hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
内耳感覚細胞障害機構、回復機構の分子生物学的研究

その結果、内リンパのカルシウムが急激に低下するような病的状態においては、最初に耳石よりカルシウムが流出することにより内リンパのカルシウム濃度を維持していることがわかった。この内リンパカルシウムの減少のための耳石の溶解はそれに引き続く再結晶化による多面型巨大耳石を生じさせ、さらに多面型の巨大耳石は移行型に変化する。この移行型の巨大耳石のカルシウムイオンの取り込みは低下しており、このことが回復過程での巨大耳石の消失を引き起こすと考えられた。これらのことから、耳石の量、形態の変化は内リンパのカルシウムイオンの恒常性の維持に密接に関係していると考えられた。また、前庭器における一酸化窒素(NO)について検討した結果、NOは内耳では主として構成型のNOSにより産生され、神経伝達や血流、内リンパの恒常性の維持に関与していることが明らかとなった。これに対して、誘導型のNOSにより産生されるNOは多量にかつ持続的に産生され、もう一つの主要なフリーラジカルである活性酸素と相互に作用し、より反応性に富むパーオキシナイトライトが生じ、これが内耳障害のメディエーターとして作用していることが明らかとなった。これらの結果はSENDAI SYMPOSIUM'97,第6回日本耳科学会、第56回日本平衡神経科学会で報告するとともに、12編の論文にまとめられた。
CD28シグナルによる末梢由来制御性T細胞の生体内維持機構の解明

制御性T細胞(Treg)は生体内において、胸腺で分化する胸腺由来Treg(tTreg)と末梢組織で分化する末梢由来Treg(pTreg)に分類される。pTregの恒常性にCD28がどのような影響を与えるかは不明である。そのため、本研究ではpTregの恒常性におけるCD28の役割の解明を試みた。本研究から、CD28欠損マウスの末梢リンパ組織においてpTregが減少していることを見出した。CD28欠損マウスにおけるpTregの減少は増殖能の欠如が原因であった。これらのことから、CD28は増殖を制御することでpTregの恒常性維持に寄与していることが示唆される。制御性T細胞(Treg)は生体内で胸腺由来Treg(tTreg)と末梢由来Treg(pTreg)に分類される。tTreg恒常性維持におけるCD28の役割に関しては多くの知見が報告されている。CD28欠損マウス末梢リンパ組織において、tTregと同様にpTregも減少しているにも関わらず、pTregの恒常性におけるCD28の役割はほとんど研究されていない。平成27年度はCD28がpTregの細胞死の抑制、増殖能の亢進に寄与しているかを検討した。細胞死の指標として開裂型カスパーゼ3に注目して、CD28欠損pTregの解析を行った結果、CD28欠損と野生型pTregに顕著な違いは認められなかった。生体内でのpTreg細胞死へのCD28の役割を解析するために、野生型マウスにpTregを移入し、一週間後に移入した細胞の割合を解析した。開裂型カスパーゼ3の結果と一致して、CD28欠損pTregは野生型とほぼ同程度検出された。これらの結果から、CD28はpTregの細胞死抑制に寄与していないことが明らかとなった。次に増殖への影響に関して、細胞周期エントリーの指標であるki67発現、DNA合成の指標であるBrdUの取り込みを解析した。その結果、野生型とCD28欠損pTregで顕著な違いが認められなかった。生体内での増殖にCD28が寄与しているかを検討するために、Tregが欠損しているCD28欠損マウスにpTregを移入し、二週間後に解析を行った。ki67発現やBrdU取り込みの結果に反して、CD28欠損pTregはほとんど検出されなかった。CellTrace Violetを用いて細胞分裂を解析した結果、CD28欠損pTregはほとんど分裂していなかった。これらの結果から、CD28はpTregの増殖を促進することで生体内でのpTreg恒常性維持に寄与している可能性が示唆される。平成27年度使用予定であったCD28flox/floxマウス、およびFoxp3-Cre-YFPマウスの搬入、および交配に時間がかかってしまったため、これらのマウスを用いた実験が遅れている。また、平成28年度に行うRNAシークエンス解析のためのサンプリングに時間を要している。その他の実験に関しては概ね順調に進んでいる。tTregの恒常性維持におけるCD28の役割に関しては多くの知見が報告されている。一方で、CD28欠損マウス末梢リンパ組織においてtTregと同様にpTregも減少しているにも関わらず、pTregの恒常性におけるCD28の役割はほとんど研究されていない。平成28年度は、1.前年度に得られた結果をTreg分化後にCD28を欠失するマウス(Foxp3Cre/CD28flox)用いて、検証を行った。2. RNAseq解析を行い、CD28がpTregの増殖にどのような影響を与えているか詳細な解析を行った。3. CD28ノックインマウスを用いて、pTregの増殖にCD28からのどのシグナルが寄与しているかを同定した。1. CD28欠損マウス由来pTregと同様にFoxp3Cre/CD28floxマウス由来のpTregをTreg欠損マウス移入しても、ほとんど分裂しなかった。これらのことから、分化時におけるCD28欠損が増殖能の低下の原因でないことが明らかとなった。2. RNAseqの解析からCD28欠損pTregにおいて細胞周期G2M期に関与する遺伝子の発現が低下していた。しかしながら、in vitroの増殖解析では、細胞周期へのエントリーが低下は認められたが、G2M期への進行の異常は起こっていなかった。そのため、CD28のpTreg増殖への効果に関しては現在さらなる解析を進めている。3. CD28ノックインマウスを用いた解析から、CD28細胞内領域のPYAPモチーフを介したLck-NFkB経路がpTregの増殖に重要な役割を果たしていることが明らかとなった。これらの結果から、CD28を介したNFkB経路の活性化がpTregの増殖を制御し、pTregの恒常性維持に寄与している可能性が示唆される。

本研究から、CD28欠損マウスの末梢リンパ組織においてpTregが減少していることを見出した。CD28欠損マウスにおけるpTregの減少は増殖能の欠如が原因であった。これらのことから、CD28は増殖を制御することでpTregの恒常性維持に寄与していることが示唆される。平成27年度予定していたCD28flox/flox/Foxp3Creマウスを用いて、CD28欠損細胞で認められる増殖能の低下が分化の段階の異常ではなく、分化後にCD28が欠失することで起こっているかを確認する。また、RNAシークエンス解析を行い、pTregにおけるCD28を介した増殖メカニズムの詳細な解析を行っていく。CD28細胞内領域にはPI3K経路の起点となるYMNMモチーフとLck経路の起点となるPYAPモチーフが存在し、エフェクターT細胞の増殖に重要な役割を果たしていることが知られている。pTregの増殖にこれらのシグナルモチーフが寄与しているかをノックインマウスを用いて解析する。免疫学平成27年度に使用予定であったマウスの搬入及び繁殖が予定よりも遅れたため、予定していた実験を行えなかった。また、RNAシークエンス解析のサンプル作製に時間がかかり、すべてのサンプルを解析できなかった。さらに、これらの遅れにより予定していた学会での発表ができず予定していた旅費を使用しなかった。平成27年度は予定していたマウスが使用予定数まで増えたため、平成28年度の前半で予定していた解析を行う。そのため、当初の予定とは異なり、マウスの維持費、解析費がかかる。また、平成27年度予定のRNAシークエンス解析を全て行うことができなかったため、当初の予定と異なり、平成28年度分でRNAシークエンス解析の費用がかかる。これらの費用に関しては平成27年度からの繰越分を充てる予定である。
環境質による地盤環境影響評価とその制御に関する研究

近年は地盤環境汚染が深刻な環境問題の一つとなってきている。地盤環境問題としては廃棄物の埋立や有害物質による地盤・地下水の汚染などが挙げられ、さらに今日では「環境質」としてより一般的に存在する「酸」や「アルカリ」による地盤環境影響の評価と制御手法の確立が重要な研究課題となっている。そこで本研究では、様々な環境質による地盤環境影響を地盤工学の立場から検討し、その評価ならびに制御方法を提案することを目的として以下の内容について研究を行った。(1)「酸」および「アルカリ」による地盤環境影響の予測・制御手法の提案酸性雨による「酸」がセメント安定処理土や未処理土の工学的性質に及ぼす影響を実験的に検討し、酸侵食のメカニズムを解明するとともに、中性化の予測式を確立した。一方、安定処理土からの「アルカリ」による地盤環境影響について実験を行い、地下水へのアルカリ二次公害防止のための制御手法の提案を行った。(2)廃棄物の地盤工学的有効利用の技術的手法の確立と地盤環境影響の予測・制御手法の検討一般廃棄物焼却灰、下水汚泥焼却灰をとりあげ、含有する重金属の溶出特性をバッチ試験とカラム試験により検討し、地盤環境への影響を議論した。さらに、これらの廃棄物が実際に処分されたり有効利用された場合に起こりうる重金属の地盤環境への溶出の影響をパラメトリックスタディーにより議論した。(3)廃棄物の最終処分に伴う地盤環境影響防止技術・環境創造技術についての提案廃棄物最終処分場の遮水工として用いられるジオメンブレン、粘土ライナーに求められる性能をとりまとめ、その評価方法の提案を行うとともに、遮水工として必要とされる要件や遮水工構造基準のあり方について提言を行った。さらに、廃棄物や建設発生土を大量に受け入れることによって環境創造を行う「LANDFILL島」構想の提案を行った。本研究では、重金属、酸、アルカリといった環境質による地盤環境の影響評価とその制御の手法を地盤工学の立場から検討するものであり、平成9年度の研究成果は以下の通りである。1.酸性雨による自然地盤ならびに安定処理土の工学的性質への影響酸性雨の浸食が及ぼす自然地盤や安定処理土への影響を、工学的性質の変化の観点から実験的に検討した。物理化学的特性をとらえることにより環境影響予測式を提案し、将来における地盤特性の変化について議論した。2.重金属を含有した安定処理土の溶出特性汚染土の処分、有効利用を想定して、重金属を含んだ泥土をセメント固化し、その溶出特性を実験的に検討した。さらに、実験結果に基づき、実際に重金属含有土を安定処理して地盤材料として利用した際の地盤環境影響評価の手法を提案し、既存の評価手法の問題点を指摘するとともに有効利用の可能性、有効利用のための留意点を示した。3.セメントベントナイト止水壁の重金属遮蔽機能地盤内に存在する汚染物の広がりの防止を目的としたセメントベントナイト止水壁の重金属遮蔽機能について実験を実施し、吸着、水酸化物沈殿などのメカニズムを検討した。求められた遮蔽機能をもとに、遮水壁の設計の考え方を示した。そこで本研究では、様々な環境質による地盤環境影響を地盤工学の立場から検討し、その評価ならびに制御方法を提案することを目的として、本年度は以下の内容について研究を行った。

(1)「酸」および「アルカリ」による地盤環境影響の予測・制御手法の提案酸性雨による「酸」がセメント安定処理土や未処理土の工学的性質に及ぼす影響を実験的に検討し、酸浸食のメカニズムを解明するとともに、中性化の予測式を確立した。一方、安定処理土からの「アルカリ」による地盤環境影響について実験を行い、地下水へのアルカリ二次公害防止のための制御手法の提案を行った。(2)廃棄物の地盤工学的有効利用の技術的手法の確立と地盤環境影響の予測・制御手法の検討一般廃棄物焼却灰、下水汚泥焼却灰をとりあげ、含有する重金属の溶出特性をバッチ試験とカラム試験により検討し、地盤環境への影響を議論した。さらに、これらの廃棄物が実際に処分されたり有効利用された場合に起こりうる重金属の地盤環境への溶出の影響をパラメトリックスタディーにより議論した。(3)廃棄物の最終処分に伴う地盤環境影響防止技術・環境創造技術についての提案廃棄物最終処分場の遮水工として用いられるジオメンブレン、粘土ライナーに求められる性能をとりまとめ、その評価方法の提案を行うとともに、遮水工として必要とされる要件や遮水工構造基準のあり方について提言を行った。さらに、廃棄物や建設発生土を大量に受け入れることによって環境創造を行う「LANDFILL島」構想の提案を行った。
腸内細菌叢がCOPD患者の痩せ・気腫性肺病変進行に及ぼす影響とその機序の検討

我々は、これまでに慢性閉塞性肺疾患(COPD)に見られる肺気腫が痩せの体格と関与することを報告した。この知見をさらに発展し、本研究ではCOPD患者において腸内細菌叢の変化が全身炎症の亢進・腸管から吸収されるエネルギー量の減少をもたらすことで痩せを引き起こし、このことが痩せているCOPD患者に認められる気腫性肺病変の進行につながっているのではないか、との仮説を検証することを目的としている。今年度には、滋賀医科大学呼吸器内科を受診するCOPD患者から本研究への参加者をリクルートし、研究対象者に対して十分な説明を行ったうえで同意取得とサンプル(便、血液)・臨床情報(身体計測、呼吸機能検査など)・胸部CT画像データ収集を完了した。CT画像解析の新たな方法として各気管支の最小内腔径の累積度数分布が直線性を示し、その傾きの絶対値DがCOPD患者における一秒量との関連を示すことをアメリカ胸部学会において報告した。また、このDの観察者間、観察者内のばらつきについての検討を行い、アジア太平洋呼吸器学会において発表を行った。研究対象者のリクルート、検体採取が終了した。また、研究対象者のCT画像解析が進行中である。現在、腸内細菌叢解析を行っている。CT画像解析も進行中である。これらの結果を合わせて解析を行い、腸内細菌叢と気腫性肺病変との関連を検討する予定である。この目的を達成するため、COPD患者の便を用いて腸内細菌叢解析を行い、気腫性肺病変は胸部CT画像を用いて評価を行う予定としている。本研究開始に当たり、必要となる滋賀医科大学倫理委員会の審査、承認を受けた。また、便サンプル収集法についての検討を行った。今年度には、滋賀医科大学呼吸器内科を受診するCOPD患者から本研究への参加者をリクルートし、研究対象者に対して十分な説明を行ったうえで同意取得とサンプル(便、血液)・臨床情報(身体計測、呼吸機能検査など)・胸部CT画像データ収集を開始した。サンプル・臨床情報・CT画像データについては匿名化を行って保存している。また、CT画像データを用いた画像解析はApollo software (VIDA diagnostics)およびImageJ software (NIH)を用いて行うことを確定し、各測定値の観察者間のばらつきなどについて評価を行った。そのうえで、研究参加者のCT画像を用いて気腫性肺病変などについての計測を進めているところである。研究対象者のリクルート、同意取得が進んでいる。それに伴い、検体収集が進んでいる。また、研究対象者のCT画像を取得し、CT画像解析を開始している。検体を収集した時点で、腸内細菌叢解析を行う。CT画像解析の結果と併せて、腸内細菌叢と気腫性肺病変との関連を検討する予定である。検体採取状況に応じて、検体保存容器や解析用試薬等をその都度購入するため、助成金残余が生じた。当該助成金については次年度助成金と併せて、当初の予定通り、検体収集・保存と解析用試薬の購入に使用する予定である。今年度にシークエンスを施行予定でったが、次年度に施行することとなった。これに伴い、シークエンスにかかる費用を次年度に繰り越した。
設備再配置問題のための解法アルゴリズムの研究

本研究では、経済状況の変化による需要変動とコスト制約を考慮して生産設備の稼働と停止および生産移転を決定する設備再配置問題を定式化し、優れた再配置案を見出すための解法について進化的計算法を適用したアルゴリズムを考案して、数値実験を通じて探索効果を検討した。その結果、設備の稼働か停止を探索する処理には遺伝的アルゴリズムを、また停止設備での生産の移転先探索にはシミュレーテッドアニーリング法を、それぞれ適用したハイブリッドな進化的計算法の効果が高いことがわかった。また、コスト制約が厳しい条件の場合には、移転先探索にタブーサーチを適用する場合の方がより良い再配置案を見出すことがあることがわかった。経済環境の変化により、生産設備の縮小や統合の計画は産業界で重要な課題となっている。本研究課題では、複数設備による生産システムにおいてコスト制約が与えられた下での生産能力確保を目的とした設備再編を対象に設備再配置問題として混合整数計画モデルを構築し、優れた設備再配置案を見出すための解法アルゴリズムについて、遺伝的アルゴリズムを中心とした進化的計算法を問題の特徴を考慮した工夫を加えて実装する研究を行っている。本年度は遺伝的アルゴリズムとヒューリスティックローカルサーチを組み合わせたアルゴリズムで従来解法より優れた計算結果を得た成果をIndustrial Engineering and Management Systems誌に投稿して掲載されるとともに、遺伝的アルゴリズムとシミュレーテッドアニーリング法を組み合わせたハイブリッドなアルゴリズムを考案してさらに優れた結果を得た内容を国際会議APIEMS 2012、日本経営工学会春季大会、電気学会電子・情報・システム部門大会、日本設備管理学会秋季研究発表大会などで研究発表を行い、内外の研究者との討議を通じて今後の研究進行上有益な示唆や情報を得ることができた。この問題は大域探索と局所探索の両面で計算手順上の工夫が必要であり、遺伝的アルゴリズムを元にした計算法で大域探索を行い、シミュレーテッドアニーリング法を元にした計算法で局所探索を行うことが現在のところ最も効果的であることがわかった。これらの成果により、同程度の計算時間でこれまでよりさらに優れた設備再配置案を見出すことが可能になった。設備再配置問題の解法として,遺伝的アルゴリズムにタブー・サーチを組み合わせたハイブリッドな計算方法(GA+TS法)を開発し,数値実験によりその効果を検証した。また,他の計算方法との比較を行い,その計算方法の特徴を検討した。その結果,設備再配置問題において,コスト制約が前期比60%以上90%以下の場合では,遺伝的アルゴリズムにシミュレーテッド・アニーリングを組み合わせた方法(GA+SA法)での値が優れていたが,それ以外のコスト制約の場合は新たに開発したGA+TS法での結果の方が優れていることがわかった。この結果に関する考察として,探索領域が狭いコスト制約90%以上の場合と,探索領域が広がるコスト制約60%未満の場合では,GA+SA法での探索範囲が狭いことと,GA+TS法での履歴参照による探索点の移動効果があることが,違いの生じた理由として考えられる。これらの研究結果を,国内学会,国際会議等で発表し,内外の研究者,実務家と議論を行った。この結果,問題の特徴により探索効果が異なることから,問題のデータ構造,特に設備の単位量あたりの変動費と固定費の関係である程度の探索領域の限定が考えられること,実行不可能解の生成時に棄却するのではなく何らかのペナルティを課して目的関数値を評価することで単段階による解法が考えられること,などが直観的な意見として得られた。これらの知見をもとに,これまでのGAに各種メタヒューリスティクスを組み合わせる枠組みから替わって,異なった解法フレームワークを構築することが,研究の方向性として得られた。遺伝的アルゴリズムを用いた設備再配置問題のための解法アルゴリズムを開発し,数値実験を通してその有効性を検証した。設備再配置問題は,現行設備の継続または停止の決定問題と,停止設備における生産の移転先設備決定問題から構成される。本年度は遺伝的アルゴリズムをそれぞれの決定問題に適用した場合の探索効果の検証をとりまとめて論文として発表した。それとともに,継続・停止決定問題には遺伝的アルゴリズムを,生産移転決定問題にヒューリスティックなローカルサーチを,それぞれ適用したアルゴリズムを開発し,その効果を数値実験により検証した。実験のうち結果が揃った箇所からとりまとめ,考察を加えている。実験した範囲内ではあるが,従来の遺伝的アルゴリズムを二段階に使う方法よりも,遺伝的アルゴリズムに発見的局所探索法を組み合わせた方法の方がよい結果を得ている。それら研究成果を,日本経営工学会春季大会,電気学会電子・情報・システム部門大会,国際会議APIEMS 2011,日本設備管理学会秋季研究発表大会などで発表し,他の研究者との質疑応答や討議を通じて有益な示唆を得た。日本設備管理学会誌へ論文「コスト制約をもつ設備再配置問題のための遺伝的アルゴリズムによる解法の改良」を投稿し,査読の結果,掲載された。これらから,設備再配置問題に対するより効果的な解法が開発され,実用的な時間内に優れた設備再配置案を作成して提案することが可能になった。

今年度は前年度得られた知見に基づき、遺伝的アルゴリズムにタブー・サーチを組み合わせた方法の効果を数値実験を通じて確認するとともに、再配置計画で繰り返し計算処理が出現しうる多階層設備配置問題の解法に対して改良を行うこととした。また、疑似焼き鈍し法など他の技法との組合せやデータ構造による使い分けを考慮して、個体群をもつメタヒューリスティックアルゴリズムとして発展させて研究を進めた。これらの研究結果から、前年比コスト制約の減少率の違いにより、タブー・サーチと疑似焼き鈍し法で効果を発揮するデータ構造が異なることと、パラメータの設定によってタブー・サーチの効果が向上することが確認された。また、多階層設備配置問題に対し、疑似焼き鈍し法による解法のパラメータ設定について検討したところ、温度の制御について適切な温度を維持する方が探索効率が向上することが数値実験により認められ、新たな知見が得られた。経営工学遺伝的アルゴリズムを元にヒューリスティックローカルサーチ、シミュレーテッドアニーリング法などを組み合わせたハイブリッドなアルゴリズムを考案し、数値実験を通じてアルゴリズムの有効性を検証した。また、研究成果を国内外の学会で発表し、内外の研究者と討議するとともに、論文を掲載することができた。ほぼ計画通りにアルゴリズムの開発と性能の検証が進んでいるため、おおむね順調に進展していると言える。申請時の計画では,二段解法の検証は終了し,一段解法の開発と検証を始める時期であるが,実験結果において問題の特徴により解法の効果が異なる興味深い挙動が観察され二段解法の検証を継続したため,若干の遅れが生じている。遺伝的アルゴリズムをベースとした解法アルゴリズムを改良して,数え上げ,ランダムサーチ,局所探索などを組み合わせた方法を比較検討した。この結果,設備の継続・停止決定探索においては大域探索に優れる遺伝的アルゴリズムを用いる方が得策であり,停止設備の生産統合探索においては廃止設備数によって数え上げ法と発見的局所探索法を切り換えて使い分ける解法で良い結果が得られることがわかった。この実験結果から,本課題で対象にしている設備再配置問題においては遺伝的アルゴリズムをベースにして局所探索のような逐次改善的手法を組み合わせるような方法の方が有利であるとの知見が得られたと言うことができる。このことから,研究の目的の達成度としては,順調に進んでいると言える。これまでの研究の延長として、遺伝的アルゴリズムにタブーサーチなど別のメタヒューリスティックを組合せ、その性能評価を行う。また、これまでは設備の継続および廃止の決定に遺伝的アルゴリズムを適用し、廃止設備における生産の移転先決定に何らかの計算法を適用してきたが、この枠組みを再検討する必要がある。
メディアサイコロジーによる情報メディアとしての紙の心理物理的解析

20世紀末の現在、グーテンベルグの活版印刷術の発明以来550年続いた紙とインクによる活字文化の前に電子メディアが出現し、多層的なメディア状況にあり、次世代における紙メディアの行方は不透明である。本研究ではこのような時代状況の中でなぜ紙メディアに対して人間は親和性を感じてきたか、また情報メディアとしての紙の将来は電子メディアとの関係でどのように推移して行くかという問題を予測する目的で、メディアに関する心理学であるメディアサイコロジーという手法を用いて紙の物理量と心理量はどのような関係にあるかを解析し、また紙の人間との親和性と脳内における情報処理を認知科学のモデルにより解析し、紙メディアの特性を情報受容者である人間を中心に据えて多面的に明らかにしてきた。具体的な実験としては視覚・触覚に関係した紙の表面特性と画像再現性の関係をオフセット印刷およびインクジェット・レーザープリンタによるハードコピーにより解析し、画像の色彩再現性に影響する紙の側の要因を明らかにしてきた。これらのデータから情報メディアとしての紙メディアと電子メディアを比較するための認知科学モデルを構築し、情報伝達における情報受信側の人間の脳内情報処理過程を定性的にモデル化した。またこのモデルを電子書籍コンソーシアムによるブックオンデマンド実証実験の解析に適用した。さらにメディア理論と認知科学モデルから紙の物性値と心理量を結びつける心理物理量を明らかにし、心理物理的モデルを提案し、また感性工学的手法により紙メディアに感性機能を付与するための条件を明らかにした。平成10年度の研究実績の概要は次の通りである。(1)現在のマルチメディア社会における多層的メディア状況の分析から紙メディアと電子メディアの特徴を明かにし、両メディアが共存する状況における人間のメディア選択行動を決める重要な因子としてメディアがもつ人間との親和性、すなわちメディアの感性機能を指摘し、その理由を明かにした。更に時間と共に生じるメディアの交替に影響する主要な因子を明かにし、紙メディアの需要予測のための定性的モデルを構築した。またそれらの因子を組み込んだ次世代の紙の設計理論を構築し、米国紙パルプ技術協会のResearch Managenent Committeeにおいて招待講演を行った(1998.11)。(2)紙の物性値と視覚・触覚などの心理物理量を結びつける目的で木材パルプ繊維と各種合成繊維を混抄したシートを形成し、表面特性・摩擦感・触感などを計測し、データを解析からそれらの因子の相関関係を明かにした。(3)紙表面へのインクジェットプリンタによる画像形成における画像再現性に与える因子を明かにし、データの解析から画像の色彩科学的因子の変動に及ぼす紙の側の因子として表面光沢、平滑性、白色度などの重要性を明かにした。(4)認知心理学とメディアサイコロジーの成果を応用し人間の情報受容の特徴を解析し、紙の物性値・心理物理量・情報受容性の間を結びつける認知心理学モデルを構築中であり、コンピュータシミュレーションにより物性値と情報受容性の関係が明かになりつつある。平成11年度の研究実績の概要は次の通りである。(1)紙メディアにオフセット印刷およびインクジェットとレーザーカラーを中心とするハードコピー技術により情報を載せた状態でのメディアを作成し、色彩科学的データを中心とする解析から、メディアとしての紙メディアの特性を多面的に解析した。(2)実験データに基づき、情報メディアとしての紙メディアと電子メディアを比較するための認知科学モデルを構築し、情報伝達における情報受信側の人間の脳内情報処理過程を定性的に数学モデル化し、紙メディアのメディアとしての特性を明らかにした。(3)認知科学モデルでは特に情報を構成するコンテンツとメッセージが人間の生得的性質と習得的性質により影響され、特に紙メディアの特性に依存するメッセージは紙の表面特性に大きく依存することを理論的に明らかにした。(4)電子書籍コンソーシアムのブックオンデマンド実証実験に参加し、その実験の結果の解釈に提案した認知科学モデルを適用し、書籍の場合には特に脳内での長期記憶貯蔵庫への収納に影響する視覚からの刺激が特に重要であり、その問題を中心に電子書籍の可能性を推測した。

(5)メディア理論と認知科学モデルから紙の物性値と心理量を結びつけ心理物理量を明らかにし、メディアサイコロジーの手法により心理物理的モデルを提案し、また感性工学的手法により紙メディアに感性機能を付与するための条件を明らかにした。
アミノアシルtRNA合成酵素を標的とした抗生物質に対する耐性メカニズム

本研究では初めに、トリプトファニルtRNA合成酵素(TrpRS)の阻害剤であるインドールマイシン(IM)に対する耐性株が、IM生産株を含む放線菌属の間に広く分布していることを示した。耐性株の一つS. coelicolor A3(2)のゲノム配列より、2つのTrpRS遺伝子を見いだした。これらのうちTrpRS1と名付けた遺伝子を発現させると大腸菌がIM耐性に転化したため、TrpRS1が放線菌のIM耐性の決定因子であると考えられた。TrpRS2は、TrpRS1と同様に大腸菌のTrpRS温度感受性株を相補するが、発現させてもIM耐性は見られなかった。これら2つのTrpRSの相違点より、TrpRS1のN末9番目に位置するリジンが耐性に関与していることが示唆された。この残基はアミノ酸認識ポケットの入り口に位置し、立体障害および静電反発力によってIMの活性部位への侵入を阻止していると考えられる。この残基を置換した変異体がIM耐性能を失うことから、この残基がTrpRS1の耐性に欠かせないことが明らかになった。また反応速度論的解析から、TrpRS1がTrpRS2の百倍以上の耐性を獲得すると同時に、活性部位の変異のために基質トリプトファンに対する認識がTrpRS2より低下していることが明らかになった。RT-PCRを用いた転写産物の解析を行うと、通常の増殖期には感受性だが活性の高いTrpRS2のmRNAが発現しており、培地にIMを加えると活性が低いが耐性のあるTrpRS1のmRNAが誘導されてくることが分かった。以上の結果から、(1)活性部位の変異による抗生物質の排除メカニズム(2)変異による本来の基質への親和性低下(3)耐性酵素の機能低下を補助するための「スペア」酵素の存在(4)抗生物質による新たな機構の遺伝子発現制御、の四つの点について、これまでにない知見を得ることができた。本年度は、インドールマイシン(トリプトファン類縁体の抗生物質)を生産する放線菌株より二つのトリプトファニルtRNA合成酵素(TrpRS1とTrpRS2)の遺伝子をクローニングして解析することによって、放線菌が自己の生産するインドールマイシンに対して耐性を持つメカニズムを明らかにした(論文投稿中)。mRNAレベルではTrpRS2のみが構成的に発現しているが、TrpRS2はインドールマイシンに感受性であった。対照的に、生化学的解折によってインドールマイシンへの耐性が確認されたTrpRS1は、培地中にインドールマイシンを加えたときのみその発現が転写レベルで誘導された。またTrpRS1は活性部位に特徴的なリジン残基を持つが、この残基の変異体解析により、この残基による立体障害と静電反発力によってインドールマイシンを活性部位から排除していることも明らかになった。このような活性部位の修飾によりTrpRS1は本来の基質であるトリプトファンに対する親和性も低下しており、そのため感受性だが活性の高いTrpRS2を同じゲノム上に保持しておく必要があるのだろうと考えられる。以上の結果から、aaRSを標的にしたアミノ酸類縁体による抗生物質の開発の有効性(耐性型になるためには本来の基質アミノ酸に対する親和性が低下する)が明らかになったと同時に、変異体解析の結果から、トリプトファンの側鎖を改変した非天然アミノ酸を認識するTrpRSを設計するための、基本となる情報が収集できたと考えている。
細胞内寄生原虫トリパノソーマの感染宿主細胞アポトーシス抑制による生き残り戦略

これまでにTrypanosoma cruzi感染宿主細胞ではdeath receptorを介するアポトーシスが抑制され、宿主抑制因子cellular FLICEinhibitoryprotein(c-FLIP)が機能的にはたらいていることを明らかにしてきた。c-FLIPの発現上昇機構を解析する過程で本タンパク質がnitrosylationという分子修飾を受け、ユビキチン化による分解経路が抑制される可能性が示唆された。そこで原虫感染細胞におけるnitrosylationおよびアポトーシス抑制との関連について解析を行った。ヒト由来培養細胞HT1080にT. cruziを感染させ、biotin switch techniqueを用いてnitrosylationされたタンパク質の網羅的解析を試みた。その結果、感染細胞では複数のタンパク質が検出され、その中にはc-FLIP、カスペース-8が含まれていることが明らかとなった。次に、原虫感染における活性窒素産生とアポトーシスの関連を調べる目的で、T. cruzi感染細胞にiNOSの阻害剤であるL-NMMAを添加し、アポトーシス抑制が回復するかについて検討した。Fas抗体によりアポトーシスを誘導6時間後に、T. cruzi感染細胞では非感染細胞に比べアポトーシスは抑制されるが、L-NMMAを添加した場合には、感染細胞でアポトーシス抑制が部分的に回復することが示された。以上より、T. cruzi感染細胞では宿主細胞内で活性窒素の産生が起き、iNOS阻害剤によりアポトーシス抑制が回復することから、活性窒素が本抑制に関与している可能性が示唆された。Trypanosoma cruzi感染宿主細胞ではdeath receptorを介するアポトーシスが抑制され、宿主抑制因子c-FLIPの発現が上昇していることを明らかにしてきた。c-FLIPタンパク質はユビキチンープロテアソーム系により分解されることが知られているが、がん細胞などでは分子内のシステイン残基がニトロソ化されることによりユビキチン化が起こらず、細胞内に蓄積されることが報告されている。そこで、T.cruzi感染細胞においてc-FLIPのニトロソ化が起きるかどうか調べた。ヒト由来培養細胞にT.cruziを感染させ24日培養し、ライセートを調整した。抗c-FLIP抗体により免疫沈降し、上清および沈殿画分について抗ニトロソシステイン抗体でイムノブロットを行った。非感染細胞では沈殿画分にc-FLIPが検出されたがニトロソ化されているものはほとんど認められなかった。一方、感染細胞では沈殿および上清画分にc-FLIPが認められ、上清画分では抗ニトロソシステイン抗体に反応するバンドが検出された。以上より、感染細胞のc-FLIPはニトロソ化が起こっている可能性が示唆された。タンパク質のニトロソ化が起こる背景には細胞が酸化ストレスに曝されている可能性がある。そこで、感染細胞における酸化ストレス関連遺伝子の発現について検討した。その結果、感染により、グルタチオンペルオキシダーゼ、dual specificity phosphatase1、cAMP-dependent protein kinaseや活性窒素の生合成に関与する遺伝子の発現が上昇した。感染72時間後ではそれらに加えてIL-8、NOS2A(iNOS)、ペルオキシレドキシン、SOD2などの遺伝子発現が上昇することがわかった。以上より、T.cruzi感染により宿主細胞内で活性窒素の産生が起き、関連遺伝子の発現が起きることが示された。
胃癌リンパ節辺縁洞を起点とする転移性ニッチの段階的形成と癌間質細胞相互作用の解明

これまでの研究成果より、癌間質miR-21やperiostinの過剰発現がリンパ節転移と有意に相関する結果を得ている。miR-21のリンパ管内皮への作用を検討するために、まず中皮細胞株(Met-5A)への作用を調べた。未熟型miR-21を遺伝子導入したところ、中皮間葉転換が確認された。次にリンパ管内皮でも同様の現象が起こるか確認するために、エクソソーム内嗜好性のタグを有するmiR-21mimicを遺伝子導入したマウス線維芽細胞株(NIH3T3)を作製し、リンパ管内皮の初代培養細胞と共培養を行った。vimentinの変化はみられなかったが、E-cadherinの発現減弱とαSMAの発現上昇がみられ、中皮間葉転換と同様の現象が認められた。播種性転移では中皮細胞が中皮間葉転換によって癌関連線維芽細胞(以下CAF)に動員されるため、リンパ節転移巣でもリンパ節内リンパ管内皮がCAFに動員される可能性が示唆された。リンパ節転移巣を用いた免疫組織学的研究では、リンパ節内のリンパ管は癌細胞が辺縁洞に到達した段階で優位に増加することが示されたので、miR-21のリンパ管内皮に対する増殖亢進作用を検討したが、Ki67の免疫染色では優位な差はみられていない。一方、リンパ節転移巣を用いたperiostinの免疫染色では、癌細胞が辺縁洞に到達した転移リンパ節では、辺縁洞をなすリンパ節皮膜の線維性組織に発現が認められる。またリンパ節内の広い範囲で癌細胞が浸潤したリンパ節では、間質にびまん性にperiostinの発現が認められる。Periostinは分泌タンパクであるため、その詳細な発現局在を調べるために、今後はin situ hybridization法により検討する。またperiostin遺伝子が導入されたNIH-3T3を用いて、periostinのリンパ管内皮への作用を調べる方針である。当初、リンパ節辺縁洞に存在するリンパ管内皮の活性化を評価するために、インテグリンの各種抗体を用いた免疫組織化学的手法によるアプローチを試みたが、良好な結果が得られなかった。作用因子としてはmiR-21およびperiostinに着目していたが、遺伝子導入が順調でなかったため、細胞を用いた機能解析に遅れが生じている。miR-21のリンパ管内皮細胞への作用に関する実験では良い結果が得られているが、現段階では増殖能との関連性が示されず、メカニズムの解明には至っていない。miR-21の機能解析を先行させたので、periostinに関する機能解析が遅れおり、同様の実験手法でperiostinの機能解析も進める方針である。エクソソーム内miR21のリンパ管内皮への増殖亢進作用に関して、Ki67の免疫染色では証明出来ていないが、今後はMTT assay等を用いてより詳細に検討する。Periostinのリンパ管内皮への作用も同様に検討し、間葉系マーカーの亢進や増殖亢進に関する機能を検討する。対象サンプルを胃癌のリンパ節転移巣に加えて乳癌のセンチネルリンパ節も検討し、より厳密に原発巣の影響を最初にうけるリンパ節での評価を並行して行う方針である。胃癌のTCGA公開データを用いて、miR-21およびperiostinの発現とリンパ節転移との相関関係を検討すると共に、早期胃癌のリンパ節転移に関連するその他の因子の同定も試みる。本研究では、胃癌のリンパ節転移の各段階、具体的には、癌細胞の1辺縁洞到達、2辺縁洞からリンパ節内部への進展、3リンパ節内占拠病変の形成、4上流リンパ節への転移、などの段階で、metastatic nicheの形成とこれに関与するリンパ管新生や癌関連線維芽細胞、B細胞などの機能を解明することが目標である。まず、胃癌手術症例を抽出し、リンパ節転移陰性例では、1原発巣リンパ管侵襲(-)、2原発巣リンパ管侵襲(+)の所属リンパ節。リンパ節転移陽性例では、3転移リンパ節と同一領域内の転移(-)の所属リンパ節、4辺縁洞にのみ癌細胞が侵入した転移リンパ節、5癌細胞がリンパ節内を占拠した転移リンパ節に細分類した。D2-40による免疫組織化学的検討では、リンパ節内部のリンパ管新生は癌細胞が辺縁洞に到達してから有意にみられた。辺縁洞到達前は、premetastatic nicheとして辺縁洞リンパ管内皮に活性化があると予想し、解析を進めている。一方、胃癌原発巣の組織化学的検討で、癌間質miR-21の過剰発現がリンパ節転移と有意に相関することは既に明らかにされており、加えて早期浸潤癌の間質periostinの発現がリンパ節転移と有意に相関する結果も得た。浸潤癌間質に発現するmiR-21およびperiostinが、所属リンパ節の早期premetastatic nicheの形成に関与していることを予想し、癌間質線維芽細胞由来のエクソソームに内包されているmiR-21およびperiostinに着目している。まずマウス線維芽細胞株(NIH3T3)の培養細胞培養上清中からのエクソソームを抽出し、エクソソーム内miR-21をデジタルPCRで定量できることを確認した。PeriostinおよびmiR-21の遺伝子導入NIH3T3を作製し、これらのエクソソームの転移前リンパ節に対する機能解析を行う方針である。胃癌手術材料の郭清リンパ節を細分類した免疫組織化学的検討で、リンパ管新生の評価は順調であったが、転移前のリンパ節辺縁洞のリンパ

管内皮の活性化に関与していると思われるインテグリンの免疫組織化学的検討で評価可能な免疫染色ができていないため、辺縁洞リンパ管内皮の解析がやや遅れている。また、NIH3T3に対するmiR-21のレンチウイルスによる遺伝子導入が順調でなかったため機能解析に若干の遅れがでているが、予定通り次年度にはマウス胃壁移植などの解析も可能と考えている。これまでの研究成果より、胃癌リンパ節転移では辺縁洞到達前の転移前ニッチとして辺縁洞リンパ管内皮に活性化があると予想し、その作用因子としてmiR-21とperiostinに着目している。Tissuemicroarrayを用いたin situ hybridization法あるいは免疫染色による判定量的解析では、胃癌に加えて、膀胱癌・肺癌・膵癌などで間質miR-21やperiostinの過剰発現がリンパ節転移と有意に相関する結果を得た。現在利用できるリンパ管内皮細胞株は存在しないため、まず中皮細胞株(Met-5A)を用いた機能解析を進めた。胸膜あるいは腹膜中皮細胞は同部リンパ管内皮細胞と組織構造的に連続性があり、D2-40陽性など免疫形質にも類似性がある。Met-5Aに未熟型miR-21を遺伝子導入すると、E-cadherinの発現は減弱し、vimentinやαSMAは発現が増強した。遊走能と収縮能の上昇も確認した。これは腹膜播種において重要とされる中皮-間葉転換に相当する形質変化であり、リンパ節転移巣では辺縁洞リンパ管内皮に同様の変化が誘導されている可能性がある。原発巣由来のmiR-21は細胞外分泌小胞の1種であるエクソソームに内包され、辺縁洞リンパ管内皮に作用する可能性を考え、エクソソーム内嗜好性のタグを有するmiR-21mimicを遺伝子導入したマウス線維芽細胞株(NIH3T3)を作製した。この細胞(NIH3T3-miR-21-mimic)とリンパ管内皮初代培養細胞の共培養、およびNIH3T3-miR-21-mimicのエクソソームを回収しリンパ管内皮初代培養細胞に作用させる方法で、中皮細胞でみられたものと同様の変化が誘導されるか検討する予定である。Periostinは既にNIH3T3に遺伝子導入した細胞株を作製しており、同様の実験を実施する予定である。リンパ節辺縁洞に存在するリンパ管内皮の活性化を評価するために、当初はインテグリンの各種抗体を用いた免疫組織化学的手法によるアプローチを試みたが、良好な結果が得られなかった。作用因子としてはmiR-21およびperiostinに着目していたが、利用できるリンパ管内皮細胞株が存在しないため、細胞を用いた機能解析に遅れが生じた。遺伝子導入が順調でなかったこともあり、進捗状況はやや遅れている。一方で、リンパ管内皮細胞と中皮細胞の類似性より、初期段階の実験として中皮細胞株を用いた機能解析を行い良好な結果が得られている。これは同様の結果がリンパ管内皮細胞でも得られる可能性を示唆しており、引き続きリンパ管内皮初代培養細胞を用いた実験を行う方針とした。これまでの研究成果より、癌間質miR-21やperiostinの過剰発現がリンパ節転移と有意に相関する結果を得ている。miR-21のリンパ管内皮への作用を検討するために、まず中皮細胞株(Met-5A)への作用を調べた。
高酸化状態の後周期遷移金属ニトリド錯体の生成とその窒素原トランスファ-反応

イリジウム(V)ニトリド錯体の合成、およびその錯体を活性中間体とする新たな窒素原子トランスファー反応の開拓を目指し、種々のイリジウム(III)アジド錯体の光反応を検討した。共存配位子として2-ピリジルチオラト(2-Spy)を用いた場合、アジド配位子由来のN原子がIr-N(py)結合間に挿入し、二脚ピアノ椅子型錯体,[Cp^*Ir(1-N-2-Spy)]が生成することを見いだした。さらに、生成錯体と親電子剤MeIとの反応により、空気中でも安定な新規イミン/チオラト型配位子,1-NMe-2-Spy^-を含む錯体に変換することに成功した。これら新規N-S型二座配位子は、適度なπ供与性を有するため、配位不飽和なIr(III)中心を安定化することができることも明らかにした。これらの結果から、アジド錯体からの窒素原子転移が鍵反応となる、新しい含窒素有機分子の合成法を提唱できた。さらに異なるタイプの光反応性の発見を目的とし、種々の共存配位子を含むイリジウム(III)アジド錯体の合成を行ったところ、構造学的に興味深い多数のアジド錯体を得ることができた。1,8-ナフチリジンやベンズイミダゾール-2-チオラトを含む錯体では、特徴的な架橋構造を有する二核錯体を単離、構造解析することに成功した。また、2,2'-ビピリジンや1,10-フェナントロリンを共存するアジド錯体の光反応では、溶媒であるアセトニトリルとの1,3-環化付加反応により、5-メチルテトラゾラトが非対称に架橋した二核錯体が生成することも明らかとした。本研究により、イリジウム(III)アジド錯体への光照射により、イリジウム(V)ニトリドもしくはイリジウム(III)ニトレニド活性中間体を経由すると推測される窒素原子トランスファー反応により、新たな含窒素有機物の合成素反応を開拓することに成功した。本年度は、窒素原子トランスファー反応を有すると期待される高原子価イリジウム-ニトリド錯体の合成を、種々のイリジウム(III)-アジド錯体の光反応により試みた。先に報告しているジチオカルバマト(R_2NCS_2)を共存配位子とするシクロペンタジエニルイリジウム(III)-アジド錯体,Cp^*Ir(R_2NCS_2)(N_3)のR_2NCS_2に代えて、2-ピリジンチオラト(pyS)を共存配位子とするアジド錯体,Cp^*Ir(pyS)(N_3)を合成した。この錯体は、アセトニトリル中での光照射により、アジド由来のN原子がIr-N(py)結合に挿入した二脚ピアノ椅子型錯体,Cp^*Ir(1-N-2-S-py)錯体を生成した。R_2NCS_2錯体の場合に生成するCp^*Ir{NSC(NR_2)S}錯体は熱的に不安定であり、N原子とS原子の反転を伴いCp^*Ir{SN=C(NR_2)S}に異性化するのに対し、今回得られた錯体,Cp^*Ir(1-N-2-S-py)は熱異性化に対して安定であり、この新規なイミド錯体の反応性を調べる上で有効であった。

錯体は、配位不飽和ではあるが求核剤の付加反応に対して安定であり、一方、親電子剤MeIとの反応ではN-メチル化した[Cp^*Ir(1-NMe-2-S-py)]Iを生成した。Cp^*Ir(1-N-2-S-py)および[Cp^*Ir(1-NMe-2-S-py)]IはX線結晶構造解析により決定した。pySの他に2-キノリンチオラトを共存配位子とするイリジウム(III)錯体でも同様に反応が進行したことから、このイリジウム(III)-アジド錯体の光反応により、アジド配位子由来のN原子がIr-N(or S)結合間に挿入する反応の一般性を実証できた。さらに、1,8-ナフチリジン(napy)錯体においても、光反応により同様に二脚ピアノ椅子型錯体と考えられる新規化合物が生成することを分光学的に検出することができた。また、このnapy錯体については、光照射実験の対象となるアジド錯体の合成に至る過程において、napyが種々の配位様式を有する新規Cp^*Ir^<III>錯体を多数合成し、その結晶構造および溶存構造を決定することにも成功した。2-ピリジンチオラトを含むイリジウム(III)アジド錯体の光反応により、アジド配位子に由来する窒素原子がIr-N(py)結合に挿入して生成する二脚ピアノ椅子型1-イミド-2-チオラト(2-)錯体:Cp^*Ir(1-N-2-Spy)は、イミド窒素上で親電子剤と反応し、空気中で安定な1-イミノ-2-チオラト錯体に変換できることを明らかにした。また、得られた錯体と種々の求核剤との反応を調査し、ホスフィン/ホスファイト類が付加した三脚ピアノ椅子型錯体を生成することも見出した。これらの化合物の構造はX線結晶解析により帰属し、今回得られた新規配位子:1-メチルイミノ-2-ピリジンチオラト(1-NMe-2-Spy^-)が、配位した金属中心の幾何構造に依存してπ電子供与性の有無を変換し得ることを実証した。このことにより、窒素原子挿入により生成した配位子を、金属中心から解離し、さらに種々の誘導体へと変換することにより、新たな含窒素化合物の触媒的合成法を発展する道程を開拓することができた。一方、1-イミド-2-チオラト(2-)錯体にまず求核剤を反応し、ついで親電子剤を加えることで、全く異なる化合物が生成することも発見した。この生成物は、Ir-N結合間に挿入していた窒素原子がIr-S結合間に転移し、2-N(H)Spy^<2->が架橋配位した二核錯体であると思われる。この反応では、Ir(V)ニトリド錯体が中間体として生成していることが推測され、ニトリド錯体の反応性に関する今後の研究の展開において重要な発見である。1,8-ナフチリジンを含むイリジウム(III)錯体に関する研究では、種々の配位様式を持つナフチリジン錯体の合成、単離、結晶および溶存構造の帰属を行い、珍しいヒドリドと1,8-ナフチリジンのダブル架橋二核錯体の合成に成功した。新規イリジウム(V)-ニトリド錯体の生成、もしくは反応活性なイリジウム(III)-ニトレニド錯体を経由する新たな窒素原子トランスファー反応の開拓を期待し、種々の二座キレート配位子を含むイリジウム(III)-アジド錯体の光反応性を調査した。2,2 '-ビピリジンおよび1,10-フェナントロリンの場合には、アジド配位子と溶媒であるアセトニトリルとの1,3-環化付加反応により生成する5-メチルテトラゾレイトが、非対称に架橋した二核錯体が生成した。この錯体の構造特異性を明らかにするため、5-メチルテトラゾレイトが単座配位した単核錯体や、異なる共存配位子を有する対称架橋型二核錯体を多数合成し、その結晶構造を比較した。一方、N,N,N ',N '-テトラメチルエチレンジアミンを共存する錯体では、アジド配位子の脱離反応を観測し、ホスフィン配位子を含む錯体の場合には、光反応は非常に複雑な混合物を与えた。
分散並行サニタイザ

分散環境で複数の処理が並行動作するプログラムに固有の非決定的バグや性能バグを自動で正確かつ高速に検査及び修復するシステムソフトウェア(分散並行サニタイザ)を実現する。
量子ビーム複合利用によるナノ空間反応および反応場の研究

半導体量産ラインでは、集束性の高い高品質のエネルギーである量子ビームと低質・安価な熱エネルギーを組み合わせることにより、高解像度かつ高感度な加工が実現されてきた。本研究では電子線、レーザー、極端紫外光(EUV)、X線等の量子ビームを加工手段かつ分析手段として最大限活用することにより、量子ビームをトリガーとして開始され、16nm以下の領域において完結させる必要がある化学反応および反応場の詳細を解析し、得られた知見をもとにモンテカルロシミュレーションコードを開発した。しかし、次世代の16nm以下の加工では、通常の手法により高解像かつ高感度加工は困難であり、反応場の制御が不可欠になると考えられる。本研究では電子線、レーザー、極端紫外光(EUV)、X線等の量子ビームを加工手段かつ分析手段として最大限活用することにより、量子ビームをトリガーとして開始され、16nm以下の領域において完結させる必要がある化学反応および反応場の詳細を解明することを目的とする。初年度は、1.ポリスチレンの固体サンプルに酸発生剤を分散し、フェムト秒パルスラジオリシスにより短寿命中間活性種の時間プロファイルを得た。2.EUVFELを光源とした過渡分光システムを構築し、高分子固体薄膜中でのEUV誘起反応の測定を行い、時間プロファイルを得た。さらに、酸発生剤を含んだポリ(4-ヒドロキシスチレン)薄膜にEUV光照射用い、生成物分析を行った。3.Spring-8を利用したX線反射率測定により加熱前後で、レジスト薄膜の深さ方向密度分布がどのように変わるかを測定した。脱保護反応により生成する低分子量成分の分子は反応場に変化を与え、酸拡散に影響を与えると考えられるが、密度分布の変化を測定することにより、脱保護反応が反応場に与える影響が明らかになると期待される。また、4.EUVによる加工実験を行いシミュレーションとの比較を行った。さらに、5.反応場を考慮したコードの開発に着手した。しかし、次世代の16m以下の加工では、通常の手法により高解像かつ高感度加工は困難であり、反応場の制御が不可欠になると考えられる。本研究では電子線、レーザー、極端紫外光(EUV)、X線等の量子ビームを加工手段かつ分析手段として最大限活用することにより、量子ビームをトリガーとして開始され、16m以下の領域において完結させる必要がある化学反応および反応場の詳細を解明することを目的とする。平成23年度は、ポリ(4-ヒドロキシスチレン)及びその誘導体の高分子薄膜に電子補足剤を添加し、熱化電子と溶質の反応をフェムト秒パルスラジオリシスにより調べた。また、EUVFELを光源とした過渡分光システムを構築し、EUV誘起反応の測定を行った。両者の比較により電子-イオンペア分布を明らかにした。また、新規シミュレーションコードの精度に対応するため、微細形状測定装置を導入し、プラズマEUV光源における測定精度を高精度化した。X線反射率測定で得られたレジスト薄膜内の分子分布を考慮した酸触媒過程のシミュレーションを可能とした。さらに、加工実験を実施し、反応場を考慮したシミュレーションコードの妥当性を検証した。平成24年度は、レジスト中での化学反応および反応場の詳細を解明することを目的に、レジストモデル化合物の電子線リソグラフィ加工実験、電子線パルスラジオリシス、プラズマEUV光源を用いたEUV露光による生成物分析、EUVFELを光源としたEUV誘起反応の測定を実施した。得られた知見をもとに、モンテカルロシミュレーションを行いレジストパターンの表面形状揺らぎと化学反応の揺らぎの関係を明らかにするとともに、表面形状揺らぎとレジスト高分子の分子量依存性、保護率依存性等を明らかにした。さらに、次世代高吸収レジストおよび13.5nmの次の世代のリソグラフィとして注目されている6.7nmEUVリソグラフィにおけるレジスト解像度、感度、表面形状揺らぎの関係をシミュレーションにより明らかにし、次世代レジスト設計指針を得た。

実験で得られた知見をシミュレーションコードに反映し、16nm以下の領域における化学反応および反応場の正確な議論が可能になっており、順調に計画が進行している。このまま研究を継続することにより、最終年度に目的が達成されると考えられる。24年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度は、(1)ポリ(4-ヒドロキシスチレン)及びその誘導体の高分子薄膜に電子補足剤を添加し、熱化電子と溶質の反応をフェムト秒パルスラジオリシスにより調べる。(2)EUVF肌を光源とした過渡分光システムを構築し、EUV誘起反応の測定を行う。プラズマEUV光源を用い、生成物分析を行う。(1)及び(2)の実験において、高分子にハロゲン等のヘテロ原子を導入し、電子-イオンペア分布制御、及び電子の熱化距離の制御の可能性を調べる。(3)Spring-8を利用したX線反射率測定により得られた実験結果を解析することにより反応場の影響を明らかにする。(4)電子線・EUVによる加工実験を行いシミュレーションとの比較を行う。(5)(4)の結果をもとに、反応場を考慮したシミュレーションコードの妥当性を検証する。(4)及び(5)を随時実施し、反応及び反応場の詳細を解明する。これらの結果を下に、研究の総括を行い、ナノ空間内での放射線誘起反応を系統立ててまとめ、将来の量子ビーム利用のための学術的基盤を確立する。