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近接場走査型顕微鏡によるＩｎＧａＮ発光デバイスの点滅発光現象の研究

Indium Gallium Nitridesの材料は最近人気になって、不安定発光の原因は無知な不要な現象であった。理論及び実験を含めて詳しいな研究を行いました。3年間の研究結果で、点滅現象の原因は明らかにしました。不純物の影響で結晶の温度振動が変動をされ、振幅がゆっくり周期的に変わる合成波を生ずる。発光強度は結晶の構造によるため、点滅現象が起きます。ab-initio方法を用いて光の不安定振る舞いと結晶の不純物量の関係が明らかにしました。さらに実験のアプローチで資料における吸着するガス低温または真空の実験をおこなって、点滅現象はどうんな影響をされることが明らかにしました(研究論文準備中)。光の点滅現象は割と遅いスピードで行います。タイムスケールは大体200msecである。しかし、半導体材料のホトルミネセンスはフェムトsecの現象であることで、点滅現象は基準な光学理論で説明出来ません。今年の本研究ではInGaNの光デバイスの発光点滅現象が昨年の続きで深く調べました。近接場走査型顕微鏡を用いて、デバイスの局在な発光を観測し、発光のスペクトルも調べました。そのデータと温度依存性の実験結果をつかって理論モデルを確立しました。理論モデルではInGaNのWurzite格子が温度のために微小振動をさせ、キャリア再結合の確率は時間的に変化します。変化の基本タイムスケールはフェムトsecですが、今年に作った理論ではWurzite格子の振動波が干渉され、実験で観測出来るの遅い振動が存在できることが確認しました。その遅い波は点滅現象の原因であることが提案しました。この新しい点滅現象理論モデルは今年のApplied Physics Letterの論文にまとめました(APL 103, 172109 (2013))。点滅現象が材料の格子の強い依存性がるため、Ab-initioシミュレーションソフトを確立し、シミュレーションの研究も活発に進んでいます。本研究は、半導体発光デバイスの点滅現象に関する実験を行い、デバイスの特性を評価する方法の開発を目標としている。24年度の最初の一年では、以下のポイントを達成した:実験側研究:1)共同研究者と打ち合わせ、研究プランを作成した2)測定装置のスペックを決めた3)微弱発光計数装置を含め、いくつかの測定装置を購入した4)購入した測定装置のテスト及び調整実験を行った理論側研究:5)点滅現象の実験の理論を勉強した(京都大学の打ち合わせ、共同研究)6)点滅現象に関する、Ab-initioシミュレーションソフトを確立した7)Ab-initioシミュレーションの最初のテストを始めた当プロジェクトは半導体光デバイスの不安定発光についてでした。とくにInGaN(Indium Gallium Nitrides)の材料は最近人気になって、不安定発光の原因は無知な不要な現象であった。当プロジェクトで頂いた研究予算を用いて高感度光検出や高速度光検出などの設備を購入して、理論及び実験を含めて詳しいな研究を行いました。今年度は先端な理論計算を行いました。InGaNの結晶構造のシミュレーションをしました。ab-initio方法(Gaussian及びSIESTAソフト)を用いて光の不安定振る舞いと結晶の不純物量の関係が明らかにしました。さらに、理論計算だけではなく、今年度は実験も行いました。温度制御真空チャンバーを使った光学顕微鏡による実験を行った。チャンバーの中にさまざまな不純物ガスを導入して、光の不安定現象は不純物にどういうふうに影響をされることが直截に観測しました。その結果は理論計算と比べ、InGaNの発光不安定現象の原因について明らかにしました。得に酸素の影響は世界中初めてに分かりました。研究報告は国際雑誌に投稿されて、発光の不安定現象の原因は理解できました。さらに実験結果のデータ基づいたオリジナルなフィジカルモデル(物理的モデル)を立ち上がりました。当モデルでによるとInGaNの表面に成長過程の時に不純物ガスの分子が蒸着をされてしまいます。InGaNの活層(active layer)はその不要な物性に影響され、発光が変化します。時間をたつと、その不純物は表面から脱着され、不安定発光の振る舞いは発生します。応用物理学・結晶工学点滅現象の原理とそのモデルが確立ことが出来ました、それに関するの研究論文も高いレベルの国際雑誌に投稿出来ました。今までの研究の達成率33%ですが、実際は20%25%位と思っています。一番大きい理由は、購入予定設備の決定が遅かったことであると考えられます。「微弱発光計数装置]は浜松ホトニクスのC9692-11に決めましたが、決めるための議論が長引いてしまいました。発光デバイスの実験のために、点滅現象を観測できる検出方法を確立して、購入することになりました。これからAb-Initioのシミュレーションを進みたいと思います。

そのシミュレーションで発光のプロセス及び点滅現象の過程の原因がもっと別な視点から深きに調べたいと思います。今までの研究は実験結果とクラシク物理をつかった理論の比較、これからab-Initioの量子力学シミュレーションを用いて、量子力学の原子レベルの視点からInGaNの発光プロセスが検討する、点滅現象と過去及び新しいの実験データが比較するつもりです。その結果で理論モデル及び実験の仕方の改善できるところが期待しています。今後の研究は、理論サイドと実験サイドの二つにわかれて行います。実験サイド:1)高感度光センサーを頂いたので、「微弱発光計数装置」の調整と、その装置の働く最適パラメータを決める研究活動を行う2)近接場走査型顕微鏡及び選択励起顕微鏡を用いて、点滅するInGaN試料を調べる3)InGaN試料のタイプに対して、点滅現象の特性の評価を出来る実験を行う。点滅現象を測定したら、試料のタイプ、Quality等は分かるかどうかを調べる。理論サイド:1)InGaNの原子構造をモデルにして、試料の光学特性を調べる2)欠陥、不純物などによる影響を調べる3)Ab-Initioのシミュレーションを使って、点滅現象の深い原理を調べる。購入しました光学検出は計画より安くしました。計画と異なる国際学会に参加して旅費は計画より安くになりました。実験及びシミュレーション研究を行うため下記のものが購入するつもりです:ab-initio計算ソフトの購入、早い計算機、光学パーツ、光ナノプローブ。他の費用は印刷費、国内旅費、国際旅費、学会参加費、共同研究打ち合わせ費、試料費。Ab-Initioソフトを使って、点滅現象の現象は量子力学の視点から調べる。近接場走査型顕微鏡で過去局在光学実験は改善する。我々は今年投稿した点滅現象の新理論モデルを学会で推進する。25年度の研究費は大体80万円を予定しています。1)ナノプローブ(近接場走査型顕微鏡のため)、光学部品など、30万円2)国際学会、国内出張は35万円3)その他、15万円
細菌由来炭酸固定遺伝子群の構造と発現制御

Pseudomonas hydrogenothermophila TH-1株およびHydrogenovibrio marinus MH-110株は、いずれもそのdoubling timeが約1時間と現存する炭酸固定生物中で最も旺盛な生育を示す。両菌はいずれもカルビン.ベンソン経路を用いた炭酸固定を行っており、それらの菌の効率的炭酸固定を遺伝学的に解明することは極めて重要と考えられた。既にクローニングされている炭酸固定酵素RubisCOの遺伝子cbbLSの上流および下流のシーケンスを行った。その結果、上流には発現調節遺伝子cbbR等の炭酸固定関連の遺伝子は見いだせなかったが、下流にRubisCOの機能発現に関与していると思われる遺伝子、cbbQおよびcbbOの存在を見いだした。大腸菌を宿主とした実験で、CbbQおよびCbbOは大腸菌のシャペロニンGroEと共同して、RubisCOのアセンブリ・活性化に寄与していることが強く示唆された。Hydrogenovibrio marinus MH-110株には、L8S8型2種(CbbLS-1、CbbLS-2)およびL2型1種(CbbM)の合計3種のRubisCOが存在することが知られており、その遺伝子も全て取得、シーケンスされている(昨年度報告)。今回この3種の遺伝子およびそれら由来のmRNAに特異的なDNAプローブを用いて、その転写レベルでの発現調節を調べたところ、高炭酸ガス濃度で培養した菌体では、炭酸ガスに対するKm値の高いL2型が、低濃度ではKm値の低いL8S8型が強く発現していた。すなわち本菌は外界の炭酸ガス濃度に対応してそれに適したRubisCOを発現させる機構を持っていることが判明した。Pseudomonas hydrogenothermophilaおよびHydrogenovibrio marinusは、いずれもそのdoubling timeが約1時間と現存する炭酸固定生物中で最も旺盛な生育を示す。両菌はいずれもカルビン.ベンソン経路を用いた炭酸固定を行っており、その全容の解明を目指して、酵素学的および遺伝学的な研究を行った。P.aeruginosaの炭酸固定関連酵素遺伝子はクラスターを形成して存在していると考えられる。既にクローニングの済んでいる炭酸固定酵素RubisCOの下流領域をシーケンスし、ORFを見いだした。緑膿菌脱窒遺伝子群を形成する遺伝子nirQとの相同性から、RubisCOのアセンブリ、安定化等に関与する因子をコードすると考えられた。現在この仮説を検証する実験を継続中である。H.marinusは、海洋性の絶対独立性水素細菌であり、L_8S_8タイプ2種、L_2タイプ1種の合計3種のRubisCO遺伝子を持っている。3種類全てのRubisCO遺伝子のシーケンスを行い、他生物由来のものとの相同性を求めた。また、L_8S_8型1種、L2型1種については、菌体破砕液より精製し、その性質を調べた。特にL_2型RubisCOの精製および遺伝子のクローニング、シーケンシングは化学独立栄養生物由来のものとしては初めてである。現在、培養条件等による3種のRubisCOの発現量の変化(発現制御)を検討している。Pseudomonas hydrogenothermophila TH-1株およびHydrogenovibrio marinus MH-110株は、いずれもそのduobling timeが約1時間と現存する炭酸固定生物中で最も旺盛な生育を示す。

大腸菌を宿主とした実験で、CbbQおよびCbbOは大腸菌のシャペロニンGroEと共同して、RubisCOのアセンブリ・活性化に寄与していることが強く示唆された。Hydrogenovibrio marinus MH-110株には、L8S8型2種(CbbLS-1、CbbLS-2)およびL2型1種(CbbM)の合計3種のRubisCOが存在することが知られており、その遺伝子も全て取得、シーケンスされている(昨年度報告)。今回この3種の遺伝子およびそれら由来のmRNAに特異的なDNAプローブを用いて、その転写レベルでの発現調節を調べたところ、高炭酸ガス濃度で培養した菌体では、炭酸ガスに対するKm値の高いL2型が、低濃度ではKm値の低いL8S8型が強く発現していた。すなわち本菌は外界の炭酸ガス濃度に対応してそれに適したRubisCOを発現させる機構を持っていることが判明した。
NIRSによる心停止時の適切な胸骨圧迫を評価する生理学的モニタリング法の構築

近年、近赤外線分光法で測定した脳内酸素飽和度が胸骨圧迫の指標になる可能性が指摘され、さらに、脳内酸素飽和度が一定値以上になると自己心拍再開(ROSC)が期待できることもわかってきた。そこで我々は、「心停止時における胸骨圧迫時に、(1)脳内酸素飽和度は順行性脳血流の指標になる」、(2)脳内酸素飽和度はROSCの指標になる」と仮定し本研究を計画した。本研究の目的は、中型動物の心原性心停止(VF)モデルを作成し、心停止時の適切な胸骨圧迫を評価する生理学的モニタリング法の構築を目指すものである。
透過型電子顕微鏡による、セラミックス粒界構造解析

26年度が最終年度であるため、記入しない。原子レベルで結晶構造を自由自在に制御することは容易ではないが、結晶中の欠陥や不純物近傍の欠陥構造である局在量子構造を活用することで可能である。そこで本研究では、透過電子顕微鏡(TEM)を用いて実用構造機能セラミックス材料における「転位運動、格子欠陥形成、相転移や粒界相互作用」を観察するとともに、原子分解能走査透過電子顕微鏡と理論計算(第一原理)を併用して材料設計、「セラミックス粒界構造」を調べ、原子構造電子論を基軸とした「材料強度学」の新体系化を目標とする。(1)上記マルチフェローイック特性を有するバルク単結晶体および多結晶体(融液成長および焼結により作製)、更には基板上にパルスレーザー堆積法(共同設備)やスパッタ蒸着法(現有設備)により作成した薄膜材料に対して、透過電子顕微鏡(TEM)による微細組織解析に向けて、機械研磨、ディンプル研磨、イオン研磨(すべて現有設備)、もしくは粉砕法(乳鉢による壁開)により電子線に対して透過可能な薄片試料を作製する。(2)汎用の加速電圧200kVを有するTEM(現有設備)及び400kVTEM(共同利用設備)を用いて格子欠陥、結晶粒界構造、析出物などの微細構造観察を行う。さらにはTEMに装着されたエネルギー分散型エックス線分光装置(現有設備)を用いて元素分析(構成元素種同定や化学組成)や元素分布(組成のバラツキなど)についてナノレベルで詳細に解析する。また、エックス線回折法(共同利用設備)を用いて酸化物の結晶構造や第二相形成の有無等についても調べる予定である。次世代デバイスの応用が期待される複合型機能性マルチフェロイック酸化物セラミックス材料に対して、原子分解能・元素識別走査透過電子顕微鏡法を用いて局在原子構造を計測し、原子サイトや不純物の同定を行う。さらに、第一原理による原子構造モデル計算を組み合わせることによって、材料物性と原子・電子構造との相関に関する学術的な理解を目指すことが目的である。1上記マルチフェローイック特性を有するバルク単結晶体および多結晶体(融液成長および焼結により作製)、更には基板上にパルスレーザー堆積法(共同設備)やスパッタ蒸着法(現有設備)により作成した薄膜材料に対して、透過電子顕微鏡(TEM)による微細組織解析に向けて、機械研磨、ディンプル研磨、イオン研磨(すべて現有設備)、もしくは粉砕法(乳鉢による劈開)により電子線に対して透過可能な薄片試料を作製する。2汎用の加速電圧200kVを有するTEM(現有設備)及び400kVTEM(共同利用設備)を用いて格子欠陥、結晶粒界構造、析出物などの微細構造観察を行う。本年度は上記(1)及び(2)で示す研究を中心に遂行する。マルチフェロイック特性を有するダブルペロブスカイト構造を持った機能性酸化物の単結晶体および多結晶体を融液成長および焼結により作製に成功した。透過電子顕微鏡(TEM)による観察のために、機械研磨、ディンプル研磨、イオン研磨を施し、微細組織観察を行っている。次年度以降に行う第一原理による酸化物材料の原子緩和構造や電子構造(結合・化学状態)など計算やシミュレーションに関する研究に向けて、研究環境整備にも取りかかる。酸化物単相の計算について汎用コンピューターで十分だが、基板上の薄膜については基板界面での構造・応力緩和の考慮が不可欠なため比較的大きな構造モデル(スーパーセル)を設定しなければならない。そのため、スーパーコンピューター(共同利用施設)による大規模計算に向けて、それに対応できる環境(スーパーコンピューター利用許可申請や汎用コンピューター解析能力向上など)を整える。さらに原子直視性の高いSTEMによる、格子欠陥、結晶粒界構造観察を行う。また、エネルギー分散型分光(EDS)による元素分析、元素分布についてナノレベルで詳細に解析する。実験結果から得られた原子構造モデルを用いて、安定原子構造や電子状態などをスーパーコンピューターによる大規模な理論計算を行い、理論の面からも実験結果を考察する。
Mg^<2+>等の二価陽イオンが骨格筋収縮制御の生化学反応を制御する直接証拠。

カエル骨格筋スキンドファイバーを用い以下の実験を行った。1.バナジン酸による収縮抑制効果のMg^<2+>感受性の由来を調べ、アクトミオシン収縮のどの生化学的過程が、Mg^<2+>によって修飾されているかを追求した。まず初めに、Mg^<2+>濃度の異なるいくつかの収縮系(過剰MgADPによる収縮、低MgATPによる収縮)で、バナジン酸の張力抑制を調べたところ、いずれの系でも低Mg^<2+>では抑制がおこらないことが確かめられた。次に、この低Mg^<2+>による脱抑制が、(1)バナジン酸重合体の形成(2)バナジン酸-ミオシン複合体の不安定化、(3)バナジン酸とミオシンの親和性の減少、のいずれによるかを調べたところ、(1)と(2)が否定され、したがって(3)であることがわかった。すなわちリン酸放出直後のアクトミオシンがMg^<2+>を感じていることが考えられる。2.筋タンパク中の主要な二価イオン結合部位であるトロポニンCとミオシン軽鎖2をCDTA処理の方法で除去してもこのMg^<2+>感受性は残ったので、Mg^<2+>を感じているのは別の部位であることがわかった。
「地域を形成し、人を留め置く力」<ホールド>の実証研究─「津軽の人生」調査

ホールド仮説とは、戦後青森県において出稼ぎが「地域を形成し人を留め置く力」として働いたという仮説である。本研究はホールドの実態を下北半島の漁村での生活史調査によって検討した。出稼ぎ者は高賃金を求め、縁故就労によっておもに土木作業に長期継続で稼働した。出稼ぎ維持の背景には経済的動機だけではなく、漁業への愛着、職場での重用、仕事の魅力、出稼ぎを組み込んだ人生設計といった心理的要因があることがわかった。本研究は、本州最北県、青森県津軽地方の人びとの生活史の検討を通じて、「地域を形成し人を留め置く力」〈ホールド〉の創出や喪失の諸条件を明らかにするところにある。青森県には人口動態的に他県と比較して、1)出稼ぎという労働慣行の持続、2) 90年代まで過疎化(人口減少)が緩慢であったこと、3) 2)は昭和一桁世代の出稼ぎからのUターンに支えられていた、という特徴がある。これらを重ね合わせて、作道(2006)は「出稼ぎという慣行の成立が人口流失を防いだ」と考え、出稼ぎが経済学的なプッシュ・プルに抗するように、「地域を形成し人を留め置く力」〈ホールド〉として働いたという仮説を提出した。本研究は、青森県内での老人会を中心とした生活史調査(「津軽の人生」調査)と家族形態・労働観を探る量的調査との組み合わせで、この仮説の検証と一般化をおこなうものである。2008年度は、青森県黒石市温湯集落において、町内会役員組織、消防団、老人会などでインタビュー調査をおこなった。温湯集落は、共同浴場を町内会で運営する財産区である。この共有の資源を管理・運営することに多大な労力を必要とする地域である。そのため、他の地域と比較すると、地域に対するコミットメントや地域とともに住人の生活が特色づけられるともいえる。この資源利用を調査することから、住人の労働のあり方、家族との関わり、地域住民同士の紐帯などが明らかとなった。それは一言で言えば、個人化と協働に特徴づけられる。今後、他の地域の調査をおこなうと同時にこの地域の量的調査をおこない、ライフヒストリーデータから得られた結果の検証をおこなう必要がある。本研究は、本州最北県、青森県津軽地方の人びとの生活史の検討を通じて、「地域を形成し人を留め置く力」<ホールド>の創出や喪失の諸条件を明らかにするところにある。作道(2006)は「出稼ぎという慣行の成立が人口流失を防いだ」と考え、出稼ぎが経済学的なプッシュ・プルに抗するように、「地域を形成し人を留め置く力」<ホールド>として働いたという仮説を提出した。2つの調査をおこなった。1.2009年度は、青森県黒石市温湯集落(人口546人、185戸)において、量的な質問紙による悉皆調査をおこなった。回収は348人、63%であった。住民は温泉を観光資源として期待するとともに、静かな暮らしを評価もする両義的な心情をもっていた。温泉は依然として、年長世代には誇りでありノスタルジーの源である。このような心情と地域の記憶を町づくりに生かす方法を検討する。2.青森県大間町にて、出稼ぎ経験者のライフヒストリーの収集と資料調査をおこなった。北海道とのつながりと、地元出身者のネットワークの存在が確認された。今後は、原子力発電所設置にともなう社会変動の影響を検討する。作道(2006)は「出稼ぎという慣行の成立が人口流失を防いだ」と考え、出稼ぎが経済学的なプッシュ・プルに抗するように、「地域を形成し人を留め置く力」〈ホールド〉として働いたという仮説を提出した。本年度の調査では、下北郡大間町の出稼ぎ経験者23人を対象に生活史調査をおこなった。これまで実施してきた津軽地域との比較をおこなった。主要な知見は以下のとおり。出稼ぎの一般的傾向については(1)まず、青森県の出稼ぎは津軽地域中心とされてきたが、対人口比で見ると、下北地域の出稼ぎ率も高く、とくに、高度経済成長以後の出稼ぎ率は津軽地域とほぼ重なる、(2)出稼ぎの稼動先、職種には地域特有の傾向はない、やや北海道への出稼ぎの残存傾向がみられた、

(3)就労経路については、津軽地域とは異なり、家族・親族の割合が高いことが把握された。生活史については、(1)漁業(昆布漁)・林業と出稼ぎを組み合わせた暮らし、(2)継時的には、兼業から通年出稼ぎの専業化、(3)通年出稼ぎでは、失業時期に地元での生業に従事、(4)職場では技能習得をしながらの継続雇用、といった知見がえられた。事例検討では、(5)団塊世代では、集団就職に出ると「戻れない」からと出稼ぎを選んだ事例、(6)老年期に漁業への回帰事例、があった。今回の出稼ぎ調査では、とくに高度経済成長期以降、継続雇用を続けた例をみることができた。出稼ぎは、他の生業や社会保障(失業保険)と組み合わせて「故郷で暮らす方法」として機能してきたことを確認することができた。
聖イポリト祭の実証的研究によるメキシコ植民地時代の新たな解釈

本研究は、メキシコ市において1528年から1812年まで開催されたイポリト祭について、その目的と意義を明らかにした。本研究では、主としてメキシコ市参事会の議事録をもとに、この祝祭の準備、進行、予算、参加者、参加形態などを詳細に分析し、スペインによる植民地支配において有した重要性についてまとめた。その結果、本国スペイン国王への忠誠を表す年中行事であったが、とりわけ16世紀から17世紀にかけてメキシコ市が抱えた対先住民の防衛、飲料水の確保、軍事力の強化の3つの側面からメキシコ市の存亡に不可欠な祝祭であることが初めて明らかになった。次に、メキシコ特別連邦区古文書館の資料分析によって、研究対象である聖イポリトが征服を祝う祭りという側面が強まったのは1621年の百年祭以降であり、それ以前は領土確保のみならずスペイン人の生存に不可欠な水及びその水路の確保のため、先住民を威嚇するために行われた祝祭であることを明らかにしつつある。この新たな見解については、検討委員会の先生方に報告し、大変興味深い視点であるため、それを裏付ける資料を引き続き探すように指示があった。なお、検討委員会のメンバーの変更を行った。マリア・フスティーナ・サラビア・ビエホ教授(スペイン高等学術研究所所管イスパノアメリカ研究所)が病死されたため、代わってカルロス・マルティネス・ショウ教授(ヨーロッパ歴史アカデミー/スペイン国立通信大学)がテーマに関心を寄せてコメントをしてくださっているので、検討委員会のメンバーに加わっていただいている。また、アントニオ・ルビアル教授(メキシコ国立自治大学)が多忙につき、代わって、ベロニカ・サラテ教授(メキシコ・ルイス・モラ博士大学)に参加していただいている。本年度に実施した研究によって、聖イポリト祭の16世紀から17世紀にかけてのおおよその実態が解明でき、公的性格が付加されていく経緯と重要性も明らかにできつつある。以下が詳細である。1聖イポリト祭の準備及び実態に関する実地調査をメキシコ特別連邦区古文書館で行い、15世紀から16世紀について調査し、18世紀の資料はデジタル写真化した。2聖イポリト祭開催の目的とその変遷の分析を行い、a)1521年から1529年の征服直後には首都防衛の目的で行われ、b)1531年から1599年にかけても引き続き首都防衛あるいは住民の武装訓練、c)1600年から1650年にかけて費用負担が問題視され、関心が失われたことがわかった。3聖イポリトの解釈については、当初の予想として抽象的なアイデンティティー論の構築を想定していたが、現時点では自らの領土を確保するための手段としての現実的な手法であるとの見方が妥当ではないかと考えている。西洋史当初の目的に掲げた項目について、おおよそ資料を入手でき、分析も順調に行うことができた上、新たな発見もあったため。当初の目的に掲げた項目について、おおよその資料を入手でき、分析も順調に行うことができた。しかしながら、メキシコ市総合公証書文書館およびメキシコ大聖堂付文書館には関係資料がきわめて乏しいことが判明したため、教会との関係についての考察が難しくなっている。基本的には研究計画にもつづき、進めていくが、聖イポリト祭において16世紀中に水路の確保という新しい側面が浮き彫りにされつつあるため、16世紀の先住民村落との関連をできるだけ網羅して調査を行うこととする。研究計画にもとづき、進めていく。検討委員会のマリア・フスティーナ・サラビア・ビエホ教授(スペイン高等学術研究所所管イスパノアメリカ研究所)が病死されたため、検討委員会のメンバーが1人減ったが、研究の進展には不都合は生じないため、とくに補充はしない。該当なし
量子通信チャンネル理論を用いた量子暗号系の開発

非平衡統計力学にもとづいた量子通信チャンネル理論を用い,新たな量子暗号系を開発することを目的とした研究を行った.信号の伝達は,いわば決定論的に行うことができ,かつ,盗聴行為が伝達の結果に影響を及ぼす系の開発をめざしている.具体的には,スクイズド光を用いた量子暗号系を開発中である.定式化の概要は次のようなものである:まず,入出力端子を各々2つ持つ量子通信チャンネルを考える.具体的には,Mach-Zehender干渉計を用いて通信を行うものとする.Mach-Zehender干渉計は,2つのビームスプリッタと2つの移相器で構成され,構成要素の各々が2入力・2出力の素子となっている.この入力端子に,1モードのボソンの消滅演算子で表される光が入射したとしよう.入力信号が素子を通過することによって変換され,2方向に出力される際の演算子に対する入出力関係は,簡単な変換行列によって記述される.この変換規則は,素子が4端子回路網のような作用をすることを想起させるものとなっている.のみならず,2方向からの入力演算子を組み合わせて,シュヴィンガーボソンを持ち込めば,信号の伝達過程をスピンの回転とみなすことができる.このスピンの回転演算子を用いれば,入力光の状態と出力光の状態との間の関係をも記述できる.そこで,Mach-Zehender干渉計の入出力関係は,理論的にはスピンの回転操作に対応するのである.以上の理論的枠組みを量子暗号系を開発する際の基本的な要素とする.上記の枠組みの中では,入出力光の状態はレーザー光のようなコヒーレント状態にあるものとしている.これは,位相空間では,等方的な不確定性を持つ状態である.しかし,位相空間における一方向の不確定性を犠牲にして,もう片方の不確定性を縮小した,スクイズド光と呼ばれる光が考案されている.スクイズド光発生装置も多数開発され,重力波検出装置への摘要も提案されている.新たな量子暗号系を開発するにあたり,上述の枠組みをスクイズド光も取り扱うことのできる形への拡張を行っている.非平衡統計力学にもとづいた量子通信チャンネル理論を用い,新たな量子暗号系を開発することを目的とした研究を行った.信号の伝達は,いわば決定論的に行うことができ,かつ,盗聴行為が伝達の結果に影響を及ぼす系の開発をめざしている.具体的には,スクイズド光を用いた量子暗号系を開発中である.定式化の概要は次のようなものである:まず,入出力端子を各々2つ持つ量子通信チャンネルを考える.具体的には,Mach-Zehender干渉計を用いて通信を行うものとする.Mach-Zehender干渉計は,2つのビームスプリッタと2つの移相器で構成され,構成要素の各々が2入力・2出力の素子となっている.この入力端子に,1モードのボソンの消滅演算子で表される光が入射したとしよう.入力信号が素子を通過することによって変換され,2方向に出力される際の演算子に対する入出力関係は,簡単な変換行列によって記述される.この変換規則は,素子が4端子回路網のような作用をすることを想起させるものとなっている.のみならず,2方向からの入力演算子を組み合わせて,シュヴィンガーボソンを持ち込めば,信号の伝達過程をスピンの回転とみなすことができる.このスピンの回転演算子を用いれば,入力光の状態と出力光の状態との間の関係をも記述できる.そこで,Mach-Zehender干渉計の入出力関係は,理論的にはスピンの回転操作に対応するのである.以上の理論的枠組みを量子暗号系を開発する際の基本的な要素とする.上記の枠組みの中では,入出力光の状態はレーザー光のようなコヒーレント状態にあるものとしている.これは,位相空間では,等方的な不確定性を持つ状態である.しかし,位相空間における一方向の不確定性を犠牲にして,もう片方の不確定性を縮小した,スクイズド光と呼ばれる光が考案されている.スクイズド光発生装置も多数開発され,重力波検出装置への摘要も提案されている.新たな量子暗号系を開発するにあたり,上述の枠組みをスクイズド光も取り扱うことのできる形への拡張を行っている.
脳・腸ペプチド含有細胞の起源

ヒキガエル下垂体原基を抗原として、分化後の下垂体も認識するモノクローナル抗体を得た。この抗体は下垂体のほかに、味蕾、側線、嗅上皮、嗅球、膵臓等を認識した。次に、この抗体の抗原を同定するための実験を行った。ヒキガエル膵臓を材料として各種カラムクロマトグラフィーにより得られた画分を、抗体によりスクリーニングして行き、分子量約6万の物質を得た。そのアミノ酸配列を調べたところ、部分的にキケナーゼとの相同性があることが分かった。さらに上記抗体を用いて、下垂体原基が下垂体に分化する条件を検討した。すなわち下垂体原基を、脳および/または前腸と一緒に、あるいは単独で尾部に移植したり、下垂体原基と前腸の間、または下垂体原基と脳との間にポリカーボネート膜を挿入して、発生後に抗体で免疫染色することにより、下垂体原基が下垂体に分化する(抗原性を維持する)か否かを調べた。その結果、下垂体原基が内胚葉(前腸)と接することが、その分化に必要であることが分かった。一方、下垂体原基とともに移動して最終的に脳および腸にとどまるかにみえる細胞群がこの抗体では認識されず、したがってそれらの細胞が将来何になるかは解明できなかった。下垂体原基を特異的に認識し、かつ分化後の下垂体細胞をも認識するモノクローナル抗体の作製をこころみた。尾芽期ヒキガエル胚より下垂体原基のみを400個集め、それを抗原としてマウスに免疫後、脾臓細胞をミエローマ細胞とのハイブリドーマ細胞をつくり、培養液は尾芽胚の頭部切片を用いて免疫スクリーニングを行なった。その結果、下垂体原基と免疫反応する1クローンを得ることができた。この抗体を用いて、下垂体原基と免疫反応幼生細胞の出現を時間と部位の面から調べた。この抗体は尾芽胚では下垂体原基の他に鼻の原基、皮膚を認識した。遊泳期の幼生では下垂体の他に嗅球、嗅上皮が染色された。皮膚はこの時期になると側腺のみ、免疫陽性となった。変態終了後の個体および生体では遊泳期の幼生のものと染色性に本質的な違いはみられなかった。これまで下垂体細胞の分子マーカーは一般に下垂体ホルモンであったが、今回得られた抗体は下垂体ホルモンを産生する以前より発現している物質を認識している。また、この物質は下垂体以外に嗅覚器官や側腺等にも存在することが判明した。現在、同物質の単離・同定を試みている。一方、アルビノ胚に野生胚の下垂体原基部位(神経隆起)を交換移植し、メラニンをマーカーとしてトレースした場合、移植片が下垂体以外の部域にも移動することが知られているが、これらの細胞が上記抗体によって認識されるか否かも調べている。
エストロゲン受容体の核外作用を介したアセチル化の制御とシグナル伝達機構の解明

エストロゲン受容体は、従来研究されてきたリガンド依存性の転写因子としての作用に加え、細胞質においてもリガンド依存性に即時型のシグナル伝達系の変化をもたらす。これは核外作用(nongenomic action)とよばれ、近年注目されている。本研究は、エストロゲン受容体が細胞膜近傍において細胞骨格蛋白であるtubulinおよびその脱アセチル化酵素であるHDAC6と会合し、tubulinのアセチル化制御に関わり、細胞の性質を変化させているのではないかという仮説を検証することを目的とした。昨年度は、エストロゲン受容体とHDAC6の相互作用を示すことに成功した。さらにHDAC6のN末に2つ存在するdeacetylaseドメインのうちC末側およびエストロゲン受容体のC末のAF-2ドメインがそれぞれの相互作用に関わることを示した。この相互作用はリガンドにより調節を受けていた。本年度は、乳癌細胞株MCF7を用いて、これら蛋白質の変異体を安定的に発現する細胞株を樹立し、機能解析を行った。その結果、変異蛋白を発現する株において、培養条件下で細胞運動能が変化し、tubulinのアセチル化が影響を受けていることが確認された。この細胞株をヌードマウスの皮下に接種し、in vivoにおける造腫瘍能を評価しており、これらの成果をまとめ論文発表する予定である。さらに、膜近傍における新しい結合蛋白等の同定も完了し、それら蛋白質の機能解析も進んでおり、上記とあわせ新しい乳癌治療の標的としての役割が期待される。エストロゲン受容体は、従来研究されてきたリガンド依存性の転写因子としての作用に加え、細胞質においてもリガンド依存性に即時型のシグナル伝達系の変化をもたらすnongenomic actionが近年提唱されている。本研究は、エストロゲン受容体が細胞膜近傍において細胞骨格蛋白であるtubulinおよびその脱アセチル化酵素であるHDAC6と複合体を形成することにより、リガンド依存性にtubulinのアセチル化を制御し、細胞の性質を変化させているのではないかという仮説を検証することを目的としている。本年度は、エストロゲン受容体とHDAC6との結合を安定して解析するために、核移行シグナルを欠損し、なおかつ細胞膜移行シグナルを付加した変異蛋白を作成し、細胞膜に全長のエストロゲン受容体を発現させることに成功した。この変異蛋白を用いることにより、従来に比してエストロゲン受容体とHDAC6の受容体の結合をより安定して解析することが可能となった。HDAC6のドメイン欠損蛋白をさらに作成することにより、HDAC6のC末寄りのdeacetylaseドメインおよびエストロゲン受容体のAF-2ドメインがそれぞれの結合部位であると同定された。この結合は、エストロゲン刺激時に促進し、さらに乳癌細胞においては核内においてエストロゲンのアンタゴニストとして作用するタモキシフェンによっても促進することを見出した。今後は、この変異蛋白を安定的に発現する乳癌細胞株を用い、乳癌細胞における機能解析を行う予定である。
ベイズ推定DSGEモデルによる税制改革の分析～消費税増税と法人税減税の租税帰着

ベイズ推定されたDSGEモデルを用いて、消費税などの税制改革がどのような効果を短・中期的にもたらすのかを探った。そのために、ハイスキル労働者とロースキル労働者を明示的に取り込んだ理論モデルを構築し、これをベイズ推定した。主な結論は以下のようである。1消費増税によって、物価の上昇、消費の減少、産出量の減少がもたらされた。2賃金率は上昇し、実質利子率は低下した。3所得格差に目を転じると、短期ではロースキル労働者とハイスキル労働者の賃金格差は縮小するが、4中期的には賃金格差は拡大した。5資本・労働の分配率についてみると、短・中期的には、労働分配率は上昇し、資本分配率は低下することが明らかになった。我々の最終目標は現在我が国で実施されつつある消費増税や法人減税が結局のところ,だれにどのようなルートでどの程度の負担増・負担減をもたらすことになるのかを実証的に明らかにすることである.本年度は,この目標に向けて,1DSGEモデルの予測の精度の検証,2DSGEモデルのモデル構築,推定,シミュレーションに使われるDYNAREの習熟,3DSGEモデルの推定のためのデータベースの構築を行うことにした.123を効率よく実施するには,具体的なDSGEモデルを推定し,それによって予測を行うことが最も適している.そこで,2014年4月1日に施行された消費税率引き上げが,我が国経済に与える影響を,DSGEモデルによって予測することにした.そのために,DSGEモデルの一種であるNew IS-LMモデルのパラメータをMCMCで推定し,1989年の消費税導入および1997年の消費税率引き上げにこれを適用することで,モデルの評価を行った.その上で,本年4月の消費税率引き上げの影響を探った.主要な結論は次のようである.モデルの予測力としては,産出量の1年目のマイナス予測は,実際値では見られなかった.2年目以降数年間の予測値は,ほぼ0となるが,実際値はプラス(89年)とマイナス(97年)に大きく振れている.利子率は両年とも,1年目の予測値はマイナスで実際値と整合的になった.2年目以降の当てはまりは,あまり良くない.インフレ率は1年目の予測はマイナスであるが,実際値は両年ともプラスであった.2年目以降の予測値のパフォーマンスはあまり良くなかった.また,全般的に,予測値の分散は実際値の分散よりもかなり小さくなった.ただし,本稿のNew IS-LMモデルはインフレターゲットは考慮されていない.我々の最終目標は現在我が国で実施されつつある消費増税や法人減税が結局のところ,だれにどのようなルートでどの程度の負担増・負担減をもたらすことになるのかを実証的に明らかにすることである.本年度は,この目標に向けて,理論的研究と実証的研究の二つを行った.まず,理論的研究としては,熟練セクターと非熟練セクターが存在し,かつ,家計に生産性が異なる労働者がいるような経済モデルを考えた.その上で,税を通じた再配分の効果を分析した.それによると,所得税は常に所得の不平等を小さくすること,また,消費税は熟練セクターと非熟練セクターの賃金格差を増大させること,さらに,法人税は異時点間の消費が代替的であれば,所得格差を小さくすることが分かった.したがって,どのような税で再配分を行うかによって,それが経済に与える効果が異なることが示された.実証研究としては,アベノミクス下の日本経済を俯瞰できるような,10個の内生変数からなるDSGEモデルを,1990年第1四半期から2013年第2四半期までのデータを用いてベイズ推定した。その推定されたDSGEモデルに対して,生産性ショック,金融緩和ショックおよび選好ショックを与えたところ,おおむね,経済理論と整合的な結果が得られた.さらに,アベノミクスの嚆矢たるインフレターゲットショックが雇用などの主要な経済変数にどのような影響を与えうるのかを分析した.そのために,インフレターゲットショックを,期待インフレ率の定常状態からの偏差のマイナス方向へのショックと定義して,インパルス応答関数を算出した.その結果,インフレターゲットショックによって,産出量は増大し,賃金率・インフレ率ともに上昇することが分かった.雇用も改善した.これらの結果は,アベノミクス開始後の実体経済の動向ともおおむね整合的であった.来年度は以上二つの研究を融合して,最終目標に肉薄していきたい.熟練,非熟練セクターと労働生産性の異なる家計からなる理論モデルを用いて,各種税金による再配分効果が異なることを示した.また,アベノミクス下の日本経済をシミュレートするDSGEモデルをMCMC推定し,生産性ショック,金融緩和ショック,選好ショック,およびインフレターゲットショックの影響を実証的に分析できた.これらは,北九州市立大学および関西学院大学ワーキングペーパーとしてすでに公開している.また,以下にあるように複数の学会発表も行っている.本年度は、我々の最終目標である「DSGEモデルを用いた租税帰着の分析」のため、まず、理論モデルを導出し、これを対数線形近似した。このモデルの特徴は、ハイスキル労働者(熟練労働者)とロースキル労働者(非熟練労働者)が明示的に取り込まれていること、および、それによって、租税帰着の問題を、要素所得の分配率の視点からだけで無く、「格差」の観点からも分析できるようにしたことにある。その上で、このモデルをベイズ推定し、消費税率に関する様々なシミュレーションを行うことによって、租税帰着の短・中期的な分析を行った。その中心的な結論は、以下のようになった。すなわち、1消費増税によって、物価の上昇、消費の減少、産出量の減少がもたらされた。

2その一方で、賃金率は上昇し、実質利子率は低下した。3所得格差に目を転じると、短期では、ロースキル労働者とハイスキル労働者の賃金格差は縮小するが、4中期的には賃金格差は拡大した。5資本・労働の分配率についてみると、短・中期的には、労働分配率は上昇し、資本分配率は低下することが明らかになった。上記の研究に加えて、DSGEモデルを作るにあたってどのような点に注意しなければならないかを把握すること、また、長期的な視点に基づいた経済分析を目的とした研究も同時に行った。具体的には、貨幣供給量の変化が長期的にはどのように、経済成長に影響を与えるのかを分析した。貨幣のモデル経済にどのような影響を与えるのかを考慮するのはDSGEモデルにおいては重要であり、この分析により、貨幣のモデルにおける役割を明確に把握でき、さらに長期的な影響についても考察できた。また、社会保障の財源のための世代間の負担格差が租税の帰着としてマクロ経済にどのような影響を与えるか、さらに世代間の公平性のあり方についても考察した。これは現代の経済政策のあり方にとっても参考になるものと言えよう。ベイズ推定されたDSGEモデルを用いて、消費税などの税制改革がどのような効果を短・中期的にもたらすのかを探った。そのために、ハイスキル労働者とロースキル労働者を明示的に取り込んだ理論モデルを構築し、これをベイズ推定した。主な結論は以下のようである。1消費増税によって、物価の上昇、消費の減少、産出量の減少がもたらされた。2賃金率は上昇し、実質利子率は低下した。3所得格差に目を転じると、短期ではロースキル労働者とハイスキル労働者の賃金格差は縮小するが、4中期的には賃金格差は拡大した。New IS-LMモデルを現実の日本経済に適用,MCMC推定し,過去の消費税導入,消費税率引き上げ,および今般の消費税率再引き上げの予測,シミュレーションを行うことができた.また,それは,北九州市立大学経済学部のワーキングペーパーとしてすでに公開している.また,以下にあるように複数の学会発表も行っている.昨年度末までに,雇用を明示的にとりこんだDSGEモデルを構築し,これを用いた実証分析を行った.また,家計の生産性の異質性をもりこんだ2部門理論モデルを用いて,税が経済に与える影響を解析した.今年度はこの二つを合体させて,実証的なDSGEモデルを作成して,課税の帰着問題に取り組んでいく.統計学課税帰着問題を巡っては,家計において,生産性の異質性を盛り込むとともに,初期の資産保有の相違も考慮してDSGEモデルを考えるという方策が考えられる.しかしながら,そもそも,消費税および法人税の変更はマクロ的なパフォーマンスにも多大の影響を与えるのであって,それは,ことに失業率の変動を通じて課税帰着えへも影響を与える.そこで,労働組合の存在を仮定したDSGEモデルを構築し,失業を正面からとらえることで,課税帰着問題へアプローチすることを模索していく.
三次元医用画像における構造・力学特性の統合表現法の開発

本研究では、世界初のモデリングフリー術前シミュレーションの概念を提案し、大規模化する三次元医用画像における人体・臓器の構造・力学特性の統合表現法を開発する。研究期間において、本概念を具現化する構造・力学特性の記述形式と手術中に想定される手術プロセスの可視化・共有を可能とする弾性変形計算・レンダリング方法を考案した。試作したモデリングフリー手術計画支援システムを関連大学病院の術前計画に導入し、患者実測データを適用した試用試験を通して提案手法の妥当性、試作システムの有用性を評価した。本研究では、次世代のモデリングフリー術前計画支援の確立を目指し、三次元医用画像における人体・臓器の局所構造・力学特性の統合表現法を開発する。三次元医用画像の空間全体を求める表現に応じてサンプリングし、かつ、局所構造と力学条件をバックグラウンドで併せ持つ新たなメッシュの概念を提案する。初年度は、本概念を具現化する記述形式と力学変形演算・可視化の基本アルゴリズムを開発することを目指した。具体的な研究成果は下記のとおりである。(1)三次元医用画像における構造・力学特性の統合記述形式の開発三次元医用画像に構造・力学特性を統合するための基本構造となる新しいメッシュ(ボリューム代替メッシュ)の概念について探究し、その具体的な記述形式を定めた。(2)生体内部・臓器の局所力学特性の付与方式の開発三次元医用画像を硬組織からなる非変形領域と軟組織からなる変形領域に分類し、レンダリングされた像に対して直接的に弾性値などの境界条件を付与することで即座に変形解析を可能とする枠組みを開発した。(3)ボリューム代替メッシュにおける実時間力学演算アルゴリズムの開発押込・引張などの変形操作や切除などの表現を可能とする新規アルゴリズムを開発した。単一臓器のモデリングでは難しかった周辺の血管・軟組織を含めた変形などのシミュレートを可能とした。(4)ボリューム代替メッシュの時間変化に対応したボリューム可視化法の開発力学計算によって時間変化するメッシュの頂点位置や位相構造を、三次元医用画像上に変形や加工の結果として可視化するレンダリングアルゴリズムを開発した。本年度は、臓器の空間分布や弾性情報を保持したボリュームサンプリングメッシュを症例や手術に合わせてカスタマイズする方法について検討した。また、術前計画の中で手術中に想定される手術プロセスの可視化・共有を可能とする弾性変形計算・レンダリング方法を開発した。(1)ボリュームサンプリングメッシュのカスタマイズ法の開発初年度に構成したメッシュの頂点配置や位相構造を、画像の特徴量、手術対象部位などを指標として患者個人のCT画像に位置合わせすることによって、手術に特化した弾性変形を患者ボリューム像上に即座に表現可能とする方法を開発した。(2)ボリュームサンプリングメッシュを用いた外科手術プロセス表現法の開発手術中には組織のひねりや回転を伴う大変形が生じるが、実時間で自然な大変形を安定的に表現できるモデルは報告例がない。本研究では局所座標系に基づく弾性変形モデルを開発し、体積を保存した臓器変形を高速に表現可能であることを確認した。(3)大規模三次元画像の特徴量に基づく実時間ボリューム可視化法の開発次世代の大規模三次元医用画像に対応して汎用PC上でリアルタイム可視化を可能とするアルゴリズムの開発を試みた。GPUコンピューティングを駆使し、画像の特徴量に基づく詳細度制御によって高速化を図る新規レンダリング法を考案し、テストデータを用いてその有効性を確認した。最終年度では、昨年度までに構築した理論・アルゴリズムに基づいたモデリングフリー手術計画支援システムを開発した。関連大学病院の術前計画に導入し、患者実測データを適用した試用試験を通して開発モデルの妥当性、試作システムの有用性を評価した。(1)モデリングフリー術前シミュレーション試作システムの開発これまでに開発したアルゴリズムを統合し、三次元医用画像を読み込み後、即座に想定する手術プロセスをシミュレートし、結果を実時間で可視化できる試作システムを構築した。また、医師が簡便な操作で複数の手術アプローチを検討できるインターフェースを開発した。(2)人体・臓器の構造・力学特性テンプレートの構築腎腫瘍及び肝がんを対象として、人体.臓器の構造・力学特性を保持した臓器テンプレートを構築した。生体の局所的な弾性分布や組織の接触・固定状態などを保持し、個人の医用画像に位置合わせすることで生体内部の力学特性をより精緻かつ簡便に再現できる枠組みを考案・実装した。(3)外科手術プロセスの可視化泌尿器科、胆肝膵・移植外科など複数の診療科における腫瘍摘出術を対象として、体系化された手技を臓器に対する変形や切除などの組み合わせによって記述し、一連の手術プロセスを可視化するアルゴリズムを開発した。(4)試作システムの術前計画及び術中支援における試用試験泌尿器科、胆肝膵・移植外科の術前カンファレンスにおける使用を想定した試用試験を実施した。提案する枠組みにより、三次元画像を可視化するだけでなく、変形や加工などの手術プロセスを医師が普段から見慣れたレンダリング像上で直接的にシミュレートでき、術前計画及び術中支援に有効であることを確認した。
メタロＤＮＡを利用した導電性ナノワイヤーの開発

近年、金属を介した核酸塩基対(メタロ塩基対)形成を利用した分子デバイス開発研究が盛んに行なわれている。メタロ塩基対を含むDNA分子の三次元構造情報は、メタロ塩基対を基盤とした分子デバイスの開発に必須の情報である。そこで、本研究では、NMR分光法を用いて、銀を介したシトシン-シトシン塩基対(C-Ag(I)-C)を含むDNA分子の三次元構造決定を行なった。27年度が最終年度であるため、記入しない。金属を介した核酸塩基対(メタロ塩基対)は、分子デバイス開発研究の重要な機能素子となっている。メタロ塩基対を構造基盤とした分子デバイスの論理的設計には、メタロ塩基対の化学構造情報が不可欠である。そこで、本研究では、多核NMR分光法を用いて、メタロ塩基対の構造決定を行った。1.水銀を介したチミン-チミン塩基対(T-Hg(II)-T塩基対)に関して、199Hgおよび15N NMRスペクトルを測定し、チミン塩基の3位窒素原子と水銀原子間の1J(199Hg, 15N)=1050 Hzを観測した。これにより、チミン塩基の3位窒素原子と水銀原子間に共有結合が存在していることを実験的に証明することができた。また、観測された巨大なJ値は、1J(199Hg, 15N)値として最大の値であり、分光学的にも稀少な実験値であった。この実験的事実により、1J(199Hg, 15N)値のとりうる値の範囲が過去の報告例よりも3倍広いことが示された。2.銀を介したシトシン-シトシン塩基対(C-Ag(I)-C塩基対)に関して、15N NMRスペクトルを測定し、シトシン塩基の3位窒素原子と銀間の1J(15N, 109Ag)=82-83 Hzを観測した。これにより、シトシン塩基の3位窒素原子と銀間に配位結合が存在していることを実験的に証明した。さらに、シトシン塩基のアミノ基窒素の状態解析も行うことができ、C-Ag(I)-C塩基対中のアミノ基窒素はプロトンを2つ保持したまま(脱プロトン化されていない)ことも明らかとした。以上の結果から、世界初のC-Ag(I)-C塩基対の化学構造決定を成し遂げた。NMR分光法を用いて、稀少なNMRデータの取得や、化学構造の決定を成し遂げており、期待以上の成果をあげている。1. T-Hg(II)-T塩基対の199Hgおよび15N NMRスペクトル測定の結果、チミン塩基の3位窒素原子と水銀原子間に共有結合に伴う1J(199Hg, 15N)=1050 Hzを観測した。観測されたJ値は、1J(199Hg, 15N)として最大であり、稀少なNMRデータである。この実験的事実により、1J(199Hg, 15N)値のとりうる値の範囲が過去の報告例よりも3倍広いことが明らかとなった。2.計画において初年度の目標として掲げていた、「C-Ag(I)-C塩基対構造決定用の15N標識DNA分子の酵素合成法確立およびサンプル調製」よりも大幅に研究を進展させた。目的の15N標識DNA分子の酵素合成法を確立しただけでなく、NMRサンプルを調製し、15N NMRスペクトルを測定した。測定の結果、シトシン塩基の3位窒素原子と銀間に配位結合に伴う1J(15N, 109Ag)=82-83 Hzを観測した。さらに、C-Ag(I)-C塩基対中のシトシン塩基のアミノ基窒素の状態解析も完了し、アミノ基窒素はプロトンを2つ保持したまま(脱プロトン化されていない)ことを確定させた。これらの結果から、世界初のC-Ag(I)-C塩基対の化学構造決定を成し遂げた。なお観測された1J(15N, 109Ag)値は、銀錯体の稀少な多核NMRデータとして無機化学的にも重要なデータである。次年度は、メタロDNAを利用した導電性ナノワイヤーの開発を目指し以下の実験を行う。メタロDNA形成に本塩基対を利用する場合、本塩基対の構造/電子状態/物性解析が必須となる。そこで、NMR分光法を用いて、本塩基対を含むDNA分子の三次元構造決定を目指す。具体的には、本塩基対を含むDNA分子を調製し、1H-1H NOESYスペクトルを測定する。NOESYスペクトルの帰属を行い、得られるNOEデータから、三次元構造計算を行う。2.メタロ塩基対からなる長鎖メタロDNA分子(ナノワイヤー)の調製方法の検討および物性解析はじめに、T-Hg(II)-T

塩基対を含む短鎖DNA分子を、DNAリガーゼのDNAバックボーン連結反応を利用して連結させることで、長鎖メタロDNA分子(ナノワイヤー)の調製を目指す。また、T-Hg(II)-T塩基対を含む長鎖メタロDNA分子だけでなく、C-Ag(I)-C塩基対を含む長鎖メタロDNA分子の調製も検討する。長鎖メタロDNA分子調製の確認は、ゲル電気泳動にて行う計画である。さらに、マクロ構造決定も行うことで、長鎖メタロDNA分子の鎖長だけでなく、その形状(分岐構造の有無等)も解析する。マクロ構造決定は、走査プローブ顕微鏡(STM)にて行う計画である。なお、STMは長鎖DNA分子の形状だけでなく電気伝導性に関する知見が得られる。27年度が最終年度であるため、記入しない。