hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
粘弾性特性のリアルタイム同定とファジィ理論を応用した食道狭窄拡張制御装置の開発

1)in vitroでバル-ンを空気及び水で自然膨張させた時と枠内で負荷膨張をさせた時の内圧と周長の関係を測定しバル-ン自体の特性値を得た。これをもとに理論を展開し、バル-ン内圧の変化から拡張力と拡張量を推定する方法が新しく開発された。実際にイヌの狭窄部食道について測定したところ、拡張に伴い食道の周長の増加とともに張力の変化がきわめて不規則な振るまいを示す例と、健常部食道と同様に線形に増加するが増加値が健常部よりも大きい例が観察されている。昨年度までの研究経過において食道拡張用のバル-ンの特性解析が大きな問題として浮かび上がって来た。バル-ン内圧の変化から拡張力と周長を推定する方法を新しく開発したが、実際に動物モデル(イヌ)で測定実験を行ってみると拡張に伴って周長の増加と共に張力の変化が不規則な振る舞いを示す例があり、数学モデルから得られた単一の関数の能力に限界があることが分かった。この問題を解決するため、Neural Networkを導入した。これは人間の脳の情報処理システムをモデル化する上で生まれた理論である。Neural networkの構成は入力、中間、出力層の3層構造、素子数はそれぞれ3、9、1のものを2つ用いた。このNetworkに食道健常部と狭窄部での内圧、送水量を入力し、周長と拡張力を計算させるわけである。食道健常部のモデルとしては2種の弾性材料を、狭窄部モデルとしてはこの上にさらに別の弾性材料(8種類)をかぶせてモデルによる予備学習実験を行った。学習方法としてはバックプロパゲ-ションを採用した。11種の組み合わせによる学習から得られた結果と実測値を比較するといずれも誤差は5%以内であり、極めて良い推定結果が得られた。更にこの学習結果は様々な食道壁の弾性に対応したものであり、3つのパラメ-タ-は3次元空間で良く補完されていることが分かった。このように粘弾性特性の推定に大きな進歩が得られたので、この学習させたニュ-ロを用いてどんな拡張用のバル-ンにも対応できるようバル-ン特性の正規化の方法を開発した。これに加えてこれまで送水量で制御していた拡張作業をニュ-ロの出力である周長によってPID制御を行うこととした。以上の結果をふまえ、イヌの食道狭窄モデルの拡張実験を行った。これまでの大きな問題点として、狭窄部と健常部で拡張にさいして圧力変化の差がはっきり同定できなかったが、新しいシステムでははっきりとした差が確認できるようになった。現在実際の臨床応用へむけてモデル実験を続けている。
軸重計による高速走行車両の高精度軸重値推定法確立のための小型実験装置による研究

軸重計は走行車両の軸重を計測する装置である.計測値の精度改善のために軸重計からの荷重信号を信号処理することで軸重を推定する方法が研究されている.本研究では軸重推定法の精度検証と改善のために小型計測車両と小型軸重計が開発された.そして,これらの小型模型を用いて,小型計測車両の運動データと小型軸重計からの荷重信号を取得して処理する実験が行われ,開発された小型模型は十分な機能を備えていること,および,軸重値推定法が荷重信号の振動成分を適切に推定できることが確認された.軸重計は走行車両の軸重を計測する装置である.計測値の精度改善のために軸重計からの荷重信号を信号処理することで軸重を推定する方法が研究されている.本研究では軸重推定法の精度検証と改善のために小型計測車両と小型軸重計が開発された.そして,これらの小型模型を用いて,小型計測車両の運動データと小型軸重計からの荷重信号を取得して処理する実験が行われ,開発された小型模型は十分な機能を備えていること,および,軸重値推定法が荷重信号の振動成分を適切に推定できることが確認された.軸重計は走行中の車両の軸重(左右の車輪を一対にして軸と呼ばれる)を計測する装置である.本研究課題の目的は軸重計を用いて高速走行車両の軸重を高精度で計測するための方法(主として信号処理法)を確立することにある.軸重計は軸重を計測するのが目的であるので,2軸が同時に乗らないように,計量台の幅(車両進行方向)はタイヤの直径にほぼ等しく設計されている.軸重計は車両の走行中に計測を行うので,車両振動の影響を受ける.すなわち,検出部(載荷板とロードセルからなる)から得られる信号には車両が走行する事による車体の振動成分が重畳される.その成分を除去しない限り精度良い軸重値は得られない.さらに,車速が高くなるにつれ,タイヤが載荷板上を通過する時間が短くなり,精度良い測定値を得ることは一層難しくなる.この問題を解決するために,まず,研究室内で実験できるように,小型の軸重計(計量台と車両のための走行レーン)を製作する.また,走行中の車両の運動(振動)状況が詳細に記録できる特殊な計測車両のミニチュア模型を開発する.これを用いることで,高速で走行中の車両の運動と軸重計からの信号の相関の研究が可能となる.現在,走行車両で発生する振動を信号として取得し,軸重計信号との相関関係を明らかにするための装置は存在しない.小型の軸重計と計測車両のミニチュア模型を製作し多様なデータを取得することから始める必要がある.本年度は試作第一号装置として,1/10スケールのラジコン模型をベースにして小型の計測車両を製作し,加速度計の設置方法やデータ取得装置を検討した.得られた加速度データを解析した結果,車体は定常振動していることが分かった.また,1/10スケール模型に対応した軸重計も設計・製作し,ロードセルの設置の方法や載荷板の搭載方法を検討し,データも取得した.これらの装置から改善点を洗い出し次年度の装置製作に活かす.軸重計は走行中の車両の軸重(左右の車輪を一対にして軸と呼ばれる)を計測する装置である.本研究課題の目的は軸重計を用いて高速走行車両の軸重を高精度で計測するための方法(主として信号処理法)を確立することにある.軸重計は軸重を計測するのが目的であるので,2軸が同時に乗らないように,計量台の幅(車両進行方向)はタイヤの直径にほぼ等しく設計されている.軸重計は車両の走行中に計測を行うので,車両振動の影響を受ける.その影響を除去しない限り精度良い軸重値は得られない.さらに,車速が高くなるに得られる信号が短くなり,精度良い測定値を得ることは一層難しくなる.この問題を解決するために,まず,研究室内で実験できるように,小型の軸重計と走行中の車両の運動状況が詳細に記録できる特殊な計測車両のミニチュア模型を開発する.これらを用いることで,高速で走行中の車両の運動と軸重計からの信号の相関の研究が可能となる.今年度は昨年度での研究に基づき,1/6スケールのガソリンエンジン搭載のラジコン車両をベースにして小型の計測車両を製作し,備えるべき機能の多くを実装した.すなわち,空気入りのタイヤ,車両のバネ上の振動を正確に計測できる加速度計,タコジェネレータを用いた速度検出装置および加速度データと速度データのためのデータロガー,油圧式ブレーキである.また,ガソリンエンジンでは研究室内で実験ができないので,DCモータで置き換え、市販のプロポにより無線操縦できるように改造を施した.次に,その計測車両に対応した軸重計を設計・製作した.1/10スケールの軸重計は昨年度に設計・製作し,ロードセルからの信号を検討して,十分に秤として機能していることを確認した.今年度はその経験に基づいて1/6スケールの軸重計を製作し,それによって得られるデータを検討したが未だ秤としては機能していない.次年度は,まず,これらの完成を目指す軸重計は走行中の車両の軸重(左右の車輪を一対にして軸と呼ばれる)を計測する装置である.本研究課題の目的は軸重計を用いて高速走行車両の軸重を高精度で計測するための方法(主として信号処理法)を確立することにある.軸重計は軸重を計測するのが目的であるので,2軸が同時に乗らないように,計量台の幅(車両進行方向)はタイヤの直径にほぼ等しく設計されている.

軸重計は車両の走行中に計測を行うので,車両振動の影響を受ける.その影響を除去しない限り精度良い軸重値は得られない.さらに,車速が高くなるにつれ得られる信号が短くなり,精度良い測定値を得ることは一層難しくなる.この問題を解決するために,まず,研究室内で実験できるように,小型の軸重計と走行中の車両の運動状況が詳細に記録できる特殊な計測車両のミニチュア模型を開発する.これらを用いることで,高速で走行中の車両の運動と軸重計からの信号の相関の研究が可能となる.今年度は昨年度の研究に引き続き,1/6スケールのガソリンエンジン搭載のラジコン車両をベースにして小型の計測車両の開発に取り組み,必要な装置を実装した.すなわち,空気入りのタイヤ,車両のバネ上の振動を正確に計測できる加速度計,タコジェネレータを用いた速度検出装置および加速度データと速度データのためのデータロガー,油圧式ブレーキ,車体を特定の振動数で加振するための加振器である.次に,その計測車両に対応した軸重計を開発した.これらの小型計測車両と小型軸重計を用いて,車体の加速度データ,車速,荷重信号を取得する実験を実施し,小型計測車両は必要な機能をほぼ備えていることを確認し,軸重計ははかりとして機能していることを確認した。さらに既に提案されている新軸重値推定法を小型軸重計によって取得した荷重信号に適用し,振動成分を適切に推定できることを確認した。今年度で1/6スケールの計測車両と軸重計を完成させ,実験データを取得するまで研究を進める予定であった.しかし,上の実績報告に記したように1/6スケールの計測車両と軸重計を未だ完成できていない.24年度が最終年度であるため、記入しない。次年度で,まず,1/6スケールの計測車両と軸重計を完成させる.そして,それらの実験装置を用いて信号を取得し,解析を行う.それらにより既に提案した新軸重値推定法の高速度走行時での精度検証ならびにその信号の解析に基づいて新軸重値推定法の改善ができる.新軸重値推定法の改善については,現在までに実施してきた推定法の研究を見直すことにも基づいて行い,実験装置の完成のための研究と平行して実施することにする.24年度が最終年度であるため、記入しない。
メチル水銀の性体内無機化に及ぼす加齢、性、食物の影響に関する研究

1.メチル水銀の無機化に関与する活性酸素種の検索及び無機化反応の細胞内局在の検討メチル水銀投与ラット肝切片を培養して、メチル水銀の無機化をモニターした。培養4時間後に顕著な無機水銀の生成が認められるが、その生成速度はスパーオキシド産生剤であるパラコート添加で促進されたが、鉄イオンによる促進や、・OHスカベンジャーや鉄イオンキレート剤による抑制は認められず、無機化への・OHの関与が否定的な結果が得られた。そこで、活性酸素産生に寄与の大きいミトコンドリアの関与を考え、その電子伝達系の阻害剤であるロテノン、アンチマイシイA、CNイオンを用いて無機化と脂質過酸化の関係を検討した。その結果、ミトコンドリア内膜が主要な無機化の部位であることが示唆された。さらに、メチル水銀ラット肝の各細胞分画における無機水銀はミトコンドリアにおいて高い比率であった。ミトコンドリアの亜分画の結果は、ミトコンドリア内膜ではさらに高い比率を示した。以上、活性酸素種の特定には至らなかったが、メチル水銀の無機化反応は主にミトコンドリアの内膜に局在し、そこで産生される活性酸素が関与している可能性が示唆された。2.メチル水銀の無機化に及ぼす加齢の影響9週齢のマウスに比較して、40週齢のラットの肝臓における無機化速度は抑制されていたが、その原因を明らかにすることはできなかった。3.食物成分によるメチル水銀の無機化の相違の検討.ラットを用いて、低蛋白食、高蛋白食給餌の影響の無機化反応に与える影響を検討したが、顕著な影響は観察されなかった。1.メチル水銀の無機化反応の組織、細胞内局在の検討メチル水銀の無機化反応の部位(組織)の推定を行なうために、Wistar系雄性ラットに塩化メチル水銀(10μmol/kg)を静注し、1、3、6、9、および24時間後に生理食塩水で環流後、肝臓と腎臓を摘出し、各組織の総水銀と無機水銀濃度を測定した。その結果、メチル水銀がまず肝臓で無機水銀に変換され、その後、循環系を経由して腎臓へ移行することが示唆された。そこで肝臓の切片を用いた無機化反応の検討を行なった。ラットにメチル水銀-システイン抱合体(10μmol/kg)を静注し、20分後に肝臓を摘出し、厚さ約0.5mmの切片を調整した。これらの切片をL-15倍地中で37°C、5%CO_2/95%O_2でインキュベートした。4時間後、各切片および倍地の総水銀と無機水銀濃度を測定した。その結果、4時間のインキュベーションの間に無機水銀レベルは22.5%の値までほぼ直線的に増加したが、その後減少した。この無機水銀の生成速度はin vivoにおける速度に匹敵するものであった。以後培養時間を4時間に設定して、種々の条件下で検討した結果、この系でも無機化反応への活性酸素の関与が証明された。2.メチル水銀の無機化速度の加齢変化の検討BALB/cA系雄性マウス(9、20、40週齢)に塩化メチル水銀(10μmol/kg)を静注し、6時間後に生理的食塩水で還流後、肝臓と腎臓を摘出し、総水銀と無機水銀の濃度を測定した。その結果、肝臓の無機水銀の割合は週齢の増加と共に減少したが、腎臓の無機水銀の割合は週齢と共に増加した。このように加齢により無機化反応の速度が変化することが明かとなった。1.メチル水銀の無機化反応に関与する活性酸素種の検索及び無機化反応の細胞内局在の検討メチル水銀を投与したラット肝切片を培養して、メチル水銀の無機化反応をモニターした。

培養4時間後に顕著な無機水銀の生成が認められるが、その生成速度はスパーオキシド産生剤であるパラコート添加で促進されたが、鉄イオンによる促進や、・OHスカベンジャーや鉄イオンキレート剤による抑制は観察されなかった。この結果からは、これまでマイクロソーム標品を用いた実験で観察されている無機化への・OHの関与を証拠付けることはできなかった。そこで、生体内の活性酸素産生に寄与の大きいミトコンドリアの関与を考え、その電子伝達系の阻害剤であるロテノン、アンチマイシイA、CNイオンなどを用いて無機化と脂質過酸化反応の関係を検討した。その結果、ミトコンドリア内膜が主要な無機化反応の部位であることが示唆された。さらに、メチル水銀を投与したラット肝を細胞分画し、各分画における無機水銀の存在比を検討したところ、ミトコンドリアにおいて高い比率が観察された。ミトコンドリアの亜分画の結果は、ミトコンドリア内膜ではさらに高い比率が観察された。以上の結果から、活性酸素種の特定はにはいたらなかったが、メチル水銀の無機化反応は主にミトコンドリアの内膜に局在しており、そこで産生される活性酵素が関与している可能性が示唆された。2.食物成分によるメチル水銀の無機化の相違の検討.ラットを用いて、低蛋白食、高蛋白食給餌の影響のメチル水銀の無機化反応に与える影響を検討したが、顕著な影響は観察されなかった。
ペンタエリスリトールを利用する新規機能性核酸の創成

二本鎖DNAを標的にする細胞機能調節剤として注目されているアンチジーン法は,その熱的安定性の低さからまだ実用化されるに到っていない.我々は,この問題を解決するために,DNA中のポリプリン配列を標的にするのではなく,オリゴプリン配列およびオリゴピリミジン配列の交互配列を標的にして熱的安定性を上昇させるために,オリゴピリミジン配列とオリゴプリン配列の両者をペンタエリスリトールでパラレル型配向に架橋した核酸の性質を調べた.しかし,パラレル型に配向した場合は,酸性側でしか安定な三本鎖を形成しなかったことから,アンチパラレルGTのオリゴヌクレオチドを合成し,その性質を調べた.予想通りオリゴピリミジンおよびオリゴプリン配列をペンタエリスリトールでアンチパラレル配向に架橋した場合は,その結合解離定数(Kd)は10^<-8>Mレベルを示した.さらに溶液の液性に関係なく三本鎖を形成することが明らかになった.一方,ペンタエリスリトールにDMを結合させる場合は,従来,樹脂に結合させたペンタエリスリトールの2個の水酸基から同時にDNAを行うために,同じ配列しか導入できなかった.この点を改良すべく2個の水酸基に異なる保護基(DMTr基およびレブリニル基)を導入し,異なった配列も導入可能にした.この方法を使って,異なるGT配列を持つオリゴヌクレオチドをペンタエリスリトールと結合させたが,標的とする二本鎖DMに対するKdは大きくなり,結合が弱まった.今回合成したアンチパラレル配向を持つオリゴヌクレオチドによる三本鎖形成をゲル電気泳動法だけではなく,1)制限酵素による切断実験,2)DNase Iによるフットプリンテング実験により確認した.以上の実験から,オリゴピリミジン配列とオリゴプリン配列の両者をペンタエリスリトールで架橋し,アンチパラレル型に配向させることは,有効な三本鎖核酸形成法になりうることを明らかにできた.二本鎖DNAを標的にする細胞機能調節剤として注目されているアンチジーン法は,その熱的安定性の低さからまだ実用化されるに到っていない.我々は,この問題を解決するために,DNA中のポリプリン配列を標的にするのではなく,オリゴプリン配列およびオリゴピリミジン配列の交互配列を標的にして熱的安定性を上昇させるために,オリゴピリミジン配列とオリゴプリン配列の両者をペンタエリスリトールでパラレル型配向に架橋した核酸の性質を調べた.しかし,パラレル型に配向した場合は,酸性側でしか安定な三本鎖を形成しなかったことから,アンチパラレルGTのオリゴヌクレオチドを合成し,その性質を調べた.予想通りオリゴピリミジンおよびオリゴプリン配列をペンタエリスリトールでアンチパラレル配向に架橋した場合は,その結合解離定数(Kd)は10^<-8>Mレベルを示した.さらに溶液の液性に関係なく三本鎖を形成することが明らかになった.一方,ペンタエリスリトールにDMを結合させる場合は,従来,樹脂に結合させたペンタエリスリトールの2個の水酸基から同時にDNAを行うために,同じ配列しか導入できなかった.この点を改良すべく2個の水酸基に異なる保護基(DMTr基およびレブリニル基)を導入し,異なった配列も導入可能にした.この方法を使って,異なるGT配列を持つオリゴヌクレオチドをペンタエリスリトールと結合させたが,標的とする二本鎖DMに対するKdは大きくなり,結合が弱まった.今回合成したアンチパラレル配向を持つオリゴヌクレオチドによる三本鎖形成をゲル電気泳動法だけではなく,1)制限酵素による切断実験,2)DNase Iによるフットプリンテング実験により確認した.以上の実験から,オリゴピリミジン配列とオリゴプリン配列の両者をペンタエリスリトールで架橋し,アンチパラレル型に配向させることは,有効な三本鎖核酸形成法になりうることを明らかにできた.一般に、三本鎖核酸の熱的安定性は二本鎖核酸の安定性に比べて低いことから、アンチジーン法を達成させるためには長鎖のオリゴプリン配列を標的にする必要がある.我々は,ペンタエリスリトールの4個の等価な1級水酸基の内の2個に3'→5'方向にオリゴヌクレオチドを合成し,一方をオリゴプリン鎖,他方をオリゴピリミジン鎖とする交互配列からなる架橋型オリゴヌクレオチドが,10mer程度のオリゴピリミジン鎖とオリゴプリン鎖からなる二本鎖DNAに結合し,熱的に比較的安定な三本鎖を形成することを明らかにした.今年度は,架橋部にどのようなインターカレーターを導入した場合にさらに熱的安定性を高めることが可能かを調べた.架橋部位にインターカレーターとして,ナフタレン、アントラセン、アントラキノン、アクリジンおよびピレンを導入した3'-3'末端架橋型オリゴヌクレオチドを合成した.第三鎖の50%融解温度(T_m)を熱変性法により測定し、導入したインターカレーターの三本鎖核酸熱的安定化効果を比較したところ、アントラキノンを導入したオリゴヌクレオチドが最も三本鎖核酸を熱的に安定化することが明かとなった.また、合成したオリゴヌクレオチドがin vitroにおいて、アンチジーン効果を示すこと確認するために制限酵素Hind IIIを用いた切断反応阻害実験を行った.

その結果、アントラキノンを導入したオリゴヌクレオチドは、未架橋およびインターカレーターを導入していないオリゴヌクレオチドと比較してHind IIIによるDNA鎖の切断を強く阻害することが明らかとなった.二本鎖DNAを標的にする細胞機能調節剤として注目されているアンチジーン法は,その熱的安定性の低さからまだ実用化されるに到っていない.我々は,この問題を解決するために,DNA中のポリプリン配列を標的にするのではなく,オリゴプリン配列およびオリゴピリミジン配列の交互配列を標的にして熱的安定性を上昇させるために,オリゴピリミジン配列とオリゴプリン配列の両者をペンタエリスリトールでパラレル型配向に架橋した核酸の性質を調べた.しかし,パラレル型に配向した場合は,酸性側でしか安定な三本鎖を形成しなかったことから,アンチパラレルGTのオリゴヌクレオチドを合成し,その性質を調べた.予想通りオリゴピリミジンおよびオリゴプリン配列をペンタエリスリトールでアンチパラレル配向に架橋した場合は,その結合解離定数(Kd)は10^<-8>Mレベルを示した.さらに溶液の液性に関係なく三本鎖を形成することが明らかになった.一方,ペンタエリスリトールにDNAを結合させる場合は,従来,樹脂に結合させたペンタエリスリトールの2個の水酸基から同時にDNAを行うために,同じ配列しか導入できなかった.この点を改良すべく2個の水酸基に異なる保護基(DMTr基およびレブリニル基)を導入し,異なった配列も導入可能にした.この方法を使って,異なるGT配列を持つオリゴヌクレオチドをペンタエリスリトールと結合させたが,標的とする二本鎖DNAに対するKdは大きくなり,結合が弱まった.今回合成したアンチパラレル配向を持つオリゴヌクレオチドによる三本鎖形成をゲル電気泳動法だけではなく,1)制限酵素による切断実験,2)DNase Iによるフットプリンテング実験により確認した.以上の実験から,オリゴピリミジン配列とオリゴプリン配列の両者をペンタエリスリトールで架橋し,アンチパラレル型に配向させることは,有効な三本鎖核酸形成法になりうることを明らかにできた.
思春期の自尊心低下の要因とそれを抑止する授業づくりの検討

本研究の目的は、思春期における自尊心の低下と思考の発達の関係を検討し、自尊心の過度な低下を抑える授業を提案することにあった。そのために公立中学校、国立中学校の生徒約1900名を対象に、3年間9時点にわたる質問紙による縦断調査を行った。その結果、(1)自尊心の変化パターンは中学2年次を底に低下し、その後は卒業に向けて上昇するU字カーブを描くこと、(2)中学入学時の思考の発達が進んでいる者ほど、その後の自尊心の低下が著しいこと、(3)思考の発達は短期的には自尊心の低下を引き起こすが、中長期的にはその過度な低下を抑止することが明らかになった。以上をふまえ中学生を対象に授業案を考え実施した。平成25年度の研究の目的は、思春期における自尊心の低下に関連する要因を縦断的に検討することであった。そのために公立中学校4校、13年生約1439名を対象に自尊心および思考の発達、友人関係、教師・親との関係、学校生活、身体意識に関する質問紙調査を3回(5月、1011月、2月)行った。また自尊心の低下を防ぐ授業づくりとして、調査実施校1校の養護教諭と連携して、思春期講座を行い、実施時期の違いによって、事後の自尊心の変化にどのような影響があるのかを検討する予備調査を行った。昨年度の予備調査の結果と合わせ、今回の質問紙調査の結果から、中学生の自尊心の低下には、思考の発達が強く関連している可能性が示唆された。具体的には、中学校入学時の思考の深まりの程度に応じて、高群、中群、低群の3群に分けたところ、高群では入学直後から自尊心の低下がはじまり、中学2年生2学期まで低下することが分かった。それに対し、中群では、高群より少し遅れて、1年生の2学期ごろから低下がはじまっていた。最後に低群では逆に入学直後には自尊心が上昇し、思考の発達が高まる1年生3学期より自尊心の低下がはじまっていた。このことから、自尊心の低下には、思考の発達が関係している可能性が示唆された。また自尊心の低下を防ぐ授業づくりとしては、2年生の1学期と2学期のどちらに授業を実施することが有効であるかを検討した。その結果、1学期に行うほうがより適切であるという結果を得た。平成26年度の研究の目的は、平成25年度に引き続き、思春期における自尊心の低下に関連する要因を縦断的に検討することであった。そのために公立中学校4校、23年生758名を対象に自尊心および批判的思考態度、友人関係、学校享受感、教師との関係、親との関係、身体意識に関する調査を3回(5月、10月、2月)行った。また自尊心の低下を抑止する授業づくりとして、これまでの縦断調査の結果をもとに、授業計画を立案し、調査対象校のうち2校6クラスで、11月と3月に授業を実施した。その結果、まず縦断調査の結果から、中学校入学時、つまり1年次初頭の批判的思考態度の高さが、(2)その後の自尊心の低下と関連していること、また(2)自尊心の低下が最低となる度合いと関連していることの2点が明らかになった。具体的には、1年次初頭の批判的思考態度の発達の程度が高い群ほど、自尊心の低下が早くはじまるが、最低となる度合いが他の群に比べ、比較的高い位置で止まることが明らかになった。以上の結果を踏まえ、自尊心が下がることは、思春期に思考(態度)が深まることの結果であるため、それ自体を上げることを目標にするのではなく、たとえ一時的に思考を下げることになっても、中長期的には思考(態度)の発達を高めることが、自尊心を過度な低下を防止するのには有効であると考えた。そこで自分たちの自尊心の推移を中学生自らが対象化し分析するといった授業プログラムを考え、授業を実施した。その結果、中学生が考える自尊心の低下要因および対応策に関する自由記述を約270名分得た。また授業の感想としては、自分が悩んでいることは、他の多くの生徒にも共通するものであると知って少し安心したといったような感想を得た。平成27年度の目的は、中学生を対象とした自尊心および関連要因(批判的思考態度、友人関係、親子関係、教師との関係、学校享受感、身体意識等)に関する縦断調査を終え、その結果を報告書にまとめることであった。3年間、9時点での縦断調査が終了したことにより、自尊心をはじめとし、中学3年間の諸要因の変化パターンとそれぞれの要因と自尊心の関係が明らかになった。特に本研究の主目的であった「思春期の自尊心低下の要因」については、批判的思考態度の発達が関係していることが明らかになった。具体的には中学校1年入学時の批判的思考態度の得点が高い者(思考の発達が進んでいる者)ほど、その後、自尊心が低下していくことがわかった。ただし、その低下は中学2年生までであり、その後は緩やかに上昇していくことも明らかになった。さらに中学1年次の自尊心の高い者は自尊心が低下するものの、それでももっとも自尊心が低下する時点を比較しても、他の群に比べると高い水準で低下は止まっていた。つまり、批判的思考態度が、一方で自尊心の低下をもたらすものの、他方で過度な低下を防ぐこともあきらかになったということである。

したがって上記の結果を受け、調査最終年度には、実際に調査に参加した中学生を対象に、批判的思考態度を養うことを狙いとした授業を行った。具体的には、自らの自尊心の変化や性差を批判的に検討するような授業を行った。それに基づき、思春期における自尊心の過度な低下を防ぐ授業を提案した。本研究の目的は、思春期における自尊心の低下と思考の発達の関係を検討し、自尊心の過度な低下を抑える授業を提案することにあった。そのために公立中学校、国立中学校の生徒約1900名を対象に、3年間9時点にわたる質問紙による縦断調査を行った。その結果、(1)自尊心の変化パターンは中学2年次を底に低下し、その後は卒業に向けて上昇するU字カーブを描くこと、(2)中学入学時の思考の発達が進んでいる者ほど、その後の自尊心の低下が著しいこと、(3)思考の発達は短期的には自尊心の低下を引き起こすが、中長期的にはその過度な低下を抑止することが明らかになった。以上をふまえ中学生を対象に授業案を考え実施した。当初の予定では、調査に基づいた授業の実施は調査3年目から開始する予定であったのが、昨年度から調査協力校の計らいにより、1年早く実施に取りかかることができたためである。また質問紙調査についても、全ての調査依頼校で順調に年3回の調査を実施することができた。さらに調査結果の成果発表に関しても予定通り、2回の学会発表を行うことができた。以上の理由から当初の計画以上に進展していると考えた。発達心理学平成27年度の研究目的は、平成26年度と同様に、自尊心の発達パターンに関連する要因を探るための補足調査を実施するとともに、縦断調査の結果を全体として分析していく。また平成26年度に行った授業に関する調査結果の分析が終わっていないため、引き続きその分析を行うことで自尊心の低下を抑止する授業づくりへの考察を深めていきたい。以上の結果を統合し、本研究の一連の調査結果から明らかになった知見を報告書としてまとめる。また成果を日本教育心理学会、日本発達心理学会において発表する予定である。また縦断調査の結果に関しては、学内紀要あるいは学会誌に発表する予定である。当初の予定では、授業実施は3年目から開始する予定であったが、調査実施校の養護教諭の協力もあり、1年目から実施することができたためである。また質問紙調査に関しては、実施を予定していた中学校すべてで3回の調査実施を行うことができた。当初は、いくつかの学校で実施困難になることも予想していたが、そのようなことはなく、すべての学校で確実に実施してもらうことができた。さらに成果発表についても、今年度は3回の学会発表を行うことができた。当初の予定では2回であったが、授業実施が早まったため、予想よりも多くの発表を行うことができた。以上の理由から、当初の計画以上に進展していると考えた。平成26年度は、国際学会での研究発表を予定しており、予算として300,000円を計上していたが、事情により実現できなかったため、次年度使用額が生じた。平成26年度の研究目的は、平成25年度同様に、自尊心に関連する要因を探るために、年度内に3回の質問紙調査を実施する。特に平成25年度の成果から、思考の発達が関係していることが推測されたため、自尊心の変化と思考の発達の関係について重点的に分析を加えていく。また自尊心の低下を防ぐ授業づくりについては、引き続き予備的な授業を行いつつ、効果の検証を行っていく。具体的には結果のフィードバックを通じて、生徒の自尊心の変化に影響が現れるのかを今年度は検討したい。以上の成果をまとめ、本年も引き続き日本教育心理学会、日本発達心理学会で発表する予定である。
相関の強いフェルミ粒子系とその超伝導・超流動に関する理論的研究

この研究の主な目的は、希土類(Ce,Yb)やアクチナイド類(U,Np)を含む金属間化合物に広く認められる重い電子系、高温超伝導体としての銅酸化物など、いわゆる電子相関の強い系のノ-マル状態の示す異常とその超伝導発現機構とを理論的に解明することであった。この研究において、主に以下のような成果が得られた。強相関電子系に共通の電子の遍歴性と局在性の二重性という特徴をあらわに取り込んだ量子力学的現象論の遍歴・局在双対性理論にもとづいて、重い電子系で観測されているメタ磁性の系統的な性質および弱い反強磁性の起源、更には銅酸化物のノ-マル状態の磁化率の異常が理解できることを示した。銅酸化物のCuO_2平面の電子のよいモデルと見なされているdーpモデルの物性を系統的1/Nー展開の方法により研究し、超伝導に関与すると考えられる電子状態と電荷揺らぎの性質を明かにした。また、強相関電子系の最も単純化されたモデルとしての量子ハイゼンベルグスピン系とtーJモデルの性質を数値的対角化の方法により研究し、これらの系において量子スピン液体状態の実現および電荷とスピンの自由度の分離に対してフラストレ-ションの影響がどのように現れるか検討した。さらに、2次元超伝導の基礎理論の観点からク-パ-対凝縮とボ-ス凝縮のクロスオ-バ-に対する2次元ゆらぎの効果に関する研究を進め、低温でのfixed pointとして「複合ボゾンのボ-ス凝縮」の他に「フェルミ液体的」なものが存在すること見いだすとともに、2次元超伝導ゆらぎに対するモ-ド結合理論を構築した。強相関電子系のノ-マル状態で見られる電気抵抗の温度依存性と比熱のそれとの間に強相関系に特有なユニバ-サルな関係があることを簡明に説明する現象論を展開し、重い電子系、A15、C15、金属絶縁体転移を示すV_2O_3などが同じユニバ-サルな組に属することを示した。強相関電子系の特徴である局存性と遍歴性の二重性を取り込んだ量子力学的現象論であるdualityモデルの基礎付けに関する研究を行い、厳密な結果が確立している-不純物アンダ-ソンモデルの場合にそれらの結果がdualityモデルから再現できることを示した。また、dualityモデルに基いて重い電子系の観測されているメタ磁性の系統的な性質、極端に弱い反強磁性秩序が理解できることを示した。フェルミ粒子系の引力相互作用の強さを変化させるとき、ク-パ-対凝縮と「2電子分子」のボ-ス凝縮の間のクロスオ-バ-を論じる際、従来の理論では考慮されていないフェルミ粒子対同志の斥力相互作用の効果が重要であることを指摘した。強い相関をもつフェルミ粒子系の一つの極限としての量子スピン系について、2次元正方格子上でフラストレ-ションがある有限系の数値的対角化の手法により研究し、フストレ-ションの効果はそれがないときに存在する磁気的長距離秩序を壊すことはなくスピン波のようなギャップレスな励起な存在することを示した。通常のフォノンを媒介とする引力に起因する超伝導機構は、局所的斥力の効果が重要な強相関電子系(銅酸化物、重い電子系)では実現しないと考えられる。逆にこの場合は2つの超伝導転移が起る可能性がある。第2の転移より低温では一般に異なる対称性をもつ秩序変数が共存する超伝導状態であって、その兆候が見える銅酸化物超伝導体との関連で、第2の転移か様々な熱力学量にどのよう影響を与えるか調べた。強相関電子系の特徴である遍歴性と局在性の二重性を取り込んだ量子力学的現象論であるdualityモデルの基礎付けに関する研究を行い、厳密な結果が確立している1不純物アンダ-

ソンモデルの場合にそれらの結果がdualityモデルから再現できることを示した。また、dualityモデルに基づいて重い電子系で観測されているメタ磁性の系統的な性質、極端に弱い反強磁性秩序が理解できることを示した。更に、銅酸化物高温超伝導体のノ-マル状態の種々の異常も、dualityモデルの枠組の中で反強磁性的スピンゆらぎの効果を取り込むことで説明できることを示した。フェルミ粒子系の引力相互作用の強さを変化させるとき、ク-パ-対凝縮と複合ボゾンのボ-ス凝縮の間のクロスオ-バ-が起こるが、これを議論するにはフェルミ粒子対同志の斥力相互作用の効果が重要であることを指摘した。この対間斥力相互作用は2次元のク-パ-対凝縮の問題に考える際にも重要であって、ク-パ-対ゆらぎの効果を量子力学的モ-ド結合理論により取り込むと転移温度は零になることを示した。1次元強相関電子系として,tーt′ーJーJ′モデルおよびtーJーJ′モデルに着目し、これらを数値的にハミルトニアンを対角化することにより調べた。その結果、かなり広いパラメタの領域で、前者においてはホ-ルと結合した局所的なスピンイ重項又は3重項(スピンソリトン)が動き廻るような基底状態が出現し、後者においてはdimer状態が基底状態になることが判った。強相関電子系に共通の電子の遍歴性と局在性の二重性という特徴をあらわに取り込んだ量子力学的現象論の遍歴・局在双対性理論にもとづいて、重い電子系で観測されているメタ磁性の系統的な性質および弱い反強磁性の起源、更には銅酸化物のノ-マル状態の磁化率の異常が理解できることを示した。銅酸化物導体で観測されるいわゆるmidーgap statesの振舞いをpーdモデルのフェルミ液体理論とGutzwillerの近似的変分法とを組み合わせることにより説明するとともに、超伝導の起源を論じる際にはCuO_2平面の構造を反映した波数依存性をもつ「くりこみ因子」の効果を考慮することが決定的に重要であることを指摘した。また、pーdモデルの電子状態を系統的1/Nー展開の方法で調べた。そのなかで、電荷のゆらぎ感受率はホ-ルの注入にともない転移温度と同様に急激に増大の後減少することが明らかになった。ク-パ-ペア凝縮と「2電子分子」のボ-ス凝縮とのクロスオ-バ-を論じたNozie^^́res&SchmittーRinkの理論(NSR)を二次元系に適用するとき、2次元のゆらぎの特性を反映して低温でのfixed pointとしてSchmittーRink et al.により見つけられた「複合ボゾンのボ-ス凝縮」の他に「フェルミ液体的」なものが存在することを示した。tーJモデルにおけるホ-ルの自由度とスピンの自由度の分離の度合に関して、Jを増大させると分離が悪くなることを見いだした。更に、フラストレ-トした2次元量子スピン系の数値的対角化の研究を行い、フラストレ-ションを強くしてもネ-ル的なスピン秩序が消えないことを見いだした。
ロービジョン者の視機能を考慮した旅客施設の視環境整備に関する研究

ロービジョン者の移動問題を考える上では、その「見え方」を考慮する必要がある。しかし、ロービジョン者の歩行環境整備全般にわたって、視覚および他の感覚機能からどのような情報を入手して歩行しているのかは十分に把握できていない。本研究では、ロービジョン者の視覚機能が歩行時の利用情報に与える影響について明らかにした。その結果、視覚機能の低下が、聴覚情報、触覚情報の利用に大きく影響を与えているが、視覚情報利用に大きく影響していない。このことより、ロービジョン者には視覚情報は重要であり、認知できる視覚情報を提示することが旅客施設においても有効である。本研究は、ロービジョン者のための旅客施設における視環境整備に係る指針を提案することを目的としている。本年度は、ロービジョン者の見え方とその情報利用について調査を行った。また、旅客施設の照度、輝度、色差について調査を行った。本年度得られた成果を以下に示す。(1)視機能が低下したロービジョン者においても、約5割程度、視覚から情報を得ていることがわかった。また、視覚機能が低下することにより、その割合は減少し、特に視力、コントラスト感度が低下すると、視覚情報の利用割合が低下し、聴覚・触覚情報の利用割合が増加する。視力では、0.01未満というかなりの低視力者においても、約3割程度視覚から情報を得ており、ロービジョン者にとっては、視覚情報が非常に重要であることがわかった。(2)旅客施設(地下鉄駅)3駅の照度、輝度、色差を測定したところ、全般的に階段部分の照度が低く、ロービジョン者等が最も駅構内の階段を危険に感じていることが、このことよりもわかった。また、点字ブロックは黄色が使われているが、路面も色が使われている事が多く、輝度比が一般的に低いことが分かった。また、階段の段鼻等も、段鼻テープが張られているが、こちらも輝度比が低いケースが多くみられた。本年度は、ロービジョン者の中でも特に外部情報を得ることが困難である低視力者(視力0.1以下)を対象として、低視力であっても階段の段差や段数の視認性を向上させるために何が重要なのか検討した。そのために、環境側として、階段を照らす照度と、階段の踏面と段鼻の明度差を変化させ、個人の属性として、低視力擬似体験ゴーグルにより、視力を変化させた。視力は、0.1用、0.05用、白内障用の3種類のレンズを使用し、照度は、ロービジョン者の歩行が困難と考えられる低照度(321x、161x、3.71x)を設定し、段鼻と路面の輝度比は約1、約3、約8の3条件を設定した。(1)階差の視認性を向上させるための要因のうちの視力、照度、明度に相互作用はなく、視力が最も影響していることが分かった。(2)これまでの既往研究では、路面と段鼻の輝度比が重視されてきたが、低照度化においては、路面と段鼻の輝度比よりも、照度が影響していることがわかった。(2)照度に関しては、161xと3.71xでは、照度の違いによって把握可能な段数に有意な違いが求められる一方、161xと321xとの間では、有意な違いが求められなかった。そのため、本実験における照度の階級では、151x程度を確保すれば、低視力者のロービジョン者においても、ある程度視認可能になることがわかった。
化学センサによるエイズウイルス構成タンパクgp41およびp24の高感度検出

エイズセンサの実用化を考えるとき、以下の点を克服しなければならない。(1)エイズウイルス構成タンパクの中、少なくともgp41およびp24に対する抗体の検出系を確立すること、特に、検出と同時に確定診断が出来るように定量測定を行く事、(2)これらの測定時間が短い事、(3)血清を用いた場合でも高感度で両者の定量が可能な事、である。本研究では短時間で測定が可能で、かつ、検体の定量も行える特徴をもつ表面プラズモン共鳴(SPR)を用いる事により上記(1)、(2)、(3)の課題に取り組んだ。まずセンサチップ上への抗原の固定化方法の検討から入った。センサチップの金表面をDBAで処理し、ついでEDPCとNHSによりDBAを活性化しておき、これに目的の抗原を反応させる事で非常に安定な化学的固定が出来る事を見出した。次に、抗gp41抗体の検出系では、抗原にgp41の保存領域部分をセンサチップ上に化学固定して、抗gp41抗体の測定を試みたところ、抗体濃度120ug/mlの濃度範囲で定量が可能であった。抗p24抗体の検出には、遺伝子工学的に大腸菌に発現させ、それをアフィニティー精製したp24を固定化抗原とした。この測定系では1-40ug/mlの濃度範囲でp24抗体の定量が可能であった。両方の測定とも1サンプルあたり、約5分で結果を得る事が出来、これまでの方法に較べかなりの短時間で定量が可能な事が判った。次の問題は、バイオセンサでは血清中の夾雑物質による測定信号への影響が非常に大きく、これをいかに克服するかである。上記の測定方法で血清中に存在する両抗体の検出を行ったが、検出感度・範囲とも極端に低下した。これを克服するためには、抗原固定化後のブロッキングに血清そのものを使用すること、さらに血清を56°C、30分の加熱処理をすることで、短時間での高感度測定が可能である事を明らかにした。これまでgp41関連のペプチド、GIEEE,IEEEG,EGIEEのカルボキシル末端にCysを導入したものを合成し、これらをBSA、KLHおよびFITCとconjugateした。RGPDRPEGIEEEGGERDRDの19merペプチドも新たに大量に作製し、これを使って完全抗体である抗gp41抗体との親和性定数を酵素免疫測定法および表面プラズモン共鳴法により決定した。両者の測定結果はほぼ一致しK=3x10^7/Mとなった。現在、ハイブリドーマによりmRNAを抽出し抗gp41抗体の遺伝子解析を行っている。アミノ酸配列が決定でき次第、コンピュータによる分子力学計算を行う予定である。一方、表面プラズモン共鳴を用いたセンサについては金薄膜への抗原および抗体の固定法を見出したので(第21回化学センサ研究発表会)、予定以上のスピードで研究が推移している。抗gp41抗体に関する抗体測定系は純粋な系で040ug/mlの範囲で測定可能であることが判った(DENKI KAGAKU,vol.63,1995)。ただヒト血清中の抗体gp41抗体の検出は血清中の未知物質による非特異的反応が非常に大きく、測定感度のかなり低下を観察した。引き続き抗p24抗体検出系に取りかかっているが、この系で抗p24抗体の測定は勿論、血清の影響をいかに排除すべきか検討を行った。その結果、補体を破壊する条件下で血清をで前処理することで大きく改善される事が判った。

これだと030ug/mlの範囲において、かなり良好な感度で抗p24抗体の検出が可能となり、基本的に満足のゆくデータを得ることが出来た(第22回化学センサ研究会発表予定)。エイズセンサの実用化を考えるとき、以下の点を克服しなければならない。(1)エイズウイルス構成タンパクの中、少なくともgp41およびp24に対する抗体の検出系を確立すること、特に、検出と同時に確定診断が出来るように定量測定を行く事、(2)これらの測定時間が短い事、(3)血清を用いた場合でも高感度で両者の定量が可能な事、である。本研究では短時間で測定が可能で、かつ、検体の定量も行える特徴をもつ表面プラズモン共鳴(SPR)を用いる事により上記(1)、(2)、(3)の課題に取り組んだ。まずセンサチップ上への抗原の固定化方法の検討から入った。センサチップの金表面をDBAで処理し、ついでEDPCとNHSによりDBAを活性化しておき、これに目的の抗原を反応させる事で非常に安定な化学的固定が出来る事を見出した。次に、抗gp41抗体の検出系では、抗原にgp41の保存領域部分をセンサチップ上に化学固定して、抗gp41抗体の測定を試みたところ、抗体濃度1-20ug/ml濃度範囲で定量が可能であった。抗p24抗体の検出には、遺伝子工学的に大腸菌に発現させ、それをアフィニティー精製したp24を固定化抗原とした。この測定系では1-40ug/mlの濃度範囲でp24抗体の定量が可能であった。両方の測定とも1サンプルあたり、約5分で結果を得る事が出来、これまでの方法に較べかなりの短時間で定量が可能な事が判った。次の問題は、バイオセンサでは血清中の夾雑物質による測定信号への影響が非常に大きく、これをいかに克服するかである。上記の測定方法で血清中に存在する両抗体の検出を行ったが、検出感度・範囲とも極端に低下した。これを克服するためには、抗原固定化後のブロッキングに血清そのもを使用すること、さらに血清を56°C、30分の加熱処理をすることで、短時間での高感度測定が可能である事を明らかにした。
分子認識バイオインターフェースのナノ構築と細胞機能診断デバイスへの展開

本研究では、材料表面へのタンパク質の吸着とそれを介した細胞接着を、様々な材料表面を用い、水晶振動子マイクロバランス(QCM-D)法を用いて評価することで、初期接着挙動を解析するデバイス創製を目的とした。QCM-Dを用いることで、タンパク質が材料の吸着し細胞が接着する一連のプロセスを同一パラメータで解析することができた。また細胞接着密度の異なる接着細胞数では、接着している細胞数が多いと、吸着と伸展の挙動は検出されるが、リモデリングは観察されないという差異をQCM-Dで解析することができた。細胞と材料表面の接着挙動を動的に解析するデバイスとしてQCM-Dが適応できることを明らかにした。再生医療や組織工学の発達において、細胞と材料間の相互作用を解析することは、細胞の材料表面への初期接着挙動が、増殖、伸展、分化およびアポトーシスなどの後の細胞挙動に大きな影響を与えるため重要である。細胞は、材料表面に吸着したタンパク質を介して表面と相互作用する。そこで、細胞-細胞間、細胞-マテリアル間の相互作用を独立に評価し、細胞とマテリアル間の相互作用を、一個の細胞を対象として解析するマイクロ流体デバイスの創製を目指す。細胞の接着/非接着を制御する分子認識バイオイターフェースとしては、ナノインプリント技術、リソグラフィー技術、自己組織化技術等を駆使して構築する。本年度は、バイオインターフェースの設計の指標となる細胞一材料間の接着初期の相互作用を定量的に解析することを目的として、1)光グラフト重合を用いたバイオインターフェースの構築と細胞接着挙動のQCM-Dによる解析、および2)マイクロチップを用いた細胞計測システムの開発を実施した。1)の成果として、タンパク質の非特異吸着の抑制を目的とし、poly((2-ethylhexyl methacrylate)x-co-4-vinylbenzylN, N'-diethyldithbcarbamate)100-x)(PEV[100-x])を光開始剤としたリビングラジカル重合法によりMPCポリマーブラシ層を形成した。MPCポリマー鎖密度と鎖長の異なるそれぞれの表面形態を原子間力顕微鏡(AFM)により観察したところ、牛血清アルブミンの吸着量はポリマー鎖密度と表面のナノレベルでの凹凸構造に大きく依存し、ポリマーブラシの密度が高く、かつ平滑な形態の表面が、タンパク質の非特異的吸着を効果的に抑制可能であることがわかった。タンパク質の非特異的吸着の抑制された条件の表面を用いて、細胞初期接着挙動のQCM-Dを用いた解析を行った。MPCポリマーグラフト基板でのタンパク質の吸着が抑制されていることが示された。今後、パターニング基板を用いた評価をしていく予定である。2)の成果は、ポリジメチルシロキサン(PDMS)をガス分離膜として用いることで細胞培養培地中での細胞生成物や緩衝剤によるpH変化による影響を除き、二酸化炭素の溶存の効果のみを評価できるマイクロチップ培養システムを構築したことである。このシステムを用いて、細胞の呼吸量の経時的な変化を観察することができた。しかし、細胞の呼吸活性の定量的な評価を実現するためには、より少ない細胞数の呼吸変化を測定できるよう、培養部及び反応部の大きさ、チップの材料等について検討していく必要がある。本研究では、材料表面へのタンパク質の吸着とそれを介した細胞接着を同一のパラメータで評価することで、初期接着挙動を解析するデバイス創製を目的としている。今年度は、ポリマーの鎖長、密度の精密制御が可能な表面開始原子移動ラジカル重合(SI-ATRP)法によるバイオインターフェースの構築と細胞接着挙動のQCM-Dによる解析、およびSI-ATRP法で表面を構築し、タンパク質の配向固定化による分子認識能の評価について検討を行った。SI-ATRPによりポリマーグラフト基板を、モノマーに2-methacryloyloxyethyl phospholylcholine (MPC)および2-hydroxyethyl methaclylate (HEMA)を用いて作製した。QCM-Dを利用することにより細胞の接着と伸展プロセスを追跡するシグナルを得ることが可能となった。さらに、タンパク質吸着およびそれを介した細胞接着といった一連の挙動を同一のパラメータで評価することができた。特にMPCポリマーブラシ基板上には細胞の接着が見られなかったが、その前の過程であるタンパク質の吸着が抑制されているためであることが示された。また、下地にタンパク質の非特異的吸着を抑制するMPCポリマー層(PMPC)、その上部層にタンパク質固定化層(メタクリル酸2-アミノエチルポリマー:PAEMA)を有するブロックポリマーブラシ(Poly(MPC-block-AEMA) : PMbA)構造を形成し、PMbA表面へタンパク質の配向固定化し、抗原-抗体反応により活性を評価した。この表面上に固定化したタンパク質は、下地のPMPC層に起因すると考察されるが、活性が高く維持されていることが示された。

本研究では、材料表面へのタンパク質の吸着とそれを介した細胞接着を同一のパラメータで評価することで、初期接着挙動を解析するデバイス創製を目的としている。今年度は、表面開始原子移動ラジカル重合(SI-ATRP)法により、細胞非接着部位を形成し,細胞が一個、もしくは数個でパターニングされたバイオインターフェースの構築と細胞接着挙動のQCM-Dによる解析を目的とした。SI-ATRPにより細胞接着部位を、2-methacryioyloxyethyl phosphorylcholine(MPC)ポリマーブラシで作製した。QCM-Dを利用することにより細胞の接着と伸展プロセスを追跡するシグナルを得ることが可能となった。さらに、タンパク質吸着およびそれを介した細胞接着といった一連の挙動を同一のパラメータで評価することができた。また、下地にタンパク質の非特異的吸着を抑制するMPCポリマー層(PMPC)、その上部層にタンパク質固定化層(メタクリル酸2-アミノエチルポリマー:PAEMA)を有するブロックポリマーブラシ(Poly(MPC-block-AEMA):PMbA)構造を形成し、PMbA表面へタンパク質へ固定化したタンパク質の活性を評価した。下地にPMPCが存在することで、PAEMA上のタンパク質の活性が維持される結果が得られ、PMPCは、単にタンパク質の吸着抑制効果だけでなく、タンパク質の機能維持の役割をもち、これは、現在PMPCが形成する水の構造と考察している。細胞の接着挙動解析に関しては、基板へ吸脱着した物質の物理特性を検出できる水晶振動子マイクロバランス(QCM-D)を用いた。細胞の全く接着しないPMPCブラシを選択し、QCM-D基板上に細胞接着部位と、細胞非接着部位を作り分けることを第一の目的とした。パターン化基板の作製においては、開始剤固定化金基板からpoly(MPC)(PMPC)ブラシを表面開始原子移動ラジカル重合(SI-ATRP)法によって重合した。PMPCポリマーブラシ表面を静的接触角(SCA)、高感度反射赤外分光(SI-ATRP)法、分光エリプソメトリーにより解析した。Figure 1に示す細胞接着部位のサイズは50μmと同じであり、細胞ー細胞間距離が、50μmと100μmと異なる2種類のフォトマスクを用いてPMPCブラシが形成された基板に真空紫外線(VUV)を照射しポリマーブラシをエッチングし、細胞接着部位を作製した。その後、2.0×104cells/cm2の密度で細胞を播種し一晩DMEM10%FBS、1%pc/sm中、37°C、5%CO2で培養し、リンス後、位相差顕微鏡で様子を観察した。ギャップが異なるパターンで異なる細胞接着およびD-Fプロットの挙動が観察された。詳細に観察すると、たんぱく質の吸着挙動はほぼ同じプロットとなっているが、その後の細胞接着挙動に大きな違いが認められる。顕微鏡により細胞形態は、ほぼ同じである。