hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
酸化ストレスマーカーはドナー肺常温生体外還流中の肺機能評価マーカーとなり得るか

本研究では,主に海外で使用されているXVIVO社製の還流液,還流用カニューレなどを使用するが,これらを未承認医療機器,実験用の手続きを経て確保することができた.また,フリーラジカル解析装置(株式会社ウイスマー社製)を購入し,他の動物実験のサンプル等を用いることにより,同装置において酸化ストレスマーカーであるd-ROMs,BAPが測定可能であることを確認した.実験に必要な資材,動物の入手ルートを確保したため,今後はすぐに実験に着手できると考える.本研究を遂行するために限られた予算の範囲内で実験に必要な資材や物品を確保するために,実験に支障をきたさない範囲でできる限り安価なものを選択した結果として準備に想定以上に時間を要し,実験計画が遅れてしまった.現在,大動物を扱う複数の業者とこまめに連絡を取り,確保にむけて交渉中である.実験動物の供給状況によっては,まずは1回だけでも早期に還流実験が行えるように検討している.動物の確保の目処がつけば,還流実験,また,サンプルを用いた測定実験にもすぐに着手できると考えている.上記の如く,還流実験のために必要な動物を入手するためのルートを確保し,また,還流サーキット機器の変更を要したが,これも選定を終え,今後,購入予定である.次年度にブタ肺を用いた生体外肺還流実験を行いサンプルを入手,酸化ストレスマーカー測定実験を行う予定である.実験に使用する器材,動物の確保のめどが立ったため,今後は当初の計画通りに還流実験を行い,還流液中の酸化ストレスマーカーの測定を行う予定である.実験動物購入のための予算であったが,前述の理由により,まだ購入していないため.実験動物,還流サーキット機器の購入のための資金であったが,前述の理由により新たな実験動物,サーキット機器を選定し,次年度に購入予定であるため.前述のごとく実験計画に遅れが出ており次年度使用の予定が生じた.しかし,実験に必要な資材等の購入は終了したため,次年度助成金は実験動物の購入,施設使用料などに当てる予定である.実験動物の確保の目処がつけば,購入のための資金として使用する予定である.
細胞増殖と細胞外マトリックス

細胞増殖は、種々の増殖因子を含むサイトカインにより、細胞外マトリックスの合成と分解の調節により制御されることが知られている。我々はヒト大網由来の細小血管内皮細胞の初代培養系を用いて、種々のサイトカインによる増殖制御を解明しようと考え、細胞外マトリックスの合成と解析をはじめたが、研究進展過程で、マトリックスの分解系の著しい変動を見い出し、今年度はその解析を主にすすめ以下の点を明らかにした。1)上皮成長因子EGFにより、血管内皮の移動が、組織型プラスミノ-ゲンアクチベ-タ-(tーPA)の分泌上昇に依存して見られることを明らかにした。2)上記のEGFによるtーPAの上昇が、腫瘍壊死因子(TNF)により阻害することを見い出した。EGF及びTNFの両者存在下でプラスミノ-ゲンアクチベ-タ-インヒビタ-I(PAIー1)が著増することも判明した。3)TNF単独で、インタ-ロイキン6(ILー6)及び、コラゲナ-ゼの増加かみられ、その誘導に、TNFによる塩基性線維芽細胞増殖因子(FGF)の誘導が関与していることが示唆された。4)メタロブロテア-ゼインヒビタ-であるTIMPー1はEGF及び、TNFにより増加することが明らかになった。以上の様なマトリックス分解系及びその阻害系に関与する遺伝群は、血管内皮細胞では巧妙に制御され、マトリックスの合成に伴う血管新生に関与すると考えられた。現在、他の増殖因子や、その受容体の解析、FGFの遺伝子発現への関与や、遺伝子発現調節蛋白の解析へと研究が進展している。
Ｘ線自由電子レーザーを用いた衝撃圧縮下における物質挙動の超高速時分割その場観察

X線自由電子レーザーの登場により、第三世代放射光と同等の高品質なX線回折データを数フェムト秒という極めて短い時間で取得することが可能になった。その結果これまで観察が困難だった、衝撃圧縮された物質内部で極短時間に生じる圧縮から破壊へといたるまでの現象を、時間を追って詳細に観察することが可能になりつつあり、研究代表者はこれまでX線自由電子レーザー施設SACLAにおいて、高強度レーザーを用いたポンププローブ測定の実験基盤整備に携わりつつ、利用研究を進めている。平成30年度は、理化学研究所放射光科学研究センターならびに高輝度光科学研究センターが主体となって行ったポンププローブ実験用真空ターゲットチャンバーの新造にコミッショニングメンバーとして参画し、大阪大学レーザー科学研究所によって高エネルギー化、ロングパルス化が行われた高強度レーザーを試用しながら、立ち上げ実験を行った。立ち上げ実験としては、これまで実施実績のある多結晶コランダムを用い、高エネルギー化されたポンプレーザーの利点を生かし、これまでの実験で発生させられなかった高圧力までの衝撃圧縮実験を行い、高圧相転移の探索を行った。その結果ピーク圧力が400万気圧程度と考えられる強圧縮下で、多結晶コランダムの回折X線パターンに高圧相転移を示唆する顕著な変化が観察され、さらに衝撃波の通過後減圧過程では、出発物質である低圧相のものへと再び変化する様子も観察された。また多結晶コランダムに加え、酸化マグネシウムを出発物質とした実験にも着手し、より高い圧力領域で起こることが理論計算および超高強度レーザーを用いた先行研究で知られている、極超高圧下での構造変化観察を試みた。その結果、基本ユゴニオ上で600万気圧程度の高圧力下で起こることが知られる、酸化マグネシウムの融解を示唆する散乱データの取得に成功した。平成29年度中までに、当初目標にしたってコランダム多結晶体を用いた標準データの収集を終えていたが、平成30年度ではポンプレーザーが高強度化、ロングパルス化されたのみでなく、二次元X線検出器を含むポンププローブ実験用真空ターゲットチャンバーが新造されるなど実験基盤の高度化が行われた。そのため再びコランダム多結晶体を用いた標準データを取得し高度化後の実験システムのコミッショニングを行い、これまでと同等以上の実験データが得られることを確認した。ポンプ用レーザーが高エネルギー化された恩恵を受け、これまでよりはるかに高圧力での実験を行うことが可能となり、当初予定していた温度・圧力範囲を大きく上回る極限環境データを取得することが可能になった。多結晶コランダムに加え多結晶および単結晶の酸化マグネシウムを出発物質とした超高圧実験に着手し、最高600万気圧、13000 K程度までの幅広い温度圧力条件で超高速時分割X線回折測定を行い、融解および高圧相転移の探査を行った。多結晶コランダムに加え酸化マグネシウム試料の測定を開始し、600万気圧程度までの圧力範囲で予察的なデータを取得でき、さらに高強度化されたレーザーを用いた衝撃圧縮系および、二次元集光されたXFEL光、大面積二次元X線検出器からなる測定システムの有用性が確認出来た。しかしながらこれまでになく強圧縮された条件で有意義なデータを取得するには、多結晶出発物質の結晶粒調整が必要であることが明らかになった。今後は試料を多結晶のコランダムと酸化マグネシウムの二種に絞り、衝撃圧縮下での高圧相転移の明瞭な観察を目指す。一方、多結晶コランダムで取得済みの標準データの解析を進め衝撃圧縮された物質内部での圧縮過程、応力状態およびその緩和過程を明らかにする。これにより、これまで困難であった衝撃圧縮された物質内部でごく短時間に生じる、圧縮から破壊へといたるまでの現象が、時間を追って詳細に観察されつつあり、申請者はこれまでX線自由電子レーザー施設SACLAにおいて、高強度レーザーを用いたポンププローブ測定の実験基盤整備に携わってきた。平成29年度は、明瞭なX線回シグナルが得られるコランダム多結晶体を用い、パルス幅3ナノ秒のポンプレーザーを用いた系統的な測定を進めた。大面積ふラットパネル検出器を使用し、200ピコ秒間隔で時分割データを取得したところ、これまでの時分割測定では追跡できていなかった、衝撃波が試料に到達し内部を伝播する際に生じる圧力変化や差応力の発生、さらにその緩和過程までを明確に観察することができた。ピーク圧力の時間発展については、流体シミュレーションの結果と概ね一致する結果が得られたが、塑性変形領域でも一軸圧縮静性が有意に維持されることなど、従来のモデルでは知られていなかった物性情報が得られた。またポンプレーザーの集光サイズの変化に伴うピーク圧力の増減と内部で生じる差応力状態の変化なども観察されており、今後は静圧縮実験による低歪み速度データと統合的に結果を解釈するために、詳細な応力解析を進める。今後は試料ターゲットの改良を進めてより精密なX線回折データ取得を試み、コランダムで確立された実験解析技術や知見をもとに他の多結晶鉱物試料へも応用範囲を広げ、衝撃圧縮による高圧相転移のその場観察を目指す。平成29年度中にコランダム多結晶体を用いた標準データ収集を完了するという当初目標は達成でき、さらに金スパッタ成膜を利用した試料位置決定方法と合わせ、他の試料で実験を行う際の基準として利用できる再現性の高い実験技術、データを確立できた。

また当初計画していた、ダイヤモンド薄膜を用いた圧力保持時間伸長を目的とした技術開発とは異なるものの、多結晶コランダムと単結晶コランダムを組み合わせた、より精密なX線回折データを得るためのターゲット構造を開発するなど、レーザー衝撃圧縮その場観察実験技術の高度化にも取り組み始めた。これはポンプレーザーの高エネルギー出力が可能になったことや、レーザー集光径の減少による高圧力発生が可能になり、必要とされる開発技術が変化したための変更であり、全体計画としては当初よりやや進展している。X線自由電子レーザーの登場により、第三世代放射光と同等の高品質なX線回折データを数フェムト秒という極めて短い時間で取得することが可能になった。その結果これまで観察が困難だった、衝撃圧縮された物質内部で極短時間に生じる圧縮から破壊へといたるまでの現象を、時間を追って詳細に観察することが可能になりつつあり、研究代表者はこれまでX線自由電子レーザー施設SACLAにおいて、高強度レーザーを用いたポンププローブ測定の実験基盤整備に携わりつつ、利用研究を進めている。平成30年度は、理化学研究所放射光科学研究センターならびに高輝度光科学研究センターが主体となって行ったポンププローブ実験用真空ターゲットチャンバーの新造にコミッショニングメンバーとして参画し、大阪大学レーザー科学研究所によって高エネルギー化、ロングパルス化が行われた高強度レーザーを試用しながら、立ち上げ実験を行った。立ち上げ実験としては、これまで実施実績のある多結晶コランダムを用い、高エネルギー化されたポンプレーザーの利点を生かし、これまでの実験で発生させられなかった高圧力までの衝撃圧縮実験を行い、高圧相転移の探索を行った。その結果ピーク圧力が400万気圧程度と考えられる強圧縮下で、多結晶コランダムの回折X線パターンに高圧相転移を示唆する顕著な変化が観察され、さらに衝撃波の通過後減圧過程では、出発物質である低圧相のものへと再び変化する様子も観察された。また多結晶コランダムに加え、酸化マグネシウムを出発物質とした実験にも着手し、より高い圧力領域で起こることが理論計算および超高強度レーザーを用いた先行研究で知られている、極超高圧下での構造変化観察を試みた。その結果、基本ユゴニオ上で600万気圧程度の高圧力下で起こることが知られる、酸化マグネシウムの融解を示唆する散乱データの取得に成功した。平成29年度中までに、当初目標にしたってコランダム多結晶体を用いた標準データの収集を終えていたが、平成30年度ではポンプレーザーが高強度化、ロングパルス化されたのみでなく、二次元X線検出器を含むポンププローブ実験用真空ターゲットチャンバーが新造されるなど実験基盤の高度化が行われた。そのため再びコランダム多結晶体を用いた標準データを取得し高度化後の実験システムのコミッショニングを行い、これまでと同等以上の実験データが得られることを確認した。ポンプ用レーザーが高エネルギー化された恩恵を受け、これまでよりはるかに高圧力での実験を行うことが可能となり、当初予定していた温度・圧力範囲を大きく上回る極限環境データを取得することが可能になった。多結晶コランダムに加え多結晶および単結晶の酸化マグネシウムを出発物質とした超高圧実験に着手し、最高600万気圧、13000 K程度までの幅広い温度圧力条件で超高速時分割X線回折測定を行い、融解および高圧相転移の探査を行った。
分割主鏡式天体望遠鏡の相対位置制御アルゴリズム

せいめい望遠鏡の分割主鏡制御の基礎検討を行った。望遠鏡の設計情報をもとに制御対象のモデル化を行った。分割主鏡は18枚の分割鏡(内周セグメント6枚と外周セグメント12枚)と内周リングから構成される。分割鏡と内周リングにはそれぞれ3個のアクチュエータが配置され、回転2自由度、並進1自由度の制御が可能である。本研究では内周リングを基準面として用いることとして、18枚の分割鏡の合計54自由度を制御する問題として定式化した。アクチュエータはステッピングモータを含み、角速度・速度指令を与えて角度・位置制御を行うので、積分器を用いて動特製をモデル化した。また、分割鏡と分割鏡の間には各辺2個ずつ距離センサが配置されており、内周セグメントと内周リングの間には合計12個の距離センサが配置されており、合計72個のセンサが配置されている。状態変数(角度・位置)から距離センサ出力までの依存関係を、設計データをもとに幾何学的に割り出し、線形化を行うことにより作用行列を導出した。以上により、分割主鏡制御問題における制御対象を導出した。次に、制御系の概念設計を行った。分割主鏡制御問題は、出力フィードバック制御であるが、作用行列は列フルランクであり左擬似逆行列を計算可能である。センサ出力に左擬似逆行列を作用させれば状態変数を計算可能である。そこで、定数ゲインと左擬似逆行列の積をフィードバックゲインとする定数出力フィードバック制御則を考え、集中制御と名付けた。また、幾何学的な考察から、分割鏡の近傍のセンサ出力のみを用いて状態変数の近似値を計算可能である。近似値をもとに擬似状態フィードバック制御を行う定数出力フィードバック制御則を考え、分散制御と名付けた。最後に、設計データをもとに集中制御と分散制御のシミュレーションを行い、両者の有効性を検証した。モデル化と制御則の提案を行い、シミュレーション検討も行えたので、実機試験を行う段階にあるから。集中制御と分散制御を望遠鏡実機に実装して、実機試験を行いたい。設計段階では、アクチュエータの速度飽和のみを考慮したが、実機実装した際に様々な制限が生じることが予想される。科研費から旅費支出を行い、出張と天文台への滞在を繰り返すことにより、緊密な連携を深めて実機試験を進めたい。次年度に実機試験に行くことになるので旅費を残した
太陽フレア観測用高速Hαカメラの開発

本研究では、太陽フレアの高時間分解能観測を実現するための高速Hαカメラを開発し、国立天文台三鷹のフレア望遠鏡に設置した。2001年7月から定常観測を行っている。高速Hαカメラは、太陽フレアにおいて高エネルギー粒子が起こす時間変化の速いHα増光現象をとらえることを目的としている。このために画像をカメラから取り込みつつ同時に時間分解能を損なわない速さでデータを記録していく、という高速データ処理が必要となる。一般に太陽の光学観測では、画像積算・画質の判断・位置ずれの計算など、高フレームレートの画像をリアルタイムでより複雑な処理を行うことが要求される場合が多いため、汎用性の高い実時間太陽観測画像処理システムの開発を行い、その一応用として高速Hαカメラを実現した。高速Hαカメラの実際の運用では、毎日の観測中に画像を30秒ごとおよび0.5秒ごとに取得して記録する。30秒毎のデータは一日の太陽の活動状況を示すものとして、そのまま保存する。一方、0.5秒毎のデータは太陽フレアの研究のための高時間分解能データであり、大量になるため、フレアの時間帯のみを保存する。このため、フレアの自動検出アルゴリズムを開発した。これにもとづいて観測終了後に30秒毎のデータからフレアを自動検出し、その時間帯のみを高時間分解能データから切り出して保存している。定常観測開始以後、2001年7月2002年1月の間に206個のフレアを観測しており、現在も太陽活動が活発なこともあってフレアが次々にとらえられている。データは共同利用に供するため、とらえたフレアの概要がわかる画像・動画をウェブページにて公開している。フレアにおける高エネルギー粒子の振る舞いを研究するには硬X線の観測と同時にHα観測を行うことが重要であるが、その観測装置を持つ人工衛星であるようこう衛星とは半年間の共同観測を実現し、また今後は2002年2月に打ち上げられた同様に硬X線観測装置を持つHESSI衛星との共同観測を行っていく予定である。本研究では、太陽フレアの高時間分解能観測を実現するための高速Hαカメラを国立天文台三鷹のフレア望遠鏡に設置する計画であるが、現在データ取り込みソフトの基本部分の製作と実機に取りつけてのHα撮像試験が終了し、観測のルーチン化へ向けての準備作業を行っている段階である。高速Hαカメラで必要とするデータ処理は、画像をカメラから取り込みつつ同時に時間分解能を損なわない速さでデータを記録していく、という単純なものである。しかし、一般に太陽の光学観測では、画像積算・画質の判断・位置ずれの計算など、高フレームレートの画像をリアルタイムでより複雑な処理を行うことが要求される場合が多い。そこで本年度、まず基本部分を、画像取り込みとデータ処理・記録をマルチタスクで並行して実行するソフトを汎用性の高いカメラインターフェースボードと組み合わせる形で、実時間太陽観測画像処理システムとしての開発を行った。従来リアルタイム処理のためには専用のハードウェアを用意することも多かったが、パソコンの高速化によってソフトウェアで様々な処理を行うことができるようになっており、汎用性の高くかつ実用的なリアルタイム処理システムの構築が可能になっている。現在開発中のシステムでは、必要な処理を新たに加える等のためにはソフトの全体の枠組みはそのままにしてその中のデータ処理の部分だけを入れ替えればよい。したがって、実験的にいろいろなリアルタイム処理を試みるなどということが極めて容易に行える。

高速Hαカメラにおいても、汎用システム上で動作しているため高い時間分解能で画像を記録するだけでなく、リアルタイムの積分やフレームセレクション(高画質の画像を選ぶ)など付加的な処理を加えることも可能である。本研究では、太陽フレアの高時間分解能観測を実現するための高速Hαカメラを開発し、国立天文台三鷹のフレア望遠鏡に設置した。2001年7月から定常観測を行っている。高速Hαカメラは、太陽フレアにおいて高エネルギー粒子が起こす時間変化の速いHα増光現象をとらえることを目的としている。このために画像をカメラから取り込みつつ同時に時間分解能を損なわない速さでデータを記録していく、という高速データ処理が必要となる。一般に太陽の光学観測では、画像積算・画質の判断・位置ずれの計算など、高フレームレートの画像をリアルタイムでより複雑な処理を行うことが要求される場合が多いため、汎用性の高い実時間太陽観測画像処理システムの開発を行い、その一応用として高速Hαカメラを実現した。高速Hαカメラの実際の運用では、毎日の観測中に画像を30秒ごとおよび0.5秒ごとに取得して記録する。30秒毎のデータは一日の太陽の活動状況を示すものとして、そのまま保存する。一方、0.5秒毎のデータは太陽フレアの研究のための高時間分解能データであり、大量になるため、フレアの時間帯のみを保存する。このため、フレアの自動検出アルゴリズムを開発した。これにもとづいて観測終了後に30秒毎のデータからフレアを自動検出し、その時間帯のみを高時間分解能データから切り出して保存している。定常観測開始以後、2001年7月2002年1月の間に206個のフレアを観測しており、現在も太陽活動が活発なこともあってフレアが次々にとらえられている。データは共同利用に供するため、とらえたフレアの概要がわかる画像・動画をウェブページにて公開している。フレアにおける高エネルギー粒子の振る舞いを研究するには硬X線の観測と同時にHα観測を行うことが重要であるが、その観測装置を持つ人工衛星であるようこう衛星とは半年間の共同観測を実現し、また今後は2002年2月に打ち上げられた同様に硬X線観測装置を持つHESSI衛星との共同観測を行っていく予定である。
自走マイクロメカニズムの研究

本研究では、マイクロメカニズムの内でも最も多くの特徴的問題を持つ自走マイクロメカニズムの実現のため、そのモデルの試作を進めながら問題点を探り解明した。3年間の結果をまとめると次の通りである。(1)設計基礎:マイクロメカニズムの速度の法則を動物界を含めた走行機械につき調査し、自然法則を見いだした。滑面、軸受面の摩擦力の寸法効果を実験的に調査し、1mm以下では急激に増加し、0.1mm以下では普通の34倍にもなる事を確認した。また、主な機構の成立に必要な精度の解析を行い、マイクロメカニズムの限界寸法の一端を解明した。(2)走行機構:微小動物の観察結果を参考に、表面張力を利用した天井・壁面走行機構を試作し、研究を進めた。更に、生体表面の走行用を目指した柔軟表面走行用のマイクロメカニズムを試作・検討した。(3)アクチュエータ:高吸水性高分子ゲルの電流変形の基礎式を誘導し、走行機械への応用までの研究を行った。さらに、このゲルを用いたモータを試作・検討し、問題点を解明した。また、複合材料によるアクチュエータ拡大機構を試作・検討し、問題点を解明した。(4)エネルギー供給:エネルギー伝送の各種方法を検討し、環境エネルギーの利用には、閉じた配管内走行への管内圧力変動の利用、ブラウン運動エネルギー利用の基礎研究を行った。(5)微小力測定:マイクロメカニズムやマイクロアクチュエータの出力、性能の測定のため、ピエゾ薄膜バイモルフの負荷によるインピーダンス変化を利用した10^<-6>[N]オーダの測定が可能なことを解明し、その実用試験として微小昆虫の出力測定を開始した。上記を含め、これまでの研究のうち、走行マイクロメカニズムの試作とマイクロメカニズム全体の現状をまとめ、研究を終了させた。申請書の研究実施計画どおりの研究を行い、次の成果を得た。1.準備:本研究で必要な文献調査、試料製作をした。走行マイクロメカニズムの速度の目標を決めるため、各種寸法の動物と機械の調査の結果、重要な自然律を見出した(発表(1))。また、これらの結果を礎に、マイクロ理工学の体形化に着手した(発表(2))。2.ネルギ-蓄積・伝送:各種電池の調査の結果、現在の構造は微小化には不利なこと、電磁誘導による伝送方法の調査の結果、磁束集中の必要なことが分かった。また、新たにエレクトレット蓄電方法、超伝導コイルの応用、使用環境問題の検討の必要性が見出された。3.微小生物調査:表面走行動物の文献調査から、粘着、爪、吸盤の表面保持方式のある事が分かり、今回は粘着の調査を進めた。引続き、吸着・剥離・走行の機構学的解析のため、購入した顕微鏡と画像処理装置からなる測定解析システムを完成し昆虫の出現を待っている。4.ポリマ-ゲルアクチュエ-タ:ポリアクリル酸ソ-ダゲルを作製し、その電流変形特性、ゲル内外の水流などにつき、購入した電気化学測定システム等を用いて実験を行った。重大問題の、電極からの気泡発生は変形の精密測定も困難にしたが、相沢益男教授によるピロガロ-ル処理電極でその解決を試みる事にした。水流についてはこれをポンプとして応用する新形アクチュエ-タの可能性を見出した。また、ゲル応用回転形アクチュエ-タの開発に着手した(発表(3),(4))。5.走行マイクロメカニズム:これまでの結果を応用し、PVDFバイモルフア-チ構造の粘着足を持つ、大きさ10mmの曲面走行MMを設計試作し、不完全な性能の原因の解析を進めている。この解決が、次年度以後の本研究の中心目的となる(発表(5))。

注:発表()内の数は裏面のリストの順番を示す。(以上)初期の計画に若干の変更を加えながら研究を行い次の成果を得た。(1)複合材料アクチュエ-タの創造:各種変位拡大機構の特性の解析・比較を行い複合材料化に適すると判断されたテ-パピン型につき試作実験と理論的検討を行い、材料の剪断抵抗とポアッソン比で最大拡大倍率が決まることを見出した。この機構の複合材料化を研究中である。(2)ポリマ-ゲルアクチュエ-タ:昨年に引続き、簡単な構造で大変形の得られるこの高吸水性ポリマ-ゲルを用いたアクチュエ-タの基礎実験を進め、球及び円箇形状についての電流変形の基礎式を導き、設計の基礎を得た。併せて、ゲル外部に水流の生ずることを確認し、この現象を応用したアクチュエ-タを思考中である(発表1)。(3)人工アメ-バの試作:上記(2)の応用として棒状ゲルに3つ以上の白金電極を挿入した走行機構を試作し、電解液の濡れた環境中ではあるがガラスの平面上と管内を走行させることが出来た。ここで電極とゲルとの接触部分の性能の劣化と言う重大な問題が現れた(発表2)。ガス発生の防止と共にその劣化防止方法の研究を進めている。(4)天井走行機構の研究:マイクロメカニズムの大きな特長の1つである天井走行機構の実現のため、天井走行の出来る昆虫とその付着機構の観察・調査を行い、付着に水の表面張力を、走行にピエゾフィルムと斜毛を用いた走行機械を試作し水平面から30度の傾斜面まで走行出来た。これを基に壁・天井面走行機械の走行機構解析を行い、設計の理論的基礎が得られた(発表3)。この理論を使い、垂直面まで走行可能な走行機械を研究中である。本年度はマイクロメカニズムとエネルギを中心に研究を進めてきたが、その評価に際しエネルギ消費量、その主要部を占める摩擦低抗力の調査、微小力測定方法も必要になり、この研究も追加して行った。(1)マイクロバッテーの検討:現在実用化されている12種数の小形バッテリーにつき微小化性能の調査を行い、その全てが劣化する方向にあること,化学的一次電池はいづれも微少化特性が悪く、マイクロメカニズムへの積載のは二次電の電気二重層コンデンサーが最も有望なこと等を見事した。(2)外部エネルギー伝送方法の研究:a.コイルを用いた電磁気式、b.太陽電池による光式、c.ピエゾフィルムによる超音波式、d.ゴム袋による空気圧式、e.衝突体による方法等の実験的調査を行い、acは自走用としては必要量の1/10程度の供給しかできないが、信号処理用としては使用できる、dは閉じられた環境には適用できること、eを基として操従形自走機械を考案し、この方法は各種の現象に拡大適用でき、今後の重要研究課題になり得ること等を明らかにした。(3)微小領域摩擦低抗力の研究:平面及び円箇軸受面の摩擦係数を代表寸法0・2,2,20mmのモデルにつき振動子式装置を製作し実験的に調査し、微小領域では急激に摩擦低抗が、3,4倍増加することを明らかにした。(4)微小力の測定方法の研究:上記各研究の於て、マイクロメカニズムのエネルギー消費量との比較が必要になり、そのための微小力測定方法としてPUDFバイモルフの梁状振動子の負荷による共振週波数の急変を利用し数umの測定までできることを明らかにした。
口蓋裂児の鼻咽腔閉鎖改善を目的とする脂肪注入移植に関する研究

口蓋裂の手術の目的は、単に裂を閉鎖することだけではなく患者に鼻咽腔閉鎖機能(発声時に軟口蓋が挙上して咽頭後壁に接し、鼻腔と口腔を遮断する機能)を獲得させることである。この研究の目的は口蓋裂二次手術後に残った鼻咽腔閉鎖不全を、最近形成外科領域で用いられている脂肪注入のテクニックを応用し、直視下に必要量の脂肪を必要な部位に注入して鼻咽腔閉鎖を獲得する方法を確立することにある。我々は実験動物を用いて脂肪移植の方法の違いによって、あるいは移植床の違いによって、移植された脂肪に差があるかを調べ口蓋裂児への応用のための基礎実験とした。材料は白色家兎24羽を用い2群に分ける。1群12羽では腹直筋上に脂肪を移植する群とし、2群12羽では耳介軟骨上に脂肪を移植する群とした。脂肪採取の方法は、右ソケイ部より脂肪吸引器を用いて脂肪0.5gを採取し、また左そけい部からは外科手術的に脂肪塊0.5gを採取した。それぞれの脂肪は1群では、左右腹直筋上にポケットを作成し右には脂肪注入移植を行い、左腹直筋上には脂肪塊移植を行った。2群では左右の耳介軟骨上にポケットを作成し同様に右には脂肪注入移植を行い左には脂肪塊移植を行った。両群それぞれ3羽ずつ2週、5週、10週、20週後に移植床の標本の採取を行った。結果は肉眼的、組織学的観察においては10週目以降の後期になると脂肪塊移植したものの方が脂肪塊残存が多いものの残存量はばらつきが大きくまた固いカプセルにおおわれる傾向がみられた。それに対して注入移植の方では脂肪残存は少ないものの平均的にまた触診上柔らかく残存していた。脂肪注入の残存脂肪は10週以降で約30%程度と思われた。今回我々の実験では脂肪塊移植の方が量的には勝るものの、質的には脂肪注入の方がより自然な形態を作り出せる可能性が示唆された。しかし注入移植では残存脂肪が少なく、期待するボリュームを得るためには何倍かの移植量が必要になると考えられ、現在臨床応用が進行中である。鼻咽腔閉鎖不全の患者に対する治療法として咽頭後壁の上咽頭収縮筋内に脂肪注入する方法について検討した。今回、臨床使用に先だって注入された脂肪組織でどれだけ自然吸収されるのかを調べるために基礎的実験を行った。実験には、ウサギ20羽を使用した。ウサギの鼠径部の脂肪組織を(株)高研製の脂肪吸引器により採取、採取した脂肪組織をウサギ耳介および腹直筋内に注入した。経時的に脂肪注入部の生検を行いその組織学的変化を検討した。その結果、耳介入部の脂肪組織はほとんど吸収されたのが腹直筋部に注入した脂肪組織は、6ケ月目でも吸収されずに残っていた。臨床的には顔面半萎縮症の患者の萎縮した頬部及び限局性強皮症の患者の前額部に腹部および上腕内側部より同様な器具にて脂脂組織を採取し注入した。現在3ケ月経過しているが経過は良好である。今後、経過観察が容易である疾患に対して脂肪注入しその安全性を検討した後、鼻咽腔閉鎖不全に対する治療を開始する予定である。

鼻咽腔閉鎖不全の患者に対する治療法として、咽頭後壁に脂肪を注入し隆起をつくり鼻咽腔閉鎖を得る方法について研究を行っている。臨床応用に先立ち、脂肪移植の方法の違いにより移植された脂肪がどの程度吸収されるかを調べるために基礎実験を行った。方法は白色家兎24匹を用いて鼠径部わり脂肪吸引器を使用して採取した脂肪組織と外科手術的に採取した脂肪塊を、それぞれ腹直筋上と耳介軟骨上に移植した。2週間後、5週間後、20週間後、30週間後に移植部分を採取し、移植方法と移植床の違いによる脂肪移植後の長期的な観察を行った。肉眼的な観察では、移植後5週以内では手術的に採取した脂肪塊移植の方が、脂肪吸引器にて採取した脂肪注入法よりも移植脂肪残存が多い傾向がみられたが、20週以降の長期的観察では外科手術的採取群と同程度または脂肪注入群の方がより高い残存傾向がみられた。また移植床による比較では血行の良い筋肉上の方が耳介軟骨上よりも高い残存傾向を示した。以上の結果より血行の良い部分では脂肪注入法はより有効な移植方法であることが示された。臨床的には顔面半萎縮症の患者の萎縮した頬部、および限局性強皮症の患者の前額部に脂肪注入法を行い良好な結果を得ている。今後も経過観察が容易である疾患に対して脂肪注入を行いその安全性を検討した後、鼻咽腔閉鎖不全の患者に対して咽頭後壁に脂肪注入を行う治療法を開始する予定である。前年度までの基礎実験により10週目以降の後期では脂肪塊移植したものの方が脂肪塊残存が多いものの残存量はばらつきが大きくまた固いカプセルにおおわれる傾向がみられた。それに対して注入移植の方では脂肪残存は少ないものの平均的にまた触診上柔らかく残存していた。脂肪注入の残存脂肪は10週以降で約30%程度という結果が得られた。脂肪注入法と脂肪塊移植による比較では緒家の報告があるが、今回我々の実験では脂肪塊移植の方が量的には勝るものの、質的には脂肪注入の方がより自然な形態を作り出せる可能性が示唆された。しかし注入移植では残存脂肪が少なく、期待するボリュームを得るためには何倍かの移植量が必要となると考えられた。これらの実験結果をもとに臨床応用を行っているが、現在までに顔面半萎縮症や顔面変形の患者などに脂肪注入を行い、好結果を得ておりこれらの症例は変形修正の度に必要な容積の2倍以上の脂肪を注入し組織学的に落ち着いたところでほぼ期待される形となっている。鼻咽腔閉鎖不全の症例では1歳時に軟口蓋奇形腫切除を行った12歳の患者に対して咽頭後壁に脂肪注入を行った。術後同部は隆起し脂肪の残存があることが確かめられているが、尚、鼻咽腔閉鎖を得るには不十分で現在経過観察中である。今後脂肪の安全な注入量や注入部位などの解決しなければならない問題はあるものの、さらに経験を重ね内視鏡下に局所麻酔下で治療を行うことを目標としている。実施に当たっては、患者の鼻咽腔閉鎖の程度を構音検査、呼吸流量計、レントゲン検査、後鼻鏡、鼻腔よりのファイバースコープを用いて診断を行い術後の構音の変化を観察し、脂肪吸収の程度に応じてくりかえし追加の注入を必要とすると考えている。この方法が確立されれば、治療のための入院や全身麻酔を必要とせず口蓋裂児の鼻咽腔閉鎖不全の治療に大きな成果が上がるものと期待される。
ネットワークとしての医療・介護サービス提供体制に対する法学的接近

今年度の研究は、地方自治行政、医療専門職の規律、機能的自治行政としての社会保険それぞれの領域において生じる個別的な課題に関する研究が進展し、結果が公表された。地方公共団体の議会や監査制度の統制機能、フランスにおける医事法、なかんずく医学研究(臨床試験も含む)に関する規制や精神医療との関連での現状分析、フランスにおける地方自治・地方分権の分析などの研究が公表され、あるいは学会において報告されたことを特に指摘すべきであろう。確かに、医療・介護の供給体制それ自体に関わる研究について公表された部分は少ない。しかし、地方公共団体や社会保険組織、医師の専門職団体等の活動の法的な把握および意味づけ、専門職団体等が作る指針の意味、これらの団体の内部規律、地方公共団体が住民や家族と関係を持つ局面とネットワークという思考の意味といった本研究プロジェクトにおいて鍵となる諸視点・諸論点が、実地の課題において試されたということができる。その意味で、本研究プロジェクトの課題に取り組むための枠組みの精錬に資するものであったと言える。手続の分析や法の地理的適用範囲に関する研究も、以上のような分析枠組みの精錬という役割の一環を担うものであった。このほか、プロジェクトとしては、来年度中頃を脱稿時期として、ある雑誌の特集として論稿を共同で発表するための準備を行った。執筆メンバーそれぞれの希望を活かしつつ、広がりのあるものとすることができることを期待できると考えている。医療・介護提供体制に焦点を絞った研究は公表できておらず、興味の拡散は認められる。しかしながら、同時に、医療介護供給体制を、それを形成する主要アクターのネットワークとして捉え、それぞれのアクターの特質を踏まえて分析するための一般的な考察枠組みの研究はなされ、それが各メンバーの興味を惹く個別問題において利用され、検証されたと考えることができる。一般枠組みを一般論のまま公表するよりは、それを具体的問題に即して考察した方が、本研究プロジェクトのような、具体的問題領域に関心を向ける研究には有意義であると考えられる。このことから、本研究プロジェクトは、概ね順調に進展していると考えている。3年目(最終年)となる本年度については、研究プロジェクトに一区切りを付けるべく、医療・介護提供体制との関わりで、これまでの研究を示すものを取りまとめることを中心的課題とする。もちろん、共同研究は、各メンバーの自発性を重んじなくては意味がないので、それ以外の切り口からの研究もプロジェクトの中に位置づけたい。日本法の抱える問題に対して全面的に提言を行うことは困案であろうけれども、外国法研究の成果を中心にまとめるだけでも、日本法の特色を浮き彫りにすることが可能になると考えている。それぞれのメンバーにおいて研究を進めた。研究計画においては、関連制度の検討と分析が主たる対象となる。この部分について研究を進めたが、その中で今期、成果として公表されたものは地方自治に関連する部分が中心を占める。一方では、基礎的な地方公共団体あるいは憲法上の地方公共団体という観念に関連する研究、地方自治の基礎に据えられるべき法理論(地方自治法理論)のあり方の考察など、地方自治に関する基本研究が進められた。また、同時に他方において、地方公共団体(都道府県)と、地方公共団体の機関ではあるが歴史的経緯から独立性の強い機関(保健所)、さらに別の地方公共団体(市町村)との関係に関する研究、また、行政主体相互の関係に関する研究が公表された。また、本研究のテーマと直接の関連は薄いようにみえるけれども、地方公共団体が、国外との関連を持つ形で社会保障給付を行う際の検討も行われた。これは、地方公共団体の担う「地域における自治」の広がりと限界を考える手がかりとなった。また、この背景にある社会保障法の域外適用という問題も、この研究の着眼点であるネットワークという概念を考える際の手がかりを与えたのは一つの思わぬ副産物であった。このほか、医師の臨床試験に規律を加える法的規制の比較研究を通して、医師の職業規律の位置づけが探られた他、社会保障の(租税以外の)費用負担形式について、その内容を決定する主体と決定のあり方という観点からの考察が公表された。それぞれ、機能自治に関わる研究であり、今後の研究の手がかりとなることが期待される。医療提供体制そのものの研究は、なお公表されていないけれども、これは、上記の研究を踏まえた理論的な観点からの分析の中で、公表されるべきものである。分析のための視点を得るための研究が概ね期待通りにすすんでいると考えられる。他方で、医療・介護の供給体制に関する研究は、保健所に関する研究を除くと、やや遅れ気味ではあるが、他方で、医療提供と国際化の問題を考察する中でネットワークの形成に関する相似の問題に取り組むことができ、これは医療・介護の供給体制に関する研究の手がかりとなることが考えられる。理論的研究と制度分析とが一定程度は同時並行的に行われなくてはならないという当初の予想からすれば、概ね予定通りの進行であると評価できよう。

しかし、地方公共団体や社会保険組織、医師の専門職団体等の活動の法的な把握および意味づけ、専門職団体等が作る指針の意味、これらの団体の内部規律、地方公共団体が住民や家族と関係を持つ局面とネットワークという思考の意味といった本研究プロジェクトにおいて鍵となる諸視点・諸論点が、実地の課題において試されたということができる。その意味で、本研究プロジェクトの課題に取り組むための枠組みの精錬に資するものであったと言える。手続の分析や法の地理的適用範囲に関する研究も、以上のような分析枠組みの精錬という役割の一環を担うものであった。このほか、プロジェクトとしては、来年度中頃を脱稿時期として、ある雑誌の特集として論稿を共同で発表するための準備を行った。執筆メンバーそれぞれの希望を活かしつつ、広がりのあるものとすることができることを期待できると考えている。医療・介護提供体制に焦点を絞った研究は公表できておらず、興味の拡散は認められる。しかしながら、同時に、医療介護供給体制を、それを形成する主要アクターのネットワークとして捉え、それぞれのアクターの特質を踏まえて分析するための一般的な考察枠組みの研究はなされ、それが各メンバーの興味を惹く個別問題において利用され、検証されたと考えることができる。一般枠組みを一般論のまま公表するよりは、それを具体的問題に即して考察した方が、本研究プロジェクトのような、具体的問題領域に関心を向ける研究には有意義であると考えられる。このことから、本研究プロジェクトは、概ね順調に進展していると考えている。2017年度に得られた理論的な研究の視点を踏まえつつ、制度の把握を急ぎたい。その上で、それを統合する形で両者の研究を進めたいと考えている。3年目(最終年)となる本年度については、研究プロジェクトに一区切りを付けるべく、医療・介護提供体制との関わりで、これまでの研究を示すものを取りまとめることを中心的課題とする。もちろん、共同研究は、各メンバーの自発性を重んじなくては意味がないので、それ以外の切り口からの研究もプロジェクトの中に位置づけたい。日本法の抱える問題に対して全面的に提言を行うことは困案であろうけれども、外国法研究の成果を中心にまとめるだけでも、日本法の特色を浮き彫りにすることが可能になると考えている。
電子・陽子衝突装置HERAによる素粒子実験

本研究は、ドイツ電子シンクロトロン研究所に建設される電子・陽子衝突装置HERAにおいて国際共同実験ZEUSを行ない、素粒子物理学を研究するものである。HERAは重心系エネルギ-が314GeVの装置で、ミクロの観点からは、電子・クォ-ク衝突装置と見なせる。陽子の超微細な構造の他、さらにクォ-クの構造や、近距離での素粒子相互に働く力の研究を行う道が開ける。そのためには、実験装置が生成粒子のエネルギ-を精密に測れるものでなくてはならない。この3年間に、汎用大型測定器の建設を中心に研究が進められたが、主要な目的と成果は以下の点である。1)高性能ハドロンカロリ-メ-タ-の建設2)半導体検出器利用の電子・ハドロン分離装置の開発3)パイプライン方式による初段トリガ-回路の製作4)シミュレ-ションソフトウェアの整備とそれを用いた初段トリガ-条件の検討各項目の詳細と得られた成果を記す。1)のカロリ-メ-タ-に関しては、本研究開始以前の調査研究で基本的性能試験がなされ、劣化ラウンを吸収材とし、プラスチックシンチレ-タ-を検出器として用いる設計の大すじは作られていた。本研究では、汎用測定器に組み込む大型検出器であることを考慮して細部におよぶ仕様設計をつめ、建設を開始、3年間で総数約50台のカロリ-メ-タ-を完成した。年度末には、全数が測定器中に搬入設置される。プロトタイプのビ-ムによる試験の結果、期待どおり従来に比べて遥かに優れたエネルギ-分解能を示した。シンチレ-タ-からの光を電気信号に変換する光電子増倍管は、全数について、自動較正システムで検査、較正した。また光電子増倍管に高電圧を供給するため、新たにコッククロットワルトン型の倍圧整流電源を開発したが、これにより、高圧電源を簡単に制御することが可能となり、測定器内の発熱量も従来の抵抗分割型に比べて十分の一に抑えることが出来た。電圧制御用の回路としては、CAMAC系とVME系の両者を開発した。2)総数一万枚の半導体検出器をカロリ-メ-タ-中に設置して、生成粒子が電子かハドロンかを区別するが、システム設計を完了し、現在大量生産の段階に入っている。これによって、重いクォ-クの生成を判別する際の効率が上がるものと期待されている。3)HERAのビ-ム衝突頻度は毎秒当り約1000万回であり、これまでの衝突装置に比べて桁ちがいに大きい。一方、ビ-ム衝突によって起こる反応を記録するかどうか判断するには、およそ20万分の1秒程度の時間が必要である。この困難を解決するため、初めて、パイプライン方式のトリガ-回路を導入した。並列処理型のCPUを複数用いて多くの検出から出る情報を並列に処理する。試験の結果、デ-タ取得チェ-ン内で有効に働く事が確かめられた。この方式は、今後の高強度衝突装置での実験に広く応用できるものである。4)HERAでの物理反応、バックグランド反応ともに非常に複雑なため、入念なシミュレ-ションが必要である。種々のコ-ドが国際協力によって整備された。シミュレ-ションには、多大のCPU時間を要したため、異なった条件のシミュレ-ションを国際協力で作り、相互にデ-タを交換して、シミュレ-ションデ-タを完備した。これを用いて、トリガ-条件の検討を行ない、実験に際して適用できる条件を求めた。1)4)全ての活動は緊密な国際協力の下でなされた。情報と部品の頻繁な交換のほか、実験現場であるDESYに関連協力者が集まって行う共同作業と協議は非常に効率的であった。

シンチレ-タ-からの光を電気信号に変換する光電子増倍管は、全数について、自動較正システムで検査、較正した。また光電子増倍管に高電圧を供給するため、新たにコッククロットワルトン型の倍圧整流電源を開発したが、これにより、高圧電源を簡単に制御することが可能となり、測定器内の発熱量も従来の抵抗分割型に比べて十分の一に抑えることが出来た。電圧制御用の回路としては、CAMAC系とVME系の両者を開発した。2)総数一万枚の半導体検出器をカロリ-メ-タ-中に設置して、生成粒子が電子かハドロンかを区別するが、システム設計を完了し、現在大量生産の段階に入っている。これによって、重いクォ-クの生成を判別する際の効率が上がるものと期待されている。3)HERAのビ-ム衝突頻度は毎秒当り約1000万回であり、これまでの衝突装置に比べて桁ちがいに大きい。一方、ビ-ム衝突によって起こる反応を記録するかどうか判断するには、およそ20万分の1秒程度の時間が必要である。この困難を解決するため、初めて、パイプライン方式のトリガ-回路を導入した。並列処理型のCPUを複数用いて多くの検出から出る情報を並列に処理する。試験の結果、デ-タ取得チェ-ン内で有効に働く事が確かめられた。この方式は、今後の高強度衝突装置での実験に広く応用できるものである。4)HERAでの物理反応、バックグランド反応ともに非常に複雑なため、入念なシミュレ-ションが必要である。種々のコ-ドが国際協力によって整備された。シミュレ-ションには、多大のCPU時間を要したため、異なった条件のシミュレ-ションを国際協力で作り、相互にデ-タを交換して、シミュレ-ションデ-タを完備した。これを用いて、トリガ-条件の検討を行ない、実験に際して適用できる条件を求めた。1)4)全ての活動は緊密な国際協力の下でなされた。情報と部品の頻繁な交換のほか、実験現場であるDESYに関連協力者が集まって行う共同作業と協議は非常に効率的であった。
生体分子の光電子スペクトル測定手法の開発

液体エタンを用いた生体関連分子の非晶質氷包埋と、これを冷却したまま超高真空の測定チャンバー内に移送可能なサンプル調製チャンバーの製作を行った。生体関連分子の構造維持には水が必須であるが、同時にこの水の存在は、超高真空装置の真空度に悪い影響を与えてしまう。本装置はそれらの両立を図るものであり、特殊な装置故の様々な問題点を洗い出す必要があった。それらの経験は今後の研究の展開に十分生かすことができよう。このチャンバーには、(1)内部バルブ方式による高真空一低真空間の分離機構、(2)液体エタン/低温金属圧着一ハイブリッド型急速凍結機構、(3)チャンバー全体の位置調製を可能にするパラレルリンク保持機構、等の新しい工夫が施されている。チャンバーを接続する予定であった光電子スペクトル測定チャンバーに、真空漏れ等の重大な問題が生じたためにその対策に努力してきたが、現在のところスペクトル測定実験は休止を余儀なくされている。このため、本研究の試料基板に関連した置換基を有する自己組織化単分子膜(ピロリルアルカンチオールのSelf-assembled Monolayers)について、光電子スペクトルの測定や光電子強度の角度分布の計算を行った。この研究は、光電子スペクトルの測定とその強度計算の比較から、表面最上層にある有機分子や官能基の配向・配列を、低損傷かっ定量的に測定できることを示したものである。製作したサンプル調製チャンバーを活用して、今後はスペクトル測定を実施する計画である。本研究のポイントは、液体エタンを用いた生体関連分子の非晶質氷包埋と、これを冷却したまま超高真空の測定チャンバー内に移送可能なサンプル調製チャンバーの製作にある。この手法はもともと、タンパク質などの高分解能電子線回折の分野で考案され、生体関連分子の構造研究に多くの成果をもたらしたものである。しかし、電子線回折装置の独特なサンプル周りの構造に特化しているため、それ以外のスペクトル測定装置で使用された例は皆無である。本研究で新たに開発する手法は、一般的な超高真空チャンバーで汎用的に使用できるものであり、光電子スペクトルだけでなくいろいろなスペクトロスコピーによる生体関連分子研究を可能にする。このため平成10年度は、(1)内部バルブ方式による高真空-低真空間の分離機構と、(2)液体エタン/低温金属圧着-ハイブリッド型急速凍結機構、の主要部分の設計を終え、チャンバー全体の製作に入った状況にある。また、実際に用いる試料基板の準備を進めている。基板からの光電子によるスペクトルバックグラウンドを低減させるために、試料基板はシリコン単結晶を用いる。シリコン基板への金属蛋白質固定は、自己組織化単分子膜(SAM)の手法を用いる。これは、後の操作で膜中の含水量を調節する時に、分子レベルで薄膜表面が平坦である必要のためである。具体的には、始めに末端にアミノ基を持ったアルカン分子のSAMを構築した後に、Sucinimido 4-(3-trifluoromethylazirino)benzoateをバインダーとして利用して、ペプチド結合によって蛋白質のアミノ基を固定する。
高度に配座を制御できる炭素・炭素結合形成反応を用いた拡張共役電子系の構築と性質

これまでにビス(ビニルアリール)アルカン類の分子内[2+2]光環化付加反応により様々な芳香環を有するシクロファンを合成し、その芳香環の配置と渡環相互作用及び光物理学的性質等の物性との関係について明らかにしてきた。本年度は、これまでに合成例のない軸不斉を有するビナフチルを用いたシクロファン、すなわちビナフチロファンの合成を目指して検討を加えて成功を収めた。さらに、得られたビナフチロファンの溶液中及び結晶中の構造について明らかにした。ブロモナフタレンを出発原料として5段階で前駆体であるオレフィンを合成した。それぞれのベンゼン溶液に、窒素雰囲気下、パイレックス容器中で400W高圧水銀灯により40分間光照射を行った。連結鎖が短すぎる場合は目的のシクロファンは得られなかったが、架橋鎖をヘキサン残基またはへプタン残基とした場合はそれぞれ収率45、47%で対応するシクロファンが得られた。それぞれのシクロファンのプロトン核磁気共鳴ペクトルにおいては、いずれも芳香環プロトンが12種類のシャープなピークとして観測され、これらの化合物が溶液中で対称性のある構造を取っていることを示している。一種類のシクロファンについては、X線結晶構造解析に成功した。上下のナフタレン環同士の二面角はそれぞれ70度、108度である。下部のナフタレン環同士はその重なりはわずかで、ほぼ平行に位置している。結晶中では配座が固定され、非対称な分子となっているが、溶液中ではそれらが連動して回転(スウイング)しているために対称性が生じていることが、温度可変核磁気共鳴ペクトルから結論された。
真核細胞モデルを視野に入れた内部に区分けのあるベシクル系の構築と利用

袋状分子集合体ジャイアントベシクル(GV)は、その内部に種々の物質を封入する事ができる。ここに互いに相互作用しうる溶液を区別してを封入し、外部刺激によってそれらが相互作用できるようになれば、内部変化に誘発される、実際の細胞に通じたダイナミクスが期待される。そこで、GV内部に紫外線開孔性のある小GVを封入した二重ベシクルの構築を試みた。この二重ベシクルに、内部GV中にDNAを、さらに外部GV内水相にDNA感応型蛍光色素をそれぞれ封入することに成功した。これら封入物は、紫外線を照射しない限り相互作用しないが、紫外線照射すると、両者間で複合体が形成されることを蛍光顕微鏡観察により確認した。本研究では、小胞によって細胞膜内部に様々な物質を共存させている真核細胞を参考にした「ベシクルの内部にカプセルとしての小ベシクルが封入された二重ベシクル」を作製し、さらに、非侵襲な外的刺激によって外側のベシクルは保ったまま小ベシクルのみを開孔させることで、外側のベシクルの内の状態を変化させられるような系の実現を目指している。1)二重ベシクル内の小ベシクルにのみ、水溶性蛍光分子を封入させられる条件の検討を行った(用いた脂質はリン脂質)。その結果、ウラニンを用いた場合では、調整時に蛍光色素が漏出しうまく封入できなかったが、より膜親和性の小さいピラニンを用いたところ、ベシクル調整時の漏出が抑制されることを、蛍光顕微鏡観察によって確認した。今後、酵素やDNAなどの生体由来物質を封入する上での重要な知見である。2)紫外線照射前はベシクルを形成できるが、紫外線照射後には成膜性を失うリン脂質の合成を行った。従来の合成法では、環境負荷の大きいカドミウム塩を用いる必要があったが、これの代わりに珪藻土を用いた新しい合成法を用い従来法と遜色のない収率で合成できることを確認した。また、遠心沈降法によるベシクル調整を確認したところ、人工のリン脂質でありながら、緩衝溶液中で良好なジャイアントベシクルが形成可能であり、さらに紫外線照射により容易に崩壊することを、顕微鏡観察により確認された。3)リン脂質以外の光応答型分子として、オレイン酸のカルボン酸部位に紫外線応答部位を付加したケージド化合物の合成も行った。この分子をベシクル膜に含有させることで、光照射によって膜の静電的雰囲気を制御できる。また、この分子のみからなる油滴が、紫外線照射をトリガーとして、ベシクルの放出や、自走運動の開始などの特徴あるダイナミクスを示すことも併せて確認した。本研究では、種々の水溶液を内水相として持つ小ベシクルの分散液を、より大きなベシクルの内部に封入した「二重ベシクル」を作製し、さらに、紫外線のような非侵襲な外的刺激を用いて、外側のベシクルに影響を与えることなく、封入された小ベシクルだけを開孔させることで、外側のベシクルの内水相の状態を変化させられる系の構築を目指している。研究二年目となる本年度の成果概要を以下に示す。(1)ベシクル内に種々の物質を封入するには、内容物にあわせたベシクル膜組成が重要となる。そこで、紫外線応答性リン脂質に加えて、双性イオン型リン脂質POPC、アニオン性リン脂質POPGおよびコレステロールからなるベシクルを種々の膜組成で調整し、紫外線照射によりベシクル内容物の放出を蛍光顕微鏡で直接観察した結果、紫外線応答性リン脂質含有量が10 mol%程度であっても、高圧水銀灯からの紫外線を数秒当てただけで内容物の放出が可能な光応答性ベシクルとして機能することを確認した。(2)1で見出した組成を参考に、光応答性ベシクルを小ベシクルとした二重ベシクルを調整し、その紫外線応答を顕微鏡により確認した。その結果、外側のベシクルは保ったまま、内側のベシクルに封入されていたピラニンが、周辺の水相(外側のベシクルの内水相)に放出されることが確認された。この変化は、紫外線応答性リン脂質を含まない二重ベシクル系では起こらなかった。(3)オレイン酸のケージド化合物からなる油滴が、紫外線照射前後にしめす動的挙動について詳細な顕微鏡観察を行った。紫外線を連続照射した場合は、光源に向かって油滴が移動する正の走光性が見られた。また、短時間の紫外線照射においては、紫外線照射に遅れて運動が出現する、特徴的な自発運動ダイナミクスが観察された。本研究では、紫外線に応答し内容物を放出できる小ベシクルを紫外線応答しないベシクル内部に封入した「二重ベシクル」の構築し、外部刺激によって任意のタイミングで内部状態を変化できるベシクルの構築を目指した。三年間の研究において、二重ベシクルの調整に成功し、さらに、同一ベシクル内に別々に封入することに成功したさらに、紫外線照射によって、内部物質の相互作用をトリガーできることも確認し、計画段階で提案した二重ベシクルの機能を検証した。以下に詳細を示す。(1)紫外線応答型ベシクルの調整に必要な、光分解性リン脂質の合成を行った。環境に有害なカドミウムを用いる既存の方法を見直し、セライト微粒子を用いた方法に変更し、従来と同程度の収率で合成することに成功した。さらにこの分子を含む混合膜から成るベシクルが、短時間の紫外線照射で物質放出できることを確認した。