hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
アトピー性皮膚炎の痒み発生への皮膚アスパラギン酸プロテアーゼSASPaseの役割

アトピー性皮膚炎マウスモデル皮膚のプロテオーム解析により見出されたアスパラギン酸プロテアーゼSASPaseのアトピー性皮膚炎における痒みへの役割を検討した。SASPaseは,アトピー性皮膚炎マウスモデル皮膚においてその発現が増加しており,それ自身が痒み因子であることを見出した。SASPaseの発現が主に表皮であり,さらに末梢神経の終末が,表皮内まで伸展していた。我々は,SASPaseが,神経反発因子を切断することを見出した。以上の結果から,SASPaseは,アトピー性皮膚炎における痒み因子の一つであり,さらに皮膚感受性増大に関与する神経伸展に重要な役割を担っていることが示唆される。アトピー性皮膚炎は,激しい痒みと皮膚の乾燥を伴う慢性炎症性皮膚疾患である。アトピー性皮膚炎の痒みの抑制は,患者のQOLの向上に加え,皮膚炎の抑制につながることから治療の最優先課題となっている。しかし,アトピー性皮膚炎の痒みは,痒みの第一選択薬である抗ヒスタミン薬では抑制されない場合が多く,新規鎮痒薬の開発が急がれている。これまでにアトピー性皮膚炎マウスモデルの皮疹部皮膚でのプロテオーム解析により,皮膚レトロウイルス型アスパラギン酸プロテアーゼ(SASPase)の発現増加が観察された。そこで,本研究では,SASPaseの痒みへの関与に関して検討した。実験には,皮膚炎の発症したアトピー性皮膚炎マウスモデル(皮膚炎NCマウス)と,健常コントロールマウス(健常NCマウス)を用いた。マウスからクローニングしたSASPaseを健常NCマウスに皮内注射すると痒み反応である後肢による注射部位への掻き動作が観察された。皮膚炎NCマウスへのSASPaseaの皮内注射は,健常NCマウスに比べ更に掻き動作が増加した。熱処理したSASPaseでは,掻き動作が起こらなかった。このことは,酵素活性が掻き動作の惹起に重要であることを示す。さらに,μオピオイド受容体拮抗薬ナルトレキソンによりSASPase誘発の掻き動作が抑制され,更に,SASPaseのマウス頬への注射により後肢による掻き動作は認められたが,前肢による擦り動作は認められなかった。以上のことにより,SASPaseの皮内注射によって惹起された掻き動作が痒み様の反応であることが示唆される。SASPaseによる掻き動作は,抗ヒスタミン薬で抑制されなかったことから,この痒み反応へのヒスタミンの関与は小さいと考えられる。以上の結果から,SASPaseが痒み因子であり,抗ヒスタミン薬抵抗性の痒み反応を惹起することが明らかとなった。アトピー性皮膚炎は,難治性の激しい痒みを伴う慢性炎症皮膚疾患である。アトピー性皮膚炎の痒みは,一般的な痒みの治療薬の抗ヒスタミン薬では抑制されない場合が多く,新規治療薬の開発が望まれている。我々は,新規治療薬開発のターゲット分子の同定を試みるべく,自然発症アトピー性皮膚炎様症状と激しい自発的な痒み反応を示すNCマウスの皮膚を用いて,プロテオーム解析を行い,皮膚レトロウイルス型アスパラギン酸プロテアーゼ(SASPase)の発現増加を見出した。これまでに,SASPaseのマウスへの皮内注射により,痒み様反応が惹起されること,またこの痒み反応が抗ヒスタミン薬抵抗性であることを見出してきた。本年度は,アトピー性皮膚炎様症状を示す皮膚炎NCマウス(皮膚炎マウス)において,健常マウスを比べて,ウエスタンブロッティング法により活性型SASPaseの皮膚内での発現の増加と前駆体SASPaseの減少を見出した。また,免疫組織化学染色により健常では表皮顆粒層に分布しているSASPaseの発現が,皮膚炎マウス皮膚では,表皮顆粒層での発現の増加に加え,有棘層のケラチノサイトでも発現が認められた。皮膚炎マウスの自発的掻き動作は,SASPaseの活性を阻害するレトロウイルス型アスパラギン酸プロテアーゼ阻害薬indinavirによって抑制された。これまでの研究で,本皮膚炎マウスの痒み反応に一部proteinase-activated receptor 2(PAR2)が関与することを報告してきたが,SASPaseによる痒み反応は,PAR2拮抗薬で抑制されなかった。以上の結果は,アトピー性皮膚炎様症状を示すNCマウスの痒み反応にSASPaseが関与すること,SASPase誘発の痒み反応にPAR2を介さない別の機序が関与することを示唆する。アトピー性皮膚炎は,激しい痒みを伴う難治性の慢性炎症皮膚疾患である。我々は,アトピー性皮膚炎の痒みの発生機序を明らかにすべく,これまでに自然発症アトピー性皮膚炎様マウスモデルNCマウス(皮膚炎マウス)の皮膚を用いて,プロテオーム解析を行い,皮膚レトロウイルス型アスパラギン酸プロテアーゼ(SASPase)の発現増加を見出し,SASPaseが痒み反応を惹起すること,また,SASPaseが表皮に発現していることも明らかにしてきた。さらにkallikrein 5と比べ,SASPaseによる痒み反応は,若干少なかった。本年度は,皮膚炎マウスの自発的掻き動作が,レトロウイルス型アスパラギン酸プロテアーゼ阻害薬indinavirによって抑制されたが,リソソーム性アスパラギン酸プロテアーゼ阻害薬pepstatin Aでは抑制されないことを見出した。この結果は,in vitroの実験でSASPaseがindinavirにより抑制され,pepstatin Aでは抑制されないという既報と一致する。さらに,脊髄での細胞外記録による電気生理学的解析において,皮膚炎マウスでは脊髄神経において自発的神経活動が増加しており,この増加がindinavirにより抑制されることも見出した。

また,免疫組織化学的解析において,健常皮膚では顆粒層のSG1領域にしか発現していないSASPaseが,皮膚炎マウスでは有棘層にまで発現分布が拡大しており,さらに末梢神経の終末がSASPase発現領域まで伸展していることが明らかとなった。この皮膚炎マウスでの末梢神経の表皮内伸展への関与が示唆されている制御因子へのSASPaseの作用が一部関与する可能性をさらに見出した。現在,解析を進めている。以上の結果から,皮膚炎マウスの自発的掻き動作にSASPaseが関与していることが明らかとなった。アトピー性皮膚炎マウスモデル皮膚のプロテオーム解析により見出されたアスパラギン酸プロテアーゼSASPaseのアトピー性皮膚炎における痒みへの役割を検討した。SASPaseは,アトピー性皮膚炎マウスモデル皮膚においてその発現が増加しており,それ自身が痒み因子であることを見出した。SASPaseの発現が主に表皮であり,さらに末梢神経の終末が,表皮内まで伸展していた。我々は,SASPaseが,神経反発因子を切断することを見出した。以上の結果から,SASPaseは,アトピー性皮膚炎における痒み因子の一つであり,さらに皮膚感受性増大に関与する神経伸展に重要な役割を担っていることが示唆される。本研究目的は,アトピー性皮膚炎の痒みへのSASPaseの関与とその役割である。昨年度は,SASPaseが痒み因子であることを証明した。本年度は,アトピー性皮膚炎様症状を示す皮膚炎マウス皮膚での発現に関して,健常マウスを比較することで発現が拡大していることを初めて見出した。また,SASPaseの活性を阻害するレトロウイルス型アスパラギン酸プロテアーゼ阻害薬indinavirによって皮膚炎マウスの自発的痒み反応が抑制されたことは,SASPaseそのものが痒み因子というだけでなく,病態における痒み反応にも関与していること明らかにした。現在,SASPaseがどのようにしてプロテアーゼ活性を活用し,痒み反応を惹起するのかをこれまでの成果から表皮をターゲットとして検討を進めている。以上のことから,当初想定していた研究計画を進めるうえで重要な知見を得ていることから,研究が順調に進んでいると判断した。薬理学今年度は,昨年度に引き続き,SASPaseによる痒み発生機構の解明と他の痒みのマウスモデルの痒みへのSASPaseの関与を検討する。1:2次元電気泳動並びにMALDI-TOFを用いた皮膚におけるSASPaseによって活性化,不活性化因子の同定を行う。2:1の結果を基にSASPaseによる痒み発生への関与と役割に関して検討する。3:SASPaseそのものの発現増加及び活性化機構に関して,明らかにする。4:SASPaseノックアウトマウスを用いたアレルギーや乾皮症のモデルマウスの作出を試み,SASPaseの痒みへの役割を検討する。本研究目的は,アトピー性皮膚炎の痒みへのSASPaseの役割である。マウスへのSASPaseの皮内注射により,掻き動作が惹起され,この動作が痒み反応であることを明らかにした。
ウェーブレット解析および非線形結合振動子系モデルによる景気循環の同期現象の解明

鉱工業生産指数に対してウェーブレット解析を行い、すべての都道府県ペアに対して、同期程度が高いか低いかを表す「距離」行列を計算した。各時点で同期レベルの高い都道府県をクラスタ化しその数の時間変化を調べたところ、景気上昇期に比べて景気後退期において同期レベルが高くなることが明らかになった。これは、バブル崩壊のように景気が急激に後退するときに顕著に観察される。同期レベルが時間変化する現象は、多地域景気循環を描写する大域結合写像モデルモデルにおいて、「カオス的遍歴」として観察された。カオス的遍歴とは高次元の動学システムにおいて生じる複雑現象であり、異なる複雑の状態間を経巡るカオス的軌道が存在する。本研究の目的は、景気循環の同期現象について、(1)ウェーブレット解析の手法を用いたデータ分析、および(2)非線形結合振動子系の理論による理論的・数値解析的分析により解明することであった。まず(1)については、景気変動を捉える代表的な指標である都道府県別鉱工業生産指数の月次データに対してクロスウェーブレット解析を適用して、47都道府県間の同期レベルの時期による変遷を調べた。それにより、同期レベルには時間的変遷が見られること、バブルが発生している時期には同期レベルが高くなること、特にバブル末期から崩壊期にかけて同期レベルが高くなることなどを発見した。次に(2)については、研究代表者がかつて開発した多地域景気変動モデル(大域結合写像モデル)の数理構造を解析した。それにより、カオス的遍歴という複雑現象が広いパラメタ領域で発生することを観察することができた。カオス的遍歴とは高次元カオス系に特有の現象で、異なる複雑な状態間を経巡る起動が存在する。また、このモデルには、カオス的遍歴を引き起こすパラメタ領域など,モデルの次元によらない普遍的な構造があることを示すこともできた。最後に、このモデルにおける間欠性現象が非双曲力学系における重要な構造のひとつであるヘテロ次元サイクルと関連していることを、系に埋め込まれた不安定周期軌道を用いて明らかにすることができた。これらの結果は、現在論文として取りまとめているところである。わが国の地域景気循環に関するさまざまな指標を収集・精査した結果,データの量および質の観点から,都道府県別鉱工業生産指数の月次データを分析に用いることとした。データ期間は1977年1月から2011年12月までで,基準年は2005年である。このデータを用いて,ウェーブレット変換を用いたデータ解析に着手するための予備的研究をおこなった。まず,景気循環の同期の程度を測る指標としてディスタンスという概念を用いることが出来るかどうかの検討をおこなった。検討の結果,ディスタンスは無次元の情報を1次元の情報に潰しており,十分同期している時系列同士を抜き出す目的には使えそうであるとの結論を得た。ただし,十分同期していない場合には,ウェーブレット・コヒーレンシーを援用する必要がありそうである。さらに,鉱工業生産指数には原系列と季節調整済系列とがあるが,景気循環の動機を分析するためにこれらのいずれを用いるべきかに関する知見はこれまで存在しない。これについてディスタンスを用いて検討した結果,(1)原系列と季節調整済系列とではディスタンスの大小関係がかなり異なること,(2)コヒーレンシーを見ると,季節調整によって低い周波数成分の同期の程度の差が判定しにくくなること,が明らかになった。以上より,季節調整は時系列間の同期を調べる際には不適切なデータの前処理であることがわかった。研究分担者(齊木吉隆)の所属機関変更などによりデータ解析に少し遅れが生じている。データ解析のための予備的研究がほぼ終わったので,本格的なデータ解析を実施し,景気循環の同期に関する統計的事実の発見・蓄積に務める。同時に,発見された統計的事実を説明するために,既存の理論モデルの改良に取り組む。研究成果発表のための旅費などに使用する予定である。
多角入射分解分光法による分子集合系異方性解析の将来展望を探る

多角入射分解分光法(MAIRS)は,仮想的な縦波光を考え,従来の計測理論にはない回帰式による理論構築を用いた,他に例の無い薄膜解析のための分光測定法である.本萌芽研究では,この新しい概念に基づくMAIRS法を実験的に確立するとともに,応用範囲を探索する目的で2年間の検討を行った.MAIRS法を実験技術として確立するため,赤外分光法に適用して理論どおりの動作が実現するかどうかを確かめた,これにはFT・IRの光学系の特長を生かして実験を行い,また基板の光学的性質も選んだ結果,MAIRS法の理論で予測されたとおりのスペクトルを得ることに成功した.従来法では,基板の面内および面外方向のスペクトルを得るため,透明および金属といった二種類の異なる基板を必要としたが,MAIRS法では光に透明な基板一つから,二種類のスペクトルを同時に引き出すことができる.このため,従来不可能とされてきた,非金属基板上での純面外スペクトルの測定に世界で初めて成功した.また,この理論を発展させ,面内スペクトルを更にx,y二つの軸に分解し,Cartesian座標での3次元スペクトルを得るアルゴリズムも構築した.この結果,配向状態が明瞭に議論できるだけでなく,無配向試料を実験的に無配向であると断言できる道が拓かれた.また最近,この技術を生命化学に応用し,ロイシンファスナー機構を持つ分子集合系の解析に適用した.その結果,これまでいかなる方法を用いても実証できなかった分子ファスナーの存在を,はじめて明確にスペクトル変化として捉えることに成功した.本課題は,平成15年度以来,世界各地の国際学会から招待講演となっているほか,平成16年度のJSTさきがけ研究にも採択され,確実に萌芽研究の成果が認められつつある.本研究では,平成14年に構築した新しい分光計測法である"多角入射分解分光法(MAIRS)"の実験手法としての完成を目指しながら,実際に応用研究を進め,適用範囲の探索を行う目的で進めている。MAIRSは,通常の光の概念を越えた,縦波の光に相当する仮想光を仮定し,これを薄膜に垂直透過させた時の透過光強度を利用して,全く新しい計測光学理論を作った。この際,入射角変化に線形に応答する成分と非線形応答成分を分離するための回帰式をはじめて計測理論に利用し,次のような全く新しい機能を発揮する分光計測法の構築に成功した。(1)非金属基板上での純面外モードスペクトルの測定が初めて可能になった(2)面内モードスペクトルとの同時計測が可能になった(3)偏光子を使わない偏光スペクトル測定が実現した(4)光学パラメータを必要としない分子配向解析が初めて実現したこれらのメリットのうち,(4)は特に重要で,これまで解析できなかったキャスト膜やスピンコート膜の解析を実現させることのできる,画期的な要項である。実際の薄膜解析にも応用した例を挙げると,海外研究協力者のLeblancとは新しい膜構造の水素結合解析に成功し,J.Phys.Chem.Bに成果を公表した。また,千葉大の山田哲弘氏とは,水素結合とロイシンファスナーの強相関現象を利用した単分子膜の構造解析に挑み,世界で初めてロイシンファスナーのかみ合い機構をとらえることに成功し,現在投稿準備をしている。多角入射分解分光法(MAIRS)は,仮想的な縦波光を考え,従来の計測理論にはない回帰式による理論構築を用いた,他に例の無い薄膜解析のための分光測定法である.本萌芽研究では,この新しい概念に基づくMAIRS法を実験的に確立するとともに,応用範囲を探索する目的で2年間の検討を行った.MAIRS法を実験技術として確立するため,赤外分光法に適用して理論どおりの動作が実現するかどうかを確かめた,これにはFT・IRの光学系の特長を生かして実験を行い,また基板の光学的性質も選んだ結果,MAIRS法の理論で予測されたとおりのスペクトルを得ることに成功した.従来法では,基板の面内および面外方向のスペクトルを得るため,透明および金属といった二種類の異なる基板を必要としたが,MAIRS法では光に透明な基板一つから,二種類のスペクトルを同時に引き出すことができる.このため,従来不可能とされてきた,非金属基板上での純面外スペクトルの測定に世界で初めて成功した.また,この理論を発展させ,面内スペクトルを更にx,y二つの軸に分解し,Cartesian座標での3次元スペクトルを得るアルゴリズムも構築した.この結果,配向状態が明瞭に議論できるだけでなく,無配向試料を実験的に無配向であると断言できる道が拓かれた.また最近,この技術を生命化学に応用し,ロイシンファスナー機構を持つ分子集合系の解析に適用した.その結果,これまでいかなる方法を用いても実証できなかった分子ファスナーの存在を,はじめて明確にスペクトル変化として捉えることに成功した.本課題は,平成15年度以来,世界各地の国際学会から招待講演となっているほか,平成16年度のJSTさきがけ研究にも採択され,確実に萌芽研究の成果が認められつつある.
新規パーキンソン病の原因遺伝子単離と機能解析

新しい遺伝性パーキンソン病の2つの候補原因遺伝子について、確実に原因となるかを検証した。約900例のパーキンソン病患者遺伝子について検査した結果、2人から変異が見つかった。しかし確実に原因であるという結論を出すまでには至っていない。また、この候補原因遺伝子とは別に新しい原因遺伝子がある可能性を見いだした。こちらについては更に詳細な検討を行う予定である。九州地方出身の常染色体劣性遺伝性晩発性パーキンソン病家系(ARLOPD)から見出された2つの候補原因遺伝子について他の劣性遺伝性パーキンソン病家系約500例について変異解析を行った。その過程において発端家系と同じ地域出身のARLOPD家系を新たに見出した。この家系は8人兄弟中4人の発症者を認め、発症年齢は平均57歳であった。この家系と発端家系が同一祖先に由来しているか否かを確認するため、SNPsチップをもちいてゲノムワイドジェノタイピングを行った。その結果、既に変異がみつかっている2つの候補遺伝子とは異なる位置に2家系の患者が共通してホモ接合体である遺伝子領域を見出した。この結果から新しい原因遺伝子の存在が示唆されたため、マイクロサテライトをもちいたハプロタイプ解析を行った。その結果、両家系からヘテロ接合体のハプロタイプである患者が認められたため、SNPsチップの結果は擬陽性であり、2家系は異なる祖先から異なる原因遺伝子を遺伝していることが示唆された。その他の家系からは患者特異的な遺伝子変異は見つかっておらず引き続き変異スクリーニングを行っている。また、変異スクリーニングを行う中で、既知劣性遺伝性パーキンソン病の原因遺伝子であるparkinとPINK1両方に変異を持つ家系を見出した。この家系の解析からparkin変異単独よりもparkinとPINK1両方に変異がある患者の方が発症年齢が若年化し、さらに精神症状を合併する傾向であることがわかった。また、高齢発症の家族性パーキンソン病の原因遺伝子であるLRRK2のSNPs解析を行い、漢民族と日本人はSNPsの分布が異なることを見出した。これまでの研究から、解析対象である九州地方出身の常染色体劣性遺伝性で高齢発症の家族性パーキンソン病家系2家系の候補原因遺伝子として2つの遺伝子を同定している。しかしながらこの2家系のうち1家系には2つの候補遺伝子に変異は無い。さらに他の家系数百例でこの2つの遺伝子の変異解析を行っているが、未だ変異は見出していない。そこで本年度は候補遺伝子変異解析に加え、2家系が連鎖する新たな候補遺伝子領域が存在する可能性を検討するため、この2家系についてSNPs arrayをもちいてゲノムワイド連鎖解析を行った。昨年度は患者のみを解析したが、本年度は検討可能な家系メンバーすべてについて解析した。具体的には第1家系からは患者3名および非発症兄弟4名、第2家系からは患者3名および非発症兄弟1名のDNAをもちいてジェノタイピングを行い、患者のみがホモ接合体である遺伝子領域を探索した。その結果、患者(計6名)のみホモ接合体である新たな候補領域を同定した。この候補領域には9種の遺伝子が存在していることが明らかになっており、対象家系の原因遺伝子単離を目指しこれらの遺伝子について変異解析を行っている。さらに本研究から得られたSNPsの遺伝子型データをもちいて、ロッドスコアの算出をするために、共同研究者と解析システムの立ち上げ作業が進行中である。また、新たな解析対象を探索するため九州のパーキンソン病患者会や現地の神経内科医と連携を図り、研究協力体制を整えており、既にDNAサンプルが集まりつつある。
三叉神経中脳路核ニューロンのシナプスと末梢感覚受容器の発生と再生機構の解析

顎・口腔領域の主機能である栄養摂取など生体維持の根幹をなす顎運動は神経系により調節されている。その顎運動神経回路網の入力系である求心性神経の細胞体は三叉神経節と三叉神経中脳路核に存在している。三叉神経中脳路核ニューロンは唯一中枢神経系に存在する一次感覚ニューロンであり、他の一次感覚ニューロンと異なり、他のニューロンからのシナプス入力を受けているという特性がある。この三叉神経中脳路核ニューロンは末硝感覚受容器として歯根膜機械受容器と閉口筋の筋紡錘を支配している。これら末梢感覚受容器の発生、再生には数々の成長因子が関与している。臨床的に重篤な末梢神経損傷後の治療法として神経移植術がある。そこで下歯槽神経を対象として凍結保存後の神経を移植した時の歯根膜機械受容器の再生について検索した。ラット下歯槽神経を約5mm部分切除した。その部位に凍結保存した顔面神経頬枝を移植したところ移植後42日にはルフィニー神経終末が形態的に再生していた。このことは移植神経を凍結保存しても、移植後には歯根膜神経が再生することが分かった。三叉神経中脳路核支配の感覚受容器におけるシナプス関連蛋白の発現を観察したところ、シナプス小胞の分泌などに関与するSNARE蛋白のうちSNAP-25、syntaxinが歯根膜機械受容器と閉口筋筋紡錘に認められたが、VAMP-2は発現していないことが明らかになった。さらに三叉神経系での神経伝達物質とされているglutamateについてその輸送に関与するvesicular glutamate transporter(VGluT)については、そのsubunitのうちVGluT-1が歯根膜ルフィニ神経終末や筋紡錘に認められた。その顎運動神経回路網の入力系である求心性神経の細胞体は三叉神経節と三叉神経中脳路核に存在し、三叉神経中脳路核ニューロンは唯一中枢神経系に存在する一次感覚ニューロンであり、末梢感覚受容器として歯根膜機械受容器と閉口筋の筋紡錘を支配している。また三叉神経中脳路核ニューロンは他の一次感覚ニューロンと異なり、他のニューロンからのシナプス入力を受けているという特性がある。そこで本研究ではシナプス関連タンパク質に注目し、三叉神経中脳路核由来の末梢感覚受容器である歯根膜機械受容器の発生や支配神経損傷後の再生に関して検索した。三叉神経中脳路核ニューロンおよび三叉神経節ニューロンのいずれもシナプス関連タンパク質であるsynaptophysin、synaptosomal-associated protein-25 (SNAP-25)、syntaxin-I、synaptobrevinを持つことがRT-PCRを用いて確認され、免疫組織化学的にも認められた。ラット切歯歯根膜においてはsynaptophysinはほとんど全ての神経線維に認められ、syntaxin-I、SNAP-25も歯根膜機械受容器であるルフィニー神経終末に認められ、電子顕微鏡での観察でも軸索に局在することが明らかになった。しかしながらsynaptobrevinは認められなかった。,一方中枢側の投射領域である三叉神経脊髄路核尾側亜核に認められた。また下歯槽神経を結紮して観察したところ、これらのタンパク質が蓄積していることが分かった。このことは細胞体で合成されたシナプス関連タンパク質がシナプスを形成していない末梢側へも軸索輸送されていることを示唆している。これらのタンパク質の発現は発生、再生過程においても認められた。

その顎運動神経回路網の入力系である求心性神経の細胞体は三叉神経節と三叉神経中脳路核に存在している。三叉神経中脳路核ニューロンは唯一中枢神経系に存在する一次感覚ニューロンであり、他の一次感覚ニューロンと異なり、他のニューロンからのシナプス入力を受けているという特性がある。この三叉神経中脳路核ニューロンは末梢感覚受容器として歯根膜機械受容器と閉口筋の筋紡錘を支配している。これら末梢感覚受容器の発生、再生には数々の成長因子が関与している。臨床的に重篤な末梢神経損傷後の治療法として神経移植術がある。そこで下歯槽神経を対象として神経移植後の歯根膜機械受容器の再生について検索した。ラット下歯槽神経を約5mm部分切除した。その部位に切除した下歯槽神経をそのまま戻す場合と中枢側と末梢側を逆転させて戻す場合、オトガイ神経を移植する場合、運動神経である顔面神経を移植する場合、さらに他の動物の下歯槽神経を移植する場合について下顎切歯舌側歯根膜のルフィニー神経終末の再生を観察した。その結果、部分切除のみを行った場合は切除後56日でもルフィニー神経終末が完全に再生しなかったが、神経移植を行った場合は移植神経の種類や方向に関わらず移植後42日にはルフィニー神経終末が再生していた。移植部位のシュワン細胞の分布はいずれの移植の場合もほぼ同じであった。このことから、新鮮神経移植で歯根膜ルフィニー神経終末が再生し、この際には移植神経のシュワン細胞が重要な役割をはたすことが示された。顎・口腔領域の主機能である栄養摂取など生体維持の根幹をなす顎運動は神経系により調節されている。そこで下歯槽神経を対象として凍結保存後の神経を移植した時の歯根膜機械受容器の再生について検索した。その部位に凍結保存した顔面神経頬枝を移植したところ移植後42日にはルフィニー神経終末が形態的に再生していた。このことは移植神経を凍結保存しても、移植後には歯根膜神経が再生することが分かった。三叉神経中脳路核支配の感覚受容器におけるシナプス関連蛋白の発現を観察したところ、シナプス小胞の分泌などに関与するSNAP-25蛋白のうちSNAP-25、syntaxinが歯根膜機械受容器と閉口筋筋紡錘に認められたが、VAMP-2は発現していないことが明らかになった。さらに三叉神経系での神経伝達物質とされているglutamateについてその輸送に関与するvesicular glutamate transporter (VGluT)については、そのsubunitのうちVGluT-1が歯根膜ルフィニ神経終末や筋紡錘に認められた。
MgO-強磁性トンネルトランジスタの開発

優れたコヒーレントトンネリング特性と示すMgOバリアをエミッタに用いたMgO-強磁性トンネルトランジスタ(MgO-MTT)を作製し、その伝導特性を調べた。ベース層の薄膜化、コレクタ材料の最適化により伝導特性は大きく向上することが分かった。また、その特性は界面共鳴状態の影響を受けており、界面の電子状態を調べる新しいツールとしても活用可能であることが分かった。近年、スピントロニクスはあたらしいデバイス技術として注目集めている。その中でも強磁性トンネルトランジスタ(MTT)は、半導体へのスピン注入元として期待され、その発展によっては増幅機能の実現も可能である。しかし、現状では強磁性ベース層内での散乱が大きく、コレクタ電流はあまり大きくはない。その一つの原因は、エミッタ内のトンネルバリアとして用いられているアモルファスアルミナであると考えられる。一方で、トンネル磁気抵抗素子の分野では単結晶MgOバリアが理想的なコヒーレントトンネリングを実現するバリア材料として用いられている。そこで、この単結晶MgOバリアをMTTエミッタとして採用し、注入効率の増大を試みた。コレクタとしてGaAs(100)、ベース層としてFe(100)、エミッタとしてFe(100)/MgOを用いてMTTを作成した。その膜を三端子素子に加工して伝導特性の測定を行った。その結果、既存のA10エミッタをもつMTTに対して数倍の注入効率を実現することができた。また、磁気シグナルの大きさを表す磁気電流比(MC比)に関しても、A10-MTTに対して数倍の値を得ることができた。ベース層厚依存性からベース層内でのホットエレクトロンの減衰長を見積もると1.2Vのエミッタ電圧で8nm程度で、それまで報告されたFeベース層の値の5倍の値であった。減衰長のバイアス依存性は、電子電子散乱モデルで得られるエネルギー依存性と良い一致を示した。これらの特性は単結晶MgOバリアでのコヒーレントトンネリングに起因すると考えられる。また、注入効率のバイアス電圧依存性にピーク構造が見られた。これはGaAs/Fe界面のスピン偏極した界面共鳴準位に起因するものであると考えられる。この共鳴準位の観測は、MgOバリアの採用により初めて可能になったものである。
レプトンの関与する系におけるCPの破れ

スーパーカミオカの実験が発表され、ニュートリノに質量があり振動現象を起こしていることがほとんど確実といっていい状況になり、ニュートリノの質量と混合を統一的な観点から研究することが緊急の課題となってきた。本研究では、クォーク混合と同時にニュートリノ混合を説明する模型を作ることが主目的の一つである。特に、SO(10)超対称統一理論での質量と混合の関係を系統的に研究した。ヒッグス場として、複数個と10次元表と1個と126次元表現を導入し、最も一般的な質量行列を求めた。この模型では、ディラック型のニュートリノの質量行列、右巻きニュートリノのマヨラナ型の質量行列は、u型クォーク、d型クォークと荷電レプトンの質量行列の線形結合で表される。u型クォークとd型クォークをクォークの質量と小林・益川行列を使って表し、左巻きニュートリノの質量行列をシ-ソウ機構で求めた。左巻きニュートリノの質量行列は、ニュートリノの質量と混合の実験値を与えることにより導くことができる。この質量行列を使って、荷電レプトンの質量項を求めた。この質量行列を対角化し、質量が再現されるようにすることを要請する。このようにして、どのような質量と混合が一般的に許されるか調べる事ができる。このような解析を行い、太陽ニュートリノ問題と大気ニュートリノ問題を説明する解が存在することを示した。また、クォーク混合に現れる小林・益川のCPを破る位相がどのようにニュートリノのセクターでのCPの破れに関与している研究している。このことは高エネルギー加速器機構とスーパーカミオカの間で計画されているlong baselineニュートリノ振動実験との関係で重要である。またニュートリノが複合粒子であるとの観点から、二重ベータ崩壊からの制限や、e^-+e^-→W^-+W^-散乱を調べた。
高強度テラヘルツパルス磁場による気相原子の電子スピンに関する超高速制御

テラヘルツパルスをプラズマ中に伝搬させることによって、時間波形の変化から、電子密度や温度を測定できることが知られている。本研究では、同手法を分光技術と組み合わせることによって、二色の色素レーザーによる多光子イオン化によって生成した電子の密度をテラヘルツパルスによって測定することに成功した。また、色素レーザーの波長を掃引することによって、ルビジウム原子のリドベルグ状態の分光に成功した。本研究は、高強度テラヘルツパルスの磁場成分を用いて、気相原子のスピン状態に関する超高速制御を実現することを目的としている。特に、アルカリ原子の微細構造を対象として研究を進めている。本年度は、予備実験を行い、以下の成果があった。フェムト秒パルスを光源としたパルス面傾斜法によるテラヘルツパルス光源の開発を完了した。ガスセルをリボンヒーターによって加熱させ、内部の原子密度を吸収分光法によって見積もった。具体的には、市販のルビジウムセルに、中心波長780nmの色素レーザー(5s-5p3/2に共鳴)を照射し、透過光強度をフォトダイオード、およびパワーメータでモニターした。ヒーター温度を200度に設定した際の原子密度は、1E+14/cm3程度と見積もられ、計算と比較的良い一致を得た。次に、780nmと480nmの色素レーザーを同時に照射することによって、リドベルグ原子を生成させ、その原子密度を実験的に評価した。具体的には、780nmの光によって励起された原子からの蛍光をモニターしつつ、480nmの光を照射した際の蛍光強度のディップを観測した。10%程度のディップを観測し、リドベルグ原子の生成効率も同程度と評価できた。本研究のターゲット原子としてナトリウム原子を用いる場合、同原子の3pの微細構造の分裂は0.5THzである。一方、ルビジウム原子の場合、7p,8p,9pの微細構造はそれぞれ、0.7,0.5,0.3THzである。ルビジウム原子の蒸気圧は、例えば280度で比較するとナトリウム原子よりも二桁大きい。そこで、350nm程度の短波長の色素レーザーを用いてルビジウム原子の7p,8p,9p近辺へ励起させることを計画している。当初の計画では、テラヘルツによるスピン制御の原理実証実験を完了する予定であった。テラヘルツ、および可視域のレーザーを透過させ、耐熱性に優れたガスセルの制作に予想以上の時間がかかっているため、当初より若干遅れている。本研究は、高強度テラヘルツパルスの磁場成分を用いて、気相原子のスピン状態に関する超高速遷移を実現させ、それをコヒーレントにコントロールすることを研究目的としている。特に、アルカリ原子の微細構造をターゲットとしている。昨年は、予備的実験として、二色の色素レーザーをルビジウムセルに照射し、5s-5p-nd(ns)へと励起させ、5pからの蛍光強度のディップを観測することにより、リドベルグ原子数の密度を見積もることに成功した。また、テラヘルツ光源に関しては、パルス面傾斜法を採用することによって、30kV/cm程度のピーク電場強度を得た。今年度は、色素レーザーによる多光子イオン化過程によって生成した電子密度を、テラヘルツパルスを用いて見積もる手法を確立した。具体的には、二色の色素レーザーを照射した後、数nsの時間間隔をおいて、テラヘルツパルスをセル中に同軸に集光させ、セル透過後の時間波形を観測した。5p-nd(ns)の遷移に相当するレーザー強度を上げると、二光子イオン化に伴い、自由電子が生成される。生成した自由電子によって、テラヘルツパルスの時間波形が大きく変調された。次に、テラヘルツパルスに対するプローブ光の時刻を固定しつつ、5p-nd(ns)への遷移に相当する色素レーザーの波長を掃引しながら、テラヘルツパルスの電場強度をモニターすることにより、一連のリドベルグ準位に相当する信号を得た。これらの結果は、本手法が新たな分光手法として有用であることを示している。ルビジウムを封入させた耐熱性の高いガスセルを制作する。可視光、テラヘルツ光の両方について透過性の高いサファイアを素材として用いる。制作したセルを用いて、テラヘルツを用いたスピン制御に関する原理実証実験を行う。超高速分光ほぼ計画通りに使用したが、最後に購入した光学部品の残額として139円余った。今年度の予算に上乗せし使用予定です。今年度の予算計画について大きな変更はありません。
相似三角形対の探索による3次元点パターンマッチング

本研究では,与えられた二つの3次元点集合PとQについて,相似変換の下で,与えられた許容誤差の範囲で一致するPとQの最大共通部分集合を求め,同時にそのときの相似変換パラメータを計算する3次元点パターンマッチング法を提案した.CPUがPentium III,1GHzの計算機を用いて実験を行った結果,P, Qの総点数が60点,共通点が30点,縮小比が0.8倍,共通部分の誤差が1%以内という条件において正しい点対点対応が約186秒で求まることを確認した.提案した3次元点パターンマッチング法は,点集合P, Qから別々に取り出した3点を頂点とする全ての三角形の中から相似三角形対を見つけ,相似三角形対が示す三角形中の三つの辺と辺の対応関係を辺対辺テーブルにラベルを付けて記録する.その際,相似三角形対から定まる3次元回転ベクトルをラベルと共に格納する.そして,別の相似三角形対と共有辺を持ち,3次元回転ベクトルも一致する場合,ラベルを伝播する.最終的に辺対辺テーブル中で最も多いラベルを持つ辺対辺対応関係を抽出する.これより点対点対応が決定し,これがPとQの最大共通部分集合であることが期待される.しかし,多くの場合,この時点では点対点対応が1対1にならないため,相似変換パラメータを求めることができない.そこで,この点対点対応を初期値として,誤差が最小となる1対1対応を探索するExtremal Optimization法を用い,最終的な1対1対応を求める.実験により,本研究で扱う3次元点パターンマッチング問題において,提案手法の有効性が確認できた.本研究では,与えられた二つの3次元点集合PとQについて,相似変換の下で,与えられた許容誤差の範囲で一致するPとQの最大共通部分集合を求め,同時にそのときの相似変換パラメータを計算する3次元点パターンマッチング法を提案した.CPUがPentium III,1GHzの計算機を用いて実験を行った結果,P, Qの総点数が60点,共通点が30点,縮小比が0.8倍,共通部分の誤差が1%以内という条件において正しい点対点対応が約186秒で求まることを確認した.提案した3次元点パターンマッチング法は,点集合P, Qから別々に取り出した3点を頂点とする全ての三角形の中から相似三角形対を見つけ,相似三角形対が示す三角形中の三つの辺と辺の対応関係を辺対辺テーブルにラベルを付けて記録する.その際,相似三角形対から定まる3次元回転ベクトルをラベルと共に格納する.そして,別の相似三角形対と共有辺を持ち,3次元回転ベクトルも一致する場合,ラベルを伝播する.最終的に辺対辺テーブル中で最も多いラベルを持つ辺対辺対応関係を抽出する.これより点対点対応が決定し,これがPとQの最大共通部分集合であることが期待される.しかし,多くの場合,この時点では点対点対応が1対1にならないため,相似変換パラメータを求めることができない.そこで,この点対点対応を初期値として,誤差が最小となる1対1対応を探索するExtremal Optimization法を用い,最終的な1対1対応を求める.実験により,本研究で扱う3次元点パターンマッチング問題において,提案手法の有効性が確認できた.本年度は,与えられた二つの3次元点集合PとQについて,相似変換の下で,与えられた許容誤差の範囲で一致するPとQの最大共通部分集合を求め,同時にそのときの相似変換パラメータを計算するという3次元点パターンマッチング問題について,相似三角形対探索に基づく手法を提案し,FIT2003(第2回情報科学技術フォーラム)で発表した.提案する3次元点パターンマッチング法は,点集合P,Qから別々に取り出した3点を頂点とする全ての三角形の中から相似三角形対を見つけ,相似三角形対が示す三角形中の三つの辺と辺の対応関係を辺対辺テーブルにラベルを付けて記録する.その際,相似三角形対から定まる3次元回転ベクトルをラベルと共に格納する.そして,別の相似三角形対と共有辺を持ち,3次元回転ベクトルも一致する場合,ラベルを伝播する.最終的に辺対辺テーブル中で最も多いラベルを持つ辺対辺対応関係を抽出する.これより点対点対応が決定し,これがPとQの最大共通部分集合であることが期待される.しかし,多くの場合,この時点では点対点対応が1対1にならないため,相似変換パラメータを求めることができない.そこで,この点対点対応を初期値として,誤差が最小となる1対1対応を探索するExtremal Optimization法を用い,最終的な1対1対応を求める.提案手法の有効性を確認するため,計算機で生成した3次元点集合を対象としてCPUクロックが1GHzの計算機を用いて実験を行った.その結果,P,Qの総点数が60点,共通点が30点,縮小比が0.8倍,共通部分の誤差が1%以内という条件において正しい点対点対応が約186秒で求まることを確認した.これにより,本研究で扱う3次元点パターンマッチング問題において,提案手法の有効性が確認できた.コンピュータビジョンやたんぱく質立体構造解析での3次元点パターンマッチング問題では,想定する変換が相似変換よりも合同変換である場合が多い.そこで本年度は,想定する変換を相似変換から合同変換にして制約を強め,3次元点パターンマッチングの時問コストと空間コストの削減に取り組んだ.具体的には,点集合P,Qから別々に取り出した3点を頂点とする全ての三角形の中から許容誤差の範囲内で合同三角形対を見つけ,合同三角形対が示す三角形中の三つの辺と辺の対応関係を辺対辺テーブルにラベルを付けて記録する.その際,合同三角形対から定まる3次元回転ベクトルをラベルと共に格納する.

そして,別の合同三角形対と共有辺を持ち,3次元回転ベクトルも一致する場合,ラベルを伝播する.最終的に辺対辺テーブル中で最も多いラベルを持つ辺対辺対応関係を抽出する.これより点対点対応が決定し,これがPとQの最大共通部分集合であることを期待する.以後の処理は,昨年度提案した相似変換の場合と同様である.相似変換の下での3次元点パターンマッチングでは,P中の2点による有向辺とQ中の2点による有向辺の辺対辺テーブルを2次元配列として実装した.そのため,PとQの総点数が同じでnとすると,配列の要素数は約n4となり,n=100では100M個と,実行可能なnの上限に近い値となる.一方,合同変換の場合は,合同三角形対の数が少なく,辺対辺テーブルは非常に疎な配列となるので,ハッシュ表で実装した.現在,実験の途中であるが,主記憶1GBのPCでn=200で実行可能であることを確認できている.これにより,本研究で扱う3次元点パターンマッチング問題において,想定する変換を合同変換にして制約を強めると,3次元点パターンマッチングの空間コストが削減できることが確認できた.
海陸風循環が沿岸都市の都市気候形成に及ぼす影響の包括的研究

都市化の進展により多くの都市でヒートアイランド現象、大気汚染等が都市気候問題として顕在化している。海陸風循環は沿岸都市の都市気候形成や大気汚染物質の輸送過程に多大な影響を及ぼすため、その挙動を正しく評価する必要があるが、上空の風環境の観測データは限られている。本研究では、リモートセンシング機器の一つであるドップラーライダを用いて都市上空の風環境の観測を行い、観測データを充実させた。また、北九州・福岡大都市圏の気候変化を数値シミュレーションにより検証した。その結果、当該地区の約30年間の都市化の進展により、ヒートアイランド現象が進むだけでなく、福岡都心部に吹き込む海風が弱まる可能性が示唆された。都市化の進展により多くの都市で局所的な気候変動が起こっており、都市気候問題として顕在化している。都市気候は都市の存在に起因する局所的な気候変動であり、ヒートアイランド現象、大気汚染、そしてゲリラ豪雨と俗称される都市部での短時間強雨等が含まれる。都市気候研究分野ではメソスケール数値気象モデルを用いた数値解析が広く用いられている。メソスケール数値気象モデルの地表面境界条件に都市形態を反映させる事によってより精細に都市気候の解析が可能となるが、しかし都市の形態について整理されたデータベースが不足している。平成25年度は3次元のGISデータの解析を行い、日本国内の都市形態をデータベース化、メソスケール数値気象モデルの地表面サブモデルであるUrban Canopy Modelの入力データとして利用出来る様に整備した。また都市形態の内、既往研究では建物高さを正規分布と仮定し、平均建物高さと標準偏差によりモデル化する手法があるが、本解析の結果より、サンプル数が十分な領域では建物高さは冪分布を示した。平成26年度は夏期を対象に、福岡県福岡市に於いて、都市上空の風環境の観測を行うことを主軸として研究計画を立てていた。しかし観測に用いるリモートセンシング機器のドップラーライダの故障により計画の変更を余儀なくされたため、平成27年度夏期に計画を延期し、都市上空の風環境の観測を行った。観測では海陸風循環による流れ場の変化を詳細に捉えることが出来た。海陸風循環は沿岸都市の都市気候形成や大気汚染物質の輸送過程に多大な影響を及ぼすため、その挙動を正しく評価する必要がある。日本の首都である東京首都圏では1980年代以降、大気汚染物質の輸送やヒートアイランド現象のメカニズム解明のため、上空の風環境や熱環境の観測が行われてきた。しかし日本第4の都市圏である北九州・福岡大都市圏に於いては上空の観測データは限られており、本研究による観測データの蓄積は意義がある。北九州・福岡大都市圏での海陸風循環の詳細なメカニズム解明のため、観測期間を対象とした数値シミュレーションを並行して行った。観測結果と数値シミュレーション結果の比較による検証については未だ不十分な点が残るため、平成28年度に継続して行う予定である。研究実績の概要で説明した様に、平成26年度夏期に計画していた福岡県福岡市での都市上空の風環境の実測は、機器の故障のため計画の変更を余儀なくされた。そのため経費を繰り越し、平成27年度に当初計画していた実測期間を延長して実測を行った。それにより当初計画の通り、北九州・福岡大都市圏上空の海陸風循環に関して、データを蓄積する事が出来た。平成27年度は夏期を対象に、北九州・福岡大都市圏の中核である福岡県福岡市に位置し、博多湾の海岸線より約6kmの距離にある九州大学大橋キャンパスに於いて、都市上空の風環境の観測を行った。観測にはリモートセンシング機器のドップラーライダを用いて、細かい時間分解能で都市上空の風環境の観測を行った。ドップラーライダによる上空の風環境の観測では、博多湾より進入する海陸風循環による流れ場の変化を詳細に捉えることが出来た。当初計画通りに観測及び数値シミュレーションを行い、北九州・福岡大都市圏の中核である福岡市上空の海陸風循環に関して、知見を蓄積した。都市気候は都市の存在に起因する局所的な気候変動であり、ヒートアイランド現象、大気汚染等が含まれる。

しかし上空の風環境の観測データは限られており、観測データの蓄積は意義がある。平成28年度は春期を対象に、北九州・福岡大都市圏の中核である福岡県福岡市に位置し、博多湾の海岸線より約6kmの距離にある九州大学大橋キャンパスに於いて、都市上空の風環境の観測を行った。観測にはリモートセンシング機器のドップラーライダを用いて、細かい時間分解能で都市上空の風環境の観測を行った。平成27年度は夏期に同様にドップラーライダを用いて都市上空の風環境の観測を行ったが、季節を変えることにより、異なる条件でのデータを得ることが出来た。一方、都市化の進展が北九州・福岡大都市圏の気候変化に与えた影響を、数値シミュレーションにより検証した。過去の観測値と現在の観測値の比較は、地球規模での気候変動の影響と、都市規模での都市気候の影響の双方を含むため、単純に比較出来ない。それに対して数値シミュレーションであれば、気象条件の初期条件・境界条件は同一としたまま、都市化の進展のみを地表面境界条件として変更することにより、地球規模の気候変動の影響を排し、都市化の影響のみに着目した解析が可能である。国土数値情報土地利用データの内、昭和51(1976)年と平成21(2009)年を用いて都市の性状を再現し数値シミュレーションを行った。その結果、約30年間の都市化の進展により、ヒートアイランド現象が進むだけでなく、福岡の都心部に吹き込む海風が弱まる可能性が示唆された。都市化の進展により多くの都市でヒートアイランド現象、大気汚染等が都市気候問題として顕在化している。海陸風循環は沿岸都市の都市気候形成や大気汚染物質の輸送過程に多大な影響を及ぼすため、その挙動を正しく評価する必要があるが、上空の風環境の観測データは限られている。本研究では、リモートセンシング機器の一つであるドップラーライダを用いて都市上空の風環境の観測を行い、観測データを充実させた。また、北九州・福岡大都市圏の気候変化を数値シミュレーションにより検証した。その結果、当該地区の約30年間の都市化の進展により、ヒートアイランド現象が進むだけでなく、福岡都心部に吹き込む海風が弱まる可能性が示唆された。平成26年度は機器の故障による計画の変更が生じたが、平成27年度に於いて前年度の計画の遅れを取り戻すことが出来た。平成28年度は当初計画通りに、都市上空の風環境の観測を継続して行うと共に、数値シミュレーションにより北九州・福岡大都市圏の都市気候の解析を並行して行う。最終年度となる平成28年度は、ドップラーライダを用いた都市上空の風環境のデータを蓄積すると共に、数値シミュレーションにより北九州・福岡大都市圏の都市気候のメカニズムについて明らかにする。28年度が最終年度であるため、記入しない。建築・都市環境工学上記の通り、おおむね計画通り進展している。平成26年度にレンタル予定であった機器の故障により、当初計画を変更する必要が生じたたため、次年度使用額が生じた。平成26年度に予定していた観測が、機器故障のため計画を変更した。
光による摩擦力低減効果の研究

真空環境下において、有機分子とサファイア単結晶基板間のナノレベルの摩擦力が、レーザーのON-OFF光照射を行なった場合に、可逆的に繰り返し変化する現象を発見した。また、水中における低摩擦化の現象に比べて、摩擦変化の光応答性が速いことを突き止めた。このように、世界で初めて真空環境下において光による摩擦力制御に成功した。水中環境下で、有機分子がコーティングされたカンチレバーを用いてナノレベルの摩擦力の測定を行った際、光を照射することにより摩擦力が低減することを我々は発見した。真空環境下で同様の実験を行うことにより、この現象のメカニズムをナノレベルで解明し、さらなる材料の低摩擦化を実現するための知見獲得を目的とする。本年度は、真空環境ナノトライボロジー光照射その場観察システムの構築を主眼とした。具体的には以下の通りである。現在、所有しているナノトライボロジー測定装置を光導入が可能な構造への改造を試みた。まず、試料ホルダー部分に小型のミラーを導入することで光導入を試みた。しかし、ナノ摩擦測定時の光むらによるエラーの問題、光導入光軸合わせの困難性、ノイズの増大等の問題が発生したために、この点を踏まえて再度、光導入系を作り直した。ピエゾスキャナー上部に円筒形の光導入ブロックを重ねて固定し、ナノトライボロジー測定装置本体の中間部に新たに光導入に向けたビューポートを設けた。また、これまで用いていた水銀ランプの分光照射光源では光強度が低いため、レーザー光源を新たに導入し、これを光励起に用いた。レーザー光源は多段NDフィルターで強度調整を行い、ビームの均一化のためにレーザー照射強度の良好な部分のみを試料ホルダー部に導入できるような光学系を構築した。さらに、測定本体部を真空排気するためのターボ分子真空排気系を設置する改造を行なった。この装置を用いて、大気中ならびに真空環境下でナノレベルでのシリコンとサファイア基板との摩擦力の測定を行い、有機分子が固定されていない状態での摩擦力の基礎データを取得した。さらに、ピレン分子をカンチレバーに固定する方法を検討し、従来よりもカンチレバー先端部にのみ多量の分子を固定する方法を見出した。これにて、容易に分子固定されたカンチレバーの準備が可能となった。本研究では、真空環境下において、このような光による摩擦力の変化が発現するのか、発現するのであれば、そのメカニズムをナノレベルで解明し、さらなる材料の低摩擦化を実現するための知見獲得を目的とした。はじめに、真空環境ナノトライボロジー光照射その場観察システムの構築を行なった。通常の大気型ナノトライボロジー測定装置に光導入が可能なように、ピエゾスキャナー上部に円筒形の光導入ブロックを重ねて固定し、さらに装置本体の中間部に光導入のためのビューポートを設けた。また、従来の分光照射光源では光強度が低いため、レーザー光源を新たに導入し、光励起に用いた。レーザー光源は多段NDフィルターで強度調整ができ、また、ビームの均一化のためにレーザー照射強度の良好な部分のみを試料ホルダー部に導入できるような光学系を構築した。この装置を用いて、大気中ならびに真空環境下でナノレベルにおけるカンチレバーとサファイア基板との摩擦力の測定を行い、有機分子が無い状態での摩擦力の光照射依存性についての基礎データを取得した。また、有機分子をカンチレバーに固定する簡易的な方法を見出し、容易に有機分子固定されたカンチレバーの準備を可能とした。この方法を用いて有機分子(クマリン6)を固定したカンチレバーで実験を行なったところ、真空環境下においてレーザー光照射(波長405nm)を行なった場合に、摩擦力が低減する現象を発見した。研究の目的に設定したことは、1真空環境ナノトライボロジー光照射その場観察システムの構築、2真空環境下における有機分子と材料との摩擦力の光波長依存性に関する研究、3異なる有機分子を用いた摩擦力の光波長依存性に関する研究であった。そして、平成26年度に設定した研究実施計画は、そのうちの1と2を実施することであった。前述の研究実績の概要で述べた通り、1のシステムを完成させることができた。実際に製作すると前述の通り、様々な問題が発生し、予定よりも大幅に労力が増える結果となった。改良を重ねることとなったが、最終的には良質の光照射が可能でノイズが少なく、真空環境下でナノトライボロジー測定を行なえる装置を完成させたので予定通りであるといえる。2についても基礎データの測定を開始し、データ取得を行なっており、計画通りである。おり、総合的に見ても、おおむね順調に進展していると言える。

物理化学平成27年度は、完成した当該装置をフルに活用し、真空環境下におけるサファイア単結晶基板とシリコンカンチレバー、ピレン修飾カンチレバー、その他有機分子修飾カンチレバーにおけるナノ摩擦力の測定を行い、さらに、そのレーザー光照射依存性の測定を実施する。また、異なる波長のレーザー光源を購入し、波長依存性についても測定を行ないたい。さらに、最終的に、これまでに行ってきた研究を総括し、励起光波長、分子の吸収波長、ナノ摩擦力変化のデータから、カンチレバーに固定した分子種の違いによる摩擦力変化の光波長依存性について総合的に解析することにより、光による摩擦力変化のメカニズムについての知見を得る。