hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ブドウ球菌の皮膚定着性とその定着因子に関する研究

4.ヒトから分離されたブドウ球菌はすべてノボビオシン感受性の菌種であり、このことから動物とヒトの皮膚に生息するブドウ球菌の菌種構成には違いのあることが示唆された。5.著者はすでに豚(Jpn.J.Vet.Sci.,49:703ー709、1987)及び牛(Jpn.J.Vet.Sci.,投稿中)の扁桃からのブドウ球菌の分離について報告した。豚扁桃で最も分離頻度の高かった菌種はノボビオシン感受性のS.hyicus、S.aureus、S.hominis、S.simulansで、牛扁桃ではノボビオシン感受性のS.simulans、S.aureus、S.chromogenes、S.epidermidisで、ノボビオシン耐性菌種はまれであったことを述べた。本研究で、豚と牛の皮膚ではノボビオシン抵抗性の菌種が優勢的にみられ、これらの所見は豚と牛の体内環境と体表環境に生息する菌種構成には違いのあることを示唆しているが、この点については今後さらに検討される必要がある。ブドウ球菌は現在28菌種に分類されている。大多数の菌種はヒトおよび動物の皮膚を生息場所としている。この皮膚定着性を決めている細菌側および宿主側の因子については,まだほとんど解明されていない。そこで本研究では、ブドウ球菌の皮膚定着性を決めている細菌側および宿主側の因子を解明するための第一歩として、マウス表皮細胞への付着性について検討した。S.sciuriは主としてげつ歯類より高頻度に分離される菌種であり、該菌がマウス表皮細胞に対して高い付着性を示したことは極めて興味深い知見であった。すでに著者は、前述した14菌種14株について、Vero細胞、家兎の鼻腔、気管、膀胱粘膜上皮細胞への付着性についても検討している。その結果、Vero細胞および上部気道・膀胱粘膜細胞によく付着した菌種はプロテインA保有のS.aureus Cowan IとS.hyicus NCTC10350であることを示し、これらの細胞への付着因子のひとつとしてプロテインAを示唆した。本研究で、S.aureus Cowan IとS.hyicus NCTC10350はマウス表皮細胞に対する付着性はよくなかった。このことより、ブドウ球菌の表皮細胞への付着にはプロテインAはあまり関与していないことが推察された。今後、S.sciuriとマウス表皮細胞の系を用いて、付着因子の解析を検討する予定である。
高分子高次構造の階層的シミュレーション

高分子集合体は、その分子構造、組成、集合体形成のプロセスにより多階層な高次構造を取り、その構造が機能の発現を左右する。特に架橋高分子、ブロックコポリマーのミクロ相分離、過冷却状態における密度揺らぎなど、様々なネットワーク構造を形成する場合が多い。さらに機能性材料においてはマクロなネットワーク構造を制御して、その機能を向上させるというアプローチは産業的にも求められている。本研究では、高分子材料が相分離などにより形成するネットワーク構造に着目し、1最適なネットワーク構造を設計する、2狙ったネットワーク構造を作る高分子構造、組成、プロセスを設計する、3設計した高分子構造、組成とプロセスを実証し、特性を評価した結果をネットワーク構造最適化にフィードバックすることを目的とする。今年度は、ブロックコポリマーのダブルジャイロイド(DG)相の弾性挙動解析に関して、ブロックコポリマーの形成するDG構造の力学特性(S-Sカーブ)の予測を可能にし、ポリマー種の差異、ミクロ相分離構造の差異を明らかにした。特にDG構造のS-S挙動は実測ともよく一致し、今回の計算モデルの妥当性を示した。同時にブリッジ分率依存性など実測では得られない付加情報を計算により得ることが出来、このモデルによる分子設計の可能性を示すことが出来た。また、機械学習による安定ミクロ相分離相の予測においては、試行として深層学習を用いて自己無撞着場計算より得られた、準安定構造を分類することにより、安定相の予測が精度高く行えることを示し、相分離構造予測に対する機械学習の適用に対して、今後の発展が期待される結果を得た。当初の研究計画において、MD-連続体ハイブリットシミュレーションによるマクロダイナミクスとミクロダイナミクスの連成挙動解析の実施を予定していたが、計画していた研究体制の変更に加えて、検討を進める過程でネットワーク型のミクロ相分離構造予測と機能との相関に関して、例えば初期弾性率発現のメカニズムやブリッジ分率の影響など、未解明な点が多く残されていることが明らかになった。そして、そのような未解明な領域の解明を先んじて行うことにより、新規材料探索の可能性が広がることが示唆され、そちらの課題をまず先決して明らかにしていくという、計画の順序の入れ替えを行った。その結果、計算機シミュレーションによる新たな知見に加えて、機械学習(深層学習)適用の可能性に関しても、良好な結果を得ることが出来た。このように当初計画の一部入れ替えはあるものの、先んじて手がけたミクロ相分離が形成するネットワーク構造の解析、特に機械学習による相分離構造の予測に関しては、将来的に期待される成果が前倒しで得られているため、トータルとしては順調に進展していると評価する。DG構造を代表とするミクロ相分離ネットワーク構造の力学物性に関して解析を進める。特に安定相であるDG相と準安定として得られる対称性の低いネットワーク構造を対象として定量的な解析を進めていく。例えばDG構造は規則正しい3分岐ネットワークとして記述できるが、同じポリマー組成で得られる準安定状態は、分岐数、分岐点間距離、分岐角などの分布は自明ではない。これらネットワーク構造の定量的評価を他計画研究班と協力し進め、S-S挙動との相関を明らかにしていく。機械学習の適用に関しては、教師データの増加、フレームワークの改良などを検討し予測精度の向上を目指す。さらに高分子鎖のアーキテクチャーから相分離構造をダイレクトに予測する試みを進め、その実用性を判断する。そのために高分子鎖のアーキテクチャーを表現する記述子あるいはフィンガープリントの開発を試みる。また公募研究採択者とも協力し、実験データとシミュレーションの連携を図り、シナジー効果の発揮に努める。相分離シミュレーションに関しては、ソフトマテリアルシミュレーション研究者とのネットワークを活かし、OCTAをはじめとしたシミュレーション利用技術のブラッシュアップを図る。さらに機械学習の技術に関しては研究代表者の所属する産総研機能材料コンピュテーショナルデザイン研究センターにおけるマテリアルズ・インフォマティクス研究者との議論などを通じて、高度化を図る。ブロックコポリマーのミクロ相分離により発現するネットワーク構造の設計、およびネットワーク構造に起因する材料物性の予測を目的として、計算機シミュレーションによる検討を開始した。ネットワーク構造の設計においては、高分子メソスケールシミュレータであるOCTAを駆使し、単純なジブロックコポリマーのミクロ相分離により得られるダブルジャイロイド(DG)構造に加えて、ブロックコポリマーとホモポリマーをブレンドすることによりダブルダイヤモンド(DD)、およびPlumber's nightmare(P)と言う、各々4分岐、および6分岐構造を持つダブルネットワーク構造を得ることが出来た。これらの構造は、OCTA/SUSHIで用いる実空間SCF法においては、今回初めて計算に成功したものであり、今後様々なネットワーク構造の探索が本手法で実施できる事が期待される。材料物性の予測においては、伸長時の弾性挙動に関して球状構造(BCC)およびDG構造を対象にSCF計算と粗視化分子動力学のハイブリットシミュレーションにより検討を行った。ハードセグメントが球状ドメインを形成するBCC構造に比較して、ネットワークを形成するDG構造は、伸長時においてハードセグメントのネットワークの寄与により、ハードセグメントの体積分率比以上に大きな応力が発現することが確認された。さらにソフトセグメントがハードセグメント間をブリッジするABA型のトリブロックコポリマーにおいては、ソフトセグメント由来のゴム弾性により高伸度における応力の顕著な上昇が観察された。この結果はDGおよびBCC構造の実測結果と定性的に一致し、シミュレーションモデルの妥当性が検証された。今後本手法により様々なネットワーク構造の弾性挙動の解析を進められることが期待される。加えて他の計画班と定期的な議論の場を設け、次年度以降の連携に関して足掛かりを得た。今年度は初年度でもあり、計算機の導入、ソフトウェアの整備等の研究環境整備より開始した。計算機導入、ソフトウェア整備はおおむね予定通りに進み、研究活動の立ち上げがスムースに行え、計画していた項目が順調に進展している。

個々の項目において、ミクロ相分離によるネットワーク構造の予測に関しては、実空間SCF法を選択することにより、複雑な組成の場合におけるモデリング、および構造周期(ユニットセル)の最適化を簡便に行うことができた。さらにSCF法においてはポリマー鎖のコンフォメーションに起因する自由エネルギーを定義することができ、最安定な構造の探索に有効である。しかしながら、散逸粒子動力学(DPD)などミクロ相分離構造を予測する他の方法より計算負荷としては大きくなるので、今後多くのサンプルを得ていくためには計算の効率化が求められる。ミクロ相分離構造を持つ系の弾性挙動に関して、ダブルジャイロイドのようなネットワーク構造の応力ーひずみ挙動のシミュレーションはこれまで報告はなく新規な結果であるが、これまで実施者は球状ドメインを有する熱可塑性エラストマーを対象にし検討を続けてきて多くの知見を有するので、今回のネットワーク構造への適用もスムースに行うことが出来た。さらに、総括班メンバーとの議論を進めることにより、実測データとの比較を行い、シミュレーション結果は実測結果を定性的に再現することを確認した。さらに実測では明らかにならない応力発現メカニズムに関しても推測が可能になった。変形時の構造変化に関してさらに詳細を解析することが望まれたが、それに関しては現時点ではまだ一部の達成にとどまっており今後の課題である。高分子集合体は、その分子構造、組成、集合体形成のプロセスにより多階層な高次構造を取り、その構造が機能の発現を左右する。特に架橋高分子、ブロックコポリマーのミクロ相分離、過冷却状態における密度揺らぎなど、様々なネットワーク構造を形成する場合が多い。さらに機能性材料においてはマクロなネットワーク構造を制御して、その機能を向上させるというアプローチは産業的にも求められている。本研究では、高分子材料が相分離などにより形成するネットワーク構造に着目し、1最適なネットワーク構造を設計する、2狙ったネットワーク構造を作る高分子構造、組成、プロセスを設計する、3設計した高分子構造、組成とプロセスを実証し、特性を評価した結果をネットワーク構造最適化にフィードバックすることを目的とする。今年度は、ブロックコポリマーのダブルジャイロイド(DG)相の弾性挙動解析に関して、ブロックコポリマーの形成するDG構造の力学特性(S-Sカーブ)の予測を可能にし、ポリマー種の差異、ミクロ相分離構造の差異を明らかにした。特にDG構造のS-S挙動は実測ともよく一致し、今回の計算モデルの妥当性を示した。
難治性喘息のＴｈ１７型気道炎症における気道上皮細胞および樹状細胞の役割の解明

本研究では、喘息の難治化機構の解明を目的に、1)難治性喘息モデルで認められるIL-23-Th17細胞経路の誘導におけるDectin-2の役割、2)Th17細胞分化におけるSOX5の役割を解析した。その結果、1)DCに発現するDectin-2がHDM誘導性喘息モデルの誘導に重要な役割を果たしていること、2)Sox5はc-Mafと協調的に作用しStat3の下流でRORγtの発現を介し、Th17細胞の分化を誘導することを明らかにした。本研究成果は、難治性喘息の新たな治療戦略開発の基盤構築に寄与することが期待される。近年、難治性喘息患者の気道ではIL-17産生の亢進と好中球性炎症がみられるなど、通常のTh2細胞型好酸球性炎症による喘息とは異なる病態が関与していることが示された。そして本研究者は気道で産生されるIL-23、ならびにIL-17産生CD4陽性T細胞(Th17細胞)が難治性喘息の病態に寄与していることを喘息モデルマウスを用いて明らかにしたが(Am J Respir Crit Care Med, 2008)、難治性喘息においてIL-23産生とTh17細胞分化が誘導される分子機構は不明であった。他方、最近、Dectin-1とDectin-2からのシグナルによる樹状細胞の活性化がTh17細胞分化を誘導すること、主要アレルゲンであるダニ抗原が気道上皮細胞および樹状細胞のDectin-1とDectin-2を活性化することが報告された。以上より、喘息の難治化にこれらの細胞上のDectin分子の活性化によるTh17細胞型気道炎症の誘導が関与していることが推測されるが、その詳細は不明である。そこで本研究では、難治性喘息で認められるIL-23産生とTh17細胞分化におけるDectin分子の役割、およびその作用機構を解明することを目的とした。平成24年度の研究では、チリダニ(HDM)誘導性喘息モデルにおけるDectin-2の役割をDectin-2欠損マウスを用いて検討した。その結果、Dectin-2欠損マウスにおいてはHDM誘導性喘息モデルにおける好酸球性気道炎症、気道におけるTh2サイトカインの産生、ムチンの産生が低下することが明らかとなった。現在、その分子メカニズムを解析中である。難治性喘息患者の気道ではIL-17産生の亢進と好中球性炎症がみられるなど、通常のTh2細胞型好酸球性炎症による喘息とは異なる病態が関与している。本研究者は気道で産生されるIL-23、ならびにIL-17産生性CD4陽性T細胞(Th17細胞)が難治性喘息の病態に寄与していることを喘息モデルマウスを用いて明らかにしたが(Am J Respir Crit Care Med, 2008)、難治性喘息においてIL-23の産生とTh17細胞の分化が誘導される分子機構は不明であった。他方、近年、Dectin-1とDectin-2からのシグナルによる樹状細胞の活性化がTh17細胞分化を誘導すること、主要アレルゲンであるダニ抗原が気道上皮細胞および樹状細胞に発現するDectin-1とDectin-2を活性化することが報告された。以上より、喘息の難治化にこれらの細胞に発現するDectin-1/2の活性化によるTh17細胞性気道炎症の誘導が関与していることが推測されるが、その詳細は不明である。そこで本研究では、難治性喘息で認められるIL-23産生とTh17細胞分化におけるDectin-1/2の役割、およびその作用機構を解明することを目的とした。平成25年度の研究では、チリダニ(HDM)誘導性喘息モデルにおけるDectin-2の役割をDectin-2欠損マウスを用いて検討した。そして、Dectin-2欠損マウスではHDM誘導性喘息における好酸球性気道炎症、気道におけるTh2サイトカインの産生、ムチンの産生が低下することを明らかにし、論文発表に至った。現在、Dectin-1欠損マウスにおける好酸球性気道炎症減弱の分子メカニズムを解析中である。重症喘息患者の気道ではIL-17産生の亢進と好中球性炎症がみられるなど、通常のTh2型喘息とは異なる病態が関与している。本研究者は気道で産生されるIL-23、ならびにTh17細胞が重症喘息の病態に寄与していることを喘息モデルマウスを用いて明らかにしたが(Am J Respir Crit Care Med, 2008)、重症喘息においてIL-23産生とTh17細胞分化が誘導される分子機構は不明であった。他方、近年、Dectin-1/2シグナルによる樹状細胞の活性化がTh17細胞分化を誘導すること、主要アレルゲンであるダニ抗原が気道上皮細胞および樹状細胞に発現するDectin-1/2を活性化することが示された。

以上より、気道上皮細胞、あるいは樹状細胞に発現するDectin-1/2の活性化によるTh17細胞性気道炎症の誘導が喘息の重症化に関与していることが推測されるが、その詳細は不明である。そこで本研究では、重症喘息で認められるIL-23産生とTh17細胞分化におけるDectin-1/2の役割、およびその作用機構を解明することを目的とした。本研究では、まずチリダニ(HDM)誘導性喘息モデルにおけるDectin-2の役割をDectin-2欠損マウスを用いて検討した。その結果、Dectin-2欠損マウスではHDM誘導性喘息モデルにおける好酸球性気道炎症、気道におけるTh2サイトカイン及びムチンの産生が低下することを明らかにした(Am J Respir Cell Mol Biol. 2014)。Dectin-1欠損マウスにおいてもHDM誘導性気道炎症が減弱するがその分子基盤は異なり、Dectin-1欠損マウスでは、樹状細胞の所属リンパ節への移行が障害されていることを明らかにした(論文投稿準備中)。現在、Dectin-1欠損樹状細胞のリンパ節移行障害の分子メカニズムを解析中である。26年度が最終年度であるため、記入しない。アレルギー26年度が最終年度であるため、記入しない。既にDectin-2欠損マウスにおいてHDM誘導性喘息モデルの表現型が減弱していることを見出しており、コアとなるデータも得られている。既にDectin-2欠損マウス及びDectin-1欠損マウスにおいてHDM誘導性喘息モデルの表現型が減弱していることを見出しており、コアとなるデータも得られている。Dectin-2欠損マウスに関する研究は既にin pressとなっている。Dectin-2欠損マウスにおいてHDM誘導性喘息モデルの表現型が減弱する分子メカニズムについて、抗体を用いた研究、Dectin-2発現細胞の同定、Dectin-2欠損樹状細胞におけるサイトカイン産生を検討することにより明らかにする。さらにDectin-1欠損マウスの解析も進める。Dectin-1欠損マウスにおいてHDM誘導性喘息モデルの表現型が減弱する分子メカニズムについて、抗体を用いた研究、Dectin-1発現細胞の同定、Dectin-1欠損樹状細胞におけるサイトカイン産生を検討することにより明らかにする。さらにDectin-1/Dectin-2ダブル欠損マウスの解析も進める。抗体、マウス、培養関連試薬、分子生物学的試薬、等の消耗品費として使用する。当該年度は研究計画よりも比較的研究費のかからないin vitroでの研究が中心となり、一方、次年度は比較的研究経費のかかるin vivoでの研究が中心となるため、使用額に計画と異なる点が生じた。
小中高を通して進化的な見方を養う教材の開発

本研究は、小中高等学校における理科教育において、進化的な見方を養うことを支援する観察実験教材の開発を行った。教科書分析や質問紙調査等の現状分析により日本の進化教育の課題を明らかにするとともに、その課題の解決に有効と考えられる小学生、中学生、高校生向けの観察実験教材をそれぞれ開発することができた。これまで、日本においては、進化に関する教材は不足していたが、本研究における教材開発を通して、日本の進化教育を前進させることができた。だが、特に小学校や中学校に関しては、まだ教材は不足しており、系統樹思考を含む進化的な見方を養成するために、今後も現状分析を踏まえた教材開発を行っていくことが必要である。新学習指導要領(文科省2008、2009)に基づく小中高の生物教育では「生物の多様性と共通性」という視点を養成することを一つの柱としている。生物に「多様性」と「共通性」の両方が見られるのは、生物が共通性を保ちつつ進化し多様化してきたためであり、その理解には「進化」の視点が必要である。しかしながら、これまで日本では進化教育が軽視されてきたため、その力を養成する実験・観察教材はほとんど開発されていない。よって本研究はその開発を目的とした。今年度は高校生物の教科書分析ならびに小学校理科3年生の昆虫の単元において利用できる進化教材の開発を行った。高校生物の教科書分析に関しては『生物基礎(5社)』ならびに『生物(4社)』の教科書において「進化」「共通性」「多様性」等のキーワードがどの程度使われているかを調査した。その結果、「共通性」と「多様性」の語に関しては、教科書全体を通して比較的使われているが、「進化」の語に関しては『生物基礎』の1編と『生物』の5編以外はほとんど使われていないことが明らかとなった。特に、『生物基礎』『生物』ともに3編(生物の体内環境の維持,生物の環境応答)において、これらの用語が使用されていなかったことから、教科書の記述を補う教材の導入が必要であり、今後、教材の開発を進めていく。小学校理科3年生の昆虫の単元では、授業後であっても昆虫のからだのつくり(特に脚の付いている部位)に関する理解が不十分であることが報告されている。本研究は,アリとアリグモ(アリに擬態したクモ)を比較することで、昆虫のからだのつくり(特に脚の付き方)の理解と進化的な見方を養成できる小学校3年生用の教材の開発を試みた。質問紙調査の結果、本教材は昆虫の脚の付き方に関する理解を促進すること、進化的な見方のうち適応的な見方を養うことができる可能性が示唆された。今年度は、進化に関する観察・実験教材の開発状況の分析ならびに、脊椎動物の進化について学ぶ中学2年生用の観察・実験教材、進化の視点で生物多様性の保全について考える中学3年生用の授業の開発を行った。CiNiiやインターネットを利用して「進化」「小学校」「中学校」「高校」「理科」「生物」をキーワードとして観察・実験教材の開発を報告した論文を検索した.観察・実験の数は小学校が最も少なく,高等学校が最も多かった.中学校の教材に関しては,「共通性」,「多様性」およびその両方を扱った教材は見られたものの,共通性と多様性を系統と関連させている教材は見られなかった.高等学校用の教材の約半数は,生物の多様性や共通性と系統を関連付ける展開となっていた.上記の結果を受けて、中学校2年生理科の「生物の変遷と進化」の単元の授業で利用できる教材の開発と授業実践を行った。作製した前肢の骨格標本(カエル、ワニ、トリ)と、ヒトの手の骨格標本(レプリカ)を生徒に比較させ、前肢の骨格にみられる共通性と多様性を明らかした上で、コウモリは脊椎動物の中でどの仲間に分類されるのかを考えさせる観察・実験教材を開発した。授業前後に行った質問紙調査の結果から,授業前は「生物は共通性を保ちながらも多様化してきた」という実感は乏しかったものの、この教材を利用した授業後にはその実感を深めることができることが示唆された。また、ゲンジボタルの雄の発光パターンの地域差に注目し、同じ種であっても地域ごとに異なる進化をしており、地域集団ごとに保全する必要があることを理解させる授業の開発を行った。中学3年生を対象に実践をし、授業前後に行った質問紙調査の結果から、授業後には進化の視点を持って生物多様性の保全を考えることができるようになったことが示唆された。今年度は、主に研究成果のとりまとめを行った。小学校3年生向けに開発した「アリグモを利用することで昆虫の体のつくりを理解させるとともに進化的な考察を行う授業の開発」を学術論文として出版するとともに、個人のHPにてワークシートおよび映像教材を公開した。小学校5年生向けに開発した「メダカの食物連鎖を扱った授業」の教育効果を理科教育関係の学会で発表するとともに、論文執筆を行った。中学2年生向けに開発した「脊椎動物の前肢の骨格標本の比較を通して生物進化の実感を伴った理解を図る授業の開発」の教育効果を理科教育関係の学会で発表するとともに、論文執筆を行った。中学校3年生向けに開発した「ゲンジボタルの進化史を考慮した保全のあり方を考える授業の開発」を学術論文として出版するとともに、個人のHPにて教員用授業資料および映像教材を公開した。高校生向けに開発した「種分化のしくみの理解を支援するソフト:オリガミバードシミュレータの開発」、「DNA抽出を通して生物の共通性を理解させる授業の開発」の論文が海外の学術雑誌に掲載された。

その他、小中学生向けの観察実験教材開発のための基礎資料を得るため、小学生は生物は種を守るために繁殖するという「種族維持」の考えを有しているか、および中学生はどの生物が無脊椎動物に分類されるかを理解しているかを確認する予備的な質問紙調査を行った。研究期間全体を通して、質問紙調査や教科書分析等の現状分析により日本の進化教育の課題を明らかにするとともに、その課題の解決に有効と考えられる小学生、中学生、高校生向けの観察実験教材をそれぞれ開発することができた。だが小中高全体を通して見るとまだ教材は不足しており、系統樹思考を含む進化的な見方を養成するために、今後も現状分析を踏まえた教材開発を行っていくことが必要である。本研究は、小中高等学校における理科教育において、進化的な見方を養うことを支援する観察実験教材の開発を行った。教科書分析や質問紙調査等の現状分析により日本の進化教育の課題を明らかにするとともに、その課題の解決に有効と考えられる小学生、中学生、高校生向けの観察実験教材をそれぞれ開発することができた。これまで、日本においては、進化に関する教材は不足していたが、本研究における教材開発を通して、日本の進化教育を前進させることができた。だが、特に小学校や中学校に関しては、まだ教材は不足しており、系統樹思考を含む進化的な見方を養成するために、今後も現状分析を踏まえた教材開発を行っていくことが必要である。平成26年度は昨年度に行った高等学校生物の教科書分析および今年度行った観察・実験教材分析の分析を踏まえて、中学校理科の教材開発を中心に行った。中学校理科の教科書では「進化」は扱われているものの、観察・実験教材は不足していたことから、生物の共通性と多様性を系統と関連させる観察教材を開発できたことは、小中高を通して進化的な見方を養う教材の開発という本研究の目的において重要な成果と考えられる。理科教育今年度はこれまで開発してきた教材を学術論文としてまとめるとともに、昨年度行うことができなかった系統樹に関する教科書分析(中学校・高等学校)を行う予定である。また陸生植物と水生植物の気孔の分布を比較することで進化的な見方を養成する観察・実験教材の開発も行う予定である。以上を踏まえ、3年間の研究の総括として、小中高を通して進化的な見方を養うためにはどのような課題が残されているかをまとめていく。平成25年度は当初の予定通り、高等学校生物の教科書分析を行った。教科書に掲載されている系統樹の数が少なかったため、系統樹の樹形に関する調査は行わず、「進化」「多様性」「共通性」等のキーワードに基づく分析を行った。その結果、単元においてこれらの用語の使用状況に差があることを見出し、平成26年度以降に教材開発を行う準備が整えることができた。小学校理科の昆虫教材のレビューを行ったところ、進化的な視点を養成する教材がほとんどなかったため、平成26年度以降に計画していた教材開発を前倒しで行った。開発した教材を利用した授業実践と、質問紙調査による教育効果の検証を行った。その結果、本教材は昆虫の脚の付き方に関する理解を促進すること、進化的な見方のうち適応的な見方を養うことができる可能性があることが示唆された。消耗品の消費税等の金額により若干ではあるものの残額が生じた。高等学校における進化の教材開発については、平成25年度に行った教科書分析に基づき「進化」の用語がほとんど使用されていなかった分野を中心に、これまで開発されてきた教材のレビューを行う。
カルシウムシグナルによる細胞内輸送および糖代謝の制御

細胞内輸送はインスリンの分泌・分解機構において重要な役割を果たしていることが知られている。我々の研究室では、分裂酵母モデル系を用いた研究により、カルシウムシグナルにより活性化される蛋白脱リン酸化酵素、カルシニューリン(CN)が細胞内においても重要であることを示す結果を得ているが、メカニズムについてはほとんど明らかにされていなかった。本研究は分子遺伝学的手法を用いて生育にCN活性を必要とするような変異体の解析と原因遺伝子の同定を行うことにより、カルシウムシグナルと細胞内輸送の関係を明らかにすること、およびモデル生物におけるグルコース濃度感知機構を明らかにすることを目的とした。既にCNの活性が生育に必要である変異体として免疫抑制薬感受性を示す変異体(cis1)を単離し、その変異遺伝子としてAP-1複合体のサブユニットの1つであるμ-adaptin Apm1を同定しており、本年度は以下の結果を得た。Apm1破壊株における電子顕微鏡の解析、V-SNAREであるSyb1の局在の観察、GFPとApm1の融合蛋白を酵母内で発現させ、生細胞におけるApm1の局在観察などによりApm1は細胞内輸送において、CNと機能的に関連し、ゴルジの機能およびゴルジからPMへの輸送に関与することが示唆された。さらに、細胞内輸送におけるApm1の機能欠損を代替できるような因子を同定する目的で、cis1/apm1変異体の多コピー抑圧遺伝子rho3^+を同定した。
スピン制御電荷分離錯体を利用する光電変換素子開発

光エネルギーを電気エネルギーに変換する際、電荷分離の高効率化と電荷分離状態の長寿命化は極めて重要な因子である。本研究ではこれまでに本研究者が知見を蓄積してきた三重項光増感部として白金錯体を用いたスピン制御電荷分離錯体を電変換素子へと展開することを目的に、1.長波長吸収を示す三重項光増感型電荷分離システムの設計と合成、2.ドナー・白金錯体・アクセプター三連結体システムを利用した光電変換素子の作製と評価、3.ドナー・白金錯体二連結体を用いた色素増感太陽電池の作製と評価、の三点を検討した。色素増感型ならびに有機薄膜太陽電池において電荷分離状態の発生・寿命が極めて重要な因子と考えられる。本研究では、スピン制御された励起状態および電荷分離状態を利用することによる電荷キャリアの発生、失活に関して分子レベルで追求する研究を行っている。今年度はスピン制御型光電荷分離錯体としてドナー連結型白金錯体を設計、合成し、ドナーと白金錯体間の相互作用が光電変換特性に与える影響を調査した。カルボキシル基を導入したビス(ピリジルイミノ)イソインドリン白金錯体を光増感部として用い、白金部にアセチレンを介して各種トリフェニルアミン誘導体を連結した分子を設計した。このとき捻れや距離の異なるスペーサーを白金-トリフェニルアミン間に導入した。実際に色素増感型太陽電池を作成して光電変換効率を見積もったところ、トリフェニルアミンと白金錯体の相互作用が弱いほうが光電変換効率が高くなることが分かった。このことは白金錯体の光励起後におこる電子移動機構を考慮することでうまく説明できると考えられる。すなわち、トリフェニルアミンと白金錯体の相互作用が強い場合、白金錯体励起後に二酸化チタンへ電子移動する過程とトリフェニルアミンから励起白金錯体へ電子移動する過程が競争すると考えられる。後者は効率的な光電変換を阻害すると考えている。現在詳細を検討している。色素増感型ならびに有機薄膜太陽電池において電荷分離状態の発生・寿命が極めて重要な因子の一つである。スピン制御された励起状態や電荷分離状態を利用すれば、電荷キャリア高効率発生ならびに失活抑制が期待される。本年度は光電変換分子システムの構成成分として、長波長領域まで吸収を有するスピン制御型電荷分離システムの構築を目指した。ボロンジピロメテン(BDP)は可視光(500 nm)に強い吸収を有し、また強い発光を示す有機色素である。置換基により電子物性の制御が可能である。したがって、BDPは有機薄膜太陽電池における光捕集部として非常に有望である。しかし、通常のBDPは項間交差がほとんど起きず、強い蛍光発光により基底一重項から高速で失活する。本研究者は白金ジアセチリドを結合させたBDP-Pt-BDPが励起三重項状態を効率的に生成することを見出した。また、白金錯体を用いなくとも電子ドナーを連結したBDP誘導体においては高速な電子移動のために蛍光がほとんど起こらず、光電荷分離状態を経て、逆電子移動過程により励起三重項状態が効率的に生成することを見出した。また、さらに長波長の光吸収能を示すフェニル置換BDPにおいても同様の挙動が観測された。これまでに本研究者が開発してきた白金錯体では長波長部(400 nm以上で分子吸光係数が10000以下)で、効率的な光捕集機能を有していなかった。本年度は白金ポルフィリンを利用したスピン制御型電荷分離システムの構築に成功し、マイクロ秒を超える電荷分離状態の発生に成功した。色素増感型ならびに有機薄膜太陽電池において、電荷分離状態の発生と寿命が極めて重要な因子として考えられる。本研究ではスピン制御された励起状態および電荷分離状態を利用することによる電荷キャリアの発生と失活に関して分子レベルで追求することを目的としている。昨年度から引き続き、カルボキシル基を導入したビス(ピリジルイミノ)イソインドリノン白金錯体をスピン制御型光増感部とし、カルボキシル基と反対側にアセチレンを介して各種電子ドナー分子を連結した光電荷分離システムを設計、合成した。特に本年度はメチルチオ基またはメトキシ基を導入したトリフェニルアミン、および縮合多環型分子である、フェノキサジン、フェノチアジン、メチルチオ基を導入フェノチアジン、フェノチアジントリマーをドナー分子として用いることで、カルコゲン原子の効果に関する研究を行った。実際に色素増感太陽電池を作製して光電変換効率を見積もった。興味深いことに、メトキシ基よりもメチルチオ基を導入した系において、また、フェノキサジンよりもフェノチアジンを用いた系において、硫黄が導入された誘導体の変換効率が大きいことを見出した。物性有機化学各種白金錯体の効率合成法の確立したとともに増感型太陽電池への適応を可能にした。目的とするこれまでに長波長領域の光吸収能を有するスピン制御型光電荷分離状態の発生に成功している。

一方で光電変換システムに関する研究が少し遅れているのが現状である。現在、色素増感太陽電池の作成を中心に研究を進めている。色素増感型太陽電池だけでなく、薄膜太陽電池への展開に向けた錯体の合成や素子作成を検討する。今後は色素増感太陽電池や有機薄膜太陽電池への展開を目指した研究を積極的に進めていく。現在、いくつかの錯体を用いた色素増感太陽電池の研究を進め、予備的ではあるが比較的高い変換効率が得られることを確認している。系統的な研究を行うことで分子設計指針を確立したい。該当無し
天体核反応におけるαクラスター構造の研究

主な内容は、(1)不安定核の(a,p)天体反応実験(11C, 18Ne, 30S, 22Mg標的)研究、(2)MSTPCの開発製作、(3)44Ti beam開発である。重要天体核反応におけるαクラスター構造の役割を調べるため、共鳴弾性散乱の測定も行った。(a,p)反応におけるαクラスター構造の重要性が初めて実験的に明らかにされた。また、爆発過程の(a,p)反応の本格的測定に世界で初めて成功した。また、標的を兼ねた多機能検出器MSTPCを製作し、実験に供した。11C標的のデータは、すでに博士論文として纏まった。他の核の実験でも先駆的で貴重なデータが得られ、現在その解析が進行中である。平成21年度は、次の4課題について取り組んだ。以下、結果の概要を記す。(1)^<11>C二次ビーム生成テスト^<11>B一次ビームを用いて、^<11>Cビームを、東京大学原子核科学研究センターのCRIBを用いて行った。実験に必要な^<11>C二次ビームを強度5x105apsが得られ、しかも高純度であることが解り、本実験の目途を立てた。(1)の成功をうけて、最終的な本実験を行った。この実験で特に重要な(α,p)反応からの陽子を分離して測定することができた。その後のデータ解析によれば、問題のエネルギー領域に観測を目指した共鳴の成分が有意に観測された。現在、詳細な解析を進めており、その結果をもとに、超新星の初期に起こるνp過程を解明し、そのp核生成の可能性を明らかにする予定である。(3)アクティブ標的型MSTPCの設計・製作宇宙の高温下の(α,p)核反応を大効率で、しかも高精度で測定するために、ビームも含めて4πで測定する検出器をKEKのグループと共同で開発を進めた。全系の設計・製作を終了し、加速器からの重イオンビームを使ってテスト実験を行った。毎秒5x10^5個の荷電粒子の入射でも測定できることが分かった。一層の安定化をはかり、今後の実験に用いる予定である。(4)^<18>Ne二次ビーム生成テスト宇宙における水素の爆発的燃焼過程^<18>Ne(α,p)^<21>Naを実験的に明らかにするために、^<18>Neビームの生成テストを行った。実験に必要な毎秒5x10^5個の^<18>Neが高純度で得られ、実験の目途が立った。平成22年度は、下記の4課題を計画した。各々について、成果を報告する。平成21年度の行った表記実験で得たデータの解析がほぼ完成し、論文の執筆を開始した。一部は、学生の学位論文としてもまとめられる予定である。これまで全く測定の無かったα共鳴散乱のデータと、(α,p)反応断面積を解析することにより、11C(α,p)14N天体核反応の爆発温度領域での断面積が初めて直接測られた。また、残留核が第一励起状態にある反応断面積は、これまでの理論的予想に反して、一桁近く小さいことが判明した。これらの結果を踏まえて超新星初期におけるこの反応の役割の検討を進めている。(2)アクティブ標的型MSTPCの製作・テスト開発に成功した上記MSTPCを用いて、18Ne+α散乱、及び18Ne(α,p)21Na天体核反応の測定実験を行った。必要なデータの収集に成功し、現在データ解析を進めている。関連研究課題として、30S+α散乱の研究を同じくMSTPCを用いて行い、必要なデータの収集に成功した。このデータ解析も並行して進めている。平成23年度は当下記の3課題を実行した。以下、各成果について報告する。(1)^<22>Mg(α,p)^<25>A1天体核反応の直接測定。東日本大震災の影響を受け、マシンタイムが当初予定より遅れて、平成23年10月に実施した。東京大学のRIビーム装置CRIBで得られる^<22>Mgビームを標的兼検出器であるGEM-STPCに入射し、表記天体核反応事象を直接測定した。^<22>Mgビームの強度として、1.2x10^3 ppsが得られ、表記反応についての有意なデータが得られた。現在その解析を進めている。(2)^<22>Na(p,g),(α,p)天体核反応の研究。

平成24年2月に、CRIBから得られる純度の高い5x10^5ppsの^<22>NaRIビームを用いて表記実験を行った。この実験は、中国北京原子能研究所のグループとの共同であり、^<22>Na(p,γ)天体核反応の入口チャンネルである^<22>Na+pの共鳴探査を目指した。また、より高温の天体における核現象で重要となる天体核反応^<22>Na(α,p)^<25>Mgを調べた。この反応は、本研究課題であるαクラスター構造が重要な役割を果たす可能性が期待される。当反応は核ガンマ線観測原子核^<22>Naと直接関わるが、未だこれまで全く調べられていない反応である。現在、データ解析を進めている。重力崩壊型超新星爆発のメカニズム研究に重要な核ガンマ線観測核種^<44>Tiの消失過程として、当天体核反応研究実験を計画した。当実験に必要な^<44>TiのRIビームの生成テスト実験を^<40>Caビームを用いて行い、^<42>Ca一次ビームを使って必要な強度の^<44>Tiビームが作れる目途を立てた。(4)平成22年度までに実施した直接法による天体核反応実験(^<11>C+α、^<30>S+α、^<18>Ne+α)のデータ解析を進めた。
Adrenoleukodystrophyの病因、診断および治療に関する研究

1)ALDの早期診断を可能ならしめるために、実験例と本邦報告例の計31例について、初発症状および医療機関受診時の症状を検索した。2)本症の生化学的診断において、赤血球膜スフィンゴミエリン構成極長鎖脂肪酸の分析が患児の診断ばかりでなく、本症の保因者検索にも有用であることを明らかにした。3)本症の組織学的診断については、7例の患児よりの生検直腸粘膜の電子顕微鏡的検索において、本症に特徴とされるcytoplasmic lamellar inclusionを全例に認めた。以上の如く、生化学的および組織学的診断法を確立した。4)本症の治療に関しては、現在までの国内外の報告を検討し、食事療法の可能性を検討した。患児よりの培養皮膚線維芽細胞を用い、培養液に不飽和の長鎖および極長鎖脂肪酸(オレイン科[C_<18:1>]およびエルカ酸[C_<22:1>])を添加し、極長鎖飽和脂肪酸の含有量に及ぼす影響を検討した。オレイン酸を30μM以上添加した場合、C_<26:0>の含量は未添加の対照の63%以下と著明に減少した。この極長鎖飽和脂肪酸の減少は極長鎖不飽和脂肪酸の増加を伴っていた。エルカ酸においても同様な効果がみられたが、その効果は前者よりもより著明であった。5)この結果をもとに2名の患児にC_<26:0>の制限およびC_<18:1>とC_<22:1>の添加よりなる食事療法を施行中である。現在、明らかな症状の進行は認めていない。現在、ALDのみならZellweger症候群等のペルオキシゾーム病の新生児マススクリーニングの可能性を検討中である。Adrenoleukodystrophyは進行性の脳白質障害と副腎障害を特徴とする遺伝性疾患である.本症の本態はなお不明で,適切な治療法が確立されていないため,患児は不幸な転帰を迎えている.本研究はこの点を重視し,本症の本態解明・診断および治療法の確立を目的とした.患児の各組織に極長鎖脂肪酸(特にC_<26:0>)が蓄積していることに注目し,細胞内小器官の一つであるperoxisomeにおける極長鎖脂肪酸β-酸化能を検索した.先づ,基質となる^<14>C-C_<26:0>をKishimotoらの方法に従いC_<25:0>より合成した.この基質を用い患児および正常人よりの培養皮膚線維芽細胞におけるβ-酸化能を測定した.しかし,活性が極めて低いため,通常の培養で得られる細胞数にては信頼出来る結果が得られなかった.このため,測定対象を変更し,現在白血球における極長鎖脂肪酸β-酸化能を検索中である.本症の診断に関しては,先づ生化学的に赤血球膜スフィンゴミエリン構成脂肪酸をGC-MSを用い分析し, C_<24:0>とC_<26:0>の定量が患児の診断のみならず保因者の検出にも有用であることを明らかにした.次に生検直腸粘膜の電顕的検索により患児の組織球に本症の特徴とされるcytoplasmic lamellar inclusionを患児全例に認めた.これらの検索法を用いれば発症前の患児をも診断可能となった.さらに本症の初期病像を自験例を中心にまとめた.本症の治療に関しては,抗脂血症剤であるclofibrateがperoxisomeにおける脂肪酸β-酸化能を著しく高めることに注目し,これを臨床的および患児よりの培養皮膚線維芽細胞で試みたが,いずれにおいてもその効果を認めることが出来なかった.

現在,内在生の極長鎖飽和脂肪酸合成を抑制する目的で,長鎖および極長鎖不飽和脂肪酸添加の効果を患児よりの培養皮膚線維芽細胞を用いて検索中である.本症の生化学的および組織学的診断に関しては前年度までに確立し既に報告した。さらにALDのみならずZellweger症候群を含むペルオキシゾーム病の新生児マススクリーニングの可能性を検討し、一部臨床において実践中である。本年度は先づ早期診断を可能にすべく本症の病初期像を明らかにした。即ち、自験例および本邦報告例の計31例について初発症状および医療機関受診時の症状を明らかにした。本症の治療に関しては、患児の培養皮膚線維芽細胞においてmicrosomalfatty acid elongationが亢進していることに注目し、食事療法の可能性を検索した。即ち、患児よりの培養皮膚線維芽細胞を用い、培養液に長鎖および極長鎖不飽和脂肪酸を種々の濃度に添加し、極長鎖飽和脂肪酸の含量に及ぼす影響を検索した。オレイン酸(C_<18:1>)を30μM以上添加した場合、C_<26:0>の含量は未添加の対照の63%以下と著しく減少した。反面不飽和であるC_<26:1>の含量が著しく増加していた。エルカ酸(C_<22:1>)についても同様な結果が得られたが、前者に比べその効果はより著明であった。現在この実験結果をもとにし、C_<26:0>の制限およびC_<18:1>とC_<22:1>の添加よりなる食事療法を患児2例に施行し経過観察を行っている。現在のところ臨床症状の改善はみられないが、明らかな病状の進行は認めていない。本症の病因に関しては^<14>Cでラベルした^<14>C-C_<26:0>を作成し、ペルオキシゾームにおけるβ-酸化系の障害部位を検索中であったが、外国においてacyl CoA synthaseの異常が明らかにされたため検索を一時中断し、現在治療法に全力を注いでいる。
麻酔作用における脂質仮説の検証

麻酔薬の作用機序の仮説の一つである脂質仮説の検証に挑んだ。測定が困難な側方圧の代わりに膜張力を用い、張力を変化させることによってイオンチャネルの活性が変化するか定量的測定を目的とした。当初リポソームパッチ法による測定を予定していたが、膜面積の変化をとらえることができず膜張力の計測は困難と判断した。次に脂質バブル法を用いることとした。本方法の習熟およびイオンチャネル電流計測までは可能となったが、この方法も形成される脂質二重膜の膜面積および膜を形成する脂質分子数を一定に保つことができず、正しい膜張力を測定することができず、イオンチャネル電流変化の定量的測定までは到達することができなかった。本実験の目的は、麻酔薬のメカニズムとして提唱されている脂質膜の脂質仮説を検証することである。膜の側方圧を変化させた時に、イオンチャネルのゲーティングがどのように変化するのかを定量的に測定することである。側方圧を直接測定することはできないため、膜にかかる張力を代用することとした。リポソームパッチ法では、微小ガラス管を用いて行うため先端が非常に細くなる。顕微鏡でガラス管内を確認しようとしたが、管内に張られた脂質膜の変化を確認することができなかった。膜の側方圧の代用として膜張力を使用する計画だったが、膜の変化を確認することができなければ定量化ができないこととなる。そこで、最近開発された脂質バブル法を用いることとした。二本のガラス管先端に脂質バブルを形成し、そのバブル同士を接着させることで脂質二重膜を形成する。リポソームパッチ法のようなガラス管内にできる二重膜と比較して、ガラス管先端に形成されるバブル同士からできあがる二重膜は面積が広く、顕微鏡での観察が容易となった。バブルの直径を測定することで、形成される二重膜の曲率を求めることができるが、二つのバブルの直径をどのように変えても算出される曲率はほとんど変わらなかった。これは、膜張力を有意に変化させることはできないことを意味する。本実験の目的は、麻酔薬のメカニズムとして提唱されている脂質仮説(麻酔薬が細胞内に溶け込み、膜の側方圧を変化させることによりイオンチャネルに影響を与えているという説)を検証することである。当初はリポソームパッチ法を使用して膜張力を測定する計画であったが、形成された脂質二重膜が非常に微細であり二重膜の形状変化を確認することができなかった。そこで、より大きな膜で形状変化を捉えることができる脂質バブル法を用いることとした。これは二つのガラス管先端に形成された脂質バブル(脂質一重膜)を接着させることにより二重膜を形成させる方法である。バブルの直径から二重膜の曲率を算出することを考えたが、実験範囲内で有意な曲率変化を達成することができなかった。これは膜の張力の変化を定量的に数値として捉えることが困難であることを示唆する。そこで、薬剤が確実に脂質二重膜に入り込み、水溶液側からではなく、確実に脂質のある側方からイオンチャネルに影響を与えることができる方法を模索した。脂質バブル法は、有機溶媒中に脂質一重膜によって区画された水溶液を含んだバブルを形成させることによって行う方法である。このため、脂質溶媒中に薬剤(脂溶性に限る)を還流させることで、水溶液を介さずに直接脂質二重膜に薬剤を組み込ませることができると考えられる。これまで、所属研究室ではバブル内の水溶液を還流する方法がほぼ確立されつつあり、同様の方法で上記実験を行うことができるのではないかと期待している。バブル内にイオンチャネルを組み込み、電流計測ができるレベルまで技術習得することができた。脂質バブル法で、安定的なバブル形成を達成できるようになるまで比較的時間がかかってしまった。脂質のみからなるバブルは比較的安定であるが、そこにタンパク質であるイオンチャネルを組み込むことは、脂質から見るとゴミのようなものであるため、膜の安定性が悪くなる。容易にバブルが壊れないレベルの脂質とチャネルの適切な比率を見つけ出し、電流計測に耐えられる状態にするのに難渋した。麻酔薬は医療で日常的に使用され私達はその恩恵を十分受けている。しかし、その作用機序はまだ十分に解明されていないのが現状である。数ある麻酔薬の中で、吸入麻酔薬はその作用機序として薬が細胞膜に溶け込み、膜の側方圧を変化させることによってイオンチャネルのゲート開閉に影響を与えているとする脂質仮説が有力視されているが、これまでに確認する方法がない状態だった。本実験の目的は、この脂質仮説を検証することであった。当初予定していたリポソームパッチ法による膜張力の測定は困難であったため、所属研究室で確立された脂質バブル法を使用して実験することとした。この方法は、オイル内で脂質懸濁液から脂質一重膜からなるバブルを作成し、向かい合う二つのバブルを接触させ二重膜を形成させる方法(二つのシャボン玉を接触させるように)である。利点として、バブルの大きさを自由に設定できることであり、これを利用して形成されたバブルの曲率半径から張力を求めようと計画した。ところが、この方法は時間が経つにつれてバブル内の脂質二重膜に脂質懸濁液由来の脂質が次々に組み込まれてしまうということがあきらかとなった。そのため、一定の分子からなる脂質平面ではなく、分子数が増えることで脂質面積が大きくなってしまう。求めた曲率から算出される張力は正しい値ではないことが明らかとなった。

そこで、膜の組成を変えることによって膜張力がどのように代わるのかどうか検証し、測定方法を確立することができた。麻酔薬の作用機序の仮説の一つである脂質仮説の検証に挑んだ。測定が困難な側方圧の代わりに膜張力を用い、張力を変化させることによってイオンチャネルの活性が変化するか定量的測定を目的とした。当初リポソームパッチ法による測定を予定していたが、膜面積の変化をとらえることができず膜張力の計測は困難と判断した。次に脂質バブル法を用いることとした。本方法の習熟およびイオンチャネル電流計測までは可能となったが、この方法も形成される脂質二重膜の膜面積および膜を形成する脂質分子数を一定に保つことができず、正しい膜張力を測定することができず、イオンチャネル電流変化の定量的測定までは到達することができなかった。当初、リポソームパッチ法を用いる予定であったが、膜の張力変化を膜の曲率から求める際に、顕微鏡を用いてもあまりにも微小であるため、ほとんど計測できなかった。そのため、リポソームパッチ法に代わる方法を新たに用いる必要があった。実験システムを構築し、バブル形成に習熟する必要があった。バブルは、直径は非常に計測しやすくなったが、大きい分だけ非常に安定性が弱く、簡単に壊れてしまう。長時間の電流計測に耐えられるようなバブル形成ができるようにする。その上で、脂質溶媒に薬剤を還流し、電流の変化を観測していく。薬剤投与の前後でどのようにイオンチャネルのゲーティングが変化していくのか測定する。麻酔科学形成されたバブル内にイオンチャネルを組み込み、安定した電流計測ができるようにする。バブル同士で形成される脂質二重膜では曲率はほとんど変化させることができないため、曲率を変化させることのできる生体物質を脂質に混合させ、曲率を容易に変化させる。その元で、さまざまな曲率のもとでのイオンチャネルの電流を計測し、ゲーティングを定量測定する。購入予定であった物品は、所属研究室の他の研究者が購入したため、購入する必要がなくなった。当初、リポソームパッチ法を用いて、形成される脂質二重膜に圧制御を加えて膜の曲率を変化させる予定だった。しかし、種々の理由により本方法が計測に非常に困難であることがわかり、別の方法を用いる必要があった。この方法に習熟する必要があったため、圧制御装置を使用して計測するまで進展しなかった。電圧をかけても安定な電流計測ができるためには、純度の高い脂質二重膜を形成する必要がある。ゴミの少ない脂質水溶液を作成するため、高スペックな遠心分離機が必要となる。このために費用を使用する予定である。脂質バブル法を用いるが、この実験システムに圧制御装置を組み込めるようにシステムを改良する。組み込みができ、安定した電流計測ができることを目標とする。この目標達成のため、次年度使用訳は、圧クランプ装置などに使用する。
ヘリウム液面上に形成される低次元電子系の励起状態の研究

液面上の低次元空間に一電子を閉じこめるとエネルギーが離散化する。その基底状態と励起状態の2準位を量子ビットとして利用して量子コンピューターを実現する提案がなされた。本研究では量子ビットの実現に向けて、離散化している垂直方向の束縛電子状態をミリ波を用いて制御し、単電子トランジスターを用いて状態を読み出すことを基本構造として、開発を進めている。液体ヘリウム上の単電子を量子ビットとして読み出すための単電子トランジスタを開発し、上記の実験と合わせて量子計算への応用の道を模索する予定である。電子に状態間のエネルギー差に相当する周波数のミリ波(130GHz)を照射すると状態間の遷移が起こる。現在までに、ミリ波のソースと低温域まで導入可能な誘電体導波路を組み合わせ、1.4Kにおいてミリ波の照射テストを行った。ミリ波検知器であるInSbボロメーターを同じ1.4Kに設置し、両者とも動作することを確認した。外界から系をできるだけ孤立させ、十分長いコヒーレンス時間(=情報を保持できる時間)が期待される10mK以下の極低温域に設置する必要があるため、希釈冷凍機を用いて超低温10mK以下で表面電子系を形成して実験を行った。測定セルを10mK程度の極低温まで冷却し、2次元電子系の作成に成功し、移動度の測定を行うことができた。2次元電子のマイクロ波吸収の実験では、遷移周波数から2次元電子の押さえつけ電場依存性、線幅から緩和に関する情報がそれぞれ期待できる。現在マイクロ波吸収信号を探索中で、ディテクタの種類をいくつか試し、より最適な観測システムを目指しさらなる改良を加えている。液面上の低次元空間に-電子を閉じこめるとエネルギーが離散化する。現在、ミリ波のソースと低温域まで導入可能な誘電体導波路を組み合わせ、1.4Kにおいてミリ波の照射テストを行った。外界から系をできるだけ孤立させ、十分長いコヒーレンス時間(=情報を保持できる時間)が期待される10mK以下の極低温域に設置する必要があるため、現在希釈冷凍機を用いて超低温10mK以下で表面電子系を形成して実験を行う準備をしている。量子ビットの読み出しには、ヘリウムの下に単電子トランジスターを設置する。基底状態の電子は液面から10nmの高さにあり、励起状態にある電子は液面から45nmの距離にある。近傍の電荷の変化に非常に敏感な単電子トランジスターを、電子状態のセンサーとして利用できると期待され、準備を進めている。