hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
トランスセオリティカル・モデルに基づくメタボリックシンドローム予防に関する検討

食事記録用紙の結果からエネルギー摂取量や栄養素摂取量について明らかな変化は見られないが,今回の介入により食生活について見直しをするきっかけとなり,エネルギー量や栄養素について考えられるようになってきていると考えられる.生活記録器や食事記録用紙から得られた記録をもとに算出したエネルギー摂取量・栄養素摂取量については明らかな変化を数値的に示すことは難しいが,このデータをもとにトランスセオリティカル・モデルに基づく関わりをすることで,対象者の行動変容に結びつく可能性が示唆された.食事記録用紙の結果からエネルギー摂取量や栄養素摂取量について明らかな変化は見られないが,今回の介入により食生活について見直しをするきっかけとなり,エネルギー量や栄養素について考えられるようになってきていると考えられる.生活記録器や食事記録用紙から得られた記録をもとに算出したエネルギー摂取量・栄養素摂取量については明らかな変化を数値的に示すことは難しいが,このデータをもとにトランスセオリティカル・モデルに基づく関わりをすることで,対象者の行動変容に結びつく可能性が示唆された.本年度は下記の方法を用いて,研究を実施したが,フィールドの開拓に手間取ったため被験者が少なく,明らかな結果は得られなかった。しかし,前熟考ステージ,熟考ステージにある人々に対して行動変容を促す支援がいかに必要であるかが確認できた。このため,今後も研究を続けていくことで,個々人に合ったアプローチを対象者と話し合いながら一緒に考え,その実践を支援し,さらにこの支援活動を分析し,その問題点と効果的な方法について明らかにしていく必要がある。体力水準(VO_2max)の推定のために,自転車エルゴメーター(キャットアイ社製EC-C400)を用いて3分間3段階の漸増的多段階負荷試験を行う。対象者には生活習慣記録器(LifecorderEX:株式会社スズケン製),心拍計(PolarS610:Polar社製),身体活動・食事記録用紙を貸与し,使用方法,記入方法を説明する。身体活動は,34日間(休日1日,平日23日)一人一人に1日の生活活動・運動を記録してもらい,それと平行して生活習慣記録器・心拍計を装着してもらい,後日回収し,客観的データを収集する。それらのデータの分析結果をもとに,対象者と話し合いながら心拍数を指標として,健康づくりのための運動基準2006(運動所要量・運動指針の策定検討会,2006)の報告書を参考にして,ウォーキングなどの簡便な方法を用いた運動プログラムを作成し,TTMに基づいて実践を支援する。食生活は,運動習慣と同時に,一人一人に34日間(休日1日,平日23日)の摂取した全ての食品を記録してもらい,得られた記録をもとにエネルギー摂取量・栄養素摂取量を算出・分析する。現在,分析結果をもとに,対象者の食生活の現状を説明・解説し,改善の必要がある場合はその方法について,TTMに基づいて食事バランスガイド(厚生労働省・農林水産省,2005)などを用いて実践を支援する。生活習慣記録器のデータと生活活動・食事記録用紙の実際の記録結果から、トランスセオレティカル・モデルの前熟考ステージ・熟考ステージの段階にいる被験者が多いことが明らかになっている。しかし、事前に記載された食生活ステージ・身体活動ステージ評価表によるステージ評価と被験者の認識とは異なることも明らかになりつつある。特に食生活については準備ステージ以上にあると自分で判断している場合でも、実際の食事内容を詳細に見ていくと前熟考ステージもしくは熟考ステージに位置していると考えられる被験者が見受けられる。自分の考えるステージと歩数計や食事記録用紙に記載されている内容が異なることから、そのずれを被験者のモチベーションを保ちながら歩数計のデータや食事記録から得られた栄養摂取量のデータをわかりやすく提示し、トランスセオレティカル・モデルに基づき介入することで、生活習慣の改善につながる行動変容ができる可能性が示唆されている。前熟考ステージ・熟考ステージにおいては被験者の知識、考え方や行動を受容したり、感情に共感する姿勢も必要であることから、できるだけ被験者の認識を否定せず、実際のデータを用いて自分自身で考える姿勢を大切にしながら一緒に考えるという姿勢で介入するように勤めている。今後も引き続き同様の調査をおこなうことで、被験者の認識と現状の差異についても詳細に把握し行動変容につなげられる可能性を検討していく必要があると考える。生活習慣記録器のデータと生活活動・食事記録用紙の実際の記録結果から、事前に記載された食生活ステージ・身体活動ステージ評価表によるトランスセオレティカル・モデルのステージ評価と被験者の認識とは異なり、前熟考ステージ・熟考ステージの段階にいる被験者が多いことは前年度から明らかになりつつある。この差異を被験者のモチベーションを保ちながら歩数計のデータや食事記録から得られた栄養素摂取量のデータをわかりやすく提示し、トランスセオレティカル・モデルに基づき介入することで、生活習慣の改善につながる行動変容ができる可能性が示唆されている。生活習慣記録器によるデータ(歩数・消費エネルギー量等)から活動面での明らかな行動変容を示す数値的なデータは得られていないが、生活活動記録用紙とインタビュー結果から、階段を使うようになった等の意識の変化は散見される。食事記録用紙の結果からエネルギー摂取量や栄養素摂取量について明らかな変化は見られないが、今回の介入により食生活について見直しをするきっかけとなり、エネルギー量や栄養素について考えられるようになってきていると考えられる。生活記録器や食事記録用紙から得られた記録をもとに算出したエネルギー消費量・栄養素摂取量については明らかな変化を数値的に示すことは難しいが、このデータをもとにトランスセオリティカル・モデルに基づく関わりをすることで、対象者の行動変容に結びつく可能性が示唆された。
プロスタサイクリン制御系、内皮細胞由来収縮・弛緩因子の構造と機能の解明

血清中のプロスタサイクリン安定化因子は抗粥肬動脈硬化作用を有するHDLの表面蛋白であるApoAIであることが明らかになった。冠動脈内血栓症すなわち心筋梗塞の発症にはこの安定化因子の活性低下が考えられた。10年以上不明であった半平滑筋弛緩因子がRSNOとNOの混合物であることを明らかにした。血清リポ蛋白ことにリン脂質がEDR現象を抑制することを明らかにした。現在上記知見にもとづいて各種臓器におけるRNO合成経路を解明している。また粥肬硬化進展におけるHDLの作用も組織コレステリルエステルの分解之進メカニズムとの関連において知見が得られた。我々は昨年血清中の不安定な生理活性物質プロスタサイクリン(PGI_2)を安定化させる物質がHigh Density Lipoprotein(HDL)のアポ蛋白であるApo A-Iである事を明らかにした。本年度は心筋硬塞即ち冠動脈内血栓症の発症機序について検討した。対象は健常人10例、狭心症11例、不安定狭心症10例、心筋硬塞11例の4群である。心筋硬塞は発症から3.4±1.5時間の急性期、77±14時間の悪急性期に検討した。狭心症においてはPGI_2安定化因子活性とApo A-I値は共に正常値にくらべて低かった。又PGI_2安定化因子活性は不安定狭心症と急性期心筋硬塞において最も低値を示した。これは血中のApo A-I値の低下とHDL中のApo A-IIによるApo A-Iのdisplacement追出しによるものと考えられた。事実in vitroでApo A-IIによりHDL表面のApo A-IIはdisplaceされPGI_2安定化因子の活性は低下した。結論としてHDL表面のApo A-I、Apo AーIIは以下の2つの方法で血清中のPGI_2の安定化を制御していることが判った。この制御機構は粥状硬化の発生と冠動脈における血栓形成機構に重要な関連をもつと考えられた。1.プロスタサイクリンは平滑筋細胞において抗血栓、抗収縮作用以外に組織蓄積型コレステリルエステル水解酵素の活性を上昇させて細胞内のコレステリルエステルを分解する作用を持っている。我々はプロスタサイクリンの血中での半減期がHDLにより延長することを見出した。HDLは抗粥状動脈硬化作用を持つといわれているがそのメカニズムについては不明である。我々はHDLがプロスタサイクリンを安定化させることによりコレステリルエステルの分解を促進し抗粥状硬化作用を行なっている可能性について検討した。プロスタサイクリンとHDLを培養細胞と共にインキュベ-ションした後、酵素活性を測定するために酵素を抽出した。HDLは有意にプロスタサイクリンによる酵素活性の上昇をさらに刺激していることが判明した。このHDLの作用はプロスタサイクリンの非存在下ではみられなかった。又細胞内の上昇したcyclic AMPの濃度はHDLによりさらに長く持続した。cyclic AMPの濃度は水解酵素活性と共に2′5′dideoxyadenosineで阻害された。これらのことからHDLはプロスタサイクリンの安定性を増強させることによって水解酵素の活性を強めていることが明らかになった。HDLで制御されている血中プロスタサイクリン半減期について心筋梗塞、不安定狭心症、狭心症、健常人について検討した。血清Apo AI、血清プロスタサイクリン半減期は虚血性心疾患群において有意に低く又この半減期はHDL表面のApo AIとよい相関を示した。
摂食が運動時の熱放散反応に及ぼす影響

運動時には筋活動による熱産生が増加し、これに伴って非蒸散性、蒸散性の熱放散量が増加する。我々生体では、摂食後に食事性熱産生や食物の特異動的作用によって全身のエネルギー代謝が亢進し、体温が上昇する。さらに消化活動や体温調節に関与する種々のペプチドホルモンも誘導されるので、摂食は運動時の体温調節機構とりわけ熱放散反応を修飾する可能性がある。本研究では被験者に体重1kg当たり50.2kJのカロリーメイトを摂食させ、I.非蒸散性熱放散反応条件(室温25°C、湿度40%、35%Vo_2maxの自転車運動40分間)で食道温、鼓膜温、平均皮膚温、心拍数、指と前腕の皮膚血流量の測定、II.蒸散性熱放散反応条件(室温28°C、湿度40%、45%Vo_2maxの自転車運動30分間)で食道温、鼓膜温、平均皮膚温、心拍数、全身4ヵ所の発汗量の測定を行い、摂食が運動時の熱放散反応に及ぼす機序について検討を加えた。その結果、実験Iでは運動開始前の各測定値は摂食条件で高かった。食道温上昇に伴う前腕の血流量の増加は摂食により影響されなかったが、指の血流量の増加は摂食条件で有意に高かった。また、実験IIでは摂食により鼓膜温、平均体温、心拍数は有意に増加した。運動中、体温の上昇に比例して全身4ヵ所の発汗量は大きく増加した。発汗が始まるまでの発汗潜時は摂食条件で有意に短くなり、発汗開始の鼓膜温並びに平均体温は高くなった。しかし、体温上昇に伴う発汗量の増加の割合は摂食の有無による差を認めなかった。以上により摂食に引き続いて運動負荷を加えると、指では食道温上昇に伴う血流量の増加の割合は大きくなったが、前腕では差がなく、体温上昇に対する皮膚血管拡張反応に部位差のあることが判明した。摂食後の体温上昇に伴う発汗量の増加の割合は摂食後の有無による差は認められなかった。しかし、発汗開始時の閾値温は摂食により修飾された。6人の被験者に食物摂取条件と非食物摂取条件で自転車エルゴメーター運動を負荷し、この時の鼓膜温、平均体温、心拍数、発汗量を測定した。食物摂取により、鼓膜温、平均体温、心拍数は有意に増加した。運動中、体温の上昇に比例して前腕の発汗量は大きく増加した。発汗が始まるまでの発汗潜時は食物摂取条件で有意に短くなった。発汗開始時の鼓膜温ならびに平均体温は食物摂取条件で高くなった。鼓膜温上昇に伴う発汗量の増加の割合の程度に摂食の有無による差は認められなかった。運動時には、著しく発汗量が増大する。そしてその発汗の増加過程は、体温や皮膚温の変化過程に先行する。その発現機序については、運動を始めた筋温の急激な上昇に感ずる温度受容器が、筋肉あるいは静脈壁に依存しこれに発する求心性衝撃によるものか、筋や関節の機械的受容器からの反射によるものかについては、今後の研究を待たなければならない。

今回の実験の結果では、食物摂取条件での発汗潜時は非食物摂取条件でのものに比べて、有意に短くなっているので、摂食によるものが発汗の発現機序に何らかの修飾を与えたことが考えられよう。さらに発汗発現には、局所皮膚温も影響し、局所的に温められた部位では早く、冷やされたところでは遅く発現するのは、局所皮膚温が発汗を起こす刺激閾に影響するためであると考えられるので、摂食による皮膚温の上昇が発汗潜時を短くした可能性が考えられた。体温の上昇に伴う発汗量の増加の割合には、食物摂取の有無による差は認められなかった。しかし、発汗の発現時の体温は食物摂取条件で高く、発汗閾値温が高温側に移行する可能性が示唆された。これには体液量が変ると体温の上昇に対する発汗の増加の割合が変ることが考えられるので摂食により体液量を含む循環動態が変ったことによると考えられる。健康な成人男子7名を被験者とし、気温25°C、相対湿度40%の人工気象室内で、前夜からの絶食状態で60分間安静を保たせた後、対照群はそのままで、摂食群は体重1kg当たり50.2kJの固形食(糖質41.9%、たんぱく質8.2%、脂質49.9%)を10分間で摂らせ、50分経過してから自転車エマゴメーターで30%Vo_2maxの運動を40分間行わせた。この間の食道温、平均皮膚温、手指と前腕の皮膚血流量、酸素消費量、心拍数を連続測定した。得られた結果は以下のごとくであった。1:運動開始前の平均皮膚温、酸素摂取量、心拍数は対照群に比して摂食群で高かった。手指と前腕の血流量も摂食群で大きかったが、有意ではなかった。運動中、食道温、平均皮膚温、手指血流量、前腕血流量はともに有意に上昇したが、その程度に摂食による影響は認められなかった。2:被験者のうち5名は運動中発汗が認められなかったが、2名では著しい発汗が認められ、手指と前腕の血流量の測定が困難であった。これは被験者の運動鍛練度の程度によると推察され、環境条件の調節と合わせて今後の検討課題であろう。3:食道温上昇に伴う前腕の血流量の増加の程度は摂食による差はなかったが、手指血流量の増加の程度では摂食群と対照群で有意な差が認められた。このように運動時の非蒸散性熱放散の摂食による修飾について明らかな結果が得られ、環境生理学の発展にきよする研究であることを確認する。
歯周病原菌由来LPSによるヒト多形核白血球のIL-1raの産生誘導について

多形核白血球は、歯周組織の感染防御に最前線で働く一方、その産生物質によって組織破壊にも関与している。近年、これら多形核白血球は、LPS等による刺激でIL-1などの炎症性サイトカインや、逆にその活性を阻害するIL-1raを産生することが示された。IL-1raによるIL-1の活性阻害と、それによる歯周組織での免疫系カスケードの変様は、多形核白血球と歯周組織破壊との関連を理解するうえで非常に重要となる。本研究では、健常人末梢血から分離した多形核白血球を4種の歯周病原性細菌LPSおよびE.coli LPSで刺激し、培養上清中のIL-1α、IL-1β、IL-1ra濃度をELISAキットを用いて測定し、同時にマイトゲン刺激胸腺細胞を用いた生物学的測定法でIL-1活性を検出した。以上のことから、各LPSで刺激後の多形核白血球培養上清に含まれるIL-1濃度とその活性は由来菌種により異なり、歯周病変部に多数集積してくる多形核白血球の産生するサイトカイン濃度とその活性も、プラーク中の細菌との相互作用により、このような多様性を示すものと思われた。
ITSを目的とした自動車搭載アンテナシステムの開発に関する研究

自動車走行ITSシステムにおいては外部との情報の伝搬媒体として通常電波が用いられる。この電波の伝送技術を把握する事はITS技術の確立に必須である。電波の伝送技術は電波送信、電波伝搬、電波受信技術から成り立っている。本科学研究費において行われた研究は上記の点に鑑みITSを目的とした自動車搭載アンテナシステムの開発に関する研究として研究された。大きな枠として分けると以下の3つの内容について集約され、その成果を学会に発表した。a)自動車搭載アンテナの性能評価:電波の送受信においては自動車搭載アンテナの性能が大きく関与する。従来の、これらのアンテナの設計には自動車形状を考慮しないアンテナ単体の性能設計のまま自動車に搭載されていた。本研究においては自動車形状を実際に考慮しITS用自動車搭載アンテナの自動車搭載時のシミュレーション解析を行った。この時、我々の開発した高度な電磁波解析ソフトを用いた。その結果、従来から知られているアンテナ単体の指向特性、インピーダンスと大きく異なり、かなり複雑な特性を示し、従来の設計法では将来的に高度なITSシステムの構成には限界があることを示した。ITSシステムにおける電波伝搬特性については良く知られていない。本研究においては自動車形状のみならず、アンテナ設計には道路を考慮した解析が必須であることも示した。これらの解析には本研究で開発した高速度高精度の電磁波シミュレーション法技術NSFDTD法が用いられている。c)自動車搭載アンテナの自動設計技術の確立:実際のITS用自動車搭載アンテナでは従来の実験的方法では設計効率が悪くコンピュータを用いた自動設計が不可欠になっている。本研究においては従来から用いられている差分法に変り随伴変数法という最新の高速計算が可能な最適自動設計法を自動車搭載用アンテナの設計への適用を試み、その有効性を示した。ユビキタス社会や高度情報社会を迎えた現代において、ITSのための高性能な自動車通信アンテナシステムの開発が求められている。自動車搭載アンテナ設計は従来、アンテナの単体に重点をおいた設計が行われていた。しかし、自動車通信サービスのエリア拡張及び高品質化のためには、従来のアンテナ単体の設計ではなく自動車形状及び、人体、大地等の自動車周辺環境を考慮した設計が不可欠である。一方、アンテナの小型化及び複雑化に伴い、従来の設計者の経験と理論的考察を頼りにしたアンテナ設計が非常に困難になってきている。上記の点を鑑み、本研究では1.自動車全体及び周辺環境を考慮したアンテナ設計、2.アンテナの自動設計に関する研究を行う。本年度の研究では具体的に以下の研究を行った。1.自動車形状及びアンテナ取り付け位置を考慮した自動車搭載平面アンテナの放射特性解析自動車に搭載された時に良好なアンテナ特性を有するアンテナを設計するためには、まず自動車形状及びアンテナ位置が放射特性に与える影響を把握する事が重要である.本年度は自動車の各部位及びアンテナの取り付け位置がアンテナの放射特性に与える影響を明らかにすべく、FDTD法を用いて自動車形状及びアンテナ取り付け位置における放射特性解析を行った.その結果、GPSアンテナにおいて自動車の形状及びアンテナの取り付け位置が放射特性に与える影響が明らかになった。2.AVMを用いたアンテナ自動設計に関する研究近年、電磁材料の内部に構造を設けることによりアンテナの特性を改善する方法が期待されている。本年度はアンテナの構造の自動設計を行うべく、効率的なの感度解析手法であるAVMとAVM及びトポロジー最適化を合わせたアンテナの最適設計に関する研究を行った。更に、誘電体共振器アンテナの入力特性の広帯域化について検討を行い、アンテナの自動設計手法の有用性を示した。本年度の研究では「ITSを目的とした自動車搭載アンテナシステムの開発に関する研究」として,特に以下の3点を柱として研究を遂行した.また,研究成果に関して論文及び国際会議等において積極的に発表を行っている.1.大規模電磁界解析に関する研究自動車のようなアンテナ及び波長に対して非常に大きな系におけるFDTD電磁界解析では,解析における位相誤差が大きな問題となる.

この問題を解決する手法としてNS-FDTD法が考案されている.しかしながら,本手法は極めて高い精度を有するが,発展途上の手法のため実際にFDTD法と同等の汎用性を実現するためには,様々な研究が必要となる.本年度の研究では本手法におけるエバネッセント波特性,並び不等間隔メッシュ使用時の特性を明らかにした.2.アンテナのトポロジー最適化に関する研究昨年度の研究ではアンテナの最適設計を行う上で重要となる感度計算を効率的に行う手法であるAVMにおける基礎的研究を行った.本年度の研究では昨年度開発したAVM感度解析システムを用いて実際のアンテナのトポロジー最適化を行い,AVMを用いた新しいアンテナ最適設計の有効性を明らかにした.また,従来の誘電体のみに対応していたAVM解析式を拡張し,磁性体を含んだ感度解析を可能にした.3.実車モデルを用いたアンテナ特性に関する研究従来,自動車搭載アンテナ設計のための電磁界解析は基本的にアンテナ単体及び自動車簡易モデルを用いて行われてきた.しかし,車搭載時のアンテナ特性は自動車形状の影響を大きく受ける.更に,実際の開発ではより高品質なアンテナ設計が要求されるため,電磁界解析の段階で実車形状の影響を把握することが重要である.本年度の研究では,従来電磁界解析が困難とされてきたマイクロ波帯において,実際の設計上重要となる実車モデルを用いた解析を行い,その電磁界解析の有効性を明らかにした.自動車走行ITSにおいては外部との情報の伝搬媒体として通常電波が用いられる。この電波の伝送技術を把握する事はITS技術の確立に必須である。電波の伝送技術は電波送信、電波伝搬、電波受信技術から成り立っている。また、電磁波特有の偏波の性質を把握する必要がある。伝送特性は直線偏波か円偏波かという電波の偏波によって大きく異なるにも関わらず、その性質については殆ど知られていない。また、電波伝搬技術において最も特性把握が困難なのはビルの多い市街地である。市街地では自動車事故が多発しており大きな社会問題となっている。本研究においてはITS用自動車搭載アンテナの自動車搭載時の解析を行った。その結果、従来から知られているアンテナ単体の指向特性、インピーダンスと大きく異なり、かなり複雑な特性を示し、シミュレーション設計の有効性を示した。また、道路を考慮した解析においては低仰角では道路がないと仮定した通常の設計値とは大きく異なる事も示し、道路を考慮した解析が必須であることも示した。更に、自動車の位置測定にはGPS技術が不可欠であるが、市街地ではGPS送信電波がビル壁面で反射およびビル角で回折を起こし、自動車の位置推定に大きな誤差を生む。
遺伝毒性を有する食品汚染カビ毒に対するシステマティックな新規安全性確保手法の開発

アフラトキシン(AFs)は、遺伝毒性カビ毒で極力食品からの暴露を低減する必要がある。食品中のAFs汚染の検知のため、AFs特異抗体の遺伝子情報から新しいELISA法を開発した。食品に汚染しているAFsをトラップして排泄させるデトックス成分として、市販のきゅうりのLactococcus lactis subsp. lactisNCDO 604Tに強いデトキシケーション効果があった。暴露AFsをモニターには、尿中のAFM1が摂取後24時間以内の有効なバイオマーカーになることを明らかにした。これらの方法をシステマティックに使うことで、食品に汚染しているAFsの暴露を最小限に抑えることが可能となる。食品に汚染物質中で、遺伝毒性を有する化合物は耐容摂取量が決められないため、たとえ基準値があっても極力摂取をしないことがFAO/WHOにより推奨されている。カビ毒ではアフラトキシンがその一例である。そこで、アフラトキシンをモデルとして、積極的にヒトへの曝露を抑えるシステマティックな安全性確保手法を新規に開発することを本研究の目的とした。特にアフラトキシンB1の代謝物で牛乳等の汚染物質となっているアフラトキシンM1は乳児、幼児の摂取量が多いことが推測されるため、暴露期間も長く、発がん性のリスクも高くなる。本研究ではアフラトキシンM1(AFM1)をモデルとして、たとえ基準値以下の汚染であっても、ヒトへの汚染を最小限に留めるためのシステマティックな安全性確保手法を開発することとした。研究計画では1食品中の汚染濃度を超高感度かつ即時に検出2検出した食品は加工によりデトキシケーションを施す3バイオマーカーによるアフラトキシンの曝露評価を行う。今年度は、1である超好感度かつ即時に検出する手法の基礎的研究を行った。いままで報告された高感度な検出法のほとんどは、抗原抗体反応を利用したものであり、使用する抗体の結合能の高さに依存して、感度が上昇することがわかっている。そこで、まず、特異的かつ高感度にAFM1を認識するモノクローナル抗体の作成を行った。つぎに作成抗体を用い、ELISA法およびbiolayer法の手法を用いて、牛乳中のAFM1測定法を構築し、それぞれの測定感度の比較を行った。その結果ELISAの方が感度が優れていることが分かった。さらにモノクローナル抗体のVH領域のシークエンスを解読することによって、Q bodyの手法を取り入れ新しいone drop測定法の検討を行う。今年度は、以下の2つのことを行った。AFM1に結合性の高いモノクローナル抗体を樹立し、VH領域のシークエンスを明らかにする。(1)の抗体を用いて、すでに高感度測定法の手法として報告されているELISA法とBiolayer法をAFM1測定に応用し、その感度を比較検討した。(1)では、AFM1の構造はアフラトキシン骨格(ビスフランおよびクマリン骨格)に水酸基が一つついていることから、ビスフランおよびクマリン骨格をそれぞれ認識するモノクローナル抗体の樹立を行った。抗原としては毒性のない、アフラトキシンB2(AFB2)およびG2(AFG2)を用いた。キャリアとしてKHLを結合させ、マウスに免疫を行った。その結果AFG2から作成されたモノクローナル抗体に、AFM1の強い結合能が認められたため、このクローンを用いてVH領域のシークエンスを解読することとした。としては、ELISA法とBiolayer法によりAFM1を牛乳から検出するために構築した。ELISA法では、AFM1ー牛アルブミンコンジュゲイトをコーティングし、AFM1抗体と標準品および牛乳中の汚染AFM1を反応させたものを加え、結合した抗体を抗マウスIgG抗体ーHRPにより酵素反応的に定量する競合的ELISA法である。今年度確立したELISA法では、定量限界は0.009ng/mLであった。つぎに、one drop法として実用可能な測定法であるBiolayer法の確立を試みた。本手法は、細いガラス先の先端に、抗原または抗体を結合させておいて、目的物質が結合することによる層を光学電気的に定量する方法である。我々はガラス先端にAvidinであらかじめ修飾させておいてBiotin-AFM1を結合させた。そのガラス先端を、AFM1汚染牛乳または標準品の入った牛乳に浸し、数秒おくことで定量を行った。結果は、検出限界10ng/mLであり、ELISAに比べ非常に劣ることが明らかになった。カビ毒の一つであるアフラトキシンをモデルとして積極的にヒトへの曝露を抑えるシステマティックな安全性確保手法を新規に開発することを本研究の目的とした。なかでもアフラトキシンM1(AFM1)は乳児、幼児の摂取量が多いことが推測されるため、暴露期間も長く、発がん性のリスクも高くなる。そのため1食品中の汚染濃度を超高感度かつ即時の検出法の開発2AFM1が検出された食品に対するデトキシケーション3バイオマーカーによるアフラトキシンの曝露評価について検討する。1では昨年作成したモノクローナル抗体(#IF6)より高感度な2種類のモノクローナル抗体(#5A7,# 9H10)を作成し特異性、有機溶媒耐性を検討した。その結果#5A7のクローンが最も感度が高く、AFM1が0.07 ng/mLの濃度まで測定可能であることが明らかになった。2として、AFM1を吸着させる能力が高いといわれる乳酸菌を、乳製品および野菜から約100株分離し、それぞれのAFM1の吸着能を比較した。

その結果植物から単離されたLactococcus lactisが動物性乳酸菌より多くのAFM1を捕獲することができる可能性が示唆された。これらの成果は、最終年度において、最も感度の良い#5A7のVHとVLのシークエンスを解析し、それを利用して非競合ELISAであるオープンサンドイッチELISAの開発に供する。またAFM1を効率よく吸着する乳酸菌に対して、胃内、腸内環境でも結合能をin vitroで検討し、マウスを用いたin vivo吸収試験を行ってAMF1結合乳酸菌の体内動態を明らかにし、メカニズムが明らかである「デトキシケーション」食品の開発を目指す。3は1で確立したELISA法をマウスin vivo実験で得られた尿、糞を用いて実証し、その有効性を検証する。本研究で開発するAFM1に対するモノクローナル抗体の特異性は、クローンにより左右される。現在モノクローナル抗体の維持を依頼している実験施設が熊本県益城町にあったことから、昨年の熊本地震でいままで維持していたクローンがすべて死滅してしまい、また作り直していたため、予定の実験計画が遅れてしまった。幸いに以前確立したクローンよりも感度、耐有機溶媒性の高いクローンを得ることができたので、このクローンをもとに食品中の汚染濃度を超高感度かつ即時の検出法の開発とバイオマーカーによるアフラトキシンの曝露評価用のELISAを確立する予定である。一方デトキシケーションに対する検討は、順調に進んでいる。アフラトキシン(AF)は、遺伝毒性を有する化合物であるため耐容摂取量が決められない。たとえ基準値が設定されていても極力摂取をしないことがFAO/WHOにより推奨されている。そこで、AFをモデルとして、積極的にヒトへの曝露を抑えるシステマティックな安全性確保手法を新規に開発することを本研究の目的とした。特にAF B1(AFB1)の代謝物で牛乳等の汚染物質となっているAFM1(AFM1)は、牛乳、乳加工品等で摂取する期間が長いため、暴露も多く、発がん性のリスクも高くなる。本研究ではAFM1をモデルとして、たとえ基準値以下の汚染であっても、ヒトへの汚染を最小限に留めるためのシステマティックな安全性確保手法を開発することとした。初年度はAFを超高感度かつ即時に検出するため、特異的かつ高感度にAFM1を認識するモノクローナル抗体の作成を行った。高感度な抗体(#5A7,# 9H10)の作成に成功した。#5A7が最も感度が高く、AFM1が0.07 ng/mLの濃度まで測定可能であった。次年度では、AFM1を吸着させる能力が高いといわれる乳酸菌を、野菜から約100株分離しAFM1の吸着能を比較した。その結果植物から単離されたLactococcus lactisが動物性乳酸菌より多くのAFM1を捕獲することができた。この乳酸菌をデトックス成分として、マウスに摂取させAFB1の吸収阻害が起こるかを実験的に検証、乳酸菌およびAFB1を摂取させた群はAFのみを摂取させた群より、尿へのAFM1の排出はやや低い傾向を示した。最終年度において、#5A7のオープンサンドイッチELISAの開発を行った。
一側性難聴児の「きこえにくさ」への支援：新発想クロス補聴器による教育的支援

本資金にて導入できた新しい補聴器評価システムについて、実際に補聴相談に来ている難聴者に対し使用することで、機器使用の習熟度を上げることができた。特に、NAL-NL2法と言語音情報の可聴度を示すSIIによる補聴器調整法を実際に難聴者に適用することができるようになった。今後、補聴器の周波数特性の設定を行う上で、大きな効果を得ることができるようになった。クロス補聴器の音源定位力についての研究については、昨年度に引き続き、補聴器装用下では音源位置と聴取結果を合わせる学習を行うことによる学習効果について検討した。この結果、継続してクロス補聴器を使用している難聴者は、補聴器装用下における音源定位の学習効果が高く、日常的に補聴器を使用している者は、自然に定位力を向上させられる学習を成立させていることがわかった。この結果は昨年度の実験結果を反映したものであった。昨年度から課題となっていた補聴器装用による音源定位力が大きな向上はないものの、補聴器を日常で継続使用している者についてのケース研究を進めることができた。この対象者については、補聴器装用による他の優位性のために継続使用を行っていると考えていて、騒音化における聴取や多人数での会話の際に聞き取りやすさが向上するなど他の要因を精査することができた。この結果、音響的に評価可能な項目ではいずれも効果を見つけることができず、新たに補聴器を装用することによる心理的効果・安心感があるのではないか、そもそも底辺には心因性難聴の存在を疑う事例であるとの結論を得た。30年度のゼミ生に自らが一側性難聴である学生が入室したため、一側性難聴者を対象とした予備実験をスムーズに行うことができた。また、新たに導入した補聴器特性試験装置について、29年度はかなり操作に手こずり、通常の使用に支障があったものの、メーカー担当者に来学していただき、年に3回の使用サポートを受けることができ、2018年12月には、同試験装置のすべての機能を使用できるようになった。このことで、補聴器の特性評価、特にクロス補聴器の周波数特性の設定について、実耳で評価し、その結果を補聴器に反映する作業や装用状況の評価をスムーズに行うことができるようになった。これらにより、補聴器の周波数特性が方向感に与える影響を評価する実験が予想以上にスムーズに実施でき、多くのデータを得ることに成功した。また、過去の研究結果の整理を行うことで、今回の研究で明らかにすべきことがより鮮明になったことで研究の手順を絞り込むことができた。方向感については、ここまでの研究を発表した際に、音源定位時に頭を動かすことが役立つことが先行研究でわかっているが、head movingがクロス補聴器の場合でも同様に役立つか検討すべきとの指摘を受けた。この点について先行研究を行っている研究者とコンタクトが採れたので、方法論を整理する。また、補聴器特性試験装置を用いたNAL-NL2法と、それを適用したSIIの数値データを手早く測定することができることになったことで、クロス補聴器が音声聴取に与える効果を実耳特性の測定によって行えることになったことは大きな成功だったため、この手法をさらに検討し、クロス補聴器の評価法について最終年度にふさわしい結論を作り上げる。「学級担任への手引き」作成にあたり、一側性難聴による困難度の整理を行う。既にいくつかの文献があるので、それらを元に、今回の研究対象者を対象に学級担任への手引きとして必要な内容の絞り込みを進める。試聴に用いる補聴器を必要台数、用意することができた。音響的評価に用いる補聴器特性試験装置を購入することができ、取扱方法に習熟することができた。クロス補聴器の「困り感」調査とクロス補聴器装用時の音源定位力について研究を行った。この結果、音源定位は補聴器の装用によってむしろ低下すること。補聴器装用下では音源位置と聴取結果を合わせる学習を行うと、学習効果が得られることがわかった。この結果、学習によって、一側性難聴の状態とほぼ同様の音源位置が補聴器装用時でも行えることが分かった。また、継続してクロス補聴器を使用している対象者については、補聴器装用下における音源定位の学習効果が高く、日常的に補聴器を使用している者は、自然に定位力を向上させられる学習を成立させていることが伺えた。この結果の背景を調べるために、左右の鼓膜面において、音源位置による音の到達時間差と到達音圧差を計測し、上記の結果となる物理的な現象を明らかにした。総合的に考察すると、補聴器装用下では音源の時間情報は提供できないものの、音圧差情報は失われず、音圧差を利用して音源定位を行う学習を行うことで、十分ではないものの音源定位が可能になることが示唆された。「困り感」調査では、補聴器の装用により「方向感・遠近感」について評価の標準偏差が大きいことがわかっており、これらが音源定位の学習が成立しているか/いないかという結果の差ではないかとも考察できた。一方、補聴器装用による音源定位力が大きな向上はないものの、補聴器を日常で継続使用している者がおり、これらの対象者は補聴器装用による他の優位性のために継続使用を行っていると考えられた。例えば、騒音化における聴取や多人数での会話の際に聞き取りやすさが向上するなど他の要因を精査する必要性を感じた。29年度のゼミ生に自らが一側性難聴である学生が入室したため、予備実験をスムーズに行うことができた。このため、方向感に関する実験が予想以上に進行し、結論に近い結果を得ることができた。

また、過去の研究結果の整理を行うことで、今回の研究で明らかにすべきことがより鮮明になったことで研究の手順を絞り込むことができた。本資金にて導入できた新しい補聴器評価システムについて、実際に補聴相談に来ている難聴者に対し使用することで、機器使用の習熟度を上げることができた。特に、NAL-NL2法と言語音情報の可聴度を示すSIIによる補聴器調整法を実際に難聴者に適用することができるようになった。今後、補聴器の周波数特性の設定を行う上で、大きな効果を得ることができるようになった。クロス補聴器の音源定位力についての研究については、昨年度に引き続き、補聴器装用下では音源位置と聴取結果を合わせる学習を行うことによる学習効果について検討した。この結果、継続してクロス補聴器を使用している難聴者は、補聴器装用下における音源定位の学習効果が高く、日常的に補聴器を使用している者は、自然に定位力を向上させられる学習を成立させていることがわかった。この結果は昨年度の実験結果を反映したものであった。昨年度から課題となっていた補聴器装用による音源定位力が大きな向上はないものの、補聴器を日常で継続使用している者についてのケース研究を進めることができた。この対象者については、補聴器装用による他の優位性のために継続使用を行っていると考えていて、騒音化における聴取や多人数での会話の際に聞き取りやすさが向上するなど他の要因を精査することができた。この結果、音響的に評価可能な項目ではいずれも効果を見つけることができず、新たに補聴器を装用することによる心理的効果・安心感があるのではないか、そもそも底辺には心因性難聴の存在を疑う事例であるとの結論を得た。30年度のゼミ生に自らが一側性難聴である学生が入室したため、一側性難聴者を対象とした予備実験をスムーズに行うことができた。また、新たに導入した補聴器特性試験装置について、29年度はかなり操作に手こずり、通常の使用に支障があったものの、メーカー担当者に来学していただき、年に3回の使用サポートを受けることができ、2018年12月には、同試験装置のすべての機能を使用できるようになった。このことで、補聴器の特性評価、特にクロス補聴器の周波数特性の設定について、実耳で評価し、その結果を補聴器に反映する作業や装用状況の評価をスムーズに行うことができるようになった。これらにより、補聴器の周波数特性が方向感に与える影響を評価する実験が予想以上にスムーズに実施でき、多くのデータを得ることに成功した。一方、補聴器装用による音源定位力が大きな向上はないものの、補聴器を日常で継続使用している者がおり、これらの対象者は補聴器装用による他の優位性のために継続使用を行っていると考えられた。例えば、騒音化における聴取や多人数での会話の際に聞き取りやすさが向上するなど他の要因を精査する必要性を感じた。方向感については、ここまでの研究を発表した際に、音源定位時に頭を動かすことが役立つことが先行研究でわかっているが、head movingがクロス補聴器の場合でも同様に役立つか検討すべきとの指摘を受けた。この点について先行研究を行っている研究者とコンタクトが採れたので、方法論を整理する。
光化学系IIの一次電子供与体P680の酸化還元電位の制御機構の解明

P680は光化学系IIに結合する光励起と電荷分離に関わるクロロフィル分子の総称である。これまで、反応中心タンパク質に結合する4分子のPD1, PD2, ChlD1およびChlD2のうち、PD1とPD2が光励起と電荷分離に関わる分子であると考えられてきたが、4分子が中心金属の距離が810 Aにあり、実際にどのように機能しているかは不明な点が多かった。本研究2年目では、これらのChlD1およびChlD2のMgリガンドが水分子と結合し、更にChlD1はThr179と水素結合するものの、ChlD2は水素結合形成しない違いに着目し、D1/Thr179を別のアミノ酸に変えた好熱性シアノバクテリアの組換え体を作製して、光励起と電荷分離について調べた。大量培養したそれぞれの組換え体から光化学系IIを精製し、光照射してP680+を生成させた77 Kでの吸収スペクトルと暗順応させたP680のスペクトルの差を調べたところ、リガンド変異によってChlD1+由来の極大吸収が683.6 nmにあることが明らかになった。このバンドがD1/T179Hでは3 nm長波長側に、D1/T179Iでは0.5 nm短波長側にシフトしていた。過去に作製したPD1の組換え体を使って同様の実験をしたところ、PD1の極大吸収は676.6 nmであることが分かった。これらの事から、ChlD1は4分子のクロロフィルの中で最も低いエネルギーを持つことが分かり、最初に励起される分子はChlD1であることが初めて証明された。また、ChlD1は正電荷を帯びたこと、組換え体でもPD1+/PD2+の比が変化しなかったことから、光励起されたChlD1は電荷分離して一時的に正電荷を帯び、その後すぐに正電荷はPD1とPD2に移動することが示唆された。1年目に作製したChlD1の2つの組換え体を用いた結果から、ChlD1とChlD2が同じリガンド環境になる組換え体作製の必要性があると判断したので、2年目は更にD1/Thr179Ileを作製し、精製した野生型、Thr179HisおよびThr179Ileの3つの光化学系II複合体タンパク質を用いて、ChlD1が励起される分子であること、および、最初に電荷分離される分子であることを明らかにした。1年目の結果と合わせてこれらの結果をBiochim. Bipphys. Acta-Bioenergeticsに投稿し、受理されたため、順調に研究が進んでいると判断した。今後は、ChlD2の軸配位子の組換え体を作製し、変異によるP680のエナジェティクスの変化や副次的電子移動における影響を調べ、、P680のアクセサリークロロフィルの非対称な配位環境と機能との関係を明らかにして行きたい。ChlD2のリガンドを変えた、D2/Ile178HisおよびD2/Ile178Thrの組換え体を好熱性シアノバクテリアThermosynechococcus elongatusの構築は完成させており、最終年度にはChlD2の役割を明らかにするとともに、P680の4分子クロロフィルについての総合的な機能について明らかにしたい。PSIIにおける光励起、および、それに続いて起こる電荷分離に関わるコファクターはP680であるが、これを構成する4分子のクロロフィルのそれぞれの役割について、最終的に明らかにすることを目的として、初年度は4分子のうちの1つであるChlD1のMgの軸配位子を水分子の酸素原子を別の原子に変えた好熱性シアノバクテリアの組換え体(D1/T179H)、および、水分子と水素結合するアミノ酸(D1/Thr179)をValに変えて水素結合できなくなる組換え体(D1/T179V)を作製し、光合成機能の変化や光阻害などについて調べた。精製したPSIIにおける両方の組換え体の水の酸化活性は野生型と殆ど同じであったものの、特にD1/T179V組換え体は光阻害を受けやすく、強光条件下においてはクロロフィルのブリーチングと一重項酸素の発生量が野生型よりも多く、逆に、D1/T179Hは野生型よりもクロロフィルの消失も一重項酸素発生量も少なくなっていた。熱発光測定により、D1/T179VのP680+/P680のエネルギーレベルが野生型よりも下がっている、もしくは(and/or)、励起状態のP680*のエネルギーレベルが上がっていることが示唆された。この結果については、現在更に詳細を調べているところである。また、ChlD1のリガンド変化が反応中心クロロフィルPD1とPD2のカチオン平衡に影響があるかを調べてみたが、カチオン分布は野生型と同じで、ChlD1のリガンドはこれらに影響しないことが分かった。当初の予定通り、作製予定であった組換え体を完成させ、大量培養して組換えた光化学系II複合体タンパク質を精製し、部位特異的に構造を変えたことによる光合成機能の変化や光阻害などについて調べ、特に、リガンド分子とP680のエナジェティクスについて、新しい知見を得られたから。

これまで、反応中心タンパク質に結合する4分子のPD1, PD2, ChlD1およびChlD2のうち、PD1とPD2が光励起と電荷分離に関わる分子であると考えられてきたが、4分子が中心金属の距離が810 Aにあり、実際にどのように機能しているかは不明な点が多かった。本研究2年目では、これらのChlD1およびChlD2のMgリガンドが水分子と結合し、更にChlD1はThr179と水素結合するものの、ChlD2は水素結合形成しない違いに着目し、D1/Thr179を別のアミノ酸に変えた好熱性シアノバクテリアの組換え体を作製して、光励起と電荷分離について調べた。大量培養したそれぞれの組換え体から光化学系IIを精製し、光照射してP680+を生成させた77 Kでの吸収スペクトルと暗順応させたP680のスペクトルの差を調べたところ、リガンド変異によってChlD1+由来の極大吸収が683.6 nmにあることが明らかになった。このバンドがD1/T179Hでは3 nm長波長側に、D1/T179Iでは0.5 nm短波長側にシフトしていた。過去に作製したPD1の組換え体を使って同様の実験をしたところ、PD1の極大吸収は676.6 nmであることが分かった。これらの事から、ChlD1は4分子のクロロフィルの中で最も低いエネルギーを持つことが分かり、最初に励起される分子はChlD1であることが初めて証明された。また、ChlD1は正電荷を帯びたこと、組換え体でもPD1+/PD2+の比が変化しなかったことから、光励起されたChlD1は電荷分離して一時的に正電荷を帯び、その後すぐに正電荷はPD1とPD2に移動することが示唆された。1年目に作製したChlD1の2つの組換え体を用いた結果から、ChlD1とChlD2が同じリガンド環境になる組換え体作製の必要性があると判断したので、2年目は更にD1/Thr179Ileを作製し、精製した野生型、Thr179HisおよびThr179Ileの3つの光化学系II複合体タンパク質を用いて、ChlD1が励起される分子であること、および、最初に電荷分離される分子であることを明らかにした。1年目の結果と合わせてこれらの結果をBiochim. Bipphys. Acta-Bioenergeticsに投稿し、受理されたため、順調に研究が進んでいると判断した。今後は、これらの更なる解析に加え、ChlD2の軸配位子の組換え体を作製し、同様の解析を進めることによって、P680のアクセサリークロロフィルの非対称な配位環境と機能との関係を明らかにして行きたい。実際のところ、現在、ChlD2のリガンドを変えるために、D2/I179HおよびD2/I178Hの組換え体を好熱性シアノバクテリアThermosynechococcus elongatusで作製しているところである。今後は、ChlD2の軸配位子の組換え体を作製し、変異によるP680のエナジェティクスの変化や副次的電子移動における影響を調べ、、P680のアクセサリークロロフィルの非対称な配位環境と機能との関係を明らかにして行きたい。ChlD2のリガンドを変えた、D2/Ile178HisおよびD2/Ile178Thrの組換え体を好熱性シアノバクテリアThermosynechococcus elongatusの構築は完成させており、最終年度にはChlD2の役割を明らかにするとともに、P680の4分子クロロフィルについての総合的な機能について明らかにしたい。研究の遂行は順調であったが、予定よりも組換え体作製が早めに完成したため、遺伝子組換えにかかる費用が少なくて済んだため。予定していた研究成果報告のための国内外の出張は招待講演のために旅費を先方が負担したため、また、実験は予定通りに進んでいたが、消耗試薬などは余り使わなかったために予定していた支出よりも少なく済んだ。最終年度は、新たな実験を行うために消耗品の購入が増える。また、データ解析に必要なフォフトウェアの購入などにもあてたい。
ミスマッチ塩基対安定化能を有する人工DNAのデザインと開発

オリゴヌクレオチドを用いた遺伝子修復技術はゲノムを直接書き換える遺伝子操作技術として、基礎研究や臨床での応用が期待されている。本研究ではこの遺伝子修復技術のための新素材を人工核酸のデザインと有機合成の手法を用い開発することを検討した。具体的にはミスマッチ修復酵素MutS-DNA複合体の3次元構造モデルからヒントを得た、アデニン塩基とreverse wobble型ジオメトリーでしかも非常に安定な塩基対を形成しうる人工シトシン塩基をデザインしその合成とオリゴDNAへの導入を行った。また合成した人工オリゴDNAについてはその二重鎖形成能や塩基識別能などを評価した。その結果、予想通り、今回合成した環状シトシン誘導体は、グアニン、アデニンの双方と安定な塩基対を形成することが分った。特に、アデニンとのミスマッチ塩基対については、天然型のシトシンに比べ10度以上も高いTm値を示し、そのミスマッチが著しく安定化されていることが分った。また、その塩基対構造がreverse wobble型である可能性についても示唆された。おどろいたことに、合成した環状シトシンは蛍光を有することが分り、この化合物が遺伝子診断やSNPs解析などのゲノムテクノロジーの分野でも興味深い特性を示すことがわかった。現在、遺伝子修復系のたんぱく質などと相互作用の解析などを行うための準備を検討しており、最終的には優れた遺伝子修復能を有する人工核酸新素材と開発を目指す。また予想外に得られたこの化合物の蛍光特性も引き続き検討を加え、遺伝子診断の分野への展開も検討する予定である。
地球型惑星における還元型原始大気の進化

地球や火星のような地球型惑星の初期大気の組成は現在と異なり生命の材料物質の化学合成に適したものだった可能性があり、大気中の水素の宇宙空間への流出や太陽紫外線で駆動される光化学反応によって現在の大気まで進化したと考えられる。本研究では大気流出モデルと光化学反応モデルを構築して大気の流出量と生命材料物質の生成量を求め、初期大気の進化過程と生命誕生における初期大気の役割を定量的に明らかにすることを目指す。
2次元超並列を可能とする自導光回路の設計と試作に関する研究

超並列光エレクトロニクス技術の重要課題として、光軸の精密調整なしに光ファイバや半導体レーザなどの光素子を接続する“自導光回路"を提案、特許申請するとともに、基礎的な特性の把握を行ってその有効性を示した。本方法は2次元アレー平板マイクロレンズを活用し自導構成法によって、光ファイバを無調整で光素子と接続することを特徴とする。本研究では、この接続方法を基本とし、より多くの機能を集中化した光回路の実現を目指し、自導光結合法を用いた低損失光マイクロコネクタの実現、自導光結合法評価ツールの確立、光結合モジュールの設計と基礎検討を目的とし、今年度の結果は以下のようになった。平板マイクロレンズと単一モード光ファイバの無調整結合を行い、波長0.633ミクロンで光結合損失5dB以下を得た。また、自導光結合のために導入した、レンズシャックやファイバープラグの影響は小さいということを確認した。また、平板マイクロレンズを薄肉レンズとして扱い、自導光結合評価ツールを確立し、これを用いて半導体レーザと単一モード光ファイバの光結合損失の様子を求め、モジュールの各部における損失の内訳を見積った。半導体レーザと光ファイバの位置ずれ、角度ずれがないものとすると、1デシベルのトレランスを確保できる半導体レーザと平板マイクロレンズの距離は約15ミクロン、同様に平板マイクロレンズ光ファイバの距離は約150ミクロンと見積もられた。また、この解析によりレンズ基板による球面収差の影響が無視できないことを明らかにした。この影響を低減するために、光マイクロコネクタの構造が有効であることを示した。このように、自導光マイクロコネクタは、光ファイバ通信に有効な結合方法として期待される。本研究では、2次元平板マイクロレンズを活用し、かつ研究代表者の創案による自導構成法によって、光ファイバを無調整で光素子と接続するためのマイクロ光コネクタを実現することを目的としている。今年度は、マイクロ光コネクタの低損失化、均一性向上のための最適設計を進めるとともに、マイクロ光コネクタを構成するプラグとジャックの製作条件の把握を行い、光ファイバアレーと平板マイクロレンズアレーとの結合素子を試作して、その特性評価を行った。まず、光硬化樹脂を用いて平板マイクロレンズの焦点に自動的に形成されるプラグと光ファイバのコアをエッチングによって凹面化することによって得られるジャックの製作条件を最適化し、このマイクロコネクタアレーを用いて光ファイバアレーと半導体レーザとの自導光結合を試みた。結合損失10dB以下が得られるとともに、均一性についても改善が得られた。さらに、新しい形式のマイクロ光コネクタとして、平板マイクロレンズの焦点にフォトリソグラフィーとエッチングによって自動的にジャックを構成し、光ファイバのコアをエッチングによって凸面化する新しい構成法を提案し、その製作条件を明らかにした。光プラグ形成の均一性の改善や、コネクタの機械的安定性、光学的反射などの点で優れた特性が期待できる。超並列光エレクトロニクス技術の重要課題として、光軸の精密調整なしに光ファイバや半導体レーザなどの光素子を接続する"自導光回路"を提案、特許申請するとともに、基礎的な特性の把握を行ってその有効性を示した。本方法は、2次元アレー平板マイクロレンズを活用し、自導構成法によって、光ファイバを無調整で光素子と接続することを特徴とする。本研究では、この接続方法を基本とし、より多くの機能を集中化した光回路の実現を目指し、自導光結合法を用いた低損失光マイクロコネクタの実現、自導光結合法評価ツールの確立、光結合モジュールの設計と基礎検討を目的とし、結果は次のようになった。平板マイクロレンズと単一モード光ファイバとの無調整結合を行い、波長0.633μmで光結合損失5dB以下を得た。また、自導光結合のために導入したレンズジャックやファイバプラグの影響は小さいことが確認でにた。

平板マイクロレンズを薄肉レンズとして扱い自導光結合評価ツールを確立し、これを用いて半導体レーザと単一モード光ファイバの光結合損失の様子を求め、モジュールの各部における損失の内訳を見積もった。半導体レーザと光ファイバの位置ずれ、角度ずれがないものとすると、1dBのトレランスを確保できる半導体レーザ平板マイクロレンズ間の距離は約15μm、同様に平板マイクロレンズ光ファイバの距離は約150μmと見積もられた。また、この解析によりレンズ基板による球面収差の影響が無視できないことを明らかにした。この影響を低減するために、光マイクロコネクタの構造が有効であることを示した。