hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新構造静電レンズ一体型電界放出微小電子源の開発

集束電極が電子引き出し電極の周りに配置され、エッチバック法で集束電極の高さを容易に制御できる新構造静電レンズ一体型電界放出微小電子源を提案した。この新構造静電レンズ一体型電界放出微小電子源において、集束電極の高さを電子引き出し電極に対して、マイナス側にすることにより、集束電極に電子引き出し電極より低電圧を印加する集束動作を行っても、微小電子源のティップ先端の電界強度が減少せず、そのためアノード電流の減少が極めて少なく、かつ電子ビームの集束が行えることがわかった。また、この電子源からの電子ビームはビームの対称性も極めて良いことが分かった。電子引き出し電極と集束電極の2つの電極を持つダブルゲート微小電子源は、放出した電子ビームを集束できる電子源として知られている。しかし、積層構造ダブルゲート微小電子源は電子ビーム集束時に著しく放出電流が減少し、平面構造ダブルゲート微小電子源は電子ビームの集束対称性が悪いという欠点があった。そこで、積層構造ダブルゲート微小電子源と平面構造ダブルゲート微小電子源のお互いの長所を取り入れた、世界で初めてサブミクロン領域に電子ビームを絞れ、かつ集束動作時においても、電子放出量の減少が少ない新構造静電レンズ一体型電界放出微小電子源の開発を目指して研究を行った。集束電極が電子引き出し電極の周りに配置され、エッチバック法で集束電極の高さを容易に制御できる新構造静電レンズ一体型電界放出微小電子源を考案し、その製作を行った。集束電極の高さを電子引き出し電極に対して、プラス側またマイナス側にした試料を製作し、その集束特性(ビーム径とアノード電流)と集束電極の高さとの関係を詳細に調べた。その結果、集束電極の高さを電子引き出し電極に対して、プラス側もしくは、同じにした微小電子源においては、従来の積層構造ダブルゲート微小電子源と同様に、集束動作時には、電界放出電流は著しく減少した。しかし、集束電極の高さを電子引き出し電極に対して、マイナス側にした微小電子源において、集束電極に電子引き出し電極より低電圧を印加する集束動作を行っても、微小電子源のティップ先端の電界強度が減少せず、アノード電流の減少が極めて少ないことがわかった。また、電子ビームの対称性も良い。さらに、アノード電流の減少が極めて少ない理由は、電子引き出し電極が、電子引き出し電極よりも低電圧を印加する集束電極のシールド電極として働くためであるということを明らかにした。前年度の研究により、集束電極が電子引き出し電極の周りに配置され、エッチバック法で集束電極の高さを容易に制御できる新構造静電レンズ一体型電界放出微小電子源を提案した。また、新構造静電レンズ一体型電界放出微小電子源において、集束電極の高さを電子引き出し電極に対して、マイナス側にすることによって、集束電極に電子引き出し電極より低電圧を印加する集束動作を行っても、微小電子源のティップ先端の電界強度が減少せず、アノード電流の減少が極めて少なく、かつ電子ビームの集束が行えることがわかった。そこで今年度は、主に集束動作を正確に評価するための、集束ビーム評価方法を開発する研究を行った。従来は蛍光体に電子ビームを当てて、発光径からビーム径を測定していたが、蛍光体では発光のにじみが生じるため、正確にビーム径を測定することはできていなかった。そこで、電子ビームを電子ビーム露光用のレジストに照射して、それを現像してビーム径を測定し、蛍光体法よりも良好なビーム径測定の結果を得た。しかし、この方法では露光・現像が必要で、リアルタイムでビーム径の測定が出来ない。そこで、微小スリットを用いて、微小スリット以外のところで電子ビームをさえぎり、スリットを通過した電子ビームのみの電流を測定し、スリットを徐々に移動させる、修正ナイフエッジ法を開発して、ビーム径のリアルタイム測定を行った。それにより、修正ナイフエッジ法は、リアルタイムで最も正確な電子ビーム径を測定できることが分かった。また、電子ビームの焦点を形成するため、エッチバック法を駆使して、従来の1段の集束電極だけでなく、3段、4段の集束電極(アインチェルレンズを形成する)を持つ多段型電解放出微小電子源の形成も行った。前年度までの研究により、集束電極が電子引き出し電極の周りに配置され、エッチバック法で集束電極の高さを容易に制御できる新構造静電レンズ一体型電界放出微小電子源において、集束電極の高さを電子引き出し電極に対して、マイナス側にすることによって、集束電極に電子引き出し

電極より低電圧を印加する集束動作を行っても、微小電子源のティップ先端の電界強度が減少せず、アノード電流の減少が極めて少なく、かつ電子ビームの集束が行えることがわかった。また、この電子源からの電子ビームはビームの対称性も極めて良いことが分かった。また、微小スリットを用いて、微小スリット以外のところで電子ビームをさえぎり、スリットを通過した電子ピームのみの電流を測定し、スリットを徐々に移動させる、修正ナイフエッジ法を開発して、ピーム径のリアルタイム測定を行った。それにより、修正ナイフエッジ法は、リアルタイムで最も正確な電子ビーム径を測定できることが分かった。平成22年度は、電子ビームの焦点の形成するため、エッチバック法を駆使して、従来の1段の集束電極だけでなく、世界で初めて3段の集束電極(アインチェルレンズを形成する)を持つ多段型電解放出微小電子源の形成を行った。ビーム径の計測を行ったところ、集束電極を増すにつれ、レンズ効果を強くすることが出来ることがわかった。しかし、3段の集束電極では、まだ電子ビームの焦点を形成するには至らなかった。そこで、4段の集束電極を持つ多段型電解放出微小電子源の形成を行い、ビーム径の計測を行い、電子ビームの焦点が形成されていることがわかった。
アクセス可能な治療標的探索の為のがん-間質細胞間相互作用のシーケンシング解析

ヒト癌細胞のマウス移植系におけるトランスクリプトームシーケンスのデータから、マウスとヒトとの配列を分離して癌細胞と間質細胞との細胞間相互作用全体(インターラクトーム)を解析する方法を高精度化した。この方法を用いて、様々な癌種の細胞や臨床検体から樹立したXenograftの解析を行い、癌の組織像を反映したインターラクトームプロファイルや、特定の癌種で重要な相互作用候補を同定することができ、候補分子のいくつかについては実際の臨床組織で腫瘍や間質特異的な局在等を確認できた。マウスに移植したヒトがんXenograft系における全トランスクリプトームシーケンスからマウス由来RNAとヒト由来RNAとの配列を高精度に分離して発現プロファイリングを行い、さらにはタンパク質相互作用のデータベースデータと統合することによりヒト由来がん細胞-マウス由来間質細胞間の相互作用全体(インターラクトーム)を包括的に解析する技術を開発している。これまで包括的・定量的に評価することが難しかった複数細胞により構成されるがん組織の複雑な細胞間相互作用の概要をつかみ、バイオ医薬品にてもアクセス可能な細胞表面・細胞外の重要な新規タンパクを同定することを目的とするとともに腫瘍の形成と進展における意義について検討を行う。現在開発しているアルゴリズムのより高精度化を行なった。現在開発した細胞間相互作用はマウスとヒトの配列の分離精度は99.9%程度であるが、特定の遺伝子については分離が難しいものも存在している。より長いリードに対応した実験手法とアルゴリズムとの改良を行いこれらの遺伝子についても分離精度を向上させることに成功した。また現状のデータベースにおいては、異なる複数のデータベースで再現された信頼性の高い少数の相互作用が用いられているが、よりターゲットディスカバリーに適した相互作用数まで拡張することを試みている。Direct Xenograftを含むXenograft組織の解析においては胃がん・膵がん・大腸がん・肺がんを中心にデータの解析を行い間質依存性に寄与する相互作用の解析を行なっている。インターラクトーム解析をより包括的に行うために、データベースのアップデートを行った。PPIデータベースからこれまでインターラクトームのデータベースにはいっていなかったものについて文献を検索して追加を行った。また獲得免疫系に関わる分子など、ヒトとマウスのオルソログ関係がはっきりしないものについては別途まとめることによって高精度化を行った。また各検体のインターラクトームの相対的な強度の比較、グループの平均的なプロファイルの可視化が可能なように、インターフェイスの構築を行った。これらのデータベースを用いて、複数のがん種の細胞株のゼノグラフトからインターラクトームのシーケンシングのプロファイリングを行った。間質の多い腫瘍においては、強い相互作用の数が多く観察され、また血管の多い腫瘍では血管新生のプロファイルが顕著に認められるなど、当該組織を反映したインターラクトームのプロファイルが得られていることが分かった。いくつかの分子標的となりうる既知の相互作用についても移植した細胞種によって大きく別れることがわかった。また同一患者由来の検体においても、原発巣と転移巣由来のゼノグラフトにおいてはがんと間質の相互作用の様式が大きく異なることが判明した。これらの相互作用を担うリガンド分子、受容体分子のいくつかについて免疫組織学的化学について各タンパクの局在について検証を行い、癌特異的発現、間質特異的発現が見られることを確認できている。去年度に引き続き、PPIのデータベースからこれまでインターラクトームのデータベースにはいっていなかったものについては文献を検索して追加を行った。いくつかのデータが補正によって異常な値を出すことを特定し、修正プログラムを行った。癌の原発巣と転移巣など比較したい検体間のインターラクトームの違いの全体が容易に可視化により把握可能なインターフェースの構築を行った。全体像をよりわかりやすく表示させるための色調の改良を行った他、興味のある検体群、遺伝子を指定して表示させる機能を付け加えた。実際のがんのXengraft組織の解析を行い、インターラクトーム全体の解析に加えて各相互作用をそれが担う機能によってグループ化したモジュールによってインターラクトームのプロファイルを解析し、特定の機能を持つグループが極めて相互依存性が高いなどの特徴を有することが分かった。その他癌細胞同士の、間質細胞同士のautoregulationを主成分とするモジュールも見つかった。個別の相互作用においては膵癌において間質の増殖に重要とされるものがインターラクトーム全体のなかで相対的な寄与が高いことが示されたほか、これまで癌間質相互作用の担体としてあまりよく知られていなかったタンパクや、知られてはいたもののその相対的寄与度が不明であったタンパクが明らかになり、新しい治療標的と考えられた。そのうちいくつかについては免疫組織化学等で検証を加え、癌特異的発現、間質特異的発現を確認することができた。包括的な解析からいくつかの候補が絞られてきており、検証に着手している。当初の予定通りと考えられる。27年度が最終年度であるため、記入しない。病理学ゲノム科学癌・間質の両者をターゲットをする複雑な分子標的治療薬のバイオマーカー探索を予定している。

Xenograftに投与し抗腫瘍効果発現時のがん-間質インターラクトームの変化を解析し、がん細胞側、血管等の間質細胞の相対的寄与度の概要をつかみ重要な相互作用を特定する。またこれたの解析結果で重要ながん間質相互作用及びその相互作用を担うタンパク候補についてはXenograft症例を増やして検討するとともに、化合物・抗体等を用いて介入を行い抗腫瘍効果の検討を行う。また当該腫瘍のXenograft組織や臨床組織の免疫染色等によりタンパクの局在やその集団内頻度についての検討を行う。前年度の予定どおりアルゴリズムの改良及びdirect xenograftのデータ取得及び解析を行なっている。27年度が最終年度であるため、記入しない。引き続きアルゴリズムの改良を行なうと共に、胃がん・膵がん・大腸がん・肺がんを中心に多様な癌種についてdirect xnograftのデータ取得と解析を行なう。解析されてきた重要ながん間質相互作用及びその相互作用を担うタンパク候補についてはXenograft症例を増やして検討するとともに、介入実験を行い抗腫瘍効果の検討を行う。当初計画よりも進展があったため、平成26年度、平成27年度に予定していた解析サーバーの機能を拡張する必要性及び、シーケンサーのデータを追加で取得する必要性が出てきた。このため解析サーバーに追加するプロセッサー及びシーケンサー関連の消耗品を追加で購入するため。より長いリードに対応した実験手法とアルゴリズムとの改良を行いこれらの遺伝子についても分離精度を向上させる。またよりターゲットディスカバリーに適した相互作用数まで拡張する。間質依存性に寄与する相互作用の同定を行う。重要ながん相互作用についてはXenograft症例を増やして検討するとともに、介入実験を行い抗腫瘍効果の検討を行う。
英語学習に難しさをもつ学習者支援－音韻符号化能力養成の観点から

本研究の目的は、「英語を不得意とする学習者の英語力と音韻符号化能力の関係を観察し,フォニックスの効果とローマ字学習の効果を考察し,英語学習に困難を感じる学習者にとって,これらの功罪を議論し,英語学習に困難を感じる学習者のための音韻符号化能力養成方法を構築する」ことにある。2018年度までの2年間において、まずは、「英語を不得意とする学習者の英語力と音韻符号化能力の関係を観察する」ために,中学校,高校において,音韻認識能力調査を行い,データを収集し,英語成績との関係を分析してきた.さらに、「フォニックスの効果とローマ字学習の効果を考察し,英語学習に困難を感じる学習者にとって,これらの功罪を議論する」ために,フォニックス指導とローマ字学習の実態調査を行い,英語学習における特に発音と綴り字への影響の調査を行ってきた。詳細についての報告は、本年度が最終年度のため、今年度末に行うが、やはり音韻認識能力の言語学習、言語習得における重要性は、疑う余地のないことが明らかになった。これをもとにして、特に小学校での英語学習開始時に、母語である日本語の音韻意識を基礎として、いかに英語の音韻認識能力を養成していくのか、その指導方法を提案することが続く3年目(最終年度)の着地点となる。本年度は、これまでの2年間の研究結果をもとに、小学校、中学校、高校での音韻意識、音韻符号化能力育成指導の具体的指導方法を提案する。当初、「小学校、中学校、高校までの3校種での連携」を視野に入れていなかったが、研究を進める中で、現場の先生方との議論を通して、3校種にまたがった指導の軸を構築することも重要なポイントであることが再認識された。そこで、2018年度には、小学校と中学校のおける指導の連携の基盤づくりに関わってきたことにより、若干ではあるが中学校と高校のデータ収集、分析が遅れていることにより、「概ね順調に進展している」と判断したものである。しかし、小中連携の体制づくりは、非常に重要な基盤づくりであり、これにより2019年度から小学校と中学校の連動した指導に関与することが可能となり、さらに本研究の成果をより広い地域の教育現場に汎化できる可能性が広がってきた。今年度が最終年度となり、以下の研究および現場介入のおける実践により、目的を達成する。1平成30年度までの研究成果をもとに,音韻符号化能力を向上させる手立てを考案し,2協力を得ている小学校、中学校、高校において実際に実践し,汎化できる指導案の構築を行う。なお、本研究成果については、本年度中に実施する予定としている現場教員を対象とした研修会とシンポジュウムにおいて広く一般を含めて発信するものである。本研究では、以下4つの目的を掲げている。目的1:英語を不得意とする学習者の英語力と音韻符号化能力の関係を観察し,目的2:フォニックスの効果とローマ字学習の効果を考察し,目的3:英語学習に困難を感じる学習者にとって,これらの功罪を議論し,目的4:英語学習に困難を感じる学習者のための音韻符号化能力養成方法を構築する.平成29年度には、目的1である「英語を不得意とする学習者の英語力と音韻符号化能力の関係を観察する」ことを達成するために,1先行研究で行われてきた音韻認識力,音韻符号化能力を測定する方法を全て検討し,2母国語である日本語と外国語である英語の両方を対象とした音韻認識力,音韻符号化能力を測れる方法を構築し,3調査を行い,データの収集を行い,4英語成績との関係を議論することを計画してきた。1である音韻認識力、音韻符号化力を測る既存のテストについては、大変完成度の高いものが多くあり、それぞれがその理論と妥当性が強調されている。英語教育という枠組みの中での効用性から鑑みると、英語学習につまずく要因としての音韻認識力や音声符号化の弱さが観察されることが第一義である。これまでに実施した中学生から高校生、大学生までの音韻認識能力調査をもとに,英語成績との関係を分析した。文字と音の同定ができていない、不安定な場合、簡潔に言って、言語処理過程が進まない。その結果、言語として認知されないことから情報処理過程も進まない。この重要な最初の過程に大きな影響をもたらすのが音韻意識である。また、音韻認識能力を高める指導をフォニックス指導や音韻操作活動の指導を2名の中学生と1名の小学生に実際に行っているが、彼らが持つ英語学習のつまずきの中で、どのつまずきや難しさの解決にこの指導が効果をもたらすのかについて、2年目となる平成30年度において詳細に検討し、まとめあげ、各方面において発表の機会を得たい平成29年度においては、勤務先が変わったこともあり、それまでの研究環境が変化し、年度当初は若干研究を推進する上で、戸惑いもあった。しかし、地域の教育委員会関係者や研究者仲間のお力添えもあり、平成30年度の研究内容が広がる方向への研究活動が進んでいる。大変ありがたいことである。さらに、英国、ポーランド、フィンランドの本研究分野の第一人者である研究者の方々と密に情報交換ができるようになったことは、今後の研究を後押しするものである。

本研究の目的は、「英語を不得意とする学習者の英語力と音韻符号化能力の関係を観察し,フォニックスの効果とローマ字学習の効果を考察し,英語学習に困難を感じる学習者にとって,これらの功罪を議論し,英語学習に困難を感じる学習者のための音韻符号化能力養成方法を構築する」ことにある。2018年度までの2年間において、まずは、「英語を不得意とする学習者の英語力と音韻符号化能力の関係を観察する」ために,中学校,高校において,音韻認識能力調査を行い,データを収集し,英語成績との関係を分析してきた.さらに、「フォニックスの効果とローマ字学習の効果を考察し,英語学習に困難を感じる学習者にとって,これらの功罪を議論する」ために,フォニックス指導とローマ字学習の実態調査を行い,英語学習における特に発音と綴り字への影響の調査を行ってきた。詳細についての報告は、本年度が最終年度のため、今年度末に行うが、やはり音韻認識能力の言語学習、言語習得における重要性は、疑う余地のないことが明らかになった。これをもとにして、特に小学校での英語学習開始時に、母語である日本語の音韻意識を基礎として、いかに英語の音韻認識能力を養成していくのか、その指導方法を提案することが続く3年目(最終年度)の着地点となる。本年度は、これまでの2年間の研究結果をもとに、小学校、中学校、高校での音韻意識、音韻符号化能力育成指導の具体的指導方法を提案する。当初、「小学校、中学校、高校までの3校種での連携」を視野に入れていなかったが、研究を進める中で、現場の先生方との議論を通して、3校種にまたがった指導の軸を構築することも重要なポイントであることが再認識された。そこで、2018年度には、小学校と中学校のおける指導の連携の基盤づくりに関わってきたことにより、若干ではあるが中学校と高校のデータ収集、分析が遅れていることにより、「概ね順調に進展している」と判断したものである。しかし、小中連携の体制づくりは、非常に重要な基盤づくりであり、これにより2019年度から小学校と中学校の連動した指導に関与することが可能となり、さらに本研究の成果をより広い地域の教育現場に汎化できる可能性が広がってきた。平成30年度においては、目的2.である「フォニックスの効果とローマ字学習の効果を考察し,」目的3.である「英語学習に困難を感じる学習者にとって,これらの功罪を議論する」ために,フォニックス指導とローマ字学習の実態調査を行い,英語学習における特に発音と綴り字への影響の調査を行う.具体的な研究方法としては、1中学生と高校生を対象とした「過去におけるローマ字学習とフォニックス指導の実態調査を行い,小学校以降ローマ字学習やフォニックス指導がどれくらい実施されて,言語の音を学習する上でどの程度影響を受けてきているのかを調査し,2さらには,そういったことが英語学習を進める上でどのような影響をもたらしている可能性があるのかについて,検討する.3平成31年度に向けて,平成29年度,30年度に得られた研究成果をまとめ,分析し,4学習者が抱く英語学習上の困難さを再度詳細に検討する.小学校におけるローマ字教育の功罪は、これまでにも議論されていないわけではない。だが、その議論が、英語教育研究の中で大きく取り上げられたことがなく、現在の小学校におけるローマ字教育はなんら進展していない。音韻操作活動の際に、子音と母音を分けることがどうしてもできない中学1年生は、やはり英語学習においても大きくつまづいていた。
欧米亜７か国900症例のABCA4網膜症コホート作成及び民族間変異頻度比較（国際共同研究強化）

本研究の目的は、先進国における最大の失明原因の一つであるABCA4関連網膜症に対して、7か国約900症例のABCA4網膜症世界コホートを構築する事により、病的変異の世界分布、民族・地域間での変異頻度・病態の差異を調査し、遺伝性網膜疾患の治療導入を世界規模で強力に推進する事である。参加施設は7か国13施設であり、本邦東京医療センター、米国6施設、仏国1施設、独国1施設、中国2施設、韓国1施設にて、同一の臨床診断に基いたABCA4網膜症の症例リクルートが行われた。平成31年3月現在、本邦278例、英国328症例、米国150症例、韓国8症例、中国より42症例、仏国61症例、独国49症例の合計916症例の登録が完了した。登録症例の年齢の中央値は31.0才(標準偏差: 17.2)、男女比は1対1.1であった。発症年齢の中央値は15.0才(標準偏差: 13.3)であり、罹患期間の中央値は11.0年(標準偏差: 14.4)であった。民族の内訳はヨーロッパ人375症例、アジア人365症例、アフリカ人30症例、その他(含:不明)146症例であった。ヌル変異の有無による遺伝子型分類、分子モデリングにより算出された変異インパクトスコアは、発症年齢、電気生理学的表現型分類と関連・相関を示した。内定年度:2016本研究の目的は、先進国における最大の失明原因の一つであるABCA4関連網膜症に対して、7か国約900症例のABCA4網膜症世界コホートを構築する事により、病的変異の世界分布、民族・地域間での変異頻度・病態の差異を調査し、遺伝性網膜疾患の治療導入を世界規模で強力に推進する事である。
窒素原子の化学反応性とその反応生成物

1.既存の質量分析器を本研究の目的に沿うように改造を行ってきたが、使用した質量分析器が古いものであったため、予想以上のトラブルに出会いその解決に多大の時間を必要とした。窒素のマイクロ波放電によって生成する窒素原子と、アセトンの光分解により生成させたメチルラジカルとの反応の研究を行ったが生成物の信号強度が弱く定量的なデ-タが得られなかった。同様な実験をジエチルケトン、またはジプロピルケトンの光分解により生成させたエチルまたはプロピルラジカルでも行ったが、得られた結果は同じであった。今後、質量分析器の検出器の感度の向上を計る必要がある。2.ダイアモンドを水素気流中・高温下で金属と反応させて加工するという手法が最近考案された。今回制作した装置を用いて、この系で起こっている反応を調べた。天然ダイアモンド粉と金属粉の混合物を、種々の温度で水素気流中で加熱し、反応後の水素を直接質量分析器に導入し、分析した。金属粉としてニッケル、鉄、クロミウム、モリブデン、およびコバルトを用いた場合、メタンの生成が約500°C以上で観測された。タングステンおよびモリブデンを用いて場合は、1000°Cにしてもメタンが観測されなかった。また、水素をマイクロ波放電してもメタンの生成が観測されなかった。3.N_2OやNOを真空紫外光で分解するとN原子が生成されることが知られている。そこで、C_3O_2/NO系またはC_3O_2/N_2O系に真空紫外光を照射したところ、CNの励起状態からの発光が観測された。このCNの励起状態の生成機構を位相差法を用いて調べた。62年度の大部分は当初の計画に従い,既存のガスクロマトグラフー質量分析計の改造に費やされた.行った主な改造点は以下の通りである.1.放電流通法による反応室を設計・製作し,既存の質量分析計の真空槽に取り付けた.また,これにともなう真空排気系を作製した.2.反応室(圧力約10Torr)で生成した生成物を質量分析室(約10^<-6>Torr)に導入するためのピンホールー差動排気系を設計・製作した. 3.ラジカルを生成させるための光分解用光源(強度変調が可能)および電源を製作した.以上の改造により本実験が可能となった.今後,初期の計画に従い,窒素のマイクロ波放電によって生成する窒素原子とアセトンの光分解によって生成するメチルラジカルとの反応で出来ると考えられる不安定な生成物の質量分析を試みる.窒素の圧力,流速,アセトンの圧力等の条件を種々変えて生成物によるイオン強度を質量を分析した後測定する.これにより,窒素原子とメチルラジカルとの反応機作の詳細が解る.この時,本実験では光分解用光源の強度が変調されているので,生成物イオン強度も変調されているので,イオンシグナルを高感度で測定出来ると同時にその位相の差より反応速度定数に関する情報が与えられる.これらは反応機作を確立するうえで大きな情報になると期待している.また,重水素化合物を使用することにより,生成したイオンの同定を容易にする.メチルラジカルと窒素原子との反応の研究が終了した後に,反応させるケトンの種類を変えることにより,反応物であるラジカルの種類を変えられるので,生成物の分布や反応機作の変化等が調べられる.これらの実験結果を集積することにより,窒素原子と有機ラジカルの反応に関する一般則を導く.既存の質量分析計を本研究の目的に沿うように改造を行った62年度に引き続き、63年度は初期の計画に従い、装置のチェックおよび信号系の調整を目的として、窒素のマイクロ波放電によって生成する窒素原子とアセトンの光分解によって生成するメチルラジカルとの反応での生成物の質量分析を試みた。しかし、残念なことに本研究装置の心臓部分である質量分析計が古いものであったので、メーターや部品等が劣化しており、多くのトラブルにあった。これら質量分析計の動作不良の原因追求および修理のため、予想外の時間を必要とした。これらの修理が完了した後、装置のチェックを行った。その結果を以下に示す。1.窒素分子のマイクロ波放電により生成する窒素原子濃度の最適条件が確立した。2.アセトンおよびジェチルケトンを光分解してメチルラジカルおよびエチルラジカルを生成させたが光源の強度が充分でなく生成濃度が不足していた。3.質量分析計の真空度が悪く目的とする反応による生成物以外の質量ピークが大きく現れてしまった。これらを改善するために以下の改善策を講じている。1.光源を強度の強いものに取り替える。2.不純物ピークの減少を目指し、真空槽の改良を行い、真空度の向上を図る。その後、やり残した装置のチェックを行い、当初の予定に従い以下の研究を行う予定である。1.窒素の圧力、流速、アセトンの圧力等、種々の条件下で生成物のイオン強度を測定することにより、窒素原子とメチルラジカルとの反応機作の詳細を調べる。反応機作を調べる上で大きな情報になる重水素化合物の使用も考えている。2.その後、反応させるケトンの種類を変えることにより、反応ラジカルの種類を変え、生成物の分布や反応機作の変化等を調べる。これらの結果を集積することにより、窒素原子と有機ラジカルの反応に関する一般則を導く。3.反応室の温度を変化出来るように、改造し、この反応の速度定数の温度依存を調べられるようにする。

1.既存の質量分析器を本研究の目的に沿うように改造を行ってきたが、使用した質量分析器が古いものであったため、予想以上のトラブルに出会いその解決に多大の時間を必要とした。窒素のマイクロ波放電によって生成する窒素原子と、アセトンの光分解により生成させたメチルラジカルとの反応の研究を行ったが生成物の信号強度が弱く定量的なデ-タが得られなかった。同様な実験をジエチルケトン、またはジプロピルケトンの光分解により生成させたエチルまたはプロピルラジカルでも行ったが、得られた結果は同じであった。今後、質量分析器の検出器の感度の向上を計る必要がある。2.ダイアモンドを水素気流中・高温下で金属と反応させて加工するという手法が最近考案された。今回制作した装置を用いて、この系で起こっている反応を調べた。天然ダイアモンド粉と金属粉の混合物を、種々の温度で水素気流中で加熱し、反応後の水素を直接質量分析器に導入し、分析した。金属粉としてニッケル、鉄、クロミウム、モリブデン、およびコバルトを用いた場合、メタンの生成が約500°C以上で観測された。タングステンおよびモリブデンを用いて場合は、1000°Cにしてもメタンが観測されなかった。また、水素をマイクロ波放電してもメタンの生成が観測されなかった。3.N_2OやNOを真空紫外光で分解するとN原子が生成されることが知られている。そこで、C_3O_2/NO系またはC_3O_2/N_2O系に真空紫外光を照射したところ、CNの励起状態からの発光が観測された。このCNの励起状態の生成機構を位相差法を用いて調べた。
公益法人改革下における市町村農業公社再構築の方向

移行に関する「アンケート調査等は時期尚早」との意見が多かった。シンポジウムが開催され、(1)国農地保有合理化協会(全国の動向)、(2)栃木県(県下の対応状況)、(3)鹿児島県(全県および沖永良部農業開発組合)などの報告が行われた。内容は報告書にまとめられ、関係機関に配布。これは本研究の成果であり、今後の移行対応の参考資料として活用されるであろう。公益法人制度の改革の法制度が2006年5月に成立した。既存の公益法人は移行期間の2013年までには、対応を決定しなければならない。本研究では、移行形態等について、全国の市町村農業公社にアンケート調査を実施して方向を探る予定である。今年度の研究は、時期尚早のために順調には進展しなかった。全国農地保有合理化協会、鹿児島県・栃木県・大分県の県レベル農業公社および沖永良部農業開発組合などのケース・スタディー予備調査によると、いずれのレベルでも対応方向についての意向がいまだに不明確である。アンケート調査は尚早であると判断された。現在、「公益」判定の基準がまだ定まっていない状況である。農林水産省でも、「公益法人改革への対応」などの説明会を行っているものの、指針などの方向は明示されていない状況である。次年度末にアンケート調査を予定している。本年度はケース・スタディーを中心に上部組織の対応待ち状態にある実態を明らかにした。また、大分県、栃木県、鹿児島県における予備調査を実施した。市町村農業公社に関する研究会を行い、実態と今後の方向について議論した。今後、定期的に情報交換の場をつくることが確認され、次年度から各市町村公社担当者による報告が行われる予定である。本年度は大分県、栃木県、鹿児島県における調査を実施した。今後、市町村農業公社に関する研究会を定期的に情報交換の場をつくることが必要である、との要望が強かった。関係機関では、移行に関するギアンケート調査等は時期尚早」との意見が多く、「12年後の調査には協力可能」であろう、との返答がほとんどであった。なお、12月に各市町村公社担当者によるシンポジウム・報告が鹿児島大学において開催・実施された。報告は、以下のとおりである。(1)全国農地保有合理化協会(全国の動向)、(2)栃木県(県下の対応状況)、(3)鹿児島県(全県および沖永良部農業開発組合)。シンポジウムの内容は報告書にまとめられ、関係機関に配布予定である。これは本研究の成果であり、今後の移行対応の参考資料として活用されるであろうと、期待されている。
DNAおよび蛋白質の水和水の挙動の温度・変化

生体高分子の水和水の動的性質は,機能の発現と関連して重要な意味を持つ.本研究は,DNAフィルム,リゾチーム結晶を試料として,自由水に近い水和水の緩和時間の温度依存性を,極低振動数領域のラマン散乱により明かにすることを目的とする。室温での周りの相対湿度を変えた測定から,DNAおよびリゾチーム結晶のラマンスペクトルの中心成分は,自由水に近い結晶水に由来することが明らかになった。見かけ上乾いて見える,A型DNAと水が半分以上抜けたリゾチーム結晶においても,自由水の数分の1程度の緩和時間を持つ水が存在する。また予備的な熱測定を行った結果,上記の乾いた試料の結晶水は,不凍水であることがわかった。不凍水の一部が自由水と同程度の緩和時間を持つということは,水和に関しての従来の定説とは異なっている。-20°C100°Cでラマン測定が可能なセルが完成し,温度変化の測定が可能になった。リゾチームにおいて,熱測定を併用しながら,結晶水が凍結するとき,および蛋白質が変性するときの,低振動数モードと結晶水の緩和モードの変化を追跡中である。一方,ヌクレオチドの1つであるNa_2CMPの大きい結晶をつくることが出来,偏光ラマンスペクトルを得た。室温においては,結晶水に由来する信号はないが,温度を上げると結晶水の緩和時間が短くなって,中心成分として観測できると予想される。周りの相対湿度の減少(または昇温)で結晶構造が変わるヌクレオチドが多い中(H.Urabe et al.,Phys.Rev.B1(1995)),CMPは比較的安定であり大きい結晶が出来ることから,偏光も含めた昇温実験を開始した。
高水分籾の加工・調製システムの開発研究

平成2・3年度には主として、2つの脱ぷ方式による玄米の損傷の特徴を中心に検討した。その結果玄米1粒の損傷部の大きさがロール式ではインペラ式に比較して約2倍も大きい事を明らかにした。本年度はそうした玄米の損傷部が長期間の保存・貯蔵や食味にどのように影響するかを検討した。結論から言うと、脱ぷ方式の差が原因で生じる食味、あるいは貯蔵中の経時変化には殆ど差がなく全く同じ状態で貯蔵が継続される事が判明した。ただ食味については3年間、半年毎に2脱ぷ方式で脱ぷ処理した玄米を缶容器に密閉状態で封入したものから一部を試料として採取・摘出したものを食味計にてその食味を計測した。残念ながら供試食味計は高価であるため、私企業のものを借用して測定したが長期間の計測の間に、企業独自に較正の必要があり食味変化の経時的劣化の変化を追求する事は出来なかった。しかし2つの脱ぷ方式の比較においては玄米品質の経時変化にともなう劣化や食味に関して全く差がないことが判明した。高水分籾で、かつ穂発芽したもみの脱ぷはロール式では胚芽が付着したままで脱ぷされることが多いが、インペラ式ではそのほとんどが脱落するため、品質検査の段階で検査員の主観により品質が左右されることが多い。これについての評価基準が今後の課題として残る。また一度設定した較正値を長期間(少なくとも3年間)そのままの状態で維持できる食味計の確保が、貯蔵・食味の問題解明に極めて重要である。これまで脱ぷ方式の相違による玄米損傷の特徴については,主として肉眼による比較報告があるが,数値的な解明を与えたものは見られない.本年度はインペラ方式とゴムロ-ル方式による2つの脱ぷ方式にて脱ぷした玄米の損傷について焦点を当てた.つなわち(1)玄米の2次元投影画像の総面積に対する損傷部面積の比率(2)1個の玄米に存在する損傷部位の総数について画像処理技法を用いて究明した.また損傷部領域をより精確に解明するため次の2つの試薬を供試した.すなわち玄米の(1)澱粉に反応するヨウ素溶液(2)蛋白質に反応するニンヒドリン溶液の2種類を使用した.さらに損傷部位の領域をより詳細に観察するべく実体顕微鏡を導入し,上記試薬による処理玄米の損傷部領域を上記2種類の脱ぷ方式について比較した.その結果次のことを明らかにした.(1)ロ-ル方式では一定の個体数に対する損傷粒数の割合が少ないが,1個の損傷部領域がインペラ式に比し34倍に達する.(2)インペラ方式では上記割合が多いが,損傷部1個あたりの領域は非常に小さい.(3)ロ-ル式では(1)の割合が2%から23%まで広範囲に分布するが,インペラ式では18%,特に3%の範囲に集中している.(4)ササニシキ,コシヒカリの2種類を供試したが(3)の傾向は品種にはあまり関係なく共通している.(5)肌ずれ面積を評価の因子に選んで脱ぷ方式を評価するときインペラ方式はロ-ル式に比べ損傷部領域が少なく優位である.平成2・3年度には主として、2つの脱ぷ方式による玄米の損傷の特徴を中心に検討した。本年度の主たる研究実積は次のとうりである。すなわち従東入手した画像処理システムと購入した実体顕微鏡を組み合わせた装置を用いて玄米損傷の特微抽出について更なる確証実験を行った。またこれまでに試作した3種のインペラ羽根を用いて次の実験を行った。既ち水分3ベル,インペラ周速度3レベル,ジャポニカ種のアキバレとインディカ種のベルパトナを用いた2種の品種について玄米損傷歩合,脱ぷ率を観察した。インディカ種については本研究での取扱いは最初であり,ジャポニカ米に比較して損傷歩合も僅少であることが判明した。世界の米の80%以上はインディカ種でありわが国のみならず東南アジア,アフリカを含む発展途上国での高水分籾脱ぷ方式が可能であることを確認した。

インペラ脱ぷ装置を塔載した自脱型コンバインを用いて実圃傷での収穫作業を行い。脱ぷされた玄米の損傷歩合を脱ぷ率,インペラ周速度の関係から確認した。試作した3種類のインペラを用いての実圃場での収穫脱ぷ試験は共同研究者である三輪の提案によるものであり,市販のものとそうでない逆迎角を有するインペラ羽根,および直羽根を有するもの(いずれも羽根の枚数は12枚)の比較試験を3種類の水分と2種類の米(ジャポニカ種とインディカ種)について行った。水分の増加に伴いインペラ周速度を増さないと脱ぷ率が高く維持できないため損傷を低く抑えることは困難であるが,インペラの羽根の形状として市販のものが最も損傷が少く,高水含籾の脱ぶに大きな可能性を示した。高水分玄米乾燥システムについてはそのメカニズムニついてさらなる検試を展開中で本年度においては著しい進展は見られなかった。平成2、3年度には主として、2つの脱ぷ方式による玄米の損傷の特徴を中心に検討した。その結果玄米1粒の損傷部の大きさがロール式ではインペラ式に比較して約2倍も大きい事を明らかにした。本年度はそうした玄米の損傷部が長期間の保存・貯蔵や食味にどのように影響するかを検討した。結論から言うと、脱ぷ方式の差が原因で生じる食味、あるいは貯蔵中の経時変化には殆ど差がなく全く同じ状態で貯蔵が継続されることが判明した。ただ食味については3年間、半年毎に2脱ぷ方式で脱ぷ処理した玄米を缶容器に密閉状態で封入したものから一部を試料として採取・摘出したものを食味計にてその食味を計測した。残念ながら供試食味計は高価であるため、私企業のものを借用して測定したが長期間の計測の間に、企業独自に較正の必要があり食味変化の経時的劣化の変化を追求する事は出来なかった。しかし2つの脱ぷ方式の比較においては玄米品質の経時変化にともなう劣化や食味に関して全く差がないことが判明した。高水分籾で、かつ穂発芽してもみの脱ぷはロール方式では胚芽が付着したままで脱ぷされることが多いが、インペラ式ではそのほとんどが脱落するため、品質検査の段階で検査員の主観により品質が左右されることが多い。これについての評価基準が今後の課題として残る。また一度設定した較正値を長期間(少なくとも3年間)そのままの状態で維持できる食味計の確保が貯蔵・食味の問題解明に極めて重要である。
安定同位体を利用したNMRによるRNAの立体構造解析法の開発

本研究ではtRNAを主な材料として,RNAの水溶液における立体構造あるいは動的な構造を解析するために,RNAにおける安定同位体標識NMRの手法を開発することを目標としている.本年度は,まず効率的な^<13>C標識の手法の追求,および^<15>N標識tRNAについての核磁気共鳴の手法の開発を行なった.1.リボ-スプロトンのシグナルの分離をめざした^<13>C標識申請時においては,リボ-スの1′の選択的標識をリボ-スー1ー^<13>Cを用いて行なうことを計画していた.しかしながら,この方法では標識率が低いことが分かったので,グルコ-スー2ー^<13>Cを用いる方法を考案し検討した.グルコ-スー2ー^<13>Cを含む最少培地で大腸菌(A19株)を1L培養し,得られた菌体よりRNAを抽出した.これを酵素によってヌクレオシドにまで分解し,4種のヌクレオシドを単離精製した. ^<13>C核とのスピン結合による分裂パタ-ンから,リボ-スの1′位が80%の効率で標識されたことが確認できた.したがってグルコ-スー2ー^<13>Cによる標識は有効であることがわかった.2.イミノプロトンのシグナルの分離をめざした^<15>N標識塩化アンモニウムー^<15>Nを加えた合成培地を用いて50Lの培養を行ない,得られた大腸菌菌体から約500mgのtRNA粗分画を得た.これを,2段階のイオン交換クロマトグラフィ-によって精製し,およそ4mgのtRNA^<G1u>を得た.この[ ^<15>N]tRNA^<G1u>の500MHz ^1HーNMRスペクトルを測定し, ^<15>N核とのスピン結合によるイミノプロトンのシグナルの分裂から,90%以上が標識されたことを確認した.さらに,2次元^1Hー^<15>N相関スペクトルを測定した結果,A・UおよびG・C塩基対に由来するイミノ窒素( ^<15>N)の化学シフトは互いに10ppmほど異なっており,容易に区別できることが分かった.本研究ではtRNAを主な材料として,RNAの水溶液における立体構造あるいは動的な構造を解析するために,RNAにおける安定同位体標識NMRの手法を開発することを目標としている.本年度は,まず効率的な^<13>C標識の手法の追求,および^<15>N標識tRNAについての核磁気共鳴の手法の開発を行なった.1.リボ-スプロトンのシグナルの分離をめざした^<13>C標識申請時においては,リボ-スの1′の選択的標識をリボ-スー1ー^<13>Cを用いて行なうことを計画していた.しかしながら,この方法では標識率が低いことが分かったので,グルコ-スー2ー^<13>Cを用いる方法を考案し検討した.グルコ-スー2ー^<13>Cを含む最少培地で大腸菌(A19株)を1L培養し,得られた菌体よりRNAを抽出した.これを酵素によってヌクレオシドにまで分解し,4種のヌクレオシドを単離精製した. ^<13>C核とのスピン結合による分裂パタ-ンから,リボ-スの1′位が80%の効率で標識されたことが確認できた.したがってグルコ-スー2ー^<13>Cによる標識は有効であることがわかった.2.イミノプロトンのシグナルの分離をめざした^<15>N標識塩化アンモニウムー^<15>Nを加えた合成培地を用いて50Lの培養を行ない,得られた大腸菌菌体から約500mgのtRNA粗分画を得た.これを,2段階のイオン交換クロマトグラフィ-によって精製し,およそ4mgのtRNA^<G1u>を得た.この[ ^<15>N]tRNA^<G1u>の500MHz ^1HーNMRスペクトルを測定し, ^<15>N核とのスピン結合によるイミノプロトンのシグナルの分裂から,90%以上が標識されたことを確認した.さらに,2次元^1Hー^<15>N相関スペクトルを測定した結果,A・UおよびG・C塩基対に由来するイミノ窒素( ^<15>N)の化学シフトは互いに10ppmほど異なっており,容易に区別できることが分かった.
GaNのメゾスコピックなスケールでの結晶グレインに関する研究

高精度で結晶グレインやそれに伴う格子ひずみを観察できるシンクロトロン放射光を用いたX線トポグラフィーの手法を用いて、GaN結晶に観察されたμmオーダーのメゾスコッピクなスケールのコントラストに対して、結晶面の傾きのずれと面間隔の伸縮を分離し測定することにはじめて成功した。また、極端に非対称なX線回折法を用いた表面近傍の研磨などによる表面のひずみの測定法を動力学的回折理論を駆使して確立した。窒化物系半導体はGaN/サファイヤ基板等のヘテロ成長基板が主に用いられているが、デバイス特性の観点から高品質な単結晶基板を用いることが望ましいことは論を待たない。しかし、現行の窒化物半導体の単結晶基板における結晶性は、SiやGaAs系に比べ良質とは言えず、転位密度や空孔欠陥等が多く存在し、充分な品質のものが得られていないのが現状である。本研究では、窒化物半導体結晶、特にGaN結晶に関して、シンクロトロン放射光を利用した高分解能X線トポグラフィー法を用い、結晶グレインについて、その大きさ、結晶グレイン間の傾きを詳細に評価する。これを結晶成長条件と対応させることにより、結晶を劣化させている要因を明確にし、高品質化に必要な改善ポイントを得ることを目的とする。本研究では特に、基板結晶を切り離したGaN自立基板に関して、成長過程における結晶グレインの挙動と転位、欠陥との関係を明らかにする。さらに、他の手法の実験結果とあわせて、結晶成長過程における結晶グレインの挙動と転位、欠陥との関係、また、これらの成長条件、成長環境との相関についても明確にする。本年度は高エネルギー加速器研究機構の放射光研究施設のシンクロトロン放射光を利用し、X線用CCDカメラ(空間分解能約6μm)を用いた高分解能X線トポグラフィー法によって、転位密度から予想されるよりも大きなスケールの結晶グレインの存在を明らかにした。さらに、入射角を変えてトポグラフの明暗のコントラストの変化を観察し、結晶グレイン間の回折条件の違いを定量的に測定した。本年度は、高エネルギー加速器研究機構の放射光研究施設のシンクロトロン放射光を利用し、X線トポグラフの撮影にCCDカメラを用い、トポグラフ像を詳細に解析を行うことにより、GaNの結晶についてμmオーダーでの結晶面の傾きのずれ(Δθ)と結晶の面間隔の伸縮(Δd)を分離することにはじめて成功した。また、X線をすれすれに入射する条件でのバルク結晶からの回折線を用いた表面に敏感なX線回折法により研磨加工による微小な格子ひずみの測定を行った。しかし、現行の窒化物半導体の単結晶基板における結晶性は、SiやGaAs系に比べ良質とは言えず、転位密度や空孔欠陥等が多く存在し、充分な品質のものは得られていない。

本年度は、高エネルギー加速器研究機構の放射光研究施設のシンクロトロン放射光を利用し、X線トポグラフの撮影にCCDカメラを用い、トポグラフ像を詳細に解析することにより、c面のGaN結晶だけでなくm面についても結晶面の傾きのずれ(△θ)と結晶の面間隔の伸縮(△d)を分離した計測を行った。さらに、GaN結晶の研磨による表面近傍のひずみの測定を極端に非対称なX線回折法によりX線の波長を変化させて行った。動力学的回折理論を用いた完全結晶の場合の回折強度曲線の半値幅の計算と実験結果を比較し、X線の侵入深さを対比させることで、結晶の深さ方向のひずみを定量的に明らかにした。
リチウム及びガーネットフェライトのマイクロ波ミリ波デバイスへの応用

マイクロ波デバイスでは、これまでイットリウムを用いたガーネット系のフェライトがよく使用されてきた。しかし、イットリウムが価格が高く、産業応用上不利であり、さらに、動作周波数に関係する飽和磁化は、約0.18mT程度である。一方、リチウムフェライトは、作成コストも安く、作成プロセスも比較的簡単で、かつ飽和磁化は約0.5mT程度の可能性があるために、特に、ミリ波帯において低価格な可変特性を実現することができる。同時に、飽和磁化が大きいということは、磁化を飽和させるバイアス磁界も比較的小さくてすむという利点がある。そこで、今回マイクロ波帯を中心として、リチウムフェライトをデバイスへ応用して、可変デバイスとしての可能性を確認することを大きな目的とした。リチウムフェライトのマイクロ波デバイスの応用として平面型のパッチアンテナへの応用を検討した。その結果、5dBi以上のアンテナ利得と、比帯域10%程度のチューナブルな共振特性をえることができ、リチウムフェライトのアンテナへの応用が可能であることを確かめた。その他、フェライトの加工時に発生するクラックを取り除くために、電気炉でフェライトを焼きなますことで、ゲインを若干上昇できることを確かめた。次に、パッチアンテナだけでなく、円筒形及び立方体形の誘電体共振アンテナにリチウムフェライトの使用を試みた。ここでフェライトは絶縁体であるので、通常の誘電体と入れ替える形でデバイスを作成した。その結果、円筒形共振アンテナにおいては、外部磁界を円筒の軸方向に選ぶことで円辺偏波の作成を確認し、5dBi程度の十分な利得を確認した。さらに軸比についても見当し、数%程度の帯域で円偏波の発生を確認した。次に立方体の共振アンテナにおいては、E面に平行に磁界を印加した場合は、共振周波数は磁界とともに増加し、E面に垂直に磁化した場合は、共振周波数は磁界とともに、減少することを確認した。この現象を応用し、小さな永久磁石をフェライトにくっつけた場合における円偏波の発生を確認した。今後、この構造を発展させれば、偏波のアナログ的制御が可能なスマートアンテナを実現でき、今後の通信工学の発展に大きく寄与することが見込まれる。
光誘起電子移動反応を利用した遺伝子の無標識高感度分析法の開発

本研究の目的は、DNAの電子伝達能力を利用して、界面で起こるハイブリダイゼーションを検出しうる手法を開発しようとするものである。そのためには、界面で起こる塩基対形成について調べる必要があり、さらにDNAを介した光誘起電子移動反応を詳細に検討する必要がある。1)界面で起こる塩基対形成の研究本研究では界面に固定化したDNAを取り扱うため、様々な界面での塩基対形成を調べる必要がある。アルキル化核酸塩基は気液界面で単分子膜を作り、膜表面で相補的な塩基対を形成することがわかった。(Mol.Cryst.Liq.Crys.,371,33-36(2001),Mol.Cryst.Liq.Crys.,371,379-382(2001))また、原子間力顕微鏡のプローブ先端に核酸塩基を固定化し、固体基板上に存在する核酸塩基との塩基対形成を水中にて力として計ることに成功した。(Mol.Cryst.Liq.Crys.,371,151-154(2001),Colloid and SurfacesA :Physicochem Eng.Aspects,198-200,677-682(2002))これらの結果より、気液界面、および固液界面においても、相補的な塩基対形成が起きることが示された。3)塩基対のスタッキングを介した光誘起電子移動反応電子ドナーと電子アクセプターをそれぞれ有する両親媒性化合物とDNAとのポリイオン複合単分子膜を気液界面に作製し、蛍光寿命からDNAを介した電子移動を測定した。その結果、1本鎖より2本鎖DNAの方がより電子移動を促進することがわかった。この結果より、光誘起電子移動反応によりハイブリダイゼーションを検出できることが示された。本研究の目的は、DNAの構造的な特徴である塩基対のスタッキングと、それに伴うパイ電子相互作用による長距離にわたる電子伝達能力を利用して、蛍光分光学的な測定を用いた新たな検出原理に基づくDNAのハイブリダイゼーション過程の高感度解析手法を開発しようとするものである。本年度の研究計画は、1)界面化学的手法によるDNAの固定化および2)塩基対のスタッキングを介した光誘起電子移動反応、であった。1)界面化学的手法によるDNAの固定化1本鎖DNAもしくはオリゴヌクレオチドを固体基板(導波路)に固定化するために、核酸塩基対形成を利用した。核酸塩基を親水基にして、疎水基にアゾベンゼンもしくは光重合基であるジアセチレンを挿入したアルキル鎖を持つ両親媒性化合物を合成した。これらの両親媒性核酸塩基の単分子膜を1本鎖オリゴヌクレオチドの水溶液上に作製すると、気水界面においてオリゴヌクレオチドが単分子膜に特異的に結合することがわかった。ジアセチレンを有する単分子膜では光重合により単分子膜を高分子化できることもわかった。(K.Ijiro et al.,Studies in Surface Science and Catalysis 132,481,2001,Elsevier Science B.V.,M.Morisue et al.,ibid)2)塩基対のスタッキングを介した光誘起電子移動反応電子ドナーと電子アクセプターをそれぞれ有する両親媒性化合物を合成して、カチオン性単分子膜をマトリックスとして単分子膜を作製した。混合単分子膜のある水面上で蛍光寿命を測れるように実験系を構築した。その蛍光寿命を用いてドナーからアクセプターへの電子移動を測定できることを確認した。

本研究の目的は、DNAの電子伝達能力を利用して、界面で起こるハイブリダイゼーションを検出しうる手法を開発しようとするものである。そのためには、界面で起こる塩基対形成について調べる必要があり、さらにDNAを介した光誘起電子移動反応を詳細に検討する必要がある。1)界面で起こる塩基対形成の研究本研究では界面に固定化したDNAを取り扱うため、様々な界面での塩基対形成を調べる必要がある。アルキル化核酸塩基は気液界面で単分子膜を作り、膜表面で相補的な塩基対を形成することがわかった。(Mol. Cryst. Liq. Crys., 371, 33-36(2001), Mol. Cryst. Liq. Crys., 371, 379-382(2001))また、原子間力顕微鏡のプローブ先端に核酸塩基を固定化し、固体基板上に存在する核酸塩基との塩基対形成を水中にて力として計ることに成功した。(Mol. Cryst. Liq. Crys., 371, 151-154(2001), Colloid and SurfacesA : Physicochem. Eng. Aspects, 198-200, 677-682(2002))これらの結果より、気液界面、および固液界面においても、相補的な塩基対形成が起きることが示された。2)DNAを介した電子移動測定3)塩基対のスタッキングを介した光誘起電子移動反応電子ドナーと電子アクセプターをそれぞれ有する両親媒性化合物とDNAとのポリイオン複合単分子膜を気液界面に作製し、蛍光寿命からDNAを介した電子移動を測定した。その結果、1本鎖より2本鎖DNAの方がより電子移動を促進することがわかった。この結果より、光誘起電子移動反応によりハイブリダイゼーションを検出できることが示された。