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膜工学におけるモデリングケミストリーの応用展開:新規な膜性能推算法の確立と実証

膜分離法の多様なニーズへの応用においては、要求される分離性能に見合った膜の選定や開発に加え、操作条件などの最適化などを行うことが必要であり、膜性能の理論的な推算法が必要不可欠である。ニーズの多様化に伴い、多成分系、反応分離などの機能付加分離など、複雑系での膜性能の推算法、が求められてきている。このような複雑系では、現象の"解析的な"モデル化が困難なことが多く、従来の膜性能推算法を適用することが困難な場合が多い。そこで本研究では、モデリングケミストリーに基づく、複雑系にも適用でき得る新しい膜性能の推算法を開発した。本年度は、種々の膜分離法の階層化、そしてそれぞれに適したモデリング手法の選定を行った。具体的には、膜法を、分離形態(ガス透過、濾過、逆浸透など)、膜種類(精密濾過膜、限外濾過膜、ガス分離膜など)で分類した。さらに、適用範囲を明確にするために、応途(水素精製、アルコールからの脱水、水処理など)、推算すべき膜性能値(透過流束、分離係数、回収率など)で階層的に分類し、それぞれのケースについて、マルチスケールモデリング手法で推算される膜性能値を計算するのに適したモデリング手法を選定し一覧表としてまとめた。さらにこれらモデリング手法について、複数のモデリング手法を利用する場合を想定し、計算化学の専門家ではない実験系の研究者が、容易に利用できる環境の構築を行った。具体的には、上記で体系化された情報を、各モデリング手法の補完関係が視覚的に理解して推算経路を確認できるような、利用環境インターフェイスの作成に着手した。本年度は、微細孔をもつ分離膜の分離係数を原子間相互作用に基づいて計算できるグランドカノニカル分子動力学法シミュレータを開発し、さらに利用を容易にできるように入出力グランドカノニカル分子動力学法、および解析インターフェイスの開発を行った。また、マルチスケールシミュレータを実現する平均場ポテンシャルの作成シミュレータ、平均場ポテンシャルにもとつくマルチスケール動力学法シミュレータを開発し、当初の目的をほぼ完遂した。本年度は、前年度に引き続き汎用ツールの開発を行った。多孔構造をもつ分離膜の透過性を予測するために、吸着量をグランドカノニカルモンテカルロ法および構造活性相関で評価し、拡散性を非平衡系メソスコピック・モンテカルロ法で解析、両者を併せて膜透過係数を求める方法を考案した。この方法に基づき汎用プログラムを開発し、二酸化炭素分離システムに最適な膜構造の探索に適用した。その結果、100種類以上の膜構造の性能評価を高速に行うことが確認され、二酸化炭素分離に対して1000以上の分離係数をもつ膜が選定された。また、本年度の計画に含まれていた汎用プログラム公開については、日本膜学会と協力して「膜学実験法「人口膜編」講習会」(平成19年11月9日、神戸で開催)でプログラムを配布し、利用方法の講習を行った。また、プログラムの一部は、分離技術会のホームページ(http://www.sspej.gr.jp/)において「計算化学シミュレーション講座」として解説・公開されている。また、人工透析膜の分子シミュレーションについても開始した。このように、本年度はプログラム開発が軌道にのり論文発表・依頼講演などが増えたことから、当初計画された実験的検証よりも汎用プログラム開発と公開の比重が増えた。しかしながら、実験的検証は外部研究者の協力を得て進めており、来年度の目的を達成するに十分なデータを得ている。以上より、当初の目的はほぼ完遂したといえる。本年度は、これまでの研究を総括するとともに、引き続き汎用ツールの開発を行った。多孔構造をもつ分離膜の透過性を予測する新しい方法として、多孔質内部での遅い拡散現象をシミュレーションするための新しい方法論の開発を行った。この方法に基づきプログラムを開発し、A型ゼオライトにおけるフッ化炭素などの拡散係数および透過性を推定した。また、本年度の計画に含まれていた汎用プログラムの公開については、昨年度に引き続いて、日本膜学会と協力して「膜学実験法「人口膜編」講習会」(平成20年11月24日、東京で開催)でプログラムを配布し、利用方法の講習を行った。また、RO, NF膜の主用途である水処理系のシミュレーションを開始した。液系を取り扱える新しい平均場ポテンシャルに基づく膜ファウリング・透水性シミュレーションプログラムを開発した。開発したシミュレーション手法を用いて、RO膜における種々の有機物のファウリング現象をシミュレーションし、透水性について実験との比較を行い、妥当性を明らかにした。さらに本シミュレーション手法を汎用プログラムとして広く普及させるために、種々のインターフェイスおよび解析ソフトの開発を行った。このように、本年度はプログラム開発が軌道にのり、論文発表・依頼講演などが増えたことから、当初計画された実験的検証よりも汎用プログラム開発の比重が増えたが、当初の目的よりも充実した成果を得ることができた。
心筋リモデリングの新たな分子メカニズム-カテプシンの役割及び遺伝子治療への応用

高血圧による心筋リモデリングの過程において、細胞外マトリックス蛋白を分解するSerineProtease (SP)とMatrix Metalloproteinases (MMPs)が重要な役割を果たすことが明らかになりつつある。しかし、近年の動物実験や臨床試験などの研究により、それらを阻害するだけでは十分な心筋リモデリングを抑制できず、また十分な心機能改善効果も得られないことが明らかにされてきた。これらの結果から、我々はSPならびにMMPs以外の蛋白分解酵素が心筋リモデリングに関与している可能性を推測した。近年、Cysteine proteasesであるカテプシンSとKが種々組織の病的リモデリングへの関与が指摘されている。特に、最近の我々とShi教授らの共同研究によりこれらの酵素の血管リモデリングへの関与が明らかになった。しかしながら、このような酵素の心臓における役割に関しては、心筋細胞での発現さえ不明である。以上の研究成果を踏まえ、我々は心筋細胞由来のカテプシンSならびKの心筋リモデリングへの関与を提唱し、食塩感受性Dahl-ラットに肥大期、不全期及び正常対照群の心を作成し、心筋におけるカテプシンSならびにKのmRNAと蛋白発現を検討した結果、不全期心筋において肥大期と正常対照群より35倍の増加が観察された。同時に、不全期心筋でのエラスターゼ活性も4倍増加するのが確認された。これらの酵素の発現と活性の増加はARBであるオルメサルタンの投与によって著明に低下した。さらに、オルメサルタンは酸化ストレスや炎症性サイトカインの発現や細胞浸潤を抑制するとともに、心機能を改善した。これらの効果は選択的カテプシン阻害剤投与によっても観察された。生体外実験で、オルメサルタンはIL-β1やH_2O_2の刺激によるカテプシンSの発現及び活性の増加を抑制した。心筋細胞及び心筋線維芽細胞から分泌される種々の蛋白分解酵素の中、Serine Protease(SP)とMatrix Metalloproteinases(MMPs)が心筋リモデリングに重要な役割を果たすことが指摘されている。しかし、近年の動物実験や臨床試験の結果、それらを阻害するだけでは心筋肥大及び心筋線維化を充分抑制できず、また充分な心機能改善効果も得られないことが明らかにされてきた。これらの結果から、我々はSPならびMMPs以外の蛋白分解酵素が心筋リモデリングに関与している可能性を推測した。Cysteine proteases[特にCathepsin(カテプシン)ファミリー]は、種々の蛋白のscavengerとして機能し、酸性環境下でライソゾームにおいて働く蛋白分解酵素として認識されてきた。しかし、近年これらの一部は細胞外に分泌され、種種の疾患への関与が指摘されている。特に、Cathepsin Sは他のCysteine Proteaseと異なり、細胞外の中性(pH7.4)環境下でも機能し、しかも強力なコラーゲンとエラスチン分解活性を持つことなどが明らかにされてきている。最近、我々とShi教授(米国ハーバード大学医学部)らの共同研究によりCathepsin SとKの血管平滑筋細胞における局在及び血管リモデリングへの関与が明らかになった。さらに、我々は、Cathepsin Sの血管新生への関与も明らかにした。しかしながら、このように種々の組織リモデリングにおいて重要な役割を果たすCathepsin Sであるが、心臓における分子病態生理学的役割に関しては、心筋細胞での発現さえ不明であるばかりか、心筋リモデリングに関与するか否かに関しても全く不明である。我々は、最近当該申請研究課題についてスタディを行ったところ、心筋細胞、肥大期ならび不全期心筋(ラット及びヒト心筋biopsyサンプル)でそれらの発現が観察された。更に、心筋細胞におけるCathepsin Sならび

Kの発現及びその制御機構を明らかにし、心筋リモデリングにおける新たな蛋白分解酵素であるCathepsinの役割及びその機構を明らかにした。これらの結果を論文に纏めてCirculationに投稿中である。それ以外も、ARBの一種であるOlmesardanのカテシンSを介しての心不全抑制機序を明らかにし、論文を作成中である。近年、システイン・プロテアーゼカテプシンSとKの組織病理学的リモデリングヘの種々の関与が指摘されている。特に、最近の研究により、高血圧性心不全心筋におけるカテプシンSとKの発現増加が報告された。しかし、高血圧性心筋リモデリングプロセスにおけるカテプシンの役割及びその機序に関して不明である。そこで、我々は食塩感受性Dah1-ラットの肥大期(12週目)より選択的カテプシン合成阻害剤(腹内)とアンギオテンシン受容体ブロッカーオルメサルタン(経口)を投与し、19週目に心エコとカーテーを行い、左心室組織のサンプリングを行なった。その結果、カテプシンSとKのmRANと蛋白は不全期心筋細胞・カテプシンSは心筋内冠動脈平滑筋細胞で高発現し、オルメサルタンの投与により著明低下した。組織学検討と同様に、不全期心筋でのエラスターゼ活性は対照群より4倍以上増加し、オルメサルタンより著明に低下した。同時に、オルメサルタンは炎症性細胞マクロファージーの浸潤、炎症性サイトカインIL-1βの発現、NADPH oxidase活性やそのサブユーニットの蛋白発現を抑制した。さらに、オルメサルタンは心筋エラスチンの低下を抑制し、エラスチンとコラーゲンのアンバランスを訂正し、左心室収縮と拡張機能低下を改善させた。これらの効果は、カテプシン阻害剤投与群でも観察された。生体外実験で、抗酸化剤は培養心筋細胞、平滑筋細胞やマクロファージーにおけるH202の刺激によるカテプシンSの発現及び活性の増加を抑制した。以上より、カテプシンSとKは高血圧性心筋リモデリングの引き金であり、オルメサルタンによる心筋リモデリング及び心機能低下抑制は、酸化ストレスや炎症性サイトカイン発現抑制を介してのカテプシン発現と活性抑制によることだと考えられる。
新規神経由来過分極因子(NDHF)を介する血管弛緩反応に対するエタノールの影響

昨年に引き続き、ラット肝動脈および上腸間膜動脈の輪状標本モデルを作成し、フェニレフリン収縮下において、NDHF候補因子であるアナンダミドのdose-response relaxation curveを作成し、アナンダミドによる血管弛緩反応に対する種々の薬物およびエタノールの影響を検討した。これらの結果から、肝動脈ではアナンダミドがVR1を活性化することによってCGRPによる弛緩反応を引き起こす経路、アナンダミド自身がNDHFとしてK+ channelを活性化し、過分極による弛緩反応を引き起こす経路の2つのpathwayの存在が示唆された。一方、上腸間膜動脈では、アナンダミドがVR1を活性化することによってCGRPによる弛緩反応を引き起こす経路がメインに機能していることが示唆された。また、両血管において、低濃度(50mM)・中等度(100mM)のいずれのエタノール濃度においてもアナンダミドによる弛緩反応を有意に抑制した。以上のことから、ラット肝動脈および上腸間膜動脈におけるアナンダミドによる弛緩反応のいずれかの部分においてエタノールは抑制的に作用することが明らかになった。作用部位については今後詳細を検討していく必要がある。ラット肝動脈および上腸間膜動脈の輪状標本モデルを作成し、フェニレフリン収縮下において、NDHF候補因子の1つであるアナンダミドのdose-response relaxation curveを作製し、アナンダミドによる血管弛緩反応に対するエタノールの影響を検討した。肝動脈では、対照群でアナンダミド濃度が-9、-8、-7、-6、-5(logM)と高くなるにつれて、弛緩率は6.7、17.6、32.4、44.1、92.7(%)と増大した。これに対し、50mM EtOH処置後の血管の弛緩率は2.4、5.6、10.4、20.1、58.2(%)であり、100mM EtOH処置後の血管の弛緩率は1.6、8.8、13.2、25.8、76.2(%)を示し、特にアナンダミド濃度が-7、-6、-5(logM)において、対照群に比べて弛緩反応が有意に抑制された。上腸間膜動脈では、対照群でアナンダミド濃度が-9、-8、-7、-6、-5(logM)と高くなるにつれて、弛緩率は7.1、12.3、15.0、22.7、68.4(%)と増大した。これに対し、50mM EtOH処置後の血管の弛緩率は0.4、2.1、5.0、10.6、56.6(%)であり、100mM EtOH処置後の血管の弛緩率は0、1.2、1.9、3.7、49.2(%)を示し、特にアナンダミド濃度が-6、-5(logM)において、対照群に比べて弛緩反応が有意に抑制された。さらに、ラット大動脈輪状標本モデルにおける細胞内カルシウムイオン濃度の測定を行った。高濃度KCl添加による収縮時、吸光度は340nmにおいて上昇し、380nmで下降し、340/380nmの値の増加が見られたことから、細胞内カルシウムイオン濃度が増加していることが明らかになった。フェニレフリン収縮下のアナンダミドによる弛緩反応時の細胞内カルシウムイオン濃度変化については現在検討中であり、来年度も引き続き行う予定である。
自覚的認識に注目した嗜癖問題の包括的理解と臨床的介入に関する研究

研究計画に基づき以下の研究を行った。1)熱中と嗜癖の弁別に関して,ギャンブル依存およびスマートフォン依存を切り口としてまとめ,以下の研修会で講演した(なぜアディクションになるのか?心理的理解と対応,益田圏域ギャンブル依存研修会,2018,島根.携帯・スマホとのつきあい方を考える対話集会,平成30年度水巻中学校プロジェクト企画,2018,福岡)。2)嗜癖問題への心理療法的介入の方法論に関して,短期精神療法の臨床実践報告を行い心理療法的介入における心理教育の意味づけについて考察した。成果は以下の論文にまとめた(石田哲也他.神経症圏患者への短期心理教育面接の心理療法としての意味づけ.九州精神神経学会誌, 64,63-70, 2018)。4)嗜癖問題への心理療法的介入プログラムの汎用性の高いモデルとして参考にするため,WHOが作成したProblem Management Plus(PM+)日本語版を共同で作成した。成果は学会シンポジウムで発表した(石田哲也.「問題対処プラス」:逆境にあるコミュニティでの短期介入プログラム.日本トラウマティック・ストレス学会第17回大会シンポジウム.2018)。嗜癖問題に対する心理療法的介入に関して,認知行動変容技法および精神力動的理解に基づく心理教育テキストを作成中である。既存の心理教育テキストを用いた臨床心理士による短期心理教育面接について症例報告を行い,心理療法的介入における心理教育の意味づけについて新たな知見が得られており,成果は論文として発表している。単にテキストを用いて認知行動変容技法を行えばよいのではなく,背景にある個別の心理メカニズムを考慮した心理療法的介入が有用であると考えられる。これらの研究は次年度以降の嗜癖問題に対する心理的介入プログラムの開発に有用であると考えられる。健康的な「熱中」と不健康的な「嗜癖」との差異に関する研究計画に関連し,文献レビューおよび,すでに収集済みである健常群362名のデータを用いた検討を行い,成果を講演会で発表した。習慣の有害性のアセスメントについて,身体的影響,経済的損失,社会的問題,対人関係の変化という要素が重要であるという知見が得られており,これはギャンブル依存やスマートフォン依存といった現代的なテーマに関しても汎用可能であることを確認している。嗜癖概念が拡大している現状において,これらの知見はある習慣の健康度を判断する基準として有用であり,次年度以降の患者群に対する習慣への没入尺度の信頼性・妥当性の検討という質問紙調査に繋がるものである。患者群における習慣への没入尺度の信頼性・妥当性の検討に向けて,アンケート調査実施の具体的な準備を行う。すでに作成している習慣への没入尺度に加えて,GHQ28,BASIS32等の尺度を用いて信頼性・妥当性を検討する予定である。対象者は精神科外来および入院患者を想定している。質問紙調査は横断型研究であり,嗜癖問題の汎用性の高いアセスメントツール作成を目的とした研究である。嗜癖問題に対する効果的な心理療法的介入プログラムの開発を行う。これまでに実施した心理教育面接や短期介入プログラムの知見を活かし,嗜癖問題の理解と対応をまとめた心理教育テキストを作成する。テキストには嗜癖問題の認知行動的理解,ストレス対処法,行動活性化,ソーシャルサポートの強化を含む予定である。また面接実施に当たって,精神力動的理解に基づく支持ー表出スペクトラムを意識した治療者用マニュアルを作成する。作成されたテキストを用いて短期心理教育面接を行い,嗜癖問題に対する効果を検討する。当該年度は研究計画に基づき主に以下の4つの研究を行った。(1)熱中と嗜癖の弁別基準に関して,文献レビューおよび,すでに収集済みである大学生362名を対象とした健常群データにもとづき,インターネット依存を切り口として理解と対応についてまとめた。成果は以下の市民講演会で発表した(石田哲也.インターネット依存症は病気?うまく付き合う方法を考える.福岡市精神保健福祉センターハートメディア2017市民講演会.2017/10/12.福岡)。(2)嗜癖問題への心理的介入の方法論に関して,衝動的行為という視点から行動の改善のための心理教育面接の臨床実践報告を行い,心理的介入における心理教育の位置づけについて考察した。成果は以下の学会で発表を行った(石田哲也・大江美佐里・内村直尚.神経症圏患者への短期心理教育面接の効果検証.九州精神神経学会第70回大会.2018/01/25,26.宮崎)。(3)嗜癖問題に関するストレス対処方略に利するため,看護師・助産師の職場ストレスと職場環境について整理し,ストレス対処方略における環境の重要性についてまとめた。成果は以下の学会で発表した(石田哲也・大江美佐里・松岡美智子・津田真実・内村直尚.精神科看護師の職場ストレスと期待する職場環境.日本トラウマティック・ストレス学会第16回大会.2017/06/10,11.東京,石田哲也・大江美佐里・内村直尚.周産期病棟に勤務する看護師・助産師の職場ストレスと期待する職場環境.第37回日本社会精神医学会.2018/03/01,02.京都)(4)WHOが作成したProblem Management Plus(PM+)日本語版を共同で作成した。これは嗜癖問題への心理的介入プログラムのモデルとなる,5回の短期面接のテキストとマニュアルである。成果は学会シンポジウムで発表予定である。

不健康的な嗜癖と健康的な熱中との差異に関する研究計画に関連し,文献レビューおよび,すでに収集済みである健常群362名のデータを用いた検討を行い,成果を講演会で発表した。その結果,習慣の有害性の判断基準となるアセスメントについて,身体的影響,経済的損失,社会的問題,対人関係の変化という要素が重要であるという知見が得られている。嗜癖概念が拡大している現状において,これらの知見はある習慣の健康度を判断する基準として有用であり,次年度以降の患者群に対する習慣への没入尺度の信頼性・妥当性の検討という質問紙調査に繋がるものである。また,行動変容技法および心理力動的理解に基づく心理教育テキスト作成という研究計画に関連し,複数の心理教育テキストを用いた,臨床心理士による心理教育面接の実践と症例報告を行った。その結果,心理的介入における心理教育の位置づけについて新たな知見が得られており,成果は学会で発表している。単にテキストを用いて行動変容技法を行えばよいのではなく,背景にある個別の心理メカニズムを考慮した言語的介入が有用であると考えられる。これらの研究は次年度以降の嗜癖問題に対する心理的介入プログラムの開発に有用であると考えられる。研究計画に基づき以下の研究を行った。1)熱中と嗜癖の弁別に関して,ギャンブル依存およびスマートフォン依存を切り口としてまとめ,以下の研修会で講演した(なぜアディクションになるのか?心理的理解と対応,益田圏域ギャンブル依存研修会,2018,島根.携帯・スマホとのつきあい方を考える対話集会,平成30年度水巻中学校プロジェクト企画,2018,福岡)。2)嗜癖問題への心理療法的介入の方法論に関して,短期精神療法の臨床実践報告を行い心理療法的介入における心理教育の意味づけについて考察した。成果は以下の論文にまとめた(石田哲也他.神経症圏患者への短期心理教育面接の心理療法としての意味づけ.九州精神神経学会誌, 64,63-70, 2018)。4)嗜癖問題への心理療法的介入プログラムの汎用性の高いモデルとして参考にするため,WHOが作成したProblem Management Plus(PM+)日本語版を共同で作成した。成果は学会シンポジウムで発表した(石田哲也.「問題対処プラス」:逆境にあるコミュニティでの短期介入プログラム.日本トラウマティック・ストレス学会第17回大会シンポジウム.2018)。嗜癖問題に対する心理療法的介入に関して,認知行動変容技法および精神力動的理解に基づく心理教育テキストを作成中である。既存の心理教育テキストを用いた臨床心理士による短期心理教育面接について症例報告を行い,心理療法的介入における心理教育の意味づけについて新たな知見が得られており,成果は論文として発表している。単にテキストを用いて認知行動変容技法を行えばよいのではなく,背景にある個別の心理メカニズムを考慮した心理療法的介入が有用であると考えられる。
アメリカン・モビリティの思想史

本研究では、19世紀から現代のアメリカ文学・文化におけるモビリティ(移動性)の歴史的経緯を繙きながら、モビリティの修辞的意義を再考しつつ、いかにこの概念がアメリカの国家的イデオロギーと連動していたかを再検討することを目的とし、「性差・セクシュアリティ」「人種」の批評的枠組みおよび「大陸」「諸島」の地理的概念を援用しながら考察を深めてきた。研究代表者の大串は主に移動が性差によって異なる意味を持つことを考察し、また研究分担者である新田は移動手段が進化したモダニズム期における人種と移動を分析し、同じく研究分担者の下河辺は島を中心に海洋という移動の場のもつ意味を再考察した。本共同研究一年目にあたる平成26年度は、研究代表者・研究分担者それぞれが研究計画に基づき個別の研究および発表を行った。大串尚代は平成26年度の研究として、19世紀中葉からはじまるアメリカの西漸運動について、当時の女性作家らがどのように受け止めていたのかを調査・考察した。リディア・マリア・チャイルド、マーガレット・フラー、キャサリン・マリア・セジウィックら著作品を分析し、拡張主義とは異なる視点からみた西部を考察し、その研究成果の一部を口頭発表のかたちで発表した。新田啓子はマイノリティの移動に焦点を合わせ、移動に伴う暴力的経験ならびに「強制移住」や「隔離」等、権力による操作という移動のパラメーターの概念整理を終了した。年度前半においては、米国イェール大学にて在外研究に専念できたため、20世紀におけるアフリカ系アメリカ人と韓国系アメリカ人の動向に関する様々な史料を収集することができた。韓国系アメリカ人の経験については、アジア系アメリカ研究会会誌上に発表した。下河辺美知子は、初年度である平成26年度は、海上のモビリティについての精神的・文化的意味を探求した。ことに、19世紀作家エドガー・アラン・ポーの長編小説に描かれた航海が、グローブ(球体)としての地球を意識した軌跡を示していることを追求し、19世紀当時のアメリカの地勢図とからめて、国内外で2つの研究発表をおこなった。また、2015年3月に出版した『グローバリゼションと惑星的想像力』には、21世紀までのグローバルな移動についての考察が含まれている。年度末には、三名でハワイにあるイースト・ウエスト・センターおよびハワイ大学マノア校ハミルトン図書館で資料収集にあたった。大串はアメリカ政府文書のアーカイヴにて資料調査を、また新田はアジア系移住民における武術文化に関する資料調査を行い、下河辺は海洋関係の文献の資料調査を行った。平成27年度は、研究代表者および研究分担者がそれぞれ個人の領域において研究に取り組み、最終年度である28年度のプロジェクトの総括に進む準備を行った。研究代表者である大串尚代は、平成27年度には主に19世紀におけるアメリカ西部の発展と移住のメタファーが、第二次世界大戦後の日本の民主化政策にどのように用いられたのかについての考察をすすめた。占領下の日本における海外文化の翻訳出版の歴史をたどり、女性作家による西部表象をLaura Ingalls Wilderの作品群において分析し、最終的には日本の少女文化へとつながる文化現象の「移動」を確認した。新田啓子は、平成27年度に権力による強制や政治的操作を含んだマイノリティの移動を近代小説がどのように捉え、描いてきたかという問題を考察した。特に、Harriet Beecher Stoweの反奴隷制小説の意味を、解放奴隷を利用した中米植民計画に関する史料との関係のうちに分析し、南北戦争の戦後処理の一環として構想された人種隔離の問題性が、どのように認識されていたかを明らかにした。下河辺美知子は、半球思考という枠組みの中で、海上移動によるモビリティの研究を分担することになっている。二年目にあたる平成27年度は、前年テーマー海上のモビリティについての精神的・文化的意味ーをさらに深め、半球分割という視点から19世紀海洋小説を分析し、21世紀のグローバリゼーションの歴史的意味を考察した。また、2015年度後半は、モンロー・ドクトリンについての研究プロジェクトの成果本出版の準備に費やし、2016年6月には『モンロー・ドクトリンの半球分割:トランスナショナル時代の地球的想像力』(仮)として出版予定である。研究代表者および研究分担者が、それぞれ調査研究を進め、おおむね順調な進捗を維持している。研究の進捗状況に関しては、定期的にミーティングを持ち、報告会を行っている。共同研究最終年度の平成28年度は、3年間の共同研究をまとめるイベントとして、アメリカのコーネル大学英文科教授シャーリー・サミュエルズ氏を日本に迎え、活発な意見交換を行うとともに、今後の日米の共同研究について将来的展望を確認した。また、研究代表者である大串の本年度の研究はおもに戦後の日本民主化政策におけるアメリカ文化の果たした役割を検討することであった。特に日本の少女文化に特化して研究を進めてきたが、翻訳受容史またGHQ/SCAPによる翻訳プログラムの背景を調査することにより、日米の少女文化の接点の中に「西部」の表象があることを明らかにした。共同研究者である新田は、多様な作家が作品中に残した米国の膨張主義に対する多方向にわたる応答を読み解く作業を推進した。とりわけWilliam FaulknerのGo Down, Moses(1942)とZora Neale HurstonのSeraph on the Suwanee(1948)について主題的な研究を行い、1940年代における両作家がともに、南北戦争敗戦後に凋落した南部の合衆国への再統合は、前者が後者の「外縁」たる西半球世界における覇権行動に合流することでなされているという批判的視座を有していたことを確認した。

下河辺は2016年度にあたる平成28年度は、海上のモビリティについての精神的・文化的意味をさらに深め、半球分割の歴史的意味をさぐり、編著『モンロー・ドクトリンの半球分割』を出版した。また、環大西洋的視点から新大陸アメリカの根源的位置をさぐるという目的から、ヴァージニア植民地でイギリス人がであったネイティヴアメリカンの女性ポカホンタスについての研究を開始し、その成果を2017年3月ロンドンで行われた国際会議“Pocahontas and after"にて発表した。本研究では、19世紀から現代のアメリカ文学・文化におけるモビリティ(移動性)の歴史的経緯を繙きながら、モビリティの修辞的意義を再考しつつ、いかにこの概念がアメリカの国家的イデオロギーと連動していたかを再検討することを目的とし、「性差・セクシュアリティ」「人種」の批評的枠組みおよび「大陸」「諸島」の地理的概念を援用しながら考察を深めてきた。研究代表者の大串は主に移動が性差によって異なる意味を持つことを考察し、また研究分担者である新田は移動手段が進化したモダニズム期における人種と移動を分析し、同じく研究分担者の下河辺は島を中心に海洋という移動の場のもつ意味を再考察した。本共同研究は、研究代表者・研究分担者が本共同研究開始以前より培ってきた研究領域を発展させるものであるため、個別の研究の進捗状況はおおむね順調であると思われる。また、研究者間の連絡も密に行っており、相互に協力し合って研究を行っていることが大きな理由である。本研究の最終年度である平成28年度には、これまでの研究の集大成として、シンポジウムなどを開催する予定である。具体的には、アメリカ・コーネル大学英文科教授であるシャーリー・サミュエルズ氏を招聘し、主に19世紀アメリカ文学の視点より意見交換を行い、本研究課題についてのさらなる考察を深める。また年度末には、本研究のテーマであるモビリティを中心に据えたシンポジウムの開催を予定している。アメリカ文学当初の計画通り、共同研究二年目の27年度は、1)前年度の研究の見直し、共同研究の方向性を再検討し、2)個人研究および資料収集、3)研究報告会(年2回程度)を行う。大串の個人研究としては、主に19世紀から20世紀のアメリカ大衆文学・児童文学における西部と女性の表象が、第二次大戦後の日本少女文化に与えた影響を考察する。新田は主として概念構築と資料調査に費やした初年度の基礎的蓄積を踏まえ、平成27年度以降については、具体的文学作品や歴史的モメントに照準を合わせた主題研究の執筆を進める。とりわけ、南北戦争後のアメリカの西部への膨張と、解放奴隷の植民をめぐる政治の解明に力点を置く予定である。下河辺は引き続き海洋移動に着目し、ハーマン・メルヴィルの一連の海洋小説における「移動」の意義を再検討する。これらの研究について、年2回の研究報告会で発表する予定にしている。研究代表者である大串尚代分について、次年度使用額が生じている。これは購入を希望した書籍が年度内の納品ができなかったことが主な理由である。26年度は250,219円の次年度使用額が生じたが、内訳としては大串分219円、新田分が250,000円である。
結合組織成長因子(CTGF)の強皮症病変形成への関与

以上の結果から,皮膚の線維化がTGF-βによって誘導され,CTGFによって維持されるという仮説が強く示唆された。そこで,このモデルを用いて抗CTGF中和抗体による線維化の抑制を試みたところ,一部抑制効果が確認され,さらにより中和活性の強い抗体のスクリーニングを試みている。またCTGFアンチセンスの作用についても検討する予定である。また,全身性強皮症患者の血清CTGF濃度を多数例で検討したところ,正常人に比較して有意な上昇がみられただけでなく,皮膚硬化や肺線維症などの疾患重症度と血清CTGF濃度との相関が認められ,線維化疾患の代表ともいえる全身性強皮症の病因にCTGFが関与していることが示された。今後我々が確立したTGF-βおよびCTGFによるマウス線維化モデルを用いて,全身性強皮症に対する治療薬のスクリーニングを行い,臨床応用に結びつけたい。次に我々は,ヒト血清中に存在CTGF濃度で測定するELISAシステムを確立し,強皮症患者血清中で測定したところ,正常人に比較して有意な上昇を認めた。更に血清中CTGF濃度と皮膚硬化の重症度,肺線維症の有無とに相関を認め,実際に線維化疾患の代表ともいえる強皮症におけるCTGFの病因的関与が示唆された。以上の結果,我々が提唱する二段階線維化仮説,すなわちTGF-βが強皮症における線維化を誘導し,CTGFによってその線維化が維持されるという仮説を強く支持するものであった。今後,我々の確立した動物モデルを用いて,抗CTGF中和抗体ならびにCTGFアンチセンスによる線維化誘導,維持の抑制についての研究を進め,最終的にはヒトの強皮症における画期的治療法の開発へと展開されることを計画している。以上の結果から,皮膚の線維化がTGF-βによって誘導されCTGFによって維持されるという仮説が強く示唆された.そこでこのモデルを用いて抗CTGF中和抗体による線維化の抑制を試みたところ,一部抑制効果が確認され,さらにより中和活性の強い抗体のスクリーニングを試みている.CTGFアンチセンスの作用についても検討する予定である.また,全身性強皮症患者の血清CTGF濃度を多数例で検討したところ,正常人に比較して有意な上昇がみられただけでなく,皮膚硬化や肺線維症などの疾患重傷度と血清CTGF濃度との相関が認められ,線維化疾患の代表ともいえる全身性強皮症の病因にCTGFが関与していることが示された.今後,我々が確立したTGF-βおよびCTGFによるマウス線維化モデルを用いて,全身性強皮症に対する治療薬のスクリーニングを行い,臨床応用に結びつけたい.
モノクロナル抗体が強制的に誘導するヌードマウス発毛メカニズムの解明

I.発毛誘導モノクロナル抗体の認識する抗原の同定1.発毛誘導モノクロナル抗体の認識する抗原の同定新たにクローニングした発毛誘導モノクローナル抗体(3D7)産生ハイブリドーマ細胞を接種したヌードマウス約40匹より,およそ280ml分の腹水液を採取した.これらの腹水液150ml分からプロテインGアフィニティクロマトグラフィー法により3D7抗体を精製し,およそ400mgの精製抗体を得た.2.ヒト血清からの抗原精製ヒト(ボランティア)血清100mlからマンノースカラムクロマトグラフィーにより高マンノース結合性成分を粗精製し,ついでキトオリゴ糖カラムクロマトグラフィーにより糖鎖結合性成分を精製した.精製抗原を3D7抗体と,コントロールとして抗ヒトマンノース結合レクチン(MBL)抗体を用いたウエスタンブロッティングとにより比較分析し,精製抗原中にMBL成分と異なる分子量32-34KDaのタンパク成分の存在を確認した.3.3D7抗体カラムクロマトグラフィーによる抗原精製3D7抗体を用いてアフィニティ抗体カラムを作製し,キトオリゴ糖カラム精製抗原画分からの3D7抗体結合タンパクのアフィニティ抗原精製を行なった.II.精製抗体による発毛の再現実験動物として市販されているヌードマウスは一般に1ヶ月齢ほどである.一方,およそ3ヶ月齢未満のヌードマウスは微量ながら周期的な産毛の発毛サイクルを繰り返しているものがほとんどである.そこで,12ヶ月齢以上独自に飼育し,外観上は発毛サイクルが完全に認められなくなった加齢ヌードマウスに対して本モノクロナル抗体の接種を1mg/回,3日毎に計6回行なった所,若いマウスに見られた発毛化現象は観察されなかった.このことから,本抗体による発毛化現象は毛の新生を誘導すると考えるよりはむしろ毛再生における産毛の脱落消退を防ぎ,毛成長強化作用に関係しているものと推測される.細菌は、増殖の定常期状態やアミノ酸・糖などの栄養が枯渇した環境、あるいは酸化的ストレスなどのストレス環境下では、緊縮応答(stringent response)によってこれらの環境変化に適応し、生存を可能にする。本研究は、Salmonell enterica serovar Typhimuriumにおいて、ppGppにより遺伝子発現調節される病原因子を同定し、マクロファージ細胞内環境への適応メカニズムを解明することを目的とする。平成16年度は、アガロース二次元電気泳動法(アガロース2-DE)を用いたppGppにより発現調節される因子の同定を試みた。まず、S.Typhimurium ATCC1402ナリジクス酸耐性株SH1OO(親株)とrelA spoT二重変異株を様々な培養条件下において培養し、全菌体たん白質をアガロース2-DEにより、展開・分離した。また、平成15年度に同定したppGPPにより発現制御される3っのビルレンス形質、Salmonella pathogenicity island 1(SPI-1)、Salmonella pathogenicity island 2(SPI-2)、およびspv領域のたん白質が実際にrelA spoT二重変異株において発現が低下していることを確認するために、それぞれの変異株を同じ条件下で培養し、全菌体たん白質を比較した。現在、すでに同定されたもの以外のたん白質についていくつか確認し、LC-MS/MSを用いて、同定することを行っている。本研究の成果から、ppGppによって制御される遺伝子を同定し、さらに、マクロファージ内においてSalmonellaの増殖に必要な遺伝子を分離するための基礎的なデータを得ることができたものと考えられる。I.発毛誘導モノクロナル抗体の認識する抗原の同定I-1.抗体の調整とマウス発毛現象の再現についてa)発毛誘導モノクロナル抗体を得るために,液体窒素及び-80°Cで凍結保存していた抗体産生ハイブリドーマ細胞を再培養し,まず10匹のBALB/c系列ヌードマウス腹空下にそれぞれ接種し経時的変化を観察しながら腹水液を得る実験を行なった.その際,本抗体産生ハイブリドーマ細胞確立当初には観察されていた貯留腹水液抗体に由来する発毛現象が全マウスにおいて観察されなくなるという問題が生じた.b)そこで,細胞の長期凍結保存による抗体活性の変異を疑い,あらためて発毛誘導活性を持つ抗体産生ハイブリドーマ細胞の再クローニングを液体窒素凍結保存細胞から行なった.c)3回の限界希釈クローニングによって選択されたハイブリドーマの培養液中に含まれる抗体の活性をウェスタンブロティングで確認し,細胞増殖時間の異なる3種のハイブリドーマ細胞を選び出し,再びBALB/c系列ヌードマウス腹空下に接種して発毛活性を有するハイブリドーマ細胞の確認実験をした所、そのうち1匹に発毛現象が再観察された.I-2.抗体の大量調整a)発毛が再確認されたハイブリドーマ細胞を大量培養し,再び10匹のBALB/c系ヌードマウスに対して2回,10匹のICR系ヌードマウスに対して1回,合わせて30匹からおよそ150ml分のマウス腹水液を調整した.b)現在,腹水液からaffinity精製による高収量,高純度のモノクロナル抗体の調整中である.I-3.精製抗体による発毛化現象の再現a)今後は精製抗体を接種単位を振り分けて雌雄のヌードマウスに接種し,経時的変化を観察し,表皮組織サンプルを得,病理組織学的変化を調べる予定である.I.発毛誘導モノクロナル抗体の認識する抗原の同定1.発毛誘導モノクロナル

抗体の認識する抗原の同定新たにクローニングした発毛誘導モノクローナル抗体(3D7)産生ハイブリドーマ細胞を接種したヌードマウス約40匹より,およそ280ml分の腹水液を採取した.これらの腹水液150ml分からプロテインGアフィニティクロマトグラフィー法により3D7抗体を精製し,およそ400mgの精製抗体を得た.2.ヒト血清からの抗原精製ヒト(ボランティア)血清100mlからマンノースカラムクロマトグラフィーにより高マンノース結合性成分を粗精製し,ついでキトオリゴ糖カラムクロマトグラフィーにより糖鎖結合性成分を精製した.精製抗原を3D7抗体と,コントロールとして抗ヒトマンノース結合レクチン(MBL)抗体を用いたウエスタンブロッティングとにより比較分析し,精製抗原中にMBL成分と異なる分子量32-34KDaのタンパク成分の存在を確認した.3.3D7抗体カラムクロマトグラフィーによる抗原精製3D7抗体を用いてアフィニティ抗体カラムを作製し,キトオリゴ糖カラム精製抗原画分からの3D7抗体結合タンパクのアフィニティ抗原精製を行なった.II.精製抗体による発毛の再現実験動物として市販されているヌードマウスは一般に1ヶ月齢ほどである.一方,およそ3ヶ月齢未満のヌードマウスは微量ながら周期的な産毛の発毛サイクルを繰り返しているものがほとんどである.そこで,12ヶ月齢以上独自に飼育し,外観上は発毛サイクルが完全に認められなくなった加齢ヌードマウスに対して本モノクロナル抗体の接種を1mg/回,3日毎に計6回行なった所,若いマウスに見られた発毛化現象は観察されなかった.このことから,本抗体による発毛化現象は毛の新生を誘導すると考えるよりはむしろ毛再生における産毛の脱落消退を防ぎ,毛成長強化作用に関係しているものと推測される.細菌は、増殖の定常期状態やアミノ酸・糖などの栄養が枯渇した環境、あるいは酸化的ストレスなどのストレス環境下では、緊縮応答(stringent response)によってこれらの環境変化に適応し、生存を可能にする。本研究は、Salmonell enterica serovar Typhimuriumにおいて、ppGppにより遺伝子発現調節される病原因子を同定し、マクロファージ細胞内環境への適応メカニズムを解明することを目的とする。平成16年度は、アガロース二次元電気泳動法(アガロース2-DE)を用いたppGppにより発現調節される因子の同定を試みた。まず、S.Typhimurium ATCC1402ナリジクス酸耐性株SH1OO(親株)とrelA spoT二重変異株を様々な培養条件下において培養し、全菌体たん白質をアガロース2-DEにより、展開・分離した。また、平成15年度に同定したppGPPにより発現制御される3っのビルレンス形質、Salmonella pathogenicity island 1(SPI-1)、Salmonella pathogenicity island 2(SPI-2)、およびspv領域のたん白質が実際にrelA spoT二重変異株において発現が低下していることを確認するために、それぞれの変異株を同じ条件下で培養し、全菌体たん白質を比較した。現在、すでに同定されたもの以外のたん白質についていくつか確認し、LC-MS/MSを用いて、同定することを行っている。
電気化学的方法を利用した新規遷移金属酸窒化物の合成とその光触媒活性の評価

太陽光と水から直接水素を製造する光触媒を用いた水の光分解は、クリーンエネルギーシステムを構築する上で有効な水素製造方法として注目を集めており活発な研究が行われている。その中で遷移金属酸化物に窒化物イオンをドープした遷移金属酸窒化物は、可視光照射下で光触媒活性を有する新しい材料として期待されている。一般に、遷移金属酸窒化物は出発原料である酸化物をアンモニア気流中で熱処理する方法で合成されているが、この方法では熱処理中に還元と窒化が同時に行われるため、酸化物イオン、窒化物イオンの組成比を独立に変化させることが難しい。そこで本研究では、Li_3N-LiCL-KCl混合溶融塩を用い、出発原料である酸化物試料を電気化学的に窒化することで、酸化物、窒化物イオン組成が制御された遷移金属酸窒化物合成を試み、その光触媒活性の評価を試みた。電気化学反応セルは自作し、Li_3N-LiCl-KCl混合塩は200°Cで72時間真空乾燥した。その後混合塩を450°Cで融解させ、さらに溶融塩中に高純度Arガスを12時間吹き込むことで、溶融塩中に含まれる水分を除去した。出発原料となる酸化物としてTiO_<1.98>焼結体を合成し、これを短冊状に成型し、陰極に取り付け、電気化学反応セルに導入した。この試料を450°Cで、+0.8V(Li^+/Li)の定電圧を印可し、180分、窒化を行った。電解後、試料は粉末状になり溶融塩中に沈んでいた。冷却後、混合塩から試料を取り出し、粉末X線回折を行ったところ、この試料は、出発原料であるTiO_<1.98>とは異なる結晶構造である、岩塩型構造を有していた。この事は、これまで合成の報告がない新しい岩塩型酸窒化物が合成されたことが示唆している。今後、この試料の組成、結晶構造などについてさらに研究を進めていこうと考えている。1.反応前駆体の合成反応前駆体とて、パイロクロア型酸化物、La_2Ti_2O_7、また、Ba_2Nb_2O_7の組成を持つ複合酸化物を合成し、その合成条件や基礎物性の測定を行っている。その結果、La_2Ti_2O_7は1200°C、8時間程度の焼結で合成することができた。また、Ba_2Nb_2O_7の組成を持つ複合酸化物は、単層の酸化物が合成されなくても、BaCO_3が分解していれば窒化できることが判明した。さらにLaTi系ではLa_2O_3、TiO_2を混合した状態より、パイロクロア型酸化物にしてから窒化した方が、より容易に窒化されることがわかった。2.NH_3雰囲気での焼成から得られた酸窒化物のキャラクタリゼーション現在、当研究室では、電気化学的に窒素を導入した酸窒化物との比較のため、NH_3雰囲気中での焼成により酸窒化物を合成しキャラクタリゼーションを行っている。その結果、LaTiO_2Nにくらべ、BaNbO_2Nの方がより窒化されやすいことがわかった。さらに、これら酸窒化物はAr雰囲気中600°C程度で穏やかに酸化させると、陰イオン組成が過剰な、BaNbO_<3.5>N_δ、LaTiO_<3.5>N_δという組成を持つ、ユニークなペロフスカイト型酸窒化物が得られることがわかった。また、BaNbO_<3.5>N_δ、LaTiO_<3.5>N_δは、密度が極端に小さく欠損が多いため、H_2O、N_2、CO_2などの分子が吸着されることが明らかとなった。3.電気化学的方法による窒素の導入現在、窒素導入のための電気化学的セルを自作し、窒素導入ための最適条件を探索中である。これまでの実験により、グローブボックス外でも雰囲気を制御することで電気化学的に窒素導入できる可能性が示されており、今後さらに実験を重ねていく予定である。

この試料を450°Cで、+0.8V(Li^+/Li)の定電圧を印可し、180分、窒化を行った。電解後、試料は粉末状になり溶融塩中に沈んでいた。冷却後、混合塩から試料を取り出し、粉末X線回折を行ったところ、この試料は、出発原料であるTiO_<1.98>とは異なる結晶構造である、岩塩型構造を有していた。この事は、これまで合成の報告がない新しい岩塩型酸窒化物が合成されたことが示唆している。今後、この試料の組成、結晶構造などについてさらに研究を進めていこうと考えている。
ヒト糸球体腎炎におけるbcl-2の発現

糸球体腎炎の進展過程には、糸球体固有細胞の持続的な増殖が観察されるが、この研究ではbcl-2を介したアポトーシスの抑制が糸球体腎炎疾患の進展に関与しているか否かを検討した。〈対象と方法〉〈成績〉各種疾患別に、糸球体クロスセクションあたりのbcl-2陽性細胞の発現頻度をみると、特にループス腎炎や巣状糸球体硬化症、IgA腎炎で比較的高頻度であった。糸球体クロスセクション当たりのFas抗原陽性細胞はINST陽性細胞の頻度と正相関していた。一方微小変化群ネフローゼや正常腎組織では、bcl-2の発現頻度は低値であった。Fas抗原やbcl-2発現細胞は主にメサンギウム細胞、ときに浸潤白血球であった。メサンギウム増殖性腎炎(IgA腎炎,non-IgA腎炎,紫斑病性腎炎例)での、糸球体内のbcl-2の発現をメサンギウム細胞の増殖の程度、および増殖核抗原(PCNA)陽性細胞の頻度、蛋白尿の程度と比較したところ、bcl-2はこれらのいずれとも良い相関性を示した(P<0.01)。このことから、bcl-2の過剰な発現が糸球体細胞の持続的な増殖に関与している可能性があるものと推察される。
ナノ粒子における銀の自己拡散と粒子構造変化

研究代表者ら独自の方法(チオシアン酸銀の水素化ホウ素ナトリウムによる還元)を用いて中空銀ナノシェルを合成し、ナノシェルの生成から構造変化までの一連の消光スペクトルの時間変化を調べた。中空銀ナノシェルが示す局在表面プラズモン共鳴(LSPR)由来の消光ピークの時間変化の速度論的解析を行った。生成過程はFinke-Watzky二段階モデルで説明することができ、一方、構造変化の過程は連続する二段階の一次反応を仮定したモデルでうまく説明することができた。各過程の実験データに対して非線形回帰を行うことで反応速度定数を決定した。中空銀ナノシェルの合成条件(温度と前駆体原料のチオシアン酸イオン濃度)が速度定数に及ぼす影響を調べた。速度定数の温度依存性が認められ、アレニウス・プロットにより活性化エネルギーを見積もった。一方、チオシアン酸イオン濃度を変えて速度定数を調べたところ、速度定数のチオシアン酸イオン濃度依存性が認められた。このことから還元条件(つまりナノシェル生成条件)がナノシェルの構造に影響を及ぼすことが示唆された。これに関連して、還元剤の影響を調べるために、水素化ホウ素ナトリウムの代わりにアルコルビン酸を用いて反応を行った。その結果、中空ナノシェルではなく、複数の突起を有するデンドライト状(樹枝状)の銀ナノ粒子が生成することを見出した。このことについて反応条件とLSPR特性・粒子形状の関係を調べた。その結果、反応条件によって異なる形状異方性をもつナノ粒子が生成し、それによりLSPR波長が劇的にシフトすることが確認された。実験と並行して、計算機による離散双極子近似シミュレーションを行って上述の消光スペクトルの再現を試みた。粒子構造変化の過程を推定するために、計算モデルを変えてシミュレーションを行い、実験で観測されたスペクトル変化に近い結果を与えるモデルを探索した。中空銀ナノシェルの粒子構造変化反応の速度論的解析を行うために必要な消光スペクトル測定の実験系と解析の方法が確立できた。同時にナノシェルの生成過程の速度論も調べることができた。この方法に基づいて、上述のとおり、反応速度定数の決定と活性化エネルギーの算出まで行うことが可能となった。これにより、本研究課題の遂行に必要な方法論の確立が達成できたといえる。また、ナノシェル合成の反応条件が速度定数に影響を及ぼすことを明らかにした。この結果により、粒子構造変化に影響を及ぼす因子を調べられることが実証された。よって、引き続き、反応条件を変えて、速度論に及ぼす影響を詳細に調べることにより、粒子構造変化の駆動力や抑制因子を明らかにすることができると見込まれる。計算については、実験で観測された消光スペクトルのシミュレーションは当初の想定どおりに行うことができ、ナノシェルの構造変化を推定する有用な手法であることが確認できた。より改良された計算モデルを用いてシミュレーションを行うことで推定の精度の向上が見込まれる。一方で、表面原子拡散のシミュレーション系の構築には着手できなかった。この原因のひとつは計算機の不具合によるものであり、次年度に最優先に手当てをして、改善したいと考える。以上のような状況から、概ね計画どおりに研究を行うことができたといえる。中空銀ナノシェルの構造変化を調べる方法論が確立できた。これに基づいて、構造変化に影響を及ぼす物理化学的因子をさらに系統的に調べる。チオシアン酸イオンの結果を踏まえて、特に銀と相互作用すると予想される配位子やイオンに焦点を当て、これらを反応系に添加することにより、反応速度定数に及ぼす影響を調べる。これにより構造変化を抑制または促進する因子を明らかにするとともに、粒子の表面原子の移動が構造変化を駆動しているとの仮説の妥当性を検証する。計算機シミュレーションを引き続き行うことにより、ナノシェルの構造変化の過程を再現することを試み、消光スペクトル変化の由来と考えられるナノ構造変化を明確化する。加えて、ナノ構造変化の原因と考えられるナノ粒子の表面銀原子の拡散のシミュレーションを試みる。原子レベルの拡散現象とナノメートルスケールでの粒子構造変化とを関連づけることを目的として、計算系を確立させる。また、ナノシェルの構造変化の過程をcurvature-induced surface diffusion機構に基づいて解釈し、理論的な裏付けが得られるのかを検討する。デンドライト状銀ナノ粒子の生成については、当初の想定外の結果であったが、形状異方性をもつ銀ナノ粒子を与える新奇な反応といえる。本研究課題の粒子構造変化の観点から見ても、興味深い銀ナノ粒子である。特に、デンドライト状の突起構造の時間変化を明らかにすることができれば、それはナノスケールでの粒子構造変化の一種とみなせると思われる。このため、並行してデンドライト状銀ナノ粒子の生成条件を調べるとともに、生成および粒子構造変化の過程を明らかにすることを試みる。

一方、チオシアン酸イオン濃度を変えて速度定数を調べたところ、速度定数のチオシアン酸イオン濃度依存性が認められた。このことから還元条件(つまりナノシェル生成条件)がナノシェルの構造に影響を及ぼすことが示唆された。これに関連して、還元剤の影響を調べるために、水素化ホウ素ナトリウムの代わりにアルコルビン酸を用いて反応を行った。その結果、中空ナノシェルではなく、複数の突起を有するデンドライト状(樹枝状)の銀ナノ粒子が生成することを見出した。このことについて反応条件とLSPR特性・粒子形状の関係を調べた。その結果、反応条件によって異なる形状異方性をもつナノ粒子が生成し、それによりLSPR波長が劇的にシフトすることが確認された。実験と並行して、計算機による離散双極子近似シミュレーションを行って上述の消光スペクトルの再現を試みた。粒子構造変化の過程を推定するために、計算モデルを変えてシミュレーションを行い、実験で観測されたスペクトル変化に近い結果を与えるモデルを探索した。中空銀ナノシェルの粒子構造変化反応の速度論的解析を行うために必要な消光スペクトル測定の実験系と解析の方法が確立できた。同時にナノシェルの生成過程の速度論も調べることができた。この方法に基づいて、上述のとおり、反応速度定数の決定と活性化エネルギーの算出まで行うことが可能となった。これにより、本研究課題の遂行に必要な方法論の確立が達成できたといえる。また、ナノシェル合成の反応条件が速度定数に影響を及ぼすことを明らかにした。この結果により、粒子構造変化に影響を及ぼす因子を調べられることが実証された。よって、引き続き、反応条件を変えて、速度論に及ぼす影響を詳細に調べることにより、粒子構造変化の駆動力や抑制因子を明らかにすることができると見込まれる。計算については、実験で観測された消光スペクトルのシミュレーションは当初の想定どおりに行うことができ、ナノシェルの構造変化を推定する有用な手法であることが確認できた。より改良された計算モデルを用いてシミュレーションを行うことで推定の精度の向上が見込まれる。一方で、表面原子拡散のシミュレーション系の構築には着手できなかった。この原因のひとつは計算機の不具合によるものであり、次年度に最優先に手当てをして、改善したいと考える。以上のような状況から、概ね計画どおりに研究を行うことができたといえる。中空銀ナノシェルの構造変化を調べる方法論が確立できた。これに基づいて、構造変化に影響を及ぼす物理化学的因子をさらに系統的に調べる。チオシアン酸イオンの結果を踏まえて、特に銀と相互作用すると予想される配位子やイオンに焦点を当て、これらを反応系に添加することにより、反応速度定数に及ぼす影響を調べる。これにより構造変化を抑制または促進する因子を明らかにするとともに、粒子の表面原子の移動が構造変化を駆動しているとの仮説の妥当性を検証する。