hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
昆虫の体表から発散される揮発性物質の抗かび作用に関する研究

鞘翅目昆虫の中にはコガネムシやカブドムシのように,その幼虫期を長期間,土壌や朽ちた廃木の中で生息するものがいる。この場所には多くの微生物が存在し,その感染の機会も多いにも係わらず,昆虫が種を維持できているのは,昆虫が微生物感染に対する強固な防御システムを添えているからであると考えられる。著者らはこの防御機構に係わる物質の一つとして,センノカミキリ幼虫の体表から発散される揮発性物質で抗糸状菌作用を示す物質の存在を明らかにし,その物質の同定とその作用機作について調べ新しい知見を得た。この物質は昆虫病原糸状菌,植物病原糸状菌,一般糸状菌と糸状菌全般に対して抗菌活性を示すことを前年度までに明らかにした。本年度はドウガネブイブイ幼虫についてセンノカミキリ幼虫の場合と同様の実験を行ない.同様の結果を得た.抗糸状菌活性物質は生きた幼虫の体表からのみ発散されることがわかった.この物質は活性炭に吸着されるが,液体培地,水にも溶け,寒天培地にも吸着されることが明らかになった。高速液体クロマトグラフィ-による分離・精製を試みたが.単一物質として純化し.その化学構造を決定するには至らなかった。この物質の抗糸状菌活性の作用機作について調べた結果、糸状菌の分生子が発芽する初期反応として,水分吸収により分生子が23倍に膨潤し,発芽管の隆起があり,つづいて発芽管が伸長する。この物質はこの膨潤を阻害するとともに,発芽管の伸長も阻害することが明らかになった。この物質の作用を糸状菌が受けると菌糸が細くなり,多くの枝分れる現象が観察された。このような実験結果から,この物質は新しいタイプの抗糸状菌活性物質であると考えられる。鞘翅目昆虫のセンノカミキリ幼虫の体表から揮発される物質に抗かび作用があることを明らかにした。この物質は既に報告されている昆虫の表皮に含まれる抗糸状菌物質カプリル酸、カプリン酸とは異なるものであることを明らかにし、この抗かび作用の生物検定用の装置を作製した。この物質による抗かび活性は一般糸状菌(Aspergillus niger,Panicillium notatumなど)、昆虫病原糸状菌(Beauveria bassiana Metarrhiziumanisopliae,Conidiobolus coronatusなど)、植物病原糸状菌(立枯病菌、Rhizoctonia solani、萎凋病菌Verticillium albo-atrum,Verticillium clahliaeなど)と糸状菌全般に認められることを明らかにした。この物質は細菌に対しては抗菌活性を示さなかった。この物質の性状として、活性炭やガラス表面、寒天培地の表面などに吸着される揮発性物質であることが明らかになり、その抽出方法もわかった。この物質はセンノカミキリ幼虫が排出する糞やその死体からは発生せず、生きた幼虫の体表から発散されることがわかった。その活性の強さは23頭の幼虫から発散される量でも十分に抗菌活性が認められる程であった。この揮発性物質による抗かび作用の作用機構はこの物質が分生胞子の発芽を一定の時間抑制し、つづいて菌糸の伸長を著しく阻害することが明らかになった。この揮発性物質を吸着させる担体も明らかになったので今後は、この物質を分離・精製し、その物性を明らかにする。本実験に用いた昆虫以外の昆虫にも揮発性の抗かび物質の存在が明らかになったので、この現象が昆虫一般に認められる生物の基本的機能かを明らかにしたい。また、この物質が全く新しいタイプの抗かび剤の素材になれるかをも検討したい。
家族参加型の障害児保育ニーズアセスメントの開発と適用

本研究では、乳幼児の身体意識能力が関与する運動スキル発達の分析を通して、障害児保育に活用できるアセスメントを開発した。さらに、障害乳幼児とその家族へのムーブメント教育による支援を通して、育児力を高める家族支援のあり方を検討した。ムーブメント教育・療法プログラムアセスメント(MEPA-R)の身体意識能力に関わる111項目について968名の乳幼児のデータを分析し、その項目が達成できる月齢期間を明らかにした。そして、障害児保育に活用できるアセスメントシートを開発した。また、ムーブメント教育による障害幼児への支援プログラムの実践を通して、育児力を高める支援の有効性を検証した。本研究の目的は、幼稚園や保育所における障害児保育、さらには、対応が急務とされる広汎性発達障害や注意欠陥多動性障害など、発達障害やその疑いのある子どもの教育的支援に直結するアセスメントの開発とプログラムの作成、育児力を高める家族参加型支援を構築することである。平成24年度は、障害児保育におけるニーズを明らかにするために、平成23年度に行ったヒアリング調査をもとに、保育者を対象として、障害のある子どもやその疑いのある子どもの保育にあたり、どのような疑問を有しているか質問紙による調査を行った。その結果、保育者が最も困難であると感じているのは、保護者への対応に関することであった。次いで、保育の方法に関すること(対象とする子どもの行動などへの直接的な対応方法や他の子どもとの関わり方)、就学時の対応に関すること、他の保育者との連携に関することであった。さらに、障害乳幼児とその保護者を対象として、ムーブメント教育による療育支援を実践するとともに、支援内容(プログラム)分析を通して、障害乳幼児の発達を促す支援環境のあり方について検討した。この実践から、特に障害のある乳幼児の支援においては、保護者が子どもと共に楽しめる活動に参加して、その成長発達を直接的に経験する重要性が明らかになった。これにより、保護者は子どもの成長をポジティブにとらえることが可能となり、支援で経験した内容を日常生活にも汎化できることが示された。すなわち、家族参加型支援へのムーブメント教育の活用と有効性が検証されたと考える。本年度の研究実績から、障害児保育ニーズアセスメントには、対象となる子どもの発達をとらえる要素に加えて、保護者が子どもの発達やその変化をどのようにとらえているかというアセスメントの側面が必要であることが示された。本研究の目的は、幼稚園や保育所における障害児保育、さらには、対応が急務とされる広汎性発達障害や注意欠陥多動性障害など、発達障害やその疑いのある子どもの教育的支援に直結するアセスメントの開発とプログラムの作成、育児力を高める家族参加型支援を構築することであった。平成25年度は、障害児保育に活用することが可能なアセスメントを開発した。このアセスメントは、心身の発達の基盤となる身体意識能力に関連する感覚運動機能、言語・社会性機能の獲得過程を明らかにするものである。具体的には、ムーブメント教育・療法プログラムアセスメント(MEPA-R)の身体意識に関連する111項目の発達的な分析をもとに、0歳5ヶ月から6歳0ヶ月の乳幼児、延べ968名のMEPA-Rによるアセスメント結果を用いて、項目ごとに対象児の月齢別通過率を明らかにして身体意識発達の月齢別通過率一覧を作成した。さらに、このアセスメント活用して、ムーブメント教育による支援プログラムの検討を行った。0歳2歳児ための感覚運動(動きづくり)プログラム、3歳4歳児のための知覚運動プログラム、5歳6歳児のための精神運動プログラムの環境設定とプログラム展開について明らかにした。また、障害乳幼児へのムーブメント教育による家族参加型支援教室における実践を通してその効果を検討した。本研究の目的は、幼稚園や保育所における障害児保育、さらには、対応が急務とされる広汎性発達障害や注意欠陥多動性障害等、発達障害やその疑いのある子どもの教育的支援に直結するアセスメントの開発とプログラムの作成、育児力を高める家族参加型支援を構築することである。平成23年度は、米国のAEPS Curriculum for Birth to Six YearsならびにPlay-Based Assessmentを参考に、3歳から6歳のアセスメントとカリキュラムについて分析を行った。その結果、AEPSカリキュラムは、微細運動・粗大運動・適応性・認知・ソーシャルコミュニケーション・社会性の6領域で構成されていること、これは保育ニーズアセスメントの構成領域に応用できることが示された。また、支援を要する幼児の遊び場面における人的・物的環境との相互作用について、参与観察法によりデータを収集し、検討を行った。結果は分析中であるが、遊び場面において、すでに獲得している感覚運動スキルと言語スキルを多用して環境との関わりを展開している対象児とそのどちらかに偏りが見られる対象児というように、遊び場面における環境との関わりにいくつかのパターンが認められることが示唆された。さらに、障害児保育ニーズアセスメントの試案作成に向け、予備調査として保育士を対象にヒアリング調査を実施した。

その内容は、現在担当している支援を必要とする子どもの実態、保育上の問題点、家庭(保護者)との連携の問題点、障害児保育実践上のニーズなどである。現在、障害児保育を展開するにあたり保育士や幼稚園教諭が活用できる支援一体型の簡易なアセスメントが求められている。本年度は、家族参加型の障害児保育アセスメントの基礎となる成果を得ることができたと考える。本年度は、継続研究の2年目として、当初の計画に基づいた研究が遂行できたと考える。それは、障害児保育ニーズアセスメントと家族参加型支援プログラムの構築にむけた保育者への調査により、保育者側からみた障害児保育ニーズを明らかにすることができたからである。また、障害乳幼児と保護者へのムーブメント教育による支援の実践的研究により、アセスメントに基づく家族参加型支援プログラムの展開方法と内容を絞り込むことができ、そのフォーマットの試案を作成することができた。本年度当初、ドイツのKiphard Instituteにおいて発達障害児のスクリーニングとムーブメント法による支援内容に関する現地調査を行う予定であった。しかし、本研究の対象が障害、あるいはその疑いのある乳幼児であることを鑑み、調査地を英国に変更して資料収集を行うことになった。具体的には、University of Roehampton, Education Village, Mandeville Schoolなどにおいて調査・資料収集を行うことが決定している。以上より、最終年度に向けた本研究の進捗度は順調であると考える。本年度は、継続研究の初年度として、研究計画に基づく遂行ができたと考える。障害のある子どもの教育的支援に直結するアセスメントに求められる重要な側面は、支援のエヴィデンスとなりうるとともに容易に現場で活用できるかどうかということである。本年度は、その基礎資料となる3つの研究を行い、データを得られたことから、本研究の進捗状況は順調であると考える。平成25年度は、継続研究の最終年度であることから、これまで取り組んできた障害児保育ニーズアセスメントの適用をはかり、その活用の有効性を検討する予定である。具体的には、平成24年度に作成した障害児保育ニーズアセスメントの試案を研究フィールド園において適用し、その活用と有効性について保育者からの視点で検討する。家族参加型支援プログラムは、平成24年度に実施した実践研究のデータを元に、プログラム内容を精選して、家族が参加して取り組み、子どもの発達をポジティブにとらえることのできる発達段階別アプローチを明らかにする。平成24年度は、平成23年度に予備調査として実施した保育士へのヒアリング調査を幼稚園教諭に対象を広げ、本調査を行う。加えて、障害児保育ニーズアセスメントの試案を研究協力園において適用しその改善点を明らかにした上で、汎用性を検討する。
紅藻スサビノリの生殖細胞形成に関与する遺伝子の同定

紅藻スサビノリ葉状体は,低水温,短日条件下では成熟することなく成葉まで生長するが,高水温,長日条件下では葉状体栄養細胞の雌雄生殖細胞への分化が誘導・促進される.したがってスサビノリ葉状体には,外部環境(水温及び光周期)の変化を認識する機構と,それに応答して生殖細胞を形成する機構が存在すると考えられる.そこで本年度は,葉状体が環境変化を認識して成熟を始めるまでの一連の分子機構の初期段階に関与する遺伝子群の単離・同定を目的として,未成熟及び成熟初期藻体における発現遺伝子の比較解析を行った.低水温,短日条件下で培養して調製した未成熟藻体と,培養条件を高水温,長日条件に変更して成熟誘導し,藻体先端部に生殖細胞の形成が認められた成熟初期藻体から抽出・精製したmRNAにつき,クロンテック社製キットを用いてcDNAサブトラクションを行い,未成熟及び成熟初期藻体で発現増加する遺伝子のプラスミドcDNAライブラリーを構築した,各ライブラリーから無作為に選抜したcDNAクローンをナイロンメンブレンにスポットしてcDNAマクロアレイによる発現解析に供し,成熟初期藻体で発現量が特に増加する24個のcDNAを同定した.各cDNAの塩基配列を決定してBLASTプログラムによる相同性検索を行ったところ,うち19個のcDNAは窒素代謝系に関与する遺伝子,2個はRubisco large subunit,1個はprotein translation factor SU1,1個は26S proteasome subunitと同定され,残る1個はヒトのnucleobindinと極めて低い相同性が認められた.今後は,未成熟藻体,成熟誘導藻体(成熟誘導を行うが生殖細胞の形成が認められない藻体),成熟初期藻体を調製し,各藻体間での発現遺伝子の比較解析を行う予定である.紅藻スサビノリ葉状体は,低水温,短日条件下では成熟することなく成葉まで生長するが,高水温,長日条件下では葉状体栄養細胞の雌雄生殖細胞への分化が誘導・促進される.したがってスサビノリ葉状体には,外部環境(水温及び光周期)の変化を認識する機構と,それに応答して生殖細胞を形成する機構が存在すると考えられる.そこで本年度は,葉状体が環境変化を認識して成熟を始めるまでの一連の分子機構の初期段階に関与する遺伝子群の単離・同定を目的として,未成熟及び成熟初期藻体における発現遺伝子の比較解析を行った.低水温,短日条件下で培養して調製した未成熟藻体と,培養条件を高水温,長日条件に変更して成熟誘導し,藻体先端部に生殖細胞の形成が認められた成熟初期藻体から抽出・精製したmRNAにつき,クロンテック社製キットを用いてcDNAサブトラクションを行い,未成熟及び成熟初期藻体で発現増加する遺伝子のプラスミドcDNAライブラリーを構築した,各ライブラリーから無作為に選抜したcDNAクローンをナイロンメンブレンにスポットしてcDNAマクロアレイによる発現解析に供し,成熟初期藻体で発現量が特に増加する24個のcDNAを同定した.各cDNAの塩基配列を決定してBLASTプログラムによる相同性検索を行ったところ,うち19個のcDNAは窒素代謝系に関与する遺伝子,2個はRubisco large subunit,1個はprotein translation factor SU1,1個は26S proteasome subunitと同定され,残る1個はヒトのnucleobindinと極めて低い相同性が認められた.今後は,未成熟藻体,成熟誘導藻体(成熟誘導を行うが生殖細胞の形成が認められない藻体),成熟初期藻体を調製し,各藻体間での発現遺伝子の比較解析を行う予定である.
癌のテロメアパラドクス解明に向けたhnRNP A2/B1蛋白の比較解析

癌のテロメアパラドクスの解明に向けて、hnRNP A2、B1、B0蛋白の比較解析を行った。B1蛋白はA2蛋白に比べ、癌細胞で発現が亢進するが、癌細胞の中でも特に、テロメラーゼによらないテロメア伸長(ALT)を示す癌細胞でより高い事を示した。B1とB0蛋白は、より特異的に一本鎖テロメアDNAと結合することを示した。各蛋白間の差は、そのアミノ酸構造とユビキチン化による蛋白代謝の差によって生じる可能性を示した。癌のテロメア調節機構におけるhnRNPA2/B1アイソフォーム蛋白(A2、B1、B0蛋白)の役割を明らかにすることを目的として、以下の検討をおこなった。1)同調培養したHeLa細胞からA2、B1蛋白の免疫沈降し、翻訳後修飾とユビキチン化状態を解析した。その結果、両蛋白は細胞周期依存性に修飾されユビキチン化されて分解されるが、A2蛋白とB1蛋白では違いがあることが明らかにした。これはB1蛋白特異的なN末端の12アミノ酸中の3個のリジン残基による違いで、A2蛋白よりB1蛋白の発現が癌で亢進することに関連があると考えた。2)一本鎖テロメアDNAとの相互作用する蛋白をSouthwestern blotting法にて解析した。テロメラーゼ活性をもつ培養癌細胞において、A2/B1蛋白が一本鎖テロメアDNA結合する主要な核蛋白であることを確認した。また精巣組織より蛋白標本を調整し同様の検討を行っている。さらにgel-retardation分析により、B1蛋白特異的なN末端の12アミノ酸が、一本鎖テロメアDNAと特異的に結合することも明らかにした。3)ALT機構によりテロメア伸長するモデル癌細胞として、副腎癌由来の細胞株H295Rの性状解析をおこなった。H295R細胞は全くテロメラーゼを発現していないにも関わらず、不規則で長いテロメアを持つことから、ALTのモデル細胞とし有用であることを明らかにした。1)同調培養したHeLa細胞からA2、B1蛋白の免疫沈降し、A2蛋白とB1蛋白の蛋白寿命、分解の速度に違いがあることが明らかにした。これはB1蛋白特異的なN末端の12アミノ酸中の3個のリジン残基に関連したユビキチン化の違いによるもので、A2蛋白よりB1蛋白の発現が癌で亢進することに関連があると考えた。2)精巣組織より蛋白標本を調整し、一本鎖テロメアDNAとの相互作用する蛋白をSouthwestern blotting法にて解析した。A2/B1蛋白が精巣の一本鎖テロメアDNA結合する主要な核蛋白であることを確認した。さらにge1-retardation分析により、B1蛋白特異的なN末端の12アミノ酸が、一本鎖テロメアDNAと特異的に結合することも明らかにした。3)ALTのモデル細胞として副腎癌由来の細胞株H295Rの性状解析をおこなった結果、hnRNP A2/B1アイソフォーム蛋白のうちB1,B0蛋白を他の癌細胞株より豊富に発現していることが明らかになった。
百日咳起因菌の感染によって誘導される特異抗体の検索

百日咳患者血清または感染動物血清を使用し、百日咳菌およびパラ百研究成果の概要:日咳菌の感染によって誘導される抗体応答を解析した。二次元電気泳動とウエスタンブロッティングによって、百日咳菌の感染時に特異的に認識される抗原3分子と、パラ百日咳に認識される抗原10分子を検出した。それらの分子は全て現行のワクチンに含まれていないことから、ワクチン接種者と患者を鑑別きる改良型血清診断法に使用可能と考えられた。百日咳の診断法として、日本では主に培養および血清診断が使用されている。しかし百日咳の培養は非常に困難なためその検出感度は低く、現実的でないといっても過言ではない。培養に代えてPCRの使用も可能であるが、健康保険適用がないこと、ごく少ない機関でのみしか信頼性の高い手技は行えないことなど問題が多く、臨床現場における実用性に欠けている。血清診断法は生菌が消失した後も診断が可能であること、多くの医療機関で実行可能なフォーマットであることから有用と考えられる。しかし現行の血清診断法はワクチンに含まれる抗原成分に対する抗体を指標としているため、ワクチン接種者と感染者の鑑別ができない。以上述べたように、百日咳患者を特異的かつ高感度に検出する十分な方法は存在しない。これが百日咳の流行状態の把握を困難にしている。本課題では現行の特異性に欠ける百日咳診断法を改善し、正確な疫学調査に寄与することを目指し、百日咳関連菌の感染によって特異的に誘導される免疫応答を解析する目的で進行中である。平成19年度は、特異抗体検出系(二次元電気泳動、ウエスタンブロッティングおよびプロテオミクス解析)の最適化に早々に成功した。その後感染者血清または感染動物の血清を使用して感染特異抗体が認識する抗原の特定を試みた。その結果、百日咳菌感染者の血清が特異的に認識する百日咳菌菌体タンパク質を3分子同定した。パラ百日咳菌感染患者の血清は平成19年度に入手できなかったため、動物モデルにおいての検討となった。百日咳菌の場合と同様の手法を使用し、繊維状赤血球凝集素関連抗原を含む10分子を同定した。今回同定した抗原分子は、繊維状赤血球凝集素を除き現行ワクチンには含まれていないため、これらに対する抗体応答を指標とすることで感染者のみを検出する方法が確立できる可能性がある。百日咳の診断法として、国内においては主に血清診断が使用されている。現在使用されている血清診断法はワクチンに含まれる成分に対して反応する抗体を指標とするため、ワクチン接種者と感染者の鑑別ができない。このためそれらを鑑別できる血清診断法が求められている。一方で、パラ百日咳菌による百日咳には現行のワクチンは無効であり、詳細な疫学調査が望まれるところであるが、パラ百日咳菌の血清診断法は存在すらしていない。PCRは特異的かつ高感度の病原体検出法として使用されてきているが、百日咳起因菌はサンプリングの時点でDNAの検出感度を下回っている事が多く、国内における患者検体からのPCR陽性頻度は30%しかないと報告されている。血清診断は病原体が宿主から排除された後も診断可能であり、多くの医療機関で実施可能かつ保険適用可能なフォーマットである。本研究ではより正確かつ高感度な百日咳診断法に直結する基盤研究として、百日咳起因菌の感染によって誘導される血清応答を解析した。平成20年度は、平成19年度に発見した百日咳菌感染特異抗原3分子およびパラ百日咳菌感染特異抗原10分子について、それら抗原の性状をデータベース解析し、感染特異性の点で特に有望と考えられる分子(百日咳菌関連3分子およびパラ百日咳菌関連7分子)を同定した。それらの組み換えタンパク質は患者または感染動物によって認識され、血清診断用抗原の候補となりうることを確認した。パラ百日咳菌の産生する繊維状赤血球凝集素は百日咳菌のものと非常に高い相同性を有するにも関わらず、パラ百日咳菌感染特異性が高かった。その抗原認識部位はC末側に存在し、2菌種間でアミノ酸配列の相違が際だっていた。この部位は百日咳起因菌2菌種を鑑別しうる血清診断に使用できる可能性が高いと考えられた。
点集合表現幾可モデルに基づくグラフィックス技術の開発

本研究では,点集合を基礎データとしたモデリング技術やレンダリング技術,また点集合と特にポリゴンモデルとの相互変換技術・について種々の技術開発を行った.点集合と見なせるデータには,レンジセンサによるデプス画像やDEM(デジタル標高値モデル)などの2次元スカラ場(2次元格子),医用画像などのボクセルモデルや3Dテクスチャのような3次元スカラ場(3次元格子),さらに粒子ベースシミュレーションでの粒子群(非格子)が挙げられる.点集合を扱うレンダリング技術としては,点集合からポリゴンモデルに変換し,標準的なポリゴンレンダリング法を適用するアプローチ,点集合を直接レンダリングするポイントペースレンダリングのアプローチ,またポリゴシモデル等他のモデルから点集合に変換し,ポイントベースレンダリングを適用するアプローチが考えられる.特に後者は,大規模自然景観のように樹木など複雑な物体が無数に存在するシーンの表現技術として,LOD(Level Of Detail)とアンタイエイリアシング可能な技術として期待される.本研究では,点集合を扱う以下のような技術について研究開発を行った.(1)デプス座像によるモデリング技術(1-1)複数のデプス画像を統合するための位置あわせ法(1-2)統合デプス画像データの点群分布の均一化法(1-3)遺伝的アルゴリズムによるプリミティブ当てはめ法(2)ボクセルデータに対するレンダリング技術(2-1)エッジ保存型の法線平滑化法(3)粒子群から表面モデルを生成する技術(3-1)粒子群の速度情報を用いるレベルセット法(3-2)包絡ポリゴンの再帰生成法(4)ポイントベースレyダリングに関する技術(4-1)一次散乱光型ポイントベースレンダリング法(4-2)ポリゴンから3次元格子粒子群(3Dテクスチャ)への変換法`(4-3)ポリゴンから非格子粒子群への変換法本研究では,点集合を基礎データとしたモデリング技術やレンダリング技術,また点集合と特にポリゴンモデルとの相互変換技術・について種々の技術開発を行った.点集合と見なせるデータには,レンジセンサによるデプス画像やDEM(デジタル標高値モデル)などの2次元スカラ場(2次元格子),医用画像などのボクセルモデルや3Dテクスチャのような3次元スカラ場(3次元格子),さらに粒子ベースシミュレーションでの粒子群(非格子)が挙げられる.点集合を扱うレンダリング技術としては,点集合からポリゴンモデルに変換し,標準的なポリゴンレンダリング法を適用するアプローチ,点集合を直接レンダリングするポイントペースレンダリングのアプローチ,またポリゴシモデル等他のモデルから点集合に変換し,ポイントベースレンダリングを適用するアプローチが考えられる.特に後者は,大規模自然景観のように樹木など複雑な物体が無数に存在するシーンの表現技術として,LOD(Level Of Detail)とアンタイエイリアシング可能な技術として期待される.本研究では,点集合を扱う以下のような技術について研究開発を行った.(1)デプス座像によるモデリング技術(1-1)複数のデプス画像を統合するための位置あわせ法(1-2)統合デプス画像データの点群分布の均一化法(1-3)遺伝的アルゴリズムによるプリミティブ当てはめ法(2)ボクセルデータに対するレンダリング技術(2-1)エッジ保存型の法線平滑化法(3)粒子群から表面モデルを生成する技術(3-1)粒子群の速度情報を用いるレベルセット法(3-2)包絡ポリゴンの再帰生成法(4)ポイントベースレyダリングに関する技術(4-1)一次散乱光型ポイントベースレンダリング法(4-2)ポリゴンから3次元格子粒子群(3Dテクスチャ)への変換法`(4-3)ポリゴンから非格子粒子群への変換法本年度は以下のような研究成果を得た.成果発表については,いくつかの成果について研究会で講演発表を行った.今後は,国際会議やJournalでの発表,および特許出願を行っていく予定である.(1)レンジセンサによる獲得データなどのデプス画像に対する技術開発として,複数の計測データを1つの形状モデルとして統合するための,特徴線分の検出に基づく相対的な位置合わせ技術の開発を行った.(2)デプス画像ベースレンダリング技術の開発として,階層的メッシュ化法と,デプス画像で表現される点集合の効率的なデータ量削減法についてプロトタイプの開発を行った.(3)粒子ベースシミュレーションなどにより得られる点集合に対する技術開発として,隣接したスライス点集合の境界面点列間にポリゴンを生成する幾何学的な方法の開発と,非正方格子点にも適用可能な物理シミュレーション的アプローチによるレベルセット法の有効性についての検討を行った.(4)点集合ベースレンダリング技術の開発として,正方格子点集合,非正方格子点集合の両方に適用可能な,GPUを活用した直接的な高速レンダリング技術の開発を行った.今年度は,雲状物体の表現に向くボリュームレンダリングタイプの手法開発を行った.なお,本技術開発は,汎用的な要素技術として適用可能な高速バケットソート法と球面マッピング法の開発を含む.(5)複雑な形状モデルを表すポリゴンモデルに対する技術開発として,樹木のポリゴンモデルを例にとり,階層的なポリゴンプリミティブによるハイブリッドLOD(Level Of Detail)技術の開発と,統一的なLOD技術を適用可能とするための層化デプス画像化技術の開発について基礎的な検討を行った.本年度は以下のような研究成果を得た.成果発表については,完成度に応じて,学術論文や国際会議への投稿,および国際会議や研究会での講演発表を行った.(1)複数のデプス画像を統合化するための,特徴線検出精度の向上と,段階的な幾何変換による特徴線のマッチングの効率的な順次適応化法を開発した.(2)誤差を有する現実的なデプス画像を対象として,適合するプリミティブのパラメタを求めるGAに基づく手法を開発した.

(3)粒子群の運動データから,良好な境界面を生成するためのレベルセットの概念に基づいた手法を開発した.これによれば,連続体の粒子によるサンプリングに起因する境界面を構成する粒子位置の乱れの影響を抑制することが出来る.(4)透明物体を表す粒子群を対象としたポイントベースレンダリング法を開発した.また,高速なポイントベースレンダリングのために,GPUをsplattingとshadingに用いるアルゴリズムを開発した.(5)異方性テクスチャのポイントベースレンダリングについて,各セルについて適応サイズのsplat群を割り当て,視点からの距離や移動速度に応じて,適応的な解像度のsplat群をレンダリングするLODアルゴリズムの開発を行った.(6)2値のボクセルデータから,境界面の良好な法線を求める方法について,プログラム実験により基礎的な検討をおこなった.(7)デプス画像のエッジ保存型ポイントベースレンダリングについて,半月型splatによる方法と,多重解像度splatの配置による方法についてプログラム実験により比較検討を行った.(8)デプス画像の解像度適正化法とポリゴンの点集合表現法についてプ白グラム実験により基礎的な検討を行った.(9)粒子群からポリゴン表現への変換技術として,ポリゴンストリップを生成する再帰的な手法を開発した.本年度は以下のような研究成果を得た.成果発表については,完成度に応じて,学術論文や国際会議への投稿,および研究会での講演発表を行った.(1)非構造粒子群の運動データから,良好な境界面を生成するためのレベルセットの概念に基づいた表面構成手法について,論文を投稿した.また,ポリゴンを生成する再帰型の手法を開発し,論文として投稿し採録された.(2)粒子雲(非構造点集合)内部に光源を含むことが可能な粒子雲向き,散乱光シミュレーション型レンダリング法を開発し論文として投稿し採録された.(3)デプス画像に対するスタンフォード大のJamesらのBayesian法を用いた表面再構成法について,メッシュ生成法の比較対象例としてインプリメントした.(4)デプス画像の統合化のための特徴線抽出法と特徴線マッチング法を開発し,論文として投稿し採録された.(5)統合デプス画像から得られる点集合について,任意低解像度での良好な点集合を求める,オクトリー型細分割法に基づく手法を開発した.(6)誤差を含むデプス画像に適合するプリミティブを探索するGAに基づく最適化法を開発し,論文として投稿し採録された.(7)2値のボクセルデータ(構造格子点集合)から,境界面の良好な法線を求める方法について,Bilateral Filterタイプのエッジ保存型の良好なフィルタを開発し,論文として投稿した.(8)ポリゴンから構造格子点集合(異方性3次元テクスチャの点集合表現)の生成技術を開発した.(小瀬川)また,十分に詳細なポリゴンから直接的に点集合(非構造点集合)を求める方法も開発し,比較を行った.
量子スピン液体の異方的励起構造と量子臨界現象の解明

EtMe3Sb[Pd(dmit)2]2では、スピンギャップのない量子スピン液体が実現する。本研究では、カチオンの混晶化により三角格子性をコントロールしたXY[Pd(dmit)2]2混晶塩系の熱容量を系統的に測定した。反強磁性ー量子スピン液体混晶系,量子スピン液体ー電荷秩序混晶系では、低温熱容量における温度に比例する項の係数γが反強磁性側では減少、電荷秩序側ではγが上昇し、量子スピン液体物質を含まない反強磁性ー電荷秩序混晶系ではこの挙動が再現された。よって、量子スピン液体が相図上幅を持った相であることを示した。反強磁性ー量子スピン液体相境界では、量子臨界現象とみられる熱容量の増大を観測した。X[Pd(dmit)2]2系における量子スピン液体-隣接相境界における量子臨界挙動の検証のために、重水素化XY[Pd(dmit)2]2混晶塩試料の低温熱容量測定とX[Pd(dmit)2]2塩の高温領域の熱容量測定を行った。また、電荷秩序-量子スピン液体,反強磁性-電荷秩序の混晶塩の熱容量を系統的に測定した。EtMe3SbMe4Sb[Pd(dmit)2]2混晶塩における量子臨界現象は、Me基の水素に由来する大きな熱容量により磁気熱容量の詳細が捉えにくい。本年度は、低温のMe基由来の熱容量が抑制された重水素化混晶塩の熱容量を極低温まで測定した。この結果、混晶塩において観測された熱容量の発散現象が量子臨界現象に由来することが確認できた。種々の塩の熱容量を100 K程度の高温まで精密に測定し、各物質の格子熱容量をフラストレーションパラメターt'/tを横軸としてプロットした結果、低温領域においてのみ、スピン液体領域をピークトップとしたピーク形状を示すことが明らかとなった。一般的に格子熱容量は構成分子種と結晶構造によっておおよそ決定されるため、本物質群のような類似の物質間で格子熱容量が大きく異なることは稀である。この傾向は、電子の主たる自由度がスピンから電荷へと変化する過程に量子スピン液体相が存在することを示唆している。電荷秩序塩と量子スピン液体塩の混晶塩では、量子スピン液体のギャップレス励起に伴う状態密度の増加を観測し、これらの傾向は反強磁性塩と電荷秩序塩の混晶塩でも再現された。これは、本物質系において観測された量子スピン液体の種々な特徴がフラストレーションパラメターt'/tの値によって特徴づけられていることを示す証拠である。本年度は、得られた結果を主として国内の学術会議において発表した。また、次年度に開催される国際会議においても招待講演の依頼を受諾した。本研究の目的は、X[Pd(dmit)2]2系における量子スピン液体-隣接相境界の挙動を追求することを目的としている。本年度は、主として、反強磁性-量子スピン液体相境界近傍の挙動を追求するために、反強磁性塩と量子スピン液体塩の混晶塩の系統的熱容量測定を行った。装置の整備も併せて行い系統的測定に求められる測定精度の向上を達成した。量子スピン液体におけるギャップレスな励起に起因する熱容量の温度に比例する項の係数γの絶対値は、量子スピン液体の励起構造を追跡する上で重要である。量子スピン液体相とみられる混晶比では、γの値は混晶比率の変化に伴いなだらかに変化するが、相境界近傍では急激に減少することを見出した。γの急激な減少は反強磁性秩序の形成によりスピン状態にギャップが開いたことに対応すると考えられ、量子スピン液体におけるギャップレスな励起が不純物効果等ではなく本質的なものであることが明らかとなった。同時に、反強磁性-量子スピン液体相境界に該当する混晶比を特定することに成功した。相境界に該当する物質の熱容量を希釈冷凍機領域まで測定した結果、ギャップレスな励起はおおよそ消失するが、低温では電子熱容量が異常な増大を示すことがわかった。この挙動は、一部の重い電子系の金属-反強磁性相境界にみられる非フェルミ液体挙動に該当する可能性があり、量子臨界現象の一種とみられる。Mott絶縁体における非フェルミ液体挙動はこれまでに観測された例はなく、概念的にも全く新しい振る舞いである。本年度はこれらの得られた結果を主として国際会議において発表した。本年度は国際会議における口頭・ポスター発表1件ずつに加え、アメリカ合衆国カリフォルニア大学にて行われたKITP Conferenceにおいて招待講演を1件行った。また、これらの結果を現在学術誌に投稿し、現在査読過程にある。分子性ダイマーMott絶縁体においては、本質的にスピンギャップのない励起構造をもつ量子スピン液体状態が実現する。本研究では、低温熱容量測定によりスピンギャップのない状態が特異点ではなく、量子スピン液体相として実現していることを示した。本年度は、量子スピン液体相と周辺相の関係を調べるために、主として電荷秩序-量子スピン液体混晶塩と電荷秩序ー反強磁性混晶塩の熱容量を系統的に測定した。電荷秩序-量子スピン液体混晶塩の測定では、磁化率測定では明瞭な非磁性化が観測されているにもかかわらず、熱容量には明瞭な相転移現象が現れないことを明らかにした。一方、混晶する基となる純粋な電荷秩序物質では電荷秩序転移に伴う明瞭な熱異常を検出した。

混晶塩の熱容量における不明瞭な電荷秩序転移挙動は、不純物効果では説明できず、混晶系における電荷秩序転移が1次の相転移からクロスオーバーへと本質的に変化していることを示す結果である。電荷秩序-反強磁性混晶塩の測定では、低温の電子熱容量係数、熱容量におけるブロードなHump構造、格子熱容量係数のいずれに関しても、量子スピン液体物質ー隣接相物質混晶系の振る舞いを再現することを確認した。絶対値の観点では若干の差がみられたが、この原因は室温の結晶構造から計算される電子構造が必ずしも極低温における電子構造を反映していないことにより、電子構造を正確に評価できていないためと考えられる。これらの混晶塩における系統的な熱容量測定の結果は、スピンギャップを持たない量子スピン液体が電子構造から決定される安定相として存在していることを示す結果である。また、異方的な三角構造が励起構造に関係していることも示しており、量子スピン液体の相挙動および異方的な励起構造に関する重要な知見を与えるものである。X[Pd(dmit)2]2系では、カチオンXの種類により反強磁性秩序状態,電荷秩序状態に加えて一切の長距離秩序を示さない特異な基底状態である量子スピン液体が実現する。この量子スピン液体の励起構造はギャップレスであることが報告されているが、なぜスピンギャップが存在しない状態が正三角格子からずれた系で実現するかについては明らかになっていない。本研究では、ギャップレスな励起構造を持つ量子スピン液体が相として存在する可能性に着目し、前年度までに三角格子性をコントロールしたXY[Pd(dmit)2]2混晶塩の熱容量を系統的に測定した。ギャップレスな励起の詳細は、低温熱容量の温度比例項の係数γの絶対値と磁化率の値の関係性より考察できる。反強磁性ー量子スピン液体混晶系では、γの絶対値が反強磁性成分の増加に伴い僅かに減少し、反強磁性ー量子スピン液体境界で急激に減少した。量子スピン液体ー電荷秩序混晶系では、電荷秩序成分の増加に伴いγの値が上昇し、相境界近傍で急激に減少した。これらの挙動は、量子スピン液体物質を含まない反強磁性ー電荷秩序混晶系で再現され、量子スピン液体が本質的に相として振る舞っていることを明らかにしてきた。反強磁性ー量子スピン液体相境界においては、1 K以下で温度低下に伴う急激な磁気熱容量の増大を観測し、量子臨界現象の可能性を発見した。研究の最終年度にあたる本年度は、主として、これまでに測定した物質のキャラクタリゼーションおよび磁化率に不純物スピンのような挙動が見られないかを調べ、上述した相挙動および臨界現象が電子構造と密接に結びついた現れる本系の量子スピン液体の本質的な特徴であることを確認した。EtMe3Sb[Pd(dmit)2]2では、スピンギャップのない量子スピン液体が実現する。本研究では、カチオンの混晶化により三角格子性をコントロールしたXY[Pd(dmit)2]2混晶塩系の熱容量を系統的に測定した。反強磁性ー量子スピン液体混晶系,量子スピン液体ー電荷秩序混晶系では、低温熱容量における温度に比例する項の係数γが反強磁性側では減少、電荷秩序側ではγが上昇し、量子スピン液体物質を含まない反強磁性ー電荷秩序混晶系ではこの挙動が再現された。よって、量子スピン液体が相図上幅を持った相であることを示した。反強磁性ー量子スピン液体相境界では、量子臨界現象とみられる熱容量の増大を観測した。
サテライト細胞を用いた中枢神経自己再生能の研究

成獣ラット脳内において、ニューロンの細胞体に密着し、近傍ニューロンの神経活動によって活発に分裂・増殖する細胞群(サテライト細胞:Perineuronal progenitor cell)を発見した。大脳皮質を中心に本細胞の性質を調べたところ、生理条件下において、その多くがオリゴデンドロサイトへ分化し、さらに一部はアストロサイトや幼弱な抑制性ニューロンへも分化した。選択的に大脳皮質ニューロンを脱落させたラット実験モデルや脱分極波(Spreading depression)誘発刺激実験モデルにおいて、本細胞がより活発に分裂・増殖し、組織修復や機能回復に重要なはたらきを担っていることが明らかとなった。さらに、Perineuronal progenitor cellの増殖および分化誘導に関わる可能性のある候補分子を見出すため、DNAマイクロアレイ等を用いて検索した。結果、数種類の増殖・分化関連因子と細胞内シグナル伝達分子が見つかった。また、加齢ラットを用いた組織化学研究から、Perineuronal progenitor cellは、加齢に伴って、その数が減少することがわかった。本細胞は中枢神経系に広く存在する前駆細胞であることから、脳萎縮や認知症の発症と深く関係していることが予想される。今後、さらに本細胞のはたらきを解明し、脳萎縮やさまざまな神経疾患との関わりを研究することは、高齢化がすすむわが国において、脳疾患の予防・治療医学に新しい概念をもたらすものと期待される。これまでに、成獣ラット脳内において大脳皮質ニューロンの神経細胞体に密着して存在する細胞群(Perineuronal satellite cell)の中に、近傍ニューロンの神経活動によって活発に分裂・増殖する細胞群(Perineuronal germinal cell)を見いだしている。平成18年度は、選択的に大脳皮質ニューロンを脱落させたラット実験モデルを作製し、ニューロンやグリア細胞の脱落に際して、Perineuronal germinal cellがどのような役割を持つのかを組織化学的手法を用いて検討した。選択的大脳皮質ニューロン脱落モデルは、神経線維に逆行性に取り込まれ、細胞体まで運ばれる光増感色素retrobeadsを光増感色素であるchlorin e6に共有結合させて作製した。ラット大脳皮質への本薬剤投与後1-4週間後に反対側大脳皮質組織へのレーザー照射を施行したところ、数時間でレーザー照射野内の多くのニューロンが脱落した。BrdU投与実験と本細胞のマーカーに対する免疫組織化学実験により、脱落ニューロンの紬胞体周辺に存在するPerineuronal germinal cellが活発に分裂・増殖することがわかった。Perineuronal germinal cellのBrdUラベル率はレーザー照射後1日がピークであった。生理条件下ではPerineuronal germinal cellはその多くが自己複製とオリゴデンドロサイトへ分化する。しかし、ニューロン脱落領域周辺では、アストロサイトへの分化が促進し、さらに脱分極波刺激により、その増殖も促進されることが明らかとなった。本細胞群は中枢神経組織の再生において、重要な役割を担っていることが明らかとなった。成獣ラット脳内において、大脳皮質ニューロンの細胞体に密着し、近傍ニューロンの神経活動によって活発に分裂・増殖する細胞群(Perineuronal germinal cell)が存在する。平成18年度は、選択的に大脳皮質ニューロンを脱落させたラット実験モデルにおいて、本細胞が分裂・増殖し、幼弱ニューロソやグリア細胞へ分化することを示した。平成19年度はラット大脳皮質への脱分極波(Spreading depression)誘発刺激実験をおこなって本細胞の分裂増殖位相をそろえ、増殖・分化誘導に関わる分子基盤について解析をおこなった。特に脱分極波は片側大脳皮質のみに発生させることができ、本細胞は発生側のみで増殖を開始する。また、その増殖活性は脱分極波の発生回数に依存する。そこで、脱分極波発生後、対側皮質をコントロールとして両側皮質がら組織を採取し、誘導遺伝子群の差異を検索することで、刺激側のみで発現が促進される複数の分子群を発見した。そうした分子群のうち、Perineuronal germinal cellの増殖および分化誘導に関わる可能性のある候補分子を見出すため、それらの分子の受容体がPerineuronal germinal cellに発現しているかを組織化学的手法にて検討した。結果、数種類の増殖・分化関連因子と細胞内

シグナル伝達分子が見つかった。Perineuronal germinalcellは、加齢に伴う脳萎縮や認知症の発症と深く関係していることが予想され、本細胞の性質を解明することや、増殖・分化を支える分子基盤を明らかにすること、高齢化がすすむわが国において、脳疾患の予防・治療医学に新しい概念をもたらすものと期待される。
心房性ナトリウム利尿ホルモン関連ペプチドの合成及びその構造活性相関研究

1984-1985年に強力なナトリウム利尿作用,血管拡張作用及び血圧隆下作用を有する心房性ナトリウム利尿ペプチド(ANP)がヒト及びラットの心房抽出物より単離固定され,容量調節系における生理的意義,本能性高血圧症,心不全等における病態生理的意義が注目されている.我々はすでにANPの種々の区別ペプチドやアナログをデザインして合成し,免疫学的研究及び構造活性相関研究を行ないラジオイムノアッセイの確立や活性発現に必要な最小区分ペプチドの合成に成功した.さらに区分ペプチドを種々合成し,環状ヘキサペプチドcyclic[Leu^<12>-α-hANP(8-13)]および直鎖状ノナペプチドα-hANP(8-16)がANPの逆作用である血圧上昇作用を持つという興味ある事実を見い出した.生体内では互いに逆の作用を持った多くの活性物質が存在してバランスを保っているという「陰陽説」が提唱されているが,近年,一分子内でも区分によって逆の作用を持っているという意見がある.我々の発見は, ANP分子内における「陰陽説」研究の端緒となるものとおもわれる.またペプチド合成化学の分野では(1)固相法でα-アミノ基の保護基の除去法としてメタンスルホ酸を用いる簡便法を開発, (2)トリプトファンのインドール環の新しい保護基, diphenylphosphinothioyl基の開発(3)シリン化合物を用いたreductive acidolysis機構による新しい脱保護法と,これにより除去される新しい保護基, 4-methylsulfinylbenzyl基の開発,等を行ないペプチド合成の方法も充実させた.これらの研究は,さらに多くのアナログを合成して構造活性相関研究を進めるための基礎となるものである.1984-1985年に強力なナトリウム利尿作用,血管拡張作用及び血圧隆下作用を有する心房性ナトリウム利尿ペプチド(ANP)がヒト及びラットの心房抽出物より単離固定され,容量調節系における生理的意義,本能性高血圧症,心不全等における病態生理的意義が注目されている.我々はすでにANPの種々の区別ペプチドやアナログをデザインして合成し,免疫学的研究及び構造活性相関研究を行ないラジオイムノアッセイの確立や活性発現に必要な最小区分ペプチドの合成に成功した.さらに区分ペプチドを種々合成し,環状ヘキサペプチドcyclic[Leu^<12>-α-hANP(8-13)]および直鎖状ノナペプチドα-hANP(8-16)がANPの逆作用である血圧上昇作用を持つという興味ある事実を見い出した.生体内では互いに逆の作用を持った多くの活性物質が存在してバランスを保っているという「陰陽説」が提唱されているが,近年,一分子内でも区分によって逆の作用を持っているという意見がある.我々の発見は, ANP分子内における「陰陽説」研究の端緒となるものとおもわれる.またペプチド合成化学の分野では(1)固相法でα-アミノ基の保護基の除去法としてメタンスルホ酸を用いる簡便法を開発, (2)トリプトファンのインドール環の新しい保護基, diphenylphosphinothioyl基の開発(3)シリン化合物を用いたreductive acidolysis機構による新しい脱保護法と,これにより除去される新しい保護基, 4-methylsulfinylbenzyl基の開発,等を行ないペプチド合成の方法も充実させた.これらの研究は,さらに多くのアナログを合成して構造活性相関研究を進めるための基礎となるものである.
反射電子顕微鏡による原子尺度でのダイヤモンド膜成長過程のその場観察

気相からダイヤモンドを合成する方法は数多く提案されているが,それぞれの方法には長所と短所がある.本研究では比較的容易に,かつ効率的に良質なダイヤモンド膜を合成できる熱フィラメント一直流プラズマ複合CVD装置を製作した.この装置を用いて種々の実験条件でSi基板上にダイヤモンドを合成した.合成ダイヤモンドは膜は走査電子顕微鏡と透過電子顕微鏡でその形状・表面状態や内部組織を観察した.各合成条件で基板上に堆積した物質がダイヤモンドであることは電子線回折で確認した.メタンガス濃度が1%の合成条件では自形のよく発達したダイヤモンド粒子が多数堆積した.それらの形状はその表面が{100}面と{111}面で構成された十二面体およびその双晶粒子,五回対称を持つ多重双晶粒子などである.メタンガス濃度を2%に上昇させると,合成されたダイヤモンド粒子は明確な自形を持たず,その表面が凸凹したボール状の粒子が基板上に成長する.3%のメタンガス濃度では堆積速度が極端に早くなるが,堆積物の表面の凸凹は深くなり多数の針状の突起が認められた.自形のよく発達したダイヤモンドの{100}面と{111}面の平滑度に明白な差異が存在する.{100}面の表面は例外なく平滑であるが,{111}面はざらざらした表面が多くその平滑度は{100}面に比べると劣る.内部組織を観察すると多数の積層欠陥が観察される.一方,多くのボール状ダイヤモンドの一部にテラス状の平坦な部分が認められた.テラスの形状は様々であるが,それらが発達すると台形の側面を持つ立体になる.しかし,側面の平滑度はテラス表面のそれと比べると一般に良好とはいえない.この様に気相合成されたダイヤモンド粒子の結晶表面の平滑度に差異が存在する事実はその結晶成長機構を解明する上で重要な手がかりである.気相からダイヤモンドを合成する方法は数多く提案されているが,それぞれの方法には長所と短所がある.本研究では比較的容易に,かつ効率的に良質なダイヤモンド膜を合成できる熱フィラメント一直流プラズマ複合CVD装置を製作した.この装置を用いて種々の実験条件でSi基板上にダイヤモンドを合成した.合成ダイヤモンドは膜は走査電子顕微鏡と透過電子顕微鏡でその形状・表面状態や内部組織を観察した.各合成条件で基板上に堆積した物質がダイヤモンドであることは電子線回折で確認した.メタンガス濃度が1%の合成条件では自形のよく発達したダイヤモンド粒子が多数堆積した.それらの形状はその表面が{100}面と{111}面で構成された十二面体およびその双晶粒子,五回対称を持つ多重双晶粒子などである.メタンガス濃度を2%に上昇させると,合成されたダイヤモンド粒子は明確な自形を持たず,その表面が凸凹したボール状の粒子が基板上に成長する.3%のメタンガス濃度では堆積速度が極端に早くなるが,堆積物の表面の凸凹は深くなり多数の針状の突起が認められた.自形のよく発達したダイヤモンドの{100}面と{111}面の平滑度に明白な差異が存在する.{100}面の表面は例外なく平滑であるが,{111}面はざらざらした表面が多くその平滑度は{100}面に比べると劣る.内部組織を観察すると多数の積層欠陥が観察される.一方,多くのボール状ダイヤモンドの一部にテラス状の平坦な部分が認められた.テラスの形状は様々であるが,それらが発達すると台形の側面を持つ立体になる.しかし,側面の平滑度はテラス表面のそれと比べると一般に良好とはいえない.この様に気相合成されたダイヤモンド粒子の結晶表面の平滑度に差異が存在する事実はその結晶成長機構を解明する上で重要な手がかりである.気相からダイヤモンドを合成する方法は数多く提案されているが、それぞれの方法には長所と短所がある。本研究では比較的容易に、かつ効率的に良質なダイヤモンド膜を合成することができる熱フィラメントー直流プラズマ複合CVD法を採用した。そこで本研究目的に都合のよい装置を設計し、製作した。製作した装置の主な特徴は、(1)成膜過程でのメタン及び水素ガスのプラズマ状態をそれらの発光プラズマ・スペクトルの測定で解析できる。(2)基板上に合成されたダイヤモンド膜は容易に反射電子顕微鏡の試料ホルダ-に取付けられるように工夫されているので、ダイヤモンド膜の成長過程をその表面の反射電子顕微鏡像により原子尺度で追跡できる等である。現在までに本装置の各機能の良好な動作状態を確認するとともに,ダイヤモンド膜合成条件を確立する実験を行った。その結果、数多くの実験條件の内もっとも良質なダイヤモンド膜が合成される(イ)メタンと水素ガスの比、(ロ)膜合成室内の圧力、(ハ)フィラメント温度などの合成条件下で、フィラメントと基板の間に印加する直流電流を変化させることにより膜の成長速度を制御できることが判明した。この結果を利用して、ダイヤモンド膜の合成過程を任意に制御することにより、反応ガスの発光プラズマ測定から得られるそれらのプラズマ状態と、膜合成過程の各段階(膜の核生成及び成長段階)における反射電子顕微鏡像から得られるダイヤモンド膜の各結晶面での表面の原子ステップの分布やその状態の変化を容易に比較検討する実験手法が確立された。昨年度に製作した熱フィラメシトー直流プラズマ複合CVD装置を用いて、種々の実験條件でSi基板上にダイヤモンドを合成した。合成ダイヤモンド膜は走査電子顕微鏡と透過電子顕微鏡でその形状・表面状態や内部組織を観察した。

各合成條件で基板上に堆積した物貭がダイヤモンドであることは電子線回折像で確認した。メタンガス濃度が1%の合成條件では自形のよく発達したダイヤモンド粒子が多数堆積した。それらの形状はその表面が{100}面と{111}面で構成された十二面体およびその双晶粒子,五回対線を持つ多重双晶粒子などである。メタンガス濃度を2%に上昇させると、合成されたダイヤモンドは明確な自形を持たず、その表面が凸凹したボ-ル状の粒子が基板上に成長する。3%のメタンガス濃度では堆積速度が極端に早くなるが、堆積物の表面の凸凹は深くなり多数の針状の突起がみとめられた。自形のよく発達したダイヤモンドの{100}面と{111}面の平滑度に明白な差が存在する。{100}面の表面は例外なく平滑であるが、{111}面はざらざらした表面が多くその平滑度は{100}面に比べると少る。内部組織を観察すると多数の積層欠陥が観察される。一方、多くのボ-ル状ダイヤモンドの一部にテラス状の平坦な部分がみとめられた。テラスの形状は様々であるが、それが発達すると台形の側面をもつ立体になる。しかし、側面の平滑度はテラス表面のそれに比べると一般に良好とはいえない。この様気相合成されたダイヤモンド粒子の結晶面の平滑度に差異が存在する事実はその結晶成長機構を解明する上で重要な手掛りを与えると期待される。
極低温単粒子時分割解析によるFoF1-ATP合成酵素のFo/F1共役機構の研究

FoF1 ATP合成酵素の膜中のFo回転モーターと膜外に突き出たF1回転モーターとは機械的に緊密に共役し、高効率のエネルギー伝達を実現している。この高効率エネルギー伝達機構の解明は本酵素の反応機構解明に不可欠な最重要課題の一つである。そこで、本研究では、まず界面活性剤によって画像が著しく妨害される極低温単粒子解析法を大幅に改善して高度に鮮明な画像データの大量収集を可能にした。さらに安定性を高めた酵素標品調製法を確立した。そして第一段階として11A分解能で決定した立体構造を発表した。生物学