hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ナノ粒子集合体の光励起状態の可視化と制御

物質機能の制御は,エネルギーの効率的利用につながる極めて重要な課題である。本研究では,動的なナノイメージング手法を開発しこれと励起光パルスの時間調整法とを組み合わせて,ナノ粒子集合体に誘起される光励起状態の動的空間特性の制御法を構築することを目標とした。世界最高性能のイメージング装置を開発しこれを用いて金ナノ構造の励起状態の空間特性が超高速時間変化すること,その制御が可能であることを明らかにした。これは,物質の機能を動的に制御できることを示す。本手法は,多様な物質系への適用を可能とする汎用性の高いものである。今後ナノ物質の材料開発や機能制御など,周辺分野において大きな波及効果が期待される。光励起状態の波動関数を制御することができれば,物質の特性を自在に制御することができる。本研究では,ナノ粒子集合体に誘起される光励起状態の動的制御に取り組み,一般性の高い波動関数の時空間制御法を確立することを目標にする。本研究では,(A)ナノ粒子集合体の特性理解と(B)光励起状態の制御法の構築が不可欠であることから,当該年度は,ナノ粒子集合体の基礎分光特性の理解を図るととともに,光励起状態の可視化制御装置の試作を行なうこととした。以下では,それぞれの項目の研究実績を述べる。(A)ナノ粒子集合体の配列制御法として,自己集合を用いる方法と電子線描画法を用いる方法が可能である。本年度は,集合構造の光学特性を理解することを目的に,後者の方法を用いて金ナノ円板が正方に配列する集合体を幾つか作製し,集合体の分光測定,近接場透過測定を行なった。近接場透過測定の結果,集合体において観測される透過像は,観測波長また偏光方向により顕著に変化することが明らかとなった,観測結果は,可視化される空間構造が励起状態の波動関数の空間形状を反映すること示唆している。(B)光励起状態の可視化には,高空間分解能を実現する近接場光学顕微鏡が不可欠である。本年度は,近接場光学顕微鏡に超短パルスレーザーと波形整形技術を組み合わせて,光励起状態の制御のテスト計測に取り組んだ。近接場光学顕微鏡では,光パルスが光学部品を伝播する際にパルス幅が広がり問題となる。波形整形技術によりこれを軽減し15fsの時間分解能の実現に成功した。さらにテストターゲットとして,表面に凹凸のある金薄膜試料を作製し,表面に誘起される光電場の励起光パルスの波形依存性を測定した。これまでに,光電場の空間構造が励起パルス波形に依存して大きく変化する場合があることを見いだしている。このことは,波形整形により励起状態の動的制御が可能であることを示唆する。本研究では,ナノ粒子集合体に誘起される光励起状態の空間構造の動的制御に取り組み,一般性の高い波動関数の時空間制御法を確立することを目標にする。ナノ粒子の集合体の作製法として,本年度はポリスチレン球と金ナノ粒子の自己組織化法の改良に取り組んだ。ポリスチレン球は,自己組織化により六回対称性をもつ構造を作製することができる。この構造に金薄膜を蒸着しこれをテンプレートとして,金ナノ粒子の配列構造を作製した。この集合体は,従来のガラス基板上に作製した金ナノ粒子の集合体に比べて,下地の金薄膜との相互作用が存在することからより顕著な光学特性を示すことが期待される。作製した構造体のファーフィールド,および近接場光学測定の結果からこの推測を裏付ける結果を得ている。本年度はまた,光励起励起状態の時空間分布の可視化および制御法の高度化にも合わせて取り組んだ。これによりプラズモンの位相緩和時間の空間分布を可視化する手法を開発した。得られた空間分布は,周波数領域の測定から得られるデータと定性的に一致することが明らかとなった。近接場の透過(周波数領域)測定では,トポグラフィーに起因するアーティファクトが発生することから,時間領域の測定手法が特に有効であり,開発した手法の汎用性が期待される。また,凹凸金薄膜の二光子発光と第二高調波発生の同時イメージングに取り組み,プラズモン励起状態の空間伝播に起因する可視化に成功した。さらに,この試料に発生する光電場の時空間制御に取り組み,励起光パルスの波形整形(位相変調)により空間構造の変化を誘起できることを確認した。制御機構については,未だに不明な点もあることから,現在,位相変調量と電場強度の変化量の相関の究明を可能とする光学系の組み立てと最適化を進めている。本研究では,ナノ粒子集合体に誘起される光励起状態の空間構造の動的制御に取り組み,一般性の高い波動関数の時空間制御法を確立することを目標にしている。本年度は,これまでに開発してきた時間分解近接場分光手法の高度化とそれを用いた金ナノロッドプラズモン波動関数の動的可視化を行った。また,自己集合を用いた金ナノ粒子配列の作製と光学特性の解明を行った。さらに,電子線リソグラフィーを用いて作製した金ナノ粒子配列の近接場分光特性とファーフィールド分光特性の相関を究明した。以下にそれぞれの成果の概要を述べる。時間分解分光手法の高度化では,測定系の改良により測定時間の短縮を実現した。これによりプラズモン位相緩和の空間マッピングの測定が可能となった。

金ナノロッドに励起されるプラズモンの動的可視化を行った結果,単一のモードを励起する場合,プラズモンの位相緩和の分布はロッドの位置によらず一定であることが明らかとなった。自己集合を用いた金ナノ粒子の配列制御とその光特性の究明では,まず配列制御テンプレートの種類を変化させることおよびテンプレートを除去法を開発した。また,配列の顕微分光測定を行い可視から近赤外に複数のプラズモンン共鳴を示すことを明らかにした。これらの分光特性を電磁気学計算により定性的に再現することに成功し,その起源を解明した。さらにそのラマン活性の評価を行った。電子線リソグラフィーを用いて作製した金ナノ粒子配列の分光研究では,配列構造の散乱スペクトルに複数のプラズモン共鳴が存在することが明らかとなった。これらの共鳴構造は,電磁気学計算の結果と一致する。同一の集合体において近接場消衰スペクトル測定を行い,近接場スペクトルはファーフィールドスペクトルの微分波形と概ね一致することが明らかとなった。光励起状態の波動関数を時間と空間の両軸で制御すれば,多様な特性を誘起することができる。本研究では,ナノ粒子の光励起状態と原子軌道とのアナロジーに注目し,ナノ粒子集合体に誘起される光励起状態の可視化とその時空間制御を実現することで,分子の光励起状態制御法につながる一般原理を追求することを目的とした。当該年度は,高精度化した時間分解近接場光学顕微鏡を用いて多様なナノ構造体における動的光励起状態の可視化を行い時空間コヒーレント制御法の検討を行った。まず,複数の単一金ナノロッドを対象とした研究から,単一モード励起ではロッド内部の位置に依存せず位相緩和時間が変化しないこと,位相緩和時間とロッドの体積に負の相関があることを明らかにした。次に,複数モード励起について研究し,可視化される空間構造が時間とともに変化することが明らかとなった。観測される空間特性の変化は,励起されるモードの干渉として説明できることが明らかとなった。この研究成果は,励起光パルスの時間特性を変化させることで光励起状態の空間特性を制御できること,つまり時空間コヒーレント制御が実現可能であることを示す。ナノ粒子集合体の光励起状態の可視化に関する研究も行い,粒子集合体に特異な光増強場が誘起されることが明らかとなった。また,集合体において観測される増強度は,二量体がもっとも大きく構成粒子数が増えるにしたがって徐々に小さくなることが明らかとなった。この振る舞いは,原子クラスターにおいて原子数が増えるにしたがい励起状態のエネルギーが安定化するのと類似の傾向であり,ナノ粒子集合体に誘起される光励起状態の可視化が分子の光励起状態の特性理解につながることを示す。以上の通り,分子の光励起状態制御法につながる一般原理を追求することに成功した。物質機能の制御は,エネルギーの効率的利用につながる極めて重要な課題である。本研究では,動的なナノイメージング手法を開発しこれと励起光パルスの時間調整法とを組み合わせて,ナノ粒子集合体に誘起される光励起状態の動的空間特性の制御法を構築することを目標とした。世界最高性能のイメージング装置を開発しこれを用いて金ナノ構造の励起状態の空間特性が超高速時間変化すること,その制御が可能であることを明らかにした。これは,物質の機能を動的に制御できることを示す。本手法は,多様な物質系への適用を可能とする汎用性の高いものである。今後ナノ物質の材料開発や機能制御など,周辺分野において大きな波及効果が期待される。
幹細胞生物学から見た小児外科疾患の病態解明

1.小児がんにおけるがん幹細胞の研究については、小児固形腫瘍の細胞株16株を用いて、SP細胞の有無について検討した。細胞株の内訳は神経芽腫7株、横紋筋肉腫4株、ユーイング肉腫5株を用いた。その結果、ユーイング肉腫の1株を除く他の15株で少量ながらSP細胞(0.12-14.6%)が存在することが確認された。Verapamilを添加して、SP分画が消失するかについて検討行ったところ、Verapamilに対する感受性は様々であったが、小児固形腫瘍細胞株の多くでSPのような腫瘍幹細胞が存在する可能性が示唆された。そこでSPとnon-SPのそれぞれの分画を採取し、ヌードマウスの皮下に移植し、発がん性の相違を観察したが、検索した神経芽腫細胞株でSPとnon-SPのいずれも皮下に腫瘍の形成が見られなかった。免疫不全マウスとしてSCIDマウスなどのより腫瘍がつきやすいマウスを用いる必要がおるのかもしれない。2.幹細胞生物学から見た小児外科疾患の治療の可能性について、鎖肛における括約筋の低形成による排便機能障害を改善させる目的で、括約筋の再生による治療の可能性について検討した。ラット筋芽細胞を採取し、培養増幅してラットの下肢の筋欠損部に移植して筋肉の再生が起こるかどうかについて検討した。移植したGFPで標識した筋芽細胞はホストの筋の再生に関与することが確認された。ただし、生着した移植細胞の数はきわめて少なく、今後この効率を高めていくことが課題であると考えられた。さらに、肛門挙筋に移植して括約筋群の再生の可能性について検討したところ、移植細胞は肛門挙筋の周囲で筋管細胞に分化することまでは確認できたものの、筋線維の形成は確認できず、何らかの工夫が必要と考えられた。成長因子の利用などが検討課題と考えられた。その結果、ユーイング肉腫の1株を除く他の15株で少量なぶちSP細胞(0.12-14.6%)が存在することが確認された。Verapamilを添加して、SP分画が消失するかについて検討行ったところ、Verapamilに対する感受性は様々であつたが、小児固形腫瘍細胞株の多くでSPのような腫瘍幹細胞が存在する可能性力宝示唆された。そこでSPとnon-SPのそれぞれの分画を採取し、RNAの抽出を行ってきた。今後、両者における発現遺伝子の違いなどについて検討を行い、SP細胞のがん幹細胞としての可能性など検討を行っていく予定である。2.胆道閉鎖症における肝幹細胞の役割について検討すべく、胆道閉鎖症の肝臓の検体を収集している。今後、幹細胞の候補と言われるOval cellなどについて検討の予定である。3.幹細胞生物学から見た小児外科疾患の治療の可能性について、鎖肛における括約筋の低形成による排便機能障害を改善させる目的で、括約筋の再生による治療の可能性について検討した。今後、肛門挙筋に移植して括約筋群の再生の可能性について検討していく予定である。
ジャイナ教論理学と仏教論理学の比較研究:仏教説に対するアカランカの差異意識

ジャイナ教論理学者アカランカの仏教説に対する差異意識は、特に刹那滅(瞬間的存在)論証に対して顕著に見られた。アカランカをはじめとするジャイナ教徒は、仏教徒が刹那滅論証の際に用いる<存在性>という論証因は正しい帰結とは反対の帰結を導く論証因であると批判するが、その同じ論証因を用いて、独自の立場である<多面性>あるいは<変化すること>を論証する。ジャイナ教徒にとって、刹那滅論証と多面性論証は表裏一体の関係にあることが判明した。本研究は二つの側面-原典研究と思想研究-から進めているが,本年度は,主に原典研究を中心に行った。具体的には,ジャイナ教論理学者アカランカの著作『論理の決定』第2章(推理章)およびそれに対するヴァーディラージャ・スーリによる注釈書(=『論理の決定・注解』)のテキストの電子データ化および校訂テキストの作成を行った。テキストの電子化によって,同テキスト内の相互参照・用例検索が可能となった他,仏教文献を含む他学派の文献からの数多くの引用関係を確認できた。現代語への翻訳にも着手しているが,『論理の決定』第2章全体の現代語訳の完成には至っていない。しかしながら,今まで謎に包まれていたアカランカの思想および論理学の体系の全貌が少しずつ明らかになりつつある。その他本研究は,ジャイナ教論理学と仏教論理学の比較研究であるため,仏教論理学の側,特にダルマキールティの思想・論理体系についての研究が欠かせない。仏教論理学分野の研究成果としては,2009年9月に京都大学で行われた第14回国際サンスクリット学会において,「Some remarks on the origin of all-inclusive pervasion」というタイトルで口頭発表を行った。この成果は,来年度初旬に出版予定の海外の学術雑誌(Journal of Indian philosophy)に掲載される予定である。また2009年10月には,「Tattvasamgraha及びTattvasamgrahapanjika第18章「推理の考察(Anumana-pariksa)」和訳と訳注(3)」というタイトルの論文を発表した。その他,2010年3月には,「インド仏教復興運動の軌跡とその現況」という論文を発表した。この成果は,本研究テーマと直接的には関係しないものの,今後インド古典学に現代的視点を導入する契機としたいと考えている。今年度も,昨年度から引き続き原典研究を中心に行った。対象テキストは,ジャイナ教論理学者アカランカの著作である『論理の決定』第2章(推理章)およびそれに対するヴァーディラージャ・スーリによる注釈書(=『論理の決定・注解』)である。テキストの電子データ化によって,同テキスト内の用語検索が容易になり,テキスト内の相互参照や他のテキストとの比較対照が可能になった。現代語への翻訳作業については,テキストの難解さから予想以上に時間を要しており,『論理の決定』第2章全体の現代語訳の完成には至っていないが,徐々にジャイナ論理学の体系およびジャイナ教徒の見解と仏教徒の見解との違いが浮き彫りになりつつある。本研究において比較対象としている仏教論理学の分野の研究成果として,"Remarks on the origin of all-inclusive pervasion"を挙げることができる。この論稿は,2009年9月に行われた第14回国際サンスクリット学会において発表した成果("Some remarks on the originof all-inclusive pervasion")にその後得られた情報・知見を補足して,論文の形に整えたものである。これは,近刊の学術雑誌Journal of Indian Philosophyに掲載される予定である。その他,本研究テーマとは直接関係しないが,2010年12月に京都産業大学・日本文化研究所の定例研究会において「社会苦からの解放を目指して-佐々井秀嶺・B.R.アンベードカル・妹尾義郎の民衆と共にある仏教-」というタイトルで研究発表を行った。この研究は,近現代のインドと日本における仏教を「実践」の視点から考察したもので,古典的インド・仏教思想と現代のインド・仏教思想を連続的なものとして捉えようとする試みである。昨年度までは主に原典研究に取り組んできたが,今年度は,これまでの研究の総括を兼ねて思想研究に集中的に取り組んだ。具体的には,ジャイナ教論理学,特にアカランカの思想について考察した。その際仏教論理学との比較という視点も導入したが,その成果は論文「ジャイナ教徒による刹那滅論批判」としてまとめ,記念論集に寄稿した。本論稿においては,ジャイナ教徒による刹那滅論批判は,ジャイナ教自身の主張する多面性論証といかなる関係にあるのか,仏教徒ドゥルヴェーカミシュラの紹介するジャイナ教説とアカランカの刹那滅論批判にはどのような共通点および相違点があるのか等の問題について明らかにした。

2011年8月には,ジャイナ教論理学関連の写本・文献資料の調査のため,インド・アーメダバード大学およびL.D.研究所を訪れた。アーメダバードでは,アカランカ研究の第一人者であるナギン・J・シャー博士との面会を果たし,ジャイナ教論理学について,またアカランカの著作に関して意見交換し,学術交流の機会をもつことができた。アーメダバード近郊のパタンを訪問した際には,ジャイナ教寺院に隣接する図書館において,種々の写本の電子データを閲覧および入手することができた。その他,仏教論理学関連の成果として,以前に執筆した2つの論文"Remarks on the origin of allinclusivepervasion"と"antarvyapti and bahirvyapti re-examined"(Religion and Logic in Buddhist Philosophical Analysisに収録)が今年度出版の運びとなった。またサーンキヤ学派のテキストの翻訳研究である共著論文「Yuktidipika 87,18-91,17(ad SK 6ab)和訳と注解」が出版された。
遠心溶媒抽出分離法による希少金属の回収及びリサイクル化システムの構築

廃棄物の発生抑制と製品の循環的利用を促進することを目指し、金属イオンを含む廃棄物の再処理とリサイクル化について研究した。まず、各種金属イオンの溶媒抽出とその遠心溶媒抽出分離法への応用に関する基礎的研究を行って、目的成分の相互分離の可能性を検討した。さらに、製品の原材料として又は新規な有価材料へ再資源化するための様々な処理条件について、実験結果を適正評価しながら、総合的なリサイクルシステムを構築し、リサイクル事業の活性化と高度化に資することを目的として研究を進めた。錯形成試薬としてアルキルリン酸を用いて、主として遷移金属イオン及びアルカリ土類金属イオンの溶媒抽出及び遠心分配クロマトグラフィーに関する基礎的研究を行った。ビス-2-エチルヘキシルホスフィン酸を用いると、各金属イオンの分離係数は他の類縁試薬に比べて大きな値となり、遠心分配クロマトグラフィーの分離には大変有利であることがわかった。特に、有機酸をマスキング剤とすると、多様な分離モードを構築できる。ニッケル-コバルトの分離が容易なことから、将来電池産業に需要が拡大すると思われる二次電池の材料となるニッケル塩の精製に利用できると予想される。また、ジ-メチルノニルリン酸は強い錯化能を有していることから、酸性溶液からのこれら金属イオンの分離に好都合であることがわかった。たとえば、カルシウムイオンを他のアルカリ土類金属イオンから選択的に分離できること、数種類の遷移金属イオンを二段階ステップ溶離法で相互に分離できることを明らかにした。本研究では、このステップ溶離法を用いてこれまで分離が困難とされてきた希土類金属イオンの相互分離を達成した。以上のように、遠心分配クロマトグラフィー法による金属イオン混合物の相互分離に関する基礎的研究を行って得た結果に基づいて、実験室規模での各分離処理工程での操作条件を確立した。今後は、分離回収した金属塩を再び加工製造するための技術を総合的な見地から、技術の容易さ、処理コストなどの経済性、処理した廃液の環境汚染対策、安全衛生について実証化し、沈殿法なども併用した系統的な資源リサイクルシステムを構築する予定である。「未利用資源」として新しい有価材料に変換しリサイクル化できるかどうかの可能性に注目し、廃電化品から有用な金属塩を回収分離する技術を開発することは、資源の有効活用とその効率的循環の見地から、極めて意義深い。このような背景から、本研究では廃電子機器のうち蛍光体及び発光体、ミッシュメタルからの希少金属塩を分離回収することを目指して、まず各種金属イオンの溶媒抽出とその遠心溶媒抽出分離法への応用に関する基礎的研究を行って、目的成分の相互分離の可能性を検討する。さらに、得られた結果を適正評価しながら、総合的なリサイクルシステムを構築することを目的として研究を進める。遠心液液分配クロマトグラフィー(HPCPC)は、固定相および移動相に混じり合わない二種の溶媒を用い、多数のチャンネルを備えた固定相中に、遠心力場で微小液滴の移動相を送液することにより多段階液液抽出を行なう方法である。特に類縁化学成分の分離には有用な分離法である。本研究では、固定相としてジアルキルリン酸/ヘプタン溶液を使用した。今回は、軽希土類金属イオン混合溶液中の各イオンの相互分離について検討した。HPCPC装置にはセンシュー科学製LLB型を使用した固定相は2,136チャンネルから成り、全体積は230cm^3であった。

また、固定相に0.08Mビス-2-エチルヘキシルホスフィン酸(BEHPA)/ヘプタン溶液50cm^3を、試料溶液には1×10^<-4>M金属イオン混合溶液1.0cm^3を用いた。ローター回転数800rpm及び流速2.0、1.0、0.50、024、020、0.10cm^3/minと変化させ、HPCPC分離を行なった。溶出液にアルゼナゾIIIでポストラベル後、各金属イオンを検出した。平成15年度に引き続き、アルキルリン酸などの錯形成試薬を用いた希土類及び遷移金属イオンの溶媒抽出及び遠心溶媒抽出分離に関する基礎的研究を行った。また、廃電子機器を処理するための各工程での操作条件を確立することを目的にし、分離回収した金属塩を再び加工製造するための技術を実証化した。さらに、製品の原材料として又は新規な有価材料へ再資源化するための様々な処理条件について検討し、総合的なリサイクルシステムを構築することを目的として研究を進めた。具体的には、使用済電子機器の対象物質として、蛍光管(イットリウムのほか希土類金属塩)、テレビ発光体(サマリウム、ユウロピウム)、二次電池正極活物質の硫酸ニッケル塩などの再処理とリサイクル化について検討した。ビス-2-エチルヘキシルリン酸(BEHPA)を抽出剤に用いた遷移金属イオンとイットリウム(III)の溶媒抽出と遠心溶媒抽出分離を行った。実験結果から、移動相中に補助錯化剤として酒石酸を加えると、金属イオンの溶出曲線は特異的に変化することがわかった。特に、鉄(III)を他の金属イオンから選択的に除去できた。また、ニッケル(II)と共存する遷移金属イオンを固定相中に分離できることから、本法はニッケル塩の精製に利用できることを示唆した。イットリウム(III)の抽出及び分離に関する研究では、ランタン(III)などの軽希土類金属イオンよりも低pH領域から抽出できることを利用すれば、遠心抽出分離が可能であると期待される。次に、上記の使用済電子機器の部品を取り出し、酸による溶解と沈殿分離の実験を行った。その結果、硫酸または硝酸で溶解するのは最適であり、その後アンモニアを加えて金属水酸化物とし、目的金属イオンを沈殿として回収できた。希土類金属の種類が少なければ、単一の溶媒抽出法寿分離できるが、遠心抽出分離法を用いれば、効率良く分離できることがわかった。本研究の成果は廃電子機器中からの有用金属の分離回収とリサイクルに斬新な知見と情報を提供でき、電気メーカー及び関連業界に対して種々の有用物質の分離と回収技術の発展を促すばかりでなく、リサイクル事業の活性化と高度化に資すると考えられる。
超高速低電圧駆動空間光変調器の研究

光の超高速性、超並列性を生かした新しい光情報処理素子(空間光変調器)の研究・開発を目的に、超高純度砒化ガリウム(GaAs)を液相エピタキシャル成長により作製し、空乏層厚30μm以上、室温励起子吸収の観測、その電界印加による量子閉じ込めシュタルク効果類似の大幅な長波長側シフトを観測し、層に垂直な光入射構成で大きな消光比(>20dB)を低電圧(<10V)で実現でき、推定応答速度サブnsecを求め、既報告の1000V,数msecを大幅に超える素子特性を得、液晶に替わる次世代の空間光変調器を実現した。また、大きな吸収係数変化よりクラマース・クローニッヒの関係から大きな電界屈折率変化を推定した。本研究は光の超並列性・超高速性を活かした光の波面を空間的に自由に制御する新しい光情報処理システム実現を目指して高純度半導体バルクにおいて見出された室温励起子吸収の電界印加に伴う大幅な長波長シフト効果を利用して、層に垂直な光入射の構成で既存素子を速度・駆動電圧で大幅に凌駕する新しい光情報処理素子の実現を目指している。当初計画に比べ予期せぬ装置(水素純化装置および結晶成長装置)の故障で、高純度エピタキシャル層の成長が不可能となり在庫エピ膜も枯渇して素子作製に支障を来たしたため、結晶性評価用の半絶縁性基板上に形成されたエピ層を流用し、これに直接ショットキー電極、アース電極を形成して基本性能を調べた。その後、本交付資金により急遽水素純化装置を購入して結晶成長を再開し高純度化を再度進めた。その結果、残留不純物は故障以前のレベル10^13cm-3台に戻り、空乏層厚はゼロVで数μm、10Vで数10μmとなり、十分な消光比の得られるレベルに達し、現在さらに高純度化を進めている。素子構造をリング状電極を変更して電界印加部に直接光が入射する構造を採用して半透明性のショットキー電極とした。この電極の整流性は良好で、反射損は3dB以下であった。結果として量子閉じ込めシュタルク効果類似の励起子吸収の長波長シフトを伴った効果を確認し、低電圧化、高速化の見通しを得た。電界印加に伴う屈折率変化に関して検討を始めた。当初計画の誘電体薄膜との集積化による偏波制御についてはポスドク研究員1名が急遽母校の教員に着任・帰国したために当初計画より遅れ気味である。超高純度化されたGaAs(キャリア濃度は10の13乗立方cm台)を液相エピタキシャル成長法によって510μm厚に成長し、その上にショットキータイプの透明電極を形成して、層に垂直の光入射構成で変調実験を行った。室温で明瞭に観測された励起子吸収のピークが電界印加によって大きく長波長側にシフト(約15nm)することが観測され、電圧10V程度で消光比が15dB以上が得られ、従来のフランツ・ケルディッシュ(F-K)効果に比べて高効率の光変調ができることを見出した。この値は通常のF-K効果では100V以上の印加電圧ではじめて達成できる値であり、本デバイスの優位性が確認できた。さらに、この励起子吸収は3次元であってこれまでは量子井戸構造に基づく2次元励起子に比べて結合エネルギーは最大で1/4倍弱いことが理論的に予測されていたが、純度を向上して電界の均一性を向上すれば、純度の劣る量子井戸に比べて遜色はないばかりか、空乏層厚を厚くできるため消光比は圧倒的に大きく取れ、作製に高価な装置を必要とする量子井戸構造に比して実用的にもこれを十分凌駕する特性を示した。素子の応答速度は素子容量と光吸収によって発生したキャリアの走行時間の双方で律速されているため現状の応答時間は1nsec以下である。実用的には通常5Vで動作する駆動系が一般的で、さらに素子構造の最適化により、トレードオフの関係にある素子の応答速度の向上と駆動電圧の低減を図っていく。また、材料が半導体であり、その加工技術及び集積化技術は成熟しているため、これらの技術を組み合わせて2次元集積化を図っていく。クラマース・クレーニッヒの関係から、吸収係数変化は屈折率の変化に対応しているので、上記の大きな吸収係数変化に基づいた新しい高効率の屈折率制御型光変調も可能となるので、さらに研究を展開していく。光情報処理分野の基幹素子となる空間光変調器の研究開発を目指し、実用液晶素子の応答速度(数ミリ秒)の高速化(サブナノ秒)、低消費電力化(100Vを10分の1以下、5V)、消光比の向上(>20dB)などの大きなブレイクスルーを目指し、本研究グループ独自の超高純度砒化ガリウム(GaAs)厚膜結晶を作製し(液体窒素温度下における易動度ではこれまでに報告された最高値31万m2/Vs達成)、室温にて明瞭な励起子吸収を観測し、電界印加によって励起子吸収のピークが長波長側にシフトする(量子井戸構造で初めて観測された量子閉じ込めシュタルク効果と呼ばれる)現象をバルクで、かつ室温で観測し、これまでに報告例のない大きな吸収係数変化を利用した新規空間光変調器を提案・作製した。10Vで消光比20dB、応答時間サブナノ秒を確認し、さらに高純度化を進め空乏層厚の拡大と内部電界強度分布の均一化により一層の低駆動電圧化(5V程度)ができる見通しを得た。

また、吸収係数変化を利用した前記変調器では変調機構が光の強度変化のみであり、吸収された光は最終的には熱になるのに対して、励起子の存在のため電界印加による屈折率変化の大きさが従来のバルク素子に比べて格段に(約2倍)大きいことを計算により求め、電界印加による反射率や位相の変化による変調機構の利用によって新しい変調器への展開が可能なことを示した。この機構を用いれば光の波面制御が高速、低電圧で可能となり、一部液晶で研究開発中の先行技術をキャッチアップしていくだけで新たなブレイクスルーになり得るため、次世代の空間光変調器としてのポテンシャルをアピールしている。光情報処理、光通信分野の技術の進展に伴い、光の強度、位相、偏光等の変調に用いる空間光変調器(以下SLM:Spatial Light Modulatorと表現)の高性能化への要求が高まっている。従来は液晶やデジタルミラーデバイスを用いたものが実用されたが、その応答時間は、数10m秒から10数μ秒程度と遅く、且つ、動作電圧も10050V程度必要で、次世代の光記録媒体、光相関器等へ用いるには不十分であった。本研究は、高純度半導体の電気光学効果を利用することで超高速、且つ低電圧駆動が可能なSLMに関するもので、砒化ガリウム(GaAs)を液相エピタキシャル成長法により熱平衡状態に近い状態で残留不純物濃度を10の12乗台という極限まで減少させて成長し、ゼロV下の空乏層厚30μm以上、室温励起子吸収を観測し、層に垂直な光入射構成で電界印加により励起子吸収ピークが長波長側に大きくシフトするという量子井戸構造でしか観測されなかったQCSE(量子閉じ込めシュタルク効果)類似の現象を見出した。この結果を踏まえ、画素の微細化、光応答の超高速化、消費電力の低減化(5V程度)を実現した。従来用いられてきたフランツ・ケルディッシュ効果では空乏層厚が小さく、吸収係数変化も小さいため層に垂直な構成では2.4kVという大電圧で消光比20dBを得ていた。本技術により作製されたSLMは、画素の応答時間1n秒以下(100p秒台)という超高速駆動を実現し、さらに、Kramers-Kroenigの関係(吸収係数の変化は屈折率変化に対応する)から、屈折率の電界による変化も従来の報告例に比べ約2倍となることを計算で示し、新しい光変調器の可能性についても展望を開いた。光の超高速性、超並列性を生かした新しい光情報処理素子(空間光変調器)の研究・開発を目的に、超高純度砒化ガリウム(GaAs)を液相エピタキシャル成長により作製し、空乏層厚30μm以上、室温励起子吸収の観測、その電界印加による量子閉じ込めシュタルク効果類似の大幅な長波長側シフトを観測し、層に垂直な光入射構成で大きな消光比(>20dB)を低電圧(<10V)で実現でき、推定応答速度サブnsecを求め、既報告の1000V,数msecを大幅に超える素子特性を得、液晶に替わる次世代の空間光変調器を実現した。また、大きな吸収係数変化よりクラマース・クローニッヒの関係から大きな電界屈折率変化を推定した。当初、当研究室にて修士号、博士号を取得した外国人ポスドク研究員が引き続き本課題に参加し主として高純度結晶成長を担務していたが、昨年4月当方に相談もなく急遽出身大学にポストが空いたという理由で帰国し、大幅な戦力ダウンとなった。さらに当方の指導により当人に保持させていた素子作製技術の移転も代替要員不在で不可能となったため、新規に卒研生に本テーマの一部を分担させて、高純度結晶成長の技術(装置の使い方、成長に使用する材料の前処理の方法、成長した結晶のホール効果による評価法等を)教えた。幸い修士に進学したために現在も指導中であるが、まだ完全に一人立ちには至っていないが操作手順はマスターしている。また、年度計画で述べた半導体と誘電体材料との組み合わせと応力利用によって半導体中での屈折率変化、偏光制御による新しい変調器への挑戦はできなかった。
多繊毛配置と流体輸送効率の関係の解明　数値流体力学的アプローチ

上皮多繊毛細胞は、1つの細胞から生える何百本もの繊毛を協同的に波打たせることによって、気管清掃や卵細胞輸送などの重要な生命活動を担っている。効率的な流体輸送を実現するために、多繊毛はその形成の過程で皆が同じ方向を向いて波打つようにきっちりと制御されている。その一方で、多繊毛の配置は種や器官によって大きく異なり、繊毛の一様な向きに比べて多様性があることが近年の研究で明らかとなった。しかしながら、異なる繊毛配置の生物学的意味は依然よく分かっていない。本研究では繊毛配置の意味を探るため、具体的な解析対象としてマウス上皮多繊毛細胞で見られる直線状の繊毛配置に焦点を絞り、その意味を流体力学シミュレーションを用いて調べた。具体的には、まず、1)実際に生体内で観察される形と同じ波打ちを行うモデル繊毛を多数用意し、2)これらのモデル繊毛を特定の配置で二次元平面上に並べて波打たせ、3)配置の違いによって繊毛による三次元的な流体輸送の様子がどのように変化するのかを調べた。その結果、単位時間当たりに多繊毛によって輸送される流体の総量は、繊毛が波打ち方向に対して垂直に直線状配置をとっている時に大きくなり、直線配置を撹乱すると劇的に減少することが分かった。また一方で、多繊毛が流体を輸送するために消費した単位時間当たりの総エネルギーは、繊毛の配置にはほとんど影響されないことも分かった。以上より、単位消費エネルギー当たりの流体輸送量、つまり流体輸送効率は、直線状配置の時に高くなることが示された。これらの結果は、限られたスペースに特定の数の繊毛を配置する場合は、繊毛の波打ちと垂直な方向に繊毛を直線状に配置する方法が、流体輸送効率の観点から優れていることを意味している。これが実際のマウス上皮多繊毛細胞において、繊毛が直線状に配置していることの適応的意味の一つであると考えられる。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
高齢者の身体活動を測定する質問紙(PASE日本版)の確立と普及のための研究

まずは、PASE日本版を多くの方に早く使用してもらえるよう準備することが優先と考え、昨年度に引き続き、本年度も、目的(2)に関する内容遂行に比重をおいて進めた。主に実施したことは以下のとおりである。・PASE原版は、海外事務局に版権がある。また、マニュアルも整備されている。PASE日本版の利用が可能な状況とするためには、利用申込み手順、費用の支払方法、質問紙・マニュアルの配布方法など、海外事務局との細かな調整が必要である。そこで、昨年度の準備をふまえ、海外事務局との交渉を進めた。また、これに関連して、身体活動とその普及に関して広く情報を得るため、関連学会への参加、文献等からの情報収集も行った。・以上の結果、海外事務局との調整を終え、PASE日本版を利用してもらえる手続きが整った。現在、PASE日本版を利用していただくことが可能な状況となっている。実際、いくつかの研究での使用申込み・問い合わせ等をいただいた。次に、目的(1)については、候補施設の調整等の関係で、本年度の調査実施を見送ることとなった。よって、この点は今後の課題である。以上より、PASE日本版を利用してもらえる体制の基盤は作ることができたと考える。今後は、PASE日本版のさらなる利用・普及のための取り組みたいを進めたいと考えている。平成19年度は、研究期間4年の初年度にあたるものである。PASE日本版を多くの方に早く使用してもらえるよう準備することが優先と考え、目的(2)に関する内容遂行のための準備に比重をおいて進めた。具体的には以下のことを行った。1.目的(1)について調査の実施可能性を検討するため、候補施設に出向き、情報収集を行った。2.目的(2)について・PASEは、海外事務局に版権があり、原版にはマニュアルも付帯されている。日本版は、許可を取得の上、翻訳し、validation studyを行い、作成してきたものである。今後、日本版を使用できるよう準備していくためには、事務局との使用許諾に関する検討が必要とされる。あわせて、マニュアル作成・出版の必要性も考えられる。そこで、今後、進めていくにあたり、関連各所のヒアリング等を行った。この結果をふまえ、関係者で、具体的方針の検討を行った。・PASEを広く知ってもらう目的で、これまで作成してきたPASEに関して、学会発表(国際学会1件、国内学会2件)を行った。あわせて論文化も進め、その中の一部の論文はアクセプトされた。・身体活動とその普及に関して広く情報を得るため、関連学会に参加し、情報収集を行った(国際学会1件ほか)。
舌の超音波画像及び顔・唇のビデオ画像による視覚音声認識

(1)顎の動きを集めたビデオのデータに関して、CVC音節の中にある母音での下顎皮膚の伸張を計測したところ、頭子音だけが大きな影響力を持つ事が分かった。(2)英語を話す際の舌の位置を集めた超音波のデータに関して、ネイティブスピーカーは英語を母国語としない日本人より、より効率のいい位置で舌を休ませる。(3)MUTISと呼ぶ、特徴空間を写像し解釈する最適な方法に着目したことに関して、MUTISのより高次元な場所は最も人々を識別することに有効であること、VSSの低次元な場所のデータは主に音素を識別することに最も有効であることを示した。VSSのデータの軌道はL1とL2との違いをはっきりと示している。4月、会津大学でドナ・エリクソン教授と共同でデータの収集と分析を行った。4月2013年2月、画像処理の専門家である矢口勇一准教授と3人の学部生との週1回のミーティングを継続した。6月、カナダのブリティッシュ・コロンビア大学のブライアン・ジック教授を招き講義をしてもらい、また共同研究を行った。10月、アメリカのカンザスでASA(Acoustical Society of America)で3つのポスター発表をした。11月、カナダのモントリオールで翌年の夏(2013年6月)に行われる学会のICA(21st International Congress on Acoustics)の論文の企画書を提出。3月、東京で行われた国立国語研究所で研究結果をポスター発表した。2013年4月、昭和音楽大学のドナ・エリクソン教授を会津大学へお招きし、共同でデータの収集と分析を行った。2013年4月2014年2月、会津大学の画像処理の専門家である矢口勇一准教授、同大学の音声処理の専門家であるジュリアン・ビジェガス准教授と数名の学部生で毎週一回のミーティングを継続した。2013年11月、スコットランドのエディンバラで行われたUltrafest VIにおいて論文“Lateral tongue bracing in Japanese and English"を発表。2013年12月、アメリカのサンフランシスコで行われた第166回Meeting of the Acoustical Society of Americaにて二枚のポスターを発表。一枚はIEICEで発表した研究の延長であり、もう一枚はUltrafest VIで発表した研究の延長である。5月7月ー私たちの研究に関する過去の論文を読む。研究に必要な機器や本を買う。8月ー香港で開催された国際学会(International Congress of Phonetic Sciences )に参加。他の参加者と討論したり、私たちのアイディアをどう進展させるかを掘り下げた。9月12月ー画像処理に詳しい矢口勇一助教と週1回のミーティングを開き、一緒に画像処理の知識を卒業生に教え、顔にマーカーを付けて顔の動き録画し、それをを研究する論文を書き上げた。また、自動的に発音中の顔の動きやその録画ビデオから正確な情報を得ることに成功し、様々な人々からデータを集め、解析することができた。1月ー共に研究を行うために、Donna Erickson教授が私たちの研究に訪問。顎の動きと発音の強さと高さがネイティブとそうでない者ではどう違うのかを研究した。また、その論文を国際学会に提出。2月ー東北大学で開催されるPRMU(電子情報通信学会パターン認識・メディア理解研究会)に矢口助教と共に作成した論文を発表。3月ーICPR (International Conference on Pattern Recognition)に論文を提出。研究成果は計画通り実施された。2013年度には、顎の動きを用いた音声認識(特にイントネーション認識)に焦点を当てる。また、(超音波を使用して)舌の動きの舌先で発音される動きの舌頂性の画像についてもさらに研究を行う。2013年度予算については、超音波機器のリース料、国際学会旅費、研究補助者への謝金等に使用する。
赤道南北に広がる熱帯モンスーンの環境比較から読み解く魚類の測季システム

本研究は、熱帯サンゴ礁起源の魚類が繁殖の同期に利用している環境要因の特定とその内的伝達機構を明らかにすることを目的として行われた。2種類のアイゴ類(シモフリアイゴとゴマアイゴ)が明確な生殖年周期を熱帯モンスーン地域で持つことを確認するとともに、産卵期には特定の月相で産卵を繰り返すことを明らかにした。生殖年周期を規定する要因には地域差があるが、モンスーンに関連する環境変動が生殖活動を規定していると考えられた。本研究では、熱帯サンゴ礁起源の魚類が繁殖の同期に利用している環境要因の特定とその内的伝達機構を明らかにすることを目的とした。当該年度においては海外調査と国内予備実験を行った。なお、調査対象地として設定した2地点(フィリッピンタバコ市周辺海域、インドネシアスマラン市海域)のうち、インドネシア調査地域はムラピ火山噴火のため調査地域への入域について制限される可能性があったため、平成23年に調査を行なった。得られた結果は以下の通りである。海外調査フィリッピンタバコ市周辺での調査を平成22年9月6日11日にかけて行った。タバコ市近辺の沿岸調査を網羅的に行い、調査定点をLagonoy湾(13°35'N,123°45'E)沿岸サンゴ礁に設定し、このサンゴ礁周辺から得られる研究対象魚類の定期サンプリングを開始した。第一回目の採集で得られた魚から生殖腺を組織実験用に固定した。また、インドネシアにおいてはカリムンジャワ群島サンゴ礁の調査を平成23年5月12日18日に行った。フィリッピンと同条件での魚類採集を行い、魚類の組織学観察用のサンプルを得た。国内実験海外調査とへ並行して、視床下部域及び脳下垂体で発現が予想される本研究に関連する遺伝子のクローニングを開始した。今回の実験対象となっている遺伝子は、生殖関連、光受容関連、体内時計関連、そして栄養関連の遺伝子であった。これらのうち、体内時計遺伝子として、Period(Per)およびCryptochrome(Cry)の部分塩基配列を得た。本研究の目的は、熱帯サンゴ礁起源の魚類が繁殖の同期に利用している環境要因の特定とその内的伝達機構を明らかにすることであった。平成23年度においては海外調査と国内予備実験を行った。海外調査フィリッピンタバコ市周辺での調査を平成23年9月26日10月1日にかけて行った。昨年度のタバコ市近辺の沿岸調査に基づき設定したLagonoy湾(13゚35'N,123゚45'E)のサンゴ礁域から実験対象種を定期的に採集して生殖腺体指数(Gonadosomatic index ; GSI)の変動を調べた。その結果、周年サンプリングが可能であったシモブリアイゴ(Siganns canaliculatus)のGSIは、3月から増加し、4月にピークが認められた。GSIは6月まで高い値を維持した後減少し、その後低い値で推移した。フォルマリン固定した生殖腺を組織学的に観察した結果、GSIが高い時期には卵黄形成期から成熟期に達する卵母細胞が卵巣内に認められた。これらの結果から、Lagonoy湾におけるシモブリアイゴの産卵期は3月6月頃であることが判明した。また、産卵期以外にも卵黄形成を行っている個体が散見された。産卵期に毎週シモブリアイゴを採集して産卵の月周性を確認した結果、GSIのピークは新月付近に認められ、卵巣内は最終成熟期にある卵母細胞で満たされていた。Lagonoy湾内にあるサンミゲル島民への聞き取り調査の結果、ゴマアイゴ(S.guttatus)の幼魚の沿岸域への回遊が4月及び5月の新月付近で見られることが判明した。Lagonoy湾におけるアイゴ2種の産卵活動には月周性がみとめられた。国内実験海外調査と並行して、視床下部域及び脳下垂体で発現が予想される本研究関連の遺伝子群のクローニングを引き続き行い、アッセイ系を確立した。時計遺伝子のうち、視床下部域におけるCryptochrome(Cry)遺伝子の発現が産卵月相(上弦の月)付近で上昇していることが判明した。平成24年度においては、前年度まで行ってきた国内実験の結果も考慮しつつ、研究対象魚類の生殖活動に環境要因(表面海水温、降雨量、光周期)がどのように関わっているのかを中心に調査を進めた。フィリッピンタバコ市周辺での調査を平成24年9月27日10月3日にかけて行った。

タバコ市近辺の沿岸調査海域に設定したLagonoy湾(13°35′N,123°45′E)における環境データを回収してその年変動を調べた結果、表面海水温、降雨量、日長の周年変動は、それぞれ28.00-30.98°C、29.6-54.7mm、11.21-12.53hourであった。これをもとにシモフリアイゴとゴマアイゴの生殖活性の変動と環境要因との関連を調べた。その結果、シモフリアイゴの産卵期(3月6月頃)には表面海水温、降雨量、日長とも増加していたが、このうち日長との間に低いながら相関が認められた。一方、ゴマアイゴの産卵期はいずれもこれらの環境要因との間での相関関係が認められなかった。調査海域においてシモフリアイゴの産卵期に月齢に従って魚のサンプリングを繰り返していたところ、産卵期後半には、その年の産卵期前半に産まれたと考えられる小型個体(概ね体長で14cm)が産卵群として加入していることが再確認された。これらの個体の卵巣内には成熟途上の卵母細胞が多数組織学的に観察され、産卵個体として加入していた。この結果は、シモフリアイゴは産卵後2ヶ月で成熟して月周性の産卵を繰り返す可能性を示すものであった。本年度計画していた沖縄においてのシモフリアイゴの早期成熟実験は、幼魚の捕獲が出来なかったことで断念した。調査地域の自然環境に左右されるため、調査時期の若干の変更等が生じた。しかし、現地研究協力者と連絡を密に取ることにより、調査手順の変更は最小限に抑えられているため、順調に進んでいる。24年度が最終年度であるため、記入しない。現地調査研究者との密接な連絡体制が不可欠であり、事前の調整にはインターネットを利用する。今後もこの方針は変更がない。調査対象国によってはインターネット環境整備が遅れていることがあるため、この場合には電話やファックスで大まかな連絡を取り合う工夫をする。
解熱鎮痛薬とミトコンドリア内膜障害の生化学的解析

1.ラット骨格筋よりミトコンドリアを分離しピルビン酸脱水素酵素機能、TCA回路機能、電子伝達系酵素活性測定および免疫生化学的手法によるサブユニット(複合体I,III,IV,V)の検出の実験系を確立した。2.本実験系へミトコンドリア毒として作用するロテノン、アンチマイシン、DCCD(ジシクロヘキシルカルボジイミド)、KCNを加え電子伝達系の機能を測定したところKCNを除き、機能は対照の10%以下へ低下した。KCNの場合、機能は約1030%に低下した。以上より本実験系がミトコンドリア毒として働く可能性のある他の物質(バルプロ酸、アスピリンなどの薬物、プロピオン酸、イソ吉草酸などの有機酸)のミトコンドリア電子伝達系(内膜に存在)への影響をみるのに適していることが証明された。3.本実験系へバルプロ酸を加え、電子伝達系機能を測定したが対照とほとんど変わりなかった。そのためミトコンドリアを通過しやすい形のバルプロ酸のアシルカルニチンで加えたところ3080%の機能低下を認めた。同様にプロピオン酸、イソ吉草酸のアシルカルニチンを加えたところ3070%の機能低下を認めたためライ様症候群を引き起こす可能性も示唆された。アスピリン、ジクロフェナクナトリウムの影響は、現在検討中である。4.今後は線維芽細胞を利用して、そのミトコンドリアを分離しバルプロ酸、アスピリンなどの影響を調べライ症候群の発症機構ならびにそれら薬を投与する時の安全性について検討していきたい。
摂食筋運動の神経調節機構の研究

神経系が単純な軟体動物アメフラシを用い、摂食行動が発現する神経機構の解明をめざしている。この動物の閉口筋は伝達物質としてグルタメートを用いる興奮性運動ニューロンと、アセチルコリンを用いる抑制性運動ニューロン(MA)により二重支配を受けている。一方、閉歯舌筋はアセチルコリンを放出する興奮性運動ニューロンにより支配されている。本研究は、これら摂食筋におけるアセチルコリン、グルタメート応答に寄与する受容体、チャンネルの性質、およびそれらの調節機構を明らかにすることを目的とした。実験ではパパイン処理により単一筋細胞標本を作成し、ホールセルクランプ条件下でアセチルコリン、グルタメートにより誘発される応答のイオン機構を調べた。単一閉口筋細胞をアセチルコリンで刺激すると脱分極、グルタメートで刺激すると過分極電位応答がそれぞれ誘発され、同じ細胞にアセチルコリン、グルタメート二種類の受容体が共存することが明らかになった。種々のパッチ電極溶液を用いた実験より、アセチルコリンで誘発される電流応答は閉口筋細胞ではCIイオン、閉歯舌筋細胞ではNaイオン(一部Kイオン)の流れによっていることが明らかとなった。この結果、閉口筋および閉歯舌筋に存在するアセチルコリン受容体はそれぞれCIチャンネル結合型、Na(K)チャンネル結合型であると考えられる。次にClチャンネル結合型アセチルコリン受容体の調節機構を調べるため、アメフラシで見い出された3種類のペプチド(FMRF,Myomodulin,SCPs)を作用させて実験を行った。いずれのペプチドもMAにより誘発されるIJPsの大きさを減少させた。またホールセルクランプ実験によりFMRFはCl電流そのものを減少させることがわかり、何らかの機構によりACh受容体を修飾していると考えられる。これまでこの動物の閉口筋は伝達物質としてグルタメートを放出する興奮性運動ニューロン(JC)と、アセチルコリンを放出する抑制性運動ニューロン(MA1)により二重支配をうけていることが明らかになった。一方、閉歯舌筋はアセチルコリンを放出する興奮性運動ニューロン(B15,B16)により支配されている。本研究は、これら摂食筋におけるアセチルコリン、グルタメート応答に寄与する受容体、チャンネルの性質、および修飾物質によるそれらの調節機構を明らかにすることを目的とする。本年度は、種々の蛋白質分解酵素を用いて閉口筋細胞の単離を試み、これら標本にホールセルクランプ条件下、アセチルコリンにより誘発される応答のイオン機構を調べた。パパインを用いると短時間(1.5時間)で生理活性の高い細胞が単離でき、また再現性の良い結果が得られた。そこでこの条件下で閉口筋細胞を単離し実験を行った。コントロールとして適当濃度のClイオンを含むK・D-Aspartate(KAsp)溶液をパッチピペットの内液とした。刺激は細胞近傍へアセチルコリン溶液を含むピペットを置き、電気泳動的に行った。電流固定下、アセチルコリン刺激により細胞に過分極応答が発現し、これらはクラ-レにより可逆的に抑制された。ピペット内液をK電流を抑えるCaAspに置き換えても同様の応答が発現したが、細胞内Cl濃度を増やすKClに置き換えると応答の向きが逆転した。そこで電圧固定下、ピペット内液がKAsp、CsAsp、CsClの時のアセチルコリンで誘発される電流応答の逆転電位を求めた。CsAspではコントロール(-54mV)とほぼ一致したのに対し、CsClでほぼ0mVへと変化した。以上の結果、アセチルコリンで誘発される過分極応答ではClチャンネルを結合したアセチルコリン受容体が関与していると考えられる。

これまで動物の閉口筋は伝達物質としてグルタメートを用いる興奮性運動ニューロン(JC)と、アセチルコリンを用いる抑制性運動ニューロン(MA)により二重支配をうけていることが明らかになった。一方、閉歯舌筋はアセチルコリンを放出する興奮性運動ニューロン(B15,B16)により支配されている。本研究は、これら摂食筋におけるアセチルコリン、グルタメート応答に寄与する受容体、チャンネルの性質、およびそれらの調節機構を明らかにすることを目的とした。現在まで筋繊維の単離法を確立し、すでにアセチルコリンによる過分極応答にはCIチャンネル結合型ACh受容体が関与していることを明らかにした。本年度はまず二連刺激用ピペットを用い、アセチルコリンとグルタメートを同一の閉口筋細胞に与えた。アセチルコリンでは過分極応答がグルタメートでは脱分極応答が誘発され、同一の閉口筋細胞にアセチルコリン、グルタメート二種類の受容体が共存することが明らかになった。また、閉歯舌筋の単一細胞を作成し、ホールセルクランプ法により応答発現のイオン機構を調べた。その結果、閉歯舌筋に存在するACh受容体は一般によく知られるNaチャンネル結合型(一部Kイオンも通す)であることが明らかになった。一方、CIチャンネル結合型受容体の修飾機構を調べるため、アメフラシで見い出されている3種類のペプチド(FMRF,Myomodulin,SCPs)についてMAにより誘発されるIJPsへの影響を調べたところいずれもその大きさを減少させることがわかった。またホールセルクランプ法を用いてFMRFの効果を調べたところ、CI電流そのものを減少させ、何らかの機構によりACh受容体を修飾していることが明らかになった。
新生児慢性肺疾患の発症における活性酸素の関与について

未熟児慢性肺疾患(CLD)は現代未熟児医療の最大の難関の一つであり、多方面からの長年に亘る様々なアプローチにもかかわらず今なお原因不明のままである。我々はCLDの発症における活性酸素の関与を明らかにすべく、生体内活性酸素生成のマーカーとして、尿酸の酸化物アラントインを用いて、CLD患児における評価を試みた。尿酸はアスコルビン酸に匹敵する抗酸化物質と考えられており、霊長類以上の高等哺乳類は尿酸をアラントインに変換するウリカーゼ活性を失っているため、血中に高濃度の尿酸を保持する結果となり、アスコルビン酸合成能の喪失を補うかのようにアスコルビン酸の抗酸化作用の一部を代償するようになったとする説もある。従ってその酸化生成物アラントインの生成は、尿酸が自己犠牲型の抗酸化剤として自ら酸化されたことの間接的な証明となり、生体内オキシダント発生のマーカーとして注目されている。しかしアラントインはその測定の困難さから臨床応用はほとんどなされておらず、現時点では世界的に見ても慢性関節リュウマチにおけるHalliwellらの報告があるのみである。最近我々はHalliwellらの方法を一部改変してWilson病における血中アラントインの上昇を報告した(Pediatr Res 37:219-226,1995)。今回我々は同様の方法を用いて、平均在胎週数27.5週、平均体重1090gの、CLD患児9例、non-CLD患児10例において、血中アラントインの測定を行った。その結果、生後24-48時間の血中アラントインの平均値はCLD=25.9μMであるのに対し、non-CLD=11.0μMとCLD児において2倍以上の高値を認めた。またアラントイン/尿酸比もやはりCLD児で有意な高値を示した。この事実はCLD患児においては生後早期に活性酸素が病因に関与している可能性を示唆しており、詳細は、現在Pediatric Research誌に投稿中である。また、現在我々の研究室では、血中におけるアラントインの経時変化と、気管内吸引液におけるアラントインの測定を試みている。