hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
貴金属フリーな次世代燃料電池用電極触媒の合成と高性能化のための合成指針の確立

最終年度は、前年度までに得られた知見に基づき、マンガン酸化物前駆体沈澱物の結晶構造を調べるとともに、マンガン酸化物前駆体沈澱物の高比表面積化とアルカリ水溶液中での酸素還元活性について検討し、本研究の総括を行った。沈澱物の結晶構造を調べた結果、本調製法における加水分解時の酸素供給は沈澱物の結晶相には影響せず、主にMn3O4相を含む前駆体沈澱物を生成することがわかった。また、この前駆体沈澱物を800度焼成にするとMn2O3に相転移することがわかった。次に、アルカリ濃度を高くし、急速に加水分解することで沈澱物の微粒子化とそれに伴う沈澱物の高比表面積化を試みた。沈澱物のXRDパターンからは、加水分解速度を上げてもMn3O4相に帰属されるピークの半値幅は大きくなっておらず、結晶子径は低下していないと考えられる。さらに、Mn3O4相以外に同定できない不明相に帰属されるピークが確認された。この結果から、加水分解速度を上げるとMn3O4が安定して生成しないことが考えられる。調製したMn3O4とMn2O3とともに市販のマンガン酸化物を用いてアルカリ水溶液中での電気化学特性を比べた。その結果、詳細な理由は判明していないが固定原子価状態のMnO, Mn2O3とMnO2相よりも混合原子価状態のMn3O4相で高い酸素還元活性を示す傾向があることがわかった。以上の結果より、検討した遷移金属水酸化物と酸化物の中でマンガン酸化物がアルカリ水溶液中での酸素還元活性を示す傾向があり、さらに触媒活性の向上には混合原子価状態のMn3O4が好ましいことがわかった。本研究では電極触媒の白金量低減を目的として、耐塩基性の高い遷移金属と遷移金属化合物の複合体を調製し、塩基性条件下での酸素還元活性の有無を検証するとともに、複合体の酸素還元活性を向上させる最適条件を明らかにする。本年度は、遷移金属塩を加水分解して得られる生成物の調製条件を検討した。その結果、Mn塩の加水分解によってMn3O4、Fe, Co, Ni塩の加水分解によってFeO(OH), Co(OH)2, β-Ni(OH)2をそれぞれ安定して得る条件を明らかにした。加水分解生成物をグラッシーカーボン、Ni板またはPt板上にそれぞれ塗布してアルカリ水溶液中での酸素還元活性を評価した。その結果、いずれの支持体でもMn3O4塗布試料で高い酸素還元活性を示すことがわかった。ただし、Mn3O4以外の塗布試料の酸素還元活性と拮抗しているため、今後Mn3O4塗布試料の酸素還元活性を詳細に評価する必要がある。また加水分解生成物の一部を還元し、調製試料の酸素還元活性を調べた。還元できるか否かは加水分解生成物をエタノール中で溶媒熱処理することで調べた。XRD測定により、β-Ni(OH)2は一部がNiに還元することが確認できた。一方、Mn3O4, FeO(OH)およびCo(OH)2は還元が確認できなかった。還元が確認できたNi-Ni(OH)2複合体の酸素還元活性を評価したところ、NiまたはNi(OH)2単独の酸素還元活性より低くくなることがわかった。研究実施計画に記載した「遷移金属化合物の調製条件確立」と「遷移金属化合物の比表面積の制御」については、遷移金属塩から加水分解で化合物を調製する条件を確立し、安定した比表面積を示すことを確認している。ただし、「遷移金属化合物の高比表面積化」については検討できていない。一方、次年度の研究実施計画に記載した「アルカリ水溶液中での酸素還元活性の評価」を一部実施し、Mn3O4塗布試料で高い酸素還元活性を示す可能性があることを見出した。以上のことから、上記の評価とした。本年度は、交付申請書に記載の「酸素還元活性における結晶相、ナノ構造および比表面積の影響解明」について、H28年度に得られた知見に基づきマンガン酸化物に着目して検討を行った。H28年度に金属塩の加水分解によってMn3O4, FeO(OH), Co(OH)2およびβ-Ni(OH)2の調製条件を確立し、これらの試料粉末のアルカリ水溶液での酸素還元活性をグラシーカーボン、白金板およびニッケル板上で評価したところ、Mn3O4を使用した場合に高い酸素還元活性が得られる傾向を見出した。そこで、Mn3O4調製の再現性を確認し、原料塩の変更や加水分解時に酸素を供給しながら結晶系の異なるマンガン酸化物の調製を試みた。その結果、塩化マンガンを用いた試料調製ではMn3O4相が得られるのに対して、酢酸マンガンや硝酸マンガンを用いた試料調製ではMn3O4相とMnO2相が混在しやすいことがわかった。また加水分解時に酸素を供給することで、MnO2相が得られやすくなることを見出した。調製した2種類のマンガン酸化物(MnO2, Mn3O4)は、同等の比表面積を有することがわかった。次に、水素化ホウ素ナトリウムによる塩化白金酸の還元によってマンガン酸化物への白金担持を試みた。

その結果、Mn3O4への白金担持は達成できたが、MnO2への白金担持は還元処理が強すぎたためか白金だけでなくMnO2もMn3O4に還元してしまうことがわかった。これら調製履歴の異なる2つの白金担持Mn3O4の酸素還元活性をアルカリ水溶液中で比較したところ、MnO2の還元とともに白金の析出担持した試料の触媒活性はMn3O4上に白金の析出担持した試料の触媒活性より高いことがわかった。この結果は、Mn3O4上の白金の分散状態が異なることに起因していると考えれる。研究計画に記載した「酸素還元活性における結晶相、ナノ構造および比表面積の影響解明」については、マンガン酸化物に着目して検討を行った。塩化マンガンを用いた試料調製ではMn3O4相が得られ、加水分解時に酸素を供給することでMnO2相が得られやすくなることを明らかにした。また、2種類のマンガン酸化物(MnO2, Mn3O4)を担体に用いて白金担持を試みたところ、同等の比表面積を有し調製履歴の異なる白金担持Mn3O4が調製できることを明らかにした。さらにアルカリ水溶液中での酸素還元活性を検討した結果、MnO2の還元とともに白金を析出担持した試料の触媒活性がMn3O4上に白金を析出担持した試料の触媒活性より高くなることを明らかにした。同一担体上で白金の分散状態が異なると考えられる試料の酸素還元活性について検討できたことから、研究計画の一部を達成できたと考えている。ただし、担体の結晶相や試料の比表面積の制御等までには至っていない。それ以外にもマンガンを含むリン酸塩の調製とアルカリ水溶液中での電気化学測定を行った。したがって、達成度としては標記の評価とした。最終年度は、前年度までに得られた知見に基づき、マンガン酸化物前駆体沈澱物の結晶構造を調べるとともに、マンガン酸化物前駆体沈澱物の高比表面積化とアルカリ水溶液中での酸素還元活性について検討し、本研究の総括を行った。沈澱物の結晶構造を調べた結果、本調製法における加水分解時の酸素供給は沈澱物の結晶相には影響せず、主にMn3O4相を含む前駆体沈澱物を生成することがわかった。また、この前駆体沈澱物を800度焼成にするとMn2O3に相転移することがわかった。次に、アルカリ濃度を高くし、急速に加水分解することで沈澱物の微粒子化とそれに伴う沈澱物の高比表面積化を試みた。沈澱物のXRDパターンからは、加水分解速度を上げてもMn3O4相に帰属されるピークの半値幅は大きくなっておらず、結晶子径は低下していないと考えられる。さらに、Mn3O4相以外に同定できない不明相に帰属されるピークが確認された。この結果から、加水分解速度を上げるとMn3O4が安定して生成しないことが考えられる。調製したMn3O4とMn2O3とともに市販のマンガン酸化物を用いてアルカリ水溶液中での電気化学特性を比べた。その結果、詳細な理由は判明していないが固定原子価状態のMnO, Mn2O3とMnO2相よりも混合原子価状態のMn3O4相で高い酸素還元活性を示す傾向があることがわかった。以上の結果より、検討した遷移金属水酸化物と酸化物の中でマンガン酸化物がアルカリ水溶液中での酸素還元活性を示す傾向があり、さらに触媒活性の向上には混合原子価状態のMn3O4が好ましいことがわかった。平成29年度は、Pt担持Cより高い酸素還元活性を示す可能性があるMn3O4系の試料について調製方法を検討するとともに、試料の酸素還元活性について詳細に検討する。また昨年度の研究実施計画の記載に関連する「遷移金属化合物の高比表面積化」に取り組む。その他、塩基性条件下での安定性や酸素還元活性に対するナノ構造や比表面積の影響などについて検討を行う。
古墳時代土師器の移動に関する研究

古墳時代の初頭から前期にかけては、各地域の土器がその基本的な分布範囲を超えて大きく移動することが知られているが、本研究は、これまでの地域研究の成果にもとづいて、土器の移動の状況をより具体的に読み取ることにより、古墳時代社会の検討を行なうことを目的としたものである。平成11年度は、研究実施計画にもとづき、地域色の明らかな吉備、山陰、北陸、東海地域の土器の移動について整理するとともに、前年度の成果のとりまとめをおこなった。(1)基礎資料として、上記各地域のこれまでの研究成果を集成し、土器編年の併行関係の確認と、それそれの系統の土器の出土遺跡の実態を整理した。集成データにもとづいて、実際に資料の所在地に赴き、出土土器の観察等の資料化と検討をおこなった。(2)平成lO年度に引き続き、畿内系土器に関する資料収集をおこなった。(3)平成10年度の成果をもとに、論文「纏向から佐紀ヘー外来系土器組成の時系列的な比較一」『一所懸命』佐藤広史君追悼論文集佐藤広史君を偲ぶ会2000.1.7を発表。平成11年度は、報文「平城宮下層古墳時代の遺物と年輪年代」(光谷拓実と共著)『奈良国立文化財研究所年報』1999-I 1999.9.27、口頭発表「布留式土器の基本構造とその技術系譜について」(大阪府文化財調査研究センター古式土師器検討会1999.8.14)、および「国家形成過程の諸変革一土器からみた諸変革一」(考古学研究会関西例会100回記念シンポジウム1999.10.3)をおこなった。古墳時代の初頭から前期にかけては、各地域の土器がその基本的な分布範囲を超えて大きく移動することが知られているが、本研究は、これまでの地域研究の成果にもとづいて、土器の移動の状況をより具体的に読み取ることにより、古墳時代社会の検討を行なうことを目的としたものである.平成10年度は、1,畿内の土器(庄内式土器・布留式土器)の他地域への移動。2、畿内(特に大和・河内)への他地域からの土器の移動・搬入状況、の2項目を中心に検討した.1,畿内の土器の他地域への移動東日本諸地域、および西日本地域への畿内系土器の移動について、これまでの研究成果を整理・検討し、そのうえで各地における畿内系土器出土遺跡を集成した.集成に際しては、各出土遺跡の報告書にあたり、遺跡位置を地形図上に記載し、実測図の縮尺をl/4に統一した土器資料カードを作成した.また、上記の集成データにもとづいて、広島県中屋遺跡、徳島県庄・蔵本遺跡等出土土器の観察・実測図の作成などの現地調査をおこなった.2,畿内への他地域からの土器の移動・搬入状況の検討当該期の畿内において外来系土器の構成比率の高い奈良県桜井市纏向遺跡と奈良市佐紀遺跡の状況を再検討し、両者の比較検討をおこなった.その結果、搬出地の構成比率という観点から、両遺跡の類似点と相違点および古墳時代前期の大和の中心集落における外来系土器のありかたの時系列的な変化が理解された.また、纏向遺跡への外来系土器の集中的な移動の背景についての従来の諸説を整理することで、この課題における問題の所在と遺跡の性格の多様な視点が明らかになった.古墳時代の初頭から前期にかけては、各地域の土器がその基本的な分布範囲を超えて大きく移動することが知られているが、本研究は、これまでの地域研究の成果にもとづいて、土器の移動の状況をより具体的に読み取ることにより、古墳時代社会の検討を行なうことを目的としたものである。
マイクロ波水蒸気プラズマを利用した車載型ガソリン改質装置の開発

ここでは、燃料電池自動車用車載型水素供給装置の開発を念頭に、大気圧マイクロ波水蒸気プラズマを利用してガソリン改質を行い、水素を製造する方法について研究を行った。まず、水蒸気プラズマの点火・維持の実験では、点火にはアルゴンなどのガスでプラズマを点火させた後に水蒸気に切り替えること、安定に維持するためにはガスを円周方向に導入することが良いことがわかった。この結果を基に、ガソリン疑似物質としてn-ヘキサン、i-オクタンの改質実験を行った。プラズマ分光分析の結果、水蒸気と炭化水素はプラズマ中で解離していることが確認され、また、どちらの炭化水素の場合も、生成ガスに水素と一酸化炭素が高濃度で存在しており、改質が行われていることが確認された。また、得られた実験結果を基に、プロセスシミュレータによりプロセス計算を行い、エネルギー変換効率を算出した結果、効率は既存の改質方法よりも低く、車載する場合には、プラズマトーチの改良など、さらに効率を上げる工夫が必要と示唆された。本研究の総括として、ここで提案した改質法の特徴には、(1)マイクロ波電源等の装置の大きさを勘案すると従来法と比較して十分に小型化が達成できること、(2)触媒無しでの改質が可能であり、メインテナンスの容易さや安定性・耐久性に優れていること、(3)プラズマ発生と共に瞬時に改質が行われ、応答性・始動性に優れていること、(4)ヘキサン、イソオクタンを利用しても問題なく改質が行われたことから、対応できる原料の多様性があること、(5)原料中の酸素・炭素比(O/C)を小さく出来るため、燃料電池燃料にふさわしい条件となる高水素濃度が達成でき、また燃料1mol当たりの水素製造量が高いこと、の結論を得た。本研究では、大気圧マイクロ波水蒸気プラズマを利用した車載型ガソリン改質装置を開発することを目的とした。初年度は、大気圧純水蒸気プラズマの作成とガソリン模擬物質としてヘキサンを利用した改質実験を行った。実験では周波数2.45GHz、最大出力2.8kWのマイクロ波発生装置を用いた。まず、実験装置を設計、そして組立を行い、水蒸気プラズマの点火・維持の実験を行った。その結果、純水蒸気プラズマの点火には、はじめアルゴンなどのガスでプラズマを点火させた後に水蒸気に切り替えること、安定に維持するためにはガスを円周方向に導入することが良いことがわかった。この結果を基に、改質実験を行った。生成ガスの分析にはガスクロマトグラフを、また回折格子分光器を用いてプラズマの分光計測を行い、プラズマ中の化学種の同定を試みた。実験は、供給電力、n-ヘキサンと水の供給量、プラズマトーチの管径を変化させて行った。分光分析の結果、水蒸気-ヘキサンプラズマのスペクトルには、H, OH, 0, C, C2, CHピークが見られた。これにより水蒸気とヘキサンがプラズマ中で解離していることが確認された。改質実験の結果、生成ガス中には水素と一酸化炭素が高い濃度で存在していることがわかった。また、各操作条件を変化させるとヘキサン、水の転化率が減少することわかった。この原因は、トーチ管壁とトーチ内を流れるガスによるヒートロスによるものと考えられた。また水とヘキサンとの供給流量の比が小さいところでは、固体炭素の生成がわずかに見られた。この原因は、トーチ内の原料の混合が不完全なためと予想された。そして改質実験で得られた最適条件をもとにプロセス計算を行い、その結果、さらに効率を上げる必要があることが分かった。今年度も引き続き、ガソリン疑似物質であるヘキサンを利用して改質実験を行った。そして、特に昨年度の結果で問題となった効率の上昇を主に検討した。

まず、昨年度の結果では、生成ガス中にH2とCOが高い濃度で生成したことより、過剰な水蒸気のプラズマ化を避けるため、原料中の酸素・炭素比(O/C)を1付近に設定した上で、実験条件の再検討を行った。検討はプロセスシミュレータを利用し、平衡状態を仮定してエネルギー収支を含めたプロセス計算を行った。その結果、マイクロ波入力2kWの条件では、ヘキサン流量は約1.2mmol/s程度が最適と結論された。そこで、この結果を踏まえ、実験は昨年度よりヘキサン流量を増加させ、0.8-1.3mmol/s、また0/C比は0.8-1.8の範囲で変化させて、転化率、生成ガス組成等への影響を検討した。また、ガスメーターなどを導入し、昨年度より分析精度を向上させた。なお、計画していたセラミック反応管の利用は、プラズマのon-offにより破壊してしまうため、従来通り石英管で実験を行った。実験の結果、これらの条件でも改質が行われ、ヘキサン流量が低い場合には転化率0.9を達成した。また、0/C比の上昇により、ヘキサン転化率は、始め下がるものの、その後はほぼ一定であり、これは水蒸気プラズマの流れが転化率に大きく依存しているものと予想された。結果の評価のため、新しい指標としてエネルギー変換効率を定義した。そして、マイクロ波変換効率を汎用のマグネトロン効率である0.5と仮定し、また生成したCOはすべて水素に変換されるとしたときの効率を計算したところ、最大約0.55となった。車載する場合には、さらに効率の上昇が必要と考えられ、そのためにはプラズマトーチの設計が鍵となると考えられた。本研究では、大気圧マイクロ波水蒸気プラズマを利用した車載型ガソリン改質装置を開発することを目的とした。今年度は研究計画の最終年度に当たり、これまでに得られた結果を基に、さらに実験を行うと共に、本研究を総括した。まず、燃料多様性の検証としてイソオクタンを利用した改質実験を行った。その結果、これまで用いていたヘキサンの改質結果に比べ、すすの生成がやや多く見られたものの、改質反応は問題なく進行し、H2の生成に成功した。また、原料中の酸素・炭素比(O/C)やイソオクタン流量に対する水蒸気や炭化水素の転化率の傾向も大きな違いはなかった。ただ、エネルギー効率については、すすの生成が多い分、ヘキサンと比べて低い値となった。計画していた反応管の形状については、二重管構造を試みたがプラズマが不安定となり、今後の検討課題となった。以上、これまで得られた結果を総括し、本提案法の特徴について、(1)マイクロ波電源等の装置の大きさを勘案すると従来法と比較して十分に小型化が達成できること、(2)触媒無しでの改質が可能であり、メインテナンスの容易さや安定性・耐久性に優れていること、(3)プラズマ発生と共に瞬時に改質が行われ、応答性・始動性に優れていること、(4)ヘキサン、イソオクタンを利用しても問題なく改質が行われたことから、対応できる原料の多様性があること、(5)原料中の酸素・炭素比(O/C)を小さく出来るため、燃料電池燃料にふさわしい条件となる高水素濃度が達成でき、また燃料1mol当たりの水素製造量が高いこと、の結論を得た。しかしながら、エネルギー変換効率については十分とは言えず、車載に関しては、さらなる効率の上昇を図る必要があると結論された。
炎症、腫瘍組織形成における酸化ストレスによる免疫応答調節の役割とその分子機構

本研究は酸化ストレスが免疫細胞の活性化、機能に影響を及ぼすメカニズムとその作用について検討を行うことにより、酸化還元環境の整備による免疫応答の正常化・制御を通じての炎症性疾病に対する新たな治療アプローチの検討、また酸化ストレスがその発症・増悪に関わる酸化ストレス関連疾病の治療法確立へ向けた基礎的データの構築を目的としている。当初の研究計画に基づき研究を遂行し、本年度は以下の研究結果を得た。酸化ストレスが活性化CD4陽性T細胞上のCD4分子のdown-regulationの抑制を引き起こす機構についてCD4分子の変異体やキメラ分子を用いて解析を行い、この現象に関わるCD4分子内の領域が細胞膜近傍の細胞外領域(CD4 D3-4 domain)であることを同定した(Mol. Immunol. In press)。またこの現象の生理的意義として、酸化ストレス非存在下で生ずるT細胞活性化に伴うCD4分子の発現減少はT細胞の過剰活性化を抑制する自己制御機構のひとつ考えられるが、酸化ストレスの存在下においてdown-regulationの抑制を受けた活性化T細胞上のCD4分子は抗原認識補助分子として活性化シグナルを細胞に持続的に与えることによりこれら細胞の細胞死(activation induced cell death)を誘導することを明らかにした。酸化ストレス単独、抗原刺激単独、および両刺激の存在下でチロシンリン酸化を生ずる分子の同定を行うため、これら刺激を行ったT細胞からチロシンリン酸化蛋白の精製、単離を行い、微量micro-sequencing法を用いてこれら蛋白の同定を行った。現在、酸化ストレス存在下におけるこれら蛋白の機能について解析を継続中である。
ＴＢＫ１の活性化メカニズムの解明

TBK1(TANK Binding kinase 1)は、病原体感染におけるサイトカインの産生において必須な役割を果たすキナーゼで、その活性化制御メカニズムは全く不明である。本研究では活性化因子のスクリーニングを通じて、TBK1の活性化メカニズムを明らかにした。スクリーニングの結果、ホスファチジルイノシトール5リン酸がシグナル制御に重要な役割を果たしていることを明らかにした。また、ホスファチジルイノシトール5リン酸を抗原と共に免疫すると、TBK1シグナルを直接活性化することでアジュバンド効果を発揮し、抗原特異的抗体を誘導することを明らかにした。はじめに病原体が細胞に感染すると、細胞はインターフェロンをはじめとする炎症性サイトカインを産生し、細胞から放出されたサイトカインは引き続きT細胞など獲得性免疫による生体防御の誘導などに重要な役割を果たす。病原体の認識には、まず、病原体の特徴的な部位を細胞内のそれぞれのレセプターが認識し、その後、様々なシグナルたんぱく質をへて、シグナルが転写因子にまで伝わることでサイトカインの産生が開始される。各々の病原体由来のリガンドに対する細胞内のレセプターとレセプターからサイトカイン産生までに至るシグナリングの全容は明らかになりつつあるが、依然として不明な点も数多く残されている。TANK Binding kinase 1(TBK1)は、活性化し、転写因子Interferon Regulatory Factor(IRF)3を直接リン酸化する。リン酸化されたIRF3は核内に移行し、インターフェロンをはじめとするサイトカインの発現を誘導する。TBK1によるIRFのリン酸化が、外来因子の応答に必須であることは、in vitro、in vivoの研究により明らかになったものの、どのようにTBK1-IRF3シグナルの活性化が制御されているか?は依然不明であった。本研究では、TBK1-IRF3シグナル活性化メカニズムを明らかにするため、その活性化を制御する因子の探索と制御ドメインの構造を解明することを目的にしている。これまでの研究により、TBK1-IRF3シグナルを調節する因子として新規に内因性のイノシトールリン脂質の一種であるイノシトール5リン酸を同定した。また、このイノシトール5リン酸が病原体由来のリガンド依存的に増加し、リン脂質キナーゼであるPIKfyveにより産生制御されていることを明らかにした。病原体が細胞に感染すると、細胞はインターフェロンをはじめとする炎症性サイトカインを産生し、細胞から放出されたサイトカインは引き続きT細胞など獲得性免疫による生体防御の誘導などに重要な役割を果たす。サイトカインの産生は、自然免疫応答とよばれる、病原体の構造のレセプターによる認識から、その後、様々なシグナルたんぱく質をへて、転写因子にまで伝わる応答反応により開始される。TBK1によるIRFのリン酸化が、自然免疫応答に必須であることは、これまでの研究により明らかになっていたものの、どのようにTBK1-IRF3シグナルの活性化が制御されているか?は依然不明であった。また、このホスファチジルイノシトール5リン酸はリン脂質キナーゼであるPIKfyveにより産生制御をうけることにより、病原体の応答に寄与していることを明らかにした。はじめに病原体が細胞に感染すると、細胞はインターフェロンをはじめとする炎症性サイトカインを産生し、感染防御に重要な役割を果たす。病原体の認識には、病原体の特徴的な部位を細胞内のそれぞれのレセプターが認識する。その後、様々なシグナルたんぱく質をへて、シグナルが転写因子にまで伝わることでサイトカインの産生が開始される。TANK Binding kinase 1(TBK1)は、転写因子Interferon Regulatory Factor(IRF)3を直接リン酸化する。リン酸化されたIRF3は核内に移行し、IP10をはじめとするサイトカインの発現を誘導する。

TBK1によるIRFのリン酸化が、外来DNAの応答に必須であることは、in vitro、in vivoの研究により明らかになったものの、どのようにTBK1の活性化が制御されているか?は依然不明である。本研究では、TBK1の活性化のメカニズムを明らかにするため、その活性化を制御する因子の探索と制御ドメインの構造を解明することを目的にしている。本研究は単にTBK1の活性化メカニズム理解だけでなく、将来の臨床応用に役立つ情報を提供すると期待できる。TBK1はある種の細胞のがん化に必須であると報告されており、TBK1の活性化を抑制するような化合物の開発は、新しいがん治療薬につながる可能性を秘めている。また、現在、効果的なアジュバンドの作成は非常に重要な課題であり、TBK1を特異的に活性化することができれば、アジュバンド効果を期待できる。これらのことから本研究で得られるTBK1の活性化メカニズムの理解が、将来の薬剤開発などの応用研究に役立つと考えられる。23年度においてTBK1-IRF3シグナルを活性化させる因子の探索のため、in vitroでの活性化測定系を立ち上げ、その結果、細胞膜成分を含む分画に活性化する因子が存在することが明らかにした。それら脂質のうち、TBK1-IRF3の活性化に寄与する脂質は、イノシトールリン脂質の一種であるイノシトール5リン酸であることを明らかにした。さらに細胞内でのその脂質の役割を検討するため、イノシトール5リン酸の合成酵素を同定し、酵素の機能阻害がTBK1-IRF3シグナルを抑制することを明らかにした。また、どのようなメカニズムでTBK1-IRF3シグナルを制御しているか検討したところ、イノシトール5リン酸はTBK1の活性化を制御しているというより、IRF3と結合することにより、IRF3の構造変化をもたらすことで、シグナル伝達を制御しているとう知見が得られた。一方、TBK1の構造を解明する研究は、昆虫細胞による精製はうまくいくものの過剰発現による細胞毒性のためか発現量が向上しないため、たんぱく質の量が確保できていない。現在キナーゼ変異体を用いて精製を試みている。TBK1の活性化因子の探索のため、in vitroでのTBK1の活性化測定系を立ち上げた。測定系を用いて、様々な候補物質がTBK1の活性化に寄与するか検討したものの、そのいずれも影響を与えなかった。そこで細胞を分画し、どの分画にTBK1を活性化する物質を含んでいるのかを検討した。その結果、細胞膜成分を含む分画に活性化する因子が存在することが明らかになった。さらに詳しく調べるため、TBK1に結合する膜成分を探索したところ、結合する脂質を同定することに成功した。それら脂質のうち、TBK1-IRF3の活性化に寄与する脂質を、合成脂質を用いて同定した。さらに細胞内でのその脂質の役割を検討するため、脂質合成酵素を同定し、酵素の機能阻害がTBK1-IRF3シグナルを抑制することを明らかにした。
ポリジェニックモデルによる慢性腎臓病・メタボリックシンドローム関連形質ゲノム解析

日本において、慢性腎臓病(CKD)及びその発症・進展に深く関連しているメタボリックシンドローム(MS)が国民の重大な健康問題となっている中、集団レベルでの遺伝的な特徴の解明及びゲノム情報解析のための新しい手法の開発・適用が必要となっている。平成30年度は東北大学東北メディカル・メガバンク機構のゲノム情報及びCKD・MS関連形質の表現型データを活用し、被災地住民の日本人集団を中心にポリジェニックモデルによる解析を進めてきた。具体的な研究内容・実績として、1上記の解析に必要な、東北大学東北メディカル・メガバンク機構のスーパーコンピューターに向けたゲノム情報解析用のアルゴリズム・プログラムを開発した。2該当集団のゲノム情報及び表現型データの整理・クオリティーコントロール等を実施した。3開発したプログラム(1)の実装を行うことで、CKD及びMS関連形質の遺伝率や、形質間の遺伝相関を始めとして、集団レベルでの遺伝パラメーターの推定を行い、日本人集団の遺伝的な特徴を明らかにした。4人類遺伝学分野において最大の規模を誇る国際学会に参加し研究発表を行った。また、これまでの研究実績・成果をまとめ、現在学術的論文を執筆している段階にある。5平成31年度の予定としている、CKD及びMS関連形質に影響を与える領域(遺伝子群)の同定に向けて、プログラムの開発を既に進めており、ポリジェニックモデルによるより細かい解析に向けた準備を行い始めた。本研究の主な目標は、該当形質においての集団レベルでの遺伝パラメーターの推定(平成30年度)ならびに染色体上の特定領域(遺伝子群)の同定(平成31年度)である。上記の研究活動・実績を踏まえて、所期の目標はおおよそ達成されている。平成30年度末に研究機関の変更が生じたため、当初の計画と比べて外国人集団の解析は若干遅れてはいるものの、本研究の一番大きなポイントとなっている、特定領域の遺伝子群の効果を推定するための手法(Regional Heritability Mapping法)に必要なプログラム開発は当初の計画以上に進展しているため、全体的には順調に進んでいると判断され、「おおむね順調に進展している」を選択するに至った。当初の計画通り、平成31年度は、CKD及びMS関連形質に関与する染色体上の遺伝子群の同定(研究計画目標2)の達成に向けた研究を主要な活動と予定している。平成30年度に開始したプログラム開発を引き続き実施し、日本人集団及び外国人集団に適用することで集団の比較を行う予定である。平成30年度の研究成果の公表(国際誌への掲載など)に必要な費用(英文校閲料、掲載料など)を確保する必要があったため、予算の一部を平成31年度に保留した。
東南アジア大陸部における住民による天然資源管理の確立過程

まず、これまで行ってきた経済学、社会学、文化人類学等の文献レビューと現地における予備調査の結果をもとに、住民による森林資源管理を集合行為として捉える際の視点に関する総説的な論文を作成し、学会誌に投稿した。原稿は、現在審査中である。次に、2005年5月-10月と2005年11月-2006年3月にかけて、タイ・コンケン大学人文社会学部に滞在し、調査地(ヤソトン県)において長期滞在調査(村落での聞き取り、参与観察)を行った。2005年7月には、ウボンラチャタニ大学が主催したメコン川流域研究の国際シンポジウムにも参加した。長期滞在調査では、1つの郡を選定し、その郡にある全村を対象に、その村の社会経済状況、公共地のリスト、公共地管理のきまりの状況、きまりの進化プロセス等を調査した。2種類の調査、すなわち定量的な分析に用いる広域調査と、定性的な分析のもととなる特定の村落での詳細な事例調査を行った。なお調査中は、必要に応じて現地の調査者を雇用した。調査と平行して、航空写真・地図等、関連する二次資料も入手し、得られたデータの分析を開始した。分析方法は、必要に応じて定量的および定性的な分析の両面から行っている。分析されたデータの一部は、成果として、2006年6月にバリ島で行われる国際コモン・プロパティ学会で発表することになっている。学会発表後は、原稿を修正、再分析して、国際誌に投稿する予定である。なお、一連の研究結果は、今後まとめて書籍を出版したいと考えている。1.文献サーベイ:(1)制度変化に着目する社会科学(新制度派経済学、経済社会学など)(2)コモンズ論、集合行為論(3)人間=自然関係のダイナミクスに着目する分野(環境社会学、政治生態学、生態人類学など)の3分野における文献をサーベイすることで、住民による天然資源管理の動態的変化に関連する既存の理論を整理し、東南アジア大陸部地域においてその理論を適用する際に生じる利点・問題点について検討した。その結果、天然資源管理に関連する住民の集合行為を捉える際に、便益・費用や社会的ジレンマの調整問題に関連するREMと、集合アイデンティティーの形成に関連するSAPの二つの見方が存在することがわかった。どちらを説明の軸に据えるかは、当該地域の人間=自然関係や社会制度の変容過程に依存すると考えられる。2.資料収集:上記の文献サーベイと平行して、東南アジア大陸部(主にタイとラオス)における村落共有林管理活動の既存研究やプロジェクト報告等の収集を現地で行った。タイにおいては、比較的多くの資料が存在し、そのうち一部に関しては、そのまま二次データとしても利用できると考えている。ラオスに関しては、資料がまだまだ少ないので、今後も継続して収集に努めたい。3.受入研究機関との交渉:タイ・ラオス共に候補となる機関は絞り込んである(タイ:カセサート大学林学部と東北タイ造林普及計画、ラオス:ラオス国立大学)。これらとは緊密な関係を維持しているため、交渉には問題は少ないと考えられる。4.論文:現在論文2編を海外の雑誌に投稿中である。1.文献サーベイ本年度は前年度に行った文献サーベイをさらに継続し、以下の2つの学問領域に焦点を当てた。主に海外の論文を中心に、住民による天然資源管理の動態的変化に関連する既存の理論・事例を整理し、東南アジア大陸部においてその理論を適用する際に生じる利点・問題点について検討した。●制度変化に着目する社会科学(新制度派経済学、経済社会学など)、特にコモンズ論、集合行為論●人間=自然関係の動熊に着目する分野(環境社会学、政治生態学、人間生態学、社会人類学など)2.資料収集・現地調査上記の文献サーベイと平行して、タイを中心に、東南アジア大陸部における村落共有林管理(コミュニティーフォレストリー)活動の既存研究やプロジェクト報告等の収集を現地で行った。また、2004年9月から10月における現地調査では、公共地管理の動態的な側面に関する作業仮説を立てるのに十分なデータが得られ、今後本調査を行う調査地を特定の地域に絞り込むことができた。なお、本年度に予定していた本調査は、事情により(下記参照)受入研究期間との交渉が遅れたため、来年度に行うことになった。3.研究成果下記の2編の論文を発表し、2つの学会発表を行った。4.受入研究機関との交渉受入機関との交渉および長期滞在調査(本調査)は、私本人の健康問題や学会で編集委員をしていた(2005年3月に任期終了)ことなどもあって、予定よりも大幅に遅れた。しかし、なんとか2005年3月から2006年3月まで、コンケン大学人文社会学部で客員研究員として受け入れてもらえることになり、タイ政府から調査ビザも下りた。今後本調査を行うべく、長期で現地に渡航する予定である。

長期滞在調査では、1つの郡を選定し、その郡にある全村を対象に、その村の社会経済状況、公共地のリスト、公共地管理のきまりの状況、きまりの進化プロセス等を調査した。2種類の調査、すなわち定量的な分析に用いる広域調査と、定性的な分析のもととなる特定の村落での詳細な事例調査を行った。なお調査中は、必要に応じて現地の調査者を雇用した。調査と平行して、航空写真・地図等、関連する二次資料も入手し、得られたデータの分析を開始した。分析方法は、必要に応じて定量的および定性的な分析の両面から行っている。分析されたデータの一部は、成果として、2006年6月にバリ島で行われる国際コモン・プロパティ学会で発表することになっている。学会発表後は、原稿を修正、再分析して、国際誌に投稿する予定である。なお、一連の研究結果は、今後まとめて書籍を出版したいと考えている。
量子デバイスによる超伝導電流のスピン偏極の検出

狭ギャップ半導体であるインジウム砒素の二次元電子系に超伝導体ニオブを低抵抗に接合する方法を開発し、低温で生じるアンドレーエフ反射や超伝導電流を観測した。さらに超伝導接合特性を電流およびスピン流で制御すべくニオブを含む十字構造を形成し超伝導電流に直交するように電流やスピン流を流すことで、超伝導電流やアンドレーエフ束縛状態のコントロールに成功した。また、近接効果によって染み出す超伝導電子対の対称性を変えるため、量子ポイントコンタクトと超伝導接合のハイブリッド構造の作成や強磁性半導体インジウム鉄砒素の分子線エピタキシー成長も行った。InAsは狭ギャップ半導体であり、非対称量子井戸において非常に強いスピン軌道相互作用が期待され、デバイス構造と非平衡状態の組み合わせによってスピンフィルター効果やスピンホール効果などが生じることが知られている。本研究ではこの系に超伝導電流を流すことでクーパー対を形成する電子対のスピンを回転させてスピン三重項超伝導を創り出し、そのクーパー対のスピンを量子ドットで検出することを目指している。また、スピン三重項超伝導を作り出すスピンフィルターとして強磁性半導体を用いることも考慮に入れている。上記研究目標を達成するために本年度はまず界面バリアの十分低いNb/InAs/Nb超伝導接合の作成に取り組んだ。素子構造を工夫することにより、Nb間を伝わる超伝導電流と、InAs内を流れる通常電子の電流を独立に制御し、超伝導接合内でスピンホール効果を引き起こすことができるようになった。スピンホール効果によって生じる純スピン流は時間反転対称性を破らないため超伝導接合の導電特性に大きな影響は与えないと考えられるが、本研究ではこのスピンホール効果によって超伝導電流が大きく減少することを明らかにした。これは単純にはスピンホール効果によるスピン蓄積によってNb/InAs界面でのアンドレーエフ反射が抑制されてInAs内のアンドレーエフ束縛状態が消失したためと考えられそうだが、伝導度スペクトルから観測されるアンドレーエフ反射確率はスピンホール効果では全く変化していなかった。これはNb/InAs界面ではアンドレーエフ反射によって、スピン流の角運動量が完全に反射されてしまい、スピンが界面に蓄積しないことを意味している。従ってアンドレーエフ反射の抑制の起源は未だよくわかっておらず、現在理論家と議論を交わしている最中である。強磁性半導体InFeAsの成長およびInAs二次元電子系と超伝導体の接合における超伝導電流に関する研究を行った。まずn型のInFeAsの成長を行い、低温成長によってInFeAsの二次元薄膜の成長に成功した。しかしこの薄膜ではドーパントのBeの濃度を変えてもキャリア濃度が変化しなかった。一方で成長温度を変えてやや三次元的に成長すると表面は白濁するもののキャリア濃度が上昇した。これはInFeAsのキャリアが結晶格子の歪みや欠陥から供給されていることを示唆している。また直流磁化を測定したがいずれの試料もヒステリシスループは観測できず強磁性の発現は確認できなかった。そこで強磁性半導体とNbの接合作製は断念し、Nb/InAs/Nb接合のスピンホール効果に起因するスピン偏極への応答を調べた。本年度作成した試料では近接効果は観測できなかった。これは界面状態が近接効果を引き起こすのに十分な質でなかったためと考えられる。この問題を解決するにはMBE装置そのものを改造しIn situで基板成長からNb蒸着までのプロセスを行うなどの工夫が必要であると考えられる。そこで次に、近接効果による超伝導電流ではなく、Nb/InAs/Nb接合のアンドレーエフ束縛状態のスピンホール効果に対する応答について注目した。これはアンドレーエフ束縛状態に起因した伝導度ゼロバイアスピークの抑制は直交電流によって生じたスピン流がNb/InAs界面で反射され干渉を起こしたことによって引き起こされたと解釈され、これについては論文で公表した。さらに、接合に平行に流した電流によってスピンホール効果を引き起こし接合に直交スピン流を流した結果アンドレーエフ束縛状態が抑制されることを明らかにした。また超伝導臨界電流が直交電流によってほぼ線形に抑制される様子を新たに観測した。これらの結果は論文投稿のため現在解析続けている。現在までに低バリア接合の作成プロセスはほぼ確立し、充分大きな超伝導臨界電流を持つNb/InAs/Nb接合も安定して得られるようになった。また、超伝導とスピン軌道相互作用の強い二次元電子系の界面現象に関する研究も進んでおり、アンドレーエフ反射特性だけでなくスピンホール効果に起因すると考えられる異常なアンドレーエフ束縛状態の抑制も観測されており、スピン軌道相互作用系と超伝導体との接合に関しては当初予定した以上の成果が得られている。また強磁性半導体(In,Fe)As薄膜の育成も進んでおり、弱いながらも強磁性を示すエピタキシャル薄膜が得られるようになった。若干強磁性が弱いため超伝導体との接合を作成するまでには至っていないが、概ね予定通りに研究は進んでいると言える。25年度が最終年度であるため、記入しない。また超伝導電流のスピン状態を横結合型の量子ドットで検出する実験も行う。

InAs系ではショットキー障壁が形成されにくくゲート電極を乗せるのが難しいが、エッチングによって二次元電子系そのものをサイドゲートとすることによってその問題を回避する。さらに、二次元電子系の基板を作成する際、キャップレイヤーとなる(Al,Ga)Asの厚みを厚くすることでゲート電極を乗せられるようにすることも考えている。25年度が最終年度であるため、記入しない。
ボルデテラ属細菌のエフェクターの網羅的解析

百日咳菌(Bordetella pertussis)に代表されるボルデテラ属細菌は,III型分泌装置を介して宿主細胞内に移行するエフェクターが病原性発揮に重要な役割を果たしていることが明らかになっている。申請者らはこれまでに,BopC, BopNエフェクターの機能解析を行い,これらエフェクターは宿主免疫応答からの回避に関与していることを明らかにしている(BopCについては未発表データ)。III型分泌装置によって細胞内に移行するエフェクターは,他菌種では数十種以上存在することが報告され,ボルデテラ属細菌でも未同定のエフェクターが存在することが示唆されている。本研究ではHybrid LC/MS/MS Systemとisobaricペプチドによるラベル化システム(iTRAQ)を利用し,気管支敗血症菌(B. bronchiseptica)のIII型分泌装置に依存した新規エフェクターならびに新規分泌タンパク質(III型分泌装置に依存しない)の同定を行った。その結果,約20種のタンパク質がIII型分泌装置依存的に分泌されていることが強く示唆された。また,上記手法にて,III型分泌タンパク質として既に報告されているBsp22, BopB, BopC, BopD, BopNが同定されたことからち本手法がエフェクター探索に有効であることを確認した。エフェクター候補についてはTEM-1融合タンパク質を利用した実験により,分子量25kDaの分泌タンパク質(p25エフェター)が細胞内に移行することを明らかにした。また,p25-FLAGタグ融合タンパク質を細胞内で過剰産生後,抗FLAG抗体による免疫沈降を行い,質量分析にてp25と相互作用する宿主側因子を解析した結果,hnRNPHを同定した。蛍光顕微鏡を用いた局在解析により,p25とhnRNPHは共に核に局在していることを明らかにした。今後は同様な手法にて他のエフェクター候補の解析を行なうとともに,同定された新規エフェクターの宿主内における機能を明らかにする予定である。申請者らはこれまでに,BopC, BopNエフェクターの機能解析を行い,これらエフェクターは宿主免疫応答からの回避に関与していることを明らかにしている。本研究ではHybrid LC/MS/MS Systemとisobaricペプチドによるラベル化システム(iTRAQ)を利用して,気管支敗血症菌(B. bronchiseptica)のIII型分泌装置に依存した新規エフェクターの同定を行った。その結果,分子量20kDaの分泌タンパク質(p20エフェター)が細胞内に移行することを明らかにした。p20と相互作用する宿主側因子を解析した結果,hnRNPHを同定した。興味深いことにp20の欠損株ではIII型分泌タンパク質の産生量が亢進しており,相補株では野生株と同じような産生パターンを示した。さらにqRT-PCR解析の結果,p20はIII型分泌タンパク質を転写レベルで調節していることを明らかにした。これらの結果,p20エフェクターは宿主細胞内でエフェクターとして機能するだけではなく,菌体内ではIII型分泌タンパク質の負の転写制御因子として働くことが強く示唆された。さらに,BopCのシャペロンとして長らく認識されていたBtcAは,III型分泌装置によって菌体外に分泌されるタンパク質であった。このように本研究の進展により,ボルデテラ属細菌の分泌タンパク質の新たなレパートリーが解明されつつある。前年度の研究で,新たに同定した分泌タンパク質BspRは,i)宿主細胞の核内に移行後,宿主側因子であるhnRNP Hと相互作用すること,ii)菌体内ではIII型分泌装置の発現を負に抑制する転写因子であること,を明らかにした。本年度はBspRの機能について,さらに詳細な解析を行った。まず初めに,気管支敗血症菌BspR欠損株を作製し,マウスでの感染実験を行ったところ,BspR欠損株では病原性が著しく低下したことから,BspRは病原性に関わることを明らかにした。III型分泌装置,線維状赤血球凝集素(Fha),パータクチン等の病原因子は,二成分制御系であるBvgA-BvgSによって厳密な制御を受けている。BspRはIII型分泌装置の発現を負に調節しているが,その一方で,FhaBやパータクチンの発現を正に調節していた。BspR欠損株と野生株より全菌体成分を調製し,2菌株間で顕著に変動する菌体内タンパク質を解析したところ,BspRの欠損でBvgAの発現が顕著に増加した。他グループの報告より,BvgAの発現量の違いによって,BvgA-BvgS支配下の遺伝子が正負に調節されることが明らかになっている。これらのことから,BspRはBvgAの発現量を調節することで,多くの遺伝子をグローバルに制御することが強く示唆された。
アレイ検出器を用いた赤外レーザー励起スペクトル観測装置の開発と応用

赤外アレイ検出器InSb 256x256を約35Kに冷却したデュワー内に設置して,データ読み出しはCOGITO3システムを利用して行った.すなわち,ワークステーションで読み出し用クロックパルス波形を作成し,COGITO3を通してアレイ検出器に送った.またバイアス電圧を自作の装置により発生した.各素子からのデータはAD変換器によりデジタルデータとして,ワークステーションに送られ,画像ソフトIRAFにより解析を行うことができるようになった.テストとして放電による赤外発光を入射し,検出器系が正常に動作していることを確認した.この検出器を波長範囲1-5μmの測定が可能な回折格子型分光システムと結合した.レーザー励起スペクトルを観測するために,中間赤外半導体レーザーの調整を行った.鉛塩系の旧来の赤外線レーザーを12-77Kの低温下で発振させ,波長4.5-5μm,16μm領域が測定可能になった.本来の励起スペクトルの観測のためには,出力が不十分だったので,長光路セルと組み合わせて,高感度な吸収分光に適用した.すなわち波長4.6μmで,大気中から採取したNNOの同位体種^<15>NNO, N^<15>NOのスペクトル強度を同時に測定し,採取した場所による存在量の違いを決定する実験を行った.大気中のNNOは生物(バクテリア)起源と燃焼反応起源が考えられていて,質量分析器での測定が報告されているが,レーザー分光法では直接測定できるのが利点である.本来のレーザー励起用の光源としては,量子カスケード(QC)レーザーが高出力が得られるので本研究に最適である.浜松ホトニクス社で製作したQCレーザーの性能評価を行った.パルスでしかも多モードが同時に発振していたが,本来の目的の励起スペクトル観測に十分の出力が得られていることを確認し,励起スペクトル測定への応用を行っている.赤外アレイ検出器InSb 256x256を約35Kに冷却したデュワー内に設置して,データ読み出しはCOGITO3システムを利用して行った.すなわち,ワークステーションで読み出し用クロックパルス波形を作成し,COGITO3を通してアレイ検出器に送った.またバイアス電圧を自作の装置により発生した.各素子からのデータはAD変換器によりデジタルデータとして,ワークステーションに送られ,画像ソフトIRAFにより解析を行うことができるようになった.テストとして放電による赤外発光を入射し,検出器系が正常に動作していることを確認した.この検出器を波長範囲1-5μmの測定が可能な回折格子型分光システムと結合した.レーザー励起スペクトルを観測するために,中間赤外半導体レーザーの調整を行った.鉛塩系の旧来の赤外線レーザーを12-77Kの低温下で発振させ,波長4.5-5μm,16μm領域が測定可能になった.本来の励起スペクトルの観測のためには,出力が不十分だったので,長光路セルと組み合わせて,高感度な吸収分光に適用した.すなわち波長4.6μmで,大気中から採取したNNOの同位体種^<15>NNO, N^<15>NOのスペクトル強度を同時に測定し,採取した場所による存在量の違いを決定する実験を行った.大気中のNNOは生物(バクテリア)起源と燃焼反応起源が考えられていて,質量分析器での測定が報告されているが,レーザー分光法では直接測定できるのが利点である.本来のレーザー励起用の光源としては,量子カスケード(QC)レーザーが高出力が得られるので本研究に最適である.浜松ホトニクス社で製作したQCレーザーの性能評価を行った.パルスでしかも多モードが同時に発振していたが,本来の目的の励起スペクトル観測に十分の出力が得られていることを確認し,励起スペクトル測定への応用を行っている.赤外アレイ検出器の読み出し回路および回折格子型分光系の整備を行った。InSb256×256の赤外アレイ検出器を約58Kに冷却したデュワー内に設置して、COGITO3システムを利用してデータ読み出しを行った。すなわち、ワークステーションで読み出し用クロックパルス波形を作成し、COGITO3を通してアレイ検出器に送った。またバイアス電圧を自作の装置により発生した。各素子からのデータはAD変換器によりデジタル化され、画像メモリーに32ビットバイナリーデータとして蓄積された。それらのデータはワークステーション側に転送され、画像解析ソフトウェアIRAFを利用して解析された。テストとして放電による赤外発光を入射し、検出器系が正常に動作していることを確認した。現在、この検出器を波長範囲1-5μmの測定が可能な回折格子型分光システムと結合する部分の調整を行っている。開発した赤外アレイ検出器を利用して、レーザー励起スペクトルを観測するために、赤外半導体レーザーが必要となるので、その設置と調整を行った。新たに波長測定用標準ガスセル、波長較正用エタロンを製作・整備した。レーザーダイオードの購入などにより、近赤外領域では波長1.6μm付近、中間赤外領域では波長5μm,16μm領域が測定可能になった。特に波長1.6μm付近ではレーザー出力が12mWと比較的大きい素子が得られたので、本来の目的の励起スペクトル観測に十分適用できることを確認した。昨年度、赤外アレイ検出器のデータ読み出しはSUNワークステーションを用いたCOGITO 3システムで行った。本年度は、ワークステーションでデータのやり取りを行うバスが旧式になり市場で得ることが困難になってきたので、通常のパソコンを用いたシステムを開発することにした。

すなわちマイクロチップ・コントローラSXを用いた新しい様式を採用し、従来と同等なシステムを低価格化、小型化をもって実現できた。このシステムは特許出願準備中である。パソコンにはLINUXを装備し、各素子からのデータはAD変換器によりデジタルデータとして取り込み、画像ソフトIRAFにより解析を行うことができるようにした。昨年度は、InSb 256 x 256の赤外アレイ検出器を約58Kに冷却したデュワー内に設置して、データ読み出しを行ったが、最適な温度35Kより高かったため、短時間の露光で検出器が飽和する問題があった。そのため、冷凍機を用いて35Kを実現するためのデュワーを製作した。現在、このデュワー中に波長範囲1-5μmの測定が可能な回折格子型分光システムを組みこむため、調整を行っている。アレイ検出器を用いた本分光システムは、グレーティング分光器を用いて直接赤外発光を検出する方法と、赤外レーザーで分子のある遷移を励起しそこからの赤外発光を観測する方法がある。後者のために、近赤外および中間赤外半導体レーザーの調整を行った。光学部品関係を昨年に引き続き整備するとともに、本年度は、発光セル(真空槽)の製作を新たに行い、10インチの拡散ポンプで排気可能にした。現在、真空槽とアレイ検出器を装着しているデュワーとの結合部分を整備している。アレイ検出器系の整備は昨年までに行ったので、本年度はレーザー励起スペクトルを観測するために、中間赤外半導体レーザーの調整を行った。鉛塩系の従来の赤外線レーザーを12-77Kの低温下で発振させ、波長4.5-5μm,16μm領域が測定可能になった。テストとして、多重反射型セルを用いた高感度な吸収分光に適用した。大気中から採取したNNO(存在量約350ppbv)の同位体種^<15>NNO, N^<15>NOのスペクトル強度を波長4.6μmで同時に測定し、採取した場所における存在量比を決定する実験を行った。大気中のNNOは生物(バクテリア)起源と燃焼反応起源が考えられている。起源によって同位体存在量比に違いが認められ、質量分析器での測定が報告されているが、レーザー分光法では直接測定できるのが利点で、その有効性を示した。従来の赤外半導体レーザーは励起用の光源としては、出力が十分ではなかったので、高出力化を実現するために浜松ホトニクス社で試作した量子カスケードレーザーを利用するために性能評価を行った。レーザーは液体窒素温度で、波長は5.5μm領域で5kHz,50nsecのパルス幅で発振し出力は100mW程度が得られた。発振周波数幅の測定には本研究の一部として開発した、時間分解フーリエ変換型分光システムを用いた。その結果、多数のモードが同時に発振していることがわかった。これはレーザーの利得が高いことを意味し、今後、レーザー素子の端面を回折格子(Distributed Feedback型)にするなどの改良が必要である。本来の目的の励起スペクトル観測に十分適用できることがわかり、現在、開発を続けている。
培養平滑筋の膜系の分化に伴う単一イオンチャネル開閉の分子機構

哺乳動物内臓平滑筋の発生と分化に伴う電圧作動・化学的作動両イオンチャネルの開閉機構を檢討するために、筋組織および單一生熟筋の巨視的イオンチャネルの動向を対照にして、培養筋細胞の微視的イオンチャネルの存在様式とその推移の解明に焦点をおき実驗に着手した。1)培養平滑筋細胞株の樹立-モルモット精管・腸管平滑筋の一次長期培養およびヒト臍帶靜脈の内皮・平滑筋両細胞のクーロン化に成巧し、パッチクランプ導入に適した実驗材料として任意に自給しうる態勢を備えることができた。2)成熟筋細胞の化学的受容膜のイオンチャネルの同定とその挙動の解析-今回多元筋としての精管のアドレナリンαおよびプリンρ両受容体を介する脱分極のイオンチャネル機構について多細胞体電圧クランプの適用することにより檢討を加え、前者はKイオン、後者はNa・Caイオンコンダクタンス変化による全く異なるイオン機構に起因することを証明し、從来の定説を修正しうる結果となった。特に両受容体を介する変力効果に関与するCaイオン動態についても、αとρ受容体反応とでは異なり、前者では電位非存性、後者では電位依存性Caチャネル活性化によることを示唆する所見を指摘することができた。今後この成熟筋の以上の受容膜イオン機構の知見を基盤にして培養筋細胞を用いて膜分化に伴う受容膜イオチャネル活性化発現機構をパッチクランプ法で定量的に解析したい。3)二重蔗糖隔絶用に開発したマイクロプロセッサによる適応的電圧クランプ装置はこの直列抵抗自動補償機能が單一全細胞クランプ-WCR-にも十分に有効であることを実証されたことにより、WCR制御増巾器として利用することが可能であることが確認された。今回購入したパッチクランプ装置-List-EPC-7は卸時パッチクランプ実驗に稼動(始めているが、上述の適応的μρ電圧クランプをWCR用に転用実用化する上で特性の対比装置としても活用したい。