hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
トゲウオ科魚類イトヨにおける季節性繁殖の平行的な喪失とその分子遺伝基盤

(1)TSHb2の下垂体-性ホルモンフィードバックにおける機能の解析|これまでの研究から、短日条件下での海型の高いTSHb2発現量は、性成熟や成長、神経発生に対して多面的な機能を持つことが分かってきた。一般的に性成熟の制御において、下垂体から分泌される性腺刺激ホルモンと生殖腺から分泌される性ホルモンにはフィードバック機構があることが知られ、海型イトヨではそのフィードバックの方向が短日条件だと抑制的、長日条件だと促進的に切り替わることが知られていた。そこで、そのフィードバック機構におけるTSHb2の機能を調べるために、TSHb2ノックアウトとコントロールの下垂体を短日条件化で培養し、性ホルモンを投与して、性腺刺激ホルモンの発現量が変動するかどうか検証した。すると、TSHb2ノックアウトでは、性ホルモンの投与に対して性腺刺激ホルモンの発現量が上昇したのに対し、コントロールではその上昇が見られなかった。これは、短日条件下での高いTSHb2発現量が、性腺刺激ホルモンと性ホルモンの促進的なフィードバックを抑えることで、性成熟が起こらないように機能していることを示している。(2)日本集団を用いたTSHb2発現レベルに対する全ゲノムeQTL解析|これまでの研究で同定した日本集団の淡水型でTSHb2の日長応答性に寄与する19番染色体上の候補ゲノム領域中には36個の遺伝子が含まれていた。そこで、この中で候補遺伝子を絞り込むために、下垂体の1細胞RNAシークエンスとProvean解析を行った。その結果、BICD1遺伝子が、下垂体でTSHb2と共発現し、且つ、有害である確率が高い候補遺伝子として同定された。(3)欧州集団のTSHb2上流配列の解析|公開されている欧州集団の海型、淡水型の全ゲノム配列を解析すると、TSHb2の上流配列は海型と淡水型で分化していなかった。(1)TSHb2欠損イトヨを用いた主要標的組織での遺伝子発現の日長応答性解析|短日条件のTSHb2欠損群の脳、下垂体を用いたRNA sequencingを行った。TSHb2欠損個体で発現が変動する遺伝子のうち、海型と淡水型との遺伝子発現量の違いと一致する候補遺伝子を探索するため、短日条件の海型、淡水型の脳、下垂体のRNA sequencingも行った。脳では、TSHb2欠損個体で66個の遺伝子が発現変動をしており、そのうち、5個が海型と淡水型の遺伝子発現量の違いと一致していた。それらには、神経発生に関わる遺伝子が含まれていた。また、脳トランスクリプトームを主成分解析すると、TSHb2欠損個体のうち複数個体が淡水型様の発現パターンを示した。一方、下垂体では、TSHb2欠損個体で112個の遺伝子が発現変動をしており、そのうち、10個が海型と淡水型の遺伝子発現量の違いと一致していた。これらには、既に候補遺伝子解析から得られている性腺刺激ホルモンの他に、食欲や体サイズ成長、代謝を制御する遺伝子や、エストロゲンレセプター補抑制因子が含まれていた。これらにより、海型で見られる高いTSHb2発現量は、繁殖や体サイズ、神経発生に対して多面的な機能を持つことで、季節繁殖を制御していると考えられた。(2)TSHb2欠損イトヨを用いた主要ホルモン解析|(1)と同様に、TSHb2欠損個体とコントロール個体、また海型と淡水型を用いて、11-KTとEstradiol、T3、T4を計測した。11KTは海型よりも淡水型の方が高く、またTSHb2欠損イトヨでも有意ではないものの高かった。一方、他のホルモンに有意な差はなかった。(3)TSHb2欠損イトヨを用いた繁殖開始タイミング解析|TSHb2欠損個体とコントロール個体を同時期に短日条件から長日条件に移行すると、TSHb2欠損個体の方が早く腎臓が成熟した。TSHb2欠損個体でのRNA sequencingが順調に進み、脳と下垂体におけるTSHb2の作用機序が明らかになりつつある。特に下垂体では、これまで発見されてきた生殖腺を制御する下垂体ホルモンだけでなく、マウスやシクリッドで食欲や体サイズ成長に寄与する遺伝子がTSHb2の制御下にあることが明らかになり、TSHb2の多面的な機能が解明されつつある。また、その他にも、主要ホルモンの解析や繁殖開始タイミングの解析も順調である。更に、日本集団を用いた短日条件でのTSHb2発現レベルに対する全ゲノムeQTL解析についても、F1が順調に育っており、来年度にはeQTL解析を行うことができる。(1)下垂体培養系を用いたTSHb2の作用機序の解析|これまでの研究から、TSHb2ノックアウトイトヨでは性腺刺激ホルモンをコードするLHやFSHの発現が高くなり、繁殖形質の発達が誘導されることが分かってきた。そこで、TSHb2がLH、FSHをどのように制御するのかを解析するために、下垂体を培養し、培養液に合成したTSHb2を投与して、LHやFSHの発現量が変動するかどうか検証した。TSHb2の投与により、LHやFSHの発現が抑制される傾向は見られたが、有意ではなかった。このため、TSHb2が直接LHやFSHを制御するとは結論づけられなかった。(2)日本集団を用いた短日条件でのTSHb2発現レベルに対する全ゲノムeQTL解析|日本集団の淡水型でTSHb2の日長応答性に寄与する候補

ゲノム領域をより絞り込むために、よりサンプル数を増やし、短日条件下のTSHb2のeQTL解析を再度行った。日本の海型と淡水型のF2交雑個体を用意し、下垂体RNAのTSHb2発現量をqRT-PCRにより解析した。また、対応するヒレからDNAを抽出し、ddRAD法により遺伝型を決定し、R/QTLを用いてeQTL解析を行った。この結果、性染色体である19番染色体に、短日条件でのTSHb2発現量の違いを決定する遺伝子座が存在することが分かった。(3)近縁種ニホンイトヨでのTSHb2の日長応答性の解析|TSHb2の日長応答性の進化過程を明らかにするために、イトヨの近縁種であるニホンイトヨを用いてTSHb2とその他の繁殖形質の日長応答性の解析を行った。その結果、ニホンイトヨでもTSHb2は短日条件で高く、長日条件で発現が下がることが分かった。しかし、下がる反応速度は異なり、種間で反応性に違いが見られた。日本集団を用いた短日条件でのTSHb2発現レベルに対する全ゲノムeQTL解析が順調に進み、それに寄与する遺伝子座が発見された。これにより、TSHb2の日長応答性の収斂進化の分子基盤に迫ることができている。また、TSHb2によるLHやFSHの直接的な制御は示されなかったが、この実験により、下垂体培養系を確立することができたため、今後はTSHb2ノックアウト個体の下垂体を培養し、これまでイトヨで示されている短日/長日条件下でのLH、FSHとアンドロジェンのフィードバック機構に対して、TSHb2がどのような機能を果たしているのか調べることができるようになった。このため、(1)TSHb2の下垂体-性ホルモンフィードバックにおける機能の解析|これまでの研究から、短日条件下での海型の高いTSHb2発現量は、性成熟や成長、神経発生に対して多面的な機能を持つことが分かってきた。一般的に性成熟の制御において、下垂体から分泌される性腺刺激ホルモンと生殖腺から分泌される性ホルモンにはフィードバック機構があることが知られ、海型イトヨではそのフィードバックの方向が短日条件だと抑制的、長日条件だと促進的に切り替わることが知られていた。そこで、そのフィードバック機構におけるTSHb2の機能を調べるために、TSHb2ノックアウトとコントロールの下垂体を短日条件化で培養し、性ホルモンを投与して、性腺刺激ホルモンの発現量が変動するかどうか検証した。すると、TSHb2ノックアウトでは、性ホルモンの投与に対して性腺刺激ホルモンの発現量が上昇したのに対し、コントロールではその上昇が見られなかった。これは、短日条件下での高いTSHb2発現量が、性腺刺激ホルモンと性ホルモンの促進的なフィードバックを抑えることで、性成熟が起こらないように機能していることを示している。(2)日本集団を用いたTSHb2発現レベルに対する全ゲノムeQTL解析|これまでの研究で同定した日本集団の淡水型でTSHb2の日長応答性に寄与する19番染色体上の候補ゲノム領域中には36個の遺伝子が含まれていた。そこで、この中で候補遺伝子を絞り込むために、下垂体の1細胞RNAシークエンスとProvean解析を行った。その結果、BICD1遺伝子が、下垂体でTSHb2と共発現し、且つ、有害である確率が高い候補遺伝子として同定された。(3)欧州集団のTSHb
液圧駆動による腹腔鏡外科手術用多自由度鉗子の開発と制御に関する研究

本研究は、低襲侵外科手術用多自由度ロボット鉗子を製作し、申請者が提案したロバストなバイラテラル制御則を適用して、従来のロボット鉗子に比べて洗浄性がよく、軽量で、かつ操作性も優れた腹腔鏡外科手術用多自由度ロボット鉗子装置を構成することが目的である。昨年度は、液圧駆動型多自由度ロボット鉗子を製作し、開発したロボット鉗子が外科手術用に実用化可能であるかどうかの検証を行った。その結果、製作した液圧駆動型多自由度ロボット鉗子では、十分な操作性が得られなかった。そこで、右ネジと左ネジとユニバーサルジョイントにより構成される2本の屈曲リンクの回転操作により屈曲動作を実現する全方位駆動型の多自由度ロボット鉗子を考案し、プロトタイプ1号機を試作した。また、この鉗子に500gの物体を把持させ持ち上げる屈曲実験を行い、外科手術用鉗子として十分実用化可能であることを検証した。さらに、既存のジョイスティックを改造したコントローラを製作し、提案した多自由度ロボット鉗子を遠隔操作することを可能にした。今年度は、まず発明した屈曲機構1と提案した多自由度ロボット鉗子に関して特許出願を行った。次に、製作した遠隔コントローラを用いてジョイスティックの動きにロボット鉗子の動きを追従させるサーボ実験を行い、得られた成果について国内の学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2006(ROBOMEC 2006)、および海外の学会IASTED International Conference on ROBOTICS AND APPLICATIONS(RA 2006)において発表を行った。しかしながら、プロトタイプ1号機において、ネジ部とユニバーサルジョイント屈曲部のクリアランスが累積してしまい、ガタが発生してしまった。そこで、屈曲部全長を短くすることで先端部のガタを減少させることを考え、プロトタイプ2号機の製作を行った。また、2号機においては組み立てを容易にするために部品数も削減した。さらに、臓器の裏側など、作業空間が限られた場所で湾曲針を把持し縫合作業を行うために、先端の回転動作が不可欠な機能となる。そこで、先端の回転を可能とする小型回転把持機構を考案し、これを2号機に搭載した。開発した小型回転把持機構に関しては、多自由度ロボット鉗子の付加機構として追加の特許出願も行った。プロトタイプ2号機に対しても、遠隔コントローラを用いたサーボ実験を行い、得られた成果について国内の日本ロボット学会第24回学術講演会、および海外のSICE-ICASEInternational Joint Conferenceにおいて発表を行った。さらに、歪ゲージを用いて力をセンシングし、作業者に力覚をフィードバックするバイラテラル制御実験を行い、良好な結果が得られた。これに関しては、さらに実験を重ねて精鋭化し、その成果を学会で発表する予定である。本研究は、液圧駆動型多自由度ロボット鉗子を製作して、申請者が提案したロバストなバイラテラル制御則を適用し、従来のロボット鉗子に比べて洗浄性がよく、軽量で、かつ操作性も優れた腹腔鏡外科手術用多自由度ロボット鉗子装置を構成することが目的である。今年度は、まず既に設計してある図面に従って液圧駆動型多自由度ロボット鉗子を製作し、開発した鉗子が外科手術用に実用化可能であるかどうかの検証を行った。また、制御系に関しては、昨年度までに申請者が提案している精密位置決め、力覚フィードバックなどの制御則を様々なメカニカルシステムに適用して有効性を検証した成果を、国際会議や日本機械学会論文集C編などで公表した。その結果、液圧を利用した多自由度ロボット鉗子において駆動系の鍵となる、液漏れがなく、摩擦も少ない超小型シリンジの開発を本学にある光造形機を用いて繰り返し製作したが、必要とされる精度が得られず、製作した液圧駆動型多自由度ロボット鉗子では、十分な操作性が得られなかった。そこで、右ネジと左ネジとユニバーサルジョイントにより構成される2本の屈曲リンクの回転操作により屈曲動作を実現する全方位駆動型の多自由度ロボット鉗子を考案し、プロトタイプを試作した。製作した多自由度ロボット鉗子は、屈曲駆動および把持部開閉にワイヤを使用せず、高剛性で屈曲範囲が広く、駆動部分も小型である。また、屈曲角度を0.05°の精度で操作できる。さらに、この鉗子に500gの物体を把持させ持ち上げる屈曲実験を行い、外科手術用鉗子として十分実用化可能であることを検証した。現在、この機構に関しては特許出願準備中である。しかしながら、ネジ部とユニバーサルジョイント屈曲部のクリアランスが累積してしまい、ガタが発生してしまった。そこで、屈曲部全長を短くすることで先端部でのガタを減少させることを考え、現在この機構を用いたプロトタイプ2号機の試作を行っている。既存のジョイスティックを改造したコントローラを製作し、遠隔操作も可能にした。次年度は力覚のフィードバックを伴うバイラテラル制御系を構成し、その操作性についての評価を行う。また、これまでに得られた成果について、まず国内の学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2006(ROBOMEC2006)にて発表を行う。さらに、海外の学会IASTED International Conference on ROBOTICS AND APPLICATIONS(RA2006)にも論文を投稿する予定である。

本研究は、低襲侵外科手術用多自由度ロボット鉗子を製作し、申請者が提案したロバストなバイラテラル制御則を適用して、従来のロボット鉗子に比べて洗浄性がよく、軽量で、かつ操作性も優れた腹腔鏡外科手術用多自由度ロボット鉗子装置を構成することが目的である。昨年度は、液圧駆動型多自由度ロボット鉗子を製作し、開発したロボット鉗子が外科手術用に実用化可能であるかどうかの検証を行った。その結果、製作した液圧駆動型多自由度ロボット鉗子では、十分な操作性が得られなかった。そこで、右ネジと左ネジとユニバーサルジョイントにより構成される2本の屈曲リンクの回転操作により屈曲動作を実現する全方位駆動型の多自由度ロボット鉗子を考案し、プロトタイプ1号機を試作した。また、この鉗子に500gの物体を把持させ持ち上げる屈曲実験を行い、外科手術用鉗子として十分実用化可能であることを検証した。さらに、既存のジョイスティックを改造したコントローラを製作し、提案した多自由度ロボット鉗子を遠隔操作することを可能にした。今年度は、まず発明した屈曲機構1と提案した多自由度ロボット鉗子に関して特許出願を行った。次に、製作した遠隔コントローラを用いてジョイスティックの動きにロボット鉗子の動きを追従させるサーボ実験を行い、得られた成果について国内の学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2006(ROBOMEC 2006)、および海外の学会IASTED International Conference on ROBOTICS AND APPLICATIONS(RA 2006)において発表を行った。しかしながら、プロトタイプ1号機において、ネジ部とユニバーサルジョイント屈曲部のクリアランスが累積してしまい、ガタが発生してしまった。そこで、屈曲部全長を短くすることで先端部のガタを減少させることを考え、プロトタイプ2号機の製作を行った。また、2号機においては組み立てを容易にするために部品数も削減した。さらに、臓器の裏側など、作業空間が限られた場所で湾曲針を把持し縫合作業を行うために、先端の回転動作が不可欠な機能となる。そこで、先端の回転を可能とする小型回転把持機構を考案し、これを2号機に搭載した。開発した小型回転把持機構に関しては、多自由度ロボット鉗子の付加機構として追加の特許出願も行った。プロトタイプ2号機に対しても、遠隔コントローラを用いたサーボ実験を行い、得られた成果について国内の日本ロボット学会第24回学術講演会、および海外のSICE-ICASEInternational Joint Conferenceにおいて発表を行った。さらに、歪ゲージを用いて力をセンシングし、作業者に力覚をフィードバックするバイラテラル制御実験を行い、良好な結果が得られた。これに関しては、さらに実験を重ねて精鋭化し、その成果を学会で発表する予定である。
卵受精能に対するエストロゲン・プロゲステロンの役割-Ca^<2+>・cAMP系との関連-

これまでの我々の排卵機構に関する研究より排卵過程にエストロゲン・プロゲステロン・プロスタグランディンが密接に関与している事を明らかにしてきた。近年、IVF-ETやGIFTの成否の鍵となる重要な因子である卵受精能に関しても卵巣由来のホルモンが重要な役割を演じているとの報告が見られるようになってきた。我々はこの中で特に顆粒膜細胞より分泌されるホルモンの卵成熟に及ぼす影響に着目して研究を開始した。当研究室の大場等は、ラット胎児線維芽細胞3Y1に存在するカルシウム・カルモデュリン依存性蛋白リン酸化酵素IIが胎児牛血清・EGF・A23187に反応して自己リン酸化をおこし細胞内カルシウム調節に重要な役割を演じている事を明らかにした。(J.Biol.Chem.263.11540-11547,1988)今回我々は、幼若ラットにDiethylstilbestrol処置して得られた卵巣よりKnecht等の方法(J.Biol.Chem.256,34-36,1981)に準じてラット顆粒膜細胞を調整し、ラット顆粒膜細胞に存在するカルシウム・カルモデュリン依存性蛋白リン酸化酵素の自己リン酸化に及ぼす種々の因子の影響について検討した。顆粒膜細胞を胎児牛血清にて刺激すると、その濃度に依存してカルシウム・カルモデュリン依存性蛋白リン酸化酵素IIの自己燐酸化を惹起し、同時に顆粒膜細胞の形態変化とプロゲステロン産生の抑制が起こる事を明らかにした。現在、胎児牛血清中のどのような因子がどのような機序を介してカルシウム・カルモデュリン依存性蛋白リン酸化酵素IIの自己リン酸化とプロゲステロン産生の抑制をおこすかについて検討している。また同時に、FSH・LH・エストロゲン・プロゲステロン・EGFは顆粒膜細胞中に存在する本酵素の自己燐酸化には影響しない事も明らかにした。我々の排卵機構に関する研究から、排卵機構にエストロゲン・プロゲステロン・プロスタグランディンが密接に関与している事を明らかにしてきたが、最近、IVF-ETやGIFTを実施する際の卵受精能に関しても卵巣由来のホルモンが重要な役割を演じているとの報告が見られるようになってきた。我々はこの中で特に、顆粒膜細胞より分泌されるホルモンの卵成熟に及ぼす影響に着目して研究を開始した。実験系は、(1)動物(ラット)顆粒膜細胞を用いた系(2)IVF-ETやGIFT施行時に得られたヒト顆粒膜細胞を用いた系、の2種に大別し、(1)の系より研究に着手している。当研究室の大場当は、ラット胎児線維芽細胞3YIに存在するカルシウム・カルモデュリン依存性蛋白リン酸化酵素が胎児牛血清・EGF・A23187に反応して自己リン酸化をおこし細胞内カルシウム調節に重要な役割を演じている事を明らかにした。(J.Biol.Chem.263,11540-11547,1988)幼若ラットにDiethyl stil bestrol処置して得られた卵巣よりKnecht等の方法(J.Biol.Chem.256,34-36,1981)に準じてラット顆粒膜細胞を調整し、ラット顆粒膜細胞に存在する、カルシウム・カルモデュリン依存性蛋白リン酸化酵素の自己リン酸化に及ぼす種々の因子の影響について検討した。現在までに、FSH・LH・エストロゲン・プロゲステロン・EGFの影響について検討したが、これらの因子はカルシウム、カルモデュリン依存性蛋白リン酸化酵素の自己リン酸化反応には影響を与えなかった。しかし、数種の因子については、ラット顆粒膜細胞に存在するカルシウム・カルモデュリン依存性蛋白リン酸化酵素の自己リン酸化を促進させる事が現在明らかとなり、その因子について現在同定中である。今後は、この酵素の顆粒膜細胞における生理的機能や卵成熟に及ぼす影響について検討し、更にはヒト顆粒膜細胞についても同様の検討を行う予定である。

また同時に、FSH・LH・エストロゲン・プロゲステロン・EGFは顆粒膜細胞中に存在する本酵素の自己燐酸化には影響しない事も明らかにした。
コンピュータによる制御システムを用いたモノづくり教育の手法に関する研究

前年度(平成18年4月平成19年3月31日)においては、1前々年度(平成17年4月平成18年3月31日)に行われた教育プログラムの継承、2コンピュータを用いたものづくり教育手法の体系化を行った。1前々年度(平成17年度)からの教育プログラムの継承平成17年度においては、(1)小型コンピュータに接続する駆動系、照明・点灯系ならびにセンサー系などの部品について教育環境に適した素材の策定、(2)基本的なサンプルプログラムの制作ならびに(3)造形の補助ならびに記録・評価を補助するスタッフ育成を掲げていた。このうち、(1)および(2)に関しては、教育教材としての部材の分類および、プログラムの類型化を引き続き行った。また、(3)に関しては、今年度は主に記録方法とデータベース化に主点を置き、スタッフ間において、製造やプログラムに関するノウハウを速やかに共有できるよう、データのデジタル化を行った。2コンピュータを用いたものづくり教育手法の体系化コンピュータを用いた制御に関わるものづくり教育プログラムにおいて、以下の手法を体系化した。ア)自然観察による動きの要素抽出:制作者ははじめに、自然物の動きをデジタルカメラで記録し、しぐさのもとになる基本的な要素を抽出していった。通常の観察では発見しにくい細かい動きなどをカメラのファインダーを通して観察することで、より細密な動きのメカニズムを理解することができた。イ)動きの単純化と想起される仕草の分類:観察によって得られた自然物の動きを単純化し、機械部品によって再現できるようアイデアワークを行った。動きの単純化においては、観察された動きから想起されるキーワードを任意に抽出し、分類した後、単純な動きに変換する作業を行った。ウ)簡易制御コンピュータによる動きを伴ったしぐさの造形:観察と単純化によって分類された動きをコンピュータプログラムによって制御し、造形物として制作することによって、これまで教授し難かった、動きのデザインを一連のプロセスに従って教育することができた。本研究によって得られた教育手法は、動きを伴った複雑な機器類をデザインしていく段階において、有用に寄与するものと考えられる。前年度(平成17年4月平成18年3月31日)においては、(1)小型コンピュータに接続する駆動系、照明・点灯系ならびにセンサー系などの部品について教育環境に適した素材を策定、(2)基本的なサンプルプログラムの作成を行った。また大学生を主体に、(3)造形の補助ならびに記録・評価をするためのスタッフの育成を行った。(1)教材としての各部品の素材策定部品は、プログラムを実行するコンピュータおよび電源供給部、モータ、LED、センサー(光センサー)、スイッチを用意した。また、躯体部分の素材には主に発泡スチール(スタイロフォーム)を用いた。製作の対象者は、工学的知識・経験をあまり持たない児童、生徒、学生を対象とした。そのため、できる限り回路設計などはさけ、直感的にセンサーと駆動、発光などの部品が組み立てられるように規格化した。また、スチロールによる躯体製作を行うことによって、有機的なフォルムを持った作品を直感的に制作することが可能になった。(2)基本的なプログラムの作成制御の基本姿勢として、ヒトを心地よくさせる動作の発見、ヒトの挙動を感知できるインタフェースのデザイン、時間の経過による動作の表現を掲げた。その上で、シーケンシャルな思考を促すことのできるプログラムを用意した。(3)造形補助員ならびに記録員の育成感性的な造形能力と、理論的なプログラミング能力の育成に重点を置き、それぞれの能力を補助するサポートスタッフを育成した。具体的には、大学内での実習授業において、学生を造形スタッフとプログラミングスタッフに振り分け、下級生の製作サポートを行わせた。また、教育評価に必要な記録を静止画および動画で細密に撮るためのスタッフ育成を行った。
自己抗原／ＭＨＣクラスⅡ分子複合体の制御による自己免疫疾患発症機構の解析

自己免疫疾患の発症原因は依然として不明でるが、ほとんどの自己免疫疾患において、自己抗体の産生が認められられない。近年、我々はミスフォールド蛋白質がMHCクラスII分子と結合し、細胞外へと輸送するという機能を見出した。加えて、ミスフォールド蛋白質/MHCクラスII分子複合体が自己免疫疾患で産生されている自己抗体の標的分子であるということを明らかにしてきが、その詳細な誘導機構については明らかになっていない。その一方、Invariant chain (以下Ii)がMHCクラスII分子のpeptide-bindinggrooveの蓋をする役割を担っていることにより、ミスフォールド蛋白質/MHCクラスII分子複合体の形成を防ぐ役割を持つことが知られている。そこで我々は、自己抗体の標的分子の産生がIiによって制御されている可能性を考えた。それを証明するために薬剤誘導型のIi欠損マウスを作製した。作製した誘導型Ii欠損マウスの解析から、Iiの欠損により抗DNA抗体や抗核抗体、抗ヒストン抗体等の自己抗体が産生されることを見出した。これらの自己抗体は、自己免疫疾患である全身性エリテマトーデスにおいて産生される自己抗体である。そこで、全身性エリテマトーデスにおいてよく見られる腎臓の糸球体における免疫複合体の沈着を調べた。その結果、薬剤誘導型のIi欠損マウスにおいて腎臓の糸球体に補体C1qの沈着が見られた。これまでにIiが自己抗体の産生機構を制御していることは知られておらず、新しい自己免疫疾患の誘導機構の解明、およびその制御につながる有益な結果であると考えられる。このように、Iiの発現減少は自己抗体の産生を引き起こし、自己免疫疾患発症に関与することが示唆された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。申請者らはミスフォールド蛋白質がMHCクラスII分子のpeptide-bunding grooveに結合し、この複合体が自己免疫疾患で産生されている自己抗体の標的分子になっていることが明らかにしてきた。また、多くの自己免疫疾患において異所性にMHC IIが高発現していることに加えて、MHCアレルとの相関があると言われているが、MHC II分子がどのように関与しているか、さらにはその詳細な作用機序についてはほとんど明らかになってはいない。申請者は、Invariant chain(CD74)がMHCクラスII分子のpeptide-bunding grooveの蓋をする役割を担っていることより、ミスフォールド蛋白質/MHCクラスII分子複合体の形成をInvariant chainが防ぐことによってミスフォールドタンパク質のMHC II分子との会合を阻害し、その結果自己免疫疾患を制御していると考えた。Invariant chain欠損マウスは1990年代に報告があり、様々な解析が行われたが、自己免疫疾患のような病態を示すことは報告されていない。しかしながら、従来のInvariant chain欠損マウスでは、恒常的にミスフォールド蛋白質の提示が起こり、免疫異常が認められない可能性が考えられる。そこで誘導型Invariant chain欠損マウスを作成し、Invariant chainの自己免疫疾患における役割について検討した。Invariant chain(CD74)遺伝子の両端にloxP配列を挿入した遺伝子改変マウス(CD74 f/f)をタモキシフェンによってCreを発現するCre-ERT2トランスジェニックマウスを掛け合わせることにより、誘導型のCD74欠損(CD74 cKO)マウスを作成した。これらのCD74cKOマウスはCD74分子欠損直後では異常が認められないが、タモキシフェン投与後のCD74cKOマウスにおいて自己抗体の産生が亢進していた。我々はミスフォールド蛋白質がMHCクラスII分子のpeptide-bunding grooveに結合し、この複合体が自己免疫疾患で産生されている自己抗体の標的分子になっていることが明らかにしてきた。我々は、Invariant chain(CD74)がMHCクラスII分子のpeptide-bunding grooveの蓋をする役割を担っていることより、ミスフォールド蛋白質/MHCクラスII分子複合体の形成をInvariant chainが防ぐことによってミスフォールドタンパク質のMHC II分子との会合を阻害し、その結果自己免疫疾患を制御していると考えた。これらのCD74cKOマウスはCD74分子欠損直後では異常が認められないが、タモキシフェン投与後のCD74cKOマウスにおいて、抗核抗体等の自己抗体の産生が亢進していた。また、解析を進めていく中で、CD74欠損による造血異常が認められ、CD74分子は造血細胞の分化に関わる機能を持つことが示唆された。

この成果は、第46回日本免疫学会学術集会にて報告することができた。自己免疫疾患の発症原因は依然として不明でるが、ほとんどの自己免疫疾患において、自己抗体の産生が認められられない。近年、我々はミスフォールド蛋白質がMHCクラスII分子と結合し、細胞外へと輸送するという機能を見出した。加えて、ミスフォールド蛋白質/MHCクラスII分子複合体が自己免疫疾患で産生されている自己抗体の標的分子であるということを明らかにしてきが、その詳細な誘導機構については明らかになっていない。その一方、Invariant chain (以下Ii)がMHCクラスII分子のpeptide-bindinggrooveの蓋をする役割を担っていることにより、ミスフォールド蛋白質/MHCクラスII分子複合体の形成を防ぐ役割を持つことが知られている。そこで我々は、自己抗体の標的分子の産生がIiによって制御されている可能性を考えた。それを証明するために薬剤誘導型のIi欠損マウスを作製した。作製した誘導型Ii欠損マウスの解析から、Iiの欠損により抗DNA抗体や抗核抗体、抗ヒストン抗体等の自己抗体が産生されることを見出した。これらの自己抗体は、自己免疫疾患である全身性エリテマトーデスにおいて産生される自己抗体である。そこで、全身性エリテマトーデスにおいてよく見られる腎臓の糸球体における免疫複合体の沈着を調べた。その結果、薬剤誘導型のIi欠損マウスにおいて腎臓の糸球体に補体C1qの沈着が見られた。これまでにIiが自己抗体の産生機構を制御していることは知られておらず、新しい自己免疫疾患の誘導機構の解明、およびその制御につながる有益な結果であると考えられる。このように、Iiの発現減少は自己抗体の産生を引き起こし、自己免疫疾患発症に関与することが示唆された。Invariant chainが自己抗体の産生を制御する役割を持つことを示唆している。今後はこの誘導型のCD74欠損マウスの解析を中心に、CD74分子により自己抗体の詳細なる産生機序解明を進めていく。また、CD74分子の造血細胞の分化に関わる新しい機能についても解析を進めていく。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
百日咳ワクチンの改良に関する研究

わが国においては、1981年以来、改良百日咳ワクチン(Acellular Pertussis Vaccine)を含むDPTワクチンが定期接種に導入され、わが国における百日咳患者の発生はいちじるしく減少した。旧百日咳ワクチン(全菌体ワクチン)に関しては、接種後の脳症が社会的にも問題となった経過があるが、現行ワクチンでは、1989年までの間に4,500万回の接種が行われ、接種後の急性脳症とライ症候群の報告は、それぞれ1例だけである。改良百日咳ワクチンは欧米諸国などの先進国が全面的に導入するに至っていない。その背景には、わが国の百日咳ワクチンに関する有効性、安全性が十分証明されていないとみなされていることがあげられる。本研究は世界的な立場で見た時に、わが国の百日咳ワクチンの現状を明らかにすることであった。第一には、百日咳ワクチンの評価法として、ポリスチレンボールを用いた酵素抗体法(Enzyme-linked immunosorbent Assay-ELISA)が信頼できる血清抗体価測定法であることを明らかとした。本法を用いてわが国における主要3製造所のいずれのワクチンを接種してもDPTワクチン初回の3回接種後には、百日咳自然罹患後のレベルの血清抗体価を得ることができた。第2わが国における百日咳の疫学的調査を行い患者発生の減少、百日咳患者年齢の低下、ならびに重症化の傾向が顕著であることを明らかとした。第3には百日咳ワクチンの感染防御に関する研究を行った。わが国で発生した百日咳患者の臨床症状、DPTワクチン接種歴、臨床検査成績、同一家族内の罹患調査を行い、ワクチンの有効率を算出した。平成25年次に発生した百日咳患者94名について家族内2次感染調査が可能であった。発端者の同胞(少数の両親例を含む)のうち、ワクチンをしたことのない7例では全例が百日咳に罹患したのに対し、1回から4回のワクチン歴のあった87例中百日咳に罹患したのは4例だけであった。本研究により、わが国で用いている改良百日咳ワクチン(Acellular Pertussis Vaccine)は非常に有効なワクチンであることが明らかとなった。また、このワクチンの導入以来15年を経過しつつある現在、現わが国の百日咳患者は著しく減少し、患者の大部分はDPTワクチン接種開始年齢の前に感染発症する例であることが明らかとなった。百日咳は、小児の重篤な呼吸器感染症である。わが国においては、1981年に改良百日咳ワクチン(Acellular Pertussis Vaccine)導入以来、小児の百日咳は著しく減少してきている。しかし、DPTワクチンの接種開始年齢が最近まで、2歳であったことが影響して、2歳以下の乳幼児を中心に百日咳の地域的な流行が残っている状態である。このような背景を基に、本年度の研究は、国内の各地域の病医院における百日咳患者発生の状況を調査することと、患者周辺の流行状況、ならびに、同一家族内の発生状況を調査することを目的とした。

また、百日咳患者については、詳細な臨床経過、検査所見、DPTワクチン接種歴の調査を行った。全国から平成2年以来の百日咳患者症例430例の報告があった。それらの例の周辺では、小流行があるという報告があり、わが国における百日咳は、決して予断を許さない状況にあることが明らかとなった。また、患者のうち1回-4回のDPワクチン接種歴があったのは、430例中わずかに12例であり、残りの418例は、ワクチンを受けていない児であった。このことは、わが国の百日咳ワクチンが非常に優秀なワクチンであることを証明している。また、製造所別の有効性の検討を試みたが、ワクチン接種歴のある患者が非常に少ないことから、現時点では、特に優劣をつけることができなかった。百日咳ワクチンの効果のもう1つの評価法は、ワクチン接種後の血清抗体価の測定である。ポリスチレンボールを用いたELISA法(酵素抗体法)が非常に感度が高く再現性もある方法であることが明らかとなった。今年度の研究により、この方法で、わが国の百日咳ワクチンの抗原性の比較を行うことができる事が明らかとなった。百日咳は、小児の呼吸器感染症で、世界的に、小児の感染症の重要な位置を占めている。わが国においては、1981年に改良百日咳ワクチン(Acellular Pertussis Vaccine)導入し、百日咳患者数は著しく減少してきている。しかし、DPTワクチンの接種開始年齢が最近まで、2歳であったことが影響して、2歳以下の乳幼児を中心に百日咳の地域的な流行が残っている状態である。本研究では、既に、百日咳患者発生の状況の調査、患者周辺の流行状況、ならびに、同一家族内の発生状況を調査してきたが、本年度も同一の形式で調査を継続した。全国から平成2年から4年の年間に百日咳患者症例430例の報告があった。平成5年度の報告は、43症例であり、前3年間に比較すると報告例数は少なくなった。これは、百日咳流行のパターンそのものと、ワクチン接種が乳児期に行われ始めた効果である。しかし、本年度の報告は、大部分が乳児の重症入院例であり、百日咳の予防には、乳児へのワクチン接種を徹底させることが肝要であることが明らかとなった。百日咳ワクチンの効果の評価法として、ワクチン接種後の血清抗体価の測定を行い、わが国の百日咳ワクチンの抗原性の比較を行った。ワクチンの主要抗原成分とされている。pertussis toxin(PT)に対する抗体価を測定したところ、主要3社のワクチンはいずれも十分な抗原性を有することが明らかとなった。百日咳ワクチンの主要な成分は、PTとされているが、他にも感染防御効果のある抗原成分がある。今年度は、現在のわが国の百日咳ワクチンが含んでいる各種の抗原についての検討も開始した。本年度の研究は、わが国の百日咳ワクチンの有効率を検討すること、百日咳ワクチンの評価法として、より信頼できる血清抗体価測定法を確立し、各ワクチンのヒトにおける免疫原性について比較検討すること、わわ国における百日咳の流行状況を明らかとすることを目的とした。百日咳ワクチンの感染防御に関する研究わが国で発生した百日咳患者の臨床症状、DPTワクチン接種歴、臨床検査成績、同一家族内の罹患調査を行い、ワクチンの有効率を算出した。平成2-4年次および平成5年次に調査集計した百日咳患者(発端者)計489名のうち、94名について家族内2次感染調査が可能であった。
東京府青山師範学校附属小学校にみる「学校と家庭の連絡」に関する史的研究

2018年度は1教育雑誌や地方教育会発行の機関誌等の分析をもとに「学校と家庭の連絡」が小学校の教育活動として普及する過程、2東京府師範学校附属小学校において保護者向けの小冊子「学校家庭通信」が発刊される1903年から附属小学校に保護者会が結成される1916年までの「学校家庭通信」の分析、を主に行った。1に関しては、各府県立師範学校附属小学校において、1900年前後から保護者向けの家庭通信の刊行が開始されるが、全国的に最も早い通信誌は徳島県師範学校附属小学校であることを明らかにし、同附属小学校発行の「通信雑誌」および同時代の教育雑誌等の分析から、この情報がどのように伝播していったのかを検討した。当該時期の師範学校附属小学校においては、小学校教育に対する保護者と学校側の理解の齟齬が著しく、この問題を克服するための方策として学校が家庭向け通信誌を発行することが村田宇一郎によって紹介され、類似する様々な試みが教育雑誌を媒介にして普及したことが明らかにされた。2に関しては、東京府師範学校附属小学校(後に東京府青山師範学校附属小学校)発行の「学校家庭通信」を1903年から1920年代半ばまでを対象として分析を行った。その結果、学校側が通信誌を学校、家庭の双方向的な連絡機関として機能させようとしつつも、保護者からの積極的な参画は一過性のものであったこと、保護者の具体的な参画の場として保護者会を組織し、さらには学級単位での「母の会」の結成も行われたが、学校側の希望する「連絡」は実現せず、そのもどかしさが赤裸々に「学校家庭通信」に記録されていたことが明らかにされた。この過程で、保護者は学校との「連絡」を学校に対する物質的な協力行為、具体的には寄附・寄贈行為として認識する傾向が顕著であり、学校家庭双方の間で「連絡」に関する齟齬があったことが明らかにされた。本年度の研究課題1に関しては、小学校発行の通信誌の嚆矢を解明することができたが、教育会、教育雑誌を通じた普及、さらには公立小学校における様々な取り組みとの関係性についてはさらなる研究が不可欠である。師範学校附属小学校における取り組みが他の師範学校附属小学校の実践とどのような関係にあるのか、さらに師範学校附属小学校における取り組みが、教員の異動によって府県下の公立小学校に対してどのように伝播し、それが1930年代以降に見られる学校と家庭の連絡の多様性をどのように生み出すことになったのかを検討する必要がある。本年度の研究課題2に関しては、当初予定していた1903年から1916年に加え、1920年代半ば(具体的には昭和の改元まで)に至るまでの青山師範学校附属小学校における「学校と家庭の連絡」の変遷を「学校家庭通信」の分析によって明らかにすることができた。これにより、一般には保護者の教育的関心が高く、学校教育に対して理解があると考えられている同附属小学校にあっても、学校側は保護者の学校教育への積極的な参画が不十分であり、保護者の関心が児童の進学などの問題に集中することを憂慮していたことが示された。学校側は保護者会や学級単位での母の会を設立することによって、保護者の参画を促そうとしたものの、その効果は一過性のものであったこと、保護者は学校への寄附・寄贈などを学校教育への協力であると捉える傾向があり、これらの「連絡」組織の活動が物質的なものに偏る傾向があること、結果として「学校と家庭の連絡」に関する学校と家庭双方の「齟齬」の状況が「学校家庭通信」上に継続的に示されていたことが明らかにされた。保護者の中からはこのような状況を問題視する声が上がっていたことを踏まえ、今後は停滞した「学校と家庭の連絡」にどのような対策が取られたのかを、保護者側の視点も含めて明らかにしていく必要がある。東京府青山師範学校附属小学校の「学校と家庭の連絡」のあり方については、学校側のみならず保護者からも一定の問題提起がなされていたことを踏まえ、1920年代半ばから1930年代に至る状況について「学校家庭通信」並びに学校資料である「教務日誌」等を分析することにより、学校・保護者双方の「連絡」に対する考えや取り組みをその齟齬も含めて明らかにする。特に当該時期は児童の上級学校への進学が過熱しており、この問題に対して両者がどのような「連絡」を試みていたのか、さらに両者の「連絡」の渦中にある児童は進学をはじめ、学校生活をどのように捉えていたのかを、通信誌及び通信誌掲載の綴方を分析することによって明らかにしていく。一方、1920年代半ばから30年代は東京府下の公立小学校でも同種の通信誌や「学報」の発行、さらには学校後援会や保護者会の組織が活発に行われている。1900年代初頭は附属小学校からの教員の異動に伴い、通信誌発行などが府下の公立小学校に伝播していったケースがみられるが、当該時期には各小学校においてこれらの活動が一般的なものとして普及していた。このことは1926年に東京市役所が東京市の公立小学校を対象とした学校後援会に関する調査報告書を発行していることからも明らかである。この状況を踏まえ、当該時期における東京の公立小学校の「学校と家庭の連絡」への取り組みを、教育会雑誌や学校発行の通信誌・学報等から明らかにするとともに、師範学校附属小学校における取り組みとの異同や都市部と近郊農村の小学校における活動の地域差についても検討し、東京の小学校における「学校と家庭の連絡」への取り組みを重層的に明らかにする。

2018年度は1教育雑誌や地方教育会発行の機関誌等の分析をもとに「学校と家庭の連絡」が小学校の教育活動として普及する過程、2東京府師範学校附属小学校において保護者向けの小冊子「学校家庭通信」が発刊される1903年から附属小学校に保護者会が結成される1916年までの「学校家庭通信」の分析、を主に行った。1に関しては、各府県立師範学校附属小学校において、1900年前後から保護者向けの家庭通信の刊行が開始されるが、全国的に最も早い通信誌は徳島県師範学校附属小学校であることを明らかにし、同附属小学校発行の「通信雑誌」および同時代の教育雑誌等の分析から、この情報がどのように伝播していったのかを検討した。当該時期の師範学校附属小学校においては、小学校教育に対する保護者と学校側の理解の齟齬が著しく、この問題を克服するための方策として学校が家庭向け通信誌を発行することが村田宇一郎によって紹介され、類似する様々な試みが教育雑誌を媒介にして普及したことが明らかにされた。2に関しては、東京府師範学校附属小学校(後に東京府青山師範学校附属小学校)発行の「学校家庭通信」を1903年から1920年代半ばまでを対象として分析を行った。その結果、学校側が通信誌を学校、家庭の双方向的な連絡機関として機能させようとしつつも、保護者からの積極的な参画は一過性のものであったこと、保護者の具体的な参画の場として保護者会を組織し、さらには学級単位での「母の会」の結成も行われたが、学校側の希望する「連絡」は実現せず、そのもどかしさが赤裸々に「学校家庭通信」に記録されていたことが明らかにされた。この過程で、保護者は学校との「連絡」を学校に対する物質的な協力行為、具体的には寄附・寄贈行為として認識する傾向が顕著であり、学校家庭双方の間で「連絡」に関する齟齬があったことが明らかにされた。本年度の研究課題1に関しては、小学校発行の通信誌の嚆矢を解明することができたが、教育会、教育雑誌を通じた普及、さらには公立小学校における様々な取り組みとの関係性についてはさらなる研究が不可欠である。師範学校附属小学校における取り組みが他の師範学校附属小学校の実践とどのような関係にあるのか、さらに師範学校附属小学校における取り組みが、教員の異動によって府県下の公立小学校に対してどのように伝播し、それが1930年代以降に見られる学校と家庭の連絡の多様性をどのように生み出すことになったのかを検討する必要がある。本年度の研究課題2に関しては、当初予定していた1903年から1916年に加え、1920年代半ば(具体的には昭和の改元まで)に至るまでの青山師範学校附属小学校における「学校と家庭の連絡」の変遷を「学校家庭通信」の分析によって明らかにすることができた。これにより、一般には保護者の教育的関心が高く、学校教育に対して理解があると考えられている同附属小学校にあっても、学校側は保護者の学校教育への積極的な参画が不十分であり、保護者の関心が児童の進学などの問題に集中することを憂慮していたことが示された。学校側は保護者会や学級単位での母の会を設立することによって、保護者の参画を促そうとしたものの、その効果は一過性のものであったこと、保護者は学校への寄附・寄贈などを学校教育への協力であると捉える傾向があり、これらの「連絡」組織の活動が物質的なものに偏る傾向があること、結果として「学校と家庭の連絡」に関する学校と家庭双方の「齟齬」の状況が「学校家庭通信」上に継続的に示されていたことが明らかにされた。
精神疾患を有する学生の支援とセルフ・アドボカシーに関する研究

本研究では、大学において精神的な不調を感じた学生が、精神科治療を経て回復していくには、どのようなプロセスと支援が必要なのか明らかにし、支援に活かせるツールを開発することを研究目的としている。精神疾患を有する当事者、支援者、研究者が三者協働で「精神疾患を有する学生支援の手引き」と、学生が自身に必要な配慮を主張するセルフ・アドボカシーの一助となる「セルフ・コーディネート・シート」の作成を試みる。これらは、障害が見えづらい精神疾患を有する学生の立場に立った高等教育機関における教育や支援に活用できると考えている。
外来病原因子による下痢発症生理におけるプロテオーム解析

本研究では、正常便と下痢便において出現量が変動するようなタンパク質を2次元ゲルで同定できるようなシステムの開発を行った。最初に、下痢便をルーチン操作で簡便に得られる方法として、ひまし油による化学的な下痢の誘発を行った。ひまし油をICRマウスの胃に直接投与することによって、13時間の間に下痢便が得られた。下痢便および下痢誘発直前の正常便(コントロール)は、バッファー中で膨潤させてから、遠心分離で上清を回収した。上清中のタンパク質をそのまま2Dゲルにかけても、あらゆる成分が大量に存在するため、特定のスポットの増減を観察することは不可能であった。そこで、種々の分画方法を検討するなかで、特定のリポソームをアフィニテー単体として活用してタンパク質の濃縮・分画を行ったところ、有限数の鮮明なスポットが2Dゲル中に観察され、しかもそれらのスポットの中の少なくとも一部が下痢便と正常便で顕著に増加・減少または消長することが見出された。そこでそれらのスポットを回収し、MSスペクトロメータで同定したところ、一連の血漿タンパク質が観察された。これを踏まえて、生理的作用の明らかな複数の下痢誘発物質(カルバコール、プロスタグランジンE2、セロトニン)について同様な実験を行ったところ、同様な血漿タンパク質に加え、一部の興味あるタンパク質が下痢便特異的に観察された。これらタンパク質が持つ生理的意義や診断への応用について今後さらに検討をすすめる予定である。
非臨界次元における弦理論の研究

平成五年度科学研究費補助金により以下のような研究を行なった。1.量子重力に結合した弦理論二次元重力が厳密に解かれてわかったことの一つに、一般に場の量子論は重力と結合させると簡単になるという事実がある。我々は、二次元のQCDを重力と結合させた系でウイルソンループを計算した。二次元のQCDのウイルソループは、一種の南部・後藤弦で記述できるので、これは重力に結合させた二次元の弦の理論を考えていることになる。この弦理論のストリング・サセプティビリティーと呼ばれる臨界指数は-1/2となる。ポアンカレ不変な二次元の弦でこの臨界指数が実になるものはこれまで知られていなかった。ここでは、重力が結合しているという留保はつくが、二次元の弦で矛盾を含まないものができた。2.弦の場の理論弦理論の非摂動効果を議論するには、点粒子の場合と同じように、場の理論を作ることがもっとも有効であると考えられる。弦の場の理論を作る様々な試みがあったが、非摂動効果を議論できるようなものは未だできていない。一方、時空の次元が小さい非臨界弦においては、世界面を離散化する行列模型の方法によって摂動級数を全て足しあげることができ、非摂動的性質が議論できる。我々は、このような非臨界弦について弦の場の理論を作った。これにより、行列模型のテクニックは世界面のある切り方に密接に関係していることがわかった。同様の切り方を臨界弦の場合にすることによって、弦の非摂動効果を議論できる場の理論ができる可能性がある。また、我々は一般的にこのような弦の場の理論が満たすべき条件を議論した。このような場の理論を臨界弦の場合に拡張することは将来の問題である。
発光抑制する電気化学フォトニック結晶の作製

光の半導体と呼ばれるフォトニック結晶の光化学反応への応用を念頭に、本研究では、光酸化還元能を持つ酸化チタンによるフルフォトニックバンドギャップ(3次元に完全に光を閉じ込める能力)を有するフォトニック結晶構造の探索を行った。本研究の成果は大きく3つに分かれる。1)酸化チタン/電解液で構成されるフルフォトニックバンドギャップを持つ構造体を計算上発見し、2)そのような構造体を作製するために酸化チタンのリソグラフィー技術を確立し、3)実際に構造体を作製し1の計算の正しかったことを実験的に確認した、ことである。フォトニック結晶を光電気化学反応へ応用するためには、光化学反応性を持つTiO2からなる、フォトニックバンドギャップ(PBG)を持つフォトニック結晶が望まれる。そこで本研究では、高電気抵抗のTiO2基板の代わりに導電性の高いTiO2にNbをドープした(001)Nb-TiO2 (Nb = 0.5wt%)基板の微細加工条件を検討し、フォトニック結晶の作製を行う事を目的とした。3次元フォトニック結晶の調査にはBandSOLVE (RSoft Design Group)を用いたフォトニックバンドの計算を行った。シミュレーションモデルとして代表的な3次元フォトニック結晶の種類であるウッドパイル型構造とヤブロノバイト型構造を検討した。その結果、いずれの構造においても広範囲において完全PBGを持つ構造体を発見する事ができた。実際のフォトニック結晶作製のために、SF6ガスを用いた反応性イオンエッチング装置(Samco RIE-101L)を用いた(001)Nb-TiO2 (Nb = 0.5wt%)基板のエッチング条件の検討を行った。本研究では、Nb-TiO2のエッチングレートに対するSF6流量及びRF電力の影響について検討をした。また、3次元フォトニック結晶作製のために必要な傾斜ドライエッチングが必要であるため、傾斜ホルダーを用いて、エッチング角度に対する傾斜角度の影響について検討を行った。これらの結果を踏まえて、ウッドパイル型フォトニック結晶の前駆体である、傾斜2次元フォトニック結晶を作製した。得られた傾斜2次元フォトニック結晶の評価は顕微IRを用いた光学測定を用いて行った。光学特性とシミュレーションにより得られたフォトニックバンド図を比較した結果、屈折率が一致する部分においては、光学特性はフォトニックバンド図との良好な一致を示した。本研究では、光の半導体と呼ばれるフォトニック結晶を、光化学反応へ応用することを試みている。そのためには、光を照射すると酸化・還元が行える光触媒材料、TiO2からなる、完全に光を閉じ込めるコンプリートフォトニックバンドギャップ(PBG)を持つフォトニック結晶の作製が望まれる。昨年度までに、我々は、計算により、四角柱が井桁に載せられたような構造体、ウッドパイル型構造体のような3次元フォトニック結晶であれば、ある波長域において酸化チタンもPBGを発現することを明らかとした。そのようなウッドパイル型構造体を作製するにあたっては、傾斜エッチング技術が必要であった。そこで、Nbがドープされ光電流の得やすい(001)Nb-TiO2の反応性イオンエッチングによる微細加工条件を検討し、同材料の傾斜エッチングに成功し、まずは2次元フォトニック結晶を得た。そして赤外域での光学特性を測定し、理論計算から得られたPBGの位置と測定値が一致することを示した。今年度は、この傾斜エッチングを数方向から行い、3次元フォトニック結晶を作製した。特に、可視光波長対応の電気化学フォトニック結晶を作製し、その色素増感型太陽電池への組み込みを行う予定であった。しかしながら、確かに傾斜エッチングを組み合わせることで3次元フォトニック結晶を作製できたが、深さ方向はわずか数マイクロで十分なPBGを持つとは言えず、面積も電気化学測定に必要な1 mmφには到達できていない。これは、当方で有する装置の限界であり、現在の装置では目的とする電気化学フォトニック結晶が作れないことが明らかとなった。そこで今年度は、ウッドパイル型構造に囚われず、様々な3次元構造体を作製する技術について検討した。特に、リソグラフィー技術と自己集積を組み合わせ、これまでにない新しい構造体を作製することに成功した。我々は本研究において、これまでに、光照射により励起電子と励起正孔を持つ酸化チタンのリソグラフィー技術を構築し、電気化学フォトニック結晶の作製に挑んできた。しかしながら、直接酸化チタン単結晶を加工する手法では、少なくとも我々が持つリソグラフィー装置においては十分なアスペクト比が得られず、z軸方向の繰返し周期は最大でもわずか1である。これでは3次元に光を閉じ込めることができず、我々が望んだ「フォトニック結晶内の光電気化学反応」に到達できなかった。そこで昨年度からは、まずは3次元に構造体を作製する方法を、トップダウンならびにボトムアップ手法を組み合わせて生み出すことに注力した。光を完全に閉じ込める完全フォトニックバンドギャップの形成には、周期を形成するユニット間の間隔制御など、細部にわたった3次元の加工技術が求められる。トップダウン手法は思うままに構造設計をデザインできることが特徴だが、光造形法などの特殊な3次元構造作製方法を除けば、一般的には3次元に構造物を作製できない点が欠点である。一方、ボトムアップ手法は、基本的に3次元に構造を作ることが得意だが、細部の設計が苦手であり、どうしてもユニット間は最密充填になりやすい。そこでまず、材料は酸化チタンにこだわらず、トップダウン手法で実績のあるシリコン、ならびにボトムアップ手法で実績のあるポリスチレン微粒子を用いて、より複雑な3次元構造を作る挑戦を行った。