hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
医工学連携による1ミリ以下の要求精度に応える耳科ナビゲーション手術の開発

研究期間中以下のように研究成果をあげそれぞれ英文論文として発表、または投稿中である。1.研究代表者はナビゲーション手術の精度を維持しつつ患者侵襲を著明に減少させる手法を考案し模擬手術にて検証した。本手法は従来の侵襲的手法と遜色ない精度を保つことがわかった。2.研究代表者は耳科手術中のナビゲーション画面をその場だけのものにせず、ドリルによる手術操作を記憶するシステムとして発展させた。この技術を用い手術中にどこまで側頭骨を削ったかが疑似画面上で作成できる疑似CT技術として英文論文を発表した。3.研究代表者は耳科ナビゲーション手術の位置合わせを低侵襲的に行う手法を考案し本研究の主要テーマとしていた。初年度はこの技術を完成させ側頭骨浅部の実手術に使えるレベルにまで発展させ、英文論文を発表した。本年度はより深部の手術でも誤差を減らすための手法を考案し、模擬手術を繰り返して精度向上に効果があることを確認した。研究代表者は九州大学先端医工学診療部、および九州大学レドックス・ナビ研究拠点と連携し耳科手術に使用可能な機器を揃えナビゲーション手術に必要なコンピュータ環境を整備した。耳科手術特有の視野の狭さ、顕微鏡との干渉、手術中の頭部の移動などに対応するいくつかの機器は自作した。これらを用い以下のように大きく2つの研究成果をあげそれぞれ英文論文として発表した(業績参照)。1.研究代表者は耳科手術中のナビゲーション画面をその場だけのものにせず、ドリルによる手術操作を記憶するシステムとして発展させた。この技術を用い手術中にどこまで側頭骨を削ったかが疑似画面上で作成できる疑似CT技術として発表した。2.研究代表者は耳科手術のレジストレーションをコンピュータによる疑似画像技術を利用し低侵襲的に行う手法を考案し本研究の主要テーマとしていた。この技術を完成させ実手術に使えるレベルにまで発展させた。その誤差を計測したところ従来のナビゲーション手術と遜色ない精度であることが判明した。研究代表者は以上の研究成果をふまえ上記技術の更なる発展を目指している。具体的には手術初期の高精度を手術終了まで維持するための方策の開発や、実際の手術に応用した際の問題点の洗い出しを続けている。研究代表者は九州大学先端医工学診療部、および九州大学レドックス・・ナビ研究拠点と連携し耳科手術に使用可能な機器を揃えナビゲーション手術に必要なコンピュータ環境を整備した。研究初年度(昨年度)は考案中のナビゲーション手術精度向上のアイデアが成功し2本の原著論文として発表した。本年度は以下のように大きく2つの研究成果をあげそれぞれ英文論文として投稿中または投稿準備中である。初年度はこの技術を用い手術中にどこまで側頭骨を削ったかが疑似画面上で作成できる疑似CT技術として英文論文を発表した。本年度はこの技術を側頭骨手術の技術評価としてもちいるための解析を行った。また、本技術をロボットによる手術に応用できる可能性も検討しており、試作ロボットによる模擬手術で基礎的な精度を確認した。成果は英文論文として執筆中である。2.研究代表者は耳科ナビゲーション手術の位置合わせを低侵襲的に行う手法を考案し本研究の主要テーマとしていた。成果は英文論文として投稿中である。
周囲の環境に適応するグループウェアツールに関する研究

(1)個人用プロキシによる個人情報と共有情報の融合の検討個人用のWebプロキシを個人用計算機の管理に応用する手法について考案し、試作した。オフィスのLAN環境において、接続計算機の利用責任者、所在、使用IPアドレス、MACアドレス、導入済ソフトウェアなどを厳格に管理することが求められている。情報漏曳防止、著作権保護が叫ばれる中、外部に対する説明責任という観点から、小規模なオフィスや教育機関も例外ではない。しかしながら、これらの台帳管理は非常にユーザや管理者にとって大きな負担を強いる。そこで、インストール済ソフトウェアのライセンスに関する報告や、IPアドレスの割り振りについてユーザと管理者の双方についての負担を明らかにし、それらを軽減する手法について提案した。具体的には、利用者に3つのクラスを設け、利用者自身がWebプロキシを利用することで、管理台帳を簡単に更新できるように誘導する。(2)利用者の特徴を考慮したメール分類機構の組み合わせ法迷惑メールと正当メールの分離を行う際にユーザの特徴を考慮した分類が必要である。しかしながら、システムにユーザの特徴を設定するためのユーザの手間と時間が問題となる。この工数を軽減するために、既存のメール分類機構を融合して、1つのメール分類機構を構成する方法を提案・実装し評価した。この手法を用いることで、特殊なメールツールを使用することなしに、ユーザの初期設定を軽減したままメールの高度な分類を行うことができることを明らかにした。1.電子メールからの場所情報の取得異なる組織間での仕事や会議の日程調整は難しい.電子メールやWebでの調整は,自然言語での回答をどう扱うかや,何らかのグループウェアツールを利用しているユーザの利便性をどう確保するかについて解決する必要がある.そこで,電子メール中の自然言語から日程情報を抽出する技術を日程調整のために利用することを考える.電子メールと連携する予定情報管理システムであるMessage Harmonized Calendaring system(MHC)を拡張し,電子メールからの場所情報取得について実装を行い,評価を行なった.その結果,場所情報の自動取得時には,いくつかの誤りを犯しやすいパターンがあることを解明した.2.来訪者による他者の行き先把握手法の提案グループウェアの普及と共に,各人の行き先や現在位置を知らせ合う行き先表示板がよく利用されているが,外部の組織の人間と強調する目的で,来訪者のために,オフィスなどの戸口に表示しておきたいことがある.しかしながら,グループウェア用のPC端末をそのまま戸口に設置することは,手間やコスト,外観などに問題がある.また,外部から訪れた不特定者に内部で共有している情報と同等な情報を見せることも安全上問題である.そこで,そらの問題を解決する戸口専用の行き先表示板を実装した.(1)Webプロキシによる個人情報と共有情報の融合の検討Web上の共有情報と、個々の計算機で管理する個人の情報は通常分離されたままである。同一の場所に保存すると、情報漏えいなどの危険があるため、個別に管理する必要があるからである。しかしながら、両者の情報を同時に参照したい場合などに不都合が発生する。そこで、個人専用の計算機にそれぞれプライベートなWebやメールのプロキシサーバを用意し、それらと外界、あるいはそれらどうしを連携させる。これによって閲覧性を高めたWebページやメールを仮想的に作成する技術を考案し試作を行った。(2)既存のメールシステムに適応する迷惑メール対策技術の考案迷惑メールの問題が深刻になっている。迷惑メール対策を施したシステムリーダーに変更することは、ユーザの負担が大きい。そこで、外界に存在する迷惑メール対策を施したメールリーダを一種のプロキシサーバとして利用する技術を考案した。これによって、自分のメール環境を変えることなく新しい迷惑メール対応技術を容易に導入できる。
新規有機アルキル化剤に関する研究

生体内の電子源であるNADHは呼吸鎖において酸素分子へ効率的な電子伝達を行なうが、非酸素系でNADH類縁体を用いても、金属錯体、プロトン単独では酸素分子への電子移動は起こらない。しかし、金属ポルフィリン錯体とプロトンを共存させるとNADH類縁体による酸素分子の還元が効率良く進行するようになることを見いだした。NADH類縁体としては酸に対して安定な10-メチル-9,10-ジヒドロアクリジン(AcrH_2)およびその9-アルキル置換体(AcrHR)をNADH類縁体として用いた。R=Me,Et,CH_2COOEt,AcrH(9,9 ́-ビスアクリジン)の場合、アセトニトリル中、CoTPP^+(コバルトテトラフェニルポルフィリン)および過塩素酸が存在するとO_2はH_2O_2に還元される。一方、R=Bu^tおよびCMe_2COOMeの場合は、脱水素ではなく酸素のアルキル化が選択的に起こる。反応機構としては、まず、AcrHRからCoTPP^+への電子移動が起こり、H^+が存在するとCoTPPへO_2とH^+が付加し、ラジカルペア内でHあるいはRが移動して生成物が得られる。この場合、CoTPP^+が存在しないとAcrHRからの電子移動は起こらない。また、H^+が存在しないとO_2の付加が起こらないので、触媒サイクルにはならない。一方、脱酸素下AcrHRを[Fe(phen)_3]^<3+>(phen=1,10-フェナントロリン)を用いて電子移動酸化すると、Rの種類に依存して9位のC-HあるいはC-Cが開裂してAcrR^+あるいはAcrH^+が生成する。その選択性はAcrHRから脱水素あるいはRの酸素化が起こる場合の選択性と一致する。従って、AcrHRから脱水素が起こるかRの酸素化が起こるかは、AcrHR^+の9位のC-Hが切れるかC-Cが切れるかにより決まる。このように生成するラジカルイオンの反応選択性を制御することにより、全体の反応経路(脱水素あるいは酸素化)の制御も可能となった。補酵素類縁体の励起状態が関与する光電子移動反応についても同様な触媒作用を見いだした。
タンパク質分子のコロイド結晶化

本研究は、タンパク質結晶化を従来の塩析によってではなく、コロイド結晶化によって得ようという試みではじめられた研究である。コロイド結晶化は、一般的に斥力によって規則構造への相転移を起こすため、従来の塩析とは逆に脱塩をし、その後濃縮するという手法で結晶化を試みた。残念ながら、典型的なコロイド結晶を得ることはできなかったが、全く塩を用いずに塩析で得られたものと同等の結晶を得ることができた。また、液液相分離を経由した結晶成長を確認することができた。本研究はタンパク質の結晶化を従来の沈殿剤を用いた方法ではなく、コロイド結晶化で行おうという目的で開始した。コロイド結晶は基本的に斥力による規則構造形成であるので、分子間が非接触の状態で規則構造を保ちつつ、容易に分子間距離をコントロールできる。そのため、従来単なる塩析では結晶化できなかった柔らかいタンパク質を結晶化するのに役立つ可能性が高い。しかし、この2年間のトライアルの結果、残念ながらタンパク質分子によるコロイド結晶を育成することはできなかった。そのかわり、そのコロイド結晶化を目指すプロセスで以下のような重要な知見を得ることができた。1.沈澱剤を使用せずに、遠心濃縮によって通常の結晶を得ることができた。2. pHの変化によって、結晶形を制御することができた。3.遠心濃縮の際、タンパク質溶液が二相以上に液液相分離し、濃厚相から核生成が起こり、結晶ができた。4.濃厚溶液相は、非常に高粘度ながら、多くの核が生成し、生成した結晶はファセットを持っていることから沿面成長を行っていることがわかった。特に液液相分離の発生と、濃厚相のみからの結晶化のプロセスは、タンパク質の結晶化メカニズム解明の上で、新しい切り口を提供することができると考えている。本研究はタンパク質の結晶化を従来の沈殿剤を用いた方法ではなく、コロイド結晶化で行おうというものである。コロイド結晶は基本的に斥力による規則構造形成であるので、容易に分子間距離をコントロールできる。しかし、実際にタンパク質結晶のコロイド結晶化を報告した例はない。研究計画書においては、初年度は、脱塩・pH制御・濃縮により、ニワトリ卵白リゾチームのコロイド結晶化法を確立することを目的としていた。しかしながら、「コロイド結晶化」かどうかを判断する基準が難しく、その意味で目的は完全には達成されなかった。しかし、いくつかの点で研究に進展があった。その内容について以下に示す。1.沈殿剤なしで、超純水を用いて脱塩濃縮することで得られた結晶をフラッシュクーリングした状態で、放射光を使って1°振りで1秒露光、0-180°の回転写真を撮影した。PDB ID 2ZQ3のデータを使って分子置換法により解析した結果、斜方晶系の結晶であることが分かった。ただし、格子定数は2ZQ3のものと非常に良く一致したため、コロイド結晶といえるかどうか、判断が難しい。2ZQ3のNa+の部分に対応するところに、水分子の酸素原子によく似た電子密度が確認できたことから、イオンが水分子に置換されたことが示唆される。2.沈殿剤なしの結晶の溶解度は大きく、溶解エンタルピーは、すべての結晶の中で最低の値を示した。これは引力相互作用が小さいことを示している。3. 0.01M HCl水溶液により脱塩濃縮した溶液は、そのままでは結晶化しなかったが、引き続き徐々に乾燥濃縮させることにより、振動写真の撮影できれいな回折像を得ることができた。しかし、格子定数は、NaClの塩析で得られる正方晶系の結晶と大差なかった。コロイド結晶化につながる、斥力的相互作用を強めた「沈澱剤フリー」の結晶化については、(1)良質な単結晶の育成を成功させ、かつ、構造解析も実施できた。(2)十分に塩濃度が低下したことの証明となる、溶解度の上昇も確認できている。(3)酸性の溶液からも、脱塩濃縮のプロセスで、回折像が現れる状態を実現することができた。というポジティブな結果が得られている。しかし、それらの点では評価できるが、得られた結晶の格子定数が、従来の沈殿剤を用いた結晶と変化しなかった。このことから、これらが本来の目的である「コロイド結晶化」を示したかどうかという明確な証拠をまだつかむことができていないという点が(3)やや遅れているという自己点検評価を下した主な理由である。H24年度は、超純水および0.01 M HCl水溶液による遠心透析を行うことで、脱塩が実現できていると仮定して、実験を行ってきた。しかし、格子定数が沈殿剤により育成した結晶と同じであったという結果が得られたことで、そのストーリーの検証も含め、下記のような方策を立てる必要がある。

1.イオン交換を徹底的に行い、塩の残余量を正確に把握する。2.遠心濃縮により、濃厚な溶液と希薄な溶液の相分離の状態になる(液液相分離)が、その時の濃厚な溶液部分に正確にX線を当てた振動写真を撮影する。3.沈殿剤フリーの結晶化の可能性をより一般化するため、グルコースイソメラーゼでも試みる。H24年度からの繰越金額991,876円は、すでに納品済みの、結晶化スクリーニングキット、電気泳動装置、高速液体クロマトグラフ関連の消耗品、その他消耗品の為に使用する。また、3月に実施された仙台での研究打合せの旅費として使用する。H24年度の結果を踏まえた改善策として、物品費の増額が必要となる。具体的にはタンパク質の物性を正確に評価するため、高速液体クロマトグラフィー(HPLC、現有)を用いた特性評価および精製を行う。複数のカラムの使用、付属品の購入等に対して50万円程度の増額が必要となる。また、コロイド結晶化へのプロセスの途中ではあるが、十分オリジナリティの高い実験結果が得られているため、原著論文の執筆に伴う英文校閲等、その他の部分の10万円程度の増額を予定している。旅費の申請については、H24年度と同程度で行える見込みである。
補体活性化ポリマー修飾リポソームを用いた新規がんワクチン開発に関する研究

本研究では抗原送達システムを開発することを試みた。我々は脾臓辺縁帯B細胞に抗原を送達するために、補体系を活性化できるポリマー修飾リポソームに注目した。汎用されている修飾ポリマーはメトキシ末端のポリエチレングリコール(PEG)であるが、ヒドロキシ末端PEG修飾リポソームが自発的に補体系を活性化し、辺縁帯B細胞に選択的に送達されることを我々は発見した。さらに抗原とアジュバントをヒドロキシ末端PEG修飾リポソームに封入することで、抗原特異的免疫反応を増強できることを明らかにした。以上より、抗原を辺縁帯B細胞へと送達できるヒドロキシ末端PEG修飾リポソームが新規抗原送達システムとなることが示唆された。(MZ-B)に送達し、長期に及ぶ抗腫瘍免疫の誘導を試みる。本提案は、PEG修飾リポソームの繰り返し投与時において、2回目投与リポソームがMZ-Bに送達されるようになる、という申請者による研究成果に基づく。我々は既にMZ-Bへのリポソームの送達に補体が関与することを明らかにしており、補体活性化能を持つリポソームは1回の投与でMZ-Bに抗原を送達可能ながんワクチンキャリアになると考えた。当該年度は、補体活性化能持つポリマー修飾リポソームの探索を行い、ポリマー修飾リポソームがMZ-Bへと選択的に送達されるかどうか検討した。またポリマー修飾リポソームの毒性を炎症性サイトカインが誘導されるか測定することにより評価した。汎用されているメトキシ末端のPEG修飾リポソームと比較して、ヒドロキシ末端のPEG修飾リポソームやポリグリセロール誘導体修飾リポソームが、補体系を強く活性化した。In vitroおよびin vitroにおいて、MZ-Bによるポリマー修飾リポソームの取り込み量を測定したところ、補体活性化能を持つヒドロキシ末端PEG修飾リポソームやポリグリセロール誘導体修飾リポソームがMZ-Bに多く取り込まれていた。また、本リポソーム投与後の血中炎症性サイトカイン(TNF-α、IL-6、IFN-γ)量を測定したところ、ポリグリセロール誘導体修飾リポソームを高投与量で投与した際にサイトカイン分泌が若干増加するだけであり、毒性は低いと考えられた。以上のように、補体活性化能を持つこれらのポリマー修飾リポソームがMZ-Bへと抗原を送達できるキャリアとして有用であることが明らかになり、今後がんワクチンキャリアとしての有用性を評価していく予定である。補体活性化能を持つポリマー修飾リポソームが、in vitroおよびin vivoにおいてMZ-Bへと送達されること、顕著な毒性を示さないことを既に明らかにしており、計画通りに研究が進んでいるため、おおむね順調に進展していると考えられる。本研究では、自然免疫系の1つである補体の活性化を利用して抗原を脾臓辺縁帯B細胞(MZ-B)に送達し、長期に及ぶ抗腫瘍免疫の誘導を試みる。本提案は、抗原送達キャリアであるリポソームとMZ-Bとの相互作用に補体/補体受容体が関与するという研究代表者による発見に基づく。前年度の研究から、従来使用されてきたメトキシ末端ポリエチレングリコール(PEG)修飾リポソームではなく、ヒドロキシ末端PEG修飾リポソームを用いることで、補体を効率的に活性化し、in vitroにおいてMZ-Bに効率的に取り込まれることを明らかにした。しかし、in vivoにおける取り込みは十分ではなかった。当該年度は、in vivoにおけるMZ-Bへの抗原送達効率の向上とそれに伴う抗腫瘍免疫誘導効果について検討を行った。まずPEGの修飾密度について検討した。PEG修飾密度を5%から2%に変更することにより、in vivoにおけるMZ-Bのリポソーム取り込み量が有意に増加した。また2%メトキシ末端PEG修飾リポソームよりも、2%ヒドロキシ末端PEG修飾リポソームの方が、MZ-Bに多量に取り込まれた。続いて粒子径の影響について検討した。粒子径を100 nmから400 nmに変更することにより、脾臓移行量は増大したがMZ-Bによる取り込み量に変化は見られなかった。最後に、これらのリポソームに抗原およびアジュバントを封入し、細胞傷害性T細胞の誘導を評価したところ、2%のヒドロキシ末端PEG修飾リポソームが最も高い誘導能を示した。以上のように、補体を効率的に活性化できる2%のヒドロキシ末端PEG修飾リポソームは、抗原をMZ-Bへと効率的に送達でき、抗原特異的細胞傷害性T細胞を増強できることが明らかになった。がん抗原を搭載した本キャリアは、MZ-Bを標的とした新規がんワクチンとして機能することが示唆された。今後は、本ポリマー修飾

リポソームにモデルがん抗原であるOVAを封入して、担がんマウスに免疫を施し、細胞傷害性T細胞の誘導およびがん治療効果を確認する。がん免疫誘導効果が得られない場合、アジュバントを併用する。また、補体の活性化が記憶T細胞の誘導や、腫瘍組織内への免疫細胞の浸潤に与える影響についても評価する予定である。薬剤学
細胞増殖因子により軟組織との強い結合力を有するコラーゲン電着固定化チタンの開発

本研究では,コラーゲン電着固定化チタンを生体組織に埋入した際、チタン表面に誘導される細胞が発現する細胞接着分子を明らかにするために、(1)コラーゲン電着固定化したチタンプレートを培養皿底面におき、コラーゲン電着固定化チタン上での線維芽細胞の培養系の確立(2)培養線維芽細胞で発現したタンパク質やRNAを抽出し発現した細胞接着分子の特定を行ってきた。現時点において本研究は、コラーゲン電着固定化したチタンプレートを培養皿におき、コラーゲン電着固定化チタン上での線維芽細胞様細胞(L929)の培養が可能であることを確認した。そして、この培養系から得られた細胞を用いてPCR、ウエスタンブロットにより、コラーゲン電着固定化の有無によるインテグリンβ1の発現量の差の比較を行っている。これまでの実験系ではPCR、ウエスタンブロットで評価するには細胞数が少なかったため、今後は細胞数を増やして実験を継続していく必要があると考えられる。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
小型原子発光検出デバイスを用いた燃料油中含酸素成分の迅速簡易測定システムの創製

燃料油中に含まれる含酸素化合物の元素選択的迅速簡易測定を行うために、小型原子発光検出(AED)デバイスを備えたガスクロマトグラフ(GC)システムを開発した。このAEDデバイスの有する酸素感度の分子構造依存性を改善するために、加熱分解あるいはプラズマ分解オンラインマイクロリアクターを試作した。本研究では、前者のリアクターの方がより改善に効果的であった。燃料油中に含まれるメタノール、メチルtert-ブチルエステル(MTBE)およびエチルtert-ブチルエステル(ETBE)を試料として用いたとき、この加熱分解リアクターを接続したGC-AEDシステムではAEDにおける酸素感度は同一であった。本研究では、含酸素化合物を分解して同一の化学種に変換するマイクロリアクターを新たに開発し、酸素検出用AEDデバイスと組み合わせた測定システムを構築し、バイオ燃料の含酸素率および構成成分の迅速な測定に適用することを目的とする。当該年度は、白金キャピラリーを分解反応管として用いたマイクロリアクターを試作した。リアクターは、カートリッジヒーター(直径6.25mm、長さ38.1mm、最高使用温度870°C)に白金キャピラリー(内径0.3mm、長さ50cm)をコイル状に設置することにより構成した。近傍に熱電対を設置して保温用アルミカバーで覆った後、全体をセラミック製カバーで覆う構造とした。未分解物および不完全な分解物の量的変化を追跡するため、試作したリアクターを水素炎イオン化検出器(FID)を備えたガスクロマトグラフの試料導入部とカラムとの間に設置した。まず、このリアクターを用いて熱分解のみによる分解特性を検討した。キャリヤーガスにヘリウム、モデル試料としてメタノールをそれぞれ用いた場合、リアクターでの滞在時間2.5秒、加熱温度500°Cでピークが完全に消失した。一酸化炭素あるいは二酸化炭素に熱分解したものと考えられる。別の含酸素化合物であるメチルtert-ブチルエーテル(MTBE)を試料とした場合、滞在時間3.3秒、加熱温度930°Cで分解物を含むすべてのピークが消失した。一方、炭化水素であるメタンは滞在時間3.3秒、加熱温度900°Cでピークが消失した。以上の結果から、試作したリアクターは反応ガスを添加せずに含酸素有機化合物および炭化水素が分解できる可能性を示唆した。本研究課題は追加採択されたために当該年度は数種類の化合物の分解特性しか検討できず、進捗はやや遅れている。しかしながら、当初、水素を添加した還元加熱分解を想定していたにも関わらず、当該年度の結果により反応ガスを添加せずに対象化合物を分解できる可能性を示唆した。本研究で使用する酸素検出用AEDデバイスはヘリウムプラズマを使用しているため、ガスを添加しないで分解できることは検出感度に影響を及ぼさず、かつより少ない検討項目で当初の目的を達成できる可能性がある。本研究では,含酸素化合物を分解して同一の化学種に変換するオンラインマイクロリアクターを新たに開発し,酸素検出用AEDデバイスと組み合わせた測定システムを構築してバイオ燃料の含酸素率および構成成分の迅速な測定に応用することを目的としている。当該年度は,まず,平成27年度に試作したリアクターにより,燃料中の代表的な含酸素化合物であるエチルtert-ブチルエーテル(ETBE)の分解特性を検討した。マイクロリアクターは白金管(内径0.6mm,長さ200 mm)と円筒型カートリッジヒーターにより構成している。リアクターは市販のガスクロマトグラフ内に設置し,不活性キャピラリーチューブを介して試料気化室と接続した。リアクター下流にはキャピラリーカラムおよび水素炎イオン化検出器(FID)を接続した。検討の結果,リアクターの作動によりメタノールやメチルtert-ブチルエーテル(MTBE)と同様にETBEのFID信号が消失したことから,リアクターによりETBEが分解していることを示唆した。続いて,試作したマイクロリアクターを酸素検出用AEDデバイスと組み合わせた測定システムを構築して検出特性を検討した。その結果,二酸化炭素の分子発光と推測される354.0nmを検出波長とすることにより,メタノール,MTBEおよびETBEを同一の感度で測定することに成功した。酸素検出用AEDデバイス単独ではメタノールとMTBE,ETBE間で発光強度に差異が見られたため,加熱分解型マイクロリアクターは酸素に対する感度を同一にする機能を有することがわかった。平成27年度は研究に進行がやや遅れていたが,平成28年度に当初の計画であったマイクロリアクターとAEDデバイスを用いた新規測定システムの構築まで終了している。したがって,調書の計画通り研究が進行していると判断される。当該年度は、新たな試みとしてヘリウムマイクロプラズマを分解源としたオンラインマイクロプラズマリアクターを試作した。具体的には、石英ガラス製のインナーシールコネクター(内径0.250.53 mm,長さ40 mm)を放電管とし,両端外周に2枚の銅箔電極を接地した。この放電管を2つのアルミ製端子を有するテフロン性円筒内に設置した.端子は放電管に設置した2つの電極に接触させ,外部から接地と高電圧印加をそれぞれできるようにした.プラズマ生成に必要な低周波高電圧印加はオゾン発生用高圧電源を用いて行った。まず、試作したリアクターをキャピラリーガスクロマトグラフのカラムと水素炎イオン化検出器(FID)との間に設置し、リアクター作動時のFID信号の減少からリアクターの分解能を検討した。燃料油中に含まれる含酸素化合物であるメチル-tert-ブチルエーテル、エチル-

tert-ブチルエーテルおよびメタノールをモデル試料として検討したところ、リアクター作動時にFID信号の減少が認められたものの信号は完全に消失しなかった。FIDを本研究室で開発した原子発光検出(AED)デバイスに交換してモデル試料の酸素原子に対するAED感度を検討したところ、化合物間の感度差が完全に改善できなかった。したがって、本研究の目的を達成するためにはプラズマリアクターの分解効率を向上させる必要があると判断した。しかしながら、プラズマリアクターから直接AED信号を検出することに成功したことから、検出条件を最適化することにより、本研究の目的を達成させるデバイスとしての機能を有していることが示唆された。これまでの検討結果から、加熱分解型マイクロリアクターが本研究の目的を達成するために適当であると判断し、AEDデバイスと接続した測定システムを構築した。分解及びAED検出条件を最適化し、モデル試料の酸素原子に対するAED感度を同一にすることに成功した。燃料油中に含まれる含酸素化合物の元素選択的迅速簡易測定を行うために、小型原子発光検出(AED)デバイスを備えたガスクロマトグラフ(GC)システムを開発した。このAEDデバイスの有する酸素感度の分子構造依存性を改善するために、加熱分解あるいはプラズマ分解オンラインマイクロリアクターを試作した。本研究では、前者のリアクターの方がより改善に効果的であった。燃料油中に含まれるメタノール、メチルtert-ブチルエステル(MTBE)およびエチルtert-ブチルエステル(ETBE)を試料として用いたとき、この加熱分解リアクターを接続したGC-AEDシステムではAEDにおける酸素感度は同一であった。今後は、検討対象化合物をエタノール、エチルtert-ブチルエーテル(ETBE)、脂肪族メチルエステル(FAME)あるいはガソリンの主成分である炭化水素類まで広げて試作したリアクターにおける分解特性をそれぞれ検討する。満足する分解効率が得られなかった場合には、白金キャピラリーの延長などで対応できるか検討する。さらに、試作したリアクターと酸素検出用AEDデバイスとを組み合わせた測定システムを構築し、酸素の検出特性について検討する予定である。これまでの研究で,加熱分解型マイクロリアクターにより測定対象化合物の分解が可能であることを明らかにした。一方で,このリアクターが接触分解型であるため,リアクターである白金表面との吸着により試料ピークが広がり,AEDの再現性および感度低下が懸念されている。そこで,ヘリウムマイクロプラズマを分解源とした非接触型オンラインマイクロリアクターの試作を予定している。予備実験により,内径0.8mmの石英管内にバリヤ放電による線状プラズマの生成に成功している。新規リアクターではキャリヤーガス内で分解を進行させるために試料ピークの広がりが抑制されると期待される。新規リアクターの分解特性を検討した後,酸素検出用AEDデバイスと接続してバイオガソリンやバイオディーゼル燃料などの含酸素率および成分測定を行う予定である。
RNAi技法を用いたマウスの攻撃行動における性ステロイドホルモンの役割の解明

ステロイドホルモンの一種であるエストロゲンが雄マウスの脳内に形成されている雄性行動の発現を司る神経回路の各部位で部位特異的にどのような役割を果たしているのかを解明することを目的として研究を行った。本研究ではエストロゲンのエストロゲン受容体アルファ(ERα)を介した作用に着目し、アデノ随伴ウイルスベクターを利用したRNAi法を用いて神経回路上の脳部位でERαの発現を部位特異的に抑制することにより雄マウスの攻撃行動や性行動にどのような変化が現れるのかを調べた。22年度には内側視索前野に発現するERαは雄マウスの性行動の発現には関与しているものの攻撃行動の発現には関与していないということを明らかにしたが本年度はさらに内側扁桃体、視床下部腹内側核においても同様の実験を行った。その結果、内側扁桃体でERαの発現を抑制しても攻撃行動や性行動の減少、もしくは増加は認められなかった。しかし攻撃行動テストにおいて、内側扁桃体のERαを抑制されたマウスでは雄の多個体に対して攻撃中に頻繁に雄的な性行動を示すという興味深い現象が確認された。このことから、内側扁桃体に発現するERαは雄マウスの攻撃行動、性行動の発現には直接は関与していないものの多個体の性別認識、及びそれに伴う的確な行動の発現を微調整することには関与しているのではないかと結論づけた。また視床下部腹内側核においてはERαを抑制すると攻撃行動、性行動ともに減少するという結果が得られた。このことから視床下部腹内側核に発現するERαは雄マウスの攻撃行動、性行動の両方の発現に関与していることが明らかになった。さらにこれらの結果を比較検討することによりエストロゲンのERαを介した作用が脳の部位によって異なることが示唆された。さらに内側視索前野で性行動の発現を制御するにあたって、ERαが転写因子としてその下流でどのような物質を制御しているのかを解剖学的にも検証した。その結果、内側視索前野でのERαが雄マウスの性行動の発現を促進する際にbNOSの発現を調節している可能性が高いことをつきとめた。ステロイドホルモンの一種であるエストロゲンの働きが雄マウスの攻撃行動の発現に重要な役割を果たしていることがしられている。しかし、エストロゲンが雄マウスの脳内に形成されている攻撃行動の発現を司る神経回路の各部位で部位特異的にどのような役割をはたしているのかはいまだ明らかではない。そこで本研究は神経回路の各部位でのエストロゲンのエストロゲン受容体アルファ(ERα)を介した作用が雄マウスの攻撃行動の発現にどのような役割を果たしているのかを解明することを目的とし実験を開始した。攻撃行動や攻撃行動と密接な関係を持つ性行動といった雄マウスの社会行動の発現を司る神経回路を構成している脳部位のひとつである内側視索前野のERαの発現をアデノ随伴ウイルスベクターを利用したRNAi法を用いて抑制し雄マウスの攻撃行動、性行動にどのような変化が現れるのかを調べた。その結果、攻撃行動では変化が観られなかったが性行動の減少がみられた。このことから内側視索前野に発現するERαは雄マウスの性行動の発現には関与しているものの攻撃行動の発現には関与していないことが明らかになった。またこの結果からERαを介したエストロゲンの作用がそれぞれの脳部位によって異なるという可能性も示唆される。この結果は第33回日本神経科学大会において発表された。さらに同様の手法を用いて内側扁桃体のERαの発現を抑制し雄マウスの攻撃行動、性行動にどのような変化が現れるのかを調べる実験も行った。結果については現在解析中である。

さらに内側視索前野で性行動の発現を制御するにあたって、ERαが転写因子としてその下流でどのような物質を制御しているのかを解剖学的にも検証した。その結果、内側視索前野でのERαが雄マウスの性行動の発現を促進する際にbNOSの発現を調節している可能性が高いことをつきとめた。
RNAキナーゼNOL9の生体内機能および関連疾患に関する研究

本研究では、新規RNAキナーゼファミリーCLP1およびNOL9の生体内分子機構および疾患との関連性について、遺伝子改変マウスを用いて解析を行った。CLP1キナーゼ活性欠損ノックインマウスは進行性の神経変性疾患を呈することからヒト疾患との関連性を調べたところ、トルコにおいてCLP1遺伝子に突然変異を持ち、マウスモデル同様に遺伝性神経変性疾患を発症する患者を発見した。NOL9に関してもその生体内におけるキナーゼ活性の分子機構を調べるため、本研究でNOL9キナーゼ活性欠損ノックインマウスの樹立を目指し、今回成功に至った。今後、本マウスモデルを用いてRNAキナーゼファミリーの全容を解明したい。RNAキナーゼ分子Clp1及びNOL9はRNAの5'端をリン酸化する酵素活性を有し、RNAの成熟化に重要であると考えられている。申請者は、Clp1のRNAキナーゼ活性がtRNAの成熟化及びその代謝過程において重要な役割を果たし、その機能欠損によりtRNA前駆体由来の小RNA分子が細胞内に蓄積して、酸化ストレスを惹起することを報告した。また、生体内では特に運動神経が障害され、Clp1キナーゼ活性欠損ノックインマウスは運動神経変性疾患を呈することが判明した(Nature, 2013)。さらに、トルコにおいてClp1遺伝子に突然変異を持つ家系が国際的共同研究によって見出だされ、マウス同様に神経変性病を呈することから、RNA代謝障害は神経変性疾患の原因であるという全く新しい病態メカニズムを明らかにすることが出来た(Cell, 2014)。NOL9はClp1同様RNAキナーゼ活性を有し、核小体に局在することからリボソーマルRNAの成熟化機構に関与しているものと考えられているが、その生体機能については未だ明らかではない。核小体は細胞内で最もエネルギーを必要とする細胞小器官であるため、エネルギー代謝との関連を検討すべく、NOL9 floxedマウスと脂肪細胞特異的Creマウスとを交配させ脂肪細胞特異的NOL9コンディショナルノックアウトマウスを樹立した。マウスは生存可能であり、現在のところ大きな形態的異常は認めていない。今後、脂肪細胞の分化や高脂肪食負荷による代謝機能の変化等、詳細に検討する予定である。平成25年度に引き続き、RNAキナーゼ分子CLP1およびNOL9の生体内分子機構、特にRNA代謝機構について、遺伝子改変マウスモデルを用いて研究を行った。我々はこれまでCLP1RNAキナーゼ活性欠損ノックインマウスを用いて、CLP1の関与するRNA代謝機構が運動神経変性病と関連することを報告した。そこで、NOL9のRNAキナーゼ活性についても生体内でどのような機能を持つのかを明らかにするため、研究実施計画に基づいてNOL9のRNAキナーゼ活性欠損ノックインマウスの作成を行なっている。新規にこの遺伝子改変マウスを作成すべく、ジャームライントランスミッションを確認した後にEIIa-Creトランスジェニックマウスとの交配によりneo遺伝子を除去して、目的とするNOL9のRNAキナーゼ活性欠損ノックインマウスの完成とした。しかしながら、その後の交配実験により、LoxP遺伝子が挿入されているイントロン部位のスプライシングに異常が生じ、遺伝子欠損状態になっていることが判明した。現在、ターゲッティングベクターを作成し直し、再度マウス作成を試みているところである。NOL9 floxedマウスを用いた部位特異的NOL9遺伝子欠損マウスに関しては、NOL9が細胞内エネルギー消費の最も多い核小体に存在することから、エネルギー代謝との関連を検討するため、脂肪特異的NOL9ノックアウトマウスを樹立し、解析をすすめている。さらに、性ホルモンシグナル伝達系への関連性からMMTV-Creマウスを交配して乳腺特異的ノックアウトマウスを作成し、プロゲステロン徐放剤を用いた乳癌モデルを作成して疾患との関連性を検討している。平成26年度に引き続き、RNAキナーゼNOL9の生体内における分子機能を解析するため、NOL9のRNAキナーゼ活性欠損ノックインマウスの作成に取り組んだ。前回、LoxP遺伝子を挿入したイントロン部位において、スプライシング異常が生じたため、遺伝子欠損状態になり産仔が得られない結果に終わった。そのため、今回はイントロンとエクソンの結合部より十分の間隔を取ってLoxP遺伝子を挿入した。ジャームライントランスミッションを確認した後、EIIa-Creマウスとの交配により、neo遺伝子を除去、さらにNOL9遺伝子内に入れた1アミノ酸の変異をシークエンスで確認した。ヘテロ同士を交配し、ホモ変異体のマウス樹立に成功した。現在、C57BL/6Jへ戻し交配を行っている。一方、NOL9コンディショナルノックアウトマウスを用いて、NOL9が関与すると考えられる核小体ストレスと発癌について乳腺特異的NOL9ノックアウトマウス(MMTV-Creとの交配による)を用いた乳癌モデルおよび造血幹細胞特異的NOL9ノックアウトマウス(Mx1-Creとの交配による)を用いた骨髄増殖性腫瘍モデルを用いて検討を行っている。興味深いことに、NOL9遺伝子欠損により、癌の増悪が認められることから、NOL9は癌抑制遺伝子の可能性が示唆された。現在この分子メカニズムについて詳細に検討を行っている。時間を要したNOL9キナーゼ欠損ノックインマウスの樹立に最終的に成功し、今後、本マウスモデルの解析から未だ詳細が解明されていないNOL9のRNAキナーゼとしての分子機能が明らかになるとともに、肥満・代謝疾患、癌等の疾患モデルを応用することにより疾患との関連についても関連性が明らかになると期待される。

本研究では、新規RNAキナーゼファミリーCLP1およびNOL9の生体内分子機構および疾患との関連性について、遺伝子改変マウスを用いて解析を行った。CLP1キナーゼ活性欠損ノックインマウスは進行性の神経変性疾患を呈することからヒト疾患との関連性を調べたところ、トルコにおいてCLP1遺伝子に突然変異を持ち、マウスモデル同様に遺伝性神経変性疾患を発症する患者を発見した。NOL9に関してもその生体内におけるキナーゼ活性の分子機構を調べるため、本研究でNOL9キナーゼ活性欠損ノックインマウスの樹立を目指し、今回成功に至った。今後、本マウスモデルを用いてRNAキナーゼファミリーの全容を解明したい。平成26年度中に完成を予定していたNOL9RNAキナーゼ活性欠損ノックインマウスは、loxP遺伝子を挿入するイントロン部位が不適切であったため失敗に終わった。この実験を再検討し、適切なターゲッティングベクターを作成して再度マウス作成を試み、現在キメラ率の高いマウスがとれたところである。効率よく遅れを取り戻しているが、今後さらに効率よくマウスの樹立をすすめていきたい。分子生物学NOL9のRNAキナーゼ活性欠損ノックインマウスの作成が、現在キメラマウスの段階である。今後ジャームライントランスミッションの確認と、さらにEIIa-Creマウスとの交配によりneoカセットの除去の段階にすすめていく。脂肪特異的NOL9ノックアウトマウスおよび乳腺特異的NOL9ノックアウトマウスに関しては、これまでの表現型の解析とその分子機構に関するさらに詳細な検討をすすめていく予定である。申請者は、本研究に必要な組織特異的NOL9コンディショナルノックアウトマウスの作製に成功し、乳腺特異的MMTV-Creマウス、脂肪細胞特異的Adipoq-Creマウス、さらにタモキシフェンによる時間特異的遺伝子ノックアウトを可能にするERT2-Creマウスを既に入手し、交配を進めている。また、研究目的に挙げたNOL9キナーゼ活性欠損ノックインマウスの作製に関しては、理化学研究所発生・再生科学総合研究センターと共同開発を進めており、現在のところキメラマウスのジャームライントランスミッションが確認されたところである。本研究に必要なマウスの準備が順調に進行していることから、おおむね順調に進展していると判断している。平成26年度に研究機関を異動し、予定していた一部の研究を遂行できなかったため、物品費において未使用額が生じた。今後は、マウスの交配をさらに進めて個体数を増やし、詳細な検討を行なっていく予定である。NOL9キナーゼ活性欠損ノックインマウスに関しては、どのような表現型が出現するか未知であるため、もし申請者らの研究グループで対応できない場合速やかに国内外の研究者と共同研究の可能性を検討し、研究を推進していきたいと考える。研究室の異動が終了し、すでに予定していた研究を開始しており、未使用額はその経費に充てることとしたい。
脳虚血における活性酸素代謝の解明-ヒトSOD1遺伝子導入マウスにおける解析-

平成14年度には研究課題である「脳虚血における活性酸素代謝の解明」の第一段階として脳虚血・再灌流モデルにおける各種アミノ酸の発生動態について研究を行い,マイクロダイアリシス法により脳内興奮性アミノ酸測定法を確立し,また一過性脳虚血モデルを確立して虚血後の脳内興奮性アミノ酸測定を行った.平成15年度はヒトSOD1遺伝子導入マウスに脳梗塞巣を作成し,活性酸素代謝について検討する予定であったが,技術的問題のためマイクロダイアリシス法による活性酸素測定が困難となった.そこで,mitogen-activated protein kinase familyのextracellular signal-regulated kinase (ERK)に着目し,この酵素と脳虚血後の活性酸素発生,虚血後神経細胞死との関連について検討した.野生型及びSOD1遺伝子導入マウスに60分の一過性中大脳動脈閉塞による脳虚血を作成した.Hydroethidine法で活性酸素発生を評価し,リン酸化(活性型)ERKの表出を免疫組織染色で観察し,Western blotで定量した.また,細胞死におけるアポトーシスの役割を推測するため,ヒストン断片化DNAをELISA法で評価した.野生型マウスにおいて,虚血1時間後に活性酸素のひとつであるsuperoxideの増加がみられ,1-4時間後にリン酸化ERK発現が増加し,24時間後にはヒストン断片化DNAが増加した.リン酸化ERK発現部位は神経細胞の局在に一致していた.SOD1遺伝子導入マウスでは野生型に比べ,superoxide発生,リン酸化ERK表出,ヒストン断片化DNA増加はすべて抑制されていた.虚血後に発生する活性酸素はERKを活性化することによりアポトーシスを引き起こす可能性があると考えられた.平成14年度には研究課題である「脳虚血における活性酸素代謝の解明」の第一段階として脳虚血・再灌流モデルにおける各種アミノ酸の発生動態について研究を行い,マイクロダイアリシス法により脳内興奮性アミノ酸測定法を確立し,また一過性脳虚血モデルを確立して虚血後の脳内興奮性アミノ酸測定を行った.平成15年度はヒトSOD1遺伝子導入マウスに脳梗塞巣を作成し,活性酸素代謝について検討する予定であったが,技術的問題のためマイクロダイアリシス法による活性酸素測定が困難となった.そこで,mitogen-activated protein kinase familyのextracellular signal-regulated kinase (ERK)に着目し,この酵素と脳虚血後の活性酸素発生,虚血後神経細胞死との関連について検討した.野生型及びSOD1遺伝子導入マウスに60分の一過性中大脳動脈閉塞による脳虚血を作成した.Hydroethidine法で活性酸素発生を評価し,リン酸化(活性型)ERKの表出を免疫組織染色で観察し,Western blotで定量した.また,細胞死におけるアポトーシスの役割を推測するため,ヒストン断片化DNAをELISA法で評価した.野生型マウスにおいて,虚血1時間後に活性酸素のひとつであるsuperoxideの増加がみられ,1-4時間後にリン酸化ERK発現が増加し,24時間後にはヒストン断片化DNAが増加した.リン酸化ERK発現部位は神経細胞の局在に一致していた.SOD1遺伝子導入マウスでは野生型に比べ,superoxide発生,リン酸化ERK表出,ヒストン断片化DNA増加はすべて抑制されていた.虚血後に発生する活性酸素はERKを活性化することによりアポトーシスを引き起こす可能性があると考えられた.本年度は、研究課題である「脳虚血における活性酸素代謝の解明」の第一段階として脳虚血・再灌流モデルにおける各種アミノ酸の発生動態について研究を行った。来年度には本年度に得られた基礎的データをもとにヒトcopper/zincsuperolxide dismutase(SOD1)遺伝子を導入したマウスを用いて脳虚血・再灌流後の脳障害における活性酸素代謝の役割について検討を行う予定である。<本年度の実績>1.脳内興奮性アミノ酸測定法の確立ワイルドタイプ(C57BL/6)マウスを用いて、各種アミノ酸(アスパラギン酸、グルタミン酸、グリシン、タウリン、アラニンなど)の脳内での発生動態をマイクロダイアリシス法により連続測定した。ハロセン麻酔下に定位脳手術頭蓋固定器を用いて、線条体へプローブ用ガイドを設置した。ガイド設置時の侵襲に伴う脳内伝達物質系への影響を少なくするために測定実験の前日にガイドを設置した。微小透析用プローベは実験3時間前に経ガイド的に挿入し、これに人工髄液を灌流させた。検体は20分間隔で40μlを回収し1検体とし、エイコム社(日本)製HPLC装置を用い電気化学的検出にて各種アミノ酸を定量した。ワイルドタイプマウスの細胞外グルタミン酸、グリシン濃度は、各々約4.95pmol、約11.93pmolであった。2一過性脳虚血モデルにおけるアミノ酸測定ワイルドタイプ(C57BL/6)マウスの中大脳動脈を30分間閉塞する局所脳虚血モデルを用いて、上記アミノ酸の経時的測定を行った。前日にマイクロダイアリシスプローブ用ガイドを設置しておき、当日、ハロセン麻酔下に5-0ナイロン糸を経内頚動脈的に頭蓋内に挿入し、中大脳動脈を閉塞し、閉塞30分後に糸を抜去することにより閉塞を解除した。グルタミン酸、グリシンは虚血開始後2040分をピークとして上昇し、その後次第に虚血前値まで低下した。現在は、病理組織学的検討を行い、各種アミノ酸の測定値との関連を検討中である。

平成14年度には研究課題である「脳虚血における活性酸素代謝の解明」の第一段階として脳虚血・再灌流モデルにおける各種アミノ酸の発生動態について研究を行い,マイクロダイアリシス法により脳内興奮性アミノ酸測定法を確立し,また一過性脳虚血モデルを確立して虚血後の脳内興奮性アミノ酸測定を行った.本年度はヒトSOD1遺伝子導入マウスに脳梗塞巣を作成し,活性酸素代謝について検討する予定であったが,技術的問題のためマイクロダイアリシス法による活性酸素測定が困難となった.そこで,mitogen-activated protein kinase familyのextracellular signal-regulated kinase(ERK)に着目し,この酵素と脳虚血後の活性酸素発生,虚血後神経細胞死との関連について検討した.野生型及びSOD1遺伝子導入マウスに60分の一過性中大脳動脈閉塞による脳虚血を作成した.Hydroethidine法で活性酸素発生を評価し,リン酸化(活性型)ERKの表出を免疫組織染色で観察し,Western blotで定量した.また,細胞死におけるアポトーシスの役割を推測するため,ヒストン断片化DNAをELISA法で評価した.野生型マウスにおいて,虚血1時間後に活性酸素のひとつであるsuperoxideの増加がみられ,1-4時間後にリン酸化ERK発現が増加し,24時間後にはヒストン断片化DNAが増加した.リン酸化ERK発現部位は神経細胞の局在に一致していた.SOD1遺伝子導入マウスでは野生型に比べ,superoxide発生,リン酸化ERK表出,ヒストン断片化DNA増加はすべて抑制されていた.虚血後に発生する活性酸素はERKを活性化することによりアポトーシスを引き起こす可能性があると考えられた.
味覚を題材とした教育用味覚センサキットの開発

国際教育到達度評価学会(IES)による国際数学・理科教育動向調査(TIMSS)によると,日本の高校生が科学を学ぶ必要性や有用性を実感していないことが指摘されている.これらを打開する方法として,身近に理科を感じることができる理科教室が実施されている.本研究は,理科離れを防ぐためのツールとして,身近に感じられる「味覚」を題材とし,短時間で簡便に作製できる理科教室用味覚センサを開発し,中学生,高校生,大学生を対象とした理科教室を実施した.理科教室は学生自身がセンサを作製および測定し,官能検査を行った.その結果,開発した教育用味覚センサが,理科教室の題材として有用であることが示された.国際教育到達度評価学会(IES)による国際数学・理科教育動向調査(TIMSS)によると,日本の高校生が科学を学ぶ必要性や有用性を実感していないことが指摘されている.これらを打開する方法として,身近に理科を感じることができる理科教室が実施されている.本研究は,理科離れを防ぐためのツールとして,身近に感じられる「味覚」を題材とし,短時間で簡便に作製できる理科教室用味覚センサを開発し,中学生,高校生,大学生を対象とした理科教室を実施した.理科教室は学生自身がセンサを作製および測定し,官能検査を行った.その結果,開発した教育用味覚センサが,理科教室の題材として有用であることが示された.本研究は,理科教室における使用を想定した教育用味覚センサを開発し,高校生への教育用味覚センサを導入した理科教室の実施により理科教材としての有用性を検証することを目的としている.味覚センサの特徴である生体模倣や測定原理は,高校の履修科目である「生物」「物理」「化学」に通じている.本研究が実現できれば,理科教室を通して生徒が理系科目を学ぶ意義や有用性を実感することで「青少年の理科離れ」の改善に貢献できると考える.教育用味覚センサの開発と理科教室における課題として,以下の3課題についてそれぞれ実施した.1.塩味と酸味に応答する脂質膜の開発:塩味を呈する食塩および酸味を呈するクエン酸を対象として,教育用味覚センサの作製手法の考案と使用する材料の検討を行った.測定対象が水溶液中でイオン化することに着目し,教育用味覚センサの脂質としてtrioctylmethylammonium chloride,およびphosphoric acid di(2-ethylhexyl)ester,支持材としてテフロン膜を用いることで,塩味と酸味へ応答する脂質膜を開発した.2.理科教材としての有用性の検証:高校生を対象として,教育用味覚センサを導入した理科教室を実施した.生徒に対して行ったアンケート調査より,理科教材としての教育用味覚センサの有用性が示唆された.3.教育用味覚センサにおける測定機構の発展:無線通信機能を有する電圧計を実装することで,タブレット端末上で動作するアプリケーションと連携した測定機構の構築を行った.デジタルボルトメータと実装した電圧計のそれぞれを用いた場合の測定値を比較する実験により,教育用味覚センサに無線通信を導入した測定機構が応用可能であることが示唆された.本研究は,日常生活に根付いた「食生活・食文化」に起因する味覚をターゲットとし,理科離れを防ぐための教育用味覚センサキットの開発を目的としている.具体的には,1味物質に応答するセンサ受容膜の作製,2短時間で簡便なセンサ電極作製方法の確立,3測定系の確立,4理科教室用テキストの作成および理科教室の実施の4項目を実施する.本年度は,平成25年度に開発を進めた上記項目13の発展として,塩味と酸味に対してそれぞれ選択性を有する塩味センサおよび酸味センサの開発をおこなった.具体的には,センサの受容部の脂質膜組成比を検討することで選択性の向上に成功した.また,理科教室で生徒自身が失敗すること無く簡単に作製できるような作製方法の改善を行った.平成25年度に開発した教育用味覚センサは,脂質膜を固定するための瞬間接着剤を使用していたが,生徒のいたずらや接着剤の液漏れなどで指同士を接着して取れなくなる等の事故を防ぐため,接着剤ではなくプラスチックキャップによる固定方法に変更した.また,塩化ビニル中空棒に内部液をスポイトで入れる作業があるが,気泡が入りセンサの作製に失敗する例が多いため,透明度の高いプラスチック製の中空棒に変更した.その結果,センサの作製における歩留まり率を向上することに成功した.また,項目4として,理科教室用テキストを作成し,中学生,高校生,大学生を対象とした理科教室を3回実施した.参加者からのアンケートから,教育用味覚センサを用いた理科教室の有用性を確認することができた.本課題の一環として,開発した教育用味覚センサを用いた理科教室を下記のように3回、実施した.2014年7月29日兵庫県立姫路工業高校における出前講義, 2014年8月12日九州大学大学院システム情報科学研究院が主催する中学生の科学実験教室2014, 2014年12月13日佐賀県が主催する「高校生・大学生」のためのサイエンスセミナー2014.電子デバイス工学本申請課題は,2年間で1味物質に応答するセンサ受容膜の作製,2短時間で簡便なセンサ電極作製方法の確立,3測定系の確立,4理科教室用テキストの作成および理科教室の実施の4課題を取り組むこととした.平成25年度においては,上記課題1,2,3を実施する予定であった.課題1,2,3において,教育用味覚センサの脂質としてtrioctylmethylammonium chloride,およびphosphoric acid di(2-ethylhexyl) ester,支持材としてテフロン膜を用いることで,塩味と酸味へ応答する脂質膜を開発し,安価なデジタルボルトメータを用いた測定系の確立に成功した.