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サポートラインの基礎と原理をやさしく解説

サポートラインの基礎と原理をやさしく解説
ポアソンモデルを適用するには、少なくとも1つのネガティブ反応(ターゲット分子を含まないウェル)が必要です。ポアソンモデルは、コピー数が1つのウェルにゼロ、1、2あるいは3コピー入る場合の確率を表します。ポワソンモデルより複数のターゲット分子を含む反応を補正し、サンプル中に含まれる正しいターゲット分子の数を算出します。サンプルの分配とポアソン統計データ解析の組み合わせによって、従来のエンドポイントPCRやリアルタイムPCR法よりも高い定量精度を実現します

ポアソンモデルを使用するときに、最も重要なのはネガティブ反応数です(上図の96ウェルプレートの結果参照)。ネガティブ反応数に基づいて、オリジナルのサンプル中のDNA分子の数を定量し、PCR解析後のポジティブ反応とネガティブ反応の比率を定めます

SSL/TLS サーバー証明書の基礎知識

例えば A さんがインターネット上の店舗 B で買い物をするとします。A さんは買い物の情報(データ)を入力しますが、この時、入力画面には店舗 B からの電子証明書が送られてきています。この店舗 B の電子証明書には送信するデータを暗号化するための鍵が含まれており、A さんから送信されるデータはその鍵により暗号化され店舗 B に安全に送信されます。
このデータは店舗 B に到達した時点で解読する必要がありますが、この時、店舗 B だけが持つ固有の鍵により解読(復号化)がなされます。つまり、電子商取引では鍵が2種類類存在していることになります。この2つの鍵を「鍵ペア」と呼んでいます。

A さんに店舗 B から送られた鍵は、A さんが店舗 B にデータを送信する際、暗号化するために必要な鍵です。店舗 B は多くのお客様に安全に買い物のデータを送信してもらうため、この鍵をなるべく広く配布する必要があります。この電子証明書を広く配布するための仕組みをリポジトリといい、この鍵を「公開鍵(Public Key)」といいます。

また、A さんに渡した店舗 B の公開鍵により暗号化された買い物のデータは、店舗 B だけが復号できることで安全な取引が実現します。このため店舗 B だけが持つ固有の鍵を第三者に知られることなく安全に保持しておく必要があります。この鍵のことを「秘密鍵(Private Key)」といいます。

この仕組みにより、例え A さんの送信した買い物データを第三者に見られることがあっても、店舗 B の秘密鍵がない限り、その内容を見られてしまうことがなくなるのです。
このように、1人のユーザー(ここでは店舗 B)が1組の鍵ペア、すなわち「公開鍵」と「秘密鍵」を持つ電子認証の仕組みを、PKI (公開鍵暗号方式)といいます。

SSL/TLS サーバー証明書とは

サイバートラスト社に代表される信頼された認証局が、情報通信先のサーバーのサイト運営組織が実在していることを証明し、Web ブラウザと Web サーバー間(サーバー同士でも可能)で SSL(Secure Socket Layer)/ TLS (Transport Layer Security) 暗号化通信を行うための電子証明書です。SSL/TLS 証明書には以下の2つの機能があります。

サイトの実在証明 サイトの運営組織が実在し、ドメイン名の使用権があることを、サイバートラストが信頼される第三者機関として証明します。
暗号化通信 Web ブラウザと Web サーバー間で暗号化通信を行い、個人情報、クレジットカード番号などが第三者に盗み見られないようにします。

企業の実在証明 サポートラインの基礎と原理をやさしく解説 「実在証明」はなぜ必要なのか?

前述の通り、SSL/TLS サーバー証明書には、実在証明と暗号化通信という、2 つの機能があります。
「SSL/TLS 暗号化通信」によりインターネット経路上での情報漏えいは防げますが、サイト運営を行う企業が悪意を持っている場合は情報漏えいを防止するとができません。このため、信頼される認証局が、サイト運営企業に対して審査を行い、その実在性を証明したうえで SSL/TLS サーバー証明書を発行します。
このように顧客に安心してサイトをご利用いただくためには、「実在証明」を行った SSL/TLS サーバー証明書を使用する必要があります。

サイバートラストの サポートラインの基礎と原理をやさしく解説 SSL/TLS サーバー証明書は、以下の方法で審査を行い、ドメインを所有している企業の実在性証明しています。

  • 登記簿謄本など公的機関が発行する書類
  • 社会的に信頼された第三者機関が管理するデータベースの登録情報
  • 企業の代表電話番号から申請責任者(SSL/TLS サーバー証明書申請の責任者)を辿り本人の在籍と申請意思などを確認する

証明書ベンダーの中には、サイト運営企業の実在確認審査を行わない SSL/TLS 暗号化通信のみのサービスを販売しているところがあります。これを不特定多数の顧客向けのサイトに使用すると、サイトの持ち主の実在性が証明されていないため、サイト利用者がフィッシング被害の不安をいだき、顧客から支持されず、企業姿勢を問われ会社のイメージダウンとなる恐れがありますので注意が必要です。

サプライチェーンの基礎知識 | サプライチェーン・マネジメント(SCM)の仕組みを解説

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「Digima〜出島〜」編集部・コンテンツディレクター。 雑誌編集・書籍編集・WEB編集を経て現職。 これまでに、アメリカ・イギリス・インド・中国・香港・台湾・ベトナム・ミャンマー・カンボジア・マレーシア・シンガポール・インドネシア・フィリピン・エジプトなどの国・地域へ渡航。趣味は、音楽・スノーボード・サーフィン・ドローンほか。

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サイエスト株式会社

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全ての企業と個人のグローバル化を支援するのが、サイエストの使命です。
サイエストは、日本の優れた人材、企業、サービス、文化を世界に幅広く紹介し、より志が開かれた社会を世界中に作り出していくための企業として、2013年5月に設立されました。
近年、日本企業の国内事業環境が厳しい局面を迎える中、アジアを筆頭にした新興国が世界経済で存在感を増しています。
それに伴い、世界中の企業がアジアなどの新興マーケットの開拓を重要な経営戦略のひとつと位置付け、一層注力の度合いを高めています。
サイエストは、創業メンバーが様々な海外展開事業に携わる中で、特に日本企業の製品、サービス、コンテンツには非常に多くの可能性を秘めていると、確信するに至りました。
ただ、海外市場開拓の可能性はあるものの、その実現に苦労している企業も少なくありません。
我々はその課題を

(1)海外事業の担当人材の不足
(2)海外事業の運営ノウハウの不足
(3)海外企業とのネットワーク不足

と捉え、それぞれに本質的なソリューションを提供してまいります。
また、組織を構成する個人のグローバル化も支援し、より優れた人材、企業、そしてサービスや文化を世界中に発信してまいります。
そうして、活発で明るい社会づくりに貢献することで、日本はもちろん、世界から広く必要とされる企業を目指します。

レーダーの基礎知識

レーダー(Radio Detecting and Ranging)は自ら電波を発射し、その反射波をとらえることにより、海上の他船やブイ、鳥などの物標をとらえることができます。波長の短いマイクロ波を使用するため、キャッチした物標までの距離と方位を正確に測定することができます。
現用レーダーには船舶用の他、気象レーダー、航空機管制用のレーダーなどがあります。
この他、自動車のスピード取締り用や野球でのスピードガンもレーダーの一種です。

原理は山びこと同じ

船舶用レーダーの映像例

対象までの距離は?

D = 1/2 × cT

パルス波について

指向性を持つアンテナユニット

レーダーの見通し距離について

D ≒ 2.2(√H1 + √H2)

レーダーの構成

レーダーの構成要素

  • 空中線部(アンテナ・モーター部):電波を輻射するアンテナと、アンテナを回転させるモーター部で構成
  • 送受信部:電波を生成、または受信し信号処理を行う
  • 制御部:レーダーの各ブロックや外部機器の信号を制御
  • 表示部:レーダー映像や接続された各種センサーの情報を表示
  • 操作部:レーダーの各種操作を行う

レーダーの基本動作

  1. まず、信号処理部からのトリガー信号を元に、送受信部の変調部で作られたパルス電圧でマグネトロンを制御し、強力なマイクロ波を発生させます。マイクロ波は導波管という特殊なパイプを伝ってアンテナまで送られ、アンテナの輻射面から一定方向へ発射されます。
  2. 発射されたマイクロ波は海面上をまっすぐに進行します。途中、マイクロ波は物標にあたり、その一部分が反射波として元のアンテナまで返ってきます。
  3. アンテナで受信されたマイクロ波は、周波数変換、信号の増幅、ビデオ検波などの各回路を通過し、ビデオ増幅された後、アンテナ部内で信号処理を行い、デジタル信号として制御部に送り込まれます。
  4. 制御部に送り込まれたレーダーの信号は、接続された他の航海計器の情報とともに、ディスプレイに表示するための映像に変換され、ユーザーにとって見やすい形でディスプレイ上に表示されます。

”目”としての役割、レーダーのアンテナ

マイクロ波について

IEEEのマイクロ波の周波数による分類

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帯域(GHz) 名称 用途
0.2~0.25 Gバンド 軍用航空無線
0.25~0.5 Pバンド 移動体通信
0.5~1.5 Lバンド テレビ放送・携帯電話・インマルサット衛星電話
2~4 Sバンド 固定無線・移動体向けデジタル衛星放送・ISMバンド(電子レンジ・無線LAN・アチュア無線など)
4~8 Cバンド 通信衛星・固定無線・無線アクセス
8~12 Xバンド 軍事通信・気象衛星・地球観測衛星
12~18 Kuバンド 衛星テレビ放送・通信衛星
18~26 Kバンド 通信衛星
26~40 Kaバンド 通信衛星
40~75 Vバンド レーダー・通信衛星
75~111 Wバンド 電波天文学

様々なレーダーのアンテナ

Xバンドの波長は短いのですが、波長が短いほど電波の直進性が強く、指向性のある電波を発射できるとともに、物標からの反射波をとらえやすくなります。
また波長が短いほど利得の大きい、効率のよいアンテナを作ることができるのです。もちろんアンテナそのものや導波管の太さなど、全てのユニットが小さくてすむので経済的であり、小型化、軽量化が容易です。 このように、Xバンドレーダーは多くの活用メリットを持っています。

レーダー用語解説

方位分解能

水平ビーム幅と垂直ビーム幅

距離分解能

自船から同一方向にある距離の異なる物標を、画面で2つの物標として識別することができる2物標間の最小距離のことです。
距離分解能は送信パルス幅によって大きく左右されます。すなわち、送信パルス幅が短いときはパワーそのものは小さいが距離分解能が良く、逆にパルス幅が長くなると探知パワーは大きくなるが分解能が悪くなってしまいます。 サポートラインの基礎と原理をやさしく解説
パルス幅はこのように距離分解能と探知能力に影響するので、探知レンジに応じて自動的に切り換わるようになっています。小型レーダーでは3種類くらい、大型レーダーでは4-6種類くらいあります。

パルス繰り返し周波数

VRM (可変距離環)

VRM (Variable Range Marker)のことで、物標までの正確な距離を測定するために使用します。

EBL (電子カーソル)サポートラインの基礎と原理をやさしく解説

EBL (Electronic Bearing Line) のことで、物標の方位を測定するために使用します。

TT(Target Tracking)

TT (Target Tracking) は自動衝突予防を援助する、ターゲットを自動追尾する機能のことです。他船の動きを詳細に分析でき、レーダー信号で一定時間、船の動きを捕捉することにより、他船がどちらの方向へ、どれくらいの速さで航行しているのかを計算します。レーダー画面上ではこれらのターゲット情報を数値とベクトルで表示します。ベクトル表示ではターゲットの動いている方向に一本線が伸び、その長さはターゲット自身のスピードを表します。

例えば平面波の場合、横一列に並んだ媒質の各点( P1 、P2 、・・・・)は同期して同一周波数で規則的に上下振動を繰り返しています。この内の1点に着目すると、この点の振動は同心円状(三次元の場合には同心球状)に周囲に波紋として広がって行くと考えられます。これを「素元波」と言います。この素元波が各点・について同時に発生すると考えられますので、結局、各素元波の共通接線す三次元の場合は共通接面すなわち包絡面)が実際の新しい波(波面)として観察されるという訳です。この波面上の各点がまた同様に新たな振動源となって、また新たな素元波を作り出し、新たな波面が生まれるということを繰り返して、波面に垂直な方向に平面波が伝播進行していくということになります。

ホイヘンス( Huygens サポートラインの基礎と原理をやさしく解説 )の原理による屈折の説明

今、光が空気中からガラスの表面に斜めに入射する場合を考えます。この平面波を A 、B 、C 、D の 4 つの光線成分に分けて考えましょう。光は空気中では平面波として直進しています。つまり、それぞれの「素元波」 a 、b 、c 、d は同時並行的に広がって行き、それらの包絡面で構成される波面は光の進行方向に垂直な平面となります。図においては、波面を茶色(実線が「山」、破線が「谷」)で示しており、位相が揃った形で進行、入射して行く様子を模式的に描いています。

光は界面に対して斜めに入射していますので、まず光線成分 A が最初に界面 A1 に到達します。この時点で他の光線成分は、B1 、 C1 、D1 の位置まで進んでいます。界面に到達した光線成分 A はガラス(屈折率 > 1 )の内部に進行しますが、内部では進行速度が遅くなってしまいます。従って、光線成分 D が D1 から D2(界面)に到達した時点で、光線成分 A の「素元波」は a1 で示した位置まで伝播しています。同様に、光線成分 B 、C についてもそれぞれの「素元波」は b1 、c1 のような位置まで伝播しています。これらの素元波の包絡面として A2 B2 C2 D2 で示される平面が全体としての波面を構成することになり、光の進行方向はこの平面に垂直な方向となる、すなわち界面で屈折するということになる訳です。

屈折率が 1 より大きい媒質(水やガラスなど)の中では、光の進行速度は波長に依存し、波長が短い程進行速度が遅くなります ≪ ※3 ≫ 。

従って、上記の説明において、波長が短い程、素元波 a1 、b1 、c1 の伝播速度が遅くなりますので、より大きく屈折することになります。

≪ ※1 ≫ 分散

光学分野では、本文のように、光の波長(あるいは振動数)に依存して屈折角が変化することを「分散 dispersion 」と定義していますが、確率統計学分野では、確率事象のバラツキの程度を示す量である標準偏差の二乗を「分散 variance 」と言っています。(英語では、別の用語になっています。)

≪ ※2 ≫ ホイヘンス Christiaan Huygens( 1629 - 1695 )
≪ サポートラインの基礎と原理をやさしく解説 ※3 ≫ 光子の進行速度( c )と波長( λ )の関係

光の発生メカニズムから説明されますように、光子のエネルギー E は、光子の振動数 ν のみによって決まります。(本連載第2回の註釈 ≪ ※2 ≫ 、 ≪ ※3 ≫ を参照下さい。)

E = h サポートラインの基礎と原理をやさしく解説 ・ ν ( h :プランク定数 h = 6.6 × 10 -34 [ J・s(ジュール・秒)])

光子が、その進行過程において、媒質(の構成分子・原子)との間でエネルギーのやり取りをするような特殊な場合を除き、一般的には媒質の種類・特性に関係なく、その光子の持つエネルギーは変化しません( E は一定)ので、異なる媒質の境界を横切ってもその前後で振動数 ν は変化しません。

光の進行速度 c は、真空中で最大値 c = c 0 ≒ 2.98 × 10 8 [ m サポートラインの基礎と原理をやさしく解説 / 秒 ](一定)となりますが、一般媒質中では

c = ν ・ λ = ( E / h )・ λ < c 0

デモ隊の例で言えば、舗装道路でも砂浜での歩調(振動数 ν )は一定で変わらないのですが、砂浜に進入したとたんに歩幅(波長 λ )が短くなり進行速度が遅くなることに対応します。

次世代の定量技術!デジタルPCRの原理とは?

デジタルPCRでは、多数のウェルにDNAやcDNAサンプルを分配して、個々のウェルで同時並行にエンドポイントPCRを行います。1つあるいは複数のターゲット分子を含むウェルもあれば、ターゲット分子を全く含まないウェルが存在します。PCR終了後にウェル毎にPCR増幅の有無を解析し、増幅があったウェルはターゲット分子が入っていたポジティブ反応として、増幅がなかったウェルはターゲットを含まないネガティブ反応として数をカウントします

PCR後に各ウェルのシグナルの有無を検出し、ネガティブ反応の割合を基に、サンプル中のターゲット分子の絶対定量を行います。スタンダードやコントロールサンプルとの比較は必要ありません

dPCR1-fig1

dPCR1-fig2

ポアソンモデルを適用するには、少なくとも1つのネガティブ反応(ターゲット分子を含まないウェル)が必要です。ポアソンモデルは、コピー数が1つのウェルにゼロ、1、2あるいは3コピー入る場合の確率を表します。ポワソンモデルより複数のターゲット分子を含む反応を補正し、サンプル中に含まれる正しいターゲット分子の数を算出します。サンプルの分配とポアソン統計データ解析の組み合わせによって、従来のエンドポイントPCRやリアルタイムPCR法よりも高い定量精度を実現します

ポアソンモデルを使用するときに、最も重要なのはネガティブ反応数です(上図の96ウェルプレートの結果参照)。ネガティブ反応数に基づいて、オリジナルのサンプル中のDNA分子の数を定量し、PCR解析後のポジティブ反応とネガティブ反応の比率を定めます

デジタルPCRは、レアな変異の検出、コピー数多型(CNV)解析、レアな遺伝子発現解析など、初期の核酸量が少ない場合の検出や、より高い精度でサンプル間のターゲット量の比較が必要とされるアプリケーションに適しています

dPCR1-fig3

図3 デジタルPCRは1ウェルあたり1.6コピーのときに最大限の精度が得られます。本グラフは、20,000(緑)、12.000(青)および3,000(赤)ウェルを用いてデジタルPCRを行った場合の到達する精度を示します。X軸はネガティブ反応の割合を示し(グラフ中の縦線は20.32%を示す)、Y軸は精度 (信頼区間95%)を示します。最高の精度は、ネガティブ反応が20%、ポジティブ反応が80%で生じます。青および緑のラインを見ると、20,000ウェル、および12,000ウェルにおいて、ネガティブ反応は5から90%の間で精度は一定しています。これがデジタルPCRで解析する理想的なサンプル濃度の範囲です。(例えば、15μLの反応液を20,000ウェルに分配して、1ウェルあたり1コピーになる濃度)。一方両極においては、精度は急激に落ちます。

高い精度と再現性を実現するデジタルPCR

アプリケーションの話に入る前に、ここでデジタルPCRの精度と再現性を示すデータをご紹介します。

左のグラフは、絶対定量において、他の手法と比較したデジタルPCRの精度を示しています。右のグラフは、4人の別々のユーザーが1人10個、計40個のチップに同じサンプルをローディングした測定結果を示しています。グラフからわかるように、4人別々のユーザーであっても基本的に同じ結果を得ることができました(サポートラインの基礎と原理をやさしく解説 図4)

dPCR1-fig4

幅広いアプリケーションに対応するデジタルPCR

デジタルPCRは、レアな変異の検出、遺伝子発現の絶対定量、ウィルスの力価測定、次世代シーケンサのライブラリ定量、核酸スタンダードの作製、混合物の濃縮と分離に適しています

具体的な絶対定量アプリケーション

    – コピー数のわずかな違いを高精度で検出・定量 – リファレンスサンプルがなくてもNGSライブラリの絶対定量やシーケンス後の結果を検証 – リファレンスサンプルがなくても±10%の遺伝子発現変化を検出し転写産物を絶対定量 – バクテリアやウィルス量の絶対定量、病原菌の絶対数カウント – 遺伝子定量、計測システム、研究室間の比較などのためのスタンダードサンプルの作製のための絶対定量

具体的な対立遺伝子検出アプリケーション

    – がん研究や臨床サンプルなどの少量のサンプルを用いたレアな変異の検出・定量 – 植物の変異や遺伝子組み換え生物の高感度な検出・絶対定量 – 汚染食品や汚染水をとおして病気を引き起こす、低濃度の病原菌を検出

デジタルPCRのメリットを簡単にまとめてみましょう。まず、デジタルPCRは絶対定量を行う仕組みを提供します。これにより、標準曲線を必要とせず、サンプル中の分子の数を判断できます。これは、リファレンスサンプルを用意できないサンプルの遺伝子発現解析において特に有用です。

2つ目として、デジタルPCRは、正常サンプル中にわずかに含まれる変異遺伝子の希少な分子を同定できます。例えば、FFPE切片の腫瘍サンプルにおけるプロトオンコジーンの変異対立遺伝子、骨髄移植サンプルにおけるキメラ、循環血中遊離DNA(cfDNA)における発がん性変異の検出などが挙げられます。

最後に、環境下に存在するSDSやヘパリンといったPCR阻害物質はPCR効率に影響を与えることがありますが、デジタルPCRはエンドポイントPCR反応のため、リアルタイムPCRよりも阻害物質に対して耐性があります。これは、環境サンプルや貴重ながんサンプルを扱う研究室にとっては、特に重要なポイントです。

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