hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
確率的効果が加えられた非線形分散型及び波動方程式の解析

Burq and Tzvetkovにより,確率的な効果を持つ非線形波動方程式の初期値問題は,決定論的な場合より弱い正則性の空間で可解となることが知られている.今回はこのような先行研究をもとに,非線形波動方程式で重要な役割を果たしてきた零条件と確率効果の関係を調べた.零条件は,波動方程式のローレンツ不変性と密接な関係があり,これを満たす非線形性においては会の特異性の相殺が生じ,通常考えられるものより良い正則性が成立する.しかし,決定論的な零条件と確率効果の双方が同時にうまく働くかどうかは知られていなかった.確率効果により解の正則性が改善される直観的な理由は,特異性の集合ほ非常に小さいため,確率効果によって揺するとその特異な集合に解が接触することはまれにしか起こらなくなるからである.しかし,確率効果による擾乱は零条件による特異性の相殺を弱める可能性もあり,双方の効果を研究することはきわめて興味深い.Zhong氏は,L^2空間の設定では,零条件と確率効果は必ずしも適合しないことを発見した.そこで,彼女はさらに,Grunrockによって導入されたフーリエ波数空間でL^p(p>2)となる関数の空間において,零条件と確率効果がどのような役割を果たすか研究した.その結果,Grunrockの空間で考えると,零条件と確率効果がうまく同時に働くようになり,通常考えられるより弱い正則性の空間において初期値問題が可解となることを示した.その証明においては,非線形性の評価を与える,双線形評価が重要な役割を果たすが,彼女が設定した仮定を弱めるとその双線形評価式が成立しない場合があることも証明した.このことは,彼女が得た定理は精密なものであることを示している.Zhong氏は母国の中国の東南大学数学教室で講師の職を得たため,平成23年8月に研究を中断し帰国した.そのため,当初の目標に達することはできなかった.その点では,日本での研究の進行状況は不十分なまま終わったことになるが,彼女は中国でもこの研究を継続しており,その意味では大局的に見て,必ずしも研究が不調に終わったわけではないと考える.現在Zhong氏は就職先の東南大学でたくさんの授業を担当しており,十分な研究ができる状態ではない(中国では一般的に,若い人がたくさんの授業負担を抱えることが多い).しかし,今年の秋以降就職して2年目になれば,講義にも慣れるため徐々に研究に時間を割くことができるようになるものと思われる.中国でも,日本での研究成果を生かして,こめ研究を続けてくれれば,少し時間を要するかもしれないが必ず良い成果を上げることができると考えている.零条件を満たす非線形波動方程式の初期値問題の適切性は,従来2乗可積分空間のソボレフ空間において研究されてきた.零条件は,波動方程式の解の特異性が非線形項で相殺し合することを保証する条件であるため,他の関数空間でも特別な正則性が期待される.しかし,高次元波動方程式は2乗可積分空間でないp乗可積分空間では,線形方程式の初期値問題も適切とならないことが知られており,p乗可積分空間に基づいたソボレフ空間において同じ問題を設定するのは無理がある.そこで,最近Grunrockによって導入された,フーリエ空間を基礎としたp乗可積分空間と同じスケーリングを持つ空間において,初期値問題の適切性を考えることにした.これは,Grunrock空間はフーリエ制限法との相性が良いため,p乗可積分空間に関するソボレフ空間の代用物となることが予想されるにもかかわず,ほとんど先行研究がないからである.その結果,小さなpに対するp乗可積分空間と同じスケーリングを持つGrunrock空間においては,零条件が有効に働くことを示すとともに,大きなpに対するp乗可積分空間と同じスケーリングを持つ空間では,初期値問題が適切とならないことを示した.'線形波動方程式では,pの大きさに依らず初期値問題はGrunrock空間において適切となるので,これは非線形波動方程式特有の現象であり,非常に興味深い.さらに今現在は,初期値を確率変数化する,Burq-Tzvetkov型の問題も研究している.この方面での研究の進展もおもしろいであろう.Burq and Tzvetkovにより,確率的な効果を持つ非線形波動方程式の初期値問題は,決定論的な場合より弱い正則性の空間で可解となることが知られている.今回はこのような先行研究をもとに,非線形波動方程式で重要な役割を果たしてきた零条件と確率効果の関係を調べた.零条件は,波動方程式のローレンツ不変性と密接な関係があり,これを満たす非線形性においては会の特異性の相殺が生じ,通常考えられるものより良い正則性が成立する.しかし,決定論的な零条件と確率効果の双方が同時にうまく働くかどうかは知られていなかった.確率効果により解の正則性が改善される直観的な理由は,特異性の集合ほ非常に小さいため,確率効果によって揺するとその特異な集合に解が接触することはまれにしか起こらなくなるからである.しかし,確率効果による擾乱は零条件による特異性の相殺を弱める可能性もあり,双方の効果を研究することはきわめて興味深い.Zhong氏は,L^2空間の設定では,零条件と確率効果は必ずしも適合しないことを発見した.そこで,彼女はさらに,Grunrockによって導入されたフーリエ波数空間でL^p(p>2)となる関数の空間において,零条件と確率効果がどのような役割を果たすか研究した.その結果,Grunrockの空間で考えると,零条件と確率効果がうまく同時に働くようになり,通常考えられるより弱い正則性の空間において初期値問題が可解となることを示した.

その証明においては,非線形性の評価を与える,双線形評価が重要な役割を果たすが,彼女が設定した仮定を弱めるとその双線形評価式が成立しない場合があることも証明した.このことは,彼女が得た定理は精密なものであることを示している.Zhong氏は母国の中国の東南大学数学教室で講師の職を得たため,平成23年8月に研究を中断し帰国した.そのため,当初の目標に達することはできなかった.その点では,日本での研究の進行状況は不十分なまま終わったことになるが,彼女は中国でもこの研究を継続しており,その意味では大局的に見て,必ずしも研究が不調に終わったわけではないと考える.現在Zhong氏は就職先の東南大学でたくさんの授業を担当しており,十分な研究ができる状態ではない(中国では一般的に,若い人がたくさんの授業負担を抱えることが多い).しかし,今年の秋以降就職して2年目になれば,講義にも慣れるため徐々に研究に時間を割くことができるようになるものと思われる.中国でも,日本での研究成果を生かして,こめ研究を続けてくれれば,少し時間を要するかもしれないが必ず良い成果を上げることができると考えている.
地表面での熱・水の交換過程におけるサブグリッド効果の研究

昨年度収集した「黒河流域における地空相互作用に関する日中共同研究HEIFE」のデータのうち、同種の観測項目で多くの観測地点を選ぶことができる自動気象観測装置(AWS)の観測点のデータを解析した。相互の距離が、4.7kmから39.3kmに及ぶ5点間(地表面は砂漠か礫砂漠である)で、気温、水蒸気量、風速、日射、地表面温度の各々について相関解析を行った。日変化を含む時系列では、上記約40kmの範囲で、日射、地表面温度は0.9を超える高い相関を維持し、気温、水蒸気量は、0.8程度まで距離が離れるにつれ、相関が低下し、風速は10km程度で相関が0.6にまで低下する。これにより、特に風速について、1点の観測値が代表するスケールが、日変化と言えども10km程度と小さく、サブグリッドスケール現象の影響が大きいことがわかった。また、地表面からの顕熱輸送量について、領域平均の気温、風速などの観測値を使って求めたものに対して、各観測点の観測値の領域平均からの偏差による寄与がどれくらいあるかを見積もった。観測精度を考慮し、日中のみのデータを用いて解析すると、風速の偏差の分散の寄与が大きく、10kmで約5%40kmでは10%強の負の寄与であることがわかった。また、気温と地表面温度の偏差はペアで表れるが、これも数%程度の寄与を示すことがわかった。これらにより、HEIFE観測領域においては、特に風速がサブグリッドスケールでの場所毎の違いを示し、その顕熱に対する寄与は無視し得ない程度であること、また、それは距離毎に見積もった相関係数を用いれば推定が可能であることが示せた。しかし、特定の場所での診断的結果にとどまった。良質な多量のデータが必要である。本年度は、PC UNIX(FreeBSD)ベースの安価で大容量の解析システムを構築し、黒河流域における地空相互作用に関する日中共同研究HEIFE(1991-1993)で得られたデータを乱流変動データも含めて、ほぼすべて収集した。収集したデータを含む資料を用いて、渦相関法で熱・水蒸気輸送量を求める際の誤差と解析法について検討した。またその結果を活かして、代表者が参加したGAME-Tibetでの乱流輸送量の計算を行った。空間分布の解析に関しては、現在大きな進展は見られていないが、HEIFEでの自動気象観測点のデータのうち、砂漠と礫砂漠の観測点のデータの夏期の解析からは、以下のような暫定的な結果が得られている。1.日変化が非常に強く現れるため気温は風速よりも遠くまで相関が及ぶ。2.風速の相関は、例えばコスペクトルが0.5(相関係数0.7に相当する)を基準に考えると、解析範囲内(36km以内)ではそれらは日変化よりも高周波数であり、たとえば、6kmの距離で約3時間の周期に相当する。おおざっぱに言って、距離が2倍になると相関のある周波数は半分になるという関係がありそうだ。今後さらに解析を進め、これら一般気象要素の統計的な性質を用い、熱・水蒸気の乱流輸送量の空間的な代表性を調べていく。また、GAME-Tibetの観測データは、同計画が広域を対象として計画されているため、観測地点間の距離が遠く、上記のような空間分布の解析には不向きであることがわかった。しかし、乱流変動の長時間に及ぶ時系列が得られているので、そこから水蒸気と気温の乱流変動は、どちらもMonin-ObukhoVの相似則に従うが、まったく同型とはならず、水蒸気変動の方が鉛直輸送に関わらない変動が多いことが分かった、これらは各々のソースの水平分布の違いを反映していると考えられるので、上記水平分布の解析となんらかの関係を持つことが期待される。
関節リウマチの発症早期と薬剤耐性期における自然免疫系の検討

昨年までに行った詳細な組織学的検討結果をもとに、蛍光二重染色法によるToll様受容体陽性細胞の同定を行った。Toll様受容体1-9,T細胞マーカー(CD3),B細胞マーカー(CD20),マクロファージマーカー(CD68),樹状細胞マーカー(DC-LAMP,CD123)の蛍光二重染色法により,共焦点レーザ蛍光顕微鏡を用い,Toll様受容体陽性細胞を同定した。特に、薬剤耐性関節リウマチ群では、早期発症関節リウマチ群と比較してToll様受容体陽性細胞の割合が高かった。特に、TLR-2、TLR-4、TLR-6、TLR-9の割合が高かった。次に、RT-PCR法によるToll様受容体陽性細胞の検出を行った。Toll様受容体1-9のRNAを定性的,定量的に検出した。プライマーからリバーストランスクリプターゼ法によりcDNAを作製し、cDNAをテンプレートとしてLight-Cyclerで定量的なPCRを行った。関節リウマチの発症早期と晩期関節リウマチ患者,特に薬剤抵抗性関節リウマチ患者の組織学的検討を行い、FACS解析、RT-PCR法により、炎症性免疫担当細胞と炎症性サイトカイン、各細胞におけるToll様受容体の関連を明らかにすることができたため。研究計画に従って、FACS sorting(分取)によるToll様受容体陽性単球系血球細胞の分離,遠心法による微小粒子の分離、Toll様受容体陽性単球系血球細胞への抗Toll様受容体抗体投与,微小粒子と健常人単球系血球細胞の共培養、臨床評価との関連を詳細に検討します。関節リウマチの発症早期と晩期関節リウマチ患者,特に薬剤抵抗性関節リウマチ患者と対照となる変形性関節症患者から手術時に採取可能であったヒト滑膜組織を4%パラホルムアルデヒド固定し,パラフィン薄切切片,凍結薄切切片を作製した。それぞれの患者から、十分な説明のもとインフォームドコンセントを得た。組織学的局在分類のために滑膜組織をT細胞マーカーであるCD3を用いて5つの部位に分け,臨床病理学的分類としてHarrisのステージ分類,炎症度評価としてKrennのグレード分類を使用してそれぞれ評価した。組織学的局在,ステージ分類,グレード分類別に,TLRやNLR陽性細胞とT細胞,B細胞,マクロファージ,樹状細胞の分布,比率,分化度,成熟度を検討した。Toll様受容体は1-9,T細胞マーカーとしてCD3,B細胞マーカーとしてCD20,マクロファージマーカーとしてCD68,樹状細胞マーカーとしてDC-LAMP,DC-SIGN,CD123,BDCA2,線維芽細胞様細胞マーカーとして5B5を用いた。対照として,変形性関節症群を用いた。Harrisのステージ分類、Krennのグレード分類は、疾患活動性評価disease activity scoreと関連が見られなかったが、CD3陽性T細胞、CD20陽性B細胞、CD68陽性マクロファージ、5B5陽性線維芽細胞様細胞と相関がみられた。Toll様状態は、各炎症組織にその陽性像が見られたが、特に、薬剤抵抗性関節リウマチにおける炎症の残存を示すグレード分類と相関がみられた。DC-LAMP陽性、DC-SIGN陽性の通常型樹状細胞は炎症度に比例していたが、CD123陽性、BDCA2陽性形質細胞様樹状細胞は、比例していなかった。関節リウマチの発症早期と晩期関節リウマチ患者,特に薬剤抵抗性関節リウマチ患者と対照となる変形性関節症患者から、インフォームドコンセントを得て、研究対象となるヒト滑膜組織を採取し、保存可能であった。それらの組織学的検討を行い、炎症性免疫担当細胞の局在と分布を明らかにし、各細胞におけるToll様受容体の発現を明らかにすることができたため。
温位座標解析による日本海で発生するバリアージェットの発生機構の解明

温位座標解析を用いて、夏季にオホーツク海を含めた北太平洋亜寒帯域で形成される下層冷気の広域分布と日本海のバリアージェットの発生機構を解明した。まず、夏季の下層冷気の気候学的特徴を総観スケールで解析した結果、夏季の下層冷気は亜寒帯の海上に分布することがわかった。そして、日本海のバリアージェットの事例解析を行った。その結果、オホーツク海・北太平洋亜寒帯域の西部から下層冷気が南下してサハリンと北日本周辺に押し寄せる時に、サハリンと北日本に存在する地峡・海峡から、日本海に下層冷気が流出してユーラシア大陸沿岸に捕捉されることによって、バリアージェットが形成されることがわかった。本研究の目的は、「温位座標解析を用いて、夏季にオホーツク海を含めた北太平洋亜寒帯域で形成される下層冷気の広域変動・分布を明らかにすることによって、日本海のバリアージェットの発生機構を解明する」ことである。平成26年度の主な成果は下記の通りである。1)衛星観測と現場観測データを解析して、日本海のバリアージェットの気候学的特徴を解析した。月別のバリアージェットの発生頻度は、4-8月に高く、9-3月に低いことがわかった。夏季の大規模なバリアージェットは、ヤマセ(オホーツク海と太平洋から北日本に向かって吹く冷たい東風)卓越時に発生していることがわかった。また、日本海を通過する低気圧による北東風がユーラシア大陸沿岸の山脈に吹き付けた時に発生するバリアージェットが、冬季を中心に年間を通して発生していた。バリアージェットの最大風速が10m/s以上となる割合は全体の約80%に達した。2)合成開口レーダやマイクロ波散乱計の海上風観測などから、大規模なバリアージェットが発生している事例(2005年7月)を特定し、事例研究の対象とした。この事例について気象モデル(WRF)を用いて、バリアージェットの再現実験を行った。衛星観測や現場観測に対する比較検証と気象モデルのスキームの違いによる感度実験を行い、観測とよく一致する再現実験を行うことができた。この再現実験の結果を平成27年度以降に解析する。平成27年度は、夏季の下層冷気の起源を明らかにするため、夏季の下層冷気の気候学的特徴を総観スケールで解析した。主な結果は下記の通りである。1)夏季の下層冷気は、高緯度域の一部を除き、亜寒帯の海上に分布している。2)下層冷気は、亜寒帯海域でおよそ東西方向に分布しているが、海盆の東部で赤道向きに冷気が伸びている。3)冷気質量フラックスは、海盆の東部に形成される亜熱帯高気圧に沿って大きい。特に、海盆東岸の赤道向きの冷気質量フラックスが大きく、亜寒帯の冷気は貿易風帯に入って消滅する。平成28年度は、オホーツク海や北日本周辺に着目し、総観スケールでの下層冷気の分布と変動と日本海のバリアージェットの発生との関連を明確にする。平成27年度は、予定通りに、夏季の下層冷気の気候学的特徴を総観スケールで解析することができた。また、今後の研究を行う上での問題は生じていない。平成28年度は、日本海のバリアージェットの発生過程について事例解析を行った。2005年7月2-8日にかけて日本海で発生したバリアージェットの事例を対象とし、その気象シミュレーションの結果(平成26年度に実施)を解析した。1)オホーツク海・北太平洋亜寒帯域西部の下層冷気が南下して、サハリン・北日本に押し寄せたときに、日本海のユーラシア大陸沿岸でバリアージェットが発生していた。2)夏季の下層冷気の気候学的特徴の解析(平成27年度に実施)の結果に基づいて、296Kの等温位面以下の冷気質量と冷気質量フラックスを解析した。296Kの等温位面の高度は、オホーツク海周辺では約1500mである。その結果、サハリンから津軽海峡付近にかけて存在する地峡・海峡から、日本海に冷気が流出する過程とユーラシア大陸沿岸で合流する過程を明らかにできた。3)サハリンから津軽海峡までの地峡・海峡を、仮想的に周辺の標高と同じ程度にして地峡・海峡を閉じた実験を行った。その結果、下層冷気がどこから日本海に供給されるかによってバリアージェットの形態が変わり、各地峡・海峡からの冷気流出がバリアージェット形成に寄与していることが明確になった。4)日本海最北部では、下層冷気は、サハリンの北部の低地を横切って日本海に流出することがわかった。また、サハリン南部の地峡、宗谷海峡からの冷気流出量が特に顕著であった。

その結果、オホーツク海・北太平洋亜寒帯域の西部から下層冷気が南下してサハリンと北日本周辺に押し寄せる時に、サハリンと北日本に存在する地峡・海峡から、日本海に下層冷気が流出してユーラシア大陸沿岸に捕捉されることによって、バリアージェットが形成されることがわかった。平成26年度は、当初の計画通りに、日本海のバリアージェットの気候学的特徴の解析と事例研究の再現実験を終えることができた。そして、論文1編が学術誌に掲載された。また、今後の研究を実施する上での問題は生じていない。研究計画の変更が必要な点はなく、研究を行う上での問題は生じていない。平成28年度は、地域スケール解析(平成26年度に実施)をさらに発展させて、総観スケール解析(平成27年度に実施)と結びつけるように研究を進めてとりまとめる予定である。気象学研究計画の変更が必要な点はなく、研究を実施する上での問題も生じていない。平成27-28年度には、本研究課題の中心となる解析を行い、成果をまとめていく予定である。平成27年度は、計画的に助成金を支出したが、支出の端数として次年度使用額が生じた。平成26年度は、研究の実施に必要なものについて計画的に助成金を使用したが、支出の端数として次年度使用額が生じた。次年度使用額は少額なので、平成28年度の支出計画はほとんど変更ないが、平成28年度の助成金と合わせて有効に使用する。次年度使用額は小さいので、平成27年度の支出計画はほとんど変更ないが、平成27年度の助成金と合わせて有効に使用する。
HBV DNAのヒトゲノムへの組み込みからみた肝発癌機構の再考

我が国の肝癌の9割は肝炎ウイルス感染を背景としており、各種の肝炎ウイルス治療が開発され肝癌抑止に成果をあげている。一方・発癌機構の解析も進みHBVとHCVでは異なるプロセスで肝疾患が進展することが報告されている。過去には肝炎ウイルスのスクリーニングが十分でなく重複した肝炎ウイルス感染も多く存在したことが推測される。そこでHBV発癌メカニズムの1つであるHBV-DNAの組み込みの有無をヒト切除肝癌を対象としてカセットライゲーション法にてスクリーニングした。HBsAg陽性肝癌は計35結節にHBsAg陰性肝癌は50結節を解析し、HBV DNA組み込みを検出した結節はそれぞれ31結節、14結節であった。組み込まれたヒトゲノム配列は多結節例や再発例を含め全腫瘍において異なっていた。そのヒト染色体位置は1p,1q,2p,2q,3q,5p,6p,6q,7q,8p,8q,10p,11q,13q,14q,17q,19q,20qであり特定のターゲット遺伝子は認めなかった。3症例ではMLL2遺伝子座にHBV-DNAの組み込みを認めた。HBsAg陰性化例から発癌した1例においてもhTERT遺伝子近傍にHBV DNAが組み込まれていた。HBsAg陰性例においてもHBV-DNAの組み込みが肝発癌の重要な要因の一つとなる症例が存在することが推測された。以上よりHBsAg陽性肝癌のみでなくHBV感染既往例(HBsAg陰性肝癌)においてもHBV-DNAのヒトゲノムへの組み込みが肝発癌に関与している可能性があることを明らかにした。今年度の研究では、肝細胞癌切除サンプルを対象として肝炎ウイルスの感染の有無と発癌メカニズムについて解析した。まず血清HBs抗原、HCV抗体の有無によりサンプルを分類した。癌抑制遺伝子p16のメチレーションによる不活化がC型肝炎ウイルス感染例では発癌以前に起こっていることが明らかとなった。一方、C型肝炎ウイルス非感染例では担癌肝組織においてメチレーションが起こっている例は少なく、癌のみでp16のメチレーションによる発現低下が起こっていた(Intervirology)。次にミトコンドリアDNAの変化を検討した。ミトコンドリアDNAは局所の炎症によって生じる活性酸素により傷害されるが、その結果遺伝子の不安定が増しゲノムDNAに傷害が及び発癌に至ると推定される。今回の検討ではミトコンドリアDNAの変異が多いサンプルでは癌抑制遺伝子p53の変異が検出され、これまでの推測の一部を証明できたものと考える。このミトコンドリアDNAの傷害頻度は肝炎ウイルス感染の有無とは相関していなかった(J Gastroenterology)。最後に血清HBs抗原とHCV抗体のいずれも陰性の肝癌について検討した。ここに分類された肝癌組織においてHBV DNAの検出される症例が存在した。特に血清HBc抗体陽性の肝癌では高率にHBV DNAを検出した。HBVゲノムをHBs, HBc, HBxに分割して解析するとすべての領域が検出されるサンプルはなく、B型肝炎ウイルスがフリーで存在しているのではなくヒトゲノムに組み込まれて存在している可能性を推測するものとなった(Surgery Today)。今後、肝癌ではHBV DNAがヒトゲノムのどの領域に組み込まれているのかを明らかにし、その組み込み近傍に発癌に関与する遺伝子が存在していないか検討を進める計画である。ヒトB型肝癌切除例を対象としてカセットライゲーション法により、HBV-DNAの組み込みをスクリーニングした。その結果、HBsAg陽性、26結節にHBV DNA組み込みを検出し、それに連続するヒト遺伝子を同定した。そのヒト

染色体位置は1p,1q,2p,2q,3q,5p,6p,6q,7q,8p,8q,10p,11q,13q,14q,17q,19q,20qであり組み込まれた近傍には24個の蛋白をコードする遺伝子が存在した。3症例ではMLL2遺伝子座にHBV-DNAの組み込みを認めた。RNAを抽出し得たMLL2組み込み肝癌2例と他遺伝子への組み込みがあった3症例においてDNA-chip解析を行ったところ、MLL2近傍にHBV-DNAが組み込まれた2腫瘍では遺伝子発現パターンが類似するこが示された。HBsAg陰性例では3例に組み込みを認め近傍には蛋白(1例ではhTERT遺伝子)がコードされていた。この3例は非硬変肝であった。HBV-DNAの組み込みが肝発癌の重要な要因の一つとなる症例が存在することが推測された。B型肝癌の中にはHBV-DNAのヒトゲノムへの組み込みが肝発癌の重要なステップとなっている腫瘍が存在していることを明らかにした。またHBV-DNAの組み込み位置が異なることから、B型肝癌では個々の症例、腫瘍における特性を解析する必要があると考えられた。ヒト肝癌切除例を対象としてカセットライゲーション法により、HBV-DNAの組み込みをスクリーニングを継続した。HBsAg陽性肝癌は計30結節にHBsAg陰性肝癌は40結節を解析し、HBV DNA組み込みを検出した結節はそれぞれ28結節、14結節であった。組み込まれたヒトゲノム配列は多結節例や再発例を含め全腫瘍において異なっていた。そのヒト染色体位置は1p,1q,2p,2q,3q,5p,6p,6q,7q,8p,8q,10p,11q,13q,14q,17q,19q,20qであり特定のターゲット遺伝子は認めなかった。臨床経過中にHBsAg陰性化した例から発癌した1例ではhTERT遺伝子近傍にHBV DNAが組み込まれていた。HBsAg陰性例においてもHBV-DNAの組み込みが肝発癌の重要な要因の一つとなる症例が存在することが推測された。以上よりB型肝癌の中にはHBV-DNAのヒトゲノムへの組み込みが肝発癌の重要なステップとなっている腫瘍が存在していることを明らかにした。
過栄養による脂肪細胞機能破綻のエピゲノム機構

細胞は外的環境の変化に直面すると、シグナル伝達を介してDNAメチル化やヒストンタンパク質の翻訳後修飾(メチル化、アセチル化、リン酸化)などのエピゲノムを変化させ、環境変化に適応する。外的環境を介したエピゲノムの変化は、生活習慣病の発症に大きく関与している。しかし、外的環境の変化がエピゲノムとして細胞に記憶されるメカニズムは未だ不明な点が多い。白色脂肪細胞のモデルである3T3-L1細胞を用い、高グルコースあるいは低グルコース下における遺伝子発現変化、エピゲノム変化、細胞機能を解析した。高グルコース下での分化誘導刺激では、脂肪細胞分化のマスター転写因子であるC/EBPαとPPARγ遺伝子上で転写抑制に働くヒストンH3K9トリメチルが脱メチル化され、遺伝子発現が誘導された。さらに高グルコース下では、糖代謝に関わる遺伝子群において、H3K9ジメチルの脱メチル化と遺伝子発現誘導が起こり、糖代謝と脂肪蓄積が促進された。一方、低グルコース下では、C/EBPαとPPARγ遺伝子上でH3K9トリメチルの脱メチル化と遺伝子発現誘導が起こったが、糖代謝に関わる遺伝子群においてH3K9ジメチルの脱メチル化と遺伝子発現誘導が抑制され、糖代謝と脂肪蓄積が抑制された。ヒストンH3K9脱メチル化酵素KDM3AとKDM3Bのダブルノックダウンにより、糖代謝に関わる遺伝子群の発現誘導と脂肪蓄積が抑制された。以上より、過剰なグルコースはヒストンの脱メチル化を介した機構で、脂肪細胞の糖代謝と脂肪蓄積を制御することが明らかとなった。生体が暴露される外的環境は、DNAメチル化、ヒストン翻訳後修飾などのエピゲノムとして細胞に記憶され、生活習慣病の発症に大きく関与している。しかし外的環境がエピゲノムとして記憶されるメカニズムは未だ不明な点が多い。過栄養による脂肪細胞の機能破綻のエピゲノム機構を明らかにするために、白色脂肪細胞のモデルである3T3-L1細胞を用い、高グルコース負荷の実験を行った。高グルコース下では低グルコース下に比べ、過剰な脂肪滴の蓄積が認められた。高グルコース下での分化誘導刺激では、脂肪細胞分化のマスター転写因子であるC/EBPαとPPARγの遺伝子発現が誘導され、下流の糖代謝に関わる遺伝子群の発現が誘導され、糖代謝が亢進した。一方、低グルコース負荷での分化誘導刺激では、C/EBPαとPPARγの遺伝子発現は誘導されるものの、糖代謝に関わる遺伝子群の発現誘導は起こらず、糖代謝の亢進も認められなかった。Cebpa, Pparg遺伝子の発現は転写抑制に働くエピゲノム修飾H3K9トリメチル化によって低く保たれていることから、クロマチン免疫沈降実験を行った。高グルコース負荷、低グルコース負荷いずれも、分化誘導刺激によりCebpa遺伝子において抑制のエピゲノム修飾H3K9トリメチル化が脱メチル化された。一方、解糖系遺伝子の発現は抑制のエピゲノム修飾H3K9ジメチル化によって低く保たれている。高グルコース負荷では解糖系遺伝子のH3K9ジメチル化が脱メチル化されるのに対し、低グルコース負荷では脱メチル化が抑制された。マイクロアレイによるトランスクリプトーム解析から、解糖系遺伝子をはじめとする高グルコースにより発現制御される遺伝子群を網羅的に同定することに成功した。また、クロマチン免疫沈降実験により、高グルコース負荷により制御されるヒストン修飾の候補として、転写抑制に働くH3K9ジメチル化を見出した。初年度の研究により、本研究目的の約1/3は達成されており、順調に進展している。生体は外的環境変化に直面すると、シグナル伝達を介してDNAメチル化やヒストン翻訳後修飾(メチル化、アセチル化、リン酸化)などのエピゲノムを変化させ、環境変化に適応する。外的環境を介したエピゲノム制御の破綻は、様々な疾病の発症と関係する。脂肪細胞は全身のエネルギー代謝を司り、生活習慣病の発症に深く関与する。しかし過栄養などの外的環境がどのようなメカニズムで脂肪細胞のエピゲノムを変化させ、細胞の機能を喪失させるかは明らかではない。白色脂肪細胞のモデルである3T3-L1細胞を用い、高グルコース負荷時の遺伝子発現変化、エピゲノム変化、細胞機能を解析した。高グルコース下での分化誘導刺激では、脂肪細胞分化のマスター転写因子であるC/EBPαとPPARγにおいて、転写抑制に働くエピゲノム修飾H3K9トリメチルが脱メチル化され、遺伝子発現が誘導された。また、その下流の糖代謝に関わる遺伝子群では転写抑制に働く別のH3K9ジメチルが脱メチル化され、遺伝子発現が誘導され、糖代謝と脂肪蓄積の亢進がみられた。一方、低グルコース下では、C/EBPαとPPARγのH3K9トリメチルの脱メチル化と遺伝子発現の誘導が起こったが、糖代謝に関わる遺伝子群のH3K9ジメチルの脱メチル化と遺伝子発現誘導は抑制されていた。糖代謝に関わる遺伝子群のH3K9ジメチルの脱メチル化に関わるヒストン脱メチル化酵素を明らかにするために、siRNAによるスクリーニングを行った。ヒストン脱メチル化酵素KDM3AとKDM3Bのダブルノックダウンにより、糖代謝に関わる遺伝子群の発現誘導が抑制された。外的環境によるエピゲノム制御として、脂肪細胞において糖代謝に関わる遺伝子群におけるH3K9ジメチルの脱メチル化を見出すことに成功した。また、siRNAによるスクリーニング実験から、糖代謝に関わる遺伝子群のエピゲノム制御に、ヒストン脱メチル化酵素KDM3AとKDM3Bが関与することを見出した。

1年目、2年目の研究により、本研究目的の約2/3は達成されており、順調に進展している。細胞は外的環境の変化に直面すると、シグナル伝達を介してDNAメチル化やヒストンタンパク質の翻訳後修飾(メチル化、アセチル化、リン酸化)などのエピゲノムを変化させ、環境変化に適応する。外的環境を介したエピゲノムの変化は、生活習慣病の発症に大きく関与している。しかし、外的環境の変化がエピゲノムとして細胞に記憶されるメカニズムは未だ不明な点が多い。白色脂肪細胞のモデルである3T3-L1細胞を用い、高グルコースあるいは低グルコース下における遺伝子発現変化、エピゲノム変化、細胞機能を解析した。高グルコース下での分化誘導刺激では、脂肪細胞分化のマスター転写因子であるC/EBPαとPPARγ遺伝子上で転写抑制に働くヒストンH3K9トリメチルが脱メチル化され、遺伝子発現が誘導された。さらに高グルコース下では、糖代謝に関わる遺伝子群において、H3K9ジメチルの脱メチル化と遺伝子発現誘導が起こり、糖代謝と脂肪蓄積が促進された。一方、低グルコース下では、C/EBPαとPPARγ遺伝子上でH3K9トリメチルの脱メチル化と遺伝子発現誘導が起こったが、糖代謝に関わる遺伝子群においてH3K9ジメチルの脱メチル化と遺伝子発現誘導が抑制され、糖代謝と脂肪蓄積が抑制された。ヒストンH3K9脱メチル化酵素KDM3AとKDM3Bのダブルノックダウンにより、糖代謝に関わる遺伝子群の発現誘導と脂肪蓄積が抑制された。以上より、過剰なグルコースはヒストンの脱メチル化を介した機構で、脂肪細胞の糖代謝と脂肪蓄積を制御することが明らかとなった。高グルコース負荷において、解糖系遺伝子群のヒストンH3K9ジメチル化の脱メチル化に関与するヒストン脱メチル化酵素を、siRNAを用いたスクリーニングにより明らかにする。同定されたヒストン脱メチル化酵素の遺伝子局在を、クロマチン免疫沈降実験により解析し、解糖系遺伝子の発現制御機構を明らかにする。クロマチン免疫沈降実験により、ヒストン脱メチル化酵素KDM3AとKDM3Bの遺伝子局在を明らかにする。高グルコースとKDM3A, KDM3Bを介したエピゲノム制御のメカニズムを明らかにする。当該年度に予定していたChIP-seq解析を、次年度に行うことになった。(理由)当該年度に予定していた次世代シークエンス解析の一部を、次年度に行うことになった。(使用計画)細胞培養器具、分子生物学試薬、生化学試薬、次世代シークエンサー試薬の購入に使用する。また成果発表旅費に使用する。細胞培養器具、分子生物学試薬、生化学試薬、高速シークエンサー試薬の購入に使用する。
液状検体における免疫染色とパパニコロウ染色を用いた二重染色法の確立

研究目的細胞診標本での免疫染色は、一度スライドガラスより細胞を剥がして他のガラスに張り直し、免疫染色を行う方法や何枚か免疫染色用に標本を作製し行うのが通常である。しかし、そのような方法では、目的となる細胞が剥離し無くなる可能性もある。また、標本上で免疫染色を行った場合、免疫染色で染色された細胞以外の細胞の判定に苦慮することや、背景への色素沈着により鮮明に見えない場合がある。そこで重要な細胞を失わないために液状検体の細胞を液中(浮遊した状態)にて免疫染色し、さらに陽性以外の細胞の種類の判定も解りやすくなるように、Pap染色と免疫染色の二重染色法の確立を目的とした。研究方法細胞診検査のため穿刺吸引された腹水で、腺癌(adenocarcinoma)と診断された残検体を、LBC保存液にて保存し、保存した検体をいくつか混ぜ合わせ、従来行っている細胞診標本用免疫染色法の要領で、抗CEA抗体や抗Calretinin抗体を用い液中にて免疫染色を行い、その後LBC法(Sure Path法)で標本を作製し、Pap染色後評価した。また、迅速診断で行うことも踏まえ免疫染色工程の短縮や洗浄回数の削減等の検討も行った。研究結果従来行っている免疫染色法での二重染色は、免疫染色での反応色(DAB)は濃く染色されていたがPap染色との染め分けは出来ていた。しかし、今回の標本では癌集塊が多いためか標本に厚さがあり見にくいように思われた。迅速診断に対応するための免疫染色工程の検討では、条件によっては目的の細胞が染色されないものや、染色はされるが洗浄回数が少ないためかバックグランドに汚れがあり判定困難なものがあった。まとめ液状検体の細胞を液中で免疫染色を行い、その後Pap染色を行うことは可能であった。免疫染色の工程についての設定は、通常行う場合や迅速で行う場合も、さらに検討が必要と考える。
精子幹細胞の分化過程におけるエピゲノム制御ネットワークの解明

遺伝子の発現調節機構のうち、塩基配列によらないエピジェネティクスが重要視されている。代表的なメカニズムとしてDNAメチル化やヒストン修飾などがあり、その状態(エピゲノム)が細胞の運命決定に関わると推測されている。私たちはこれまでの基礎研究から、造精機能障害には精子幹細胞の機能異常があると考えている。精子幹細胞に特徴的なエピゲノムを網羅的に明らかにすることを目的として本研究を行った。実験動物の精巣において、各分化段階の精子形成細胞を分離し、個別に解析を行った。その結果、精子幹細胞の分化過程には、ヒストン脱メチル化酵素であるKdm5aとマイクロRNAであるmiR-135aが関わることを示した。精巣がんの発生機序は不明であり、さまざまな組織型があるため適切な培養細胞株がなく、基礎研究の進展をさまたげている。私たちは、停留精巣における造精機能障害の病態解明のため研究を進めてきたが、その一因として精子幹細胞の分化異常を明らかにした。一方、複数のがんにおいて「がん幹細胞」の存在が注目されており、正常の幹細胞との違いが明らかになりつつある。本研究では、精巣のがん化に関わる幹細胞の形質変化を解明することを目的とする。研究計画では、新規精巣がん細胞株の樹立をめざし創薬への応用を考えているが、本年度はその前段階として、(1)ヒト精巣腫瘍における新規の幹細胞マーカーであるUTF1の発現を定量PCR法、免役染色によって確認し、(2)精子幹細胞の分化障害モデルである停留精巣モデルを用い、精子幹細胞の分化メカニズムをmicroRNAに注目して検討した。以下にその概要を述べる。(1)精巣がん発生には、精子幹細胞の特性変化が関与すると考えられているが、私たちは、UTF1が精子幹細胞の挙動をあらわす特異的マーカーであることを動物実験から確認している(Kamisawa H, Mizuno K, etal. J Urol., 2012)。このUTF1を用い、ヒト精巣腫瘍において、組織型によって発現量が異なることを明らかにした。(2)近年、DNAメチル化・ヒストン修飾・microRNAなど、DNAの塩基配列によらない遺伝子発現制御機構の重要性が高まっている。精子幹細胞の分化過程における、これらエピジェネティックな発現調節機構は全く不明であるため、実験動物におけるマイクロアレイ解析から、miR-135aが関与することを明らかにした。【本研究の目的】遺伝子の発現調節機構のうち、塩基配列によらないエピジェネティクスが重要視されている。私たちはこれまで、造精機能障害には精子幹細胞の機能異常があると考え、精子幹細胞に特異的発現する転写因子やヒストンメチル化酵素を同定してきた。本研究ではこれらの成果をふまえ、各分化段階の精子形成細胞を分離し、個別に解析することで、精子幹細胞に特徴的なエピゲノムを網羅的に明らかにすることを目的とした。【本年度の研究実績】精子幹細胞の分化障害のモデルとして、停留精巣モデル動物を用い、出生後から様々な週齢において精子幹細胞の分化状態を解析した。これまでの精巣組織の経時的な検討から、生後9日齢の精巣組織で、精子幹細胞の分化が最も抑制されていることが分かっている。そこで、生後9日例の正常動物の精巣組織と、停留精巣モデル動物の精巣組織での遺伝子発現をマイクロアレイ解析で比較したところ、モデル動物ではヒストン修飾酵素であるKdm5aの発現亢進が認められた。定量RT-PCR法で発現量の確認を行い、Western blotting法でタンパク質の定量化を行った。また、培養細胞へのKdm5a遺伝子の強制発現系を確立し、精子幹細胞の分化過程におけるエピジェネティックな遺伝子発現調節機構について検討を行った。Kdm5a遺伝子発現が亢進するに従い、精子幹細胞マーカーであるRet, Thy1遺伝子発現も亢進していたことから、Kdm5aがこれらの発現制御を行いつつ細胞分化に関わる可能性が示唆された。泌尿器科学当初の研究計画では、精巣がん組織(ヒトあるいは実験動物)における特異的発現変化を示す遺伝子群を探索することを予定していたが、ヒト組織における検討を行うことができた。また、がん自然発症モデルではないが、停留精巣モデル動物を用いて、マイクロアレイ解析を行い、特異的発現を示す遺伝子群を探索した。この解析には、mRNAと、mircoRNAの両方で検討を行い、本年度はこのうちmicroRNAの解析結果をまとめ上げることに成功した。ラット停留精巣におけるマイクロアレイ解析から5つのmicroRNA変化を同定し、定量RT-PCRからmiR-135aが有意に発現低下していることを確認できた。

さらに複数の予測プログラムから、miR-135aの標的遺伝子としてFoxO1遺伝子を同定することができた。他の研究グループからも、FoxO1遺伝子はマウスの精子幹細胞における多能性を維持するために働くことが報告されており、私たちの研究成果との整合性が確認された。また、mRNAの解析においても、精子幹細胞の分化においてヒストン脱メチル化酵素の一つである、Kdm5aが関与することを示すことができた。Kdm5aは、ヒストンタンパクH3K4を脱メチル化することで遺伝子発現を制御することが知られており、精子幹細胞の分化過程でもこうしたエピジェネティックな発現調節機構が働くことが示されたのは初めてのことと思われた。これまで得られた結果から、miR-135aや、その標的遺伝子であるFoxO1遺伝子のさらなる機能解析を進めたい。また、ヒト精巣腫瘍の組織中におけるこれらの遺伝子発現変化を解析し、精巣腫瘍の発生におけるこれら遺伝子の役割を明らかにしたいと考えている。また、新規細胞培養株を樹立するため、精巣組織からの細胞分散・初代培養系を確立し、候補遺伝子を導入することでどのような形質変化が起こるのかを観察したい。研究体制に基づき、情報開示・学会発表を適宜行いつつ、学内倫理審査委員会からの提言・指導のもとに臨床情報の管理、サンプルの保管も行っていく予定である。また、初代培養系の確立には、継続的な細胞培養の操作が必要であるため、技術補助員や研究分担者との連携をはかりつつ、効率的に研究を進めていきたい。当初の研究計画では、研究内容発表のため国内旅費を計画していたが、当該年度では旅費を使用することがなかった。また、細胞培養やその他の操作にともなう人件費が当初見積もった金額よりも下回ったため、次年度使用額が生じたと考えられた。これまでに得られた研究成果を国内外の関連学会で研究発表するための旅費の一部として使用することを計画している。また、今後は細胞培養の操作が増えることが予測されるため、培養液、各種試薬、人件費、などに充当する計画を立てている。
悪性中皮腫における腫瘍生存・増殖、抗がん剤抵抗性機序の解明とその応用

本研究は、悪性中皮腫におけるオートファジーの役割を明らかにすることを目的として行われ、以下の成果が得られた。1悪性中皮腫細胞株では、正常中皮細胞や不死化中皮細胞株に比べてLC3の発現が高かった。2GFP-LC3発現悪性中皮腫細胞株を用いて、GFP-LC3(オートファゴソーム)を観察すると、GFP-LC3は、通常の培地による培養でも悪性中皮腫細胞内に観察された。飢餓培地では悪性中皮腫細胞内のGFP-LC3は増加した。3オートファジー阻害剤は、オートファジーを阻害し、悪性中皮腫細胞株の細胞増殖を抑制した。悪性中皮腫細胞では、恒常的にオートファジーが活性化し、細胞増殖に関与する可能性がある。オートファジーは、細胞内で異常な蛋白質の蓄積を防いだり栄養環境が悪化したときに蛋白質をリサイクルするための機構であり、小胞体ストレス応答は、ストレスに適応することで細胞死を回避するための防御機構である。本研究では、悪性中皮腫の生存・増殖、抗がん剤抵抗性における小胞体ストレス応答、オートファジーの役割およびその分子メカニズムを解明することを目的として、以下の実験を行った。オートファジーが活性化されると、細胞質内にLC3蛋白質が増加、集積してオートファゴソームが形成される。そこで、先ず、悪性中皮腫細胞株と培養中皮細胞を用いてLC3蛋白質のウエスタンブロッティングを行い、悪性中皮腫におけるオートファジー活性について検討した。多くの悪性中皮腫細胞株では、培養中皮細胞に比較して、LC3が強く発現していた。次に、レンチウイルスを用いて、GFP-LC3融合蛋白質を発現する悪性中皮腫細胞株を作製して、細胞内のオートファゴソームの局在や動態を可視化できる実験系を構築した。この実験系を用いて、悪性中皮腫細胞を経時的に観察すると、通常の培養条件においても細胞質内に多数のオートファゴソームの形成がみられた。また、悪性中皮腫細胞をオートファジー阻害薬で処理すると、細胞増殖、生存が抑制された。以上より、悪性中皮腫細胞では、恒常的にオートファジーが活性化していて、細胞の増殖、生存に深く関与していると考えられる。オートファジーは、細胞内で異常な蛋白質の蓄積を防いだり、栄養環境が悪化したときに蛋白質をリサイクルするための機構であり、小胞体ストレス応答は、ストレスに適応することで細胞死を回避するための防御機構である。昨年度は、悪性中皮腫の生存・増殖、抗がん剤抵抗性における小胞体ストレス応答、オートファジーの役割およびその分子メカニズムを解明することを目的として、悪性中皮腫細胞株と培養中皮細胞を用いてLC3蛋白質のウエスタンブロッティングを行い、多くの悪性中皮腫細胞株では、培養中皮細胞と比較して、LC3が強く発現しオートファジーが活性化していることを見出した。本年度は、RFP-LC3融合蛋白質を発現する悪性中皮腫細胞株を作製して、細胞内のオートファゴソームの局在や動態を経時的に観察した。通常の培養条件においても、細胞質内に多数のオートファゴソームの形成(赤色ドット)がみられ、オートファジーが恒常的に活性化していることが分かった。RFP-LC3融合蛋白質を発現する悪性中皮腫細胞株をポリコーム群タンパク質複合体阻害剤やAKT阻害剤で処理すると細胞増殖、生存が抑制されるが、オートファジー阻害剤(ヒドロキシクロロキン、3-メチルアデニン)で処理しても細胞増殖、生存が抑制された。悪性中皮腫細胞では、恒常的にオートファジーが活性化していて、細胞の増殖、生存に深く関与していると考えられる。また、悪性中皮腫の細胞増殖・細胞運動能に深く関与する細胞接着分子を高発現する悪性中皮腫細胞株では、低発現悪性中皮腫細胞株と比較して、オートファジー阻害剤の細胞増殖抑制作用に抵抗性を示す傾向がみられた。悪性中皮腫に十分な致死効果を与えるためには、オートファジー阻害剤に抗がん剤などを併用することが必要と考えられる。GFP-LC3融合蛋白質を発現する悪性中皮腫細胞株を作製して、細胞内のオートファゴソームの局在や動態を可視化できる実験系を構築した。この実験系は、悪性中皮腫においてオートファジーを誘導する薬剤および阻害する薬剤のスクリーニングに有用であり、今後の研究を進めるにあたり重要なツールになると考えられる。また、悪性中皮腫では、恒常的にオートファジーが活性化し、細胞の増殖、生存に重要な役割を果たす知見が得られたので、オートファジーを標的とした新規治療法の開発に繋がる可能性がある。

悪性中皮腫1.悪性中皮腫細胞を抗がん剤で処理した際、オートファジーや小胞体ストレス応答が誘導されるかどうかを検討する。2.悪性中皮腫における抗がん剤感受性が、オートファジーによる抗がん剤の分解に関与するのか検討する。3.悪性中皮腫細胞のオートファジー関連遺伝子、小胞体ストレス応答に関与する遺伝子を調節し、抗がん剤抵抗性に関与するのか検討する。4.悪性中皮腫においてオートファジー、小胞体ストレス応答を抑制する薬剤と抗がん剤との併用療法の有用性について検討する。前年度の補助金については、主に物品(消耗品)の購入に使用したが、使用計画していた物品を変更したこと、物品の価格が変更していたこと、効率的に研究を行うことができたことなどにより、次年度使用額が生じた。次年度使用額は、平成27年度の研究を円滑に進めるための物品購入に使用する予定である。
弾性曲率空間場の精密ナノ構造制御による全方位型メカニカル微小発電素子の開発

酸化亜鉛(ZnO)は約3.4 eVのバンドギャップエネルギーをもつn型半導体であり、多様な光学・電気・磁気特性を示すことから透明導電膜や色素増感太陽電池、そして環境発電デバイスなど幅広く応用が期待されている。本研究ではリンクル型環境発電デバイス開発に向けた基礎的知見を得るために、傾斜蒸着を取り入れ、低温液相プロセスによりZnOナノロッドアレイをリンクル片面に位置選択的に構築し、ロッド成長時間の違い等における異方的な表面濡れ性等を検討した。今年度は傾斜蒸着法という独自の手法により、規則的な周期構造を有する微細リンクル構造表面の片側凸面へZnOナノロッドを位置選択的に成長させることを目的として実験を進めた。PDMS基板を伸張しながら、短時間のプラズマ処理を施し、銀蒸着を行った。その後伸張を解放することによりリンクル構造を構築した。このリンクル構造を別のPDMS基板に転写し、傾斜蒸着法により、リンクル構造の片面に金属を蒸着させた。その後、低温液相プロセスにより、金属が付着したリンクル構造の片面から選択的にZnOナノロッドアレイを成長させた。作製した構造についてSEMを用いて表面・断面解析を行った。併せて、接触角測定から片面ナノロッド成長基板特有の濡れ異方性の抽出と理論解析を行なった。リンクル構造に傾斜蒸着を行うと、金属は影の領域には蒸着されず、凸面の片側のみに蒸着できた。SEM像のコントラストから蒸着領域を定め、傾斜角と蒸着領域の関係を調べたところ、理論的な予想とほぼ一致した。すなわち、傾斜角によって蒸着領域を制御できることがわかった。傾斜蒸着を施した基板を低温液相プロセスによりZnOナノロッドを成長させた結果、傾斜蒸着で銀が付着した面から、ZnOナノロッドが選択的に成長した。これは、銀の立方最密充填と亜鉛の六方最密充填との格子整合が高いため、ZnOの核が優先的に生成し、銀表面でZnOがヘテロエピタキシャル成長した結果と考えられる。一方、銀が蒸着されていないPDMS表面は、高い疎水性のために核の吸着が起きにくく、ZnOが成長しなかったと考えられる。以上のことから、簡便なZnOナノロッドの位置選択的な成長方法の開発が達成できた。傾斜蒸着法と低音液相プロセスを組み合わせることにより、これまに報告されていないリンクル片面からの精密なナノ制御法を確立することができた。また、作製した基板の異方的な幾何学特徴が濡れの異方性(方向によって液体の保持力が異なる)を発現させることを示し、ZnOナノロッドの長さを制御することで異方性が発現する最適条件を導くことに成功した。酸化亜鉛(ZnO)は約3.4 eVのバンドギャップエネルギーをもつn型半導体であり、多様な光学・電気・磁気特性を示すことから透明導電膜や色素増感太陽電池など幅広く応用が期待されている。また化粧品や医薬品としても用いられていることから、毒性がなく環境・生体適合性が高い材料である。デバイス設計においては、精密なナノ構造制御可能なボトムアップ手法が有用であり、特にナノロッドやナノワイヤーなどの一次元ナノ構造体は異方性や比表面積の観点から他の次元構造体にはない特長を示す。表面濡れ性制御もまた、材料設計において重要な位置付けである。特に異方的な濡れ性を示す動植物は多数存在し、それらを応用する試みが行われている。なかでも、表面座屈を誘起して得られるストライプ状の微細凹凸構造(リンクル構造)は簡便に異方構造を作製できる手法である。曲率構造を有しており、そのリンクル溝内をマイクロ流路としても活用できる。しかしながら、リンクル1波長分の表面修飾や形状制御を積極的に行う研究例は少ない。今年度は傾斜蒸着を取り入れ、低温液相プロセスによりZnOナノロッドアレイをリンクル片面に位置選択的に構築し、ロッド成長時間の違い等における異方的な表面濡れ性を検討した。この作製した構造を別のPDMS基板に転写し、傾斜蒸着法を施すことにより、リンクル構造の片面に金属を蒸着させた。また、濡れの異方性について動的及び静的触角測定を行い評価した。ZnOナノロッドとPDMSフィルムの柔軟性を活かした発電素子の作製に取り組む予定である。高分子材料科学当該年度に必要な高額機器を購入できたが、未使用分額だけではその他の必要な物品購入ができなかったため。次年度の研究に必要な物品購入に充当する予定である。