TI、低消費電力と低価格を実現した「OMAP-L1x DSP+ARM」プロセッサを発表

　

　低価格/低消費電力の「OMAP-L132 DSP+ARM」

　Texas Instruments(TI)は、、同社のOMAPプロセッサ「OMAP-L1x DSP+ARM」シリーズ中、最も低価格で低消費電力を実現した「OMAP-L132 DSP+ARM」発表した。工業用温度範囲およびセキュア・ブート・オプション付きですでにサンプル供給を開始しており、量産製品の単価は1万個受注時で8.55ドル(参考価格)からとなっている。

　同製品は、最高200MHz動作の固定小数点および浮動小数点処理用低消費電力DSP「C674x」PおよびARM9コアを統合したもので、Ethernet MAC(EMAC)、MMC/SDポートおよびハイスピードUSB 2.0などのペリフェラル群も統合しつつ、 動作時の消費電力370mW(代表値)、スリープモード時の消費電力(11mW)を実現している。

　なお、同社では、統合されたDSPコアは、信号フィルタ、変調/復調およびモデム機能をはじめとしたワイヤレス・プロトコル対応の各機能をサポートした、PSR(公衆安全無線)に最適だと説明している。

北大、真空でも蒸発せず生体との相性もいい「コリン様イオン液体」を開発

　

　北海道大学(北大)は10月27日、生体関連物質「コリン」の分子形状を模倣したイオン液体を合成し、水に高濃度まで溶け合い、さらに水中でほぼすべてのイオン液体分子は「アニオン」(陽イオン)と「カチオン」(陰イオン)に電離していることを発見したと報告した。発見は北海道大学大学院工学研究院米澤徹教授らの手によるもので、成果は米化学会の学術誌「Langmuir」に掲載された。

　イオン液体は常温で液体である有機物の塩のことをいい、広い意味では融点が100℃以下の塩を指す。常温溶融塩とも呼ばれている物質だ。一般に有機物の塩で、陽イオンも陰イオンも比較的大きな分子構造を採っているのが特徴だ。

　研究グループでは水溶性イオン液体に興味を持ち、新しい生体関連物質であり、比較的小さなイオン性有機分子であるコリンの分子構造をチューニングし、アニオン種の変更により、画像1に示すイオン液体を合成することに成功した。

　画像1。コリンの分子構造と今回の研究で合成したイオン液体の分子構造。左がコリンで、右が今回のイオン液体

　そして得られたイオン液体が生体に対して非常に親和性が高いと考え、さらにイオン液体が溶融塩であって真空中でも液体のまま蒸発せず、かつ導電性を有するといった特長を活かし、今回、走査型電子顕微鏡用可視化剤への応用検討を実施したというわけである。

　柔軟な構造、小さな分子サイズ、高親水性をキーワードに、さまざまなカチオン、アニオン種を組み合わせた四級アンモニウム塩を種々合成した結果、生体関連物質の1つでビタミン様作用物質であるコリンに似た分子構造を持ち、水に対し自由に溶解する高親水性のイオン液体がいくつか得られた。

　これらのイオン液体の物性を確認したところ、浸透圧が高く、電離度が約1(=強電解質)であり、界面活性剤と同様な構造を持つ有機塩でありながら、高濃度かでもほぼすべて電離していることが確認されたのである。

　同イオン液体の電子顕微鏡可視化剤への応用として、含水性の模擬サンプルにワカメを用いて試してみた。特別な機器、有毒な物質を用いることなく、同イオン液体への1～2時間の浸透後、減圧脱水する非常にシンプルな調理方法を用いたが、ワカメは硬化せず、湿潤性が高く、柔軟性がある観察サンプルとして調製できたのである。

　また、一般的な親水性のイミダゾリウム系のイオン液体と比較して、重量、サイズの計測および走査型電子顕微鏡の観察から、サンプル中の水分とイオン液体が良好に置換し、形状維持に優れていることを確認した(画像2)。

　画像2。コリン様イオン液体で処理したサンプルのワカメの外観と、走査型電子顕微鏡による画像

　研究グループでは、今回の液体は特別な技能も必要なければ、非常にシンプルな前処理で観察サンプルの作成を作れるため、ハイスペックからロースペックまでのあらゆる走査型電子顕微鏡ユーザーが恩恵を得られるとする。

　さらに、含水サンプルに対しても損傷が少なく、形状維持に優れた観察サンプルの作成が可能となり、バイオ分野を初めとする技術開発～教育分野まで、あらゆる産業の発展に寄与できるとした。

NIG、ジャポニカス分裂酵母で従来にない核分裂の様式を確認

　

　国立遺伝学研究所(NIG)の研究チームは、分裂酵母「Schizosaccharomyces japonicus(Sz. japonicus)」の核分裂が近縁種の「Sz. pombe」とは異なる様式であることを明らかにした。

　同成果はNIGの仁木研究室、細胞建築学研究室、原核生物遺伝研究室によるもので、日本分子生物学会誌「Genes to Cells」に掲載された。

　原生動物類や菌類では、核分裂の際に核膜は消失せず、核膜に包まれたまま染色体が分離、分配する。このような分裂様式は「閉鎖型分裂(Closed mitosis)」というが、多くの動植物では核膜が完全に消え去った後で、染色体が分配され、これは「開放型分裂(Open mitosis)」と呼ばれる。

　研究チームは今回、Sz. japonicusは、核膜が消失しない点ではSz.pombeらと同じだが、染色体の分配の際に核が伸長し、最終的に染色体移動を司る紡錘体の伸長によって核膜が破れ、2つに分断されていることを明らかにした。

　核膜が破れた際には、一過的ではあるが核質からたんぱく質などが細胞質に漏れ出ており、このように核膜が分断を受けるような核分裂の様式は、これまで知られていなかった。また、高等真核生物である、線虫の初期胚においても、核膜を形成していた膜構造体は分裂期後期まで染色体を取り巻いており、染色体の分配と共に伸長、分断することも確認したという。

　研究チームは、これらの発見は閉鎖型から開放型分裂へ移行してきた過程を考える上でも興味深い現象であり、この研究成果は今後、核膜の動態を研究する上での新しいモデル系として期待できると説明している。

　Aは核膜マーカーであるGFP融合型核膜孔たんぱく質Cut11の局在経時観察結果。伸長した核膜が1分後に中央付近で分断していることがわかる(矢印)。Bはジャポニカス分裂酵母の分裂期での核膜動態の模式図(N:核、NE:核膜、スケールバー:5μm)

ユビキタス、高速起動ソリューション「QB」の事業者向けセミナーを開催

　

　ユビキタスは10月28日、同社が10月19日に発表したLinux/Android高速起動ソリューション「QuickBoot」の最新版「Ubiquitous QuickBoot R1.2」に関する組み込み事業者向けセミナーを開催し、同バージョンの主機能や実装手法などの紹介を行った。

　QuickBoot(QB)の概要と、それが必要となる背景はすでに何度もお伝えしてきているので、詳細はそちらを参照していただくとして、簡単に概略を説明すると以下のようになる。従来の組込機器の高速起動手法としては、チューニングやスタンバイ/ハイバネーションなどで対応を図っていたが、LinuxやAndroid、WindowsなどのリッチOSが用いられるようになり、メモリサイズも大きくなってくると、こうした処理そのものにも時間がかかるようになり、現実的な解にならなくなってきていた。そこで、QBでは、ハイバネーション技術を独自技術により発展させることで、イメージのすべてをコピーした後に動作させるのではなく、必要とされるデータのみを優先的にRAMにコピーすることで、高速起動を実現したほか、アプリの複雑化、メモリサイズの増大などが生じても、起動時間を一定に維持することが可能としたということだ。

　従来方式とQuickBootの比較(左)とQuickBootの構成ブロック図(右)

　QBを用いて組込機器を開発する場合、開発者にはSDK(ソフトウェア開発キット)が提供される。ソフトウェア要件としてサポートするOSは、Linux(Kernel 2.6.26以上)もしくはAndroid 2.2/2.3としており、それ以外については個別対応としているが、ブートローダに関してはU-boot、Redboot、Hermitなど、種類は問わず対応可能である。

　一方のハードウェア要件はCPUがARMシングルコア(ARM9/11、Cortex-A8/9)で、将来的にはマルチコアへの対応も予定している。また、RAMがSDRAMもしくはSRAMで数百KB(物理メモリが連続であること)必要とするほか、スナップショットイメージを保存するストレージとして用いる不揮発性メモリはNOR/NAND問わずに、SDカードやHDDなど、その種類は問わず、Linuxで試用しているメモリサイズ分あれば使用可能だ。

　SDKのハードウェアおよびソフトウェアの要件

　今回のR1.2に対応したSDKは、想定ユーザのスキルレベルがLinuxのボードポーティング(BSP開発)が行える(同社ではブートローダ、デバイス周りにも明るいとなお良いとしている)こととしている。構成は、QBの動作・仕組み・実装のポイントの習得を目的としたQB BaseパッケージがFreescale Semiconductor i.MX51 EVK(Kernel 2.6.35、BSP R10ベース)にQuickBootを実装したQuickBoot Board Support Packageとなっているほか、実ターゲット用のコアモジュールとしてターゲットボード向けQBコアモジュールが提供される。また、オプションとして「QuickBoot Android Pack」も用意されている。

　QuickBoot SDK R1.2の構成

　ではR1.2そのものの主機能は、というと、起動モードは「スタティック」「ダイナミック」「Android(オプション)」の3種類を用意。1つのストレージをLinux(rootfs格納用)とQB(スナップショットイメージ格納用)でパーティションを区切ることで共有可能な機能はこれまで個別対応であったものを標準対応とした。また、スナップショットイメージの圧縮と、差分アップデート機能が追加された形となっている。

　3種類の起動モードの概要

　スナップショットイメージの圧縮イメージの圧縮アルゴリズムは、Non-GPLのものであれば、ユーザが自由に選択することが可能となっている(ハードウェア圧縮も対応可能だという)。R1.1の時は高速性を意識して、プレーンイメージで、RAMとフラッシュROMにイメージを用意してそれをコピーする形にしていた。R1.2ではPacked Imageに変更し、使っていないイメージを管理部で処理することで容量を圧縮することに成功している。圧縮そのものはリファレンスとしてはLZFもしくはLZMAを提供しており、例えばi.MX51 EVKを用いた場合では、LZFでは圧縮した方が従来に比べて50%程度の高速起動が可能になったという。ただし、CPUパワーが足りない場合は逆に時間がかかる場合があるという。また、LZMAでは40%程度に圧縮できたものの、起動時間は5.0秒と従来よりも長くなっており、どういったデータをどの程度の圧縮率を用いてどれくらいのCPUパワーで処理させるかのバランスが重要だという。

　圧縮方式をR1.2で採用した。これにより、スナップショットイメージサイズを減らすことができるようになったが、条件によっては起動時間が遅くなる場合がある

　一方の差分アップデート機能は、スナップショットイメージの差分のみでのアップデートが可能で、アップデート用イメージサイズを最小化することができるというもの。圧縮のフォーマットなどの次第では全コピーの方が早い場合もあるという。同社でどういったときに効果があるか調べたところ、例えば110MBの80MBが差分だというとき、圧縮した差分イメージを作製すると5-6MB程度に抑えることに成功したという。

　差分アップデート機能の概要。イメージの差分のみアップデートすることが可能となった

　このほか、R1.2ではQuickBoot Storage BIOSモジュールが追加された。従来からも同機能は存在したが、今回はこれをGPLから分離独立させる形で提供しており、これにより、プロプライエタリなコードを使うことや、GPLがついたストレージドライバを活用することも可能となった。

　uickBoot Storage BIOSモジュールをGPLから分離して提供したことで、より柔軟にQuickBootを活用することが可能となった

　では、実際にどうやって実装するのか。QBの動作詳細フローを見ると、上段がスナップショットに保存するプロセス。下段がQBで処理するというプロセスで行われる。実際に開発者が作業として大変になるのは、各ドライバのハイバネーション対応と不揮発メモリのリード/ライトの部分。今回のR1.2だと、ブートローダを用いてもらえるようになったので従来に比べて楽にはなったはずだが、QBをきっちり活用しようと思うと、下位レイヤから積み重ねて動くことを確認していかないといけないとのことで、そこをしっかり動作確認してもらった後に、スナップショットイメージが保存できるようドライバ部分を作ってもらうことが重要だという。

　 QuickBootの動作詳細フロー(左)とそれに伴う開発者側の作業(右)

　ちなみに、同社のエンジニアがよく聞かれるのが、実装にかかる時間だというが、これはどういったデバイスをサポートしているかによるわけだが、慣れていない人でもだいたい1人月くらいで行けるという。スキルレベルによるので、慣れてくれば2週間くらいでできるが、デバイスをどこまでサポートするか、ハイバネーション対応がどのレベルまで必要になってくるかなどで微妙に実装期間が変わってくるという。

　スナップショットスクリプトの例

　デバイス初期化処理/タイミングはドライバレベルとアプリケーションレベルの2パターンある(ドライバレベルの中でさらにSuspend/Resume対応が必要な場合などもある)

　その他、QuickBoot実装に必要な各種の情報

　なお、同社でもカスタマから要望があればNRE(受託開発)を受けているが、人的リソースの面で対応ができないことがあるために、認定エンジニアリングパートナーシステムとして、コアや日本システムウェアなどのパートナー企業が受託開発を請け負っているという。また、SDKを貸りて、実際に試してみたいと思っているSIerなど、興味がある企業があれば、相談などに乗っていきたいと思っているので、是非、連絡をもらえればということを強調していた。

シャープなど、たんぱく質分析装置を開発

　

　開発された全自動2次元電気泳動装置

　シャープ 研究開発本部 健康システム研究所と熊本大学大学院生命科学研究部の開発チームは、たんぱく質分子の混合物を全自動で分離できる装置を開発したことを発表した。

　それぞれのたんぱく質分子が持つ物理的性質の違いを利用して分離する「たんぱく質2次元電気泳動法」の自動化に成功したもので、これにより従来の手作業で2日間かかっていた作業時間が、その10分の1である約100分に短縮することができるようになるほか、分析精度(分解能)も従来法の5倍、かつ再現性のよい結果を実現することができるようになるという。同装置および検査用の専用チップは、医療研究分野向けにシャープマニファクチャリングシステムが2011年9月から販売する。

　ヒトの体内には、遺伝子をもとに作られた数万種類ものたんぱく質があるが、体調変化や疾病などは、これらのごくわずかな変化が引き金となって発生する。近年、たんぱく質の微細な変化を捉えて病気予防につなげる研究やその成果をデータベース化する「プロテオミクス」と呼ばれる研究が進められているが、この分野で従来から行われてきた2次元電気泳動法は操作が難しく、熟練した研究者が数日かけて作業しなければ、再現性のよい結果が得られなかった。

　今回シャープらの研究チームは、2次元電気泳動法を完全自動化し、一度に数千種類のたんぱく質を100分もの短時間で精度よく分離する装置の開発に成功した。2次元電気泳動法は、各たんぱく質分子の持っている2つの物理的性質(等電点、分子量)の違いを利用して、たんぱく質の混合物を2次元的に分離する方法で、実際には、たんぱく質の混合物を特殊なゲルの中を通過させることで、分子量や等電点の違いで分離する。

　1次元目の分離は、たんぱく質の持つ電気化学的性質の1つである等電点の違いを利用して行われ、細長い分離用ゲル上に、何種類ものたんぱく質が含まれる試料を置いて高電圧をかけると、それぞれの等電点の値に応じてたんぱく質が分離する。2次元目の分離は、たんぱく質の分子量の違いを利用して行うもので、1次元目の分離が完了した分離用ゲルを、長方形の2次元目ゲルの一辺に接続し、電圧をかけると、分子量に応じてたんぱく質を分離することができ、最終的には、矩形のゲルシート内に、分離された各たんぱく質を、それぞれ異なる点として確認することができるようになる。

　従来法では、2次元電気泳動の一連の操作は全て手作業で行われていましたが、研究チームでは自動化における課題となっていた、変形し易く取り扱いが困難な分離ゲルの搬送機構と精密位置制御機構を開発し、自動化を実現することで高速化を図った。また1次元目電気泳動に高電圧を加えるための精密制御システムを開発し等電点の分離性能を改善。これらの技術開発により、分析試料等のセッティングをした後は、ボタン1つで2次元電気泳動の結果を得ることができるようになったほか、分離時間も100分へと短縮することに成功した。

　 2次元電気泳動法と全自動化

　また、疾病などに関る重要な化学変化であるたんぱく質のリン酸化の有無を、リン酸分子ごとに分離可能な高分解能を実現。これらの性能向上に加えて、全作業を自動化したことで手作業による誤差がなくなり、各たんぱく質のスポット位置、スポット強度の再現性が向上しており、これらにより従来は困難であったサンプル間の定量的な比較を可能としたという。

　 全自動2次元電気泳動装置の内部機構図

　さらに熊本大学大学院生命科学研究部の荒木令江准教授は、大型質量分析器や遺伝子発現解析装置を含む一連の生体分子解析装置群から得られる何十万という病態関連たんぱく質の情報を、同装置を用いて検証できることを証明した。これにより、多数の腫瘍サンプルを中心とした病態関連組織/細胞や体液のたんぱく質解析を行うことが可能となり、病態のマーカーや治療ターゲットの候補となる新しいたんぱく質の発現変化や化学修飾の情報を得ることができることが実証された。特に難しいとされた腫瘍組織からのたんぱく質調製法も確立され、腫瘍に関連したたんぱく質には、リン酸化や様々な化学修飾がおこっており、腫瘍の悪性化に関わっていること、また、これらのたんぱく質のスポット位置や量の変化パターンの個人差を解析し、特定の抗がん剤に対する「効きやすさ」を分析できることも明らかにした。

　 開発された装置を用いたビメンチンたんぱく質の分離。1次元目電気泳動において高電圧(～9000V)印加が可能であるため、短時間で高分解能分離結果を得ることが可能。疾病などに関わるたんぱく質のリン酸化シフト、N末端の切断が分離可能

　加えて、同装置を用いて薬効メカニズムを解明することで、創薬にもつながる情報を得る事も可能であることも見出したという。

　抗がん剤の感受性・非感受性を2次元電気泳動パターンで判断可能。脳腫瘍の治療に用いられる抗がん剤が効く(感受性)患者と効かない(非感受性)の患者がいる。同装置を用いた2次元電気泳動により、感受性患者と非感受性患者のビメンチンリン酸化パターンに明確な違いがあることが明らかとなった

　なお、シャープでは同装置を用いることで、大量の臨床データを処理することが必要であった疾病プロテオミクス分野でも、広く2次元電気泳動法を用いることが可能となるほか、医学研究のみならず、製薬業界や食品検査などでたんぱく質を網羅的に分析したり、微細な化学変化を含む分析が必要とされる分野でも、今回の成果を利用することが期待できるとするほか、現在、2次元電気泳動で分離したたんぱく質を、ウェスタンブロッティングと呼ばれる技術を用いて同定するところまでを全自動化する機構の開発も進めており、これが実現されることで、プロテオミクス研究のさらなる加速につながり、当該分野の発展につながることが期待できるとしている。