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脳神経科学の妥当な在り方に関する比較法的研究

日本において,脳神経科学研究の急速な発展に伴う問題は,倫理学的な問題として,注目を浴びるようになってきた。しかし,法政策学的な視点からは,その許容性の限界は,必ずしも明らかではない。本研究は,特に,そのような問題領域に関連する欧州各国の法制度を比較・分析することで,日本の法制度にも有用な視座の獲得を,その目的とするものである。1.研究対象特に,新たな進展が期待される脳神経科学と法的・倫理的問題を対象として,国内外の研究者との情報交換をし,海外における議論を中心に,基礎的資料の収集及び整理を行った。本年度は,研究初年度ということもあり,本課題における論点の整理という基礎固めが中心となった。2.実施内容平成22年11月においては,アメリカ・ジョージタウン大学生命倫理研究所を訪問し,アメリカにおける脳神経学と法的・倫理的問題の議論状況に関する情報収集を行った。現在,そこにおいて収集した情報を整理している段階である。また,ドイツ刑事法上の脳神経学を巡る議論に関しての状況調査も行った。基礎的資料の翻訳を通して,ドイツでは,特に「自由意思」の法的取扱いと「精神面における健康状態」が保護法益として設定しうるかという議論が中心に採り上げられていることが分かった。来年度においては,このドイツの議論状況をまとめ上げるべく,研究を進めている段階である。脳神経学に関連する問題として,脳死の判断基準に関するスイスの議論状況を紹介した。スイスでは,日本と比較しても,より詳細な脳死判定基準を作成しているものといえ,紹介するに十分な意義を有する者と考えられる。また,ドイツ語圏における司法精神医学に関する教科書も,現在,翻訳中の段階であり,この翻訳から,脳神経学が司法精神医学に対し,どのような寄与をもたらすものなのかを把握することが可能になるものと思われる。1.研究対象特に,新たな進展が期待される脳神経科学に関して,それを巡る法的・倫理的問題を対象とし,国内外の研究者との情報交換を通して,海外における議論を中心に基礎的資料の収集及び整理を行った。2.実施内容平成23年8月においては,オーストリア・ウィーンにおける司法精神医学関連施設を訪問し,オーストリアにおける司法精神医学と法的・倫理的問題の議論状況に関する情報収集を行った。このオーストリアにおける司法精神医学の状況に関しては,平成23年12月3日に開催された日本犯罪学会第48回大会(獨協大学)において個別報告を行った。また,ドイツ刑事法上の脳神経科学研究を巡る議論に関しては,引き続き,調査中の段階である。前年度の調査における基礎的資料の翻訳を通して,ドイツでは,特に「自由意思」の法的取扱いと「精神面における健康状態」が保護法益として設定しうるかという議論が中心に採り上げられている。このような論点も含めて,来年度においては,このドイツにおける議論状況の紹介を研究成果として,まとめあげるべく準備を進めている段階である。また,英米法上の脳神経科学研究を巡る議論に関しても,基礎的資料の収集を開始した。現在,これらの文献を翻訳し,その内容を検討している段階である。この調査結果から,脳神経科学が法律学に対し,どのような影響をもたらすことになるのかを来年度中に,まとめあげるべく準備を進めている段階である。特に,新たな進展が期待される脳神経科学に関して,それを巡る法的・倫理的問題を対象とし,国内外の研究者との情報交換を通して,海外における議論を中心に基礎的資料の収集及び整理を行った。本年度は,研究最終年度ということもあり,研究成果の整理を行った。平成24年11月においては,アメリカ犯罪学会に参加し,アメリカ法上における脳神経科学研究と法を巡る議論に関して,基礎的資料の情報収集を行った。現在,関連文献を翻訳し,その内容を検討している段階である。また,一昨年より継続して取り組んでいたドイツ刑事法上の脳神経科学研究を巡る議論に関して,現時点での調査内容をまとめ,論文というかたちで公刊した(「治療を超えた脳神経科学の臨床応用(ニューロ・エンハンスメント)に関する刑事法的規制の問題: R. Merkelによる試案の検討を中心に」静岡大学法政研究17号2号152頁以下)。この論考においては,純粋に主観的な精神状態が刑事法上の保護客体に含まれていないことから,ニューロ・エンハンスメントを可罰的とすることは,解釈論上,困難であるというドイツの議論が紹介されている。それにもかかわらず,被施術者の意思に反する非自発的なニューロ・エンハンスメントに関しては,可罰的であるという学説も存在する。確かに,認知面・感情面において拡大しつつあるエンハンスメントの重大な社会的影響というものを軽視してはならない一方で,それに対して法的規制を実施するべきかの問題は,慎重な検討を必要とすることが当該論考では,示されている。また,関連する事柄として,ドイツの先端科学研究の倫理問題を取り扱うミヒャエル・フックス(編)「Forschungsethik」の翻訳に共訳者として携わり『科学技術研究の倫理入門』が刊行された。この翻訳書には,脳神経科学研究の倫理的問題が取り扱われている。

海外調査が年度内に実施できたことにより,調査を予定していた内容に関して,おおむね必要とされる資料の収集が完了したことから24年度が最終年度であるため、記入しない。調査を予定していた内容に関して,おおむね必要とされる資料の収集は,ほぼ完了している段階にある。したがって,来年度に向けては,それらの資料を整理した上で,私見をまとめあげる作業に取りかかる。24年度が最終年度であるため、記入しない。
東アジアの農村協同組合の経験と中国への移転の可能性

本年度は前年度の引き続きで中国・韓国・台湾の農業・農村調査を行い、そのうち台湾の流通システムおよび産銷班の実態調査が中心となった。以下では、その研究内容を紹介する。1970年代から台湾政府は、都市部への青果物供給の安定化のために農協などの農業団体による共同運銷事業(卸売市場向けの団体出荷)とその受け皿としての産銷班の育成に力を入れてきた。産銷班は農家による技術習得を伴った共同出荷組織のことである。青田買いを含む「中盤商人」(集出荷商人)による買付と消費地への供給という伝統的な青果物流通体系を近代化するために、台北卸売市場の近代化と対になって農会などの農業団体による共同運銷が実施され(セリ取引の成立)、その産地組織として増加を示してきた。産銷班に関する研究は日本では全く行われていないが、台湾においても規範論的、ないしは実務的な研究に限られており、その実態は必ずしも明らかではない。また、農業団体サイドからの評価は極めて低く、それは産銷班の形成が補助金目的であるとか、農業団体との契約不履行が目に付くなどの現実があるからである。しかしながら、産銷班はすでに産地に根をはった存在であり、なおかつ台湾市場の過剰化と価格低迷、大規模量販店や大口需要者の台頭という青果物流通構造の変化のなかで、産銷班の性格自体も変化を見せつつあり、新たな出荷組織の機能を果たしていることは否定できない。本年度では、中国、韓国、台湾、そして北海道の農村調査が行われ、そのなかでも、中国三江平原の国有農場の実態調査が中心となった。以下では、その研究の概要を紹介する。黒竜江省の稲作は急速に拡大を見せており、WTO加盟によって東北農業の主産品である小麦、トウモロコシ、大豆が打撃を受けることが予測されていることから、今後戦略作物として稲作生産への傾斜が一層強まると考えられる。事例とした新華農場は、中規模の国有農場として、農場長責任制のもとで、日本を含むコメ輸出に積極的な姿勢をみせる農場であり、輸出品種の導入や精米施設の設置などで注目を集めている。農場・生産隊・職工農家はそれぞれの特徴を持っているが、第一に、国有農場は、農墾総局ならびに管理局の強い管轄下にあるとはいえ、農場長責任制のもとで独自性を強めている。さらに、輸出戦略を含む良質米生産の拡大は、種子公司による種苗確保を前提としており、各生産隊の「生産基地」化を図っている。第二に、生産隊に関しては、畑作と異なり独自の生産的機能を有しないが、「大農場」と「小農場」の結節点として、職工農家の営農計画の取りまとめやそれを基礎とした生産資材の供給・融資・税金の徴収などの取り次ぎ業務を行い、稲作技術指導の末端組織ともなっている。第三に、職工農家についていえば、異地入植者を含め開田投資を負担しうる者のみが畑作から稲作への転換を行い、井戸灌漑によるため、自己完結性が強い。経営収支をみても、現在の米価水準で農場への重い賦課金の支払い能力を有しており、経営は安定している。農場へインテグレートされてはいるものの、それは契約関係によるものであり、そのことは品種選定などに現れている。以上のように、国有農場における稲作経営への転換は、農場という旧来の枠組みの中とはいえ、新しい農村組織化の一つのタイプとして位置づけることができるのである。
インスリン依存型糖尿病における病因関連T細胞上のCD45分子の機能的解析

インスリン依存型糖尿病(IDDM)のモデル動物であるNODマウスの脾及び胸腺T細胞におけるCD45アイソフォームの発現を対照マウスと比較したが、有意な差異を認めなかった。しかし、NODマウスT細胞上のCD45分子のチロシンフォスファターゼ活性は対照マウスに比して有意に低下していた。このフォスファターゼ活性はT細胞上のCD3分子と会合しているP59^<fyn>やCD4/CD8分子と会合しているP56^<lck>などのチロシンキナーゼ活性を制御していることより、これらチロシンキナーゼのチロシンリン酸化能をNOD及び対照マウス間で比較したが有意な差を認めなかった。一方、本マウスT細胞における抗CD3抗体やCouA刺激によるサイトカイン分泌を測定してみると、IL-2、IFN-γ、IL-6などは対照マウスとほぼ同等であったが、著明なIL-4分泌の低下を認めた。さらにCD45アイソフォームのうちCD45RB陽性T細胞を抗体処理によりdeletionすると、IL-2やIFN-γの分泌が低下したことよりTh_1細胞はCD45RB陽性と考えられる。このTh_1細胞を除却することによりIL-4分泌が軽度回復したことから、Th_2細胞の機能低下はTh_1細胞に調節されている可能性が考えられた。以上より本マウスにおいては、Th_1とTh_2細胞間のバランスがTh_1優位に傾き、自己免疫性糖尿病の発症が惹起される可能性が示唆された。
鋼の熱間鍛造における組織微細化の予測とその有限要素解析システムの構築

熱間塑性加工は単なる成形加工技術ではなく,復旧および相変態を利用して組織を改善し,機械的性質を向上させる材質制御技術としての側面を持っている.しかしながら鍛造加工では材料内部のひずみ,ひずみ速度,温度等の分布が極めて複雑なため,材質の予測・制御は困難で,それらに関する研究はほとんどない.本研究では,結晶粒径を微細化すると強度,靱性が向上することに着目し,鋼の熱間鍛造後の結晶粒径を予測する手法について検討した.具体的な内容および得られた結果は以下のとおりである.◯加工条件が加工中および加工後のγおよびα結晶粒径に与える影響の実験的調査S25C鋼を800°C1100°Cの種々の温度に加熱・保持後,圧縮率10%50%の変形を与えた.各温度における加工直前・直後のγ結晶粒径ならびにその後のα粒径を実験的に調査した.◯加工後のα粒径を予測する数式モデルの構築実験結果を基に,加工直後のγ結晶粒径を初期結晶粒径,ひずみ,温度の関数として数式モデル化した.また,同じひずみに対するγ粒径とα粒径の関係から冷却後のα粒径を予測する数式モデルを構築した.◯粒径予測のためのFEMプログラムの開発以上のα粒径予測モデルを導入した剛塑性FEMプログラムを開発し,実際の円錐金型による熱間鍛造過程をシミュレートした.計算より得られた最終的なフェライト粒径分布は実験結果とほぼ一致しており,本プログラムが粒径予測に十分有効であることが確認できた.熱間塑性加工は単なる成形加工技術ではなく,復旧および相変態を利用して組織を改善し,機械的性質を向上させる材質制御技術としての側面を持っている.しかしながら鍛造加工では材料内部のひずみ,ひずみ速度,温度等の分布が極めて複雑なため,材質の予測・制御は困難で,それらに関する研究はほとんどない.本研究では,結晶粒径を微細化すると強度,靱性が向上することに着目し,鋼の熱間鍛造後の結晶粒径を予測する手法について検討した.具体的な内容および得られた結果は以下のとおりである.◯加工条件が加工中および加工後のγおよびα結晶粒径に与える影響の実験的調査S25C鋼を800°C1100°Cの種々の温度に加熱・保持後,圧縮率10%50%の変形を与えた.各温度における加工直前・直後のγ結晶粒径ならびにその後のα粒径を実験的に調査した.◯加工後のα粒径を予測する数式モデルの構築実験結果を基に,加工直後のγ結晶粒径を初期結晶粒径,ひずみ,温度の関数として数式モデル化した.また,同じひずみに対するγ粒径とα粒径の関係から冷却後のα粒径を予測する数式モデルを構築した.◯粒径予測のためのFEMプログラムの開発以上のα粒径予測モデルを導入した剛塑性FEMプログラムを開発し,実際の円錐金型による熱間鍛造過程をシミュレートした.計算より得られた最終的なフェライト粒径分布は実験結果とほぼ一致しており,本プログラムが粒径予測に十分有効であることが確認できた.
細胞内蛋白のビオチン化とそのアビヂンとの特異的結合を利用した、新しい薬剤投与法

本研究の自的は、内皮細胞をビオチン化し、それにすでにビオチン化されている物質を、avidinを介して内皮細胞に付着しうるかを調べ、さらにこれが内皮細胞への遺伝子導入に利用可能かを調べることである。ウサギの腎臓を用いた、in vivoの実験および培養内皮細胞を使用したin vitroの実験では、ビオチン化された物質(fluorescenceで標識したbiotin)を内皮細胞のビオチン化そしてavidinの投与の次に行うことによって、実際に内皮細胞の表面に付着させうることが示された。しかしながら10^<-9>から10^<-8>の低濃度のビオチン化された物質を投与した場合はその存在が検出されなかった。そこで、まずビオチン化された物質とavidinを結合させ複合体を作成し、その中のavidin分子の残りのbinding siteで細胞上のビオチンと結合させることを試行した。ビオチン化された物質に過剰なavidinを与え、その混和液をビオチン化された内皮細胞に投与すると、その複合体の存在が細胞に検出された。これをふまえて、ピオチン化されたDNAとavidinの複合体を作成し、ビオチン化処理した培養内皮細胞に与え、遺伝子の発現が見られるかを実験した。greenfluorescence protein (GFP)の遺伝子を含む二重鎖DNAをビオチン化しavidinと混和し、ビオチン化された対数増殖期の培養内皮細胞に与えたところ、2日後にGFPの発現が確認された。本方法は新しい遺伝子導入方法となる可能性を示唆した.本研究の自的は、内皮細胞をビオチン化し、それにすでにビオチン化されている物質を、avidinを介して内皮細胞に付着しうるかを調べ、さらにこれが内皮細胞への遺伝子導入に利用可能かを調べることである。本方法は新しい遺伝子導入方法となる可能性を示唆した.1.全身麻酔下に、ウサギに、カテーテルを大腿動脈から挿入し、透視下に腎動脈へ導き、片側の腎臓にNHS-biotinの溶液を注入した。5分間のincubationの後、fluoresceinでラベルしたavidinの水溶液を注入、その後血流を再開した。以前、研究代表者は、この方法で実験を行い、直後に摘出した腎において、糸球体が85%以上蛍光にて染色されたことを確認したが、今回は、ウサギを麻酔から覚醒させ、2日間生存させた。2日後、全身麻酔下で血管撮影を施行すると、ビオチン化物質及びavidinを注入した、腎において、血流の開存と造影剤の排泄が確認された。この腎臓を摘出して、蛍光顕微鏡で観察したところ、4羽のウサギ全てにおいて、90%以上の糸球体が、蛍光で明るく染色されており、少なくとも2日間、fluorescein-avidinは内皮細胞について離れず、腎組織内に留まっていることが確認された。2.同様な方法で、今度は、右の腎臓にビオチン化を施し、5分間のincubationの後、ラベルなしのavidin溶液と、fluorescein-biotinを相次いで注入した。左の腎臓は、ビオチン化物質を含まない溶液を注入し、以後同様に、avidin,fluorescein-biotinを注入した。腎の血流を再開させ、30分間腎臓を血液で潅流させた。その後、両側の腎臓を摘出し、蛍光顕微鏡で観察した。右の腎臓では、80%以上の腎臓が染色された。対照群は、0%であり、この方法はビオチン化物質を血管から注入して、組織内に固着できることを示した。3.培養内皮細胞にNHS-biotinの溶液を投与し、その蛋白のビオチン化を行い、アビヂン及びビオチンでラベルした、エンドセリンのantisenseを投与し、細胞を2日後にharvestした。今後、そのlysate中のエンドセリンが減少しているかwestern blottingにて検討する予定である。1.内皮細胞に、タンパクをビオチン化する物質を投与し、細胞タンパクをビオチン化し、そこにアビジン分子そしてそれをlinkerとして、ビオチン化された薬剤が付着するかを研究してきた。昨年度までの結果としては、in vivoにおいて、血管の内皮細胞をビオチン化し、その後、高濃度のアビジン溶液と高濃度のfluorescein biotinを注入することによって、動物体内の血管床に、fluorescein biotinを付着し得ることを示した。

今年度は、ビオチン化薬剤として、ビオチン化されたDNAを用いて、これが、細胞内に取り込まれて、そのDNAが発現するか否かを研究した。2.まず、培養内皮細胞にビオチン化物質を投与し、それから、アビヂン、ビオチンでラベルしたエンドセリンのantisenseを投与し、エンドセリンのタンパク発現が抑制されるかのpreliminary studyをおこなった。まず、Western blottingで、次に、ELISA kitを用いて、エンドセリンを測定したが、安定したデータが得られず、この方法は中止した。3.次にantisenseを用いるのではなくて、投与したDNAが発現されるかを直接Green Fluorescein Proteinの遺伝子を用いて行うことにした。今までの、最後に投与するビオチン化された物質の濃度は比較的高濃度(1-10 microM)であり、この条件では、培養内皮細胞に付着し得ることは、fluorescein biotinを使用し蛍光顕微鏡で観察し得た。しかし、この濃度のbiotinylated DNAを作成して、投与することは、非現実的であるので、濃度設定として1-10nMとし、この濃度のビオチン化された物質を効率よく付着させる、方法を模索しているが、未だ適当な方法が見つかっていない。
ソーシャル・キャピタルと健康に関する実証的研究

研究目的本研究の平成23年度の目的は,ソーシャル・キャピタルや心理社会面に着目した地域介入「憩いのサロン」(以下,サロン)参加によるその長期効果を検証することなどであった.研究方法・結果(1)サロンボランティア73人,一般参加者99人の分析から,サロン参加によって健康関連の情報的サポートの授受ともに増えた者は,ボランティアで61.7%,一般参加者で57.6%であった.既に報告済みのサロン参加による個人レベルのソーシャル・キャピタルの高まりを踏まえると,ソーシャル・キャピタルが健康に良い経路の仮説の1つである健康関連情報の入手が容易になるという仮説を支持する結果が得られた.(2)サロンボランティア100人,一般参加者171人の分析ではサロン参加前後で,外出が増加は全体で32.8%,増えた外出先はボランティアと一般参加者ともに友人宅・自宅周辺,ボランティアでは公共施設,一般参加者では喫茶店や商店で参加形態による違いがあった.(3)サロン参加者159人と非参加者1395人を対象で,操作変数に自宅からサロンまでの距離を用いサロン参加を予測し,それによってもたらされる主観的健康感の高まりを分析した結果,自宅からサロンが近い人ほど参加率が有意に高く主観的健康感が2.47倍高まることが確認された.結論サロンへの参加によってもたらされる効果として,健康関連の情報的サポート授受の高まりや外出の増加,主観的健康観が高まることが示唆された.平成23年度研究実施計画は,(1)ソーシャル・キャピタルと健康との関連,(2)憩いのサロン参加によってもたらされる長期効果の検証の2点として取り組んできた.それぞれにおいておおむね取り組むことができた.平成22年度と平成23年度の2年間で取り組んできた本研究の成果を踏まえて,今後は「憩いのサロン」を他自治体に移植することで本研究と同様の効果が見られるのかなど介護予防に寄与できる研究として発展させていく予定である.研究目的本研究の2010年度の目的は,(1)本研究の介入自治体である愛知県A町65歳以上高齢者のコホート研究により個人レベルと地域レベルのソーシャル・キャピタルと死亡・要介護認定との関連を明らかにする.(2)愛知県A町65歳以上高齢者を対象にソーシャル・キャピタルに関する調査を実施し,あらたな分析データを得ることなどであった.研究方法・結果(1)地域在住65歳以上2,449名を4年間追跡した分析から個人のソーシャル・キャピタルと死亡・要介護認定との関連では,人は他人を利用しようとすると回答していた者はそうでない者に比べて要介護認定が有意に多く,友人との交流頻度では,ほとんど毎日に比し年数回やほとんどない者では死亡・要介護認定が有意に多いことが明らかとなった.また,地域在住65歳以上5,758名を対象とした「憩いのサロン」開所前後での介護予防事業評価では,従来型介護予防事業に比して,多拠点での事業展開では利用・参加がしやすく,参加割合が高まる可能性が考えられた.(2)愛知県A町65歳以上地域在住高齢者調査では,7,236通発送、4,404通回収,60.8%という高い回収率で縦断研究に向けたデータを得ることができた.結論個人のソーシャル・キャピタルと死亡・要介護認定には関連がある可能性が示唆された.あらたな調査においては,高い回収率でこれまでの調査データとの結合により学術的なエビデンス作りが期待される.研究目的本研究の平成23年度の目的は,ソーシャル・キャピタルや心理社会面に着目した地域介入「憩いのサロン」(以下,サロン)参加によるその長期効果を検証することなどであった.研究方法・結果(1)サロンボランティア73人,一般参加者99人の分析から,サロン参加によって健康関連の情報的サポートの授受ともに増えた者は,ボランティアで61.7%,一般参加者で57.6%であった.既に報告済みのサロン参加による個人レベルのソーシャル・キャピタルの高まりを踏まえると,ソーシャル・キャピタルが健康に良い経路の仮説の1つである健康関連情報の入手が容易になるという仮説を支持する結果が得られた.(2)サロンボランティア100人,一般参加者171人の分析ではサロン参加前後で,外出が増加は全体で32.8%,増えた外出先はボランティアと一般参加者ともに友人宅・自宅周辺,ボランティアでは公共施設,一般参加者では喫茶店や商店で参加形態による違いがあった.(3)サロン参加者159人と非参加者1395人を対象で,操作変数に自宅からサロンまでの距離を用いサロン参加を予測し,それによってもたらされる主観的健康感の高まりを分析した結果,自宅からサロンが近い人ほど参加率が有意に高く主観的健康感が2.47倍高まることが確認された.結論サロンへの参加によってもたらされる効果として,健康関連の情報的サポート授受の高まりや外出の増加,主観的健康観が高まることが示唆された.平成23年度研究実施計画は,(1)ソーシャル・キャピタルと健康との関連,(2)憩いのサロン参加によってもたらされる長期効果の検証の2点として取り組んできた.それぞれにおいておおむね取り組むことができた.平成22年度と平成23年度の2年間で取り組んできた本研究の成果を踏まえて,今後は「憩いのサロン」を他自治体に移植することで本研究と同様の効果が見られるのかなど介護予防に寄与できる研究として発展させていく予定である.
小腸上皮トランスポーター遺伝子発現系による経口薬物スクリーニングシステムの開発

本研究においては薬物の消化管吸収性促進を目的とし、小腸上皮細胞に備わるトランスポーターならびに膜動輸送機構に関する研究を行った。その結果、モノカルボン酸輸送については、アニオン交換輸送体として働く分子的実体の一つとしてAE2やMCT1が安息香酸やサリチル酸などのモノカルボン酸系化合物の消化管吸収に働いていることがわかった。即ち、pH依存的なモノカルボン酸輸送系としてMCT1やAE2が重要な役割を果たしていることが示唆され、モノカルボン酸系化合物の小腸上皮細胞膜輸送におけるトランスポーターの重要性が明らかとなった。一方、ペプチドトランスポーターPepT1については抗ウイルス薬アシクロビルのバリンエステル体がその基質となることを明らかにした。本結果はPepT1の基質認識に対してペプチド結合が必須でないことを示す新しいPepT1の機能特性を提示するものである。また、パーキンソン病治療薬L-dopaのペプチド誘導体を合成し、その吸収性促進効果について検討を行った結果、L-dopaがアミノ酸輸送系を介して吸収されるよりも誘導体がペプチド輸送系を介して膜透過されるほうがより高い吸収性が期待できることが示された。以上の成果は、PepT1の機能ならびに経口デリバリーへの応用性について新たな知見を与えるものである。さらに分子サイズの大きなペプチドの経口デリバリー法の樹立を目的とし、小腸における吸着介在型エンドサイトーシス機構について検討をした。その結果、小腸には塩基性ペプチドを幅広く取り込むエンドサイトーシス機構が備わっていることを明らかにできた。以上、本研究成果は、消化管に備わるトランスポーターあるいは膜動輸送機構が薬物の消化管吸収に機能することを実証するものであり、またそのような膜輸送機構が薬物の消化管吸収性を制御する手法として有用であることを示すものである。本研究は、医薬品の開発段階において、ヒトの消化管吸収性に優れた化合物を見逃す危険性を最小限に止めるために、小腸上皮細胞透過性が良好な化合物を探索できる「小腸上皮トランスポーター遺伝子発現細胞を用いた薬物吸収性スクリーニングシステムの確立」を目的としている。すでに研究代表者と研究分担者玉井は一貫して薬物の担体介在消化管吸収の研究を展開し、オリゴペプチド/H^+共輸送系輸送担体、またはモノカルボン酸/H^+輸送担体を介する薬物消化管吸収に多くの成果を挙げてきた。本研究開始10年度では、アミノ酸輸送系により吸収されるが脱炭酸酵素の作用によりバイオアベラビリティーが著しく劣るL-dopaをphenylalanineと化学修飾した新規プロドラッグ及びacyclovirのvalineとのエステル型プロドラッグvalacyclovirがヒトのオリゴペプチド/H^+トランスポーターPepT1に認識輸送されることを実証した。このように、非天然のアミノ酸構造を有する薬物をペプチド化してバイオアベラビリティーを向上させる目的で合成された候補薬物のトランスポーター介在輸送を予測するシステムとして有用性が確認されたので、本研究目標であるヒト小腸上皮細胞輸送系を導入した薬物消化管吸収評価系の実用化の可能性は高い。また小腸上皮細胞刷子縁膜に発現するアニオン交換輸送体AE2が細胞内クロライドによって安息香酸、ニコチン酸、プロピオン酸、酪酸、バルプロ酸の細胞内輸送を促進し、その輸送が酸性環境で増加するというpH依存性を示すことが分かった。以上の結果より、PepT1、MCT1、AE2遺伝子発現細胞が、これらのトランスポーターを介して吸収される薬物のスクリーニング系として有用性が高いことが分かった。次年度には、薬物輸送・分泌に関与するトランスポーター群のクローニングと機能解析を展開させる。

その結果、モノカルボン酸輸送については、アニオン交換輸送体として働く分子的実体の一つとしてAE2やMCT1が安息香酸やサリチル酸などのモノカルボン酸系化合物の消化管吸収に働いていることがわかった。即ち、pH依存的なモノカルボン酸輸送系としてMCT1やAE2が重量な役割を果たしていることが示唆され、モノカルボン酸系化合物の小腸上皮細胞膜輸送におけるトランスポーターの重要性が明らかとなった。一方、ペプチドトランスポーターPepT1については抗ウイルス薬アシクロビルのバリエステル体がその基質となることを明らかにした。本結果はPepT1の基質認識に対してペプチド結合が必須でないことを示す新しいPepT1の機能特性を提示するものである。また、パーキンソン病治療薬L-dopaのペプチド誘導体を合成し、その吸収性促進効果について検討を行った結果、L-dopaがアミノ酸輸送系を介して吸収されるよりも誘導体がペプチド輸送系を介して膜透過されるほうがより高い吸収性が期待できることが示された。以上の成果は、PepT1の機能ならびに経口デリバリーへの応用性について新たな知見を与えるものである。さらに分子サイズの大きなペプチドの経口デリバリー法の樹立を目的とし、小腸における吸着介在型エンドサイトーシス機構について検討をした。その結果、小腸には塩基性ペプチドを幅広く取り込むエンドサイトーシス機構が備わっていることを明らかにできた。以上、本研究成果は、消化管に備わるトランスポーターあるいは膜動輸送機構が薬物の消化管吸収に機能することを実証するものであり、またそのような膜輸送機構が薬物の消管吸収性を制御する手法として有用であることを示すものである。
小中学生を対象とする出前実験を目的とした携帯型落雷デモ装置の開発およびその実践

1.研究目的:本研究では自然科学に対する興味・理解促進のため、雷を題材とした出前実験用装置の開発とその装置で実際に出前実験を行うことを目的とした。2.研究方法:まず装置の製作を行った。高電圧発生部・放電部・モニュメントを作製し、それらを携帯可能なサイズにまとめた。装置の携帯性・安全性のテストを兼ねて出前実験を行った。3.研究成果:【実験装置】約15cmの放電が可能で、携帯できるサイズの装置を開発した。わかりやすく説明するために人や木、車のモニュメントを作製した。安全性も専用ケースやアースを取ることで確保されている。しかし、外部に運び実験を行う際は分解と組立てが必要であり、また放電を開始するスイッチでサージ電圧が発生し感電することがあったので携帯性・安全性に関して改良の余地がある。【出前実験】佐世保市の少年科学館において小学生対象の出前実験を実施した。雷の性質や対処法を実演しながら説明した。同時に、参加した小学生及び保護者に対してアンケート調査を実施した。理解できた、おもしろかったという意見が多く、実験の成果を確認することができた。
ロシア極東大規模森林火災の複合解析

本研究では,ロシア極東地域で毎年発生している森林火災の状況を把握するため,衛星画像を用いて7年間分の解析を行った.その結果,焼け跡は4月と10月に多く,また,火災煙は5月に多く検出された.これらの結果の分析から,前年の10月の焼け跡がその後に雪で覆われ,翌年の4月に雪が融けて再び検出されることが分かった.さらに,5月に多く観測される火災煙の発生場所は,前年の10月の焼け跡の多くと一致していることも分かった.提案法ではこれらの情報を複合的に用いることにより,森林火災の発生メカニズムの一つを明らかにした.近年,世界各地で大規模な地震や洪水,森林火災といった多くの自然災害が起きている.中でも森林火災は温室効果ガスである二酸化炭素を大量に排出し地球温暖化を加速する主な原因と考えられており,各国による早急な対応が求められている.ロシアは日本と近接する最大の森林保有国であり,これまで二酸化炭素を吸収する役割を果たすと考えられていたが,最近の研究報告によるとロシアでは毎年森林火災が発生し,反対に大量の二酸化炭素を放出していることがわかってきた.この影響はロシアばかりでなく近接する日本,ひいては地球全体にまで及ぶと考えられる.わが国においてもロシア極東地域の森林火災の現状を把握することが急務であり,本研究は衛星データを利用してロシア極東地域の森林火災の状況(焼失面積の算出,発生条件など)を調査するものである.本研究では,ロシア極東地域で毎年発生している森林火災の状況を把握するため,衛星画像を用いて7年間分の解析を行った.その結果,焼け跡は4月と10月に多く,また,火災煙は5月に多く検出された.これらの結果の分析から,前年の10月の焼け跡がその後に雪で覆われ,翌年の4月に雪が融けて再び検出されることが分かった.さらに,5月に多く観測される火災煙の発生場所は,前年の10月の焼け跡の多くと一致していることも分かった.提案法ではこれらの情報を複合的に用いることにより,森林火災の発生メカニズムの一つを明らかにした.本研究は,ロシア極東地域で毎年発生している森林火災に対して,ノア衛星画像を使って火災のホットスポット,火災煙,焼け跡を検出する方法を開発し,同地域の森林火災の状況(頻度,規模)を解析することが目的である.本年度はまず,研究対象となるロシア極東地域を3つの領域(バイカル,ゼーヤ,サハリン)に分割し,データの準備を行った.データは1997年から2007年における各年の4月から9月までの衛星データを切り出すことによって作成した.総データ量は約404GB,シーン数は41,287シーン(バイカルが9,307シーン,ゼーヤが15,990シーン,そしてサハリンが15,990シーン)であった.このデータから対象領域が完全に含まれる(欠けのない)画像だけを目視によって選択したところ,次年度以降での解析に使用可能なシーン数は9,591シーンとなった.次に,森林火災の自動検出方法の開発に必要な3次元ヒストグラムの作成ツールならびに可視化ツールをC/C++言語で作成した.3次元ヒストグラムは分光情報に関係する情報をコンピュータ上に蓄積することができるため,ツールの開発によってホットスポットの高い温度や焼け跡の低い植生,あるいはチャネルの値そのものを3次元空間上に可視化できるようになった.今年度は研究成果として,森林火災のホットスポット情報をウェブページ上にリアルタイムに表示するシステムの構築に関する論文を公表した.このシステムは過去から現在までの森林火災の状況を一度に見ることができるため,一般の人々がロシア極東地域における森林火災の状況を知る上で大変有用である.本年度はまず,衛星画像の自動位置合わせ方法の開発を行った.本方法は地図画像からのテンプレート作成部分と未知画像とのパターンマッチング部分から構成される.各テンプレートはロシア極東地域の地図画像に対して適当にウィンドウサイズを与え,そのフラクタル次元が高いテンプレートをより重要なテンプレートとして作成するようにした.パターンマッチングは作成したテンプレートと未知画像に対して行い,誤差が1画素未満になるようにした.開発した位置合わせ方法により,日時の異なる複数の衛星画像を同一の地図に重ね合わせることができるようになった.次に,森林火災煙の検出方法を開発した.ロシア極東地域では数平方キロメートル程度(衛星画像上では数点に対応する)のホットスポット(森林火災によって高温になっている地点)が多く観測されるが,これらのホットスポットから発生する火災煙は数100kmもの広範囲に分布している.提案方法では陸上の煙と海上の煙に対してそれぞれ別々のしきい値を用い,ロシア極東地域に適したしきい値を決定した.本方法により,ロシア極東地域の森林火災煙を検出できるようになった.火災煙は設定するしきい値によって,検出結果が大きく変化するため,検出目的に応じて調整が必要なことも分かった.衛星画像の長期解析を行う場合,蓄積された全データから解析に必要な特定の時間帯,特定の衛星名のデータを抽出し,その後,対象地域の切り出し等を行う必要がある.データの抽出作業はこれまで手作業で行われていたが,解析期間が長いと作業の効率が悪くなる.本年度は次年度以降の解析に向け,解析の補助となるWebベースの画像検索システムの開発を行った.

これにより,データの抽出作業に最低限必要な機能を実装できた.本年度はまず,土・植生,水の指数をそれぞれRGBに対応させてノア画像を可視化する方法を開発した.本方法で可視化した画像は可視チャネルと近赤外チャネルから作成した画像と比較して,平野や山脈,そして都市部などを明確に区別することに成功した.また,本方法は森林火災のホットスポット,焼け跡,煙をそれぞれ別の色で区別できるため,火災の検出にも有効であることが分かった.次に,ノア17号に搭載されている1.58μm帯のセンサであるチャネル3Aを利用してロシア極東地域における森林火災の焼け跡検出を行った.チャネル3Aから計算される正規化水指数は,海や湖,雲などでは高い値をとるが,焼け跡地点では逆に正規化水指数が低い値をとることが分かった.そこで,本研究では従来法である正規化植生指数が低いという条件に加え,さらにチャネル3Aと正規化水指数の条件を加えた条件を設定し,焼け跡の検出を行った.その結果,従来法で誤検出されていた可視チャネルおよび植生が低い地点の誤検出をなくすことに成功した.次に,森林火災のホットスポット検出方法を開発した.チャネル3Aの条件式を導入した結果,従来法と比べて湿地帯での誤検出を大幅に減らすことに成功した.また,関連する研究として,3次元ヒストグラム法およびテンプレート作成法の高速化を行った.3次元ヒストグラム法ではカウント値の組から頻度数を返すが,提案法では従来法を拡張して画像中の位置のリストを返すようにした.その結果,カウント値の組から画像中の位置を求める計算時間が従来法と比べて約1,700倍に高速化された,テンプレート作成法では並列化基盤の一つであるOpenMPを用いることにより,クアッドコアCPUにおいてテンプレート作成にかかる時間を逐次処理と比べて約3分の1に短縮できた.以上のように本年度は火災の長期解析で用いるさまざまな方法を準備できたと考えている.本年度はまず,ノア衛星画像を用い,ロシア極東地域で毎年発生している火災煙を検出する方法を開発した.本方法では地表面の影響による誤検出をなるべく少なくするため,ノア17号に搭載されている1.58μm帯のチャネル3Aと近赤外のチャネル2から正規化土壌指数を求めてしきい値処理を行った結果,陸域の火災煙と雲との区別が容易になり,昨年度提案した方法と比べて単純な条件で検出が行えるようになった.次に,ノア衛星画像の位置合わせ処理に必要となる海岸線検出方法を開発した.海岸線の検出では,前処理として検出に不要な領域の除去が必要である.中野らによる従来法ではこの不要な領域を除去するために雲域除去を用いていたが,この方法はチャネル3B,4,5を使用しているため,チャネル3Bを使用できないような比較的新しいノア衛星の画像には適用できない問題があった.提案法ではこの問題を解決するため,正規化植生指数を用いて,予め海岸線の検出に用いない部分を除去するようにした.その結果,海岸線の検出に必要なチャネル数を従来の計5チャネルから2チャネルに減らすことに成功した.海岸線の検出に必要なチャネル数を減少できたことで,従来法と比べ,より多くのデータに対して海岸線の検出を行えるようになった.最後に,ロシア極東地域で発生する焼け跡と火災煙の複合的な解析を行った.その結果,焼け跡は毎年4月と10月に多く,火災煙は5月に多いことが分かった.理由は10月の火災で発生した焼け跡は,すぐに冬場を迎えるため,焼け跡の植生が回復しないままとなり,翌年4月に雪が融けて前年の焼け跡がそのまま現れるからである.
力学損失スペクトロスコピーによる強加工材料中の格子欠陥の定量的解析

繰り返し重ね接合圧延(Accumhlative Roll-Bonding, ARB)法により純度99.99%のアルミニウムに強加工を施し,ヴィッカース硬度,低温における直流電気抵抗,微小振幅での動的弾性率スペクトルを測定した.従来の研究では,強度は加工度とともに上昇するが公称ひずみの値が2から3で極大となり,以後はほぼ一定となること,その強度の変化は結晶粒径とほぼ対応していることが知られていた.今回の実験では硬度測定によりそれを確認したが,電気抵抗は加工度とともに緩やかに上昇を続け,格子欠陥の密度はひずみ5を超えても増大していることが分かった.動的弾性率測定で得られる力学損失の値からも,同様な格子欠陥密度の加工度による増大が示唆された.温度を走査して行った動的弾性率測定では,ひずみが5を超える超強加工を施した試料で,加工温度である室温よりも温度を上げると試料が自発的に変形することが見出された.これは,加工により導入されて不安定な状態にあった大量の格子欠陥(主としてすべり転位)が温度の上昇とともに安定構造に再配列することに起因すると考えられる.以上のように,従来の研究では高純度アルミニウムでは室温での加工による効果はひずみが3程度で飽和すると思われていたが,より強い加工により格子欠陥は増え続けていることが明らかとなった.また,加工した純アルミニウム試料に等時焼鈍と等温焼鈍を施し,回復挙動を調べた.超強加工した試料では室温から温度を上げるとかなり速い段階から回復が起こることが見出された.そのカイネティクスは単一の時定数では表し難く,解析方法を今後詳しく検討する必要がある.高純度鉄について,同様な手法によって格子欠陥生成・組織変化と力学特性の変化に及ぼす影響を調べる研究を開始した,この研究は今後も継続する.今年度は本特定領域研究の標準試料の一つである純度99.99%の純アルミニウム(4N-A1)を研究対象とし,ヴィッカース微小硬度と直流電気抵抗測定によって超強加工材の強度と格子欠陥密度の関係を調べた.まず繰り返し重ね接合圧延(ARB)法によって強加工を施し,その後等温時効と等時時効熱処理を行い,各段階における硬度と電気抵抗を測定した.硬度は九州大学グループによる等面積屈曲押し出し(ECAP)により加工した材料の引張試験のデータ,および大阪大学グループによる無潤滑ARBにより加工した材料の硬度データとよく一致しており,ひずみ2から3で極大となり(値は降伏応力で130-150MPa),より大きいひずみではやや低下して一定(120-140MPa)となった.電気抵抗(77Kにおける値)はこれとは異なり,ひずみ3程度まで上昇したあとほぼその値を保ち低下しない.ひずみ0.8の試料と5.6の試料について,30minの等時焼鈍と176^Cの等温焼鈍における硬度と電気抵抗の変化(回復挙動)を調べたところ,硬度はある程度時効が進んで始めて低下し始めるのに対し,電気抵抗はそれより早く時効の序盤から回復することがわかった.また,硬度はひずみ0.8と5.6の両試料でほぼ等しく回復のおこる早さも同程度であったが電気抵抗の回復挙動はひずみ5.6のほうが早くしかも顕著であった.未加工材,加工材2種(ひずみ0.8と5.6)の力学損失を共振自由減衰法(振動数約1Hz)で温度-170°Cから+170°Cの範囲で測定したところ,力学損失の大きさは電気抵抗(すなわち欠陥密度)におおむね対応することが知られた.繰り返し重ね接合圧延(Accumhlative Roll-Bonding, ARB)法により純度99.99%のアルミニウムに強加工を施し,ヴィッカース硬度,低温における直流電気抵抗,微小振幅での動的弾性率スペクトルを測定した.従来の研究では,強度は加工度とともに上昇するが公称ひずみの値が2から3で極大となり,以後はほぼ一定となること,その強度の変化は結晶粒径とほぼ対応していることが知られていた.今回の実験では硬度測定によりそれを確認したが,電気抵抗は加工度とともに緩やかに上昇を続け,格子欠陥の密度はひずみ5を超えても増大していることが分かった.動的弾性率測定で得られる力学損失の値からも,同様な格子欠陥密度の加工度による増大が示唆された.温度を走査して行った動的弾性率測定では,ひずみが5を超える超強加工を施した試料で,加工温度である室温よりも温度を上げると試料が自発的に変形することが見出された.これは,加工により導入されて不安定な状態にあった大量の格子欠陥(主としてすべり転位)が温度の上昇とともに安定構造に再配列することに起因すると考えられる.以上のように,従来の研究では高純度アルミニウムでは室温での加工による効果はひずみが3程度で飽和すると思われていたが,より強い加工により格子欠陥は増え続けていることが明らかとなった.また,加工した純アルミニウム試料に等時焼鈍と等温焼鈍を施し,回復挙動を調べた.超強加工した試料では室温から温度を上げるとかなり速い段階から回復が起こることが見出された.そのカイネティクスは単一の時定数では表し難く,解析方法を今後詳しく検討する必要がある.高純度鉄について,同様な手法によって格子欠陥生成・組織変化と力学特性の変化に及ぼす影響を調べる研究を開始した,この研究は今後も継続する.
情報空間における位相解析を用いた学習理論に関する研究

情報理論や統計的推定において用いられる情報計量とは,2つ確率分布間の差異を表す.本研究においては,ある限定されて分布族において情報計量の役割を持つ,特殊な形式を持つ擬情報量という概念を導入した.数学的には,その擬情報量は,分布全体集合のある特定の部分集合に対しては,近傍系の計量として表現され,位相生成において,部分集合という適用範囲が限定されることで,情報計量の広い定式化につながるものである.このような定式化は数学的な要請からではなく,ニューラルネットワークのような非線形システムのパラメータ学習に用いられる最小自乗法を,情報量最小化学習の視点から陽に拡張し,自在な擬情報量を学習問題に適用するという情報論的学習の応用分野からの発展に基づくものである.本年度の研究では,以下の成果が得られている.(1)α-ダイバージェンス最小化と同じ効果を持ち,一般の入出力システムの確率モデルであるガウス密度モデル上で情報計量となる擬α-情報量を定式化し,その基盤を整備した.(2)擬α-情報量を,極端なノイズを含むデータからの学習問題に適用した.そしてノイズに対し頑健な学習が容易に行われることを,ロバスト推定の理論モデルを用い証明を行った.また,多層パーセプトロン学習問題に適用し,数値実験で有効性を確認した.(3)汎化性能が高い学習手法として知られるアンサンブル学習に対しても,擬α-情報量を基準とした学習アルゴリズムが容易に定式化されることを確認した.(4)ノイズに対する頑健性を,確率モデルを用いる情報システムに適用し,擬情報量の補助的利用における有効性について考察した.対象としては,環境的知識ネットワークを備える強化学習システム等を用い,ノイズ除去などの擬α-情報量の利用に関する検証を行い,今後の発展的応用への準備的研究を行った.平成13年度においては,αダイバージェンスと呼ばれる2つの確率分布の差異を測る情報計量の形式を利用することで,データ解析などでよく用いられる最小2乗法の拡張とその理論的解析を行った.最小2乗法は,ガウスモデルのおけるKL情報計量最小化であるが,用いる情報計量を単純に拡張しても,通常の期待値形式による経験損失を直接計算をする学習アルゴリズムを得ることはできない.そこで,推定や学習で対象としている統計モデル,とりわけガウスモデルが限定的によく用いられていることから,その限定された分布族上で,αダイバージェンスと同等の位相を生成する変形αダイバージェンスを新たに定義した.この新たな情報計量から,学習アルゴリズムを導出し,通常,よく最小2乗法が用いられるデータ解析における計算過程と同様に利用できることを示した.例えば,階層型ニューラルネットワークでよく用いられるバックプロパゲーション法(BP法)も,この新たな情報計量の最小化学習法を用いて拡張可能となる.データにノイズが混入し,そのノイズレベルが大きすぎて,通常の最小2乗法では対応できない場合がある.このような問題の解決にロバスト推定法が用いられる.これは,真の分布とノイズ分布の混合分布を情報源としたときの推定問題と想定される.得られた新たな学習方式を,この問題に適用した.対象となる入出力システムは,階層型ニューラルネットワークを用い,通常のBP法では強い影響を受けるノイズ混合データを用意し学習させ,本提案手法の有効性を確認した.ロバスト推定を用いた理論的解析も行った.本手法は,ノイズ分布と真の分布との情報計量が,非常に大きい状況ではノイズを完全に無視し,真の分布に対する学習あるいは推定することを数学的に証明した.情報理論や統計的推定において用いられる情報計量とは,2つ確率分布間の差異を表す.本研究においては,ある限定されて分布族において情報計量の役割を持つ,特殊な形式を持つ擬情報量という概念を導入した.数学的には,その擬情報量は,分布全体集合のある特定の部分集合に対しては,近傍系の計量として表現され,位相生成において,部分集合という適用範囲が限定されることで,情報計量の広い定式化につながるものである.このような定式化は数学的な要請からではなく,ニューラルネットワークのような非線形システムのパラメータ学習に用いられる最小自乗法を,情報量最小化学習の視点から陽に拡張し,自在な擬情報量を学習問題に適用するという情報論的学習の応用分野からの発展に基づくものである.本年度の研究では,以下の成果が得られている.(1)α-ダイバージェンス最小化と同じ効果を持ち,一般の入出力システムの確率モデルであるガウス密度モデル上で情報計量となる擬α-情報量を定式化し,その基盤を整備した.(2)擬α-情報量を,極端なノイズを含むデータからの学習問題に適用した.そしてノイズに対し頑健な学習が容易に行われることを,ロバスト推定の理論モデルを用い証明を行った.また,多層パーセプトロン学習問題に適用し,数値実験で有効性を確認した.(3)汎化性能が高い学習手法として知られるアンサンブル学習に対しても,擬α-情報量を基準とした学習アルゴリズムが容易に定式化されることを確認した.(4)ノイズに対する頑健性を,確率モデルを用いる情報システムに適用し,擬情報量の補助的利用における有効性について考察した.対象としては,環境的知識ネットワークを備える強化学習システム等を用い,ノイズ除去などの擬α-情報量の利用に関する検証を行い,今後の発展的応用への準備的研究を行った.
ＤＮＡの金属化による２次元および３次元ナノ構造の構築

本研究では、サケの白子由来のDNAから2次元および3次元テンプレートを調製して、そのテンプレートを金属化することで2次元および3次元無機ナノ材料を作製した。具体的に、DNAゲル(3次元構造)およびDNA薄膜(2次元ナノ構造)を用いて、水溶液からの金属イオン(Ag,Au,Pt,Pdなど)を高効率で濃縮した。DNAテンプレートの中に濃縮した金属イオンを還元することによりDNAゲルやDNA薄膜において分散した数nmサイズの金属ナノ粒子を作製できた。その2次元および3次元ナノ材料は、触媒として利用できることを明らかにして、触媒ナノ粒子に対してテンプレートの構造や組成などが与える影響を解明した。25年度に実施した研究においては、DNAの3次元鋳型としてDNAヒドロゲルを作成して、貴金属イオンの濃縮およびゲル中の金属イオンの還元することにより金属ナノ粒子含有のハイブリッドゲルを作成して、ゲル性質および触媒活性を検討していた。主な結果は下記の通りでる。1. DNA高分子が遷移金属に高親和を利用して、DNAハイドロゲルを用いて水溶液から遷移金属イオンをゲルの中で濃縮する方法を開発した。本研究では、Au, Ag, Ni, Pd, Pt, Ybを高効率(DNA単量対の物質量に対して50%以上)でゲル中の遷移金属イオンの濃縮が可能であることを明らかにした。2. Auイオンを吸収したDNAゲルの金属化を行って、Au3+を還元することでゲル中のAuナノ粒子を合成した。DNAゲルで成長した1-2 nmナノ粒子は極めて微小であり、これまでの報告よりゲル中で合成したナノ粒子と比べて、最も小さなサイズのAuナノ粒子である。このサイズコントロールにおいては、DNAが小さなAuナノ粒子の成長を強く抑制すると思われる。Auナノ粒子含有のDNAゲルは元のDNAゲルと同様に膨潤・収縮変化を可逆にできることも示した。Au3+を還元するときに溶液のpHを調整して、DNAゲルの中で成長するナノ粒子のサイズを1 nmと5 nmと間の範囲でコントロールできた。同じようにAu, Ag, Ni, Pd, PtのDNAによる吸収とゲルの金属化も調べて、それぞれの金属の特徴を解説した。3. Auナノ粒子含有のDNAゲルを用いて、p-ニトロフェノール還元反応でDNAゲルが高触媒活性をもつことを明らかにした。1DNAテンプレートに基づいて3次元の無機ナノ構造体を製造するために、二重テンプレート法(カチオン性一次テンプレートの表面に吸着したDNA(二次テンプレート)を無機化する方法)を開発した。例えば、シリカ粒子に吸着したDNAを鋳型にして用いることで、半導体(CdS)や貴金属(Au,Ag,Pd,Pt)で金属化を行った。その結果は、一次テンプレートの上に無機メッシュネットワークが形成されることにより、コア・シェル構造体が形成する。コアを溶解させることで、CdSやPtナノワイヤーから成る糸毬状シェル構造体が得られた。その他の貴金属の場合、糸毬状のシェルが大きい金属粒子に凝集すくことやコアが溶解した後崩壊することを明らかにした。表面に吸着したDNAの量を変化させることができ、DNA上に成長したCdSシェルの密度を調節することで、無機ナノシェルのサイズコントロールへ成功した。2同上に、2次元の無機薄膜を製造する方法として、平面状ガラス基板をカチオン性修飾して、DNAを吸着させた後、ガラス基板上のDNAを鋳型にして金属化を行ったな。ガラス基板上に無機材料のナノシートが形成したことを蛍光顕微鏡で確認して、この課題の発展を25年度にも続ける。3更に、25年度に実施を予定していたDNAヒドロゲル金属化について研究を50%程度まで実行した。バルク状およびフィルム状のハイドロゲルを調製して、ゲル中の1 mM DNA濃度、95%以上の一本鎖状態を測定した。次に、DNAハイドロゲルの膨潤比および温度,pH,イオン強度の変化に伴うるDNAハイドロゲルの膨潤・凝縮変化とハイドロゲルの熱安定性等を徹底的に調べた。DNAゲルを用いて、DNAリン酸基に対して70%の効率で水溶液から金イオン(HAuCl4)吸収ができることを明らかにした。本年度実施した研究では、3次元担体の役割を担うDNAゲルを金属化することにより創製した材料の触媒活性を評価していた。そして、2次元担体であるDNA高分子薄膜を創製した。ゲルと同様に金属化して、金属ナノ粒子が分散した薄膜の構造と性質および触媒としての応用性について研究を進めていた。Au,Au,Pt,Pd,Cu,Niの塩を用いてDNAゲルの金属化を行い、創製したゲルの構造と性質および触媒反応における活性を検討した。ゲルの中に形成したナノ粒子の平均サイズは、金属の種類にほとんどよらず、2-4 nmに制御できることを明らかにした。ゲルの中に分散したあらゆる種類のナノ粒子は、ニトロ化合物の還元反応において触媒活性をもつことを確認して、それらの金属の中にPdナノ粒子の触媒活性は最も高いことがわかった。