hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
円錐状ホログラフィック・ステレオグラムによる三次元実像表示

計算機で作製した三次元立体形状を実際に立体的に表示出力する三次元的なハ-ドコピ-を実現する1つの方法としてホログラムがあるが、この際に最も大切な点は人間にとって自然な立体視が行なえることである。我々は再生像を斜め上方から観察でき再生像がホログラム面から浮き上がり手にとれるような実像を表示できる、円錐状のホログラフィック・ステレオグラムを提案する。本研究ではこのホログラムに対して、高い解像度の再生像を得るための収差補正の研究、ホログラムを全自動で作製するホログラム合成光学システムに関する研究、及びカラ-ホログラムの研究を行った。得られた成果は以下の通りである。1、円錐型ホログラフィック・ステレオグラムでは再生像とホログラム面の距離が大きいため、再生像の解像度が悪化する。これを改善する方法として、回折格子を用いる新しい照明系を考案し、実際に円錐状のホログラフィック・ステレオグラムに適用できることを示した。2、計算機で作成した画像を用いて直接ホログラムを作成するため、液晶空間光変調素子を用いる方法を検討し、実際にホログラムを作成した。3、高速にホログラフィック・ステレオグラムを作成するために、被写体撮影とホログラムの合成を同時に行う方法について検討し、実際に円錐状ホログラフィック・ステレオグラムの作成を行った。4、カラ-の再生像を得るために、三色のレ-ザ-光を使用しカラ-対応の液晶空間光変調素子を使用する方法を検討した。近年とくにCAD等において注目されている、計算機で作製した三次元立体形状を実際に立体的に表示出力する三次元的なハ-ドコピ-を実現するために、再生像を斜め上方から観察でき、リアルカラ-で、再生像がホログラム面から浮いていて手にとれるような実像が得られる円錐状のフルカラ-・ホログラフィック・ステレオグラムを提案した。これまでの研究では以下のような成果が得られた。1、テレビカメラで撮影した画像をフレ-ムメモリを介し液晶空間光変調器に表示してその像をホログラムに記録することで、ホログラフィック・ステレオグラムを高速に記録することができる光学系を作成した。2、ホログラフィック・ステレオグラムの再生像の性質について理論的検討を行った結果、解像度は再生像とホログラムの距離に比例して悪化するため、空中に大きく浮きでる三次元的な像を再生すると、再生像の解像度の低下が最も問題となることを示した。3、ホログラムの色収差を補正するために、新たにホログラムの平均回折格子間隔と等しいホログラフィックグレ-ティングを照明系に挿入してホログラムの色収差を補正する方法を考案し、平面状のホログラムに対して実際に適用してその効果を実証した。4、3の方法を円錐状のホログラフィック・ステレオグラムに適用するために、円錐状の鏡と回折格子の溝が同心円状の格子を組み合わせたホログラム照明光学系を考案した。5、リアルカラ-ホログラムを作成するための基礎的研究として、平面状のホログラムをHeーNeレ-ザ-とアルゴンレ-ザ-を用いて記録し、マルチカラ-のリップマン型ホログラムの作成を行った。ホログラフィック・ステレオグラムは計算機で作製した三次元立体形状を実際に立体的に表示出力する三次元的なハ-ドコピ-を実現する一つの方法として注目されているが、この際に最も大切な点は人間にとって自然な立体視が行なえることである。昨年度の研究では再生像を斜め上方から観察でき再生像がホログラム面から浮き上がり手にとれるような実像を表示できる円錐状のホログラフィック・ステレオグラムを提案したが、本年度は再生像の色収差補正の研究、カラ-ホログラムの研究、及び自動的にホログラムを作製するホログラム合成光学システムに関する研究を行った。1、昨年度の研究て我々は円錐型ホログラフィック・ステレオグラムでは再生像とホログラム面の距離が大きいため、再生像の解像度が悪化することをしめした。これを改善する方法として、回折格子を用いる新しい照明系を考案し、実際に円錐状のホログラフィック・ステレオグラムに適用した。

2、TVカメラで撮影した像や計算機で作製した画像を用いて直接ホログラムを作成するため、液晶空間光変調素子を用いる方法を検討し、素子の特性の評価をおこない実際にホログラムを作成した。3、ホログラフィック・ステレオグラムを高速に作成するために、被写体撮影とホログラムの合成を同時に行う方法について検討し、実際に円錐状ホログラフィック・ステレオグラムの作成を行った。4、カラ-の再生像を得るために、三色のレ-ザ-光を使用しカラ-対応の液晶空間光変調素子を使用する方法を検討した。
非希少遷移金属触媒を用いる炭素－水素結合変換反応の開発

有機合成化学において、炭素ー水素結合の直接的変換反応は工程数や廃棄物削減の観点から、従来のクロスカップリング反応に代わる手法として注目されている。しかし、炭素ー水素結合の官能基化ではパラジウム、ロジウム、ルテニウムなどの希少な遷移金属が多く用いられてきた。そこで私は、より入手しやすいニッケル触媒を用いた反応の開発に着手した。最近、ニッケルを用いた炭素ー水素結合の変換反応は、盛んに研究されているがアゾールやパーフルオロベンゼンなど酸性度が高い炭素ー水素結合に限られていた。私は、ニッケルでは配向基との親和性が低いため、ベンゼン環やアルカンなどの不活性な炭素ー水素結合の反応へ展開が困難であると考えた。そこで、上記に示した考えのもと、ニッケル触媒を用いた炭素ー水素結合の変換反応の開発を行い、8ーアミノキノリン由来の二座配向基を用いることでニッケル触媒でも不活性な炭素ー水素結合の活性化が進行することが分かった。今回私は新たに、ニッケル触媒を用いたアルキンと二ケ所の炭素ー水素結合の活性化を伴った酸化的環化反応を見出すことができた。それ以外にも、ニッケル触媒を用いたヨウ素を用いた炭素ー水素結合のヨウ素化が進行することも見出し現在論文投稿準備中である。またニッケル触媒を用いた反応以外にも、最も理想的な反応のひとつである炭素ー水素結合同士の酸化的カップリング反応がパラジウム触媒存在下進行することが分かった。27年度が最終年度であるため、記入しない。有機化合物中に数多く存在する炭素ー水素結合を位置選択的に官能基化する手法の一つとし、配向基を利用する方法が広く用いられている。この手法では、安定なメタラサイクルが形成されることが不活性な炭素ー水素結合を切断する駆動力となっている。そこで私は、この手法を拡張し、分子内に2つの配位できる原子をもつ二座配向基の利用を着想した。二座配向基を用いることで3点により配位した、より安定なメタラサイクルが形成されるので、ニッケルを用いた場合でも、炭素ー水素結合の切断のための十分な駆動力を得られると考えた。上記に示した考えのもと、ニッケル触媒を用いた炭素ー水素結合の変換反応の開発を行い、8ーアミノキノリン由来の二座配向基を用いることでニッケル触媒でも不活性な炭素ー水素結合の切断が起こり、ハロゲン化アルキルを用いた炭素ー水素結合のアルキル化が進行することを見出している。得られた結果をもとに、種々の反応剤を用いた反応への展開を試みたところ、5つの反応を見出した。中でもこの手法は、より不活性なsp3炭素ー水素結合の変換反応にも適応できることが分かった。(式1、J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 898.)有機合成化学において、炭素ー水素結合の直接的変換反応は工程数や廃棄物削減の観点から、従来のクロスカップリング反応に代わる手法として注目されている。1年間のという短い期間でありながら、4つの科学ジャーナルに研究成果を掲載することができた。また、それに続く新しい反応開発にも成功している。<sp3炭素ー水素結合の新規変換法の確立>予備的な実験結果から進行することが分かっているニッケル触媒を用いたsp3炭素ー水素結合のフェニル化についての更なる収率の向上を目指す。次に、配向基の検討を行い最適な配向基の検討を行う。

さらに、基質の適応範囲についての検討を行い、3置換のもの以外にも2置換のカルボン酸誘導体やMe基以外のsp3炭素ー水素結合で反応が進行するかを検討する。機構研究についても行い、同位体効果の測定、競争実、反応中間体の観測や単離などをおこない反応機構についての情報を得る。様々なsp3炭素ー水素結合官能基化反応の開発を行う。報告例が少なく、生成物が医薬品中間体合成に有用なフッ素化やトリフルオロメチル化などを優先に行う。具体的には求電子的なフッ素化試薬やトリフルオロメチル試薬を求電子剤に用いた反応を行う予定である。<触媒的量の配向基を用いた反応の開発>最初に、アルコールとホスファイトのエステル交換が起こった後の基質を別途合成しその基質を用いて、炭素ー水素結合変換反応の開発を行う。次に、アルコールと触媒量の遷移金属錯体・配向基の条件下、種々の添加剤などの効果を検討し最適条件を決定する。27年度が最終年度であるため、記入しない。
マイクロ非球面レンズ用射出成形金型の新しいナノ精度加工システムの開発

本研究課題では,近年,精度要求が激化するマイクロ非球面レンズ製造技術に対応し、情報技術を援用した新しいナノ精度加工技術を開発する.特に,φ数mm以下のマイクロレンズの開発を可能とするナノ精度加工システム・プロセス技術の確立を目指す.そのために,(1)マイクロ非球面レンズ用射出成形金型の加工を行うためのナノ精度加工システムを構築し,(2)更なる微小な砥石のツルーイング技術の構築と加工NCプログラムの補正加工技術の構築のための専用CAMの開発を行う.マイクロ非球面レンズの開発を可能とするナノ精度加工システム・プロセス技術の確立を目指すため,微小砥石のツルーイング方法の検討と設計データや機上測定データのフィードバックによりナノ精度加工の向上を目指した専用CAM開発を行った.特に,専用CAM開発では,長田三角形パッチ10)という新しい概念に基づき,ナノ精度を目指す加工パスの生成が可能なソフトを開発した.理論的には,理想形状と補間データとの誤差がサブナノレベルとなっている.これによる補間データを用いて実際に加工を行ったところ,良好な状態に加工でき,プロファイル精度は0.1μm以内,粗さはRy21nm程度が得られている.加工プロセスとしては,主としてELID研削技術を検討しているが,小径砥石を用いて,複雑な加工データにより自在に形状加工を施すためには,ELID用電極の設置や処置が課題となる.そこでこうした課題に対処するべく,砥石に電極を用いない新しいELID原理を創出した.研削液ノズル部に陽極・陰極を有し,電気分解された研削液を砥石に供給することで,微細・複雑形状加工に耐える手法である.さらに,高精度な加工の実現とともに,微細なレンズ金型を高効率に加工するために,既存のものよりもよりコンパクト化させたレーザープローブタイプと接触式タイプの各種機上形状測定プローブを開発した.本研究課題では,近年,精度要求が激化するマイクロ非球面レンズ製造技術に対応し、情報技術を援用した新しいナノ精度加工技術を開発する.特に,φ数mm以下のマイクロレンズの開発を可能とするナノ精度加工システム・プロセス技術の確立を目指す.そのために,1.マイクロ非球面レンズ用射出成形金型の加工を行うためのナノ精度加工システムを構築し,2.更なる御小な砥石のツルーイング技術の構築と加工NCプログラムの補正加工技術の構築のための専用CAMの開発を行う.小径非球面レンズ金型加工の技術開発を目的として,3軸同時制御による斜軸砥石加工とELIDマイクロ研削法の複合を試みた.その結果,形状誤差は有効範囲内でPV0.159μmを達成し,#1200ではRy32nm, Ra6nmという非常に良好な加工面が得られており,形状精度および表面粗さともに良好な超精密ELIDマイクロ研削加工を行うことができた.今後は鋳鉄ボンドダイヤモンド砥石の高い剛性と低摩耗の特性を生かした超精密加工機による3軸同時加工行い,更なる小径レンズの超精密加工を行う予定である、さらに,加工機に砥石軸を傾斜させるチルト軸を追加するとともに,高分解能を有するレーザー測長センサを適用した加工形状計測プローブとAFMとを搭載させ、機上計測を実施できた.加えて,微細砥粒砥石によるマイクロ研削を施すとともに,そのプロファイルと粗さを同一機上で計測し,そのデータを加工NCプログラムの補正に反映させる専用CAM(VCAM/ナノCAM)の開発も行った.有限要素(FEM)シミュレーションにより砥石軸の変形による誤差の予測,加工された金型を用いた射出成形に対する射出シミュレーションは,基礎的なデータ収集に終わった.本研究課題では,近年,精度要求が激化するマイクロ非球面レンズ製造技術に対応し、情報技術を援用した新しいナノ精度加工技術を開発する.特に,φ数mm以下のマイクロレンズの開発を可能とするナノ精度加工システム・プロセス技術の確立を目指す.そのために,(1)マイクロ非球面レンズ用射出成形金型の加工を行うためのナノ精度加工システムを構築し,(2)更なる微小な砥石のツルーイング技術の構築と加工NCプログラムの補正加工技術の構築のための専用CAMの開発を行う.マイクロ非球面レンズの開発を可能とするナノ精度加工システム・プロセス技術の確立を目指すため,微小砥石のツルーイング方法の検討と設計データや機上測定データのフィードバックによりナノ精度加工の向上を目指した専用CAM開発を行った.特に,専用CAM開発では,長田三角形パッチ10)という新しい概念に基づき,ナノ精度を目指す加工パスの生成が可能なソフトを開発した.理論的には,理想形状と補間データとの誤差がサブナノレベルとなっている.これによる補間データを用いて実際に加工を行ったところ,良好な状態に加工でき,プロファイル精度は0.1μm以内,粗さはRy21nm程度が得られている.加工プロセスとしては,主としてELID研削技術を検討しているが,小径砥石を用いて,複雑な加工データにより自在に形状加工を施すためには,ELID用電極の設置や処置が課題となる.そこでこうした課題に対処するべく,砥石に電極を用いない新しいELID原理を創出した.研削液ノズル部に陽極・陰極を有し,電気分解された研削液を砥石に供給することで,微細・複雑形状加工に耐える手法である.さらに,高精度な加工の実現とともに,微細なレンズ金型を高効率に加工するために,既存のものよりもよりコンパクト化させたレーザープローブタイプと接触式タイプの各種機上形状測定プローブを開発した.
機械刺激による骨格筋の肥大・萎縮予防における効果持続性に関わるメモリー機能

骨格筋の運動による肥大や不使用による萎縮はよく知られている。即ち、たとえ運動により強化した筋でも不使用が続けば萎縮する。では、その後の運動再開による筋量回復や萎縮予防に、以前の強化履歴は影響するだろうか?経験的には、十分に強化した筋なら、数年にわたる中止の後に再開した運動による筋量の回復が速い。逆に、高度に萎縮した筋では線維化も進み回復が遅い。運動履歴に関わる“メモリー機能"の存在が想定されるが、そのような学術報告は少ない。そこで本研究では、先ず、マウス個体および細胞培養の実験系を用いて、前述のような筋力トレーニングや刺激の履歴メモリーに符合する現象の捕捉(モデル化)を目指している。次に、その進捗に応じて、メモリー機能を担うメカニズムの手掛かりを探索する。今年度のマウス実験では、通常飼育の若齢体について筋肥大を惹起するに必要な運動期間とウェイト負荷を検討して、運動プロトコール(案)を策定した。さらに、運動と同等期間の脱トレーニング、それに続く運動による肥大効果について着手した。また、中高齢体に関する同様の手順も並行して進めている。さらに、次年度以降に予定する中高・高齢体の実験用に、若齢体の多頭飼育を展開している。中高齢体を安価に必要数得るため、若齢体から飼育することにした。高齢体の場合は、その事前・飼育に1年程度が必要である。培養細胞実験では、ニワトリ胚由来の筋細胞を培養して、ストレッチと電気刺激の2つの実験系について、実験期間の検討に着手した。以前の肥大実験の結果を参考に、刺激期間+脱・刺激期間+再・刺激期間を実施するも、さらなる検討が必要と判断した。概ね予定していた展開が実現できた。概ね順調に展開しており、当初の計画に従い展開する。
小児周産期領域におけるESBL産生菌の疫学およびプロバイオティクスによる伝播予防

入院を必要とした新生児の退院後1か月時の腸内細菌叢を解析した。プロバイオティクス投与群は、コントロール群に比べ、腸内細菌科細菌の割合が有意に低くなる。当院NICUに入院した814名の新生児のESBL産生菌の分離率を調査した結果、その分離率は1%未満であった。また、産科施設の20名の母体と新生児のESBL産生菌の分離頻度を調査した。母体の便検体、生後45日目、生後一か月の新生児の直腸スワブ検体からは、いずれもESBL産生菌は検出されなかった。近年、成人におけるESBL産生菌の分離率は1020%と高率である。これに対し、周産期領域でのESBL産生菌の分離頻度は低い可能性があることが判明した。近年、抗菌薬に対する細菌の多剤耐性化、更には市中における一般健常人からの多剤耐性菌の分離頻度の増加が問題となっている。病院感染起因菌の代表であったメチシリン耐性黄色ブドウ球菌(MRSA)は、入院歴のない健康小児の市中獲得型MRSAによる壊死性肺炎の報告を皮切りに、市中でもMRSAが蔓延していることが判明した。そして、病院内へのMRSA持ち込みにより、病原性の強い市中型に病院内のMRSAが置き換わるなど、市中の状況が医療環境へも影響を及ぼし、更には初期治療の抗菌薬選択にまで影響を及ぼした。MRSAと同様に、多剤耐性菌のひとつである基質特異性拡張型βラクタマーゼ(ESBL)産生菌もまた、近年、市中からの分離率が増加し、成人領域のみならず、周産期領域において、その対策が問題化してきている。しかしながら、妊娠母体や出生した新生児のESBL保菌率、ESBL保菌母体から新生児への垂直伝播率は不明である。そこで、母体・新生児を対象にしたESBLの前方視的な分子疫学的研究を行ない、小児/周産期領域におけるESBL保菌率・垂直伝播率を明らかとし、その予防方法を確立することが重要である。施設における年間のESBL産生菌の総分離率は約10%であり、E.coliが多く、次いでKlebsiella spp.であった。糞便検体からのESBL産生菌のスクリーニング方法を検討し、ESBLスクリーニング培地によるスクリーニング、コロニー色の異なるものについてはMALDI/TOFによる菌種同定、同定されたE.coli, Klebsiella spp. Proteus mirabilisについてESBL遺伝子検査を実施することで可能であった。現在、次年度にむけて、3施設での妊娠母体及び新生児からの検体採取を調整している。細菌の抗菌薬に対する耐性化は、近年、病院内から市中にシフトし、保菌リスクが低いと考えられていた一般健常人から多剤耐性菌が分離されるようになり、その頻度が増加している。病院環境菌のひとつと考えられていたメチシリン耐性黄色ブドウ球菌(MRSA)はその代表的な耐性菌であり、本来、保菌リスクの少ない入院歴のない健康小児を中心に市中でも蔓延していることが判明した。その結果、病原性の強い市中型MRSAが市中に留まらず、病院環境内にも流入し、市中での状況が医療環境にも影響を及ぼすとともに、抗菌薬の初期治療選択も変更されるに至った。このような傾向は、MRSAに留まらず、多剤耐性菌のひとつである基質特異性拡張型βラクタマーゼ産生菌(ESBL)も同様の傾向にあり、周産期領域においても問題となってきている。そのため、周産期領域におけるESBLの前方視的な分子疫学的研究を実施した。H26-27年度は、前方視的に当該施設のNICUにおいて、入院時培養に加えてESBL選択培地によりESBL分離率を検討した。結果、H26年に1件、H27年に1件のESBL産生E.coliを検出した。いずれも生直後の培養から検出されており、垂直伝播と考えられた。成人の外来患者由来のESBLは10%から15%前後に増加傾向にあるのに対して、NICUでの分離率は1%未満と低い結果であった。このことから、H28年度は一般産科施設を対象に疫学調査を実施するとともに、分離株については、TEM、SHV、CTX-Mの耐性遺伝子型をPCR法により確定し、MLSTによるクローン解析を実施し、垂直伝播を検討する予定である。当初の計画通り、方法論を確立し、糞便検体の回収を調整している。抗菌薬に対する細菌の耐性化は、近年、病院内に留まらず、市中にも広がりを見せている。その結果、保菌リスクが低いと考えられていた一般健常人からも耐性菌が分離されるようになり、その分離頻度は増加傾向にある。病院環境菌のひとつであるメチシリン耐性黄色ブドウ球菌(MRSA)はその代表的な耐性菌であり、入院歴がなく保菌リスクの少ないはずの健康小児を中心に市中でも蔓延していることが判明した。その結果、病原性の強い市中型MRSAが市中だけに留まらず、病院環境内に逆に流入し、市中での流行状況が医療環境に影響を及ぼすとともに、抗菌薬の初期治療選択も変更されるに至った。このような傾向は、MRSAに留まらない。多剤耐性菌のひとつである基質特異性拡張型βラクタマーゼ産生菌(ESBL)も同様の傾向にあり、周産期領域においても大きな問題となってきている。そこで、周産期領域におけるESBLの前方視的な分子疫学的研究を実施した。

H2628年度に、前方視的に当該施設のNICUにおいて、入院時培養にESBL選択培地を用いESBL分離率を検討した。結果、H26年に1件、H27年に1件、H28年は2件のESBL産生E.coliが検出された。いずれも生直後の培養から分離されており、母体からの垂直伝播と考えられた。当院の成人の外来患者由来のESBLは10%から20%へと年々上昇傾向にあるのに対して、当該NICUでの分離率は1%未満と低い結果であった。そこで、H28年度からは、一般産科施設での疫学調査も開始し、倫理委員会の承認を得て、母体の便培養、新生児の一か月健診時の直腸スワブにより、ESBL産生菌の検出を試みている。現在、検体採取中である。この結果の解析により母体ESBL保菌率、新生児ESBL保菌率、垂直伝播率が明らかになる予定である。また、検出菌は遺伝子解析により分子疫学解析を加える予定である。方法論は確立し、倫理委員会の承認を得て、母子の糞便回収を開始している。近年、抗菌薬に対する微生物の耐性化とその増加が世界的な問題となっている。更に耐性菌は、病院内だけの問題に留まらず、保菌リスクが低い一般健常人からさえ分離される時代となった。メチシリン耐性黄色ブドウ球菌(MRSA)は、病院環境菌の代表的な耐性菌であったが、一般健常人の間でも蔓延していることが判明し、病原性の強い市中型MRSAが逆に病院環境内に流入し、初期抗菌薬の選択にも影響を及ぼすようになった。この傾向は、基質特異性拡張型βラクタマーゼ産生菌(ESBL)でも同様である。しかしながら、周産期領域におけるESBL産生菌の及ぼす影響は未だ不明である。そこで、H2629年度にかけて当該NICUにおいて、新生児の入院時培養からのESBL産生菌の分離率を前方視的に検討した。同期間の成人外来患者由来のESBL産生菌の分離頻度は10%から20%へと年々上昇傾向にあるのに対して、当該NICUでの分離率はいずれの年度においても1%未満と低い結果であった。そこで、H29年度に一般産科施設における前方視的な疫学調査を、倫理委員会の承認を得て実施した。妊娠後期の母体健診時に試験概要を説明し同意を得られた20名の母体に対して、出産時の母体の便採取、新生児の退院前(生後45日目)、一か月健診時の直腸スワブ検体を採取した。出生した20名の新生児の男女比は7:13、平均の出生体重は3188g、1か月健診時平均体重4198g、完全母乳もしくは80%以上の母乳率は65%であった。出生時に母体から採便できたのは6名であったが、ESBL産生菌はいずれも陰性であった。同様に、20名の新生児の退院前および生後1か月時点の直腸スワブ検体もいずれも陰性であった。NICUにおける入院時培養の前方視的検討、一般産科施設における前方視的調査からは、周産期領域でのESBL産生菌の分離頻度は低い可能性があることが判明した。入院を必要とした新生児の退院後1か月時の腸内細菌叢を解析した。プロバイオティクス投与群は、コントロール群に比べ、腸内細菌科細菌の割合が有意に低くなる。当院NICUに入院した814名の新生児のESBL産生菌の分離率を調査した結果、その分離率は1%未満であった。また、産科施設の20名の母体と新生児のESBL産生菌の分離頻度を調査した。母体の便検体、生後45日目、生後一か月の新生児の直腸スワブ検体からは、いずれもESBL産生菌は検出されなかった。近年、成人におけるESBL産生菌の分離率は1020%と高率である。
メトホルミンによる抗癌治療時における認識抗原の多様性の解析

動物モデルにおいて、近年癌治療薬として実用化されたPD-L1/PD-1結合阻害薬と、当研究室で免疫系を介した腫瘍縮小効果を持つことが見出されたメトホルミンとの併用治療が、それぞれの単独治療と比べて相乗効果があることが、予備実験にて見出されていた。これらの治療薬の作用メカニズムについて、細胞障害性T細胞の質的変化を調べるため、腫瘍浸潤T細胞をソーティングにより分取し、その遺伝子発現プロファイルを解析した。未治療群と比較し、メトホルミン治療群、抗PD-L1抗体治療群、併用治療群では、発現量の異なる遺伝子がいくつか認められ、特に併用治療群において免疫反応に関わる遺伝子群の発現が高まることが認められた。また、いくつかの転写因子の下流に位置する遺伝子群の発現も、併用治療群において高まることが認められた。メトホルミン単独治療、抗PD-L1抗体単独治療ではこれらの遺伝子の発現を高めるのには十分でなく、これらの薬剤の作用点が異なること、併用治療の相乗効果があることが、発現プロファイル解析からも認められた。続いて、同じく動物モデルにおいて、未治療群とメトホルミン/抗PD-L1抗体併用治療群での腫瘍浸潤T細胞について、T細胞レパトワの同定を試みた。腫瘍浸潤T細胞をシングルセルソートにより分取し、得られたmRNAの配列を確認したところ、T細胞のクローナルエクスパンジョンが認められた個体が、未治療群では5個体中3個体、併用治療群では5個体中4個体であった。また、クローナルエクスパンジョンを起こしているT細胞のクローン数についても、併用治療群でより多い傾向にあった。本研究において、メトホルミン/抗PD-L1抗体併用治療群ではより多くの細胞障害性T細胞クローンの活性化を促していることが示唆された。今後、これらのクローンの認識抗原の同定を試みる予定である。癌治療においてPD-L1/PD-1結合阻害薬が実用化されたが、その治療効果が認められる患者は一部にとどまる。本研究において、メトホルミンの治療を併用することで初めて発現が上昇する遺伝子群があることが示されたことにより、従来PD-L1/PD-1結合阻害薬単独で効果の出なかった患者に対し、将来メトホルミン併用治療を行う根拠となりうる。抗腫瘍免疫において、メトホルミンによる治療が細胞傷害性T細胞クローン並びに認識抗原の種類を増やしているか否かの検証腫瘍からの細胞障害性T細胞の分取については、SONY SH800セルソーターにより100細胞をソートし遺伝子発現解析プロファイルが行えるほどの精度を達成することができている。メトホルミン、抗PD-L1抗体、併用治療群で細胞障害性T細胞の遺伝子発現に質的な違いがあることが示されている。T細胞受容体遺伝子配列を同定するためには、1細胞ソートサンプルからmRNAを回収することが必須となるが、RNAの分解を抑制しつつ細胞をソートすることが達成できていない。ソート後の細胞の取り扱いについては、研究実績のある研究者に助言を受けながら改善を試みている。細胞ソーティングの条件については、細胞障害性T細胞の生存率を高めるため、腫瘍組織からのサンプル調製法を改良している。腫瘍細胞における変異抗原の同定のために、腫瘍組織からmRNAを回収した。次世代シークエンスの解析結果を元に、現在、MHC class I結合モチーフとなりうる部位の同定を試みている。

腫瘍浸潤T細胞をシングルセルソートにより分取し、得られたmRNAの配列を確認したところ、T細胞のクローナルエクスパンジョンが認められた個体が、未治療群では5個体中3個体、併用治療群では5個体中4個体であった。また、クローナルエクスパンジョンを起こしているT細胞のクローン数についても、併用治療群でより多い傾向にあった。本研究において、メトホルミン/抗PD-L1抗体併用治療群ではより多くの細胞障害性T細胞クローンの活性化を促していることが示唆された。今後、これらのクローンの認識抗原の同定を試みる予定である。今後、本研究を進めていくにあたり、腫瘍内細胞障害性T細胞のT細胞受容体遺伝子配列を可能な限り速やかに同定することが必須である。ソーティングの条件検討が進めば、目標達成に前進するものと期待できる。並行して、腫瘍の変異抗原とMHC class I結合モチーフの同定を進めていく。
含硫黄ジフェノールを鍵とする新奇白金族抽出剤の創製と自動車触媒からの白金族回収

二量体構造の含硫黄ジフェノールを母体とした白金族金属を分離する新奇白金族抽出剤として、チオカルバモイル基を有するキレート型抽出剤とジアルキルアミノ基を有するイオン交換型抽出剤を開発した。本抽出剤を用いた自動車触媒由来の酸浸出液からの白金族金属の分離では、チオカルバモイル基を有する抽出剤はパラジウムに、ジアルキルアミノ基を有する抽出剤はパラジウムと白金に対して高い選択性を示し、効率的に抽出できることを見出した。また逆抽出や抽出剤の再利用性についても検討し、自動車触媒由来の酸浸出液から効率的にパラジウムと白金のみを分離・回収できる一連プロセスの構築を行った。本研究の目的は、架橋部に硫黄元素を持つシンプルな二量体構造の含硫黄ジフェノールを母体とした白金族金属に高親和性を有する新奇白金族抽出剤の合成および二次資源である自動車触媒由来の酸浸出液からの白金族金属を選択的に抽出できるシステムの構築である。本年度は下記の成果を得た。含硫黄ジフェノールにチオアミド基を修飾した抽出剤の抽出実験は、初めに各白金族金属(Pd(II), Pt(IV), Rh(III))の単独溶液から行った。その結果、Pd(II)に対して高い選択性を有することが明らかとなった。次いで、Pd(II)の最適な抽出条件の探索では、抽出時間や塩酸濃度、水素イオンおよび塩化物イオン濃度の変化における抽出率の影響について検討した。抽出メカニズムは、上述の結果と核磁気共鳴スペクトル、赤外吸収スペクトル解析の結果からキレート効果による抽出であると推定し、抽出容量からは化学量論が抽出剤:Pd(II)=1:2であることが明らかになった。自動車触媒由来の酸浸出液(Pd(II)のほか8種の金属種を含有する溶液)からの抽出実験でもPd(II)のみに高い選択性と抽出能力を有し、他の金属種に対しては抽出能力を示さないことがわかった。逆抽出では、チオ尿素-塩酸溶液を用いることが最も有効であるという知見が得られた。抽出剤の再利用性についても検討し、5回繰り返しても抽出能力の低下が見られず、有益な抽出剤であることが明らかになった。含硫黄ジフェノールにアミド基を修飾したアミド型抽出剤およびアミノ/アミド部位を有するアミノ/アミド型抽出剤は、エステル基を導入した後にアミンを反応させることで効率よく合成することが可能であった。Pd(II)単独溶液からの抽出実験を実施した結果、アミド型抽出剤はPd(II)の抽出能力が低い一方で、アミノ/アミド型抽出剤はPd(II)に高い抽出能力を有することが明らかとなった。チオアミド基を修飾した抽出剤によるPd(II)単独溶液からの抽出能評価及び二次資源である自動車触媒由来の酸浸出液からのPd(II)の選択的抽出、逆抽出、抽出剤の再利用性に関する検討を行い、自動車触媒由来の酸浸出液からPd(II)を高効率で回収できるシステムの構築が達成できた。また、アミド型抽出剤及びアミノ/アミド型抽出剤の合成が達成できており、2種の抽出剤の白金族抽出能力の傾向を突き止めることができた。以上より、当該年度の研究計画通りに本研究課題は順調に進展していると言える。本研究は、架橋部に硫黄元素を持つシンプルな二量体構造の含硫黄ジフェノールを母体とした白金族金属に高親和性を有する新奇白金族抽出剤の合成および自動車触媒由来の酸浸出液からの白金族金属を選択的に抽出できるシステムの構築を目的とした。最終年度は、工業的希釈剤のケロシンに溶解させることを目的に含硫黄ジフェノールに5種のジアルキルアミノ基(アルキル基はエチルからヘキシル)を導入した抽出剤を合成した。各抽出剤はケロシンに溶解性を示すものの、Pd(II), Pt(IV), Rh(III)の単独溶液から抽出を行った際、第三層(固体層)の生成が観測された。そこで、改質剤としてn-オクタノールをケロシンに混合して抽出実験したところ、第三層の形成を抑制することができた。次に、5種のジアルキルアミノ抽出剤の白金族金属に対する抽出能力を評価した結果、アルキル鎖がヘキシル基の抽出剤が最も抽出効率が良いことを示した。スロープ解析では、1個のPd(II)或いはPt(IV)を抽出剤1分子で抽出していることを示した。核磁気共鳴スペクトルおよび赤外吸収スペクトル解析から、抽出剤が塩酸を抽出した後、アニオン交換によりPd(II)とPt(IV)を抽出していることが明らかとなった。自動車触媒由来の酸浸出液からの抽出実験では、Pd(II)とPt(IV)に高い抽出能力を有し、他の金属種に対しては、殆ど抽出しないことがわかった。本抽出剤の再利用性についても検討し、抽出能力の低下が見られず、有益な抽出剤であることが示された。以上、研究期間全体で開発した白金族抽出剤を組み合わせることで、自動車触媒由来の酸浸出液から効率的にPd(II)とPt(IV)のみを分離・回収することが可能であり、白金族金属を分離・回収する一連のプロセスを構築することができた。

本抽出剤を用いた自動車触媒由来の酸浸出液からの白金族金属の分離では、チオカルバモイル基を有する抽出剤はパラジウムに、ジアルキルアミノ基を有する抽出剤はパラジウムと白金に対して高い選択性を示し、効率的に抽出できることを見出した。また逆抽出や抽出剤の再利用性についても検討し、自動車触媒由来の酸浸出液から効率的にパラジウムと白金のみを分離・回収できる一連プロセスの構築を行った。本年度の研究成果を踏まえ下記の課題に重点的に取り組む。アミノ/アミド型抽出剤の白金族金属への最適な抽出条件の検討を行い、実際のリサイクル資源からの白金族金属の選択的な抽出条件の精査を行う。白金族金属を含有する二次資源の自動車触媒由来の酸浸出液を使用し、選択的な抽出の可能性を調査する。酸やアルカリ、チオ尿素溶液を使用した最適な逆抽出条件の検討を図り、抽出剤の再利用性についても同様に評価し、白金族選択的抽出システムを構築する。また、新たなるアミノ基を有する含硫黄ジフェノール抽出剤の開発にも着手し、自動車触媒由来の酸浸出液からの白金族金属を選択的分離の可能性についても調査を進める予定である。超分子化学
拘束水浸ストレスによる胃粘膜ヒスタミンの代謝変動

30分間の拘束水浸ストレス(WRS)マウスとラットの胃粘膜に軽度の潰瘍を起こしていた。ヒスタミンはマウスで1.6倍程度、ラットで1.3倍増加した。抗ヒスタミンNメチル基転移酵素(HMT)抗体は、ラット腎臓で発現を検出したが、胃粘膜は検出できなかった。定量PCRで胃粘膜でHMT mRNAを検出できたが、WRSによる発現の変化は検出されなかった。抗ヒスチジン脱炭酸酵素抗体はラット胃粘膜で単一分子量のバンドを検出したが、WRSによる発現の変化はなかった。抗ジアミン酸化酵素抗体は発現が検出できなかった。リン酸化ERK1/2, SAPK/JNK, p38抗体ではWRSによるリン酸化の変化はなかった。文献を調査したところ、エルトリエーションと密度勾配遠心法を組み合わせればECL細胞の単離が可能であることが判った。この方法を用いればストレス負荷で胃粘膜に起こる変動がECL細胞か他の細胞かを見分けることができると考えられる。一方でマウスでは1時間の拘束水浸ストレス負荷により胃粘膜からの出血が起こることが報告されていることから、まず、肉眼的な出血が起こる前の胃粘膜でのヒスタミン代謝関連遺伝子の変動を調べることを試みることにした。ヒスタミン代謝関連遺伝子としては合成酵素であるヒスチジン脱炭酸酵素、不活化酵素であるヒスタミンN-メチル基転移酵素、ジアミン酸化酵素、モノアミン酸化酵素B、消化管粘膜で発現の可能性のある受容体H2, H3, H4,ヒスタミンが基質となり得る輸送体VMAT2, OCT2, OCT3, PMATを考えている。ヒスチジン脱炭酸酵素は拘束水浸ストレス負荷により活性増加が報告されているが、その他の遺伝子の変動については報告が無い。この実験のため、ラットおよびマウスを自由摂食条件下と1晩絶食状態のものを用意した。これらを更に実験群と対照群の2群に分け、実験群は固定器を用いて固定し、拘束水浸ストレスを与えた。30分の拘束水浸ストレス負荷によりマウス胃粘膜には出血は見られなかったが、発赤が認められた。ラット胃粘膜は肉眼的にはほとんど変化を認めなかった。これらの動物から胃底部、胃体部、十二指腸、空腸、とマウスからは肝臓、ラットからは腎臓を採取し、RNAを調製した。(1)終夜絶食したマウスおよびラットにWRS(拘束水浸ストレス)30分間処理を行った後、胃粘膜を観察した。WRS処理30分間によりマウスおよびラットの胃粘膜では軽度の潰瘍が生じていた。採取した胃粘膜の抽出液のヒスタミンを測定してWRS処理30分の有無による変化を調べたところ、マウスの胃粘膜ではWRS処理によって1.6倍程度、ラット胃粘膜ではWRSによって1.3倍程度のヒスタミン増加が観察された。(2)終夜絶食したラットにWRS処理30分後、食道、胃底部、胃体部、幽門部、腎臓を採取しタンパク質を調整し、抗ヒスタミンN-メチル基転移酵素(HMT)抗体、抗ヒスチジン脱炭素酵素(HDC)抗体、抗ジアミン酸化酵素(DAO)抗体、リン酸化MAPキナーゼ抗体を用いてウエスタンブロットを行った。HMTはWRS処理有り無しいずれのラットにおいても腎臓のみで発現を検出できたが、食道、胃、十二指腸では発現を検出できなかった。胃粘膜は、胃底部、胃体部、幽門部に分けて行ったが、発現を検出できなかった。HDCについてはWRS処理有り無しいずれのラットにおいても胃体部および幽門部において発現が検出されたが、WRSの有無による有意な発現の変化は検出されなかった。DAOについてはWRS処理有り無しいずれのラットにおいてもいずれの組織においても発現が検出できなかった。ERK1/2, SAPK/JNK, p38の3種類のMAPキナーゼのリン酸化について調べたが、WRS処理有り無しいずれのラットのいずれの組織においても有意なリン酸化状態の変化は検出されなかった。(3)マウスをWRS処理30分間処理して胃底部、胃体部、幽門部からRNAを抽出し、HMT遺伝子の発現変化を定量PCRにより調べた。いずれの組織においてもHMTの発現は低く、WRSによる有意な発現の変化は検出されなかった。今年度はまず、ヒスタミン/メチルヒスタミンの定量系の構築を開始した。計画書に記載の通り高速液体クロマトグラフィーポンプ、蛍光検出器、データ処理装置を購入し、これらを組み合わせてヒスタミン・メチルヒスタミン測定装置を接続した。Nishiboriらの方法によりヒスタミン、(N-tele)

メチルヒスタミンの標準品をホウ酸酸性下2-メルカプトエタノール存在下でo-フタルアルデヒドと反応させて蛍光体に変換することにより、310nmの励起波長、375nmの検出波長で蛍光検出器により検出可能となった。蛍光体への変換率の算出のためには生体内には存在しないメチルヒスタミンの異性体(N-pros体)の既知量を加えて内部標準物質とした。Kaszibaらの報告を参考に展開液組成、流速などを調整した。60mMリン酸二水素カリウムと0.4%トリエチラミンの緩衝液とアセトニトリルとメタノールの混合液を送液相とし、分離に逆相C18カラムを用いて定常濃度、定流速で展開する事によりこれら3つの物質を分離する事ができた。さらにマウス脳のホモジネートに(N-pros)メチルヒスタミンを加えて同様に蛍光体に変換し、HPLCシステムに注入した。脳内に存在する妨害物質と分離するため、さらに緩衝液と有機溶媒の比率を微調整し、検出条件の最適化を行なった。これによりヒスタミン及びメチルヒスタミンを検出する事ができた。この測定装置において標準物質のピークの高さとの比較により求めたマウス全脳のヒスタミン量のは文献の報告値とほぼ一致した。実績概要に記載の通り、おおむね順調に進展している。研究者の高速液体クロマトグラフィーシステム技術の習得・習熟に予想外の時間を必要としたため測定系の調整、最適化にとりかかるのが遅れた。現在は技術をほぼ習得し、測定が可能な状態となっている。昨年度調製したサンプルをreal-time PCR法によりヒスタミン代謝関連遺伝子(ヒスチジン脱炭酸酵素、ヒスタミンN-メチル基転移酵素、ジアミン酸化酵素、モノアミン酸化酵素、H2受容体、VMAT2、OCT3)の発現変動を調べる。さらに、ヒスチジン脱炭酸酵素とヒスタミンN-メチル基転移酵素はウェスタンブロット法により、変動する酵素蛋白の分子量を推定する。その結果により、同様のストレス負荷の影響を組織免疫染織および胃粘膜からの細胞分離・精製後のreal-time PCRなどにより検討する予定である。本年度に昨年度実施予定であった実験計画を実施する予定である。マウスに高速水浸ストレスを加え、胃粘膜でのヒスタミン増加、ヒスチジン脱炭酸酵素活性、ヒスタミン代謝酵素活性の変化を確認する。いずれも本年度に測定可能となった高速液体クロマトグラフィーを用いたヒスタミン・メチルヒスタミン定量システムを用いる。また、ヒスタミン含有細胞をヒスタミンに対する抗体を用いて免疫組織化学的に観察しどのような細胞種でおきているのかを確認する。ストレス付加マウスでの胃粘膜でのヒスチジン脱炭酸酵素の翻訳後修飾(切断)について、新たに抗体を作成し、ウェスタンブロットにより検討する。また、ラット胃粘膜からECL細胞の精製が可能である(Prinz, C. et al., Am. J. Physiol., 277, C845-855,1999)、ラット単離ECL細胞をTGF-αにより刺激するとヒスチジン脱炭酸酵素はウェスタンブロット上74kと54kの二種類の分子量の位置に認識される(Kazumori, H. et al., Am. J. Physiol., 286, G508-514)との文献を見出したので、マウスECL細胞の単離を行ない、ヒスチジン脱炭酸酵素、ヒスタミンメチル化酵素のECL細胞における変動を観察する計画である。
圧縮刺激が誘発する顎堤吸収因子の探索を基盤とした顎堤吸収抑制法の開発

細胞圧縮装置を用いて,周期的圧縮刺激が誘発した口腔粘膜細胞の分泌物が破骨/骨芽細胞に及ぼす影響を検討した。破骨細胞への影響はこれまでに作製したRAW264.7細胞株にNFATレポーター遺伝子を導入して安定発現させた細胞株を用いてNFATの活性を指標としたレポーターアッセイ,および破骨細胞前駆細胞株を用いたTRAP染色にて破骨細胞への分化程度を判定した結果、周期的圧縮刺激によって優位に破骨細胞への文化が促進された。また,骨吸収能は破骨細胞活性アッセイ用基質を用いた培養系で判定した結果、周期的圧縮刺激によって優位に骨吸収能が促進された。
SW-R発生時の記憶再生を支える細胞選択的な活動メカニズムの解明

海馬では、記憶形成時に活動した細胞がsharp waves/ripples(SW-R)とよばれる特徴的な脳波を伴い自発的に活動することが知られている。この時、特定の細胞が順番に活動するシークエンス発火(記憶再生)が記憶の固定に重要な役割を果たすと考えられているが、下流の細胞においてシークエンス発火がどのように受容されているかは明らかになっていなかった。本研究では海馬CA1野の錐体細胞に入るシナプス入力の時空間パターンを大規模かつ高速に可視化し、シナプス入力にもシークエンス構造が存在することを発見した。このシークエンス入力はSW-R発生時に、SW-Rに参加しやすい細胞で多く観察され、樹状突起上の近接したスパインに収束していることを見出した。シークエンス入力は樹状突起上に一様に生じるわけではなく、特定の突起上で高頻度に生じることから、樹状突起の各分枝がそれぞれ独立のコンパートメントとして働く可能性がある。また、シークエンス入力は逆向きに生じることもあり、細胞の発火シークエンスと同様の特性を持つことも明らかにした。空間的な近接性やシークエンス入力の樹状突起上での方向性など、シナプス入力の時空間パターンは、細胞体の活動性を大きく変動させることが知られている。SW-Rに参加しやすい細胞が空間的に近接したシークエンス入力を高頻度に受け取る、という本研究の結果は、特定の細胞がSW-R時に活動する記憶再生のメカニズムの一端を担う可能性がある。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は記憶再生時のシナプス入力の時空間パターンを可視化することで、記憶固定を支える細胞選択的な再活性化のメカニズムに迫ることである。これを実現するため、はじめに、sharp waves/ripples発生時に受けるシナプス入力を可視化する系を確立した。当初は急性スライスを用いたイメージングを予定していたが、十分なスパイン数が確保できなかったため培養スライスに切り替えて実験を行った。培養スライスで観察されるsharp waves/ripplesがin vivoで観察されるsharp waves/ripplesと同様性質を持つことを確認するため、薬理学的な検討とCSD解析を行った。これらの結果から、培養スライスにおいてもsharp waves/ripplesが可能であると結論づけた。また、イメージングを行う直前にセルアタッチ記録を行うことで、sharp waves/ripplesに参加する細胞としない細胞を区別することに成功した。これまでに、上記手法を用いて、記憶再生に参加する細胞がsharp waves/ripples発生時に多数の同期入力を受け取ることを発見した。また、この入力は空間的に近接したスパインが高頻度に受け取っていることを見出した。こうしたクラスター入力は神経細胞を効率よく活動させる際に有用であることが報告されており、本研究により発見されたsharp waves/ripples発生時のクラスター入力が特定の細胞の再活性化に関与している可能性がある。今後はシナプス入力の時空間パターンをより詳細に解析し、sharp waves/ripples発生時特異的な入力のパターンの抽出を行う。当初は急性スライスを用いた実験を予定していたが、十分なスパイン数を確保できないことと高速撮影が困難であったことから培養スライスを用いた実験に切り替えた。その結果、急性スライスでは20スパイン程度の形態を10 Hzの速度で撮影するのが限界であったのに対し、培養スライスを用いることで最大300個以上のスパインから100 Hzという大規模な高速イメージングが可能になった。また、イメージングを行う直前にセルアタッチ記録を行うことで、記録細胞がsharp waves/ripplesに参加するか否かを統計学的に判断することが可能になった。これらの手法を用いることで、すでにsharp waves/ripples発生時のスパイン活動の時空間パターンの再構築に成功しており、申請内容の検証を大きく変更することなく進めている。これまでに、sharp waves/ripplesに参加する細胞とsharp waves/ripplesに参加しない細胞の入力頻度に差が見られることを発見した。また、このシナプス入力は空間的に近接したスパインで高頻度に観察されることも確認している。クラスター入力の存在は、所属研究室において報告してきたが、「どの細胞が、いつ」受け取るのかに関してはほとんど明らかになっていなかった。本研究は、「記憶の再生に参加する細胞が、sharp waves/ripples発生時に」クラスター入力を高頻度に受けることを示唆するものである。

空間的な近接性やシークエンス入力の樹状突起上での方向性など、シナプス入力の時空間パターンは、細胞体の活動性を大きく変動させることが知られている。SW-Rに参加しやすい細胞が空間的に近接したシークエンス入力を高頻度に受け取る、という本研究の結果は、特定の細胞がSW-R時に活動する記憶再生のメカニズムの一端を担う可能性がある。sharp waves/ripples発生時のシナプス入力の時空間パターンに着目し、より詳細な解析を行う。特に、近接したスパインが入力を受けるクラスター性とスパインの活動シークエンスに重点を置いて解析する。海馬ではsharp waves/ripples発生時に特定の細胞が順番に活動するスパイクシークエンスの報告が数多くなされている。しかし、スパインの活動シークエンスに関しては全く報告されていない。スパインの活動シークエンスは技術的な制限から観察が困難であったが、本研究で立ち上げた高速イメージングではシークエンスの有無についての議論がはじめて可能になる。そこで、記録したスパイン活動の中にシークエンスが存在するか否かを網羅的に検証する。さらに、上記実験により得られたシナプス入力の時空間パターンと細胞体への入力総和量(EPSC)をもとにNEURONと呼ばれるシミュレータを用いて数理的なシミュレーションを行い、特徴的なパターンの機能に迫る。シナプス入力の時空間パターンを操作し、その際の細胞の膜電位変動を予測することで、特徴的なパターンが特定の細胞集団を活動させうるか確認する。これらの検証により、sharp waves/ripples発生時の記憶再生を支える情報演算機構に迫りたいと考えている。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
光信号処理回路を用いた光ヒルベルト変換器と光単側波帯伝送方式

光ファイバ通信で光周波数利用効率を向上する方法の1つとして,光単側波帯(光SSB)変調方式が期待できる.光SSB変調を実現する変調器として,不要な片側側波帯を光フィルタで除去する方法が最も簡単であるが,光フィルタに急峻なものが無いことが大きな問題であった.従来の光フィルタとは抜本的に異なる光SSB変調技術を開拓するために,新しい光信号処理方法を採用した光ヒルベルト変換技術とそれを用いた光SSB変調技術を検討することが本研究の目的である.本年度は以下の3点について検討を行い,それぞれ以下のような結果が得られた.(1)光SSB変調の生成に必須の光ヒルベルト変換器を光回路で実現するためには,光ヒルベルト変換器の次数と性能の関係を明らかにする必要がある.そこで,光SSB変調の理論的なモデルを構築し,数値計算によって光ヒルベルト変換器の性能が,光単側波帯信号の光ファイバ伝送品質にどのように影響するかを検討した.その結果,光ファイバ分散による波形ひずみに対して光ヒルベルト変換器次数は大きい方が好ましく,一方で,光ファイバ非線形ひずみに対しては低次数ヒルベルト変換が好ましいことが明らかになった。(2)光ヒルベルト変換器を光回路で実現するために,複数光波干渉を利用した方法の提案を行った.干渉させる光波数の増加はヒルベルト変換次数の増加を意味し,それにより側波帯抑圧比の向上が見込まれることがわかった.そして,光波干渉時の入力強度比は,デジタルフィルタの係数決定法により近似できることがわかった.(3)光回路によるデジタルフィルタ近似の光ヒルベルト変換器とそれを用いた光単側波帯変調信号生成法を検証するために,2光波干渉による光ヒルベルト変換器のとしてマッハツェンダー干渉計を用いて実験を行った.その結果,7.8dBの側波帯抑圧比を観測し,理論モデルから計算できる2光波干渉による側波帯抑圧比の値と一致する結果を得ることができた.これにより,本研究で提案している光信号処理回路を用いた光ヒルベルト変換とそれを用いた光単側波帯変調方式が実現できることを理論および実験により明らかにすることができた.光ファイバ通信で光周波数利用効率を向上する方法の1つとして,光単側波帯(光SSB)変調方式が期待できる.光SSB変調を実現する変調器として,不要な片側側波帯を光フィルタで除去する方法が最も簡単であるが,光フィルタに急峻なものが無いことが大きな問題であった.従来の光フィルタとは抜本的に異なる光SSB変調技術を開拓するために,新しい光信号処理方法を採用した光ヒルベルト変換技術とそれを用いた光SSB変調技術を検討することが本研究の目的である.本年度は以下の3点について検討を行い,それぞれ以下のような結果が得られた.(1)理想的なヒルベルト変換器を前提にしたとき,光SSB変調信号が光ファイバ伝送によって受ける波形歪の影響を明らかにした.具体的には,伝送距離延伸のためにファイバ入力光強度を増強したときに発現する自己位相変調(SPM)効果による波形歪みを詳細に検証し,光SSB変調信号に対するSPM波形歪みが,従来の両側波帯変調信号に対するそれと異なるメカニズムであることを明らかにした.さらにその歪みを低減できる方法として,源信号符号としてマンチェスタ符号を採用することを提案し,その効果を数値計算によって実証した.(2)アレイ導波路格子(AWG)を用いて信号の時間的な変化を空間周波数変換し,空間的な光フィルタによって側波帯を除去する方法を検討した.具体的には,2つのAWGを縦属接続し,その間に側波帯除去の空間フィルタを配置する構成で,空間フィルタへの光結合方法がその特性に大きな影響を与えることを明らかにした.入力段AWGの後に空間周波数サンプリングを施す導波路アレイを配置することで,時間-空間周波数変換処理が良好に機能することを明らかにした.(3)信号光を複数光路に分岐し,そのそれぞれに単位遅延時間の整数倍の遅延器を付加した後に合波する光タップ-ディレイ型のヒルベルト変換処理について検討した.この方法を採用した光SSB変調信号が光ファイバから受ける波形歪み量を検証し,タップ係数の設計方法によって光ファイバのSPM波形歪みの程度が異なることを明らかにし,歪みを低減するためのタップ係数に関する知見を得た.光ファイバ通信で光周波数利用効率を向上する方法の1つとして,光単側波帯(光SSB)変調方式が期待できる.光SSB変調を実現する変調器として,不要な片側側波帯を光フィルタで除去する方法が最も簡単であるが,光フィルタに急峻なものが無いことが大きな問題であった.従来の光フィルタとは抜本的に異なる光SSB変調技術を開拓するために,新しい光信号処理方法を採用した光ヒルベルト変換技術とそれを用いた光SSB変調技術を検討することが本研究の目的である.本年度は以下の3点について検討を行い,それぞれ以下のような結果が得られた.(1)光SSB変調の生成に必須の光ヒルベルト変換器を光回路で実現するためには,光ヒルベルト変換器の次数と性能の関係を明らかにする必要がある.そこで,光SSB変調の理論的なモデルを構築し,数値計算によって光ヒルベルト変換器の性能が,光単側波帯信号の光ファイバ伝送品質にどのように影響するかを検討した.その結果,光ファイバ分散による波形ひずみに対して光ヒルベルト変換器次数は大きい方が好ましく,一方で,光ファイバ非線形ひずみに対しては低次数ヒルベルト変換が好ましいことが明らかになった。

(2)光ヒルベルト変換器を光回路で実現するために,複数光波干渉を利用した方法の提案を行った.干渉させる光波数の増加はヒルベルト変換次数の増加を意味し,それにより側波帯抑圧比の向上が見込まれることがわかった.そして,光波干渉時の入力強度比は,デジタルフィルタの係数決定法により近似できることがわかった.(3)光回路によるデジタルフィルタ近似の光ヒルベルト変換器とそれを用いた光単側波帯変調信号生成法を検証するために,2光波干渉による光ヒルベルト変換器のとしてマッハツェンダー干渉計を用いて実験を行った.その結果,7.8dBの側波帯抑圧比を観測し,理論モデルから計算できる2光波干渉による側波帯抑圧比の値と一致する結果を得ることができた.これにより,本研究で提案している光信号処理回路を用いた光ヒルベルト変換とそれを用いた光単側波帯変調方式が実現できることを理論および実験により明らかにすることができた.