hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
統合失調症の認知機能障害とパルブアルブミン陽性細胞のオキシトシンシグナル

統合失調症では大脳皮質パルブアルブミン陽性ニューロン(PVニューロン)の機能変化が認知機能障害に関与していると想定される。本研究では、統合失調症のPVニューロン変化におけるOXTシグナルの重要性を確立することを目的として開始した。しかし、平成29年度、1コピーの標的RNA分子の検出が理論上可能とされるRNA検出技術を用いても、健常ヒト大脳皮質ではGABA合成酵素を発現する抑制性ニューロンにオキシトシン受容体(OXTR)mRNAの発現は検出されなかった。本年度は、公開されているデータベース(Allen Brain Atlas)でOXTRの遺伝子発現が確認されており、統合失調症における陽性症状の発現に関与する黒質においてOXTRの発現を調べた。健常対照例の黒質では、ドーパミン合成酵素であるチロシン水酸化酵素(TH)を発現するニューロメラニン陽性ニューロンにおいて、OXTR mRNAの発現が認められ、ドーパミン作動性ニューロンにおけるOXTRの発現が確認できた。そこで、同性でかつ年齢、死後経過時間、RNAの保存状態が近い健常例と統合失調症例のペア14組を用いて、TH mRNAの発現で定義されるドーパミンニューロンが集積している領域(緻密層)においてOXTR mRNAの発現を定量比較した。その結果、統合失調症では健常者に比べOXTRの発現が平均で10%ほど増加し、THの発現が平均で8%ほど低下してることが判明した。しかし、これらの変化に統計学的な有意性は検出できなかった(TH mRNA: F1,21=0.06, P=0.81, OXTR mRNA: F1,21=0.05, P=0.82)。以上の結果から、統合失調症ではドーパミンニューロンにおいてオキシトシン受容体の発現に変化はなく、オキシトシンが陽性症状の発現に関与している可能性は低いと考えられた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。統合失調症では大脳皮質パルブアルブミン陽性ニューロン(PVニューロン)の機能変化が、神経ネットワークの律動的な活動(オシレーション)の形成異常をもたらし、難治性の認知機能障害をもたらしていると想定される。一方、脳内で産生分泌されるペプチドホルモンであるオキシトシン(OXT)が、PVニューロンに発現する受容体を介して、PVニューロンによるオシレーション形成を促進している可能性がげっ歯類の大脳皮質で示されている。本研究では、統合失調症のPVニューロン変化におけるOXTシグナルの重要性を確立することを目的とする。そのために本年度は、ヒト健常対照例の大脳皮質においてOXT受容体遺伝子の発現がPVニューロンの分布に一致して認められるかどうかを調べた。死後脳組織は精神神経疾患歴のない24才から43才までの男性2名と女性2名より得た。それぞれの脳より、背外側前頭前野、前帯状回、後部頭頂葉、視覚野から凍結切片を作成し、OXT受容体に特異的な放射活性を有するRNAプローブを作成し、in situ hybridizationを行った。そしてOXT受容体遺伝子の発現を、切片を超高感度フィルムに感光し組織レベルで、さらに乳剤を表面に塗り細胞レベルで、検出を試みた。しかし、いずれの症例のどの領域においてもOXT受容体の発現は検出されなかった。また、OXT受容体刺激によりPVニューロンの機能障害が改善することを示すために、PVニューロン特異的に発現しオシレーション形成に重要と考えられるKCNS3カリウムチャネル遺伝子のノックアウトマウスを作成し、KCNS3の発現が低下していることを確認した。ヒト大脳皮質のいずれの領域でもOXT受容体の存在を確認できなかった。一方、げっ歯類では皮質PVニューロンにおける発現が報告されている。種間の違いの可能性もあるが、OXT受容体の発現レベルが、今回用いたRNAプローブの検出感度以下である可能性もある。これらの可能性の見極めがまだ終了してない。KCNS3ノックアウトマウスでは、KCNS3の発現低下は確認したが、オシレーションや認知機能の低下の確認はできていない。昨年度は、通常の放射性同位元素で標識されたRNAプローブによるin situ hybridization (ISH)により、OXT受容体の発現をヒト大脳皮質で検出することをお試みたが、いずれの領域でもシグナルを確認できなかった。そこで本年度は、より感度が高く1コピーの標的RNA分子の検出が理論上可能とされるRNAscopeによるISHを行った。OXT受容体とPVニューロンを含むGABAニューロンのマーカであるGAD67のRNA scopeプローブを用い、精神・神経疾患歴のない24才から43才までの男性2名と女性2名の、背外側前頭前野と前帯状回の凍結切片を用いて、GABAニューロンにおけるOXT受容体の発現を調べたところ、GAD67の強い発現は細胞レベルで確認されが、OXT受容体の発現は確認できなかった。次に、OXT受容体刺激がPVニューロンの機能促進を介して脳内ネットワーク機能障害を改善することを示す実験の条件設定のため、PVニューロン特異的に発現しオシレーション形成を担うKCNS3カリウムチャネル遺伝子をPVニューロンのみでノックアウトマウスにおいて、個々のPVニューロンにおけるKCNS3の発現を評価した。

PVニューロンでは、kcns3遺伝子が遺伝子の片方を不活化したマウスで45%、両方の遺伝子を不活化したマウスで86%ほど低下していることを確認した。ヒトの認知機能をつかさどる背外側前頭前野や帯状回の抑制性GABAニューロンには、OXT受容体の発現は検出できなかった。よって、PVニューロンの機能異常にはOXTシグナルが関与している可能性は低いと考えれ、研究の方向性の見直しを余儀なくされた。一方、パルブアルブミン陽性ニューロン(PVニューロン)に特異的なKCNS3カリウムチャネルノックアウトマウスの作成は成功し、PVニューロンにおけるKCNS3の著しい発現低下を確認することができた。統合失調症の前頭前野ではPVニューロンでこのチャネルの発現の低下が認められるので、新たな認知機能障害の細胞メカニズムのモデルとして有用と考えられる。統合失調症では大脳皮質パルブアルブミン陽性ニューロン(PVニューロン)の機能変化が認知機能障害に関与していると想定される。本研究では、統合失調症のPVニューロン変化におけるOXTシグナルの重要性を確立することを目的として開始した。しかし、平成29年度、1コピーの標的RNA分子の検出が理論上可能とされるRNA検出技術を用いても、健常ヒト大脳皮質ではGABA合成酵素を発現する抑制性ニューロンにオキシトシン受容体(OXTR)mRNAの発現は検出されなかった。本年度は、公開されているデータベース(Allen Brain Atlas)でOXTRの遺伝子発現が確認されており、統合失調症における陽性症状の発現に関与する黒質においてOXTRの発現を調べた。健常対照例の黒質では、ドーパミン合成酵素であるチロシン水酸化酵素(TH)を発現するニューロメラニン陽性ニューロンにおいて、OXTR mRNAの発現が認められ、ドーパミン作動性ニューロンにおけるOXTRの発現が確認できた。そこで、同性でかつ年齢、死後経過時間、RNAの保存状態が近い健常例と統合失調症例のペア14組を用いて、TH mRNAの発現で定義されるドーパミンニューロンが集積している領域(緻密層)においてOXTR mRNAの発現を定量比較した。その結果、統合失調症では健常者に比べOXTRの発現が平均で10%ほど増加し、THの発現が平均で8%ほど低下してることが判明した。しかし、これらの変化に統計学的な有意性は検出できなかった(TH mRNA: F1,21=0.06, P=0.81, OXTR mRNA: F1,21=0.05, P=0.82)。以上の結果から、統合失調症ではドーパミンニューロンにおいてオキシトシン受容体の発現に変化はなく、オキシトシンが陽性症状の発現に関与している可能性は低いと考えられた。ヒト大脳皮質におけるOXT受容体の発現の有無に決着をつけるために、1)ヒトで用いたと同じ部位を認識するRNAプローブでマウスの大脳皮質におけるOXT受容体の遺伝子発現の検出を試み、2)マウスでOXT受容体の発現検出に用いられた特異抗体の入手を試みてヒト皮質切片を用いて免疫組織化学を行う。
超高速CCDカメラによる結晶中の格子欠陥のナノダイナミクスTEM内その場観察

平成16年度から平成18年度の3ヵ年にわたって共同研究者が開発した超高速カメラを現有の超高圧電子顕微鏡及び電界放射型分析透過電子顕微鏡に接続するための光学系及び実験手法などを開発し材料科学における高速現象を明らかにするために主たる研究を行った。平成18年度は、SiC/SiC複合材料の照射欠陥やクラック進展に関して高速観察を行った。更に3ヵ年計画の最終年度としてこれまでの成果を基に総まとめを行った。総合的に評価すると当初の目標に対して実験の進捗が計画通り進まなかったこともあり達成度は70%程度と推測されるが本研究の目的は十分明らかにしたと考えられる。また、ドイツにおいてレーザーを金属固体に照射し高強度な庵子を発生させる新しい概念に基づくパルス電子光源の開発がなされた。この電子源を改良し通常の電子顕微鏡の電子銃と交換した新しい電子顕微鏡が米国にて開発され、平成18年9月に札幌にて開催された国際顕微鏡学会にて報告された。既に材料科学のいくつかのトピックスに関して研究がなされており口頭やポスターでの発表があった。本研究は、一般的な連続して電子を発生する熱電子源及び電界放出電子源を使用しており、画像情報記録媒体側を高速記録型のCCDにすることで超高速化を狙っているのに対し米国の装置は、電子源をパルス化して記録側は通常の記録装置である。つまり、ストロボ的に高速現象をコマ取りして一連の高速現象を理解するという考え方である。しかしながら、ある現象の起点を知るためにはわれわれの方式の方に利点があり今後の展開が期待される。以上、国際的に見ても本研究はこの分野において先端領域に位置づけられ今後継続してプロジェクト研究を進めるべきである。また、3ヵ年に渡る本研究を通じて新たな課題が見つかったことから次のプロジェクトに向けて準備が整ったといえる。平成16年度は、これまでに予備実験を行ってきた現有の鉛ガラスにP46-Y3蛍光体を塗布し導電処理を行って現有の透過電子顕微鏡のカメラ室底部に装着し、実際に高速撮影に適用可能な強度、減衰速度で像を取り込むことが出来るか検討した。その結果、カメラ室底部の空間が遮蔽用の鉛等の関係で高さに余裕がないことがわかり、カメラ等の取り合いに当初計画にない改造が必要となった。また、予算の関係からYAG結晶を鉛ガラスに接着しアルミ蒸着あるいはITOコーティングによる導電性処理を行うことは、来年度以降の課題とした。導電コーティングの膜厚により電子線による発光強度やその減衰能に影響することが考えられるので、マイクログリッド上の金粒子等の標準試料とブランク部を使用し電子ビーム強度と輝度の系統的な実験を行い導電性膜厚のチューニングを行って最適膜厚を決定した。江藤らが開発した100万枚/sの超高速カメラの受光部はX線に弱いと懸念されるので超高圧電子顕微鏡よりは潜在的なX線の低い現有の高分解能200keV透過電子顕微鏡を使用してこれらの実験を行った。当初購入予定だったドリフト補正装置については、製作企業の問題から購入を断念し、現有のホルダーより位置決めやトリガー的な使用も可能なピエゾドライブホルダーを購入し、材料の破壊や弾塑性的変形のアトミスティックな現象の試験研究を行った。本年度の成果は、主に口頭で発表し、論文としては現在投稿中あるいは準備中であるが、本研究で購入した装置等を一部使用して公表した論文等を研究発表として記載する。平成17年度は、平成16年度の結果を基に実際に高速撮影に適用可能な画像に必要な電子線の強度並びに輝度、更には高速度の現象を記録するために必要な時間分解能を実現するために必要な電子に対する蛍光材料の応答速度並びに減衰速度について継続して検討を行った。

その結果、SiC/SiC複合材料のSiC繊維とSiCマトリックス界面の破壊、すなわちSiC繊維の引き抜き課程について必要な条件が明らかになった。昨年度問題となった下記の項目すなわち項目1.カメラ室底部の空間が遮蔽用の鉛等の関係で高さに余裕がないことがわかり、カメラ等の取り合いに当初計画にない改造が必要となったこと。項目2.YAG結晶を鉛ガラスに接着しアルミ蒸着あるいはITOコーティングによる導電性処理を行うことについてある程度解決することが出来た。導電コーティングの膜厚により電子線による発光強度やその減衰能に影響することが考えられるので、マイクログリッド上の金粒子等の標準試料とブランク部を使用し電子ビーム強度と輝度の系統的な実験を行い導電性膜厚のチューニングを行い最適な膜厚を決定した。平成16年度に購入したピエゾドライブホルダーを利用して、SiC/SiC複合材料のクラック進展に関する実験を行い、クラックの機転が破壊や弾塑性的変形のアトミスティツクな現象の試験研究を行い、3月末に予定されている金属・鉄鋼協会の研究発表会にて公表する予定である。本年度の成果は、主に口頭で発表し、論文としては現在投稿中あるいは準備中であるが、本研究で購入した装置等を一部使用して公表した論文等を研究発表として記載する。平成18年度は、SiC/SiC複合材料の照射欠陥やクラック進展に関して高速観察を行った。更に3ヵ年計画の最終年度としてこれまでの成果を基に総まとめを行った。総合的に評価すると当初の目標に対して実験の進捗が計画通り進まなかったこともあり達成度は70%程度と推測されるが本研究の目的は十分明らかにしたと考えられる。また、ドイツにおいてレーザーを金属固体に照射し高強度な電子を発生させる新しい概念に基づくパルス電子光源の開発がなされた。この電子源を改良し通常の電子顕微鏡の電子銃と交換した新しい電子顕微鏡が米国にて開発され、平成18年9月に札幌にて開催された国際顕微鏡学会にて報告された。既に材料科学のいくつかのトピックスに関して研究がなされており口頭やポスターでの発表があったことから本研究の国際的位置付けが明らかになった。本研究では、一般的な連続して電子を発生する熱電子源及び電界放出電子源を使用しており、画像情報記録媒体側を高速記録型のCCDにすることで超高速化を狙っているのに対し米国の装置は、電子源をパルス化して記録側は通常の記録装置である。つまり、ストロボ的に高速現象をコマ取りして一連の高速現象を理解するという考え方である。しかしながら、ある現象の起点を知るためにはわれわれの方式の方に利点があり国際会議にて今後の展開が期待された。以上、国際的に見ても本研究はこの分野において新しい領域を開拓する研究に位置づけられ今後継続してプロジェクト研究を進めるべきである。また、3ヵ年に渡る本研究を通じて新たな裸題が見つかったことから次のプロジェクトに向けて準備が整ったといえる。
非接触型インタフェースのユーザビリティに関する研究

アクションインタフェースは,画像入力を利用した非接触型のインタフェースであり,ユーザの動作,すなわちアクションに応じてシステムがリアクションをする.ユーザの動作の検出は,入力画像内のセンサ領域の色解析によって行っている.アクションインタフェースはシステム構築が容易であり,さまざまな状況に柔軟に対応できる.本研究では,まずアクションインタフェースの応用例として,複数プレイヤによるゲーム,紙インタフェース,在席状況通信システム,プレゼンテーション支援ツール,そしてセンシングルームを開発した.さらに,アクションインタフェースにおけるフィードバック映像の提示効果を実験により評価した.実験の結果,ユーザ映像を提示することによって,目的のアイコンまでの距離を把握しやすい反面,注意が分散してしまうことが分かった.しかし,手の位置に円映像等を重ねて提示することによって,注意の分散を軽減できることも分かった.また,シングルユーザの場合には,適切なアイコンサイズが存在し,マルチユーザの場合には,シングルユーザの場合よりも顕著に,より大きな提示映像が好まれることが分かった.本研究では,ユーザの動作による入力インタフェースに着目したが,ユーザのより直感的インタフェースの実現のためには,音声入力との融合も欠かせない.さらに,状況によっては,音声や動作だけではなく,さらに多様な入力手段の中から最も利用しやすい手段を選択できるマルチモーダルな環境を提供することも重要である.アクションインタフェースを様々なシステムと融合していくことで,より良いインタラクション環境を実現していくことが今後の課題である.アクションインタフェースは,画像入力を利用した非接触型のインタフェースであり,ユーザの動作,すなわちアクションに応じてシステムがリアクションをする.ユーザの動作の検出は,入力画像内のセンサ領域の色解析によって行っている.アクションインタフェースはシステム構築が容易であり,さまざまな状況に柔軟に対応できる.本研究では,まずアクションインタフェースの応用例として,複数プレイヤによるゲーム,紙インタフェース,在席状況通信システム,プレゼンテーション支援ツール,そしてセンシングルームを開発した.さらに,アクションインタフェースにおけるフィードバック映像の提示効果を実験により評価した.実験の結果,ユーザ映像を提示することによって,目的のアイコンまでの距離を把握しやすい反面,注意が分散してしまうことが分かった.しかし,手の位置に円映像等を重ねて提示することによって,注意の分散を軽減できることも分かった.また,シングルユーザの場合には,適切なアイコンサイズが存在し,マルチユーザの場合には,シングルユーザの場合よりも顕著に,より大きな提示映像が好まれることが分かった.本研究では,ユーザの動作による入力インタフェースに着目したが,ユーザのより直感的インタフェースの実現のためには,音声入力との融合も欠かせない.さらに,状況によっては,音声や動作だけではなく,さらに多様な入力手段の中から最も利用しやすい手段を選択できるマルチモーダルな環境を提供することも重要である.アクションインタフェースを様々なシステムと融合していくことで,より良いインタラクション環境を実現していくことが今後の課題である.画像入力を用いた非接触型インタフェースの実験システムを構築した.ユーザの映像はビデオカメラを通じて,ビデオキャプチャ機能を有したパソコンに取り込まれる.パソコンでは,ユーザの動きを我々が開発した色分析によって検出する.ユーザには,パソコンで生成した映像とキャプチャしたユーザ映像とを合成して提示する.ユーザはこの合成映像を見ながら,パソコンによって描かれた映像上のボタンに触れるなどというアクションによって,パソコンとのインタラクションを行う.なお,本実験システムでは,ユーザに提示する映像のサイズを可変とすると同時に,ユーザに対して鏡像を提示するために,投射型の液晶プロジェクターと背面投射型スクリーンを用いている.また,利用風景をビデオカメラにより録画し,行動分析に利用している.この実験システムを用いて,非接触型インタフェースのユーザビリティの評価を行っている.実験タスクとして,(1)目的とする点のポインティング,(2)階層構造メニューの操作,および(3)外部デバイス操作を与え,フィードバック情報の種類(視覚的,聴覚的,および両方)や合成映像の提示サイズをパラメータとして変化させる.これまでにユーザに提示するユーザ映像の有無,ユーザ映像の大きさ,さらには.パソコンで描画するボタンなどのCG映像の大きさが操作精度,操作速度,およびユーザの主観満足度に与える影響について分析を行っている.今後,さらに詳細な分析を行うと同時に,他のパラメータを変動させた場合のユーザビリティへの影響について検討する.アクションインタフェースは,画像入力を利用した非接触型のインタフェースであり,ユーザの動作,すなわちアクションに応じてシステムがリアクションをする.ユーザの動作の検出は,入力画像内のセンサ領域の色解析によって行っている.アクションインタフェースはシステム構築が容易であり,さまざまな状況に柔軟に対応できる.本研究では,まずアクションインタフェースの応用例として,複数プレイヤによるゲーム,紙インタフェース,在席状況通信システム,プレゼンテーション支援ツール,そしてセンシングルームを開発した.さらに,アクションインタフェースにおけるフィードバック映像の提示効果を実験により評価した.実験の結果,ユーザ映像を提示することによって,目的のアイコンまでの距離を把握しやすい反面,注意が分散してしまうことが分かった.しかし,手の位置に円映像等を重ねて提示することによって,注意の分散を軽減できることも分かった.また,シングルユーザの場合には,適切なアイコンサイズが存在し,マルチユーザの場合には,シングルユーザの場合よりも顕著に,より大きな提示映像が好まれることが分かった.本研究では,ユーザの動作による入力インタフェースに着目したが,ユーザのより直感的インタフェースの実現のためには,音声入力との融合も欠かせない.さらに,状況によっては,音声や動作だけではなく,さらに多様な入力手段の中から最も利用しやすい手段を選択できるマルチモーダルな環境を提供することも重要である.アクションインタフェースを様々なシステムと融合していくことで,より良いインタラクション環境を実現していくことが今後の課題である.
構造を制御した多孔性膜におけるナノ制限空間ダイナミクスと高度分離システムへの応用

本研究では,ナノサブナノ細孔における液相系の透過機構の解明と高度分離システムへの応用を目的とし,以下を具体的な研究実績とする。(1)細孔構造および表面特性を制御したナノ多孔性膜の作製これまでに製膜実績のあるSiO_2,TiO_2を用いて,ゾルーゲル法により平均細孔径0.5nm5nmを有する多孔膜の作製を行った。有機無機ハイブリッド膜は,セラミック多孔膜をまず作製した後にシランカップリング剤を用いて細孔内表面の疎水化を行うpost-modification法と,疎水基を有するアルコキシドを用い疎水ゾルを調製するin-situ法によった。特に,今年度はTEOSとMTESを用いる疎水ゾル(Me-SiO2)ゾルの調製条件を詳細に検討し,濃度およびTEOS/MTES比により,1nmまでの疎水性細孔制御に成功した。(2)ナノ多孔性膜および膜材料の特性評価膜細孔径のナノ細孔評価として,ナノパームポロメトリー法を用い0.550nmの細孔径を測定した。コーティング膜の各種溶媒の接触角を測定することで,Me-SO2の臨界表面自由エネルギーは35-20J/m^2であり,ヘキサンでは完全濡れが期待できること,従って水とヘキサンでのナノパームポロメトリー測定を行なうことで,ナノ細孔の親疎水性を定量的に評価できることを明らかとした。(3)透過性評価と分離システムへの応用:ナノ制限空間のダイナミクスヘキサン溶媒中の微量水分の影響について検討した結果,水分濃度にかかわらずMeSiO2膜は安定した透過流束を示した。また,平均細孔径1.7nmのMe-SiO2膜のアルカン溶質の阻止特性を評価した結果,極めて滝透過性を示すと共に,分画分子量1000程度であることを明らかとした。水蒸気は疎水細孔では毛管凝縮できないのに対して,ヘキサンの表面張力はセラミックの臨界表面張力より小さいため,セラミック表面で凝縮可能である。両者の比較を行なうことで,細孔径とともにナノ細孔の親疎水性を定量的に評価できる。疎水ゾルを用いて細孔径1nmの疎水化シリカ膜の作製に成功した。(3)透過性評価と分離システムへの応用:ナノ制限空間のダイナミクス細孔中の溶液透過は細孔径の大きな場合はHagen-Poiseuille式に従う粘性流支配である。粘性流支配であれば,分子種や透過温度にかかわらず,透過係数L_pと粘度μの積であるL_pμは一定となることから,透過機構を判断できる。ナノ細孔を有するセラミック膜を用いた場合,温度0100°Cにおいて,水などの極性溶媒の透過特性を検討した結果,L_pμは一定とならず,温度とともに増大することを明らかとした。
地中熱利用ヒートポンプシステムの設計信頼性向上のための熱性能・応答試験法の開発

地中熱利用ヒートポンプの設計において、最も重要な作業は、地中熱交換器(GHE:Ground heat exchanger)の規模の決定である。一般的に最も広く利用されている地中熱交換器は、垂直密閉型地中熱交換器である。中熱交換器の設計のために必要なパラメータである土壌の熱伝導率と中熱交換器の熱抵抗を得るためには熱応答試験(TRT:Thermal response test)が行われる。TRTはよく確立された実験法であるが、外乱の影響によって推定結果が非常に不安になる短所がる。そして、近年中熱交換器のより高い熱性能を目指い、材料と形状の側面から研究開発が行われている。特に比較的大きな直径を持つ基礎杭熱交換器の場合、熱交換機の経常的な自由度が高いため、多様な熱交換器が提案されている。それらの熱性能を確認するために、熱性能試験(TPT:Thermal performance test)が行われている。TRTが一定注入熱量率の実験条件で流量と循環水の温度を計測する一方で、TPTは一定入口温度の実験条件で注入熱量率を求める。TPTはGHEの熱容量に影響を受けにくく、循環水から土壌に伝わる熱量を直接把握することができる。TRTとTPTは、実験方式の違いにより一次的に提供する情報が異なる。しかし、異なる構成の実験装置が必要なため、現場でTPTとTRTの両方を行うのは現実的でない。また、既往研究で報告されたTPT装置は、サーマルバッファとしての水タンクと複雑な制御装置を必要とするため制作費用が高額となる問題があった。29年度が最終年度であるため、記入しない。近年、地中熱交換器のより高い熱性能を目指し、形状と材料の両面から多様な開発が行われている。特に比較的大きな直径を持つ基礎杭熱交換器の場合には、熱交換器の形状的な自由度が高いため、多様な形状の熱交換器が提案されている。新開発の地中熱交換器の熱性能を比較するためには、熱交換率の把握が必要であり、2つの方法が用いられる。1)一定熱流を発生させる熱応答試験(TRT:Thermal response test)を行いて土壌の熱物性を推定し、解析的または数値的モデルを用い、間接的に熱交換器の性能を把握する方法、2)入口温度固定の制御で熱性能試験(TPT:Thermal performance test)を行い、直接性能を把握する方法がある。TRTとTPTは異なる構成の実験装置が必要であり、制御も異なるため、一般的には研究目的ではない限り、TRTのみ行われているのが現状である。本研究では、TRT装置を基に安価でTPT装置を制作する方法を試みることに加え、TPTのデータを用い、土壌の有効熱伝導率と熱交換器の熱抵抗の推定にまで拡張する方法を提示する。この実験法と推定法を結合し、熱性能・応答試験(TPRT:Thermal performance response test)と名付ける。本研究では、安価でTPT装置を制作し、TPTのデータを土壌熱物性の推定まで拡張するTPRTを提案した。SSR(Solid state relay)とPID制御機を既存TRT装置に追加する操作のみで、正常誤差0.1度程度の非常に安定的な制御性を確認した。TPRTからの土壌物性の推定結果は、過去の推定範囲に入っていた。加えて、設計基準値として活用できる単位熱交換率を提案した。熱性能応答試験装置を安価で開発した。開発した装置は既存の熱応答試験(TRT:Thermal response test)と装置に合計5万円程度のPID制御機とSSR(Solid state relay)を追加する方式であり、既存のTRT装置に簡単に追加できる長所があるので、普及することにおいて極めて有利だと言える。制御性能の側面でも期待以上の制御性を達成した。地中熱交換器の入口温度が、初期温度の17度から設定温度の25度になるまでに要する時間は6分であり、25度に達したあとのオーバーシュートは0.45度であった。本研究で使用した7 kWより大きいヒーターを設置した場合、設定温度により早く到達できると考える。実験開始から15分後の入口温度と設定温度間の差は0.2度以下であり、1時間経過以降0.1度以下に収まった。この誤差はシステムの定常誤差としてみなすことができる。この結果から水タンクと複雑な制御ロジックを適用せずとも、十分に早く、安定性の高い熱性能試験(TPT:Thermal performance test)ができることを確認した。実験データが安定しているので、土壌物性の推定も安定的になることを確認した。TPRTの温度応答には、一般的なTRTで現れる外部環境との熱交換による外乱が、アクティブな制御により抑えられ、ほとんど生じていない。20152016年の間同じBHEを用いて行ったTRT結果の範囲は、熱伝導率が1.861.98 W/(mK)で、ボアホール抵抗が0.1460.159 mK/Wであった。TPRTからの推定値は過去の推定範囲に入っており、推定信頼性が確認できる。

TRTはよく確立された実験法であるが、外乱の影響によって推定結果が非常に不安になる短所がる。そして、近年中熱交換器のより高い熱性能を目指い、材料と形状の側面から研究開発が行われている。特に比較的大きな直径を持つ基礎杭熱交換器の場合、熱交換機の経常的な自由度が高いため、多様な熱交換器が提案されている。それらの熱性能を確認するために、熱性能試験(TPT:Thermal performance test)が行われている。TRTが一定注入熱量率の実験条件で流量と循環水の温度を計測する一方で、TPTは一定入口温度の実験条件で注入熱量率を求める。TPTはGHEの熱容量に影響を受けにくく、循環水から土壌に伝わる熱量を直接把握することができる。TRTとTPTは、実験方式の違いにより一次的に提供する情報が異なる。しかし、異なる構成の実験装置が必要なため、現場でTPTとTRTの両方を行うのは現実的でない。また、既往研究で報告されたTPT装置は、サーマルバッファとしての水タンクと複雑な制御装置を必要とするため制作費用が高額となる問題があった。熱性能応答試験(TPRT:Thermal performance response test)を通じ、地中熱交換器の実際の性能を確認できるというのは、既存設計法の修正のみならず、設計プロセスが非常に簡単化できることを意味する。既存の熱性能試験(TRT)を行い、地中熱交換器の熱抵抗と土壌の熱物性を利用した設計法は、複雑で前述のように多くの不確実性を含んでいるので、多くの問題が生じた。これに対し、TPRTを行い、地中熱交換器性能の経時変化を確認し、建物の負荷レベルと連続運転時間に基づいて設計を行うことは、設計が分かりやすいだけでなく、現場の環境を反映している熱交換器の性能値を利用するため、不確実性も減少する。地中熱交換器が十分な間隔を持って設置され、熱干渉がない場合、この設計法は非常に信頼性が高いと予想している。しかし、大規模で複数の地中熱交換器を高密度で設置された場合、熱干渉をどのように反映して設計を行うかは、難しい問題であり、新たな設計法の提案において主な研究対象になると考えている。29年度が最終年度であるため、記入しない。
ハダニ類の種内変異の検出と遺伝的マーカーを用いた個体群構造の解析

ナミハダニおよびカンザワハダニはわが国における最も重要な農業害虫で,ともに広食性日本全土に広く分布する。本研究では日本各地でさまざまな寄主に発生する2種ハダニの休眠性の変異を調べ,それに関連した個体群構造の時空間変動、とくに越冬生態を比較した。また2種のDNA塩基配列を調べることにより,わが国においてそれぞれの種にどのような系統分化が生じたかを推測した。1)わが国のナミハダニ黄緑型の休眠性は変異に富み,北日本の100%の休眠率から徐々に低くなり,本州西南部以南の個体群になると休眠性が非常に弱いものや非休眠性のものが多くなる。また寄主のフェノロジーによる休眠性の分化はまったく見られない。2)一方,カンザワハダニでは九州以北の個体群はほぼ完全な休眠性であり、ナミハダニに比べて休眠性の強い種である。本種の休眠性は沖縄諸島近辺を境に急激に弱くなり、先島諸島の個体群は完全な非休眠性である。休眠性の変化が見られるのはナミハダニよりもはるかに低緯度域である。また、暖地の個体群では,チャ寄生の個体群の休眠性は草本性および落葉性寄主のものとくらべて弱い傾向が見られた。3)塩基配列(ミトコンドリア上のCOI領域)を調べると,わが国のナミハダニの個体群は黄緑型,赤色型とも変異が小さく,変異の大きいヨーロッパから二型がそれぞれ独立にごく一部の系統が侵入したと推測された。4)一方,カンザワハダニには互いに部分的な生殖不和合を示すTとKの2系があり、それらの寄主適合性に違いがある。しかし、ITS1領域およびCOI部分領域の塩基配列を調べると,いずれの領域でも2つのタイプは明確に分離されず,さらにTは多系統でKの一部から派生したもので,二系は種分化の途上にあると判断された。わが国のカンザワハダニ個体群には遺伝的な変異が大きく,ナミハダニと異なり土着種と考えられる。ハダニ類は移動力が限られ、近親交配が行われるために個体群が隔離されやすい。しかし微少で可視的な変異に乏しいため、個体群間の遺伝的交流を検出するのが困難である。本研究では、異なる作物間でのハダニの個体数変化と移動を調べ、同時にそれを明確にするための遺伝的マーカーの検出技術の開発を試みた。1.和歌山県中部のスイカとエンドウがと季節的にとぎれて作付けされる圃場とその周辺植生において、カシザワハダニの発生パターンとそれらの間の個体群交流を調べた。夏期、スイカの収穫によって圃場に寄主がなくなる時期でも、ハダニは周辺のクサギで個体群を維持し、エンドウが生長するとその圃場に侵入した。また、冬季クサギが落葉するとハダニは下草のカラスノエンドウに移動して越冬した。この個体群は休眠性を有したが、休眠は浅く、12月下旬にはほぼ覚醒していた。このように、圃場周辺の植生の存在は、作物がとぎれる圃場でカンザワハダニが定着して発生する重要な要因であった。2.異なる寄主植物間、個体群間のハダニの遺伝的交流を具体的に検出するために、個体別に種内変異を検出する遺伝的マーカーの開発を行った。

その結果、各地から採集したカンザワハダニ19個体群について、核ゲノムのrDNAのITS領域と、ミトコンドリアのCOI領域で、それぞれ13および31塩基で多型を確認した。3. MDHアロザイム変異を遺伝的マーカーに用いてナミハダニの黄緑型と赤色型の生殖隔離の程度を調べた。2系統間には遺伝子交流が認められたが、その程度はわずかであった。主に日本産カンザワハダニ個体群・系統を対象として、1)個体群・系統間の遺伝的変異(DNA sequences)および2)適応的変異として休眠性の地理的および奇主による変異を調べた。1)遺伝的:カンザワハダニには互いに生殖不和合成を示す2つのタイプ(TとK)が存在し、最近、前者はニセカンザワハダニとしてカンザワハダニから分離された。今回、日本各地から採集した個体群について交配実験によりTとKの識別を試みたところ、17系統中、5系統では両者が混在し、野外では両者が混在することが示された。さらに核ゲノムの上のITS1領域およびミトコンドリアのCOI部分領域のDNA塩基配列を用いて系統樹を作成すると、いずれの領域でも2つのタイプは明確に分離されなかった。さらにKは多系統で、一方TはKの一部から派生したものであり、2タイプ(種)は分化の途上にあると判断された。2)休眠性の変異:カンザワハダニは広食性でクサギなどの落葉性奇主だけでなく、常緑のチャでも発生する。日本各地の個体群について休眠性を調べると、奥久島以北の個体群では18°C以下の誘起温度では90%以上が休眠発現した。しかし沖縄本島個体群では休眠性が弱くなり、石垣・西表ではほぼ完全な非休眠性であった。同一地域のチャと落葉性奇主の個体群の休眠率を比較すると、20°Cの誘起温度では、全体的にチャの個体群のほうが発現率が低く休眠性が弱い傾向が見られたが、有意差が検出されたのは鹿児島などの暖地個体群のみに限られた。このように奇主による休眠性の変異は多少あるものの、奇主ごとの遺伝的な分化までは進んでおらず、異なる奇主間に遺伝子交流があるものと思われた。1)遺伝的変異:日本の各地から採集したナミハダニ黄緑型および赤色型の塩基配列(ミトコンドリア上のCOIの部分)を調べ,ブラジル,イタリア,台湾の個体群も含めて系統関係を解析した。その結果,日本の黄緑型,赤色型のそれぞれには塩基配列に二型があることがわかった。しかし黄緑型の2つのタイプは台湾,ブラジルの黄緑型とともに同じクラスターを形成し、赤色型とはある程度遺伝的に隔離されていた。しかしイタリアの二系を含めて解析すると,それら二系は混じりあった形で大きなクラスターを形成していた。ナミハダニは全体としては大きな変異を持つが,そのうちのごく一部の黄緑色,赤色型が独立して日本に侵入したと考えられる。そのため国内の個体群には変異が乏しく,かつ見かけ上、二型間での変異が多きなると考えられた。2)休眠性の変異:カンザワハダニの休眠性はナミハダニよりも強く,15°Cでは屋久・種子島以北の個体群はいずれも100%近くの休眠率を示した。しかし、沖縄になると急激に休眠性が弱くなり,先島諸島の個体群は完全な非休眠性であった。しかしさらに南に位置する台湾個体群は低地のものでも高い休眠率を示し,沖縄の個体群とは遺伝的起源が異なることが示唆された。一方,台湾のナミハダニは非休眠で,遺伝的に日本のものと近いことが示唆された。
多国籍企業における技術の逆移転の研究

本研究の研究科題名は「多国籍企業における技術の逆移転の研究」です。これまで軽視されてきた海外子会社による技術開発と技術移転に焦点をあて,多国籍企業のあるべき姿を模索することが研究の目的です。平成13年度はこれまで研究してきた欧米系多国籍企業のヒューレット・パッカード株式会社(以下,HP)におけるTQC(Total Quality Control)の逆移転に関する事例を「知識結合」と「知識移転」という新たな観点から全面的に分析し直すことに致しました。平成12年度に野中郁次郎・竹内弘高(梅本勝博訳)『知識創造企業』東洋経済新報社,1996年の知識創造パラダイムに基づいて同じ事例を分析し,いくつかの学会において報告致しましたが,知識創造パラダイムを使うことの是非や組織学習理論と違いなどをめぐって多くの厳しい批判を仰ぐことになりました。そこで,本年度はまず知識を鍵概念とする経営学の実証研究を幅広く調査・検討して,筆者独自の分析枠組みを作り直すことにしました。その結果,多国籍企業の構成企業によって共有される「共通知識」と構成企業に固有の「現地知識」の「結合」と「移転」によって多国籍企業の進化を説明する分析枠組みを構築することができました。多国籍企業の構成企業は共通知識と現地知識を結びつけて新たな共通知識を生み出し,それを他の構成企業に移転することによってさらに新しい知識結合を行っていきます。HPにおけるTQCの逆移転の事例も,基本的にこのような分析枠組みで説明できることを明らかにし,知識の保有側が移転を働きかけやすいメカニズムを多国籍企業が整備する必要のあること,および将来的には企業ではなく個人を分析単位としたいっそう精緻な分析枠組みを構築しなければならないこと提示して結論としています。従来,多国籍企業における技術開発は親会社が中心となって行ってきました。しかし近年では,海外子会社が中心となって技術を開発し,それらを親会社や他の海外子会社に「逆移転」する現象が現れています。そこで,平成12年度は欧米系多国籍企業のヒューレット・パッカード株式会社におけるTQC(Total Quality Control)の逆移転に関する事例分析を深めました。同社の事例分析は以前からも行っていたのですが,今年度は野中郁次郎・竹内弘高(梅本勝博訳)『知識創造企業』東洋経済新報社,1996年で提唱された知識創造パラダイムに基づいて,技術の逆移転が実は多国籍企業における世界的な知識創造活動の一部であることを明らかにしました。まず,多国籍企業の海外子会社が新たな技術情報・知識を生み出し,それらを親会社に「逆移転」します。つぎに,その親会社は海外子会社の開発した技術情報・知識を起爆剤として新たな技術情報・知識を生み出し,再び海外子会社に「順移転」します。このように技術情報・知識が1つの事業拠点内の相互作用だけでなく,事業拠点の間の相互作用によっても生み出されていく様子を明らかにすることができたのです。技術の逆移転は多国籍企業のこのような二重の「知識スパイラル」の過程で生じる現象であり.このような世界的な知識創造活動が実は多国籍企業の本質的な優位性ではないかという知見を得るに至りました。平成13年度はここで得られた知見に基づいて.さらに他の多国籍企業における技術の逆移転の事例分析にも取り組み,技術の逆移転の意味とその背後にある経営理論をいっそう浮き彫りにしていきたいと考えています。
生理活性ポプチドの動的水和構造に関するおよび積分方程式理論に基づく研究

我々は平成2年度および3年度に採択された重点課題研究において溶液中における蛋白質の低振動モードの運動は拡散的であり、しかも、溶媒の影響を受けたポテンシャル表面内で活性化飛踊を伴っていることを明らかにした。本研究ではそのような蛋白質の運動と溶媒の運動の間の相関を明らかにする目的で先に得たメリチン-水系の分子動力学トラジェクトリに関して分子内、分子間水素結分ネットワークおよび原子充填構造の解析を行なった。水素結合ネットワークおよび原子充填構造を解析するためには、原子接触距離および水素結合に関する定義が必要である。原子間距離rがr<kσ(σ:Linnard-Jones直径)なる条件を満たすとき、二つの原子は接触しているこ考える。kの値は動径分布関数から判断して水-水および水-蛋白質に対して1.2A、イオン-水およびイオン-蛋白質に対して1.1Aとした。水素結合の条件としては原子対が接触していると同時にそのエネルギーが-3.0Kcal/mol以下のものとした。以上のようにして求めた原子充填構造および水素結合ネットワークに関する解析結果を図に示す。横軸にはメリチンのアミノ酸残基番号、縦軸には転移の前後におけるメリチン-水間(a)平均接触原子数の差(Δnpac)、および(b)平均水素結合数の差(ΔN_<HB>)を棒グラフで示してある。図(a)において転移の前後において接触原子数は大きくことなり、Δnpacは残基番号1から9および21から26では概ね正、10から20までは負となっている。これらはメリチンの第一主軸方向の運動の揺らぎが大きい所であり、10番目および20番目の残基はその揺らぎの節にあたるところである。このことからメリチンの揺らぎの水-メリチン間の原子充填構造強い相関があることがわかる。一方、図(b)ではΔn_<HB>めて小さく、メリチンの運動との相関もあまりはっきりしない。これはメリチンの転移がメリチン-水間水素結合を最大にしながら起きるからであろう。
摂食・嚥下機能障害に対する新しいリハビリテーション法の開発

摂食・嚥下機能障害は主に脳血管疾患の後遺症の一症状として、また神経・筋疾患に現れることが多い。しかし発症してからの機能の維持、そしてリハビリテーションは困難なことも多く、摂食・嚥下機能の低下を早期に発見し適切な指導と訓練を行うことが重要と考えられる。摂食・嚥下機能低下の自覚が無い高齢者において、摂食・嚥下機能が低下している実態を調べるために、高齢者歯科外来に通院する患者に対し、3段階選択方式のアンケート調査を行った。基礎疾患、咬合状態、口腔乾燥、服用薬剤などの諸条件との相関について検討した。機能の低下が疑われたものには、水のみテストや反復唾液嚥下テスト(RSST)により診査を行った。この調査より摂食・嚥下機能の低下を自覚しない高齢者においても、実際には機能が低下している者がいることが示唆された。また「脳血管障害の既往がある」「疾患数の増加」「残存歯数の減少」「自力通院が困難になる(要介助)」という条件と摂食・嚥下機能の低下に相関みとめ、単に加齢によって起こるものではなく、疾病や生活習慣などが複合的に影響するということが示唆された。臨床では、頬・口唇・舌・軟口蓋など、主に口腔領域における機能障害の現れ方を明らかにするための調査、研究を継続している。これら摂食・嚥下機能障害を既に有する患者に対しては、食物を用いないで行う間接訓練を中心に訓練プログラムを立案し、機能回復を計っており、介入による摂食・嚥下機能の向上をみとめている。このようなアプローチにおける、舌や口腔周囲筋群の機能評価法を確立することも重要であると考える。これらの調査、臨床をふまえ、摂食・嚥下動作に寄与する筋群の選定と一連の協調運動への低周波による電気刺激の効果について、調査・研究を継続している。そのため、摂食・嚥下機能低下の自覚が無い高齢者において、実際にどれほど摂食・嚥下機能が低下しているかを調べるために、高齢者歯科外来に通院する患者に対し、3段階選択方式のアンケート調査を行った。アンケートは短時間で高齢者にも容易に回答が可能なように10項目とし、基礎疾患、咬合状態、口腔乾燥、服用薬剤などの諸条件との相関について検討した。問診により機能の低下が疑われたものには、水のみテストや反復唾液嚥下テスト(RSST)により診査を行った。この調査より、摂食・嚥下機能の低下を自覚しない高齢者においても、実際には機能が低下している者がいることが分かった。そして機能の低下は、単に加齢によって起こるものではなく、疾病や生活習慣などが複合的に影響することが示唆された。一方、既に摂食・嚥下機能障害を有する高齢者や神経・筋疾患患者に対して、頬、口唇、舌、軟口蓋など、主に口腔領域における機能障害の現れ方を明らかにするための調査、研究を継続している。これらの患者に対しては、食物を用いないで行う間接訓練を中心に訓練プログラムを立案し、機能回復を計っており、介入による摂食・嚥下機能の向上をみとめている。口腔領域への障害の特徴や程度について把握し、摂食・嚥下動作に寄与する筋群の選定と一連の協調運動への低周波による電気刺激の効果について研究を継続している。
超解像分子動態解析による薬効スクリーニングロボット顕微鏡の開発

現代の生命科学において、各種疾病のメカニズムの解明など生命現象の根本的な理解には分子レベルでの研究アプローチが必須であり、超解像技術を駆使し、生体分子1個の動態や機能、構造を分析し、細胞/組織/個体の各階層で見られる現象の理解を目指す研究が近年広く行われている。今後、創薬における薬剤スクリーニングやゲノム多型における表現型解析、疾病の診断において生体分子の動態から定量される値を基に種々の判断を下し、分子メカニズムに即した詳細かつ正確、分析的な新しい医療技術へと発展させることが期待される。しかし、生体分子動態の物理・化学パラメータを高精度・高効率で求めるには技術的ブレークスルーが必要である。そこで本研究では、分子動態変化から薬効評価を行うハイスループットロボット顕微鏡開発を行う。また、超解像分子動態解析(細胞膜近傍の分子1個の動態(拡散や構造変化等)計測からレセプターの状態分布やその遷移レート、レセプター分子と下流のアダプター分子の動態相関など、様々な物理・化学パラメータを定量する手法)により定量される細胞内情報伝達や遺伝子発現、内在化、適応といった細胞機能の薬剤応答を指標とした新規スクリーニング(細胞内1分子スクリーニング)システムの構築を目指す。本年度は、開発したシステムの論文発表を行ったM. Yasui, et.al, "Automated single-molecule imaging in living cells," Nat Commun, vol. 9, p. 3061。人工知能支援顕微鏡法に基づき生細胞分析のために開発された自動単一分子イメージングシステムは系統的な細胞シグナル伝達分析のための自動化単一分子イメージングが実行可能であり、単一分子スクリーニングに適用することができる。したがって生物学的および薬理学的研究への広い貢献が期待できる。また、超解像分子動態解析(細胞膜近傍の分子1個の動態(拡散や構造変化等)計測からレセプターの状態分布やその遷移レート、レセプター分子と下流のアダプター分子の動態相関など、様々な物理・化学パラメータを定量する手法)により定量される細胞内情報伝達や遺伝子発現、内在化、適応といった細胞機能の薬剤応答を指標とした新規スクリーニングシステムの構築を目指す。これまでの研究実績として、1分子計測の効率化を実現する2つのロボット顕微鏡の試作を行った。1つは、二焦点同時計測により計測効率を向上させる正倒立型顕微鏡、もう一つは、長時間タイムラプス観測を可能にするインキュベーション型顕微鏡である。また、前記顕微鏡組込用の複数流路集積型のマイクロ流体デバイスの試作を行った。次に、本研究で提唱する1細胞1分子スクリーニング手法を実証するための3つの1細胞・1分子計測系を立ち上げた。TLR4-TIRAPシグナル伝達計測系、S1P走化性ー分子動態相関計測系、IL6刺激-形質細胞分化in vitro実験系がこれにあたる。1分子計測のハイスループット化には、撮像視野の拡大や複数条件の同時計測が可能な流路集積型マイクロ流体デバイス等を計測システムに導入する事が効果的であると考えられる。そこで、1分子計測に対応したマイクロ流路を集積し、複数条件の並列計測が可能なマイクロ流体デバイスを開発した。また、長時間観測を実現するため、インキュベーター内に顕微鏡、マイクロ流体デバイス、サンプルプレパレーションロボットを内臓した顕微鏡を設計した。まず、投光管用およびサンプルプレート挿入用開口を設けたインキュベーターを開発し、安定した培養環境が維持できることを確認した。他には、正立と倒立顕微鏡を組み合わせた二焦点計測ロボット顕微鏡の開発を行った。次に、1細胞1分子スクリーニング手法を実証するための3つの実験系を立ち上げた。1)病原体関連パターン認識受容体(PRR)に結合するリガンドスクリーニングは重症敗血症等に対する治療薬開発に重要である。そこで、グラム陰性菌細胞壁外膜の構成成分(LPS)シグナル伝達経路イメージング系を立ち上げた。2)走化性関連分子スフィンゴシン1リン酸(S1P)アナログを用いたリンパ球の細胞走性制御は、多発性硬化症等の治療に有効である。そこで、S1Pシグナル伝達経路イメージング系を立ち上げた。3)自己抗体を持つB細胞の形質細胞分化がキャッスルマン病、間接リュウマチ、若年性突発性関節炎等の免疫疾患に繋がる事が知られており、細胞分化を誘導するinterleukin-6 receptor (IL-6R)シグナル伝達系の抑制が前記免疫疾患の治療に有効である事が示されている。そこで、IL-6シグナル伝達経路イメージング系の立ち上げを行った。具体的には、各シグナル経路関連タンパク質に蛍光リガンド導入可能なタグタンパク質を導入し、1分子計測が出来る事を確認した。

現代の生命科学において、各種疾病のメカニズムの解明など生命現象の根本的な理解には分子レベルでの研究アプローチが必須であり、超解像技術を駆使し、生体分子1個の動態や機能、構造を分析し、細胞/組織/個体の各階層で見られる現象の理解を目指す研究が近年広く行われている。今後、創薬における薬剤スクリーニングやゲノム多型における表現型解析、疾病の診断において生体分子の動態から定量される値を基に種々の判断を下し、分子メカニズムに即した詳細かつ正確、分析的な新しい医療技術へと発展させることが期待される。しかし、生体分子動態の物理・化学パラメータを高精度・高効率で求めるには技術的ブレークスルーが必要である。そこで本研究では、分子動態変化から薬効評価を行うハイスループットロボット顕微鏡開発を行う。また、超解像分子動態解析(細胞膜近傍の分子1個の動態(拡散や構造変化等)計測からレセプターの状態分布やその遷移レート、レセプター分子と下流のアダプター分子の動態相関など、様々な物理・化学パラメータを定量する手法)により定量される細胞内情報伝達や遺伝子発現、内在化、適応といった細胞機能の薬剤応答を指標とした新規スクリーニング(細胞内1分子スクリーニング)システムの構築を目指す。本年度は、開始年度に設計を行った長時間タイムラプス観測を可能にするインキュベータ型顕微鏡の実装を行った。また、上記顕微システム上で利用可能で網羅的解析を目的とした複数流路集積型のマイクロ流体デバイスの設計を行った。次に、本研究で提唱する細胞内1分子スクリーニング手法を実証するための1細胞・1分子計測系を立ち上げた。TLR4-TIRAPシグナル伝達計測系の論文が受理され、S1P走化性ー分子動態相関計測系を使った走化性実験系、IL6刺激-形質細胞分化in vitro実験系の構築にあたった。これまでのロボット顕微鏡の開発経験から、ロボット顕微鏡作成において、最も考慮すべき事は細胞培養環境の安定化である事が分かってきた。これまでに開発したロボット顕微鏡は、顕微鏡上にインキュベーターを構築するものであった。薬剤添加毎に薬剤添加ロボットがインキュベーターの扉を開閉するため、頻繁に細胞培養環境が大きく変動する影響で細胞の長期培養が困難であった。本年度は、上記問題を解決するため、既存インキュベーター内に顕微鏡、マイクロ流体デバイス、サンプルプレパレーションロボットを内蔵する形態のロボット顕微鏡を設計し、昨年度改造した既存インキュベーターに内蔵する顕微鏡ロボットの設計を行った。また、本研究で提唱する細胞内1分子スクリーニング手法を実証するための1細胞・1分子計測系のうち、TLR4-TIRAPシグナル伝達計測系の論文が受理された(Sato et.al. JACS, 2017)。高いバックグラウンドシグナルおよび蛍光標識系の限界のために、細胞内タンパク質の多色全反射蛍光顕微鏡法による単一分子イメージング(SMI)についてはほとんど報告されていない。上記論文では、近赤外蛍光を発し、変異型β-ラクタマーゼタグに特異的に結合するSi-ローダミンベースの標識プローブSiRcB(n)(n = 2,4,6)を開発した。
垂直磁気記録媒体の高速作成に関する基礎研究

垂直磁気記録に用いる記録媒体の高速作成に関し、二層膜媒体の設計法、その高速・連続作成法と物性の研究、および作成した媒体の性能評価などの基礎的研究を行い、以下の成果を得た。1.Co-Cr垂直異方性膜を用いた二層膜媒体の記録層の設計に関し、理論的および実験的に検討した結果、ヘッド主磁極の磁界分布を急峻にして記録再生の密度を高め、かつ記録・再生の感度も向上させるには最適の膜厚が存在し、フレキシブルディスク媒体としては0.2μm程度とし、飽和磁化は700emu/cc程度とすれば良いなどのことが分かった。また裏打ち軟磁性層の検討を行い、その上の記録層の結晶配向性の確保や軟磁気特性と厚みに関して電磁変換特性の上でも高い性能を発揮するよう設計することができ、媒体設計法の基礎を確立できた。2.垂直記録媒体の高速・連続に作成するスパッタ装置を試作し、マグネトロンスパッタ法による成膜条件を検討した結果、所望の高性能媒体が堆積速度1μm/分、成膜速度6m/時間で高速・連続作成できることを示した。これは従来のパッチ式の場合の100倍の生産速度である。高速になるほど結晶配向等、膜物性もより改善されるので、さらにこの10倍以上の速度の実現も可能である見通しも得ている。3.スパッタ中の窒素ガスや水分の充分な除去が結晶性に優れ高い垂直異方性を得るための必要な条件であり、また基板に用いる有機フィルムの疵、汚れなどは異常な析出物の原因となり、ヘッド媒体間のスペーシングをもたらすのでこれらを極力抑える必要があることなどが分かった。これらを考慮して作成した二層膜媒体はスペーシング量500Å以下の現在技術の最高水準に達し、10万ビット/インチの記録密度で30dB以上のオーバライト、S/N比45dB以上を得た。以上初期の目的に沿って研究を進め、媒体品質を改善した上で、高速・連続作成が可能になり、将来の量産技術の基礎になる研究成果が得られている。