hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
精密定量プロテオミクスを用いたシグナル伝達の包括的解析

iMPAQT法を応用し、細胞内シグナル伝達ネットワークにおけるタンパク質発現絶対量計測やネットワーク動態(リン酸化や相互作用の変化)計測に応用し、シグナル伝達の特異性や多様性を生み出す動作原理の解明を試みた。現在のiMPAQT法はmTRAQ試薬を用いた質量タグの導入によって内部標準と試料ペプチドを区別しているが、より利便性や感度を高めるために、安定同位体標識アミノ酸の導入による内部標準の作製を実施した。確立された手法を用いて、数種類のがん細胞株を対象にシグナル伝達分子を対象とした絶対量計測を試みた。多くのシグナル伝達系の構成要素を検出することが可能であり、シグナル伝達経路の構造的特徴を定量化に成功した。さらに、30,000以上のリン酸化部位を同定しデータベース化し、iMPAQTのワークフローを適用し、様々な刺激に応答するリン酸化変動を計測するための計測メソッドを構築した、迅速に任意のタンパク質リン酸化を計測可能な技術を確立した。今後は、上記したFMQTACを内部標準として用いたiMPAQTを駆使して、より広範囲なシグナル伝達経路の絶対定量を実施するとともに、以下のような計画にそって研究を展開する。1)相互作用情報によるパスウェイ・モデルの拡張:重要な細胞内シグナル因子(例:アダプター分子やキナーゼ分子)を免疫沈降して結合タンパク質の同定を行う。特異的抗体が存在するものは内在性タンパク質の免疫沈降を行い、抗体が存在しない場合は目的タンパク質にゲノム編集を利用したエピトープタグ挿入を実施する。新規結合タンパク質及び既知の結合タンパク質に関して情報基盤定量法によって、刺激依存的な結合変化を計測する。本実験には多サンプルに対して多くの免疫沈降実験を精密に行う必要があるので、次世代多軸ロボットを用いた全自動免疫沈降法を利用する。2)絶対量情報を用いたパスウェイ構造決定:既知パスウェイ情報に、絶対量情報、相互作用情報を統合し静的パスウェイ構造の決定・拡張を行う。さらに、刺激依存的なリン酸化や相互作用の変化を重ね合わせることで動的なパスウェイ構造を明らかとする。さらに、パスウェイ構成要素のノックダウンやキナーゼ阻害剤等による撹乱を与えた際のパスウェイの挙動を調べることでパスウェイ・モデルの検証を行う。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
神経支配が腫瘍微小環境の形成と腫瘍の進展に及ぼす影響の解明

(平成31年度)野生型マウスにGFPトランスジェニックマウスの骨髄細胞を移植したGFP骨髄移植マウスに対して、口腔癌を移植・定着させた腫瘍モデルマウスを作製する。この腫瘍モデルマウスを用いて、腫瘍組織の神経支配が腫瘍進展におよぼす効果、骨髄由来細胞の局所への誘導と分化、腫瘍微小環境構築への影響を、病理組織学的に検討する。(平成32年度,33年度)同定された骨髄細胞動員因子を腫瘍モデルマウスに投与し、腫瘍進展効果について病理組織学的、細胞生物学的、分子生物学的に検討する。また同因子のアンタゴニストを用いた腫瘍増殖抑制を狙う。
栄養繁殖作物等に発生するウイルスの迅速診断法の開発に関する研究

作物に発生するウイルス病を防除するためには発生しているウイルスを正確にまた迅速に診断する必要がある。本研究ではウイルス病の発生の多いといわれる栄養繁殖作物に発生するウイルスの迅速診断法を確立するため、迅速免疫ろ紙検定法を用いて各種作物について検討した。その結果、とくに検定試料の最適希釈倍率においてウイルス間で異なっていたが、コンニャクにおけるkonjak mosaic virus, dasheen mosaic virus, cucumber mosaic virus、キクにおけるchrysanthemum virus B、ジャガイモにおけるpotato leaf roll virus, potato virus X, potato virus Y、ラン類におけるodontoglossumringspot virus, cymbidium mosaic virus、ネギにおけるgarlic latent virus, onionyellow dwarf virus、イチゴにおけるstrawberry pseudo mild yellow edge virusなどの検出が可能となった。これらのうちジャガイモでは各ウイルスが塊茎からも検出され、実用的面においても極めて有効な手法となりうると思われる。また、イチゴのウイルス検定は極めて難しいもののひとつであり、本法が利用可能となったことは意義大である。さらに、その他の作物に発生するウイルスについても検討し、これまでに11科22種のウイルスの検出が可能であった。この中にはこれまで診断のかなり困難であったtomato spotted wiltvirus, satsuma dwarf virusなどのウイルスが含まれている。迅速免疫ろ紙検定法において、白色ラテックスと着色ラテックスを予めろ紙に固定しておき検定試料液の展開一回だけで検定する簡便法が開発され、ネギ、イチゴに発生するウイルスの診断に有効であることが示された。また、検定試料と着色ラテックス液を水平に展開する方法も開発され、いろいろな角度に別々のウイルスの抗体感作白色ラテックスを固定できるため、2種以上のウイルスの同時検定に有効である。1.迅速免疫ろ紙検定法(RIPA)を行う際の抗体感作着色ラテックスの濃度とラテックスに感作する抗体の濃度について検討したところ、抗体感作着色ラテックスの濃度は小球形ウイルスの場合0.01%、ひも状ウイルスの場合0.02%にした時に明瞭な反応が得られた。また、反応の弱いウイルスの場合、ラテックスとくに着色ラテックスに感作する抗体の濃度を通常の2倍の200ug/mlとすることにより、やや明瞭な反応が得られた。2.RIPA法のさらなる簡便化を試みた。ろ紙の下端から15mmの位置に着色ラテックスを、20mmの位置に白色ラテックスをスポットして乾燥しておき、この下端から植物組織汁液を吸収させる。着色ラテックスが植物汁液とともに移動し、陽性の場合にはスポットが2つになる。検出時間は30秒以内である。本法は球形ウイルスひも状ウイルス共に検出でき、感作ラテックスをスポットして乾燥させたろ紙スリップは室温で3ヵ月以上保存可能であった。3.RIPAにおける操作性と感度を向上させるため別に改良を行った。正方形に切断したガラス繊維ろ紙の下面中央部にビニールテープを貼り、それを吸湿性の紙の上におき、資料および着色ラテックスを水平に展開する。その結果、検出時間、操作性、検出感度が向上した。4.新たにキク微斑ウイルス、オドントグロッサムリングスポットウイルス、シンビジウムモザイクウイルス、インゲンマメ黄斑モザイクウイルスの抗血清を作製した。コンニャクからのRIPAによるウイルス検出においては、KMVとCMVは比較的容易に40-100倍希釈で検出されたが、DasMVについては200倍希釈で検出可能であったが、反応はやや不明瞭であった。キクからのウイルス検出においてはCVBが10-20倍希釈で検出された。タバコ類の病葉を用いたモデル実験でCVBとTAVの同時検出が可能であった。

ジャガイモからの検出においてはPLRVがジャガイモ病葉の2倍希釈で検出可能であることが明らかとなった。PVYとPVXはジャガイモ葉の50-100倍希釈で検出可能であり、病いもでは2-5倍希釈でのみ検出可能であった。PVXとPVY、PVXとPLRVの同時検出はそれぞれ100倍希釈と2倍希釈で可能であった。Carlavirusについては反応が不明瞭で改良を要する。プロテインA吸着ラテックスと抗血清を用いて抗体を感作して試みたRIPAによってTMVが検出された。これによりRIPAのために抗体を精製する必要のないことが示された。良い抗血清を作製するためのウイルスの精製法を改良し、PEG沈でんを行った後ショ糖と塩化セシウムの混合液で作製した密度勾配カラムに重層し、2-4時間遠心することによりウイルスを純化でき、9種ウイルスの抗血清を作製した。この抗血清と水平展開RIPAをもちいて、CyMVとORSVが容易に検出できた。シンビジウムからのORSVの検出のためのサンプルは葉身では病微部分、根では古い根の中間から根元の部分が適していた。RIPAの簡便法によるネギとイチゴからのウイルス検出において、ネギとイチゴの葉は100倍では反応を阻害し、1000倍では阻害しないことが明らかとなり、実際にネギからのGLVとOYDVおよびイチゴからのSPMYEVの検出は100倍では不明瞭なこともあったが、1000倍ではいずれも明瞭な反応を示した。
活性炭素繊維を用いる排出SOx,NOx,NH3,ダイオキシンの低温完全除去

石炭に重油など地球温暖化およぴ環境負荷のためその利用が制限するとの考えがあるが、増大する世界のエネルギー需要を扱うためには石炭の高効率低環境利用技術の開発は人類にとって避けて通れない。この意味で本研究は最も社会的な視点から重要な分野をカバーできたと自負できる。産業界における実用実施によって、本来の目的を達成できたことになるので、本研究の成果の企業等への移転に引き続き努力したい。ピッチ系活性炭素繊維を用いてSO_2を酸化、水和のステップを経て、H_2SO_4として連続回収する脱硫法を開発し、現在実証試験が進められている。共存するNOによる阻害があることから、さらに高活性、反応器の縮小、硫酸の高濃度化が期待されている。本研究ではピッチ系活性炭素繊維を用いる脱硫反応の活性を向上する反応器の設計を目的とした。生成硫酸がACF上の活性サイトを占拠し、SO_2の吸着を阻害することに着目して、生成硫酸の阻害を減らす反応器を考案し、その実証を試みた。反応器としては並列配置あるいはACFの形状、途中硫酸抜出し直列配置の反応器を想定して、それらの活性に及ぼす影響を検討した。排煙脱硫については実証レベルを達成し商業的採用を待機している。高活性炭素繊維の発見によりさらにコンパクトな脱硫装置が可能になる。排煙脱硝には酸化脱硝を提案した。その活性は実用には充分とは言えないが新規プロセス提案である。一方、大気脱硝も大きな課題である。それに対して可能性が高いプロセスになりうる。さらなる脱硫プロセスの向上を目指して還元剤を尿素としてACF上に高分散担時した反応が有効であることを見いだした。NOとの反応によるアンモニアの除去が可能であることを明らかにした。活性炭素繊維によるダイオキシンの捕捉については多くの報告があるが、その後処理が大きな課題である。ACF上に捕捉し、400°C付近の熱処理で無害化できることを明らかにした。活性炭素繊維(MP60,MP90)の脱SO_x反応に関し、焼成効果とメソポアーの影響について検討した。MP-60,90とも焼成温度を上げることで、脱硫に対する活性は増加した。これは焼成を行うことで含酸素官能基が減少し、ACF表面が親水性から疎水性へと変化したため、連続的に生成する硫酸のACF表面上からの脱離が促進されたためと思われる。双方の最も活性が良かった-H1100を比べると、MP-60-H1100の方が、MP-90-H1100に比べ、破過時間は約2.5hの延長がみられ、定常脱硫に達する時間(MP-60-H1100の方がMP-90-H1100に比べて濃度勾配が緩やか)も大幅に延長され、定常脱硫率も若干上回った。しかし、未処理と-H800のサンプルでは、MP-90の方が若干活性の向上がみられた。以前までの研究で最も活性が高いとされているOG-20A-H1100とMPシリーズを比較したところ、MP-60-H1100の方がMP-90-H1100より若干ながらOG-20A-H1100と似た活性を示した。このことから脱硫に対する活性は、メソポアー割合が多すぎると低下するがSO2のACF細孔(活性点)への拡散を考慮すると、ある程度その割合は必要と思われる。

O2が存在しない場合では、いずれのサンプルも約20分後に定常状態となり、SO2吸着量の差も余り見られず、濃度勾配の差も余り見られなかった。つまり、吸着速度の差はないと考えられる(O2:Ovol%時)。MP60-H1100,MP90-H1100の比較では若干MP90-H1100の方が吸着速度は遅いものの、定常時の吸着量差はあまりみられなかった。これはMP60の平均ポアサイズがMP90に比べて小さいことから初期吸着速度が速いと考えられる。しかし、共にO2共存下での挙動には差がでる可能性がある。OG-20A-H1100サンプルを用いた同様の実験(SO2 1000ppm,O2 Ovol%,Adsorption temperature 30°C)では、定常状態をとる時間は約30分とMPシリーズとそれほど差はないが、定常状態でのSO2吸着量は約1.3mgであり明らかにMPシリーズよりその吸着量は多かった。1.活性炭素繊維の高機能化(1)プレカーサーピッチの設計と賦活(1)含窒素ピッチの合成と活性炭素繊維の製造をおこない、窒素を含有する活性炭素繊維調製に成功した。(2)含硫黄ピッチの合成と活性炭素繊維の製造をおこない、硫黄を含有する活性炭素繊維調製に成功し、その形態を調べた。(3)ピッチ繊維のNO/NO_2/空気,SO_2/空気による賦活をおこない、表面に窒素ならびに硫黄官能基の導入を試みた。XPSにより、窒素、硫黄の導入を確かめられたが、極微量で、構造を詳細には明らかにできなかった。(2)CVDによる表面機能の導入吸着を経る細孔壁面への選択析出による機能基導入するために、基質にピリジン,ピロール,チオフェン,フェノールのCVDをおこない、いずれの場合も表面官能基導入に成功した。2.メソフェズピッチ系高活性炭素繊維による排煙浄化50-90°C脱硫の検討をおこない、相対湿度の低い高温では活性低下が著しいが、低温高湿度で再生すれば、高温で再度活性を示すことが明らかとなった。3.高機能炭素繊維による脱硫脱硝異方性の炭素繊維は、ガス賦活では表面積が大きくならないが、KOH賦活すれば高表面積が達成できること、また活性炭素繊維と同様の高活性を示すことがわかった。1.活性炭素繊維の高機能化(1)プレカーサーピッチの設計と賦活(1)含窒素ピッチの合成と活性炭素繊維の製造をおこない、窒素を含有する活性炭素繊維調製に成功し、その構造を特定した。(2)含硫黄ピッチの合成と活性炭素繊維の製造をおこない、硫黄を含有する活性炭素繊維調製に成功し、その形態を調べ、活性試験をおこなった。XPSにより、窒素、硫黄の導入を確かめられたが、極微量で、構造を詳細には明らかにできなかったが、活性の向上が認められた。(2)CVDによる表面機能の導入吸着を経る細孔壁面への選択析出による機能基導入するために、基質にピリジン,ピロール,チオフェン,フェノールのCVDをおこない、いずれの場合も表面官能基導入に成功し、反応の選択性が向上した。2.メソフェズピツチ系高活性炭素繊維による排煙浄化50-90°C脱硫の検討をおこない、相対湿度の低い高温では活性低下が著しいが、低温高湿度で再生すれば、高温で再度活性を示すことが明らかとなった。さらにくり返し使用が可能であることがわかった。
スパースモデリングを用いた核密度解析手法の開発

中性子線回折データをスパースモデリングにより解析することで、少ない回折データから詳細な核密度分布を求め可視化する新しい手法の開発を行う。具体的には、・スパースモデリングにより解析するプログラムを作成し、具体的な系に適用することでその有効性を調べる・全ての結晶構造に適用できるようにプログラムの汎用化を行う・プログラムの高速化を行い、最大エントロピー法などに代表される従来法に取って代わる手法として完成させるという3点を実現する。
生活歯漂白はエナメル質表層のみの白濁化では達成できない

過酸化水素、過酸化尿素を用いて漂白操作を行った牛歯エナメル断面の超微小硬さを測定した結果、表面下2μmでの10%CP、30%CP、10%HPおよび30%HPで180分間処理したΔH値(硬さの差)はそれぞれ-1.71±1.70、-3.10±1.30、-1.65±1.34および-1.59±0.04GPaを示した。また表面下50μmでの10%CP、30%CP、10%HPおよび30%HPで処理したΔH値はそれぞれ-0.34±0.44、-0.14±0.39、0.05±0.56および-0.23±0.23GPa、であった。過酸化物で処理したエナメル質は、エナメル質表面下20μm付近までの超微小硬さの低下が認められたものの、50μmでは過酸化物の種類、濃度および処理時間によらず(ANOVA, p>0.05)超微小硬さの低下はみられなかった。SEMによる断面形態観察では、過酸化物の濃度が高い方が、エナメル質深部まで粗?になっていた。過酸化尿素はエナメル質を全体的に溶解した像を示したのに対し、過酸化水素はエナメル質のエナメル小柱鞘を部分的に溶解したと考えられる像を示した。180分間の浸漬時間で最もエナメル質深部まで影響していたが、過酸化尿素でも過酸化水素でもエナメル質表層から約5μmまでだった。以上の結果より、種類、濃度および処理時間によらず過酸化物溶液の影響が表層のみであることから、変色歯改善のメカニズムはエナメル質表層を粗?にすることによる光の散乱、つまりエナメル質の透明度の低下が要因の1つと考えられた。今年度は、高濃度過酸化水素が歯質におよぼす影響を明らかにすることを目的として、高濃度過酸化水素溶液を応用したエナメル質表面の形態および機械的性質への影響を検討した。被漂白体として牛歯歯冠を用い、30%過酸化水素溶液を応用するエナメル質面は直径6mmとし(漂白面)、その他の面にはエナメル質保護用バニッシュを塗布した。エナメル質面に内径21mmの円筒ダムを形成し、過酸化水素溶液を、30°Cの環境下で5ml応用した。過酸化水素溶液の応用時間は、それぞれ10、20および30分間とした。応用後の過酸化水素溶液中のカルシウムおよびリンの濃度を、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析装置(Vista-MPX, SII)を用いて測定した。次に、エナメル質表面のバニッシュを除去し(非漂白)、漂白面および非漂白面の硬さを、超微小押し込み硬さ試験機にて調べた。牛歯エナメル質に種々の時間応用した過酸化水素溶液中のカルシウムおよびリン濃度については、短時間でカルシウム、リンが溶出していることがわかった。20分間では、カルシウム0.48±0.07ppm、リン0.55±0.03ppm、30分間でカルシウム0.69±0.19ppm、リン0.74±0.08ppmであり、時間の増加に伴って溶解するカルシウムおよびリンの量が増加した。SEM像において、非漂白面では研磨による傷が認められるのみであったが、漂白面ではエナメル小柱の走行に沿った小柱鞘部分の溶解によると思われる粗〓な像が認められた。漂白面のエナメル質表面の平均粗さについては、10分間では、非漂白面と漂白面との粗さには差が認められなかった。20分間と30分間での粗さは、非漂白面と比較してそれぞれ危険率1%、5%で有意に粗くなっていた。

また、応用時間が10分間と30分間の漂白面の間において、危険率5%で有意な差が認められた。エナメル質表面の硬さは、30分間で漂白面の方が非漂白面と比較し、危険率5%で有意に低くなった。エナメル質の粗〓化と表面の光沢度の関係について、今年度購入した精密光沢計を用い測定しているが、背景の影響等の問題があり、検討を加えている。昨年度は高濃度過酸化水素が歯質におよぼす影響を明らかにすることを目的として、高濃度過酸化水素溶液を応用したエナメル質表面の形態および機械的性質への影響を検討したが、本年度は応用面に相当する部位の断面について機械的性質、形態変化について検討した。解凍した牛歯唇側面エナメル質の付着物質を、#1200の耐水研磨紙を用いて除去した。マニキュアを用い接触面積を規程し、30%過酸化水素溶液(過酸化水素,WAKO)10ml中に30°Cの環境下で浸漬し、180分間静置した浸漬後の過酸化水素溶液中のカルシウム、リンの濃度は、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析装置(Vista-MPX, SII)を用いて測定した。また包埋牛歯を切断しエナメル質断面を露出させ、最終的に0.05μmのアルミナを用いて鏡面研磨した。エナメル質断面の押し込み硬さは、超微小押し込み硬さ試験機(ENT-1100a, ELIONIX)にて測定した。測定は負荷重量200mgfの条件で、外側から歯髄側方向にかけて測定部位を20μmまで2μmごとに設定し、マニキュアで覆われた部位である過酸化水素溶液非接触部(非接触部)と露出した過酸化水素溶液接触部(接触部)に分けて行った。電子線3次元粗さ解析装置(ERA-8900FE, ELIONIX)を用いて、断面の形態観察を行った。過酸化水素溶液に180分間浸漬した試料から、単位面積当たりに換算してカルシウム46±4μg/cm^2、リン62±9μg/cm^2の溶出が認められた。試料断面において、外側より歯髄側方向に18μmまでは接触部の押し込み硬さが非接触部に比べて低下していた。他の試料においても、個体差はみられるものの接触部の押し込み硬さが非接触部に比べて低下していた。接触部で非接触部に比べ、エナメル小柱鞘様の溝が外側部付近数μmの範囲に明瞭に認められた。以上の結果より、エナメル質を高濃度の過酸化水素溶液に浸漬すると、初期にはエナメル小柱鞘部の選択的溶解が生じると思われた。また、表層部に相当する断面でも押し込み硬さは低下すると考えられた。過酸化水素、過酸化尿素を用いて漂白操作を行った牛歯エナメル断面の超微小硬さを測定した結果、表面下2μmでの10%CP、30%CP、10%HPおよび30%HPで180分間処理したΔH値(硬さの差)はそれぞれ-1.71±1.70、-3.10±1.30、-1.65±1.34および-1.59±0.04GPaを示した。また表面下50μmでの10%CP、30%CP、10%HPおよび30%HPで処理したΔH値はそれぞれ-0.34±0.44、-0.14±0.39、0.05±0.56および-0.23±023GPa,であった。過酸化物で処理したエナメル質は、エナメル質表面下20μm付近までの超微小硬さの低下が認められたものの、50μmでは過酸化物の種類、濃度および処理時間によらず(ANOVA,p>0.05)超微小硬さの低下はみられなかった。SEMによる断面形態観察では、過酸化物の濃度が高い方が、エナメル質深部まで粗〓になっていた。過酸化尿素はエナメル質を全体的に溶解した像を示したのに対し、過酸化水素はエナメル質のエナメル小柱鞘を部分的に溶解したと考えられる像を示した。180分間の浸漬時間で最もエナメル質深部まで影響していたが、過酸化尿素でも過酸化水素でもエナメル質表層から約5μmまでだった。
心不全による代謝リモデリングとミトコンドリア機能の解析

ミトコンドリア障害により、エネルギー産生障害を惹起し、99m Tc-MIBI保持は低下した。心不全ラットでは、99m Tc-MIBI保持は脂肪酸取り込みと相関し心重量と逆相関した。心不全患者において、99mTc-MIBIの洗い出し率は、BNPと相関を認め重症度を示す指標と考えられた。生体内での観察において99m Tc-MIBIの洗い出し率は、非侵襲的に心臓ミトコンドリア機能を推定する方法として有用であると考えられた。また、解糖系の遺伝子発現により、ミトコンドリア機能障害が認められた。心不全における心臓のおよび全身の代謝変化(代謝リモデリング)の分子基盤を明らかにし、心不全の新しい診断・治療法を開発することを目的とし研究を実施した。具体的には、【目的1】心不全の代謝治療の治療指針を得るため、99mTc-MIBIシンチグラムを使い、生体内で心臓のミトコンドリア機能を評価する方法を確立する。【目的2】異なる基礎疾患による心不全での代謝リモデリングを検討するため、モデル動物の生体内でのミトコンドリア機能・遺伝子発現パターンと比較し、どういった薬剤(代謝修飾薬・抗炎症性薬剤など)による介入が効果的かを探る。H24年度は、99mTc-MIBIシンチグラムを使った、心臓ミトコンドリア機能を生体内でモニタリングする手法の動物モデルでの確立と心不全患者における99mTc-MIBIシンチグラムを用いた予後および心機能指標・運動耐容能指標との比較を行った。動物モデルにおいて、ミトコンドリア膜電位の脱分極を惹起した場合の、99mTc-MIBIの洗い出し率の亢進が明らかになり、生体内での観察は摘出潅流心での検討と一致した。次に、心不全の入院患者で評価99mTc-MIBIの洗い出し率の亢進と心不全重症度が相関する事、運動耐容能と相関することを見出した(AHA2012,日本循環器病学会2013で発表)。H25年度は、心臓特異的に解糖系遺伝子を過剰発現させたマウスでのミトコンドリア機能の解析を行い、解糖系遺伝子がどのようにミトコンドリアへ影響を及ぼすか、また基質取り込みはどう変化するかを解析した(PLOS Oneに発表)。【目的2】異なる基礎疾患による心不全での代謝リモデリングを検討するため、高脂肪条件での心筋細胞のミトコンドリア機能を解析し、インスリン抵抗性を伴う心筋障害モデル動物の生体内でのミトコンドリア機能・遺伝子発現パターンと比較し、どういった薬剤(代謝修飾薬・抗炎症性薬剤など)による介入が効果的かを探る。もし候補が見つかった場合、インスリン抵抗性を伴う心筋障害モデル動物での効果を評価することであり、今年度は99mTc-MIBIシンチグラムを使った、心臓ミトコンドリア機能を生体内でモニタリングする手法の動物モデルでの確立と心不全患者における99mTc-MIBIシンチグラムを用いた予後および心機能指標・運動耐容能指標との比較を行った。次に、心不全の入院患者で評価99mTc-MIBIの洗い出し率の亢進と心不全重症度が相関する事、運動耐容能と相関することを見出した(AHA 2012,日本循環器病学会2013で発表)。H9c2心筋芽細胞を分化させ高脂肪酸(pamitate)下で培養しインスリン抵抗性を誘導し、ミトコンドリア機能を解析するとともに、酸化ストレス(過酸化水素刺激)や心肥大刺激に対して代謝調節薬(ジクロロアセテート・スタチン)や、抗炎症薬(infliximab)が効果を持つか検討する点については実行が遅れているが、心臓ミトコンドリア機能の非侵襲的評価法の開発と臨床データの収集・解析は進んでいる。平成24年度は99mTc-MIBIシンチグラムを使った、心臓ミトコンドリア機能を生体内でモニタリングする手法の動物モデルでの確立と心不全患者における99mTc-MIBIシンチグラムを用いた予後および心機能指標・運動耐容能指標との比較を行った。

次に、心不全の入院患者で評価99mTc-MIBIの洗い出し率の亢進と心不全重症度が相関する事、運動耐容能と相関することを見出した(AHA 2012,日本循環器病学会2013で発表)。上記については、平成24年度中を目標にしており、おおむね順調に経過している。ミトコンドリア評価システムは構築されたので、薬剤での応答などを細胞・動物レベルで実験を進めていく。異なる基礎疾患による心不全での代謝リモデリングを検討するため、高脂肪条件での心筋細胞のミトコンドリア機能を解析し、インスリン抵抗性を伴う心筋障害モデル動物の生体内でのミトコンドリア機能・遺伝子発現パターンと比較し、どういった薬剤(代謝修飾薬・抗炎症性薬剤など)による介入が効果的かを探る。もし候補が見つかった場合、インスリン抵抗性を伴う心筋障害モデル動物での効果を評価する。具体的には、H9c2心筋芽細胞を分化させ高脂肪酸(pamitate)下で培養しインスリン抵抗性を誘導し、ミトコンドリア機能を解析するとともに、酸化ストレス(過酸化水素刺激)や心肥大刺激に対して代謝調節薬(ジクロロアセテート・スタチン)や、抗炎症薬(infliximab)が効果を持つか検討する。高脂肪酸(pamitate 0.2mM)下の培養でインスリン抵抗性を誘導た心筋細胞種を用い、ミトコンドリア機能(遺伝子発現・蛋白発現)を解析するとともに、過酸化水素刺激による酸化ストレスを加え、糖代謝を賦活化する薬剤や脂肪酸代謝を抑制する薬剤を投与し、MTTアッセイによる細胞の生存率の検討、代謝変化(基質取り込み・調節蛋白の発現量)、ミトコンドリア機能(遺伝子発現・蛋白発現)を解析する。また、抗炎症薬(infliximab)の心筋細胞保護効果を、上記と同様に検討する。また、過酸化水素刺激以外に心肥大刺激に対する代謝介入・炎症介入の影響を検討する。動物実験として、インスリン抵抗性を伴う心筋障害(Zuckerラット)モデルでの心筋代謝リモデリングの解析とそれに対する薬剤的介入、および運動療法的介入の効果を解析する。薬品(放射性薬品含む)300,000円、ガラス器具100,000円、プラスチック器具300,000円、実験動物300,000円,論文別冊100,000円、統計ソフトupgrade費用23,000円、国内旅費175,000円、国外旅費450,000円、公開講座ポスター50,000円など、当初のH25年度計画に沿う。
アモルファスSiにおける欠陥の膜中分布評価・膜内ストレスと血管発生の因果関係解明

本研究では、変調光電流法、光変調電子スピン共鳴法、光電流検出電子スピン共鳴法を用い、水素化アモルファスシリコンのバンドテイル状態とキャリア輸送・再結合過程の定量的評価を行い、またそれらと膜中の熱平衡および光誘起構造乱れとの関連を重点的に調査した。変調光電流法を用いた電子ドリフト移動度の周波数分解測定結果より、テイル準位間のトンネル遷移がキャリアの非熱平衡エネルギー分布を決める主要な因子となっていることが判明し、理論解析との比較からバンド電子移動度、テイルスロープ、電子局在長の分離見積を達成した。デバイス級試料での値はそれぞれ15cm^2/Vs、220K、1nmである。熱平衡構造乱れの程度が様々に異なる一連の試料での測定より、乱れの影響はバンド移動度およびテイルスロープに顕著に現れることがわかった。また、光誘起構造乱れが移動度に与える効果は10%以下と無視できるほど小さいことが実験的に確認された。ただし本手法では正孔の輸送過程についての評価が難しく、現在新たな手段の導入に向け検討を始めている。光変調電子スピン共鳴法、光電流検出電子スピン共鳴法を用いた再結合過程の評価からは、欠陥とテイル間のトンネル相互作用が重要な要素を担っていることが明らかとなった。具体的には室温下において、バンドキャリアが欠陥に直接捕獲されることによって生じる再結合の確率は40%、テイルに捕獲されたキャリアが欠陥にトンネル遷移することによって起こる再結合の確率は60%であること等が見いだされている。キャリア再結合は光誘起欠陥生成と光誘起構造乱れに共通のトリガ的プロセスであることが認識されており、今後この問題の解明に向けさらに緻密な再結合過程の評価が必要と思われる。本研究では、アモルファスシリコン材料の欠陥評価法として我々が新たに開発した手法、変調光電流分光法(MPC)を用いて、「欠陥密度および欠陥準位構造が膜中でどのように変化しているのか」についての詳細な評価を試みる。MPC法では励起波長の選択により、一つの試料において膜中の測定空間領域を自由にかえることが可能である。また、高密度の欠陥を含む表面/界面の近傍領域は光伝導への寄与が小さく、(光侵入長、膜厚がキャリア拡散長0.1μmより大きければ)測定結果は表面/界面欠陥によらず、バルク欠陥にのみ高い感度をもつ性質を備えている。この方法を基板材料、成膜条件、膜厚の異なる各種a-Si膜とそれらに外部ストレスを印加あるいは光劣化を生じさせたものに適用することで一連の系統的研究を行い、ストレスと欠陥発生との因果関係の解明を達成することを目的としている。様々な励起条件のもとまた様々な膜厚の試料についてのMPC測定結果から、荷電欠陥には表面/界面付近でのバンドベンディングの影響が見られるもののその膜中分布は比較的穏やかなものであること、一方、中性欠陥についてはそれと異なり、ミクロンスケールにわたる大規模な変化が起きていることが見いだされた。この変化の原因は、欠陥の状態密度の詳細な解析に基づいて、dangling bond準位とは明らかに区別される別種の深い準位が、基板界面より約1ミクロンの領域に発生していることにあると結論された。膜成長時に誘起される内部応力は基板界面付近に蓄積されていることが知られており、これによって派生する過剰なネットワーク歪みと観測された非dangling bond準位との関連が強く示唆される。
超高齢社会のモビリティ確保に関する研究

高齢化が進む地域ではモビリティの確保が困難で、特に公共交通の貧弱な地域ではマイカー依存が強く、免許の有無により外出頻度や生活の質に大きな差があり、運転断念をどうとらえるかが重要な問題である。本研究では、地域の移動・交通システムをどのように組んでいくかを明確にするため、軽度認知障害を含む高齢ドライバの特性評価による運転可否判断、超小型モビリティやゴルフカート等の車両の活用など、要素の研究を行いつつ、公共交通の再編など超高齢社会における交通計画全体のあり方について検討し成果を得た。高齢ドライバ対応として、認知症・MCI患者対象の検討を、敦賀温泉病院の協力の下に実施した。15名の対象者についての、医学的な面からの特性評価と、簡易運転シミュレータを用いた運転能力評価を行い、それらの関連性について検討した。国が免許更新時の扱いを変える道路交通法改正にむけて動きがあり、高齢者講習のデータ収集は十分数を集めたため、本研究を認知症・MCI患者の方を中心に行うこととした。地域交通については、大槌町でのパーソナルモビリティ・ゴルフカートの実証的検討、釜石市でのデマンドバスを中心とした交通再編成などの検討を行ってきた。前者については、市販の原付ミニカー、海外製の電動低速モビリティ、ゴルフカートなどのツールの特性を明らかにし、地域特性・住民の生活特性にどのようにマッチさせるかの検討を行った。特にゴルフカートについては被災地の嵩上げ工事による不便さ解消のため、専用コースを設定し、自動運転(保安要員付き)の試行も行ったほか、全国初のナンバー取得を輪島・大槌で行い、公道走行をはじめることができた。後者については、デマンドバスの試験運行の終了後の姿について検討し、一般路線バスの一部休止・デマンドバス化を実現した。このほか、柏市と東大で協議会をつくり、超小型モビリティの認定を大学として初めて受けることができ、2人乗りの超小型電気自動車の実証実験を始めた。大学で試作した2台を市内でモニター実験開始し、メーカ作成の新型1台を市役所の公用車としての使用実験を行っている。また、被災地では、嵩上げ工事に時間がかかること、工事中は大型車両が多く走行し、市民モニター実験が安全に行えないことから、大槌町での展開を当初予定より一部縮小し、新たに中山間地域での過疎の中での移動と交通の問題を対象として取り上げ、豊田市足助地区をフィールドとして展開すべく準備をはじめた。高齢ドライバ対応としては、認知症・MCI患者対象の検討を、敦賀温泉病院の協力の下に実施したが、今年度は昨年度取得データの詳細分析とその論文の学会発表にとどまった。(認知症と診断された患者での運転データ取得が許されないため、対象者が思うように集められず、別課題である認知症者の街歩きのテーマを優先させた協力先の意向による。このため、運転データの追加についてはH28年度に行う予定)地域交通については、大槌町でのパーソナルモビリティ・ゴルフカートの実証的検討、釜石市でのデマンドバスを中心とした交通再編の検討、輪島市でのゴルフカートの実証運行に基づく検討、豊田市足助地区でのパーソナルモビリティの実証的検討を行った。大槌町でのものは前年度の継続であるが、震災復興の工事が佳境にあり、大型の工事車両の通行が多いため、限定的な実施にとどまった。釜石市での交通再編の検討は、幹線・支線化のモデルプランを作成し、ダイヤ・運転手管理も含めた検討を行い、支線部での乗り換え模擬実験を実施した。輪島市では、コミュニティバスをゴルフカートへ転換するコンセプトについて試設計とコストシミュレーションを行い、関係者と議論を行った。豊田市足助地区では、中山間地域でのこの種の車両の活用検討に向けて、約10台の車両を投入し、住民モニターを始めた。このように、当初計画から多少中身の変更はあるが、地方地域におけるモビリティ確保という本題に向けた実証データ等が集まりつつある。高齢ドライバ対応の部分は、追加のデータ収集が諸事情でできなかったが、前年取得データの分析を進め、その成果を国際会議にて論文発表することができた。高齢ドライバの分類や教育方法などについて一連の成果をまとめるのが本研究の主題であるが、そのためにはMCIレベルの対象者の運転データをもう少し追加収集し、議論を一般化するところを最終年に実施していく。大槌町での実証については、前年度報告に書いたように、復興工事の進捗による制約から、規模を縮小して継続実施しており、データの継続取得は3台にとどまっている。ゴルフカートについては、仮設住宅での送迎用に使用を始めたが、利用者が仮設住宅から退出しつづけたため、現在は停止している。最終年度は大船渡の中心市街地での実証に振当てる予定。釜石市での公共交通再編については、市や関係者との議論が進み、幹線・支線化のプランについて、ダイヤやコスト計算等まで実施し、さらに支線部での乗換え実験も行うことができ、想定以上の成果が得られた。輪島市でのゴルフカート活用についても、コミュニティバスからの転換の可能性について、利用者ニーズへの対応などを盛り込んだ試案作成まででき、これも想定以上の成果となった。新たに対象地域として豊田市足助地区については、超小型電気自動車約10台を投入し、住民モニター実験を始めたところであり、ほぼ予定通りの進捗である。以上のように、多少の凸凹があるものの、総じて言うとおおむね順調な推移と判断した。高齢ドライバ対応としては、認知症・MCI患者対象の検討を、敦賀温泉病院の協力の下に実施した。18名のMCI患者を対象に運転行動の改善に関連があると予想される運動調整機能に関する簡易シミュレーション評価実験を実施した。

また、その結果をフィードバックし、運転教育へ活かす評価指標を提案し、高齢ドライバ対応のまとめを行った。地域交通については、大槌町・大船渡市でのパーソナルモビリティ・ゴルフカートの実証的検討、釜石市での地域公共交通の再編の検討、輪島市でのゴルフカートの実証運行における一部自動運転の実施、豊田市足助地区でのパーソナルモビリティの実証的検討を行った。大槌町でのものは前年度の継続であるが、震災復興の工事が佳境にあり、大型の工事車両の通行が多いため、限定的な実施にとどまった。新たに実施した大船渡市でのゴルフカート活用については、駅周辺の再開発地域内の移動支援のため、イベント時の送迎等の試用を行った。釜石市での交通再編の検討は、地域公共交通網形成計画の策定に向けて、7地域での住民懇談会の実施、幹線支線化によって生じる乗換えの負担の検証のため5地域での乗換え実験の実施などを行い、地域交通のあり方について検討した。輪島市では、ゴルフカートの実証実験を継続しつつ、コースの一部に自動運転用の誘導線を敷設し、公道初のこのような自動運転を実施し、利用者アンケートを行い、今後の方向性を得た。豊田市足助地区では、中山間地域でのこの種の車両の活用検討に向けて、住民モニターを継続しつつ、住民協働で車両の改良等を行った。これにより、いくつかのパターンの地域での、高齢者の移動の足の確保に向けての方向性をまとめることができた。高齢化が進む地域ではモビリティの確保が困難で、特に公共交通の貧弱な地域ではマイカー依存が強く、免許の有無により外出頻度や生活の質に大きな差があり、運転断念をどうとらえるかが重要な問題である。本研究では、地域の移動・交通システムをどのように組んでいくかを明確にするため、軽度認知障害を含む高齢ドライバの特性評価による運転可否判断、超小型モビリティやゴルフカート等の車両の活用など、要素の研究を行いつつ、公共交通の再編など超高齢社会における交通計画全体のあり方について検討し成果を得た。高齢者講習の実車データ収集は打ち切り。(議論に必要な数は集まったことによる)警察庁での道路交通法改正に向けての動きがあるため、認知症・MCI患者の特性評価の方に研究のリソースを集中していくこととした。パーソナルモビリティの検討は、大槌町での実路において公道走行が認められていない車両も含めた評価ができたことと、ゴルフカートの専用道による実証運行ができ、一部自動運転の試行もでき、公道走行まで進んだことは、当初の想定以上の進捗。一方、超小型モビリティ認定については、メーカの都合等もあり、被災地での実証試験は実現できず、代わりに柏市での市民モニター実験および公用車しての使用を行うこととなった。デマンドバスについては、釜石市での実証試験運行の最後の3ヶ月で、次を見越した形で、路線バスからデマンドバスへの一部転換が図られ、大きな進歩が得られた。しかしながら、被災地での検討は、嵩上げ工事の進捗に左右され、また工事車両の通行が多いため、安全上の点から市民モニター実験を当初想定とおりにできなくなった。そのため、新たな対象地として、中山間地域である豊田市足助地区を選定し、そこでの地域交通構築に向けての諸々の準備を始めた。
パーキンソン病発症基盤におけるニューロメラニン合成酵素チロシナーゼの役割の解明

1.チロシナーゼ機能抑制のドパミン神経障害への影響昨年度の培養実験でチロシナーゼ阻害剤phenylthiourea(PTU)添加によるチロシナーゼ機能抑制によりドパミン神経障害が惹起されたので,本年度は動物でのチロシナーゼ機能抑制の影響について検討した.SDラットの片側黒質-線条体路にPTU(50 μg X2箇所)を投与し,7,14日目にアポモルフィンによる回旋運動の発現の有無を検討したが,有意な回旋運動はみられなかった.片側パーキンソン病モデルラットヘのlevodopa投与により障害側線条体で低下していたチロシナーゼ発現が増加したという昨年度の結果を併せると,チロシナーゼは正常個体でその機能が抑制されてもドパミン神経障害を惹起しないが,パーキンソン病線条体では治療により過剰となったドパミンを代謝し正常化すべく発現が増加することを明らかにできた.2.パーキンソン病モデルラットにおけるチロシナーゼの神経機能補完作用に関する検討チロシナーゼはそのチロシン水酸化酵素(TH)活性により低下したドパミンを補充すべくドパミン神経障害時に発現が増加することを昨年度明らかにした.そこで,チロシナーゼのパーキンソン病モデルに対するドパミン補完作用を明らかにするために,片側パーキンソン病モデルラットの障害側線条体に,チロシナーゼあるいはチロシナーゼ産生細胞(メラノーマB16F1 cell)を投与・細胞移植し,経時的にアポモルフィンによるによる回旋運動を評価し,脳内のドパミン発現の変化を検討した.線条体へのチロシナーゼ注入により回旋運動は,3,6日後に有意に低下し,線条体のドパミンも増加していた.また,線条体へのB16F1 cellの細胞移植により,7-14日後に回旋運動の低下がみられた.チロシナーゼがドパミン生成・代謝という二面性のドパミン維持機構を有するという昨年までの成果と併せると,このチロシナーゼのドパミン神経機能補完作用はパーキンソン病治療に応用できうるものとして期待できる.1.ドパミン(DA)神経障害時のチロシナーゼの変化と分布に関する検討神経毒6-OHDAの片側黒質-線条体路注入によるパーキンソン病モデルラットを用い,levodopaを1週間連続投与し,脳内のチロシナーゼ発現を抗チロシナーゼ,チロシン水酸化酵素(TH)抗体による免疫二重染色で検出した.チロシナーゼ陽性シグナルはラット脳の主に黒質-線条体のDA神経線維・終末に認められた.チロシナーゼ発現はパーキンソン病モデルの障害側黒質で増加していたが,障害側線条体では有意に減少していた.levodopa投与により,障害側線条体で低下していたチロシナーゼ発現は正常レベル過剰にまで増加した.levodopa投与により障害側線条体においてDA代謝は著しく亢進することから,チロシナーゼはパーキンソン病線条体でlevodopa投与により亢進するDA代謝を正常化すべく発現が増加することを明らかにできた.2.チロシナーゼ活性低下のDA神経障害への影響に関する検討DA系培養神経細胞(CATH.a)を用い,チロシナーゼ阻害剤phenylthiourea(PTU)を添加し,24時間後の細胞生存率ならびにDA過剰量添加による神経細胞死への影響を検討した.また,antisenseチロシナーゼcDNAとlacZを遺伝子導入し,DA過剰量添加を行い24時間後の細胞生存率を評価した.チロシナーゼ発現がみられるCATH.a細胞へのPTU添加は濃度依存的に生存率を低下させ,DA過剰添加による細胞死をさらに増強した.また,antisenseチロシナーゼcDNA導入はX-gal陽性細胞数を対照の約40%に減少させ,DA過剰添加の場合にはさらに約20%にまで減少させた.チロシナーゼ機能抑制によりDA神経障害が惹起され,過剰DAによる細胞死がさらに増強されることを明らかにした.チロシナーゼはDA神経系において過剰なDAを代謝していると考えられる.以上の結果から,DA神経障害時に,チロシナーゼはそのTH活性により黒質で低下しているTHを補完すべく増加し,levodopa投与で惹起される代謝異常をそのL-dopa,DA酸化活性により補正すべく線条体で増加するという二面性のDA維持機構を担っていることを明らかにした.1.チロシナーゼ機能抑制のドパミン神経障害への影響昨年度の培養実験でチロシナーゼ阻害剤phenylthiourea(PTU)添加によるチロシナーゼ機能抑制によりドパミン神経障害が惹起されたので,本年度は動物でのチロシナーゼ機能抑制の影響について検討した.SDラットの片側黒質-線条体路にPTU(50 μg X2箇所)を投与し,7,14日目にアポモルフィンによる回旋運動の発現の有無を検討したが,有意な回旋運動はみられなかった.片側パーキンソン病モデルラットヘのlevodopa投与により障害側線条体で低下していたチロシナーゼ発現が増加したという昨年度の結果を併せると,チロシナーゼは正常個体でその機能が抑制されてもドパミン神経障害を惹起しないが,パーキンソン病線条体では治療により過剰となったドパミンを代謝し正常化すべく発現が増加することを明らかにできた.2.パーキンソン病モデルラットにおけるチロシナーゼの神経機能補完作用に関する検討チロシナーゼはそのチロシン水酸化酵素(TH)活性により低下したドパミンを補充すべくドパミン神経障害時に発現が増加することを昨年度明らかにした.

そこで,チロシナーゼのパーキンソン病モデルに対するドパミン補完作用を明らかにするために,片側パーキンソン病モデルラットの障害側線条体に,チロシナーゼあるいはチロシナーゼ産生細胞(メラノーマB16F1 cell)を投与・細胞移植し,経時的にアポモルフィンによるによる回旋運動を評価し,脳内のドパミン発現の変化を検討した.線条体へのチロシナーゼ注入により回旋運動は,3,6日後に有意に低下し,線条体のドパミンも増加していた.また,線条体へのB16F1 cellの細胞移植により,7-14日後に回旋運動の低下がみられた.チロシナーゼがドパミン生成・代謝という二面性のドパミン維持機構を有するという昨年までの成果と併せると,このチロシナーゼのドパミン神経機能補完作用はパーキンソン病治療に応用できうるものとして期待できる.
ボーズ凝縮体における渦の安定性の理論的研究

凝縮体の中心に渦糸一本が存在する孤立渦状態での低励起構造は様々な理論計算によって十分に理解されている.代表的な低エネルギー集団励起の一つとして,凝縮体が二回対称な形状に変形する四重極モードがある.この四重極変形に伴い,系は特定の方向への角運動量を獲得する.量子渦状態では超流動速度場の形成により四重極モードの縮退が解け,その速度場に対して順方向及び逆方向の角運動量を与える二つの四重極モードが出現する.この四重極モードの振動周波数シフトは系の持つ角運動量により特徴づけられるため,四重極励起は角運動量測定に対する重要なアプリケーションとなっている.最近の実験により,この二つの四重極モードの減衰率が劇的に異なっている結果が示された.本研究では,この減衰過程の相違について解明することを試みた.線形応答理論に基づく微視的視点から解析を行った.その結果として,四重極モードと,渦糸の振動モードであるケルビン振動モードとが強く結合した減衰過程が存在することを示した.さらに,その減衰機構は励起する角運動量の方向に対して選択的に存在する,すなわち,実験で測定された減衰率の劇的な相津は,この渦糸振動モードへの減衰機構の有無に起因していることを明らかにした.数値計算により得られた減衰率は実験結果と定量的に一致する.以上の結果によって,量子渦糸状態の低エネルギー構造とその動的な性質に対する明確な理解が得られた.光学的なトラップにより捕獲された中性原子気体は、極低温においてボーズ凝縮相へ相転移する。このとき、原子本来が持つスピン自由度の存在により、凝縮体は多成分となる。本研究では、量子渦という巨視的量子現象に焦点を当て、スピン自由度を持ったボーズ凝縮体と超流動性との関連性について研究を行なった。微視的理論に基づいた数値計算を行なった結果、スピン自由度を持つボーズ凝縮体には新奇な量子渦構造が存在することが明らかになった。トラップが僅かに回転している状況での量子渦構造について調べた。このような状況下ではスカーミオンというトポロジカルな欠陥構造が基底状態として存在することが分かった。スカーミオンは元々原子核物理の分野で提唱されたものであるが、今では量子ホール系や超流動体などの凝縮系分野においても非常に重要な概念となっている。ボーズ凝縮体においてもスカーミオンの安定性等が多くの研究者によって議論されてきたが、基底状態として安定化する状況が存在すると提唱したのは本研究が初めてである。また、原子間のスピン相互作用の性格が変化することで、スカーミオンが急激に不安定化することが明らかになった。実際、マサチューセッツ工科大のグループの実験により観測されたスカーミオンは、非常に不安定な領域に在ることが本研究により理解できる。本年度の目的である、"多成分凝縮相の静的な性質"に対する明確な理解が得られた。この知識は今後の動的な性質の理解のための基盤となると期待する。凝縮体の中心に渦糸一本が存在する孤立渦状態での低励起構造は様々な理論計算によって十分に理解されている.代表的な低エネルギー集団励起の一つとして,凝縮体が二回対称な形状に変形する四重極モードがある.この四重極変形に伴い,系は特定の方向への角運動量を獲得する.量子渦状態では超流動速度場の形成により四重極モードの縮退が解け,その速度場に対して順方向及び逆方向の角運動量を与える二つの四重極モードが出現する.この四重極モードの振動周波数シフトは系の持つ角運動量により特徴づけられるため,四重極励起は角運動量測定に対する重要なアプリケーションとなっている.最近の実験により,この二つの四重極モードの減衰率が劇的に異なっている結果が示された.本研究では,この減衰過程の相違について解明することを試みた.線形応答理論に基づく微視的視点から解析を行った.その結果として,四重極モードと,渦糸の振動モードであるケルビン振動モードとが強く結合した減衰過程が存在することを示した.さらに,その減衰機構は励起する角運動量の方向に対して選択的に存在する,すなわち,実験で測定された減衰率の劇的な相津は,この渦糸振動モードへの減衰機構の有無に起因していることを明らかにした.数値計算により得られた減衰率は実験結果と定量的に一致する.以上の結果によって,量子渦糸状態の低エネルギー構造とその動的な性質に対する明確な理解が得られた.
ヘリウム/酸素系大気圧グロープラズマによる有機物の酸化における酸素原子の効果

吹き出し型の大気圧グロープラズマ装置を用いて、固体表面上に付着している有機物を酸化除去することが可能であり、その処理速度が従来の低圧グロープラズマを用いた処理と比較して同程度であることを、昨年度までの研究で明らかにした。また、処理速度と処理(放電)条件との関係を調べたところ、処理速度はガス流量に非常に大きく依存していることが明らかとなった。そこで本年度は、まず試料ガスの吹き出してからの線流速および放電場に滞留している時間と処理速度との関係について実験を行った。線流速は試料ガスが吹き出し口から吹き出し試料表面に到達するまでの時間のみに影響し、放電場で生成する活性種の密度には影響しない、即ち生成される活性種の密度は電力密度と試料ガスの滞留時間によって決定されることが分かった。また、処理速度は到達時間に対して指数関数的に減少していたことから、放電場を通過した試料ガス中には明らかに活性種が存在し、それらが大気圧かにもかかわらず到達時間内,数msの間存在し続けていることも明らかとなった。次に滞留時間について調べたところ、処理速度は最初のうち滞留時間に対して直線的に増加していき、その後滞留時間が約30ms以上になるとほぼ一定の値を示した。これは、放電場での活性種の生成が約30msで飽和状態になることを意味している。これらの結果から、処理速度を上げるには吹き出し口の断面積を出来るだけ小さくし、滞留時間を有る一定以上に保持したまま線流速を上げることが、装置の設計する上で重要であることが分かった。次に、LIFで試料ガス中に含まれる酸素原子密度の測定を試みたが、今回の実験では酸素原子を検出することは出来なかった。しかしながら、発光スペクトルの測定から、酸素原子の946.5nmの発光強度と処理速度に相関が見られ、この発光強度から最大の処理速度を推測できることが明らかとなった。このことは、発光強度の変化を放電条件へフィードバックすることで常に処理速度を最大に保つことが可能であることを示唆しており、実用上非常に有用であることが分かる。プラズマによる有機物の酸化除去処理(アッシング)において、放電場で生じた酸素原子が酸化反応の主活性種であることは、低圧グロープラズマによるフォトレジストのアッシングなどの研究から明らかにされている。本研究で採用している大気圧グロープラズマにおいても同様に、酸素原子がアッシング反応の主活性種となると推測されるが、いまだ各放電パラメーターに対する処理速度の依存性についてすら詳細が明らかではなかった。そこで、本年度はその依存性について調査することを目的とした。実験には吹き出し型の放電管を用い、放電場を通過させたガスを吹き付けることでアッシング処理を行う方法を採用した。試料ガスには、酸素ガスをヘリウムもしくはアルゴンガスで数%程度に希釈したものを用いた。電源には13.56MHzのRF電源を用いた。アッシング速度は、放電電力が大きいほど、また処理ガスが放電場を通過してから試料表面に到達するまでの時間が短いほど速くなった。特に到達時間の影響は大きく、数msのオーダーでアッシング速度が急激に減少した。酸素原子の再結合反応速度定数から推測される酸素原子の減少速度もほぼ同程度の時間オーダーであることから、本研究におけるアッシング反応も酸素原子が主活性種であることが推測される。次に、処理ガス中の酸素ガス組成について調べたところ、ある組成まではアッシング速度は組成に従って速くなったが、その後急激に低下してしまうことが分かった。これは、酸素原子と酸素分子によるオゾン生成反応が影響しているためであると推測されるが、詳細はまだ不明である。また、アッシング速度は試料ガスの放電場での滞留時間を長くすることでも速くなることが分かった。以上、放電パラメーターとアッシング速度の関係について一通り調べ終えたので、次年度は実際にガス中の各活性種の種類や密度について調べる予定である。

しかしながら、発光スペクトルの測定から、酸素原子の946.5nmの発光強度と処理速度に相関が見られ、この発光強度から最大の処理速度を推測できることが明らかとなった。このことは、発光強度の変化を放電条件へフィードバックすることで常に処理速度を最大に保つことが可能であることを示唆しており、実用上非常に有用であることが分かる。