hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ハイブリット型生物モーターのイオン選択透過分子機構の解明

多くの細菌は、運動器官であるべん毛を利用して環境中を移動する。これまで、べん毛運動はH+やNa+などのイオン駆動力によって駆動することが知られていた。本研究で、世界で初めてCa2+やMg2+などの二価陽イオンで駆動するべん毛モーターの単離に成功した。この他に、好アルカリ性バチルス属細菌由来の従来型とは異なるカチオンを利用するべん毛モーターの解析を行った。これらのべん毛モーターと従来のモーターとの間のイオン選択性の差異は、分子生物学的手法を用いて詳しく解明された。本研究の結果より、駆動エネルギーを選択的に利用できる人工ナノマシンや分子スイッチの開発が期待されている。我々の研究グループにより外環境に応答してH+とNa+の二種類の共役イオンを使い分ける新奇なハイブリッド型べん毛モーターが好アルカリ性Bacillus属細菌から発見されて以来、この分野は新たな時代に入ったといえる。本研究は、伊藤がエネルギー変換ユニットであるべん毛モーター固定子タンパク質のイオン選択に関与すると推定される固定子複合体のアミノ酸残基を選定して、変異導入実験を行うことでイオン選択に重要な領域を同定することと、連携研究者の今田と協力し、Bacillus alcalophilusのNa+/K+駆動型べん毛モーター固定子MotPSのX線結晶構造解析を行うことでイオン選択透過分子機構の解明を目指す。平成25年度は、平成24年度に引き続き下記の2つのテーマについて研究を推進した。テーマ1では、Bacillus属べん毛モーター固定子のイオン選択透過に重要なアミノ酸残基の実験による同定と新規なべん毛固定子の探索を行った。イオン選択透過に重要なアミノ酸残基としてB. alcalophilus由来のNa+/K+駆動型固定子サブユニットMotSの膜貫通領域に変異を導入することでイオン選択性が変化した。現在、この詳細を検討している。また、新規に2価カチオンを利用してべん毛を駆動させる菌体を自然界から分離した。この菌の固定子の塩基配列の同定に成功し、現在、遺伝子工学的手法が容易な枯草菌の系でこの固定子遺伝子の詳細な機能を検討している。テーマ2では、B. alcalophilusのNa+/K+駆動型固定子MotPSの大腸菌での大量発現系の確立を目的とした。結晶化対象としてMotSのN末を3段階に欠失させた変異体、運動性を示さないMotSの点変異体の3種で試みた。複数の高発現ベクターに目的遺伝子をクローニングし発現量の検討を行った。さらに膜画分を可溶化し、Hisカラムによる精製を試みている。また、部位特異的変異導入法によりMotSを段階的に欠失させてMotSの運動性に関与する最小機能領域を解析中である。平成26年度は、前年度に引き続き下記の3つのテーマについて研究を推進した。テーマ1では、Bacillus属べん毛モーター固定子のイオン選択透過とモーター機能に重要なアミノ酸残基の同定を行っている。これまでにBacillus属細菌が持つMotPS型とMotAB型固定子のモーター機能に重要なアミノ酸残基を特定した。この成果は、平成26年度に論文として報告した。また、イオン選択透過に重要なアミノ酸残基としてB. alcalophilus由来のNa+/K+駆動型固定子のMotSサブユニットの膜貫通領域の33番目のメチオニン残基をH+駆動型固定子で保存されているバリン残基に置換することでイオン選択性がH+駆動型へとダイナミックに変化する結果を得た。テーマ2では、新規に自然界からアルカリ土類金属の2価カチオンを利用してべん毛を駆動させる菌体の単離を試みた。国内各地のサンプルからスクリーニングを行った結果、Ca2+含有量が豊富な日本国内の温泉地より候補株Paenibacillus sp. TCa20株の単離に成功した。TCa20株の全ゲノム配列を次世代シークエンサーで決定し、この株の固定子の塩基配列を取得し平成26年度に論文に報告した。TCa20株の遺伝子工学的手法は全く確立されていないので、遺伝子工学的手法が容易な枯草菌の系でこの固定子遺伝子の詳細な機能を検討した。現在までに、枯草菌の固定子を欠損させた運動性欠損株にTCa20株由来の固定子を発現させ、その運動性欠損を相補すること、この運動性がCa2+とMg2+濃度に依存していることを確認した。テーマ3では、B. alcalophilusのNa+/K+/Rb+駆動型固定子MotPSの大腸菌での大量発現系の確立を行った。また、MotSのN末端側から55番目から90番目までの領域を段階的に欠損させたものを構築し、運動性や細胞膜への発現量を確認し、MotSの運動性に関与する最小機能領域を決定した(投稿準備中)。平成27年度は、前年度に引き続き下記の3つのテーマについて研究を推進した。今年度は、カブトムシの幼虫の腸内から分離されたBacillus trypoxylicolaのべん毛モーターがB. alcalophilus由来のNa+/K+駆動型固定子に次ぐ、2例目のK+で駆動する固定子であることを明らかとした。

この知見を活用してK+で駆動するべん毛モーターとNa+のみで駆動するべん毛モーターの違いを遺伝子工学的手法で明らかにしている。平成28年度の早い時期に、成果をまとめられればと考えている。テーマ2では、平成26年度にある程度解析が進んでいたマグネシウムイオンやカルシウムイオンといった2価カチオンを利用してべん毛を駆動させるPaenibacillus sp. TCa20株の固定子を枯草菌の固定子を欠損させた運動性欠損株に発現させ、確かに二価カチオンが細胞内へ取り込まれていることやプロトン型やナトリウムイオン型固定子の阻害剤に非感受性であることを明らかとし、Scientific Reports誌に成果を公表することができた。テーマ3では、B. alcalophilusのNa+/K+/Rb+駆動型固定子MotPSの大腸菌での大量発現系の確立を行った。また、MotSのN末端側から55番目から90番目までの領域を段階的に欠損させたものを構築し、運動性や細胞膜への発現量を確認し、MotSの運動性に関与する最小機能領域を決定した段階的欠損株を使って細胞内Na+とK+イオン濃度の測定を行い、固定子の機能の保持との関連性を明らかにでき次第、論文として投稿する予定である。上記の研究実績の概要に記したテーマ1に関しては、おおむね順調に進展していると考えている。枯草菌の固定子を実験材料としてイオン選択やモーターの回転に重要な領域の機能解析を行い、イオン選択透過に関する新規な情報も得られているので、あと1年で更に発展が期待できる。テーマ2に関しては、おおむね順調に進展していると考えている。新規べん毛モーター固定子を発見し、その詳細な解析を行ない、論文にまとめることができた。テーマ3に関しては、B. alcalophilus由来のMotPSのMotSサブユニットの最少機能領域の同定に成功したので、この情報を生かしてタンパク質の大量精製条件の確立や結晶化を進めている。しかし、結晶化に向けた取り組みが遅延気味であるのでここに精力を傾けたいと考えている。平成28年度は、前年度に引き続き下記の3つのテーマについて研究を推進した。テーマ1では、Bacillus属べん毛モーター固定子のイオン選択透過とモーター機能に重要なアミノ酸残基の同定を行っている。今年度は、カブトムシの幼虫の腸内から分離されたBacillus trypoxylicolaのK+で駆動するべん毛モーターとNa+のみで駆動するべん毛モーターの違いを遺伝子工学的手法で明らかにするとともに、K+駆動時のモーターを特異的に阻害する阻害剤の発見とその機構について研究を推進した。テーマ2では、平成26年度にマグネシウムイオンやカルシウムイオンといった2価カチオンを利用してべん毛を駆動させるPaenibacillus sp. TCa20株以外の2価カチオン駆動型べん毛をもつ細菌の分離を試みた。その結果、TCA20株とは異なる属の候補株を複数分離することが出来た。現在、遊泳解析を行うとともに固定子の配列についても解析を進めている。テーマ3では、Bacillus alcalophilusのNa+/K+/Rb+駆動型固定子MotPSの大腸菌での大量発現系の確立とMotSのN末端側から55番目から90番目までの領域を段階的に欠損させたものを用いて、MotSの運動性に関与する最小機能領域を決定した。
クエンチ原理に基づく汎用蛍光免疫測定素子の構築

各種の抗原検出を迅速高感度に行うことができる新規免疫測定原理Quenchbody法の発展を目指し,末端を蛍光ラベルした抗体結合蛋白質プローブを作製した。これをビメンチン認識ヒトFab抗体断片と混合すると,プローブの色素が抗体内部のTrp残基によりクエンチされた。さらにこれに抗原ビメンチンを加えると濃度依存的にクエンチが解除され,抗原を蛍光強度の増加として観察することに成功した。本課題は,各種の抗原検出を迅速高感度に行うことができる新規免疫測定原理Quenchbody法の発展を目指したものである。これまで,部位特異的に末端近傍を蛍光ラベルした組換え抗体(一本鎖抗体scFvあるいはFab断片)を作製し,これをサンプルと混合して蛍光強度を測定することで,色素の抗体内在Trp残基によるクエンチとその解除に伴う蛍光強度の増加から各種抗原を高感度に検出できることが分かっている。そこで今回,検出プローブとして蛍光標識抗体結合タンパク質を用い,これと既存の精製抗体を結合させることでQuenchbody化することを目指した。本年度は,前年度作製した,ヒトFab断片への安定な結合を期待した検出プローブである,Protein A (PA)とProtein G (PG)の各1個の結合ドメインをヘリックス形成(DDAKK)4リンカーを介して融合させたPAxPGタンパク質を,大腸菌を用いて大量に調製し,第一にその抗体結合能を表面プラズモン共鳴法を用いて解析した。その結果,予想外なことに,PAxPGが各種IgG,特に検出に多用されるマウスIgG1とIgG2aに,野生型PAあるいはPG(多数の結合ドメインを持つ)に比べても有意に強く結合することが見出された。また,予想通りPAxPGは市販のヒト抗ビメンチンFab抗体にも強く結合した。そこで蛍光色素TAMRA標識PAxPGと等モルのFabを混合した所,約8%のクエンチが確認され,さらにこれにビメンチンを加えたところ,有意なクエンチ解除が観察された。すなわち本検出原理の証明に成功し,上記の知見と併せて特許出願を行った。今後,PAxPGと抗体との結合様式を明らかにすると共に,色素とPA間のリンカー(長さ,配列)の最適化などにより,より大きな蛍光応答を目指したい。結合蛋白質としてProtein L (PL)を用い,そのN末端近傍をTAMRAラベルして当研究室でクローン化したリゾチーム認識抗体LxE16のMBP融合VH, VL断片各160 nMと混合しTAMRAの蛍光強度を観察した。結果,抗原添加前に約8%のクエンチが見られ,そこに320 nMの抗原を加えることで23%の蛍光量増加が観測され,本原理により抗原検出が可能な事が示唆された。しかしこの応答は本抗体と類似の抗リゾチーム抗体のscFv型Quenchbodyの最大応答(40%)には至らないこと,PL結合能は抗体クローンによってまちまちである事等の問題も見受けられたため,次により汎用性の高い他の結合蛋白質としてProtein G (PG)およびProtein A (PA)およびそれらの組み合わせを用いて各種Fab断片に結合するプローブの構築を行った。結果,PAとPGをタンデムに結合したプローブが比較的高いFab結合能を示したため,現在その蛍光活性の評価を行っている。申請内容につき,その原理的成功を示唆する結果が得られた。今後さらに材料・方法の改良を進めることで,実用的なプローブ構築法を確立できると期待される。本年度の結果の検証を含めてさらに評価を進めていく。さらに最近報告された,PGより強くマウスIgG CH1領域に結合するとされる結合タンパクaffibodyについても今後評価していく予定である。予定通り,すなわちPA, PG,ならびに他の結合蛋白質とそれらの組み合わせにより,出来るだけ多くの抗体に結合し,蛍光クエンチと抗原依存的脱クエンチ現象を示すプローブの構築を目指す。さらに定量的な抗原結合能評価のため,大腸菌発現系を用いてプローブをより大量に調製する。
2次元微小共振器半導体レーザの発振モードの制御に関する研究

本研究は、2次元微小共振器半導体レーザにおいて、共振器の形や電極の形、さらに外部注入光を利用して、発振モードを制御することにより、半導体レーザの多機能化を図ることを目的とする。具体的には、以下の3点について検討を行う。(1)2つの曲面ミラーと2つの側面ミラーでレーザ共振器が構成される微小共振器半導体レーザの発振モードを理論と実験の両面から明らかにする。(2)安定な出力ビームが得られる共振器と電極の形状を明らかにする。(3)外部から光を注入することにより、注入同期現象を利用したモード制御の可能性を検討する。平成17年度は、主に(3)の課題に取り組んだ。具体的には、2つの曲面ミラーと2つの側面ミラーでレーザ共振器が構成される2次元微小共振器半導体レーザを縦に並べたタンデム型レーザを製作して、光注入による発振モードの変化を観測した。レーザの製作には、AlGaAs/GaAs屈折率分布型分離閉じ込めヘテロ構造の単一量子井戸エピタキシャルウエハを使用した。また、2つのレーザがそれぞれ異なったモードでレーザ発振するように電極を設計した。さらに、室温連続動作が可能になるようにAuSnを蒸着したAlNヒートシンクに半導体レーザをマウントした。片方のレーザの注入電流をしきい値電流よりわずかに高くバイアスしておき、異なるモードで発振するもう片方のレーザの注入電流を増加させることで、発振モードのスイッチング現象が観測された。さらに、モードがスイッチした後、2つのレーザの発振波長が一致しており、注入同期現象が生じていることが確認された。本実験により、光注入による2次元微小共振器半導体レーザのモード制御の可能性が示された。本年度は、(1)と(2)の課題に取り組み、以下に示す成果を得た。1.発振モードの調査共振器のパラメータや電極の形が異なる微小共振器半導体レーザに対して、発振特性を評価すると共に、拡張Fox-Liモード計算法を用いて共振器の固有モードを解析した。その結果、光線の周期軌道が幾何学的に安定になる共振器においては、それぞれの周期軌道に沿ってビームが伝搬する発振モードが現れることを明らかにした。さらに、これらの発振モードを電極の形により制御できることを明らかにした。一方、光線の周期軌道が不安定になる共振器においては、不安定周期軌道に沿ってビームが局在する特殊な発振モードが現れることを明らかにした。さらに、このような不安定共振器における光線と固有モードの対応関係を簡単な方程式で表した。2安定な出力ビームを得るための調査安定な出力ビームが得られる共振器形状を検討した。共振器長600μm、曲面ミラーの半径300μm、共振器の幅60μmのInGaAsP系歪MQW構造の半導体レーザにおいて、曲面ミラーの幅を40μmまで狭めた構造を用いることにより、高次モードの発振が抑えられ、単峰性の出力ビームが得られた。さらに、2電極構造を採用することにより、出力ビームのスイッチ機能を実現した。
強磁場下の超高強度レーザー駆動無衝突衝撃波とイオン加速

強磁場下での荷電粒子ビーム不安定性を理論・シミュレーションにより解析することで,不安定性に伴って起こる現象の解析とその抑制手法の検証を行った.強磁場下での電子ビーム不安定性では,不安定性が抑制される一方,印加磁場強度によってはビーム電子流のせき止めが生じることがわかり,その原因を詳細に調べた.超高強度レーザー光圧が誘起するイオン流の研究では,2流体不安定性による電磁乱流で高速電子が散乱されて局所的熱平衡化が生じること等を示した.高速点火レーザー核融合の加熱過程を対象に,外部強磁場による電子ビームガイドの効果を評価し,キロテスラ級磁場が電子ビーム発散を抑えてコア加熱効率が向上することを示した.本年度は,強磁場下でのレーザープラズマ相互作用とビーム伝播に関して,研究代表者と分担者がそれぞれの分野について以下の研究を行い結果を得た.1.強磁場下での電子ビーム伝播のシミュレーションによって電子流がせき止められる現象が見つかり,以前より問題になっていたが,これを理論・シミュレーションにより詳細な検討を行った.まず,運動論的効果を含んだ相対論的2流体不安定性の線形成長率とその固有モードを分散関係から詳細に調べた.その結果,右回り円偏光波に近い斜め伝播モードが不安定性化していることがわかった.このことから,斜め伝播不安定円偏光モードが非線形効果によるカスケードを起こして大強度のホイッスラー波に発展するという結論を得た.2.2DーPICシミュレーションにより,相対論臨界密度近傍のプラズマと超高強度レーザーとの相互作用による電磁場の自己生成,無衝突衝撃波ならびにイオン加速につき研究を行った.外部磁場を印加することにより衝撃波が静電的衝撃波から電磁的衝撃波に遷移することを明らかにした.さらに,電磁衝撃波では,衝撃波前面で加速されるイオン数が数倍に増加することを発見した.3.高速点火核融合において,強磁場による電子ビームガイド効果の有効性を調べるため,爆縮から加熱までの統合シミュレーションを行った.キロテスラクラスの縦磁場を印加した中実CD燃料球の爆縮シミュレーションにより高圧縮コアプラズマプロファイル並びに磁場配位を求め,これを初期条件として,高速電子ビームによるコア加熱計算を行った.この結果,磁場印加による熱流抑制効果に起因して,爆縮コアプロファイルがシガーライクな形状(縦長)になることが示された.また,シェル爆縮に比べて磁場拡散係数が大きくて燃料圧縮率が低い中実燃料の場合は,磁場の圧縮効果も小さく,最大圧縮時のミラー比は3程度で,加熱に適した磁場配位となることが示された.電子ビーム伝播に関しての強磁場印加による流れの堰き止め効果の研究に関しては,原因となるホイッスラー波の発生メカニズムがかなり詳細にわかってきた.また,相対論的臨界密度近傍での無衝突衝撃波生成に関しては,外部磁場印加により,静電衝撃波から電磁衝撃波に遷移することを示すことができ,加速イオン量の増加も観測されたので,今後の研究に弾みが付いた.さらに,研究期間前半の中心課題の一つである「高速点火核融合における電子ビームガイドへの応用」についても順調に解析が進んでいる.本年度は,強磁場下でのレーザープラズマ相互作用とビーム伝播に関して,研究代表者と分担者がそれぞれの分野について以下の研究を行い,以下の結果を得た.1.強磁場下での電子ビーム伝播のシミュレーションにより見つかった電子流のせき止め現象については,せき止める原因となる大強度ホイッスラー波の発生が斜め伝播波の非線形結合によるものであることがほぼ特定されたため,論文にまとめて投稿した.この際,3人のレフェリーによる様々な質問が出されたため追加のシミュレーションを行い,最終的に掲載された.また,ここまでの研究ではビーム電子が粒子で背景電子が流体のハイブリッドコードを用いて,イオンを動かさずに解析していたが,最終目標である無衝突衝撃波との関連を調べるために,イオンの運動を粒子として取り扱うことのできる計算オプションも追加してイオンの影響も調べた.2.超高強度レーザーと相対論的遮断密度近傍(NRCD)プラズマとの相互作用シミュレーションでは,レーザー吸収による高速電子の生成・伝搬とレーザーの輻射圧が誘起するイオン流の研究を進めることができた.高速電子については,2流体不安定性により発生する強い電磁場揺動による散乱とエネルギー緩和により,局所的に電子がほぼ熱平衡分布になることを発見した.一方,輻射圧によりイオンも運動してプラズマが圧縮されるが,圧縮波は衝撃波として伝搬し,その構造が高速電子由来の電磁場の揺らぎと強く結合して決まることを発見した.3.高速点火核融合における強磁場の電子ビームガイドへの応用に関しては,加熱実証実験に対する統合シミュレーションにより,磁場ガイドによる加熱効率の向上(1.6倍)を示し,燃料中に添加したCuからのKα過程から放出される光子数と加熱率の関係を評価することによって実験との比較を進めた.また点火実証実験においてビームガイドに要する磁場強度評価計算を開始した.大強度ホイッスラー波による電子ビームのせき止め効果については,Journal of Plasma Physicsに投稿した結果,レフェリーから様々な質問に答えるため追加のシミュレーションを行わなければならなかったが,本筋の結果に対して特に否定的な意見は出ず,最終的に掲載された.また,イオンの効果を含んだシミュレーションコードへの改良も行い,イオンの効果の解析を開始することができた.NRCDプラズマと超高強度レーザーとの相互作用については,大学院生を研究補助として雇用して粒子シミュレーションを行なわせることで様々な新しい現象を見つけることができ,その結果現れる電磁プラズマ現象を解析して,中国深セン市における2016 IHEDP等の国際会議で発表するとともに,一部論文としてまとめることができた.

また,本科学研究費のメンバーと大阪大学の長友准教授のグループとの研究協力により,NRCDプラズマにおけるイオン加速についての研究を新たに開始し,結果を国際会議(DDFI Workshop)において発表を行なうと共に論文を執筆することができた.本年度は,強磁場下でのレーザープラズマ相互作用とビーム伝播に関して,研究代表者と分担者がそれぞれの分野について以下の研究成果を得た.1.強磁場下での電子ビーム伝播におけるハイブリッドコード解析では,電子流のせき止め現象が,大強度ホィッスラー波に起因するものと特定されたため,コードを背景プラズマも粒子として取り扱える粒子コードに改良してイオン加速の解析を行った.改良の際に,境界での背景粒子の入出力が大きな問題となったため,様々な手法を試して最適なものを導入した.この粒子コードにより,大強度ホイッスラー波発生後に生成される静電場によりイオンが加速されることがわかった.2.無衝突衝撃波の形成過程につき,イオン2流体不安定性の理論とシミュレーション並びに実験結果の解析等の基盤研究を行なった.その結果,イオンビームの異常エネルギー緩和を発見し,関係する実験結果の説明に成功し,論文として発表した.また,イオンビームと高エネルギー電子ビーム2流体不安定性が共存する場合,電子ビームのフィラメント化により生じる静電界により,イオンビームもフィラメントになることを発見した.3.高速点火レーザー核融合における強磁場の電子ビームガイドへの応用に関しては,核融合点火実証を目的とし,点火級高強度レーザーによる高速電子生成過程並びに強磁場による電子ガイドに関するPICシミュレーションを実施した.強度5×10^20 W/cm^2のレーザーによる電子加速では,レーザーから電子ビームへのエネルギー変換効率は40%程度と高いが,加熱に寄与する低エネルギー電子へのエネルギー変換効率が10%程度と低いことが示された.また高エネルギー電子ビームのガイディングには10kT級の強磁場が必要となることが示された.今後の課題としてレーザー強度の低減とレーザーの短波長化による電子エネルギーの低減について検討を開始した.強磁場下での荷電粒子ビーム不安定性を理論・シミュレーションにより解析することで,不安定性に伴って起こる現象の解析とその抑制手法の検証を行った.強磁場下での電子ビーム不安定性では,不安定性が抑制される一方,印加磁場強度によってはビーム電子流のせき止めが生じることがわかり,その原因を詳細に調べた.超高強度レーザー光圧が誘起するイオン流の研究では,2流体不安定性による電磁乱流で高速電子が散乱されて局所的熱平衡化が生じること等を示した.
アメリカ陸軍第8軍法務部史料に基づくBC級戦犯横浜法廷における弁護制度の研究

本年度は平成30年8月13日から22日まで、平成31年3月12日から22日までアメリカ国立公文書館(以下“NARA")で米陸軍第8軍の史料調査を行った。現在、GHQ及び第8軍の日本占領関係の史料は、日本の国会図書館の精力的な複写作業により、その多くが同館の憲政資料室で閲覧することができるが、本件の調査対象とするものはまだ同室では閲覧できない史料である(RG338)。平成31年3月22日の調査時点では研究目的とする核心的史料は確認できていない。しかしながらその一方で、戦犯容疑者が収監されていた巣鴨拘置所から、第8軍に提出された在監者関連の史料の一部が同史料群にあり、在監者の健康・精神的不調を示す史料や釈放関連史料、さらには死刑執行命令書及びその受刑者の指紋が押された死亡診断書などが確認された。これらの史料は本研究テーマ直接的な史料ではないが、横浜法廷や東京裁判の概要を知る上では重要な史料であり、関係者のプライバシーや尊厳を最大限に配慮しながら調査活動を進めてゆく予定でいる。また、NARAには米陸軍通信部隊(The United States Army Signal Corps (USASC))が撮影した東京裁判関連の写真とともに、横浜法廷関連の写真も多数保管されている。NARAではこれらの写真1,660枚を16冊のアルバムにまとめて公開しているが、このアルバムの史料的意義は写真の裏面に付されているキャプションにあり、そこには被写体の人物名や撮影日時、そして撮影時の概況が記録されている。また、法廷速記録には記されていない情報も記載されていることもあり、平成31年3月末を以てキャプション内容の分析及びリスト化作業が終わり、その成果を次年度に向けて研究資料として発表する予定でいる。本年度は初年度であり、アメリカ国立公文書館(National Archives and Records Administration)収蔵文書の必要とする史料群をBOXNumber順に漏れなく調査したが、その一方で該当史料の収蔵量は非常に多く、現地での分析及び複写作業に大幅な時間を費やしてしまった。本研究にとってこれら史料群のBOXNumber順の調査は避けて通れない作業であるため、次年度もこのスタイルで調査活動を続けて行く予定であるが、時間の浪費を避けるためにも、現況についてNARAのリサーチャーや研究協力者に相談しており、その都度有益なアドバイスを戴いている。とはいえ、本年度は当初目的の研究史料の確認が出来ていないなかで、次年度もこの状態が続いた場合には、研究計画の変更を検討する予定でいる。
Fcドメイン含有タンパク質医薬品の体内動態制御に関わる分子的基盤に関する研究

Fcドメイン含有タンパク質の血中濃度の維持において主要な役割を果たすと考えられるFc受容体FcRnについて、タンパク質性医薬品の体内動態制御における役割を明らかにするため、(1)表面プラズモン共鳴(SPR)を使用したFcRnとFcドメイン含有タンパク質の結合特性解析法の確立、(2)FcRnとFcドメイン含有タンパク質医薬品の結合特性の評価、(3)FcRnを介したFcドメイン含有タンパク質の輸送量測定系の検討、(4)FcRnの発現調節に関する検討を行い、以下の結果を得た。(1)FcRn細胞外ドメインをセンサーチップに固定したSPR解析系を構築し、測定条件を最適化することができた。(2)Fcドメインを持つタンパク質性医薬品として、ヒト抗体(アダリムマブ)、ヒト化抗体(ダクリズマブ、オマリズマブ)、キメラ型抗体(インフリキシマブ)、Fc融合タンパク質(エタネルセプト、アレファセプト)について、FcRnとの結合親和性の比較を行った結果、血中半減期とFcRn結合親和性に相関が認められ、これらの医薬品の血中濃度維持においてFcRnとの相互作用が重要であることが示唆された。(3)ビオチン化したインフリキシマブ(0.110ng/ml)を定量可能なELISA系を構築した。ビオチン化インフリキシマブでパルスラベルしたヒト血管内皮細胞における培養上清中のビオチン化インフリキシマブ濃度を測定することができた。(4)ヒト臍帯静脈由来血管内皮細胞では、炎症性サイトカイン(TNFα、IL-1β、IL-6)によりFcRnの発現が抑制された。Fcドメインを持つタンパク質性医薬品は炎症性サイトカインの関わる疾患の治療に用いられることが少なくないが、これらのサイトカイン濃度が上昇している状態ではFcRnを介したFcドメイン含有タンパク質の血中濃度維持機能が低下している可能性が考えられる。【目的】Fcドメイン含有タンパク質の血中濃度の維持において主要な役割を果たすと考えられているFc受容体FcRnの発現および機能の制御機構を明らかにすること目的に、(1)FcRn発現量の変動に関する検討、(2)Fcドメイン含有タンパク質のFcRnを介したリサイクル効率測定系確立のための予備検討、を行った。【方法】(1)FcRnの細胞外部分に対するペプチド抗体を作製し、TNFα、IL-1、TPAなどで刺激した細胞(HUVEC)におけるFcRnの発現をウエスタンブロットにより検出した。(2)モデルタンパタ質としてヒト・マウスキメラ型抗TNFα抗体を用い、抗体が細胞に取り込まれた後にFcRnを介して培地中に放出(リサイクル)される量を測定するためのELISA系構築の検討を行った。【結果と考察】(1)ヒトFcRnの5'非翻訳領域には、AP-1、Sp-1、CREBなどの転写因子結合配列があるため、炎症性サイトカインやホルボールエステルによる発現変動の可能性が考えられたが、これまでのところ変動は観察されていない。(2)Sulfo-HNS-Biotin試薬を用いてビオチン化した抗TNFα抗体をNeutrAvidinを固定したプレートにアプライし、結合した抗体の検出用試薬としてHRP標識抗ヒトFc抗体を用いたとき、1100ng/ml(0.110ng/well)のビオチン化抗TNFα抗体の検出が可能であった。抗TNFα抗体希釈液にIgGを除去した血清を110%添加した場合でも同様に検出が可能であったことから、培養上清を用いた場合にも本検出系が適用できると考えられた。【目的】

Fcドメイン含有タンパク質の血中濃度の維持において主要な役割を果たすと考えられるFc受容体FcRnについて、タンパク質性医薬品の体内動態制御における役割を明らかにするため、(1)Fcドメインを持つタンパク質性医薬品とFcRnの結合親和性、および、(2)FcRn発現変動に関する検討を行った。【方法】(1)CHO細胞で発現させたヒトFcRn可溶性領域を精製し、表面プラズモン共鳴でFcドメイン含有タンパク質との親和性を評価する方法を構築して解析を行った。(2)生体内でFcRnを介したタンパク質リサイクリングに関与する主要な細胞であると考えられている血管内皮細胞を用いて、サイトカイン等の刺激に応じたFcRnの発現変動をウエスタンブロットにより解析した。【結果と考察】(1)Fcドメインを持つタンパク質性医薬品として、ヒト抗体(アダリムマブ)、ヒト化抗体(ダクリズマブ、オマリズマブ)、キメラ型抗体(インフリキシマブ)、Fc融合タンパク質(エタネルセプト、アレファセプト)について、FcRnとの結合親和性の比較を行った結果、血中半減期とFcRn結合親和性に相関が認められ、これらの医薬品の血中濃度維持においてFcRnとの相互作用が重要であることが示唆された。また、これらの医薬品では全てヒトIgG1由来のFcドメインを持ちながらもFcRnとの親和性が異なっていたことから、Fc部分のアミノ酸配列以外の要素がFcRnとの親和性に影響していると考えられた。(2)ヒト臍帯静脈由来血管内皮細胞では、炎症性サイトカイン(TNFα、IL-1β、IL-6)によりFcRnの発現が抑制された。Fcドメインを持つタンパク質性医薬品は炎症性サイトカインの関わる疾患の治療に用いられることが少なくないが、これらのサイトカイン濃度が上昇している状態ではFcRnを介したFcドメイン含有タンパク質の血中濃度維持機能が低下している可能性が考えられる。
人工物システムの持続的運用のための自動シナリオ生成とそのシミュレーション

ある地域を対象とした津波避難シミュレーションを題材に研究を進めている。これは、避難を行う住民をエージェントとしたエージェントベースシミュレーションである。エージェントは、行動規則に従い避難行動をとり、被災後の状況として、通行困難な道路や橋梁の存在が前提である。そのときの避難時間、特に最大避難時間すなわち全住民が避難完了するまでの所要時間に、道路や橋梁の通行の可否が与える影響を調査するものである。すなわち、ある道路や橋梁が通行できないという仮説に対して、最大避難時間を出力としたシミュレーションを行うものである。ここで、まず、いくつかの仮説をサンプリングし、以後、1)サンプリングした仮説を独立に評価し、それぞれの最大避難時間を得る。2)得られた最大避難時間の分布をもとに、次の評価すべき仮説をサンプリングする。以下、1)と2)を繰り返す手順を考え、その繰り返しから、最大避難時間に対して影響の大きな道路や橋梁の通行状態を見つけることができるか?という問題設定のもとで、得られた最大避難時間の分布をどのように利用すれば、効果的により影響度が大きな仮説がサンプリングできるかを検討している。2018年度は、仮説のサンプリングに遺伝的アルゴリズムの枠組みを用いて、2つの仮説の組から交叉と突然変異の操作によって新しい仮説のペアを生成することを検討した。この際の課題は、ある仮説(言い換えれば遺伝的アルゴリズムの個体)を効果的に評価する適合度関数の設計であると考え、仮説を遺伝的アルゴリズムの個体として表現する方法と、その評価方法について、これまでの研究を整理してきた。また、その状況や問題の設定を、2度の講演で紹介してきた。また、この課題に関連して複数のタスクをひとつの個体集団で処理する進化アルゴリズムを検討している。これらについては、基本アルゴリズムの性能評価を行い、研究会で発表を行った。代表者の環境変化と分担者の異動が重なり、論点の整理や成果の整理などの共同研究の打ち合わせにを実施する時間が限られていたことで、やや遅れたと判断する。2019年度は打ち合わせを密に行う体制を構築するとともに、シミュレーションの実行環境を整備し、研究を加速する体制を確立する。代表者:畠中は、仮説のサンプリングの観点から、複数仮説の尤度を評価し次のサンプル点(仮説)を生成する過程を状態空間モデルの立場から議論し、分担者:内種は避難シミュレーションにおける遺伝的アルゴリズムを援用した実験計画についての成果をまとめ、論文発表を行う計画である。電気学会C部門大会(札幌開催)での打ち合わせが地震で中止になったこと、そののち、分担者の異動関係で時間が確保できなかったこともあり、旅費の支出が大きく減じた。今年度はIEEEの計算知能部門が開催する国際会議で、関連の発表2件を行うことを計画しており、その旅費等に充当することを計画している。
フラックス法による酸化物結晶育成技術の深耕と大型光電極作製への挑戦

本研究では,TSFG(Top Seeded Flux Growth)法にてセンチメートル級の大型な酸化物結晶を育成することを目標の一つとする。特に,紫外光応答型の水分解用光触媒として知られ,窒化により可視光応答型光触媒であるTa3N5に変換できるNaTaO3を目的結晶とする。また,NaTaO3がTa3N5に窒化する挙動や過程を調査することを目的とする。平成30年度は,TSFG法の種子結晶として用いるためのミリメートルサイズのNaTaO3結晶をフラックス育成することに注力した。また,窒化の際の課題を抽出するために,ミリメートルサイズのNaTaO3結晶の窒化を試みた。昨年度の研究から大型結晶が得られることがわかっているNa2MoO4をフラックスとして用い,保持温度1500°C・徐冷にて結晶を育成したところ,生成結晶サイズが増大した。最大で8.0mm×4.7mm×0.04mmの板状結晶が得られた。1.5mm×1.0mm×0.03mm程度の板状NaTaO3結晶を窒化すると,黒色に変化し,Ta3N5にほとんど変換されなかった。元素分析および表面観察の結果,板状NaTaO3結晶の表面にCaMoO4粒子の付着が見られた。フラックスとして用いたNa2MoO4由来のMoと電気炉由来のCaが原因と考えられた。このCaMoO4不純物を除去するためにフッ酸で処理した。NaTaO3結晶の表面をフッ酸で溶解することでCaMoO4が除去されることを確認できた。フッ酸処理したNaTaO3結晶を窒化すると,未処理結晶に比べて窒化が進行し,XRD分析にてTa3N5の生成量の増大を確認できた。また,XRD分析より,Ta3N5の配向が確認された。NaTaO3およびTa3N5の結晶構造から,NaTaO3結晶の結晶面の影響を受けてエピタキシャル成長に類似の様式でTa3N5に変換されたと考える。通常のフラックス法にて,昨年度を超えるサイズにNaTaO3結晶を大型化できた。窒化の挙動や過程を調査できるミリメートルサイズのNaTaO3結晶が安定して得られる条件が見つかったため,窒化の実験に着手した。その結果,窒化が進行しないことが判明し,その課題の解決方法を見出した。また,NaTaO3からTa3N5への変換の際の結晶学的な新たな知見が得られた。以上は予定していたとおりの到達内容であり,一定の成果を得ることができたため,おおむね順調に進展していると判断できる。平成31年度は,TSFG法によるNaTaO3結晶のさらなる大型化に取り組む。結晶化温度や結晶が大型化する温度領域を調査し,結晶育成期間の短縮(効率的な結晶の大型化)を模索する。NaTaO3結晶の窒化に関しては,今年度の実験をベースに詳細な分析・解析を進め,結晶面と窒化の関係を明らかにする。昨年度に引き続き,計算的手法による窒化機構の解明も進める。今年度までに実施したTi系酸化物の窒化に関する計算手法を活用する。平成29年度は,TSFG法の種子結晶として用いるためのミリメートル級のNaTaO3結晶をフラックス育成することに注力した。最初にフラックス種を検討した。フラックスの選択指針や過去の他の酸化物結晶の育成例より,モリブデン酸ナトリウム(Na2MoxO3x+1; x=1,2,3)をフラックスとして選択した。1100°Cにて結晶を育成したところ,x=1のNa2MoO4フラックスの場合のみ,目的のNaTaO3が単一相で得られた。フラックスの選択指針の有効性を確認でき,選択指針から抽出されたフラックスの中でも好適なフラックスがあることが実験から明らかとなった。次に,保持温度を1500°Cに増大したところ,結晶の大型化を確認でき,数mmの結晶も得られた。さまざまな溶質濃度で結晶を育成したところ,溶質濃度に依存して,数mmの骸晶,数mmの板状結晶および数十μmの直方体結晶の3種類の形状の結晶が得られた。TSFG法の種子結晶として用いる場合,数mm板状結晶が有効と考える。板状結晶のTEM観察より,その発達面が(010)面であり,板状結晶の長辺に平行な面が(10-1)面,垂直な面が(101)面であることがわかった。格子定数を考慮すると,今回の板状成長は特異である。また,SrTiO3単結晶基板上へのNaTaO3結晶のヘテロエピタキシャル成長も実施した。その結果,面内均一性は乏しいものの,複数の方法およびフラックスでヘテロエピタキシャル成長したNaTaO3結晶が得られた。これまでに報告されていないミリメートルサイズのNaTaO3結晶を育成できた。現在のサイズでTSFG法の種子結晶として使用できるか否かは今後の実験で試す必要がある。また,板状成長についてもこれまでに報告はなく,格子定数からは単純に説明できない。したがって,計算的手法を導入して板状成長のメカニズムを追究する。

これらは平成2930年度に予定していた窒化とその機構の解明の一部であり,すでに着手している。また,NaTaO3結晶のヘテロエピタキシャル成長についても新たな知見が得られた。本研究では,TSFG(Top Seeded Flux Growth)法にてセンチメートル級の大型な酸化物結晶を育成することを目標の一つとする。特に,紫外光応答型の水分解用光触媒として知られ,窒化により可視光応答型光触媒であるTa3N5に変換できるNaTaO3を目的結晶とする。また,NaTaO3がTa3N5に窒化する挙動や過程を調査することを目的とする。平成30年度は,TSFG法の種子結晶として用いるためのミリメートルサイズのNaTaO3結晶をフラックス育成することに注力した。また,窒化の際の課題を抽出するために,ミリメートルサイズのNaTaO3結晶の窒化を試みた。昨年度の研究から大型結晶が得られることがわかっているNa2MoO4をフラックスとして用い,保持温度1500°C・徐冷にて結晶を育成したところ,生成結晶サイズが増大した。最大で8.0mm×4.7mm×0.04mmの板状結晶が得られた。1.5mm×1.0mm×0.03mm程度の板状NaTaO3結晶を窒化すると,黒色に変化し,Ta3N5にほとんど変換されなかった。元素分析および表面観察の結果,板状NaTaO3結晶の表面にCaMoO4粒子の付着が見られた。フラックスとして用いたNa2MoO4由来のMoと電気炉由来のCaが原因と考えられた。このCaMoO4不純物を除去するためにフッ酸で処理した。NaTaO3結晶の表面をフッ酸で溶解することでCaMoO4が除去されることを確認できた。フッ酸処理したNaTaO3結晶を窒化すると,未処理結晶に比べて窒化が進行し,XRD分析にてTa3N5の生成量の増大を確認できた。また,XRD分析より,Ta3N5の配向が確認された。NaTaO3およびTa3N5の結晶構造から,NaTaO3結晶の結晶面の影響を受けてエピタキシャル成長に類似の様式でTa3N5に変換されたと考える。通常のフラックス法にて,昨年度を超えるサイズにNaTaO3結晶を大型化できた。窒化の挙動や過程を調査できるミリメートルサイズのNaTaO3結晶が安定して得られる条件が見つかったため,窒化の実験に着手した。その結果,窒化が進行しないことが判明し,その課題の解決方法を見出した。また,NaTaO3からTa3N5への変換の際の結晶学的な新たな知見が得られた。以上は予定していたとおりの到達内容であり,一定の成果を得ることができたため,おおむね順調に進展していると判断できる。当初の実施計画通り,TSFG法によるNaTaO3結晶の大型化(主にホモエピタキシャル成長),フラックスコーティング法によるNaTaO3結晶の大型化(主にヘテロエピタキシャル成長)に取り組む。また,ある程度大型の結晶が得られた時点で窒化によるTa3N5への変換を試み,課題抽出や窒化挙動の確認を実施する。さらに,平成29年度に引き続き,計算的手法による窒化機構の解明も試みる。窒化機構を解明するための確立された手法は存在しないため,NaTaO3やTa3N5の各種結晶面に関する基礎的な計算から始める。平成31年度は,TSFG法によるNaTaO3結晶のさらなる大型化に取り組む。結晶化温度や結晶が大型化する温度領域を調査し,結晶育成期間の短縮(効率的な結晶の大型化)を模索する。
半導体レーザーを用いた近接場変調分光法の開発

固体表面近傍における原子、分子の挙動の観測は、固体と原子、分子の相互作用や自由空間とは異なる領域での原子、分子の運動を理解する上で重要である。そのためここでは、固体表面近傍での原子、分子の挙動および表面との相互作用を反映する光吸収プロファイルについて、その高感度な精密測定法の開発と応用を目的する。具体的には、誘導体、真空界面で光が全反射するときに真空中に光がしみ出す、いわゆるエバネッセント波の吸収スペクトルを、半導体レーザーを用いた周波数変調分光法により、高精度に測定する。本年度の研究成果は、以下のとおりである。1昨年度完成した半導体レーザーを用いた高感度変調分光システムを用いて、引き続きエバネッセント波を用いたガラス表面近傍のルビジウム原子の吸収および飽和吸収スペクトルの観測を行った。2そのためのルビジウム封入セルの改良を行うとともに、表面での光触媒作用で有名な二酸化チタンを用いたセルを試作し、ガラス表面と二酸化チタン表面近傍におけるルビジウム原子の挙動観測の準備を整えた。3厚さ1mm程度の放電管を試作し、上記分光システムを用いたプラズマ中励起原子の微小空間における衝突過程観測およびガラス表面近傍での挙動観測システムを準備した。そのためここでは、固体表面近傍での原子、分子の挙動を反映する光吸収プロファイルについて、その高感度な精密測定法の開発と応用を目的する。具体的には、誘電体、真空界面で光が全反射するときに真空中に光がしみ出す、いわゆるエバネッサント波の吸収スペクトルを、半導体レーザーを用いた周波数変調分光法により、高精度に測定する。1外部共振器により波長制御された半導体レーザーの共振器に、任意の振幅の周波数変調をかけ、ルビジウム原子蒸気を対象に、高感度のドップラープロファイルの測定(数10MHzの変調振幅)と高精度のラムディップの測定(1MHz以下の変調振幅)が可能な変調分光システムを試作した。2上記分光システムを用いて、ルビジウム原子蒸気、石英プリズム界面でのエバネッセント波の飽和吸収を高感度に測定した。3上記測定により、石英プリズム表面におけるルビジウム原子の速度分布を反映するドップラー幅の中にマックスウェル分布と異なる大きな構造や、通常とは異なる符号のラムディップの構造が確認された。現在は、観測された現象についての考察と周波数変調分光システムの改良を行っているところである。なお、これらの成果に関しては、平成10年3月に広島大学で開催される日本物理学会第54回年会において報告する予定である。
光プラズモニック人工磁気格子の機能と応用

本研究では,磁性体と光との相互作用を利用する光プラズモニック人工磁気格子を開発し,その基礎的特性を明らかにし,応用を探索するものである.この構造は,Au粒子の大きさと構造の周期によって,プラズモン共鳴が起こる波長を大きく移動することが可能となる.プラズモン共鳴波長でファラデー回転角が大きく増大させることができる.この人工磁気格子は,薄膜でも大きな回転角が得られ,かつ波長選択性をもたらすことから,光磁気センサ,磁気イメージングデバイスなどへの応用が期待されるものである.これまでの研究内容を踏まえ,今年度はFDTD法によるシミュレーションによる構造探索を進めた.FDTD法で求めた電界分布を用いて,ファラデー回転角と楕円率角を計算するプログラムを開発した.また,実験結果とFDTDシミュレーションでは,表面プラズモン共鳴の波長の不一致があったが,SEM像から得られた形から扁平楕円体としたところ,波長をほぼ一致させることができた.電子線描画装置を用いて構造体のパターン形成プロセスの開発を行い,マスクモードを用いてパターン形成を行った.学内の共通設備であるため,長時間の占有ができないため,既定の時間内で描画を終えなければならない.また我々が以前に開発した近接場光学顕微鏡(SNOM)の改良を行った.オープンループ制御のチューブ型ピエゾステージを使っていたが,画像のひずみがあるためクローズドループ制御を行うXYZステージへ交換を行った.また偏光測定機構を加えて測定が可能であること,SNOMプローブの位置を制御するために振幅検出を行ってきたが,位相検出法についても検討を行った.・FDTD法によるシミュレーションによる構造探索:長方配列のAu粒子との複合構造体について検討を行った. Au粒子が長方配列する場合,光学および磁気光学応答に配置に対して偏光の回転角によってファラデー回転角の大きさと波長位置が変化する.この構造についてFDTDシミュレーションによって研究を行った.昨年度開発した電界分布からファラデー回転角と楕円率の分布を求めるプログラムを使用し,回転角の分布図を求めることができた.ここで,昨年度実験により求めた誘電率テンソルを用いた.また,これまでAu粒子を球であるとして計算を行ってきたが,プラズモン共鳴の波長が実験結果よりも短波長側に現れた.SEM観察の結果をもとに扁平楕円体にしたところ,シミュレーションで共鳴波長をほぼ実験と一致させることができた.・電子線描画装置による構造体の作製プロセスの開発:周期的に配列したAuなどの金属粒子を作製するプロセスの開発を行った.本学の共通設備である電子線描画装置を使い,マスクモードで微細なパターンを作製する場合のパターン作製条件を求めた.描画に時間がかかるため直径100nmほどのパターンを作製するのは0.2mm四方ほどに制限されることが分かった.・近接場光学顕微鏡の改善:すでに我々が開発をしたSNOMでは,チューブ型ピエゾステージをオープンループ制御しているため,像のひずみがあった.そこでクローズドループ制御を行うXYZステージに交換した.線形性は良くなったが,測定時間が長くなるという欠点もあることが分かった.また偏光の測定機構を付加して動作確認を行った.またSNOMプローブの位置制御を振幅検出によって制御を行ってきたが,ロックインアンプを用いて測定を行ったところ現在使用している無開口プローブ(A-probe)では位相検出による制御の方が低ノイズの像が得られることが明らかになった.・FDTDシミュレーションによる複合構造体の構造探索:引き続き,長方配列のAu粒子と磁性ガーネットとの複合構造体の構造において,大きな回転角が得られる構造を探索する.相反性が通常の磁気光学材料とは異なる可能性があり,Kerr効果測定とシミュレーションにより明らかにする.また隣接する粒子間距離に遠近を付けた構造,三角形など,新しい構造について検討する.・電子線描画装置による構造体の作製プロセスの開発:前年度に電子線描画装置のマスクモードを用いて,周期的に配列したパターン形成を行ったが,今年度は直描モードでパターンを作製し両者の描画速度の比較を行う.本学の共通設備であるため長時間の使用が難しいためである.・Au粒子/磁性ガーネットによる複合構造体の作製と評価:シミュレーションによって得られたAuの周期構造を電子線描画装置によって作製するプロセスを開発する.ミリング法でAuの柱状の周期構造を作製し,最終的にAuの体積縮小を避けるため,形成したAuを1000°Cで加熱して,結晶化および球状可する.その後で,磁性ガーネットをスパッタ法で成膜し,750°Cで結晶化の熱処理を行う.・磁気光学グラニュラ構造体の開発:新規のナノ構造体としてFeCoやNiFe粒子とSiN媒体を用いたグラニュラ構造の検討を行う.この試料は,赤外域で磁気光学効果が大きくなることが報告されており,回転角と波長について実験によって,その可能性を明らかにする.・近接場光学顕微鏡(SNOM)の改善と構造体観察:昨年度,振幅検出よりも位相検出法が適していることが分かったが,さらに周波数検出法について検討する.SNOMでは自己検出プローブを用いているが,適した検出方法の機構を開発する.このSNOMによる偏光測定を複合構造体について行い,FDTDシミュレーションで得られたファラデー回転角の分布との比較を行う.磁性体と貴金属を組み合わせた構造体では,プラズモン共鳴を利用して磁気光学効果の一つであるファラデー効果を大きく増加させることができる.このような光プラズモニック人工磁気格子において,Au球が長方に配列した構造についてFDTDシミュレーションによって光学と磁気光学応答を求めた.

ここで使用している磁性ガーネットの誘電率テンソルを分光エリプソメータおよび円偏光変調法による磁気光学効果測定装置を使って求めた.その数値データをもとにFDTD計算から電界分布を求め,その値からファラデー回転角とファラデー楕円率を求めるプログラムを作成した.これにより200x250nmの長方配列Au粒子との複合構造体の磁気光学応答を求めることができた.試料に垂直に偏光を入射し,偏光の回転角を変えたときに45°付近でファラデー回転が大きくなり,かつ透過率はそれほど低下しないことを確認した.本研究では,ファラデー回転角とファラデー楕円率を求めて,誘電体テンソルの非対角成分を求めたが,そのために円偏光変調による磁気光学効果測定装置を構築した.これは光弾性変調器を用いて,分光した直線偏光を用いて,50kHzで直線偏光と円偏光の間を変化させて,光強度から回転角と楕円率角を求める方法である.回転角と楕円率のスペクトルから,磁性ガーネットの膜厚を用いて,複素数の誘電率の非対角成分のスペクトルを求めた.また実際に複合構造体を開発するため,電子線描画装置を用いた作製プロセスの立ち上げを行ってきた.直径100nmほどのAu粒子を3mm×3mmの領域に周期的配置に形成するものである.・磁性ガーネットBi:YIGの誘電率テンソルの測定: FDTDシミュレーション等で使用するために,構造体で使用するBi:YIGの誘電率を求めるために,円偏光変調法によるファラデー回転角とファラデー楕円率を測定する装置の開発を行った.分光器から出た光を直線偏光に変え,光弾性変調器に入力することで,50kHzで直線偏光から円偏光へと変化させ,試料を透過した光の強度を検出することで,回転角と楕円率を同時に測定する.また,分光エリプソメータを用いて,Bi:YIGの膜厚およびを誘電率テンソルの対角成分のスペクトルを求めた.ファラデー回転角と楕円率のデータと膜厚からテンソルの非対角成分スペクトルを求めた.・光プラズモニック人工磁気格子の構造のシミュレーション:長方配列のAu粒子との複合膜について検討を行った.この構造では光学と磁気光学応答に方向による異方性の導入が期待され,偏光の角度によってファラデー回転角の大きさと波長を変化する光学素子として利用できる.これらの構造の検討をFDTD法(有限差分時間領域法)によるシミュレーションを用いて行った.これまでにFDTD法によって,透過率スペクトルを求めていたが,新たに電界分布から,ファラデー回転角スペクトルおよびファラデー楕円率スペクトルとそれらの分布図を求めるプログラムを開発した.今年度求めた誘電率テンソルを用いて,Au粒子の直径が120nm,周期が200x250nmの長方配列構造体の光学および磁気光学応答を求めることができた.・光プラズモニック人工磁気格子の作製プロセスの開発:新しく長方配列AuとBi:YIGとの複合膜を作製するプロセスの開発を行った.微細なパターンを作製するための電子線描画装置の立ち上げを行い,パターン作製条件を求めた.直径100nmほどのAu柱を作製するためのArイオンミリングの条件を求めた.
培養海馬ニューロンの膜形成における糖脂質の機能の解析

1、海馬ニューロンにおける細胞表面糖脂質の分布と動態東京都臨床総合研究所の田井博士より供与された抗糖脂質モノクローナル抗体を用いてニューロンの分化の際の糖脂質の発現の変化を測定した。その結果ガングリオシドGD3がニューロンの分化の初期に発現し、分化に伴い消失することを見いだした。一方コレラトキシンのBサブユニットの結合で見たガングリオシドGM1はニューロンの分化の進行にかかわらず常に細胞表面に発現していた。蛍光抗体法による実験では他のガングリオシドであるGM3,GT1b,GD1bの発現は見られなかった。GM1はニューロンの軸索にも樹状突起/細胞体にも分布していたことから、金コロイドで標識したコレラ毒素を調整し、樹状突起と軸索での動きを高感度ビデオカメラを用いて顕微鏡下で観察した。その結果GM1は軸索ドメインでも樹状突起ドメインでも非常に遅い拡散をしていることがわかった。2、培養上皮細胞におけるGM3の細胞内分布ニューロンの膜形成機構の理解のヒントを得る目的でニューロン同様極性を有している上皮細胞の膜形成に関しても研究を行なっている。培養上皮細胞であるMDCK細胞は先端面と側底面の二つの形質膜を有しており、糖脂質は主として先端面に濃縮されていると言われているが、詳細な検討は行なわれていない。MDCKの主要糖脂質であるGM3に体するモノクローナル抗体を用いてGM3の細胞表面での分布を測定した。メンブレンフィルターに生育させたMDCK細胞は上側を先端面、下側を側底面と配向して配列する。先端面と側底面はタイトジャンクションによって仕切られている。このような細胞は上側からは抗GM3抗体によって間接蛍光抗体法により染色されるが下側からは染色されなかった。またカバーグラス上に生育させたMDCK細胞を抗GM3抗体を用いて染色すると先端面に特徴的な斑点状の染色パターンを示したが、培地からカルシウムを除いてタイトジャンクションをはずすと側底面も染色された。これらの結果はGM3は先端面に局在しており、局在化にはタイトジャンクションが必要であることを示している。