hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
低誘電率・低誘電正接を有する次世代感光性有機層間絶縁膜の開発

1)感光性ポリ(ナフタレン)の開発では,Cu/アミン触媒を用いた2,6-ジヒドロキシナフタレンの酸化カップリング重合により、高分子量のポリ(2,6-ジヒドロキシナフタレン)(PHN)の合成に成功した。次にPHNと感光性溶解抑制剤ジアゾナフトキノン(DNQ)からポジ型感光性ポリマーを,架橋剤,光酸発生剤との組み合わせによるアルカリ現像可能なネガ型低誘電性,耐熱感光性ポリマー(誘電率,2.8,感度(D_<0.5>)=8.3mJ/cm_2およびコントラスト(γ_<0.5>)=11)を開発した。さらに,PHNの吸湿率(5%)を改善するために30%部分保護PHNを合成し,新規な架橋剤,光酸発生剤との組み合わせによるアルカリ現像可能なポジ型低誘電性,耐熱感光性ポリマー(誘電率2.9,吸湿率1.6%,感度=19.4mJ/cm_2およびコントラスト=7.5)を開発した。2)感光性ポリ(フェニレンエーテル)の開発では,酸化カップリング重合によりポリ[2,6-ジ-(3-メチル-2-ブテニルフェノール)]/(2,6-ジメチルフェノール)の共重合体を合成し,酸発生剤との組み合わせによる有機溶媒現像,ネガ型低誘電性,耐熱感光性ポリマーの検討を行い,誘電率2.6,誘電損失0.003-0.004(10GHz),感度およびコントラストはそれぞれ35mJ/cm_2および1.6の高感度で低誘電の感光性ポリマーを開発した。さらに,得られた共重合体のガラス転移温度(Tg)は260°Cで,ポリ(2,6-ジメチルフェノール)のTg 210°Cから大幅な改善がなされた。さらに,架橋構造を導入したのでTg以上でも機械的強度を保ち,高温での使用も可能であった。3)2,2'-ビス(1-ナフチルオキシ)-1,1'-ビナフチルの酸化カップリング重合により高分子量のポリ(ビナフチルエーテル)(PBE)を合成した。PBEは非常に高い熱安定性>500°C,低誘電性2.5,高ヤング率9.8Gpa,高硬度0.42Gpaを示し,次世代絶縁相間膜として有望である。1感光性ポリ(フェニレンエーテル)の開発では,酸化カップリング重合によりポリ(2-ヒドロキシ-6-メチルフェノール/2,6-ジメチルフェノール)の共重合体を合成し,その水酸基をt-ブトキシカルボニルメチル基に変換した。そして,その脱t-ブチルおよび炭酸反応を検討した。その結果,脱t-ブチルは容易に進行したが,脱炭酸は無水物結合の生成により完全に起こらなかった。現在,別ルートを考案中である。2感光性ポリ(ナフタレン)の開発では,まず,Cu/アミン触媒を用いて2,6-ジヒドロキシナフタレンの酸化カップリング重合を検討し,数平均分子量が5万を越えるポリ(2,6-ジヒドロキシナフタレン)(PHN)の合成に成功した。

次に,このPHNをポリマーマトッリクスとして用い,感光性溶解抑制剤(DNQ)との組み合わせにより感度300mJ/cm^2,コントラスト2.1,解像度6μmを有する感光性ポリマーを得た。さらに,このポリマーの屈折率より求めた誘電率は2.8であった。以上のようにアルカリ現像可能なポジ型低誘電性,耐熱感光性ポリマーを得ることができた。次に,架橋剤と光酸発生剤との組み合わせによるアルカリ現像可能なネガ型低誘電性,耐熱感光性ポリマーの検討を行い,感度300mJ/cm^2,解像度8μm,誘電率2.8を有するレジストを開発した。3全脂環式感光性ポリイミドの開発では,まず,脂環式二無水物とシリル化ジアミンから高分子量のポリ(アミド酸シリルエステル)(PASE)の合成に成功した。次に,このPASEとDNQからの感光性ポリイミド合成を検討し,このレジストが感度60mJ/cm^2,コントラスト1.7,解像度10μmを有することを見出した。さらに,このポリマーの屈折率より求めた誘電率は2.4であり,目的のアルカリ現像可能なポジ型低誘電性,耐熱感光性ポリマーを得ることができた。1)感光性ポリ(ナフタレン)の開発では,ポリ(2,6-ジヒドロキシナフタレン)(PHN),架橋剤,光酸発生剤との組み合わせによるアルカリ現像可能なネガ型低誘電性,耐熟感光性ポリマーの検討を行い,誘電率,2.8,感度(D_<0.5>)およびコントラスト(γ_<0.5>)はそれぞれ8.3mJ/cm^2および11の非常に高感度で低誘電の感光性ポリマーを開発できた。さらに,PHNの吸湿率(2%)を1%以下の要求性能を得るために,30%部分保護PHNを合成し,新規な架橋剤,光酸発生剤との組み合わせによるアルカリ現像可能なポジ型低誘電性,耐熱感光性ポリマーの検討を行い,誘電率2.9,吸湿率0-6%,感度およびコントラストはそれぞれ19.4mJ/cm^2および7.5の高感度,低誘電性感光性ポリマーを開発できた。2)感光性ポリ(フェニレンエーテル)の開発では,酸化カップリング重合によりポリ[2,6-ジ-(3-メチル-2-ブテニルフェノール)]/2,6-ジメチルフェノール)の共重合体を合成し,酸発生剤との組み合わせによる有機溶媒現像,ネガ型低誘電性,耐熱感光性ポリマーの検討を行い,誘電率2.6,誘電損失0.003-0.004(10GHz),感度(D_<0.5>)およびコントラスト(γ_<0.5>)はそれぞれ35mJ/cm^2および1.6の高感度で低誘電の感光性ポリマーを開発した。さらに,得られたポリ(フェニレンエーテル)のガラス転移温度(Tg)は260°Cで,ポリ(2,6-ジメチルフェノール)のTg210°Cから大幅な改善がなされた。さらに,架橋構造を導入したのでTg以上でも機械的強度を保ち,高温での使用も可能であった。3)感光性ポリ(ベンズオキサゾール)(PBO)の開発では,イソフタルアルデヒドとビスアミノフェノールから新規なPBO前駆体,ポリ(ヒドロキシアゾメチン)の合成を行い,これにジアゾナフトキノンを加えたレジストから,感度60mJ/cm^2,コントラスト1.7,解像度10μmを有するアルカリ現像可能なポジ型低誘電性,耐熱感光性PBOを開発した。この方法は従来法に比べて簡便で,しかも重合およびキャスト溶媒に環境対応の乳酸エチルを用いることができた。
アクアビジョン：カメラ・プロジェクタ群が形成する水中光線空間のモデル化とその応用

研究目標である(A)光線空間のモデル化と3次元形状計測,(B)半透明物体の検出と姿勢推定,(C)複数半透明物体の広範囲運動計測を実現するにあたり,本年度は下記の研究課題に取り組んだ.(A)に関して前年度までに基礎的な検討を行った球面レンズと複合鏡を用いた光学系についての詳細な解析と,それを用いた3次元形状計測を実現した.具体的には複合鏡によって生成された仮想視点における被写界深度をシミュレーションによって計算し,それらが互いに交差すること,すなわち隣り合う実視点・仮想視点の双方において被写界深度範囲内に収まるような空間が存在し,かつそれが被写体の3次元形状復元を行う上で十分な大きさを持つことを確認することができた.またこの光学系を実装し,さらにプロジェクタと組み合わせることによって,パターン光を用いた多視点ステレオによる3次元形状復元を行うことが可能であることを実証した.(B)および(C)に関して学習用のデータ計測を実環境で行い,これまでに検討した手法の検証および評価を行った.具体的には水底から水面を見上げる形で魚群を観測する場合と,水上から水面を通して魚群を観測する場合の2通りについて検討を行った.前者は逆光での計測となるものの水面における屈折の影響を受けない一方で,後者は水面の変形に起因する魚影の変形と,水面における鏡面反射という困難さを備えており,これまでの静的な水槽環境での評価に比べて実世界での応用を想定したシナリオとなっている.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。多視点映像を用いた水中物体の3次元形状・運動計測を実現するために,今年度は(A)水中光線空間のモデル化と形状計測,(B)半透明物体検出と3次元姿勢計測,(C)複数半透明物体の広範囲3次元運動計測,のそれぞれについて下記のような実績を得ることができた.(A)水中半透明物体による透過・散乱現象をモデル化し,多視点画像を用いてその3次元形状を推定する新たな手法を考案した.特に対象形状に関する事前知識として連続性制約を導入し,これを凸最適化問題として定式化することができること,また透明度と拡散成分を交互に最適化することで形状復元が達成されることを示した.(B)屈折情報に基づいた手法として,物体前後の光線分布の変化に着目した新たな手法についての検討を行った.(C)屈折過程を考慮した多視点水中カメラによる3次元物体追跡アルゴリズムを考案し,その基礎的な実装と検討を行った.最終目標である(A)水中光線空間のモデル化と形状計測,(B)半透明物体検出と3次元姿勢計測,(C)複数半透明物体の広範囲3次元運動計測を実現するにあたり,今年度は平成26年度の研究成果を踏まえて,以下の各研究領域に取り組んだ.(A)水中光線空間のモデル化と形状計測:水中光線空間のモデル化については,平面水槽に限定した場合の実証実験・評価を完了させ,英文論文誌に投稿した.任意曲面の場合に関する基礎的な検討を開始し,シミュレーションによってアルゴリズムの基礎的な枠組みを構築することができた.また形状計測に関しては,光の吸収(散乱・透過)のみの場合に関する実証・評価を行い,半透明物体の形状計測に関する基礎的な技術の確立を目指して非等方性散乱のモデル化についての検討を行った.(B)半透明物体検出と3次元姿勢計測:能動的にコントロール可能な背景としてLCDもしくはプロジェクタを用いた半透明物体の検出についての検討を継続して行うとともに,機械学習に基づく新たな検出アルゴリズムについての検討を行った.(C)複数半透明物体の広範囲3次元運動計測:撮影対象が不透明であることを仮定したうえで,水槽壁面による全反射像を逆に活用し,鏡映像が仮想的な別視点カメラによる撮影像であると考えた頑健な運動計測の実証実験・評価を行った.また物体が半透明である場合への拡張について,主に領域検出の改善を行うことで改善を図った.当初の計画のとおり,(A)水中光線空間のモデル化と形状計測,(B)半透明物体検出と3次元姿勢計測,(C)複数半透明物体の広範囲3次元運動計測,の各グループそれぞれについて研究を進めることができた.すなわち,(A)水中光線空間のモデル化と形状計測:水中光線空間のモデル化については,平面水槽に限定した場合の実証実験・評価を完了させ,英文論文誌に投稿まで至ることができた.任意曲面の場合に関しても新たな手法を考案するとともに,シミュレーションによってアルゴリズムの基礎的な枠組みを構築することができた.また形状計測に関しては,光の吸収(散乱・透過)のみの場合に関する実証・評価を行うことができ,半透明物体の形状計測に関する基礎的な技術の確立を目指して非等方性散乱のモデル化についての検討を開始することができた.(B)半透明物体検出と3次元姿勢計測:これまでの手法についての検討を継続すると同時に,機械学習に基づく新たな検出アルゴリズムについての着想を得た.(C)複数半透明物体の広範囲3次元運動計測:撮影対象が不透明であることを仮定したうえで,水槽壁面による全反射像を逆に活用し,鏡映像が仮想的な別視点カメラによる撮影像であると考えた頑健な運動計測の実証実験・評価を行うことができ,実時間で動作するシステムとして初期的な実装を完了することができた.また物体が半透明である場合への拡張についても着手している.研究目標である(A)光線空間のモデル化と3次元形状計測,(B)

半透明物体の検出と姿勢推定,(C)複数半透明物体の広範囲運動計測を実現するにあたり,本年度は下記の研究課題に取り組んだ.(A)光線空間のモデル化と3次元形状計測:これまでの平面屈折層の場合における形状計測に関する成果を取りまとめて国際論文誌にて発表することができた.また較正物体の存在を仮定しない,より汎用性の高い水中プロジェクタ・カメラシステムの自己較正手法についても検討を行い,その基礎的なアルゴリズムを確立することができた.さらにこれまでの高精度水中3次元形状計測では基本的に被写体が静止していることを前提としていたが,実時間形状計測に向けて,1枚の画像計測から復元する手法についても検討を行うことができた.これと同時に半透明物体の3次元形状計測に関しても,これまでは半透明物体が等方性散乱を示すと仮定してモデル化を行い,基本的なアルゴリズムの検討を進めてきたが,これを非等方性散乱へと拡張することによって,より高精度な形状および姿勢推定が可能であることが確認できた.(B)半透明物体の検出と姿勢推定:昨年度に検討を始めた機械学習に基づく手法についての検討を進めることによって,魚単体の検出および姿勢推定についての基礎的な検討を行うことができた.(C)複数半透明物体の広範囲運動計測:機械学習に基づく新たな運動計測アルゴリズムに関する新たな着想に基づき,特に複数物体の相互遮蔽に起因する運動追跡誤りを回避する方法についての検討を行うことができた.おおむね当初の計画通りに(A)光線空間のモデル化と3次元形状計測,(B)半透明物体の検出と姿勢推定,(C)複数半透明物体の広範囲運動計測それぞれについて研究を進めることができた.すなわち(A)光線空間のモデル化と3次元形状計測:撮影過程における屈折層が平面の場合と曲面の場合についての検討を行うことがH28年度の目標であったが,前者については成果を国際論文誌に発表することができ,また後者についても国内発表を行い優秀賞を受賞することができた.また半透明物体についての検討も進めることができている.今後は計画に沿って,顕微鏡環境での実現方法の検討を進める予定である.(B)半透明物体の検出と姿勢推定:我々の研究グループによって用意することができた学習データを使用してニューラルネットワークの学習を行い,半透明物体検出および姿勢推定に関する基礎的な検討を行うことができた.今後は計画通り特に3次元姿勢についての検討を進める予定である.(C)複数半透明物体の広範囲運動計測:機械学習に基づく新たな運動計測アルゴリズムに関する新たな着想に基づき,特に複数物体の相互遮蔽に起因する運動追跡誤りを回避する方法について,複数フレームにわたる複数物体の検出を同時に行う手法についての検討を行うことができた.今後は計画に基づいて特に3次元運動情報の復元についての検討を進める予定である.研究目標である(A)光線空間のモデル化と3次元形状計測,(B)半透明物体の検出と姿勢推定,(C)複数半透明物体の広範囲運動計測を実現するにあたり,本年度は下記の研究課題に取り組んだ.(A)光線空間のモデル化と3次元形状計測:微視環境における光線空間のモデル化のため,複合鏡を用いた仮想多視点計測環境の構築について検討を行い,まず複合鏡を用いた光線空間の獲得のための新たなカメラキャリブレーション手法の開発を行い,その成果を国際会議で発表することができた.
擬一次元電気伝導体のリング状結晶における電荷密度波のアハラノフ・ボーム効果

擬一次元電気伝導体NbSe3の単結晶試料の中からチューブ状結晶を取り出し、これを集束イオンビーム装置で輪切りに加工し、NbSe3単結晶の円盤を得た。チューブ状結晶には、その中心i軸に沿って円形の穴があり、輪切りに加工して得た円盤にも、中心に穴がある。この穴の周囲を残して他の部分を集束イオンビーム装置で削ることにより、穴の直径が5μmのNbSe3の微小リングを作製した。Inを真空蒸着することにより、微小リングに電極を取り、四端子法による測定が可能になった。微小リングの電気抵抗の温度依存性を測定したところ、ウイスカー状結晶における電気抵抗の温度依存性と定性的に一致した。このことから、微小リングは確かにNbSe3の単結晶試料であること、電荷密度波転移が起きること、集束イオンビーム装置を用いて加工を行った後でも致命的なダメージは無いことが分かった。また、電極も測定に耐えうるものであることが分かった。低温側の電荷密度波状態において、微小リングの電流電圧特性を41Kから55Kまでの異なる複数の温度で測定した結果、電荷密度波の並進運動による非線形伝導が観測された。このことから、作製した微小リングは、電荷密度波の並進運動による電気伝導に関してアハラノブ・ボーム効果が起きるかどうかを明らかにするのに適した試料であることが分かった。微小リングに流す電流を一定に保ち、リングに垂直に印加した磁場の強さを変えながら、微小リングの電気抵抗を測定した。電気抵抗の磁場依存性には、磁場に対して周期的な変動が現れているようにも見えた。しかしながら、電流と磁場の両方を一定に保って抵抗の時間変化を測定したところ、磁場を変えたときと同程度の変動が観測された。このことは、ノイズの影響が無視できないことを意味している。従って、磁場に対する電気抵抗の周期的な変動は観測できていない。電荷密度波の並進運動による電気伝導に関してアハラノブ・ボーム効果が起きるかどうかは、これまでのところ、明らかになっていない。アハラノブ・ボーム効果が起きるかどうかを明らかにするためには、測定の信号対雑音比を改善し、ノイズの影響を減らさなければならないことが分かった。本年度の研究実施結果は以下の通りである。1擬一次元電気伝導体NbSe_3の単結晶試料を作製するため、試料作成装置を立ち上げた。現在、いろいろな作製条件で試料を作製している。2電気抵抗の温度依存性や磁気抵抗を測定するためのクライオスタットと抵抗測定装置を作製中である。3新たに購入したソースメータ、温度コントローラの操作を練習し、習熟した。1擬一次元電気伝導体NbSe_3の単結晶試料を異なる条件で作製し、実体顕微鏡で観察した結果、リング状結晶、円盤状結晶、従来から知られているウイスカー状結晶ができることを確認した。これらの結晶のうち、本研究では円盤状結晶を用いるが、その取り出しや移動をウイスカー状結晶と同じ方法で行ったところ、結晶に与えるダメージが大きく、物性を正確に測定することができなかった。ハンドリングによるダメージは、安定した電極を作製するためにも、できるだけ減らす必要がある。

これらの結晶の取り出しや移動など、ハンドリングの方法を確立するため、現在、試行錯誤を繰り返しながら、その方法を検討している。2電気抵抗の温度依存性を測定するためのクライオスタットと抵抗測定装置を作製した。これらを用いて、異なる条件で作製したNbSe3のウイスカー状結晶について、電気抵抗の温度依存性を測定し、試料の評価を行った。その結果、我々が従来作製していたのと同様のウイスカー状結晶ができていること、作製条件を変えることによって、試料の質も従来と同様に変化することがわかった。現在、リング状結晶、円盤状結晶の抵抗測定を試みている。擬一次元電気伝導体NbSe3の単結晶試料の中からチューブ状結晶を取り出し、これを集束イオンビーム装置で輪切りに加工し、NbSe3単結晶の円盤を得た。チューブ状結晶には、その中心軸に沿って円形の穴があり、輪切りに加工して得た円盤にも、中心に穴がある。この穴の周囲を残して他の部分を集束イオンビーム装置で削ることにより、NbSe3の微小リングを作製した。Inを真空蒸着することにより、微小リングに電極を取り、四端子法による測定が可能になった。四端子法で微小リングの抵抗の温度依存性を測定したところ、ウイスカー状結晶における電気抵抗の温度依存性と定性的に一致した。このことから、微小リングは確かにNbSe3の単結晶試料であること、電荷密度波転移が起きること、集束イオンビーム装置を用いて加工を行った後でも致命的なダメージは無いことが分かった。また、電極も測定に耐えうるものであることが分かった。低温側の電荷密度波状態において、微小リングの電流電圧特性を異なる複数の温度で測定した結果、電荷密度波の並進運動による非線形伝導が観測された。このことから、作製した微小リングは、電荷密度波の並進運動による電気伝導に関してアハラノフ・ボーム効果が起きるかどうかを明らかにするのに適した試料であることが分かった。微小リングに流す電流を一定に保ち、リングに垂直に印加した磁場の強さを変えながら、微小リングの電気抵抗を測定した。電気抵抗の磁場依存性には、磁場に対して周期的な変動が現れているようにも見える。しかしながら、電流と磁場の両方を一定に保って抵抗の時間変化を測定したところ、磁場を変えたときと同程度の変動が観測された。このことは、ノイズの影響が無視できないことを意味している。従って、磁場に対する電気抵抗の周期的な変動は観測できていない。電荷密度波の並進運動による電気伝導に関してアハラノフ・ボーム効果が起きるかどうかは、これまでのところ、明らかになっていない。アハラノフ・ボーム効果が起きるかどうかを明らかにするためには、測定の信号対雑音比を改善し、ノイズの影響を減らさなければならないことが分かった。
酸化物結晶化ガラス全固体電池を反応場とする遷移金属リン酸塩正極の物性解明

リン酸鉄ナトリウム結晶化ガラスを活物質とする酸化物系ナトリウム全固体電池を試作し、室温駆動に世界で初めて成功している。この全固体電池は固体電解質と活物質間に容易に接合界面を形成し界面抵抗の低減を達成している。さらに、製造時の接合プロセスから、充放電中まで一貫して無加圧プロセスを達成している。本研究では、代表者らが独自に進めてきた、酸化物結晶化ガラスによるナトリウムイオン電池材料について、全固体電池における特異な反応性について、超高圧充電に対する安定性について、モルフォロジーと電気化学的側面から解明し、さらなるエネルギー密度向上に向けた指針を示す。
わが国の動物由来サルモネラにおけるセフェム系抗菌剤耐性に関する分子遺伝学的研究

抗菌剤が使用される家畜の生産現場は薬剤耐性菌選択の場の一つと考えられている。家畜由来薬剤耐性菌がヒトに感染した場合、その治療を難しくする可能性があるため、家畜由来食中毒菌の薬剤耐性化は公衆衛生上、看過できない。とりわけ、ヒトの治療に汎用される広域セファロスポリン(ESC)に対する耐性菌の出現には注意を払う必要がある。2004年以降、北海道の牛においてESCに耐性を示す特定遺伝子型のSalmonella Typhimurium(ST-VII-6)が分離されている。本研究では、こめESC耐性が染色体上の多剤耐性ゲノミックアイランドの一つであるGI-VII-6に規定されていることを明らかにした。GI-VII-6の全長は125kbでESC耐性を規定するCMY-2 β-ラクタマーゼ遺伝子の他、10の薬剤耐性遺伝子を含んでおり、その塩基配列の特徴から薬剤耐性プラスミドが染色体上に転移したものと推察された。解析した22株のST-VII-6は全てGI-VII-6を保有しており、ユニークなSalmonella Typhimurium(ST)クローンが北海道の牛に拡散したものと推察された。また、1農場で発生した牛サルモネラ症から薬剤耐性パターンの異なるST 4株が分離されたので諸性状を解析したところ、プラスミドプロファイルに違いは認められるものの、由来は同一の菌株で農場内において保有プラスミドが変化したものと推察された。薬剤耐性パターンは保有プラスミドによるため菌株の遺伝子型による近縁関係を反映するとは限らないことが示された。さらに南九州地域のブロイラーからESCに耐性を示すサルモネラ血清型Infantis、Manhattan、および大腸菌を分離し、菌種内および菌種間の薬剤耐性プラスミド伝達の有無を調べたところ、両菌種内で薬剤耐性プラスミドの交換が起こっている可能性を指摘することができた。加えて、これらプラスミドが実験的に他菌種に伝達可能であることを示した。とりわけ、ヒトの治療に汎用される第3、4世代セフェム系抗菌剤に対する耐性菌の出現には注意を払う必要がある。我々は南九州の食鳥処理場から採材したブロイラー鶏盲腸便より多剤耐性Salmonella enterica血清型Infantis (S.Infantis)を分離し、解析したところ、これら菌株が第3世代セフェム系抗菌剤に耐性を示すことを見いだした。この耐性は伝達性薬剤耐性プラスミド上に存在するTEM-52β-ラクタマーゼ遺伝子(blaTEM-52)に規定されていることを明らかにした。現在、blaTEM-52産生性S.Infantisの分布が南九州地域に限局したものなのかどうかを明らかにするため、日本全国から収集し、動衛研に保存されているS.Infantis株の薬剤感受性を解析中である。一方、第3世代セフェム系抗菌剤に耐性を示すSalmonella enterica血清型Typhimurium (S.Typhimurium)が国内の牛から分離されている。この耐性はCMY-2β-ラクタマーゼ遺伝子(blaCMY-2)に規定されているが、blaCMY-2は染色体上またはプラスミド上に存在することが、これまでに明らかとなっている。これら菌株の性状を解析中である。
エキソソームを介した筋萎縮発症機序の解明と新たな治療へのアプローチ

申請者らは、先の研究で筋細胞内における脂質代謝の変化が悪液質における筋萎縮の発生に深く関与することを証明した。また、脂質代謝変化を標的とした治療の可能性についても示した。しかし、これまでの研究で悪液質発症への関与が示されているサイトカイン等ではこれらの代謝変化が生じる機序について十分な説明はできず、悪液質発症への未知の分子の関与が示唆される。本研究では、がん細胞から放出されるエキソソームに着目する。がん細胞由来のエキソソームによる筋細胞内の代謝への影響を評価することにより、悪液質における筋萎縮発症の機序解明を目指す。その成果により、悪液質に対する新たな治療法の開発などの臨床応用へとつなげたい。
アラミド繊維の超微細化による複合材料の高性能化に関する研究

ケブラー繊維を構成するポリ(P-フェニレンテレフタルアミド)(PPTA)と共存して、純硫酸紡糸原液中で液晶を形成し、かつ液晶紡糸が可能であり、得られた複合繊維から有機溶媒ジメチルスルホキシド(DMSO)で抽出除去を行い、PPTAのミクロフィブリル繊維を調製した。第二成分としては、PPTAのNプロトンをエトキシカルボニルメチル置換したN-ECM-PPTA(【2!】)を見出した。【2!】の置換度は80mol%である。PPTA+【2!】の13wt%硫酸紡糸原液は、偏光顕微鏡で求めた濃度一温度相図で液晶域にある条件を選んだ。DMSOを用いた複合繊維の抽出は超音波照射により行い、走査型電顕(SEM)の観察により1μm以下に一様にミクロフィブリル化した繊維が得られることを確認した。目的とするケブラー繊維の座屈に弱い欠点の克服を検討するために、elastica loop testを行った。この方法はループの長軸Aと短軸Bの比、A/BをAに対してプロットし、純弾性体状態での1.34の比が座屈により不連続的に増加するA値を指標とするもので、65μm直径のフィラメントではA【-!】2mmで座屈したのに対し、ミクロフィブリル化PPTAではAは光学顕微鏡の分解能の中で座屈しなかった。他方、シアノアクリレート樹脂との複合材料では、マクロ繊維強化材料が降伏したのに対し、ミクロフィブリル複合材料は降伏前に脆性破壊を起こした。これは、要素フィブリルの不連続性によるもものと判断した。PPTAの硫酸溶液から、ホモジナイザーの水中に分散して得られたミクロフィブリルとエポキシ樹脂より三次元強化複合材料を製造する方法を試みた。PPTAのN-カルボキシメチル化はエポキシとの反応により、強化に有効であり、均一なN-置換体を用いるよりも、PPTAとのハイブリッド三次元強化の方が有効であることを確めた。N-置換度は60mol%までの範囲で単調に曲げ強度が向上した。予備実験として、ポリ(P-フェニレンテレフタルアミド)(PPTA)の液晶紡糸を行うと共に、複合糸を調製するため、PPTAのアミドプロトンをカルボキシメチル基に置換した置換PPTA(N-CM-PPTA)の調製条件と紡糸原液の特性とを検討した。モノクロロ酢酸を用いた場合、PPTAの分子量を5700から30000に高めると共に、N-置換度は50%より20%に低下し、98%【H_2】【SO_4】には溶解するが、複合糸からN-CM-PPTAを除去するためのジメチルスルホキシド(DMSO)への溶解度が失われた。N-CM-PPTA調製に用いるPPTAの分子量を30000に高めると共に、DMSOへの溶解性を増すことが必要であるが、この点は次の方法により解決することができた。モノブロモ酢酸エステルとメタル化PPTAとの反応をDMSO中で行い、かつこれを3度くり返すことにより、置換度を66%に上昇できた。さらに反応温度を室温から70°Cに上昇させると77%となり、これらは紡糸原液に70°C、12%PPTAの条件で、N-CM-PPTA23%組成まで溶解しても液晶を形成し、かつ、N-CM-PPTAはDMSOに溶解することが分った。

紡糸原液の条件を確定できたことは本年度の進歩である。第二に、複合繊維のDMSO処理により超微細化PPTA繊維を調製した上、エポキシ、並に耐熱性のポリイミドのマトリクス樹脂との複合効果を上げるために界面接着性の向上が必要である。この問題に対し、単繊維を厚さの異なるマトリクス樹脂層からの引き抜き応力の測定方法を用い、又、ケブラークロスとの複合材料の曲げ特性とT-はくり試験を行った。その結果、単繊維表面にメタル化による膨潤層をつくり、樹脂を拡散させて、硬化時に投錨効果を発生させること、樹脂と反応する官能基の導入が有効であることを見出したのは新しい成果である。以上の準備を完了し、61年度に最終目標を達成する。
遺伝子間障壁に着目したマラリア原虫の遺伝子発言メカニズムの解明

マラリア原虫で解析されていないコヒーシンの機能を明らかにするため、マラリア原虫のコヒーシンをマラリア原虫よりクローニングし、組換えマラリア原虫を作製した。これを基にクロマチン沈降法からのDNA断片をゲノムデータベースにマッピングするための基盤を構築している。マラリア原虫の各発育期におけるコヒーシン集積部を解析することで、マラリア原虫の遺伝子発現メカニズムの一端を明らかに出来るものと考える。マラリア原虫は蚊・ヒトに寄生する際に形態を変化させ、組織、周期特異的な遺伝子発現を厳密にコントロールしているが、遺伝子発現調節機構についての詳細な研究はこれまで行なわれていない。研究実施者はマラリア原虫における遺伝子発現調節機構を解明するため、中でもゲノム上にある遺伝子それぞれを分離・コントロールする遺伝子間障壁DNA配列である、インスレーター領域に着目した。これまでヒト・酵母のゲノムDNA上においてChIP on ChIP法でコヒーシンをマッピングすることにより、染色体分配に働くとされていたコヒーシンがインスレーターとしても機能していることが見出されていることから、本研究では、染色分配に働くコヒーシンのマラリアゲノムDNA上での分布を解析し、そのDNA配列がインスレーター機能を有するのかを調べることで、マラリア原虫の遺伝子発現機構の一端を明らかにすることを目指している。マラリア原虫のコヒーシンの詳細な研究はされておらず、特異的抗体も無いことから、熱帯熱マラリア原虫ゲノムデータベースから、コヒーシンの活性ドメインを有する遺伝子群(PfSCC1、PfSMC1、PfSMC3)を同定し、マラリア原虫よりクローニングした。コヒーシンを標識し、クロマチン免疫沈降法をおこなうため、クローニングしたコヒーシンに蛍光タンパク質Venusを付加し、熱帯熱マラリア原虫に遺伝子導入した。マラリア原虫においては遺伝子組み換え体を取得するためには数カ月を要するため、現在遺伝子組換え体取得のためにスクリーニング中である。遺伝子導入された熱帯熱マラリア原虫が得られた後、クロマチン免役沈降実験を行うことでコヒーシン集積部位・結合配列を同定する。さらにはPfSCC1、PfSMC1、PfSMC3に対する抗体も作製中であり、これらの抗体を用いることでもクロマチン免疫沈降実験を行う予定である。マラリア原虫において遺伝子発現調節メカニズムは不明な点が多く、ゲノム上における遺伝子間障壁と遺伝子発現メカニズムについてこれまで知られていない。哺乳類においてゲノム上のコヒーシン集積部位と遺伝子間障壁を担うDNA配列(インスレーター)に相関性がみられていたことから、マラリア原虫ゲノム上でのコヒーシンの分布を解析することで、インスレーター領域を探索し、マラリア原虫のゲノム上における遺伝子発現機構の一端を明らかにすることを目指した。マラリア原虫のコヒーシンの詳細な研究はされておらず、特異的抗体も無いことから、これまでコヒーシンオーソログであるPfRad21、PfSMC1、PfSMC3をマラリア原虫よりクローニングし、蛍光タンパク質タグを付加したプラスミドをマラリア原虫に遺伝子導入した。ゲノムDNA上のコヒーシン部位と導入したプラスミドのコヒーシン部位を相同組換えさせ、相同遺伝子組換えマラリア原虫を得るため、選択薬剤の下6か月以上培養を行った。さらにこの間にはマラリア原虫のコヒーシンに対する特異抗体の作製も行った。現在、相同遺伝子組換えマラリア原虫を確認しており、これを基にChIP法からのDNA断片を次世代シーケンサーを使用してゲノムデータベース上にマッピングする。マッピング後、赤内期におけるマラリア原虫の各ステージにおけるコヒーシン分布を比較し、遺伝子間領域に存在する配列を相互比較することにより、インスレータードメインを決定する。コヒーシン集積部とインスレータードメインを相互解析することで、マラリア原虫の遺伝子発現メカニズムの一端を明らかにすると共に、コヒーシン集積部を遺伝子導入コンストラクトに挿入することで、正確なタイミングで発現し、かつ発現抑制を起こさない効率の良い遺伝子導入法を目指している。
Gタンパク質共役型受容体のヘテロ多量体配置転換の解析

創薬の主要な標的となるGタンパク質共役型受容体(GPCR)が二量体化を通じて機能調節を行うことが様々な受容体で報告されてきたが、生細胞においてGPCRの高次多量体化の役割は明らかでない。本研究では、代謝型グルタミン酸受容体(mGluR)とセロトニン受容体(5HTR)をモデルとして1分子計測・FRET解析を行った。生細胞における1分子計測の結果、mGluRが活性化すると拡散の遅い高次多量体が増えることが明らかになった。また、この高次多量体はクラスリン被覆小胞への集積と関連することが判明した。さらに、FRET計測から、mGluRが活性化すると5HTRとのヘテロ多量体が解離する可能性が示唆された。近年、様々なGタンパク質共役型受容体(GPCR)が二量体・多量体を形成して高度な機能調節を行う事例が報告され、新たな創薬のターゲットとして注目されている。しかし、GPCRの多量体化による機能調節の分子メカニズムは明らかでない。本研究では、GPCRが生細胞中でどの程度のサイズの多量体を安定に形成するのか、また、多量体のどのような構造変化が機能調節につながるのかを解明することを目的とする。具体的には、統合失調症との関わりが報告される代謝型グルタミン酸受容体(mGluR)とセロトニン受容体(5HTR)のヘテロ多量体をモデルとして、培養細胞に蛍光標識した両受容体を共発現し、様々なリガンド条件下で全反射蛍光顕微鏡による1分子計測・FRET解析を行う。平成26年度は、交付申請書に基づき、mGluRと5HTRのヘテロ多量体の構造変化を検出するFRETセンサーの構築を行った。mGluRと5HTRの細胞質ループ領域に対してGFP/Halo/SNAP/CLIP-tagを挿入した変異体を作製し、様々な組み合わせで共発現・蛍光標識を検討した。その結果、mGluR/5HTRにCLIP-tag/SNAP-tagをそれぞれ融合した共発現膜試料について、リガンド依存的なFRET効率の変化を検出できるプローブの作成に成功した。平成27年度は、本プローブを用いて様々なリガンド存在下で1分子FRET計測を行う。生細胞におけるmGluRと5HTRの2色同時1分子計測については、N/C末端を蛍光標識した5HTRの膜局在が乏しく、良好な観察結果が得られていない。平成27年度は、5HTRのN末端に対するシグナルペプチドの挿入を検討し、膜局在の改善を図りたい。一方、mGluRのホモ多量体については1分子動態解析に成功し、拡散状態・多量体サイズと活性の間に相関が見られるなど、一定の結果が得られた。Gタンパク質共役型受容体(GPCR)は薬の標的分子として主要な位置を占めている。近年、様々なGPCRが二量体・多量体を形成して互いに活性を調節する事例が数多く報告され、多量体化による機能調節メカニズム・生細胞における多量体化の実態の解明は薬理学・創薬において重要な課題である。本研究では、生細胞膜中のGPCRの多量体サイズ分布および刺激依存的な多量体の構造変化の解明を目的とする。具体的には、代謝型グルタミン酸受容体(mGluR)のホモ多量体およびmGluRとセロトニン受容体(5HTR)のヘテロ多量体をモデルとして1分子動態計測・FRET計測を行う。平成27年度は、生細胞におけるmGluRのホモ多量体の1分子動態解析において大きな進展が得られた。様々なリガンド条件下で生細胞膜中のmGluRを全反射蛍光顕微鏡により1分子計測し、多量体サイズ・拡散係数の分布を比較したところ、受容体の活性と相関して、遅く拡散する高次多量体の割合が増えることが明らかになった。この結果は、1分子動態を計測することで生細胞膜中のGPCRの活性を推定できることを示しており、新たな薬剤スクリーニング指標の提案につながる発見である。また、平成26年度に課題となっていた5HTRの蛍光標識法については、生細胞中で1分子計測可能な標識法を確立することに成功した。今後は、mGluRと5HTRの2色同時1分子計測を行い、活性化に伴うヘテロ多量体の分布の変化を解析する。また、平成26年度に設計したmGluRと5HTRのヘテロ多量体の構造変化を推定するためのFRETプローブについては、細胞膜にほとんど局在せず内膜に留まってしまうため生細胞における1分子FRET計測は困難であると判断した。今後は、粗精製膜画分を用いたin vitroのFRET計測を検討する。本研究では、生細胞におけるmGluRの1分子動態解析から、GPCRの活性化と多量体化が密接に関わっていることを明らかにした。さらにクラスリンとの2色同時1分子計測を行うことで、この多量体化がGPCRのエンドサイトーシスの過程に関わることを明らかにした。クラスリン被覆小胞を介したエンドサイトーシスはGPCRのシャットオフ機構として一般に知られているため、1分子イメージングによる様々なGPCRの活性を推定することが可能になると期待される。本研究では、生細胞におけるGPCRの多量体サイズ分布の解明を第1の目標に掲げたが、現在までに多量体サイズ分布だけでなく多量体化と機能の連関を明らかにし、今後の創薬への応用を見据えた結果を得られたており当初の計画以上に進展していると言える。

一方、第2の目標として掲げたGPCRのヘテロ多量体の構造変化の解明については、プローブ作成に手間取るなど、1分子レベルでの解析が進んでいない。今後、現在までに作成したプローブを利用してヘテロ多量体の解析を行っていきたい。以上を総合し、本研究はおおむね順調に進展していると考えられる。Gタンパク質共役型受容体(GPCR)は低分子薬の約30%のターゲットになるなど、創薬の標的分子として主要な位置を占めている。過去20年間で、GPCRが二量体・多量体を形成して互いに機能調節を行うことが様々な受容体で報告されてきた。しかしながら、従来のバルクにおける計測では二量体と高次多量体を区別できないため、生細胞においてGPCRの二量体・多量体化の実態は明らかでない。本研究では、統合失調症の標的として注目される、代謝型グルタミン酸受容体(mGluR)の高次多量体形成およびmGluRとセロトニン受容体(5HTR)のヘテロ多量体をモデルとして1分子イメージング・FRET解析を行ってきた。平成28年度は、平成27年度までの研究成果であるmGluRの1分子動態と機能の連関についての研究結果を論文にまとめて投稿し、また、様々な学術会議で同成果について発表を行った。本研究により、アゴニスト依存的に細胞膜上でmGluRの高次多量体が拡散係数の低下を伴って増えることが明らかになった。また、mGluRとクラスリンの2色同時1分子イメージングにより、上記の高次多量体形成はクラスリン被覆ピットへの取り込みと連関していることが判明した。クラスリン被覆ピットへの集積はGPCR一般に共通したエンドサイトーシスの機構であり、1分子動態を指標としたGPCRの薬効評価が可能であることが示唆されたため、同手法を新規の「Gタンパク質共役型受容体(GPCR)の活性評価方法」として特許出願を行った。創薬の主要な標的となるGタンパク質共役型受容体(GPCR)が二量体化を通じて機能調節を行うことが様々な受容体で報告されてきたが、生細胞においてGPCRの高次多量体化の役割は明らかでない。本研究では、代謝型グルタミン酸受容体(mGluR)とセロトニン受容体(5HTR)をモデルとして1分子計測・FRET解析を行った。生細胞における1分子計測の結果、mGluRが活性化すると拡散の遅い高次多量体が増えることが明らかになった。また、この高次多量体はクラスリン被覆小胞への集積と関連することが判明した。さらに、FRET計測から、mGluRが活性化すると5HTRとのヘテロ多量体が解離する可能性が示唆された。平成26年度は、交付申請書に記載した研究計画のうち主要な部分を占める、mGluRと5HTRのヘテロ多量体の構造変化を検出するFRETプローブの構築に成功しており、交付申請書の予定通り平成27年度の研究計画を遂行できる。5HTRの膜局在がN末端・C末端標識に関わらず極めて低かったことは、予想外な結果であった。しかし、生細胞においてmGluRの多量体サイズ・拡散状態がGタンパク質活性化能と相関して変化するという論文発表に足るデータが得られており、十分な進展があったと考える(投稿準備中)。以上の進捗状況を鑑み、研究はおおむね順調に進展していると考える。今後は、現在までに作成したFRETプローブを用いて1分子FRET計測をin vitroで行い、刺激依存的なmGluRと5HTRのヘテロ多量体の構造変化を解析する。既にバルクでのFRET計測から、mGluRを活性化するリガンドを加えた際に、ヘテロ多量体のFRET効率の低下が生じることが明らかになっている。
培養細胞産生3次元細胞外マトリックスを用いた臓器再生因子の検索

1.細胞の向きや形を規定する細胞外因子の同定とその性状の検討細胞が産生した細胞外マトリックス上に新たに細胞を播いた場合、その細胞の長軸方向が元の細胞の長軸方向と一致する現象を前年度見いだした。本年度はまず前年度その方向を規定する因子の候補として同定されたfibronectinについてRNAiを用いた発現抑制を行い、その方向規定への影響を解析した。細胞としては最も解析し易い筋芽細胞を用いた。この場合方向規定に明確な変化は見いだされなかった。但し、試みた4種類のターゲットサイトでのmRNA発現抑制効果は最高で50%程度であり、その程度の量で方向の規定は十分な可能性もあり更なる解析が必要である。2.細胞の向きや形の規定における細胞外因子の細胞内への情報伝達メカニズムの検討最近、細胞の向きの規定に中心体と微小管ネットワークが重要な役割をしていることが報告されてきている。例えば中心体と微小管繊維に結合するAPCの発現をショウジョウバエ中で抑制するとgermline stem cellの細胞分裂の方向性が異常になることが報告されている。そこで筋芽細胞の方向規定にこの系が関与するか検討するためRNAiによりAPCの発現を抑制した。方向の規定については明確な変化は今のところみとめられていないが、面白いことに癌抑制遺伝子のAPCの抑制が筋芽細胞においては増殖抑制を引き起こした。大腸癌で見られるN末のみのAPC蛋白を発現させても同様であった。このことから大腸細胞においてAPCが特殊な役割をしておりそのことが大腸癌発生に関与する可能性が考えられる。臓器、組織再生の際に必要な、マトリックス蛋白を始めとした細胞外因子を検討するため、本研究ではまず、細胞外マトリックスのin vitroモデルとして用いるための、細胞の長期培養による細胞外マトリックス構築を試みた。まず、上皮系、間質系の数種類の細胞を用いて1週間以上培養を行った。その後、細胞外マトリックスが構築されているか検討するために、培養細胞にTriton/NH_4OHを加え細胞成分を取り除き、残りをSDSにより抽出し、更にSDS-PAGEによりその成分を解析した。その結果、この系により細胞外マトリックスが構築され、また培養皿上にマトリックスが残ることが示された。ただし、培養皿について、無処理、ゼラチンコート、I型コラーゲンコートにおいて同様の検討をした結果、I型コラーゲンコートの培養皿に最もマトリックス成分が残ることが示された。こうして得られた細胞外マトリックス上にマトリックスを産生させたものと同種あるいはそれとは別種の細胞を培養し、その細胞のphenotypeの変化を観察した。興味深いことに間質系細胞、筋肉細胞と上皮系細胞のいくつかの産生した細胞外マトリックス上で細胞を培養した場合、その細胞は元の(マトリックスを産生した)細胞と同様の方向を示した。具体的には、bipolar(直線状)の形の細胞の場合、培養皿上でこの直線の方向の幅は180度あるが、元の細胞と同一の方向を示したのである。これらから、組織、臓器の再生の際、細胞外マトリックスが残っていれば細胞がもとの方向や形をとり、更にそれが集まって元通りの組織、臓器の形をつくると考えられる。一方、Western blottingや培養細胞産生マトリックスの免疫組織染色等からこの方向決定因子はフィブロネクチンであることが示唆されている。
咀嚼圧が義歯床下上皮組織の活性動態に及ぼす影響に関する研究

本研究はラットの臼歯部口蓋を対象として,義歯床を介して加えられる咀嚼圧によって惹起される義歯床下粘膜上皮細胞の活性動態の変化について,上皮基底細胞核が示すNORs(nucleolar organizer regions)数を指標として,上皮組織に惹起される病理組織学的変化との関連において検討することを目的とした.15週齢のウイスター系雄性ラット120匹(義歯装着群3群と対照群1群各30匹)を用いた.義歯装着群に対しては,安静時には義歯床下組織と無圧の状態で接触し,咬合時には規定量(100,50および13μm)だけで沈下する義歯床を装着した.対照群は義歯を装着することなく経過させた.義歯床装着1,2,4,8,12および20週後に各群の5匹ずつを屠殺して義歯床下の口蓋粘膜を採取し,4%パラホルムアルデヒドを用いて固定した後,通法に従ってパラフィン包埋した.2μmのAgNOR染色標本を対象として,各実験条件毎に上皮基底細胞核1個当たりのNORs数の平均値を求め,各実験群間の有意差検定を行った.また,4μmのヘマトキシリン-エオジン染色標本を対象として上皮組織の病理組織学的変化を観察した.その結果,義歯床下粘膜の上皮基底細胞核の示したNORs数は,病理組織学的変化との関連を示して変化した.義歯床下粘膜上皮に退行性の組織変化がみられた義歯床装着1および2週後のNORs数は,いずれの義歯装着群においても対照群に比べて有意に減少すると同時に,義歯床の沈下量の増加に伴って減少した.4週後の義歯装着群のNORs数はいずれも,対照群に比べれば有意に低い値を示すものの,上皮組織の増殖性変化に伴って2週後に比べて増加して各沈下群ともほぼ同様の値を示した.8週後以降は,13μm沈下群のNORs数が経時的にわずかに増加して対照群と同様の値を示したが,50および100μm沈下群では対照群ならびに13μm沈下群に比べて,その差は大きくはないものの,有意に低い値を示した.本研究はラットの臼歯部口蓋を対象として,義歯床を介して加えられる咀嚼圧によって惹起される義歯床下粘膜上皮細胞の活性動態の変化について,上皮基底細胞核が示すNORs(nucleolar organizer regions)数を指標として,上皮組織に惹起される病理組織学的変化との関連において検討することを目的とした.15週齢のウイスター系雄性ラット120匹(義歯装着群3群と対照群1群各30匹)を用いた.義歯装着群に対しては,安静時には義歯床下組織と無圧の状態で接触し,咬合時には規定量(100,50および13μm)だけで沈下する義歯床を装着した.対照群は義歯を装着することなく経過させた.義歯床装着1,2,4,8,12および20週後に各群の5匹ずつを屠殺して義歯床下の口蓋粘膜を採取し,4%パラホルムアルデヒドを用いて固定した後,通法に従ってパラフィン包埋した.2μmのAgNOR染色標本を対象として,各実験条件毎に上皮基底細胞核1個当たりのNORs数の平均値を求め,各実験群間の有意差検定を行った.また,4μmのヘマトキシリン-エオジン染色標本を対象として上皮組織の病理組織学的変化を観察した.その結果,義歯床下粘膜の上皮基底細胞核の示したNORs数は,病理組織学的変化との関連を示して変化した.義歯床下粘膜上皮に退行性の組織変化がみられた義歯床装着1および2週後のNORs数は,いずれの義歯装着群においても対照群に比べて有意に減少すると同時に,義歯床の沈下量の増加に伴って減少した.4週後の義歯装着群のNORs数はいずれも,対照群に比べれば有意に低い値を示すものの,上皮組織の増殖性変化に伴って2週後に比べて増加して各沈下群ともほぼ同様の値を示した.8週後以降は,13μm沈下群のNORs数が経時的にわずかに増加して対照群と同様の値を示したが,50および100μm沈下群では対照群ならびに13μm沈下群に比べて,その差は大きくはないものの,有意に低い値を示した.
ピコ秒音響イメージング

次の3つの研究を成し遂げました。1)ピコ秒超音波と熱波による機械接触の検査。この研究では、機械接触を超短光パルスを用いた超音波と熱波の励起と検出を使って検査する方法を開発しました。2)不完全な界面を通り抜ける過熱状態の電子の弾道的伝播。この研究は不完全な界面を透過する過熱状態の電子に関するものです。3)微小球の振動。これについては直径5袖mのガラス球に振動を励起し、検出しました。Dehoux博士はこれらの3つの別々の研究に関して結果を出しました。ピコ秒超音波とメガヘルツ熱波を機械接触の検査に応用するという最初の研究プロジェクトについて、広範囲に渡る仕事を成し遂げました。この研究論文は2009年12月にPhysical Review B誌に掲載されました。さらにこの論文は特に高い質の論文として選ばれ、Physical Review Focusに取り上げられました。このテーマに関しては、Ultrasonics誌にも論文が掲載されました。この研究は、他の方法では測定しにくい機械接触領域全体をナノスケールの分解能で超音波を使って検査する方法の確立に向けての大きなステップとなります。さらに2番目の研究では、機械接触を通り抜ける熱い電子をピコ秒時間領域でイメージングできることを示しました。この熱い電子は機械接触を検査するさらに別の手段となり、ナノスケールででこぼこした機械的接触面に対し非常に敏感です。これに関連した論文は準備中です。3番目の研究ではミクロンサイズの単独の球や接触している2つの球が振動するのを、類似の超短光パルス技術を使ってはじめて時間分解で観測したものです。この方法による振動モード周波数計測は、球の弾性的な性質を品質管理する有用な手段となるでしょう。測定した振動モードの位相は振動励起メカニズムの調査に役立ち、2つの球の間の機械的なつながりの動力学を解明します。この論文はOptics Letters誌に2009年11月に掲載されました。さらにこれらの研究は、日本、チリ、インド、韓国でなされた数々の国際学会で発表されました。超高速光技術を利用したピコ秒超音波法によって、我々はサファイア基板上の100nmの厚みのクロム薄膜に直径6mmのセラミックボールベアリングをナノスケールで押し込む(nanoindentation)を研究した。パルス幅200fsのレーザーパルスが金属薄膜によって吸収されると、周波数が50GHzにも達する超音波パルスが発生する。この超音波パルスは薄膜内を伝播し、薄膜とインデンターの界面で部分的に反射する。接触している部分を含む直線に沿って超音波の反射波の振幅をイメージングすることで、ヘルツ理論とよく一致する25μm程度の接触領域の直径を測定できた。この結果は、横分解能1μmで50GHzの超音波が接触界面を透過したことを初めて測定したと言える。我々は、この測定で測定した異常に小さな超音波反射係数を説明する理論的なモデルも構築した。さらにMHz周波数の熱波の反射も同時に測定できる。これは今までにない高い周波数の温度振動の局所的な振幅と位相を接触を含む部分でマッピングすることでなされる。この拡散的な熱輸送をイタリアのDipartimento di Energetica,Universita degliStudi di Roma"La Sapienza"のRoberto Li Voti博士と一緒にモデル化しか。この研究内容の論文を最近、Physical Review Letters誌に投稿した。さらに我々は、同様のレーザーパルスを使って、直径10μm球の振動モードを測定する実験方法を開発した。これについての研究論文をまもなくApplied Physics Letters誌に投稿する予定である。3)微小球の振動。
マルチメディア時代に適合した教科書の研究,開発-理科教科書を主体として-

教科書を教育メディアとという観点から捉え、教科書で使われる図、写真等の画像データベース化を試みた。基礎的な資料を作成すべく、昭和22年から、平成4年の間に検定を受け発行された、小学校と中学校の理科教科書について、絵、図、写真等の扱われ方がどのように変遷してきたか、検討した。その結果、教科書の学年、出版社による多少の差はあるものの、おおよその傾向として以下のような知見を得た。小学校の教科書においては、昭和24年では、白黒の線画で、ごく一部に白黒写真が使われる。また、扉絵に限り色刷りの絵が使われる。その後、昭和27年に色刷りの絵が使われるようになり、昭和29年では、白黒写真が主となり、色刷りの絵、着色写真が使われる。そして、昭和35にはほぼ全ページが彩色された絵となり、一部にほぼ全ページに白黒の写真が使われ、昭和39年からカラー写真が加わった。昭和48年全ページ着色され写真もカラーがほとんどである。昭和54年ではカラー写真が大きくなった。さらに、平成3年ではカラー写真が主となり、一部に彩色画、説明部分には二色刷の絵が使われる。中学校の理科教科書においても、彩色画、写真の登場時期は小学校と同様の傾向であるが、説明のための抽象的な表現が多くなっていることが、大きな違いである。そのため、教科書全体にわたって、カラー写真や彩色画ということはなく、二色程度の線画も多く使われている。今回は表現形式に限って検討したが、今後、教科書の内容と表現形式の妥当性という観点からも分析し、教科書をマルチメディア化する際の指標とする予定である。