hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
感情の生成における言葉の役割の解明

本研究では日本語,中国語のいずれかを母語とする大学生に「感情」という概念に内包される関連概念を1分間の制限時間内に最大10項目,自由想起してもらった。自由想起された言葉の順序を利用し,感情語の共起関係をネットワーク分析した。日本語と中国語では感情語の種類,ハブとなる感情概念,概念間のネットワークの構造が異なることがわかった。この結果は,感情が言語文化によって異質に経験されていることを示唆する。本研究は客観的に測定・可視化が困難な主観感情の法則性を解明するために,主観感情の言語表現のテキストマイニングを試みている。平成28年度は,感情語(感情概念)の自由想起を大学生に遂行してもらい,そこで得られた感情語(感情概念)の連想の法則を数理学的に探った。研究成果は下記の学会にて報告した。1Masao Yogo(2017)「Language Generates and ReformsEmotionalExperiences: The Power of Words」1李鍾賛・入江さやか・余語真夫・金明哲(2016)「感情語想起の構造」日本行動計量学会第44回大会,2紫原麟太郎・余語真夫・金明哲(2016)「感情エピソードの統計解析」日本行動計量学会第44回大会,3入江さやか・李鍾賛・余語真夫・金明哲(2016)「ネットワーク分析による自由想起された感情語の連関ー性差を中心にー」計量国語学会第60回大会,4余語真夫・金明哲・入江さやか・李鍾賛・八木匡・多田実・石倉忠夫・力丸裕・佐藤徳・中村靖子・瓜生朋美・フィリップ・トロモヴィッチ・大平英樹(2016)「感情の可視化ーテキストマイニング技術とウェアラブルセンサーを利用した感情の捕捉ー」同志社大学ハリス理化学研究所2016年度研究発表大会。当該年度の研究成果を要約すると,従来,心理学や脳科学や社会学や経済学などで客観的に理解することが困難であった主観感情の生成や変容の様相を,自由連想や生活体験のエピソードに顕れる言葉(概念)を素材にテキストマイニングすることで計量化し可視化できる。いったん計量化(数値化)された言語情報は,脳活動や身体末梢の生理活動と数理学的に関連づけて解析することが可能である。当初の予定であった中国および韓国でのデータ収集を年度内に実現できなかった。この課題は平成29年度に実施する。本研究課題では,主として日本人大学生,さらに中国人大学生,韓国人大学生,それぞれ800名余りの協力を得て,「感情」という上位概念に内包される下位概念とそれらの意味的・帰納的ネットワークを可視化するため,言語情報を収集し,テキストマイニング技術で数理処理を試みた。平成28年度には日本人大学生に「感情」という上位概念に内包される下位概念となる言葉を1分間の自由連想法で列挙する課題を実施した。言葉の出現頻度と言葉の連鎖のネットワーク分析を行った。その結果,日本人の感情概念のハブとなる感情概念(例えば悲しみ,うれしい,など)と周辺的感情概念の体制化を俯瞰することができた。平成29年度には日本人大学生(京都府),中国人大学生(広州省・山東省),韓国人大学生(ソウル)の協力を得て,前年度と同じ自由連想課題を行い,さらに「感情エピソード」の記述,パーソナリティ検査(アレキシサイミア,ビッグ5)のデータを収集した。日本人大学生から取得したデータによるネットワーク分析の結果は過年度の分析結果を追認するものであった。そのことから,所与の言語文化圏における「感情」概念の認知的体制は比較的頑健に構築されていることが示唆される。中国人大学生,韓国人大学生のデータは現在分析途中であるが,それぞれの言語文化に固有の言葉と概念体制の構築がなされている様子が現時点で認められる。このことは,言語文化は異なっても「感情」は通文化的に認識され表現されるという伝統的な心理学の見解の信ぴょう性を揺るがすものである。平成29年度には日本人大学生の協力を得て,顔の表情写真刺激に対する感情の解読を自然言語によって調べた。その実験のデータは解析途中である。平成29年度は平成28年度の研究成果を踏まえて,感情誘発刺激(顔の表情写真・音声など)に対する人々の感情の生成を言語反応と生体反応から記録し,数理解析を行う実験を実施する。臨床社会心理学当初の計画では中国と韓国の現地でのデータ収集を行う予定であったが,諸般の事情で年度内に実現できなかった。29年度に当初の予定である中国と韓国の現地におけるデータ収集を実施する。
アイコニック・ユーザーインターフェースにおけるアイコンセマンティクスに関する研究

〈目的〉ワークステーションやパーソナルコンピュータではアイコン(絵シンボル)を用いたユーザインタフェースが一般的となってきている.しかし,システム定義のアイコンの意味とユーザが受け取るアイコンの意味との食い違いが誤解や誤操作の原因の一つとなっている.本研究では,アイコンの意味に関して,(1)システム定義での意味,(2)ユーザの立場での意味,について実験的検討を行ない,アイコニック・ユーザインタフェースにおけるユーザの誤解や錯誤を取り除くための知見を得ることを目的としている.〈経過および成果〉(1)研究遂行のための実験環境として,アイコンシステム構築・実行環境をワークステーション上に構築した.アイコンはデータと機能を兼備えており,他のアイコンと重ね合わせられたときに適切な機能が実行される.(2)応用アイコンの作成を容易にするために“リソース"の考えを導入し,アイコン作成ツールを開発した.これにより,ユーザの受ける意味に近い意味をもつ応用アイコンが作成できると共に,アイコンシステムの拡張性が得られた.(3)リソースはアイコンに比べて小さな粒度をもつオブジェクトであり,この導入によってアイコン間のデータ交換の一貫性が保たれるようになった.(4)ユーザの選んだアイコンの集合に対し,その意味をアイコンの交換するメッセージに基づいて解釈する方法を検討した.これにより,複数のアイコンに同一の処理や,1つのアイコンに異なる処理を施すことが可能になった.(5)アイコン間の意味的距離を,アイコンの組の使用頻度と履歴に基づいて求める方法を考察した.その結果作業に必要なアイコンを選択的にユーザに提供できる見通しを得た.〈目的〉ワークステーションやパーソナルコンピュータではアイコン(絵シンボル)を用いたユーザインタフェースが一般的となってきている.しかし,システム定義のアイコンの意味とユーザが受け取るアイコンの意味との食い違いが誤解や誤操作の原因の一つとなっている.本研究では,アイコンの意味に関して,(1)システム定義での意味,(2)ユーザの立場での意味,について実験的検討を行ない,アイコニック・ユーザインタフェースにおけるユーザの誤解や錯誤を取り除くための知見を得ることを目的としている.〈経過および成果〉(1)研究遂行のための実験環境として,アイコンシステム構築・実行環境をワークステーション上に構築した.アイコンはデータと機能を兼備えており,他のアイコンと重ね合わせられたときに適切な機能が実行される.(2)応用アイコンの作成を容易にするために“リソース"の考えを導入し,アイコン作成ツールを開発した.これにより,ユーザの受ける意味に近い意味をもつ応用アイコンが作成できると共に,アイコンシステムの拡張性が得られた.(3)リソースはアイコンに比べて小さな粒度をもつオブジェクトであり,この導入によってアイコン間のデータ交換の一貫性が保たれるようになった.(4)ユーザの選んだアイコンの集合に対し,その意味をアイコンの交換するメッセージに基づいて解釈する方法を検討した.これにより,複数のアイコンに同一の処理や,1つのアイコンに異なる処理を施すことが可能になった.(5)アイコン間の意味的距離を,アイコンの組の使用頻度と履歴に基づいて求める方法を考察した.その結果作業に必要なアイコンを選択的にユーザに提供できる見通しを得た.〈背景〉ワ-クステ-ションやパ-ソナルコンピュ-タでは視覚情報活用の一つの実現方式としてアイコン(絵シンボル)の使用が一般的となってきている.しかし,システム定義のアイコンの意味とユ-ザが受け取るアイコンの意味との食い違いがしばしば見られ,誤解や誤操作の原因の一つとなっており,この問題の解決が重要な課題になっている.〈目的〉本研究では,アイコンの意味に関して,(1)システム定義での意味,(2)ユ-ザの立場での意味,について実験的検討を行なう.特に両者の不一致についてその原因を究明し,アイコニック・ユ-ザインタフェ-スにおけるユ-ザの誤解や錯誤を取り除くための知見を得ることを目的としている.〈経過および成果〉(1)研究遂行のための実験環境として,アイコンシステム構築・実行環境をワ-クステ-ション(購入)上に構築した.アイコンは絵シンボルを定めた上部記述と,デ-タおよび機能を規定した内部記述より構成される.アイコンシステム構築環境では,システムデザイナに対して構成要素であるリソ-スの組み合わせでアイコンを定義・作成する機能が提供され,ユ-ザに対してはシステム定義のアイコンの内部記述をアプリケ-ションに応じて精細化できる機能が提供されている.(2)(1)の構築・実行環境を用い応用アイコンシステムを構築し,実験を行なった.同一のアイコンが応用分野の違いによりユ-ザの受け取る意味が異なることが明かとなった.(1)の機能を用いて応用に適したアイコンを定義できるが,半面アイコン間の一貫性を損なうという問題が生じた.特に,システム内でのアイコン間の定義に基づく階層性と応用分野における概念に基づく階層性との相違が重大であることが判明し,これを解決するためのアイコン管理の重要性を認識した.<目的>ワークステーションやパーソナルコンピュータではアイコン(絵シンボル)を用いたユーザインタフェースが一般的となってきている.しかし,システム定義のアイコンの意味とユーザが受け取るアイコンの意味との食い違いが誤解や誤操作の原因の一つとなっている.本研究では,アイコンの意味に関して,(1)システム定義での意味,(2)ユーザの立場での意味,について実験的検討を行ない,アイコニック・ユーザインタフェースにおけるユーザの誤解や錯誤を取り除くための知見を得ることを目的としている.<経過および成果>(1)研究遂行のための実験環境として,アイコンシステム構築・実行環境をワークステーション上に構築した.アイコンはデータと機能を兼備えており,他のアイコンと重ね合わせられたときに適切な機能が実行される.

(2)応用アイコンの作成を容易にするために"リソース"の考えを導入し,アイコン作成ツールを開発した,これより,ユーザの受ける意味に近い意味をもつ応用アイコンが作成できると共に,アイコンシステムの拡張性が得られた.(3)リソースはアイコンに比べて小さな粒度をもつオブジェクトであり,この導入によってアイコン間のデータ交換の一貫性が保たれるようになった.(4)ユーザの選んだアイコンの集合に対し、その意味をアイコンの交換するメッセージに基づいて解釈する方法を検討した.これにより,複数のアイコンに同一の処理や,1つのアイコンに異なる処理を施すことが可能になった.(5)アイコン間の意味的距離を,アイコンの組の使用頻度と履歴に基づいて求める方法を考察した,その結果作業に必要なアイコンを選択的にユーザに提供できる見通しを得た.
確率模型に現れる相転移と臨界点近傍の解析

1次元“臨界的"ランダム環境中の分枝ランダムウォークからランダム環境中のスーパーブラウン運動と呼ばれる測度値確率過程を構成した。またこの過程はある確率熱方程式を満たすことも突き止めた。特に有限測度を初期条件として持つような確率熱方程式の解の構成に成功した。確率熱方程式の解の一意性に関して現在様々な研究がなされているが、ランダム環境中のスーパーブラウン運動が満たす確率熱方程式の非負解の弱い意味での一意性も示した。人口の成長を記述する確率模型のひとつであるランダム環境中の分枝ランダムウォークの臨界点近傍での挙動に関連する研究を行った.臨界点近傍の分枝ランダムウォークを解析する手段の一つとしてある種の極限であるスーパーブラウン運動と呼ばれる測度値確率過程の解析がある.そこで臨界点近傍のランダム環境中の分枝ランダムウォークの極限点として「ランダム環境中のスーパーブラウン運動」と呼べる測度値確率過程が構成することを試みて,これに成功した.さらにこの過程は時空間ホワイトノイズをノイズとして含む確率偏微分方程式(SPDE)を満たすことがわかった.そのSPDEは確率熱方程式と呼ばれ様々な研究がされている.つまり「ランダム環境中のスーパーブラウン運動」は確率熱方程式の解となる具体的な例であることが示された.またある種の強い初期条件の下で確率熱方程式の解の存在が知られていたが,非常に弱い条件のもとでの解の存在も言えたことになる.この弱い条件のもとでの解の存在は他の形の確率熱方程式では示されているものが少ないので非常に重要なものであるといえる.一方で解の一意性が言えていないためにまだ収束するのかどうかを示せていない点は問題であるので今後の課題にしたい.また解の一意性を言うためには非線形項の現れる確率熱方程式の解の存在を示すことになることを発見した.この形の解の存在と一意性が対応していることがわかったために、より広いクラスの確率偏微分方程式の研究への寄与が期待される.平成24年度に構成に成功したランダム環境中のスーパーブラウン運動に関して詳しく研究した.スーパーブラウン運動は測度値確率過程であり、古くから多くの研究がなされてきた.そのランダム環境の下での構成はMytnikが1999年に連続モデルであるランダム環境中の分枝ブラウン運動から構成し,色つきノイズの確率偏微分方程式の解になることを示した.本研究では離散モデルであるランダム環境中の分枝ランダムウォークからホワイトノイズの確率偏微分方程式の解になるようなものを構成した.またこれらの違いからその性質には大きな隔たりがある.ランダム環境中のスーパーブラウン運動はその測度値確率過程としての性質だけでなく,ある確率熱方程式の解になっているということで幅広い興味の対象になっている.特に強調しておきたいことはMueller, Perkinsらによって初期値が``よい密度"を持つようときに解の存在が確認されていたが,今回の研究により初期値が有限測度を持つものに対して解の存在を示した.また平成24年度の時点でその解の一意性に関しては未解決のままであった.そこでその一意性に関する研究を行った.その結果,弱い意味での一意性がわかった.特に初期値が有限測度である場合の確率熱方程式の非負値解の一意性が言えた.このような一意性が示されているものはほとんどないが今回の研究により一つの例を増やすことができたことは大変意義がある.臨界点近傍におけるランダム環境中の分枝ランダムウォークのスケーリング極限が満たすべき確率偏微分方程式を導くことに成功したが,この確率偏微分方程式の解の一意性を示すところまでには至っていない点では遅れている.25年度が最終年度であるため、記入しない。当初考えていた手法を適用することを試みる.適用が困難であると判断した場合は別の手法について考察を行うことにする.確率偏微分方程式の解の一意性に関する文献を参照することになる.また当初の予定通り極限過程を構成できたのでその性質についても考察を行っていく.さしあたっては極限過程のヘルダー連続性に関する考察を行う.25年度が最終年度であるため、記入しない。
集団環境における社会的伝達による生存戦略

個体の生存のために重要な行動である報酬獲得行動と罰回避行動に対する他個体の存在の影響を、ラットをさまざまな社会的環境において比較検討した。他者の存在は一般的に,報酬獲得関連行動には促進的に,罰回避関連行動には抑制的に作用した。他者の存在は被験者の行動をより活動的にして,環境への積極的な対応を促進していると推察される.その社会的影響は嗅覚情報や視覚情報により伝搬されているが、状況によりその重要度が異なる。また内側前頭前野は自己と他者の識別に重要な役割を果たしており、その機能低下は他者の影響を受けやすくする。社会的動物は集団を組織し、生存のための有益な情報(危険回避や報酬獲得など)を発信・受信する。逆に、有害行動が社会的に伝播され、問題となる場合もある(肥満、飲酒、喫煙など)。このような社会的伝達は動物にも認められ、その脳内機構が普遍的に存在すると考えられるが、その詳細は明らかでない。本研究は、危険回避行動や報酬獲得行動が10個体以下の中規模集団における相互影響の個体数依存性や行動特性依存性について調べ、さらにその神経機構を明らかとすることを目的とする。2012年度の主要実験計画のひとつは社会的影響の中枢部位をFos蛋白の発現を指標に検出することであったが、報酬獲得行動に変化が起きている状況でもFos蛋白の発現に有意の変化が認められなかった。そのため、より鋭敏な評価モデルを確立するため、はさまざまな環境における社会行動と情動行動をマウス、ラット、サルで検討した。ラットの無茶食いモデルやストレス性過食モデルの情動反応性を評価した。1)マウスではdb/dbマウス、c57BLマウス、ICRマウスを用い、低重力環境における社会行動を評価した。その結果、微小重力下でdb/dbマウスが寄り添い行動をよく発現し、ストレス反応も低いこと、ICRマウスが最も接近行動が少ないことが明らかになった。2)ラットでは過食モデルラットを開発し、早期離乳などの発達期ストレスや不安情動と過食の関係を調べた。早期離乳は高嗜好食の過食を促進すること、不安になりやすい個体は過食応答を起こしやすいことが明らかになった。3)サルでは報酬獲得時に協調作業をすると個体間の社会行動や性行動が促進することが明らかになった。社会行動や群れ行動は摂食行動や性行動などの本能行動ならびにさまざまな環境下における情動レベルと密接な機能連関があることが明らかになった。本年度は社会的環境下における回避行動および報酬獲得行動時の神経活動記録のため、長時間記録が可能な慢性植え込み電極を用いたが、解析できるニューロン数が少なく、特異的な反応を見出すことができなかった。テレメータ記録も試みたがSN比が悪く、有線記録よりも条件が悪かった。複数の動物が活動している社会的環境下では電極の保全をより厳格にしないと安定した記録は困難であり、さらなる技術改良が必要である。報酬獲得行動において、社会的環境の影響を検討した結果、孤立した環境で過食応答が発現しやすく、またうつ反応を示しやすいことが認められた。一方、報酬価値の影響は社会性のある環境のほうがより明確に認められた。回避行動の社会的影響が安全な環境では回避行動の減弱に作用し、危険な環境では増強に作用するという合目的的な機構があることをすでに明らかにしているが、報酬獲得行動においても、社会的環境のほうが病的な反応が発現しにくく、さらに報酬価値により鋭敏に反応するという適応的関係が認められた。社会的動物においては危険回避行動だけでなく報酬獲得行動も生存確率がより高くなるように適応的調節が営まれている可能性があることが示された。

初年度は、(1)報酬獲得行動の社会的伝達について、(1)2匹の環境で、物理的に接触しない他者の存在が、食物探索行動を促進し、新奇食物に対する恐怖反応を減弱するが、摂食量には影響をしないこと、(2)物理的に接触できる3匹から5匹までの群れ環境で報酬獲得行動と社会行動を評価し、血縁関係の影響に性差があること、発達期環境が個体間距離に影響を及ぼすことが明らかになった。評価系確立の過程で、現有設備では個体識別は4匹まで有効で、5匹以上になると個別解析対象として扱えないことが判明し、評価対象群と社会的刺激群に分ける必要があることも明らかになった。(2)危険回避行動については、(1)回避行動の社会的伝達における感覚情報の関与について、視覚と嗅覚の重要度を評価し、どちらの感覚でも欠如すると伝達が低下することが明らかになった。(2)次年度に予定していた破壊実験を、実験系確立を早めるため初年度にも実施し、内側前頭前野を破壊すると社会的影響が増強することを見出した。報酬獲得行動、危険回避行動ともに他個体の存在はその発言に影響を及ぼすことがァ明らかになり、その感覚情報の意義およびその制御にかかわる中枢部位の一端を秋kらかにすることができた。本年度の主要な実験計画のひとつはFos蛋白の発現を解析することであったが、マイルドな環境変化では報酬獲得行動の変化が認められた状態でもFos発現に有意の変化が認められず、実験環境の影響を検出することができなかった。危険回避行動については社会的環境の影響の仕方が経験等の条件により異なるため、Fos蛋白を指標とした解析は報酬獲得行動以上に困難なことが予想された。そのためさまざまな環境における群れ行動および社会行動と報酬獲得行動および危険回避行動の関係をラットだけでなくマウスやサルでも検討することで、その中でより鋭敏な評価系を確立することを試みた。そのうえで中枢機構を解析することにした。報酬獲得行動および危険回避行動ともに社会的影響を検出することができ、なおかつ視覚および嗅覚の意義や内側前頭前野の関与を明らかにすることができたのは計画以上に進展できている点である。一方、個体数依存性の解析については当初10匹まで増やす予定であったが、計測限界があり、現実的には2匹、4匹、8匹の3ケースを解析することになった。また個別の運動解析ができるのが4匹までのため、8匹の場合も4匹の解析対象群と4匹の社会的刺激群に分けて評価する必要がでてきたのは、計画どおりに進まなかった部分である。次年度にむけて、FOS解析のための予備実験も進めており、また新たな展開として社会的影響を及ぼす過食群としてより現実の問題に近い無茶食いモデル動物やストレス性過食モデルの開発を進めており、これも当初の計画以上の進展といえる。これらを総合的に評価するとおおむね順調に進展しているといえる。本年度の研究により、報酬獲得行動についてはポジティブな親和的社会関係がある個体間では協調的行動をすることで報酬獲得に関係する社会行動がさらに促進することがサルの評価系で明らかになったが、報酬価値自体が社会行動に影響する可能性もある。今後の課題の一つとして、次年度検討する予定である。ネガティブな非親和的・相互攻撃的社会関係がある場合、報酬獲得行動は報酬の内容により影響のしかたが異なる。非親和的・相互攻撃的社会関係がある個体間で協調的行動を強制的に発現させた場合、社会的関係が修飾されるかどうかも興味ある課題として次年度検討する予定である。
細胞の老化や病変における糖鎖マーカーの探索と薬剤スクリーニング

本研究では、糖鎖プライマー法を用いて、培養細胞の糖鎖合成をモニターし、ガンの悪性化によって糖鎖構造にどのような変化がもたらされるのかを明らかにすることを試みた。悪性度が高い腎細胞ガンに特異的に高発現し、その悪政度亢進に関わる事が示唆されている糖鎖に着目し、糖アナログを用いた糖転移酵素阻害剤を用いてその発現量を抑制することで腎細胞ガンの悪性度を低減させることを目的として研究を行なった。N-アセチルガラクトサミンの4位のヒドロキシ基をフッ素原子で置換した4ーFGalNAcと6位のヒドロキシ基をフッ素原子で置換した6ーFGalNAcを合成し、活性を調べた。先ず細胞毒性がないことを確かめ、糖鎖プライマー法を用いて、悪性度の高い腎ガン細胞の糖鎖合成への影響を調べたところ、6ーFGalNAcが細胞内の糖鎖生合成に影響を及ぼすのに対して、4ーFGalNAcは影響しないことが分かった。また、ガラクトースの4位のヒドロキシ基をフッ素原子で置換した4ーFGalを投与すると、腎ガン細胞であるMDCK細胞やCOS7細胞において細胞増殖を阻害する効果が見られた。細胞の生存率はほぼ100%であり、4ーFGalに細胞毒性はないことがわかった。特に、4ーFGalの濃度が200μMのとき、48時間後の細胞数は播種した細胞数とほとんど変わらず細胞の生存率はほぼ100%であった。即ち、高濃度の4ーFGal存在下においては、生存したまま増殖しないという結果を得た。このことは、ガン細胞を増殖させることなく生かしておくことで、副作用の少ない抗ガン剤となる可能性を示す。この現象は腎ガン細胞に顕著に見られ、肝細胞であるHepG2細胞では弱い増殖阻害が見られる一方、メラノーマであるB16細胞では増殖抑制はかからなかった。本研究では、糖鎖プライマー法を用いて、培養細胞の糖鎖合成をモニターし、細胞老化によって糖鎖構造にどのような変化がもたらされるのかを明らかにすることを試みた。累積分裂回数(PDL)の異なるヒト正常線維芽細胞TIG-1に対し、様々なスフィンゴ糖脂質の前駆体であるラクトシルセラミドを模したアルキルラクトシドを投与し、48時間培養した後、培地から糖鎖伸長生成物を逆相SPEで抽出し、イオン交換SPEによって酸性化合物と中性化合物を分離した。順相カラムを用いたLC-MSにより構造解析を行い、検出された各化合物のマスクロマトグラムのピーク面積を基にして、若い細胞(PDLが40程度)と老化細胞(PDLが60以上)との間で、糖鎖伸長生成物の定量比較を行なった。その結果、老化細胞におけるガングリオシドGM2型糖鎖の増加や、中性糖脂質Gb3型糖鎖の蓄積が示唆された。また、培養環境が糖鎖合成に与える影響を明らかにすることを目的として、酸素供給源として有用であると期待されるフルオラス溶媒を用いた液/液界面培養系における糖鎖合成の評価も行った。培地とフルオラス溶媒との界面において培養したマウスメラノーマB16細胞について、ラクトシルセラミドを投与し、解析を行った。ドデカフルオロヘプタノール/D-MEM培地の二層からなる培養系においては、細胞内への糖鎖プライマーの取り込みが見られなかったのに対し、パーフルオロアルカン/D-MEM培地の系では、ポリスチレン容器で培養した場合と同様に、B16細胞によってLac-C12プライマーにシアル酸が付加し、ガングリオシドGM3型へと伸長するということを見出した。パーフルオロアルカンを用いた場合に、内在性のGM3がより多く細胞内にとどまっているということも示されたため、フルオラス溶媒と接していることにより細胞膜の透過性が影響を受けている可能性が考えられる。本研究では、生体における老化やガン化が糖鎖構造にどのように反映されるのかについて「糖鎖プライマー法」を用いて細胞レベルで解析する。それによって、老化やガン化の指標となる糖鎖を見つけ出すことを目的とする。本年度は、上記目的に沿って、培養細胞の糖鎖合成をモニターし、細胞老化によって糖鎖構造にどのような変化がもたらされるのかを明らかにすることを試みた。また、酸素供給源として有用であると期待されるフルオラス溶媒を用いた液/液界面培養系における糖鎖合成の評価も行った。以上の結果より、研究は概ね順調に進展していると言える。

また、悪性度が高い腎細胞ガンに特異的に高発現し、その悪政度亢進に関わる事が示唆されている糖鎖に着目し、糖アナログを用いた糖転移酵素阻害剤を用いてその発現量を抑制することで腎細胞ガンの悪性度を低減させることを目的として研究を行なった。N-アセチルガラクトサミンの4位のヒドロキシ基をフッ素原子で置換した4ーFGalNAcと6位のヒドロキシ基をフッ素原子で置換した6ーFGalNAcを合成し、活性を調べた。先ず細胞毒性がないことを確かめ、糖鎖プライマー法を用いて、悪性度の高い腎ガン細胞の糖鎖合成への影響を調べたところ、6ーFGalNAcが細胞内の糖鎖生合成に影響を及ぼすのに対して、4ーFGalNAcは影響しないことが分かった。6ーFGalNAcによって発現量が制御された糖鎖の構造は解析中である。本研究では、生体における老化やガン化が糖鎖構造にどのように反映されるのかについて「糖鎖プライマー法」を用いて細胞レベルで解析する。それによって、老化やガン化の指標となる糖鎖を見つけ出すことを目的とする。本年度は、上記目的に沿って、培養細胞の糖鎖合成をモニターし、細胞老化によって糖鎖構造にどのような変化がもたらされるのかを明らかにすることを試みた。また、ガンの悪性化に伴なう糖鎖構造を制御する化合物を設計・合成して、ガン細胞の糖鎖合成に与える影響について調べた。以上の結果より、研究は概ね順調に進展していると言える。本研究では、糖鎖プライマー法を用いて、培養細胞の糖鎖合成をモニターし、ガンの悪性化によって糖鎖構造にどのような変化がもたらされるのかを明らかにすることを試みた。悪性度が高い腎細胞ガンに特異的に高発現し、その悪政度亢進に関わる事が示唆されている糖鎖に着目し、糖アナログを用いた糖転移酵素阻害剤を用いてその発現量を抑制することで腎細胞ガンの悪性度を低減させることを目的として研究を行なった。また、ガラクトースの4位のヒドロキシ基をフッ素原子で置換した4ーFGalを投与すると、腎ガン細胞であるMDCK細胞やCOS7細胞において細胞増殖を阻害する効果が見られた。細胞の生存率はほぼ100%であり、4ーFGalに細胞毒性はないことがわかった。特に、4ーFGalの濃度が200μMのとき、48時間後の細胞数は播種した細胞数とほとんど変わらず細胞の生存率はほぼ100%であった。即ち、高濃度の4ーFGal存在下においては、生存したまま増殖しないという結果を得た。このことは、ガン細胞を増殖させることなく生かしておくことで、副作用の少ない抗ガン剤となる可能性を示す。この現象は腎ガン細胞に顕著に見られ、肝細胞であるHepG2細胞では弱い増殖阻害が見られる一方、メラノーマであるB16細胞では増殖抑制はかからなかった。細胞の老化に伴う糖鎖組成の変化を明らかにする研究においては、過酸化水素などの老化誘導因子を投与した際の細胞老化を糖鎖組成の変化によってモニタリングし、細胞老化を誘導する条件を明らかにする。
振動による道路橋RC床版健全度調査のための測定法と数値解析法の研究

道路橋のRC床版の損傷が大きな問題となっており、損傷の定量的かつ簡易な調査判定法の確立が望まれている。そこで、本研究ではRC床版の健全度調査に振動測定を適用するための振動測定法、数値解析法について、実橋でのRC床版振動測定に基づき検討を行った。その結果、次のような知見・成果を得た。1.測定・データ解析法について(1)床版の振動性状を把握するためには、橋軸方向に適当な数の振動計を、また主桁をはさんで反対側の床版にも振動計を設置するのがよい。(2)データ解析のために、主桁にも同じ振動計を設置するとよい。(3)床版の振動特性を得るには、衝撃加振法が最も適している。また、車両走行法でハイパスフィルタを併用する方法も良いと考えられるので、これについては更に研究を進める必要がある。(4)床版での振動から桁での振動を差し引いたデータの解析が有効である。2.数値解析法について(1)壁高欄、ハンチ部等を考慮した板理論によるFEM解析によって、精度良い振動性状の推定ができる。(2)簡便な方法として、橋軸方向に単位長さをとり幅員方向に連続梁とした梁理論による解析も有効である。(3)2辺単純支持無限縁板の理論式は、床版スパンの長い場合など限られた場合にのみ適用できる。(4)舗装の影響は、通常の場合、桁振動では質量のみを考慮すればよく、床版振動ではほとんど考慮しなくてよい。今後の研究としては、損傷を受けた床版でのさらに多くの実測、床版用衝撃加振機の開発等を進める必要がある。道路橋のRC床版の損傷が大きな問題となっているが,現在はひびわれの目視に基づく診断調査が主であり,定量的かつ簡易な調査判定法の確立が必要である.そこで,本研究はRC床版の健全度調査に振動測定を適用するための手法を検討するものである.本年度はまず供用前の健全なRC床版を対象として現地で振動特性を把握するための測定を実施し,振動測定法およびその振動特性の数値解析法について研究した.その結果,次のような知見,成果を得た.1.測定・データ解析法について(1)床版の振動特性を求めるには,衝撃加振による自由減衰振動試験が最も適している.(2)床版の振動モードが得られるように振動計を設置するのが良い.(3)床版での振動から桁での振動を差し引いたデータを解析すると,床版の振動性状をより明確に把握できる.2.数値解析法について(1)壁高欄,ハンチ部を考慮した板理論による全橋床版のFEM解析が有効である.(2)必要とする振動次数によって,板理論によるFEM解析で対象とする橋軸方向の長さは適宜短くできる.(3)簡便な解析として,橋軸方向には単位長さをとり幅員方向に連続梁とした梁理論による解析も有効である.(4)2辺単純支持無限縁板の理論式は床版スパンの長い場合など限られた場合にのみ適用できる.今後は,本年度の内容をさらに検討するとともに,損傷のあるRC床版を対象とした研究を進める予定である.道路橋のRC床版の損傷が大きな問題となっているが、現在ではひびわれの目視に基づく診断調査が主であり、定量的かつ簡便な調査判定法の確立が必要である。そこで、本研究はRC床版の健全度調査に振動測定を適用するための手法を検討するものである。本年度は,昨年度の研究成果を踏まえて実橋でのRC床版の振動測定を実施し、引き続き振動測定法およびその振動特性の数値解析法について研究した。1.測定・データ解析法について(1)床版振動を測定するには、衝撃加振法が最も適している。

(2)車両走行法による振動測定では、車両や桁の低次固有振動成分をハイパスフィルタで除去して測定するのが良いが、更に研究を進める必要がある。(3)測定においては、振動計を複数設置して振動モードを得ることが重要である。2.数値解析法について(1)数値解析法においては、壁高欄やハンチ部を十分に考慮する必要があり、板理論によるFEM解析が精度良い。(2)簡便な解析法には適用できる限界があり、これを十分に把握した上で使用する必要がある。3.舗装の影響について(1)舗装の影響は、冬期の気温の低い時でなければ、桁の振動では質量のみを考慮すれば良く、床版振動ではほとんど考慮しなくてよい。今後は、損傷を受けた床版での実測をさらに多く行うとともに、床版用衝撃加振機の開発、さらに車両走行法による測定・データ解析法の研究を進めていくことを考えている。
光駆動型液晶高分子ホログラムの創製

本課題では,光応答性分子を組み込んだ液晶高分子周期構造体を作製し,光駆動型ホログラムの創製を行った。光応答性液晶高分子の周期構造体に紫外・可視光を照射し,ナノ周期構造の可逆的な変形を誘起する新しい作動原理を用いることにより,ナノ光アクチュエーターや光スイッチを実現すると同時に,未知な点が多い高分子の微小変形現象を容易に解析する新手法を提供することを目的とした。架橋液晶高分子フィルムが屈曲するプロセスにおけるナノスケールの分子形状変化とマクロなフィルム変形挙動とのつながりを光学的に計測したところ,アゾベンゼンのシス体の生成量がわずか1mol%の低濃度であっても屈曲は起こりうる事がわかった。また同時にフィルムのヤング率が最大60%減少する事を明らかにした。フィルム表面に周期構造体をラベル化したフィルムを用いる事により,フィルム屈曲における表面歪みを計測する事に成功した。本課題では,光で駆動可能な液晶高分子周期構造体を作製し,光駆動型ホログラムの創製を行う。光応答性液晶高分子の三次元周期構造体に紫外・可視光を照射し,ナノ周期構造の可逆的な変形を誘起する新しい作動原理を用いることにより,ナノ光アクチュエーターや光スイッチを実現すると同時に,未知な点が多い高分子の微小変形現象を容易に解析する新手法を提供することを目的とする。当該年度では,アゾベンゼンを含む架橋液晶高分子フィルムの作製と光変形挙動を主に検討した。光変形挙動とアゾベンゼンの光異性化挙動を,光学的手法を用いて同時計測することにより,トランス-シス光異性化が分子配向変化をほぼ同じタイムスケールで誘起し,その結果収縮および応力発生につながることが明らかとなった。また,光照射に伴う力学特性の変化を調べたところ,光照射前後でヤング率が大幅に変化することが明らかとなった。従来のメカニズムでは光による収縮が起こり屈曲などの変形が起こると解釈していたが,材料自体のヤング率変化などの物性変化については想定していない。本研究を通じて高分子の光変形には考慮すべき新たな要因が存在することが明らかとなった。周期構造の形成についても予備的な検討を行った。フィルム表面にグレーティング構造を有するフォトマスクを介して紫外光を照射することにより,架橋液晶高分子の表層にアゾベンゼンの異性化および分子配面変化を利用した位相変化に基づく周期構造を作製することができた。当該年度では,アゾベンゼンを含む架橋強誘電性液晶高分子フィルムの作製を主に検討した。光応答分子であるアゾベンゼンが架橋部位と側鎖部位の異なる箇所に存在する二種類のフィルムを作製しその光応答挙動を検討したところ,架橋部位にアゾベンゼンを有するフィルムは照射UV光源に向かって屈曲するのに対して,側鎖部位にアゾベンゼンを有するフィルムは照射UV光源を避けるように屈曲することが明らかとなった。さらに,架橋液晶高分子フィルムが屈曲するプロセスにおけるナノスケールの分子形状変化とマクロなフィルム変形挙動とのつながりを光学的に計測したところ,アゾベンゼンのシス体の生成量がわずか1 mol%の低濃度であっても屈曲は起こりうる事がわかった。また同時にフィルムのヤング率が最大60 %減少する事を明らかにした。光応答性液晶高分子の三次元周期構造体に紫外・可視光を照射し,ナノ周期構造の可逆的な変形を誘起する新しい作動原理を用いることにより,ナノ光アクチュエーターや光スイッチを実現すると同時に,未知な点が多い高分子の微小変形現象を容易に解析する新手法を提供することを目的とした。当該年度では,アゾベンゼンを含む架橋強誘電性液晶高分子フィルムの作製と光変形挙動を主に検討した。波長800 nmのフェムト秒パルスを架橋強誘電性液晶高分子フィルムに照射することにより,フィルムが屈曲する事があきらかとなった。フィルム吸収帯を持たない近赤外光を用いても屈曲を誘起出来る事から,三次の非線形光学効果である二光子吸収によりアゾベンゼンの異性化を誘起すると考えている。体内においても駆動する新規の光アクチュエーターとして応用が期待出来る。

一方,このフィルムは微弱ながら二次の非線形効果である第二次高調波発生(SHG)を示す事も明らかとなった。アゾベンゼンの異性化に伴いSH強度は大きく変化し,従来と比較して大きなコントラストを示す高性能光スイッチング素子として機能することがわかった。前半においては架橋液晶高分子フィルムの基材となるモノマーおよび架橋剤の調製およびフィルム作製に時間を要したため,研究の進捗に遅れが発生した。また,フィルムのアゾベンゼンの異性化挙動を力学物性の同時計測光学系の構築にも予定より長い時間を要した。しかしながら後半では,作製したフィルムの光応答挙動を新たな光学系により測定した結果,光照射に伴いヤング率が大きく減少する現象や従来とは異なる方向への屈曲現象を新たに見いだし,従来の仮説を打ち破る成果を得る事ができた。総合的に計画以上の進展が得られた。24年度が最終年度であるため、記入しない。架橋液晶高分子フィルムであっても分子構造によっては屈曲挙動が大きく異なる事が明らかとなった。今後は分子構造と屈曲挙動の相関を詳細に検討する予定である。また現在のところ,屈曲を誘起する照射光には紫外光を用いている。今後は近赤外光など様々な波長を用いて検討する事によって,より幅広い光応答材料の構築を検討する。
多官能フォトクロミック化合物による高密度マルチアドレスシステムの創成

1つの分子中に複数のフォトクロミック部位を導入した新規化合物による多重記録媒体の創成とマルチアドレスシステムの構築を目的として、スピロピラン(Sp)とアゾベンゼン(Az)をカップリング反応させて14種類の新規フォトクロミック色素(SpAz)を合成した。SpAzのフォトクロミック挙動は、SpとAz間に導入するスペーサ鎖の鎖長および導入する官能基の種類に依存していた。また、蛍光スペクトル測定によりマルチフォトクロミック挙動の一次スクリーニングをする手法を確立した。最適化した分子はポリメチルメタクリレート中に均一に分散し、照射する紫外光の波長により固体膜中で選択的に3種の異性体を形成した。単一分子で初期構造を含む4種類の信号の取り出しに成功した。また、従来困難とされていたSpの光異性体の熱安定性を改善するためカルボキシル基を導入した新規Sp誘導体も合成した。この化合物は、シリカをマトリックスとすることで、これまで報告されたSp類の退色反応の半減期と比較して5桁高い熱安定性を示した。一方、可視光により速やかに初期状態に戻り、Sp分子による記録の安定保持に成功した。さらに、蛍光色素とフォトクロミック色素を積層することにより単一紫外光による記録の書き込み、消去にも成功した。今回合成した新規フォトクロミック色素は、固体膜中でも効率良く異性化し、光スイッチングや光記録素子創成に向けて有用な知見を得た。1つの分子中に複数のフォトクロミック部位を導入した新規化合物による多重記録媒体の創成とマルチアドレスシステムの構築を目的として、スピロピラン(Sp)とアゾベンゼン(Az)をカップリング反応させて新規フォトクロミック色素(SpAz)を合成した。SpAzは、基底状態ではSpの閉環型とAzのトランス型による構造をとった。SpAzのフォトクロミック挙動は、SpとAz間に導入するスペーサ鎖の鎖長に依存していた。最適化した分子をアセトンに溶解し、365nmの紫外光を照射すると、アゾベンゼン骨格のみがシス型に異性化して450nm付近の吸収ピーク強度が増加した。一方、254nmの紫外光を照射するとスピロピラン骨格はメロシアニン骨格に異性化し、620nm付近に新たな吸収ピークが現れた。254nmと365nmの紫外光の同時照射によっては、Sp(開環)-Az(トランス)型のコンフォメーションも単離可能で、単一分子での2×2=4種類の信号の取り出しに成功した。また、SpAzを高分子中に分散させて作製した膜中でも溶液中と同様の挙動を示した。さらに、SpAzの発光挙動について測定した結果、それぞれの光異性体から異なる蛍光が観測され、SpAzがスイッチング分子として動作することを見いだした。今回合成した新規フォトクロミック色素は、有機化合物による光制御や光記録への新たな展開に関して高いポテンシャルを持つことが示された。
加齢による卵の質の低下の分子機構-メタボロミクスとオートファジー解析-

女性は加齢により妊孕力が低下するが、その原因として卵の質の低下が重要である。本研究はメタボロミクスとオートファジー機構を解析することにより、加齢による卵の質の低下に卵の代謝機構の異常が関与することを明らかにするものである。研究の初年度では、若年マウス(34ヶ月齢)と加齢マウス(1315ヶ月齢)を用いて以下の実験を行った。(1)加齢マウスにおける胚発育とアポトーシスの検討。In vivoの受精率は若年マウスと比べ加齢マウスでは有意に低下していた。受精卵を追加培養したところ、8細胞期以降の胚発生が加齢卵では有意に低下し、胚盤胞到達率は加齢マウスで有意に低下した。胚盤胞に到達した胚をヘキスト33258を用いて核染色し細胞数を、TUNEL法および活性型カスパーゼ3の発現を検出しアポトーシスの割合を検討した。加齢マウス由来の胚盤胞は若年マウス由来のものと比べ有意に細胞数が低下し、アポトーシスの割合が有意に増加した。(2)加齢マウス卵・胚におけるATP量の検討。未受精卵、前核期胚、桑実胚のATP量をルシフェリン・ルシフェラーゼアッセイを用いて定量し検討した。加齢マウス由来の未受精卵、胚はいずれも若年マウス由来のものと比べ有意にATP量が低下していた。(3)加齢マウスにおける酸化ストレスとミトコンドリア機能の検討。酸化ストレスはcarboxy-DCF diacetateを用いて検討した。その結果、未受精卵における酸化ストレスは、若年マウスと加齢マウスで有意な差を認めなかった。活性型ミトコンドリアの割合を膜電位依存性蛍光色素であるJC-1を用いて検討した。活性型ミトコンドリアの割合は、若年マウスと加齢マウスで有意な差を認めなかった。以上の結果から、加齢マウスの胚発育悪化の一因としてアポトーシス経路が関与していることがわかった。また、加齢マウス由来の卵および胚は若年マウス由来のものと比べエネルギー代謝が低下していることがわかった。しかし、それらの原因として酸化ストレスの関与は明らかではなかった。本年度は、加齢マウスにおける受精時のカルシウムオシレーションの検討を行った。若年マウス(34ヶ月齢)と加齢マクス(1315ヶ月齢)を用いて以下の実験を行った。(1)受精時のカルシウムオシレーションの検討(担当:高橋)。受精時のカルシウムオシレーションをカルシウム蛍光指示薬fura-PE3を卵に負荷、細胞内カルシウム濃度を測定した。加齢マウス卵のカルシウムオシレーションの波形を解析し、若年マウス卵のカルシウムオシレーションと比較したところ、以前我々が報告した排卵後の加齢卵におけるカルシウムオシレーションの波形の変化(低振幅・高頻度)は認められなかった。(2)ストロンチウムによるカルシウムオシレーションの検討(担当:高橋)。ストロンチウムによるカルシウムオシレーションを若年マウス卵と加齢マウス卵で比較した。受精時のカルシウムオシレーションの波形と同じく、両者の間に波形の差は認められなかった。(3)細胞内カルシウムストアの評価(担当:高橋)。細胞内のカルシウムストアを若年マウス卵と加齢マウス卵で検討した。カルシウムイオノフォアを投与し、細胞内カルシウム濃度を測定し、細胞内カルシウムストアを評価した。細胞内カルシウムストアは、若年マウス卵と加齢マウス卵で変化はなかった。以上の結果は、我々の予想した結果と異なり、細胞内カルシウム制御機構の悪化が加齢マウス卵では起きていないことがわかった。(4)カルシウムオシレーションと細胞内ATPのリアルタイムモニタリング(担当:五十嵐)。受精時のカルシウムオシレーションを測定する際、細胞内ATPのリアルタイムモニタリングを行った。方法はマグネシウム感受性蛍光色素であるMg greenをfura-PE3と同時に卵に負荷、各々の蛍光に対するフィルターを用いて蛍光を分離し測定した。細胞内ATPの産生の増加を若年マウス卵と加齢マウス卵で比較検討した。受精後の細胞内ATPの増加率は、若年マウス卵と比べ加齢マウス卵で有意に低下していることがわかった。(1)(4)の研究結果より、加齢マウス卵は細胞内カルシウム制御機構の悪化は起きてないことがわかった。加齢マウス卵の受精後の細胞内ATP産生の増加は低下していることがわかった。本年度は、加齢マウスを用いて胚発育にけるオートファジー経路の関与の検討を行う。若年マウス(34ヶ月齢)と加齢マウス(1315ヶ月齢)を用いて実験を行った。1胚発育に対するオートファジー経路の関与の検討(担当:五十嵐)オートファジー経路の検出には、オートファゴゾームのマーカーであるLC3の発現で評価した。方法はLC3の免疫蛍光染色を行い、共晶点レーザー顕微鏡を用いてLC3陽性ドット数を算出した。若年マウス卵と加齢マウス卵で比較検討した。LC3陽性ドット数は未受精卵、2細胞期胚、4細胞期胚、桑実胚となるに従い、若年マウスおよび加齢マウスいずれでの胚でも増加した。また、有意差はないものの加齢マウス卵におけLC3陽性ドット数は若年マウス卵と比べ増加する傾向が認められた。

2オートファジー経路の促進剤または阻害剤が胚発育に及ぼす影響の検討(担当:網田)若年マウスの受精卵を、オートファジー経路の促進剤であるmTOR阻害剤またはオートファジー経路の抑制剤である2-methyladenineを培養液中に添加し5日間体外培養した。培養5日目の胚盤胞到達率を算出した。また。培養後の胚を用いLC3の免疫蛍光染色を行い、LC3陽性ドット数を算出した。mTOR阻害剤添加した受精卵はコントロール群と比べ、有意に胚盤胞発育が低下した。また、mTOR阻害剤に2-methyladenineを添加すると、その影響はキャンセルされた。mTOR阻害剤添加群はコントロールと比べLC3陽性ドット数が有意に増加したが、mTOR阻害剤に2-methyladenineを添加すると、その影響はキャンセルされた。以上から、加齢マウスでは、オートファジー系路が促進している可能性が示唆された。研究計画では、本年度は、加齢マウス卵における細胞内のカルシウム制御機構の変化とオートファジーの関与について検討する予定であった。しかし、加齢卵における細胞内カルシウム制御機構の変化が予想した結果と異なっていたため、受精時のカルシウムオシレーションだけでなく、ストロンチウムによるカルシウムオシレーションの解析と細胞内カルシウムストアを評価する必要があった。以上の理由でオートファジーの関与についての検討ができなかった。24年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度は研究の最終年度である。平成23年度に予定していたオートファジーの関与について実験を行い、若年マウス卵と加齢マウス卵におけるメタボローム解析を行う予定である。
水分解触媒電極を用いた超純水電気化学加工法の研究

申請者は、水分子を解離する機能を有する官能基で修飾された電極表面で水分子を分解し、電気化学的にH^+を被加工物表面に供給して加工を行う方法を提案した。この方法では超純水中においては電極間距離の接近した部分しかイオン電流が流れないため、微細構造を作製しているのに適している。そこで工具電極と試料電極の電極間をサブミクロンまで接近できる装置を作製し、この装置の陽極側の工具電極には4級アンモニウム基(-N+(CH_3)_3)を修飾した先端半径11μmの金電極を用い、陰極側の試料電極にはAlを装着し超純水中で加工を行った。その結果、直径3μmの微細な加工痕を作製することができた。さらに申請者は実用速度で様々な材料を平滑・任意形状加工することを目指して、4級アンモニウム基修飾微粒子を超純水中に分散した液を利用した加工法を開発した。一般的なSiのエッチングにはKOH水溶液や有機アンモニウム溶液が用いられているが、加工後の表面粗さは市販ウエハから大きく悪化する。これは溶液内の重金属が析出するためである。さらにアルカリ金属イオンが存在するとSi内にイオンが浸透し、電気特性が変化するため電子デバイスの製造プロセスには適用できない。申請者の開発した方法では、微粒子と重金属イオンやアルカリ金属イオンとを透析により容易に分離できるため、平滑に加工でき、また電子デバイス製造プロセスにも適用できる。さらに加工に用いた微粒子は透析により再生できるため廃棄物を出さず環境にも優しい。まず透析により高純度化した粒径30nmの微粒子分散液中において陰極側のp-Si(001)を電気化学加工した。その結果、64×48μmにおいて0.1228nmRaの平滑表面が作製できた。また粒径サイズや官能基を変えることでSi、Alの電極形状が転写された構造も実用速度で作製でき、この構造をもとにしたNC加工も可能であることがわかった。1.触媒電極の開発申請者は超純水中で銅を加工するためにグラファイトにカルボキシル基、スルホ基を修飾させた電極を、アルミニウムを加工するために金表面にトリメチルアミン基を修飾させた電極を新たに開発した。これら電極を用いて超純水中に流れる電解電流を測定した。その結果、カルボキシル基を修飾させた電極では未修飾の電極の5.7倍、スルホ基を修飾させた電極では8.9倍、トリメチルアミン基を修飾した電極では1.6倍の電解電流の増加を確認した。カルボキシル基、スルホ基を修飾した電極を用いて陽極側で銅を、トリメチルアミン基を修飾する電極を用いて陰極側でアルミニウムをそれぞれ電解加工した。その結果、カルボキシル基、スルホ基を修飾する電極では8.3nm/s、トリメチルアミン基では0.19nm/sの加工速度でいずれも電極形状が転写された。今後、型加工等に応用する。2.シリコンウエハのゼロエミッション平坦化加工申請者はイオン交換基を有する超微粒子を超純水中に分散した液を利用したシリコン平坦化加工法を新たに開発した。一般的にシリコンの異方性エッチングには水酸化カリウム水溶液等のアルカリ溶液が用いられている。このアルカリ溶液は重金属を含んでいると表面が粗くなる。さらにアルカリ金属を含んでいると電子デバイスの製造プロセスには適用できない。申請者の開発した方法では、透析により微粒子とこれら不純物とを分離できるため、高精度加工ができ、さらに微粒子は透析により再生可能であるため廃液を出さず環境に優しい。申請者はこの微粒子分散水中に存在する重金属イオンを従来の1/20程度まで減少させp-Si(001)表面の形状パターニングを常温で行った。従来技術では中心線平均粗さRaが0.77nmであった加工後の表面は本加工法により64μm×48μmの領域でRaが0.173nmに改善された。今後MEMS加工に応用し実用化する。

まず透析により高純度化した粒径30nmの微粒子分散液中において陰極側のp-Si(001)を電気化学加工した。その結果、64×48μmにおいて0.1228nmRaの平滑表面が作製できた。また粒径サイズや官能基を変えることでSi、Alの電極形状が転写された構造も実用速度で作製でき、この構造をもとにしたNC加工も可能であることがわかった。
グリオーマの体液循環エクソソーム捕捉ナノデバイスを用いた低侵襲・高感度核酸診断

グリオーマは悪性度が高く、予後の悪い脳腫瘍である。近年は網羅的遺伝子解析によりその分子プロファイリングが徐々に解明され、それぞれの分子マーカーがもたらす病態も明らかになりつつある。そういったグリオーマ特異的な分子マーカーは新たなWHOの診断分類にも反映されている。一方で、尿や血液、髄液といった体液中には細胞から分泌されるエクソソームが循環しており、そのエクソソームにはDNA, RNAといった核酸やタンパクなどが含まれている。よってそれらの非外科的手法で得られる検体から分子マーカーを検出できる可能性が示唆される。代表者は主に尿や髄液からエクソソームを高効率に回収するナノデバイスを開発し、既知のグリオーマ特異的な分子の検出、および未知のグリオーマ特異的な分子を同定することで、より効率的、低侵襲にグリオーマの診断可能にする実用的な方法の確立を進めた。グリオーマ患者および非グリオーマ患者の尿、髄液からナノワイヤ埋め込みマイクロチップを用いてエクソソームの抽出を行なった。さらに得られたエクソソームよりmicroRNA(miRNA)を抽出した。体液1mLで従来の超遠心法よりも少ない検体量から多種類および解析に十分な収量のmiRNAが得られることを確認した。得られたmiRNAをマイクロアレイにて解析し、症例数を統計学的に信頼の足る十分量まで重ねる一方で、非グリオーマとグリオーマ症例を比較しグリオーマ特異的に検出されるmiRNAの候補を得た。絞り込まれた候補につき、尿や髄液だけでなく、実際の腫瘍中でのグリオーマ特異性およびその病態学的な意義を検証した。またこれまでに分かっているグリオーマ特異的なmiRNAが、本デバイスを用いて非グリオーマ症例に比べグリオーマ症例で有意に高く検出が可能であるかを検討し、少量の尿からグリオーマの分子診断を可能にするデバイスとして有用であるかを評価した。
シリコン誘電体ミー共振器における多重極子の選択制御と赤外メタサーフェス素子

誘電体にサイズと同程度の波長の光が入射するとミー共振がおきる。ミー共振では多重極子の励起によって光が共鳴的に散乱される。本研究は高屈折率誘電体である単結晶Siをベースとしたミー共振器の上部に金属層を付加することにより多重極子の励起を選択的に制御する方法を確立し、これを赤外メタサーフェス素子として応用することを目的とする。金属層の形状や材料を変えた場合の効果を探索する。また、金属・絶縁体相転移材料である二酸化バナジウム(VO2)などを用いて赤外域の反射・透過スペクトルの動的な制御を行う。これらを通じてミー共振器における多重極子エンジニアリングを確立する。