hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
非線形光学素子としての低温マトリクス結晶の研究

また、1光子をパルスカウントする実験条件を作り、その変換効率を決定することができた。また、入射光の偏光を変えても結果は変わらなかった。しかしながら、実験上の問題点として、入射レーザー光のエネルギー密度を上げると、結晶が容易に損傷してしまうこと、および、検出系をも損傷してしまうことから適切な光学系を検討する必要がある。また、検出器の光電面での多光子過程を区別する必要もある。一方、希ガス低温マトリクス中に特定分子をドープし、光エネルギー変換に有力なエキシマ分子を生成するための基礎実験としてアルゴン結晶中の窒素分子、酸素分子の光励起と緩和過程の追跡実験を開始した。得られた実験結果を正しく理解するためには反応中間体である原子の濃度を直接モニターする必要性があることを認識した。その手法として赤外の吸収法、あるいは紫外レーザー多光子励起蛍光法を用いた測定実験の可能性を検討した。昨年度のXeマトリクス結晶の波長532nmに対する非線形効果に引き続き、355nmでの非線形効果を測定した。この場合、非線形効果で発生が予想される光は真空紫外領域の光となるので、2次、3次の高調波を基本波と分離するために真空紫外分光器を準備した。結晶室と分光器室の境界にフッ化リチウムのレンズを設置し、両者の光学的結合と真空の分離を実現した。実験結果は同じ光学アライメントの気相の場合を基準として固相マトリクスの場合を評価した。(1)気相Xeの355nm入射次の高調波発生。理論どうり2次高調波は発生せず、3次高調波の発生が認められた。その強度は入射光の2.6乗に比例した。(2)マトリクスXeの355nm入射次の高調波発生。予想どうり3次高調波の発生が認められたが、結晶がブレイクダウンする光パワー限界が比較的小さいので、外部に取り出せる強度は期待されたほど強くはなかった。予想外だったのは2次高調波が非常に強く発生している事であった。その原因は発生する場所が結晶表面に限られた場合であることから、結晶の持つ中心対称性が表面では崩れているため2次の非線形効果が起きていると解釈した。さらに驚くべきことは、この表面発生2次高調波は入射光に対して100ns程度の時定数を持つことである。(3)マトリクスXeの532nm入射次の高調波発生。3次光の発生が表面で特に強く認められ、その時間波形は100ns程度の時定数を有した。以上の時間遅れの現象は光のエネルギーが一時、結晶に蓄えられることを意味している。また3)の3次光は2)の2次光とエネルギーが一致していることから、Xe原子の6s->5p、あるいは6p->5p遷移がマトリクスシフトの結果、今回の高調波のエネルギーと偶然近接したため共鳴的に強い非線形効果が発現したと解釈した。
家族性大腸腺腫症(APC)遺伝子産物の発現異常解析システムの確立

【方法】APC遺伝子のmutationcluster region(MCR)の前後に相当する部位で合成ペプタイドを作成し,それぞれにラビットポリクローナル抗体を得た.APC遺伝子産物の発現を上記抗体を用い培養細胞及び生検・手術材料において検討した。免疫組織染色において,これら2種の抗体の認識部位の違いによる染色性の差を正常部位および腫瘍部位でしらべた.【結果】2%アガロースゲル電気泳動または6%ポリアクリルアミドゲル電気泳動によるウェスタンブロット法では作成した2種の抗体により約300kDaのバンドが検出された.このバンドはそれぞれ2種の抗原を添加することにより消失し,抗原に特異的であった.マイクロスプリット式ウェスタンブロット検出装置を使用することにより生検等の微量材料からも抗原の検出が可能であった.共焦点レーザ顕微鏡による解析では抗原は培養細胞の細胞膜の内側および核膜に接する細胞質に染色された.また,免疫組織染色にて正常大腸粘膜では腺管上皮の細胞質に染色性を得た.次いで,72症例,92個の腫瘍(癌腫:26例,腺腫:38例・58腫瘍,腺腫内癌:8例・8腫瘍)において,癌腫:50%,腺腫:57%,腺腫内癌:38%にAPC蛋白の発現異常を認めた.部位別の検討では,癌腫では口側大腸で50%,肛門側大腸で36%,腺腫では口側大腸で57%,肛門側大腸で43%であった.また大腸早期潰瘍型癌腫3例中1例にもAPC蛋白の発現異常を認めた.APC遺伝子のコーディング領域は15のexonからなり,全体として2843のアミノ酸をコードする巨大な遺伝子であり,遺伝子レベルでの異常の検索には多大な労力と時間が必要となるが,抗体を用いた蛋白レベルでの解析は比較的簡単で短時間でできる利点がある.今回作成した抗体と確立された検出システムは非常に有用であると考えている.【方法】APC遺伝子のmutationcluster region(MCR)の前後に相当する部位で合成ペプタイドを作成し,それぞれにラビットポリクローナル抗体を得た.APC遺伝子産物の発現を上記抗体を用い培養細胞及び生検・手術材料において検討した。免疫組織染色において,これら2種の抗体の認識部位の違いによる染色性の差を正常部位および腫瘍部位でしらべた.【結果】2%アガロースゲル電気泳動または6%ポリアクリルアミドゲル電気泳動によるウェスタンブロット法では作成した2種の抗体により約300kDaのバンドが検出された.このバンドはそれぞれ2種の抗原を添加することにより消失し,抗原に特異的であった.マイクロスプリット式ウェスタンブロット検出装置を使用することにより生検等の微量材料からも抗原の検出が可能であった.共焦点レーザ顕微鏡による解析では抗原は培養細胞の細胞膜の内側および核膜に接する細胞質に染色された.また,免疫組織染色にて正常大腸粘膜では腺管上皮の細胞質に染色性を得た.次いで,72症例,92個の腫瘍(癌腫:26例,腺腫:38例・58腫瘍,腺腫内癌:8例・8腫瘍)において,癌腫:50%,腺腫:57%,腺腫内癌:38%にAPC蛋白の発現異常を認めた.部位別の検討では,癌腫では口側大腸で50%,肛門側大腸で36%,腺腫では口側大腸で57%,肛門側大腸で43%であった.また大腸早期潰瘍型癌腫3例中1例にもAPC蛋白の発現異常を認めた.APC遺伝子のコーディング領域は15のexonからなり,全体として2843のアミノ酸をコードする巨大な遺伝子であり,遺伝子レベルでの異常の検索には多大な労力と時間が必要となるが,抗体を用いた蛋白レベルでの解析は比較的簡単で短時間でできる利点がある.今回作成した抗体と確立された検出システムは非常に有用であると考えている.
排尿時における膀胱頚部-尿道の開口機序の解明

(1)麻酔ネコの膀胱および尿道内圧を測定した。なお筋弛緩剤投与により外尿道括約筋の影響を除いた。膀胱弛緩時、遠位尿道圧(500-750mmH_2O)は近位尿道圧(250-400mmH_2O)に比べて高かった。両尿道圧は膀胱収縮に先行して低下し始め、膀胱収縮時約50-150mmH_2O低下し、収縮終了後徐々に元のレベルに戻った。膀胱収縮に伴う尿道圧の低下は下腹神経切断後もみられ、骨盤神経を経由する反射であることが明らかにされた。第二頚髄で脊髄を切断後、尿道圧は逆に膀胱圧依存性に上昇した。したがって膀胱-尿道反射は脊髄性には興奮性であること、排尿収縮に伴い上位中枢が働くときは抑制性であることが示された。(2)排尿時の膀胱、頚部および尿道の運動をビデオカメラで撮影後画像解析した。最初に膀胱底部、おそらく縦走筋、の収縮が起こり、膀胱頚部は吻側方向に牽引された。これに0.5-10秒遅れて膀胱体部に収縮が波及して膀胱内圧が上昇し始め、約250-300mmH_2Oを越えた時点で近位尿道の開大が起こった。膀胱内圧が500-600mmH_2Oを越えると遠位尿道が拡張し、外尿道口から尿が流出した。(3)以上より近位尿道の能動的弛緩に加え、膀胱底部の収縮による頚部牽引は頚部開口に重要な役割を果たしているものと考えられた。一方膀胱収縮時、遠位尿道も能動的に弛緩することが示されたが、近位尿道より高い圧を保っており、尿流出の有無を決定しているのは遠位尿道であると考えられた。この高い閉鎖圧は膀胱収縮圧を維持するのに重要な役割を持っていると考えられ、さらに検討が必要と思われた。
神経樹状突起における局所的蛋白合成によるシナプス可塑性の理解

神経細胞樹状突起及び樹状突起棘では局所的蛋白合成が行われていることが示唆されており、この局所的蛋白合成が棘突起の形態的再構築さらにはシナプス可塑性の分子的基盤と考えられる。我々は、統合失調症の薬理モデルマウス(PCPマウス)のトランスクリプトーム解析で得られた候補遺伝子(RNA結合蛋白・TLS)を用いて、初代神経培養の細胞生物学的解析を行った結果、TLSが神経樹状突起に局在するRNA輸送蛋白であることやグルタミン酸シグナル依存的に興奮性シナプスを形成する棘突起へ移送することを明らかにした。またFUS/TLSのノックアウトマウスの培養海馬神経細胞では、棘突起の形態に異常が認められることから、FUS/TLSはmGluR5刺激依存的な棘突起の形態変化に重要な役割を果たしていると考えられる。さらに、我々はFUS/TLSがどのように棘突起のアクチン再構成やシナプスの形態変化に関わっているのかを明らかにするため、FUS/TLSとアクチンおよびアクチン細胞骨格依存性モーター蛋白の局所相互作用や、実際にFUS/TLS蛋白によって極性輸送されているmRNAの解析を行ったところ、アクチン安定化蛋白Nd1-L等の標的mRNAが同定された。シグナル依存性のTLSの神経細胞樹状突起棘への移行は、アクチン安定化蛋白Nd1-L mRNAの輸送を伴い、局所的蛋白合成を介してシナプス可塑性の基盤となることが予想される。
非線形力学系の応用数理

本研究では、応用解析学の中心的課題である非線形偏微分方程式の初期値問題を主な対象として、代表者の指導および激励のもとに理論的解明ならびに問題解決法の改善の努力がなされ、関数解析学と数値解析学の手法に基づく以下のような成果が得られた。力学系および制御理論の立場での考察および非線形境界条件のもとでの解の爆発の検討も進展したが、それらの結実は今後の課題となった。1.半群理論および発展方程式の基礎理論に基づいて、初期値問題に有限要素法を適した場合の誤差解析がなされ、誤差のオーダーの厳密な評価が統一的に与えられた。これは、品質保証数値解法の視点でも価値があると思われる。2.分担者森本浩子により熱対流を伴う流体の運動に関するブシネスク方程式の解析が進展し、解の時間的な再生性等が示され、この方程式についての知見はナビエ・ストークス方程式のそれに匹敵する境地に到達した。なお、森本は代表者の示唆もあって、ナビエ・ストークス方程式の定常問題に関しての懸案「全境界からの総出入流量は非圧縮性から0であるが、境界の各連結成分からの出入流量が0とは限らないときの定常解の存在と安定性」の問題に取り組み、些かの成果を得た。3.計算機実験と密着した解析として、分担者桂田祐史は代用電荷法を改良し且つ数学的根拠を堅固ならしめた。とくに最近の努力により、等角写像を援用して高い効率と信頼度を持つディリクレ・ソルバーを構築することに成功した。4.弾性媒体に他の弾性体が複数にはめ込まれている複合体の研究を続けている分担者古橋朗蔵は、在米のMURA教授と協力して先端的な結果を導くのに成功した。
疾患遺伝子特定のためのHLA領域ハプロタイプ塩基配列決定によるSNPカタログ作成

本研究課題では、疾患遺伝子特定のためのHLA領域ハプロタイプ塩基配列決定によるSNPカタログ作成を目的として、3種類の日本人に頻度の高い代表的な単一HLAハプロタイプにおけるHLA領域の塩基配列を決定し、これら塩基配列間におけるSNP同定、チンパンジーやアカゲザルを含めた多様性解析、SNPカタログの構築、HLA領域におけるSNP間の連鎖不平衡の強度の分布、組換えスポットの同定、ハプロタイプブロックの推定などHLA領域のゲノム多様性を詳細に明らかにし、HLA遺伝子座のみならず一般的なゲノム情報より疾患感受性遺伝子特定のための戦略を確立するための基盤を構築した。この過程で古典的クラスI遺伝子領域の近傍の非HLA遺伝子領域の多様度は他の遺伝子領域よりも統計学的に高い領域であったことから、古典的クラスI遺伝子の正の淘汰圧はヒッチハイキング効果により周辺の遺伝子領域にも影響を及ぼし、これが種々の疾患感受性遺伝子生成の原動力になったと考えられた。さらにゲノム多様性情報からそれら分子の機能を明らかにする研究の流れを確立するために、TRIM遺伝子の塩基配列を決定し、多型解析を各人種由来のゲノムDNAならびにその他の霊長類ゲノムDNAを用いて実行した。TRIM15、TRIM26およびTRIM39は3種ともによく保存されていたのに対して、TRIM10では、ヒトやチンパンジーでは多型が認められなかったが、カニクイザルでは集団間に顕著な頻度差を有する25種類の対立遺伝子が同定された。さらに、3種のアミノ酸配列の比較から、TRIM10の1個のアミノ酸残基は正の自然淘汰の影響を受けている証拠を得た。これはHIV感染を防御するTRIM5の遺伝学的特徴と酷似する。さらに興味深いことに、ホジキンリンパ腫、ベーチェット病、帯状疱疹はTRIM10遺伝子付近のゲノム領域と有意に関連することから、これらの感受性遺伝子はTRIM10の可能性があることを突き止めた。本研究課題では日本人に頻度の高い単一HLAハプロタイプにおけるHLAクラスI領域の塩基配列を決定し、既知塩基配列を加えたHLAハプロタイプ間の多様性解析から、SNPの検出とその分布さらには、SNPと疾患感受性遺伝子との関係を明らかにすることを目的とした。本年度の成果として、日本人に頻度の高い単一HLAハプロタイプであるLKT3(A24-B54-DR4)とAKIBA(A24-B54-DR4)について52遺伝子、総塩基数はLKT3では475,879bp、AKIBAでは475,686bpを決定した。COX,PGFを含めた4種類の塩基配列を総合して比較解析した結果、総数1,770SNPsを見い出した。この内1,496SNPsはイントロン、274SNPsはエクソン(同義置換116個、非同義置換158個)に存在した。非同義置換の内109個はHLA-A,-B,-C、3個はHLA-E,-F,-G、46個は非HLA遺伝子領域に存在したことからHLA-A,-B,-C遺伝子領域の多様度は圧倒的に高く、さらに隣接領域も高かった。また、各ハプロタイプ別の比較も同様の結果であった。これらの固定されたSNP高多様度領域はヒッチハイキング領域と相称され、疾患感受性遺伝子の位置と一致したことから多型を蓄積する正の選択圧のため、負の選択圧が掛るべき隣接遺伝子領域に有害多型が生まれ、疾患を構成すると考えられた。

本年度では、MHC領域における多型情報を得るため、遺伝子領域ならびにごく最近に挿入されたと考えられるレトロポゾンのゲノム塩基配列を複数種類のHLA領域がホモ接合体のゲノムDNAならびにその他の霊長類ゲノムDNAを用いて決定し、既知の多型情報を含めた多型解析を実行した。以下に本年度における成果を記す。(1)ウイルス性疾患発症の可能性のある4個のTRIM遺伝子の多型解析をヒト65サンプルならびにカニクイザル48サンプルを用いて実施し、両者間におけるウィルスのキャプシド構造を認識するSPRY領域、1664塩基の多型性について比較した。その結果、ヒトの3箇所に対し、カニクイザルでは50箇所のSNPが同定された。100塩基あたりのSNP数を示すSNP%はヒトでは0.18%であったのに対し、カニクイザルでは3%と、15倍以上の多様性に富んでいた。次いで、これらのSNPを同義置換と非同義置換に分類したところ、ヒトでは3個のSNPがすべて同義置換であったのに対し、カニクイザルでは14個の非道儀置換が認められた。これらの非同義置換のうち、6箇所は極性の異なるアミノ酸への置換を伴うことから、両者間に機能的差異を有する可能性があると考えられた。(2)HLA領域におけるゲノム塩基配列の比較から、AluY, SVA, HERVK9などのレトロポゾンの挿入/欠失(Indel)が認められた。そこでそれら20箇所について、HLAハプロタイプが明確な65サンプルを用いて、Indelの有無による多型解析を実施した。その結果、これらのIndelはHLAハプロタイプと連鎖することが明らかとなった。今後、これまで得られたSNP情報との連鎖などをさらに詳細に調べることにより、これらIndelを用いたHLAタイピングの可能性が考えられた。本年度では、MHC領域における個々の遺伝子における多型情報をさらに得て、多様性情報からそれら分子の機能を明らかにする研究の流れを確立するために、TRIM遺伝子領域のゲノム塩基配列を複数種類のHLA領域がホモ接合体のゲノムDNAならびにその他の霊長類ゲノムDNAを用いて決定し、既知の多型情報を含めた多型解析を実行した。まずHLA領域に位置する4個のTRIM遺伝子(TRIM10,TRIM15, TRIM26,TRIM39)の多様性解析をヒト、チンパンジー、カニクイザルを用いておこなった。TRIM15,TRIM26およびTRIM39は3種類ともによく保存されていたのに対して、TRIM10では、ヒトやチンパンジーでは、多型が認められなっかたが、カニクイザルでは集団間に顕著な頻度さを有する25種類の対立遺伝子が同定された。さらに、3種のアミノ酸配列の比較から、TRIM10の1個のアミノ酸残基は正の自然淘汰の影響を受けている証拠を得た。これはHIV感染を防御するTRIM5の遺伝学的特徴を酷似する。さらに興味深いことに、ホジキンパ腫、ベーチェット病、帯状庖疹はTRIM10遺伝子付近のゲノム領域と有意に関連することから、これらの感受性遺伝子はTRIM10の可能性があることを突き止めた。
障害者の権利条約の起草過程に関する研究

当該研究期間に障害者の権利条約の策定過程は終了した。2006年8月の第8回特別委員会において条約草案に関するコンセンサスが形成され、同年12月13日の総会による障害者の権利条約の採択があり、2007年3月30日の署名開放を受けて、その後は各国による署名(日本政府は2007年9月28日に署名)と批准が進行したため、策定過程および早速開始された次のステップである実施過程の研究を進めた。教育など個別分野を含む策定過程への政府と障害NGOの関与の過程を詳細に分析した。明らかとなったのは、策定過程において、地域としては、1993年以来の第1次・第2次「アジア太平洋障害者の10年」の経験を持ち、途上国での取り組みを重視してきたアジア太平洋地域が策定過程において、バンコク草案(2003年10月)などを通じて、大きな貢献をなしたことである。また、国際障害同盟(IDA)の加盟組織をはじめとする障害NGOや他のNGOが策定過程において時にはお互いに対立(たとえば教育におけるインクルージョンと分離)しながらも総体としては、大きな影響力を行使した点も明らかになった。障害者の参画という障害学(disability studies)にとって重要な視点からは、とりわけ1990年代以降ようやく活発になってきた知的障害者と精神障害者によるそれぞれ本人による積極的な策定過程への参画が注目される。従来、家族や専門家、支援者によって「代弁」されてきたグループだからである。さらに、日本はじめ各国政府が、総論としての障害者の権利保障には賛成しつつも、差別禁止や教育をはじめとする具体的課題に関しては、自国政府の従来の政策変更に大きな抵抗を示した点も示され、今後の実施過程の分析においても、この点は引き続き大きな要素として見逃せない。平成16年に実質的に開始された障害者の権利条約策定交渉は議長の卓越した手腕によって、実質4年間という短期間で当該研究期間に完了した。平成18年8月14日から25日にかけて開催された第8回障害者の権利条約特別委員会において条約草案ならびに選択議定書に関するコンセンサスが成立し、平成18年12月13日には国連総会にて障害者の権利条約と選択議定書は採択された。平成19年3月30日には署名のために開放され、同日中に81カ国と欧州共同体が条約に、44カ国が選択議定書に署名を行った。日本政府は残念ながら、同日、署名を行わなかった。こうした非常にダイナミックな条約策定に対応して、研究もタイムリーに進められた。平成17年秋に出された「議長草案」と第7回特別委員会の後で出された「修正議長草案」の比較など、交渉の各段階の条約草案の比較を行ったほか、既存の人権条約との比較も行った。そうした成果はインターネットで公開したほか、出版等によって広く社会に還元した。総会での採択後は、労働、精神障害等の各分野の専門家の参加も得て、条約の内容に関する分析作業を研究会という形態で開始した。次年度(平成19年度)にはその成果を公表したい。また、研究や普及の基盤となる翻訳にもカを注いだ。相次いで公開された条約草案を翻訳してインターネット上で公開した。第7回特別委員会が作成した「修正議長草案」の翻訳をインターネットで公表したほか、平成19年3月30日には、研究の成果の一部として、研究協力者の川島聡と長瀬によって採択された条約の日本語翻訳(仮訳)をインターネットで公開し、広く社会的に提供した。本研究の特色は、条約交渉の動きをリアルタイムで日本社会に伝えることによって、本条約の実施にも貢献する点にある。

前年度の2006年12月13日の総会による障害者の権利条約(Convention on the Rights of Persons with Disabilities:CRPD)の採択、2007年3月30日の署名開放を受けて、当該年度においては各国による署名(日本政府は2007年9月28日に署名)と批准が進行したため、策定過程および早速開始された次のステップである実施過程の研究を進めた。教育など個別分野を含む策定過程への政府と障害NGOの関与の過程を詳細に分析した。明らかとなったのは、策定過程において、地域としては、1993年以来の第1次・第2次「アジア太平洋障害者の10年」の経験を持ち、途上国での取り組みを重視してきたアジア太平洋地域が策定過程において、バンコク草案(2003年10月)などを通じて、大きな貢献をなしたことである。また、国際障害同盟(IDA)の加盟組織をはじめとする障害NGOや他のNGOが策定過程において時にはお互いに対立(たとえば教育におけるインクルージョンと分離)しながらも総体としては、大きな影響力を行使した点も明らかになった。障害者の参画という障害学(disability studies)にとって重要な視点からは、とりわけ1990年代以降ようやく活発になってきた知的障害者と精神障害者によるそれぞれ本人による積極的な策定過程への参画が注目される。従来、家族や専門家、支援者によって「代弁」されてきたグループだからである。さらに、日本政府をはじめとする各国政府が、総論としての障害者の権利保障には賛成しつつも、差別禁止や教育をはじめとする具体的課題に関しては、自国政府の従来の政策変更に大きな抵抗を示した点も示され、今後の実施過程の分析においても、この点は引き続き大きな要素として見逃せない。
ドライマウス治療へのアプローチ～口腔症状発現に及ぼすムチンの影響～

ムチンは湿潤作用と防御作用をもち、その唾液における重要性は認識されているものの、臨床的な検討は必ずしも多くない。本研究の目的は、ドライマウス患者唾液におけるムチン濃度の測定ならびに、ムチン分泌量と口腔へのカンジダ定着との関連性を調べることである。検討結果から、ドライマウス患者における唾液ムチン量は少なく、また唾液中ムチンはカンジダ定着に抑制に働いている可能性が示唆された。口腔乾燥の改善のためには、“唾液量の増加"と“唾液組成の正常化"がなされなくてはならないが、いまだ確立された治療法がない。唾液組成の面から見ると、口腔の湿潤と粘膜の保護・防御作用としてのムチンの役割を臨床的に明らかにする必要がある。また、ムチン分泌が低下する場合や分泌されたムチンの機能が阻害された場合の、ドライマウスの特色を明らかにする必要がある。特に、カンジダなど微生物との関連が重要だと考えられる。このようなムチンの臨床的意義を明確にすることによって、糖タンパクの補充によるドライマウス治療の確立が可能になる。本研究の目的はドライマウスの治療法確立であるが、唾液成分の正常化の観点から、特に湿潤作用と防御作用を有する唾液中ムチンに焦点を絞り、臨床的・基礎的に検討することとした。本年度は、臨床的検討として、次のような手順に従い、ドライマウス患者における診療とデータ収集をおこなった。1.問診票記入(心理テストを含む)、2.服用薬の確認、3.検査承諾書記入、4.唾液分泌量測定ならびに唾液採取、5.口腔カンジダ培養検査ドライマウス患者から得た唾液検体の分析を測定予定する予定で、その前段階として本年度は下記の項目の測定方法の確立をおこなっている。1.蛋白濃度測定、2. MUC7のELISAによる測定、3.プロテオミクスの手法を用いた唾液タンパクの解析(ムチン以外の関与の検討)口腔乾燥の改善のためには、"唾液量の増加"と"唾液組成の正常化"がなされなくてはならないが、いまだ確立された治療法がない。初年度の平成20年度は、臨床的検討として、次のような手順に従い、ドライマウス患者における診療とデータ収集をおこなった。1.問診票記入(心理テストを含む)、2.服用薬の確認、3.検査承諾書記入、4.唾液分泌量測定ならびに唾液採取、5.口腔カンジダ培養検査2年目の平成21年度は、ドライマウス患者から得た唾液検体の分析を次のように行った。1.蛋白濃度測定、2.MUC7のELISAによる測定、3.プロテオミクスの手法を用いた唾液タンパクの解析(ムチン以外の関与の検討)4.カンジダ検査結果の分析、5.MUC5B測定方法の確立のための基礎検討唾液の感染防御に果たす役割は大きく、唾液分泌低下は口腔カンジダ症のリスクファクターとなっている。唾液ムチンには高分子MUC5Bと低分子MUC7があり、MUC7は細菌凝集活性を有し、抗真菌効果も報告されている。本年度は、唾液分泌機能低下とMUC7分泌能との関連性、ならびにMUC7低下とカンジダ増加の関連性について検討した。材料および方法は、鶴見大学歯学部付属病院ドライマウス外来受診者を対象として、唾液量、唾液中MUC7量を測定した。安静時唾液分泌量測定は、吐唾法で15分間測定し、1.5mL/min以下を唾液分泌低下とした。MUC7の測定は、唾液を10,000gで4分間遠心した上清をELISA(Human Mucin-7 ELISA kit, Cusabio Biotech,)で測定した。結果として、唾液分泌低下例のMUC7濃度と、唾液分泌量が低下していない例のMUC7濃度に有意な差は見られなかった。このMUC7濃度を15分間に分泌された総ムチン量に換算すると、唾液分泌低下例のMUC7量より、唾液分泌量が低下していない例のMUC7量の方が多く、唾液分泌量に相関して、総MUC7量が多くなるという相関が見られた。唾液分泌低下がない群において、カンジダ陽性群はカンジダ陰性群よりもMUC7濃度が低く、カンジダの口腔内定着阻止にMUC7が関与していることが示唆された。唾液分泌低下している群において、カンジダ陽性群とカンジダ陰性群とでMUC7濃度、MUC7量ともに差がなかった。

一方、MUC7以外の唾液タンパクは、唾液分泌低下していてカンジダ陰性群が多かった。これらのことから、MUC7以外の唾液タンパクによる抗真菌作用が存在すると推察された。
亜硝酸選抜系を利用したイネプラスチドゲノム工学の展開

本研究は、申請者らにより核形質転換における有効性が見出された亜硝酸(選抜薬剤)・高活性型亜硝酸還元酵素遺伝子(選抜遺伝子)による選抜系をプラスチド形質転換に応用し、未だ成功例のないイネプラスチド形質転換法を構築することを目的としている。本選抜法において選抜薬剤として用いる亜硝酸は一般に細胞毒性物質として知られているが、植物における具体的な作用や仕組みについては明らかにされていない。そこで亜硝酸によるプラスチドへの影響を細胞レベルで確認するため、亜硝酸処理をしたイネカルスの細胞内構造を電子顕微鏡観察により観察した。その結果、亜硝酸処理カルスの細胞内では明らかなプラスチドの存在を確認することができず、ミトコンドリアや核ではその内部構造に異常が生じることが観察された。通常、植物細胞内では亜硝酸はプラスチド内で生じ代謝されているが、外部からの人為的な亜硝酸処理により細胞質中に存在した亜硝酸が他のオルガネラへも影響を与えたものと考えられる。プラスチド形質転換においてはプラスチド特異的に作用させることが望ましいので、亜硝酸の他のオルガネラへの影響を低減する方法や処理条件の検討が必要であると考えられる。一方、イネゲノム構造や発現遺伝子解析により、イネではNiR遺伝子に類似の遺伝子やアンチセンスNiRがNiR遺伝子と同調的に発現していることが分かってきた。亜硝酸選抜系をプラスチド形質転換に利用するためには、NiR遺伝子および関連因子を含めて亜硝酸代謝機構を理解しその機能を制御する必要がある。今後はこれら因子とNiR遺伝子機能および亜硝酸代謝能との関連の詳細解析を進める予定である。前年度までに亜硝酸選抜により得られたプラスチド形質転換個体では、予想外の異常な組換えが多発していることが示唆されていた。適切に亜硝酸選抜法を利用するためには、細胞、遺伝子レベルで亜硝酸選抜のメカニズムを理解することが必要と考え、H30年度はこれまで具体的な作用が不明のままであった亜硝酸の細胞への作用機構および亜硝酸の代謝に関わる因子に関して解析を進めた。電子顕微鏡による亜硝酸処理イネカルス細胞内の観察により、亜硝酸は予想通りプラスチドに異常を生じさせることが確認できた。しかしながら今回観察した処理条件(1000mg/L NaNO2、3日間)の細胞では、ミトコンドリアや核の内部構造の変化も観察されたため、よりマイルドな処理条件の設定が適切であると考えられ、処理条件の最適化には至らなかった。また、これまでに行ってきた選抜遺伝子として利用する亜硝酸還元酵素(NiR)の機能解析に加え、植物細胞内で亜硝酸の代謝に関与する他の因子の探索を進めた。イネゲノム情報や発現データベース等を網羅的に解析した結果、これまで得られていなかった新たなNiR関連因子が複数見つかってきた。イネ細胞内での亜硝酸代謝機構は、当初の想定より複雑である可能性があり、これら関連因子の解析についての計画再考のため進捗がやや遅れる状況となった。引き続き亜硝酸の細胞内毒性作用についてよりマイルドな亜硝酸処理条件のサンプルを用いた観察を行い、プラスチド形質転換に適切な亜硝酸選抜条件を探っていく。また、NiR遺伝子とその機能発現への関連が予想されるアンチセンスNiR、NiR類似遺伝子について、亜硝亜硝酸に対する応答性を遺伝子、タンパク質レベルで解析し、細胞内での亜硝酸代謝機構の詳細解明を進める。プラスチドは光合成や物質代謝を行う場であり様々な環境変化への適応機構を担う重要なオルガネラである。プラスチドゲノムの形質転換はプラスチド機能の解明や改変に有効な手法であるが、イネに代表される単子葉植物においては未だ成功例がない。本研究はプラスチドで機能する亜硝酸還元酵素(NiR)に着目し、NiRを選抜マーカー遺伝子とした亜硝酸選抜法によりイネのプラスチド形質転換の実現を目指している。本年度は主に日本晴とコシヒカリを材料にNiR機能発現機構の解析を進めた。コシヒカリのNiR遺伝子には5'ー非翻訳領域(5'-UTR)に31bpの欠失があることが分かっていた。また予備的な解析によりコシヒカリではNiRタンパク質発現の低下が示唆されていたことから5'-UTRとタンパク質発現との関連を明らかにするための各種解析を行った。まず、RNA構造予測ソフトmfoldを用いて5'-UTR領域の二次構造を比較したところ、コシヒカリでは日本晴で予測されるループ構造の一つが欠失するとともに形成塩基対が約4割減少することが予測された。さらに日本晴およびコシヒカリのNiR 5'-UTRにGFP遺伝子を連結させた融合遺伝子を導入した形質転換イネの解析により、コシヒカリNiR 5'-UTR::GFPを発現するイネでは日本晴NiR 5'-UTR::GFP導入系統に比べGFPの発現量が低下することが確認された。このことから、NiR 5'-UTR内の変異がタンパク質発現の低下を引き起こす直接的な原因であることを示すことができた。今後はさらにNiRタンパク質発現の詳細機構を明らかにし、亜硝酸選抜法の確立に応用したいと考えている。前年度までに亜硝酸選抜法により得られた形質転換体の解析により目的遺伝子の全長がプラスチドゲノムのターゲット領域に正しく導入されていない可能性が示唆されていた。本年度まず次世代シーケンサーにより組換えプラスチドゲノムの配列解析を行ったところ、ターゲット部位以外の多数の箇所で導入断片の挿入が確認され、予想以上に頻繁かつ複雑に組換えが起こっている事が示唆された。

そのため予定していた以降の形質転換実験を中止し、亜硝酸選抜機構に関する基礎解析を中心に研究を進めたため計画の進行はやや遅れる状況となった。ただし、亜硝酸選抜機構の確立に関連するNiRタンパク質発現機構の解明について計画を前倒しで進め、また亜硝酸処理による細胞内応答変化の解析についてはコントロール実験の実施により実験基盤を整えることができた。本研究は、申請者らにより核形質転換における有効性が見出された亜硝酸(選抜薬剤)・高活性型亜硝酸還元酵素遺伝子(選抜遺伝子)による選抜系をプラスチド形質転換に応用し、未だ成功例のないイネプラスチド形質転換法を構築することを目的としている。本選抜法において選抜薬剤として用いる亜硝酸は一般に細胞毒性物質として知られているが、植物における具体的な作用や仕組みについては明らかにされていない。そこで亜硝酸によるプラスチドへの影響を細胞レベルで確認するため、亜硝酸処理をしたイネカルスの細胞内構造を電子顕微鏡観察により観察した。その結果、亜硝酸処理カルスの細胞内では明らかなプラスチドの存在を確認することができず、ミトコンドリアや核ではその内部構造に異常が生じることが観察された。通常、植物細胞内では亜硝酸はプラスチド内で生じ代謝されているが、外部からの人為的な亜硝酸処理により細胞質中に存在した亜硝酸が他のオルガネラへも影響を与えたものと考えられる。プラスチド形質転換においてはプラスチド特異的に作用させることが望ましいので、亜硝酸の他のオルガネラへの影響を低減する方法や処理条件の検討が必要であると考えられる。一方、イネゲノム構造や発現遺伝子解析により、イネではNiR遺伝子に類似の遺伝子やアンチセンスNiRがNiR遺伝子と同調的に発現していることが分かってきた。亜硝酸選抜系をプラスチド形質転換に利用するためには、NiR遺伝子および関連因子を含めて亜硝酸代謝機構を理解しその機能を制御する必要がある。今後はこれら因子とNiR遺伝子機能および亜硝酸代謝能との関連の詳細解析を進める予定である。前年度までに亜硝酸選抜により得られたプラスチド形質転換個体では、予想外の異常な組換えが多発していることが示唆されていた。適切に亜硝酸選抜法を利用するためには、細胞、遺伝子レベルで亜硝酸選抜のメカニズムを理解することが必要と考え、H30年度はこれまで具体的な作用が不明のままであった亜硝酸の細胞への作用機構および亜硝酸の代謝に関わる因子に関して解析を進めた。電子顕微鏡による亜硝酸処理イネカルス細胞内の観察により、亜硝酸は予想通りプラスチドに異常を生じさせることが確認できた。しかしながら今回観察した処理条件(1000mg/L NaNO2、3日間)の細胞では、ミトコンドリアや核の内部構造の変化も観察されたため、よりマイルドな処理条件の設定が適切であると考えられ、処理条件の最適化には至らなかった。また、これまでに行ってきた選抜遺伝子として利用する亜硝酸還元酵素(NiR)の機能解析に加え、植物細胞内で亜硝酸の代謝に関与する他の因子の探索を進めた。イネゲノム情報や発現データベース等を網羅的に解析した結果、これまで得られていなかった新たなNiR関連因子が複数見つかってきた。イネ細胞内での亜硝酸代謝機構は、当初の想定より複雑である可能性があり、これら関連因子の解析についての計画再考のため進捗がやや遅れる状況となった。本年度の進捗を踏まえ新たな実験を計画する。
生分解性錯体と易分離性媒体を用いたアースコンシャス汚染土壌浄化

現在,日本で行われている重金属汚染土の物理洗浄法(物理選別)は,欧米方式をそのまま採用しているが,この方法では重金属微粒子と土微粒子の物理選別ができないため,微粒群は全量,最終処分対象となり,微粒土の割合が欧米に比べて高い日本では,最終処分する微粒土が多量に発生するという問題が生じている。そこで本研究では,限られた形態の重金属しか除去できなかった既存の処理法に化学的前処理を融合させ,重金属の存在形態の転換を図ることで各種形態の重金属の物理選別を可能にする土壌処理プロセスを考案し,検討している。具体的には1)環境中で容易に分解する錯体を用いて重金属を可溶化し,2)可溶化した重金属を媒体表面にセメンテーションの原理を利用して選択濃縮し,3)この重金属が濃縮した媒体を物理選別で精度よく分離・除去する方法の開発を目的としている。本年度は最終年度である。初年度は「模擬試料を用いた各工程の個別試験」を行い,2年度は「実汚染土壌を用いた処理試験」を行なった。最終年度(本年度)は,実汚染土壌の処理に際しての処理条件の最適化および処理を阻害する因子の検討を行い,考案した処理手法の有用性を確かめることができた。以上のように,おおよそ研究実施計画通りに研究を順調に進めることができた。本年度は初年度であり「模擬試料を用いた各工程の個別試験」を室内規模で行い,最適処理条件を決定するための各種因子の影響を調べた。錯化剤としては,クエン酸Naおよびクエン酸を用い,両者を混合することで,pHの異なる水溶液を作成した。模擬汚染源としては土中での鉛の風化形態として代表的な炭酸鉛を用いた。重金属濃縮媒体としては電解鉄粉を用いた。はじめに適当な条件で処理を行い,考案したプロセスの有効性を確認したところ,既存の方法よりも少量の錯化剤で,効率的に重金属の除去が行えること,排水処理や脱水などに要する手間やコストが低減可能であることが確認された。ついで,(1)熱力学的平衡計算による,炭酸鉛の錯化,重金属濃縮媒体への濃縮可能溶液状態の把握,(2)反応速度の把握,(3)炭酸鉛錯化に及ぼす錯化剤濃度の影響,(4)処理溶液pHの影響,(5)重金属濃縮媒体添加量の影響などを検討し,実土壌処理のための処理条件を決定した。以上のように,研究実施計画通りに研究は順調に進んでいる。本年度は2年度である。昨年度は「模擬試料を用いた各工程の個別試験」を行い,期待通りのよい結果が得られたが,得られた最適条件で行なった実汚染土壌でのPb除去率が30%程度であったとことから,本年度は律速因子の解明を行った。主な原因として,a)Pb溶解に必要な全クエン酸濃度が試薬試験よりも,実土壌のほうが高濃度であること,b)可溶化したPbがセメンターション後に土粒子との摩擦により剥離すること,が明らかとなった。これらの要因を勘案して可溶化とセメンテーション除去の2段階に分けた実験を行なったところ,Pbをほぼ全量除去可能であることが示された。しかし,この方法では,当初の計画よりも試薬量や手間がかかることから,1段階で処理できるようにプロセスを改良中である。以上のように,おおよそ研究実施計画通りに研究は順調に進んでいる。

現在,日本で行われている重金属汚染土の物理洗浄法(物理選別)は,欧米方式をそのまま採用しているが,この方法では重金属微粒子と土微粒子の物理選別ができないため,微粒群は全量,最終処分対象となり,微粒土の割合が欧米に比べて高い日本では,最終処分する微粒土が多量に発生するという問題が生じている。そこで本研究では,限られた形態の重金属しか除去できなかった既存の処理法に化学的前処理を融合させ,重金属の存在形態の転換を図ることで各種形態の重金属の物理選別を可能にする土壌処理プロセスを考案し,検討している。具体的には1)環境中で容易に分解する錯体を用いて重金属を可溶化し,2)可溶化した重金属を媒体表面にセメンテーションの原理を利用して選択濃縮し,3)この重金属が濃縮した媒体を物理選別で精度よく分離・除去する方法の開発を目的としている。本年度は最終年度である。初年度は「模擬試料を用いた各工程の個別試験」を行い,2年度は「実汚染土壌を用いた処理試験」を行なった。最終年度(本年度)は,実汚染土壌の処理に際しての処理条件の最適化および処理を阻害する因子の検討を行い,考案した処理手法の有用性を確かめることができた。以上のように,おおよそ研究実施計画通りに研究を順調に進めることができた。
広い範囲の速度,ボイド率を有する気液二相流解析のための数値解法の開発

本研究は、キャビテーションまたは非平衡凝縮を伴う気液二相流れに対して、非圧縮性の支配的な低マッハ数(一様マッハ数0.001以下)流れから圧縮性の超音速流れまでの、広い範囲(0から1まで)のボイド率(液体における気相の体積分率)が混在する流れが解析できる数値解法の開発を目的として行われた。本年度はまず気液二相流れの数理モデルとして、筆者らにより提案した局所均質媒体モデルを用い、熱力学的関係に基づく相変化モデルを加えた。また、圧縮性/非圧縮性混在の流れを精度を良く解析するため、密度をベースとする基礎方程式にPreconditioningを施した新たな数値解法を提案した。本研究成果は、いくつかの国際会議と雑誌で発表された。
次世代二次電池を目指す新規Mgイオン伝導体の理論計算

原子スケールのシミュレーションを用いて,様々なMgイオン二次電池用正極・固体電解質の候補材料を対象に,結晶構造やイオン伝導特性の解析を実施した.リチウムイオンおよびナトリウムイオン電池用の開発において関心が高まっている多価陰イオン系材料に注目し,リン酸塩系化合物MgMnPO4F,MgM(PO4)2(M=Mn,Fe)およびMgZr2(PO4)3に加え,ケイ酸塩系化合物MgFeSiO4についての計算を実施し,イオン伝導性やMgイオン拡散機構を明らかにすることができた.また、未だ合成されていない新しいMgイオン含有化合物についても構造と特性を調べ,二次電池候補材料となり得ることを見出した.平成26年度は、Mgイオン伝導体の候補材料の理論特性評価を行った。まず、無機結晶構造データベース(ICSD)から電極材料に使用できる遷移金属が含まれている酸化物やリン酸塩やバナジン酸塩を中心に候補を抽出した。その中から、Mg2Mn(PO4)2を選び、第一原理計算を行った。結果として、Mg金属に対する電池セル電位が(1/4Mgを抜いた) 4.8Vから(すべてのMgを抜いた)5.4Vまでの高い電位をもつことがわかった。現在の電解質に対しては電位が高すぎるが、組成を調整すれば、より適切な電位が得られる可能性があると考えている。電極材料を検討すると同時に、全固体Mg二次電池用電解質をの計算も行った。まず、全固体Liイオン電解質としてよく研究されているガーネット型Li7La3Zr2O12(LLZO)の構造およびLiイオン伝導率を古典分子動力学(MD)シミュレーションにより評価した。実験によるLLZOの構造・特性をよく再現できることを確認し、次にすべてのLiをMgに入れ替え、MD法を用いてガーネット型Mg3.5La3Zr2O12(MgLZO)をシミュレートした。MgLZOは世の中にまだ合成されてない化合物だが、MD法計算により、Mgイオン伝導が現れることがわかった。今回調べたMgLZOのMgイオン伝導率はLLZOのLiイオン伝導率より低いが、ガーネット型Mgイオン伝導体の組成を最適化すれば、よりよい特性が出る可能性は十分にある。よって、候補電解質材料として次年度に研究を続ける予定である。平成27年度は、幾つかのケイ酸塩およびリン酸塩系マグネシウムイオン伝導体の原子レベル構造および理論特性評価を行った。例えば、電極用候補材料として、オリビン型MgFeSiO4結晶内のMgイオンの最も安定な分布を、第一原理計算を用いて検討した。同じように新規マグネシウムイオン電解質Mg0.5Zr2(PO4)3結晶中のマグネシウムイオンの分布を第一原理計算を用いて系統的に検討した。また、第一原理分子動力学法を用いて、拡散経路と拡散係数の温度依存性を検討した。最近、酸化フッ化物MgFePO4Fが酸化物より高マグネシウムイオン伝導度を示すことが報告されたため、酸化フッ化物系候補材料の計算を始めた。Mg2+の電荷/イオン半径比率がLi+より大きいため、MgFePO4Fのセル電位はLi系酸化フッ化より高くなり、魅力的な正極用材料であることがわかった。それぞれの材料系の結晶相の安定性を評価するため、フォノン計算を実施した。また、より大きなシステムサイズの古典分子動力学法を用いてナシコン型(Na,Mg)3V2(PO4)3におけるマグネシウムイオンの拡散経路を系統的に検討した。ナトリウムイオン電池用ナシコン型Na3V2(PO4)3系と比較するため、同じ手法でイオン拡散の温度依存性を調べた。以上の計算からイオン拡散の抵抗が増加する要因を検討し、より優れたマグネシウムイオン伝導度を持つ物質の設計に役立つ指針を抽出する。第一原理分子動力学法を用いて、新規マグネシウムイオン伝導体の伝導特性とその温度依存性を評価、理解することができた。論文化してから、国際学会で成果を発表する予定である。平成28年度は、Mgイオン二次電池用電極材料となり得るMgFePO4FおよびMgMnPO4Fの第一原理計算を行い、バンドギャップ、欠陥構造、セル電位などの電池特性を評価した。また、Mgイオン固体電解質の結晶構造および電気特性の理論計算も実施した。近年報告されている高い伝導率をもつLiイオン・Naイオン伝導体はリン酸塩の材料系であるため、同様な結晶構造をもつMgリン酸化合物に注目した。Mgイオン電解質である擬NASICON型Mg0.5Zr2(PO4)3(MZP)の結晶構造は近年の実験で明らかにされたが、原子レベルでのMgイオン拡散機構やイオン拡散係数の詳細はまだわかっていない。本研究では結晶構造と伝導パス・伝導率の関係を明らかにするため、古典分子動力学(古典MD)計算、および第一原理分子動力学(FPMD)計算を行った。7000個の原子を含むセル(4x5x5スーパーセル)を用いた古典MD計算により、実験で示唆されているパスとは異なるMgイオン伝導パスがあることが明らかになった。280個の原子を含むセル(1x2x2スーパーセル)を用いたFPMDでも古典MDと同様な結果が得られ、新たな伝導パスの妥当性が確認できた。MZPのMgイオン伝導率はNASICON型Naイオン伝導体の伝導率より低いことがわかったが、本計算結果の詳細な解析により、Mgイオン伝導性を向上するための指針が得られた。更に今まで合成されてない化合物のMgイオン伝導性についても、理論計算を用いて検討を行った。

Mgイオン伝導体のMgイオン拡散に関する情報は少ないため、本研究の成果は、優れたMgイオン伝導体の材料設計にとって、重要なマイルストーンとなると考えられる。原子スケールのシミュレーションを用いて,様々なMgイオン二次電池用正極・固体電解質の候補材料を対象に,結晶構造やイオン伝導特性の解析を実施した.リチウムイオンおよびナトリウムイオン電池用の開発において関心が高まっている多価陰イオン系材料に注目し,リン酸塩系化合物MgMnPO4F,MgM(PO4)2(M=Mn,Fe)およびMgZr2(PO4)3に加え,ケイ酸塩系化合物MgFeSiO4についての計算を実施し,イオン伝導性やMgイオン拡散機構を明らかにすることができた.また、未だ合成されていない新しいMgイオン含有化合物についても構造と特性を調べ,二次電池候補材料となり得ることを見出した.Mgイオン伝導体の候補物質を調査するため、構造データベースから抽出したリン酸化物の完全結晶を第一原理計算で解析し、Mg挿入電位を得た。また、より大きなシステムサイズの古典分子動力学法を用いて、酸化物結晶内のMgイオン伝導率の計算を行った。今後の推進方策としては、計算精度を向上するために、より大きな構造モデルに適用した第一原理分子動力学計算を行う予定である。他の新規マグネシウムイオン伝導体の候補材料も調査する。優れたマグネシウムイオン伝導体を実用化するために、イオン伝導体の試料を合成する実験家との共同研究を目指す。また、マグネシウムイオン拡散についての最も重要な要因を解明し、最適なマグネシウムイオン伝導体の設計指針を探索する。計算材料科学今後の推進方策としては、理論計算で得られた結果を実際のMgイオン伝導体の特性と比較するため、イオン伝導体専門の実験家との共同研究を目指す。また、実験で検討しにくい特性(例えば、Mgイオンの拡散経路)をシミュレートし、構造と特性の関係を検討し、マクロな材料特性につなげることで、最適なMgイオン伝導体の設計指針を定める。古典MD法では遷移金属元素の価数変動を精確に計算できないため、それらの影響を扱うことができる第一原理分子動力学(FPMD)計算も行う予定である。平成26年度導入装置について、計画していた金額よりも購買努力により安価に調達ができたため。今年度導入装置について、計画していた金額よりも購買努力により安価に調達ができたため。残額と平成28年度使用額を加え、理論計算によるマグネシウムイオン伝導体の研究に必要な計算機ワークステーションを購入する予定。残額と来年度使用額を加え、計算機シミュレーションによるMgイオン伝導体の研究に必要なワークステーションを購入する。
先端根圏に共生する菌根菌への炭素配分に関する研究

樹木は光合成で得た炭素のうちの相当量を、根とそれに共生する菌根菌に呼吸基質として配分している。菌根菌呼吸はこれまで、測定の技術的困難さにより根呼吸と一括りにされほとんど無視されてきた。しかし、菌根菌と根ではサイズや生理機構が全く異なるため、呼吸の環境応答特性は両者で異なると考えられる。また菌根菌呼吸は、宿主樹木の生活型(常緑・落葉、アーバスキュラー・外生菌根性)によっても変化すると考えられる。本研究では、先端根圏における菌根菌呼吸の野外リアルタイム測定手法の開発し、菌根菌呼吸に及ぼす宿主樹木の生活型(常緑・落葉)と菌根菌タイプ(外生菌根性・アーバスキュラー性)の影響を明らかにする。
形態制御された希土類ナノキューブの会合体形成および光機能材料への展開

EuSナノ結晶は光情報通信用の光アイソレーターや磁気メモリへの応用が期待される重要な物質である。本研究では、キュービック形状を有するEuSナノ結晶の合成を行い、その自己会合体(三次元超格子:SLS)形成に初めて成功した。さらに、その自己会合体の磁気特性向上が観測された。希土類ナノ結晶を含むポリマー薄膜は大きな光磁気特性を示すことから、光情報通信用アイソレーターへの応用展開が期待されている。この希土類ナノ結晶の形態制御および会合状態制御を行うことは次世代の光機能材料開発において重要である。本研究の基盤となる「希土類ナノキューブ」の作成を行うため、EuSナノ結晶合成の反応温度・反応濃度・反応時間の精密制御を行った。その結果、平均粒子半径5nm,10nm,15nmといったサイズ制御に成功した。さらに、EuSナノ結晶の形態(球状粒子およびキュービック結晶)にも成功し、本研究の基盤となる「EuSナノキューブ」作成のための合成条件確立に成功した。さらに、高い光磁気特性を示すEuSeナノ結晶の結晶サイズおよび形状制御にも成功し、「EuSeナノキューブ」の合成法確立も行うことができた。10nmの結晶サイズを有するEuSナノキューブを用いて、有機媒体中における会合状態形成を検討した。有機溶媒としてメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールを用いて光散乱測定(DLS)を行ったところ、アルコールのアルキル鎖長が短くなるほど、大きなEuSナノキューブ会合体を形成することがわかった。さらに、トルエン溶液にEuSナノ結晶を分散し、ゆっくりトルエン溶媒を蒸発させることで、ポリマー薄膜上に2次元配列したEuSナノキューブ会合体を形成できることが明らかとなった。以上、本研究において希土類ナノキューブ(EuSおよびEuSe)の作成およびポリマー薄膜上での会合体形成に成功した。EuS(硫化ユーロピウム)は伝導帯と価電子帯の間に縮退したf軌道を有するfcc型の磁性半導体である。その物質が示す光吸収過程賦f-d遷移に由来し、この電子遷移が大きな磁気光学効果の発現を誘起する。EuSナノ結晶を任意の場所に固定配列できれば、新たな光磁気デバイス作製への応用展開が可能となる。本研究ではEuSのナノサイズ化及び形状制御を行い、さらに得られた結晶の集積化を行った。溶媒蒸発法により、ポリマー薄膜上に立方結晶型であるEuSナノ結晶の集積を試みた。透過型電子顕微鏡観察により、Eusナノキューブは三次元的に集積された「超格子構造」を形成することが明らかとなった。さらに、小角x線散乱測定では、高次に集積されたシグナルパターンが観測され、その立体構造が明らかとなった。さらに、球状のEuSナノ結晶の集積化も試み、面心立方構造を有する超格子構造形成に成功した。本研究から、EuSナノキューブおよびEuSナノスフィアーの集積化・超格子構造を任意に作製することに成功した。形状制御させた磁性半導体EuXナノ結晶は縮退した4fと5d軌道からなる伝導体との間の電子遷移により、大きな光磁気効果(ファラデー効果)を発現する。ここで、このEuXナノ結晶の会合体を形成することにより、スピンやエキシトンなどの相互作用によって、その光磁気特性が変化することが期待される。本研究では、形状制御されたEuSナノ結晶の溶液中における会合体形成およびその光磁気特性評価を行った。まず、立方体型に形状制御された粒径14nmのEuSナノ結晶を作製し、アルコール溶液中に置ける会合体形成を試みた。光散乱測定(DLS測定)の結果、溶媒となるアルコール分子の極性が高いものほど、溶液中におけるEuSナノ結晶の会合体サイズが大きくなることが分かった(1-オクタノール: 100nm、1-ヘキサノール:500nm、1-ペンタノール:800nm)。さらに、合成時にEuS表面に存在するオレイルアミンがアルコール分子によって置換されていることが明らかとなった。次に、可視光領域において光散乱が起こらない1-オクタノール中のEuSナノ結晶会合体の磁気円二色性スペクトル測定(MCD測定)を行ったところ、会合体を形成しないトルエン溶液中のEuSナノ結晶に比べて、スペクトルが長波長シフトすることが分かった。これは、会合体形成にともなうEuSナノ結晶間の誘電率変化および励起し相互作用によって、4f-5d間のバンドギャップエネルギーが変化したためと考えている。本検討により、EuSナノ結晶の自己会合体形成にともなう特異的な光磁気物性が明らかとなった。