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光励起を基軸とする新立体化学の制御

本研究では、研究代表者が開発に成功している触媒的不斉合成と光化学を融合することで、従来法では得られない新規な立体ならびに分子骨格を有する特徴ある化合物を創出することを目指した。例えば、インドールとニトロアルケンならびにアルデヒドを基質に用いるFriedel-Crafts/Henry反応においてtrans-ニトロアルケンのcis-ニトロアルケンへの光異性化と組み合わせることで、従来の熱反応では得られない新規な立体を有する化合物を得ることに成功した。本手法は、ニトロアルケンとイミノエステルの[3+2]環化付加反応にも適用可能であり、その一般性を示すことができた。さらに、金属近傍にプロトンを有する錯体触媒を用い、光励起によりその活性が影響されることを見出し、錯体触媒科学の光制御に有用な知見を得ることができた。基質の光異性化を触媒反応に組み入れた研究において、ニトロオレフィン基質を用いる[3+2]-環化付加反応を行い、従来の手法では得られない立体を有する光学活性化合物の新規合成法を確立した。また最終年度のおける成果としては、独自に開発したイミダゾリンアミノフェノール-ニッケル触媒の錯体構造をX線結晶構造解析により解明し、ニッケル-フェノキシド錯体であることを明らかにした。光励起は、ニッケル-フェノキシドの塩基性制御に寄与していることが示唆された。一方、イミダゾリジンを配位官能基とする一連の金属錯体を開発し、その触媒活性に対する光励起の影響を精査した。イミダゾリジン-金属錯体では、イミダゾリジンの2級アミンが、窒素上のプロトンを維持して金属に配位している事が明らかになり、金属中心による反応活性種の発生に加え、金属近傍に位置するプロトンが基質の活性化や配向性を制御している機構を見いだすことができた。本イミダゾリジン-金属錯体においては、光励起は金属元素の励起による酸化-還元電位の変化に加え、プロトンの酸性度にも複合的に影響を及ぼしているものと考えられる。これら本研究の推進により、新規な生物活性が期待できるスピロキシインドール化合物や非対称ビスインドール化合物の触媒的不斉合成に成功した。特に、今回の研究で創出した非対称ビスインドール化合物からは、Wntシグナリング阻害活性を有するものが見いだされたことは、想定以上の成果である。本挑戦的萌芽研究「光励起を基軸とする新立体化学の制御」では、研究代表者が開発に成功している触媒的不斉合成を中心とする反応開発と光化学を融合することで、従来法では得られない新規な立体ならびに分子骨格を有する特徴ある化合物を創出することを目指している。研究初年度は、研究計画に従い、基質の光異性化(光平衡)を触媒反応に組み入れたワンポットで効率的な新規触媒的合成手法の開発をおこなった。まず、研究対称には、予備的な知見の得られているインドールとニトロアルケンならびにアルデヒドを基質に用いるFriedel-Crafts/Henry反応を選んだ。本反応は、あらかじめtrans-ニトロアルケンをcis-ニトロアルケンに異性化させても行うことができるが、光異性化反応とFriedel-Crafts/Henry反応を同一フラスコ内で実施することにより、より効率的に収率良く新規な立体を有する化合物が得られることがわかった。さらに、ニッケル触媒によるα、β-不飽和カルボニル化合物へのトリメチルシリルシアニドの付加反応の開発についても光励起による影響を検証した。この反応は、cis-エノンを用いると速やかに反応が進行し、高収率で目的化合物が得られるが、trans-エノンの場合には反応が進行しないことが分かっている。反応基質のエノンとニッケル錯体を混合すると可視領域に強い吸収をもって赤色を呈することから、該当波長の光をもって励起することで、cis-エノンに光異性化を行い、効率的で汎用性の高い触媒反応を実現した。これらの実験により、光異性化を効果的に触媒反応と融合することで、従来よりもすぐれた分子変換プロセスが可能になることを示すことができた。研究計画に合う光反応装置は、高圧水銀ランプ、電源、冷却ジャケットならびに遮光フードを本予算によって導入し、多くの反応条件を効率的に検討できるようになった。特に、冷却部は、独自に冷却槽を作成することにより、比較的大容量で実用性優れた反応容器を複数同時に用いることができるように設計、独自の光反応システムとして構築できた。初年度の研究目的も「研究実績の概要」記載のように、予備的な知見に立脚した着実な展開により、光反応によって新規な立体化学有する化合物を得るなど、所定の研究成果を得ることができた。以上のように、初年度の研究は、ほぼ当初の研究計画通りに進捗した。

平成24年度は、平成23年度に得られた成果を基として、紫外や可視光を吸収する錯体触媒を光励起し、触媒の新機能の探索する研究を行う。適用可能な反応では、有機化合物を直接的に酸化や還元する反応のほかにも、遷移金属錯体に特有な「酸化的付加」や「還元的脱離」を素反応とする触媒反応にも光が影響することは多いに考えられることから、様々な反応様式における光エネルギー駆動触媒反応を検証し、その有用性・普遍性を確立したいと考えている。例えば、パラジウム触媒の「光活性化」によって、ジエン系を効率的に酸化できれば、酸素官能基化されたπーアリルパラジウムを中間体として生成することになり、その後の求核反応によって高度に官能基化された化合物を得るタンデム型反応も設計できる。また、平成24年度は、平成23年度の研究で最も有用性・実用性が高いと判断された反応を取り上げ、フローリアクター触媒反応装置を構築する。初年度の研究において、光化学反応を行うための基本装置は整備されたので、50万円以上の大型実験装置の物品購入は予定していない。但し、平成24年度は、光化学を組み入れたフローリアクター触媒反応装置を開発する計画であり、これらの部品の購入を予定している。初年度は、研究の推進に集中したため、旅費の使用がなかったが、平成24年度は、研究成果を広く発信するために国際会議に出席して、研究成果の発表ならびに討論を行う計画である。
硫黄窒素三重結合を持つ新しい化合物チアザイン類の合成と反応に関する研究

チアザイン類((] SY.tri-substituted left. [)S≡N)は硫黄と窒素の三重結合を持つ非常に珍しい化合物で、このような化合物の存在は一般にあまり認識されていない。我々は最近S、S-ジフェニル-S-フロロチアザインの合成に成功した。本研究ではこのチアザインと種々のナトリウムアルコキシドや二級アミンを反応させ種々のアルコキシチアザインやアミノチアザインが収率良く合成できることを見いだした。又これらのチアザインを熱分解させると分子内脱離反応が進行し、アルコキシ基からカルボニル化合物、アミノ基からシッフ塩基が生成することを見いだした。さらにこの反応の機構を調べる目的で動力学的検討を行なった結果、反応は一次速度式に従い、活性化エントロピーは負に大きな値が得られたが、フェニル基上の置換基効果は小さいことが分かった。これらの結果はスルホキシドの分子内脱離反応機構とは異なり、チアザインのSN三重結合の分極のため窒素がかなり強い塩基性をもっていることによるものと思われる。一方、チアザイン(X(] SY.tri-substituted left. [)S≡N)とスルフィルイミン((] SY.di-substituted left. [)S→N-X)は異性体の関係にあるが置換基Xが塩素や臭素の場合はスルフィルイミンしか得られないのに対してXが弗素、アルコキシ、アミノ基の場合はチアザインしか得られない。この原因を調べるためにH^^H(] SY.di-substituted left.[)S→NX)、X^^H__H(] SY.tri-substitutedleft. [)S≡Nをモデルに用いてab initio法による分子軌道計算を行い、エネルギーや異性化の遷移状態を調べた。その結果Xの原子の電気陰性度が大きいものほどスルフィルイミンよりチアデザインのほうが安定であることが分かった。また逆に電気陰性度が小さいものほどスルフィルイミンはSN結合がほんのわずかの活性化エネルギーでナイトレンとスルフィドに分解してしまうことが分かった。すなわちN-アミノスルフィルイミンやN-アルコキシスルフィルイミンは合成出来ない。以上のようにチアザインの基本的な性質を明らかにしたが今後さらに多種のチアザインの合成法の開発が必要である。
小胞体カルシウム枯渇シグナル系の作動原理と筋分化における役割

小胞体は細胞内のカルシウムストアとして働く。貯蔵されているカルシウムは細胞内外の様々な刺激に応答して細胞質ゾルに放出され、カルシウム依存性タンパク質を活性化する。カルシウムの放出は同時に小胞体内カルシウム濃度の低下を招く。私たちは骨格筋の前駆細胞(筋芽細胞)の分化過程において小胞体カルシウム濃度の低下が分化の進行にとって重要であることを示した。本研究課題においては、小胞体カルシウム濃度の低下が分化過程のどの時期に起こるかを特定し、低下が起こる仕組みと筋分化に果たす役割について手がかりを得た。1.カルシウム枯渇モニターとして用いるSTIM1タンパク質の改変カルシウム枯渇モニターとして用いるため、小胞体膜に局在するSTIM1(stromal interaction molecule 1)タンパク質の改変を行った。STIM1 cDNAをクローン化し、塩基配列を変えることで以下の諸条件を満たす改変STIM1を作製した。STIM1と緑色蛍光タンパク質の類縁体(AcGFP)cDNAを連結して蛍光STIM1 cDNAを作製した。AcGFPはSTIM1の細胞質ゾル側領域内に融合させることにより、STIMの膜結合、オリゴマー形成能、カルシウム結合能、他のタンパク質との相互作用に関わる領域への影響が小さくなるようにした。蛍光STIM1 cDNAを一過的に筋芽細胞株に入れて発現させ、それが小胞体に局在することを蛍光顕微鏡観察によって確認した。蛍光STIM1の発現による細胞毒性は見られず、STIM1の強制発現がカルシウム動態に大きな影響は与えていないことが示唆された。蛍光STIM1を発現している筋芽細胞株をカルシウム枯渇誘導薬剤(サプシガルジンまたはシクロピアゾン酸)で処理したところ、蛍光STIM1シグナルの集積が見られた。その結果、STIM1シグナルは小胞体膜上の広い範囲に広がるパターンからドット状または繊維状のパターンに変化した。2. In vitro筋分化過程のライブセルイメージング蛍光STIM1を一過的に発現させた筋芽細胞株に対して分化誘導を行い、蛍光STIM1の共焦点顕微鏡観察を行った。筋芽細胞が融合を起こす時期の前に、筋芽細胞中で蛍光STIM1シグナルのパターンが小胞体膜に沿った網状からドット状に変化することを観察し、小胞体カルシウムの枯渇現象を捉えることに成功した。1年目の達成目標であった蛍光STIM1の作製、筋芽細胞株における発現、筋分化過程におけるSTIM1の局在パターンの観察のいずれもが達成できたため、進捗状況は順調と判断している。カルシウム枯渇モニターとして用いるSTIM1-GFP融合タンパク質の発現GFPをSTIM1アミノ酸配列の中に含む融合タンパク質をコードするcDNAを作製した。STIM1は小胞体膜を貫通するI型膜タンパク質であり、内腔側に位置するN末端側ドメインはカルシウム結合、小胞体の外側のC末端側ドメインはSTIM1同士の会合の役割をそれぞれ担う。N末端側にGFPを連結すると小胞体膜へのSTIM1の挿入や特異的トポロジー形成を損なう可能性が非常に高い。一方、C末端側への連結はSTIM1タンパク質同士の会合を妨げる恐れがある。そこで、STIM1全長タンパク質のN末端に見出される膜挿入シグナル配列(23番アミノ酸残基まで)とカルシウム結合ドメイン(67番目のアミノ酸残基以降)の間にAcGFPの配列を挟むようなcDNAを作製した。このcDNAを用いて筋芽細胞株内で一過的に発現させると融合タンパク質の蛍光シグナルは網状のパターンとなり、小胞体膜のパターンとよく一致した。作製したcDNAに対してさらにトランスポゾン由来のリピート配列を付加したものを作製し、トランスポゼースcDNAとともに筋芽細胞株に導入して染色体組込み型の安定発現細胞株を作製した。安定発現株においてSTIM1-GFPタンパク質の発現レベルが比較的高い場合には小胞体カルシウム濃度によらずにSTIM1が会合状態となることが判明したため、発現株のクローン化を行い、比較的発現レベルが低く、小胞体カルシウム濃度の変動に依存してSTIM1-GFPの会合、解離が観察される株の選択を行った。これらの株を用いて分化誘導実験を行い、筋芽細胞が融合を開始する前にSTIM1-GFPの会合が起こることを見出した。現在、クローン化した細胞株の中で分化効率のより高いものを選別中である。本研究のためにデザインしたGFP融合タンパク質が筋芽細胞内で期待通りの挙動を示しており、さらに安定発現株を得ることができた。この発現株を用いれば筋分化過程において小胞体カルシウム枯渇を起こす時期を特定できる可能性がある。また、発現株に対して遺伝子導入や薬剤処理を行えばカルシウム枯渇を引き起こす条件を探索するツールとして利用できる。カルシウムの放出は小胞体内カルシウム濃度の低下を招くが、これについては必ずしも注目されてこなかった。私たちは骨格筋の前駆細胞(筋芽細胞)の分化過程において小胞体カルシウム濃度の低下が一過的に起こることを見出し、これが分化の進行にとって重要であることを示した。本研究課題においては小胞体カルシウム濃度の低下がいつ、どのような仕組みで起こるかを調べた。カルシウム濃度低下を視覚的に検出するために小胞体膜を貫通する小胞体カルシウムセンサータンパク質STIM1に注目した。STIM1は小胞体のカルシウム枯渇に応答してクラスターを形成して活性化し、小胞体へのカルシウム再充填反応を促進する。STIM

1の膜挿入や機能部位の活性に影響を与えないように、STIM1 cDNAのコード領域の内部に緑色蛍光タンパク質(GFP)類縁体のcDNAを連結して改変STIM1 cDNAを作製した。筋芽細胞を用いて改変STIM1安定発現株を作り、小胞体カルシウム濃度の低下について検討した。1)STIM1クラスターは分化誘導開始後22時間から24時間頃に出現し、少なくとも数時間維持されるが次第に数やサイズが減少した。従って、2224時間頃から数時間の間に小胞体カルシウム濃度の低下が起きていることが示唆された。2)小胞体カルシウムポンプや小胞体カルシウムチャネルと相互作用するタンパク質群の遺伝子導入実験を行い、STIM1のクラスター化を起こす可能性のあるものを見出した。筋分化過程におけるこのタンパク質の発現上昇や特異的修飾について検討を続けている。以上のように、小胞体からカルシウムが放出される時期を特定し、それを引き起こす因子の候補を取得した。小胞体は細胞内のカルシウムストアとして働く。貯蔵されているカルシウムは細胞内外の様々な刺激に応答して細胞質ゾルに放出され、カルシウム依存性タンパク質を活性化する。カルシウムの放出は同時に小胞体内カルシウム濃度の低下を招く。私たちは骨格筋の前駆細胞(筋芽細胞)の分化過程において小胞体カルシウム濃度の低下が分化の進行にとって重要であることを示した。本研究課題においては、小胞体カルシウム濃度の低下が分化過程のどの時期に起こるかを特定し、低下が起こる仕組みと筋分化に果たす役割について手がかりを得た。当初の予定通り、筋芽細胞中で起こる小胞体カルシウムの枯渇がどのようなタンパク質の挙動変化によって生じるのかという点と、カルシウム枯渇が小胞体に対してどのような効果をもたらすのかという点を解析する。これらは初年度に検出した分化過程での小胞体カルシウム枯渇現象に対してそれぞれ上流、下流のイベントにあたるものであり、全体として小胞体カルシウム枯渇シグナル系の作動原理と枯渇シグナルの役割の解明に適した方向性の研究となることが期待される。計画通り、筋分化過程での小胞体カルシウム枯渇を起こしている原因の特定とこの現象が分化において果たす役割の探求を進める。カルシウム枯渇モニターを有する細胞株のクローン化を行った結果、クローンによって分化効率が大きく異なることが判明したため、より分化効率の高い株を選別し、筋分化過程におけるカルシウム枯渇シグナル系の役割に関する明確な結論を得る条件を整えることを新たな課題として加えた。細胞生物学プラスチック器具などの消耗品にかかる物品費が使用予定よりも若干少なくなったため。平成27年度末に所属研究室の主宰者が海外機関に転出し、研究チームが解散したため研究代表者は所属機関内において部局変更した。
中国における高等教育の財政構造の変動に関する実証研究ー日本・アメリカとの比較

この研究は、高等教育の市場化の中で中国の高等教育の財政構造の変化を明らかにし、日本とアメリカとの異同を分析した。また大胆な試行を行われている中国の経験と教訓の日本への示唆を示した。さらに、大学の財政支出・資源配置と教育アウトカムと結びつくことが重要であり、これを実現するためにIRの機能の強化は必要ですると提言した。中国では復旦大学、上海交通大学、華東師範大学、上海外国語大学、上海貿易大学、上海剣橋大学、中国海洋大学、華中科学技術大学、北京大学、清華大学など、中国教育部(省)などの関係者への調査、日本では「高等教育機関への進学時の家計負担に関する調査」(文科省委託事業)」、日本学生支援機構の調査に参加して、神奈川県庁、横浜医療情報専門学校、ハリウッドビューティ専門学校、立命館大学、同志社大学、大阪大学、関西国際大学などで調査を行った。日本および中国の大学における現地調査の結果、アメリカの大学について既存のテータに基づき、分析を行っている。その一部をまとめて論文執筆、口頭発表を行った。今年度は計画に基づき、アメリカ、日本、中国で現地調査を行い、各国の高等教育の現状、とくに財政的な新たな取り組みを把握し、本研究の遂行に重要な資料を獲得し、またその一部の資料に踏まえて、下記の研究成果を上げた。論文:1劉文君「日本的院校研究状况及其発揮的作用--与美国比較的視角」(「日本におけるIRの現状及び機能ーアメリカとの比較」中国高等教育学会『中国高教研究》第3期、査読あり、2016年3月。2劉文君「試論大学教育的深度与広度ー従日本学生調査分析得到的啓示」(「大学教育の『深さ』と『広さ』ー日本学生調査分析からの示唆」)上海対外経済・貿易大学『教育研究』2015年第1期、査読あり、1-5頁、2015年6月。著書(共著):1劉文君「日本の大学におけるIRの現状」小林雅之編『大学のIR』pp.189-194、慶応義塾大学出版社、2016年4月。報告書・論稿:1劉文君「(2)学生生活費等について1大学学部」日本学生支援機構『平成26年度学生生活調査分析結果』、2016年3月。2「中国高等教育の事情」『日本経済新聞』(朝刊)2015年5月4日付(2,000字)計画とおり日本、中国で現地調査を行い、ワークショップ・交流会を開催し、研究成果を公表し、内外への発信を行った。概ね計画どおりに研究が進んでおり、中国における大学、教育行政機関での現地調査を行いました。また、文部科学省及び日本学生支援機構の委託事業に参加して、日本に関する調査を行った。国際高等教育研究フォーラム、学会発表を行い、報告書、論文の執筆、公表を行った。その他、海外の研究者を招聘し、交流会・ワークショップを開催した。主な研究成果:論文:劉文君「日本型IRの構築のためにー全国大学IR調査から」.586,17-22頁、査読あり、2016年12月(共著)、劉文君「日本におけるIRの機能ーIR組織の設置との関連に着目してー」筑波大学『大学研究』第42号、65-75頁、査読あり、2016年6月発行。劉文君「(2)学生生活費等について1大学学部」日本学生支援機構『平成26年度学生生活調査分析結果』、2016年5月、査読なし、など。著書:劉文君「日本の大学におけるIRの現状」小林雅之編『大学のIR』pp.189-194、慶応義塾大学出版社、2016年3月。学会発表:劉文君「亜洲大学院校研究(IR)IR進展状况及其作用ー日本与中国大陸・台湾之比較(“院校研究(IR)与高等教育質量提升"国際IRフォーラム、2016年中国院校研究年会、中国湖南大学)、劉文君「日本におけるIRの機能ーIR組織の設置との関連に着目してー」(日本高等教育学会、2016年)。劉文君「アジア大学におけるIRと教育の質的保証ー日本、中国大陸・台湾を中心に」(日中高等教育研究ワークショップ「大学教育の質的保証と評価」)、2017年1月、劉文君「学習プロセスのモニタリングツールとしての学生調査」平成28年度東洋大学IR室シンポジウム「高等教育における質的転換とIRの役割」平成29年3月。所属であるIR室での維一の専任教員として、高等教育研究、学生調査、学内外調査などを行い、本務は大変忙しい。また同じ研究期間において、学内の競争的研究助成(井上円了記念研究助成「研究の助成」)を受けた(研究テーマ「大学のマネジメントと教育改善におけるIRの機能に関する実証研究ー日本・アメリカ・中国の比較」)。他の研究助成のエフォートが高くなり、科研費研究が遅れた.概ね計画どおりに研究が進んでおり、中国における大学、教育行政機関での現地調査を行いました。また、私立大学連盟の調査・研究プロジェクト及び日本学生支援機構の委託事業に参加して、日本に関する調査を実施した.今までの調査結果に基づき、今年度は、主に大学の教育改革、大学の経営におけるIRの機能、及び学生の成長の促進、職業能力の形成における大学教育の効果について研究を行った。今までの研究成果を社会に還元するために、日本高等教育学会で発表し、日本でシンポジウム企画し、講演を行った。

また中国で開催するワークショップで講演し、国際的学術交流を行った。報告書にも執筆した。主な研究成果:劉文君「日本におけるIRの現状と課題ー日中比較」日本高等教育学会第20回大会・日中IRワークショップ(日本高等教育学会IRワーキンググループ・中高等教育学会IR分会主催)、東北大学・2017年5月、劉文君「大学教育の効果ー卒業生調査からの知見ー」東洋大学IRシンポジュウム「大学教育の効果」2017年12月、劉文君「日本大学院教育政策と現状」中国海洋大学高等教育研究ワークショップ、招聘講演、2018年1月、一般社団法人日本私立大学連盟大学IR機能促進検討プロジェクト報告書「II私立大学におけるIRの課題と提言(5.コスト面)」『これまでのIR、これからのIRー課題と提言』20ー21(2018年3月)、王戦軍著、劉文君訳「中国における大学評価と質保証」『IDE現代の高等教育』2018年6月号に掲載予定。この研究は、高等教育の市場化の中で中国の高等教育の財政構造の変化を明らかにし、日本とアメリカとの異同を分析した。また大胆な試行を行われている中国の経験と教訓の日本への示唆を示した。さらに、大学の財政支出・資源配置と教育アウトカムと結びつくことが重要であり、これを実現するためにIRの機能の強化は必要ですると提言した。計画とおり中国、日本での調査を行い、また中国、アメリカの研究者をお招き、ワークショップ、交流会を行い、研究成果の発表、発信を行った。今後調査結果に基づき、体系的な分析を行い、政策的なインプリケーションへの展開を行う。従来の研究計画に従い、今まで行った調査結果を踏まえ、また追加調査を行い、新しい知見を加え、研究成果を収める。さらにワークショップ、シンポジウムの企画・開催、および国内外の学会発表を行い、研究成果を社会に還元するために、内外へ発信する。高等教育学今後アメリカ調査、および日本・アメリカ・中国との比較を行い、体系的な分析を行う。アメリカについての予備調査は他研究プロジェクトによって実施されたためである。他の研究助成のエフォートが高くなり、科研費研究が遅れた。2014年度末で国際ワークショップを開催するため、講演者に謝礼の支払いを次年度にした。今年度6月にアメリカでの本調査を行う予定である。追加調査および研究結果のまとめ、刊行を行う今年度に講演者に謝礼を支払う
電場誘起表面超伝導の局所電子状態解明と物性評価の理論研究

電場誘起表面超伝導の系について、ボゴリウボフ-ドジャン方程式による計算を行い、表面付近に束縛された電子の局所的な超伝導状態や電子状態を解明した。特に、表面に平行な磁場による超伝導破壊効果について、常磁性による効果に加え、新たに反磁性による効果を理論評価する手法を開発した。これにより、超伝導の磁場依存性において、この系の持つサブバンド構造や多ギャップ超伝導の特徴が物性に顕著に反映することを明らかにした。電場誘起表面超伝導はバルクの超伝導とは異なる特性を持つ。このことを具体的に明らかにするため、また、表面超伝導の物性の定量的理論評価を可能とするため、この系の局所電子状態と物性について微視的理論計算手法の開発に取組んだ。本年度は、Bogoliubov-de Gennes方程式を数値的に解くことにより、表面付近に束縛された電荷分布や超伝導秩序変数の局所的な空間構造が決め、局所電子状態密度を計算することにより超伝導ギャップ構造の空間変化などを評価する手法を発展させ研究を進めた。まず、超伝導の深さ方向の電子状態や超伝導状態の空間変化の評価と、サブバンド依存の多ギャップ超伝導の特徴に注目した。これらの電子状態の特徴におけるゲート電圧依存性を解明するため、表面での電場の値や誘起される電荷密度に対する依存性を本研究で開発した理論手法で計算して評価し、表面超伝導の超伝導空間構造がどのように変化するか考察した。表面に誘起された電荷による電場遮蔽の効果も考慮し、この遮蔽効果により、電荷分布や超伝導が奥方向により深く侵入する様子も明らかにした。また、SrTiO3のように多軌道系で複数バンドを持つ場合にも適用できるよう計算手法の改良を行った。ついで、実験研究の動向などを考慮し、次年度以降に実施予定であった磁場依存性の研究を今年度から開始することとした。磁場を面に平行にかけた場合を想定し、ベクトルポテンシャルを導入してBogoliubov-de Gennes方程式を解く手法を開発した。これにより、印加磁場の大きさにより、表面電子状態や超伝導状態がどのように変化するか調べ、局所電子状態の変化などを考察した。磁場によりサブバンドの状況が変化する様子や、これが超伝導に影響する様子などの特徴などを解明することができ、今後の発表に向け、成果の取りまとめをしている。このことを具体的に明らかにするとともに、表面超伝導の物性の定量的理論評価を可能とするため、この系の局所電子状態と超伝導特性について微視的理論計算手法の開発を行い、その理論的解明に取組んだ。計算手法としてはBogoliubov-de Gennes(BdG)方程式を数値的に解くことにより、表面付近に束縛された電荷分布や超伝導秩序変数の局所的な空間構造を決め、局所電子状態密度を計算することにより超伝導ギャップ構造の空間変化などを評価する計算を進めている。電場誘起表面超伝導の特徴としては,表面からの深さの関数として電子状態の分布が変化することであり、超伝導状態の深さ方向の空間変化の評価が重要となる。また、表面での量子閉じ込めの効果により、サブバンド依存の多ギャップ超伝導が実現することも重要である。課題は、これらの特徴を実験的に確認する方法を見つけ出すことであるが、今年度は、磁場を面に平行にかけた場合を想定し、磁場による超伝導対破壊効果を通してこの特徴を評価する研究を進めた。磁場の効果については、まず、ベクトルポテンシャルを導入してBdG方程式を解く手法を開発し、磁場を遮蔽しようとする電流による反磁性対破壊効果を評価した。さらに、この系では、ゼーマン効果に起因する常磁性対破壊効果も重要であると考えられていることから、BdG方程式でゼーマン効果を考慮した場合の計算も進め、常磁性効果による超伝導抑制の様子について理論計算した。さらには、反磁性対破壊と常磁性対破壊の両方を考慮した場合の計算へと発展させている。これにより、印加磁場の大きさにより、超伝導の深さ方向の超伝導電子状態の空間変化やサブバンド依存性がどのように変化するか明らかにした。また、第一原理計算で得られる多軌道電子状態を考慮した計算手法の開発についても検討を進めている。このことを具体的に明らかにするため、また、表面超伝導の物性の定量的理論評価を可能とするため、この系の局所電子状態と物性について微視的理論計算手法の開発に取組んでいる。これまで、Bogoliubov-de Gennes方程式を数値的に解くことにより、表面付近に束縛された電荷分布や超伝導秩序変数の局所的な空間構造を決め、局所電子状態密度を計算することにより超伝導ギャップ構造の空間変化などを評価する手法を発展させ研究を進めてきた。この表面超伝導の特徴の一つは、電子が表面での束縛ポテンシャルに閉じ込められることにより離散的なエネルギー準位を持つサブバンドが形成されることである。このサブバンド構造が反映する物理現象として、表面に平行に磁場をかけた場合の電子状態についての計算を進め、物理量の磁場依存性について理論評価を行った。まずは、Bogoliubov-de Gennes方程式による表面超伝導の計算において、磁場によるゼーマン効果を考慮し常磁性対破壊効果を理論評価した。外部磁場の増加に伴う超伝導状態の変化を詳細に調べ、超伝導が磁場で抑制され、一次転移で超伝導が消失する様子を明らかにした。

この過程では、サブバンド毎に電子状態が正常相に転移する磁場があり,磁場の上昇とともに高次のサブバンドから順に段階的に正常相へと転移していくことがわかった。この転移により、超伝導秩序変数の振幅やゼロエネルギー状態密度、常磁性磁化などの物理量の磁場依存性においても階段的な変化が見られることがわかった。次いで、常磁性対破壊効果に加え、反磁性対破壊効果を考慮した研究も進めている。そこでは、ベクトルポテンシャルを導入して反磁性電流の空間構造を計算し、反磁性電流による対破壊効果や物理量への影響を理論評価している。本研究における磁場依存性に関する理論評価の研究は順調に進んでいる。ゼーマン効果とベクトルポテンシャルを考慮してBogoliubov-de Gennes方程式を数値的に解く計算を精力的に行っており、磁場変化を精密に調べることにより、磁場による対破壊効果の様子の詳細を知ることができた。この研究により、電場誘起表面超伝導で形成されるサブバンド構造が、物理量の磁場依存性の振舞いに反映して見られることが明らかとなった。物理量としては、局所電子状態の状態密度のスペクトル、低温比熱に対応するゼロエネルギー状態密度、常磁性磁化などの空間構造や磁場依存性、サブバンド分解した量の磁場による変化などを具体的に計算で示すことができた。また、この系における超伝導表面で磁場を遮蔽する超伝導電流の様子と対破壊効果は、これまであまり注意されてこなかったので、本研究で明らかにしたことは重要であると言える。これらの結果から、この系でサブバンドの寄与を特定するためには、磁場依存性を詳細に調べることが有効であることが明らかとなり、今後の実験的研究の中で、その効果が確認されることが期待される。成果発表についても、電場誘起表面超伝導の磁場依存性に関する研究成果を、平成27年9月と平成28年3月の日本物理学会、平成27年12月渦糸物理国内会議で口頭発表した。また国際会議でも、平成27年11月の28th International Symposium on Superconductivity (ISS2015)で発表している。論文発表については、常磁性対破壊効果による磁場依存性の成果はPhysica C誌に投稿し受理されて今後に掲載予定となっている。主な経費支出としては、上記の成果発表の旅費支出の他、非常勤研究員を雇用し数値計算やデータ解析についての研究補助を担当してもらうことにより研究を進展させることができた。電場誘起表面超伝導はバルクの超伝導とは異なる特性を持つ。このことを具体的に明らかにするため、また、表面超伝導の物性の定量的理論評価を可能とするため、この系の局所電子状態と物性について微視的理論計算手法の開発に取組んできた。これまで、Bogoliubov-de Gennes方程式を数値的に解くことにより、表面付近に束縛された電荷分布や超伝導秩序変数の局所的な空間構造を決め、局所電子状態密度を計算することにより超伝導ギャップ構造の空間変化などを評価する手法を発展させ研究を進めてきた。この表面超伝導の特徴の一つは、電子が表面での束縛ポテンシャルに閉じ込められることにより離散的なエネルギー準位を持つサブバンドが形成されることである。このサブバンド構造が反映する物理現象として、表面に平行に磁場をかけた場合の電子状態についての計算を進め、物理量の磁場依存性について理論評価を行った。
フラクタル領域上の解析学の基礎

本研究の目的は「フラクタル領域上の解析学」の基礎を確立することにあった。例えばフラクタル領域上で波動や拡散などの物理現象を記述するためには、その上でのラプラシアンを定義しなければならない。しかしながらフラクタル領域上では一般に“関数の微分"を考えることができない。近年少しずつ研究が進展してきたがいまだ手探りの状態にあるフラクタル上での解析学にたいして特に次の2つの問題に重点を置いて研究をおこなった。この問題がある種の有限次元の非線形力学系の不動点の存在と一意性に帰着されることは従来から知られていた。本研究では、この非線形力学系の相空間に自然な順序が導入でき、この力学系によってその順序が保存されることを明らかにした。さらにこの性質を用いて力学系の構造を調べて、Harmonic Structureの存在とその一意性および安定性についての十分条件を導くことに成功した。postcritically finite self-similar set上のラプラシアンは多くの場所局所化された固有関数を持つことがしられていた。本研究では固有値のcounting functionをこの局所化された固有関数にたいする固有値のcounting functionと残りの固有値(すなわち局所化されていない固有関数に対応する固有値)のcounting functionの和として表現することを提案した。そしてそれぞれの部分の漸近挙動を調べて、たとえば、局所化された固有関数に対応する固有値のcounting functionの漸近挙動を詳細に記述することに成功した。またとくにSier pinski gasketと呼ばれる具体例にたいしては両方のcounting functionの漸近挙動を完全に決定した。
高次元データにおける平均， 分散共分散行列の縮小推定

近年、計算機技術の発達等により、データのサンプルサイズだけでなくデータの次元も大きい高次元データを得る事、扱うことが可能になった。そこで高次元構造を考慮した統計モデルにおける精度の良い推定の構築とその理論的性質を保証する事を目的とする。特に、平均や分散共分散行列の縮小推定を考える。まず、平均と分散共分散行列がともに未知な場合に同時に推定する方法を提案し、その方法の良さを理論的に保証する。次に、データが時系列相関を持つ場合に新たな推定量を提案し理論的性質を示す。最後に株価等の実データを用いて提案する推定方法が上手く働くことを確認する。
損傷クロマチンを制御するアセチル化を介したNAD代謝ネットワークの解明

本研究提案では、ゲノムストレス応答においてTIP60ヒストンアセチル化酵素が、ポリADPリボシル化酵素PARP-1の活性を制御するという我々の知見をもとにTIP60とPARP-1の連携機構の解明を行うことを目的としている。これまでに明らかにした知見は、PARP-1の基質であるNADを合成する酵素NADSの損傷領域への誘導が、TIP60のアセチル化を介したH2AXの交換反応に依存していることを明らかにした。さらにTIP60によるアセチル化シグナルとNADSの局在をPLAシグナルとして検出することにも成功し、またNADSのノックダウン細胞においてH2AXの交換反応が、抑制されることも確認した。円順列変異蛍光蛋白質型バイオセンサーにおけるDNA損傷領域におけるNADの合成の検出は、現在進行中である。TIP60およびH2AX複合体のプロテオミクス解析の中でアセチル化を介したNADSの損傷領域への誘導に関与する因子の候補は、すでに幾つか捉えており、これら因子は、NADSがDNA損傷領域に誘導された後に、その領域でNADSを維持するために必要であることが明らかになりつつある。現在は、その点についてこれら因子のノックダウン細胞を用いて、クロマチン免疫沈降法とGFP-NADSの発現細胞を用いたmicro-irradiationで検証している。これらTIP60ヒストンアセチル化酵素とポリADPリボシル化酵素PARP-1の連携が、放射線感受性と如何なる関係にあるのかについては、高線量率の放射線障害においては、この連携の破綻した細胞では、感受性の増強が確認することができ、また本年度は、低線量率の放射線障害においても検討を加えており、成果が出始めている。これらの知見から線量率効果の分子レベルの理解が進むと考えている。既存のクロマチン免疫沈降法は、I-Sce1の認識配列を含んだカセットを細胞に導入した方法で行っていたが、このカセットは、DR-GFPのシステムであり、GFP発現の際に使われるプロモーターにTIP60が、作用する可能性がある。こういった可能性を除外するために今回は、より生理的な状況下で検証できるCRISPR-Cas9の方法でDNA二本鎖切断を誘導するシステムに切り替えた。この方法においてもNADSのDNA二本鎖切断領域への集積を確認することができた。今後は、この新たに立ち上げたクロマチン免疫沈降法で実験を行う予定である。またTIP60によるアセチル化シグナルとNADSの局在をPLAシグナルとして検出することにも成功し、さらにNADSのノックダウン細胞においてH2AXの交換反応が、抑制されることも確認した。円順列変異蛍光蛋白質型バイオセンサーにおけるDNA損傷領域におけるNADの合成の検出は、現在進行中であり、この点が、昨年から持ち越しであるが、実験は問題なく進んでいると判断している。また線量率効果におけるTIP60とPARP-1の連携機構の役割とその意義についても知見が得られつつある。以上により、概ね研究は、順調に展開されていると判断できる。NADの合成酵素であるNADSが、TIP60によるアセチル化に依存してDNA損傷領域に局在することは、検証できたので、今後は、実際にNADが、DNA損傷部位で産生されることを実証する必要がある。そのために昨年度からの持ち越しである、円順列変異蛍光蛋白質型バイオセンサーにおけるDNA損傷領域におけるNADの合成の検出を引き続き行う予定である。本年度は、この実験に加えてdCasのシステムを用いてDNA損傷部位にGFP-NADSを誘導するシステムを構築して、CRISPR-Cas9を用いた新たなクロマチン免疫沈降法で損傷部でのアセチル化の状態を検証する。具体的には、ヒストンH4のhyperacetylationについて、H4K16のアセチル化抗体、H4のアセチル化全体を認識するpentaH4アセチル化抗体を用いて検証を行う予定である。これらの知見をもとにアセチル化とNADSとの関係が、feedback制御になっているのか否かについて明らかにする。また放射線感受性については、これまで高線量率での検証に止まっていたが、本年度は、低線量率でのアセチル化とポリADPリボシル化との連携機構の役割も明らかにし、線量率効果のクロマチン制御に基づいた分子レベルでの理解にも貢献していく予定である。我々は、TIP60ヒストンアセチル化酵素によるヒストンH2AXのアセチル化が、ポリADPリボシル化酵素PARP-1の活性化を促し、その結果、H2AXの交換反応を介した損傷領域のヒストンのアセチル化が亢進することを明らかにしている。さらに我々は、PARP-1の基質であるNADを合成する酵素(NADS)が、TIP60のアセチル化活性依存的にDNA2本鎖切断領域に局在することをクロマチン免疫沈降法により見出している。本年度は、TIP60によるH2AXのアセチル化が、NADSのDNA2本鎖切断領域への局在に関与しているか否かについてクロマチン免疫沈降法により検討した。その結果、細胞内でH2AXのアセチル化を阻害するとNADSのDNA2本鎖切断領域への局在が阻害されていることが明らかになった。またGFP-NADS発現細胞を用いてmicro-irradiationによるGFP-NADSの損傷部位への集積を確認し、TIP60をノックダウンした時の影響を現在検討中である。さらにγ線照射前後で、NADSが、損傷部位に集積するか否かについてアセチル化H2AXとNADSの抗体を用いたProximal Ligation Assay(PLA) assayにより検証し、細胞内の損傷部位でのアセチル化

H2AXとNADSのPLAシグナルについて確認した。現在、細胞内でH2AXのアセチル化を阻害した時に、アセチル化H2AXとNADSのPLAシグナルが減弱するか否かの検討を行なっている。NADSに結合する因子の同定は、H2AXの複合体の構成因子からその候補因子を同定しているが、それら因子のノックダウン細胞を現在作製中である。NADSの放射線感受性に対する実験は、NADSノックダウン細胞を用いて行い、NADSノックダウン細胞では、野生型細胞と比較して放射線感受性が増強することが明らかになった。TIP60によるH2AXのアセチル化が、NADSのDNA2本鎖切断領域への局在に必要であることをクロマチン免疫沈降法により明らかにした。現在、この知見をGFP-NADS発現細胞を用いてmicro-irradiationとγ線照射前後でアセチル化H2AXとNADSの抗体を用いたProximal Ligation Assay(PLA) assayにより検討中である。当初の予定では、これらの検討はすでに終了している予定であり、その点では、やや遅れているが、すでにGFP-NADSの損傷部位への集積を確認しており、TIP60をノックダウンした時の影響については、すぐに検討できる段階にきている。さらに細胞内で、損傷部位におけるアセチル化H2AXとNADSのPLAシグナルについても確認は終了しており、現在、細胞内でH2AXのアセチル化を阻害した時に、アセチル化H2AXとNADSのPLAシグナルが減弱するか否かの検討もすぐに行える状況にある。またNADSに結合する因子をH2AXの複合体の構成因子からその候補因子を同定しており、NADSのDNA2本鎖切断領域への局在への影響をクロマチン免疫沈降法により解析する準備は整っている。さらにはNADSの放射線感受性に対するの実験を当初の予定より前倒しで行い、NADSノックダウン細胞では、野生型細胞と比較して放射線感受性が増強することが明らかにしている。これらのことから実験が概ね順調に進展していると思われる。本研究提案では、ゲノムストレス応答においてTIP60ヒストンアセチル化酵素が、ポリADPリボシル化酵素PARP-1の活性を制御するという我々の知見をもとにTIP60とPARP-1の連携機構の解明を行うことを目的としている。これまでに明らかにした知見は、PARP-1の基質であるNADを合成する酵素NADSの損傷領域への誘導が、TIP60のアセチル化を介したH2AXの交換反応に依存していることを明らかにした。さらにTIP60によるアセチル化シグナルとNADSの局在をPLAシグナルとして検出することにも成功し、またNADSのノックダウン細胞においてH2AXの交換反応が、抑制されることも確認した。円順列変異蛍光蛋白質型バイオセンサーにおけるDNA損傷領域におけるNADの合成の検出は、現在進行中である。
糸球体内皮細胞の伸展がメサンギウム細胞機能に及ぼす影響

糸球体高血圧や糸球体肥大に伴って生じる末梢係蹄壁に対する伸展刺激は糸球体障害因子のひとつと考えられている。糸球体構成細胞のうち、GENはメサンギウム細胞に比し末梢係蹄壁の伸展の影響を受けやすいと考えられることから、GENに対する直接的伸展刺激が、糸球体内renin-angiotensin(R-A)系におよぼす影響を検討した。牛腎糸球体から糸球体内皮細胞をクローン化しこれを伸縮性の高いシリコン膜上で培養し、このシリコン膜を伸展することによりGENに対する伸展刺激の系とした。dishを10あるいは20%伸展させると、GENも張力方向に同程度伸展されることを確認した。そこで伸展GENにおいて、1)内皮細胞としてマーカーおよび増殖能を、アセチル化LDLの胞体内への取込みと^3H-thymidine uptakeの測定により、2)angiotensinogen(Atg)およびangiotensin converting enzyme(ACE)の誘導をNorthern blot法により、3)培養medium中へのAtg peptideの放出量を過剰量レニンによる変換後Angiotensin IについてのRIA法により、4)メサンギウム細胞に対する伸展刺激によるAtgおよびACEの誘導をNorthern blot法によりそれぞれ解析した。伸展GENはアセチル化LDLを胞体内へ取込み、かつ非伸展GENと同様良好な増殖活性を示した。AtgおよびACEのmRNAレベルは伸展後24時間で伸展率依存的に上昇する事から、糸球体内皮細胞では持続的な伸展刺激により、AtgおよびACEの遺伝子発現が増強することが示唆された。また伸展刺激により内皮細胞からのAtg放出量も増加することからmRNAレベルとともに蛋白レベルにおいてもAtgの発現増強が確認された。更に糸球体内皮細胞とは対照的に、メサンギウム細胞ではAtgおよびACEmRNAの発現増強は認められなかった。以上の結果から糸球体毛細血管係蹄壁に対する伸展刺激は糸球体内皮細胞におけるAtgおよびACEの発現増強を介して、糸球体局所のR-A系の活性化に寄与している可能性が示唆された。
ナノ粒子含有ミスト堆積法による低温での結晶性薄膜形成と微細表面テクスチャー制御

ミスト法は、超音波により霧化した液体を用いて製膜を行う低コストかつ低エネルギーな手法である。本研究では、結晶性のナノ粒子を含む溶液のミスト堆積によって、低温での結晶性薄膜の形成を行い、微細表面テキスチャの形成とその電気的および光学的な特性に関する検討を行った。TiO2ナノ結晶粒子のミスト堆積においては、レーザー描画で形成した親水ー疎水微細パターン基板を用た表面テキスチャ制御法を開拓した。さらに、ミスト堆積法によるTiO2/PEDOT・PSSハイブリッド薄膜や酸化グラフェン薄膜の形成とそれらの特性に関する検討を行った。本研究では、金属および半導体薄膜の低温製膜を可能とする新手法の開拓を目的として、金属や半導体材料からなるナノ粒子を含むミスト(霧)状の微小液滴の基板上への堆積現象の解明と形成される微細構造制御についての研究行った。本年度は、ミスト堆積法による結晶性の酸化チタンナノ粒子、透明導電性高分子であるポリ-3,4-エチレンジオキシチオフェン/ポリ-4-スチレンスルホン酸(PEDOT・PSS)、および酸化グラフェンを用いたミスト堆積法による表面テクスチャを有する薄膜形成に関する検討を行った。これらはいずれも水分散溶液となり、それらのハイブリッド型ミスト堆積膜の形成が可能である。酸化チタンナノ粒子とPEDOT・PSSの混合溶液を用いてミスト堆積法により薄膜形成を行ったところ、酸化チタンナノ粒子/PEDOT・PSSの組成比による薄膜の表面テクスチャの変化が観測された。酸化チタンがリッチな薄膜においては、リング状構造が重層した構造の多孔質膜が形成されたのに対して、PEDOT・PSSがリッチな薄膜においては、ディスク状構造が積層した構造が観測された。これは、それぞれの物質の基板上での濡れ性の違いによって説明された。酸化グラフェンは、加熱やレーザー光照射によって容易に還元され、グラフェンへと変化することが知られている。グラフェン薄膜は次世代の透明導電性材料として期待されていることから、酸化グラフェンのミスト堆積法による薄膜形成に関する検討を行い、約8 nm膜厚のディスク状構造からなる薄膜の形成を確認した。ミスト堆積法により形成した極薄膜に405 nmの波長のブルーバイオレッドレーザー光を照射することによって、酸化グラフェンからグラフェンへの還元が起こることを、顕微ラマン分光法により観測した。ミスト法は、超音波により霧化した液体を用いて製膜を行う低コストかつ低エネルギーな手法であるという特徴を有している。超音波霧化により形成したナノ粒子を含む微小液滴の基板への噴霧より製膜を行うミスト堆積法により、TiO2/PEDOT-PSSハイブリッド薄膜および酸化グラフェン薄膜の形成を行い、その表面的テキスチャおよび特性についての検討を行った。ミスト堆積TiO2/PEDOT-PSSハイブリッド薄膜の光照射下でのI-V曲線においては、TiO2が光励起されるUV光を含む周期的光照射(Figure 4a)においては、光照射オンによる電流減少とオフによる電流増加が観測された。これに対して、L42フィルターによってUV光をカットした周期的光照射(Figure 4b)においては、光照射オンによる電流増加とオフによる電流減少が観測された。UV光照射下での電流値低下(導電性低下)には、TiO2の光励起により生じたキャリア(電子)とPEDOT-PSS由来のキャリア(ホール)との再結合の影響が考えられる。グラフェンは次世代の透明導電膜材料として期待されているが、透明性を得るためには極薄膜の形成法が重要となる。しかしグラフェンは溶液中での分散性が低いためにウェットプロセスの製膜が難しいという問題がある。このため近年、酸化グラフェン分散水溶液からの製膜および加熱やレーザー光照射による還元グラフェン薄膜の形成についての検討が行われている。そこで、酸化グラフェン分散水溶液を用いたミスト堆積法による製膜(Figure 5)とレーザー光照射による還元グラフェン膜の形成に関する検討を行った。ミスト堆積酸化グラフェン膜へ405 nmブルーバイオレッドレーザー光を照射することにより、還元グラフェン膜へ変換されることが顕微ラマンスペクトル等の観測から示された。本研究では、金属および半導体薄膜の低温製膜を可能とする新手法の開拓を目的として、金属や半導体材料からなるナノ粒子を含むミスト(霧)状の微小液滴の基板上への堆積現象の解明と形成される微細構造制御と、それによって従来の手法では難しかった耐熱性に制限のある透明ポリマーフィルム基板上への結晶性金属および酸化物半導体薄膜の低温製膜を可能とし,プリンタブル・フレキシブルエレクトロニクス分野への貢献を目指している。本年度は、ミスト体積法による結晶性の酸化チタンナノ粒子、透明導電性高分子であるポリ-3,4-エチレンジオキシチオフェン/ポリ-4-スチレンスルホン酸(PEDOT・PSS)、および酸化グラフェンを用いたミスト堆積法による薄膜形成と、それらの特性や組成の表面テクスチャ構造への影響を明らかにできており、おおむね順調に研究は進展している。

材料科学プリンタブル・フレキシブルエレクトロニクス分野においては、透明導電性薄膜は非常な材料となっている。従来材料としては、酸化インジウムスズ(ITO)が用いられてきたが、近年資源の問題から、脱インジウムを目指した透明導電膜の開発が求められている。その中で、グラフェン薄膜は非常に注目される材料となっている。平成26年度において、酸化グラフェン膜分散水溶液のミスト堆積法による極薄膜の形成とレーザー照射による還元グラフェン膜への変換を確認できており、この手法をさらに推進することによって、グラフェン薄膜による次世代透明導電膜材料の開拓を目指す。ミスト堆積法の問題点として、製膜速度の遅さがあげられる。これは基板を加熱した場合に生じる上昇気流が、数ミクロンの大きさで軽量なミストの基板への堆積を妨げるためである。このため、基板への堆積速度を促進するための方策が必要となる。その手法の一つとして、基板とミスト噴霧部との間に高電界を印加した電場アシストミスト堆積法の開発を計画したが、平成26年度にはその装置を完成することができなかった。そのため、電場アシストミスト堆積法の開発のための経費が、次年度使用額として生じた。平成27年度には、ミスト堆積法の問題点である製膜速度の遅さを克服するための電場アシストミスト堆積法の開拓を行っていくことを計画している。電場アシストミスト堆積法を行うための装置開発に必要な経費として,平成27年度請求額と併せて使用する予定である。
水生生物を用いた河川水,下水処理水の生態毒性評価とその原因物質推定手法の検討

科学技術の発展に伴って,人類はこれまで様々な化学物質を開発し環境中に放出してきた。水環境中に放出された不特定多数で微量の化学物質は,水域に生息する生物に対して長期にわたって潜在的な環境汚染を引き起こすことが危惧される。従って,種々の化学物質を含む排水が流入してきた場合に,水域における生態系に対してどのような影響を与えるか,また水生生物へ毒性を示す原因物質としてはどのようなものがあるかということを明らかにすることは重要である。本研究では,水域に放出される化学物質について,生態毒性データの集積を行うとともに,固相抽出カートリッジを組み合わせた生態毒性試験系を構築し,河川水や下水処理水といった実際の環境サンプルを対象として生態毒性レベルの評価を行った。また,HPLC(高速液体クロマトグラフ)とバイオアッセイを組み合わせた手法によりその原因物質の同定を試みた。水環境中に放出される化学物質のうち,近年特に問題視されている医薬品類を対象として生態毒性試験を行った結果,医薬品類のなかでも抗菌剤の水生生物に対する毒性は,解熱鎮痛剤など他の医薬品類の毒性よりも強い傾向が見られた。固相抽出カートリッジを組み合わせた生態毒性試験系を構築して琵琶湖・淀川水系を対象に生態毒性レベルの評価を行った結果,下水処理水とその放流先地点で毒性が高いことが分かり,また一部の支川においても毒性の高い地点が見られた。また,淀川水系から採取したサンプルについて生態毒性原因物質の同定を試みた結果,HPLCを用いたフラクション分画とバイオアッセイを組み合わせることによって,生態毒性原因物質の分離を行うことが可能であることが確認されるとともに,分子量が600程度の物質が生態毒性原因物質の1つであることが示唆された。本研究では,水域に放出される化学物質について,水生生物を用いた生態毒性試験を実施し,化学物質の毒性データの集積を行うとともに,河川水や下水処理水といった実際の環境水を対象とした生態毒性試験系を構築するため,試料の前処理方法について基礎的検討を行った。(1)水域に放出される化学物質の生態毒性データの集積水域に放出される化学物質のうち,近年特に問題視されている医薬品類を対象として生態毒性試験を行った。対象とした水生生物としては,細菌類および藻類を用いた。試験の結果,医薬品類のなかでも,抗菌剤の水生生物に対する毒性は,解熱鎮痛剤,不整脈用剤および気管支拡張剤といった医薬品の毒性よりも強い傾向が見られた。また,医薬品の水生生物に対する毒性は,オクタノール水分配係数や分子量といった医薬品の物理化学的性質よりも,結合する標的部位の有無によるところが大きい可能性が示唆された。(2)環境水(河川水,下水処理水)を対象とした生態毒性評価手法の検討実際の環境水を対象とした生態毒性試験系の構築を目的として,固相抽出カートリッジを用いた試料の前処理方法について基礎的検討を行った。固相抽出カートリッジに試料を通水した後,メタノールおよびジクロロメタンを用いてカートリッジから捕集成分の溶出を行い,それぞれの分画について藻類生長阻害試験を行った。その結果,ジクロロメタン分画からは試料を50倍濃縮した場合においても毒性は検出されず,カートリッジに捕集された毒性物質の多くはメタノール画分に溶出されることが示された。また,下水処理水について固相抽出カートリッジを用いて前処理を行って藻類生長阻害試験を実施したところ,510倍程度の濃縮を行うことにより藻類生長に対して毒性影響が現れることが示された。本研究では,関西地域の重要な水源となっている琵琶湖・淀川水系から採取したサンプルについて,固相抽出カートリッジを組み合わせた生態毒性評価系を用いて試験を実施し,琵琶湖・淀川水系における生態毒性レベルの評価を行った。また,HPLC(高速液体クロマトグラフ)を用いて水中の化学物質のフラクション分画を行い,バイオアッセイとLC/MS/MS(高速液体クロマトグラフータンデム質量分析計)を活用してその原因物質の同定を試みた。