hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
歯肉付着上皮のアポトーシスおよび上皮間葉移行（EMT）におけるアメロチンの役割

アメロチン(AMTN)は,歯肉接合上皮に局在するエナメルタンパク質であるが,その機能は明らかではない。歯肉接合上皮の恒常性や病態の変化を評価することは,歯周病などに対する生体の応答を理解する上で重要である。今回,歯肉上皮細胞のアポトーシス下でのAMTN遺伝子発現の変化を検索し,Smad3遺伝子欠失マウスにおけるAMTNの局在を観察した。歯肉上皮細胞にTGFβ1刺激によるアポトーシスを誘導させた結果,AMTN mRNA量は一過性に増加した。その転写調節には転写因子であるSmad3の関与が示唆された。したがって,歯肉上皮のアポトーシス時にAMTNは何らかの役割があることが考えられた。アメロチンはエナメル質形成期成熟期のエナメル芽細胞から分泌され,歯牙放出後の歯肉付着上皮に局在するエナメルタンパク質である。歯周組織の発生学的知見および歯周組織の恒常性維持の解明において注目されるタンパク質であり,アポトーシスおよびEMTにおけるアメロチン遺伝子レベルの変化を検索することで,付着上皮の恒常性に関わると思われる転写因子の同定を研究の目的としている。我々は,ヒト炎症歯肉組織におけるAMTN遺伝子レベルは,正常歯肉組織よりも増加し,ヒト歯肉線維芽細胞における炎症性サイトカインによるAMTN遺伝子レベルの増加を示した。トランスフォーミング増殖因子1(TGF beta1)によりマウス歯肉上皮細胞(GE1細胞)にアポトーシスを誘導することを示すことができ,その条件下でアポトーシスにおけるAMTN,ODAM,FDC-SPといった付着上皮に発現する遺伝子の変化を調べた。その結果,AMTN遺伝子はアポトーシス初期から経時的に増加することが分かった。TGF beta1に誘導されるSmad3の関与に焦点をしぼり,Smad3過剰発現下においてもAMTN遺伝子発現が増加することが示すことができた。また,クロマチン免疫沈降法によって,AMTN遺伝子プロモーター中の応答配列の範囲をある程度同定した。これらの結果から,AMTN遺伝子発現はSmad3を介したTGF beta1により誘導されることが分かった。しかし,直接的なAMTNとアポトーシスとの関係はまだ検索中である。また,EMT時のAMTN遺伝子発現の変化の検索も条件決めの段階である。当初の予定通り,AMTNとアポトーシスの関係を調べるにあたりTGF beta1刺激によるアポトーシスの誘導をGE1細胞を使用して行うにあたり,刺激時間,濃度等の条件決めは明確であると考えている。その変化の中で,AMTNを含む歯肉付着上皮に発現する遺伝子の発現の変化を調べることができている。AMTN遺伝子プロモーターへの結合が増加する転写因子については,まず主要な転写因子であるSmad3に焦点を絞り込み解析することで,TGF beta1に関連する応答配列を想定できている。転写因子間の相互作用はゲルシフトアッセイや免疫沈降法を行う必要がある。EMT関連遺伝子による過剰発現でGE1細胞におけるEMTを誘導を試みているが,再現性の高い結果が得られていないため,TGF beta1刺激の濃度や時間あるいはEMT関連遺伝子による過剰発現の細胞への導入条件などを決めている段階である。上記に示したアポトーシス関連の結果は,論文作成し,論文投稿中である。また,日本歯科保存学会で発表予定である。歯肉接合上皮は,歯面とヘミデスモゾームで結合し,いわば体外と歯周組織内への入り口を担うバリアーである。慢性歯周炎時にはこの付着が破壊されるため,この付着のコントロールが重要である。我々は以前,歯肉接合上皮に局在するアメロチン(AMTN)遺伝子に着目し,炎症時ヒト歯肉におけるAMTN遺伝子発現が,正常歯肉と比較して増加することを示した。炎症の過程や程度は,アポトーシス,上皮間葉移行といった病態と密接に関連している。そこで今回,歯肉上皮細胞にトランスフォーミング成長因子(TGF-β1)を作用させてアポトーシスを引き起こし,AMTN遺伝子発現の変化とその転写調節機構を解析した。歯肉上皮細胞(GE1細胞)をTGFβ1で刺激,またはSmad3過剰発現下で,AMTN mRNA量の変化をReal-time PCRで分析し,マウスAMTN遺伝子プロモーター配列を含むルシフェーラーゼプラスミドを使用して,転写活性を測定した。Smad3応答配列(SBE)とSmad3の結合はクロマチン免疫沈降法で検索した。Smad3ノックアウトマウスにおけるAMTNの局在は免疫染色法で観察した。TGFβ1刺激後およびSmad3過剰発現下でアポトーシスは誘導された。AMTN mRNA量は,TGFβ1刺激24時間で最大になり,その後減少した。TGFβ1刺激およびSmad3過剰発現によるAMTN遺伝子の転写活性には,-1651-878塩基対に存在する応答配列が関係し,その領域に含まれるSBEへのSmad3の結合が増加した。Smad3ノックアウトマウスの接合上皮におけるAMTNタンパク質発現は減少傾向であった。歯肉上皮細胞のTGFβ1誘導アポトーシス時にAMTN遺伝子発現はSmad3を介し,一過性に増加した。したがって,歯肉上皮のアポトーシスと歯肉接合上皮の病態の変化は深く関与することが考えられた。

今回,歯肉上皮細胞のアポトーシス下でのAMTN遺伝子発現の変化を検索し,Smad3遺伝子欠失マウスにおけるAMTNの局在を観察した。歯肉上皮細胞にTGFβ1刺激によるアポトーシスを誘導させた結果,AMTN mRNA量は一過性に増加した。その転写調節には転写因子であるSmad3の関与が示唆された。したがって,歯肉上皮のアポトーシス時にAMTNは何らかの役割があることが考えられた。直接的なアメロチンとアポトーシスおよびEMTとの関係が明らかに示すのが困難である。つまり,EMTにおける歯肉付着上皮の働きやその恒常性の調節機構の解析に役立てることができると考えているが,GE1細胞におけるEMT誘導の条件決めに時間を割いている段階である。GE1細胞が不死化細胞であるため,このようなアポトーシスやEMTといった現象に適した条件を示す,明確な結果が必要であると考えている。また,Smad3過剰発現だけではなく,ノックダウンした細胞あるいはノックアウトマウスのサンプルを用いた免疫染色法なども考える必要がある。歯周病学細胞培養に使用する培地の購入するにあたり,実験結果のデータ解析を行いながら研究を進めてきた。研究データにさらに必要な実験をを見通しながら,培養に使用する消耗品を購入していたため差額が生じた。生じた差額は引き続き行っている細胞培養の消耗品に使用する予定である。
都市における再生可能エネルギー最適導入プロセス解明の動的評価手法の構築

本研究の目的は、自立・分散型低炭素エネルギー社会の実現に向け、都市における将来的な再生可能エネルギーの最適導入プロセスを明らかにする動的評価手法を構築することである。研究期間全体を通じて得られた研究成果を以下に記す。1)再生可能エネルギーの賦存量・利用可能量推定のためのデータ構築:北海道内の市町村が作成したエネルギービジョン等を用いて、太陽光、太陽熱、バイオマス、雪氷冷熱の賦存量や利用可能量の推定方法や、推定する際に必要となるデータを整備した。整備したデータをもとに、賦存量や利用可能量を推定した。2)都市におけるエネルギー需要量推定のためのデータ構築:既往の調査結果等を参考にし、民生部門のエネルギー需要量の推定に必要となる建物用途別のエネルギー消費量原単位や建物データを整備した。整備したデータをもとに、富良野圏域5市町村を対象にエネルギー需要(熱・電力)を推定した。富良野市については、エネルギー需要の空間分布特性を250m×250mメッシュ間隔で把握し、熱負荷密度からエネルギーの面的利用が有効なエリアを明らかにした。3)再生可能エネルギー最適導入プロセス解明の動的評価手法の構築:線形計画法を用いて、将来的な都市の化石燃料消費量、CO2排出量、ランニングコストを最小化し、再生可能エネルギーの最適導入プロセスを解明できる動的評価手法を構築した。4)動的評価手法の実用性検証:構築した動的評価手法を用いて、北海道富良野市を対象に、毎年の化石燃料消費量が最小となる再生可能エネルギーの導入プロセスを解析した。設備導入費を5,000万円/年、解析期間を30年とした場合、再生可能エネルギーにより30年後の化石燃料消費量を32%削減でき、熱需要の21%をRDFや木質バイオマスで代替できると試算された。一方、電力については再生可能エネルギーで代替できず、系統電力で供給する結果になった。1)再生可能エネルギーの賦存量・利用可能量推定のためのデータ構築北海道内にある市町村が作成したエネルギービジョンや北海道が公開している「新エネルギー賦存量推計システム」を用い、再生可能エネルギーの賦存量・利用可能量の推定方法や、推定する際に必要となるデータを整備した。特に、雪氷冷熱については、既往の推定手法を改良し、各市町村の道路面積から推定する手法により、賦存量を推定した。2)都市におけるエネルギー需要量推定のためのデータ構築研究代表者らによる既往研究、非住宅建築物の環境関連データベース(DECC)や北海道消費者協会による既往の調査結果を参考にし、民生部門のエネルギー需要量の推定に必要となる建物用途別のエネルギー消費量原単位を整備した。また併せて、都市計画基礎調査等のデータを使用し、市町村全域の建物データ(建物用途、延床面積等)も整備した。整備したデータをもとに、北海道富良野圏域5市町村を対象にエネルギー需要(熱・電力)を推定するとともに、GISを用いて250m×250mメッシュ間隔でエネルギー需要マップを作成した。富良野市については、エネルギー需要の空間分布特性を詳細に把握するために、熱負荷密度と熱電比を入力データとしたクラスター分析を行い、各メッシュの類型化を行った。分析結果より、コージェネレーション等の導入によるエネルギーの面的利用が有効なエリアを明らかにした。平成28年度に予定していた再生可能エネルギーの賦存量・利用可能量の推定、および都市におけるエネルギー需要量の推定を予定通り遂行することができたため、おおむね順調に進展していると考える。研究項目は、1)再生可能エネルギーの賦存量・利用可能量推定のためのデータ構築(H28年度)、2)都市におけるエネルギー需要量推定のためのデータ構築(H28年度)、3)再生可能エネルギー最適導入プロセス解明の動的評価手法の構築(H2930年度)、4)動的評価手法の実用性検証(H30年度)である。今年度の研究成果を以下に記す。3)再生可能エネルギー最適導入プロセス解明の動的評価手法の構築線形計画法等の最適化手法を整理するとともに、本研究に関連する既往のエネルギーシステム解析モデルであるMARKALモデルについて整理し、本研究で構築する動的評価手法を検討した。また目的関数の検討を行い、年間一次エネルギー消費量(省エネルギー性)、年間コスト(経済性)、年間CO2排出量(環境性)を設定する予定である。具体的な解析については、次年度、北海道内の市町村を対象に、将来の見通しを考慮したエネルギー需要や燃料価格、エネルギー技術ごとの効率や導入可能規模等のデータを整備したうえで実施する。平成29年度の研究計画を予定通り遂行することができ、また研究成果を日本建築学会環境系論文集に掲載することができたため、おおむね順調に進展していると考える。

2)都市におけるエネルギー需要量推定のためのデータ構築:既往の調査結果等を参考にし、民生部門のエネルギー需要量の推定に必要となる建物用途別のエネルギー消費量原単位や建物データを整備した。整備したデータをもとに、富良野圏域5市町村を対象にエネルギー需要(熱・電力)を推定した。富良野市については、エネルギー需要の空間分布特性を250m×250mメッシュ間隔で把握し、熱負荷密度からエネルギーの面的利用が有効なエリアを明らかにした。3)再生可能エネルギー最適導入プロセス解明の動的評価手法の構築:線形計画法を用いて、将来的な都市の化石燃料消費量、CO2排出量、ランニングコストを最小化し、再生可能エネルギーの最適導入プロセスを解明できる動的評価手法を構築した。4)動的評価手法の実用性検証:構築した動的評価手法を用いて、北海道富良野市を対象に、毎年の化石燃料消費量が最小となる再生可能エネルギーの導入プロセスを解析した。設備導入費を5,000万円/年、解析期間を30年とした場合、再生可能エネルギーにより30年後の化石燃料消費量を32%削減でき、熱需要の21%をRDFや木質バイオマスで代替できると試算された。一方、電力については再生可能エネルギーで代替できず、系統電力で供給する結果になった。平成29年度は、平成28年度に実施したデータ分析を精査し、まとめるとともに、都市における将来的な再生可能エネルギーの最適導入プロセスを明らかにする動的評価手法の検討を行う。平成30年度は最終年度であり、都市における将来的な再生可能エネルギーの最適導入プロセスを明らかにする動的評価手法を構築する。また構築した手法を用いて、北海道内の市町村を対象に実用性検証を行う。都市におけるエネルギー需要量を推定する際に必要となる建物データの購入費用を安価に抑えることができたため、次年度使用額が生じることとなった。当初の使用計画よりも物品費と旅費を安価に抑えることができたため、次年度使用額が生じた。次年度に請求する研究費は当初の計画通り、物品費100千円、旅費360千円、その他40千円であり、次年度使用額は旅費に充てる予定である。次年度の研究費は、1研究成果発表や調査のための旅費、2論文投稿費用、3図書購入費用、4コンピュータ関連の消耗品購入費用に使用する。なお、次年度使用額は旅費と消耗品購入費用に充てる。
自然再生の理念に関する環境倫理学的研究

今年度は、前年度に引き続き、環境哲学・環境倫理学・環境思想研究者と保全生態学や野生生物管理学、環境社会学・環境史の研究者の交流と、生物多様性保全や自然再生にかかわる理念的研究の学際的な組織化を行ってきた。2005年7月には、サルの「いわゆる」獣害問題を巡って、現地の研究者と、環境社会学・環境史の研究者に報告をお願いし、上記のさまざまな研究者を招いて、その問題の核心について議論する研究集会を開催した。「いわゆる」をわざわざつけたのは、前年度のクマの問題も同じであるが、「獣害」という表現は、「問題」を一面的に捉えた表現であるからである。「問題」の本質は、野生生物のリスクも保護も含めた形での人と野生生物との関係性のあり方であり、それにかかわるさまざまな「問題」の解決は、生物多様性をどのように捉えてその保全を考えるか、「問題」の解決に至る「自然再生」はいかにあるべきかという、実践的で、しかも理念的な問題として捉えられるからである。2006年1月と3月には、これまでの集大成として、風土性、公共性という概念を軸に、公共哲学の視点を入れて、環境哲学・環境倫理学の問題を総括的に議論するようなシンポジウムとワークショップを、千葉大の公共研究のCOEと共催で開催した。参加者は、この萌芽研究で組織化してきた学際的な研究者を中心に、環境経済学、環境政治学の研究者も含めており、より広範な組織化を狙った。この萌芽研究の研究活動を通じて、生物多様性保全や自然再生の理念を考えたとき、ほぼ網羅する人文社会科学と自然科学の研究の領域を組織化したことになる。この萌芽研究の成果として研究成果報告書を作成した。本研究で研究助成を受けたさまざまな形態の研究集会で議論してきた内容を活字化するとともに、参加した研究者や大学院生の論文も収録した。その一部に関しては、東大出版会から出版することも計画している。自然再生の理念に関しては、7月の研究会で、保全生態学の学界の中心的な生態学者数名と、日本における代表的な環境倫理、環境思想研究者を集めて議論を重ね、近年大きく変貌を遂げた生態系概念と、生物多様性保全の理念に関して検討し、その両者の間ですり合わせをすると同時に、保全ということに関わってその両者の溝の存在に関しても明らかにしてきた。自然再生の現場に関しては、自然再生法に基づく自然再生事業が行われている、北海道釧路湿原、茨城県霞ヶ浦、埼玉県くぬぎ山地区、さらに、それ以外の形態の自然再生事業である、佐賀県アザメの瀬、栃木県鬼怒川にて、現地の踏査と、それに関わっている保全生態学や応用生態工学の研究者やNGO関係者、現地のさまざまな人たちへの聞き取り調査により、社会的、理念的な視点からのアプローチが従来欠けていたことで、最終的な理念の構築が困難に陥り、合意形成も難しい局面にあることを明らかにしてきた。また、ちょうど、クマの「獣害」や人との関係性の難しさが全国的に噴出してきた時期に、野生動物管理学に基づき、現場に根ざして真摯な試みをしている兵庫県の事例を、現地の研究会で、その試みを担っているキーパーソンの野生動物管理学の研究者からその試みの全貌を伺い、そこにおける、環境の理念的な問題、倫理学的な問題を明らかにして、自然再生における理念的、倫理学的な問題との共通性と課題を明らかにした。今年度は、このように、理念的な、環境倫理学的な課題を抽出することにより、今後議論して整理すべき問題を剔出すると同時に、日本生態学会が進めている自然再生の指針にも、その成果を意見表明して貢献するなどの実践的で積極的な努力もしてきた。また、このようなことを通じて、孤立化していた環境倫理学や環境思想の研究者をネットワーク化していくことにも、ある程度成功した。

本研究で研究助成を受けたさまざまな形態の研究集会で議論してきた内容を活字化するとともに、参加した研究者や大学院生の論文も収録した。その一部に関しては、東大出版会から出版することも計画している。
大腸癌におけるTGF-β受容体の変異とその役割

1.正常大腸粘膜、大腸腺腫は、I,II型受容体messenger RNA(mRNA)、TGF-β_1蛋白の発現が確認された。2.一部の大腸癌では、I,II型受容体mRNAの発現が、減少しているものがみられたが、TGF-β_1蛋白は大腸癌細胞上皮に強く染色された。3.間質組織である血管や繊維芽細胞にTGF-β_1蛋白は強く染色された。4.Northern hybridizationにより、mRNAの発現を確認したが、同様の結果が得られた。以上の結果から以下の知見が推測された。1.大腸癌細胞において、機序は不明であるが受容体発現が低下していることが、TGF-β_1に対して不応性となる原因の一つであることが推測された。2.大腸腺腫から大腸癌に至過程で受容体異常が起こっている可能性が示唆された。3.TGF-β_1は新生血管や繊維芽細胞の形成に重要な役割を果たし、癌細胞の進展増殖に深く関与しているものと推測された。現在、TGF-β_1シグナル伝達物質であるSmad蛋白について検討中であり、より詳細な癌化、および癌増殖について新たなる知見が得られつつある。大腸癌細胞においてTGF β(Transforming Growth Factor β)が、細胞増殖抑制因子として働かないことが、その細胞増殖に深く関与していると報告されている。またTGFβには、血管新生や細胞外基質の蓄積作用が知られており,TGF βを介した支持組織との関わりが腫瘍進展に重要と考えられている。そこで我々は,大腸新鮮標本を用いて腫瘍細胞およびその間質系細胞におけるTGF β受容体(T βRI, T βRII)とTGF β1の発現をin situ hybridization法および免疫組織学染色法により検討した。結果:1.TβRI,βRII mRNAの発現は,正常上皮,大腸腺腫上皮ではほぼ同程度であったが,30%の大腸癌細胞では消失または減弱していた。それらのmRNAは血管内皮細胞や線維芽細胞などの間質系細胞においても発現していた。TGF β1mRNAの発現は大腸癌細胞において全例に発現していたが,TGF β1蛋白は,正常上皮,腺腫上皮に比し10%の癌細胞では消失または減弱していた。一方,大腸癌細胞周囲の間質系細胞には全例に強い発現がみられた。結論:1.一部の大腸癌細胞が細胞増殖抑制因子であるTGF βを産生しているにも関わらず,TGF βに対して不応性となる理由のひとつとして,TGF β受容体の発現が消失または低下していることが考えられた。2.大腸癌細胞から産生されたTGF βは間質系細胞上の受容体を通して働き,その支持組織の形成に大きく関わっているものと考えられた。3.TGF β受容体の低下は,大腸腺腫から癌に至るprogressionの過程において重要な意義を持っているものと考えられた。2.大腸腺腫から大腸癌に至る過程で受容体異常が起こっている可能性が示唆された。
電子・光機能材料としての新しい置換ポリアセチレンの合成と重合触媒の設計

本研究では、電子・光機能の期待される新規置換ポリアセチレンの設計と合成、置換アセチレンモノマーの重合に適した触媒の開発と重合条件の確立、生成ポリマーの特性の解明、およびそれらの電子・光機能の開発などについて研究を行った。以下に研究成果の概要を述べる。1.新規置換ポリアセチレンの設計と合成に関する研究-オルト位にパ-フルオロ-n-ヘキシル基、(トリアルキルシリル)メチル基、などのかさ高い置換基を有するフェニルアセチレンの重合を検討し、新しい高重合体を合成した。別のタイプのモノマーとして、カルバゾリル基、トリメチルゲルミル基などを有するジフェニルアセチレンをTaCl_5系触媒を用いて重合することにより新規ポリマーを得た。さらに、3-(N-カルバゾリル)-1-プロピン、1-フェニルチオ-1-デシン、1-ブチルチオ-2-フェニルアセチレンなどからヘテロ原子を含有する新規ポリアセチレンを合成した。2.置換ポリアセチレンの構造と性質に関する基礎的研究-3種のポリマーの光励起状態の可視近赤外時間分解スペクトルを300フェムト秒以下の時間分解でもって測定した。また、20種以上のポリマーの紫外線光電子スペクトルを測定し、イオン化しきいエネルギーを決定した。この値は、最低励起エネルギーと対応関係にあることを明らかにした。3.置換ポリアセチレンの電子・光機能に関する研究-核置換ポリ(ジフェニルアセチレン)およびポリ(1-フェニル-1-アルキン)を用いたエレクトロルミネッセンス(EL)デバイス(ITO/polymer/Mg-In)より緑ないし青色の発光が観測された。さらに、9-アントリルアセチレン共重合体、ポリ(N-カルバゾリルアセチレン)などの3次感受率を測定したところ、いずれもポリ(フェニルアセチレン)の10倍100倍の大きい値を示した。これらの値は紫外可視吸収における吸収端と対応関係にあった。我々はこれまでに置換アセチレンの重合に対して5、6族遷移金属触媒が特異的に高い活性を示すことを見出している。本研究では今年度、電子、光機能の期待される新規置換ポリアセチレンの設計と合計、それらモノマーの重合に適した触媒の開発と重合条件の確立、生成ポリマーの特性の解明などについて研究を行った。以下に本年度の研究成果の要旨を述べる。1.カルバゾリル基を有するポリ(ジフェニルアセチレン)の合成と特性-1-(p-N-カルバゾリルフェニル)-2-フェニルアセチレンからTaCl_5-共触媒系によりポリマーが得られた。生成ポリマーは黄色固体で、大部分が可溶で、その分子量は約4×10^5であり、溶液から丈夫な膜が得られた。空気中での熱重量損失開始温度は470°Cであり、高い熱安定性を有していた。このポリマーは光導電性およびレドックス活性を示した2.3-(N-カルバゾリル)-1-プロピンの単独および共重合-標記モノマーはMoCl_5、WCl_6系触媒により重合して高収率でポリマーを生成した。生成ポリマーは黄色固体でいずれの溶液にも不溶であった。t-ブチルアセチレンとの共重合により得られたコポリマーはトルエン、CHCl_3などに完全に可溶で、高分子量(M_W35万)であり、自立膜を与えた。3.(p-ブチル-o,o-ジメチルフェニル)アセチレンの重合および生成ポリマーの特性-

標記の核置換フェニルアセチレンは、WCl_6およびMoCl_5系触媒により可溶で100万以上の高分子量を有する新規ポリマーを生成した。本ポリマーは紫外可視スペクトルにおいて可視部に大きい吸収極大を示し濃紫色であり、広い共役系を有していた。本研究では最終年度である今年度、昨年度に引き続きいくつかの新規置換ポリアセチレンの合成を試みるとともに、昨年度に合成方法の確立された高分子の試料を用いて構造解析と特性評価を行い、さらにそれらの電子・光機能の開発について検討した。以下に本年度の研究成果の概要を述べる。1.新規置換ポリアセチレンの合成と特性に関する研究-かさ高いトリメチルゲルミル基を一方のフェニル基上に有するジフェニルアセチレンの重合を検討し、TaCl_5に種々の有機金属共触媒を組み合わせた触媒系を用いることにより新規ポリ(ジフェニルアセチレン)誘導体の合成を達成した。さらに、1-クロロ-2-β-ナフチルアセチレンからMo触媒を用いることにより黄色のポリマーを合成した。2.置換ポリアセチレンの構造と性質に関する基礎的研究-3種の置換ポリアセチレンの光励起状態の可視近赤外時間分解スペクトルを300フェムト秒以下の時間分解でもって測定した。自己トラップされた励起子と空間的に閉じ込められた逆に荷電したソリトン-アンチソリトン対を分離し、解析した。また、20種以上の置換ポリアセチンの紫外線光電子スペクトルを測定し、イオン化しきいエネルギーを決定した。この値は、最低励起エネルギーと対応関係にあることを明らかにした。3.置換ポリアセチレンの電子・光機能に関する研究-核置換ポリ(ジフェニルアセチレン)およびポリ(1-フェニル-1-アルキン)を用いたエレクトロルミネッセンス(EL)デバイス(ITO/polymer/Mg-In)より緑ないし青色の発光が観測された。これらのポリマーは強いフォトルミネッセンス(PL)も示した。さらに、9-アントリルアセチレン共重合体、ポリ(N-カルバゾリルアセチレン)などの3次感受率を測定したところ、いずれもポリ(フェニルアセチレン)の10倍100倍の大きい値を示した。これらの値は紫外可視吸収における吸収端と対応関係にあることが明らかとなった。
糖鎖の分子機作に基づくがん・COPD・アルツハイマー病の創薬開発

本研究では、糖鎖が発症や進展に深く関与するがん、アルツハイマー病、慢性閉塞性肺疾患(COPD)に焦点を絞り、病態形成過程で糖鎖の発現・機能がどう破綻するのかを明らかにし、糖鎖を標的にした新たな創薬研究の展開を目的としている。平成29-30年度の研究で、がんと深く関わるフコシル化糖鎖の生合成を阻害する新たな糖アナログを開発した。本化合物を肝がん細胞に添加したところ、がんの浸潤が抑制されることがわかった(Kizuka et al., Cell Chem. Biol)。また、がんの転移を助長する糖鎖の合成酵素としてよく知られるGnT-Vの立体構造を明らかにした(Nagae et al., Nat. Commun.)。アルツハイマー病を促進する糖鎖の合成酵素として代表者らが発見したGnT-IIIについては、現在阻害剤の探索をハイスループットスクリーニングによって行なっている。COPD研究については、抗炎症効果を通じて肺気腫抑制効果を示すことを明らかにしたL4糖鎖について、化学的な多量体化を行なった。多量体L4は、受容体候補と考えられるLangerinとの親和性がL4モノマーの1000倍以上に高まり、in vivoにおける抗炎症効果も高いことがわかった(Ota et al., Biochim. Biophys. Acta)。現在、L4のさらなる化学修飾、L4の作用メカニズムの探索などを行なっている。また、COPDや関連する肺疾患患者の血清の糖鎖解析を行なっており、これら肺疾患に応じて発現が変動する糖タンパク質糖鎖を見出した。現在この解析を進めている。平成29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、糖鎖が深く関与するがん、アルツハイマー病、慢性閉塞性肺疾患(COPD)の疾患に焦点を絞り、病態形成過程で糖鎖の発現・機能がどう破綻していくのかを明らかにすること、そして糖鎖をターゲットとした新たな創薬研究を展開することを目的とする。今年度の研究で、アルツハイマー病に関しては、バイセクト糖鎖の発現上昇と病態との関係性を明らかにし、加齢やアミロイドβ蓄積に伴う酸化ストレスによってバイセクト糖鎖の発現が上昇し、結果鍵となるBACE1プロテアーゼのタンパク質発現量が増加することを見出した。これらの成果はBiochemical Journal誌に掲載された。また、糖鎖依存的にBACE1と結合する分子Clec4gを新たに見出し、その成果をFEBS Lettersに報告した。さらに、バイセクト糖鎖の生合成酵素であるGnT-IIIの阻害剤の探索をハイスループットで実施した。その結果数種類の有望化合物を見出した。現在これらの化合物による阻害効果の詳細を解析している。COPDに関しては、病態モデルマウスに糖鎖ミミック化合物を投与し、抗炎症効果と肺気腫抑制効果を確認した、現在これらの成果は論文として投稿中である。また、現在不足しているCOPDのバイオマーカーの候補の一つとして、肺に特異的に発現するSP-D上のフコース糖鎖が候補の一つとなることを見出した。この結果はJournal of Proteomics誌に掲載された。がんに関しては、がん細胞で発現が亢進するフコース糖鎖を高感度に検出するプローブを有機化学者の協力のもとに開発した。現在この成果は論文として投稿中である。開発したプローブを用いてがんに特異的な分子の探索を計画している。本研究では、糖鎖が深く関与するがん、アルツハイマー病、慢性閉塞性肺疾患(COPD)に焦点を絞り、病態形成過程で糖鎖の発現・機能がどう破綻していくのかを明らかにし、糖鎖をターゲットにした新たな創薬研究を展開することを目的とする。今年度の研究で、がんのバイオマーカー探索に有用な新しい高感度糖鎖プローブを開発し、その成果はCell Chemical Biology誌に掲載された。またこれまでアルツハイマー病ではバイセクト糖鎖が深くかかわることを明らかにしているが、今年度は神経系の細胞で発現する糖鎖および糖転移酵素の網羅的な定量解析、またそのエピジェネティックな変化を解析し、Proteomics誌に報告した。さらにCOPDに関する研究では、ケラタン硫酸の構成2糖の投与によりマウスの肺気腫化および増悪時の炎症が強く抑えられることを発見し、AJP-Lung Cellular and Molecular Physiology誌に掲載された。またCOPDと関連の深い分子であるSOD3の糖鎖がその分泌に必須であることを明らかにし、FEBS Letters誌に掲載された。さらに、これらの疾患とも関連の深い肥満に着目し、実験的に肥満にさせたマウスの脂肪細胞での糖鎖変化を解析し、肥満を抑制する糖鎖を発見し、Journal of Biological Chemistry誌に掲載された。以上の成果の一部は、総説としてClinicalScience誌、Molecular Aspects of Medicine誌、Glycoconjugate Journal誌、Archives of Biochemistry and Biophysics誌に発表した。また現在、新しい糖鎖合成阻害剤に関する論文をCell Chemical Biology誌に投稿しており、COPDの治療効果を持つケラタン硫酸構成糖の続報を準備中である。

平成29-30年度の研究で、がんと深く関わるフコシル化糖鎖の生合成を阻害する新たな糖アナログを開発した。本化合物を肝がん細胞に添加したところ、がんの浸潤が抑制されることがわかった(Kizuka et al., Cell Chem. Biol)。また、がんの転移を助長する糖鎖の合成酵素としてよく知られるGnT-Vの立体構造を明らかにした(Nagae et al., Nat. Commun.)。アルツハイマー病を促進する糖鎖の合成酵素として代表者らが発見したGnT-IIIについては、現在阻害剤の探索をハイスループットスクリーニングによって行なっている。COPD研究については、抗炎症効果を通じて肺気腫抑制効果を示すことを明らかにしたL4糖鎖について、化学的な多量体化を行なった。多量体L4は、受容体候補と考えられるLangerinとの親和性がL4モノマーの1000倍以上に高まり、in vivoにおける抗炎症効果も高いことがわかった(Ota et al., Biochim. Biophys. Acta)。現在、L4のさらなる化学修飾、L4の作用メカニズムの探索などを行なっている。また、COPDや関連する肺疾患患者の血清の糖鎖解析を行なっており、これら肺疾患に応じて発現が変動する糖タンパク質糖鎖を見出した。現在この解析を進めている。アルツハイマー病については、得られたGnT-III阻害剤のさらなる合成展開と細胞・マウスレベルでのアミロイド産生抑制効果、またバイセクト糖鎖によるBACE1の局在制御メカニズムの解明、さらにその他の糖鎖によるアルツハイマー病の抑制効果についての研究を進める。COPDについては得られた糖鎖ミミック化合物による抗炎症効果の詳細なメカニズムの解析を予定している。現在この糖鎖ミミック化合物と結合するレクチン分子についての解析を行っている。また、COPDと関連の深い抗酸化酵素の一つであるEC-SOD上の糖鎖の役割についての知見が得られており、現在解析を進めている。がんに関しては、得られた高感度プローブを用いて、がん細胞に特異的に発現するフコース含有糖タンパク質の同定を試みる。またバイセクト糖鎖によるがんの増殖・転移の制御メカニズムをGnT-III欠損マウスを用いて進める予定である。アルツハイマー病については、GnT-III阻害剤の開発、バイセクト糖鎖の作動原理の解明などを進めていく。COPDについては、治療効果の得られたケラタン硫酸2糖の3量体化および多量体化物を用いた治療の改善効果を検討し、論文としてまとめる。またCOPDに関連するSOD3の糖鎖の役割についての基礎研究を進める。がんについては、開発した糖鎖プローブを用いて新たなマーカー分子を探索するとともに、新たなフコシル化阻害剤を用いた治療効果を検討する。平成29年度が最終年度であるため、記入しない。
細胞内カルシウム放出制御による新しい悪性高熱症・不整脈の治療開発と臨床応用

悪性高熱症(MH)、カテコラミン誘発性多形性心室頻拍症(CPVT)や心不全においては、リアノジン受容体(骨格筋型:RyR1,心筋型:RyR2)内のドメイン連関障害が、RyRからのCa2+漏出の原因と考えられている。MHの治療薬であるダントロレンは、RyR1に結合し、RyR1内のドメイン連関障害を是正し、RyR1からのCa2+漏出を抑制する。イヌ心不全モデルやCPVT型knock-inマウスにおいてもダントンは、RyR2に結合し、RyR2からのCa2+漏出を抑制し、心不全やCPVTを抑制する。このように、ダントロレンはRyR2を分子標的とした新しい心不全・不整脈治療薬となることが期待される。悪性高熱症(MH)、不整脈原性右室心筋症、カテコラミン誘発性多型性心室頻拍症(CPVT)、心不全においては、リアノジン受容体(骨格筋型:RyR1,心筋型:RyR2)内のN-terminal domainとCentral domainのドメイン連関障害が、RyRsからのCa2+漏出の原因と考えられている。最近、我々は、MHの治療薬であるダントロレンは、RyR1のN-terminal domainに結合し、これらのドメイン連関障害を是正することによりRyR1からのCa2+漏出を抑制するという新しい分子作用機序を報告した(Kobayashi et al, J Biol Chem.2005;280:6580-7)。そこで、イヌ心不全モデルとCPVT型knock-inマウスを用いてダントロレンの心不全やCPVTに対する効果を検討した。イヌ心不全モデルにおいては、ダントロレンが、不全心筋の異常リアノジン受容体を分子標的とし、心筋細胞機能を改善させ、新しい心不全・不整脈治療薬になる可能性があることをin vivoおよびin vitroの実験で初めて証明した(J Am Coll Cardiol. 2009; 53:1993-2005)。ヒトRyR点突然変異モデルのCPVT型knock-inマウス(R2474S/+)においては、ダントロレンがRyR2からのCa2+漏出を抑制することにより、トレッドミル運動誘発性あるいはエピネフリン誘発性心室頻拍を完全に抑制することを報告した(Circ J. 2010;74:2579-84)。ダントロレンは、通常の臨床投与量では、心抑制がなく、従来の抗不整脈薬や心不全治療薬とは全く異なった作用機序(異常リアノジン受容体を分子標的)を持つことから、心機能の低下した心不全患者や薬物抵抗性の致死的不整脈に対しする新しい治療薬となることが期待される。最近、我々は、悪性高熱症(MH)の治療薬であるダントロレンは、リアノジン受容体(RyR)のN-terminal domainに結合し、ドメイン連関障害を是正することによりRyRからのCa2+漏出を抑制するという新しい分子作用機序を報告した(Kobayashi et al, J Biol Chem.2005;280:6580-7)。さらに、イヌ心不全モデルやCPVT型knock-inマウスにおいても、ダントロレンは、不全心筋の異常リアノジン受容体を分子標的とし、心筋細胞機能を改善させ、新しい心不全・不整脈治療薬になる可能性があることを最近報告した(J Am Coll Cardiol. 2009; 53:1993-2005, Circ J.2010;74:2579-84)。申請者らは平成23年から、ヒト心不全患者のダントロレンの心室頻拍に対する有効性と安全性を検討するための臨床試験(YUMIN4346)を開始した。平成23年度25年度で基礎心疾患を有する心機能の低下した心室頻拍の3症例に対して、ダントロレンの臨床試験を行い、ダントロレンの安全性および抗不整脈効果を有することを確認した。ダントロレンの投与方法(内服、静注)の検討や副作用のチェック、その効果について検討した。ダントロレンは、心抑制がなく、従来の抗不整脈薬や心不全治療薬とは全く異なった作用機序(異常リアノジン受容体を分子標的)を持つことから、心機能の低下した心不全患者や薬物抵抗性の致死的不整脈に対する新しい治療薬となることが期待された。

本研究は、骨格筋および心筋筋小胞体(SR)のCa2+放出チャネルであるリアノジン受容体(RyR)の点突然変異病として知られる悪性高熱症(Malignant Hyperthermia:MH),催不整脈性右室異形成(ARVC)/カテコラミン誘発性心室頻拍(CPVT)、および心不全に合併した心室頻拍(VT)の患者のRyRを分子標的とした根本的治療法の開発と実臨床への応用(translational research)を目的とするものである。心不全に合併した心室頻拍症に対して、ダントロレン投与の安全性と投与量を調べた(平成23年)。虚血性心筋症による心不全および持続性心室頻拍に対する治療目的で入院中となった74歳の男性にダントロレンの内服治療を開始した(臨床試験第1例目)。ダントロレン投与前とダントロレン慢性投与後(ダントロレン150mg/日、30日間)で、電気生理学的検査を行い、薬効評価を行った。ダントロレン投与前の電気生理学的検査では、2連刺激(S1S2=300 msec)で再現性をもって心室頻拍(200bpm)が誘発されたが、ダントロレン慢性投与後には、心室頻拍は誘発されなかった。その後、ダントロレンの持続投与(内服治療)を行っているが、投与前に見られた持続性心室頻拍は投与後に出現しなくなった。ダントロレンの内服治療を12ヶ月継続しているが、副作用は出現していない。また、ダントロレンの心機能に及ぼす影響を評価するために、心エコー、脳性利尿ペプチド(BNP)経過を見ているが、ダントロレンには心抑制がないことが明らかとなった。このように、心機能の低下した心不全患者の心室頻拍に対して、ダントロレンは、心抑制がなく、抗不整脈作用も強いことを経験した。さらに安全性、有効性を検討するために、より多くの症例検討が必要である。申請者らは平成23年から、ヒト心不全患者のダントロレンの心室頻拍に対する有効性と安全性を検討するための臨床試験(YUMIN4346)を開始し、その安全性と有効性を確認した。平成23年度と平成24年度で基礎心疾患を有する心機能の低下した心室頻拍の2症例に対して、ダントロレンの臨床試験を行い、ダントロレンは心抑制がなく、抗不整脈効果を有することが確認された。ダントロレンは、心抑制がなく、従来の抗不整脈薬や心不全治療薬とは全く異なった作用機序(異常リアノジン受容体を分子標的)を持つことから、心機能の低下した心不全患者や薬物抵抗性の致死的不整脈に対する新しい治療薬となることが期待される。目標症例数は10例であることから、現在までの達成度は20%である。これまで、基礎研究(動物実験)において、ダントロレンの心不全・致死的不整脈に対する有効性を報告してきたが、今回、世界ではじめて、ヒトの心疾患に対する有効性を報告した。しかも、1年にわたって、その安全性、有効性をモニターした結果、ダントロレンが、新しい心不全・致死的不整脈の治療薬として有効である可能性が示された。しかしながら、十分な安全性、有効性を確認するためには、より多くの症例検討が必要である。そういう意味で、現在までの達成度は25%程度である。ダントロレンのトランスレーショナルリサーチに関しては、骨格筋疾患である悪性高熱症の分子学的作用機序の提唱から心疾患である心不全モデル、不整脈モデルでの有効性の証明、ヒト臨床試験での安全性・有効性が確認できており、世界的にも注目を集めている。大学病院1施設だけでは、症例の登録に時間がかかるため、山口県内の関連病院による多施設共同臨床試験を施行する。
新規光触媒の開発

本研究では、可視光域で応答可能なTa窒化物およびTa窒酸化物光触媒の効率向上を目標とする。平成27年度の成果として、TaON、Ta3N5電極の試作と光電極特性の測定について述べる。Ta板を空気酸化、アノード酸化、オートクレーブ酸化を用いて酸化処理を行った。空気酸化では、550°Cで1030分間酸化を行った。アノード酸化では、0.5M H3BO3 aq.の電解浴で印加電圧を100470 Vとした。オートクレーブ酸化では0.15M HF aq.に電極を浸漬し、240°C、高圧下で6時間保持した。酸化後の試料はNH3ガスを2040 mL&middot;min-1で流通し、850°Cで5時間保持し、TaONとTa3N5を作製した。光源にはキセノンランプ(300W)の可視光領域を照射し、作製した試料を作用極、対極をPtメッシュ、浴をNaOH aq. (pH=12.6)として、分極測定で光電極特性を評価した。分極測定では、酸化側にわずかに分極しただけで光電流が発生した。また、光を照射したときに瞬間的に流れるチャージ電流も、ほとんど発生しなかった。アノード酸化試料において印加電圧0.1と0.8 Vのときでは、光電流の値は3.38倍になった。一方、オートクレーブ酸化試料において、印加電圧0.1と0.8 Vのときでは、光電流の値は1.54倍となり、印加電圧の依存性が小さいフラットな光電流を発生させることに成功した。これまでの研究では、外部より電圧を印加することにより水素を発生させていた。つまり、水素発生の駆動力は光だけでなく、外部電源も寄与しており、本当の意味でグリーンテクノロジーではなかった。しかし、本研究によって、電極の作製を工夫することで外部電圧なしでも水素を発生できる可能性が見えてきた。27年度が最終年度であるため、記入しない。可視光域で作動可能な光触媒、特に触媒電極を開発をした。26年度は主に光触媒材料の製作条件の確定、光触媒評価システムの構築、更に光触媒の創製と評価を行った。光触媒材料はタンタルをベースにした窒化物(Ta3N4)と窒素酸化物(TaON)を中心におこなった。それらの窒化物および窒素酸化物の特徴は光で励起して発生した正孔のポテンシャルが酸素発生に必要な電位よりも高く、酸素を発生できることにある。それと同時に励起された電子の電位も水素発生に満足できる。しかし、現実に励起された表面電子が水素発生反応を起こすためには、ポテンシャルの他速度論的な原因でPt, Rh等で代表される貴金属の助触媒が必要である。その故、実際に励起した表面電子が反応にたどれず、正孔と結合して消滅するのがほとんどである。それを解決には励起された電子と正孔を分離し、離れた位置で水素と酸素の反応を起こすことが考えられる。その有効な手段は電極の形式で励起された電子を対電極に移す方法である。26年度の研究は主に高効率のTaON光触媒電極を開発した。まず水熱反応を利用して、金属タンタルの上にTa2O5のナノロットを生成させ、それをアモニアにより窒化し、Ta/TaON電極を作った。そのうえ、励起電荷を有効に分離するため表面にCu2Oナノ粒子を析出しp-n異質結合を形成させた。更に、その表面に化学沈殿反応により、厚さ3nmぐらいのカーボンを形成させ、TaONおよびCuOの表面を覆う構造にした。このようにして創製したTaON、Cu2O/TaONおよびC-Cu2O/TaON光触媒電極について可視光照射下の光電流を測定し、その性質を評価した。その結果、C-Cu2O/TaON光触媒電極では400nm波長の光照射下で、光/電気転換効率が59%にも達した。なお、このように作成した光触媒電極は長時間光照射下で安定であることも証明された。

アノード酸化試料において印加電圧0.1と0.8 Vのときでは、光電流の値は3.38倍になった。一方、オートクレーブ酸化試料において、印加電圧0.1と0.8 Vのときでは、光電流の値は1.54倍となり、印加電圧の依存性が小さいフラットな光電流を発生させることに成功した。これまでの研究では、外部より電圧を印加することにより水素を発生させていた。つまり、水素発生の駆動力は光だけでなく、外部電源も寄与しており、本当の意味でグリーンテクノロジーではなかった。しかし、本研究によって、電極の作製を工夫することで外部電圧なしでも水素を発生できる可能性が見えてきた。全体的な研究目標は可視光域で応答できる高効率な光触媒電極の開発である。その内、一年目26年度の計画研究内容は触媒材料の測定システムの構築と電極の設計である。今までの達成度は計画より順調に進行している。すでにタンタル窒素酸化物(TaON)を中心とする電極の開発に成功し、優れた変更効率を示している。また、研究成果がすでに国際著名専門雑誌に投稿し、公表できた。27年度が最終年度であるため、記入しない。今までの研究で、電極表面の異質結合設計や表面保護などの工夫により、有効に電荷の分離ができた。また、光りの変換効率も400nmの可視光域で59%にも達し、安定性もよく、優れた性質を示した。しかし、これらの光電荷を有効に分離するには、現在のところ1V以上の分極が必要である。即ち、光りで励起された電子が電極表面から、電極内部に駆動するために余分なポテンシャルが必要である。それは水素を発生するため、更に1Vの電圧が必要であることを意味している。この1Vものバイアスは結局外部電源から提供しなければならない。それは全体のエネルギー交換効率の低下になる。今後の研究重点はこのバイアス低下、もしくはノンバイアス下で稼働可能な光電極の開発である。その最大の課題は如何に電荷を表面から電極バルクに輸送するかにかかる。電極バルクから表面への中間層の設計が重要である。それを27年度の研究目標とする。
低エネルギー逆光電子分光法による有機半導体の空準位バンド分散測定

本研究の目標は、申請者の開発した低エネルギー逆光電子分光法により角度分解測定を実現し、有機半導体の空準位バンド分散を初めて観測することである。2017年度までに、2 eVから動作する低速電子源を新たに開発してグラファイトの鏡像準位の角度分解測定に成功した。そこで、ペンタセン薄膜を作製して有機半導体の測定を試みたが、信頼できる測定ができなかった。2018年度は、安定な動作を目指して装置の改良と調整、再度有機半導体のバンド分散のための試料調製を進めた。まず、電子軌道追跡シミュレーションを行い、電子銃の動作条件を再検討した。また、電子運動エネルギーを分析し、電子線の広がりを0.3 eV程度と見積もった。さらにエネルギー広がりを抑えて分解能を向上させるための改良を進めている。一方、有機半導体の角度分解LEIPS測定の試料としては、単一の分子配向を有する結晶性薄膜試料が必要である。金属単結晶表面にエピタキシャル成長した有機薄膜は理想的な測定試料である。本研究では、Cu(110)表面上のペンタセン薄膜を選んだ。すでにARUPSによる占有準位のバンド分散が報告されている。また、理論計算により非占有準位にも0.5 eV程度の大きなバンド分散が予測されている。Cu(110)清浄表面を得るため、電子線照射による試料の加熱機構を作製、Arイオン銃を取り付けた。また、Cu(110)清浄表面の酸化や汚染を防ぐため、ターボ分子ポンプとクライオポンプによる排気系にチタンサブリメーションポンプを増設した。真空槽の焼きだしを丁寧に行い、最終的にはペンタセン蒸着中でも10-8 Pa代の真空を保持できるようにした。一方で、MCP-LEEDを取り付けた別な装置で、ペンタセンの薄膜作製条件の詳細な検討を行った。現在、この条件に従って試料を作製し、角度分解低エネルギー逆光電子分光測定を試みている。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は、初めて有機半導体の空準位のバンド分散を観測することである。そのため、自身が開発した実験手法である低エネルギー逆光電子分光の角度分解測定ができる装置を開発する。一方で、数ミリメートルという広い範囲で分子配向のそろった角度分解測定に適した有機膜を作製する。平成26年度は、角度分解低エネルギー逆光電子分光装置、試料作製装置の設計・製作を行なった。製作した真空槽をターボ分子ポンプを用いて排気し、ベーキングを繰り返し、最終的にはどちらも10-8 Pa台の超高真空に到達した。この真空槽に、金属単結晶面を評価するための低速電子線回折装置や真空蒸着のための蒸着源・膜厚計などを取り付けた。今後、清浄な金属表面を出すためのスパッターガン等を取り付けて、実際に試料作製を試していく。角度分解低エネルギー逆光電子分光装置では、低速電子が地磁気により曲げられるのを防ぐため、磁気シールド真空槽を用いる。地磁気30 μT程度あるが、これを100分の1程度まで下げられるように真空槽をパーマロイで作製した。しかし、真空槽の中心部で残留磁場を測定したところ、5 μT程度と予定よりも一桁悪いことがわかった。これを改善するべく、磁気シールドを追加したが、4μTまで改善されたものの、まだ目標値を達成していない。装置の製作と並行して、ペンタセンやペンタセンキノンなどの分子を、清浄な高配向熱分解黒鉛(HOPG)やシリコン自然酸化膜上に製膜することを試みた。この結果、結晶性が高く、高度に配向のそろった分子膜を得ることに成功した。これらの有機薄膜について既存の低エネルギー逆光電子分光装置による測定を行ない、電子親和力が分子配向に依存することを見出し、その起源が静電分極エネルギーによるものであることを明らかにした。今年度は、まず研究代表者の異動に伴い装置の移設を行った。そして直ちに真空に排気できることを確認した。その後、昨年度に明らかになった課題の解決を行った。まず測定槽内の磁場が5 μT程度あったことから、ミューメタル製の真空槽全体をさらに磁気シールドで覆い、ポンプにつながる開口径の大きなフランジにも磁気シールドを追加した。これにより、真空槽内部の磁場が0.7 μT以下となり、低速電子の軌道への影響がほぼ無視できる程度に押さえることができた。次に、低速電子源の開発を行った。これまでの低エネルギー逆光電子分光法では、運動エネルギー15ー25 eVの電子線をErdman-Zipf型電子銃により生成し、逆バイアス電圧を印加することで試料直前で電子を減速するという方法で低速電子線を得ていた。しかし、電子線の入射方向に対して傾けた試料にバイアス電圧を印加すると電子の軌道が曲がるため、この方法は角度分解測定には適用できない。そこで、新たな電子源を設計した。まず有限要素法による電場計算に基づいた電子軌道のシミュレーションを行った。これにより、カソードから引き出した電子線を、5枚の電極から成るレンズによって減速することで、1ー20 eVの電子線を試料位置である電子銃の下流25 mmに収束させられることがわかった。これに従って、実際に電子銃を設計した。現在、組み立てを終えてテストを進めている。その他、光学系の設計・製作、マニピュレーターの設計を進め、装置の主要部分の設計・製作を完了した。異動により、装置の移設を行ったため、申請時の予定よりはやや遅れている。

一方で、昨年度に見つかった重大な問題点を解決することができた。測定槽の残留磁場は、これまでのミューメタル真空槽の外側に磁気シールドを加えることで解決した。また、困難と思われた低速電子線源の開発については、5枚の電極による減速レンズを用いることで、目的とする低速電子線が得られる目途が立った。また、集光光学系や試料マニピュレータなどの設計・製作がほぼ完了し、主要部分の準備が整った。本研究の目的は、角度分解逆光電子分光法を行うための装置を開発し、有機半導体の空準位分子軌道の重なりによるバンド分散を世界で初めて観測することである。この装置は、大きく分けて、逆光電子分光測定を行うための測定槽、試料調製のための試料作製槽の二つの真空槽からなる。測定槽については、電子銃、集光光学系、マニピュレーターなどの主要な部分の製作を終えた。また、試料作製槽についても、蒸着装置を完成させ、単結晶金属表面の清浄化や評価に必要なスパッタ銃や低速電子線回折装置の取り付けを完了した。これを用いて角度分解を行わない低エネルギー逆光電子分光測定を行ない、スペクトル測定が行えることを確認した。標準試料である多結晶銀の膜についての測定から得られた性能は、分解能、信号強度とも設計値の半分程度であり、当面の測定には支障はないものの、今後の測定のために問題点を整理しながら調整を進めている。一方、角度分解測定を行うための低速電子源の開発では、電場計算・軌道シミュレーションを基にして低速電子を発生させられるように、ソフトウェア、制御電源の開発を現在進めている。これと並行して、角度分解を行わない分子間軌道相互作用の研究も進めた。まずスズフタロシアニンをグラファイト表面上に製膜すると、1次元鎖状に分子が並ぶことを見出した。これについて、分子数の関数としてLUMOとHOMOに由来する電子準位を精査したところ、スペクトル形状がヒュッケル近似による分子軌道法から予測される軌道分裂により再現されることが分かった。これは分子間軌道相互作用により、1次元バンド構造ができていく過程を観測したものと解釈でき、分子軌道間相互作用の大きさを表す移動積分の値をHOMOについては100 meV、LUMOについては90 meVと決定した。これはLUMOについて初めての実験的に求めた移動積分である。平成27年度に研究代表者が異動したこと、真空槽の磁気シールドに不具合があり修理や改修に時間を要したことにより、予定よりやや遅れた。平成28年度は遅れを取り戻すべく集中的に研究を進めた結果、現在のところおおむね順調に進展している。本研究の目標は、申請者の開発した低エネルギー逆光電子分光法により角度分解測定を実現し、有機半導体の空準位分子軌道の重なりによるバンド分散を世界で初めて観測することである。このための装置開発が主な研究目的である。2016年度までに、真空槽を超高真空に到達させ、逆光電子分光測定や試料作製に必要な部品の取り付けを完了した。これを用いて角度分解でない低エネルギー逆光電子分光測定を行ない、スペクトル測定が行えることまで確認した。低エネルギー逆光電子分光では、15 eVの低速電子を試料に照射して発生する光を検出する。