hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
エントロピーを増大させないオペレーティングシステムの提案

コンピュータが生活基盤として多用されるようになると、その信頼性(Dependability)が非常に重要になる。なぜなら、ある一つのソフトウェア故障が、われわれの生活に重大な支障をきたすからである。本研究は、コンパイラや検証器、また開発手法や検証技法で取り除くことのできないソフトウェアバグを対象とし、オペレーティングシステム技術の研究開発を行った。このようなソフトウェアバグは障害として表出する条件が不確定である。われわれはシステム内で条件が整っていく様子をエントロピーの増大とみなし、エントロピーの増大を防ぐ手法を検討した。第一の手法として、マイクロカーネルアーキテクチャを採用した。これは先行研究によって明らかにされていることだが、マイクロカーネルアーキテクチャはデバイスドライバやファイルシステムなどのサブシステムをユーザ空間で動作させるため、サブシステムの障害によってカーネルが停止することはない。通常、マイクロカーネルアーキテクチャにおいては、各サブシステムを独立のプロセスとして堅牢性を高めることができる。われわれはこの特徴を生かし、ファイルシステムやデバイスドライバなどを独立したプログラムとして開発した。第二の手法として、サブシステムの構築方法を検討した。従来のプログラミング手法はエラーメッセージの処理は前提としていても、障害復旧を前提としていない。つまり、カーネルによって強制的に停止されてしまう。われわれは各サブシステムに障害復旧を前提とするプログラミングを推奨するフレームワークを開発した。1.学会でのポスター発表RTCSAのポスターセッションに参加した.エントロピーというアイディアは受け入れられたものの,その具体性の乏しさを指摘された.提案書でも触れたように,ソフトウェアシステムは突発的に原因不明の動作をすることがある.特にこれによってシステムのパフォーマンスが低下している状態を,本提案ではエントロピーが増加している状態と定義している,しかしながら,エントロピーという言葉に対して定量的な尺度を提案しない点を指摘された.私の考えるエントロピーはあるひとつの側面(メモリ使用量,コンテキストスイッチの速度など)だけで捉えられるものではないため,定量化は難しい.研究としては,解決手法としての再起動に重点を置いている.2.技術交流マイクロソフト研究所の研究用OSであるSingularity上でプロセス再起動の機構を設計・実装した.本提案では,プロセスよりも細かい単位での再起動を考えている.しかし,この経験を通して,プロセスレベルでの再起動が最適であることがわかった.なぜなら,現在のハードウェアが提供するメモリ保護のレベルがプロセスであり,それ以上に細かい単位での制御は大きなオーバーヘッドとなるからであり,それ以上に,コンパイラとの連携が必要不可欠であるからである.理想的にはコンパイラとの連携を考慮すべきだが,時間の制約上,将来課題としたい.本提案では,マイクロカーネル上のマルチサーバOSとしてシステムを実現することで,システムコンポーネントの独立性を高め,再起動時のコンポーネント管理をシステム内で行えることを方針とした.3.システムの実装L4マイクロカーネルを使い,マルチサーバOSを実装している.本年度は,プロセス管理,メモリ管理,ディスクデバイスドライバを実装した.コンピュータが生活基盤として多用されるようになると、その信頼性(Dependability)が非常に重要になる。
下顎骨延長法が顎関節に及ぼす影響についての研究

下顎骨延長した場合、下顎頭が顎関節窩に押し付けられた結果同部に生じる同窩からのreaction force(関節反力)が下顎骨に及ぼす影響について様々な見解が示されはじめてきている。本研究は、咀嚼時にみられるような下顎骨の複雑な動きを可能にしている下顎頭関節部表面軟骨の不規則に配列した軟骨細胞がstressを受けた時に細胞形態や細胞層の厚みを変化させるという性質を利用し、骨延長中・後のstressが成長期にあるラット下顎頭に及ぼす影響を調べることを目的とした。平成13,14年度は、成長期ラット下顎骨延長モデルを用いて延長後の下顎頭に存在する成長因子PTHrPの局在とその動態と、同局在部の3次元的骨構造の経時変化によって評価した結果、延長側下顎頭軟骨全体にPTHrPの過剰発現と、それに伴う同軟骨下海綿骨量の減少がみられた。本年度は、ラットの解剖学的顎関節形態を考慮し、顎関節上方部と後方部に分け、詳細なreaction forceの影響を検討した。本年度の研究から、軟骨内PTHrPは延長側下顎頭上方部で過剰発現し、同軟骨直下海綿骨量はその2週間後に減少し、その後PTHrPは過剰発現したままだったが、骨量は増加し、延長6週後には対照群よりも大きい値を示したことがわかった。結果から、関節窩に接しているラット下顎頭上部が延長時stressを受け、そのreactionが成長に伴いreleaseされたことが考えられた。PTH/PTHrPは骨形成時骨細胞DNA合成等を刺激するIGF-1の分化を調整する因子として知られており、IGF-1がmechanical loading反応因子であることが証明されており、本研究においてPTHrP発現が著しく変化したことから、PTHrPがmechanical response elementである可能性がはじめて示唆された。今後更にmechanical loadingの大きさ/方向と、PTHrPを含めたmechanical response elementの発現の関連を解明していくことにより、下顎骨を含めた頭蓋顎顔面成長の予測を可能にする一助となるだろう。骨延長法を施行したことによる顎関節(下顎頭)の変化について様々な見解が示されているが、その詳細に関する報告は少ない。特に成長期にある個体に下顎骨延長を行った場合、下顎頭軟骨・骨は骨延長中・後の間接反力が加わると同時に、それ自体が成長の場であるという要因も重なり、種々の反応を示すことが考えられる。その複雑さゆえに、骨延長後に成長終了を迎えた成体の下顎骨、特に下顎頭への影響は明らかにされていない。その解明の一助とするため、成長期ラットにおいて下顎骨延長法を施行した時の顎関節窩に押し込まれた下顎頭に着目し、顎関節で生じる延長力に対する間接反力(reaction force)がラット下顎頭に及ぼす影響を調べることとした。本研究では、骨延長後の延長側下顎頭に存在する骨・軟骨成長因子の動態の変化を組織免疫学的に、延長側下顎頭の3次元骨構造変化をmicro-CTを用いて形態学的に解析した。研究結果から、片側下顎骨延長を施行したラットの延長側下顎頭では、正常なラットの顎関節窩内でみられるような、バランスを保った位置にある下顎頭に比べ、過剰な負荷が加わったことによる成長因子の過剰産出とそれに伴う骨質の低下から、下顎骨成長が総体的に低下することが示唆された。現在の臨床において、骨延長法を施行する時期について諸説が議論されている。

しかし本研究結果から、特に成長途中にある患者の下顎骨延長に関しては、その患者の成長パターンを十分に把握し慎重に治療計画を立案しなければ、患者の下顎骨の主な成長の場である下顎頭の成長能力を抑制してしまう可能性があることが示唆された。1)下顎正中部で離断し側方へ延長を行った症例と両側骨体部で離断し前後方向へ延長を行った症例について、顎関節部の形態的変化と位置的変化および延長部の化骨過程を密度変化として解析した。その結果、正中部での延長では両側下顎頭は外側に回転し、骨体部の延長では、後方へ時計回りに回転しているのが認められた。また、延長部の密度変化は、術前の値に復帰するまでに2-3ヶ月を要することが判明した。2)過去に下顎骨延長術(両側骨体部)を施行された2症例において、下顎頭の形態的変化を経年的に追跡した。術前および術後1年経過時ののセファログラムおよびCT画像を比較した結果、延長部の後戻り様変化と下顎頭部の平坦化などが認められた。とくに、術前より関節症状を有していた症例では、その変化は著明であった。3)三次元有限要素モデルを作製し、骨体部で延長した場合の顎関節部における力学的反力の変化をシミュレートするプログラムを開発した。主に、咬合状態の変化と筋牽引方向の変化によって力学的な反力が変化していることが判明したが、仮骨中の骨組織の力学特性などが未知のため、今後、物理実験等が必要と思われた。ラット下顎骨延長モデルを用いた実験の結果から、延長側下顎頭軟骨全体にPTHrPの過剰発現と、それに伴う同軟骨下海綿骨量の減少がみられた。さらに、軟骨内PTHrPは延長側下顎頭上方部で過剰発現し、同軟骨直下海綿骨量はその2週間後に減少、その後過剰発現が継続した。この実験結果から、関節窩に接しているラット下顎頭上部が延長時にStressを受け、そのreactionが成長に伴いreleaseされたものと考えられた。これは、PTHrPがmechanical response elementである可能性も示唆されたものと考えられる。今後、更にmechanical loadingの大きさ/方向と、PTHrPを含めたmechanical response elementの発現の関連を解明していくことにより、下顎骨を含めた頭蓋顎顔面成長の予測なども可能となるであろう。さらに、臨床症例の解析結果からは、それぞれの症例における関節部の力学環境を把握した上で延長の術式や荷重方向を決定することの重要性が示されたとともに、生体力学シミュレーションによって咬合時に顎骨に発生する力学エネルギー(相当応力)の分布や下顎頭における反力ベクトルを表示するシステムの臨床現場への導入が不可欠であることが判明した。この力学エネルギーの分布は、顎骨の骨密度の分布と非常に近似しており、顎顔面構造の形成にも深く関与しているため、延長術術後の咀嚼機能と咀嚼器官の成長を考慮した治療計画の立案のための重要な指標になるものと考えられた。
薬物のヒト血清アルブミンからのビリルビン遊離作用の研究

目的:本邦の新生児集中治療室(NICU)で使用される薬剤のヒト血清アルブミンからのビリルビン遊離作用の有無を明らかにする。方法:対象は選定した113薬剤のうち、薬剤添付文章、インタビューフォーム、文献、教科書、薬剤の物理化学的性質、蛋白(アルブミン)結合率から、ビリルビンの遊離作用の有無が明確に示されていなかった22薬剤(リファンピシン、エリスロマイシン、ウルソデオキシコール酸、ファモチジン、ヨウカカリウム、フェニトイン、フェニレフリン、リネゾリド、フルコナゾール、ベタミプロン、フェニルブチレート、プロピルチオウラシル、エナラプリル、ジドブジン、スルバクタム、フォスカルネット、ATP、フレカイニド、ナファモスタット、カスポファンギン、オセルタミビル、ラミブジン)。それぞれの薬物濃度を0-1-3-5mMになるようにビリルビンヒト血清アルブミン複合溶液に混合し、ビリルビンオキシダーゼペルオキシダーゼ法でアンバウンドビリルビン(UB)を測定し、UB濃度をV、初期UB濃度をV0とし横軸に薬物濃度、縦軸にV/Voとしてプロットを行う。その傾きkd(薬剤のビリルビン結合部位に対する結合定数, L/mol)を算出し、スルフォイソキサゾールと比較検討する。結果:kdスルフォイソキサゾール3.7x10^2、kdウルソデオキシコール酸1.1x10^3、kdナファモスタット1.6x10^3、それ以外の薬剤のkdは<1.040であった。50uM以下の濃度におけるkdウルソデオキシコール酸、kdナファモスタットは40未満であった。2)抽出した113薬剤についてアルブミンからのビリルビン遊離作用について本邦での添付文書の記載について調査を行い、うち2薬品(ロセフィン、タゴシッド)のみ記載があった。ロセフィンは遊離作用が有り、高ビリルビン血症の未熟児新生児には禁忌とされていた。タゴシッドはビリルビン遊離作用は認められなかったと記載されていた。蛋白結合率は39薬剤に記載があり、蛋白結合率90%以上のものは10薬剤(ロセフィン、ラシックス、ミルリーラファンガード、カンサイダス、アレビアチン、ドルミカム、デパケン、ジアゾキシド)あった。3)添付文章に記載のなかった薬剤のアセトアミノフェンは静注製剤が近年認可され新生児領域でも使用される可能性があるが、本薬剤は蛋白結合率が高くないが、1983年厚労省研究班報告で遊離作用の可能性が非常に高かったためグルコースペルオキシダーゼ(GOP)法による遊離ビリルビンと赤血球結合ビリルビンを測定した。GOP法では遊離ビリルビンが上昇したが見かけ上の反応であることが証明され、赤血球結合ビリルビンは増加しなかった。平成28年度の実施計画通り進んでいると考えられる本年度はNICUで使用されている薬剤リストの薬剤について文献、教科書によるビリルビン遊離作用の記載、各薬剤の物理化学的性質の調査を行いビリルビン遊離作用の有無について調査を行った。そのうち抗微生物薬に分類されている38薬剤を対象として、教科書による検索、論文による検索、薬剤の物理化学的性質による検討をおこなった。教科書はAvery's Neonatology (7版)、Avery`s disease of the newborn (9版), fetal and neonatal physiology (4版)、Nelson text book of the pediatrics.(18版)、小児科学(第3版)を使用し、ビリルビン遊離作用の有無について調査を行った。文献検索で利用したデーターベースはPubmed、医学中央雑誌とし、ビリルビン遊離作用の有無を調査した。薬剤の蛋白結合率、塩基性薬剤の有無、高分子蛋白の有無をインタビューフォーム、化学大辞典などより調査をおこなった。蛋白結合率の低い薬剤、塩基性薬剤、高分子蛋白の薬剤はビリルビン遊離作用なしとした。結果として教科書および論文の検索において、ビリルビン遊離作用の有無が判明している薬剤は17薬剤であった。蛋白結合率の低い薬剤は9薬剤、塩基性薬剤は4薬剤、高分子タンパク質は4薬剤であった。これらを総合して38薬剤中13薬剤がビリルビン遊離作用の検討を要することが判明した。同様な調査を循環器、呼吸器、内分泌、代謝、血液、循環器疾患などで利用する薬剤についても行い、22薬剤がビリルビン遊離作用が判明していない薬剤であった。ビリルビン遊離作用の不明な薬剤が抽出できたため次年度にin vitroの検討が行える目的:本邦の新生児集中治療室(NICU)で使用される薬剤のヒト血清アルブミンからのビリルビン遊離作用の有無を明らかにする。

それぞれの薬物濃度を0-1-3-5mMになるようにビリルビンヒト血清アルブミン複合溶液に混合し、ビリルビンオキシダーゼペルオキシダーゼ法でアンバウンドビリルビン(UB)を測定し、UB濃度をV、初期UB濃度をV0とし横軸に薬物濃度、縦軸にV/Voとしてプロットを行う。その傾きkd(薬剤のビリルビン結合部位に対する結合定数, L/mol)を算出し、スルフォイソキサゾールと比較検討する。結果:kdスルフォイソキサゾール3.7x10^2、kdウルソデオキシコール酸1.1x10^3、kdナファモスタット1.6x10^3、それ以外の薬剤のkdは<1.040であった。50uM以下の濃度におけるkdウルソデオキシコール酸、kdナファモスタットは40未満であった。アルブミンからのビリルビン遊離作用が添付文章に記載のなかった111薬剤について、文献、教科書などを用い薬剤の物理化学的性質などから調査を進め、ビリルビン遊離作用が不明であった薬剤についてGOP法、赤血球膜結合ビリルビン測定を行いビリルビン遊離作用の有無を調査する。問題点:添付文章にアルブミンからビリルビンの遊離作用について記載されていた薬剤が予想以上に少なかったため、遊離作用の有無の調査により時間がかかる可能性が考えられる。ビリルビン遊離作用が不明確な薬物に対しビリルビン測定法も含めたin vitroでのビリルビン遊離作用について検討を行う追加の測定を行う必要があるため次年度はin vitro試験で使用する薬剤や試薬などの購入、学会報告、論文作成などに使用するため。ビリルビン遊離作用のin vitroの調査としてグルコースオキシダーゼーペルオキシダーゼ法を用い、対照薬剤の濃度を変化させ遊離ビリルビンを測定。それを基に薬物濃度と遊離ビリルビン比により薬物のアルブミンのビリルビン結合部位での結合定数を算出し検討を行う。またグルコースオキシダーゼーペルオキシダーゼ法による遊離ビリルビン測定系において対象となる薬剤がその基質となったりペルオキシダーゼのアクセレレーション作用を持つ性質がある場合は赤血球膜からアルブミン抽出によるビリルビン測定を行う。ビリルビンアルブミン複合溶液にヒト洗浄赤血球を混和し、各薬剤濃度でインキュベートしアルブミンで赤血球に分布したビリルビンを抽出し、高速液体クロマトグラフィーでビリルビン濃度を測定し遊離ビリルビンの変化を検討する。測定結果は学術集会で発表し、論文化を行う。測定にかかわる物品購入予定
荷電レプトンの質量公式を手がかりとする物質基本粒子の質量の起源の探究

物質の基本構成粒子であるクォークとレプトンの統一理論を構築のヒントとすべく,知られている荷電レプトンについての質量公式を手がかりとして,クォークとレプトンの質量スペクトルとフレーバー混合の統一的記述の可能性を探究した.その結果,クォーク・レプトンの質量スペクトルと混合の起源を従来のように湯川結合定数に求めるのではなく,ユカワオンなるスカラー粒子の真空期待値に起源を求めるという「ユカワオン模型」に到達した.物質の基本構成粒子であるクォークとレプトンの統一理論を構築のヒントとすべく,知られている荷電レプトンについての質量公式を手がかりとして,クォークとレプトンの質量スペクトルとフレーバー混合の統一的記述の可能性を探究した.その結果,クォーク・レプトンの質量スペクトルと混合の起源を従来のように湯川結合定数に求めるのではなく,ユカワオンなるスカラー粒子の真空期待値に起源を求めるという「ユカワオン模型」に到達した.Koideの質量公式について重要な進展が以下のようにあった.(1)2006年4月,米国のBrannenによって,ニュートリノの質量もまたKoideの式と同じタイプの式を満たすということが指摘された.彼の主張そのものはまだspeculationのレベルに過ぎないが,その可能性そのものは現象論的に検討してみる価値は十分にある.(2)観測されているニュートリノ混合がほぼtribimaximal mixingであることが問題の鍵となる.この混合を与え,かつ,荷電レプトンの質量公式を与えるモデルの探索が,離散対称性S3の立場からなされた.結果は,論文arXive hep-ph/0605074(Journal of Physics Gに掲載決定)およびhep-ph/0612058 (European Physical Journal C, 2007)に与えられている.S3対称性に更なる付加的仮定を持ち込めば,それらを導くことは可能である.(3)従来,Koideの質量公式を与えるヒグススカラーはSU(2)_Ldoubletsと考えていたが,Frogatt-Nielsenモデルを採用することにより,SU(2)_L singletsと考えることにした.これにより,フレーバーを変える中性カレントの登場という従来のモデルにおける困難は回避されることとなった.(4)2006年12月に米国のMaは,私の提案したヒグスポテンシャル(Phys.Rev.D73,(2006))を,超対称性理論へと発展させた形で書き表すことを提案した.彼はS3およびΣ(18)対称性の場合についてそれを提案したが,私は,自然はもっとシンプルであるべきと考え,A4対称性のもとでの超対称性理論化されたヒグスポテンシャルを提案した(hep-ph/0701018, PhysicsLetters Bに投稿中).なお,これら一部の研究成果はハワイでの米国・日本共同物理学会にて報告された.また,12月には,ニュートリノ物理において活躍している若手研究者を招いて,ミニ国際研究集会を開き,更なる発展のための討論を行った.(ProceedingsはInt.J.Mod.Phys.E, 2007に掲載予定.)前年度後半より,Maの研究成果[Phys. Lett. B 649 (2007) 287]に刺激をうけて,超対称性理論の立場からの研究に力を注ぎ,この方向での研究は大きな進展があった:質量行列M_fの起源を,従来からの考え(M_f)_<ij>=(Y_f)_<ij>V_H (Y_fは3×3行列表示の湯川結合定数,V_Hはヒグススカラーの真空期待値)から決別し,Y_fそのものもU(3)フレーバーnonet fieldΦの真空期待値<Φ>に起因するという立場からの定式化の流れがほぼ固まった.ΦについてのスーパーポテンシャルWを与えることによってそこから真空期待値<Φ>を求め,それによって,クォークとレプトンの質量スペクトルと混合を与えようとする処方である.そのとき,Wに対して離散対称性S_<3'>A_<4'>S_4を要求して荷電レプトンの質量公式を求める試みは,JPG(2007),EPJC(2007),JHEP(2007)にそれぞれ発表された.特に,JHEPに発表された論文で,U(3)対称性がS_4に壊れるというシナリオを提案し,これによって荷電レプトンの質量公式の導出に成功した.また,Habaとの共著でなされた研究成果[Phys.Lett.B(2008)]は,離散対称性を用いない手法として注目に値する.更に最近,もっと野心的に,超対称性の破れを積極的に利用したシナリオをHabaとともに提唱した(ArXiv:0802.1084).また,これまで,レプトンだけについての定式化であったが,これをクォークとレプトンにも拡充した定式化をごく最近手がけ始めており,その一部はArXive:0802.1084(to be published in Phys. Lett. B(2008), March)に公表した.現在,ニュートリノ質量行列についての論文をまとめつつあり,これも近く公表できる予定である.研究最終年度にふさわしく,本年度は研究に大きな進展があった.それは,クォーク・レプトンの質量行列の新しい処方として,「ユカワオン模型」なるものを確立したことである.

部分的にはすでに前年度あたりから試みられていたアイディアであるが,2008年の春頃から定式化が進み,後述するニュートリノ質量行列の新しい形態の発見により,ほぼそのスタイルは確立した.(「ユカワオン」の名称は,2008年11月ころより使われた.)従来,質量の起源はヒグス粒子に,質量スペクトルの起源は湯川結合定数の構造に,それぞれ求められていた.それを越えるモデルとして,私を含めて質量行列模型の研究者は,例えば離散対称性のもとで複数のヒグスを導入することにより,その真空期待値(VEV)と湯川結合定数の積の構造から質量スペクトルを説明することを試みてきた.ユカワオン模型では,質量の起源は従来と同じとしてそれをヒグス粒子に役割を負わせるが,質量スペクトルの起源は,湯川結合定数の部分がそっくり新しい場「ユカワオン」のVEVに由来すると考える.従来は,湯川結合定数は手で与えたパラメターに過ぎなく,あるいは,対称性を仮定して,制限を置いた上でのフリーパラメターであったが,ユカワオン模型では,超対称性理論のもとで与えられたスーパーポテンシャルに超対称性真空条件を課すことにより得られる方程式を解くことにより,質量スペクトルやフレーバー混合が求まる.[YK, Phys. Rev. D78(2008),093006;YK, Phys. Rev.D79(2009),037302;YK, arKiv;0902.4501(2009).]その定式化を与えるきっかけとなったのが,ニュートリノ質量行列をクォーク.セクターでの観測量に結びつけて記述するる新しい行列形の発見[YK, J. Phys. G35(2008),125004;YK, Phys. Lett. B665(2008),227]である.
高効率微小コヒーレント光源の開発を目指した,微小球ランダムレーザーに関する研究

独自に開発したイオントラップを使って,マイクロメータサイズの微小球を位置の揺らぎを1μm以内としてイオントラップの中心に静止させることに成功した.このイオントラップは4枚の平行平板電極で構成されている.コンピュータシミュレーションにより,原理的にはこれらの4枚の電極に適当な電圧を加えることによって,電荷を帯びた微粒子が空中で静止することを示した.しかし,実際には電極の汚れなどによって生じる電場の乱れにより,微粒子が数マイクロメートル程度の振幅で周期的な運動を行うことが顕微鏡観察からわかった.このことは,微粒子の空間分解スペクトルを得る場合において,その空間分解能を悪化させる原因となる.そこで平行平板電極を保持するための支柱を電場の乱れを補正する電極として使った.これまでに,補正電極を持った微粒子を捕捉するイオントラップは回転双曲面型の電極を持ったものが提案されているが,本研究によって開発したイオントラップは,微粒子と光との相互作用の研究において,発光や散乱の角度分布を広い範囲で得ることができるといった特徴を持っている.顕微鏡を使って(50倍対物レンズ)空中に静止させた微小球の発光像を光ファイバーのカバー上に写し,このカバーを動かすことによって,発光像の任意の部分を光ファイバーをとおして分光器に導き,空間分解発光スペクトルを得た.球の中央部から得られた発光スペクトルは,対応するバルクのそれと一致しているのに対し,球の縁から得られた発光スペクトルは鋭いピーク構造が現れた.このことより,微小球の共鳴モードとカップルした発光は,球の縁から出射していることが実験的に確かめられた.イオントラップに捕捉したマイクロメータサイズの色素分子を含む液滴のレーザー発振特性を調べた.液滴中の色素分子をNd : YAGレーザーSHG光で励起し,レーザー発振を行なっている液滴の顕微鏡像と発光スペクトルを得た.本年度は,イオントラップ装置の改良,レーザー発振モードにおける色素濃度依存性について調べた.本研究で用いているイオントラップは4枚のディスク電極で構成されている.中央2枚の電極に交流電圧を加え,上下2枚の電極に液滴の重力を補償するための直流電圧を加えている.このイオントラップ装置を次のように改良した.電極の汚れなどにより生じる,重力に対して垂直面内のStray Fieldを補正するために,ディスクを保持しているロッドを付加的な電極として用いることにした.その結果,半径11μmの液滴を位置の揺らぎを1μm以内としてイオントラップの中心に静止させることに成功し,より高分解能な顕微鏡像と空間分解発光スペクトルを得ることが可能となった.空間分解発光スペクトルと顕微鏡像とから,微小球の共鳴モードとカップルした発光は,球の縁から出射していることがわかった.色素分子濃度を変化せると,顕微鏡像と発光スペクトルの両方が劇的に変化する様子を次ページに記した雑誌論文で報告した.様々な色素濃度におけるレーザー発振線をMieの理論を用いて微小球の共鳴モードと対応付けることで,球形共振器のQ値をもとにレーザー発振モードの色素分子濃度依存性を議論した.独自に開発したイオントラップを使って,マイクロメータサイズの微小球を位置の揺らぎを1μm以内としてイオントラップの中心に静止させることに成功した.このイオントラップは4枚の平行平板電極で構成されている.コンピュータシミュレーションにより,原理的にはこれらの4枚の電極に適当な電圧を加えることによって,電荷を帯びた微粒子が空中で静止することを示した.しかし,実際には電極の汚れなどによって生じる電場の乱れにより,微粒子が数マイクロメートル程度の振幅で周期的な運動を行うことが顕微鏡観察からわかった.このことは,微粒子の空間分解スペクトルを得る場合において,その空間分解能を悪化させる原因となる.そこで平行平板電極を保持するための支柱を電場の乱れを補正する電極として使った.これまでに,補正電極を持った微粒子を捕捉するイオントラップは回転双曲面型の電極を持ったものが提案されているが,本研究によって開発したイオントラップは,微粒子と光との相互作用の研究において,発光や散乱の角度分布を広い範囲で得ることができるといった特徴を持っている.顕微鏡を使って(50倍対物レンズ)空中に静止させた微小球の発光像を光ファイバーのカバー上に写し,このカバーを動かすことによって,発光像の任意の部分を光ファイバーをとおして分光器に導き,空間分解発光スペクトルを得た.球の中央部から得られた発光スペクトルは,対応するバルクのそれと一致しているのに対し,球の縁から得られた発光スペクトルは鋭いピーク構造が現れた.このことより,微小球の共鳴モードとカップルした発光は,球の縁から出射していることが実験的に確かめられた.
生活習慣病の高血圧／臓器障害における糖質・鉱質コルチコイドの役割と新規治療探索

食塩による高血圧と腎臓・心臓障害の発症に関わるアルドステロンとコルチゾールは腎臓に対して相似および相反の矛盾する作用を有することが知られていたが、その機序は不明であった。本研究は、各腎細胞におけるアルドステロン受容体MR,コルチゾール受容体GRの下流遺伝子を検討し、食塩や肥満などによる疾病発症におけるその下流遺伝子活性化異常と両受容体の関連性とを明らかにすることを目的にしている。更に、細胞特異的MR, GR活性化におけるエピジェネティック修飾の関与を解明することにより、新規の降圧薬・慢性腎臓病治療薬開発のための基盤的情報を獲得する。本年度は、上記を検討するためのモデル動物作出を開始した。アルドステロンは脳、心臓、血管、腸管をふくめ全身に作用を及ぼすが、血圧の調節には腎臓でのはたらきが最も大切であると思われる。しかし、その直接の証拠は得られていない。そこで、腎臓尿細管特異的なMRノックアウトマウスならびに尿細管部位特異的なノックアウトマウスの作成を開始した。あわせてコルチゾールによる血圧調節での腎臓の働きを明らかにするため、腎臓内コルチゾール濃度を調整する11ベータHSD2の活性を変化させる実験系の準備を開始した。また、GRノックアウトマウスを用いた検討も計画している。高血圧による心不全にもアルドステロン系の活性化が関わることが知られていたが、MR活性化を引き起こすシグナル分子はわかっていなかった。これまでの検討により心臓でのRac1の活性化が鍵となることがわかってきたが、本年度は圧負荷動物モデル用いてさらにその証拠となるデータを加え、論文化を進めた。今後は基盤Sで上記の研究を引き継ぎ、展開していく。27年度が最終年度であるため、記入しない。
玄米の血管機能に及ぼす影響ならびに新規血管機能改善因子の同定

2型糖尿病患者28名を対象とし、玄米群(B群)および白米群(W群)を設け、2ヶ月間のRCTを行い、介入終了後、両群ともに白米食にて2ヶ月間経過観察した。食物繊維摂取量はB群でのみ介入後増加し、4ヶ月で元の摂取量まで減少した。空腹時血糖値、グリコアルブミン、LDL・総コレステロール値は介入後B群で減少し、介入終了後は元に戻った。以上のように、臨床検査値は介入終了後に元のレベルにもどったが、血管内皮機能はB群でのみ介入後改善を認め、この効果は介入終了後も持続した。以上の結果から2型糖尿病患者において玄米を用いた高繊維食は血管内皮機能を改善し、その効果は持続することが明らかとなった。我々は、肥満・耐糖能障害を有する被験者において玄米を用いた食事介入が血管内皮機能を改善し、この改善が終了後も持続(レガシーエフェクト)することを報告した。この効果は玄米に多く含まれる食物繊維によるものと推察されるが、レガシーエフェクトのメカニズムについては不明である。そこで、2型糖尿病患者において主食を玄米とした食事が血管内皮機能に及ぼす影響およびその機序について検討した。2型糖尿病患者23名を対象とし、主食の種類別に玄米群(n=12)および白米群(n=11)を設け、2ヶ月間のランダム化比較試験を実施した。終了後両群ともに白米食にて2か月間フォローした。0,2,4か月に身体計測、食事調査、採血、血管内皮機能検査および腸内フローラ解析を行った。血管内皮機能はプレチスモグラフィー法を用いた最大血流増加率、血管拡張持続時間、血管内皮機能の指標であるFDRにより評価した。摂取エネルギー量および体重は両群ともに試験期間中変化を認めなかった。食物繊維摂取量は玄米群でのみ2か月後約1.5倍増加した。HbA1cは2か月後両群共に有意に減少した。玄米群において2か月後に血管内皮機能のいずれの指標も改善を認め、この改善は4か月後に持続する傾向を認めた。一方、白米群では、試験期間中の変化を認めなかった。さらに、腸内フローラ解析の結果、玄米群でのみ、2か月後にBifidobacterium属の増加およびBacteroides属の減少を認めた。玄米群における血管内皮機能の改善と各パラメーターの変化との関連を検討すると、GA、血糖曲線下面積およびBacteroides属の変化との間に有意な負の相関を認めた。2型糖尿病患者において玄米を用いた高繊維食は血管内皮機能を改善した。さらに、この改善は血糖あるいは腸内フローラの変化と関連する可能性が示唆され、現在その詳細について検討中である。外来通院中の2型糖尿病患者を対象とし、主食の種類別に玄米群および白米群を設け2か月間のランダム化比較試験を実施した。終了後両群ともに白米食にて2ヶ月間フォローした。0,2,4ヶ月に身体計測、食事調査、採血、血管内皮機能検査および腸内フローラ解析を行った。本研究の同意取得した2型糖尿病患者30名のうち、ドロップアウト2名、データ欠損1名を除いた27名を解析の対象とした。玄米群(n=13),白米群(n=14)のエネルギー摂取量は期間中変化を認めなかったが、食物繊維摂取量は玄米群で介入期間中約1.5倍増加し、フォローアップ期間中は試験前の摂取量に戻った。血管内皮機能は、白米群で期間中の変化を認めなっかたが、玄米群では評価項目いずれにおいても2カ月後有意に改善し、この効果は4か月後にも持続していた。さらに、腸内フローラ解析の結果、玄米群において2ヶ月後にBifidobacteriumの増加、Bacteroidesの減少を認めた。血糖、脂質コントロールは両群ともに期間中の変化を認めなかった。2型糖尿病において、主食を玄米とした食事介入により血管内皮機能は改善し、この効果は持続した。今後は血管内皮機能改善のメカニズムについて詳細に検討する予定である。外来通院中の2型糖尿病患者を対象とし、主食の種類別に玄米群および白米群を設け、2ヶ月間のランダム化比較試験を実施した。終了後両群ともに白米群にて2ヶ月間フォローした。血管内皮機能はプレチスモグラフィー法を用い評価した。選択基準に合致した2型糖尿病患者117名のうち29名より同意を取得した。

ドロップアウト1名を除いた28名(玄米群14名、白米群14名)を解析対象とした。血管内皮機能は白米群と比較し玄米群で明らかに改善した。さらに、玄米群において血管内皮機能の改善は、白米後に戻した4ヶ月においても持続していた。玄米群において、短鎖脂肪酸の血中濃度は有意に増加し、腸内フローラの変化を認めた。一方、末梢血単球中の遺伝子発現を検討した結果、MCP-1は玄米群で減少傾向にあったが、白米群との間に有意な差を認めなかった。その他の炎症性、抗炎症性マーカーの遺伝子発現の変化は両群間に差はなかった。また、血管内皮機能以外の評価項目は4ヶ月で元のレベルに戻った。2型糖尿病において、主食を玄米とした食事介入により血管内皮機能は改善した。また、腸内フローラの変化を認め、血中短鎖脂肪酸濃度は増加した。今後、血管内皮機能のレガシーエフェクトと関連する因子について検討する予定である。前年度、プールしている血液サンプルを用いた測定を実施し、計画したすべての評価項目の結果を得た。我々は、肥満・耐糖能障害を有する被験者において玄米を用いた食事介入が血管内皮機能を改善し、この改善が介入終了後も持続(レガシーエフェクト)することを報告した。この効果は玄米に多く含まれる食物繊維によるものと推察されるが、レガシーエフェクトのメカニズムについては不明である。そこで、2型糖尿病患者において主食を玄米とした食事が血管内皮機能に及ぼす影響およびその機序について検討した。外来通院中の2型糖尿病患者を対象とし、主食の種類別に玄米群および白米群を設け、2ヶ月間のランダム化比較試験を実施した。2ヶ月間の介入終了後、両群ともに白米食にて2ヶ月間フォローした。主要評価項目は血管内皮機能の変化、副次評価項目はHbA1c、脂質、酸化ストレス・炎症性マーカー、短鎖脂肪酸の血中レベルおよび腸内フローラの変化とした。選択基準に合致した2型糖尿病患者117名のうち29名より同意を取得、ドロップアウト1名を除いた28名(玄米群14名、白米群14名)を解析対象とした。2ヶ月の介入期間中、玄米群で食物繊維摂取量が約1.5倍増加した。血管内皮機能は白米群と比較し玄米群で介入後明らかに改善した。また、玄米群にて、腸内フローラの変化を認めるとともに血中の短鎖脂肪酸濃度も有意に上昇した。HbA1c、高感度CRPは玄米群で減少傾向にあるものの両群間に有意な差は認めなかった。さらに、玄米群において血管内皮機能の改善は白米食に戻した4ヶ月においても持続した。しかし、血管内皮機能以外の評価項目は4ヶ月で元のレベルに戻った。しかし、玄米食による血管内皮機能改善の持続効果について、今回評価した因子のみでは説明できず、さらなる検討が必要と考える。2型糖尿病患者28名を対象とし、玄米群(B群)および白米群(W群)を設け、2ヶ月間のRCTを行い、介入終了後、両群ともに白米食にて2ヶ月間経過観察した。食物繊維摂取量はB群でのみ介入後増加し、4ヶ月で元の摂取量まで減少した。空腹時血糖値、グリコアルブミン、LDL・総コレステロール値は介入後B群で減少し、介入終了後は元に戻った。
骨代謝制御に関わる神経系の分子薬理学的研究

本研究では、交感神経刺激による骨代謝への影響が感覚神経により修飾される可能性を探る目的で、アドレナリンβ-受容体刺激による骨芽細胞応答に対するニューロペプチド受容体刺激の影響を検討し、骨芽細胞におけるこれら情報伝達系のクロストークの解析を試みた。また、交感神経と骨芽細胞の機能的な関連を追求し、直接的に両細胞がシナプスを形成しうるか否か検討した。その結果、神経細胞と骨芽細胞の共培養下において、サソリ毒は神経細胞を興奮させノルアドレナリンの放出を促し、骨芽細胞のα1-アドレナリン受容体を介して[Ca^<2+>]i上昇を惹起することを示し、共培養実験系において、神経細胞と骨芽細胞によるα-アドレナリン受容体を介した機能的な相互作用の存在を示した。また、ヒト骨芽細胞において、LPAがLPA受容体のEdg-2を刺激し、IP3受容体を経由して細胞内Ca^<2+>ストアーからCa^<2+>を動員すること、またPLCを活性化およびRho-kinaseの関与によりIL-6およびIL-8産生を有意に促進させ、破骨細胞の形成に関与する可能性を示した。すなわち、骨芽細胞におけるIL-6産生は、ノルアドレナリン誘導性のMAPK介在の経路とは異なる経路においても生じていることが明らかとなった。このようなアドレナリン誘導性の破骨細胞形成に対し抑制的な影響を及ぼす感覚神経系のCGRPの作用機序を更に追求している。交付希望期間内に、我々の研究室で得られた知見に基づいた仮説『交感神経が惹起する骨代謝応答に生理的な直接的な機能関連が存在する』を、培養細胞実験で検証し、それらの知見を総括的に纏めた総説を公表することが出来た。本年度は細胞培養実験における交感神経興奮薬とニューロペプチドの相互作用を検討するため、骨芽細胞に対するβ-アドレナリン作用薬とニューロペプチドの相互作用、および破骨細胞形成に関わるβ-アドレナリン作用薬とニューロペプチドの相互作用を解析している。すなわち、β-受容体作用薬のイソプレナリンにより観察された骨芽細胞のIL-6,IL-11,cyclooxygenase II,RANKLおよびOPGなどの産生促進効果に対するCGRP,VIPおよびNPYの効果、およびイソプレナリンにより観察されたマウス骨髄細胞培養系での破骨細胞形成促進に対するVIP,CGRPの効果を調査し、培養細胞中のRANKLおよびOPGの発現動態を遺伝子および蛋白レベルで検討している。その途上、イソプレナリンがヒト骨芽細胞の増殖を抑制し、その作用にcAMP依存性のタンパクリン酸化酵素の活性化に基づくphosphorylated extracellular signal regulated kinase(p-ERK)レベルの低下が介在していることを明らかにしている.(1)ヒト骨芽細胞(SaM-1細胞)において、イソプレナリンが3-300nMの濃度において細胞増殖を僅かではあるが有意に抑制した。(2)イソプレナリン(10-300nM)およびフォルスコリン(15-75μM)は、用量依存的にcAMPの産生を促進するとともに、PKA活性を促進した。このPKA活性の増加はcalphostin Cにより抑制された。(3)SaM-1細胞におけるp-ERKは定常状態において高いレベルで維持されていたが、イソプレナリン(10nM)およびフォルスコリン(20μM)により著しい低下が認められた。これらの知見は、β-作用薬がヒト骨芽細胞の増殖に対して抑制的影響を及ぼすこと、その抑制的影響にp-ERKの低下が関与している可能性を示している。この交感神経興奮薬による骨芽細胞の破骨細胞形成促進因子の産生活性に加えて増殖活性に及ぼすニューロペプチドの影響についても、今後の課題として検討を始めている。

骨代謝における交感神経系の役割に注目しているが、神経細胞と骨芽細胞との直接的な機能的相互作用に関する知見は未だ得られていない。そこで、神経細胞と骨芽細胞をin vitroで共培養し、神経細胞を興奮させて神経伝達物質の分泌を促した際に骨芽細胞に生じる細胞内カルシウム濃度の変化を観察して、両細胞間の直接的かつ機能的な相互作用について検討した。すなわち、マウス新生仔の上頸神経節より神経細胞を酵素処理にて単離し、NGFを加えたF-12培養液にて24時間培養した。神経軸索の伸長を確認後、マウス頭蓋冠由来骨芽細胞様細胞であるMC3T3-E1を神経細胞に接着させることで共培養を行った。共培養開始48時間後、蛍光カルシウム指示薬であるFluo-3を負荷し、共焦点レーザー顕微鏡を用いて両細胞の経時的な細胞内カルシウム濃度[Ca^<2+>]iの変化を観察した。また神経細胞を特異的に刺激する薬剤としてサソリ毒(Scorpionvenom)を用いた。その結果、サソリ毒(5ng/ml)添加は、神経細胞における一過性の[Ca^<2+>]i上昇と、その後僅かな時間差をもってMC3T3-E1においても一過性の[Ca^<2+>]i上昇を示した。α1-アドレナリン受容体拮抗薬prazosinの前処理は、神経細胞の[Ca^<2+>]i上昇には影響を及ぼさなかったが、MC3T3-E1における[Ca^<2+>]i上昇を顕著に抑制した。また、MC3T3-E1単独培養下にて、サソリ毒添加は[Ca^<2+>]i上昇を示さなかったが、α-アドレナリン作動薬phenylephrineは一過性の[Ca^<2+>]i上昇を示した。これらの結果から、神経細胞と骨芽細胞の共培養下において、サソリ毒は神経細胞を興奮させノルアドレナリンの放出を促し、骨芽細胞のα1-アドレナリン受容体を介して[Ca^<2+>]i上昇を惹起することが示唆された。すなわち、共培養実験系において、神経細胞と骨芽細胞によるα-アドレナリン受容体を介した機能的な相互作用の存在を示した。この知見は、in vitroの知見であるが、直接的に神経細胞と骨芽細胞の機能的関連を示したものである。機能的な接続を示した、初めての研究である。
肝細胞がん微小環境におけるエイコサノイド関連腫瘍進展機構の解明と新規治療法の研究

進行肝細胞がんの進展制御は、現治療法では未だ困難であり、詳細な進展機構の解明と、治療法の開発が課題である。アラキドン酸を基質に生成される生理活性脂質(エイコサノイド)は炎症関連腫瘍進展分子として注目されている。本研究ではエイコサノイド関連腫瘍進展機構の解明と、産生制御薬による治療法の確立を目的とした。門脈内接種肝細胞がんマウスモデルを用いてエイコサノイド産生制御薬による腫瘍進展抑制効果と、分子病理学的作用機序を検討する。本研究により脂質代謝学・腫瘍免疫学的に新規知見が得られ、臨床応用性の高い、新たな治療アプローチの展開が期待される。
光ファイバーを利用した液体クロマトグラフィックセンサーの開発と現場分析への応用

本研究では,光ファイバーを利用しクロマトグラフィーによって分離される分析物を逐次検出できるセンサーの開発を目的とした。光ファイバーについては光の全反射の際に漏洩するエバネッセント波を利用する全反射減衰(ATR)法および,導波路にグレーティングが書き込まれた長周期ファイバーグレーティング(LPFG)について検討した。それぞれの光ファイバーセンサーを封入したフローセルを作製し,送液ポンプへ接続してフローセル内径や流速による感度への影響を明らかにした。また,ODSカラムによって分離されたメチレンブルーとニューメチレンブルーの応答をそれぞれ確認できた。しかし,二種類の光ファイバーセンサーによる検出感度はそれぞれ汎用の検出器には及ばなかった。そのため,センサー表面の化学的な改質による感度の向上が必要であると考えられる。本研究ではシランカップリング剤に着目し,様々な官能基を修飾したが,センサーが円筒状であることから再現性に乏しく,修飾方法に関してさらなる検討が必要であった。本法は,検出系の可搬性に優れ,気泡や夾雑物の影響を受けにくい特徴があり,特にATR法ではミリ秒単位で紫外から近赤外領域までの幅広い波長のスペクトルが検出できるという点で特色を示した。本研究では,多成分分析を可能とする光ファイバー液体クロマトグラフィックセンサーの開発を目的としている。これは光ファイバーセンサーの可搬性,感度,必要試料量の少なさ,時間分解能の高さを活用しており,可搬性の高い測定システムによる多成分分析を可能としている。また,汎用性の高さから幅広い化学種の選択的検出に適用できる。まず,光ファイバーセンサーの応答特性を解析するために,色素を中心とした分析対象を含む溶液にセンサーを暴露して応答を得るバッチ試験を行った。ジャケットを除去したシングルモードファイバーをセンサー部とするヘテロコア方式を用い,エバネッセント波の吸収を分光検出器で検出した。種々の色素を測定した結果,明瞭な吸収スペクトルが可視光領域だけでなく200 nm300 nmの紫外領域でも得られた。300 nm以下の透過が得がたい一般的なマルチモード光ファイバーに対して,ヘテロコアを利用したこのセンサーは紫外吸収を持つ多くの物質に適用可能だった。次に,分析対象の電荷によって検出感度に大きく差が出ることがわかった。ファイバー表面は石英によるシラノール基であるため,正の電荷を持つ色素に対して高い感度を示す一方,中性または負電荷の物質はほとんど応答しなかった。そこで,ファイバー表面を疎水性にし,負電荷の分析物に対しCTABを添加してイオン会合体とすることで疎水性相互作用を利用した高感度化に成功した。一例として,10 nMのウラニンを検出可能だった。一方,アントラセンなどの中性分子は検出が可能であったが0.1 mM程度と感度に課題を残した。このセンサーを使用して内径200 μmのPEEKチューブから構成されるフローセルを作成し,HPLCのUV検出器の下流に接続した。カラムを接続せずに溶離液を流し,前述の分析物を導入した結果,それぞれの検出器で分析物に対する良好な応答が得られた。クロマトグラフによって分離された多成分の検出を目的とした光ファイバーセンサーによる検出系の最適化として,1)紫外可視の幅広い波長領域の使用,2)高感度化,3)電荷の異なる分析物の検出を達成した。また,HPLCの測定系に組み込み検出器としての有用性を評価できた。特定構造の分子への測定感度など,いくつか課題を残すものの,実施計画に応じた成果が概ね得られたと判断した。本研究は,多成分分析を可能とする光ファイバークロマトグラフィックセンサーの開発を目的としている。本年度では,まず光ファイバーセンサーにフローセルと送液ポンプを取り付け,装置系を最適化した。光ファイバーセンサーは,コアをむき出しにした光ファイバーで光源,分光検出器を接続したもので構成されている。陽イオン性色素のメチレンブルーをモデルとし,センサーによって応答を評価した。その結果,センサー表面へ電荷に起因した吸着が起こる色素に関して,明瞭な吸光度スペクトルが得られたものの,経時変化としては激しいテーリングが見られた。そこで,溶離液の水:アセトニトリル比を調整することで,センサー表面への色素の残存を防ぐことができた。センサーの感度は,注入量と流速,フローセルの内径によって異なった。流速の上昇と注入量の減少によって感度は減少するが,その割合がフローセル内径の減少によって緩和されることを見出した。以上までのように,これまで石英で構成されるセンサー表面の負電荷を利用することで陽イオン性色素の検出を行ってきた。そのため,電荷が中性な分子の検出には至らなかった。そこで,センサー表面をシランカップリング剤によって疎水性とし,中性分子の検出を試みた。その結果,オクチル基の修飾でアントラセンの明瞭な吸収スペクトルを観測できた。屈折率検出に関しては,長周期ファイバーグレーティングセンサーを利用し,同様にフローセルの装置系を構築した。測定モデルをスクロースとして性能の評価を行った。その結果,色素と同様に注入量と流速,フローセルの内径によって応答は異なった。最適な条件を選択し,検量線を作製したところ良好な直線性が得られたが,感度は10%オーダーに留まった。現時点で,溶離液中を流れる色素の分析を達成した。また長周期ファイバーグレーティングを用いて屈折率検出への応用にも成功した。一方で,シランカップリング剤による表面修飾によってアントラセンなどの電荷が中性の分子の検出に成功している。これは,センサーの応用の幅を大きく広げる可能性を示している。

シランカップリング剤には様々な官能基のものが市販されており,当初に予期しなかった詳細な検討を必要としている。本研究では,光ファイバーを利用しクロマトグラフィーによって分離される分析物を逐次検出できるセンサーの開発を目的とした。光ファイバーについては光の全反射の際に漏洩するエバネッセント波を利用する全反射減衰(ATR)法および,導波路にグレーティングが書き込まれた長周期ファイバーグレーティング(LPFG)について検討した。それぞれの光ファイバーセンサーを封入したフローセルを作製し,送液ポンプへ接続してフローセル内径や流速による感度への影響を明らかにした。また,ODSカラムによって分離されたメチレンブルーとニューメチレンブルーの応答をそれぞれ確認できた。しかし,二種類の光ファイバーセンサーによる検出感度はそれぞれ汎用の検出器には及ばなかった。そのため,センサー表面の化学的な改質による感度の向上が必要であると考えられる。本研究ではシランカップリング剤に着目し,様々な官能基を修飾したが,センサーが円筒状であることから再現性に乏しく,修飾方法に関してさらなる検討が必要であった。本法は,検出系の可搬性に優れ,気泡や夾雑物の影響を受けにくい特徴があり,特にATR法ではミリ秒単位で紫外から近赤外領域までの幅広い波長のスペクトルが検出できるという点で特色を示した。まず,引き続き検出系の最適化として現在解決すべき課題1)中性分子への感度の低さ,2)分析物が高感度な場合に発生するテーリングの解決に取り組む。検討項目として,ファイバー表面の疎水性や加える対イオンの種類、溶離液の極性の最適化等によって改善できると考えられる。また,実施計画に沿い,作製したモノリスシリカカラムとの一元化したセンサーを作製する。このセンサーの有用性を評価した後に,公定法などの適用や分離濃縮法などの組み合わせといった応用を探索する。それぞれ確立したフローシステムによる検出系に対して,カラムを導入することで分離された分析物の逐次的な検出を試みる。また,電気的に中性な分子の検出のためのシランカップリング剤の選択と修飾条件について最適化を進める。得られた測定系を利用して,環境試料への応用を試みる。本年度は最終年度ではないため、特別に調整はしなかったことから差額が生じた。当初予定していなかった化学表面修飾の詳細な検討のために費用を必要としたため次年度使用額が生じた。使用額使用計画としては,試薬や消耗品の購入に充てる予定である。比較的少額であるため、試薬や消耗品の購入に充てる予定である。
非線形ラマン・シングルショット分光による蛋白質の変性における動的現象の観測

2018年度は非線形ラマン分光のための光源を用意した。申請時は所属研究室の光源を使用する予定であったが、その後研究室を新たに立ち上げることになり、初年度は光源の作製を行った。非線形ラマン散乱では、二つの異なるエネルギーの光を分子に入射した時に、そのエネルギーの差分が分子振動エネルギーと等しい時に分子振動が誘起される。本課題で取り組む非線形ラマン分光は、ブロードバンドな超短パルスレーザー一台で、指紋領域(500 cm^-1から1800 cm^-1)に現れるタンパク質の振動構造全てをラマン計測するアンチストークスラマン散乱分光(以下、CARSと略す)法である。この計測を実現するためには、指紋領域より広い線幅を有するレーザーが必要である。そこで、本実験では幅広いゲイン帯域を持つことが知られたチタンサファイア結晶をゲイン媒質とする固体モード同期レーザーを作製した。レーザー共振器内部に設置したチタンサファイア結晶をNd:YAGレーザーの倍波光で励起し、共振器の調整により連続波発振を確認した。次にソフトアパーチャーカーレンズモード同期法によりパルスを発生させた。広帯域に亘って位相を揃えるために、レーザー共振器内の分散素子を適切に選択し、最終的に半値全幅2400 cm^-1のブロードバンドなレーザーを作製することに成功した。CARSは三次の非線形効果であるため、そのラマン散乱確率はパルス幅に依存する。測定試料上で最短のパルス幅にするためには、レーザーからの出射光の特性を評価すると共に、CARS光学系に適切な分散補正が必要である。これを行うため、干渉自己相関法によるパルス評価系を作製した。現在、これを用いてパルスを評価しながら、CARS光学系を構築中である。申請時は所属研究室の光源を使用し、2018年度に光学系の構築までを行う予定であったが、その後研究室を新たに立ち上げることになり、初年度は光源の作製を主に行った。2018年度に作製した超短パルスレーザーとパルス評価系を用いて、非線形ラマン散乱のための光学系を構築する。初めに高純度な有機溶媒を用いて非線形ラマン分光測定を行う。そこで得られる振動構造と報告値との対応により、作製した光学系を評価する。その後、タンパク質を試料として測定を行う。申請時は所属研究室の光源を使用し、直接経費は光源の後の光学系およびに検出系の構築のために使用する予定であった。しかし、当該年度は、新たに研究室を立ち上げることになったため、光源の作製を主に行い、光学系の構築は部分的に行った。当該年度に光源の作製が完了したため、今年度は光学系と検出系の構築を行う。これにより、当該年度に使用予定であった直接経費は今年度の研究で使用する予定である。