hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
リン酸化・脱リン酸化によるヌクレオリーム会合の制御

真核生物の染色体はヌクレオソームとよぶ蛋白質(H2A, H2B, H3, H4の4種のヒストン)-核酸複合体がH1蛋白質と相互作用して高次構造を形成したものである.ウニ精子核H1を用いて核酸との相互作用を調べた.特に,リンカーDNAに結合するH1N端に注目してきた.この領域がアミノ酸4残基の6回のくり返しからなる事を1次配列から指摘した. (SPKK)これをもとにユニット1つ(4残基)2つ(8残基)を合成し, NMR測定を行った.この結果,このユニットが水素結合を2つ持つターン構造である事が明らかになった.COSY, NOESY, TOXY, ROESY, E-COSY, HMBC等のデータをもとに,日本電子永山グループと協力してこの構造をディスタンスジェオメトリー法で決定しつつある.このH1が受精に際して代謝を受ける事,またその際リン酸化される事はすでに報告されている.ウニ卵よりSPKK特異的なプロテアーゼとキナーゼを単離した.プロテアーゼは分子量約3万でセリンプロテアーゼらしく2価イオン(Mg^#, Ca^#)要求性である.キナーゼはcAMP依存性で触媒単位2個,調節単位2個からなる4量体である.分子量は両単位とも約4万である.キナーゼがセリンをリン酸化し, SPKKの核酸結合がゆるやかになったところでプロテアーゼが切断するものと思われる.真核生物の染色体はヌクレオソームとよぶ蛋白質(H2A, H2B, H3, H4の4種のヒストン)-核酸複合体がH1蛋白質と相互作用して高次構造を形成したものである.ウニ精子核H1を用いて核酸との相互作用を調べた.特に,リンカーDNAに結合するH1N端に注目してきた.この領域がアミノ酸4残基の6回のくり返しからなる事を1次配列から指摘した. (SPKK)これをもとにユニット1つ(4残基)2つ(8残基)を合成し, NMR測定を行った.この結果,このユニットが水素結合を2つ持つターン構造である事が明らかになった.COSY, NOESY, TOXY, ROESY, E-COSY, HMBC等のデータをもとに,日本電子永山グループと協力してこの構造をディスタンスジェオメトリー法で決定しつつある.このH1が受精に際して代謝を受ける事,またその際リン酸化される事はすでに報告されている.ウニ卵よりSPKK特異的なプロテアーゼとキナーゼを単離した.プロテアーゼは分子量約3万でセリンプロテアーゼらしく2価イオン(Mg^#, Ca^#)要求性である.キナーゼはcAMP依存性で触媒単位2個,調節単位2個からなる4量体である.分子量は両単位とも約4万である.キナーゼがセリンをリン酸化し, SPKKの核酸結合がゆるやかになったところでプロテアーゼが切断するものと思われる.
有機金属液晶材料の設計,作製と機能研究

金属が持つ独特の性質を液晶に付与することにより新しい機能の発現を期待して、我々は新規な有機金属液晶化合物を合成し、その特性について研究を行ってきた。本研究では、高機能性有機金属液晶材料の開発を目的に、主鎖が遷移金属とアセチレンから成る有機金属高分子リオトロピック液晶とホウ素を含む低分子サ-モトロピック液晶を中心にその分子設計と合成、分子構造と液晶としての機能との関連を系統的に検討している。本年度は遷移金属アセチリド錯体の液晶性と計算化学を利用した液晶材料の分子設計についての研究結果を報告する。(1)上記有機金属高分子液晶の構成単位である遷移金属アセチリド錯体は、立体的にかさ高いトリアルキルホスフィン配位子を含んでいるために液晶形成には不利と考えられていたにも係わらず、適当な分子構造を選べばサ-モトロピック液晶性を示すことを見いだした。即ち、今回合成したメソ-ゲン基を導入したビス(トリメチルホスフィン)繁金ビス(フェニルアセチリド)誘導体は、転移温度は高いもののネマティックあるいはスメクティック液晶を形成した。これはホスフィン配位子を含んだ初めての液晶であり、その性質には大きな異方性が期待できる液晶材料である。(2)昨年度は強誘電性液晶の分子構造と自発分極(Ps)値の関連を検討し、液晶構成分子の不斉炭素部と極性基部間のコンフォメ-ションのエネルギ-障害がPs値と密接に関係していることを明らかにしたので、今年度は、液晶分子の双極子モ-メントとPsとの関係に注目し、計算化学による検討を更に進めた。その結果、主軸に垂直な双極子モ-メントの計算値とPsの実測値の間に密接な関連があることを見いだし、大きなPs値を持つ強誘電性液晶の実現に計算化学による分子設計が有力な方法となりうることを示した。
婦人科癌患者の選択的・個別的周術期PE予防法の確立と治療前VTE発生機序の解明

周術期の深部静脈血栓症に引き続き発症する肺塞栓症(PE)は時に致命的であり、その予防は患者の周術期死亡の減少に寄与する。術後の静脈血栓塞栓症(VTE)発生のリスクが高い婦人科がん患者を対象に、スクリーニングと発見されたVTEへの対策、術後に選択的長期間低分子ヘパリン投与を行うことによるVTE発症予防を組み合わせた総合的な周術期致命的PE発症予防法を保険診療内で継続した。2004年から2018年までに行ったスクリーニングによる婦人科悪性腫瘍患者の治療開始前VTEの頻度を卵巣がん(卵管がん・腹膜がんを含む)、子宮体がん、子宮頸がんに分けて算出した。また、それぞれのがん種ごとにリスク因子を検出した。これらを元に英文論文の著作を開始し終了した。現在、投稿に向けて英文校正を依頼中である。この他、予定通り1リンパ節郭清を伴う手術を受けた患者、2BMIが28以上の患者、3VTEの既往がある患者、4血栓性素因がある患者、5治療開始前にVTEが発見された患者を対象とし、術後症候性PE発症予防法(12は術後24時間経過後から低分子ヘパリン投与、34は術後812時間から未分画ヘパリン、24時間経過後からの低分子ヘパリン投与、5はVTE発見時から未分画ヘパリンand/or Xa阻害剤による治療開始前の対応および術後812時間から未分画ヘパリン、24時間経過後からの低分子ヘパリン投与)の有効性の検討を継続している。2019年度も継続予定である。組織因子(TF)とVTE発症の検討は体がんで開始し、TFの発現とVTE発生の関係解明のための免疫組織染色を行った。臨床的研究部分の頻度とリスク因子に関する論文作成は計画以上に進展している。周術期の致命的PE発症予防に関する論文は2019年度に作成する目処が立っている。臨床的研究部分については計画以上である。一方、基礎的研究部分は免疫染色を行う時間の確保が困難な現状で遅れていると言わざるを得ない。以上を総合的に勘案し「おおむね順調に進展している」を選択した。臨床研究部分の頻度とリスク因子に関する論文は2019年度中のpublicationを目指す。周術期の致命的PE発症予防に関する論文は2019年度中に著作し、2020年度前半でのpublicationを目指す。基礎的研究部分は研究に従事する研究者の増員が必要かも知れない。増員が可能かを含めて研究の進展の方策を検討する。臨床研究部分の頻度とリスク因子に関する論文の校正にかかる費用の支払いが2019年度にずれ込んだため、この費用分を次年度使用額とし2019年度に使用する。
脳内光受容体がひもとく魚類の光周時計の謎

短日繁殖型で生殖腺発達の光周性が顕著なアユとサクラマス、ならびにゲノムDNAデータベースを利用可能な長日繁殖型のメダカを主な研究対象として、魚類の脳内光受容体を介した季節繁殖の制御機構を検討した.1.脳内光受容体の光周性への関与の確認アユから既知の光受容器官である眼球と松果体を外科的に摘出し,生殖腺の発達の光周性におよぼす影響を調べた結果,脳内光受容体が光周性発現に関与する光受容体であることが示唆された.2.脳内光受容体cDNAのクローニングとその局在の同定脳内光受容体のcDNAクローニングを行い,ロドプシンとVAオプシンを同定した.アユ脳内におけるロドプシン陽性反応はpreoptic areaに見られた.3.光周時針を構成する時針遺伝子のcDNAクローニング4.光周性に関与するDio2遺伝子のcDNAクローニングアユとメダカのDio2遺伝子のcDNAクローニングを行った.5.魚類脳内におけるDio2潰伝子の発現部位の同定と光周期の影響長日条件下と短日条件下で飼育したアユとサクラマスのDio2の発現量は生殖腺の発達する短日条件下の方が生殖腺発達の抑制される長日条件下よりも高かった.6.メラトニンによる情報伝達系の解析脊椎動物の光周情報伝達に関与するホルモンであるメラトニンとその受容体の制御機構について検討した.7.光周性を制御する遺伝子の網羅的同定cDNAサブトラクションならびにDNAマイクロアレイにより短日条件下と長日条件下で発現量が変化する遺伝子の網羅的同定を試み,いくつかの候補遺伝子を同定した.短日繁殖型で生殖腺発達の光周性が顕著なアユとサクラマス、ならびにゲノムDNAデータベースを利用可能な長日繁殖型のメダカを主な研究対象として、魚類の脳内光受容体を介した季節繁殖の制御機構を検討した.1.脳内光受容体の光周性への関与の確認アユから既知の光受容器官である眼球と松果体を外科的に摘出し,生殖腺の発達の光周性におよぼす影響を調べた結果,脳内光受容体が光周性発現に関与する光受容体であることが示唆された.2.脳内光受容体cDNAのクローニングとその局在の同定脳内光受容体のcDNAクローニングを行い,ロドプシンとVAオプシンを同定した.アユ脳内におけるロドプシン陽性反応はpreoptic areaに見られた.3.光周時針を構成する時針遺伝子のcDNAクローニング4.光周性に関与するDio2遺伝子のcDNAクローニングアユとメダカのDio2遺伝子のcDNAクローニングを行った.5.魚類脳内におけるDio2潰伝子の発現部位の同定と光周期の影響長日条件下と短日条件下で飼育したアユとサクラマスのDio2の発現量は生殖腺の発達する短日条件下の方が生殖腺発達の抑制される長日条件下よりも高かった.6.メラトニンによる情報伝達系の解析脊椎動物の光周情報伝達に関与するホルモンであるメラトニンとその受容体の制御機構について検討した.7.光周性を制御する遺伝子の網羅的同定cDNAサブトラクションならびにDNAマイクロアレイにより短日条件下と長日条件下で発現量が変化する遺伝子の網羅的同定を試み,いくつかの候補遺伝子を同定した.本研究においては,短日繁殖型で生殖腺発達の光周性が顕著なアユ,およびゲノムDNA配列を利用可能な長日繁殖型のメダカを用い,魚類の脳内光受容体を介した季節繁殖の制御機構を検討している.1.アユにおける脳内光受容体の光周性への関与の確認アユから既知の光受容器官である眼球と松果体を外科的に摘出し,長日条件から短日条件に移行した際に見られる生殖腺の発達の光周性におよぼす影響を調べた.その結果,眼球・松果体の両者がなくてもアユは短日条件に反応し,生殖腺の発達が誘導されることがわかった.これらの結果は,脳内光受容体が光周性発現に関与する光受容体であることを強く示唆している.2.脳内光受容体cDNAのクローニングと局在,波長特異性の検討アユ脳内で発現する光受容体としてロドプシンを同定した.現在,in situハイブリダイゼーションおよび免疫組織化学による局在同定を行っている.3.時計遺伝子のcDNAクローニングPeriod,Cryptochrome,Clock,Bmalなどいくつかの時計遺伝子のcDNA部分塩基配列をアユにおいて決定した.また,メダカゲノムデータベースを活用して時計遺伝子をコードする領域を予測した.4.Dio2遺伝子の機能解析脊椎動物の光周性発現に重要な役割を果たしていると予測されるDio2遺伝子の機能を解析するために,アユDio2遺伝子のcDNAの部分塩基配列を決定した.現在,in situハイブリダイゼーションにより脳における発現部位の同定と長日条件下で飼育して成熟を抑制したアユと短日条件下で成熟を促進したアユにおけるDio2発現量の解析を行っている.本研究においては,短日繁殖型で生殖腺発達の光周性が顕著なアユ,およびゲノムDNA配列を利用可能な長日繁殖型のメダカを用いた.1.脳内光受容体ロドプシンの発現部位の検討脳内で発現する光受容体遺伝子として同定したロドプシンの発現部位を免疫組織化学により検討し,preoptic areaに免疫陽性反応を見いだした.In situハイブリダイゼーションは現在露光中である.2.時計

遺伝子のcDNAクローニングアユの時計遺伝子(Period, Cryptochrome, Clock, Bmalなど)のcDNAクローニングを5'-および3'-RACEにより進めている.3.光周性に関与するDio2遺伝子のcDNAクローニング脊椎動物の光周性発現に重要な役割を果たしていると予測されるDio2遺伝子の機能を解析するための基礎として,ゲノムDNAの配列情報を活用してメダカのDio2遺伝子のcDNAクローニングを試みた.その結果,翻訳領域の塩基配列決定に成功した.4.Dio2遺伝子の機能解析In situハイブリダイゼーションにより脳における発現部位の同定と長日条件下で飼育して成熟を抑制したアユと短日条件下で成熟を促進したアユにおけるDio2発現量の解析を行った.その結果,eppendymal layerにおけるDio2発現は生殖腺の発達する短日条件下で促進.生殖腺発達の抑制される長日条件下で抑制されることが明らかになった.本年度は,短日繁殖型で生殖腺発達の光周性が顕著なアユとサクラマス,ならびにゲノムデータベースやExpressed Sequence Tag配列が利用可能な長日繁殖型のメダカ対象として,魚類の季節繁殖制御における脳内光受容体の機能解析を試みた.1.時計遺伝子のcDNAクローニングメダカの時計遺伝子のcDNAクローニングを試みた.その結果,Period1のcDNA翻訳領域全長,ならびにPeriod2a,Period2b,Period3のcDNA部分塩基配列を決定した.2.光周性を制御する遺伝子の網羅的同定長日繁殖型のメダカを短日条件で1ヶ月飼育した後,短日条件で維持,もしくは長日条件に移して7日目に脳を摘出し,totalRNAを抽出した.DNAマイクロアレイ法により光周性発現に関与する遺伝子の同定を試みている.3.Dio2遺伝子の機能解析Dio2遺伝子の機能を解析するため,in situハイブリダイゼーションにより脳における発現部位の同定と発現量の変化をサクラマスにおいて検討した.その結果,長日条件から生殖腺発達が促進される短日条件に移行した際に,脳室壁のDio2発現量が増加することを見出した.4.メラトニンによる情報伝達系の解析脊椎動物の光周情報伝達に関与するホルモンであるメラトニンとその受容体の制御機構について検討した.
クローン化NK細胞の機能,増殖制御,及び遺伝子形質に関する研究

LGL(NK)の分化と機能調節および腫瘍認識機構について、主に多数のクローン化細胞を用いて検討してきた。1.LGLクローンのT細胞レセプター(TCR)遺伝子解析:TCRのα,β,γ鎖遺伝子プローベを用いた解析から、すべてのマウスLGLクローンにおいてその遺伝子再構築が認められさらに殆んどのクローンで、それらのmRNAが検出された。これはLGLが明らかにT細胞の分化系列にあることを示す。しかし各クローンのキラー活性のスペクトラムとβ鎖再構築パターンには何ら相関なく、LGLの腫瘍認識に、T細胞における如くαβ鎖から成るTCRが関与しているとは考えられなかった。事実、細胞膜の解析では、αβ鎖に対応するスポットは見出されず、蛋白レベルでは発現していない可能性が示唆された。一部のクローンでは、γ鎖mRNAが検出されないにも拘らずNK活性が認められることから、γ鎖の関与も否定的であった。他方近年、ヒトのNKクローンの一部が、γ,δ鎖より成る第2のTCRを有しているらしいことが報告されている。それが認識ユニットである可能性は低いが、NKの初期分化を考える上で重要であり、我々のクローンでも解析を進めている。2.LGLのIL2レセプター:LGLクローンの増殖はIL2に一義的に依存したが、IL2単独での増殖にはしばしば限界があり、それはマクロファージあるいはIL1の共存によって維持された。【^(125)I】-IL2を用いた結合実験より、LGLの高和和性IL2Rの発現は、IL2単独培養下で徐々に失われる傾向にあり、それは、マクロファージあるいはIL1の共存下で発現維持されうることが示された。これより、M中はLGLの増殖において、主にそのIL2R発現への効果によって強く関与していることが示された。現在、これらの結果をふまえ、LGLの初期分比及び認識機構について、さらに検討を進めている。
惑星磁気圏に分布するイオン・中性粒子のエネルギー質量分析技術の新規開発―新設計・開発による高エネルギー粒子計測器の試作とその小型・軽量化―

宇宙プラズマ粒子の加速機構に関する理論的・観測的研究が分野横断的に脚光を浴びつつある。宇宙空間物理学や地球磁気圏物理学で取り扱う観測対象のみならず、水星や木星等の惑星近傍や太陽コロナでの粒子加速、コンパクト天体や銀河天体等を対象とした高エネルギー天文学の分野でも粒子加速機構の研究が重要な課題となってきている。本研究が想定している特徴的な観測対象として、直接観測が唯一可能である惑星間空間衝撃波や惑星磁気圏内の粒子加速領域があるが、これらは宇宙プラズマの「天然の加速器」として位置付けられる。これらの観測を可能にする観測器を日本独自の技術で実現する為に、エネルギー分析用SSD(半導体検出器)と、極薄膜カーボンフォイル・位置検出機能を有するMCPを用いた質量分析用の飛翔時間計測(TOF)ユニットを適用し、飛翔体搭載用として広い視野角範囲と小型・軽量化を兼ね備えた分析器の基礎開発を行うのが本研究の目的である。更に、将来の地球・惑星探査衛星計画に搭載提案する事を前提に、小電力・小発熱量のフロントエンド回路系、厳しい太陽輻射・温度環境への対処、性能劣化が少ないカーボンフォイル・検出器の選定・試験、耐放射線特性試験等も研究対象としてきた。今年度は本研究の最終年度であり、当初の計画に従い、立教大学に新設されたクリーンルーム内の真空チャンバーに、較正実験用のイオンビームを新設・整備した。また、昨年度に設計された検出器信号・高圧電源の入出力ポートを製作し、分析器の較正実験に活用した。データ取得・機器制御系の開発では、TOF系信号処理回路としてCFD(Constant Fractional Discriminator)機能を内蔵したプリアンプとMCPとのインターフェース整合試験、真空チャンバー内に設置されるディジタル制御されたターンテーブルの整備等も行った。上記以外にも、ビームモニター用専門のチャージアンプと位置検出回路の設計・製作を完了し、稼働させる準備が整った。また、今後、急を要する計画として、較正実験用ビームラインの3050keV程度への高エネルギー化が考えられるが、この為には高耐圧の絶縁ニップル・絶縁トランスとビームソース用のオプティカルファイバーを用いた遠隔制御系が必要となり、早急な予算化が望まれるので、詳細検討を開始した。今後、宇宙を対象とした研究では粒子の加速機構に関する研究が飛躍的に進むと期待される。字宙空間物理学・地球磁気圏物理学のみならず、水星や木星等の太陽系惑星近傍や太陽コロナでの粒子加速に加え、コンパクト天体や銀河天体等を対象とした高エネルギー天文学の分野でも粒子加速が主要な研究対象とされつつある。我々は、宇宙を構成するプラズマの「加速器」として、人工衛星による直接探査が可能な唯一のものである惑星間空間衝撃波や惑星磁気圏での高エネルギー粒子観測器を日本独自の技術で実現すべく、広い視野角範囲を持ち、エネルギー分析用のSSD(半導体検出器)、極薄膜カーボンフォイル、それに位置検出機能を有するMCPを用いた質量分析用の飛翔時間計測(TOF)ユニットの計算機による数値的設計を行い、飛翔体搭載用として小型・軽量化を具体的に設計・製作する為の基礎研究を行った。これらには、将来の地球・惑星探査衛星計画に搭載提案する事を前提に、例えば、水星軌道上の観測で余儀なくされる厳しい太陽輻射・温度環境への対処、メインテナンスフリーで5年間程度は著しい性能劣化を引き起こさないカーボンフォイル・検出器の選定・試験、等が含まれる。また、本研究の来年度の計画として、機能確認用の試験モデルを構築し、現有の真空チャンバーで様々な基礎特性取得実験を行う事を考えているが、これらへの準備として、検出器信号・高圧電源の入出力ポートの設計を行い、機器制御・データ取得系を整備した。具体的には、TOF系信号の処理回路の整備として、真空内に設置するチャージアンプとSSDとのインターフェース整合試験とその後段でのメインアンプ系の選定を行い、チャンバー内に設置されるディジタル制御されたターンテーブルの整備、高圧電源の遠隔操作化、等である。更に、10keV以下の低エネルギーの粒子検出を視野に入れ、同じエネルギーを持つ1入射粒子当たりの電荷信号を増幅させるアバランチ機構付き半導体検出器の評価を行った。

また、昨年度に設計された検出器信号・高圧電源の入出力ポートを製作し、分析器の較正実験に活用した。データ取得・機器制御系の開発では、TOF系信号処理回路としてCFD(Constant Fractional Discriminator)機能を内蔵したプリアンプとMCPとのインターフェース整合試験、真空チャンバー内に設置されるディジタル制御されたターンテーブルの整備等も行った。上記以外にも、ビームモニター用専門のチャージアンプと位置検出回路の設計・製作を完了し、稼働させる準備が整った。また、今後、急を要する計画として、較正実験用ビームラインの3050keV程度への高エネルギー化が考えられるが、この為には高耐圧の絶縁ニップル・絶縁トランスとビームソース用のオプティカルファイバーを用いた遠隔制御系が必要となり、早急な予算化が望まれるので、詳細検討を開始した。
鉄を介した破骨細胞分化調節機構の分子メカニズムを解明する

ヘム分解酵素であるヘムオキシゲナーゼ1(HO-1)の発現低下がカスパーゼ3の活性化とHMGB1の遊離を促進し破骨細胞分化を促進することを明らかにした。またHO-1の発現誘導作用のあるKahweolやFisetinなどのポリフェノールやtBHQが破骨細胞分化を抑制することを明らかにした。HO-1の発現は転写因子Nrf2により調節されていることから、Nrf2ノックアウトマウスの骨髄細胞を用いて破骨細胞を形成させたところ、野生型マウスに比べ顕著な破骨細胞形成促進が見られた。HO-1が破骨細胞分化にどのように関わっているのか、以下の3項目に関して解析を行った。1、HO-1の発現誘導を行った場合の破骨細胞形成に対する影響2、ミトコンドリアストレスの指標としてカスパーゼ3の活性化の有無(HMGB1の細胞外遊離も含める)の検討3、HO-1の転写因子Nrf2活性化剤による破骨細胞分化抑制作用の解析1、マウスHO-1遺伝子領域をpcDNA-DEST47とpcDNA-DEST53に組み換えた発現ベクターを構築した。マクロファージ系細胞株RAWDへ一過性に発現誘導したところ、破骨細胞形成が阻害された。2、カスパーゼ3の活性化とHMGB1の遊離に対するHO-1の作用を調べた。核内蛋白であるHMGB1は、死んだ細胞から外に遊離し周りの細胞を刺激するサイトカイン様の働きを持つ。破骨細胞にはHMGB1受容体が存在し、細胞外HMGB1から刺激が入り破骨細胞分化が促進されることが報告されている。一方、HO-1はHMGB1の遊離を抑制することが報告されている。我々はRANKLによるHO-1の発現低下に伴いカスパーゼ3の活性化が促進し、HMGB1の細胞外遊離が促進することを見出した。RAWD細胞においてsiRNAでHO-1の発現を抑制するとカスパーゼ3の活性化とHMGB1の遊離が上昇した。反対にHO-1誘導剤であるヘミンやクルクミンを加えるとHO-1の発現が上昇しHMGB1の遊離は減少した。本結果はRANKLによるHO-1の発現減少がミトコンドリアストレスから細胞死を誘導し、死細胞からHMGB1が遊離することで破骨細胞分化が促進される可能性を示唆する。3、Nrf2活性化剤の破骨細胞分化抑制効果HO-1とFPNの転写はNrf2に調節されていることが報告された。Nrf2は第2相酵素群など酸化ストレスを軽減する抗酸化分子の転写因子である。イチゴポリフェノールのフィセチンやコーヒー豆成分のカウェオールなどNrf2活性化剤が破骨細胞分化を抑制することを明らかにした。今年度は、鉄代謝における重要なヘム分解酵素であるヘムオキシゲナーゼ1(HO-1)の細胞内発現レベルがカスパーゼ3の活性化とHMGB1の遊離に関与し破骨細胞分化を調節することを明らかにした。本研究成果を「Suppression of RANKL-dependen themeoxygenase-lis required for high mobility groupbox 1 release and osteoclastogenesis」としてJournal of Cellular Biochemistry 113(2),486-498 (2012)に発表した。この論文の中で明らかにした内容は、HO-1誘導作用をもつヘミンや生薬クルクミンが破骨細胞でもHO-1の発現を誘導するとともに破骨細胞分化を抑制し、細胞外へのHMGB1の遊離を抑制することを明らかにした。また、クルクミンでHO-1の発現を上昇させた時に、siRNAでHO-1の発現を抑制すると、細胞外へのHMGB1の遊離が促進し、破骨細胞分化も促進することを明らかにした。破骨細胞分化誘導因子であるRANKLはHO-1の発現を抑制するが、細胞内カスパーゼ3の活性化と細胞外へのHMGB1の遊離を促進した。HMGB1は死細胞から細胞外へ放出されることが知られているが、我々は破骨細胞においてスタウロスポリンを用いてカスパーゼ3の活性化が生じるときにHMGB1の遊離が増加することを明らかにした。またsiRNAでHO-1の発現を抑えるとカスパーゼ3が活性化し、細胞外のHMGB1量が増すことを明らかにした。また、HO-1発現ベクターを破骨細胞前駆細胞に導入しHO-1の発現を上昇させるとカスパーゼ3の活性化は抑えられ、HMGB1の細胞外への遊離や破骨細胞分化も抑えられた。活性酸素消去剤であるNACはカスパーゼ3の活性化を抑え、HMGB1の細胞外への遊離と破骨細胞分化を抑制した。以上の結果より、RANKLはHO-1の発現を抑えることで細胞内酸化ストレスを増しカスパーゼ3の活性化とHMGB1の遊離が促進し破骨細胞分化が促進されると考えられた。この結果は鉄代謝と酸化ストレスが破骨細胞分化を調節することを示唆している。

そこで鉄代謝レベルの異なる系統のマウスにおける破骨細胞分化の違いを詳細に調べ、またHO-1の発現誘導作用のある化合物による破骨細胞分化への影響を調べ2報の論文に発表した。今年度はHO-1の発現を誘導する化合物の破骨細胞分化に対する効果を重点的に調べることで鉄代謝酵素であるHO-1が破骨細胞分化にどのように関わっているか解析を行った。1コーヒーに含まれるジテルペン化合物KahweolはRANKLによるErkの活性化を強く抑制しNFATc1、Src、Cathepsin Kの発現と細胞外へのHMGB1の遊離を抑制し、破骨細胞形成と骨吸収を抑制した。Fumimoto R., SakaiE. et al. J PharmacolSci., 2012, 118(4), 479-486に発表。4いちごポリフェノールであるフィセチンはHO-1の発現を促進し、細胞内ROS産生NFATc1の発現を抑え破骨細胞形成と骨吸収を抑制した。Sakai E. et al. J. Pharmacol. Sci., 2013, 121, 288-298に発表。以上の結果は、HO-1の発現を誘導する化合物が非常に効果的に破骨細胞形成と骨吸収を抑制することを示している。本研究によって鉄代謝酵素であるHO-1の発現レベルが破骨細胞の分化を調節できることを示す多くの知見を得ることができ、鉄代謝と骨代謝との密接な関係を明らかにすることができた。破骨細胞前駆細胞であるRAWD細胞を用いてROSの検出が可能になったこと、とHO-1発現ベクターを導入することが可能になったことや、3報告の論文に研究成果を発表できたこと、および現在さらにHO-1と破骨細胞分化に関する3報の論文を投稿中であることなどが理由である。24年度が最終年度であるため、記入しない。HO-1の発現を誘導する化合物による破骨細胞分化調節機構をもっと明らかにしたいと考えている。また、鉄代謝と酸化ストレスの両方に関与している分子による破骨細胞分化調節機構に関しての研究をさらに進展させたいと考えている。
光駆動水素イオンポンプの水素原子の観測

膜蛋白質バクテリオロドプシンの水素原子の位置も含めた構造決定のために必要な、巨大結晶の作成を試みたが、充分な大きさの結晶の作成は研究期間中に得られなかった。しかしバクテリオロドプシンの結晶化に対して脂質の構造変化が影響していることが示され、脂質中の膜蛋白質結晶化のメカニズムの一端が示された。膜蛋白質バクテリオロドプシンは、高度好塩菌の細胞膜上に存在し光を吸収することにより膜の内外に水素イオンの濃度勾配を作り出す。この光駆動水素イオンポンプ機構においてバクテリオロドプシン内部の各残基の水素原子が大きな役割を果たす。このため水素原子を観測することが可能となれば、バクテリオロドプシンの反応機構の理解が一段と進むことは間違いない。そこで我々は水素原子を観測するために,高分解能X線結晶構造解析または中性子結晶構造解析が可能なバクテリオロドプシンの高品質巨大結晶の作成を行うことにした。今年度から研究代表者が大学を移動したことに伴い,研究環境や研究時間などが大きく変わり,研究が当初の予定より大幅に遅れているが、今年度は下記の研究を行った。バクテリオロドプシンの結晶化は現在次のように行っている。バクテリオロドプシンの精製,可溶化,モノオレインとの混合,結晶化剤の添加。これらの手順を高品質巨大結晶作成にむけ更なる検討を行った。精製法の改良,試薬の変更,モノオレインの含水量の変更などである。現在までに明確に高品質巨大結晶作成に対して有効であるという条件は見つけられていない。またバクテリオロドプシンと混合したモノオレインが白濁する、つまり立方相でなくラメラ相になる現象が多く見られるようになっている。この原因究明を試みているものの、まだ確定的な原因を把握しきれていない。上記の問題点を打破するために継続して、研究を行っていく必要があると考えている。前年度までに良質の結晶が得られるようにはなったが、巨大結晶の作成には至っていない。この目的を達成するためには、結晶生成の場となる脂質の状態を知る必要があると考え、その状態の変化をX線回折実験で調べた。脂質に混合したバクテリオロドプシンに対し結晶化剤を加えることにより、数日から数ヶ月後にバクテリオロドプシンの結晶が生成される。この過程で脂質も変化することが明らかになった。まず結晶化剤を添加することにより脂質の相構造がラメラ相から立方相に変化した。そして格子定数の変化も明確に観測された。これにより結晶化剤により脂質構造・状態も影響を受け変化していくことが明らかとなった。このことは結晶化を考えていく上で脂質の状態も常に考慮に入れておく必要があることを示した。また結晶の表面観察により結晶性の良さを判断する目的で、原子問力顕微鏡を用いた測定も開始したが、年度内に充分な観測結果を出すに至らなかった。
水平蒸発管内におけるドライアウトとポストドライアウト熱伝達

本研究は,空調機・ヒートポンプ・冷凍機の蒸発器を対象として、冷媒の水平蒸発管内におけるドライアウト点とポストドライアウト熱伝達の特性を明らかにし,それらの精度良い予測式を確立することを目的とする.水平に配置した平滑管とら旋溝付管で得たHFC-134aおよびHCFC-22の実験データを検討して,以下の成果を得た.1.水平蒸発管では,垂直管の場合と異なり,ドライアウトの開始点と完了点は一致せず,ドライアウトが始まってから完了するまでに0.10.2のクオリティの幅がある.平滑管および溝付管について,それぞれドライアウト開始点とドライアウト完了点のクオリティの特性を検討し,流量と熱流束の影響の違いによって平滑管では三つの特性域に,また溝付管では二つの特性域に分類されることを明らかにし,各特性域ごとにこれらのドライアウトクオリティの無次元整理式を作成した.得られた整理式は,平滑管ではクオリティの絶対値で±0.03以内の精度で,またら旋溝付管では±0.02以内の精度で,実験データを予測する.2.平滑管の場合,ドライアウト完了点以後のポストドライアウト域では,流れは噴霧流で,気液二相は熱力学的非平衡の状態にあるとみなされる.管壁から蒸気,蒸気から液滴への伝熱の経路を考えて,非平衡状態での実クオリティを見積もる式を作成した.この実クオリティから蒸気流量が求まり,蒸気単相としてGnielinskiの式から管壁温度の値を算出することにより,熱伝達係数を求めることができる.熱伝達係数の予測値は,実験値と±10%以内で良く一致する.一方,溝付管のポストドライアウト域では,ドライアウト完了クオリティが1近傍であるため,過熱蒸気単相流の熱伝達とみなしてよく,作成した溝付管の管摩擦係数の整理式を用いて,Gnielinskiの式から熱伝達係数を精度良く予測することができる.本研究は,空調機・ヒートポンプ・冷凍機の蒸発器を対象として、冷媒の水平蒸発管内におけるドライアウト点とポストドライアウト熱伝達の特性を明らかにし,それらの精度良い予測式を確立することを目的とする.水平に配置した平滑管とら旋溝付管で得たHFC-134aおよびHCFC-22の実験データを検討して,以下の成果を得た.1.水平蒸発管では,垂直管の場合と異なり,ドライアウトの開始点と完了点は一致せず,ドライアウトが始まってから完了するまでに0.10.2のクオリティの幅がある.平滑管および溝付管について,それぞれドライアウト開始点とドライアウト完了点のクオリティの特性を検討し,流量と熱流束の影響の違いによって平滑管では三つの特性域に,また溝付管では二つの特性域に分類されることを明らかにし,各特性域ごとにこれらのドライアウトクオリティの無次元整理式を作成した.得られた整理式は,平滑管ではクオリティの絶対値で±0.03以内の精度で,またら旋溝付管では±0.02以内の精度で,実験データを予測する.2.平滑管の場合,ドライアウト完了点以後のポストドライアウト域では,流れは噴霧流で,気液二相は熱力学的非平衡の状態にあるとみなされる.管壁から蒸気,蒸気から液滴への伝熱の経路を考えて,非平衡状態での実クオリティを見積もる式を作成した.この実クオリティから蒸気流量が求まり,蒸気単相としてGnielinskiの式から管壁温度の値を算出することにより,熱伝達係数を求めることができる.熱伝達係数の予測値は,実験値と±10%以内で良く一致する.一方,溝付管のポストドライアウト域では,ドライアウト完了クオリティが1近傍であるため,過熱蒸気単相流の熱伝達とみなしてよく,作成した溝付管の管摩擦係数の整理式を用いて,Gnielinskiの式から熱伝達係数を精度良く予測することができる.蒸発管内において,ドライアウトが生じると伝熱が悪化する.本研究は,空調機・ヒートポンプ・冷凍機の蒸発器を対象として,冷媒の水平蒸発管内におけるドライアウト点とポストドライアウト熱伝達の特性を明らかにし,それらの精度良い予測式を確立することを目的とする.本年度は,HCFC-22とHFC-134aを試験流体として平滑管における実験と理論解析を行い,以下の成果を得た.1.水平蒸発管においては,垂直管の場合と異なり,ドライアウト発生(開始)点とポストドライアウト域に遷移するドライアウト終了点は一致せず,両点のクオリティに0.10.2の大きな差異がみられた.これらドライアウト開始点および終了点のクオリティは,流量と熱流束の影響の違いによって,それぞれ4つの特性域に分類される.現在,異なる径の蒸発管における実験データも得て,整理式を作成中である.2.ポストドライアウト域において,熱伝達係数の実験値は,過熱蒸気単相流の式(Gnielinskiの式)から算出される値より,一般に小さく,気液(蒸気と液滴)は,過熱蒸気流中に飽和温度の液滴が同伴される熱力学的非平衡の状態にあることがわかった.この傾向は十分下流まで認められた.熱力学的非平衡の程度を支配する蒸気から液滴への熱伝達に関して,種々の条件における管壁温度の実験データから液滴の蒸発量を推算し,その整理式を作成した.これを用いて算出される熱伝達係数の値は,実験値と良く一致した.なお,熱伝達係数に及ぼす流量の影響は大きく,熱流束の影響は小さい.3.ポスト

ドライアウト域の熱伝達に関して理論解析を行った結果,蒸気から液滴への熱伝達は,液滴の径に強く依存するが,液滴のうける抗力あるいは気液のスリップにはさほど影響を受けないことがわかった.次年度は,内面ら旋微細溝付管の場合について検討する予定である.本研究は,空調機・ヒートポンプ・冷凍機の蒸発器を対象として,冷媒の水平蒸発管内におけるドライアウト点とポストドライアウト熱伝達の特性を明らかにし,それらの精度良い予測式を確立することを目的とする.本年度は,HCFC-22とHFC-134aを試験流体として,伝熱促進管として実用されている内面ら旋微細溝付管における実験を行い,前年度得ている平滑管の場合と比較して,以下の成果を得た.1.ら旋溝付管においても,平滑管の場合と同様,ドライアウト発生(開始)点とポストドライアウト域に遷移するドライアウト終了点とが存在し,両点の間には0.10.2のクオリティ差がみられる.ただし,平滑管の場合と異なり,これらドライアウト開始点および終了点のクオリティに及ぼす流量と熱流束の影響は比較的小さく,高流量低熱流束の条件では,それぞれほぼ一定の0.92および0.99の値を示す.2.非加熱状態における溝付管と平滑管の過熱蒸気単相流の管摩擦係数の測定値を得た.この管摩擦係数は,平滑管ではFilonenkoの式によって良く再現されるが,溝付管ではそれより4565%高い値を示したので,溝付管の管摩擦係数に関する整理式を新たに作成した.3.溝付管のポストドライアウト域における熱伝達係数の測定値は,平滑管と比べて,低流量で1.71.8倍,高流量で1.52.3倍大きい値を示す.平滑管の場合と同様,熱伝達係数に及ぼす流量の影響は大きいが,熱流束の影響は小さい.4.溝付管のポストドライアウト域における熱伝達係数の測定値は,流量によらず,上記2.で作成した溝付管の管摩擦係数の式を適用して過熱蒸気単相流の式(Gnielinskiの式)から算出される値とよく一致する.したがって,溝付管のポストドライアウト域の熱伝達は,平滑管の場合と異なり,蒸気単相流の熱伝達とみなしてよい.本研究は,空調機・ヒートポンプ・冷凍機の蒸発器を対象として,冷媒の水平蒸発管内におけるドライアウト点とポストドライアウト熱伝達の特性を明らかにし,それらの精度良い予測式を確立することを目的とする.本年度は,前年度までに得た実験データと成果に基づいて,予測式の作成を行った.1.水平蒸発菅では,垂直菅の場合と異なり,ドライアウトの開始点と完了点は一致せず,ドライアウトが始まってから完了するまでに0.10.2のクオリティの幅がある.ドライアウト開始点と完了点のクオリティについて,以下のように予測式を得た.(1)平滑管におけるドライアウト開始点と完了点のクオリティは,それぞれ,流量と熱流束の影響の違いによって三つの特性域に分類されることを明らかにし,各特性域について無次元の予測式を作成した.得られた予測式は,実験データと±0.03以内の精度で良く一致する.(2)ら旋溝付管におけるドライアウト開始点と完了点のクオリティは,それぞれ,流量と熱流束の影響の違いによって二つの特性域に分類されることを明らかにし,各特性域について無次元の予測式を作成した.得られた予測式は,実験データと±0.02以内の精度で良く一致する.2.ドライアウト完了点以後のポストドライアウト域の熱伝達の予測方法について以下の結果を得た,(1)平滑管では,流れは噴霧流で,気液二相は熱力学的非平衝の状態にあるとみなされる.管壁から蒸気,蒸気から液滴への伝熱の経路を考慮して,非平衡状態での実クオリティを見積もる方法を考案した.更にこれより蒸気部分のみの単相流熱伝達を考慮して管壁温度の値を算出することにより,熱伝達係数を求めるができる.熱伝達係数の予測値は,実験値と±10%以内で良く一致する.
マウスコホートモデル系による環境と生体の時間的不適合の解明

24時間社会がもたらす生活時間と体内時計の「ズレ」は、様々な疾患リスクと相関があることがヒト疫学研究で示されている。しかし、現代社会の喫緊の健康課題であるにもかかわらず、因果性を検証した科学的エビデンスが極めて乏しく、未だに有効な予防法や対策を講じることができていない。本研究では、現実の課題解決に向けたリバーストランスレーショナル研究として、「マウスコホート」モデル系を用いて「環境と生体の時間的不適合」が引き起こす病態メカニズム解明を目指す。
駆動関節を有する人工肢の運動学習過程における身体表現変容因子の同定

昨年度、設計・製作した身体拡張拇指を用いて、本年度は、その操作の習熟過程における身体表現の更新について、実験により評価・確認を行った。具体的は、1)視覚の有無が操作性および部位転移錯覚の誘発に及ぼす影響について検証、2)身体図式が変化したことを示す評価法を考案し、その検証実験を行った。その詳細について以下に述べる。1)左手のひらに装着した身体拡張拇指を右拇指によって操作を繰り返し、その操作方法を学習する際に、視覚を遮断して両手が見えないようにした場合は、右手のみ見えないようにした場合に比べて、操作性と身体表現の転移を表す自己受容感覚ドリフト量が有意に向上することが判明した。これは身体拡張拇指に関する身体表現の構築が、視覚を用いず、他の手の感覚情報を用いた場合の方が、有効であることを示唆していると考えられる。2)身体拡張拇指を手のひらに装着する前に障害物を避ける手の軌道を計測した。その後、身体拡張拇指を手のひらに装着した時に身体拡張拇指が障害物との衝突を避けるように、手の軌道が、身体拡張拇指が増えた分、修正されることを計測した。この身体拡張拇指の装着を続けた後、身体拡張拇指を外しても、その直後には、その手の軌道が身体拡張拇指を装着していたときの軌道に近くなることを計測した。これにより、身体表現が変化した後に、元に戻るまで時間が必要であり、身体表現変化によるアフターエフェクトがあることが判明した。これにより、身体表現の変化が行われたことを示唆する結果を得た。28年度が最終年度であるため、記入しない。本論文では人工拇指を製作し、それを用いた物体搬送作業において、触覚フィードバックの有無による作業性の比較を行った。まず,触覚センサを備えた身体拡張拇指(ERT)と親指位置計測装置(TMC)、電気刺激装置を製作し、ERTを用いボルトのピッキング実験を行った。この作業は、テーブル上の9本のボルトを被験者は左手小指・薬指とロボット拇指を使い掴み、右側の所定の位置に置く。9本のボルトを移動する作業を1セットとし、電気刺激による触覚フィードバックが有る場合で10セット、触覚フィードバックが無い場合で10セットの合計20セット行った。電気刺激による触覚フィードバックが有る場合はタスク処理時間が7.2%短くなった。また、ピッキング時の把持失敗回数は触覚フィードバックが無い場合では平均2回であったのに対して、フィードバックが有る場合はどの被験者も0回であった。この結果は触覚フィードバックが把持状態を的確に伝えることができ、ERTをより正確に操作には重要であると言える。また、実験後のアンケートでは被験者のほぼ全員が「電気刺激がある方が操作がしやすかった。」、「電気刺激が触覚のように感じた。」と回答した。アンケートの質問項目以外も触覚フィードバック有りの場合では、「実験後、右親指を動かすと左指が勝手に動いてしまった。」、「右親指が左手に移動したような感覚があった。」、「右腕がなくなるような感覚になった」といった意見が被験者から寄せられ、電気刺激による感覚フィードバックの効果を確認した。触覚センサを備えた身体拡張拇指(ERT)と親指位置計測装置(TMC)、電気刺激装置を製作し、ERTを用いボルトのピッキング実験を行うなど、当初の計画以上に進展している。本実験では,触覚フィードバックの重要性について確認したが,今後は,本人工拇指の操作訓練を重ねることによる「操作性向上」と人工拇指の「身体化レベル」の計測を行い,その身体表現変容因子について検討を行う.28年度が最終年度であるため、記入しない。
積層微細構造を広範囲一括で金型転写する技術の開発

高効率光学素子のための積層微細構造を安価に製造する方法として,型転写することを試みた.具体的には,薄膜に微細構造を転写し,それを積層する繰返し積層法と,あらかじめ屈折率の異なる材料を積層したものに高速で型をプレスし,同時に型転写する一括せん断法の2種類である.また,ロールを用いて連続で微細構造を型転写する方法も開発した.申請者は、微細構造を有する光学素子をハンコを押すように生産する方法を開発することを目標としていた.具体的には,ピッチが可視光波長の半分(たとえば200nm)の凸凹を有する導波路,金属のラインアンドスペースを有する偏光板,そして屈折率の異なる材料が波長程度のピッチで3次元に周期配列された多機能光学素子である.これらの微細構造を大型液晶ディスプレイなどに用いることができれば,明度,偏光,色,視野角などを調整する複数枚のシート群を代替できる.諸機能を融合した光学素子を製造するために,積層微細構造を広範囲一括で金型転写する技術の開発が,本研究の目的である.具体的には,広範囲一括で転写するためにロール形やブローチ形の金型を設計する.または,積層微細構造を転写するために,成膜プレス反復機構やせん断変形機構を設計して,それぞれの転写工程を実現することである.また,一般的な転写の基礎技術も深耕することも必要である.広範囲に転写可能な新たな金型材料の開発が不可避であり,たとえばロール形には隙間変動を吸収する弾性材料のゴム金型が必要である.最後に光学計算を行い,要求される形状の金型設計を行う.高効率光学素子のための積層微細構造を安価に製造する方法として,型転写することを試みた.具体的には,薄膜に微細構造を転写し,それを積層する繰返し積層法と,あらかじめ屈折率の異なる材料を積層したものに高速で型をプレスし,同時に型転写する一括せん断法の2種類である.また,ロールを用いて連続で微細構造を型転写する方法も開発した.本研究の目的は,諸機能を融合した光学素子を製造するために,積層微細構造を広範囲一括で金型転写できる技術を開発することである。この目的を達成するために,(a)平成19年度は,成膜とプレスを繰り返して3次元モザイク構造を作る「成膜プレス反復機構」や,(b)積層後にプレスで一括して層間をずらして同様な3次元モザイク構造を作る「剪断変形機構」を設計した。(a)成膜プレス反復機構では,スピンコートして厚さ1μmに薄くしたプラスチック膜を用いて,プレスした膜の上にもう1枚,膜を敷いて再びプレスし,ピッチ1μmの2層の3次元モザイク機構を実現した。このとき,膜に光を照射して回折光を測定しながら,深さ200nmの市松模様の凹凸が正確に転写できていることを確認した。(b)剪断変形機構では,ピッチ400nm程度の市松模様の凹凸をつけた金型を電子線リソグラフィで作成し,このニッケル金型を用いて,基板上に成膜したシリコンと酸化シリコンの5層の膜をプレスした。バネによる衝撃や自由落下のプレスによって,歪速度1000程度の高歪速度下でプレス後に,一層分だけずらすことができた。衝突後,二度打ちしないように,金型を基板から引き離す機構を用いて,1cm角程度の広範囲で転写できた。また,ロール状の金型を作るために丸棒を切削加工して微細凹凸を創成したり,またはリソグラフィで作成した微細凹凸を作成し,電鋳で薄板上に転写した後でこの薄板を丸めて円筒にすることを試みはじめた。次年度には,この金型を用いてシートに微小凹凸をロール転写する。本研究の目的は、諸機能を融合した光学素子を製造するために、積層微細構造を広範囲一括で金型転写できる技術を開発することである。この目的を達成するために、(a)平成20年度は、成膜とプレスを繰り返して3次元モザイク構造を作る「成膜プレス反復機構」や、(b)積層後にプレスで一括して眉間をずらして同様な3次元モザイク構造を作る「剪段変形機構」を設計し、実際に試行した。(a)成膜プレス反復機構では、75gμmと厚いポリイミドシートの上に、1μmと薄いPMMA膜をスピンコートし、そのシートをロール金型に押し付けて、ピッチ800nm、深さ300nmの溝構造を転写できた。ロール金型はニッケル電鋳したスタンパを丸めたものを用いた。さらに、ロール金型に巻きついた状態でポリイミドシートをはがして金型にPMMA膜が残した状態で、予め同様に転写していたポリイミドシート上のPMMA膜を熱溶着させた。この作業を繰り返して5層の溝構造を転写できた。次年度は溝同士の層間ずれを小さくするように、干渉光を見ながら熱溶着する方法を試みる。(b)剪断変形機構では、ピッチ400nm程度の市松模様の凹凸をつけた金型を電子線リソグラフイで作成し、このニッケル金型を用いて、基板上に成膜したシリコンと酸化シリコンの5層の膜を、歪速度1000程度の高歪速度下でプレスして、一層分だけずらすことを試みた。

しかし、5層膜の下に多孔質の下地膜を配して、たとえば雪の上を踏む長靴がその形のままで沈むように、5層膜が剪断することを目指したが、30%体積収縮するはずのアルミニウム蒸着膜が設計どおりに変形せず、5層膜は勇断するというよりも波状にうねってしまった。次年度は下地膜を柱状構造に変えて試みる。本研究の目的は、諸機能を融合した光学素子を製造するために、積層微細構造を広範囲一括で金型転写できる技術を開発することである。この目的を達成するために、これまでに(a)成膜とプレスを繰り返して3次元モザイク構造を作る「成膜プレス反復機構」や、(b)積層後にプレスで一括して層間をずらして同様な3次元モザイク構造を作る「剪断変形機構」を設計し、実際に試行した。平成21年度は、(a)成膜プレス反復機構として、ロール金型による転写を試みた。0.5mmと厚いウレタンゴムシートの上にスピンコートで厚み1μmのPMMAのシートを作り、重ねて一緒にロールを通してピッチ800nm、深300nmの凹凸を転写できた。ウレタンゴムシートを用いることで、ロールのうねりにかかわらず、確実にロール成形できるようになった。次に、その前に転写した凹凸を有する層と合わせてロールし、熱溶着した。5層も繰り返すと、最初の1、2層目の溝がつぶれるため、一層ずつSiO2で溝の側面を固めることも行い、溝をつぶさずに5層転写できた。(b)剪断変形機構は、今年度はシリコンと酸化シリコンの5層膜の下地膜として、カーボンナノチューブの垂直密集膜を用い、その上に5層膜を成膜することを試みたが、まだ成功していない。また、ロール成形した最表面層に波長以下の円すい状の凸を林立させて屈折率を除変させる無反射膜の転写を行い反射率0.2%以下の膜ができた。同様にロール成形した最表面層の凹にカーボンを埋めてから、表面をクラスタービームで照射してPV値で20nmの面を1nmと平滑化できた。本研究は,積層微細構造を広範囲一括で金型転写できる技術を開発することが目的である.積層微細構造の転写技術は,諸機能を融合した光学素子を製作する上で重要なもので,ディスプレイや大面積照明のための素子のためには,より高速で,より安価な広範囲技術が求められる.これを実現するための本テーマの新手法は,成膜プレス反復機構とせん断変形機構の2つである.成膜プレス反復機構とは,光の波長程度の厚さのフィルムをプレス転写と熱溶着を繰り返すことで,積層微細構造を得ようというものである.せん断変形機構とは,多孔質の下地膜の上に誘電体膜を積層しておいて,上から金型を高速でプレスすることで膜に垂直な方向にせん断し,1層分だけずれる,という手法である.成膜プレス反復機構において本年度で行ったことは,1μmと薄いPMMAフィルムをスピンコートで製作し,ピッチ800nm,深さ300nmの溝構造を転写したものを積層する際に,フィルム裏面からあてた白色光の回折光強度をモニターすることで,位置合わせ可能であることを確認した.2枚目のフィルムを微動台で溝に垂直な方向に移動させると,回折光強度の増減が確認できた.次に,せん断変形機構においては,下地膜として垂直配行カーボンナノチューブの膜を用いた.厚さ20μmのカーボンナノチューブ膜をそのままプレスしたところ,押付けた部分だけ凹み,それ以外の部分は垂直配行が保たれたままであることを確認した.次に,カーボンナノチューブの上にSiとSiO2をそれぞれ厚さ200nmに成膜したものに歪速度1000[s-1]でプレスしたところ,型のエッジ部分でせん断が起き,ずれることが確認できた.本研究では,初機能を融合した光学素子を製造するために,積層微細構造を広範囲で一括で金型転写できる技術を開発することが,本研究の目的である.開発する具体的な方法は次の5個である.(a)成膜プレス反復機構によるロール金型および積層微細構造の転写技術の開発,(b)剪断変形機構による積層微細構造の転写技術の開発,