hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
胚由来の胚着床誘導因子（胚シグナル）の同定と臨床応用への試み

本研究従事者らはこれまで母体の免疫細胞が胚からのシグナルを受けて機能を変化させ、黄体と子宮内膜の分化を促進して胚の着床を誘導することを見出してきた。本研究では胚のシグナルとして透明帯およびHCGホルモンの糖鎖構造が重要であることを提言し、さらにヒト絨毛細胞が特異的に産生するlaeverinが新しい胚シグナルである可能性を示した。これらの成果は新しい視点からの着床不全に対する治療法の開発に貢献することが期待される。本研究従事者らはこれまで母体の免疫細胞が胚からのシグナルを受けて機能を変化させ、黄体と子宮内膜の分化を促進して胚の着床を誘導することを見出し、着床不全患者に対する自己免疫細胞を用いた治療法を開発してきた。また胚のシグナルとして透明帯およびHCGホルモンの糖鎖構造が重要であることを提言し、さらにヒト絨毛細胞が特異的に産生する細胞膜糖蛋白分子(laeverinと命名)を発見してこの分子が新しい胚シグナルである可能性を示してきた。このような背景で、本研究では免疫系に情報伝達する胚シグナルとしてこれまで着目してきた透明帯、HCGおよびlaeverinにさらに焦点をあて、免疫細胞へのシグナルのkeyとなる糖鎖を含む分子構造を同定するとともに、それらの免疫系細胞に対する機能を解析し、自己免疫細胞療法の改善のみならず、新しい視点から着床不全に対する治療法を開発すること、さらに胚による免疫寛容誘導機構を臓器移植学などの他科領域にも応用することを目指している。今年度の成果としてはlaeverinが胎児の幹細胞に発現していること、さらにrecombinant-laeverinによってdendritic cellが活性化されること、また絨毛の器官培養中に分泌型のlaeverinが存在することが明らかとなった。本研究により免疫系に情報伝達する胚シグナルとしてこれまで着目してきた透明帯およびHCGのkeyとなる糖鎖を含む分子構造について解析をすすめた結果、マンノースで抑制される分子構造が重要である可能性が示された。一方で、recombinant-laeverinによってdendritic cellが活性化されること、また絨毛の器官培養中に分泌型のlaeverinが存在することが明らかとなり、laeverinが胚による免疫寛容誘導機構に関与する液生因子である可能性が示唆された。これらの成果は本研究の計画に沿った遂行を推進する知見と評価できる。このような背景で、本研究では免疫系に情報伝達する胚シグナルとしてこれまで着目してきた透明帯、HCGおよびlaeverinにさらに焦点をあて、免疫細胞へのシグナルのkeyとなる糖鎖を含む分子構造を同定するとともに、それらの免疫系細胞に対する機能を解析し、自己免疫細胞療法の改善のみならず、新しい視点から着床不全に対する治療法を開発すること、さらに胚による免疫寛容誘導機構を臓器移植学などの他科領域にも応用することを目指して本研究を計画した。その結果、免疫系に情報伝達する胚シグナルとして透明帯およびHCGのkeyとなる糖鎖を含む分子構造がマンノースで抑制される分子である可能性が示された。平成26年度では免疫系に情報伝達する胚シグナルとしてこれまで着目してきた透明帯およびHCGのkeyとなる糖鎖を含む分子構造について解析をすすめた結果、マンノースで抑制される分子構造が重要である可能性が示された。

一方で、recombinant-laeverinによってdendritic cellが活性化されること、また絨毛の器官培養中に分泌型のlaeverinが存在することが明らかとなり、laeverinが胚による免疫寛容誘導機構に関与する液生因子である可能性が示唆された。これらの成果は本研究の計画に沿った遂行を推進する知見と評価できる。最終年度である本年度は、さらに透明帯およびHCGの糖鎖の免疫細胞に対する作用を明らかにし、laeverinの免疫細胞への作用および血液幹細胞に対する役割を明らかにし、さらに卵管・子宮底部から傍大動脈リンパ節への免疫シグナル伝達様式を明らかにすることを目指す。また同時に免疫細胞へのシグナルとなる透明帯およびHCGの糖鎖構造を同定し、mimicする合成ペプチドをスクリーニングし、着床不全の治療法および臓器移植での免疫寛容誘導法の開発などの臨床への応用を提言する。28年度が最終年度であるため、記入しない。産婦人科学平成27年以降は、さらに透明帯およびHCGの糖鎖の免疫細胞に対する作用を明らかにし、laeverinの免疫細胞への作用および血液幹細胞に対する役割を明らかにし、さらに卵管・子宮底部から傍大動脈リンパ節への免疫シグナル伝達様式を明らかにすることを目指す。免疫細胞へのシグナルのkeyとなる糖鎖を含む分子構造を同定するため、糖鎖構造解析に予算を組んでいたが、糖鎖を含む分子構造に対する単クローン抗体作成が予定より遅れたため次年度に繰り越すこととなった。免疫細胞へのシグナルのkeyとなる糖鎖を含む分子構造を同定するため、糖鎖構造解析に平成26年度に予算を組んでいたが、糖鎖を含む分子構造に対する単クローン抗体作成が予定より遅れたため次年度に繰り越すこととなった。平成28年度内に糖鎖を含む分子構造に対する単クローン抗体の作成を実現してこれらの抗体を用いてHCGの分解産物を精製し、その分画の糖鎖構造解析に繰り越した額を使用する予定である。平成27年度内に糖鎖を含む分子構造に対する単クローン抗体の作成を実現してこれらの抗体を用いてHCGの分解産物を精製し、その分画の糖鎖構造解析に繰り越した額を使用する予定である。
消化器癌におけるProtease activated receptorの役割解析

1.PAR1:前年より症例を増し大腸癌87例においてRT-PCR法により検討した。24.1%に癌部での発現亢進を認めた。DukesA/BよりC/D例の方が発現が有意に多く、リンパ節転移や肝転移は有意に相関したが、他の因子とは有意な相関を認めなかった。更に切除肝転移巣5病変は全て発現していた。予後との関連は認めなかった。以上より大腸癌の転移、特に肝転移に関与していると示唆された。胃癌でも検討したが進展との関連は認めなかった。大腸癌細胞株6株は全てに発現を認めたため、メカニズムを調べるのに減弱株に発現導入したが評価が難しく、発現抑制を行いさらに検討を進めている。2.PAR2:前年よりさらに検討を進め胃癌187例に対して免疫染色にてPAR2発現を検討した。細胞膜および細胞質に発現を認め、42.1%において陽性を示し、一部の症例では先進部に特に強い発現を認めた。病期、分化度、肉眼型には相関を認めないが、脈管侵襲や肝転移と有意に相関した。また陽性例は予後不良であった。次にトリプシンの発現を検討すると、両者の発現は有意に相関しており、発現部位もほぼ一致していた。以上よりトリプシンとともに胃癌の進展に関わっている可能性が示唆され、また作用メカニズムもオートクラインによると思われた。3.PAR3,4:PAR3,4の発現を胃癌及び大腸癌細胞株を用いて検討した。PAR3は9株/13株に発現を認め、PAR4は全体に弱発現であった。大腸癌切除例における検討も行ったが臨床病理学的因子との相関は認めなかった。以上より大腸癌においてはPAR1が、胃癌においてはPAR2がその進展に関与している可能性が示唆された。PAR3,4は癌の進展への関与はないものと思われた。Protease activated receptor(PAR)はproteaseによって活性化されるG蛋白結合受容体として見出され,4種が同定されている.最近乳癌培養細胞においてPAR1が転移や浸潤に関与すると報告され,PAR familyが癌の進展にも大きな役割を果たしている可能性があると考え,まず胃癌・大腸癌におけるPAR familyの発現の検討を行った.PAR1発現をRT-PCRにより検討した.大腸癌切除症例71例において20例(28.2%)に癌部での発現亢進を認め,陽性とした.病期,漿膜浸潤,組織型,脈管侵襲,腹膜転移とは有意な相関は認めなかった.リンパ節転移陽性例にPAR1陽性例が多い傾向を認めた(p=0.051).また肝転移陽性例にPAR1陽性例が有意に多かった.更に,検討可能であった肝転移巣5病変は全てPAR1を発現していた.予後との関連は認めなかった.以上よりPAR1は大腸癌の転移,特に肝転移に関与している可能性があると考えられた.胃癌症例にも同様の検討を行ったが,臨床病理学的因子との相関は認めなかった.次に進行胃癌115症例に対して免疫染色にてRAR2発現を検討した.癌細胞の細胞膜および細胞質に発現を認め,40例(34.8%)において陽性を示した.一部の症例では先進部に特に強い発現を認めた.病期,分化度,肉眼型に相関を認めなかった.PAR2陽性例において脈管侵襲陽性例が多い傾向が認められた.肝転移,腹膜播種には関連を認めず,リンパ節転移は陽性例に多い傾向がみられた.予後については陽性例の方が生存率は低いものの有意差は認めなかった.PAR2は胃癌の進展に関わっている可能性が示唆された.また胃癌・大腸癌培養細胞株でPAR1,2の発現を多数に認めるため,今後蛋白発現の制御によって浸潤・転移・増殖能に及ぼす影響を検討していきたい.1.PAR1:前年より症例を増し大腸癌87例においてRT-PCR法により検討した。
低温核偏極からのα、β崩壊に於ける核変形効果の研究

この研究の目的は低温核偏極で原子核スピンを偏極させて,偏極核からのα、β線の角分布の測定実験を行い,原子核のクーロンポテンシャルの影響をみるものである。Si検出器の分解能を上げるため3He/4He希釈冷凍機の底の部分の改造設計を行った。0.7Kのシールド部分に設置されたSi検出器からのリード線は希釈冷凍機の下部から室温の外部に出る構造にした。しかし希釈冷凍機とプリアンプのシールドのやり方でノイズが変化して,分解能の飛躍的向上は得られなかった。そこで希釈冷凍機の上部から信号を取り出す方法で実験を行うことにした。オーストラリアのグループと95ZrNiの核整列の実験を行い,ベータ線検出でその異方性を測定したが,2%程度であった。また59FeNiのベータ線をSi検出器で検出して,約7mKの温度で偏極させ,NMR-ON共鳴の実験で,ニッケル中の鉄の内部磁場を-28.33(3)Tと決定し,緩和時間は外部磁場0.1Tで30(25)sと決定した。この内部磁場はこれまでメッスバウアー法を用いて報告されていた値,-28.3(3)Tと一致して,精度は1桁向上した。つぎに241Amの線源製作を試みた。はじめにガラスのプレパートの上に5kBqほど蒸発乾固したものをSi検出器で測定したところ5.485MeVのα線に対して分解能は33keVであった。純鉄に熱拡散させるため,241Amを5kBqほど蒸発乾固させたものを水素雰囲気中800度で約5分間,熱拡散させた。しかしながら熱拡散する前後でのα線のスペクトルはまったく変化がなく,拡散は起きなかったと思われる。このときの5.485MeVのα線に対して分解能は130keVであった。これは鉄が塩酸で溶けたことによるものと思われる。分解能をあげるためには241Amを加速させて,一様に埋め込むことが必要であることが判明した。この研究は低温核偏極で原子核スピンを偏極させてα、β線の角分布の測定実験を行い,原子核の変形ポテンシャルの影響を測定するものである。本年度は初年度であり,検出器の性能検査と核スピンを偏極させるための^3He/^4He希釈冷凍機の改造を行った。α、β線測定用の浜松ホトニックス製のSi-PINダイオードが0.7Kの低温で作動するかどうかテストをする目的と^<95>Zrのニッケル中の内部磁場の測定のため,オーストラリア,New South Wales大学のグループと共同研究を行った。その結果,接着剤を用いていないSi-PINダイオードは0.7Kの低温でも十分作動することが検証できた。^<95>Zrのβ線の異方性は温度約10mKで1-2%であった。^<95>Zrはベータ崩壊して^<95>Nbになりまたβ崩壊して^<95>Moになる。そのためエネルギーの低い部分はこの両方のβ線の影響で異方性が小さくなった可能性がある。予想される^<95>Zrと^<95>Nbのニッケル中の共鳴領域,14MHzと40MHz領域をそれぞれサーチしてみたが共鳴は見出されなかった。

New South Wales大学の実験でもSi検出器とプリアンプの距離が1m以上あり,途中の拾うノイズ減らしのシールド対策に苦労した。これらの問題を解決するにはSi検出器とプリアンプの距離を出来るだけ短くする必要がある。そのため新潟大の^3He/^4He希釈冷凍機の底の部分の改造設計を行った。0.7Kのシールド部分に設置されたSi検出器からのリード線は,真空層を経由して液体ヘリウム層へ入り,そこを出て,真空層に入り,液体窒素の温度アンカーを経由して室温の外部に出る構造にした。この結果Si検出器とプリアンプの距離が10cm以内に収まるようになる。現在組み立て中である。この研究の目的は低温核偏極で原子核スピンを偏極させて,偏極核からのα、β線の角分布の測定実験を行い,原子核の変形によるクーロンポテンシャルの影響を測定するものである。本年度は2年度である。新潟大の^3He/^4He希釈冷凍機の底の部分の改造では,実際のSi検出器から外部のプリアンプのリード線を繋ぐハーメチックシールの設置を行った。ハーメチックシールは極低温にも使えるものとしてSUHNER社のものを用いた。Si検出器は浜松ホトニックス製のSi-PINダイオード以外に,キャンベラ製のPIPS検出器のテストを行い,^<24l>Amの5.486-MeVのα線を測定した。線源が古いせいで線幅が1MeVほどであったが,波形のS/N比から分解能は25-keV程度であることを確認した。Si検出器の時間分解能を見るため,^<24l>Amのα線崩壊先の^<237>Npの60-keV準位の半減期の測定を,このSiとNaI検出器を用いて行い,αγ(t)の同時係数法でT_<1/2>=67.8±3.4nsを得た。線源の強度が強くS/Nが悪かったが,この値はこれまでの報告されているものと良い一致をみた。1MBqの^<241>Amの塩酸溶液を購入した。これを用いて,電着で新しい線源を作る予定である。さらに鉄箔に^<241>Amを電着させ,温度で拡散させて低温核偏極用の試料を製作する予定である。^<241>Amの塩酸溶液にはキャリアーとしてEuが入っているが,これは拡散速度の違いで希薄にさせることが出来るか,あるいはイオン交換でキャリアフリーにするか検討中である。また,通常の鉄では^<58>Feのabundanceは0.28%であるが,これを92%に濃縮したものを購入,これを用いて鉄中及びニッケル中の^<59>Fe低温核偏極の実験を行う予定である。この研究の目的は低温核偏極で原子核スピンを偏極させて,偏極核からのα、β線の角分布の測定実験を行い,原子核のクーロンポテンシャルの影響をみるものである。Si検出器の分解能を上げるため^3He/^4He希釈冷凍機の底の部分の改造設計を行った。0.7Kのシールド部分に設置されたSi検出器からのリード線は希釈冷凍機の下部から室温の外部に出る構造にした。しかし希釈冷凍機とプリアンプのシールドのやり方でノイズが変化して,分解能の飛躍的向上は得られなかった。そこで希釈冷凍機の上部から信号を取り出す方法で実験を行うことにした。また^<59>FeNiのベータ線をSi検出器で検出して,約7mKの温度で偏極させ,NMR-ON共鳴の実験で,ニッケル中の鉄の内部磁場を-28.33(3)Tと決定し,緩和時間は外部磁場0.1Tで30(25)sと決定した。この内部磁場は今までメッスバウアー法を用いて報告されていた値,-28.3(3)Tと一致して,精度は1桁向上した。つぎに^<241>Amの線源製作を試みた。^<241>Amの塩酸溶液にはキャリアーとしてEuがわずかに入っている。
外部共振器付き半導体レーザーの直接周波数変調の高効率化

外部共振器付き半導体レーザ(LD)の駆動電流変調と同時に,外部共振器を構成する外部鏡からの戻り光の位相を,同一の信号源からの信号で同期してFM変調することにより, FM雑音を低減したままFM変調効率を著しく改善できることを理論と実験で確認した.(1)「110kHz正弦波同期FM変調実験」戻り光の自動位相制御(APC)を行わない場合には,フィードバックパラメータξが5程度以下の場合に, ξ≒1付近を除いて, FM雑音は単独LDの値の約1/(1+ξ)^2倍に低下し, ξ=5の時, 1/27に低下した.一方,同期FM変調時の変調効率は,外部共振器長L(≒18cm)の変調振幅ΔL_mの増加と共に単調に増加し, ΔLm=(λ/2)(Δf_m/f_<6x>)のときに,従来の直接FM変調効率の(1+ξ)倍,すなわち,単独LDの変調効率1.6GHz/mAに回復した.さらに, ΔL_mを増加するとFM変調効率は増加し,単独LDの値の約8倍の13GHz/mAが得られた.ここに, λは光波の波長, Δf_mは正弦波電流変調した単独LDの最大周波数偏移, f_<6x>は外部共振器周波数である.なお, APCを併用した場合の同期FM変調実験では, ξの上限は0.8であり,戻り光がない場合に比べて, FM雑音の低減は2.4dB, FM変調効率は5倍の7.9GHz/mAであった. APCを40分間併用することによって,戻り光位相変動を約1/20の14度以内に抑圧した結果, FM信号波振幅変化を0.2dB以内に, FM雑音の変化0.8dB以内に安定化できることを確認できた.(2)「11MHz正弦波同期FM変調実験」ξ=1.22.5の場合に,リチウムニオベート光位相変調器を用いて戻り光の位相変調を行い,変調効率とFM雑音が上述の理論に従って同様に改善されることを確認した.なお, APCの位相誤差信号レベルが小さくて, APCを併用した変調実験は行えなかった.外部共振器付き半導体レーザ(LD)の駆動電流変調と同時に,外部共振器を構成する外部鏡からの戻り光の位相を,同一の信号源からの信号で同期してFM変調することにより, FM雑音を低減したままFM変調効率を著しく改善できることを理論と実験で確認した.(1)「110kHz正弦波同期FM変調実験」戻り光の自動位相制御(APC)を行わない場合には,フィードバックパラメータξが5程度以下の場合に, ξ≒1付近を除いて, FM雑音は単独LDの値の約1/(1+ξ)^2倍に低下し, ξ=5の時, 1/27に低下した.一方,同期FM変調時の変調効率は,外部共振器長L(≒18cm)の変調振幅ΔL_mの増加と共に単調に増加し, ΔLm=(λ/2)(Δf_m/f_<6x>)のときに,従来の直接FM変調効率の(1+ξ)倍,すなわち,単独LDの変調効率1.6GHz/mAに回復した.さらに, ΔL_mを増加するとFM変調効率は増加し,単独LDの値の約8倍の13GHz/mAが得られた.ここに, λは光波の波長, Δf_mは正弦波電流変調した単独LDの最大周波数偏移, f_<6x>は外部共振器周波数である.なお, APCを併用した場合の同期FM変調実験では, ξの上限は0.8であり,戻り光がない場合に比べて, FM雑音の低減は2.4dB, FM変調効率は5倍の7.9GHz/mAであった. APCを40分間併用することによって,戻り光位相変動を約1/20の14度以内に抑圧した結果, FM信号波振幅変化を0.2dB以内に, FM雑音の変化0.8dB以内に安定化できることを確認できた.(2)「11MHz正弦波同期FM変調実験」ξ=1.22.5の場合に,リチウムニオベート光位相変調器を用いて戻り光の位相変調を行い,変調効率とFM雑音が上述の理論に従って同様に改善されることを確認した.なお, APCの位相誤差信号レベルが小さくて, APCを併用した変調実験は行えなかった.外部鏡付半導体レーザの中心周波数foをバイアス電流で変調する郡(fm=140KHz)と同時に、戻り光の一往復時間τを同じ周波数で同時変調することによって、瞬時ごとの戻り光とレーザー出射光の位相の最適条件を満足させ、FM変調効率の改善とFM雑音の低減が同時に可能であることを実験的に確認した。1.fo、τの同時変調によるFM変調効率の改善・(1)フリーラン半導体レーザー(GaAlAs,λ=780nm)のFM変調率は1.93GHz/mAであった。フィードバックパラメータξ=0.85の場合にFM雑音が最少になるように戻り光位相を調節すると、従来法によるFM変調効率は52%に低下した。この値は理論値1/(1+ξ)=54%に良く一致した。(2)つぎに、fo,τを同時変調するとFM変調効率は、フリーランの場合の値の65%に回復した。すなわち、変調効率は1.25倍に改善された。

(3)同様に、ξ=0.73の場合にfoとτを同時変調することで、FM変調効率は1.23倍に改善された。この改善度は予想の約4070%である。2.fo,τ同時変調によるFM雑音について(1)I=1.2Ithでのフリーラン半導体レーザのFM雑音電力密度は白色部分で7.5×【10^6】【Hz^2】/Hzであった。(2)ξ=0.85の場合、最適位相の戻り光を与えたときFM雑音は4.3dB低下し、fo,τを同時変調することで、0.8dB増加し、差し引き3.5dBFM雑音を低減できた。(3)同様に、ξ=0.72.4の場合に、fo,τを同時変調した場合、FM雑音の低減はフリーランの場合の値に比べて35dBであった。3.昭和62年度の計画:新変調法によるFM変調波の長期安定性とFM雑音低減と変調効率改善の実験的限界を確認し、変調周波数100MHzで同様な実験を行い原理を確認する。
胎児免疫寛容における胎児抗原特異的ＣＴＬの挙動と胎盤のバリア機構の解明

本研究では、胎児抗原特異的CTLと免疫寛容について詳細な解析を行った。我々は、胎盤組織に高発現している抑制性共刺激分子であるB7-H1 (PD-L1)に着目した。この分子はCTL上の表面レセプターPD-1を介してCTLを制御しうると考えられている。本研究では刺激シグナルである41-BBと共にこのPD-L1-PD-1系のブロッキングを行ったが、胎児抗原特異的CTLの誘導はなされたものの流産には至らなかった。このPD-L1は胎盤組織だけでなく樹状細胞やマクロファージに、またPD-1はNK細胞にも発現していることに着目したところ、これらレセプターの制御を介した新たな流産メカニズムの存在を見いだした。通常の妊娠においては、胎児抗原に対する母体細胞傷害性T細胞:CTLが誘導されない事が今までの実験により示された。しかし、補助シグナルによる刺激:4-1BB抗体と抑制性のシグナル伝達分子であるB7-H1の抗体を投与すると、CTLが誘導されうる事が示された。しかしながら、その誘導率が一定していないため、何らかの他の因子が関与する事が予想される。胎盤には、CTLの誘導に重要な樹上細胞の存在していることから、この細胞群がCTLの誘導を制御していると考えられる。そこで、胎盤の樹上細胞とCTLとのシグナル伝達に関して調べていく。しかしながら、その誘導率が一定していないため、何らかの他の因子が関与する事が予想されている。現在、安定的なCTLの誘導を導くようなモデルの確立の為に、条件設定を行っているところである。我々は胎盤上に強く発現しているPD-L1分子について実験を進めてきた。その中で抗PD-L1分子抗体の投与ではマウス流産率を変化させない一方、in vivo CTL assayによる実験では抗PD-L1/抗4-1BB(補助刺激シグナル)抗体投与ではCTL活性の増強が認められた。抗体投与経路(皮内、膣内、腹腔内投与)による有為な差も認められなかった。このように、CTL活性と実際の流産率の変化には乖離があり、妊娠の維持には単にCTL活性の制御だけでは説明がつかない。そこで我々は、PD-L1分子を有するその他の細胞群について着目した。PD-L1は過度の炎症抑制機能を有し抗原提示細胞にも発現する。これまでCTL活性を中心に妊娠維持の役割について検討して来たが、この抗原提示細胞上のPD-L1分子の妊娠に対する影響を検討した。特に妊娠維持と深い関わりがある、Th1指向性のDEC-205陽性樹状細胞に着目した。これは表面CD1d分子から糖脂質を、同じく自然免疫系のNKT細胞に抗原提示しうる細胞群である。C57B/6マウスの骨髄細胞から樹状細胞を誘導時、NKT細胞を活性化するα-GalCer(α-Galactosyl Ceramide)を添加すると、DEC-205陽性樹状細胞上のPD-L1分子の表出が増強され、さらにこの樹状細胞をC57B/6 x C57B/6系妊娠7.5日マウスに養子免疫すると、50%以上の高い流産率を示すことが認められた。PD-L1が妊娠の維持にprotectiveに関わるのであれば、上記の結果(PD-L1発現が高い樹状細胞が流産を引き起こす)と矛盾する。PD-L1は妊娠維持に主体的な役割は担っていないが、反して流産を引き起こすような上記の系においては、いわゆる「ブレーキ」的な役割を担おうとしているのではないかと考えている。現在同種異型妊娠マウスにも実験を試みている。産婦人科学研究に対するエフォート30%が維持できず、実験が予定より遅れている。当初、確実と思われていた実験条件の一部が、不安定であったため、現在、安定的な結果のでる実験モデルを作製中である。薬品を保存していた冷蔵庫の故障により、多くの薬品が使用不可となった事が、実験を遅らせた。研究に対するエフォート30%が維持できず、実験が予定より遅れている。当初、確実と思われていた実験条件の一部が、不安定なため、現在、安定的な結果のでる実験モデルを作製中である。今後、計画を修正して実験を進めていく。新しい研究分担者として根岸靖幸氏を迎え入れ、精力的に研究を薦めていきたい。マウスの流産モデルにおける抗体投与研究を中心として行っていく。現在のデータの再現性を確認していく。思うように実験が進められず、消耗品を購入することができず残高が生じた。

平成25年度にできなかった実験を追加で行い、消耗品の購入に充てる予定である。主に、動物購入;管理費用、そして消耗品を購入する予定
抗酸化タンパク質の糖化が引き起こす活性酸素の上昇は、NASH発症の原因となるか？

非アルコール性脂肪肝炎(NASH)は、食生活と密接な関わりのある生活習慣病の一つであるが肝癌といった深刻な疾患に進展するリスクが高い。しかし、NASH発症・進展に対する治療法は明確に確立されておらず、疾患メカニズムの解明は喫緊の課題である。研究代表者らは、細胞内のタンパク質が糖代謝中間体のグリセルアルデヒドと非酵素的に反応して毒性終末糖化産物(toxic advanced glycation end-products, TAGE)を生成することと、NASH発症・進展が関連することを見いたし、新規のNASH発症メカニズムを提唱している。本研究ではTAGEに加え、疾患部位において観察される酸化ストレス損傷に注目し、抗酸化タンパク質がTAGE化されて不活性化することにより活性酸素を消去できずに、疾患に進展するとの仮説の元、細胞内抗酸化タンパク質とTAGE化についての詳細な解析を行っている。平成30年度はTAGEと活性酸素種(ROS)産生の関係について解析を進めた。肝実質細胞内にTAGE蓄積が引き起こされるin vitroでの解析系を用いた。肝実質株化細胞HepG2にTAGE前駆体のグリセルアルデヒド(GA)処理を行った結果引き起こされる細胞死は、抗酸化物質で抑制されるもののその抑制効果は限定的であった。一方、GAとROS産生物質との併用では著しい細胞死の増加が見られた。これらの結果から、細胞内TAGEタンパク質の蓄積のみでは産生されるROSとその細胞障害の度合いは低いものの、外部からのROS暴露など一時的なROS障害に対して非常に脆弱な表現系を示すことが明らかとなった。上記の原因として抗酸化タンパク質のTAGE化による機能不全が予想されるため、すでに抗酸化タンパク質の選定を開始し、複数の候補タンパク質の解析を進めている。TAGE前駆体(GA)および活性酸素種(ROS)が引き起こす細胞毒性について解析を行った。GAとROSの併用により著しい細胞死が観察され、細胞内の抗酸化タンパク質がTAGE化されることにより機能を喪失し、ROSに対する抵抗性を失っているという仮説を補強する結果を得ることが出来た。GA処理時の細胞内ROS産生のに関しては、GA自体の還元性作用のために測定が難しく、現在有用な測定法を探索中である。当初の予定通り、平成30年度の結果を踏まえてTAGE化される抗酸化タンパク質の同定を行う。すでにカタラーゼを含めた複数の抗酸化タンパク質の解析を進めており、siRNAを用いたノックダウンや免疫沈降法によりTAGE化の有無の確認を行っていく。
開発途上国における「スポーツを通じた開発と平和」に関する研究

初年度は日本とカナダの事例を検証した。2年目以降、カンボジア(社会開発)、マレーシア(青少年教育)、ジンバブエ(HIV/AIDS啓発)の事例の現地調査を複数回行い、成果をまとめた。研究開始時に日本語、英語による成果発表と、研究者・実務者間のネットワークの構築を目標に定めていた。5つの事例から、開発分野において期待されている「スポーツ」の役割や機能が明らかになり、この成果を一般書、専門書にまとめた。出版に際し、多くの他事例について、国内外の関係者から寄稿をいただいた。研究会や国際シンポジウムも開催したことから、事例研究の成果を公表すると共に関係者のネットワークが構築できたと考えている。研究計画の提出時点で、南アフリカで予定していた「量的調査手法の習得」について、新たな知見の発見と研究協力者の都合により、隣国ジンバブエでの「量的調査の試行」に変更した。対象を変更したが、研究目的については変更を加えていない。ジンバブエでは、ジンバブエ野球連盟が行う「野球普及を通じたHIV/AIDS啓蒙活動」に帯同してフィールドワークを行い、指導者、教員、活動の運営者などに対する質問紙調査を行い、加えて個別インタビューも実施した。その結果、行われている活動が、(1)ジンバブエの青少年のHIV/AIDSに関する知識の量には大きな個人差があること、(2)野球指導を通じたHIV/AIDS啓蒙が「身近な他者」によって行われるものであるため、対象者にとって受け入れやすいものとなっていること、(3)普及活動と同時進行することにより、常に新しい青少年が啓発活動に参加できること、(4)スポーツ普及の対象者が、年齢、性別などHIV/IAIDS啓発のターゲットグループとして最適なであること、などが明らかになった。このことは、「野球とHIV/AIDS啓発」という結びつきが薄いと考えられるものが、地元の事情を良く理解した者のアイディアによって、大きな効果を生み出す新しい形の「スポーツを通じた開発」活動に転換されていることを示している。質問紙を用いた量的調査の試行の際に、質問紙調査に関するワークショップを行ったが、予期せぬ要因によって事前に準備した調査紙は、改変を余儀なくされた。独自のプログラムの成果を検証するためには、量的調査を行う前提としての質的検証の重要であることが明らかになった。「スポーツを通じた開発と平和」のアジアの事例について、カンボジアとマレーシアを対象と定め、カンボジアについては、社会・経済開発、マレーシアについては、青少年育成の目的を持って行われた組織的なスポーツ活動について、その目的や実施に至った経緯、行われた活動の詳細などをフィールドワークを元に検証した。また、昨年度に日本国内のフィールドとして設定した「ホームレスワールドカップ日本代表」についても継続して調査を行い、貧困とスポーツの関係を探る糸口としての位置づけとした。カンボジアでは、企業の連合体によって行われた活動が、行政と連携しており、その公共性や地域における定着度を担保していることが明らかになった。このことは、開発途上国において行われている一つの活動が、スポーツそのものの発展のみでなく、「スポーツを通じて」何らかの社会課題の解決に貢献することが重視される傾向にあることを示していた。マレーシアの事例では、「駅伝」という日本発祥のスポーツが持ち込まれることにより、日本の経済発展の基盤の一つと捉えられている「チームワーク」の涵養が期待されていることが明らかになった。マレーシアでは、青少年の育成と経済開発を表裏一体と捉えており、政府の考えを体現するような地域住民の力の動員が見られた。カンボジアで見られた「民→官」の活動とは対極にある「官→民」への働きかけが考察された。昨年からの継続課題の「ホームレスワールドカップ日本代表」の事例では、サッカーの国際大会の場が、参加した選手個人に活躍の場を与えると同時に、広く世界に貧困の撲滅を訴える機会とされている大会そのものの仕組みが明らかになった。また、参加した選手個人の成果から、大会やスポーツの持つ正の効果と同時に、「貧困」という課題に立ち向かう際のサッカーやスポーツの限界も考察された。1平成22年度から継続して調査を行っている日本の事例(ホームレスワールドカップ日本代表の活動【テーマ:貧困】)、カナダの事例(障害者スポーツ活動【テーマ:民族融和】)、カンボジアの事例(観光業サッカーリーグ【テーマ:社会開発】】、マレーシアの事例(マレーシア国際駅伝【テーマ:青少年教育】)、ジンバブエの事例(ジンバブエ野球連盟による野球普及活動【テーマ:HIV/AIDS啓発】)について、補足調査を行いながら成果をまとめた。本研究で扱った開発途上国の現場における「スポーツを通じた開発」は、分野としての歴史が浅く、国際的にも研究の蓄積が十分でないことが課題となっている。そのため、研究の開始当初に、日本語、英語による研究成果の発表を最終目標に定めていた。昨年度は国内外での学会発表を行い、異なる分野の研究者から示唆を得、また、共同研究者との議論から調査結果を吟味していった。

今年度は、ここから得た知見を基に補足調査を行い、結果をまとめる作業に入っており、具体的には、英語書籍2件(うち1件は編者)、日本語書籍1件(編者)の執筆を行った。5事例(うち、カナダの1事例は共同研究者によるもの)のフィールドワークを基にした調査結果の精査から、開発分野におけるスポーツの異なる役割や機能が明らかになっており、書籍としてまとめることにより、これらを分かり易い形で発信できると考えている。書籍には、他の事例について複数の研究者の原稿も掲載予定であり、校正の過程において研究会を実施するなど新たな研究者間のネットワークの構築も可能である。最終年度である本年は、研究成果のまとめと発信、研究者間の連携の強化に力を入れている。海外で行うフィールドワークに先駆けて、初年度は日本の事例(ホームレスワールドカップ日本代表の活動)と共同研究者が居住するカナダの事例(先住民族のスポーツ活動)を検証した。フィールドワークにおいて質的調査と量的調査の併用を試みたが、言語や調査期間、調査環境等の問題が明らかになり、次年度以降のフィールドワークにおいては質的調査のみを採用することとした。2年目以降、カンボジアの事例(観光業サッカーリーグ【テーマ:社会開発】)、マレーシアの事例(マレーシア国際駅伝【テーマ:青少年教育】)、ジンバブエの事例(ジンバブエ野球連盟による野球普及活動【テーマ:HIV/AIDS啓発】)について、複数回にわたるフィールドワークを行い、その成果をまとめた。本研究のテーマである「スポーツを通じた開発」は、分野としての歴史が浅く、国際的にも研究の蓄積が十分でないことが課題である。そのため、研究の開始当初に日本語、英語による研究成果の発表と、研究者・実務者間のネットワークの構築を目標に定めていた。5つの事例のフィールドワークから、開発分野において期待された「スポーツ」の複数の役割や機能が明らかになり、これらの成果を一般書、専門書にまとめた。書籍の出版に際し、さらに他の多くの事例について、国内外の研究者、実務者から寄稿もしていただいた。研究会や国際シンポジウムも開催したことから、事例研究の成果を公表すると共に、日本国内における関係者のネットワークが構築に寄与することができたと考えている。26年度が最終年度であるため、記入しない。スポーツを通じた開発26年度が最終年度であるため、記入しない。・平成22年度に行った日本の事例について、調査結果をまとめる段階に入っており、共同研究者のカナダの事例についても同様である。これらの成果を活かして平成23年度の調査を行うことができた。・平成23年度に予定していた現地調査のうち、アジアについては2か国で達成できたが、大洋州については調査を行うことができなかった。・平成22、23年度に行った現地調査の結果をまとめる段階に入っている。・現地調査の結果について、学会発表、書籍原稿の執筆を行ったが、学術論文としてまとめるためには、複数のフィールドについて追調査が必要である。
多段砂時計型ニューラルネットワークを用いた背景有色雑音の除去による補聴器の開発

昨年度、「聞き取り易さ」を指標とした聴覚実験を行った.本年度は、「聞き心地」および「雑音の耳障り感」を指標とした聴覚実験を行いフィルタリング処理の性能評価を行った.実験試料として、音量一定の白色雑音を加えた音量の異なる7種類の音声をCSNNRFで処理したもの、さらに、処理結果を一定の聴き易い音量に増幅させたものを用意した.上記の処理結果を、処理前の音声、およびローパスフィルタ、カルマンフィルタの処理結果と比較した.聴覚実験は、対比較実験を行い、Thurstoneの比較判断の法則に基づいて、各フィルタリング処理した音声および未処理の音声の聴き心地、雑音の耳障り感を距離尺度化した。実験の結果、「聞き心地」は、入力信号のSN比が高くない時(0.85.8dB)、CSNNRFによる雑音除去処理は聴き心地を有意に改善した(p<0.05)。CSNNRFはカルマンフィルタより聴き心地が良かったが(p<0.05)、ローパスフィルタが最も聴き心地の良い結果となった。「雑音尾の耳障り感」は、CSNNRFは雑音の耳障り感を有意に改善した(p<0.05)。カルマンフィルタより有意に勝る結果が得られたが(p<0.05)、ローパスフィルタに及ばなかった。ローパスフィルタに比べて高周波数成分の雑音が残ること、雑音の大きさが音声のパワーに応じて変化することが原因と考えられる。ディジタル補聴器における雑音除去を目的とし、砂時計ニューラルネットワークを多段に接続した構造を持つ多段接続SNN雑音除去フィルタ(Cascade SNN Noise Reduction Filter : CSNNRF)を提案した。ここで、SNNは、入力層と出力層のユニット数を同数とし、中間層のユニット数を入・出力層のユニット数よりも少なくした構造を持つ階層型ニューラルネットワークである。SNNの学習は、入力と同じ信号を教師信号として与えて行う。SNNを構成するユニットの応答関数を線形関数にすれば、学習が収束したSNNはKarhunen-Love(KL)変換および逆変換と等価な変換、すなわち主成分分析と等価な処理を行うことが知られている。中間層のユニット数をM個にしたSNNでは、入力信号のKL変換成分を寄与率の高い順にM個目まで含む信号が出力として得られる。本研究では、入出力層ユニット数を20個、中間層ユニット数を1個の3層SNN(以降、単位SNNと呼ぶ)を20段接続することで、CSNNRFを構成した。CSNNRFの初段単位SNNに白色雑音を含む音声信号を入力し、2段目以降の単位SNNには前段の誤差信号(入力信号と出力信号の差)を入力する。すると、第N段SNNの出力層で第N主成分の時系列信号が出力され、入力信号の主成分を寄与率の高い順に分離することが出来る。さて、音声信号では母音等の有声音が占める時間的割合が大きい。有声音では各主成分のパワーの比(寄与率)に大きな差が見られる一方、白色雑音では各主成分の寄与率の期待値はすべて等しい。この性質を利用し、入力信号の主成分を母音の標準モデル群(代表的な主成分の寄与率分布のモデル)に回帰させることによって、入力信号の各主成分に含まれる音声成分と雑音成分のパワーを各々推定する。両成分の推定パワーに応じて各主成分に乗じる荷重と加算する主成分の数を変化させ、重み付き総和を求めてCSNNRFの出力とする。これによって、音声成分の大幅な歪を抑えつつ、雑音成分を効果的にかつ適応的に低減することができる。なお、学習則に逐次最小二乗法を応用した高速アルゴリズムを適用することにより、信号の入力区間毎に実時間で逐次学習を実行することを可能にした。補聴器における音圧増幅の前処理としての,多段砂時計型ニューラルネットワークを用いた雑音除去フィルタの有効性を評価するために,異なる雑音除去フィルタの(1)SN比改善率の比較(2)聴覚実験による聴き取りの良さの比較を行った.実験試料として,音量一定の白色雑音を加えた音量の異なる7種類の音声をCSNNRFで処理したもの,さらに,処理結果を一定の聴き易い音量に増幅させたものを用意した.上記の処理結果を,処理前の音声,およびローパスフィルタ,カルマンフィルタの処理結果と比較した.評価の結果,SN比改善率においては,CSNNRFの雑音除去能力は,カルマンフィルタと同等の高い雑音除去能力があることがわかった.聴き取りの良さにおいては,CSNNRFは有声子音の聴き取りを悪くさせ,音量の増幅のみでは,聴き取りの良さはさほど向上しないことがわかった.来年度は,これらの結果をまとめ,投稿論文を投稿するとともに,DSPキットによる実装を行うことで本研究の成果とする.昨年度、「聞き取り易さ」を指標とした聴覚実験を行った.本年度は、「聞き心地」および「雑音の耳障り感」を指標とした聴覚実験を行いフィルタリング処理の性能評価を行った.実験試料として、音量一定の白色雑音を加えた音量の異なる7種類の音声をCSNNRFで処理したもの、さらに、処理結果を一定の聴き易い音量に増幅させたものを用意した.上記の処理結果を、処理前の音声、およびローパスフィルタ、カルマンフィルタの処理結果と比較した.聴覚実験は、対比較実験を行い、Thurstoneの比較判断の法則に基づいて、各フィルタリング処理した音声および未処理の音声の聴き心地、雑音の耳障り感を距離尺度化した。

実験の結果、「聞き心地」は、入力信号のSN比が高くない時(0.85.8dB)、CSNNRFによる雑音除去処理は聴き心地を有意に改善した(p<0.05)。CSNNRFはカルマンフィルタより聴き心地が良かったが(p<0.05)、ローパスフィルタが最も聴き心地の良い結果となった。「雑音尾の耳障り感」は、CSNNRFは雑音の耳障り感を有意に改善した(p<0.05)。カルマンフィルタより有意に勝る結果が得られたが(p<0.05)、ローパスフィルタに及ばなかった。ローパスフィルタに比べて高周波数成分の雑音が残ること、雑音の大きさが音声のパワーに応じて変化することが原因と考えられる。
進化分子工学を用いた細胞内蛍光増幅反応系の構築

生細胞内にあるmRNAのある時点での位置と量を測定する手法の確立を目指し、光励起により酸化還元反応を誘起できるルテニウム(II)トリスビピリジン錯体と、光励起されたルテニウム錯体に還元されることで蛍光を発するアジドローダミンの2つの色素に結合するRNAアプタマーの選出および利用を試みた。ルテニウム錯体に関しては、得られているRNAアプタマーと結合すると励起状態の寿命が4倍伸びるうえに酸素によって消光されないことが分かった。一方でアジドローダミンに結合するRNAアプタマーの選出については、30種類のアプタマー候補を調べてものの、残念ながら再現性良く結合を確認できるRNAの選出には至らなかった。細胞内に数コピーしか存在しないmRNAを観測するためには、特定のRNA配列が存在する場合に蛍光が増幅されるシステムが必要である。細胞膜を透過できると考えられるアジドローダミンおよびルテニウム(II)トリスビピリジン錯体(以後ルテニウム錯体)に結合するRNA配列それぞれに標的核酸の相補鎖RNA部分を連結させた2つのRNAを細胞内で発現させ、ルテニウム錯体の光励起をトリガーとして無蛍光のアジドローダミンが蛍光性のアミノローダミンに還元されることで蛍光増幅反応を起こす系の構築を本研究では目指している。本年度は、「アジドローダミンに結合するRNAの選出」と「ルテニウム錯体の細胞内への取り込みの観察」を目指して研究を進めた。「アジドローダミンに結合するRNAの選出」に関しては、進化分子工学を用いて10の13乗種類ほどのRNA配列集団の中からアジドローダミンに結合するRNAの選出を行った。具体的には、(1)50塩基のランダム配列を含むDNAから試験管内転写によってRNAを得て、各配列に特有の構造に折り畳ませた。(2)アミノローダミン固定化カラムに通し、結合しなかったRNAを回収した。(3)アジドローダミン固定化カラムに通し、結合したRNAを熱をかけて変性させて回収した。(4)逆転写とPCRにり二本鎖DNAを得た。このような一連の操作を13回繰り返し、得られた二本鎖DNAの配列を調べた結果、いくつかの配列については重複が見られた。重複が見られなかった配列も含めて計30種のRNA配列について、Bio-Layer Interferometry法を使ってアジドローダミンへの結合を調べた結果、再現良く結合が確認される配列は得られなかった。「ルテニウム錯体の細胞内への取り込みの観察」に関しては、年度末に導入された蛍光寿命イメージング顕微鏡を使って、溶液中のルテニウム錯体の燐光イメージの測定に成功した。細胞内に数コピーしか存在しないmRNAを観測する手法として、特定のRNA配列が存在する場合に蛍光が増幅されるシステムの構築を目指した。既に得られているルテニウム(II)トリスビピリジン錯体に結合するRNAアプタマーを利用して、ルテニウム錯体の細胞内への取り込みの観察を行ったもののアプタマーの有無で細胞内の蛍光分布に優位な差は得られなかった。そこで、RNAアプタマーとルテニウム(II)トリスビピリジン錯体の結合状態について詳細に調べることとした。具体的には、好気下と嫌気下の条件下での、ルテニウム錯体の光励起状態の寿命を測定した。その結果、好気下においてはルテニウム錯体にRNAアプタマーが結合することでルテニウム錯体の励起状態の寿命が4倍の伸びること、その一方でアプタマー結合時の励起状態の寿命は酸素濃度に依存しないことが明らかとなった。これは、ルテニウム錯体の励起状態から酸素へのエネルギー移動がアプタマーの結合によって抑制されることを示している。一方で、メチルビオロゲンを使った二分子間の消光速度を調べた結果からは、ルテニウム錯体からの電子移動はアプタマーの存在によって抑制されないことが分かった。このことから、アプタマーはルテニウム錯体の励起状態のエネルギーをエネルギー移動ではなく電子移動に使うように仕分けていると考えられた。アジドローダミンに結合するRNAの選出については、RNAの選出を試みたものの、残念ながら結合を確認できるRNAを選出できなかった。同時並行して進める予定であったルテニウム(II)トリスビピリジン錯体の細胞内への取り込みの観察については、蛍光寿命イメージング顕微鏡が政府調達となったため納品が予定よりも大幅に遅れたものの、ルテニウム(II)トリスビピリジン錯体の燐光のイメージングには成功した。27年度が最終年度であるため、記入しない。進化分子工学再度アジドローダミンに結合するRNAの選出を行う。先ずはローダミンに結合するRNAを探したのち、アジドローダミンに結合するRNAを探索する予定である。

もし、アジドローダミンに結合するRNAが得られれば、試験管内において蛍光増幅反応が起きるかを先ず調べ、その後に細胞内で蛍光増幅反応を観察する上述のアジドローダミンに結合するRNAの選出と並行して、ルテニウム(II)トリスビピリジン錯体に結合するRNAを細胞内で発現させたうえで、ルテニウム(II)トリスビピリジン錯体の細胞内への取り込みを、蛍光寿命イメージング顕微鏡により観察する。27年度が最終年度であるため、記入しない。蛍光寿命イメージング顕微鏡が政府調達となり納品が平成26年度末になったため、当初の想定通りに研究を進めることが難しく、平成27年度の基金分の一部を消耗品費として繰り越した。去年度の使用計画をそのまま本年度に移行する。具体的にはアジドローダミンに結合するRNAの選出を続けると共に、ルテニウム錯体に結合するRNAを細胞内で発現させたうえで、ルテニウム錯体の細胞内への取り込みを観察する。これらの実験に必要な消耗品の購入に用いる計画である。
電圧駆動型高分子ナノファイバーレーザの創成

現在最も使用されている半導体レーザは,製造プロセスに高額な装置や真空環境,多段階の製造プロセスを要し,製造コストや製造に要するエネルギーが高いといった問題を有する.本研究では,ウエットプロセスで安価,省エネルギーで作製が可能な高分子ナノファイバーを基材として用いた,極小の光源の開発を目標とし研究を遂行した.具体的には,1発光性の有機色素を添加した高分子ナノファイバーの作製と形状評価,2同ファイバーをコアとして用いたコアークラッド構造の形成と伝播損失評価,3伝播損失の主要原因の解明を実施した.現在最も使用されている半導体レーザは,製造プロセスに高額な装置や真空環境,多段階の製造プロセスを要し,製造コストや製造に要するエネルギーが高いといった問題を有する.本研究では,ウエットプロセスで安価,省エネルギーで作製が可能な高分子ナノファイバーを基材として用いた,極小の光源の開発を目標とし研究を遂行した.具体的には,1発光性の有機色素を添加した高分子ナノファイバーの作製と形状評価,2同ファイバーをコアとして用いたコアークラッド構造の形成と伝播損失評価,3伝播損失の主要原因の解明を実施した.本研究では、有機レーザ色素を添加した高分子ナノファイバーを作製し、このナノファイバーから電圧駆動でレーザ発振を実現することを目的としている。初年度の平成24年度は有機レーザ色素を添加した高分子ナノファイバーの作製条件の検討と、同ファイバー中での光導波特性評価を行った。まず、高分子光導波路材料として広く使用されているポリメタクリル酸メチル樹脂(PMMA)を高分子ナノファイバーの母材に選定し、高濃度のPMMA溶液を調整した。この溶液に有機レーザ色素を添加し、エレクトロスピニング法によりナノファイバーの作製を試みた。低濃度の溶液を用いた場合にはビーズ状の凹凸を有するファイバーが作製されたが、濃度を増加させることによりビーズ状の凹凸は低減され、均一径のファイバーの作製に成功した。均一径のファイバーの作製は、レーザ発振させるための光閉じ込めの点から極めて重要である。平均直径は約550 nmであり、ナノメーターオーダーの直径を有するファイバーが作製されていることが分かった。次に、ファイバー全体を光励起し、ファイバーの直径方向(側面)と端面の発光スペクトルを顕微鏡を通して測定した。添加した有機レーザ色素の発光スペクトルがファイバーの側面全体から観測され、ナノファイバー中に有機レーザ色素が均一に添加されていることが確認された。また、ファイバー端面からはファイバー側面に比べて9倍以上の発光強度が得られ、高分子ナノファイバー中での色素の発光が同ファイバー中を導波していることが明らかになった。続いて、ファイバー軸方向に励起レーザ光をスキャンしながら端面の発光スペクトルを測定することにより、PMMAナノファイバー中における伝播損失の評価に成功した。ファイバー内での光導波は、目標とする高分子ナノファイバーレーザの必須要素であり、また伝播損失の定量評価は同レーザの性能評価に欠かせない要素である。これまでの検討により、有機色素を添加した高分子ナノファイバーを作製し、同ファイバー中で有機色素の発光が導波することを確認した。平成25年度はこの導波光の伝播損失を正確に評価し、損失の原因を明らかにした。有機色素を添加したアクリル樹脂(PMMA)のナノファイバーをエレクトロスピニング法により作製した。ファイバーの平均直径は約600 nmであった。添加した有機色素を発光させ各波長における伝播損失を評価したところ、波長590-680 nmにおいて伝播損失が数十dB/cmであることが分かった。この値は、研究が先行している大口径(直径0.5 mm)のPMMA系プラスチック光ファイバーと比して、4-5桁高い値であった。この高損失の原因の1つとして、添加した有機色素による導波光の再吸収が考えられた。そこで再吸収損失を評価したところ損失全体の3%以下という値が得られ主要な損失ではないことが分かった。次に、波長の4乗の逆数(λ-4)を横軸とし伝播損失をプロットすることにより損失原因を特定した。λ-4に比例する損失として、材料の密度むらによる過剰散乱が挙げられる。また、波長に依存しない損失として、形状の不均一に由来する損失が挙げられる。そこで、これらの損失の割合をフィット関数から評価したところ、波長650 nmにおいて全損失の19-50%が後者の形状の不均一に由来する損失であることが分かった。従って、高分子ナノファイバー中の高伝播損失の原因は密度むらと形状の不均一に由来することが明らかになった。本研究成果により、高分子ナノファイバー中のにおける光播損失が極めて高いことが明らかになった。導波路としてはもちろんのことレーザ等の光源への展開を考えた場合には、さらなる低損失化が求められる。しかしながら、本研究成果により損失の原因が明らかになったことで、低損失化に向けた指針が示されたと考える。本研究課題は当初の計画以上に進展している。本研究課題は、研究設備がゼロの状態からのスタートであったが、現在までに色素を添加した高分子ナノファイバーの作製法の確立、並びに同ファイバー中での光導波の実証および伝播特性評価に成功している。さらに特筆すべき研究業績として、積極的な学会発表(国際会議2件)や論文発表(1件)が挙げられる。25年度が最終年度であるため、記入しない。平成25年度は以下に示す(1)から(3)までを遂行する。(1)作製した高分子ナノファイバーの電流電圧特性および出力光強度の評価(レーザ特性評価)......コレクタ切替式エレクトロスピニング装置を用いて、有機レーザ色素と遷移金属錯体を添加した高分子ナノファイバーを1本作製する。

得られナノファイバーを電極上に配置する。このときの電極は、ナノファイバーの材料として用いた高分子よりも屈折率が低い高分子の基板上にパターニングされている。初めにこの状態で、電流電圧特性および出力光強度評価を行う。レーザ発振が確認されなかった場合は、基板として用いたものと同様の高分子材料(高分子クラッド)でナノファイバーを電極ごと覆い、ファイバーの長軸方向の両端を切断した上で反射板として切断面に薄い金属膜を成膜し光閉じ込めを目指す。すなわち、ファブリ・ペロー共振器のような形でファイバー長軸方向の光閉じ込めを目指す。電流電圧特性および出力光強度評価を行う。(2)結果の考察および学術誌や学会等での発表......順調にレーザ発振が確認された場合は理論解析を進めていく。他の波長でもレーザ発振可能かについても考察する。レーザ発振が確認されなかった場合は、原因を考察し必要に応じて材料選択からやり直す。以上の研究成果をまとめて、学術誌や学会等で発表する。(3)他材料系を検討し広帯域発振へと展開......単一材料系でレーザ発振が実現された場合、広域な波長可変性を実現するために、他の有機レーザ色素と遷移金属錯体の組み合わせを用いた高分子ナノファイバーレーザを検討する。25年度が最終年度であるため、記入しない。