hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
形状可変材料のドメインホモ界面ダイナミクスの学理究明と高機能化原理の確立

本年度は形状可変材料の力学・圧電特性の評価やホモ界面構造に関して深化させ,高機能化指導原理の確立に取り組んだ.ホモ界面のねじれを低減したTi-Ni基合金で,既知の整合界面形成条件を完全に満足しなくても,双晶結合のみとなる特異なモザイク状組織の出現を見出した.チタン系超弾性単結晶の応力誘起マルテンサイト相と母相の界面形成では,従来理論では説明不可能で新理論展開に繋がる新挙動を見出し,また,時効熱処理で既知の組織と全く異なるα′′相を見出した.圧電材料では,引張歪み下で成長したPZT薄膜で温度低下に伴いドメイン構造が2段階変化することを見出し,冷却制御による圧電材料のドメイン構造制御の可能性を見出した.さらに,多様な形状可変材料について第一原理計算による説明変数と変態温度の実験結果を被説明変数とした人工ニューラルネットワークを構築し,第一原理計算と機械学習を併用により従来の予測法よりも高精度の予測手法の開発に成功した.評価法では,強弾性ドメインの電界下測定が数十ナノ秒からミリ秒の範囲で可能な時間分解XRD装置を構築した.さらに,特定の結晶方位を有するマイクロ寸法の圧縮・引張・曲げ試験片をFIBで作製する技術を確立し,単結晶材料の機械的特性では寸法および結晶方位依存性も示すこと,多結晶材料ではサイズ効果の影響が軽微になることを明らかにした.以上を基に開発したTi-Ni系多元系合金は,従来合金に比べ駆動温度変化や残留歪み,形状回復量の低下などの形状記憶特性の劣化が劇的に抑制されること,非鉛圧電体膜では,電界下のドメイン構造変化で大きな圧電性が得られること,さらに,磁性形状記憶合金NiMnGa粒子分散樹脂複合材料では,4%もの巨大磁場誘起歪みが発現することなどを見出すなど,高機能化指導原理を提案でき,実際に格段に特性の良い各種形状可変材料を開発できた.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。形状記憶合金や強誘電材料等の形状可変材料の物性可変機能は,ドメインの移動/成長による物性変化を利用するものである.本年度は,[1]ホモ界面の幾何学に対する理論的解析,[2]相安定性とホモ界面の関係の解明,[3]圧電体のホモ界面構造,[4]形状可変材料の力学等の特性評価,について研究を開始した.まず[1]については,立方晶-斜方晶変態および立方晶-単斜晶変態におけるホモ界面の幾何学を非線形連続体力学による数値解析によって解明し,ねじれの存在するホモ界面種を理論的に同定した.および,透過型電子顕微鏡による精密方位解析によってホモ界面種ごとのねじれモードを実験的に解明した.[2]としては,β型Ti-Nb合金を研究対象物質としてα"とβの相境界近傍での第一原理計算を行い,相安定性と変態ひずみに及ぼす55種類の第三元素の影響を定量的に評価した.さらに相境界近傍でのフォノンの第一原理計算を行い,Nb濃度の低下に伴い振動数が虚数のソフトモードが現れ格子軟化が起こることを確認した.これらの実験観察として,Ti-Nb合金において中性子非弾性散乱によるフォノンの分散関係の測定をJ-PARC(BL01)にて試みたが,本合金は中性子にとって透明であり,測定不可能であった.このため,今後は放射光を用いた測定を検討する方針である.[3]では,圧電体膜に関してドメインの方向を制御する方法を調査し,基板との界面でドメイン構造が大きく影響を受けることを明らかにした.また,圧電体のドメインの移動速度に関してXRDを用いて結晶構造を直接観察することでナノ秒までの応答が可能であることを明らかにした.最後に,[4]ではマイクロメートルサイズの微小材料試験片,特に引張試験片の集束イオンビーム法による作製手法を確立し,形状可変材料単結晶材料の微小引張試験を実施することに成功した.H26に引き続き[1]ホモ界面の幾何学に対する理論的解析,[2]相安定性とホモ界面の関係の解明,[3]圧電体のホモ界面構造,[4]形状可変材料の力学等の特性評価について研究した.[1]立方晶-斜方晶および立方晶-単斜晶変態における形状記憶合金のホモ界面の幾何学を非線形連続体力学による数値解析でねじれの存在するホモ界面種を理論的に同定した.[2]Ti-Nb合金に加え,Ti-MoおよびTi-Cr合金も対象とし,相境界近傍での第一原理計算より相安定性と変態ひずみに及ぼす55種類の第三元素の影響を定量的に評価した.格子軟化挙動についてはTi-Mo合金でMo濃度の低下に伴いソフトモードが現れることを確認した.また,フォノンのΓ点での固有ベクトルを解析し複数のソフトモードの変位パターンを可視化した.また,実験的には透過型電子顕微鏡による精密方位解析でホモ界面種ごとのねじれモードを解明し,さらにその場観察でホモ界面形成過程を解析し,ねじれが残存するホモ界面は成長するドメインの衝突により形成されること,ドメイン構造とホモ界面分布にはメソスケールの偏りが存在することを明らかにした.さらに,放射光X線を用いたフォノン分散曲線測定のための試料準備を行った.[3]圧電体では,試料作製後の冷却過程で印加されている応力が圧縮か引張かによってドメインの形成過程が変化し,結果的に室温で得られるホモ界面であるドメインの構造が大きく変化することを明らかにした.また印加応力方向により室温での残留歪みが異なり,電界印加時のドメイン構造の変化に大きく影響することを明らかにした.

[4]試験温度を可変できるように独自の微小材料試験装置を改造でき,各温度における形状記憶合金の加重ー変位曲線の測定に成功した.さらに,Ti-27Nb合金のバルク単結晶試料と微小単結晶試料の変形挙動の方位および温度依存性を明らかにした.ホモ界面構造については,低倍での電子顕微鏡解析により,ホモ界面の分布とドメイン組織は,ナノミリオーダー渡るマルチスケールな階層性を持っていることが明らかになった.これらはホモ界面の幾何学だけからは想定することができない成果である.また,は第一原理計算ではさらにTi-MoおよびTi-Cr合金も研究対象物質として加え,相境界近傍での相安定性に及ぼす第三元素の影響の調査とフォノンによる格子軟化挙動の評価を順調に進めている.圧電対では,プロブ顕微鏡を用いることによって得られたミクロなドメイン構造解析とX線回折で得られるマクロなドメイン構造解析を結びつけることによって、電界を印可する前後(分極処理前後)の静的なドメイン構造解析を行うことができた.微小試験では,世界で初めて温度可変試験とその直接観察ができるような装置に改造でき,今後の大きな研究進展が望めるため,順調に進展していると判断した.H28年度は,引き続き研究項目(1)ホモ界面幾何学,(2)相安定性とホモ界面,(3)ホモ界面・ドメイン構造および(4)力学特性・圧電特性について研究を行った.項目(1)については,H27年同様,立方晶-斜方晶および立方晶-単斜晶変態における形状記憶合金のホモ界面の幾何学を非線形連続体力学による数値解析でねじれの存在するホモ界面種を理論的に同定した.その結果,特定のねじれが完全に消滅する格子定数比が存在することを見出した.これにより,摩擦ゼロの材料設計指針が確立できた.項目(2)については,Ti-Nb,Ti-Mo合金のα"相とβ相の相境界近傍での第一原理計算により相安定性と変態ひずみに及ぼす第三元素の影響を定量的に評価し,形状可変材料の変態ひずみの向上のための合金設計を可能にし,H29年度にこの検証を行うこととした.また,TiNi, PtTi, AgCdなどの金属間化合物についても第一原理計算により評価した結果,相定性と変態温度に相関性を見出し,合金に寄らない普遍的な設計原理を提示できた.項目(3)については,ホモ界面・ドメイン構造を静的/動的に解析し,ねじれが実在すること,ねじれた界面は成長するドメイン同士の衝突によって生じ,核形成の起点となるホモ界面にはねじれが存在しないことなどを初めて明らかにした.また,圧電材料では,XRDによる結晶構造の直接観察から,ナノ秒までの高速応答が可能であること,分極処理により大きなホモ界面の移動とそれに伴うドメイン構造変化が起きることを明らかにした.項目(4)では,応力下においては,ねじれたホモ界面の易動度が,ねじれのない場合に比べて低くなることをSEM内in-situ引張試験によって実験的に解明し,本研究の着眼点の妥当性を示すことができた.また,これらの研究で開発できた新材料の特性解明をH29年度にさらに進めることとした.現状,研究面ではほぼ全て予定通り進行し,ほぼ全項目で想定通りあるいはそれ以上の研究結果が得られている.また,既に高機能化をTi-Nb系,Ti-Mo系およびTi-Cr系合金でも第一原理計算による相安定性に及ぼす第三元素の影響の調査や格子軟化挙動の計算評価が順調に進み,かつ,第一原理計算と実験的結果がうまく両輪として回り,有効な知見が得られている.これらの成果として,実用化に直結する原理・現象・材料の発見があり,新学理の追究を進めている.
自己免疫疾患に及ぼすTNF遺伝子多型の影響

TNF遺伝子にはRFLP法あるいはマイクロサテライト法で認められる遺伝子多型が存在している。この多型がTNF産生に影響を与えるか否かを解析するためには、遺伝的背景を同一にし、TNF遺伝子型のみが異なるマウス系の確立が必要である。この目的のために、TNF遺伝子ハプロタイプがz型であるNZWマウス系にd型およびb型のTNF遺伝子を導入したNZW.PL(d型)、NZW.D(d型)、NZW.B(b型)コンジェニックマウス系を樹立した。これらのマウス系のTNF遺伝子多型をマイクロサテライト法で確認したところ、z型、d型、b型には各々多型が認められ、コンジェニックNZWマウス系の樹立が確認された。樹立した各マウス系の血中TNF量および腹腔から得られたマクロファージの培養上清中のTNF産生量をTNF感受性の細胞株を用いたバイオアッセイで測定したところ、z型のマウスで最も低く、b型およびd型では有意に高いことが明らかとなった。ELISAによるTNF量の測定は、種々の抗TNF抗体を用いて検討したが感度が低いため、本研究では全てバイオアッセイで測定を行った。自己免疫疾患の発症が主要組織適合遺伝子複合体(MHC)のハプロタイプに左右される現象が、MHC遺伝子に連鎖したTNF遺伝子の多型に伴うTNF産生能の違いで生じる可能性が示唆されている。本年度の主な目標は、この点を明らかにすることにある。そこで、樹立したNZWコンジェニックマウス系とNZBマウスを交配した(NZBxNZW)F1コンジェニックマウスを生産し、各マウス系での腹腔マクロファージのTNF産生能、血中TNF量と自己免疫病態との関係を解析した。その結果、各F1マウスのTNF値はある程度自己免疫病態に影響を与えたが、その効果はTNF遺伝子に連鎖したMHC classII分子の遺伝子型による影響に比較して、極めて弱いものであった。樹立した各マウス系の腹腔から得られたマクロファージの培養上清中のTNF産生量をTNF感受性の細胞株を用いたバイオアッセイで測定したところ、z型のマウスで最も低く、b型およびd型では有意に高いことが明らかとなった。血中のTNF量の測定は、バックグラウンドが高くバイオアッセイでは測定不可能であった。そこで、ELISA法による測定を試みたところ、感度が低いためやはり測定不可能であった。現在、種々の抗TNF抗体を用いて、血中TNF量測定に充分な感度の測定法を開発中である。TNF遺伝子多型に伴うTNF産生能の違いが、自己免疫疾患発症に影響を与えるか否かを解析するため、今回樹立したNZWコンジェニックスマウス系とNZBマウスを交配した(NZBxNZW)F1

コンジェニックマウスを生産し、各マウス系での腹腔マクロファージのTNF産性能、血中TNF量と自己免疫病態との関係を解析すべく、現在、研究を進行中である。TNF遺伝子にはRFLP法あるいはマイクロサテライト法で認められる遺伝子多型が存在している。この多型がTNF産生に影響を与えるか否かを解析するためには、遺伝的背景を同一にし、TNF遺伝子型のみが異なるマウス系の確立が必要である。この目的のために、TNF遺伝子ハプロタイプがz型であるNZWマウス系にd型およびb型のTNF遺伝子を導入したNZW.PL(d型)、NZW.D(d型)、NZW.B(b型)コンジェニックマウス系を樹立した。これらのマウス系のTNF遺伝子多型をマイクロサテライト法で確認したところ、z型、d型、b型には各々多型が認められ、コンジェニックNZWマウス系の樹立が確認された。樹立した各マウス系の血中のTNF量および腹腔から得られたマクロファージの培養上清中のTNF産生量をTNF感受性の細胞株を用いたバイオアッセイで測定したところ、z型のマウスで最も低く、b型およびd型では有意に高いことが明らかとなった。自己免疫疾患の発症が主要組織適合遺伝子複合体(MHC)のハプロタイプに左右される現象が、MHC遺伝子に連鎖したTNF遺伝子の多型に伴うTNF産生能の違いで生じる可能性が示唆されている。この点を調べる目的で、樹立したNZWコンジェニックマウス系とNZBマウスを交配した(NZBxNZW)F1コンジェニックマウスを生産し、各マウス系での腹腔マクロファージのTNF産生能、血中TNF量と自己免疫病態との関係を解析した。その結果、各F1マウスのTNF値はある程度自己免疫病態に影響を与えたが、その効果はTNF遺伝子に連鎖したMHCclassII分子の遺伝子型による影響に比較して、極めて弱いものであった。
多角的代謝動態解析による虚血脳の可逆性に関する実験的検討

(1)ラット脳血流可変モデルの開発-脳虚血の持続時間及び程度を自在に調節することのできる実験モデルの開発に成功し,その有用生を脳波, ^<14>C-IAPオートラジオグラフィーによる局所流量の測定によって検討した.軽ハロセン麻酔,気管内挿管,調節呼吸下に,両側外頸,翼口蓋,脳底動脈を閉塞後,大腿動脈から潅流ポンプで導いた動脈血により両側総頸動脈領域すなわち脳循環系のみを体外循環させる本モデルでは,潅流ポンプ流量を調節することによって,正常脳波活動,徐波化,平坦脳波頭の実験条件が作製され,各々に対応した局所脳血流量の像がオートラジオグラフィーによって得られた.(2)ラット前脳完全虚血モデルの開発とPast-Iscliemic No-Reflow Phenomenonの検討-作製が困難とされていたラット前脳完全虚血モデルの開発に成功した.これは上記の脳血流可変モデルの作製法に準し,両側外頸,翼口蓋,脳底,総頸の各動脈を閉塞し,両側総頸動脈を再開通させる事により,脳循環を再開させるものである.本モデル30分虚血後のNo-Reflow域を検討し,視床,尾状核,補設等の大脳深部に発生する傾向を認め,更にマンニットールの虚血前投与がその抑制に有効と判明した.この結果は術中血行一次遮断時におけるマンニットールの脳虚血合併症予防効果を支持すると考えられた.(3)ポジトロン放出核種を使用した多重標識オートラジオグラフィーによる脳虚血後血流再開時における糖,蛋白代謝の比較検討-ラット前脳完全虚血モデルによる, 30分虚血1時間血流再開時の代謝を^<18>FDG,^<14>C-Leucineを用いた多重標識オートラジオグラフィーで検討し,大脳深部において,糖代謝,蛋白代謝の解離が認められた.これはNo-Reflow現象の好発部位に一致し,虚血後における糖,蛋白代謝と局所脳血流量の関連が示唆された.今後は組織像の検討も合わせて行い.代謝変化を組織障害の関連を明確化する予定である.(1)ラット脳血流可変モデルの開発-脳虚血の持続時間及び程度を自在に調節することのできる実験モデルの開発に成功し,その有用生を脳波, ^<14>C-IAPオートラジオグラフィーによる局所流量の測定によって検討した.軽ハロセン麻酔,気管内挿管,調節呼吸下に,両側外頸,翼口蓋,脳底動脈を閉塞後,大腿動脈から潅流ポンプで導いた動脈血により両側総頸動脈領域すなわち脳循環系のみを体外循環させる本モデルでは,潅流ポンプ流量を調節することによって,正常脳波活動,徐波化,平坦脳波頭の実験条件が作製され,各々に対応した局所脳血流量の像がオートラジオグラフィーによって得られた.(2)ラット前脳完全虚血モデルの開発とPast-Iscliemic No-Reflow Phenomenonの検討-作製が困難とされていたラット前脳完全虚血モデルの開発に成功した.これは上記の脳血流可変モデルの作製法に準し,両側外頸,翼口蓋,脳底,総頸の各動脈を閉塞し,両側総頸動脈を再開通させる事により,脳循環を再開させるものである.本モデル30分虚血後のNo-Reflow域を検討し,視床,尾状核,補設等の大脳深部に発生する傾向を認め,更にマンニットールの虚血前投与がその抑制に有効と判明した.この結果は術中血行一次遮断時におけるマンニットールの脳虚血合併症予防効果を支持すると考えられた.(3)ポジトロン放出核種を使用した多重標識オートラジオグラフィーによる脳虚血後血流再開時における糖,蛋白代謝の比較検討-ラット前脳完全虚血モデルによる, 30分虚血1時間血流再開時の代謝を^<18>FDG,^<14>C-Leucineを用いた多重標識オートラジオグラフィーで検討し,大脳深部において,糖代謝,蛋白代謝の解離が認められた.これはNo-Reflow現象の好発部位に一致し,虚血後における糖,蛋白代謝と局所脳血流量の関連が示唆された.今後は組織像の検討も合わせて行い.代謝変化を組織障害の関連を明確化する予定である.1.全く新しい脳虚血モデルであるラット脳血流可変モデルの開発が進み、濃流量を変化させることにより種々の程度の虚血が作製されることが、オートラジオグラフィーの手法を通じて明らかとなり、論文発表も行なわれた。しかし、正常脳波を維持することのできる濃流量の設定に際して、個体差がしばしば認められ、実験遂行上の問題点となつている。2.このような点を考慮して、現在やはり我々が独自に開発したラット三主幹動脈遮断モデルを使用して実験を続けているが、血流再開通の初期においてアミト酸代謝とグルコース代謝との間に解離現象が存在することが示唆された。3.昭和61年度補助金により分光蛍光光度計が導入され、従来課題であった微量試料の蛍光分析が可能となり、今後の実験に大きな武器となるものと思われた。
量子ドットの非線形光応答を用いる新規電気化学反応系の開拓

量子ドットを光吸収層として用い、高効率な可視光駆動型光触媒システムの開発が活発に行われている。光触媒活性を向上させる手法の1つとして半導体への異種金属ドーピングがあり、キャリア濃度を増加させて効率よく光触媒反応を進行させることができる。そこで本研究では、ロッド形状をもつZnS-AgInS2(ZAIS)量子ドットにZn2+イオンと同等のイオン半径を持つMg2+イオンをドープし、光触媒活性に及ぼす影響を評価した。Mg2+ドープZAIS量子ドット(Mg-ZAIS)は、対応する金属酢酸塩を、オレイルアミン中250 °Cで、硫黄化合物と反応させることによって作製した。得られたMg-ZAIS量子ドットを、正孔捕捉剤としてNa2Sを含む水/2-プロパノール混合溶液(1 : 1)に分散させてXeランプを照射(λ>350 nm)し、発生した水素量を定量することによって光触媒活性を評価した。Mg-ZAIS量子ドット中のMg2+含有割合は、仕込み金属組成に関わらず、全金属原子に対して約24%とほぼ一定であった。Mg-ZAIS量子ドットの粒子形状はロッド形状であり、粒子中のZn2+含有割合を増加させると、ロッド幅(約5 nm)をほとんど変化させることなく、ロッド長さを16 nmから23 nmまで増加させることができた。ロッド形状をもつZAISおよびMg-ZAIS量子ドットに光照射すると、いずれの場合においても光照射時間とともに水素発生量がほぼ直線的に増加した。さらにMg-ZAIS量子ドットの水素発生速度は、ZAIS量子ドットのものよりも約3倍大きくなった。このことは、Mg2+がZAIS結晶内の金属カチオンと置換してドープされることで、量子ドット中のキャリア濃度が増大し、H+への光励起電子移動がより効率よく起こったためと考えられる。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。AgInS2量子ドットは、高毒性元素を含むCdSeなどの二元半導体の代替材料として期待されているものの、その発光ピークは非常にブロードであるという欠点をもつ。高効率光反応に用いるためには、さらにその光特性を向上させる必要がある。本研究では、様々なAg/In比をもつAgInS2量子ドットを作製し、非化学量論組成が発光特性に及ぼす影響を評価した。様々なAg/In仕込み比で対応する金属酢酸塩とチオ尿素をドデカンチオールとオレイルアミンの混合溶媒に添加し、250 °Cで加熱することでAgInS2量子ドットを合成した。さらに表面の欠陥サイトを除去するために粒子表面をGaSxシェルで均一に被覆して、AgInS2-core@GaSx-shell量子ドットを得た。仕込み比Ag/In=1.0で作製したAgInS2ナノ粒子は、820 nm付近に欠陥由来の発光ピークのみを示したが、前駆体の仕込み比をAg/In=0.67として作製したAgInS2量子ドットでは、700 nm付近の欠陥発光ピークに加えて590 nmに強いバンド端発光を示した。これは、Ag/In比の最適化によって、粒子内部の欠陥準位が除去されたためである。さらに、この量子ドットをGaSxシェル(膜厚:約1 nm)で被覆してAgInS2-core@GaSx-shellとすると、強いバンド端発光のみを示した。このことより、Ag/In比を最適化したAgInS2量子ドットにおいてもある程度の表面欠陥準位が存在するが、それはGaSxシェル被覆によりほとんど除去されたことがわかる。このように多元量子ドットにおいても、非化学量論組成の精密制御と表面被覆による欠陥サイトの除去を行えば、高品質な量子ドットを作製できることを見出した。この量子ドットは、新規光電気化学反応の光増感剤や新規オプトエレクトロニクス素子の開発に大いに役立つと期待される。当初の計画通り、多元半導体からなるナノ粒子においても、非化学量論組成の精密制御と表面被覆による欠陥サイトの除去を行えば、高品質な量子ドットを作製できることを明らかにした。ロッド形状をもつZAISおよびMg-ZAIS

量子ドットに光照射すると、いずれの場合においても光照射時間とともに水素発生量がほぼ直線的に増加した。さらにMg-ZAIS量子ドットの水素発生速度は、ZAIS量子ドットのものよりも約3倍大きくなった。このことは、Mg2+がZAIS結晶内の金属カチオンと置換してドープされることで、量子ドット中のキャリア濃度が増大し、H+への光励起電子移動がより効率よく起こったためと考えられる。2017年度の研究によって、高品質な多元量子ドットを作製することに成功した。これによって次年度以降に、高品質な量子ドットを用いる新規光電気化学反応の光増感剤や新規オプトエレクトロニクス素子の開発が可能となった。従って当初からの目的どおり、非線形光応答を利用する高効率な光エネルギー変換系の構築を目指す。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
界面張力による微少流体制御とその高機能化学集積回路への展開

1.集積化化学分析システムの構築マイクロシステム上で血液分析を実現することで、患者の負担を軽減し、簡易健康診断に応用できるため、その開発が望まれていた。従来の研究例では、血糖値だけの測定といった単機能のシステムが多かったが、本研究では、多項目検出型の血液分析システムを実現するため、毛細管現象とエレクトロウェッティングを利用して構築した微小送液システムと電気化学的原理に基づく化学センサの集積化を進めた。わずか15mm四方のガラスチップ上にグルコース、ラクテート、GOT/GPT、pH、アンモニア、尿素、クレアチニンの8つのセンサを集積化し、僅か3μlのサンプルからこれら8項目を測定できるシステムとし、本システムが市販の測定キットと同等の測定結果を簡単に得られることを確かめた。さらに、アスコルビン酸に代表される妨害物質を電気化学的に除去するシステムを集積化することで実サンプルへの適応性の高いシステムであることを示した。2.細胞の機能測定チップの構築再生医療などの分野において、細胞の分化・誘導の研究が活発に行われており、この細胞機能を迅速かつ簡単に測定できるシステムの開発が期待されている。そこで、本研究では、微小送液システムと電気化学センサをチップ上に集積化することで、微小チップ上での細胞の機能測定システムを開発した。ここでは、代表的な細胞の磯能として肝細胞のアンモニア代謝に着目し、肝細胞のアンモニア代謝速度測定システムを開発した。実際にラットから採取した肝細胞のアンモニア代謝をモニタリンクできることを示した。これにより、貴重な細胞などのサンプル消費量を低減し、かつ迅速な測定を実現した。電気化学センサによる測定であるため、出力されるデータの解析が容易であることから、測定チップの微小化だけでなく、解析システム全体の微小化を進めることができ、安価でハイスループットな測定システムへの応用が期待できる。1・送液速度の理論的解析本システムにおける送液の駆動力は毛管現象である。そこでこの毛管現象による送液速度を求める理論式を構築した。この式から流路幅および流路高さを狭めるほど、その送液速度が小さくなることを明らかにした。また実際に送液速度が測定することで毛管現象に関する特性を評価し、求める理論式が実験結果とよく一致することが確かめられた。2・センシングシステムの集積化エレクトロウェッティングを利用した微小送液機構にエアギャップ型アンモニアガスセンサを集積化した。これにより、ワンチップ上でアンモニアを含むサンプル溶液の送液、アンモニアのガス化を促進するための水酸化ナトリウム溶液の混合、アンモニア濃度の測定を行えるシステムを構築することができた。エアギャップ構造のセンサシステムを集積化できたことで、従来のシステムに比べ、応答速度および応答感度の向上を図ることができた。また、本システムに酵素を組み合わせることでバイオセンサを実現することができた。酵素反応により尿素・クレアチニンからアンモニアを生成し、この濃度を測定することでそれぞれの濃度を測定することができた。3・エレクトロウェッティングにより動作するバルブの構築親水性流路とエレクトロウェッティングにより動作するバルブを組み合わせることで、送液に必要な消費電力を極限まで低減することができた。また、バルブにより排出機構を構築し、複数の流路をワンチップ上に集積化することで、複数溶液を逐次導入するシステムを構築した。これの応用として、複数液の逐次導入が必要である抗原抗体反応を利用したセンサチップを開発した。その例として、肝癌の腫瘍マーカーであるAFPを検出するシステムを構築した。1・バブル型ポンプの構築水の電気分解によって生成する水素気泡を用いた微小送液機構を構築した。本システムでは、電極の表面積が非常に大きい白金黒を利用することで、低消費電力で水素気泡の生成・消滅を素早く繰り返し、連続的に溶液の吸引・排出を行える系を構築した。実際に、バブル型ポンプに酵素反応を利用したグルタミン酸センシングシステムを構築し、サンプル溶液、試薬溶液の送液・混合・検出をワンチップ上で行うことのできるシステムを構築することができた。2・毛細管現象を利用した送液機構の構築毛細管現象を利用した微小送液機構を構築した。毛細管現象は一度送液をはじめると、流路を溶液が満たすまで送液を止めることができないという問題点があったが、電極の濡れ性を制御するエレクトロウェッティング現象をバルブとして応用し、毛細管現象と組み合わせることで、送液自体に外力を全く必要とせず、極めて消費電力の小さい送液制御機構を構築することができた。また、毛細管現象による送液速度を示す理論式との比較を行い、実験結果とよく一致することが確かめられた。また、本システムは自由に送液のタイミングや送液方向を制御することができ、集積化センシングシステムに最も適した機構であると考えられる。3・センシングシステムの集積化2で構築した微小送液機構と電気化学センサを集積化し、微小化学分析システムを構築した。わずか15mm四方のチップ上に、グルコース・ラクテート・GOT・GPT・pH・アンモニア・尿素・クレアチニンの8つのセンサを集積化し、そのそれぞれのセンサにおいて各項目が定量できることを確認した。また、必要とするサンプル溶液はわずか3μlと一滴分にも満たない液量を、微小送液機構によって適宜、必要なセンシングシステムに分配することで各センサでの検出を実現した。

従来の研究例では、血糖値だけの測定といった単機能のシステムが多かったが、本研究では、多項目検出型の血液分析システムを実現するため、毛細管現象とエレクトロウェッティングを利用して構築した微小送液システムと電気化学的原理に基づく化学センサの集積化を進めた。わずか15mm四方のガラスチップ上にグルコース、ラクテート、GOT/GPT、pH、アンモニア、尿素、クレアチニンの8つのセンサを集積化し、僅か3μlのサンプルからこれら8項目を測定できるシステムとし、本システムが市販の測定キットと同等の測定結果を簡単に得られることを確かめた。さらに、アスコルビン酸に代表される妨害物質を電気化学的に除去するシステムを集積化することで実サンプルへの適応性の高いシステムであることを示した。2.細胞の機能測定チップの構築再生医療などの分野において、細胞の分化・誘導の研究が活発に行われており、この細胞機能を迅速かつ簡単に測定できるシステムの開発が期待されている。そこで、本研究では、微小送液システムと電気化学センサをチップ上に集積化することで、微小チップ上での細胞の機能測定システムを開発した。ここでは、代表的な細胞の磯能として肝細胞のアンモニア代謝に着目し、肝細胞のアンモニア代謝速度測定システムを開発した。実際にラットから採取した肝細胞のアンモニア代謝をモニタリンクできることを示した。これにより、貴重な細胞などのサンプル消費量を低減し、かつ迅速な測定を実現した。電気化学センサによる測定であるため、出力されるデータの解析が容易であることから、測定チップの微小化だけでなく、解析システム全体の微小化を進めることができ、安価でハイスループットな測定システムへの応用が期待できる。
ＣａＭＫＩδアイソフォームの機能的役割分担の解明

Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase I (CaMKI)はCa2+シグナル系で中心的な役割を果たしているSer/Thrキナーゼである。これまでに、プロテインキナーゼを網羅的に検出するマルチPK抗体を用いた発現クローニングにより、ゼブラフィッシュ72時間胚のcDNAライブラリーからCaMKIδ-L (392 aa)およびCaMKIδ-S (368 aa)の2種類のスプライスバリアントを取得した。さらに、両酵素とは異なる遺伝子である新規CaMKIδアイソフォーム、CaMKIδ-LL (433 aa)をクローニングした。これら3つのアイソフォームの役割分担を明らかにするために、ゼブラフィッシュにおける発現時期および発現組織を調べるとともに、初期胚における遺伝子ノックダウンを行った。その結果、CaMKIδアイソフォームは胚発生段階や組織によって分布が異なっていること、正常な胚発生にはCaMKIδのキナーゼ活性が重要であることを明らかにした。CaMKIδ-LLのノックダウン実験から、CaMKIδ-LLがヒレや軟骨の形成に関与していることが考えられた。CaMKIδ-LLの機能を探る上で、細胞内での標的分子、すなわち内在性基質を同定することは重要課題である。そこで、大腸菌ツーハイブリッド法を用いてCaMKIδ-LLの基質タンパク質の探索を行い、ターゲット候補としてDistal-less homeobox 1 (Dlx1)を取得することに成功した。これまでの研究により、CaMKIδ-LLはDlx1をリン酸化することでDlx1の転写活性を正に制御して骨形成を促進することを明らかにした。さらに、CaMKIδのN末の構造はホスファターゼによる認識に重要であり、低Ca2+状態でも脱リン酸化されて活性を失うことなく、リン酸化状態を保持していることを明らかにした。以上2つの研究テーマに関しては、新しい知見であることから現在論文投稿中である。26年度が最終年度であるため、記入しない。細胞内情報伝達のKey Moleculeであるプロテインキナーゼ(PK)の機能に関しては、まだ明らかにされていない点が多く存在する。脊椎動物の胚発生過程では、限られた時間・空間において各組織が決まったルールに従って器官形成されるが、この過程もリン酸化を介したシグナル伝達機構によって厳密に制御されているはずである。しかし、胚発生過程のいつ、どこで、どの分子種のPKが器官形成に関与しているかはあまり分かっていない。当研究室では、PK間で高度に保存された触媒領域に着目し、PKを網羅的に検出することが出来る抗体を開発した。この抗体を用いてゼブラフィッシュ受精後72時間の胚からcDNAライブラリーを作製し、発現スクリーニングを行ったところ、Ca^<2+>/calmodulin-dependent protein kinase Iδ(CaMKIδ)を取得することが出来た。CaMKIδには3つのアイソフォームが存在するが、その中でもC末端領域の最も長いCaMKIδ-LLに注目して機能解析を行っている。RT-PCRおよび作製した特異的抗体を用いたウエスタンブロッティングにより、初期胚においてCaMKIδ-LLは受精後48時間から発現することが明らかとなった。また、成魚では脳、眼、ヒレに発現していた。さらに、アンチセンスモルフォリノオリゴ(AS-MO)を用いたGene knockdownを行ったところ、脳、胸ビレ、軟骨の形成異常が見られた。これらの表現型は、精製タンパク質をAS-MOと同時にインジェクションすることでレスキューされたが、キナーゼ活性のない変異体タンパク質ではレスキューされなかった。以上の結果より、CaMKIδ-LLは胚発生段階や組織によって分布が異なっているが、正常な胚発生にはCaMKIδ-LLのキナーゼ活性が重要であることが強く示唆された。Ca^<2+>/calmodulin-dependent protein kinase I (CaMKI)はCa^<2+>シグナル系で中心的な役割を果たしているSer/Thrキナーゼである。これまでに、プロテインキナーゼを網羅的に検出するマルチPK抗体を用いた発現クローニングにより、ゼブラフィッシュ72時間胚のcDNAライブラリーからCaMKIδ-L (392aa)およびCaMKIδ-S (368aa)の2種類のスプライスバリアントを取得した。さらに、両酵素とは異なる遺伝子である新規CaMKIδアイソフォーム、CaMKIδ-LL (433aa)をクローニングした。そこで、大腸菌ツーハイブリッド法を用いてCaMKIδ-LLの基質タンパク質の探索を行い、ターゲット候補として2種類のDistal-less homeobox (Dlx)を取得することに成功した。これまでの研究により、細胞内においてCaMKIδ-LLとDlxが核で共局在すること、およびDlxがCaMKIδ-LLにリン酸化されることを明らかにした。また、CaMKIδ-LLによるDlxのリン酸化部位も同定しており、リン酸化がDlxの転写活性にどのような影響を与えるのかを調べているところである。Ca2+/calmodulin-

dependent protein kinase I (CaMKI)はCa2+シグナル系で中心的な役割を果たしているSer/Thrキナーゼである。これまでに、プロテインキナーゼを網羅的に検出するマルチPK抗体を用いた発現クローニングにより、ゼブラフィッシュ72時間胚のcDNAライブラリーからCaMKIδ-L (392 aa)およびCaMKIδ-S (368 aa)の2種類のスプライスバリアントを取得した。さらに、両酵素とは異なる遺伝子である新規CaMKIδアイソフォーム、CaMKIδ-LL (433 aa)をクローニングした。これら3つのアイソフォームの役割分担を明らかにするために、ゼブラフィッシュにおける発現時期および発現組織を調べるとともに、初期胚における遺伝子ノックダウンを行った。その結果、CaMKIδアイソフォームは胚発生段階や組織によって分布が異なっていること、正常な胚発生にはCaMKIδのキナーゼ活性が重要であることを明らかにした。CaMKIδ-LLのノックダウン実験から、CaMKIδ-LLがヒレや軟骨の形成に関与していることが考えられた。CaMKIδ-LLの機能を探る上で、細胞内での標的分子、すなわち内在性基質を同定することは重要課題である。そこで、大腸菌ツーハイブリッド法を用いてCaMKIδ-LLの基質タンパク質の探索を行い、ターゲット候補としてDistal-less homeobox 1 (Dlx1)を取得することに成功した。これまでの研究により、CaMKIδ-LLはDlx1をリン酸化することでDlx1の転写活性を正に制御して骨形成を促進することを明らかにした。さらに、CaMKIδのN末の構造はホスファターゼによる認識に重要であり、低Ca2+状態でも脱リン酸化されて活性を失うことなく、リン酸化状態を保持していることを明らかにした。以上2つの研究テーマに関しては、新しい知見であることから現在論文投稿中である。26年度が最終年度であるため、記入しない。申請書に記載した研究目的であるCaMKIδ-LLの個体レベルでの機能解析を行い、酵素学的諸性質を調べるとともに、胚発生過程におけるタンパクレベルでの詳細な発現時期、および成魚における発現組織についても明らかにした。また、モルフォリノオリゴを用いたGene Knockdownによりヒレや軟骨形成に異常が生じることを見出した。さらに、来年度から取り組む予定であった「CaMKIδ-LLの活性制御機構」に関しての研究に着手し、進めていくことができた。申請書に記載した研究目的である「CaMKIδの内在性基質の探索と同定」および「CaMKIδの活性制御機構」に関しての研究を行うことができた。特に活性制御機構についての研究は、昨年度にほぼすべての研究が終了し、現在論文を執筆中であり、まもなく投稿を予定している。
リンパ管新生関連遺伝子発現に基づく肺癌リンパ節転移の機序解析と診断、治療法の開発

近年腫瘍微小環境(TM)の重要性への認識の高まりから、肺癌においてもTMが上皮間葉系移行(EMT)の悪性表現型獲得を誘導してリンパ節転移をもたらすと考えられている。本研究により、肺癌組織は遷延化低酸素状態にあることを確認するとともに、遷延化低酸素状態により安定化発現する低酸素誘導因子HIF1αが確認された。ドキシサイクリン(Dox)誘導安定化HIF1α発現によって肺癌細胞でリンパ管新生に重要な役割を果たすとされるVEGFの有意な上昇を確認できた。センチネルリンパ節でのVEGF受容体発現が亢進している知見と合わせて、腫瘍の低酸素状態を標的とした治療戦略はEMT制御に加えて、肺癌のリンパ節転移制御にも有効であるという認識に至った。肺およびリンパ節内のリンパ管新生関連遺伝子群の発現を解析し、肺癌リンパ節転移におけるリンパ管新生の関与を明らかにする目的でLYVE-1、Proxl、podoplanin, 5'-nucleotidase,VEGFR-2/Flk-1,VGFR-3(Flt-4),Nrp2,Tie2,EGFRおよびsoluble VEGFR-2(sVEGFR-2)の各遺伝子群の発現をreaL-time RT-PCR法を用いての解析を開始した。まず、通常のRT-PCR法によって各遺伝子のcDNAの一部をクローニングした。これを既知の濃度に調整したものをコントロールとして用いて、今回作成したprimerおよびprobeによるreal-time RT-PCRの精度を確認した。今回の研究では、ヒト症例においてリンパ節あるいは肺組織を用いてリンパ管新生遺伝子群発現の解析を行うので、最初に実際の臨床検体から、遺伝子群の発現解析が可能かどうかを確認した。具体的には、間質性肺炎を伴う肺癌手術症例において、肺組織からRNAを抽出し、リンパ球、免疫担当細胞の遊走、機能に密接に関与する遺伝子の発現解析をreal-time PCR法で解析した。その結果、間質性肺炎では組織型(UIP、NSIP)によって、ケモカイン(MDC、MIG)およびIL-17遺伝子の発現が異なっており、二つの組織型における免疫細胞の働きが大きくことなることを強く示唆する結果を得た。これと同様の方法を用いてリンパ管新生関連遺伝子の関与の肺組織における発現解析を進める予定である。また、リンパ節組織における遺伝子発現の解析については、当施設で平成22年に行われた気管支鏡下リンパ節穿刺生検(EBUS-TBNA)(肺癌リンパ節症例が約40例)で採取された針生検サンプルについても検討を開始している。最初に、肺癌リンパ節転移におけるリンパ管新生の関与を明らかにする目的で肺癌およびリンパ節における各遺伝子群の発現を定量的なRT-PCR法を用いての解析を開始した。候補遺伝子としてのいくつかは発理が確認できなかったため、腫瘍内微小環境が遷延化低酸素状態になるという観点から検討した。腫瘍の増大およびそれに関連するリンパ節転移および血行性転移はしばしば腫瘍微小環境にともなう局所でのさまざまな因子によって決定付けられる。低酸素刺激がEMTを誘導するという報告と合わせて、肺癌腫瘍病変が低酸素化状態に陥っているかどうかを評価した。肺線維症の線維化病変が遷延化低酸素状態を示していることと合致した所見として肺癌腫瘍内においても遷延化低酸素状態が存在することが確認された。遷延化低酸素状態にさらされる肺癌細胞はEMTの表現型獲得とともに、細胞遊走能の亢進を示した。そうした細胞表現型を獲得した状況の細胞で低酸素刺激により安定化HIF-1a発現を呈することの生物学的意義を評価するために、通常酸素濃度下でも安定的に発現する2箇所のプロリンをアラニン置換したHIF-1adPAを組み込んだDox誘導型遺伝子発現細胞株を樹立した。Dox誘導HIF-1adPAにより有意なVEGF-Aの発現を示すことが確認された。センチネルリンパ節におけるリンパ管新生が増強されている事実と合わせて、組織微小環境である遷延化低酸素状態は肺癌細胞にEMT細胞表現型を獲得させるとともに、VEGF-Aを発現誘導をもたらすことが示された。この機序によって、腫瘍細胞がリンパ管新生・増生をもたらして、リンパ節転移を誘導することにつながる可能性が考えられた。肺がんのリンパ節転移におけるリンパ管新生に関わる分子群の役割を探索する目的で肺がんリンパ節転移検体、肺がん細胞株、肺がんマウスモデルを用いて解析した。

最終的に本研究により、リンパ節組織を含む肺癌組織は遷延化低酸素状態にあることを確認するとともに、遷延化低酸素状態により安定化発現する低酸素誘導因子HIF1αが確認された。ドキシサイクリン(Dox)誘導安定化HIF1α発現によって肺癌細胞でリンパ管新生に重要な役割を果たすとされるVEGFの有意な上昇を確認できた。センチネルリンパ節でのVEGF受容体発現が亢進してる知見と合わせて、腫瘍の低酸素状態を標的とした治療戦略はEMT制御に加えて、肺癌のリンパ節転移制御にも有効であるという認識に至った。一方で、臨床例における超音波気管支鏡下リンパ節穿刺(EBUS-TBNA)検体でのVEGF等のリンパ管新生遺伝子の発現解析は検体が微少であり安定した結果が得られなかったため、臨床像との相関の解析には至らなかった。今後、微少検体でVEGF発現を安定かつ定量的に解析できるシステムの開発を構築する必要がある。当初、予想した候補遺伝子については発現が確認できていないが腫瘍内環境の解析からリンパ管転移の機序の解明につながる知見が得られた。24年度が最終年度であるため、記入しない。リンパ管新生に関与する遺伝子発現は、腫瘍微小環境を網羅的に制御する遺伝子と関連して発現してくるkの雨声に着目して、今後の新たな治療戦略の構築につなげていきたい。
好冷性微生物の熱ショック応答と高温適応の分子機構

好冷性生物は、通常の温度域で生育する生物が低温ストレスと感じる温度を高温ストレスと感じ、これに応答する。即ち高温ストレスにもっとも鋭敏に応答する生物であると考えることができ、その応答機構には他の生物とは異なる特徴があることが期待される。本研究ではゲノム情報を利用して、好冷性微生物における高温ストレス応答の普遍性と特異性、熱ショックタンパク質の構造的特徴と機能に関する知見を得た。比較的低温における熱ショックタンパク質の発現調節機構の解明するため、ゲノム情報が既知の好冷性細菌、Colwellia.psychrerythraeaに存在する2種類のdnaK遺伝子について発現様式を解析した。C.psychrerythraeaは8°Cで培養し、対数増殖中期の菌体を425°Cの温度で処理した。この培養液から得た菌体を緩衝液に懸濁し、SDS-phenol法によりタンパク質を除去、isopropanolを加えてRNAを回収した。dnaK1遺伝子から発現されたmRNAは4°C、8°Cで処理した菌体では殆ど検出されないのに対し、12°C以上で処理をすると徐々にその量が増加した。一方、dnaK2遺伝子から発現されたmRNAは、412°Cの処理ではほぼ一定量存在し、1625°Cでは処理温度が上がるにつれて発現量が増加していた。このようにC.psychrerythraeaの二つのdnaK遺伝子は、いずれも常温で生息する生物よりも低い1625°Cで発現され、また412°Cにおいては両者の発現量が大きく異なることが明らかになった。これらの発現量の違いを明らかにするため、プロモーター領域における転写因子の認識配列を検討した。dnaK1のプロモーター領域には転写因子σ^<32>が認識して熱ショックによる誘導に関わる配列以外の認識配列は確認できなかった。したがってdnaK1は熱ショックに対する調節のみを受けていると推測される。一方、dnaK2のプロモーター領域においては転写因子σ^<32>の認識配列の他に、常発現性の転写因子σ^<70>の認識配列が見られた。このことから、至適生育温度付近においてはσ^<70>による調節を受け、熱ショックを受けるとσ^<32>によって強く発現が誘導されると推測される。比較的低温における熱ショックタンパク質の発現調節機構の解明するため、ゲノム情報が既知の好冷性細菌、Colwellia.psychrerythraeaに存在する2種類のdnaK遺伝子について発現様式を昨年に引き続いて解析した。またこれらを組み換えタンパク質として発現させ、単離、精製したものについてATPase活性の温度依存性を解析した。好冷性細菌C.psychrerythraeaのDnaKは40°Cで活性が最大となり、常温生物である大腸菌のDnaKの温度依存性に比べて低温側に活性の極大があることが明らかになった。これはC.psychrerythraeaが大腸菌よりも低い温度で、高温ストレスを受けるため、より低い温度でDnaKが機能する必要があるためと考えられる。また、これまでの測定において、還元剤(DTT)の添加や塩濃度などの反応条件の変化により、活性の温度依存性が変化すると考えられる。本研究計画では好冷性微生物における高温ストレス応答の普遍性と特異性の解明、およびその知見をふまえた生物全体における高温ストレス応答の本質的な機構の解明を目的として、好冷性微生物のゲノム情報を利用した熱ショックタンパク質の構造的特徴と機能の温度依存性の解析を行った。C.psychrerythraeaのdnaK1、dnaK2のmRNAは大腸菌など常温性細菌のものより20°C以上低い16°Cで発現誘導された。さらに、dnaK1、dnaK2の転写開始点の上流にはいずれも大腸菌の熱ショックプロモーターと類似した配列が存在し、大腸菌と同様に熱ショックプロモーターによって制御されると考えられる。

一方、C.psychreythraeaの生育温度8°C付近では、dnaK1は抑制され、dnaK2は最大の1/5程度発現することから、DnaK1とDnaK2は必要とされる温度域が異なると考えられる。大腸菌dnaK欠損株においてDnaK1は大腸菌のDnaKを高温40°Cで相補し、低温20°Cでは相補しないのみならず大腸菌の生育を阻害するが明らかになった。逆にDnaK2は40°Cで相補せず、20°Cで相補するため、40°Cで機能しないと考えられる。特に最大のATP加水分解活性を示す温度は、DnaK1が40QC、DnaK2が50°Cであり、異なる温度依存性を示した。このように生育温度域における発現量、及びタンパク質の性質の差異から、好冷性細菌の2種のDnaKは異なる役割を持つことが明らかになった。
データマイニング手法を用いた都市内公共交通のマーケティング手法の開発

都市公共交通(鉄道・バス等)では、磁気式やICカード式の乗車カード(プリペイドカード/定期券等)が普及しつつある。本研究は、都市公共交通の乗車記録データを、集計的な分析にとどまらず、行動軌跡データとして有効に扱うための手法を開発するものである。分析には、マーケティング等に用いられつつある「データマイニング手法」(大量のデータから、データサンプルの特性や傾向を発見していく手法)を用いる。昨年度は、カードデータを都市交通計画等に活用するためのデータベースの構築および問題点整理を行い、今年度は、以下の分析を行った。(1)広島都市圏の公共交通乗降データを用いて、1週間/1ヶ月単位といった一定の期間内での利用者の行動軌跡データから、利用者の行動特性および路線特性を、実際の地域のデータを用いて抽出した。その際、既存手法との比較も行った。(2)乗降データを用いたバスの運用効率化の効果の計測を行った。(3)実用化への課題の抽出(データ記録方式、分析手法等)以上の結果に基づき、カードデータなどの、大量かつ個人特定がある程度可能なデータの活用法を整理し、また現状のカードシステムと本研究による分析手法を結合したシステム開発への課題整理を行った。今年度は、カードデータを都市交通計画等に活用するためのデータベースの構築および問題点整理を行った。(1)公共交通の共通カード等の導入状況およびデータ活用に関する調査<データ収集の準備>我が国の各都市における「共通プリペイドカード等」の導入状況やデータ活用状況について資料収集を行い、その調査に基づき、分析対象都市として、広島都市圏を選定した。そして、カードデータを入手し、データの有効性について基礎分析を行った。(2)データ利用に際しての基礎分析(データクレンジングおよびデータベース構築)元々カードシステムは運賃収入管理および事業者間精算を目的としたものなので、それを利用者の行動軌跡データとして活用するための課題整理を行った。その上で、欠損データの扱いや、カード番号照合による個々の利用者の乗車データ結合方法の検討など、データセットを分析可能とするための「洗浄」(クレンジング)を行った。また、分析手法にあわせたデータ記録フォーマットの検討を行いデータベースを構築した。
有機トランジスタを用いた大面積・フレキシブルエレクトロニクスの試作

本研究では、有機トランジスタの新応用、特に伸縮性に優れた大面積圧力センサーシートの作製に取り組むことを主題とする。そこで、セルローズの柔軟性基板上へのマイクロ・ナノスケールの金属パターン転写技術を開発し、セルローズのマイクロ機能デバイスの作製に関することに取り組んでいた。新研究分担者になる研究者(金)は、数年間分子の自己集合化・組織化を工学的に応用している様々なボトムアップアプローチ手法の中で、特に吸着高分子の自己組織化単分子膜(SAM,Self-Assembled Monolayer)に注目し、大面積においてマイクロからナノメータースケールを同時に形成できるハイブリッドパターン技術の開発や高機能の有機化学物質などのパクーニング技術の開発に向けて研究をしている。当該研究課題の初年度の目標は、100%を超える伸縮率を有する電極の作製であったが、その研究との関連及び適格性が非常に高い、フレキシブルエレクトロニクスの試作として、環境グリーンテクノロジーの材料でもあるセルローズを用いたマイクロデバイスの製作に関する研究に取り組んだ。今年度は、セルローズの柔軟性基板の作製、ポリマーの薄膜コーチング技術の確保、その後、複合セルローズ・ポリマー基板の物理・電気的な特性の計測等を行った。その物理・電気的特性に基づき、セルローズ基板上へ金属パターンを製作、マイクロ静電気アクチュエータの機械的スイッチ構造を試作し、その駆動確認に成功した。最後に、マイクロ・ナノシャドウマスクを利用して、セルローズとポリマーの複合材料のマイクロデバイスへの電極作製と共に、マイクロシャドウマスクを用いたエッチング加工応用も行った。新研究分担者になる研究者(金)は、数年間分子の自己集合化・組織化を工学的に応用している様々なボトムアップアプローチ手法の中で、特に吸着高分子の自己組織化単分子膜(SAM,Self-Assembled Monolayer)に注目し、大面積においてマイクロからナノメータースケールを同時に形成できるハイブリッドパターン技術の開発や高機能の有機化学物質などのパターニング技術の開発に向けて研究をしているので、当該研究課題の初年度の目標は、100%を超える伸縮率を有する電極の作製であったが、その研究との関連及び適格性が非常に高い。