hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ナノ医用診断のためのSQUID磁気センサの高性能化設計用シミュレーションの開発

磁気センサである超電導磁束干渉素子(SQUID)の高性能化のために、新しい電磁場解析手法を開発した。開発した電磁場解析では、磁束量子化という特殊な現象が表現できるようになった。さらに、最適化設計手法として、より堅固な手法を提案し、SQUIDの薄膜磁気シールドの最適化設計を可能にした。そして、今後のノイズ低減化を目的として、ミクロスケールの磁束挙動シミュレーション手法も開発した。該当年度は、主にSQUIDリングのシミュレーションと磁束挙動シミュレーション・ツールの開発に取り組んだ。HTS dc-SQUIDを解析、設計するためには、ジョセフソン接合の特性を考慮する必要性がある。すでに等価回路でジョセフソン接合の特性を考慮できることは知られているので、有限要素法に等価回路を組み込み、量子化磁束を考慮したシミュレーション・ツールを開発した。これにより、SQUIDリング内のジョセフソン接合の状態を表現できるようになった。しかし、dc-SQUIDの動作原理を模擬するための、磁束ー電圧特性を表現するには至らなかった。それは、ジョセフソン接合内の位相差と電圧特性が、急激に変化することから、回路方程式で表現することはかなり難しいからである。今後は、より量子化された方程式を連成させる必要があると判断している。さらに、最適化設計技術の開発を前倒しして開始した。具体的には、最適化計算中のシミュレーション結果が初期メッシュに依存することから、最適解が得られないことがある。そこで、初期メッシュに依存しない最適化設計手法を開発した。続いて、SQUIDセンサ内の高温超伝導体やジョセフソン接合部の磁束挙動が、SQUIDセンサの安定性に大きな影響を与えることが知られているので、磁束挙動のようなミクロ・スケールのシミュレーション・ツールを開発した。シミュレーションでは、電磁力やピン止め力を考慮でき、フラックスフローやフラックスクリープ現象をシミュレーションで再現するに至っている。しかし、実際のYBCOのピンニング特性やピンの大きさなど不明瞭な部分が多く、今後はパラメータ同定などが必要となるであろう。また、通常のワークステーションでは、解析領域が極端に小さすぎるので、コプロセッサ搭載ワークステーションで大規模解析のためのプログラム開発に取り組んだ。当該年度は、主にSQUIDリングの量子的挙動シミュレーションと磁束挙動を考慮した微小シミュレーションに取り組んだ。HTS dc-SQUIDを高精度に解析するためには、ジョセフソン結合の位相差を考慮した量子的なシミュレーションが不可欠である。そこで、これまで開発してきた三次元有限要素法に、ジョセフソン結合の特性を表す回路方程式を連成させて、シミュレーションを行った。ジョセフソン結合の等価回路としては、位相差と電圧の関係、さらには磁束の量子化式を考慮した。これらは、非線形計算となり、従来のニュートンラプソン法などの非線形計算法が使用できなかったので、新たに非線形計算法も提案した。これらの結果から、従来の回路方程式だけでSQUIDリングの性質を評価していた手法よりも、有限要素法を連成させることで、より精度の高い解析が行えることが示せた。具体的には、SQUIDリング内の電流経路など、これまでに不明であった部分を明らかにすることができた。そして、出力電圧が従来法と異なることも示せた。この成果は、2015年度の国際会議で発表する予定である。また、磁束挙動シミュレーションは、昨年に続き開発を行い、磁束侵入を表現することに成功した。磁束挙動はフラックスフローやフラックスクリープなどのミクロ現象により表現されるが、今回はピンニング力と磁場の関係をとくに調査した。ピンニング力の磁場依存性が、超電導特性に大きな影響を与えることを示すことができた。これらの成果は、国際会議INTERMAGで発表するに至った。今後は、ピンの大きさや密度などの同定を行う必要がある。最終年度は、主に、1ミクロ・スケールの磁束挙動特性を考慮したHTS dc-SQUID磁気センサの開発手法の開発と、2薄膜超伝導磁気シールドの形状最適化設計のためのロバスト最適化設計手法の開発に取り組んだ。1ミクロ・スケールの磁束挙動特性を考慮したHTS dc-SQUID磁気センサの開発手法の開発では、これまでにはできなかった磁束量子化をその特性を表す等価回路を有限要素法に組み込むことに成功した。この結果、以前はできなかったマクロ・スケール解析にミクロ挙動を組み込むことが可能となり、より量子的な振る舞いに左右されるHTS dc-SQUID磁気センサの磁気挙動解析が可能となった。2薄膜超伝導磁気シールドの形状最適化設計のためのロバスト最適化設計手法の開発では、メッシュに依存する目的関数値を、複数メッシュを採用することでロバストにすることに成功した。これまで、HTS dc-SQUIDのような微小なデバイスの有限要素法による解析では、メッシュに依存して磁気特性が僅かに異なっていた。さらに、最適化設計アルゴリズム内では、メッシュを自動生成することから、常に精度の良い磁気特性が得られるとは限らなかった。そこで、PSO(Particle Swarm Optimization)法に、従来では一つしか用いなかったメッシュを複数用いることで、さらに複数の個体にそれぞれのメッシュを対応させることで、メッシュに依存しにくい新しいPSO法を提案した。その新しいPSO法を適用することで、従来は困難であった薄膜超伝導磁気シールドの形状最適化設計を実施した。

さらに、最適化設計手法として、より堅固な手法を提案し、SQUIDの薄膜磁気シールドの最適化設計を可能にした。そして、今後のノイズ低減化を目的として、ミクロスケールの磁束挙動シミュレーション手法も開発した。1つ目の課題は、昨年度に明らかになった課題である量子化条件を考慮することが、当該年度で達成できた。2つ目の課題も、順調にピンニング力の推定ができた。順調に進展しており、そろぞれ国際会議で発表、もしくは発表予定であることから、「おおむね順調に進展している」と判断した。ナノ医用システム当初予定通り順調に進んでいるため、来年度はSQUIDの最適化設計について検討していきたい。また、磁束挙動シミュレーションから、損失や電圧などの計算部分を開発し、SQUIDのノイズメカニズム解明へ発展させるよていである。1つ目の課題は、有限要素法と回路の連成解析で、SQUIDの電磁現象をシミュレーションする予定であった。シミュレーションツールの開発には成功したが、開発したシミュレーションツールでは、不十分であることが分かった。さらに量子条件を加える必要があり、当初予定よりも少し遅れていると判断している。2つ目の課題は、ミクロ的磁束シミュレーションツールの開発である。こちらは、順調に開発でき、2014年度の国際会議でも報告予定である。当初は、上記2つの課題予定であったが、前倒しして最適化設計技術についての検討を開始した。まだ、開発検討中であるが、先んじて開始したことは評価できると判断している。以上を総合して、「おおむね順調に進展している」と判断した。当初からの予定通り、今後は、開発途中の有限要素法と回路の連成解析と、ミクロ的磁束シミュレーションツールから、SQUIDの磁気ノイズのメカニズム解明に取り組む。変更点としては、当初予定であった回路解析が、よりミクロ的な量子的条件を考慮する必要が生じたことである。現在は、その量子的条件の部分的な考慮まで達成している。残った課題は、計算時間の問題であるため、高速化などを考える予定である。また、実験も適宜行い、シミュレーションツールの妥当性の確認を行うとともに、磁気ノイズのメカニズムも解明していきたい。最終的には、最適化設計を行い、ノイズの少ないSQUIDセンサの開発を目指したい。
中国チベット高原における作物の光合成と物質生産の実態とCO_2増加の影響の解明

中国チベット高原では,CO_2やO_2の量が低地の6070%,日射量が同緯度の低地の1.5倍程度の標高35004000mの高地で,ムギ類,バレイショ,トウモロコシを中心とした作物が栽培されている.このような特異的な環境条件下における作物の光合成と物質生産の実態を明らかにし,また現在予想されている地球規模でのCO_2濃度の上昇の影響を実験的に推定することを目的として、チベット高原南部のラサ市郊外の河谷部に設置されている中国科学院ラサ農業生態試験所の圃場(標高3700m)に,上部開放型の小ハウス内でCO_2濃度の増加区(通常の1.55倍の濃度)と普通区を設けて春播きコムギの在来品種を栽培し,光合成速度,乾物生産および子実収量に及ぼすCO_2濃度の影響を調査した.生育期間中の平均純光合成速度はCO_2濃度の増加によって上昇し,普通区では19.5μmol m^<-2>sec^<-1>であったのに対して,増加区では26.9μmol m^<-2>sec^<-1>であった.しかし,出穂期の全乾物重と収穫期の子実収量における両区間の差異は小さく,それぞれ14011472gm^<-2>と610702gm^<-2>であった.この理由として,増加区では普通区に比べて分げつの発生数は多かったが,窒素欠乏のために出穂期までの分けつの枯死率が高く,また出穂期以降における葉の老化が早かったために,光合成速度の上昇が乾物生産および子実収量の増加に寄与しなかったものと推察した.これらの結果から,チベット地域における子実収量の主たる限定要因は,CO_2濃度の低さではなく,土壌中の養分量の少なさであることが示唆された.今後の地球規模でのCO_2濃度の上昇に対してチベット地域でのコムギの子実収量を維持,増加させるためには,施肥方法の改良が必要であると推察した.中国チベット高原では,CO_2やO_2の量が低地の6070%,日射量が同緯度の低地の1.5倍程度の標高35004000mの高地で,ムギ類,バレイショ,トウモロコシを中心とした作物が栽培されている.このような特異的な環境条件下における作物の光合成と物質生産の実態を明らかにし,また現在予想されている地球規模でのCO_2濃度の上昇の影響を実験的に推定することを目的として、チベット高原南部のラサ市郊外の河谷部に設置されている中国科学院ラサ農業生態試験所の圃場(標高3700m)に,上部開放型の小ハウス内でCO_2濃度の増加区(通常の1.55倍の濃度)と普通区を設けて春播きコムギの在来品種を栽培し,光合成速度,乾物生産および子実収量に及ぼすCO_2濃度の影響を調査した.生育期間中の平均純光合成速度はCO_2濃度の増加によって上昇し,普通区では19.5μmol m^<-2>sec^<-1>であったのに対して,増加区では26.9μmol m^<-2>sec^<-1>であった.しかし,出穂期の全乾物重と収穫期の子実収量における両区間の差異は小さく,それぞれ14011472gm^<-2>と610702gm^<-2>であった.この理由として,増加区では普通区に比べて分げつの発生数は多かったが,窒素欠乏のために出穂期までの分けつの枯死率が高く,また出穂期以降における葉の老化が早かったために,光合成速度の上昇が乾物生産および子実収量の増加に寄与しなかったものと推察した.これらの結果から,チベット地域における子実収量の主たる限定要因は,CO_2濃度の低さではなく,土壌中の養分量の少なさであることが示唆された.今後の地球規模でのCO_2濃度の上昇に対してチベット地域でのコムギの子実収量を維持,増加させるためには,施肥方法の改良が必要であると推察した.5月25日6月6日と8月3日15日の2時期に、チベット自治区のラサ市にある中国科学院ラサ農業生態試験所に赴き、日本の春まきコムギ1品種、トウモロコシ2品種およびバレイショ2品種を試験所の圃場で栽培し、乾物生産特性における中国品種との差異を調査した。1.コムギとトウモロコシでは、日本品種に比べ中国品種の方が光合成速度と蒸散速度が共にやや高かったが、これは日本品種では播種時期が遅かったために生育が抑制されたことによると推察され、中国品種における測定値は日本の北海道での値と大きくは異ならなかった。しかし、試験所の標高は3700mであり、CO_2の絶対量は北海道の約65%と少ないにもかかわらず比較的高い光合成速度を維持していることを示しており、この理由を次年度の調査で明らかにする必要がある。なお、バレイショでは日本品種と中国品種のいずれもがウイルス病に罹病して著しく生育が抑制されてしまった。種イモは無病であったことから、この理由についても次年度に再度検討する。

2.チベットからは一切の植物サンプルの持ち出しが禁止されているが、中国側分担研究者の許可を得て、試験所の圃場およびラサ近郊の農家圃場(標高4000m)でコムギ、オオムギおよびバレイショの葉の気孔レプリカをスンプ法により採取した。前述した光合成速度の高さには気孔密度が影響しているとの仮説のもとで、帰国後に気孔の形態を顕微鏡で詳細に調査している。3.当初の計画では圃場に設置するCO_2付加装置を中国側研究者の責任で準備することになっていたが、中国側の事情により急遽日本側が用意することになった。このため、帰国後に日本の製造業者に連絡して、本年度の経費で必要資材を購入し、次年度に中国に運搬して試験所の圃場に設置することにした。チベットの特異的な環境条件下での作物の光合成と物質生産の実態を調査すること、また現在予想されている地球規模でのCO_2濃度及び気温の上昇の影響を明らかにする目的で、中国科学院ラサ農業生態試験所の圃場で研究を行った。当初の計画では、CO_2発生装置を中国側研究者が用意し、12年度からCO_2付加実験を行う予定であったが、中国側の予定していた装置ではCO_2と同時に硫黄や窒素酸化物が大量に発生し、作物を正常に成育させることが不可能であることが判明したため、12年度の配当費用を用いて日本でCO_2発生装置(ネポン社製)を購入した。13年度の4月下旬にラサに搬入し、現地でCO_2発生装置を組み立て、圃場に設置した。また現地の資材を用いてチャンバー(3m×3m×高さ2m)を12個作成し、CO_2付加チャンバー(CO_2と気温が上昇)、CO_2無付加チャンバー(気温のみ上昇)、チャンバー外(現地環境)の3条件下で春コムギのチベット在来品種を栽培した。59月の期間に、研究協力者として大学院博士課程の学生1名を試験所に常駐させ、持参した光合成蒸散測定装置(LI6400、ライカ社製)を用いて光合成速度を測定するとともに、葉の葉緑素値、群落の光吸収量、葉面積、乾物重などのデータを得た。これらの測定には中国側共同研究者も積極的に参加した。なお、チャンバーに隣接した圃場において冬コムギ、春コムギ、トウモロコシおよびバレイショのチベット在来品種と日本育成品種を栽培し、これらについても同様の測定を行った。10月上旬に岩間と王がラサ農業生態試験所を再訪し、大学院学生とともに収量調査を行った。また、中国側共同研究者と今後の成果の発表方法や次年度以降の計画を相談した。中国側研究者からは本共同研究が大成功であったとの評価が述べられ、次年度以降の研究継続を強く求められた。
金属-有機化合物分子の反応制御による機能性薄膜の結晶化に関する研究

本年度は、最終年度であるため酸化物基板上におけるエピタキシャル膜の合成因子や配向制御因子について検討した。薄膜の物性測定も行い、エピタキシ-と物性との関連についても評価した。K (Ta,Nb) O_3エピタキシャル膜の物性と分子の反応制御との関係を評価装置で検討した。KTNエピタキシャル膜のヒステリシスなどの性質が、反応制御により得られた前駆体の構造、組成により制御可能であることを見いだした。すなわち、金属/酸化物複合基板上のKTNエピタキシャル膜はTa/Nb比に応じたヒステレシスおよびキュリー点を示し、それらが基板からの影響を受けていることを明らかにした。非対称中心を有するβ-BaB_2O_4薄膜を種々の条件下で金属/酸化物複合基板および透明基板上において合成し、これらの基板上における高配向膜の合成のための制御因子を明らかにした。また、複合基板および透明基板上に結晶化させたβ-BaB_2O_4薄膜から2次高調波の発生を確認した。これにより、本法は非線形光学薄膜の調製にも有効であることが明かとなった。このように、金属-有機化合物分子の反応制御による機能性薄膜の結晶化について、K (Ta, Nb) O_3、(Sr, Ba) Nb_2O_6、(Pb, Ba) Nb_2O_6、β-BaB_2O_4薄膜を研究対象とし、強誘電体および非線形光学結晶の高配向およびエピタキシャル薄膜が金属-有機化合物の反応制御により各種の基板上に合成できることを明らかにした。また、それらの薄膜の物性と金属-有機化合物の反応制御との関係を明らかにすることができた。本年度は、前駆体分子の配位構造の制御因子を明らかにするために、金属-有機化合物分子間の反応における配位子置換効果について、まず検討した。K(Ta,Nb)O_3薄膜の合成のための反応において、核磁気共鳴、赤外吸収スペクトルなどにより-K-O-(Ta,Nb)-O結合の生成過程や溶液中における構造を明らかにした。そして、この前駆体から酸化物基板上にK(Ta,Nb)O_3薄膜を合成し、X線極点図形の測定により、エピタキシャル膜が結晶化していることを明らかにした。すなわち、初めて、設計した縮合前駆体からエピタキシャル膜の合成に成功した。また、(Sr、Ba)Nb_2O_6膜合成における前駆体分子の生成過程も同様の手法を用いて検討した。その結果、前駆体分子の溶液中の構造や配位子の状態を明らかにすることができた。この前駆体溶液を用いて、酸化物基板上において(Sr,Ba)Nb_2O_6配向膜の合成に成功した。これは従来合成が困難とされていた物質であり、本研究の目的とする金属-有機化合物の反応制御による前駆体分子の設計の重要性を示すものである。現在、この基本的な考え方を展開し、(Pb,Ba)Nb_2O_6などの機能性膜合成用の前駆体の設計を進めている。さらに、これらの配向膜の基板上における結晶化過程を解明し、K(Ta,Nb)O_3エピタキシャル膜および(Sr,Ba)Nb_2O_6配向膜の物性と分子の反応制御との関係を評価装置で検討している。本年度は、前年度に得られた溶液中における前駆体分子の配位構造の制御因子および酸化物基板上におけるエピタキシャル膜の合成因子に基づいて、物性測定のためのエピタキシャル膜の合成因子や配向制御因子の検討を行った。K(Ta,Nb)O_3薄膜を種々の条件下で金属/酸化物複合基板上において合成し、複合基板上におけるエピタキシャル膜の合成のための制御因子を明らかにした。

すなわち、前駆体の結晶化挙動を差動型示差熱天秤により解析することにより複合基板上にK(Ta,Nb)O_3薄膜を合成し、X線極点図形の測定により、エピタキシャル膜が結晶化していることを明らかにした。これにより、初めて、金属/酸化物複合基板上のエピタキシャル膜の合成に成功した。また、(Pb,Ba)Nb_2O_6膜合成における前駆体分子の生成過程も同様の手法を用いて検討した。その結果、前駆体分子の溶液中の構造や配位子の状態を明らかにすることができた。この前駆体溶液を用いて、酸化物基板上において(Pb,Ba)Nb_2O_6配向膜の合成に成功した。これは従来合成が困難とされていた物質であり、金属-有機化合物の反応制御による前駆体の分子設計が非常に重要であることを示すものである。現在、この基本的な考え方を展開し、BaB_2O_4などの機能性膜合成用の前駆体の設計を進めている。また、K(Ta,Nb)O_3エピタキシャル膜の物性と分子の反応制御との関係を評価装置で検討した。KTNエピタキシャル膜のヒステリシスなどの性質が、反応制御により得られた前駆体の構造、組成により制御可能であることを見いだしている。これらの配向膜の複合基板上における結晶化過程について検討を行っている。本年度は、複合基板および酸化物基板上に調製した高配向膜およびエピタキシャル膜について、物性測定のためのエピタキシャル膜の合成因子や配向制御因子についてさらに検討し、物性測定による薄膜評価を行った。K(Ta,Nb)O_3エピタキシャル膜の物性と分子の反応制御との関係を評価装置で検討した。KTNエピタキシャル膜のヒステリシスなどの性質が、反応制御により得られた前駆体の構造、組成により制御可能であることを見いだした。すなわち、金属/酸化物複合基板上のKTNエピタキシャル膜はTa/Nb比に応じたヒステレシスおよびキュリー点を示し、それらが基板からの影響を受けていることを明らかにした。非対称中心を有するβ-BaB_2O_4薄膜を種々の条件下で金属/酸化物複合基板および透明基板上において合成し、これらの基板上における高配向膜の合成のための制御因子を明らかにした。β-BaB_2O_4前駆体を高温用電気炉で処理した後、その結晶化挙動を解析することにより複合基板および透明基板上にβ相BaB_2O_4薄膜を合成し、X線回折測定により、c軸配向膜が結晶化していることを明らかにした。また、複合基板および透明基板上に結晶化させたβ-BaB_2O_4薄膜から2次高調波の発生を確認した。これにより、本法は非線形光学薄膜の調製にも有効であることが明かとなった。また、高電圧電源、表面電位計による誘電体の分極についても検討した。さらに(Sr,Ba)Nb_2O_6エピタキシャル膜の物性と分子の反応制御との関係を評価装置で検討し、タングステンブロンズ構造のSBNも酸化物基板上でエピタキシャル成長し、その物性が基板の影響を受けていることを明かにした。
日本脳炎ウイルスの感染性cDNAの作製

日本脳炎ウイルスの感染性cDNAクロ-ンの作製を行ってきた。これまでに得られたcDNA断片をpUCベクタ-を用いてつなぎ合わせ、全ゲノムに相当するクロ-ンを得、T7RNAポリメラ-ゼを用いた系で得られたRNAをAGMK細胞にトランスフェクションすることによりウイルスの回収を試みてきた。RNAを合成する際、その5'末端にはキャップを付け、3'末端は制限酵素とマングビ-ンヌクレア-ゼを用いてゲノムのRNAと同じ5'および3'末端を持つRNAになるように合成した。このRNAはAGMK細胞に対して感染性を示さなかった。そこで感染効率を高めるためRNAをリポソ-ムに包んでトランスフェクションを行った。リポソ-ムを使用することにより、ウイルス粒子から抽出したゲノムRNAは約100倍高い感染性を示したが、試験官内で合成したRNAは感染性を示さなかった。以上のようにこれまでのところ、感染性を示すcDNAおよびRNAは得られていない。この原因を探るために、構築したcDNAクロ-ンの全塩基配列を再び決定し、以前に決定したゲノムRNAとの一次構造の比較を行った。その結果、異なる塩基配列が存在していることが明らかとなったので、この配列を正しいものに替え、再びクロ-ンを作り直したが感染性を持つものとはならなかった。現在までに解ったことは、全ゲノムに相当するcDNAクロ-ンは、大腸菌内で著しく増えにくく、増えたクロ-ンは既に何等かの変異を起こしており、感染性を失っているということである。現在、ベクタ-をプラスミドからλファ-ジに換えて研究を続けている。
新規のウラン代替染色剤を用いた新鮮組織三次元微細構造・機能の迅速電顕解析法

従来のTEMによる電顕診断法とは異なった観点から、正常及び病理組織を用いた微細構造と機能の新たな電顕解析法の開発を行った。低真空SEMを用いて新規のウラン代替染色剤を検討した結果、観察目的に応じて染色剤を選択または組みあわせて、光顕における特殊染色法より短時間で簡単な手順で走査電顕レベル(×30,000)の解析ができることが明らかとなった。また、本法は組織化学的検索法との併用も可能で、腫瘍細胞の内分泌顆粒の同定や核の異型性などの病理像を走査電顕レベルで解析できる簡便で迅速な組織診断法として有用であることが実証された。新規の電顕診断法として、今後、一般病理組織にも応用展開できると考えている。術中迅速診断法の開発を本研究の最終目標として、25年度は、新鮮組織の最適な試料作製方法を確立することを目的に、ラットおよびマウスから新鮮組織(肝臓、腎臓)を採取し、切片の厚さ、染色方法などを検討した。先ず、未固定または固定した状態でリニアスライサーを用いて様々な厚さの切片を作製して、新規のウラン代替染色剤の一つである白金ブルーで切片を染色し、その細胞組織特異的な染色効果を利用して低真空SEMで三次元像を直接観察し、最適な切片の厚さについて検討した。その結果、固定試料の切片については、厚さ60100μm程度が適切であると思われたが、未固定試料のスライスは技術的にかなり難しくなかなか良い切片が得られず、未固定試料の最適な厚さについては今後さらに検討が必要である。また、イオン液体(導電性があり真空中でも蒸発しない)で処理してそのまま低真空SEMで三次元像を直接観察する方法について検討したところ、イオン液体が残留してかえって試料の表面形態が観察しにくいことが分かった。しかし、濃度と処理時間を調整すればイオン液体を使用できる可能性がまだあると思われたので、引き続き条件を変えて検討したいと考えている。さらに、組織化学的検索法を検討するために、マウスの摘出腎およびヒトの腎生検組織のパラフィン切片、ヒトの摘出癌組織(乳癌、肺癌、大腸癌)のパラフィン切片を用いて、免疫染色のDAB発色法にオスミウム酸による増感法を施した標本と、白金ブルーだけで染色した標本とを低真空SEMで比較観察した。その結果、診断のポイントとなる核の形態、基底膜の有無、細胞内の特殊顆粒の形状など、光顕レベルでは観察困難な構成要素を高倍率(×30,000)で明瞭に観察することが可能であった。鑑別診断が難しい症例において低真空SEMと組織化学的検索法との併用は有用な組織解析法となる可能性が示唆され、研究成果を学会にて報告した。26年度は、術中迅速診断における低真空SEM下での細胞および組織の同定を目標として、新規のウラン代替染色剤など様々な染色剤(白金ブルー、過ヨウ素酸メセナミン銀、酢酸ウラン、OTE、酢酸サマリウム、酢酸ガドリニウム、リンタングステン酸)を用いて動物(ラット、マウス)の正常組織(腎臓、膵臓)およびヒトの病理組織(腎生検、下垂体腺腫、肺癌、大腸癌)の切片を染色し、それぞれの染色効果の違いについて検討した。すなわち、染色後の切片を低真空SEMにて直接観察し、目標とする細胞および組織の同定に利用可能な染色条件および観察条件について検討した。その結果、ヒトの病理組織標本では、光顕レベルでは鑑別困難な特殊なネフローゼ症候群(Alport症候群と菲薄基底膜病)における腎糸球体基底膜の微細な三次元構造や、内分泌腫瘍における細胞内の特殊顆粒の三次元形態を高倍率(×30,000)で明瞭に識別できることが実証でき、重金属染色を用いた低真空SEM観察による細胞および組織構造物の同定法が臨床診断に有用である可能性が示唆された。これらの研究成果を学会および論文にて報告した。平成27年度は、パラフィン切片を用いた「低真空SEMによる組織像の迅速三次元解析法」を様々な病理組織に応用し、早期診断・早期治療につなげるための簡便で迅速な診断法として確立することを目的に研究を行った。前年度に続いて、ヒトの内分泌腫瘍(下垂体腺腫、大腸癌、肺大細胞癌:免疫染色または透過電顕による細胞内の特殊顆粒の証明によって確定診断される)に加えて胃癌、乳癌、神経鞘腫などの病理組織標本およびラット大腿骨の正常組織において本法を検討した。その結果、本法は、光顕だけでは識別が難しい分泌顆粒の同定や核の異型性の三次元的な構造解析を可能にし、腫瘍の診断にも有用である可能性が示唆された。また、新規のウラン代替染色剤を含めていくつかの重金属染色(白金ブルー、過ヨウ素酸メセナミン銀、四酸化オスミウム、酢酸ウラニル、酢酸ガドリニウム、リンタングステン酸)による電子染色効果(反射電子シグナルの違い)をラット舌組織を用いて低真空SEM下で比較観察した。その結果、三次元像と共に電子染色剤それぞれの染色特性による異なった明暗のコントラスト像が描出され、低真空SEM下では、光顕観察における特殊染色法より短時間で簡単な手順で組織像の解析ができることが明らかとなった。本研究により、観察目的に応じた選択または組みあわせによって、電子染色法を一般病理組織などの低真空SEMによる三次元微細構造解析にも応用できると考えられた。これらの研究成果を学会で報告し、投稿論文の準備中である。

低真空SEMを用いて新規のウラン代替染色剤を検討した結果、観察目的に応じて染色剤を選択または組みあわせて、光顕における特殊染色法より短時間で簡単な手順で走査電顕レベル(×30,000)の解析ができることが明らかとなった。また、本法は組織化学的検索法との併用も可能で、腫瘍細胞の内分泌顆粒の同定や核の異型性などの病理像を走査電顕レベルで解析できる簡便で迅速な組織診断法として有用であることが実証された。新規の電顕診断法として、今後、一般病理組織にも応用展開できると考えている。26年度には、様々な重金属染色を用いた低真空SEM観察により腎糸球体基底膜の微細な三次元構造や、内分泌腫瘍における細胞内の特殊顆粒を高倍率(×30,000)で明瞭に識別できることを実証し、低真空SEMによる同定法が臨床診断に有用である可能性が示唆され、手術摘出標本と生検標本の微細構造・機能の迅速三次元解析を目標とする研究目的の一部は達成できた。しかし、まだパラフィン切片での検討段階であり、新鮮組織の未固定試料では切片の作製がやはり技術的に難しく、試料作製に関しては最適条件の決定には至らず引き続き検討が必要である。一方、低真空SEM下での観察条件については、現在使用している卓上型低真空SEM装置の改良型(日立TM3030 plus)を使用する機会を得て、観察時の加速電圧(5kVまたは15 kV)や使用する信号(反射電子または二次電子)を変えることによって、病理診断に利用可能な異なる組織像が得られることを明らかにした。解剖学、組織学本研究の最終目標は、パラフィン切片では現在確立しつつある「低真空SEMによる組織像の迅速三次元解析法」をさらに疾患の早期診断・早期治療につなげるために、新鮮組織を用いた簡便で迅速な診断法として確立し、従来のテキストにはない新たな低真空SEMによる組織像の評価方法を作成することである。これまでの本研究で行った低真空SEMと組織化学的検索法との併用は有用な組織解析法となる可能性が示唆され、さらに新規のウラン代替染色剤など様々な染色剤(白金ブルー、過ヨウ素酸メセナミン銀、酢酸ウラン、OTE、酢酸サマリウム、酢酸ガドリニウム、リンタングステン酸)を用いた細胞組織の微細構造物の低真空SEMによる同定法が臨床診断に有用である可能性も示唆された。今後は、当初の計画通り、これらの方法を手術摘出標本と生検標本を用いて検討し、従来の術中迅速診断の問題点(凍結・融解による組織の損傷)を克服できる病理組織の解析に適した新しい診断法を確立すべく研究を推進する。初年度の研究では、低真空SEMと組織化学的検索法との併用は有用な組織解析法となる可能性が示唆され、研究目的の一部は達成できた。しかし、術中迅速診断のための新鮮組織の微細構造・機能の迅速三次元解析法の確立を目標として、未固定または固定した組織試料をリニアスライサーを用いて切片作製する場合の厚さについて最適条件を検討したが、特に未固定試料では、切片作製が技術的に難しく最適条件の決定には至らなかった。また、イオン液体の使用条件についても、少量でも試料表面に残留すれば観察の妨げになることが分かり、引き続き検討が必要であると判断した。従って、今回は新鮮組織の最適な試料作製方法を完全に確立するには至らなかった。26年度は、国内外の出張旅費として40万円を計上していたが、申請者が不測の入院治療を余儀なくされたために26年12月までの国内外の出張を全て中止した。そのため、旅費が約23万円浮いた。また、物品費は試薬類の購入費が約25万円少なかった。
フェムト秒レーザー衝撃を用いたハイスループット液中極微量試薬添加技術の基礎検討

高出力集光フェムト秒レーザーを用いた生細胞の制御に係る要素技術に関して, 1)同レーザーの液中集光で発生する応力波を用いた液中微量試薬添加による細胞刺激と, 2)接着細胞の個別剥離と基板へのアレイ化を実現した。また, 3)細胞非接着性ポリマーをコートした基板に同レーザーを培養液中で集光すると表面が細胞接着性に転換する液中レーザーリソグラフィーを見出し,異種細胞の配置や培養中でのパターン変更に成功した。マイクロ・ナノバイオ研究基盤技術として、フェムト秒パルスレーザーの液中照射時に集光部で溶媒が多光子吸収を起こして発生する局所的な爆発現象"マイクロ・ナノ津波"を駆使して、生理活性物質を液中で局所添加する研究している。試薬を固定した試薬基板作製と、フェムト秒レーザーを液中で試薬基板に対して照射して試薬を液中に放出させる条件検討を行い下記の成果を得た。1)試薬基板:ガラス表面をアミノシランカップリング処理して正荷電表面を作り、その上にモデル試薬(蛍光ナノ粒子)を静電的にを吸着させ、吸着したモデル試薬の非特異溶出を防ぐために、正電荷を持つキトサンと負荷電を持つ硫酸デキストランをこの順でコートすることで、溶液中で安定な試薬固定基板を作製できた。本方法は含水性の生体ポリマーを用いたマトリックスの中に試薬を保持することができるため、細胞刺激に用いる生理活性物質やペプチドやDNAを固定するのに有効と考えている。2)試薬放出現象の解析と最適条件検討:蛍光ナノ粒子を固定したモデル試薬固定基板を水中に設置し、基板内部、表面、基板から離れた水中の各部位にフェムト秒レーザーを集光して蛍光ナノ粒子が基板から放出される状況を観測した。その結果、ガラス表面から数10μmはなれた水中に集光することで効果的に蛍光粒子が放出されることがわかった。試薬基板上のキトサンと硫酸デキストランのマトリックスがマイクロ・ナノ津波により破壊されるために、基板表面に吸着していた試薬(蛍光ナノ粒子)が放出されることを示している。蛍光粒子はレーザー照射後30秒で50μmに達し、そのときの蛍光粒子の飛散範囲は直径50μmであった。このように狭い範囲に試薬を塗布することができるので、特定細胞の試薬刺激の実現性を示すことができた。マイクロ・ナノバイオ研究基盤技術として、1)フェムト秒パルスレニザーの液中照射時に集光部で溶媒が多光子吸収を起こして発生する局所的な爆発現象"マイクロ・ナノ津波"を駆使して、試薬包埋基板から生理活性試薬を局所添加する技術、2)液中で基板表面にフェムト秒レーザーを照射したときに起きる新たに観測した現象とこれを用いたバイオ応用可能な基板加工技術についての先行的な結果を報告する。1)試薬の液中添加:ガラス表面にアドレナリン、ハロペリドール、アセチルコリンを基板上に塗布した試薬基板を作成した。マウス由来P19CL6細胞をジメチルスルホキシドで心筋様拍動細胞に分化誘導した細胞塊上に培地を介して試薬基板を配置し、フェムト秒レーザーを照射した。その結果、アドレナリンン固定基板では拍動周期が上昇し、アセチルコリン基板では拍動が停止することが観察された。ハロペリドールでは、明確な結果は得られなかった。本方法は液中での非接触試薬添加が可能と結論した。2)新現象:上記試薬添加に関しては、レーザーを液中集光している。これはガラス基板上に緩やかに保持されている試薬苞埋ポリマーに対して有効な方法である。これに対して基板上に化合物を化学的に強固に固定した基板に対してレーザー照射を試みた。その結果、液中に配した基板の内部にレーザーを集光すると、表面の化合物が飛散するのではなく熱的あるいは光化学的な修飾を受けた。テフロン系高分子を固定した細胞非接着性表面を持つガラス基板内部をフェムト秒レーザー(0.5mW、1kHz)で20μm/Sの速度で走査したところ表面が細胞接着性に変化した。レーザー照射表面のAFMやXPSによる表面分析結果では、テフロン系高分子からフッ素が離脱し、炭素あるいは炭化水素が表面を覆っている結果となった。このため細胞が接着するようになったと予想される。本方法は、液中での表面改質が可能なので、基板上で異種細胞を配置したり、細胞間をつなげるチャネルを形成したりする技術に応用できると考えている。東日本大震災の影響で一時研究を中断したが、平成23年7月末まで延長が認められたのと、分担研究者の協力でフェムト秒レーザー(fsレーザー)を用いた細胞の制御に係る要素技術に関する本年度の目標を達成することができた。[具体的内容]1)細胞回路作成法検討

:培養液中で種々物質の吸着を阻害するパーフルオロアルキル膜やMPCポリマー膜(フォスファチジルコリン系ポリマー)表面でできた基板をfsレーザーでエッチングする操作を繰り返すことで、(1)コラーゲンやラミニン等の細胞接着因子のパターニング、(2)異種細胞の任意位置へのアレイ化に成功した。さらに、パターニングした細胞間の表面をfsレーザーで改質してラミニン等でブリッジ回路を形成すると、神経細胞では神経突起がブリッジにそって伸長し、任意の細胞回路を形成できた。また走化性細胞をブリッジ回路にそって移動させて異種細胞を接着させることができた。2)表面改質と試薬放出現象の解析:fsレーザーを液中に集光した場合と基板内部に照射した場合では異なる現象が起きていた。液中にレーザーを集光すると、多光子吸収に起因するキャビテーションバブルの発生が応力として働き、近傍にあるポリマーを破断させ、内部の試薬が液中に放出されることを、蛍光粒子を用いた実験で立証した。細胞接着阻害を起こすパーフルオロアルキル膜やMPCポリマーを表面に持つ基板の内部にフェムト秒レーザーを照射すると、パーフルオロアルキル膜ではフッ素が脱離して炭化水素が残り、MPCポリマーではアブレーションによりMPCポリマーそのものが除去されることを、原子間力顕微鏡(AFM)やX線光電子分光(XPS)で明らかにした。[意義・重要性]fsレーザーを用いた総合的な細胞アレイ基礎技術・バイオツールの可能性を世界に先駆けて示すことができた。また、神経回路の可塑性研究や創薬における毒性試験の新たなツールとなると期待できる。
手話映像を利用したe-ラーニングシステム用マルチメディア教材の開発・研究

本研究では,教科教材として「英語」「数学」についての問題集等,及び,専門的な内容として「ITパスポート試験」に向けた学習教材を作成した.PCだけではなく,タブレット端末への対応も考慮した.しかし,現在タブレット端末は種類によって大きく操作性等が異なることからも今後もシステム全体を含めて改善が必要であることがわかった.最終年度では,一般的な学習教材以外に,大学の教育の中で重要と考えられる実習系の教材として,現在取り組んでいるフィジカル・コンピューティング等の説明に関する教材を作成した.学生の実習速度は大きく異なることから紙の資料やその場の説明だけでなく,ネット上で閲覧できるため必要に応じて見ることができるようにし,その結果,通常に比べて実習をスムーズに進めることができた.本研究では,教科教材として「英語」「数学」についての問題集等,及び,専門的な内容として「ITパスポート試験」に向けた学習教材を作成した.PCだけではなく,タブレット端末への対応も考慮した.しかし,現在タブレット端末は種類によって大きく操作性等が異なることからも今後もシステム全体を含めて改善が必要であることがわかった.最終年度では,一般的な学習教材以外に,大学の教育の中で重要と考えられる実習系の教材として,現在取り組んでいるフィジカル・コンピューティング等の説明に関する教材を作成した.学生の実習速度は大きく異なることから紙の資料やその場の説明だけでなく,ネット上で閲覧できるため必要に応じて見ることができるようにし,その結果,通常に比べて実習をスムーズに進めることができた.e-learning教材として,現在専門基礎科目の数学I,IIで使われている演習問題をオープンソースであるmooodle上に作成し,設問の形式,解答方法の検討,ならびに問題の作成手順について検討を行った.また,解説方法について文章によるものだけでなく,手話映像を利用した場合の提示方法に関しての検討を行った.また,教養教育系科目として英語の教材についても検討を行った.現在は,講義中に使用している演習問題をベースにした問題を作成したが,今後,実用英語技能検定やTOEICなど広く実施されている試験を念頭においた問題と,解説についての検討を行う予定である.平成22年度はスマートフォンや電子書籍が大変注目をされた.そこで,後半にはいくつかの電子書籍リーダーデバイスを実際に利用して,小説などを読むだけでなく学習に対する利用に関して実際の使用感などの調査をするとともに,これらの電子書籍で使用される規格の中でAZWやEPUB,そしてXMDFなどの電子書籍フォーマットについて内容を調べるとともに,作成方法等に関する調査を行った.e-ラーニングシステムでは単なる講義資料等をWebサービス等を利用して配信するだけではなく,演習等を活用して学習者の学習履歴や理解度をマネージメントすることが本来の目的であると考えている.昨年度作成したITパスポート試験対策の講座形式による手話付き教材をe-ラーニングサーバで提供した.これによって手話映像をオンラインにて配信することやそれの学習履歴を取得して学習経過を観察する環境を整えた.今年度は,これに加えてテスト環境を充実させた.実際教材中でも演習問題等をe-ラーニングシステムテスト形式で提供し,これらに関する解説などの整備を行った.ビデオ映像による講義配信では,自分のペースで講義を視聴できるため,読み取りにくい部分では繰り返し確認することが可能であるが,一方向の伝達であり対面講義に比べて実際の理解ができているか学習者においても把握しにくい部分があるため重要になる.さらに実際のテストを実施した後の解説部分を現在は多くのものをテキストで提供している.問題数の関係ですべての問題に手話映像を提供することは困難であるため,一時で映像を利用した解説等の提供も検討している.どのようなでテキストあるいは映像による補足説明をするのがいいのかについて現在検討を行なっている.また,試作として作成した数学や英語に関しても現在問題数を増やすとともに,手話による説明の導入法に関しても現在検討を行なっている.本研究の目的は、手話映像を含めた教材の開発であり,前年度までに,教科教材として「英語」「数学」についての問題集等を作成し,専門的な内容として「ITパスポート試験」に向けた学習教材を作成した.今年度はタブレット端末を利用した場合の問題について対応を行った.現在タブレット端末は種類によって大きく操作性等が異なることからも今後もシステム全体を含めて改善が必要であることがわかった.また,コンテンツについては大学の教育の中で重要と考えられる実習系の教材として,現在取り組んでいるフィジカル・コンピューティングやロボット制御の教材の作成を行った.これらの教材は年度内において実機のテスト運用を行うための簡易マニュアルとして試験利用を行った.紙の資料やその場の説明だけでなく,ネット上で閲覧できるため必要に応じて見ることができるので通常に比べてスムーズに進行することができた.研究期間はすでに終了しているが,今年度以降も実際の実習等での利用において細かな修正を行なっていく予定である.教材としての構築は順調に行われており,それに対する演習,評価などを行なっている.また現在はそれを基に理解力向上のための解説内容についても手話付きのものに置き換えていく準備も進行しているため.24年度が最終年度であるため、記入しない。専門講義等を現状はメインに作業を続けてきた.当初作成,検討を行なっていた基礎教育の内容に関しても今後内容を増やして行きたいと考えている.特に基礎教育に関しては大学入学時の理解度が社会的にも問題になる傾向があるが,特に本学では理解度が他大学に比べて低いため,これらの状況を踏まえた検討も行なって行きたい.24年度が最終年度であるため、記入しない。
小口病におけるアレスチン変異型とロドプシンキナーゼ変異型の表現型差に関する研究

今回我々名古屋大学グループはペンシルバニア大学と共同研究を行い、小口病の二つの原因遺伝子型であるアレスチン(SAG)型とロドプシンカイネース(GRK1)型の機能的差異を電気生理学的および心理物理学的に調査した。ノックアウトマウスを用いた最近の研究では、アレスチン(SAG)欠損マウスとロドプシンカイネース(GRK1)欠損マウスの比較研究において、GRK1欠損マウスのみ錐体の著しい不活化異常があることが報告されている(JNS,2000)。今回研究対象としたのは、SAG遺伝子1147delA変異ホモ接合体を有する35歳男性とGRK1遺伝子G595C変異ホモ接合体を有する21歳女性の2名であった。一般眼科検査に加え、錐体と杆体を分離したERGを記録した。また錐体不活化機能を測定する目的で強力な刺激(2.7-4.3 log photopic td-s)を100msから2秒の様々な間隔で与えて錐体ERGを記録し、錐体視細胞電位を記録した。結果として、両者の矯正視力はともに1.2で視野は正常、眼底には金箔様反射を認め、強い夜盲が存在した。錐体杆体分離ERGで両者に違いはなかった。強い刺激を用いた錐体ERGにおいても両者とも回復は良好であり、100ms間隔から2秒間隔まで錐体視細胞電位は全て正常範囲であった。我々の今回の結果は過去のノックアウトマウスの結果やGRK1異常を有するヒトでの報告(PNAS,1998)と大きく異なり、ヒト小口病で機能検査上SAG型とGRK1型の鑑別がほとんどできなかった。最近になって、GRK1機能が障害された状態でもヒト錐体ではGRK7による機能補填がかなり働くという可能性が示唆されている(IOVS,2003)。今回の共同研究により、マウスと異なりヒトではGRK1機能が障害されても錐体の不活化機能はほぼ正常に保たれることが最終的に判明した。
免疫応答制御におけるMAPキナーゼカスケードのダイナミクスの研究

MAPキナーゼ(mitogen-activatedprotein kinase ; MAPK)は細胞の活性化に伴って細胞質から核に移行し、転写因子などの様々なシグナル蛋白質をリン酸化する。免疫細胞(T細胞、B細胞、マスト細胞)において、MAPKは細胞増殖、分化、死の制御に密接に関わっていることが知られている。本研究では、マスト細胞でのMAPKカスケードのダイナミクスに焦点を当てて研究を進めた。そして、(1)MAPKKK(Raf-1)は抗原刺激の約3分後に細胞膜へ移行し、約6分後に細胞質へ戻ること、(2)細胞膜でのRaf-1の分布は均一で細胞膜ミクロドメインとの明瞭な相関はみられないこと、(3)MAPK(ERK2)の核移行はRaf-1の細胞膜移行に遅れて始まること、(4)leptomycin B存在下ではERK2の核排出速度が遅くなること、(5)抑制性モチーフを持つ低親和性1gG受容体FcγRIIBを介したシグナルにより、細胞内カルシウムイオン濃度の持続相の消失とともにERK2の核移行の持続相も消失すること、(6)細胞質に局在するMAPKフォスファターゼHePTPを過剰発現すると、ERK2の核移行が阻害されること、(7)細胞質と核に存在するMAPKフォスファターゼVHRを過剰発現すると、ERK2の核排出が促進されること、(8)神経、免疫相互作用において、神経細胞活性化後、神経細胞によって活性化されたマスト細胞ではRaf-1の膜移行に次いで、ERK2の核移行も起こることが分かった。これらの結果から、MAPKカスケードのダイナミクスが時間的、空間的に、そしてERK2の核シャトルの分子機構の一端が明らかになった。さらに細胞間相互作用におけるMAPKカスケード蛋白質の機能の追究にも成功した。以上のように、本研究の遂行により、MAPキナーゼカスケードのダイナミクスの免疫応答による制御機構が明らかになった。1)MAPKKK (Raf-1)の細胞膜移行のダイナミクスと細胞膜ミクロドメインへの局在化MAPKKK (Raf-1)と蛍光蛋白質YFPのキメラ遺伝子を作成し、これらを発現させたマスト細胞を用いて、抗原刺激時のYFP-Rafの可視化機能解析を行った。マスト細胞を抗原刺激するとYFP-Rafは刺激後約3分には細胞膜への移行が観察された。そして約6分後には細胞質へ戻ることが分かった。また、移行したYFP-Rafは、細胞膜に均一に存在しており、ミクロドメインで観られるような不均一な局在は観察されなかったことから、Raf-1の活性化は、細胞膜ミクロドメインに依存しないものと推察された。2)MAPK (ERK2)の核シャトルのダイナミクスと免疫応答制御機構の解明先の我々の研究成果から抗原刺激に伴い、YFP-ERK2はマスト細胞の細胞質-核の間をシャトルしていることを明らかにしている。そこで、不明な点が多いERK2の核排出機構について追究した。核排出シグナルを阻害するLeptomycin B存在下では、YFP-ERK2の核排出速度が遅くなっていることが分かった。ERK2は核排出シグナルを持たないことから、MAPKK (MEK)の核排出シグナルが、ERK2の核排出を制御していることが示唆された。3)MAPKKKの細胞膜移行とMAPKの核シャトルの関係解明さらに、YFP-Raf、CFP-ERK2を同一生細胞で解析することによって、MAPKKK(Raf-1)の膜移行とMAPK(ERK2)の核シャトルとの関係を追究した。

YFP-Rafは、刺激後1分ぐらいから細胞膜の方へと移行し始める一方、CFP-ERK2はRaf-1は、やや遅れて核へと移行することが分かった。この時MAPK (ERK2)やMAPKK (MEK)の膜移行は観察されなかったことから、Raf-1からERK2へのシグナル伝達は、膜移行して活性化されたRaf-1が、細胞質に戻って来てMEK、ERK2を活性化しているのではないかと考えられた。以上、本年度申請研究ではGFP誘導体を用いた単一生細胞レベルの解析から、免疫細胞でのMAPKカスケードの時間的、空間的なダイナミクスを明らかにした。次年度は蛍光共鳴エネルギー移動法などの実験手法を確立し、さらなるMAPKカスケード活性化の分子機構の解明を行う。MAPキナーゼ(mitogen-activatedprotein kinase ; MAPK)は細胞の活性化に伴って細胞質から核に移行し、転写因子などの様々なシグナル蛋白質をリン酸化する。免疫細胞(T細胞、B細胞、マスト細胞)において、MAPKは細胞増殖、分化、死の制御に密接に関わっていることが知られている。本研究では、マスト細胞でのMAPKカスケードのダイナミクスに焦点を当てて研究を進めた。そして、(1)MAPKKK(Raf-1)は抗原刺激の約3分後に細胞膜へ移行し、約6分後に細胞質へ戻ること、(2)細胞膜でのRaf-1の分布は均一で細胞膜ミクロドメインとの明瞭な相関はみられないこと、(3)MAPK(ERK2)の核移行はRaf-1の細胞膜移行に遅れて始まること、(4)leptomycin B存在下ではERK2の核排出速度が遅くなること、(5)抑制性モチーフを持つ低親和性IgG受容体FcγRIIBを介したシグナルにより、細胞内カルシウムイオン濃度の持続相の消失とともにERK2の核移行の持続相も消失すること、(6)細胞質に局在するMAPKフォスフアターゼHePTPを過剰発現すると、ERK2の核移行が阻害されること、(7)細胞質と核に存在するMAPKフォスフアターゼVHRを過剰発現すると、ERK2の核排出が促進されることが分かった。これらの結果から、MAPKカスケードのダイナミクスが時間的・空間的に明らかになるとともに、ERK2の核シャトルの分子機構の一端が明らかになった。
モンゴルにおける製鉄の伝播と地域的・社会的適応の実証的研究

モンゴル国内で初めてとなる製鉄遺跡の発見に成功し、ホスティン・ボラグ遺跡の発掘調査を実施した。遺跡から出土した土器や木炭の放射性炭素年代(紀元前2世紀紀元後1世紀)からこの遺跡は匈奴のものである。スラグの分析結果などからこの製鉄技術は同時代の中国とは大きく異なっており、南シベリアなどと類似していることから、草原を西から伝わってきた製鉄技術である。これまで匈奴は製鉄技術を持たないとされてきたが、おそくとも紀元前1世紀のモンゴル草原では、匈奴が遊牧国家として独自の製鉄技術を保有し、システマティックに鉄器を生産していたことが明らかになった。西アジアに端を発する鉄の東方への伝播の実態は不明である。これは西アジア世界と東アジア世界を繋ぐ中央アジアの研究蓄積が僅少であることに主な原因がある。モンゴル国も同様で、洋の東西を問わず多くの研究者の注目を集めながらも未解明の領域であった。加えて、モンゴルは世界史に多大な影響を与えた遊牧国家が勃興した地でもある。遊牧民族の強大化の背景には鉄の存在が想起されているものの、その実態は不明であり、資料に即した具体的な研究が必要であった。本研究では平成22年の踏査で発見した製鉄遺跡である、トゥブ県ムングンモリト郡ホスティン・ボラグ遺跡の発掘調査の成果と資料の金属学的分析成果を基軸として、モンゴル遊牧民に製鉄がいかに伝播し、それに伴い遊牧社会が鉄ならびにその生産システムをどのように取り入れ、遊牧社会に適応したハイブリッドな社会システムを構築したのかを解明することを目的としている。平成23年度の調査では製鉄炉の一部を検出することに成功した。木炭の放射性炭素年代は紀元前後の数値を示しており、周辺の遺跡の状況からも匈奴の製鉄遺跡と考えられる。本研究により、中国の文献史料には記されていない匈奴の製鉄の存在が明らかとなった。現時点の所見では土製羽口を使用し、炉内のスラグピットにスラグを溜めるタイプの製鉄炉である可能性が高い。また自然科学的分析結果から鉄鉱石を原料として直接製鉄法で鉄を製造していることが明らかとなった。これらの技術的特徴から言えば、中国ではなく、南シベリアなどに系譜が求められる。これらの研究成果については速報的に国内外の学会で発表し、周知をはかっている。発掘調査を行った面積が狭いため、次年度以降は調査エリアを広げ、複数の炉を調査することで上記の所見を検討するとともに遺跡の存続年代についても検討を行っていきたい。昨年度と引き続き、モンゴル国トゥヴ県ズーン・バイトラグ川流域の調査を6月に実施した。今年度はホスティン・ボラグ遺跡製鉄地点の発掘調査、周辺地域の一般踏査、そして新たに墓の発掘も行った。製鉄地点の発掘調査で新たに2基の製鉄炉を検出した。これまでに検出された製鉄炉はいずれも炉の下部にスラグピットを持つタイプであり、南シベリアや黒海周辺の製鉄炉と類似している。そして銑鉄を大量生産していた中国(漢)とは大きく異なる製鉄技術であった。層位的な所見や製鉄炉の構造的な特徴から、遺跡は少なくとも二つの時期(紀元後1世紀と紀元前1世紀前後)に分けることができ、製鉄炉も3つのタイプに分けることができた。タイプの違いは時期差に因る可能性も考えられるが、むしろ複数の技術系譜が一つの遺跡の中で同時期に存在していた可能性が推測された。本研究では平成22年の踏査で発見した製鉄遺跡である、モンゴル国トゥブ県ムングンモリト郡ホスティン・ボラグ遺跡の発掘調査の成果と資料の金属学的分析成果を基軸として、モンゴル遊牧民に製鉄がいかに伝播し、それに伴い遊牧社会が鉄ならびにその生産システムをどのように取り入れ、遊牧社会に適応したハイブリッドな社会システムを構築したのかを解明することを目的としている。平成24年度のモンゴル科学アカデミー考古学研究所との共同調査では製鉄炉3基、焙焼炉2基、廃棄土坑2基を検出することに成功した。木炭の放射性炭素年代は紀元前1世紀紀元後1世紀の数値を示しており、周辺の遺跡の状況からも匈奴の製鉄遺跡と考えられる。