hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
チンパンジーの加齢と老人力：ビデオカタログと高品質動画の分析で長寿の進化を探る

これに伴い、飼育下のみのデータになった場合に備えて実験項目の見直しも行なわなくてはならない。2)主な観察対象にしている京都大学霊長類研究所の老齢個体が、8月から体調不良により居室内に隔離となった。ステロイド剤を使った治療中のため感染危険が高まっており、自由に実験や観察を行なうことができなくなっている。3)老化のビデオカタログ作りにおいて、ファイル数の増加とともにPCの動作が不安定になり、バックアップ時に作業内容が失われるという事故を何回か経験した。システムの構築を含めて見直しが必要になっている。自然人類最終年度に向け、最も基礎的な資料となる老化のビデオカタログの完成に力を注ぎたい。高品質動画を用いるため、ファイルサイズが大きくなることは当初から認識していたが、それによるPCの動作の重さは予想以上であった。アフリカでのデータ収集が現段階で難しいことや、国内の観察対象個体の死亡や入院と言った老化研究特有の難しさも鑑み、本事業では、すでに収集した動画データの活用と公開を優先課題としたい。1)京都大学霊長類研究所において、観察対象としていた老齢個体が2013年10月に急病で死亡した。観察対象個体の中では最も高齢群に属し、しかも観察者に慣れていて至近距離で撮影できる個体であったが、この個体で期待していたデータの収集が途絶えてしまった。2)京都大学熊本サンクチュアリへのボノボの導入が当初の予定より遅れ、2013年11月であった。このため観察の開始が遅れた。また、観察対象の多様化という面では好機であったが、これまで日本で飼育していないボノボの導入ということで、飼育スタッフを始め関係者が予想以上に多忙になり、実験のための給餌装置の設置等を予定通りに行なうことができなかった。1)エボラ出血熱の発生により、アフリカでの調査の計画が未定なため、渡航の準備やアフリカで実験に使う装置の製作を見合わせている。2)老化のビデオカタログに使用する動画編集用PCの最新版OSでバグの報告があったため、今年度の購入を見合わせ、改善を待っている。1)大幅な見直しが予測されるのはロコモーションを用いた老化の指標の作成である。熊本サンクチュアリで行なった予備調査と分析では、歩行する床面の状態や気温の影響と見られるばらつきが大きく、期待した結果が得られていない。日常の飼育と群れ構成の入れ替えのためのケージ間の移動を利用してデータをとるため、必ずしもデータのためだけの移動条件が選べない。今年度前半はデータの収集場所を変更するなどの方策をためし、不調であれば別の老化の指標を設定するなど柔軟に対処したい。2)観察対象の比重を老齢個体に置くと、死亡などによるデータの途絶の影響が大きいことがわかった。対象年齢を広げ、長いスパンでデータを蓄積する方向に切り替えて行きたい。こうした変更に対処するため、本年度に予定していた西アフリカでの調査を最終年度に繰り延べ、今年度は国内施設に集中することにした。
乳癌のホルモン依存性に関連したエストロゲンレセプターα転写共役因子の解析

エストロゲンレセプターαの転写共役因子(SRC-1,AIB1,PCAF,CARM1)のERα転写活性に及ぼす影響を解析し、AIB1についてはDNA増幅、蛋白発現や乳癌ホルモン依存性との関連を調べた。1)乳癌細胞株における転写共役因子のERα転写の調節ERαおよび転写共役因子AIB1,SRC1,PCAF,CARM1の各発現ベクター、TATAルシフェラーゼレポーター遺伝子をCos7細胞に形質導入して、各転写共役因子のERαにおける転写活性増強作用について検討した。SRC1およびPCAFに比べてAIB1のERα転写活性増強作用が強いことが示唆された。2)ERα陽性の乳癌におけるAIB1増幅の検討AIB1遺伝子からSouthern blot用のprobeを作成した。乳癌臨床例では124例中明らかなSouthern blotによる遺伝子増幅が認められた症例は2例にすぎず、乳癌組織内のAIB1増幅は臨床的重要性は低いと思われた。3)AIB1蛋白の免疫組織学法による核内発現とホルモン療法の効果免疫染色ではAIB1の特異的染色が乳癌細胞の核、細胞質、周囲に存在するリンパ球に認められた。核染色が細胞質染色と同等もしくは強く認められたものを強発現とすると、強発現例とER陽性に有意の相関があった(p=0.021)。ER陽性でもAIB1強発現例は内分泌療法単独で腫瘍縮小効果が認められ、AIB1非強発言例ではホルモン療法で効果が認められた症例は有意に少なかった(p=0.024)。したがって、乳癌治療におけるホルモン療法の効果予測因子として、ER状況に加えてAIB1強発現の評価が有用であることが示された。4)乳癌におけるERβの存在とその意義野生型のERβが発現している乳癌は予後良好であったが、バリアントβの発現はやや進行例に多くみられた。また、正常乳腺組織では野生型のERβの発現が高かった。各転写共役因子(SRC-1,TIF2,AIB1,p300/CBP,NCoR)のmRNA発現をRT-PCRによる半定量で評価中である。また、AIB1についてはDNA増幅についても検討した。また、乳癌細胞における各転写共役因子発現も検討中である。1)正常乳腺組織、乳癌組織からのRNA抽出当科で切除された乳癌組織、正常乳腺組織からGuanidium/cesium cloride超遠心法によりRNAを抽出する。現在RNAは約100例の蓄積がある。2)乳癌細胞株における転写共役因子の関わりestrogen依存性・非依存性の主な乳癌培養細胞株(MCF-7,T-47DおよびBT-20,BT-474,MDA-MB231,など)にestrogen agonist,antagonistを作用させ,RNAを抽出し、各転写共役因子の発現と、それぞれの細胞のホルモン依存性増殖との関係が検討中である。3)ERα陽性の乳癌におけるAIB1増幅の検討AIB1遺伝子からSouthern blot用のprobeを作成した。各転写共役因子のcDNA sequenceよりPCRに適当なprimerを設定し、抽出したRNAを用いてRT-PCR法によりmRNA levelでの発現を検討する。各組織での各転写共役因子発現を定量化している。

1)正常乳腺組織、乳癌組織からのRNA抽出当科で切除された乳癌組織、正常乳腺組織からGuanidium/cesium cloride超遠心法またはTRIZOLを使用してRNAを抽出した。現在RNAは約150例の蓄積がある。2)乳癌細胞株における転写共役因子のERα転写の調節ERαおよび転写共役因子AIB1,SRC1,PCAF,CARM1の各発現ベクター、TATAルシフェラーゼレポーター遺伝子をCos7細胞に形質導入して、各転写共役因子のERαにおける転写活性増強作用について検討した。その結果、SRC1およびPCAFに比べてAIB1のERα転写活性増強作用が強いことが示唆された。3)ERα陽性の乳癌におけるAIB1増幅の検討AIB1遺伝子からSouthern blot用のprobeを作成した。乳癌臨床例では124例中明らかなSouthern blotによる遺伝子増幅が認められた症例は2例にすぎず、乳癌組織内のAIB1増幅は臨床的重要性は低いと恩われた。4)AIB1蛋白の免疫組織学法による発現とホルモン療法の効果免疫染色ではAIB1の特異的染色が乳癌細胞の核、細胞質、周囲に存在するリンパ球に認められた。核染色が細胞質染色と同等もしくは強く認められたものを強発現とすると、強発現例とER陽性に有意の相関があった(p=0.021)。ER陽性でもAIB1強発現例は内分泌療法単独で腫瘍縮小効果が認められ、AIB1非強発現例ではホルモン療法で効果が認められた症例は有意に少なかった(p=0.024)。したがって、乳癌治療におけるホルモン療法の効果予測因子として、ER状況に加えてAIB1強発現の評価が有用であることが示された。
メラノーマ由来のペプチド抗原の免疫原性に関する研究

1.メラノーマ患者のペプチド抗原♯707に対する反応性(1)液性免疫ペプチド♯707を抗原としたペプチド-ELISA法により、メラノーマ患者血清の抗体価を測定し、健常者と比較した。メラノーマ患者20名中17名の血清が、♯707に対して有意な反応性を示した。また抗体価はマラノーマワクチン接種後に増大しており、IgG抗体価は20名中15名、IgM抗体価は20名中14名にこの増大傾向がみられた。一方、健常者20名の血清には有意な反応性はみられなかった。以上の結果から、♯707はメラノーマ患者において液性免疫反応を誘導しうることが判明した。ペプチド♯707を抗原とした皮内反応を用いて、メラノーマ患者の♯707に対する遅延型過敏反応を検討し、健常者の反応と比較する予定である。この計画では♯707を人体に使用するため、国内では許可申請が困難であると考えられる。米国カリフォルニア州サンタモニカのJohn Wayne Cancer Instituteに依頼し当地での許可が得られれば施行する計画である。2.ペプチド抗原♯707の提示におけるHLAクラスI抗原の拘束性現在までに、HLA-A24を有する患者の抹消血単核球から、♯707を標的とする細胞傷害性T細胞を誘導することに成功した。HLA-A24は♯707の提示能を有することが判明した。
ロングリードを指向した1細胞ゲノム配列決定のための鋳型調製法

ニッキングエンドヌクレアーゼで消化することにより2本鎖DNAのフォワード鎖とリバース鎖のそれぞれの鎖に対し上下互い違いに切断を導入する。このDNAを加熱変性して1本鎖にした後、独自の1本鎖DNA同士のライゲーション技術によりアダプターを付加するとフォワード鎖とリバース鎖のそれぞれで読み出し開始位置の異なるライブラリーが調製可能となる。本開発ではこのようなユニークな特性をもつライブラリー調製法の開発を進めた。これまでにイルミナ社のシークエンサーで読み出し可能なライブラリーの調製を実現できている。今後、本手法をロングリードタイプのシークエンサーへ応用する予定である。本研究は研究代表者が独自に開発した1本鎖DNAに対する高効率なアダプター付加反応TdT-assisted chimeric ssDNA Ligation(TACS-Ligation)法を応用し、ニッキングエンドヌクレアーゼ消化したDNAのフォワードおよびリバースのそれぞれの鎖にアダプター配列を導入するプロトコールを開発するものである。ニッキングエンドヌクレアーゼによってそれぞれの鎖に対し互い違いにニックを導入しアダプター配列を連結することで、それぞれの切断部位の相補鎖部分の連結情報を補い合うことが可能になる。これは限られた量のDNA分子から長く連続した塩基配列の決定を実現する上で非常に有用であると考えられた。このような技術の開発には1本鎖DNAに対して高効率にアダプターを連結することが可能な技術が必要となるが、TACSライゲーションはこういった目的に適した技術であると考えられた。本研究は既に確立されてTACSライゲーションを応用する計画であったため、H28年度中のプロトコール完成を見越していた。しかし、TACSライゲーションに利用するRNAリガーゼが予期せず失活してしまうといった現象が確認されたため、この原因追及に時間を費やしてしまった。現在、ようやくこの問題を解決し、本来の目的である上記反応の条件検討を行うことが可能になった。また、合成された鋳型を配列決定するためのロングリードタイプのDNAシークエンサーの導入も同時に進めている。TACSライゲーションで使用するRNAリガーゼの予期しない失活が起こり、この問題を解決するために時間がかかった。なるべく早急に鋳型調製プトトコールを確立し、得られた鋳型のシークエンサーでの読み出しに取り組む。ゲノムサイエンス計画は1年以内に完了する予定であったが、酵素の失活という予測出来なかった自体が生じたため、その解決に時間が費やされてしまった。そこで、一部予算を繰り越しし、平成28年度に開発出来なかった内容を平成29年度に実施することとした。調製できた鋳型の配列決定を行うための長鎖リード型の小型DNAシークエンサーを導入する。
新機能液晶デバイスを用いた三次元形状の顕微計測システムの開発

広い計測視野領域を同時に高分解能計測できる簡便な3次元形状顕微計測システムを開発した.光周波数領域での干渉現象を利用することにより,ピエゾなどの機械的可動部を持たず,数ミクロンから数10ミクロンの不連続段差をもつ3次元物体の絶対形状をサブミクロン分解能で全画素同時並列計測できるシステムを実現した.研究成果の具体的な内容は以下の通りである.1.近赤外領域の広範囲波長走査が可能な可変波長モジュールの設計可変波長域の拡大のための液晶ファブリー・ペロー素子のタンデム接続法の検討と計算機シミュレーションによる評価を行った.2.タンデム液晶ファブリー・ペロー素子の試作と評価液晶ファブリーペローを試作し個々の特性とタンデム接続したときの特性を評価した.3.波長走査式顕微干渉計測システムの設計と試作システムの光学設計と干渉顕微鏡の一部を改造した計測システムの試作を試作した.4.精密波長制御および画像データ取得のためのシステム制御プログラムの開発可変波長液晶ファブリーペロー素子の電圧対共振波長特性の測定結果に基づく精密波長制御機と制御プログラムおよび画像の高速蓄積システムを開発した.5.精度と分解能向上のための画像処理法とデータ解析手法の確立と計算効率の高いソフトウエアの開発スペクトル干渉縞数の少ない状態で縞周波数を推定するアルゴリズムを開発した.6.試作装置の性能評価リソグラフィで1ミクロン段差と11ミクロン段差を持つ3次元基準物体を作成し試作した顕微システムで計測することにより,不連続物体の段差をサブミクロン分解能で全画面同時に計測できることを実証した.広い計測視野領域を同時に高分解能計測できる簡便な3次元形状顕微計測システムを開発した.光周波数領域での干渉現象を利用することにより,ピエゾなどの機械的可動部を持たず,数ミクロンから数10ミクロンの不連続段差をもつ3次元物体の絶対形状をサブミクロン分解能で全画素同時並列計測できるシステムを実現した.研究成果の具体的な内容は以下の通りである.1.近赤外領域の広範囲波長走査が可能な可変波長モジュールの設計可変波長域の拡大のための液晶ファブリー・ペロー素子のタンデム接続法の検討と計算機シミュレーションによる評価を行った.2.タンデム液晶ファブリー・ペロー素子の試作と評価液晶ファブリーペローを試作し個々の特性とタンデム接続したときの特性を評価した.3.波長走査式顕微干渉計測システムの設計と試作システムの光学設計と干渉顕微鏡の一部を改造した計測システムの試作を試作した.4.精密波長制御および画像データ取得のためのシステム制御プログラムの開発可変波長液晶ファブリーペロー素子の電圧対共振波長特性の測定結果に基づく精密波長制御機と制御プログラムおよび画像の高速蓄積システムを開発した.5.精度と分解能向上のための画像処理法とデータ解析手法の確立と計算効率の高いソフトウエアの開発スペクトル干渉縞数の少ない状態で縞周波数を推定するアルゴリズムを開発した.6.試作装置の性能評価リソグラフィで1ミクロン段差と11ミクロン段差を持つ3次元基準物体を作成し試作した顕微システムで計測することにより,不連続物体の段差をサブミクロン分解能で全画面同時に計測できることを実証した.本研究は、高分解能で広い計測範囲を高速に測定できる三次元形状顕微計測システムを開発することを目的とする。具体的にはピエゾなどの機械的可動部を持たず、数ミクロンから数百ミクロンの不連続段差をもつ3次元物体の絶対形状を全画素同時並列計測するシステムの実現を目指す。本年度(初年度)は、準備段階として可変波長モジュール、顕微計測システムの設計と構築を中心に以下の計画を実施した。1.近赤外領域の広範囲波長走査が可能な可変波長モジュールの設計可変波長域を拡大するとともに高スペクトル分解能と広いフリースペクトルレンジを実現するため、タンデム接続型液晶ファブリー・ペロー素子を設計した。計算機シミュレーションにより性能評価をし実現可能性を確認した。2.タンデム液晶ファブリー・ペロー素子の試作設計に基づきタンデム接続するための2種類の液晶ファブリー・ペロー素子を試作した。試作した素子の個々の特性とタンデム接続したときの特性を評価する準備が整った。3.波長走査式顕微干渉計測システムの設計と試作システムの光学設計と干渉顕微鏡の一部を改造した計測システムの試作を開始し、光源の温度制御部を完成させた。4.精密波長制御および画像データ取得のためのシステム制御プログラムの開発可変波長液晶ファブリーペロー素子の電圧対共振波長特性を補正するための精密波長制御機と制御プログラムの開発と画像の高速蓄積システムの開発を開始し、画像取得部を完成させた。広い計測視野領域を同時に高分解能計測できる簡便な3次元形状顕微計測システムを開発した.光周波数領域での干渉現象を利用することにより,ピエゾなどの機械的可動部を持たず,数ミクロンから数10ミクロンの不連続段差をもつ3次元物体の絶対形状をサブミクロン分解能で全画素同時並列計測できるシステムを実現した.研究実績の具体的な内容は以下の通りである.1.可視領域の広範囲波長走査が可能な可変波長モジュールの設計可変波長域の拡大のための液晶ファブリー・ペロー素子のタンデム接続法の検討と計算機シミュレーションによる評価を行った.2.タンデム液晶ファブリー・ペロー素子の試作と評価液晶ファブリーペローを試作し個々の特性とタンデム接続したときの特性を評価した.3.波長走査式顕微干渉計測システムの設計と試作システムの光学設計と干渉顕微鏡の一部を改造した計測システムの試作をおこなった.4.精密波長制御および画像データ取得のためのシステム制御プログラムの開発可変波長液晶ファブリーペロー

素子の電圧対共振波長特性の測定結果に基づく精密波長制御機と制御プログラムおよび画像の高速蓄積システムを開発した.5.精度と分解能向上のための画像処理法とデータ解析手法の確立と計算効率の高いソフトウエアの開発スペクトル干渉縞数の少ない状態で縞周波数を推定するアルゴリズムを開発した.6.試作装置の性能評価リソグラフィで1ミクロン段差と11ミクロン段差を持つ3次元基準物体を作成し試作した顕微システムで計測することにより,不連続物体の段差をサブミクロン分解能で全画面同時に計測できることを実証した.
蒸気爆発のメカニズム及び圧力波発生・エネルギー転換に関する基礎研究

平成3年度の溶融錫-水系及び溶融アルミニウム-水系の実験を継続的に発展させた。また、表面酸化の影響を避けるため金球を用いて、水中での膜沸騰形成と崩壊特性に関する実験を行い、成果を得た。(1)溶融アルミニウム上への水柱落下時の熱的相互作用実験方法は、前年度と同様に、内径31mmの衝撃波管試験部を用いて、長さ1mの水柱を膜破断により700800°Cの溶融アルミニウム・プール上へ落下させ、発生圧力と水柱の運動速度を測定し、エネルギー転換率の評価を行った。破断膜と溶融プールの間の空間を真空とし、落下距離が15cmだと安定な蒸気膜のため激しい熱的相互作用が起こり難く、溶融錫よりもかえって緩やかになる。落下距離を65cm程度にすると、安定な蒸気膜が衝撃により破壊され熱的接触が密になり、800°C及び750°Cでは激しい相互作用が発生する。しかし、700°Cでは激しい相互作用は起こり難くくなる。これは接触境界面温度の理論値がアルミニウムの融点660°Cを下回り、表面固化が起こり易くなるためと考えられる。その他、錫とアルミニウムについて多くの実験結果を得ているが、爆発現象であるため、データのばらつきが大きく、有為の結論を下すには慎重な検討が必要である。成果は纏めて公表の予定である。(2)水中の高温金属球の膜沸騰形成及び崩壊(クエンチ)特性直径31.8mmの純金球及び直径25.4mmの304SS球を250700°Cに加熱して、膜沸騰形成温度とクエンチ温度を測定した。(3)当初予定していた液体金属実験は、水実験の結果がばらついて試験回数が増したことと、安全性に対する万全の配慮のため、本科研終了後になるが先送りした。原子炉安全性への適用性としては、本研究でのエネルギー転換率は、希に1%を越すが、殆どの場合1%以下に留まっていることから、高温においても大幅には増加しないと推測される。(1)熱的相互作用に対する物性値と温度条件の影響アルゴンガス雰囲気で溶融させた錫を水プ-ル中に落下させ、高速度ビデオなどの視覚的観測により熱的相互作用に対する温度条件を調べ、先に行った溶融錫上への水滴落下実験の結果と比較し、両者の間に基本的な差がない事が分かった。即ち、激しい熱的相互作用の起こる条件として、(a)錫温度は290°C付近の水の自発核生成温度に基づくとみられる温度しきい値より高い事、(b)水温は飽和温度より約20°C低い事、(c)熱接触時に安定な膜沸騰にいたる高温より低い接触面温度である事が必要である。成果を原子力学会英文誌に投稿準備中である。(2)外部トリガ-による誘発と圧力発生・伝播とエネルギ-転換内径31mmの衝撃波管型試験部で、上部の長さ1m程の水柱を膜破断により、下部の真空中の高温の溶融錫プ-ル(300ー700°C、融点:232°C)上へ落下させ、溶融錫ー水の熱的相互作用を起こさせた。その際、発生する圧力波と水柱の運動速度を測定し、衝撃力とエネルギ-転換率を評価し、爆発現象特有のばらつきが大きいものの、次の様な概略結果を得た。(a)発生圧力は錫温度と共に増加し、200barに達する。(b)発生する力学的エネルギ-は錫温度と共に増加するが、必ずしもピ-ク圧力とは対応せず、圧力波の時間積分値即ち圧力衝撃値とよく対応する。(c)錫の蓄積熱(顕熱)から力学的エネルギ-への転換率は錫温度にあまり依存せずほぼ1%前後となる。(d)溶融錫上に不凝縮性ガスを入れると、熱的相互作用が緩和され、ガス量と共に圧力衝撃値や力学的エネルギ-は減少するが、圧力ピ-クはかえって増加する傾向がある。今後も800°C以上の錫温度で実験を行う予定である。今年度は溶融錫ー水系の実験しか行っていないので、次年度以降でアルミ、金等の高温実験や液体金属での実験へ移行させる計画である。平成2年度の溶融錫ー水系での実験研究を発展させ、溶融金属アルミニウム及びアルミナ粒子と水の熱的相互作用に関する実験研究を行い成果を得た。しかし、高温躍融金属(金、ステンレス鋼)と液体金属(ナトリウム、カリウム)との熱的相互作用については、金属の溶融落下および高温測定の技術的困難と安全対策のため計画を手直した。(1)溶融金属ー水系の熱的相互作用関連では、前年度の溶融錫での研究を進めて、溶融アルミニウムで実験を行った。実験方法は、前年度と同様の内径31mmの衝撃波型試験部を用いて、高さ約1mの水柱を膜破断により700ー800°Cの溶融アルミニウムプ-ル上へ落下させ、発生圧力と熱から水柱の運動へのエネルギ-転換率を測定した。更に、微粒化の影響を調べるため、直径1、2、5mmのアルミナ粒子を用いて実験した。結果の概要は次の通りである。(a)溶融錫、溶融アルミニウム、アルミナ粒子のいずれの場合も、発生する力学的エネルギ-は、圧力波のピ-ク値との相関性は弱く、圧力波の時間積分、即ち、インパルスとほぼ正比例する。

(b)溶融アルミニウムの方が溶融錫よりエネルギ-転換率が低くなる場合が多いが、アルミニウムの固化が影響しているものと推測される。(c)アルミナ粒子では、粒子径が小さくなるほど相互作用が激しくなり、同じ量の粒子の全表面積に比例して転換率が増加する。しかし、粒子ベッドが深くなると、小粒径では水が浸透せず、相互作用が表面に限定され、転換率がかえって下がる。(2)液体金属冷却材の熱的相互作用冷却材はカリウム及び/叉はナトリウムを用いるが、高温金属は溶融金属の他、ジルカロイやタンタル球での膜沸騰実験も含めて再検討中であり、高温測定とアルカリ金属取扱い上の安全対策のため、慎重を期して、実施は平成4年度に先送りした。平成3年度の溶融錫-水系及び溶融アルミニウム-水系の実験を継続的に発展させた。また、表面酸化の影響を避けるため金球を用いて、水中での膜沸騰形成と崩壊特性に関する実験を行い、成果を得た。(1)溶融アルミニウム上への水柱落下時の熱的相互作用実験方法は、前年度と同様に、内径31mmの衝撃波管試験部を用いて、長さ1mの水柱を膜破断により700800°Cの溶融アルミニウム・プール上へ落下させ、発生圧力と水柱の運動速度を測定し、エネルギー転換率の評価を行った。破断膜と溶融プールの間の空間を真空とし、落下距離が15cmだと安定な蒸気膜のため激しい熱的相互作用が起こり難く、溶融錫よりもかえって緩やかになる。落下距離を65cm程度にすると、安定な蒸気膜が衝撃により破壊され熱的接触が密になり、800°C及び750°Cでは激しい相互作用が発生する。しかし、700°Cでは激しい相互作用は起こり難くくなる。これは接触境界面温度の理論値がアルミニウムの融点660°Cを下回り、表面固化が起こり易くなるためと考えられる。その他、錫とアルミニウムについて多くの実験結果を得ているが、爆発現象であるため、データのばらつきが大きく、有為の結論を下すには慎重な検討が必要である。成果は纏めて公表の予定である。(2)水中の高温金属球の膜沸騰形成及び崩壊(クエンチ)特性直径31.8mmの純金球及び直径25.4mmの304SS球を250700°Cに加熱して、膜沸騰形成温度とクエンチ温度を測定した。(3)当初予定していた液体金属実験は、水実験の結果がばらついて試験回数が増したことと、安全性に対する万全の配慮のため、本科研終了後になるが先送りした。原子炉安全性への適用性としては、本研究でのエネルギー転換率は、希に1%を越すが、殆どの場合1%以下に留まっていることから、高温においても大幅には増加しないと推測される。
COMPASS実験によるハドロン構造とエキゾチックハドロンの研究

本研究はヨーロッパ合同原子核研究機構(CERN)のCOMPASS国際共同研究として超陽子シ〓本研究はヨーロッパ合同原子核研究機構(CERN)のCOMPASS国際共同研究として超陽子シ〓本研究はヨーロッパ合同原子核研究機構(CERN、スイス・ジュネーブ)の超陽子シンクロトロン(SPS)加速器を用いてCOMPASS (COmmon Muon Proton Apparatus for Structure and Spectroscopy)実験として国際的に共同して核子のクォーク・グルーオン構造を高精度で測定し、またエキゾチックハドロンの探索および反応特性の解明を行うものである。本年度においては、従来用いてきた偏極標的装置に替えて、日本グループが大きく貢献して製作した大型超伝導ソレノイド型偏極磁石をセットして実験データ収集を行った。この新たな大型偏極磁石への更新に伴い、実験データの質および統計量の向上が可能となった。また、イタリアを中心とするサブグループによって大型リング・イメージ・チェレンコフ検出器の中心部の光検出器がガス検出器から光電子増倍管に交換され、粒子識別の効率が向上した。データ収集は6月下旬より行い、11月上旬までのデータ収集を無事終了することができた。今年度収集した実験データについては解析を進めているところである。本年度は、2004年までに収集したデータについての解析をまとめて、核子の横偏極非対称度についての総合論文1本、さらに縦偏極標的によるデータを解析して重陽子のスピン依存構造関数に関する速報論文2本を出版した。2006年10月に京都で開催されたSPIN2006国際会議では、グループとして総計10本の講演がなされた。また、11月にハワイで開催された太平洋地区素粒子物理合同学会では、日本グループとして3本の口頭報告を行った。これまでに解析した結果では、いずれのデータも核子内のグルーオン偏極度は大きくないことを示すもので、京都国際会議では米国RHIC実験およびドイツHERMES実験からもグルーオンスビンは同様の傾向を示すことが報告されたが、COMPASS実験のデータがきわめて重要であることが示された。本研究はヨーロッパ合同原子核研究機構(CERN)の超陽子シンクロトロン加速器を用いてCOMPASS国際共同研究として核子のクォーク・グルーオン構造を高精度で測定し、またエキゾチックハドロンの探索および反応特性の解明を行うことを目的とする。本年度は標的を重陽子から陽子標的に変更し、スピン偏極ミューオンビームを用いて、陽子の横偏極および縦偏極でのスピン構造関数導出のためのデータ収集を2007年5月下旬より11月上旬まで行い、目標とする統計量のデータ収集を行うことができた。今後、データ解析を経て核子構造に関する物理的結果を見込む。データ解析によって得られる陽子に関する3つの構造関数、すなわち1.陽子のクォークの横偏極構造関数、2.陽子のグルーオンの縦偏極構造関数、3.陽子のクォークの縦偏極構造関数を測定する。これら陽子の構造関数はこれまでドイツDESY研究所のHERMES実験による測定のみで、独立した他実験による確認が切望されていた。加えてCOMPASS実験はスピン偏極レプトンビームとしては世界最高エネルギーであるため、HERMES実験では測定できない低X領域と呼ばれるパートン粒子の微小運動量領域を測定できるため、核子構造の基礎データの精度を向上させ、核子構造の理解を前進させるものである。さらに次年度のハドロンビーム実験の準備を進め、水素標的などの製作を行った。またハドロンビーム実験のための実験的理論的検討を行い、探索すべきエキゾチック中間子の研究を推進させた。
拡散モデルに基づく経皮吸収促進法の予測理論の確立:促進効果に及ぼす基剤の影響

難吸収性薬物の経皮吸収を改善するアプローチの一つとして、吸収促進剤の利用が注目を集めているが、その効果は対象薬物や基剤の種類にも依存する。そこで本研究では、吸収促進剤を利用した製剤設計のための吸収予測理論の開発を目的として、吸収促進剤適用時における各種基剤からの薬物経皮吸収を拡散モデルに基づいて解析を行った。経皮吸収実験では、複雑な数学的解析に耐えうる精度の良いデータが要求されるため、フロースルー型拡散セルを用いたin vitro皮膚透過実験法を適用し、薬物皮膚透過性を評価した。モデル薬物としては、抗炎症剤として局所治療に用いられるヒドロコルチゾンを選び、吸収促進剤には、優れた機能を有することを既に報告している1-ゲラニルアザシクロヘプタン-2-オンを用いて検討を行った。極性の異なる溶剤である水、プロピレングリコール、イソプロピルアルコール、ミリスチン酸イソプロピルを基剤に用いて検討した結果、ヒドロコルチゾンの皮膚透過は、ヒドロコルチゾンと同程度の溶解度パラメータを有するプロピレングリコールにおいて最小となった。一方、吸収促進剤の効果は、用いた基剤の極性が低くなるにつれて小さくなった。以上の結果を、皮膚を角質層とそれ以下の層の2層から成ると捉えた拡散モデルに基づいて解析した結果、薬物の角質層に対する分配係数は基剤の溶解度パラメータと放物線状の関係を示すこと、および吸収促進剤の作用機構を基剤の種類に依らないが、非極性基剤ほど吸収促進剤の親和性が高いため吸収促進剤の皮膚移行性が低くなり促進効果が小さくなることが示唆された。以上、皮膚透過パラメータと薬物および基剤の物性(溶解度パラメータ)との相関、さらには吸収促進剤の作用機構を考慮することで、吸収促進剤適用時における薬物吸収動態の総合的な理解が得られた。
湖沼のリン汚染を軽減する植物の育成

植物のリン貯蔵物質であるフィチンの生合成を遺伝子組換え技術を用いて制御することにより、フィチン集積イネおよび低フィチン米を作出することを目的とした。フィチン集積イネはリンの超集積植物として富栄養化した湖沼からのリンの回収に役立つ環境浄化植物として、低フィチン米は消化吸収がよく畜舎からのリン排出を軽減できる環境負荷低減飼料として利用価値が高い。本研究により、実用化レベルの低フィチン米の作出が実現し、フィチン集積イネ作出のための戦略が明らかとなった。世界の多くの湖沼では流域からのリンの流入による富栄養化が進行しており、リンの流入を減少させること、および汚染された湖沼からのリンの回収が望まれている。植物種子に大量に蓄積するリン貯蔵物質フィチンを根や葉などの栄養器官に蓄私させることができれば、リンの超集積植物として湖沼からのリン回収に役立つ環境浄化植物が実現できる。また、消化の悪いフィチンを減少させて無機リンの形で種子に貯蔵させれば、畜舎から排出されるリンを軽減する環境負荷低減植物が実現する。本研究では、フィチン酸合成経路を明らかにし、その情報をもとに遺伝子組換え技術を用いてフィチン酸合成を制御し、高フィチン含有植物および低フィチン米を作出することを目的とする。1.フィチン酸合成経路の解明イノシトール三リン酸5/6キナーゼの2遺伝子の発現抑制組換えイネおよび高発現組換えイネの解析から2遺伝子がフィチン酸合成に関与することを明らかにした。2.プロモーターの開発フィチン蓄積部位のうち、胚形成に影響がないアリューコン層でのフィチン酸合成抑制を目指すためアリューロン層特異的発現プロモーターを探索した。マイクロアレイ解析およびRT-PCR解析により、2候補遺伝子を特定した。また、オレオシンプロモーターを改変してアリューロン層特異的プロモーターを開発するため、胚での発現を誘導する可能性の高いcis配列を同定し、それを除去したプロモーターを作出した。3.環境浄化植物作出に向けてフィチン酸合成の最初と最後のステップで働く2遺伝子の高発現組換えイネを交配し、後代を得た。後代から導入遺伝子をホモに持つ優良系統を選抜した。植物種子に大量に蓄積するリン貯蔵物質フィチンを根や葉などの栄養器官に蓄積させることができれば、リンの超集積植物として湖沼からのリン回収に役立つ環境浄化植物が実現できる。1.フィチン酸合成経路の解明イノシトール三リン酸5/6キナーゼの発現抑制組換えイネおよび高発現組換えイネの解析から6遺伝子中、2遺伝子がフィチン酸合成に関与することを明らかにした。2.プロモーターの開発フィチン蓄積部位のうち、胚形成に影響がないアリューロン層でのフィチン酸合成抑制を目指すためアリューロン層特異的発現プロモーターを探索した。また、オレオシンプロモーターをアリューロン層特異的プロモーターに改変するため、胚での発現を誘導するcis配列を推定し、それを除去したプロモーター4種を作出した。これら6種のプロモーターにGUSを連結させ、発現解析をするためのコンストラクトを作成した。この系統を用いてイオンクロマト解析を行なったところ、葉におけるフィチン酸蓄積は確認できなかった。1.フィチン酸合成経路の解明フィチン酸合成に関与する2つのイノシトール三リン酸5/6キナーゼの発現抑制組換えイネおよび高発現組換え

イネの解析から、両遺伝子は異なる基質と生成物を持つ機能の異なる遺伝子であることを明らかにした。2.プロモーターの開発フィチン蓄積部位のうち胚形成に影響がないアリューロン層でのフィチン酸合成抑制を目指すため、アリューロン層特異的発現を示す2遺伝子のプロモーターの発現解析を行なったところ、最適なプロモーターではないことが判明した。また、改変オレオシンプロモーターについても検討したが、安定したアリューロン層特異的発現を講導するには至らなかった。3.低フィチン突然変異体の解析低フィチン変異体の原因遺伝子をマップベースクローニングにより特定した。原因遺伝子は、ABCトランスポーターのサブファミリーCに属するOsABCC13であった。変異体の解析から、本遺伝子は、種子におけるフィチン酸蓄積だけでなく、塩ストレス耐性や維管束での物質輸送にも関与する可能性が示唆された。4.低フィチン組換え体の解析低フィチン組換え体において、種子のミネラル成分に変化が見られないかを蛍光X線分析により明らかにした。その結果、フィチン減少に伴い,リン、カリウムのアリューロン層への局在が低下し,逆に亜鉛のアリューロン層への蓄積が促進されることが明らかとなった。
咳嗽能力を音響学的に評価する新しい評価方法の確立

平成30年度は,咳嗽音を用いた咳嗽力評価システムを高齢者に応用した.平成29年度に構築した提案法のアルゴリズムを基にモバイル端末用のiOSアプリケーションを作成し,モバイル端末を用いた高齢者の咳嗽力評価を実施した.その結果,高齢者において予測精度が低下することが明らかとなった.そこで,年齢が提案法の精度に与える影響につていて検証し,その結果を基に年齢因子を考慮して提案法を再構築した.その年齢の因子を加えた提案法を用い,従来法であるフェイスマスクとスパイロメータを用いた測定値と改良した提案法の予測値について回帰分析を行った結果,決定係数は0.713であり測定精度が改善した.本研究の目的は,新たな咳嗽能力評価方法の確立である.そこで本研究では,咳嗽音を用いて,従来の空力学的手法で測定不可能な症例でも咳嗽能力評価を可能とするシステム構築および臨床応用を試みた.その手順として,1咳嗽能力評価に適した咳嗽音の音響学的指標の特定,2咳嗽音の音響学的指標から咳嗽能力を推定するシステムの構築,3高齢者や疾患患者に応用することで新たな咳嗽力測定方法の確立の3つの段階を3年間で実施するよう計画している.平成28年度の研究にて,咳嗽音を用いた咳嗽能力評価システムの構築を試みた.まず従来の咳嗽能力評価法である咳嗽時の最大呼気流量と同時測定した咳嗽時の最大音量との関連を検討した.その結果,咳嗽時の最大呼気流量と最大咳嗽音圧レベルは,指数関数にて表すことができることが明らかとなった.さらに,咳嗽音測定に用いるマイクロフォンの設置方法の検証や咳嗽時最大呼気流量と最大咳嗽音圧レベルの関係式を用いて咳嗽音から咳嗽時の最大呼気流量を予測するシステムを構築するため,咳嗽音の測定方法の検証や身長や性別の影響を検討した.その結果,体動を考慮し咳嗽音は音を発する声帯から等距離となるようにマイクロフォンを設置する必要があること,本システムには身長や性別の影響は少ないことが明らかとなった(海外雑誌査読中).しかしながら,咳嗽音を測定するマイクロフォンの種類による測定精度,加齢の影響が明らかにされていない.初年度の計画では,咳嗽能力の評価に適した音響学的指標を特定することであった.実際には,従来法において咳嗽音の指標として用いられている咳嗽時の最大呼気流量は,最大咳嗽音圧レベルと関連があることを明らにすることができた.またその関連性に基づき咳嗽音圧レベルより予測の咳嗽時最大呼気流量を算出する式を提案した.さらに咳嗽音の測定方法の検討や体格や性差の影響について明らかにすることで,咳嗽音を用いた新たな咳嗽能力の評価システムが構築されつつある.またこれらの成果を海外雑誌に投稿し特許申請の手続きも進めている.本研究の目的は,咳嗽音を用いた咳嗽能力評価システムの構築である.平成29年度は,咳嗽音を測定に使用するマイクロフォンの種類を増やし,マイクロフォンの種類が提案法の測定精度に与える影響について検証した.さらに提案法を高齢者に導入したところ咳嗽能力を過大評価してしまう可能性が示唆された.このことから提案法に年齢の因子を加え,改良を加えた.その結果,年齢の変数を本システムに組み込むことで高齢者にも導入可能であることを明らかにした.この成果は,欧州の科学雑誌に投稿を予定している.データの収集は,研究計画通り良好に進展している.しかしながら,それらの成果を海外の学術誌に投稿しているが,その審査に時間を要しいる.平成30年度は,咳嗽音を用いた咳嗽力評価システムを高齢者に応用した.平成29年度に構築した提案法のアルゴリズムを基にモバイル端末用のiOSアプリケーションを作成し,モバイル端末を用いた高齢者の咳嗽力評価を実施した.その結果,高齢者において予測精度が低下することが明らかとなった.そこで,年齢が提案法の精度に与える影響につていて検証し,その結果を基に年齢因子を考慮して提案法を再構築した.その年齢の因子を加えた提案法を用い,従来法であるフェイスマスクとスパイロメータを用いた測定値と改良した提案法の予測値について回帰分析を行った結果,決定係数は0.713であり測定精度が改善した.今後の研究推進方策:咳嗽音を用いた咳嗽能力評価システムの構築と臨床応用第1にマイクロフォンの種類による咳嗽音測定精度の検証である.外耳道より骨伝導マイクロフォンや口元に設置するオペレーター用マイクロフォン,スマートフォンやタブレット端末に内蔵されているマイクロフォンを用いて,その精度を検討する.第2に咳嗽音を用いた咳の最大流量予測システムに対する加齢による影響を検証する.第3に誤嚥歴がある患者に本システムを応用し,誤嚥性肺炎リスクのカットオフ値を設定する.今後の研究として,1端末用の咳嗽能力評価アプリケーションを開発する.2そのアプリケーションを使用し本システムの臨床応用を進め測定精度や使用感を検証する.3さらに誤嚥の症状が認められる患者において測定を進め,誤嚥の可能性や誤嚥性肺炎を予測するカットオフ値を検討する.1端末用の咳嗽能力評価

アプリケーション開発:すでに広島大学工学研究科にて試作し予備実験を行っている.2咳嗽力評価アプリケーションによる本システムの臨床応用:若年健常者,誤嚥症状のない独歩可能レベル以上の高齢者,誤嚥または誤嚥性肺炎を呈する高齢者の順に咳嗽評価アプリケーションを導入し,測定精度や被験者の使用感を検証する.3誤嚥の可能性や誤嚥性肺炎を予測するカットオフ値の検討:医療施設,訪問看護およびリハビリテーション等幅広く本アプリケーションの使用を依頼し,誤嚥可能性や誤嚥性肺炎を予測するカットオフ値を作成する.被検者に学生ボランティアをお願いしたことから,謝礼が発生しなかった.論文校正料について所属大学の個人研究費を用いた.該当年度に掲載を計画していた論文がまだacceptされていないことから,次年度に繰り越して国外科学雑誌への掲載料として使用する.咳嗽能力k評価システムを携帯やタブレット端末でも使用できるように開発を進めている.そのためのタブレット端末を購入する.
マイクロ多方向切換バルブを用いたマイクロ分注システムの開発

本年度は,大別して,1)マイクロ多方向切換バルブチップとマイクロ分注チップを組合せた自動システムにおける分注操作の検証,2)双方向輸送マイクロポンプチップの基本機構の考案,3)マイクロ分注チップにおける分注量をマイクロリッターオーダーからナノリッターオーダーへの高精度化,の3つの研究実績を得た.1)については,平成17年度の成果として,微少量のサンプルを無駄なく空気の加減圧動作のみにより1Fl毎に切り分けるマイクロ分注チップと,500kPa以上の高耐圧構造でありながら内蔵したマイクロソレノイドにより10個もの流出口を切り換える多方向切換バルブチップを開発し,チップ単体での基本動作を実証してきた.そこで,これらを組み合わせた自動システムでの分注実験により実用化へ向けた知見を見出した.2)については,ロータリー型の押し出し式マイクロポンプについて検討し,マクロモデルを設計・試作した.このポンプは0.011μl/sの流量制御と500kPa以上の加圧性能があり,ポンピング原理の有効性は確認できた.しかし,アクチュエータを内蔵したマイクロポンプチップとして実現することが困難であった.そこで,多方向切換バルブチップを利用した新規のマイクロポンプを考案し設計試作した.3)については,マイクロ分注チップの実証機により,マイクロ流体を1μlと0.5μl毎に連続分注できることを確認してきた.さらに,分注量のばらつき軽減やナノリッターオーダーの分注精度に対応すべく流路形状や配置,チェックバルブのサイズなどを最適化し,約10nlの分注ができることを確認した.以上の研究成果は,血液検査などのポータブルヘルスケアデバイスのための流体制御デバイスの基幹技術に成り得るものである。平成17度は,大別して,1)マイクロソレノイド内蔵型多方向切換バルブチップのための最適設計パラメータの推定とそれに基づいた切換バルブチップの試作,2)マイクロ分注チップのための主要技術の開発とそれらを集積化した分注チップの試作,の2つの研究成果を得た.1)については,本研究課題であるマイクロ分注システムをポータブル化するため,主要要素であるマイクロ多方向切換バルブチップにマイクロソレノイドを内蔵させることを目的に行った.本切換バルブは抜本的に構造の異なるロータリー機構を採用することにより,700kPa以上の高耐圧構造で10個の流出口の自動切換えを実現してきた.しかし,外部設置のソレノイドで動作していた.このため,発生力が1N以下のマイクロアクチュエータを使用しても流路切換えが可能になる切換バルブの最適設計パラメータを測定実験により推定した.これにより,0.8N程度の発生力で動作するパラメータを獲得でき,マイクロソレノイド内蔵型切換バルブチップの1号機を試作した.2)については,1つのマイクロポンプのみで動作し,非接触でマイクロ流体を検知計量できる分注チップを開発した.まず,本研究室で開発してきたハット型チェックバルブのみで構成させマイクロポンプのみで流体の流れを制御でき,流路長で流体量を計量できる流体回路を考案,検証実験により有効性を確認した.次に,非接触でマイクロ流体を検知するため,流路壁での赤外光の全反射を利用した検知方法を開発した.これは流体が注入されていないときは,流路壁で赤外光が全反射し,流体が注入されると壁面の屈折率が変わりフォトダイオートに赤外光が入射して検知する原理である.これにより,流体の通過が判別できるだけでなく,流体が現在存在しているのかも検知できる利点がある.以上の要素をチップ内に集積化して0.5μlと1μlの分注ができるチップを試作して有効性を実証した.本年度は,大別して,1)マイクロ多方向切換バルブチップとマイクロ分注チップを組合せた自動システムにおける分注操作の検証,2)双方向輸送マイクロポンプチップの基本機構の考案,3)マイクロ分注チップにおける分注量をマイクロリッターオーダーからナノリッターオーダーへの高精度化,の3つの研究実績を得た.1)については,平成17年度の成果として,微少量のサンプルを無駄なく空気の加減圧動作のみにより1Fl毎に切り分けるマイクロ分注チップと,500kPa以上の高耐圧構造でありながら内蔵したマイクロソレノイドにより10個もの流出口を切り換える多方向切換バルブチップを開発し,チップ単体での基本動作を実証してきた.そこで,これらを組み合わせた自動システムでの分注実験により実用化へ向けた知見を見出した.2)については,ロータリー型の押し出し式マイクロポンプについて検討し,マクロモデルを設計・試作した.このポンプは0.011μl/sの流量制御と500kPa以上の加圧性能があり,ポンピング原理の有効性は確認できた.しかし,アクチュエータを内蔵したマイクロポンプチップとして実現することが困難であった.そこで,多方向切換バルブチップを利用した新規のマイクロポンプを考案し設計試作した.3)については,マイクロ分注チップの実証機により,マイクロ流体を1μlと0.5μl毎に連続分注できることを確認してきた.さらに,分注量のばらつき軽減やナノリッターオーダーの分注精度に対応すべく流路形状や配置,チェックバルブのサイズなどを最適化し,約10nlの分注ができることを確認した.以上の研究成果は,血液検査などのポータブルヘルスケアデバイスのための流体制御デバイスの基幹技術に成り得るものである。
プラズモン増強場のナノイメージング

金属ナノ構造近傍のプラズモン増強近接場光分布をアゾ系ポリマーの光誘起ポリマー移動現象を利用してマッピングを行った。金属ナノ構造として、単一の金ナノ粒子および銀ナノチップ(四角錐)を用いた。光照射後のポリマー表面のAFM像を取得することで、プラズモン増強近接場光の強度分布と偏向状態を推察した。推察した電場分布が有限差分時間領域法による電場分布の数値計算結果と一致したことから、本手法の有効性を確認した。さらにポリマーはフィルム面内方向には光誘起異方流動性によって、垂直方向には光勾配力によって移動したことが分かった。本年度は、単一の金ナノ粒子周囲のプラズモン増強場のナノイメージングを行った。サンプルとして直径50, 80 nmの金ナノ粒子を用いた。まずシランカップリングによりカバーガラス上に金ナノ粒子を固定した。次にスピンコート法によりアゾ系ポリマーフィルムを塗布した。原子間力顕微鏡(AFM)による測定の結果、それぞれフィルムの膜厚は30, 50 nmであった。またAFMの位相像より、微粒子の直上にはフィルムがなく、微粒子が剥き出しの状態であることが分かった。このサンプルに波長532 nmのレーザー光を照射した。その際光強度分布が面内に一様になるように、入射光を平行光とした。偏光はフィルム面内に平行な直線偏光を用いた。入射光強度として、100 mW/cm2を用いた。このレーザー光照射によって金ナノ粒子周囲にプラズモン増強近接場光を発生させ,誘起されたフィルム表面の形状変化をAFM)で測定した.その結果、直径50 nmの金ナノ粒子では偏光方向(x)のみに形状変化が見られたが,直径80 nmの金ナノ粒子では偏光方向(x)だけでなくその垂直方向(y)にも形状変化が見られた.FDTD法による計算結果から,Ex成分は金ナノ粒子の両側面(x方向)に,Ey成分は対角線上に4カ所局在することが分かった.また,Ex成分とEy成分の比は金ナノ粒子の直径とアゾ系ポリマーフィルムの膜厚に強く依存することが分かった.これらの結果から,それぞれ異なる光強度分布を持つEx成分とEy成分の強度比が形状変化の重要なファクターであることが分かった。本年度は、フィルム面内に垂直な偏光による単一金ナノ粒子周囲のプラズモン増強近接場光分布のイメージングを行った。サンプルとして直径50 nmの金ナノ粒子を用いた。次にスピンコート法によりアゾ系ポリマーフィルムを160 nm塗布した。このサンプルフィルム表面に対して垂直な偏光(Ez)場を創るため、レーザー光(532 nm)を高角度(77°)で斜め入射した。レーザー光の強度は100 mW/cm2、照射時間は750秒であった。レーザー光照射後の金ナノ粒子周囲の表面形状変化をAFMで測定した結果、レーザー光が入射する側に凹状形状が形成され、透過する側に凸状形状が形成されることが分かった。つまり、金ナノ粒子周囲のポリマーが入射光側から透過光側に移動したことが分かった。金ナノ粒子がない場合についても同様の実験を行ったが、表面形状の変化は見られなかった。このことから、この非対称的な表面形状変化は金ナノ粒子周囲に誘起された近接場光によるアゾ系ポリマーの移動から生じたものである考えられる。またFDTD法による数値計算結果から、予想通り、金ナノ粒子直上にEz成分を有する増強場近接場光が分布することが分かったが、同時にレーザー光が透過する側にEz成分より小さいながらもEx成分を有する増強場近接場光が分布することが分かった。つまり金ナノ粒子の周囲にはEz成分だけでなくEx成分も増強されることが分かった。空間的に非対称な形状変化は、非対称的に分布するEx成分による寄与が無視できないことに由来すると考えられる。今年度は、Ez成分を効率的に増強する金属ナノ構造体を作製し、その上にアゾ系ポリマーを塗布することで、プラズモン増強近接場光のEz成分のマッピングを試みた。金属ナノ構造として銀ナノチップ(四角錐)を集束イオンビーム加工によってガラス基板上に作製した。原子間力顕微鏡(AFM)による観察結果から、底辺の長さ100 nm、高さ35 nmであることが分かった。またデザイン通りの円錐構造ではなく、エッジがなまった構造になっていることが分かった。この構造の上に、アゾ系ポリマーであるpoly(Disperse Red 1 Methacrylate)をスピンコートした。スピンコート後のAFM測定から、アゾ系ポリマーの表面は、下部の銀ナノチップ構造を反映ぜず、フラットであることが確認できた。また銀ナノチップの頂上からのフィルム表面までの距離は10 nmであった。Ez成分を効率的に励起するため、フィルム表面の法線に対して80°の高入射角で波長532 nmの半導体レーザーをフィルムに照射した。入射光の偏光として、入射面と平行な直線偏光(P偏光)を用いた。照射光強度は73 mW/cm2、照射時間は250 sであった。誘起されたポリマー移動による凹凸をAFMで測定し結果、等方的にフィルムが凹み、その中心である銀ナノチップの頂点にわずかに突起が形成されていることが分かった。

この突起の幅が銀ナノ構造の幅に比べて小さいことから、突起は銀ナノ構造の先端が剥き出ているのではなく、その上部に残ったアゾ系ポリマーであると考えられる。有限差分時間領域法で計算した各電場成分(Ex, Ey, Ez)の強度分布と比較した結果、フィルム面内方向には光誘起異方流動性による力によって銀ナノチップ構造の頂点を中心にして放射状に外向きの力が、垂直方向には光勾配力によってフィルムを凹ませる方向に力が働いたことが分かった。金属ナノ構造近傍のプラズモン増強近接場光分布をアゾ系ポリマーの光誘起ポリマー移動現象を利用してマッピングを行った。金属ナノ構造として、単一の金ナノ粒子および銀ナノチップ(四角錐)を用いた。光照射後のポリマー表面のAFM像を取得することで、プラズモン増強近接場光の強度分布と偏向状態を推察した。推察した電場分布が有限差分時間領域法による電場分布の数値計算結果と一致したことから、本手法の有効性を確認した。さらにポリマーはフィルム面内方向には光誘起異方流動性によって、垂直方向には光勾配力によって移動したことが分かった。当初の計画通り、フィルム面内に垂直な偏光による単一金ナノ粒子周囲のプラズモン増強近接場光分布のイメージングを行うことができたため。分子ナノフォトニクス金属ナノ構造のデザインにより、フィルム面内に垂直な偏光成分(Ez)のみを有し、かつ空間的に対称的な近接場光分布を創る。FDTD法による数値計算により金属ナノ構造の最適化を図る。その後、実際に実験を行い、フィルム面内に垂直な偏光成分(Ez)によるイメージングを行う。フィルム面内に平行な偏光成分(Ex)による結果を合わせ、3次元すべての偏光に対するポリマー移動が分かるので、本手法によるナノイメージングの基盤技術を確立できる。本年度は、プラズモン増強場のナノイメージングの対象として、構造の最も単純な金ナノ粒子を用いた。当初誘起されるプラズモン増強場は入射した偏光方向の成分(Ex)が支配的だと考えていたが、実際はナノ粒子周囲のアゾ系ポリマーの存在によって、入射した偏光成分に対して垂直な偏光成分(Ey)も無視できないレベルで増強されることが分かった。また計算結果からこのEx/Ey成分比は粒子のサイズ、アゾ系ポリマーの膜厚に依存することが分かった。実験結果からEx/Ey成分比によって誘起されるポリマー表面形状が全く異なる事を発見し、さらにこの表面形状変化をそれぞれ異なる光強度分布を持つEx成分とEy成分の強度比によって説明することができた。この実験結果は、Ex, Ey成分が混じり合った複雑な光強度分布を本提案手法によってナノイメージングできることを意味する重要な研究成果であり、当初の計画以上に研究を進展させることができた。今年度予定していたフィルム面内に垂直な偏光による単一金ナノ粒子周囲のプラズモン増強近接場光分布のイメージングにおいて、Ez偏光成分のみを有する光電場を創れなかったため、その分の物品費・材料費が消費できず、次年度使用額を生じた。今年度はフィルム面内に平行な偏光成分(Ex, Ey)によるポリマー表面構造変化を調べたので、次はフィルム面内に対して垂直な偏光成分(Ez)によるポリマー表面構造変化を調べる。これによってEx, Ey, Ezの3次元偏光成分すべてに対する表面形状変化を調べることになるので、本手法によるプラズモン増強場のナノイメージング法の基盤技術を確立することができる。これを元に、より複雑な金属ナノ構造によるプラズモン増強場イメージングへの展開を図る。