hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
活性化型Ｒａｓへの合成致死性因子の探索とその臨床応用を指向した創薬研究

活性化型Ras変異体を阻害する分子標的型薬剤の開発・普及が遅れている理由として、発がんの過程において変異が生じるRasアイソフォームが組織ごとに異なることが挙げられる。つまり、各組織でRasアイソフォームに機能の一致・差異が存在することが予想される。そこで、本研究では各組織においてRasアイソフォームの機能および相互作用因子を明らかにすることで、新たな治療標的分子を探索する。また、低分子化合物ライブラリーを用いて、それらの標的分子群に対する阻害剤を同定することで、Ras変異体を持つがん細胞のみを標的とした新規治療薬の開発へとつなげる。作製した変異型Rasにおいて、本実験計画で使用するいくつかのヒト正常上皮細胞へ感染させ、タンパク質を抽出しウエスタンブロット法によりRasの発現レベルを確認した結果、定常状態と比較して発現増加が認められたためこの手法により作製したレトロウイルスベクターを以後実験に使用することとした。最終的には、5種類のヒト正常上皮細胞を使用する予定であるが、実験系が計画通りに進行するかを確認するためヒト正常気管支上皮細胞及びヒト正常肺小気道細胞の2種類の細胞株における変異型K-Ras、H-Rasの細胞生存数、細胞形態への影響を評価した。2種細胞株へ変異型K-Ras、H-Rasのウイルスベクターを感染させ、感染後3日目でピューロマイシンの添加を行い、3日ごとに培養メディウムを交換し、感染細胞のセレクションを継続した。感染後4日、7日、10日目においてトリパンブルー色素排除試験法により細胞生存数を測定し、同時に細胞形態の観察を実施した。その結果、2種細胞株間では各変異型Rasの感染により異なる細胞生存数を示すことが分かった。ヒト正常気管支上皮細胞においては、変異型K-Ras及びH-Rasを感染させた細胞は継時的に細胞数が増加した。一方、ヒト正常肺小気道細胞ではK-Rasを感染させた細胞は継時的な細胞数の増加が見られたが、変異型H-Rasを感染させた細胞では7日目以降から細胞数が減少し、その後細胞の増殖は停止した。細胞の形態学的変化については、K-Rasを感染させた細胞ではコントロール細胞と比較して大きな変化は観察されなかったが、H-Rasを感染させた細胞では、細胞が肥大化し老化細胞様の形態学的変化を示した。特にその変化はヒト正常肺小気道細胞において顕著に認められた。これまでの結果から、変異型Rasは組織により異なる表現型を示す可能性が示唆された。今回、変異型Rasの感染によりタンパク質発現レベルでのRasの過剰発現を確認したが、免疫染色法により変異型Ras感染細胞の割合についても詳細に確認していく。また、変異型Rasの感染により生存が認められた細胞が造腫瘍性を有するかどうかについても、ソフトアガーアッセイにより検証する。残りの細胞株においても同様のプロトコルにより変異型Rasの感染、細胞生存数の測定、細胞形態の観察を実施する。最終的には、5種類のヒト正常上皮細胞株間でこれらの違いと、Ras下流シグナル経路への影響をウエスタンブロット法を用いて検証し比較する予定である。当初は、既に活性化型Rasを有するがん細胞株を使用する予定であったが、変異型Rasの機能をより詳細に検討するために不死化したヒト正常上皮細胞を用いることにした。いずれの不死化
ナノ秒パルス放電プラズマによる超小型水素製造装置の開発

本研究は持続可能な水素生成を確立するために、ナノ秒パルス放電プラズマを用いて水を原料とした超小型の水素製造装置の開発を行うものである。本研究期間においては、印加パルス電圧特性および水の状態が水素生成に与える影響について調べた。その結果、溶液の電気導電率を変化させた場合の水素生成特性および電圧電流特性より、気液界面に生成されたパルス放電プラズマ(ストリーマ放電)が水素生成に対して大きく影響していることが明らかになった。現在、水素社会の実現を目指した水素製造技術の開発が行われており、従来よりもエネルギー効率の高い、原料の調達が容易な原料による水素生成法の確立が求められている。本研究は、大気圧中において“ナノ秒"と極めて短い時間のパルス放電プラズマを用いることによって、超小型、かつ、高い発生効率を有する水素製造装置の開発を行うものである。平成27年度では、水素製造装置の開発のために、印加パルス電圧特性や溶液の状態と水素生成特性の関係を調べ、水素生成の最適条件を検討した。以下にその成果を示す。1.水素の高精度な定量分析に向けた実験システムの構築を行った。実験による測定誤差をなくすために、ガスサンプラーを購入し導入した。これによって再現性の高い実験環境を確立できた。2.印加パルス電圧の強度およびその極性が水素生成量に与える影響について調べた。印加パルス電圧の最大強度の増加に伴い水素生成量が増加することが確認された。また、正極性のパルス電圧を印加した場合、負極性の場合と比べて水素生成量が増加することが確認された。放電の観測から生成された放電プラズマの生成面積が水素生成の増加に伴って大きくなっていることが確認された。このことから放電プラズマと水の接触面積の増加が水素生成のための反応を促進していると推測した。3.原料である水の導電率および初期温度が水素生成量に与える影響について調べた。水の導電率の増加に伴い水素生成量は増加した。このとき、放電プラズマの表面積の増加が見られた。一方で、初期温度(最大セ氏100度)を変化させた場合では、顕著な水素生成量は確認されなかった。平成27年度の研究計画における目的は、気液界面におけるナノ秒パルス放電プラズマの診断および最適条件の検討であった。上述の通り、印加パルス電圧特性や原料の状態が水素生成量に与える影響については概ね調べることができた。しかし、その最適条件を決定するまでには至らなかった。これについては次年度も継続して調査する必要がある。よって、最適条件の決定までには至っていないが、実験は概ね順調に実施され水素生成特性の傾向を得ていることから、おおむね順調に進展している、と自己評価する。最終年度は、水素生成の最適条件を決定するために、1)前年度より継続して溶液の電気導電率およびpHが水素生成に与える影響について調べ、2)精密な電圧電流測定を通じた反応場の解析を行い水素生成に重要な要素を検討した。また、ナノ秒パルス放電プラズマによる水素生成機構を特定するために、3)発光分光法を用いて気液界面における化学活性種の測定を行った。1)溶液の電気導電率およびpHが水素生成における影響について、pH緩衝液によって調整されたpH4, 7および9の溶液における水素生成特性を調べた。その結果、pH値による顕著な差異は確認されなかった。また、電気導電率による影響については、前年度と同様に導電率の増加にともない水素生成量が増加することが確認された。2)ナノ秒パルス放電プラズマを生成した際の電圧および電流の測定を行い、導電電流および、それより算出された電荷量が水素生成に与える影響について調べた。その結果、針先端から進展したストリーマ放電が溶液界面まで進展する際の電流値および電荷量は、溶液の状態の影響を受けず一定値となった。一方で、電流波形よりストリーマ放電が液面到達後の電流の振る舞いは溶液の導電率によって影響を受けることが確認された。これまでに導電率が高くなることで水素生成量が増加することは前年度確認されており、これらの成果より気液界面のストリーマチャネルが電子を授受する媒質(仮想電極)として振る舞い水素生成が促されたものと考える。3)発光分光法(モノクロメータ)を用いてナノ秒パルス放電プラズマの気液界面における化学活性種の時間経過の変化を計測した。水素原子および雰囲気ガスのアルゴンのスペクトルを計測した。その結果、電流の変化に伴いスペクトル強度が変化することが確認された。平成28年度の研究目的は、光学的観測による気液界面におけるナノ秒パルス放電プラズマの放電機構の観測である。計画通りに、発光分光計測によって気液界面における放電プラズマの化学種を同定しその温度計測を行い生成反応系の解析を行う。特に、水素原子の温度空間分布を中心に観測を行う予定である。この発光分光計測のために、新規の分光器を購入する予定である。また、前年度の印加パルス電圧特性や水の状態が水素生成量に与える影響についても継続的に調査を行っていく予定である。

パルスパワー工学当初予算に計上していた短パルス電源および反応容器が、それぞれ予定より安く購入できたことで、次年度使用額が生じた。次年度使用額については、平成28年度に購入を予定していた分光器の購入予算に使用する予定である。
敗血症患者の腎機能に合わせたメロペネム薬物動態解析モデルの確立とその評価

敗血症患者の治療薬として腎排泄型のメロペネム(MEPM)が投与されている。近年、集中治療領域において入院患者の腎クリアランスが過剰に増大したAugmented Renal Clearanceが問題視されている。これまでにARC状態の敗血症患者は、腎機能正常者に比べてMEPM血中濃度が顕著に低下し、十分な効果が得られないことが示唆されている。しかし、このような患者に対するMEPM投与量の調節方法は確立されていない。したがって、患者個々の腎機能に合わせたMEPMの投与設計を行うために必要な母集団薬物動態モデルを構築し、ARC病態下の患者におけるMEPMの最適投与方法の確立を目指す。
サブミリ波エリプソメトリによる誘電体フォノン解析と計算結晶化学

サブミリ波領域での分光エリプソメータを開発し,その基本性能を検証するとともに,チタン酸バリウム(BaTiO_3)単結晶のテラヘルツ領域での複素誘電率を直接測定することに成功した。また,広帯域誘電スペクトルの測定によって,BaTiO_3セラミックスのサイズ効果がドメイン構造によって説明できること,BaTiO_3系リラクサーの相転移機構がPolar nanoregions(PNRs)の挙動で説明できることを明らかにした.サブミリ波領域での分光エリプソメータを開発し,その基本性能を検証するとともに,チタン酸バリウム(BaTiO_3)単結晶のテラヘルツ領域での複素誘電率を直接測定することに成功した。また,広帯域誘電スペクトルの測定によって,BaTiO_3セラミックスのサイズ効果がドメイン構造によって説明できること,BaTiO_3系リラクサーの相転移機構がPolar nanoregions(PNRs)の挙動で説明できることを明らかにした.ペロブスカイト型誘電体・強誘電体の誘電物性をその結晶構造からフォノン解析を介して理解するため、本研究では、GHz領域での誘電物性測定技術とサブミリ波分光エリプソメータの開発、これらを用いた超広帯域誘電スペクトルの測定を行うことを目的としている。エリプソメータに関しては、ハード部分の開発をデータ解析用ソフトもほぼ整備した。標準試料としてSrTiO_3単結晶について測定を行い、従来法とほぼ一致する結果を得た。今後は、エリプソメータでしか測定できない薄膜試料についての検討を行う。また、BaTiO_3のドメイン構造による誘電特性の変化を明らかにするため、粒径を連続的に変化したBaTiO_3セラミックスを作製した。透過型電子顕微鏡観察の結果、ドメイン壁の密度が粒径の減少にともない増加することを確認した。これらセラミックスの誘電率を測定したところ、粒径の最も小さい試料で比誘電率7,700という純粋なBaTiO_3としては、これまでで最も高い値が得られた。また、広帯域誘電スペクトルを測定した結果、高い誘電率はドメインによる双極子分極の増加が原因であることが明らかとなった。一方、人工超格子に関しては、BaTiO_3-SrTiO_3系人工超格子の誘電率の温度依存性を測定し、超格子の示す巨大な誘電率が温度に依存せず、比較的広い-50-150°Cという温度範囲で得られることを明らかにした。サブミリ波分光エリプソメータを試作しその基礎的な性能を検証した。本装置は、多入射・分光エリプソメータの構成で、ハードウェアは日本分光製であるが、ステッピングモータによる偏光子、検光子の回転角度および角度可変反射機構の制御に、専用の制御システム・ソフトウェアを開発した。反射強度の検光子の回転角度依存性の信号を高速フーリエ変換することにより、反射光の偏光楕円率(エリプソ角度Ψ、Δ)を計算した。試料としてチタン酸バリウム単結晶を使用し、サブミリ波領域での異方性複素誘電率を、初めて直接測定することができた。得られた結果を、従来法である遠赤外領域での反射率から最小2乗計算により複素誘電率を推定する方法での結果と比較したところ、測定誤差の範囲内で両者は一致した。特に試作したエリプソメータにより、チタン酸バリウム結晶のフォノンの方位依存性が明らかとなったことは、誘電体物理の観点から重要な結果である。また、チタン酸バリウムセラミックスの誘電特性が、粒子径により異なるいわゆる「サイズ効果」の原因を明らかにするために、粒子径の連続的に異なるチタン酸バリウムセラミックスを通常の焼結法および2段階焼成法により作製し、kHzからTHzに至る超広帯域誘電スペクトルを測定して、誘電分極機構によるサイズ効果の挙動について研究した。その結果、粒子径約1μmで誘電率は極大を示すことが明らかとなった。誘電率の増加のついては、主にドメイン壁の電場による振動に起因する双極子分極の変化により説明できたが、粒子径1μm以下で誘電率の低下については、予想に反してイオン分極が関与していることが明らかとなった。この原因については、来年度に引き続き検討中する予定である。咋年度までに開発した測定技術を駆使して、ペロブスカイト型強誘電体に残される幾つかの不明な点を解明した。チタン酸バリウムセラミックスの誘電特性が、粒子径により異なるいわゆる「サイズ効果」の原因を明らかにするために、粒子径の連続的に異なるチタン酸バリウムセラミックスを作製し、kHzからTHzに至る超広帯域誘電スペクトルを測定して、誘電分極機構によるサイズ効果の挙動について研究した。特に、粒子径1μm以下の試料をエアロゾルディポジション法により自立膜として作製し、熱処理温度を変えることで粒子径を広範囲に変化させたときの誘電率の変化を明らかにした。研究の結果、信頼性の高い誘電率の変化を得るとともに、サイズ効果はドメイン壁が一定の距離以下に近づいたときに、ドメイン壁間の相互作用により双極子分極が減少し、さらに、高誘電率を生む格子歪が導入された領域が減少することが原因であることを突き止めた。また、常誘電体であるチタン酸ジルコン酸ストロンチウムにおける各フォノンのイオン分極への寄与を定量化し、各フォノンと誘電物性との相関を議論した。チタン酸バリウム系強誘電体についても、そのリラクサー化現象のメカニズムをイオン分極と双極子分極の両者の定量化により明らかにした。

強誘電体相転移の近傍における分極メカニズムについて、本研究で開発した超広帯域誘電スペクトル測定法を用いた解析を行い、強誘電体、散漫相転移誘電体、リラクサー誘電体に至る過程での分極メカニズムの変化を明らかにすることで、ナノサイズの分極領域(ナノポーラー領域)における分極ゆらぎがリラクサーに至る過程での誘電特性の変化を支配することを突き止めた。さらに、ペロブスカイト型人工超格子の誘電異方性を明らかにし、計算機シミュレーションに基づき結晶化学的にその原因を考察した。
脳幹における食欲調節ペプチド、GLP-1分泌細胞の分子生物学的解析

GLP-1分泌神経細胞は食欲調節因子GLP-1、ペプチドYYおよびグレリンにおいて神経応答は観察されなかったが、レプチンに対しては興奮性の神経応答を示した。またコレシストキニンに対してはグルタミン酸作動性シナプス入力を介した間接的な神経応答観察され、そのシナプス入力を介した間接的な神経応答はアドレナリン作動性神経を介しているが明らかになった。さらに救心性迷走神経線維を電気刺激することにて、GLP-1分泌神経細胞に対するシナプス入力の増加が認められ、中枢神経系のGLP-1分泌に救心性迷走神経を介した末梢臓器由来の神経入力が関与していることが示唆された。本申請研究に使用したトランスジェニックマウスにてYFP蛍光陽性細胞がGLP-1分泌能を有しているか否かを確認するため、YFP陽性細胞のみに単一細胞RT-PCR法を適用し、GLP-1の前駆物質であるプレプログルカゴンの発現を確認し、YFP蛍光陽性細胞がGLP-1分泌能を有し、GLP-1分泌細胞の観察および実験に有用な実験動物であることを分子生物学的に明らかにした。電気生理学的手法を用いて、YFP蛍光陽性(=GLP-1分泌)神経細胞とYFP蛍光陰性神経細胞における電気生理学的特性の差異から、あるいはまた免疫組織化学染色法を用いて、形態学的あるいは組織学的局在にて、両細胞の識別が可能か否かについて検討を行ったが、両細胞間において有意な差は認められず、YFP蛍光の有無のみが、"生細胞"の状態でのGLP-1分泌神経細胞の指標になる事が明らかになった。GLP-1分泌神経細胞における修飾因子の同定を目的とし、スライスパッチクランプ法を用いて得られた結果にて、GLP-1分泌神経細胞は、興奮性のシナプス入力を有しており、シナプス入力はアドレナリン、ノルアドレナリンおよびコレシストキニンにて有意に増加することから、これらの食欲調節因子が中枢神経におけるGLP-1分泌に関与していることを明らかにした。GLP-1そのものにてGLP-1分泌神経細胞の神経応答は観察されず、末梢にて分泌されたGLP-1が直接的に中枢神経におけるGLP-1分泌に関与している証拠は得られなかった。しかしながら、求心性の神経線維を介したシナプス入力が観察されていることから、求心性の神経線維を介した末梢臓器からの情報にて、中枢神経内におけるGLP-1分泌機序に係わっている可能性が示唆された。これらの結果は、糖尿病治療薬として用いられているGLP-1関連試薬の作用機序解明への有益な情報になりうると考えられる。glucagon-like peptide 1 (GLP-1)分泌細胞と脳幹に存在する他の神経細胞(アドレナリン作動性神経細胞およびコリン作動性神経細胞)との共局在性を免疫組織化学染色法にて観察し、アドレナリン作動性神経細胞およびコリン作動性神経細胞とGLP-1分泌細胞との間に共局在性のないことを明らかにした。これによりGLP-1分泌細胞がこれまで報告のある上記2種の神経細胞と異なるシグナル伝達経路を用いている可能性が示唆された。GLP-1の前駆物質であるpreproglucagon(PPG)産生細胞に対し、特異的にYFP蛍光タンパク質発現する遺伝子改変マウス(以下TGマウスと略す)から、脳スライス標本を作製し、その脳スライス標本中のYFP蛍光陽性細胞のみから細胞質を吸引し、単一細胞RT-PCR法を用いて、遺伝子レベルでYFP蛍光陽性細胞のPPG遺伝子発現を確認した。すべてのYFP蛍光陽性細胞にてPPG遺伝子の発現が確認され、本TGマウスにおけるYFP蛍光陽性細胞はGLP-1分泌細胞であることが示唆され、YFP陽性細胞から得られるデータをGLP-1分泌神経細胞のデータとし使用することが可能となった。スライスパッチクランプ法にてGLP-1分泌神経細胞の静止時における電気生理学的特性の解析を行った。GLP-1分泌神経細胞は静止時において活動電位を有し、興奮性および抑制性のシナプス入力を有していることを明らかにした。しかしながら、静止時におけるYFP陰性細胞との電気的生理学的特性において有意な差は認められず、電気的生理学的特性によってGLP-1分泌神経細胞を同定することは困難であることが明らかにされた。当初の計画より多少の遅れを生じている実験系もあるが、一方、他の実験系にて実験計画以上の結果も得られており、おおむね順調に進展している。本申請研究の実験計画に従い、GLP-1分泌神経細胞がGLP-1そのものにて、修飾を受けているのか、否かについてGLP-1分泌神経細胞にGLP-1を投与し神経応答に対する電気生理学的解析を行う。また脳スライス標本中に残存する迷走神経終末に対して電気刺激を行い、末梢臓器由来のシナプス入力がGLP-1分泌神経細胞に入力しているか、否かについて電気生理学的に解析する。

中枢神経における食欲調節因子(例えばレプチン、グレリン等)を投与し、いずれの物質にてGLP-1分泌神経細胞が神経応答を引き起こすのか電気生理学的に解析し、GLP-1の引き起こす食欲抑制作用がどのような食欲調節因子と関連性を有しているの明らかにする。中枢神経系におけるGLP-1分泌機序と腸管におけるGLP-1分泌機序の比較を行うため、GLP-1分泌神経細胞のグルコース濃度変化に対する神経応答をスライスパッチクランプ法にて解析する。本申請研究の研究費使用計画に従い、研究費のおよそ半額にて研究の精度および効率を向上させるため、気圧式ポコポンプを購入し実験行う。また残りの半額に関しては、実験に用いる動物の飼育費を含む消耗品費として使用する計画である。
抵抗変化型不揮発性メモリの基礎物性と抵抗スイッチング特性との相関

二元系遷移酸化物を用いた抵抗変化型メモリ(ReRAM)は次世代不揮発性メモリとして期待されているが、酸化物の基礎物性と抵抗スイッチング特性は必ずしも明らかになっていない。本研究では、酸化物の酸素組成に着目し、主に抵抗スイッチング特性との相関に関して調べた。Pt/NiO/Pt積層構造のフォーミング過程において、NiO薄膜中の導電性フィラメント形成が最弱リンクモデルに従うこと、NiO薄膜中の酸素組成の増加に伴い、NiO薄膜の圧縮応力とともにフォーミング電圧が増大する傾向が確認できた。また、NiO薄膜の膜厚依存から、フォーミングに関わる極薄膜層の存在が示唆された。今年度は主に、1.TiO2薄膜を用いたReRAM素子における電極金属材料の抵抗スイッチングの極性への影響、Pt/NiO/Pt積層構造素子における2.NiOの酸素組成とNiO薄膜にかかるひずみおよびフォーミング電圧との相関、3.定電圧印加時およびランプ電圧印加時におけるフォーミング特性の時間依存、に関して検証した。TiO2薄膜を用いたReRAM素子として、下部電極にはPtを、上部電極にはPt・Ag・Alを用いた。上部電極にPtを用いた場合が最も安定なノンポーラ型の抵抗スイッチングを示した。一方、上部電極にAgを用いると、電極材料であるAgがフィラメントとして機能するCBRAMとしての動作で、バイポーラ型の抵抗スイッチング特性を示すことがわかった。上部電極にAlを用いた場合、負バイアスを印加した場合フォーミングオフとなることが示された。一方、Pt/NiO/Pt積層構造素子においては、NiOの酸素組成が大きくなるに従い、多結晶であるNiOが<111>方向に大きくなるような二軸性の圧縮ひずみが大きく加わるようになり、フォーミング電圧が増大する傾向が示された。また、フォーミング特性評価として、定電圧印加時に加えてランプ電圧印加時のフォーミング時間依存を調べ、これらの相関を調べた。ランプ電圧印加を用いても、フォーミング時の導電性フィラメントの起源である点欠陥がポアソン分布に従うことが示され、また膜厚依存性よりこの形成領域が堆積されたNiO薄膜の膜厚に比べて十分に薄いことがなどが、改めて示唆された。本研究では、抵抗変化材料としてNiOおよびTiO2を用いたReRAMに関して、抵抗変化材料の基礎物性と抵抗スイッチング特性との相関を調べてきた。主な成果および実績は下記の通りである。最終年度の成果として、Pt/NiO/Pt積層構造における抵抗変化特性に対するNiOの膜厚依存性から、フォーミング時における導電性フィラメントの形成領域は、NiO薄膜に比べて十分薄い領域であることなどが示唆された。また、NiOの酸素組成は、粒内ではなく粒界における組成の違いが決まることをTEM組成分析で確認し、粒界がフォーミングにおける導電性パスになりうることがわかった。さらに、交流電気伝導や温度依存より、高抵抗状態においてもフィラメントがNiO領域を貫通して形成されているという新たな知見が示唆される結果が得られた。期間全体を通した成果として、NiOの酸素組成の増大に伴い、下部Ptの結晶性を引き継ぎ<111>配向の柱状構造を示すNiOの圧縮応力が増大し、フォーミング電圧が増大する傾向が示された。下部電極と抵抗変化材料層との相互作用が抵抗変化特性に影響を与えることを示唆している。フォーミング特性評価として、定電圧印加時およびランプ電圧印加時のフォーミング時間依存を調べた。フォーミング時の導電性フィラメント形成の起源であるNiO薄膜中の点欠陥がポアソン分布に従うという、Si-MOSにおける絶縁破壊との類似性が示された。一方、Metal/TiO2/Pt積層構造において、8種類の上部電極金属材料を用いた結果、抵抗スイッチング特性には電極金属とTiO2抵抗変化材料との界面における酸化還元反応が大きく関わることが示された。特に上部電極にAgを用いた場合、固体電解質で報告されているようなCBRAMと類似のバイポーラ型抵抗スイッチング特性が確認された。今年度は主に、1.新たに導入したTiO2薄膜を用いたReRAM素子の抵抗スイッチング特性に対する電極金属材料の影響の検証、Pt(白金)/NiO/Pt積層構造素子における2.導電性フィラメントの直接観察および3.フォーミング特性の時間依存評価を行った。TiO2薄膜の堆積条件最適化の結果、Pt/TiOx/Pt積層構造においてx=O/Ti=1.96とストイキオメトリからわずかに酸素不足の組成を有する場合に、最も安定した抵抗スイッチング特性を示すことがわかった。また、仕事関数および酸化物のギブズエネルギーが異なる8種類の電極金属材料を用いた結果、抵抗スイッチング特性には電極金属とTiO2抵抗変化材料との界面における酸化還元反応が大きく関わることが示された。

一方、Pt/NiO/Pt積層構造において、フォーミング直後素子内に微小の変形領域が認められた。導電性AFMやTEMおよびEDXを用いた結果、当該変形領域の一部でNiOが還元されており、金属と同等の抵抗率を示す導電性フィラメントが存在することが確認された。低抵抗状態の素子抵抗ばらつきは、この導電性フィラメントの面積や形状の違いに起因すると考えられる。さらに、Pt/NiO/Pt積層構造におけるフォーミング特性評価として、定電圧印加時のフォーミング時間依存を調べた。フォーミング時の導電性フィラメント形成の起源となる(と思われる)NiO薄膜中の点欠陥の分布がポアソンモデルに従うこと、フォーミング時における導電性フィラメントの形成領域はNiO薄膜に比べて格段に薄い(数nm程度)領域であること、などが示唆された。本研究では、抵抗変化材料であるNiOおよびTiO2の半導体としての基礎物性に着目し、抵抗スイッチングの普遍的なメカニズムを解明し、実デバイスとして用いる際のばらつき低減に関するモデルや手法を提案することを目的としている。酸素不足型のTiO2薄膜において、抵抗スイッチング特性に対する電極材料の影響を精査し、電極材料とTiO2薄膜の界面における酸化還元反応、およびAgが電圧印加に応じて移動しうる現象を確認しつつある。また、金属不足型のNiO薄膜を用いたPt/NiO/Pt積層構造において、フォーミングとNiO薄膜にかかるひずみとの相関や導電性フィラメントの起源の分布などが明らかになりつつある。したがって、事業期間を通した計画に対して、おおむね順調に進展していると判断される。本研究では、抵抗変化材料であるNiOおよびTiO2の半導体としての基礎物性に着目し、抵抗スイッチングの普遍的なメカニズムを解明し最適化モデルを提案することを最終目的としている。その足がかりとして、TiO2薄膜を新たな抵抗変化材料として導入し、これまで調べてきたNiO薄膜との比較から、抵抗スイッチング特性には電極金属と抵抗変化材料との界面における酸化還元反応が大きく関わることを確認するに至っている。Pt/NiO/Pt積層構造素子におけるフォーミング時の導電性フィラメントの形成領域に関して有用な結果が得られており、事業期間を通した計画に対して十分な進捗が得られていると考える。次年度は、ReRAM素子の微細化技術を確立すべく、クロスバー型構造による微細構造の作製、および作製条件が抵抗スイッチング特性に悪影響を及ぼさないかどうかを検証する。また、フォーミング特性とひずみとの相関に関して、より詳細な構造評価をすべくTEM観察およびTEM-EDXなどを用いる。さらに、抵抗スイッチングの本質的な低温特性(真空中ではない)、およびガス雰囲気の抵抗スイッチング特性への影響を調べる。次年度は、ReRAM素子の微細化を進めるべく、絶縁膜や素子分離層となるSiO2やSiNの堆積および熱処理条件などを確立する。まず、紫外線(UV)リソグラフィや熱処理・エッチングを用いることによる抵抗スイッチング特性への影響を調べ、その後、電子線(EB)リソグラフィを用いて、低抵抗状態の導電パスである導電性フィラメントと同等とされる、数十nmサイズのReRAM素子の作製プロセスの確立へと拡張する。
科学の知と文学・芸術の想像力ードイツ語圏世紀転換期の文化についての総合的研究

「科学の知と文学・芸術の想像力」というテーマのもとに、おもに19世紀後半から20世紀初めにかけてのドイツ語圏の文学と芸術を再検討することによって、この時代の美的想像力および広く文化的表象に対して、発展しつつある科学・学問の新たな発見が果たした役割を具体的に解明することができた。とくに精神医学・心理学、生理学・医学、生物学の知見が人間の捉え方や描写の仕方あるいは芸術上の理論構成に与えた影響について、所期の目的通りに確認できた。7月21日に全員による最初の研究集会を開催し、市野川がヴィルヘルム・グリージンガーの精神医学を紹介しながら19世紀半ばから20世紀にいたる医学や生理学と精神医学との関係について、また鍛治がゴットフリート・ベンの文学と生物学について論じた後、二つの発表をもとに自然科学の知識と文学・芸術の表現形式および内容との時代的平行性、影響関係について議論を行い、本プロジェクトの皮切りとした。12月には、田中が企画した「ムネモシュネ・アトラス展ーアビ・ヴァールブルクによるイメージの宇宙」に共催者として協力した。この展覧会は、古代から同時代に渡るヨーロッパの記憶の集積を一定のイメージとして構成しようとするヴァールブルクによる試みを、今日に再現してみせた画期的な企画である。ヴァールブルク自身世紀転換期を生きた学者であったが、彼によって選択されたイメージを広く同時代の文化との関連のなかにおいて検討する機会が与えられ、多くの示唆をえることができた。3月18日には石原が主催して、学外から壇原宏文(北里大学)、横山千晶(慶應大学)の両氏を招いて、コロキウム「医学と芸術ー近代皮膚科における教材と日独学術交流」を開催した。世紀転換期の衛生学の有り様、病の表象の仕方、ドイツからのムラージュの受容と日本のムラージュに見られる独創性など、多様な観点からドイツとヨーロッパの医学と芸術表現の結びつきについての発表がなされた後、活発な議論が交わされ、今日までほとんど顧みられてこなかった医学標本を巡るドイツ語圏での実情および日本との交流が明らかにされた。また、下記研究発表欄にもあるように、プロジェクト参加者は本科研の研究目的を念頭におきながら、それぞれの分野で活発な活動を展開した。25年度は、まず9月17日にドイツのギーセン大学から来日中のUwe Wirth教授を迎えて講演会「黄金の壺化学と狂気のあいだの筆写の場面」を開催して、19世紀前半のロマン主義の時代の自然科学と心と文学の相互関係について議論を行った。これによって20世紀初頭において心についての科学的研究が芸術に対して持った意義を検討する際の前史をおさえることができた。12月7日には南山大学地域研究センター共同研究「1920世紀のヨーロッパにおける科学と文学の関係」グループ(代表者:真野倫平教授)と共催で東京大学駒場キャンパスでシンポジウム「科学知の詩学ー1920世紀のドイツ・フランスにおける科学と文学・芸術」を開催した。鍛治、竹峰、石原が発表を行い、他の研究分担者も司会あるいはコメンテータとして積極的に議論に参加した。南山大学の研究会のメンバーからはフランスでの科学と芸術との繋がりについての発表があり、討論を通じて本研究課題をヨーロッパ的な広がりのなかに位置づけ、その重要性を確認することができた。25年度の研究課題に直接関係することとして、心霊学が独仏両国の芸術にとって果たした役割を具体的に指摘できたことは大きな成果であった。なお、この催しには学内外から50名を超える参加者があった。3月17日には哲学・科学思想史研究者である金森修氏を迎えて講演会「19世紀ヨーロッパにおける人工世界の表象ーシャルル・バルバラの『ウィティントン少佐』を中心に」を開催した。この講演会においては、フランスの19世紀の小説の詳細な分析によって、人工的世界の文学的想像力が当時の科学技術の発達をもとにしていた様子を事細かに知ることができただけではなく、自動人形と人間の特質とを比較しつつ、心の問題について有益な議論がなされた。26年度は、過去2年間で十分に掘り下げられなかったテーマを中心に研究活動を行った。10月18日にミュンヘン大学のDr.Isabel Kranz氏による講演会「言葉のない言語、メディアのない世界:ノスタルジー的なコードとしての花の言語」を開催した。終了後の討論で、植物についての知識が19世紀20世紀の文芸と市民文化のなかで果たした役割の重要性について確認した。11月1日の研究発表会では、高橋宗五が、ブレヒトの演劇論と演出ノートのなかに量子力学の考え方との類似が認められることを指摘し、梶谷真司はHermann Bausingerの民俗学を紹介しつつ生活世界のなかで科学・技術が民俗化され、民俗が科学・技術化される様子を幅広い文化現象として跡付けた。12月6日には長木誠司とヘルマン・ゴチェフスキが中心となって、シンポジウム「物理・生理・心理三学を交差する音楽論ー19世紀から20世紀初頭までの科学史をめぐって」を開催した。

音楽と科学の関係は未検討の分野であったが、19世紀から20世紀にかけてのドイツとフランス、ベルギーにおいて、音楽の理論が生理学や音響学さらには心理学や精神医学から何を学び、どのような関係を結んだかが、フランソワ-ジョセフ・フェティス、ヘルマン・ヘルムホルツらの理論を検討しつつ明らかにされた。3月7日に行われた佐藤恵子の研究発表「ヘッケルと一元論の想像力」では、部分的にしか知られていないエルンスト・ヘッケルの生物学と思想が、19世紀以来の学問的伝統と同時代の文化との関連も交えて詳細に紹介され、引き続いてヘッケルの文化的な位置づけについて、および19世紀以来の生物学の進化と文明の発達についての思想の相互影響関係をめぐって活発な議論が交わされた。26年度が最終年度であるため、記入しない。ドイツ近現代の文学と思想26年度が最終年度であるため、記入しない。4月、7月、12月に開催した関係者全員による会議ないしは研究会と、3月18日のコロキウムを通して、医学および生物学の発展が文学、芸術、文化に対して果たした役割を確認するとともに、それぞれの領域間にとって新たな知見を得ることができた。7月7日の全体研究会および12月7日開催のシンポジウムを通して、ドイツ語圏世紀転換期における心的なものと身体機能への学問研究の進展が、当時の文学、芸術、文化に与えた影響を具体的に取り出すことができた。また2度開催した講演会では身体と心の問題を芸術および科学技術との関連で検討することができた。昨年度と動揺に、研究会と講演会、コロキウムの開催を通して、本年度のテーマを中心に研究を進める。また、国内で類似の研究テーマと取り組んでいる研究組織と共同の企画を組み、新たな視点の導入を図りたい。昨年度と同様に、研究会と講演会、シンポジウムを通して研究を進めていく。とくに今年度は舞台芸術と音楽の分野でこれまで得られた成果を発展させてシンポジウムを開催する予定である。金額の大きい文献の購入を予定しているために、また今年度の海外での資料調査と研究打ち合わせへの希望を考慮して、本年度に繰越を行った。購入予定書籍が年度内に届かないことや未刊行だったことにより生じた。来年度には上記の書籍の購入に充てる計画である。
細胞膜透過性ペプチドアプタマーの開発

本研究では、新規な機能性ペプチド探索の手法であるcDNAディスプレイ法により、高い細胞膜透過性を有する新しいペプチドを創出することを目的とした。cDNAディスプレイ法は、膨大な数の配列多様性から特定の機能配列を見出す技術である。スクリーニングサイクルで提示された配列候補を化学合成し、蛍光標識し、細胞膜への透過性について検証した。同時に、ペプチドの相互作用解析に供することのできる分析用光学系を開発した。組織化された細胞内へのペプチドの拡散を観察するために、蛍光相関分光法によりペプチドの挙動解析を行った。その結果、細胞膜と新規膜透過性ペプチドの構造と膜透過性の相関を明らかにした。本研究では、cDNAディスプレイ法により、高い細胞膜透過性を有する新しいペプチドを創出する。新規な膜透過性ペプチドは、それらの構造と膜透過性の相関を明らかにし、有用物質の特異的な細胞内への輸送手段としての応用を図る。第一に、cDNAディスプレイ法により脂質膜と相互作用するペプチドの選別を行った。ランダムDNA配列を鋳型として、ペプチドとこれをコードするDNAの複合体を作り出し、標的物質にたいするアフィニティによる選別により結合性を持つペプチドを濃縮する。本研究では、膜透過性ペプチドの取得を目標に、脂質膜を固定した基板に対する吸着ペプチドを選別した。その結果、スクリーニングサイクルにより得られたDNA配列3040クローンについてDNAシーケンサーによる配列解析を行ない、コードされるペプチド配列群を同定した。今後、疎水性・塩基性アミノ酸を含む配列について化学合成を行い、細胞膜透過性について検証を行う。第二に、ペプチドと細胞膜との相互作用解析に供せられる分析用光学系を開発した。細胞へのペプチドの透過効率を定量的に測定するには、蛍光自己相関分光法(FCS)が最も優れた方法である。しかし、組織化した細胞内部への透過効率を測定するためには、現在利用されている波長領域よりも長波長の励起光を使用する必要がある。そこで、光源として赤色レーザを用いた共焦点光学系を試作した。今後、この光学系を用い、液滴中の蛍光標識分子の拡散運動に起因する変動を測定し、自己相関解析を行うことで、細胞内の蛍光標識物質の局在と内部移行効率に関する情報を得る。第一に、ペプチドアプタマー候補配列の同定は、in vitro転写翻訳系を利用したcDNAディスプレイ法により行った。膜透過性ペプチドはアルギニンの出現頻度の高いことから、DNA配列は完全なランダムではなく、アルギニンをコードするコドンが多くなるように事前にバイアスをかけ、ペプチド-cDNA複合体のアフィニティによる人工的な選択淘汰のプロセスにおいて、脂質膜を固定した基板に対する吸着ペプチドを選別した。このプロセスは、研究協力者であるジェナシス(株)の技術協力の下で行われた。現在、複数回のサイクルを経て、収束配列の確認を進めている。第二に、次年度に予定されているペプチドアプタマーの機能評価のための準備として、細胞膜と相互作用する既知のペプチドについて機能評価を先行して行った。1次評価系であるペプチドとリポソームとの結合力を測定法として蛍光相関分光法を利用した。モデルペプチドとして、代表的な抗菌ペプチドであるヒトディフェンシンβ2を使用した。検証の結果、リポソームへの蛍光標識ペプチドの吸着を大きな蛍光変動としてとらえることができた。その変動の頻度から4種類のリポソームに対する吸着力を定量的に評価したところ、リポポリサッカライドが最大の吸着量を有しており、評価系の妥当性が確認できた。これら研究実施の過程で、興味深い知見も得られた。それは、既知の天然ペプチド配列の多くに細胞膜と相互作用するものが見出され、そのいくつかには全く別の機能を持っているにも関わらず強い抗菌活性が認められたことである。このことは、人工ペプチドと天然ペプチドについて配列相同性の比較から新機能を予測できる可能性を示唆する。膜透過性ペプチドはHIV-1のTatタンパク質に代表され、合成ペプチドを用いた細胞膜への相互作用解析から、構造活性相関が明らかにされつつある。一方、cDNAディスプレイ法は、膨大な数の配列多様性から特定の機能配列を見出す技術である。研究協力者である(株)ジェナシスと共同で、脂質膜と相互作用するペプチドの選別を行った。スクリーニングサイクルで提示された40ほどの候補配列を化学合成し、蛍光標識の後、細胞膜への透過性について検証した。同時に、ペプチドと細胞の相互作用解析に供することのできる分析用光学系を開発した。組織化した細胞内へのペプチドの拡散を観察するために、蛍光顕微鏡および蛍光相関分光法により蛍光標識ペプチドの挙動解析を行った。その結果、細胞膜と新規膜透過性ペプチドの構造と膜透過性の相関を明らかにし、有用物質の特異的な細胞内への輸送手段としての応用を図るための基礎的な知見を得るに至った。

ケミカルバイオロジー本年度は、ペプチド探索による膜透過性配列候補の同定に加え、相互作用分析を目的とした蛍光自己相関分光法を測定原理とする機器試作を行った。これらの機能評価を最終年度に行い、目的を達成する予定である。アプタマースクリーニングの検証においては、選別プロセスで必要な脂質膜を固定した基板の調製に難航し、収束配列が得られる条件設定を見出すに至らなかった。今後、さらなる検証を進め解決を図る予定である。予算執行においては、パートタイムでの実験補助者を雇用することを計画していたが、適任者が得られなかったため、人件費を翌年度に繰り越すこととした。これにより次年度研究経費と合算し、フルタイムでの実験補助者を雇用することで研究を加速させる。膜透過性アプタマーの機能評価のために単層培養あるいは3次元培養した細胞を組織モデルとして浸透効率を上記の共焦点光学デバイスにより測定し、細胞内部の蛍光ゆらぎの測定により細胞浸透性ペプチドアプタマーの浸透効率の評価を行う。ペプチドの周囲の環境は蛍光ゆらぎの自己相関解析により示される拡散時間の変化として求めることができる。細胞内部はペプチドが拡散しにくいため、拡散時間の値が大きくなることから移行量を求めることができる。この移行量を指標として、化学合成したペプチドの細胞膜透過性を検討する。ペプチドアプタマー候補配列は収束配列のうち1520種類程度についてペプチド自動合成機を利用した固相合成法により化学合成する。ペプチドアプタマーのアミノ酸鎖長は810残基を想定しているので、ほとんどの配列は化学合成により容易に合成可能である。合成後は逆相HPLCにより精製し、質量分析計とアミノ酸組成分析により構造確認と定量を行う。1次評価として合成された候補ペプチドとリポソームとの結合力を測定する。そのために蛍光相関分光法および表面プラスモン共鳴法によるバイオセンサーを用いる。今年度、先行して検証した蛍光相関分光法のほか、表面プラスモン共鳴バイオセンサーを利用して脂質膜を結合させたセンサーチップに対する結合解離のリアルタイム測定を検討する。ペプチドの分子量が小さいため、感度に見合った測定濃度での評価となるが、リガンドの標識なしで評価できる利点がある。両者の評価法も人工的な脂質膜への表面吸着を指標とした分析であるが、比較的迅速に多種類のペプチドの結合力評価が可能である。2次評価としてペプチドの細胞内部への移行を共焦点蛍光顕微鏡により評価する。HeLa細胞の培養上清に1次評価により脂質膜結合能有りと評価された蛍光標識ペプチドを添加し、細胞内への移行を観察する。同時に細胞内局在や分解により蛍光を失われる時間についても情報を得る。当該年度の本研究に関わる物品費は、研究協力者(共同開発企業)が試作のために部品購入をしているため発生しなかった。発生した次年度使用額は、分析機器試作に要する部品購入に充当する。
高温高圧下その場ラマン分光法による地球惑星内部物質の化学結合状態の研究

本研究は、超高圧高温条件下その場ラマン分光のための技術開発を行うことを目的して実施された。100GPa超領域でのラマン分光測定が可能な装置を建設し、放射光X線回折などと組み合わせることで圧力誘起相転移を多角的に研究することが可能になった。二酸化物の最充填構造の探索を行い、それまでに知られていた最も配位数の高いPbCl_2構造(9配位)が、さらに、充填率のより高い構造に相転移することを発見するなどの成果が得られた。一方、超高圧と同時に高温を発生させ、ラマン分光測定を行うという点では、十分に満足のいく成果を得ることはできていない。外熱方式を用いることで800K領域での測定には成功しているが、より高い温度での測定を成功させるためには、(1)安定した超高圧高温発生と(2)ゲート機能を利用した分光測定が必要である。(1)については、緩和発振パルス光を利用した新しいレーザー加熱方式の開発、および粉末c-BNを材料とした新しいガスケットの開発を行った。新加熱方式では、従来方式よりも低い投入エネルギーで試料の加熱を行うことが可能であり、装置にダメージを与える危険性を減少させ、よりコントロールされた加熱を行うことが可能になった。また、新ガスケットでは、広く使用されているReに比べ、約2倍の試料容積を確保することに成功した。試料体積を従来通りとすれば、従来よりも安定した圧力発生が可能であり、2倍とすれば、信号強度の面などで有利となる。(2)については、イメージインテンシファイア付きCCDカメラなどを利用した測定を行うことができれば、目的の実現に向け大きく前進できたと思われるが、残念ながら予算的な制約から断念せざるを得なかった。本研究では、超高圧高温実験のための幾つかの重要な技術開発に成功した。今後、予算を獲得して、ゲート機能付き検出器を導入することで本研究の当初の目的を達成したい。4年計画の初年度にあたる本年度は、高温高圧下その場ラマン分光技術の確立に向けた各種試験とそれに基づいた装置改良を進めた。常温常圧におけるラマン分光との主な違いは、(1)高圧発生部に使用されるダイヤモンドの蛍光、および(2)高温部分からの輻射光がラマン信号の測定を妨害することにある。(1)については、低蛍光のダイヤモンドを使用することや、ラマン信号励起用のアルゴンイオンレーザー光を信号測定系と30°程度の角度をもたせて入射する斜入射光学系を採用することで大きく改善することができた。(2)については、試料の加熱方法を工夫した。従来のYAGレーザーによる試料の加熱(レーザー加熱法)では、試料状態の変化に伴ってレーザー光の反射・吸収の程度が大きく変化することから、温度を一定に保つことが困難であった。測定中に短時間でも温度の急激な上昇があると、強い輻射光のためにラマン信号の測定が不可能になる。本研究では、高圧セル全体を抵抗発熱体(シースヒーター等)で加熱する方式(外熱法)を採用することで800K程度までの安定した高温発生を実現し、質の高いラマン信号の測定が可能であることを確認した。現在、外熱法による1300Kの実現を目標に新型の高圧セルを設計中である。また、外熱法とレーザー加熱法を組み合わせることで1300Kよりも更に高い温度の安定した発生が可能になるものと思われる。次年度も引き続き装置改良を進めるとともに、地球惑星深部物質に対する実験を本格的にスタートさせる予定である。

4年計画の2年目にあたる本年度は、初年度に行った装置の立ち上げと各種性能試験の結果に基づき、さらに装置の改良を進めるとともに、硫黄と二酸化テルルについての実験を行った。硫黄に対する実験は、液相-液相間の相転移の有無を調べることを目的としている。高圧セル全体を抵抗発熱体を用いて安定に加熱することで硫黄の結晶が融解する様子をラマン分光法により明瞭に観察することができた。しかしながら、現在のところ、液相-液相間の相転移は検出されていない。今後、圧力温度領域を拡げて相転移の探索を継続する予定である。二酸化テルルに対する実験は、二酸化物における最充填構造の探索を目的としている。現在までに知られている二酸化物の最も密な構造は、陽イオンが9個の酸素イオンに囲まれるPbCl2型の構造(9配位)である。容易に入手できる二酸化物の中で最も大きい陽イオン半径を持つ二酸化テルルは、より充填率の高い10配位以上の構造を探索するための最有力候補物質である。二酸化テルルに対し、約150万気圧までの圧力領域でラマン分光とX線回折を行い、レーザー加熱により、約80万気圧でPbCl2型の構造から新しい構造へ相転移することを確認した。現在、新しい高圧相の構造を決定するためのデータ解析を行っている。地球惑星科学的に重要な二酸化炭素や二酸化ケイ素も、巨大天体内部の超高圧高温条件下では、PbCl2型の構造や、二酸化テルルで見つかったような、さらに充填率の高い構造をとる可能性がある。4年計画の3年目にあたる本年度は、主に100GPaを超える超高圧領域における新しい高温発生技術の開発を行った。100GPa超領域の実験には、レーザー加熱式ダイヤモンドアンビル装置が用いられるが、高温状態を発生させることは容易ではない。通常、100W級の連続発振レーザー光を集光して試料部に照射することで加熱を行うが、試料室の微小化に伴う断熱性低下に起因する不完全な加熱、さらには装置全体の温度上昇に伴うダイヤモンドアンビルの破壊などの深刻な問題が頻繁に発生する。これらを克服するため、パルス発振レーザー光を利用した新しい加熱方法を考案し試験を行った。試験には、連続光による加熱に広く用いられるNd:YAGレーザーを使用した。A/O型QスイッチへのRF出力を制御することで、連続光と同程度から数十倍程度までの範囲の任意のピーク出力を持つパルス光を発振させることに成功した。この方法で発振させたパルス光のピーク幅は13マイクロ秒程度であった。通常のパルス光に比べ、低いピーク出力と長いピーク幅を持つため、連続光に近い比較的安定した加熱が可能であると期待される。実際、連続光による加熱に失敗した試料に対して、連続光の10倍程度のピーク出力を持つパルス光を照射したところ比較的安定した加熱を行うことに成功した。今後、地球惑星内部物質の化学結合状態の圧力変化を解明するため、高温高圧下その場ラマン分光実験にこの新技術を利用する計画である。本研究の最終年度にあたる本年度は、これまでに開発した技術要素を組み合わせて高温高圧下その場ラマン分光法による地球惑星深部物質研究をまとめあげることを目標とした。しかし、残念ながら幾つかの問題が残り目標の達成には至らなかった。前年度までに一定の成果は挙がっていたものの、それらは十分に満足のいくものではなかった。打開の鍵は、(1)より安定な高温高圧発生と(2)ゲート機能を利用した測定にあると考えた。
携帯型OCT計測システムによる植物育成環境センシング手法の確立

携帯型光計測システムを用いた植物育成・生態環境センシング手法の確立を目指し、低コヒーレンス干渉断層画像法(Optical Coherence Tomography : OCT)による植物計測システムの開発を行った。計測深度40mm、速度変動率3%以下で、かつ繰り返し計測周波数を可変できる、可変光路拡大機構を考案しシステムへ導入している。高精度な計測対象の位置決めが必要なくなり、システムの簡易化、安定性の向上、及び不定形サンプルを対象とした計測が可能となった。特に植物のように、大きさや形が不揃いな果実、発芽・開花といった育成に伴う形態の変化を計測する上で長深度計測は効果的である。また、光ファイバ光学系によりシステムの小型・軽量化をはかり、計測対象への落射光導入の自由度も大きい。開発したOCTシステムを用いて、実際の植物計測を試みた。果実や野菜等の表皮内部構造の計測では組織の生長方向による違いや細胞の大きさに依存した計測波形の特徴的な変化を判断することができた。野菜の表皮腐敗に伴うOCT計測結果と製品価値との相関を考察した。また、水分含有量の違いによる組織・構造変化の計測を行い、焦点調整をせずにダイナミックに変化する植物細胞の応答をモニタすることができた。植物の生理学的な内部応答の例として、種子発芽の際の成長の様子を時間を追って計測し、顕微鏡観察では得られない、植物の動的な活動を計測できることを確認した。携帯型OCT植物計測システムとしての開発には成功したものの課題も残されている。長深度計測を優先させたことで落射ビーム径の大きさが原因となって、計測で得た断層像の分解能が十分ではない。長深度計測範囲を保持したままビーム径を小さくする落射光学系を考察しており、解析によってその有効性を確認している。今後その分解能向上をはかるとともに、得られる断層画像と植物生理化学反応との対応を考察し、植物計測データの統計的な評価を行う予定である。植物内部の微細な変化(成長、生理化学反応、外部環境変化への呼応等)をモニタリングすることは、従来の顕微鏡による生態環境、育成状況を崩した計測では見られない、植物の動的な活動を捉えることとなり、これは植物の育成地域全体の環境を評価することを可能とする。また、野菜や果物、園芸花等の植物において、表面に症状が現れる前に成育状況をモニタすることの需要も大きい。これは単に生産高を向上するという目的だけではなく、過剰堆肥や汚染土壌・大気等による植物育成環境破壊の早期発見にもつながる。本研究では上記背景を基に植物育成・環境センシングのための携帯型光計測システムの開発を行っている。植物育成現場で非破壊・非接触での計測を実現するため、計測分解能数十μmをもつ低コヒーレンス干渉断層画像法(Optical Coherence Tomography:以下OCT)に着目し、植物内部計測に向けてのシステム最適化を図ってきた。長深度、高速計測を実現した新しい光路長可変機構を開発し、実際の植物計測を行っている。果実や野菜等の表皮内部構造の計測を行い、顕微鏡観察との比較を行った。また、水分含有量の違いによる組織・構造変化の計測や種子から発芽する成長の様子を時間を追って計測し、顕微鏡観察では得られない、植物の動的な活動を計測できることを確認した。今後、計測データの分解能向上をはかるとともに、得られる断層画像と植物生理化学反応との対応を考察していく。システムを携帯化し、植物生態環境センシングを実現すべく、植物計測データの統計的な評価を行う予定である。