hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
脂質による新たな癌幹細胞の増殖機構の解明

近年、既存の薬剤に対して抵抗性を示す「癌幹細胞」が存在し、薬剤による治療後も数パーセントの癌幹細胞が残存して癌が再発・転移することが明らかになってきた。トリプルネガティブ型乳癌は、エストロゲン受容体などが陰性で有用な分子標的治療薬がなく悪性度が高い癌である。トリプルネガティブ型乳癌に多くの乳癌幹細胞が含まれることが明らかになってきているため、癌幹細胞を標的とした新たな治療薬の開発が期待される。そこで、トリプルネガティブ型乳癌細胞株から調製した乳癌幹細胞のモデル細胞を用いて、癌幹細胞に選択的に発現している脂質のスクリーニングを行った。乳癌幹細胞は、MDA-MB-231細胞株から機能的なマーカーであるアルデヒド脱水素酵素(ALDH)の陽性細胞をフローサイトメーターにより癌幹細胞画分を調整して、実験に使用した。ALDH陽性細胞の増殖を誘導し、ALDH陽性細胞において選択的に発現している脂質受容体を探索したところ、リゾホスファチジン酸(LPA)を見出した。次に、LPA刺激によって発現が亢進する遺伝子を次世代シークエンスによって解析して、液性因子のスクリーニングを行った結果、癌幹細胞の増殖に関与する液性因子を見出した。液性因子の阻害剤を添加することにより乳癌幹細胞の増殖が抑制されたことから、有用な創薬標的である可能性が示唆された。さらに、LC/MSにより網羅的な解析を進めた結果、ALDH陽性細胞に高発現している脂質を見出した。今後、脂質受容体や脂質合成酵素などに対する阻害剤を設計して、創薬基盤の構築を目指す。近年、既存の薬剤に対して抵抗性を示す「癌幹細胞」が存在し、薬剤による治療後も数パーセントの癌幹細胞が残存して癌が再発・転移すること、トリプルネガティブ型乳癌には多くの乳癌幹細胞が含まれることが明らかになってきた。したがって、癌幹細胞を標的とした新たな治療薬の開発が期待される。しかしながら、癌幹細胞を直接標的とする癌の根治療法は実現していない。そこで、本年度は、ホルモン受容体が陰性であるため有用な分子標的治療薬がないトリプルネガティブ型乳癌細胞株に焦点を当てて、ヒト乳癌細胞株から調製した癌幹細胞を用いて、癌幹細胞に選択的に発現している脂質のスクリーニングを行った。癌幹細胞は、MDA-MB-231細胞株から機能的なマーカーであるアルデヒド脱水素酵素(ALDH)の陽性細胞をフローサイトメーターにより癌幹細胞画分を調整して、本実験に使用した。脂質の網羅的な解析は、共同研究先のLC/MSシステムを利用した。その結果、ALDH陽性細胞において選択的に発現している脂質として、リゾリン脂質の1種であるリゾホスファチジン酸(LPA)や新たな脂質分子を見出した。今後、これらの分子を介するシグナル伝達機構、癌幹細胞の増殖に対する作用について引き続き検討を行い、癌幹細胞の機能に重要な分子をさらに絞り込む予定である。また、乳癌のサブタイプとの関連や臨床検体、担癌マウスなどの解析も行う。さらに、脂質合成酵素などに対する阻害剤を設計して、創薬基盤の構築を目指す。予想通り、癌幹細胞に選択的に発現している脂質を見出すことができた。しかしながら、乳癌サブタイプとの関連は不明であり、また臨床検体などを用いて癌幹細胞における解析も必要である。今回明らかにした脂質の情報をもとに、脂質を介するシグナル伝達機構、乳癌サブタイプ、増殖などの機能を解析する予定である。また、臨床に向けては、細胞株だけではなく臨床検体を用いて検討を行う。これにより、癌幹細胞を標的とする創薬基盤が構築できると考えられる。本年度に臨床検体などの購入に予算を使用したが、臨床検体の購入に時間がかかったことに加えて、研究所における事務処理に時間がかかり、次年度に繰り越されることとなったため。
チャーン・サイモンズ理論からM理論へ

アハロニー-バーグマン-ジャフェリス-マルダセナ(ABJM)によれば、M理論における複数枚のM2ブレーンはチャーン-サイモンズ理論の超対称化により記述される。超対称理論の局所化技術によりABJM理論の分配関数などの相関関数は行列積分に帰着し、これをABJM行列模型という。このABJM行列模型は様々な拡張とともにM2ブレーンの解明において重要である。本年度の研究では、ABJM行列模型やその拡張における代数的な構造を解明した。以下具体的に説明する。ABJM理論に超対称ウィルソンループ演算子を挿入した一点関数がジャンベリ関係式を満たすことが知られていた。対称関数の拡張においてジャンベリ関係式は一般に整数シフトを含むヤコビ-トゥルディ関係式を用いて証明される。そこで、ABJM行列模型の一点関数が満たすジャンベリ関係式はヤコビ-トゥルディ関係式に持ち上がるか、持ち上がるとすれば整数シフトにおける整数は何か、という問題提起がなされた。これに対して本研究では肯定的な解答を与え、整数をフラクショナルブレーンの枚数に同定した。一般にジャンベリ関係式やヤコビ-トゥルディ関係式は可積分性に起源を持つので、本研究ではさらにその可積分構造を同定した。具体的には、これまで局所化技術で得られた一点関数の枠組みを超えて、局所化技術による導出を持たない二点関数の枠組みを設定することにより、ABJM行列模型の二点関数が二次元戸田格子階層の可積分構造を持つことを示した。また、これまでABJM行列模型のいくつかの拡張の分配関数が議論され、対応するワイル群が様々な部分群に破れることを仮定することにより様々な模型が記述されていた。本研究では行列模型のスペクトラル演算子に作用するワイル群を同定することにより、それぞれの模型での対称性の破れを議論し、これまでの部分群の解析結果と整合することをみた。10次元弦理論の非摂動論的効果を理解する上で、11次元M理論が有用だと考えられているが、残念ながらM理論に関する知識が乏しい。M理論には3次元のM2と6次元のM5の二種類の膜がある。近年の発展により、M2を記述する理論は超共形対称チャーン・サイモンズ理論であることがわかったので、この理論を用いてM2を調べる。代表者らの先行研究により、最大超対称性N=6を持つABJM理論の分配関数が詳しく調べられ、様々な興味深い振舞いが発見された。摂動部分では、膜の枚数が大きい極限で自由エネルギーが3/2乗則に従うが、その摂動補正はエアリー関数にまとまる。非摂動部分には弦と膜の二種類のインスタントン効果があり、それぞれの係数は特別な結合定数で発散するが、二種類の発散は互いに相殺する。また、非摂動部分は、精密化された位相的弦理論の自由エネルギーで記述される。これらの結果を、他のM2を記述する理論に拡張し、普遍性を調べたい。そこでまず、ABJM理論より超対称性が低いN=3超共形対称チャーン・サイモンズ理論に着目した。具体的には、ABJM理論をクイバー図形で表せば、最小のアファインA型ディンキン図形になるが、そのクイバー図形を一般のアファインA型に拡張したものを考えた。このときABJM理論と同じく、摂動補正がエアリー関数にまとまることが知られていた。今年度代表者らが得た結果を下にまとめる。理論のクイバー図形が他の理論の繰り返しである限り、分配関数が元の理論のもので書けることがわかった。また、多くの理論のエアリー関数の係数を明示的に求めた。特にトフーフト結合定数のシフトを任意の白黒のN=4理論で求め、白黒分離型のN=4理論に対して定数写像の予想を与えた。さらに、白黒が2個ずつある理論の非摂動部分は、ABJM理論と同じく精密化された位相的弦理論で記述されることがわかった。これまでの研究で、ABJM理論の分配関数や超対称ウィルソンループ演算子の一点関数についてさまざまな成果が得られていた。例えば、分配関数の1/N展開の摂動部分はエアリー関数で与えられ、非摂動部分は精密化された位相的弦理論の自由エネルギーの位相極限とNS極限の和で与えられることがこれまでの研究からわかっていた。この非摂動部分の解析において、分配関数を自由フェルミオンの分配関数に書き換えるフェルミガス形式が重要な役割を果たした。また、フェルミオンのカイラル射影がさらなる簡単化に寄与した。ABJM理論はクイバー図で言えば、アフィンA1型の超共形チャーン・サイモンズ理論になるが、後にこの解析は部分的に一般のアフィンA型のクイバー図に拡張された。本年度は、これまでの研究成果をまとめる招待論文を執筆し、さらにさまざまな変形に拡張する研究を行った。招待論文は日本物理学会刊行のPTEPに掲載された。拡張において、驚くべきことに、アフィンA型だけでなく、アフィンD型のクイバー図を持つ超共形チャーン・サイモンズ理論の分配関数もフェルミガス形式で記述できることがわかった。これにより多くの分配関数の解析が飛躍的に進むことになる。また、他の研究成果として、以前の研究で純粋に技術的な理由で導入されたカイラル射影されたフェルミガス形式は、実は、ABJM理論の超リー代数u(N1|N2)の構造を超リー代数osp(N1|N2)に拡張したABJMオリエンティフォルド理論のフェルミガス形式そのものであることがわかった。

この結果によりこれまで技術的な産物と思われていたものに物理的な意味を割り当てられ、同時にABJMオリエンティフォルド理論の解析が一気に進んだ。これまでの研究で用いてきた手法がアフィンD型のクイバーゲージ理論や、ABJMオリエンティフォルド理論に適用でき、同じ枠組みで解析できることは、予想していなくて非常に驚きだった。他の点はほぼおおむね予定通り進展している。Aharony-Bergman-Jafferis-Maldacena(ABJM)理論は、M理論のM2膜を記述する理論として提唱されている。本研究の目的は、ABJM理論とその拡張となる超共形対称チャーン・サイモンズ理論からM理論を理解することである。実際、超対称理論の局所化技術により、ABJM理論の解析が大いに進展し、M2膜やM理論に関する多くの非自明な新しい関係式、双対性が発見されてきた。例えば、研究代表者らの研究によれば、ABJM理論の分配関数は閉じた弦の位相的弦理論の自由エネルギーを用いて記述され、また、超対称ウィルソンループの真空期待値は開いた弦の位相的弦理論の自由エネルギーで記述される。前年度に論文雑誌PTEP(日本物理学会)にこれまでの発展を総括する特集論文を掲載したが、その準備でABJM理論のフェルミ気体形式について再考する機会を得た。ABJM理論の分配関数を、非自明な一粒子ハミルトニアンを持つフェルミ気体の分配関数に書き換える際に、閉弦形式と開弦形式の二種類の書き換えがあり、それぞれ目的に応じて有用であることを特集論文で詳しく説明した。しかし、双線形項を持たない閉弦形式の導出方法は複雑で、計算方針も必ずしも明確ではなかった。それに対して、研究代表者らはこれまでの導出方法よりもはるかに簡潔な導出方法を開発することができた。この簡略化させた方法を用いて、本年度は、閉弦形式を超対称ウィルソンループの真空期待値に対しても適用できるように拡張した。この閉弦形式を用いれば、分配関数(閉じた弦)と超対称ウィルソンループの真空期待値(開いた弦)の間の非自明な関係式(とその拡張)を、積分経路の変更に帰着して証明することができる。この双対性はM理論の隠れた対称性を示唆しているであろう。ウィルソンループの真空期待値にも閉弦形式が適用でき、また、その閉弦形式を用いて開弦と閉弦の間の双対性を証明することができたのは、予想を超えた進展であった。年度の前半では、この結果を論文にまとめ、いくつかの研究会で研究成果を発表した。年度の後半は、大阪市立大学で開催された国際会議の準備のため、研究の進捗状況はやや遅れ気味であった。平均的に全体としてはおおむね順調である。Aharony-Bergman-Jafferis-Maldacena(ABJM)理論は、M理論のM2ブレーンを記述する理論として提唱されている。本研究の目的は、ABJM理論とその拡張となる超対称チャーン・サイモンズ理論からM理論を理解することである。実際、超対称理論の局所化技術により、ABJM理論の解析が大いに進展し、M2ブレーンやM理論に関して多くの非自明な関係式が発見されてきた。
中生動物ニハイチュウの分類、系統、共進化の実像

中生動物ニハイチュウについて、分類、系統、およびニハイチュウと宿主との関係(共進化)について調べた。(1)分類カリフォルニア湾産Octpus hubbsorum、オーストラリア沿岸産Sepioteuthis australisとSepioloidea lineolata、および日本沿岸産クモダコとウスベニコウイカの腎嚢を検索し、10種の未記載種のニハイチュウ類を発見した。そのうち3種のニハイチュウ類を記載した。(2)ニハイチュウの細胞分化:細胞の分化が起きているかどうか16遺伝子の遺伝子の発現パターンよって調べた。(3)ミトコンドリアゲノムの解析ニハイチュウとプラコゾアのミトコンドリアゲノムの構造を調べた。ニハイチュウ類では、一般にミトコンドリア遺伝子がそれぞれミニサークルを形成していることを明らかにした。(4)共進化ニハイチュウと頭足類について、ミトコンドリアCOI遺伝子と18SrDNAの塩基配列を用い、それぞれの種間の系統関係を調べた。その結果、共進化している種もみられる一方、ホストスイッチングした種もみられ、厳密な共進化はみられなかった。1分類北極海産Benthoctopussibiricusおよびメキシコ・バハカリフォルニア産Octpus hubbsorumから、それぞれ1種の新種のニハイチュウを記載した。2細胞の分化ニハイチュウの体を構成する細胞数は少なく、多い種で40個ほどである。それら細胞の形態からは、内側の軸細胞と生殖系細胞、および外表面の表皮細胞の分化しかみられない。そこで、ニハイチュウの細胞分化の程度をいろいろな遺伝子の発現パターンより調べた。解析した遺伝子は、ESTプロジェクトで得た16遺伝子(aquaglyceroporin, F-actincapping protein, aspartate aminotransferase, cathepsin-L-like cysteine peptidase, Ets domain-containing protein, glucose transporter, glucose-6-phosphate 1-dehydrogenase, glycine transporter, Hsp 70, Hsp 90, isocitrate dehydrogenase (NAD) subunit alpha, Rad18, serinehydroxymethyltransferase, succinate-CoA ligase, valosin-containing protein, 14-3-3 protein)を利用した。その結果、成体では体の前頭部と胴部で遺伝子の発現パターンが異なること、幼生では内部と外表部とで発現パターンが異なることがわかった。一見同じようにみえる細胞であっても、体の前後および内外の細胞では、それぞれの場所で細胞め機能が異なることが示唆された。このことから、少数の細胞からなるニハイチュウであるが、それら細胞には細胞分化が起きていることが明らかになった。日本沿岸産のクモダコOctopus longispadiceusから6種の未記載種のニハイチュウを、ウスベニコウlorigeraから1種の未記載種のニハイチュウを発見した。クモダコから発見されたニハイチュウは、うち4種がDicyemennea属で2種がDicyema属のニハイチュウであった。Dicyemennea sp.1は2ミリほどの中型の種で、体を構成する体皮細胞の数は19、体の前部が枝分かれし不定形となる。滴虫型幼生の細胞数は39。Dicyemennea sp.2は5ミリを越える大型種で、体皮細胞の数は32-38で、体の前部は扁平で円盤のような形を呈す。滴虫型幼生の細胞数は37。Dicyemennea sp.3は5ミリにいたる大型の種で、体皮細胞の数は34-37、体の前部は円い。Dicyemennea sp.4は1ミリほどの小型の種で、体皮細胞の数は23、体の前部は円い。Dicyema sp.1は2ミリほどの中型の種で、体を構成する体皮細胞の数は22、体の前部は円いドーム状を呈す。Dicyema sp.2は2ミリほどの中型の種で、体を構成する体皮細胞の数は15-17、体の前部は円いドーム状を呈す。クモダコでは、これら6種のニハイチュウが同時に発見されることはなく、通常2-3種のニハイチュウが発見される。なかでもDicyemennea sp.1とDicyema sp.1の2種は優先的であった。

ウスベニコウイカから発見されたニハイチュウは、Dicyemennea属に属し、体長2ミリほどの中型のニハイチュウである。体を構成する体皮細胞の数は28-36で、体の前部は円錐状で前端は円い。このウスベニコウイカの腎嚢には、ニハイチュウの他にクロミディナ(繊毛虫)がみられ、たびたび両者が同時に発見された。頭足類に片利共生しているニハイチュウ類の種の実体を明らかにするため、世界各地の頭足類を検索し、見出されたニハイチュウ類の記載を進めた。(1)オーストラリアから発見された最初のニハイチュウ類の新種オーストラリア産の2種の頭足類(Sepioteuthis Australis、Sepioloidea Lineolata)から、それぞれ1種ずつ、計2種類の新種のニハイチュウを記載した。これら2種類は、南オーストラリアのスペンサー湾とセントビンセント湾で採集した宿主の頭足類から発見された。Dicyema calamaroceumは体長2.4mmまで達し、前端部の極帽の形は円錐状であった。成体の細胞数は31-34個で、滴虫型幼生の体皮細胞数は39個であった。Dicyema pyjamaceumは体長2mmまで達し、極帽の形は帽子状であった。成体の体皮細胞数は20-23個で、滴虫型幼生の細胞数は37個であった。(2)日本におけるニハイチュウ相の解明日本沿岸産5種の頭足類から11種の未記載種のニハイチュウ類を発見した。日本海沿岸大陸棚上部に生息するクモダコOctopus longispadiceusには、6種のニハイチュウ類(Dicyema属2種、Dicyemennea属4種)がみられ、鳥羽沖大陸棚上部に生息するツノモチダコOctopus tenuicirrusには、2種類のニハイチュウ類(Dicyemennea属2種)がみられた。また、日本近海産の小型コウイカ類、ウスベニコウイカSepia lorigera、ハクテンコウイカS. aureomaculata、ヒョウモンコウイカ、およびS. pardexには、それぞれ1種ずつ計3種のニハイチュウ類(Dicyema属2種、Dicyemennea属1種)がみられた。分子系統解析によって、ニハイチュウと頭足類との共進化の実像はみえてきた。しかし、系統解析に用いたニハイチュウの種の記載が進まず、論文としてまとめることができないでいる。24年度が最終年度であるため、記入しない。系統解析に用いたニハイチュウの種を優先して記載を進める。
北東アジア地域経済協力の進展と前提条件に関する研究

北東アジア地域経済協力の現状と発展のための前提条件等について下記の諸点が明らかになった。1.北東アジア地域経済協力の進展において重要な役割を果たす中朝国境地域、図們江地域・中国吉林省延辺朝鮮族自治州において、高速道路、鉄道運輸施設整備、税関整備、中小企業団地等への韓国企業誘致、中ロ互市貿易区開設などの努力がなされているが、物流問題や現地市場規模、中ロ互市市場の縮小、建設された鉄道未使用などの課題が残っている。2.しかし、黒龍江省東部地域(綏芬河や東寧)では、中露国境を跨ぐ経済協力が活発化しており、吉林省の中露国境地域にも波及する可能性がある。また、北朝鮮・羅津港へのアクセス道路についても中国側の投資によって改善する協定が最近締結されている。3.北朝鮮の外国投資優遇措置、総合市場の現状、経済成長を上回る対外貿易の伸びなどから、北東アジア経済協力への北朝鮮の参加を実現する可能性が存在する。4.2003年秋から開始された「東北老工業基地振興戦略」の下で、中国東北では、国有企業改革や、外資並びに内資の進出等が見られ、北東アジア地域経済協力の新たな発展の条件が拡大している。5.「北東アジア経済中心」国家構想、仁川自由経済区等の建設、南北経済交流など、韓国盧武鉉政権は北東アジア地域経済協力を進める上で、積極的役割を演じているが、同政権の経済政策は所得格差拡大と成長率低下などの問題も引き起こしている。6.北東アジア経済協力の具体的課題として、北朝鮮の経済改革と対外経済開放を支える基礎条件整備(港湾へのアクセス道路の改修や新設など)、中国の東北振興戦略と関連した協力、中国IT産業高度化のための協力、北東アジア国際物流基盤の整備などがあげられる。7.なお、2004年に表面化した高句麗史認識を巡る中国と韓国の対立は、地域経済協力の基盤である民族共生の課題の現状と課題解決の重要性を明らかにした。テーマに関連する研究会(10回)、国際ワークショップ(ソウル、京都)、実態調査(中国延辺朝鮮族自治州、韓国仁川市)、個別研究等を通じて主として以下のような成果を得た。1.中国社会科学院、東北財経大学、延辺大学、上海社会科学院、大連市経済研究所、韓国発展研究院公共政策大学院、韓国対外経済政策研究院、三星経済研究所、台湾中央研究院、米国ブルッキングス研究所、モントレー国際問題研究所等の研究成果を吸収した。2.北東アジア地域経済協力の進展において重要な役割を果たす中朝国境地域、図們江地域・延辺朝鮮族自治州での、日中韓朝露協力の現状を中国側の努力を中心に把握した(高速道路、鉄道運輸施設整備、税関整備、中小企業団地等への韓国企業誘致、中ロ相互交易市場開設など)。北朝鮮も道路整備等を始めているが、税関の改善を含めて課題が多く残されている。また、経済交流拡大に対するロシア側の警戒感も引き続き残っている。3.中国政府は、2003年秋より「東北振興プロジェクト」を大規模に推進しはじめた。同国家プロジェクトの意義、並びに日本、韓国等周辺諸国の協力可能性とその重要性が、中国国内資本の対東北投資との関連も含めて考察された。4.2003年に発足した盧武〓韓国新大統領の「北東アジア経済中心」国家構想の内容と意義、その下で進められている仁川自由経済区等の建設、南北経済交流の現状と課題、2003年末に成立した地方分権三法の内容と北東アジア経済交流の関連を検討した。

5.FTA締結を含む日本の地域経済連携強化政策を分析し、その意義と今後の展開可能性について検討した。6.また、地域経済協力の具体的項目にかかわって、図們江地域における国際物流や、東アジアのIT産業の現状を明らかにした。7.北東アジアの地域経済協力の進展にとって大きな影響を与える米国の北東アジア政策、並びに日本の北朝鮮政策を検討し、後者について「対応的関与」(あるいは「順応的関与」)政策という性格付けを試みた。テーマに関連する研究会、国際ワークショップ(大連、延辺、北京、京都)、実態調査(中国遼寧省大連市、中国吉林省延辺朝鮮族自治州)、訪問その他を通じて主として以下のような成果を得た。1.中国社会科学院、東北財経大学、延辺大学、大連市経済研究センター(現在、大連市発展研究センター)、吉林大学、韓国対外経済政策研究院、環日本海経済研究所、台湾大学等の研究成果を吸収した。2.北東アジア地域経済協力の進展において重要な役割を果たす中朝国境地域、図們江地域・延辺朝鮮族自治州での、日中韓朝露協力の実態調査と学術交流を昨年に続き実施し、韓国企業(木材加工、図們市)の直面する物流並びに市場面での課題、ロシア側の関税引き上げによる中ロ互市市場の規模縮小、中ロ鉄道積み替え駅の引き続く営業困難など、中ロ国境貿易が直面する課題などを明らかにするとともに、延辺自治州からの海外労働力輸出が州財政収入の2.5倍に上る海外からの送金をもたらしているなどのデータを獲得した。また、地域経済協力の基盤をなす民族共生の課題について、高句麗史認識を巡る中国の研究状況などを例にして意見交換を行った。3.中国政府は、2004年より「東北老工業基地振興プロジェクト」を推進しているが、その代表的担い手である大連市の経済発展戦略「1つの中心4つの基地」の内容と、その中で重点的に進められている開発区や輸出加工区・保税区と港湾を一体的に機能させる試み、ITソフトウェアパークの発展計画について把握し、外国資本を導入しながら展開されている北東アジア地域経済協力のもう一つの類型を明らかにした。4.在延吉朝鮮羅先市駐在員事務所の役員との懇談、海外研究協力者の羅先地区訪問を通じて、朝鮮の経済改革措置の実施状況と外国の投資に対する優遇措置、総合市場の現状などについて情報を得ることができた。また、韓国・対外経済政策研究院等との共同シンポジウムを通じて、朝鮮に「入り込む協力」を通じた北東アジア経済協力に朝鮮の参加を実現する可能性を明らかにした。5.FTA締結を含む日本の地域経済連携強化政策の意義、並びに北東アジア地域協力の担い手である韓国経済の現状について、引き続き検討した。6.北東アジアの地域経済協力の前提である地域安全保障に関する日中韓の研究の現状を明らかにするとともに、東アジア経済全体の発展における地域経済協力の意義を明らかにした。テーマに関連する研究会、国際シンポジウム(台北、大連、京都)、実態調査(中国黒龍江省南東部、遼寧省大連)、訪問その他を通じて研究し、主として以下のような成果を得た。1.中国社会科学院、延辺大学、大連市発展研究センター、吉林大学、台湾大学、台湾における東北アジア地域研究の研究成果を吸収した。2.中国黒龍江省東部地域(綏芬河や東寧)で、中露国境を跨ぐ経済協力(大規模互市貿易区の建設など)が活発化しており、吉林省の中露国境地域にも波及する可能性がある。なお、吉林省東部の対朝鮮貿易、投資活発化の前提である懸案の朝鮮・羅津港へのアクセス道路を中国側の投資によって改善し、見返りとして中国が羅津港の一部を占用するなどの協定が最近締結された。
光合成の原理と材料を用いた新型色素増感バルクヘテロジャンクション太陽電池の開発

光合成色素を色素増感太陽電池及びペロブスカイト型太陽電池のホール輸送剤として適用できることを証明した。光合成色素であるクロロフィル誘導体は中心金属及びアルキル基を交換することにより、電子移動度が大幅に変わることが分かった。特に亜鉛クロロフィル誘導体は-5.0 eVのHOMOを持ち、高いホール移動度を持つことが分かった。この亜鉛クロロフィルをホール輸送剤に用い、多種類の色素増感太陽電池を作製した。エネルギー変換効率は低いが、太陽電池としての光電変換の性能を示しており、亜鉛クロロフィルから増感色素への電子移動が起こることを確認できた。更に、同じ亜鉛クロロフィルをペロブスカイト型太陽電池のホール輸送剤にも使用した。この太陽電池によって4%以上の光電変換効率を達成した。これは世界で初めてクロロフィルをペロブスカイト型太陽電池に利用する凡例になった。26年度が最終年度であるため、記入しない。去年は世界中で初めてクロロフィル誘導体を用いた有機薄膜太陽電池の構築を行った。具体的には最初にクロリン骨格を持つ二種類のクロロフィル誘導体の太陽電池性能に対するアルキル基の影響を調べた。アルキル基を持つ色素に対して、アルキル基なしの色素のほうが高い性能を示した。この結果に基づいて、色素の中心金属の影響を学んだ。色んな金属の中で、銅クロロフィルは1.3%程度の最も高い光電変換効率を達成した。更にクロリン骨格の上に化学的に化学効能団を導入することにより、現在の最高変換効率は2.5%に達成した。これはクロロフィル誘導体を用いた有機薄膜太陽電池の中で世界一の光電変換効率となる。一方、最後の目標となる色素増感バークヘテロジャクション太陽電池を作るために、長波長吸収を持つ増感色素の開発も行った。900ナノメートルまで吸収を持つ色素を利用した色素増感太陽電池は5.1%の光電変換効率を達成した。色素増感太陽電池の色素と有機薄膜用色素の構造的な区別を理解するために、色素増感用のクロロフィル色素のCOOH基を取って、有機薄膜太陽電池にも活用した。結論として、電荷分離にいいクロロフィル色素は両方どもいい変換効率がでるということが分かった。この研究は色素増感太陽電池と有機薄膜太陽電池の繋がりを作って、両方の太陽電池の原理をもっと深く理解できるようになった。更に面白い現象も観察できた。色素増感太陽電池の色素をそのままで有機薄膜太陽電池のドナー分子として利用しても3%以上の光電変換効率を達成した。これらの研究は何れも世界中で初めて行ったのだ。これからの有機太陽電池の研究にとって非常に重要な一方だと言える。今年度の研究は前年度の成果に基づいて、更に展開していた。1.クロロフイル誘導体の両極性の発見及び有機太陽電池への応用。自然光合成系の中のクロロフイル分子は光吸収、エネルギー及び電子移動反応に貢献しているから、電子とホールの輸送を両方していると考えられる。従来の有機太陽電池は電子ドナーかアクセプターとして開発している。私は世界中で初めて電子ドナーとアクセプター両方の性能クロロフイル誘導体分子を開発した。開発した分子の電子移動度はホール移動度より高いに対して、電子アクセプターとする性能はドナーとする性能よりは低く、分子のエネルギー準位による支配することが分かった。こんな成果に踏んで、更に市販の電子アクセプターとしているフラーレンをドナーとして活用してみた。世界的に初めてフラーレンのみで有機太陽電池の構築に成功した。2.色素増感太陽電池に使用するインドリン色素の有機太陽電池への応用。インドリン色素(D149, D131)は従来の色素増感太陽電池に良く使用している色素であり、高い吸収係数を持ち、有機太陽電池のドナー材料として、適用している。今度は、最初に分子量の大きいD149を塗布型有機太陽電池に活用してみた。しかし、分子の溶解度が限られていて、電池の変換効率は1.3%しか出なかった。この問題を解決するために、真空中で蒸発できるD131をフラーレンと色んな比率で共蒸着し太陽電池を作った。この方法で作った太陽電池は塗布型の太陽電池より遥かに高く、4.5%まで達成した。この効率は市販の有機太陽電池ドナー分子に負けなく、非常に高い性能を示した。今年度は色素増感太陽電池の色素を有機薄膜太陽電池の方に活用することを理論的に証明することと初めてのカロテノイド太陽電池の発見を達成した。1.自然のカロテノイドを有機薄膜太陽電池のドナー材料に応用。天然材料とする三種類のカロテノイド分子、リコペン、ベタカロチン、フクロキサンチンを電子ドナーとフラーレン誘導体PCBMを電子アクセプターにした有機薄膜太陽電池を世界的に初めて作った。Space-Charge-Limited-Currentの方法による三種類のカロテノイド分子のホール移動度を測定した。その中にリコピンは従来の有機半導体より更なる高いホール移動度を示した。太陽電池の出力もリコピンの方が一番高く示した。しかし、単波長の電流反応はまだ限られて、その原因を時間分解吸収スペクトルにより解明してみた。それは、光にによる励起した電子はカロテノイドのS2状態から10%程度ぐらいの部分はアクセプターに注入したが、その以外の励起子は基底状態に緩和した。そういう原因で、太陽電池の光電変換効率は1%にも届かなかった。2.色素増感

太陽電池と有機太陽電池の材料の交換性の証明。色素増感太陽電池の材料開発は20年ほど発達してきたが、電解液の漏れの問題で、今までも実用化に難航している。それに対して、有機太陽電池は全固体の太陽電池であり、電解液漏れの問題がない。しかし、現在開発できた有機薄膜太陽電池の材料は非常に限られている。今度の研究はパープリンという色素を色素増感太陽電池の色素と有機太陽電池のドナーとして別々に太陽電池を作った。同じ材料ですので、二種類の太陽電池の界面での電荷分離を比べることができた。光合成色素を色素増感太陽電池及びペロブスカイト型太陽電池のホール輸送剤として適用できることを証明した。光合成色素であるクロロフィル誘導体は中心金属及びアルキル基を交換することにより、電子移動度が大幅に変わることが分かった。特に亜鉛クロロフィル誘導体は-5.0 eVのHOMOを持ち、高いホール移動度を持つことが分かった。この亜鉛クロロフィルをホール輸送剤に用い、多種類の色素増感太陽電池を作製した。エネルギー変換効率は低いが、太陽電池としての光電変換の性能を示しており、亜鉛クロロフィルから増感色素への電子移動が起こることを確認できた。更に、同じ亜鉛クロロフィルをペロブスカイト型太陽電池のホール輸送剤にも使用した。この太陽電池によって4%以上の光電変換効率を達成した。これは世界で初めてクロロフィルをペロブスカイト型太陽電池に利用する凡例になった。26年度が最終年度であるため、記入しない。当初の計画は主にクロロフィル誘導体を用いた有機薄膜太陽電池を作る。実にこの目標を達成する以上、新規の色素増感太陽電池のクロロフィル色素の開発も行い、色素増感太陽電池と有機薄膜太陽電池の関連性もよく勉強した。元の計画は光合成材料を用いた有機太陽電池の高効率を達成する及び市販している色素増感太陽電池材料の有機太陽電池への応用。光合成材料に関しては、今度両極性を持つクロロフイル誘導体の開発に成功した。クロロフイル誘導体を用いた有機太陽電池の変換効率も3%程度届いた。この成果はOrg. Electro.に発表した。市販色素増感太陽電池の色素を用いた有機太陽電池の開発も順調に進んだ。インドリン色素に基づいた有機太陽電池の変換効率は5.1%を達成した。関連の成果はMolecules, Org. Electro.などの雑誌及び学会で発表した。計画とおりに天然カロテノイド太陽電池の開発が成功した。その成果は年度末にJ. Phys.Chem. Cで発表済みと成った。パープリン色素を用いた色素増感太陽電池と有機太陽電池の論文もそれぞれJ. Phys.Chem. Cで発表した。そういうことで、年度の目標はほぼ達成したと思う。本研究は計画どおり順調に進んでいるため、これからも予定どおりに推進すると思う。次の研究展開は主に光合成材料の高いホール移動度を中心的にすると考えている。
実験室系XAFSおよび紫外可視吸収スペクトル同時測定装置の開発と触媒反応への応用

我々は実験室でX線吸収スペクトルと紫外可視吸収スペクトルを同時に測定可能な装置の設計と開発を行った。今回開発した装置は以前に開発した実験室系X線吸収スペクトル測定装置にマルチチャンネル分光光度計、外部光源と投光用ファイバーの組み込みを行った。我々は、新たに開発したこの装置を用いて水溶液中の銅(II)水和錯体の可視吸収スペクトルの測定を行った。その結果、良好なスペクトルを短時間で得ることができた。また、新たに開発した装置の性能評価を行うため市販の装置で測定したスペクトルと比較を行ったところ、ほとんど同程度のスペクトルを得ることができた実験室においてトリアザ環銅錯体を用いた触媒反応中に、XAFSスペクトルおよび紫外可視吸収スペクトル測定が可能な装置開発を行う。今回開発するこの装置は、一昨年までの科研費(平成22年度24年度基盤研究C)において開発した実験室系in-situ XAFSスペクトル測定装置に新たに外部光源とマルチチャンネル分光光度計を組み込むことで、トリアザ環銅錯体を用いた触媒反応を行いながらトリアザ環銅錯体のXAFSスペクトル測定と反応生成物や銅錯体の紫外可視吸収スペクトル測定が可能となる。さらに、得られたXAFSスペクトルと紫外可視吸収スペクトルの解析を行うことで、反応溶液中の金属錯体の溶存構造を明らかにすることができ、より効果的な触媒としての金属錯体の創製手法の確立が期待される。今年度は実験室系in-situ XAFSスペクトル測定装置に組み込む外部光源とマルチチャンネル分光光度計の選定を行った。測定試料としてトリアザ環配位子を用いて銅錯体の合成を行った。得られた銅錯体はESI-MASSや元素分析により目的の銅錯体の生成を確認した。また、得られた銅錯体の単結晶構造解析を行い、結晶構造を決定した。その後、pHを変化させながら紫外可視吸収スペクトルを測定した。その結果、配位子のトリアザ環の環サイズが9から12員環へと大きくなるにつれて銅錯体の構造が正四角錐型から算法両錐型へと溶存構造が変化していくことが推測された。銅錯体の触媒能についてはリン酸ジエステル結合のモデル化合物であるBNPPを用いた反応を行った。その結果、環サイズに応じて触媒能が変化することが示された。本研究は実験室において各種金属錯体を用いた触媒反応中に、X線吸収スペクトル(XAFS)および紫外可視吸収スペクトル測定が可能となる新規装置開発を行うことを目的としている。以前の科研費(平成22年度24年度、基盤研究C)で開発した実験室系in-situ XAFSスペクトル測定装置に新たに外部光源とマルチチャンネル分光光度計を組み込み各種化学反応中の金属錯体のXAFSスペクトルと紫外可視吸収スペクトルを同時に測定し反応溶液中の金属錯体の溶存構造解析を行う。本年度は実験室系in-situ XAFSスペクトル測定装置に組み込むマルチチャンネル分光光度計および外部光源の購入を行った。また、購入後、光源ユニット、マルチチャンネル分光光度計や光ファイバーなどの動作確認を行い、予定していた性能が得られることを確認した。その後、我々が作製した装置で紫外可視吸収スペクトルを測定可能となるように溶液試料セル部分に光ファイバー等を接続するための改造の設計を行った。前年度に合成した銅錯体を用いて、紫外可視吸収スペクトルおよびポテンショメトリーの測定から、溶存錯体種の数や銅(II)イオンと配位子の組成比の検討を行った。さらに、合成した各種銅錯体を触媒として用いてBNPPの加水分解反応を行い合成した銅錯体の触媒能を明らかにした。本年度は昨年までに購入したマルチチャンネル分光光度計用の投稿用ファイバーを購入した。その後、以前の科研費(平成22年度24年度基盤研究(C))で開発した実験室系in-situ XAFSスペクトル測定装置への組み込みを行った。今回開発した装置の性能評価を行うため、はじめに標準試料として遷移金属の水和錯体の測定を行った。我々はこれまでに各種銅錯体の合成と構造解析を行ってきたことから、はじめに銅の水和錯体についての測定を行った。測定試料としては塩化銅の水溶液を用いて、我々の装置で可視吸収スペクトルの測定を行った。比較のために市販の可視吸収スペクトル装置で測定したスペクトルと我々の装置で測定した吸収スペクトルを比較した結果、ほぼ同様のスペクトルを得ることができた。この結果から、この装置で十分に金属錯体の可視吸収スペクトルが測定可能であることが示された。また、現在我々は可視吸収スペクトルを多電子近似を用いた分子軌道法(DV-ME法)を用いて解析することで金属イオン周りの局所構造を決定する分析法の開発を行っている。今回得られた可視吸収スペクトルはこの解析にも十分適応可能であることが示された。我々が合成したトリアザ環銅錯体は配位子の環サイズを変化させることで銅イオン周りの局所構造が四角錐型から三方両錐型へと徐々に変化していくことが明らかとなっている。このように中心金属の局所構造が変化すると可視スペクトルやXANESスペクトルに変化が生じる。そこで、このようなトリアザ環銅錯体を試料として我々が作成した装置を用いて可視吸収スペクトルおよびXANESスペクトル測定を行い溶液中の金属錯体の溶存構造解析を行っていく。

今回開発した装置は以前に開発した実験室系X線吸収スペクトル測定装置にマルチチャンネル分光光度計、外部光源と投光用ファイバーの組み込みを行った。我々は、新たに開発したこの装置を用いて水溶液中の銅(II)水和錯体の可視吸収スペクトルの測定を行った。その結果、良好なスペクトルを短時間で得ることができた。また、新たに開発した装置の性能評価を行うため市販の装置で測定したスペクトルと比較を行ったところ、ほとんど同程度のスペクトルを得ることができた昨年度はマルチチャンネル分光光度計の購入計画を初年度から次年度に変更したため、装置開発が遅れ当初の予定よりやや遅れる結果となった。今年度はマルチチャンネル分光光度計と光源の購入を行い装置開発に必要なすべての機器の確保が完了した。その後購入したマルチチャンネル分光光度計と光源を用いて予備測定を行ったところ、当初計画した性能が得られていることを確認した。また、試料の銅錯体の合成は9から12員環の環サイズを持つトリアザ環配位子を用いて行い、得られた銅錯体を用いてBNPPの加水分解反応を紫外可視分光光度法を用いて測定し、各銅錯体の触媒能の決定を行った。合成した銅錯体は単結晶が得られたものから順次結晶構造解析を行い、触媒能と構造との相関について検討を行った。分析化学来年度は、我々が開発した装置の最終調整を行い初めに遷移金属の水和錯体を用いてXAFSスペクトルと紫外可視吸収スペクトルの測定を行うことで今回開発した装置の性能確認を行う。また、放射光施設や市販の紫外可視分光光度計で得られた結果と我々の作製した装置で測定した結果を比較検討し、我々の装置の性能について検討を行う。得られた結果が、不十分な場合は、試料周りに配置した光源や検出器の位置などを見直し、良好なスペクトルが得られるように設計の変更を行っていく。我々の装置は試料周りに十分な空間を有しており、容易に試料周りの配置が組み替え可能になっている。また、測定に最適な濃度やセルの厚みなどの基礎データの収集を行う。解析に十分耐えうるデータが得られるようになったら、本装置を用い触媒反応中の金属錯体のXAFSスペクトルおよび紫外可視吸収スペクトルの同時測定を行う。当初の予定では、一年目に日本分光社製マルチチャンネル分光光度計を購入予定であった。しかし、その後、マルチチャンネル分光光度計について他社製品の検討を行ったところ、金額は高くなるが、波長精度などの性能が優れている機種が販売されていることが判明した。本研究は水溶液中の銅錯体の紫外可視吸収スペクトルを測定し、分子軌道法により理論スペクトルを算出し実測スペクトルと比較することで溶存構造解析を行う。そのため、できるだけ良好なスペクトルを得る必要があり、高性能な分光光度計と光源が必要である。今回新たに検討した装置は分光光度計と光源が一体となって販売されていること、また平成26年度4月以降に新型が販売されるということから、装置の購入を初年度から2年度に変更した。その結果当初の予定より装置の完成がやや遅れるという結果となった。一方で、測定試料については銅錯体の合成は順調に進んでおり、その組成や純度も測定に十分なものであることが明らかとなった。また、合成した銅錯体の触媒能や結晶構造についても決定することができ、試料作成についてはおおむね順調に進展している。
エコ余裕度に基づくエージェントフレームワークによる環境指向システム構成手法

本研究は,環境への負荷軽減(エコ)と利用者が要求するサービス品質(QoS)を同時に考慮しつつ,利用者の手を煩わせずに安定したネットワークサービスの提供を実現するシステム構成論を確立することであった.具体的には,サービス利用者にエコであるということを気づかせずにサービス提供を行うことで消費電力を節約し,かつ利用者の満足するサービスを利用者要求や計算機/ネットワーク状況に応じて動的に提供する,すなわちエコアウェアかつQoSアウェアなサービス提供のためのシステムフレームワークの実現を目指し,システム構成・調整手法の検討を行った.本研究は,環境への負荷軽減(エコ)と利用者が要求するサービス品質(QoS)を同時に考慮しつつ,利用者の手を煩わせずに安定したネットワークサービスの提供を実現するシステム構成論を確立することであった.具体的には,サービス利用者にエコであるということを気づかせずにサービス提供を行うことで消費電力を節約し,かつ利用者の満足するサービスを利用者要求や計算機/ネットワーク状況に応じて動的に提供する,すなわちエコアウェアかつQoSアウェアなサービス提供のためのシステムフレームワークの実現を目指し,システム構成・調整手法の検討を行った.本研究の目的は,環境への負荷軽減(エコ)と利用者が要求するサービス品質(QoS)を同時に考慮しつつ,利用者の手を煩わせずに安定したネットワークサービスの提供を実現するシステム構成論を確立することである.具体的には,サービス利用者にエコであるということを気づかせずにサービス提供を行うことで消費電力を節約し,かつ利用者の満足するサービスを利用者要求や計算機/ネットワーク状況に応じて動的に提供する,すなわちエコアウェアかつQoSアウェアなサービス提供のためのシステムフレームワークの実現を目指している.そこで本研究では,エージェント指向コンピューティングに基づくコンポーネント組織の動的構成手法を発展させ,環境指向かつ利用者指向のマルチメディア通信システムを構成する.そのために,エコアウェアかつQoSアウェアなシステムとして実現するためにエコ余裕度とQoS余裕度のモデルを構成し,それに基づくエコアウェアエージェントとQoSアウェアエージェントを構成する.さらに,利用者指向システムとして実現するために,エージェント指向コンピューティングに基づくコンポーネント組織の動的構成手法の基盤技術に基づき,ネットワーク・計算機資源などの環境の変動や利用者要求の変化に対応して,システムを構成・調整するエージェントフレームワークを実現する.特に,本年度は,エコアウェアかつQoSアウェアなシステムを実現するために,以下の3つの評価基準およびモデルの構成を行った.・システムの安定を保持しつつ,エコな状況に制御可能である程度を定量化するエコ余裕度の構成・QoS制御の制御可能性を定量化するQoS余裕度の構成・エコ余裕度とQoS余裕度に基づく余裕度モデルの構成本研究課題では,エージェント指向コンピューティングに基づくコンポーネント組織の動的構成手法を発展させ,環境指向かつ利用者指向のマルチメディア通信システムを構成することを目的とした.そのために,エコアウェアかつQoSアウェアなシステムとして実現するためにエコ余裕度とQoS余裕度のモデルを構成し,それに基づくエコアウェアエージェントとQoSアウェアエージェントを構成した.また,ネットワーク・計算機資源などの環境の変動や利用者要求や利用者端末の変化に対応して,システムを構成・調整したり,システム自体を再構成したりするエージェントフレームワークを実現した.また,これらの機能を適用したアプリケーションのプロトタイプシステムを開発した.具体的には,環境指向かつ利用者指向のマルチメディア通信システムのためのエージェントフレームワークの応用として以下のアプリケーションのプロトタイプシステムを実装,検討した.(1)エコだけでなく利用者が享受するQoSを考慮したビデオストリーミングシステムを開発した.(2)携帯端末上において,エコと利用者が享受するQoSを考慮したエコ型携帯ビデオ会議システムを開発した. (3)本手法の応用として,3次元仮想空間においてエコを考慮した,ユビキタス3次元仮想空間システムの検討を行った.これらの研究項目については,平成24, 25年度の研究成果である,システムの安定を保持しつつ,エコな状況に制御可能である程度を定量化するエコ余裕度,QoS制御の制御可能性を定量化するQoS余裕度,エコ余裕度とQoS余裕度に基づく余裕度モデルを実装したエージェントフレームワークを用いて実装を行った.具体的には,エコアウェアエージェントとQoSアウェアエージェントをそれぞれのアプリケーション上で構成することで,使用資源量を削減しつつも,利用者の満足するサービスを提供可能な機能を実現することが確認できた.本研究の目的は,環境への負荷軽減(エコ)と利用者が要求するサービス品質(QoS)を同時に考慮しつつ,利用者の手を煩わせずに安定したネットワークサービスの提供を実現するシステム構成論を確立することである.具体的には,サービス利用者にエコであるということを気づかせずにサービス提供を行うことで消費電力を節約し,かつ利用者の満足するサービスを利用者要求や計算機/ネットワーク状況に応じて動的に提供する,すなわちエコアウェアかつQoSアウェアなサービス提供のためのシステムフレームワークの実現を目指している.そこで本研究では,エージェント指向コンピューティングに基づくコンポーネント組織の動的構成手法を発展させ,環境指向かつ利用者指向のマルチメディア通信システムを構成する.そのために,エコアウェアかつQoSアウェアなシステムとして実現するためにエコ余裕度とQoS余裕度のモデルを構成し,それに基づくエコアウェアエージェントとQoSアウェアエージェントを構成した.さらに,今年度は利用者指向システムとして実現するために,エージェント指向コンピューティングに基づくコンポーネント組織の動的構成手法の基盤技術に基づき,ネットワーク・計算機資源などの環境の変動や利用者要求の変化に対応して,システムを構成・調整するエージェントフレームワークを実現した.

具体的には,今年度は環境指向かつ利用者指向のマルチメディア通信システムのためのエージェントフレームワークを実現するために,以下の3つのエージェントおよびフレームワークを構成した.・エコ余裕度に基づいて環境負荷を軽減させるエコアウェアエージェントの構成・QoS余裕度に基づいてQoSを必要十分に制御するQoSアウェアエージェントの構成・上記2つのエージェントをマルチメディア通信システムにおいて動作させるためのエージェントフレームワークの構成当初の計画にしたがって研究を遂行したため,大幅な遅れが発生することなく研究を遂行することができた.しかしながら,計画時に使用予定であった実験環境が東日本大震災により使用不可となったため,震災後の実験環境の構築に時間がかかり,それ以上の研究の推進は困難であった.25年度が最終年度であるため、記入しない。当初の計画にしたがって研究を遂行したため,大幅な遅れが発生することなく研究を遂行することができた.エコ余裕度に基づいて環境負荷を軽減させるエコアウェアエージェントの構成については,昨年度の研究成果であるエコ余裕度に基づいてエージェントを設計・実装することで円滑にエコアウェアエージェントを実現した.また,QoS余裕度に基づいてQoSを必要十分に制御するQoSアウェアエージェントの構成についても,昨年度の研究成果であるQoS余裕度に基づいてエージェントを設計・実装することでQoSアウェアエージェントを実現した.さらに,エコアウェアエージェントとQoSアウェアエージェントが動作するエージェントフレームワークを実装し,マルチメディア通信サービスをテストベッドとして実験を行い,上記2つのエージェントの動作,有効性を確認した.このように,本研究課題は計画した研究内容を,十分に達成している.実験環境が構築されたため,今後は当初の予定通りに研究を推進する予定である.特に,今後は学会発表や論文誌への投稿を積極的に行い,単に研究を進めるだけでなく,研究の成果を公開して行く.25年度が最終年度であるため、記入しない。来年度は,環境指向かつ利用者指向のマルチメディア通信システムのためのエージェントフレームワークの応用として以下のアプリケーションのプロトタイプシステムを実装する.エコとQoSを考慮したビデオストリーミングシステム:エコだけではなく,利用者が享受するQoSまでを考慮したビデオストリーミングを実現する.エコ型携帯ビデオ会議システム:携帯端末上において,エコと利用者が享受するQoSを考慮したビデオストリーミングを実現する.このシステムでは,特に携帯端末という環境に特化したアプリケーションを実現する.ユビキタス3次元仮想空間システム:本手法の応用として,3次元仮想空間においてエコを考慮したシステムの実現を目指す.
温度応答性培養皿を利用した肝実質細胞と非実質細胞の新規共培養法の開発

本研究では、温度変化に応答して水溶性を大きく変化させる温度応答性高分子のポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)(PIPAAm)とその誘導体で修飾した温度応答性パターン化表面を、電子線重合法を用いて作製し、これら表面の物性解析と異なる細胞種を用いた共培養、ならびに共培養細胞シートの作製への応用可能性を追究した。今年度は、パターンサイズの異なるパターン化温度応答性表面を作製した。具体的には、電子線重合法によりPIPAAmであらかじめ修飾された表面に、疎水性モノマーのブチルメタクリレート(BMA)溶液を塗布、パターンサイズの異なるマスクを介して電子線照射し、パターン化温度応答性表面を調製した。このとき、パターンサイズが100μm程度では、照射電子線の潜り込み等によりパターンサイズがマスクに比して変化する可能性が示唆された。この手法で、温度制御により部位特異的に親水性/疎水性(細胞非接着性/接着性)を制御しうる表面が調製できた。これらの表面を用い、肝実質細胞と、血管内皮細胞のパターン化共培養系を構築した。さらに、培養皿表面全体が親水性を示す20°Cですべての細胞を、パターン化形状を維持したまま1枚のシートとして回収できた。次に、共培養による肝実質細胞機能の変化をみるために、肝実質細胞から産生されるアルブミンの定量、ならびにアンモニア代謝に伴う尿素合成能を解析した。パターン化共培養により、いずれの機能も肝実質細胞単独培養系に比して高い数値を示した。さらにパターンサイズが小さいほど機能亢進することが明らかとなった。このとき、より小さなパターン化共培養系で肝実質細胞の培養期間が延長できる点も明らかとなった。以上の結果は、肝実質細胞と内皮細胞シートとの重層化によって得られた知見とよく一致していたことから、細胞-細胞間の距離がきわめて重要な影響を与え、細胞機能の発現につながるものと考えられる。本研究では、温度変化に応答して水溶性を大きく変化させ、低温で溶解、高温で不溶となる温度応答性高分子のポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)(PIPAAm)誘導体で修飾したパターン化表面を電子線重合法により作製し、これらの表面の物性解析をするとともに共培養の可能性を追求した。親水性/疎水性の転移温度を32°Cより低下させる目的で、疎水性のブチルメタクリレート(BMA)を種々濃度を変化させながら添加して電子線重合を行い、表面物性と細胞の接着・脱着挙動を解析した。BMA含量の増大に伴い、表面に接着・増殖した細胞の脱着速度が小さくなることを見いだした。そこで、あらかじめ電子線重合でPIPAAmを被覆した培養皿に、BMAを所定量含有するIPAAmモノマー溶液を塗布し、カバーガラスでマスクした状態で電子線重合を行うことで、パターン化表面を作製した。表面のグラフト量はFTIR/ATRにより行った。またパターン化表面は両表面の相転移温度を鑑み、PIPAAm表面は水和し、IB表面は疎水性となる温度で蛍光標識したタンパク質が疎水性表面にのみ吸着することで確認した。さらに、この温度で内皮細胞を培養するとIB表面にのみ接着・増殖することを明らかとした。IB表面で増殖した細胞は37°CでPIPAAmドメインにも接着・増殖した。以上のことから、パターン化表面の形成が確認されたことから、次に肝実質細胞を28°CでIB表面に培養し、ついで37°CでPIPAAm表面に血管内皮細胞を播種することで両者のパターン化共培養を試みた。