hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
アルカリ型燃料電池（ＡＦＣ）の船舶への適用に関する基礎的研究

本研究は、固体高分子形燃料電池(PEFC)よりも性能的にも経済的にも優れており、移動体の動力源として有望であるアルカリ型燃料電池(AFC)を船舶に適用するため、その際の検討課題である、1発電に伴う生成水によるAFCセルにおける触媒層の細孔や流路の閉塞による反応ガスの供給阻害(フラッディング)の発生、2電解液循環システムからの電解液の漏洩に及ぼす船体運動の影響について実験的に明らかにすること、さらに3電気化学インピーダンス法によってAFCセルにおける各種損失をミクロな観点から評価した上で、船体運動が及ぼす影響について明らかにすることを目的とする。本研究の目的を達成するため、今年度は電解液を循環させるAFCシステム実験装置を製作して正立状態における運転条件とフラッディング発生との関係について明らかにすると共に、電解液循環システムの機能確認を行うこととしていた。また、フラッディングのようなセル内部における現象をミクロな観点から検討するため、電気化学インピーダンス法により過電圧(非可逆性に基づく各種損失)を評価してAFCセル内の現象について明らかにすると共に、AFCセルを九大既設の燃料電池評価装置に組み込むことにより、正立状態におけるセル内の現象についてミクロな観点から明らかにすることとしていた。ところが、課題提案した当初に比べると状況が変化してAFCシステムを製作できる業者を見つけることが困難となっていることが判明し、製作を引き受けてくれる業者を見つけるのに長い時間を要してしまった。結局、今年度は本課題で弘前大が使用するAFCセルと九大が使用するAFCモジュールを製作するだけで終わってしまった。本研究の実施に必要な、電解液を循環させるAFCシステムを製作するため、AFCシステムを製作する業者を探したが、本課題を提案・申請した当時に比べると状況が変わって、AFCの研究開発を行っていた企業がAFCの研究開発から次々と撤退していたため、AFCシステムの製造を引き受けてくれる業者を見つけることが困難になっていることが判明した。そのため、業者を見つけるのに多大の時間と労力を要した。結局、伝手を辿ってAFCの受託研究を行っていた(株)KRIにAFCセルの製作を依頼することができたが、構成部品のうち外注が必要なものについては、さらに製作に時間を要したため、今年度は1弘前大がフラッディング試験に使用するAFCセルと2九大の電気化学インピーダンス法による水管理の試験に使用するAFCモジュールを製作するのに殆どの時間が費やされてしまった。また、アルカリ電解液循環システムから電解液漏洩に関しては、本課題で製作したAFCセルの電池出力は比較的低いため電解液の循環流量も小さくなるため、本課題で製作するAFCセル実験装置に船体運動を与えても電解液の漏洩を計測することは困難であることが分かった。このため、電解液の漏洩については、計画案とは別の方法で検討する必要に迫られた。今年度はAFCセルを製作するのに多大の時間を要し、当初計画したスケジュールから大幅な遅れが出てしまったため、今後、製作したAFCセルを用いて実験装置を早急に構築し、船体運動を与えた出力試験を実施して遅れを取り戻したい。なお、アルカリ電解液循環システムから電解液漏洩に関しては、上述の通り、AFCセル実験装置に船体運動を与えても電解液の漏洩を計測することは困難であることが判明したので、先ず机上で漏洩が発生しやすい配管配置・形状について検討した後、検討結果に基づき循環流量を増大させたアルカリ電解液循環システムを製作し、アルカリ電解液の循環システムからの漏洩について実験的に検討する等の方策を取る予定である。一方、電気化学インピーダンス法によるAFCにおける各種損失のミクロな観点からの評価に関しては、作成したAFCモジュールを既存施設に組み込んで実験を行って各種損失を評価し、今年度の遅れを取り戻したい。

結局、伝手を辿ってAFCの受託研究を行っていた(株)KRIにAFCセルの製作を依頼することができたが、構成部品のうち外注が必要なものについては、さらに製作に時間を要したため、今年度は1弘前大がフラッディング試験に使用するAFCセルと2九大の電気化学インピーダンス法による水管理の試験に使用するAFCモジュールを製作するのに殆どの時間が費やされてしまった。また、アルカリ電解液循環システムから電解液漏洩に関しては、本課題で製作したAFCセルの電池出力は比較的低いため電解液の循環流量も小さくなるため、本課題で製作するAFCセル実験装置に船体運動を与えても電解液の漏洩を計測することは困難であることが分かった。このため、電解液の漏洩については、計画案とは別の方法で検討する必要に迫られた。今年度はAFCセルを製作するのに多大の時間を要し、当初計画したスケジュールから大幅な遅れが出てしまったため、今後、製作したAFCセルを用いて実験装置を早急に構築し、船体運動を与えた出力試験を実施して遅れを取り戻したい。なお、アルカリ電解液循環システムから電解液漏洩に関しては、上述の通り、AFCセル実験装置に船体運動を与えても電解液の漏洩を計測することは困難であることが判明したので、先ず机上で漏洩が発生しやすい配管配置・形状について検討した後、検討結果に基づき循環流量を増大させたアルカリ電解液循環システムを製作し、アルカリ電解液の循環システムからの漏洩について実験的に検討する等の方策を取る予定である。一方、電気化学インピーダンス法によるAFCにおける各種損失のミクロな観点からの評価に関しては、作成したAFCモジュールを既存施設に組み込んで実験を行って各種損失を評価し、今年度の遅れを取り戻したい。
プラスミドが異種細菌間を接合伝達するための必須因子の同定

本研究は,環境中における遺伝子の伝播を担うプラスミドpCAR1を用いて,異種細菌間におけるプラスミドの接合伝達を成立させる必須因子の取得を目的として行った.その結果,pCAR1上にコードされる3つの異なる核様態タンパク質(NAPs)が,異種微生物間の接合伝達における必須因子であることが示唆された.またORF145-146は,接合伝達に必須でないが,異種細菌間の伝達頻度に影響を及ぼすことが示された.また,NAP遺伝子は,他の様々な接合伝達性プラスミド上に分布していることも示した.さらに,異種微生物間の伝達を理解する上で重要な,プラスミドを一時的に受容可能な宿主の検出・分離・解析手法も確立した.プラスミドは異なる細菌間を接合伝達現象によって移動可能な遺伝因子である.本研究では,これまであまり対象とされてこなかった,異種細菌間における接合伝達に必須な因子の取得を目指して実施した.モデルプラスミドとして,申請者がこれまでに用いてきた,環境中における遺伝子の水平伝播を担う重要なプラスミド,pCAR1およびNAH7を材料とした.昨年度,供与菌・受容菌のランダムな変異株ライブラリーを取得するべく,アラビノース誘導型プロモーターを内包するミニトランスポゾン転移用のベクターを作製した.本ミニトランスポゾンは,遺伝子の破壊も,周囲の遺伝子の発現の賦活化も可能である.しかし,受容菌のランダム変異株のライブラリーの構築を試みたものの,十分数の変異株を得ることができなかった.一方,pCAR1上のORF145-ORF146遺伝子産物が接合伝達には必須でないことが確認されたが,双方を欠損するpCAR1の接合伝達頻度が低下することが明らかになった.また,pCAR1上にコードされる3つの核様態タンパク質が,異種微生物間の伝達に必須な因子であることが示唆された.また昨年度,pCAR1とは異なる不和合性群に属するNAH7プラスミドに関して,受容菌の種類を変えると,接合伝達頻度が極めて低くなる現象を見出した.今年度,pCAR1,NAH7について,環境条件を変えた際の接合伝達頻度を比較するとともに,供与菌・受容菌の種類を変えた際の接合伝達頻度についても比較した.その結果,同じ属種の同じ株由来の受容菌Pseudomonas resinovorans CA10dm4株について,片方に対しては接合伝達しない一方で,もう片方には伝達するという現象を見出した.この原因について明らかにすることを目的に,2菌株の全ゲノムについて,次世代シークエンサーを用いて比較解析を試みている.本研究は,環境中における遺伝子の伝播を担うプラスミドpCAR1を用いて,異種細菌間におけるプラスミドの接合伝達を成立させる必須因子の取得を目的として行った.その結果,pCAR1上にコードされる3つの異なる核様態タンパク質(NAPs)が,異種微生物間の接合伝達における必須因子であることが示唆された.またORF145-146は,接合伝達に必須でないが,異種細菌間の伝達頻度に影響を及ぼすことが示された.また,NAP遺伝子は,他の様々な接合伝達性プラスミド上に分布していることも示した.さらに,異種微生物間の伝達を理解する上で重要な,プラスミドを一時的に受容可能な宿主の検出・分離・解析手法も確立した.本研究は,実際の環境中で重要な,異種細菌間におけるプラスミドの接合伝達に必須な因子の取得を目指し,重要なプラスミドの一つ,pCAR1をモデルプラスミドとして用いて実施した.まず,実施計画にも記したように,供与菌・受容菌のランダムな変異株ライブラリーを取得するべく,ミニトランスポゾンを転移させるベクターを構築した.本ベクター上のミニトランスポゾンは,対象となる遺伝子を破壊するとともに,内部にアラビノースによって誘導される制御因子をコードする遺伝子と応答するプロモーターを有する.そのため,遺伝子の破壊も,周囲の遺伝子の発現の賦活化も可能となる.現在,本ベクターを用いて受容菌のランダム変異株のライブラリーを構築中である.また,pCAR1上のORF145-ORF146の転写量が供与菌ごとに異なる先行研究の結果に着目し,それぞれを欠損したpCAR1を作製した.その後,同一株由来の供与菌・受容菌を用いた接合実験を行ったところ,これらの遺伝子産物が接合伝達の効率を上げることに寄与していることが示唆された.一方,Stenotrophomonas属細菌を冷却保存液より平板培地に塗布後,その16S rRNA遺伝子の配列を確かめたところ,いずれもPseudomonas属細菌と考えられる配列が得られ,目的のStenotrophomonas属細菌が保存液中に存在しないことが示唆された.そこで受容菌としてはPseudomonas属細菌の2菌株に対象を絞り,これら異種受容菌を混合して用いた場合の接合伝達頻度を測定しやすくするために,異なる波長の蛍光を示すタンパク質を利用して判別が可能となるシステムを導入した.この受容菌を判別するシステムを用いた実験の結果,pCAR1とは異なる不和合性群に属するNAH7プラスミドが,受容菌の種類を変えると接合伝達頻度が極めて低くなる現象を見出した.プラスミドは微生物の生育に必須な染色体とは別に複製され,異なる微生物間を接合伝達によって移動し,宿主の急速な進化・適応能を促進可能な遺伝因子である.プラスミドの接合伝達には,供与細胞と受容細胞の接触,DNAの伝達,受容細胞内でのプラスミドの複製と維持,という行程が成立する必要がある.

本研究では,異種細菌間の接合伝達を成立させるために必須な因子の取得を目的とした.プラスミドの材料としては,環境中における遺伝子の水平伝播を担う重要なプラスミド,pBP136,pCAR1およびNAH7を用いた.pCAR1に関しては,プラスミド上の3つの異なる核様態タンパク質をコードする遺伝子(pmr,pnd,phu)が,異種微生物間における接合伝達を成立させるのに重要な因子であると示唆された.またpCAR1上のORF145-ORF146に関しては,その遺伝子産物は接合伝達に必須でないが,伝達頻度に影響を及ぼすことから,異種微生物間の伝達を制御する因子である可能性が示された.さらに,pCAR1の接合伝達に必須な環境因子として,2価のカチオン(Ca2+,Mg2+)を見出していたが,これらのカチオンは,異種微生物間における接合にも影響を及ぼしていた.また,上記3種のプラスミドに関して,良く似た細菌間であっても伝達頻度が大きく異なる現象を見出し,プラスミドを授受する細菌の系統分類学上の類似性と,接合伝達頻度との間の相関は低いことが示唆された.さらに,3種のプラスミドについて,Pseudomonas putida KT2440株(野生株)と,プラスミドの維持能に関して違いが認められた変異株を見出した.以上,プラスミドの異種細菌間を接合伝達するための必須因子として,pCAR1上の核様態タンパク質を見出した.また,宿主側の因子を探索するのに適した変異株の取得に成功した.環境微生物学変異株ライブラリーについて作製を試みたところ,当初の見通しよりも変異株の取得数が非常に少なく,本手法で異種微生物間の接合伝達において必須な因子を同定するのは難しいと考えられた.一方,pCAR1上のORF145およびORF146については,これらを欠損したプラスミドの接合伝達頻度が低下することから,異種微生物間の伝達に関与する可能性が考えられた.また,pCAR1上には3つの異なる核様態タンパク質をコードする遺伝子(pmr,pnd,phu)が存在するが,このうち,pmrとpnd,またはpmrとphuを欠損するpCAR1は,同一の菌株(P. putida KT2440株)間については伝達するものの,KT2440株からPseudomonas resinovorans CA10dm4には伝達しない現象を見出した.従って,pCAR1に関しては,核様態タンパク質が異種微生物間の接合伝達に重要な因子であると示唆された.一方,昨年度,異種微生物間の接合伝達に必須な因子を同定するために,プラスミドと,そのプラスミドが直接伝達しない受容菌として,pCAR1とStenotrophomonas属細菌を想定していたが,pCAR1を有するStenotrophomonas属細菌の復元に至らなかった.今年度,新たにNAH7とCA10dm4株(前年度全塩基配列を決定・発表済み)の組み合わせについて調べていたところ,当初NAH7の伝達しないCA10dm4株において,伝達可能な変異株を見出すに至った.現在,当該2菌株のゲノムシークエンスに基づく比較を行っている最中である.本現象は,野生株と変異株との違いに起因する可能性が非常に高く,ゲノム配列の比較によって,その機構を解明することは,プラスミド-受容菌の違いこそあれ,本研究の目的に合致する.従って,現在までの研究の達成度はほぼ予定通り進行していると考えた.
複素ラグランジュ部分多様体の生成関数の研究と応用

複素ラグラングジュ部分多様体の生成関数についての基礎的な研究。他の部分多様体との関係を得た。特に複素ラグランジュ錐を作る生成関数とspecial pseudo Kaehler structureとの関係から、平坦トーラスのコンパクト向き付け可能極小曲面のヤコビ作用素のindex, nullityを、その極小曲面の第一種アーベル微分と第二種アーベル微分の周期から求めるアルゴリズムを与えた。その具体的応用として、SchwarzのP曲面、D面、H曲面の族のindex, nullityを求めた。1. 2n次元複素ユークリッド空間の複素ラグランジュ錐の生成関数を明らかにした。それによりn次元平坦トーラスの種数gのコンパクト極小曲面の変形空間からの周期写像は生成関数から構成でき、その変形空間の良い点の集合にはpseudo special Kaehler構造が導かれることがわかった。この結果を用いて解析的に定義される極小曲面のJacobi operatorの指数(モース指数)が複素幾何学におけるリーマン面の第1種、第2種のアーベル微分の周期から計算するアルゴリズムを得た。2.このアルゴリズムが実際に機能するかどうかを佐賀大学の庄田敏宏准教授と共同で行うため3次元平坦トーラスの種数3のP曲面、D曲面、Gyroid、CLP曲面、H曲面、TT曲面および種数4のIW-P曲面について研究し2010年8月の幾何学シンポジウム、2011年1月RIMS研究集会、2011年3月名城大学研究集会において研究連絡を行った。これらの研究連絡により3次元平坦トーラスの種数3の極小曲面で指数1を持つものを決定するアルゴリズムとして大変有効であることが理解できた。3次元平坦トーラスの指数1極小曲面は種数が3であるというRosの結果を合わせると今後3次元平坦トーラスの埋め込まれた極小曲面でCMC安定な曲面(Rossの結果よりP、D曲面、GyroidはCMC安定)を分類するための方向が見えてきたことになる。3.また2011年3月名城大学研究集会においてお茶の水女子大学の塚田和美教授と複素ラグランジュ錐についての2つの観点(複素部分多様体として、ラグランジュ部分多様体として)の関係についての共同研究のため研究連絡を行った1.解析的に定義される極小曲面のJacobi operatorの指数(モース指数)を複素幾何学におけるリーマン面の第1種、第2種のアーベル微分の周期から計算するアルゴリズムを構成した。その応用を佐賀大学の庄田敏宏准教授と共同で研究した。3次元平坦トーラスの種数3のP曲面、D曲面、Gyroid、CLP曲面、H曲面、TT曲面および種数4のIW-P曲面に加えて本年度はP曲面を含むtPfamily、D曲面を含むtDfamily、Gyroid、LidinoidとTT曲面を結ぶrGfamily、GyroidとtD familyの1つを結ぶtGfamilyついてその存在と得られた結果からアルゴリズムを用いてその指数とCMC安定を研究できることが分かった。rGfamilyはFogden等他分野である結晶学の研究者に知られていたがその数学的な研究は存在も含めて今迄なかったものである。今後数学的な研究対象として詳しい研究が必要と思われる。2.種数3の3次元トーラスに埋め込まれた極小曲面の変形空間は実9次元であり変形空間に与えられるspecial pseudo Kaeher structureに関してラグランジュ部分多様体となっている。Meeks'familyが与えるラグランジュ部分多様体とGyraid, Lidinoidが与えるラグランジュ部分多様体が異なりそれらの交差する極小曲面は自明でないJacobi場を持つことが分かった。このような交差する極小曲面での近傍の極小曲面の研究が今後重要であると思われる。1.リーマン面の第1種、第2種のアーベル微分の周期から極小曲面のJacobi operatorのMorse indexを計算するアルゴリズムを用いて、佐賀大学の庄田敏宏准教授と共同で極小曲面のMorse indexを、引き続き研究した。また今後の共著論文の概要についてまとまってきた。アルゴリズムが実際に実行可能であることが示されたのは重要な結果である。1.解析的に定義される極小曲面のJacobi operatorの指数(モース指数)を複素幾何学におけるリーマン面の第1種、第2種のアーベル微分の周期から計算するアルゴリズムを構成した。その応用を引き続き佐賀大学の庄田敏宏准教授と共同で研究した。4次元平坦トーラスの種数4のhyperelliptic minimalsurfaceについては周期条件の難しさからその存在自体が知られていなかったがアルゴリズムを使いその存在の証明が得られた。さらにそのモース指数の計算にも成功した。応用としてholomorphicでないがhyperellipticallystableである例も発見できた。2.種数3の3次元トーラスに埋め込まれた極小曲面の変形空間は実9次元であり変形空間の境界に現れる極小曲面を調べることは変形空間の大域的構造を調べるにあたって重要である。Meeks'familyは大域的に書き下された極小曲面の変形空間の例であるが、そこ境界に現れる極小曲面を決定した。

これは佐賀大学の庄田敏宏准教授と神戸大学の藤森祥一准教授との共同研究である。2.資料の収集、RIMS研究集会、名城幾何学研究集会での研究交流、研究打ち合わせを通し、今後の研究の考えを深めることができたので、今後もこの方向で研究のネットワークを広げていきたい。26年度が最終年度であるため、記入しない。微分幾何学26年度が最終年度であるため、記入しない。special pseudo Kaehler structureを用いて極小曲面のJacobi operatorの指数(モース指数)を複素幾何学におけるリーマン面の第1種、第2種のアーベル微分の周期から計算するアルゴリズムができたからである。複素幾何学におけるリーマン面の第1種、第2種のアーベル微分の周期を用いて極小曲面のJacobi operatorのMorse indexを計算するアルゴリズムをspecial pseudo Kaehler structureを用いて導いた。このアルゴリズムにより、極小曲面のMorse indexの計算ができようになり、Morse indexの計算から、種数3の3次元トーラスに埋め込まれた極小曲面の変形空間のいろいろな状況が見え始めてきた。更に、3次元CMC安定極小曲面の研究がMorse indexの計算の応用としてできることに着目し、庄田敏宏氏と3次元CMC安定極小曲面の共同研究を引き続き行っている。Klein対応とnull submanifoldの研究については、Norio Ejiri, Ruled complex Lagrangian submanifolds of dimension two in {\bf C}4として出版された。special pseudo Kaehler structureを用いて極小曲面のJacobi operatorの指数(モース指数)を複素幾何学におけるリーマン面の第1種、第2種のアーベル微分の周期から計算するアルゴリズムの応用が少しづつできつつあり、種数3の3次元トーラスに埋め込まれた極小曲面の変形空間についての研究の全体像が見えてきたことである。構成したアルゴリズムを用いて様々な極小曲面の指数を計算し極小曲面の変形空間のspecial pseudo Kaehler structureを明らかにすることである。これは極小曲面の変形空間が作るcomplex Lagrangian coneの詳しい構造を見ることになり更なる生成関数の研究が深まるとの考えである。更にガウス写像の像から構成されるnullsubmanifoldの研究につながるからである。問題点としては種数3のリーマン面の第1種、第2種のアーベル微分の周期を求めるアルゴリズムが必要になることと思われる。最終年度であるので今迄の成果を論文にまとめていきたい。
感温磁性体素子と平面コイルを用いた3次元温熱療法による皮膚癌治療法の開発

本研究においては、感温磁性体素子を用いた安全かつ有知なhyperthermiaによる癌治療法の確立をめざした。具体的には、マウスB16メラノーマをC57Bl/6 miceの背部皮膚に接種し、約1週間経過し、腫瘍径が5mmになった時点で、工学部佐藤らにより作成された平面渦巻き型コイルとキュウリー温度が50°C,55°C,60°Cの感温磁性体素子を組み合わせてhyperthermiaを施行した。その際に、腫瘍内温度、また、全身の体温の上昇の目安として直腸温を蛍光式光ファイバー温度計でモニターした。その結果、1.キュウリー温度が60°Cの感温磁性体素子を用いた際にのみ、有意な直腸温上昇なしに腫瘍内温度を43°C,45°C,50°Cに設定することができた。2,腫瘍内温度を43°C,45°C,50°Cに設定し、処理時間を10分とした際には、50°Cに設定した時にのみ腫瘍のほぼ完全な消退が確認できた。3.Hyperthermiaと樹状細胞を用いた免疫療法との併用の可能性を探る目的で、マウス骨髄細胞からの樹状細胞培養の基礎的検討をおこなった。また、その際に、コントロールとして用いる、樹状細胞の活性化に不可欠なシグナル分子であるp38 mitogenactivated protein kinaseの欠損マウスからの樹状細胞培養も試み、樹状細胞活性化マーカーの発現を正常マウス由来樹状細胞と比較した。4.次に、hyperthermia施行後の腫瘍組織を組織学的に観察した。腫瘍組織の病理組織学的変化は、hyperthermia施行後ほぼ48時間後に確認でき、腫瘍内温度50°C、処理時間10分のhyperthermiaで腫瘍全体の凝固壊死を確認できた。それ以外の条件では、部分的に睡瘍の生存が認められ、それが肉眼的な腫瘍の急激な増大に対応するものと思われた。以上の結果より、感温磁性体素子,平面渦巻き型コイルの組合せによるhyperthermiaによる皮膚癌治療における臨床応用の可能性が示された。
定量的免疫電子顕微鏡法を用いた口腔病変の解析

今回検索を行った口腔偏平苔癬のすべての症例において、ELAM-1は上皮下結合織の血管内皮細胞に発現が認められた。ICAM-1は一部の上皮細胞間隙、および血管内皮細胞、リンパ球にその発現が認められた。LFA-1は上皮直下に浸潤するほとんどのリンパ球およびその他の白血球細胞に陽性像が観察された。これらの細胞接着因子の発現は、口腔扁平苔癬病巣におけるリンパ球の浸潤の程度に関わらずどの症例においても同程度に認められた。また、初診時と治療開始後のものについても明確な発現の差は認められなかった。病理組織学的に正常と思われる口腔粘膜においても、これらの細胞接着因子は口腔扁平苔癬と同様の部位に陽性所見が観察されその発現に差は認められなかった。口腔粘膜上皮に高度異型性をみる症例や天疱瘡病巣においてもELAM-1、ICAM-1が上皮下結合織の血管内皮細胞に発現しているのが観察された。このように口腔扁平苔癬の病巣部のみならず、正常の口腔粘膜や各種の口腔粘膜病変においても同様に細胞接着因子の発現が観察された。このことは口腔粘膜における免疫応答の特殊性を示唆しているものと思われる。すなわち口腔においては種々の物理的・化学的刺激が直接粘膜に働き常に受動的に活性化された状態にあることが考えられる。あるいは、あらゆる異物・細菌などの刺激に対応するためあらかじめ能動的に上皮が活性化され常に一定量のサイトカインの産生とそれに伴う細胞接着因子の発現により常に一定のレベルの免疫学的活性化状態にある可能性も考えられた。金コロイド標識二次抗体を用いた免疫電子顕微鏡法による検索は引続き検討中である。
紫外および赤外プラズモニックナノ材料の開発と電磁気応答制御

本研究では、紫外および赤外帯域においてプラズモニック効果を示すナノ材料を開発し、それらの電磁気応答を制御することを目的とする。本年度は、プラズモニック・メタマテリアルの開発に向けて、コロイド多元系における磁気双極子・双極子相互作用を利用した自己組織化のための実験条件の最適化から着手し、金属微粒子から成るプラズモン共振器の作製およびアレイ化を試みた。メタマテリアル、特に可視光帯域で動作する光メタマテリアルの実用化において、当面の課題は3次元性と大量生産性の克服であり、今後の展望の一つは外場によるアクティブ素子の開発にある。そこで、常磁性と反磁性の微粒子を組み合わせて水中に分散させた試料に外部磁場を印加し、リング構造体を可逆的に形成させてメタマテリアルの構成要素(メタ分子)とするための材料探索と条件出しを行った。まず、Auのナノ薄膜やナノ粒子でコートされた様々なマイクロ粒子を用い、リング構造形成における粒子のサイズと磁化方向との関係を比較した。次に、粒子の磁気双極子相互作用に及ぼす磁性流体の影響を検証した。そして、リング構造をさらに小型化・高密度化するため、得られた知見をAuナノ粒子に適用して、微粒子間や微粒子と背景との相互作用を詳細に調べた。金属微粒子のリング構造体は分割リング共振器としての機能が予想されることから、磁気的自己組織化は3次元バルクメタマテリアルの一括・大量生産にとって、磁気的制御は再構成や変調を可能とする動的メタマテリアルの開発にとって、重要である。さらに、ナノスケールへのダウンサイズにより、光メタマテリアルに繋がるという意義がある。本年度は、卑金属ナノ構造体を用いた紫外プラズモニクスの開拓に向けて、ナノ粒子の試料作製・評価手法の確立から着手し、紫外可視近赤外分光光度計を用いてプラズモン共鳴などを調べた。従来のプラズモニック・メタマテリアルでは金や銀など貴金属が用いられたのに対し、卑金属であるビスマス(Bi)とガリウム(Ga)はそれぞれ赤外帯域と紫外帯域においてプラズモニック効果を示す。そこで、卑金属ナノ粒子を基盤に、それらの階層構造をメタマテリアルの構成要素とするための材料探索を行った。まず、金(Au)をガラス基板上に真空蒸着して微粒子状の膜を成長させ、その粒子径を可視光スペクトルを用いて測定した。現在、同様の手法をBiやGaに適用するための条件出しを行っている。また、試料評価方法の拡充にも努め、例えば、原子間力顕微鏡(AFM)で測定したフォースカーブの解析から、試料表面の詳細かつ精密な情報が得られるようになった。卑金属ナノ粒子の作製はボトムアップ手法を主軸としていることから、これまでに得られた知見は、3次元的なメタマテリアルの大量生産にとって重要である。さらに、BiやGaは外場に応じて多様な構造変態を生じることが知られており、構造相転移や誘導自己組織化を利用して卑金属ナノ粒子の電磁気応答を制御できれば、再構成やスイッチングが可能な動的メタマテリアルの開発に繋がるという意義がある。現在までに、真空蒸着と複合化した様々な試料作製方法を試みており、卑金属(特に赤外プラズモニック材料としても有望なBi)のナノ構造体作製において必要となるノウハウを蓄積できたため。赤外プラズモニクスに対するアプローチとして、低次元プラズモンと並行し、半金属であるBiの赤外プラズモンの可能性を検討することにした。これに伴い、研究計画で述べた2次元および3次元型卑金属ナノ材料の研究を優先させる。今後、作製した卑金属ナノ粒子に様々な外場(電場・磁場・温度場など)を印加し、構造相転移や誘導自己組織を誘起した上で、プラズモニック効果の検出とその外場依存性の評価を進めていく計画である。
多機能三軸試験装置の開発と変位制御液状化試験の適用性

1.三軸試験装置の載荷装置としてダイレクトドライブモータを採用し,本載荷装置の適用性を検討した。その結果,(1)載荷装置としてダイレクトドライブモータを採用することによって,微小なひずみレベルから大ひずみ領域まで,従来の載荷装置よりも遙かに精度高くかつ連続的に試験を行うことができることが確認された。(2)変形特性を求める繰返し載荷試験においては,試験結果をひずみと比較する場合,通常の荷重を制御する試験よりも変位を制御した試験の方が,特に繰返し載荷に伴って有効応力が変化するひずみレベルにおいて,より正確な変形特性を求めることができる。2.液状化強度を求める際に一般に行われている荷重振幅一定の試験と変位振幅を一定とした試験を行い,変位制御液状化試験の適用性を検討した。その結果,(1)荷重制御の三軸液状化強度は,供試体の構造特性の影響により三軸伸張条件で弱い供試体ほど液状化強度が低くなるが,変位制御では構造特性が液状化強度に及ぼす影響は少ない。(2)荷重制御と変位制御の液状化試験結果の関係は試料や試験法に依らずほぼ一義的な関係が得られ,変位制御の液状化試験からも通常の荷重制御による試験での液状化強度をある程度推定できる。
細胞機能解明のためのイオン・蛍光マルチモーダルイメージセンサシステム創製

同一画素で,生体関連物質・光・蛍光を同時に検出することが可能なマルチモーダルセンサをアレイ化し,細胞に存在するイオンチャネルの動き,働きを弁別できるマルチモーダルバイオイメージセンサを製作し,バイオ分野の応用の見通しがたった.蛍光検出部とイオン検出部が全く同一な45ミクロンピッチ64×64画素,およびエクステンドゲートタイプの4ミクロンピッチ128×128画素の2種類を実現し,異分野研究者が活用できるシステムの構築も行った.また蛍光染色した細胞の密度の同定が,蛍光顕微鏡で行ったものと4%以下の誤差で可能となった.同一画素で,神経伝達物質・光・蛍光を検出可能な,マルチモーダルセンサをアレイ化し,細胞に存在するイオンチャネルの動き,働きを弁別できるマルチモーダルバイオイメージセンサのの実現を目指している.製作を目指すマルチモーダルバイオイメージセンサは一般的な細胞の大きさに比べて十分小さな解像度1ミクロン以下をめざし,フレームレートは,神経伝達物質が放出する時間数ミリ秒以下を目指している.H24年度はサブミクロンに向けたプロセス開発,システム開発,ならびにイオンイメージセンサの画素構成を検討進めてきた.従来の画素構成の単純化や構成の変更により,従来のイオンイメージセンサに比べて,画素寸法が10%以下に縮小できる見通しが立った.ただし,これはこれまで我々が従来立ち上げた2ミクロンイオンイメージセンサプロセスを用いた.高精細,高画素密度イオンイメージセンサを用いて,細胞からの神経伝達物質をとるためには読み出し速度の向上も課題として,昨年度検討を進めてきた.その結果,各列にAD変換器を導入すること,並びに読み出し方法の再検討で10msec以下でフレームレートで読み出せる見通しが立ったフィルタレス蛍光検出のためのプロセスの最適化が必要となり,Well濃度と深さの最適化を行い,シミュレーション上で最適化をおこなった.同一画素で,神経伝達物質・光・蛍光を検出可能な,マルチモーダルセンサをアレイ化し,細胞に存在するイオンチャネルの動き,働きを弁別できるマルチモーダルバイオイメージセンサの実現を目指している.製作を目指すマルチモーダルバイオイメージセンサは一般的な細胞の大きさに比べて十分小さな解像度1ミクロン以下をめざし,フレームレートは,神経伝達物質が放出する時間数ミリ秒以下を目指している.平成25年度はCMOS 0.18ミクロンルールにより画素ピッチ1.2ミクロンの設計を終え,試作を行った.水に対するパッシベーションや電極できる限り平坦化するための特許の出願も進めている.またコラムパラレルのAD変換器をチップ内に内蔵することで,2000フレーム毎秒で画像を取得できる見通しが立ち,この機能も試作したチップに内蔵してある.神経伝達物質に関しては,平成25年度にはアセチルコリンとカリウムイオンの,脳スライスからリアルタイム放出する様子を撮像できることを確認できた.このリアルタイム放出を非標識で観察できたことは世界的にも画期的なことである.フィルタレス蛍光検出のために,最適化した濃度プロファイルで32×32画素のセンサを実際に試作した.その結果,従来のデバイス構造に比べ10倍以上性能を持つ800対1のダイナミックレンジで蛍光と励起光を分離できることを確認した本年度は37ミクロンピッチの蛍光・イオンイメージセンサの試作を協力半導体ファンダリにおいて行った.イオンと光のイメージングは実現することができたが,励起光と蛍光の分離には至らなかった.その原因を解析したところ,画素構造の問題点とセンサエリアの濃度分布に課題があることが明らかとなり課題の抽出ができた.その結果を受けて,現在協力半導体工場での追加プロセス(二重イオン注入)とレイアウトの変更をおこない,現在再試作を進めている.また,蛍光検出能力向上に向けた,信号読み出し方法を検討した結果,励起光強度と蛍光強度比2000対1まで分離することに成功した.申請時は励起光強度と蛍光強度比100対1であったのにくらべ20倍の向上に至った.これまで提案した“電流差分計測技術"に加え,2番目の解決策として基板バイアスを変更することで"電位の鞍"を急峻にすることで,励起光強度と蛍光強度比を800対1で検出できることを実証できた.3番目の解決策は,励起光および蛍光が入射される多結晶シリコン薄膜表面の凹凸を減少させることで,デバイス構造を変更せずに2000対1まで検出できるようになった.具体的には,通常の工程での多結晶シリコンの表面荒さ16nmであったのに対し,1.6nmの表面荒さにすることで上記値を達成できた.サブミクロンデバイスに向けて,画素のサイズを縮小化するため,申請時に提案した画素構成の詳細な検討および実際に試作を行った.その結果,6万画素,画素ピッチ2μmのイオンセンサチップの作製が出来,画素ピッチ1ミクロンのイオン・蛍光イメージセンサ製作の見通しがたった同一画素で,生体関連物質・光・蛍光を同時に検出することが可能なマルチモーダルセンサをサブミクロンピッチでアレイ化し,細胞に存在するイオンチャネルの動き,働きを弁別できるマルチモーダルバイオイメージセンサの製作を目指し本研究を実施している.上記研究目標を達成するため,平成27年度は,下記のように3つの成果を得ることができた.下記の成果は最終年度にむけて当初の目標を達成する大きな成果と考える.第一はフォトゲートタイプを活用した光学的フィルタを用いない蛍光センサにおいて,励起光源に対して2000分の1の微弱な蛍光を定量的に検出することができたことである.下限は本学のLSI製造設備で製造できる暗電流とほぼ等しく,イメージセンサメーカプロセスを活用することで更なる改善が見込める.

第二はCMOS 0.18ミクロンルールで作製した,画素ピッチ2ミクロンで製作したイオンイメージセンサにおいて,従来の5倍の高速フレームレート(172flame/sec)で画像を取得できたことである.第三には同一画素で,イオン画像と蛍光画像,励起光画像が同時取得可能なマルチモーダルイオンイメージセンサの試作を行った.20ミクロン程度の空間分解能であが,その可能性を示せたことである.また,同一画素でイオン,蛍光情報を同時に取得する為の課題も抽出でき,その結果を反映させることと上記の3つの成果を元にして,当初の目標であるイメージセンサの作製を最終年度に進める.同一画素で,生体関連物質・光・蛍光を同時に検出することが可能なマルチモーダルセンサをサブミクロンピッチでアレイ化し,細胞に存在するイオンチャネルの動き,働きを弁別できるマルチモーダルバイオイメージセンサの製作を目指して本研究を進めている.上記の目標を達成するためには,3つのクリアすべき課題が存在する.1つ目は,マイクロメートルレベルの空間分解能でイオンを動画像として検出できるかであるが,この件はH27年度の研究において実現できた.2つ目は光学フィルタを使わないでイオンなどの蛍光ラベルを検出できることが可能であり,且つ励起光・蛍光弁別性能があるかという課題に関して,H27年度の成果で2000:1と下限が暗電流レベルで検出できたことで,順調に進んでいるといえる.また,3つ目に,同一画素でイオンと蛍光情報を検出し,その動画像イメージセンサを実現することであるが,現在,20ミクロンの空間解像度であるが実現できたことで,順調に進んでいると言える.一方,空間解像度を10ミクロン以下にするためには,製造プロセスにおいて,センサエリアの開口プロセスにおける課題が生じることが明確になったので,最終年度は1画素中にイオン検出部と蛍光検出部をそれぞれに分けて製造することで目標を達成するために最適であると考え,最終年度はミクロンレベルの空間解像度でイオンと蛍光を検出するイメージセンサデバイスの実現を図る.本研究は,同一画素で生体関連物質・光・蛍光を同時に検出することが可能なマルチモーダルセンサをアレイ化し,細胞に存在するイオンチャネルの動きを観察できるマルチモーダルバイオイメージセンサの製作を目指した。当初目標とした,イオンと蛍光を同時計測のためのアレイデバイス作製とセンサチップの実現に成功した.具体的には,当初考えていたアイディアにより実際に動作が可能かを検証するため130ミクロン32×32画素センサを,豊橋技術科学大学LSI工場で製作し,原理確認した.画像としてのムラの課題原因を明らかにした.この課題を解決するため協力工場の2ミクロン特殊イオンイメージセンサプロセスを活用し,37ミクロンピッチの蛍光とイオンの動きを同時に可視化可能なイメージセンサ実現した.生化学分野で活用されている蛍光ナノ粒子からの蛍光画像を取得できることを実証した.また医学分野の研究者が容易に利用できるシステムも製作し,チップを広く使ってもらえる環境の構築も行った.サブミクロンピッチのセンサを実現するため,汎用の最先端
トロピカル多様体の変形理論

トロピカル多様体の変形理論について、トロピカル多様体を重み付きセル複体として扱うことで変形理論を取り扱う方法についての研究を行った。まず、グラスマン多様体の族に代数構造を再定義し、環を構成した。前年度に不十分であった向きの扱いについて、適切な符号を与えることで修正し、線形部分空間とこの環の元の対応を正確に与えた。次に、トロピカル多様体の重み付きセル複体としての定義を与えた。一部の特別な場合に対しては適切な定義が与えられなかった部分を修正し、一般的なトロピカル多様体に対して定義を与えた。これはすでに知られている特別な場合のものの拡張である。また、1を利用して計算される重みの定義とすでにある重みの定義について、それらが一致することを示した。これにより、求めることが簡単ではなかった重みを容易に計算できるようになった。最後に、代数多様体の解析化との関連を調べた。代数多様体の解析化とトロピカル多様体の関連を調べ、特に前年に私が定義したトロピカルヒルベルトスキームとヒルベルトスキームのトロピカル化との間に自然な対応が存在することを示した。解析的多様体の扱いには不慣れなため現在解析的多様体の手法を習得している最中であり、習得し次第その手法で研究を試みる予定である。本研究についての学会での発表は行っていないが、2010年11月26日に東北大学にて「トロピカル多様体の変形理論について」のタイトルで1時間の講演を行った。トロピカル多様体の変形理論と、トロピカル多様体を重み付きセル複体として扱う方法についての研究を行った。変形理論について以下の研究を行った。1.変形族を考えるために必須となるヒルベルトスキームのトロピカル版の定義を作成した。以前の定義では、余次元2以上の多様体の族については不完全であった。情報収集の結果、関連した研究の論文に問題を解決する手掛かりを見つけたため、定義の修正を行った。2.超平面の場合の特異点の定義を与え、非特異なものに大域的に変形できるための十分条件を与えた。この定義はトロピカル平面曲線の場合に存在した定義の拡張である。この定義と1の定義を用いて、組み合わせ論的な情報から非特異なトロピカル多様体に変形できるための十分条件を与えた。トロピカル多様体を重み付きセル複体として扱うことで、組み合わせ論的な条件を応用できることに気付いたため、以下の2点の研究を行った。3.トロピカル多様体の重み付きセル複体としての定義を与えた。トロピカル曲線について存在した重み付きグラフとしての定義を、一般のトロピカル多様体に拡張した定義を与えた。また、代数多様体をトロピカル化した時に自然に与えられるべき重みの与え方も定義し、一般的なトロピカル多様体についてはwell-definedであることを示した。4.バランス条件や交点理論を統一的に扱える代数構造を発見した。3を研究する過程において、今までは条件毎に個々に与えられていたトロピカル多様体のバランス条件を統一的に扱うことのできる代数構造を持った環を発見した。この環上での演算が従来のバランス条件に相当するものとなっており、さらに積は平面曲線の場合には与えられていた交点数を表すものとして見なせることもわかった。本年度は基礎的な定義の作成が主だったため、論文執筆や学会発表は行っていない。
大規模3次元非線形モデルによる地盤－基礎－建物連成系の終局レベルの地震時挙動評価

大地震時の建物の挙動,特に上部構造だけでなく杭等の基礎構造も含めた挙動の高精度な評価は,建物の構造設計において極めて重要な課題である。これまで多数の地震観測記録に対して,シミュレーション解析と挙動の分析が行われてきたが,基礎構造に関する検討と分析は不十分である。本研究者等は,既往の地震記録に基づき,詳細な地盤ー基礎ー建物の3次元FEMモデルによるシミュレーションを実施し,基礎構造も含めて地震時挙動を良好に再現できることを確認した。これに基づき本研究では,設計想定以上の地震動レベルに対して連成系3次元モデルによるシミュレーションを実施し,極限レベルの地建物の挙動を評価した。大地震時の建物の挙動,特に上部構造だけでなく地下構造も含めた挙動の高精度な評価は,建物の構造設計において極めて重要な課題である。2011年東北地方太平洋沖地震では,多数の建物で地震観測記録が得られ,シミュレーション解析による性状分析も行われている。しかしながら,地下構造(杭や改良地盤)に関する記録は少なく,分析も不十分である。応募者等は,多数の建物で杭や改良地盤の観測を実施しており,多くの有益なデータを得ることができた。この一部については,詳細な地盤ー基礎ー建物の3次元FEMモデルによるシミュレーションを実施し,地下構造も含めて地震時挙動を良好に再現できることを確認した。本研究では,さらに多数の建物について連成系3次元モデルによるシミュレーションを実施し,モデルの妥当性を評価する。さらにこのモデルを用いて,極限レベルの地震動により建物のどこがどのように破壊し,全体崩壊に至るのかを検討する。このうち平成26年度は以下の検討を実施した。(1)観測建物の地震計の増強:観測データの充実を図るため、加速度地震計を3台導入した。(2)高精度境界モデルの効率化:この境界が非線形する軟弱地盤でも使用可能となるように改良を行った。(3)大規模解析の並列化計算の効率化:クラスターPC上で解析を高速化するためには,多量のCPUへの解析計算の最適な配分が重要となるが、地盤や建物の地震応答解析では,十分な高速化が得られていない。本年度はその第一段階として,応力算定ルーチンの並列化と,MUMPS, Super-LU等の並列用線形方程式ソルバーの効率化方法について検討を行った。(4)解析モデルの作成:地震観測を行っている建物について,地盤-基礎-建物連成系の3次元FEMモデルを作成した。建物は構造計算書に基づき,3次元非線形架構としてモデル化した。このうち平成27年度は以下の検討を実施した。(1)地盤非線形モデルの設定:本年度は,下記の極稀地震レベルの解析を実施するため,地盤のせん断ひずみレベルが1%以上となり等価線形解析の適用範囲を超える。このため,3次元地盤で適用可能であり,かつ液状化の評価が可能な地盤非線形モデルを選定し,適切なパラメータ設定を行う。(2)大規模解析の並列化解析の効率化:H26年度に引き続き,並列計算処理の効率化に関して検討を行う。各NodeのCoreとメモリを最適に用いるためハイブリッド型の並列化の適用性について検討を行う。(3)極稀地震レベルの応答解析:本研究で検討する建物では,2011東北地震の入力動は稀地震と極稀地震の中間程度であり各建物の損傷は軽微だった。そこで極稀地震に対する応答性状を評価するため,極稀地震レベルの入力動を設定し、地盤-基礎-建物連成系モデルに入力し地震応答解析を実施する。平成28年4月の研究代表者の組織移動に伴い若干計画を見直したが、全体としては概ね順調である。しかしながら,地下構造(特に杭基礎)に関する記録は少なく,分析も不十分である。応募者等は,これまで複数の建物について杭基礎の観測を実施しており,多くの有益なデータを得ることができた。本研究では,これらの知見に基づき連成系3次元モデルによる地震応答解析を実施し、極限レベルの地震動により建物のどこがどのように破壊し,全体崩壊に至るのかを検討する。このうち平成28年度は最終年度として以下の検討を実施した。

(1)減衰モデルの高度化応答解析においてより現実的な減衰モデルを設定するため,実測での特性を検討するとともに,地盤ー杭ー建物連成系モデルにおいて統一的に使用できる汎用性の高い減衰モデルを検討した。(2)大規模解析の効率化前年度に引き続き,並列処理の効率化について検討を行うとともに,解析時間低減のため開発した高精度境界(時間領域エネルギー伝達境界)が非線形する軟弱地盤でも使用可能となるように改良を行った。(3)極限レベルの地震応答解析第1種第3種地盤における杭支持RC構造物を対象として,地盤ー杭ー建物連成系モデルを作成し,設計地震動レベル2の係数倍の入力を行い,地盤種類や建物高さによる建物の破壊モードの検討を行った。大地震時の建物の挙動,特に上部構造だけでなく杭等の基礎構造も含めた挙動の高精度な評価は,建物の構造設計において極めて重要な課題である。これまで多数の地震観測記録に対して,シミュレーション解析と挙動の分析が行われてきたが,基礎構造に関する検討と分析は不十分である。本研究者等は,既往の地震記録に基づき,詳細な地盤ー基礎ー建物の3次元FEMモデルによるシミュレーションを実施し,基礎構造も含めて地震時挙動を良好に再現できることを確認した。これに基づき本研究では,設計想定以上の地震動レベルに対して連成系3次元モデルによるシミュレーションを実施し,極限レベルの地建物の挙動を評価した。概ね順調に進んでいる。平成28年度は以下の検討を実施する。(1)極限レベルの地震応答解析平成27年度に行った極稀レベルの地震動を建物が破壊するまで計数倍して連成系モデルに入力し地震応答解析を実施する。これにより建物や基礎の極限性状(どの程度の入力に対し基礎や建物がどのように破壊され、地盤はどのような状態となるか等)を評価する。また、建物の諸条件を変更したパラメータ解析により、各パラメータの耐震性能への感度を調べ、性能を向上させるための方策について検討する。(2)研究のまとめ上記の極限応答解析から得られた知見と、平成26・27年度の検討結果を合わせて検討成果を取りまとめる。この結果に基づき、現行の設計法に対してより適切な方法の提案を行う。28年度が最終年度であるため、記入しない。建築構造・材料平成27年度は以下の検討を実施する。(1)解析モデルと観測記録とのキャリブレーション:解析モデルを作成した建物について,観測地震記録を用いてシミュレーション解析を行い,記録との対応を調べ、より適切なモデル化の検討を行う。(2)地盤非線形モデルの設定:本年度は,下記の極稀地震レベルの解析を実施するため,地盤のせん断ひずみレベルが1%以上となり等価線形解析の適用範囲を超える。このため,3次元地盤で適用可能であり,かつ液状化の評価が可能な地盤非線形モデルを選定し,適切なパラメータ設定を行う。(3)大規模解析の並列化解析の効率化:H26年度に引き続き,並列計算処理の効率化に関して検討を行う。各NodeのCoreとメモリを最適に用いるためハイブリッド型の並列化の適用性について検討を行う。
レーザーアブレーション法によるシダ植物配偶体を用いた植物ボディプランの解析

本年度は,シダ類の初期の分岐群であるゼンマイの配偶体を主に用いてレーザーアブレーションを行った。ゼンマイ配偶体は初期に塊状構造を作り,塊状から葉状へというシダ植物配偶体の進化を解明する上で鍵をにぎる植物群である。頂端細胞形成直後の初期配偶体の頂端細胞を破壊すると,近隣の表層細胞から新頂端細胞が形成された。また複数始原細胞期のノッチ分裂組織の中央の表層細胞を4個破壊した所,ノッチ分裂組織が別の場所に新生された。このような頂端細胞やノッチ分裂組織の新生様式は,カニクサに似ているが,もとの頂端細胞や始原細胞群の近くばかりでなく,かなり離れた場所に新生することもあり,新生場所が一定でないことがわかった。ゼンマイではカニクサに比べて頂端細胞あるいはノッチ分裂組織形成位置のコントロールが厳密でないと考えられる。また,かなり若い配偶体の頂端細胞を破壊した時,頂端細胞が新生せず,ノッチ分裂組織が形成されることがあった。頂端細胞は配偶体形成に必ずしも必要ではない可能性が示された。カニクサのオーキシン研究においては,オーキシンの極性輸送に関与するPIV相同遺伝子の単離に成功し,現在抗体作成を検討中である。アラビドプシスのPIN抗体を用いてウェスタンブロッティングを行った結果,アラビドのPIVとカニクサではかなり配列が異なっていることが推定された。また実際に配偶体からIAAの抽出を行い(理研との共同研究),シダ植物配偶体がオーキシンをもっていることを確認した。現在は,配偶体の上半分と下半分との間でオーキシン量が異なるか否かを検討中であり,IAA抗体を用いて配偶体中のオーキシンの濃度勾配を可視化し,オーキシン極性輸送が配偶体形成に大きく関与することを明らかにする予定である。カニクサの心臓形配偶体は、胞子発芽後、二次元配偶体の先端に1個の頂端細胞が形成され、しばらくは本頂端細胞が左右に派生細胞を切り出すことによって成長を行う(頂端細胞期)。やがて頂端細胞は並層分裂を行う事によって消失し、複数の始原細胞から構成される頂端分裂組織(始原細胞複数期)が作られる。頂端細胞期の頂端細胞と、頂端分裂組織の始原細胞をレーザーアブレーション法によって破壊した。頂端細胞を破壊すると、近隣に新しい頂端細胞が必ず生じ、ここから新たな配偶体の成長がみられた。さらに複数始原細胞期にある頂端分裂組織の中央に位置する2細胞を破壊すると、やはり近隣に新しい始原細胞複数期の頂端分裂組織が形成された。しかし中央の2細胞のうち1細胞を破壊しても新しい頂端分裂組織は形成されなかった。以上から、頂端細胞期の頂端細胞は1個の幹細胞として働き、複数始原細胞期では中央の2細胞が幹細胞として働く事が明らかになった。一方、リボン形配偶体において、初期に形成される頂端細胞をレーザーアブレーションにより破壊すると、複数箇所に存在していた三角形の細胞が同時に、頂端細胞のようにふるまい2、3回分裂するが、その後頂端分裂組織の形成までにはいたらず、その近隣に周縁分裂組織を形成した。その後も頂端分裂組織が形成されることはなく、周縁分裂組織のみの働きによって配偶体は全体的に成長し、不定形を示すようになった。以上から、心臓形配偶体では頂端細胞は極性の頂点としての十分な働きをもつが、リボン形では配偶体の中に作られている極性が弱いため、頂端細胞が破壊された場合、新たな頂端細胞を形成する事ができないものと考えられる。
Ras発癌モデルを用いた活性酸素産生癌遺伝子Mox1の機能的解析

我々の研究戦略は、ヒト癌の多段階プロモーションにおけるRas発癌遺伝子の役割を解明し、その研究結果を癌治療法の開発に役立てようとするところにある。Ras発癌遺伝子を媒介とした悪性腫瘍の形成については、今まで多くの研究がなされてきたが、その分子機構は必ずしも十分解明されたとはいえない。我々は、咋年度、Ras癌細胞のフェノタイプ(増殖、形態、悪性度)を媒介する新しい因子として、Ras-MAPKK-MAPK経路によってその発現が誘導される活性酸素産生遺伝子Nox1(Mox1は新命名法によりNox1と改められる)の産生する活性酸素が、必須であることを発見した(論文出版中)。この結果から、正常な細胞機能の情報伝達分子として働くNox1が、異常調節をうけるとRas発癌に寄与するという重要な概念が提示された。本研究では、1)Ras-Nox1を介した癌化の情報伝達の下流標的を解明すること、2)ヒト癌組職におけるNox1の発現異常を検索すること、3)Rasに連動したNox1の転写調節機構を検討することを主眼とした。その結果、Nox1は、Ras発癌遺伝子による細胞の運動能の亢進と、MMP-9産生の増加を媒介していることが判明した。また、膵癌で、顕著なNox1の高発現が確認された。さらに、Ras-MARKシグナルによって、Nox1のプロモーター活性が増加することが確認された。これらの結果はRas癌細胞の転移・浸潤能を調節する因子としてNox1が重要な役割を果していることを意味し、さらに、Nox1が発癌過程の新しい律速因子であるという我々のin vitroモデルが、実際に、ある種のヒト癌レベルでもおこりうることを示唆する。今後、Nox1を難治性癌の治療ターゲットとしてとらえ、その調節機構、エフェクターの同定のさらなる解明を推進していきたい。