hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
非創傷部位への陰圧療法の可能性を探る　末梢神経再生・移植脂肪生着増加を目指して

89週齢のBALB/cSlc-nu/nu(1519g)に術前1週、術後2週の陰圧治療を行い、ヒト脂肪(女性化乳房、腹部皮弁)をミンチし遠心1200g 3minののちに0.5ccをマウスの背部皮下に18Gで注入した。術後4週で屠殺した。実験群はa群吸引なしn=4、b群吸引ありn=3、c吸引+bFGF (1μg/徐放ゲル2mg) n=3とした。その結果、移植脂肪残存率はa: 85%, b: 72%, c: 60%であった。脂肪細胞数はa: 3.7/mm2, b: 5/mm2, c: 10.9/mm2であった。血管数はa: 6/mm2, b: 2.5/mm2, c: 3.7/mm2であった。<研究4:陰圧環境下(伸展培養)における脂肪細胞の培養>の実験も終了した。培養細胞は、成熟ラットの皮下白色脂肪細胞キット(コスモバイオ)を用いた。伸展装置は、培養細胞伸展システム及び有効面積4cm2のシリコンチャンバー(ストレックス)を用いた。チャンバーにはコラーゲンをコーティングした。80×104個の脂肪細胞を播種後4日目に、ストレッチ群に対し、1日1回10時間、20%長の伸展刺激を与えた。コントロール群は伸展をしなかった。伸展開始後1日目、2日目、3日目、及び4日目に細胞を回収した。生細胞数のカウント及び脂肪合成活性の指標となるGPDH活性の測定を行った。結果)1チャンバーあたりの生細胞数は、コントロール群で1日目:28×104個、2日目:44×104個、3日目:68×104個、4日目:70×104個と増加した。ストレッチ群では、1日目:63×104個、2日目:28×104個、3日目:29×104個、4日目:14×104個と減少した。GPDH活性は、細胞1010個あたりに換算すると、コントロール群では1日目:140U、2日目:254U、3日目:192U、4日目:200Uであり、ストレッチ群では1日目:154U、2日目:189U、3日目:115U、4日目:175Uであった。2日目に上昇し、以降横ばいの傾向にあった。形成外科学動物実験施設の改修が行われており、8月から1年間代替施設での実験となった。このため、飼育・実験スペースが限られ、研究2の本実験は施行困難な状況にある。動物実験の承認が遅れ、開始が遅れた。このため、予備研究は完了したが、研究1の終了には至らず、次年度に持ち越しとなった。初年度は実験設備の整備、試薬購入に多くを費やした。研究1については免疫組織染色の未施行分を行い、脂肪細胞の状態につき評価を行う。研究2は本実験を行う。患者の同意に基づき、手術中に不要となった脂肪組織を採取し、遠心分離ののちヌードマウスの項部に0.5cc注入して移植する。移植前から陰圧治療を行う。コントロール群はつけずに経過をみる。移植後2日目から術後2週まで陰圧療法を再開する。移植脂肪組織は4週目に採取し、免疫組織学的検索(CD34, perilipin, Ki67での一次抗体染色と二重蛍光染色)などを行う。実験群として、脂肪移植のみを行うものと、移植時にbFGFを埋入したゲルを注入し徐放させるもの、コントロール群として脂肪移植のみを行うものを設定する。これらにより陰圧療法とbFGF添加の脂肪移植に対する効果を評価したい。研究3, 4は条件設定ののちに神経細胞、脂肪細胞の伸展培養を行う。評価法は増殖曲線とGPDHアッセイによって行う予定である。初年度に主な実験設備の整備、調整が終わり、倫理委員会、動物実験計画の承認が得られたので、計画に沿って研究1-4を進めて行く。
日本の三大都市圏における世帯構成の地理的変化のメカニズムの解明

本研究の目的は、日本の三大都市圏における世帯構成の地理的な変化に関するメカニズムの解明である。1980年代までの世帯構成の地理的変化のメカニズムは、住宅の所有状況の影響を強く受けてきており、分譲住宅では、ライフステージに合わせた世帯規模の変化が生じ、賃貸住宅や給与住宅では、居住者の流動性が高く、主たる世帯構成は大きく変化してこなかった。1990年代以降、給与住宅が減少した一方、分譲マンションの供給が都心部や都心寄りの地域で進んだ。この時期に供給された分譲マンションには単身世帯の入居も多く、単身世帯の大幅な増加が進み、世帯構成の地理的変化のメカニズムを変えてきていることが明らかになった。本研究では、研究目的の達成に向けて以下の3つの作業課題を設定しており、本年度は、それぞれの作業課題についての分析を進めた。作業課題A:核家族世帯の地理的変化に関する分析作業課題B:単身世帯の地理的変化に関する分析作業課題C:三大都市圏における世帯構成の地理的変化に関するメカニズムの解明とモデル化まず、作業課題Cに関連して、三大都市圏を対象に、メッシュ単位でジオデモグラフィクス(小地域単位の居住者地区類型)を作成し、都市構造の変容について分析した(AAG 2015 Annual Meeting)。1985年から2010年までの5年おきの静態的な状況と、各時点間の動態的な状況についてのジオデモグラフィクスからは、従来から個別の研究で指摘されてきた都心回帰と郊外の二極化が観測され、都心回帰による都心部での単身世帯・核家族世帯の増加と、郊外での核家族世帯の減少と単身世帯の増加傾向が認められた。また、作業課題A・Bに関して、民間賃貸住宅の供給状況と、地域の人口構成の変化の関係についての分析を、東京23区を対象に行った(2015年日本地理学会秋季学術大会)。加えて、作業課題Aに関して、公立小学校児童数データを利用して、1960年から2015年までの分析を行った(2016年日本地理学会春季学術大会)。この分析の結果として、核家族世帯を中心とする郊外化が1960年代から1970年代に急速に進んだ一方、その後の郊外での核家族世帯の増加はごく限られた地域のものへと変化し、近年は都心の一部でまとまった増加がみられるようになったことが示された。このほかに、若年単身世帯の多くを占めると考えられる大都市圏への流入人口を把握するために、沖縄系住民および韓国系住民の居住地域を、住宅地図データを用いて検出することを試み、とりわけ沖縄系住民の居住地域の検出については、十分な結果を得ることができた。それぞれの作業課題に関して、順調にデータ作成作業および分析、研究成果の発表が進んでおり、おおむね順調に進展していると判断した。ただし、当初計画とは異なり、一部のデータに関しては、東京大都市圏よりも、京阪神大都市圏に関する作業が中心となってきたため、今後は東京大都市圏に関するデータ作成に注力する予定である。本研究では、研究目的の達成に向けて3つの作業課題(作業課題A:核家族世帯の地理的変化に関する分析、作業課題B:単身世帯の地理的変化に関する分析、作業課題C:三大都市圏における世帯構成の地理的変化に関するメカニズムの解明とモデル化)を設定している。作業課題Bに関して、不動産物件データベースを利用し、東京大都市圏を対象として、民間賃貸住宅の供給(フロー)や既存物件の特徴(ストック)と、近年の単身世帯の年齢構成の多様化との関係について検討した。分析の結果、単身世帯の増大と年齢構成の多様化に関しては、民間賃貸住宅のフローおよびストックが一定程度寄与してきたことが明らかになった。また、民間賃貸住宅の供給と建築年が新しい住宅の多さは、若い世代の単身世帯の増加に寄与するものであり、単身世帯の年齢構成を“若返らせる"効果があると考えられた。これらの結果を考慮しつつ、作業課題A・Cと関連して、都心と郊外の中間的な性格を持つ地域として、大都市圏中心市の周辺地域である大阪府吹田市に注目し、小地域単位およびマンション単位の居住者特性を分析し、世帯構成の変化のメカニズムを明らかにすることを試みた。分析の結果、単身世帯の増加による小地域単位での単身化の進行の程度は、主に単身世帯向け賃貸マンションの供給と、核家族世帯向け分譲マンションの供給とのバランスによるものと示唆された。近年供給された賃貸マンションの大部分は単身世帯向けであり、この地域の単身化の進展を促した要因であるものの、核家族世帯向け分譲マンションも、単身世帯の増加にも寄与してきたことが示された。一方、核家族世帯向け賃貸マンションは、居住者の流動性が分譲よりは高く、地域内に比較的若い世帯を一定数留める役割を果たしており、地域における単身化の進行を抑制しうる存在であることが示された。特に本研究の最終的な目的を達成する作業課題Cへの取り組みが進み、世帯構成の地理的変化に関するメカニズムの解明に近づいている。本研究では、研究目的の達成に向けてACの3つの作業課題を設定した。2017年度は、これまでの研究成果を考慮しつつ、作業課題C(三大都市圏における世帯構成の地理的変化に関するメカニズムの解明とモデル化)と関連して、引き続き大阪府吹田市に注目して分析を進めた。

1980年以降のマンション単位の居住者特性を分類した結果、分譲マンションの大部分は1980年代ではファミリー向けであったが、それらのマンションのほとんどで、2010年までに高齢化と世帯規模の縮小が進んでいた。2000年代以降、いわゆる都心回帰の流れを受けて供給が進んだ分譲マンションにも、単身世帯が一定の割合で居住しており、将来的には急速な高齢化と世帯規模縮小が進むものと予想された。一方、ファミリー向けの給与住宅および賃貸マンションにおいては、比較的若い世代の親と子供が同居する世帯が多く居住し、分譲マンションのように高齢化が進むことはなく、居住者特性には時系列的に大きな変化は生じなかった。1990年代後半以降、給与住宅は大きく減少し、分譲マンションなどに建て替えられてきており、今後、高齢化が徐々に進行するものと考えられる。これらの研究成果は2学会において発表し、投稿に向けた準備を進めている。これまでの大都市圏における世帯構成の地理的変化は、住宅の影響を強く受けてきており、主にファミリーが入居してきた分譲住宅では、ライフステージに合わせた世帯規模の変化が生じ、賃貸住宅や給与住宅などでは、間取りに応じた世帯が一定期間で入れ替わりながら居住し、主たる世帯構成は大きく変化してこなかった。しかし、1990年代以降、給与住宅が減少した一方、この時期に供給された分譲住宅には単身世帯の入居も多くなったことが確認され、単身世帯の大幅な増加に寄与しており、世帯構成の地理的変化のメカニズムを変えてきていることが明らかになった。本研究の目的は、日本の三大都市圏における世帯構成の地理的な変化に関するメカニズムの解明である。1980年代までの世帯構成の地理的変化のメカニズムは、住宅の所有状況の影響を強く受けてきており、分譲住宅では、ライフステージに合わせた世帯規模の変化が生じ、賃貸住宅や給与住宅では、居住者の流動性が高く、主たる世帯構成は大きく変化してこなかった。1990年代以降、給与住宅が減少した一方、分譲マンションの供給が都心部や都心寄りの地域で進んだ。この時期に供給された分譲マンションには単身世帯の入居も多く、単身世帯の大幅な増加が進み、世帯構成の地理的変化のメカニズムを変えてきていることが明らかになった。研究代表者の所属機関が変更となったものの、研究計画の遂行には大きな影響はないと予想される。引き続き、3つの作業課題に関するデータ作成や収集作業を進め、必要に応じて12名程度の学生をアルバイトとして雇用し、データ作成を効率的に行う。得られた成果については、順次国内外の学会で発表するとともに、論文としてまとめ、査読付雑誌に投稿する。また、近年のオープンサイエンスに向けた動きを鑑み、公開かつ他の研究者による利用が可能なデータについては、東京大学空間情報科学研究センターの研究者独自作成データの公開の枠組みを利用して、データを公開する。引き続き、3つの作業課題に関する分析を進めていく予定であり、必要に応じて12名程度の学生をアルバイトとして雇用し、データ作成・分析を効率的に行う。最終年度であることから、本研究の目的を達成するために、作業課題Cに特に注力して分析・考察を進めていき、成果をまとめ、論文として公表する。都市地理学
実用的光学分割システムの開発

1.フェニル基上の様々な位置に、メチル基とクロロ基やフルオロ基などのハロゲンを同時に有するセルロースやアミロースの2置換フェニルカルバメート誘導体を合成し、置換基の位置およびその種類の光学分割能におよぼす影響について調べた。セルロース誘導体では、メタおよびパラ位に置換基を有する誘導体が高い分割能を示したのに対し、オルト位に置換基を有する誘導体の分割能は低かった。一方、アミロース誘導体の場合は、セルロース誘導体とは異なり、オルト位に置換基を有する誘導体が、最も高い光学分割能を示した。2.1.で合成した多糖誘導体の幾つかは、クロロホルムなどの極性の低い溶媒に可溶であったので、光学異性体と多糖誘導体とが相互作用している様子をNMRを用いて直接調べることができた。例えば、セルロースの3-フルオロ-5-、メチルフェニルカルバメート誘導体は、1,1'-ビ-2-ナフトールのS体と強く相互作用し、多糖との間で明確なNOE相関ピークが観測された。また、NMRによる滴定実験、緩和時間及びケミカルシフトの変化、コンピュータモデリングをもとに多糖誘導体と1,1'-ビ-2-ナフトールとの錯体のモデルを組立て、不斉識別のメカニズムを分子レベルで解明することができた。また、セルローストリスフェニルカルバメートおよびセルローストリス(3,5-ジメチルフェニルカルバメート)とトランス-スチルベンオキシドとの相互作用エネルギーを分子力場計算で見積ったところ、HPLCによる光学分割の結果を支持する計算結果が得られ、コンピュータシミュレーションもまた、不斉識別機構を議論するうえで有用であることがわかった。3.キラル充填剤は、シリカゲルに多糖誘導体を物理吸着させて調製しているが、多糖誘導体が用いる溶離液に溶解する場合には、カラム充填剤としては使用できず、そのため光学分割できる鏡像体の種類、使用可能な溶媒が限定される。今回、酵素ホスホリラーゼを用いて酵素重合して得たアミロース誘導体の還元末端部位をシリカゲルとただ一点で化学結合させたキラル充填剤を調製することに成功した。様々のラセミ体に対する光学分割能をHPLCで評価した結果、この充填剤は、従来の吸着型充填剤と同程度の高い分割能と優れた耐久性の両方を兼ね備えた実用的なキラル固定相であることが分かった。本研究では、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)用のキラル充填剤として、すぐれた不斉識別能、耐久性を有する多糖誘導体の構築を目指し、新規な構造を有する多糖誘導体の合成を行い、その不斉識別能の評価を行った。1.セルロースやアミロースの6位をトリチル基で保護した後、3、5-ジメチルフェニルイソシアナートあるいは4-メチルベンゾイルクロリドを反応させ、2、3位に相当するカルバメート基、ベンゾエート基を導入した。6位のトリチル基を除去した後、異なるイソシアナートあるいは酸クロリドを反応させ、これら多糖の6位に2、3位とは異なる置換基を位置選択的に導入した多糖誘導体を合成し、その光学分割能を評価した。セルロース誘導体では、側鎖の置換基の位置と種類により光学分割能は変化し、2,3位の側鎖の種類が主に不斉識別に関与していることがわかった。

一方、アミロース誘導体では、側鎖を位置特異的に変換した誘導体より、ランダムに変換した誘導体が高い不斉識別能を示し、実用性の高いカラムとなることが明かになった。2.キラル充填剤は、シリカゲルに多糖誘導体を吸着させて調製しているが、多糖誘導体が用いる溶離液に溶解する場合には、カラム充填剤としては使用できず、そのため光学分割できる鏡像体の種類、使用可能な溶媒が限定される。そこで、1.の方法を用い、多糖誘導体をシリカゲルに位置特異的に化学結合したところ、アミロース誘導体では、6位を小量のジイソシアナートを用いて化学結合した充填剤が、優れた耐久性と多くのラセミ体に対して、従来の吸着型充填剤と変わらない高い光学分割能を有することが明らかになった。セルロース誘導体の場合も、位置特異的に化学結合した充填剤が、ランダムに化学結合した充填剤より高い光学分割能を示したが、化学結合位置による影響は見られなかった。1.フェニル基上の様々な位置に、メチル基とクロロ基を同時に有するセルロースやアミロースの2置換フェニルカルバメート誘導体を合成し、置換基の位置およびその種類の光学分割能におよぼす影響について調べた。多糖誘導体の光学分割能は、フェニル基上の置換基の位置、種類によって大きく異なり、セルロース誘導体では、メタおよびパラ位に置換基を有する誘導体が極めて高い分割能を示したのに対し、オルト位に置換基を有する誘導体は、置換基の種類にかかわらず分割能は低かった。一方、アミロース誘導体の場合は、セルロース誘導体とは異なり、オルト位に置換基を有する誘導体が、最も高い光学分割能を示した。2.キラル充填剤は、シリカゲルに多糖誘導体を物理吸着させて調製しているが、多糖誘導体が用いる溶離液に溶解する場合には、カラム充填剤としては使用できず、そのため光学分割できる鏡像体の種類、使用可能な溶媒が限定される。そこで、ジイソシアナ-トを架橋剤に用いて、セルロースおよびアミロースの6位、2または3位の水酸基で位置特異的にシリカゲルと化学結合した充填剤、ランダムに化学結合した充填剤を調製し、その光学分割能を調べた結果、アミロースの6位で化学結合した充填剤は、2,3位で化学結合した充填剤、2,3,6位でランダムに化学結合した充填剤よりも高い不斉識別能を示し、特に、6位を少量のジイソシアナ-トを用いて化学結合した充填剤は多くのラセミ体に対して、優れた光学分割能を示した。この充填剤を用いると、物理吸着型充填剤では分割できなかったいくつかのラセミ体を溶離液に少量のクロロホルムなどを加えることによって完全に分割された。一方。セルロース誘導体の場合も、位置特異的に化学結合した充填剤の方がランダムに化学結合した充填剤より高い不斉識別能を示したが、アミロース誘導体の場合とは異なり、架橋位置による効果は見られなかった。1.フェニル基上の様々な位置に、メチル基とフルオロ基を同時に有するセルロースやアミロースの2置換フェニルカルバメート誘導体を合成し、置換基の位置およびその種類の光学分割能におよぼす影響について調べた。セルロース誘導体では、メタおよびパラ位に置換基を有する誘導体が高い分割能を示したのに対し、オルト位に置換基を有する誘導体の分割能は低かった。一方、アミロース誘導体の場合は、セルロース誘導体とは異なり、オルト位に置換基を有する誘導体が、最も高い光学分割能を示したが、メタおよびパラ位に置換基を有する誘導体も優れた識別能を示し、置換位置による効果はそれほど顕著ではなかった。
極微細世代における新規磁壁移動方式の研究と3次元デバイスへの展開

本研究では、極微細細線における電流誘起磁壁移動の新方式を提案、実証し、そこで得られた知見をもとに3次元磁壁移動デバイスの実現指針を検討することを目指して行った。はじめに垂直型の微細化限界を明らかにするとともに垂直型の延命方法を明らかにし、次いでそれとは異なる思想から面内型の新しい可能性を計算で明らかにした上で垂直型では実現できない微細領域での磁壁移動を実証した。最後に3次元磁壁移動デバイス実現のための端緒を得るところまで成功し、当初の研究課題の目標を概ね達成することができた。本研究は極微細世代(30nm以下)での電流誘起磁壁移動を実現する新方式を提案し、微細ナノ磁性体の新たな物理を開拓し、それに加えて3次元磁壁移動デバイスの世界初の動作実証へと発展させることを目指している。具体的には、電流誘起磁壁移動を極微細世代で実現するため、まずは現行の垂直磁化方式の微細化限界を見極め、次に極微細世代で有用と考えられる面内磁化方式でのデバイス設計指針をシミュレーションから検討し、またその動作を実証する。さらに、3次元磁壁移動デバイスの形成プロセスを確立し、その動作実証に取り組む。平成27年度は、はじめに垂直磁化方式の微細化限界を実験と理論をもとに検討し、現在標準的に用いられている材料であるCo/Ni積層膜では約15nm以下への微細化が難しいことを明らかにした。また垂直磁化方式を用いた場合には高い磁気異方性材料を用いることが更なる微細化を実現する上では適していることが分かった。これらの成果はJapanese Journal of Applied Physicsに投稿し、採択、出版されている。次に極微細世代において良好な動作が期待される面内磁化方式について、シミュレーションを用いてその可能性を検討した。結果として研究提案時の予想通りに、線幅が約20nm以下となったときに垂直磁化方式に比べて優れた特性が得られることが分かり、また10nm付近では極めて低いエネルギーでの動作が可能であることが分かった。これらの知見をもとに特許出願を行った(特願2015-98976)。加えて、極微細細線形成プロセスの構築や測定方法の立ち上げにも取り組み、現時点でその方策はほぼ確立している。本研究は3年間で推進することを計画しており、1年目はその準備段階、2年目で最初の方式の動作実証、3年目でより発展的な構造の動作実証に取り組むこととしている。1年目となる平成27年度では、旧方式の限界を見極めることができ、また新たに提案する方式を実現するための設計指針や素子の作製プロセス、評価方法などを確立することができた。これらは申請の段階で記載した内容に沿って進捗していると言える。また学会発表、論文化、特許化についても順調に進めることがでいている。本研究は、極微細世代(30 nm以下)での電流誘起磁壁移動を実現する新方式を提案し、微細ナノ磁性体の新たな物理を開拓し、それに加えて三次元磁壁移動デバイスの世界初の動作実証へと発展させることを目指して行った。初年度にあたる平成27年度は従来用いられてきた垂直磁化方式での微細化の限界を検証し、実験から15 nm付近に微細化限界があることが明らかになった。一方で、計算機を用いたマイクロマグネティックシミュレーションから、本研究の中核をなす面内磁化方式においては、15 nm以下の領域でも良好な動作が実現できる可能性があることが分かった。二年目にあたる平成28年度は、本研究の中核をなす面内磁化方式を採用した素子を作製し、従来方式の限界を打破できるかに主眼を置いて研究を進めた。プロセス条件を精密に制御することで、15 nm程度の微細素子を形成することに成功し、またこれらの素子を電気的に評価して、想定通りの良好な磁壁移動特性を観測することができた。最終年度に当たる平成29年度は、平成28年度に行った実験で見られたいくつかの課題の要因を多角的な評価に基づいて考察するとともに、3次元磁壁移動デバイスの実現に向けて極微細ピラー素子を作製し、そこでの基板垂直方向での磁壁の振る舞いを実験、及び数値計算により検証した。実験から膜厚が15 nm以下の領域では磁壁が入ることなくピラーは単磁区として振舞うことが確認され、一方で数値計算からは30nm以上の膜厚領域では磁壁がピラー内に安定して存在することができ、3次元磁壁移動デバイスの実現可能性を強く示唆する結果が得られた。膜厚15 nmの素子の測定結果と考察については、Nature Communications誌に論文が掲載され、また日経新聞の朝刊でも取り上げられた。本研究は極微細世代(30nm以下)での電流誘起磁壁移動を実現する新方式を提案し、微細ナノ磁性体の新たな物理を開拓し、それに加えて三次元磁壁移動デバイスの世界初の動作実証へと発展させることを目指している。

具体的には、電流誘起磁壁移動を極微細世代で実現するため、まずは現行の垂直磁化方式の微細化限界を見極め、次に極微細世代で有用と考えられる面内磁化方式でのデバイス設計指針をシミュレーションから検討し、またその動作を実証する。さらに、三次元磁壁移動デバイスの形成プロセスを確立し、その動作実証に取り組む。平成27年度は、垂直磁化方式の微細化限界を実験・理論で検討し、現在標準的に用いられている材料であるCo/Ni積層膜においては15 nm程度以下への微細化は難しいことを明らかにした。一方でマイクロマグネティックシミュレーションから、膜厚と線幅が同程度に設計される面内磁化容易細線においては、20nm以下の微細世代での低電流での磁壁移動が実現できることを明らかにした。平成28年度はNiFeから構成され面内磁化容易軸を有する細線素子を形成し、その磁壁移動特性を評価した。シミュレーションからの予測通りに、線幅と膜厚が15nm程度で同程度に設計された素子においては、低電流での磁壁移動が観測された。また磁場で磁壁を駆動した場合には大きな閾磁場が観測されたことから、電流印加で観測された磁壁移動の駆動力は断熱スピントルクであることが示唆された。高確率での磁壁移動の実現には至ってはいないが、この問題は細線のラフネスと関連しており、プロセス技術の改善によってより安定性の高い磁壁移動が実現できるとの考察を得た。計画通りに、本研究で新たに提案する面内磁化用磁区を有し、かつ膜厚と線幅が同程度に設計された素子における磁壁移動が観測された。また3次元デバイスの実現に向けたプロセス技術も順調に立ち上がっている。平成28年度は平成27年度に得られた知見、及び構築した素子形成プロセスや評価方法を用いて、本研究の主たる目的である面内磁化容易軸を要する極微細強磁性細線を作製し、その動作を実証することを目指す。具体的には、まずはNiFeからなる1040nm程度の細線を電子線描画とArイオンミリングを用いて作製する。このプロセスの最適化を行う。次に作製した素子を用い、異方性磁気抵抗効果に由来する磁壁抵抗を用いて磁壁移動の検出を行う。そして、細線に電流を導入したときの磁壁の振る舞いを計測し、面内磁化細線を用いたこれまでは未踏であった極微細世代における磁壁移動の実証を行う。加えて磁壁の慣性質量の定量化などの物理的に興味深いが未解明な課題にも取り組む。また最終年度となる平成29年度における3次元デバイスの動作実証を見据え、年度の公判では3次元ピラーデバイスの形成プロセスの立ち上げにも取り組む予定である。スピントロニクス29年度が最終年度であるため、記入しない。平成29年度は平成28年度に得られた面内磁化容易軸細線での実験結果をより深く理解するためのシミュレーションなどを行い、当成果を論文化する。またそれと並行して三次元デバイス形成のためのプロセスをリファインし、動作実証を試みる。29年度が最終年度であるため、記入しない。
皮膚における免疫担当細胞の遊走に対する各種ケモカインの役割について

1.マウス皮膚由来の樹状細胞の多くはランゲルハンス細胞(LC)由来と考えられた:ヒトでは真皮樹状細胞の存在がよく知られているが、マウスではあまり詳しく解析されていない。そこで、Balb/C miceの皮膚を培養液に2日間浮遊させた後、培養液に遊走してきた皮膚由来の樹状細胞(migratory dendritic cells : migDC)の由来を解析した。マウス皮膚を表皮と真皮に分けて、MHC Class II抗体で染色すると、表皮では陽性細胞が多数認められたが、真皮ではほとんど認められなかった。また、マウス皮膚を2日間培養した後、表皮と真皮に分けてMHC Class II抗体で染色すると、表皮、真皮ともに多数の陽性細胞が認められた。しかし、真皮のみを2日間培養してもMHC Class II陽性細胞はほとんと認められなかった。以上より、migDCの多くは表皮LC由来と考えられた。2.SDF-1 transgenic miceではランゲルハンス細胞(LC)の遊走や創傷治癒に明らかな差はみられなかった:SDF-1を皮膚表皮に過剰発現したtransgenic miceの作成に成功したので、その形質をnon-transgenic miceと比較検討した。まず、皮膚を組織学的に検討したが、両者で明らかな差はみられなかった。次に、全表皮細胞に対するLCの割合を比較したが、これも両者で明らかな差はみられなかった。また、マウス皮膚を培養してmigDCの数を比較したがこれにも明らかな差はなかった。さらに、TNCBを用いて接触アレルギー試験を行なったが、これにも明らかな差は見られなかった。また、外傷に対する創傷治癒時間も比較したが、これにも明らかな差は認められなかった。以上より、SDF-1 transgenic miceの解析で、LCの遊走や創傷治癒に今のところ明らかな差はみられていない。今後はhomozygous transgenic miceを作成してさらに検討していく予定である。2.migDCは化学遊走試験でB lymphocyte chemokine(BLC)に対して反応した:CXCR5がmigDCの細胞表面上に蛋白レベルで発現されており、ケモカインレセプターとして機能していることを確かめるために、化学遊走試験を行った。migDCはBLCに対して反応した(100ng/mlの濃度で、基準値の約4倍の反応)が、BMDCはBLCに対してほとんど反応しなかった。なお、BMDCはSecondary lymphoid-tissue chemokine(SLC)に対しては反応した(100ng/mlの濃度で、基準値の約8倍の反応)。3.migDCはin vivoでリンパ節のT細胞領域のみならずB細胞領域にも遊走した:CXCR5を発現しているmigDCが、実際にリンパ節のB細胞領域に遊走するか否かをin vivoで調べるため、予め細胞膜を染色したmigDCをマウスの足底に注射し、48時間後に鼠径リンパ節を回収し、migDCのリンパ節内での分布を調べた。migDCはT細胞領域にも存在したが、約40%はB細胞領域に存在することが確かめられた。同様の実験をBMDCを用いて行ったが、BMDCはほとんど全てT細胞領域に存在した。以上より、成熟した皮膚由来の樹状細胞は細胞表面にCXCR5を発現し、リンパ節内でT細胞領域からB細胞領域に遊走し、B細胞とも相互作用する可能性が示唆された。
ナノ粒子の空間分布制御を実現する新規粒子配列体の創成

金属ナノ粒子は、特異的な光学特性やセンシング特性を有することが知られている。これらの特性を制御、向上させるためにはナノ粒子同士を集める(集積化させる)ことが重要である。一方で、ナノ粒子は一般的に液中で不安定であり、溶液pHや温度変化など、周囲環境のわずかな変化にも耐えきれず凝集してしまう。以上の背景から、ナノ粒子の集積化と凝集のジレンマを解決する方法の開発が求められている。そこで本研究では、中空粒子構造を利用し、凝集しやすい金ナノ粒子の空間分布を電場印加により可逆的に制御することを目的とした。まず複数個からなる金ナノ粒子のクラスターを格納した中空シリカ粒子合成し、光学特性評価を行ったところ、内包金ナノ粒子個数の増大に伴い粒子分散水溶液の吸収スペクトルは長波長側にシフトした。次に、同粒子のセンシング特性をラマンスペクトル測定により評価した。複数の金ナノ粒子を内包した中空粒子からは、単一の金ナノ粒子を内包した中空粒子と比較して55倍程度高いラマンスペクトル強度が検出された。得られた金ナノクラスター内包型中空粒子を分散させた水溶液に対して交流電場を印加した。電場印加により同粒子が局所的に集まり、効率的にナノ粒子の特性を引き出せることがわかった。検出物質のラマンスペクトルを測定したところ、電場印加後には印加前と比べてラマンスペクトル強度が増強された。同粒子の集積⇔分散状態は電場のON/OFFの切り替えにより可逆的に制御可能であることも確認した。液中分散安定性の高い中空シリカ粒子は、電場等の外的な刺激を受け粒子同士が接近しても、電場を解除することで再度分散状態に戻ることができる。これにより、凝集しやすい金ナノクラスターの液中分散性が保たれ、可逆的な粒子空間分布の制御が実現した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、粒子内部の配列構造を外場(電場または磁場)によって制御することができる新規粒子配列体の創成を目的としている。粒子配列体の構成要素としては、中空粒子内部に可動性コアを内包したラトル型粒子を用いる。本粒子形態であれば、コアとして外場応答性に優れる粒子を選定することで、外場のON/OFFで粒子内部のランダム分布⇔規則構造を可逆的に制御することが可能になる。さらに、印加する外場の周波数や強度によって粒子内部構造の多様化も期待できる。本年度は、数十ナノメートル程度でも電場に応答すると報告されている球状金ナノ粒子を新たな内包コアとして選定し、その電場応答性評価およびラトル型粒子の合成手法の検討を行った。まず、数十ナノメートル領域で粒径の異なる金ナノ粒子を合成し、コアとなる金ナノ粒子の電場応答性の確認を行った。水中に分散させた金ナノ粒子に対し種々の周波数条件で交流電場を印加したところ、低周波数領域で粒子が優れた応答性を示すことを確認した。さらに、その応答条件は金ナノ粒子の粒径に依り変化することも分かった。次に、金ナノ粒子を中空シリカ粒子内に内包したラトル型粒子の合成手法を検討した。高分子修飾剤で粒子表面を保護し、粒子内部のみを選択的に除去することで目的の粒子合成プロセスの検討を行った。高温熱処理を行わない完全ウェットプロセスにより、粒径150 nm程度の中空シリカ粒子内に金ナノ粒子を内包したラトル型粒子の合成に成功した。本年度の到達目標であった、金ナノ粒子を内包したラトル型粒子の合成手法を確立した。本プロセスは中空粒子表面を高分子修飾剤で粒子表面を修飾し、粒子内部のシリカ成分のみを選択的に除去(エッチング)することで中空粒子内に金ナノ粒子を内包したラトル型粒子を得る手法である。本研究では外場を用いて内包金ナノ粒子同士を接近させ、光学特性やセンシング特性を取得することを目標としている。そのため、外殻となるシリカシェル厚を制御することが求められるが、本手法であればエッチング時間や温度条件を変化させることでシェル厚の制御が可能である。また、金ナノ粒子間のプラズモンカップリングを利用した特性の発現には、シェル厚だけでなく金ナノ粒子のサイズも影響する。目的の粒子設計を行うために、本年度から計算機を導入し、数値計算を用いたナノ粒子間相互作用の評価も開始した。本研究では、粒子内部の配列構造を交流電場によって制御することができる新規粒子配列体の創成を目的としている。粒子配列体の構成要素としては、中空粒子内部に可動性金ナノ粒子を内包した「金ナノ粒子内包型ラトル型粒子」を用いる。本粒子形態であれば、金ナノ粒子同士の凝集を抑制でき、さらに電場により粒子内部で金ナノ粒子のランダム分布⇔規則構造を可逆的に制御することが可能になる。また、金ナノ粒子は表面プラズモン現象に由来した光学特性やセンシング特性を示すことが知られている。これらの特性は金属ナノ粒子が接近した際に劇的に変化するため、プラズモン特性制御のためには粒子同士を集める手法が有用である。本年度はまず、金ナノ粒子懸濁液に外部交流電場を印加することで粒子同士を液中で集積させ、プラズモン特性を制御することを試みた。同粒子懸濁液に種々条件の交流電場を印加したところ、光学特性の変化は低周波数、高電場強度域で顕著に見られた。また、高周波数の電場を印加作用下において粒子のセンサー特性が向上した。

以上の結果から、金ナノ粒子の集積状態は交流電場印加により制御可能であり、プラズモン特性は粒子集積状態と強い相関があることがわかった。金ナノ粒子内包ラトル型粒子は、金ナノ粒子をシリカシェルで被覆した後、シリカシェル内部のみを選択的に溶解させることで合成した。液中で観察可能な電子顕微鏡を用いて内包金ナノ粒子の運動を評価したところ、金ナノ粒子が中空粒子内部を自由にブラウン運動する様子を確認した。本年度は、金ナノ粒子懸濁液に種々条件の交流電場を印加し、ナノ粒子の集積状態制御を試みた。光学特性およびセンシング特性の評価から、粒子集積状態と金ナノ粒子のプラズモン特性には強い相関があることを明らかにした。また、本研究の対象粒子となる金ナノ粒子内包ラトル型粒子の合成および内包金ナノ粒子の可動性評価を行った。金ナノ粒子がシリカシェル内で分散状態にあるということは、金ナノ粒子の特性をナノスケールの制限空間内に閉じ込めることに成功したことを意味している。液中で観察可能な電子顕微鏡を用いて金ナノ粒子を観察した結果、同粒子が中空粒子内部をブラウン運動する様子を確認した。金ナノ粒子の可動性評価は本年度の達成目標の一つであり、得られた観察結果は本研究を大幅に進展させることができた。金ナノ粒子、金ナノ粒子内包ラトル型粒子の光学特性がほぼ等しくなったことからも、中空粒子内に単一の金ナノ粒子が分散状態にあることを確認した。また、同ラトル型粒子においてもセンシング特性が発現することがわかった。今後は交流電場印加により同粒子の液中における集積構造制御および電場作用・解除状態でのプラズモン特性評価を試みる予定である。金属ナノ粒子は、特異的な光学特性やセンシング特性を有することが知られている。これらの特性を制御、向上させるためにはナノ粒子同士を集める(集積化させる)ことが重要である。一方で、ナノ粒子は一般的に液中で不安定であり、溶液pHや温度変化など、周囲環境のわずかな変化にも耐えきれず凝集してしまう。以上の背景から、ナノ粒子の集積化と凝集のジレンマを解決する方法の開発が求められている。そこで本研究では、中空粒子構造を利用し、凝集しやすい金ナノ粒子の空間分布を電場印加により可逆的に制御することを目的とした。まず複数個からなる金ナノ粒子のクラスターを格納した中空シリカ粒子合成し、光学特性評価を行ったところ、内包金ナノ粒子個数の増大に伴い粒子分散水溶液の吸収スペクトルは長波長側にシフトした。次に、同粒子のセンシング特性をラマンスペクトル測定により評価した。複数の金ナノ粒子を内包した中空粒子からは、単一の金ナノ粒子を内包した中空粒子と比較して55倍程度高いラマンスペクトル強度が検出された。得られた金ナノクラスター内包型中空粒子を分散させた水溶液に対して交流電場を印加した。電場印加により同粒子が局所的に集まり、効率的にナノ粒子の特性を引き出せることがわかった。検出物質のラマンスペクトルを測定したところ、電場印加後には印加前と比べてラマンスペクトル強度が増強された。同粒子の集積⇔分散状態は電場のON/OFFの切り替えにより可逆的に制御可能であることも確認した。液中分散安定性の高い中空シリカ粒子は、電場等の外的な刺激を受け粒子同士が接近しても、電場を解除することで再度分散状態に戻ることができる。
大腸菌１６ＳｒＲＮＡメチル化酵素「ＲｓｍＧ」の反応促進因子の解明

全ての真正細菌において見られる16S rRNAの7-メチルグアノシン修飾は、メチル化酵素RsmGによって触媒される。大腸菌においてはRsmGによるメチル化が未知の因子(タンパク質)により著しく促進をされることを見いだしている。本研究では、大腸菌のメチル化促進因子を遺伝生化学的手法により同定することを目指した。メチル化促進因子の精製を試みたが、精製過程における失活が著しく、電気泳動上で特定のバンドとして確認できるレベルの精製を達成することが困難であった。一方、遺伝学的手法により、RsmGと相互作用する因子の探索を行い、候補として機能不明の遺伝子であるtasを同定した。16SリボゾームRNA(rRNA)分子中の7-メチルグアノシン(m7G)修飾は、全ての真正細菌に存在し、その欠失は低レベルストレプトマイシン耐性の形質をもたらす。我々は、このm7G修飾がメチル化酵素「RsmG」によって触媒されることを明らかにしている。さらには、大腸菌においてはRsmGによるメチル化が未知の因子(タンパク質)により著しく促進をされることを見いだしている。このような因子は他の細菌では知られていない。本研究では、大腸菌のメチル化促進因子を同定すると共に、遺伝生化学的手法を駆使してその反応促進機構を明らかにすることを目指す。本年度は、昨年度に引き続いてメチル化促進因子の精製を試みた。メチル化アッセイは、酵素として精製(His)6-RsmGを、基質としては精製70Sリボゾームを使用し、検出系としてはmethyltransferase assay kit(ケイマン・ケミカル社)を用いて行った。rsmG破壊株由来の粗リボゾーム画分を出発材料とし、1M塩化アンモニウムによる抽出、各種クロマトグラフィーによる精製を行った。最初の陰イオン交換クロマトグラフィーまでは強いメチル化促進活性が認められたが、その後の精製過程による失活が著しく、電気泳動上で特定のバンドとして確認できるレベルの精製を達成することが困難であった。そこで、遺伝学的手法により、RsmGと相互作用する因子の探索を行うこととした。現在、検出システムの構築を行っている。本年度はメチル化促進因子の精製を試みた。精製の出発材料としては、RsmG蛋白質自身の混入を防ぐために、rsmG破壊株由来の粗リボゾーム画分を用いることとした。アッセイは、メチル化酵素として精製(His)6-RsmGを、基質としては精製70Sリボゾームを使用し、検出系としてはmethyltransferase assay kit(ケイマン・ケミカル社)を用いて行った。粗リボゾーム画分からのメチル化促進因子の抽出に適した条件について検討したところ、1M塩化アンモニウムによる洗浄が最的であることが分かった。続いて、陰イオン交換クロマトグラフィーによりメチル化促進因子の更なる精製を行ったところ、本因子が単一のピークとして溶出されることが確認された。しかしながら、いまだ完全精製にはいたっておらず次年度においても引き続き本因子の精製を行っていく。昨年度までに、メチル化促進因子の精製を試みたが、精製過程における失活が著しく、電気泳動上で特定のバンドとして確認できるレベルの精製を達成することが困難であった。そこで、本年度は遺伝学的手法により、RsmGと相互作用する因子の探索を行うこととした。具体的には、m7G修飾欠損変異合わさることにより著しい生育阻害を示す変異の探索を試みた。染色体上のrsmG遺伝子を欠失させた株にインタクトなrsmG

遺伝子を持つプラスミドを持たせて遺伝子機能を相補させておき、そこにトラスポゾンによりランダムな変異を導入した。得られたトランスポゾンライブラリーの中から、プラスミドを失う事が出来ない株を探索した。その結果、機能不明の遺伝子であるtasが候補として同定された。現在、発現タンパク質を用いてTasのメチル化促進活性について検討を行っている。微生物学本年度内のメチル化促進因子の精製を目指していたが、達成出来なかったため。当初の計画では本年度中のメチル化促進因子の完全精製を目指したが、部分精製にとどまったため。遺伝学的な方法により、メチル化促進因子の同定を行っていく。具体的には合成致死探索、two-hybridシステム等による解析を行う。引き続きメチル化促進因子の精製、同定を行っていく。さらには、本因子の生化学的諸性質についても検討を行う。購入した試薬等がキャンペーンで当初の想定より安く購入できたため。次年度分と合わせて必要な試薬等の購入に使用する。該当なし
精神疾患死後脳における分子発現変化の脳内分布解明のための内部標準遺伝子同定

本年度は、疾患の有無や領域の違いにより発現量に影響を受けない内部標準遺伝子の同定を行った。まずこれまでの遺伝発現解析において推奨され多く用いられてきた内部標準遺伝子13個の中から、統合失調症及び健常例の前頭前野組織におけるRNAシークエンスを用いたデータベース(CommonMind Consortium)、前頭前野の3層および5層の錐体ニューロンのマイクロアレイデータ、前頭前野の3層のパルブアルブミン陽性抑制性ニューロンのマイクロアレイデータ(Arion et al. 2015, Enwirght et al. 2018)を参考に、統合失調症の前頭前野で有意な変化を示さないものとして、GAPDH、GNAS、PSMB2、GUSB、UBC、RPL13Aを選択した。そして、これらに我々がこれまで内部標準遺伝子として多く用いてきたACTBとCYCを加えた8遺伝子について、同性で年齢と死後経過時間が近い健常例と統合失調症例のペア10組の背外側前頭前野、一次視覚においてその発現の安定性をreal-time PCRによって検討した。まず各遺伝子の発現を他の個々の遺伝子で標準化した値について症例間の標準偏差を求め、その平均値Mを算出し、発現の不安定性の指標とした。その結果、M値が低い順に遺伝子を並べると、前頭前野ではGNAS, PSMB2, GAPDH, CYC, ACTB, GUSB, RPL13A, UBCとなり、一次視覚野ではPSMB2, GAPDH, CYC, ACTB, GNAS, RPL13A, UBC, GUSBとなり、PSMB2, GAPDH, CYCが領域の違いや疾患の有無にかかわらず安定した発現を示す内部標準遺伝子候補であることが示唆された。精神疾患の病態を分子レベルで解明するためには、症状の発現に関わると考えられる分子発現の変化を把握する必要があり、推定される分子メカニズムを治療法の開発に役立てるためには、分子発現変化の脳内分布を明らかにする必要がある。このような分子発現変化の脳内分布をmRNAレベルで正確に把握するためには、1異なる領域間におけるRNAの保存状態の比較と、2疾患の有無や領域の違いにより発現量に影響を受けない内部標準遺伝子の同定が必要である。そこで本年度は、統合失調症例と健常例の死後脳組織を用い、異なる4つの大脳皮質領域からRNAを抽出し、疾患の有無そして領域の違いがRNAの保存状態に及ぼす影響を評価した。まず、統合失調症例と性別が同じで年齢や死後経過時間などが近い健常対照例のペア20組のそれぞれの症例から、背外側前頭前野、頭頂葉後部、2次視覚野、1次視覚野から背白質を切り出しTrisol液攪拌しRNAを抽出した。そして、40症例の4領域から得られた160サンプルについて、RNAの保存状態をAgilent社製のBioanalyzerを用いてRNA Integrity Number (RIN)として計測した。その結果、統合失調症例では、背外側前頭前野8.37±0.55、頭頂葉後部8.09±0.65、2次視覚野7.65±0.86、1次視覚野7.32±0.87で、健常例では、背外側前頭前野8.52±0.36、頭頂葉後部8.60±0.24、2次視覚野8.40±0.39、1次視覚野8.41±0.52というRINデーターが得られた。これにより、RNAの保存状態は、健常例では4領域とも同様に良好であるのに対して、統合失調症例では後頭部で低下する傾向があることが判明した。40症例の4領域のすべてからRNAを抽するのに予想以上の時間を有した。最終的に、160サンプルを調整し、すべてのサンプルについてRINの計測の1回目を終えることが出来た。

得られた160のRNAサンプルを用い、RNAの保存状態(RIN)の計測をもう一度繰り返し、1回目と2回目の測定値の間の相関を評価することで、RIN計測の精度を評価する。また、これらのサンプルを用いて最低3種類の内部標準遺伝子の断片をreal-time PCRで増幅し、疾患の有無、領域の違いが、内部標準遺伝子の発現にどのような影響を及ぼすのか検討する。40症例の4領域からのRNAの抽出に時間を要し、BioanalyzerによりRNA保存状態の計測が1回のみとなり、2回目の計測および得られたRNAサンプルを用いたreal-time PCRを次年度に行うことになった。
低温環境における微生物由来変異原の海洋生態系に及ぼす影響評価手法の開発

本研究は、細胞内変異原として酸化損傷塩基が低温環境でどれくらい生成・蓄積しているのかを解析した。房総沖(約6,000m)および南部マリアナ海域(約2,900m)から深海細菌をそれぞれ分離し、酸化損傷塩基の分解遺伝子MutTを大腸菌由来同遺伝子と比較したところ、MutTの比活性は大腸菌より約2倍の高い値を示し、酸化損傷塩基に対する基質特異性が大腸菌より著しく高かった。次に、8-OH-G生成量を調べるために、MR09-04航海(JAMSTEC)にて採水した深海海水中の微生物ゲノムDNA中の8-OH-G量を測定した結果、深海微生物の方が表層微生物よりも約10倍多く蓄積していることが判明した。前年度において、低温細菌Pseudoalteromonas sp.(Maruyama A et al. Marine Biol, 128:705-711,1997)、Psychrobacter sp.(Maruyamaet al. Int J Syst Evol Microbiol, 50:835-846,2000)と、対照細菌として大腸菌、枯草菌(中温菌の代表菌)、乳酸菌(絶対嫌気性菌の代表菌)及び酸素発生型光合成細菌Cyanobacteriaについて解析した結果、いずれの菌株も低温条件では酸化損傷塩基の生成が増大すること、また定常期に比べ対数増殖期において著しい酸化損傷塩基の蓄積が見られた。そこで、平成24年度は各細菌における酸化損傷塩基の抑制機構について解析することとし、酸化損傷塩基分解酵素遺伝子の探索を行った。既に大腸菌ではMutT遺伝子として報告されているが、他の細菌では報告されていないためMutT遺伝子の相同遺伝子を探索したところ、絶対好気性菌である枯草菌では遺伝子そのものは同定されたが,染色体上の同遺伝子破壊株は野生株と同程度の自然突然変異率を示し、また、酸化損傷塩基の生成量にも変化は無く,枯草菌ではサイレント遺伝子である可能性が示唆された。また、絶対嫌気性菌である乳酸菌の染色体上にはMutT遺伝子が無いことが示唆された。一方,低温細菌と光合成細菌からMutT遺伝子を同定した。前年度に引き続き、低温細菌(深海由来)、中温菌である大腸菌(通性嫌気性菌の代表)、枯草菌(絶対好気性菌の代表)、乳酸菌(絶対嫌気性菌の代表)及び酸素発生型光合成細菌Cyanobacteriaについて解析した結果、いずれも生育至適温度より低温条件では酸化損傷塩基(8-oxo-deoxy-guanine)の生成が増大すること、定常期に比べ対数増殖期において著しい酸化損傷塩基の蓄積が見られた。また、各細菌における酸化損傷塩基の抑制機構について、特に酸化損傷塩基分解酵素遺伝子の探索を行った。既に大腸菌では前述の遺伝子はMutT遺伝子として報告されているが、枯草菌では遺伝子そのものは同定されたが染色体上の同遺伝子破壊株は野生株と同程度の自然突然変異率を示し、サイレント遺伝子であることが判明した。また、乳酸菌の染色体上にはMutT遺伝子が無いことが示唆され、乳酸菌では酸化損傷塩基除去修復に他の遺伝子(mutMとmutY)が主要な役割を担っていることが判明した。さらに,低温細菌と光合成細菌からMutT遺伝子を同定し、酵素学的な解析を行ったところ、8-oxo-dGTPに特異的に作用する酵素であることが判明した。さらに、いずれのMutT酵素も生育温度より低温域では反応速度が著しく低下した。以上のことから,環境中、特に低温環境中ではMutT酵素が働かないため微生物染色体中に酸化損傷塩基が蓄積するのではないかと推察した。西部熱帯太平洋海域(深海500m3000m:水温24°C)および南西諸島伊是名海穴(深海1200m:水温4°C)から採取した海水試料を用いて微生物群を回収し染色体中の酸化損傷塩基量を測定したところ,表層海水(10100m:水温28°C)試料中のものと比べ約10倍程度の蓄積量を示した。これらの結果から低温環境である深海は分子進化が起きやすい場であることが示唆された。研究では、海洋における低温環境の"場"として、深海(2,000m以下)と表層(水温15°C以下)について設定し、海水試料の採取を実施する。平成23年度は、低温細菌を用いた酸化損傷塩基の生成・蓄積・分解について生化学的・遺伝学的研究を実施した。低温細菌として、Pseudoalteromonas sp.(Maruyama A et al. Marine Biol, 128:705-711,1997)、Psychrobacter sp.(Maruyama et al. Int J

Syst Evol Microbiol, 50:835-846,2000)を用いるが、対照として大腸菌と枯草菌(中温菌の代表菌)および乳酸菌(絶対嫌気性菌の代表菌)も併せて実施した。さらに、酸素発生型光合成細菌としてCyanobacteriaについても実施した。その結果、いずれの菌株も低温条件では酸化損傷塩基の生成が増大すること、また定常期に比べ対数増殖期において著しい酸化損傷塩基の蓄積が見られた。環境中の代表菌である各細菌が酸化損傷塩基分解酵素遺伝子を保持するかどうかについて解析した結果、同遺伝子の有無について多様性があることが判明した。本研究の目的である、低温環境下での酸化損傷塩基の蓄積が使用菌株ですべて観察された。これまで各細菌毎に調査したが,今後は微生物群集としての環境試料についても調査を広げる。今後は,単一細菌のみならず、低温環境中の微生物集団を対象に実験を進める。研究費の多くは消耗品として酸化損傷塩基の検出および酸化損傷塩基分解酵素の解析等の用いる試薬の購入に使用する。研究費の多くは消耗品として酸化損傷塩基の検出用試薬の購入に使用する。
遷移金属炭化物表面の原子配列及び電子状態制御による高機能表面の創出

本研究の目的は、セラミックス的な性質と金属的な性質を併せ持つ物性的に興味ある物質系である遷移金属炭化物のうち、白金系貴金属に匹敵するような優秀な触媒活性・選択性を示すモリブデン炭化物(Mo_2C)の単結晶(0001)表面の原子配列及び電子状態を精密にコントロールすることにより高機能表面を創出することである。主に走査トンネル顕微鏡(STM)を用いて研究を展開し、さらに精密な表面電子状態測定のための走査トンネル分光(STS)を整備した。1.構造選択的新規エッチング反応の発見(√<3x>√<3>)R30°-honeycomb構造、c(2x4)-ジグザク列構造、炭素クラスター構造など複数種の表面炭素組織構造で覆われたMo_2C(0001)表面を酸素ガスに露出すると、表面に強く結合しているはずの表面炭素原子が室温という低い温度でもエッチングを受けること、そのエッチングのされ方に構造選択性があることをSTM観察により見いだした。ジグザグ列をなしている表面炭素原子が選択的に酸素と反応して一酸化炭素として離脱し、下地の(1x1)-Mo層の領域が現れてくる様子が高分解能STM観察により明らかになった。モリブデンカーバイド上の炭素組織構造の特異な反応性を反映した結果と考えられる。2.COプローブ吸着分子の表面ダイナミック挙動の直接観察COは(ν3xν3)R30°-honeycomb構造やc(2x4)-ジグザク列構造への吸着確立が低く、(1x1)-Mo層が露出した領域に優先的に吸着し、その領域からhoneycomb構造やジグザグ列構造へ吸着COがhoppingして行くというダイナミック挙動を高分解能STM観察により直接画像化することに成功した。本研究の目的は、セラミック的な性質と金属的な性質を併せ持つ物性的に興味ある物質系である遷移金属炭化物のうち、白金系貴金属に匹敵するような優秀な触媒活性・選択性を示すモリブデン炭化物(Mo_2C)の単結晶(0001)表面の原子配列及び電子状態を精密にコントロールすることにより高機能表面を創出することである。本年度は主に走査トンネル顕微鏡(STM)を用いて研究を展開し、さらに精密な表面電子状態測定のための走査トンネル分光(STS)を整備した。1.表面炭素組織構造の構造制御と反応性の検討Mo_2C(0001)試料表面温度の精緻な制御を可能にすることで、(√3x√3)R30°-honeycomb構造、c(2x4)-ジグザグ列構造、炭素クラスター構造などの表面炭素組織構造を再現性よく作製することに成功し、その原子分解能STM観察にも成功した。さらに、それらの炭素組織構造の反応性を検討し、酸素ガス露出により構造選択的なエッチング反応が室温という低い温度で進行することを初めて見いだした。2.走査トンネル分光(STS)による表面電子状態の検討今年度、SPMコントロールシステムを新規導入して測定系のノイズ低減を計り、微小トンネル電流を用いたSTM測定を可能にした。さらに、このシステムを基本とし、精緻な表面電子状態測定のためのSTS測定系の整備を行った。これまでのSTM観察で表面炭素近傍には配位環境に依存して特異な電子状態が形成されていることが示唆されており、それが上記の反応性の違いとなって現れると考えている。現在、測定系の整備がほぼ完了し、すぐに予備的な測定を開始する予定である。