hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
先端的な蛍光相関分光法を応用した生体分子の揺らぎ計測

本年度は、以下に述べる研究を行った。1.蛍光寿命の揺らぎを計測する蛍光相関分光法(FCS)による生体分子のダイナミクス計測我々が近年独自に開発した二次元蛍光相関分光法を用い、シトクロムcの酸性変性条件下での構造揺らぎを検討した。時間相関光子計数(TCSPC)システムを組み込んだ蛍光相関分光計を用いて得られた蛍光寿命相関データに基づき、二次元蛍光相関分光法を用いて定量的に解析することにより、各蛍光寿命成分間の相関を抽出した。その結果、マイクロ秒時間領域で複数の変性中間体を含むフォールディングスキームが得られた。2.単一光子検出器のアフターパルス除去アルゴリズムの開発FCSで検出器として通常用いられる単一光子アバランシェフォトダイオード(SPAD)は、光子検出による信号パルスの発生後数マイクロ秒以内にアフターパルスと呼ばれる偽の信号を確率的に発生させるため、この影響で蛍光相関関数が速い時間領域で大きく歪む現象が起こる。我々はパルス励起とTCSPC法を用いて相関信号の時間反転対称性を解析し、アフターパルスによる偽の信号を除去する方法を考案した。3.単一光子検出器の時間軸変動の補正SPADは時間分解蛍光測定のための高感度で優れたデバイスだが、その時間応答が計数率応答性を示すため、蛍光強度が揺らぐケースでは蛍光寿命の正確な決定が困難であった。我々はSPADの時間応答を検出光子の時間間隔と関連付けて解析し、検出時間のシフトが時間応答の計数率依存性の原因であること、このシフトの量が前の光子との検出時間間隔のみで決まることを見出した。このことを利用してSPADの時間応答の計数率依存性を補正する簡単な方法を提案した。24年度が最終年度であるため、記入しない。1.二次元蛍光相関分光法による生体高分子の揺らぎ計測法の確立FRET(蛍光共鳴エネルギー移動)によるサイト間距離測定の原理を応用し、プローブ色素の蛍光寿命からエネルギー移動効率を見積もることで生体高分子の構造揺らぎを計測する新しい手法(二次元蛍光相関分光法)を開発した。特にノイズを含む実験データに適用可能にするため最大エントロピー法(MEM)を用いたフィッティング解析を導入し、その効果と応用可能性を検証した。まず動的モンテカルロシミュレーションにより人工的に発生させた光子データに対して本手法を適用し、化学交換反応が起こると二次元マップ上に交差ピークが出現することを確かめた。この性質を利用して、異なる遅延時間での二次元マップを比較することで系の平衡化過程を追跡できる。この手法をヘアピンDNA分子の構造転移ダイナミクスに適用し、以前我々が観測した約100マイクロ秒の時定数での転移を二次元マップ上で特定の蛍光寿命成分間の平衡化として捉えなおすことができた。2.蛍光寿命相関解析法による生体分子のダイナミクス計測上記の二次元蛍光相関分光法を含む我々が独自に開発した蛍光寿命の揺らぎを計測する分光法を用い、シトクロムcの変性メカニズムの解明を目指した研究を行った。酸性変性条件下での構造揺らぎをFRETを用いて計測した結果、天然状態と変性中間状態の間の構造転移が数マイクロ秒の時間スケールで起こっていることがわかった。その他に、本学術領域内の複数の他のグループより生体分子試料の提供を受け、我々の手法を用いた共同研究を開始している。

本研究課題では先端的な蛍光相関分光法(FCS)を開発して生体分子の揺らぎ計測に応用するという目的を設定し、1.蛍光寿命の揺らぎを計測するFCSと2.偏光分解FCSの2つのアプローチを提案したが、特に1.の蛍光寿命を利用する手法の有効性が期間内に明らかになったため本年度はこの手法の発展・完成を目指すことに注力し、実際にDNAやタンパク質のマイクロ秒領域のダイナミクスについて極めて重要な知見を得ることができた。また、領域内の共同研究もすでに複数の提案があり、実験に着手している。24年度が最終年度であるため、記入しない。蛍光寿命の揺らぎを計測する相関分光法、特に二次元蛍光相関分光法を応用した研究をさらに展開する。タンパク質・DNA・RNAなど様々な生体分子系への応用研究を推進すると同時に、測定の多チャンネル化によるスループットの向上を図る。また、二次元蛍光相関分光法の原理を発展させた新たな高感度計測法の開発にも取り組む。
苛酷な地震荷重を受けた先進複合材料の残留強度評価に関する基礎的研究

本研究では,ます始めに,2種類のプリプレグにより作成した一方向CFRP積層板のDCB試験片を用いて,ΔK一定条件で疲労き裂伝ぱ試験を行い,荷重繰返し速度および試験温度,試験環境の影響について調べた.その結果,大気中における層間はく離疲労き裂伝ぱは,いずれも繰返し数依存であるが,試験温度に依存する場合と,試験温度の影響がない場合があった.また,熱疲労についても,最大温度における一定温度試験の結果と一致する場合と,一定温度試験よりもき裂伝ぱ速度が小さい場合があった.ついで,き裂先端の繊維配向角の影響を調べた結果,層間はく離疲労き裂伝ぱ速度は,繊維とき裂進展方向の角度が大きいほどき裂伝ぱ速度は遅く,その程度は試験片板幅によって異なることを明らかにした.なお,金属材料とは異なり,地震荷重のような過大荷重が負荷された場合,疲労き裂伝ぱ速度は増加することが明らかになった.これは,繊維によるき裂上下面の架橋が過大荷重によって解放されるためであると考えられる.ついで,より汎用的に使用されている短繊維GFRPを用いて応力緩和試験を行い,その結果を粘弾性モデルに当てはめて界面せん断応力を算出することによって,引張りおよび疲労強度に及ぼす繊維表面処理,ひずみ速度,混練圧の影響を解析した.これにより,高強度短繊維GFRP製作の指針が与えられた.本研究では,ます始めに,2種類のプリプレグにより作成した一方向CFRP積層板のDCB試験片を用いて,ΔK一定条件で疲労き裂伝ぱ試験を行い,荷重繰返し速度および試験温度,試験環境の影響について調べた.その結果,大気中における層間はく離疲労き裂伝ぱは,いずれも繰返し数依存であるが,試験温度に依存する場合と,試験温度の影響がない場合があった.また,熱疲労についても,最大温度における一定温度試験の結果と一致する場合と,一定温度試験よりもき裂伝ぱ速度が小さい場合があった.ついで,き裂先端の繊維配向角の影響を調べた結果,層間はく離疲労き裂伝ぱ速度は,繊維とき裂進展方向の角度が大きいほどき裂伝ぱ速度は遅く,その程度は試験片板幅によって異なることを明らかにした.なお,金属材料とは異なり,地震荷重のような過大荷重が負荷された場合,疲労き裂伝ぱ速度は増加することが明らかになった.これは,繊維によるき裂上下面の架橋が過大荷重によって解放されるためであると考えられる.ついで,より汎用的に使用されている短繊維GFRPを用いて応力緩和試験を行い,その結果を粘弾性モデルに当てはめて界面せん断応力を算出することによって,引張りおよび疲労強度に及ぼす繊維表面処理,ひずみ速度,混練圧の影響を解析した.これにより,高強度短繊維GFRP製作の指針が与えられた.本研究では,汎用の130°C硬化型CFRPプリプレグおよび航空機用の180°C硬化型CFRPプリプレグを積層して双片持ちはり(DCB)試験片を製作し,大気中及び水中において,ΔK一定条件下で層間はく離疲労き裂伝ぱ試験を行った.その結果,130°C硬化型CFRP積層板の場合,大気中ではき裂伝ぱ挙動に試験温度の影響はなく,また,熱疲労におけるき裂伝ぱ速度は,等温試験におけるき裂伝ぱ速度と同一であることが明らかになった.しかしながら,水中では,熱疲労におけるき裂伝ぱ挙動は,最大荷重のときの温度と等しい一定温度の結果とほぼ一致した.一方,180°C硬化型積層板の場合,大気中では,試験温度が高いほうがき裂伝ぱ速度が速かった.また,熱疲労におけるき裂伝ぱ速度は等温試験におけるき裂伝ぱ速度よりも低く,逆位相熱疲労におけるき裂伝ぱ速度は,同位相におけるき裂伝ぱ速度よりもよりも大きかった.さらに,等温試験におけるき裂伝ぱ速度は,試験温度を高温から低温に変化させた場合に大幅に低下あるいは停止した.水中における等温試験では,試験温度が高いほうがき裂伝ぱ速度が低く,水中における熱疲労試験では,き裂伝ぱ速度は,最大荷重のときの温度と等しい等温試験の結果とほぼ一致した.また,大気中において応力比の影響を調べた結果,応力比が大きいほどき裂伝ぱの下限界値は低く,同一のΔKにおいては,き裂伝ぱ速度が大きいことが明らかになった.さらに,破壊じん性試験,および高応力比下の疲労き裂伝ぱ試験においては,き裂進展抵抗はき裂進展量によらず一定であるのに対して,低応力比下ではき裂進展とともに増大することが明らかになった.これは,繊維によるき裂上下面の架橋によるものと考えられる.本研究では,ます始めに,2種類のプリプレグにより作成した一方向CFRP積層板のDCB試験片を用いて,△K一定条件で疲労き裂伝ぱ試験を行い,荷重繰返し速度および試験温度,試験環境の影響について調べた.その結果,大気中における層間はく離疲労き裂伝ぱは,いずれも繰返し数依存であるが,試験温度に依存する場合と,試験温度の影響がない場合があった.また,熱疲労についても,最大温度における一定温度試験の結果と一致する場合と,一定温度試験よりもき裂伝ぱ速度が小さい場合があった.ついで,き裂先端の繊維配向角の影響を調べた結果,層間はく離疲労き裂伝ぱ速度は,繊維とき裂進展方向の角度が大きいほどき裂伝ぱ速度は遅く,その程度は試験片板幅によって異なることを明らかにした.

なお,金属材料とは異なり,地震荷重のような過大荷重が負荷された場合,疲労き裂伝ぱ速度は増加することが明らかになった.これは,繊維によるき裂上下面の架橋が過大荷重によって解放されるためであると考えられる.ついで,より汎用的に使用されている短繊維GFRPを用いて応力緩和試験を行い,その結果を粘弾性モデルに当てはめて界面せん断応力を算出することによって,引張りおよび疲労強度に及ぼす繊維表面処理,ひずみ速度,混練圧の影響を解析した.これにより,高強度短繊維GFRP製作の指針が与えられた.
小胞輸送分子Hrsを介する細胞老化とがん細胞悪性形質の制御

HeLa細胞において,細胞内小胞輸送関連タンパク質HrsをSiRNAを用いてノックダウンするとβGal活性の上昇などの細胞老化が観察された。そこで, Hrsによる癌細胞老化抑制機序を明らかにするために, Hrs欠損マウス由来細胞をin vitroで癌化することにより, Hrs完全欠損の癌細胞老化における効果を検討することを試みた。最初に, LysM-Cre/Hrs^<flox/flox>マウス由来線維芽細胞(Hrs^<flox/flox>MEF)およびLysM-Creマウス由来線維芽細胞(WT-MEF)にSV40-LargeT遺伝子を導入し不死化細胞を得た。さらにHrs^<flox/flox>MEFおよびWT-MEF細胞に活性化型H-ras遺伝子を導入し癌化した各細胞株も樹立した。これらの細胞の長期培養を行い, βGal活性の上昇、INK4a発現を指標に,細胞老化の程度を検討した。しかしながら, Hrsの有無により明らかな細胞老化の差異は観察されなかった。また,in vitroの細胞増殖能にも有意な差異を認めなかった。従って, HeLa細胞で見られたHrsノックダウンで見られた効果は残念ながらHrs欠損マウス由来のMEF細胞株では再現できなかった。その原因として,ヒトとマウスにおけるHrsの役割の違いや,遺伝子ノックダウン法によるHrs不完全欠損と,遺伝子欠損マウス由来組織におけるHrs完全欠損の細胞おける効果の違いなどが考えられた。以上の実験結果により,当初の研究計画は途上で断念せざるを得ない結果となった。
グラニセトロンの制吐作用における薬物間相互作用と薬物動態に関する研究

癌化学療法における悪心・嘔吐の支持療法として用いられる5-HT_3受容体拮抗薬の一つであるグラニセトロンは高い制吐作用を持つ一方で、便秘等の副作用も高頻度に発現する。そのため、日本人による投与法を確立するために制吐作用と血中濃度及び遺伝子多型および使用レジメンの関連性を明らかにするため以下の研究を行った。本研究は秋田大学医学部倫理委員会にて承認されており、文書による同意を得た患者を対象に本研究を実施し、本研究に同意しない場合でも治療に受けるにあたり何ら不利益を受けるはなく、また、途中で了承を撤回しても問題の無いことを説明している。【研究方法】1)催吐レベルが高レベルである化学療法が施行されている患者に対し、グラニセトロン点滴静注終了3時間後に採血を行い、グラニセトロン及び各代謝物の血中濃度を測定する。2) 1)と同時に患者の血液よりDNAを抽出し,CYP3A5及びトランスポーターについて遺伝子解析を行う。3)対象患者には、化学療法施行後にインタビューを行い、悪心・嘔吐の発現状況に加え、他の副作用の発現状況について評価を行う。4)上記の他、レジメンの臨床成績及び臨床検査等の解析を行い、グラニセトロンの制吐作用に影響を及ぼす因子について調査する。【研究結果】1)高催吐レベルのレジメンにおいて、制吐療法を標準化しアセスメントツールを作成した。2)悪心・嘔吐およびグラニセトロンの制吐効果に影響を与える因子についてレジメンの種類等検討をおこなった。3)化学療法施行患者におけるグラニセトロンの血中濃度及び遺伝子解析については症例集積中(現在10症例)であり、今後解析を行う。
天蚕卵の人工孵化法の開発

本研究では,完成度の高い人工孵化法の達成とそのメカニズムの解明に向けて研究組織をつくり,実用化試験から製品化までを目標にしながら研究を展開した.その結果,(1)イミダゾール化合物KK-42の効果に匹敵するかそれ以上の打破効果のあるイミダゾール化合物をスクリーニングした.また,イミダゾール化合物が作用する部位に多くの神経分泌細胞と内分泌細胞を免疫組織化学的に証明した.さらに,イミダゾール化合物結合タンパク質(約60kDa)を単離した.(2)最も効果的な休眠打破剤として,1-{5-(4-Ethylphenoxy)pentyl}-imidazoleを合成した.(3)KK-62の大量合成法を確立すると共に,休眠打破にも一部効果のある1-(4-アルキルオキシフェニル)イミダゾール化合物を合成した.(4)大量人工孵化法のシステム化のために,次亜塩素ソーダや市販の塩素系洗剤を利用し,簡便な卵殻剥離法を確立した.研究の動機と得られた結果の詳細な考察は以下にまとめた個別の論文,総説,そして出版物に示した.これによって本研究の当初の目的はほぼ達成されたが,イミダゾール化合物の製品化だけは残っている.これについては,天蚕に対する経済的産業的要請が高まればいつでも対応できる基盤はすでに確立しているので,改めてその時期が到来したら製品化する予定である.本研究では,完成度の高い人工孵化法の達成とそのメカニズムの解明に向けて研究組織をつくり,実用化試験から製品化までを目標にしながら研究を展開した.その結果,(1)イミダゾール化合物KK-42の効果に匹敵するかそれ以上の打破効果のあるイミダゾール化合物をスクリーニングした.また,イミダゾール化合物が作用する部位に多くの神経分泌細胞と内分泌細胞を免疫組織化学的に証明した.さらに,イミダゾール化合物結合タンパク質(約60kDa)を単離した.(2)最も効果的な休眠打破剤として,1-{5-(4-Ethylphenoxy)pentyl}-imidazoleを合成した.(3)KK-62の大量合成法を確立すると共に,休眠打破にも一部効果のある1-(4-アルキルオキシフェニル)イミダゾール化合物を合成した.(4)大量人工孵化法のシステム化のために,次亜塩素ソーダや市販の塩素系洗剤を利用し,簡便な卵殻剥離法を確立した.研究の動機と得られた結果の詳細な考察は以下にまとめた個別の論文,総説,そして出版物に示した.これによって本研究の当初の目的はほぼ達成されたが,イミダゾール化合物の製品化だけは残っている.これについては,天蚕に対する経済的産業的要請が高まればいつでも対応できる基盤はすでに確立しているので,改めてその時期が到来したら製品化する予定である.イミダゾール系化合物KK-42を利用した天蚕卵の人工孵化法は基礎的には確立している。しかし、KK-42は天蚕卵に対し強い生理的毒性を発現することもある。そこで本研究では、より安全で完璧な人工孵化法の達成とそのメカニズムの解明を検討することにした。また従来の人工孵化法の工程よりも簡易な方法も検討した。その結果、イミダゾール系化合物の合成とそのスクリーニングにより、新らたにKK-62およびKK-86が休眠打破に有効であることが明らかになった。KK-62の合成法も検討され、簡便な工程が確立され、このKK-62はカイコの早熟変態にも効果的であることが判明した。また、イミダゾール系化合物だけでなくピリジン環系化合物にも一部休眠打破の活性が認められた。一方、実用化に向けて、天蚕卵から前幼虫を手動(ピンセット操作)で取り出す従来の方法ではなく、次亜塩素ソーダや市販の塩素系洗剤を利用し、簡便な卵殻はく離法を確立した。この除殻法とイミダゾール系化合物処理の組み合わせ実験により、改良型人工孵化法を生み出すことに成功した。以上のことから、天蚕卵の人工孵化法の改良型が基本的に達成されることになった。イミダゾール化合物KK-42を利用した天蚕卵の人工孵化法は基礎的には確立している.しかし,KK-42は天蚕卵に対し強い生理的毒性を発現することもある.そこで本研究では,より安全で完璧な人工孵化法の達成とそのメカニズムの解明を検討することにした.また従来の人工孵化法の工程よりも簡易な方法も検討した.本年度はその結果,最も効果的な休眠打破材として,1-{5-(4-Ethylphenyloxy)pentyl}-imidazoleを合成した.この1-(置換phenoxyalkyl)イミダゾール化合物は,カイコを利用した早熟変態の誘導と天蚕の休眠打破効果との間で特に密接な関連性を示さなかった.一方,イミダゾール化合物の作用部位と考えられる前幼虫の中胸や第2第5腹節を中心とし,FMRFamideおよび哺乳類ペプチドの抗体を利用しながら免疫組織化学的に観察した.その結果,前腸と中腸の境界部に多くの神経繊維ニューロンと中腸上皮組織に多くの内分泌性細胞を観察した.さらに,イミダゾール化合物アフィニティークロマトグラフィーで休眠中の前幼虫からKK-42結合タンパク質(約60kDa)を単離することができた.以上のことから,人工孵化の大量化および人工孵化の機械解明のために重要な知見を提案することができた.
ADAR1による体細胞超突然変異導入機序

胚中心B細胞における抗体遺伝子V領域の体細胞超突然変異(SomaticHypermutation:SHM)導入におけるAdenosinedeaminaseactingonRNA1(ADAR1)の機能についてADAR1遺伝子改変マウスを用いて調べた。方法は、トランスジェニック(ADAR1-Tg)やコンディショナル欠損(ADAR1-cKO)マウスを抗原NP-CGとアジュバント(Alum)で免疫して、脾臓由来のIgG1陽性の胚中心B細胞の抗体遺伝子V領域(VH186.2)の遺伝子におけるSHM頻度を調べて、正常マウスからの胚中心B細胞におけるSHM頻度と比較解析した。その結果、SHMの頻度はADAR1-Tgマウスでは増加しており、逆にADAR1-cKOマウスでは著しく低下していた。これらの結果から、ADAR1は胚中心B細胞における抗体遺伝子V領域のSHMの導入に機能していることを明らかにした。平成23年度では、ADAR1の過剰発現系を用いてADAR1がSHMに関与していることが強く示唆するデータが得たれたことから、初期の研究目的は達成された。次年度には、ADAR1-KOマウスを用いてADAR1のSHMへの関与を証明する予定である。ADAR1-KOマウスは胎生致死なので、LoxPの挿入されたADAR1-floxマウス(飼育中)をCD19-Cre-Tgマウス(飼育中)やCD21-Cre-Tgマウス(飼育中)と交配することにより成熟B細胞でコンディショナルにADAR1を欠損した(ADAR1-cKO)マウスを作製する。このマウスを用いて以下のように研究をすすめる。(1)ADAR1-cKOマウス脾臓由来の成熟B細胞を抗IgM抗体と抗CD40抗体と様々な濃度のIL-4で刺激して経時的にIgG1陽性B細胞の分化をFACSで解析し、正常成熟B細胞の分化と比較する。(2)上記(1)のIgG1陽性B細胞をFACSで分取した後、抗体遺伝子のスイッチ領域やc-Myc遺伝子のDNA突然変異の頻度とA/T変異の頻度を正常IgG1陽性B細胞における頻度と比較解析する。(3)ADAR1-cKOマウスを抗原NP-CGとアジュバント(Alum)で免疫して、経時的に採血して血中IgMやIgG1抗NP抗体価を親和性とともに測定する。(4)上記(3)のマウスの免疫後7日目と14日目における脾臓由来のIgG1陽性の胚中心B細胞をIgG1、FasやGL7に対する抗体と反応させてFACSで分取する。これらの胚中心B細胞の抗体遺伝子V領域(VH186.2)の遺伝子解析を行いSHMの頻度とA/T変異の頻度を正常マウスからの胚中心B細胞における頻度と比較解析する。
移植肺臓器へのストレスの定性・定量

肺移植における肺臓器のストレスは移植肺の正着に大きく影響すると言われており、ストレス軽減が肺移植の成功に大きく寄与すると考えてられている。通常の過換気による肺ストレスを野生のマウスとストレスに弱いと考えられる変異KDEL受容体トランスジェニックマウスにおいてストレス定量することでストレスの定量とその対策について実験する計画であったが、機器の故障のため新しく実験システムを組み直す必要が生じた。新しい実験システムにおいて人工呼吸下に動脈ライン留置を行い、2時間の過換気を行ったが高率に(8例中8例)循環不全を起こし、2時間まで人工呼吸での維持ができなかったため、一旦変異KDEL受容体トランスジェニックマウスの作成を止めることとした。システムを見直した結果、一回換気量を調整することで4時間まで人工呼吸を行うことができるようになった(5例中5例)が、トランスジェニックマウスの作成に時間がかかるため(3ヶ月以上)一旦野生のマウスでの呼吸ストレスの耐性試験を先に行うことにした。まず薬剤としては麻酔薬(プロポフォールなどの静脈麻酔薬)や人工呼吸として液体換気の影響を調査する予定であったが、ストレスの予防としてβブロッカーの使用による抗炎症作用が組織ストレス予防により効果があるのではと示唆を受けたためその検討を始めた。血圧のコントロールは補液により可能と考えてβブロッカーを持続静注することとした。血圧のコントロールに難渋することが多かったが、血圧を維持できずに実権を完遂できないことや、薬剤(カテコラミン)の使用が必要になることがないためβブロッカーによるストレス軽減の実験を進めるべく、トランスジェニックマウスの作成を待っている状態である。ノックインマウスの作成を開始するにあたり測定用のパーソナルコンピュータが故障したため、急遽購入する必要が生じた。実験を進めるのに予算が不足する事態となったため、ワイルドマウスにて実験系の整備を行った。ワイルドマウスにて、人工呼吸のため気管切開、血圧測定のため頸動脈にカニュレーションを行った。安定した状態で換気できるように、さまざまな換気量にて1時間から4時間の人工呼吸を行った。その後肺の標本を作製するためにホルマリンによる定着とグルタルアルデヒドによる定着を行ってみた。グルタルアルデヒドによる定着の方が肺組織に柔軟性があり比較しやすいと考えている。過剰圧で換気する実験系では循環系への影響が問題となりやすく、2時問程度の人工呼吸で死亡してしまう例が多く見られた。VIPタンパクのノックインマウスは、よりストレスに弱いと考えられるので、現状の実験系のように動脈圧を直接測定して、換気条件を決定するする必要があると考えている。
歯根膜の血管新生機構に対する機械的刺激の役割と加齢による常態変化

機械的な圧迫刺激が加わると周囲組織において微小血管径の増大および血管新生等の変化が生じるが、この反応性は加齢により低下することが明らかになった。また直径の増大した毛細血管は機能的に毛細血管後細静脈の性質を帯びることが明らかになった。歯に外力を加え歯周組織の常態維持に関与する口輪筋の機能および口唇閉鎖機能は、顔面骨格形態に影響されるが、加齢による生活習慣の変化や訓練により変化し得る可能性が示された。1.同一固体の同一部位における長期的な微小血管の形態観察方法およびその評価法の開発。歯根膜を想定したモデル実験系として、これまでの検討結果からハムスターの背部皮下の毛細血管床を開窓し固定維持する方法のDorsal skin chamber法を改良することが適切であることを明らかにし。制御された機械的圧迫刺激を加える装置を作成、改良中である。比較的強い圧迫刺激における7日間の血管形態の観察結果としては、持続的な圧迫刺激において強い血管透過性の亢進が観察され、12時間ごとの間歇的な圧迫刺激においては毛細血管径の増大と血管新生が生じることを確認している。2.歯根膜線維芽細胞の血管内皮細胞との相互作用の検討歯根膜における血管新生の機構を検討することを目的として、密接に関係する歯根膜線維芽細胞の性質を明らかにすることをまず手がけた。ミニブタの歯根膜から得た歯根膜線維芽細胞から27種類の細胞株を樹立でき、osteocalcin,Runx2,osteopontinのmRNA発現様相を調べたところ、少なくとも性質が異なる3種類の細胞が歯根膜には混在していることが明らかとなった。また、人から採取した歯根膜線維芽細胞を用いて、その増殖に対するMMP-2の作用機序を検討したところ、MMP-2はFGFR1の細胞外ドメインを切断することにより歯根膜線維芽細胞の増殖を抑制する可能性が示された。3.臨床検査により口腔周囲軟組織の性状の加齢変化に関する検討口唇の閉鎖状態が加齢によりどのように変化するかに関しての基礎データを収集する方法の開発を手がけた。睡眠常態も含めた日常の口唇閉鎖状態を、客観的にかつ短時間で計測できる検査方法を、装置ならびに検査条件に検討を加え、検査法を確立した。さらに、上下口唇の口唇閉鎖力の加齢変化を計測することを目的として、プレスケールを用いた検査法を開発した。1.機械的刺激による微小血管形態変化様相の加齢変化ハムスター背部皮下の血管を観察するDorsal skin chamber法を用いて、若齢(6週齢)と老齢(12ヶ月)の動物の背部皮膚に持続的および間歇的な荷重を加え、同一部位の血管の形態変化を7日間経時的に記録、定最的に変化を捉え、以下の結果を得た。(1)対照群では若齢群、老齢群ともに微小血管の分布や微小血管径および血管透過性に著しい経時的変化はなかった。(2)毛細血管径は若齢群では持続荷重付与群、間歇荷重付与群ともに対照群に対して有意に増大した。一方老齢群の間歇荷重付与群では有意に増大したが、持続荷重付与群では観察1日目から有意に減少した。(3)毛紬血管後細静脈径はすべての荷重付与群で増大傾向を示したが、7日目の老齢持続荷重付与群の直径変化率は、若齢持続荷重付与群と比較して有意に小さかった。(4)血管透過性は若齢群、老齢群ともに、荷重付与群は対照群に対して有意に亢進した。またいずれの荷重付与条件においても、全観察期間で、老齢群より若齢群の血管透過性がより亢進している傾向が認められた。(5)機械的刺激に対する数日間における微小血管系の形態的、機能的反応は若齢群と老齢群の間で異なることが明らかとなった。2.微小血管の形態変化に伴う血球動態の変化若齢動物においては持続的荷重を加えた場合においても毛細血管径の増大が見られ、毛綱血管内における赤血球の動態が細静脈内の動態に類似してくることが観察されたが、一方で老齢群における持続荷重付与群では毛細血管径が減少するために、同様の変化は観察されなかった。3.加齢による口腔周囲軟組織機能の変化の把握と歯に対する影響口唇閉鎖状態の把握法に関して更に検討した。睡眠中の状態を的確に再現する付加条件としては、リラックスさせるよりも集中して計算を行なわせる方が適切であることが明らかとなった。1.機械的刺激による微小血管形態変化様相の加齢変化H18年度に得た研究結果から、機械的な持続的圧迫刺激により毛細血管の直径が、若齢動物においては拡大する一方で、高齢動物では刺激部位周囲の血管の収縮、消失が進行することが明らかになった。それを受けて歯根膜における硝子様変性組織の再生過程の進行に関してハムスターの背部皮下の血管を観察するdorsal skin chamber法を用いて検討している。

これまでに若齢動物においては血流の停止した周囲において血管新生を含めた組織再生が進行しているが、高齢動物においては毛細血管の閉塞領域が拡大していく傾向にあることが明らかになっている。2.微小血管の形態変化に伴う血球動態変化の観察これまでの成果から、間歇的な機械的刺激により、毛細血管の直径が増大することが明らかにされたが、赤血球の直径と血管径とのバランスから、太くなった毛細血管の中を流れる血球の動態は、毛細血管後細静脈(postcapillary venule)と類似することが推測される。そこで機械的刺激において毛細血管後細静脈内で生じる白血球の動態変化と同様の変化が、機械的刺激で拡大した毛細血管でも同様に生じているか否かを検討している。これまでのハムスターのdorsal skin chamberを用いた検討から機械的刺激で拡大した毛細血管の機能的な変化を確認するために、炎症のchemical mediatorであるLTB4を投与した時の白血球のroling,adhesionを観察する方法が適切であるという結果を得ている。3.加齢による口腔周囲軟組織機能の変化の把握日中及び夜間における口唇閉鎖状態を把握する方法を平成18年度に検討開発したことを受けて、口唇閉鎖状態と顔面骨格形体の関連を検討している。成人15人の被験者を対象に、先に開発した口唇閉鎖状態の計測および顔面骨格形態の分析を行っており、多変量解析による数学的な分析方法について検討中である。1.機械的刺激による微小血管の形態変化による組織易障害性、組織再生能に関する加齢変化の検討血流が停止するまで圧迫(100g/cm2)を持続的に加えた部位周囲の皮下組織における、血管の形態及び分布の変化に関して、その加齢による差異をハムスターのdorsal skin chamber法を用いて長期間にわたり同一個体で経時的に観察したもその結果、機械的な圧迫の加わった部位周囲の微小血管は、若齢、老齢の動物共に経時的に血管径の増加等が認められたが、その変化は若齢の動物の方が大きいことが明らかになった。2.機械的刺劇に伴う微小血管の形態変化に伴う血球動態変化の検討持続的な機械的刺激によって生じる毛細血管系の拡張に伴う血管内における白血球のRollingとAdhesionの変化について、ハムスターのdorsal skin chamber法を用いて同一個体で長期間、経時的に観察した。その結果、(1)持続的な機械的刺激によって拡張した毛細血管後細静脈においては白血球のRollingとAdhesionが有意に増加し(2)毛細血管が毛細血管後細静脈の太さまで拡張した場合には、それまで観察されなかった白血球のRollingとAdhesionが認められ否ようになった。すなわち、形態の変化に伴って機能的変化が生じていることが明らかになった。3.加齢による口腔周囲軟組織機能の変化の把握口唇閉鎖機能の常態を把握することを目的に、成人正常咬合者、不正咬合者を対象に口唇を閉鎖している時間を口唇閉鎖時間率として計測し、顎顔面骨格形体との関連を調べた。その結果、顎顔面骨格形体と口唇閉鎖時間率の問には密接な関連があることが明らかになった。
二次元拡散通信技術の研究

従来の通信技術の多くは1次元あるいは3次元の通信に分類することができる。1次元の通信とは、銅線配線、同軸ケーブル、光ファイバなど、電磁エネルギーが1次元の媒体の中に局在している通信である。また3次元の通信は、光やRFなどの無線通信に代表されるように、3次元空間を伝播する波動によって情報を伝達する方式である。本申請課題で提案する二次元通信とは、伸縮可能な膜状の伝達媒体を2次元的に伝播する電磁エネルギーによって、2次元的なデバイス内の任意点間で信号を伝達する技術である。この新しい信号伝達技術によって、通信、センシング、コンピューティング、ロボッティックス、回路・機械・システム設計、など幅広い分野に変革がもたらされる可能性がある。本研究期間において、マイクロ波の伝達による二次元通信や、導電性のサイト境界を通信素子で結合するセルブリッジシステムが提案、試作された。マイクロ波帯二次元通信の研究では、導電性のメッシュで誘電体シートをサンドイッチした層構造の通信層内部および表面近傍にマイクロ波を局在させ、部屋空間規模までの高速通信が可能であること、その通信層近傍に生成されるエバネッセント場に対し低損失で電磁結合する近接コネクタが実現できることを理論的、実験的に確認した。セルブリッジシステムにおいては、センシング/アクチュエーティングと信号伝送を兼ねた導電性のサイトが、セルブリッジとよばれる計測・信号伝送LSIによって結合される。システムの内部には個別配線は存在せず、柔軟なデバイスが実現される。本システムのアプリケーションとして、大面積の柔軟ロボット皮膚と、布材料を用いた柔軟スピーカーアレイを試作した。以上のように本課題では高速な信号伝送を可能にする二次元通信技術を確立し、実用可能な段階にまで到達することができた。またそれを用いた革新的なアプリケーションを示すことができた。二次元通信とは、導電性の布やシートに生じる電磁的作用を用いて通信を行う新しい技術である。通信シート内には個別配線は存在せず、そこに埋め込まれた通信素子間でパケットを伝送することで、2次元面内の任意点間でのデータ転送を行う。二次元通信の開発は、民間企業においてもすでに始まっており、2次元通信素子のLSI開発と通信プロトコルの開発は、その共同開発企業において行われた。その結果、動作周波数55MHzの通信LSIの試作に成功し、ホップ数4の連鎖伝達において2Mbpsのリアルタイム動画転送を実験的に確認した。また、膨大な数の通信素子を含む通信シート内で、通信経路が複雑に交差する場合においても、スループット、遅延、遅延変動を保証可能な伝送アルゴリズムを確立することができた。このような民間企業を中心とした研究と密に連絡を取りながら、本研究ではより基礎的なテーマに焦点をあて研究を行った。一つはLSIを高速動作させるための基礎データの取得であり、もう一つは二次元通信の将来的な応用のための基礎研究である。二次元通信においては、微小なCMOSチップ内に通信とセンシングなどの機能を集積化する必要がある。そのためアナログ回路の動作を正確にシミュレーションするためのデバイスパラメータを試作素子によって詳細に測定した。それらの評価実験のために、試作後のLSIの配線を変更するためのレーザーカッターを購入した。もう一つの研究の柱は、二次元通信の重要なアプリケーションである人工皮膚実現のための基礎研究である。二次元通信によって触覚素子を結合し、人工皮膚を実現することを計画しているが、触覚素子がもつべきセンシングの能力については、未だに明確にはなっていない。そこでまず人間の皮膚が検出している情報を明らかにする研究を行った。人間の皮膚の2点弁別閾は手の平で1cm程度、前腕部で数cmと言われており、比較的大きな値であるが、どの部分であっても鋭いピンの先端と滑らかな表面は見分けることができる。

この鋭敏な検出能力をもつように素子を配置すると莫大な数の触覚素子が必要とされる。本研究によって、表面の細かい構造を見分ける知覚が、皮膚表層の2種類の機械受容器の発火比率の検出によって可能であることを手の平において指摘した。さらにその場合に利用されているパラメータは2点弁別閾程度の径の領域における各受容器の発火量の総和のみであることを示唆する実験結果を得た。この性質を利用し、2点弁別閾程度の間隔で配置されたセンサが、これら2自由度の変形特徴を検出できる人工皮膚のセンシング構造を提案し、まばらな素子配置によって触感を検出する人工皮膚の設計を行なった。二次元通信とは、導電性の布やシートに生じる電磁的作月を用いて通信を行う新しい技術である。通信シート内には個別配線は存在せず、そこに埋め込まれた通信素子間でパケットを伝送することで、2次元面内の任意点間でのデータ転送を行う。二次元通信の開発は、民間企業においてもすでに始まっており、2次元通信素子のLSI開発と通信プロトコルの開発は、その共同開発企業において行われている。本年度は、動作周波数55MHzの通信LSIを伸縮可能な導電繊維に実装し、リアルタイム動画転送を実験的に確認した。またこれまでの研究では多数のLSIを高密度に分散し、近距離でマルチホッピングするタイプの研究が主であったが、本年度はさらにマイクロ波を通信層に導入し、遠方まで直接電磁波を伝達する通信システムを提案した。マイクロ波を用いた通常の無線通信では、受信可能な電磁波の電力は送信子と受信子の間の距離の2乗に反比例するが、2次元通信では電磁エネルギが2次元シート内に局在するため、距離の1乗に反比例する。したがって受信強度が距離の影響を受けにくく、電力も効率よく伝送できる。また、通信シートの辺縁部での反射を、電磁波吸収体によって容易に抑えることができるため、通常の無線通信で発生するマルチパスの問題が生じない。そのため通信のスループットを信号周波数程度まで容易に高めることができる。また、様々な素材の通信層に容易に接続することができ、意図しない場所には電磁波が漏洩しない。これらの優れた特性を実験的に確認し、コンピュータ・周辺機器の接続や、多数のセンサを実装することを目的とした実用的なコネクタの開発を行った。また、導電性繊維をはじめとした様々な素材において理論どおりの通信が可能であることを確認した。二次元通信とは、ケーブルなど1次元の媒体による通信、無線など3次元空間を媒体とする通信に対し、2次元面内を無指向伝播する電磁エネルギーによって信号を伝送する技術である。本年度は、導電性のメッシュで誘電体シートをサンドイッチした層構造の通信層内部および表面近傍にマイクロ波を局在させ、部屋空間規模までの高速通信が可能であること、その通信層近傍に生成されるエバネッセント場に対し低損失で電磁結合する近接コネクタが実現できることを理論的、実験的に確認した。
光励起分子のダイナミックス:時間分解振動分光による研究

時間分解ラマン分光法およびレーザーフラッシュフォトリシス法を用いて、フラビンの光還元反応およびスピロピランの励起分子の構造について以下のことを明らかにした。(1)フラビンの光還元反応の機構:フラビンモノヌクレオチド(FMN)は最低励起三重項状態^3FMN^*を経由して、pH8.3以上ではアニオンラジカルFMN-・を、pH8.3以下ではセミキノンラジカルFMNH^・を生成する。このとき、^3FMN^*(吸収極大波長λ_<max>=377,494,660,710nm)は酸性溶液中でもアルカリ溶液中でも、基質から電子を奪って先ずFMN^<-・>(λ_<max>=367,485nm)を生成するのであり、水素原子を引き抜いてFMNH^・(λ_<max>=340,481,571nm)を生成するのではないことを時間分解ラマン分光法により明らかにした。なお、酸性溶液中では、生成したFMN^<-・>が更にH^+と結合してFMNH^・になる。(2)6-ニトロー1′,3′,3′-トリメチルスピロ[2H-1-ベンゾピラン-2,2′-インドリン](6-nitroBIPS)の励起分子種:フォトクロミズムを示す6-nitroBIPSは、シクロヘキサン溶液中紫外光照射により、ナノ秒以後の時間領域で、3種類の過渡分子種を生成することを、時間分解ラマン分光法により明らかにした。最も寿命の短い過渡分子種(λ_<max>=435nm)は、最低励起三重項状態であり、二番目の寿命の過渡分子種(λ_<max>=580nm)は、C_<spiro>-O結合が切れたフォトメロシアニンである。最も寿命も長い過渡分子種(λ_<max>=530nm)はフォトメロシアニンの二量体であることを明らかにした。なお、C_<spiro>-O結合の開裂は最低励起一重項から起こる。
酸素窒素の配列で物性を制御する新しい機能性無機材料の開発

本研究では、ペロブスカイト型酸窒化物における酸素と窒素の比率や分布を制御する手法を開発し、それらが誘電性に与える影響を調べることを目的とした。1ペロブスカイト型酸窒化物固溶体La1-xSrxTiO2+xN1-xを合成し、窒素のシス型配列がx=0.2でも維持されることを明らかにした。さらにTi周りの多面体の歪みは増加し、この局所構造が誘電率の向上に寄与すると考えられた。2窒化炭素C3N4を用いたペロブスカイト型酸窒化物の新しい合成手法を開発した。この手法ではアンモニア窒化法よりも低温の800°CでSrTaO2Nが得られ、生成物の格子定数変化から酸素窒素配列が異なる結晶構造が得られた可能性がある。従来の無機材料の多くは陽イオンの組合せで様々な物性を制御し、実用化してきた。複合アニオン化合物の一つである金属酸窒化物は、酸化物イオンと窒化物イオンの組合せで物性を制御できる可能性を持つ。これまでに、ペロブスカイト型酸窒化物SrTaO2Nの焼結体を作製し、その優れた誘電性を明らかにしてきた。本研究では、ペロブスカイト型酸窒化物誘電体における酸化物イオンと窒化物イオンの配列がその誘電性に与える影響を明らかにすることを目指し、1様々な酸素窒素比率のペロブスカイト型固溶体を作製し、その誘電率と結晶構造の関係を明らかにすること、さらに2様々な雰囲気や加熱冷却条件を検討することで酸素窒素配列を制御する手法を開発することを目的とした。平成27年度は、1の達成を目的にペロブスカイト型構造のLa1-xSrxTiO2+xN1-x固溶体酸窒化物を作製し、その誘電率と結晶構造の関係を検討した。低融点パラフィンとの複合圧粉体を用いて測定した誘電率は、室温においてx=0で約1400からx=0.2で約11000まで増加した。両者の結晶構造を粉末中性子線回折パターンを用いてRietveld解析により精密化したところ、両者とも窒素のシス型配列をもち、さらにx=0.2では八面体同士の傾斜角が減少してより立方晶に近づいた。これらの局所的な陰イオン配列が優れた誘電性に繋がっていると考えられ、さらにx=0.2における八面体鎖間の傾きの減少が高い誘電率に関係すると思われた。当初の研究計画通り、(1)ペロブスカイト型酸窒化物固溶体La1-xSrxTiO2+xN1-xを作製し、その誘電率が酸素窒素量で変化すること、(2)酸窒化物固溶体においても窒化物イオンのシス型配列が保たれるが、構造が立方晶系に近づくこと、(3)これらが優れた誘電性に寄与すること、を明らかにした。このようにSrTaO2N誘電体と同様に、ペロブスカイト型酸窒化物固溶体において、酸素窒素の局所的な配列が誘電性と密接な関連があることが明らかになった。複合陰イオンの組成比だけでなく局所的な配置が酸窒化物の物性に影響する新しいメカニズムが明らかになりつつある。両陰イオンの配列を任意に制御する手法に関して、不活性雰囲気中での熱処理や加熱冷却条件の検討などを開始している。本研究では、ペロブスカイト型酸窒化物誘電体における酸化物イオンと窒化物イオンの配列がその誘電性に与える影響を明らかにすることを目的とした。平成27年度は、1酸素窒素比率と誘電性の関係を明らかにすることを目的に、ペロブスカイト型構造のLa1-xSrxTiO2+xN1-x固溶体酸窒化物を作製し、その誘電率と結晶構造の関係を評価した。固溶体とすることで低融点パラフィンとの複合体から見積もった誘電率は増加したが、中性子回折からは酸素窒素のシス型配列が維持されることが分かった。一方で、固溶体化することで、構造の歪みが減少し八面体鎖の傾きの低下が高い誘電率に関係すると考えられた。平成28年度は、2様々なペロブスカイト型酸窒化物の合成法を検討することで酸素窒素配列を制御する手法を開発することを目的とし、炭素や窒化炭素C3N4を用いた酸窒化物の新しい合成手法を開発した。特に窒化炭素を用いた合成手法は従来のアンモニアガスを用いた手法よりもおよそ200°C低い800°Cで酸窒化物を合成できた。これは、原料酸化物がC3N4と反応し、シアン化物などの高活性な反応中間体を形成するためと考えられる。粉末X線回折を用いた構造評価ではc/a軸比の変化が観察されており、中性子回折などを用いたより詳細な構造評価を実施する予定である。窒化炭素を用いた新規合成手法に関して投稿論文の準備中である。

1ペロブスカイト型酸窒化物固溶体La1-xSrxTiO2+xN1-xを合成し、窒素のシス型配列がx=0.2でも維持されることを明らかにした。さらにTi周りの多面体の歪みは増加し、この局所構造が誘電率の向上に寄与すると考えられた。2窒化炭素C3N4を用いたペロブスカイト型酸窒化物の新しい合成手法を開発した。この手法ではアンモニア窒化法よりも低温の800°CでSrTaO2Nが得られ、生成物の格子定数変化から酸素窒素配列が異なる結晶構造が得られた可能性がある。平成28年度は当初計画通り、2ペロブスカイト型酸窒化物における酸素と窒素の配列を制御する手法の開発を目的とする。平成27年度の研究により、ペロブスカイト型酸窒化物の誘電性が酸素窒素の比率だけでなく、局所的な配列と関連することを明らかにした。これまでに得られている窒素のシス型配列構造だけでなく、完全に統計分布した不規則構造の形成や、局所的な規則化構造ドメインを拡張して、誘電性を評価する。アンモニアや不活性雰囲気中での高温熱処理や、アニール後の急冷処理や徐冷処理によって物性がどのように変化するかを調べ、結晶構造との関連を明らかにする。また、ペロブスカイト構造のBサイトイオンの電子状態も酸素窒素配列に影響すると考えられ、金属イオンの価数変化と酸素窒素配列の関係も評価する。無機工業材料
ポリマー碍子の汚損を模擬した長期寿命評価法の開発

欧米を中心に送配電系統における支持絶縁物として外被材に有機高分子化合物を用いた碍子(以下ポリマー碍子)が導入されてきており、日本でも電力系統への適用が検討されている。日本国内での適用に際して課題となっているのが、有機材料の経年劣化(長期寿命)が明確になっていないことが挙げられる。これまで材料の劣化に大きく寄与するドライバンドアーク放電電気量の発生に関係する試料表面の汚損状態に関しては等価塩分付着密度(ESDD)によって評価を行っていたが、曝露試験と加速劣化試験の比較によって不溶性物質付着密度(NSDD)による評価も必要であることが分かった。そのため、13の試験を実施し以下のことが分かった。1不溶性汚損堆積物を模擬した材料劣化試験NSDDの違いにより、放電の発生状況や試料表面の状態などが異なり、放電特性に影響を与えることが分かった。また、不溶性の汚損物質は試料の表面抵抗を低下させるだけでなく、表面温度や放電継続時間を増加させることを確認した。このことからNSDDは表面抵抗や試料表面の温度、放電時間に影響を与えることでドライバンドアーク放電の発生に関係することが分かった。2撥水性の変化を調べるため、表面の状態を走査型電子顕微鏡などの化学分析装置を用いて調査する基礎試験として事前処理により撥水性を除去し、NSDDがドライバンドアーク放電電気量の発生にどの程度寄与するかを確認した。試料の撥水性低下にどのような影響を与えるかは今後検討する必要がある。3曝露試験を実施し、実碍子での表面汚損の影響を調べる曝露試験を実施している大学構内は軽汚損地区に該当し、現在までに碍子材料に影響を与えるようなドライバンドアーク放電電気量の発生は確認されていない。
認知行動療法を用いた摂食障害の予防プログラムの有効性に関する研究

摂食障害は患者数増加や発症後の慢性化が深刻な問題であるが、有効な治療法は確立されておらず、予防や早期介入が重要な課題となっている。これまでに行った摂食態度調査、面接による早期介入、養護教諭へのアンケート調査などから、発症予防には摂食障害のリスク因子への認知面からの介入が必要と考えた。本研究では、摂食障害のハイリスク者を対象に、予防プログラムを実施し、有効性の検討を行う。
カーボンナノチューブとフォトニック結晶の融合による電気駆動レーザー

2018年度は、まずデバイス作製や測定手法に慣れるために、カーボンナノチューブを利用した実験への前段階として、関連物質であるグラフェンを用いた実験から開始し、その後、カーボンナノチューブをフォトニック結晶上に合成したデバイスの測定に取り組んだ。グラフェンを用いた実験では、グラフェンとカーボンナノチューブが同じ波長でラマン散乱を起こすことに着目し、フォトニック結晶を利用したラマン散乱光の双共鳴による増強を試みた。双共鳴では励起光と発光が同時にフォトニック結晶共振器と共鳴し、励起光の増強と発光の増強が同時に起きることにより、大きな増強度が得られる。フォトニック結晶デバイスとしては、ラマン散乱の条件に合う双共鳴波長を持つシフトL3型微小共振器を設計し、シリコン・オン・インシュレーター基板を電子線描画とエッチングにより加工して作製した。グラフェンを転写したデバイスにおけるラマン散乱の増強について顕微分光により評価したところ、グラフェンのG'モードとの双共鳴が確認でき、未加工部分と比較して約60倍の増強が実現できた。また、空間分布と偏光度から励起光の増強が大きく関与していることを明らかにした。さらに、フォトニック結晶の光子定数や空孔径を調整することで双共鳴の波長を変化させ、異なる波長でもラマン散乱の増強が得られることを示したほか、励起光の増強度と発光の増強度を定量的に明らかにした。次に、カーボンナノチューブをフォトニック結晶上に合成し、ラマンおよびフォトルミネッセンスの増強を試みた。架橋部分の発光が強いことに着目し、フォトニック結晶の空孔部分の発光を利用するために伝搬モードを活用した。ラマン散乱と伝搬モードの共鳴により、最も明るいデバイスでは通常より二桁ほど高い強度が実現できた。さらに、格子定数の関数として測定評価を進め、増強度の高い伝搬モードを特定することができた。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
地震危険度が地価形成に与える影響

本研究では自然災害として地震を取り上げ、地震災害リスクが地価や家賃といった不動産価格にどう反映されているのかを計測することで、家計や企業の危険回避行動を分析した。地震災害リスクに関する情報が与えられた場合に危険回避的な家計や企業は、(1)地震災害リスクの高い地域での立地を回避し、(2)所与の地震災害リスクに対しては耐震性能の高い建造物を建築する。前者の危険回避行動は、地震災害リスクを伴う土地への需要が低下することから、当該リスクの大きさは地価低下の程度として表れる。後者については、与えられた立地のもとで耐震構造を伴う建造物への防災投資が行われ、当該住宅の家賃に反映される。そこで、東京都が公表している地震危険度データを用いて、(1)の意味での危険回避行動の検証を、また東京都の賃貸住宅の個票データを用いて、(2)の意味での危険回避行動を検証した。さらに、建物構造毎の築年数が家賃に与える影響等属性変数のより詳細なコントロールを行い、より詳細な実証結果を導いた。本研究での実証研究を踏まえると、消費者が立地場所や建物構造の選択に関して危険回避的に行動していることが実証的に示されたことになる。消費者や企業の危険回避行動を前提とするならば、合理的な防災対策とは、危険回避行動に対して規律を与える市場メカニズムを整備することである。さらに、危険度が高い地域における耐震化投資のように収益的な投資機会があるにも拘わらず、耐震化投資があまり進んでいないという実態は、制度的な阻害要因が存在する可能性を示唆している。このため、リスク回避行動と誘引両立的な保険制度の整備、外部性の評価とそれに基づく消費者のリスク回避行動への補助や借地借家法等阻害要因の除去など、市場メカニズム前提としたきめの細かい制度設計が求められる。本研究では、地震に対する家計や企業の危険回避行動の検証が目的である。この点について、東京都の地価と借家家賃を用いて、ヘドニック・アプローチにより検証を行っている。現在までに明らかになった成果を報告する。近年いくつかの地方自治体において、様々な自然災害に対するハザードマップが公表され、住民の防災意識の向上と自立的な危険回避行動を促す行動がとられようとしている。そこでまず、特に地震に関する地域危険度が、どの程度地価に影響を与えているのかを分析した。1998年に東京都は、地域ごとの地盤特性等の分析に基いた地震に関する地域危険度を町丁目ごとに公表した。このデータと1980年から2001年の地価公示データを用いて、東京都の地価関数を推計することで、地価が地震リスクをどの程度反映しているのかを検証する。さらに、ここでの推定結果から家計や企業がどの程度の地震災害リスク・プレミアムを割り引いて地価を評価しているのかを算出し、推定結果が理論的に妥当な範囲であることを示した。1981年6月の建築基準法の改正により、これ以後の建築確認はより耐震性の高い新耐震基準によらねばならないとされた。一方、1981年以前の旧耐震基準に基づいた建物の建て替えや改修を促すための様々な施策が、国・地方公共団体によって実施されている。しかし、求められる耐震対策は、消費者の危険回避行動を前提とするか否かによって、その内容が大きく異なる。そこで、上記の地域危険度データと東京都の賃貸住宅の個票データを用いて、東京都の家賃関数を推定することにより、2つの分析を行った。第1に、地震に関する危険度が、東京都の家賃形成にどのような影響を与えているかを、耐震基準や建物構造ごとに家賃関数を推計し、建物構造の選択に関する消費者の危険回避行動を検証する。第2に、この推定結果をもとに、新耐震基準導入の有無による家賃の比較をしながら、耐震化投資が家主にとって収益的であるかどうかについての費用便益分析を行った。そこで、東京都が公表している地震危険度データを用いて、(1)の意味での危険回避行動の検証を、また東京都の賃貸住宅の個票データを用いで、(2)の意味での危険回避行動を検証した。

このため、リスク回避行動と誘引両立的な保険制度の整備、外部性の評価とそれに基づく消費者のリスク回避行動への補助や借地借家法等阻害要因の除去など、市場メカニズム前提としたきめの細かい制度設計が求められる。本研究では自然災害として地震を取り上げ、地震災害リスクが地価や家賃といった不動産価格にどう反映されているのかを計測することで、家計や企業の危険回避行動を分析した。地震災害リスクに関する情報が与えられた場合に危険回避的な家計や企業は、(1)地震災害リスクの高い地域での立地を回避し、(2)所与の地震災害リスクに対しては耐震性能の高い建造物を建築する。前者の危険回避行動は、地震災害リスクを伴う土地への需要が低下することから、当該リスクの大きさは地価低下の程度として表れる。後者については、与えられた立地のもとで耐震構造を伴う建造物への防災投資が行われ、当該住宅の家賃に反映される。そこで、東京都が公表している地震危険度データを用いて、(1)の意味での危険回避行動の検証を、また東京都の賃貸住宅の個票データを用いて、(2)の意味での危険回避行動を検証した。さらに、建物構造毎の築年数が家賃に与える影響等属性変数のより詳細なコントロールを行い、より詳細な実証結果を導いた。本研究での実証研究を踏まえると、消費者が立地場所や建物構造の選択に関して危険回避的に行動していることが実証的に示されたことになる。消費者や企業の危険回避行動を前提とするならば、合理的な防災対策とは、危険回避行動に対して規律を与える市場メカニズムを整備することである。さらに、危険度が高い地域における耐震化投資のように収益的な投資機会があるにも拘わらず、耐震化投資があまり進んでいないという実態は、制度的な阻害要因が存在する可能性を示唆している。