hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
遊びの即興性を対象にした創造性生成の微視的・縦断的分析

幼児の遊びの場合にはこのような機能を果たしている発話として、現実の遊びの内容についての客観的な言及があった。同時に、遊びを進行させていくためには空想とファンタジーの世界を形成していく発話も必要で、これら二つを適時使い分けながら遊びを展開していくことが必要であるが明らかになった。これらが適切になされることで新しい遊びの共有化が可能になり、いわば協同的な創造活動の最も原初的な形態が幼児の遊びの中で起きていることが指摘できる。発話に加えて遊具とその使用の仕方も遊びの状況と文脈を定義し、またその使用の改変は新しい意味の創発の手がかりとして使っていることも明らかになった。子どもの創造性的活動の原初的な形態を表している考えられる幼児の遊びと表現活動の生成の過程について、集団における共同的な相互行為から明らかにすることが研究の目的であった。これまでの創造性とその発達的な研究では個人の才能で説明されてきたが、ここでは、共同による創発性の考え方に立って、創造性は社会的な相互行為的な活動の中で生まれてくること、その微視的な発生過程を幼児の2年間にわたる共同遊びの生成過程の観察、分析と、表現活動の分析を行った。そこでは、幼児は遊びのアイデアを始めは子どもの周りにあるモノの社会・文化的意味に依存し、支えられながら作り出しているが、次第にモノの物理的意味に支配されないで自由な発想でモノを創造的な意味に置き換えて使用していくといった変化が起きたり、遊びのルールへの重視が年長児になると見られるが、これも集団遊びの面白さを支えるためにはルールが必要であるといった自覚から生まれてくるものであることなどが明らかになった。これらの研究成果の一部は、国内学会、及び、国際学会(第1回International Conference of the International Society for Cultural and Activity Research(ISCAR),スペイン、9月、2005)で報告され、論文としてまとめられた。また、幼児の表現活動としては、幼児の描画の2年間にわたる観察を主に年長児になると次第に客観的な絵を描くように変化していく、つまり社会的な視点を入れた描画へと変わっていくことや、絵本の共同的な鑑賞の過程の分析に見られる身体的な共振過程などもあわせて明らかにした(主に佐藤を中心とした研究成果)。これらの共同的活動の変化は子どもの言語活動の中での言語意識の変化を生んでいることを明らかにした(主に伊藤を中心とした研究成果)。これらは国内学会で発表し、論文としてまとめられた。その他、創造性教育の問題について、日本の教育の問題と関連づけてアジア・太平洋の教育改革の動向を論じた編著書の中で佐藤が論文としてまとめた。
腫瘍内の代謝微小環境が放射線耐性を誘導するメカニズムの解析

平成30年度は、異なる代謝状態の細胞が共存している場合に起こる放射線耐性について、それに伴う表現型の変化や背景にある分子メカニズムの解析を試みた。また、解析のための実験系について、培養条件の最適化や、既存の装置を用いた場合の様々な問題点を解決するため、共培養専用の装置の作製を試みた。まず始めに、主眼とするグルコースの濃度調整をより厳密にするため、培養条件の最適化を行った。これまでの培養条件では、培地中のグルコース濃度が最低でも約0.4mMとなっており、細胞のグルコース消費速度から計算してグルコース枯渇に達するまでには半日程度要すると推定された。これは基礎培地に添加するウシ胎児血清に由来するものであり、メーカーやロットが違ってもほぼ同等であると推測された。対策として、血清を透析処理済みのものに変更することで、通常グルコース濃度における生存性には影響せず、グルコース濃度を約15μMまで低下させることが可能であることを確認した。このような条件においてグルコース飢餓細胞と充足細胞とを共培養して代謝協調を行わせて、表現型の観察や遺伝子発現変化の解析を行った。その結果、薬剤や放射線に対する耐性獲得の原因となり得る遺伝子等が複数同定され、それぞれの細胞で起こっている代謝変化についても、遺伝子発現制御の観点から推測することができた。現在、タンパク質発現の解析など、より詳細な検討を進めている。細胞表現型について、顕微鏡観察に基づく解析(形態や運動性の変化の解析、蛍光マーカー等を用いた解析など)を行う場合、ボイデンチャンバーに基づく既存の共培養装置ではインサート上の細胞の観察が非常に困難であった。これを解決するためのシリコン製の専用培養装置を作製し、代謝協調の成立下で高解像度観察が可能であることを確認した。より詳細な解析を次年度以降に行う予定である。表現型の解析については、上述のように培養装置の問題点から若干の遅れが生じているが、予備的なデータは既に得られている。本年度に完了した高解像度観察条件において、より質の高いデータを得ることができるものと考えている。最適化した培養条件を用いて、遺伝子発現の解析については既に完了しており、より詳細な解析を行うに値する興味深い遺伝子発現の変化を多数捉えることができた。治療耐性との相関をよく説明するもののほか、関連性がこれまで知られていない遺伝子も多く含まれている。また、代謝ストレスへの応答という観点から想定される遺伝子発現変化も確認できており、狙い通りの実験条件が確立できていることも裏付けられている。以上のことから、「おおむね順調に進展している」と判断した。本年度に確立した実験条件および培養装置を用いて、既に得られているデータに基づき、表現型の解析を引き続き行う。特に、顕微鏡による高解像度解析が可能となったことをいかして、代謝ストレスや細胞死に関連する因子、たとえばミトコンドリアの動態やオートファジー等にも注目し、これらのライブ観察による経時的な解析を行う。また、遺伝子発現解析と関連させながら代謝産物等の網羅的解析を行い、代謝協調やそれに伴う性質変化の原因となり得る物質の同定も進めていく。既に得られているデータに基づき、特に注目すべき経路をいくつか絞り込み、より詳細な解析を行う。治療耐性への関与が示唆された遺伝子については、プラスミドベクター等の導入により過剰発現または発現抑制を行い、耐性への影響を観察する。

治療耐性との相関をよく説明するもののほか、関連性がこれまで知られていない遺伝子も多く含まれている。また、代謝ストレスへの応答という観点から想定される遺伝子発現変化も確認できており、狙い通りの実験条件が確立できていることも裏付けられている。以上のことから、「おおむね順調に進展している」と判断した。本年度に確立した実験条件および培養装置を用いて、既に得られているデータに基づき、表現型の解析を引き続き行う。特に、顕微鏡による高解像度解析が可能となったことをいかして、代謝ストレスや細胞死に関連する因子、たとえばミトコンドリアの動態やオートファジー等にも注目し、これらのライブ観察による経時的な解析を行う。また、遺伝子発現解析と関連させながら代謝産物等の網羅的解析を行い、代謝協調やそれに伴う性質変化の原因となり得る物質の同定も進めていく。既に得られているデータに基づき、特に注目すべき経路をいくつか絞り込み、より詳細な解析を行う。治療耐性への関与が示唆された遺伝子については、プラスミドベクター等の導入により過剰発現または発現抑制を行い、耐性への影響を観察する。
部分構造への等質性を基軸とする単体的複体の構造解析

本研究では、単体的複体の構造に関するトポロジー的組合せ論の研究として、特に、部分構造への等質性が持つ構造を明らかにすることを目指した。特に、shellable, sequentially Cohen-Macaulay, partitionableというこの分野で重要な単体的複体の性質に関して、部分構造への等質性を要求した性質のもつ構造を主として調べた。主要な結果としては、h-triangleの非負性を緩和した条件を提案し、これに対して部分構造への等質性を要求する性質と上述の3性質との関係を明らかにしたこと、マトロイドの拡張としての視点を示唆するいくつかの結果を示したこと、などである。本研究は、単体的複体の組合せ的構造の解析を対象とするトポロジー的組合せ論の研究として、単体的複体自身およびその部分構造が同じ性質を満たすような性質を中心に研究を展開することを目的としている。本年度は5年計画の本研究の初年度にあたり、実施計画通り、研究代表者による先行研究であるshellability, sequential Cohen-Macaulayness, partitionabilityに関して、頂点部分集合への制限に関する等質性に関する研究およびそこから得られる研究を整理して出発点とすることを出発点とすべく、研究を進めた。特に、頂点部分集合に等質的にshellableである(hereditary-shellableである)2次元複体の2次元純骨格がextendably shellableであることを示した結果の証明をより精密に分かりやすく改良を行い、これについての関連研究(vertex decomposabilityなど)を進めた。これは、これらの性質の純骨格に対する議論において重要な道具となることも示唆されており、今後の研究の重要な出発点をしっかりと確立できたと考えている。また、部分構造への等質性の代表例であるマトロイドの重要性も実施計画で述べており、マトロイド的性質の拡張という展望に言及しているが、このマトロイドの性質を半順序上で展開することを視野に、poset matroid等に関する基礎的な研究も少し進めた。これは次年度以降にさらに展開できることを期待している。研究に援用する計算機の導入に関しては、新しい機械の導入とその計算機環境の整備を行った。本研究は,単体的複体の組合せ構造の解析を対象とするトポロジー的組合せ論の研究として,単体的複体自身およびその部分構造が同じ性質を満たすような性質を中心に研究を展開することを目的とし,本年度は5年計画の2年目にあたる.本年度は,昨年度に引続き,頂点部分集合への制限について等質的にshellableである(hereditary-shellableである)2次元の単体的複体についての結果を論文化する作業を続け、ほぼ完成させた。また、本研究の申請書で触れている、部分構造への等質性の代表的な例として重要となるマトロイドとの関係について、上述の結果および研究代表者の先行研究であるshellability, sequential Cohen-Maculayness, partitionabilityに関する等質性の比較の研究をマトロイドの拡張としての視点で捉え直すという考え方での再解釈の試みを行なった。この試みはまだ本年度の研究のみでは十分ではなく、今後どのように進めることができるか、次年度以降の研究でもう少し続けてみるつもりである。また、昨年度に言及しているposet matroidについても研究を行ない、poset matroidとshellabilityの関係が通常のmatroidとshellabilityの関係のアナローグとしてある程度成立していることを確認した。これについても、次年度以降に引続き研究を継続する予定である。この他、まだ直接の関連は見えてきていないが、組合せ構造の一つとして、グラフ上の隣接構造の作る均衡性の性質についての研究も行った。本年度は5年計画の3年目にあたる。計画書作成段階から昨年までの間に、単体的複体のshellability, sequential Cohen-Macaulayness, partitionabilityといった性質を中心に、頂点部分集合への制限に関する等質性(遺伝性)という観点から研究を進めてきているが、本年度は、昨年までのいくつかの研究方針の他に、新たに、h-triangleの非負性についての性質に着目した。上記の諸性質については、純な単体的複体の場合には、いずれもh-vectorが非負になるという共通した性質を持っていることがよく知られている。一方、本研究で注目している遺伝性については、含意関係のある性質に対しては、極小反例の観察から両者の遺伝性を持たせた性質が一致するかを議論しやすいことが分かっている。このため、共通の含意先となる性質を見つけることは新しい議論の道具を提供することにつながる可能性がある。本研究で扱っている対象としては純でない単体的複体の議論が重要であり、h-vectorの非負性はそのままではこの共通の含意先として用いることはできない。純でない単体的複体に対しては、shellabilityとsequential Cohen-Macaulaynessについては、h-triangleの非負性、という形に一般化されることがこれまでに知られている。本年度の研究においては、partitionabilityは一般にはh-triangleの非負性を含意しないことや、その他h-triangleとpartitionとの関係について基本的な性質をいくつか観察した。また、h-triangleの非負性を少し弱めることで、partitioniabilityからも含意される共通の含意先となること、2次元以下の単体的複体については、遺伝性を持たせた性質はすべて一致することを示した。昨年度に記した「3年目の予定」で想定していた研究(マトロイド的観点やposet matroid)とは違う方向ではあるが、本年度はh-triangleの非負性という切り口で研究の新しい方向性を見出すことができた。また、これは、昨年度に記した「3年目の予定」の中で触れていた、partitionabilityについて注目してみる、という方針から生まれた進展でもある。

5年計画の3年目としては、昨年・本年と、新しい芽をいくつか作り出すことができており、おおむね順調に進展している、と考えてよいと思われる。この他、単体的複体のpartitionabilityとその遺伝的性質についての構造をより深く検討することを目標に、本研究代表者が過去に行ったshellabilityについてのfacet-ridgeincidence graph上の向き付けを用いた特徴づけとその関連研究における知見を、partitionabilityや遺伝的性質に対して用いる、もしくは、同様の手法を流用できるかどうか、などの検討を始めてみた。しかし、この方向についてはまだはっきりとした目途が立っていない状況である。本年度は、所属大学における運営の仕事が非常に多く、研究時間が圧迫される状況であり、その分、本研究の遂行に十分な時間を割くことが困難であった。その状況下においても、上述のような研究成果とその発表を行い、本研究が停滞することなく先へ進めることはできたとは思うが、「順調に進展」よりは「やや遅れている」ということが妥当であると考える。本年度は5年間に渡る本研究の最終年度である。本年度は昨年度報告書に今後の推進方策として挙げていたことのうち、マトロイドの拡張としての視点を研究に取り入れることを1つの課題とした。その1つの成果として、マトロイドを本研究で主に扱っている任意の頂点部分集合への制限がshellable、partitionableもしくはsequentially Cohen-Macaulayであるような純でない複体の系列に乗るように拡張することを考えた。この方針で、各純骨格がマトロイドの性質を持つ、純でない複体(非純マトロイド複体)を考えることを提案し、これを部分構造に閉じた性質として特徴づける方法の提案、および、一連の系列における位置づけの明確化を議論した。この単体的複体の特徴づけには、これまでに見ていた頂点部分集合への制限とは少し異なる、k-制限という操作を導入し、任意のkと任意の頂点部分集合に対してk-制限が純であることが非純マトロイド複体であることの特徴づけとなることを示した。また、昨年度までのpartitionableな単体的複体と弱い形のh-triangleの非負性に関する研究も続け、partitionableな単体的複体の種々の特殊な構造を調べた。SDNNH性とflag complexについて昨年度来続けた考察は終結を見るところまで進められなかったが、partitionableな単体的複体とSDNNH性の関係については本研究においては締めくくりとし、国際シンポジウムでの発表を行った。
睡眠と食習慣に焦点をあてた精神神経疾患モデルの病態解明と新規治療法の開発

これまでに、離乳後のマウスに睡眠剥奪ストレスを繰り返し負荷すること並びに粉末食で飼育することにより、睡眠や食習慣を反映させた精神神経疾患の病態動物モデルを作製し、いくつかの情動行動障害が引き起こされることを見出している。その中でも、本研究においては低不安行動に着目し、特にヒスタミン神経系の関与について検討を行っている。平成29年度の検討では、ヒスタミンH1受容体遮断薬の投与下、睡眠剥奪ストレス(断続的断眠ストレス)を負荷したことにより発現する低不安行動が改善され、さらに長期粉末食飼育によって発現する低不安行動に対しては改善作用を示さないことを明らかにした。これに続き平成30年度は、断続的断眠ストレスによって発現する低不安行動について、H1受容体以外のH2、H3及びH4受容体遮断薬の効果について検討を行った。また、昨年度未着手の生化学的な検討として、ヒスタミン生合成酵素であるヒスチジン脱炭酸酵素(HDC)の遺伝子及びタンパク質の発現量について検討を行った。具体的な成果として、H3受容体遮断薬の投与は、断続的断眠ストレス負荷による低不安行動を改善したが、H2及びH4受容体遮断薬を投与したことによる改善作用は認められなかった。さらに、断続的断眠ストレス負荷群では、非ストレス群と比較したとき有意なHDC発現量の増加が認められたが、長期粉末食飼育群では固形食飼育群と比較したがそのような差は認められなかった。以上の成果から、断続的断眠ストレス負荷による低不安行動は、視床下部におけるHDC発現量の増加に伴い産生されたヒスタミンが、H1及びH3受容体を刺激した結果発現する可能性が示唆された。断続的断眠ストレス及び長期粉末食飼育の検討においては、それぞれ、ddY系マウス及びBalb/c系マウスを使用している。ddY系マウスを使用した検討は順調に進展したが、Balb/c系マウスの検討はあまり進まなかった。しかし、使用する薬物は共通している部分もあるため、ddY系マウスの実験で得られた用量設定は、Balb/c系マウスで行なう実験に大いに生かすことができると考える。引き続き、行動実験、特にBalb/c系マウスを使用した長期粉末食飼育の検討を進めていく予定である。すなわち、H2H4受容体遮断薬投与の検討を行なう。これまでの成果から、脳内のヒスタミン量の増減が低不安行動の発現に関与している可能性が示唆される。従って、今後はHDCのみならず、ヒスタミン代謝酵素の発現量についても検討する予定である。現代社会では、ライフスタイルの時代的変化に起因する生活習慣病が問題となっている。その症状には、身体的並びに情動行動の障害といった精神的なものもあり、これらの影響が成人のみならず、子どもの健康な発育にまで及ぶことが懸念される。これまでに、離乳後のマウスに睡眠剥奪ストレスを繰り返し負荷すること及び粉末食で飼育することで、睡眠や食習慣を反映させた精神神経疾患の病態動物モデルを作製し、いくつかの情動行動の障害が引き起こされることを見い出した。これらの異常行動の発現メカニズムについて検討を行うことは、新規治療方法や予防方法の開発に寄与するものと考えている。本年度は、睡眠や咀嚼運動に関与する脳内ヒスタミンに着目した検討を行った。当初行うことを予定していた生化学的検討については、それと並行し、行動実験を行う設備が充実したことから、こちらの実験を前倒しで行う形となった。具体的な成果としては、これまでマウスに断続的に断眠ストレスを負荷すること及び長期粉末食で飼育することにより、いずれも情動行動障害、特に低不安行動が発現することを明らかにしている。さらに、これらの障害に対するヒスタミン関連薬の影響について検討を行ったところ、ヒスタミンH1受容体遮断薬の投与は、断続的断眠ストレス負荷による低不安行動を改善したが、非ストレス群には無影響であることが判明した。一方、ヒスタミンH1受容体遮断薬は、長期粉末食飼育による低不安行動を改善させなかったが、固形食飼育群に対して、低不安行動を発現することが明らかとなった。これらの成果から、マウスを断続的断眠ストレス負荷及び長期粉末食で飼育することにより、共通して低不安行動の発現が引き起こされるが、その発現メカニズムにおけるヒスタミン神経系の関与は異なる可能性が示唆された。行動実験を行う設備が充実したことから、こちらの実験を前倒しで行う形となった。当初行う予定であった生化学的な検討については、現在解析中である。

具体的な成果として、H3受容体遮断薬の投与は、断続的断眠ストレス負荷による低不安行動を改善したが、H2及びH4受容体遮断薬を投与したことによる改善作用は認められなかった。さらに、断続的断眠ストレス負荷群では、非ストレス群と比較したとき有意なHDC発現量の増加が認められたが、長期粉末食飼育群では固形食飼育群と比較したがそのような差は認められなかった。以上の成果から、断続的断眠ストレス負荷による低不安行動は、視床下部におけるHDC発現量の増加に伴い産生されたヒスタミンが、H1及びH3受容体を刺激した結果発現する可能性が示唆された。断続的断眠ストレス及び長期粉末食飼育の検討においては、それぞれ、ddY系マウス及びBalb/c系マウスを使用している。ddY系マウスを使用した検討は順調に進展したが、Balb/c系マウスの検討はあまり進まなかった。しかし、使用する薬物は共通している部分もあるため、ddY系マウスの実験で得られた用量設定は、Balb/c系マウスで行なう実験に大いに生かすことができると考える。生化学的な検討について解析するとともに、引き続き行動実験も実施していく予定である。引き続き、行動実験、特にBalb/c系マウスを使用した長期粉末食飼育の検討を進めていく予定である。すなわち、H2H4受容体遮断薬投与の検討を行なう。これまでの成果から、脳内のヒスタミン量の増減が低不安行動の発現に関与している可能性が示唆される。従って、今後はHDCのみならず、ヒスタミン代謝酵素の発現量についても検討する予定である。旅費において、学会が隣県で開催されたこと、並びに以前に購入した試薬が使用できたため、新規で購入する量が少なくて済んだことなどが理由として挙げられる。平成30年度の実験に使用したddY系マウスの単価が、Balb/c系マウスよりも安価であること並びに実験の進行状況と照らし合わせて購入を見送った抗体や薬品があることから残金が生じた。平成31年度は、主にBalb/c系マウスを使用した実験を行う予定であり、さらに早期に抗体や薬品などを購入することから計画通りに使用できる。
昆虫類頭部内骨格の比較発生学的検討－昆虫類基部分岐の系統学的再構築－

六脚類の頭部内骨格の起源および進化的変遷を解明することを目的とした本研究は、六脚類の主要群である有翅昆虫類の発達した頭部内骨格の主要要素である前幕状骨と後幕状骨の初原は、六脚類の最原始系統群であるカマアシムシ目の頭部内骨格にすでに存在し、それらが六脚類の初期分岐で徐々に発達することで有翅昆虫類の発達した頭部内骨格系が確立する、との作業仮説に沿って計画された。しかしながら、昨年度、カマアシムシ目の前幕状骨と同定されてきた構造が、前腸ないし口腔底を裏打ちするクチクラ(外骨格)と連続していることが確認され、このクチクラが「前幕状骨」と見紛うほどに拡張、「前幕状骨」として筋肉系の付着点として機能するようになった可能性を見出した。この検証のため、カマアシムシ目の頭部内骨格系が完成する3齢幼虫までの頭部の超薄連続切片を作成、頭部内骨格系の形成過程を透過型電子顕微鏡で詳細に検討した。その結果、口腔底に現れる外胚葉上皮の複雑な褶曲/陥入がクチクラを分泌することで、頭部内骨格が形成されることが解った。さらに、カマアシムシ目の、有翅昆虫類の後幕状骨と相同と理解される頭函後方の陥没は、頭部内骨格とは連絡しないことも明らかになった。結論として、カマアシムシ目の頭部内骨格は有翅昆虫類のそれとは構造的に異なるものであり、有翅昆虫類の頭部内骨格系は外顎類段階になり初めて獲得されたものであるとの可能性が示唆された。並行して、国際プロジェクト「1000種昆虫トランスクリプトーム進化プロジェクト」を遂行し、有翅昆虫類の基部系統群「多新翅類」の系統進化ならびにグラウンドプランに関わる論考を行い、2編の論文を発表した。すなわち、多新翅類の目間の系統関係ならびに祖先型を構築するとともに、特に多新翅類のカマキリ目、シロアリ目、ゴキブリ目からなる網翅類について、そのグラウンドプランならびに類内の系統関係を議論した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。多様性を誇る六脚類は、原始的な「無翅昆虫類」と総称されるカマアシムシ目、トビムシ目、コムシ目、イシノミ目、シミ目、翅を獲得した有翅昆虫類の6系統群からなる。六脚類の大部分を占める外顎類(イシノミ目、シミ目、有翅昆虫類)は強い咀嚼に必要な「幕状骨」と呼ばれる「頭部内骨格」を獲得した。明瞭な向上進化的変遷も指摘されている幕状骨だが、基部分岐での「初原状態」および「進化的変遷」は不明のままである。本研究は、対象群の発生過程を高解像度で検討することにより、「六脚類の頭部内骨格の起源および進化的変遷」のシナリオを完成させることにある。初年度である本年度では、六脚類の最原始系統群とされるカマアシムシ目の頭部内骨格系形成の詳細な記載をメインテーマに据えた。しかし、材料の不足により、研究を十分に発展させることができなかった。また、透過型電子顕微鏡による最終検討を残すのみとなっていた、カマアシムシ目の姉妹群とされるトビムシ目の頭部内骨格系のグラウンドプランの構築を、第二のテーマとして計画していた。しかし、思わぬ困難があり、このテーマにおいても十分な進捗が図れなかった。本研究は六脚類の初期分岐の系統進化に関わるものであり、進化的変遷の最終形態として位置づける有翅昆虫類の理解も重要である。この有翅昆虫類のグラウンドプランを留めているとされる多新翅類のうち、ゴキブリ目、バッタ目、ジュズヒゲムシ目、カワゲラ目などに関して、比較発生・形態学的研究を行い系統進化を議論、論文作成・公表、学会発表を行なった。さらに、本研究課題の研究協力者である英国ハル大学のブランケ准教授の招聘が、JSPS外国人招聘研究者(短期)で実現、また、高輝度光科学研究センターSPring-8ビームライン使用申請の採択も受けて、シンクロトロンμCTによる多新翅類昆虫の頭部内骨格の比較検討を行い、現在解析中である。材料の不足からカマアシムシ目の検討が著しく遅れている。理由は次のようである。カマアシムシ目が定常的に採集できるサイトは少ない。さらに、今まで材料としてきたサイコクカマアシムシBaculentulus densus (Imadate)が多数採れるサイトと限定すると、極めて少ない。長野県上田市真田町信綱寺アカマツ・コナラ混交林をフィールドとしてきたが、上田市が長野県で最もマツ枯れが進行している地域であるため、同林のマツが劣化、ついに伐採が行なわれるに至った。このため、リター層の状況が悪化し、同フィールドからは本年度、1,000個体を採集できたのみである。さらに、飼育容器の菌類相が異常となったことにより飼育個体数が減じ、50卵を得るに留まった。トビムシ目の頭部内骨格系の形成過程については光学顕微鏡レベルでほぼ把握できたので、透過型電子顕微鏡による検討に移った。しかしながら、外胚葉性陥入の同定に必須であるクチクラ層の電子染色性が弱く、しかも他の組織、構造のそれと類似することにより、外胚葉性陥入の形成ならびに構造の追跡が極めて困難であることが判明した。そして、その解決法もいまだ見出せないでいる。今後の発展を目指すにあたっては、上記の問題点の早急な克服を目指さねばならない。本年度の研究実績の中で、下記の二項目が特筆できる。

一つ目は後幕状骨の由来に関するものである。昆虫類の内骨格は、外胚葉上皮が陥入し、「体内」にクチクラを分泌することで形成される。昆虫類の呼吸系である気管も同様に外胚葉上皮の陥入に由来するものであり、外胚葉の由来は側板とされ、連続相同性の観点から、頭部内骨格系の一つである後幕状骨は気管に相同とされてきた。しかしながら、私たちの発生学的研究は、後幕状骨の背板由来を強く示唆した。系統学的議論を発展させるには、構造のグラウンドプランの把握、とりわけ起源の理解は重要である。このような背景から、気管系と後幕状骨の由来に関する理解の相違を調停すべく、昆虫類の側板の形成過程を、モデル生物のコオロギを用いて電子顕微鏡で詳細に検討した。その結果、側板は付属肢の亜基節由来であり、気管は側板とはまったく起源を異にする背板に形成されることを明確に示し、後幕状骨の背板由来構造であるとことが強く支持された。この結果、頭部内骨格系の議論を、後幕状骨が背板の外胚葉陥入であるとの理解の下、さらに発展させてよいことになった。もう一つは、カマアシムシ目の前幕状骨に関わるものである。六脚類、少なくとも外顎類の前幕状骨は触角体節付近の外胚葉陥入に由来すると理解されているが、カマアシムシ目の「前幕状骨」が触角体節付近の外胚葉陥入に由来するとの証拠は一切得られなかった。その一方で、カマアシムシ目の「前幕状骨」が、前腸を裏打ちするクチクラと、その背方で連続している可能性が見出された。別の外胚葉陥入に由来する構造が分泌したクチクラが分泌後連続するとの理解は成り立ちにくい。可能性として、前腸の一部が膨潤し背部のクチクラが「前幕状骨」見紛うほどに著しく拡張、「前幕状骨」として筋肉系の付着点として機能しているとするのが妥当である。このような作業仮説のもと、次年度の研究を発展させたい。カマアシムシ目の頭部内骨格に関して、その形成過程の全貌の把握を目指したが、それには程遠い状況であった。しかしながら、前幕状骨が前腸のクチクラ構造の拡張に由来する可能性を示せたことは大きな進歩と考える。トビムシ目に関して、透過型電子顕微鏡像のコントラストを高めることには成功せず、データ的には進歩がほとんど見られなかった。さらなる方法の改善が求められる状況である。このような中、後幕状骨の由来に関して、思いもかけぬ成果が得られたことは特筆できる。すなわち、後幕状骨と相同とされる気管系とに関して、従来、起源は側板由来とされてきたが、私たちは後幕状骨が背板由来であるとの解釈で議論を進めてきた。この理解の齟齬に関して調停がなされ、気管系も背板由来であるとの結論が導かれたことは大きな進歩である。本成果はScientific Reportsに掲載、プレスリリースされた。以上、総合的に判断し、「やや遅れている」と自己評価する。六脚類の頭部内骨格の起源および進化的変遷を解明することを目的とした本研究は、六脚類の主要群である有翅昆虫類の発達した頭部内骨格の主要要素である前幕状骨と後幕状骨の初原は、六脚類の最原始系統群であるカマアシムシ目の頭部内骨格にすでに存在し、それらが六脚類の初期分岐で徐々に発達することで有翅昆虫類の発達した頭部内骨格系が確立する、との作業仮説に沿って計画された。
豪雨の物理・確率構造解析と3次元レ-ダ-・衛星情報による短時間予測システムの開発

まず,3次元レ-ダ-情報から水蒸気相変化量や水蒸気の流れ場を推定する手法を開発するとともに,算定した流れ場,地形,エコ-強度分布の変動形態の関係調査に基づき,不安定場概念を導入した降雨分布の再現手法を開発し,これらの手法を結合して3次元レ-ダ-情報を用いた,しかも水収支を考慮しているという意味において準気象学的な短時間降雨予測手法を開発した。一方,GMSによって得られる赤外・可視画像あるいは赤外画像単独の情報から,我が国のレ-ダ-観測網よりも広い領域全体にわたる降水強度分布を推定する手法を開発し,実時間手法として実用化させるとともに,多くの適用例から推定精度も明らからにした。また、従来の降水分布の確率モデルを整理した上で,上記の3次レ-ダ-を用いた降雨予測手法といかに結合する可きか,その他どういった計画上の問題に利用可能かの議論をした上で,我か国に大きな災害をもたらす台風に関し,レ-ダ-およびGMS情報を用いて降雨分布の確率構造解析を行い,確率モデルを提案した。最後に,3次元レ-ダ-情報を用いた短時間降雨予測手法に気象衛星情報を取り込むために,2つの基礎的検討を試みた。その1つとして,広域の情報である気象衛星情報から台風に伴う螺線状のレインバンドの移流ベクトルを予測する手法を開発した。他の1つとして,上記した手法によって気象衛星情報から広範囲にわたって推定されている降水強度の水平分布を用いて,広範囲の3次元降水強度分布を推定するための手法を開発した。1.メソβスケールでみた水蒸気の3次元的な流入経路および量を高層観測データ、アメダスデータおよび地形データから推定する手法を確立し、集中豪雨時の水蒸気フラックスを算定した結果従来から推定してきた水蒸気流入量の局地性が証明された。さらに、地形の影響を受けながら、流入水量気と不安定場の相互作用によって強雨が生じるというモデル化を通し降雨分布の再現を試み、レインバンドの形状変化が再現される等かなり良好な結果を得た。2.3次元レーダー情報から不安定場に関する情報を抽出すべく開発している水蒸気相変化量推定手法に関しては、下層データへの適用を通して手法の有効性や問題点を調査した上で、ブライトバンドより上空のデータへの適用を試みた。その結果、水収支という観点からみて定量的にも説明力のある結果を得、1.の手法との結合を通して本手法が短時間降雨予測手法として利用可能であることが示された。3.海洋上におけるGMSデータの強度分布とその変動持性に関しては、台風に伴うら線状のレインバンドに対して確率・統計的な調査を行ない、より広い範囲で立平モデルが適用可能であることを明らかに、なおかつそのモデルを確率過程的なモデルに発展させる基礎を築いた。4.すでに実用段階に入っているGMSデータから降水強度推定を行なう手法に関しては、毎時データを用いて推定精度の時間変動の調査を行なった。その結果、【○!1】対流活動が活発な時には推定精度が好く、【○!2】対流活動が弱い時には絹雲の増加によって推定精度が低下するため、対流雲と絹雲との雲形判別が推定精度向上のための重要な要素だと判明した。5.以上、それぞれの課題において新たな手法の確立、精密化が進み、次第に結合へと進む段階に入りつつある。従って、今後はそれぞれの結合を意識しながら、問題点の改良、精密化をはかって行く予定である。1.3次元レ-ダ-情報から水蒸気相変化量を推定する手法に関しては、対流性降雨と層状性降雨の識別手法を開発することによって、ブライトバンド上空も含めた3次元的な水蒸気相変化量分布を推定する手法として完成させた。さらに、算定される3次元分布の定量的有効性を、水蒸気量の保存式を用いた数値計算によって示した。2.不安定場を導入した降雨の計算手法に関しては、新たなモデルを導入するとともに、1.から得られる水蒸気相変化量分布を用いてモデルパラメ-タを推定する手法を開発した。さらに、推定したモデルパラメ-タを用いた短時間降雨予測手法を開発し、予測実験を試みた。

予測実験では、新たな雨域の発生・発達や停滞の様子が良好に予測される等、従来の降雨バタ-ンの外挿に基づいた予測手法では予測できない現象が予測されるようになった。以上で3次元レ-ダ-を用いた降雨予測手法の骨組みが完成され、次年度は実用化への改良を加えて行くことになる。3.海洋上におけるGMSデ-タの強度分布と変動特性に関しては、台風に伴う螺旋状レインバンドに着目して、その中に含まれるセルの発生、寿命、移動速度等の確率分布を抽出し、分布構造の確率モデルを作成した。また、その際、解析に必要な種々のグラフィックソフトを開発した。4.GMSデ-タから降水強度分布を推定する手法に関しては、推定手法の若干の改良とともに、その精度と表現特性の詳細な調査を行なった。まず、赤外単独推定の場合に地域毎の輝度温度の分散と平均とを推定式に導入し、同じ輝度温度であっても積乱雲と絹雲との区別が可能となるようにした点にある。その結果、赤外単独の場合でも絹雲域を無降水域と判別できる事例がかなり多くなった。推定精度の低い場合に関しては、推定定数の時間更新状況等を詳細に調査し、いくつかの改良すべき点を明らかにし、レ-ダ-デ-タの合成方法等の改良を試みた。まず,3次元レ-ダ-情報から水蒸気相変化量や水蒸気の流れ場を推定する手法を開発するとともに,算定した流れ場,地形,エコ-強度分布の変動形態の関係調査に基づき,不安定場概念を導入した降雨分布の再現手法を開発し,これら手法を結合して3次元レ-ダ-情報を用いた,しかも水収支を考慮しているという意味において準気象学的な短時間降雨予測手法を開発した。一方,GMSによって得られる赤外・可視画像あるいは赤外画像単独の情報から,我が国のレ-ダ-観測網よりも広い領域全体にわたる降水強度分布を推定する手法を開発し,実時間手法として実用化させるとともに,多くの適用例から推定精度も明らかにした。また,従来の降水分布の確率モデルを整理した上で,上記の3次元レ-ダ-を用いた降雨予測手法といかに結合す可きか,その他どういった計画上の問題に利用可能かを議論した上で,我が国に大きな災害をもたらす台風に関し,レ-ダ-およびGMS情報を用いて降雨分布の確率構造解析を行い,確率モデルを提案した。最後に3次元レ-ダ-情報を用いた短時間降雨予測手法に気象衛星情報を取り込むために,2つの基礎的検討を試みた。その1つとして,広域の情報である気象衛星情報から台風に伴う螺線状のレインバンドの移流ベクトルを予測する手法を開発した。他の1つとして,上記した手法によって気象衛星情報から広範囲にわたって推定されている降水強度の水平分布を用いて,広範囲の3次元降水強度分布を推定するための手法を開発した。
混晶化による光・キャリア・電流閉じ込め基盤構造形成とその微小化面発光レーザ応用

半導体レーザの高効率化には製作技術に課題があった.そこで面発光レーザ(VCSEL)の高性能化のため,半導体ヘテロ界面混晶化(混晶化)手法を応用した,優れた製作性の光・キャリア・電流閉じ込め構造製作技術の確立を目的とした.プロトン注入混晶化手法により,光閉じ込め用屈折率制御,キャリア閉じ込め用ポテンシャル障壁形成,トンネル接合破壊電流閉じ込め構造形成を検討した.結果として,理論的に屈折率制御性とVCSEL特性改善の可能性を示し,実験的にポテンシャル形成と結晶品質回復,トンネル接合破壊電流閉じ込めを達成した.実験的VCSEL特性改善は得られなかったが,課題を明らかにし,特性改善の可能性を示した.本研究は,光・キャリア・電流閉じ込めの光デバイス基盤構造について,ヘテロ界面混晶化を応用した製作技術の実現と,その面発光レーザ応用を目的としている.初年度は,混晶化の条件把握と物性・特性の評価を進めた.混晶化手法は,数μmの深い位置への適用のためにプロトン注入を用いた.具体的な検討内容として,イオン(プロトン)注入条件による混晶化特性への影響と,イオン注入後の加熱処理条件の影響を調査した.評価内容は,まず,キャリア閉じ込め応用のために,混晶化によるバンドギャップの変化のイオン注入量依存性をフォトルミネッセンス(PL)波長変化から評価するとともに,PL強度変化から結晶品質への影響を評価した.結果として,30meV程度までのバンドギャップ変化が可能なことを明らかにした.また,PL強度は混晶化前の結晶の70-80%が得られ,デバイス応用可能と判断した.光閉じ込め応用に必要な屈折率変化は,混晶化によるバンドギャップ変化の実験結果を物理モデルに適用し,1%の大きな屈折率変化の可能性を理論的に明らかにした.一方,電流閉じ込めのためのイオン注入のトンネル接合応用では,イオン注入のみで絶縁化(トンネル接合破壊)可能なことを把握した.ただし,当初想定したイオン注入後の熱処理による混晶化では絶縁化できなかった.以上の混晶化特性の概要把握をもとに,当初予定に先行してデバイスへの混晶化手法の影響評価を進めた.まず,キャリア閉じ込め構造面発光レーザを製作し,混晶化の製作手法が,デバイス特性を劣化させないことを確認した.また,理論的解析から30meV程度のキャリア閉じ込めエネルギーでも有意なデバイス特性向上となることを示した.一方,イオン注入によるトンネル接合破壊を適用した電流閉じ込め面発光レーザを製作し,電流閉じ込めとデバイスの初期的動作を確認した.初年度には,詳細なイオン(プロトン)注入ヘテロ界面混晶化の条件検討を予定していたが,サンプルの構造設計に時間がかかり,また,実験装置の利用可能条件の制限のため,想定していた多数の条件の評価に至らなかった.ただし,検討した条件範囲の評価から,混晶化特性の概要を把握し,また,その条件範囲におけるデバイス化への影響検討を進めた.このように,進捗については,予定より進まなかった部分と,予定より先行して進めた部分があり,総合的には概ね予定に沿って進捗できたと考えている.予定より進まなかった内容は,バンドギャップの変化量を拡大化するための条件検討が不十分であったこと,また,PL強度をより回復させる条件の検討が不十分であった.これらは,2年目以降に検討を進める予定である.一方,予定より先行して進めた部分は,実際のデバイスへの混晶化の適用を行い,課題抽出を進めた.このデバイス適用時の影響評価は,混晶化プロセス自身が他のデバイス製作プロセスや,デバイス構造,デバイス特性に与える影響として検討が必要な重要な研究課題であり,他の製作プロセスとの整合性や適用可能なデバイス構造,また,結晶性変化の影響に基づくデバイス特性への影響について,具体的な評価を進めることができた.この結果をもとに今後のデバイス検討を迅速に進めることができると考えている.本研究は,キャリア・光・電流閉じ込めという光デバイス基盤構造の形成に向けて,化合物半導体のヘテロ界面混晶化原理を応用した構造製作技術の実現と,その面発光レーザ応用を目的としている.2年目となる本年度は,初年度の検討結果を基に,デバイス製作応用に向けた混晶化の条件と物性の詳細な解明,および,その制御性の確認を進めた.結果として,まず,キャリア閉じ込め応用の混晶化は,初年度に基礎的試作した混晶化適用面発光レーザにおいて,混晶化のための水素イオン注入が,多層膜反射鏡の厚さのため目的位置の活性層まで十分なイオン量が注入できていなかったことに対応した.具体的には,多層膜反射鏡の再設計による薄膜化とイオン注入条件の再設定を行い,デバイスを製作した.SIMS測定より活性層まで十分量のイオンが注入できていることを確認し,デバイスのレーザ発振確認を行うとともに,大きな劣化なく通常デバイスと同程度の動作特性が得られることを確認した.一方で,通常デバイスより性能向上を目的としたが,その達成に至らなかった.これは,イオン注入ダメージが混晶化時の熱処理でキャリア閉じ込め構造と同時に達成できると期待した結晶回復が十分でない可能性を指摘した.また,混晶化が酸化狭窄構造形成に与える影響の基礎検討を行い,実質上問題ないことを確認した.

次に,混晶化による屈折率制御は,初年度の理論解析を発展させ,多様な構造のの屈折率変化を数値解析し,その混晶化条件に対する屈折率変化特性を解明するとともに,通常と異なり屈折率が正に変化する構造を見出した.イオン注入によるトンネル接合破壊については,初年度製作したデバイス特性の分析から,電気抵抗の大きな増加が課題と考え,本年度は,トンネル接合の電気抵抗低減の可能性を調査し,複数の異なる材料を用いるトンネル接合構造の設計を行った.初年度においてヘテロ界面混晶化の詳細条件検討のみでなく,デバイスへの適用を先行した.このため,特にキャリア閉じ込めのための混晶化は,2年目においてデバイス構造の最適化の検討を行うことができたことから,概ね順調といえる.ただし,当初想定よりも,イオン注入により劣化した半導体を混晶化熱処理が回復する効果が不十分であることから,デバイス特性の改善に至っていない.このため,当初計画以上とは言えず,最終年度となる3年目に,当初の想定に沿って結晶特性改善を含めた特性向上を検討する.なお,混晶化が面発光レーザ特有のプロセスである選択酸化狭窄構造形成に影響を与える可能性を考え,その基礎検討を進めた結果,実質上影響がなく,混晶化デバイスの製作が可能なことを確認しており,これもおおむね順調に進展の根拠と考えている.混晶化による屈折率制御は,数値解析による特性評価はおおむね完了し,当初予定に沿っている.3年目にこれを実際のデバイスに適用することになる.ただし,そのデバイスへの導入の1つの構造は,キャリア閉じ込め構造としてすでに適用されているため,デバイス適用は一部進めていることになる.今後,その評価を行う.トンネル接合については,やはり初年度に基礎的デバイスの動作確認を行っており,計画以上といえる.一方で,トンネル接合自身の電気抵抗の改善が容易でないことが分かり,2年目はその改善方策の検討のみとなった.このため,2年目終了時は概ね予定通りの進捗状況といえる.以上をもとに,おおむね順調に進展したと判断している.本研究は,キャリア・光・電流閉じ込めという光デバイス基盤技術の形成に向けて,化合物半導体のヘテロ界面混晶化原理を応用した構造製作技術の実現と,その面発光レーザ応用を目的としている.最終年度として,前年までの検討結果を基に,デバイス製作応用に向けた混晶化と関連技術の詳細な検討を進めた.まず,キャリア閉じ込め応用の混晶化の検討では,前年に,実デバイスの深い位置(3μm程度)の活性層までイオン注入した混晶化では,デバイス特性改善が得られなかったことから,深い位置の混晶化条件検討を進めた.本構造の活性層特性評価を行うために,多層膜反射鏡を含まない試料を準備して評価した.結果として,デバイスに適用した0.2μm程度の浅い位置の混晶化条件に対して,深い位置の混晶化では結晶品質(PL発光強度)が大きく低下することが明らかとなった.これがデバイス特性改善が得られなかった理由と考え,深い位置の混晶化特性の改善には,より詳細な混晶化条件の検討が必要なことを明らかにした.次に,イオン注入によるトンネル接合破壊に向けて,前年度に課題として挙げた電気抵抗の増加への対応として,複数の異なる材料を用いるトンネル接合構造を製作し,その電気抵抗比較を行った.インジウム,アンチモン,窒素を含むGaAs系の6種のトンネル構造の比較評価から,窒素を含む系の電気抵抗が低くなる傾向を明らかにした.特に,製作構造の中では,GaAsSb/GaNAsトンネル構造の電気抵抗が最も低くなる結果を得た.ただし,その抵抗は,実デバイスにおいて動作特性,特に効率改善が得られない大きさであった.
下顎唾液腺pH計測システムの開発

本年度は,義歯内部に東亜電波工業と共同して開発した金属酸化膜系のpHセンサ,送信器を組み込み,センサデータを無線方式で送信するシステムを開発した。義歯内部に組み込んだ多チャンネルのテレメトリシステムは,以前開発した全部床義歯の咬合力や咬合接触の計測システムを応用した。これは,義歯内部に多チャンネルのセンサからのデータを合成するマルチプレクサと送信器をもち,多チャンネルのデータを単一周波数で送信する物である。システムに組み込んだセンサには新たに開発された金属酸化膜系のMETOXpHセンサを用いた。システムを開発すると同時に我々はこのセンサを用いて歯肉溝内部のpHを測定し,pH変動の概要を観察した。また,義歯内部に電子部品を設置する場合,電子部品の性質上できるだけ温度変化の少ない部位に設置する事が望ましい。そこで,咀嚼などの機能時に義歯表面の温度変化を計測し,設置するのに適した部位を見いだした。本年度における問題点は,連続12時間の実験を試みたところ,被験者が受信アンテナより遠ざかったり,外来ノイズの影響を受けたりした場合受信が不安定になってデータ収集が不可能になってしまい,計測ができなかったことである。pHは時系列で変化を観測しなければ意味がなく,このためには最低連続12時間の計測が必要である。被験者を12時間という長時間にわたって拘束する事は不可能であり,また拘束する事によって唾液の性状が変化してしまう事も予想されるため,無拘束の記録システムの開発が必要になった。この記録システムは次年度に開発する予定である。
ナノサージェリシステム構築を基盤とした高速バイオセンシング技術の開発

現在,生物を直接利用することにより,安心・安全・高感度に環境物質を解析し,同時に生物への影響を解析するバイオセンシング技術が注目を集めている.本研究では,これまで構築してきたナノマニピュレーションシステムを応用し,新たな各種ナノツールを用いて,単一細胞レベルの局所操作及び計測技術を開拓した.また,マイクロ流体チップによりモデル生物を選択的に解析することで,重金属のバイオインジケータデバイスとして新たな応用を開拓した.現在,生物を直接利用することにより,安心・安全・高感度に環境物質を解析し,同時に生物への影響を解析するバイオセンシング技術が注目を集めている.本研究では,これまで構築してきたナノマニピュレーションシステムを応用し,新たな各種ナノツールを用いて,単一細胞レベルの局所操作及び計測技術を開拓した.また,マイクロ流体チップによりモデル生物を選択的に解析することで,重金属のバイオインジケータデバイスとして新たな応用を開拓した.本研究は,代謝メカニズムに代わり,生物がセンシングした情報を生物内でリアルタイムに直接的に計測する新しい手法を提案し,バイオセンシング技術へ応用する.例えば,原生動物を用いて,その神経活動をこれまで構築した単一細胞局所計測用ナノデバイスを発展させたナノセンシングデバイスを応用し,リアルタイムかつ直接的にセンシングすることを目標とする.これまで構築してきた環境制御型電子顕微鏡用ナノマニピュレータに,光学顕微鏡ユニットを組み込んだハイブリッド顕微鏡下での多自由度型ナノバイオ・マニピュレーションシステムを構築した.ハイブリッド顕微鏡の光学顕微鏡は,環境制御型電子顕微鏡に対して垂直方向から設置することで,電子顕微鏡像と光学顕微鏡像の同時観察システムとして構築した.また,光学顕微鏡により高さ方向の計測を行うことで,生物内部へのデバイスの埋め込み状態・深度を計測することができることを確認した.また,生物試料やナノサージェリツールの設置方法を検討し,作業高効率化を図るため,ナノマニピュレータのユニット数及び駆動の自由度を拡張した.以上により,局所的に生物試料の診断,切除・取り出し,挿入,注入,埋め込みを実現する3次元・実時間のナノバイオマニピュレーションの基盤環境を実現した.実際に構築したナノバイオ・マニピュレーションシステムを用いて,ナノサージェリツールを作製し生物試料へ応用した.例えば,原生生物である線虫試料に局所的に蛍光物質を導入するためのナノインジェクタを作製し,実際に局所的に線虫内部ヘナノビースを埋め込むことができることを実験的に確認した.本研究は,代謝メカニズムに代わり,生物がセンシングした情報を生物内でリアルタイムに直接的に計測する新しい手法を提案し,バイオセンシング技術へ応用する.例えば,原生動物を用いて,その神経活動をこれまで構築した単一細胞局所計測用ナノデバイスを発展させたナノセンシングデバイスを応用し,リアルタイムかつ直接的にセンシングすることを目標とする.これまで構築してきた環境制御型電子顕微鏡用ナノマニピュレータに,光学顕微鏡ユニットを組み込んだハイブリッド顕微鏡下での多自由度型ナノバイオ・マニピュレーションシステムを構築した.ハイブリッド顕微鏡の光学顕微鏡は,環境制御型電子顕微鏡に対して垂直方向から設置することで,電子顕微鏡像と光学顕微鏡像の同時観察システムとして構築した.また,光学顕微鏡により高さ方向の計測を行うことで,生物内部へのデバイスの埋め込み状態・深度を計測することができることを確認した.また,生物試料やナノサージェリツールの設置方法を検討し,作業高効率化を図るため,ナノマニピュレータのユニット数及び駆動の自由度を拡張した.以上により,局所的に生物試料の診断,切除・取り出し,挿入,注入,埋め込みを実現する3次元・実時間のナノバイオマニピュレーションの基盤環境を実現した.実際に構築したナノバイオ・マニピュレーションシステムを用いて,ナノサージェリツールを作製し生物試料へ応用した.例えば,原生生物である線虫試料に局所的に蛍光物質を導入するためのナノインジェクタを作製し,実際に局所的に線虫内部へナノビースを埋め込むことができることを実験的に確認した.また,マイクロ流体チップ内部に線虫を導入し,線虫のサイズ変化から,溶液中の重金濃度を評価する新たなデバイス応用を行った.現在,生物を利用して安心・安全・高感度に環境物質を解析し,同時に生物への影響を解析するバイオセンシング技術が注目を集めている.本研究では,生物がセンシングした神経情報を生きた生物内でリアルタイムに直接計測する新しい手法を提案し,高速バイオセンシング技術を開拓する.特に原生動物を用い,その神経活動をこれまで構築した単一細胞局所計測用ナノデバイスを発展させ,直接的なセンシングを実現する.このため,環境制御型電子顕微鏡に光学顕微鏡を組み込んだハイブリッド顕微鏡下のナノバイオ・マニピュレーションシステムに基盤として,3次元・実時間環境下で生物にナノセンサプローブを埋め込むためのナノサージェリシステムを構築する.実際に原生動物へ応用することで,環境物質の解析を高速・高感度(数分以内での検出)に検出する.これにより従来技術に比べ1,000倍以上の高速・高感度なバイオセンシング技術を開拓する.これまで環境制御型電子顕微鏡用ナノマニピュレータに,光学顕微鏡ユニットを組み込んだハイブリッド顕微鏡下での多自由度型ナノバイオ・マニピュレーションシステムを構築した.また,本システムを用いて,ナノプローブによる原生生物内への蛍光物質のナノインジェクションを実験的に確認した.25年度が最終年度であるため、記入しない。これまで構築してきた,環境制御型電子顕微鏡に光学顕微鏡を組み込んだハイブリッド顕微鏡を用いて,原生生物の生死判別評価を実験的に検証した.収束イオンビーム加工を用いて,ナノスケールのプローブ型デバイスを作製した.原生生物である線虫の神経細胞に蛍光タンパク質を発現した線虫を用いて,蛍光タンパク質の分布を光学顕微鏡画像により取得することにより,生死判別実験を行った.

また,試料室への導入,電子線照射などの影響に対する線虫の運動状態への影響を調査することにより,線虫へのダメージ・生存率への影響を調査した.また,原生生物に対して,毒素(重金属,アクリルアミド)や酸素濃度などの環境条件に対する応答についての基礎実験環境を構築した.マイクロ流体チップを用いて,線虫の成長速度を静電容量変化から検出可能なマイクロチップデバイスを構築した.また,カドミウムなどの重金属環境下における成長速度をセンシングするための基礎実験を実施した.本研究の目的である神経活性を計測するためのナノセンシングツールを考案・作製することが課題である.そして,実際に,例えば原生生物である線虫に対して,神経活動の検出を行う実験的手法の開拓が課題である.25年度が最終年度であるため、記入しない。これまで構築してきたナノマニピュレーションシステムを用いて,原生生物の神経活動を捉えるための,ナノ電極型プローブを作製し,神経細胞の活性を直接的に計測する.また,原生生物に対して,毒素(重金属,アクリルアミド)や酸素濃度などの環境条件に対する応答についてのポータブルかつ簡便にセンシングが可能なデバイスを構築する.