになった。さらに、X線CTを用いて、成形品内のガラス繊維配向状態の観察を行い、樹脂流動制御が配向状態に及ぼす影響や、配向状態と曲げ強度との相関関係を明らかにした。平成27年度は、まず、平成26年度に設計・製作した金型の試運転を行った。成形中の可動コアピンとキャビティ入れ子との間にかじりが発生することがわかり、スリーブ等を用いてこの問題を解決した。完成した金型を用いて、ガラス繊維強化ポリプロピレンの成形実験を行い、本金型により、成形品の表面性状と曲げ強度が改善されることを明らかにすることができた。また、樹脂流動制御がガラス繊維配向状態に及ぼす影響や、配向状態と曲げ強度との相関関係を明らかにすることができた。さらに、得られた成果を、プラスチック成形加工学会と精密工学会において口頭発表するなど、当初に掲げた目標をおおむね達成することができた。プラスチック製品には、高い強度と意匠性が求められる。強度を向上させるために、長さが0.2mmから10mm程度のガラス繊維や、意匠性を向上させるためにメタリックフレークなどのフィラーが母材の樹脂の中に充填される。これらフィラー充填樹脂の射出成形では、金型内での樹脂流動の影響を受けて、フィラーが成形品内で強く配向し異方性が発現することにより、成形品強度や外観品質が低下することが問題となっている。本研究では、電磁誘導を用いて金型を急速加熱できると同時に、可動コアピンの駆動により樹脂流動が制御できる電磁誘導加熱・樹脂流動制御射出成形金型を開発し、金型加熱や流動制御が、フィラー配向および成形品の強度と外観に及ぼす影響を明らかにすることを目的としている。

平成26年度は、上記金型の設計・製作を行った。そして、平成27年度は、設計・製作した金型を用いて、ガラス繊維強化ポリプロピレンにおける成形実験を実施した結果、成形中に可動コアピンとキャビティ入れ子との間でカジリが発生し、ピンが回転しなくなるという不具合が発生した。そこで、入れ子とピンとの間にスリーブを挿入すること、また、ランナ形状を変更することで、カジリの発生を防止した。そして完成した金型を用いて、平成27から28年度にかけて、ガラス繊維長が短い場合と長い場合の2種類のガラス繊維強化ポリプロピレンを用いて、成形条件を変更しながら成形実験を実施し、誘導加熱を行うことにより、成形品外観が向上し、かつ、曲げ強度が向上することを明らかにした。また、X線CTを用いて、成形品内のガラス繊維配向状態と曲げ強度との相関関係を明らかにした。さらに、平成28年度は、メタリックフレーク充填ポリプロピレンの成形に本金型を適用し、色むら状のウェルドラインが抑止されること、加熱温度および流動制御条件、色むら状のウェルドラインの発生状況との相関関係を明らかにした。本研究では、電磁誘導加熱・冷却金型内に、可動コアピンを用いて樹脂流動方向を制御できる樹脂流動制御機構を新たに設けた電磁誘導加熱・冷却流動制御射出成形金型を設計・製作し、本金型を用いて成形品の外観と機械的強度の両方の改善を試みた。本金型を長・短ガラス繊維強化ポリプロピレンの成形に適用し、その結果、電磁誘導加熱に加えて樹脂流動制御を行うことによって、成形品表面へのガラス繊維の露出が抑えられた平滑な面が得られること、成形品の曲げ強度が向上することなどの本金型の有効性を実証する結果が得られた。さらに、本金型をアルミフレーク充填樹脂に適用して、色むら状のウェルドラインが抑止できることも明らかにした。平成26年度は、まず、有限要素法を用いた熱伝導解析により、キャビティ部の温度ができるだけ均一になるようなコイルと水管の配置方法を明らかにし、当初目標としていた、金型内に電磁誘導用のコイルと、樹脂流動制御用の可動コアピンが設置された電磁誘導加熱・樹脂流動制御射出成形金型の設計・製作を完了することができた。平成28年度は、本金型を、長ガラス繊維強化ポリプロピレンや、炭素繊維強化ナイロン、メタリックフレーク充填ポリプロピレンの成形に適用して、誘導加熱と樹脂流動制御がこれらフィラー充填成形品の外観や強度にどのような影響を及ぼすかについて明らかにする予定である。プラスチック成形加工平成27年度は、製作が完了した電磁誘導加熱・樹脂流動制御射出成形金型を用いて試運転を行い、まず、金型の機能に不具合がないかを明らかにする。不具合が発見された場合には、金型構造の見直しと改良を行う。金型が完成したら、ガラス繊維充填ポリプロピレンを用いて、金型の加熱温度を変化させながら成形実験を行い、加熱温度とウェルド形状や成形品表面性状との相関関係の検討を行う。そしてつぎに、可動コアピンの駆動タイミングなどを変化させて、フローフロント合流部界面に内部流動を発生させて、得られた成形品内部のガラス繊維配向状態を観察する。さらに、成形品の引張試験を行い、ガラス繊維配向状態と引張強度との相関関係について明らかにする予定である。なお、得られた成果は、一般社団法人プラスチック成形加工学会等において口頭発表する予定である。
LAT1/4F2hc-インテグリン複合体を介するがん細胞特異的な生存機構の解明

LAT1は大型中性アミノ酸を輸送するシステムLアミノ酸輸送体であり、様々ながん種において、その高発現と予後不良が相関する。LAT1を介した栄養制御ががん細胞生存に不可欠である一方、インテグリンはがん進展、転移に重要な働きを果たす。また、LAT1はインテグリンと複合体を作ることが知られているが、その共役関係は未だ明らかではない。本研究において、がん細胞特異的な栄養制御によりLAT1の発現のコントロールが可能となる事、LAT1の抑制によりインテグリンが発現抑制を受け、細胞生存・増殖能の低下が認められた。このことによりがん細胞への転化において細胞外栄養環境がその要因の一つである事が示唆された。本研究は、システムLアミノ酸輸送体LAT1の高発現と様々ながん種の予後不良の相関から、LAT1/4F2hc-インテグリン複合体を介するがん細胞特異的な生存機構という、栄養制御と接着分子との共役関係の解明を目的としている。本年度はLAT1/4F2hc-インテグリンの転写制御機構の解明を目的として、まずLAT1のPromoter領域を単離し、活性化に関わる領域の同定を行った。Promoterassayにより活性化制御領域を絞り込み、ChIP Assayを用いて活性化領域の確認を行った。次にLAT1の発現をsiRNAで抑制し、複合体発現への影響を検討した。その後過剰発現系において検証を行った。現在がん特異的な代謝機構の解明のためのメタボローム解析サンプルの条件検討を進めている。次に、LAT1特異的阻害薬を用いた比較定量的プロテオミクスを実施した。また、LAT1/4F2hc-インテグリンの関わる生存、浸潤及び転移機構の検討を行うために、創傷治癒アッセイを実施し、LAT1の機能阻害が細胞の進展に関わることを確認した。次年度は、ボイデンチャンバーを用いたMigration assayにより、LAT1/4F2hc-インテグリンのリガンド存在下における細胞の運動能力のさらなる評価を行うとともに、発現抑制系・過剰発現系を用いた関連シグナルの解明を進める。正常細胞が、がんに転化する機構を明らかにする事により、がん細胞特異的な増殖抑制や、がん細胞の消滅を目指した副作用の少ない薬物の創製が可能となる。本研究はLAT1-4F2hc-インテグリン複合体の抗がん薬耐性への関与、増殖能等、がん細胞の生存において果たす役割を解明することで、これらの分子を標的としたがん治療法の開発に資する基礎データを蓄積するために重要な意義を持つ。計画書内容と多少前後するものの、研究期間に予定していた項目の半分以上を達成できているため。本研究は、システムLアミノ酸輸送体LAT1の高発現と様々ながん種の予後不良の相関から、LAT1/4F2hc-インテグリンを介するがん細胞特異的な生存機構という、栄養制御と接着分子との共役関係の解明を目的として実施した。本年度は、ボイデンチャンバーを用いたMigration assayにより、LAT1/4F2hc-インテグリンの特異的リガンド存在下における細胞の運動能力を評価した。各種接着分子を含有するマトリゲルをコートし、検討を行ったところ、LAT1の発現抑制株において、インテグリンαvβ3複合体の発現および細胞の浸潤能の低下が認められた。LAT1の抑制によりアポトーシスは誘導されなかったが、細胞周期の静止が認められた。LAT1の抑制とそれにともなうインテグリンの発現低下は、細胞増殖・生存機構に大きな影響を持つ事が確認された。In vivoの検討では、LAT1抑制株による腫瘍塊は親株に比べて明らかに縮小した。また、これらの現象は薬剤による抑制でも再現出来た。これらのことから、LAT1抑制による栄養飢餓とそれに伴うアミノ酸シグナル系mTORCの抑制、インテグリン発現低下による細胞運動・接着抑制が複合的に働いて腫瘍増大を抑制したと考えられる。一方で各種抗がん剤耐性株における検討では、様々ながん種でもLAT1/4F2hc-インテグリンの発現増強が認められ、抗がん剤耐性性にもLAT1が深く関与する可能性が認められた。がん特異的生存機構は、LAT1を入口とした複数の経路により制御されていることが示唆される。本研究によりLAT-4F2hc-インテグリン複合体の抗がん薬耐性への関与、増殖能等、がん細胞の生存において果たす役割の一部が解明できた。当初の計画とは若干の前後があるが、概ね予定通り進行している。現時点では、研究計画の進行における大きな障害はない。そのため、確実に研究を進めていくことが第一と考えている。しかしながら、研究の進行上、さらなる検討が必要となり、経費が足りなくなることが予想された場合は、別途外部資金の獲得に尽力する予定である。

薬理学学術集会の開催地が近隣が多く、当初の予定よりも旅費を安価にすることが出来た。また、物品費に関しても、無駄を努めて省いて実験を進めていたため、当初の予定よりも少ない予算で研究を進めることが出来た。以上の理由により次年度使用額が生じた。次年度は本年度より繰り越した研究費を加え、予算内で最大の研究結果を得られるよう、努力を行う。
がん放射線耐性克服に向けた新たな治療戦略開発；耐性細胞株で増加する分子に着眼して

がんの放射線耐性を克服するためには、そのメカニズムを解明する必要がある。申請者は、独自に樹立した放射線耐性細胞株とその親株を資材として、プロテオームとメタボロームの多層解析からその解決策を追求してきた。これまでの研究により、複数の放射線耐性細胞に共通して増加・減少しているタンパク質と代謝物を見出すことに成功している。本研究では、放射線耐性細胞株に共通した細胞内プロセス変化が、いつ、どのようにして、どのくらい耐性化の形質に関与しているのかを明らかにする。その知見に基づいて、がん放射線治療の新たなバイオマーカーおよび治療戦略の開発へと発展させる。
土壌を起源とする森林火災煙中の多環芳香族炭化水素類とその生態リスクの解明

大規模森林火災時に土壌有機層から発生する煙霧に含まれる多環芳香族炭化水素(PAHs)とPAHs誘導体の起源,生成条件,および,生態リスクを明らかにすることは重要な課題である.本研究では,植生や土質が異なる国内外の土壌を,実験室内において様々な条件下で加熱し,発生した煙霧粒子と加熱残渣に含まれるPAHsとPAHs誘導体の組成を明らかにする.PAHsとPAHs誘導体の起源を解明するために,腐植物質などの有機成分を土壌から抽出・精製し,加熱実験を実施する.さらに,我々が独自に開発した試験法により,煙霧粒子および加熱残渣の遺伝毒性とそれに寄与するPAHsとPAHs誘導体を明らかにする.大規模森林火災時に土壌有機層から発生する煙霧に含まれる多環芳香族炭化水素(PAHs)とPAHs誘導体の起源,生成条件,および,生態リスクを明らかにすることは重要な課題である.本研究では,植生や土質が異なる国内外の土壌を,実験室内において様々な条件下で加熱し,発生した煙霧粒子と加熱残渣に含まれるPAHsとPAHs誘導体の組成を明らかにする.PAHsとPAHs誘導体の起源を解明するために,腐植物質などの有機成分を土壌から抽出・精製し,加熱実験を実施する.さらに,我々が独自に開発した試験法により,煙霧粒子および加熱残渣の遺伝毒性とそれに寄与するPAHsとPAHs誘導体を明らかにする.
「持続可能な発展」法の形成と展開-環境レジームと市場メカニズムの相克と調整-

本研究では、持続可能な発展を目指す法原則の総体を「持続可能な発展」法と位置づけ、1980年代以降、環境保護の基本理念として支持されてきた同概念の発展過程を検討した。その結果、同概念は、環境保護と経済成長を調和する概念として、国連の開発支援諸活動や多数国間環境協定の中で積極的に位置づけられてきたこと、そして、今日、環境、経済、社会の3分野を統合する概念として、その適用範囲は拡大傾向にあることを明らかにした。他方で、環境保護のための諸制度に市場メカニズムを導入したことから、同概念の法的意味はさらに抽象性を増したことを論証した。本年度は、「持続可能な発展」概念の歴史的経緯を検討するため、特に「環境と発展に関する世界委員会報告書(Our Common Future)」以前の国際環境法形成期に注目して、分析を行った。その結果、1960年代から70年代にかけて新独立国が積極的に展開した新国際経済秩序(New International Economic Order)や「発展の権利」の主張の中との関連性を見つけることができた。この結果に加えて報告書採択以降の国連での同概念の評価、とりわけリオ会議からミレニアム開発目標採択に至る同概念の見方に注目する必要がある。また、持続可能な発展概念を支える法原則を、多数国間環境レジームと国際貿易レジームのそれぞれから抽出し、その実定法化や規範化の現状を検証するために、主要な国際環境法の文献および関連する国際機関の公式文書を収集した。特に生物多様性条約(カルタヘナ議定書を含む)の関連文献を中心に収集したが、これまで研究を行ってきた気候変動条約(京都議定書を含む)と密接な関連性を持つことが明らかになり、その問題に関して両条約の締約国会議がリエゾン・グループ(Liaison Group)を形成するなどして、大きな役割を果たしうることがわかった。今後は、これらの締約国会議の相互関連性(Inter-linkage)に加えて、貿易レジーム(WTO)の貿易と環境委員会や発展レジーム(国連持続可能な発展委員会)における議論状況を加味しながら、持続可能な発展概念の法的意義について実証する必要があることを再確認した。本年度は、(1)1990年代以降の「持続可能な発展」法の動向と(2)「持続可能な発展」に関する主要アクターの基本的立場の理解に関する分析を行った。特に(1)に関連して、気候変動条約締約国会議第15回会合(コペンハーゲン)におけるポスト京都議定書をめぐる国際交渉についての検討と生物多様性条約における遺伝資源へのアクセス及び利益配分に関する国際レジームの現状についての分析を行った。両条約は、1992年リオ会議を期に採択された条約であり、同概念を基本理念に据えている点でも共通点が見られる。前者については、京都議定書後の国際制度について、持続可能な発展の達成支援を条件とするクリーン開発メカニズムの制度の再考が必要であることを再認識した。後者については、2010年のCOP10(名古屋)での新議定書採択の動向を踏まえつつ、実効性のあるレジームの構築にはなお課題が残されていることについて論文にまとめた。なお上記の検討の過程で1990年以降も2000年のミレニアム・サミットを契機として国連及び関連会議・関連機関における持続可能な発展概念の理解に変化が見られるとする見解があることがわかった。(2)に関しては、上記の分析の過程で同概念に対する欧州連合と米国の立場の違いはかなり鮮明になったといえる。また持続可能な発展概念を開発計画の基本方針に置く途上国と環境法の基本原則とする先進国の認識の違いもかなり明確となった。しかしながら国際機関相互の理解については、今年度の研究ではまだ不十分であり、最終年度も引き続き検討を継続させる必要がある。特に同概念の解釈について、WTOにおける解釈の変化と2005年世界サミット以降の国連の理解について興味深い分析が海外研究者から提起されている。最終年度はこの分析を踏まえて、持続可能な発展概念の法的意義についてまとめの作業を進めたい。本年度は、持続可能な発展概念と密接に関連する多数国間環境協定の立法プロセスを検討するとともに、3か年の最後の研究年度として、過去2年間の総括を行った。名古屋議定書については、昨年度検討したボン・ガイドラインおよび国際レジームの要請に引き続き、2009年以降の議定書起草プロセスについて、一次資料を用いて分析した。また名古屋で開催された第10回締約国会議(COP10)に出席し、実務担当者や環境NGOから貴重な情報を収集した。その結果、同議定書採択後も、国際貿易レジームであるWTO、特にTRIPs協定との抵触の問題が生じうることを指摘した(論文「遺伝資源へのアクセスおよび利益配分に関する名古屋議定書-その内容と課題-」)。また、気候変動枠組条約を素材として、多数国間環境協定の締約国会議の活動について、国連学会の研究大会で報告をおこなった(「国連のイニシアティブ-気候変動条約制度における国連の役割-」)。

そこでは、締約国会議が非国家アクターとしての企業と連携し、市場原理を積極的に活用しようとしている現実を指摘すると共に、そこに存在する課題を指摘した。上記の研究にこれまでの成果を踏まえた本科研全体の総括として、国際法学の立場から見た持続可能な発展概念の展開について、条約の立法と国際判例の分野から検討し、同概念の規範的意義について分析をおこない、「持続可能な発展法」の意義と課題について論説にまとめた(「持続可能な発展と現代国際法」)。2012年に開催されるRio+20を踏まえて、持続可能な発展概念の重要性は今後もなお強調される傾向にあるが、概念の曖昧性に加えて、それぞれの条約における実施体制や国際機関相互の調整、市場メカニズムの活用の評価など、懸案事項も残されている。これらの課題についてさらに研究を継続させていく必要性を認識した。
透過電子顕微鏡内における電子線照射効果のプラズモニックセンシング

透過型電子顕微鏡(TEM)を用いたその場観察手法は近年広く広まってきている。一方で、TEMでは高エネルギー電子線(80-300kV)による観察対象の損傷が無視できない場合がある。この電子線損傷が無視できないときには、特にTEM中その場観察時に、観察対象の変化が本質的なものか電子線損傷かを見分けることが困難となる。本研究は、プラズモニックセンシングを応用し、TEMにおける電子線の影響を定量的に解析するためのプラットフォーム作製を目的としている。平成27年度には、自己組織化によるナノ温度センサー粒子の開発に成功した。28年度からは、二種の相分離系の組成からなるハイブリッドナノ粒子の作製を試み、Ag-Cu粒子を前年度に確立した自己組織化による手法で作製することができた。走査型透過電子顕微鏡による、エネルギー分散分光、電子線エネルギー損失分光、カソードルミネセンス法により、3次元的な組成と局所的な電場、共鳴を測定し、このハイブリッドナノ粒子が特異な光学特性を発現することを見出した。H29年度はこれらの数値的解析をおこなうとともに、更に新たなセンサープラットフォームの作製を行った。これまで自己組織化のみを用いていたが、コロイダルリソグラフィーを応用し、基板レスのナノディスク作製技術を確立した。この手法では、均一なサイズのナノディスクを大量に作製することができ、また基板剥離を行うことで、基板のない状態でTEM測定が可能となる。実際に異なる材料・サイズで、均一なナノディスクを作製することに成功した。また、センサー性能として、これらの光学特性を評価した。29年度が最終年度であるため、記入しない。透過型電子顕微鏡(TEM)は、材料、生物、医療など応用分野から、基礎物理・化学の分野まで広く用いられている。近年では、サブオングストローム分解能を持つTEMが普及し、その場観察手法も可能となり、より多くの現象が解明され始めている。一方で、TEMでは高エネルギー電子線を用いるため、電子線による観察対象の損傷が無視できない。この電子線損傷は、TEM中その場観察時に大きな問題となる。すなわち、観察対象の変化が本質的なものか電子線損傷かを見分けられない。本研究では、プラズモニックセンシングを応用し、TEMにおける電子線の影響を定量的に解析することを目的としている。電子線の影響として、まずは電子線による局所温度変化に注目した。局所的な温度を測定する、「ナノ温度センサー」として、金属微粒子を想定した。球に近い形状の金属微粒子は、基板との接触面積が少なく、基板への熱拡散が少ないことが期待される。27年度下半期では、数種類の金属微粒子あるいは金属合金微粒子を作製し、局在プラズモン共鳴の温度依存性を測定した。定量的な温度測定を行うため、電子顕微鏡内と同等の高真空下で温度制御しながら光学測定が可能なシステムを構築した。これにより、センサーのカリブレーションが可能となった。真空チャンバ内へ投入後、一回目の温度上昇時には、吸着分子の脱離による共鳴シフトが観察されたが、このような付加逆な共鳴シフトは2回目以降の昇温時には測定されなかった。また、走査型透過電子顕微鏡内で、カソードルミネセンスにより、これらの粒子がプラズモン発光し、スペクトル測定可能なことを確認した。自己組織化を用いた粒子作製では、特に合金粒子の場合、組成や形状が一定でなく、共鳴波長が不均一であることが分かった。1.センサー粒子の作製:平成27年度中に、自己組織化を用いた貴金属ナノ粒子(Au,Ag,Cu)の作製手法を確立した。ガラス(SiO2)上に真空蒸着により金属薄膜を堆積し、真空熱処理を施すことで、大面積で自己組織化したナノ粒子が作製できた。膜厚を調整することである程度粒子サイズの制御も可能であった。これは当初の計画通りである。さらには、純金属だけでなく、同時堆積により、合金ナノ粒子の作製にも成功している。結果的には、純金属ナノ粒子のセンサー感度はかなり低いことが確認されたので、センサー粒子の高感度化へむけて合金ナノ粒子の利用が期待される。2.プラズモン発光の確認:走査型透過電子顕微鏡とカソードルミネセンスを組み合わせた測定法により、作製されたナノ粒子からのプラズモン発光を測定できた。ナノ粒子からのプラズモン発光は粒子サイズが小さくなると微弱であり、50nmかそれ以上のサイズが望ましいことも確認できた。3.センサー粒子の性能評価とカリブレーションシステムの構築:電子線照射下での温度測定のためには、金属ナノ粒子の共鳴波長を温度として変換するカリブレーション測定が必要である。27年度中に顕微鏡外でカリブレーションを行うシステムを構築できた。電子顕微鏡下と同等の高真空(10-4Pa程度)で、温度を精密制御しながら光学共鳴シフトを0.1nm分解能でその場測定する装置を作製した。これは当初の予定より半年ほど先行している。4.電子顕微鏡内における光透過測定システムの構築:カソードルミネセンスによるプラズモン発光が微弱な際に透過光測定を可能とするため、また、電子顕微鏡内で光により試料加熱を行うために、電子顕微鏡内に光導入するシステムを構築している。27年度までに、当初の予定通り、電子顕微鏡とは独立して、光導入部システムの光学系をほぼくみ上げることができた。透過型電子顕微鏡(TEM)は、材料、生物、医療などの応用分野から、基礎物理・化学の分野まで広く用いられている。

近年では、サブオングストローム分解能を持つTEMが普及し、その場観察手法も提案されてきており、より多くの現象が解明され始めている。一方で、TEMでは高エネルギー電子線を用いるため、電子線による観察対象の損傷が無視できない。この電子線損傷により、観察対象の変化が本質的なものか、電子線損傷かを見分けられない。本研究では、プラズモニックセンシングを応用し、TEMにおける電子線の影響を定量的に解析することを目的とする。平成27年度には、自己組織化による、ナノ温度センサー粒子の開発に成功した。28年度からは、センサー感度の向上を目指し、二種の相分離系の組成からなるハイブリッドナノ粒子の作製を試みた。Ag-Cu粒子を前年度に確立した自己組織化による手法で作製した。これらの光学特性を評価し、光学センサーとしての可能性を検討した。この過程で、このハイブリッドナノ粒子は特異な光学特性を発現することを見出し、走査型透過電子顕微鏡による、エネルギー分散分光、電子線エネルギー損失分光、カソードルミネセンスにより、3次元的な組成と局所的な電場、共鳴を測定した。さらに、ハイブリッドナノ粒子の特異な光学特性を有限要素法による電磁場シミュレーションにより解析した。シミュレーションにより実験結果はおおむね再現された。シミュレーションにおける吸収エネルギーの解析では、AgとCuのそれぞれの領域で、単体粒子に比べてはるかに大きいエネルギー吸収が見られた。この特性は触媒・エネルギー変換等に応用可能である。1.センサー粒子の改良(ハイブリッドナノ粒子の作製) :平成27年度中に確立した自己組織化を用いた貴金属ナノ粒子をさらに改良し、相分離した2種類の金属からなるハイブリッドナノ粒子の作製に成功している。自己組織化を用いるため、これらはcmオーダーで簡便に作製可能である。2種の異なる材料を接合していることで、誘電率の違い、電子密度の違い、熱膨張係数の違い、化学ポテンシャルの違いから、単一金属からなる粒子とは異なる光学特性、温度特性を期待した。2.ハイブリッドナノ粒子の発光の確認:走査型透過電子顕微鏡とカソードルミネセンスを組み合わせた測定法により、作製されたAg-Cuハイブリッド・ナノ粒子からのプラズモン発光を測定した。AgとCu側で異なるエネルギーで光学共鳴を示し、非対称な電場分布を呈することが、ナノスケールの電場分布測定により明らかになった。さらにこれらは指向性を持つことも確認された。3.シミュレーション:ハイブリッドナノ粒子の特異な光学特性をシミュレーションにより解析した。解析においても、AgとCu部分で異なるエネルギーで光学共鳴を有することが示された。異種粒子の接合により、それぞれの共鳴エネルギーにおいて、強い吸収の増強がみられた。これらはエネルギー変換や、触媒反応増強への応用が期待できる。